皮膚疾患の環状紅斑を対象とした数理解析と実験による炎症調節機構の解明

针对皮肤病环状红斑，通过数学分析和实验阐明炎症调节机制

• 批准号: 22KJ2115
• 负责人: 須藤 麻希
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2115/
• 关键词: 皮膚炎; 反応拡散モデル; 進行波; パタン形成; イメージング

パターン形成の理論研究でよく用いられる数理モデルである反応拡散モデルと培養皮膚細胞イメージング実験を用いて皮膚炎の時空間変化を明らかにした。この成果は、病的な皮膚に共通する炎症の時空間制御機構を予測するものであり、基礎生物学的、医学的観点からも大変意義深い。この成果は学術雑誌に投稿準備中である。また一細胞単位における免疫応答の細胞間の伝播を観察するライブ観察系を確立した。以下に、具体的な研究成果を記す。計画(A). 炎症促進因子と炎症抑制因子の相互作用に基づく数理モデルによる形態の再現：環状紅斑を示す11種類の疾患に観察される形態を分類し、各形態を数理モデルで再現した。11種類の疾患で見られる環状紅斑の形態を臨床報告から整理し、5種類（輪・木目・円・破円・多環）に分類した。これらの形態が炎症促進因子と炎症抑制因子の相互作用から形成されると考え、数理モデルを構築した。数理モデル上で、因子の分泌速度・分解速度・促進因子と抑制因子の相互作用の強さのパラメーターを制御することで、5種類全ての形態を再現できた。計画(B). 数理モデルによる、各形態を形成する炎症の時間的・空間的な調節機構の推定：5種類の拡大パターンごとに有効な治療戦略を予測するため、各パターンが現れるパラメーター条件を網羅的に探索した。円状のパターンは抑制因子の産生が少ない場合、輪状のパターンは促進因子の産生が多い場合に現れた。螺旋・多環・円弧のパターンは消失パターンよりも抑制因子の産生がやや少ないか、促進因子の産生がやや多い場合に現れた。計画(C). ヒト培養皮膚細胞を用いた数理モデルの実験的検証：数理モデルによる予測を検証するため、ヒト角化細胞集団におけるNF-κB活性化領域を1細胞レベルで観察する実験系を構築した。その結果、NF-κB活性化領域は数個の細胞から集団全体へと一定速度で拡大する様子を観察できた。

A theoretical study on the formation of skin cells in vitro This achievement has great significance in predicting the mechanism of inflammation in common skin, basic biology and medicine. The results of this academic project are in preparation. A cellular immune response system was established for the detection of cellular immune responses. The following are the specific research results. Plan (A). The interaction between inflammatory promotion factors and inflammatory suppression factors is based on mathematical model and morphological reproduction: annular red spots are observed in 11 kinds of diseases, and morphological models are reproduced mathematically. 11 kinds of diseases are seen in the clinical report of annular red spots, 5 kinds (wheel, wood, circle, circle) are classified The interaction between these morphologic factors and inflammatory inhibitors is formed by mathematical and experimental methods. Mathematical model, factor secretion speed, decomposition speed, interaction strength of promoter and inhibitor, 5 kinds of complete morphology reproduction Plan B. The mathematical model of the time and space regulation mechanism of inflammation formation: 5 types of large and small inflammation, treatment strategy prediction, each type of inflammation, and the conditions for the occurrence of inflammation. The occurrence of the inhibition factor in the form of a circle is less than that in the form of a circle, and the occurrence of the promotion factor in the form of a circle is more than that in the form of a circle Helical multi-loop is the most important factor in the production of inhibition factors. Plan (C). A mathematical model for the detection of NF-κB activation in cultured skin cells was established. As a result, NF-κB activation domain is observed in a number of cells, in groups, and at a certain speed.