hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中性子散乱による重い電子系セリウム化合物における磁性と超伝導の共存競合問題の研究

重い電子系反強磁性体CeNiGe3における超伝導と競合する高圧力下反強磁性相を、圧力下中性子散乱実験により解明することを目的とする。その為に圧力セルの開発から進め、以下の結果を得た。1.加圧時の応力集中箇所を有限要素法により解析することで、広い回折角を有する中性子実験用圧力セルが出来た。2.圧力セルの開発の遅れと、施設側の問題(冷凍機の故障)により実験が出来なかったが、今後、圧力下中性子実験を実施する予定である。3.上記実験が滞った為、物質開発を進めた。反転対称性のないCePdSi3等の単結晶試料の育成に成功し、非整合磁気構造が基底状態になっている可能性を明らかにした。重い電子系化合物CeNiGe3は、これまでの重い電子超伝導体とは一風変わった温度圧力相図を示す。この物質では、従来の様に反強磁性量子臨界点の近傍で圧力誘起超伝導を示すが、それに加えて、量子臨界点から離れた反強磁性相内でも非従来型超伝導が発現する。さらに、後者の超伝導相は、加圧によって反強磁性相が別の磁気相へと相転移すると同時に消失する。本研究は、超伝導と共存する低圧力領域の反強磁性相1と、超伝導と競合する高圧力領域の反強磁性相2の違いを、圧力下中性子散乱実験等により解明することを目的とする。さらに、試料体積に制限がある高圧力下中性子回折実験において、1 uB/Ce以下の小さな磁気信号を検出する実験的なノウハウを確立し、重い電子系の磁性と超伝導の共存・競合の問題に対して、ユニークかつ価値のある情報を与えることを目的とする。本年度は、主として圧力下中性子実験用の圧力セルの開発を行った。中性子実験に適した圧力セルを作成するために、中性子透過率等を考慮した圧力セルの材料選別を行い、また、加圧時の応力集中箇所を有限要素法により解析することで、圧力セルの形状の最適化を進めた。重い電子系の圧力下磁性相の研究には、5万気圧程度の圧力環境と同時に、希釈冷凍機温度程度の極低温環境を必要とする。そのため、圧力セルを可能な限り小型化した。これら圧力セルの開発と並行して、発生圧力を較正する為に、ルビー蛍光圧力モニタシステムの導入と立ち上げを行った。平成29年度は、作成した圧力セルの加圧試験を行い、圧力セル形状等の最適化や圧力発生効率の向上を推し進める。また、大強度陽子加速器研究施設J-PARCにおいて、中性子実験(課題番号2017A0147)を実施する予定である。当初予定していた形状(大きさ)の圧力セル用の材料を調達するために、数百万円程度の費用が必要であることが、圧力セルの設計を終えた後、業者に発注する際に明らかになった。その為、設計段階からやり直す必要が生じ、圧力セルの作成が遅れた。これに関しては、申請者本人と業者双方に落ち度があったため、これ以後は、より綿密な打ち合わせを行うことで、遅滞が無いようにしている。現在、圧力セルの作成は完了しており、平成29年度初めより、加圧試験を実施する予定である。その他の進捗状況については、良好と判断している。圧力較正用のルビー蛍光圧力モニタシステムは、予定通りに、平成28年中に導入と立ち上げを為し遂げた。また、中性子実験を実施するためには、公募に応募し、マシンタイムを確保する必要があるが、これに関しては、大強度陽子加速器研究施設J-PARCの公募に申請した課題(課題番号2017A0147)が、無事採択された。よって、平成29年度(11月5日から8日)に予定通り、実験を行えることになっている。重い電子系反強磁性体CeNiGe3は、従来の重い電子系超伝導体とは一風変わった温度圧力相図を示す。この物質では反強磁性量子臨界点の近傍で圧力誘起超伝導を示すが、それに加えて、量子臨界点から離れた反強磁性相内においても非従来型超伝導が現れる。特に後者の超伝導相は、加圧により反強磁性相が別の磁気相へと相転移すると同時に消失する。本研究は、超伝導と共存する低圧力領域の反強磁性相1と超伝導と競合する高圧力領域の反強磁性相2の違いを、圧力下中性子散乱実験などにより解明することを目的とする。さらに試料体積が制限される高圧力下中性子回折実験において、セリウムイオンあたり1ボーア磁子以下の小さな磁気信号を検出する実験的ノウハウを確立し、重い電子系の磁性と超伝導の共存・競合問題に対して、新しい知見を与えることを目的としている。1.圧力下中性子実験用の小型圧力セルを開発した。中性子実験に適した圧力セルを作成するために、中性子透過率や実験後の放射化問題などを考慮しつつ圧力セルの材料を選別し、加圧時の応力集中箇所を有限要素法により解析することで、広い立体角を有する圧力セルが出来た。2.大強度陽子加速器研究施設J-PARC・MLFのBL18(SENJU:課題番号2017A0147)において、中性子実験を実施予定であったが、圧力セルの開発の遅れと、施設側の問題(冷凍機の故障)により実験が出来なかった。圧力セルについては、圧力シール機構の改良を行う必要があることがわかり、ガスケット部分とアンビル部分の改良を進めている。今後、冷凍機の修理が済み次第、圧力下中性子実験を実施する予定である。

反転対称性のないCePdSi3、CePtSi3等の単結晶試料の育成に成功し、複雑な磁気相図を発見した。Pd系では非整合磁気構造が基底状態になっている可能性を明らかにした。重い電子系反強磁性体CeNiGe3における超伝導と競合する高圧力下反強磁性相を、圧力下中性子散乱実験により解明することを目的とする。その為に圧力セルの開発から進め、以下の結果を得た。1.加圧時の応力集中箇所を有限要素法により解析することで、広い回折角を有する中性子実験用圧力セルが出来た。2.圧力セルの開発の遅れと、施設側の問題(冷凍機の故障)により実験が出来なかったが、今後、圧力下中性子実験を実施する予定である。3.上記実験が滞った為、物質開発を進めた。反転対称性のないCePdSi3等の単結晶試料の育成に成功し、非整合磁気構造が基底状態になっている可能性を明らかにした。やや遅滞があったものの圧力セルの作成が完了したため、年度初めより、加圧試験を進める。実験用の単結晶試料は既に準備できているため、中性子実験までの期間は、圧力セルの性能確認などに費やすことが出来る。中性子実験が11月5日から予定されているため、それまでの間は、加圧試験を繰り返し、性能の確認に加えて、圧力発生効率を高めるために、圧力セル形状等の見直しと最適化を行う予定である。また、J-PARCでの実験に備えて、リスクアセスメント等必要な手続きを進める。数物系科学当初予定していた形状(大きさ)の圧力セル用の材料を調達するために、数百万円程度の費用が必要であることが、圧力セルの設計を終えた後、業者に発注する段階で明らかになった。その為、設計段階からやり直す必要が生じ、圧力セルの作成が遅れた。作成自体は、平成28年中に行ったが、業者からの納品が、平成29年4月中旬となったため、本来、圧力セル作成のために使用予定であった助成金が、平成28年中に使用することができなかった。使用できなかった分は、圧力セル作成のために、平成29年度に使用予定である。圧力セルは4月中旬に納品予定である。研究成果については、現在作成中であるが、同HPで公開予定。
多相混合体理論に基づく心臓冠循環モデルの構築とシミュレーション手法の開発

本研究では多相混合体理論(Multi-phasic Mixture Theory)を導入し,冠循環システムでは小動脈または小静脈から徐々に分岐し、毛細血管に到達するまで階層的血管構造が存在することを考慮して、各階層の血液を独立した流体相として,心筋基質を固体相とした混合体理論に基づく多相混合体モデルにより、冠循環システムの階層的構造を反映した階層型冠循環数理モデルを構築した。さらに固体相及び流体相に非圧縮性を課すLagrange Multiplier法を導入した重みつき残差法による非線形有限要素法の定式化及び離散化を行い,非線形解析に必要な剛性マトリックスを導出した.階層型冠循環モデルでは同じ節点で各階層が共存するため、膨大な節点数を有する実心臓の解析に対して、効率的解析を行うため、各階層の血液相対流量の代わりに、各階層血液の圧力を変数とするように有限要素定式化のreformulationを行い,非線形有限要素解析プログラムを作成した.さらに,開発したプログラムを用いて、心臓の拍動と冠循環間の力学的連成を反映した数値解析を行い、本研究で提案した理論モデルを用いれば、冠循環における冠動脈(または冠静脈)血流の拡張期(または収縮期)優位などの特徴を再現でき、また臨床応用の可能性を提示し、提案した理論モデルの妥当性について検証を行った。本研究により,冠循環における心筋の収縮・拡張が心筋内冠血管に与える外圧の変化を通じて血流の分布に及ぼす影響を解明することが可能となり,虚血性心疾患の病因解明及び診断治療に貢献できる.本研究では多相混合体理論(Multi-phasic Mixture Theory)を導入し,冠循環システムでは小動脈または小静脈から徐々に分岐し、毛細血管に到達するまで階層的血管構造が存在することを考慮して、各階層の血液を独立した流体相として,心筋基質を固体相とした混合体理論に基づく多相混合体モデルにより、冠循環システムの階層的構造を反映した階層型冠循環数理モデルを構築した。本研究により,冠循環における心筋の収縮・拡張が心筋内冠血管に与える外圧の変化を通じて血流の分布に及ぼす影響を解明することが可能となり,虚血性心疾患の病因解明及び診断治療に貢献できる.冠循環における毛細血管の容積率が10%以上にも達し,拡張期に冠動脈から流入する血液を貯蔵する役割は主に毛細血管が担っている.また,心筋の収縮・拡張が心筋内冠血管に与える外圧の変化を通じて血流の分布に大きな影響を及ぼすことも知られている.本研究では多相混合体理論(Multi-phasic Mixture Theory)を導入することによるこのような冠循環メカニズムの解明を目指している.即ち,心筋を心筋基質及び細血管・毛細血管内の血液からなる混合体として,心臓の拍動に伴う心筋の収縮・拡張を各血管系の容積率変化と直接関連付けることにより,心周期における心筋内血流の貯留・排出やslosh現象など血流形態を再現させる.これまでにまず心筋を心筋基質と血液からなる2相混合体として冠循環シミュレーションを行い,本研究の基本的考え方の有効性を検証した.さらに細動脈は血管の収縮拡張による調節機能を有する「抵抗血管」として機能するため,細動脈と細静脈・毛細血管を異なる流体相としてモデル化を行い,それぞれの相の流れに対する抵抗は各流体相と固体相間の相互作用を表す透過率(permeability)として定量化され,また細動脈の「抵抗血管」効果は血管壁のコンプライエンスを導入することによって反映させる.これらにより多相混合体理論による数理的マルチスケール冠循環モデルを構築した.現在,固体相及び流体相に非圧縮性を課すLagrange Multiplier法を導入した重みつき残差法による非線形有限要素法の定式化及び離散化・剛性マトリックスの導出が完了し,構築した解析プログラムのプロトタイプに対してデバッグ作業を進めている.平成19年度の研究で以下の成果が得られた.1. 18年度では細動脈・毛細血管・細静脈からなる冠循環数理モデルを構築したが、実際の冠循環システムでは小動脈または小静脈から徐々に分岐し、毛細血管に到達するまで階層的血管構造が存在することを考慮して、18年度で構築した理論モデルの改良・拡張を行った。各階層の血液を独立した流体相として、混合体理論に基づく多相混合体モデルにより、冠循環システムの階層的構造を反映した階層型冠循環数理モデルを構築した。これにより、冠循環システムにおける小動脈、小静脈から毛細血管まで比較的に連続的血管システムの分布をより精密に反映できるようになった。さらに、これに対応した有限要素解析の定式化も行った。2.構築した冠循環数理モデルの有限要素定式化に基づく解析プログラムの開発を行った。

まず、階層型冠循環モデルでは同じ節点で各階層が共存するため、膨大な節点数を有する実心臓の解析に対して、効率的解析を行うため、各階層の血液相対流量の代わりに、各階層血液の圧力を変数とするように有限要素定式化のreformulationを行った。次に、実用上の解析規模や問題対象などの要請に応じて、任意の階層数指定に対応できるようなプログラム設計を行い、プログラムの作成及びデバッグを行った。さらに、各階層血圧と体積率の関係を導入し、それに基づくコンプライアンスと血圧の関係及び剛性マトリックスを導く際に必要なコンプライアンスの微分を3次元有限要素解析プログラムに組み込み、作成した非線形有限要素解析プログラムの二次収束性を確認した。3.開発したプログラムを用いて、心臓の拍動と冠循環間の力学的連成を反映した数値解析を行い、本研究で提案した理論モデルを用いれば、冠循環における冠動脈(または冠静脈)血流の拡張期(または収縮期)優位などの特徴を再現でき、また臨床応用の可能性を提示し、提案した理論モデルの妥当性について検証を行った。18年度の成果と併せて本研究の目的は達成している.その成果の一部を反映した論文は現在投稿中であり,またさらに投稿する論文の準備をしている.
新規神経賦活手法を用いた複合型人工視覚

通常の皮質刺激型人工視覚では、皮質内に刺入した電極もしくは皮質表面に設置した電極による電流刺激が、一般的なアプローチとして用いられている。しかしながら前者は侵襲性という観点から、後者は得られる空間解像度という観点から、未だ十分な機能は得られていない。本研究課題においては、過去10年ほどで末梢神経系や感覚器、体性感覚野などを対象とした研究が進められてきた近赤外レーザー光刺激を視覚野に適用し、誘発される神経応答の評価を行っている。当初の研究計画では膜電位感受性色素イメージングを用いて、誘発応答の強度や空間的広がりの評価を行う予定であったが、懸念していたようにレーザー光の与える熱による膜電位感受性色素の消光がデータに乗ってきたため、計測方法を細胞外電位記録に変えて研究を進行させた。その際には皮質の層を縦断するような多点電極を用いることで、in-vivoでの脳表上からのイメージングが苦手とする皮質深さ方向の誘発応答の評価を狙った。現在詳細な解析を進めていく中で、イメージングほどではないにせよ、レーザー光の与える熱によるノイズが計測データに乗っていることが判明したので、ノイズ除去を目的とした解析・ノイズの影響を受けづらい解析手法を試している。並行して、視覚野刺激時の動物の行動評価に関しても、実験系確立を目指して、単純なLED刺激や既存の電気刺激で課題を遂行させる装置やパラダイムを構築中である。現在は、従来想定していた水報酬(動物の課題遂行時に与え、モチベーションを維持・高める)の代わりに、脳内の報酬系(快感情に関わる中枢)への電気刺激を模索中である。課題成績が、摂水制限の度合いや課題進行に伴う動物の飽き具合などの影響を受けづらくなることを期待している。当初予定とは異なる計測手法ではあるものの、効果の期待出来る例が取得出来たため。また同時並行している行動実験もある程度の進捗があったため。効果の期待出来る例は得られたものの未だ限られており、更に例数を増やす必要がある。また、刺激パラメータ(波長、強度、持続時間など)の応答への影響も評価する。また、ノイズ除去手法として平均波形除去、ノイズの影響を受けづらい手法として新規のスパイクソーティング手法を試すことを考えている。行動実験系に関しては、動物が安定的に遂行可能な課題の確立を急ぐ。そのためにまず、報酬系電気刺激を想定している。また、動物が課題に対して答える(反応する)方法にGo-Nogoを取り入れることも考えている。現在、いくつかの例において効果の期待出来るサンプルが得られたため、詳細な解析を進めている最中である。また、二年度目の研究計画としていた視覚野刺激時の動物の行動評価に関しても、実験系確立を目指して、単純なLED刺激や既存の電気刺激で課題を遂行させる装置やパラダイムを構築中である。現在、遂行可能な動物もいたものの個体を跨いでの結果は安定していないため、実験系の改良中である。本研究課題遂行の過程で、既存の電気刺激によって誘発される視覚野応答の評価に関する論文が出版された。

現在は、従来想定していた水報酬(動物の課題遂行時に与え、モチベーションを維持・高める)の代わりに、脳内の報酬系(快感情に関わる中枢)への電気刺激を模索中である。課題成績が、摂水制限の度合いや課題進行に伴う動物の飽き具合などの影響を受けづらくなることを期待している。当初予定とは異なる計測手法ではあるものの、効果の期待出来る例が取得出来たため。また同時並行している行動実験もある程度の進捗があったため。効果の期待出来る例は得られたものの未だ限られており、更に例数を増やす必要がある。また、刺激パラメータ(波長、強度、持続時間など)の応答への影響も評価する。行動実験系に関しては、動物が安定的に遂行可能な課題の確立を急ぐ。また、課題遂行数を増やすために、飼育ケージ内に実験系を構築し、日常的に学習が進むような工夫も取り入れることを計画している。また、ノイズ除去手法として平均波形除去、ノイズの影響を受けづらい手法として新規のスパイクソーティング手法を試すことを考えている。そのためにまず、報酬系電気刺激を想定している。また、動物が課題に対して答える(反応する)方法にGo-Nogoを取り入れることも考えている。繰り越し申請を行い、当研究課題を継続する。特に行動実験系において、より安定的なデータ収集を目的として、系の再構成・再構築を行う為。
日本企業のイノベーションを誘導するマネジメントコントロールの検討

本研究は,日本企業を研究対象として,イノベーションを誘導する経営の仕組み(マネジメント・コントロール・システム:MCS))とはどのようなものかを考察した。研究の成果としてはインターラクティブ・ネットワーク(IN)の特徴を高程度に持つ企業においては,マネジャーが人的ネットワークを部下に強く勧める行動をとることがわかった。イノベーションを誘導する可能性を高める人的ネットワークの構築を,マネジャーが部下に促すことにMCSが影響を与えているということである。また,マネジメント・コントロール・システムのなかでも多くくの企業が活用している予算管理システムについても,その特徴がマネジャー行動にかかわること,また,環境の不確実性がその関係性に影響を与えることがわかった。つまり,MCSを意識的に特徴づけることにより,マネジャーや組織メンバーにイノベーション行動を誘導し得ることが明らかになった。本年度はイノベーションとマネジメント・コントロールの関連性を探る研究の初期段階として、主に文献研究を中心に行った。イノベーションが組織の中でどのようにして発生するのか、イノベーションをおこしやすい組織の特徴とは何か,マネジメント・コントロールはイノベーションに貢献できるのかという点について、学際的に文献研究を行った。またイノベーション研究に詳しい科学政策研究所の米山茂美氏に,イノベーション研究の動向についてインタビューを行った。こうした中で,イノベーション研究が,組織,戦略,技術経営,ものづくりの分野で多くの蓄積がなされていることを認識し,今後の研究の枠組みについて議論を進めた。また,机上の空論の議論に陥らないために,実際にものづくりの現場を視察した。具体的には三菱電機伊丹製作所において、世界的に見ても最高の技術を持つと評価されている変電所設備の製造過程を見学するとともに、同社研究所での研究の進め方についてインタビューを行った。加えて,キリンビールなど,企業の経営企画にたずさわる人々に対し,組織のシステムとイノベーションに関連したインタビューを行った。本研究の目的はイノベーションを生み出すための企業における仕組みを、マネジメント・コントロールの視点で検討することにある。検討にあたってはインターラクティブコントロールおよびインターラクティブネットワークをキーワードとし,管理会計のみならず,組織および組織行動の分野の知見をまじえて考察し,理論化を試みようとしている。平成23年度は,まず昨年度の文献研究を継続しその成果として,本研究で分析すべき視点を理論的にまとめた(三田商学研究掲載)。また,企業インタビューや学会参加を通じ,イノベーションの具体的な事例収集に加え,イノベーションとはそもそもどのような範囲でとらえるべきか,またイノベーションを生起させる組織の仕組みとなどのようなものなのかについて,現状把握をおこなった。それにより,組織におけるマネジメント・コントロール・システムの現状を把握し,イノベーションを生起する上で,検討すべきマネジメント・コントロールとは特にどの部分であるかを絞り込みを行った。これを踏まえ,平成23年後半には,質問紙調査の作成を連携研究者である妹尾氏も加え行った。東京証券取引所一部上場企業約1700社弱の企業の経営企画担当責任者宛,2月に送付,3月に回収を行った。その結果,平成23年度内に回収されたのは260社ほどである。回収されたデータのデータベース作成は次年度にかけて行われる。本研究はイノベーションを生み出すための企業における仕組みをマネジメント・コントロールの視点で検討することを目的としてきた。かつて両者は両立しないといわれてきたが,企業において渇望されるイノベーションの発生を,偶然を待つのではなく,組織で生み出す土壌を仕組みとして創ることが必要であるという認識は研究者の中にも高まり,近年研究が進みだしている。そこで,インターラクティブ・コントロール(Simons,1995)およびインターラクティブ・ネットワーク(Simons,2005)をキーワードとし,イノベーションを誘導するための新しいマネジメント・コントロール概念を,申請者がこれまで研究してきた日本企業の経営がもつ特色を踏まえ,管理会計のみならず,組織および組織行動の分野の知見をまじえて考察することを試みてきた。具体的には昨年度末に行った定量的調査の分析を進めるとともに,インタビュー調査による定性的調査も行い,実際の企業におけるケースなどを作成した。また,定量的調査結果については,特にイノベーションを促進するためのインターラィテクティブ・ネットワークと実際の企業におけるネットワーク活動との関係に焦点を絞った検討を行った。この結果は2012年11月17日に金沢星稜大学で行われた経営情報学会にて学会発表を行っている。本研究の結果は,慶應義塾大学ビジネススクールのケースとしてすでに登録したものもあるが,今後も書籍,論文などにより公刊していく予定である。平成23年度中に質問紙調査を行うことを計画していたが,年度中に回収まで行うことができており,年度内の計画としてみればほぼ順調に進展していると判断している。24年度が最終年度であるため、記入しない。

質問紙調査の結果を早急にデータベース化し,平成24年度前半には分析結果をまとめその成果を本年度後半には学会などで報告,また論文として投稿を試みる。これは当初計画とほぼ同ペースである。24年度が最終年度であるため、記入しない。
地球規模大気化学研究計画

IGACの要請に応ずるため,日本で実施可能な「日本版地球規模大気化学研究計画」を立案し,今後の世界の動向に合わせて実施にうつしていく手順,日本の独自性と貢献度等について検討した.研究班員全員の参加による検討・立案会議をもち,全国レベルでの研究の組織方法や国際的な活動に対する見通し等をまとめ,以下の結論を得た.1,日本のIGAC計画の独自性と国際的な貢献日本列島が置れている地理的・気候的条件は,西に大陸,東に海洋があり強い西風の支配下にある点で特徴的である.陸起源,海起源の大気化学成分の輸送,両者の混合がもたらす効果などきわめて興味ある課題が多い.この種の研究を実施出来る能力も,黄砂観測,洋上観測,航空機観測,酸性雨研究等で充分示されている.また,アジア地区全体の調査についても発展途上国を援助しつつ,積任ある調査をするベきである.2,研究者の組織全国の研究者の連絡綱を整備し,研究者間の交流を活発化するようにした.このことによってIGACへ向けて国内で,いくつかの処点が整備出来た.IGACの要請に応ずるため,日本で実施可能な「日本版地球規模大気化学研究計画」を立案し,今後の世界の動向に合わせて実施にうつしていく手順,日本の独自性と貢献度等について検討した.研究班員全員の参加による検討・立案会議をもち,全国レベルでの研究の組織方法や国際的な活動に対する見通し等をまとめ,以下の結論を得た.1,日本のIGAC計画の独自性と国際的な貢献日本列島が置れている地理的・気候的条件は,西に大陸,東に海洋があり強い西風の支配下にある点で特徴的である.陸起源,海起源の大気化学成分の輸送,両者の混合がもたらす効果などきわめて興味ある課題が多い.この種の研究を実施出来る能力も,黄砂観測,洋上観測,航空機観測,酸性雨研究等で充分示されている.また,アジア地区全体の調査についても発展途上国を援助しつつ,積任ある調査をするベきである.2,研究者の組織全国の研究者の連絡綱を整備し,研究者間の交流を活発化するようにした.このことによってIGACへ向けて国内で,いくつかの処点が整備出来た.
脂肪前駆細胞が引き金を引く老化・肥満に伴う慢性炎症の分子機序解明

加齢に伴って心不全や糖尿病など様々な疾患を発症しやすくなり、加齢関連疾患と捉えられる。一方で、これら疾患は成人において肥満によって発症リスクが高くなり、発症機序の一つとして慢性的な炎症状態が関わると近年明らかになった。興味深いことに、加齢伴って血中の炎症性サイトカイン量やCRPが高くなるなど、基礎的なレベルでの炎症が高まっていることが分かり、慢性炎症が加齢における疾患発症の基盤になっている可能性が高い。そこで我々は、老化と肥満をその共通する慢性炎症の誘導という切り口から分子機序の解明を進めている。これまでに、肥満が内臓脂肪組織に炎症を誘導する際に、脂肪細胞の拡大だけなく数も増えていることが分かっている。元となる脂肪前駆細胞からの分化が誘導されるが、その際に、脂肪細胞だけなく他の新たな炎症性の細胞へ分化することを見出した。更に老化脂肪組織ではこの新規炎症細胞が増加していることから、肥満や加齢における炎症誘導に脂肪幹細胞による炎症細胞への分化システムが関わることが示唆された。この新規炎症細胞はケモカインCCL2を分泌することで単球を内臓脂肪に誘引し、マクロファージとして定着させることで脂肪組織炎症を惹起する。肥満や加齢によるその詳細な分子機構解析のために、シングルセルRNA-seqを行ったところ、新規炎症細胞特異的な表面マーカーの同定に成功した。更に、新規炎症細胞で発現する転写因子を基に、脂肪前駆細胞から新規炎症細胞への分化に必要な転写因子のスクリーニングを行ったところ、いくつかの転写因子が協調的に分化誘導をもたらしていることが分かった。一連の実験から、脂肪前駆細胞から新規炎症細胞への分化に介入できる機序を明らかにし、肥満だけでなく加齢による慢性的な炎症を標的とした画期的な加齢関連疾患の治療法開発に繋げられると考えられる。世界的に肥満者数と高齢者数は増加しており、社会保障費の増大が懸念されるなど、肥満および老化に伴う生活習慣病発症機構の解明と治療法の確立が強く求められている。肥満や老化に伴って糖尿病や心不全など心血管代謝疾患の発症率は増加し、その病態基盤の一つとして慢性炎症が近年注目を集めている。特に、高齢者では炎症マーカーの増加がみられるなど、老化と炎症の連関は炎症老化inflammagingと呼ばれる。慢性炎症は組織リモデリングをもたらし非可逆的な組織機能異常を誘導するが、なぜ加齢や肥満に伴って炎症が誘導されるのかその根本的な分子機序はほとんど分かっていない。我々はこれまでに、内臓脂肪に端を発した炎症シグナルが膵島に拡大・波及することで糖尿病を誘導することを明らかとした。興味深いことに、高脂肪食負荷のごく初期から内臓脂肪に集積し炎症性サイトカインを分泌する新たな細胞を見出した。この新規炎症誘導細胞はケモカインを分泌することで炎症性の単球を内臓脂肪に誘引し、マクロファージとして定着させることで内臓脂肪組織炎症の引き金を引くことが分かった。脂肪組織内に血管新生も誘導することから、新たな脂肪細胞新生を支持することで脂肪組織拡大をサポートしていると考えられる。さらに、この炎症性細胞は老化とともに内臓脂肪組織に蓄積することが明らかとなり、加齢に伴う炎症の誘導に関わっている可能性がある。この炎症誘導細胞を含めた脂肪組織中の細胞をRNA-seqによって解析したところ、脂肪幹細胞や脂肪細胞、マクロファージと異なるトランスクリプトームを持つユニークな細胞であることが分かった。さらにこの炎症誘導細胞に特異的な遺伝子を数種類同定できた。本研究から全く新たな老化・肥満がもたらす慢性炎症のトリガーとなる機序解明に繋がると考えられる我々が見出した新規炎症誘導細胞のRNA-seqの結果、特異的な表面マーカーや転写因子群を同定することができた。現在、ノックアウトの系を確立するとともに、起源となる細胞の絞り込みを行っており、その分化機構に関しても介入を試みるなどほぼ順調に解析が進んでいる。

一連の実験から、脂肪前駆細胞から新規炎症細胞への分化に介入できる機序を明らかにし、肥満だけでなく加齢による慢性的な炎症を標的とした画期的な加齢関連疾患の治療法開発に繋げられると考えられる。老化や肥満がどのように新規炎症細胞の蓄積をもたらしているのか、遊離脂肪酸などの液性因子の関与を明らかにするとともに、内因的な老化に伴うDNA損傷応答系の関与を明らかにする。当初の研究計画に沿った形で研究を進めるが、新規炎症細胞の起源を同定し、その分化機構を明らかにするためにシングルセルレベルでの解析を視野に入れて研究を行う予定である。効率的かつ計画的な物品の調達によって次年度に繰り越すことができたため次年度に繰り越して物品費用として使用予定
チョウ目害虫の殺虫剤抵抗性に対抗する次世代型ゲノム創農薬

1昨年度選抜したリード化合物をもとに,当初の計画通り合成展開によるリード化合物の最適化を進めた(計画書の実験2-13).具体的には,昨年度選抜したリード化合物に関して,主活性・選択性の向上,溶解度・logP等の物性の改善,特許化(広いクレーム)を考慮して合成展開を行い,島根大学と連携して誘導体を24個合成した.合成した誘導体は,JHスクリーニング培養細胞系を用いて,濃度依存的な抗JH活性を評価した.また,細胞系で活性が高い誘導体に関しては,カイコ個体を用いて活性を評価し,構造活性相関を検討した.その結果,抗JH活性を示すために必須な基本構造が示唆され,次年度以降行う合成展開の方向性が明らかになった(特許申請のため,化学構造等の詳細は未記載).2当初の計画には記載していないが,JH受容体タンパク質のX線結晶構造解析に着手した.JH受容体タンパク質の結晶構造が明らかになれば,バーチャルスクリーニング・ドッキングシミュレーション等のin silico解析により,効率的な合成展開が可能になる.現在までに,JH受容体タンパク質の可溶化まで成功した.当初の計画通り,合成展開によるリード化合物の最適化が進んでいる.また新たにJH受容体のX線結晶構造解析に着手したことで,リード化合物の最適化が加速することが期待できる.研究テーマ2の研究内容:合成展開によるリード化合物の最適化実験2-1:合成展開実験2-2:培養細胞系を用いた化合物評価実験2-3:昆虫個体を用いた化合物評価*昨年度に引き続き,実験2-1,2,3を繰り返し,昆虫個体で高い活性を示す化合物を見出す.1昨年度選抜したリード化合物をもとに,当初の計画通り合成展開によるリード化合物の最適化を進めた(計画書の実験2-13).具体的には,昨年度選抜したリード化合物に関して,主活性・選択性の向上,溶解度・logP等の物性の改善,特許化(広いクレーム)を考慮して合成展開を行い,島根大学と連携して誘導体を24個合成した.合成した誘導体は,JHスクリーニング培養細胞系を用いて,濃度依存的な抗JH活性を評価した.また,細胞系で活性が高い誘導体に関しては,カイコ個体を用いて活性を評価し,構造活性相関を検討した.その結果,抗JH活性を示すために必須な基本構造が示唆され,次年度以降行う合成展開の方向性が明らかになった(特許申請のため,化学構造等の詳細は未記載).2当初の計画には記載していないが,JH受容体タンパク質のX線結晶構造解析に着手した.JH受容体タンパク質の結晶構造が明らかになれば,バーチャルスクリーニング・ドッキングシミュレーション等のin silico解析により,効率的な合成展開が可能になる.現在までに,JH受容体タンパク質の可溶化まで成功した.当初の計画通り,合成展開によるリード化合物の最適化が進んでいる.また新たにJH受容体のX線結晶構造解析に着手したことで,リード化合物の最適化が加速することが期待できる.研究テーマ2の研究内容:合成展開によるリード化合物の最適化実験2-1:合成展開実験2-2:培養細胞系を用いた化合物評価実験2-3:昆虫個体を用いた化合物評価*昨年度に引き続き,実験2-1,2,3を繰り返し,昆虫個体で高い活性を示す化合物を見出す.
子どもがもつ物理概念の現代テスト理論による分析と授業評価・改善への活用

平成28年度は,小学校理科物理分野についての授業評価・改善に役立てるために,できるだけ簡便かつ平易に実施できる多肢選択方式の標準的な概念調査問題を開発することを目指して,力と運動に関する20問の問題を作成し,小学校2校第6学年児童192名,中学校1校第2学年生徒152名,同第3学年生徒136名を対象に調査を実施した。そのうち10問は「てこの規則性」, 10問は他の内容から出題した。特に,「てこの規則性」の授業を担当した第6学年3学級においては,プレテストーポストテストとして調査を行い,規格化ゲイン(Hake, 1998)を用いて授業評価・改善の指標としたほか,問題間の相関等の分析を行ったが,定量的な評価を十分行うことができなかった。そこで,平成29年度は,一部問題を差し替え,「振り子の運動」の問題を10問追加し, 30問の調査問題とした。そして,小学校1校第6学年児童94名,中学校1校第1学年生徒145名,同第2学年生徒147名, 2校第3学年生徒218名,高等学校1校第2学年生徒313名を対象に調査を行った。「てこの規則性」の授業を担当した2学級では,プレテストーポストテストとして調査し,第6学年2学級のポストテスト,中学校第2学年,高等学校第2学年の各正答率の相互比較を行った。そして,第6学年児童計94名の調査結果を,項目反応理論を用いて分析した。ここでは,被験者能力をθ,項目困難度をβ_iとし,正答確率がp_j(θ)=1/1+exp{-Da(θ-β_i)}と表される1パラメータロジスティックモデル(定数D=a=1)を用いた。項目特性曲線を描くと,項目特性図では,定性的にしか捉えられなかった難易度を定量的に捉えられた。また,うち1問がこのモデルに適合するかしないかぎりぎりのところに位置づいており,標準化のために同問題を修正,もしくは,差し替えを検討する必要があることが分かった。今後の課題として,同一問題で行った,すべての児童・生徒917名の調査結果について再度分析・評価していきたいと考えている。
マルチスケールカルシウムイメージングによるパーキンソン病発症機序の解明

パーキンソン病は、大脳基底核線条体におけるドーパミンの枯渇により発症する難治性の神経疾患であり、その発症機序の解明は急務である。この疾患は線条体をはじめとした大脳基底核における神経活動の変化によるものと考えられているが、脳のどの部位のどのような活動の変化が病態と関連しているのかは明らかになっていない。そもそも、健常時の線条体を含む大脳基底核の神経活動様式ですら必ずしも明らかではない。そこで、in vivoおよびin vitroイメージングによる神経活動のマルチスケール解析を行う。また、病態の重篤度を行動学的に定量化し、病態と脳の各領域での神経活動の異常との関係を明らかにすることを目的として以下の研究を行った。1.脳内マンガン(Mn2+)動態の計測を行い、定量的活動依存性マンガン造影MRI (qAIM-MRI)による神経活動計測法の最適化を行った。2.パーキンソン病と同様の運動症状を呈するとの報告があるD1ドーパミン受容体(D1受容体)コンディショナルノックダウンマウス(D1R-KDマウス)に対して、種々の運動能力試験及びqAIM-MRIによる全脳神経活動計測を行った。その結果、D1R-KDマウスでは、健常時に比べ、運動能力の低下及び、脳内の複数の領域で神経活動の異常が見いだされた。3.実験計画に挙げた「細胞の活動変化と機能的ネットワーク構造変化の解明」として、線条体投射ニューロンである直接路ニューロンあるいは間接路ニューロンに、蛍光タンパク質YFPを発現しているD1R-YFP、D2R-YFPマウスを用いて、カルシウムイメージング法により直接路ニューロン、間接路ニューロンの入出力特性を詳細に検討した。その結果、直接路ニューロンと間接路ニューロンとでは、発火特性の入力周波数依存性が異なることが分かった。パーキンソン病は難治性の神経疾患であり、その発症機序の解明は急務である。この疾患は大脳基底核における神経活動の変化によるものと考えられているが、脳のどの部位のどのような活動の変化と病態とが関連しているのかは必ずしも明らかになっていない。そこで、パーキンソン病モデル動物に対して、in vivoおよびin vitroイメージングによる神経活動のマルチスケール解析に加えて、病態の進行度を行動学的、生化学的に定量化する。このようなマルチスケール・マルチディメンジョンの実験で得られた結果を統合的に解析することにより、病態と領野ごとの神経活動及び神経回路の異常との関係を明らかにすることを目的として研究を行った。平成28年度は複数のパーキンソン病モデル動物に対して、行動実験により病態の定量化を行い、定量的活動依存性マンガン造影MRIによる全脳神経活動計測を行った。まず、慢性MPTP投与によるパーキンソン病モデル動物に対して行動実験により病態の定量化を試みたが、健常動物との差異は見いだせなかった。加えてqAIM-MRIによる全脳神経活動計測でも、健常動物との差異はなく、投与法に問題がなかったのか、検討中である。次に、ドーパミン受容体欠失マウスに対して、行動実験とqAIM-MRIによる全脳神経活動計測を行ったところ、健常動物に対して、著しい運動能力の低下が見られ、qAIM-MRIによる神経活動計測でも健常動物と神経活動に差がある領域が見出された。現在更なる解析を進めているところである。平成29年度の実験計画に挙げた、「パーキンソン病による神経活動変化のqAIM-MRIによる検討」については、MnCl2投与法の検討、MRI撮影タイミングの検討、撮影パラメーターの検討などを行うことにより、汎用的な脳神経活動計測法としてのqAIM-MRI法を確立した。また、複数のモデル動物に対してqAIM-MRIによる全脳神経活動計測を行い、モデル動物ごとの差異を見出しており、研究は順調に進展しているといえる。「行動学実験、生化学実験による病態の定量化」に関しては、協調運動能力試験を行うためのローターロッドテストだけでなく、ビームウォークテスト、カタレプシーテストなどの行動実験法を確立しつつある。パーキンソン病モデル動物に対しても、行動実験で差異を観測することができており、順調に進展している。平成28年度は慢性MPTP投与動物に対する実験を中心に進め、現在も経過観察中であることから、生化学実験を行うことはできなかったが、経過観察終了後に生化学実験も行う予定である。この疾患は大脳基底核における神経活動の変化によるものと考えられているが、脳のどの部位のどのような活動の変化が病態と関連しているのかは必ずしも明らかになっていない。そこで、パーキンソン病モデル動物などに対して、in vivoおよびin vitroイメージングによる神経活動のマルチスケール解析に加えて、病態の重篤度を行動学的に定量化する。このようなマルチスケール・マルチディメンジョンの実験で得られた結果を統合的に解析することにより、病態と脳の領野ごとの神経活動及び神経回路の異常との関係を明らかにすることを目的として研究を行った。平成29年度は、平成28年度に得られた研究結果をより詳細に検討するために、まず、qAIM-MRIを用いた神経活動計測法をより確固たるものにするために、脳内マンガン(Mn2+)動態の計測を行い、その結果から撮影タイミングを検討し、神経活動と相関するMn2+濃度を定量化するためにより適した撮影パラメーターの検討を行った。

また、パーキンソン病と同様の運動症状を呈するとの報告があるD1ドーパミン受容体(D1受容体)コンディショナルノックダウンマウスに対して、種々の行動実験と定量的活動依存性マンガン造影MRI (qAIM-MRI)による全脳神経活動計測を行った。行動実験では、健常時に比べ、ビームウォークテスト及びカタレプシーテストで明らかな異常がみられた。また、qAIM-MRIによる神経活動計測結果でも、健常時に比べて神経活動が変化した領域が複数見出された。現在、行動実験の結果と神経活動の変化との相関解析を行い、D1受容体の機能の解明を試みているところである。実験計画に挙げた、「パーキンソン病による神経活動変化のqAIM-MRIによる検討」については、MnCl2投与後の脳内のMn2+動態を計測することにより、最適な撮影タイミングの検討、撮影パラメーターの検討を行い、汎用的な脳神経活動計測法としてのqAIM-MRI法の確立を進めている。また、様々なモデル動物に対してqAIM-MRIによる全脳神経活動計測を行い、それぞれ異なる神経活動の変化を見出している。「行動学実験、生化学実験による病態の定量化」に関しては、ローターロッドテスト、ビームウォークテスト、カタレプシーテスト、ポールテストなど様々な行動実験手技を確立し、D1受容体コンディショナルノックダウンマウスに適用することにより、D1受容体の発現量低下による様々な表現型を見出している。「細胞の活動変化と機能的ネットワーク構造変化の解明(in vitro Ca2+イメージング)」に関しては、様々な標本での多細胞Ca2+イメージングの技術を確立し、イメージングデータ解析の自動化にも着手している。なお、幼弱期以外のマウスの脳スライス標本にカルシウム感受性蛍光色素を導入することが困難であるため、現在、カルシウム感受性蛍光タンパク質を細胞種特異的に発現する遺伝子組換えラット・マウスの系の確立を進めており、平成30年度にスライス実験を行う予定である。なお、新しいCa2+イメージングの試みとして、研究代表者が企業と共同で開発を進めている「極微細蛍光内視鏡イメージングシステム」を用いた、in vivo脳深部カルシウムイメージング法の開発に着手し、成果を挙げつつある。以上の進捗状況から、研究は当初の計画以上に進展しているといえる。パーキンソン病は、大脳基底核線条体におけるドーパミンの枯渇により発症する難治性の神経疾患であり、その発症機序の解明は急務である。この疾患は線条体をはじめとした大脳基底核における神経活動の変化によるものと考えられているが、脳のどの部位のどのような活動の変化が病態と関連しているのかは明らかになっていない。そもそも、健常時の線条体を含む大脳基底核の神経活動様式ですら必ずしも明らかではない。そこで、in vivoおよびin vitroイメージングによる神経活動のマルチスケール解析を行う。また、病態の重篤度を行動学的に定量化し、病態と脳の各領域での神経活動の異常との関係を明らかにすることを目的として以下の研究を行った。1.脳内マンガン(Mn2+)動態の計測を行い、定量的活動依存性マンガン造影MRI (qAIM-MRI)による神経活動計測法の最適化を行った。
成人脊柱変形患者の最適脊椎アライメントと手術固定範囲の検討

1.脊柱変形を有する成人患者の骨微細構造から骨質を詳細に検討し、脊椎矯正固定術に伴い発生する固定隣接脊椎の骨折の頻度と骨質の関係を調査した。また、得られた骨微細構造から有限要素モデルを作成し、力学的解析から手術における最適固定脊椎高位を検討した。2.脊柱変形を有する成人患者の立位における床反力と下肢および脊柱起立筋の表面筋電図における筋活動を検討することで、立位および動作時の高齢者の最適な脊椎バランスを明らかにし、手術における脊椎の必要とされる最適な脊椎矯正角度を患者ごとに検討した。概要脊柱変形を有する成人患者の骨微細構造から骨質を詳細に検討し、脊椎矯正固定術に伴い発生する固定隣接脊椎の骨折の頻度と骨質の関係を調査する。また、得られた骨微細構造から有限要素モデルを作成し、力学的解析から手術における最適固定脊椎高位を検討する。脊柱変形を有する成人患者の立位における床反力と下肢および脊柱起立筋の表面筋電図における筋活動を検討することで、立位および動作時の高齢者の最適な脊椎バランスを明らかにすることで、手術における脊椎の最適な矯正角度を患者ごとに明らかにする。1.有限要素モデルの構築成人脊柱変形患者44人の脊椎多列CTの画像を、X線CT画像から有限要素モデルの作成が可能なソフトウェア(ラトックシステムエンジニアリング)を用いて静弾性解析および動弾性解析を行った。従来の有限要素モデルでは骨を均質な密度分布として解析を行うが、近年の骨質に対する調査研究から、骨内は均質ではなく、申請者らの研究でも、脊椎の骨折は骨内の脆弱部位から破断が起こることが明らかとなっている。本モデルは患者固有の骨形態や、骨内の均質でない骨分布を詳細に反映させることができるため、より生体で起こる骨折に近似した解析が可能である。このため本解析は患者固有の非固定脊椎の骨折リスクの解析に有用であると考えられた。2.成人脊柱変形患者の動的脊椎アライメントの解析本研究では成人脊柱変形で手術が必要と診断された44人患者および33人の成人ボランティアを対象を対象として3次元歩行解析を行った。成人脊柱変形患者では脊椎の変形を代償するために下肢を屈曲させて姿勢保持を行っているため歩幅が左右非対称で、小さく、重心動揺も大きい事を明らかにした。現在平成27年度に計画した成人脊柱変形患者の骨微細構造の計測と歩行解析を終了し、これらの解析結果を英文投稿している。平成28年度は計画を前倒しして、脊柱変形患者の術後の動作解析を行い、健常者と比較し、成人脊柱変形患者の立位バランスの不良が脊柱の変形や下肢の代償性の屈曲恣意などによるいわゆる筋骨格系の異常のみが原因であるのか、姿勢反射の異常などの中枢神経系の異常が背景に存在しているか否かを明らかにする。近位隣接椎間後弯変形・障害(PJK/PJF)は成人脊柱変形術後に高頻度に発生する合併症であるが、そのメカニズムに関して不明な点が多い。本研究では人体全身有限要素モデルアクティブTHUMS(Total HUman Model for Safety)を用いて、PJK/PJF発生のメカニズムを検討した。方法PJK発生のメカニズム検討のため、固定範囲、矢状面アライメント、及び筋活性の有無を条件とした。固定範囲:T1から仙骨まで固定、またはT9から仙骨まで固定のモデルを用いた。手術時に剥離される固定範囲内の靭帯と筋の要素を削除した。T1固定では,頚板状筋,頚半棘筋,頭半棘筋,頚最長筋,頭最長筋,および,第7頚椎(C7)より下の横突間靭帯(ITL)を削除し, T9固定ではT8より下のITLを削除した。矢状面アライメント:立位姿勢のTHUMSにおいてT1傾斜:0度、20度の時と40度のモデルを用いた。筋活性度:脱力と伸筋活性20%(立位時の平均筋活性)を用いた。立位姿勢のTHUMSの骨盤から足までの自由度を拘束し,重力を1秒間負荷した。脊椎を固定しないモデルをコントロールとして比較を行った。使用したTHUMSの要素数は234,910であった。結果UIV+1の尾側終板の圧縮力、椎体前面の最大応力は共にUIVがT1の場合には大きな力は生じないがT9ではコントロールの4ー20倍であった。UIVの頭側終板の圧縮力,椎体前面の最大応力は共にUIVがT1の場合には大きな力は生じないがT9ではコントロールの1.5ー6倍であった。棘上靭帯と棘間靭帯の引張力はいずれのUIVでもコントロールの2ー50倍であったが、伸筋活性により低下した。一方、T1傾斜が40度の場合は0度と比較していずれのUIVでも伸筋活性による圧縮力の増加率が最大となった。平成27年度は成人脊柱変形の骨微細構造の解析と歩行解析、姿勢の解析を終了しこれらの結果を英文報告している。平成28年度は研究計画を前倒しして脊柱変形関ジュ屋の術後の脊椎アライメントと歩行パターンの関連を解析し英文報告している。また、これらの骨微細構造のデータや姿勢制御時の筋緊張のデータから人体全身有限要素モデルアクティブTHUMS(Total HUman Model for Safety)を改変し、これを用いて近位隣接椎間後弯変形・障害(PJK/PJF)の活性メカニズムを明らかにした。

1.有限要素モデルと動的脊椎アライメント解析の統合表面筋電図を組み込んだ動的解析により得られた成人患者の最適な動作時脊椎バランスを達成するために必要な脊柱のアライメントを患者ごとに明らかにし、最適な脊椎アライメントを達成した際に非固定脊椎に生じる応力を有限要素モデルから取得し、応力に耐えうる固定範囲を決定すした。一般に高齢者の脊柱変形に対する治療の成績に影響を与える最も重要な因子は矢状面での脊椎アライメントであることが報告されている(Glassman et al. Spine 2006)。成人における脊椎の矢状面の総合的なアライメントと矢状面バランス(重心線)は相関することが報告されており(Yagi et al. The Spine J. 2014)、最適な動的矢状面バランスが得られれば手術における脊椎アライメントの最適化が可能である2.最適化した脊椎の矯正程度および固定範囲での脊椎変形に対する矯正固定手術における合併症発生頻度の把握有限要素モデルと動的脊椎アライメント解析の統合により決定された固定範囲と脊椎矯正を手術で行い、隣接する脊椎の骨折や麻痺の出現の頻度を従来の患者群と比較した。対象:65歳以上で脊柱変形を有する患者で3カ月以上の保存的加療で改善のなかったうちで手術を希望する患者方法:従来の術者の経験によって決定された矯正と固定範囲で手術を施行する群と有限要素モデルと動的脊椎アライメント解析の統合し最適化した脊椎の矯正程度および固定範囲での脊椎変形に対する矯正固定手術を行った群に関して、手術成績と患者満足度、合併症頻度等を比較検討した。本研究からTscore-1.5以下では有意にインプラント関連の合併症が多いことを明らかにした。1.脊柱変形を有する成人患者の骨微細構造から骨質を詳細に検討し、脊椎矯正固定術に伴い発生する固定隣接脊椎の骨折の頻度と骨質の関係を調査した。また、得られた骨微細構造から有限要素モデルを作成し、力学的解析から手術における最適固定脊椎高位を検討した。2.脊柱変形を有する成人患者の立位における床反力と下肢および脊柱起立筋の表面筋電図における筋活動を検討することで、立位および動作時の高齢者の最適な脊椎バランスを明らかにし、手術における脊椎の必要とされる最適な脊椎矯正角度を患者ごとに検討した。平成28-29年度の計画:1.有限要素モデルと動的脊椎アライメント解析の統合表面筋電図を組み込んだ動的解析により得られた成人患者の最適な動作時脊椎バランスを達成するために必要な脊柱のアライメントを患者ごとに明らかにし、最適な脊椎アライメントを達成した際に非固定脊椎に生じる応力を有限要素モデルから取得し、応力に耐えうる固定範囲を決定する。一般に高齢者の脊柱変形に対する治療の成績に影響を与える最も重要な因子は矢状面での脊椎アライメントであることが報告されている。成人における脊椎の矢状面の総合的なアライメントと矢状面バランス(重心線)は相関することが報告されており、最適な動的矢状面バランスが得られれば手術における脊椎アライメントの最適化が可能である。2.最適化した脊椎の矯正程度および固定範囲での脊椎変形に対する矯正固定手術における合併症発生頻度の把握有限要素モデルと動的脊椎アライメント解析の統合により決定された固定範囲と脊椎矯正を手術で行い、隣接する脊椎の骨折や麻痺の出現の頻度を従来の患者群と比較する。
重水素負イオン源における同位体効果の物理メカニズムの理論的解明

本研究は重水素負イオン源について、運動論的粒子モデルに基づく数値計算シミュレーションにより、負イオン源のドライバー領域から引出・加速部までを総括的にモデリングし、「研究の目的」に挙げた同位体効果と呼ばれる水素の場合と異なる物理特性のメカニズムを解明することが目的である。そして得られた知見により、核融合や医療用加速器等において、研究開発が進められている重水素負イオン源の実現に貢献する。
先天性横隔膜ヘルニアヒツジ胎児モデルにおける内視鏡的気管バルーン閉塞治療

胎児に内視鏡的左側横隔膜ヘルニアを作成し、気管閉塞モデルの作成を目的とした。また米国におけるヒト臨床試験の結果も考慮し、研究の方向性を検討した。方法1)左側横隔膜ヘルニアの作成:a)小動物における基礎的手術手技の検討、b)48時間絶食後の妊娠75日のヒツジ(145日満期)を用いて、ヒツジ胎児に左側横隔膜ヘルニアを作成する。2)内視鏡的気管閉塞:脳外科血管内留置用detachable balloonを用いた内視鏡的気管閉塞モデルを作成する。結果1.小動物における基礎的手術手技の検討妊娠40日モルモット(満期60日)において胎児に内視鏡(径4mm))をもちいて左横隔膜ヘルニアを作成した。重症CDHの病態を検討するため、ラット肝脱出モデルをnitrofenを投与して作成した。2.内視鏡装置の検討内視鏡に改良を加え、detachable balloonを用いた内視鏡的気管閉塞を胎生90日に施行した。満期にて帝王切開にて分娩、犠牲死させたが、3例中1例は早期胎盤剥離にて子宮内死亡した。3.妊娠ヒツジにおける左横隔膜ヘルニアの作成妊娠75日のヒツジ(145日満期)を用いて、ヒツジ胎児に左側横隔膜ヘルニアを作成した。この際、細径内視鏡を用いて、開腹下子宮壁を穿刺し胎児胸腔より横隔膜に達し電気焼灼にて円形の切開を行った。腹腔臓器は胸腔内に誘導した。胎児気管閉塞治療群と出生後新生児標準治療群の臨床経過を比較検討した。在胎2227週の重症左横隔膜ヘルニア(肝臓脱出、肺頭比(LHR)1.4未満)を対象とした。生後90日での生存率は気管閉塞群73%(n=8)、標準治療群77%(n=10)(P=1.00)で、両者に有意差を認めなかった。ヒト胎児における横隔膜ヘルニアに対する気管閉塞治療の有意性は確認されなかった。本研究はあくまでもヒトへの臨床応用のための研究であったが、胎児気管閉塞治療の臨床応用をする根拠が乏しいのが現状となった。今後は、さらに重症のLHRO.9未満の重症横隔膜ヘルニアについて検討することが課題となる。初年度は胎児に左側横隔膜ヘルニアを内視鏡にて作成し、気管閉塞モデルを完成することを目的とした。1.小動物における基礎的手術手技の検討ヒツジ等の大動物を実験に供する準備として小動物である妊娠モルモットにおける基礎的手術手技の検討を行った。妊娠40日のモルモット(満期60日)において胎児に内視鏡(関節鏡(径4mm))をもちいて左横隔膜ヘルニアを作成を試みた。麻酔後モルモット腹部に小切開をおき、妊娠子宮を創外にとりだし径4mmの関節鏡を挿入した。胎児の左腹部から内視鏡から側孔を介してナイフを挿入、小切開を置いた。