hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光トラップポテンシャル場の動的形成による非接触マイクロ操作の研究

本研究では,画像処理による特徴認識技術とレーザトラップ場の実時間制御技術の統合・融合化により,非接触で被操作対象物の姿勢や位置を高精度かっ自動的に制御するための基盤技術を開発した.開発した技術は,棒状のウイスカや楕円状の珪藻などの非球状な形状の微小物を捕捉・自動操作できる多点光クランプ法,微小球を用いて自動的に動的微粒子アレイを作るための制御アルゴリズム,大規模な微粒子アレイを操作できるハイブリッド光ピンセットなどである.本研究は,光学顕微鏡下の様々な形状(球状,棒状,ひも状等)と光学的性質(屈折率,色彩等)を有する物質を対象に,実時間画像処理による被操作対象物の特徴認識技術とレーザ光の照射により形成される光トラップポテンシャル場分布の実時間制御により,非接触で被操作対象物の3次元姿勢や位置を高精度かつ動的に制御するための基盤技術を開発し,レーザ光を利用する非接触マイクロ操作技術の汎用化と確立を目指す.本研究では,画像処理による特徴認識技術とレーザトラップ場の実時間制御技術の統合・融合化により,非接触で被操作対象物の姿勢や位置を高精度かっ自動的に制御するための基盤技術を開発した.開発した技術は,棒状のウイスカや楕円状の珪藻などの非球状な形状の微小物を捕捉・自動操作できる多点光クランプ法,微小球を用いて自動的に動的微粒子アレイを作るための制御アルゴリズム,大規模な微粒子アレイを操作できるハイブリッド光ピンセットなどである.本研究では,光学顕微鏡下の様々な形状と光学的性質を有する物質を対象に,実時間画像処理による特徴認識技術とレーザ光の照射により形成される光トラップポテンシャル場分布の実時間制御技術の融合化により,非接触で被操作対象物の3次元姿勢や位置を高精度かつ動的に制御するための基盤技術を開発することを目的とする.本年度は,以下の3項目について研究を実施した.1.特徴認識アルゴリズムの開発:カラーCCDカメラによる顕微鏡下の実画像に対して,ハフ変換による円,楕円,直方体の検出と多値化判別閾値法による微粒子の色別の分類法を検討した.これらの方法により,液中の操作対象物が画像を取り込んだ際の位置からブラウン運動等により大きく外れない処理時間内で,珪藻,ウイスカなどのサイズと配向を実時間認識できることを確認した.2.空間分布制御による非球状物の複数同時捕捉:非球状微小物の形状モデル化による実時間認識を利用した多点光クランプ法を提案し,時分割同期走査による多点光ピンセットと項目(1)の実時間特徴認識アルゴリズムにより,楕円状の珪藻,棒状のウイスカなど,複数個の対象物の安定した同時捕捉と位置および配向を制御した自動マイクロ操作を実証した.3.時間分布制御による微粒子の同時移動操作:色付ポリスチレン球やガラス球などを対象に,項目(1)の認識アルゴリズムと時分割同期走査を利用して生成した孤立点型の多点光トラップ場により,指定した十数個の微粒子の安定した自動捕捉が可能なことを確認した.また,捕捉した微粒子が衝突することなく,全て同時に指定した位置に整列できる微粒子運搬アルゴリズムなどを開発し,孤立点型の多点光トラップ場の時間分布を逐次制御することで,アルゴリズムの有効性を実証した.本研究は,光学顕微鏡下の様々な形状と光学的性質を有する物質を対象に,実時間画像処理による被操作対象物の特徴認識技術とレーザ光の照射により形成される光トラップポテンシャル場分布の実時間制御により,非接触で被操作対象物の3次元姿勢や位置を高精度かつ動的に制御するための基盤技術を開発することを目的としている.本年度得られた主な成果は以下のとおりである.1.特徴認識アルゴリズムの開発:球形の微粒子の認識においては検出すべきパラメータが中心座標と径の3つであるため,円ハフ変換を用いての110ミクロン程度の微粒子認識とその後のレーザ捕捉を自動的に安定して行うには,現在の市販パソコン(Intel Core2 Duo)程度の計算機能力でも十分であることが,理論的検討と実証実験により明らかになった.2.孤立点型トラップ場の制御による微粒子の動的アレイ化:レーザ光による非接触捕捉から格子状配列化までのすべての動作を自動的に行える動的微粒子アレイの作成アルゴリズムを開発した.この制御アルゴリズムをガラス基板上に滴下された溶液中のガラス球や色付きポリスチレン球に適用し,項目(1)で開発した円ハフ変換による微小球の実時間画像認識法と,レーザ光の時分割同期走査により生成した孤立点型の多点光トラップ場の時空間構造の制御により,微粒子が相互に衝突することなく動的微粒子アレイを作成できることを明らかにした.また,このアルゴリズムを3ビーム光ピンセットシステムに適用し,各々のレーザ光を時分割同期走査することで,6x6という大きなサイズの動的微粒子アレイの完全自動作成にも成功した.本研究は,光学顕微鏡下の様々な形状と光学的性質を有する物質を対象に,実時間画像処理による被操作対象物の特徴認識技術とレーザ光の照射により形成される光トラップポテンシャル場分布の実時間制御により,非接触で被操作対象物の3次元姿勢や位置を高精度かつ動的に制御するための基盤技術を開発することを目的とし,レーザ光を利用する非接触

マイクロ操作技術の汎用化と確立を目指す.本年度得られた主な成果は以下のとおりである1.特徴認識アルゴリズムの開発:ハフ変換を利用した球状微粒子認識アルゴリズムを用いて顕微鏡下の全微粒子の中心座標と微粒子径を実時間で同定し,その後空間光変調素子(SLM)を制御することで,一般化位相コントラスト(GPC)法により同定した微粒子径と同サイズの円状の高コントラストレーザ光パターンを認識した微粒子位置に実時間で複数作れるGPC光ピンセット系を試作し,自動捕捉機能など,基本性能の動作確認と有効性の検証を行った2.時間・空間分布制御による球状物の複数同時操作・配置:昨年度まで用いていたレーザビームの時分割走査法と,項目(1)のGPC法の2種類のマルチビーム光ピンセット法が1台のレーザ光源を用いて併用できる,ハイブリッド光ピンセットシステムの実現可能性の検討を行い,システムの試作を行った.その結果,GPC法を用いて顕微鏡下に円状高コントラストレーザ光パターンを格子状に多数配置し,その格子状の光トラップ場ヘミラー走査によるレーザ光焦点位置の制御で捕捉した微粒子を1個ずつ運搬することで,走査停止時間の制限などから従来の時分割走査法では一度に捕捉・配置できる微粒子数が16個程度であったのが,数十個へと大幅に改善できることなど,その有効性を明らかにした本研究は,実時間画像処理による被操作対象物の特徴認識技術とレーザ光の照射により形成される光トラップポテンシャル場分布の実時間制御により,非接触で被操作対象物の3次元姿勢や位置を高精度かつ動的に制御するための基盤技術を開発することを目的とし,レーザ光を利用する非接触マイクロ操作技術の汎用化と確立を目指す.本年度得られた主な成果は以下のとおりである.1.特徴認識アルゴリズムの開発:一般化位相コントラスト(GPC)法により粒径数ミクロンのビーズを十数個以上同時に操作するための認識・制御法として,ビーズのエッジ抽出とハブ変換により光学顕微鏡下の全微粒子の中心座標と径を実時間で同定し,その同定した微粒子径と同サイズの高輝度円状パターンを同定した位置に実時間で複数個生成するための空間光変調器(SLM)制御アルゴリズムを開発した.本アルゴリズムにより,SLMへの位相指令値に2πから0への位相折り返しが発生する場合においても,亀裂のない高輝度円状レーザ光パターンの生成が可能になり,その結果,安定した光トラップとGPC法単独での数十個のビーズの操作が実現するなど,提案するアルゴリズムの有効性を確認した.2.時間・空間分布制御による球状物の複数同時操作・配置:ミラーによるレーザ光の走査法と,項目(1)のSLM制御アルゴリズムを採用したGPC法の2種類のマルチビーム光ピンセット法が1台のレーザ光源を用いて併用できるハイブリッド光ピンセットシステムを試作した.ミラーによるレーザ光の走査法を3次元操作用のユーザインターフェースとして使用し,GPC法を高密度微粒子アレイ作成のための静的トラップ場生成ツールとして使用することで,従来の時分割走査法やGPC法単独では実現できない,12x12サイズの微粒子アレイ作成に成功するなど,その有効性と可能性を実証した.
超強酸媒体中における新規環化反応の発見と高度設計型ブレンステッド酸反応系の開発

筆者は、3-アリール-2-ニトロプロピオン酸エステル誘導体が過剰量の超強酸(トリフルオロメタンスルホン酸)存在下で分子内環化し4H-1,2-ベンズオキサジン類を生成する反応について検討を行っている。本反応の中間体としては酸性プロトン触媒によるニトロ基α位の脱プロトン化により系中で生成する陽性aci-ニトロ体が想定される。また、反応速度に対する芳香環上置換基の置換基効果や重水素置換実験の結果から、本反応は一般的な芳香族化合物の修飾反応であるFriedel-Crafts反応(芳香族求電子置換反応)とは異なった反応機構により進行することが示唆されており、実験化学的アプローチおよび高精度量子化学計算による解析の結果、本環化反応はaci-ニトロ型ジカチオンを反応活性種とする分子内1,3一双極子付加反応の可能性があることを見出した。ニトロ基を酸素源として芳香環を直接的に酸素化する手法は他に例がなく、極めて特異な反応である。また、本反応により得られる4H-1,2-ベンズオキサジン類は加熱条件下でanti Diels-Alder反応を経て反応中間体o-ベンゾキノンメチドを与える。今回、この熱分解過程の反応速度解析を行った結果、芳香環上置換基の種類およびその位置が反応速度に対して大きく影響することが明らかとなった。この結果は、4H-1,2-ベンズオキサジン環の物性の理解のみならず、報告例の少ないanti Diels-Alder反応の置換基効果に1ついての知見をも与えるものである。また、上の反応を活性メチレン化合物の超強酸触媒分子内環化反応として捉え、これを発展させて3-アリール-2-シアノ酢酸エステルの分子内環化反応による種々のインデン骨格形成法を確立した。1-ニトロ-2-フェニルエタン誘導体を基質として4H-1,2-ベンズオキサジンを合成する超強酸触媒環化反応について、ニトロ基α位の官能基選択、および芳香環上の官能基選択による反応性変化について検討を行った。その結果、芳香環上置換基の電子求引性と環化反応速度には明確な正の相関が見られ、通常のFriedel-Crafts型とは異なった反応機構の関与が示唆された。また,本反応はニトロ基α位におけるエステル基の存在が必須であり、他の置換基存在下では環化反応は進行しないことがわかった。本反応の拡張として、2-シアノ-3-フェニルプロピオン酸メチルの環化反応について検討を行い、数種の新規なインデン誘導体の合成法を見いだした。また、異常な強酸であることが知られているMeldrum酸とカルボニル化合物一般について本研究室で開発された局在化反応性軌道法RHO(Reactive Hybrid Orbital)法を用いてαプロトン脱離過程の局在化分子軌道を算出したところ、その空反応軌道のエネルギー準位と化合物の酸性度との間に良好な正の相関があることを見いだした。本研究により、従来は異常と考えられてきたMeldrum酸の酸性度は、その反応軌道準位を基準とすれば他のカルボニル化合物とともに系統的に理解できることが明らかとなった。筆者は、3-アリール-2-ニトロプロピオン酸エステル誘導体が過剰量の超強酸(トリフルオロメタンスルホン酸)存在化で分子内環化し4H-1,2-ベンズオキサジン類を生成する反応について検討を行っている。本反応の中間体としては酸性プロトン触媒によるニトロ基α位の脱プロトン化により系中で生成する陽性aci-ニトロ基が想定される。また、反応速度に対する芳香環上置換基の置換基効果や重水素置換実験の結果から、本反応は一般的な芳香族化合物の修飾反応であるFriedel-Crafts反応(芳香族求電子置換反応)とは異なった反応機構により進行することが示唆されている。筆者は本反応の反応機構について明らかにすべく、高精度量子化学計算により検討を行った。その結果、陽性aci-ニトロ基と芳香環が関与する分子内〔3+2〕環化付加反応の遷移構造がFriedel-Crafts型反応の遷移構造と比較して低いエネルギーを有することが明らかとなった。芳香環上置換基の影響や実験化学的な背景からも、本反応の反応機構として分子内〔3+2〕環化付加反応が関与していることが示唆された。ニトロンやニトリルオキシドのオレフィンに対する双極子付加は近年多くの報告がなされているが、芳香族二重結合が関与する例はほとんど報告がなく極めて特異なものと考えられる。また、上の反応の拡張として2-シアノ-3-フェニルプロピオン酸メチルが酸性媒体中で新規インデン誘導体を与える反応について検討を行い、その環化反応速度と反応媒体の相関から、この反応が極めて高い酸性度を要求することを見いだした。

また、反応速度に対する芳香環上置換基の置換基効果や重水素置換実験の結果から、本反応は一般的な芳香族化合物の修飾反応であるFriedel-Crafts反応(芳香族求電子置換反応)とは異なった反応機構により進行することが示唆されており、実験化学的アプローチおよび高精度量子化学計算による解析の結果、本環化反応はaci-ニトロ型ジカチオンを反応活性種とする分子内1,3一双極子付加反応の可能性があることを見出した。ニトロ基を酸素源として芳香環を直接的に酸素化する手法は他に例がなく、極めて特異な反応である。また、本反応により得られる4H-1,2-ベンズオキサジン類は加熱条件下でanti Diels-Alder反応を経て反応中間体o-ベンゾキノンメチドを与える。今回、この熱分解過程の反応速度解析を行った結果、芳香環上置換基の種類およびその位置が反応速度に対して大きく影響することが明らかとなった。この結果は、4H-1,2-ベンズオキサジン環の物性の理解のみならず、報告例の少ないanti Diels-Alder反応の置換基効果に1ついての知見をも与えるものである。また、上の反応を活性メチレン化合物の超強酸触媒分子内環化反応として捉え、これを発展させて3-アリール-2-シアノ酢酸エステルの分子内環化反応による種々のインデン骨格形成法を確立した。
確率論的温熱快適性評価に関する研究

本研究のテーマは人間を対象とした温熱環境における空間分布と環境選択性を同時に評価できる手法の構築であり、その研究方法としては「執務者一人一人が熱的中立を実現するために必要とする要求温度の分布に関する調査」と「事務所ビルにおける温熱環境の空間的な不均一と時間変動に関する調査」に大別される。オフィスにおける執務者の要求温度に関する研究では、個々の執務者が熱的中立を実現するために必要とする作用温度の分布を算出した。本研究で得られた要求温度の分布は低い側に歪む非対称の形状であり、その平均値は一般的なオフィスにおける温度の設定値よりも大幅に低い24.7°Cであった。一方で、要求温度の分布のピークが26.9°Cであることから、従来使用されてきた温度設定の目標値は、複数の執務者が熱的中立を実現するために要求する温度の平均値ではなく、実際は最頻値を設備技術者が経験的に選択してきたのだと思われる。オフィスにおける温熱環境の均制度に関する研究では、温熱環境の経時変化と偏在をリサージュ的に示すことで視覚的に比較可能な手法を考案し、放射空調と比較して対流空調の温熱環境の空間的な不均一と時間的変動の程度が大きい結果を確認した。最後に、要求温度の分布と温熱環境の不均一性から執務者の温熱受容性を評価できる確率論的温熱受容性評価法を構築し、実際の建物の評価に適用した。対流空調では、温熱環境の偏在が大きくなることから、たとえ居住空間の平均的な温熱環境が快適域であったとしても「暑がり」や「寒がり」といった熱的感受性の高い執務者が熱的偏在のある位置に配置される確率が放射空調よりも高まり、これは空調の本義である「不快の排除」といった視点では受容性の低下に繋がることを示した。29年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度の研究では実際のオフィスにおける平面的な温熱環境の分布を測定することで、マルチパッケージ型空調機、TABSによる躯体蓄熱放射空調、全面床吹出し空調が形成する温熱環境の空間分布と時間変動を特徴づけた。結果を以下に纏める。・各オフィスにおける風速の平均値は0.10[m/s]程度であり、空調システムによる顕著な特徴は確認できなかったが、マルチパッケージ型空調機が導入された空間においては局所的に風速が高く、また気流の乱れの影響からDRが高くなる時間が存在することを確認した。・等価温度の発生頻度に着目すると、マルチパッケージ型空調機の空間では裾野の幅が広く、頂点が低い分布を形成しているのに対して、放射空調と全面床吹出し空調のオフィスは裾野の幅が狭く頂点が高く形作られることから、安定した温熱環境を室内全体に創出していることを確認した。・マルチパッケージ型空調機が形成する温熱環境は、放射空調、全面床吹出し空調と比較して空間的な偏在が大きく、時間的な変動も大きい結果を示した。またTABSにより提供される温熱環境は、空間的な偏在が少ないのに対して、時間的には緩やかに変動している結果となった。今後の環境設計のあり方として、熱的快適性と省エネ性を両立した建物を実現するためには、各種空調システムを導入した際の室内温熱環境の挙動を理解した上で、時間的な変動と空間的な分布が居住者に受容される新たな手法を構築する必要があると考えられる。平成28度は温熱環境の空間分布と時間変動を同時に評価する手法を構築した。また、各種空調方式が導入された4か所のオフィスにおける机上の温熱環境を平面的に計測することで、温熱環境の偏在及び経時変化を明らかにし、マルチパッケージ型空調システム、躯体蓄熱放射空調、及び全面床吹出し空調の温熱受容性を評価した結果は、今後の環境設計のあり方を論じる上で非常に貴重なデータになると思われる。

対流空調では、温熱環境の偏在が大きくなることから、たとえ居住空間の平均的な温熱環境が快適域であったとしても「暑がり」や「寒がり」といった熱的感受性の高い執務者が熱的偏在のある位置に配置される確率が放射空調よりも高まり、これは空調の本義である「不快の排除」といった視点では受容性の低下に繋がることを示した。今後は室内温熱環境の受容性について、物理環境要素と生理的要素の両側面からアプローチすることで、在室者一人一人を取巻く環境に対する心理量を定量的に評価する手法を提案する。また、本評価法を過去の実測例や最先端技術が導入されたオフィスの快適性評価に適用し、従来の評価指標では難しいとされていた、温熱環境の均斉度やパーソナル空調を動的に使用した際の熱的快適性を評価する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
哺乳類細胞のDNA複製に関与するDNAヘリカーゼの同定と機能の解析

DNAヘリカーゼBが温度感受性になっていると思われるマウスFM3A細胞の変異株、tsFT848株より4種のカラムクロマトグラフィーを用いてDNAヘリカーゼBの部分精製を行った。同様にして精製した野性株由来のDNAヘリカーゼBとの温度感受性を比較したところ、tsFT848細胞由来のDNAヘリカーゼBのDNA依存性ATP分解活性は部分精製された状態であっても非許容温度したでの不安定性が野性株に比べ高まっていた。さらに、部分精製をおこなったことによりヘリカーゼ活性の比較が可能になったが、この結果においてもtsFT848細胞由来のDNAヘリカーゼBの非許容温度下での不安定性が示された。以上の結果より、tsFT848細胞が非許容温度下でDNA合成を停止する原因はDNAヘリカーゼBの温度感受性変異によることが更に強く示唆された。また、tsFT848細胞より部分精製したDNAヘリカーゼBの非許容温度下での失活は一本鎖DNAの共存により防ぐことができるため、細胞内においてもDNAに結合していない状態のDNAヘリカーゼBの失活が温度感受性のDNA合成の低下の原因となっていると考えられる。tsFT848細胞を用いておこなったfiber-autoradiographyにおいても伸長を開始したDNA上での新生DNAの長さには野性株との間に有意な差は見られず、高温による失活の標的はDNAに結合していない状態にあるDNAヘリカーゼBであることを示している。さらにFM3A細胞より精製したDNAヘリカーゼBとDNAプライマーゼの相互作用を調べる目的で、DNAヘリカーゼB共存下でのDNAプライマーゼ活性を測定した。DNAプライマーゼ活性はDNAプライマーゼによって一本鎖M13DNA上に合成されるプライマーRNAを電気泳動により分離する方法を用いて解析した。この結果、DNAプライマーゼによって合成される10ヌクレオチド前後のオリゴリボヌクレオチドがDNAヘリカーゼの共存により著しく増加することが観察された。これはDNAヘリカーゼBがDNA複製に関わっていることをさらに支持する結果である。
微量溶液評価用高感度近接場テラヘルツセンサーの開発とその応用

開発を行ってきたメタマテリアル付マイクロ流路チップにおいて、メタマテリアル構造の最適化を行うことで、前年度成果の検出感度を1桁向上させることに成功した。具体的には、高いQ値が期待できる非対称スプリットリング共振器を導入し、実量128ピコリットルの極微量溶液中のイオン濃度や糖濃度を最大1.4フェムトモルの感度で検出することに成功した。従来のテラヘルツ(THz)溶液測定と比較して最高の感度と微量性を達成した。また、より高感度で実用的なバイオ測定が可能な反射型近接場THz分光イメージングシステムの開発を行った。その結果、これまでのTHz測定では数ミリ程の分解能でしか観察できなかった生体組織片を10マイクロメーター以下の分解能で観察できるようになった。このことは、THz波を使って生体組織の正常部位と病変部位の細部にわたるまでをオンサイトで評価できる可能性を示唆している。これまでに開発した微小開孔型チップやマイクロ流路チップもそのまま導入可能であり、THz病理診断への応用に期待が持てる成果となった。総括として、非線形光学結晶ベースの微量溶液評価用THzセンサーを開発し、ピコリットルオーダーの微量溶液中の溶質濃度をフェムトモルオーダーの感度で検出することに成功した。また、この局所THz波をメタマテリアルやナノ粒子と近接相互作用させることで、従来の遠方場THz計測では観測されない興味深い物理現象が引き起こされることが分かった。さらに反射型システムを構築し、細胞や組織をはじめとする様々な形状の生体試料のTHz測定が可能であることを示した。これらの成果は、従来の遠方場THz手法では困難なアプローチであり、生体試料の新規物性解明に大いに貢献できる可能性がある。また、昨今急速に発展しているマイクロフルイディクスと本技術を融合させることで、今後のバイオセンシングのさらなる発展が期待できる。微量溶液評価用高感度近接場テラへルツ(THz)センサーでは,下地基板として非線形光学結晶のGaAs110面を利用しており,フェムト秒パルスレーザー光照射による2次の非線形効果(光整流)によって結晶表面に,レーザー光の集光ビームサイズとほぼ同じビームサイズのTHz波が局所的に生成される.この近傍に溶液をセットすることで近接場相互作用を利用した高感度なTHz分光測定を可能とするものである.本年度はTHz波と溶液を効率的に相互作用させることが可能なGaAs表面構造について,電磁界解析と実測の両アプローチから検討を行い,以下の2つの基礎構造を候補として議論を行った.1円形微小開孔型GaAs表面上に100200μmφ,深さ1030μmの円形微小開孔を有するセンサーの作製を行った.その結果,THz透過スペクトル中の特定の周波数において,開孔構造由来のTHz波透過強度のディップが発現することを確認した.このディップの強度変化を利用することで,微量溶液(100nL)中の溶質濃度をピコモルオーダーで識別できることが分かった.一方で,溶液滴下時の誤差がその強度変化に大きく影響し,再現性や定量性の点で改善が必要であった.2単一マイクロ流路型先の問題点を解決すべく,マイクロ流路による微量溶液フロー型のセンサーについて検討を行った.これは,幅数十μm,長さ数mmの単一流路を結晶表面に作製し,毛細管現象による流路内への溶液の定量的な流入を利用するものである.これにより溶液滴下時の誤差を抑制することができたが,検出感度としては1の場合に及ばないことが分かった.そこで,マイクロ流路周辺にスプリットリング共振器(メタアトム)アレイを作製し,その共振周波数のシフト量で高感度検出ができないか検討を行った.その結果,微量溶液(100nL)中の溶質濃度を最大58フェムトモルの感度で検出できることが分かった.微量溶液評価用高感度近接場テラへルツ(THz)センサーの基礎構造として,センサー下地基板となる非線形光学結晶で生成される局所発生THz波と微量溶液を効率的に相互作用させる単一マイクロ流路構造を提案し,実際に微量溶液の高感度なTHz分光測定が行えていることから順調に研究を推進できていると考えている.溶液使用量のさらなる微量化や検出感度の向上には,今後流路構造の最適化や溶液滴下方法の改善を行っていく必要がある.また,このような局所発生THz波によるメタアトムの近接場励起では,そのユニット数や周期の違いにより感度に大きな差異が生じることが分かった.これは一般的な遠方場THzシステムで生成されるTHz波では観測できない現象であり,局所THz場に関する新しい物理的知見取得や応用利用可能性に期待ができる.本センサー開発においても有用な機能性を引き出す可能性があり,想像以上の成果を得ることができたと考えている.これまでに開発を行ってきた非線形光学結晶ベースの円形微小開孔型センサーを利用して,実際に生体関連試料の微量でのテラヘルツ(THz)分光測定を行い,微量・高感度センサーとしての応用利用可能性について検討を行った.当該年度は主な試料として,我々の健康管理の上で最も重要で身近な「血液」を取り上げ,そのTHzセンシングについて検討した.その結果,血糖値(血中グルコース濃度)変化に伴い,THz帯における複素屈折率が変化することを観測した.センサーのおおよその感度としては,10mg/dLの血糖値変化をわずか60ナノリットル以下の微量な検体量で達成できた.

これは市販のグルコメータと比較して同等の検出感度を,約10分の1の検体量で達成できたことになる.このことから,本センサーがTHz波を利用したコンパクトな血糖値センサーとして利用できる可能性を示唆することができた.今後,血中の他成分との相互関係を詳細に分析していくことでセンサーとしての利用価値の他にも,医学的新規知見取得に貢献できる可能性があると期待している.また生体関連分子センシングにおいて現在注目されている「ナノ粒子」について,印国・K. Mandal教授の研究グループと共同で研究を行った.ここでは,磁性ナノ中空粒子の1つであるCoFe2O4のTHz物性について検討を行った.その結果,一般的に利用されているドルーデ・スミスモデルの他に新たにポーラロンモデルを導入することで,ナノ中空粒子のTHz帯における導電率を効率的にフィッティングできることが分かった.今回得られた結果は,ナノ粒子を利用した生体機能THzセンシングに大いに貢献できるものであり,その有用な解析手法の構築を行うことができた.開発したセンサーを利用した生体関連試料の微量測定と,ナノ粒子を使った新規アプリケーションについての研究を展開しており,順調に研究を遂行できていると考えている.センサーを使った生体関連試料の微量測定では,現在,試料として「血液」に注目して研究を進めているが,その他の試料についても今後随時検討を行っていく予定である.ナノ粒子に関する研究では,これまで光散乱や非均一なグレインサイズなどの影響から解析が困難であったナノ粒子の評価方法として新しい解析モデルを導入することでTHzパラメータの導出が可能となったことからインパクトのある研究を遂行できている.開発を行ってきたメタマテリアル付マイクロ流路チップにおいて、メタマテリアル構造の最適化を行うことで、前年度成果の検出感度を1桁向上させることに成功した。具体的には、高いQ値が期待できる非対称スプリットリング共振器を導入し、実量128ピコリットルの極微量溶液中のイオン濃度や糖濃度を最大1.4フェムトモルの感度で検出することに成功した。従来のテラヘルツ(THz)溶液測定と比較して最高の感度と微量性を達成した。また、より高感度で実用的なバイオ測定が可能な反射型近接場THz分光イメージングシステムの開発を行った。その結果、これまでのTHz測定では数ミリ程の分解能でしか観察できなかった生体組織片を10マイクロメーター以下の分解能で観察できるようになった。このことは、THz波を使って生体組織の正常部位と病変部位の細部にわたるまでをオンサイトで評価できる可能性を示唆している。これまでに開発した微小開孔型チップやマイクロ流路チップもそのまま導入可能であり、THz病理診断への応用に期待が持てる成果となった。総括として、非線形光学結晶ベースの微量溶液評価用THzセンサーを開発し、ピコリットルオーダーの微量溶液中の溶質濃度をフェムトモルオーダーの感度で検出することに成功した。また、この局所THz波をメタマテリアルやナノ粒子と近接相互作用させることで、従来の遠方場THz計測では観測されない興味深い物理現象が引き起こされることが分かった。さらに反射型システムを構築し、細胞や組織をはじめとする様々な形状の生体試料のTHz測定が可能であることを示した。
血管造影を応用した脳損傷の法医病理学的研究

法に触れる多くの傷害事件や複雑な交通事故を扱う法医学の領域では外力によって惹き起こされた脳の損傷を検索するに当たり、その損傷の部位・広がり・程度・新旧の別などを的確につかみ、その結果を高齢者に多く認められる内因性疾患による脳病変と対比して鑑別し、損傷そのものの形態とその位置から考えて損傷の成立ちを外因との関連において捕らえながら鑑定していくことが要求される。しかし、脳は硬い骨組織に包まれているために外力によって複数の部位に多彩な変化を生じ易く、また複雑な立体的構造を示す損傷が多いと言う特性を有する。従って脳損傷の検索には単に外表及び組織のスライスによる観察では不十分であり、いろいろな角度からの検討が必要である。私たちはこれらの問題を解決するために、従来行われていた脳の肉眼的・組織学的観察に加えて、剖検例の開頭前に総頸動脈から硫酸バリウムを主剤とする造影剤を注入して血管造影を行うという方法をとって脳損傷の検索を進めてきた。その結果、外表の観察や脳スライスの検討にあたり、これまでは見落としがちであった微細な損傷も造影剤の漏出を肉眼的にまた組織学的に追うことにより発見を容易にすることができた。また開頭前に頭部X線撮影を併用することにより、臨床検査のデータと同様に既往歴の不明な多くの例において脳内の出血部および虚血部を明確なコントラストによって同定し、その部分の病変の種類・広がりとその程度を推定しながら剖検を進めていくことが可能となった。これまでに経験し得た100例余りの症例についての中間報告を日独法医学シンポジウム(ベルリン、1993)に「脳実質内の出血」の表題で報告し、また国際法科学会議(デユッセルドルフ、1993)において「損傷と成傷器」について報告した。平成6年(1994)になって、これらの成果を総説の形で藤田学園医学会誌にまとめたが、さらに造影条件の改良等に努め、病例を増している。
発展途上にあるモンゴル国の子どもの身体発育加速化現象とスポーツ医科学の学術調査

本研究の目的は発展途上国でありながらもグローバル化が急速に進むモンゴル国の子どもの体格・体力・運動能力・生活健康の縦断的調査を行うことである。また、オリンピック・パラリンピック競技者を発掘するための調査である。本研究は、5年間の研究の2年次であった。9月に11年次の縦断的調査としてウランバートル市第28学校とドルノド県チョイバルサン市第12学校の子供の身長、体重、生活健康調査を実施した。チョイバルサン市第12学校では、これまでの中間報告を行った。また、新たにアルハンガイ県学校の子どもについて同様の調査を実施した。2本年度は栄養調査を開始した。1の調査校のうち中学2年生の24時間の栄養調査を実施した。子どもが紙媒体で個々の飲食物の名称と重量を計測し、さらに子ども自身がデジカメで飲食物を撮影した写真を食品分析表で解析した。食品分析表は日本国のものを用いた。また、スポーツ医学の分野の栄養に関する問題点を把握するために体育学生5人の3日間の栄養調査を実施した。大学生は3日間の全ての摂取物の名称と重量と写真を記録した。記録されたものから食品分析表を用いて摂取カロリー、摂取栄養素を分析し学生に改善点を提示した。モンゴル国立教育大学体育学部のスポーツ医学担当教員を10月から12月までの3ヶ月間富山大学に招へいしてアダプテッドスポーツ、パラリンピックに関する共同研究を行った。特に、パラリンピック柔道について重点的に調査し、日本アダプテッド体育・スポーツ学会で発表した。12月にモンゴル国立教育大学体育学部で教員や修士の学生及び一般市民を対象として研究代表者橋爪和夫と研究協力者山地啓司が運動生理学の演習を行い、そのデータの活用方法も含めて山地啓司研究協力者が体育・スポーツに関する集中講義を行った。また、モンゴル国立教育大学体育学部の5人のスポーツ専攻学生の栄養調査の結果について報告した。本研究の調査目的のひとつである子どもの遊びに関する調査とスマートフォンなどを用いたインターネットの使用の実態に関する調査が遅れている。研究3年次(2019年度)は初年度からの調査対象者を継続的に行う。個人の発育発達の追跡調査は、測定精度を高めることに繋がる。調査項目にできるだけ、インターネットに関する情報機器関連項目を追加する。これは、モンゴル国の発展途上の実状把握と子供が社会文化から受けている影響を査定するためである。また、モンゴル国の伝統遊びや運動・スポーツの実状の調査を始める。インターネット関係の調査は本研究で遅れている領域である。モンゴル国のオリンピック・パラリンピックに関する調査で、医科学的研究の共同研究を始める。具体的には、モンゴル国のオリンピック・パラリンピックの柔道指導者を2019年9月に日本に共同研究者として招へいする。モンゴル国が発展しているなかで、人間の身体感に関するとらえ方について調査を開始する予定である。これまで準備しているスポーツ障害に関する調査も実施する。本研究の目的はグローバル化がモンゴル国の子どもの心と身体に及ぼす影響を地域・グローバル化・経済・家族形態・住居環境・教育環境の格差を背景として以下の学術的領域の視点から調査することである。1.発育発達学研究:縦断的調査による身体の発育発達の加速化現象と第二次性徴への影響、2.健康教育学・公衆衛生学:都市と地方に住む子どもの遊びや生活習慣、肥満・疾病への影響、3.運動生理学:都市と地方に住む子どもの体力への影響、4.スポーツ医科学:スポーツ医科学基盤整備とオリンピック・パラリンピック競技者発掘調査本年は、5年間の研究の初年度であった。ウランバートル市第28学校とドルノド県チョイバルサン市にある第12学校の子供の身長、体重、生活健康調査を実施した。第12学校の校長から、同市や教員への本調査目的に関わる教育講演依頼を受けた。ウランバートル市第144学校の依頼をうけて、本研究の目的や意義について説明した。同校の校長から研究依頼を受けた。スポーツ医学の分野の問題点を把握するための調査を行った。子供のスポーツ教育と予防医学に関する調査とモンゴル人研究者との連携に関する資料収集を行った。モンゴル国立スポーツ医学研究所及びモンゴル国立スポーツ教育担当者を訪問して、モンゴル国のスポーツ医学の課題とスポーツ教育の課題を聞き取り調査した。本調査は、モンゴル国立体育大学の教員と共同で行った。モンゴル国立教育大学体育学部長及び関係者とモンゴル国の体育スポーツ教育について協議した。そして、同学部の教員を対象として山地啓司研究分担者が体育・スポーツに関する集中講義を2日間行った。モンゴル国立体育大学の教員1名を本研究の共同研究者として2018年10月から富山大学に招へいする事業を展開することを協議した。本研究は、4領域の学問分野(1.発育発達学研究:縦断的調査による身体の発育発達の加速化現象と第二次性徴への影響、2.健康教育学・公衆衛生学:都市と地方に住む子どもの遊びや生活習慣、肥満・疾病への影響、3.運動生理学:都市と地方に住む子どもの体力への影響、4.スポーツ医科学:スポーツ医科学基盤整備とオリンピック・パラリンピック競技者発掘調査)で構成されている。本年度は、備品の充当を行い、発育発達学研究、健康教育学・公衆衛生学、運動生理学、スポーツ医科学の全ての領域に関わる調査はできた。しかしながら、栄養と子供の遊びに関わる調査はできなかった。栄養に関わる分野は、研究分担者が多忙なためにモンゴル国に出張することができなかった事情による。

また、遊びに関する調査は、年度当初から30年度から行うように計画を変更したことによる。本研究の目的は発展途上国でありながらもグローバル化が急速に進むモンゴル国の子どもの体格・体力・運動能力・生活健康の縦断的調査を行うことである。また、オリンピック・パラリンピック競技者を発掘するための調査である。本研究は、5年間の研究の2年次であった。9月に11年次の縦断的調査としてウランバートル市第28学校とドルノド県チョイバルサン市第12学校の子供の身長、体重、生活健康調査を実施した。チョイバルサン市第12学校では、これまでの中間報告を行った。また、新たにアルハンガイ県学校の子どもについて同様の調査を実施した。2本年度は栄養調査を開始した。1の調査校のうち中学2年生の24時間の栄養調査を実施した。子どもが紙媒体で個々の飲食物の名称と重量を計測し、さらに子ども自身がデジカメで飲食物を撮影した写真を食品分析表で解析した。食品分析表は日本国のものを用いた。また、スポーツ医学の分野の栄養に関する問題点を把握するために体育学生5人の3日間の栄養調査を実施した。大学生は3日間の全ての摂取物の名称と重量と写真を記録した。記録されたものから食品分析表を用いて摂取カロリー、摂取栄養素を分析し学生に改善点を提示した。モンゴル国立教育大学体育学部のスポーツ医学担当教員を10月から12月までの3ヶ月間富山大学に招へいしてアダプテッドスポーツ、パラリンピックに関する共同研究を行った。特に、パラリンピック柔道について重点的に調査し、日本アダプテッド体育・スポーツ学会で発表した。12月にモンゴル国立教育大学体育学部で教員や修士の学生及び一般市民を対象として研究代表者橋爪和夫と研究協力者山地啓司が運動生理学の演習を行い、そのデータの活用方法も含めて山地啓司研究協力者が体育・スポーツに関する集中講義を行った。また、モンゴル国立教育大学体育学部の5人のスポーツ専攻学生の栄養調査の結果について報告した。本研究の調査目的のひとつである子どもの遊びに関する調査とスマートフォンなどを用いたインターネットの使用の実態に関する調査が遅れている。研究2年次(2018年度)は初年度の調査対象者を継続的に行う。個人の発育発達の追跡調査は、測定精度を高めることに繋がる。調査項目にできるだけ、インターネットに関する情報機器関連項目を追加する。これは、モンゴル国の発展途上の実状把握と子供が社会文化から受けている影響を査定するためである。また、モンゴル国の伝統遊びや運動・スポーツの実状の調査を始める。モンゴル国のオリンピック・パラリンピックに関する調査で、医科学的研究の共同研究を始める。具体的には、モンゴル国立教育大学の体育学部教員を2018年10月から1年間日本に共同研究者として招へいする。招へい教員は、モンゴル国における本研究の調査内容について日本における現状や歴史的経緯を調査する。
パラレル計算機に適した大規模線形解析法の開発ー並列型ネスティッド・ダイセクション法ー

目的は並列型計算機に適した連立一次方程式の解法を開発することにあった。その対象となった解法はネスティッド・ダイセクション法であって、それを並行列処理が可能な様に修正し、プログラムを開発することである。1。並列型ネスティッド・ダイセクション法に関する理論的考察:まず、並列型ネスティッド・ダイセクション法プログラム開発に先立ち、その手法の並列化のための理論的考察を行った。その結果、ネスティッド・ダイセクション法では互いに影響し合わない節点を順次処理することによりこの解法の目的であるフィル・インの最少化を行っている。これは並列処理が可能であり、よってネスティッド・ダイセクション法は複数個のプロセッサ-を用いた演算が極めて容易であるとの結論を得た。2。並列型ネスティッド・ダイセクション法のプログラム開発:トランスピュ-タを利用してネスティッド・ダイセクション法の並列型プログラム開発を行った。ここでは2基のプロセッサ-を使用した。作成したプログラムは1)マスタ-タスク、2)ワ-カ-タスク、3)コンフィギュレ-ションファイルである。並列型計算機を最も有効に利用するために、2基のプロセッサ-に等負荷(同じ量の演算をさせる)を与えるように対象問題を二等分して数値計算を行わせ、効率よい演算が出来ることを確認した。3。並列型ネスティッド・ダイセクション法の汎用化:ネスティッド・ダイセクション法は正方形型領域に対する解法として作られたため、任意系への適用が可能にできる様な変更が必要である。並列計算を配慮した場合、プロセッサ-数に等しい小領域に分割した後、各々の小領域に対してネスティッド・ダイセクション法と同じ様な消去順序で消去演算を実行すれば良いとの結論を得た。1。2。3。本年度のテ-マは(1)トランスピュ-タの性能検定,(2)パラレルフォ-トランを用いる場合のチュ-ニング法,(3)ネスティッドダイセクション法の検討である。得られた成果をまとめる。(1)トランスピュ-タの性能検定:使用したのはTー800を2個登載した並列型計算機であり、そのうち1個がル-トプロセッサ-,他の1個がサブプロセッサ-となる。2CPUを持った計算機では2倍の計算速度が得られるはずである。しかしながら2個のCPUを常に稼動させることはどの様な問題においても不可能である。数値実験では1個のCPUに比べて約40%の計算時間の節約ができることが判明した。(2)パラレルフォ-トランを用いる場合のチュ-ニング法:Tー800上で稼動するパラレルフォ-トランは通常のフォ-トランと全く同じである。ただ、複数個のCPUを同時に稼動させるための仕事の割当をコマンド形式でプログラム中に挿入する必要がある。これにより仕事のどの部分がどのCPUで計算されるかが指定される。この言語でプログラム記述する上で最も注意を払わなければならないことは各CPUに等しい負荷を与えることである。負荷の与え方によって各CPUの稼動状況が決定され、計算機全体としての演算時間が決定される。(3)ネスティッドダイセクション法の検討:正方形領域を(N×N)に離散化し,その結果得られた行列を対象としてネスティッドダイセクション法を適用した。比較のためガウス消去法,帯行列法のプログラムも作り,更に1CPU,2CPUの場合について検討した。得られた結果は次のとおりである。1.ネスティッドダイセクション法が最も演算時間が短くすむ。2.この方法を採用すれば、2CPUは1CPUに比べて約10%演等時間が節約できる。研究目的はネスティッド・ダイセクション法の計算アルゴリズムの並列化、コ-ディングとその汎用化にある。1。

ネスティッド・ダイセクション法の並列化について:ネスティッド・ダイセクション法は消去演算法であり、例えばガウス法、バンド・マトリクス法と同じであるが消去順序が大きく異なり、演算過程で発生するフィル・インの個数が最少となるように演算を進める。これは発生させたフィル・イン(行列要素)を使用して、逆にフィル・インを抑える。その結果得られる消去される節点は行列内では互いに関与し合わない順序であって、それはそのまま並列化出来ることが判明した。2。並列型ネスティッド・ダイセクション法のコ-ディング:並列処理を行うためには使用するプロセッサ-が複数個あることより、マスタ-タスク、ワ-カ-タスク、コンフィグレ-ションファイルの3種類のプログラム群を作成する。第一番目はプロセッサ-群を支配するル-ト・プロセッサ-用、第2番目はその下で稼働するサブ・プロセッサ-用、そして第3番目は配列等を設定する。そのコ-ディングにおいて最も配慮しなければならないことは2個のプロセッサ-に均等に負荷を与えることである。ここでは領域を等しく二等分した形でプログラムを作成し、計6個のモデルに対して数値実験を行い、並列化が良好に行われていることを確認した。3。ネスティッド・ダイセクション法の汎用化:並列型ネスティッド・ダイセクション法の汎用化では消去順序と並列処理が問題である。前者はOne-way Dissectionの考え方で、また後者は使用する各プロセッサ-への等負荷化で解決する。なお、消去演算は高速であることより、この等負荷化が並列型ネスティッド・ダイセクション法の汎用度を支配することが判明した。
A.actinomycetemcomitans多糖抗原の歯周病原性の解析

我々は、若年性歯周炎の原因菌の一つと考えられているActinobacillus actinomycetemcomitansの菌体表層成分の生化学的、免疫生物学的解析を行ない、本菌の歯周病原性との関わりを調べた。若年性歯周炎に特徴的な症状である歯槽骨吸収に関連する現象である骨吸収に関して面白い知見が得られた。A.actinomycetemcomitansY4株全菌体から莢膜多糖を精製し純品を得た。この標品の骨吸収活性をマウス頭蓋骨を用いた器官培養系で調べたところ、25mug/mlで最も強い活性の発現が認められた。この結果から,莢膜多糖は既存の破骨細胞を活性化して骨吸収を引き起こす可能性が強く示唆された。次に、マウス骨髄細胞を用いて、Y4株莢膜多糖の破骨細胞形成能について検討を加えた。2.5mug/mlのY4株莢膜多糖をマウス骨髄細胞とともに8日間培養すると、多数の破骨細胞の形成が認められた。さらに、Y4株莢膜多糖による破骨細胞の形成はインドメサシンや抗インターロイキン1alpha抗体より完全に抑制された。しかしながら、抗インターロイキン1beta抗体では抑制効果は発現されなかった。今回の結果から、A.actinomycetemcomitansY4株莢膜多糖による骨吸収活性発現には破骨細胞の活性化のみならず、分化誘導をも含めた過程が深く関与していることが明らかとなった。さらに、A.actinomycetemcomitansによる骨吸収活性の発現にはインターロイキン1alphaやプロスタグランジンなどの炎症性メディエーターが重要な役割を果している可能性が示唆された。
歯科治療時の脳誘発反応変化に関する臨床的および基礎的研究

1有病者の脳誘発反応:健康成人群を対照として、主として聴性脳幹反応(ABR)波による脳血管障害群、高血圧症群(虚血性心疾患を含む)の異常所見について検討を行った。(1)脳血管障害群では、IIおよびV波の潜時の延長とIV波の短縮を特徴とし、更に二峰性波や電位の減衰などの波形異常の出現が高頻度であった。(2)高血圧症群では、I、II、III波の延長とIV波の短縮およびV波の延長傾向を特徴とすることが判明した。(1)(2)の所見は、歯科治療時のストレス負荷時には強調されることが判明し、これらは臨床的患者評価の一法となり得る重要な知見である。また、有病者での異常所見はABR波の発生源と考えられている脳幹部上位中枢の慢性的細胞変性または神経伝導系異常を示唆する。2.動物の循環系変化に伴う異常波出現条件の検討:雑種成犬の循環系をもちいて、5Hz,85dB以上の音圧刺激条件下で検索を行った。(1)カテコールアミン負荷による100180%の血圧の変動内で、臨床上の高血圧症群でみられた潜時の延長を主変化とする波形異常の再現が可能であった。しかしこれらは一過性変化に留まった。(2)カテコールアミン負荷時の高拍出、深麻酔、節遮断薬による低血圧等の循環変動と脳圧(くも膜下圧、脳実質圧)との関連では、脳循環の自動調節能の範囲外にある高拍出状態で、脳圧亢進とABR変化、特にIIII波の潜時延長との関連がみられた。しかし、臨床でみられる波形異常は再現不能であった。以上より、循環系変化に関連する客観的脳内情報モニタとしての有用性が認められた。歯科治療にかかわる重篤な合併症の多くが脳血管障害や高血圧性心疾患、虚血性心疾患、代謝異常など全身的合併症を有している患者に発生している。また脳血管障害の多くは、これらの全身的諸変化が脳においておこる症状あるいは病変であり、歯科医療の安全性向上のために歯科治療中の脳変化の情報を客観的にとらえる方法を検討した。1)健常人を対象とした標準ABRの作成と検討:歯科治療時での聴性脳幹反応を主とする体性誘発反応の情報を収集し、安静時の誘発電位と比較した。シグナルプロセッサ7S12を用いて、85dB両側同時刺激音をヘッドホ-ンを用いて与え、頭頂部関電極、左右耳垂に下関電極を装着CzーA_1,A_2として誘導した。健常成人の標準波型は平均潜時、同ピ-ク間潜時は各報告者の測定結果とほぼ同一結果が得られたが、左右別には左側の潜時およびピ-ク間潜時が右側より延長していることが判明,また第V波潜時とピ-ク間潜時には女性群に短縮がみられた。これらの知見は有病者との比較において重要な事柄と思われる。2)有病者における検討:脳血管障害を主とする有病者を対象にシグナルプロセッサ7S12,および解析装置(7T18A)を用いて検討した。有病者群では第I波,II波の0.1msの短縮,第IIIV波の0.10.3msの延長,IVIPLIIIVIPLにおいて0.2msの延長,IIIIIPLの0.3msの延長などを特長とすることが判明した。また脳血管障害者では,第II波および第IV波の消失,各波型の不明療化と潜時の遅れ、I、IIIV波の2峰性変化などの異常を特徴とし,歯科治療時のストレス負荷時にはそれらが、強調されることが判明した。またパワ-スペクトルによる各峰のピ-クを中心とする緩徐波成分、中間波成分、速波成分の分析の有用性が明らかである。1.有病者の脳誘発反応、健康成人群を対照として、主として聴性脳幹反応(ABR)波による脳血管障害群、高血圧症群(虚血性心疾患を含む)の異常所見についての検討を行った。1)脳血管障害群では、IIおよびV波の潜時の延長とIV波の短縮を特徴とし、更に二峰性波や電位の減衰など波型異常の出現が高頻度であった。2)高血圧症群では、I,II,III波の延長とIV波の短縮およびV波の延長傾向を特徴とすることが判明している。1),2)の所見は、歯科治療時のストレス負荷時には強調されることが判明し、これらは臨床的患者評価の一法となり得る重要な知見である。また有病者での異常所見はABR波の発生源と考えられる脳幹部上位中枢の慢性的細胞変性または神経伝導系異常を示唆する。2.動物の循環系変化に伴う異常波出現条件の検討:85dB以上の刺激条件下で検討を行った。1)アドレナリン負荷による100180%の血圧変動内で、臨床上の高血圧症群で得られた各波型の潜時の延長を主変化とする波型異常を再現し得た。2)片側総頚動・静脈・内頚動・静脈結紮による脳内圧(クモ膜下圧、脳実質圧)変化に対応する誘発波変化(各条件設定後4時間以内の観察)では、IIII波の潜時の延長変化として、脳圧亢進と相関することが判明した。しかし、波型の異常は今回の条件下では再現不能であった。

3.今後の検討:動物実験より得られた脳圧変化と異常誘発波の相関を再検討して、臨床知見との関連を明確化し、有病者に対する臨床的患者評価法としての脳誘発反応変化有用性を検討する。1有病者の脳誘発反応:健康成人群を対照として、主として聴性脳幹反応(ABR)波による脳血管障害群、高血圧症群(虚血性心疾患を含む)の異常所見について検討を行った。(1)脳血管障害群では、IIおよびV波の潜時の延長とIV波の短縮を特徴とし、更に二峰性波や電位の減衰などの波形異常の出現が高頻度であった。(2)高血圧症群では、I、II、III波の延長とIV波の短縮およびV波の延長傾向を特徴とすることが判明した。(1)(2)の所見は、歯科治療時のストレス負荷時には強調されることが判明し、これらは臨床的患者評価の一法となり得る重要な知見である。また、有病者での異常所見はABR波の発生源と考えられている脳幹部上位中枢の慢性的細胞変性または神経伝導系異常を示唆する。2.動物の循環系変化に伴う異常波出現条件の検討:雑種成犬の循環系をもちいて、5Hz,85dB以上の音圧刺激条件下で検索を行った。(1)カテコールアミン負荷による100180%の血圧の変動内で、臨床上の高血圧症群でみられた潜時の延長を主変化とする波形異常の再現が可能であった。しかしこれらは一過性変化に留まった。(2)カテコールアミン負荷時の高拍出、深麻酔、節遮断薬による低血圧等の循環変動と脳圧(くも膜下圧、脳実質圧)との関連では、脳循環の自動調節能の範囲外にある高拍出状態で、脳圧亢進とABR変化、特にIIII波の潜時延長との関連がみられた。しかし、臨床でみられる波形異常は再現不能であった。以上より、循環系変化に関連する客観的脳内情報モニタとしての有用性が認められた。
難治性肉腫を選択的に破壊する新規複製・発現ベクターを用いた標的遺伝子療法の開発

ヒトカルポニン遺伝子の平滑筋特異的なプロモーター領域を、HSV-1ウイルスの複製開始に必須な転写因子をコードするICP4遺伝子の上流に挿入し、さらにその上流に標識遺伝子1acZを、ICP4の下流にInternal Ribosomal Entry Site(IRES)-EGFPを連結した相同組換えベクターpKX2betaG3を構築した。このDNA断片をICP4欠失HSV変異体d120のリボヌクレオチド還元酵素(RR, ICP6)の遺伝子座に相同組み換え法を用いて挿入し、ICP4とRRの二重欠失変異体を作製した。この新規HSV-1ベクターd12.CALPΔRRは、チミジンキナーゼ遺伝子を温存し、カルポニンプロモーターの制御下にICP4遺伝子と標識遺伝子であるEGFPを発現できるよう構築したものであり、in vitroの培養細胞を用いたtitration assayとin vivoの背部移植腫瘍に対する尾静脈内投与の系で、カルポニン遺伝子を発現しかつ活発に増殖している平滑筋由来の細胞において搭載したEGFP遺伝子が発現し、細胞溶解活性を示すことを確認した。また、ヒト悪性繊維性組織球腫培養細胞株を用いた肺転移モデルで、d12.CALPΔRRベクターは静脈内投与で肺転移腫瘍を溶解した。さらに、in vitroの培養細胞を用いたtitrationassayとin vivoの腹腔内投与の系でd12.CALPΔRRベクターの複製は、抗ヘルペスウイルス剤であるganciclovirの添加により容量依存性に抑制された。d12.CALPΔRRベクターをヌードマウス眼窩下静脈より2×10^7p.f-u-/マウスで投与し、経時的に血液、脳、心臓、大動脈、肺、肝臓、腎臓、脾臓、卵巣、膀胱を採取した。HSV-1感受性細胞であるVeroE5を用いたウイルス複製の活性試験を行なったところ、マウス血清中の複製可能なd12.CALPΔRRベクターは24時間でほぼ消失した。組織学的には肝臓、脾臓、肺において、投与後3日目までd12.CALPΔRRベクターに特異的なβ-galactosidase(LacZ)およびHSV-1最初期遺伝子産物であるICP4の発現を認めた。しかし同一細胞内での両蛋白の共発現は認められず、肝、脾、肺組織から複製活性のあるd12.CALPΔRRベクターは検出されなかった。投与後4日目およびそれ以降では、これらの組織でLacZ、ICP4ともに発現は認められず、病理学的にも明らかな組織障害は認められなかった。また投与後の血液生化学検査(肝・腎機能、糖・脂質代謝機能)では、d12.CALPΔRRベクターによる異常は認められなかった。