臓器特異的上皮細胞モデルを用いた薬物体内動態の予測法の開発に関する研究

利用器官特异性上皮细胞模型开发药物药代动力学预测方法的研究

基本信息

批准号：
17790120
负责人：
竹内綾子
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

小腸や腎臓などの上皮細胞では種々チャネルやトランスポータを介した様々な生理物質の輸送が行われており、生体の恒常性維持に重要な役割を果たしている。本研究では、生体側のダイナミックな生理機能の変化を再現し、それに応じた薬物体内動態変動を予測することを目的とした。平成17年度には包括的上皮細胞モデルのプロトタイプの作成を行った。また、多くの動物細胞に共通の一般的な生理機能である細胞容積調節機構に対する種々トランスポータ、チャネルの寄与を予測した。平成18年度は、上記研究成果を発展させ実験的にモデルの妥当性、定量性を検証し、その結果をモデルに還元し精緻化することによって、コンピュータ上におけるダイナミックな生理機能変化の再現を実現させた。細胞モデルを用いた解析によって作業仮説をたて、実験的に種々パラメータ(細胞の膜電位、イオン濃度(Na^+,Ca^<2+>,Cl^-)並びに容積)を測定し仮説を検証するという「モデル予測-実験検証」のサイクルを繰り返すことによって、従来その関与が明らかでなかったCa^<2+>担体の細胞容積調節における役割を明らかにすることができた。すなわち、Na^+/K^+ pumpは生体の恒常性維持に重要な役割を果たすが、これが阻害されるという病的な状態においても、細胞膜Ca^<2+>ポンプとNa^+/Ca^<2+>交換機転との協調作用によって、ある程度細胞容積が維持されるという代償機構の存在を実験的に証明することができた。また、細胞内Ca^<2+>濃度の変化はタンパク質分解酵素の活性化など細胞のviabilityと密接な関係があることが従来知られていたが、細胞膜イオン透過性にも大きく影響を与え、その結果細胞容積調節機構において主要な因子となりうることを新たに明らかにした。これらの成果をモデルに還元し、薬物添加時における細胞応答を多岐にわたるパラメータについて定量的に予測することに成功した。

小肠、肾脏等的上皮细胞通过各种通道和转运蛋白转运各种生理物质，在维持机体稳态方面发挥着重要作用。本研究的目的是重现活体内生理功能的动态变化并预测药物药代动力学的相应变化。 2005年，我们创建了一个综合上皮细胞模型原型。我们还预测了各种转运蛋白和通道对细胞体积调节机制的贡献，这是许多动物细胞共有的一般生理功能。 2006财年，我们将开发上述研究成果，通过实验验证模型的有效性和定量性，并通过将结果返回到模型并进行完善，我们将能够在计算机上再现生理功能的动态变化我让它发生了。我们通过使用细胞模型进行分析来制定工作假设，然后通过实验测量各种参数（细胞膜电位、离子浓度（Na^+、Ca^<2+>、Cl^-）和体积）来制定工作假设通过重复“模型预测-实验验证”的循环，我们能够阐明以前未知的Ca^2+载体在细胞体积调节中的作用。换句话说，Na^+/K^+泵在维持体内稳态方面发挥着重要作用，但即使在该泵受到抑制的病理条件下，细胞膜Ca^2+泵和Na^+/ Ca ^<2+>我们能够通过实验证明存在一种通过与交换机制的协同作用在一定程度上维持细胞体积的补偿机制。此外，之前已知细胞内Ca^2+浓度的变化与细胞活力密切相关，例如蛋白水解酶的激活，但它也对细胞膜离子通透性有显着影响。新近阐明它可能是细胞体积调节机制的主要因素。通过将这些结果转化为模型，我们成功地使用各种参数定量预测了药物添加后的细胞反应。