Elucidation of various keratin exfoliation phenomena by numerical simulation
Project/Area Number |
20K04352
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
Principal Investigator |
永山 勝也 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (70363398)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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Keywords | 角質剥離 / ループ計算 / 恒常性 / ひび割れ / 数値シミュレーション / 皮膚 / 剥離 |
Outline of Research at the Start |
皮膚の形成の数理モデルを構築し、数値シミュレーションにより、コンピューター上で数値実験を行い、表皮形成の再現を行っている。本研究では特に表皮のバリア機能に大きく影響する角質の様々な剥離現象を計算により究明する。 本法では、細胞を計算粒子とし、形状や物性の変化とその相互作用も考慮した上で、皮膚の複雑な現象を扱える独自の粒子モデルを用い、これに角質の詳細なモデルを組み込んで実施する。 先ずは、蒸発量と角質剥離と厚みのループ計算(連成解析)により、角質の恒常性を研究する。更に角質のひび割れの力学モデルを構築し、水分蒸発や、角質剥離への影響を究明する。
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Outline of Annual Research Achievements |
皮膚の形成の数理モデルを構築し、数値シミュレーションにより、コンピューター上で数値実験を行い、表皮形成の再現を行っている。本研究では特に表皮のバリア機能に大きく影響する角質の様々な剥離現象を計算により究明する。 Phase 1>人体には恒常性という様々な調節機能があり、皮膚にも調節機能がありそれを計算で再現する。具体的には、乾燥⇒角質厚み増加⇒蒸発量減少⇒湿潤⇒角質厚み減少⇒蒸発量増大⇒乾燥というループを繰り返していると考えられる。乾燥すると角質の厚みが増すのは、分解酵素の拡散が抑制され、接着斑が減りにくく、剥離しにくくなるためでそれを正確にモデルに組み込んだ。2019年は水分蒸発係数が高いと①角質の厚みがほぼ一定に保たれ結果を得た。2020年は、水分蒸発係数を低くしていき②ある範囲内で増減を繰り返す小変動が現れる結果を得た。2021年は水分蒸発係数を更に低くしていき、③角質が厚くなり塊となって剥離する現象を確認した。 Phase Ⅱ < 角質の微細ひび割れモデルを導入し、水分ロス増に伴う角質変化を表現する><2022年 微細ひび割れの発生(横方向のつながりの切断)を力学的に考慮した解析>表皮の表面が乾燥すると水分が減少し表面は収縮する。収縮により表面にひび割れが生じる。この現象を力学モデルを構築し、先ずはターンオーバー(細胞の入れ替り)無しの静的な力学計算でひび割れの現象の再現を確認できた。角質のみではひび割れを確認したが、角質の下の組織も含めた計算ではひび割れが起きにくかった。定性的には正しいが、定量的には改善の余地が残る。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Phase1の角質厚みの恒常性の計算は予定通り完了している。 PhaseIIで、先ずひび割れの力学モデルの計算は予定通り実施した。角質のみではひび割れを確認したが、角質の下の組織も含めた計算ではひび割れが起きにくかった。定性的には正しいが、定量的には改善の余地が残る。
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Strategy for Future Research Activity |
Phase1の角質厚みの恒常性の計算は、論文化を行う。 PhaseIIで、2022年分のターンオーバー(細胞の入れ替り)無しの静的な力学計算でひび割れ計算は改良を継続し、予定通り2023年分の微細ひび割れを伴う角質剥離計算>ここでは、ひび割れとターンオーバーを組み合わせた計算を行う。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)