Development of an in silico human model to visualize the bioregulation mechanisms associated with respiratory infection

开发计算机人体模型以可视化与呼吸道感染相关的生物调节机制

• 批准号: 22H00237
• 负责人: 伊藤 一秀
• 金额: $ 26.96万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00237/
• 关键词: in silico human model; CFD; 室内空気質; 生体防御反応; 経気道曝露; Host Cell Dynamics; Inhalation Exposure; Respiratory Infection; Thermo-regulation; Indoor Air Quality

(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．

(1-1) In silico human body モデル开発のためのhuman body プラットフォーム base plate preparation: human body detailed geometry・respirator system (気道) geometryをreproductionしたpluralのhuman body for CFD analysisモデルの开発の実achiをbasedに, fluid analysis としてmeaning のあるnasal cavity・oral cavityから気duct branch The 16th bifurcation (terminal branch) is completely reproduced and the respirator is manufactured by the manufacturer.このExquisite respirator モデルをHuman body shape データにintegration し, part-specific のinternal infection disease mathematics モデル, life The dynamic management of the physical properties of the body temperature regulation, the integration of the management of the body temperature, and the maintenance of the mathematical management system. (1-2) Numerical analysis of droplet and droplet nucleation generation: Numerical analysis of droplet and droplet nuclei generation: High-speed flow of mucous membrane, peeling off, particleization, mathematical reproduction of the phenomenon, Eulerian Wall The film is produced by the manufacturer. Eulerian Wall Film and television unsteady CFD analysis and Lagrange particle analysis are prepared. Analyze the results of exhaled droplets and droplet core distribution and reproduce them with tenth accuracy and confirm them. (1-3) Infectious Pathogen Exposure and Infection Pathway Exposure and Infection System Description and Biological Defense Reaction System: Nasal and Oral Cavity The mucosal epithelium of the mucosal epithelium of the respiratory system, the deposition of infectious pathogenic substances, and the subsequent proliferation of the terminal fine duct branches. , the body's defense reaction (the host cell's description of the infectious disease in the body) and the deterministic infectious disease ( Host cell (T), infected cell (I), ウイルス(V) and immune factor (ordinary differential equation group) and として した. On the basis of the above, the mucus transport at the interface of the channel is considered and the proposal of the new method is proposed.気道モデル内に综合したウイルスcontains the uneven distribution of エアロゾル particles Initial conditions: Human Challenge データとの compare も行った．

项目成果

Influence of inlet turbulent condition on the formation mechanism of local scalar concentrations

• DOI: 10.1002/2475-8876.12299
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: JAPAN ARCHITECTURAL REVIEW
• 影响因子: 0.9
• 作者: Haruna Yamasawa;Teruaki Hirayama;Kazuki Kuga;Ryota Muta;Tomohiro Kobayashi;Kazuhide Ito

CO2 emission rates from sedentary subjects under controlled laboratory conditions

• DOI: 10.1016/j.buildenv.2021.108735
• 发表时间: 2022-01-07
• 期刊: BUILDING AND ENVIRONMENT
• 影响因子: 7.4
• 作者: Sakamoto, Mitsuharu;Li, Mengze;Wargocki, Pawel
• 通讯作者: Wargocki, Pawel

Formation of Acetone concentration distribution around breathing zone and transport efficiency to olfactory epithelium cells.

呼吸区周围丙酮浓度分布的形成和嗅觉上皮细胞的运输效率。

• 发表时间: 2022
• 作者: Sara Hoshiyama;Kazuki Kuga;Kazuhide Ito
• 通讯作者: Kazuhide Ito

Internal diffusion and re‐emission of leaked liquid ethyl acetate from mortar materials

• DOI: 10.1002/2475-8876.12297
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: JAPAN ARCHITECTURAL REVIEW
• 影响因子: 0.9
• 作者: H. Harashima;Eisaku Sumiyoshi;Kazuhide Ito

Exhaled Jet and Viral-Laden Aerosol Transport from Nasal Sneezing

• DOI: 10.4209/aaqr.210338
• 发表时间: 2022
• 期刊: Aerosol and Air Quality Research
• 影响因子: 4
• 作者: Hana Salati;D. Fletcher;M. Khamooshi;Jingliang Dong;Kazuhide Ito;S. Vahaji;K. Inthavong