2019 Fiscal Year Research-status Report
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18K16339
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 秀幸 東北大学, 東北メディカル・メガバンク機構, 助教 (30526439)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 粒子法 / Blender / 小腸部位別切除率曲線 / 指数関数 / DSS誘発腸炎マウスモデル / 線維化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
A) 消化管の流体モデルをコンピュータ上でシミュレートする：消化管は、血管や気道と比較して、現象の複雑性があり、流体モデルの作成が非常に難しい。我々は粒子法に着目し、物理演算エンジンを用いたシミュレートを試みた。昨年は一般向け物理演算エンジンであるLiquidFunを用いたが、精度が低く、二次元であるという点でも実際との乖離が大きかった。そのため、シミュレートに統合型3DCGソフトBlenderを用い、パーティクルやクロスシミュレーション機能により、腸管吻合を施した場合の管腔内の流体の変化を三次元で再現した（第120回日本外科学会定期学術集会で発表予定）。
B) 消化管の流体力学とクローン病との関係を結びつける：これまで行ってきたクローン病の病変部位のマッピングをさらに発展させ、クローン病の小腸部位別切除率曲線を作成した。小腸切除症例を集計し、小腸の始まりを0、終わりを1としたスケールをx軸、各部位の切除率をy軸として切除率曲線を作成すると、曲線は指数関数となり、ほぼy=0.003×exp(5.5x)に従うことが分かった（第10回日本炎症性腸疾患学会学術集会で発表）。病変の起こりやすさを数式で表せたことで、流体力学との関係がより考察しやすくなった。
C) 動物モデルを用いて検証する：クローン病において狭窄の原因となる腸管線維化を起こすモデルとして、DSS誘発腸炎マウスモデルを用いて検討を重ねてきたが、今回、このモデルにおいて線維化を客観的に評価する方法を確立した（マッソントリクローム染色による組織学的検討、組織中の線維化マーカーCol1a1やTIMP-1の発現量の検討など）。実際に抗TNF-α抗体をマウスに投与することで、線維化を著明に抑制できることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
消化管は、血管や気道と比較して、以下のような現象の複雑性があり、コンピュータ上の流体シミュレーションが非常に難しい ― 1)流体の組成が複雑である、2)蠕動運動がある （自律神経による制御機構の理解が必要）、3)通過中に流体の化学変化や吸収が起こる。そのため、その手法を一から考え直した結果、外科医としての消化管の「実感」を、直接コンピュータ上でシミュレートすることとし、自らソフトウエアを動かして、より実感に近づける、という方法をとった。今回用いたBlenderは比較的扱いやすいソフトウエアではあるが、モデリングやシミュレーションの技術を習得するには時間が必要であった。
また、DSS誘発腸炎マウスモデルは、炎症性腸疾患モデル動物としては扱いが容易であるが、これを線維化モデルとして用いるには、評価するための指標などを慎重に検討する必要があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も、A) 消化管の流体モデルをコンピュータ上でシミュレートする、B) 消化管の流体力学とクローン病との関係を結びつける、C) 動物モデルを用いて検証する、をそれぞれ研究計画に基づいて進めていく予定である。様々な検討を重ねる中で、本研究課題の解決に直接結びつかないものの、いくつかの新知見が得られており（クローン病の小腸部位別切除率曲線など）、論文化を予定している。
クローン病の病態を流体力学的観点からアプローチする研究はこれまで前例のないものであるため、引き続き得られた成果は積極的に発表し、そこでの議論を次の研究につなげていきたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
本研究では、研究遂行上、必要に応じて研究費を使用しているが、コンピュータ上でのシミュレーションでは、フリーのソフトウエア（Blenderなど）を、既存のハードウエアを用いて動かすことで、費用をできるだけ生じないさせないようにしたため、これまでは見込額よりも使用額がやや少なく推移した。一方、動物実験では当初予想した以上の研究費を必要とする見込みである。次年度では、動物実験に関わる物品費を中心に、前年度の研究費を含めて使用し、当初の研究計画を進めていく方針である。
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