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2022 年度 実績報告書

経気道感染に伴う生体防御機構を可視化するin silico人体モデル開発

研究課題

研究課題/領域番号 22H00237
研究機関九州大学

研究代表者

伊藤 一秀  九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (20329220)

研究分担者 久我 一喜  九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (60905727)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードin silico human model / CFD / Host Cell Dynamics / Inhalation Exposure / Respiratory Infection / Thermo-regulation / Indoor Air Quality
研究実績の概要

(1-1) In silico人体モデル開発のための人体プラットフォーム基盤整備:人体詳細幾何形状・呼吸器系(気道)幾何形状を再現した複数のCFD解析用の人体モデルの開発の実績を基に,流体解析として意味のある鼻腔・口腔から気管支第16分岐(終末細気管支)までを完全に再現した呼吸器モデルを作製した.この精緻な呼吸器モデルを人体形状データに統合し,部位別の体内感染症数理モデル,生理的薬物動態モデルや体温調節モデルを統合するための数理プラットフォームを整備した.
(1-2) 飛沫・飛沫核生成に関する数値解析モデルの作成:気道粘膜フィルムが高速気流で剥離し粒子化する現象を数理的に再現するEulerian Wall Filmモデルを作製し,(1-1)で開発した気管支第16分岐まで再現した呼吸器モデル内の粘液輸送・気道内CFD解析に実装した.Eulerian Wall Filmモデルと咳プロファイルを与えた非定常CFD解析,Lagrange粒子解析を連成した予備解析を実施し,呼出される飛沫・飛沫核分布が既往実験結果を十分な精度で再現出来ることを確認した.
(1-3) 感染性病原物質の経気道曝露・感染メカニズムを記述する生体防御反応モデルの作成:鼻腔・口腔から気管支を経て終末細気管支に至る呼吸器系の粘膜上皮に対する感染性病原物質の沈着とその後の増殖,生体防御反応(宿主細胞ダイナミクスを記述する体内感染症数理モデル)を決定論的感染症モデル(宿主細胞(T),感染細胞(I),ウイルス(V)と免疫因子の常微分方程式群)として定式化した.その上で,気道界面での粘液輸送を考慮した新たなモデルパラメータ同定法を提案した.気道モデル内に沈着したウイルス含有エアロゾル粒子の不均一分布を初期条件としたウイルス増殖シミュレーションを実施し,Human Challenge データとの比較も行った.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

特に大きな変更点や問題無く,当初の研究計画に従って研究を推進している.既に,本研究に関連する研究分野ではトップジャーナルとなるComputer Methods and Programs in BiomedicineならびにPLOS Computational Biolodyなどに複数の研究成果も公表されており,順調に研究が進展していると判断している.

今後の研究の推進方策

当初の件研究計画に従って順調に研究を推進しており,今後も研究計画に従って着実に研究を推進する予定である.

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2022 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 9件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 14件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Breathing zone and exhaled air re‐inhalation rate under transient conditions assessed with a computer‐simulated person2022

    • 著者名/発表者名
      Kuga Kazuki、Wargocki Pawel、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Indoor Air

      巻: 32 ページ: 13003~13003

    • DOI

      10.1111/ina.13003

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The effects of ventilation and temperature on sleep quality and next-day work performance: pilot measurements in a climate chamber2022

    • 著者名/発表者名
      Fan Xiaojun、Shao Huiqi、Sakamoto Mitsuharu、Kuga Kazuki、Lan Li、Wyon David P.、Ito Kazuhide、Bivolarova Mariya P.、Liao Chenxi、Wargocki Pawel
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 209 ページ: 108666~108666

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2021.108666

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] CO2 emission rates from sedentary subjects under controlled laboratory conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Mitsuharu、Li Mengze、Kuga Kazuki、Ito Kazuhide、Beko Gabriel、Williams Jonathan、Wargocki Pawel
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 211 ページ: 108735~108735

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2021.108735

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Exhaled Jet and Viral-Laden Aerosol Transport from Nasal Sneezing2022

    • 著者名/発表者名
      Salati Hana、Fletcher David F.、Khamooshi Mehrdad、Dong Jingliang、Ito Kazuhide、Vahaji Sara、Inthavong Kiao
    • 雑誌名

      Aerosol and Air Quality Research

      巻: 22 ページ: 210338~210338

    • DOI

      10.4209/aaqr.210338

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] SARS-CoV-2 Dynamics in the Mucus Layer of the Human Upper Respiratory Tract Based on Host?Cell Dynamics2022

    • 著者名/発表者名
      Li Hanyu、Kuga Kazuki、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Sustainability

      巻: 14 ページ: 3896~3896

    • DOI

      10.3390/su14073896

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiscale analysis of material flow and computational fluid dynamics for predicting individual diethyl-hexyl phthalate exposure concentration in indoors2022

    • 著者名/発表者名
      Muta Ryota、Yoo Sung-Jun、Kim Hyuntae、Matsumoto Toru、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Indoor and Built Environment

      巻: 31 ページ: 2291~2311

    • DOI

      10.1177/1420326X221092613

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rigorous mathematical formulation of net escape velocity and net escape probability determining a macroscopic concentration2022

    • 著者名/発表者名
      Ikegaya Naoki、Ito Kazuhide、Sandberg Mats
    • 雑誌名

      Indoor Air

      巻: 32 ページ: 13072~73072

    • DOI

      10.1111/ina.13072

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Prediction of exhaled carbon dioxide concentration using a computer‐simulated person that included alveolar gas exchange2022

    • 著者名/発表者名
      Kuga Kazuki、Sakamoto Mitsuharu、Wargocki Pawel、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Indoor Air

      巻: 32 ページ: 13079~13079

    • DOI

      10.1111/ina.13079

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Numerical models for seamlessly predicting internal diffusion and re-emission of leaked liquid toluene from indoor mortar materials2022

    • 著者名/発表者名
      Harashima Hiroshi、Sumiyoshi Eisaku、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Journal of Building Engineering

      巻: 57 ページ: 104976~104976

    • DOI

      10.1016/j.jobe.2022.104976

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transport and deposition of inhaled man‐made vitreous and asbestos fibers in realistic human respiratory tract models: An in silico study2022

    • 著者名/発表者名
      Dang Khoa Nguyen、Phuong Nguyen Lu、Takahashi Ken、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      JAPAN ARCHITECTURAL REVIEW

      巻: 5 ページ: 592~608

    • DOI

      10.1002/2475-8876.12277

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Error analysis of human inhalation exposure simulation in industrial workshop2022

    • 著者名/発表者名
      Wang Yukun、Shen Xiong、Yoo Sung-Jun、Long Zhengwei、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 224 ページ: 109573~109573

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2022.109573

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Internal diffusion and re‐emission of leaked liquid ethyl acetate from mortar materials2022

    • 著者名/発表者名
      Harashima Hiroshi、Sumiyoshi Eisaku、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      JAPAN ARCHITECTURAL REVIEW

      巻: 5 ページ: 672~681

    • DOI

      10.1002/2475-8876.12297

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Influence of inlet turbulent condition on the formation mechanism of local scalar concentrations2022

    • 著者名/発表者名
      Yamasawa Haruna、Hirayama Teruaki、Kuga Kazuki、Muta Ryota、Kobayashi Tomohiro、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      JAPAN ARCHITECTURAL REVIEW

      巻: 5 ページ: 691~701

    • DOI

      10.1002/2475-8876.12299

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Validation, verification, and quality control of computational fluid dynamics analysis for indoor environments using a computer‐simulated person with respiratory tract2022

    • 著者名/発表者名
      Yoo Sung‐Jun、Ito Kazuhide
    • 雑誌名

      JAPAN ARCHITECTURAL REVIEW

      巻: 5 ページ: 714~727

    • DOI

      10.1002/2475-8876.12301

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Age of air, purging flow rate, and net escape velocity in a cross-ventilation model sheltered by urban-like blocks using LES2022

    • 著者名/発表者名
      Fernandez Ken Bryan、Ikegaya Naoki、Ito Kazuhide、Chen Qingyang
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 226 ページ: 109759~109759

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2022.109759

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] SARS-CoV-2 infection dynamics integrated with mucociliary transport in human upper airway2022

    • 著者名/発表者名
      Hanyu Li, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      COBEE 2022, Montiol, Canada, 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Regional deposition characteristics of fibrous particles compared to spherical particles in human upper airway- in silico case study2022

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Dang Khoa, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      COBEE 2022, Montiol, Canada, 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Integrated Modeling of CO2 Transport from Indoor to Alveolar Region for Elucidating Human CO2 Emission Mechanism2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      COBEE 2022, Montiol, Canada, 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical investigation of cough droplets dispersion dynamics in indoor environment: Effect of oral cavity shape2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Nishihara, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      COBEE 2022, Montiol, Canada, 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of Acetone concentration distribution around breathing zone and transport efficiency to olfactory epithelium cells2022

    • 著者名/発表者名
      Sara Hoshiyama, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      COBEE 2022, Montiol, Canada, 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact of room temperature on human carbon dioxide emission rates at different physical activity levels2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Kuga, Pawel Wargocki, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      Indoor Air 2022, Kuopio, Finland, June 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Infection dynamics of SARS-CoV-2 in musus later of the human nasal cavity-nasopharynx2022

    • 著者名/発表者名
      Hanyu Li, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      Roomvent 2022, Xian, China, September 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of three-dimentional clothing model for computer simulated person integrated with thermoregulation model2022

    • 著者名/発表者名
      Sena Hyodo, Kei Murota, Sung-Jun Yoo and Kazuhide Ito
    • 学会等名
      Roomvent 2022, Xian, China, September 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational analysis of ultrafine and fine particle deposition mechanisms in human lower airway2022

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Dang Khoa, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      ACFD 2022, South Korea, October 16-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Large Eddy Simulation of Flow and Concentration Distributions in an Indoor Space Surrounded by Urban-like Block Arrays2022

    • 著者名/発表者名
      K. B. Fernandeza, Naoki Ikegaya, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      ACFD 2022, South Korea, October 16-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Using CFD to develop a virtual human manikin for infection risk assessment2022

    • 著者名/発表者名
      Alicia Muraga, Kazuhide Ito, Makoto Tsubokura
    • 学会等名
      ACFD 2022, South Korea, October 16-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Indoor Thermal Comfort Assessment Using CFD-CSP Hybrid Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Hyun-Gyu Park, Sung-Jun Yoo, Eisaku Sumiyoshi, Hiroshi Harashima and Kazuhide Ito
    • 学会等名
      ACFD 2022, South Korea, October 16-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Three-Dimensional Modeling and Computational Fluid Dynamics Analysis for Ventilation in Clothing2022

    • 著者名/発表者名
      Sena Hyodo, Sung-Jun Yoo and Kazuhide Ito
    • 学会等名
      ACFD 2022, South Korea, October 16-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Investigation of Fine particle Transportation and Deposition in the Human Lower Airway: Impact of airflow and particle size on deposition efficiency2022

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Dang Khoa, Nguyen Lu Phuong, Kazuhide Ito
    • 学会等名
      IEICES 2022, IGSES, KU
    • 国際学会
  • [備考] 九州大学総合理工学研究院 伊藤研究室

    • URL

      http://www.phe-kyudai.jp

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公開日: 2023-12-25  

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