hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
力学刺激に対する生体骨の構造要素形成プロセス

本研究では,骨リモデリング現象が本来有する階層性に着目しており,特に,海綿骨骨梁における細胞の生物学的応答から構造形成に至るプロセスについて,直接的な解明を試みるものである.本年度では,骨の構造要素形成における力学刺激および細胞レベルの生物学的応答の役割,ならびにミクロな構造要素形成からマクロな骨構造形成に至るメカニズムについて,計算機シミュレーションを用いて,以下の検討を行った.1.骨リモデリングモデルに含まれるモデルパラメータの特性を明らかにすることにより,骨梁構造変化における生物学的プロセスの役割について検討した.その結果,力学刺激の大きさや,それに対する細胞の応答特性が変化することにより,リモデリングによる骨梁構造変化は,生理学的な範囲から病理学的な範囲に至るまで,様々なものとなる可能性が示された.2.上記1.の特性を有する骨梁リモデリングがもたらすマクロな海綿骨構造の形成プロセスについて定量的に検討するため,骨梁構造変化のリモデリングシミュレーションを行い,形態特徴を表すファブリックテンソルと力学特性を表す弾性係数テンソルの時間変化を明らかとした.2つのテンソルの主方向と主値の大きさは,リモデリングにおいて,高い相関を保ちながら変化し,三次元的な異方性が重要であることが示された.3.実際の骨組織の構造を詳細に再現するため,数億要素レベルの大規模計算手法を援用し,個々の骨梁構造変化を直接表現したリモデリングシミュレーションを,数10cmオーダーの骨構造全体に対して拡張出来ることを示し,その有効性を確認した.本研究では,骨リモデリング現象が本来有する階層性に着目しており,特に,海綿骨骨梁における細胞の生物学的応答から構造形成に至るプロセスについて,直接的な解明を試みるものである.本年度は,骨の構造要素形成と力学刺激との関連について以下の検討を行った.まず,骨梁個々の力学特性と,骨梁の力学環境との関連を探るため,牛尾椎体海綿骨の骨梁の微小三点曲げ試験を行った.その結果,骨梁の力学環境は骨梁の力学特性に大きな影響を与えず,骨梁の構造特性のみが影響を受ける可能性が示唆された.次に,海綿骨の骨梁構造について,X線マイクロCTを用いて,その複雑な形態特徴を詳細にモデル化した.ここでは,CTから得られる画像データから,直接的かつ容易に,骨梁構造を詳細に表現したイメージベーストvoxelモデルを作成した.このモデルを用いた大規模有限要素シミュレーションを行い,正常な状態の骨における力学環境と骨構造変化との関連を骨梁構造レベルで明らかとした.さらに,ラット海綿骨に挿入したスクリューが,近傍の骨梁構造に与える力学的影響について検討した.その結果,スクリュー近傍における骨梁の力学環境について,同手法による評価が可能となることが示唆された.一方,これらシミュレーションの高精度化を目的として,voxelモデルに特化した大規模並列有限要素解析手法の提案を行い,そのPCクラスターシステムにおける有効性を示した.以上の結果から,リモデリングにおける重要な力学刺激パラメータが明らかとなり,今後予定される力学刺激負荷による骨形成の実験モデル構築において,有用な指針を得た.本研究では、骨リモデリング現象が本来有する階層性に着目しており、特に、海綿骨骨梁における細胞の生物学的応答から構造形成に至るプロセスについて、直接的な解明を試みるものである。本年度は、前年度に引き続き、骨の構造要素形成と力学刺激との関連について以下の検討を行った。まず、X線マイクロCTを用いて海綿骨の骨梁構造データを取得し、骨梁表面における各種の力学刺激量の分布について求めた。その結果、積分形で評価される力学量の方が、局所的に評価される力学量より、リモデリングの刺激量として、より適切である可能性が示された。特に、力学量の大きさと局所的な空間勾配とが、それぞれ、骨形成において重要な役割を早たすものと示唆された。このような積分形の力学的刺激によって得られる骨梁リモデリングと、よりマクロな海綿骨構造の形成との関連について、異方性を考慮して、ファブリックテンソルと弾性係数テンソルとの関連を明かとした。さらに、これらの関係が、スクリュー近傍における骨リモデリングにおいても成り立つ可能性を示した。このように、積分形で表現される力学刺激量が、実際に観察されるマクロな現象を表現することが分かった。以上より、積分形で表現される力学刺激量に着目することで、ミクロからマクロに至る骨の形成プロセスをコントロール出来る可能性が示された。これらの結果は、計算機シミュレーションと実験系とを相補的に用いて、骨の微視的な構造形成プロセスを明らかにする上で、重要な情報になると考えられる。本研究では,骨リモデリング現象が本来有する階層性に着目しており,特に,海綿骨骨梁における細胞の生物学的応答から構造形成に至るプロセスについて,直接的な解明を試みるものである.本年度では,骨の構造要素形成における力学刺激および細胞レベルの生物学的応答の役割,ならびにミクロな構造要素形成からマクロな骨構造形成に至るメカニズムについて,計算機シミュレーションを用いて,以下の検討を行った.1.骨リモデリングモデルに含まれるモデルパラメータの特性を明らかにすることにより,骨梁構造変化における生物学的プロセスの役割について検討した.その結果,力学刺激の大きさや,それに対する細胞の応答特性が変化することにより,リモデリングによる骨梁構造変化は,生理学的な範囲から病理学的な範囲に至るまで,様々なものとなる可能性が示された.2.上記1.の特性を有する骨梁リモデリングがもたらす

マクロな海綿骨構造の形成プロセスについて定量的に検討するため,骨梁構造変化のリモデリングシミュレーションを行い,形態特徴を表すファブリックテンソルと力学特性を表す弾性係数テンソルの時間変化を明らかとした.2つのテンソルの主方向と主値の大きさは,リモデリングにおいて,高い相関を保ちながら変化し,三次元的な異方性が重要であることが示された.3.実際の骨組織の構造を詳細に再現するため,数億要素レベルの大規模計算手法を援用し,個々の骨梁構造変化を直接表現したリモデリングシミュレーションを,数10cmオーダーの骨構造全体に対して拡張出来ることを示し,その有効性を確認した.
界面接触・弱接合効果による非線形超音波特性の定量評価と微視力学的・波動論的解析

接触・弱接合界面が呈する非線形超音波特性を定量評価するとともに,微視力学的・波動論的解析を行うことにより理論的裏付けを与え,超音波によるこれら界面のモニタリング,非破壊評価の高度化に資することを目的として研究を行った.まず,非線形界面モデルに基づく非線形超音波効果による高調波発生の摂動解析をより厳密に再定式化し,圧力-空隙幅関係の非線形性と二次高調波振幅の関係を明らかにした.また,レーザドップラー振動計を用いた表面振動速度計測により,圧電探触子の出力電圧振幅を変位振幅に換算し,あわせて受信感度の周波数特性を補正する方法を構築した.これにより,大振幅バースト波を入射した際の接触面における高調波発生特性の定量的評価を行った結果,理論解析から予測される二次高調波/基本波振幅比に対してはじめて実験データとの定量的な比較検討が可能となった.一方,バルク波反射率および界面波速度から得られた接触面剛性の周波数依存性について,接触界面における剛性の空間的不均一性,および粘性的損失という観点から検討を加えた.さらに,固体との接触界面を有する薄板におけるラム波伝搬挙動の非線形特性を調べるための基礎的検討として,固体ブロックとの接触圧力を変化させながらバースト波を斜角入射して板材にラム波を伝搬させ,レーザドップラー振動計で測定した振動速度波形に含まれる二次および三次の高調波振幅を調べた.その結果,上下面で固体ブロックと接触した板材では,三次高調波の発生が顕著に見られることが明らかとなった.以上の成果は,バルク波(縦波・横波)のほか表面波やラム波などのガイド波を含めて,非線形超音波特性に基づく界面健全性の非破壊評価手法を構築するうえで有効な知見と考えられる.接触・弱接合界面が呈する非線形超音波特性を定量評価するとともに,微視力学的・波動論的解析を行うことにより理論的裏付けを与え,超音波によるこれら界面のモニタリング,非破壊評価の高度化に資することを目的として研究を行った.まず,非線形界面モデルに基づく非線形超音波効果による高調波発生の摂動解析をより厳密に再定式化し,圧力-空隙幅関係の非線形性と二次高調波振幅の関係を明らかにした.また,レーザドップラー振動計を用いた表面振動速度計測により,圧電探触子の出力電圧振幅を変位振幅に換算し,あわせて受信感度の周波数特性を補正する方法を構築した.これにより,大振幅バースト波を入射した際の接触面における高調波発生特性の定量的評価を行った結果,理論解析から予測される二次高調波/基本波振幅比に対してはじめて実験データとの定量的な比較検討が可能となった.一方,バルク波反射率および界面波速度から得られた接触面剛性の周波数依存性について,接触界面における剛性の空間的不均一性,および粘性的損失という観点から検討を加えた.さらに,固体との接触界面を有する薄板におけるラム波伝搬挙動の非線形特性を調べるための基礎的検討として,固体ブロックとの接触圧力を変化させながらバースト波を斜角入射して板材にラム波を伝搬させ,レーザドップラー振動計で測定した振動速度波形に含まれる二次および三次の高調波振幅を調べた.その結果,上下面で固体ブロックと接触した板材では,三次高調波の発生が顕著に見られることが明らかとなった.以上の成果は,バルク波(縦波・横波)のほか表面波やラム波などのガイド波を含めて,非線形超音波特性に基づく界面健全性の非破壊評価手法を構築するうえで有効な知見と考えられる.界面接触・弱接合効果による非線形超音波特性の定量評価のためには、接触面や弱接合面に入射する超音波振動の変位を定量化できることが重要である。そこで、今年度は、レーザドップラ振動計を導入することにより、超音波の変位振幅を定量測定する測定手法の構築を行った。すなわち、現有の超音波バースト波送信システムによりアルミニウムブロックに縦波バースト波を送信した際の透過波を、圧電トランスデューサによって電気信号に変換して収録するのではなく、レーザドップラ振動計により振動速度に既知の係数で比例した電圧信号として収録し、それを速度に換算することにより、その積分波形として変位の絶対量を評価することを可能とした。これにより、入射波振幅が大きいほど顕著に発現する非線形超音波効果をより定量的に議論することを可能とした。結果として、所有する送信システムでは、例えば周波数2.25MHzでは数nmから十数nmの範囲の振幅の超音波をアルミニウムブロック接触面に入射できることが明らかとなった。また、導入したレーザドップラ振動形を用いて、一方向強化C/Cコンポジットや組物複合材料など複雑な強化形態を有する複合材料における表面波伝搬挙動を計測し、伝搬挙動に及ぼす微視構造の影響を明らかにした。一方、理論解析では、固体接触面における分布突起の変形により決まる非線形力学特性のモデル化について検討し、非線形圧力-空隙幅関係に基づいて接触圧力依存型接触面剛性モデルを定式化し、非線形超音波効果のひとつである高調波発生特性を解析し、摂動法による近似解を導いた。各種機械システムにおける接触・接合部、エネルギー機器構造物に生じる部分接触き裂、複合材料構造で生じる界面損傷・はく離など、接触界面や弱接合部が呈する非線形超音波特性を定量評価するとともに、これに理論的裏づけを与えることによって非破壊評価の高度化に資することを目的として研究を行った。平成20年度の成果は次の2点にまとめられる。

(1)レーザドップラー振動計測との対比によって圧電探触子の出力感度における周波数特性を補正することにより、固体接触面へのバースト波垂直入射で発生した二次高調波と基本波の振幅比を定量的に求め、その接触圧力依存性、入射波振幅依存性を明らかにした。また、同じ接触面に対するパルス反射率計測から接触面剛性の非線形性を同定し、そこから非線形界面モデルに基づいて導出した摂動解析結果を用いて計算した二次高調波/基本波振幅比と上記実験結果を比較し、結果の妥当性を示した。これにより、非線形界面モデルに基づいて接触界面の非線形超音波特性を理解することができることを明らかにした。(2)アルミニウムブロックで挟み込んで加圧接触させたアルミニウム板にラム波バースト波を伝搬させ、レーザドップラー振動計により伝搬波形を計測し、固体接触によるラム波伝搬の線形および非線形特性を実験的に調べた。この結果、伝搬波形の基本波成分は接触圧力の増加とともに減少すること、固体ブロックとの接触部を透過したラム波には2次、3次の高調波成分が含まれ、接触圧力とともに顕著に変化することを見出した。これにより、バルク波だけでなく、ラム波などガイド波の非線形特性に着目した接触状態評価の可能性が示された。
析出誘起再結晶-新規な再結晶現象の解明と集合組織制御への応用-

析出誘起再結晶粒の成長に及ぼす初期フェライト粒界およびマルテンサイト組織の影響を調べ,5度以上の方位差を有する境界ではΣ9関係が失われることから再結晶粒が新たに生成することを明らかにした.また,Niを添加してオーステナイトを安定化させた高Cr合金でも析出誘起再結晶が発現することを初めて見出し,本現象が多量の析出物が生成する系で一般的に起こりうる現象であることを明確に示した.析出誘起再結晶粒の成長に及ぼす初期フェライト粒界およびマルテンサイト組織の影響を調べ,5度以上の方位差を有する境界ではΣ9関係が失われることから再結晶粒が新たに生成することを明らかにした.また,Niを添加してオーステナイトを安定化させた高Cr合金でも析出誘起再結晶が発現することを初めて見出し,本現象が多量の析出物が生成する系で一般的に起こりうる現象であることを明確に示した.19年度は(1)析出誘起再結晶組織形成に及ぼす初期組織形態の影響,(2)析出誘起再結晶集合組織に及ぼす第二相の影響の2点の解明を目指した.(1)を明らかにするため,細粒フェライト(α)組織および冷間加工したFe-18mass%Cr合金を843Kで窒化し,電顕による窒化層の組織観察および電子線後方散乱回折を用いた方位測定を行った.その結果,いずれの試料でも窒化層は元のα粒と異なる結晶方位を持つ新たなα粒とCrNからなるラメラ組織から構成され,元のα粒と新たに生成したα粒との間にはΣ9の対応格子関係があることが明らかとなった.新たに生成したα粒の成長は窒化前に存在したα粒界で止まり,前方にあるα粒とΣ9関係を持つ別のα粒が新たに核生成する.冷間加工材では5°以上のサブグレイン境界でもα粒の成長が抑制され,窒化層中のα粒径は著しく微細化される.このようなα成長の抑制効果はΣ9対応格子粒界に許容されるずれ角よりも大きな方位差の粒界について発現するという重要な知見を得た.(2)Fe-10CrおよびFe-10Cr-0.2C合金を焼入れしてマルテンサイト組織とした試料を843Kで種々の時間窒化処理した場合の組織変化を調べた.Fe-10Crマルテンサイト組織の窒化でも新たなα粒が生成するが,(1)で得られた知見と同様にラスマルテンサイト組織中の5°以上の小角粒界でα粒の成長は止まり,別のα粒が核生成することが明らかとなった.一方,Fe-10Cr-0.2Cマルテンサイト組織の窒化では新たにα粒は生成せず,元のマルテンサイト基地中にセメンタイトとCrNが分散した組織を呈することを見出した.以上より,セメンタイト中にCrが濃化して母相中のCr濃度が減少することでCrN析出が抑制されるため再結晶粒の生成が起こらない可能性が示唆された.析出誘起再結晶を利用したガスーデガスプロセスによる表層の集合組織制御を目的として,平成20年度はオーステナイト系鉄合金における再結晶発現条件を調べた.オーステナイト系合金としてFe-20Cr-10Ni, Fe-(3, 10, 20)Cr-35Ni合金を用い,それぞれの合金に対し693から973Kの温度で種々の時間プラズマ窒化処理を施し,その組織を電顕および電子線後方散乱回折(EBSD)により調べた.オーステナイト系合金ではFe-20Cr-10Ni合金を943Kで, Fe-(10, 20)Cr-35Ni合金を843K以上の高温で窒化すると窒化領域にラメラ状CrNを含む新たなγ粒が生成すること,添加Cr量の少ないFe-3Cr-35Ni合金ではいずれの窒化温度でも噺たなオーステナイト粒は生成しないことを見出した.これら新たに生成したオーステナイト粒はフェライト系合金と異なり元のオーステナイト粒と<100>γを共有し1040°の方位差を持つことが明らかとなった.Fe-35Ni合金ではオーステナイトが安定化されており,新たなオーステナイト粒の生成にγ→α→γという相変態が関わる可能性がないことから,オーステナイト系ステンレス鋼の窒化においてもCrN析出に伴う歪に誘起されてオーステナイトの再結晶が起こると結論した.一方,これまでのフェライト系ステンレス鋼の窒化挙動とは異なりより低温では新たなオーステナイト粒の生成は見られない.また,オーステナイト系合金の一部窒化条件では,窒化中にオーステナイトに比べ窒素拡散係数が大きいフェライト粒が生成するため,窒化層の成長が著しく促進される異常成長が現れるという重要な知見が得られた.H21年度は,高Cr添加鉄合金に対して,従来我々が行ってきたプラズマ窒化処理に代えてガス窒化処理を行うことで,析出誘起再結晶に及ぼす窒化ポテンシャルの影響を調べ,以下の知見を得た.973KにおいてはCr添加によって試料表面に生成する不動態膜の影響で良好な窒化反応が見られなかったため,主に1273Kにおいて実験を行った.1273Kでオーステナイトが安定なFe-10Cr合金およびフェライトが安定なFe-18Cr合金を用いてガス窒化処理により生成した窒化層の微細組織を調べたところ,Fe-10Cr合金では表面からの窒素流入に伴いオーステナイト中でCr_2NおよびCrN粒子が連続析出することが分かり,析出誘起再結晶は見られなかった.

一方,Fe-18Cr合金では窒素流入によりオーステナイトが安定となるため,窒化層先端にオーステナイト単相領域,その表面側にCr_2N+オーステナイトのラメラ組織が生成することが明らかとなった.窒素ポテンシャルを低下させると窒化層全体の厚さは減少するが,オーステナイト単相領域の厚さの減少は小さく,低ポテンシャルでは,窒化層はほぼオーステナイト単相となる.(Cr_2N+オーステナイト)ラメラ組織は,オーステナイト単相領域へ浸食しながら成長し,その境界はオーステナイトの大角粒界となっていることがEBSD測定により明らかになっている.試料表面近傍にオーステナイト粒界がすでにあるため不連続析出の核生成に析出誘起再結晶が発現していない可能性も捨てきれないが,窒素流入によるオーステナイト化後,更に窒素濃度が増加することでCr_2Nがオーステナイト中で不連続析出することが明らかとなり,窒素流入により高温で生成したオーステナイトでも析出誘起再結晶に起因する不連続再結晶が起こることが示唆されている.
せん断力のかかる変形気液界面における乱流熱輸送

本研究では,変形界面での乱流輸送,特に変形界面を通して行われる気相・液相側乱流場の相互干渉を明らかにすることを目的とする.手法としてはCIP(Cubic-Interpolated Propagation)法と有限差分法を用いた.CIP法ではセル内部を各方向に3次多項式で補間する.本研究で用いた手法は距離関数を用いるLevel Set法とCIP法を組み合わせたもので界面位置を高精度に捕らえることができる.対象とする流れ場は2次元チャネル内での完全発達波状流である.上下境界は平滑固体壁とし,主流・幅方向には周期境界条件を用いた.気液界面位置はLevel Set法により距離関数が値ゼロを取る面として定義され,毎時刻更新される.表面張力については界面形状から界面法線・接線ベクトルおよび界面曲率を計算し,それらを用いて算出した表面張力を各セルに対する体積力として導入した.表面張力の表面垂直方向成分および接線方向成分(マランゴニ力)のモデル化の効果を見るために2次元および3次元の場合での温度勾配壁面上での液滴移動現象の計算も行い,表面張力の影響を体積力として取り扱うことの適切さを確認した.本研究の計算手法では気液界面を内部境界として扱えるので計算負荷は比較的軽いが,気液界面位置を精度良く再現するためには十分な格子数が必要となり,記憶容量・計算負荷ともに高くなる.そこでMPI(Message Passing Interface)を用いて領域分割法によるプログラムの並列化を行い,分散処理することで計算負荷軽減を行った.2次元チャネル流れの場合の計算結果では,表面張力によって界面変形が抑制される様子および気相側界面せん断力によって界面波が3次元的に発達する様子が再現された.本研究では,変形界面での乱流輸送,特に変形界面を通して行われる気相・液相側乱流場の相互干渉を明らかにすることを目的とする.手法としては,CIP(Cubic-Interpolated Propagation)法による有限差分法を用いたラージエディシミュレーション(LES)および直接計算(DNS)を用いる.CIP法ではセル内部を各方向に3次多項式で補間することで界面位置を密度変化として高精度に捕らえることができる.本研究により,従来計測がほとんど不可能であった移動する変形界面近傍での乱流構造が明らかとなり,そこでの乱流輸送のモデル化および定量的把握に不可欠な詳細な情報が得られる.今年度は計算領域内部に変形した気液界面を含む大規模な系を扱うために,プログラムの手直しを行った.先ず,CIP法については,移動界面の補足性能を調べるために2次元スロッシング問題用コードを作成し,気液密度比833(水/空気)での界面形状の捕捉,体積保存,表面張力の体積力としての導入についての検討・改善を行った.次に,3次元乱流解析用プログラムにCIP法を導入した.さらに,高精度での気液界面位置表現およびDNSでは格子点数が非常に大きくなるので,メモリおよび計算時間の制約を軽減するために3次元乱流解析用CIP法プログラムをMPIを用いて並列化した.並列化したプログラムで,管内流のLESを行い,CIP法および並列化の健全性の確認を行った.今後,内部界面を含む系を3次元で解析する予定である.本研究では,変形界面での乱流輸送,特に変形界面を通して行われる気相・液相側乱流場の相互干渉を明らかにすることを目的とする.手法としてはCIP(Cubic-Interpolated Propagation)法と有限差分法を用いた.CIP法ではセル内部を各方向に3次多項式で補間する.本研究で用いた手法は距離関数を用いるLevel Set法とCIP法を組み合わせたもので界面位置を高精度に捕らえることができる.対象とする流れ場は2次元チャネル内での完全発達波状流である.上下境界は平滑固体壁とし,主流・幅方向には周期境界条件を用いた.気液界面位置はLevel Set法により距離関数が値ゼロを取る面として定義され,毎時刻更新される.表面張力については界面形状から界面法線・接線ベクトルおよび界面曲率を計算し,それらを用いて算出した表面張力を各セルに対する体積力として導入した.表面張力の表面垂直方向成分および接線方向成分(マランゴニ力)のモデル化の効果を見るために2次元および3次元の場合での温度勾配壁面上での液滴移動現象の計算も行い,表面張力の影響を体積力として取り扱うことの適切さを確認した.本研究の計算手法では気液界面を内部境界として扱えるので計算負荷は比較的軽いが,気液界面位置を精度良く再現するためには十分な格子数が必要となり,記憶容量・計算負荷ともに高くなる.そこでMPI(Message Passing Interface)を用いて領域分割法によるプログラムの並列化を行い,分散処理することで計算負荷軽減を行った.2次元チャネル流れの場合の計算結果では,表面張力によって界面変形が抑制される様子および気相側界面せん断力によって界面波が3次元的に発達する様子が再現された.
成人間生体肝移植の適応拡大に関する研究(副題:脂肪肝移植後の移植片機能不全の病態と予防法に関する研究)

脂肪肝温阻血再灌流障害の病態を明らかにすることを目的として実験を行った。1コリン欠乏食による脂肪肝モデルの作製SDラットにコリン欠乏食を7-42日間投与して脂肪肝モデルを作製し、肝凍結乾燥標本中脂質抽出検体について、酵素法による脂肪分画測定ならびにガスクロマトグラフィー法による全脂質脂肪酸分画測定を行った。一方、これらの肝組織をHE染色し、脂肪肝程度の評価を行った。肝中性脂肪分画は次第に増加し、14日以降定常状態となった。リン脂質およびコレステロール分画には変化は見られなかった。また増加する脂肪酸分画はパルミチン酸とオレイン酸であり、ヒトと同様であった。形態学的観察は顕微鏡像をテレビカメラシステムからPower Macintosh 7100/80AVに取込み脂肪肝保有肝細胞比率を測定したところ、コリン欠乏食投与21日間で75.9±5.3%であった。2脂肪肝に対する温阻血再灌流障害の病態に関する実験1で作製した脂肪肝モデルに肝部分温阻血操作を加え、再灌流後の肝類洞血流像を顕微鏡下にテレビカメラに取込み、肝類洞微小循環を評価した。脂肪肝ではすでに類洞が狭小化し、その幅は正常の約1/2であった。温阻血後の観察では、30分、60分温阻血後血流再開と共に血球成分の狭小化した類洞への接着ならびに類洞内血栓形成が観察された。温阻血再灌流操作前後の血液凝固能検査では消費性凝固障害を呈しており、形態学的観察を裏付けた。これらにprostaglandin E1等を投与したところ微小循環の改善が確認された。3脂肪肝モデルを用いた肝移植実験1で作製した脂肪肝モデルを用いて同所性肝移植をおこなったところ、生存群では微小循環障害の程度が軽度であった。以上の研究成果は現在2篇の論文にまとめ投稿中である。
退化楕円型境界値問題に関する調和解析とウェーブレット解析

本研究では、次の3つのタイプの新しい成果を得た:(1)強擬凸領域上のベルグマン・ラプラシアンを例とするような境界で退化するある種の2階楕円形作用素Lの調和解析に関する基本的な結果を証明し、それを用いて、Lu=0の解からなるHardy空間のアトム及び拡散過程による特徴付けを得た。さらに、強擬凸領域上の解析関数からなるHardy空間に関するWojtaszczykの予想の解決も含むような結果も、応用として証明した。(2)C^nの単位球上のBMOA関数のCarleson測度と拡散過程による特徴付けを証明した。これにより、BMOA関数の確率論的取扱いが可能になった。応用として、Littlewood-Paley型の等式ならびに、BMOA関数のCarleson測度による特徴付けの確率論的な別証を与え、Garnett-Jones型の定理を単位球上の不変調和関数に対して確率論的手法で証明した。(3)複素一変数のBloch関数はFourier級数、作用素論、等角写像論において重要な役割をはたす。このBloch関数の多変数への一般化が最近、Krantz,Timoneyなどにより得られた。われわれは、多変数Bloh関数をベルグマン計量の幾何と拡散過程を用いて特徴付け、その応用として、Bloh関数のBergman-Carleson測度による特徴付けを証明し、また、境界での発散のオーダーを詳細に記述した。後者は、一変数のMakarovの定理の多変数化である。
ＩＣＧリポソームを用いた食道扁平上皮癌に対する光線力学的治療法の開発

LP-ICG-C18の添加による培養細胞への取り込みは、SCC7の場合と同様であり、TE2とT.Tnともに培養細胞への添加後24時間で細胞への取り込みが蛍光顕微鏡により確認された。取り込みのレベル(蛍光強度)は通常のICG溶液を同濃度で添加した場合と同じであった。また、培養細胞に対する毒性を細胞形態の変化とMTT assayを用いて検討を行った。ICG修飾を行っていないリポソーム(LP)やLP-ICG-C18を単純に培養細胞に添加したのみでは細胞死は惹起されず、LPやLP-ICG-C18単体での細胞障害性は否定的であった。近赤外光を照射したところ、薬剤を添加していない細胞やLPを添加した細胞には特に変化が認められず、近赤外光単体での細胞障害性やLPに対して近赤外光を照射した場合の細胞障害性も否定的であった。LP-ICG-C18を添加して近赤外光を照射しPDTを行った細胞では細胞形態の変化を認め、MTT assayによる評価でも生存細胞数の有意な減少を認めた。これらの結果により、LP-ICG-C18に修飾されているICGがPDTによる細胞障害性に関与していることが示唆され、LP-ICG-C18のヒト扁平上皮癌でのPDTの効果が確認された。
蛋白特異的PETイメージングによる神経回路破綻機序の解明

アルツハイマー病以外のタウオパチー疾患においても[18F]THK-5351の高集積がみられることがこれまでのPET研究で明らかにされてきた。そこでTHK-5351の結合標的を明らかにする目的で、[18F]THK-5351PETの生前の画像所見と病理所見との対応を検討した。[18F]THK-5351PETを実施した臨床的に進行性核上性麻痺(PSP)、進行性非流暢性失語(PNFA)と診断された患者2名において病理解剖を実施した。その結果、両症例とも病理診断はPSPであった。[18F]THK-5351局所集積量は、不溶性タウの濃度と有意な相関が見られるものの、MAO-B, GFAPとも高い相関を示すことが確認された。[18F]THK-5351PET高集積を示した淡蒼球においてオートラジオグラフィーを実施したところ、[18F]THK-5351の高集積が認められ、過剰量のMAO-Bの阻害剤存在下でこの結合が完全に置換された。以上の結果からMAO-BはTHK-5351の結合標的の一つであり、PSPにおける[18F]THK-5351集積上昇は、MAO-Bが局在するアストロサイトの増殖を反映していると考えられた。[18F]THK-5351の集積上昇は意味性認知症患者の側頭極においても観察されることから、多様な神経疾患でみられるアストログリオーシスを検出するプローブと考えられる。αシヌクレイン検出用プローブに関しては昨年度までのスクリーニングの結果に基づき、18F標識化合物を合成し、in vitroオートラジオグラフィーを実施した。その結果、レビー小体型認知症(DLB)患者の扁桃体脳切片において、高集積を示す化合物が見出された。DLBの扁桃体にはαシヌクレイン以外にタウ、アミロイドも存在していることから、その結合標的の詳細解析を進めている。本年度は、[18F]THK-5351 PETを施行したPSP患者において病理解剖を行い、[18F}THK-5351の結合標的の解明を実施した。タウPETプローブとして開発した[18F]THK-5351はMonoamine oxidase-B(MAO-B)に高い結合性を有しており、PETシグナルにおける寄与が大きいことを明らかにした。したがって、[18F]THK-5351をタウ特異的なバイオマーカーとしての利用が難しい。そこで[18F]THK-5351の結合性を改良し、タウに選択的なPETプローブの開発に着手し、8F標識化合物を用いたin vitroオートラジオグラフィーによって、タウに対して高い親和性と選択性を示す化合物が見出されている。来年度は[18F]THK-5351の構造最適化によりタウに選択的なPETを開発する。また、[18F]THK-5351のオフターゲットバインディングの反省を踏まえ、オフターゲットを見逃さないアッセイ系を構築し、それを用いてαシヌクレイン、TDP-43 PETプローブの開発を進める予定である。[18F]THK-5351のタウPETプローブとしての有用性を確認する目的で、健常人、軽度認知障害、アルツハイマー病患者の計34名を対象に、[18F]THK-5351投与後90分間の撮像を行った。AD患者ではタウ病理像の好発部位である側頭葉内側部や側頭頭頂葉皮質を中心に[18F]THK-5351の集積が上昇し、βアミロイドの沈着を示す[11C]PiBの集積分布とは異なっていた。アミロイドPET陽性のMCI症例でも[18F]THK-5351の集積が大脳皮質で観察され、その集積量は健常人とAD患者の中間的な値であった。さらに[18F]THK-5351集積量と認知症重症度との相関が観察され、タウ蛋白の蓄積がβアミロイドよりも認知機能障害に直接的な影響を及ぼしていることが示唆された。以上の所見から、[18F]THK-5351は従来のプローブよりも高いコントラストでタウ病変を描出し、タウ病理像のモニタリングに活用できることが確認された。上記臨床研究と並行して、前年度に[18F]THK-5117 PET撮像を実施した5名の健常人、5名のアルツハイマー病患者でフォローアップ検査を実施した。アルツハイマー病患者では、側頭葉におけるプローブ集積が1年間で平均7%上昇し、健常被検者(平均1%)よりもタウ病理像の進展が加速していることを確認した。またαシヌクレイン蛋白を検出するための新しいPETプローブ候補化合物の探索を行った。ライブラリー化合物のαシヌクレイン蛋白線維との結合親和性を評価した結果、Kdが30 nM以下の化合物を見出した。本化合物はレビー小体型認知症患者脳切片のレビー小体を明瞭に染色し、プローブ候補化合物の一つと考えられた。我々はタウ蛋白蓄積と神経変性、脳機能障害との関連性を明らかにするため、独自に開発したタウPETプローブ[18F]THK-5351を用いて健常高齢者や各種神経変性疾患の患者を対象とした臨床研究を実施した。

ADではタウ病変好発部位に一致した[18F]THK-5351の集積を認め、軽度認知障害(MCI)から認知症へと進行するにつれて、[18F]THK-5351の集積量が上昇し、側頭葉下部から頭頂葉や前頭葉などの他の皮質へと集積範囲が拡大する傾向を認めた。ADの非典型例とされる後部皮質萎縮症の症例では、外側後頭ー頭頂領域におけるTHK-5351集積が顕著であり、記憶障害を主体とする典型的AD症例とは集積パターンが異なっていた。大脳皮質におけるTHK-5351の集積分布は脳萎縮の分布ともよく一致し、特に脳萎縮に左右差のみられる症例では萎縮の優位側でTHK-5351の集積を顕著に認めた。またアミロイドPET陰性の認知症患者においても、側頭葉の萎縮部位に一致した[18F]THK-5351集積を確認した。進行性核上性麻痺、皮質基底核症候群(CBS)における病変検出性能についても検討を行ったところ、タウ病変好発部位で顕著な[18F]THK-5351集積を認めた。特にCBS症例ではトレーサー集積の左右差が目立ち、淡蒼球症状優位側の対側の中心前回付近で高度な[18F]THK-5351集積を観察したことから、トレーサー集積によって反映されるタウ病変の局在が臨床症候に強い影響をもたらすことが示唆された。上記臨床研究と並行して、αシヌクレイン蛋白を検出するための新しいPETプローブ候補化合物の探索も昨年度に引き続き実施し、パーキンソン病患者脳切片におけるレビー小体を明瞭に染色する低分子化合物を見出した。本年度は、前年度に引き続き申請者が独自に開発した改良型タウPETプローブ[18F]THK-5351を用いて健常高齢者や各種神経変性疾患の患者を対象とした臨床研究を実施した。当初の計画通り、本年度はアルツハイマー患者だけでなく非アルツハイマー病である進行性核上性麻痺、皮質基底核症候群も対象として各種PET検査を施行し、ADとは異なる特徴的な集積が認められ、期待通りの結果が得られている。α-シヌクレイン、TDP-43を標的としたPETプローブの開発は、スクリーニングの評価系の構築は完了し、候補化合物の探索が進行中であり、病変に対する結合性を有し、脳血液脳関門透過性を有する候補化合物が見出されており、当初の計画通りプローブ開発作業が進行中である。タウ蛋白蓄積が神経変性に及ぼす影響を明らかにする目的で、神経変性疾患の患者を対象とした縦断的臨床研究を実施した。最初に4名の被検者において、[18F]THK-5351PET検査を短期間で2度実施することによって、計測値の再現性を確認した。続いて、昨年度までにPET検査を実施済の被検者(アルツハイマー病(AD)患者10名、軽度認知障害(MCI)5名、健常認知機能の高齢者7名、皮質基底核症候群(CBS)患者5名)において2回目のPET計測を実施し、脳各領域における集積量の年間変化率を算出した。MCI群では海馬傍回における[18F]THK-5351集積量の年間変化率(+2.2%)が上昇していたものの、大脳皮質領域における集積量変化は軽微であった。AD患者群ではMMSEスコア20点未満の中等度進行群で大脳皮質における[18F]THK-5351集積上昇(平均+23%/年)が認められた。一方、5名のCBS患者では、中心前回付近での集積上昇(平均+5%/年)が顕著であり、AD患者とは集積変化部位が異なることから、疾患特異的な病理変化を検出できていることが強く示唆された。生前の画像所見と病理所見との対応を検討するため、[18F]THK-5351PETを実施したAD患者1名において病理解剖を実施した。その結果、大脳皮質における[18F]THK-5351局所集積量がPHF-tau濃度と高い相関を示すことが確認された。さらに[18F]THK-5351
巨大ブラックホール近傍の構造と進化：未解明領域の降着とフィードバック過程

銀河中心の巨大ブラックホール近傍10パーセクから降着円盤領域にかけての空間スケールで6桁にわたる領域の構造を解明するべく理論的研究を行った。高精度の3次元輻射流体計算等により、降着円盤からの強い輻射による加熱と輻射圧によって、星間ガスのアウトフローが発生することを明らかにした。このアウトフローは、巨大ブラックホールの活動性の起源である「質量降着」(ガスの内向きの流れ)を妨げない。アウトフローは非定常かつ非一様であり、その進化の結果、「遮蔽トーラス」が自然に形成されることを示した。降着円盤の領域では輝線で駆動された高速のアウトフローが形成され、幅広い吸収線を持つクェーサーの種族の起源に迫った。(1)中心核近傍1 pc 10pc領域: X線放射を受けたトーラス領域星間ガスの分布、組成を明らかにするため、3次元RHDコードに、輻射圧、X線加熱を組み込み、国立天文台および東北大学のスーパーコンピュータSX-9で輻射流体計算を行い、radiation-driven fountain (輻射駆動噴水)という新しいメカニズムによる準定常なトーラス構造が自然に形成されることがわかった。Wada (2012)として出版した。(4)川勝らとSMBHの宇宙論進化モデル(Kawakatu & Wada 2008,2009)を改良し、クェーサーの光度進化についての理論モデルについての議論を引き続きおこなった。すばる望遠鏡/HSCによる広域サーベイ観測(SWANS)の解析と比較する準解析モデル(SNAWS)への組み込みについて、「SWANS理論班会議」等で議論、検討を進めた。国際天文学連合総会(北京)、台湾ASIAA、韓国ソウル国立大学、韓国済州島等で招待講演を行い、研究成果の発表を行った。(1)中心核近傍1 pc 10pc領域: X線放射を受けたトーラス領域星間ガスの構造を決める新しいメカニズムとして、前年度に発表したradiation-driven fountain (輻射駆動噴水)に関して、中心BHの質量、光度の依存性を東北大学のスーパーコンピュータ等を用いて調べた。(2) Lyden大学のMeijerink博士が来日し(11月)、和田の輻射流体計算コードへの化学進化計算コードの組み込み作業を鹿児島大学において共同で行い、テスト計算を実施した。(4)すばる望遠鏡/HSCによる広域サーベイ観測(SWANS)の解析と比較する準解析モデル(SNAWS)への、われわれの理論計算の組み込みについて、「SWANS理論班会議」(江田島、御茶ノ水大学、理研神戸)等で議論、検討を進めた。(5)北海道大学、マックスプランク天文学研究所(ドイツ、ハイデルベルグ)、国立ソウル大学(韓国)で開催された国際会議において招待講演を行い、研究成果の発表を行った。(1)大須賀、野村らとBH近傍の0.001 pcで予想される「輝線で駆動されたウィンド」の3次元構造や、アウトフロー率を求めるために、和田が開発した3次元RHDコードに、AGNからの輻射を考慮した、輝線駆動ウィンドを組み込み、テスト計算を行った。(2) 0.001 pc 10pc領域:X線放射を受けたトーラス領域星間ガスの分布、組成}を明らかにするため、3次元RHDコードに、輻射圧、X線加熱を組み込み、国立天文台SX-9で計算を行い、輻射フィードバックによる新しい構造を発見した(結果をまとめて論文出版準備中)。オランダ、カプタイン研究所(フローニゲン)のSpaans教授らと、この領域の化学進化計算コードをRHDコードに組み込む検討を行った。ドイツMPE研究所(ガルヒン)のSchartmann博士と上記のトーラスが発するスペクトルエネルギー分布の計算を行った。(3) 10kpc領域:銀河ー銀河相互作用およびバーによるこれらの領域への質量供給の物理を明らかにするため、ASURAコードを改良し、銀河中心核周りのトーラスでの星形成、超新星爆発によるエネルギーフィードバック、中心BHへの質量降着の計算ができるようになった。ASURAコードを用いて、銀河ー銀河相互作用の際に、複数の中心核ができるメカニズムを示して、出版した(Matsui et al. 2012)。(4)川勝らとSMBHの宇宙論進化モデル(Kawakatu & Wada 2008,2009)を改良し、クェーサーの光度進化についての理論モデルを構築した(論文出版準備中)。(5)銀河円盤の渦巻構造の動的平衡構造にして初めて明らかにし、出版した(Wada et al. 2011)。

主な4つの研究目的、すなわち(1)中心から0.01pc領域の「輝線で駆動されたウィンド」、(2) 10pc領域のX線放射を受けたトーラス領域の多相星間ガスの構造・組成、(3)銀河スケールの力学的擾乱による質量供給、の6桁にわたるスケールの計算を組み合わせ、銀河スケールからの質量供給率と、SMBHへの降着率の関係を明らかにし、(4)分子ラインなどの輻射輸送計算によって、ALMAに向けた理論予測を行う、に関して、(1)-(3)は当初計画どおり、順調に計算コードの改良、テスト計算が進み、論文も出版した。(4)については、国立天文台のスーパーコンピュータのリプレースに伴い、現在コードの最適化を進めているところである。主な4つの研究目的、すなわち(1)中心から0.01pc領域の「輝線で駆動されたウィンド」、(2) 10pc領域のX線放射を受けたトーラス領域の多相星間ガスの構造・組成、(3)銀河スケールの力学的擾乱による質量供給、の6桁にわたるスケールの計算を組み合わせ、銀河スケールからの質量供給率と、SMBHへの降着率の関係を明らかにし、(4)分子ラインなどの輻射輸送計算によって、ALMAに向けた理論予測を行う、に関して、(1)-(3)は当初計画どおり、順調に計算コードの改良、テスト計算が進み、論文にまとめる段階の結果がでている課題もある。共同研究者との連携も進んでいる。星形成および中心核からの輻射の影響を含めたSMBHの宇宙論進化理論モデルの構築を進め、SWANSサーベイの初期結果との比較のために、準解析モデルSNAWSへの組み込みを行う。ドイツマックスプランク研究所(MPE)の理論研究グループ(M. Schartmannら)、および観測グループ(R. Genzelら)と銀河中心核近傍の構造に関して議論を行う。7月にハイデルベルグで開催される国際会議で発表を行う。また、研究目的の(4) ALMAを用いた観測の予測のために、特にトーラス領域の輻射流体計算結果の星間ガスの物理状態を用いた、非局所熱平衡3次元輻射輸送計算を分子、原子輝線(CO, HCN, HCO+, CII等)に対して行う、を進める。引き続き、計算を進め、結果を論文として出版する。また、3階層の計算結果を取り入れたSMBHの宇宙論進化モデルを構築し、クェーサーの光度進化や、「Subaru/HSCを用いた大規模クェーサー撮像サーベイ」への適用を検討する。海外出張がアジア中心だったこと、PC部品が当初見込みよりも価格が下がったこと、論文投稿料を別の機関から支出できたためなどの理由により繰越金が発生した。次年度は、繰越金を含め、東北大学サイバーセンターのスーパーコンピュータSX-9の計算負担金、ドイツMPEおよびMPA研究所、オランダカプタイン研究所の連携研究者との研究打ち合わせのための外国旅費、国立天文台、筑波大学、東京工業大学等の連携研究者との研究打ち合わせ、および日本天文学会、北海道大学での研究会等での発表のための国内旅費、計算結果の解析のための解析用PC部品およびデータ保存のためのハードディスク部品、解析用ソフトウエアの更新に用いる。H23年度購入の解析用PCおよび部品が当初見込みよりも価格が下がったこと、またTV会議による研究打ち合わせで出張回数を減らしたこと、論文投稿料が別の機関から支出できたため、繰越金が発生した。
安住院蔵書調査を基盤とする西国文化圏と伝播ルート解明に関する基礎的研究

安住院蔵書の悉皆調査を行い、蔵書目録とデジタル画像による複製を作成し、今後資料公開が必要な重要文献の選定を行った。調査に際しては、先ず今後の保存・整理・利用に留意して、保存環境の改善や典籍の種分けを行った。また、関連する近隣寺院の調査も行い、特に金陵山西大寺中興の忠阿上人の実像に迫り、はだか祭りとして有名な会陽の起源に関して新たな知見を提示した。また、これと平行して、木箱に入れられているような重要典籍の書誌カード作成とデジタル撮影を順次行っている。特に寺伝にかかわるものや、鎌倉期以前の切れ・零本などを優先して調査・撮影しており、そのデータをもとに蔵書の目録化を行いつつある。また、縁起類の翻刻や、歴代安住院住職の次第などを復元することで、寺院調査で不可欠な寺院史の整備も進めている。安住院以外には、随心院・善通寺・正通寺・大山寺・蓮台寺・宝泉寺他多くの寺院を訪問し、古写本の有無の調査や文献の閲覧を行った。特に岡山県下の訪問寺院は10カ所前後にのぼり、この地域の聖教残存の状況の把握に努めた。その中で西大寺に関しては、法会や儀式の面から備中では重要な位置にある寺院であり、安住院同様に所蔵文献の調査を行っており、書物を通した備中の寺院間交流の解明が今後期待される。次年度も同様の作業を継続するが、作業効率を高めるべく努力したい。20年度、安住院現地調査はのべ二十日間程行った。上期は主に藏二階にある貴重書の細目カード作成と撮影を行った。また、西大寺観音院での聖教調査を行い、書誌・識語の入力、聖教各々の部分的撮影を進めた。この調査から、西大寺と安住院は法流や組織の上で緊密な関係にある事が判明してきた。備州での文化形成解明の一助となろう。夏から秋は、善通寺での調査を中心に行った。安住院と善通寺は中世には共に増吽を中興と仰ぎ、現在では隨心院流の寺院として共通するが、残存聖教からすると、両寺院共に安祥寺流や醍醐寺報恩院流の典籍が多いという特徴が解り、識語には共通する僧名も多い。両寺院は瀬戸内海を挟んで対峙する真言道場であり、自ずとその往来は注目に値する。12月の説話文学会で取り上げた善通寺蔵『真友抄』も元は瀬戸内海の真ん中に位置する塩飽諸島の正覺院にあったもので、備讃地区の真言僧による伝書経路解明に資する典籍と考える。各々の寺院経蔵は点に過ぎないが、丹念に一つ一つの蔵書から得られる情報を集積する事で、それらが線で結ばれて行くのであり、その意味は文化の伝播、文化圏の形成にとっても大きな意味を持つ。秋以降は、安住院の藏一階にある聖教類の調査を行った。元は、古びた段ボールに詰めてあった聖教を、前年までに虫干しと新しい仮の段ボールへの移し替えをしていた。本年度はそれを更に、枡形次第書、巻子本、冊子本、印信類、木箱入りの物に分けて、中性紙段ボールに詰め替えた。その上で聖教番号を付加し、外題・内題・表紙情報・装幀などをカード化、及び撮影を行っている。また、書誌・撮影の終わったものから、番号を振った栞を挟み込み、整理を行っている。更に汚れのひどいものや状態の悪いものの保全にも取り組んでおり、今後の保存と利用を意識した調査を続けている。現在までに約1000点の典籍についてこの作業を終えている。安住院調査はアルバイト作業員を一人伴い、予定通り年間20日程度実施した。別置されている重要文献類の細目調書、及び全8函の聖教用中性紙段ボールに詰め替えた聖教類の内、巻子本・全巻揃いの尊法書を除く全体の8割程度の聖教類の仮目録を作成した。目録作成に伴い、全典籍に聖教番号を付した。現在までに調査した総典籍数は細目にして約3000点に及ぶ。また平行して全冊撮影を行い、6割程完了している。これらの成果とデータは未完・未校訂故、寺院内仮目録として電子データとして安住院に寄贈した。安住院文献と西大寺会陽の関連に注目して始めた西大寺調査は、西大寺会陽の創始者とされている忠阿上人の研究へと発展し、西大寺史や会陽の起源を巡る問題に新たな視点を開いた。本研究は学会でも一定の評価を得、また西大寺会陽500周年と重なったこともあって、地元報道機関でも取り上げられ、地方史研究にも少なからず進展をもたらしたと考える。その他にも、木山寺では現存聖教の所在確認を行い、勇山寺では中世期の版木類の保護処置を行った。この両寺院では大阪大学東洋美術史の院生の協力を得て、仏像・絵画の調査も行った。

また、弘法寺に於いても未調査聖教類の所蔵を確認し、次年度以降の調査許可を戴いた。更に、讃岐地方寺院では、与田寺や塩飽諸島の正覚院の調査を善通寺調査との関連性から実施計画を立てている。如上の研究は、本研究が目指す、西国文化圏の文物と伝播ルート解明に関する基礎的研究であり、聖教調査を中心にした分野横断的文化遺産の調査と、相関する地方寺院の総合的研究として、今後も重要度が増す研究であり、残された課題も多い。
骨・軟骨形成における小胞体関連分解の生理的役割

小胞体膜に局在する小胞体ストレスセンサーBBF2H7およびOASISは、それぞれ軟骨形成および骨形成に重要な役割を持つ。これらの分子はユビキチンープロテアソーム経路により分解を受けタンパク質量は通常低いレベルを保つ。一方、小胞体ストレス下においては、両タンパク質は分解を免れ安定化し、それぞれの標的遺伝子の遺伝子誘導を促進する。BBF2H7およびOASISはHRD1ユビキチンE3ライゲースと複合体を形成し、その複合体中で分解を受けるが、小胞体ストレス下においては複合体形成が阻害されBBF2H7およびOASISは安定化する。HRD1欠損細胞においてはOASISが安定化し骨芽細胞の分化時のコラーゲン分泌が促進するが、HRD1欠損細胞でOASISをノックダウンさせるとコラーゲン分泌が抑制される。小胞体ストレス下でのBBF2H7およびOASISの安定化による骨・軟骨形成制御機構が明らかとなった。小胞体内での膜タンパク質や分泌タンパク質の品質管理に重要な役割を果たす小胞体関連分解(ERAD; ER-associated degradation)では、小胞体膜貫通型E3ユビキチンリガーゼHRD1/Synoviolinがユビキチン・プロテアソーム分解系の中心的な役割を果たしている。本研究では、細胞の分化や組織形成におけるHRD-1/Synoviolinの生理的役割の解明を目的に、骨芽細胞あるいは軟骨細胞におけるHRD-1/Synoviolinの基質の同定をスクリーニングにより試みた。軟骨形成に必須の因子であるBBF2H7、骨形成に必須の因子であるOASISがHRD-1/Synoviolinの基質である可能性を新規に見出した。HRD-1/Synoviolinによる両分子の制御機構を検討したところ、HRD-1/Synoviolinが軟骨細胞と骨芽細胞のそれぞれの細胞内でBBF2H7やOASISと複合体を形成し、両蛋白質の分解を制御していることが明らかとなった。HRD1/Synoviolin欠損株にBMP2を用いて分化誘導を行うと有意なコラーゲンの分泌増加を認め、HRD1/Synoviolin欠損株でのOASISノックダウン細胞に分化誘導を行うと有意なコラーゲンの分泌増加を認めなかった。本研究によりHRD1/SynoviolinはBBF2H7やOASISの分解制御を介して軟骨細胞や骨芽細胞の分化・成熟に関わっている可能性が示唆された。小胞体内の異常タンパク質を感知するセンサーBBF2H7およびOASISの機能解析から、それぞれが軟骨形成と骨形成に関わることを見出した。これら分子の活性化機構を詳細に検討したところ、E3ユビキチンリガーゼHRD-1/SynoviolinがBBF2H7およびOASISのタンパク質の安定性を制御している可能性を得た。当該年度に実施した成果から、BBF2H7は軟骨細胞で、OASISは骨芽細胞内でHRD-1/Synoviolinと複合体を形成し、BBF2H7およびOASISのタンパク質分解を制御していることがわかった。HRD1/Synoviolinが欠損するMEF細胞を用いてBBF2H7およびOASISのタンパク質量を解析した結果、野生型MEF細胞に比べHRD1欠損MEF細胞では著しくBBF2H7およびOASISのタンパク質量が増えていた。HRD1欠損株にBMP2を用いて分化誘導を行うと有意なコラーゲンの分泌増加を認めたことから、HRD-1/Synoviolinの軟骨形成と骨形成における役割が明らかとなった。さらなる制御機構の解明を目的に、酵母two-hibrid法を用いて、HRD-1/Synoviolinに結合する因子のスクリーニングを行ったところ、DENN domain-containing protein、Myt1、Keratin15の分子を得た。これらの分子は細胞の分化・成熟に関わる因子であることから、HRD1/Synoviolinは軟骨形成と骨形成のみならず、他の組織においても細胞の分化・成熟に関わっている可能性が示唆された。軟骨細胞あるいは骨芽細胞におけるHRD-1/Synoviolinの作用機構の解析においては、おおむね計画どおり達成することができた。新規結合因子のスクリーニングにおいては、酵母two-hibrid法に加え骨芽様細胞株あるいは前駆軟骨細胞株のライセートからの免疫沈降法により検討を行ったものの、軟骨細胞あるいは骨芽細胞に特異的な新規分子の同定には至らなかった。現在のところ、当初目的とした軟骨細胞あるいは骨芽細胞内での特異的なターゲット同定の目的には達していないが、細胞分化に関与する可能性のある新規HRD-1/Synoviolin結合タンパク質の候補遺伝子を得ている。

新規HRD-1/Synoviolin結合タンパク質のトランスジェニックマウス作製し、骨芽細胞あるいは軟骨細胞における病理組織学的・分子生物学的解析を当初予定していたが、スクリーニングの結果から、HRD1/Synoviolinが他の組織においても細胞の分化・成熟に関わっている可能性を得た。今後は、軟骨形成と骨形成のみならず種々の組織におけるHRD1/Synoviolinの生体内での役割の解明にも重点を置く。そのために、in vivoエレクトロポレーション法を用いたノックダウンや発現解析などを行い、各組織での病理組織学的検討も行う。本研究を遂行するにあたっては、分子生物学用試薬、牛胎児血清、抗体、アイソトープ、細胞培養用試薬・器具、RNAi、実験動物の購入および維持などの多額の消耗品が必要であり、科学研究費は主として消耗品購入にある。