簡易動物実験データを用いた薬物誘発性不整脈予測のための薬物作用推定システム

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26350520
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 天野 晃 立命館大学, 生命科学部, 教授 (60252491)
• 研究分担者: 野間 昭典 立命館大学, 生命科学部, 非常勤講師 (00132738)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 薬物作用 / 心筋細胞モデル / イオンチャネル / パラメータ最適化 / 吸引電極 / 活動電位波形

研究実績の概要

最終年度である平成２８年度には，当初予定では，IKr, IK1, IKs, ICaL, INa の５つのイオンチャネルに関して，薬物による阻害率を推定するシステムを構築する予定としていた．実際に，動物実験によりイオンチャネルの選択的阻害薬を用いた場合の良い計測データが得られた場合，IKr, IKs, ICaL については，ある程度の精度で阻害率を予測可能であることが示唆された．
しかしながら，基本的に，吸引電極によって計測された活動電位波形と，微小電極で計測された活動電位波形に特徴的な差異が生じることがわかった．具体的には，活動電位波形の第０相の傾きと，第１相の形状が異なることが，どの計測データについても生じることがわかった．
そこで，最終年度ではあるが，この波形の差異が生じる点について，原因を検討し，モデルを用いて確認することで，最終的に，吸引電極法で計測された活動電位波形から，対象となる心室筋細胞の実際の活動電位波形を再現する方法を検討することとした．
具体的には，１次元ケーブル状に接続した心室筋細胞モデルを用いた心室筋組織モデルに対して，吸引電極を１点に接続することで，外部に流出する電流が存在する状況を想定し，この電流による静止膜電位の変化が主な要因となってナトリウムチャネルの不活性状態が変化し，第０相および第１相の波形に変化をもたらす現象を解明した．
さらに，この流出電流は，吸引電極の設置状態によって変化するので，この電流量も含めて計測状態と，薬物の作用を推定する形式にシステムを変更した．
最終的なシステムの評価結果を出すところまでは，時間的に完了しなかったが，初期的な評価結果では良好な結果を得た．

研究成果

• [雑誌論文] The novel primers for mammal species identification-based mitochondrial cytochrome b sequence: implication for reserved wild animals in Thailand and endangered mammal species in Southeast Asia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Muangkram Y, Wajjwalku W, Amano A, Sukmak M.
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA 巻: - ページ: 1-11
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1080/24701394.2016.1238902
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanisms Underlying the Effects of Ventricular Activation Time on Hemodynamic Parameters: a Simulation Study (2016)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Taniguchi, Hiromasa Utaki, Daichi Yamamoto, Yukiko Himeno, Akira Amano
  • 雑誌名: Advanced Biomedical Engineering 巻: 5 ページ: 94-104
  • DOI: http://doi.org/10.14326/abe.5.94
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic diversity of the captive Asian tapir population in Thailand, based on mitochondrial control region sequence data and the comparison of its nucleotide structure with Brazilian tapir (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuttamol Muangkram, Akira Amano, Worawidh Wajjwalku, Tanu Pinyopummintr, Nikorn Thongtip, Nongnid Kaolim, Manakorn Sukmak, Sumate Kamolnorranath, Boripat Siriaroonrat, Wanlaya Tipkantha, Umaporn Maikaew, Warisara Thomas, Kanda Polsrila, Kwanreaun Dongsaard, Saowaphang Sanannu, Anuwat Wattananorrasate
  • 雑誌名: MITOCHONDRIAL DNA 巻: - ページ: 1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.3109/24701394.2016.1149828
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ヒトiPS由来心筋細胞の数理モデルの構築と心室筋・心房筋・洞結節様細胞の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 糀谷 泰彦，幸田 茂也，姫野 友紀子，山本 菜月，牧山 武，張田 健志，木村 剛，野間 昭典， 天野 晃
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県・浜松市）
  • 年月日: 2017-03-30
• [学会発表] A new myofilament contraction model to calculate ATP consumption of the ventricular myocyte (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuttamol Muangkram, Akinori Noma, Akira Amano
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県・浜松市）
  • 年月日: 2017-03-30
• [学会発表] ヒト心室筋細胞モデルを用いたヒト循環動態シミュレーションモデル (2017)
  • 著者名/発表者名: 卯滝 裕正，姫野 友紀子，野間 昭典，天野 晃
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県・浜松市）
  • 年月日: 2017-03-29
• [学会発表] 心筋細胞形態や組織構築構造と興奮伝播速度の関係性に関する理論的考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内藤 成美，津元 国親，倉智 嘉久，天野 晃
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県・浜松市）
  • 年月日: 2017-03-29
• [学会発表] A Photoreceptor Model Considering Regulation of Ionic HomeostasisとSimulation Analysis of Phototransduction System in Rods (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Sato, Yukiko Himeno, Yukari Takeda, Akira Amano
  • 学会等名: Biophysical Society 61st Annual Meeting
  • 発表場所: New Orleans (USA)
  • 年月日: 2017-02-15
• [学会発表] Simulation Analysis of Phototransduction Systems in Rods and Cones (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Sato, Saya Ito, Yukari Hosoki, Yukari Takeda, Chieko Koike, Amano Akira
  • 学会等名: Biophysical Society 61st Annual Meeting
  • 発表場所: New Orleans (USA)
  • 年月日: 2017-02-15
• [学会発表] Simulation of cardiac excitation propagation and the circulatory dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira AMANO, Hiromasa UTAKI, Kosuke TANIGUCHI and Yukiko HIMENO
  • 学会等名: NOLTA 2016
  • 発表場所: ニューウェルシティ湯河原（静岡県・熱海市）
  • 年月日: 2016-11-28
• [学会発表] イオン濃度恒常性を考慮した杆体視細胞モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤さや，佐藤一誠，姫野友紀子，竹田有加里，天野晃
  • 学会等名: Life Engineering シンポジウム
  • 発表場所: 大阪国際交流センター（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2016-11-05
• [学会発表] 微小循環モデルにおける組織内間質液量およびタンパク質量の定常解計算法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 池淵昌幸，前田陽俊，姫野友紀子，野間昭典，天野晃
  • 学会等名: 第109回近畿生理学談話会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2016-11-05
• [学会発表] ヒトiPS由来心筋細胞の数理モデルの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 幸田茂也，山本菜月，糀谷泰彦，姫野友紀子，野間昭典，天野晃
  • 学会等名: 第109回近畿生理学談話会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2016-11-05
• [学会発表] ヒト心室筋細胞1次元細胞配列における興奮伝播と細胞外電位変化のイオン機序 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本菜月，松本珠実，氏原美玲，野間昭典，天野晃
  • 学会等名: 第109回近畿生理学談話会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2016-11-05
• [学会発表] 毛細血管体液交流数学モデルの組織コロイド浸透圧と静水圧 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田陽俊，池淵昌幸，姫野友紀子，野間昭典，天野晃
  • 学会等名: 第109回近畿生理学談話会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2016-11-05
• [学会発表] 数理モデルを基盤とした循環生理学教育のための電子教材開発 (e-Heart project) (2016)
  • 著者名/発表者名: 野間昭典, 姫野友紀子、天野晃
  • 学会等名: 第109回近畿生理学談話会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2016-11-05
• [学会発表] 円板膜状態を考慮した桿体・錐体視細胞光電位変換機構モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一誠，伊藤さや，細木ゆかり，竹田有加里，小池千恵子，天野晃
  • 学会等名: 視覚科学フォーラム
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2016-08-25
• [学会発表] Semi-automatic mapping of variables between biological function model and numerical calculation scheme (2016)
  • 著者名/発表者名: Taiki Tatara, Takeru Arita, Yoshitoshi Kunieda, Akira Amano
  • 学会等名: Cardiac Physiome Workshop
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 年月日: 2016-08-25
• [学会発表] Relation between Activation Time and Hemodynamics - Simulation Study with Hemodynamic Model Comprising Cardiac Tissue Model (2016)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Taniguchi, Hiromasa Utaki, Daichi Yamamoto, Yukiko Himeno, Akira Amano
  • 学会等名: Cardiac Physiome Workshop
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 年月日: 2016-08-24
• [学会発表] Mathematical Analysis of NA-induced Automaticity of the Rat Pulmonary Vein Cardiomyocyte (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Umehara, Yukiko Himeno, Kyoichi Ono, Akinori Noma, Akira Amano
  • 学会等名: Cardiac Physiome Workshop
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 年月日: 2016-08-24
• [学会発表] Ionic mechanismsunderlying ventricular fibrillation examined in an one-dimensional array of human ventricular myocyte model (2016)
  • 著者名/発表者名: Mirei Ujihara, Natsuki Yamamoto, Akinori Noma, Akira Amano
  • 学会等名: Cardiac Physiome Workshop
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 年月日: 2016-08-24
• [学会発表] The ionic mechanisms underlying the propagation of action potential and the extracellular potential changes analyzed in a one-dimensional cell array of human ventricular cell models (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Natsuki, Matsumoto Tamami, Ujihara Mirei, Noma Akinori, Amano Akira
  • 学会等名: Cardiac Physiome Workshop
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 年月日: 2016-08-24
• [学会発表] A Huxley-based contraction model to reconstruct the accompanying ATP consumption in cardiac myocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuttamol Muangkram, Kosuke Taniguchi, Akinori Noma, Akira Amano
  • 学会等名: Cardiac Physiome Workshop
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 年月日: 2016-08-24
• [学会発表] A Human Ventricular Excitation-Contraction Coupling Model (2016)
  • 著者名/発表者名: Yukiko, Himeno, Trevor Powell, Akira Amano, Akinori Noma
  • 学会等名: Cardiac Physiome Workshop
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 年月日: 2016-08-24
• [学会発表] Touchscreen-based visual temporal discrimination task in the behaving mouse by the constant method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Nomura, Jumpei Mita, Shingo Takizawa, Takuma Arimura, Shinichiro Suzuki, Shohei Ikuta, Akira Amano, Yasuhiro Tsubo, Kazuhiro Shimonomura, Yasuhiro Seya, Chieko Koike
  • 学会等名: ARVO 2016
  • 発表場所: Seattle (USA)
  • 年月日: 2016-05-02
• [学会発表] 循環系の統合的理解のための細胞・組織・臓器レベル生理学知見集約生体機能モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 天野晃
  • 学会等名: 第55回生体医工学会大会
  • 発表場所: 富山国際会議場(富山県・富山市）
  • 年月日: 2016-04-28
• [学会発表] Naチャネル発現変化からの催不整脈性トリガー予測：ブルガダ症候群との関連において (2016)
  • 著者名/発表者名: 津元国親，芦原貴司，内藤成美，天野晃，中沢一雄，倉智嘉久
  • 学会等名: 第55回生体医工学会大会
  • 発表場所: 富山国際会議場(富山県・富山市）
  • 年月日: 2016-04-28
• [学会発表] 微小な毛細血管血圧変化が組織液量と組織内タンパク質量に及ぼす影響の解析：シミュレーションによる解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 池淵昌幸，姫野友紀子，野間昭典，天野晃
  • 学会等名: 第55回生体医工学会大会
  • 発表場所: 富山国際会議場(富山県・富山市）
  • 年月日: 2016-04-28