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マルチスケールマルチフィジュックス 心臓シミュレータの開発

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マルチスケールマルチフィジュックス 心臓シミュレータの開発

東京大学及び富士通の研究グループは、分子モーターの動作原理の数理モデルから心臓の拍動を再現できるシミュレータを開発しました。これによりミクロレベルの分子とマクロレベルの心臓を結んだ研究が可能となり、基礎医学および臨床医学の分野に実用するための高度な予測が可能となりました。

"私自体が担当しているのは心臓の機械的な動きと言いますか、力学的な動きを筋肉を収縮させる元になっている分子の振る舞いをもとに、そういう大きなコンピュータのパワーを使って計算しようというそういう試みをしています。 今まではどうしても計算パワーの問題から分子の振る舞いのモデルから出発するときにどうしても重要な部分を省略して計算しないといけなかったので、 なかなか正確な計算ができなかったんですけども、「京」の計算力を利用してそのまま素直に分子一つひとつをシミュレーションして、それを心臓の筋肉の中に埋め込んで拍動させるということが出来るようになりまして非常に自然な心臓の動きが素直に再現できるようになったと考えています。"

スーパーコンピュータ「京」の計算パワーを用いることで、個々の分子の動きを直接的に解析し、マクロな心臓の動きを再現することができます。分子は単独で活動するわけではなく、周囲の分子からの影響を受けて運動しています。また心臓は拍動中に変形します。この運動の影響を受けることで、分子は更に振る舞いを変えます。このように分子の世界と心臓の拍動を結びつけることによって実際の分子的なレベルの現象が拍動にどういう風に影響を及ぼすのか、また外的な拍動の影響が分子にどういう影響を起こして互いに作用するのか。「京」によって可能となった新たな手法は、これまで見えてこなかった関係性の予測を可能としました。

"基本的にはニュートン力学に従って計算しているんですけど、そのニュートン力学では作用反作用の法則というのがあるように力の釣り合い状態を求めていかないといけないんですけど、それを安定に求めるという技術を確立するのが大変でして、例えばマクロとミクロを結びつけるだけじゃなしに、ここでお見せしているように血液と心臓の壁がどういう風に相互作用しているかとか、あとここにありますように心臓弁が血流とどういう風に相互作用しているか、そういうのを安定に解析できる。"

今後は分子の変異からくる心臓病のメカニズムを解明することで、基礎医学への貢献が期待されています。また、心臓の手術計画などにシミュレータを適用し、個々の患者に最適な治療を選択するために役立てるという試みも進められています。

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