Elucidation of the mechanism of vascular network formation by mathematical modeling based on in vitro data analysis

基于体外数据分析的数学模型阐明血管网络形成机制

• 批准号: 22K03421
• 负责人: 間田 潤
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Nihon 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-22K03421/
• 关键词: 数理医学; 血管新生; 内皮細胞; 数理モデル; パターン形成; 管腔形成; データサイエンス

血管網の形成は，怪我による治癒過程だけでなく，悪性新生物の増殖や転移に深くかかわっている。そこで，本研究では，実験から得られる細胞個々の運動に関するデータから，数理分野の理論と技術，特にクラスタリングなどの統計手法を用いて解析し，血管新生（既存の血管網から新しい血管が出現する形態形成過程である）において管腔が形成されるまでのメカニズムを明らかにする。そこでまず本年度は，血管新生における内皮細胞のダイナミクスを2次元数理モデルで検討した。近年，血管新生時の伸長，分岐，細胞混合などの細胞運動を，内皮細胞間の単純な二体相互作用を仮定して再現する一次元離散力学モデルが提案されている。その2次元的な拡張を行ったのが今年度の成果であり，内皮細胞を，排除体積効果による反発的相互作用，仮足による引力的相互作用，接触による回転という2体相互作用を持つ楕円体として表現している点が特徴である。そして，今回提案した数理モデルによって，楕円の扁平率や接触回転の大きさが，形成される血管パターンの形状や枝の伸長に大きく影響を及ぼすことを示した。より現実的な数理モデルを提案できたことは，今後の血管網形成のメカニズム解明において大きな意義を持つと考える。今後は，管腔形成を再現する数理モデルの提案のために，3次元への拡張を行うとともに，管腔形成のメカニズムを解明するために，管腔構造を作り出す内皮細胞の特性を実験結果の解析により明らかにしていく。

Vascular network formation る, blame me による healing process だけでなく, 悪 new sexual organisms <s:1> proliferation や転 migration に depth く く わって わって る る る そ こ で, this study で は, be 験 か ら have ら れ る cells a 々 の movement に masato す る デ ー タ か ら, the mathematical theory of eset の と technology, special に ク ラ ス タ リ ン グ な ど の statistical technique を with い て parsing し, Angiogenesis (existing の vascular network か ら new し い vascular が appear す る morphogenetic process で あ る) に お い て lumen が form さ れ る ま で の メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に す る. そ こ で ま ず は this year, angiogenesis に お け る endothelial cells の ダ イ ナ ミ ク ス を 2 dimensional mathematical モ デ ル で beg し 検 た. の elongation in recent years, angiogenesis, branching, cells mixed な ど movement を の cells, endothelial cells between の 単 pure な two body interaction を 仮 set し て reappearance す る one dimensional discrete mechanics モ デ ル が proposal さ れ て い る. そ の 2 dimensional な line company, zhang を っ た の が our の results で あ り, endothelial cell を, excluded volume unseen fruit に よ る anti 発 interaction, 仮 foot に よ る gravitational interaction, contact に よ る back planning と い う interaction を hold 2 つ 楕 has drifted back towards &yen; body と し て performance し て い る point が, 徴 で あ る. そ し て, today back to bill し た mathematical モ デ ル に よ っ て, 楕 has drifted back towards &yen; の や contact back to the flat rate planning の big き さ が, forming さ れ る vascular パ タ ー ン の shape や の elongation に large き く influence を and ぼ す こ と を shown し た. よ り presently be な mathematical モ デ ル を proposal で き た こ と は, future の vascular network formation の メ カ ニ ズ ム interpret に お い て big き な meaning を hold つ と exam え る. Future は, lumen formed を reappearance す る mathematical モ デ ル の proposal の た め に, 3 dimensional へ の line company, zhang を う と と も に, lumen formed の メ カ ニ ズ ム を interpret す る た め に, lumen structure を as り す endothelial cell の features を be 験 results の parsing に よ り Ming ら か に し て い く.

项目成果

Pattern formation of elliptic particles by two-body interactions: A model for dynamics of endothelial cells in angiogenesis

• DOI: 10.1016/j.jtbi.2022.111300
• 发表时间: 2022-10-14
• 期刊: JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY
• 影响因子: 2
• 作者: Hayashi, Tatsuya;Yura, Fumitaka;Tokihiro, Tetsuji
• 通讯作者: Tokihiro, Tetsuji