hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環境流れ問題に直結した流動数理の解析

研究の目的は,環境汚染問題に密接に関連する流れの数学的問題を研究することである.水圏および大気圏の環境保全のためのコンピュータシミュレーション技法の開発を研究の狙いとする.この目標に対して次の結論を得た.1.問題の対象となる流れの領域が複雑な形状をなすことに対処するため,流れの方程式の数値解法のために有限要素法が用いられた.流れの方程式の離散化には,非圧縮性粘性流体の流れに対して分数段階法,浅水域の流れに対してテイラー・ガラーキン法が用いられた.2.境界条件が,領域分割法ならびに逆問題の見地から検討された.環境流れ問題の数値シミュレーションにおいて比較的小さい領域が考慮されるときには,定式化に際し人工境界が導入され,いくつかの形式をもつ仮想的な境界値を規定しなければならない.この人工境界に規定されるべき値は,シミュレーションの成否に決定的な役割を果たす.しかしながら,その境界値は予め知られているわけではなく,事実,問題の一部を成す.翼周りの流れのシミュレーションの数値実験から,我々はディリクレ・ノイマン交代法を用いることにより,わずか数回の反復の後,適切な境界値が得られることを見いだした.3.環境問題の研究における流れの数値シミュレーションのためには,層流のモデルでは不適当であることが判明したので,研究を乱流の解析まで広げた.実際に使用する観点から,k-εモデルが最適であると結論づけられた.すなわち,このモデルは使用が容易であり,モデルを実行するために要するデータが入手しやすい.百万程度の高いレイノルズ数をもつ乱流域の流れに対して,有限解析法をこの数値シミュレーションに応用した結果は,物理実験の対応する結果と良好に一致した.研究の目的は,環境汚染問題に密接に関連する流れの数学的問題を研究することである.水圏および大気圏の環境保全のためのコンピュータシミュレーション技法の開発を研究の狙いとする.この目標に対して次の結論を得た.1.問題の対象となる流れの領域が複雑な形状をなすことに対処するため,流れの方程式の数値解法のために有限要素法が用いられた.流れの方程式の離散化には,非圧縮性粘性流体の流れに対して分数段階法,浅水域の流れに対してテイラー・ガラーキン法が用いられた.2.境界条件が,領域分割法ならびに逆問題の見地から検討された.環境流れ問題の数値シミュレーションにおいて比較的小さい領域が考慮されるときには,定式化に際し人工境界が導入され,いくつかの形式をもつ仮想的な境界値を規定しなければならない.この人工境界に規定されるべき値は,シミュレーションの成否に決定的な役割を果たす.しかしながら,その境界値は予め知られているわけではなく,事実,問題の一部を成す.翼周りの流れのシミュレーションの数値実験から,我々はディリクレ・ノイマン交代法を用いることにより,わずか数回の反復の後,適切な境界値が得られることを見いだした.3.環境問題の研究における流れの数値シミュレーションのためには,層流のモデルでは不適当であることが判明したので,研究を乱流の解析まで広げた.実際に使用する観点から,k-εモデルが最適であると結論づけられた.すなわち,このモデルは使用が容易であり,モデルを実行するために要するデータが入手しやすい.百万程度の高いレイノルズ数をもつ乱流域の流れに対して,有限解析法をこの数値シミュレーションに応用した結果は,物理実験の対応する結果と良好に一致した.3年継続の研究の初年度として、まず、水圏環境の流れを対象としたパソコンによる計算の実際的運用に力点を置いた次の研究を押し進め、以下に述べるような研究成果を得ることができた。1.非圧縮性粘性流体の流れ、浅水域における長波の伝搬・流動のコンピュータシミュレーションプログラムをパソコンに実装し、利用者の意見を取り入れた改良を行う。2.低層大気圏内の空気の流れを記述する方程式の有限要素法による離散化を進め、パソコンシミュレーションに適した形に改める。3.プリ・ポストグラフィック処理機能付きのパソコンプログラムを開発し、そのコードを公開する。これらについて、次の実績をあげることができた。1.非圧縮性粘性流体の流れ、浅水域における長波の伝搬・流動のパソコンによる水環境流れ解析のためのシミュレーションプログラムを新規のパソコンに実装し、地域に根差した研究話題を提供するために、霞ヶ浦、鹿島港のテスト・モデルを計算し、実施学生の意見を取り入れて、一層使い勝手が良くなるように、プログラムを改善した。2.偏微分方程式としては同じタイプに属する圧縮性粘性流体の流れ、および低層大気圏内の空気の流れを支配する方程式の有限要素法による離散化を行った。低層大気圏内の空気の流れについての開境界条件に特性曲線方向の方法を取り入れ、良好な計算結果を得た。成果を担当大学院生の学術論文として、国際雑誌に発表した。3年継続の研究の第2年次として、水圏環境流れの解析を進めた。特に地域の水環境に対する適用を考慮できるような流れの数値シミュレーションにより、現実的な問題を解決することを目指して、以下に述べるような研究成果を得ることができた。1.主に数学的な観点から、流れの方程式に対する有限要素法の理論を再検討し、コンピュータ・シミュレーションに適した計算法として領域分割法を導入した。数値解の品質を向上させるために、ディリクレ・ノイマン交代法を用いた。2.浅水域における開水路および長波を記述する浅水長波方程式を解くためのグラフィック処理機能をもつ自動入力・出力データ作成付きのパソコン用プログラムの動作確認を行った。低層大気圏の流れについては、プログラムの開発が遅れてしまった。3.境界条件・初期条件を逆問題として捉えることを検討した。

環境問題のシミュレーションにおいては、しばしば、境界の位置を作為的に設定し、与えられた偏微分方程式の初期値・境界値問題が考察される。しかしながら、境界条件や初期条件は本来、未知の場合が多い。適切な境界条件と初期条件を推定して、方程式に与えることが数値計算結果の成否を決定する。開境界の条件についても逆問題との観点から調べた。4.乱流のシミュレーションに研究対象を拡げ、そのためのモデリングを進めた。パソコンの運用を意識した場合、乱流の計算法としては伝統的なモデルが現状においては最適と考え、差分法が計算法として適当と認められた。乱流のシミュレーションを整備し、パソコンに搭載する準備を行った。継続研究の最終年度として,「環境流れの数理」での水圏並びに大気圏環境問題の解析の際に避けることのできない以下の2つの観点について特に考慮して研究を進めた。1.境界条件・初期条件の設定について領域分割法と逆問題の観点から検討した。小地域環境流れ問題の数値シミュレーションにおいては,必然的に境界の位置を入為的に設定せざるを得ない。本来は境界でないところを境界と見做すことによる人工境界条件の決定法としてディリフレ・ノイマン交代法を適用し,反復の後に適切な境界条件の得られることを,翼周りの流れの数値実験によって明らかにした。2.大気圏の流れの解析を強く意識して,研究の対象を層流から乱流と拡大した。種々の乱流モデルを検討した結果,実用上,取り扱いが容易で必要なデータも得やすいk-ε(ケイ・イプシロン)モデルを乱流を記述する方程式として採用した。計算手法としては有限解析法(Finite Analytical Method-略してFA法)を用いた結果,実験と比較して極めて良好なシミュレーション結果を得ることができた。以上,3年間に得られた研究成果を報告書にまとめ,公刊することとした。
多忙化縮減をめざす学校と支援スタッフの連携協力の在り方に関する調査研究

2018年度においては、3か年にわたる調査研究事業の成果を取りまとめ、「多忙化縮減をめざす学校と支援スタッフの連携協力の在り方に関する調査研究」の報告書を刊行した。この報告書では、1教員の勤務環境と支援スタッフに関する実態調査、2スクール・カウンセラー、日本語指導員、学校司書、部活動指導員、学習支援員(5職種)への実地ヒアリング調査、3公立学校教員の勤務環境及び支援スタッフの配置状況に関する海外調査(英国・ドイツ・米国)の実施結果を整理し、分析検証することを通じて、教員の多忙化改善の一つの方策として、教員以外の専門性を有する多様な職種の支援スタッフを学校組織に加えて教職員との協働により、複雑化・多様化する教育課題の解決を図るとともに、教員の働き方改革のあるべき方向性を具体的な展望として示している。また、当該調査研究事業における教員との協働に関する実態調査結果をもとに、「支援スタッフで学校は変わるのか」(樋口修資、青木純一、坪谷美欧子編著アドバンテージサーバー2018年3月末)を刊行した。本書において、「チーム学校」の実現に向けて、教職員と支援スタッフとの連携協力を推進し、山積する教育課題に適切に対応できる学校づくりを進めるためには、支援スタッフの雇用・処遇の改善充実や学校における勤務環境の改善を図ることが大きな課題であることを明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度においては、研究テーマに沿って「教員の勤務環境と支援スタッフに関する実態調査」について全国的な大規模調査を実施し、平成29年度においてその結果集計を行うとともに、分析・検証を行う予定である。また、支援スタッフの配置の現状とその課題について、2か所で国内実地ヒアリングを実施し、その結果を取りまとめた(29年度実施個所2か所を含めて総合的な分析を行う予定である。)さらに、英国及びドイツ(ベルリン州)における公立学校の教職員の勤務労働環境及び支援スタッフの配置状況とその課題等について海外調査を実施した。その結果は、29年度において取りまとめる予定である。なお、平成28年度研究実績としては、公益財団法人連合総合生活開発研究所が設置した「日本における教職員の働き方・労働時間の実態に関する研究委員会」の報告書において、研究代表者の樋口修資及び研究分担者の青木純一がそれぞれ本科研費事業に関連した論文を発表したところである。本研究においては、国内大規模アンケート調査、国内実地ヒアリング及び海外実地調査を中心にして、研究活動を行うこととしているが、いずれも基本的には平成28年度実施した調査について、平成29年度においては、その結果等を集計・集約し、分析検証を行う予定であり、概ね事業は順調に進展しているものと思料する。平成28年度実施した国内意識調査の集計結果の分析と検証考察を行った。また、平成28年度から実施している支援スタッフへのヒアリング調査を引き続き実施し、支援スタッフからの意見をもとに、全体委員会において教員と支援スタッフとの連携協力の在り方についての検討を進めた。平成28年度実施した海外教員労働事情調査(英国、ドイツ)に引き続いて、29年度は、米国における教員労働事情調査を実施し、教員の勤務環境の諸問題を探るとともに、教員以外の支援スタッフの配置状況や勤務環境、教員との連携協力の実態と課題について聞き取り調査を行った。これらを受けて、平成30年3月には、上記調査研究の成果の一部を書籍にまとめ、刊行した(樋口修資・青木純一・坪谷美欧子編著「支援スタッフで学校は変わるのか」株)アドバンテージサーバー)。国内意識調査、実地ヒアリング調査、海外事情調査とも順調に実施し、その成果を2年度目の最終月に書籍として刊行できたこと(なお、最終的な報告書は、3年度目の平成30年度にとりまとめる。)2018年度においては、3か年にわたる調査研究事業の成果を取りまとめ、「多忙化縮減をめざす学校と支援スタッフの連携協力の在り方に関する調査研究」の報告書を刊行した。平成29年度においては、国内アンケート調査結果の集計及び分析に注力するとともに、国内実地ヒアリング及び海外実地調査を更に進め、2年度分のヒアリング調査結果及び海外実地調査の結果を集約し、分析・検証を行うこととしている。最終年度の平成30年度においては、これまでの各種調査の結果を報告書に取りまとめることに取り組むこととしている。
ナノ準結晶粒子分散を利用した高耐熱強度、高衝撃破壊靭性アルミニウム基合金の開発

地球の安全環境を守るためのCO_2の削減ならびに材料のリサイクル率の向上がきわめて重要な社会問題となっている。このCO_2を削減する方法のひとつとして、高比強度、高耐熱強度、高衝撃破壊靭性ならびに良好な塑性加工性能を具備した材料を開発することの重要性が指摘されている。この目的を達成するためには、軽くて強度が大きい安価なA1基合金を用いることが不可欠である。一方、周期構造を持つ結晶に基づいた強化法の範疇内では、高強度と高耐熱強度を兼ね備えたAl合金を作製することが困難とされており、結晶以外の準結晶や非晶質の非周期構造相を利用することが重要と考えられる。本報では、高硬度、高耐熱性を持つが極めて脆い準結晶のナノ化を図り、fcc-Al相中に分散させたナノ準結晶粒子分散Al合金を作製し、この組織および機械的性質を調べ下記の結果を得た。1)液体急冷法で作製した9395at%の高A1濃度Al-Ln-TM(Ln:希土類元素、TM遷移金属)およびAl-ETM(ETM : Ti, V, Cr, Mn)-LTM(LTM : Fe, Co, Ni, Cu)系合金の組織が、周期律表でのTM元素の族番号の減少に従って、Al+化合物→Al+準結晶→Al+非晶質→非晶質へと系統的に変化することを明らかにした。次に、これらの知見に基づいて合金設計を行い、実用的な観点から粉末冶金法により非周期構造相を持つAl合金P/M材を作製した。2)200900nm径の準結晶粒子が分散したAl合金P/M材が作製できた。3)準結晶粒子分散Al合金P/M材の引張強度は540670MPaを示し、最高引張強度の670MPaはAl-Fe-Cr-Ti合金P/M材で得られた。この値は、商用の最高強度を示す超々ジュラルミン(600MPa)よりも優れている。4)準結晶粒子分散Al合金P/M材の573Kで100hr保持後の引張強度(耐熱強度)は、耐熱Al合金の目標値である300MPaを大きく上回った。5)準結晶粒子分散Al合金P/M材の耐摩耗性は、商用のA390-T6アルミニウム合金に比べて、高すべり速度域で優れていた。本目的は、高比強度、高耐熱強度、高衝撃靭性ならびに良好な塑性加工性を具備したナノ準結晶粒子分散Al基合金の開発である。本年度は、1)我々が見出したナノ準結晶粒子分散Al-Fe-Cr-Ti合金押出し成形材(P/M材)の耐熱強度を調べた。その結果、耐熱Al合金の目標値である573Kで300MPaを超える引張強度を持つことを見出し、日本金属学会、日本MRS、粉末冶金協会、NANO2000国際会議、PM2000国際会議での発表や論文の投稿を行った。2)さらなる引張強度および耐熱強度を持つAl合金P/M材の開発研究を行った。

その結果、Al-Fe-Cr-Ti合金に、希土類元素の一種であるミッシュメタル(Mm)を添加したAl-Fe-Cr-Ti-Mm合金押出し成形材(P/M材)が、室温強度は約700MPaであり、実用材料中で最強の超々ジュラルミン(7075-T6合金)よりも100MPa大きいこと、また573Kで100時間保持後の引張強度が350MPaを超えていることを見出した。これに関しては、早速、日本金属学会の春期大会で発表を行う。このように、本課題に関する研究は、順調に遂行しており、次年度は、高強度特性を持つナノ準結晶粒子分散Al合金の開発、これらの疲労強度および塑性加工性について研究を行う予定である。地球の安全環境を守るためのC0_2の削減ならびに材料のリサイクル率の向上がきわめて重要な社会問題となっている。このC0_2を削減する方法のひとつとして、高比強度、高耐熱強度、高衝撃破壊靭性ならびに良好な塑性加工性能を具備した材料を開発することの重要性が指摘されている。この目的を達成するためには、軽くて強度が大きい安価なAl基合金を用いることが不可欠である。一方、周期構造を持つ結晶に基づいた強化法の範疇内では、高強度と高耐熱強度を兼ね備えたAl合金を作製することが困難とされており、結晶以外の準結晶や非晶質の非周期構造相を利用することが重要と考えられる。本報では、高硬度、高耐熱性を持つが極めて脆い準結晶のナノ化を図り、fcc-Al相中に分散させたナノ準結晶粒子分散Al合金を作製し、この組織および機械的性質を調べ下記の結果を得た。1)液体急冷法で作製した9395at%の高Al濃度Al-Ln-TM(Ln:希土類元素、TM:遷移金属)およびAl-ETM(ETM:Ti,V,Cr,Mn)-LTM(LTM:Fe,Co,Ni,Cu)系合金の組織が、周期律表でのTM元素の族番号の減少に従って、Al+化合物→Al+準結晶→Al+非晶質→非晶質へと系統的に変化することを明らかにした。次に、これらの知見に基づいて合金設計を行い、実用的な観点から粉末冶金法により非周期構造相を持つAl合金P/M材を作製した。2)200900nm径の準結晶粒子が分散したAl合金P/M材が作製できた。3)準結晶粒子分散Al合金P/M材の引張強度は540670MPaを示し、最高引張強度の670MPaはAl-Fe-Cr-Ti合金P/M材で得られた。この値は、商用の最高強度を示す超々ジュラルミン(600MPa)よりも優れている。4)準結晶粒子分散Al合金P/M材の573Kで100hr保持後の引張強度(耐熱強度)は、耐熱Al合金の目標値である300MPaを大きく上回った。5)準結晶粒子分散Al合金P/M材の耐摩耗性は、商用のA390-T6アルミニウム合金に比べて、高すべり速度域で優れていた。
乳がんの栄養疫学に関する共同研究

本研究の主な目的はインドネシアにおける女性乳がんの発生要因を、分析疫学研究の一手法である症例対照研究を用いて解明することにある。平成元年度から3年度にかけて、われわれは症例300例と対照600例の直接問診による症例対照研究を実施した。その結果は平成5年度に報告したが、牛乳・脂肪の多い肉類・ココナツミルクを用いた料理など、脂肪に富む食品の頻回摂取が乳がんリスクと関連している傾向があることに注目された。そこで、栄養素レベルでさらに詳細に乳がん発生と食餌要因との関連を検討するため、平成4年度より栄養問診を中心とした症例対照研究を新たに開始し、今年度も引き続きデータの収集を実施した。この研究の症例は、インドネシア大学医学部中央病院の腫瘍外科にて新たに診断され、病理組織学的に確定診断された女性乳がん例である。対照は、症例と同姓(女性)・同年齢(±3歳)・同入院/来院時期(±3カ月)で、社会階層も対応させた同病院の入院/外来患者である(悪性腫瘍患者は除外)対照は症例1例に対して2例を設定した。収集する疫学情報は、社会・人口学的要因、体格要因、月経、生殖関連要因、授乳歴、傾向避妊薬使用歴、喫煙・飲酒要因、がん家族歴、胸部外傷歴、放射線被爆歴など、以前の症例対照研究でも検討した項目の他、約70種類の食材料の週あたり摂取頻度および摂取量を含む情報収集は栄養士が対象者を直接面接することにより実施し、各食材料の摂取頻度と摂取量から各対象者の一日あたりの各栄養摂取量を算出した。栄養問診は結婚前および結婚後の食餌習慣について実施したが、今回の検討では結婚前のデータを用いた。栄養素摂取量推定の妥当性を高めるため、以下の検討では主として推定摂取カロリーあたりの栄養素摂取量を用いた。分析にあたっては、各栄養素ごとに対照の分布で対象者を4群に分類し、摂取カロリーあたりの栄養素摂取量が最低の群に対する他の3群のオッズ比を求めた。オッズ費の算出にはconditional logistic modelを用いたが、閉経前後別の分析ではunconditional logisticを用い、年齢調整を実施した。平成8年1月までに、症例226例、対照452例について問診が終了した。全体(閉経前および閉経後)については、蛋白質・脂肪・カルシウム・リン・レチノール・アスコルビン酸のカロリーあたり摂取量が多いほど、乳がんリスクが高くなる傾向が認められる。とくに乳がんリスクと脂肪摂取量との間には強い正の関連がみられ、第一四分位に対する第2、3、4四分位のオッズ比(95%信頼区間)は2.66(1.40-5.04)、4.28(2.34-7.82)、5.52(3.02-10.1)である(trend p=2*10^<-9>)。一方、カロリーあたりの炭水化物摂取量は乳がんリスクと強い負の関連を示し、第1四分位に対する第2、3、4四分位のオッズ比(95%信頼区間)は0.73(0.48-1.12)、0.45(0.28-0.71)、0.20(0.11-0.36)である(trend p=3*10^<-9>)。なお脂肪摂取と乳がんリスクとの間の強い正の関連は、カロリーあたりの値とともに、推定摂取量の絶対値を用いた場合にも認められた。しかし炭水化物摂取量の増加に伴うオッズ比の低下は、推定摂取量の絶対値を用いた場合には認なかった。多くの栄養素で閉経前後ともに同様の傾向が認められる。ただし、閉経前女性では蛋白質とリンのカロリーあたり摂取量が多いほどオッズ比が上昇するのに対し、閉経後女性では明らかな傾向が認められない。アスコルビン酸については、とりわけ閉経後女性で乳がんリスクとの間に強い正の関連がみられる。このように、ほとんどの栄養素について乳がんリスクとの間に何らかの関連が認められたが、各栄養素の摂取はお互いに密接に関連しているため、どの栄養素がより強く乳がん発生に関与しているかを特定することは困難である。しかし乳がんリスクと脂肪摂取との間の正の関連は、オッズ比が他の栄養素よりも大きく、量反応関係がとりわけ明確で、かつカロリーあたりの摂取量・摂取量の絶対値どちらを用いて検討した場合にも関連が認められたことから、脂肪の過剰摂取がとくに乳がん発生を促進していることが示唆される。この所見はインドネシアにおける前回の症例対照研究で見いだされた、脂肪に富む食品の頻回摂取が乳がんリスクと関連している傾向とよく一致しており、食品摂取頻度調査から示唆された脂肪摂取と乳がんとの関連が摂取量レベルでも証明されたものと考えられる。

対照は、症例と同姓(女性)・同年齢(±3歳)・同入院/来院時期(±3カ月)で、社会階層も対応させた同病院の入院/外来患者である(悪性腫瘍患者は除外)対照は症例1例に対して2例を設定した。収集する疫学情報は、社会・人口学的要因、体格要因、月経、生殖関連要因、授乳歴、傾向避妊薬使用歴、喫煙・飲酒要因、がん家族歴、胸部外傷歴、放射線被爆歴など、以前の症例対照研究でも検討した項目の他、約70種類の食材料の週あたり摂取頻度および摂取量を含む情報収集は栄養士が対象者を直接面接することにより実施し、各食材料の摂取頻度と摂取量から各対象者の一日あたりの各栄養摂取量を算出した。栄養問診は結婚前および結婚後の食餌習慣について実施したが、今回の検討では結婚前のデータを用いた。栄養素摂取量推定の妥当性を高めるため、以下の検討では主として推定摂取カロリーあたりの栄養素摂取量を用いた。分析にあたっては、各栄養素ごとに対照の分布で対象者を4群に分類し、摂取カロリーあたりの栄養素摂取量が最低の群に対する他の3群のオッズ比を求めた。オッズ費の算出にはconditional logistic modelを用いたが、閉経前後別の分析ではunconditional logisticを用い、年齢調整を実施した。平成8年1月までに、症例226例、対照452例について問診が終了した。全体(閉経前および閉経後)については、蛋白質・脂肪・カルシウム・リン・レチノール・アスコルビン酸のカロリーあたり摂取量が多いほど、乳がんリスクが高くなる傾向が認められる。とくに乳がんリスクと脂肪摂取量との間には強い正の関連がみられ、第一四分位に対する第2、3、4四分位のオッズ比(95%信頼区間)は2.66(1.40-5.04)、4.28(2.34-7.82)、5.52(3.02-10.1)である(trend p=2*10^<-9>)。一方、カロリーあたりの炭水化物摂取量は乳がんリスクと強い負の関連を示し、第1四分位に対する第2、3、4四分位のオッズ比(95%信頼区間)は0.73(0.48-1.12)、0.45(0.28-0.71)、0.20(0.11-0.36)である(trend p=3*10^<-9>)。なお脂肪摂取と乳がんリスクとの間の強い正の関連は、カロリーあたりの値とともに、推定摂取量の絶対値を用いた場合にも認められた。しかし炭水化物摂取量の増加に伴うオッズ比の低下は、推定摂取量の絶対値を用いた場合には認なかった。多くの栄養素で閉経前後ともに同様の傾向が認められる。ただし、閉経前女性では蛋白質とリンのカロリーあたり摂取量が多いほどオッズ比が上昇するのに対し、閉経後女性では明らかな傾向が認められない。アスコルビン酸については、とりわけ閉経後女性で乳がんリスクとの間に強い正の関連がみられる。このように、ほとんどの栄養素について乳がんリスクとの間に何らかの関連が認められたが、各栄養素の摂取はお互いに密接に関連しているため、どの栄養素がより強く乳がん発生に関与しているかを特定することは困難である。しかし乳がんリスクと脂肪摂取との間の正の関連は、オッズ比が他の栄養素よりも大きく、量反応関係がとりわけ明確で、かつカロリーあたりの摂取量・摂取量の絶対値どちらを用いて検討した場合にも関連が認められたことから、脂肪の過剰摂取がとくに乳がん発生を促進していることが示唆される。
ヒト2-オキソグルタル酸脱水素酵素遺伝子の構造並びに発現調節解析

クエン酸回路の重要中間代謝物質である2-オキソグルタル酵の酵化的脱炭酸分解を触媒する2-オキソグルタル酵脱水素酵素複合体の成分酵素の一つである2-オキソグルタル酸脱水素酵素遺伝子を本酵素cDNAを[α^<32>P]またはDigoxigeninで標識化してプロープとし5種類のλファージおよびコスミドライブラリーからスクリーニングを行い、本酵素cDNAの全域をカバーする12個の陽性クローンを得ることが出来た。先ず陽性クローンのインサートDNAを制限酵素消化し制限酵素マッピングを行い、消化産物をpUC19にサブクローンし、Sanger法に従い自動DNAシーケンサー(アブライドバイオシステム社製)で塩基配列決定をおこなった。本遺伝子は22のエクソンから構成されていることが判明した。エクソンの長さは一番短いエクソン15の72bpから長いエクソン22の1、114bpに及びイントロンの長さは一番短いイントロン17の0.1kbから長いイントロン1の24kbに及んでいた。本酵素の補酵素TPPの結合領域と推定されている約30アミノ酸残基からなる特種配列はエキソン9に存在していることも確認された。本遺伝子の転写開始点はプライマー伸長法により決定した。翻訳開始コドンから30塩基対の相補鎖オリゴヌクレオテイドを合成し、エンドラベリングに後プライマーとしHeLa細胞mRNAとハイブリダイズさせ8M尿素/6%アクリルアミドゲル電気泳動を行い、翻訳開始コドンATGから55bp上流のチミン転写開始点と決定した。本遺伝子の染色体局在はヒト×ハムスターハイブリドーマのセグリゲーション法及びFISH法により第7染色体p13-p14と決定した。2-オキソグルタル酸脱水素酵素(OGDH)は、クエン酸回路上の燃料中間体で、しかもヘムや神経伝達物質であるグルタミン酸とGABAの生合成母体でもある2-オキソグルタル酸の酸化的異化分解を触媒するOGDH複合体の成分酵素の一つで、代表的チアミン酵素である。本研究では、申請者がクローン化したヒトOGDHcDNAを用い、その遺伝子のクローン化、構造解析と発現調節の解明を意図した。1.OGDH遺伝子のクローン化-全長4.2kbcDNAの全長とその5'端(500bp)及び3'端(1.4kb)の制限酵素断片をブローブとしてヒト白血球と胎盤ゲノムライブラリーをスクリーニングし、7個の陽性クローンを単離し、インサートDNAをサブクローニングし、塩基配列を決定した。本遺伝子は全長約100kbで少なくとも22のエクソンと21のイントロンで構成され、エクソン/イントロン境界はすべてgt/ag則に従っていた。エクソンの長さはエクソン17の72bpからエクソン22の1、156bpに及び、イントロンの長さはイントロン15の0.1kbからイントロン1の19kb異常にまで及んでいた。TPP酵素に共通した補酵素TPP結合に関与する特異配列をエクソン9に確認した。3'端のAT-rich領域は含まれていたが、polyadenylatiom signalは認められなかった。5'は端ATGコドンより上流100bpに留まり、ブロモータ領域は決質していた。2.5'端上流域を含んで遺伝子のクローン化-ヒトリンパ球ゲノムのコスミドライブラリーを、単離クローンDNAの5'端(400bp)とcDNA5'端(500bp)の断片を用いて、クローン化中で、数種類の陽性クローンを得ている。ブロモーターを含んだ5'端上流域がクローン化でき次第、発現機構解析を実施する。

初年度、クエン酸回路の重要中間代謝物質である2-オキソグルタル酸の酸化的脱炭酸分解を触媒する2-オキソグルタル酸脱水素酵素複合体の成分酵素の一つである2-オキソグルタル酸脱水素酵素遺伝子を本酵素cDNAを[α^<32>P]またはDigoxigeninで標識化してプローブとし4種類のヒト白血球λファージライブラリーからスクリーニングを行い、本酵素cDNAの全域をカバーする11個の陽性クローンを得ることが出来たが、5^,端は翻訳開始コドンより240bp上流までしか含まず、5^,上流域の構造は不明であった。更にヒト白血球コスミドライブラリーからスクリーニングを行い、ATGより上流約6kbを含む陽性クローン1個を得ることが出来、本遺伝子の全構造を明かにすることが出来た。本遺伝子は22のエクソンから構成され、エクソンの長さは一番短いエクソン15の72bpから長いエクソン22の1、114bpに及びイントロンの長さは一番短いイントロン17の0.1kbから長いイントロン1の24kbにおよんでいた。本酵素の補酵素TPPの結合領域と推定されている約30アミノ酸残基からなる特種配列はエクソン9に存在していることも確認された。本遺伝子の転写開始点はプライマー伸長法により決定した。翻訳開始コドンから30bpの相補鎖オリゴヌクレオチドを合成し、エンドラベリングした後プライマーとし、HeLa細胞mRNAとハイブリダイズさせ、8M尿素/6%アクリルアミドゲル電気泳動を行い、翻訳開始コドンATGから55bp上流のチミンを転写開始点と決定した。5^,端上流域にはTATA及びCAATボックスともに見いだせなかった。本遺伝子の染色体局在はヒト×ハムスターハイブリドーマのセグリゲーション法及びFISH法により第7染色体p13-p14と決定した。
レーザービ-ト波加速同期入射電子銃の開発

本研究では、レーザー加速に用いる注入電子ビーム源の開発を中心に行ってきた。初年度(1995)は、これまでのビ-ト波加速の成果とわが国及び世界の現状を調査し、また将来の実用加速器に至る問題点を挙げた。最も重要な問題は、電子ビームをいかにプラズマ波ポテンシャルの加速相に載せるか、あるいはいかに両者の同期をとるかであることを確認した。同時に、2段階に分けて1MeV電子ビーム入射源の開発を行った。第1段階は、電子ビーム制御炭酸ガスレーザー用電子銃のマルクス電源の改造による入射電子銃の開発について、述べた。パルスパワー装置から、カソードのインピーダンスを制御していかに高エネルギーの大電流ビームを得るかである。開発の結果、1MeV以上のビームを取り出すことに成功した。また、電子スペクトロメーターの開発とエネルギー較正を、大阪大学産業科学研究所との共同研究として、その付属放射線研究所の20MeV線形電子加速器を用いて行い、エネルギー、検出電流値の較正に成功した。この型の電子スペクトロメーターで感度校正の行われたのは、これが始めてである。20MeVでの感度は、(1.8±0.9)×10^7と与えられた。第2年度(1996)では、レーザーとの同期を中心課題とし、フォトカソード付き1MeV電子銃の開発を行った。あらたに同軸型マルクス電源をもつ電子銃を準備し、フォトカソードを持つダイオードの開発を行った。その結果、1MeV以上のビームを取り出しえた。現在、同期用YAGレーザーの照射実験の準備を進めている。これまでに、炭酸ガスレーザを2波長で発振・増幅させ1波長あたり150J/1nsの出力パワーを得、それによるビ-ト波加速で、プラズマ中の高速電子を20MeVに加速し、ビ-ト波加速を実証した。ここでは、外部より、エネルギー1MeVの高品質の電子ビームを入射し、20MeVに加速することを試みる。そのため、当該年度では、レーザーに同期する電子ビーム源である同軸型マルクルジェネレーターの設計,発注を行った。また、同時に、ビ-ト波との同期をとるため、YAGレーザーの同期システムの開発を行い、1ns以下のジッターで同期が得られることが明かとなった。また、同期入射のための電子銃の設計,開発も完了した。次年度(平成8年度)は、電子ビームの同期入射を検討する。第1段階は、電子ビーム制御炭酸ガスレーザ用電子銃のマルクス電源の改造による入射電子銃の開発について、述べた。また、電子スペクトロメーターの開発とエネルギー較正を、大阪大学産業科学研究所との共同研究として、その附属放射線研究所の20MeV線形電子加速器を用いて行い、エネルギー、検出電流値の較正に成功した。20MVでの感度は、(1.8±0.9)×10^7と与えられた。

あらたに同軸型マルクス電源をもつ電子銃を準備し、フォトカソードを持つダイオードの開発を行った。その結果、1MeV以上のビームを取り出しえた。現在、同期用YAGレーザーの照射実験の準備を進めている。
生物生産過程におけるエネルギーの代替技術

実用規模の200【m^2】のガラス室を対象に、ソーラコレクタ、貯湯槽とファンコイル及び潜熱蓄熱加温器による温室暖房を行って石油換算代替量を求め、効果的代替のためのマイコン制御を実施した。またサボニウス風車と油圧変換装置により温室操作の動力を得た。太陽熱による穀物乾燥として、ハウス内の地干しと穀物乾燥機によって、もみと小麦を乾燥し、作業性能、品質、労力、設備費やランニングコスト等の経済性,汎用性など総合的に得失を明らかにした。樹皮ベレットを燃料とするバイオマス燃焼炉を用い、空気を作動流体とした試作スターリング機関を条件をかかえて運転し、実験的にまたデジタルシミュレーションによって.各種パラメーターと機関性能との関係を明かにした。太陽および風エネルギーを、農家単位で民生用と農業生産のために複合利用について検討し、貯湯式太陽熱集熱器によるもみの乾燥実験と風車と太陽電池による揚水実験から、総合的な代替エネルギーの有効利用の方式についての基礎的データを得、またその特徴を明らかにした。水車によって流体摩擦による熱発装置を駆動し、各種パラメータと変換特性の関係を明かにし、温水制御のためのフルディクスを試作し、その特性を求めた。地熱発電所廃熱水を利用した温室暖房を行ない、水耕栽培に利用した場合についてシステムの熱消費、制御性及び経済性について評価し実用性を検討した。また、最終利用途として、融雪利用が効果的であることを明らかにした。ハウス内の土層を長期及び短期の蓄熱媒体として利用する方式の省エネルギー効果や蓄放熱器の有効な運転方法の選択について、シミュレーションを行い、種々の集蓄熱法の評価を行なった。
ポリフェノールオキシダーゼを阻害する抗体ペプチドの作製

本研究は、食品の品質低下に関与する酵素の特異的阻害剤として、酵素に阻害活性を示すモノクローナル抗体ペプチドを利用することを目的としている。酵素としては、自然界に広く分布し、食品の酵素的褐変反応を触媒するポリフェノールオキシダーゼ(チロシナーゼ、EC1.14.18.1)を用いた。ポリフェノールオキシダーゼ酵素標品(マッシュルーム由来;シグマ社)を精製後、10匹のマウスを免疫し、細胞融合を試みた。安定した特異抗体産生細胞は8個しか得られず、これらの細胞の産生するモノクローナル抗体の酵素に対する阻害作用も低かった。屠殺前の血清の抗体価も希釈倍率で約1000倍と低く、抗体価を上げるために、使用するアジュバント、免疫期間、免疫回数について検討したが好ましい結果は得られなかった。結論として、本酵素はマウスに対して免疫されにくい酵素であり、阻害活性を示す抗体を蛋白質分解酵素で分解し、阻害抗体ペプチドを得ることは因難であると判断した。次に、動物細胞の系を用いずに短期間でFvフラグメントの多様なレパートリーが得られるという点で特に有利な大腸菌での発現を試みた。まず、免疫したマウス脾臓よりmRNAを調製し、これよりcDNAを作製してPCRで増幅した。Fv領域を増幅するために、各種合成プライマーの組み合わせを用いたが、それぞれにFv領域が増幅されており、このことはポリフェノールオキシダーゼに対する抗体のFv領域が多様なレパートリーとして増幅されていることを示唆した。今後これらの増幅されたFv領域の遺伝子をpGEX-3Xに組み込み大腸菌で発現させ、阻害活性を指標にスクリーニングし、得られた阻害フラグメントを出発物質としてさらに低分子化を試みる。本研究の目的は、ポリフェノ-ルオキシダ-ゼを阻害するモノクロ-ナル抗体を作製し、その阻害活性部位のペプチド(可変領域)を分取後、これを細菌で大量培養することである。マッシュル-ム精製ポリフェノ-ルオキシダ-ゼで免疫したBALB/Cマウスの脾臓細胞とミエロ-マ細胞を融合し7個の特異抗体産生細胞を得た。しかし、これらの細胞の産生する抗体のほとんどは、酵素活性に対する阻害率が10%以下と低かった。食品の酵素阻害剤として利用するには少なくとも90%以上の阻害活性をしめす抗体を得る必要がある。ポリフェノ-ルオキシダ-ゼに対し、高い阻害活性を示すモノクロ-ナル抗体が得られない原因としては、本酵素表品に微量含まれている不純物の影響や本酵素自体が免疫されにくいなど考えられる。その解決策として、高度に精製された酵素標品の使用やアジュバント、免疫期間、ブ-スタ-の回数を変えて特異抗体産生細胞の作製を試みている。当研究室では、本酵素の他に、食品中の核酸系旨味成分を加水分解し、食品の品質低下をまねく酸性ホスファタ-ゼについても検討しており、90%以上の阻害活性を有する抗体を得ている。本抗体においてはすでにFVフラグメントの微生物での発現について現在検討中である。以上述べたように、本研究を遂行する上で必要な技術はほぼ確立されつつあるので、ポリフェノ-ルオキシダ-ゼについても、十分阻害活性の高い抗体を産生するハイブリド-マが得られれば、本研究の目的は達成可能である。酵素としては、自然界に広く分布し、食品の酵素的褐変反応を触媒するポリフェノールオキシダーゼ(チロシナーゼ、EC 1.14.18.1)を用いた。

安定した特異抗体産生細胞は8個しか得られず、これらの細胞の産生するモノクローナル抗体の酵素に対する阻害作用も低かった。屠殺前の血清の抗体価も希釈倍率で約1000倍と低く、抗体価を上げるために、使用するアジュバント、免疫期間、免疫回数について検討したが好ましい結果は得られなかった。結論として、本酵素はマウスに対して免疫されにくい酵素であり、阻害活性を示す抗体を蛋白質分解酵素で分解し、阻害抗体ペプチドを得ることは困難であると判断した。次に、動物細胞の系を用いずに短期間でFvフラグメントの多様なレパートリーが得られるという点で特に有利な大腸菌での発現を試みた。まず、免疫したマウス脾臓よりmRNAを調製し、これよりcDNAを作製してPCRで増幅した。Fv領域を増幅するために、各種合成プライマーの組み合せを用いたが、それぞれにFv領域が増幅されており、このことはポリフェノールオキシダーゼに対する抗体のFv領域が多様なレパートリーとして増幅されていることを示唆した。今後これらの増幅されたFv領域の遺伝子をpGEX-3Xに組み込み大腸菌で発現させ、阻害活性を指標にスクリーニングし、得られた阻害フラグメントを出発物質としてさらに低分子化を試みる。
言語,構築手法,レポジトリの統合を目指すコンポーネントフレームワーク

本研究の目的は,プログラミング言語,ソフトウエア方法論,プログラミングシステムや実行環境技術,およびデータベースシステムの各分野の最先端の成果を統合し,次世代高信頼高機能インターネットソフトウエアの効率よい開発を可能にするコンポーネントフレームワークを構築することである.この目的の下,以下の項目に関する研究を行った.1.コンポーネントの合成および再利用のための型理論コンポーネント仕様の重要な側面であるアクセス制御を実行時ではなく,コンパイル時に行うことを可能にする静的型システムの理論を構築,大規模プログラム解析のための効率的アルゴリズムの実現法等の研究等を行い,最適レジスタ割当に動的プログラミングを用いる手法や,Weighted Pushdown Model Checkingを解析エンジンとして用いる手法などの成果を得た.2.コンポーネント指向ソフトウエア方法論コンポーネントを構成するクラス制約を記述しシステムが制約を満たすことを検証するための枠組みの基礎研究を行った.また,コラボレーション概念を用いて,オブジェクト指向ソフトウェアの構築や進化発展を科学的に行う方法論,オブジェクト指向論理体系の高階論理証明系HOLによる実装などを行った.3.コンポーネント環境技術XMLマークアップによる,バイナリレベルのコンポーネント記述および応用システムのプロトタイプを構築して備評価を行った.さらに,XMLマークアップによる,ソースレベルおよびバイナリレベルのコンポーネント記述および応用システムに対するそれまでの成果をさらに応用し,本方式の有効性を検証した.4.コンポーネントレポジトリソフトウェアコンポーネントのソースコードは,様々なプログラミング言語で記述された構造化文書の一種とみなせる.これらの形式の異なる構造化文書に対して,統一的に構造検索を行えるシステムの開発を行った.またXML形式のデータに関して,共通部分と差分の形で記述するための枠組みと,そのようなデータを効率よく関係データベースに格納して検索する手法を開発した.本研究の目的は,プログラミング言語,ソフトウエア方法論,プログラミングシステムや実行環境技術,およびデータベースシステムの各分野の最先端の成果を統合し,次世代高信頼高機能インターネットソフトウエアの効率よい開発を可能にするコンポーネントフレームワークを構築することである.この目的の下,以下の項目に関する研究を行った.1.コンポーネントの合成および再利用のための型理論コンポーネント仕様の重要な側面であるアクセス制御を実行時ではなく,コンパイル時に行うことを可能にする静的型システムの理論を構築,大規模プログラム解析のための効率的アルゴリズムの実現法等の研究等を行い,最適レジスタ割当に動的プログラミングを用いる手法や,Weighted Pushdown Model Checkingを解析エンジンとして用いる手法などの成果を得た.2.コンポーネント指向ソフトウエア方法論コンポーネントを構成するクラス制約を記述しシステムが制約を満たすことを検証するための枠組みの基礎研究を行った.また,コラボレーション概念を用いて,オブジェクト指向ソフトウェアの構築や進化発展を科学的に行う方法論,オブジェクト指向論理体系の高階論理証明系HOLによる実装などを行った.3.コンポーネント環境技術XMLマークアップによる,バイナリレベルのコンポーネント記述および応用システムのプロトタイプを構築して備評価を行った.さらに,XMLマークアップによる,ソースレベルおよびバイナリレベルのコンポーネント記述および応用システムに対するそれまでの成果をさらに応用し,本方式の有効性を検証した.4.コンポーネントレポジトリソフトウェアコンポーネントのソースコードは,様々なプログラミング言語で記述された構造化文書の一種とみなせる.これらの形式の異なる構造化文書に対して,統一的に構造検索を行えるシステムの開発を行った.またXML形式のデータに関して,共通部分と差分の形で記述するための枠組みと,そのようなデータを効率よく関係データベースに格納して検索する手法を開発した.本研究の目的は,プログラミング言語,ソフトウエア方法論,プログラミングシステムや実行環境技術,およびデータベースシステムの各分野の最先端の成果を統合し,次世代高信頼高機能インターネットソフトウエアの効率よい開発を可能にするコンポーネントフレームワークを構築することである.この目的の下,初年度である平成15年度は,以下の項目に関する研究を行った.1.コンポーネントの合成および再利用のための型理論(主な担当者:大堀)平成15年度は,コンポーネント仕様の重要な側面であるアクセス制御を実行時ではなく,コンパイル時に行うことを可能にする静的型システムの理論を構築した.2.コンポーネント指向ソフトウエア方法論(主な担当者:片山)平成15年度は,コンポーネントを構成するクラス制約を記述しシステムが制約を満たすことを検証するための枠組みの基礎研究を行い,定理証明システムHOLを用いたオブジェクト指向システムの振る舞いの記述システムのプロトタイプを構築した.3.コンポーネント環境技術(主な担当者:権藤)XMLマークアップによる,バイナリレベルのコンポーネント記述および応用システムのプロトタイプを構築して備評価を行った.平成15年度は,DWARF2デバッグ情報をマークアップする方式であるDWARF2-XML,これを応用したクロスリファレンサdxrefおよびrxref,静的コールグラフ生成系bscgを構築した.予備評価では,開発の容易さ,ほぼ実用レベルの実行性能に加え,コンパイラの独自動作や規格上の未規定動作への高い順応性を示すなど,良い結果を得た.4.コンポーネントレポジトリ(主な担当者:田島)データベース中の部品となるコンポーネントを合成して必要なデータを動的に生成するような検索機能をもつデータベースシステムの開発を目的とし,平成15年度は.パラメータ化された構造化文書の複雑な合成操作も表現できる検索言語の基礎理論を,大堀,篠埜とともに構築した.研究の目的は,プログラミング言語,ソフトウエア方法論,プログラミングシステムや実行環境技術,およびデータベースシステムの各分野の最先端の成果を統合し,次世代高信頼高機能インターネットソフトウエアの効率よい開発を可能にするコンポーネントフレームワークを構築することである.この目的の下,平成16年度は,15年度に引き続き以下の項目に関する研究を行った.

1.コンポーネントの合成および再利用のための型理論(主な担当者:大堀)コンポーネントを合成する際の不整合に起因するバグを実行時ではなく,コンポーネントを合成しシステムを構築する際にシステムによって自動検出する技術の確立を目指し研究を行い,多相型レコード計算の理論を基礎に,コンポーネントの依存性を自動解析する方式を構築した.2.コンポーネント指向ソフトウエア方法論(主な:担当者:片山)以下の結果をえた.(1)モデル検査を用いたオブジェクト指向モデルにおけるデータフロー検証法(2)オブジェクト指向モデルにコラボレーションの概念を導入したソフトウエア正当性の検証方式(3)不変制約を定理証明技術を用いて効率よく検証する技術(4)並行オブジェクトモデルの動作解析のための,実行スレッドを抽出する方法3.コンポーネント環境技術(主な担当者:権藤)XMLマークアップによる,ソースレベルおよびバイナリレベルのコンポーネント記述および応用システムに対する昨年度までの成果をさらに応用し,本方式の有効性を検証した.具体的には,平成16年度は,我々が開発したANSIC用XMLマークアップ言語であるACMLを用いて,構文パターンを用いてプログラムを抽出できるシステムAXESの提案と設計を行った.4.コンポーネントレポジトリ(主な担当者:田島)ソフトウェアコンポーネントのソースコードは,様々なプログラミング言語で記述された構造化文書の一種とみなせる.今年度は,これらの形式の異なる構造化文書に対して,統一的に構造検索を行えるシステムの開発を行った.研究の目的は,プログラミング言語,ソフトウエア方法論,プログラミングシステムや実行環境技術,およびデータベースシステムの各分野の最先端の成果を統合し,次世代高信頼高機能インターネットソフトウエアの効率よい開発を可能にするコンポーネントフレームワークを構築することである.この目的の下,平成17年度は,16年度に引き続き以下の項目に関する研究を行った.1.コンポーネントの合成および再利用のための型理論(主な担当者:小川,大堀)
静脈グラフト劣化と狭窄予防のための生体吸収性薬物徐放血管外ステントの開発

冠動脈バイパス術静脈グラフト劣化予防のため、薬物徐放生体吸収性血管外ステントを開発、研究した。ラパマイシン徐放性生体吸収性ステントを開発し、ビーグル犬の大腿動静脈血管吻合モデルを用い実験を行った。生体吸収性ステントによりコンプライアンスミスマッチを改善し血行力学的ストレスの影響を軽減、グラフト部のI型膠原線維、α-SMAの増殖を有意に抑制した。さらにラパマイシンによりα-SMA増殖を有意に抑制し、新生内膜増殖抑制効果が示唆された。ラパマイシン溶出性血管外ステントの使用は、静脈グラフトの遠隔期狭窄予防効果に有用であると考えられた。国民の生活習慣の変化から、虚血性心疾患などの血管性病変は増加しておりその治療成績向上は国民の健康管理の観点からも重要である。本研究は、虚血性心疾患の治療法の一つである冠動脈バイパス術の静脈グラフト劣化、狭窄を予防するために、薬物徐放が可能である生体吸収性血管外ステントを開発することを目的としている。徐放される薬物については新生内膜抑制作用があるとされるラパマイシンとシロスタゾールを予定している。薬物による新生内膜抑制作用と血管外ステントによる動脈、静脈グラフトとのコンプライアンスミスマッチ軽減により血管開存性の改善を目的としている。現在、生体吸収性血管外ステントを作成することに成功している。生体吸収性素材としてポリL乳酸カプロラクトン共重合体(PLA/CL)を使用した。生体吸収期間が約12か月のPLA/CLモノフィラメント糸を網目状に編み込み生体吸収性血管外ステントを作成した。ステントの大きさは実験動物であるビーグル犬の大腿静脈径を想定し、直径は6mmのステントを作成している。さらにラパマイシン徐放生体吸収性血管外ステントは以下の通りに作成した。PLA/CL50mgにラパマイシン80μg、800μgを加えジオキサンを溶媒とし完全に溶解させラパマイシンゲルを作成した。先に作成していた血管外ステントにラパマイシンゲルを均一コーティングし、ジオキサンを乾燥させラパマイシン徐放性生体吸収性血管外ステントを作成した。ビーグル犬を用いた大腿動脈バイパスモデルを作成し、生体吸収性血管外ステントを移植し実験を行っている。本研究は、冠動脈バイパス術静脈グラフト劣化予防のため、薬物徐放が可能な生体吸収性血管外ステントを開発することを目的としている。ビーグル犬の大腿動静脈血管吻合モデルを、ステント非使用(Control)群が12頭、生体吸収性ステント(PLA/CL)群9頭、ラパマイシン80μg溶出性生体吸収性ステント(RM80)群10頭、ラパマイシン800μg溶出性生体吸収性ステント(RM800)群を10頭作成し12か月後に犠牲死させ評価した。静脈グラフト開存率はRM800群でControlと比較し高い傾向であった。病理組織学検討でグラフト吻合部ではRM80群、RM800群で、グラフト体部ではPLA/CL群、RM80群、RM800群でControlと比較し内膜肥厚度が低値であった。抗I型膠原線維抗体染色、Elastica van Gieson染色では、Control群が他群と比較し弾性繊維が少なくI型膠原繊維を多数認めた。各群の弾性線維密度を計測したが有意差は認めず、I型膠原繊維密度はPLA/CL群、RM80μg群、RM800μg群でControlより有意に低値であった。α-SMA陽性細胞密度は、Controlと比較し他群では有意に低値であった。生理学的測定ではControl群では吻合部での血流の加速、グラフトの拡張を認めたが、他群では吻合部からグラフトにかけて血管径で血流速度も一定であった。生体吸収性ステントによりコンプライアンスミスマッチを改善し血行力学的ストレスの影響を軽減し、グラフト部のI型膠原線維、α-SMAの増殖を有意に抑制した。本研究で得た結果について、現在海外雑誌に投稿準備中である。心臓血管外科虚血性心疾患成人心臓血管外科1.薬物徐放性生体吸収性血管外ステントの作成生体吸収性血管外ステントをPLA/CLモノフィラメント糸を用いて作成に成功している。網目状に編み込むことにより柔軟性があり、血管に対するフィッティングが良いステントが作成できている。またジオキサンを溶媒に用い、PLA/CLとラパマイシンを溶解しゲル状にし、ステントにコーティングする方法で薬物徐放ステントの開発も成功している。

懸念された薬物徐放の追加によりステント剛性が高くなり、血管への追従性が損なわれるのではないかという点については、作成された血管外ステントは柔軟性に富み問題がないと考えられた。2.動物実験モデルの作成ビーグル犬を用いた大腿動脈バイパスモデルは本教室で既に確立された方法であり、本研究において問題なく作成することが可能であった。現在、非薬物徐放ステント群6例、ラパマイシン徐放吸収性ステント群(80μg)4例、ラパマイシン徐放吸収性ステント群(800μg)4例の作成を終了している。1.実験モデルの作成、シロスタゾール薬物徐放性血管外ステントの作成現在、非薬物徐放ステント群7例、ラパマイシン徐放吸収性ステント群(80μg)6例、ラパマイシン徐放吸収性ステント群(800μg)4例の作成を終了しているが、目標数は各群10例であり実験を継続する必要がある。さらにシロスタゾール薬物徐放性血管外ステントを開発し、40mg,80mgの用量で実験群をそれぞれ作成する予定である。2.形態学的検討、生体工学的グラフト特性の評価体表血管エコーによる吻合部血流評価、また血管弾性、血管粘弾性の評価を行う。さらに標本を摘出し病理学的検討を行う。H-E染色、E-M染色により新生内膜厚、中膜厚、血管内腔面積を測定し比較検討する。平成25年度は生体吸収性血管外ステントの作成、薬物徐放法の確立などに時間を要した。有機溶媒であるジオキサンを用い、ラパマイシンゲルを作成しステントにコーティングすることで徐放が可能となった。ステント作成、薬物徐放システムの開発に時間を要したため、予想よりも実験動物モデルを作成できず次年度使用額が生じた。を使用した実験までに時間を要した。また平成26年度も引き続き、動物実験を行う必要があり、費用を要する。また病理学的検討を行うためモノクローナル抗体の購入が必要である。実験動物であるビーグル犬を購入し、予定していた群のモデル作成を行う。また、吻合に使用するモノフィラメント糸の購入、さらにラパマイシン、シロスタゾールなどの薬品購入などに使用する予定である。また、組織学的検討、病理学的検討を行うため免疫染色を行い予定である。免疫染色に使用するモノクローナル抗体は高価であり、その購入費用に使用する予定である。