hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
金属結晶中におけるConcave型ナノ細孔の新規固体界面の探求

本研究課題においては,新たな白金メソ多孔体(メソポーラス白金)類を創製し,それらの電極触媒としての機能を詳細に調査する.これまでのシリカ系多孔体とは異なり,幅広い電気化学的な応用が期待できる物質である.特に,細孔表面に存在する配位不飽和金属原子は,触媒反応を大幅に促進させることができる活性なサイトとして働くことが期待できる.具体的には,様々な両親媒性分子を水溶液中でミセル化し,目的とする金属の金属塩類を溶解させ,その後,電解析出法により,メソポーラス金属薄膜を導電基板上に電着させた.また,還元剤を用いる化学還元法により,粉末(ナノ粒子も含む)の合成も可能とした.得られたサンプルの詳細な電子顕微鏡観察の結果から,高い結晶性を有する細孔壁を構築することにより,通常の金属ナノ粒子では形成が難しいとされている(熱的安定性の低い)高次結晶面やステップ,キンクなどが,細孔空間の露出表面には多く存在することが明らかになった.3Dトモグラフィーなども駆使し,粒子内部まで細孔空間が連続的に繋がっていることも証明できた.このような理想的な空間構造を設計することで,ゲスト種(反応物)が内部空間まで効率的に到達し,全金属表面を有効に使用し反応が行われていることも分かった.また,メソ細孔における広がった空間でのゲストーホスト相互作用に着目し,合金化による金属表面の改質,メソ細孔サイズの違いによる物性面での特徴も考察した.高い結晶性を有する細孔壁を構築することにより,通常の金属ナノ粒子では形成が難しいとされている(熱的安定性の低い)高次結晶面やステップ,キンクなども,細孔空間の露出表面には多く存在させることができる.これらの場所には,配位不飽和の金属原子が多く存在しており,Pt(111)結晶面と比較し,活性の高い面(特に,high index面)も確認できており,電極触媒反応を大幅に促進させることができた.反応としては,メタノール酸化反応,酸素還元反応なども試みた.また,計算化学のアプローチから,格子の歪みと酸素の吸着エネルギーの関係を調査し,格子の収縮による酸素吸着性の低減,あるいはその逆を生じさせることで,それぞれの結晶面での活性を最適化させることができることがわかった.例えば,酸素還元反応を考えた場合には,酸素吸着性は極めて重要な因子である.また,合金化による格子の歪みと電子数の微調整を利用してPtのdバンドエンジニアリングが理論的にも実験的にも検討され,体系ができつつある.溶液中に異種の金属イオンを溶存させることにより,合金への展開を実施し,多孔体化するのに成功している.提案書に記載した研究計画に沿って順調に進んでいる.実験上乗り越えられない,大きな問題なども生じていない.本研究課題においては,新たな白金メソ多孔体(メソポーラス白金)類を創製し,それらの電極触媒としての機能を詳細に調査する.これまでのシリカ系多孔体とは異なり,幅広い電気化学的な応用が期待できる物質である.特に,細孔表面に存在する配位不飽和金属原子は,触媒反応を大幅に促進させることができる活性なサイトとして働くことが期待できる.具体的には,様々な両親媒性分子を水溶液中でミセル化し,目的とする金属の金属塩類を溶解させ,その後,電解析出法により,メソポーラス金属薄膜を導電基板上に電着させた.また,還元剤を用いる化学還元法により,粉末(ナノ粒子も含む)の合成も可能とした.得られたサンプルの詳細な電子顕微鏡観察の結果から,高い結晶性を有する細孔壁を構築することにより,通常の金属ナノ粒子では形成が難しいとされている(熱的安定性の低い)高次結晶面やステップ,キンクなどが,細孔空間の露出表面には多く存在することが明らかになった.3Dトモグラフィーなども駆使し,粒子内部まで細孔空間が連続的に繋がっていることも証明できた.このような理想的な空間構造を設計することで,ゲスト種(反応物)が内部空間まで効率的に到達し,全金属表面を有効に使用し反応が行われていることも分かった.また,メソ細孔における広がった空間でのゲストーホスト相互作用に着目し,合金化による金属表面の改質,メソ細孔サイズの違いによる物性面での特徴も考察した.高性能の電子顕微鏡を駆使し,詳細なメソ空間の容積,表面積に加え局所的な幾何学的な考察を行うことができる.ガウス負曲面に露出したメソ細孔の全体像(平均像)と局所像(微細構造像)を直接観察することにより,ゲスト種の外部からのアクセス性に加え,反応場を考慮に入れた最適構造の模索が可能になる.金属細孔壁の局所配位構造や金属元素の酸化数を放射光XAFS測定により求める.酸素還元反応における物質の挿入・脱離に伴う価数変化と結合間距離をその場in-situ XAFS法により計測し,ナノ空間材料における電荷蓄積機構などを明らかにする.多孔体材料では,その構造中での物質の反応機構を正しく理解することが,構造を最適化する上で重要である.また,理論計算を用いた解析では,主に第一原理計算手法を用いて,多孔質材料中の階層的空間(ミクロ孔,メソ孔)におけるイオン等のゲストと多孔質材料であるホストとの相互作用を解明し,他の解析手法と連携しながらその特徴的な構造を特定する。

特に,メソ細孔中の金属表面におけるゲストーホスト相互作用,メソ細孔における広がった空間でのゲストーホスト相互作用に着目し,計算に必要な最適モデルの設計,原子構造解析,エネルギー解析,電子密度・電荷分布解析,状態密度解析,ELNES/XANES解析などを用いて,原子・電子構造を明らかにする.これらの解析結果によって,金属表面とゲスト種や,メソ細孔サイズの違いによる相互作用の変化を明らかにできるので,ゲストの最適な貯蔵・輸送を設計するための基盤的な必要情報・指針を提示できる.これらを合成へfeedbackさせて,メソ空間完全制御により,高次結晶面やステップ,キンクなどを最大限細孔表面に露出させ,触媒反応を大幅に促進させる.
癌幹細胞に対する新規治療戦略

癌幹細胞は分化能と自己複製能を有する細胞である。癌幹細胞を標的にした治療法はいまだ実用化されてない。また融合遺伝子は重要な発癌原因の1つであり、正常組織には存在せず、癌組織にのみ存在しており分子標的治療の標的因子として有用である。癌幹細胞の分離と融合遺伝子の探索:胆管癌細胞株HuCCT1 7.25×106個の細胞に対してFITCで標識したc-Met抗体を4°Cで10min反応させた後に、抗FITC磁気ビーズを接着させポジティブセレクション用LSカラム(μMACSアイソレーションキット)を用いてc-Met陽性細胞の分離を行った。しかし分離ができずc-Met抗体陽性細胞の数が不十分であった。そのため弱く標識された細胞を効率よく分離するために、不要細胞のディプリーションが可能なLDカラムによる前処理を行った後、ポジティブセレクション用LSカラムにて分離を行った。その結果、7.9×105のc-Met陽性細胞の回収が可能であった。カラムにより分離したc-Met陽性細胞と陰性細胞のc-Metの発現をウェスタンブロティングにて検討した。c-Met陰性細胞と比較してc-Met陽性細胞においてc-Metの発現の亢進を認めた。c-Met陽性細胞とc-Met陰性細胞に関してMTTによる増殖能の検討を行った。c-Met陽性細胞において増殖能が亢進していた。c-Met陽性細胞からCD49f陽性細胞の分離を行った。細胞の分離は可能であったがviabilityが低下していた。大腸癌細胞株DLD1よりCD133陽性細胞の分離をLSカラムにて行った。CD133陽性細胞とCD133陰性細胞に関してMTTによる増殖能の検討を行った。CD133陽性細胞において増殖能が亢進していた。癌細胞株からc-Met陽性細胞および陰性細胞に分離し、増殖能の差について明らかにした。また複数種類の癌幹細胞のマーカーでの分離が可能だがviabilityが低下しており、融合遺伝子の発現解析ができなかったため、やや遅れている。癌幹細胞の分離と融合遺伝子の探索:乳癌組織からCD44陽性、CD24陰性、lineage marker陰性である癌幹細胞、胆管癌組織からCD45陰性、TER陰性、CD49f陽性、CD29陽性、c-kit陰性、c-Met陽性である癌幹細胞、大腸癌組織からCD133陽性である癌幹細胞をμMACSアイソレーションキットにより回収する。回収した癌幹細胞の次世代シークエンサーによる融合遺伝子の探索を行ない、融合遺伝子を同定する。同定した融合遺伝子の融合部の5'側と3'側のプライマーを設計する。乳腺、胆管、大腸の正常組織と乳癌、胆管癌、大腸癌の各組織での融合遺伝子の発現をRT-PCRにて比較検討する。融合遺伝子を標的にしたsiRNAの開発:融合遺伝子の融合部を標的にしたsiRNAを作成する。作成したsiRNAを乳癌、胆管癌、大腸癌の各細胞株に導入し遺伝子発現の抑制効果についてRT-PCR法にて検討する。癌細胞株を用いた融合遺伝子の機能解析:融合遺伝子を標的にしたsiRNAを乳癌、胆管癌、大腸癌の各細胞株に導入し、増殖能(MTTアッセイ法)、浸潤能(インベーションアッセイ法)、アポトーシス誘導能(TUNEL法)、運動能(スクラッチアッセイ法)を検討する。乳癌組織からCD44陽性、CD24陰性、lineage marker陰性である癌幹細胞、胆管癌組織からCD45陰性、TER陰性、CD49f陽性、CD29陽性、c-kit陰性、c-Met陽性である癌幹細胞、大腸癌組織からCD133陽性である癌幹細胞をμMACSアイソレーションキットにより回収する。融合遺伝子を標的にしたsiRNAの開発し遺伝子発現の抑制効果についてRT-PCR法にて検討する。また癌細胞株を用いた融合遺伝子の機能解析を行う。

c-Met陽性細胞とc-Met陰性細胞に関してMTTによる増殖能の検討を行った。c-Met陽性細胞において増殖能が亢進していた。c-Met陽性細胞からCD49f陽性細胞の分離を行った。細胞の分離は可能であったがviabilityが低下していた。大腸癌細胞株DLD1よりCD133陽性細胞の分離をLSカラムにて行った。CD133陽性細胞とCD133陰性細胞に関してMTTによる増殖能の検討を行った。CD133陽性細胞において増殖能が亢進していた。癌細胞株からc-Met陽性細胞および陰性細胞に分離し、増殖能の差について明らかにした。また複数種類の癌幹細胞のマーカーでの分離が可能だがviabilityが低下しており、融合遺伝子の発現解析ができなかったため、やや遅れている。癌幹細胞の分離と融合遺伝子の探索:乳癌組織からCD44陽性、CD24陰性、lineage marker陰性である癌幹細胞、胆管癌組織からCD45陰性、TER陰性、CD49f陽性、CD29陽性、c-kit陰性、c-Met陽性である癌幹細胞、大腸癌組織からCD133陽性である癌幹細胞をμMACSアイソレーションキットにより回収する。回収した癌幹細胞の次世代シークエンサーによる融合遺伝子の探索を行ない、融合遺伝子を同定する。同定した融合遺伝子の融合部の5'側と3'側のプライマーを設計する。乳腺、胆管、大腸の正常組織と乳癌、胆管癌、大腸癌の各組織での融合遺伝子の発現をRT-PCRにて比較検討する。融合遺伝子を標的にしたsiRNAの開発:融合遺伝子の融合部を標的にしたsiRNAを作成する。作成したsiRNAを乳癌、胆管癌、大腸癌の各細胞株に導入し遺伝子発現の抑制効果についてRT-PCR法にて検討する。癌細胞株を用いた融合遺伝子の機能解析:融合遺伝子を標的にしたsiRNAを乳癌、胆管癌、大腸癌の各細胞株に導入し、増殖能(MTTアッセイ法)、浸潤能(インベーションアッセイ法)、アポトーシス誘導能(TUNEL法)、運動能(スクラッチアッセイ法)を検討する。複数種類の癌幹細胞のマーカーでの細胞分離が可能であったが、viabilityが低下しており、融合遺伝子の発現解析ができなかった。そのために使用予定であった研究費が残ったため。乳癌組織からCD44陽性、CD24陰性、lineage marker陰性である癌幹細胞、胆管癌組織からCD45陰性、TER陰性、CD49f陽性、CD29陽性、c-kit陰性、c-Met陽性である癌幹細胞、大腸癌組織からCD133陽性である癌幹細胞をμMACSアイソレーションキットにより回収する。融合遺伝子を標的にしたsiRNAの開発し遺伝子発現の抑制効果についてRT-PCR法にて検討する。また癌細胞株を用いた融合遺伝子の機能解析を行う。
冥王代モダンアナログである蛇紋岩熱水系における無機的な有機合成メカニズムの解明

蛇紋岩熱水系では、岩石と水の反応で形成される高水素濃度環境が非生物的な有機合成を促進することが期待されており、生命の化学進化の観点から注目されている。しかしながら、蛇紋岩熱水系で観測される最も単純な有機化合物ですら、その具体的な生成機構は明らかでない。本研究では、炭化水素の生成機構の解明を目的として、陸上の蛇紋岩温泉(長野県の白馬八方温泉)において主に炭素の安定同位体比を利用した解析を行った。前年度までの研究で、白馬八方温泉に含まれる炭素数1-5までの炭化水素の炭素同位体組成、およびプロパン(C3H8)の分子内炭素同位体組成のデータを得た。今年度はこれらのデータに基づいて、蛇紋岩温泉における炭化水素の生成機構を考察した。直鎖状の炭化水素に着目すると、炭素同位体比と炭素数の逆数との間に直線的相関関係があることが分かった。そこで本研究では、この観測された炭素同位体分布を説明しうる炭化水素の重合モデルを開発し、理論的な手段を取り入れて一般化を図った。炭素同位体比の直線的相関関係は、C1化合物(炭素原子を一つ含む炭素化合物)がある一定の同位体分別で連続的に付加することで長鎖の炭化水素が生成されると仮定すると、うまく説明することができる。また、白馬八方温泉の炭化水素と同様の同位体的特徴は、深海底の蛇紋岩熱水系でも報告されており、本研究の重合モデルを当てはめられることが分かった。このことから、白馬八方温泉における炭化水素の生成機構は、蛇紋岩熱水系で一般的に起こりうる事象であると考えられる。また、分子内レベルまで拡張した議論を行うことで、分子レベルの同位体情報では識別できない、より詳細な重合過程を見分けられることが示唆された。分析確度の評価や実験による検証などを行う必要があるが、この分子内同位体組成を用いた識別方法は、天然炭化水素の起源を推定する上で将来的に有力な手段になると考えられる。28年度が最終年度であるため、記入しない。40億年以上前まで遡るとされる地球生命の誕生は未だ謎に包まれているが、超苦鉄質岩を母岩とする温泉/熱水環境(以下、蛇紋岩熱水系)は生命誕生の場を考える上で一つの有力候補である。なぜなら、岩石と水の反応で形成される高水素濃度環境が、生命誕生に必要な有機化合物を非生物的に合成することが期待されるからである。しかしながら、現存する蛇紋岩熱水系で見つかる最も単純な有機化合物ですらその具体的な生成機構は明らかでない。本研究では、炭化水素の生成機構の解明を目的として、陸上の蛇紋岩温泉において主に炭素の安定同位体比を利用した解析を行った。2015年6月に蛇紋岩温泉である白馬八方温泉(長野県)の遊離ガスおよび水試料を採取した。温泉試料中に微量に含まれる炭化水素成分を濃縮・精製する前処理法を確立して適用した結果、炭素数1-5までの飽和炭化水素を初めて検出し、その炭素同位体比を決定することに成功した。白馬八方温泉の直鎖状炭化水素については、炭素数の増加に伴って規則的に炭素同位体比が減少する傾向が観測された。また、蛇紋岩熱水系の炭化水素の起源解明を目的として、分子内レベルの炭素同位体分析の適用を試みた。炭化水素分子の生成・消費プロセスに関する情報は本来、分子内の同位体分布に内在すると考えられる。分子内同位体分析は、従来の同位体分析法で得られる分子レベルの情報とは違った、炭化水素の起源に関する新たな情報を提供することが期待される。「プロパンの分子内炭素同位体分析法」は近年開発された手法であるが、炭化水素濃度の低い蛇紋岩熱水試料への適用はこれまで実現に至っていなかった。本研究では、前述した前処理法を応用することで問題の解決を計り、世界で初めて蛇紋岩熱水に含まれるプロパン分子中の炭素原子位置ごとの炭素同位体組成を明らかにした。今後、得られたデータをもとに炭化水素の生成機構を議論する。当初の計画通り、微量の炭化水素成分を計測するための前処理法を確立し、蛇紋岩温泉中に含まれる炭化水素の濃度及び炭素同位体比の計測に成功したため。また、この前処理法を応用したことで分子内同位体分析も成功しており、概ね順調に進展していると評価した。

そこで本研究では、この観測された炭素同位体分布を説明しうる炭化水素の重合モデルを開発し、理論的な手段を取り入れて一般化を図った。炭素同位体比の直線的相関関係は、C1化合物(炭素原子を一つ含む炭素化合物)がある一定の同位体分別で連続的に付加することで長鎖の炭化水素が生成されると仮定すると、うまく説明することができる。また、白馬八方温泉の炭化水素と同様の同位体的特徴は、深海底の蛇紋岩熱水系でも報告されており、本研究の重合モデルを当てはめられることが分かった。このことから、白馬八方温泉における炭化水素の生成機構は、蛇紋岩熱水系で一般的に起こりうる事象であると考えられる。また、分子内レベルまで拡張した議論を行うことで、分子レベルの同位体情報では識別できない、より詳細な重合過程を見分けられることが示唆された。分析確度の評価や実験による検証などを行う必要があるが、この分子内同位体組成を用いた識別方法は、天然炭化水素の起源を推定する上で将来的に有力な手段になると考えられる。今後は得られたデータをもとに、蛇紋岩熱水系における炭化水素の生成機構を考察し、論文化する。また、溶存有機酸の炭素同位体計測、岩石ー熱水反応実験を新たに開始する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
超新星爆発をトリガーとするアミノ酸不斉創生説の検証

1.アミノ酸等へのβ線照射:ロシアのSnezhinsk研究所の^<90>Sr-^<90>Y線源(50 Ci)を用いて,アミノ酸(イソバリン・ヒスチジンなど)およびそれらの銅錯体などへのβ線照射を行った。金属錯体の方が、遊離アミノ酸よりもβ線照射に対して安定であることがわかった。照射後のアミノ酸金属錯体のCDスペクトルは、前年度ほ通常のCD分光器で測定したが、今年度は北京放射光施設の4B8真空紫外分光器で測定した。その結果、照射前と比較して、アミノ酸に由来するCDピークの増大が観測された。アミノ酸金属錯体をキレートディスクで脱塩した後、キラルカラムで分離したところ、ヒスチジン銅錯体に照射した場合(60%残存)約5%のD体のエナンチオ過剰、セリンコバルト錯体に照射した場合に7.6%のD体のエナンチオ過剰が検出された。以上の結果は、β線照射によりアミノ酸の不斉分解が起きたことを強く示唆するものである。2.アミノ酸等への円偏光紫外線照射:分子科学硬究所UVSOR IIの自由電子レーザー(FEL)を用いて右および左円偏光紫外線照射(215 nm)をアラニン、ヒスチジン、イソバリンの水溶液およびそれらの銅錯体水溶液に照射した。今回の照射では装置の制約から十分な分解ができず、エナンチオ過剰は検出されなかった。ただし、アラニンの薄膜に左右円偏光を照射した場合には、CDスペクトルの変化が観測され、不斉分解が起きたことが強く示唆された。現在、照射量や溶液のpHを変化させた円偏光照射実験を行い、結果を解析中である。3. β線によるアミノ酸の不斉創生が検出された。このエナンチオ過剰の増幅のためには、自己触媒反応が有効と考えられる。特にヒスチジンは酵素の活性中心に多く存在するアミノ酸であり、自身、加水分解触媒活性を有する。ヒスチジンを含む自己触媒反応系の探索を予定している。1.アミノ酸のエナンチオマー分離法の検討:AQC蛍光試薬を用いたプレカラム誘導体-逆相HPLC法や,キラルカラムを用いたHPLC法について検討し,イソバリン,ヒスチジン,アラニンなどのアミノ酸のエナンチオ分離条件を決めた。円二色検出器を用いる方法も検討したが,イソバリンには不適であることがわかった。他のアミノ酸への適用を検討する予定である。2.アミノ酸等へのβ線照射:ロシアのSnezhinsk研究所の^<90>Sr-^<90>Y線源(50Ci)を用いて,アミノ酸(イソバリンなど),ヒスチジン銅錯体などへのβ線照射を行った。大線量照射のため,イソバリンはほぼ完全に分解してしまったが,ヒスチジン銅錯体は残存した。照射後のアミノ酸金属錯体のCDスペクトルを測定すると,照射前になかったピークが観測された。これはβ崩壊により生じる電子が左偏極していることに由来する可能性が考えられるので,さらに検証を進める予定である。ヒスチジン銅錯体にβ線照射後,ヒスチジンにエナンチオ過剰が検出されたが,その確認のため,再実験,およびのアミノ酸のD/L比の精密測定を準備中である。3.アミノ酸等への円偏光紫外線照射:分子科学研究所UVSORIIの自由電子レーザー(FEL)を用いて右および左円偏光紫外線照射(215nm)をイソバリン水溶液に照射した。主要な分解生成物はアラニン,2-ブチルアミン,イソ吉草酸であった。このような特異的な分解はX線や重粒子線照射では観察されなかった。残存したイソバリンや生成したアラニンのエナンチオ比の測定を試みたが,有意の過剰は見られなかった。被照射溶液のpHの影響なども考えられるため,再実験を計画中である。一方,イソバリンの薄膜を作成して円偏光を照射した場合には,円二色性が検出され,円偏光による不斉の誘起が確認された。

ただし、アラニンの薄膜に左右円偏光を照射した場合には、CDスペクトルの変化が観測され、不斉分解が起きたことが強く示唆された。現在、照射量や溶液のpHを変化させた円偏光照射実験を行い、結果を解析中である。3. β線によるアミノ酸の不斉創生が検出された。このエナンチオ過剰の増幅のためには、自己触媒反応が有効と考えられる。特にヒスチジンは酵素の活性中心に多く存在するアミノ酸であり、自身、加水分解触媒活性を有する。ヒスチジンを含む自己触媒反応系の探索を予定している。
新素材を足場骨格に応用した小児の気管・気管支再生に関する研究

まず、生物分解性を有するポリトリメチレンカーボネートを足場の新素材として利用して軟骨再生を試みたが、軟骨細胞の接着・培養は困難であった。次に、軟骨細胞シートを利用して、足場を用いず円筒状軟骨構造体を再生させることに成功した。In vitroにおいて再生された円筒状軟骨構造体は、組織学的にもほぼ正常軟骨と同様の構造を有し、適度な弾性と強度を有していることが証明された。本軟骨構造体は、様々な形状に加工して利用可能と考えられたが、臨床応用のためには更なる動物実験によっての確認が必要と思われた。気管軟骨再生に用いる生体吸収性の新しい足場として、トリメチレンカーボネイトで疎水性を示すコレステロール(Chol)と親水性を示すpoly(ethylene glycol)monomethyl ether(mPEG)を用いて高分子ポリマー、ポリトリメチレンカーボネート(PTMC)を作成した。PTMCの開環重合数の確認を行ったところ、Cholは数平均分子量(Mn)38561,重量平均分子量(Mw)131960、mPEGはMn36034,Mw114292であり、1H NMR spectraではTMCが約1600個からなる高分子ポリマーの形成が確認された。水の接触角はChol-PTMCでは浸水前は85度、浸水7日後に78度となった。mPEG-PTMCはそれぞれ61度、53度であり、水中の特性ではChol-PTMCの方が細胞接着にとって有利な疎水性を示すことが明らかとなった。多数のporeを有するPTMCを作成したが、Chol-PTMCはpore sizeが水溶液中で徐々に収縮してporeが消失することが明らかとなり、Cholが水溶液内で凝集してしまうためと考えられた。mPEG-PTMCでは水溶液中でもpore sizeが縮小することなく形態を維持できたが、親水性が強く細胞接着では不利なことが予測された。今後それぞれの利点を生かすため、Chol-PTMCとmPEG-PTMCを混合した足場で同様の特性調べる予定である。一方、実際に生体の気管を置換した場合を想定し、足場の溶解が進んで強度が低下し始めた時期において、すでに十分の強度を有する円筒状気管軟骨の再生が完了することを目的に、上記生体吸収性足場に分離細胞を個々に播種するのではなく、細胞シート工学的手法を用いて予め軟骨細胞シートを作成しておき、足場素材に接着させて軟骨再生を図る方法の開発にも着手した。家兎の耳介軟骨より分離した軟骨細胞を多層に播種して軟骨細胞膜シートを作製し、シリコンチューブに巻いて6週間回転培養を継続した。6週間後に、軟骨基質の測定、組織学的観察、強度の測定を行い、軟骨細胞シートからの円筒状再生気管軟骨が得られる見込みを得た。1)気管軟骨再生に用いる生体吸収性の足場として、ポリトリメチレンカーボネイトを材料に適切な強度でを保ちつつ多数のporeを有する足場を形成するための素材加工の方法を引き続き検討した。Chol-PTMCとmPEG-PTMCを種々の比率で混合した足場を作成して、これに気管軟骨細胞を播種したが、Poreサイズが大きくかつ生体吸収性がよくなるような混合比率においては、十分な強度が保てず軟骨細胞が増殖して円筒状の構造体になるまで円筒状構造を維持できなかった。一方、足場素材が分解する際の細胞毒性を全く生じさせない手段として、細胞シートを応用して作成した軟骨細胞シートを用いて円筒状軟骨構造体の形成を試み、これを上記の足場を用いた円筒状軟骨構造体と比較した。2)まず軟骨細胞シートの作成には、家兎耳介軟骨を2×10^6/mlの高密度に播種して7日間静置培養することによって、一端を把持して保持できるだけの強度を保つようになることが明らかとなった。この細胞シートを、シリコンチューブを支柱として円筒状に形成して培養管内で静置培養および10rpmの回転培養を行った。培養を6週間継続して形成された円筒状軟骨構造体について、外観、基質の厚さ、弾性強度、ヤング率、固定後のHE染色およびSaffrani-O染色、II型およびI型collagenの免疫組織化学染色、軟骨組織中のglucosaminoglycan量測定を行った。6週間のin vitroでの回転培養では、十分な弾性と輪切りにしても形状を保てるだけの骨格強度を有する円筒状の軟骨構造体が再生された。円筒状軟骨構造体は、回転培養の条件下で正常耳介軟骨と同程度のglucosaminoglycanを含有し、Saffrani-O染色およびII型collagen染色にても正常軟骨と同様の軟骨細胞基質が形成されていた。これに比べてポリトリメチレンカーボネイトを足場とした軟骨構造体では形状・強度とも不良であった。1気管軟骨再生に用いる生体吸収性の足場として、ポリトリメチレンカーボネイトを材料に、適度な強度を保ちながら多数のporeを有する足場を形成するための素材を検討した。Chol-PTMCとmPEG-

PTMCを混合した足場に、気管軟骨細胞を播種したが、軟骨細胞が細胞外基質を生成して円筒状の構造体になるまでの十分な強度を維持できなかった。2次に足場素材を用いない方法として、軟骨細胞シートを作成したうえで、回転培養により円筒状軟骨構造体を作成した。軟骨細胞シートは、家兎耳介軟骨を2×10^6/mlの高密度に播種して1週間培養して作成した。この細胞シートをシリコンチューブに巻いて円筒状に形成し、6週間回転培養を継続した。これにより形成された円筒状軟骨構造体について、外観、厚み、弾性強度、ヤング率、HE染色およびSaffrani-0染色、II型およびI型collagenの免疫組織化学染色、軟骨組織中のglucosaminoglycan量測定を行った。6週間の回転培養により、輪切りでも形状を保てるだけの骨格強度を有する円筒状の軟骨構造体を再生させることに成功した。本軟骨構造体は、正常耳介軟骨と同程度のglucosaminoglycanを含有し、Saffrani-0染色およびII型collagen染色にても、正常軟骨と同様の軟骨細胞基質が形成されていた。これと比較し、ポリトリメチレンカーボネイトを足場とした軟骨構造体では強度が劣っていた。3次に上記円筒状軟骨構造体を、家兎頚部筋層内に自家移植し、4週間後に摘出して,軟骨構造体の硬度や形状を検討した。組織学的には、軟骨の一部に骨化の所見が認められた。免疫組織化学染色では、II型collagenが減少し、I型collagenが増加していた。また軟骨組織中のglucosaminoglycan量も減少していた。
エコシステムで構成するサイバー攻撃と防御演習システムCyExecの提案

2018年1月の仮想通貨流出事件など、サイバー攻撃など生活に直結する事件が発生し、サイバーセキュリティに対する社会の関心が高まっている。しかし、サイバー攻撃に対応できるセキュリティ人材が不足し、人材育成が喫緊の課題となっている。一部の大学や民間企業は、市販の実践的な演習システムを利用した教育を行っているが、導入や運用には高いコストがかかり、高等教育機関や中小企業で利用することが困難である。このため、プラットフォームおよび演習プログラムの一部をオープンソースソフトウエアベースで開発し、教育者側の教育方法の共有化(共同利用)と共同開発による共助体制をとることを特徴とするエコシステム開発に臨む。
グラフェン鎖の1次元化によるナノチューブを超える弾道的熱伝導の発現

ナノワイヤ材料は構造の1次元性の向上によってフォノンが散乱されにくくなる場合がある。これによる平均自由行程の延伸は熱伝導率の上昇をもたらす。本研究では、まず、グラフェンナノリボンとカップスタック型カーボンナノファイバを対象として分子動力学法によって1次元性と熱輸送特性の関係について調べ、グラフェンナノリボンにおいては幅が1nm以下の領域で幅の減少による熱伝導率の増加を確認した。次に、カーボン系ナノ材料において1次元性を阻害する要因の一つであるアモルファスカーボンをオゾンによって除去する手法を確立した。これらと並行して弾道性を検証するための実験手法を開発した。具体的には、ナノワイヤ材料の熱伝導率の試料長さ依存性を計測するもので、その長さを変える手段としてイオン液体とナノ熱プローブを取り扱った。イオン液体については濡れ性によって試料の長さを正確に規定できないことが明らかになったが、熱プローブについてはカーボンナノチューブを用いてナノ接点の温度を計測するシステムの開発に成功した。これを用いて各種カーボン系ナノワイヤ材料1本の熱伝導率を調べた。今のところナノチューブを超える熱伝導の発現には至っていないが、それを見出すための実験技術は確立することができた。ナノワイヤ材料においては構造の1次元性や欠陥の少なさによってフォノンの平均自由行程がバルクに比べて長くなることで熱伝導率が上昇したり熱伝導率の試料長さ依存性が現れる場合がある。この平均自由行程が大幅に長くなる方向へ構造を制御した材料の開発指針を打ち立てることを本研究は目的としている。具体的には、無数のグラフェンがファンデルワールス力によって鎖のように連結したカップスタック型カーボンナノファイバ(CSCNF)を1次元調和振動子へ近づけることでフォノンの平均自由行程の増加を図った。まず、その1次元性を阻害しているアモルファスカーボンを除去する技術の確立を目指しオゾンの効果に着目して実験したところ、エキシマランプからの紫外線で局所的に発生させたオゾンよりもオゾン発生器からの噴射とプローブによる局所加熱を複合させるほうが効果的であることがわかった。このようにして1次元性を高めたCSCNFの熱伝導率の試料長さ依存性を把握するために、イオン液体を用いた実験とタングステンプローブを用いた実験を試みた。結果としては、それぞれ強い濡れ性や弱いファンデルワールス力が実験の精度へ悪影響を与えることが明らかになり、データとしても単層CNTを超える熱伝導率には至っていないが、ナノワイヤ材料の長さ依存性計測技術を大きく進展させることができた。ナノワイヤ材料の軸方向熱伝導はバルクと異なって弾道的性質が発現する可能性がある。具体的には、構造の1次元性や欠陥の少なさによってフォノンの平均自由行程がバルクに比べて長くなることで熱伝導率が上昇したり熱伝導率の試料長さ依存性が現れる。この平均自由行程が大幅に長くなるように構造を人工的に制御することによって、かつてなく高性能な熱伝導材料を開発することを本研究は目的としている。この目的に向かっての第1段階として、カーボン系ナノ材料の構造の1次元性を阻害する因子であるアモルファスカーボンを除去する実験技術の開発を行った。手法としてはオゾンを採用するが、もし狙った局所的地点のみを除去することができれば熱伝導への影響について定量的に評価できる。そこで、酸素雰囲気での紫外線照射およびオゾン発生器の利用について実験を行った。エキシマランプからの紫外線によるオゾンの除去作用に比べて、オゾン発生器からの噴射に加熱したプローブの接触を複合させる方法がより効果的であることがわかった。また、平均自由行程の増加の検証方法となる熱伝導率の長さ依存性の実験については、熱プローブ型センサを利用して試料をイオン液体へ差し込む手法を実験的に検討した。しかしながら、濡れ性が非常にいいイオン液体では試料長さを変化させることは難しいことがわかったので、電界研磨したタングステンプローブをナノ材料に当てて長さ依存性を調べる実験装置を構築した。アモルファスカーボンの局所的除去をドライの環境で可能とする手法を確立したことは今後の実験にとって大いにプラスとなる。当初予定していたイオン液体の利用の代わりに極細タングステンプローブを使えば長さ依存性を計測できることを確認できたので、弾道的熱輸送の研究として全体的には順調に進展していると言える。

今年度成功裏に開発したアモルファスカーボンの局所除去に共同利用施設での収束イオンビーム加工(FIB)を加えて、カーボンナノチューブとカップスタック型カーボンナノファイバの構造を制御しながらそれぞれ1本での熱伝導率計測を行う。これによって原子構造とフォノンの弾道性を一対一で関連付けることができると考えている。熱伝導率の長さ依存性計測については、今年度の成果であるタングステンプローブの接触手法で行う予定である。1次元性と弾道的熱輸送の関係を世界で初めて実験的に解明することが目標であり、そのための方策を可能な限り試す予定である。実験消耗品、共同施設である収束イオンビーム加工装置(FIB)や高解像度透過型電子顕微鏡の利用料、成果発表費用および旅費、実験補助のための謝金等に使用する。
全国に要注意活断層を対象とした強震動分布図の作成

本研究の第一の目的は,全国的に分布する要注意活断層を地震学的見地から特定し、断層近傍での強震動の工学的特性を十分考慮した予測手法により各断層による強震動分布を推定することにある。つぎに、地震災害の大きな要因となる地盤の液状化に関して、都市部における液状化危険域のマップを作成することにある。さらに、特定された断層の活動度、地震発生の逼迫度を考慮し、強震動の危険度マップを総合的な観点から作成し、地域的な強震動危険度の相対評価を行うシステムを作成することが本研究の最終目的である。具体的に以下の点について検討を行った。(a)「日本の活断層」として報告されているものを見直し、地中における起震断層としては繋がっていると考えた方が合理的なものを断層群としてとらえた。これらの判断は強震動予測には不可欠であり、全国的なレベルでの「要注意断層」の断層パラメータを特定した。(b)研究代表者らにより提案されている強震動予測手法については、近年蓄積されてきている断層近傍での強震動記録を詳細に検討し、その工学的特性を反映するように修正した。この予測モデルを用いて,特定された要注意断層に対し工学的基盤レベルでの強震動分布図を作成した。(c)近年急速に進歩しつつあるGISの技術を取り入れ、上記に成果をパソコン上で簡便に利用できるシステムにした。さらに、自治体などの担当者がインターネットを利用して任意の震源断層による強震動分布を簡単に得ることができるシステムを構築しつつある。
金属基複合材料の破壊力学シミュレーションとミクロ組織制御

析出硬化型アルミニウム合金基の複合材料では、界面近傍にPFZや粗大な析出物が形成され、非平衡偏析も観察される。本研究では、これらの影響を弾塑性有限要素法で解析した。PFZ層の形成によって、母相の広い領域にわたって塑性歪が増加し、MMCの強度が低下する事が予測された。また、同時に強化材端部でのボイドの発生も促進されることが明らかとなった。一方、界面析出物は、PFZの塑性流動を拘束して強度低下を抑制する方向に働くことがわかった。さらに、これらのミクロ組織的特徴の影響を考慮し、金属基複合材料中に存在するき裂の進展開始および伝播特性を数値解析で評価した。上記の微視的なミクロ組織の特徴により、強化材内部、界面、強化材近傍の応力は大きく変化し、それらが剥離や破壊することで生成するマイクロクラックは大きく影響を受けた。数値解析では、発生したマイクロクラックや強化材自身による応力遮蔽効果、き裂偏向の効果、成長き裂先端の応力場特異性の変化なども考慮した。マイクロクラックが一度生成すれば、主き裂はマイクロクラックの方向に向かって伝播し、マイクロクラックの中心位置を通過する。この挙動は、主亀裂からどれだけ前方でマイクロクラックが発生し得るかや、強化材による応力遮蔽効果の大小(すなわち強化材/マトリックス間の弾性率差)によって大きく影響された。また、体積率、強化材の破断強度、界面剥離度、強化材の空間的分布状態など、様々なミクロ組織因子を変化させた場合の破壊特性を評価した。特に、強化材の分布形態に関して、適度な凝集があるときに破壊抵抗が極大となり、均一分散の場合と比較して20%以上の向上が予測された。このような組織形態の時の強度特性についても数値解析で評価した。本研究課題は,平成7年度平成9年度の3カ年に渡って行われる予定の研究である。平成7年度は,DSC,TEM及びSTEM-EDXを併せて使用し,復元再時効処理を行ったSiCウィスカ-強化6061Al合金基複合材料について,強化材であるSiCウィスカ-近傍の析出物の様相・分布・量,時効析出の進度,溶質原子濃度勾配等について詳細な検討を行った。その結果,以下に示す結果を得ることができた。1.PFZが観察されるSiCウィスカ-近傍にはMgの著しい偏析が見られた。特に界面直上ではその濃度は高く,46%であった。2.上記偏析の幅は時効の進行に伴って減少し,最高時効状態における幅は約40nmであった。3.SiCウィスカ-近傍に偏析が生じる機構は,界面へのVacancy-drag機構による非平衡偏析機構が支配的であると考えられる。なお,本研究により,マトリックス部分を界面からの距離に応じて2層または3層に分割して,力学的特性に影響を及ぼす時効析出の進度を制御する手法を新たに見い出すことができた。本年度は、3カ年計画の2年目に当たる。本年度は、これまでに開発してきたシミュレーションプログラムの中で、特に高弾性率強化材による応力遮蔽効果の影響を精度よく考慮できるように、き裂先端付近の要素分割方法などを検討した。この検討で、強化材の形状や主き裂先端に対する方位角等の影響を精度よく考慮できるようになった。また、複雑に偏向したき裂の先端の応力拡大係数を、精度よく計算する方法を検討した。この中で、体積力法によれば、比較的短い計算時間で精度よく計算できることが明らかとなった。この計算プログラムをFortranで記述し、従来の有限要素法解析によるものと比較した検討を行った。

さらに、前年明らかとなったMMCの局所的なミクロ組織の形態がその引っ張り強度に及ぼす影響を、非線形有限要素法解析で検討した。その結果、強化材周囲に形成される弾性限が低く溶質原子濃度が高い数十nmオーダーのPFZ層が優先的に変形し、MMCの強度を著しく低下させることがわかった。一方で、強化材表面に形成される比較的粗大な析出物は、PFZ内の塑性流動を有効に阻止して、PFZの形成によるMMCの強度低下を有効に防止する働きがあることが明らかとなった。この場合、析出物サイズが大きくなるほど、この効果は顕著になった。また、強化材表面の析出物が有効に働くための、界面強度や析出物の破断強度、サイズなどの力学的条件についても検討した。析出硬化型アルミニウム合金基の複合材料では、界面近傍にPFZや粗大な析出物が形成され、非平衡偏析も観察される。本研究では、これらの影響を弾塑性有限要素法で解析した。PFZ層の形成によって、母相の広い領域にわたって塑性歪が増加し、MMCの強度が低下することが予測された。また、同時に強化材端部でのボイドの発生も促進されることが明らかとなった。一方、界面析出物は、PFZの塑性流動を拘束して強度低下を抑制する方向に働くことがわかった。さらに、これらのミクロ組織的特徴の影響を考慮し、金属基複合材料中に存在するき裂の進展開始および伝播特性を数値解析で評価した。上記の微視的なミクロ組織の特徴により、強化材内部、界面、強化材近傍の応力は大きく変化し、それらが剥離や破壊することで生成するマイクロクラックは大きく影響を受けた。数値解析では、発生したマイクロクラックや強化材自身による応力遮蔽効果、き裂偏向の効果、成長き裂先端の応力場特異性の変化なども考慮した。マイクロクラックが一度生成すれば、主き裂はマイクロクラックの方向に向かって伝播し、マイクロクラックの中心位置を通過する。この挙動は、主亀裂からどれだけ前方でマイクロクラックが発生し得るかや、強化材による応力遮蔽効果の大小(すなわち強化材/マトリックス間の弾性率差)によって大きく影響された。また、体積率、強化材の破断強度、界面剥離強度、強化材の空間的分布状態など、様々なミクロ組織因子を変化させた場合の破壊特性を評価した。特に、強化材の分布形態に関して、適度な凝集があるときに破壊抵抗が極大となり、均一分散の場合と比較して20%以上の向上が予測された。このような組織形態の時の強度特性についても数値解析で評価した。
クリスタル基底の組合せ論的研究と離散可積分系への応用

1.幾何クリスタルBerensteinとKazhdanによって公理的に導入された幾何クリスタルをカッツ・ムーディーリー環のタイプがD^(1)_n型の場合に具体的に構成した。また、この幾何クリスタルの行列実現を用いて、積上で幾何クリスタルの作用と交換する双有理写像(トロピカルR)を明示的に構成し、それがヤン・バクスター方程式を満たすことを示した。幾何クリスタルは対応するリー環のディンキン図の各頂点に付随して存在すると考えられている。D型のディンキン図にはn個の頂点があるので、それぞれに応じて幾何クリスタルがあると予想されるが、最終年度、京都大学数理解析研究所の柏原正樹氏と協力してk=2の場合の幾何クリスタルをMathematicaで計算した。データは膨大で紙に書き出せる状態ではないが、これらを意味のある形で書き下すことはk=3以上の場合への拡張とともに今後の課題となる。2.例外型アフィンリー環に付随するクリスタルおよびソリトンセルオートマトン例外型アフィンリー環D_4^(3)型の有限クリスタルの一系列について座標表示を与え、また0作用を具体的に表示した。さらに、このクリスタルに付随してセルオートマトンを構成し、そこに現れるソリトンの内部自由度、2つのソリトンが散乱する際の内部自由度の変化を決定した。3.反射壁のある箱玉系重要な超離散可積分系の例である箱玉系を反射壁がある場合へと拡張した。これは通常の箱玉系同様、無限個の互いに可換な時間発展とそれに付随する保存量をもつことが示された。また、ソリトン状態を然るべく定義し、1ソリトンの反射則や2ソリトンの散乱則をクリスタルの組合せ論の言葉で記述した。研究課題に関連する研究で我々は今年度次のような成果を得た。1.幾何クリスタルごく最近BerensteinとKazhdanによって公理的に導入された幾何クリスタルをカッツ・ムーディーリー環のタイプがD^<(1)>_n型の場合に具体的に構成した。また、この幾何クリスタルβの行列実現を用いて、積β×β上で幾何クリスタルの作用と交換する双有理写像(トロピカルR)を明示的に構成し、それがヤン・バクスター方程式を満たすことを示した。このトロピカルRの超離散極限をとることによりD^<(1)>_n型KKMクリスタルの組合せRの区分線形表式を得た。この内容は既に論文にまとめ現在投稿中である。その後、リー環のタイプがA^<(1)>_n型の場合に研究を進めている。1で得られたD^(1)_n型トロピカルRがある離散双線形方程式系と同値であることを示した。また、この方程式系がD型古典ソリトン方程式のタウ関数による解をもつことも見いだした。我々はこの研究がソリトンセルオートマトンと離散可積分系を系統的に結びつけるきっかけになると期待している。今年度は当初1.D型幾何クリスタルに付随する双線型方程式のソリトン解の吟味2.A型に付随するすべての幾何クリスタルの解析と幾何クリスタルを深く調べる計画を立てていたが、興味がクリスタルの組合せ論およびそれに付随して得られる箱玉系という超離散可積分系(ソリトンセルオートマトン)の方へ傾斜した。これらについて主に次の2つの成果を得た。1.例外型アフィンリー環に付随するクリスタルアフィン有限クリスタルは各アフィンリー環に付随して存在するものだが、例外型アフィンリー環に対しては山根によるG^<(1)>_2の有限クリスタルの一系列以外は見つかっていなかった。またこの仕事でもO作用の具体的表示は不明であった。我々は山根の仕事を参考にG^<(1)>_2の双対であるD^<(3)>_4型の有限クリスタルの一系列について座標表示を与え、またO作用を具体的に表示した。

2.反射壁のある箱玉系重要な超離散可積分系の例である箱玉系を反射壁がある場合へと拡張した。これは通常の箱玉系同様、無限個の互いに可換な時間発展とそれに付随する保存量をもつことが示された。また、ソリトン状態を然るべく定義し、ソリトンの反射則や2ソリトンの散乱則をクリスタルの組合せ論の言葉で記述した。今年度の当初の研究実施計画は次のものであった。1.例外型アフィンリー環に付随するソリトンセルオートマトン2.D型に付随するすべての幾何クリスタルの構成それぞれについて以下の成果を得た。1.昨年度、我々は例外型であるD_4^(3)型アフィンリー環の有限クリスタルの一系列について座標表示を与え、0作用を具体的に表示した。今年度はこのクリスタルに付随してセルオートマトンを構成し、その系に現れるソリトンの内部自由度、2つのソリトンが散乱する際の内部自由度の変化を決定した。この系は従来知られていたD_n^(1)型ソリトンセルオートマトンなどに比べ束縛状態が多い。その点で興味深い系と考えられ、さらに研究を続ける予定である。2.幾何クリスタルは対応するリー環のディンキン図の各頂点に付随して存在すると考えられている。D型のディンキン図にはk=1,2,...,nとn個の頂点があるので、それぞれに応じて幾何クリスタルがあると予想される。k=1の場合は既に我々によって知られている。今年度は京都大学数理解析研究所の柏原正樹氏と協力してk=2の場合の幾何クリスタルをMathematicaで計算した。さらに、同様の方法を用いてE_6型のある1つの頂点に対応する幾何クリスタルも計算した。データは膨大で紙に書き出せる状態ではないが、超離散極限という操作によってクリスタルでのルールに書き直すと、計算機実験によれば、正しいものを求めているということがほぼ確信できる。
脊髄・神経根の内視鏡的超選択インターベンション法に関する研究

本研究では、脊髄内視鏡の拡大視機能を用いて異なる条件でブロックを行い、その効果を脊髄誘発電位の変化から判定する手法を考案し、如何にしてどの程度選択性を高められるかについての検索を行った。方法:成ヤギを用い、麻酔下に下部胸椎で椎弓切除を行った。下部胸椎間で開窓後、硬膜に小切開をいれ、クモ膜下腔に内視鏡を挿入して内腔を観察した。内視鏡としては、外径1.8mmのものを用いた。内視鏡で位置を確認しつつ脊髄誘発電位の導出用の、多極電極(8極)脊髄後面に挿入し、電極と神経根の位置関係を確認した。Th10-12の肋間神経の刺激電極からの短形波通電に対して、双電導出の位置を頭側から尾側に変えつつ脊髄誘発電位を導出した。誘発電位の特徴と内視鏡所見から、被刺激神経と内視鏡下の後根との対応関係を推定した。次に目的の神経根に対し、内視鏡を用いてごく近傍で観察しつつ以下の条件で処置を行い、得られる誘発電位の変化を観察した。条件:Th11の進入部付近で0.3mlの3%キシロカインを投与。条件2:Th11の椎間孔近傍で約0.1mlの3%キシロカインを投与。結果:条件1:Th11進入部付近で0.3mlの局麻酔を投与した場合、投与直後からTh11刺激により、Th11進入部から導出される誘発電位の振幅の減少がみられた。この場合、Th12刺激では、その部位での分節性の電位には著明な影響がみられなかったが、ブロック部位より頭側への伝導性誘発電位には振幅の減少がみられた。条件2:Th11の椎間孔近傍で約0.1ml投与した場合、Th11進入部位から導出される分節性の誘発電位も上方への伝導性の電位も変化した。1.ブロックの拡がりを、脊髄誘発電位の変化の有無で確認することが可能であった。2.脊髄内視鏡で構造を確認しつつ、脊髄誘発電位を測定する手法を用いて、ブロックの選択性を一本の後根レベルまで高めることが可能と思われる。難治性慢性疼痛に対する脊髄後根のクモ膜下ブロックを行う際に、内視鏡下に疼痛の発生.伝達に関わる神経を確認同定し、後根ごとにブロックできれば、治療上の安全性・有効性は格段に向上する.初年度は脊髄内視鏡で構造をを確認しつつ、末梢神経刺激に対する脊髄誘発電位を測定をすることで、内視鏡下の脊髄根系と末梢との対応関係を明らかにする手法の確立をめざした。脊髄内視鏡の拡大視機能を用いて限局的なブロックを行い、その効果を脊髄誘発電位の変化から判定する手法を考案し、どの程度選択性を高められるかについての試みを行った。方法:成ヤギを用い、下部胸椎椎間で開窓後、クモ膜下腔に内視鏡を挿入して内腔を観察した。内視鏡で位置を確認しつつ脊髄誘発電位の導出用の、多極電極を脊髄後面に挿入し、電極と神経根の位置関係を確認した。下部胸椎肋間神経の刺激電極からの矩形波通電に対して、双極導出の位置を頭側から尾側に変えつつ脊髄誘発電位を導出した。

次に目的の神経根を内視鏡を用いてごく近傍で観察しつつ容量・投与部位を変えて局所麻酔薬を投与し、脊髄誘発電位(分節性および上行性)の変化を観察した。結果:1.誘発電位の特徴と内視鏡所見(多極電極を目印とする)から、被刺激神経と内視鏡下の後根との対応関係を推定できた。2.ブロックの効果は、分節性および上行性脊髄誘発電位の抑制の状態から判断することが可能であった。3.脊髄内視鏡で構造を確認しつつ、目的とする根のすぐ近傍から、極少量の局所麻酔薬を投与することにより、ブロックの選択性を高めることが可能と思われる。本年度は、脊髄内視鏡の拡大視機能を用い局所麻酔薬により異なる条件で神経根ブロックを行い、その効果を脊髄誘発電位の変化から判定する手法を考案し、どの程度選択性を高められるかの検討を行った。方法:成ヤギを用い、麻酔下に下部胸椎で椎弓切除を行った。下部胸椎椎間で開窓後、硬膜に小切開をいれ、クモ膜下腔に内視鏡を挿入して内腔を観察した。内視鏡としては、外径1.8mmのものを用いた。内視鏡で位置を確認しつつ脊髄誘発電位の導出用の、8極電極を脊髄後面に挿入し、電極と神経根の位置関係を確認した。Th10-12の肋間神経の刺激電極からの矩形波通電に対して、双極導出の位置を変えつつ脊髄誘発電位を導出した。誘発電位の特徴と内視鏡所見から、被刺激神経と内視鏡下の後根との対応関係を推定した。次に目的の神経根に対し、内視鏡を用いて観察しつつ異なる条件下で処置を行い、得られる誘発電位の変化を観察した。結果:条件1 : Th11進入部付近で0.3mlの局麻薬を投与した場合、投与直後からTh11刺激により、Th11進入部から導出される誘発電位の振幅の減少がみられた。この場合、Th12刺激では、その部位での分節性の電位には著明な影響がみられなかったが、ブロック部位より頭側への伝導性誘発電位には振幅の減少がみられた。条件2 : Th11の椎間孔近傍で約0.1ml投与した場合、Th11進入部から導出される分節性の誘発電位も上方への伝導性の電位も変化した。1.ブロックの拡がりを、脊髄誘発電位の変化の有無で確認することが可能であった。2.脊髄内視鏡で構造を確認しつつ、脊髄誘発電位を測定をする手法を用いて、ブロックの選択性を一本の後根レベルまで高めることが可能と思われる。