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Creating the model of barrier disorder on primary cultured human nasal epithelial cells and application to mechanotherapy through vibration/pressure stimulus

Research Project

Project/Area Number 20K09738
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 56050:Otorhinolaryngology-related
Research InstitutionJuntendo University

Principal Investigator

三輪 正人  順天堂大学, 医学部, 客員教授 (80247650)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 誠  東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (20230584)
高田 弘弥  日本医科大学, 医学部, 教授 (30824833)
小川 令  日本医科大学, 大学院医学研究科, 大学院教授 (70398866)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords気道上皮バリア機能 / 鼻粘膜 / 振動圧刺激 / メカノセラピー / ネブライザー / 数値流体力学的(CFD)解析 / 副鼻腔炎 / 鼻茸 / 振動刺激 / 鼻副鼻腔粘膜上皮 / 振動ネブライザー / 上顎洞 / 呼吸気流 / シアストレス / CFD解析 / メカノバイオロジー / 鼻粘膜上皮 / 嗅覚障害 / 鼻粘膜上皮バリア機能 / Ca2+オッシレーション / K+チャネル / 数値流体力学的 ( CFD ) 解析 / 嗅裂 / 上顎洞自然口 / 初代培養ヒト鼻粘膜上皮細胞 / 上皮バリア / 数値流体力学的解析 / 力学的治療
Outline of Research at the Start

上皮バリア機能異常は、様々な慢性炎症性疾患の上流に位置することが示唆されている。上皮バリアが損なわれた状態「leaky epithelium」は、アレルギー性鼻炎や難治性副鼻腔疾患の代表である好酸球性副鼻腔炎にもみられることが証明されている。本研究では、鼻粘膜上皮バリア機能低下モデルを作成し、ヒト鼻副鼻腔の数値力学的解析により実証した振動圧に基づいた条件下での非接触超音波振動圧刺激照射により、障害されたバリア機能が修復される可能性を探る。本研究で得られた知見を臨床応用し、鼻粘膜上皮に対する物理的刺激を加える「メカノセラピー」を開発し、高額な分子標的薬に代わる先駆的治療法を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は昨年度から開始した副鼻腔への呼吸気流に対する振動の影響を検証するため、症例を増やし上顎洞各部位での流れのCFD解析を引き続きおこなった。上顎洞各断面について、25, 50, 75,100Hzの振動気流を与えた条件下で体積流量および壁面せん断応力(シアストレス)について空気力学的解析をおこなった。その結果周波数の変化により、体積流量、壁面せん断応力はそれぞれ変動することが観察された。
ついで、鼻茸を伴う難治性副鼻腔炎(好酸球性副鼻腔炎)症例についてCFD解析をおこなった。その結果、鼻茸ありの症例では,鼻茸なしの症例に比べ体積流量を増大させる最適振動数が低く,低い振動数で上顎洞へ最も多くの空気が到達することが示唆された.また,鼻茸によって上鼻道が閉塞することによる,鼻道内の圧力分布の変化が確認でき,鼻茸の有無が鼻腔内の流れに影響を及ぼすことが示唆された.
あわせて、単洞化を模したvirtual surgeryもおこない、その前後を比較した。その結果、振動気流の体積流量および壁面せん断応力が変化することを確認し、自然口の重要性について確認した。
今後,CFD解析を用いることで,鼻茸を有する症例においても,振動ネブライザーの最適振動数を提案できる可能性がある。流入空気の振動は、副鼻腔への呼吸気流に影響を与え、鼻腔だけではなく副鼻腔粘膜に対してもメカノセラピーをおこなえる可能性が示唆された。また、この研究により現在副鼻腔炎の治療として一定の振動数を与えて薬剤を投与する振動ネブライザーが開発されているがその最適な振動数が明らかとなり、より効果的なネブライザー治療を実現できる可能性も示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

鼻腔から副鼻腔の解析に進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

鼻茸の成因に気流がどのように関連しているかを検討するため、鼻茸出現前後および術後鼻茸再発症例の鼻茸発生部位と気流の関係も含めて検討する予定である。また、円管モデルを用い、混相流解析をおこない、ネブライザー薬液の粒子の流れについても検討する。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] ドライノーズ2023

    • Author(s)
      三輪正人
    • Journal Title

      鼻アレルギーフロンティア

      Volume: 23 Pages: 40-43

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] 粘膜上皮K+応答の非接触性振動圧刺激による変化2022

    • Author(s)
      三輪正人, 高田弘弥, 村上亮介, 古家喜四夫, 曽我部正博, 小川令
    • Journal Title

      耳鼻咽喉科ニューロサイエンス

      Volume: 35 Pages: 58-61

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] 圧およびヒスタミン刺激後の気道粘膜上皮のCa2+オッシレーションの変化2021

    • Author(s)
      三輪正人 高田弘弥 村上亮介 大久保公裕 小川令
    • Journal Title

      耳鼻咽喉科ニューロサイエンス

      Volume: 34 Pages: 66-67

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] 圧およびヒスタミン刺激後の気道粘膜上皮のCa2+オシレーションの変化2020

    • Author(s)
      三輪 正人, 高田 弘弥, 村上 亮介, 大久保 公裕, 小川 令
    • Journal Title

      耳鼻咽喉科ニューロサイエンス

      Volume: 8 Pages: 316-318

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 上顎洞気流に及ぼす振動の影響についてのCFD解析2023

    • Author(s)
      三輪 正人 藤村 宗一郎 柳 凪咲 山本 誠
    • Organizer
      第3回日本耳鼻咽喉科免疫アレルギー感染症学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 振動による上顎洞気流の変化についての数値流体力学的(Computational Fluid Dynamics, CFD)解析2023

    • Author(s)
      三輪 正人 藤村 宗一郎 柳 凪咲 山本 誠
    • Organizer
      第124回日本耳鼻咽喉科頭頸部外科学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Computational fluid dynamic analysis of the effect of airflow vibration in nasal cavity2023

    • Author(s)
      M.Miwa S.Fujimura N.Yanagi M.Nakamura F.Matsumoto M.Yamamoto
    • Organizer
      The European Respiratory Society (ERS) International Congress
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 上顎洞内気流環境の振動による変化2023

    • Author(s)
      三輪 正人 藤村 宗一郎 渡瀬 優紀 羅 浩仁 中村真浩 松本文彦 山本 誠
    • Organizer
      第62回日本鼻科学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 振動による ヒト鼻腔気流の変化についての 数値流体力学的 (Computational Fluid Dynamics, CFD)解析2022

    • Author(s)
      三輪正人 藤村宗一郎  佐藤実季  山本誠
    • Organizer
      第123回日本耳鼻咽喉科頭頸部外科学会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 振動を与えると嗅裂気流はどう変化するか? ー数値流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)による解析―2022

    • Author(s)
      三輪正人 藤村宗一郎  佐藤実季  山本誠
    • Organizer
      第 39 回耳鼻咽喉科ニューロサイエンス研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 嗅覚障害に対する 生食振動ネブライザーの 使用経験2022

    • Author(s)
      三輪正人
    • Organizer
      第61回日本鼻科学会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 振動による嗅裂気流の変化についての 数値流体力学的 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 解析2022

    • Author(s)
      三輪正人 藤村宗一郎 柳凪咲  山本誠
    • Organizer
      第61回日本鼻科学会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ネブライザーの振動数が上顎洞の流れに及ぼす影響についてのCFD解析による検討2022

    • Author(s)
      柳 凪咲 三輪 正人 藤村 宗一郎 福留 功二 山本 誠
    • Organizer
      第61回日本鼻科学会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 振動圧刺激による 粘膜上皮K+チャネル遺伝子発現と K+チャネル開口の変化2021

    • Author(s)
      三輪正人  高田弘弥  村上亮介 古家喜四夫 曽我部正博 小川令
    • Organizer
      第1回日本耳鼻咽喉科免疫アレルギー感染症学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 粘膜上皮K+応答の非接触性振動圧刺激による変化2021

    • Author(s)
      三輪正人  高田弘弥  村上亮介 古家喜四夫 曽我部正博 小川令
    • Organizer
      第38回日本耳鼻咽喉科ニューロサイエンス研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 圧振動発生装置の作動方法2022

    • Inventor(s)
      三輪正人 山本誠 藤村宗一郎 佐藤実季
    • Industrial Property Rights Holder
      順天堂大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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