hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肺孤立性毛細血管腫のmiRNA発現の検討による術前診断の新規バイオマーカーの開発

本研究は、胸部CTで肺の孤立性結節として無症候性に発見されるsolitary pulmonary capillary hemangioma (SPCH)を術前に診断する目的で、術前新規バイオマーカーとしてmiRNAに注目した探索が行われてきた。平成30年度までに、1他臓器での脈管病変とSPCHを比較した上で、2近年報告されてきた論文と比較して再度臨床病理学的検索を行い、肺の他の間葉系腫瘍との異同や位置づけを明瞭化させてきた。まず1では、腸管に注目して検討を行った。具体的には腸管のリンパ管腫では、免疫組織化学でpodoplanin (D2-40)が拡張したリンパ管内皮には染色されないことを明らかに、CD31やCD34はリンパ管内皮に陽性となるもののFactor VIIIが陰性となることを見出した。このような結果からpodoplaninが免疫組織化学的に陽性とならないが、Factor VIIIが陽性となるSPCHは脈管病変の中でも血管病変であることが確認された。次に2では、2018年に中国から報告された2報のSPCHの臨床病理学的検討の論文と比較し、我々の臨床病理学的特徴とほぼ一致することを確認した。その上で、その臨床病理学的特徴が他の血管性腫瘍を含む間葉系腫瘍と異なることを見出した。いずれの症例にも共通して増加、ないし減少の見られるmiRNAを正確に検出するためにより多くの症例の集積が必要であった。本研究に使用可能なさらなる症例の集積を行い、1例のSPCHを発見した。そもそも、術前診断において、画像上、肺癌との鑑別が難解な理由として、CTにてスリガラス影を示し、増大傾向を示すことである。追加した症例においても緩徐ながら結節は増大傾向を示していた。この事実から本研究の術前診断バイオマーカーの必要性が裏付けられた。現状では、肺のホルマリン固定パラフィン包埋組織からのRNAの抽出において、難渋している。RNA抽出キットを変更するなどの工夫が必要と考えられる。一方で最終的にリキッドバイオプシーを術前診断方法として応用するため可能となり得る検体を確保することに成功している。SPCHは肺に孤立性の結節を形成する毛細血管腫であり、研究代表者らは胸部CTで無症候性に発見される病変であることを明らかにした。2018年になってSPCHの臨床病理学的解析に関する論文が中国から2件報告され、それらの論文では我々の報告した特徴と極めて類似した特徴が報告されている。SPCHは良性病変であり、術前に診断が可能になれば切除不要であるが、依然、術前の診断は困難である。まず、SPCHの症例数の集積を増やす。具体的には、研究代表者が診断を協力しているNTT東日本関東病院での病理診断検体を再度検鏡し、症例の見落としがないかなどを十分に確認する。また、共同研究を行ったことのある研究者に症例を募る。それと同時に、ホルマリン固定パラフィン包埋組織からRNAの抽出を行い、miRNAアレイ解析を行っていく。具体的にはSPCHとそれらの非病変部におけるmiRNA発現をマイクロアレイ法による網羅的解析し、発現の増加、ないしは減少がそれぞれのSPCHの症例に共通してみられるmiRNAを同定する。これらのmiRNAのうち、cell cycleや血管リモデリングに関与するmiRNAを候補miRNAとして抽出する。次に組織由来のmiRNAの発現の確認を行う。標的miRNAの発現をSPCHのホルマリン固定パラフィン包埋組織切片を用いてqPCR法を行うことでSPCHと非病変部のmiRNAの発現量を確認する。最後に患者血清・喀痰でのmiRNAの発現の検討を行う。近年、癌と体液中のmiRNAとの関連によるリキッドバイオプシーなどの組織以外での材料を用いた診断法の開発が盛んに行われている。本研究において、疾患関連miRNAの体液中への検出が可能と予想されるため、血液、及び喀痰などの生検体からのRNAを抽出し、それらの検体でのmiRNAが疾患と健常者との間で差を確認することで、侵襲性の無い診断法を開発する予定である。

本研究に使用可能なさらなる症例の集積を行い、1例のSPCHを発見した。そもそも、術前診断において、画像上、肺癌との鑑別が難解な理由として、CTにてスリガラス影を示し、増大傾向を示すことである。追加した症例においても緩徐ながら結節は増大傾向を示していた。この事実から本研究の術前診断バイオマーカーの必要性が裏付けられた。現状では、肺のホルマリン固定パラフィン包埋組織からのRNAの抽出において、難渋している。RNA抽出キットを変更するなどの工夫が必要と考えられる。一方で最終的にリキッドバイオプシーを術前診断方法として応用するため可能となり得る検体を確保することに成功している。SPCHは肺に孤立性の結節を形成する毛細血管腫であり、研究代表者らは胸部CTで無症候性に発見される病変であることを明らかにした。2018年になってSPCHの臨床病理学的解析に関する論文が中国から2件報告され、それらの論文では我々の報告した特徴と極めて類似した特徴が報告されている。SPCHは良性病変であり、術前に診断が可能になれば切除不要であるが、依然、術前の診断は困難である。まず、SPCHの症例数の集積を増やす。具体的には、研究代表者が診断を協力しているNTT東日本関東病院での病理診断検体を再度検鏡し、症例の見落としがないかなどを十分に確認する。また、共同研究を行ったことのある研究者に症例を募る。それと同時に、ホルマリン固定パラフィン包埋組織からRNAの抽出を行い、miRNAアレイ解析を行っていく。具体的にはSPCHとそれらの非病変部におけるmiRNA発現をマイクロアレイ法による網羅的解析し、発現の増加、ないしは減少がそれぞれのSPCHの症例に共通してみられるmiRNAを同定する。これらのmiRNAのうち、cell cycleや血管リモデリングに関与するmiRNAを候補miRNAとして抽出する。次に組織由来のmiRNAの発現の確認を行う。標的miRNAの発現をSPCHのホルマリン固定パラフィン包埋組織切片を用いてqPCR法を行うことでSPCHと非病変部のmiRNAの発現量を確認する。最後に患者血清・喀痰でのmiRNAの発現の検討を行う。近年、癌と体液中のmiRNAとの関連によるリキッドバイオプシーなどの組織以外での材料を用いた診断法の開発が盛んに行われている。本研究において、疾患関連miRNAの体液中への検出が可能と予想されるため、血液、及び喀痰などの生検体からのRNAを抽出し、それらの検体でのmiRNAが疾患と健常者との間で差を確認することで、侵襲性の無い診断法を開発する予定である。RNAアレイ解析に至るまでに時間がかかっており、そのために計上した費用が未使用となっている。そのアレイ解析のために計上した費用を次年度に使用予定としている。
生物社会における自律分散機構

今年度は最終年度であるので、自律分散システムとしての生物社会に関する知見をまとめることに力を注いだ。そのさい、サブシステムとしての個体がそのフィットネスを高めることが、どのように生物集団の安定性に寄与するかを、さまざまの動物群で検討した。理論的アプローチはコンピュータを、実際の動物の行動に関する知見の収集はビデオを駆使して行なった。魚類の群れはリーダーのいない対等の個体よりなるが、個体の挙動をコンピュータ・シミュレーションによって解析し、その維持に貢献する個体間誘因力、速度、向きなどいくつかのパラメータを明かにすることができた。魚類の社会構造の安定性については、海産魚の一種ムラサメモンガラをモデルとして長期にわたって調ベ、生息空間の占拠という個体の利益の追及が、結局は個体群に安定性をもたらすことを解明した。社会性昆虫では同種の個体間でしばしば形態的・機能的な分化が見られるが、とりわけ集団全体の安定性に寄与する個体としてワーカーとソルジャーの特質を比較し、両者がそれぞれ進化する生態的条件を明かにした。動物では雄による雌獲得のための集団求愛がよく見られるが、集団で求愛する場合が単独で求愛知る場合より好ましい条件を検討した。以上のように、集団を構成する個体が集団全体のではなく、それぞれ自分の利益を追及することがどのように安定性をもたらすかを調査してきた。しかしこれまでは、全体としてやや理論的なアプローチが先行したきらいがあり、今後はこれまで以上に具体的な動物での事例を充実させることによって、生物社会の自律分散機構へのさらに深い理解が得られるものと思われる。
歯周病原菌由来LPSによるアディポカイン誘導とTLRシグナル伝達解析

我々は、すでに疫学調査において、高血清レジスチンレベルと歯周病が関連することを報告している。そこで、そのメカニズムを解明するため、レジスチンが産生される源がどこにあるのか探究することにした。本研究では、単球や単球系細胞において、歯周病原菌由来LPSおよび大腸菌由来LPSによる刺激後、わずかではあるがレジスチン産生レベルの上昇を認めた。また、健常人から得た血液より単球と好中球を分離し、各々LPSにより刺激したところ、好中球においてより高いレジスチンレベルを認めた。歯周病原菌由来LPSによりレジスチン産生を認めたことは、歯周病による炎症が肥満およびメタボリックシンドロームへの関与する可能性を示唆するものである。本研究は、歯周病が肝臓における糖代謝や脂質代謝に影響しているとする仮説および肥満に関連した数々の代謝異常と歯周病が相互に影響を及ぼしあっているとの視点を検証することを目的として行っている。既に歯周病関連細菌由来LPSによる各種サイトカイン産生については、様々な報告がされているが、脂肪細胞由来サイトカインであるアディポカインについては数少ない。また、これまで脂肪組織、肝臓のアディポカイン産生についてのLPSの影響はいずれも大腸菌LPSを用いたものであり、歯周病関連細菌由来のLPSで検証されたものはない。我々は、疫学研究において、歯周病患者でアディポカインの一種であるレジスチンの血清レジスチン値が高い傾向にあること、またその傾向は歯肉出血を伴う場合さらに増強することを報告している。そのため本研究では、アディポカインの中でも特にレジスチンに注目し、ヒトマクロファージ系細胞株U937およびHL60、肝細胞株HepG2を用いて、歯周病関連細菌由来のLPS刺激によりレジスチン産生に影響があるかどうか、大腸菌LPS刺激の場合と違いがあるかどうかを検証することとした。まず、P.gingivalisとE.coli由来LPSで各種細胞刺激し、レジスチン産生をELISAにより測定したところ、肝細胞株HepG2では、ほとんどレジスチン産生を認めなかった。ヒトマクロファージ系細胞株U937では、歯周病関連細菌由来LPS刺激によりコントロールと比較してレジスチン産生の増加を認めたが、大腸菌LPSより低い傾向であった。さらに、ヒトより分離された単球を用いると、大腸菌LPSでも歯周病関連細菌由来LPSでも同様にレジスチン産生の増加を認めたため、現在他のサイトカインやシグナル伝達経路について解析を進めている。歯周病は歯周病原細菌による炎症性疾患であり、各種サイトカインや破骨細胞の活性化など宿主の免疫応答について解明されてきた。一方歯周病は、糖尿病や虚血性心疾患などの全身疾患との関連が報告されているが、そのメカニズムは未だ解明されていない。当教室での疫学調査により歯周病と各種サイトカインレベルとの関連を解析した結果、アディポネクチンレベルは低い傾向があり、レジスチンレベルは有意に高いことを報告している。歯周病におけるマクロファージの遊走さらに細菌由来LPSによる刺激などの影響によりレジスチンレベルが上昇し、その結果、全身の糖代謝および心血管疾患にも影響を及ぼしている可能性が考えられる。本研究では、ヒト由来単球細胞株、単球および好中球において、歯周病細菌由来LPSによる、レジスチンをはじめ各種アディポカインが産生とTLRおよびMAPKシグナル伝達経路との関連について検証した。ヒト由来好中球において、歯周病細菌由来LPSにより大腸菌由来LPS刺激と同様にレジスチン誘導が認められたが、同レベルのレジスチン誘導には、大腸菌由来LPSより高濃度のLPSが必要であった。さらに、TLR2およびTLR4抗体で前処理後、LPSによるレジスチン誘導レベルを比較したところ、TLR2抗体処理で歯周病細菌由来LPSによるレジスチン誘導レベルが減少し、一方、TLR4抗体処理で大腸菌由来LPSによるレジスチン誘導レベルが減少したことより、各々関連するレセプターが明らかとなった。現在、さらにMAPKシグナル伝達経路との関連について解析中である。低レベルの炎症が肥満に関連することが注目されてきており、歯周病もその候補と考えられている。近年、脂肪組織は単なるエネルギーの貯蔵器官ではなく、さまざまな活性物質が放出される内分泌器官として認識されつつあり、これらの脂肪組織から分泌される活性物質は、アディポカインと呼ばれ、様々な免疫・炎症調節作用を持つことが解明されつつある。我々は、すでに疫学調査において歯周病による炎症とアディポカインの1つであるレジスチンとの関連を報告している。そのメカニズムとして、歯周病由来因子によるマクロファージや単球などに対する刺激によりレジスチンレベルが上昇することを推測した。

そのため、単球系細胞株であるTHP-1やU937をPMA添加によりマクロファージ化した状態で、Porphyromonas gingivalis由来LPSによる刺激後、細胞上清中レジスチンレベルをELISAにて、またmRNAレベルをRT-PCR法にて解析したところ、わずかではあるがレジスチン産生とmRNAレベルの上昇を認めた。また、健常人から得た血液より単球と好中球を分離し、各々にPorphyromonas gingivalis由来LPSにより刺激したところ、好中球において、より高いレジスチンレベルを認めたため、そのシグナル伝達経路を解析した。TLR2抗体による前処置によるレジスチン産生への影響は非常に小さかった。一方、CD14およびCD18抗体による前処置によるレジスチン産生は有意に減少したことから、好中球におけるレジスチン産生とTLR4/CD14およびインテグリンとの関連が示唆された。さらに、細胞内シグナル伝達経路について解析するため、PI3K抑制剤であるFY294002およびMAPK抑制剤であるSB203580の前処理により、レジスチン産生の抑制を認めたことから、これらとの関連も示唆された。好中球から放出される因子として他にエラスターゼやラクトフェリン、MMP-9などがすでに報告されているが、これらとの比較もすすめており、歯周病が肥満およびメタボリックシンドロrムへの関与のメカニズムの一端を解明できると考えられる。
空間反転対称性の欠如した重い電子系超伝導体の高圧磁場中の比熱測定

空間反転対称性の欠如した重い電子系化合物CeRhSi3などの高圧磁場下での熱容量測定を行い、量子臨界点近傍での反強磁性と超伝導の競合状態について新たな知見を得た。超伝導のみが観測される圧力領域では、無磁場中で極めて大きな結合力を示唆する超伝導転移が観測されていたが、磁場の印加とともに、転移の大きさが小さくなるように見える。ただし、反強磁性と共存する圧力領域で観測されたような、構造は観測されず、転移点も最大印加磁場7万ガウスでは、ほとんど変化しないという結果を得た。すなわち、磁場の印加は、圧力の印加と真逆の効果を得ることが示唆されるような振る舞いをした。本申請の最終ゴールは、反転対称性の欠如した重い電子系圧力誘起超伝導体CeTX_3(T:Rh,Ir,Co、X:Si,Ge)の磁場中圧力下における熱容量の測定を行い、電子状態に関する知見を得る事である。特に、CeIrSi_3とCeRhSi_3では、反強磁性と超伝導が共存する圧力領域と超伝導のみが観測される領域では、熱容量の振る舞いが全く異なることに注目している。すなわち、前者では、ギャップレスとも言うべき超伝導状態が実現されているのに対して、後者ではΔC/γT_cがBCS理論の数倍にも達する強結合的な超伝導状態が実現している。これら特徴的な圧力領域で磁場中熱容量の測定を行い、反強磁性と超伝導の相関について実験的に知見を得る。熱容量の測定では、物質のバルク特性について知見を得る事はもちろんの事、超伝導状態においても有限な物理量として測定出来るため、超伝導のみが観測されている圧力領域においても、隠された反強磁性が磁場で誘起される現象なども観測される可能性があり、電子状態に関して決定的な実験となり得る。電気抵抗(ゼロ抵抗)や磁化率(マイスナー効果)の測定ではなし得ない磁場中での電子状態を本研究では観測することを目的とする。21年度は、高圧力・磁場中での交流比熱測定を行う^3Heクライオスタットを本科学研究費補助金で購入し、比熱測定を完壁に行えるようクライオスタットおよび測定部の最適化を行った。すなわち、磁場中で、交流比熱測定に耐え得る断熱状態を保ったまま、単結晶の結晶軸がずれない測定部の治具を作製した。また、この測定部を用いて、2GPaの量子臨界点付近までの測定を行い、極めて良好な測定が可能であることを確認した。到達最低温度も、熱容量の大きな圧力セルを冷却したにもかかわらず、0.4Kまで冷却可能であることが分かった。CeRhSi_3とCeIrSi_3の高圧力下比熱に関して、詳細な研究を行い、多くの知見を得た。本研究では、CeRhSi_3とCeIrSi_3の超伝導特性が反強磁性と如何に共存するかに焦点を当てている。両物質ともに、超伝導と反強磁性が明確にバルクとして共存することは、以前の比熱測定から理解されているが、反強磁性と超伝導が共存する圧力相と超伝導のみが観測される圧力相への移行(転移)が如何におこなわれるかは、不明であった。22年度の成果の第1は、バルク特性として反強磁性と超伝導が共存する圧力相と超伝導のみが観測される圧力相が、わずか0.05GPa以下の極めて狭い境界を介して存在することを観測したことである。詳細な相図を得たので、この境界の高圧側で、反強磁性が完全に消失したのか磁場下での測定をおこなうという指針を得た。また、磁場中交流比熱測定用のヘリウム3のクライオスタットをたちあげ、熱電対や温度計などを磁場中で使用する際の最適化条件を見出し、圧力下磁場中測定を可能にしている。磁場中では、変調温度を観測するための熱電対が磁場中で大きく磁場の影響を受けることが予想されたが、銀を用いたプレリミナリーな測定を行い、熱電対の出力電圧に磁場の影響は認められるものの、変調温度の観測には、大きな影響は無いことが分かった。これが、22年度の重要な成果の二つ目である。これまで実積のあった金-金鉄のみならず、コンスタンタン-クロメル、金鉄-コンスダンタンなどの熱電対のセットでも磁場下での測定を試みたが、極めて良好な温度変調特性を有していることが分かった。本年度は、科学研究費補助金の最終年であった。大いに成果があがった。すなわち、研究課題である「空間反転対称性の欠如した重い電子系超伝導体の高圧磁場中の比熱測定」を遂行し、極めて重要な知見を得た。実験は、CeRhSi_3に関して行った。

(1)反強磁性と超伝導が共存する圧力領域、(2)反強磁性が消失した直下での圧力領域、(3)反強磁性が十分に消失し極めて強いクーパー結合が出現する圧力領域の3つの圧力下に、磁場を印加し、比熱の測定を行った。(1)の状態では、磁場の印加とともに超伝導転移点は下降した。ただし、空間反転が欠如しているため上部臨界磁場は極めて高いことがバルク特性として観測された。また、反強磁性点移転は、圧力に対して、リエントラントな振る舞いをすることが分かった。(2)の状態では、無磁場中では、シャープな超伝導転移のみが観測されていたものが、磁場の印加とともに、ブロードな転移になることが分かった。ただし、単純にブロードになるのではなくて、二つ以上の相転移の重ね合わせとして、構造を持つように見える。(3)の状態では、無磁場中で極めて大きな結合力を示唆する超伝導転移が観測されていたが、磁場の印加とともに、転移の大きさが小さくなるように見える。ただし、(2)で観測されたような、構造は観測されず、転移点も最大印加磁場7万ガウスでは、ほとんど変化しないという結果を得た。すなわち、磁場の印加は、圧力の印加と真逆の効果を得ることが示唆されるような振る舞いをした。これは、極めて重要な実験結果である。この系が、単純な反強磁性と超伝導の共存という構図で考えることが出来ないこと、つまり、反強磁性および超伝導の揺らぎが極めて重要であることを実験的に明らかにしたことになる。
タンパク場に幽閉されたレチニリデンシッフ塩基が演じる異性化運動のモデル化

レチニリデンシッフ塩基を補欠分子にもつタンパク、バクテリオロドプシンは光エネルギーを膜を介するプロトンの濃度勾配のポテンシャルエネルギーに変換するエネルギー変換タンパクである。このタンパクの機能発現には以下の性質すなわち、レチニリデンシッフ塩基プロトン化体が可視光により光異性化したあとの緩和過程が一つの化学循環サイクルをつくり、これらの各サイクルの各段階に光、熱、プロトンがエフェクターとして働いて、ポリエン部の異性化、脱プロトン化が連結した高速反応としておこる点が重要である。この化学サイクルはタンパク内の静電モザイク構造によって特徴づけられた反応場と、個体結晶場におけるような高い空間充填をもつ反応場での異性化運動によって、高速遷移が可能になっている。本研究はバクテリオロドプシンの活性中心にあるレチニリデンシッフ塩基のモデルとして、二個のフラン環を内在させた14π環状共役系を合成し、中央に1個の>C=O基をおいた5個のSP^2炭素鎖の部分でバクテリオロドプシン類似の高速異性化が光、熱、およびプロトンによって発生させ、その変化をH-NMR UV-VISスペクトル変化で追跡した。この高速異性化反応の連続しておこる理由をモデル化環状共役系のX線構造解析によって分子論的に考察した(研究発表論文1)。さらに、この共役系を原型として、そのカルボニル基と分子内H結合可能な位置にOH基、SH基をもつ化合物を合成して分子内水素結合の与える効果をしらべた(研究発表2と3)。一方、バクテリオロドプシンの活性部位の化学修飾を行い、βΞノン環部をフリルピリル基に変えた人工バクテリオロドプシンは、プロトンポンプ活性を示し、かつその光異性化体の熱的緩和は天然のバクテリオロドプシンより約40倍加速されていることが判った。
完新世の地磁気永年変化から地磁気西方移動速度を見積る

中国のLake Qionghaiの堆積物から過去約2万年間の地磁気永年変化記録を得、次の地磁気現象を見つけた。1)先の報告(Hyodo et al., 1993)と調和的な地磁気西方移動を示す偏角の東振りのピークが約3800yBPに存在した。2)この偏角の東振りのピークの年代も含めた地磁気西方移動速度の推定は0.14°/yである。3)偏角が大きく西に振れる地磁気エクスカーションが約18000yBPに存在した。4)エクスカーション磁場は時計回りの回転運動を示し、この間も地磁気西方移動が卓越していたことを表している。中国のLake Erhaiの堆積物から過去約1万年間の地磁気永年変化記録を得、次のことがわかった。1)偏角の東偏ピークは見つからなかったが40001700yBPの間の地磁気ベクトルは時計回り運動が卓越していることがわかった。これはHyodo et al. (1993)の地磁気西方移動モデルに一致する。2) Lake Qiongahiの永年変化記録とは短周期変動がよく一致する。長周期変動の不一致はどちらかのコアが、ねじれを起こしたのかもしれない。世界13地域の完新世の永年変化データが集まった。全データを比較すると質が大きく異なることがわかった。そこでグローバル解析には数本のコアのデータが同じ記録が出され制度の高い、イギリス、北アメリカ、オーストラリアの3地域のデータを使った。周期解析、バンドパスフィルターを組み合わせた解析法で3地域共通に1100年、2400年周期変動が卓越し、運動は全体に時計回り回転が卓越ていることが分かった。これから推定される、地磁気西方移動速度は0.32、0.15°/yとなる。二つの異なる方法で見積った西方移動速度、0.14°/y、0.15°/yは非常に近い値であり信頼性の高いものと言える。中国の湖から採取した堆積物コアの古地磁気測定四川省のLake Qionghalで採取した2本のコアと雲南省のErhai Lakeで採取した1本のコアの帯磁率、自然残留磁化の測定及び交流消磁実験をすべて終了した。Lake Qionghaiのコアからは、過去約2万年間の地磁気永年変化が得られ、約4000年前に偏角の東振りピークが見つかった。これは、まさに今まで日本、ヨーロッパ、北米で観測されている地磁気西方移動が四川省でも観測できた証拠である。Erhai Lakeのコアの古地磁気記録も同じく偏角の東振りピークが出ている。このコアについては現在炭素同位体年代測定を行っている。その結果しだいでは中国の2箇所で地磁気西方移動が観測できることになり、42002500年前に移動性非双極子磁場が存在した強い証拠を得る結果となる。世界の地磁気永年変化データの収集今までに発表されている地磁気永年変化データのリストを集めた。場所は日本以外に北米のElk LakeとLake St.Croix、イギリス、ノルウエー、デンマーク、スエ-デン、ブルガリア、ウクライナ、イスラエル、ハワイ、アルゼンチン、オーストラリア、の12箇所ある。ハワイのデータは著者から直接送付により入手、他は論文のリスト又は図からの読み取り機によるデジタル化で手に入れた。現在のデータ処理状況は、50年毎のデジタルデータ作成を完了し、フィルター処理して平滑化データを作ってところである。平成7年7月までに球面調和解析が可能なところまで到達する予定である。

中国の湖から採取した堆積物コアの古地磁気測定昨年度の測定の結果、Lake Qionhaiの結果は目的としていた地磁気西方移動を示すデータが得られた。しかし、この湖の堆積物は有機炭素含有量が少な過ぎて放射性炭素同位体年代測定ができないことがわかり、古地磁気層序を使ってLake Erhaiのコアとの対比で年代測定をすることになった。そこで古地磁気と年代のデータを確実なものにするために1994年11月に雲南省のLake Erhaiへ再度行き、2本目のコアを採取した。平成7年度はこの2本目のコアの帯磁率、自然残留磁化の測定及び段階交流消磁実験を行った。平行して放射性炭素同位体年代測定も行った。Lake Erhaiのコアからは、過去約1万年間の地磁気永年変化が得られた。約4000年前に予想される偏角の東振りピークは見つからなかった。これは、コアのねじれにより偏角にバイアスがかかったためと思われる。東振りピークは見つからなかったが、40001700yBPの間地磁気ベクトルは時計回り運動が卓越していることが分かった。これは42002500年前に西方移動性非双極子磁場が存在したという今までのモデルを強く示唆する。世界の地磁気永年変化データの収集昨年度の世界12地域に加えイスラエルのデータもデジタル化し、合計13地域のデータが集まった。全部のデータを比較すると質が大きく異なることがわかり、同じ扱いは危険であると判断した。そこでグローバル解析には数本のコアのデータで同じ記録が出され精度の高い、イギリス、北アメリカ、オーストラリアの3地域のデータを使った。周期解析、バンドパスフィルターを組み合わせた解析法で3地域共通に1100年、2400年周期変動が卓越し、運動は全体に時計回り回転が卓越ていることが分かった。これから推定される、地磁気西方移動速度は0.32、0.15°/yとなる。
血液透析患者における低栄養状態と神経栄養因子の関連

透析患者の高齢化に伴い、近年サルコペニア・フレイル・Protein-energy wasting(PEW)に代表される低栄養の問題が顕在化している。低栄養状態の透析患者ではうつ病や認知機能障害などの脳精神症状を呈することも多い。近年うつ病に対する神経機能保護作用が報告されているBDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor)はヒトの脳精神状態に重要な役割を果たしている可能性が示唆されている。本研究では、透析患者の精神状態と低栄養状態の関連について検討する。
多チャネル受信超音波の解析による動脈壁変位ベクトル・血流速度の同時計測法の開発

心筋梗塞・脳梗塞などの重篤な循環器疾患は,動脈硬化症の進展にともない動脈壁に発生する病変の破裂により発生すると言われている.したがって,病変の破裂し易さに関係する動脈壁の弾性特性および破綻のトリガとなりうる血流の計測が重要である.本研究では,動脈壁の弾性特性と血流を同時に計測するために必要な高速(3500 Hz)超音波イメージング法を開発するとともに,それにより得られた超音波信号を解析することにより動脈壁のひずみ(弾性特性)および血流を描出する手法を開発した.心筋梗塞・脳梗塞などの重篤な循環器疾患は,動脈硬化症の進展にともない動脈壁に発生する病変の破裂により発生すると言われている.したがって,病変の破裂し易さに関係する動脈壁の弾性特性および破綻のトリガとなりうる血流の計測が重要である.本研究では,動脈壁の弾性特性と血流を同時に計測するために必要な高速(3500 Hz)超音波イメージング法を開発するとともに,それにより得られた超音波信号を解析することにより動脈壁のひずみ(弾性特性)および血流を描出する手法を開発した.本研究では,動脈壁のひずみ・弾性特性および血流の同時イメージング手法の開発を行う.本年度は,本申請者らが有する96チャネル同時超音波送受信システムの評価,およびチャネル超音波RFデータ収集ソフトウエアの開発を行った.さらに,チャネル超音波RFデータをもとに2次元変位推定および血流の描出を行うためのビームフォーミング手法について検討を行った.まず,単一散乱体に対して超音波の送受信を行い,空間分解能の評価を行った.従来のリニア走査では,送信・受信ともに細い超音波ビームを形成しているため,送信開口を細かく走査する必要があるため,フレームレートは数十Hzに制限されていた.本研究では,広い送信ビームを用いることで送信回数を減少させ,フレームレート約3500Hzという,血流のイメージングに必要な高いフレームレートを達成した.本ビームフォーミング法により形成されるビームは,従来のリニア走査にくらべ-20dB幅では若干の劣化が見られたが,半値幅はほぼ同様であり,十分な空間分解能を保ちながら高いフレームレートが達成された.さらに,動脈に対して複数の異なる角度でビームフォーミングを行い,動脈壁に垂直なビームを用いて壁の径方向ひずみの推定を,他の角度のビームで血流を,同時に描出する手法について検討を行った.ひずみ計測法については,壁弾性率が既知の円筒管を用いて精度評価を行うとともにヒト動脈のin vitroおよびin vivo計測を行った.基礎実験においてひずみの計測誤差は10%未満であった.血流イメージングについては頸動脈におけるin vivo計測を行い,拍動に同期して血流からの散乱超音波信号が描出された.本年度は,前年度に開発した多チャネル同時超音波送受信システムにより高フレームレート(約3500 Hz)で得られた超音波信号を用いた動脈壁変位ベクトルおよび血流速度計測法について検討を行った.超音波を用いた生体組織の変位計測では,これまで超音波ビーム方向の成分について高精度な計測が達成されていた.これは,超音波ビーム方向の超音波信号の変動周期(超音波周波数に対応)が既知であるため,対象物変位による超音波信号の位相変化を検出し,変動周期(波長)との関係から変位を推定できるからである.それに対し,超音波ビームと直交する(ラテラル)方向の信号変動周期は不明であるため,位相を用いたラテラル方向変位の高精度推定は困難であった.本研究では,ヒルベルト変換により得られる解析信号から,その位相変化と対象物のラテラル方向変位との関係を推定する手法を開発し,これまでに開発したビーム方向変位推定法と合わせて,動脈壁変位ベクトル計測法として確立した.血流計測については,高フレームレート(3500 Hz)で得られた超音波血流イメージに対してオプティカルフロー法を適用し,血球からの超音波エコーの2次元トラッキングを行い,血流速度の空間分布を推定した.その結果,内腔中心部に比べ動脈壁に近い領域の血流速度が小さいという銃従来の報告と同様の速度プロファイルの傾向が得られた.これらの結果は,従来成し得なかった,動脈壁の変位ベクトルおよび血流速度という循環系診断に有用な指標を同時計測するための手法の基礎が確立されたことを示すものである.
微生物の増殖減衰を利用した土壌透水性制御に関する研究

本研究は、土壌中の微生物を増殖させたり減衰させることにより、土壌の透水性が所定の目標値に制御する技術を開発することを目的としている。そのためのモデル実験として、ガラスビーズを選択し、粒径の異なるガラスビーズに栄養水を浸透させたときの透水性変化を測定した。粒径が小さいと微生物の増殖が著しくなるため、上層での透水性低下が激しくなり、上層で栄養が消費されるために下層において微生物の増殖が抑えられ、透水性低下が抑えられるという現象がみられた。また、脱気水を加えたときに透水係数が低下、上昇、低下というステージをたどることから、好気性菌から嫌気性菌への菌種の変化と、嫌気性菌による透水性の低下を説明した。微生物の観察は原子間力顕微鏡を用い、大腸菌や腐植酸の画像を得ることができた。現場測定においては、北海道美唄ミズゴケ湿原において微生物の活動を見るべく各種測定を行った結果、土中にメタンガスが多量に発生し蓄積されていることが分かった。さらに、地下水面下におけるメタンガス発生の室内ミズゴケカラム実験を行った。その結果、カラム中の水面下5cmでの酸化還元電位が実験開始後6日目でマイナス150mV以下に低下すること、その結果多量のメタンガスが気泡状に発生すること、しかも、地下水面を10cm低下させると、大気中に多量のメタンガスを放出することなどが確認された。以上の実験と現場測定の結果をふまえ、微生物増殖による透水係数低下を説明するモデルを構築した。このモデルにより、粒径の違いが微生物増殖とコロニー剥離現象に影響することを突き止め、これを非相似土壌(NSMC)モデルを用いて数学的に説明することに成功した。本研究は、土壌中の微生物を増殖させたり減衰させることにより、土壌の透水性が所定の目標値となるように制御する技術を開発することを目的とする。特定の土壌や特定の条件のみで適用可能な技術に止まる危険を避けるため、様々な種類の土壌において微生物コントロールによる透水性制御法を開発する。平成10年度においては、間隙構造の観察のために、試料が水分を含んだ状態で大気中で観察でき、しかも表面の凹凸がみられる原子間力顕微鏡を導入し、試験測定を開始した。原始間力顕微鏡は、現在金属の構造等を調べるために広く利用されているが、土粒子の表面を観察した例はなく、試料の固定法、焦点の合わせ方等に工夫をし、また習熟する必要がある。原子間力顕微鏡測定で一般的に使われている試料において測定を開始し、土粒子表面を観察する手法を開発中である。また、本研究は様々な土において実験をするところにその意義がある。試料となる土を得るためには、様々な現場において球料を採取しなければならない。本年度は、他の研究プロジェクトと共同で、宮崎県都城市の圃場において、試料を採取した。この試料における測定は来年度以降の課題となるが、すでに別のプロジェクトで土壌微生物の生息と、微生物の生育環境である土壌物理性、土中ガスについて基礎的なデータが得られており、来年度以降の研究においては、本研究の主眼である室内実験に集中できる。本研究では、土壌中の微生物を増殖させたり減衰させることにより、土壌の透水性が所定の目標値となるように制御する技術を開発することを目的としている。特定の土壌や特定の条件のみで適用可能な技術に止まる危険を避けるため、ガラスビーズ、標準砂、火山灰土、沖積土、熱帯土壌、泥炭土壌など様々な種類の土壌において微生物コントロールによる透水性制御法を開発する。平成11年度においては、現場測定、カラム浸透実験、理論の構築を行った。現場測定については、透水性制御技術を開発するにあたって必要なカラム浸透実験を行うにあたり、必要な土壌試料を採取するとともに、現場における微生物活動の測定を行った。

北海道美唄湿原における泥炭土、宮崎県都城市における黒ボク土を試料として選択し、それぞれの土壌試料を採取するとともに、微生物活動の状況を知るための希釈平板法による生菌数の測定、微生物の活動状況を知るための地温測定を行った。カラム浸透実験については、モデル実験としてガラスビーズを選択し、粒径の異なるガラスビーズに栄養水を浸透させたときの透水性変化を測定した。粒径が小さいと微生物の増殖が著しくなるため、上層での透水性低下が激しくなり、上層で栄養が消費されるために仮想において微生物の増殖が抑えられ、透水性低下が抑えられるという現象がみられた。また、脱気水を加えたときに透水係数が低下、上昇、低下というステージをたどることから、好気性菌から嫌気性菌への菌種の変化と、嫌気性菌による透水性の低下を説明した。理論の構築については、粒径の違いが透水性の低下に及ぼす影響がみられたことを、数学的に説明するための理論構築を行い、その結果は投稿中である。本研究は、土壌中の微生物を増殖させたり減衰させることにより、土壌の透水性が所定の目標値となるように制御する技術を開発することを目的としている。特定の土壌や特定の条件のみで適用可能な技術に止まらせないため、ガラスビーズ、標準砂、火山灰土、沖積土、熱帯土壌、泥炭土壌など様々な種類の土壌において微生物コントロールによる透水性制御法を検討した。平成12年度においては、現地フィールドにおける測定、室内カラム実験計測、理論の構築を平行して行った。現場測定では、北海道美唄ミズゴケ湿原において微生物の活動を見るべく各種測定を行った結果、土中にメタンガスが多量に発生し蓄積されていることが分かった。メタン生成菌活動の結果として発生するこのメタンガスは、透水性低下に大きな影響を与えることが知られているが、現場においてこの現象が確認されたことは注目すべき事実である。さらに、蓄積されたメタンガスは、地下水位低下に伴って大気中へ放出されることによる環境問題を引き起こすことも考えられるため、地下水面下におけるメタンガス発生の室内ミズゴケカラム実験を行った。その結果、カラム中の水面下5cmでの酸化還元電位が実験開始後6日目でマイナス150mV以下に低下すること、その結果多量のメタンガスが気泡状に発生すること、しかも、地下水面を10cm低下させると、大気中に多量のメタンガスを放出することなどが確認された。本実験結果の重要性に鑑み、現在、有名国際誌などへの論文投稿を準備中である。理論の構築については、ガラス粒子を用いた微生物増殖による透水係数低下の実験結果を解析し、粒径の違いが微生物増殖とコロニー剥離現象に影響することを突き止め、これを非相似土壌(NSMC)モデルを用いて数学的に説明することに成功したので、Water Resources Research誌に投稿したところ受理され、現在印刷中である。
中間径フィラメント捕縛による転写制御の定量的解析

組織や発生段階によって異なる中間径フィラメント(IF)が発現するため、IFは細胞種判定のマーカーとして用いられるが、そのIFこそが細胞種を決定する上流の因子である可能性がある。IFは特定の転写因子やヒストン修飾酵素を核外でトラップし、遺伝子の発現を促進・抑制することで、細胞機能を規定する。この仮説を立証するために本研究では、ビメンチン繊維に捕縛される転写抑制因子を標的として、申請者が独自に開発してきたナノニードルと原子間力顕微鏡を用いて、細胞内の捕縛分子と自由分子の存在量を決定するセンシング手法を開発し、IFによる転写制御機構を解明することを目指す。
次期学習指導要領の情報科での演習と教員養成

現行の学習指導要領は2003年度に施行され、高等学校に初めて情報科が導入された。これにより専門的および系統的に「情報」を扱う学習が高等学校で始まり、具体的には3種類の科目が用意された。次期学習指導要領は2009年2月に告示され、2013年度から実施されることになっている。本研究では、次期学習指導要領における情報科の授業で活用できる生徒用演習と、それらを実践できる新しい情報科の教員養成について考察した。まず、戦後の学習指導要領で情報教育がどのように扱われてきたかを調査した。合わせて、情報科教科書の変遷も考察した。次期学習指導要領では、これまでにはなかった「メディア」が明示した形で取り上げられている。また、「問題解決」の分野においても、これまでは与えられた問題をさまざまな手法で解決するだけであったが、次期学習指導要領では問題そのものを設定する能力まで要求するなど、より高度な内容となっている。そこで、メディアを分析する能力である、メディアリテラシーの積極的な導入をどのように情報科の授業で行ったらよいかを考察し、勤務校でのこれまでの実践などを参考にして、生徒ができる演習としてまとめた。具体的には、紙媒体の新聞や雑誌分析から始まる簡単な雑誌つくり、さらに、テレビCM分析などを通して、最後には動画編集まで行う実習である。また、問題の分析や解決方法に関しては「統計的手法」が有効であるが、それを数学科とは違う切り口で、情報科教材として実践してきたので、次期の学習指導要領のもとでの活用として、それをまとめた。そこでは情報機器を積極的に活用して、生徒に統計処理をさせている。さらに、現在、大学で行われている情報科教員の養成に関する問題点、たとえば文理融合・複合領域である情報科の教授内容を、理系または文系の学部学科でどのように扱えるのかなどを考察し、提言をまとめた。
大脳皮質ドーパミン入力の系統的解析

霊長類大脳皮質へのドーパミン入力が、限局性であるのか、び慢性であるのかを検討するため、ニホンザル(macaca fuscata)を深麻酔下に潅流固定を行い、ドーパミンに対する特異的モノクロナール抗体(Geffard)で染色した。その結果、サル大脳皮質におけるドーパミン免疫陽性終末は下等哺乳類と異なり、全領域に広く存在することが明らかとなった。しかし終末の密度は領域による違いがあり、一般に無顆粒型の皮質に多く、顆粒型の皮質には少ない傾向を示した。前者では2層性の、後者では1層性の入力分布であり、両者とも表層の入力は第1層全体と第2層の一部にみられた。それに対して無顆粒型皮質における深層の入力は第5、6層から第3層まで同一領野内でも変化した。もっとも濃密な入力を受けるのは前帯状皮質の分野24であった。電子顕微鏡での観察によると、小型終末線維の多くは樹状突起棘に終る神経終末集団に進入し、他の神経回路が作る軸索-棘シナプスの側面に接触するいわゆる3シナプス複合(triad of synaptic complex)を作るものや、より複雑に接触をくり返すもの、逆に単に通過するだけにみえるものなど種々の小型終末(直径12μm)を形成した。いずれの場合にもシナプス特殊構造は少なく、非対称型シナプスは全体の17%であった。その他に非常に大型の終末(直径7μm程度)でシナプスをほぼ作らないものがみられた。サルの大脳皮質では全領域に2層性の受容体分布が報告されている。顆粒型皮質で1層性のドーパミン入力がみられたこと、非対称シナプスが少ないこと、非常に大型の終末が存在することなどの所見は、ドーパミンの液性伝達機構の存在を支持するものである。また多くのドーパミン終末は皮質錐体細胞の樹状突起への入力を調節すると考えられる。
語用論の観点からみた英語語彙指導法の研究

本課題研究においては、動画・音声・文字を組み合わせた立体的な形で語の使い方をい提示する「マルチメディア・ディクショナリー」の原型を作成し、それを用いた効果的な語彙指導法について検討した。特にコンピュータに取り込んだ動画用例は検索と繰り返しが容易なことから、最小単位の暗誦・模倣のモデルとして位置づけることができるため、語と共にそれが使われる文脈・話者の音調・表情・動作などを丸ごと記憶にとどめることを通じて「語用能力」を高める学習法として提案するに至った。本研究において収集を続けている動画用例は、最近特に語用論の成果を積極的に取り入れている学習辞典の記述を裏付ける意味において有効である。さらに文字では説明し尽くせない言語使用の実態を示す上で、非常に有用であることを辞書との比較を通じて明らかにすることができた。また、マルチメディア・ディクショナリーの素材として映画を選んだことで、授業実践において学習者の興味を喚起するものであった。研究の成果は論文、研究発表、講演の形で公表することができたが、何より日々の授業に直結したものであったことは有意義であり、動画データは今なおコンピュータのハードディスクに蓄積され続けている。今後の課題は、マルチメディア・ディクショナリーの用例検索方法を改善し、学習者の目的に応じた使い方のできる学習ツールとして発展させることである。そのためにはニーズに応じた用例収集と学習効果の検証を繰り返し、さらなる研究が必要と考えられる。
新しい環境評価システムを導入した環境学習プログラムの開発

昨年度から継続して行われたタニシの生殖腺分化に関する研究により、以下のことが明らかになった。(1)休耕田に生息するタニシ集団では、慣行田に比べて著しく個体密度が高くなり、精巣発達の抑制、雌の育児嚢内における発生個体数の減少や不妊個体の増加が起こる。(2)雄の右触角の鈎状化は、活発な精子形成にともなって起こる二次性徴である。(3)内分泌撹乱作用をもつ除草剤アトラジンが精巣発達の異常を誘発し、触角の鈎状化を障害する。さらに本年度では、タニシ類を教材に用いた環境学習プログラムの開発を試みた。小学校では,子どもたちが水田と直接触れ合う体験を通して,自然に対する感性を高め,人間と自然との共生について考えることができるようになることを目標とし,子どもが意欲的に自然に向き合うことができるように、水田に棲息する生き物観察には生き物カードの作成という活動を導入した。また,タニシ類の観察では、生き物を多角的に調べるための技能や態度を身につけるために外観の観察や育児嚢及びその中の胚の観察を導入した。タニシ類は昆虫等に比べると外見的には子どもたちの興味を引くことが難しいという課題はあるが、子どもたちにとってはその内部構造が殻で覆われており、育児嚢や精巣といった未知な部分も多く、興味をもって観察・実験に取り組める。最後に、タニシを中心とした水田に棲息する生き物と人の働きの概念地図を作成し、生物の種間関係を見ていくことで自然のつながりについて考えるようにした。しかし,今回作成した小学校向けのプログラムには自然を評価するための活動が導入されていないため、子どもたちに環境問題の解決に向けた行動を促すことが難しい。今後は、タニシが生息している水田と生息していない水田の環境を比較し、タニシの生息に影響する環境要因について考える学習活動を取り入れる。中学校においては、四季を通して育児嚢内の発生個体の発達段階を観察し、生殖と季節の関係について考える学習活動を行う。高校では、組織標本の観察により精巣の発達と触角の鈎状化の関係について学習し、実態調査によって性比を把握する活動をプログラムに取り入れた。今後は本プログラムを活用した教育実践の結果を参考にして,本プログラムの内容を改善させていく必要がある。本年度は、島根県東部におけるオオタニシの実態調査により、性比が著しく雌に偏っていることが示された松江市郊外の休耕田(地点SJ-K)に棲息する集団について、性比の偏りの原因を追及するための発生学的研究と土壌調査を行う一方、マルタニシの生殖分化に及ぼす除草剤アトラジンの影響を調べるための暴露実験を行った。その結果、地点SJ-Kでは、触角の形態によって雌と判定した56個体のうち12個体に精巣がみられ、中には精細管が萎縮しているものもあった。また、地点SJ-Kの集団では、雌の不妊個体の増加や育児嚢内における発生個体数の著しい減少など、明らかな繁殖能の低下が認められた。触角の形態によって雌雄判別した性比の調査で、地点SJ-Kの集団における性比が著しく雌に偏った理由は,何らかの原因によって生殖腺の発達抑制や右触角の雄性変化が抑制されたためと考えられる。その原因について土壌調査を行ったが、重金属の含有量に異常はみられなかった。今後は、ホルモン作用物質について外因性と内因性の両面から検討する必要がある。一方、アトラジンの暴露実験では、タニシ幼貝を触角の雄性分化が始まるまで室内で飼育することが困難なため、当初の目的である触角の雄性分化に及ぼすアトラジンの影響については、確認できなかった。しかし、アトラジン濃度40ppbに暴露されながら生殖腺分化が起こる段階まで発育した雄個体では、明らかな精巣の発達異常が認められた。これらのことから、タニシの生殖腺分化は内分泌撹乱物質によって障害されることが示された。これまでの研究により、タニシ類では触角の形態によって容易に雌雄を判定するによって、環境が生物個体の発達に及ぼす影響を知り、タニシが生息する環境について評価するシステムを確立するための基礎的データーを得ることができた。

最後に、タニシを中心とした水田に棲息する生き物と人の働きの概念地図を作成し、生物の種間関係を見ていくことで自然のつながりについて考えるようにした。しかし,今回作成した小学校向けのプログラムには自然を評価するための活動が導入されていないため、子どもたちに環境問題の解決に向けた行動を促すことが難しい。今後は、タニシが生息している水田と生息していない水田の環境を比較し、タニシの生息に影響する環境要因について考える学習活動を取り入れる。中学校においては、四季を通して育児嚢内の発生個体の発達段階を観察し、生殖と季節の関係について考える学習活動を行う。高校では、組織標本の観察により精巣の発達と触角の鈎状化の関係について学習し、実態調査によって性比を把握する活動をプログラムに取り入れた。今後は本プログラムを活用した教育実践の結果を参考にして,本プログラムの内容を改善させていく必要がある。
心拍動下ロボティック心房中隔欠損閉鎖術用左心系シーリングデバイスの開発

人工心肺を用いない超低襲心拍動下心房中隔欠損閉鎖術開発のため、全身麻酔下にブタ(体重2030kg)を胸骨正中切開に上下大静脈脱血および冠静脈洞脱血管を挿入し、肺動脈送血管へ直結した完全右心バイパス(一時的フォンタン循環)の妥当性を評価した。右心房切開を置いたこの循環モデルにおいて、通常の心房中隔欠損閉鎖に要する30分の3倍にあたる1時間30分にわたりバイパス循環を維持した。この間、体血圧は正常範囲下限、中心静脈圧は正常範囲上限に維持され、循環開始後30分、60分、90分の時点で測定した、血中乳酸値は軽度上昇、酸素分圧、二酸化炭素分圧は正常範囲に維持されていた。また尿量は経時的に減少傾向にあったが無尿とはならなかった。また右心バイパス終了この採血で凝固系、肝機能異常は無く、妥当な循環動態が維持可能であるとの結論をえた。この結果、臨床における心拍動下心房中隔欠損閉鎖術の間、一時的にフォンタン状態(完全右心バイパス)としても循環が維持される可能性を示唆している。第二段階として左心系シーリングデバイスの評価を行った。これは左心系が閉鎖腔となっていれば、人工心肺下で大動脈遮断を行わず心拍動下で右心系心内操作は可能であることを根拠に心房中隔欠損症の場合、欠損孔を一時的に閉鎖し縫合閉鎖の手術操作が可能となるデバイスを開発することにより心拍動下心房中隔欠損閉鎖術が可能となるという仮説に基づくものである。、前段階の実験と同様の右心バイパスした右房切開をおき、人工的に卵円窩に欠損孔を作成し、今回開発いsた新開発のデバイスにより閉塞の達成度、循環動態の状態、左心系への空気の混入の程度を検討した。この新開発カテーテルを用いて、閉塞の達成度は冠静脈洞にタバコをかけて逆行性冠環流用カテーテルにより静脈血を除去した上で欠損孔辺縁の露出を画像処理により定量的に評価し、右心房内、および欠損孔周辺の血液に該当する画素は極めて少なく、人工心肺手術と同等の手術野を達成した。また左心系への空気の混入に関して術中大動脈表面エコー持続録画により定量評価した。閉鎖術中も大動脈内の気泡エコー像は極めて少なく臨床応用が可能となる可能性が示唆された。これらによりこの方法により豚を用いた実験系において人工心肺を用いない超低侵襲心拍動下心房中隔欠損閉鎖術が可能であった。まず左心シーリングディバイスの開発を行った。初期にはアンブレラ型シーリングバルーンと固定用可動性ハブを持つ圧迫式シーリングディバイスを試作したが,バルーン成形が極めて困難であるとともにハブとパルーンで挟む事による固定では不安定である事と縫合が煩雑になる事が判明した。そこで改良型としてバルーンおよび軟性隔壁膜による左房内フローティングによるシーリングディバイスを作成した。この改良型は良好にブタ死体心モデルで機能したので生体内実験へと移行した。人工心肺を用いない心房中隔欠損閉鎖術施行のためにブタを用いた右心バイパス実験を生体での第一段階として行った。全身麻酔下,胸骨正中切開にて上下大静脈カニュレーションを行い,静脈還流血を人工心肺または遠心ポンプなどを一切用いず,直接肺動脈に還流させた。この一時的フォンタン手術回路とも呼べる血行動態によって,右房右室は完全に静脈還流血をバイパスさせて状態においても,左心系はそのポンプ能を代償可能な範囲で維持でき,現段階で30分以上の体循環の維持が可能となっている。今後,右心バイパス下での循環動態を肺動脈圧,上下大静脈圧,動脈圧,血液ガス分析,尿量などを用いて詳細に検討し,臨床での手術に応用可能な循環動態の維持の可否を詳細に評価する。さらに右心バイパスによる循環動態の維持が可能であったので,第二段階として,この状態のもとで右房切開を行い,冠静脈洞に逆行性冠環流カニューレを挿入,右心バイパスへ接続して右房および心房中隔の無血術野を達成した。この状態で開存している卵円孔に左心シーリングディバイスを挿入した。これにより卵円孔の縫合閉鎖に成功した。オフポンプ,心拍動下での成功は極めて大きな進展であり今後デバイスおよびバイパスの改良開発を継続して安定した手技を確立の上,成果を発表するよていである。

この結果、臨床における心拍動下心房中隔欠損閉鎖術の間、一時的にフォンタン状態(完全右心バイパス)としても循環が維持される可能性を示唆している。第二段階として左心系シーリングデバイスの評価を行った。これは左心系が閉鎖腔となっていれば、人工心肺下で大動脈遮断を行わず心拍動下で右心系心内操作は可能であることを根拠に心房中隔欠損症の場合、欠損孔を一時的に閉鎖し縫合閉鎖の手術操作が可能となるデバイスを開発することにより心拍動下心房中隔欠損閉鎖術が可能となるという仮説に基づくものである。、前段階の実験と同様の右心バイパスした右房切開をおき、人工的に卵円窩に欠損孔を作成し、今回開発いsた新開発のデバイスにより閉塞の達成度、循環動態の状態、左心系への空気の混入の程度を検討した。この新開発カテーテルを用いて、閉塞の達成度は冠静脈洞にタバコをかけて逆行性冠環流用カテーテルにより静脈血を除去した上で欠損孔辺縁の露出を画像処理により定量的に評価し、右心房内、および欠損孔周辺の血液に該当する画素は極めて少なく、人工心肺手術と同等の手術野を達成した。また左心系への空気の混入に関して術中大動脈表面エコー持続録画により定量評価した。閉鎖術中も大動脈内の気泡エコー像は極めて少なく臨床応用が可能となる可能性が示唆された。これらによりこの方法により豚を用いた実験系において人工心肺を用いない超低侵襲心拍動下心房中隔欠損閉鎖術が可能であった。