The relation between Crohn's disease and fluid mechanics of the intestine

• Project/Area Number: 18K16339
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 55020:Digestive surgery-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Suzuki Hideyuki 東北大学, 東北メディカル・メガバンク機構, 助教 (30526439)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: クローン病 / 腸管流体モデル / Blender / 小腸部位別切除率曲線 / TIMP-1 / 東北大式吻合 / DSS誘発腸炎マウスモデル / 線維化抑制効果 / 粒子法 / 指数関数 / 線維化 / 流体解析 / 狭窄部位のマッピング / DSS誘発マウス腸炎モデル / 流体力学

Outline of Final Research Achievements

Although we were unable to create a precise fluid mechanics model of the intestine or find any elements of fluid mechanics related to Crohn's disease, we succeeded in reproducing the fluid changes in the intestine after surgical anastomosis in three dimensions using the integrated 3DCG software Blender. We also compiled more detailed data on small bowel resection cases of Crohn's disease and created a "resection rate curve by location".
In addition, we used mouse models of inflammatory bowel diseases and found that TIMP-1, a fibrosis-associated factor, could be applied as a clinical marker to indicate the inhibitory effect of biological agents on intestinal fibrosis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

流体モデル作成に、従来の高価で専門性の高いソフトウエアに頼らず、フリーソフトBlenderを用いたことは、より安価で汎用性があり、かつ質の高い三次元モデルの作成に寄与し、様々な分野への応用が可能と考えられる。また、小腸部位別切除率曲線により、クローン病の病態解明に役立ちうる新知見を見出し、英文原著論文として掲載された。
さらに、クローン病の腸管線維化抑制効果を表す臨床的マーカーはまだ存在せず、TIMP-1がそのマーカーに利用できれば、「線維化・狭窄予防」という観点からクローン病の治療方針決定のストラテジーを変えられる可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] Resection rate curves by location along the small intestine provide perspectives on characteristics of Crohn’s disease (2020)
  • Author(s): Suzuki Hideyuki、Watanabe Kazuhiro、Kohyama Atsushi、Ohnuma Shinobu、Karasawa Hideaki、Kajiwara Taiki、Kobayashi Minoru、Hatsuzawa Yuuri、Kamei Takashi、Unno Michiaki
  • Journal Title: Colorectal Disease Volume: Online ahead of print Issue: 5 Pages: 1167-1174
  • DOI: 10.1111/codi.15487
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 線維化マーカーtissue inhibitor of metalloproteinase-1の新たな指標としての有用性 (2021)
  • Author(s): 佐藤 圭佑、鈴木 秀幸、唐澤 秀明、初沢 悠人、小林 実、梶原 大輝、山村 明寛、神山 篤史、渡辺 和宏、森川 孝則、石田 孝宣、亀井 尚、大沼 忍、海野 倫明
  • Organizer: 第121回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 3DCGソフトBlenderを用いた腸管の縫合・吻合のシミュレーション (2020)
  • Author(s): 鈴木 秀幸、渡辺 和宏、神山 篤史、唐澤 秀明、梶原 大輝、大沼 忍、田中 直樹、青木 豪、山村 明寛、井本 博文、武者 宏昭、元井 冬彦、石田 孝宣、亀井 尚、内藤 剛、海野 倫明
  • Organizer: 第120回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 3DCGソフトBlenderを用いた東北大式吻合の改良シミュレーション (2020)
  • Author(s): 鈴木 秀幸、渡辺 和宏、神山 篤史、唐澤 秀明、梶原 大輝、大沼 忍、元井 冬彦、亀井 尚、内藤 剛、海野 倫明
  • Organizer: 第75回日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 一般向け物理エンジンを用いた流体シミュレーションの消化器外科分野への応用 (2019)
  • Author(s): 鈴木 秀幸、渡辺 和宏、神山 篤史、唐澤 秀明、大沼 忍、田中 直樹、青木 豪、山村 明寛、井本 博文、武者 宏昭、元井 冬彦、石田 孝宣、亀井 尚、内藤 剛、海野 倫明
  • Organizer: 第119回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] クローン病における小腸の部位による切除率の違い (2019)
  • Author(s): 鈴木 秀幸、渡辺 和宏、神山 篤史、唐澤 秀明、梶原 大輝、大沼 忍、武者 宏昭、亀井 尚、内藤 剛、海野 倫明
  • Organizer: 第10回日本炎症性腸疾患学会学術集会
• [Presentation] 一般向け物理エンジンを用いた流体シミュレーションの消化器外科分野への応用 (2019)
  • Author(s): 鈴木秀幸、渡辺 和宏、神山 篤史、唐澤 秀明、大沼 忍、田中 直樹、青木 豪、山村 明寛、井本 博文、武者 宏昭、元井 冬彦、石田 孝宣、亀井 尚、内藤 剛、海野 倫明
  • Organizer: 第119回 日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] クローン病の手術症例における患者背景別の好発部位比較 ―マップ作成により分かったこと― (2018)
  • Author(s): 鈴木 秀幸、渡辺 和宏、神山 篤史、唐澤 秀明、大沼 忍、武者 宏昭、元井 冬彦、亀井 尚、内藤 剛、海野 倫明
  • Organizer: 第73回 日本大腸肛門病学会学術集会