2011 Fiscal Year Research-status Report
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23700549
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
世良 俊博 大阪大学, 臨床医工学融合研究教育センター, 特任講師(常勤) (40373526)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | 国際情報交流 / 肺胞 / 放射光 / シミュレーション / 慢性閉塞性肺疾患 |
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| Research Abstract |
肺は均一な組織ではなく、特に肺胞は呼吸に伴って大変形する。また、慢性閉塞性肺疾患（COPD）は、肺胞壁が破壊されることによって肺胞の弾性率が低下し呼吸困難になると言われれている。従来は巨視的な視点から肺の動態解析が行われてきたが、COPD時の呼吸生理や今後の薬剤開発を考えると、肺胞に特化した動態観察が必要である。そこで、本研究では、大型放射光施設SPring-8高分解能CTを用い健常時・COPD時の肺胞動態解析と肺胞内物質輸送シミュレーションを行い、COPD時の病態生理や換気状態について検討を行う。本年度は、健常マウスを用いて動態解析および物質輸送シミュレーションを行った。動態解析では、安静呼気後は肺胞管壁に複数の凹凸が見られるに対し、安静吸気後は壁面の凹凸が消滅しスムーズになっていた。また、肺胞管の直径の変化を比較すると、吸気初期時に急激に増加し、その後最大肺容量時まで比較的一定であった。このような結果から、肺胞の動態は呼吸初期と後期で異なり、初期は肺胞壁の凹凸がスムーズになるアコーディオンのような変形、後期は形・大きさが連続的に変形すると考えられる。物質輸送シミュレーションでは、粒径サイズと重力の影響について検討した。肺胞内の粒子輸送シミュレーションでは、SPring-8のＣＴ画像から再構築した実形状モデルを用いた。気流と肺胞の力学相互作用はなく気道壁の変形によって気流が発生する移動境界問題と扱い、ブラウン運動を無視し粒子の運動方程式を解いた。呼吸１周期後、重力を無視した場合は、粒子初期位置周辺に分散し肺胞壁にほとんど沈着しないのに対し、重力を考慮した場合はモデル内に沈着率が上昇し、特に粒径３ミクロンの場合はすべての粒子が肺胞壁に沈着した。今後は、ＣＯＰＤ時の動態解析および物質輸送シミュレーションを行い、肺胞部位に特化した呼吸疾患時の呼吸メカニクスを明らかにする。
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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
本件研究の目的は、大型放射光施設SPring-8を用いた高分解能CTを用い健常時・COPD時の肺胞動態解析と肺胞内物質輸送シミュレーションを行い、COPD時の病態生理や換気状態について検討を行うことである。本年度は、健常マウスを用いた実験を予定していたのに対し、研究実績の概要に記述したように、本年度動態解析および物質輸送シミュレーションを行った。また、次年度エラスターゼを鼻腔投与することによってCOPDモデルマウスを作成することを予定しており、その作成方法についても検討を行った。以上より、順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、肺疾患時として慢性閉塞性肺疾患（COPD）を取り上げ、肺末梢部位の動態や物質輸送の違いについて健常時と比較する。来年度も実験は引き続きSPring8を行うことを考えている。おおむね本年度と同様に研究を進めていく予定である。今年度は呼気時と吸気時との違い（ヒステレイス）は検討できなかったので、次年度はこの点も考慮して解析を進めていく予定である。また物質輸送シミュレーションでは、SPring8で得られた画像から再構築した実形状モデルを使うだけでなく、動態解析結果をシミュレーションに反映することも検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。主に、肺疾患モデルマウスを作成するために動物に投与する試薬、SPring8使用料や記録用ストレージに使用することを考えている。その他に、成果発表用として国内および国外出張費、さらにSPring-8への研究打ち合わせ及び実験のための出張費を考えている。
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