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Representative researcher: ​

李 聖林(教授・PI)京都大学 高等研究院 ヒト生物学研究拠点(ASHBi)
S. Seirin-Lee (Professor, PI)  Kyoto University Institute for the Advanced Study of Human Biology (ASHBi) , KUIAS, Kyoto University


形の数理皮膚医学の世界へようこそ!

Welcome to the world of MathDermatology!

 

In this CREST project, our goal is to create a research system (integrated system blueprint) to elucidate the pathogenesis of intractable skin disease and to develop new treatment methods through the fusion of mathematical science, data science, and clinical medicine, starting from the unprecedented idea of mathematically understanding the temporal changes in the geometric patterns that appear on the skin, namely, patio-temporal change of skin eruptions. 

 

 The skin is the largest organ in the human body that plays an important role in not only maintaining homeostasis in the body but also protecting the body from the external environment, and is extremely important in maintaining vital functions. In addition, since the skin is closely related to the human immune system, it is involved in people's health and life in various ways, from life-threatening skin cancer to infectious diseases such as Ebola hemorrhagic fever, rubella, and chickenpox, as well as diseases that affect daily life over the years, such as atopic dermatitis and chronic urticaria.

 

Skin diseases appear visibly on the skin (body) in the form of skin eruptions and it is easy to be found. However, there are many skin diseases that develop uniquely in humans, and the lack of appropriate animal (biological) models often forces us to infer the pathogenesis from limited clinical data. Therefore, it is very difficult to elucidate the underlying mechanisms within the body, and there are many cases that are difficult to cure completely in clinical practice.

 Urticaria is one of the most common skin diseases, affecting one in five people in the general population at least once in their lifetime. It can also appear as a cutaneous manifestation of life-threatening conditions such as anaphylactic shock, yet its mechanism is still shrouded in much mystery. Urticaria appears as variously shaped wheals ranging in size from a few millimeters to several centimeters on the body and is accompanied by itching. Chronic urticaria in particular is difficult to cure completely, and once it develops, it affects a person's life on a time scale of several years to several decades, seriously affecting daily life, including a decline in the quality of schoolwork and work. The limitation of these skin diseases is that they have a "visible output" of wheals on the surface of the skin, but the input and the process that causes the result are completely invisible. Furthermore, in a skin disease such as urticaria, there is very little input information, and even the output data obtained in clinical practice is extremely limited because the symptoms change on a short time scale. Therefore, elucidating the pathogenesis of these diseases is the most difficult problem of all, for which no breakthrough can be found using conventional research methods.

 Therefore, in this CREST project, we propose a completely new approach that will change the way of thinking in dermatology. Our starting point is the "shape of the eruptions that appears on the skin." This is the design of a new roadmap to dermatology by combining mathematical science and data science to predict the molecular-level mechanisms and dynamics of skin diseases in the body (human in vivo), a world that is completely unseen. We aim to establish a new fusion research system based on a revolutionary idea that connects the invisible world with the visible world.

 本CRESTでは、疾患モデル動物が無く、疾患そのものの発症機序が不明で重症度を評価する臨床検査データが限られ、これまでもっぱら分子、細胞レベルでの薬理、生理、生化学的アプローチにより解析が進められてきた皮膚疾患を、皮疹という体表に現れる幾何学的模様の時間的変化を数学で捉えるという前例のない発想を出発点とし、数理科学と情報科学の融合を通じて皮疹出現の病態解明と新たな治療法に繋げる研究体系(統合システム設計図)を構築し、その学問的理論を創出することを目指します。

 皮膚は体内の恒常性のみならず外部の環境から体を守る重要な役割を果たし、生命機能維持に極めて重要な人体最大の臓器であります。また、皮膚は体の免疫システムと極めて綿密に関わっているために、命に関わる皮膚癌から、エボラ出血熱、風疹、水疱瘡のような感染症、また、アトピー性皮膚炎、慢性蕁麻疹のように年余に渡り日常生活に影響を及ぼす疾患まで、様々な形で人々の健康や生活に関わっています。一方、皮膚疾患は他の病気と異なり、皮膚(体)に皮疹という目に見える形で現れますが、ヒト特有に発症する皮膚疾患も多く、適当な動物(生物)モデルが無いために限られた臨床データに基づいて病態を推測せざるを得ないことも多いです。それ故、体内での仕組みを根源的に解明することが困難で、臨床の現場において完治が難しいケースが多く存在します。

 蕁麻疹は、その代表的な皮膚疾患の一つで、一般人口の5人に1人が生涯に一度は発症します。また、アナフィラキシーショックのような生命に関わる重大な状態の皮膚症状として現れることもありながら、その仕組みは未だ多くの謎に包まれています。蕁麻疹は、体表に数ミリから数センチの様々な形の膨疹として現れ、痒みを伴います。特に慢性蕁麻疹は完治が難しく、一度発症すると数年から数十年という時間スケールで人の生活に影響し、学業や仕事の質の低下など、日常生活に深刻な影響をもたらします。このような皮膚疾患は皮膚の表面に膨疹という「目に見えるoutput」を持ちながらもその結果をもたらすinputとその過程が全く見えないという限界を持ちます。現象の解明を目的とする多くの数理研究や情報研究の場合、少なくとも分子レベルでの基本的な仕組みや十分なinputデータを基に数理(又は統計)モデルの構築や解析を行い、outputを予想します。しかし、蕁麻疹のような皮膚疾患では、inputとなる情報がほとんど無く、しかも、短時間のスケールで症状が変化するため、臨床で得られるoutputデータですら極めて限られています。それ故、その病態の解明は、従来の研究手法ではどこへも突破口が見つからない難問中の難問であるのです。

 そこで、本CRESTでは皮膚医学における発想の転換をもたらす全く新しいアプローチ法を提案します。それは、「皮膚に現れる膨疹の形」を出発点とし、全く見えない世界である体内の皮膚疾患の分子レベルの仕組み及びその動態を予測可能とする、数理科学と情報科学の融合による新しい皮膚医学へのロードマップの設計です。目に見えない世界を目に見える世界と繋げる画期的な発想に基づく新しい融合的研究体系の構築を目指します。

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