細胞内微小力学計測に基くマルチスケール心筋細胞シミュレーションモデルの開発

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20300152
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 杉浦 清了 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 特任教授 (10272551)
• 研究分担者: 久田 俊明 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (40126149) ; 渡邊 浩志 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 講師 (10282500) ; 山下 尋史 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (50323572)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 心筋細胞 / 微小計測 / 細胞シミュレーション

研究概要

共焦点手顕微鏡と原子間力顕微鏡の組み合わせおよび新たに開発した光ピンセットを用いた心筋細胞の微小計測システムを用いて心筋細胞の微細構造を明らかにした。さらにこれらの情報を基に心筋の電気現象、力学現象、代謝現象を微細構造を再現した有限要素法モデルの中で再現するシミュレーションモデルを開発した。モデルは細胞内のイオン代謝産物について実験で得られる解像度を超えた詳細な情報を提供し病態生理の解明に有用であると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Critical role of cardiac t-tubule system for the maintenance of contractile function revealed by a 3D integrated model of cardiomyocytes (2012)
  • 著者名/発表者名: Hatano A, Okada J, Hisada T, Sugiura S
  • 雑誌名: J Biomech 巻: 45 ページ: 815-823
  • 査読あり
• [雑誌論文] 心筋細胞のエネルギー代謝におけるミトコンドリアと筋小胞体Ca^<2+>放出チャンネルの相対位置の重要性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 波田野明日可、岡田純一、鷲尾巧、久田俊明、杉浦清了
  • 雑誌名: 生体医工学 巻: Vol.49, No.6 ページ: 829-835
  • 査読あり
• [雑誌論文] A 3-D simulation model of cardiomyocyte integrating excitation-contraction coupling and metabolism (2011)
  • 著者名/発表者名: Hatano A, Okada J, Washio T, Hisada T, Sugiura S
  • 雑誌名: Biophys J 巻: 101 ページ: 2601-2610
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural heterogeneity in the ventricular wall plays a significant role in the initiation of stretch-induced arrhythmias in perfused rabbit right ventricular tissues and whole heart preparations Circ Res (2010)
  • 著者名/発表者名: Seo K, Inagaki M, Nishimura S, Hidaka I, Sugimachi M, Hisada T, Sugiura S
  • 巻: 106
  • ページ: 176-184
  • 査読あり
• [学会発表] 心筋細胞内3次元構造を再現した電気生理・エネルギー代謝・力学マルチフィジックスシミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 波田野明日可、岡田純一、鷲尾巧、久田俊明、杉浦清了
  • 学会等名: 第50回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 東京電機大学
  • 年月日: 2011-04-30
• [学会発表] Effect of stretch on ventricular arrhythmia (2010)
  • 著者名/発表者名: SeoK, Inagaki M, Hidaka I, Sugimachi M, Nishimura S, Okada J, Washio T, Watanabe H, Hisada T, Sugiura S
  • 学会等名: 5th International Workshop Cardiac mechano-electrical coupling and arrhythmias
  • 発表場所: Oxford England
  • 年月日: 20100901-04
• [学会発表] Ut Heart, a Multi-scale, Multi-physics Simulator (2010)
  • 著者名/発表者名: Seiryo Sugiura, Takumi Washio, Jun-ichi Okada, Hiroshi Watanabe, Toshiaki Hisada
  • 学会等名: 19th International Conference of the Cardiovascular System Dynamics Society
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2010-09-25
• [学会発表] Juxtaposition of Mitochondria to the Ca2+ release site is crucial for the cardiac energy balance- A 3D simulation of cardiomyocyte (2010)
  • 著者名/発表者名: Hatano A, Okada J, Washio T, Hisada T, Sugiura S
  • 学会等名: 19^<th> International Conference of the Cardiovascular System Dynamics Society
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Micromechanical measurement by laser optical tweezer revealed anisotropy in the stiffness of rat ventricular myocytes (2010)
  • 著者名/発表者名: Masumoto S, Fukano H, Iwanami S, Yamashita H, Hisada T, Sugiura S
  • 学会等名: The 20^<th> World Congress ISHR
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2010-05-16
• [学会発表] Micromechanical measurement by laser optical tweezer revealed anisotropy in the stiffness of rat ventricular myocytes (2009)
  • 著者名/発表者名: Masumoto S, Fukano H, Iwanami S, Yamashita H, Hisada T, Sugiura S
  • 学会等名: The 26^<th> Annual Meeting of International Society for Heart Research Japanese Section
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2009-12-04
• [学会発表] Induction of Ca^<2+> spark by mechanical stress is dependent on the direction of applied stresss in the rat ventricular myocytes (2009)
  • 著者名/発表者名: Fukano H, Masumoto S, Iwanami S, Yamashita H, Hisada T, Sugiura S
  • 学会等名: The 26^<th> Annual Meeting of International Society for Heart Research Japanese Section
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2009-12-04
• [学会発表] Multi-scale approach for the understanding of cardiac function Arrhythmia and muscle contraction(Irisawa Memorial Symposium) (2009)
  • 著者名/発表者名: Sugiura S, Hatano A, Washio T, Okada J, Watanabe H, Hisada T
  • 学会等名: The 36th Congress of the International Union of Physiological Sciences
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2009-07-30
• [学会発表] Inhomogeneous structure of the ventricular wall is a substrate for fatal arrhythmias by modulating the global stretch to create heterogeneous cellular response (2009)
  • 著者名/発表者名: K Seo, M Inagaki, S Sugiura
  • 学会等名: 32nd Annual Meeting of the Japanese Working Group Cardiac Structure and Metabolism
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 2009-07-04
• [学会発表] Is the contractile dysfunction of detubulated cardiomyocytes caused only by the asynchrony of Ca^<2+> regulation? (2008)
  • 著者名/発表者名: Fukano H, Seo K, Nishimura S, Yamashita H, Sugiura S
  • 学会等名: The 25^<th> Annual Meeting of International Heart Research Japanese Section
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2008-12-05
• [学会発表] Contribution of structural heterogeneity to stretch-induced arrhythmias examined in ventricular tissue and isolated myocytes (2008)
  • 著者名/発表者名: Seo K, Inagaki M, Nishimura S, Sugimachi M, Hisada T, Sugiura S
  • 学会等名: The 25^<th> Annual Meeting of International Heart Research Japanese Section
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2008-12-05
• [備考]
  • URL: http://www.sml.k.u-tokyo.ac.jp/