分岐解析によるヒト心筋細胞モデルデータベース構築と心臓自動能発生機序の統合的解明

利用分叉分析构建人体心肌细胞模型数据库并综合阐明心脏自动功能生成机制

• 批准号: 22K06850
• 负责人: 倉田 康孝
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kanazawa Medical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06850/
• 关键词: システム生理学; 非線形力学; 分岐解析; 数理モデル; シミュレーション; 心筋細胞モデル; 心臓自動能; 分岐理論; コンピュータシミュレーション; モデルデータベース; システム生理学; 非線形力学; 分岐解析; 数理モデル; シミュレーション; 心筋細胞モデル; 心臓自動能; 分岐理論; コンピュータシミュレーション; モデルデータベース

本研究の目的は、心臓生理学者のためのヒト固有心筋および特殊心筋細胞の新たなモデルデータベースを作成し、ヒト心筋細胞における分岐現象の解析システム（モジュールプログラム群）を構築して、非線形システムの分岐理論に基づく心臓自動能の起源・発生機序の数理生理学的研究やヒト心臓モデル構築のための理論的基盤を確立することである。初年度（2022年度）は、まず2000年以降に作成されたヒト心房筋・心室筋細胞および洞房結節・Purkinje線維細胞のモデルをCellMLモデルデータベースとPubMedを利用して収集し、科学技術計算ソフトウェアMATLAB（MathWorks Inc., USA）を用いて心臓生理学者にも扱いやすい独自のモデルデータベース（数式を記載したファンクションファイル群）を作成した。次に、モデルごとに活動電位・膜イオン電流を再現（シミュレーション）するためのMATLABプログラム群（スクリプトファイル）を作成して、ヒト幹細胞由来心筋細胞等から得られた最新の電気生理学的実験データから各モデル細胞の実験データ再現性を比較検証し、分岐解析に適したヒト心房筋・心室筋細胞および洞房結節細胞の標準モデルを選定・改変して、MATLABプログラミングモジュールとしてデータベース化することができた。さらに、MATLABおよび分岐追跡ソフトウェアMATCONTを用い、ヒト心室筋・心房筋および洞房結節細胞モデルにおける分岐現象を検証するための分岐解析システム群を作成し、データベース化した各モデルのMATLABプログラム（スクリプトファイル）に実装することができた。これらのモデルはヒト心筋細胞の活動電位波形やQT延長症候群における早期後脱分極などの異常自動能をよく再現し、特殊心筋における自動能発生機序や不整脈発生機序の解析に適していることが確認された。

The purpose of this study is to create a new model database for human intrinsic myocardium and special cardiomyocytes for cardiac physiologists, construct a system for analyzing the bifurcation phenomenon in human cardiomyocytes (module programs group) and establish the theoretical foundation for mathematical physiological research into the origin and mechanisms of cardiac automasity based on the branching theory of nonlinear systems and for building human cardiac型号。在第一年（2022年）中，使用CellML模型数据库和PubMed和PubMed和PubMed以及一个独特的模型数据库（使用Mathematical Contrial contork caliation Callab（Mathial Is callab），使用CellML模型数据库和PubMed（Mathial caliation callab incorculation Matlab conters callab），在2000年后创建了人心房肌肉，室心肌细胞，辛里氏节点和Purkinje纤维细胞。生理学家。 Next, MATLAB programs (script files) were created to reproduce (simulate) action potentials and membrane ion currents for each model, and the reproducibility of experimental data for each model was compared and verified from the latest electrophysiological experimental data obtained from human stem cell-derived cardiomyocytes, etc., and standard models of human atrial, ventricular, and sinoatrial, nodule cells suitable for branching analysis were selected and modified, and该数据库是作为MATLAB编程模块制作的。此外，使用MATLAB和分支跟踪软件Matcont，创建了一组分支分析系统，以验证人心室，心房和Sinoatrial结节细胞模型中的分叉现象，并能够在数据库中创建的每个模型的MATLAB程序（脚本文件）中实现。这些模型在人类心肌细胞的动作电势波形和异常自动能力（例如长QT综合征中的早期后极化）中得到了很好的生产，并被证实适合分析特殊心肌内自动能力产生和心律失常的机制。