2022 Fiscal Year Annual Research Report
Skin Iontronic Biomedical Engineering
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22H04956
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
西澤 松彦 東北大学, 工学研究科, 教授 (20273592)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 研志 東北大学, 医学系研究科, 非常勤講師 (40294798)
神崎 展 東北大学, 医工学研究科, 教授 (10272262)
中川 敦寛 東北大学, 大学病院, 教授 (10447162)
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| Project Period (FY) |
2022-04-27 – 2027-03-31
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| Keywords | 皮膚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
温度・光・圧力などの体外情報を感知して自律的に応答する皮膚感覚や，高度な皮膚免疫システムに注目が集まっている。本研究では，独自のイオントロニクス技術（ハイドロゲル電極・バイオ発電ファブリック・創流ハイドロゲル・多孔性マイクロニードルなど）の皮膚親和性と精度・感度を極限まで高めて活用し，皮膚の恒常性維持機構および皮膚感覚・皮膚免疫の自律メカニズムを探求している。本年度は，バイオ発電パッチ，マイクロニードル技術に関して，大きな技術進展が得られた。三相界面（空気/電解液/酵素電極）を変形時にも保持できる安定な酸素還元カソードを開発し，柔軟な高出力バイオ電池を実現することができた。PDMS薄膜の接合による微小空間のアレイ構造による機械的な安定化であったが，この構造が水中での発電（酸素の保持）にも有効であることが判った。酸素枯渇後には，空気中に戻せば，PDMSの性質によりって急速に酸素を吸収し，再充填されることも明らかとなった。皮膚パッチの電源として有用な酵素電池が水中でも利用できることから，入浴中などに利用シーンが拡大すると期待される。多孔性マイクロニードルの改良も進み，台形型のニードルでも多孔質体を通した電気浸透流の効果と，角質層が引き延ばされる効果が相乗して，通常は透過しない10000ダルトンのデキストランも浸透するようになった。皮膚刺入しない台形型ニードルであるため，安全性実証のハードルが大きく下がる。これらの成果は，皮膚バリア機能の改善・保持や各種皮膚炎症・疼痛・痒みの緩和，および，簡便で安全なセルフメディケーション（自主服薬）やワクチン投与に有効な皮膚パッチの開発によって，リモート・セルフ医療の拡充に貢献すると期待できる。
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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
本年度はバイオ発電パッチ，マイクロニードル技術に関して，大きな技術進展が得られたので，おおむね順調な進展と考えた。三相界面（空気/電解液/酵素電極）を変形時にも保持できる安定な酸素還元カソードを開発し，柔軟な高出力バイオ電池を実現することができた。PDMS薄膜の接合による微小空間のアレイ構造による機械的な安定化であったが，この構造が水中での発電（酸素の保持）にも有効であることが判った。酸素枯渇後には，空気中に戻せば，PDMSの性質によりって急速に酸素を吸収し，再充填されることも明らかとなった。皮膚パッチの電源として有用な酵素電池が水中でも利用できることから，入浴中などに利用シーンが拡大すると期待される。多孔性マイクロニードルの改良も進み，台形型のニードルでも多孔質体を通した電気浸透流の効果と，角質層が引き延ばされる効果が相乗して，通常は透過しない10000ダルトンのデキストランも浸透するようになった。皮膚刺入しない台形型ニードルであるため，安全性実証のハードルが大きく下がり，早期の実用化が期待できる成果と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，バイオ発電パッチ，マイクロニードル技術，プラズマ刺激，皮膚炎症の分子機構探索に関する研究開発を進める。中でも，今年度の重要な成果である台形型ポーラスマイクロニードルによる非侵襲経皮浸透技術を駆使して，皮内レドックス環境の変調に効果を有するプラズマ水，および各種起痒分子の皮内浸透を行う。そして，その結果として進行する皮内免疫応答を，マイクロニードルを介した経皮電気浸透流サンプリングによるマーカー分子の定量解析によって追跡し、皮膚免疫のメカニズムに迫る。一方、昨年度はバイオ発電でも重要な成果が得られており，酸素透過性に優れるシリコーン薄膜とカーボン繊維製のカソードの接合部にマイクロタンクの配列構造を形成させることによって，水中
でも一定時間発電が維持できる耐水性が発現することが判っている。このマイクロタンクアレイ技術と,三相界面（空気/電解液/酵素電極）の構造安定化技術を組み合わせることによって，「耐水性と3次元的な大変形への追従性の両立」を実現し，口腔内などのウェットで動的な環境における通電応用の展開の可能性を拡張する試みを積極的に進める。口腔内での通電は，麻酔剤の迅速な局所浸透の促進や，唾液の分泌促進，および電気分解による口内ｐH環境のコントロールに有効と期待される。
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Research Products
(18 results)
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[Journal Article] Methodological assessment of the reduction of dissemination risk and quantification of debris dispersion during dissection with a surgical aspirator.2022
Author(s)
Kageyama S, Nakagawa A, Kawaguchi T, Ohtani K, Endo T, Kyan M, Kusunoki T, Shimoda Y, Osawa S, Kanamori M, Kuniyasu N, Tominaga T.
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Journal Title
BMC Res Notes
Volume: 15
Pages: 85
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Staphylococcus aureus skin colonization promotes SLE-like autoimmune inflammation via neutrophil activation and the IL-23/IL-17 axis2022
Author(s)
Terui H, Yamasaki K, Wada-Irimada M, Onodera-Amagai M, Hatchome N, Mizuashi M, Yamashita R, Kawabe T, Ishii N, Abe T, Asano Y, Aiba S.
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Journal Title
Science Immunology
Volume: 7
Pages: eabm9811
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] RSPO3 is a novel contraction-inducible factor identified in an "in vitro exercise model" using primary human myotubes2022
Author(s)
Takahashi T, Li Y, Chen W, Nyasha MR, Ogawa K, Suzuki K, Koide M, Hagiwara Y, Itoi E, Aizawa T, Tsuchiya M, Suzuki N, Aoki M, Kanzaki M.
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Journal Title
Sci Rep.
Volume: 12
Pages: 14291
DOI
Peer Reviewed
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