hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不斉四置換炭素を持つ多置換シクロヘキサン融合型複素環の触媒的不斉合成法の開発

複素環融合型のシロキジエン化合物を用いた触媒的不斉Diels-Alder反応を開発した。本反応の促進には新規に開発したホルミウム触媒が有効であった。反応生成物は光学活性な多環性骨格を有しており、種々の生物活性物質の合成中間体としての利用が期待できる。特にインドール融合型ジエンから得られた光学活性ヒドロカルバゾールからの変換によって、世界で2例目となる天然物Minovincineの全合成を達成した。インドールの2位と3位の間の二重結合をジエンの一部と見なしたシロキシビニルインドールをDiels-Alder反応の基質として設定し、電子不足オレフィンとの触媒的不斉Diels-Alder反応を検討した。種々検討の結果、新たなHo(ホルミウム)触媒を創成し、本反応に適用したところ高収率・高エナンチオ選択的に生成物を得ることに成功した。生成物は続く官能基化が容易であり、たった2工程で四級炭素を含む5連続不斉炭素を有する4環性骨格を高収率で得ることができた。インドール以外の複素芳香族化合物由来のジエンを用いても問題なく反応は進行することがわかり、今回開発したHo触媒はより一般的な多置換シクロヘキサン融合型複素環合成法の確立を実現しうるものであることを確認している。得られた光学活性多置換複素環化合物の変換反応にも着手し、天然物や生理活性物質の全合成へと繋がる中間体の合成にも成功している。この化学変換においては、数工程の反応を1つのフラスコで一気に行ってしまうOne-Pot合成が可能であることを確認しており、実用性を志向した反応の集積化への検討も積極的に行っている。新規Ho触媒の開発に成功したがその構造については未知である。質量分析により、Hoと不斉配位子が1:2の組成の錯体の存在が示唆されている。また、研究グループで開発した類似の触媒系をモデルとして示差熱-熱重量測定を行い、触媒系に与える水の影響について調べたところ、市販の希土類試薬には2種類の水が含まれていること、および触媒調製時に配位子が相転移を起こしていることを示唆する結果を得た。昨年度までにシロキシビニルインドールを電子豊富ジエンとするDiels-Alder反応の開発に成功し、その付加体からの官能基変換反応について複数の例を示すことに成功していた。今年度はより実用的な反応へと昇華するべく反応条件、および変換反応の再検討を行うことから始めた。その結果、脱水剤としてMolecular Sievesを反応系中に添加すると触媒量の低減化が可能であることを見出した。最終的には、1グラム以上の基質を用いる反応スケールにて、触媒量は0.5 mol %にまで低減可能であることを確認した。なお、生成物の収率および立体選択性に悪影響が無いことも確認している。さらに、生成物は四環性含窒素骨格であるピロロカルバゾールまで収率良く変換可能であった。一連の変換反応は途中精製すること無く、単一のフラスコで行えることもわかっており、さらに四級炭素構築を含めて立体化学は完全に制御できている。開発した反応の実用性が確認できたため、含窒素天然物の全合成に着手した。目標化合物としてMinovincineを設定し合成を検討した所、途中望みでない立体化学を持つ異性体は一切生成することなく、完璧な立体選択性にて目標化合物の全合成に成功した。なお、本合成例は世界で二例目となる。さらに、反応開発に立ち戻り、基質一般性のさらなる拡大にも挑戦した。昨年度までに既にインドール以外の複素芳香族化合物由来のジエンを用いた反応への適用検討を行っていたが、今年は芳香族ではない複素環融合型ジエンの適用を検討した。本化合物群は複素芳香族化合物由来のジエンよりも不安定であり、基質合成ルート・精製方法の確立と続く不斉反応条件の最適化が必要であったが、目的の反応は円滑に進行し、付加体を高収率、高立体選択的に得ることができた。昨年度までの研究成果より、反応基質として各種複素芳香族化合物由来のジエンが適用できることがわかっているが、芳香族性を持たない複素環融合型ジエンの適用が未検討課題として残っていた。本ジエン化合物群は芳香族化合物由来のジエン化合物よりも不安定だったため、合成ルートの最適化と精製方法の確立、そして不斉反応条件の最適化を要したが、本プロジェクトで開発したホルミウム触媒が目的の反応を円滑に進行させることを確認した。このようにHo触媒は不安定な基質を用いる反応系にも適用可能な汎用性を持ち合わせていることがわかったが、未だ触媒構造については未知である。三次元的な構造の解明のために今後も継続的に検討していく。また、複素環融合型ジエンを用いるDiels-Alder反応において、ジエノフィル基質は鎖状E-オレフィンに限定されていた。幾何異性がZ体に固定される環状オレフィンをジエノフィル基質として適用すると、残念ながらHo触媒では反応性・立体選択性共に低いことがわかった。しかし、不斉炭素を持つ光学活性なジエノフィルを用いたジアステレオ選択的な反応系においてはSc(スカンジウム)触媒が有効であることを見出した。Diels-Alder成績体はStrychnine等のアルカロイドの合成中間体として利用可能であると考えており、現在全合成研究を進めている。

反応生成物は光学活性な多環性骨格を有しており、種々の生物活性物質の合成中間体としての利用が期待できる。特にインドール融合型ジエンから得られた光学活性ヒドロカルバゾールからの変換によって、世界で2例目となる天然物Minovincineの全合成を達成した。新規ホルミウム触媒の触媒量低減化に成功し、また天然物全合成を達成できたことは当初の計画以上の進展である。また、本ホルミウム触媒は、インドールを始めとする複素芳香族化合物由来の基質だけでなく、単純な複素環由来の基質にも適用可能であることがわかり、より広範な基質に対して利用できる一般的な触媒としてさらなる可能性を秘めていると考えられる。一方、ホルミウム錯体の構造解析については単結晶X線構造解析を目指して結晶化を検討中であるが、未だ成功していない。現在までの所、固体が析出しない、もしくはゲル状の物質が沈殿するのみであり、結晶化条件を広範に検討していくことが必要であると考えられる。有機合成化学別の生物活性天然物の全合成に着手し、本触媒的不斉反応のさらなる有用性を提示する。芳香族ではない複素環由来のジエンを基質とする反応の付加体についても各種変換反応を検討し、天然物合成へと展開する。錯体構造の解析については、錯体調製後に基質のジエノフィルを添加するとパウダー状物質が析出することが分かったため、触媒調製後に基質や配位子等の添加剤を入れることで錯体の物性を変化させて結晶化を試みる。本プロジェクトの基盤となる反応開発に成功し、続く変換反応の開発と天然物合成研究にすでに着手できていることは当初の計画以上の進展である。また、インドール以外の複素芳香族化合物由来の基質にも今回開発した触媒が適用可能なことを確認していることも計画以上の進展である。しかしながら、触媒構造についての直接的な情報が不足しており、NMR実験や結晶化等により今後も積極的に検討を行っていく予定である。基質一般性のさらなる拡大と、生成物の変換反応のバリエーションを増やす。これらの知見を元に天然物の触媒的不斉全合成達成を目指す。触媒構造に関する情報を得るべく、まずは類似の触媒系をモデルとして検討を行っていく予定である。また、ホルミウムは有機合成化学に用いられることが稀な金属であるため、その物性についての情報も積極的に集めていく。
心疾患におけるnon-coding RNAの機能解析

心不全は高血圧等を基礎疾患とし、末梢に必要な血液を送り出すことが不可能となった臨床症候群である。本研究は、タンパク質をコードしないRNA(non-coding RNA)に着目し、心不全発症の分子生物学的機構の解明を行う研究であった。肥満や2型糖尿病は心不全の発症を増加させるが、本研究では、心筋細胞特異的なnon-coding RNA欠損マウスを用いて、non-coding RNAの一種であるmiR-451が、肥満や2型糖尿病によって引き起こされる心肥大の増悪因子であることを解明した。また、心不全によって誘導される長鎖non-coding RNAの機能解析も行い、興味深い結果も得ている。1肥満を背景とした糖尿病性心筋症におけるmiRNAの機能解析我々はC57BL/6Jマウスに高脂肪食を20週摂食させることで、肥満と2型糖尿病を誘導したところ、心臓においてmiR-451が有意に上昇することを見いだしていた。本年度は心筋細胞特異的miRNA-451欠損マウスに高脂肪食を摂食させ、その表現形を解析した。心重量/頸骨長比は高脂肪食を摂食させたコントロールマウスでは、有意に増加していたが、miR-451欠損マウスではその増加が軽減していた。組織学的検討では心筋細胞肥大が抑制されていた。またタンパク量の評価により、高脂肪食を摂食させたコントロールマウスで見られたCab39/LKB1-AMPK経路の抑制がmiR-451欠損マウスでは軽減しており、タンパク質合成に重要なmTOR経路がmiR-451欠損マウスでは低下していることを発見した。また毒性のあるセラミドの定量を行ったところ、高脂肪食を摂食させたコントロールマウスでは有意に上昇し、逆に高脂肪食を摂食させたmiR-451欠損マウスでは、その蓄積が軽減していた。最後に、ドブタミン負荷下で血行動態を評価すると、高脂肪食負荷miR-451欠損マウスでは収縮予備能低下の改善が認められた。以上の結果から、高脂肪食により誘導されるmiR-451は心筋細胞に悪い影響を与えると結論づけた。2心肥大に関与するlincRNAの機能解析着目するlincRNAのノックダウンの系を確立するために、shRNAやmiRNAを用いたが、明らかな有効性は見いだせなかった。しかしGapmeRという人工核酸を用いることで、筋芽細胞株であるC2C12細胞においてノックダウンを行うことに成功した。またルシフェラーゼアッセイにより、着目するlincRNAに結合するmiRNAを探索していたが、4種類のmiRNAと結合することを見いだした。miRNAはターゲット遺伝子の翻訳を抑制することが知られているが、lincRNAの過剰発現を行うと、1つのmiRNAのターゲットの蛋白レベルの増加を認めた。肥満や2型糖尿病は心肥大や心不全発症を増加させるが、本研究では心筋細胞特異的なnon-coding RNA欠損マウスを用いて、non-coding RNAの一種であるmiR-451が、肥満や2型糖尿病によって引き起こされる心肥大の増悪因子であることを解明した。具体的には、マウスに高脂肪食を20週間投与し、肥満と2型糖尿病を誘導したところ、心臓において、普通食を摂食させたマウスと比較し、miR-451が有意に上昇することを見いだした。心筋細胞特異的miR-451欠損マウスでは、高脂肪食によって誘導される心肥大と心収縮予備能の低下は、コントロールマウスと比較し、有意に改善していた。これらの結果はCirculation Researchに報告させていただいた(Kuwabara Y, et al. Circ. Res. 2015:116:279-88)。また、心不全によって誘導される長鎖non-coding RNAの機能解析も並行して行った。着目した一つの長鎖non-coding RNAは、心肥大で有意に上昇し、マウスの新生仔心筋細胞に過剰発現することにより、心筋細胞肥大が誘導された。また、このlincRNAは心臓と骨格筋に特異的に発現していたため、今後、心臓と骨格筋における働きを解明して行く予定である。1肥満を背景とした糖尿病性心筋症におけるmiRNAの機能解析本年度の目標としていた事項は、研究実績の概要に記載した通りほぼ達成した。それに加えmiR-451がパルミチン酸によって濃度依存性に上昇することや、miR-451のターゲット遺伝子の過剰発現により、パルミチン酸による細胞障害が軽減されることも培養心筋細胞を用いて確認した。

また大きな変化は認めなかったが、miR-451の心筋細胞特異的欠損マウスにおいては中性脂肪、ジアリルグリセロール等の定量も行った。生体におけるmiR-451の上昇のメカニズムを評価するため、GATA-4という転写因子の発現を評価したところ、高脂肪食を負荷したマウスにおいてはGATA-4の有意な上昇を認めた。以上の結果は、肥満や飽和脂肪酸によるmiR-451の上昇が、心収縮予備能低下に関与していることを示唆するものであり、Circulation Reserchに論文発表した。2心肥大に関与するlincRNAの機能解析本計画においては、当初の予定通りGapmeRを用いてノックダウンの系も確立し、また結合するmiRNAの同定も終了した。こちらは予定通りの進行状況である。以上から本年度は当初の予定以上に進展していると考えている。循環器内科学1肥満を背景とした糖尿病性心筋症におけるmiRNAの機能解析パルミチン酸はミトコンドリア機能障害を引き起こし、細胞死を誘導することが知られている。またAMPKはミトコンドリアの生合成に関与することが多数報告されている。そのためmiR-451がミトコンドリア機能に影響を及ぼす可能性が推察される。そこでmiR-451がミトコンドリア機能に及ぼす影響を、酸素消費量や培養液のpH変化が測定可能なフラックスアナライザーを用いて詳細に検討する予定である。2心肥大に関与するlincRNAの機能解析マウス心筋細胞と、筋芽細胞株のC2C12細胞にGapmeRを投与することで、lincRNAをノックダウンし、その表現系を評価することで、機能を明らかにする予定である。具体的には心筋細胞では、肥大刺激下でノックダウンしたときに、肥大マーカーがどのように変化するかをRT-PCRで定量する。またC2C12細胞では、ノックダウン下で分化させ、分化マーカーの変化を定量する。他にはlincRNAと結合するRNA結合タンパク質の同定を行う。また可能であれば生体での機能も検討するため、GapmeRをマウスに投与し、骨格筋や心臓での表現型の解析を行い、lincRNAの生体での機能を評価したいと考えている。国際学会参加回数が予定より少なく、また動物飼育費も予定より少なかったため、旅費とその他で使用額が予定を下回った。しかし消耗品に使用した額は予定より多く必要であった。次年度も引き続き、使用の減額につとめる予定であるが、消耗品購入(GapmeR等)やマウス飼育等で予定より多く必要になる可能性もある。予定を簡潔に示す。1肥満を背景とした糖尿病性心筋症におけるmiRNAの機能解析ではmiR-451の機能をさらに詳細に検討する。ミトコンドリア機能に及ぼす影響を、フラックスアナライザーを用いて調べる予定であるため、解析に必要な物品を購入予定である。2心肥大に関与するlincRNAの機能解析では、マウス心筋細胞や筋芽細胞へのGapmeRの導入、またマウスへのGapmeR投与を行い、lincRNAの機能を詳細に検討する予定である。そのため、GapmeR購入を含めた消耗品購入や動物飼育費に使用予定である。更に本年度も、海外や国内の学会への参加を予定している。また論文発表時には印刷代も必要となると考えられる。
東アジア旧石器・新石器移行期の基礎的研究－河南霊井遺跡出土品の徹底分析－

調査18月:黒龍江省博物館(ハルビン)、黒龍江省文物考古研究所(ハルビン)、延辺博物館(延吉)にて、中国東北部における霊井関連遺跡出土品の調査。210月:人類古生物学研究所(IPH、パリ)・国立人類学博物館(パリ)にて、中国東北部・オルドス地区の霊井関連遺跡出土品ならびに、フランスほかにおける旧石器・中石器関連遺物の調査。311月、莱西市博物館(莱西)、山東省文物考古研究院(済南)にて、霊井関連遺跡出土品の調査、観察。42019年2月:中国科学院古脊椎動物与古人類研究所(北京)、河南省文物考古研究院(鄭州)、山東省文物考古研究院、山東大学(済南)で研究調整と遺物観察。学会等16月:2018年度日本旧石器学会第16回大会(早稲田大学:東京都新宿区)にて、「中国における"北方系細石刃石器群"の拡散について」を発表。211月:鳳凰嶺文化国際検討会(臨沂)に参加、所見を述べるとともに、関連遺跡、出土品を観察。312月:パレオアジア2018国際ワークショップ(総合地球環境学研究所:京都)にて“The Paleolithic of China: Itsindustries and chronology"を発表。42019年1月:第2回中央アジア旧石器研究集会「天山山脈から古日本列島へーユーラシア広域編年の可能性ー」(奈良文化財研究所:奈良)にて、「ユーラシア広域編年の可能性ーEUPの細石刃技術:東からのまなざしー」を発表。総括研究成果報告書『東アジア旧石器・新石器移行期の基礎的研究ー河南霊井遺跡出土品の徹底分析ー』(114頁、ISBN 978-4-909931-01-6)を2019年3月29日に刊行した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。海外調査:15月28日ー31日:河南省文物考古研究院にて調査・研究の計画の調整、土器付着物採取。國木田大に年代測定を依頼。また、別途、年代測定用試料8点を選別。加速器分析研究所に年代測定を委託、測定可能の7点で11,425±3911,658±40yrBPの年代値を得る。27月12日ー19日:麻柄一志と関連遺跡の調査のため、訪中。高倉純同行。河北省油房、西沙河、黒龍江省桃山、河南省孫家洞ほかの調査状況、遺物等を観察。311月23日ー12月4日:芝康次郎、鹿又喜隆とともに、河北師範大学、河北省文物研究所、北京師範大学等で、河北省油房、于家溝、南荘頭、山西省下川など関連遺跡出土品の観察とサンプリング。河南省文物考古研究院にて霊井遺跡2009年出土石器の整理と石器使用痕分析、土器の詳細観察。國木田大ほか同行。4平成28年3月12日ー17日:長沼正樹、高倉純とともに、黒龍江省文物考古研究所にて黒龍江省内の霊井関連遺跡出土品を観察、大慶博物館にて第四紀関連資料を観察。その他:平成28年2月29日ー3月4日:李占揚ほか3名を中国から招聘、鹿児島県立埋蔵文化財センターで関連資料を調査、熊本大学で土器圧痕分析を依頼、平成28年度実施の了解を得る。霊井石器群と共伴した年代測定用試料、霊井ならびに河北省の諸遺跡における出現期土器の年代測定用試料のサンプリングと一部試料の年代測定を行なうことができた。特に、霊井の石器群と共伴した試料については、7点で11,425±3911,658±40yrBPという、まとまった年代測定値を得ることができた。この結果、これまでの年代測定値とあわせて、石器群の年代をほぼ確定することができたと考えている。霊井出土石器については、これまでの出土品の使用痕分析、2009年出土品の整理と実測を順調に進めることができた。さらに、平成28年度以降の圧痕分析、残留澱粉分析の実施について、めどをつけることができた。また、霊井出土土器と同年代の日本の資料を日中の研究者が同時に観察することによって、当該期についての共同認識をもつことができた。このほか、これまでの調査成果について、INQUA名古屋大会、北アジア調査研究報告会等で報告することができたほか、河北省、山西省、黒龍江省などにおける関連遺跡の調査状況の視察、出土品の観察などを実施することができ、その成果を蓄積することができた。5月に山東省青島、済南、河南省鄭州で霊井関連遺跡出土品の調査を行った。済南では山東省文物考古研究所の協力のもと、扁扁洞遺跡出土土器の付着物の採取、鄭州では河南省文物考古研究院とともに霊井出土土器片の圧痕レプリカの採取と同調査法の技術移転を行った。6月にアジア旧石器協会日本大会で来日した中国人研究者から最新の情報を聴取した。8月には中国吉林省で霊井関連遺跡出土品の調査を行い、吉林大学、和龍市博物館で多大な成果をあげることができた。

11月12月にかけて、河南省文物考古研究院にて、霊井遺跡5層出土の石器の実測、土器片の調査、土器片、磨石・磨棒からの残留澱粉分析用のサンプリング、使用痕分析を行うとともに、河北大学、北京師範大学、北京大学で関連遺跡出土品の調査を行った。2017年2月には、北アジア調査研究報告会で「中国北部の旧石器時代の装身具について」と題し、調査成果の一端を報告した。繰り越した科研費を用い、2017年10月、研究協力者で中国において旧石器/新石器移行期の調査・研究を行っている若手研究者3名を招聘し、札幌・江別、仙台、東京において、関連する資料の調査を行うとともに、札幌学院大、東北大、東大で学術交流を行った。また、2018年3月には、カザフスタンから、中国西北部の様相との比較を行うため、旧石器/新石器移行期の調査・研究を行っている若手研究者を招聘し、日本各地で関連資料の調査を行うとともに、奈良、東京でカザフスタンにおける調査成果を報告してもらった。霊井出土資料に対する観察や試料採取をほぼ完了することができた。また、各地の霊井関連遺跡出土品の観察、試料採取も進めることができた。また、必要な文献・情報についても蓄積している。繰り越し分についても、中国、カザフスタンから本研究を進める上でも重要な若手研究者を招聘し、日本国内で関連資料の共同調査を行うとともに、本研究に必要な最新の情報を聴取することができた。7月にオルドス博物館・オルドス市文物考古研究院(内蒙古オルドス)、河北省文物研究所(石家荘)、中国科学院古脊椎動物与個人類研究所(北京)にて、ウランムルン河流域、泥河湾盆地に所在する霊井関連遺跡出土品の調査を行い、太行山脈以西における旧石器/新石器移行期の石器群の様相を把握することができた。オルドスでは、地元研究者、全国の大学から実習に来ていた考古学専攻生と研究交流を行うこともできた。11月には、河北省文物研究所、古脊椎動物与古人類研究所にて霊井関連遺跡出土品の調査を行った。後者では、黒龍江省桃山遺跡から出土した土器片、石器群について詳細な観察を行うとともに、土器付着物の採取を行うことができ、中国東北部の小興安嶺山脈における土器出現期前後の様相把握が可能となるとともに、具体的な年代測定値や同位体比等を得ることができる期待が高まった。2018年1月には、河南省文物考古研究院(鄭州)で補足調査と研究についての調整を行った。3月、第19回北アジア調査研究報告会(東京大学)で「中国細石刃期の尖頭器について」と題して、細石刃期末にみられる石鏃の出現に関する研究成果の一端を報告した。このほか、日本の熊本県、カザフスタンの霊井関連遺跡で採取した炭化物をAMS法による放射性炭素年代を測定した。これにより、本研究において、中央アジアから日本列島までの広い範囲での細石器に関わる年代測定値を新たに把握できたことになる。若干の補足調査を除き、ほぼ必要な調査、試料採取等は終了し、分析結果が出てきている状況であり、2018年度に出版を予定している報告書の執筆・編集にいつでも入れるため。調査18月:黒龍江省博物館(ハルビン)、黒龍江省文物考古研究所(ハルビン)、延辺博物館(延吉)にて、中国東北部における霊井関連遺跡出土品の調査。210月:人類古生物学研究所(IPH、パリ)・国立人類学博物館(パリ)にて、中国東北部・オルドス地区の霊井関連遺跡出土品ならびに、フランスほかにおける旧石器・中石器関連遺物の調査。311月、莱西市博物館(莱西)、山東省文物考古研究院(済南)にて、霊井関連遺跡出土品の調査、観察。42019年2月:中国科学院古脊椎動物与古人類研究所(北京)、河南省文物考古研究院(鄭州)、山東省文物考古研究院、山東大学(済南)で研究調整と遺物観察。学会等16月:2018年度日本旧石器学会第16回大会(早稲田大学:東京都新宿区)にて、「中国における"北方系細石刃石器群"の拡散について」を発表。
直感的インターフェースを有する歯科インプラント手術ナビゲーションシステムの開発

我々は「直感的インターフェースを有する歯科インプラント手術ナビゲーションシステムの開発」を行った。この赤外線を用いた手術ナビゲーションシステムは、ユーザーフレンドリーな設計操作と埋入設計ポジションを精度よく再現することにより、歯科インプラント手術の安全性の向上や補綴操作の予知性を高めることに貢献出来るシステムである。このシステムの特許申請も行っており、九州大学病院倫理委員会の承認を得て臨床応用数も伸び、ソフト、ハード面でも成熟してきたため、実用化に向けて試作機の製作に至った。歯科インプラント手術において,インプラント床形成を行なう際,解剖学的諸器官に対し安全を配慮しなければならない.術者はエックス線検査による術前の設計と手に伝わる感覚を頼りに操作を行っており,インプラント治療を手がける歯科医師の増加に従って下顎神経損傷や上顎洞穿孔等事故も発生している.近年CTシミュレーションで作製したサージカルガイドが使用されるようになってきているが,欠損様式によってガイドの安定性は大きく異なり,また適応症の拡大とともに陳旧姓の均質な骨質の歯牙欠損部位ばかりでなく,骨幅の狭いイレギュラーな皮質骨や抜歯後またはその治癒過程中の骨の床形成を余儀なくされる場合も増加している.このような変化に富んだ骨ではドリル軸単一方向の形成となるサージカルガイドは安定性に問題が残り,また形成時に骨質を踏まえた補正的な入力がしにくく術中のドリル先端位置も不明瞭となり安全性の担保が低下する.以上のような背景のもと,インプラント床形時術前CT上に解剖学的諸器官とドリルの位置関係を術中リニアに再現するナビゲーションシステムは,より安全で低侵襲な施術とともにまた手術トレーニングや教育にも有効であると考えられ,この開発と応用に取り組んでいる.歯牙欠損術部に対するドリルの位置を表示するために,CT画像と位置センサーの座標系を統一させなければならない.これをレジストレーションと言い,ナビゲーション全体の精度を決めるに重要な作業である.同顎の残存歯の有無や配置を考慮し,これをマーカーの固定源としたマウスピースでレジストレーションを行うが,安定性が良くCT撮影時と手術時で着脱時に位置の再現性が良くなくてはならない.本年度では,製作が比較的簡易なしかも着脱時に位置の再現性が良いマウスピース型レジストレーション法を開発,安定した精度を確保した.当研究費は10月に追加採択され,年度内に7症例のナビゲーション歯科インプラント手術を実施した,この間マウスピースの安定度の向上,部位別安定形態の模索,既存補綴物によるCT像ハレーション回避のためのマーカーピンの設置,ドリリング操作や注水操作,開口量,赤外線の光路確保等改善が図られた.またドリルコントラハンドピース側も安定してガス滅菌に耐える金属素材のマーカー固定治具をオーダーメイドし,手術中のナビゲーション表示の精度確保が出来るようになってきた.歯科インプラント手術において,インプラント床形成を行なう際,解剖学的諸器官に対し安全を配慮しなければならない.術者はエックス線検査による術前の設計と手に伝わる感覚を頼りに操作を行っており,インプラント治療を手がける歯科医師の増加に従って,下顎神経損傷や上顎洞穿孔等事故も発生している.このような背景のもと,インプラント床形時,術前CT上に解剖学的諸器官とドリルの位置関係を術中リニアに再現するナビゲーションシステムは,より安全で低侵襲な施術とともに,また手術トレーニングや教育にも有効であると考えられ,この開発と応用に取り組んでいる.歯牙欠損術部に対するドリルの位置を表示するために,CT画像と位置センサーの座標系を統一させなければならない.これをレジストレーションと言い,ナビゲーション全体の精度を決めるに重要な作業である.同顎の残存歯の有無や配置を考慮し,これをマーカーの固定源としたマウスピースでレジストレーションを行うが,安定性が良く,CT撮影時と手術時で着脱時に位置の再現性が良くなくてはならない.前年度では,製作が比較的簡易な,しかも着脱時に位置の再現性が良いマウスピース型レジストレーション法を開発,安定した精度を確保した.本年度は実際のナビゲーション表示において,術者の直感的操作で出来るインプラントポジション設計と術中表示が出来るインターフェイスを開発し,特許申請を行った.術中のドリルのリニアな位置表示のみならず,術前3次元CT上で模型とマウスピース型レジストレーション治具を使ったユーザーフレンドリーなインプラントポジション設計機能や表示機能を追加し,術中リニアに設計とドリルの位置関係を表示させるシステムを開発,特許申請を行った.歯科インプラント手術において,インプラント床形成を行なう際,解剖学的諸器官に対し安全を配慮しなければならない.術者はエックス線検査による術前の設計と手に伝わる感覚を頼りに操作を行っており,インプラント治療を手がける歯科医師の増加に従って,下顎神経損傷や上顎洞穿孔等事故も発生している.このような背景のもと,インプラント床形時,術前CT上に解剖学的諸器官とドリルの位置関係を術中リニアに再現するナビゲーションシステムは,より安全で低侵襲な施術とともに,また手術トレーニングや教育にも有効であると考えられ,この開発と応用に取り組んでいる.。歯牙欠損術部に対するドリルの位置を表示するために,CT画像と位置センサーの座標系を統一させなければならない.これをレジストレーションと言い,ナビゲーション全体の精度を決めるに重要な作業である。同顎の残存歯の有無や配置を考慮し,これをマーカーの固定源としたマウスピースでレジストレーションを行うが,安定性が良く,CT撮影時と手術時で着脱時に位置の再現性が良くなくてはならない.前々年度では,製作が比較的簡易な,しかも着脱時に位置の再現性が良いマウスピース型レジストレーション法を開発,安定した精度を確保した。

前年度では実際のナビゲーション表示において,術者の直感的操作で出来るインプラントポジション設計と術中表示が出来るインターフェイスを開発し,特許申請を行った。今年度はこれらの実績をもとに「直感的インターフェースを有する歯科インプラント手術ナビゲーションシステム」の試作機をついに完成させた。試作機のハードウェアー、ソフトウェアのブラッシュアップを行い、いよいよ臨床応用を始めたところである。我々は「直感的インターフェースを有する歯科インプラント手術ナビゲーションシステムの開発」を行った。この赤外線を用いた手術ナビゲーションシステムは、ユーザーフレンドリーな設計操作と埋入設計ポジションを精度よく再現することにより、歯科インプラント手術の安全性の向上や補綴操作の予知性を高めることに貢献出来るシステムである。このシステムの特許申請も行っており、九州大学病院倫理委員会の承認を得て臨床応用数も伸び、ソフト、ハード面でも成熟してきたため、実用化に向けて試作機の製作に至った。術中のドリルのリニアな位置表示のみならず,術前3次元CT上で模型とマウスピース型レジストレーション治具を使ったユーザーフレンドリーなインプラント設計機能や表示機能を追加し,術中リニアに設計とドリルの位置関係を表示させる.さらにこれらの一連のCTデータ処理や設計操作,術中表示性の向上したプログラムを作成しブラッシュアップを行って行く.一連のCTデータ処理や設計操作,術中表示性の向上したプログラムを作成し,システムのブラッシュアップを行っていくとともに,九州大学発ベンチャー企業を立ち上げ,福島の復興支援事業に応募し,クラスIIの医療機器認可を取り,製品の市販化を目指す.歯科インプラント学この研究採用は昨年度10月に追加採択され,計画内容の一部は次年度に繰り越されたため.システムの構築に対し,九州大学知財部の聞き取りの間隔と特許出願に至ったタイミングや,ギャップファンド他の外部資金獲得のため使用計画を変更した.計画の進行に伴い適切に使用する予定である.これまで開発して来たナビゲーションシステムの要素要素を機能的に組み上げるためのソフトウェアの外注経費や,システムの治具の更新,製品化に向けたパッケージの試作を行う予定.
ネットワークコーディングにおける符号化ノードの最適配置に関する研究

ネットワーク内のすべてのルータで符号化を実施すると、データ転送効率を最大化することができる。しかし、符号化を実施するためには処理能力が必要であり、ルータの負荷となる。そこで、本研究課題では、一部のノードでのみ符号化を行いながらも、すべてのノードで行う場合と同等程度の転送効率を実現するための、符号化ノード配置方法および転送方式について検討を行った。符号化によってデータ転送効率を向上できる原因が、データの冗長化による同一データの重複転送回避にあることを明らかにし、その上でネットワークトポロジの性質を表す指標を元にした符号化ノードを配置方法を提案し、効率よくデータ転送効率を向上することに成功した。平成25年度は3つの課題について検討を行った。一つ目は、大規模ネットワークにおいて符号化ノードの設置位置を決定する手法の検討である。平成24年度の検討により、符号化ノードの配置位置を決定する要因となるのが、ノードを通過するデータ量と通過する経路の数であることがわかった。この結果を基に、フロー中心性や媒介中心性という評価尺度を利用した符号化ノード配置方法を提案したが、その手法を大規模なネットワークに適用し、その有効性を評価した。これらの手法は、準最適を求める経験則的な手法である。一方、さらに最適な配置を求めるため、データ転送効率低下の原因となるデータの重複した転送を解析的に評価し、データ転送効率低下の割合を直接求め、その低下に寄与する割合の大きいノードで符号化を行うという符号化ノード配置手法も提案し、その優れた有効性を確認した。ただし、この最適手法は、計算複雑度が高く、ネットワーク規模が拡大すると計算時間が増大する割合も大きいこともわかった。最適手法、およびフロー中心性を使った符号化ノード配置手法を用いることにより、全体の数%のノードで符号化するだけで、すべてのノードで符号化を行ったのと近いデータ転送効率が実現できることも確認した。二つ目の課題として、大規模ネットワークにおける最適符号化パラメータの設定方法について検討を行った。検討の結果、符号化パラメータの最適設定は、各ノードにおける局所的な条件で概ね決定できることがわかった。これを利用し、各ノード毎に、最適な符号化パラメータを設定する手法を検討した。最後の課題として、コンテンツ指向ネットワークへのネットワークコーディングの適用に係わる検討に着手した。コンテンツ指向ネットワークで利用することができる、ノードでのデータキャッシュを符号化と組み合わせることについての基礎的な検討を行った。平成24年度は3つの課題について検討を行った。一つ目は、ボトルネックリンクに対する符号化ノードの設置位置を決定する手法の検討である。検討の結果、このボトルネックの定義が、単なる狭帯域リンクではなく、フロー媒介性によって定義されるべきものであることがわかってきた。その研究成果を基にさらなる検討を進め、フロー媒介性の高いノードで符号化を行うことが効果的であることが判明した。フロー媒介性の高いノードで符号化を行った場合と、任意のノードで符号化を行った場合について比較を行い、提案手法の有効性を示した。さらに、計算複雑度がフロー媒介性より低い、媒介中心性を基にした符号化ノード配置についても評価を行い、フロー媒介性を用いた場合には及ばないが、有効な配置方法であることも評価を通じて確かめた。二つ目の課題は、ネットワークコーディングがデータ転送効率を上げる理由の解明である。一つ目の課題の成果から、複数のフローが重なる部分で、転送効率の低下が発生することがわかった。この発見を基礎に、考察を加えた結果、符号化が転送効率を上げる理由は、符号化により、同一データを複数回転送する事象を削減できることにあることがわかった。最後の課題は、符号化パラメータの設定方法についてである。ネットワーク内で複数のフローが重なる部分があり、この部分での同一データの複数受信によりデータ転送効率が低下するのであるが、この複数受信を解消するに足る最小の冗長度を符号化によって与えることにより、最適なデータ転送効率を実現することができる。このことから、符号化パラメータを求める手法を提案し、その手法について評価を行った。当初計画に有った上記3課題に加えて、符号化を実施するデータの選択基準についても、より効率の良い手法があることを発見し、アルゴリズムの提案も行うことができた。当初、平成26年度実施の予定であった大規模ネットワークにおける符号化ノード最適配置と符号化パラメータ設定方法についての研究のうち、準最適符号化ノード配置のための経験則アルゴリズムについては、平成25年度までに検討が終っていた。平成26年度は、残っていた符号化パラメータ設定方法について、検討を行った。計画より研究の進捗が良かったため、当初計画に加えて、符号化を実施するデータの適切な選択手法、および現在世界的に研究が行われているコンテンツ指向ネットワークにネットワークコーディングを適用した場合の有効性についても、その基礎的な検討を行った。符号化パラメータの検討としては、各ノードで実施する最適な符号量を求めた。

符号化を実施すると、データの多様性が、元のデータに加えて、符号化後のデータが加わるために増加するが、この多様性が、ネットワークコーディングが転送効率を上げる理由であることは、前年までの検討で明らかになっていた。しかし、一定以上に多様性を上げても、その先は計算処理が増えるだけで、転送効率の向上にはならない。この最適な多様性を与える符号化量を解析的に求めた。ネットワークの内部ノードでは、常に新たなデータが流入してくることになり、符号化を行う上で、どのデータに対して符号化をを行うかも、転送効率に影響を与えることが明らかになった。そこで、符号化を実施するデータの適切な選択手法について検討を行った。その結果、できるだけ新しく到着したデータも加えて符号化することが効率を上げることが判った。できるだけ新しいデータを加えて符号化を行うために、隣接ノードと情報をやり取りするプロトコルを提案した。提案プロトコルを使わない場合と比較し、提案プロトコルが転送効率を上げることをシミュレーションにより示した。総合領域平成25、26年度で、大規模なネットワークにおける最適/準最適な符号化ノード配置のための経験則アルゴリズムおよび符号化パラメータ設定方法の検討を行う予定になっていたが、既に媒介中心性やフロー中心性を利用することにより、大規模なネットワークに対しても適用可能な準最適アルゴリズムを提案し、評価することができている。また、最適な符号化ノード配置アルゴリズムについても既に提案と評価を行った。以上から、符号化ノード配置問題については、ほぼ検討を完了した。一方、符号化パラメータ設定方法についても概ね見通しがついており、平成26年度末までには、検討を完了できる見込みである。更に、計画した課題以外に、符号化を実施するデータを適切に選択する手法の提案と評価、およびコンテンツ指向ネットワークへのネットワークコーディングの活用についての検討も行っている。平成26年度に、大規模なネットワークにおける準最適符号化ノード配置のための経験則アルゴリズムの検討を行う予定になっていたが、フロー媒介性を利用することにより、既に大規模なネットワークに対しても適用可能な準最適アルゴリズムを提案することができた。ただし、大規模ネットワークで準最適アルゴリズムを用いた場合の符号化パラメータ設定方法については、平成25年度以降実施する必要がある。更に、計画した課題以外に、符号化を実施するデータを適切に選択することにより、さらに転送効率を上げることができることがわかり、そのアルゴリズムの提案と評価も行うことができた。平成26年度は、大規模ネットワークにおける符号化パラメータ設定方法についての研究を継続する。最適なパラメータ設定方法ついて、概ね手法の見通しがついており、平成26年度末までには、検討を完了できる見込みである。
特異点に発光性プローブを有する特殊構造高分子の精密合成と構造・物性の相関

本研究では、異種または同種の高分子結合界面を蛍光発光により静的な状態から動的な変化まで定量的な追跡を可能とする分子設計の確立を主目的とする。特に、非対称ABA'型トリブロック共重合体や星型エラストマーの特定の高分子結合部位のみに(凝集誘起)発光性分子を導入し、高分子構造と材料特性との相関関係を明らかにする。これらの分子はアニオン重合法をベースに合成し、相分離構造や光学・力学特性ならびに力学応力印加時の光学特性変化などを多角的に評価する。発光特性を示す分子は必要に応じて設計や合成のステージにフィードバックし、熱可塑性エラストマーやポリマーアロイ、有機・無機ハイブリッド材料などへの展開を目指す。
橋梁部の超過洪水現象の粒子法を用いたモデル開発

本研究課題は,気候変動下の豪雨による洪水現象において,橋梁に集積する流木によって引き起こされる越水現象に着目し,先行研究によって実施された橋梁・流木集積等の模型を利用した室内実験の結果を参考にして,その結果を再現するための数値モデルの開発と現地への適応(過去の洪水事象に応用)を行うものであった.流木による越水現象を再現するために粒子法を用いた数値モデルの開発に焦点を当て,モデルの妥当性を室内実験の結果と比較することで検討した.その校正されたモデルを利用し,橋梁付近での越水時の水位高上昇とその要因(流木量,橋梁形状,流入量)に対して,主要因分析を行い,洪水のメカニズムの解析を行った.本研究は,近年の気候変動下の影響に伴い,大豪雨時に九州内陸部で発生した橋梁と流木累積による洪水現象についての発生メカニズムについて,先行的に実施された室内実験(継続的な室内実験も含む)と比較を行いながら,主に数値流体シミュレーションを用いて,そのメカニズムを解明するための研究である.本研究の進捗工程は,3つのステージ(基礎I,基礎II,応用)を設定している.「基礎I」は現地調査で得られたデータの整理と解析等であり,「基礎II」は室内実験と数値モデルのテストである.「応用」は,基礎IとIIを踏まえた上での,実際に洪水現象が発生した現場へ,我々が開発する数値モデルを実装し,その上で流木堆積が引き起こす洪水に強い橋梁の構造について提案することである.H26年度は基礎Iの現場のデータの整理と解析を行い,基礎IIのステージで簡易条件下(直線水路の3次元流れ)での洪水発生を再現した室内水槽実験に基づき,2次元粒子法モデル(連続体の水流を粒子の集合体の様に扱うモデル)を用いた数値流体シミュレーションで,この室内実験の再現計算を行った.この再現計算は,ほぼ良好な結果が得られた.この数値モデルの結果では,洪水発生のメカニズムが,橋桁に堆積する流木に対して橋桁下の空間がどの程度の閉鎖割合になるのかによって大きく影響を受けることが定量的に明らかにされた.その時の橋桁前面に掛かる圧力分布と水位の堰き上げとの相関も明らかにされた.その成果は,土木学会の国内学会誌(査読付),加えて関連的な成果である橋梁前面の水位上昇による圧力の空間分布の変化についての考察は,水工関連の国際学会(International Association for Hydro-Environment-the Asia and Pacific Division, IAHE-APD)のプロシーディング(査読付)に掲載された.本研究は,近年の気候変動下における豪雨による河川洪水において,橋梁に集積する流木によって引き起こされる越水現象について,先行研究による室内実験の結果に基づき,本研究一年目で構築された粒子法を使用した数値モデルによるシミュレーションを実施した.なお,本研究の3年間の進捗工程は,3つの工程があり,基礎I:現地調査のデータの整理と解析,基礎II:流木による越水現象の本質的な事象を研究した室内実験の結果について,数値モデルの開発と,それを使った再現計算,応用:現地適応の数値シミュレーション)である.2年目は基礎II工程のうち,より高精度の計算条件の設定かつ越水を引き起こす主要因物理量の因子分析を考慮した上で,主に室内実験の結果と数値シミュレーション結果の比較検討を行った.その成果については,災害復興に関する国際シンポジウム(I3R2 Seoul, 2015)の査読付きプロシーディングスに学術論文として掲載された.その内容は,越水時の水位高と洪水を行き起こす要因(流木量,橋梁形状,流入量)に対して,主要因分析が行われた.論文タイトルなどは以下に示すとおりである.加えて,このプロシーディングスの論文内容をブラッシュアップし,更に解析した結果について論じた原稿を国際ジャーナルに投稿中である.本研究の3年間の進捗工程の内「基礎II(室内水槽実験とモデルシミュレーション)」では,H28年3月までほぼ完了したと考えられる.しかし,最終工程の「応用(現地への数値モデルの適応)」は,まだ計画通りの進展が得られていない.本研究は,気候変動下における豪雨による洪水現象において,橋梁に集積する流木によって引き起こされる越水現象に着目した.先行研究によって実施された,橋梁・河川・流木集積等の模型を利用した室内実験の結果を参考とし,この結果を再現するための数値モデルの開発と現地への適応(過去に発生した洪水事象に応用すること)を行う研究課題であった.3年間の進捗工程を,基礎I:現地調査のデータの整理と解析,基礎II:流木による越水現象を再現するための数値モデルの開発,応用:現地適応型の数値シミュレーションと3つ工程に設定した.本研究12工程を通して構築され,また室内実験の結果との妥当性を検証された数値モデルを使用して,現地への適応を行うために地形情報や気象情報を組み込み,数値シミュレーションを実施した.その成果については,災害復興に関する国際シンポジウム(I3R2 Sri Lanka, 2016)の査読付きプロシーディングスに学術論文として掲載された.本研究課題は,気候変動下の豪雨による洪水現象において,橋梁に集積する流木によって引き起こされる越水現象に着目し,先行研究によって実施された橋梁・流木集積等の模型を利用した室内実験の結果を参考にして,その結果を再現するための数値モデルの開発と現地への適応(過去の洪水事象に応用)を行うものであった.流木による越水現象を再現するために粒子法を用いた数値モデルの開発に焦点を当て,モデルの妥当性を室内実験の結果と比較することで検討した.

その校正されたモデルを利用し,橋梁付近での越水時の水位高上昇とその要因(流木量,橋梁形状,流入量)に対して,主要因分析を行い,洪水のメカニズムの解析を行った.「研究の目的」で記述した3年計画の内,H26-27年度の「基礎I」(現地で発生した洪水データの整理と解析)と「基礎II」(室内水槽実験とモデルシミュレーション)の工程の遂行において,概ね2つの基礎工程の6割程度を完了した.具体的には,「基礎I」の現地調査に基づくデータ解析は,実際にはH28年度の応用ステージで主に用いられるので,H26は簡易的な解析のみ実施した.その為に,再度の現地調査も含めてさらに5割程度の作業の進捗が求められる.一方,基礎IIに関しては,「研究実績の概要」に記述したように,2つの論文の成果発表にあるように,室内実験と数値モデルの基礎的なTEST研究は,ほぼ完了したと考えられる.しかしながら,「基礎II」の工程に含まれる数値モデルの改良については,少なくとも23割程度の作業が残っている.最終工程の「応用」を,最終年度に進展させる予定である.主に,モデルの現地適応に伴う改良や現地データの整理,基礎研究から続く一連の研究結果をまとめた最終成果についての報告(学術会議等発表)する予定である.水工学基礎IとIIの工程を合わせた基礎ステージ全体の内,残りの4割をH27年後中に完了させる予定である.現地データの解析をメインに据えて,再度の現地調査も必要に応じて行う.加えて,同時に数値モデルの改良も行い,本基礎工程が順調に進めば,応用工程において,先行的に我々が開発・改良した数値モデルの現地への適応に関する準備を行う予定である.初期計画では,計算機のグレードアップ(ソフトウエアーやメモリー,ハードディスクの増強など)を考えていたが,現時点での数値シミュレーションの計算不可は,既存のコンピューターで十分対応できるものであったからである.当初計画していた物品費の内,研究結果・成果のデータの保存する予定であった外付けハードディスク(HD)の購入を見送ったために該当の余剰金が生じた.保存すべきデータ容量が現時点は大量ではないので(現時点では,H26年度購入した計算機のHDだけで十分である).今年度の計画では,数値計算に負荷が掛かることで,計算機と周辺機器へのグレードアップ,加えて研究成果の国内外での学会発表に対して,旅費等の支出として使用する予定である.H27年度に計画通りに研究が進み,その結果・成果が急増することが予想される.その結果・成果のデータの保存が必要になるので,H27年度に本余剰金を用いてデータ保存のための外付けHDを購入する予定である.
低酸素性虚血性脳症の新生仔モデルラットにおける障害の機序と神経保護に関する研究

実験方法1.低酸素性虚血性障害の新生仔ラットの作成SDラットの日齢7の新生仔を笑気+フロセン吸入麻酔下にて、実体顕微鏡を用いて右内頚動脈の2重結紮切断処置を行う。休憩3時間後に、8%酸素負荷、37°C2時間施行した。負荷48時間後に生理食塩水にて環流後、脳をブレインマトリックスを用いて2mm間隔で冠状断に切断し、1%TTC液にて15分間染色を行い10%中性ホルマリンで固定後、スキャナーでとりこみ梗塞面積の測定を行った。3.TBARS法による脂質過酸化反応の測定48時間後に取り出した脳2mmスライスを梗塞側(右側)と対照側(左側)に正中で分割し、マロンジアルデヒド定量を行った。4.トロンボキサンA2母獣投与による子宮内発育遅延モデル(IUGR)ラットを用いて、低酸素負荷を1)の方法で行い、2)の方法で障害の程度を測定比較する。実験結果SDラット新生仔37匹を用いて内頚動脈の結紮切断および低酸素負荷を行い、処置中あるいは低酸素負荷中に死亡は5匹(13.51%)に認めた。48時間後にTTC染色により梗塞を認めたラットは、23/32(72%)であった。IUGRラット新生仔12匹を用いて同様の処置を行い、梗塞を8匹(67%)に認めた。梗塞面積の比較では、正常のSDラット群では26.2±14.3%に対し、IUGR群では28.8±12.9%であった。梗塞面積はIUGRモデルラットで低下している傾向を認めたが、統計学的優位差は認めず。TBARS法による脂質過酸化反応の測定にて、TBARS(nmol/mg protein)で比較し、梗塞側(右側)2.32±1.39×10^<-3>であり、対照側(左側)1.19±0.46×10^<-3>と、梗塞側に過酸化脂質反応が強い傾向が認められた。
自己細胞を用いたティッシュエンジニアリングによる肺内肺動脈の作成、臨床応用

1.基礎的研究動物実験による至適ポリマー、至適細胞数、至適組織裁断法の探究及び選定を行う。実験動物として子犬を用い、大腿部の静脈片を採取し、そこから自己血管壁細胞の単離、培養を開始した。十分な細胞数が得られれば、生分解性ポリマーのシート(80x80mm)に播種し一週間のポリマー上での培養を継続する。一週間後に細胞を採取した同一動物を全身麻酔下に開胸し、自己の心膜を約50x50mm大で切除した後に、このティッシュエンジニアリングで作成したシートで置換した。コントロール実験として組織断片を播種しないポリマーのみの移植も行う。移植3-12ヶ月後に作成された組織に対して造影検査、生化学的、生力学的、免疫組織学的検討を行う。生化学検査として、組織中コラーゲン、エラスチン、カルシウム濃度の測定を行い、インストロン張力検査機を用いて作成された組織の最大張力を測定し自己の同じ部位の組織と比較検討する。組織学的には免疫染色の手法を用いて内皮細胞の指標である第八因子を染色すると共に細胞間隙の間質蛋白質を染色し自己組織と比較検討する。同種細胞(allogenic)は拒絶反応の因子を排除できないため、細胞は全て自己(autologous)細胞を用いた。<ヒト細胞のin vitro実験>ヒト心膜より採取した平滑筋細胞、線維芽細胞、中皮細胞を用いてポリマー上での増殖能、ポリマーへの接着性、成長因子の影響等の分子生物学的研究をin vitroで行った。2.臨床応用段階的根治手術が予想される初回姑息手術時、約10mm大の心膜片を完全清潔下に採取し、直ちに組織培養液中に浸漬し、手術室内の細胞培養室にて単純裁断法を用いて組織の断片化を行う。播種細胞数は10万個/cm2とし、細胞播種後、約一週間でパッチとして移植手術を行う。術後約1ヶ月後に、心臓超音波検査を行いフォローアップは6ヶ月毎にに心臓超音波検査を用いて形態学的検索及び組織過形成の有無等を経過観察した。十分な細胞数が得られれば、生分解性ポリマーの弁付き導管(7X10mm)に播種し一週間のポリマー上での培養を継続する。一週間後に細胞を採取した同一動物を全身麻酔下に左開胸し、体外循環下に肺動脈弁を完全に切除した後に、主肺動脈をこのティッシュエンシニアリングで作成した導管で置換した。<ヒト細胞のin vitro実験>

ヒト心膜より採取した平滑筋細胞、線維芽細胞、中皮細胞を用いてポリマー上での増殖能、ポリマーへの接着性、成長因子の影響等の分子生物学的研究をin vitroで行っている。2.臨床応用段階的根治手術が予想される初回姑息手術時、約15mm長の末梢静脈片を完全清潔下に採取し、直ちに組織培養液中に浸漬し、手術室内の細胞培養室にて単純裁断法を用いて組織の断片化を行う。播種細胞数は10万個/cm2とし、細胞播種後、約一週間で一弁ハッチとして移植手術を行う。術後約1ヶ月後に、心臓カテーテル、造影検査、心臓超音波検査を行いフォローアップは6ヶ月毎にに心臓超音波検査を用いて形態学的検索及び組織過形成の有無等を経過観察する。1.基礎的研究動物実験による至適ポリマー、至適細胞数、至適組織裁断法の探究及び選定を行う。実験動物として子犬を用い、大腿部の静脈片を採取し、そこから自己血管壁細胞の単離、培養を開始した。十分な細胞数が得られれば、生分解性ポリマーの弁付き導管(7X 10mm)に播種し一週間のポリマー上での培養を継続する。一週間後に細胞を採取した同一動物を全身麻酔下に左開胸し、体外循環下に肺動脈弁を完全に切除した後に、主肺動脈をこのティッシュエンジニアリングで作成した導管で置換した。コントロール実験として組織断片を播種しないポリマーのみの移植も行う。移植3-12ケ月後に作成された組織に対して造影検査、生化学的、生力学的、免疫組織学的検討を行う。生化学検査として、組織中コラーゲン、エラスチン、カルシウム濃度の測定を行い、インストロン張力検査機を用いて作成された組織の最大張力を測定し自己の同じ部位の組織と比較検討する。組織学的には免疫染色の手法を用いて内皮細胞の指標である第八因子を染色すると共に細胞間隙の間質蛋白質を染色し自己組織と比較検討する。同種細胞(allogenic)は拒絶反応の因子を排除できないため、細胞は全て自己(autologous)細胞を用いた。<ヒト細胞のin vitro実験>ヒト心膜より採取した平滑筋細胞、線維芽細胞、中皮細胞を用いてポリマー上での増殖能、ポリマーへの接着性、成長因子の影響等の分子生物学的研究をin vitroで行った。播種細胞数は10万個/cm2とし、細胞播種後、約一週間で一弁パッチとして移植手術を行う。術後約1ケ月後に、心臓カテーテル、造影検査、心臓超音波検査を行いフォローアップは6ケ月毎にに心臓超音波検査を用いて形態学的検索及び組織過形成の有無等を経過観察した。