| 研究課題/領域番号 |
18K12056
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
平方 秀男 京都大学, 医学研究科, 客員研究員 (70271509)
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| 研究分担者 |
杉田 尚子 京都大学, 医学研究科, 特定病院助教 (20750532)
伊井 仁志 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (50513016)
巽 和也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90372854)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 静脈血栓塞栓症 / エコノミークラス症候群 / トロンビン / 数理モデル / 移流拡散 |
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| 研究実績の概要 |
静脈血栓塞栓症（いわゆるエコノミークラス症候群）の発症予測は困難で突然死の可能性も高い。特に先進国における主要な死因であり莫大な医療コストがかかっているとされ予測・予防が極めて重要である。静脈血栓の性状が発症のカギをにぎり、主要な凝固因子であるトロンビンの拡散・濃度分布が重要と考えられるが、詳細は明らかではない。様々な条件下にリアルタイムで「トロンビンの拡散・分布を可視化」して「血栓形成～成長や構造」と重ね合わせることで、様々な条件が血栓性状などに与える影響を解明することが目標である。
H30年度（初年度）の目標は、我々が現有する蛍光顕微鏡によりトロンビンを可視化するのに適した方法の選定である。トロンビンを蛍光として捉える方法は数多く報告されているが、それぞれ蛍光波長や反応速度、蛍光強度、退色のしにくさなどが異なる。また血漿中タンパク質の自家蛍光によるノイズもある。そこで我々はトロンビンを蛍光で可視化する様々な試薬類と現有の蛍光顕微鏡やマイクロ流路などを調整してリアルタイムでのトロンビンを可視化する最適な方法論を確立した。この方法論が確立できたことで、次年度以降の計画である１．「 様々な条件が「トロンビンの拡散・濃度分布」「血栓～成長・構造」に及ぼす影響の解明」や２．「以前作った血栓成長の粗視化モデルと対比しモデルを精密化することで様々な条件が血栓形成～成長・構造に与える影響の解明」を具体的に推進する基礎が固まった。
本研究は静脈血栓塞栓症予防を達成するための重要な一里塚ともいえる研究である。
研究の最終目標は、様々な条件下でできる血栓構造を数理モデル化して力学的性状を推測し静脈血栓塞栓症の発症を予測～予防することである。医療現場における静脈血栓塞栓症を予防して多くの患者の救命と医療コストの削減に貢献するという意義を有する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究目的は、様々な条件下（温度、血小板数、流速、ヘマトクリット等）にリアルタイムで「トロンビンの拡散・分布を可視化」して「血栓形成～成長や構造」と重ね合わせ数理モデルを精密化することで、様々な条件が血栓構造などに与える影響を解明することである。それを達成するための30年度（初年度）の目標は、我々が現有する蛍光顕微鏡によりトロンビンを可視化するのに適した方法の選定である。主要な凝固因子であるトロンビンを蛍光として捉える方法は数多く報告されているが、それぞれ蛍光波長や反応速度、蛍光強度、退色のしにくさなどが異なる。また血漿中タンパク質の自家蛍光によるノイズもある。現有の蛍光顕微鏡下でトロンビンをリアルタイムに可視化することは今後の研究を推進するうえで必須の要素技術となる。そこで、我々はトロンビンを蛍光で可視化する様々な試薬類と現有の蛍光顕微鏡やマイクロ流路などを調整してリアルタイムでのトロンビンの可視化する最適な方法を見出すことに成功した。したがって、当初計画したH30年度の目標を達成できたものと考えている。この要素技術を応用して次の目標である、様々な条件下（温度、血小板数、流速、ヘマトクリット等）にリアルタイムで「トロンビンの拡散・分布を可視化」して「血栓形成～成長や構造」と重ね合わせることで様々な条件が血栓構造などに与える影響を解明することとする。
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| 今後の研究の推進方策 |
静脈血栓塞栓症（いわゆるエコノミークラス症候群）は発症予測が困難で発症すると高率に突然死する重要な社会問題である。そこで我々は、静脈血栓塞栓症の予測や予防を考えている。静脈血栓の性状が発症に関与し、主要な凝固因子であるトロンビンの拡散・濃度分布が重要と考えられるが、詳細は明らかではない。
H30年度の研究で我々が現有する蛍光顕微鏡によりトロンビンを可視化するために、トロンビンで蛍光を発する様々な試薬類と現有の蛍光顕微鏡やマイクロ流路などを調整することでリアルタイムでのトロンビンの可視化に成功した。
これまでにマイクロ流路を使用して血栓の成長～構造を蛍光顕微鏡で観察する技術は確立済みである。そこでH30年度の方法論と組み合わせて、次のステップとして様々な条件下（温度、血小板数、流速、ヘマトクリット等）にリアルタイムで「トロンビンの拡散・分布を可視化」し「血栓形成～成長や構造」の画像と重ね合わせる。これにより様々な条件が血栓構造などに与える影響を解明する。つまり、各種条件設定下で活性化した血小板近傍の「トロンビンの拡散・濃度分布」とその近傍での「血栓形成～成長・構造」を重ね合わせトロンビンの拡散・濃度分布がどのように血栓の形成～成長・構造に影響するかを明らかにする。この結果より数理モデルを精密化し様々な条件が血栓形成～成長・構造に与える影響を計算可能化する。
研究組織：代表者の平方は総括および研究者間の調整を図る。工学的な要素技術は、マイクロ流路システムに精通した巽が行う。医学的な血液実験は血栓止血実験を得意とする井上）、杉田が平方の計画と指示に従って行う。モデルの精密化では、バイオメカニクスが専門の和田が mmスケールを、計算力学が専門の伊井がμm スケールを担当する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
H30年度の目標は、我々が現有する蛍光顕微鏡によりトロンビンを可視化するのに適した方法の選定であった。トロンビンを蛍光として捉える方法は数多く報告されているが、それぞれ蛍光波長や反応速度、蛍光強度、退色のしにくさなどが異なる。また血漿中タンパク質の自家蛍光によるノイズもある。そこで、我々は様々なトロンビンを蛍光で捉える試薬を我々の顕微鏡と組み合わせて試した。試行錯誤したが国際血栓止血学会で情報を入手した試薬が我々のシステムに極めて適していた。この試薬の採用により流路作成に関する調整や顕微鏡に使用する物品の追加などが最小限で済んだ。さらに高感度カメラに切り替えるような大きなシステムの変更も必要なくなった。以上のことが次年度使用額が生じた主要な理由である。
次年度以降の計画であるが基本的には、様々な条件下（温度、血小板数、流速、ヘマトクリット等）にリアルタイムで「トロンビンの拡散・分布を可視化」し「血栓形成～成長や構造」の画像と重ね合わせることで、様々な条件が血栓構造などに与える影響を解明する。得られたデータを基に数理モデルを精密化し様々な条件が血栓形成～成長・構造に与える影響を計算可能化する。しかし、極めて詳細な血栓構造が数理モデルの更なる精密化に必要になる可能性もあり、その際には大阪大学の共同研究者と共に電顕で微細構造も明らかにする実験を追加する。
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