外部制御可能な分子通信を利用した脳腫瘍監視制御システムの設計と概念実証

使用外部可控分子通信的脑肿瘤监测和控制系统的设计和概念验证

• 批准号: 21H04876
• 负责人: 中野 賢
• 金额: $ 24.71万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka City University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04876/
• 关键词: 分子通信; 情報ネットワーク; ナノ医療; 生命科学

本研究の目的は、外部制御可能な分子通信の基本概念に基づて、全く新しい脳腫瘍監視制御システムを設計し、その概念実証を行うことであ る。外部制御可能な分子通信とは、生体・非生体インタフェースを介してバイオナノマシンを外部機器(電子機器)から制御できるように拡張した分子通信である。脳腫瘍監視制御システムの設計においては、がん細胞と周囲の細胞の間で交換されるメッセージやがん細胞どうしで交換 されるメッセージを収集、分析、制御することで、がん細胞の増殖を抑える方法を考える。がん細胞が送受信するメッセージを制御できるよう になれば、がん細胞が血管にアクセスすることを回避したり、がん細胞集団が形成する構造を特異的に破壊できる可能性がある。本研究はまた当該分野最大規模となる概念実証を行い、設計するシステムの実用可能性を検証する。初年度となる2021年度には、まず、がん細胞集団の顕微鏡観察実験を行なった。顕微鏡を用いてがん細胞集団の挙動を長時間観察し、時間経過に伴う変化を観察した。次に、得られた顕微鏡画像から細胞の位置情報や移動軌跡を抽出した。がん細胞の移動パターンや空間分布を統計的手法により分析し、特徴化を行なった。さらに、顕微鏡観察データの分析結果をもとに、がん細胞集団の動態を記述するための数理モデルを構築した。最後に、構築した数理モデルに基づくコンピュータシミュレーション実験を行なった。計算機上でがん細胞集団の振る舞いを再現し、未知条件下におけるがん細胞集団の振る舞いを予測した。シミュレーション実験により、がん細胞集団の移動特性を検証した。得られた成果を国際会議等において発表した。

The purpose of this study is to design and implement the basic concept of external control for molecular communication. External control is possible for molecular communication, biological and non-biological communication, and external control is possible for molecular communication. The design of tumor monitoring system includes collection, analysis, control, and method of cell proliferation inhibition. It is possible that the cells send and receive signals, control them, avoid them, and form clusters of cells with specific structures. This study aims to demonstrate the concept of maximum size and the feasibility of design. In 2021, the microscopical observation of the cell collection was carried out. Microscopes are used to detect the movement of cell clusters over time and to detect changes over time. Next, we can extract the position information and the movement track of the cell. The spatial distribution of cell movement is analyzed and characterized by statistical methods. The results of microscopical analysis are described in detail below. Finally, the construction of the mathematical model is carried out. The vibration of the cell set is reproduced on the computer, and the vibration of the cell set is predicted under unknown conditions The mobile characteristics of the cell set are verified by the system. The results of international conferences

项目成果

Collective Rotational Motion of Bio-nanomachines in Noisy Environments

生物纳米机器在噪声环境中的集体旋转运动

• 发表时间: 2022
• 作者: Thuijsman Sander;Reniers Michel;Cai Kai;J. Wang and T. Nakano
• 通讯作者: J. Wang and T. Nakano

分子通信を介して相互作用するバイオナノマシンの集団回転運動

通过分子通讯相互作用的生物纳米机器的集体旋转运动

• 发表时间: 2022
• 作者: 王 潔文;中野 賢
• 通讯作者: 中野 賢

がん細胞集団が作る大規模ネットワーク構造の分析

分析癌细胞群创建的大规模网络结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Nishio Kazuki;Hoshino Takahiro;中野賢
• 通讯作者: 中野賢

Wet-laboratory Experiments and Computer Simulation of Growing Cell Clusters

• DOI: 10.1109/globecom48099.2022.10000716
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: GLOBECOM 2022 - 2022 IEEE Global Communications Conference
• 作者: Karin Matsushita;T. Nakano

Two Point Correlation Analysis of Cancer Cell Structure Formation

癌细胞结构形成的两点相关分析

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Tsuchiya;T. Nakano and W. Tang
• 通讯作者: T. Nakano and W. Tang