hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
医用画像と医療知識に基づいて自動生成された患者モデルを用いた手術訓練システム

従来人手によって作成された臓器モデルを用いた手術訓練システムでは,患者に即した手術模擬ができなかったが,医用画像の高精細化と計算機支援の診断技術の進歩によって,患者の医用画像から人体モデルの復元と,臓器の分離が可能となった.復元されたボクセル表現の臓器モデルをテトラ構造化することによって,手術器具による臓器の変形や切断とその際に術者が感じる操作感の実現が可能となる.本研究では,最近問題となっているくも膜下出血の原因となる脳動脈瘤破裂の防止策である,開頭クリッピング術とコイル塞栓術の訓練システム開発を具体的な目標として,必要な技術要素の実時間開発を,マルチコアとGPUを用いて開発し,更に当該システムを遠隔置換で共有し,熟練医師の術具の操作と操作感覚を非熟練医師に体験させることに成功した.(1)従来。手作りで人体モデルを作成していた手術訓練システムでは患者に即した臓器のモデル化ができなかったため、患者に対応した手術計画立案や手術の模擬も含めた種々の訓練ができなかった。CT, MRI, MRA等の医用画像計測装置と計算機技術の進展により、患者の医用画像から人体モデルを復元し、患者の状態に応じた手術訓練が可能となると考えられる。(2)人体モデルは柔軟であるため、剛体モデルの様な立方体に基づくモデルではなく、テトラモデルを要するが、描画の負荷は非常に高い。(3)変形に伴う力覚計算も剛体とは全く異なり、かなりの計算時間を有するため、実時間で手術訓練を行うのは非常に困難である。(4)上記の問題を解決するために、変形、描画の効率的な計算方法を提案し、問題解決を目指す。従来人手によって作成された臓器モデルを用いた手術訓練システムでは,患者に即した手術模擬ができなかったが,医用画像の高精細化と計算機支援の診断技術の進歩によって,患者の医用画像から人体モデルの復元と,臓器の分離が可能となった.復元されたボクセル表現の臓器モデルをテトラ構造化することによって,手術器具による臓器の変形や切断とその際に術者が感じる操作感の実現が可能となる.本研究では,最近問題となっているくも膜下出血の原因となる脳動脈瘤破裂の防止策である,開頭クリッピング術とコイル塞栓術の訓練システム開発を具体的な目標として,必要な技術要素の実時間開発を,マルチコアとGPUを用いて開発し,更に当該システムを遠隔置換で共有し,熟練医師の術具の操作と操作感覚を非熟練医師に体験させることに成功した.当該研究を開始するに当たり,稠密な組織の変形描画を支援するVolumizerの詳細学習,外力による稠密組織の変形モデル,変形時に対象から返される力覚フィードバックの実現に関する基本的な実験とプログラムの作成を行い,具体的な事例として顕微操作支援システムを作成した.1.稠密な組織の変形レンダリング三角形パッチに基づくサーフェイスグラフィックを一般化したテトラヘドロン(四面体)を基底構造として・立方体構造で記述されたDICOMCTデータを変換することによって稠密組織の描画が行われる.その際,テトラヘドロンの頂点をジオメトリ,内部テキスチャをアピアランスとして分離して変形を取り扱うメカニズムを修得した.2.稠密組織の変形先ず,立方体に細分された弾性モデルの外力による変形についてプログラムを実装した.この立方体をテトラヘドロンに再分割し,その頂点座標を外力に応じて移動させることにより,稠密物体の変形の近似モデルが作成可能となる.但し,稠密物体の変形には,ジオメトリだけではなくアピアランスも関与するため,その取り扱いを検討しなければならず,今後その実装を行う.3.力覚フィードバック弾性体を力覚フィードバック装置PHANToMで操作した際に,操作者に返される力とトルクを,PHANToMとVolumizerを高速通信ネットワークを介して,毎秒数百から1000回返すプログラムを作成し,4のシステムに適用した.4.顕微卵子受精シミュレーション人体ほど複雑ではないが,卵子の受精操作を視覚と力覚で支援するシミュレーションシステムを作成した.精子を封入したガラス管を卵子に挿入する際の変形と力覚の同期を確認すると共に,力覚の果たす役割について,今後脳動脈流のクリッピング治療などを行っていく予定である.初年度に作成した稠密仮想物体のテトラモデルに対する弾性変形モデルの作成、脳動脈瘤の破裂防止手術システムの構築を目指して、以下のプログラムを開発した。(1)脳動脈瘤の発見と可視化:MRA画像から動脈を抽出し血管の分岐構造解析と血管の膨張度解析を行い、動脈瘤の候補を検出し、その妥当性を専門医が容易に確認できるように、動脈瘤が可視の視点を求めた。他の組織により完全に隠蔽されている動脈瘤に対しては、隠蔽組織の透明化を行った。(2)従来無視されていた変形モデルと力学モデルの相違をなくするために、テトラ構造の各辺にバネとダンパー素子を並列配置し、変形と応力のモデルが一致した変形を実現した、脳内で患部を隠蔽する組織は、脳と血管であり、本年度は動脈の変形を実現した。今回のデータでは静脈データがないため、動脈と静脈の時間差検出を利用した血管モデルを獲得し、動脈瘤へのアクセスパスの確保を目指す。(2)脳動脈瘤が直接目視できない場合は、隠蔽組織を器具で変形させて患部の目視を行えばよい。しかし動脈瘤の位置が脳底部に近い場合や変形で視野が確保できない場合、仮想脳内に仮想内視鏡を挿入し動脈瘤を目視するために、テキスチャーマッピングを利用した仮想鏡を自在に操作できるシステムを開発した。

(3)従来、執刀医師以外の医師は目視で執刀医の技能を獲得しなければならなかった。そこで、執刀医師の操作をより直感的に体感させるために、2台のPHANToM間での力覚通信システムを作成した。脳動脈はMRAで検出でき,そこから動脈瘤を推定することは可能である,塞栓術では脳動脈にカテーテルを通して動脈瘤の入り口からスプリングを注入して塞栓するために,動脈瘤までの経路を確保すれば良い.この問題は血管の経路探索問題であり解決した.これに対してクリッピングでは,頭蓋骨を開き,脳動脈瘤の根元にクリップを送り込む必要がある.脳表面から動脈瘤までの間には,脳,動脈,静脈,神経が存在するため,これらの障害物を変形させてクリップを送り込む空問を確保しなければならない.すなわち,上記の各組織の復元モデル化が必要となるが,静脈は時間差CTを撮ることで検出可能となる.脳本体は頭蓋骨内部の特定CT値により検出でき,神経を除き患者の頭蓋骨内部の復元が可能となった.クリップを挿入する空間確保には,動脈瘤を含む円筒領域内(ROI)の組織のみを変形の対象と見なし,この内部に含まれる組織をテトラ構造化し,それ以外の部分はサーフェイスグラフィック化することで処理の高速化を図った.すなわち,描画の対象は外部から可観測な表面のみであり,変形可能な部分に対してのみ内部構造の変形計算を行う手法を考案した.しかし,組織の切断が行われると,切断面が新たに可観測となるため処理は複雑化するが,クリッピングではそうした問題は生じない。動脈瘤への障害物を鉗子で変形させる操作を力覚装置PHANToMで模擬することで必要な経路と空間の確保を実現した。ただし、術具で変形させた血管や脳の状態の保存には鉗子による固定が行われるが、本システムでは仮想鉗子で変形を保持するのではなく仮想鉗子固定モードを選択することで変形状態の保存を行うことにした。脳動脈流をクリップで留める手術訓練システムを完成させるために,脳,頭蓋骨,動脈,静脈を個々に復元し,統合することによって頭部内の臓器モデルを作成し,変形可能部位をテトラ化して,動脈瘤のクリップに伴う変形過程の実現を目指した.しかし,リアルタイムでの変形の実現は困難であり,術具と組織の干渉検出,組織の変形とその描画の高速化が不可欠となったため,8CPUとGPUを利用した並列計算システムによる高速化を行うことで,500×500の画面が秒間30回描画可能となった,しかし、画像計測で臓器相互の連結関係を抽出することは難しく、また神経やリンパ管等の復元も不可能であり、実用に耐える臓器モデル復元のために他の計測法の採用が不可欠である。
抗精神病薬服用患者に生じる肺動脈血栓塞栓症の疫学および予防法の検討

肺動脈血栓塞栓症は肺動脈高血圧症から右心不全をきたして死に至る非常に致死性の高い疾患である。欧米では抗精神病薬がこの疾患の危険因子であることが以前から指摘されていたが、本邦ではこれまでほとんど注目されていなかった。ところが我々は、救命救急センターで入院加療された肺動脈血栓塞栓症患者のうち、それまで知られていた肥満、寝たきり、悪性腫瘍などの肺動脈血栓塞栓症の危険因子のない症例のうち高率に(定型抗精神病薬、非定型抗精神病薬に関わらず)抗精神病薬を服用していたことを明らかにしたのみでなく、原因不明の突然死に対して法医解剖された症例のうち死因が肺動脈血栓塞栓症と診断された症例について検討したところ、やはり高率に抗精神病薬を服用していたことを明らかにし、多因子検定を用いて抗精神病薬は肺動脈血栓塞栓症の危険因子であることを示した。これらの業績はいずれもCriculation Journalという日本循環器病学会の英文機関誌に発表した。特に今年度は本邦でもて抗精神病薬は肺動脈血栓塞栓症の危険因子である事をひろく啓蒙しなくてはならないと考え、数多くの欧米の論文を検索しつつ我々の業績を「肺動脈血栓塞栓症と抗精神病薬」とい日本語の論文にまとめた。この論文は2007年の日本集中治療学会誌にて発表される予定である。また、医学書院より「救急外来&病棟における精神障害対応マニュアル」という本を単著で執筆し、その中で抗精神病薬は肺動脈血栓塞栓症の危険因子であることを詳細に記載した。この本は2007年7月に医学書院より出版される予定である。また、抗精神病薬が肺動脈血栓塞栓症をきたすメカニズムとしてで抗精神病薬の鎮静作用よる体動量の減少による血流のうっ滞に注目して、現在単科精神病院にてアクチネットという体動量を測定する装着を用いて、抗精神病薬を服用している慢性東郷失調症患者の体動量を測定している。この仕事は現在症例数を積み重ねている段階で、来年度に結果をまとめて報告する予定である。1996年1月2000年12月の期間に北里大学病院救命救急センターで原因不明の肺動脈血栓塞栓症(PTE)と診断された抗精神病薬を服用中の患者を対象に年齢、生別、症状、抗リン脂質抗体、予後、精神疾患、服用中の抗精神病薬などについて検討した。この期間に47例がPTEと診断されたが、うち31例は血栓性病変の危険因子を認めた。残りの16例のうち44%にあたる7例は抗精神病薬を服用中であった。7例は早朝に発症していた。7例中5例は女性であった。5例はクロルプロマジンなどのフェノチアジン誘導体を服用していたが、2例はセロトニン5-HT2AおよびドパミンD2受容体の混合受容体拮抗薬であるリスペリドンを40および6日間服用していた。抗リン脂質抗体が検出された症例はなかった。抗精神病薬の服用はPTEの危険因子である可能性が示唆された。また、1998年1月2002年12月の期間に北里大学医学部法医学教室で原因不明の突然死に対して法医(承諾)解剖された1,125例(男性808例、女性317例)を対象として年齢、生別、Bodymass index(BMI)、服用中の抗精神病薬がPTEによる死亡と関連があるかどうかロジスティック回帰分析を用いて検討した。全症例のうち34例(男性14例、女性20例)は抗精神病薬を服用していた。また、28例(男性9例、女性19例)は死因がPTEと診断された。死因がPTEと診断された28例のうち8例(29%)は抗精神病薬を服用し、全例が女性であった。女性であることおよび抗精神病薬を服用していることはそれぞれオッズ比で4.22倍(95%CI、1.82-9.78;p<0.01)および10.49倍(95%CI、3.95-27.85;p<0.01)で有意にPTEによる死亡のリスクが高かった。肺動脈血栓塞栓症(PTE)は肺動脈高血圧症から右心不全をきたし死に至る非常に致死性の高い疾患である。我々は平成16年度の研究において、我が国では定型・非定型抗精神病薬の服用している女性は肺動脈血栓塞栓症の危険因子となることを報告した。抗精神病薬が血栓性病変を惹起するメカニズムについては未だに解明されていない。これまで薬剤性SLEや血小板セロトニン受容体の異常などによる凝固障害の関与を示唆した研究はあるが、体動量の減少による血液のうっ滞の影響を検討した研究はまだ報告がない。そこで今年度は、横断研究として抗精神病薬服用中の単科精神病院入院症例を対象とした血液凝固機能異常とそのリスクファクターの検討に関する研究計画書を作成した。この研究は北里大学医学部・病院倫理委員会に提出され、平成17年7月1日に承認された。既に以下の要領で研究を実施中であり18年度には研究成果を発表する予定である。・精神症状評価尺度PANSSおよびSANSを用いベースライン値としての評価を行う。・血栓性病変があると異常値を示すD-dimerおよびAT-IIIと、血栓性病変との関与が疑われている血中プロラクチン値を測定する。

・加えて性別、年齢、BMI、血栓性病変の危険因子の有無、精神科的背景について全症例を調査する。・さらに、体動モニター装置(アクチネット【○!R】)を利き手対側下肢に装着して患者の体動を計測する。・全症例中D-dimer値の異常のある症例を抽出し、下肢静脈相の血管エコーを施行してPTEの主な原因である深部大腿静脈血栓塞栓症の有無を検索する。・統計学的解析にはSPSS Ver.13を使用し、ロジスティック回帰分析を用いる。肺動脈血栓塞栓症は肺動脈高血圧症から右心不全をきたして死に至る非常に致死性の高い疾患である。欧米では抗精神病薬がこの疾患の危険因子であることが以前から指摘されていたが、本邦ではこれまでほとんど注目されていなかった。ところが我々は、救命救急センターで入院加療された肺動脈血栓塞栓症患者のうち、それまで知られていた肥満、寝たきり、悪性腫瘍などの肺動脈血栓塞栓症の危険因子のない症例のうち高率に(定型抗精神病薬、非定型抗精神病薬に関わらず)抗精神病薬を服用していたことを明らかにしたのみでなく、原因不明の突然死に対して法医解剖された症例のうち死因が肺動脈血栓塞栓症と診断された症例について検討したところ、やはり高率に抗精神病薬を服用していたことを明らかにし、多因子検定を用いて抗精神病薬は肺動脈血栓塞栓症の危険因子であることを示した。これらの業績はいずれもCriculation Journalという日本循環器病学会の英文機関誌に発表した。特に今年度は本邦でもて抗精神病薬は肺動脈血栓塞栓症の危険因子である事をひろく啓蒙しなくてはならないと考え、数多くの欧米の論文を検索しつつ我々の業績を「肺動脈血栓塞栓症と抗精神病薬」とい日本語の論文にまとめた。この論文は2007年の日本集中治療学会誌にて発表される予定である。また、医学書院より「救急外来&病棟における精神障害対応マニュアル」という本を単著で執筆し、その中で抗精神病薬は肺動脈血栓塞栓症の危険因子であることを詳細に記載した。この本は2007年7月に医学書院より出版される予定である。また、抗精神病薬が肺動脈血栓塞栓症をきたすメカニズムとしてで抗精神病薬の鎮静作用よる体動量の減少による血流のうっ滞に注目して、現在単科精神病院にてアクチネットという体動量を測定する装着を用いて、抗精神病薬を服用している慢性東郷失調症患者の体動量を測定している。この仕事は現在症例数を積み重ねている段階で、来年度に結果をまとめて報告する予定である。
ホスホランバンを標的とした低分子化合物による新たな心不全治療薬の研究開発

心不全などの心臓の病的状態では、心筋細胞内のカルシウム貯蔵部位である心筋小胞体へのカルシウム輸送能が著しく低下し、細胞質カルシウム濃度が上昇して細胞機能不全を起こしている。この心筋小胞体へのカルシウム輸送の調節蛋白質であるホスホランバンは、心不全の治療の有力な標的である。本研究では、ホスホランバンに特異的に結合する短い核酸であるアプタマーを含めてホスホランバンに作用する薬物の検討を行った。その成果は、ホスホランバン・アプタマーの最適化など新たな心不全治療薬の開発に繋がるものである。心不全では、細胞内のCa2+貯蔵部位である心筋小胞体へのCa2+輸送能が著しく低下し、細胞質Ca2+濃度が上昇し、機能不全を起こす。心筋小胞体膜蛋白質ホスホランバンは、Ca2+ポンプATPase(SERCA)による心筋小胞体Ca2+輸送を抑制的に調節している。本研究の目的は、ホスホランバンに結合してSERCAへの抑制作用を解除して強心作用を発揮する薬物を見出し、in vitro、in vivoさらに心不全モデルでの作用を確認することである。本研究では、ホスホランバンに結合するアプタマーの心不全治療薬としての開発を進めると共に、ホスホランバン及びアプタマーとの複合体の結晶構造解析から薬物デザインを行い、新たな急性及びうっ血性心不全に有効な心不全治療薬の開発を行う。ホスホランバン・アプタマーの心不全治療薬としての開発では、アプタマーの心筋内への導入が必須となる。そのため心筋特異的な膜透過性アプタマーの開発を行った。アデニンをS化した修飾RNAを用いたSELEXにより心筋細胞へ導入可能な膜透過性アプタマーを得た。種々の培養細胞への透過性を比較した結果、成熟した心筋細胞へ特異的に透過することがわかった。さらに、ホスホランバン・アプタマーと結合したアプタマーは、心筋細胞の収縮力の増強と弛緩の促進をもたらし、ホスホランバン・アプタマーが心筋細胞内へ導入されていることが示された。ホスホランバン及びアプタマーとの複合体の結晶構造解析については、種々の条件での結晶作成のスクリーニングを進めた。その結果、ホスホランバン細胞質ドメイン及び燐酸化ホスホランバン細胞質ドメインの微少結晶様構造を得た。X線回折から蛋白質結晶であることが明らかとなった。さらなる超微細構造解析のため、得られた結晶化条件を最適化して行く予定である。本研究では、ホスホランバンに結合するアプタマーの心不全治療薬としての開発を進めると共に、ホスホランバン、アプタマーの結晶構造解析から薬物デザインを行い、新たな急性及びうっ血性心不全に有効な心不全治療薬の開発を行う。前年度に見出した修飾RNAの膜透過性アプタマーは、血中での安定性に乏しいことが判明した。そこでSELEX法により心筋細胞へ導入可能な膜透過性DNAアプタマーを得た。このアプタマーの種々の培養細胞への透過性を比較した結果、成熟した心筋細胞へ特異的に透過することがわかった。さらに、このアプタマーは、極めて良い血中での安定性を示した。結晶構造解析によるホスホランバン阻害薬の設計では、10 merと極めて短いホスホランバン・アプタマーを取得することに成功した。現在、結晶化条件の最適化を進めている。この様に短いアプタマーを使うことにより、超微細構造を解明できる可能性が極めて高くなった。本研究の目的は、ホスホランバンに結合してSERCAへの抑制作用を解除して強心作用を発揮する薬物を見出し、その作用を確認することである。ホスホランバン・アプタマーの心不全治療薬としての開発では、血中で安定かつ高力価なアプタマーを得ることが重要である。これまでの研究で得られているホスホランバン・アプタマーのうち、Apt-19をもとに最適化を行った。Apt-19は、アデニンをホスホロチオエート修飾した40 merのRNAアプタマーである。この40 merのアプタマーは、11番目のGから30番目のAまでの20 merのApt19-11-30でもApt-19と同等のホスホランバン阻害作用を発揮した。

さらに、短いApt19-11-25、Apt19-17-31、Apt19-16-26、Apt19-17-25、Apt19-18-25、Apt19-17-24を合成し、その作用を調べた結果、Apt19-11-25、Apt19-17-31、Apt19-16-26は、500 nMでApt-19と同等の作用を発揮した。しかしながら、これらの濃度依存性を調べた結果、Apt19-11-25のみはApt19と同程度に50 nM以下の低濃度でその作用を発揮したが、他は100 nM以上の高濃度を要した。さらに、Apt19-11-25の血中での安定性を調べた結果、、少なくとも24時間までは安定で、血中で高い安定性を示した。さらに、このApt19-11-25は、成獣ラットの心筋細胞でもその効果を発揮した。以上の結果から、Apt19-11-25は最適化されたホスホランバン・アプタマーとして心不全治療薬として使用出来る可能性が示された。心不全などの心臓の病的状態では、心筋細胞内のカルシウム貯蔵部位である心筋小胞体へのカルシウム輸送能が著しく低下し、細胞質カルシウム濃度が上昇して細胞機能不全を起こしている。この心筋小胞体へのカルシウム輸送の調節蛋白質であるホスホランバンは、心不全の治療の有力な標的である。本研究では、ホスホランバンに特異的に結合する短い核酸であるアプタマーを含めてホスホランバンに作用する薬物の検討を行った。その成果は、ホスホランバン・アプタマーの最適化など新たな心不全治療薬の開発に繋がるものである。心筋小胞体Ca2+輸送調節蛋白質ホスホランバンに結合してSERCAへの抑制作用を解除して強心作用を発揮する薬物の開発に関して、心筋特異的に薬物を細胞内へ導入する膜透過性アプタマーの開発が順調に進展している。結晶構造解析によるホスホランバン阻害薬の設計についても、極めて短いホスホランバン・アプタマーの取得に成功し、研究の大きな進展が期待できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。薬理学膜透過性アプタマーを利用したホスホランバン・アプタマーに関しては、動物への全身投与により強心作用が現れるかをin vivoで検討する。さらに、心不全モデル動物を用いて、アプタマー投与後の急性効果並びに長期投与による心不全の改善効果を確認する。結晶構造解析からの薬物デザインに関しては、これまでに得られた結晶化条件をさらに最適化し、デザイン、化合物合成へと持って行く。極めて短いホスホランバン・アプタマーの取得に成功しており、研究の大きな進展が期待できる。心筋小胞体Ca2+輸送調節蛋白質ホスホランバンに結合してSERCAへの抑制作用を解除して強心作用を発揮する薬物の開発に関して、心筋特異的に薬物を細胞内へ導入する膜透過性アプタマーの開発に成功した。心臓へのみに導入されるのかに関しては更なる検討が必要であるが、これまでに心筋特異的な薬物導入システムは、一部のウイルス・ベクター以外に報告は無く、大きな成果といえる。ホスホランバン細胞質ドメインの結晶作成についても非リン酸化及び燐酸化状態の結晶作成条件の手掛かりが得られた。これら両者の超微細構造の比較により、ホスホランバンの心筋小胞体Ca2+輸送調節のメカニズムが明らかとなるのみならず薬物デザインも可能となる。実験の進行上、使用量が予定より僅かに少なかったため。膜透過性アプタマーを利用したホスホランバン・アプタマーに関しては、動物への全身投与により強心作用が現れるかをin vivoで検討する。
層状窒化物における異常な超伝導電子状態の走査及び破断トンネル分光による微視解明

層状窒化物超伝導体に関する微視研究を走査型トンネル顕微鏡/分光法(STM/STS)及び破断接合トンネル分光法(BJTS)により行った。基本物理量の超伝導ギャップは、電子対平均距離以下のスケールで不均一に分布する事が明らかとなった。また、平均ギャップ値がBCS理論値より遥かに大きいのみならず、これがTcに依存せず一定である事を発見した。これらの事実から、電子状態の不均一性の抑制により、Tcが30 K以上の高温超伝導が実現する可能性を指摘した。この一連の実験の再現性から、層状窒化物の超伝導電子状態が銅酸化物高温超伝導の特徴と類似しており、BCS機構とは著しく異なっていることが明らかとなった。層状窒化物MNCl(M=Ti,Zr,Hf)は超伝導臨界温度Tcの最高が約26K(Hf)と比較的高く、また様々な実験結果から、その超伝導機構が従来の規範BCS理論によるものとは異なるのではないかとして注目されている。本研究では、これらの物質の電子状態をトンネル分光法(走査型トンネル顕微鏡/分光法(STM/STS)及び破断接合法(BREAK JUNCTION))により微視的に解明する事を目指している。電子状態を原子レベルで直接観測できるSTM/STSによる測定の結果、以下のような興味深い事実が明らかとなった。最高のTcを持つβ形HfNClにおいては、これまでの実験で、銅酸化物高温超伝導体と同じくBCS理論値の3倍以上の強結合超伝導エネルギーギャップ構造を観測している。この異常性に付随して、銅酸化物と同様のいわゆる擬ギャップ構造(Tcを超えた高温で存在するギャップ様構造)が存在するのではないかとの仮定のもとにその観測を目指していた。本研究課題を遂行する中で、当初の目論み通りに、このような擬ギャップ構造の存在を示すデータを得る事が出来た。詳細については現在解析中であるが、擬ギャップ構造の特性エネルギーは温度50Kにおいて約60meVであり、超伝導ギャップエネルギーの数倍の大きさを持つ。さらに高温ではギャップ構造はぼやけてしまうが、超伝導転移直上の温度領域では昇温とともに擬ギャップエネルギーが回復傾向にあり、銅酸化物の擬ギャップに関する我々の従来の観測結果に合致する。すなわち超伝導及び擬ギャップの形成相互作用は互いに拮抗するものである。また、層状窒化物においても、銅酸化物と同様の電子状態のナノスケール不均一性を観測している。さらに、TcがHfNClより10Kほど低いZrNClではより強い不均一性を示すとともに、超伝導ギャップの平均値はHfNClとほぼ同じであるという結果を得た。層状化合物超伝導体ZrNClとFeSeTeの超伝導局所電子状態を走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)により測定し、清浄界面をもつ低温破断トンネル接合(BJTS)による超伝導エネルギーギャップの観測結果と比較検討した。試料について,FeSeTeは単結晶を用いZrNClは微細結晶片(10umx10um)を用いた。Clを約30%欠損させてTc = 13Kの超伝導を発現させたZrNCl_0.7におけるSTM測定では、温度4.9Kにおいて格子間隔0.36nmの正三角形原子配列構造を観測した。これは粉末x回折による格子定数に等しい。STS測定による局所トンネルスペクトルはブロードなギャップ構造を持ち、ギャップの大きさも温度4.9Kで8meV30meVと幅広く分布している。最も頻繁に観測されたギャップエネルギー20meVは、大変興味深いことに、我々が以前予備的に測定したTc = 24 KのHfNClの示すギャップと粗同じである事が分かった。しかし温度変化の測定からはZrNClのもつTc=13Kで消失する事が分かった。ギャップ構造は準粒子の寿命効果を取り入れたBCS関数で表わされるが、寿命パラメータにはギャップの大きさとの相関は見られない。最頻出の超伝導ギャップとTcとの比は約10となり、これはBCS理論値の3倍に達し、非常に強結合的である。これは、BJTSによる我々の以前の測定でも等しい結果を得ており本研究により再現性を確立した。すなわち、ZrNClの異常な超伝導遺伝子状態の存在を原子スケールで直接明らかにした。FeSeTeのSTM測定では結晶表面で観測されたSe原子とTe原子の存在比がバルク分析結果と一致する事を見出した。このことによりナノスケールでの表面事象がバルクの性質を反映している事を初めて直接示した。STSとBJTSでの超伝導電子状態の検出限界の比較検討を行なった。層状窒化物の低温走査(LT-UHV-STM/STS)及び破断トンネル分光(BJTS)による微視研究を行った。

α-KxTiNClにおいては、STSにより超伝導ギャップの顕著なナノスケール不均一性を見出し、BJTSではこれを支持するV字形超伝導ギャップ構造を初めて捉えた。この不均一性は体積分率100%でも観測され、本質的である事を示した。異形物質β-HfNClにおいては、均質な電子状態分布を示す結果が得られている。α型の矩形格子とβ型三角格子でのこの顕著な違いについては、β型では2次元的な電子状態を示しα型では3次元的である、というインターカレーションのバルク実験で得られている結果と関連している可能性がある。超伝導ギャップの大きさに関しては、臨界温度で規格化したギャップがBCS規範理論値の数倍(β型)から十数倍(α型)程度である事を示した。これは銅酸化物高温超伝導の特性に近く、超伝導ギャップという最も基本的な物理量に関する異常性を定量的に明らかにした。さらに、臨界温度が25Kのβ-HfNClと14Kのβ-ZrNClにおいて、臨界温度に関わらず超伝導ギャップの平均値はほぼ等しい事を明らかにした。また、超伝導ギャップの数倍の大きさを持つ擬ギャップの存在を見出した。温度変化の測定より、これらのギャップ形成は互いに拮抗することを示した。これは酸化銅高温超伝導の場合と同じである。層状窒化物と同様な層状構造を持つ鉄系超伝導体Fe(Se,Te)において、STMによりSe,Te原子の表面分布組成がバルク組成と一致する事を示した。また、BJTSにより、超伝導ギャップ及びこれに付随する擬ギャップ状態を見出し、特異な電子状態の証拠を捉えた。このように、本研究では層状超伝導における異常な電子状態を明らかにし高温超伝導との類似性を具体的に指摘しつつ、更なる解明を目指して現在も実験を遂行している。超伝導ナノスケール電子物理学当初は物質の範疇を拡げて測定し、超伝導状態の普遍的な性質を調べる事をまず計画していたが、新しく合成した試料のバルク特性がこれ迄と若干異なるので、それを乗り越えてナノ電子状態の再現性を確かめる実験を行なう事が必要となり、これに時間を割いている。しかし、現存試料に絞って集中的に実験を行なった事により、層状窒化物の擬ギャップ状態の観測を行なう事が出来た。この結果で遅れている部分を補うという形になると考えた。概要で述べた通り、層状化合物ZrNCl超伝導の異常な局所電子状態(強結合超伝導性)の存在を、2つの異なる直接測定手段(走査トンネル分光と低温破断トンネル分光)により再現性良く観測し、これが本質的なものであることを示した。これは起源の解明にとって有用な情報となる。層状窒化物のうち、β形構造と結晶対称性の異なるα形TiNClにおいて、超伝導転移温度は14Kであり比較的低いが、これまでの測定から、極めて強い電子状態の不均一性および異常に大きなエネルギースケールの超伝導ギャップをもつという観測結果を得ている。このことを、STM/STSを用いて詳細に調べ、局所電子状態の異常性を明らかにする。それと同時に、STSを遥かに凌ぐ分解能を持つbreak junction法(BJTS)により超伝導ギャップの精密測定を行なう。これらの結果をβ形のものと比較検討し、α形の持つ電子状態の異常性を明らかにして、より高い超伝導転移温度を持つ可能性を追求する。
多様化したソニックヘッジホッグカスケードによる神経管の発生制御

Gli2 ; ptc1二重欠損胚の解析によるGli2の神経管発生における機能の必要性の検討本研究の目的はShhシグナルカスケードの神経管発生における多様化を、下流にある転写調節因子Gli1,Gli2,Gli3に着目して明らかにすることである。すなわちGli1,Gli2,Gli3のいずれが前後軸上のどのレベルで必要なのかを明らかにする。Ptc1は膜蛋白質で、Gliを活性化するSmoの機能を抑制することがわかっている。Ptc1変異体ではSmoの抑制が起こらないため下流の遺伝子Gliの活性化が過剰に起こってしまい、神経管ではShhが到達しないような背側の細胞までfloor plate様の細胞に分化した過剰な腹側化が観察される。Ptc1変異体でおこる神経管の過剰な腹側化がGli2によるものかどうかを判定するため、Gli2 ; ptc1二重変異体を作製しその神経管を解析した。その結果Gli2を経由のシグナルをブロックすることによって、前後軸すべてにわたって観察されていた過剰な腹側化は心臓のレベルより後方にわたり抑制されGli2変異体と同じfloor plateのない神経管の形態を呈していた。しかし心臓レベルから頭部にかけてptc1 mutantと同様、過剰な腹側化を呈していた。このことから、ptc1が失われたことによって起こるSmoの活性化は神経管後方ではGli2を経由して腹側の細胞分化を起こすことがわかった。更にptc1 mutantでの腹側化の内容としてどのような細胞が実際に過剰に生じているのかを調べた。その結果、floor plate cellは神経管全体に分布していることを観察した。また運動神経と介在神経(V3)もfloor plate cellと混ざるように神経管背側に分布していた。Gli2 ; ptc1二重変異体では神経管後方は過剰な腹側化がGli2経由のシグナルをブロックすることによってレスキューできたが、過剰な運動神経はレスキューされず分布していた。V3介在神経はfloor plateと同様、消失していたのでV3介在神経の分化にはGli2は必須と考えられる。今後はGli3を経由するシグナルの経路を遮断することで頭部で起こっている過剰な腹側化を抑えることができるかどうか検討する。
北部アドリア海ソサ川河口域の高濃度残留水銀の動態に及ぼす密度成層の影響について

北部アドリア海ソサ川河口域で2009年から2010年に渡って実施した水質観測および採水調査の結果,以下のようなことが明らかとなった.(1)ソサ川からの淡水流入の影響を強く受けて,水深1mから水深2mの表層部近傍で塩淡成層が形成されている.(2)水俣湾での観測結果と同様に,密度躍層部でメチル水銀濃度の最大値が出現している.(3)メチル水銀と各種水質指標との2変量相関分析結果に基づけば,水温とDOおよびpHに高い相関が確認された.北部アドリア海ソサ川河口域で2009年から2010年に渡って実施した水質観測および採水調査の結果,以下のようなことが明らかとなった.(1)ソサ川からの淡水流入の影響を強く受けて,水深1mから水深2mの表層部近傍で塩淡成層が形成されている.(2)水俣湾での観測結果と同様に,密度躍層部でメチル水銀濃度の最大値が出現している.(3)メチル水銀と各種水質指標との2変量相関分析結果に基づけば,水温とDOおよびpHに高い相関が確認された.本研究では、水俣湾(潮汐流が卓越、総水銀で0.5ppm以下の微量水銀)とは卓越する流動特性および水銀汚染状況の著しく相違するアドリア海北部のトリエステ湾に注ぐ国際河川ソサ川河口域(密度流&吹送流が卓越、総水銀で14ppm以上の高濃度汚染海域)に着目し、ソサ川河口域とその外海となるトリエステ湾を含んだ広海域において密度成層を正確に把握し、それらに伴って発生する底泥中残留水銀の溶出や巻上げの発生機構およびその基本特性を詳細に解明するために、平成21年9月7日9月11日にかけて現地観測および採水・採泥調査を行った。すなわち、ソサ川の流軸に沿った約4km区間(河口から沖側の沿岸域4km)を1.0km間隔に分割して5の観測点を設定するとともに、各観測点で水温、塩分、濁度、pH、クロロフィルaおよび溶存酸素濃度の鉛直分布を多項目水質計によって計測した。得られた観測結果より、水温成層の影響範囲および貧酸素水塊の出現状況について明らかにすることが出来た。さらに、底泥中残留水銀および底泥直上の海水中に含まれる水銀の測定をも実施した。すなわち、河口から流軸に沿った沖側約4km区間上の5の観測点中から、ソサ川河口部1点および河口から沖側2kmおよび4kmの沿岸城に位置する3点を採泥・採水地点として設定した。これら三つの採泥・採水地点では、採泥器および新型採水器を用いて、それぞれ底泥コア(海底面から深さ約0.2m程度)および底泥直上の海水、躍層・表層の海水(各1リッター)が採取された。分析結果に基づけば、河口で海水中および底泥中ともに水銀濃度が高いことが明らかとなった。一方、河口から沖側の2kmおよび4kmの地点では水銀濃度が予想した値よりも小さいことが確認できた。これは、観測期間が9月上旬であり、水温成層が弱化傾向にあったものと判断される。なお、形態別水銀濃度の組成については、現在、検討中である。融雪洪水期の平成22年5月6日5月11日,夏季成層期の平成22年8月26日9月1日および秋季循環期の平成22年10月13日18日に北アドリア海ソサ川河口域に出向き,4つの観測点(T1,T3,T4およびT5)を設定するとともに,多項目水質計を駆使して水温,塩分,クロロフィルa(以降,Ch1-aと略記する),pHおよび濁度の鉛直分布を測定し,塩淡成層の強度やその水平面的な拡がり等の現地調査を実施した.さらに,同観測点においてダイバーおよび採水時の水深が正確にモニタリング可能な新型採水器を採用して,それぞれ底泥コア(コア長約0.3m)および底泥直上の海水,躍層・表層の海水(各2リッター)を採取した.これらの試料に含まれる総水銀、メチル水銀およびSS中のメチル水銀濃度等については,ヨゼェフ・ステファン研究所で事前処理を行った後,帰国後,鹿児島大学および国立水俣病総合研究センターで分析された.その結果,以下のようなことが明らかとなった.(1)最もソサ川河口から離れた海側の観測点(T1)における塩分および水温の鉛直分布については,すべての観測日において塩淡成層が出現していた.とくに,融雪洪水期の2010年5月9日には,水表面から水深1mの表層で約5°Cの水温差および25psuの塩分差が認められた.これは,融雪に伴うソサ川からの冷たい淡水の流入によって生じた水理現象と判断される.(2)さらに,海水に含まれるメチル水銀濃度および総水銀に対するメチル水銀比の値が,密度躍層近傍でピークに達していることが、水俣湾の現地観測結果と同様に認められた.(3)また,底泥コアの分析結果に基づけば,海側の観測点からソサ川河口に近づくにつれて,底泥に含まれるメチル水銀濃度が上昇する傾向が確認された北部

アドリア海ソサ川河口域に4つの観測点(T1,T3,T4およびT5)を設定して,多項目水質計を駆使して水温,塩分,クロロフィルa(以降,Ch1-aと略記する),pHおよび濁度の鉛直分布を測定すると供に,塩淡成層の強度やその水平面的な拡がり等の現地調査を実施した.さらに,同観測点においてダイバーおよび採水時の水深が正確にモニタリング可能な新型採水器を採用して,それぞれ底泥コア(コア長約0.3m)および底泥直上の海水,躍層・表層の海水(各2リッター)を採取した.これらの試料に含まれる総水銀、メチル水銀およびSS中のメチル水銀濃度等については,ヨゼェフ・ステファン研究所で事前処理を行った後,帰国後,鹿児島大学および国立水俣病総合研究センターで分析された.その結果,以下のようなことが明らかとなった,(1)最もソサ川河口から離れた海側の観測点T1での塩分および水温の鉛直分布は,すべての観測日で塩淡成層が出現していた.特に,融雪洪水期の2010年5月9日には,水表面から水深1mの表層で約5°Cの水温差および25psuの塩分差が認められた.(2)海水に含まれるメチル水銀濃度が,密度躍層近傍でピークに達していることが認められた.(3)底泥コアの分析結果に基づけば,海側の観測点からソサ川河口に近づくにつれて,底泥に含まれるメチル水銀濃度が上昇する傾向が確認された.(4)水銀濃度に影響を及ぼす各種水質指標を明らかにするため,2変量相関分析および重回帰分析を行った.メチル水銀と各種水質指標との2変量相関分析の結果に基づけば,水温とDOおよびpHに高い相関が確認された.また,総水銀と各種水質指標との2変量相関分析の結果,水温およびpHに高い相関が得られた.さらに,従属変数をメチル水銀とし,強制投入法を用いて重回帰分析を行った結果,濁度に高い相関関係が確認された.
慢性閉塞性肺疾患の早期検査法の開発

本研究では、慢性閉塞性肺疾患(COPD)の早期発見法の確立を目指して、申請者らが独自に開発したペプチド配列特異的な蛍光誘導体化反応を応用し、COPDのバイオマーカーであるプロリン-グリシン-プロリンという配列のトリペプチドを定量できる技術の開発を行った。その結果、喀痰を直接蛍光反応に付し、得られた反応液の上清を高速液体クロマトグラフィーによって分離・検出するのみで、COPD患者の喀痰に含まれる微量の標的マーカーを簡便に定量することに成功した。本研究では、慢性閉塞性肺疾患(COPD)の早期検査法の確立を最終目標に据え、申請者らが発見した3,4-ジヒドロキシ安息香酸(3,4-DHBA)を用いるペプチド配列特異的な蛍光反応を応用し、COPDのバイオマーカーとして見出されたトリペプチドであるプロリン-グリシン-プロリン(PGP)を標的とした、血中に含まれるPGPを簡便かつ迅速に定量できる技術の創製を目的としている。平成27年度は、研究計画書に従い、まず3,4-DHBA反応に必要な酸化剤・緩衝剤・反応促進剤の種類と濃度を網羅的に探索し、PGPを蛍光検出できる反応条件の最適化を行った。その結果、本反応にはホウ酸緩衝液が必須であるだけでなく、反応液のpHが7.98.3の範囲、かつホウ酸の濃度が2535 mMの領域でのみ蛍光体を与える、という極めて限られた条件下で進行することが明らかになった。また、3,4-DHBAの終濃度は12 mM、酸化剤の種類は過ヨウ素酸塩、その終濃度は25125 μMが、それぞれ最適条件であると判明した。次に、本反応によるPGPの定量を指向して、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いたPGP蛍光体の分離・検出を試みた。興味深いことに、溶離液にホウ酸緩衝液を使用しない場合、まったく蛍光ピークが出現しなかった。この結果より、PGP蛍光体における発色団は非常に不安定であり、ホウ酸非存在下では構造を維持できないことが分かった。一方、一定濃度のホウ酸が存在すれば、有機溶媒が混和しても蛍光体の構造は保持された。以上の結果を踏まえ、PGPを定性・定量分析するためのHPLC条件を確立した。おおむね研究計画書に記載した通りの研究を実施し、予定通りの成果を得られたことから、進捗状況は順調であると判断した。本研究では、慢性閉塞性肺疾患(COPD)の早期検査法の確立を最終目標に据え、申請者らが発見した3,4-ジヒドロキシ安息香酸(3,4-DHBA)を用いるペプチド配列特異的な蛍光反応を応用し、COPDのバイオマーカーとして見出されたトリペプチドであるプロリン-グリシン-プロリン(PGP)を標的とした、生体試料中のPGPを簡便かつ迅速に定量できる技術の創製を目的としている。平成28年度は、実際に生体試料としてヒト血清を使用して、血清中PGPの定量の可能性を検討した。まず、血清がPGP蛍光反応に及ぼす影響を調べたところ、わずか10μLの血清をPGP蛍光反応液に添加するだけで蛍光反応が阻害されることが分かった。そこで、反応阻害物質の除去を目的として、有機溶媒による血清の前処理を試みた。それと同時に、前処理に使用する有機溶媒が蛍光反応に及ぼす影響を評価した。その結果、アルコール系溶媒を使用すると血清タンパク質を効率よく除去できること、更にPGP蛍光反応によって得られる蛍光強度が増強することを見出した。最終的に、エタノールを前処理溶媒として採用し、100μLの血清をPGP蛍光反応に供する反応条件を確立した。この最適化された条件を用いて、PGPの添加回収実験を行った。すなわち、濃度既知のPGP標準液を添加した血清100μLを使用して、エタノール処理を経て蛍光反応に付した。これにより得られた蛍光強度を検量線で定量し、産出したPGP量を実際に添加したPGP量と比較した。その結果、回収率は89100%であった。以上、今年度の研究では、ヒト血清を用いてPGP量を正確に定量する手法を開発した。研究計画書に記載した通り、ヒト血清を用いてPGPの定量に成功したことから、おおむね順調に進展していると判断した。本研究では、慢性閉塞性肺疾患(COPD)の早期検査法の確立を最終目標として、申請者らが開発した3,4-ジヒドロキシ安息香酸(3,4-DHPAA)を用いるペプチド配列特異的な蛍光反応を応用し、COPDのバイオマーカーとして見出されたトリペプチドであるプロリン-グリシン-プロリン(PGP)を標的とした、生体試料中のPGPを簡便かつ迅速に定量できる技術の創製を目的としている。平成29年度は、前年度までに確立した生体試料中のPGP定量法を踏襲し、実際に重度のCOPD患者から得られた喀痰サンプルを使用して、喀痰中PGP量の定量を試みた。操作としては、均一なホモジネートにした喀痰50uLにPBS50iLを添加して良く混合し、遠心分離した後の上清を3,4-DHPAA反応に付した。まず、予備的実験として、喀痰のみから得られた蛍光強度と、喀痰にPGP標品をスパイクして得られた蛍光強度を比較した。その結果、喀痰に大量の蛍光物質が含まれており、PGP由来の蛍光値を正確にえることが困難であった。

そこで、蛍光反応液を蛍光検出器を備えた逆相HPLCに供し、PGP蛍光体由来のピークを分離・検出することで、PGPの定量を試みた。その結果、固定相としてODSを、移動相としてアセトニトリルを用いるリニアグラジエントを、それぞれ組み合わせた一般的な手法によって、喀痰中のPGP由来の蛍光ピークを同定可能であることを見出した。得られたクロマトグラムから算出した喀痰サンプル中PGP量は0.207umol/Lであった。以前論文で紹介された、LC-MS/MS法にて測定したCOPD患者の喀痰中PGP濃度が0.2153umol/Lであったことから、本手法によって得られたPGP値は、重篤なCOPD患者の喀痰に含まれるPGP量として適当な値であると予想される。本研究では、慢性閉塞性肺疾患(COPD)の早期発見法の確立を目指して、申請者らが独自に開発したペプチド配列特異的な蛍光誘導体化反応を応用し、COPDのバイオマーカーであるプロリン-グリシン-プロリンという配列のトリペプチドを定量できる技術の開発を行った。その結果、喀痰を直接蛍光反応に付し、得られた反応液の上清を高速液体クロマトグラフィーによって分離・検出するのみで、COPD患者の喀痰に含まれる微量の標的マーカーを簡便に定量することに成功した。今後は、研究計画通り、3,4-DHBAによって蛍光物質に変換される血液中の成分を同定すると共に、簡便かつ迅速な血中PGPの定量法へ展開する。当初の研究計画では血液を用いてCOPD診断法へ展開する予定であった。しかし、COPD患者の血液検体の入手が困難であること、血液中PGP濃度を測定する既報が再現困難であること、肺の状態を最も反映する喀痰が購入可能であること等を踏まえ、今後はCOPD患者の喀痰サンプルを入手し、喀痰中PGPの定量を通じてCOPDのスクリーニング検査法へ展開する予定である。同時に、高速液体クロマトグラフィーを使用した生体試料中の蛍光物質の構造決定も引き続き行う予定である。分析化学購入した分光蛍光光度計を制御するコンピュータが思いのほか高額であったこと、当該研究室に既に設置されてある旧型の分光計の専用コンピュータで本分光計を同時制御可能であったこと、が判明したため、ひとまずコンピュータの新規購入を見送った。平成28年度の研究により、検査対象となる生体試料をヒト血液からヒト喀痰に変更した方が研究目的を遂行できる可能性が高いと判断したため、ヒト血清を購入するための支出を抑え、その分高額なヒト喀痰を平成29年度に購入する計画を立てたため、次年度に費用を回した。次年度分の研究費と合わせ、本分光計が要求するスペックを満たすコンピュータの購入に充てる予定である。上記の通り、研究に用いるヒト喀痰は海外で販売されているため、その購入費に充てる。
ジャングルジム構造吸収性骨伝導材を用いた骨組織再生法に関する研究

既製の網目状のポリ乳酸シートを重ね合わせ,溶媒を用いて溶解接着させ,気孔を有するシートを作製した.またアパタイト粉末を溶媒に混合することによりポリ乳酸シートにアパタイト粉末を固定できることがわかった.この2種類のGBR膜を用いて動物実験を行った.実験動物として15週令ウィスター系雄性ラットを用いた.ラットの脛骨にフィッシャーバーを用いて貫通するように骨欠損を作製した.同部を作製した2種類のGBR膜で被覆した.経時的に灌流固定を行い,脛骨を周囲組織と一塊に摘出し,ギ酸にて脱灰しパラフィン包埋後厚さ4μmの切片を作製しH-E染色を行い光学顕微鏡で観察した.コントロールはGBRを行わないものとした.コントロール群では骨欠損部は骨による閉鎖が起こらず,軟組織が陥入していた.ポリ乳酸シートの場合,軟組織の陥入はみられず,良好に骨が再生されていた.膜の強度も十分であった.また周囲に軽度の炎症住細胞浸潤がみられた.しかしながら観察期間中にポリ乳酸は吸収されず残存していた.アパタイトを固定したポリ乳酸シートの場合,同様に良好に骨が再生されていたが,アパタイトを固定しないものと比較して有意な差はみられなかった.以上の結果よりポリ乳酸シートを重ね合わせて作製した気孔を有する吸収性膜はGBRに基づく骨組織再生法に有用な材料であることが確認された.既製の網目状のポリ乳酸シートを重ね合わせ,溶媒を用いて溶解接着させ,気孔を有するシートを作製した.またアパタイト粉末を溶媒に混合することによりポリ乳酸シートにアパタイト粉末を固定できることがわかった.この2種類のGBR膜を用いて動物実験を行った.実験動物として15週令ウィスター系雄性ラットを用いた.ラットの脛骨にフィッシャーバーを用いて貫通するように骨欠損を作製した.同部を作製した2種類のGBR膜で被覆した.経時的に灌流固定を行い,脛骨を周囲組織と一塊に摘出し,ギ酸にて脱灰しパラフィン包埋後厚さ4μmの切片を作製しH-E染色を行い光学顕微鏡で観察した.コントロールはGBRを行わないものとした.コントロール群では骨欠損部は骨による閉鎖が起こらず,軟組織が陥入していた.ポリ乳酸シートの場合,軟組織の陥入はみられず,良好に骨が再生されていた.膜の強度も十分であった.また周囲に軽度の炎症住細胞浸潤がみられた.しかしながら観察期間中にポリ乳酸は吸収されず残存していた.アパタイトを固定したポリ乳酸シートの場合,同様に良好に骨が再生されていたが,アパタイトを固定しないものと比較して有意な差はみられなかった.以上の結果よりポリ乳酸シートを重ね合わせて作製した気孔を有する吸収性膜はGBRに基づく骨組織再生法に有用な材料であることが確認された.本研究の目的はジャングルジム構造の吸収性骨伝導多孔体を開発し,実験動物を用いて当該材料のGBRに基づく骨再生法における有用性を実証することである.具体的には吸収性縫合糸などに臨床応用されているポリ乳酸をジオキサンに溶解,アパタイトを懸濁する.懸濁液を凍結乾燥し,スポンジ状構造体を調整し,加熱処理によりジャングルジム構造の吸収性骨伝導多孔体を開発する.まずアパタイトを混入せず,ポリ乳酸とジオキサンによる多孔体の作製を試みた.ポリ乳酸をジオキサンに溶解後,液体窒素にて凍結し凍結乾燥を行った.この方法では強度に劣る多孔体が作製された.そこでジオキサンに対するポリ乳酸の量を多くしたものおよびポリ乳酸の分子量の大きなものを用いて行った.しかしながら,いずれも同様に強度の劣るものであった.次に,溶媒をジオキサンからクロロホルムに変更し同様の研究を行った.しかしながら,多孔体は綿菓子状となり実験動物に埋入するに十分な強度を有していなかった.今回用いたポリ乳酸の分子量は5000,10000であったが,この分子量が作製した多孔体の強度に影響を及ぼしていることが考えられ,さらに大きな分子量のポリ乳酸を用いれば強度を高められる可能性が考えられた.以上の結果を踏まえて次年度は大きな分子量のポリ乳酸を用いて多孔体の作製を行い,実験動物を用いてその有用性を検討する.また既製のポリ乳酸網目状シートを重ね合わせ,溶媒を用いて溶解接着させることにより多孔体を作製する方法も検討中である.本研究の目的はポリ乳酸を用いてジャングルジム構造の吸収性骨伝導多孔体を開発し,実験動物を用いて当該材料のGBRに基づく骨再生法における有用性を実証することである.ポリ乳酸(分子量5000)を溶媒であるジオキサンで溶解した(質量比1:1).これを液体窒素にて凍結したのち凍結乾燥を行った。しかしながら,綿菓子状のものができるが,表面には気孔を有しておらず本来の目的にかなった構造体を作製することができなかった.またその構造体は脆く,強度的にも不足していた.分子量10000のポリ乳酸を用いても同様の結果しか得られなかった.そこで,既製の網目状のポリ乳酸シートを重ね合わせ,溶媒(ジオキサン)を用いて溶解接着させることにより多孔体を作製する方法を検討した.この方法により数枚のシートを重ね合わせジオキサンに浸漬することにより溶解接着させ得ることがわかった.

これをSEMにて観察すると溶解接着後も気孔が保たれていることが確認された.さらに,アパタイト粉末をジオキサンに混合したものを溶媒として溶解接着することにより,ポリ乳酸表面にアパタイト粉末を固定できることがわかった.これによっても構造体の気孔は保たれていた.今後ポリ乳酸シートとジオキサンの反応させる至適時間,ジオキサンに混合するアパタイト粉末の量などについて検討し,安定した多孔体の作製条件を見つけだす必要がある.既製の網目状のポリ乳酸シートを重ね合わせ,溶媒を用いて溶解接着させ,気孔を有するシートを作製した.またアパタイト粉末を溶媒に混合することによりポリ乳酸シートにアパタイト粉末を固定できることがわかった.この2種類のGBR膜を用いて動物実験を行った.実験動物として15週令ウィスター系雄性ラットを用いた.ラットの脛骨にフィッシャーバーを用いて貫通するように骨欠損を作製した.同部を作製した2種類のGBR膜で被覆した.経時的に灌流固定を行い,脛骨を周囲組織と一塊に摘出し,ギ酸にて脱灰しパラフィン包埋後厚さ4μmの切片を作製しH-E染色を行い光学顕微鏡で観察した.コントロールはGBRを行わないものとした.コントロール群では骨欠損部は骨による閉鎖が起こらず,軟組織が陥入していた.ポリ乳酸シートの場合,軟組織の陥入はみられず,良好に骨が再生されていた.膜の強度も十分であり,また周囲に炎症性細胞浸潤は見られなかった.しかしながら観察期間中にポリ乳酸は吸収されず残存していた.アパタイトを固定したポリ乳酸シートの場合,同様に良好に骨が再生されていたが,アパタイトを固定しないものと比較して有意な差はみられなかった.以上の結果よりポリ乳酸シートを重ね合わせて作製した気孔を有する吸収性膜はGBRに基づく骨組織再生法に有用な材料であることが確認された.
遺伝子ノックアウト・プラナリアを用いた認知・行動と神経回路との連関解析

本研究ではプラナリアを用いて神経系で発現する遺伝子をRNAi法によって遺伝子ノックアウトし,認知・行動と神経回路網形成に関与する遺伝子を明らかにすることを目的に研究を行った。本年度においては,以下の5つの神経系で発現する遺伝子をノックアウトして機能解析を行った。1.DjotxA脳そのものの形態形成は外見上正常に起きるものの,視細胞の形成ができなくなった。ただし,眼の色素細胞は正常に形成され,DjotxAは眼の視細胞の形成に不可欠な遺伝子であることが明らかとなった。また,このプラナリアは光に対する反応性を失った。2.DjotxB脳および眼については外見上正常に起きたが,視神経の走行に一部異常が検出された。行動に特に顕著な異常は見られなかった。3.Djotp脳および眼については外見上正常に起きたが,視神経の樹状突起の形態に一部異常が検出された。4.Djsyt正常に脳は形成され,外界の刺激に対しても正常に反応した。ただし,光を当てると頭部が溶けるという意外な反応が再現性高く検出された。5.DjPC2正常に脳は形成されるものの,光やエサに対する反応が一切行われなくなった。しかし,接触刺激については正常に反応し,体の収縮も正常に起こることから,ニューロペプチド系は主に感覚神経系でしようされており,運動神経系ではペプチドニューロンが作動してないと考えられた。