2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of Mathematical Model of hiPSC-CMs for Drug Discovery and Analysis of Genetic Diseases
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19K17560
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
糀谷 泰彦 京都大学, 医学研究科, 医員 (90823013)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | コンピュータ・シミュレーション / イオンチャネル / 数理モデリング / hiPSC-CMs / ペースメーカー機転 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究において、まずはヒトiPS由来分化心筋(human induced pluripotent stem cells derived cardiomyocytes: hiPSC- CMs)についての精密な数理モデルを作成し、hiPSC-CMsに特有の多様な活動電位波形(action potentials: APs)を再現可能である事が明らかとなった。 またhiPSC-CMsの重要な特性である自動能に関して複数のイオンチャネルによる機転が関与していることが判明し、当モデルを用いて精細に記述することができた。ペースメーカー機転については陽イオンバックグラウンド電流やIKrをメインの動力とした機転に、ペースメーカー電流(funny current: If or hyperrepolarization activation current: Iha)やINa, ICaLが二次的に修飾する事により自動能を有する心筋細胞全体に対して統一した説明が可能となった。 これら2点の内容についてはJournal of General Physiology誌に投稿し、現在論文較正中である。
また、これまで不可能と思われていた実測活動電位波形からのシミュレーションと数理最適化を融合させた系でのイオンチャネル発現量の推定について数学的なバックグラウンドを記述し、こちらも論文投稿準備中である。
CACNA1c-E1115K変異によるQT延長症候群の機序やターゲット薬剤をシミュレーションにより推定し、in-vitroでの実験系において良好な成績を収めることを2019年日本不整脈心電学会学術集会で発表。共同演者としてYIA最優秀賞を受賞した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度までも立命館大学生命科学科と共同研究を行い本研究を遂行していたが、今年度はCOVID-19感染拡大に伴う移動の禁止や共同研究の制限等により研究活動について当初の想定よりも遅れを生じ、論文発表についても遅れを見せることとなった。
現在は遠隔での共同研究環境を構築し、当初行う予定であった研究を引き続き遂行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究結果より2報の学術査読論文の出版を計画している。また、GPUワークステーションを用いた並列計算系によるシユレーションモデルの拡張も引き続き遂行する。
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| Causes of Carryover |
主にはCOVID-19の感染拡大に伴って海外学会を含めた発表活動が行えなかったことに起因する。
また、共同研究を主とするため研究の進行に若干の遅延が認められたため、プログラムの並列計算化実装が遅れ、前年度での機器購入が不要となったため、次年度使用額が発生した。
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