Elucidation of various keratin exfoliation phenomena by numerical simulation

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>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だ。2019年は水分蒸発係数が高いと①角質の厚みがほぼ一定に保たれ結果を得た。2020年は、水分蒸発係数を低くしていき②ある範囲内で増減を繰り返す小変動が現れる結果を得た。2021年は水分蒸発係数を更に低くしていき、③角質が厚くなり塊となって剥離する現象を確認した。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。この現象を力学モデルを構築し、先ずはターンオーバー（細胞の入れ替り）無しの静的な力学計算でひび割れの現象の再現を確認できた。角質のみではひび割れを確認したが、角質の下の組織も含めた計算ではひび割れが起きにくかった。定性的には正しいが、定量的には改善の余地が残る。

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>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だ。2019年は水分蒸発係数が高いと①角質の厚みがほぼ一定に保たれ結果を得た。2020年は、水分蒸発係数を低くしていき②ある範囲内で増減を繰り返す小変動が現れる結果を得た。2021年は水分蒸発係数を更に低くしていき、③角質が厚くなり塊となって剥離する現象を確認した。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。この現象を力学モデルを構築し、先ずはターンオーバー（細胞の入れ替り）無しの静的な力学計算でひび割れの現象の再現を確認できた。角質のみではひび割れを確認したが、角質の下の組織も含めた計算ではひび割れが起きにくかった。定性的には正しいが、定量的には改善の余地が残る。