花王生物科学研究所、花王スキンケア研究所、筑波大学医学医療系 安野嘉晃教授らの研究グループは、皮膚を傷つけずに皮膚内部のデータを取ることができるJM-OCT技術を用いて、皮膚のどの深さの構造変化がどの程度シワ形成に影響しているのかを明らかにしたと発表した。

皮膚は、表面より角層、表皮細胞層、真皮(乳頭層・網状層)、皮下組織からなる多重の層構造となっている。

  • 皮膚内の組織層

    皮膚内の組織層 (出所:花王)

これまでの研究から、シワの形成には、加齢や長期間の紫外線暴露にともなう各層の密度やコラーゲン線維などの構造変化が影響することがわかってきている。しかし、それぞれの組織層の構造変化がどの程度シワ形成に影響するのかは確認できていいなかった。

皮膚を傷つけることなく皮膚内部の組織層を観察する方法として、皮膚に光を当て戻ってくる光(後方散乱光)を解析し、角層から皮下組織までの皮膚断層像を得るOCTという技術が用いられてきたが、光が皮膚内を通る距離が長いほど吸収や散乱の影響を受けてしまうため、皮膚の深い領域の光学特性を正確に定量評価することは困難であった。

近年、皮膚を深さごとに細かく区切ってデータを取得する計算アルゴリズムを用いて、透過距離(皮膚表面からの深さ)に関わらず、深さごとのさまざまな光学特性を一度に定量することが可能な「JM-OCT技術」が開発され、皮膚の深い領域の光学特性データを得る事が可能となった。

同研究グループでは今回、JM-OCTにより得られる「局所的光減衰係数」「局所的複屈折」「局所的偏光均一性」といったデータの解析を行った。

局所的光減衰係数とは、皮膚に光を当てた際に、内部で散乱する光の散乱量により組織密度を示す指標で、数値が高いとその領域の組織密度が高いということを示す値である。

また、局所的複屈折とは、皮膚に光を当てた際に、内部から戻ってくる光の波長の変化をとらえる指標で、コラーゲン線維構造の状態を知る事ができるものとなっている。

そして局所的偏光均一性は、皮膚に光を当てた際に、内部で光が多重に散乱することで偏光の性質が失われる程度を示す指標で、皮膚では局所的複屈折とは異なるコラーゲン構造との関連が考えられているものとなっている。

具体的には、これらの3つの指標から、皮膚の深さごとに組織密度やコラーゲン線維の構造を調べ、シワ形成に寄与する要因の特定を試みたという。

  • 皮膚の深さごとのデータ取得イメージ

    皮膚の深さごとのデータ取得イメージ (出所:花王)

具体的には、70代女性21名を対象に、目尻の10mm四方に含まれる平均シワ深さを算出し、JM-OCTで得られた皮膚光学特性との関係を調査。その結果、以下2点が分かったという。

1．局所的光減衰係数(組織密度)と平均シワ深さの相関関係

皮膚表面から13～19μmの深さ領域(角層・表皮の上部)と189～460μmの深さ領域(真皮網状層)の局所的光減衰係数と平均シワ深さに相関が認められ、シワが深いほど皮膚表面から13～19μmの深さの領域の組織密度が低下していることが推測されるという。

  • 平均シワ深さと相関のあった局所的光減衰係数像の深さ領域

    平均シワ深さと相関のあった局所的光減衰係数像の深さ領域(赤色部分) (出所:花王)

2． 局所的複屈折(コラーゲン線維構造の状態)と平均シワ深さの相関関係

皮膚表面から88～139μmの深さ領域(真皮乳頭層)の局所的複屈折と平均シワ深さに、相関が認められ、シワが深いほど皮膚表面から88～139μmの深さ領域のコラーゲン線維構造が劣化していることが推測されるとしている。

  • 平均シワ深さと相関のあった局所的複屈折像の深さ領域

    平均シワ深さと相関のあった局所的複屈折像の深さ領域(紫色部分) (出所:花王)

さらに、シワ形成には、組織密度やコラーゲン線維構造などの変化が複合的に関連しているが、それぞれの寄与度を推定することを目的に、すべての皮膚深さにおける局所的光減衰係数、局所的複屈折、局所的偏光均一性を独立変数とし、平均シワ深さを説明変数として重回帰解析(ステップワイズ法)を実施。その結果、(1)局所的光減衰係数の深さ252μm(真皮網状層)、(2)局所的複屈折の深さ107.1μm(真皮乳頭層)、(3)局所的偏光均一性の深さ170.1μm(真皮乳頭層)のデータで、シワの深さの原因となる構造変化を約65％説明できたという(r = 0.805, R2 = 0.649, p <0.001)。

このことから研究グループでは、これら3つの指標で平均シワ深さが予測できると考えられるとしている。また、局所的光減衰係数の深さ252μm(真皮網状層)と局所的複屈折の深さ107.1μm(真皮乳頭層)は平均シワ深さと関連する領域でもあることから、真皮網状層の組織密度などの変性と真皮乳頭層のコラーゲン線維構造の劣化がシワ形成と強く関わることが示唆されたともしている。

同社は今後、さまざまな年代であらわれるシワをJM-OCTで計測・解析することで、シワが刻まれていく過程で各組織層の構造がどのように変化していくのかが明らかになるとしており、将来的にはそれぞれの人の皮膚のどの深さの構造変化がシワに関わっているのか調べることで、その人にとって最適なスキンケアアプローチを提案できるようになると考えているとしている。

なお、同研究成果の詳細は国際学術誌「Skin Research and Technology」に掲載された。