hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
可視５フェムト秒パルス光を用いる“分子間熱反応遷移過程”の直接観測と機構解明

誘起されたコヒーレンスが持続している時間内において、可視-極限的超短パルスレーザー光をプローブ光として照射すると、分子振動の変化を実時間で計測できる(遷移状態分光)。ところが、シグナル強度が低く、反応機構解析には至っていない。(1)コヒーレント分子振動励起による分子間熱反応の誘起手法開発当初の計画通りに、コヒーレント分子振動励起反応として分子間熱反応を誘起できることを確認した。その過程で、加熱しても熱反応が進行しない有機化合物に可視-極限的超短パルスレーザー光を照射すると、コヒーレント分子振動励起により気化反応が進行することを見いだした。さらに、上述したコヒーレント分子振動励起反応は全ラマン活性な分子振動モードを励起することで誘起する擬似熱反応であるが、照射する極限的超短パルスレーザー光のスペクトルを整形すると選択的に任意の分子振動モードのみをコヒーレントに励起できる可能性が示唆された。このように、分子間熱反応の誘起手法開発するうえで、分子間熱反応誘起を確認するだけでなく、コヒーレント分子振動励起の新たな研究領域への応用の可能性を見出した。(2)分子間熱付加反応の遷移状態分光コヒーレント分子振動励起により分子間熱反応の誘起が確認された純液体のアルコールを用いて、脱水縮合反応の遷移状態分光を試みた。しかし、シグナル強度が低く反応機構解析には至っていない。種々の解析から遷移状態分光の実現にむけて、パルスレーザー光の安定性を向上させノイズを軽減させる必要があることがわかった。そのため、2019年度は新たにパルスレーザー光の安定化を試みる。遷移状態分光の実現にむけて、パルスレーザー光の安定性を向上させノイズの軽減を目指す。具体的には、自動電動ステージに光減光フィルターや波長板をのせて制御用のアクチュエータとし、非直線光パラメトリック増幅器の種光と励起光のスペクトルや強度をモニターしフィードバックすることで、可視-極限的超短パルスレーザー光を安定化させる。ノイズを軽減することで、S/N比を向上させ遷移状態分光を実現する。一方、NMRなどを利用して反応を検討することで、パルスレーザー光の安定化と並行して、コヒーレント分子振動励起反応の駆動過程の詳細を解析する。
高放射線場における放射性エアロゾルの生成起源とそのメカニズムの解明

高エネルギー(120 GeV)陽子で照射した種々の標的核(Co, Ni, Cu, Y, Au)において、軽核(Be-10, Al-26)の生成断面積を測定し、文献値と比較した。入射エネルギーが数GeV以上の場合、標的核の質量数が増すにつれて、Be-10の生成断面積は増加した。また入射エネルギーが数百MeVの場合、標的核の質量数が約80以下においては、その質量数が増すにつれ、Be-10とAl-26の生成断面積は減少し、標的核がYより重くなると、両者の生成断面積は増加に転ずる傾向が見られた。これらの傾向は、軽核の生成断面積に、結合エネルギーや標的核の原子核半径が関係することを示唆した。超高エネルギー加速器ターゲット室内において、放射性エアロゾルが成長する際の最も支配的な過程を明らかにするため、本研究課題の予備実験の際の放射性エアロゾルの採取場所であったフェルミラボのAP0(反陽子ターゲットステーション)において、非放射性エアロゾルの粒径分布に関する情報を得ることを試みた。AP0において、パーティクルカウンタを用いて非放射性エアロゾルの採取を行ったところ(室内のエアロゾルを<0.3μm, 0.3-0.5μm, 0.5-1μm, 1-2μm, 2-5μm, >5μmの6種類の粒径に分級するパーティクルカウンタを用いた)、ほとんどの(>95%)非放射性エアロゾルの粒径が<0.3μmであることが分かった。上記の結果、AP0において、非放射性エアロゾルの量が放射性エアロゾルの量よりも圧倒的に多いこと、また非放射性エアロゾルの粒径はほぼ均一であることを確認した。このような環境下であれば、生成した放射性エアロゾルが核となり、周りの非放射性エアロゾルと衝突しそれらを取り込むことにより、粒径が大きい放射性エアロゾルに成長する過程が支配的になると考えられる。加速器ターゲット室内で上記の過程が支配的であれば、予備実験における、「半減期の短い核種の放射性エアロゾルの粒径が小さく、半減期の長い核種の放射性エアロゾルの粒径が大きくなる」という結果が説明される。また休止したAP0とは別の120 GeV陽子ビームライン(M01)を用いて、新たに放射性エアロゾルの分析を行った。H25年度は、金、ニッケルの純金属のターゲットに個別に120 GeVの陽子ビームを照射し、ターゲット周辺に生成する放射性エアロゾルのサンプリングを試みたが、予備実験で得られたような多くの放射性核種に関する粒径分布の情報は得られなかったため、現在エアロゾルの採取方法を検討中である。H26年度は、前年度に、放射性エアロゾルのサンプリング・分析のため、米国フェルミ国立加速器研究所のMeson testビームラインにおいて、120 GeVの陽子ビームを照射した純金属のターゲット(Al, Co, Ni, Cu, Y, Au)中に生成した軽核:Be-10, Al-26の生成断面積の測定を行った。得られた測定結果と過去の報告例から、Be-10, Al-26の生成断面積の入射エネルギー依存性、標的核依存性、に関して考察した。尚、Be-10, Al-26の測定は、東京大学タンデム加速器研究施設における加速器質量分析(AMS)により行った。また照射試料をAMSに供するための化学処理(Be, Alの分離)は京都大学原子炉実験所のホットラボラトリにおいて行った。Be-10に関して2つの生成断面積(ターゲット:Y, Au)を、Al-26に関して5つの生成断面積(ターゲット:Co, Ni, Cu, Y, Au)を測定した。Be-10に関して、入射エネルギーが数GeV以上の場合、標的核の質量数が増すにつれて生成断面積も増加する傾向が見られた。またAl-26の生成断面積と入射エネルギーが数百MeVの場合のBe-10の生成断面積は、標的核の質量数が80程度以下において、その質量数が増すにつれて生成断面積は減少し、標的核がイットリウム(A = 89)より重くなると、その質量数が増すにつれて生成断面積は増加に転ずる傾向が見られた。これらの傾向から、本研究では、求められた軽核の生成断面積に結合エネルギーや標的核の原子核半径が関連していることが示唆された。加速器ターゲット室内で生成される放射性エアロゾルには、Be-7, Na-22, Na-24などの軽核を含むものが多いことが知られており、今回、生成断面積を測定したBe-10, Al-26を含む放射性エアロゾルも多く生成していることが期待される。今後、測定を行う予定である、加速器ターゲット室内の放射性エアロゾルの種類、量、粒径及びその成長速度に関する情報は、遮蔽分野及び内部被ばくの観点から、重要な知見になると考えられる。H27年度も、前年度に引き続き、H25年度に放射性エアロゾルのサンプリング・分析のため、米国フェルミ国立加速器研究所のMeson testビームラインにおいて、120 GeVの陽子ビームを照射した純金属のターゲット(Al, Co, Ni, Cu, Y, Au)中に生成した軽核:Be-10, Al-26の生成断面積の測定を行った。

また照射試料をAMSに供するための化学処理(Be, Alの分離)は京都大学原子炉実験所のホットラボラトリにおいて行った。H27年度は、Be-10に関して3つの生成断面積(ターゲット:Co, Ni, Cu)のデータを得た。昨年度得た、種々のターゲットにおける120 GeVの陽子によるBe-10の生成断面積や他の文献値などからは、入射エネルギーが数GeV以上の場合、標的核の質量数が増すにつれて生成断面積も増加する傾向が見られたが、H27年度に新たに得たBe-10に関する3つの生成断面積の結果も、上記の傾向に相反しないことが分かった。昨年度得たAl-26の生成断面積の結果と併せて、求められた軽核の生成断面積には、原子核の核子あたりの結合エネルギーや標的核の原子核半径が関連していることが示唆された。加速器ターゲット室内で生成される放射性エアロゾルには、Be-7, Na-22, Na-24などの軽核を含むものが多いことが知られており、今回、生成断面積を測定したBe-10, Al-26を含む放射性エアロゾルも多く生成していることが期待される。昨年度、今年度に得られた軽核の生成断面積データは、加速器ターゲット室内の放射性エアロゾルの種類、量、粒径等に密接に関係することが考えられるため、遮蔽分野及び内部被ばくの観点から、重要な知見になると考えられる。以下の観点から、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断する。前年度に引き続き、放射性エアロゾルのサンプリング・分析のため120 GeVの陽子ビームを照射した純金属のターゲット中に生成した軽核:Be-10, Al-26の生成断面積の測定を行い、これまでに報告値の無かった、3つの核データを新たに得ることが出来た。これらのデータは、加速器ターゲット室内の放射性エアロゾルの種類、量、粒径及びその成長速度に関する情報に、密接に関連することから、遮蔽分野及び内部被ばくの観点において、重要な知見になると考えられる。また上記の生成断面積は、核データ分野においても興味深いデータである。尚、昨年度得られたBe-10, Al-26の生成断面積のデータのうち、CuとYターゲットにおける120 GeVの陽子によるBe-10, Al-26の生成断面積について、Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 361 (2015) 685-688に公表した。加速器ターゲット室内で生成される放射性エアロゾルには、Be-7, Na-22, Na-24などの軽核を含むものが多いことが知られており、本研究で生成断面積を測定したBe-10, Al-26を含む放射性エアロゾルも多く生成していることが期待される。研究期間中に得られた軽核の生成断面積データは、加速器ターゲット室内の放射性エアロゾルの種類、量、粒径等に密接に関係することが考えられるため、遮蔽分野及び内部被ばくの観点から、重要な知見になると考えられる。高エネルギー(120 GeV)陽子で照射した種々の標的核(Co, Ni, Cu, Y, Au)において、軽核(Be-10, Al-26)の生成断面積を測定し、文献値と比較した。入射エネルギーが数GeV以上の場合、標的核の質量数が増すにつれて、Be-10の生成断面積は増加した。また入射エネルギーが数百MeVの場合、標的核の質量数が約80以下においては、その質量数が増すにつれ、Be-10とAl-26の生成断面積は減少し、標的核がYより重くなると、両者の生成断面積は増加に転ずる傾向が見られた。
サービス・イノベーションのためのシミュレーション分析とビジネスゲーム開発

社会における各種のサービスの提供システムについて、どのような戦略や意思決定が有効かを,人聞が行うビジネスゲームの挙動と意思決定ルールを与えられたエージェントによる決定を比較することにより分析した.この結果から,ビジネス分析方法論としてのヒューマン・ベース・シミュレーション手法や,サービス・イノベーションのための方法論としてのsoft IA(Innovation Architecture)を開発し,さらにクラウド上のビジネスシミュレーション実験環境BSel(Business Simulation for e-learning)を構築して,各種ビジネスシミュレーションを可能とした.社会における各種のサービスの提供システムについて、どのような戦略や意思決定が有効かを,人聞が行うビジネスゲームの挙動と意思決定ルールを与えられたエージェントによる決定を比較することにより分析した.この結果から,ビジネス分析方法論としてのヒューマン・ベース・シミュレーション手法や,サービス・イノベーションのための方法論としてのsoft IA(Innovation Architecture)を開発し,さらにクラウド上のビジネスシミュレーション実験環境BSel(Business Simulation for e-learning)を構築して,各種ビジネスシミュレーションを可能とした.サービス・イノベーションへのゲーミング・シミュレーションを用いた接近として2つの方向からアプローチした.(1)人間が行うビジネスゲームの挙動と,コンピュータエージェントによる挙動を比較し,いかなる状況でいかなる意思決定ルールが優越するかという分析のために,従来,人間プレーヤだけで行われていたビジネスゲームに,コンピュータエージェントを混在させるビジネスゲーム4種を試作し,人間プレーヤ6チーム(18人)と競争させる実証実験を行い,コンピュータエージェントが常に上位に入るという結果を得た.これにより本研究の基本アプローチを実行する基礎が確立した.また,ビジネスゲーム実施環境および開発環境の拡充のために,学内の正式な組織として「ビジネスシミュレーション研究拠点」を設置した.これにより,今後の研究活動が促進されることが期待できる.(2)事例の収集として,内外の大学・研究機関等を訪問調査した.秋田大学では,ゲーミング・シミュレーションに関する研究と実践について説明を受け,特に「教材のすごろくゲーミフィケーション」をもとに,イノベーション戦略策定方法論のゲーミフィケーションを展開していく基礎とすることができた.また,サービス・イノベーションの事例収集として,ひとつは金型製造のeマーケットプレイスであるNCネットワークのイノベーション戦略を歴史的に分析した.もうひとつの事例はドイツのフラウンホーファー研究所でのマーケティング・イノベーション方法論と,韓国の大学でのシステム工学方法論をイノベーション方法論に拡大している手法について情報収集と意見交換を行い,今後の研究発展の基礎とした.多人数eラーニング対応型ビジネスシミュレーションシステム(BSel:Business Game for e-Leaning)で,人間プレーヤとエージェントプレーヤが混在する5種のゲーム(ミニショップゲーム,レストランゲーム,ベーカリーゲーム1,ベーカリーゲーム2,清涼飲料業界ゲーム)をそれぞれ2度実施し,延べ250人,1680ラウンド分のデータを取得し,その分析結果からゲームの改良を行うとともに,データ分析環境整備のための要件を分析した.また,新規に開発したアパレル業界ゲームでは,人間プレーヤとエージェントプレーヤが混在するモデルを開発し,社会人大学院生および学部学生の参加による実験により,モデルの精緻化とエージェントルールの分析を行った.さらに電子書籍業界ゲームでは,書籍をインターネットで提供する電子書籍サービスビジネスのモデルを開発し,サービス分野のビジネスゲームの構造を分析した.これらの実証を通じて得た知見をもとに,従来のマクロ的視点でモデル化されている外部環境としての市場構造を見直し,複数のエージェントが個々の顧客として行動するマイクロモデルの検討を行った.また,サービス・イノベーションのためのゲーミフィケーションが可能な次世代プラットフォームの構築に向けて,ビジネスゲーム開発運用支援システム(YBG)の機能を再分析してプラットフォームのデザインを行なうとともに,クラウドサービス化に向けたプロタイプの実装に着手した.研究者間での共同実験,知識共有,意見交換の促進のために,ビジネスゲームの外部提供の一環として平成23年度に開発したサービス分野(レストラン,ベーカリー)を対象としたビジネスゲーム(エージェントと人間プレーヤの混在)のソースコードを公開し,他大学の授業での使用を可能とした.さらに,多人数eラーニング対応型ビジネスシミュレーションシステム(BSel:Business Game for e-Leaning)の上で13大学(東京工業大学,長崎大学,早稲田大学等)によりソフトドリンク業界をモデルとしたビジネスゲームを人間プレーヤとエージェントの30ユーザで実施し,システムとゲームの評価を行った.また,ゲーム実施形態による効果の差異を確認するため,サプライチェーンのロジスティックスをモデル化したオンライン版ビジネスゲームとボード版ビジネスゲームの実施を繰り返しながら,経験則を導き出すための分析を行った.人間・エージェント混在シミュレーションの実証実験の実施や,研究拠点の設置など具体的な研究基盤となる成果を得ている.25年度が最終年度であるため、記入しない。人間・エージェント混在シミュレーションを公開し,内外の大学と共同実験を展開した.また,日本シミュレーション&ゲーミング学会,計測自動制御学会,東京工業大学,早稲田大学と連携して研究領域の深耕をはかりつつある.人間・エージェント混在シミュレーションを公開し,内外の大学と共同実験を展開する.また,日本シミュレーション&ゲーミング学会,計測自動制御学会,横幹連合,東京工業大学,早稲田大学等と連携して研究領域の深耕をはかる.25年度が最終年度であるため、記入しない。横浜国立大学内に設置した「ビジネスシミュレーション研究拠点」の多人数eラーニング対応型ビジネスシミュレーションシステム(BSel)をプラットフォームとして,人間・エージェント混在シミュレーションを実施し,内外の多くの研究者の協力を得てデータを収集分析し,成果としてまとめていく.
水-マグマ系を探るための微分干渉顕微鏡の製作

ダイアモンドアンビルセルを用いた顕微鏡その場観察実験に対する新たな手法として、高温高圧力下での透過微分干渉観察法の応用を行った。試料としたH20は、高圧力下で多数の安定な結晶相を持ち、圧力2GPa以上ではVII相が安定になる。その融解曲線は過去に複数の研究により測定されているが、圧力6GPa以上においては未だ一致した結果が得られていない。その理由として、氷が透明で光学観察時にコントラストがつきにくいことに加えて、圧力増加につれて液相と固相の間の屈折率差が減少することから、その場観察における融解の判定が難しいことが挙げられる。そこで本研究では、試料の微細な屈折率の違いを空間微分の形で強調することのできる、透過微分干渉法の応用を行い、温度410度、圧力10GPaまでの条件で加熱に伴って氷が融解する様子を観察した。このために対物レンズを試料に近づけ、対物レンズに合わせて設計した水冷ジャケットを顕微鏡に取り付けた。昨年度に行った以上の実験に加えて、今年度は温度・圧力測定の精密化を行い、融解曲線の位置の精度向上を実現した。具体的には、圧力8GPaにおいて数時間の間、氷VIIと液体H20の共存状態を安定に実現させることにより、長時間の蛍光分光測定を波長分解能の高い分光器を用いて行うことができるようになった。これにより温度・圧力センサーとして用いている蛍光結晶の蛍光波長がより精密に決定できるようになり、融解曲線の誤差の評価が可能になってきた。得られた融解曲線は最近の結果(Datchi et al., 2000)と良く一致しているが、圧力8GPaでは数十度高温側に位置している。未だ温度は400度程度とやや低くはあるが、高温高圧力下での安定な微分干渉観察が可能になったことから、当初の目的であった水-マグマ系のその場観察についても応用の可能性は見えてきたといえる。今後はより高温で安定な実験を行うために、ダイアモンドアンビルセルと対物レンズ水冷ジャケットの改良が必要である。ダイアモンドアンビルセルを用いた顕微鏡その場観察実験に対する新たな手法として、透過微分干渉観察法を導入するための研究を行った。試料としたH2Oは、高圧力下で多数の安定な結晶相を持つ物質である。その研究は赤外・ラマン等の分光学的手法により活発に行われている。一方で比較的簡単に行うことが可能な顕微鏡観察はあまり活発ではない。その理由は、全ての相が無色透明であり、像にコントラストがつきにくいこと、相の違いによる屈折率差が小さいこと、そしてアンビルを光線が通過するときの収差によって像が劣化することが挙げられる(Takemura et al.,1989)。たとえば氷の融解を顕微鏡下で判定する場合、圧力増加につれて液相と固相の間の密度差が減少し、よって屈折率差も減少する。その結果、10GPa程度の圧力以上では明視野像による融解判定が困難になる。本研究ではこの問題を解決するために、試料の微細な屈折率の違いを空間微分の形で強調することのできる、透過微分干渉法の応用を試みた。対物レンズには平板光学窓の収差補正環付きで透過微分干渉観察に対応したタイプの中から、7mmの作動距離を持つNikon Plan Fluor ELWD 20xC(N.A.=0.45)を用いた。これを試料に7mmまで近づけ、かつ光束をさえぎらないために、上部を詰めて開口角を60度に拡げたピストンとシリンダーを製作した。また試料を外部加熱することからくる熱損傷を避けるために、対物レンズに合わせて設計した水冷ジャケットを取り付けた。ピストンに荷重を付加する加圧板についても、透過照明光(N.A.=0.3)を遮らないように開口を拡大したものを製作した。さらに視野絞りやコンデンサーレンズの位置決め機構を製作し、照野を100μmにまで絞った状態で、視野絞り像を試料面に結像させるケーラー照明を実現した。以上の作業を行った後に高温高圧その場観察実験を行った。その結果、圧力10GPa、温度410°Cまでの条件で氷VII試料に対して観察を行い,加熱に伴って氷が融解する様子を明瞭に観察することができた。2種の結晶を用いた蛍光法により、温度および圧力を同時に決定した結果、得られた融解曲線は最近の結果と良く一致した(Datchi et al.,2000)。

具体的には、圧力8GPaにおいて数時間の間、氷VIIと液体H20の共存状態を安定に実現させることにより、長時間の蛍光分光測定を波長分解能の高い分光器を用いて行うことができるようになった。これにより温度・圧力センサーとして用いている蛍光結晶の蛍光波長がより精密に決定できるようになり、融解曲線の誤差の評価が可能になってきた。得られた融解曲線は最近の結果(Datchi et al., 2000)と良く一致しているが、圧力8GPaでは数十度高温側に位置している。未だ温度は400度程度とやや低くはあるが、高温高圧力下での安定な微分干渉観察が可能になったことから、当初の目的であった水-マグマ系のその場観察についても応用の可能性は見えてきたといえる。今後はより高温で安定な実験を行うために、ダイアモンドアンビルセルと対物レンズ水冷ジャケットの改良が必要である。
環境エンリッチメント後に出現する近交系マウスの個体差の脳イメージング研究

遺伝子型が均一な近交系マウスを、離乳直後から長期間環境エンリッチメントに暴露する事で、マウスの脳重量、体重、神経新生の個体差が顕著に拡大する事が近年報告された。この実験モデルは、近交系動物を用いて遺伝要因を排除する事ができるため、生得的な環境要因が与える行動表現系への影響を解明する上で、非常に有益なモデルである。本研究では、この実験モデルを用いて、脳画像解析・行動解析・エピジェネティックス解析を行い、マウスの個体差拡大が顕著な脳神経回路・行動表現系・分子機構を明らかにする事を目的とする。本研究が進む事で、過去の大規模脳画像研究から明らかにされているヒトの脳神経基盤の個体差発生の機序の一端に迫れる可能性がある。平成27年度の前半では、動物実験計画の承認も含めて、近交系マウスの環境エンリッチメント介入実験の準備を進めた。近交系マウスは、過去の先行研究と同様に、一塩基多型として8個から12個程度の基準をクリアするチャールズリバーのC57BL/6Nマウスを導入した。また、環境エンリッチメント介入には、実験結果の再現性確保のために、規格化・標準化された環境エンリッチメントケージを使用した(Marlauケージ、ViewPoint社製)。MRI実験には、研究室に設置されているBruker-biospin社製の小動物用の7T-MRI装置を用いた。平成27年度の後半から、近交系マウスの内側側頭葉記憶システムの脳機能形態変化の個体差拡大に着目して、脳形態解析、脳機能解析、行動解析を組み合わせた介入実験を行った。平成28年度の前半は、前年度に行った介入実験のマウス死後脳の組織染色解析を行った。組織切片の作製、各種染色、組織の定量解析を行うため、約半年間かけて行った。本実験で得られたデータは、現在解析中である。遺伝子型が均一な近交系マウスを環境エンリッチメント飼育(輪回し設備、迷路、おもちゃなどを含む多個体飼育環境の総称)に暴露する事で、マウスの脳重量、体重、神経新生の個体差が顕著に拡大する事が近年報告された。この実験モデルは、近交系動物を用いて遺伝要因を排除する事ができるため、生得的な環境要因が与える行動表現型への影響を解明する上で、非常に有益なモデルである。本研究では、この実験モデルを用いて、脳画像解析・行動解析・エピジェネティックス解析を行い、マウスの個体差拡大が顕著な脳神経回路・行動表現型・分子機構を明らかにする事を目的とする。研究代表者のグループでは、小動物用7T-MRIを用いたラット・マウスの脳イメージング研究をこれまでに展開してきており、ヒトのイメージング研究で用いられている脳形態画像解析(voxel-based morphometry)、脳機能画像解析(functional magnetic resonance imaging)などが使用可能となっている。ヒトのイメージング研究へのトランスレーションを考える上でも、非常に有益な手法が揃っていると言える。平成27年度の前半では、動物実験計画の承認も含めて、近交系マウスの環境エンリッチメント介入実験の準備を進める。平成27年度の後半から、近交系マウスの内側側頭葉記憶システムの脳機能形態変化の個体差拡大に着目して、脳形態解析、脳機能解析、行動解析を組み合わせた介入実験を行う事を目標とした。離乳直後のマウスでは、脳イメージング画像の十分な解像度と信号雑音比が得られないと判断したため、成獣の近交系マウスを対象とした長期介入実験を行う事とした。12週齢のオスの成獣C57BL/6Nマウスに対して、6週間の長期環境エンリッチメント介入(輪回し設備、おもちゃ、階段などを含む、マウス16匹の同時飼育環境)を行い、介入の前後で、小動物用高磁場7T-MRI装置を用いて、高解像度のマウス脳形態画像(T2強調画像)を取得した。脳形態画像解析の結果、6週間の環境エンリッチメント介入により、成獣マウスの両側の背側海馬において、有意な局所灰白質体積の上昇を確認した。現在、局所灰白質体積変化の背後にある細胞機序を明らかにするために、古典的なゴルジ染色法により、マウス背側海馬の神経細胞の形態変化の解析を行っている。

MRI実験には、研究室に設置されているBruker-biospin社製の小動物用の7T-MRI装置を用いた。平成27年度の後半から、近交系マウスの内側側頭葉記憶システムの脳機能形態変化の個体差拡大に着目して、脳形態解析、脳機能解析、行動解析を組み合わせた介入実験を行った。平成28年度の前半は、前年度に行った介入実験のマウス死後脳の組織染色解析を行った。組織切片の作製、各種染色、組織の定量解析を行うため、約半年間かけて行った。本実験で得られたデータは、現在解析中である。平成28年度の前半は、前年度に行った介入実験(介入実験1回目)のマウス死後脳の組織染色解析を行う。組織切片の作製、各種染色、組織の定量解析を行うため、約半年間かけて行う。平成28年度の後半は、近交系マウスのデフォルモードネットワークの脳機能ネットワーク変化の個体差拡大に着目して、脳機能解析(rs-fMRI)、脳拡散強調画像(DTI)、行動解析を組み合わせた介入実験を行う(介入実験2回目)。介入実験は同様に4カ月かけて行い、MRI測定と行動検査は、介入前(1カ月齢)と介入1カ月後(2カ月齢)から4カ月後(5カ月齢)までの月1回ずつ、計5回の経時モニタリングを行う。予定していた国内学会での成果発表に、データ解析が間に合わなかったため、その分の旅費を次年度に繰り越す事とした。マウス介入実験に必要な物品費(実験動物、麻酔剤、酸素ガス、染色抗体、ゴルジ染色キット、アセチル化アッセイキットなど)として計60万円、平成28年度に開催される神経科学に関する国内学会、あるいは国際学会での研究成果発表を行うための旅費として計50万円、国際科学誌に研究成果の発表を行うための論文掲載費用(その他)として計10万円、直接経費の合計で120万円を計上した。
地理情報システムによる医療需要の将来推計と可視化

本研究は、地理情報と統計情報を融合させることで、より正確かつきめ細やかな医療需要推計方法を提案したものである。推計項目は、入院医療、外来医療、在宅医療に関するものまで多くの臨床現場を想定したものであり、また推計手法そのものの検討についても学会等において報告している。また、推計結果についてはGISを用いて地図上に表現することで、誰にでもわかりやすく可視化した。これらの推計結果は、学会等の学術的な場のみならず、自治体の保健医療担当者や、地区医師会等の職能団体に対しても提供し、研究成果を有効活用してもらえるよう努めた。高齢化が進む我が国にとって、医療政策の整備は喫緊の課題である。特に、高齢者人口の大幅な増加が見込まれる大都市圏の周囲では医療需要の爆発が予想されており、限られた医療資源の適正な配置が求められている。これまでの医療需要推計の事例としては、医療法で定められている二次保健医療圏ごとの推計が一般的であった。一定の圏域ごとに将来の需要を把握することは、必要な医療供給量を考えるうえでは必要不可欠である。しかしながら、地域包括ケアシステムの推進にあたっては、より地域の実情に応じた客観的ニーズを把握する必要があるとされており、さらに二次保健医療圏の内部まで踏み込んだ推計の必要があると考える。本研究は、医療政策策定の際に必要となる客観的データとして、より正確かつきめ細やかな医療需要推計方法を提案するものである。特徴として、国勢調査の性・年齢階級別人口が公表されている中での最小区画である地域1/2メッシュ(500mメッシュ)を推計の単位としている他、交通解析を応用することで住民の医療機関へのアクセシビリティを考慮した推計を可能としている。また、医療需給に影響を与える受療率、平均在院日数、病床利用率等の指標をパラメータ化し感度分析することで、将来の需給バランスの変化について検討している。本手法が確立されることにより、必要な医療資源の量やその時期など、医療政策の策定に役立てることができる。また、本手法は公開されたデータを前提としているため、他の大都市圏内の自治体においてもすぐに応用が可能である。平成25年度に行った千葉県を研究フィールドに指定した基礎研究に続き、平成26年度には患者の移動時間や受療行動の法則性、病院の病床稼働率や平均在院日数など、推計を精緻に行うためのパラメータやシナリオの検討を行った。また、当初は千葉県内における検討を行うことを前提としていたが、より普遍的な手法開発のため、最新の研究成果では患者の域外受診や複数のパラメータ変動シナリオなどを考慮した1都8県における入院医療需要推計を行った。例えば2011年時点の入院受療率が維持されると仮定したシナリオでは、2030年に首都1都3県で1日あたり約78000人の患者が自宅から1時間以内の医療機関に入院できる施設が見つからないという推計となるが、入院受療率や病床稼働率などのパラメータを年率0.5%改善すると、同約3000人まで減少する。研究成果については、平成26年度においては雑誌論文1編、国際学会発表1件、国内学会発表4件などの報告を行った。また、成果の一部については千葉県などに政策提言している他、地元自治体にも講演活動などを通し提供している。さらに、本研究は当該分野の基幹学会である日本医療情報学会でも高く評価され、第33回医療情報学連合大会において優秀口演賞の表彰を受けている。(約3000人参加、2013年11月開催、2014年5月通知。「患者受療圏モデルに基づく医療の需給バランス評価の感度分析」)平成25年度、平成26年度までに行った研究をもとに、推計モデルにフィードバックを与えると共に、複数のシナリオを立てて医療需要を推計した。また、当初計画では最終年度であるため、研究成果の発信方法についても検討を行った。推計結果については自動的に地図上に展開されるアプリケーションを開発し、関係団体に提供した。その他、本研究で得たノウハウを元に、厚生労働科学研究をはじめとした他の政策研究にかかる事業や自治体の分析事業に協力した。研究成果については、平成27年度内に雑誌論文2編、国内学会発表3件などの報告を行った。また、成果の一部については千葉県や地方自治体にも提供している。当初計画では最終年度となる本年度は、研究内容の総括を行うとともに、研究成果の公表を行った。研究内容については、平成25年度、26年度に当初計画を上回る進捗が得られており、本年度は推計モデルに若干のフィードバックを行うと共に、推計結果を自動的に地図上に展開するツールを開発し、結果の公表に利用した。ただし、結果の公表については主として学会発表に留まっている。論文投稿を始め、地方自治体や関係団体への提供については、あまり進んでいない状況である。そのため、主に研究成果の公表を目的として、補助事業期間を延長している。本年は期間延長を行った4年目であり、3年目までの成果で本研究課題に関する研究目標についてはほぼ達成している。ただし、3年目の課題として研究成果の公表が不十分であったことを踏まえ、医療需給推計に関する国際学会発表1件、国内学会発表1件、論文投稿1件(査読中)を行った。具体的には、1)医療需給評価における患者の医療施設までのアクセス性の評価手法について考察し、アクセス性が医療サービスの受け方に影響を与えている可能性が示唆されたこと、2)在宅医療の需給において同一市内においても地域格差が生じている可能性が示唆されたこと、等の研究成果を発表し、一定の評価を得られたと考える。

本研究は、地理情報と統計情報を融合させることで、より正確かつきめ細やかな医療需要推計方法を提案したものである。推計項目は、入院医療、外来医療、在宅医療に関するものまで多くの臨床現場を想定したものであり、また推計手法そのものの検討についても学会等において報告している。また、推計結果についてはGISを用いて地図上に表現することで、誰にでもわかりやすく可視化した。これらの推計結果は、学会等の学術的な場のみならず、自治体の保健医療担当者や、地区医師会等の職能団体に対しても提供し、研究成果を有効活用してもらえるよう努めた。交付申請書における計画では、平成26年度は平成25年度に作成した仮定とパラメータ、受療シミュレーションモデルを利用し、将来の医療需要推計を行うことを目的としていた。研究内容については、以下の2点を計画していた。(1)将来推計において、仮定やパラメータ、モデル等の指標が異なれば、医療需要量や発生場所等にも変化が生まれるため、種々のパターンにおいてそれぞれ推計を行い、結果を比較検討できるようにする。(2)推計結果を解析した上で、仮定とパラメータ、受療シミュレーションモデルをより実態に近づけるよう、フィードバックを行う。フィードバックを行う際には、研究体制の中で当該分野を専門とする研究者と密に打ち合わせを行うことで、意見を広く受け入れる。フィールドについては千葉県を想定しているが、比較検討のため他の都市圏での検討も視野に入れる。上記2点について、(1)については平成25年度の検討結果に基づき作成した複数のシナリオによる推計結果を既に学会発表等を通して成果発信まで終えている。(2)については、当初千葉県内を想定していた研究フィールドについて、学会発表や研究ミーティングなどにおける指摘事項を踏まえ、既に千葉県外との移動を考慮した検討や、1都8県の首都圏全体をフィールドとした検討などを既に完了している他、推計結果についても学会発表等を通して成果発信まで終えている。以上のことから、当初の研究計画に基づき自己点検評価すると、「当初の研究計画以上に進展している」と判断する。本研究課題の当初の目的は達成しているので、今年度は論文投稿を始め、地方自治体や関係団体への成果提供を進める。研究総括を行うと共に、報告書を作成する。医療情報,医療政策最終年度である平成27年度は、平成26年度までに行った推計結果から、理想的な医療資源の配置や患者の受療モデルについて検討し、提示する方策を検討する。想定している医療資源としては、訪問看護ステーションや在宅医療拠点等が挙げられる。これらの結果について、全て地図上に表すことにより、研究成果をよりわかりやすく可視化し、提供できるようにする。これについては、地理情報システムを用いて検討を進める。また、平成26年度までの検討とも合わせ、研究全体を総括する。研究成果については、学会発表や論文執筆の他、地域包括ケアを推進する地元自治体に提供することも計画している。また、最終年度であることから、3年間の成果を研究報告としてまとめる。
高分解能NMRによるアミロイド線維の構造解析

β2ミクログロブリンは、長期血液透析患者において頻出する透析アミロイドーシスの原因蛋白質であり、患者組織に沈着するアミロイド線維の主要構成蛋白質として見い出される。しかし、どのような分子機構によりアミロイド線維を形成するのかはほとんど明らかにされていない。生体内で正常に機能している蛋白質がアミロイド線維を形成する過程には一般にネイティブ構造を不安定化する因子が関与しており、β2ミクログロブリンではそのような因子のひとつとして銅イオンの関与が示唆されている。本研究では、β2ミクログロブリンのアミロイド線維形成機構を明らかにするために、銅イオンによるβ2ミクログロブリンの不安定化機構を、多次元NMRを用いて残基レベルの分解能で詳細に調べた。様々な濃度の銅イオン存在下において二次元NMRスペクトルを測定した結果、4つあるヒスチジン残基のうち3つ(His13,His31,His51)を中心にピーク強度の現象が見られ、これら3つのヒスチジン残基が銅イオン結合部位として示唆された。さらに銅イオン存在下/非存在下において核オーバーハウザー効果を測定し、速い(サブナノ秒)時間スケールでの運動性を残基ごとに見積もった。また、重水素交換実験を行い強固な水素結合の有無ならびに遅い時間スケールでの運動性を調べた。その結果、銅イオン存在下においてHis51近傍の速い運動性が顕著に増加していること、さらにそれがHis51の存在するDストランドの水素結合ネットワークの崩壊を通して、分子全体の不安定化を引き起こしていることが示唆された。本研究により、β2ミクログロブリンのアミロイド線維形成反応の初期段階のひとつである、銅イオンによるネイティブ構造の不安定化の機構が残基分解能で明らかにされた。
希少糖D-アロースの脳梗塞障害保護作用

脳虚血再灌流モデルを用いたD-アロースの効果の検証を行った。SDラット(♂、体重350-400g)を用いナイロン糸による中大脳動脈の60分間閉塞モデル(MCAO)に、50mg/ kg800mg/kgの間でD-アロース(in生理食塩水)を持続投与した結果、酸化ストレスマーカーは、D-アロースにより著しい減少を示し、D-アロースにより脳梗塞を抑えることができることが判明した。D-アロースは濃度依存性に脳梗塞により生じる障害領域を縮小することが示された脳虚血再灌流モデルを用いたD-アロースの効果の検証を行った。D-アロースは濃度依存性に脳梗塞により生じる障害領域を縮小することが示されたSDラット(♂、体重350-400g)を用いナイロン糸による中大脳動脈の60分間閉塞モデル(MCAO)に、50mg/kg800mg/kgの間でD-アロース(in生理食塩水)を持続投与し、triphenyltetrazoliumchloride(TTC)染色を行い、虚血梗塞巣の割合を測定した。急性期において同時もしくは閉塞後できるだけ早いD-アロース(100mg/kg以上)が有効であった。D-プシコース、アリトール、アロプリノールはほとんど効果がなかった。また同様の虚血実験を網膜において実施したところ、D-アロースの有効性が示された。D-アロースの体内動態や安全性の検証の目的で、^<14>CラベルしたD-アロースを経静脈的あるいは経口的に投与後、血液を含む各臓器におけるD-アロースの動態や代謝について解析した。血液中の半減期は、計静脈的な投与の場合に約20分30分であった。また、肝臓や腎臓において多くのD-アロースが検出されたが、脳においてもアイソトープが検出された。抗酸化作用を中心とした虚血再還流障害保護作用のメカニズムの解明においては、培養神経細胞系を用いて、D-アロースの濃度を様々に変えて^<14>C-D-グルコースの取り込みを調べたところ、D-アロースのよりCompetitive inhibitionがかかっていた。またグルタミン酸オキシダーゼ法により、グルタミン酸オキシダーゼ)酵素を固定化した微小グルタミン酸電極を用いて測定したところ、D-アロースはグルタミン酸の虚血後の過剰分泌を抑制していることが判明した。またグルタミン酸過剰分泌により、虚血後組織のCa濃度上昇が一時的にでも起こるかどうかを見たが、明らかにその傾向を示すまでには至らなかった。次いで、体内動態や安全性の検証については、D-アロースが正常な脳血液関門を超えて脳内に入るかどうかを解析するため、D-アロースの14CアイソトープラベルしたD-アロースをマウスに経静脈投与し、オートラジオグラフィーを用いて解析した。対照として、14CアイソトープラベルしたD-グルコースを用いた。正常ラットの脳において、D-アロースはD-グルコースに比べ脳血液関門の通過性は悪いが、一定程度脳内に入ることが判明した。D-アロースは虚血再還流障害に陥った脳では、正常よりも多く脳内に入ることが予想されるので、保護作用を果たすだけの脳内への取り込みがあると思われた。SDラット(♂、体重350-400g)を用いナイロン糸による中大脳動脈の60分間閉塞モデル(MCAO)に、50mg/kg800mg/kgの間でD-アロース(in生理食塩水)を持続投与した結果D-アロースは濃度依存性に脳の梗塞により生じる変性領域を縮小した。酸化ストレスマーカーのapurnicl apyrimidicabasic sites (AP-sites) and 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OHdG)は、D-アロースにより著しい減少を示し、D-アロースにより脳梗塞を抑えることができることが判明した。脳血液関門をD-アロースが通過できるかどうかについては、14CアイソトープラベルしたD-アロースを用いた体内動態解析で検証し、虚血再還流障害に陥った脳では、正常脳よりもD-アロースは脳内に多く入ることが判った。虚血の際に上昇するNADPHオキシダーゼ活性、NADPHオキシダーゼのcatalytic subunitであるgp91(phox)の誘導についてWestern blotにより解析し、D-アロースが誘導を抑えることが判明し、これが抗酸化作用のひとつだと思われた。脳の水分量を測定し浮腫の程度を測定しD-アロースによる水分量の軽度抑制がかかることが判った。またD-アロース投与により活性型のphospho-MEK 1/2やphospho-ERK 1/2の量をWestern blot解析したところ、リン酸化抑制の傾向が見られ、これら酵素の活性化をD-アロース抑制することが判明した。以上の動物実験により、D-アロースの脳虚血により生じる障害に対する有効性が示された。
格差社会における高校生の進路保障の研究－オンタリオ州のリスク生徒支援と比較して－

本研究では、経済的不利のために困難を抱え、学力低下や修学や進学の機会が保障されず、将来展望を描く可能性も持ちにくい環境で育つ若者をいかに支援し社会への移行を実現するかについて考察することを目的とした。オンタリオ州では、教育を貧困削減対策の礎とし世代間の貧困連鎖を破る効果的な手段として捉えている。同州の貧困削減対策を考察し、リージェント・パークで始まったパスウェイズ・トゥ・エデュケーションの支援プログラムと取組みについて分析した。パスウェイズ・プログラムの成果については量的研究が明らかにしているが、本研究では、プログラム実施状況と効果や課題について、現地で入手した情報を手がかりに検討した。平成25年度には、カナダ・オンタリオ州におけるPathways to Educationの発祥地であり、そのプログラムが最初に実施されたRegent Parkで担当者からのプログラム内容や実施状況について聞き取りを行った。この聞き取りにおいて、援助を受けている生徒や家族の様子についても情報を得ることができた。Pathwaysの成果は現在国際的にも注目されており、他国からの視察も少なくない。生徒の中等学校ドロップアウト率の改善や高等教育進学者の著しい増加など、短期間における顕著な成果は子どもの貧困削減に大きく貢献していることがわかる。また、コミュニティ内の教会で行われているボランティアによる学習支援を見学した。生徒の出席率は高く、高学年になるほど、学習に熱心に取り組む様子を見ることができた。生徒の出席は厳しく記録されており、この記録自体も学習支援をかつて受けていた卒業生によって、取られている。Regent Park Community Health Centreはコミュニティの住人のウェルビーイングを構築、維持するための役割を果たしており、ここでは心身の健康をはじめ、経済的に困難な人々の様々な相談を受け付け、支援を計画する中心的な機関であった。さらに、ライアーソン大学では、大学の学習支援と学費援助によって、大学教育を受けることが可能になった学生2人に聞き取りを行った。学生たちの生活は充実しており、大学の経済的、学業上のサポートなくしては、現在の自分があり得なかったこと、また将来の選択肢が拡大したことを高く評価していた。Pathwaysの貧困層の子どもに対するプログラムの効果はオンタリオ州政府にも認められており、政府からは恒久的に財源が提供されている。平成26年度はオンタリオ州、トロントにあるスカボロウ・ビレッジ・パスウェイズを2回訪問し、現地における貧困コミュニティの生徒支援について調査した。スカボロウ・ビレッジ・パスウエィズはパスウェイズ・トゥ・エデュケーションの第3世代にあたり、ユース・リンクを基盤として支援プログラムを展開している。一定の集合住宅に住む中等学校の生徒はすべて支援対象となり、プログラム開始当初の2009年には、登録生徒数は90名程度であったが、現在では300名ほどの生徒を支援している。スカボロウ・ビレッジ・パスウエィズはプログラムを2か所において実施している。1つはコミュニティのリクリエーションセンターであり、もう1か所は教会である。リクリエーションセンターは近隣住民のための施設であり、アイスリンクも併設されていた。このセンターの最も大きな1室が学習支援等に使用されている。また、教会においても学習支援やメンタリングが行われており、生徒たちはこの教会の方を好む傾向にあった。どちらの場所においても、生徒とボランティアが和やかな雰囲気の中で学習していた。日本においては、京都市山科区の勧修中学校でのボランティアによる中学3年生の学習支援を訪問した。課外で実施する地域住民をも巻き込んだ学習支援活動は現在のところ、日本ではそれほど多くない。学校施設を使用しての課外の学習支援には制限があるものの、地域や学生ボランティアと生徒との間には良好な関係が形成されており、毎週1回の学習支援の後には、スタッフやボランティアによる反省会が行われている。また、山科青少年活動センターは、リスクを抱えがちな生徒たちの相談や話し相手、学習支援など、居場所としての機能を果たしていることが理解できた。日本におけるこのような支援活動の中にも、学習支援以外のメンタリングなどの支援が加わることによって、さらなる支援の効果が期待される。平成27年度には、カナダ、オンタリオ州トロント、リージェント・パークを発祥の地とするパスウェイズとそのプログラムについて考察した。カナダ全土の低所得コミュニティに展開を拡大しているパスウェイズ・プログラムは、それぞれのコミュニティで成果を上げつつある。2001年にリージェント・パークで実施が始まったパスウェイズ・プログラムは2016年4月現在、オンタリオ州内外の17の低所得コミュニティでリスク生徒を学習面、経済面、社会面、擁護を柱とした支援を行っている。本年度は短期間でこのようにプログラムの実施コミュニティがカナダ全土に拡大していく成功の鍵とは何かの分析を主な課題とした。トロントにあるパスウェイズ・カナダを訪問し、そのプログラムの特徴や広域にわたる実施について聞き取りを行った。また、その際、オンタリオ州内のキッチナーでプログラムを実施して支援を行っているパスウェイズ・キッチナーのスタッフにも聞き取りを行った。パスウェイズによれば、コミュニティによって個性が異なり、同様の個性を持つコミュニティ間で情報を交換しつつ、プログラムのより効果的な実施方法を試みていることが分かった。パスウェイズ・カナダとしても、コミュニティの個性に合わせた柔軟性と4つの支援内容を柱として重視していることが分かった。また、日本では京都山科区の勧修中学校での学習会の進捗状況について調査した。勧修中学校では、学習支援の対象を中学3年生のみから中学1,2年生にも広げており、生徒の参加が増加している。特に、支援は週に1回であるにもかかわらず、地域住民のボランティアと生徒との関わりによって、生徒に落ち着きが見られ始めるなど変化が生じていることが分かった。

支援の場所が学校内であるために、支援方法に制限が生じることがあるため、そのような制限からくる不利益を克服することが一つの課題である。現在までの進捗状況としては、おおむね順調に進展している。本研究の主な課題となっているオンタリオ州のリスク生徒支援については、トロント、リージェント・パーク発祥の非営利組織であるパスウェイズとそのプログラムの内容による支援が著しい成果を上げていることが分かった。現在までのところ、パスウェイズと実施方法に関して、発祥地リージェント・パークを訪問し、コミュニティ内の実施現場での聞き取りと観察を通して、実施状況を具体的に理解することができた。低所得コミュニティでの支援活動の成果はオンタリオ政府も認知しており、多大な財政援助をしている。その成果をふまえパスウェイズは、現在カナダの17か所の低所得コミュニティで支援プログラムを実施していることが分かった。このプログラムは、学校と連携したコミュニティや生徒の特性に基づいた学習支援、社会的支援、経済的支援、擁護の4つを柱とした住民の専門性や関心を生かした支援である。その結果、支援地区ではリスク生徒の中等学校修了率や高等教育への進学率が顕著に向上したことが明らかになった。一方、日本で地域社会を基盤とした支援の取り組み例として京都山科区で住民ボランティアによって実施されている勧修中学校の高校進学のための学習支援を調査することができた。まさに地域とのつながりを活用して生徒の学力向上と進路を保障する取り組みである。この取り組みの大きな特徴の一つは従来困難であった、学校との連携により校内で支援を展開していることである。支援母体ともいえる山科青少年活動センターは、学校との協議を重ね、多くの学生や地域住民の参加を得て取り組みを実現させていることが分かった。ここまでの研究結果から、パスウェイズのプログラムは汎用性が高く、生徒にもコミュイティにとっても利益となることが多く、カナダ国内での拡大のみならず、日本社会での応用の可能性があることが示唆された。本研究では、まずカナダ・オンタリオ州の歴史上はじめての貧困削減対策である『連鎖を断つ(Breaking the Cycle)』について調査し、その成立に至る経緯から内容、対策の進捗状況を測定する指標について理解を深めた。特に教育機会の保障は貧困の連鎖を断つ重要な鍵と捉えられている。その中でも、中等教育修了と中等後教育への進学は子どもの将来の可能性を開く重要な要因である。低所得コミュニティの子どものこのような機会は支援なくしては保障されないことも明確にされている。
バイオ人工腎臓のためのヒト尿細管上皮細胞の新しい増殖法とその制御法の確立

現行の透析療法に欠けている尿細管機能を補うバイオ人工腎臓システムに十分な量の腎尿細管細胞を供給するために、ヒト近位尿細管上皮細胞の初代培養の分裂寿命をアンチセンステクノロジーを用いて延長する技術を開発した。細胞周期の調節遺伝子(p53, RB, p16, p21)に対するアンチセンスオリゴDNAの添加はヒト近位尿細管上皮細胞初代培養の分裂寿命の延長効果を示し、通常の約1000倍の細胞収量を可能にした。さらにp53およびp16に対するRNA干渉法による発現抑制では、より長期の分裂寿命の延長が可能であり、約6700万倍の細胞が回収できることを明らかにした。これらの手法によりウイルスや発がん遺伝子など臨床応用に問題のある方法を使わずに、通常の細胞分裂回数の上限を超えて増殖可能となった初代培養細胞は、元の近位尿細管上皮細胞に特徴的な性質を維持し続けており、バイオ人工腎臓システムへの利用に適していると考えられる。一方で、ヒト腎より得られた多種の細胞集団をそのまま培養した後に中空糸に播種して作製した人工尿細管デバイスをヤギに接続して体外循環を行い、尿細管機能評価の条件設定を試みた。中空糸内部には濾過血漿を流し、外部には血液を流して物質の移動、リーク率、水分の再吸収などを測定しながら、約2週間の体外循環を維持する条件を設定した。以上の成果により、実際にヒト近位尿細管細胞を播種したバイオ人工尿細管デバイスを作製し、動物を用いた体外循環によりそのデバイスの尿細管機能の評価を行う系に必要な基礎的な技術が確立された。ヒト近位尿細管上皮細胞を用いたバイオ人工尿細管を開発するために、安全で重層化しない初代培養細胞を大量に増殖させるための培養法を試行し、以下の結果を得た。1.細胞周期を停止させる調節因子であるRb, p53,p21,p16に対するアンチセンスオリゴDNAをヒト近位尿細管上皮細胞の初代培養の培地中に10μMの濃度で添加することにより、その分裂寿命を約2倍に延長できることを明らかにした。すなわち、アンチセンスオリゴDNAの投与の無い場合、あるいは標的の無いアンチセンスオリゴDNA(ネガティブコントロール)が投与された場合、ヒト近位尿細管上皮細胞は約8回の細胞分裂を行った後に老化、細胞死を迎えるが、上記の調節因子に対するアンチセンスオリゴDNAの存在下では、細胞の老化と死は1419回の細胞分裂の後に起こった。このような細胞分裂寿命の延長現象は、特にp16に対するアンチセンスオリゴDNAを用いたときに顕著であった。この培養手法により、ヒト近位尿細管上皮細胞の初代培養から、これまでのおよそ1000倍の数の細胞を回収することが可能となったことは、バイオ人工尿細管の開発に大きく寄与すると思われる。また、100150日間に亘る培養期間中、アンチセンスオリゴDNAの培地への投与は最初の50日間に実施されるだけで、全期間の投与と同様の分裂寿命延長効果を現すことを見出しており、大量細胞培養の経済面にも寄与すると考えている。2.ヒト近位尿細管上皮細胞を株化するために初代培養細胞へテロメラーゼ遺伝子の導入を行った。抗生物質による遺伝子導入細胞の選択直後においては活発な細胞増殖が観察されたが、培養が約10週間を過ぎる頃から細胞の肥大化と増殖速度の低下が起こり、その後死滅した。これまでに報告された他のヒト細胞種の場合と同様、ヒト近位尿細管上皮細胞の株化はテロメラーゼ遺伝子の導入だけでは難しいと思われる。バイオ人工尿細管の作製に必要充分量のヒト近位尿細管上皮細胞を用意するために、当該細胞の初代培養の分裂寿命を延長することで、大量の細胞を獲得する技術の確立を目指した。