細胞群動態の変容を捉える多階層データ解析理論の構築

細胞分化を定量的に取り扱うことは、細胞群の時空間動態を理解するために重要である。特に、自己複製能を有し、多系統の細胞に分化できる幹細胞の分化動態を理解することは、それが維持する細胞群の相互作用の変化やそれに伴う恒常性の破綻といった生命現象の理解につながる。造血幹細胞は血液細胞を産生し維持する幹細胞である。造血幹細胞がいつどの系統の細胞に分化するかを理解することで、血液細胞の恒常性の破綻に由来する疾患への理解を加速させると期待できる。微分方程式で記述した造血幹細胞分化の数理モデルを用いて、造血幹細胞をマウスに移植した場合の末梢血における組成の時間変化から、造血幹細胞の分化能および各血球系統への分化能を推定した。推定に際して、非線形混合効果モデルで異なる目的変数を取り扱う実装を行なった。さらに、造血幹細胞分化を記述する数理モデルに基づいた確率シミュレーションを実行するための、Gillespieアルゴリズムによる実装を複数の言語で行なった。この実装を元にして、実験等で観察しうる移植や傷害により血球細胞の産生が変化した状態を再現したシミュレーションを実行する予定である。複数の条件について網羅的な計算を行うための高速化において、末梢細胞数が膨大になることから、低速化を回避するための実装を行なっていく。各細胞の性質や系譜情報を取得することで、細胞分化モデルと細胞群動態の変容の関連の定量的な理解を目指すとともに、最先端の実験技術で得られる実験データへの適用を目指す。

細胞分化を定量的に取り扱うことは、細胞群の時空間動態を理解するために重要である。特に、自己複製能を有し、多系統の細胞に分化できる幹細胞の分化動態を理解することは、それが維持する細胞群の相互作用の変化やそれに伴う恒常性の破綻といった生命現象の理解につながる。造血幹細胞は血液細胞を産生し維持する幹細胞である。造血幹細胞がいつどの系統の細胞に分化するかを理解することで、血液細胞の恒常性の破綻に由来する疾患への理解を加速させると期待できる。微分方程式で記述した造血幹細胞分化の数理モデルを用いて、造血幹細胞をマウスに移植した場合の末梢血における組成の時間変化から、造血幹細胞の分化能および各血球系統への分化能を推定した。推定に際して、非線形混合効果モデルで異なる目的変数を取り扱う実装を行なった。さらに、造血幹細胞分化を記述する数理モデルに基づいた確率シミュレーションを実行するための、Gillespieアルゴリズムによる実装を複数の言語で行なった。この実装を元にして、実験等で観察しうる移植や傷害により血球細胞の産生が変化した状態を再現したシミュレーションを実行する予定である。複数の条件について網羅的な計算を行うための高速化において、末梢細胞数が膨大になることから、低速化を回避するための実装を行なっていく。各細胞の性質や系譜情報を取得することで、細胞分化モデルと細胞群動態の変容の関連の定量的な理解を目指すとともに、最先端の実験技術で得られる実験データへの適用を目指す。