分岐解析によるヒト心筋細胞モデルデータベース構築と心臓自動能発生機序の統合的解明

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本研究の目的は、心臓生理学者のためのヒト固有心筋および特殊心筋細胞の新たなモデルデータベースを作成し、ヒト心筋細胞における分岐現象の解析システム（モジュールプログラム群）を構築して、非線形システムの分岐理論に基づく心臓自動能の起源・発生機序の数理生理学的研究やヒト心臓モデル構築のための理論的基盤を確立することである。初年度（2022年度）は、まず2000年以降に作成されたヒト心房筋・心室筋細胞および洞房結節・Purkinje線維細胞のモデルをCellMLモデルデータベースとPubMedを利用して収集し、科学技術計算ソフトウェアMATLAB（MathWorks Inc., USA）を用いて心臓生理学者にも扱いやすい独自のモデルデータベース（数式を記載したファンクションファイル群）を作成した。次に、モデルごとに活動電位・膜イオン電流を再現（シミュレーション）するためのMATLABプログラム群（スクリプトファイル）を作成して、ヒト幹細胞由来心筋細胞等から得られた最新の電気生理学的実験データから各モデル細胞の実験データ再現性を比較検証し、分岐解析に適したヒト心房筋・心室筋細胞および洞房結節細胞の標準モデルを選定・改変して、MATLABプログラミングモジュールとしてデータベース化することができた。さらに、MATLABおよび分岐追跡ソフトウェアMATCONTを用い、ヒト心室筋・心房筋および洞房結節細胞モデルにおける分岐現象を検証するための分岐解析システム群を作成し、データベース化した各モデルのMATLABプログラム（スクリプトファイル）に実装することができた。これらのモデルはヒト心筋細胞の活動電位波形やQT延長症候群における早期後脱分極などの異常自動能をよく再現し、特殊心筋における自動能発生機序や不整脈発生機序の解析に適していることが確認された。