心肌细胞持续性钠电流数学建模与钠离子通道病仿真研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61001167
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    袁永峰
  • 依托单位：
    哈尔滨工业大学
  • 学科分类：
    F0124.生物电子学与生物信息处理
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

心脏病是严重威胁人类健康的四大疾病之一，是现代医学中最重要的研究领域之一。随着计算机运算和存储能力的提高以及分子生物学、生化、细胞学、基因工程和解剖学在心脏方面试验数据的丰富和知识的积累，综合运用心脏生理学、数学计算模型，计算技术和虚拟现实技术模拟心脏功能，研究健康和病变情况下作用机制，已经逐渐得到了国内外学术界的认可，形成一个新的学科- - 计算心脏学。本项目拟开展心肌细胞持续性钠电流数学建模与钠离子通道病仿真研究。拟对包括窦房结、心室、心房主要类型心肌细胞在内的健康和基因变异情况下的INaL动力学进行数学建模，结合从细胞到器官多尺度计算模型对心脏电活动进行模拟、仿真，通过模型假设研究，探讨INaL动力学改变对心脏功能的影响，深入发掘Na+离子通道与其通道病之间内在机制。同时，基于本项研究内容，建立具有驾驭式计算功能的虚拟心脏仿真系统，为心脏生理研究提供一个研究手段。

结项摘要

心脏病是严重威胁人类健康的三大疾病之一，是现代医学中最重要的研究领域之一。随着计算机运算和存储能力的提高，综合运用分子生物学、解剖学、生理学、数学等多学科知识，通过计算模型来研究健康和病变情况下心脏生理机制，已经逐渐得到了国内外学术界的认可，形成一个新的学科--计算心脏学。计算心脏模型促进人们对心血管系统规律和本质的认识，深入理解分子水平基因变异、细胞器功能失调与临床观察之间关系。本课题以持续性钠电流为研究对象，建立了持续性钠电流动力学模型。通过模型假设研究，从细胞到器官多尺度探讨持续性钠电流动力学改变对心脏功能的影响，深入发掘Na+离子通道相关的LQT3、Brugada 综合征潜在致病机制。以基于本课题研究为背景，建立了具有驾驭式计算功能的虚拟心肌细胞仿真系统，为心脏生理研究提供一个研究工具。在完成项目研究内容基础上，课题组正将虚拟心脏建模研究从器官级扩展到躯干级，为今后虚拟心脏模型与临床研究紧密结合打下良好研究基础。.课题主要成果如下：..1）建立持续性钠电流动力学模型并将其用于离子通道病相关研究。.2）通过模型假设研究，发现LPC增加心室组织间特异性，降低细胞兴奋性使心室组织的易碎性增加，进而使致命性的折返波自维续时间更长，因此LPC引起的钠离子通道电流动力学改变与心肌缺血导致的致命性心律失常有直接关联。本课题研究的建议是被LPC影响的钠离子通道电流可以作为缓解心肌缺血症状的新药物靶点。.3）.通过模型假设研究，发现E1784K基因突变导致钠离子通道改变不能直接解释其产生LQT3和BrS心电图特征交叠现象。进一步深入模型研究发现：E1784K基因突变导致钠离子通道改变并间接引起Ito或者ICaL重构可以解释LQT3和BrS心电图特征交叠现象。.4）.从数值计算方法和驾驭式计算模型等方面开展驾驭式计算关键技术研究。.5）.开展了基于中国可视化人数据的虚拟心脏构建的关键技术研究。.6）.开发4个用于虚拟心脏仿真与可视化的原型系统。.课题在执行过程中，目前已发表学术论文12篇（全部EI检索或EI源），其中期刊杂志5篇，会议论文7篇。待发表专著1部，获得软件著作权4项。课题组所在实验室目前培养参与本课题工作的博士研究生2名，在读博士研究生4名；培养硕士研究生9名，在读硕士研究生3名。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（7）
专利数量（4）
Modeling and Simulation of Pathophysiology and Pharmacology in Human Ventricular Cell and Tissue
人心室细胞和组织病理生理学和药理学的建模和模拟
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Journal of Convergence Information Technology
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Weigang Lu;Kuanquan Wang
  • 通讯作者：
    Kuanquan Wang
Electrophysiological mechanisms of induced spontaneous arrhythmias in healthy and ischemic heart at fast pacing rate
健康心脏和缺血心脏快起搏诱发自发性心律失常的电生理机制
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    International Journal of Digital Content Technology and its Applications2012
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Lu Weigang;Wang Kuanquan
  • 通讯作者：
    Wang Kuanquan
E1784K基因变异与钠离子通道病建模与仿真(英文)
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张雯;袁永峰;孔姝涵
  • 通讯作者：
    孔姝涵
心室电传导模型的心律失常机制仿真分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    宋俊雅;袁永峰;王宽全
  • 通讯作者：
    王宽全
基于DT-MRI数据的三维心室组织分层方法
  • DOI：
    10.3168/jds.2022-22681
  • 发表时间：
    2023-04
  • 期刊：
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    肖立邦;王宽全;袁永峰
  • 通讯作者：
    袁永峰

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其他文献

基于虚拟心脏的早期后除极导致室颤的仿真研究
  • DOI：
    10.16476/j.pibb.2015.0171
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    生物化学与生物物理进展
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    白杰云;谢松君;王宽全;袁永峰
  • 通讯作者：
    袁永峰
面向短QT综合征的电生理建模与仿真研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    电子学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王宽全;袁永峰;吕伟刚;Henggui Zhang
  • 通讯作者：
    Henggui Zhang
一种结合自适应惯性权重的混合粒子群算法
  • DOI：
    10.15938/j.jhust.2016.03.010
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    哈尔滨理工大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    于桂芹;李刘东;袁永峰
  • 通讯作者：
    袁永峰
基于DT-MRI数据的心肌纤维可视化及分析系统研究与实现
  • DOI：
    10.1016/j.spc.2019.10.007
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    智能计算机与应用
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孔姝涵;袁永峰;王宽全
  • 通讯作者：
    王宽全
心室电传导模型的心律失常机制仿真分析
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    宋俊雅;袁永峰;王宽全
  • 通讯作者：
    王宽全

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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