JPWO2006057268A1

JPWO2006057268A1 - シミュレーション装置およびプログラム

Info

Publication number: JPWO2006057268A1
Application number: JP2006547807A
Authority: JP
Inventors: 昭典野間; 富義山下; 綾子竹内; 啓介寺島
Original assignee: Kyoto University; Sumitomo Dainippon Pharma Co Ltd
Current assignee: Kyoto University; Sumitomo Pharma Co Ltd
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2008-06-05
Also published as: WO2006057268A1

Abstract

【課題】従来の薬物の吸収等のシミュレーション装置は、個体差や薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、病体変化を考慮した薬物吸収または排泄等についてはシミュレーションできなかった。【解決手段】本発明は、シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報と、生体の情報に関する生体情報に基づいて、薬物の吸収または／および排泄をシミュレーションするシミュレーション装置であって、当該シミュレーションを行っている間にも動的に、生体情報を受け付けるシミュレーション装置であって、かかる生体シミュレーション装置により、個体差や薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、病体変化を考慮した薬物吸収または排泄等についてはシミュレーションできる。【選択図】図１

Description

本発明は、薬物の吸収または／および排泄等についてシミュレーションするシミュレーション装置およびそのプログラム等に関するものである。

従来の薬物の吸収等のシミュレーション装置として、以下のシミュレーション装置がある。つまり、本シミュレーション装置は、薬物固有の特性（溶解度、脂溶性、膜透過性、代謝安定性など）から体内の薬物挙動（血中濃度）の時間推移を計算する。また、本シミュレーション装置は、平均的な正常時における薬物吸収を薬物の性質のみから評価するものであった。

一方、細胞の動作や機能をシミュレーションする細胞シミュレーション装置が存在する（非特許文献１参照）。細胞シミュレーション装置は、細胞内のイオン、水の輸送や膜表面の電位を計算する細胞シミュレーション装置は、主に、細胞内の活動を解析・解明することが主眼とされている。
また、上皮細胞モデル内部における上皮細胞のシミュレーション装置の技術も開示されている（非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４参照）。
さらに、ヒトのＳＧＬＴ１がグルコース１モルを輸送する際に、２モルのＮａ＋イオンと２６４モルのＨ_２Ｏ分子を同時に輸送することが解明されている（非特許文献５参照）。
Ｍ．Ｔｏｍｉｔａ，Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｋ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｔ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｙ．Ｍａｔｓｕｚａｋｉ，Ｆ．Ｍｉｙｏｓｈｉ，Ｋ．Ｓａｉｔｏ，Ｓ．Ｔａｎｉｄａ，Ｋ．Ｙｕｇｉ，Ｊ．Ｃ．Ｖｅｎｔｅｒ，ａｎｄＣ．Ａ．ＨｕｔｃｈｉｓｏｎＩＩＩ，「Ｅ−ＣＥＬＬ：ｓｏｆｔｗａｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒｗｈｏｌｅ−ｃｅｌｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ」ｉｎＢｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，ｖｏｌ．１５，ｎｏ．１，ｐｐ．７２−８４，１９９９Ａ．Ｍ．Ｗｅｉｎｓｔｅｉｎｅｔａｌ．，１９９０，Ｊ．Ｇｅｎ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．，９６，３１９−３４４．Ａ．Ｍ．Ｗｅｉｎｓｔｅｉｎ，Ａｍ．Ｊ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．，１９９２，２６３，Ｆ７４８−７９８，Ｐａｒｅｎｔｅｔａｌ．，ＪＭｅｍｂｒ．Ｂｉｏｌ．１２５：６３−７９，１９９２ＤｏｎａｌｄＤ．Ｆ．Ｌｏｏ，ＥｒｎｅｓｔＭ．ＷｒｉｇｈｔａｎｄＴｈｏｍａｓＺｅｕｔｈｅｎ，Ｗａｔｅｒｐｕｍｐｓ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ（２００２），５４２（ｐｔ．１），ｐｐ．５３−６０

しかしながら、従来の薬物の吸収等のシミュレーション装置は、個体差や薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、病態変化を考慮した薬物吸収または排泄等についてはシミュレーションできなかった。

本第一の発明のシミュレーション装置は、シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報と、生体の情報に関する生体情報に基づいて、薬物の吸収または／および排泄等をシミュレーションするシミュレーション装置であって、当該シミュレーションを行っている間にも動的に、前記生体情報を受け付けるシミュレーション装置である。
かかるシミュレーション装置は、個体差、または薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、または病態変化等を考慮した薬物吸収または／および排泄等のシミュレーションができる。

また、第二の発明のシミュレーション装置は、第一の発明のシミュレーション装置における薬物動態情報は、少なくとも薬物を吸収する部位を示す部位情報と、薬物の状態を示す状態情報を有するシミュレーション装置である。
かかるシミュレーション装置は、個体差、または薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、または病態変化等を考慮した薬物吸収または／および排泄等のシミュレーションが、生体の部位毎にできる。

また、第三の発明のシミュレーション装置は、第一、第二のシミュレーション装置において、前記生体情報受付部は、細胞内の動きをシミュレートする細胞シミュレーション装置からの出力である生体情報を受け付けるシミュレーション装置である。なお、細胞は、上皮細胞であることが好適である。また、シミュレーション装置は、間接的に細胞シミュレーション装置から生体情報を受け付けても良い。
かかるシミュレーション装置は、個体差、または薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、または病態変化等を考慮した薬物吸収または／および排泄等のシミュレーションが精度良くできる。

本発明は、個体差、または薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、または病態変化等を考慮した薬物吸収または／および排泄等のシミュレーションができる。

以下、シミュレーション装置を含む情報処理システム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。

図１は、本実施の形態における情報処理システムのブロック図である。本情報処理システムは、シミュレーション装置１１と、細胞シミュレーション装置１２と、制御装置１３を具備する。シミュレーション装置１１は、薬物の吸収または／および排泄等をシミュレーションする。細胞シミュレーション装置１２は、ここでは、生体機能（臓器、細胞、組織などの機能）のシミュレーションを行うが、本実施の形態では、細胞の機能、動作のシミュレーションを主として、シミュレーション装置１１が利用するので、細胞シミュレーション装置１２と言うこととする。また、細胞とは、主として上皮細胞である。制御装置１３は、シミュレーション装置１１と細胞シミュレーション装置１２の間での情報の受け渡しや、シミュレーション装置１１と細胞シミュレーション装置１２の動作のトリガーを与える等、情報処理システム全体が機能するための制御を行う。
シミュレーション装置１１は、指示受付部１１０１、薬物情報受付部１１０２、生体情報取得指示部１１０３、生体情報受付部１１０４、演算式格納部１１０５、演算実行部１１０６、出力部１１０７を具備する。

細胞シミュレーション装置１２は、第二指示受付部１２０１、機能要素情報格納部１２０２、静的構造管理部１２０３、パラメータ管理部１２０４、シミュレーション命令受付部１２０５、機能要素識別子取得部１２０６、パラメータ取得部１２０７、実行部１２０８、生体情報送信部１２０９を具備する。静的構造管理部１２０３は、細胞機能管理手段１２０３１、臓器細胞管理手段１２０３２を具備する。ただし、静的構造管理部１２０３が細胞機能管理手段１２０３１、臓器細胞管理手段１２０３２を具備することは、静的構造管理部１２０３の内部構造の一例である。
制御装置１３は、指示部１３０１、生体情報取得指示受付部１３０２、生体情報取得部１３０３、生体情報付与部１３０４、実行結果取得部１３０５、実行結果表示部１３０６を具備する。

指示受付部１１０１は、薬物の吸収のシミュレーションを開始する指示である開始指示を受け付ける。受け付けとは、通常、制御装置１３からの受信であるが、ユーザの手入力による開始指示の受け付け等でも良い。指示受付部１１０１は、無線または有線の通信手段等や、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。

薬物情報受付部１１０２は、シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報を受け付ける。薬物情報とは、例えば、薬物を識別する情報、薬物の溶解度、溶解速度定数、膜透過係数などである。薬物情報受付部１１０２は、薬物を識別する情報だけを受け付けても良いし、薬物の溶解度、溶解速度定数、膜透過係数などを受け付けても良い。薬物情報の入力手段は、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。薬物情報受付部１１０２は、予め保持している薬物情報を読み出す処理を行っても良い。かかる場合、読み出しは、受け付けに該当する。薬物情報受付部１１０２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。また、薬物情報受付部１１０２における受け付けは、制御装置１３からの受信であっても良い。

生体情報取得指示部１１０３は、生体情報を取得することを指示する生体情報取得指示を制御装置１３に送信する。生体情報とは、生体の情報に関する情報であり、例えば、細胞のイオン（例えば、Ｎａイオン、Ｋａイオンなど）の移動を示す情報、水の移動を示す情報、膜電位、ｐＨ、細胞容積などの値である。水の移動を示す情報とは、例えば、水の吸収速度である。生体情報取得指示は、例えば、生体情報を取得するためのメッセージの送信である。生体情報取得指示の構造は問わない。生体情報取得指示部１１０３は、例えば、無線または有線の通信手段等で実現され得る。

生体情報受付部１１０４は、生体の情報に関する生体情報を受け付ける。なお、生体情報受付部１１０４は、通常、薬物の吸収シミュレーションの開始前および薬物の吸収シミュレーションを行っている間に、生体の情報に関する生体情報を受け付ける。ただし、生体情報受付部１１０４は、薬物の吸収シミュレーションの開始前に一度だけ生体情報を受け付けても良いし、薬物の吸収シミュレーションを行っている間のみ、１回以上、生体情報を受け付けても良い。薬物の吸収シミュレーションの開始前の生体情報の受付は、記録媒体からの読み出しや、プログラム中に生体情報が埋め込まれている場合のプログラムによる生体情報の読み出しでも良い。つまり、生体情報受付部１１０４における生体情報の受け付け方法が変化しても良い。薬物の吸収シミュレーションの開始前に生体情報を受け付けない場合は、シミュレーション装置１１は、例えば、予め保持している初期状態の生体情報に基づいて薬物の吸収シミュレーションを行うこととなる。薬物の吸収シミュレーションの開始前に生体情報を受け付ける場合は、シミュレーション対象の個体の差、個体の状態の差を考慮した薬物の吸収シミュレーションが可能となる。薬物の吸収シミュレーションを行っている間に生体情報を受け付ける場合は、動的な生体情報の変化に応じた薬物の吸収シミュレーションが可能となる。生体情報受付部１１０４における生体情報の受付とは、例えば、制御装置１３からの生体情報の受信である。また、生体情報受付部１１０４における生体情報の受付とは、例えば、記録媒体からの生体情報の読み出しであっても良いし、ユーザによる生体情報の手入力であっても良いし、制御装置１３以外の他の外部装置からの生体情報の受信等であっても良い。生体情報受付部１１０４は、例えば、無線または有線の通信手段等で実現され得る。

演算式格納部１１０５は、薬物情報と生体情報をパラメータとして、当該薬物の吸収や排泄等に関する情報である薬物動態情報を出力する演算式である薬物動態情報出力演算式を格納している。薬物動態情報は、例えば、少なくとも薬物を吸収または排泄する部位を示す部位情報と、薬物の状態を示す状態情報を有する。薬物動態情報は、例えば、薬物の吸収速度、薬物の代謝速度、薬物の尿中排泄速度、初回通過代謝速度、薬物の血中濃度、薬物の累積吸収量、薬物の累積腎排泄量、薬物の累積代謝物量等を含む。薬物動態情報出力演算式の例は、後述する。部位情報は、例えば、「胃」「十二指腸」「空腸」「回腸」「大腸」などである。状態情報は、例えば、薬物の溶解状態、解離状態や、薬物の吸収、代謝、排泄の各速度や、排泄量、代謝物量、吸収量などである。演算式格納部１１０５は、不揮発性の記録媒体（ハードディスクや書き換え不可の光ディスク等を含む）が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。

演算実行部１１０６は、薬物情報受付部１１０２が受け付けた薬物情報と、生体情報受付部１１０４が受け付けた生体情報を有するパラメータを、演算式格納部１１０５の薬物動態情報出力演算式に渡し、薬物動態情報出力演算式を実行する。演算実行部１１０６は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。演算実行部１１０６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。

出力部１１０７は、演算実行部１１０６の実行結果に基づく情報である薬物動態情報を出力する。ここでの出力は、通常、制御装置１３への送信である。ただし、シミュレーション装置１１が単独で動作する場合などは、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。出力部１１０７は、例えば、無線または有線の通信手段等で実現され得る。また、出力部１１０７は、例えば、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。
第二指示受付部１２０１は、制御装置１３から生体情報の送信の指示を受け付ける。第二指示受付部１２０１は、通常、無線または有線の通信手段等で実現され得る。

機能要素情報格納部１２０２は、生物を構成する要素である分子、細胞内小器官、細胞、組織、もしくは臓器の機能を識別する機能要素識別子と当該機能をシミュレーションするシミュレーション実現プログラムを有する機能要素情報を１以上格納している。機能要素情報は、機能要素識別子と、シミュレーション実現プログラムを識別するプログラム識別子と、シミュレーション実現プログラムを有していても良い。また、機能要素情報は、機能要素識別子と２以上のシミュレーション実現プログラムを有していても良い。機能要素識別子は、上記機能を識別する情報であれば何でも良い。シミュレーション実現プログラムの記述言語や、形式は問わない。つまり、シミュレーション実現プログラムは、実行形式であっても良いし、ライブラリ形式であっても良いし、プログラムの関数であっても良い。また、１以上のシミュレーション実現プログラムの中には、シミュレーション結果を出力する処理も行うプログラムがある。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、記録媒体への蓄積等を含む概念である。機能要素情報格納部１２０２は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。

静的構造管理部１２０３は、細胞内小器官、細胞、組織、臓器である生物構成要素または個体を識別する構成要素識別子と当該構成要素識別子で識別される生物構成要素の機能を実現するに必要な１以上の機能要素識別子との対応を保持している。静的構造管理部１２０３は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。

パラメータ管理部１２０４は、構成要素識別子と当該構成要素識別子で識別される生物の構成要素の機能を実現するに必要な１以上のパラメータを有するパラメータ情報を保持している。パラメータ管理部１２０４は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。

シミュレーション命令受付部１２０５は、シミュレーション対象の生体構成要素または個体を識別する構成要素識別子を有するシミュレーション命令を受け付ける。シミュレーション命令の入力手段は、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。シミュレーション命令受付部１２０５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。

機能要素識別子取得部１２０６は、シミュレーション命令受付部１２０５が受け付けたシミュレーション命令が有する構成要素識別子と対応付けられる１以上の機能要素識別子を静的構造管理部１２０３から取得する。機能要素識別子取得部１２０６は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。機能要素識別子取得部１２０６が１以上の機能要素識別子を取得するための処理手順は、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。

パラメータ取得部１２０７は、シミュレーション命令受付部１２０５が受け付けたシミュレーション命令が有する構成要素識別子に対応する１以上のパラメータをパラメータ管理部１２０４から取得する。パラメータ取得部１２０７は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。パラメータ取得部１２０７が１以上のパラメータを取得するための処理手順は、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。

実行部１２０８は、パラメータ取得部１２０７が取得したパラメータの一部または全部を、機能要素識別子取得部１２０６が取得した機能要素識別子と対になるシミュレーション実現プログラムに渡し、当該シミュレーション実現プログラムを実行する。機能要素識別子取得部１２０６が取得した機能要素識別子と対になるシミュレーション実現プログラムは、機能要素情報格納部１２０２における管理情報から決定され得る。実行部１２０８は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。実行部１２０８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。
生体情報送信部１２０９は、実行部１２０８におけるシミュレーションの実行により取得した生体情報を制御装置１３に送信する。生体情報送信部１２０９は、無線または有線の通信手段等で実現され得る。
細胞機能管理手段１２０３１は、生物の細胞または組織を識別する細胞識別子と機能識別子の対応を管理している。

臓器細胞管理手段１２０３２は、臓器または器官を識別する臓器識別子と細胞識別子の対応を管理している。細胞機能管理手段１２０３１および臓器細胞管理手段１２０３２は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。

指示部１３０１は、シミュレーション装置１１に対して、シミュレーションの開始指示を送付し、かつ細胞シミュレーション装置１２に対して、生体情報の送付を指示する。指示部１３０１は、例えば、無線または有線の通信手段等で実現され得る。

生体情報取得指示受付部１３０２は、シミュレーション装置１１から生体情報の取得の指示を受け付ける。受け付けとは、例えば、受信である。生体情報取得指示受付部１３０２は、例えば、無線または有線の通信手段等で実現され得る。

生体情報取得部１３０３は、生体情報の送付の指示に応じて、細胞シミュレーション装置１２から生体情報を取得する。生体情報取得部１３０３は、例えば、生体情報を受信する。生体情報取得部１３０３は、例えば、無線または有線の通信手段等で実現され得る。

生体情報付与部１３０４は、生体情報取得部１３０３が取得した生体情報をシミュレーション装置１１に送付する。送付とは、例えば、送信である。ただし、送付とは、シミュレーション装置１１に生体情報を与える動作であれば良い。生体情報付与部１３０４は、例えば、無線または有線の通信手段等で実現され得る。

実行結果取得部１３０５は、シミュレーション装置１１からシミュレーションの実行結果である薬物動態情報を取得する。取得とは、例えば、受信である。実行結果取得部１３０５は、例えば、無線または有線の通信手段等で実現され得る。

実行結果表示部１３０６は、実行結果取得部１３０５が取得した薬物の薬物動態情報を表示する。実行結果表示部１３０６が薬物動態情報を表示する態様は問わない。実行結果表示部１３０６は、薬物動態情報をグラフで表示しても良いし、数字列と文字列等で表示しても良いし、動画（アニメーションなど）を用いて表示しても良い。実行結果表示部１３０６は、ディスプレイを含むと考えても含まないと考えても良い。実行結果表示部１３０６は、ディスプレイのドライバーソフトまたは、ディスプレイのドライバーソフトとディスプレイ等で実現され得る。
以下、本情報処理システムの動作について説明する。まず、シミュレーション装置１１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。

（ステップＳ２０１）指示受付部１１０１は、薬物の吸収または／および排泄のシミュレーションを開始する指示である開始指示を受け付けたか否かを判断する。開始指示を受け付ければステップＳ２０２に行き、開始指示を受け付けなければステップＳ２０１に戻る。

（ステップＳ２０２）薬物情報受付部１１０２は、シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報を受け付けたか否かを判断する。薬物情報を受け付ければステップＳ２０３に行き、薬物情報を受け付けなければステップＳ２０２に戻る。

（ステップＳ２０３）生体情報受付部１１０４は、生体の情報に関する生体情報を受け付けたか否かを判断する。生体情報を受け付ければステップＳ２０４に行き、生体情報を受け付けなければステップＳ２０３に戻る。
（ステップＳ２０４）演算実行部１１０６は、演算式格納部１１０５から薬物動態情報出力演算式を読み出す。

（ステップＳ２０５）演算実行部１１０６は、ステップＳ２０２で受け付けた薬物情報と、ステップＳ２０３で受け付けた生体情報をパラメータとして、ステップＳ２０４で取得した薬物動態情報出力演算式を実行する。
（ステップＳ２０６）出力部１１０７は、演算実行部１１０６の実行結果の情報である薬物動態情報を出力する。

（ステップＳ２０７）生体情報取得指示部１１０３は、生体情報を取得することを指示する生体情報取得指示を制御装置１３に送信する。なお、シミュレーション装置１１は、生体情報取得指示を制御装置１３に送信せずに、制御装置１３から生体情報を取得しても良い。かかる場合、細胞シミュレーション装置１２が自発的に生体情報を制御装置１３に送信する、または制御装置１３が自発的に生体情報を細胞シミュレーション装置１２から取得する等の動作となる。また、制御装置１３から生体情報を取得するタイミングは、定期的であることが望ましいが、定期的であることは必須ではない。
なお、図２のフローチャートにおいて、電源オフや処理終了の割り込みにより処理は終了する。
次に、細胞シミュレーション装置１２の動作について図３のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ３０１）シミュレーション命令受付部１２０５は、構成要素識別子（ここでは、例えば、臓器識別子）を有するシミュレーション命令を受け付けたか否かを判断する。シミュレーション命令を受け付ければステップＳ３０２に行き、シミュレーション命令を受け付けなければステップＳ３１４に行く。なお、ここでは、シミュレーション命令は、制御装置１３から受け付けるシミュレーションの開始指示である。
（ステップＳ３０２）シミュレーション命令が有する臓器識別子を取得する。
（ステップＳ３０３）機能要素識別子取得部１２０６は、ステップＳ３０２で取得した臓器識別子に対応する１以上の細胞識別子を取得する。
（ステップＳ３０４）カウンタｉに１を代入する。

（ステップＳ３０５）実行部１２０８は、ステップＳ３０３で取得した細胞識別子において、ｉ番目の細胞識別子が存在するか否かを判断する。ｉ番目の細胞識別子が存在すればステップＳ３０６に行き、ｉ番目の細胞識別子が存在しなければ処理を終了する。なお、図３のフローチャートが終了した場合でも、シミュレーション実現プログラムによるシミュレーション結果の出力は継続しても良いことは言うまでもない。
（ステップＳ３０６）機能要素識別子取得部１２０６は、ｉ番目の細胞識別子に対応する１以上の機能要素識別子を取得する。
（ステップＳ３０７）カウンタｊに１を代入する。

（ステップＳ３０８）実行部１２０８は、ステップＳ３０６で取得した機能要素識別子において、ｊ番目の機能要素識別子が存在するか否かを判断する。ｊ番目の機能要素識別子が存在すればステップＳ３０９に行き、ｊ番目の機能要素識別子が存在しなければステップＳ３１３に飛ぶ。
（ステップＳ３０９）実行部１２０８は、ｊ番目の機能要素識別子に対応するシミュレーション実現プログラムを機能要素情報格納部１２０２から読み出す。

（ステップＳ３１０）パラメータ取得部１２０７は、シミュレーション命令受付部１２０５が受け付けたシミュレーション命令が有する臓器識別子に対応する１以上のパラメータを、パラメータ管理部１２０４から取得する。

（ステップＳ３１１）実行部１２０８は、ステップＳ３１０で取得した１以上のパラメータを、ステップＳ３０９で取得したシミュレーション実現プログラムに渡し、当該シミュレーション実現プログラムを実行する。
（ステップＳ３１２）カウンタｊを１インクリメントする。ステップＳ３０８に戻る。
（ステップＳ３１３）カウンタｉを１インクリメントする。ステップＳ３０５に戻る。

（ステップＳ３１４）第二指示受付部１２０１は、制御装置１３から生体情報の送信の指示を受け付けたか否かを判断する。生体情報の送信の指示を受け付ければステップＳ３１５に行き、生体情報の送信の指示を受け付けなければステップＳ３０１に戻る。

（ステップＳ３１５）生体情報送信部１２０９は、実行部１２０８におけるシミュレーションの実行により得られた生体情報のうちから、薬物の吸収または／および排泄のシミュレーションに必要な生体情報を取得する。なお、例えば、生体情報の送信の指示の中に、薬物の吸収または／および排泄のシミュレーションに必要な生体情報を示す情報が含まれている。
（ステップＳ３１６）生体情報送信部１２０９は、ステップＳ３１５で取得した生体情報を制御装置１３に送信する。ステップＳ３０１に戻る。

なお、図３のフローチャートにおいて、実行されるシミュレーション実現プログラムが２以上の場合、実行される順序が決まっていても良いし、任意でも良い。また、シミュレーション実現プログラムは、例えば、制御装置１３からの指示だけではなく、時間の経過に伴って、定期的にまたは適切なタイミングでシミュレーション結果を出力しても良い。

さらに、本実施の形態における情報処理システムにおいて利用する細胞シミュレーション装置１２の機能は、細胞、主として上皮細胞のシミュレーション機能である。上皮細胞のシミュレーション機能については、例えば、上記の非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４で記載されている演算式（モデル）を実行することにより行なわれる。

非特許文献２においては、膜電位、イオンの流れ、水の流れ、細胞容積の算出が可能な演算式が開示されている。非特許文献３においては、イオンの輸送に関与するトランスポータの算出が可能な演算式が開示されている。非特許文献４においては、グルコーストランスポータの改良についての技術が開示されている。例えば、本細胞シミュレーション装置１２における必要な演算、動作は、かかる３つの非特許文献から実現できる。したがって、細胞のシミュレーションに関する詳細な説明は省略する。
次に、制御装置１３の動作について図４のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ４０１）指示部１３０１は、シミュレーション装置１１および細胞シミュレーション装置１２に対して、シミュレーションの開始指示を送付する。なお、通常、シミュレーション装置１１および細胞シミュレーション装置１２のシミュレーションの同期を取るが、同期をとらずに両者が動作しても良い場合もある。

（ステップＳ４０２）生体情報取得指示受付部１３０２は、シミュレーション装置１１から生体情報の取得の指示を受け付けたか否かを判断する。生体情報の取得の指示を受け付ければステップＳ４０３に行き、生体情報の取得の指示を受け付けなければステップＳ４０６に飛ぶ。
（ステップＳ４０３）生体情報取得部１３０３は、ステップＳ４０２における生体情報の取得指示に応じて、細胞シミュレーション装置１２に生体情報を送付する指示を行なう。
（ステップＳ４０４）生体情報取得部１３０３は、ステップＳ４０３における生体情報の送付の指示に応じて、細胞シミュレーション装置１２から生体情報を取得する。
（ステップＳ４０５）生体情報付与部１３０４は、ステップＳ４０４で取得した生体情報をシミュレーション装置１１に送付する。ステップＳ４０２に戻る。

（ステップＳ４０６）実行結果取得部１３０５は、シミュレーション装置１１からシミュレーションの実行結果である薬物動態情報を取得したか否かを判断する。薬物動態情報を取得すればステップＳ４０７に行き、薬物動態情報を取得しなければステップＳ４０２に戻る。
（ステップＳ４０７）実行結果表示部１３０６は、ステップＳ４０６で取得した薬物の薬物動態情報を表示する。ステップＳ４０２に戻る。
なお、図４のフローチャートにおいて、電源オフや処理終了の割り込みにより処理は終了する。

また、上記のブロック図やフローチャートにおいて、生体情報は、制御装置１３を経由して、細胞シミュレーション装置１２からシミュレーション装置１１に通知された。しかし、細胞シミュレーション装置１２からシミュレーション装置１１に、直接に生体情報を通知しても良い。

以下、本実施の形態における情報処理システムの具体的な動作について説明する。情報処理システムの動作の概念について図５を用いて説明する。本情報処理システムの細胞シミュレーション装置１２は、特に、消化管上皮細胞のシミュレーションを行う消化管上皮細胞シミュレーション装置である。

まず、細胞シミュレーション装置１２は、外部から、病態変化や先天異常などの機能異常の情報を受け付ける。そして、トランスポータの駆動、イオンチャネルの開閉、浸透圧変化、静水圧変化、電位の変化、水・イオンの移動などの生体情報の変化を算出し、取得する。細胞シミュレーション装置１２が受け付ける病態変化等の情報の例として、ウィルス感染によるＳＧＬＴ１活性低下に関する情報がある。細胞シミュレーション装置１２が、かかるウィルス感染によるＳＧＬＴ１活性低下に関する情報を受け付けた場合、主な生体情報の変化は、下痢であり、かつ水の吸収速度の低下である。水の吸収速度の低下は、つまり、細胞内のＮａ濃度の低下である。

次に、細胞シミュレーション装置１２から制御装置１３に変数の値が受け渡される。変数の値は、ｐＨ、膜電位、水の吸収速度、細胞容積等である。かかるｐＨ、膜電位、水の吸収速度、細胞容積等の変数の値も、上述の生体情報である。さらに、制御装置１３からシミュレーション装置１１に、変数の値が渡される。

そして、シミュレーション装置１１の生体情報受付部１１０４は、ｐＨ、膜電位、水の吸収速度、細胞容積等の生体情報を受け付ける。そして、演算実行部１１０６は、格納している薬物動態情報出力演算式を読み出す。そして、受け付けた生体情報と、予め保持している薬物情報を読み出した薬物動態情報出力演算式に与え、当該薬物動態情報出力演算式を実行する。薬物動態情報出力演算式の実行により、消化管内の薬物の移動や、薬物の溶解や、薬物のｐＨ変化による解離や、経細胞透過による薬物の吸収や、細胞間隙透過による薬物の吸収や、薬物の肝代謝や、薬物の腎排泄や、Ｐ糖タンパクによる薬物の輸送や、初回通過代謝（肝、小腸などによる）についての情報が取得される。かかる場合、薬物情報は、溶解度、溶解速度定数、膜透過係数、酸解離定数（ｐＫａ）、ＩｎＶｉｔｒｏ肝代謝速度、血漿タンパク結合率、動物データから予想されるヒトでの腎クリアランス、分布容積値、Ｐ糖タンパクに対するミカエリス−メンテン定数（Ｋｍ）、最大輸送速度（Ｖｍａｘ）などがある。

そして、シミュレーション装置１１の出力部１１０７は、薬物動態情報出力演算式の実行結果に基づく情報を出力する。この実行結果に基づく情報は、薬物動態情報である。薬物動態情報の例として、薬物の吸収速度、薬物の代謝速度、薬物の尿中排泄速度、薬物の初回通過代謝速度、薬物の血中濃度、薬物の累積吸収量、薬物の累積腎排泄量、薬物の累積代謝量等がある。

また、上記では、詳細に述べなかったが、細胞シミュレーション装置１２は、出力する変数の値が平衡状態に達した場合は、シミュレーション（計算）を停止し、最後に得られた値を保持している。一方、シミュレーション装置１１は、細胞シミュレーション装置１２の動作の状態（動作中または停止中など）に関わらず、細胞シミュレーション装置１２から生体情報を取得しながら、薬物動態情報の算出を続ける。なお、薬物動態情報出力演算式の実行結果と出力される薬物動態情報は、同一でも良いし、異なるものでも良い。
次に、以下に、具体的なシミュレーション、およびその結果について、２つの具体例を用いて、さらに説明する。

[具体例１]
細胞シミュレーション装置１２において、例えば、ウィルス感染によるＳＧＬＴ１活性が低下する旨の情報と、シミュレーション対象の臓器識別子または細胞識別子を受け付ける。そして、細胞シミュレーション装置１２は、臓器識別子で識別される臓器に含まれる細胞識別子、または受け付けた細胞識別子に対応するシミュレーション実現プログラムを読み出す。そして、細胞シミュレーション装置１２は、当該プログラムを実現する。すると、ＳＧＬＴ１活性が低下するので、細胞シミュレーション装置１２は、ＮａとＧｌｕｃｏｓｅの細胞内への流入が抑制されるような情報を算出する。

次に、細胞シミュレーション装置１２は、ＮａとＧｌｕｃｏｓｅの細胞内の濃度に対する消化管腔内の濃度の差がＳＧＬＴ１活性の低下により大きくなるシミュレーション結果を算出する。これは、正常時に比べて、管腔内と細胞内との浸透圧差が大きい状態が得られたこととなる。また、これは、浸透圧差による水の流れ（浸透圧の低いところから高いところへ）が小さくなり、管腔内に水が溜まることを意味する。管腔内に水が溜まることは、下痢の要因にもなる。さらに、細胞シミュレーション装置１２は、管腔内からの水の流入速度を算出する。ここでの流入とは、細胞内への流入と細胞間隙への流入をいう。細胞シミュレーション装置１２は、ＮａとＧｌｕｃｏｓｅの管腔内の濃度が高くなった状況において、細胞内への流入速度と細胞間隙への流入速度のいずれもが低下する、というシミュレーション結果を算出する。かかる細胞内への水の流入と細胞間隙への水の流入の概念図を図６に示す。
次に、シミュレーション装置１１の指示受付部１１０１は、シミュレーションの開始指示を制御装置１３から受け付ける。そして、薬物情報受付部１１０２は、格納している薬物の溶解度（ここでは、5.0）や溶解速度定数などの薬物情報を読み出す。
次に、シミュレーション装置１１の生体情報受付部１１０４は、細胞シミュレーション装置１２から制御装置１３を経由して、細胞内への水の流入速度と細胞間隙への水の流入速度の情報、膜電位などの生体情報を取得する。

そして、シミュレーション装置１１の演算実行部１１０６は、図７に示す薬物動態情報出力演算式を演算式格納部１１０５から読み出し、実行していく。薬物動態情報出力演算式は、例えば、微分方程式である。図７におけるｎは図１９におけるコンパートメント群の左からｎ番目を意味し、上段、中段、下段の各コンパートメントは各々Ｍｎ，Ｓｎ，Ｅｎの薬物量の値を持っている。また、コンパートメント間の矢印は各々、図７及び図８で計算される薬物の移動速度の値を持つ。まず、シミュレーション装置１１は、図７（ａ）の薬物動態情報出力演算式を実行する。そして、シミュレーション装置１１は、固体薬物量の時間変化の情報を得る。さらに具体的には、演算実行部１１０６は、「ｄＭ_ｎ＝（Ｋ_ｔ・Ｍ_ｎ−１−Ｋ_ｔ・Ｍ_ｎ−ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ）×ｄｔ」を、ｄｔを所定間隔（例えば、０．１秒）で計算し、ｄｔごとのｎ番目コンパートメントにおける固体薬物量（Ｍｎ）を算出する。図７（ａ）の薬物動態情報出力演算式において、「ｄＭ_ｎ」は、固体薬物量（Ｍｎ）の増加量である。Ｋ_ｔは、管腔内容物の移動速度定数であり、演算式格納部１１０５（記録媒体）に予め格納されている定数である。「ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ」は、拡散によって溶出される速度であり、図８の式により算出され得る。演算実行部１１０６は、演算式格納部１１０５から演算式とともに、定数（Ｋ_ｔなど）も読み出し、演算式を実行することは言うまでもない。なお、演算実行部１１０６が微分方程式を実行する場合に、ｄｔを所定間隔（例えば、０．１秒）で演算することは、他の微分方程式の実行においても同様であり、コンピュータにおける公知の技術・処理であるので、詳細な説明は省略する。図７（ａ）より、演算実行部１１０６は、固体薬物量（Ｍｎ）を算出する際に、管腔内容物の移動速度定数と溶解速度をパラメータとする関数を実行して算出する。また、演算実行部１１０６は、管腔内容物の移動速度定数をパラメータとする増加関数であり、溶解速度をパラメータとする減少関数の実行により固体薬物量（Ｍｎ）を算出する。つまり、演算実行部１１０６が固体薬物量（Ｍｎ）を算出する演算式は、図７（ａ）に限られない。
次に、シミュレーション装置１１の演算実行部１１０６は、演算式格納部１１０５から図７（ｂ）の薬物動態情報出力演算式を読み出し、実行する。そして、シミュレーション装置１１は、溶解している薬物量の時間変化の情報を得る。図７（ｂ）の薬物動態情報出力演算式において、算出する「Ｓ_ｎ」はｎ番目の消化管コンパートメントにおける液体の薬物量、「Ｖ_ｎ」は水の容積であり、図７（ｂ）の３つ目の微分方程式の実行により得られる。「Ｃ_ｎ」は、ｎ番目の消化管腔コンパートメント中の薬物濃度であり、図７（ｂ）の２つ目の微分方程式の実行により得られる。ｆｌｕｘ（ｐａｒａ）は、電気化学ポテンシャル勾配に基づく拡散と容積流輸送の両者ないしいずれかによって薬物が管腔側から細胞隙に輸送される速度であり、図８に示す演算式の実行により算出される。また、ｆｌｕｘ（ｔｒａｎｓ）は、電気化学ポテンシャル勾配に基づく拡散と能動的輸送の両者あるいはいずれかによって薬物が管腔側から細胞内に輸送される速度であり、図８に示す演算式の実行により算出される。Ｐ−ｇｐは、Ｐ糖タンパク質による薬物戻り速度であり、例えば予め演算式格納部１１０５に格納されている定数Ｋ_ｍ，Ｖ_ｍａｘによって計算される。演算実行部１１０６は、図７（ｂ）の薬物動態情報出力演算式を実行する際に、Ｐ-ｇｐを演算式格納部１１０５から読み出して、当該薬物動態情報出力演算式に与える。ｗａｔｅｒｆｌｕｘは、水の吸収速度（細胞内、細胞膜）であり、細胞シミュレータ装置１２が生成し、制御装置１３経由で送付され、予め演算式格納部１１０５に格納されている変数の値である。演算実行部１１０６は、図７（ｂ）の薬物動態情報出力演算式を実行する際に、ｗａｔｅｒｆｌｕｘを演算式格納部１１０５から読み出して、当該薬物動態情報出力演算式に与える。図７（ｂ）より、演算実行部１１０６は、水の容積、溶解速度、薬物の細胞隙ルート速度（ｆｌｕｘ（ｐａｒａ））、薬物の細胞内ルート速度（ｆｌｕｘ（ｔｒａｎｓ））、Ｐ糖タンパク質による薬物戻り速度（Ｐ−ｇｐ）、水の吸収速度（細胞内、細胞膜）（ｗａｔｅｒｆｌｕｘ）をパラメータとする関数により、液体薬物量及び薬物濃度を算出する。演算実行部１１０６は、溶解速度と、Ｐ糖タンパク質による薬物戻り速度（Ｐ−ｇｐ）をパラメータとする増加関数であり、薬物の細胞隙ルート速度（ｆｌｕｘ（ｐａｒａ））、薬物の細胞内ルート速度（ｆｌｕｘ（ｔｒａｎｓ））をパラメータとする減少関数により、液体薬物量（Ｓｎ）及び薬物濃度（Ｃｎ）を算出する。つまり、演算実行部１１０６が液体薬物量（Ｓｎ）及び薬物濃度（Ｃｎ）を算出する演算式は、図７（ｂ）に限られない。
次に、シミュレーション装置１１の演算実行部１１０６は、演算式格納部１１０５から図７（ｃ）の薬物動態情報出力演算式を読み出し、実行する。そして、シミュレーション装置１１は、上皮細胞内の薬物量の時間変化の情報を得る。図７（ｃ）の薬物動態情報出力演算式において、算出する「Ｅ_ｎ」は、上皮細胞内の薬物量である。ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎは上皮細胞からの吸収速度であり、図８の「ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ」と同じであり、「ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ」の演算式により算出される。ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍは、消化管における代謝速度であり、図８の「ｍｅｔａｂｏｌｉｃ＿ｒａｔｅ」と同じであり、図８の「ｍｅｔａｂｏｌｉｃ＿ｒａｔｅ」の演算式により算出される。また、「Ｃｅ_ｎ」は、ｎ番目の上皮細胞コンパートメントの細胞内薬物濃度、「Ｖｅ_ｎ」は細胞容積である。図７（ｃ）より、演算実行部１１０６は、薬物の細胞内ルート速度（ｆｌｕｘ（ｔｒａｎｓ））、上皮細胞からの吸収速度、消化管における代謝速度、Ｐ糖タンパク質による薬物戻り速度（Ｐ−ｇｐ）を計算する関数の実行により、上皮細胞内の薬物量を算出する。演算実行部１１０６は、薬物の細胞内ルート速度（ｆｌｕｘ（ｔｒａｎｓ））をパラメータとする増加関数であり、上皮細胞からの吸収速度、消化管における代謝速度、Ｐ糖タンパク質による薬物戻り速度（Ｐ−ｇｐ）をパラメータとする減少関数の実行により、上皮細胞内の薬物量（Ｅｎ）を算出する。つまり、演算実行部１１０６が上皮細胞内の薬物量（Ｅｎ）を算出する演算式は、図７（ｃ）に限られない。
次に、シミュレーション装置１１の演算実行部１１０６は、演算式格納部１１０５から図７（ｄ）の薬物動態情報出力演算式を実行する。そして、シミュレーション装置１１は、血漿中の薬物量の時間変化の情報を得る。図７（ｄ）の薬物動態情報出力演算式において、算出する「Ｃ_{ｐｌａｓｍａ}」は、血漿中薬物濃度である。また、Ｆ_ｈは、肝アベイラビリティー（肝初回通過後に代謝されなかった薬物の割合）であり、薬物のｉｎｖｉｔｒｏ実験から得られる代謝速度からｄｉｓｐａｒｓｉｏｎｍｏｄｅｌ式などによって算出される。一方、肝初回通過によって薬物が代謝される速度はａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ＿ｒａｔｅ・（１−Ｆｈ）で表され、時間に対して積分して累積肝初回通過代謝量が計算される。ＣＬｈは肝クリアランス、ＣＬｒは腎クリアランス、Ｖｄは分布容積（薬物）であり、それぞれ予め演算式格納部１１０５に格納されている定数である。肝代謝速度、尿中排泄速度はそれぞれＣＬｈ・Ｃ_{ｐｌａｓｍａ}，ＣＬｒ・Ｃ_{ｐｌａｓｍａ}で表され、時間に対して積分して累積肝代謝量、累積尿中排泄量が計算される。演算実行部１１０６は、図７（ｄ）の薬物動態情報出力演算式を実行する際に、各定数を演算式格納部１１０５から読み出して、当該薬物動態情報出力演算式に与える。図７（ｄ）より、演算実行部１１０６は、肝アベイラビリティー（Ｆ_ｈ）、上皮細胞内から血液への吸収速度（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）、薬物の細胞隙ルート速度（ｆｌｕｘ（ｐａｒａ））、肝クリアランス（ＣＬｈ）による薬物消失速度、腎クリアランス（ＣＬｒ）による尿中排泄速度、分布容積（Ｖｄ）をパラメータとする関数の実行により、血漿中薬物濃度（Ｃ_{ｐｌａｓｍａ}）を算出する。演算実行部１１０６は、肝アベイラビリティー（Ｆ_ｈ）、上皮細胞内から血液への吸収速度（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）、薬物の細胞隙ルート速度（ｆｌｕｘ（ｐａｒａ））からなる増加関数と、肝クリアランス（ＣＬｈ）による薬物消失速度、腎クリアランス（ＣＬｒ）による尿中排泄速度からなる減少関数の実行により体内薬物量を算出し、さらに分布容積（Ｖｄ）で除して血漿中薬物濃度（Ｃ_{ｐｌａｓｍａ}）を算出する。つまり、演算実行部１１０６が血漿中薬物濃度（Ｃ_{ｐｌａｓｍａ}）を算出する演算式は、図７（ｄ）に限られない。
なお、図７中の変数（二重線の値）を求める演算式を図８に示す。図８において、矩形で囲まれている式が、今回のシミュレーション結果に変化を及ぼすための重要な式である。
また、図７において下線の変数（ｗａｔｅｒｆｌｕｘ、Ｖｅ_ｎ）は、細胞シミュレーション装置１２から、制御装置１３経由で、シミュレーション装置１１に、その値が与えられる変数である。
図８において、ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎは、拡散によって溶出される速度である。ｆｌｕｘ（ｐａｒａ）は、電気化学ポテンシャル勾配に基づく拡散と容積流輸送の両者ないしいずれかによって薬物が輸送される速度である。ｆｌｕｘ（ｔｒａｎｓ）は、電気化学ポテンシャル勾配に基づく拡散と能動的輸送の両者あるいはいずれかによって薬物が輸送される速度である。ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ＿ｒａｔｅは、上皮細胞及び細胞隙からの吸収速度である。ｍｅｔａｂｏｌｉｃ＿ｒａｔｅは、酵素反応理論によって表される代謝速度である。Ｐ_ｐは、ｐａｒａｃｅｌｌｕｌａｒｒｏｕｔｅの膜透過性であり、ｐＫａは酸・塩基解離定数である。また、図８において、ｐＫａを含むすべての計算式は塩基性薬物の場合を示しており、酸性薬物の場合には図８下段にあるＨｅｎｄｅｒｓｏｎ−Ｈａｓｓｅｌｂａｃｈの式に基づいて（ｐＫａ−ｐＨ_ｘ）の項が（ｐＨ_ｘ−ｐＫａ）となる。

そして、細胞シミュレーション装置１２は、シミュレーション装置１１の薬物吸収または／排泄等のシミュレーション中に、図９、図１０に示す変化する生体情報を制御装置１３経由で、シミュレーション装置１１に送る。なお、図９、図１０における生体情報の変化は、シミュレーション装置１１の薬物シミュレーションが開始されてから６０分経過した後からの生体情報の変化である。つまり、図９において、横軸（時間）の「０」は、薬物シミュレーションが開始されてから６０分経過した時である。

図９において、（ａ）は、生体情報の一つであるｐＨ値の変化を示すグラフであり、縦軸にｐＨ、横軸にＳＧＬＴ１活性が低下し始める６０分後からの時間（ｍｉｎ）を示している。同様に、図９（ｂ）は、ＳＧＬＴ１活性（μｍｏｌＧｌｃ／ｓｅｃ）の時間推移（６０−１２０ｍｉｎ）を示すグラフであり、図９（ｃ）は、管腔側細胞表面と細胞間隙空間との電位差つまり、膜電位（ｍＶ）の時間推移（６０−１２０ｍｉｎ）を示すグラフである。図１０は、水の流量速度の変化を示すグラフであり、横軸にＳＧＬＴ１活性が低下し始める６０分後からの時間（ｍｉｎ）、縦軸に水の流量速度（ｍｌ／ｓｅｃ）を表している。図１０の上部の線は、細胞内ルートと細胞隙ルートの双方の水の流量速度の変化を示すグラフである。図１０の下部の線は、細胞隙ルートの水の流量速度の変化を示すグラフである。

シミュレーション装置１１は、図９、図１０に示す生体情報を随時（定期的または不定期に）、細胞シミュレーション装置１２から制御装置１３経由で受け取る。ただし、生体情報の変化があった場合のみ、シミュレーション装置１１が生体情報を受け取る構成でも良い。

そして、シミュレーション装置１１は、図１１（ｂ）に示す薬物の移動速度の変化を出力する。図１１（ａ）及び（ｂ）の横軸は薬物服用後の経過時間（ｍｉｎ）、縦軸は薬物の移動速度（μｇ／ｍｉｎ）である。なお、ここでは、図１１（ｂ）の表示は、制御装置１３が行なう。制御装置１３は、図１１（ｂ）のグラフ表示に必要な薬物動態情報をシミュレーション装置１１から取得することは言うまでもない。また、図１１（ｂ）のグラフは、ウィルス感染時の薬物の移動速度の変化である。正常時の薬物の移動速度の変化は、図１１（ａ）に示すグラフになる。細胞シミュレーション装置１２において、ウィルス感染によるＳＧＬＴ１活性が低下する旨の情報を受け付けない場合（正常な場合）、シミュレーション装置１１は、図１１（ａ）に示すグラフを構成する薬物動態情報を出力し、制御装置１３は図１１（ａ）に示すグラフを表示する。なお、図１１の（１）、（３）のグラフは、薬物の吸収速度を示す。図１１の（２）、（４）のグラフは、薬物の尿中排泄速度を示す。

また、シミュレーション装置１１は、図１２（ｂ）に示す薬物量の変化を出力する。図１２（ａ）及び（ｂ）の横軸は薬物服用後の経過時間（ｍｉｎ）、縦軸は薬物量（μｇ）である。なお、ここでは、図１２（ｂ）の表示は、制御装置１３が行なう。制御装置１３は、図１２（ｂ）のグラフ表示に必要な薬物動態情報をシミュレーション装置１１から取得することは言うまでもない。また、図１２（ｂ）のグラフは、ウィルス感染時の薬物量の変化である。正常時の薬物量の変化は、図１２（ａ）に示すグラフになる。細胞シミュレーション装置１２において、ウィルス感染によるＳＧＬＴ１活性が低下する旨の情報を受け付けない場合（正常な場合）、シミュレーション装置１１は、図１２（ａ）に示すグラフを構成する薬物動態情報を出力し、制御装置１３は図１２（ａ）に示すグラフを表示する。なお、図１２の（１）（５）のグラフは循環血液中の薬物量、（２）（６）は累積尿中排泄量、（３）（７）は循環血中薬物の累積肝代謝量、（４）（８）は累積初回通過代謝量を示す。

また、図１２（ｂ）は、以下のことを示す。つまり、ウィルス感染時において、管腔内からの細胞間隙への水の流入によって容積流輸送される薬物量が低下する。加えて、管腔内に水が溜まるので、薬物拡散の駆動力である管腔内の薬物濃度が低下して、細胞内および細胞間隙へ拡散する薬物量も低下する。以上の理由から、薬物の流入速度（吸収速度）が低下し、吸収量も低下する。なお、図６の細胞内ルートにおける薬物の移動速度は、主に濃度勾配に依存する。一方、細胞隙ルートにおける薬物の移動速度は、水の流れる速度（以下の数式１のＷａｔｅｒｆｌｕｘ）に大きくに依存する。細胞間隙ルートは、解離している状態および解離していない状態のいずれの薬物分子も通るが、腸管ｐＨ領域で解離しやすい薬物では，細胞内ルートを透過できない解離型の割合が多く，相対的に細胞間隙ルートを通過する寄与が高く，水の流入速度の影響を受けやすい。また、管腔−細胞内間の濃度勾配（管腔＞細胞内）が小さくなり、吸収速度が低下する。この際、薬物の溶解度が低い場合よりも、溶解度が高い場合に影響が大きく出ると考えられる。

なお、数式１における右辺の第１項は、コンスタントフィールドセオリーに基づく薬物の流入速度である。また、前記数式における右辺の第２項は、消化管腔と細胞間隙の薬物濃度差に基づく薬物の流入速度である。さらに、前記数式における右辺の第３項は、水の流れに伴って流入する薬物の流入速度である。
また、図９、図１０、図１１における、正常時と比較した感染時の変化は、数式１の第３項における演算結果の変化によるところが大きい。
[具体例２]
具体例２は、具定例１における実験環境と比較して、唾液の分泌によって管腔内に一定速度で水を与えるように設定したシミュレーションシステムにおけるシミュレーション結果を出力するものである。
この設定は、図７（ａ）式におけるｎ＝１の時の数式を数式２の様に与えることで行われる。数式２において、「ｓａｌｉｖａｒｙｆｌｏｗ」は唾液分泌速度である。演算実行部１１０６は、演算式格納部１１０５に格納されている「ｓａｌｉｖａｒｙｆｌｏｗ」の値を読み出して、演算式を実行する。
具体例２において、具体例１における場合と同様に、細胞シミュレーション装置１２において、例えば、ウィルス感染によるＳＧＬＴ１活性が低下した場合（ＳＧＬＴ１活性が薬物服用後１０分から４０分の３０分間に１００％から１０％に低下した場合）の情報と、シミュレーション対象の臓器識別子または細胞識別子を受け付ける。そして、細胞シミュレーション装置１２は、臓器識別子で識別される臓器に含まれる細胞識別子、または受け付けた細胞識別子に対応するシミュレーション実現プログラムを読み出す。そして、細胞シミュレーション装置１２は、当該プログラムを実現する。すると、ＳＧＬＴ１活性が低下するので、細胞シミュレーション装置１２は、ＮａとＧｌｕｃｏｓｅの細胞内への流入が抑制されるような情報を算出する。
なお、具体例２においては、具体例１における場合と比較して、Ｋｔ，Ｐｐ及び溶解度の値を増やし、ｐＫａ及び腎クリアランスの値を低下させている。
さらに具体的には、細胞シミュレーション装置１２は、図１３に示す生体情報の一つであるｐＨ値の時間推移（縦軸はｐＨ、横軸は薬物服用後の経過時間（ｍｉｎ））を示すグラフの値を生成し、制御装置１３経由でシミュレーション装置１１に送付する。また、細胞シミュレーション装置１２は、図１４に示すＳＧＬＴ１活性の時間推移（縦軸はＳＧＬＴ１輸送活性（μｍｏｌＧｌｃ／ｓｅｃ）、横軸は薬物服用後の経過時間（ｍｉｎ））を示すグラフの値を生成し、制御装置１３経由でシミュレーション装置１１に送付する。また、細胞シミュレーション装置１２は、図１５に示す管腔側細胞表面と細胞間隙空間との電位差の時間推移（縦軸は電位（ｍＶ）、横軸は薬物服用後の経過時間（ｍｉｎ））を示すグラフの値を生成し、制御装置１３経由でシミュレーション装置１１に送付する。また、細胞シミュレーション装置１２は、図１６の（１）に示す細胞内ルートと細胞隙ルートの双方の水の流量速度の時間推移を示すグラフの値を生成し、制御装置１３経由でシミュレーション装置１１に送付する。図１６の縦軸は水の流量速度（ｍｌ／ｓｅｃ）、横軸は薬物服用後の経過時間（ｍｉｎ）である。さらに、細胞シミュレーション装置１２は、図１６の（２）に示す細胞隙ルートの水の流量速度の時間推移を示すグラフの値を生成し、制御装置１３経由でシミュレーション装置１１に送付する。
つまり、シミュレーション装置１１は、図１３から図１６に示す生体情報を随時（定期的または不定期に）、細胞シミュレーション装置１２から制御装置１３経由で受け取る。なお、シミュレーション装置１１は、生体情報の変化があった場合のみ、シミュレーション装置１１が生体情報を受け取る構成でも良い。
そして、シミュレーション装置１１は、図１７（ａ１）に示す薬物の移動速度の時間推移を示すグラフを出力する。図１７の縦軸は薬物の移動速度（μｇ／ｍｉｎ）、横軸は薬物服用後の経過時間（ｍｉｎ）である。また、シミュレーション装置１１は、図１７（ｂ１）に示す薬物の尿中排泄速度の時間推移を示すグラフを出力する。
なお、図１７（ａ１）（ｂ１）は、それぞれＳＧＬＴ１阻害時の薬物の吸収速度の時間推移、薬物の尿中排泄速度の時間推移を示すグラフである。一方、図１７（ａ２）（ｂ２）は、それぞれ正常時の薬物の吸収速度の時間推移、薬物の尿中排泄速度の時間推移を示すグラフである。図１７（ａ２）（ｂ２）は、細胞シミュレーション装置１２が生成し、制御装置１３経由で送付した各種情報が正常である場合の、シミュレーション装置１１のシミュレーション結果である。
また、シミュレーション装置１１は、図１８（ａ１）に示す循環血中の薬物量の時間推移を示すグラフを出力する。図１８の縦軸は薬物量（μｇ）、横軸は薬物服用後の経過時間（ｍｉｎ）である。また、シミュレーション装置１１は、図１８（ｂ１）に示す薬物の累積尿中排泄量の時間推移を示すグラフを出力する。さらに、シミュレーション装置１１は、図１８（ｃ１）に示す循環血中薬物の累積肝代謝量の時間推移、図１８（ｄ１）に示す累積肝初回通過代謝量の時間推移を示すグラフを出力する。
なお、図１８（ａ１）（ｂ１）（ｃ１）（ｄ１）は、それぞれＳＧＬＴ１阻害時の循環血中の薬物量の時間推移、薬物の累積尿中排泄量の時間推移、循環血中薬物の累積肝代謝量、累積肝初回通過代謝量の時間推移を示すグラフである。一方、図１８（ａ２）（ｂ２）（ｃ２）（ｄ２）は、それぞれ正常時の循環血中の薬物量の時間推移、薬物の累積尿中排泄量の時間推移、循環血中薬物の累積肝代謝量、累積肝初回通過代謝量の時間推移を示すグラフである。図１８（ａ２）（ｂ２）（ｃ２）（ｄ２）は、細胞シミュレーション装置１２が生成し、制御装置１３経由で送付した各種情報が正常である場合の、シミュレーション装置１１のシミュレーション結果である。

以上、本実施の形態によれば、シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報と、生体の情報に関する生体情報に基づいて、薬物の吸収または／および排泄等をシミュレーションするシミュレーション装置であって、薬物の吸収シミュレーションを行っている間にも動的に、生体情報を受け付けるシミュレーション装置が提供できる。したがって、個体差、または薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、または病態変化等を考慮した薬物吸収または／および排泄等のシミュレーションができる。

また、本実施の形態によれば、細胞シミュレーションの精度の高い細胞のシミュレーション結果を薬物吸収または／および排泄等のシミュレーションに利用できることにより、薬物吸収または／および排泄等のシミュレーションの精度が極めて高くなる。

なお、本実施の形態によれば、生体情報は、細胞シミュレーション装置から制御装置を経由してシミュレーション装置に与えられたが、生体情報は細胞シミュレーション装置から直接シミュレーション装置に与えられても良い。かかる場合、制御装置は不要である。したがって、シミュレーション装置は、細胞内の動きをシミュレートする細胞シミュレーション装置からの出力である生体情報を受け付け（ここでの受け付けは、直接および間接を含む）、当該生体情報と薬物情報に基づいて、薬物の吸収または／および排泄をシミュレーションするシミュレーション装置であって、当該シミュレーションを行っている間にも動的に、前記生体情報を受け付けるシミュレーション装置である。

また、本実施の形態によれば、生体情報は、細胞シミュレーション装置からシミュレーション装置に与えられた。しかし、本実施の形態において、生体情報は、細胞シミュレーション装置から、必ずしも与えられる必要はない。本実施の形態において、生体情報は、動的にシミュレーション装置に与えられれば良い。例えば、シミュレーション装置は、定期的にユーザに、生体情報の入力を求めるパネルを表示し、ユーザからの生体情報の入力を受け付けても良い。シミュレーション装置は、新しい生体情報の入力を受け付けた場合に、当該生体情報を用いて薬物のシミュレーションを行う。また、例えば、シミュレーション装置は、予め格納している複数の生体情報の組を、シミュレーション中に切り換えながら用いて、薬物のシミュレーションを行っても良い。さらに、細胞シミュレーション装置以外の装置から、例えば、定期的に生体情報を受信しても良い。つまり、本実施の形態におけるシミュレーション装置は、シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報と、生体の情報に関する生体情報に基づいて、薬物の吸収または／および排泄をシミュレーションするシミュレーション装置であって、当該シミュレーションを行っている間にも動的に、前記生体情報を受け付けるシミュレーション装置である。

また、本実施の形態における細胞シミュレーション装置の動き、機能は、上記に説明したものに限らない。細胞、特に上皮細胞等に関する情報である生体情報（例えば、膜電位、イオンの流れ、水の流れ、細胞容積、イオンの輸送に関与するトランスポータなど）が取得でき、最終的にシミュレーション装置が当該生体情報を利用できれば良い。

また、本実施の形態によれば、薬物動態情報は、薬物の状態を示す状態情報だけであったが、薬物を吸収する部位を示す部位情報を有しても良い。つまり、シミュレーション装置１１の出力結果は、どの部位（例えば、胃、十二指腸など）で、薬物がどのような状況か（薬物の吸収速度や、吸収量など）を示す情報であっても良い。かかるシミュレーションの概念図を図１９に示す。図１９において、「胃」「十二指腸」「空腸」「回腸」「大腸」などの部位が横軸（横ライン）である。また、薬物の状態または存在する層が縦軸（縦ライン）である。薬物の状態または存在する層とは、「固体状態」「溶解状態」「上皮細胞」「血管」である。「固体状態」とは，薬物が固体状態で消化管腔に存在すること，「溶解状態」とは薬物が溶解状態で消化管腔に存在すること，「上皮細胞」とは、上皮細胞に薬物が存在すること、「血管」とは血管内に薬物が存在することを示す。「固体状態」，「溶解状態」，「上皮細胞」のボックスには、薬物の量が示され得る。また、図１９の矢印は、薬物の流れを示す。

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、シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報を受け付ける薬物情報受付ステップと、生体の情報に関する生体情報を受け付ける生体情報受付ステップと、前記薬物情報と、前記生体情報をパラメータとして、格納している薬物動態情報出力演算式に渡し、前記薬物動態情報出力演算式を実行する演算実行ステップと、前記演算実行ステップにおける実行結果に基づく情報である薬物動態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。なお、薬物情報受付ステップは、薬物情報を読み込み動作でも良い。
さらに、上記プログラムは、前記生体情報受付ステップにおいて、細胞内の動きをシミュレートした細胞シミュレーション結果である生体情報を受け付けることは好適である。

また、図２０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２０は、このコンピュータシステム３４０の概観図であり、図２１は、コンピュータシステム３４０のブロック図である。
図２０において、コンピュータシステム３４０は、ＦＤ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＤｉｓｋ）ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）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。
図２１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（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）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−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）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（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）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。
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。
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。
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。

なお、上記プログラムにおいて、情報を送信する送信ステップや、情報を受信する受信ステップなどでは、ハードウェアによって行われる処理、例えば、送信ステップにおけるモデムやインターフェースカードなどで行われる処理（ハードウェアでしか行われない処理）は含まれない。
また、この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。
また、上記各実施の形態において、一の装置に存在する２以上の通信手段は、物理的に一の媒体で実現されても良いことは言うまでもない。
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。

以上のように、本発明にかかるシミュレーション装置は、個体差、または薬物投与前後における生体（細胞）の刺激、または病態変化等を考慮した薬物吸収または／および排泄等のシミュレーションができるという効果を有し、医薬物や食品の動態研究、毒性研究等に使用する情報処理装置等に利用できる。

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同細胞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同制御装置の動作について説明するフローチャート同情報処理システムの動作の概念図同細胞内への水の流入と細胞間隙への水の流入の概念図同薬物動態情報出力演算式を示す図同薬物動態情報出力演算式を示す図同生体情報の変化を示す図同生体情報の変化を示す図同シミュレーション装置の出力例を示す図同シミュレーション装置の出力例を示す図同生体情報の変化を示す図同生体情報の変化を示す図同生体情報の変化を示す図同生体情報の変化を示す図同シミュレーション装置の出力例を示す図同シミュレーション装置の出力例を示す図同シミュレーションの概念図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

Claims

シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報と、生体の情報に関する生体情報に基づいて、薬物の吸収または／および排泄をシミュレーションするシミュレーション装置であって、
当該シミュレーションを行っている間にも動的に、前記生体情報を受け付けるシミュレーション装置。
薬物の吸収または／および排泄をシミュレーションするシミュレーション装置であって、
当該シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報を受け付ける薬物情報受付部と、
生体の情報に関する生体情報を２回以上受け付ける生体情報受付部と、
薬物情報と生体情報をパラメータとして、当該薬物の吸収または／および排泄に関する情報である薬物動態情報を出力する演算式である薬物動態情報出力演算式を格納している演算式格納部と、
前記薬物情報受付部が受け付けた薬物情報と、前記生体情報受付部が受け付けた生体情報をパラメータとして前記薬物動態情報出力演算式に渡し、前記薬物動態情報出力演算式を実行する演算実行部と、
前記演算実行部の実行結果に基づく情報である薬物動態情報を出力する出力部を具備するシミュレーション装置。
前記生体情報受付部は、シミュレーションの開始前およびシミュレーションを行っている間に、生体の情報に関する生体情報を受け付け、
前記演算実行部は、
前記薬物情報受付部が受け付けた薬物情報と、シミュレーション中に前記生体情報受付部が受け付けた生体情報をパラメータとして前記薬物動態情報出力演算式に渡し、前記薬物動態情報出力演算式を実行する処理も行う請求項２記載のシミュレーション装置。
前記薬物動態情報は、
少なくとも薬物を吸収する部位を示す部位情報と、薬物の状態を示す状態情報を有する請求項１から請求項３いずれか記載のシミュレーション装置。
前記生体情報受付部は、
細胞内の動きをシミュレートする細胞シミュレーション装置からの出力である生体情報を受け付ける請求項１から請求項４いずれか記載のシミュレーション装置。
コンピュータに、
シミュレーションの対象の薬物に関する情報である薬物情報を受け付ける薬物情報受付ステップと、
生体の情報に関する生体情報を２回以上受け付ける生体情報受付ステップと、
前記薬物情報と、前記生体情報をパラメータとして、格納している薬物動態情報出力演算式に渡し、前記薬物動態情報出力演算式を実行する演算実行ステップと、
前記演算実行ステップにおける実行結果に基づく情報である薬物動態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。
前記生体情報受付ステップにおいて、
シミュレーションの開始前およびシミュレーションを行っている間に、生体の情報に関する生体情報を受け付け、
前記演算実行ステップにおいて、
前記薬物情報受付ステップで受け付けた薬物情報と、シミュレーション中に前記生体情報受付ステップで受け付けた生体情報をパラメータとして前記薬物動態情報出力演算式に渡し、前記薬物動態情報出力演算式を実行する処理も行う請求項６記載のプログラム。
前記薬物動態情報は、
少なくとも薬物を吸収する部位を示す部位情報と、薬物の状態を示す状態情報を有する請求項６または請求項７記載のプログラム。
前記生体情報受付ステップにおいて、
細胞内の動きをシミュレートした細胞シミュレーション結果である生体情報を受け付ける請求項６から請求項８記載のプログラム。