2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of various keratin exfoliation phenomena by numerical simulation
| Project/Area Number |
20K04352
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | 角質剥離 / ループ計算 / 恒常性 |
|---|
| 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。
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む。
2020年は、Phase I > 角質変化のループ（連成）計算による角質厚変化の3パターンの究明(2021まで)のうち、2020年は正確な接着斑モデルとループ計算による角質厚みの変動現象の究明を2パターンで行った。接着班の分解モデルとループ計算（連成計算）を導入したことで、角質の時間変化は、①固定水が多い場合は、角質の厚みがほぼ一定に保たれ、剥離が順調な 数値解析結果が得られた。また②固定水がやや減少すると、ある範囲内で増減を繰り返す微小変動の現象が計算で見られ、皮膚の恒常性を裏付ける結果が得られた。
2021年は予定通り、Phase I > 角質変化のループ（連成）計算の3パターン目の③厚みが単調増加し、塊となって大量剥離により厚みが急減し、また単調増加する現象を、計算上で再現した。固定水が減少すると接着半の分解が遅れ剥離が遅くなり角質厚みの変動が大きくなり、ついには塊となって大量剥離に至ることを確認した。また固定水だけでなく自由水もモデルに組み込んで、水分の影響を更に詳しく調べた。更に、2022年以降の予定のPhase Ⅱ > 角質の微細ひび割れモデルの基礎検討を先行して開始した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画通り、Phase I > 角質変化のループ（連成）計算の3パターン目の③厚みが単調増加し、塊となって大量剥離により厚みが急減し、また単調増加する現象を、計算上で再現できた。但しコロナ禍で国際会議が中止になり海外での発表はできなかった。一方で、2022年以降の予定のPhase Ⅱ > 角質の微細ひび割れモデルの基礎検討を先行して開始した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
Phase I > 角質変化のループ（連成）計算による角質厚変化のパターンの究明の成果は、精度を高め整理した上で、今後国際会議で発表していく。大容量計算は、計算機性能だけで無く、自作ソフトの改良も必要で検討する。
Phase Ⅱ > 角質の微細ひび割れモデルについては予定通り導入していき、水分ロス増に伴う角質の変化を表現する。2022年にひび割れ発生の力学モデルの構築、2023年にひび割れを伴う角質剥離計算、2024年ひび割れからの水分ロスを考慮した解析の順で取組む。
|
| Causes of Carryover |
国際学会などが、コロナ禍で中止になってしまった。
追加の機器の購入に関しては、現状の機器の性能の確認が終わってらず、確認ができてから仕様を決め行う予定である。
|
