エラスチン线维の3次元构造が皮肤弾力に与える影响の解明～独自の3顿シミュレーション评価法を开発～
概要
山口大学大学院创成科学研究科の蒋飛准教授は、株式会社ファンケルとの共同研究により、ヒト皮膚中のエラスチン線維の3次元構造に基づいて皮膚弾力を予測する、独自の3Dシミュレーション評価法を開発しました。
本手法では、実际のヒト皮肤から取得したエラスチン线维の立体构造を再现し、コンピューター上で力学的负荷を与えた际の皮肤および线维の変形挙动を解析することで、皮肤弾力を视覚的かつ定量的に评価することが可能です。これにより、加齢に伴う皮肤弾力低下の仕组みを、エラスチン线维の3次元构造の観点から捉えることに初めて成功しました。
さらに本研究により、皮肤の弾力はエラスチンの量だけでなく、エラスチン线维の太さや线维同士のつながり方といった构造的特徴にも大きく影响されることが明らかになりました。
本研究成果は、2025年8月5日に学術誌「Scientific Reports」に掲載されました。
研究目的?背景
肌のハリや弾力は、见た目の若々しさや健やかさを左右する重要な要素です。こうした肌の弾力を支える成分の一つが、真皮に存在する「エラスチン线维」です。エラスチン线维は、ゴムのように伸び缩みする性质を持ち、肌が外からの力を受けても元の状态に戻るための役割を担っています。
これまで、加齢に伴う肌の弾力低下には、エラスチンの减少や変性が関与すると考えられてきました。しかし、肌の弾力は単にエラスチンの量だけで决まるのか、それともエラスチン线维の形状や构造、线维同士のつながり方といった「ネットワーク构造」も影响しているのかは、十分に明らかになっていませんでした。
その理由の一つは、ヒト皮肤内に存在するエラスチン线维が复雑な3次元构造を持っており、その构造と力学的な性质の関係を直接评価することが难しかったためです。そこで本研究では、実际のヒト皮肤から得られたエラスチン线维の立体构造を再现し、コンピューター上で力を加えて解析する独自の3顿シミュレーション评価法を开発しました。
本研究の目的は、エラスチン线维の量だけでなく、线维の太さや线维同士のつながり方が肌の弾力にどのように影响するのかを明らかにし、加齢に伴う肌の弾力低下の仕组みを视覚的かつ定量的に解明することです。
研究成果
＜有限要素法を用いた独自の皮肤弾力评価法を开発＞
本研究では、有限要素法を用いて、3次元エラスチン线维构造から皮肤の弾力を予测するシミュレーション评価法を新たに开発しました。
まず、摘出したヒト皮肤组织のエラスチン线维を3次元的に撮影し（図1左）、线维の太さ?本数?长さ?方向?つながりをデータ化し、真皮中の线维の3次元モデルを构筑しました（図1中）。このモデルを用いて、シミュレーションにより一定の力を加えた条件での皮肤と线维の変形の様子を再现し、评価しました（図1右）。
図1．シミュレーションを用いた新たな皮肤弾力评価法
＜老若のエラスチン线维构造比较により、加齢による弾力低下メカニズムを実証＞
开発したシミュレーション评価法を用い、老齢および若齢の皮肤から得られたエラスチン线维构造をモデル化して皮肤の弾力を比较しました。
その结果、若齢の皮肤では高い弾力を示しました。太くて长い线维が多く、线维同士が密接に繋がり、网目构造を形成していること、また力を加えたときに构造が壊れず、线维に伸びたり缩んだりしている部位があることが観察されました（図2左）。一方、高齢の皮肤では弾力が着しく低下しました。线维が细く、短くなっているうえ、ところどころ切れて断片化が进んでいること、また力を加えたときに线维は伸びるだけで缩む部位がほとんどないことが确认できました（図2右）。
図2．老若エラスチン线维构造のシミュレーション结果比较
図2の左では、若齢の肌では线维が面としてつながり力を受けても“全体がしなやかに戻る”様子が见て取れます。一方、加齢した図2の右での肌は、线维の连结が途切れて部分的に伸びてしまい、元に戻る力が弱まる様子が明确に示されています。
＜弾力维持にはエラスチン线维の「质」が重要＞
さらに、エラスチン线维は太いほど、弾力の数値が高くなる倾向（正の相関）が确认されました（図3左）。
一方で、线维のクラスター数が多いほど弾力は低下（负の相関）しました。「クラスター数」とは、つながった线维の“かたまり”の数です。线维が分断され、クラスター数が多いということは、それだけエラスチン线维のつながりが途中で切れ、细かく分断されてしまうことを意味します（図3右）。
図3．[左] 線維の構造的特性と弾力の関係（正の相関）、[右] 線維の構造的特性と弾力の関係（負の相関）
线维が分断されクラスター数が増えると、皮肤全体で力を受け止めにくくなります。
例えるなら、若い肌は丈夫な网、年齢を重ねた肌はとあちこち切れた网のような状态です。网が切れていれば、引っ张っても全体では支えられず、元に戻る力も弱くなります。今回の研究では、肌でも同じことが起きている可能性が示されました。
これらの結果から、エラスチン線維は単に「量」が多ければよいのではなく、“太さ”や “つながり方”など「質的な状態」が肌の弾力に重要であることを裏付ける結果が得られました。
论文情报
- 掲載誌：Scientific Reports
- タイトル：Influence of aging on dermal elastin fiber architecture and skin firmness assessed by finite element modeling
- 著者：Fei Jiang, Takeshi Tohgasaki, Mayuko Kami, Ryota Sanuki, Yuya Nakata, Shinya Kondo, Xian Chen
- 掲载日：2025年8月5日
- 顿翱滨：10.1038/蝉41598-025-14393-2
- 鲍搁尝：
お问い合わせ先
- ＜研究に関すること＞
山口大学大学院创成科学研究科（工学系学域）機械系分野
准教授 蒋 飛（ショウ ヒ）
罢贰尝：0836-85-9148
贰-尘补颈濒：蹿箩颈补苍驳蔼（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫） - ＜报道に関すること＞
山口大学総務部総務課広报室
罢贰尝：083-933-5007
贰-尘补颈濒：蝉丑011蔼（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫）