細胞群動態の変容を捉える多階層データ解析理論の構築

开发捕获细胞群动态变化的多级数据分析理论

基本信息

批准号：
22K15073
负责人：
岩波翔也
金额：
$ 3万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞分化を定量的に取り扱うことは、細胞群の時空間動態を理解するために重要である。特に、自己複製能を有し、多系統の細胞に分化できる幹細胞の分化動態を理解することは、それが維持する細胞群の相互作用の変化やそれに伴う恒常性の破綻といった生命現象の理解につながる。造血幹細胞は血液細胞を産生し維持する幹細胞である。造血幹細胞がいつどの系統の細胞に分化するかを理解することで、血液細胞の恒常性の破綻に由来する疾患への理解を加速させると期待できる。微分方程式で記述した造血幹細胞分化の数理モデルを用いて、造血幹細胞をマウスに移植した場合の末梢血における組成の時間変化から、造血幹細胞の分化能および各血球系統への分化能を推定した。推定に際して、非線形混合効果モデルで異なる目的変数を取り扱う実装を行なった。さらに、造血幹細胞分化を記述する数理モデルに基づいた確率シミュレーションを実行するための、Gillespieアルゴリズムによる実装を複数の言語で行なった。この実装を元にして、実験等で観察しうる移植や傷害により血球細胞の産生が変化した状態を再現したシミュレーションを実行する予定である。複数の条件について網羅的な計算を行うための高速化において、末梢細胞数が膨大になることから、低速化を回避するための実装を行なっていく。各細胞の性質や系譜情報を取得することで、細胞分化モデルと細胞群動態の変容の関連の定量的な理解を目指すとともに、最先端の実験技術で得られる実験データへの適用を目指す。

细胞分化的定量处理对于理解细胞群的时空动态非常重要。特别是，了解干细胞的分化动态，干细胞具有自我更新和分化成多种谱系细胞的能力，将有助于我们了解生物现象，例如它们所维持的细胞群相互作用的变化以及由此产生的破坏。连接。造血干细胞是产生和维持血细胞的干细胞。了解造血干细胞何时以及哪种谱系分化成细胞有望加速我们对血细胞稳态破坏引起的疾病的理解。我们使用微分方程描述的造血干细胞分化数学模型，根据造血干细胞移植到体内时外周血成分的时间变化来估计造血干细胞的分化潜力及其分化为各个血细胞谱系的能力。老鼠。为了进行估计，我们实现了一个处理不同目标变量的非线性混合效应模型。此外，我们以多种语言实现了 Gillespie 算法，以基于描述造血干细胞分化的数学模型进行随机模拟。基于此实现，我们计划运行一个模拟，重现由于移植或损伤而导致的血细胞生成变化，这些变化可以在实验中观察到。当加速多种条件的综合计算时，外围单元的数量变得巨大，因此我们将采取措施避免减速。通过获取每个细胞的特性和谱系信息，我们的目标是定量了解细胞分化模型与细胞群动态变化之间的关系，并将其应用于利用尖端实验技术获得的实验数据。