JP4940433B2 - Simulation apparatus and program - Google Patents

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Description

本発明は、膵β細胞のインスリン分泌に関するシミュレーションを行ったり、SU剤の膵β細胞に対する薬理作用を予測したりできるシミュレーション装置等に関するものである。   The present invention relates to a simulation apparatus or the like that can perform a simulation related to insulin secretion of pancreatic β cells or predict a pharmacological action of a SU agent on pancreatic β cells.

インスリンは、膵臓ランゲルハンス島のβ細胞から血中に分泌されるホルモンの1つである。また、血糖値が上昇すると、膵β細胞はグルコーストランスポーターを介して細胞内にグルコースを取り込み、ミトコンドリアでATPを産生する。ATP濃度増加に伴い、KATPチャネルが閉じ、細胞膜が脱分極する。この脱分極によって電位依存性Ca2+チャネルが開き、Ca2+が細胞内に流入し、インスリン分泌を引き起こす。そして、インスリンは、体内の各細胞表面にあるインスリン受容体に結合すると、その細胞は血中のグルコースを取り込み、血糖値を低下させる。以上の動作により、インスリンは、血糖値を低下させる。Insulin is one of the hormones secreted into the blood from the pancreatic islets of Langerhans. Further, when the blood glucose level rises, pancreatic β cells take in glucose into the cell via the glucose transporter and produce ATP in the mitochondria. As the ATP concentration increases, the KATP channel closes and the cell membrane depolarizes. This depolarization opens a voltage-gated Ca 2+ channel and Ca 2+ flows into the cell, causing insulin secretion. When insulin binds to an insulin receptor on the surface of each cell in the body, the cell takes in glucose in the blood and lowers the blood glucose level. With the above operation, insulin lowers the blood glucose level.

また、SU剤は、膵β細胞のSU受容体に結合し、KATPチャネルを閉じることによってインスリン分泌を促進し、血糖値を低下させる薬剤である。In addition, the SU agent is an agent that binds to the SU receptor of pancreatic β cells and promotes insulin secretion by closing the KATP channel, thereby lowering the blood glucose level.

かかる、グルコース受容からインスリン分泌に至るまでの概念を説明した概念図が図10である。   FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating the concept from glucose reception to insulin secretion.

以上のβ細胞内の動作をシミュレーションする、従来のシミュレーションモデルとして、膵β細胞外グルコース濃度依存的な細胞内ATP、ADP、Ca2+等のイオンの時間推移を数式化したモデルがある(非特許文献1参照)。As a conventional simulation model for simulating the above-described operation in β cells, there is a model in which time transitions of ions such as intracellular ATP, ADP, and Ca 2+ dependent on pancreatic β extracellular glucose concentration are expressed numerically (non-patented). Reference 1).

また、Ca2+−uniporterモジュール、小胞体モジュール、ミトコンドリア、および小胞体の細胞内容積率を数式化したモデルがある(非特許文献2参照)。There is also a model in which the intracellular volume ratio of the Ca 2+ -uniporter module, the endoplasmic reticulum module, the mitochondria, and the endoplasmic reticulum is formulated (see Non-Patent Document 2).

さらに、膵β細胞内のインスリン顆粒の位置・活性化情報を定性的に推定した仮説が存在する(非特許文献3参照)。   Furthermore, there is a hypothesis that qualitatively estimates the position / activation information of insulin granules in pancreatic β cells (see Non-Patent Document 3).

なお、SU剤のKd値については非特許文献4に記載されている。また、関連する文献に、非特許文献5がある。
Magnus G., et al、Model ofβ-cell mitochondrial calcium handling and electrical activity. I. Cytoplasmic variables.、Am. J. Physiol.、米国、1998、274、C1158-C1173 CHRISTOPHER P. FALL , et al、Mitochondrial Modulation of Intracellular Ca2+ Signaling、J. Theor. Biol.、米国、2001、210、 151-165 Rorsman P.、The pancreatic beta-cell as a fuel sensor: an electrophysiologist's viewpoint、Diabetologia、米国、1997、40, 487-495 Schmid-Antomarchi, et al. 、The receptor for antidiabetic sulfonylureas controls the activity of the ATP-modulated K+ channel in insulin-secreting cells.、THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY、1987、262、15840-15844 Detimary P., et al.、Concentration dependence and time course of the effects of glucose on adenine and guanine nucleotides in mouse pancreatic islets.、THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY、1996, 271, 20559-20565
Note that the Kd value of the SU agent is described in Non-Patent Document 4. Moreover, there exists a nonpatent literature 5 in related literature.
Magnus G., et al, Model of β-cell mitochondrial calcium handling and electrical activity.I. Cytoplasmic variables., Am. J. Physiol., USA, 1998, 274, C1158-C1173 CHRISTOPHER P. FALL, et al, Mitochondrial Modulation of Intracellular Ca2 + Signaling, J. Theor. Biol., USA, 2001, 210, 151-165 Rorsman P., The pancreatic beta-cell as a fuel sensor: an electrophysiologist's viewpoint, Diabetologia, USA, 1997, 40, 487-495 Schmid-Antomarchi, et al., The receptor for antidiabetic sulfonylureas controls the activity of the ATP-modulated K + channel in insulin-secreting cells., THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 1987, 262, 15840-15844 Detimary P., et al., Concentration dependence and time course of the effects of glucose on adenine and guanine nucleotides in mouse pancreatic islets., THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 1996, 271, 20559-20565

しかしながら、従来のシミュレーションモデルにおいては、グルコース受容からインスリン分泌をシミュレーションできない、という課題があった。   However, the conventional simulation model has a problem that insulin secretion cannot be simulated from glucose reception.

具体的には、非特許文献1、2,4に開示されている技術においては、インスリン分泌について扱っていない。   Specifically, the techniques disclosed in Non-Patent Documents 1, 2, and 4 do not deal with insulin secretion.

また、非特許文献3に開示されている技術においては、その仮説は定性的であったため、シミュレーションに使用できなかった。   In the technique disclosed in Non-Patent Document 3, the hypothesis is qualitative and cannot be used for simulation.

また、SU剤の投入によるインスリン分泌をシミュレーションできない、という課題があった。   In addition, there is a problem that insulin secretion due to the introduction of the SU agent cannot be simulated.

さらに、SU剤の投入による副作用に関してシミュレーションできない、という課題があった。   Furthermore, there has been a problem that it is impossible to simulate a side effect due to the introduction of the SU agent.

本第一の発明のシミュレーション装置は、グルコースに関する情報であるグルコース情報を受け付ける受付部と、前記受付部が受け付けたグルコース情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成部と、前記インスリン生成部が生成したインスリン情報を出力する出力部と、を具備するシミュレーション装置である。   The simulation apparatus according to the first aspect of the present invention includes an accepting unit that accepts glucose information that is information about glucose, and an insulin generator that generates insulin information that is information about secreted insulin based on the glucose information accepted by the accepting unit And an output unit that outputs the insulin information generated by the insulin generation unit.

かかる構成により、グルコース受容からインスリン分泌をシミュレーションできる。   With this configuration, insulin secretion can be simulated from glucose reception.

また、本第二の発明のシミュレーション装置は、第一の発明に対して、前記インスリン生成部は、産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得するATP情報取得手段と、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を取得するカルシウムイオン情報取得手段と、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成するゴルジ体付近インスリン情報生成手段と、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する細胞膜付近インスリン情報生成手段と、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成するリン酸化インスリン情報生成手段と、前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する活性化インスリン情報生成手段と、を具備するシミュレーション装置である。Further, in the simulation device of the second invention, in contrast to the first invention, the insulin generation unit flows into the cell with ATP information acquisition means for acquiring ATP information, which is information related to the produced ATP. Calcium ion information acquisition means for acquiring calcium ion information that is information related to Ca 2+ , information on insulin secreted near the Golgi apparatus based on the ATP information, the calcium ion information, and the glucose information. Golgi vicinity insulin information generation means for generating one insulin information, second insulin information that is information about insulin in the vicinity of the cell membrane is generated based on the ATP information, the calcium ion information, and the first insulin information A cell membrane vicinity insulin information generating means, the ATP information, Based on the calcium ion information and the second insulin information, phosphorylated insulin information generating means for generating third insulin information that is information related to phosphorylated insulin, the calcium ion information, and the third insulin information And an activated insulin information generating means for generating insulin information, which is information related to the activated insulin, based on the above.

かかる構成により、インスリン生成部のモデル化ができ、その結果、グルコース受容からインスリン分泌を、精度高くシミュレーションできる。本モデルは、例えば、膵β細胞内におけるインスリン顆粒の位置・状態を4つの状態に分け、これらの関係を数式化することによってインスリン分泌を定量化した新規のモデルである。また、本モデルにおいて、例えば、インスリン顆粒の位置・状態間の速度を、細胞内ATP及びCa2+濃度に依存するようになっている。With this configuration, the insulin generation unit can be modeled, and as a result, insulin secretion from glucose reception can be simulated with high accuracy. This model is, for example, a novel model in which insulin secretion is quantified by dividing the position and state of insulin granules in pancreatic β cells into four states and formulating these relationships. Further, in this model, for example, the speed between the positions and states of insulin granules depends on the intracellular ATP and Ca 2+ concentrations.

また、本第三の発明のシミュレーション装置は、第二の発明に対して、前記活性化インスリン情報生成手段は、前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報である第四インスリン情報を生成し、当該第四インスリン情報に基づいて、インスリン分泌速度に関する情報であるインスリン情報を生成するシミュレーション装置である。   Further, the simulation device of the third invention relates to the activated insulin information generating means, which is activated based on the calcium ion information and the third insulin information. It is a simulation device that generates fourth insulin information that is information, and generates insulin information that is information related to the insulin secretion rate based on the fourth insulin information.

かかる構成により、グルコース受容からインスリン分泌をシミュレーションでき、かつ、インスリン分泌速度という重要なシミュレーション結果を出力できる。   With this configuration, it is possible to simulate insulin secretion from glucose reception and output an important simulation result of insulin secretion rate.

また、本第四の発明のシミュレーション装置は、第一の発明に対して、前記受付部は、前記グルコース情報と、投入するSU剤に関する情報であるSU剤情報を受け付け、前記インスリン生成部は、前記グルコース情報と、前記SU剤情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するシミュレーション装置である。   Further, in the simulation device of the fourth aspect of the invention, in contrast to the first aspect, the accepting unit accepts the glucose information and SU agent information that is information relating to the SU agent to be added, and the insulin generating unit is It is a simulation apparatus which produces | generates the insulin information which is the information regarding the secreted insulin based on the said glucose information and the said SU agent information.

かかる構成により、SU剤の投入によるインスリン分泌をシミュレーションできる。   With this configuration, it is possible to simulate insulin secretion due to the introduction of the SU agent.

また、本第五の発明のシミュレーション装置は、第四の発明に対して、前記インスリン生成部は、前記SU剤情報に基づいて、細胞内に流入するKに関する情報であるカリウムイオン情報を生成するカリウムイオン生成手段と、前記カリウムイオン情報に基づいて、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を生成するカルシウムイオン生成手段と、産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得するATP情報取得手段と、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成するゴルジ体付近インスリン情報生成手段と、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する細胞膜付近インスリン情報生成手段と、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成するリン酸化インスリン情報生成手段と、前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する活性化インスリン情報生成手段と、を具備するシミュレーション装置である。Further, in the simulation device of the fifth invention, in contrast to the fourth invention, the insulin generator generates potassium ion information that is information on K + flowing into the cell based on the SU agent information. Based on the potassium ion information, based on the potassium ion information, calcium ion generation means for generating calcium ion information that is information on Ca 2+ flowing into the cell, and ATP information that is information on ATP produced is acquired. ATP information acquisition means, Golgi vicinity insulin information generation that generates first insulin information that is information related to insulin secreted near the Golgi body based on the ATP information, the calcium ion information, and the glucose information Means, the ATP information, the calcium ion information, and the first Based on the insulin information, on the basis of the insulin information generating means near the cell membrane for generating the second insulin information, which is information on the insulin in the vicinity of the cell membrane, the ATP information, the calcium ion information, and the second insulin information, Phosphorylated insulin information generating means for generating third insulin information that is information relating to phosphorylated insulin, insulin information that is information relating to insulin activated based on the calcium ion information and the third insulin information And an activated insulin information generating means for generating.

かかる構成により、インスリン生成部のモデル化ができ、その結果、SU剤の投入によるインスリン分泌を、精度高くシミュレーションできる。   With this configuration, the insulin generation unit can be modeled, and as a result, the insulin secretion due to the introduction of the SU agent can be simulated with high accuracy.

また、本第六の発明のシミュレーション装置は、第四、第五いずれかの発明に対して、前記出力部は、SU剤の投入に対する副作用に関する情報である副作用情報を出力するシミュレーション装置である。   In addition, the simulation device of the sixth invention is a simulation device in which the output unit outputs side effect information, which is information about side effects on the introduction of the SU agent, with respect to any of the fourth and fifth inventions.

かかる構成により、SU剤の投入による副作用に関してシミュレーションできる。   With this configuration, it is possible to simulate the side effects caused by the introduction of the SU agent.

また、本第七の発明のシミュレーション装置は、第六の発明に対して、前記副作用情報は、SU剤暴露時間に対応する細胞内のインスリン量を示す情報であるSU剤対応インスリン量情報を含むシミュレーション装置である。   In the simulation device of the seventh aspect of the invention, in contrast to the sixth aspect of the invention, the side effect information includes SU agent-corresponding insulin amount information that is information indicating the intracellular insulin amount corresponding to the SU agent exposure time. This is a simulation device.

かかる構成により、SU剤の投入による副作用に関してシミュレーションでき、かつ、SU剤対応インスリン量情報という重要な情報を出力できる。   With this configuration, it is possible to simulate the side effects caused by the introduction of the SU agent and output important information such as the amount of insulin information corresponding to the SU agent.

本発明によるシミュレーション装置によれば、インスリン分泌をシミュレーションできる。   According to the simulation apparatus of the present invention, insulin secretion can be simulated.

以下、シミュレーション装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
(実施の形態1)
Hereinafter, embodiments of a simulation apparatus and the like will be described with reference to the drawings. In addition, since the component which attached | subjected the same code | symbol in embodiment performs the same operation | movement, description may be abbreviate | omitted again.
(Embodiment 1)

図1は、本実施の形態におけるシミュレーション装置のブロック図である。本シミュレーション装置は、受付部11、インスリン生成部12、出力部13を具備する。   FIG. 1 is a block diagram of a simulation apparatus according to the present embodiment. The simulation apparatus includes a reception unit 11, an insulin generation unit 12, and an output unit 13.

インスリン生成部12は、ATP情報取得手段121、カルシウムイオン情報取得手段122、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123、細胞膜付近インスリン情報生成手段124、リン酸化インスリン情報生成手段125、活性化インスリン情報生成手段126を具備する。   The insulin generator 12 includes an ATP information acquisition unit 121, a calcium ion information acquisition unit 122, a Golgi vicinity insulin information generation unit 123, a cell membrane vicinity insulin information generation unit 124, a phosphorylated insulin information generation unit 125, and an activated insulin information generation unit. 126.

受付部11は、グルコースに関する情報であるグルコース情報を受け付ける。グルコース情報とは、例えば、細胞外のグルコースの濃度である細胞外グルコース濃度や、細胞内に入力されるグルコースの量や、細胞内に存在するグルコースの量や濃度などである。グルコース情報の入力手段は、テンキーやキーボードやマウスやメニュー画面によるもの等、何でも良い。受付部11は、テンキーやキーボード等の入力手段のデバイスドライバーや、メニュー画面の制御ソフトウェア等で実現され得る。   The reception unit 11 receives glucose information that is information about glucose. The glucose information is, for example, the extracellular glucose concentration, which is the concentration of extracellular glucose, the amount of glucose input into the cell, the amount or concentration of glucose present in the cell, and the like. The glucose information input means may be anything such as a numeric keypad, keyboard, mouse or menu screen. The receiving unit 11 can be realized by a device driver for input means such as a numeric keypad or a keyboard, control software for a menu screen, and the like.

インスリン生成部12は、受付部11が受け付けたグルコース情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する。インスリン情報とは、例えば、インスリン分泌速度や、インスリン分泌量などである。インスリン生成部12がインスリン情報を生成するアルゴリズムの具体例は、後述する。インスリン生成部12は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。インスリン生成部の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   The insulin generation unit 12 generates insulin information that is information related to secreted insulin based on the glucose information received by the reception unit 11. The insulin information is, for example, an insulin secretion rate, an insulin secretion amount, and the like. A specific example of an algorithm by which the insulin generator 12 generates insulin information will be described later. The insulin generator 12 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the insulin generation unit is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

ATP情報取得手段121は、産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得する。ATP情報は、例えば、細胞内のATPの濃度である細胞内ATP濃度や、ATPの生成速度や、細胞内のATPの量などである。ATP情報取得手段121は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。ATP情報取得手段121の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   The ATP information acquisition unit 121 acquires ATP information that is information related to ATP to be produced. The ATP information is, for example, an intracellular ATP concentration that is the concentration of ATP in the cell, an ATP generation rate, an amount of ATP in the cell, and the like. The ATP information acquisition unit 121 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the ATP information acquisition unit 121 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

カルシウムイオン情報取得手段122は、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を取得する。カルシウムイオン情報とは、細胞内のカルシウムイオンの濃度や、細胞内へのカルシウムイオンの流入速度や、細胞内のカルシウムイオンの量などの情報である。カルシウムイオン情報取得手段122は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。カルシウムイオン情報取得手段の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。The calcium ion information acquisition unit 122 acquires calcium ion information that is information regarding Ca 2+ flowing into the cell. The calcium ion information is information such as the concentration of intracellular calcium ions, the inflow rate of calcium ions into cells, and the amount of intracellular calcium ions. The calcium ion information acquisition unit 122 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the calcium ion information acquisition means is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、ATP情報と、カルシウムイオン情報と、グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成する。ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123が第一インスリン情報を生成するアルゴリズムの例は後述する。ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   Based on the ATP information, calcium ion information, and glucose information, the Golgi vicinity insulin information generation means 123 generates first insulin information that is information related to insulin secreted in the vicinity of the Golgi body. An example of an algorithm by which the Golgi vicinity insulin information generating means 123 generates the first insulin information will be described later. The Golgi vicinity insulin information generating means 123 can be normally realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the Golgi vicinity insulin information generating means 123 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

細胞膜付近インスリン情報生成手段124は、ATP情報と、カルシウムイオン情報と、第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する。細胞膜付近インスリン情報生成手段124が第二インスリン情報を生成するアルゴリズムの例は後述する。細胞膜付近インスリン情報生成手段124は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。細胞膜付近インスリン情報生成手段124の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   Based on the ATP information, the calcium ion information, and the first insulin information, the cell membrane vicinity insulin information generating unit 124 generates second insulin information that is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane. An example of an algorithm by which the cell membrane vicinity insulin information generating unit 124 generates the second insulin information will be described later. The cell membrane vicinity insulin information generating means 124 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the cell membrane vicinity insulin information generating means 124 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

リン酸化インスリン情報生成手段125は、ATP情報と、カルシウムイオン情報と、第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成する。リン酸化インスリン情報生成手段125が第三インスリン情報を生成するアルゴリズムの例は後述する。リン酸化インスリン情報生成手段125は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。リン酸化インスリン情報生成手段125の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   The phosphorylated insulin information generating unit 125 generates third insulin information that is information regarding phosphorylated insulin based on the ATP information, the calcium ion information, and the second insulin information. An example of an algorithm by which the phosphorylated insulin information generation unit 125 generates the third insulin information will be described later. The phosphorylated insulin information generating unit 125 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the phosphorylated insulin information generating means 125 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

活性化インスリン情報生成手段126は、カルシウムイオン情報と、第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する。活性化インスリン情報生成手段126は、カルシウムイオン情報と、第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報である第四インスリン情報を生成し、当該第四インスリン情報に基づいて、インスリン分泌速度に関する情報であるインスリン情報を生成しても良い。活性化インスリン情報生成手段126は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。活性化インスリン情報生成手段126の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   The activated insulin information generating means 126 generates insulin information that is information about the activated insulin based on the calcium ion information and the third insulin information. The activated insulin information generating means 126 generates fourth insulin information that is information related to the activated insulin based on the calcium ion information and the third insulin information, and insulin secretion based on the fourth insulin information. Insulin information that is information about the speed may be generated. The activated insulin information generating means 126 can be usually realized by an MPU, a memory or the like. The processing procedure of the activated insulin information generating means 126 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

出力部13は、インスリン生成部12が生成したインスリン情報を出力する。ここで、出力とは、ディスプレイへの表示、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信等を含む概念である。出力部13のインスリン情報の出力例は後述する。出力部13は、ディスプレイやスピーカー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部13は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。   The output unit 13 outputs the insulin information generated by the insulin generation unit 12. Here, output is a concept including display on a display, printing on a printer, sound output, transmission to an external device, and the like. An output example of insulin information from the output unit 13 will be described later. The output unit 13 may be considered as including or not including an output device such as a display or a speaker. The output unit 13 can be realized by output device driver software, or output device driver software and an output device.

次に、シミュレーション装置の動作について図2のフローチャートを用いて説明する。   Next, the operation of the simulation apparatus will be described using the flowchart of FIG.

(ステップS201)受付部11は、グルコース情報を受け付けたか否かを判断する。グルコース情報を受け付ければステップS202に行き、グルコース情報を受け付けなければステップS201に戻る。   (Step S201) The reception unit 11 determines whether glucose information has been received. If glucose information is accepted, the process goes to step S202. If glucose information is not accepted, the process returns to step S201.

(ステップS202)ATP情報取得手段121は、ATP情報を取得する。ATP情報を取得する技術については、上記の非特許文献1で開示されており、公知技術であるので、その詳細は省略する。   (Step S202) The ATP information acquisition unit 121 acquires ATP information. The technique for acquiring ATP information is disclosed in Non-Patent Document 1 described above and is a known technique, and therefore details thereof are omitted.

(ステップS203)カルシウムイオン情報取得手段122は、カルシウムイオン情報を取得する。カルシウムイオン情報を取得する技術については、上記の非特許文献1で開示されており、公知技術であるので、その詳細は省略する。   (Step S203) The calcium ion information acquisition means 122 acquires calcium ion information. The technique for acquiring calcium ion information is disclosed in Non-Patent Document 1 described above and is a known technique, and therefore details thereof are omitted.

(ステップS204)ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、ステップS201で受け付けたグルコース情報に基づいて、インスリン生合速度を示す情報であるインスリン生合速度情報を生成する。   (Step S204) The near-Golgi body insulin information generating means 123 generates insulin biosynthesis rate information, which is information indicating the insulin biosynthesis rate, based on the glucose information received in step S201.

(ステップS205)ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、ステップS202で取得したATP情報と、ステップS203で取得したカルシウムイオン情報と、ステップS201で受け付けたグルコース情報と、ステップS204で生成したインスリン生合速度情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成する。   (Step S205) Golgi vicinity insulin information generating means 123, ATP information acquired in step S202, calcium ion information acquired in step S203, glucose information received in step S201, insulin biosynthesis generated in step S204 Based on the speed information, first insulin information that is information related to insulin secreted in the vicinity of the Golgi apparatus is generated.

(ステップS206)細胞膜付近インスリン情報生成手段124は、ステップS202で取得したATP情報と、ステップS203で取得したカルシウムイオン情報と、ステップS205で生成した第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する。   (Step S206) Cell membrane vicinity insulin information generation means 124 is based on the ATP information acquired in step S202, the calcium ion information acquired in step S203, and the first insulin information generated in step S205, and The second insulin information, which is information regarding, is generated.

(ステップS207)リン酸化インスリン情報生成手段125は、ステップS202で取得したATP情報と、ステップS203で取得したカルシウムイオン情報と、ステップS206で生成した第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成する。   (Step S207) The phosphorylated insulin information generation means 125 is a phosphorylated insulin based on the ATP information acquired in Step S202, the calcium ion information acquired in Step S203, and the second insulin information generated in Step S206. 3rd insulin information which is information about is generated.

(ステップS208)活性化インスリン情報生成手段126は、ステップS203で取得したカルシウムイオン情報と、ステップS207で生成した第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報である第四インスリン情報を生成する。   (Step S208) The activated insulin information generation means 126 obtains fourth insulin information, which is information related to activated insulin, based on the calcium ion information acquired in step S203 and the third insulin information generated in step S207. Generate.

(ステップS209)活性化インスリン情報生成手段126は、ステップS208で生成した第四インスリン情報に基づいて、インスリン分泌速度に関する情報であるインスリン情報を生成する。   (Step S209) The activated insulin information generation unit 126 generates insulin information that is information related to the insulin secretion rate based on the fourth insulin information generated in Step S208.

(ステップS210)出力部13は、ステップS209で生成したインスリン情報を出力する。   (Step S210) The output unit 13 outputs the insulin information generated in step S209.

なお、図2のフローチャートにおいて、例えば、ステップS205からステップS208の処理を、一度に算出しても良い。   In the flowchart of FIG. 2, for example, the processing from step S205 to step S208 may be calculated at a time.

また、図2のフローチャートにおいて、出力するインスリン情報は、インスリン分泌速度に関する情報でなくても良い。出力するインスリン情報は、例えば、インスリン分泌量でも良い。また、図2のフローチャートにおいて、出力部13は、インスリン情報以外の情報を出力しても良い。   Further, in the flowchart of FIG. 2, the output insulin information may not be information regarding the insulin secretion rate. The insulin information to be output may be, for example, an insulin secretion amount. In the flowchart of FIG. 2, the output unit 13 may output information other than insulin information.

以下、本実施の形態におけるシミュレーション装置の具体的な動作について説明する。   Hereinafter, a specific operation of the simulation apparatus according to the present embodiment will be described.

まず、受付部11は、グルコース情報を受け付ける。ここでは、グルコース情報は、例えば、細胞外グルコース濃度(glu)[単位:mM]である。   First, the reception unit 11 receives glucose information. Here, the glucose information is, for example, extracellular glucose concentration (glu) [unit: mM].

次に、ATP情報取得手段121は、受付部11が受け付けたグルコース情報を利用して、ATP情報を取得し、所定のメモリ(変数)に一時格納する。ここでは、ATP情報は、細胞内ATP濃度(ATP)である。細胞内ATP濃度(ATP)を取得する技術は、非特許文献1に開示されている。Next, the ATP information acquisition unit 121 acquires the ATP information using the glucose information received by the receiving unit 11 and temporarily stores it in a predetermined memory (variable). Here, the ATP information is the intracellular ATP concentration (ATP i ). A technique for obtaining the intracellular ATP concentration (ATP i ) is disclosed in Non-Patent Document 1.

次に、カルシウムイオン情報取得手段122は、受付部11が受け付けたグルコース情報を利用して、カルシウムイオン情報を取得し、所定のメモリ(変数)に一時格納する。ここでは、カルシウムイオン情報は、細胞内カルシウムイオン濃度(Ca)である。細胞内カルシウムイオン濃度(Ca)を取得する技術は、非特許文献1に開示されている。Next, the calcium ion information acquisition unit 122 acquires the calcium ion information using the glucose information received by the receiving unit 11 and temporarily stores it in a predetermined memory (variable). Here, the calcium ion information is the intracellular calcium ion concentration (Ca i ). A technique for obtaining the intracellular calcium ion concentration (Ca i ) is disclosed in Non-Patent Document 1.

次に、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、細胞外グルコース濃度(glu)、インスリン生合成最大速度(Vmax)、インスリン生合成ミカエリス定数(K)、インスリン生合成ヒル係数(h)をパラメータとして、インスリン生合速度情報(Vsynthesis)を生成する。具体的には、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、受付部11が受け付けた細胞外グルコース濃度(glu)を読み出す。また、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、定数であるインスリン生合成最大速度(Vmax)、インスリン生合成ミカエリス定数(K)、インスリン生合成ヒル係数(h)を読み出す。そして、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、格納しているインスリン生合速度情報(Vsynthesis)の算出式(以下の数式1)に、読み出した細胞外グルコース濃度(glu)、インスリン生合成最大速度(Vmax)、インスリン生合成ミカエリス定数(K)、およびインスリン生合成ヒル係数(h)を代入し、インスリン生合速度情報(Vsynthesis)を算出する。
Next, the near-Golgi insulin information generating means 123 calculates the extracellular glucose concentration (glu), the maximum insulin biosynthesis rate (V max ), the insulin biosynthesis Michaelis constant (K m ), and the insulin biosynthesis Hill coefficient (h). Insulin biosynthesis rate information (V synthesis ) is generated as a parameter. Specifically, the Golgi vicinity insulin information generating unit 123 reads the extracellular glucose concentration (glu) received by the receiving unit 11. In addition, the Golgi vicinity insulin information generating means 123 reads the constants of insulin biosynthesis maximum (V max ), insulin biosynthesis Michaelis constant (K m ), and insulin biosynthesis Hill coefficient (h). Then, the Golgi vicinity insulin information generating means 123 adds the read extracellular glucose concentration (glu), insulin biosynthesis maximum to the calculation formula (Formula 1 below) of the stored insulin biosynthesis rate information (V synthesis ). Substituting the rate (V max ), the insulin biosynthesis Michaelis constant (K m ), and the insulin biosynthesis Hill coefficient (h), the insulin biosynthesis rate information (V synthesis ) is calculated.

なお、ここで、インスリン生合速度情報(Vsynthesis)の単位は、[ng/islet/msec]である。また、インスリン生合成最大速度(Vmax)は、例えば、「2.43×10−5(ng/islet/msec)」である。また、インスリン生合成ミカエリス定数(K)は、例えば、「20(mM)」、インスリン生合成ヒル係数(h)は、例えば、「3.03」である。Here, the unit of the insulin biosynthesis rate information (V synthesis ) is [ng / islet / msec]. The maximum insulin biosynthesis rate (V max ) is, for example, “2.43 × 10 −5 (ng / islet / msec)”. The insulin biosynthesis Michaelis constant (K m ) is, for example, “20 (mM)”, and the insulin biosynthesis Hill coefficient (h) is, for example, “3.03”.

次に、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、ATP情報取得手段121が取得し、メモリ上に一時格納している細胞内ATP濃度(ATP)と、カルシウムイオン情報取得手段122が取得し、メモリ上に一時格納している細胞内カルシウムイオン濃度(Ca)を読み出す。そして、細胞内ATP濃度(ATP)と、細胞内カルシウムイオン濃度(Ca)と、受付部11が受け付けた細胞外グルコース濃度(glu)と、上記の数式1で生成したインスリン生合速度情報(Vsynthesis)に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成する。ここで、第一インスリン情報は、例えば、ゴルジ体付近のインスリン顆粒量D[単位:ng/iselet]である。ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、ゴルジ体付近のインスリン顆粒量Dをメモリ上に一時格納する。Next, the near-Golgi insulin information generating means 123 is acquired by the ATP information acquiring means 121, the intracellular ATP concentration (ATP i ) temporarily stored in the memory, and the calcium ion information acquiring means 122 is acquired. The intracellular calcium ion concentration (Ca i ) temporarily stored in the memory is read out. The intracellular ATP concentration (ATP i ), the intracellular calcium ion concentration (Ca i ), the extracellular glucose concentration (glu) received by the receiving unit 11, and the insulin biosynthesis rate information generated by Equation 1 above. Based on (V synthesis ), first insulin information that is information on insulin secreted in the vicinity of the Golgi apparatus is generated. Here, the first insulin information is, for example, insulin granule amount D [unit: ng / iselet] near the Golgi apparatus. The Golgi vicinity insulin information generating means 123 temporarily stores the insulin granule amount D near the Golgi body in the memory.

また、細胞膜付近インスリン情報生成手段124は、メモリ上に一時格納されている細胞内ATP濃度(ATP)と、メモリ上に一時格納されている細胞内カルシウムイオン濃度(Ca)と、ゴルジ体付近のインスリン顆粒量D(メモリ上に存在する)を読み出し、それらをパラメータとして、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する。ここで、第二インスリン情報は、例えば、細胞膜付近のインスリン顆粒量S[単位:ng/iselet]である。細胞膜付近インスリン情報生成手段124は、細胞膜付近のインスリン顆粒量Sをメモリ上に一時格納する。In addition, the cell membrane vicinity insulin information generating means 124 includes the intracellular ATP concentration (ATP i ) temporarily stored in the memory, the intracellular calcium ion concentration (Ca i ) temporarily stored in the memory, and the Golgi apparatus. The nearby insulin granule amount D (existing in the memory) is read out, and using these as parameters, second insulin information, which is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane, is generated. Here, the second insulin information is, for example, the amount of insulin granules S [unit: ng / iselet] near the cell membrane. The cell membrane vicinity insulin information generation means 124 temporarily stores the amount of insulin granules S near the cell membrane in the memory.

また、リン酸化インスリン情報生成手段125は、メモリ上の細胞内ATP濃度(ATP)と、メモリ上の細胞内カルシウムイオン濃度(Ca)と、メモリ上の細胞膜付近のインスリン顆粒量Sを読み出し、それらをパラメータとして、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成する。ここで、第三インスリン情報は、例えば、リン酸化されたインスリン顆粒量P[単位:ng/iselet]である。リン酸化インスリン情報生成手段125は、リン酸化されたインスリン顆粒量Pをメモリ上に一時格納する。The phosphorylated insulin information generating means 125 reads the intracellular ATP concentration (ATP i ) on the memory, the intracellular calcium ion concentration (Ca i ) on the memory, and the amount of insulin granules S near the cell membrane on the memory. The third insulin information, which is information about phosphorylated insulin, is generated using these as parameters. Here, the third insulin information is, for example, phosphorylated insulin granule amount P [unit: ng / iselet]. The phosphorylated insulin information generating means 125 temporarily stores the phosphorylated insulin granule amount P in the memory.

また、活性化インスリン情報生成手段126は、メモリ上の細胞内カルシウムイオン濃度(Ca)と、メモリ上のリン酸化されたインスリン顆粒量Pを読み出し、それらをパラメータとして、活性化されたインスリンに関する情報である第四インスリン情報を生成する。ここで、第四インスリン情報は、例えば、活性化されたインスリン顆粒量A[単位:ng/iselet]である。活性化インスリン情報生成手段126は、活性化されたインスリン顆粒量Aをメモリ上に一時格納する。The activated insulin information generating means 126 reads the intracellular calcium ion concentration (Ca i ) on the memory and the phosphorylated insulin granule amount P on the memory, and relates to the activated insulin using these as parameters. The fourth insulin information which is information is generated. Here, the fourth insulin information is, for example, the activated insulin granule amount A [unit: ng / iselet]. The activated insulin information generating means 126 temporarily stores the activated insulin granule amount A on the memory.

なお、上記のゴルジ体付近のインスリン顆粒量D、細胞膜付近のインスリン顆粒量S、リン酸化されたインスリン顆粒量P、活性化されたインスリン顆粒量Aは、それぞれ、数式2、数式3、数式4、数式5の微分方程式により算出できる。つまり、インスリン生成部12は、下記の数式2、数式3、数式4、数式5の微分方程式を示す情報を格納しており、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123、細胞膜付近インスリン情報生成手段124、リン酸化インスリン情報生成手段125、および活性化インスリン情報生成手段126は、ぞれぞれ下記の微分方程式の情報を読み出し、取得したパラメータを微分方程式に代入し、対応する情報(インスリン顆粒量D、S、P、A)を算出し、メモリ上に一時格納する。なお、微分方程式を解く手法は、公知技術であるので、詳細な説明は省略する。
In addition, the amount of insulin granules D near the Golgi body, the amount S of insulin granules near the cell membrane, the amount P of phosphorylated insulin, and the amount A of activated insulin A are expressed by Equation 2, Equation 3, and Equation 4, respectively. , Can be calculated by the differential equation of Formula 5. That is, the insulin generator 12 stores information indicating the differential equations of the following Equation 2, Equation 3, Equation 4, and Equation 5, the Golgi vicinity insulin information generation means 123, the cell membrane vicinity insulin information generation means 124, The phosphorylated insulin information generating means 125 and the activated insulin information generating means 126 respectively read the information of the following differential equation, substitute the acquired parameters into the differential equation, and corresponding information (insulin granule amount D, S, P, A) are calculated and temporarily stored in the memory. Since the technique for solving the differential equation is a known technique, detailed description thereof is omitted.

上記の数式において、α、およびαは、ATP・カルシウム依存的移動速度定数である。また、好ましくは、αは、「5.14×10−4(1/msec/mMATP/mMCa1.4)」である。また、好ましくは、αは、「1.05×10−4(1/msec/mMATP/mMCa)」である。In the above formula, α 1 and α 2 are ATP · calcium-dependent migration rate constants. Preferably, α 1 is “5.14 × 10 −4 (1 / msec / mM ATP 2 / mM Ca 1.4 )”. Preferably, α 2 is “1.05 × 10 −4 (1 / msec / mM ATP / mM Ca)”.

また、βは、ATP依存的結合速度定数である。また、好ましくは、βは、「6.70×10−3(1/msec/mMATP)」である。Β 1 is an ATP-dependent binding rate constant. Preferably, β 1 is “6.70 × 10 −3 (1 / msec / mM ATP)”.

また、βは、解離速度定数である。また、好ましくは、βは、「5.00×10−2(1/msec)」である。Β 2 is a dissociation rate constant. Preferably, β 2 is “5.00 × 10 −2 (1 / msec)”.

また、γは、カルシウム依存的結合速度定数である。また、好ましくは、γは、「2.31×10−1(1/msec/mM Ca)」である。Γ 1 is a calcium-dependent binding rate constant. Preferably, γ 1 is “2.31 × 10 −1 (1 / msec / mM Ca)”.

さらに、γは、解離速度定数である。また、好ましくは、γは、「2.86×10−4(1/msec)」である。Further, γ 2 is a dissociation rate constant. Preferably, γ 2 is “2.86 × 10 −4 (1 / msec)”.

また、上記α、α、β、β、γ、γは、インスリン生成部12が予め格納しており、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123、細胞膜付近インスリン情報生成手段124、リン酸化インスリン情報生成手段125、および活性化インスリン情報生成手段126は、適宜、読み出して、上記微分方程式に代入して、利用する。In addition, the α 1 , α 2 , β 1 , β 2 , γ 1 , γ 2 are stored in advance by the insulin generator 12, and the Golgi vicinity insulin information generation unit 123, the cell membrane vicinity insulin information generation unit 124, The phosphorylated insulin information generating unit 125 and the activated insulin information generating unit 126 read out appropriately and substitute the differential equations for use.

なお、さらに具体的には、インスリン生成部12は、以下のように、コンピュータによる処理を行う。インスリン生成部12は、t=0の際のD(D)、S(S)、P(P)、A(A)の値を予め格納している。そして、例えば、tを「0.01秒」ごとに変化させ、dD(Dの増加量)、dS(Sの増加量)、dP(Pの増加量)、dA(Aの増加量)を算出する。例えば、インスリン生成部12は、「t=0.01」と取得し、最初のdDを「(Vsynthesis−α・D・ATP ・Ca 1.4+α・S・ATP・Ca)×0.01」により算出する。そして、インスリン生成部12は、0.01秒のD(D)を「D+dD」により算出する。さらに、2番目のdD(「t=0.02」の場合のdD)を「(Vsynthesis−α・D・ATP ・Ca 1.4+α・S・ATP・Ca)×0.01(dt)」により算出する。この場合、Sは、数式3の処理により既に求めている。そして、インスリン生成部12は、0.02秒のD(D)を「D+dD」により算出する。そして、インスリン生成部12は、tを0.01ずつ増加させながら、次々にdDを求め、D、D、D、・・・とDまで算出する。つまり、インスリン生成部12は、tを所定値ずつ増加させながら、ループ処理内で「(Vsynthesis−α・Dn−1・ATP ・Ca 1.4+α・Sn−1・ATP・Ca)×所定値」(nは、ループ処理回数)の演算を実行し、dDを算出し、Dを「Dn−1+dD」により算出する。かかる場合、Vsynthesis、α、Dn−1、ATP、Ca、α、Sn−1は、上記演算前には、メモリに一時格納されているので、読み出して、上記演算式に代入して、演算を実行する。インスリン生成部12は、Dの算出と同様のコンピュータ処理により、S、P、Aの算出を行う。More specifically, the insulin generator 12 performs processing by a computer as follows. The insulin generator 12 stores in advance values of D (D 0 ), S (S 0 ), P (P 0 ), and A (A 0 ) when t = 0. Then, for example, t is changed every “0.01 seconds”, and dD (D increase amount), dS (S increase amount), dP (P increase amount), dA (A increase amount) are calculated. To do. For example, insulin production unit 12, "t = 0.01" and obtains the first dD "(V synthesis -α 1 · D 0 · ATP i 2 · Ca i 1.4 + α 2 · S 0 · ATP i · Ca i ) × 0.01 ”. Then, the insulin generator 12 calculates D (D 1 ) for 0.01 seconds from “D 0 + dD”. Further, the second dD (dD in the case of “t = 0.02”) is expressed as “(V synthesis− α 1 , D 1 , ATP i 2 , Ca i 1.4 + α 2 , S 1 , ATP i , Ca i ) × 0.01 (dt) ”. In this case, S 1 has already been obtained by the processing of Equation 3. Then, the insulin generator 12 calculates D (D 2 ) of 0.02 seconds from “D 1 + dD”. The insulin generator 12 while increasing the t by 0.01 to obtain the dD one after another, D 1, D 2, D 3, is calculated up to ... and D n. In other words, insulin generator 12 while increasing the t by a predetermined value, in a loop process "(V synthesis -α 1 · D n -1 · ATP i 2 · Ca i 1.4 + α 2 · S n-1 ATP i · Ca i ) × predetermined value ”(n is the number of times of loop processing) is executed, dD is calculated, and D n is calculated by“ D n−1 + dD ”. In such a case, V synthesis , α 1 , D n-1 , ATP i , Ca i , α 2 , S n-1 are temporarily stored in the memory before the above calculation, so that they are read out and the above formula Substitute into and execute the operation. The insulin generator 12 calculates S, P, and A by computer processing similar to that for calculating D.

なお、微分方程式のコンピュータにおける演算処理は、下記のように行う。つまり、(dX/dt=演算式)の場合、演算式を算出するためのパラメータの初期値(数式2で言うαやDやSなど)を予め格納している。そして、処理部(例えば、インスリン生成部12)は、パラメータの初期値を読み出し、かつdt(例えば、0.01)を取得し(dtは予め決められている)、dXを算出する。そして、格納しているXを読み出し、「X=X+dX」により、次の(t=0.01の時の)X(X)を算出する。そして、処理部は、同様に、演算式の一つ前のパラメータの値を用いて、次のdXを算出し、次のdXと前のXを加算し、次のXを算出する。以上の処理を繰り返すことにより、0.01(秒)ごとのXの値を得ることができる。以下に述べる微分方程式も、上記のループ処理により、コンピュータ内で結果が得られる。In addition, the calculation process in the computer of a differential equation is performed as follows. That is, in the case of (dX / dt = arithmetic expression), initial values of parameters for calculating the arithmetic expression (α 1 , D 0 , S 0, and the like in Expression 2) are stored in advance. Then, the processing unit (for example, the insulin generation unit 12) reads the initial value of the parameter, acquires dt (for example, 0.01) (dt is determined in advance), and calculates dX. Then, the stored X 0 is read, and the next (when t = 0.01) X (X 1 ) is calculated by “X 1 = X 0 + dX”. Similarly, the processing unit calculates the next dX using the value of the previous parameter in the arithmetic expression, adds the next dX and the previous X, and calculates the next X. By repeating the above processing, the value of X every 0.01 (seconds) can be obtained. The differential equations described below can also be obtained in the computer by the above loop processing.

次に、活性化インスリン情報生成手段126は、活性化されたインスリン顆粒量Aをパラメータとして、インスリン分泌速度に関する情報であるインスリン情報を生成する。ここで、インスリン情報は、インスリン分泌速度(Vsecretion)である。また、インスリン分泌速度の単位は、(ng/islet/msec)である。そして、具体的には、インスリン分泌速度(Vsecretion)は、数式6により算出できる。活性化インスリン情報生成手段126は、数式6に示す演算式の情報を格納しており、その演算式の情報を読み出し、メモリ上の活性化されたインスリン顆粒量A、および予め格納しているδを用いて、インスリン分泌速度(Vsecretion)を算出する。
Next, the activated insulin information generating means 126 generates insulin information that is information relating to the insulin secretion rate, using the activated insulin granule amount A as a parameter. Here, the insulin is an insulin secretion rate (V secretion). The unit of insulin secretion rate is (ng / islet / msec). And, specifically, insulin secretion rates (V Secretion) can be calculated by Equation 6. The activated insulin information generating means 126 stores the information of the arithmetic expression shown in Equation 6, reads the information of the arithmetic expression, activates the activated insulin granule amount A on the memory, and the previously stored δ Is used to calculate the insulin secretion rate (V section).

なお、δは、インスリン分泌速度定数である。また、好ましくは、δは、「1.00×10−3(1/msec)」である。Note that δ is an insulin secretion rate constant. Preferably, δ is “1.00 × 10 −3 (1 / msec)”.

次に、出力部13は、インスリン分泌速度(Vsecretion)等を出力する。インスリン分泌速度(Vsecretion)等の出力例を図3に示す。図3において、受け付けたグルコース情報は、細胞外グルコース濃度「8.3mmol/L」であり、本シミュレーション装置を5分間、動作させたシミュレーションの結果を示す。図3において、横軸は、時間であり、縦軸はインスリン顆粒量またはインスリン分泌速度である。また、図3において、(a)は、累積インスリン分泌量、(b)は、インスリン分泌速度、(c)は、細胞膜付近のインスリン顆粒量、(d)は、活性化されたインスリン顆粒量、(e)は、ゴルジ体付近のインスリン顆粒量、(f)は、リン酸化されたインスリン顆粒量である。Then, the output unit 13 outputs the insulin secretion rate (V Secretion) or the like. It is an example of the insulin secretion rate (V Secretion) or the like shown in FIG. In FIG. 3, the received glucose information is the extracellular glucose concentration “8.3 mmol / L”, and shows the result of a simulation in which this simulation apparatus was operated for 5 minutes. In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents insulin granule amount or insulin secretion rate. 3, (a) is the cumulative insulin secretion amount, (b) is the insulin secretion rate, (c) is the insulin granule amount near the cell membrane, (d) is the activated insulin granule amount, (E) is the amount of insulin granules near the Golgi apparatus, and (f) is the amount of phosphorylated insulin granules.

なお、出力部13は、インスリン分泌速度(Vsecretion)以外の情報を出力しても良い。かかる場合の出力例を図4に示す。図4において、細胞膜電位、イオン電流、チャネル開口確率、細胞質でのCa2+濃度、ATP濃度、ADP濃度、インスリン分泌、ミトコンドリアおよび小胞体でのCa2+濃度、インスリン分泌速度が出力されている。図4において、細胞膜電位等のインスリン情報以外の情報は、非特許文献1でシミュレーションできている情報であり、その出力方法の詳細の説明は省略する。The output unit 13, the insulin secretion rate (V Secretion) may output information other than. An output example in such a case is shown in FIG. In FIG. 4, cell membrane potential, ion current, channel opening probability, Ca 2+ concentration in cytoplasm, ATP concentration, ADP concentration, insulin secretion, Ca 2+ concentration in mitochondria and endoplasmic reticulum, and insulin secretion rate are output. In FIG. 4, information other than insulin information such as cell membrane potential is information that can be simulated in Non-Patent Document 1, and detailed description of the output method is omitted.

以上、本実施の形態によれば、グルコース受容からインスリン分泌をシミュレーションできる。   As described above, according to the present embodiment, insulin secretion can be simulated from glucose reception.

なお、本実施の形態によれば、上記の数式は、好適な数式であるが、インスリン分泌をシミュレーションできる他の数式でも良いことは言うまでもない。つまり、本シミュレーション装置は、グルコースに関する情報であるグルコース情報を受け付ける受付部と、前記受付部が受け付けたグルコース情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成部と、前記インスリン生成部が生成したインスリン情報を出力する出力部と、を具備するシミュレーション装置であれば良い。例えば、上記の算出式のパラメータの一部が異なっていても良い。   In addition, according to this Embodiment, although said numerical formula is a suitable numerical formula, it cannot be overemphasized that the other numerical formula which can simulate insulin secretion may be sufficient. That is, the simulation apparatus includes a reception unit that receives glucose information that is information about glucose, an insulin generation unit that generates insulin information that is information about secreted insulin based on the glucose information received by the reception unit, What is necessary is just a simulation apparatus provided with the output part which outputs the insulin information which the said insulin production | generation part produced | generated. For example, some of the parameters in the above calculation formula may be different.

また、本実施の形態によれば、インスリン生成部は、上述したゴルジ体付近インスリン情報生成手段と、細胞膜付近インスリン情報生成手段と、リン酸化インスリン情報生成手段と、活性化インスリン情報生成手段を具備する構成が好適である。つまり、本シミュレーション装置は、4つのインスリンの状態をモデル化したことにより、精度高くインスリンの分泌に関してシミュレーションできるものである。本モデルを図5に示す。図5において、インスリンは、ゴルジ体付近のインスリン(D)、細胞膜付近のインスリン(S)、リン酸化したインスリン(P)、活性化したインスリン(A)と、その状態が変化する。なお、図5において、αなどのパラメータは、上記数式におけるパラメータと同じである。Further, according to the present embodiment, the insulin generator includes the above-mentioned Golgi vicinity insulin information generation means, cell membrane vicinity insulin information generation means, phosphorylated insulin information generation means, and activated insulin information generation means. The structure which does is suitable. That is, this simulation apparatus can simulate the insulin secretion with high accuracy by modeling the states of four insulins. This model is shown in FIG. In FIG. 5, the state of insulin changes between insulin near the Golgi apparatus (D), insulin near the cell membrane (S), phosphorylated insulin (P), and activated insulin (A). In FIG. 5, parameters such as α 1 are the same as the parameters in the above formula.

さらに、本実施の形態における処理は、ソフトウェアで実現しても良い。そして、このソフトウェアをソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。また、このソフトウェアをCD−ROMなどの記録媒体に記録して流布しても良い。なお、このことは、本明細書における他の実施の形態においても該当する。なお、本実施の形態におけるシミュレーション装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータに、グルコースに関する情報であるグルコース情報を受け付ける受付ステップと、前記受付ステップで受け付けたグルコース情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成ステップと、前記インスリン生成ステップで生成したインスリン情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラム、である。   Furthermore, the processing in the present embodiment may be realized by software. Then, this software may be distributed by software download or the like. Further, this software may be recorded and distributed on a recording medium such as a CD-ROM. This also applies to other embodiments in this specification. The software that realizes the simulation apparatus according to the present embodiment is the following program. That is, this program has a reception step for receiving glucose information that is information about glucose in a computer, and an insulin generation step for generating insulin information that is information about secreted insulin based on the glucose information received in the reception step. And a program for executing an output step of outputting the insulin information generated in the insulin generation step.

また、上記プログラムの前記インスリン生成ステップは、産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得するATP情報取得ステップと、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を取得するカルシウムイオン情報取得ステップと、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成するゴルジ体付近インスリン情報生成ステップと、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する細胞膜付近インスリン情報生成ステップと、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成するリン酸化インスリン情報生成ステップと、前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する活性化インスリン情報生成ステップと、を具備することは好適である。Moreover, the said insulin production | generation step of the said program is the calcium ion information which acquires the calcium ion information which acquires the ATP information acquisition step which acquires ATP information which is the information regarding ATP produced, and the information about Ca2 + which flows into a cell A Golgi vicinity insulin information generation step for generating first insulin information that is information related to insulin secreted in the vicinity of the Golgi body based on the obtaining step, the ATP information, the calcium ion information, and the glucose information; Based on the ATP information, the calcium ion information, and the first insulin information, a cell membrane vicinity insulin information generation step for generating second insulin information that is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane, the ATP information, Calcium ion Based on the information and the second insulin information, a phosphorylated insulin information generation step for generating third insulin information that is information regarding phosphorylated insulin, the calcium ion information, and the third insulin information And an activated insulin information generating step for generating insulin information, which is information relating to the activated insulin.

さらに、前記活性化インスリン情報生成ステップは、前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報である第四インスリン情報を生成し、当該第四インスリン情報に基づいて、インスリン分泌速度に関する情報であるインスリン情報を生成することは好適である。
(実施の形態2)
Furthermore, the activated insulin information generation step generates fourth insulin information that is information related to the activated insulin based on the calcium ion information and the third insulin information, and based on the fourth insulin information. Thus, it is preferable to generate insulin information that is information relating to the insulin secretion rate.
(Embodiment 2)

図6は、本実施の形態におけるシミュレーション装置のブロック図である。本シミュレーション装置は、受付部61、インスリン生成部62、出力部63を具備する。   FIG. 6 is a block diagram of the simulation apparatus in the present embodiment. The simulation apparatus includes a reception unit 61, an insulin generation unit 62, and an output unit 63.

インスリン生成部62は、カリウムイオン生成手段621、カルシウムイオン生成手段622、ATP情報取得手段121、カルシウムイオン情報取得手段623、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123、細胞膜付近インスリン情報生成手段124、リン酸化インスリン情報生成手段125、活性化インスリン情報生成手段126を具備する。   The insulin generator 62 includes a potassium ion generator 621, a calcium ion generator 622, an ATP information acquisition unit 121, a calcium ion information acquisition unit 623, a Golgi vicinity insulin information generation unit 123, a cell membrane vicinity insulin information generation unit 124, and a phosphorylation. Insulin information generating means 125 and activated insulin information generating means 126 are provided.

受付部61は、グルコース情報と、SU剤に関する情報であるSU剤情報を受け付ける。SU剤情報とは、例えば、SU剤のSURに対する解離定数(K)や、SU剤の細胞外濃度やSU剤の名称やIDである。受付部61は、入力手段は、テンキーやキーボードやマウスやメニュー画面によるもの等、何でも良い。受付部61は、テンキーやキーボード等の入力手段のデバイスドライバーや、メニュー画面の制御ソフトウェア等で実現され得る。なお、SU剤の一例として、トルブタミドがある。The reception unit 61 receives glucose information and SU agent information that is information related to the SU agent. The SU agent information is, for example, the dissociation constant (K d ) of the SU agent with respect to the SUR, the extracellular concentration of the SU agent, the name or ID of the SU agent. The receiving unit 61 may use any input means such as a numeric keypad, a keyboard, a mouse, or a menu screen. The accepting unit 61 can be realized by a device driver for input means such as a numeric keypad or a keyboard, control software for a menu screen, and the like. An example of the SU agent is tolbutamide.

インスリン生成部62は、受付部61が受け付けたグルコース情報と、SU剤情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する。インスリン生成部62は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。インスリン生成部の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   The insulin generation unit 62 generates insulin information, which is information related to secreted insulin, based on the glucose information received by the reception unit 61 and the SU agent information. The insulin generator 62 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the insulin generation unit is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

カリウムイオン生成手段621は、受付部61が受け付けたSU剤情報に基づいて、細胞内に流入するKに関する情報であるカリウムイオン情報を生成する。カリウムイオン生成手段621は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。カリウムイオン生成手段621の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。Based on the SU agent information received by the receiving unit 61, the potassium ion generating unit 621 generates potassium ion information that is information regarding K + flowing into the cell. The potassium ion generating means 621 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the potassium ion generation means 621 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

カルシウムイオン生成手段622は、カリウムイオン生成手段621が生成したカリウムイオン情報に基づいて、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を生成する。カルシウムイオン生成手段622は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。カルシウムイオン生成手段の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。Based on the potassium ion information generated by the potassium ion generation unit 621, the calcium ion generation unit 622 generates calcium ion information that is information regarding Ca 2+ flowing into the cell. The calcium ion generating means 622 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the calcium ion generating means is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

カルシウムイオン情報取得手段623は、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を取得する。カルシウムイオン情報取得手段623は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。カルシウムイオン情報取得手段623の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。The calcium ion information acquisition unit 623 acquires calcium ion information that is information regarding Ca 2+ flowing into the cell. The calcium ion information acquisition unit 623 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the calcium ion information acquisition unit 623 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

出力部63は、インスリン生成部62が生成したインスリン情報を出力する。また、出力部63は、SU剤の投入に対する副作用に関する情報である副作用情報を出力する。副作用情報は、SU剤の投入に対する副作用に関する情報である。副作用情報は、例えば、SU剤暴露時間に対応する細胞内のインスリン量を示す情報であるSU剤対応インスリン量情報を含む。ここで、出力とは、ディスプレイへの表示、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信等を含む概念である。出力部63は、ディスプレイやスピーカー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。   The output unit 63 outputs the insulin information generated by the insulin generation unit 62. In addition, the output unit 63 outputs side effect information that is information regarding side effects on the injection of the SU agent. The side effect information is information regarding side effects with respect to the injection of the SU agent. The side effect information includes, for example, SU agent-corresponding insulin amount information that is information indicating the intracellular insulin amount corresponding to the SU agent exposure time. Here, output is a concept including display on a display, printing on a printer, sound output, transmission to an external device, and the like. The output unit 63 may or may not include an output device such as a display or a speaker. The output unit may be realized by output device driver software, or output device driver software and an output device.

次に、シミュレーション装置の動作について図7のフローチャートを用いて説明する。   Next, the operation of the simulation apparatus will be described using the flowchart of FIG.

(ステップS701)受付部61は、グルコース情報、およびSU剤情報を受け付けたか否かを判断する。グルコース情報等を受け付ければステップS702に行き、グルコース情報等を受け付けなければステップS701に戻る。   (Step S701) The reception unit 61 determines whether glucose information and SU agent information have been received. If glucose information etc. are received, it will go to step S702, and if glucose information etc. are not received, it will return to step S701.

(ステップS702)カリウムイオン生成手段621は、ステップS701で受け付けたSU剤情報に基づいて、細胞内に流入するKに関する情報であるカリウムイオン情報を生成する。(Step S702) The potassium ion generation means 621 generates potassium ion information that is information regarding K + flowing into the cell, based on the SU agent information received in step S701.

(ステップS703)カルシウムイオン生成手段622は、ステップS702で生成したカリウムイオン情報に基づいて、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を生成する。(Step S703) The calcium ion generation means 622 generates calcium ion information, which is information regarding Ca 2+ flowing into the cell, based on the potassium ion information generated in step S702.

(ステップS704)カルシウムイオン情報取得手段623は、ステップS703で生成したカルシウムイオン情報を取得する。   (Step S704) The calcium ion information acquisition means 623 acquires the calcium ion information produced | generated by step S703.

(ステップS705)出力部63は、SU剤の投入に対する副作用に関する情報である副作用情報(例えば、SU剤対応インスリン量情報など)を取得する。   (Step S705) The output unit 63 acquires side effect information (for example, information on the amount of insulin corresponding to SU agent) that is information on the side effect with respect to the injection of the SU agent.

(ステップS706)出力部63は、ステップS705で取得した副作用情報を出力する。処理を終了する。   (Step S706) The output unit 63 outputs the side effect information acquired in step S705. The process ends.

なお、図7のフローチャートにおいて、副作用情報の出力態様は、種々考えられる。副作用情報の出力態様の具体例は、後述する。   In the flowchart of FIG. 7, there are various possible ways of outputting the side effect information. A specific example of the output mode of the side effect information will be described later.

また、図7のフローチャートにおいて、出力するインスリン情報は、インスリン分泌速度に関する情報でなくても良い。出力するインスリン情報は、例えば、インスリン分泌量でも良い。また、図7のフローチャートにおいて、出力部63は、インスリン情報、副作用情報以外の情報を出力しても良い。   In the flowchart of FIG. 7, the output insulin information may not be information regarding the insulin secretion rate. The insulin information to be output may be, for example, an insulin secretion amount. In the flowchart of FIG. 7, the output unit 63 may output information other than insulin information and side effect information.

以下、本実施の形態におけるシミュレーション装置の具体的な動作について説明する。   Hereinafter, a specific operation of the simulation apparatus according to the present embodiment will be described.

まず、受付部61は、グルコース情報、SU剤情報を受け付ける。ここでは、例えば、グルコース情報は、細胞外グルコース濃度(glu)[単位:mM]である。また、例えば、SU剤情報は、SU剤のSURに対する解離定数(K)や細胞外SU濃度(C)[単位:nM]である。解離定数(K)の単位は、[単位:nM]である。First, the reception unit 61 receives glucose information and SU agent information. Here, for example, the glucose information is the extracellular glucose concentration (glu) [unit: mM]. In addition, for example, the SU agent information is a dissociation constant (K d ) for the SUR of the SU agent and an extracellular SU concentration (C) [unit: nM]. The unit of the dissociation constant (K d ) is [unit: nM].

次に、カリウムイオン生成手段621は、受け付けた解離定数(K)に基づいて、細胞内に流入するKに関する情報であるカリウムイオン情報を生成する。具体的には、例えば、カリウムイオン生成手段621は、数式7の算出式に基づいて、カリウムイオン情報を生成する。ここで、カリウムイオン情報は、細胞内のカリウムのKATPチャネル透過率(E)である。つまり、カリウムイオン生成手段621は、数式7の演算式の情報を格納している。また、カリウムイオン生成手段621は、受付部61が受け付けた解離定数(K)を取得する。また、カリウムイオン生成手段621は、格納している細胞内カリウムのKATPチャネル最大透過率「Emax」、細胞内カリウムのKATPチャネル透過ヒル係数「m」、細胞外SU剤濃度「C」、「K」と「K0.5」の変換係数「a」、「K」と「K0.5」の変換係数「b」を、それぞれ読み出す。そして、カリウムイオン生成手段621は、演算式の情報を読み出し、取得した値(K、Emax、m、C、a、b)を、当該演算式に代入し、細胞内のカリウムのKATPチャネル透過率(E)を算出する。なお、演算式の情報を格納しており、当該演算式の情報を読み出し、当該演算式の変数に値を代入し、結果を得る処理は公知技術である。
Next, the potassium ion production | generation means 621 produces | generates the potassium ion information which is the information regarding K <+> which flows in into a cell based on the received dissociation constant ( Kd ). Specifically, for example, the potassium ion generation unit 621 generates potassium ion information based on the calculation formula of Formula 7. Here, potassium ion information is the KATP channel permeability (E) of intracellular potassium. That is, the potassium ion generating means 621 stores information on the arithmetic expression of Expression 7. Moreover, the potassium ion production | generation means 621 acquires the dissociation constant ( Kd ) which the reception part 61 received. In addition, the potassium ion generation means 621 includes the stored intracellular potassium K ATP channel maximum permeability “E max ”, intracellular potassium K ATP channel permeability Hill coefficient “m”, and extracellular SU agent concentration “C”. , “K d ” and “K 0.5 ” conversion coefficients “a” and “K d ” and “K 0.5 ” conversion coefficients “b” are read out, respectively. And the potassium ion production | generation means 621 reads the information of a computing equation, substitutes the acquired value ( Kd , Emax , m, C, a, b) for the said computing equation, and K ATP of intracellular potassium The channel transmittance (E) is calculated. It is a known technique that stores information on an arithmetic expression, reads information on the arithmetic expression, assigns a value to a variable of the arithmetic expression, and obtains a result.

なお、数式7において、「Emax」は、細胞内カリウムのKATPチャネル最大透過率である。「Emax」は、具体的には、例えば、「1」である。In Equation 7, “E max ” is the K ATP channel maximum transmittance of intracellular potassium. Specifically, “E max ” is “1”, for example.

また、数式7において、「m」は、細胞内カリウムのKATPチャネル透過ヒル係数である。mは、具体的には、例えば、「1」である。In Equation 7, “m” is the KATP channel permeability Hill coefficient of intracellular potassium. Specifically, m is, for example, “1”.

また、数式7において、「C」は、細胞外SU剤濃度である。Cの単位は、[nM]である。   In Expression 7, “C” is the extracellular SU agent concentration. The unit of C is [nM].

また、数式7において、「a」は、「K」と「K0.5」の変換係数であり、その値は、例えば、「0.828」である。In Equation 7, “a” is a conversion coefficient between “K d ” and “K 0.5 ”, and the value is “0.828”, for example.

さらに、「b」は、「K」と「K0.5」の変換係数であり、その値は、例えば、「0.725」である。Furthermore, “b” is a conversion coefficient between “K d ” and “K 0.5 ”, and the value is “0.725”, for example.

次に、カルシウムイオン生成手段622は、生成したKATPチャネル透過率(E)に基づいて、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を生成する。ここで、カルシウムイオン情報は、細胞内カルシウム濃度(Ca)である。具体的には、例えば、カルシウムイオン生成手段622は、以下の数式8から数式16により、細胞内カルシウム濃度(Ca)を算出する。カルシウムイオン生成手段622は、KATPチャネル最大コンダクタンスを予め格納している。そして、カルシウムイオン生成手段622は、KATPチャネル最大コンダクタンスの値を読み出し、当該読み出したKATPチャネル最大コンダクタンスの値と、生成したKATPチャネル透過率(E)を、数式8に代入し、KATPチャネルコンダクタンスを得る。Next, the calcium ion production | generation means 622 produces | generates the calcium ion information which is the information regarding Ca2 + which flows in into a cell based on the produced | generated KATP channel permeability | transmittance (E). Here, the calcium ion information is intracellular calcium concentration (Ca i ). Specifically, for example, the calcium ion generation means 622 calculates the intracellular calcium concentration (Ca i ) by the following formulas 8 to 16. The calcium ion generating means 622 stores the KATP channel maximum conductance in advance. The calcium ion-generating unit 622 reads the value of a K ATP channel maximum conductance, the value of the read K ATP channel maximum conductance, resulting K ATP channel transmission rate (E), are substituted into Equation 8, K Obtain ATP channel conductance.

なお、カルシウムイオン生成手段622は、予め数式8から数式16の演算式の情報を格納しており、それらを適宜読み出して、演算を行う。
In addition, the calcium ion production | generation means 622 stores the information of the arithmetic expression of Formula 8-Formula 16 previously, reads these suitably, and performs a calculation.

なお、数式8において、KATPチャネルコンダクタンス、KATPチャネル最大コンダクタンスの単位は、[ns]であり、KATPチャネル最大コンダクタンスは、例えば、定数「70[ns]」である。
In Equation 8, the unit of K ATP channel conductance and K ATP channel maximum conductance is [ns], and the K ATP channel maximum conductance is, for example, a constant “70 [ns]”.

なお、数式9において、IKATPは、KATPチャネル透過電流である。また、OKATPは、KATPチャネル開口確率である。また、Vは、細胞膜電位である。さらに、Vは、カリウムチャネルのKイオンの逆転電位である。Note that in Equation 9, I KATP are K ATP channel transparency current. O KATP is the K ATP channel opening probability. V is the cell membrane potential. Furthermore, V K is the reversal potential of the K + ion of the potassium channel.

数式9は、以下の現象を示す。つまり、ある瞬間(時間Tとする)において、SU剤によってKATPチャネルコンダクタンスが減少すると、数式9によりKATPチャネル透過電流IKATPが減少する。カルシウムイオン生成手段622は、KATPチャネル開口確率(OKATP)、カリウムチャネルのKイオンの逆転電位(V)を格納しており、かかる値を読み出す。そして、カルシウムイオン生成手段622は、以下の数式10により細胞膜電位(V)を算出する。カルシウムイオン生成手段622は、算出したKATPチャネルコンダクタンス、細胞膜電位(V)、読み出したOKATP、Vを、数式9の演算式に代入し、KATPチャネル透過電流(IKATP)を得る。なお、カルシウムイオン生成手段622は、数式9の演算式の情報を読み出し、演算を行う。
Equation 9 shows the following phenomenon. That is, there at the moment (the time T), the K ATP channel conductance is reduced by the SU agent, K ATP channel transmission current I KATP decreases by Equation 9. The calcium ion generation means 622 stores the K ATP channel opening probability (O KATP ), the K + ion reversal potential (V K ) of the potassium channel, and reads out these values. And the calcium ion production | generation means 622 calculates cell membrane potential (V) by the following Numerical formula 10. The calcium ion generation means 622 substitutes the calculated K ATP channel conductance, cell membrane potential (V), and read O KATP , V K into the calculation formula of Formula 9, and obtains the K ATP channel permeation current (I KATP ). In addition, the calcium ion production | generation means 622 reads the information of the arithmetic formula of Numerical formula 9, and performs a calculation.

なお、数式10において、Cは、定数であり、コンダクタンスである。また、IKdrは、遅延整流Kイオン電流である。また、ICafは、"速い(fast)"電位依存性Caチャネル透過電流である。また、ICasは、"遅い(slow)"電位依存性Caチャネル透過電流である。さらに、INSは、非選択性カチオン電流である。カルシウムイオン生成手段622は、「dV=(−(IKdr+IKATP+ICaf+ICas+INS)×dt)/C」によりdV(Vの変化分)を算出する。カルシウムイオン生成手段622は、dVを算出する場合に、前のIKdr、IKATP、ICaf、ICas、INSと、格納しているコンダクタンス(C)を用いて、上記の演算式に代入する。そして、「V=前のV+dV」により、次のVを算出する。In Equation 10, C is a constant and conductance. I Kdr is a delayed rectification K ion current. Also, I Caf is the “fast” potential-dependent Ca channel transmission current. I Cas is the “slow” potential-dependent Ca channel transmission current. Furthermore, I NS is a non-selective cation current. Calcium ion generating unit 622, "dV = (- (I Kdr + I KATP + I Caf + I Cas + I NS) × dt) / C " is calculated (change in V) dV by. Calcium ion generating unit 622, when calculating the dV, before I Kdr, I KATP, I Caf , I Cas, by using the I NS, the conductance (C) that contains, substituted into the arithmetic expression To do. Then, the next V is calculated by “V = previous V + dV”.

また、IKdrおよびINSは、Vによって変化する変数であり、その算出方法は、非特許文献1に記載されている。Further, I Kdr and I NS are variables that change according to V, and the calculation method thereof is described in Non-Patent Document 1.

数式10は、以下の現象を示す。つまり、IKATPが減少すると、膜電位変化速度dV/dtは増加する。なお、膜電位変化速度dV/dtが増加すると、脱分極が早く発生することとなる。Equation 10 shows the following phenomenon. That is, when I KATP decreases, the membrane potential change rate dV / dt increases. Note that when the membrane potential change rate dV / dt increases, depolarization occurs earlier.

そして、次の瞬間(時間T+dtとする)において、膜電位VはV+dVとなり、V自体が増加する。
At the next moment (time T + dt), the membrane potential V becomes V + dV, and V itself increases.

数式11、12より、Vが増加すると、"速い(fast)"電位依存性Caチャネル透過電流ICaf、"遅い(slow)"電位依存性Caチャネル透過電流ICasが増加する。From Equations 11 and 12, as V increases, the “fast” potential-dependent Ca channel transmission current I Caf and the “slow” potential-dependent Ca channel transmission current I Cas increase.

なお、数式11、12において、(gcaバー)は、Caチャネルコンダクタンス、Fはファラデー定数、Vは細胞膜電位、Rは気体定数、Tは絶対温度である。
In Equations 11 and 12, (g ca bar) is Ca channel conductance, F is a Faraday constant, V is a cell membrane potential, R is a gas constant, and T is an absolute temperature.

なお、数式13において、fは、細胞質中非結合型Ca分率である。αは、Ca電流からCa膜透過速度への変換係数である。γは、ミトコンドリア内濃度から細胞質内濃度への変換係数である。Juniは、ユニポーターによる細胞質からミトコンドリアへのCa移動速度である。JNA+/Ca2+は、Na/Ca交換機転によるミトコンドリアから細胞質へのCa移動速度である。kCaは、細胞質内Ca除去速度定数である。In Formula 13, f i is the fraction of unbound Ca in the cytoplasm. α is a conversion coefficient from Ca current to Ca film permeation rate. γ 2 is a conversion factor from the mitochondrial concentration to the cytoplasmic concentration. J uni is the rate of Ca transfer from the cytoplasm to the mitochondria by the uniporter. JNA + / Ca2 + is the rate of Ca migration from the mitochondria to the cytoplasm by Na / Ca exchange. k Ca is the cytoplasmic Ca removal rate constant.

数式13により、ICaf、ICasが増加すると、細胞内Ca濃度変化速度d[Ca2+/dtが増加する。As I Caf and I Cas increase according to Equation 13, the intracellular Ca concentration change rate d [Ca 2+ ] i / dt increases.

さらに、次の瞬間(時間T+2dtとする)において、細胞内Ca濃度[Ca2+は[Ca2++d[Ca2+となり、[Ca2+自体が増加する。なお、添え字の「i」(fや[Ca2+のi)は、細胞内(internal)を意味する。Furthermore, at the next moment (time T + 2dt), the intracellular Ca concentration [Ca 2+ ] i becomes [Ca 2+ ] i + d [Ca 2+ ] i and [Ca 2+ ] i itself increases. Note that "i" (i of f i and [Ca 2+] i) subscript refers intracellularly (internal).

また、数式11にある"速い"電位依存性Caチャネルの"開(open)"確率Oは、"閉(closed)"確率Cと"不活性(Ca−bound)"確率Bに左右される。さらに、数式12のOは、"遅い"電位依存性Caチャネルの"開(open)"確率である。Further, depends on "open (open)" probability O f is "closed (closed)" probability C and "inactive (Ca-bound)" probability B for "fast" voltage-dependent Ca channels in Equation 11 . Furthermore, O s in Equation 12 is the “open” probability of the “slow” potential-dependent Ca channel.

ここで、Cは、数式14、15より、膜電位Vの変化に伴って変化する。Bは、数式15、16より、膜電位Vの変化に伴って変化する。また、数式12中のOsは数式17のとおり膜電位Vと"遅い"電位依存性Caチャネル不活性化率Jに左右される。また、Jは、数式18、19、20より、膜電位Vの変化に伴って変化する。
Here, C varies with changes in the membrane potential V from Equations 14 and 15. B changes according to the change of the membrane potential V from Equations 15 and 16. Further, Os in Equation 12 depends on the membrane potential V and the “slow” potential-dependent Ca channel inactivation rate J as shown in Equation 17. J changes with changes in the membrane potential V from Equations 18, 19, and 20.

なお、上記数式9から数式19は、上記の非特許文献1に記載されている。   Note that Equation 9 to Equation 19 are described in Non-Patent Document 1 above.

また、上記のK−1は、確率Ofから確率Cへの遷移速度定数である。K+1は、確率Cから確率Ofへの遷移速度定数である。K−2は、カルシウム結合型確率Oに対するカルシウム乖離速度定数である。K+2は、確率Oに対するカルシウム乖離速度定数である。K−3は、確率Bからカルシウム結合型確率Oへの遷移速度定数である。K+3は、カルシウム結合型確率Oから確率Bへの遷移速度定数である。The above K −1 is a transition rate constant from the probability Of to the probability C. K + 1 is a transition rate constant from probability C to probability Of. K -2 are calcium dissociation rate constant for calcium-binding probability O f. K +2 is calcium dissociation rate constant for the probability O f. K -3 is a transition rate constants from the probability B to the calcium-binding probability O f. K +3 is a transition rate constants from calcium-binding probability O f the probability B.

また、上記数式20は、公知の算出式である。上記のTおよびTminは各々,"遅い(slow)"電位依存性Caチャネルの最大及び最小不活性化時間である。数値は、例えば、「T=50000msec」「Tmin=1500msec」」である。The above formula 20 is a known calculation formula. The above T J and T min are the maximum and minimum inactivation times of the “slow” voltage-dependent Ca channel, respectively. The numerical value is, for example, “T J = 50000 msec” or “T min = 1500 msec”.

次に、カルシウムイオン情報取得手段623は、算出した細胞内カルシウム濃度(Ca)を取得する。Next, the calcium ion information acquisition unit 623 acquires the calculated intracellular calcium concentration (Ca i ).

次に、ATP情報取得手段121は、ATP情報を取得する。ここでは、ATP情報は、細胞内ATP濃度(ATP)である。Next, the ATP information acquisition unit 121 acquires ATP information. Here, the ATP information is the intracellular ATP concentration (ATP i ).

次に、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、上記の数式1により、インスリン生合速度情報(Vsynthesis)を算出する。Next, the near-Golgi insulin information generating means 123 calculates insulin biosynthesis rate information (V synthesis ) according to the above mathematical formula 1.

次に、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123、細胞膜付近インスリン情報生成手段124、リン酸化インスリン情報生成手段125、活性化インスリン情報生成手段126は、数式2、数式3、数式4、数式5の微分方程式により、それぞれの状態のインスリン顆粒量を算出する。   Next, the Golgi vicinity insulin information generation unit 123, the cell membrane vicinity insulin information generation unit 124, the phosphorylated insulin information generation unit 125, and the activated insulin information generation unit 126 are differentials of Formula 2, Formula 3, Formula 4, and Formula 5. The amount of insulin granules in each state is calculated using an equation.

次に、活性化インスリン情報生成手段126は、活性化されたインスリン顆粒量Aをパラメータとして、インスリン分泌速度(Vsecretion)を生成する。具体的には、活性化インスリン情報生成手段126は、インスリン分泌速度(Vsecretion)を、数式6により算出する。Next, activate the insulin information generating unit 126, the activated insulin granules amount A as a parameter, generates the insulin secretion rate (V secretion). Specifically, activation insulin information generating unit 126, insulin secretion rate (V Secretion), calculated by Equation 6.

次に、出力部63は、インスリン分泌速度(Vsecretion)を出力する。インスリン分泌速度(Vsecretion)の出力例を図3に示す。なお、図3において、横軸は、時間である。Then, the output unit 63 outputs the insulin secretion rate (V secretion). It is an example of the insulin secretion rate (V Secretion) shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents time.

なお、出力部63は、インスリン分泌速度(Vsecretion)以外の情報を出力しても良い。かかる場合の出力例を図4に示す。The output unit 63, the insulin secretion rate (V Secretion) may output information other than. An output example in such a case is shown in FIG.

さらに、出力部63は、SU剤の投入に対する副作用に関する情報である副作用情報を取得する。ここで、副作用情報は、時間とともに変化している細胞内インスリン量の時系列の情報である。   Furthermore, the output unit 63 acquires side effect information that is information regarding side effects on the introduction of the SU agent. Here, the side effect information is time-series information of the amount of intracellular insulin changing with time.

そして、出力部63は、取得した副作用情報を出力する。副作用情報の出力例を図8、図9に示す。図8は、インスリン分泌速度に対するSU剤濃度依存性を、様々なSU剤でシミュレーションしたイメージを示す。図8において、SU剤のSURに対する解離定数(Kd)が分かっている場合に、細胞外SU濃度に応じたインスリン分泌促進作用を予測できる可能性のあることを示す。また、図9は、SU剤暴露時のインスリン分泌速度及び、細胞内インスリン含量の時間推移を示す。図9において、SU剤を長時間暴露する場合に、最初はインスリン分泌が促進されるが細胞内インスリン含量の減少に伴ってインスリン分泌速度が低下し始めるような副作用が生じる可能性のあることを示す。   Then, the output unit 63 outputs the acquired side effect information. Examples of output of side effect information are shown in FIGS. FIG. 8 shows images obtained by simulating the dependency of the insulin secretion rate on the insulin secretion rate with various SU agents. FIG. 8 shows that when the dissociation constant (Kd) for the SUR of the SU agent is known, it is possible to predict the insulin secretion promoting action according to the extracellular SU concentration. FIG. 9 shows the time course of insulin secretion rate and intracellular insulin content during exposure to the SU agent. In FIG. 9, when the SU agent is exposed for a long time, the insulin secretion is initially promoted, but there is a possibility that a side effect may occur such that the insulin secretion rate starts to decrease as the intracellular insulin content decreases. Show.

以上、本実施の形態によれば、SU剤の投入によるインスリン分泌をシミュレーションできる。また、SU剤の投入による副作用に関してシミュレーションできる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to simulate insulin secretion due to the introduction of the SU agent. Moreover, it can simulate about the side effect by injection | throwing-in of a SU agent.

また、本実施の形態によれば、SU剤情報(例えば、SU剤の濃度)と、グルコース情報(例えば、SU剤の受容体に対する解離定数)を入力すれば、細胞内の各種イオン変化・インスリン顆粒の状態推移・細胞外へのインスリン分泌に対するSU剤の効果をシミュレーションできる。これによって薬理試験の例数削減・SU剤によるインスリン枯渇等の副作用等を事前に予測可能となり、SU剤の開発上非常に有効なツールとなり得る。   Moreover, according to the present embodiment, if SU agent information (for example, concentration of SU agent) and glucose information (for example, dissociation constant of SU agent for receptor) are input, various intracellular ion changes and insulin It is possible to simulate the effect of the SU agent on the state transition of the granules and the extracellular insulin secretion. This makes it possible to predict in advance side effects such as the reduction in the number of pharmacological tests and insulin depletion caused by the SU drug, which can be a very effective tool for the development of the SU drug.

また、本実施の形態によれば、臨床現場での糖尿病患者へのSU剤投与の効果、およびSU剤の効果的な投与方法など、薬物による糖尿病の治療方針を決定するうえで参考となる有用な情報を提供できる。   In addition, according to the present embodiment, it is useful to determine the therapeutic strategy for diabetes caused by drugs, such as the effect of SU drug administration to diabetic patients in clinical settings and the effective administration method of SU drug. Information can be provided.

なお、本実施の形態によれば、受付部61が受け付けるSU剤情報は、SU剤のSURに対する解離定数や細胞外SU濃度であった。   In addition, according to this Embodiment, the SU agent information which the reception part 61 receives was the dissociation constant with respect to SUR of an SU agent, and extracellular SU density | concentration.

また、本実施の形態における上記の数式7から数式20の演算式は好適な例であり、SU剤の投入によるインスリン分泌をシミュレーションできれば、他の演算式でも良い。他の演算式は、例えば、数式7から数式20の演算式のパラメータを、若干、修正した式等である。つまり、本実施の形態において、シミュレーション装置は、グルコース情報と、投入するSU剤に関する情報であるSU剤情報を受け付ける受付部と、前記グルコース情報と、前記SU剤情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成部と、前記インスリン生成部が生成したインスリン情報を出力する出力部と、を具備するシミュレーション装置であれば良い。   Moreover, the arithmetic expressions of the above formulas 7 to 20 in the present embodiment are suitable examples, and other arithmetic expressions may be used as long as the insulin secretion due to the injection of the SU agent can be simulated. The other arithmetic expressions are, for example, expressions obtained by slightly correcting the parameters of the arithmetic expressions of Expression 7 to Expression 20. That is, in the present embodiment, the simulation apparatus is configured to receive glucose information, an accepting unit that receives SU agent information that is information relating to the SU agent to be added, insulin that is secreted based on the glucose information, and the SU agent information. What is necessary is just a simulation apparatus provided with the insulin production | generation part which produces | generates the insulin information which is the information regarding, and the output part which outputs the insulin information which the said insulin production | generation part produced | generated.

さらに、本実施の形態によれば、出力部における出力態様は、図3、図4、図8、図9に限られないことは言うまでもない。   Furthermore, according to the present embodiment, it goes without saying that the output mode in the output unit is not limited to FIGS. 3, 4, 8, and 9.

さらに、本実施の形態における処理は、ソフトウェアで実現しても良い。そして、このソフトウェアをソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。また、このソフトウェアをCD−ROMなどの記録媒体に記録して流布しても良い。なお、このことは、本明細書における他の実施の形態においても該当する。なお、本実施の形態における情報処理装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータに、グルコース情報と、投入するSU剤に関する情報であるSU剤情報を受け付ける受付ステップと、前記グルコース情報と、前記SU剤情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成ステップと、前記インスリン生成ステップで生成したインスリン情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラムである。   Furthermore, the processing in the present embodiment may be realized by software. Then, this software may be distributed by software download or the like. Further, this software may be recorded and distributed on a recording medium such as a CD-ROM. This also applies to other embodiments in this specification. Note that the software that implements the information processing apparatus according to the present embodiment is the following program. In other words, this program is a computer that accepts glucose information and SU agent information that is information about the SU agent to be added to the computer, information about insulin secreted based on the glucose information, and the SU agent information. It is a program for executing an insulin generation step for generating certain insulin information and an output step for outputting the insulin information generated in the insulin generation step.

また、上記プログラムにおいて、インスリン生成ステップは、前記SU剤情報に基づいて、細胞内に流入するKに関する情報であるカリウムイオン情報を生成するカリウムイオン生成ステップと、前記カリウムイオン情報に基づいて、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を生成するカルシウムイオン生成ステップと、産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得するATP情報取得ステップと、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成するゴルジ体付近インスリン情報生成ステップと、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する細胞膜付近インスリン情報生成ステップと、前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成するリン酸化インスリン情報生成ステップと、前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する活性化インスリン情報生成ステップと、を具備する、ことは好適である。Moreover, in the said program, an insulin production | generation step is based on the potassium ion production | generation step which produces | generates the potassium ion information which is the information regarding K <+> which flows into a cell based on the said SU agent information, and the said potassium ion information, A calcium ion generation step for generating calcium ion information that is information about Ca 2+ flowing into the cell, an ATP information acquisition step for acquiring ATP information that is information about ATP to be produced, the ATP information, and the calcium ion Based on the information and the glucose information, the Golgi vicinity insulin information generation step for generating the first insulin information that is information related to insulin secreted in the vicinity of the Golgi body, the ATP information, the calcium ion information, and the In the first insulin information Subsequently, phosphorylation is performed on the basis of the near-cell-membrane insulin information generation step for generating second-insulin information, which is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane, the ATP information, the calcium ion information, and the second insulin information. Insulin information that is information about activated insulin is generated based on the phosphorylated insulin information generation step that generates third insulin information that is information related to the insulin, the calcium ion information, and the third insulin information. It is preferable to comprise an activated insulin information generation step.

また、上記プログラムにおいて、前記出力ステップは、SU剤の投入に対する副作用に関する情報である副作用情報を出力する、ことは好適である。なお、前記副作用情報は、例えば、SU剤暴露時間に対応する細胞内のインスリン量を示す情報であるSU剤対応インスリン量情報を含む。
(実施の形態3)
Further, in the above program, it is preferable that the output step outputs side effect information that is information regarding side effects on the introduction of the SU agent. The side effect information includes, for example, SU agent-corresponding insulin amount information which is information indicating the intracellular insulin amount corresponding to the SU agent exposure time.
(Embodiment 3)

図1は、本実施の形態におけるシミュレーション装置のブロック図である。本シミュレーション装置において、具体的なシミュレーションを行った結果について、以下に述べる。   FIG. 1 is a block diagram of a simulation apparatus according to the present embodiment. The results of a specific simulation performed in this simulation apparatus will be described below.

まず、受付部11は、0〜20mmol/Lの間を所定の値(例えば、1mmol/L)ごとに変化する細胞外グルコース濃度の情報(グルコース情報の一例)を、順次、受け付ける、とする。   First, it is assumed that the reception unit 11 sequentially receives information on an extracellular glucose concentration (an example of glucose information) that changes between 0 to 20 mmol / L for each predetermined value (for example, 1 mmol / L).

次に、インスリン生成部12は、受付部11が受け付けた細胞外グルコース濃度の情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する。ここで、インスリン情報は、インスリン分泌速度である。   Next, the insulin generator 12 generates insulin information, which is information related to secreted insulin, based on the information on the extracellular glucose concentration received by the receiver 11. Here, the insulin information is an insulin secretion rate.

以下、細胞外グルコース濃度の情報を受け付け、インスリン分泌速度を取得するまでの処理の詳細について述べる。   Hereinafter, the details of the processing until the information on the extracellular glucose concentration is received and the insulin secretion rate is acquired will be described.

まず、ATP情報取得手段121は、細胞内ATP濃度(ATP情報の一例)を取得し、所定のメモリ(変数)に一時格納する。また、図示しない手段によりADP濃度も取得し、所定のメモリ(変数)に一時格納する、とする。なお、ADP濃度を取得する技術は、公知技術(非特許文献1に記載)である。また、本実施の形態において、非特許文献1に記載されている近似式([細胞内ATP濃度]=2(mmol/L)−[細胞内ADP濃度])により、細胞内ADP濃度を取得している。   First, the ATP information acquisition unit 121 acquires the intracellular ATP concentration (an example of ATP information) and temporarily stores it in a predetermined memory (variable). Further, it is assumed that the ADP concentration is also acquired by means not shown and temporarily stored in a predetermined memory (variable). The technique for obtaining the ADP concentration is a known technique (described in Non-Patent Document 1). In this embodiment, the intracellular ADP concentration is obtained by the approximate expression described in Non-Patent Document 1 ([Intracellular ATP concentration] = 2 (mmol / L) − [Intracellular ADP concentration]). ing.

次に、カルシウムイオン情報取得手段122は、細胞内に流入するCa2+の濃度であるカルシウムイオン濃度(カルシウムイオン情報の一例)を取得し、所定のメモリ(変数)に一時格納する。Next, the calcium ion information acquisition unit 122 acquires a calcium ion concentration (an example of calcium ion information) that is the concentration of Ca 2+ flowing into the cell, and temporarily stores it in a predetermined memory (variable).

次に、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、実施の形態1で述べたように、数式1を用いて、細胞外グルコース濃度に基づいて、インスリン生合速度情報を生成する。そして、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、実施の形態1で述べたように、細胞内ATP濃度、カルシウムイオン濃度、細胞外グルコース濃度、インスリン生合速度情報を用いて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成する。   Next, as described in Embodiment 1, the Golgi vicinity insulin information generating unit 123 generates the insulin biosynthesis rate information based on the extracellular glucose concentration using Formula 1. Then, as described in Embodiment 1, the Golgi vicinity insulin information generating means 123 uses the intracellular ATP concentration, calcium ion concentration, extracellular glucose concentration, and insulin biosynthesis rate information to secrete near the Golgi body. First insulin information, which is information about the insulin to be performed, is generated.

次に、細胞膜付近インスリン情報生成手段124は、実施の形態1で述べたように、細胞内ATP濃度、カルシウムイオン濃度、第一インスリン情報を用いて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する。   Next, as described in the first embodiment, the cell membrane vicinity insulin information generation unit 124 uses the intracellular ATP concentration, the calcium ion concentration, and the first insulin information, and the second information that is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane. Generate insulin information.

次に、リン酸化インスリン情報生成手段125は、実施の形態1で述べたように、細胞内ATP濃度、カルシウムイオン濃度、第二インスリン情報を用いて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成する。   Next, as described in the first embodiment, the phosphorylated insulin information generation unit 125 uses the intracellular ATP concentration, the calcium ion concentration, and the second insulin information, and is third information that is information regarding phosphorylated insulin. Generate insulin information.

次に、活性化インスリン情報生成手段126は、実施の形態1で述べたように、カルシウムイオン濃度、第三インスリン情報を用いて、活性化されたインスリンに関する情報である第四インスリン情報を生成する。   Next, as described in the first embodiment, the activated insulin information generation unit 126 generates fourth insulin information that is information about activated insulin using the calcium ion concentration and the third insulin information. .

次に、活性化インスリン情報生成手段126は、実施の形態1で述べたように、第四インスリン情報に基づいて、インスリン分泌速度を得る。   Next, as described in the first embodiment, the activated insulin information generation unit 126 obtains the insulin secretion rate based on the fourth insulin information.

そして、出力部13は、ATP情報取得手段121が取得した細胞内ATP濃度、図示しない手段が取得したADP濃度、カルシウムイオン情報取得手段122が取得したカルシウムイオン濃度、およびインスリン分泌速度を、細胞外グルコース濃度と対応付けてグラフ出力する。かかるグラフ出力した図が、図11である。   Then, the output unit 13 calculates the intracellular ATP concentration acquired by the ATP information acquisition unit 121, the ADP concentration acquired by a unit (not shown), the calcium ion concentration acquired by the calcium ion information acquisition unit 122, and the insulin secretion rate. A graph is output in association with the glucose concentration. FIG. 11 shows the graph output.

図11(a)(b)において、横軸が細胞外グルコース濃度(mmol/L)である。また、図11(a)において、横軸に、細胞内ATP濃度、細胞内ADP濃度、およびインスリン分泌速度をとっている。図11(b)において、横軸に、細胞内カルシウムイオン濃度、およびインスリン分泌速度をとっている。   11 (a) and 11 (b), the horizontal axis represents the extracellular glucose concentration (mmol / L). In FIG. 11A, the horizontal axis represents the intracellular ATP concentration, the intracellular ADP concentration, and the insulin secretion rate. In FIG. 11 (b), the horizontal axis represents the intracellular calcium ion concentration and the insulin secretion rate.

また、図11(a)において、細胞内ATP濃度、細胞内ADP濃度は実線、インスリン分泌速度は破線で示される。また、図11(b)において、細胞内カルシウムイオン濃度は実線、およびインスリン分泌速度は破線で示される。   In FIG. 11A, the intracellular ATP concentration and the intracellular ADP concentration are indicated by a solid line, and the insulin secretion rate is indicated by a broken line. In FIG. 11B, the intracellular calcium ion concentration is indicated by a solid line, and the insulin secretion rate is indicated by a broken line.

図11によれば、インスリン分泌速度はグルコース濃度が6 mmol/L程度を境に変化していることが分かる。かかるシミュレーション結果は、上記、非特許文献5の文献データを良好に再現している。また、図11によれば、低濃度のグルコース条件下ではインスリン分泌はATPとCa2+に依存し,高濃度ではCa2+依存性が増加すると推定される。According to FIG. 11, it can be seen that the insulin secretion rate changes at a glucose concentration of about 6 mmol / L. The simulation result reproduces the literature data of Non-Patent Document 5 well. In addition, according to FIG. 11, at low concentrations of glucose conditions insulin secretion is dependent on ATP and Ca 2+, at high concentrations it is estimated that Ca 2+ dependency increases.

以上、本実施の形態によれば、本シミュレーション装置が実現する膵β細胞モデルのグルコース依存的インスリン分泌は妥当であると、考えられる。
(実施の形態4)
As described above, according to the present embodiment, it is considered that glucose-dependent insulin secretion of the pancreatic β cell model realized by the simulation apparatus is appropriate.
(Embodiment 4)

図6は、本実施の形態におけるシミュレーション装置のブロック図である。本シミュレーション装置において、具体的なシミュレーションを行った結果について、以下に述べる。   FIG. 6 is a block diagram of the simulation apparatus in the present embodiment. The results of a specific simulation performed in this simulation apparatus will be described below.

まず、受付部61は、10 mmol/Lの細胞外グルコース濃度の情報(グルコース情報の一例)と、50μmol/Lのトルブタミド濃度(SU剤情報の一例)を受け付ける、とする。   First, it is assumed that the reception unit 61 receives 10 mmol / L extracellular glucose concentration information (an example of glucose information) and 50 μmol / L tolbutamide concentration (an example of SU agent information).

次に、カリウムイオン生成手段621は、トルブタミド濃度(50μmol/L)に基づいて、実施の形態2で述べた処理により、細胞内に流入するKに関する情報であるカリウムイオン情報(ここでは、細胞内のカリウムのKATPチャネル透過率(E))を生成する。Next, the potassium ion generation means 621 performs potassium ion information (here, cell information) that is information on K + flowing into the cell by the processing described in Embodiment 2 based on the tolbutamide concentration (50 μmol / L). KATP channel permeability (E) of the inner potassium.

次に、カルシウムイオン生成手段622は、カリウムイオン情報を用いて、細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報(ここでは、細胞内カルシウム濃度(Ca))を生成する。Next, calcium ion generation unit 622, using the potassium ion information, calcium ion information is information relating to Ca 2+ (herein, intracellular calcium concentration (Ca i)) flowing into the cell to produce a.

次に、カルシウムイオン情報取得手段623は、生成したカルシウムイオン情報(細胞内カルシウム濃度(Ca))を取得する。Next, the calcium ion information acquisition means 623 acquires the generated calcium ion information (intracellular calcium concentration (Ca i )).

そして、ATP情報取得手段121は、ATP情報(ここでは、細胞内ATP濃度(ATP))を取得する。Then, the ATP information acquisition unit 121 acquires ATP information (here, intracellular ATP concentration (ATP i )).

次に、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、上記の数式1により、細胞外グルコース濃度に基づいて、インスリン生合速度を示す情報であるインスリン生合速度情報(Vsynthesis)を生成する。Next, the Golgi vicinity insulin information generation means 123 generates insulin biosynthesis rate information (V synthesis ) which is information indicating the insulin biosynthesis rate based on the extracellular glucose concentration by the above mathematical formula 1.

次に、ゴルジ体付近インスリン情報生成手段123は、実施の形態1で述べた処理により、ATP情報(細胞内ATP濃度)と、カルシウムイオン情報(カルシウムイオン濃度)と、グルコース情報(細胞外グルコース濃度)と、インスリン生合速度情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報(ゴルジ体付近のインスリン顆粒量D)を生成する。   Next, the Golgi vicinity insulin information generation means 123 performs ATP information (intracellular ATP concentration), calcium ion information (calcium ion concentration), and glucose information (extracellular glucose concentration) by the processing described in the first embodiment. ) And first insulin information (insulin granule amount D in the vicinity of the Golgi apparatus) that is information relating to insulin secreted in the vicinity of the Golgi apparatus is generated based on the insulin biosynthesis rate information.

次に、細胞膜付近インスリン情報生成手段124は、実施の形態1で述べた処理により、細胞内ATP濃度、カルシウムイオン濃度、第一インスリン情報(ゴルジ体付近のインスリン顆粒量D)を用いて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する。   Next, the cell membrane vicinity insulin information generating means 124 uses the intracellular ATP concentration, the calcium ion concentration, and the first insulin information (insulin granule amount D near the Golgi body) by the processing described in the first embodiment. Second insulin information that is information related to insulin in the vicinity is generated.

次に、リン酸化インスリン情報生成手段125は、実施の形態1で述べた処理により、細胞内ATP濃度、カルシウムイオン濃度、第二インスリン情報を用いて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成する。   Next, the phosphorylated insulin information generation unit 125 uses the processing described in Embodiment 1, and the third information is information relating to the phosphorylated insulin using the intracellular ATP concentration, the calcium ion concentration, and the second insulin information. Generate insulin information.

次に、活性化インスリン情報生成手段126は、実施の形態1で述べた処理により、カルシウムイオン濃度、第三インスリン情報を用いて、活性化されたインスリンに関する情報である第四インスリン情報を生成する。   Next, the activated insulin information generation unit 126 generates fourth insulin information, which is information about the activated insulin, using the calcium ion concentration and the third insulin information by the processing described in the first embodiment. .

次に、活性化インスリン情報生成手段126は、実施の形態1で述べた処理により、第四インスリン情報に基づいて、インスリン分泌速度を得る。   Next, the activated insulin information generation unit 126 obtains the insulin secretion rate based on the fourth insulin information by the processing described in the first embodiment.

そして、出力部63は、例えば、図12(a)、(b)、(c)、(d)のグラフを出力する。   And the output part 63 outputs the graph of Fig.12 (a), (b), (c), (d), for example.

図12(a)の「トルブタミド添加時」のグラフは、細胞外グルコース濃度が10 mmol/L、かつSU剤情報(トルブタミドが50μmol/L)が存在する場合(かかる情報を受付部61が受け付けた場合)のインスリン分泌速度(A)の20時間の中での変化を示すグラフである。また、図12(a)の「コントロール」のグラフは、受付部61が細胞外グルコース濃度「10mmol/L」を受け付け、かつSU剤情報(トルブタミドが0μmol/L)を受け付けた場合のインスリン分泌速度(A)の20時間の中での変化を示すグラフである。   The graph of “when tolbutamide is added” in FIG. 12A shows the case where the extracellular glucose concentration is 10 mmol / L and SU agent information (tolbutamide is 50 μmol / L) is present (the information is received by the receiving unit 61). It is a graph which shows the change in 20 hours of the insulin secretion rate (A). In addition, the “control” graph in FIG. 12A shows the insulin secretion rate when the accepting unit 61 accepts the extracellular glucose concentration “10 mmol / L” and the SU agent information (tolbutamide is 0 μmol / L). It is a graph which shows the change in 20 hours of (A).

図12(b)の「トルブタミド添加時」のグラフは、細胞外グルコース濃度が10 mmol/L、かつSU剤情報(トルブタミドが50μmol/L)が存在する場合(かかる情報を受付部61が受け付けた場合)の細胞内インスリン量(B)の20時間の中での変化を示すグラフである。また、図12(a)の「コントロール」のグラフは、受付部61が、細胞外グルコース濃度「10mmol/L」を受け付け、かつSU剤情報(トルブタミドが0μmol/L)を受け付けた場合の細胞内インスリン量(B)の20時間の中での変化を示すグラフである。   The graph of “when tolbutamide is added” in FIG. 12B shows the case where the extracellular glucose concentration is 10 mmol / L and SU agent information (tolbutamide is 50 μmol / L) is present (the information is received by the receiving unit 61). It is a graph which shows the change in 20 hours of intracellular insulin amount (B) of a case. In addition, the “control” graph of FIG. 12 (a) shows the intracellular state when the accepting unit 61 accepts the extracellular glucose concentration “10 mmol / L” and the SU agent information (tolbutamide is 0 μmol / L). It is a graph which shows the change in 20 hours of the amount of insulin (B).

図12(c)の「トルブタミド前処理」のグラフは、20時間値を初期値とし、SU剤情報のトルブタミドを0μmol/L、細胞外グルコース濃度を0〜20 mmol/Lに設定した時(受付部61が0〜20の間の値を順次受け付けた時)のインスリン分泌速度(C)の変化を示すグラフである。図12(c)の「コントロール」のグラフは、20時間値を初期値とし、SU剤情報のトルブタミドを0μmol/L、細胞外グルコース濃度を0〜20 mmol/Lに設定した時(受付部61が0〜20の間の値を順次受け付けた時)のインスリン分泌速度(C)の変化を示すグラフである。   The graph of “tolbutamide pretreatment” in FIG. 12 (c) shows that when 20 hours value is the initial value, tolubutamide in SU drug information is set to 0 μmol / L, and the extracellular glucose concentration is set to 0 to 20 mmol / L (acceptance). It is a graph which shows the change of the insulin secretion rate (C) when the part 61 receives the value between 0-20 sequentially). In the graph of “control” in FIG. 12C, when the 20-hour value is an initial value, tolubutamide in SU drug information is set to 0 μmol / L, and the extracellular glucose concentration is set to 0 to 20 mmol / L (accepting unit 61). It is a graph which shows the change of the insulin secretion rate (C) when the value between 0-20 is received sequentially.

図12(d)の「トルブタミド前処理」および「コントロール」のグラフは、図12(c)の「トルブタミド前処理」および「コントロール」のインスリン分泌速度(C)を、それぞれ、細胞内インスリン量(Bの20時間値)で補正したグラフである。   The graph of “tolbutamide pretreatment” and “control” in FIG. 12D shows the insulin secretion rate (C) of “tolbutamide pretreatment” and “control” in FIG. It is a graph corrected by (20 hours value of B).

なお、出力部63は、SU剤の投入に対する副作用に関する情報である副作用情報(例えば、SU剤対応インスリン量情報など)を取得し、出力しても良い。   Note that the output unit 63 may acquire and output side effect information (for example, information on the amount of insulin corresponding to SU agent) that is information related to the side effect on the introduction of the SU agent.

以上、本実施の形態のシミュレーション結果によれば、トルブタミド非存在下に比べ、存在下の膵ランゲルハンス島(ラ氏島)では初期の急激なインスリン分泌速度上昇とその後の緩やかな低下が認められ、細胞内インスリン量も徐々に減少する傾向にあることが分かった。また、シミュレーション開始20時間後の細胞内インスリン量については、実験データ(別途取得したデータ)を良好に再現した(図12(b))。次に、20時間後の細胞内インスリン量を初期値とし、トルブタミド濃度を0μmol/L、グルコース濃度を0〜20 mmol/Lに設定した時のインスリン分泌速度をシミュレーションした(図12(c)(d)).図12(c)にはインスリン分泌速度そのものを,図12(d)にはインスリン分泌速度を初期値で補正した値を示した。その結果、トルブタミド処理によってグルコース濃度依存的なインスリン分泌は全体的に低下するが,グルコースが6 mmol/L程度を境に分泌速度が変化するパターンはほとんど同一であることが示された(図12(c))。また、これらの分泌速度は細胞内インスリン量に比例することが分かった(図12(d))。これらのシミュレーション結果についても、実験データ(別途取得したデータ)を良好に再現できた。   As described above, according to the simulation results of the present embodiment, compared to the absence of tolbutamide, the presence of pancreatic islets of Langerhans (La Islet) has an initial rapid increase in insulin secretion rate and a gradual decrease thereafter. It was found that the amount of intracellular insulin also tends to decrease gradually. In addition, regarding the amount of intracellular insulin 20 hours after the start of the simulation, the experimental data (data obtained separately) was reproduced well (FIG. 12B). Next, the insulin secretion rate was simulated when the intracellular insulin amount after 20 hours was set to the initial value, the tolbutamide concentration was set to 0 μmol / L, and the glucose concentration was set to 0 to 20 mmol / L (FIG. 12 (c) ( d)). FIG. 12C shows the insulin secretion rate itself, and FIG. 12D shows a value obtained by correcting the insulin secretion rate with the initial value. As a result, it was shown that the glucose concentration-dependent insulin secretion decreases as a whole by tolbutamide treatment, but the pattern in which the secretion rate changes at about 6 mmol / L glucose is almost the same (FIG. 12). (C)). It was also found that these secretion rates are proportional to the amount of intracellular insulin (FIG. 12 (d)). For these simulation results, the experimental data (data obtained separately) could be reproduced well.

以上、本実施の形態によれば、実験データだけでは不明であったトルブタミドによるインスリン分泌速度促進・細胞内インスリン量低下の時間変化を,膵β細胞モデルによって定量的に理解できた(図12(a)(b))。また、その後の、トルブタミド除去時のグルコース濃度依存的なインスリン分泌速度が細胞内インスリン量に比例するという実験結果をシミュレーションでも良好に再現できたことから(図12(c)(d))、本シミュレータの妥当性と有用性が確認できた。   As described above, according to the present embodiment, it was possible to quantitatively understand the time change of the insulin secretion rate promotion and the intracellular insulin amount decrease by tolbutamide, which was unknown only by the experimental data, using the pancreatic β cell model (FIG. 12 ( a) (b)). Further, since the experimental result that the glucose concentration-dependent insulin secretion rate at the time of tolbutamide removal was proportional to the amount of intracellular insulin could be reproduced well by simulation (FIGS. 12 (c) and 12 (d)), The validity and usefulness of the simulator were confirmed.

また、上記各実施の形態において、各処理(各機能)は、単一の装置(システム)によって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置によって分散処理されることによって実現されてもよい。   In each of the above embodiments, each process (each function) may be realized by centralized processing by a single device (system), or by distributed processing by a plurality of devices. May be.

なお、上記各実施の形態において、シミュレーション装置が複数の装置によって分散処理される場合の態様の一つとして、サーバ装置と、クライアント装置により実現される場合がある。クライアント装置が、ユーザから入力されたグルコース情報または、グルコース情報とSU剤情報をサーバ装置に送信し、サーバ装置がかかる情報を受信し(受け付け)、サーバ装置がシミュレーションを行って、その結果をクライアント装置に送信(出力)し、クライアント装置がシミュレーションの結果を受信し、表示する、という態様である。   In each of the above-described embodiments, as one aspect in the case where the simulation apparatus is distributedly processed by a plurality of apparatuses, there is a case where it is realized by a server apparatus and a client apparatus. The client device transmits glucose information input by the user or glucose information and SU agent information to the server device, the server device receives (accepts) such information, the server device performs a simulation, and the result is sent to the client. This is a mode in which the client device receives (displays) the result of the simulation and displays it.

また、図13は、本明細書で述べたプログラムを実行して、上述した種々の実施の形態のシミュレーション装置を実現するコンピュータの外観を示す。上述の実施の形態は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムで実現され得る。図13は、このコンピュータシステム340の概観図であり、図14は、コンピュータシステム340のブロック図である。   FIG. 13 shows the external appearance of a computer that executes the programs described in this specification to realize the simulation apparatuses of the various embodiments described above. The above-described embodiments can be realized by computer hardware and a computer program executed thereon. FIG. 13 is an overview diagram of the computer system 340, and FIG. 14 is a block diagram of the computer system 340.

図13において、コンピュータシステム340は、FD(Flexible Disk)ドライブ、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)ドライブを含むコンピュータ341と、キーボード342と、マウス343と、モニタ344とを含む。   In FIG. 13, the computer system 340 includes a computer 341 including a FD (Flexible Disk) drive and a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) drive, a keyboard 342, a mouse 343, and a monitor 344.

図14において、コンピュータ341は、FDドライブ3411、CD−ROMドライブ3412に加えて、CPU(Central Processing Unit)3413と、CPU3413、CD−ROMドライブ3412及びFDドライブ3411に接続されたバス3414と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのROM(Read−Only Memory)3415と、CPU3413に接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶するとともに一時記憶空間を提供するためのRAM(Random Access Memory)3416と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するためのハードディスク3417とを含む。ここでは、図示しないが、コンピュータ341は、さらに、LANへの接続を提供するネットワークカードを含んでも良い。   In FIG. 14, in addition to the FD drive 3411 and the CD-ROM drive 3412, the computer 341 includes a CPU (Central Processing Unit) 3413, a bus 3414 connected to the CPU 3413, the CD-ROM drive 3412, and the FD drive 3411, and a boot. A ROM (Read-Only Memory) 3415 for storing a program such as an up program, and a RAM (Random Access Memory) connected to the CPU 3413 for temporarily storing instructions of an application program and providing a temporary storage space 3416 and a hard disk 3417 for storing application programs, system programs, and data. Although not shown here, the computer 341 may further include a network card that provides connection to the LAN.

コンピュータシステム340に、上述した実施の形態のシミュレーション装置の機能を実行させるプログラムは、CD−ROM3501、またはFD3502に記憶されて、CD−ROMドライブ3412またはFDドライブ3411に挿入され、さらにハードディスク3417に転送されても良い。これに代えて、プログラムは、図示しないネットワークを介してコンピュータ341に送信され、ハードディスク3417に記憶されても良い。プログラムは実行の際にRAM3416にロードされる。プログラムは、CD−ROM3501、FD3502またはネットワークから直接、ロードされても良い。   A program that causes the computer system 340 to execute the functions of the simulation apparatus according to the above-described embodiment is stored in the CD-ROM 3501 or FD 3502, inserted into the CD-ROM drive 3412 or FD drive 3411, and further transferred to the hard disk 3417. May be. Alternatively, the program may be transmitted to the computer 341 via a network (not shown) and stored in the hard disk 3417. The program is loaded into the RAM 3416 at the time of execution. The program may be loaded directly from the CD-ROM 3501, the FD 3502, or the network.

プログラムは、コンピュータ341に、上述した実施の形態のシミュレーション装置の機能を実行させるオペレーティングシステム(OS)、またはサードパーティープログラム等は、必ずしも含まなくても良い。プログラムは、制御された態様で適切な機能(モジュール)を呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいれば良い。コンピュータシステム340がどのように動作するかは周知であり、詳細な説明は省略する。   The program does not necessarily include an operating system (OS) or a third-party program that causes the computer 341 to execute the functions of the simulation apparatus according to the above-described embodiment. The program only needs to include an instruction portion that calls an appropriate function (module) in a controlled manner and obtains a desired result. How the computer system 340 operates is well known and will not be described in detail.

また、上記プログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。   Further, the computer that executes the program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention.

以上のように、本発明にかかるシミュレーション装置等は、グルコース受容からインスリン分泌をシミュレーションできる、という効果を有し、シミュレーション装置等として有用である。   As described above, the simulation device and the like according to the present invention have an effect that insulin secretion can be simulated from glucose reception, and are useful as a simulation device and the like.

実施の形態1におけるシミュレーション装置のブロック図Block diagram of simulation apparatus according to Embodiment 1 同シミュレーション装置の動作について説明するフローチャートFlow chart explaining operation of the simulation apparatus 同出力例を示す図Figure showing the same output example 同出力例を示す図Figure showing the same output example 同インスリンの状態変化のモデルを示す図The figure which shows the model of state change of the same insulin 実施の形態2におけるシミュレーション装置のブロック図Block diagram of a simulation apparatus according to the second embodiment 同シミュレーション装置の動作について説明するフローチャートFlow chart explaining operation of the simulation apparatus 同出力例を示す図Figure showing the same output example 同出力例を示す図Figure showing the same output example グルコース受容からインスリン分泌に至るまでの概念を説明した概念図Conceptual diagram explaining the concept from glucose reception to insulin secretion 実施の形態3における出力例を示す図The figure which shows the example of an output in Embodiment 3. 実施の形態4における出力例を示す図The figure which shows the example of an output in Embodiment 4. 同シミュレーション装置を構成するコンピュータシステムの概観図Overview of the computer system that composes the simulation device 同シミュレーション装置を構成するコンピュータのブロック図Block diagram of a computer constituting the simulation apparatus

符号の説明Explanation of symbols

11、61 受付部
12、62 インスリン生成部
13、63 出力部
121 ATP情報取得手段
122、623 カルシウムイオン情報取得手段
123 ゴルジ体付近インスリン情報生成手段
124 細胞膜付近インスリン情報生成手段
125 リン酸化インスリン情報生成手段
126 活性化インスリン情報生成手段
621 カリウムイオン生成手段
622 カルシウムイオン生成手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 61 Reception part 12, 62 Insulin production | generation part 13, 63 Output part 121 ATP information acquisition means 122,623 Calcium ion information acquisition means 123 Golgi vicinity insulin information generation means 124 Cell membrane vicinity insulin information generation means 125 Phosphorylated insulin information generation Means 126 Activated insulin information generation means 621 Potassium ion generation means 622 Calcium ion generation means

Claims (8)

グルコースに関する情報であるグルコース情報を受け付ける受付部と、
前記受付部が受け付けたグルコース情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成部と、
前記インスリン生成部が生成したインスリン情報を出力する出力部とを具備し、
前記インスリン生成部は、
産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得するATP情報取得手段と、
細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を取得するカルシウムイオン情報取得手段と、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で生成されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成するゴルジ体付近インスリン情報生成手段と、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する細胞膜付近インスリン情報生成手段と、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成するリン酸化インスリン情報生成手段と、
前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する活性化インスリン情報生成手段と、
を具備するシミュレーション装置。
A reception unit that accepts glucose information that is information about glucose;
An insulin generator that generates insulin information, which is information related to secreted insulin, based on the glucose information received by the reception unit;
An output unit that outputs insulin information generated by the insulin generation unit;
The insulin generator is
ATP information acquisition means for acquiring ATP information, which is information about ATP to be produced;
Calcium ion information acquisition means for acquiring calcium ion information, which is information relating to Ca 2+ flowing into the cell;
Based on the ATP information, the calcium ion information, and the glucose information, Golgi vicinity insulin information generation means for generating first insulin information that is information related to insulin generated in the vicinity of the Golgi body,
Based on the ATP information, the calcium ion information, and the first insulin information, a cell membrane vicinity insulin information generating unit that generates second insulin information that is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane;
Phosphorylated insulin information generating means for generating third insulin information that is information related to phosphorylated insulin based on the ATP information, the calcium ion information, and the second insulin information;
Activated insulin information generating means for generating insulin information, which is information related to activated insulin, based on the calcium ion information and the third insulin information;
A simulation apparatus comprising:
前記活性化インスリン情報生成手段は、
前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報である第四インスリン情報を生成し、当該第四インスリン情報に基づいて、インスリン分泌速度に関する情報であるインスリン情報を生成する請求項1記載のシミュレーション装置。
The activated insulin information generating means includes
Based on the calcium ion information and the third insulin information, fourth insulin information that is information about activated insulin is generated, and based on the fourth insulin information, insulin information that is information about the insulin secretion rate The simulation apparatus according to claim 1, wherein
グルコースに関する情報であるグルコース情報を受け付ける受付部と、
前記受付部が受け付けたグルコース情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成部と、
前記インスリン生成部が生成したインスリン情報を出力する出力部とを具備し、
前記受付部は、
前記グルコース情報と、投入するSU剤に関する情報であるSU剤情報を受け付け、
前記インスリン生成部は、
前記グルコース情報と、前記SU剤情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するシミュレーション装置であり、
前記インスリン生成部は、
前記SU剤情報に基づいて、細胞内に流入するK に関する情報であるカリウムイオン情報を生成するカリウムイオン生成手段と、
前記カリウムイオン情報に基づいて、細胞内に流入するCa 2+ に関する情報であるカルシウムイオン情報を生成するカルシウムイオン生成手段と、
産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得するATP情報取得手段と、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成するゴルジ体付近インスリン情報生成手段と、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する細胞膜付近インスリン情報生成手段と、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成するリン酸化インスリン情報生成手段と、
前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する活性化インスリン情報生成手段と、
を具備するシミュレーション装置
A reception unit that accepts glucose information that is information about glucose;
An insulin generator that generates insulin information, which is information related to secreted insulin, based on the glucose information received by the reception unit;
An output unit that outputs insulin information generated by the insulin generation unit;
The reception unit
Accepting the glucose information and SU agent information that is information about the SU agent to be introduced,
The insulin generator is
Based on the glucose information and the SU agent information, a simulation device that generates insulin information that is information related to secreted insulin ,
The insulin generator is
Based on the SU agent information, potassium ion generating means for generating potassium ion information that is information on K + flowing into the cell ,
Based on the potassium ion information, calcium ion generation means for generating calcium ion information, which is information related to Ca 2+ flowing into cells ,
ATP information acquisition means for acquiring ATP information, which is information about ATP to be produced;
Based on the ATP information, the calcium ion information, and the glucose information, Golgi vicinity insulin information generating means for generating first insulin information that is information related to insulin secreted near the Golgi body,
Based on the ATP information, the calcium ion information, and the first insulin information, a cell membrane vicinity insulin information generating unit that generates second insulin information that is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane;
Phosphorylated insulin information generating means for generating third insulin information that is information related to phosphorylated insulin based on the ATP information, the calcium ion information, and the second insulin information;
Activated insulin information generating means for generating insulin information, which is information related to activated insulin, based on the calcium ion information and the third insulin information;
A simulation apparatus comprising:
前記出力部は、
SU剤の投入に対する副作用に関する情報である副作用情報を出力する請求項3記載のシミュレーション装置。
The output unit is
4. The simulation apparatus according to claim 3, wherein side effect information, which is information on side effects with respect to the injection of the SU agent, is output.
前記副作用情報は、
SU剤暴露時間に対応する細胞内のインスリン量を示す情報であるSU剤対応インスリン量情報を含む請求項4記載のシミュレーション装置。
The side effect information is
5. The simulation apparatus according to claim 4 , further comprising SU agent-corresponding insulin amount information, which is information indicating an intracellular insulin amount corresponding to the SU agent exposure time.
コンピュータに、
グルコースに関する情報であるグルコース情報を受け付ける受付ステップと、
前記受付ステップで受け付けたグルコース情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成ステップと、
前記インスリン生成ステップで生成したインスリン情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラムであって、
前記インスリン生成ステップは、
産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得するATP情報取得ステップと、
細胞内に流入するCa2+に関する情報であるカルシウムイオン情報を取得するカルシウムイオン情報取得ステップと、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で分泌されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成するゴルジ体付近インスリン情報生成ステップと、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する細胞膜付近インスリン情報生成ステップと、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成するリン酸化インスリン情報生成ステップと、
前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する活性化インスリン情報生成ステップと、を具備するプログラム。
On the computer,
An accepting step for accepting glucose information which is information on glucose;
An insulin generation step for generating insulin information, which is information related to secreted insulin, based on the glucose information received in the reception step;
A program for executing an output step of outputting the insulin information generated in the insulin generation step,
The insulin generation step includes
An ATP information acquisition step of acquiring ATP information, which is information about ATP to be produced;
A calcium ion information acquisition step of acquiring calcium ion information which is information relating to Ca 2+ flowing into the cell;
Based on the ATP information, the calcium ion information, and the glucose information, a Golgi vicinity insulin information generation step for generating first insulin information that is information related to insulin secreted in the vicinity of the Golgi body,
Based on the ATP information, the calcium ion information, and the first insulin information, a cell membrane vicinity insulin information generation step for generating second insulin information that is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane;
A phosphorylated insulin information generating step for generating third insulin information, which is information related to phosphorylated insulin, based on the ATP information, the calcium ion information, and the second insulin information;
A program comprising: an activated insulin information generation step for generating insulin information that is information relating to activated insulin based on the calcium ion information and the third insulin information.
コンピュータに、
グルコースに関する情報であるグルコース情報を受け付ける受付ステップと、
前記受付ステップで受け付けたグルコース情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するインスリン生成ステップと、
前記インスリン生成ステップで生成したインスリン情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラムであって、
前記受付ステップは、
前記グルコース情報と、投入するSU剤に関する情報であるSU剤情報を受け付け、
前記インスリン生成ステップは、
前記グルコース情報と、前記SU剤情報に基づいて、分泌されるインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成するプログラムであって、
インスリン生成ステップは、
前記SU剤情報に基づいて、細胞内に流入するK に関する情報であるカリウムイオン情報を生成するカリウムイオン生成ステップと、
前記カリウムイオン情報に基づいて、細胞内に流入するCa 2+ に関する情報であるカルシウムイオン情報を生成するカルシウムイオン生成ステップと、
産生されるATPに関する情報であるATP情報を取得するATP情報取得ステップと、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記グルコース情報に基づいて、ゴルジ体付近で生成されるインスリンに関する情報である第一インスリン情報を生成するゴルジ体付近インスリン情報生成ステップと、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第一インスリン情報に基づいて、細胞膜付近でのインスリンに関する情報である第二インスリン情報を生成する細胞膜付近インスリン情報生成ステップと、
前記ATP情報と、前記カルシウムイオン情報と、前記第二インスリン情報に基づいて、リン酸化されたインスリンに関する情報である第三インスリン情報を生成するリン酸化インスリン情報生成ステップと、
前記カルシウムイオン情報と、前記第三インスリン情報に基づいて、活性化されたインスリンに関する情報であるインスリン情報を生成する活性化インスリン情報生成ステップと、を具備するプログラム
On the computer,
An accepting step for accepting glucose information which is information on glucose;
An insulin generation step for generating insulin information, which is information related to secreted insulin, based on the glucose information received in the reception step;
A program for executing an output step of outputting the insulin information generated in the insulin generation step,
The reception step includes
Accepting the glucose information and SU agent information that is information about the SU agent to be introduced,
The insulin generation step includes
Based on the glucose information and the SU agent information, a program for generating insulin information that is information related to secreted insulin ,
The insulin production step
Based on the SU agent information, a potassium ion generation step for generating potassium ion information that is information on K + flowing into the cells ;
Based on the potassium ion information, a calcium ion generation step of generating calcium ion information that is information on Ca 2+ flowing into the cell ;
An ATP information acquisition step of acquiring ATP information, which is information about ATP to be produced;
Based on the ATP information, the calcium ion information, and the glucose information, a Golgi vicinity insulin information generation step for generating first insulin information that is information related to insulin generated in the vicinity of the Golgi body;
Based on the ATP information, the calcium ion information, and the first insulin information, a cell membrane vicinity insulin information generation step for generating second insulin information that is information related to insulin in the vicinity of the cell membrane;
A phosphorylated insulin information generating step for generating third insulin information, which is information related to phosphorylated insulin, based on the ATP information, the calcium ion information, and the second insulin information;
A program comprising: an activated insulin information generation step for generating insulin information that is information relating to activated insulin based on the calcium ion information and the third insulin information .
前記出力ステップは、
SU剤の投入に対する副作用に関する情報である副作用情報を出力する請求項7記載のプログラム。
The output step includes
8. The program according to claim 7, which outputs side effect information, which is information about side effects on the injection of SU agent.
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