hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロ波散乱理論に基づく多入射角・多偏波計測による土壌水分・粗度の同時逆推定

昨年度までの成果を踏まえ、まず水田域におけるマイクロ波リモートセンシングの適用可能性の理論的検討および、散乱実験を行った。またタイの水田域を対象とした衛星画像解析を行った。その結果、Cバンドでは浅い入射角であれば、、Lバンドではどの入射角でも地表面状態を観測できることを理論モデルを用いて明らかにした。その一方で現在運用されている衛星SARでは、稲キャノピー下の地表面状態を完全に分類することは難しいことも明らかになった。タイの水田域に関しては複数のリモートセンサ画像を元にしたデータヒュージョンを行い、現時点での確からしい面的土壌水分図を作成した。上記水田域だけでなく、多入射多偏波マイクロ波散乱実験を、裸地、草地に対して一年を通して行い、植生量、土壌水分量、地表面粗度を同時に計測することによって、後方散乱係数に与える各種パラメータの解析を行った。これら実験圃場における観測地の解析結果と多入射角マイクロ波センサーを持った人工衛星RADARSATによる衛星リモートセンシングデータとを比較分析した結果、以下のような結果が得られた。すなわち、植生の成長の諸段階ではどの確度や偏波でも地表面パラメータの取得が可能であるが、植生成長の後期段階では土壌水分情報はHV偏波でのみ取得可能であることが発見され、粗度と相関関係にある植生パラメータは高入射角で顕著に取得可能であることが認識された。最後に、これらを用いてリモートセンシング情報から土壌水分と粗度を同時に算定するアルゴリズムを開発した。また、多入射角マイクロ波散乱計である衛星搭載TRMM/PRの地球全体のデータを一年分処理しその季節変化に注目することにより、地球全体の土地のおおよその被覆状態や地表面湿潤度を衛星から計量できる可能性を示した。本年度は第一年度であり、現在までに蓄積されたデータを利用して、能動型マイクロ波センサーを用いた土壌水分計測のまず研究の現状をまとめ、以下の結論が得られた。(i)Xバンドの既往の結果と異なりHV偏波よりもHH偏波の方が後方散乱係数の土壌水分感度が高かった。また、既往の結果通り、対象土壌面が滑面と粗面とでは、後方散乱係数に非常に大きな差が生じた。(ii)屋外実験の結果から、実験サイト毎に後方散乱係数と土壌水分量関係は大きく異なる。これには地表面の粗度と植生が非常に大きな影響を与えている。土壌種類よりも地表面粗度の方が後方散乱係数と土壌水分量関係に大きな影響を与えており、粗度を定量的に評価しなければならない。(iii)合成開口レーダの地上検証同期実験を行なった結果から、E ERS-1 AMIの後方散乱係数と土壌水分量の間には、高い相関が見られ、異なる地表面被覆、地表面粗度の影響はあまり大きくなかった。J ERS-1 SARの後方散乱係数と飽和度の間には、高い相関が見られたが、体積含水率に対する感度は非常に低く利用し難い。以上から、可視・近赤外で行なった土地被覆分類図と、合成開口レーダセンサーのデータを組合わせることにより、土壌水分の時系列変化地図を作成することができた。これを基に、多偏波・多入射角観測にによる土壌水分-地表面粗度の同時推定アルゴリズム開発のための地上散乱実験を、建設省土木研究所構内と、東大生研千葉実験所で合計8回行なった。このデータについては、現在解析中であり、来年度も実験、解析を並行して行なう予定である。また、衛星への適用を考え、現在運用されているSAR衛星で唯一マルチパラメータ(多入射度)でデータが取得可能なRADARSAT同期実験を、合計8回行なった。同期実験ではグラウンドトル-スとして、土壌水分、地表面粗度、植覆状況を計測した。現在、基本的な画像処理を終えた形でのデータの蓄積すると共に、水田での後方散乱係数の季節変化を解析中である。

また地上散乱実験からアルゴリズムが開発され次第、本衛星データに適用し、同時推定を行なう予定である。本年度は第二年度であり、昨年度の研究結果を踏まえて、水田での散乱実験、並びに衛星データ解析、地表面粗度逆推定アルゴリズム開発を行った。4月から10月にかけての農耕期、水田においてCバンドでマイクロ波散乱実験を定期的に行った。この時期、水田は裸地、水面、植生と状態を変え、後方散乱は複雑に変化した。農耕期の水田では、裸地状態の期間は短く、土壌水分のレンジが狭く、後方散乱係数と土壌水分量の明瞭な関係は見られなかった。稲が成長し、植生高さが20cmを越えると、土壌水分、植生高さ、葉面積指数の値に対して、HH、HV、VVいずれの偏波でも、良い相関は見られなかった。このことから、Cバンドの多偏波観測だけでは、植生下の土壌水分を測定することは難しいこと、多波長での多偏波観測も必要であることを明らかにした。熱帯降雨観測衛星の降雨レーダ(TRMM-PR)は0°17°と多入射観測が可能であり、土壌水分計測への基礎的検討を行った。土地被覆毎に入射角依存性は異なっており、理論モデルと比較しても、良好な再現性が得られた。上記の入射角レンジではフレネルの反射係数は高々2%程度しか変化しないので、地表面が同一状態であれば、入射角依存性は地表面粗度の影響とみなせることを示した。このことに基づき、簡単な地表面粗度推定アルゴリズムを開発した。地表面粗度の逆推定アルゴリズムについては、従来の古典モデルから、最新の積分方程式モデル(IEM)を用いて行ったが、IEMでも、二つの地表面パラメータを推定する必要のない粗度因子の考え方が有効であることを明らかにした。また、精度向上の観点から、多数回平均値の粗度因子の方が好ましいことを明らかにした。昨年度までの成果を踏まえ、まず水田域におけるマイクロ波リモートセンシングの適用可能性の理論的検討および、散乱実験を行った。またタイの水田域を対象とした衛星画像解析を行った。その結果、Cバンドでは浅い入射角であれば、Lバンドではどの入射角でも地表面状態を観測できることを理論モデルを用いて明らかにした。その一方で現在運用されている衛星SARでは、稲キャノピー下の地表面状態を完全に分類することは難しいことも明らかになった。タイの水田域に関しては複数のリモートセンサ画像を元にしたデータフュージョンを行い、現時点での確からしい面的土壌水分図を作成した。上記水田域だけでなく、多入射多偏波マイクロ波散乱実験を、裸地、草地に対して一年を通して行い、植生量、土壌水分量、地表面粗度を同時に計測することによって、後方散乱係数に与える各種パラメータの解析を行った。また、多入射角マイクロ波散乱計である衛星搭載TRMM/PRの地球全体のデータを一年分処理しその季節変化に注目することにより、地球全体の土地のおおよその被覆状態や地表面湿潤度を衛星から計量できる可能性を示した。
抗結核薬D-サイクロセリンの生合成酵素群を活用した非天然型アミノ酸の合成

研究代表者らは, D-サイクロセリン(D-CS)生産菌であるStreptomyces lavendulaeの染色体DNAから, D-CS生合成に関わると推測される遺伝子クラスターを取得することに成功した。さらに,クローニングした遺伝子クラスターから産生される酵素群のそれぞれが,いかなる反応を触媒するのかを明らかにし, D-CSの生合成経路を解明した。本研究では, D-CS生合成にかかわる酵素群がアミノ酸を基質とした新規反応を触媒する酵素であることを利用し,これらの酵素を非天然型アミノ酸の産生に応用することを目指す。研究代表者らが明らかにした抗結核薬D-サイクロセリンの生合成経路においては, DcsAとDcsBがヒドロキシウレアを供給し, DcsEがO-アセチル-L-セリンを供給する。続いて, DcsDの作用によりO-アセチル-L-セリンのアセチル基がヒドロキシウレアに置換されることでO-ウレイド-L-セリンが生じ, DcsCの作用によりD-体に変換された後, ATP依存性酵素DcsGにより環状化されD-サイクロセリンが合成される。研究代表者はこれまでに, DcsDおよびDcsGの結晶構造解析に成功している。平成27年度は,得られたDcsDとDcsGの結晶構造を基に,活性中心近傍に変異を導入し酵素特性がどのように変化するかを調査した。その結果, DcsDにおいては,基質特異性に関与する残基の特定に成功し,その成果を論文として公表した。一方, DcsGにおいては,酵素活性のために重要な残基を特定することに成功した。また,本酵素がATP依存的にO-ウレイド-D-セリンを環状化する際に,カルバモイルリン酸が生じていることを明らかにし,本酵素の触媒機構をある程度理解することができた。さらに, DcsAのX線結晶構造解析にも成功した。今後はこれらの情報を基に,非天然型アミノ酸合成のための酵素に改変することを目指す。当初2年目に計画していたDcsAの構造解析に成功したため。研究代表者が解明したD-サイクロセリンの生合成経路においては, DcsAとDcsBがヒドロキシウレアを供給し, DcsEがO-アセチル-L-セリンを供給する。平成28年度は, DcsGを用いてDL-ホモシステインを光学分割することを試みた。DcsGをDL-ホモシステイン溶液に添加すると, L-ホモシステインとD-ホモシステインチオラクトンとに光学分割できることが判明した。また、基質特異性の低いアミノ酸ラセマーゼであるBsrVをDcsGとともに加えることで, DL-ホモシステインをすべてD-ホモシステインチオラクトンに変換できることを明らかにした。一方, DcsAに関しては,活性中心付近に変異を導入し,酵素活性に重要なアミノ酸残基を特定した。さらに,反応物であるL-ヒドロキシアルギニンとDcsAの複合体構造を明らかにし,本酵素の反応機構を推定した。DcsAに関して, L-ヒドロキシアルギニンとの複合体構造を明らかにすることができ,反応機構を推定することが可能となったため。平成29年度は,大腸菌を用いてDL-ホモシステインを光学分割することを試みた。具体的には, DcsGを大量発現させた大腸菌の洗浄菌体を用い, DL-ホモシスシテインをD-ホモシステインチオラクトンに変換させることを試みた。DcsG反応では, ATPを必要とする。このため,大腸菌内でATPを合成させることを目的として,洗浄菌体にDL-ホモシステイン(10 mM)とともにD-グルコースを添加した。検討の結果, 3時間ごとにD-グルコースを0.1%となるように添加したときに,ほぼすべてのD-ホモシステインをD-ホモシステインチオラクトンに変換できた。今後も,条件検討を行い,より高い変換率が達成できるよう検討する。また,ヘム結合型酵素であるDcsAに関しては,ヘム鉄を還元した後にCOを添加し,共鳴ラマンスペクトルを測定した。その結果,アルギニンが結合するとヘム周辺の環境が変わること, L-ヒドロキシアルギニンとCOは共存できないこと、遠位配位子であるチオール基からヘム鉄への電子供与性は、DcsAと同じくチオール基を遠位配位子とする酸素添加酵素P450に比べて弱いことを明らかにした。これらの知見は, DcsAの反応機構を類推するのに役立つ。

研究代表者らは, D-サイクロセリン(D-CS)生産菌であるStreptomyces lavendulaeの染色体DNAから, D-CS生合成に関わると推測される遺伝子クラスターを取得することに成功した。さらに,クローニングした遺伝子クラスターから産生される酵素群のそれぞれが,いかなる反応を触媒するのかを明らかにし, D-CSの生合成経路を解明した。本研究では, D-CS生合成にかかわる酵素群がアミノ酸を基質とした新規反応を触媒する酵素であることを利用し,これらの酵素を非天然型アミノ酸の産生に応用することを目指す。DcsDに関しては,これまでの知見に基づき, S-フェニル-L-システイン合成活性を持つような変異体を作成する。また, DcsGとともに基質特異性の低いアミノ酸ラセマーゼを利用し, DL-ホモシステインをD-ホモシステインチオラクトンに変換することを試みる。DcsAに関しては,変異体解析を実施し,活性に重要な残基を特定する。DcsGについてはホモシステインの光学分割に利用できることが明らかとなったが,この反応には高価なATPを必要とする。DcsGを発現させた大腸菌を光学分割のための触媒として利用できないかどうかを検討する。一方, DcsAに関しては,共鳴ラマンスペクトル解析や計算科学的解析を実施し,その反応機構を明らかにする。医歯薬学
ナルトビエイの成長・繁殖・食性および回遊に関する研究

今年度も、有明海での定期的なナルトビエイの採集と計側および標識放流等を行い、移動・回遊経路の解明に重点をおいて生態解明に努めた。また、一方で、ナルトビエイの食性と二枚貝類への食害影響調査も行い、佐賀県の造成漁場て見られた春と秋のタイラギ生息密度の急激な低下はナルトビエイの食害によるものであり、造成漁場ては約32トン、ダイナン漁場では約233トンのタイラギ貝柱がナルトビエイの食害により消失したと見積もった。このことから、食害問題はタイラギ資源回復のためには「立ち枯れ斃死」と併せて解決すべき重要な問題であることが明らかとなった。ナルトビエイの捕食に関連した行動生態、冬季の越冬場所と回遊経路の解明を目的として、ピンガーとアルゴスシステムを利用した行動追跡調査を行った。タグの装着場所と遊泳に及ぼす影響等を調査した後、ピンガーによる行動追跡調査を行ったところ、これまでの漁獲による調査結果を裏付けるように、干潮時には湾奥部の沖でほとんと停止した状態であったが、上げ潮時には浅瀬に向かって移動を開始することがわかった。また、通常は底層を遊泳するが、大きな移動の直前には必ず一度表層に浮上して定位した後、その後再び潜行することがわかった。冬季の移動先は未だ解明されていない。また、今年度は合計128個体にビニールチューブ式タグを装着して放流したところ、1個体の再捕が能本から報告された。地域別の全漁獲数については、現在調査中であるため、データが揃えば資源量の見積もりを行う予定である。今年度の成果は平成16年度の日本水産学会、日本魚類学会、長崎生物学会やシンポシウムなどで口頭により発表した。さらに2題の口頭発表を予定している。また、成果の一部は現在、国際誌であるEnvironmental Biol. Fishに投稿中であり、さらに1報は国際誌に投稿するための準備中である。今年度は有明海でナルトビエイの採集を毎月行い、313個体の漁獲物を調査した。漁獲のデータから、有明海には4月頃に来遊し、11月まで湾内で生活することがわかった。水温が15度以下に低下する冬の間は水温の比較的暖かい天草沖、あるいは更に南方へ移動すると推定され、ナルトビエイの分布を決める最大の要因が水温であることが予想された。夏には合計145個体のナルトビエイにビニールチューブ製の標識を付けて放流したが、今のところはこれらの移動を証明するには至っていない。これらの結果は、有明海に急にナルトビエイが増加したことと近年の平均的な水温の上昇とは無関係ではないことを示している。成長に関しては、脊椎骨を用いた軟X線による年齢査定が可能であることを明らかにし、輪紋の形成時期が主として8月であることを明らかにした上で、焦点から輪紋までの距離を測定してBertalanffyの成長式を求めた。出生体長は雌雄で等しいが、雌の方が成長が良く寿命も長いことがわかった。雌の高齢年齢は16才であった。繁殖についてはまだ不明な点が多いが、これまでに精巣の組織学的観察から精巣が最小になる9月に精子が形成されることがわかった。一方で、子宮内の受精卵の出現状態から受精の時期は5月から6月の間であることがわかったものの、この時期には精子は形成されておらず、交尾期を推定するには至っていない。5月から6月にかけて受精した卵は約3ヶ月後の8月末には雌の子宮内で体盤幅約400mmに成長し、わずか3ヶ月の妊娠期間を経て出産が行なわれることがわかった。また、成熟に達するまでに5年以上を要し、雌一尾が産む子供の数は最高でも10尾にも満たないため、駆除はナルトビエイ個体群の減少に多大な影響を及ぼすおそれがある。食性を調べたところ、二枚貝を専食することがわかった。以上、今年度の研究成果をもとに、2篇の研究論文を公表したほか、国内の学会やシンポジウムで4回の講演を行なった。今年度も、有明海での定期的なナルトビエイの採集と計測および標識放流を行い、繁殖特性を明らかにすることに重点をおいて研究を行なった。材料には、有明海の主として湾奥部で刺網または底曳網により捕獲したナルトビエイ合計470個体(雄n=235,雌n=235)を用いた。成熟した雄については精巣の組織切片を作製し、HE染色を施して顕微鏡下で観察し、交尾期を推定した。雄の交尾器と雌の子宮の状態から、雌雄とも早いものでは体盤幅が約800mmに達すると成熟を開始することがわかった。雄のGSI(生殖腺指数)は7月に最大となり、8月から急激に減少したが、組織学的な観察結果ではGSIが減少した8月から9月にかけて精巣内に精子が形成されており、交尾期は8月9月頃と推定された。繁殖様式は卵胎生で、5月6月にかけて子宮内には受精卵が見られた。その後直線的な成長を遂げた胎仔は8月下旬9月にかけて体盤幅約400mmで出生することがわかった。妊娠期間は約3ヶ月と短く、雌1個体あたりの産仔数は15個体で、平均するとわずか2,5個体であった。

栄養状態の指標となるHSI(肝量指数)を見ると、雌雄とも有明海に来遊する4月から7月頃までは低い値であったが、産仔の終了する8月から上昇し始め、10月には約2倍に達した。繁殖を終えたナルトビエイは充分な栄養を蓄えた後、11月12月にかけて有明海の外へと移動を開始することがわかった。これらの成果は、平成15年度の日本水産学会、日本魚類学会、長崎生物学会などで口頭により発表した。さらに2題の口頭発表を予定している。また、国際誌へ投稿するための論文は現在準備中である。今年度も、有明海での定期的なナルトビエイの採集と計側および標識放流等を行い、移動・回遊経路の解明に重点をおいて生態解明に努めた。また、一方で、ナルトビエイの食性と二枚貝類への食害影響調査も行い、佐賀県の造成漁場て見られた春と秋のタイラギ生息密度の急激な低下はナルトビエイの食害によるものであり、造成漁場ては約32トン、ダイナン漁場では約233トンのタイラギ貝柱がナルトビエイの食害により消失したと見積もった。このことから、食害問題はタイラギ資源回復のためには「立ち枯れ斃死」と併せて解決すべき重要な問題であることが明らかとなった。ナルトビエイの捕食に関連した行動生態、冬季の越冬場所と回遊経路の解明を目的として、ピンガーとアルゴスシステムを利用した行動追跡調査を行った。タグの装着場所と遊泳に及ぼす影響等を調査した後、ピンガーによる行動追跡調査を行ったところ、これまでの漁獲による調査結果を裏付けるように、干潮時には湾奥部の沖でほとんと停止した状態であったが、上げ潮時には浅瀬に向かって移動を開始することがわかった。また、通常は底層を遊泳するが、大きな移動の直前には必ず一度表層に浮上して定位した後、その後再び潜行することがわかった。冬季の移動先は未だ解明されていない。また、今年度は合計128個体にビニールチューブ式タグを装着して放流したところ、1個体の再捕が能本から報告された。地域別の全漁獲数については、現在調査中であるため、データが揃えば資源量の見積もりを行う予定である。今年度の成果は平成16年度の日本水産学会、日本魚類学会、長崎生物学会やシンポシウムなどで口頭により発表した。また、成果の一部は現在、国際誌であるEnvironmental Biol. Fishに投稿中であり、さらに1報は国際誌に投稿するための準備中である。
日本の家相説における庶民信仰の様相に関する研究

本研究は、日本の住空間における方位の意味づけや、方位観にかかわる慣習である家相説について明らかにすることを目的としている。本年度は近世の家相文献における家相考鑑の際の吉凶判断の内容を明らかにし、同時代の庶民信仰の内容との比較検討を通して、近世の観相における家相説の位置づけを明確にすることに重点をおき、次の4項目について研究を進めた。(1)家相文献の完全なコレクションはないため、昨年度に引き続き本年度も史・資料の収集と分類の作業を進め、資料整備を行った。(2)近世の庶民信仰に関わる文献資料の収集も行い、近世以降の庶民信仰関連事象のうち、特に住まいやまちづくりの記述の検出作業に着手した。さらに住まいや敷地の方位観に言及するものを抽出し、同時代の観相家の記述する家相説の内容との類似点、相違点を比較検討する作業を進めるためのデータ整理に着手した。(3)吉凶判断の内容分析と、吉凶判断の目的について一定の分類を行った。(4)比較対象となる近世の庶民信仰において希求・忌避されたものの内容分析にも着手した。上記の検討を通して、家相考鑑における吉凶判断の内容、特に住まいやまちづくりに際する方位観のあり方に関わる分析作業が進み、方位観への関心の有無、方位による吉凶の認識とその解決方法の教示の役割を果たす観相家の存在が明らかになった。なお、敷地選定並びにまちづくりに関する方位観の有無等の調査分析は緒についたばかりであり、一定の成果を得るには至っていない。この結果、本年度は次の発表の機会を得た。(1)都市住宅学会HP「親子のすまいかた教室」「方位と住まい」(1)よい敷地(2)庭づくり(3)自然条件と住まい本研究は、日本の住空間における方位の意味づけや、方位観に関わる慣習である家相説についての研究であり、特に近世の家相文献に見る、家相考鑑の際の吉凶判断の内容を明らかにし、同時代の庶民信仰の内容との比較検討を通して、近世の観相における家相説の位置づけを明らかにすることを目的としている。本年度は、次の4項目について研究を遂行した。1.本研究の遂行に不可欠な近世以降の家相文献の収集をした。家相文献の多くは、各地の図書館や研究所に所蔵されており、それらの完全なコレクションはない。そのため、本年度はそれら史・資料の収集と複写の作業を進め、資料整備を行った。2.上記史・資料の収集と共に、比較対象となる近世の庶民信仰に関わる文献資料の収集も行った。3.収集した家相関連文献、庶民信仰関連文献の分析に着手した。特に吉凶判断の内容分析と、吉凶判断の目的についての分析を開始した。また、家相関連文献や庶民信仰関連文献に見る住居群のあり方やまちづくりに関する記述部分の抽出にも着手した。一軒の住居単位でみるだけではなく、住居の集合体、まちなみとしての方位観のあり方についても分析する必要があることに気づき、本年度はその事例抽出を試行した。4.比較対象となる近世の庶民信仰において、希求、忌避されたものの内容分析にも一部着手した。以上の成果を元に本年度は、(1)文政期に江戸の准法眼が記した出火記録である『防火用心土』の翻刻(2)文政期の都市防災に関わる方位観の問題についての報文を2本まとめる機会を得た。(1)都市住宅学会HP「親子のすまいかた教室」「方位と住まい」(1)よい敷地(2)庭づくり(3)自然条件と住まい
ケミカルシフトの違いを利用したフッ素MR画像による複数の脳内異常蛋白の同時解析

本研究では、クルクミンの構造を一部変えた新規の化合物を多種類合成して、アルツハイマー病の老人斑を検出するMR画像診断用試薬の開発に取り組んできた。今回、それら化合物のひとつであるShiga-Y5が、認知症の治療効果を持つことをアルツハイマー病のモデルマウスを用いて明らかにした。Shiga-Y5は、アルツハイマー病の画像診断薬としても治療薬としても役立つ可能性を示唆している.。この成果を国際学術誌に掲載・発表した(Neurobiol Aging 36: 201-210 2015)。また、本研究で開発した40種類のクルクミン誘導体のアミロイド結合能や細胞毒性抑制作用などをまとめてデータベース化し、論文発表した( Biochem Biophys Report 4: 357-368, 2015)。さらに、フッ素MR画像法を用いると非放射性同位元素である19FのもつNMR信号を利用して、PETと同様な機能画像を得ることができることから、「脳内環境」で開発した技術やMR画像診断薬について総説としてまとめて報告した。なかでも試薬の出す19F-NMR信号のケミカルシフトの違いを利用した二重フッ素画像法を利用して、世界で初めてアミロイドオリゴマーの候補画像を得ることに成功し、国際学術誌に報告した(Ageing Research Reviews, 2016doi: 10.1016/j.arr.2015.12.008)。27年度が最終年度であるため、記入しない。アルツハイマー病の病態は、ベータアミロイドペプチ(Aβ)のオリゴマー形成、ベータシート構造を持つアミロイドフィブリルを主成分とする老人斑の形成、異常にリン酸化されたタウ蛋白を主成分とする神経原線維変化の形成、神経細胞死と進んでいくと考えられている。しかしながら、それぞれの異常蛋白相互の関連については良く解っていない。これらの異常蛋白相互の関連を明らかにするためには、複数の異常蛋白をin vivoで同時に画像化する技術が不可欠である。本研究では、Aβオリゴマー、老人斑、神経原線維変化、の3つの標的に的を絞り、老人斑を形成する遺伝子改変マウス、神経原線維変化を形成するマウス、両者を形成するマウスに、我々の開発した画像化試薬の混合液を投与して、多重フッ素MR画像法で同時画像化を行うことである。平成26年度は、Aβオリゴマーと老人斑(凝集したAβ)の両方に結合する化合物Shiga-Y5をアルツハイマー病のモデル動物に経口投与し、画像診断薬としての作用に加え、治療効果を示すことを明らかにした。また、バンデルビルト大学との共同研究で、Shiga-Y5を鼻腔内投与すると効果的に脳内へ移行させうることを明らかにした。また、老人斑には鉄を含む金属が含まれ、MRIで検出できる可能性が指摘されているが、アルツアヒマー病脳で鉄代謝に関わるミトコンドリアフェリチンの作用についてその一端を明らかにして、論文発表した。以上の成果は、国際学術誌4報に論文発表した。これらの成果は、国際学術誌4報に論文発表するとともに、国際アルツハイマー病会議(AAIC2014)、北米神経科学会(Neuro2014)、第37回日本神経科学大会、第9回日本分子イメージング学会など、国内外の学会で発表した。以上のことから、研究はおおむね順調に推移していると判断した。

27年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は、神経原線維変化を検出するフッ素MR画像用の化合物を開発し、老人斑と神経原線維変化の同時撮影に挑戦する。そのために、まず神経原線維変化(タウ病変)を標的にした研究を進める。その上で、老人斑と神経原線維変化の同時撮影に挑戦する。また、Aβオリゴマーに関する研究も同時進行で進める。我々は、Aβ凝集体のみならずAβオリゴマーにも結合して画像化ができるShiga-Y5とAβ凝集体のみに強く結合するShiga-X22を開発した。平成26年度にShiga-Y5とShiga-X22の混合液をAPP/PS1マウスに投与して、2つの化合物それぞれのMR画像を得た後、サブトラクションすることで、Aβオリゴマーの候補画像を得て日本語論文として発表した。平成27年度は、Aβオリゴマーに関しての研究成果を英語論文として発表することを目標とする。
超音速多重ジェットの安定化による騒音軽減に関する研究

最近米国を中心に次世代超音速ジェット旅客機の研究開発が行われており、その推進力として用いられ超音速多重ジェットから放射される強力な騒音の軽減に関する研究も行われつつある。単一の超音速ジェットからは強力なスクリーチ・トーンが放射されることが知られている。この音はジェットの周辺を下流へ移動するコヒーレントな渦構造とジェットの外部の大気中を上流へ伝わる音波とから成るフィードバック・ループによりジェットが自励振動する結果、放射されることが知られている。また最近行われた2重ジェットに関する研究は、騒音が増強されることを示している。本研究は、近接して置かれた複数の円形ノズルから超音速ジェットを噴射した場合の上記フィードバック・ループ間の干渉により騒音が軽減される可能性を調べるために行われた。したがって、本研究のために新設された無響室内で、まず単一の円形ノズルや2つの円形ノズルや4つのノズルを正方形状に配置し、ノズル中心間距離をノズル直径の1.4倍とし、それらのノズルから超音速ジェットを噴射した場合の近距離音場における騒音レベルと指向特性を測定した。その後、これらのノズルの近傍に単一または複数のより小さな直径のノズルを様々に配置したものについて同様の測定を行い、両者の間の比較を行った。その結果から、フィードバック・ループ間に好ましい干渉が生じているときには、超音速ジェット特有のスクリーチ・トーンの発生が抑制され、したがって、多重ジェットの自励振動が抑制され安定化し、それにともなって、超音速多重ジェットから放射される騒音レベルが軽減されることが認められた。また、4つのジェットを正方形状に配置した場合には、それらのジェットに囲まれた領域から発生した音波が、周囲の4つのジェットによるシールド効果によっても騒音が軽減されることが見いだされた。
軟骨培養細胞株を用いた副甲状腺ホルモンの生物学的検定法

1.ウサギ肋軟骨初代培養細胞を用いた副甲状腺ホルモン(PTH)の生物学的検定法の確立ウサギ肋軟骨初代培養細胞を24穴マルチウェルプレートで培養し, PTH添加4時間後に細胞を低張のアッセイ用緩衝液で懸濁し,そのまま^<14>C-オルニチンとインキュベートしてオルニチン脱炭素酵素(ODC)活性を測定する簡便法を確立した.本法ではMRC標準PTHを用い0.01IU/mlから1IU/mlの範囲で濃度の対数とODC活性との間に直線関係が得られた.一方,細胞内サィクリックAMP(cAMP)レベルはPTH添加25分後に著明上昇するが,この作用の場合10^<-9>M10^<-7>Mで直線関係が得られた.ちなみに, cAMPレベルの経時的変化が速すぎるため大量のサンプルを同時に処理できない欠点は,イソブチルメチルキサンチンを共存させ,上昇したcAMPレベル30分以上維持することにより解決した.さらに, ODC活性及びcAMPレベルの上昇作用の両方法で,種々のPTHフラグメントや誘導体の活性を測定したところ,他のin vivoや腎アデニレートシクラーゼを用いる方法で得られた結果と一致する結果が得られたので両方とも生物学的検定法として使用できることが明らかとなった.2.PTHに著名に応答する株細胞の樹立と生物学的検定法への応用マウス肋軟骨成長軟骨の2代目の培養細胞から細胞株を得,さらに,クローニングによりPTH応答性の著名に高いクローン細胞株を樹立した.この細胞はウサギ肋軟骨初代培養細胞の約4倍のPTH応答性を示した.すなわち,そのcAMPレベルはPTH添加2-5分後に約170倍に上昇した.さらに本細胞は約3年間にわたって継代数にして50代以上培養されており,無限の増殖能を得たものと思われる.本細胞の樹立により,上記の検定方がさらに容易に,又,簡便ものとなった.1.ウサギ肋軟骨初代培養細胞を用いた副甲状腺ホルモン(PTH)の生物学的検定法の確立ウサギ肋軟骨初代培養細胞を24穴マルチウェルプレートで培養し, PTH添加4時間後に細胞を低張のアッセイ用緩衝液で懸濁し,そのまま^<14>C-オルニチンとインキュベートしてオルニチン脱炭素酵素(ODC)活性を測定する簡便法を確立した.本法ではMRC標準PTHを用い0.01IU/mlから1IU/mlの範囲で濃度の対数とODC活性との間に直線関係が得られた.一方,細胞内サィクリックAMP(cAMP)レベルはPTH添加25分後に著明上昇するが,この作用の場合10^<-9>M10^<-7>Mで直線関係が得られた.ちなみに, cAMPレベルの経時的変化が速すぎるため大量のサンプルを同時に処理できない欠点は,イソブチルメチルキサンチンを共存させ,上昇したcAMPレベル30分以上維持することにより解決した.さらに, ODC活性及びcAMPレベルの上昇作用の両方法で,種々のPTHフラグメントや誘導体の活性を測定したところ,他のin vivoや腎アデニレートシクラーゼを用いる方法で得られた結果と一致する結果が得られたので両方とも生物学的検定法として使用できることが明らかとなった.2.PTHに著名に応答する株細胞の樹立と生物学的検定法への応用マウス肋軟骨成長軟骨の2代目の培養細胞から細胞株を得,さらに,クローニングによりPTH応答性の著名に高いクローン細胞株を樹立した.この細胞はウサギ肋軟骨初代培養細胞の約4倍のPTH応答性を示した.すなわち,そのcAMPレベルはPTH添加2-5分後に約170倍に上昇した.さらに本細胞は約3年間にわたって継代数にして50代以上培養されており,無限の増殖能を得たものと思われる.本細胞の樹立により,上記の検定方がさらに容易に,又,簡便ものとなった.1.ウサギ肋軟骨初代培養細胞を用いた副甲状腺ホルモンの生物学的検定法の開発についてA)サイクリックAMPレベルの上昇作用を利用する方法96穴のマルチウェルプレートでウサギ肋軟骨成長軟骨細胞を培養した後、同じマルチウェルプレートで0.1mlの6%TCAを用いてサイクリックAMPを抽出することにより、サイクリックAMPレベルの測定に十分な試料を得ることが可能であることが明らかとなった。B)オルニチン脱炭酸酵素(ODC)の誘導を利用する方法【◯!1】ODC測定には通常酵素液として細胞をホモジナイズし、遠心した後の上清が用いられているが、簡便法として細胞のホモジネートを【^(14)C】-オルニチンとインキュベートして酵素活性を測定しても特に支障のないことが明らかとなった。【◯!2】センターウェル付の三角フラスコでの測定では大量のサンプルを処理できないので、小試験管とディスポーザブルのセンターウェルで測定する方法を開発した。本法では同じインキュベーターで従来の方法の約4倍の数のサンプルを測定できる。2.軟骨由来細胞株の樹立マウス肋軟骨初代培養細胞にラウスザルコーマウィルス(温度感受性株)をポリエチレングリコールを用いて感染させ、長期継代可能な細胞株を得た。本細胞は、軟骨細胞の分化機能の重要な指標であるグリコサミノグリカンを活発に合成するとともに、副甲状腺ホルモンに応答した。従って、本研究の目的である副甲状腺ホルモンの生物学的検定法に利用可能と考えられる。上記の如く、本年度の研究実施計画はおおむね達成でき、なかでも軟骨細胞株の樹立は大きな成果といえる。なお、細胞株樹立にあたり本研究費で購入した倒立顕微鏡は大いに役立った。

1.昭和60年度に樹立に成功したマウス肋軟骨成長軟骨由来の株細胞(MGC細胞と命名)は、細胞株の樹立に際し用いたRaus sarcoma virus(温度感受性株)に感染してトランスフォームしたものではないことが明らかとなった。すなわち、MGC細胞の培養温度をshift upさせても増殖能及び分化機能に特に変化はみられず、又、そのcell lysateの抗pp【60^(vsrc)】による沈降物中にはチロシンキナーゼ活性が全くみられず、さらにRaus associate virus 1を感染させたニワトリ線維芽細胞と融合させても同細胞をトランスフォームさせるウィルスを産生しないことが明らかになった。従って本細胞はspontaneousに株化したものと考えられ、biohazardの問題を考慮に入れずに一般の研究室及び臨床検査室で使用できるという極めて重大な事実が判明した。2.MGC細胞のconfluent cultureに副甲状腺ホルモン(PTH)を添加すると、細胞内サイクリックAMP(cAMP)レベルは急速に上昇し、2分後に約40倍のピークに達し、以後再び急速に低下した。この経時的変化はウサギ肋軟骨初代培養細胞の場合とほぼ一致した。又、そのdose-response curveもウサギ肋軟骨初代培養細胞の場合とほぼ一致し、【10^(_7)】Mで最大上昇を示した。なおウサギ肋軟骨細胞の場合継代4代目でPTH応答性は消失するが、MGC細胞は継代75代でもその応答性は全く低下しなかった。従って、PTH応答性を示す細胞を無限に又、手軽に増殖させることが可能となった。3.MGC細胞のオルニチン脱炭酸酵素活性は、ウサギ肋軟骨細胞の場合とは異り、PTHにより変化しなかった。しかしながら、MGC細胞のグリコサミノグリカン合成能及びアルカリフォスファターゼ活性は高く、その由来に関しては誤りはないと考えられるので、本細胞は株化の過程で何らかの変異をおこしたものと考えられる。従って今後はcAMPレベル上昇作用に絞って研究を進めたい。
顎関節雑音の発症機序の解明

本研究の目的は,6自由度顎運動測定器MMーJIと多チャンネル表面筋電図記録からなる,教室の顎機能診断システムに,記録が困難だとされていた外側翼突筋筋電図と顎関節雑音の記録を加えて総合的な診断システムとし,これを用いて顎関節雑音の発症機序を解明することであった。初年度にはファインワイヤ-電極を用いた外側翼突筋下頭の筋電図記録を,解剖実習用の屍体による電極刺入法の予備実験を行った後,口内法によって採取する方法を確立し,外側翼突筋下頭を含む咀嚼筋8chの筋電図と6自由度顎運動の同時測定に世界で初めて成功した,2年目の最終年度には,主として顎機能健常者を対象としてデ-タの蓄積と解析を行い,1)外側翼突筋下頭の活動は,顆頭の前方移動に対応して観察されその活動量は顆頭運動速度や顆頭位等の影響を受け,活動開始時期は,非常に遅い開口運動を除いて,顆頭の移動開始時期に先行するか,または一致していた。2)切歯点における側方限界運動経路に制限のあるものでは,作業側に相当する外側翼突筋下頭の活動開始時期が早い傾向にあった。などのことが分かった。顎関節雑音については,小型コンデンサ-マイクロホンをアタッチメントによって外耳道に設置し,6自由度顎運動と外側翼突筋を含む筋電図との同時記録を可能とし,当初目標であった総合的な顎機能診断システムとしてはほぼ整備された。現在顎関節雑音を有するボランティアや患者からデ-を収集中で,解析方法や必要なパラメ-タの検討を行っている。本システムを用いることにより,クリッキングに際しての顆頭運動経路や速度の変化,限界運動の収束性等を観察することは容易で,筋電図の解析を加えて,多様な顎関節雑音の病態分類も可能となると思われる。以上に示すように,科学研究費の補助を受けた本研究において,テ-マとして挙げた,顎関節雑音の発症機序解明のための確かな糸口を掴むことができた。顎関節雑音の発症メカニズムを解明する上で重要な意味をもつ、顆頭運動と外側翼突筋下頭筋電図の同時測定を、初年度の主な研究目標とし、おおむね当初の目標を達成することができた。今年度行なった研究経過の概要は以下の通りである。1研究環境の整備として、マイクロフォン増幅器ユニット、小型マイクロフォンなどの顎関節雑音記録装置に関する資材を購入し、現有の6自由度顎運動測定器MM-JIおよび8ch咀嚼筋筋電図等からなる顎機能診断システムと接続し、顎関節雑音診断システムのハ-ドウエアの主要部分をおおむね完成させた。2本学歯学部学生解剖学実習用の屍体などを用いて、外側翼突筋下頭へのワイヤ-電極刺入法を確立し、口内法による外側翼突筋下頭の筋電図記録が定常的に行えるようになった。3外側翼突筋下頭を含む咀嚼筋の8chの筋電図と6自由度顎運動の同時測定に世界で初めて成功した。以上の研究から得られた成果の主なものはつぎの通りである。1外側翼突筋下頭の活動開始時刻は、下頭の前方移動開始時刻の直前であった。2側方限界運動に制限のみられる例において、作業側外側翼突筋下頭の活動亢進と同側の側頭筋後腹の活動低下の傾向が認められた。

これらの成果はさらにデ-タを蓄積することにより、ひきつづいて行なう顎関節雑音を有する患者群のデ-タ解析コントロ-ルとなるものである。本研究の最終年度である当該年度には,初年度において方法の確立した外側翼突筋下頭を含む咀嚼筋8chの筋電図と6自由度顎運動の同時測定を,顎機能健常者を対象に行い,デ-タの蓄積と解析を進めることと,顎関節音の記録法を確立して,従来のシステムに組み込み,顎機能診断システムとしての完成度を高める作業を行った.その結果,外側翼突筋下頭の下顎運動に果たす役割として,1)外側翼突筋下頭の活動は,顆頭の前方移動に対応して観察されその活動量は顆頭運動速度や顆頭位等の影響を受け,活動開始時期は,非常に遅い開口運動を除いて,顆頭の移動開始時期に先行するか,または一致していた.2)切歯点における側方限界運動経路に制限のあるものでは,作業側に相当する外側翼突筋下頭の活動開始時期が早い傾向にあった.などのことが分かった.顎関節雑音については,小型コンデンサ-マイクロホンをアタッチメントによって外耳道に設置することにより,6自由度顎運動と外側翼突筋を含む咀嚼筋筋電図との同時記録を可能とし,当初目標であった総合的な顎機能診断システムとしてほぼ整備された.相反性のクリッキングを有する患者の治療前とスプリント治療の経過中の測定の例では,治療前にみられたクリッキング時の顆頭運動の偏位が,スプリント治療によってクリッキングが消失すると共に滑らかな経路に変わることなどが観察された.またこの測定結果は,MRI検査による関節円板の復位の状態を示す所見と非常によく対応していた.今後本システムを用いた測定デ-タを多数蓄積して,多種多様な顎関節雑音の病態分類を行い,各々についての発症機序を明らかにしていきたい.
自己免疫性膵炎診断における生検の有用性

自己免疫性膵炎診断における生検の有用性につき検討を行った。膵臓、胃、十二指腸、十二指腸乳頭、大腸、肝臓、胆管、小唾液腺からの生検組織に対して、IgG4染色、IgG染色を施行し、各臓器の生検診断能の比較、適切な診断方法につき検討を行った。十二指腸乳頭部からの生検の診断感度が8臓器中、最も高率であり、特異度はすべての臓器で高率であった。IgG4陽性形質細胞>10個/強拡大1視野の診断基準を用いた十二指腸乳頭部からの生検が1型AIPの補助診断として有用であると考えられた。平成24年度は自己免疫性膵炎の生検組織におけるIgG4陽性細胞数と血中IgG4値の相関関係につき検討を行った。自己免疫性膵炎の膵臓、胆管、肝臓、胃、十二指腸、十二指腸乳頭、大腸からの生検組織のIgG4陽性細胞数と血中IgG4値については明らかな相関関係を認めなかった。また、同一患者において多臓器での生検検体が可能な症例について、臓器別でのIgG4陽性細胞数についても検討を行っているが、明らかな傾向は認めていない。さらに、自己免疫性膵炎の比較対象の生検検体に対して、IgG4染色を行い、生検組織でのIgG4陽性形質細胞数につき検討を行った。比較対象ではIgG4陽性細胞を1高視野あたり、10個以上認めることは少ない傾向にあったが、中には多数のIgG4陽性細胞を認める症例を認めた。原因として他の炎症により、IgG4陽性細胞数が増加している可能性が考えられた。このような症例ではIgG4陽性形質細胞だけではなくIgG陽性細胞も多数増えている可能性が考えられる。また最近発表されたIgG4関連疾患包括診断基準の病理学的診断基準の項目にIgG4/IgG陽性細胞比40%以上という項目が取り入れられていること、病理組織学的なIgG4陽性細胞浸潤はIgG4関連疾患に特異的ではないという論文報告も発表されたことからも自己免疫性膵炎およびその対象疾患に対して、IgG染色を行い、その陽性細胞数につき検討を行っているところである。最終的に自己免疫性膵炎と対象疾患の間で生検のIgG4陽性細胞数、IgG/IgG4比、また両者を比較するのに必要な視野数につき検討を行う予定である。平成25年度は自己免疫性膵炎、対象疾患の8臓器の生検組織においてIgG染色を行い、IgG陽性形質細胞数について検討を行った。最終的にIgG4形質細胞数、IgG4/IgG形質細胞数比について、1視野、3視野でそれぞれ比較を行った。IgG4形質細胞数は十二指腸乳頭部からの生検が1、3視野とも8臓器中最多であり、対象より、有意に多数であった。次に1IgG4陽性細胞10個以上、2IgG4/IgG4陽性細胞数比>40%を診断基準としたA法)1/1視野、B法)1/3視野、C法)1+2/3視野、D法)1+2/3視野の4方法における生検診断能につき検討を行った。IgG4陽性形質細胞数から診断を行うA法、B法ではVater乳頭部からの生検の診断感度がA法52%、B法40%と8臓器中、最も高率であった。Vater乳頭部からの生検において、A法における感度は52%で、IgG4関連疾患の病理診断基準であるD法の感度12%と比較し、有意に高率あった(p=0.016)。κ値はAD法の中で、A法が0.840で最も高値であった。十二指腸乳頭部生検でのA法陽性症例と臨床像について検討を行うと、A法陽性症例では膵頭部腫大(p=0.005)と十二指腸乳頭腫大(p=0.041)を高頻度に認め、IgG4関連硬化性胆管炎を高率に合併した(p=0.030)。自己免疫性膵炎の生検診断において、強拡1視野あたりのIgG4陽性形質細胞数>10個の診断基準を用いた、十二指腸乳頭部からの生検診断は、自己免疫性膵炎の補助診断として有用であると考えられた。今年度は自己免疫性膵炎と診断された患者から生検にて得られた組織標本でHE染色およびIgG4染色にて(1)炎症細胞浸潤、(2)線維化、(3)IgG4陽性の形質細胞数につき病理学的検討を行っている。生検組織としては膵臓、胆管、肝臓、胃、十二指腸、十二指腸乳頭、大腸を検討している。

強拡大1視野あたりのIgG4陽性形質細胞数の3視野平均数を算出し、生検全体での臓器間の比較、また多臓器で生検検体がある同一患者の中で臓器間での診断能の比較検討を行っている。IgG4陽性の形質細胞を1高視野あたり、10個以上認めた場合を陽性と定義すると、各臓器における生検組織からの診断能は20%から50%程度と十分ではない。そのなかで、十二指腸乳頭からの生検組織におけるIgG4陽性形質細胞数が多い傾向を示している。しかしながら、IgG4形質細胞数に関しては同一臓器でも患者間でのばらつきが多いため、IgG4形質細胞数と他の関連因子についても合わせて検討を行っている。また今までの検討からの問題点としては、症例により、IgG4染色にばらつきがあり、他の炎症により、IgG4染色細胞数が影響も受けている可能性も考えられるため、他の免疫染色も追加し、検討を行う必要があると考えている。比較対象に対してもこれらの免疫染色を追加し、自己免疫性膵炎患者検体との比較および、比較対象のどのような症例でIgG4陽性細胞数が増加し、生検における偽陽性が起こり得るかについても追加検討を行う予定としている。そして、血中のIgG4値と組織中のIgG4陽性細胞数の比較を行い、両者の相関関係や血中IgG4陰性の症例での組織中のIgG4陽性細胞数の検討を行っていく予定である。自己免疫性膵炎およびその対象疾患に対して、IgG染色を行い、その陽性細胞数につき検討を行っているが、まだ生検組織のIgG陽性細胞数につき計測ができていない。理由としてIgG染色はIgG4染色と比べて、染色が難しく、そのIgG染色の条件設定に少し時間を要し、自己免疫性膵炎およびその対象疾患のIgG陽性細胞数の検討に時間がかかっているところである。自己免疫性膵炎患者の生検組織のIgG4染色を終え、現在データ集計し、統計学的検討を行っている。自己免疫性膵炎およびその対象疾患に対して、IgG染色を行い、生検組織におけるIgG陽性細胞数を計測し、最終的に自己免疫性膵炎と対象疾患の間で生検のIgG4陽性細胞数、IgG/IgG4比、また両者を比較するのに必要な適切な視野数につき検討を行い、論文を作成する予定である。今後は、IgG4染色以外の他の免疫染色(IgG、CD138、Foxp3 etc)を行い、自己免疫性患者と対象との間で比較検討を行い、両者の鑑別に有用な項目を明らかにすることを目標とする。また近年発表された自己免疫性膵炎診断基準2011では膵外病変がa)臨床的病変、b)病理学的病変として取り入れられており、自己免疫性膵炎診断における膵外病変の存在は重要になりつつある。しかしながら、生検組織による診断基準は明らかとなっておらず、今後、今回の研究内容から膵外病変生検の診断基準のようなものを作成していきたいと考えている。IgG染色はIgG4染色と比べて、染色が難しく、そのIgG染色の条件設定に少し時間を要し、自己免疫性膵炎およびその対象疾患のIgG陽性細胞数の検討が遅れているため、本年度にIgG染色関連手技及びデータ解析、論文作成のために使用する予定であった研究費を次年度に使用する予定である。IgG4染色以外の他の免疫染色(IgG、CD138、Foxp3 etc)を行うために研究費を使用する予定である。
網羅的遺伝子解析を用いた、老齢マウスにおける骨欠損修復メカニズムの解明

老化が骨欠損修復に与える影響については生物学的知見が乏しく、老齢個体の骨修復における分子メカニズムは未だ不明である。そこで、本研究計画は「高齢者と若年者とで、骨欠損修復における分子メカニズムは異なるのか」を調べることを目的とする。当該年度は、マウスを用いた骨欠損修復モデルを確立し、修復骨量を調べるために当初予定していなかったマイクロCT解析を追加することを決め、その予備的実験を行った。まず、マウス頭頂骨に作製する規格化骨欠損のサイズを検討した。直径3.8mm、3.3mm、3.0mm、2.4mmの4サイズのトレフィンバーを用いて左側頭頂骨に骨欠損を作製したところ、直径2.4mmのトレフィンバーが矢状縫合にかからず最適な大きさであることが分かった。次に、サンプリングのタイムポイントを決めるために、直径2.4mmの骨欠損を生後10週齢の若齢マウス頭頂骨に作製し、術後2週,4週,6週,8週で骨欠損作製部位を含めた頭頂骨を摘出し、4%PFAで固定後、予備実験的にマイクロCT撮影を行った。術後8週でも骨欠損が修復骨で埋まらなかったため、新たに術後12週もサンプリングの対象とすることにした。現在、若齢マウス・老齢マウスともに頭頂骨に規格化骨欠損を作製し、術後2週,4週,6週,8週, 12週でサンプリングを行い、固定後にマイクロCT撮影を行っているが、画像データの解析には至っていない。また、マイクロCT撮影後の試料は脱灰後にパラフィン包埋し、組織学的検討に使用する予定である。若齢マウスについてはおおむね予定通りサンプリングが行えているが、本研究計画で用いる老齢マウスは生後50週の個体であるため、飼育に多大な期間を要することから、老齢マウスのサンプリングに遅れが生じている。引き続きマウスを飼育し、50週齢の老齢マウスの個体数を維持しつつ、若齢マウスと老齢マウスの頭頂骨に直径2.4mmの規格化骨欠損作製する。術後2週,4週,6週,8週, 12週の各タイムポイントで骨欠損部位を含めた頭頂骨を摘出し、固定後、マイクロCT撮影を行う。それと並行して、若齢マウスと老齢マウスにおいて、同サイズの骨欠損作製後2週あるいは4週で骨欠損内部にできた修復骨を採取し、超音波ホモゲナイザーで破砕後、トータルRNAを抽出する。RNAサンプルをラベル化してマイクロアレイにハイブリダイズし、スキャニング後、専用の解析ソフトを用いてDNAマイクロアレイによる解析を行う。マイクロアレイの結果、老齢マウスと若齢マウスとを比較して特徴的な遺伝子発現を示した分子について、骨修復過程におけるmRNA発現を定量解析し、統計学的に比較検討を行う予定である。

本研究で使用する老齢マウスの飼育には多大な時間を要するため、当初予定した実験を行えず、そのために未使用金額が発生した。当該年度に行う予定であった老齢マウスのマイクロCT解析や次年度に予定しているDNAマイクロアレイ解析と組織学的解析を行うための費用として次年度請求額と合わせて使用する予定である。
ヒトの触感測定用センサシステムの開発

ヒトの触感にどのような因子が強く関わるかを、物理パラメータが既知な対象物の製作、さらにそれらを用いた官能調査やヒトの触動作測定、受動触刺激等による評価を通して、調査した。これらの知見を基に皮膚の感覚受容器の特性と触動作を、センサ材料、駆動機構ならびに信号処理方法により実現し、しっとり感、ふんわり感、温冷感、ぺたぺた感、きゅきゅっと感などの多機能な触感計測を可能とするセンサシステムを開発した。本年度はセンサや駆動機構の設計指針のためのヒトによる触感調査を行った。また触感センサ、触動作を実現する駆動機構を試作しそれぞれの特性調査を行った。得られた結果を要約すると以下の通りである。1.ポリイミド薄板上にレーザー加工による表面形態変化を作成し、表面形態と触感の関係ついて調査した。用意した表面形態は三角波状の形態であり、高さ方向に1μm、幅方向に10μmのものを基準として、幅方向を広くしたもの、高さ、幅の両方向を大きくしたもの、幅、高さをランダムに変化させたものの4種類を用意した。これを用いてヒトによる触感調査を行ったところ、幅、高さをランダムに変化させたものが著しく触感が悪く感じることが分かった。なお市販の摩擦感テスターを用いてこの4種の試料を測定したところ、違いは大きく現れないことが分かった。2.ヒトによる触感調査として、布を用いたSD法による手触り感に関するアンケート調査を行った。得られた結果に対して因子分析を行った結果、布の触感を表現する上での支配的因子となる感性量は「しっとり感」、「ふんわり感」、「温冷感」であることが明らかになった。3.高分子圧電材料(PVDF)を用いた触覚センサを製作し、圧電情報および焦電情報の取得を試みた。微小変位を制御する圧電素子と大変位を可能とするスライド機構からなる二段型フィンガを作製し、その先端にセンサを装着し対象物へ押し付け擦るという動作を行うことによって圧電情報は得られる。また、焦電情報は、触覚センサに対して温度制御を行い、押し付けた際に得られるセンサ出力のピークの値から読み取った。ヒトによる温冷感と焦電効果のピークの値には良好な相関係数があることが分かった。本年度は昨年度に引き続き,センサや駆動機構の設計指針を明らかにするためにさわり心地や手触り感を得るためにヒトがどのような触動作を行っているか調査を行った。また上記によって得られた触動作の情報を生かし,昨年作製したセンサシステムにおいて,得られるセンサ出力について調べる。1.対象物を布(レディースインナーニット6種)としてヒトによる手触り感を判断する時の触動作(なでる動作)について昨年度購入した触感計を用いて調べた。調べた項目としては,接触力,摩擦力,走査時間であり,一般被験者と熟練者について調査を行った。結果として,サンプル間において触動作の差はないことが確認された。また,一般被験者と熟練者の走査時間はほぼ同じであったが,力に関しては熟練者のほうが一般被験者に比べ非常に小さいことがわかった。これに関して,一般被験者に対して接触力を変化させ,対象物を走査させた場合の受動触覚実験を行ったところ,一般被験者の風合いの評価能力は接触力によって変化しないことがわかった。2.センサの表面についてウレタンなクリレート系樹脂で高さ250マイクロメートルの点状,高さ80マイクロメートルの線状を基本とする7種類の表面性状を作製し測定を行い,ヒトの手触り感実験と比較した。結果より表面を格子状としたときが触感測定のセンサ性能が向上することが確認された。3.作製したセンサシステムを用いて接触力を変化させた場合の,ヒトの手触り感実験によって得られた重要な因子である「じっとりウェット感」と「ふんわりやわらか感」の両因子との相関係数について調査した。結果として両因子と相関が大きくなる接触力が存在することが確認された。本年度はこれまで「粗さ」、「柔らかさ」、「じっとりウェット感」、「ふんわりやわらか感」などの触感計測を可能としてきたが、ヒトの触感ではその他の感覚について感じることが可能である。今年度は、以上のことより触感の多機能化について取り組んだ。ヒトの指のように様々な対象物を容易に計測できるようハンディタイプの触感計測用センサを開発した。センサには高分子圧電材料と、2枚のひずみゲージをセンサ材料として用いた。対象物を押し付け軽く擦ることによって、センサ出力を得る。押しつけた時の2枚のひずみゲージ出力から対象物の硬さを計測することが可能である。また、擦っている時のPVDF出力にウェーブレット解析を用いその後出力に対し分散を求めることにより粗さ計測が可能であることを確認した。また、このセンサを用いて「ぺたぺた感」の計測も試みた。