hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
含鉄蛋白質に含まれるラジウムの体内被曝による悪性中皮腫発生機序に関する基礎的研究

健常雄性Slc: Wistarラット10匹に鉄およびキレート剤を腹腔内へ反復投与し,5匹で悪性腹膜中皮腫を認めたが,コントロール群,キレート剤投与群では認めなった。免疫染色(Calretinin, CEA染色),電子顕微鏡による観察を行い,いずれも上皮型中皮腫であることを確認した。また,DNA酸化損傷マーカーである8-hydroxy-2-deoxyguanosineによる免疫染色は陽性であり,従来の学説は確認された。ラジウムを含む微量元素を最終解析中である。岡山大学地球物質科学研究センターの中村栄三教授らは,微量元素パターンの解析で悪性中皮腫患者の肺から分離したフェリチンからなる含鉄蛋白質小体に環境生態系より高い濃度のラジウムを検出している。生体内にラジウム吸着によるホットスポットが形成され,そこから発せられる長期間のα線により,細胞傷害あるいはDNA損傷を介して発癌を引き起こしている,すなわち“ラジウムの生体内被曝による癌化"という斬新で独創的な仮説を提唱している。本研究はこの仮説を検証するために動物実験を計画した。ラットを使用し,腹腔内に長期に鉄剤を注射することにより腹膜中皮腫を形成させ,自然界に存在すラジウムが腹膜中皮腫の含鉄小体に集積しホットスポットを形成するか否かを地球物理化学的・免疫組織学的・分子生物学的に検証する目的で、3週齢の健常雄性Slc: Wistarラットを購入し,7日間の馴化終了後,各群の体重平均値および標準偏差がほぼ等しくなるように,第1群2匹,第2群2匹,第3群14匹の計3群に群分けされ,第1群媒体のみ,第2群媒体およびNTA:83.5 mg/kg 20週間,第3群媒体およびNTA:83.5 mg/kg 20週間,フェジン:5 mg/kg12週間の腹腔内1日1回,週5回の反復投与後,ラットを解剖した。第1群,第2群に腫瘍は認めなかったが,第3群では10匹中5匹で悪性腹膜中皮腫を確認した。HE染色で上皮型中皮腫,免疫染色でカルレチニン陽性,CEA陰性,8-OHdG (酸化損傷のマーカー)であり,腫瘍を凍結乾燥させ主要評価項目プリミティブマントル正規化微量原素パターンの解析に入っている。生体内にラジウム吸着によるホットスポットが形成され,そこから発せられる長期間のα線により,細胞傷害あるいはDNA損傷を介して発癌を引き起こしている,すなわち"ラジウムの生体内被曝による癌化"という斬新で独創的な仮説を提唱している。ラットを使用し,腹腔内に長期に鉄剤を注射することにより腹膜中皮腫を形成させ,自然界に存在すラジウムが腹膜中皮腫の含鉄小体に集積しホットスポットを形成するか否かを地球物理化学的・免疫組織学的・分子生物学的に検証する目的で、3週齢の健常雄性Slc: Wistarラットを購入し,7日間の馴化終了後,各群の体重平均値および標準偏差がほぼ等しくなるように,第1群2匹,第2群2匹,第3群14匹の計3群に群分けされ,第1群媒体のみ,第2群媒体およNTA:83.5 mg/kg 20週間,第3群媒体およNTA:83.5 mg/kg 20週間,Fe: 5 mg/kg12週間の腹腔内1日1回,週5回の反復投与が終了した。3週齢の健常雄性Slc: Wistarラットを24匹購入し,7日間の馴化終了後,当日の体重を基に3群に分けた。各群の体重平均値および標準偏差がほぼ等しくなるように,第1群2匹,第2群2匹,第3群14匹の計3群に群分けされ,第1群媒体のみ,第2群媒体およNTA:83.5 mg/kg 20週間,第3群媒体およNTA:83.5 mg/kg 20週間,Fe: 5 mg/kg12週間の腹腔内1日1回,週5回の反復投与が終了し,腹膜中皮腫の形成を待つ状態となっており,今年度5月から本格的解析に入る予定である。前年度は主として腹膜中皮腫を作製するためのラットの飼育に対して研究費が投入され、研究費余剰金が生じた。今年度より本格的な広範囲な検討が開始されるため、前年度の余剰金と本年度の研究費は研究を完遂するために必須である。生後20か月で,ラットをsacrificeし,腹膜中皮腫を摘出する。

1/3は岡山大学地球物質科学研究センターに送付し,1/3はホルマリン処置後パラフィン包埋(組織学検討用),1/3は凍結保存(分子生物学的検討用)する。プリミティブマントル正規化微量原素パターンの解析作製されたラット中皮腫(生後約80-100週)の含鉄蛋白質小体を含む腹膜中皮腫組織のプリミティブマントル正規化微量原素パターンの解析を行う。これらの解析は中村らの方法(Accumulation of radium in ferruginous protein bodies formed in lung tissue: association of resultingradiationhotspots with malignant mesothelioma and other malignancies. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci 85. 2009;229-39)により,元素の定量分析を行い,含鉄蛋白質内のラジウムを測定する。鉱物元素の解析は岡山大学地球物質科学研究センター中村栄三教授のもとで行われる。
HIFUを用いたTRAP sequenceに対する非侵襲的胎児治療の確立

1)前年度に幼若豚を使った動物実験を行なった。全身麻酔下で血圧、心拍数、酸素飽和度、冠血管血流量などのバイタルサインをモニタしながら腎臓葉間血管をターゲットとしてHIFU照射を行なった。照射強度などの諸条件はこれまでの実験から算出した強度を用いトリガー照射とした。照射後剖検に供した。皮膚表面には軽度の熱傷が認められた。腎臓の観察では腎表面に熱変性を認めるものの、腎血管の閉塞は病理学的検討で認められなかった。本年度はまず昨年度の実験結果の考察から開始した。血流遮断に至らなかった原因を検討したところ、HIFU照射部位の精度管理の問題とHIFU照射強度の減衰による強度が計算上よりも低くなること、およびトリガー照射による強度不足が考えられた。2)上記1)の課題を克服するために本年度ではHIFU専用ファントムを用いて照射部位の精度向上を図るべく画像用超音波のBモードでの高輝度化によるHIFU照射部位のモニタリングではなく、新たに超音波剪断波を応用したエラストグラフィーをHIFU照射部位のモニタリングに応用して実験を行なった。まずはHIFU専用ファントムを用いてエラストグラフィーによりモニタが可能なことを実証し、次に鶏肉を用いて同様の実験を行い、エラストグラフィーを用いてHIFU照射部位が鮮明に描出され、同部位が実際の被照射部位とほぼ一致することを確認した。3)上記2)のHIFU照射部位がエラストグラフィーでモニターできることが確認されたため、in-vivo実験として前年度と同様に幼若豚を用いて腎葉間血管の照射を従来のトリガー照射に加えcontinious照射およびHIFU振動子の2分割照射、さらには同様の照射パターンで強度を増強して行うこととした。実験開始前に画像用超音波の基盤が故障し、モニター不可能となり実験の中断が余儀なくされ、次年度に繰越す予定とした(延長申請承認すみ)。1)これまで申請者が行ってきたラットやラビットの小動物を用いた血流遮断に必要なHIFU照射に関する照射パターンや照射強度などの諸条件を参考に、今回の研究課題ではより人に近い大型な幼若豚を用いた実験計画であった。そのため予想以上に超音波の減衰が大きく、HIFU照射パターンや強度などの諸条件の改善が新たに必要となったため。2)HIFU照射部位のモニターに用いる画像用超音波診断装置の基盤に故障が生じたため。期間延長に当たる本年度では本年度にHIFU照射部位がエラストグラフィーでモニターできることが確認されたため、in-vivo実験として前年度と同様に幼若豚を用いて腎葉間血管の照射を従来のトリガー照射に加えcontinious照射およびHIFU振動子の2分割照射、さらには同様の照射パターンで強度を増強して行うこととした。新たなHIF照射実験中における副作用を血圧、酸素飽和度、心拍数などから確認する。また、これまでも唯一見られてきたHIFU照射による副作用である皮膚の熱傷についても軽減を図るため、カップリングの工夫をする予定である。本年度の実験により人の皮膚に最も近い幼若豚を用い腎葉間血管の閉塞に成功すれば人応用に向けて非侵襲的胎児治療の確率に資する手技、条件が整うこととなる。1)高強度短時間集束超音波照射が可能なトランスデューサーの作成HIFUトランスデューサーは8cmの固定焦点距離のものを作成した。画像用プローブはHIFU用トランスデューサーの中央に配置し、それぞれが同軸上に超音波を発することでHIFU照射対象に対してターゲッティングし易くした。2) 1)で作成したHIFUトランスデューサーを用いて、キャビテーション発生目的での高強度短時間集束超音波照射(トリガーパルス)を従来の過熱作用集束超音波照射さらに画像用超音波を挿入する目的での休止期を組み込んだ超音波照射シーケンスを開発した。3) 1)で作製した一体型治療用トランスデューサーを用いHIFU用超音波ファントムを用い実際のHIFU照射部位と画像上の照射のキャリブレーションを行った。この方法で照射部位が超音波画像上の位置と正しいことを確認した。この際HIFU照射部位の変性の変化の仕方(変性範囲、変性スピード、変性の方向)をビデオ撮影し詳細に観察し、特性を確認した。その際ファントム表面の温度をサーモグラフィで撮影し観察した。さらに高フレームレート(1000FPS)で観察可能な超音波診断装置を用いて表面のキャビテーション発生を観察し、キャビテーション発生前後の温度を計測し発生直前は温度上昇のないことを確認したところ、表面温度上昇に先立ちキャビテーションによるバブルが生成されることが確認できた。この事実が確認できたことより臨床応用の際に皮膚でのキャビテーション発生直前でHIFU照射を中止することで皮膚熱傷を防ぐことが可能になると思われた。一方、十分に変性ができなかったこともあったため、今後は複数のセラミックからなるHIFUトランスデューサーの作成および照射パターンの検討が課題となった。当初の研究計画では固定焦点距離6,8,10cmのHIFUトランスデューサーを作成する予定であったが、現段階では最も臨床応用に頻用されると考えられる8cm固定焦点のみの作成にとどまっている。まず8cm固定焦点HIFUトランスデューサーを用いてファントム実験を行い、照射が問題なく可能であることが確認できてから6,10cmのHIFUトランスデューサーを作成する予定であったが、ファントムの発注から実際に配送されるまでに時間を要したことや、設定条件が定まるまでに数回の実験が必要であったことから現在は8cm固定焦点HIFUトランスデューサーの作成に留まっていいる。また、8cm焦点HIFU

トランスデューサーを用いたシーケンシャル照射で十分に変性ができなかったこともあったため、今後は複数のセラミックからなるHIFUトランスデューサーの作成および照射パターンの検討が課題となったため、その検討に時間を要した。1)前年度の研究で固定焦点8cmのHIFUトランスデューサーを用いたin vitro実験として超音波ファントムを使用して照射実験を行なった。キャリブレーションも行なった上で、同条件で鳥肉に対してHIFU照射実験を行なった。鳥肉内部の照射による変性を確認した。また照射部位のシュミレーションを行うことで高精度にターゲットに照射が可能であることも確認した。2)一方で、鳥肉表面にも軽度ではあるが変性が確認され、臨床応用では同部位の熱傷の可能性が考えられたため、人に近い条件として幼若豚を用いたin vivo実験を追加した。同実験により照射効果及び安全性の確認を行なった。対象として幼若豚の腎臓血管をターゲットとした。全身麻酔下でHIFU照射実験を行なった。HIFU照射中幼若豚の血圧、心拍数などに変化は見られなかった。一方、腎臓表面にHIFU照射による変性は認めるものの血管の閉塞は確認できなかった。HIFU照射により幼若豚皮膚に軽度の熱傷を認めたが、重度熱傷は認められなかった。トリガー照射によるHIFU強度を用いて人に近い幼若豚の腎血管血流の遮断が病理学的に確認できなかったため、照射パターン及び強度の再検討が次年度に向けた検討課題となった。鳥肉を用いたin vitro実験において表面に変性を認めたことを受け、人に近い幼若豚を用いたin viivo実験を追加する必要が生じ、同実験を行なったため。また、in vitroではこれまでのHIFU照射パターンであるトリガー照射を中心としたシーケンシャル照射におけるHIFU強度ではin vivoの血管血流焼灼が不十分である可能性が示唆されたため。1)前年度に幼若豚を使った動物実験を行なった。全身麻酔下で血圧、心拍数、酸素飽和度、冠血管血流量などのバイタルサインをモニタしながら腎臓葉間血管をターゲットとしてHIFU照射を行なった。照射強度などの諸条件はこれまでの実験から算出した強度を用いトリガー照射とした。照射後剖検に供した。皮膚表面には軽度の熱傷が認められた。腎臓の観察では腎表面に熱変性を認めるものの、腎血管の閉塞は病理学的検討で認められなかった。本年度はまず昨年度の実験結果の考察から開始した。血流遮断に至らなかった原因を検討したところ、HIFU照射部位の精度管理の問題とHIFU照射強度の減衰による強度が計算上よりも低くなること、およびトリガー照射による強度不足が考えられた。2)上記1)の課題を克服するために本年度ではHIFU専用ファントムを用いて照射部位の精度向上を図るべく画像用超音波のBモードでの高輝度化によるHIFU照射部位のモニタリングではなく、新たに超音波剪断波を応用したエラストグラフィーをHIFU照射部位のモニタリングに応用して実験を行なった。
血液中における過眠症の生物学的指標の探索

1.血液検体とデータベース作成について血液検体収集は順調に進行し、ナルコレプシー中核群250例、類縁の過眠症100例、対照群160例の血清、血漿を分離・保存し、DNAとRNA抽出cDNA作成を完了した。昨年度開発したデータベースへの臨床検査所見の入力も8割程度完了し、2.の予備的解析に利用する体制ができた。2.網羅的遺伝子発現解析によって選択された疾患関連遺伝子の発現検討死後脳視床下部組織を用いたマイクロアレイ解析と定量的RT-PCR法により同定された、合計17個の過眠症関連遺伝子について血中での発現検討を行い、8遺伝子が安定して白血球中で定量可能であることを見出した。上記のデータベースを用いた予備的解析(疾患群・対照群各10例)を行い、このうち5遺伝子は過眠症診断や疾患重症度と相関を示す知見が得られた。条件が揃った(未服薬)検体数の収集を継続し、生物学的指標として確立できるものがあるか、今後検討数を増やして確認をすすめる。なお昨年度確立した高感度自己抗体検出法を、いくつかの新規疾患関連遺伝子に対して行ったが、疾患特異性を示す遺伝子は見出せなかった。3.白血球中の遺伝子発現比較による新規疾患関連遺伝子の同定血液中のmRNAをプールして疾患群特異的な発現変化を示す遺伝子をdifferential display法で探索した。2次スクリーニング後、MX2という免疫関連遺伝子がナルコレプシー群で有意な発現低下を示すことが確認され、新規の生物学的指標となることを見出した。現在印刷中である。1.血液検体の収集について血液検体の収集は、症例については神経研究所附属の外来施設において行い、対照群については様々な施設で行っている。現在までに研究協力への同意が得られた収集できた検体数は、過眠症症例(ナルコレプシーが90%)133例、対照群32例である。次年度中までに300例を目標としている。予備的検討により、血液からのDNAおよびRNAの調整方法が確定し、特にRNAについては定量的RT-PCR法での実験系が確立できた。血清・血漿蛋白中の過眠症指標となる蛋白質の検索については、自己抗体検出法の検討を進めているところである。次年度はじめに大型備品の調整を完了させ、予備的検討を開始する予定である。2.データ解析による過眠症関連遺伝子の選択と同定について本年度はマイクロアレイ解析研究を進展させ、日本人症例を含む死後脳の視床下部における遺伝子の網羅的発現解析を追加して行った。現在前部視床下部では対照群6例、ナルコレプシー群7例、後部視床下部では対照群8例、ナルコレプシー群6例からのマイクロアレイデータが統計処理に耐える品質があると判明し解析が進行中である。候補遺伝子選択にはpermutation法(SAMあるいはRank Product)を主に利用し、fold change、Mann Whitneyのu検定などのアルゴリズムとの組み合わせを試み、当実験系における最適な候補遺伝子選択方法を確定した。当該方法を用いて、40000程度のプローブから過眠症関連候補遺伝子を約200個の選定が可能となり、順次その妥当性を定量的RT-PCR法で確認している段階である。現在まで40あまりの候補遺伝子の妥当性検討が完了し、妥当性が確認された過眠症関連遺伝子が明らかになってきている。このうち血球中での発現変化が確認できるかどうか、検体数を増やした上で、次年度以降探索を進める予定である。1.血液検体とデータベース作成について神経研究所附属の外来施設において、研究協力に同意した過眠症症例からおよび対照群からの血液収集については、ナルコレプシー中核群210例、その他類縁の過眠症から60例、対照群120例の協力を得て、血清、血漿、白血球分画を分離・保存し、順次DNA,RNA抽出を進めた。平行して個人情報保護法に対応した技術的安全管理措置をほどこしたデータベースを開発し、血中の検査所見と臨床症状、検査所見とリンクさせたデータベースの運用を開始した。2.オレキシンとその受容体に対する自己抗体の発見上記のうち、実験時点までに収集されたナルコレプシー(中核群および不全型)181例と対照群91例の血清中における自己抗体を、高感度な検出方法であるradio ligand binding assay法を確立して検討した。結果としてナルコレプシー症例にはじめてオレキシンおよびその受容体に対する自己抗体があることを発見した。その頻度は低く、また対照群にも自己抗体が検出されたことから、大部分の症例については、その主な病態とオレキシン神経系に対する自己抗体が関連しないことも判明した。3.網羅的遺伝子発現解析によって選択された疾患関連遺伝子の発現検討についてこれまでに死後脳視床下部組織を用いたマイクロアレイ解析により、過眠症(ナルコレプシー)関連候補遺伝子が選択され、さらにTaqman法を用いた定量的RT-PCR法で、合計17個の疾患関連遺伝子が同定された。これらについて血中での発現検討を行い、11遺伝子については白血球中でも定量が可能であることが確認された。今後対照群および未服薬症例の各24-36例ずつについて、候補遺伝子を追加した形で比較定量実験を行う準備をすすめている(未服薬群を収集中である)。

昨年度開発したデータベースへの臨床検査所見の入力も8割程度完了し、2.の予備的解析に利用する体制ができた。2.網羅的遺伝子発現解析によって選択された疾患関連遺伝子の発現検討死後脳視床下部組織を用いたマイクロアレイ解析と定量的RT-PCR法により同定された、合計17個の過眠症関連遺伝子について血中での発現検討を行い、8遺伝子が安定して白血球中で定量可能であることを見出した。上記のデータベースを用いた予備的解析(疾患群・対照群各10例)を行い、このうち5遺伝子は過眠症診断や疾患重症度と相関を示す知見が得られた。条件が揃った(未服薬)検体数の収集を継続し、生物学的指標として確立できるものがあるか、今後検討数を増やして確認をすすめる。なお昨年度確立した高感度自己抗体検出法を、いくつかの新規疾患関連遺伝子に対して行ったが、疾患特異性を示す遺伝子は見出せなかった。3.白血球中の遺伝子発現比較による新規疾患関連遺伝子の同定血液中のmRNAをプールして疾患群特異的な発現変化を示す遺伝子をdifferential display法で探索した。2次スクリーニング後、MX2という免疫関連遺伝子がナルコレプシー群で有意な発現低下を示すことが確認され、新規の生物学的指標となることを見出した。現在印刷中である。
香辛野菜の調理加工による機能性含硫成分生成と体内プロドラッグ効果の検証

代表的な香辛性の食品機能成分として、スルフィド類(ニンニク)とジンゲロール類(ショウガ)に着目し、加熱調理加工による変化と生理機能、代謝物ベースによる作用機構の解明を行った。マイルドな加熱調理加工において、ニンニク中のジアリルジスルフィド(DADS)の生成が有意に増加した。DADSの動物投与実験において、主要臓器で有意な第二相解毒酵素誘導能を示した。質量分析によるDADSの代謝物解析から、代謝物(推定)による生理機能性である可能性を示した。また、胃がん細胞を用いた生理機能(アポトーシス)と毒性(ネクローシス)の濃度範囲を、ジンゲロールとショウガオールを比較しながら精査した結果、通常の摂取量で双方の毒性は観測されなかった。また、ジンゲロールの生理機能性には、食品としての摂取量よりも多くの濃度が必要であったのに対し、ショウガオールは低濃度で高い胃がんアポトーシス誘導能を示した。ネギ属野菜やショウガ科野菜の三次機能成分としてスルフィド類やジンゲロール類がある。特に、スルフィド類などの含硫成分は調理などにより二次的に生成し、ある種の動物に対しては毒性を示すことが明らかとなっている。本研究では、調理加工に伴い生成または増加していく重要な香辛成分に着目し、その生理機能と作用メカニズムを明らかにすることを主目的とした。平成21年度の研究実績として、スルフィド類の一般的な調理加工過程での成分変化を詳細に調べた。高温でのニンニク加熱において硫黄原子数が3以上のポリスルフィド類が急増し、煮熟などのマイルドな加熱においてはジアリルジスルフィド(DADS)の生成が有意に増加した。この美味しさにも関与する香気成分DADSについて、in vivoでの生理機能性として発がん抑制が期待される第二相解毒酵素誘導能を調べた。その結果、培養細胞レベルでは硫黄原子数の多いポリスルフィドに比べて低い誘導能しか示さなかったDADSは、動物投与実験において肝臓、小腸などの臓器において有意な第二相解毒酵素誘導能を示した。これは、DADSが代謝・吸収によって変化したことにより生理機能性を発揮した可能性を示唆しており、その生理機能性を示した代謝物の同定や作用機構の解析が重要であると考えられた。一方、ショウガ香辛成分のジンゲロールについても胃がん細胞を用いた生理機能性(アポトーシス)とその毒性(ネクローシス)の濃度範囲をショウガオールと比較しながら精査した。入手可能だった代表的な食品香辛成分についても、同様に生理機能性と毒性の評価(胃がん細胞)を実施し、二面性をもった香辛成分を顕在化することに成功した。ネギ属やショウガ科野菜の香辛成分(スルフィド類やジンゲロール類)は、高い生理活性を示す一方で、動物種や濃度により毒性を示すことも知られている。本研究では、調理加工に伴い生成する重要な香辛成分に着目し、その生理機能や作用機構、毒性濃度を明らかにすることを目的とした。煮熟などのマイルドな加熱において増加したニンニク中のジアリルジスルフィド(DADS)が、動物投与実験において臓器中の第二相解毒酵素誘導能を示した。DADSが代謝によって変化して効果を示したと推察し、DADSの細胞代謝物について精密LC-MS分析を実施した。その結果、多数の代謝物が生成していることが明らかとなり、特定の代謝物は同定できなかった。しかし、動物実験における肝臓の有機溶媒抽出物から、呼気中の代謝物として知られる2つの含硫化合物を同定し、化学合成により調製した。この2つの含硫化合物は第二相解毒酵素誘導能を示さなかったが、DADSからの代謝前駆体と考えられるアリシンを合成し試験したところ、細胞レベルで高い第二相解毒酵素誘導能を示した。DADSの1つの代謝経路と代謝物中の生理活性体候補を推察できた。一方、ショウガの香辛成分であるショウガオールに、低濃度で高い胃がんアポトーシス誘導能を認めた。ショウガオールの分子標的をLC-MS分析で検索したところ、様々なタンパク質との付加化合物が生成していると考えられた。特に、還元型グルタチオンとの付加体生成が多かった。また、ジンゲロールにはこのような付加体生成は認められず、特徴的な細胞内代謝物も精密LC-MS分析では検出されなかった。この結果より、ショウガオールは付加体形成が、ジンゲロールはTRAILのような親和性の高い分子との相互作用が引き金となって生理機能性を示していると推察できた。

ネギ属やショウガ科野菜の香辛成分(スルフィド類やジンゲロール類)は、高い生理活性を示す一方で、動物種や摂取濃度により毒性を示すことも知られている。本研究では、調理加工に伴い生成する重要な香辛成分に着目し、その生理機能や作用機構、毒性濃度を明らかにすることを目的とした。煮熟などの加熱調理においてニンニク中で増加したジアリルジスルフィド(DADS)は、肝臓での代謝産物としてアリルメチルスルホキシド(AMSO)とアリルメチルスルホン(AMSO2)に変化することを明らかにできた。この2つの含硫化合物が細胞毒性を示す濃度は高く、通常のニンニクまたはニンニクサプリ摂取量からは問題が生じないと推察された。むしろ、異臭(体臭)に関与する成分として知られているため、そちらでの欠点が顕在化した。これにより、ニンニクの調理加工からDADS生成、体内代謝の経路を推定でき、途中で生理機能的にも有効なアリシンへの体内変換も予想され、温度条件がマイルドなニンニクの調理加工は、ニンニクの生理機能性を有効利用できるひとつの手段であることを明らかにした。一方で、過加熱(ディープフライなど)による調理加工では、ジアリルトリスルフィド含量が大幅に上昇し、生理機能性が高くなる反面、細胞毒性濃度が極端に低くなることからサプリ利用での濃度表示など、注意喚起を表示すべきケースが起こりうるという結果が示された。また、ショウガ中のショウガオールと還元型グルタチオンとの付加体について、化学合成と加工調理の両面で調製した。付加体は辛味刺激を減弱するだけでなく、ジンゲロールに比べて反応性が高く細胞毒性濃度の低いショウガオールの安定性・無毒化に寄与し、生体内での可逆反応による付加体から再遊離に伴いショウガオールの重要な供与体となっている可能性を示すことができた。
SCASH:進行非小細胞肺がん患者への症状クラスター高度サポート開発と評価

本研究の目的は、標準的治療下の進行期の非小細胞肺がん患者(Advanced Non Small Cell Lung Cancer:以下NSCLC)に認知行動介入(Cognitive Behavioral Intervention:以下CBI)を適用し、感度高く個々人の方略を調整する高度実践者主導の通院(就労)治療期継続利用を強化する症状クラスター高度サポートプログラム(SCASH)を開発し、日本の臨床で実用性を評価することである。2018年度の研究デザインは、1郡前後比較試験(One-group pretest-post test design)。第一段階として、倦怠感/食欲不振クラスター、痛みクラスターに焦点化し考案したサポートプログラムを治療下進行NSCLC患者に適用し、受容性と効果を評価するFeasibilitytest(実用性試験)(N=15予定)を関東以北と首都圏の2施設で行った。結果、15人がプログラムに参加した。参加者の平均年齢は65.2歳(SD=7.5)、男性66.6%、女性33.4%と2:1の比率であった。PSは0-1(平均0.9)であった。現在(2019年3月31日)までに、10人がプログラムを終了し、5人がプログラムに参加中である。進捗中であることから、今後、最終の解析を進める。これまでの成果を継続して発展させ、フィールドとしてきた2施設における分担研究者のデータ収集協力と研究代表者を含むデータ収集体制が高機能であったため、概ね順調に進展したと考えられる。今後は、プログラム参加中の参加者へのデータ収集を続け、研究成果の解析を促進する。また、次年度、本研究の次の課題である、問1を紐解く質的記述的研究と問2には量的記述的相関研究を順調に推進する予定である。
膵島細胞移植における亜鉛投与の効果検討

コントロール不良1型糖尿病に対して膵島細胞移植が臨床応用されているが、克服すべき課題も多い。その一つに移植膵島の早期機能不全が挙げられる。一方、糖尿病と亜鉛(Zn)の関係も以前より知られている。生体内で必須微量元素であるZnは膵β細胞内においてもインスリン合成、貯蔵、分泌に必須であり、インスリン自体の安定性にも関与している。移植膵島細胞もまたZnを必須としていることが予想される。Znは生体内で炎症性サイトカイン抑制、抗酸化作用を有し移植に際して有利に作用されると仮定した。(1)プロトコル;通常飼料群(Control群;Zn濃度50ppm)、高Zn飼料群(High Zn群;Zn濃度1000ppm)の2群を作成。レシピエントとして5週齢Wisterラット(雄)を用い各々飼料を2週間摂取させる。7週齢に至ったところでストレプトゾトシン(STZ)を60mg/kg静注し糖尿病ラットを作成。STZ投与5日目に経門脈的に単離・純化膵島を移植する。移植後血糖値が300mg/dl以上を示すものを早期グラフト不全と定義。(2)検討項目;移植後血糖値、早期グラフト不全発生率、免疫染色.(3)結果・早期グラフト不全発生率;HighZn群はControl群に比して有意にグラフト不全を抑制した。・移植肝のインスリン染色ではHigh Zn群はControl群に比して移植膵島は塊として認められた。(4)現況;レシピエントをZn豊富な環境に置くことで、早期グラフト不全を抑制し移植膵島はより大きな塊として存在可能であった。それにより血糖コントロールは良好に保たれたと考えられる。この結果を持ち現在論文を作成、投稿準備中である。
F1-ATPaseによるエネルギー変換と非平衡揺らぎ

2015年度は,長時間安定したピントを維持して観察を行うための顕微鏡システムの開発を行った.今のところ10分前後の連続した観察を安定して行えており,十分な性能を持つものが出来たと考えている.一方,ATPase活性が落ちた変異体でどのように回転の性質が変わるかを検討すれば,化学反応と力学的な動きの共役に関する知見が得られることを期待してβE190D変異体の回転について,外部トルク依存性などを調べた.βE190D変異体は,加水分解反応に重要なグルタミン酸(E)をアスパラギン酸(D)に置換することにより触媒活性が1/100に低下したもので,F1-ATPaseの変異体の中では最もよく調べられたものの一つである.しかし,この変異体に外部トルクをかけると大きくばらついたストールトルクが得られ,それらはすべてATPの加水分解の自由エネルギー差から期待されるものより低くなっていた.以上の結果は,E190D変異が加水分解反応に影響するだけでなく,モーターの機械的な安定性を低下させ,回転にスリップが起こったことを示唆している.実際に熱処理を行って野生型と比較したところ,74°Cで安定性が明らかに低下しており,また,γサブユニットのないα3β3複合体の安定性をゲル濾過で調べたところ,βE190D変異はα3β3複合体を安定に形成できないことが分かった.図らずも,ATPase活性の低下した変異体の回転への影響が,分子全体の機械的な強度の不安定化という形で現れたのであるが,F1-ATPaseがβサブユニットでのATP加水分解活性とγサブユニットの回転をカップルすることを考えると,加水分解活性に重要なアミノ酸残基が機械的な動きに関してもそれを支える形で重要な役割を果たすのは合理的なのかも知れない.このほかに光駆動型プロトンポンプであるプロテオロドプシンのポンプ活性の研究をおこない,pHによって輸送方向の逆転が起こることを示唆する結果を得た.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。F1-ATPaseはATPを加水分解して中心のγサブユニットを回転させるATP加水分解と回転のエネルギーの変換装置である.外部トルクをかけると逆反応であるATPの合成がおこり,回転トルクと釣り合う外部トルク(ストールトルク)の測定から,自由エネルギー変換効率は,ほぼ100%,ストール条件から離れたところでは,非平衡揺らぎによる熱散逸の測定から,ATP水解の自由エネルギー変化がほぼ100%回転自由度の運動により散逸することを我々は示してきた.本研究ではこの高効率自由エネルギー変換機構の手がかりを得るために,変換効率の下がった変異体との比較を行うことを目的とした.現在,ストールトルクの低下した変異体(βG158A,T165S,Y341W)と野生型について,ATP水解から合成の条件まで含めた非平衡揺らぎによる回転自由度への散逸の計測を行い,この変異体は回転自由度への熱の散逸が低下していることが分かり論文を出版した.また,ATPの加水分解反応が野生型の1/100まで落ちた変異体βE190Dについて,ストールトルクが明らかに低下しており,外部トルク存在下で,不規則に受動的な回転をすることがわかり,構造の脆弱性が示唆された.そこで,γサブユニットのないα3β3複合体の安定性を野生型と比較したところ,この変異体はα3β3複合体の安定性が非常に低下しており,熱安定性の低下も示された.一つの点変異が,複合体全体の安定性に影響を与える原因については,MD計算による揺らぎの解析などが有効であると考えているが,本研究期間に進んだATPの力場の改良はそのために非常に重要である.本変異体についての非平衡揺らぎによる熱散逸と,回転ポテンシャルの計測は,今後引き続いておこなってゆく.一方,野生型で外部トルクによる回転ポテンシャルの変化を示唆するデータが得られおり,更に研究を進めてその全貌を明らかにする.2015年度は,長時間安定したピントを維持して観察を行うための顕微鏡システムの開発を行った.今のところ10分前後の連続した観察を安定して行えており,十分な性能を持つものが出来たと考えている.一方,ATPase活性が落ちた変異体でどのように回転の性質が変わるかを検討すれば,化学反応と力学的な動きの共役に関する知見が得られることを期待してβE190D変異体の回転について,外部トルク依存性などを調べた.βE190D変異体は,加水分解反応に重要なグルタミン酸(E)をアスパラギン酸(D)に置換することにより触媒活性が1/100に低下したもので,F1-ATPaseの変異体の中では最もよく調べられたものの一つである.しかし,この変異体に外部トルクをかけると大きくばらついたストールトルクが得られ,それらはすべてATPの加水分解の自由エネルギー差から期待されるものより低くなっていた.以上の結果は,E190D変異が加水分解反応に影響するだけでなく,モーターの機械的な安定性を低下させ,回転にスリップが起こったことを示唆している.実際に熱処理を行って野生型と比較したところ,74°Cで安定性が明らかに低下しており,また,γサブユニットのないα3β3複合体の安定性をゲル濾過で調べたところ,βE190D変異はα3β3複合体を安定に形成できないことが分かった.

図らずも,ATPase活性の低下した変異体の回転への影響が,分子全体の機械的な強度の不安定化という形で現れたのであるが,F1-ATPaseがβサブユニットでのATP加水分解活性とγサブユニットの回転をカップルすることを考えると,加水分解活性に重要なアミノ酸残基が機械的な動きに関してもそれを支える形で重要な役割を果たすのは合理的なのかも知れない.このほかに光駆動型プロトンポンプであるプロテオロドプシンのポンプ活性の研究をおこない,pHによって輸送方向の逆転が起こることを示唆する結果を得た.ノイズの多い実験結果を扱うために,その再現性の確認に思った以上に時間がかかっているのが現状である.現在実験を担当してくれている学生の熟練度は,おそらく過去の中で最高レベルにあると思っているが,昨年度はいかんせん,諸事情により時間が足りなかった.実験方法などに致命的な欠陥はないと考えているが,現在の学生の状況に合わせて適切な指導をするべきであったと考えている.27年度が最終年度であるため、記入しない。実験装置については,昨年度導入した顕微鏡のピント保持装置をさらに改良して,実用性を高め,データ収集効率を高くする.上記の「理由」にも述べたとおり,実験方法などはほぼ完成されて,大きな改良の余地はない.昨年度から在籍している学生,今年度に研究室の配属された学生に対する指導を適切に行って,自主的に研究に集中できる環境を作りたい.また,今年度から研究室に所属することになった助教の方にも独自の持ち味を活かしつつ,協力を求めていきたい.27年度が最終年度であるため、記入しない。
刺激応答性ポリペプチドライブラリーの作製による人工分子シャペロンの探索

タンパク質の変性・凝集を抑制して正しい立体構造への折れ畳み(フォールディング)を助ける技術は、生命科学や医療の発展に不可欠である。天然にはGroEL/ESに代表されるシャペロンタンパク質が存在し、細胞内タンパク質のフォールディングを助けている。その機構は完全には解明されていないが、1)変性タンパク質を疎水的な相互作用により捕捉したのち、2)フォールディングを助ける適切な親水性のナノ空間を提供し、3)正しくフォールディングしたタンパク質を放出する、という疎水/親水の特性変化を含むダイナミックな働きをすることが知られている。本研究では、天然シャペロンの分子機構にならい、温度に応答して疎水/親水の特性変化を示すエラスチンポリペプチドを人工分子シャペロンとして利用した。エラスチンに見られる繰り返し配列(val-Pro-Gly-Val-Gly)_nは相転移温度以下ではランダムコイル構造をとり水に溶けるが、T_t以上では水和水を放出し七β-スパイラル構造を形成し、水に不溶となる。異なる分子長を有するエラスチンポリペプチドを遺伝子工学的に作製し、これらがモデルタンパク質(ウシ由来炭酸脱水素酵素)のフォールディングに与える効果を調べた。その結果、これらのエラスチンポリペプチドは相転移温度以上においてモデルタンパク質のフォールディングを効果的に促進した。また、エラスチン自体が形成する凝集構造の違いにより、シャペロン活性に大きな違いが出ることが確認された。
持続的な学びを支える学習科学ポータルサイトの開発と評価

本研究は,誰もが学習科学を学び実践に活用できるポータルサイトを開発・運用・評価することを目的に,各100件弱の(1)学習理論のリソース,(2)学習指導要領にリンクされた教材,(3)授業実践の評価データを含んだポータルを開発し,教員や学生,研究者の研修等に活用し1万件強の閲覧を得た.実践と理論の結び付けに役立った一方で,評価データの分析目的の共有が重要だという課題を得た.(1)学習科学ポータルサイトの構築:単元に教材と学習活動,学習プロセスのデータをリンクさせる「学習指導要領エディター」について,理科を先行して開発した.加えて,学習プロセスのデータについては,基本的な分析を施して得られたグラフ等も掲載した.学習科学理論を閲覧できる「学習理論ファインダー」については,著作権上問題のない文献の中でも学習科学の内容を端的に表す資料を選定した上で,掲載量を充実させた.特に,大学学部生程度を想定した認知科学・学習科学の基礎的な資料を充実させた.また,これらのうちの一部資料については,複数のユーザで編集可能なコンテンツとして加工した.さらに,授業例と理論の間をつなぐための場として「掲示板」を設置した.掲示板は,議論がより活性化するよう,新規書き込みがあった際にユーザ全員へメール通知が届くよう整備した.(2)大学授業での利用を開始:大学学部生向け授業2種,大学院向け授業1種,および研究者向けワークショップ1回で,本ポータルを使用した.教室のICT環境によって,ポータルサイト上の教材を印刷して用いることもあったが,異なる学生に対して同様の教材を用いた実践結果を比較する準備が整った.ポータルサイトの構築を順次進めており,試験的ではあるが定常的な運用を始めているため,上記のように判断した.また,ポータルサイトの構築にあたり,国際学会・国内学会でのシンポジウムやワークショップ等を多数開催した.(1)学習科学ポータルサイトの構築:単元に教材と学習活動,学習プロセスのデータをリンクさせる「学習指導要領エディター」については,当初,理科を先行して開発してきたが,国語・算数・社会についても対応範囲を広げて構築を進めた.学習科学理論を閲覧できる「学習理論ファインダー」については,著作権上問題のない文献の中でも学習科学の内容を端的に表す資料を選定した上で,掲載量を充実させた.特に後述の「学習科学ハンドブック」の内容を掲載した.さらに,授業例と理論の間をつなぐための場として設置した「掲示板」を積極活用した.(2)「学習科学ハンドブック第二版」を参考にしたコンテンツの作成:学習科学の理論および実践成果をまとめた「学習科学ハンドブック」を広く紹介するため,各章の内容を簡単に紹介したコンテンツを作成した.研究者有志に,それぞれの担当章について紹介文を執筆してもらい,それらをポータルサイトに掲載する許可を得た.(3)現場教員等に対するサービスの提供を開始:月1回で開催されている「学習科学セミナー」と連動して本ポータルを受講者約40名に利用してもらい,活発な議論や教材活用を引き起こした.加えて大学学部生向け授業1種,および大学院向け授業1種で,本ポータルを使用した.構築したポータルサイトを,試験的に使用範囲を拡大しながら活用し始め,様々な成果やさらなる機能要求を得ている.本研究は,授業実践を一つの核として(1)学習理論のリソース提供(2)学習指導要領他の動的ウェブ化(3)実践評価のデータ共有を通して,誰もが学習科学を学び実践に活用できるポータルサイトを開発・運用・評価する。本年度は,平成27年度までに開発した「学習科学ポータル(http://recls.ed.shizuoka.ac.jp/lsweb/index.html)」を教員,教育行政関係者,学習科学研究者,教職大学院教員・院生等からなるコミュニティで活用し,計85授業,62論文,10回分講義資料を掲載し,10,086件の閲覧数を得た。また対面での4回の教員研修に活用した。いずれも理論と実践を結び付けようとする動機付けとはなり,研修後の閲覧を促したものの,実践から得たデータ(特に児童生徒の発話記録)をいかに共有し分析するかというところに抽象的な学習理論を結び付け,次の授業デザインの質向上に繋げていくかに課題が見られた。そこで研究代表者の所属機関変更に伴い,学習科学ポータルを既に運用実績のある東京大学CoREFプロジェクトのポータルサイトと連携して充実させ,協調学習における「知識構成型ジグソー法」という授業手法の制約を設けた上で,対話データも含めた授業実践データの共有・分析・実践リデザインのサイクルを回しながら,学習理論や学習指導要領との関連付けを行いうるかを検証し,一定の成果を得た。その成果をICLS2016,日本教育心理学会,日本認知科学会,日本教育工学会等の国内外学会での発表や,認知科学,日本教育工学会論文誌,カリキュラム研究等の学術誌での論文によって発信することで,各種行政機関や民間企業の関心を呼び,LMS開発やOECDのカリキュラム分析(Curriculum Content Mapping),学習指導要領のナンバリング等の議論に影響を与え始めている。本研究は,誰もが学習科学を学び実践に活用できるポータルサイトを開発・運用・評価することを目的に,各100件弱の(1)学習理論のリソース,(2)学習指導要領にリンクされた教材,(3)授業実践の評価データを含んだポータルを開発し,教員や学生,研究者の研修等に活用し1万件強の閲覧を得た.実践と理論の結び付けに役立った一方で,評価データの分析目的の共有が重要だという課題を得た.(1)学習科学

ポータルサイトのコンテンツ拡充:学習指導要領エディターについて教科の幅を広げる.また,各単元に掲載されている実践例の数は限られているため,教材と実践結果のデータが豊富に揃っているものから順に,ポータルサイトへのアップロードを進める.学習理論ファインダーについては,掲載している授業例との関連が強いと思われる文献を中心にアップロードを進める.また,授業例のページより,各授業と関連が強いと考えられる文献を手軽に参照できるようリンクの整備を行う.(2)学習科学ポータルサイトの利用:教員等実践家や研究者に実際にサイトを使ってもらい,ポータル上及び対面での学習科学の理解や活用に効果があるかを検討する.(3)授業での利用に対する評価:アクセスログのデータを用いて,ポータルサイトのコンテンツの中でユーザによく閲覧されていたものを洗い出す.一方で,多数の閲覧を期待したにもかかわらずユーザの閲覧が少なかったものも洗い出し,コンテンツ配置の工夫やリンク作成等によってユーザを誘導する方法を検討する.平成28年度は以下を実施する予定である.(1)学習科学ポータルサイトのコンテンツ拡充:学習指導要領エディターについて教科の幅を広げたが,各単元に掲載されている実践例の数は限られている.そこで,授業資料とその実施結果のデータが揃っているものから順に,ポータルサイトへのアップロードを進める.また,英語やその他教科についても,授業例の掲載を進める.学習理論ファインダーについては,掲載している授業例との関連が強いと思われる文献を中心にアップロードを進める.また,授業例のページより,各授業と関連が強いと考えられる文献を手軽に参照できるようリンクの整備を行う.また,海外の学習科学の代表的なプロジェクトから先進的な事例を集めて,ポータルサイトにアップロードしたり,リンクを作成したりする.(2)授業やワークショップでの利用に対する評価:アクセスログのデータを用いて,ポータルサイトのコンテンツの中でユーザによく閲覧されていたものを洗い出す.一方で,多数の閲覧を期待したにもかかわらずユーザの閲覧が少なかったものも洗い出し,コンテンツ配置の工夫やリンク作成等によってユーザを誘導する方法を検討する.28年度が最終年度であるため、記入しない。学習科学28年度が最終年度であるため、記入しない。
ファジィ確率的環境下における2レベル多目的配送計画問題

配送計画においては,荷主と運送会社の間には意思決定レベルに関して階層構造が存在する一方で互いに協力関係にある場合も多い.本研究では,専門家・熟練者の知識に含まれる曖昧さ(ファジィ)と顧客需要などの確率的不確実性とが同時に存在する環境下において,荷主と運送会社が関心のある配送時間や平均稼動効率など複数の目的達成度に関する満足度バランスを考慮した適切な配送拠点と配送ルートを高速かつ高精度に導出する解法を開発した.配送計画においては,荷主と運送会社の間には意思決定レベルに関して階層構造が存在する一方で互いに協力関係にある場合も多い.本研究では,専門家・熟練者の知識に含まれる曖昧さ(ファジィ)と顧客需要などの確率的不確実性とが同時に存在する環境下において,荷主と運送会社が関心のある配送時間や平均稼動効率など複数の目的達成度に関する満足度バランスを考慮した適切な配送拠点と配送ルートを高速かつ高精度に導出する解法を開発した.本研究では,専門家・熟練者の知識に含まれる曖昧さ(ファジィ)と顧客需要などの確率的不確実性とが同時に存在する環境下において,配送時間や平均稼動効率など複数の目的を考慮した配送計画モデルを提案する.荷主と運送会社はコストや時間などの複数の目的をもっており,荷主と運送会社の間には階層構造が存在するが,お互いに協力関係にある場合もしばしば存在する.本研究では,そのような協力関係下において荷主と運送会社の間の目的達成度に関する満足度バランスを考慮した適切な配送拠点と配送ルートを高速かつ高精度に導出する解法を開発するとともに,曖昧性や不確実性の度合いの大小が解に及ぼす影響について明らかにすることを目的とする.本年度での成果として,まず顧客需要や配送時間などをファジィランダム変数で表されるものと仮定し,上位レベル意思決定者の荷主の目的は配送費用を含めた物流コスト,下位レベルの運送会社は配送時間,総配車台数,平均稼動効率などの複数個の目的をもつものとして,ファジィランダム変数を含む2レベル多目的配送計画問題を定式化した.次に,「ファジィ目標が達成されると期待できる可能性の最大化(期待可能性最大化)」を最適基準としてモデル化し,確率測度や可能性測度の性質を用いて問題を等価な確定問題に変換した.また,荷主と運送会社の2レベル間のおける配送拠点,配送ルート等に関する満足解を定義し,最適解が満足解の候補となるような数理計画問題を導出した,さらに,荷主の最小満足度を設定した上で,運送会社との満足度の比を対話により更新しながら最終的に両者の満足解を導出するアルゴリズムの構築を行った.本研究では,専門家・熟練者の知識に含まれる曖昧さ(ファジィ)と顧客需要などの確率的不確実性とが同時に存在する環境下において,配送時間や平均稼動効率など複数の目的を考慮した配送計画問題を考えた.荷主と運送会社はコストや時間などの複数の目的をもっており,荷主と運送会社の間には階層構造が存在する.一方,荷主と運送会社は互いに協力関係にある場合も多く,本研究では,荷主と運送会社の間の目的達成度に関する満足度バランスを考慮した適切な配送拠点と配送ルートを高速かつ高精度に導出する解法を開発することを目的とした.22年度に提案したモデルでは,ファジィランダム変数で表される目的関数に対して可能性測度に関する確率的期待値を最大化しており,分散などリスクを考慮していなかった.23年度では,まず顧客需要や配送時間などをファジィランダム変数で表されるものと仮定し,上位レベル意思決定者の荷主の目的は配送費用を含めた物流コスト,下位レベルの運送会社は配送時間,総配車台数,,平均稼動効率などの複数個の目的をもつものとして,ファジィランダム変数を含む2レベル多目的配送計画問題を定式化した.次に,リスクを考慮するために「目的関数がある目標値を達成する確率レベルを設定し,その確率制約条件の下で目標値そのものを最適化」するモデルを提案し,確率測度や可能性測度の性質を用いて問題を等価な確定問題に変換した.また,荷主と運送会社の2レベル間のおける配送拠点,配送ルート等に関する満足解を定義し,最適解が満足解の候補となるような数理計画問題を導出した.さらに,荷主の最小満足度を設定した上で,運送会社との満足度の比を対話により更新しながら最終的に両者の満足解を導出するアルゴリズムの構築を行った.
火災を受けた鋼架構の機能維持および再使用性評価技術の開発

建築物の耐火設計では、火災時における部分架構・部材の崩壊温度を終局耐力に基づき推定している。一般的な設計では、火災時の構造体の崩壊に対する安全性については検討するが、火災後の再使用性までは検討しておらず、火災後の損傷等を設計段階で想定していない。本研究では、火災後における構造体の機能維持・再使用性と損傷の関係に着目し、火災時の加熱冷却過程における鋼架構の力学的挙動を分析し、火災時の架構の加熱冷却過程における残留変形・残留応力、火災後の地震時における架構の構造特性、残留応力の解放メカニズム、火災時に構造体に生じる変形と構造部材・非構造部材の接合部破断などによる損傷や脱落等の関係が明らかとなった。一般的な設計では、火災時の構造体の崩壊に対する安全性については検討するが、火災後の再使用性までは十分に検討しておらず、崩壊を免れた構造体の損傷・再使用性等を設計段階に想定できてない。本研究では、火災後における構造体の機能維持・再使用性と損傷状況の関係を明らかとするため、火災時の加熱・冷却過程における鋼架構の力学的挙動を解析・実験的検討に基づいて分析し、定量的に把握することを目的とする。本年度、部材実験においては、柱・梁部材を高温炉を用いることにより部材温度を漸増させ、温度上昇時に部材に導入される熱応力、熱応力の導入にともなう部材の変形挙動を把握することが可能となった。また、柱・梁材の部材実験とともに昨年度の解析を発展させ、架構の加熱冷却過程における残留変形および残留応力の程度、残留応力の解放の効果を把握するために有限要素法(二次元、三次元)による弾塑性熱応答解析を行った。解析対象架構は昨年と同様の12層3スパン(階高4 m、スパン長10 m)とした。解析において想定する火災は建物の複数スパンが火災となることを想定した。火災・火害の程度として、部材の最高履歴温度(Tmax)を、100°Cから崩壊の直前温度の範囲で設定した。火災後の再使用・修復可能性の検討として、部材の局所再加熱による残留応力解放の効果を分析した。その結果、再加熱範囲が小さく、高温であるほど残留応力が低減することが明らかとなった。しかしながら、変形については、残留応力の低減ほど変化しないことも明らかとなった。本研究では、火災後における構造体の機能維持・再使用性と損傷の関係に着目し、火災時の加熱冷却過程における鋼架構の力学的挙動を分析し、損傷の程度を定量化することを目的とした。以下の通り、火災時の架構の加熱冷却過程における残留変形・残留応力、火災後の地震時における架構の構造特性、残留応力の解放メカニズム、火災時に構造体に生じる変形と構造部材・非構造部材の接合部破断などによる損傷や脱落等の関係が明らかとなり、耐火設計時における火災後の損傷状況を把握できるようになった。(1)火災時・冷却時の架構の応力:外側スパン火災、内側スパン火災、全スパン火災時等の梁の最大応力と冷却後の残留応力の関係から、外側スパンよりも内側スパンの梁の方が残留応力が大きく、加熱範囲が大きく、最高履歴温度が高いほど、残留応力も大きくなる。(2)火災後地震時の架構の層剛性:水平力に対する火災後の架構の層剛性は、加熱温度の上昇および加熱範囲の拡大に応じて低下する。残留応力が大きい部材が多いほど水平加力時に塑性化が生じ易いため、水平剛性が低下しやすいが耐力は大きく低下しない。(3)火災後の残留応力解放方法:架構の残留応力の解放を目的として、梁の中央部分を局部的に再加熱することにより、再加熱部分が局所的に塑性することにより応力が解放され、火災後に比べて1/3程度に残留応力を低減させることができる。(4)火災時の構造体の変形による部材の損傷状況:火災時に梁が傾くような変形が生じると構造部材・非構造部材へ損傷、破断を誘発しやすく、一部の非構造部材は落下高さの1/3まで飛散する。