2012 Fiscal Year Research-status Report
がん細胞仮想培養系を用いた増殖抑制効果の評価と予測
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24650156
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Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science |
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Principal Investigator |
立野 玲子 公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医科学研究分野, 主任研究員 (70150208)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小倉 潔 公益財団法人東京都医学総合研究所, ゲノム医科学研究分野, 主任研究員 (70233492)
永山 勝也 九州工業大学, 情報工学研究員, 准教授 (70363398)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 生体生命情報学 / バイオインフォマティクス / 細胞増殖シミュレーション / 細胞増殖試験 |
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| Research Abstract |
本研究は、がん細胞スフェロイドの増殖試験で、その過程を記録した細胞画像から、異なる条件での増殖を模擬実験する仮想培養系の構築をめざしている。当該年度では、増殖試験として軟寒天培地によってHeLa細胞を14日間培養した過程を一定間隔で記録した画像をもとに増殖シミュレーションを検討し、記録した画像から推定した増殖曲線とほぼ一致する増殖曲線を模擬実験から得ることに成功した。
記録画像には、ひとつの細胞からの増殖過程がスフェロイドの平面像で記録されている。スフェロイドを計測した単位細胞球の面心立方格子構造体と仮定して、各記録時のスフェロイドの構成細胞数を算出し、推定増殖曲線を求めた。
増殖シミュレーションにおいて、スフェロイドでは、粒子である細胞が粒子間力によって細胞の充填率が保持され、増殖に必要な基質および酸素の栄養が拡散方程式によって各細胞に供給される粒子モデルとした。増殖モデルでは、比増殖速度は栄養の濃度に関係するMonod式に基づいて決定される細胞周期に依存するとした。これらのモデルを基盤としたシミュレーションによって、画像解析から得た推定増殖曲線とほぼ一致した増殖曲線を得ることができた。
当初の計画にあるように決定論的数理モデルに基づき、画像解析から得た推定増殖曲線の近似式から細胞に供給される栄養を計算して、細胞周期を決定する増殖モデルも検討した。同様の模擬実験を行ったが、拡散方程式を利用した栄養計算の場合に比べ、推定増殖曲線との誤差が大きく、今後の研究には採用しないこととした。
このように仮想培養系の構築に必須な増殖シミュレーションの見通しがつき、がん細胞のスフェロイド増殖モデルの設計という当該年度の計画は、ほぼ達成できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成24年度の計画は、がん細胞のスフェロイド増殖モデルの設計と検証であった。研究実績で述べたように、画像解析から得た推定増殖曲線とほぼ一致する増殖曲線がシミュレーションから得られたことから、スフェロイド増殖モデルの設計は、予定通りほぼ達成できた。仮想培養系の構築への大きな一歩を踏み出すことができた。
モデルの検証は、従来の増殖実験の検証法に基づいて増殖曲線を使用した。スフェロイドを3次元構造体と捉えた場合の検証には、まだ至っていない。
既存抑制剤の効果を評価するために、軟寒天培地での培養試験も併行して進めているが、軟寒天培地を使用する実験での問題点が複数見つかり難航している。その対応策を検討し、対策の見通しが立ってきたところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度前半で、増殖シミュレーションによって得られたスフェロイドについて3次元構造体としての特徴を調査し、スフェロイドモデルと増殖モデルに関して、従来にはない新規の観点から検証する。
並行して、平成25年度前半で、既存抑制剤の効果を評価するための増殖試験を実施する計画であり、増殖過程を一定間隔で画像列として記録する。
後半で、それらの画像列を解析して増殖曲線を求めるとともに、それらに一致するように増殖シミュレーションを実施し、得られたスフェロイドについて3次元構造体としての特徴分布を求め、対照実験でのスフェロイドがどの程度経過した本実験でのスフェロイドに相当するかによって抑制効果を評価する方法を検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度の研究費は、主に既存抑制剤の効果を評価するための増殖試験で用いる培養のためのベースや専用の培養液や抑制剤、また増殖試験で用いる消耗品などの購入に約30万円
記録画像の保存・管理のための機器に約30万円
学会発表などの交通費・宿泊費・学会参加費、また分担者との報告会への交通費などの経費に約20万円
また文献などの資料代を含む予備費として10万円
使用する予定である。
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