| Project/Area Number |
22K18180
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
阿部 結奈 東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (80881953)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 生体計測 / 生体医工学 / 皮膚科学 |
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| Outline of Research at the Start |
皮膚は生命維持に不可欠なインタフェース器官である．なかでも，最前線で生体を保護する表皮は，外部刺激に応答するインテリジェントな面に光が当たりつつある．他の生体組織と同様に，表皮もまたイオンのシグナルに基づくシステムを備えており，先行研究によって，皮膚への電気刺激が創傷やバリア機能不全などの損傷の治癒を促進できる可能性が示唆されている．申請者はこれまでに，表皮が生み出す電位差「表皮電位」に基づく皮膚機能モニタリングデバイスを開発した．本研究ではこれを手掛かりに，電気刺激による治療法の応用展開を探索し，皮膚の機能不全を治療する多機能デバイスの開発を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
皮膚は生体の最外層を保護する重要な器官であり，様々な組織が多層構造の中に複雑に組み込まれている．最も外側に位置する表皮組織は，外部からの異物の侵入や内部からの過剰な水分蒸発を防ぐ「バリア機能」を担うとともに，外環境をセンシングして生体機能を調整するインテリジェントな面が明らかになりつつある．本研究では，表皮組織の中のイオン分布を反映するとされる電位差「表皮電位」に基づき，表皮組織健全性の評価と，機能不全の回復促進に対する電気的なアプローチを実現するデバイス開発をめざしてきた．
当該年度は表皮用センサを開発した．まず，多孔質樹脂材料により，皮膚内への低侵襲アクセスを実現する微小な針「マイクロニードル」（長さ・直径等が1 mm以下程度の針のアレイ）を作成し，前年度までに確立した薄膜コーティングによって，針先でのピンポイント計測を実現するための絶縁パターニングを施した．ニードル表面にセンサ電極材料をコーティングすることで，組織中のナトリウムイオンを定量評価する表皮内センサを実現した．また，長時間にわたる表皮電位計測では，皮膚表面が計測用のゲル塩橋に含まれる電解液によって過剰に水和するという問題が発生する．これを解決するため，ゲル塩橋の材料を比較検討し，適度な水分保持能を持つ合成高分子ゲルを探索した．これらの成果を応用して，表皮電位計測および皮膚電気刺激のためのウェアラブルデバイスを構成することが期待できる．
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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
当該年度は，電気化学的計測系の開発を進め，表皮内に刺入するマイクロニードル基板のイオンセンサと，表皮表面に貼り付けるゲル塩橋を用いて，それぞれ組織内のナトリウムイオンと，組織の厚み方向に生じる表皮電位の計測にに成功した．表皮組織内にはイオン濃度分布が作られ，カルシウムイオン等が細胞増殖や分化のシグナルとなることが知られており，またその濃度分布が表皮電位を作ると考えられている．したがって，これら皮膚の生理的な機能評価につながる指標を計測できたことから，皮膚計測デバイスの開発はおおむね順調に進展してきたと考えられる．なお，関連成果について学術論文1報を発表済である．
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| Strategy for Future Research Activity |
皮膚へ外部から電気的刺激を印加することで，細胞の増殖や分化を促し，創傷やバリア機能不全の治癒につながるとする先行研究がある．しかし，効果的な刺激の条件やその効果については一見互いに矛盾するような報告もあり，関連研究を俯瞰した再検討が求められる．in vitro皮膚モデル等を用いて，電気刺激の機能メカニズムを調査し，最適な刺激条件の探索を行う．これまでに確立した計測系を用い，実際の皮膚損傷を模擬したサンプルのモニタリングや治療実験等を進め，その有用性を評価する．
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