学術的背景 皮膚扁平上皮癌（Cutaneous Squamous Cell Carcinoma, CSCC）と基底細胞癌（Basal Cell Carcinoma, BCC）は、世界中で最も一般的な皮膚がんのタイプの一つです。これらのがんの死亡率は比較的低いものの、その発生率は年々上昇しており、患者の生活の質に大きな影響を与え、早死ににつながる可能性もあります。伝統的な診断方法は、組織切除後の組織病理学的検査に依存しており、この方法は時間がかかるだけでなく、手術切除やその後の治療（電気乾燥や焼灼など）による追加の合併症を引き起こす可能性もあります。症例数の増加に伴い、既存の診断方法がボトルネックとなっており、より迅速で侵襲性の低い診断手段が求められています。 近年、分子診断技術の進展により、...

子宮頸癌（cervical cancer）と子宮内膜癌（endometrial cancer）は、女性の健康分野における重大な課題であり、その高い死亡率と限られた治療選択肢が関連研究の重要性を高めています。従来の二次元（2D）細胞スクリーニングモデルは、薬物が単一細胞に与える影響に関する情報を提供できますが、多細胞間の相互作用を捉えることはできません。これらの相互作用は、三次元（3D）多細胞組織工学モデルにおいてより良く再現されます。しかし、手動での3Dモデルの作成は時間がかかるだけでなく、変動性も大きいという問題があります。そこで、本研究では、HP D100単細胞ディスペンサーを使用した自動化細胞分配技術を活用し、3D細胞ベースのハイスループットスクリーニング（high throughpu...

病理条件下では、組織の力学的特性の変化は、がんを含む多くの疾患の顕著な特徴の一つです。腫瘍血管系は腫瘍の成長において重要な役割を果たしますが、その構造と機能はしばしば異常を示し、血管の乱れ、屈曲、漏出などが観察されます。研究によると、細胞外マトリックス（Extracellular Matrix, ECM）の硬さは内皮細胞の行動を調節する上で重要な役割を果たしています。腫瘍組織は通常、正常組織よりも硬く、この硬さの増加はマトリックスの沈着や架橋の増加に一部起因しています。これまでの研究では、マトリックスの硬さを低下させることで、腫瘍血管系の病理的特徴（例えば、血管新生の減少や血管透過性の低下）を改善できることが示されています。したがって、マトリックスの硬さが内皮細胞のエピジェネティックな変化、...

大腸癌（Colorectal Cancer, CRC）は、米国におけるがん関連死の主要な原因の一つであり、肝臓への転移はよく見られる現象です。腫瘍転移の前に、転移前ニッチ（Pre-Metastatic Niche, PMN）の形成が重要なプロセスとなります。PMNは、肝臓に存在する線維芽細胞様星状細胞やクッパー細胞などのマクロファージといった重要な細胞の活性化を含みます。腫瘍はこれらの細胞を変化させ、追加の成長因子を分泌し、細胞外マトリックス（Extracellular Matrix, ECM）を再構築することで、二次的な環境での腫瘍の定着と転移を促進します。これらのダイナミクスのメカニズムをより深く理解するために、研究者たちはPMN形成の時空間的ダイナミクスを特徴づける多細胞計算モデルを開...

学術的背景 Conwayのライフゲーム（Game of Life, GoL）は、1970年に提唱されて以来、複雑なシステムの挙動を研究するための古典的なモデルとして知られています。セルオートマトン（Cellular Automata, CA）モデルの一種として、GoLは単純なルールを通じて2次元グリッド上の細胞の生死をシミュレートし、単純なルールから生じる複雑な振る舞いを明らかにしてきました。GoLは細胞の成長や繁殖のシミュレーションにおいて顕著な成果を上げていますが、種の進化や腫瘍内部のサブクローンのシミュレーションへの応用はほとんど試みられていません。特に腫瘍研究において、体細胞進化（somatic evolution）は重要なプロセスであり、腫瘍細胞が個体の寿命の中で突然変異と自然選択...

学術的背景 化学交換飽和転移（Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST）磁気共鳴画像（MRI）は、生体組織の詳細な分子情報を提供する先進的な非侵襲的イメージング技術です。CEST MRIは、特定の代謝物の交換可能なプロトンを選択的に飽和させ、その飽和を水分子に転移させることで、低濃度のタンパク質や代謝物の検出と定量を可能にします。CEST MRIは、神経変性疾患やがんなどの診断において大きな可能性を示していますが、データ収集時間の長さ、画像処理の複雑さ、解釈の難しさなどの技術的課題により、研究環境から臨床応用への移行が制限されています。 近年、人工知能（Artificial Intelligence, AI）は、医療画像分野での応用が広がり、特に...