hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遠心血液ポンプ内の溶血に及ぼすせん断の効果

遠心形血液ポンプの溶血を低減するには、ポンプ内部の流れがどのようになっているかを理解すると共に、赤血球がなぜ機械的損傷を受けるかを明らかにすることが必要である。本研究では、これまでに試作した円錐・平板型のレオスコープを利用し、定常なせん断流中で生ずる溶血を調べ、高いずり速度ほど早い速度で溶血が進行することを示した。また、赤血球の変形挙動を円錐・平板間の平常的なずり流れと平行平板間の非定常的な振動流中において測定し、その変形挙動と、それに及ぼす非定常性の影響について調べた。その結果、赤血球の変形は約100Pa程度のせん断応力値を超えると表面積の増加を示すようになり、降伏現象に類似な現象を示すことを明らかにした。非定常流においては、従来マイクロピペットによる吸引の実験で10msのオーダーの変形の遅延が報告されているが、ここで行った600Hzまでの非定常流れに対しては1ms程度の高速な流れの変化にも定常流とほぼ同様な変形を示した。ポンプ内部の流れを調べるため、インク流脈及びトレーサー粒子流跡による流れの可視化を行い、ポンプ内部は一部に半径方向の逆流を含む複雑な流れとなっていることを明らかにした。さらに定量的な結果を得るためポンプケーシングカバーに埋め込み形のホットフィルムを取り付け、壁面せん断応力分布の動的計測をおこなった。その結果、ケーシングカバー上の壁面せん断応力はポンプ回転数にほぼ比例して高くなり、回転数一定の場合には羽根間よりも羽根通過時に高い値を示すことがわかった。回転数3000rpmのときには最大800Paの壁面せん断応力が測定された。このような高いずり応力は壁面近傍の薄い境界層内にのみ生ずると思われるが、そこを通貨する赤血球は定常流に対すると同じように大きな変形を示し、溶血に至る可能性が高い。このような境界層に対する設計上の工夫が重要と考えられる。遠心形血液ポンプ内の溶血を低減するためには、ポンプ内部の流れがどのようになっているかを理解すると共に、赤血球がなぜ機械的損傷を受けるかを明らかにすることが必要である。本年度は、これまでに試作した円錐・平板型のレオスコープを利用し、定常なせん断流中で生ずる溶血を調べた。その結果、高いずり速度ほど早い速度で溶血が進行することがわかり、これらの結果とポンプ内部の溶血との関係について検討を行った。その結果、定常せん断流中の溶血は、ポンプ内部の溶血に比べ、早い速度で進行すると推測された。ポンプの溶血実験では、赤血球はある時間間隔をおいて繰り返しポンプ内を通過する。そこで、赤血球の変形挙動を、円錐・平板間の定常的なずり流れと同時に、平行平板間の非定常的な振動流中においても測定し、定常流と非定常流における差異について検討した。その結果、赤血球の変形はある応力レベルを超えると大きな表面積の増加を示すようになり,降伏現象に類似な現象を示すことを明らかにした。非定常流においては、従来マイクロピペットによる吸引の実験で10msのオーダーの変形の遅延が報告されているが、ここで行った600Hzまでの強制的な非定常運動に対しては1ms程度の高速な流れの変化にも定常流とほぼ同様な変形を示したが、高い応力レベルでわずかに変形の低下が観察された。これらの結果については、本年7月末に開催される機械学会総会で報告する。

一方、ポンプ内部の流れを調べるため、流脈注入法による流れの可視化を行った。その結果、ポンプ内部は一部に半径方向の逆流を含む複雑な流れとなっていることを明らかにし、さらに定量的な結果を得るためレーザー流速計やボンプケーシングカバーに埋め込むホットフィルムによる動的計測の準備を進めた。遠心形血液ポンプ内の溶血を低減するには、ポンプ内部の流れがどのようになっているかを理解すると共に、赤血球がなぜ機械的損傷を受けるかを明らかにすることが必要である。本研究では、これまでに試作した円錐・平板型のレオスコープを利用し、定常なせん断流中で生ずる溶血を調べ、高いずり速度ほど早い速度で溶血が進行することを示した。また、赤血球の変形挙動を円錐・平板間の定常的なずり流れと平行平板間の非定常的な振動流中において測定し、その変形挙動と、それに及ぼす非定常性の影響について調べた。その結果、赤血球の変形は約100Pa程度のせん断応力値を超えると表面積の増加を示すようになり、降伏現象に類似な現象を示すことを明らかにした。非定常流においては、従来マイクロピペットによる吸引の実験で10msのオーダーの変形の遅延が報告されているが、ここで行った600Hzまでの非定常流れに対して1ms程度の高速な流れの変化にも定常流とほぼ同様な変形を示した。ポンプ内部の流れを調べるため、インク流脈及びトレーサー粒子流跡による流れの可視化を行い、ポンプ内部は一部に半径方向の逆流を含む複雑な流れとなっていることを明らかにした。さらに定量的な結果を得るためポンプケーシングカバーに埋め込み形のホットフィルムを取り付け、壁面せん断応力分布の動的計測をおこなった。その結果、ケーシングカバー上の壁面せん断応力はポンプ回転数にほぼ比例して高くなり、回転数一定の場合には羽根間よりも羽根通過時に高い値を示すことがわかった。回転数3000rpmのときには最大800Paの壁面せん断応力が測定された。このような高いずり応力は壁面近傍の薄い境界層内にのみ生ずると思われるが、そこを通過する赤血球は定常流に対すると同じように大きな変形を示し、溶血に到る可能性が高い。このような境界層に対する設計上の工夫が重要と推測される。
悪性中皮腫の発生および生物学的特性を規定するエピジェネティクス機構の解明

悪性中皮腫ではEZH2が高発現しBAP1遺伝子に変異がみられる。RNA干渉法により中皮腫細胞のEZH2発現を抑制させると、細胞増殖能、細胞運動能、造腫瘍能が低下したが、中皮細胞にEZH2を高発現させても造腫瘍能を誘導できなかった。悪性中皮腫患者のEZH2高発現群はEZH2低発現群に比べて予後不良であった。中皮細胞の腫瘍化にはEZH2の高発現だけでは不十分であるが、悪性中皮腫の予後にはEZH2が制御する増殖浸潤関連分子が関与していると考えられる。BAP1変異は上皮型中皮腫の診断に有用な分子マーカーと考えられるが、悪性中皮腫におけるBAP1の生物学的意義については更なる検討が必要である。本研究は、悪性中皮腫の発生および生物学的特性を規定するエピジェネティクス機構を解明し、エピゲノム異常に関わる分子を標的にした悪性中皮腫の治療法の開発を目指すことを目的とする。申請者らは、これまでの研究において、中皮腫細胞株と中皮細胞の遺伝子発現プロファイルを比較することにより、エピジェネティクス機構の中心的な役割を果たすポリコーム群タンパク質複合体の構成分子であるEZH2(ヒストンH3メチル化酵素)が多くの中皮腫細胞株において強く発現することを見出した。また、免疫染色法により、ヒトの悪性中皮腫においてEZH2が強く発現することを確認している。本年度は、悪性中皮腫に高発現するEZH2の生物学的作用を明らかにすること目指して、以下の実験を行った。先ず、EZH2を高発現する培養中皮腫細胞株を選別し、EZH2高発現中皮腫細胞(親中皮腫細胞)にEZH2 siRNAを導入して、EZH2発現が抑制された中皮腫細胞(EZH2発現抑制中皮腫細胞)を作製した。EZH2発現抑制中皮腫細胞では、親中皮腫細胞に比較して、細胞増殖能や細胞運動能が抑制されることがわかった。次に、不死化中皮細胞(親中皮細胞)にEZH2 cDNAを導入して、EZH2を高発現する中皮細胞(EZH2高発現中皮細胞)を作製した。EZH2高発現中皮細胞では、親中皮細胞に比較して、細胞増殖能や細胞運動能が促進することがわかった。以上より、EZH2は、悪性中皮腫の増殖や浸潤などに重要な役割を果たしていると考えられる。EZH2(ヒストンH3メチル化酵素)は、エピジェネティクス機構の中心的な役割を果たすポリコーム群タンパク質複合体の構成分子である。昨年度は、EZH2高発現中皮腫細胞(親中皮腫細胞)にEZH2 siRNAを導入してEZH2発現が抑制された中皮腫細胞(EZH2発現抑制中皮腫細胞)を樹立した。また、不死化中皮細胞にEZH2 cDNAを導入してEZH2を高発現する中皮細胞(EZH2高発現中皮細胞)も樹立した。本年度は、悪性中皮腫に高発現するEZH2の生物学的作用を明らかにすることを目的にして、これらのEZH2発現抑制中皮腫細胞およびEZH2高発現中皮細胞を用いて、以下の実験を行った。EZH2高発現中皮腫細胞(親中皮腫細胞)およびEZH2発現抑制中皮腫細胞を免疫不全マウスに移植すると、EZH2発現抑制中皮腫細胞では、EZH2高発現中皮腫細胞(親中皮腫細胞)に比べて、造腫瘍能は低下していた。一方、EZH2高発現中皮細胞を免疫不全マウスに移植しても造腫瘍能を示さなかった。また、EZH2阻害剤処理により、種々の中皮腫細胞の細胞増殖や細胞運動能が抑制された。更に、EZH2高発現中皮腫細胞(親中皮腫細胞)とEZH2発現抑制中皮腫細胞の遺伝子発現プロファイルを比較すると、親中皮腫細胞において発現が高い遺伝子或いは発現が低い遺伝子が見出され、この中には血管新生因子をコードする遺伝子やがん抑制遺伝子が含まれていた。中皮細胞にEZH2を過剰発現させても造腫瘍能を獲得するには至らないが、悪性中皮腫の増殖や浸潤にEZH2を中心としたエピジェネティクス機構が深く関与していると考えられる。昨年度に樹立したEZH2発現抑制中皮腫細胞およびEZH2高発現中皮細胞を用いて、in vivoにおけるEZH2の生物学的作用を解析して、EZH2を中心としたエピジェネティクス機構が、悪性中皮腫の増殖や浸潤に深く関与することを示した。また、EZH2の標的候補遺伝子を見出した。EZH2(ヒストンH3メチル化酵素)は、エピジェネティック機構の中心的な役割を果たすポリコーム群タンパク質複合体の構成分子である。これまでに、EZH2発現抑制中皮腫細胞やEZH2高発現中皮細胞を作製し、in vitro実験および免疫不全マウス移植実験を行い、EZH2が悪性中皮腫の増殖や浸潤に関与することを示してきた。本年度は、胸膜肺全摘術を施行した悪性中皮腫患者を対象にして、EZH2発現の強度と術後予後との関連を調べた。EZH2高発現群の全生存期間は、EZH2低発現群に比べて有意に短く、特に腫瘍辺縁部にEZH2を高発現する症例の予後は極めて不良であった。EZH2が制御する浸潤関連分子が予後に深く関与している可能性がある。

昨年度、遺伝子発現プロファイルを比較して見出したEZH2高発現中皮腫細胞に強く発現する血管新生因子(X)については、その発現を抑制する中皮腫細胞を作製し、in vitro実験および免疫不全マウス移植実験を行った結果、悪性中皮腫の遊走能や造腫瘍能に関与することがわかった。また、EZH2高発現中皮腫細胞において低発現しているがん抑制遺伝子(Y)については、発現の強度と細胞増殖能に負の相関関係を認めた。以上より、EZH2は、種々の遺伝子の発現を制御して、細胞増殖や浸潤などに関与していると考えられる。BAP1(脱ユビキチン化酵素)は、クロマチンリモデリングを誘導することで、多くの遺伝子を転写調節する。悪性中皮腫の多くに、BAP1遺伝子の変異が見出されているので、胸膜肺全摘術を施行した悪性中皮腫患者を対象にしてBAP1発現と術後予後との関連を調べたが、BAP1発現陽性群(野生型BAP1群)とBAP1発現陰性群(変異型BAP1群)の予後に有意な差を認めなかった。BAP1発現の生物学的意義については更なる検討が必要である。悪性中皮腫ではEZH2が高発現しBAP1遺伝子に変異がみられる。RNA干渉法により中皮腫細胞のEZH2発現を抑制させると、細胞増殖能、細胞運動能、造腫瘍能が低下したが、中皮細胞にEZH2を高発現させても造腫瘍能を誘導できなかった。悪性中皮腫患者のEZH2高発現群はEZH2低発現群に比べて予後不良であった。中皮細胞の腫瘍化にはEZH2の高発現だけでは不十分であるが、悪性中皮腫の予後にはEZH2が制御する増殖浸潤関連分子が関与していると考えられる。BAP1変異は上皮型中皮腫の診断に有用な分子マーカーと考えられるが、悪性中皮腫におけるBAP1の生物学的意義については更なる検討が必要である。EZH2高発現中皮腫細胞にEZH2 siRNAを導入して、EZH2発現が抑制された中皮腫細胞(EZH2発現抑制中皮腫細胞)の樹立に成功している。また、不死化中皮細胞にEZH2 cDNAを導入して、EZH2を高発現する中皮細胞(EZH2高発現中皮細胞)の樹立にも成功している。EZH2発現抑制中皮腫細胞株およびEZH2高発現中皮細胞は、in vivoにおけるEZH2の生物学的作用の解析やEZH2標的遺伝子の検索のための有用なツールになると考えられる。EZH2の標的候補遺伝子について、siRNAを用いて発現を抑制した中皮腫細胞を作製して生物学的機能を解析する。また、最近、BAP1の下流にEZH2が位置することが報告されたので(Nat Med. 2015,21:1344-1349)、BAP1変異とEZH2機能との関係について検討を加える。人体病理学今後は、EZH2発現抑制中皮腫細胞と親中皮腫細胞およびEZH2高発現中皮細胞と親中皮細胞を比較して、in vivoにおけるEZH2の生物学的作用の解明、EZH2標的遺伝子の検索を進めていく。前年度の研究費については主に消耗品の購入に使用したが、使用計画していた物品(消耗品)を変更したこと、物品の価格が変更していたことなどにより、総額43,860円の次年度使用額が生じた。次年度使用額については、総額が43,860円であることから、研究を円滑に進めるための消耗品の購入に当てる。
情報通信技術の導入が産業・企業に与える経済的効果に関する研究 -情報ネットワークを活用した経済構造の実証的検証と今後のIT戦略-

本研究の目的は、19802000年以降の期間について、各産業別に情報化投資の経済的効果を定量的に分析し、今後のIT戦略の指針となる資料と方向性を提示することである。平成13年度は、主に、本研究に関連する基本資料および基礎データの収集、上場企業の有価証券報告書のデータ収集および整理、データ分析のための情報処理システム(分析手法の開発、数理分析、データベース構築などを行うシステム)の再構築を行った。そして、構築した情報処理システムを用いて、試行的に産業別・年代別の「情報装備ストック」の推計と分析を行い、その結果を論文にまとめて、公表した。次に、平成14年度には、情報技術の導入による経済的効果を分析するための手法として、成長会計、DEA (Data Envelopment Analysis:包絡分析法)および生産関数フロンティアを用いた効率性分析の3つの分析手法を取り上げ、定量分析を行った。これらの分析の結果は、廣松毅他「IT(情報技術)の経済的効果に関する実証分析」として論文にまとめるとともに、ソウルで行われた国際コンフェランスにおいて招待講演を行った。また平成15年度は、IT導入の経済効果を実際に導入する産業とそれをサポートする産業の両面から分析した。結果として,わが国において、IT導入の経済効果は80年代後半に比べて90年代前半において全調査産業で低下しており、その後90年代後半において若干改善したものの,ニューエコノミーの存在を明確に確認することはできなかった。一方、IT導入の緕済効果を引き出すためには、ITそのものに加えて,それを活用して付加価値を生み出すためのノウハウが必要と考えられる。わが国ではこれらを提供している業種は情報サービス業であるため、その産業の費用構造を分析したところ,同業界の下請け構造の存在,収益性の高いパッケージソフトの不在等が,ITを導入した企業において調整コストの増加を招いている可能性があることを示唆する結果がえられた。平成13年度は、主に、本研究に関連する基本資料および基礎データの収集、上場企業の有価証券報告書のデータ収集および整理、データ分析のための情報処理システム(分析手法の開発、数値分析、データベース構築などを行うシステム)の再構築を行った。そして、構築した情報処理システムを用いて、試行的に産業別・年代別の「情報装備ストック」の推計と分析を行い、その結果を論文の形にまとめて、公表した。具体的に、情報化投資の産業別の効果を分析するための基礎データとして、経済産業「情報処理実態調査」、内閣府「国民経済計算年報」「長期遡及推計民間企業資本ストック」、財務省「法人企業統計」「有価証券報告書」の資料を基礎にして「情報装備ストック(情報化投資によって形成された資本ストック)」を19802000年以降まで産業別に推計した。次に、情報技術の導入による経済的効果を分析するための手法として、成長会計、DEA(Data Envelopment Analysis:包絡分析法)および生産関数フロンティアを用いた効率性分析という3つの分析手法を取り上げ、試行的に基礎データの分析を行った。この試行的な分析の結果は、廣松毅他「産業/企業におけるIT(情報技術)導入の効果とその計測」日本杜会情報学会『日本社会情報学会学会誌』2002年3月PP.47-62を含めて、3本の論文としてまとめて公表した。本研究の日的は、19802000年における情報化投資の経済的効果を各産業別に定量的に分析し、IT戦略の指針となる知見を得るとともに、今後の方向性を提示することである。

平成14年度は、昨年度に行った、本研究に関連する基本資料および基礎データの収集・上場企業の有価証券報告書のデータ収集および整理・データ分析のための情報処理システム(分析手法の開発、数値分析、データベース構築などを行うシステム)の再構築を基礎に、産業別・年代別の「情報装備ストック」の推計と分析を行い、その結果を論文の形にまとめて、公表した。具体的に、情報化投資の産業別の効果を分析するための基礎データとして、まず、経済産業省「情報処理実態調査」、内閣府「国民経済計算年報」「長期遡及推計民間企業資本ストック」、財務省「法人企業統計」「有価証券報告書」のデータから「情報装備ストック(情報化投資によって形成された資本ストック)」を19802000年まで産業別に推計した。次に、情報技術の導入による経済的効果を分析するための手法として、成長会計、DEA(Data Envelopment Analysis:包絡分析法)および生産関数フロンティアを用いた効率性分析の3つの分析手法を取り上げ、定量分析を行った。そして、この分析の結果を、廣松毅他「IT(情報技術)の経済的効果に関する実証分析」として論文にまとめるとともに、ソウルで行われた国際コンフェランスにおいて招待講演を行った。また、現在、ITの導入が労働に与える影響も取り込んだ分析を行うために、厚生労働省「賃金構造基本調査」のデータを基に労働投入を学歴別に分割し、ITの導入がそれぞれに与える効果の分析を始めている。本研究の目的は、19802000年以降の期間について、産業別に情報技術(IT)導入の経済的効果を定量的に分析し、今後のIT戦略の指針となる資料と方向性を提示することである。具休的に、IT導入の産業別の効果を分析するための基礎データとして、経済産業「情報処理実態調査」、財務省「法人企業統計」「有価証券報告書」などの資料を基礎にして「情報装備ストック(情報化投資によって形成された資本ストック)」を19802000年以降まで産業別に推計した。そして、IT導入による経済的効果を分析するための手法として、成長会計、DEA(Data Envelopment Analysis:包絡分析法)および生産関数フロンティアを用いた効率性分析という3つの分析手法を取り上げ、主として生産性の向上という観点から分析を行い、その分析結果を日本語および英語の論文としてまとめて公表した。またIT導入の経済効果を,実際に導入する産業とそれをサポートする産業の両面からも分析した。結果として、我が国において、IT導入の経済効果は1980年代後半に比べて90年代前半において全調査産業で低下しており、その後90年代後半において若干改善したものの,ニューエコノミーの存在を明確に確認することはできなかった。一方,IT導入の経済効果を引き出すためには,ITそのものに加えて,それを活用して付加価値を生み出すためのノウハウが必要と考えられる。我が国においてこれらを提供している業種は情報サービス業であるため、情報サービス業の費用構造に関して分析したところ,同業界の下請け構造の存在,収益性の高いパッケージソフトの不在等が,ITを導入した企業において調整コストの増加を招いている可能性があることを示唆する結果がえられた。
分布ひび割れモデルと離散ひび割れモデルを併用したRC版のせん断耐力評価法の開発

面外力を受ける鉄筋コンクリート(RC)版は,荷重作用点直下のコンクリートが押し出される押し抜きせん断破壊によって終局に至る場合が多く,その耐荷性能を適切に評価することが重要である。本研究では,このようなRC版を対象に,分布ひび割れモデルと離散ひび割れモデルを併用する評価法の考案並びに妥当性検討を行った。検討の結果,提案の評価法を用いることにより,RC版の押し抜きせん断耐力を大略評価可能であることが明らかとな面外力を受ける鉄筋コンクリート(RC)版は,荷重作用点直下のコンクリートが押し出される押し抜きせん断破壊によって終局に至る場合が多く,その耐荷性能を適切に評価することが重要である。検討の結果,提案の評価法を用いることにより,RC版の押し抜きせん断耐力を大略評価可能であることが明らかとな面外力を受ける鉄筋コンクリート(RC)面部材は,荷重作用点直下のコンクリートが円錐状に押し出される押し抜きせん断破壊によって終局に至る場合が多い。押し抜きせん断破壊は,一般に曲げ破壊と異なり,変形や予兆となるひび割れの発生もなく突発的な脆性破壊である。本研究プロジェクトは,このような押し抜きせん断破壊の破壊メカニズムの解明を含め,押し抜きせん断破壊型RC面部材の合理的な性能照査法の確立を目的としたものである。平成19年度では解析手法の提案およびその妥当性検討を実施してきた。解析では,(1)離散ひび割れモデルを用い,押し抜きせん断破壊面の破壊や鉄筋のすべり等の幾何学的不連続現象を考慮する;(2)鉄筋を等方材料の鉄板に平均化することにより,複雑な配筋状況においても対応可能となるようにモデル化することとした。妥当性検討では,押し抜きせん断破壊性状を影響する鉄筋の配筋率と載荷盤サイズをパラメーダとし,それぞれ2種類に変化させた計4体の4辺支持RC版の静的載荷実験結果を用いている。なお,これらの実験は申請者が室蘭工業大学に在職中に別途で実施したものである。検討の結果,分布ひび割れモデルと離散ひび割れモデルを併用する解析手法を用い,押し抜きせん断破壊面を45°の傾斜角度を有する円錐面に離散化することによって,RC版の押し抜きせん断破壊性状や押し抜きせん断破壊耐力を大略再現可能であることが明らかとなった。提案の解析手法は,室内実験レベルの試験体には勿論のこと,押し抜きせん断破壊型RC面部材を有する実構造物の耐荷性能評価にも適用可能であると考えられる。一方,平成20年度には,解析モデルに用いる押し抜きせん断破壊面の傾斜角が解析結果に与える影響を検討することを予定している。面外力を受ける鉄筋コンクリート(RC)面部材は,荷重作用点直下のコンクリートが円錐状に押し出される押し抜きせん断破壊によって終局に至る場合が多い。本研究は,押し抜きせん断破壊の破壊メカニズムの解明を含め,押し抜きせん断破壊型RC面部材の合理的な性能照査法の確立を目的としたものである。具体的には,分布ひび割れモデルと離散ひび割れモデルを併用する有限要素解析手法を用い,押し抜きせん断破壊面を一定の傾斜角度を有する円錐面に離散化することによって,RC版の押し抜きせん断破壊挙動や押し抜きせん断破壊耐力を大略再現可能な解析手法を提案することとした。平成19年度では,提案する解析手法の有効性を検討した。検討の結果,提案の解析手法を用いることによりRC版の押し抜きせん断破壊挙動を大略再現可能であることが明らかとなった。平成20年度では,提案する解析手法の解析精度を向上させるために,解析モデルに設定する押し抜きせん断破壊面の傾斜角度が解析結果に与える影響を検討することとした。検討では,申請者が室蘭工業大学在職中に実験した4辺支持RC版を対象に,押し抜きせん断破壊面の傾斜角度を35°,40°および45°の3つの解析ケースとし,解析の実施並びに解析結果の検討を行った。検討の結果,押し抜きせん断破壊面の傾斜角度が大きい程,解析はより小さい変位で押し抜きせん断破壊によって終局に至り,最大荷重を低く評価する傾向がある。各解析ケースから得られた最大荷重値は,それぞれ,実験結果の109.7%(35°モデル),99.4%(40°モデル)および95.5%(45°モデル)である。本研究を実施することにより,RC版の押し抜きせん断破壊挙動や押し抜きせん断破壊耐力を大略再現可能な解析手法の提案を行った。提案した解析手法は,室内実験レベルの試験体には勿論のこと,押し抜きせん断破壊型RC面部材を有する実構造物のせん断耐力評価にも適用可能であると考えられる。
縦断的脳研究における統計解析法の開発

高次元・高個人内相関データである脳画像を解析するために近隣ボクセル間の相関を考慮し,その後に数値的に相関の高いものをまとめる,という二段階次元縮小法を開発した.数値実験によって既存の手法より優れていることを示した.認知症やパーキンソン病患者に対する経時測定脳画像データに適用し実行可能性と合理的な判別精度を得ることができた.昨年度に引き続き,脳画像や遺伝子など脳に関するデータから,疾患の治療や早期発見に役に立つような,原因または特徴などの有効な情報を取り出すための統計解析手法の開発を目的として,本年度は次のような研究成果をあげた.本研究では,昨年度から開発に取り組んでいる合成基底関数法を基盤としており,それに関する研究を行った.これは,膨大な情報を持つ脳画像を効率的に次元圧縮し,統計学的推測を可能とする方法である.さらにはその推測結果を元の脳画像の次元に復元することが可能であり,結果の臨床的な解釈において役に立つ事が期待できる.本年度は,脳画像のスパース性をモデル化する方法について研究を進めた.この方法により疾患に関連する脳部位を同定し、結果の解釈がより容易になる事が期待される.脳画像から萎縮をとらえ認知症発症を予測するための方法論について,数値実験によりその有用性を示す事ができ,論文投稿の準備を行っている.また,認知症発症予測に関連する脳部位と臨床検査値や脳髄液バイオマーカーとの関連を調べるための方法を開発し,その成果を計量生物学会年会で発表し,論文が日本統計学会和文誌に掲載された.脳疾患に関する臨床研究において,本研究と関連する統計学的手法を駆使して次のような有用な成果を上げることができた.脳MRIから原発性中枢神経系リンパ腫に対する病変頻度マップを作成し,その成果をNeuro-Oncology誌に論文として発表した.遺伝子の発現が標準病理学より客観的に神経膠腫サブグループを定義するのに有用かどうか調査した.3つの遺伝子と年齢による予後予測スコアが,グレード4の神経膠腫の予後をよく予測することを示し,その成果をCancerScience誌に論文として発表した.また,地域住民コホートにおける脳画像解析を鳥取大学医学部との共同研究として開始し,初期的解析結果を学会発表した.脳に関するデータから疾患の治療や発見に役に立つような原因または特徴などの有効な情報を取り出す統計解析手法の開発を目的として,本年度は次のような研究成果を挙げた.脳に原発する悪性神経膠腫患者において遺伝子情報を用いた高次元データからの予後予測方法を開発し,研究成果は国際特許として出願し,Clinical Cancer Research誌に論文を発表した.疾患などのイベントが発生するまでの時間を主要評価項目とする臨床研究におけるノンパラメトリック共変量調整法に関する研究を行った.共変量を考慮するための方法に回帰式の仮定を必要としない方法の開発ができた.研究成果を学会において発表した.昨年度に引き続き,脳画像や遺伝子など脳に関するデータから,疾患の治療や早期発見に役に立つような,原因または特徴などの有効な情報を取り出すための統計解析手法の開発を目的として,本年度は次のような研究成果をあげた.経時的に測定された脳画像を入力として,その患者が認知症になる確率を算出できるような方法を提案した.昨年度国際学会で発表した内容を論文としてまとめ,学術誌に投稿した.また,複数の画像同士の関連性を解析する包括的な方法を提案し論文作成中である.これは,アルツハイマー病研究におけるバイオマーカー探索を主目的として,高次元・高個人内相関データである脳画像を目的変数として二点の工夫を入れた回帰分析法を提案した.一つ目は,近隣ボクセル間の相関を考慮し,その後に数値的に相関の高いものをまとめる,という二段階の次元縮小法である.さらに行列演算によって最終結果を元のボクセルレベルに戻せるため,脳画像解析に有効であると考える.二つ目はモダリティ間で回帰分析をする際に疾患とは関係のない関連を見いだす可能性もある.そこで臨床アウトカムにも相関するような教師付学習法を組み込んだ.提案法はアルツハイマー病研究データベースの実データに適用された.同一症例内で,異なる時点,異なるモダリティ(アミロイド画像と脳形態画像)によって測定された脳画像を用いて,モダリティ間での関連を調べるための解析に応用した.実行可能性を示した上で合理的な結果を得ることが出来たので,提案法が有効であると考えられる.その成果を計量生物学会年会の特別セッションで発表し,来年度の国際学会に演題を提出した.昨年度に引き続き,脳画像や遺伝子など脳に関するデータから,疾患の治療や早期発見に役に立つような,原因または特徴などの有効な情報を取り出すための統計解析手法の開発を目的として,本年度は最終年度であるために,昨年度までに挙げた成果の総括を行った.経時的に測定された脳画像を入力として,その患者が認知症になる確率を算出できるような方法を提案した.ー昨年度国際学会で発表した内容にさらに改良を加えた上で論文としてまとめ,協力研究者が編集者である書籍の一つの章として掲載された.その内容として,昨年度に提案した二段階次元縮小法と教師付学習法を組み込んだ方法により脳画像の次元を統計解析できるように縮小した上で,伝統的な統計学的経時測定データ解析法である混合効果モデルを適用したものである.従来法より高精度の予測ができることが示唆された.また,この方法を複数の画像を解析に用いることができる包括的な方法として発展させ論文を投稿した.この際に,数値実験を行い提案方法の性質を網羅的に調べた.その結果,従来法と比べてある条件においては提案方法の優越性を示す事ができた.

その条件は実データにもあてはまると考えられるものであった.他の条件においては同等の精度であった.さらには複数の脳画像解析を行い合理的な結果を得た.本内容についてはソフトウェアを開発して解析ソフトウェアRのパッケージとして公開した.この方法をさらにはネットワークデータに適用できる事を遺伝子データにより提示し,その成果が書籍の一つの章として掲載された.さらには,昨年度に引き続き,同一症例内で,異なる時点,異なるモダリティ(アミロイド画像と脳形態画像)によって測定された脳画像を用いた研究成果を国際学会にて発表した.本内容については期間内に論文作成までは至らなかったが,今後論文投稿を行う予定である.高次元・高個人内相関データである脳画像を解析するために近隣ボクセル間の相関を考慮し,その後に数値的に相関の高いものをまとめる,という二段階次元縮小法を開発した.数値実験によって既存の手法より優れていることを示した.認知症やパーキンソン病患者に対する経時測定脳画像データに適用し実行可能性と合理的な判別精度を得ることができた.本研究課題である経時測定された脳画像解析のための方法について論文をまとめ投稿した.さらにはソフトウェアの開発も進んでおり,順調に進んでいると考えられる.生物統計学27年度は投稿論文の仕上げと開発中であるソフトウェアの公開を目指す.文献,公開ソースコードやこれまでの研究で用いたソースコードそして技術を活かして効率的に行う.本年度は途中に異動したため,研究に充てる時間が少なかったかもしれない.またさらに,昨年度,国際学会で発表した内容において,推定の安定性が十分でない事が判明した.そこで,今一度方法論を見直すために,情報収集を行った.その成果として,昨年度国際学会発表した内容に改良を加え,研究中の合成基底関数法の拡張により経時測定脳画像解析に適用可能を見込む事ができた.こうして,少し回り道になったが,これまで研究してきた内容を活用できる方向で,かつ,より良い方法になる事も見込まれ,次年度につながる進捗であったと考えられる.脳画像から疾患を予測するための方法論について,基礎となる研究成果を学術論文として発表した.その経時測定への発展もすでに取り組んでおり,昨年度から本年度までに研究を加速させるための十分な知識と技術を得ているため,期間内で最終的な研究成果を出せる事が見込まれる.本研究課題の経時的に測定される脳研究に対し研究成果を学術論文として公表し,疾患を予測するための方法論について礎となる研究成果を学術論文として発表した.その経時測定への発展もすでに取り組んでおり,国際学会でその成果の発表を行ったため,初年度の予定通りに研究が進んでいると考えられる.発表予定していた学会が地元開催であったため旅費が発生しなかった事と,当初発表予定しなかったが,当初計画していたものより発展した内容の成果が出たことと,その内容と関連のある国際学会が来年度開催されるため,予定を変更しその旅費に使用するため.26年度は経時測定の方法論を詰めていく.昨年度までに再考した案を具現化していく。
地方看護学生の卒業を阻害する初年次要因の探索と看護師適性の指標化

近年、留年や休学、退学で標準年次の進級や卒業ができない学生が多数存在し、ある地方看護学生での卒業率は、約7割程度と低い傾向がある。しかし、標準年次の卒業に不可欠な看護系入学生の資質に関する研究蓄積は、少ないのが現状である。本研究では、地方の看護学生での進級や卒業を阻害する要因とその構造について、初年次での資質(個人的属性と生活習慣、精神的健康度)との関連から解明し、早期からの健康教育や学生支援等を通じて、入学生全員が標準年次で看護師資格を取得し、地方の看護師不足解消に役立つ基礎資料を得ること。また地方の看護系大学選択に有効な看護師適性指標を創出し、適切な入学者選抜に役立てることを目的とする。
ｎ型、ｐ型不純物同時ドープコロイド状シリコンナノ結晶の開発と基礎物性解明

本年度は、シリコンナノ結晶コロイドの基礎物性解明及び大面積電子デバイス・バイオフォトニクス応用を念頭に研究を行った。不純物ドープシリコンナノ結晶の基礎物性解明の一環として、(i)3次元アトムプローブトモグラフィー法による原子スケールでの不純物分布の解明、(ii)単一シリコンナノ結晶の発光特性解明に関する研究を行った。さらに、バイオ応用を見据えて、(iii)生体分子を用いたシリコンナノ結晶-プラズモニックナノ粒子複合体形成、(iv)シリコンナノ結晶を用いたバイオイメージング応用実証に関する研究を行った。(i)に関して、ニューサウスウェールズ大学・シドニー大学と共同で3次元アトムプローブによるシリコンナノ結晶内部の不純物分布を明らかにし、その粒径依存性や不純物の偏析状態を評価した。(ii)について、顕微分光法を用いて単一の不純物ドープシリコンナノ結晶の発光特性を評価した。これらの研究により、不純物ドープシリコンナノ結晶の構造及び発光起源が不純物をドープしていないナノ結晶と大きく異なることを明らかにした。(iii)に関して、シリコンナノ結晶表面をアミノ基、チオール基で修飾し、DNAはハイブリダイゼーションにより金ナノ粒子と結合した。複合体は3-4倍の発光強度を示した。(iv)に関して、シリコンナノ結晶と骨芽細胞を24-48時間培養し、その毒性評価・発光特性評価を行った。シリコンナノ結晶は非常に毒性が低く、細胞内で長時間安定して近赤外発光を示すことを明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。半導体ナノ結晶コロイドの塗布によるナノ結晶薄膜の作製は、太陽電池などの大面積電子デバイスの製造コストを大幅に下げる可能性を秘めており、新しい半導体プロセス技術として注目されている。本年度は我々が開発したn型、p型不純物同時ドープシリコン(Si)ナノ結晶コロイドによる塗布型半導体薄膜形成において重要な課題として、(i)更に広範囲にナノ結晶の発光・吸収エネルギーを制御する、(ii)高品質なコロイドの大量生成方法の開発を念頭に研究を行った。(i)に関して、同様のプロセスを用いてゲルマニウム(Ge)と混晶化することにより、コロイド状SiGe混晶ナノ結晶の作製に成功し、可視領域でのナノ結晶の吸収断面積の増大を実証した。これは、太陽電池などの受光デバイス応用に重要な成果である。(ii)に関して、水素シルセスキオキサンを用いて化学的にSiナノ結晶を合成する方法と不純物同時ドーピングを組み合わせることにより、従来の真空製膜プロセスを用いずにナノ結晶コロイドを作製する技術を開発した。上記に加えて、Siナノ結晶は生体適合性が高く、近赤外発光を示すことから、バイオイメージングへの応用が期待されている。本年度はSiナノ結晶コロイドのバイオ応用に向けた基礎データ収集のために、チェコ共和国・カレル大のMarie Kalbacova博士のグループとの共同でSiナノ結晶を細胞内に注入した場合の毒性評価や発光特性の安定性評価を実施した。2014年6月1-15日の間カレル大に滞在し、Siナノ結晶の発光特性・安定性の最適化に関する共同研究を行った。ナノ結晶は細胞内で赤色近赤外領域に発光を示し、細胞の長期安定性について基礎的なデータを得た。また、2014年9月から現在に至るまで、ボストン大学のLuca Dal Negro教授のグループにて、プラズモニクスとの融合による発光効率向上を目的として研究を行っている。半導体ナノ結晶コロイドは、非真空製膜プロセスにより大面積電子デバイスの製造コストを大幅に下げる可能性を秘めており、精力的に開発が進んでいる。さらに、シリコン(Si)ナノ結晶は生体適合性が高く、可視ー近赤外領域に発光を示すことから、細胞バイオイメージング用の新しい蛍光体として注目を集めている。本年度は我々が開発したn型、p型不純物同時ドープSiナノ結晶コロイドの上記応用に関する重要な開発事項として、(i)バイオイメージング・発光デバイス応用に向けた表面プラズモン共鳴との結合による更なる発光特性の高効率化、(ii)Siナノ結晶への不純物ドーピングに関する基礎物性評価と(iii)光電子デバイス応用に向けた塗布薄膜の光学特性・電気伝導特性評価を行った。(i)に関して、基板上に形成されたプラズモニック構造、コロイド状プラズモニックナノ粒子などの種々の構造とSiナノ結晶のカップリングを試み、吸収効率と発光量子効率の改善に成功した。(ii)に関して、ナノ結晶の粒子径と不純物ドーピング濃度の発光特性に対する関係を詳細に調べ、不純物ドープSiナノ結晶形成とその発光特性から不純物が関与した発光のサイズ依存性を明らかにした。加えて、広範囲にサイズ制御されたn型、p型不純物同時ドープSiナノ結晶に対して光電子収量分光とX線光電子分光を駆使し、エネルギー準位構造のサイズ依存性を明らかにした。(iii)に関して、光電子デバイス応用を念頭に同時ドープSiナノ結晶コロイドのスピンコートにより形成した薄膜に対して、詳細な光学特性・電気伝導特性評価を行った。ナノ結晶が緻密に配列した薄膜において、Siナノ結晶間の蛍光共鳴エネルギー移動現象を実験的に初めて観測した。さらに電気伝導特性の測定温度・雰囲気依存性を詳細に評価した。これにより、ナノ結晶間の電気伝導は空気中の水分子が大きく影響することを明らかにした。本年度は「n型、p型不純物同時ドープコロイド状シリコンナノ結晶」のさらなる高機能化とデバイス応用に向けた基礎物性評価を主なターゲットに研究を行った。

前者に関しては、金属ナノ構造の表面プラズモン励起による本材料の発光制御・特性向上を実現した。後者に関しては、国内外の複数のグループとの共同研究により、これまで明らかにされていなかったn型、p型ドーピング効率やエネルギー準位構造のサイズ依存性などを明らかにした。さらに、コロイド状シリコンナノ結晶の塗布薄膜の光学特性・電気伝導特性を詳細に評価し、ナノ結晶間のエネルギー移動現象や電気伝導メカニズムを明らかにした。以上の様に、非常に多くの研究成果を得ることができ、以上の成果は、10編の論文として英文学術誌に発表し、期待以上に研究が進展したと考えている。本年度は、シリコンナノ結晶コロイドの基礎物性解明及び大面積電子デバイス・バイオフォトニクス応用を念頭に研究を行った。不純物ドープシリコンナノ結晶の基礎物性解明の一環として、(i)3次元アトムプローブトモグラフィー法による原子スケールでの不純物分布の解明、(ii)単一シリコンナノ結晶の発光特性解明に関する研究を行った。さらに、バイオ応用を見据えて、(iii)生体分子を用いたシリコンナノ結晶-プラズモニックナノ粒子複合体形成、(iv)シリコンナノ結晶を用いたバイオイメージング応用実証に関する研究を行った。(i)に関して、ニューサウスウェールズ大学・シドニー大学と共同で3次元アトムプローブによるシリコンナノ結晶内部の不純物分布を明らかにし、その粒径依存性や不純物の偏析状態を評価した。(ii)について、顕微分光法を用いて単一の不純物ドープシリコンナノ結晶の発光特性を評価した。これらの研究により、不純物ドープシリコンナノ結晶の構造及び発光起源が不純物をドープしていないナノ結晶と大きく異なることを明らかにした。(iii)に関して、シリコンナノ結晶表面をアミノ基、チオール基で修飾し、DNAはハイブリダイゼーションにより金ナノ粒子と結合した。複合体は3-4倍の発光強度を示した。(iv)に関して、シリコンナノ結晶と骨芽細胞を24-48時間培養し、その毒性評価・発光特性評価を行った。シリコンナノ結晶は非常に毒性が低く、細胞内で長時間安定して近赤外発光を示すことを明らかにした。本年度の当初の計画より、「n型、p型不純物同時ドープコロイド状シリコンナノ結晶」を研究対象として、さらなる高機能・高性能化を念頭に研究を行った。前者に関しては、コロイド状シリコンナノ結晶の開発と物性評価を行い、さらには混晶化による光吸収特性の向上に成功し、これらの成果を英文学術誌に発表した。また、従来と全く異なる真空プロセスを用いない同時ドープコロイド状シリコンナノ結晶の大量生成方法を開発し、国際会議及び英文誌に発表した。これらの研究の過程で当初計画にはなかったリン化ホウ素ナノ結晶の新しい作製方法を発見し、英文学術誌に発表した。以上の成果に加えて、カレル大学(チェコ)のグループとの本材料の蛍光バイオイメージング応用に関する共同研究にも進展があり、さらに、ボストン大学(アメリカ)と共同で金属ナノ構造の表面プラズモン励起による本材料の発光制御に関する研究をスタートし、予備実験等で良好な結果を得ている。
新しいフェロセノファンの合成と可視光による結合活性化-光重合開始剤への応用-

本研究の目的は,アザフェロセンと総称される有機金属分子の光化学反応による配位構造変化を利用した可視光応答型重合触媒の開発である.アザフェロセンとはフェロセンと類似した化合物であり,鉄原子に対してシクロペンタジエニル(C_5H_5)環とピロリル(NC_4H_4)環とπ結合で挟まれたサンドウィッチ型構造の分子である.フェロセンと同様に,アザフェロセンは可視光領域に最大吸収波長を持つことから,光照射によりFe-NC_4H_4配位子が活性化する.17年度には,ホスフィン存在下におけるアザフェロセンの光反応により励起された生成物を捕捉し,その構造をX線単結晶解析より明らかにした.18年度は,アルキン,アルケン等の不飽和有機分子,環状エーテル類の光重合反応を検討した.電子吸引性基をもつアルキン分子との反応では,光照射を必要とせずにアルキン分子の環化三量体,ピロリル環と二分子のアルキンから構成されるインドリジン誘導体を与えた.その反応を調査すると,反応中間体に相当する鉄二核錯体が単離された.その構造解析の結果,2分子のアルキンから五員環メタラサイクルを形成した化合物として同定された.本研究の目的である光照射のONとOFFにより重合反応を制御する理想的な触媒開発は困難であったが,Fe-NC_4H_4結合開裂によりアルキン分子を活性化する反応を見出した.また,アザフェロセンはピリジンと同様に遷移金属錯体に対して窒素配位することが可能であるため,酸化還元特性をもつメタラリガンドとして機能する.種々の銅錯体との反応では,アザフェロセンが配位した銅単核,二核錯体をいずれも良好な収率で与えた.これらの銅錯体の電気化学測定の結果,多段階の酸化状態を示すことがわかった.このようにして,アザフェロセンは光反応や電気化学反応に対して活性を示す興味深い分子であり,本研究の成果により新しい分子触媒としての展開が大いに期待される.本研究の目的は,アザフェロセンと総称される有機金属分子の光化学反応による動的構造変化を利用した可視光応答型重合触媒の開発である.アザフェロセンとは,この分野において膨大な論文掲載数を占めるフェロセンと類似した鉄化合物であり,鉄原子に対してシクロペンタジエニル(C_5H_5)環とピロリル(NC_4H_4)環との2個の有機基によりπ電子結合されたサンドウィッチ型分子である.熱的に安定なフェロセンと比べ,アザフェロセンの鉄原子周辺の結合は比較的弱く分子自身の安定性が乏しい.そのため,光による外部刺激から構造変換されるが,これを制御することは困難であった.本年度は,アザフェロセン類の合成とその光化学反応の精査をおこない,その光応答性に関する基礎的知見を得,制御可能な光重合触媒としての評価した.強い配位能をもつホスフィン存在下において光照射により励起される不安定中間体を捕捉し,その構造をX線単結晶解析により明らかにした.その結果は予想通りにπ結合したピロリル配位子はハプトトロピー転位反応を伴い窒素原子による単座配位,ホスフィンが配位したハーフメタロセン型錯体であった.無置換のアザフェロセンでは光照射下,及び加熱条件下どちらでも反応は進行するが,アルキル化されたアザフェロセン誘導体では光反応のみ効率よく進行した.後者は応答型重合触媒として適した光特異性を示し,太陽光を用いても同様な反応が進行した.アルケン,アルキン等の不飽和有機分子または環状エーテル類を用いて光触媒反応も検討した.数種類の小分子は光重合反応が進行し高分子体を与えた.しかしながら,長時間の光照射は触媒の失活,分解を伴い,分子量及び光反応の制御まで至らなかった.平成18年度はこれを改善すべくため,アザフェロセンの上下環に橋架け部位を導入したフェロセノファンを構築し,重合中でも配位子の解離を抑制した重合触媒の機能性を追及する.本研究の目的は,アザフェロセンと総称される有機金属分子の光化学反応による配位構造変化を利用した可視光応答型重合触媒の開発である.アザフェロセンとはフェロセンと類似した化合物であり,鉄原子に対してシクロペンタジエニル(C_5H_5)環とピロリル(NC_4H_4)環とπ結合で挟まれたサンドウィッチ型構造の分子である.フェロセンと同様に,アザフェロセンは可視光領域に最大吸収波長を持つことから,光照射によりFe-NC_4H_4配位子が活性化する.17年度には,ホスフィン存在下におけるアザフェロセンの光反応により励起された生成物を捕捉し,その構造をX線単結晶解析より明らかにした.18年度は,アルキン,アルケン等の不飽和有機分子,環状エーテル類の光重合反応を検討した.電子吸引性基をもつアルキン分子との反応では,光照射を必要とせずにアルキン分子の環化三量体,ピロリル環と二分子のアルキンから構成されるインドリジン誘導体を与えた.その反応を調査すると,反応中間体に相当する鉄二核錯体が単離された.その構造解析の結果,2分子のアルキンから五員環メタラサイクルを形成した化合物として同定された.

本研究の目的である光照射のONとOFFにより重合反応を制御する理想的な触媒開発は困難であったが,Fe-NC_4H_4結合開裂によりアルキン分子を活性化する反応を見出した.また,アザフェロセンはピリジンと同様に遷移金属錯体に対して窒素配位することが可能であるため,酸化還元特性をもつメタラリガンドとして機能する.種々の銅錯体との反応では,アザフェロセンが配位した銅単核,二核錯体をいずれも良好な収率で与えた.これらの銅錯体の電気化学測定の結果,多段階の酸化状態を示すことがわかった.このようにして,アザフェロセンは光反応や電気化学反応に対して活性を示す興味深い分子であり,本研究の成果により新しい分子触媒としての展開が大いに期待される.
土木遺産の補修とオ-センティシティ(真物性)の設定基準に関する研究

文化財のオ-センティシティは一般に高いほど良いとされるが、厳しい自然に晒され、かつ、高い安全性も要求される公共土木構造物の場合、構造物全体のオ-センティシティを網羅的に維持することが不可能なことが多く、そのような際の次善の策としては,最も大切な部分のオ-センティシティを確保することが最優先課題と考えられている(近代の文化遺産の保存・活用に関する調査研究協力者会議)。こうした状況下にあって、より具体的にオ-センティシティの設定基準を作成するためには、より多くの具体例に触れることが必要であり、国内外の各種の歴史的土木構造物の修復復元・保全活用の実態を(その可否を含めて)詳細に調査・分析した。特に、個々のパ-ツの保存・補修レベルと全体のオ-センティシティ・レベルの相互の関係について、「どこまで再現することが必要か」という観点から事例分析を行った。また、戦前の土木構造物の安全性評価を行うため(補強の必要性を判断することが目的=オ-センティシティが下がる最大の原因)、明治・大正期の設計・施工水準について、当時の刊行図書(マイクロフィルム・データを利用する)を用いて検討を加えた(試行的にダム技術について分析した)。研究代表者は、土木学会の土木史研究委員会の中に、平成7年度から「土木史を考える小委員会」を創設してもらったが、その小委員会活動の一つは、地方土木行政向きに近代土木遺産の活用方法を解説したマニュアル(『土木遺産の見方・調べ方』、1996年秋に出版予定)の作成であった。本研究におけるオ-センティシティの設定基準は、こうした啓蒙書の作成を通じて社会に直接還元されていく。また、鹿児島県指定の文化財である西田橋の移築・復元事業(平成7年度)の中でも活かされていく。
家畜・家禽の骨格筋におけるL-カルニチンの分布

L-カルニチンの測定に広く用いられているMarquis & Fritz (1964)の酵素法を,骨格筋から0.3M過塩素酸で抽出した酸可溶性画分を試料として,マイクロプレート上で測定できる条件を平成13年度に検討した。この条件を用いて,平成14年度は家畜別に半腱様筋のL-カルニチン量を調べた結果,肉用鶏(ブロイラー),豚,牛(黒毛和種),鹿(エゾシカ)および山羊は4.6,12.6,48.6および66.0mg/100g肉となった。この結果から,赤みの強い色調の筋肉ほどL-カルニチン量が多いことが推察された。これを裏付けるために,骨格筋の色素タンパク質であるミオグロビン量を調べたところ,1.0,1.5,4.1および7.9mg/g肉とL-カルニチン量と同じ順に多くなることが分かった。この原因として,L-カルニチンは脂肪酸の酸化と密接に関係し,ミオグロビンは酸素の貯蔵などいずれも細胞内で代謝と関係した物質であることから,部位が同じであっても骨格筋を構成している筋線維型に差違が関係している可能性が考えられた。筋線維型を分類する方法は様々であるが,本実験ではミオグロビンを指標として白色筋線維と赤色筋線維の構成を骨格筋別にL-カルニチン量を調べることにした。実験動物としては,白色赤色筋線維まで容易に分類しやすい卵用鶏を用いた。使用した筋肉部位は,Ahn et al. (1993)らの報告に従って白色筋線維が大部分を占める深胸筋,逆に赤色筋線維が大部分を占めるヒラメ筋,さらに両筋線維が混在する縫工筋とした。深胸筋,縫工筋およびヒラメ筋では,L-カルニチン量は4.8,10.3および11.5mg/100g肉となり,ミオグロビン量は0.9,2.2および3.3g/g肉となった。L-カルニチン量とミオグロビン量との相関係数は0.994となり,両者には高い相関関係が存在することが考えられた。赤色筋線維内でL-カルニチンが多い理由はまだ不明であるが,赤色筋線維の脂肪滴が白色筋線維より大きいこと,赤色筋の方がリパーゼ活性は高いなどの報告もあることから,赤色筋線維内で脂質代謝が活発なことが推察される。つまり,脂肪酸の酸化が活発に起きるために,L-カルニチンが多く存在する必要があるのではないかと考えられた。L-カルニチンを安全かつ簡便で,できるだけ分析コストを低減して定量するために,アイソトープを使用せず,測定原理が他の方法に広く応用されているMarquis & Fritz(1964)の酵素法をマイクロプレートに適用し,使用する試薬等の液量を少なくして再現性も確認できる条件を検討した。得られた条件は1)測定液(0.93 mM DTNB, 3.05 mMEDTA, 610 mMトリス塩酸緩衝液(pH 7.5))を100 μl, 2)L-カルニチン標準溶液(あるいは試料溶液)を100 μl加えて混合し,37°Cで10分間インキュベート後に415 nmで吸光度を測定し, 3)酵素液(0.118 mg/mlカルニチンアセチルトランスフェラーゼ(E.C. 2.3.1.7))を50 μl加えて,再びインキュベートして吸光度を測定し,その吸光度の増加分をL-カルニチン量とする。この条件でL-カルニチンが050 mg/lの範囲で検量線を作成した場合に,誤差も小さく,相関係数も0.999と高い数値を示すことが確認できた。次に本法で実際の試料を測定する際に,筋組織から0.3 M過塩素酸で抽出して得られた溶液を炭酸カリウムでpH 7-8になるように中和した溶液を用いる。この試料と同組成の溶媒が検量線に及ぼす影響を確認した。過塩素酸が01.5 Mの濃度である場合にこれを中和した条件下で検量線を作成した。過塩素酸濃度が高いほど,L-カルニチンの吸光度を低下させた。この原因として, SH基とDTNB間の反応を阻害しないことまで確認できたが,酵素反応に対する影響は確認できなかった。しかしL-カルニチンが0-40 mg/l,過塩素酸濃度が01.5 Mの範囲であれば,検量線の直線性は保たれた。従って,分析試料と標準物質であるL-カルニチンが溶解している過塩素酸の濃度を同じにすれば,筋組織中から抽出した酸可溶性画分における遊離カルニチンを定量することは可能であると判断した。

これを裏付けるために,骨格筋の色素タンパク質であるミオグロビン量を調べたところ,1.0,1.5,4.1および7.9mg/g肉とL-カルニチン量と同じ順に多くなることが分かった。この原因として,L-カルニチンは脂肪酸の酸化と密接に関係し,ミオグロビンは酸素の貯蔵などいずれも細胞内で代謝と関係した物質であることから,部位が同じであっても骨格筋を構成している筋線維型に差違が関係している可能性が考えられた。筋線維型を分類する方法は様々であるが,本実験ではミオグロビンを指標として白色筋線維と赤色筋線維の構成を骨格筋別にL-カルニチン量を調べることにした。実験動物としては,白色赤色筋線維まで容易に分類しやすい卵用鶏を用いた。使用した筋肉部位は,Ahn et al. (1993)らの報告に従って白色筋線維が大部分を占める深胸筋,逆に赤色筋線維が大部分を占めるヒラメ筋,さらに両筋線維が混在する縫工筋とした。深胸筋,縫工筋およびヒラメ筋では,L-カルニチン量は4.8,10.3および11.5mg/100g肉となり,ミオグロビン量は0.9,2.2および3.3g/g肉となった。L-カルニチン量とミオグロビン量との相関係数は0.994となり,両者には高い相関関係が存在することが考えられた。赤色筋線維内でL-カルニチンが多い理由はまだ不明であるが,赤色筋線維の脂肪滴が白色筋線維より大きいこと,赤色筋の方がリパーゼ活性は高いなどの報告もあることから,赤色筋線維内で脂質代謝が活発なことが推察される。つまり,脂肪酸の酸化が活発に起きるために,L-カルニチンが多く存在する必要があるのではないかと考えられた。