| 研究課題/領域番号 |
19K12207
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| 研究機関 | 専修大学 |
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研究代表者 |
小田切 健太 専修大学, ネットワーク情報学部, 准教授 (20552425)
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| 研究分担者 |
高田 弘弥 日本医科大学, 医学部, 准教授 (30824833)
藤崎 弘士 日本医科大学, 医学部, 教授 (60573243)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 細胞集団動態 / 数理モデル / リアルタイムイメージング |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は、実験で得られたがん細胞動態の計測データを利用して、高精度予測が可能な細胞集団動態の数理モデル構築が目標である。そのために、実験によ
る細胞動態のデータ計測、細胞動態の数理モデル構築、実験データを利用した数理モデルのパラメータ推定の３段階の研究を組み合わせて、研究を効率的に進め
ている。2020年度は、昨年度に引き続き実験によるデータ計測と数理モデル構築について研究を進めていった。
実験については、喉頭部粘膜扁平上皮癌細胞（KB細胞）やヒト皮膚微小血管内皮細胞（HMEC-1細胞）に対して、呼吸や発声あるいは拍動を細胞頂上面からの周期的圧負荷によって再現し、細胞内Ca2+あるいはK+濃度変化をリアルタイムイメージングした結果、細胞内Ca2+流入や持続的な細胞外K+放出がみられた。炎症を引き起こすヒスタミン添加の場合と同様、過剰な周期的圧によっても細胞が収縮し細胞間力の減少が推察された。これは、炎症時のバリア機能の減弱化に相当すると考えられる。そこで、細胞外をCa2+フリーにしたり、グリベンクラミドなどのK+チャネル阻害剤を添加すると、細胞収縮は抑制された。
数理モデルについては、細胞動態の数理モデルのテストケースとして、昨年度から引き続いてヒト上皮細胞による創傷治癒過程の数理モデルの構築を進めると同時に、血管内皮細胞による管腔形成の数理モデルの構築も進めた。細胞同士が接触することにより細胞成長が阻害される接触抑制の効果や圧刺激を加えた際に生じるATPおよびCa2+などのシグナル物質により細胞の遊走が活性化される効果をモデルに取り込んだ。その結果、圧刺激印可による創傷治癒速度の向上を示す実験結果を再現できた。また、血管内皮細胞培養時における基質の違いによる管腔形成過程の変化を示唆するような結果も得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
実験に関しては、喉頭部癌由来KB細胞およびヒト皮膚微小血管内皮細胞について周期的圧力印可時における応答への理解が進んでおり、研究はおおむね順調に進んでいると言える。数理モデル構築に関しては、接触抑制の効果やシグナル物質による細胞遊走の活性化といった効果を取り込むことで、実験結果を再現するモデルを構築できた。しかし、圧刺激の効果を直接的に取り入れたモデルの構築までには至っておらず、研究としてはやや遅れ気味である。数理モデルのパラメータ推定に関しては、細胞動態の画像解析を行うワークステーションの導入が遅れてしまったこともあり、研究は遅れている状況である。これらの状況を総合的に判断して、研究の進捗状況はやや遅れている、と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験については、これまでの研究結果からKB細胞やHMEC-1細胞が一過性のアレルギー刺激で生じる炎症障害は、過剰な周期的圧刺激による細胞間力の減少に起因するものと推察された。細胞の特性を理解し、一過性のアレルギーを引き起こす低濃度で持続的なアレルギー病態条件を探索していく。
数理モデル構築については、圧刺激の効果を取り入れた数理モデルの構築を目指して、実効的な力の実装を行う。また、KB細胞やHMEC-1細胞に対するヒスタミン添加や過剰な周期的圧刺激による細胞間力の減少は数理モデルに取り入れることが可能なので、これらの結果の再現しうるモデルの構築を目指す。
パラメータ推定に関しては、細胞動態の画像解析を進めていくことで数理モデルによるパラメータ推定を行うために必要なデータを取得していく。その上で、構築した数理モデル
に基づくパラメータ推定を随時進めていく。
また、これまでの実験結果で得られた炎症時細胞特性を解明することで、医薬品開発にもアプローチできる可能性がある。長時間の細胞動態データに基づきパラメータ推定を行った数理モデルのシミュレーションを行うことで、炎症に起因する病態の予防・阻止する治療戦略が検討できるかまで最終的に推察していく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度に引き続き、研究計画当初に予定していた学会参加等の出張が全てできなくなり、旅費が残ってしまった。今年度も、海外国内ともに出張に行けるかどうかは不透明な状況であるため、もし旅費として使用できない場合には物品費として使用する予定である。
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