hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
屈折率分布の構造制御による光拡散特性の制御とプロジェクションディスプレイへの応用

1.研究の目的前年度までの研究として波長オーダーで周期的に形成されたナノ構造の屈折率分布による光の回折、干渉を用いた拡散メカニズムの解析をおこない、その結果従来一般に用いられている単純な屈折や反射では実現不可能である拡散角度範囲の非入射角度依存性を有し、かつ回折や干渉では実現不可能な高い効率および非波長依存性を有する特異なナノ構造の屈折率分布を明らかにすることに成功した(特願2004-267170および2004-359623、現在これを国内みなし取り下げして国際特許出願準備中)。そこで本年度は上記拡散メカニズムを実際のディスプレイに応用することを目指し、光の拡散角度と方向を制御する新しい拡散光制御理論(Diffused Light Control理論:DLC理論)の確立を目的とした。2.本年度の研究実績本年度の研究では上記の屈折率分布を有する拡散素子(Dフィルム)について、前年度までに明らかにした基本特性を基にし、Dフィルムが有するトップハット(特定の角度範囲内で輝度が一定)な拡散特性および拡散特性の非入射角度依存性という特異な性質を利用し、Dフィルムを積層して配置することにより従来の拡散素子(内部微粒子による拡散フィルム、表面微細形状による拡散フィルム)の単純な積層では実現不可能な拡散特性を実現する設計手法を確立した。さらに前年度に測定手法を明らかにしたDフィルムの拡散特性、面内均一性、ぼけ特性等の諸光学特性の中で、ディスプレイにおいて特に重要な要素である明るさと視野角を決定する拡散特性に注目して最適化をおこない、前述の拡散制御手法により実際に最適な拡散特性を実現した。また上記拡散素子を用いたプロジェクションディスプレイの試作をおこない、明るさ、視野角、後方散乱等諸特性において直視型ディスプレイに匹敵する特性を有することを確認した。1.研究の目的光の拡散角度と方向を制御する新しい拡散光制御理論(Diffused Light Control理論:DLC理論)の確立を目的として、波長オーダーで周期的に形成されたナノ構造の屈折率分布による光の回折、干渉を用いた拡散メカニズムの解析をおこなった。その結果従来一般に用いられている単純な屈折や反射では実現不可能である拡散角度範囲の非入射角度依存性を有し、かつ回折や干渉では実現不可能な高い効率および非波長依存性を有する特異なナノ構造の屈折率分布を明らかにすることに成功した(特願2004-267170および2004-359623、現在これを国内みなし取り下げして国際特許出願準備中)。2.本年度の研究実績本年度の研究では実際に上記のナノ構造屈折率分布に類似した屈折率分布を有する拡散フィルムの拡散特性を測定することで、理論と実験の一致を確認した。また後方散乱特性、ぼけ特性、偏光特性等の諸光学特性に関しても、上記ナノ構造屈折率分布においてどのような特性を示すかを明らかにした。上記ナノ構造屈折率分布の形成に関しては、類似した屈折率分布を有する拡散フィルムの製造方法をベースにして条件を変えることで屈折率分布発現メカニズムのモデルを形成した。今後はモデルの妥当性を確認すると共に、これを基にして理想的な諸光学特性の実現を目標とする。さらに上記拡散フィルムのディスプレイへの応用に関する研究をおこない、拡散フィルムに要求される諸光学特性を明らかにすると共に、他光学素子と拡散フィルムの関係の最適設計方法を確立した。また拡散フィルムの特性を評価するうえで、拡散特性、面内均一性、ぼけ特性等ディスプレイの諸光学特性について測定方法を明らかにした。さらに、この拡散フィルムを用いたプロジェクションディスプレイの試作をおこない、直視型ディスプレイに匹敵する特性を有することを確認した。
文系・理工系融合型情報学部における教育体系と実践に関する研究

本研究は,静岡大学情報学部において,文科系と工学系の二つの学科にたいして行なった学部共通教育に対する考え方の確立とその実践方法に関して研究を行なった.静岡大学情報学部は,工学系の情報科学科と文科系の情報社会学科からなり,設立当初から文科系と理工学系の融合した教育を行なう方針を掲げて出発した.そのような教育の先例は,慶應義塾大学環境情報学部,名古屋大学情報文化学部など,若干は存在するが,他大学が経験を利用できる形で公表されているものは少ない.本研究では,静岡大学情報学部における文工融合型情報教育に対して,我々が行なった実施内容について評価し,学部内の討論を行ない,問題点を授業内容・方法の改善にフィードバックして,繰り返し試行・再評価を行なった.そして,主に次の諸点について研究調査・実施・評価を進め,理念的考察とその実践方法,結果についてまとめた.1.文系・工学系融合型情報学部における情報学の入門的講義内容の設計.2.情報モラルに関する教育内容および教育方法の設計.3.人文社会科学を学ぶ学生のためのコンピュータリテラシー教育の内容の検討.4.文系学生に対するコンピュータ導入教育とプログラミング教育の内容および実施方法に関する検討.5.文系学生と工学系学生が融合し互いに教え合うような体制を推進する方策の検討,および工学系大学院生によるティーチング・アシスタントの活用方法の研究.6.コンピュータとネットワークを活用する実践的語学教育方法および教材の開発.7.人間とコンピュータとのインターフェース(ヒューマン・インターフェース)に関する教育の設計.8.従来のメディア(紙,鉛筆,黒板)による演習とコンピュータ利用の演習との併用,補完的利用の仕方に関する研究.9.マルチメディアを活用した情報創出・自己表現技術のトレーニングに関する教育方法の設計.本研究は,静岡大学情報学部において,文科系と工学系の二つの学科にたいして行なった学部共通教育に対する考え方の確立とその実践方法に関して研究を行なった.静岡大学情報学部は,工学系の情報科学科と文科系の情報社会学科からなり,設立当初から文科系と理工学系の融合した教育を行なう方針を掲げて出発した.そのような教育の先例は,慶應義塾大学環境情報学部,名古屋大学情報文化学部など,若干は存在するが,他大学が経験を利用できる形で公表されているものは少ない.本研究では,静岡大学情報学部における文工融合型情報教育に対して,我々が行なった実施内容について評価し,学部内の討論を行ない,問題点を授業内容・方法の改善にフィードバックして,繰り返し試行・再評価を行なった.そして,主に次の諸点について研究調査・実施・評価を進め,理念的考察とその実践方法,結果についてまとめた.1.文系・工学系融合型情報学部における情報学の入門的講義内容の設計.2.情報モラルに関する教育内容および教育方法の設計.3.人文社会科学を学ぶ学生のためのコンピュータリテラシー教育の内容の検討.4.文系学生に対するコンピュータ導入教育とプログラミング教育の内容および実施方法に関する検討.5.文系学生と工学系学生が融合し互いに教え合うような体制を推進する方策の検討,および工学系大学院生によるティーチング・アシスタントの活用方法の研究.6.コンピュータとネットワークを活用する実践的語学教育方法および教材の開発.7.人間とコンピュータとのインターフェース(ヒューマン・インターフェース)に関する教育の設計.8.従来のメディア(紙,鉛筆,黒板)による演習とコンピュータ利用の演習との併用,補完的利用の仕方に関する研究.9.マルチメディアを活用した情報創出・自己表現技術のトレーニングに関する教育方法の設計.本年度は、文系・理工系を融合した情報教育を構築していくために学部内の討論を中心に行った。まず、本研究で考察すべき課題を検討し、次のような項目が挙げられた。・どのような学生を育てるのか・そのために、多様な選択科目にたいしてどのような履修ガイドラインを設定すべきか・文理融合型授業の長所・短所・多人数教育と少人数教育の効果的な組み合わせ・各科目間、特に二つの学科の開講科目間の連携のとり方・地域的に分散した学部における学生へのバックアップおよび学生からのフィードバック体制(電子メールの有効活用、アンケートによるフィードバックなど)・演習、実験を重視すべきであるが、その内容と必要設備・学生の主体性を重視するような授業内容の構成法以上の課題にたいし、限られたメンバーによる研究・討論のほか、学部全体で討論会を2回開催した。テーマおよび内容は次の通り。(1)1年生前期における学部共通科目の実施状況と反省。具体的には、「コンピュータ入門」と「コミュニケーションスキルズ」を取り上げて、報告・討論をした。どちらの場合も、学科間の差よりも個人間の差のほうが大きく、来年度以降これに対処する必要があることが述べられた。(2)来年度、2年生にたいして開講予定の学部共通選択科目群に関する検討。「情報インフラ」、「情報モラル」、「国際化」の3群にわたり、文系・理工系の両方の興味を引きつけ、理解可能であるような授業内容を目指して、提案とそれにたいする討論を行った。また、慶應義塾大学環境情報学部、奈良先端科学技術大学院大学、立命館大学等を見学調査した。昨年度はどちらかと言えば、文工融合教育に関する理念的な検討にとどまったのにたいし、本年度は、情報学部1,2年生にたいして実施した授業における種々の試みと、学生アンケート等による反応・評価に関する報告を行い、それをめぐって文工融合に関するより具体的な議論を行った。文科系学生と工学系学生との学力や意欲の方向の違い、教官の考えている教育目標や科目内容とのギャツプがあらわになったケースもあり、個別の授業において今後改善を図るとともに、文工融合の意義や方法・程度についても見直しをする必要がある。具体的な論点は次の通り。・計算機科学の標準カリキュラムの歴史とカリキュラムJ97、それと情報科学化

カリキュラムとの比較・文系学生にたいしてプログラミング教育を行う目的と目標は何か?コンピュータリテラシー教育の現状とその評価、今後の改善策・授業におけるパソコンの利用とコンピュタリテラシー教育の関係・情報科学でも情報工学でもない情報学の樹立と、それを目指した入門科目の内容・文科系におけるコンピュータ教育、中期情報処理教育の現状・情報処理教育に関して企業側から期待されることこれらの議論については、改善策の効果などの追跡調査も含めて、来年度さらに検討を深め、報告書にまとめる予定である。また、来年度は学外の有識者を招いての討論も計画している。本年度は,これまでの教育実施の評価によって得られた問題点を授業内容・方法の改善にフィードバックして,新たに試行・再評価を行ない,次の諸点について研究調査・実施・評価を進めていった.1.文系・工学系融合型情報学部における情報学の入門的講義内容の設計.2.情報モラルに関する教育内容および教育方法の設計.3.人文社会科学を学ぶ学生のためのコンピュータリテラシー教育の内容の検討.すなわち,データベース検索,文献検索,自然言語処理,レポート作成,情報マネージメント,コミュニケーション・ツールとしてのネットワーク利用等に関して,何をどの程度まで深く教えるかの検討.4.文系学生に対するコンピュータ導入教育とプログラミング教育の内容および実施方法に関する検討,ならびに文系の学生にも興味を持たせ、また、脱落を防ぐような教材及び教授法の開発.5.文系学生と工学系学生が融合し互いに教え合うような体制を推進する方策の検討,および工学系大学院生によるティーチング・アシスタントの活用方法の研究.6.コンピュータとネットワークを活用する実践的語学教育方法および教材の開発.7.人間とコンピュータとのインターフェース(ヒューマン・インターフェース)に関する教育の設計.8.従来のメディア(紙,鉛筆,黒板)による演習とコンピュータ利用の演習との併用,補完的利用の仕方に関する研究.9.マルチメディアを活用した情報創出・自己表現技術のトレーニングに関する教育方法の設計.以上の課題にたいし,限られたメンバーによる研究・討論のほか,学部全体で討論会を開催した.テーマ及び内容は次の通り.・平成12年度情報学部カリキュラム改正について.主に「学部共通科目」,「計算機入門科目」,「プログラミング入門科目」について,これまでの経験をもとに,新しいカリキュラムの改正について議論した.
慢性GVHDにおける骨髄造血ニッチ傷害の細胞分子機序

移植片対宿主病(GVHD)を経験した同種造血幹細胞移植患者に遷延する免疫・造血不全は、移植関連死の主要因である感染症や出血をもたらす重大な問題であるが、その発症機序ならびに根本的な予防・治療法は確立していない。本研究では、慢性GVHDに伴う骨髄間葉系細胞障害の細胞・分子機序を解明し、新規予防・治療戦略の礎を築くことを目的とした研究を実施した。昨年度までに、マウス慢性GVHDモデルを用いて、慢性GVHD発症時には、骨髄線維化を伴う広範な血球減少が発症すること、骨髄線維化の進展にはPDGF-A, CTGFなどの成長因子を介した、NF-kb, STATパスウェイが関与すること、イマチニブ投与によりPDGFシグナルを阻害すると、骨髄線維化病変が抑制される一方で汎血球減少は改善しないこと、移植後早期に抗CD4抗体を投与することで、骨髄障害を予防出来ることを見いだした。慢性GVHDの遷延に関わる病的T細胞の維持機構を解析し、ドナー成熟T細胞に由来するCD8陽性graft-Tは、宿主抗原を取り込んだgraft professional APCによる間接提示を認識することで標的臓器に於いて維持されていることを明らかにした。さらに、graft-Tを除去すると標的臓器においてHSC-Tが代償的に増加し、graft-TとHSC-Tの総和としてはほぼ一定に収まること、すなわち病的T細胞を維持するニッチには一定のキャパシティがあることを明らかにした。今年度は病的T細胞の動態・維持機構をクローンレベルで解析するため、次世代DNAシーケンサーを用いた独自のnon-biasなTCRレパトア解析法を開発した。この技術は、高感度、低価格、ハイスループットであり、今後慢性GVHDの病態解明に活用する予定である。マウス慢性GVHDモデルを用いて、慢性GVHD発症時には、骨髄線維化を伴う広範な血球減少が発症することを明らかにしてきた。本年度は、骨髄線維化誘導の分子メカニズムを解明すべく、慢性GVHDモデルの骨髄を急性期から慢性期まで経時的に取得し、マイクロアレイにより網羅的遺伝子発現解析を行った。その結果、移植後14日目までの急性期、移植後40日目の慢性期のそれぞれで特異的に発現変動する遺伝子群が見出された。gene ontology解析により、上記遺伝子群はいずれも、線維化関連遺伝子を有意に数多く含むことが明らかとなった。これらの遺伝子発現の制御機構を予測するソフトウェアを用いて上記遺伝子群の調節因子を推定したところ、PDGF-A, CTGFなどの成長因子を介した、NF-kb, STATパスウェイの関与が示唆された。実際、移植後13日目以降のイマチニブ投与によりPDGFシグナルを阻害すると、GVHDに伴うCol3やSpp1などの線維化マーカー遺伝子の発現が顕著に抑制され、骨髄線維化病変も抑制された。一方で汎血球減少はイマチニブにより改善せず、急性GVHD成立後の骨髄線維化の進展は、骨髄の造血不全に必須では無いことが示唆された。さらに、移植後4日目以降のT細胞除去は慢性GVHDの汎血球減少・骨髄線維化を抑制するが、移植後13日目以降のT細胞除去は同症状を抑制しなかった。以上を総合すると、PDGFシグナルは慢性GVHDの骨髄線維化進展に関与するが、汎血球減少を含めた症状成立の起点は急性GVHDの早期にある可能性が示唆された。経時的な骨髄の包括的遺伝子発現解析により、慢性GVHDに伴う主要な骨髄病変の一つである線維化の発症におけるPDGF経路の関与が示唆され、同経路を阻害することで骨髄線維化が抑制できることが明らかになったため。マウス慢性GVHDモデルを用いて、慢性GVHD発症時には、骨髄線維化を伴う広範な血球減少が発症すること、骨髄線維化の進展にはPDGF-A, CTGFなどの成長因子を介した、NF-kb, STATパスウェイが関与すること、イマチニブ投与によりPDGFシグナルを阻害すると、GVHDに伴うCol3やSpp1などの線維化マーカー遺伝子の発現が顕著に抑制され、骨髄線維化病変が抑制されること、一方で汎血球減少はイマチニブにより改善せず、急性GVHD成立後の骨髄線維化の進展は、骨髄の造血不全に必須では無いことを明らかにしてきた。今年度は、慢性GVHDの遷延に関わる病的T細胞の維持機構について解析した。移植後1ヶ月以上経過した宿主体内に存在するドナーTは、ドナー成熟T細胞に由来するgraft-Tと、造血幹細胞から胸腺分化を経て新規に産生されるHSC-Tに大別される。これら2種類のT細胞の動態を解析したところ、移植後2ヶ月を超えてもHSC-Tではなく増殖能、サイトカイン産生脳などを持った機能的なgraft-Tが慢性GVHDの標的臓器で多数を占めていることが明らかになった。移植後40日目のCD8陽性graft-Tの抗原反応性を解析したところ、宿主抗原を取り込んだgraft professional APCによる間接提示を認識することで、標的臓器に於いて維持されていることが示唆された。さらに、graft-Tを除去すると標的臓器においてHSC-Tが代償的に増加し、graft-TとHSC-Tの総和としてはほぼ一定に収まること、すなわち病的T細胞を維持するニッチには一定のキャパシティがあることが示唆された。慢性GVHDの遷延化に関わるgraft-TとHSC-Tの維持機構や、病的T細胞ニッチの存在を明らかに出来た。

移植片対宿主病(GVHD)を経験した同種造血幹細胞移植患者に遷延する免疫・造血不全は、移植関連死の主要因である感染症や出血をもたらす重大な問題であるが、その発症機序ならびに根本的な予防・治療法は確立していない。本研究では、慢性GVHDに伴う骨髄間葉系細胞障害の細胞・分子機序を解明し、新規予防・治療戦略の礎を築くことを目的とした研究を実施した。昨年度までに、マウス慢性GVHDモデルを用いて、慢性GVHD発症時には、骨髄線維化を伴う広範な血球減少が発症すること、骨髄線維化の進展にはPDGF-A, CTGFなどの成長因子を介した、NF-kb, STATパスウェイが関与すること、イマチニブ投与によりPDGFシグナルを阻害すると、骨髄線維化病変が抑制される一方で汎血球減少は改善しないこと、移植後早期に抗CD4抗体を投与することで、骨髄障害を予防出来ることを見いだした。慢性GVHDの遷延に関わる病的T細胞の維持機構を解析し、ドナー成熟T細胞に由来するCD8陽性graft-Tは、宿主抗原を取り込んだgraft professional APCによる間接提示を認識することで標的臓器に於いて維持されていることを明らかにした。さらに、graft-Tを除去すると標的臓器においてHSC-Tが代償的に増加し、graft-TとHSC-Tの総和としてはほぼ一定に収まること、すなわち病的T細胞を維持するニッチには一定のキャパシティがあることを明らかにした。今年度は病的T細胞の動態・維持機構をクローンレベルで解析するため、次世代DNAシーケンサーを用いた独自のnon-biasなTCRレパトア解析法を開発した。この技術は、高感度、低価格、ハイスループットであり、今後慢性GVHDの病態解明に活用する予定である。GVHD(-)およびGVHD (+)群のマウスから、移植後経時的に大腿骨、下腿骨から骨髄細胞を酵素法により調整し、フローサイトメトリーにより浸潤ドナーT細胞サブセットならびに、造血幹細胞以降の各分化段階にある血球画分を解析し、GVHDによる造血異常の作用点を明らかにする。また、免疫表現系と、各種レポーターマウスを用いて、骨芽細胞、線維芽細胞などの間葉系細胞ならびに内皮細胞の量的変化を定量する。造血系細胞および造血ニッチ細胞数の経時解析において、GVHD(-)およびGVHD (+)群の特徴的な差異、またはGVHD (+)群に特徴的な転機を認めた時点については、骨髄組織またはソーティングにより純化したドナーT細胞および造血ニッチ構成細胞集団に関する次世代DNAシークエンサーを用いたトランスクリプトーム解析を行う。造血ニッチ構成細胞における性質変化の分子機序を解析するため、さらにデータベースに基づくネットワーク解析を行い、病的な性質変化に関わる転写因子や、上流および下流シグナルを明らかにする。GVHD(-)およびGVHD(+)群のマウスから、移植後経時的に大腿骨、下腿骨から骨髄細胞を酵素法により調整し、フローサイトメトリーにより浸潤ドナーT細胞サブセットならびに、造血幹細胞以降の各分化段階にある血球画分を解析し、GVHDによる造血異常の作用点を明らかにする。
水中運動時の静脈還流量から推測した心拍出量の妥当性に関する研究

水中運動時に静脈還流の促進が生じるものと仮説を立て,下大静脈横断面積変化を指標にして検証を行った.下大静脈横断面積を指標とし、Bモード超音波エコー装置を用いて評価した.陸上と水中で比較した.陸上より水中で有意に増加した.一回拍出量増加は大静脈の蓄積量に依存し、かつ閾値が存在することを示唆する。一連の研究成果は,一回拍出量増加が身体に受ける水圧の容積によって決定されることを結論づける。静脈還流量が増加すれば,静脈に血液が蓄積し,静脈の形態変化に影響を及ぼすものと予測される.これまで,水中運動における運動強度と静脈還流量の変化に関する明確な資料は得られていない.そこで,水中ハンドエルゴメーター運動時の静脈還流量の変化が運動強度変化に依存するものと仮説立て,その検証を行った.被験者は,健康成人男性6名とした.水温は30.5°C,室温は25.4°C,湿度は64.7%であった.ハンドエルゴメーター運動(20%,40%,60%VO_2max)を行った.陸上条件と水中条件を設定した.水位は剣状突起とした.心拍数,酸素摂取量および腹部大静脈横断面積を測定した.腹部大静脈横断面積および周囲経はBモード超音波エコー装置で評価した.解析は,Bモード超音波エコー像をビデオテープに記録し,画像解析ソフト(NIHimage)を用いて求めた.統計は,反復測定分散分析法および対応ありのt検定を用いた.有意水準5%未満を有意な差とした.運動時の心拍数は,40%,60%VO_2maxの時,水中条件が有意に低値(p<0.05)を示した.運動後の心拍数は,水中条件がいずれの負荷においても有意に低値(p<0.05)を示した.運動時の酸素摂取量は,20%,40%VO_2maxの時,水中条件が有意に高値(p<0.05)を示した.運動前後における腹部大静脈横断面積は,水中条件が有意に高値(p<0.05)を示し,60%,40%,20%VO_2maxの順にその差が大きかった.これらのことは,運動後の回復期における静脈還流量の変化は運動強度に依存することを示唆している.水中ハンドエルゴメーター運動時の腹部大静脈面積は,運動強度増加に依存して有意に減少した.陸上と水中では,腹部大静脈の形態変化が異なることが示唆された.このことから,水中環境での静脈還流が運動時の血液循環に影響を及ぼすことが新しい知見として示された.水圧は,静脈還流量を促進するものと考えられている.立位姿勢における水圧は水位に依存し,変化する.このことから,水位を変化させた時の腹部大静脈の横断面積変化は,水位に依存するものと推測した.同時に,静脈還流が促進されれば,静脈血が蓄積されるものと予測した.静脈還流量は,水位変化に依存した.運動時にも同様の変化が生じるものと仮説を立て,腹部大静脈横断面積変化を指標にして検証を行った.被験者は,健康成人男性6名(年齢:23±1歳,身長:173±5cm,体重:65±4kg,体脂肪率:19±2%)であった.水温は30°C,室温は25°Cであった.40VO_2maxの負荷で15分間のハンドエルゴメーター運動を行った.Bモード超音波エコー装置を用いて腹部大静脈横断面積を評価した.水位は,大転子と剣状突起とした.心拍数は,陸上立位(運動前)に比較し,水位大転子条件・水位剣状突起条件間において有意な低値を示した.心拍数は,運動後回復期において,陸上立位に比較し,水位剣状突起条件が有意な低値を示した.陸上立位条件と水位大転子条件の間に有意な差が観察されなかった.腹部大静脈横断面積は,水中立位(運動前)において陸上立位より有意に増加した.運動中の腹部大静脈横断面積変化は,陸上立位条件,水位剣状突起条件,水位大転子条件間で有意な差が観察されなかった.しかしながら,水位剣状突起条件では水中立位(前値)よりも減少し,水位大転子条件では増加した.運動後回復期5分まで減少し,その後増加した.回復期の陸上条件と水位剣状突起条件の間に有意な差が観察された.一連の推移は,運動時より回復期の静脈還流量変化が,水位に依存することを示唆する.浸水時の静脈への加圧(水圧)は,静脈還流量を促進する.細胞内液の静脈への移入は、血漿量を増加させる。水圧は水位に依存し変化する.このことから,水位を変化させた時の腹部大静脈の横断面積動態は,水位に依存するものと推測できる.静脈還流が促進されれば,静脈血が腹部大静脈に蓄積されるものと予測した.腹部大静脈横断面積は,水位変化に依存する.立位姿勢だけでなく様々な姿勢変化時にも同様の動態が生じるものと仮説を立て,腹部大静脈横断面積変化を指標にして検証を行った.

被験者は,健康成人男性7名(年齢:21±1歳,身長:174±6cm,体重:67±7kg,体脂肪率:17±4%)であった.水温は30°C,室温は25°Cであった.仰臥位と伏臥位における腹部大静脈横断面積を指標とし、Bモード超音波エコー装置を用いて評価した.陸上と水中で比較した.水中伏臥位時の呼吸は、シュノーケルを用いて確保した.腹部大静脈横断面積は,2.19±0.74cm^2(陸上仰臥位)、3.20±0.65cm^2(水中仰臥位)、3.60±0.43cm^2(陸上伏臥位)、4.10±0.59cm^2(水中伏臥位)であった。陸上より水中で有意に増加した.仰臥位より伏臥位において有意に増加した.すでに立位水位剣状突起時に一回拍出量増加を認めている。これらのことから一回拍出量増加は大静脈の蓄積量に依存し、かつ閾値が存在することを示唆する。一連の研究成果は,一回拍出量増加が身体に受ける水圧の容積によって決定されることを結論づける。
ドライアイの自覚症状と延髄および頸髄におけるシナプス伝達異常の関連性

本研究では、ドライアイモデルマウスにおいて角膜神経とシナプスを形成する延髄または頸髄神経のシナプス応答がいつ頃どのように変化しているか明らかにして、中枢性感覚異常が生じる時期とそのメカニズムを明らかにする。実験には角膜神経を逆行性蛍光色素により標識したドライアイモデルマウスを用いて、スライスホールセルパッチクランプ法により角膜神経が入力する領域の神経の後シナプス電流を計測することにより研究を遂行する。
近代の自然科学思想とイギリス・ロマン主義文学

本年度は、自然科学の思想性の観点から、イギリス・ロマン主義文学を読解する作業を行った。研究の主たる対象はウィリアム・ワーズワスとS.T.コールリッジに絞り、他の思想家や文学者は彼等との関連において取り上げた。まず、ワーズワスが1790年代の政治的急進主義思想に強く影響を受けていたことを前提に、彼の文学における自然科学思想の役割を検証した。その結果、彼の文学作品に現れた進歩的共和主義思想と、「『叙情民謡集』序文」などの革新的な文学論が、十八世紀の連想主義心理学と、それに付随した黙示録思想および政治的革命思想と深く結び付いたものであることが判明した。またここでハートリー、プリーストリー、ゴドウィン、Eダーウィンを経由してロマン主義へと至る、進歩主義と黙示録思想を包摂した生理・心理学思想の系譜が明らかにされた。次にロマン主義の想像力論と自然科学思想との関連を、ニュートンのエーテルの概念に着目して研究した。特にコールリッジは十八世紀には理神論的に解釈されていたエーテルを、本来の新プラトン主義的な解釈に戻し、物理現象における神の直接的介在を主張した。これによって機械論的な宇宙像を否定しワーズワスと共に汎神論的な宇宙観を打ち立てた。また、コールリッジは生物学と化学の立場から、神の創造行為と人間の想像力、そして自然界の生命現象を相照応し合う生命体的創造過程と考え、生命体論に基づく新たな想像力論と宇宙観を創出した。後期ロマン主義の宇宙観も、基本的にこの思想を無神論の立場から解釈し直したものであり、その終端には『フランケンシュタイン』が位置する。このように科学が未だに持ち続けていた形而上学的性格に基づいてロマン主義は発展し、1820年代を過ぎると急速に終焉を向かえる。それは同時に自然科学が新しい物質観の下で、実証主義の立場へと本格的に変貌したことも意味していた。本年度は主に、ロマン主義の前段階を成す十七・十八世紀の英国思想の中において、自然科学思想が持つ意味を探る作業を行った。まず、ニュートン以降の近代自然科学を構成する思想的要素として、新プラトン主義哲学が深く関与していることを、十七世紀のケンブリッジ派プラトン主義哲学者の著作と、当時の科学者の思想を関連付けることにより、研究した。特に、ケンブリッジ派の哲学者である、ヘンリー・モアとトマス・バ-ネットが、ニュートン派の物理学者と数学者の思想に深く関係していることを確認し、さらに、同じケンブリッジ派の思想家ラルフ・カドワ-スの神秘主義思想が、自然科学思想の一部とキリスト教的黙示録思想を結び付ける役割を果たしていることを解明した。次に、近代自然科学における哲学的思想性が最も明瞭に表われている分野として、十八世紀英国の生理学、心理学、生物学に関わる科学者の思想を取り上げ、同時代における受容状況を研究した。その結果、とりわけディビッド・ハートリーの著作に代表される生理学的心理学の理論は、その思想的裏付として新プラトン主義に由来するキリスト教的千年王国思想を、背後に持っていたこと、そしてこの思想性故に、十八世紀末の革命運動を巡る政治的急進主義の中で、急進主義思想家の進歩思想を支える化学的根拠を提供したことが明らかとなった。今回の研究で得られて知見は、自然科学思想と十八世紀末のロマン主義黎明期の文学思想を関係づけた論文の中で、発表した。
静電場中における原子の多電子光励起共鳴の高分解能測定

ヘリウムは、電子相関を有する最も簡単な原子である。ヘリウム2電子光励起共鳴に代表される独立電子近似を超えた、電子相関に起因する効果は、放射光を用いた原子物理の重要テーマである。水素様原子のStark効果とは異なり、電子相関に支配された系の構造、そして崩壊過程のダイナミックスに対する静電場の影響の研究が多電子光過程の理論研究に新しい局面を開きつつある。そして、将来は、他の希ガスおよびリチウムの2電子光励起、3電子光励起等の研究の展開が期待される。本研究の実験方法の重要な特色として、時間構造を利用した新しい技術による蛍光検出と準安定原子検出、そしてそのために放射光のシングルバンチ運転の利用を推進するということがある。そのため、装置にsuper-sonic expansion chamberをそなえるなどの改良を行い、ターゲット密度の増大と指向性の改善をはかった。そのことによって、今までの実験で困難であった、蛍光と準安定原子の測定も中でおこなえるようになった。今までのデータによると、強電場中のN=6付近の光イオンスペクトルの実験と理論の比較については、予想された共鳴のエネルギー位置のずれおよび形状変化に加えて、数多くの通常は禁制になってる遷移が出現している。かなり理論との違いもみられるが、イオン生成以外のチャンネルによる崩壊ルートが強く機能していることが理由である可能性が高い。また、水素原子の光解離過程に関する予備的データも得られたので、今後本研究の対象が分子に広がることが期待される。本研究において重点をおくヘリウムは、電子相関を有する最も簡単な原子であり、原子分光研究において非常に重要な位置をしめている。初の測定が60年代に行われて後、ヘリウム2電子光励起共鳴に代表される独立電子近似を超えた、電子相関に起因する効果は、放射光を用いた原子物理の主要テーマとなっていった。良くしられている水素様原子のStark効果とは異なり、電子相関に支配された系の構造、そして崩壊過程のダイナミックスに対する静電場の影響の研究が多電子光過程の理論研究に新しい局面を切り開くことが期待される。そして、将来は、他の希ガスおよびリチウムの2電子光励起、3電子光励起等に研究が展開することであろう。さらに、本研究の実験方法の特色として、時間構造を利用した新しい技術による蛍光検出と準安定原子検出、そしてそのために放射光のシングルバンチ運転の利用を推進するということがある。平成16年度においては、本装置にsuper-sonic expansion chamberをそなえるなどの改良を行い、ターゲット密度の増大と指向性の改善をはかった。かなり理論との違いもみられるが、イオン以外のチャンネルによる崩壊ルートが強く機能していることも理由であり得る。したがって、このエネルギー領域およびやや高い領域において、蛍光と準安定原子を含めた測定を進め、現在解析作業が進行中である。高エネルギー加速器研究機構放射光研究施設、及び米国ローレンスバークレー国立研究所放射光実験施設(Advanced Light Source)において、静電場中におかれたヘリウム原子の2電子光励起共鳴の測定を行った。実験方法は、放射光リングのシングルバンチ運転を利用して、蛍光および準安定原子検出によるものであった。以前の強電場(100kV/cm)による実験よりは、かなり弱い電場(5kV/cm)を今回は用いた。したがって光励起断面積自体に対する影響よりも、より電場にセンシチブな光励起後の崩壊過程に対する影響をみたことになる。主要な成果としては、マイナスシリーズおよびpdシリーズのようなきわめて微弱な共鳴に対する影響、および閾値に近い高リュドベリ状態、相対論的効果によって現れる3重項に対する影響の測定などがあった。

電場によって誘起された配置混合によって、新たな崩壊プロセスが可能になり、崩壊経路のブランチング比が大きく変動する様が明らかになった。また、新しい実験手法として、蛍光と準安定状態生成のコインシデンス測定が試みられ、明白な信号を得ることができた。これは、蛍光信号検出後、同一検出器によって、飛来する準安定原子の飛行時間に時間ゲートをかけて測定したものであった。さらに、2個の検出器を用いて蛍光-蛍光コインシデンスの測定も試みられたが、明白な結果を出すには至らなかった。他に、2電子光励起状態の蛍光寿命に関する系統的な測定を進めた。
Approximateネットワークによる高速性と計算精度の自動チューニング基盤

本研究では、ノイズ耐性の低い多値変調を用いることで広帯域を実現し、かつビット化けを訂正せずに放置することで低遅延を達成するApproximateネットワークの最適化基盤を探求している。具体的には、Approximateネットワークを用いてアプリケーションを実行する環境において、正しく動作することを保証した上で高速に実行できるパラメータを発見する自動チューニング手法を提案している。本年度においては、本自動チューニング手法の研究開発を進めた結果、256並列プロセスを用いた共益勾配法の並列計算において、932回および1099回の試行により、完璧な計算をした場合と比べて、必要となる精度を満たしつつ実行時間を約10%削減する高速な実行を実現した。これは、正しくない実行結果を出力するパラメータセットに対する探索を可能な限り少なくする自動チューニング手法が探索数を劇的に削減できるためである。また、NPBベンチマークのCG、EP、FT、IS、およびMGに対して本手法を適用しチューニングした結果、各ベンチマークアプリケーションにおいて、高々2000回程度以下の試行回数で探索を完了できることがわかった。これはつまり、コードに関する特定の知識がない場合であっても、本手法をMPIアプリケーションに適用した場合に現実的な時間内に探索を終了することが可能であることを示している。以上から本提案手法が、コードに関する特定の知識がないアプリケーションに対しても適用可能であることがわかった。当初計画の通り、提案する自動チューニング手法の研究開発を進めた結果、完璧な計算をした場合と比べて、必要となる精度を満たしつつ実行時間を削減できることがわかったため。順調に進んでいるため、計画の大幅な変更を必要としない。今後は、当初計画の通り、令和元年度に著名アプリを包含する探索手法を開発し、令和2年度に統合する。以上により、Approximateネットワークにおいて、アプリケーションが許容範囲内の精度で実行することを保証する極めて重要な技術である自動チューニング手法を完成させる.本研究では、ノイズ耐性の低い多値変調を用いることで広帯域を実現し、かつビット化けを訂正せずに放置することで低遅延を達成するApproximateネットワークの最適化基盤を探求している。以上により、Approximateネットワークにおいて、アプリケーションが許容範囲内の精度で実行することを保証する極めて重要な技術である自動チューニング手法を完成させる.謝金の支出先として予定していた雇用者によるアプリ対応作業は、研究代表者自身が実施することがより適切であると判明したため、雇用を見合わせた。一方、令和元年度に予定している探索方法の開発作業については、多数のアプリケーションに対して多数の探索手法によるチューニング結果を評価することが必要であることがわかったため、効率的に評価作業を進めるために、専用の計算機を導入する予定である。
免疫寛容の誘導による関節リウマチに対する新たな治療戦略に関する基礎研究

最終年度に実施した研究の成果:研究期間全体を通じて実施した研究の成果:本併用治療は、GPI325-339誘導性関節炎マウスに対して効果的に免疫寛容を導入できる。その効果発現には、本併用治療で増加するIL-10高産生性GITR+CD25-CD4+細胞が寄与していると考えられた。本申請課題では、GITR+CD25-CD4+細胞集団の特性について解析した。その結果、GITR+CD25-CD4+細胞は、IL-10産生細胞以外にエフェクター細胞を含むヘテロな細胞集団であることが明らかとなった。次に、本細胞集団中のIL-10産生細胞に特化して、遺伝子学的な網羅的解析によりその特徴について調べた。その結果、前述で示したように、本併用治療で増加するIL-10産生細胞は、エフェクターメモリー的かつアナジー要素を有することが示唆された。今後、タンパクレベルの変動について検討を加え、免疫寛容構築メカニズムの解明に繋がる知見を集積したい。2)GITR+CD25-CD4+T細胞の中でも、本併用療法によって特に増加している集団が発現する表面分子について、フローサイトメトリー解析した。その結果、T cell immunoreceptor with Ig and ITIM domains(TIGIT)およびCD39を共発現する集団が増加していることが明らかとなった。当初29年度研究実施計画: GPI325-339誘導性関節炎マウスをFTY720とGPI325-339の併用療法で5日間治療し、1)治療完了時の鼠径リンパ節からGITR+CD25-CD4+細胞を自動細胞分取装置で分取し、anti-CD3/CD28 dynabeadsおよびIL-2存在下で刺激後、種々のサイトカイン発現量をリアルタイムPCR法で解析する。2)1)で変動のみられたサイトカインについて、細胞内染色法により、IL-10産生性T細胞に特化したサイトカイン発現パターンを解析する。3)本併用療法で増加するIL-10産生性T細胞をより詳細に識別するための表面分子を探索する。達成度: 1)を実施した結果、GITR+CD25-CD4+細胞分画は、エフェクターT細胞を含むヘテロな細胞集団であることが示されたため、先にGITR+CD25-CD4+細胞分画の中でも本併用療法で増加する細胞の表面分子を、様々な蛍光色素標識抗体を用いたフローサイトメトリー解析により調べた。その後、細胞内サイトカイン染色法を用いて、増加した細胞集団のサイトカイン発現パターンについて調べた。本併用療法で増加するIL-10産生性T細胞が発現する表面分子、サイトカイン産生パターン等、新たな要素を見い出せたことから、概ね順調に推移していると考えている。当初30年度研究実施計画: 29年度と同様にGPI325-339誘導性関節炎マウスをFTY720とGPI325-339の併用療法で5日間治療する。次に、29年度で見い出した本IL-10産生性T細胞を識別するための表面分子に対する蛍光色素標識抗体で染色し、自動細胞分取装置で分取する。分取したIL-10産生性T細胞を、別のGPI325-339誘導性関節炎マウスに移入し、病勢を抑制するか否かを評価する。研究の推進方策: 29年度に見い出した知見から、IFN-γ産生性のエフェクターT細胞が、本治療により、IL-10産生性T細胞に分化している可能性も考えられた。従って、先ず、経時的なリンパ節内のIL-10産生性T細胞の割合の変化等を調べる。また、29年度では、本併用療法で増加する細胞の表面分子を特定できたが、IL-10産生細胞のみを特異的に識別できる表面分子の特定には至っていない。従って、増加するIL-10産生性T細胞の特性の解析手法を遺伝子学的な網羅解析に切り替える。即ち、GITR+CD25-CD4+細胞分画の中で、IL-10を産生する細胞と産生しない細胞を、生かした状態で、染色、分取し、それらの差異についてRNAシークエンス解析で明らかとする。
文字言語情報と音声言語情報の処理モデルに基づく英語学習システムの開発研究

文字言語と音声言語処理モデルや実証研究により、主に以下のことを明らかにした。1.多くの日本人は、特に英語力の低い学習者は、文字で認識できる単語より、音声で認識できる単語の方が少ないことから、読解能力は聴解能力に応用されにくいことが考えられる。リーディングでは、正しい発音を知らなくても、視覚経路で意味アクセスできる。しかし、ネイティブ・スピーカーの発音とほど遠い発音で覚えていると、リスニングの場合、その単語を聞いても認識できない。それ故に、文字と音声の対応規則を習得しておくことが大切である。2.聴解力にかかわっている様々な下位技能の中で最も重要な要因を調査した結果、音声で単語や句を認知できる能力であった。日頃から、それぞれの単語の発音を正しく習得するだけでなく、語彙やコロケーションを増強することが聴解力を伸ばす鍵となる。3.音声情報は、直接音韻性短期記憶に入り、ワーキングメモリの働きによって保持しながら、意味アクセス(言語処理)を行っている。この音韻処理と保持は、トレード・オフといった単純な関係ではなく、情報理解のため、イメージングやリハーサルをして、前出の言語情報等の不必要な情報からの干渉に効率良く対処し、必要な情報のみに焦点をあてていく高度な認知メカニズムである。4.大抵の日本人英語学習者は、音声による単語認知が弱く、また、L2の記憶容量が小さいため、リスニング指導後に文字提示を行うと効果が上がる。その場合、英語力の高い学習者は、テキストを聞きながら読む活動が、英語力の低い学習者は、自分のペースで読む活動がよりテキスト理解度を上げることがわかった。5.英語力が比較的低い学習者の場合、リスニング時よりリーディング時の方が、句の間に置かれたポーズを有効に使用することできる。リスニングでは、繰り返し聞く活動が有効で、その場合、少なくとも3回繰り返して聞くと、大抵の学習者は、有意に理解度を伸ばすことができる。初年度は、主に、海外の文献や関連図書を収集し、文字言語情報処理と音声言語情報処理のプロセスにおける相違点と類似点の基礎研究がどこまで行われているかを調査した。文字情報は視覚処理されるだけではなく、難しい単語に出くわした時ほど、声に出して読んでみる(subvocalization)ように、文字情報を音韻に符号化(phonological coding)する音韻処理も同時に行っていることがわかっている。これは、音声情報が音声処理される過程と類似している。そして、文字および音声言語情報がいったん単語レベルで認知されると、その後は共通の処理過程を経て理解に到達するのではないかという類似点に注目し、リスニングからリーディングへの技能や知識の転移を説明づけた。これに関する論文は現在投稿中である。さらに、聴解および読解処理過程に密接な関連を利用して、リスニングおよびリーディング教材を導入するにあたって、どのような組み合わせで実際の授業に展開していくのが効果的かを検討し、様々な組み合わせ順序で実験を実施中である。また、英語学習システムの開発に向けて、日本人学習者は、音声言語情報処理のどの過程でつまずくのかを調査した研究成果を、第4回FLEAT (Foreign Language Education and Technology)国際学会において発表し、それについての論文は、現在執筆中である。さらに、今年度は、聴解および読解処理過程の相互関係を利用して、リスニング教材を導入するにあたって、どの段階で聴覚から視覚を通した教材を導入していくのが効果的かを検討するため、リスニングとリーディングのテキストを様々に組み合わせた実験を行った。その結果、リスニング指導後、同じテキストを使ってリーディング指導をすることで、学習者の理解度や記憶保持が有意に伸びることがわかった。

特に、視覚提示の際にテキストを学生に自由に読ませるのではなく、そのテキストを吹き込んだテープを流しながら、テキストを目で追わせる読み方をする方が効果が高いことがわかった。最終年度は、EFL音声言語情報処理のメカニズムの解明において、EFL言語能力を構成する様々な要因とワーキングメモリの記憶容量との関係に焦点をあて、これらの関係とその特徴を探った。具体的には、言語能力の様々な構成要因を測定する「EFL言語能力テスト」と音声言語情報に関するワーキングメモリの容量を測定する「リスニングスパンテスト(LST)」の2種類を用い実験を実施した。「EFL言語能力テスト」においては、リスニング・ダイアログ、リスニング・パッセージ、リーディング・パッセージ、ボキャブラリー、文法そしてエラー探しの6つを測定した。LSTのスコアに基づき3群に分類し、「ワーキングメモリの容量と言語理解諸要因との関係」及び「ワーキングメモリの容量とターゲット語の再生エラーの特徴」の2つの視点から分析を行った。結果として、LSTスコアの上位群はEFL言語能力テストにおいても全体的にスコアが高かった。また、ターゲット語の再生エラーの全体的特徴としては、ターゲット語自体の関するエラーが最も多く、次に侵入エラーが目立ち、その一方で、イメージングエラーは僅かしかなかった。これらの結果から、ワーキングメモリ内における音声言語情報処理は処理と保持のトレード・オフといった単純なメカニズムではなく、前出の言語情報等の不必要な情報からの干渉に効率良く対処し、必要な情報のみに焦点をあてていく注意力も必要とされる高度な認知メカニズムであることが示唆された。その研究成果を第8回日英・英語教育学会研究大会にて口頭発表を行った。また、過去2年間の研究成果で未発表の部分である「文字言語と音声言語情報の処理と保持の相違」及び「リスニング指導における文字提示の役割」について、それぞれ全国英語教育学会・神戸大会、関東甲信越英語教育学会・千葉大会にて口頭発表を行った。現在、これまでの発表論文をもとに、最終科研報告書を執筆中である。
バイオフィルムに着目した、整形外科術後インプラント感染の治療法の検討

抗菌薬を用いた整形外科バイオフィルム感染の抑制の研究を行った。黄色ブドウ球菌脛骨インプラント感染モデルを使用した。術前からの投与ではバンコマイシン、ゲンタマイシンによりバイオフィルム形成の抑制が見られたが、セファゾリンの抑制効果は弱かった。抗菌薬によりバイオリルム形成予防効果に差があることがわかった。術翌日からの投与でセファゾリンではバイオフィルム形成抑制がほとんどできなかった。バンコマイシン、ゲンタマイシンではある程度の抑制効果を認めた。術後14日目からの投与では何の薬剤も抑制効果は認めなかった。以上のことからバイオフィルム感染の単剤での治療は難しく多剤併用の検討を行う必要が示唆された。整形外科において人工関節手術は年々増加しており、手術自体の増加に伴い術後感染数も増加している。整形外科術後インプラント感染が難治性である主要因としてバイオフォルム形成が挙げられる。整形外科における黄色ブドウ球菌によるインプラント感染は再置換術を要することが多いが、初期のインプラント感染は洗浄手術及び抗生物質点滴などインプラント温存が可能であることがある。平成28年度においては我々の施設においてステンレスインプラントを使用して黄色ブドウ球菌骨髄炎を引き起こし、走査電子顕微鏡を用いてインプラント上のバイオフィルムを定性的・定量的に解析できることを確認した。また黄色ブドウ球菌骨髄炎が慢性期に入り、バイオフィルムが成熟した14日目以降に抗菌薬を投与しても、バイオフィルム感染は治療することはできないことを確認した。また、周術期に使用する抗菌薬(セファゾリン、バンコマイシン、リファンピシン、ゲンタマイシンなど)を使用し、術前から抗菌薬を使用することにより、バイオフィルム形成に抵抗性の強い抗菌薬の組み合わせを現在確認中である。バイオフィルム形成に抵抗性の強い抗菌薬が確認されれば、術前投与に至適な抗菌薬(の組み合わせ)を知ることにより術後感染の減少に役立つ可能性があると考えている。また、本研究の最終的な目的は整形外科インプラント感染の初期治療のために、感染後どの時期までなら抗生物質によりバイオフィルム形成を阻害しインプラント温存の可能性があるかの検討とであり、こちらも整形外科骨髄炎治療に頻用される抗菌薬を用いて現在実験を継続中である。技術的に最も難しいと思われた走査電子顕微鏡でのバイフォルム同定のための実験を行い、in vivoバイオフィルムの撮像が我々の施設でも可能であることが確認された。また使用する抗菌薬の種類、濃度なども決定され既に動物への投与実験も開始されている。よって概ね計画通り進行していると考える。整形外科において人工関節手術は増加の一途をたどり手術自体の増加に伴い術後感染数も増加している。整形外科インプラント感染は難治性となることが多いが、その原因としてインプラント上へのバイオフィルム形成が挙げられる。バイオフィルムを形成し難治性となる代表的な原因菌として黄色ブドウ球菌が挙げられる。通常はバイオフィルム形成後は、細菌は宿主の免疫や抗菌剤に対して抵抗性となるが、バイオフィルム形成途中ならば抗菌剤で対応できる可能性がある。平成28年度は、マウス骨髄炎モデルを確立し、走査電子顕微鏡によるインプラント上のバイオフィルム面積の定量法が再現性を持って行えることが確認できたが定量モデルを用いて感染14日目以降に抗菌剤を投与しても、定量的定性的にバイオフィルムを破壊することはできなかったため、平成29年度においては、術前からの抗菌剤全身投与において、バンコマイシンとゲンタマイシンではバイオフィルム形成を有意に抑制することができた。術翌日からの投与でも有意にバイオフィルム形成を抑制できており、バイオフィルム形成阻止を含めた効果が期待できた。セファメジンにおいては術前からの投与ではバイオフィルム形成はやや減じたものの、術後1日目からの投与では未治療と同様のバイオフィルムを形成してしまい、バイオフィルムの抑制する効果は乏しいことがわかり、抗菌剤の種類による抗バイオフィルム能力の違いが確認された。今後内服投与の組み合わせの検討や局所投与の検討を行うことにより、インプラント上のバイオフィルム形成阻止に向けて臨床に還元することができると考える。これまでバイオフィルムを破壊、除去するための殆どの研究はin vitroで行われてきたが、in vitroのバイオフィルムが細菌由来からのみ成り立つのに対して、in vivoのバイオフィルムは細菌と宿主の因子のハイブリッド構造となっている。研究者はこの細菌と宿主からなるバイオフィルムを走査電子顕微鏡(SEM)を用いて定量的、定性的に評価する方法を確立しており実際にin vivoでバイオフィルムを薬品が予防・破壊することができるのか、できるとするならばどの段階のバイオフィルムまでであるのかを検証することができることが本研究の特色である。我々がこれまでに確立したモデル・方法を用いてマウス脛骨にインプラント感染を起こす。術前より薬物療法を行い、マウスの手術部の腫脹、膿瘍の程度を観察するしマウスよりインプラントを摘出する。

インプラント上のバイオフィルムをSEMを用いて定量的、定性的に評価する。これによりバイオフィルムの形成予防により効果的な抗菌薬の同定を行う。次に予防効果の強かった抗菌薬の単剤もしくは組み合わせを用いて、術後様々なタイムポイントより化学療法を開始する。化学療法の効果をマウス手術部の腫脹、膿瘍の程度などで観察する。インプラントを摘出しSEMを用いてバイオフィルム形成を阻害できたか、もしくはバイオフィルムを破壊できたかを検討する。これによりある程度バイオフィルムが形成されていても抗菌薬によりインプラント温存治療が可能であるかどうかを検討する。最後に易感染性モデルである糖尿病モデルマウスを用いて抗菌薬投与によりインプラント温存が可能であるかを検討する。糖尿病マウスが難しければ、免疫不全マウスでの実験を検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。整形外科学29年度が最終年度であるため、記入しない。
ベンザインとオレフィンの[2+2]環付加反応に関する研究

高反応性化学種であるベンザインは異例に低いLUMOを有するため、基底状態でオレフィンとの[2+2]環付加反応を起こす点に大きな特徴がある。しかし、この反応は、従来精密合成化学にはほとんど利用されてこなかった。これは、おそらく、従来、十分効率的なベンザインの発生法がなかったこと、さらには、パートナーとなるオレフィンの選択が適切でなかったことに起因するものであるものと考えられる。一方、先に我々はo-ハロアリール=トリフラートの還元的脱離を利用すれば、低温で速やかにベンザイン種を定量的に発生できることを見出した。本研究では、ベンザインと電子豊富オレフィンとの[2+2]の環付加反応に焦点をあて、その実行可能性、位置選択性について検討を加えた。その結果、オレフィン成分としてケテンシリルアセタールが特に優れた反応性を示し、低温下速やかに収率よく環付加物を与えることを見出した。また、αアルコキシベンザイとの反応は位置選択性良く、head-to-head型の環付加物のみが得られることが分った。こうして得られる各種環付加物を加水分解し、合成的に様々な有用性が期待される種々のベンゾシクロブテノン誘導体が高収率で得られることを明らかにした。この成果は、生理活性物質の合成と関連して、その選択的合成法の開発への期待が高まっている芳香族関連化合物に大きな寄与をするものと考えられるので、今後その点について検討を加えて行きたい。