2023 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of various keratin exfoliation phenomena by numerical simulation
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20K04352
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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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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| Keywords | 角質剥離 / ループ計算 / 恒常性 / ひび割れ |
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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＜角質変化のループ（連成）計算を行い、角質厚み変化のパターンを究明する＞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んで計算を実施した。その結果、①蒸散係数が低いと角質の厚みがほぼ一定に保たれ、②蒸散係数を低くすると角質厚みに小変動が現れ、③蒸散係数が極端に低いと角質は塊となって剥離するという、予測通りの現象を確認した。
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。この現象の力学モデルを構築し、角質のみの計算でひび割れ現象を確認できた。＜2023年 角質のみでなく表皮全体でのひび割れ計算＞角質の下の組織も含めた計算では、ひび割れが起きにくくなる結果を得た。下部組織は水分が多いためにひび割れしにくく、表面の角質のみがひび割れたと考えられる。今後は蒸散係数の位置的な分布も考慮したモデル化を行う。
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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、学会発表や論文化を進めている。
PhaseIIのひび割れ計算では、角質単独と、下部組織まで含んだひび割れまで確認できた。
2024年度は、微細ひび割れからの水分ロスを考慮したループ（連成）解析に予定通り取り組む。
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| Strategy for Future Research Activity |
微細ひび割れは、角質表面の凹凸を生じさせるだけでなく、ひび割れた裂け目から水分蒸発が促進され、角質の表面状態は更に変化することになる。そのためには角質厚みや蒸散係数やに位置による分布を加味する必要がある。そこで2024年は予定通り、微細ひび割れからの水分ロスを考慮したループ（連成）解析に取り組む。
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| Causes of Carryover |
発表件数も少なく別予算（寄付金）を使用したためで、今年度は積極的に成果発表をしていく予定です。
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