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

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。

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。