hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
1ヶ月保証の超低価格血液ポンプの実用化を阻む要素の徹低解明

補助人工心臓は重症心不全患者に対して有効な治療手段であるが,高価格であり,またその利用が高度先進医療施設に限定されることから適用数は極めて少ない.このため,急性心不全といった短期間での回復が期待される症例に対しては,有効な医療デバイスが国内において存在しない現状にある.本最終年度は,真空成形法により大量生産技術を確立した旋回渦流型拍動血液ポンプを基盤とし,どの市中病院でもほぼ常備している大動脈バルーンパンピング用駆動装置(IABP駆動装置)を流用して臨床で要求される性能を満足すべく,駆動装置のアタッチメントを開発した.あわせて,カニューレのプロトタイプを作製してポンプシステムとしての総合的性能を明確化した.IABP駆動装置を用いた際には,人工心臓用駆動装置と比較して1.5倍の溶血量が生じることが判明した.この原因として,IABP駆動装置による駆動圧力波形の急激な変化による血球へのダメージが考えられた.そこで,駆動圧の最大,最小圧及びdP/dtを低減させること目的に,ニードル弁・圧力タンクで構成する一次遅れ系要素を応用した圧力制御ユニットを開発した.このユニットをポンプと駆動装置の間に接続するだけで,ポンプの拍出量は維持したまま駆動陽・陰圧をそれぞれ32%,55%減少させることができた.さらに,人工心臓用駆動装置を用いた場合と比較して溶血量を7.4%減少させることに成功した.あわせて,患者の精神的負担と感染リスクを低減させることを目的とし,内径が体外部19mm,皮膚貫通部10mm,体内部12mmという皮膚貫通部のみを細径化したカニューレを設計・製作して性能試験を行った.その結果,本ポンプシステムで5L/minを超える平均流量の確保が可能であることが判明し,各要素の開発はほぼ完了した.今後,動物実験を行い,解剖学的フィッティングを包括してカニューレを開発する必要がある.1個50万円程度と超低価格の拍動型血液ポンプの実用化を目指し,その基盤となる真空成形法によるポンプ安定生産の確立を重点的に行なった.1)真空成形用シート材料,2)金型形状,3)製作条件の項目について1から見直し,また,本研究対象である旋回渦流型血液ポンプ形状を数値流体力学的観点からも最適化することを試みた.まず,真空成形用材料には熱可塑性のポリウレタン(T8185,日本ユニポリマー)を使用し,均一な厚さを得るために射出成形で加工前シートを製作した.ポンプは,ハウジング,ダイアフラム,ベースの3パーツをそれぞれ製作し,その後それらを高周波で溶着させる方針とした.ハウジングは流入口と流出口のなす角度が55度と3次元的な構造を有しているので,その金型に関しては流入ポートとその他の部分をそれぞれ製作した後に溶接して一体化させ,表面を鏡面仕上げした。これらの製作したモールドを用いて真空成形法でポンプパーツの製作を行い,品質安定のための製作条件を検討した.最終的に加熱温度580°Cの条件で,ハウジングでは81秒,ベースでは72秒,ダイアフラムでは9.5秒の加熱時間で型どおりの成形品を得られた.また,成形品の厚さ分布を測定した結果,ハウジング,ベース,ダイアフラムのそれぞれで平均値に対するばらつきは±8%以内,±3%以内,±5%以内となり,安定した品質の拍動ポンプを製作可能となった.合わせて,真空成形した3つのパーツを高周波で溶着する条件も検討中であり,今後の見通しを立てる基礎データを得ることができた.以上より,各パーツの製作及びそれらの接着を含めてもポンプ1個あたり1時間以内で製作可能となり,安価で大量生産可能なシステムができた.一方,生体膜構造を模擬して分子設計したMPCポリマーの安定生産,及びクリーンルーム内でのポンプ血液接触面の簡易なコーティング技術も合わせて確立できた.短期間の圧力・流量補助で心機能の回復が期待できる急性心不全患者に対して超低価格の拍動型補助人工心臓を提供するために,昨年度は真空成形法によるポンプハウジング,ダイアフラム,ベースの大量生産技術の基盤を確立すると同時に品質の安定化も実現した.本年度はこれらの3つのパーツを高周波溶着技術を用いて接合する研究を重点的に行った.まず,真空成形後のハウジンク及びベースの接合辺縁部の肉厚は周方向に不均一であるため,そのまま高周波溶着しても極めて不完全な接着しか実現できないことを確認した.そこで,高周波溶着機を用いて熱プレスを行って事前に均一化することを試みた.その結果,ハウジング,ベース共に肉厚を5mm±2%と均一にすることに成功した.そこで次にプレ成形したこれら2つのパーツとダイアフラムを一度にD-H junction全域にわたって接着する製作条件を検討した.その結果,電流値0.17Aで20min接着を行うことで従来D-H Junction部の不完全接着部の幅が平均8mmあったものを平均0.4mmまで減少させることに成功し,コーティングと組み合わせることで開発の目途がたった.そこで,改善されたD-H Junction部の接着とダイアフラム自体の耐久性を評価するため,拍動ポンプユニットの耐久件評価試験を行った.前負荷15mmHg,後負荷100mmHgの負荷一定回路を用いて,粘度4.0±0.1cPのグリセリン水溶液を作動流体として,平均流量5L/minとなる条件でSV Pump4個を32日間駆動させた.

その結果,試験前後の拍出流量・流出圧力波形に変化がないことがわかり,またD-H Junction部の接着も剥離せず耐久性に関しては問題ないことが明らかとなった.以上より,超低価格の短期使用拍動型補助人工心臓を実現するための基盤技術が確立できた.補助人工心臓は重症心不全患者に対して有効な治療手段であるが,高価格であり,またその利用が高度先進医療施設に限定されることから適用数は極めて少ない.このため,急性心不全といった短期間での回復が期待される症例に対しては,有効な医療デバイスが国内において存在しない現状にある.本最終年度は,真空成形法により大量生産技術を確立した旋回渦流型拍動血液ポンプを基盤とし,どの市中病院でもほぼ常備している大動脈バルーンパンピング用駆動装置(IABP駆動装置)を流用して臨床で要求される性能を満足すべく,駆動装置のアタッチメントを開発した.あわせて,カニューレのプロトタイプを作製してポンプシステムとしての総合的性能を明確化した.IABP駆動装置を用いた際には,人工心臓用駆動装置と比較して1.5倍の溶血量が生じることが判明した.この原因として,IABP駆動装置による駆動圧力波形の急激な変化による血球へのダメージが考えられた.そこで,駆動圧の最大,最小圧及びdP/dtを低減させること目的に,ニードル弁・圧力タンクで構成する一次遅れ系要素を応用した圧力制御ユニットを開発した.このユニットをポンプと駆動装置の間に接続するだけで,ポンプの拍出量は維持したまま駆動陽・陰圧をそれぞれ32%,55%減少させることができた.さらに,人工心臓用駆動装置を用いた場合と比較して溶血量を7.4%減少させることに成功した.あわせて,患者の精神的負担と感染リスクを低減させることを目的とし,内径が体外部19mm,皮膚貫通部10mm,体内部12mmという皮膚貫通部のみを細径化したカニューレを設計・製作して性能試験を行った.その結果,本ポンプシステムで5L/minを超える平均流量の確保が可能であることが判明し,各要素の開発はほぼ完了した.今後,動物実験を行い,解剖学的フィッティングを包括してカニューレを開発する必要がある.
SOAの健全な発展を支える先進的共通アクセス制御アーキテクチャの研究

本研究では、情報システムのアクセス制御をOSによって保護される共通機構で実現するアーキテクチャを開発した。このアーキテクチャは、アクセス制御を厳密且つ安全に行う共通の仕組みを提供することを目的としており、OSとアプリケーションの協調によるアクセス制御機構を実現した上で、その機構の利用を強制化する。提案アーキテクチャの主要な構成要素は、ポリシー記述言語と認可判定機構、アクセス制御機構で、本研究では、Linuxを対象に各種実装と評価実験を行い、その有効性を実証した。本研究では,情報システムのアクセス制御をOSによって保護される共通機構で実現するアーキテクチャを開発する.研究の初年度となる平成21年度は,アクセス制御の根拠となるポリシーについて,汎用的に表現して構成することができるポリシー記述言語を,まずは単一システム向けに設計した.また,それによって表現された複数のアクセス制御規則を連携させてアクセス制御情報DBを構成する手法を明らかにし,その各種評価を行った.従来のポリシー記述方式では,ローカル環境のOSや応用に閉じたアクセス制御規則を記述対象としているため,複数の領域間でアクセス権を連携させる場合は,アクセス権同士を相互にマッピングして対応していた.また,個々のアクセス制御規則を独立に記述・羅列するような記述方式であったため,膨大な量のアクセス権を記述すると可読性と保守性が著しく低減する問題もあった.その結果,ポリシーの適用範囲を広げるほどアクセス制御の粒度を粗くせざるを得なくなり,セキュリティインシデント発生時の被害範囲を大きくする要因となっていた.それに対して,提案したポリシー記述方式では,属性の継承・頻出手続きの構造化といった高レベル記述や,推論規則を用いることで,細粒度のアクセス制御規則を簡潔に表現することを可能とした.さらに,本言語は,アクセス権記述の適用範囲を将来分散処理に拡大する場合に備えて,各アプリケーションのシステムコール呼び出しをモニタして蓄積し,その履歴をプロセス毎の状態同定に用いることで,多種多様なアクセス条件を柔軟・簡潔に表現する汎用的な記述方法となっている.各種の評価実験により,本言語の高記述性が確認された一方で,応答性能の劣化が見られたが,これについては実装方式の工夫により次年度以降の研究で解決する計画である.本研究では、従来情報システムの各所で独立に動作しているアクセス制御を、OSによって保護され、その完全性を担保可能な共通機構で実現するアーキテクチャを開発する。研究の二年目となる平成22年度は、研究の初年度に開発したセキュリティポリシ記法を用いて、単一システム内のアクセス制御を統一的に実行するためのアクセス制御機構について、Linuxを対象に実装方式を検討した。開発するアクセス制御機構の目的は、初年度に開発したポリシ記法を用いて設定されたアクセス条件を、漏れなく情報システムに強制することで、その要件は、アクセス制御メカニズムがアクセス制御対象を確実に捕捉できることと、アクセス制御メカニズムとアクセス制御情報DBが正しく連携できることにある。そこで、本研究では、情報システムの各所に対する細粒度アクセス制御を、OSから確実に強制するために、従来ACL(Access Control List)ベースで実現されているLinuxのアクセス制御機構をLSM(Linux Security Module)経由で上書きし、ケーパビリティベースのアクセス制御機構を実現する方式について検討した。本方式では、アクセス制御メカニズムとアクセス制御情報DBの連携方法が主要な課題で、今年度の研究では、カーネルランドにアクセス制御情報DBを直接埋め込む方式と、ユーザランドにアクセス制御情報DBを実装し、Linuxカーネルとユーザランドのアクセス制御情報DBが通信する方式の、双方について検討と実験を行った。研究の最終年度となる平成23年度は、前年度までで検討したアクセス制御機構をLinuxに実装し、その評価を行った。具体的には、前年度までに検討したポリシ記述言語と認可判定機構をLinuxカーネルに接続し、細粒度のアクセス制御規則を簡潔に表現・強制するアクセス制御機構を実装した。また、評価実験によって、提案機構の認可判定に関する妥当性と表現力について、以下の知見を得た。すなわち、妥当性の評価実験では、提案機構による認可判定の応答内容が極一部正しくないケースが確認されたが、この原因は、システム運用時に動的に生成されるコンテキストに対して問い合わせを行ったことによるもので、これについては認可判定時の引数の渡し方に依存するものであることがわかった。そのため、この解決は認可判定機構の外部で工夫する必要があるが、一方で、正しい応答内容のベースとして用いた元々のLinuxの認可判定が、ポリシの記述に対して妥当であることを前提とした時、本言語によるポリシ記述とそれに基づいた認可判定自体も妥当であったと言える。従って、この実験結果により、論理プログラミングを基礎とした本言語が、現実のポリシを論理的に正しく記述できることを示した。表現力の評価実験では、本言語による記述方式によりLinuxのポリシを少ない記述量で構成できることを示したが、これは、アクセス制御規則を定めるのに必要な多くの指定を条件節にまとめたからであり、結果として、各規則に対する条件節の内容が多くなっている。そのため、必要な要素を直接指定しているLinuxの記述手法の方が、各々の規則を個別に見た場合には内容を直感的に把握しやすい。一方で、本言語の記述手法では、アクセス制御規則を階層化やサブルーチン化によってある程度まとめて記述するため、各々の規則を見た場合の可読性はそれほどよくないが、ポリシ全体としての見通しは向上している。
蛍光ダイヤモンドナノ粒子を使った生体分子のダイナミクス解析

倒立型蛍光顕微鏡をベースに、任意方向の外部磁場を印加してダイヤモンド内のNVセンターのODMRスペクトルを測定する装置を開発するとともに、ダイヤモンドナノ粒子の向きを正確に決定するための制御・解析プログラムを作成した。EGF受容体が多数存在するA431細胞を用い、抗EGF受容体抗体を介してEGF受容体にダイヤモンドナノ粒子を特異的に標識した。ODMRスペクトルを数分毎に測定し、ダイヤモンドナノ粒子の向きを逐次決定することで、EGF受容体の動きすなわち、細胞膜のゆらぎ運動を検出することができるようになった。今後は、この技術を様々な生体分子ダイナミクス計測に発展させていく。NVCは、外部から静磁場を印加した状態では、NーV結合方向と静磁場となす角度に依存して、磁気共鳴が起こる高周波の周波数が変化する性質がある。すなわち、NーV結合方向と外部静磁場とのなす角度によって、照射する高周波の周波数による蛍光強度変化のパターン(ODMRスペクトルという)が変化する。したがって外部静磁場の向きを固定した場合、スペクトルの形の変化は、ダイヤモンド粒子の動きを反映することになる。4つの異なる向きの外部磁場を印可し、得られたODMRスペクトルを解析することで、ダイヤモンドナノ粒子の角度を決定することができる装置及びプログラムを開発した。このシステムを使ってクラミドモナスの軸糸のATP依存的な微小振動の観察を試みた。まず、軸糸にダイヤモンドナノ粒子を非特異的に吸着させODMRスペクトルを測定し、微小振動の検出を試みたが、検出されなかった。ダイヤモンドナノ粒子を特異的に結合させることが重要なのではないかと考え、ビオチン化配列を持つ変異タンパク質を構成要素とする軸糸を用いることにした。また、ダイヤモンド表面のビオチン化修飾を行った。これらの試料を用いて、ストレプトアビジンを介してビオチン化ダイヤモンドナノ粒子を特異的に軸糸に結合させODMRスペクトルを測定し、微小振動の検出を試みた。これまでの実験では微小振動の観察はできていないが、今後回転・ひずみ運動が伴っているか明らかにすることが期待できる。昨年度は4つの異なる向きの外部磁場を印加し、得られたODMRスペクトルを解析することで、ダイヤモンドナノ粒子の角度を決定することができる装置及び、プログラムの開発を終了するとともに、ダイヤモンドナノ粒子の表面をビオチン化修飾し、ストレプトアビジンを介してビオチン化修飾したクラミドモナス鞭毛軸糸にダイヤモンド粒子を結合させ、ダイヤモンドのODMRスペクトルを測定し微小振動の検出を試みる実験を行った。本年度もこの実験を継続して行ったが、微小振動の観測はできなかった。その原因として、クラミドモナスの軸糸はその長軸方向にのみ振動しており、軸糸に結合させたダイヤモンド粒子が単に並進運動のみ行い、角度変化がほとんどないために今回の方法では検出ができない可能性がある。そこで確実に角度変化がある、細胞膜に存在する膜タンパク質の動きを観察することにした。膜タンパク質であるEGF受容体の数が多く存在するヒト上皮様細胞癌由来のA431細胞を使い、EGF受容体に、抗EGF受容体抗体を介してダイヤモンドナノ粒子を特異的に標識し、ダイヤモンドナノ粒子内のNVCのODMRスペクトルを数分ごとに記録し、そのパターンから、角度を決定した。その結果、EGF受容体の動きを観察することができた。このEGF受容体タンパク質の動きは、受容体の膜内の拡散運動というよりも、細胞膜の動きを反映しているものと思われる。そこで、今後は細胞膜の動きを変化させるであろう、細胞膜骨格を、破壊する試薬や逆に細胞膜骨格をより強固にする試薬を作用させ、EGF受容体の動きを計測してみる実験を行う予定である。当初予定したクラミドモナス鞭毛軸糸の部小振動の観察はできなかったが、細胞膜タンパク質に抗体を介して特異的にダイヤモンドナノ粒子を結合させる方法を確立し、生きた細胞の細胞膜内のEGF受容体の動きをモニターすることに成功した。ダイヤモンドナノ粒子をプローブとして、1分子のタンパク質のダイナミックな動きを検出する方法が開発できた。昨年度までに次のようなことを達成した:1)任意方向の外部磁場を印加してダイヤモンド内のNVセンターのODMRスペクトルを測定できる装置を開発するとともに、ダイヤモンドナノ粒子の向きを正確に決定するための制御・解析プログラムを作製した。2)クラミドモナス鞭毛軸糸の微小振動を測定するために、ビオチン化修飾したダイヤモンドナノ粒子表面に、ストレプトアビジンを介してビオチン化修飾した鞭毛軸糸を結合させた。ダイヤモンドのODMRスペクトル変化から微小振動の様子を明確に示すデータは得られなかったが、これは軸糸の振動によるダイヤモンド粒子の運動が主に並進方向に起こり回転角はごく小さかった可能性が考えられる。3)そこで、大きな角度変化が期待される、細胞膜を形成する膜タンパク質に着目した。膜タンパク質であるEGF受容体が多数存在するヒト上皮様細胞癌由来のA431細胞を用い、抗EGF受容体抗体を介してそのEGF受容体にダイヤモンドナノ粒子を特異的に標識し、ODMRスペクトルを数分毎に測定しダイヤモンドナノ粒子の向きを逐次決定することで、EGF受容体の動きを観察することができた。本年度はこれらを踏まえて、細胞膜骨格の強度を変化させる試薬を作用させ、EGF受容体の膜内運動を観察した。EGFを添加した結果、EGF受容体の動きが抑制された。反対にラトランキュリンA処理し、アクチンフィラメントを脱重合させると、EGF受容体すなわち細胞膜の動きが激しくなった。

以上のように、今回我々が開発した手法を用いることで、細胞膜のゆらぎ運動を検出することができるようになった。今後は、様々な生体分子ダイナミクス計測に発展させていこうと考えている。倒立型蛍光顕微鏡をベースに、任意方向の外部磁場を印加してダイヤモンド内のNVセンターのODMRスペクトルを測定する装置を開発するとともに、ダイヤモンドナノ粒子の向きを正確に決定するための制御・解析プログラムを作成した。EGF受容体が多数存在するA431細胞を用い、抗EGF受容体抗体を介してEGF受容体にダイヤモンドナノ粒子を特異的に標識した。ODMRスペクトルを数分毎に測定し、ダイヤモンドナノ粒子の向きを逐次決定することで、EGF受容体の動きすなわち、細胞膜のゆらぎ運動を検出することができるようになった。今後は、この技術を様々な生体分子ダイナミクス計測に発展させていく。計画通り4つの異なる向きの外部磁場を印可し、得られたODMRスペクトルを解析することで、ダイヤモンドナノ粒子の角度を決定することができる装置及びプログラムの開発は終了し、クラミドモナスの軸糸の微小振動の観察実験に着手した。EGFを作用させ、細胞骨格をより強固にしたA431細胞のEGF受容体に結合させたダイヤモンドナノ粒子の動きと、細胞膜骨格の主要成分であるアクチンフィラメントを脱重合させるラトランキュリンAを作用させたA431細胞のEGF受容体に結合させたダイヤモンドナノ粒子の動きを、すでに計測した、何もしていないA431細胞のEGF受容体に結合させたダイヤモンドナノ粒子の動きを比較することで、細胞骨格が細胞膜のゆらぎにいかに寄与しているかを明らかにするとともに、細胞膜のダイナミックな動きを計測していることを確認する。28年度が最終年度であるため、記入しない。生物物理学今年度も継続してクラミドモナス鞭毛軸糸の微小振動の検出実験を行う。また、2つめの実験として計画した、筋肉タンパク質であるミオシン分子のATP加水分解に伴う動きの計測実験の準備をはじめる。
無限次元確率解析に基づくマーケットモデルの無裁定条件及び完備性に関する研究

当該年度では、主に二つの研究成果がある。第一に、無限次元マーケットモデルにおける近似的ヘッジ戦略を特徴付ける無限次元後退確率微分方程式の可解性、およびその解の有限次元近似に関する結果を証明した。この結果により、有限次元モデルにおける局所リスク最小戦略が、無限次元モデルにおける局所リスク最小戦略に収束することが従う。有限次元マーケットモデルにおける投資戦略の無限次元マーケットモデルにおける投資戦略への収束に関する先行研究として、効用最大化戦略は一般に収束し、優ヘッジ戦略は一般には収束しないことが知られている。自身の結果は、上の先行研究とは異なる最適戦略の概念である局所リスク最小化戦略の収束を保証するものである。また、無限次元マルチンゲールによって駆動する後退確率微分方程式の可解性および有限次元近似に関する結果は、一般的な非線形の枠組みにおいて成立するため、それ自体数学的に意義のある結果である。第二に、時間非整合的な選好を持つ投資家の効用最大化問題への応用を念頭に、「前進後退確率微分方程式の流れ」を定式化し、その短時間可解性を証明した。この方程式系によって時間非整合的な選好をもつ投資家の均衡戦略が特徴づけられることがいくつかの先行研究で報告されているが、その可解性は未解決であった。私は、非マルコフかつ非線形な設定においてこの方程式系を考え、均衡解の概念を定義し、短時間可解性を証明した。その証明では、まず時間区間を有限分割し、「離散的な流れ」を考えることにより有限次元の方程式を考えた。その方程式の可解性を示した後、時間区間の分割を細かくした極限として、元の「流れ」の均衡解が得られることを示した。この近似結果は、解析が困難な前進後退確率微分方程式の流れの数値計算における一つの指針になり得るという点で意義がある。当該年度では、無限次元マルチンゲールによって駆動する後退確率微分方程式の可解性、およびその有限次元近似に関する結果を得た。この結果は、当該研究課題である無限次元マーケットモデルにおける投資戦略の数学モデルの研究に応用可能である。具体的には、この結果により、無限次元マーケットモデルにおいてリスク最少化の観点で最適な戦略が記述され、さらにその戦略の適当な有限次元マーケットモデルにおける最適戦略による近似可能性が保障される。本結果は、先行研究をふまえながら、従前とは異なる最適戦略に関する知見を与えるもので、数理ファイナンスおよび確率微分方程式の一般論において興味ある結果であると考えられる。さらに、上の結果と独立して、時間非整合的な選好を持つ投資家の効用最大化問題への応用を念頭に、「前進後退確率微分方程式の流れ」を定式化し、その局所的な可解性および有限次元近似の結果を証明した。これは異なる時間間隔で定義された非可算無限個の後退確率微分方程式を含む新しいタイプの方程式系で、確率微分方程式の一般論の観点からも興味深い対象であり、具体的な応用の可能性を持つものであると考えられる。これらの結果をもとに論文を二本執筆し、学術誌に現在投稿中である。以上のように、本研究課題はおおむね順調に進展している。当該年度に得られた第一の結果である、無限次元マルチンゲールにより駆動する後退確率微分方程式に関する結果については、具体的なマーケットモデルにおける明示的な解表現と収束の速さの検証を行う。当該年度で得られた結果は、一般的な設定における方程式の可解性と有限次元近似可能性を保証するが、その具体的な解の構成については議論されていない。数理ファイナンスの実学的な性質上、このような具体的かつ定量的な表現は早急に検証する必要がある。また、ヒルベルト空間上の後退確率微分方程式との関連性について議論する。これにより、異なるモデル設定における投資戦略の数学的関連性が明らかになると考えられる。当該年度に得られた第二の結果である、前進後退確率微分方程式の流れに関する結果については、現在の局所的な可解性の結果を用いて、大域的な可解性を検証する。同時に、時間非整合的な投資家の効用最大化問題への応用可能性についても議論を進める。当該年度の研究において、投資戦略の数学モデルの定式化に関する二種類の方程式を調べた。第二の対象である前進後退確率微分方程式の流れに関しては、当該研究の「無限次元マーケットモデル」の枠組みと直接的には関連しないが、これまでに解析が困難とされていた、時間非整合的な選好を持つ投資家の効用最大化問題を解く上で、非常に重要な研究対象である。今後は、この時間非整合的な制御問題に重きを置いて、そこに現れる無限次元の構造に着目しつつ、方程式の諸性質の研究を推進していく。

第二に、時間非整合的な選好を持つ投資家の効用最大化問題への応用を念頭に、「前進後退確率微分方程式の流れ」を定式化し、その短時間可解性を証明した。この方程式系によって時間非整合的な選好をもつ投資家の均衡戦略が特徴づけられることがいくつかの先行研究で報告されているが、その可解性は未解決であった。私は、非マルコフかつ非線形な設定においてこの方程式系を考え、均衡解の概念を定義し、短時間可解性を証明した。その証明では、まず時間区間を有限分割し、「離散的な流れ」を考えることにより有限次元の方程式を考えた。その方程式の可解性を示した後、時間区間の分割を細かくした極限として、元の「流れ」の均衡解が得られることを示した。この近似結果は、解析が困難な前進後退確率微分方程式の流れの数値計算における一つの指針になり得るという点で意義がある。当該年度では、無限次元マルチンゲールによって駆動する後退確率微分方程式の可解性、およびその有限次元近似に関する結果を得た。この結果は、当該研究課題である無限次元マーケットモデルにおける投資戦略の数学モデルの研究に応用可能である。具体的には、この結果により、無限次元マーケットモデルにおいてリスク最少化の観点で最適な戦略が記述され、さらにその戦略の適当な有限次元マーケットモデルにおける最適戦略による近似可能性が保障される。本結果は、先行研究をふまえながら、従前とは異なる最適戦略に関する知見を与えるもので、数理ファイナンスおよび確率微分方程式の一般論において興味ある結果であると考えられる。さらに、上の結果と独立して、時間非整合的な選好を持つ投資家の効用最大化問題への応用を念頭に、「前進後退確率微分方程式の流れ」を定式化し、その局所的な可解性および有限次元近似の結果を証明した。これは異なる時間間隔で定義された非可算無限個の後退確率微分方程式を含む新しいタイプの方程式系で、確率微分方程式の一般論の観点からも興味深い対象であり、具体的な応用の可能性を持つものであると考えられる。これらの結果をもとに論文を二本執筆し、学術誌に現在投稿中である。以上のように、本研究課題はおおむね順調に進展している。当該年度に得られた第一の結果である、無限次元マルチンゲールにより駆動する後退確率微分方程式に関する結果については、具体的なマーケットモデルにおける明示的な解表現と収束の速さの検証を行う。当該年度で得られた結果は、一般的な設定における方程式の可解性と有限次元近似可能性を保証するが、その具体的な解の構成については議論されていない。数理ファイナンスの実学的な性質上、このような具体的かつ定量的な表現は早急に検証する必要がある。また、ヒルベルト空間上の後退確率微分方程式との関連性について議論する。これにより、異なるモデル設定における投資戦略の数学的関連性が明らかになると考えられる。当該年度に得られた第二の結果である、前進後退確率微分方程式の流れに関する結果については、現在の局所的な可解性の結果を用いて、大域的な可解性を検証する。同時に、時間非整合的な投資家の効用最大化問題への応用可能性についても議論を進める。当該年度の研究において、投資戦略の数学モデルの定式化に関する二種類の方程式を調べた。
生体中の水構造解明の手がかりとしての有機化合物中の疎水性基の水和メカニズムの解明-CH 伸縮振動波数とケミカルシフトの濃度・温度依存症の測定-

分子中の疎水性基の構造と大きさが異なる1,4-ジオキサン,1,3-ジオキサン,4-メチル-1,3-ジオキサンの3種のジオキサンと水の2成分系について,全濃度領域でNMRとIRを測定した.いずれも,混合によってΔH<0にもかかわらず,水プロトンのケミカルシフト,O-H振動波数の変化の測定結果より,水分子は水素結合が強くなることはなく,"iceberg structure"を形成しないことを確認した.2.極性基を持つ有機化合物中のCH基の新しい水和機構の提案1,3-ジオキサン,テトラヒドロフランは,ともに,極性基であるエーテル酸素の隣のCH_2と,さらに離れたCH_2をもつ.それぞれの環状エーテルと水との2成分系のIRスペクトルより,1)CH基と水との間のブルーシフトする水素結合は2段階で形成されること,2)水とエーテル酸素との水素結合形成と,エーテル酸素に近いCH_2基と水分子とのブルーシフトする水素結合は同時に始まることが示された.これより,水分子はOH...O<とCH...OH_2を同時に形成する二官能基水素結合形成によってCH基と弱い水素結合することで水和するメカニズムを提出した.(1,2について,J. Phys. Chem. Bにおいて2003年4月に発表した)アセトニトリル-d_3のC-Dをプロトンドナーとして,ジメチルスルホオキシドとアセトンをプロトンアクセプターとしたとき,C-D伸縮振動バンドの波数はそれぞれレッドシフトとブルーシフトを示した.一方,ジメチルスルホオキシドを異なる強度の電場中に置いてC-H伸縮振動バンドの波数をab initio M. O法で計算したところ,電場の強さに対応して波数は高波数から低波数に変化した.これより,ブルーシフトする水素結合と通常のレッドシフトする水素結合は共に,電場中の振動双極子として統一的に扱うことのできることがわかった.分子中の疎水性基の構造と大きさが異なる1,4-ジオキサン,1,3-ジオキサン,4-メチル-1,3-ジオキサンの3種のジオキサンと水の2成分系について,全濃度領域でNMRとIRを測定した.いずれも,混合によってΔH<0にもかかわらず,水プロトンのケミカルシフト,O-H振動波数の変化の測定結果より,水分子は水素結合が強くなることはなく,"iceberg structure"を形成しないことを確認した.2.極性基を持つ有機化合物中のCH基の新しい水和機構の提案1,3-ジオキサン,テトラヒドロフランは,ともに,極性基であるエーテル酸素の隣のCH_2と,さらに離れたCH_2をもつ.それぞれの環状エーテルと水との2成分系のIRスペクトルより,1)CH基と水との間のブルーシフトする水素結合は2段階で形成されること,2)水とエーテル酸素との水素結合形成と,エーテル酸素に近いCH_2基と水分子とのブルーシフトする水素結合は同時に始まることが示された.これより,水分子はOH...O<とCH...OH_2を同時に形成する二官能基水素結合形成によってCH基と弱い水素結合することで水和するメカニズムを提出した.(1,2について,J. Phys. Chem. Bにおいて2003年4月に発表した)アセトニトリル-d_3のC-Dをプロトンドナーとして,ジメチルスルホオキシドとアセトンをプロトンアクセプターとしたとき,C-D伸縮振動バンドの波数はそれぞれレッドシフトとブルーシフトを示した.一方,ジメチルスルホオキシドを異なる強度の電場中に置いてC-H伸縮振動バンドの波数をab initio M. O法で計算したところ,電場の強さに対応して波数は高波数から低波数に変化した.これより,ブルーシフトする水素結合と通常のレッドシフトする水素結合は共に,電場中の振動双極子として統一的に扱うことのできることがわかった.1.ケミカルシフトの温度依存性測定法の確立ケミカルシフト測定は,先端を球状にした細管に基準物質の純液体を封入して内管とし,観測される2本のシグナルの間隔からバルクの体積磁化率を得て補正するもので,測定条件の異なるケミカルシフトを厳密に比較ができる.本研究では,試料の温度がTで,基準物質の温度がすべての試料に共通の温度,Tr,であるような仮想的な条件についての電磁気学的な考察から,基準物質のケミカルシフトの温度依存性を得る式を求め,これを実測して得た.これを利用することで容易にケミカルシフトの温度依存性が得られる.この成果をAna. Chem.に投稿準備中である.2.CH基の水和メカニズムの修正これまで,C-H基の水和について,水の酸素電子による,C-H水素の電子押し込みモデル(pushball hydration model)を提出してきた.しかし,本研究に着手して以来,投稿した論文のreviewerによるこのモデルへの批判,8月に参加した国際溶液化学会議での議論の成果を得て,CH・・・Oによるものであると修正した.この修正モデルをJ. Am. Chem. Soc.に投稿中.3. CH...O水素結合についての赤外分光法とNMRのケミカルシフト,J値などについての基本的な特徴の検証CH...O水素結合は,酵素の3次元構造形成に重要な役割を果たしていることが知られているが,溶液中での形成についてはまだ報告されている研究が非常に少ない.一方,ab initio法を利用した研究は多く見られる,注目すべきことは,C-H伸縮振動バンドのブルーシフトと吸収強度の減少という計算結果で,実際にこれが観測されるかどうかを有機溶媒系で実験的に確認する作業を行った.

その結果,この2点が確認された.これらは,アセトンなどを水で希釈するときに観測されるものでもあり,2の水和モデルを支持する.疎水性基の構造と大きさの異なる1,4-ジオキサン,1,3-ジオキサン,4-メチル-1,3-ジオキサンの3種のジオキサンと水の2成分系について,全濃度領域でNMRとIRを測定した.いずれも,混合によってΔH<0にもかかわらず,水プロトンのケミカルシフト,O-H振動波数より,水分子は水素結合が強くなることはなく,"iceberg structure"を形成しないことを確認した.2.極性基を持つ有機化合物中のCH基の新しい水和機構の提案1,3-ジオキサン,テトラヒドロフランは,ともに,極性基であるエーテル酸素の隣のCH_2と,さらに離れたCH_2をもつ.それぞれの環状エーテルと水との2成分系のIRスペクトルより,1)CH基と水との間のブルーシフトする水素結合は2段階で形成されること,2)水とエーテル酸素との水素結合形成と,エーテル酸素に近いCH_2基と水分子とのブルーシフトする水素結合は同時に始まることが示された.これより,水分子はOH...O<とCH...OH_2を同時に形成する二官能基水素結合形成によってCH基と弱い水素結合することで水和するメカニズムを提出した.(1,2について,J.Phys.Chem.B4月に発表予定)アセトニトリル-d_3のC-Dをプロトンドナーとして,ジメチルスルホオキシドとアセトンをプロトンアクセプターとしたとき,C-D伸縮振動バンドの波数はそれぞれレッドシフトとブルーシフトを示した.一方,ジメチルスルホオキシドを異なる強度の電場中に置いてC-H伸縮振動バンドの波数をab initio M.O法で計算したところ,電場の強さに対応して波数は高波数から低波数に変化した.これより,ブルーシフトする水素結合と通常のレッドシフトする水素結合は共に,電場中の振動双極子として統一的に扱うことのできることがわかった.
オゾンと塩素の組合せ消毒によるクリプトスポリジウムオーシストの不活化

まず,遊離塩素単独のCryptosporidium parvumオーシストの不活化力を塩素濃度1100mg/L,pH7.0で評価した。その結果,一定レベルの不活化に要する遊離塩素CT値(消毒剤濃度Cと接触時間Tの積分値)は塩素濃度C(mg/L)に依存し,nlog不活化CTn値(mg min/L)はCTn=n・(21.3C+793)で表されることが明らかになった。オゾン単独の効果は0.11.0mg/Lで評価した。その結果,2log不活化CT値は23mg min/Lであり,この範囲では濃度依存性はなかった。続いて,オゾンと塩素の順次組合せ消毒方法の不活化効果を評価するために,オゾンにCT値で0.75,2.0,3.0mg min/L接触させたのち濃度約1mg/Lの遊離塩素にCT値で1,400mg min/L接触させた。オゾン+塩素全体での不活化効果はそれぞれ2.17,1.68,1.43logに過ぎず,オゾン単独及び塩素単独の不活化効果の和(それぞれ)と比較すると,オゾン-塩素を順次組合せることによって生じる不活化増幅効果はオゾンCT値0.75,2.0,3.0mg min/Lのときそれぞれ0.97log,-0.06log,-0.31logであった。このように,オゾンCT値0.75mg min/Lのときは約1logの相乗効果を示唆する結果となったが,2.0mg min/Lのときは単純相加的,3.0mg min/Lの場合は逆に若干ではあるが相殺的ともいえる結果となり,全体としては,前段でオゾンに接触させたのち残留するオゾンを消去してから塩素に接触させる順次組合せ消毒方法には,実質上,有意な相乗効果は認められず,単なる相加効果に過ぎないと判断された。組合せ消毒の効果を評価する場合,組み合わせる消毒方法それぞれの単独効果を定量する必要がある。そこで本年度は,塩素およびオゾンをそれぞれ単独消毒剤として用いたときのCryptosporidium parvumオーシスト不活化能力を評価した。供試C.parvumとして免疫正常ヒト由来のHNJ-1株オーシストを用いて,pH7,20°Cで遊離塩素およびオゾンに暴露した。塩素では,遊離塩素濃度約1mg/LにCT値(濃度時間積)で最大10,000mg・min/Lまで暴露し,脱襄活性と,SCIDマウス感染性の継時変化を調べた。その結果,CT値10,000mg・min/L(塩素濃度1mg/Lで7日間)でも,脱嚢活性の低下は0.43log_<10>にすぎなかったが,マウス感染性はCT値2,700mg・min/Lで3log_<10>の低下が認められた。このように,生育活性は低下しないいもかかわらず感染性のみが顕著に減少する傾向が認められたことから,感染性の変化をみるために,計3回の塩素暴露実験を行った。その結果,感染性はCT値の増加に伴って指数関数的に低下すること,感染性の1log_<10>低下に要する遊離塩素のCT値はpH7,20°Cで800-900mg・min/Lであることが明らかになった。オゾンでは,オーシスト懸濁液にオゾン化ガスを連続曝気する方法で暴露させた。マウス感染性が脱嚢活性よりも顕著に低下する点は塩素の場合と同様であったが,両者の開きは塩素の場合ほど顕著ではなかった。

また,感染性はオゾンの場合もCT値の増加に伴って指数関数的に低下し,1log_<10>不活化CT値はオゾン濃度0.1-1.0mg/Lで1.8-3mg・min/Lの範囲にあった。昨年度,塩素とオゾンの単独系で感染力低下能力を評価した。その結果,塩素による感染力の低下には明瞭な塩素濃度依存性があることが明らかになった。そこで,今年度はまず塩素濃度依存性を評価し,20°C,pH7,遊離残留塩素濃度0.5100mg/Lにおける濃度依存性を定量的に明らかにした。続いて,オゾン+塩素のシークエンシャル消毒実験を行った。この実験では,精製オーシストをまずオゾンにCT値で0.75,2.0,3.0mg min/L接触させ,チオ硫酸ナトリウムでオゾンを消去し,残留する過剰分のチオ硫酸ナトリウムを遠心洗浄した後,遊離残留塩素に24時間(遊離塩素CT値で約1,400mg min/L)接触させた。「オゾン+塩素」における感染力の低下は,オゾン接触CT値が0.75,2.0,3.0mg min/Lのとき,それぞれ,2.17,1.68,1.43logであった。一方,オゾンと接触させずに塩素にCT値で約1,400mg min/L接触させたときの感染力の低下は1.74logであったので,前段にオゾンに接触させたのちに同量の塩素に接触させる組合せ消毒の塩素接触段階での増加分は前オゾンCT値が0.75,2.0,3.0mg min/Lのときそれぞれ,+0.97log,-0.06log,-0.31logと算出された。このように,前オゾンの接触量が0.75mg min/Lの場合にのみ,約1logの相乗効果が認められたが,オゾンに2.0と3.0mg min/L接触させたのちに塩素に接触させた場合には有意な相乗効果は認められず,オゾンに3.0mg min/L接触させたのち塩素に接触させた場合にはむしろ減少傾向すら認められた。これらの結果から,オゾンに接触させたあと塩素に接触させる組合せ消毒方法には,実質上,オーシストの不活化に十分な相乗効果は期待できないと判断された。
血管再構築・動脈硬化病変における造血幹細胞関与の分子機序と創薬標的の探索研究

本申請で申請者らは提案した血管傷害における骨髄細胞の関与の解明と、血管傷害部位に集蔟するマクロファージ、内皮細胞、平滑筋細胞の起源を明らかにするため、17,18年度に引き続き、造血系細胞の関わりに関して解析を行った。まずポリエチレンカフを留置したアポEノックアウトマウスにおけるthromboxane A2 receptor(TP)欠損の粥状動脈硬化抑制の分子機構を詳細に解析し、動脈硬化抑制の機序は造血幹細胞自身のTP欠損ではなく、幹細胞が集簇する動脈壁に存在する種々の細胞群におけるTPの機能障害に起因することを示した。また、大腿動脈カフ留置による血管再構築において、血清コレステロール値の上昇が骨髄造血幹細胞の病変への動員ならびにマクロファージ系細胞への分化と泡沫細胞化を促進することを明らかにした。これらの結果は、血管再構築の一形態である粥状動脈硬化病巣における泡沫細胞集簇おける骨髄造血幹細胞の関与に血清コレステロール値が深くかかわることを示すといえる。また、血管内皮細胞と粥状動脈硬化の関連を探求するためNF-kappaBならびにLox-1の発現メカニズムを明らかにした。以上より研究期間中に、造血幹細胞が血管再構築過程に果たす役割の検証を行うとともに、その制御メカニズム、特に脂質代謝異常ならびに酸化ストレスの関与につき考究しえたと考える。今後は、この実験モデルを用いて、新たな創薬標的の設定を見据えた探索研究に発展させたい。平成18年度において申請者らは血管傷害反応としての血管再構築における骨髄由来幹細胞の関与を明らかにすることを引き続き目指した。申請者らは既にトロンボキサンA2受容体とアポ蛋白E遺伝子ダブルノックアウトマウスにおいて、粥状動脈硬化が著しく抑制されることを報じたが、さらにその分子機構を明らかにするべく、アポEノックアウトマウスまたはダブルノックアウトマウス由来の骨髄細胞をアポEノックアウトマウスまたはダブルノックアウトマウスをレシピエントとして移植することにより、大動脈基始部の粥状動脈硬化病変形成を解析した。その結果、骨髄由来の血球細胞のTP発現自体は粥状動脈硬化の進展制御に中枢的役割を果たさないことを実証した。この成績からTPは血球系細胞以外の関係細胞、たとえば血管内皮細胞において粥状動脈硬化病変の形成に関わることが推測された。一方、申請者らは血管内皮細胞と粥状動脈硬化との関わりを探求する為、NF-kappaBならびにLox-1の発現制御メカニズムを追求し、その分子機構を解析、報告するとともに、血管再構築と高脂血症ならびに糖代謝異常に代表される冠動脈リスクとの関わりにつき、動脈硬化症治療薬剤であるHMG-CoA還元酵素阻害薬、PPARαアゴニストであるフィブラート系薬剤、PPARγアゴニストであるチアゾリシン誘導体の骨髄細胞の病変への集簇と細胞組成に対する影響を検討中である。平成19年度において申請者らは血管傷害反応としての血管再構築における骨髄由来幹細胞の関与を明らかにすることを引き続き目指した。申請者らは既にトロンボキサンA2受容体の骨髄由来の血球細胞での発現自体は粥状動脈硬化の進展制御に中枢的役割を果たさないことを実証したが、その一方で骨髄由来幹細胞の血管再構築過程において高脂血症が重要な制御メカニズムに関わることを新たに実証した。また申請者らは血管内皮細胞と粥状動脈硬化との関わりを探求する為、NF-kappaBならびにLox-1の発現制御メカニズムを追求し、その分子機構として桑葉に含有される抗酸化作用を有する水溶性分子が抗動脈硬化作用に関与することを証明した。以上の結果から、血管再構築と動脈硬化病変の発症、進展における高脂血症に代表される冠動脈リスクとの関わりにつき、酸化ストレス除去剤を含めた新たな動脈硬化症治療薬剤の創薬の可能性につき検索を続けている。
非定常環境におけるオートマトンの学習－ソフトコンピューティングの有効活用にむけて

我々人間が現実に直面する周囲環境は、殆どすべてが、特性が時間と共に変化するものである。それ故、ソフトコンピューティング技術の有用性を確立するためには、環境の特性が時間と共に変化するいわゆる非定常環境の下でのソフトコンピューティングの有効性を確認する必要がある。本研究では、非定常環境中でのソフトコンピューティング技術の性能を格段に向上させるための一つの試みとして、学習オートマトンとソフトコンピューティング技術の融合システムを提案すると共に、株価予測やコンピュータゲーミング等の具体的問題への活用を通じて提案手法の有効性を検討したものである。平成24年度は、コモンスゲームにスポットをあて、“ニューラルネットや進化計算といったソフトコンピューティング技術をうまく活用することにより、環境問題の重要性を人々に深く認識させることが可能となりうる"ことを確認した。( NNsや進化計算といったソフトコンピューティング技術を活用した改良型コモンスゲームを作成し、それを、関西の幾つかの大学の学生(院生)にプレイさせることにより、環境問題の重要性をプレーヤー達に深く認識させることが可能となりうることが分かった。)ニューラルネットや遺伝的アルゴリズムやファジー集合などを内包するソフトコンピューティング技術は、ここ数十年の間に、研究成果がが十二分に蓄積されると共に、実社会における様々な興味深い活用を通じて幅広く我々人間社会に浸透してきた。しかしながら、これまでの研究成果や応用面での適用は、ほとんどが環境の特性が時間と共に変化しないいわゆる定常性を仮定したものであった。ところで、我々人間が現実に直面する周囲環境は、殆どすべてが、特性が時間と共に変化するものである。平成23年度は、ソフトコンピューテイングの研究、特に、ニューラルネット並びに進化計算の理論と応用に関する研究に主力を注いだ。また、それらと並行して、学習オートマトンの理論的研究並びにその応用に関する研究も進めてきた。平成24年度は、ニューラルネット、並びに、進化計算の理論と応用に関する研究を進めると共に、学習オートマトンとニューラルネット等のソフトコンピューティングとの融合研究に関する研究を進めてきた。確率オートマトンの学習に関する理論的研究を更に進めると共に、ニューラルネット、遺伝的アルゴリズム、進化計算等々のソフトコンピューティング技術との融合研究を推し進める。確率オートマトンの学習に関する理論的研究に注力すると共に、他のソフトコンピューティング技術との融合研究にも力を注ぐ。平成25年6月26日28日の3日間に渡り,ポルトガルのセシンブラで開催される国際会議IIMSSー13で発表する予定があり,そのための経費として使用する。スペインのセバスチャンで開催される国際会議に出席し、発表並びに司会をすると共に、参加者の方々との研究討論を行いたいと思っている。23年度の執行残は研究に必要なPC購入や研究出張旅費並びに研究補助謝金に充てる予定である。
脂肪由来幹細胞の細胞シートによる末梢神経の再生に関する研究

本来の予定通り、生体吸収性チューブ内に脂肪幹細胞の細胞シートを封入するモデルについての研究結果をまとめ各種学会で報告しました。実験では生体吸収性チューブ単独群(対照群)と生体吸収性チューブ内に脂肪幹細胞の細胞懸濁液を封入した群(細胞群)と生体吸収性チューブ内に脂肪幹細胞の細胞シートを封入した群(細胞シート群)の3群の成績を比較しています。その結果、対照群よりも細胞群や細胞シート群において液性因子のmRNA発現量が多くなっていたことが判明しました。また細胞群に比べ細胞シート群では再生組織内のシュワン細胞数が増加し、軸索の伸長距離が長くなる傾向を認めました。すなわち脂肪幹細胞の細胞シートは人工神経の末梢神経再生促進効果を向上させると考えられました。この結果については本年度の日本マイクロサージャリー学会で既に報告しており、英文論文を投稿中です。上記の研究に加え、近年欧米で臨床応用が急激に進んでいる「同種処理神経」を用いた研究も開始しました。この研究では各種溶液での脱細胞化処理を行い作成した同種処理神経に、脂肪幹細胞の幹細胞シートを付加したモデルを使用しています。本研究の結果、細胞シートを付加した同種処理神経は一部の評価基準において自家神経と同等の成績を得られたことを確認しています。この結果については本年度の日本末梢神経学会で既に報告しています。来年度はcell trackingなどにより細胞シートの作用機序について評価した上で、日本手外科学会での学会発表や英文論文の投稿を行う予定です。細胞シートによる神経再生促進効果について十分な結果が得られたことから、今後日本での基礎研究や臨床応用が進むことが確実視されている「同種処理神経」に対する細胞シートの応用について検討する段階に進むことができました。同種処理神経の成績を向上させるためには細胞成分の付加が必須だと考えられており、近年は世界中で様々な取り組みが行われています。本研究はそれらの研究の中でも、細胞の確実な担持が行えるシート化の技術を応用した独創性、新規性の高い研究となっています。さらに、細胞シートにより自家神経を強化する「強化型自家神経」という新しいコンセプトの移植片についての研究も開始しています。同種処理神経を扱う他施設の研究者とも緊密に連絡をとり、研究を推進しています。また、来年度からは本研究の共同研究者として大学院生を一名増員する予定です。残念ながら日本国内においては同種処理神経について研究している組織が少ないため、積極的に海外施設との交流や議論を進めたいと考えています。来年度にはベルリンで開催される国際手外科学会で本研究の結果について報告し、情報発信と意見交換を図る予定です。強化型自家神経に関しては来年度上半期に和文論文を投稿し、そのコンセプトを世に問いたいと考えています。平成29年度は生体吸収性チューブ内に細胞シートを封入し、評価する実験を計画していました。細胞シートについては、当初の計画通り当科のFangらが考案した、脂肪幹細胞にアスコルビン酸を添加するという手法で作成しました。現在、細胞シートは安定して作成できる状態となっています。実験モデルとして、1012週齢のラットを使用し、15mmの坐骨神経の欠損を作成して16mmの生体吸収性チューブ(ナーブリッジTM)で架橋するラット坐骨神経欠損モデルを使用しました。実験群としてチューブ内に細胞シートを封入した群(シート群)、チューブ内にコラーゲンゲルとADSCsを封入した群(細胞群)、チューブのみで架橋した群(対照群)を作成し、2、4、8週後に再生組織を採取して評価を行いました。評価項目はチューブ内の生細胞数(Di-I染色)、軸索伸長距離(βIII-tubulin染色)、前脛骨筋の筋湿重量比であり、4、8週後には上記の評価の前に電気生理学的評価として坐骨切痕部で電気刺激を行い、前脛骨筋の複合筋活動電位を計測、評価しました。4週後の軸索伸長距離については、対照群と細胞群には有意差を認めませんでしたが、これらとシート群には有意差を認めました。また、4週後の再生組織内の細胞数については、シート群で細胞の集積が顕著であったことが判明しています。なお、ここまでの研究結果については、2017年度の日本末梢神経学会などで報告を行っています。現在は2019年度に一連の研究結果を総括し、学会発表を行う計画です。細胞シートを安定して作成するまでに相応の時間を要しましたが、研究は当初の計画通りに進んでいます。

この研究では各種溶液での脱細胞化処理を行い作成した同種処理神経に、脂肪幹細胞の幹細胞シートを付加したモデルを使用しています。本研究の結果、細胞シートを付加した同種処理神経は一部の評価基準において自家神経と同等の成績を得られたことを確認しています。この結果については本年度の日本末梢神経学会で既に報告しています。来年度はcell trackingなどにより細胞シートの作用機序について評価した上で、日本手外科学会での学会発表や英文論文の投稿を行う予定です。細胞シートによる神経再生促進効果について十分な結果が得られたことから、今後日本での基礎研究や臨床応用が進むことが確実視されている「同種処理神経」に対する細胞シートの応用について検討する段階に進むことができました。同種処理神経の成績を向上させるためには細胞成分の付加が必須だと考えられており、近年は世界中で様々な取り組みが行われています。本研究はそれらの研究の中でも、細胞の確実な担持が行えるシート化の技術を応用した独創性、新規性の高い研究となっています。さらに、細胞シートにより自家神経を強化する「強化型自家神経」という新しいコンセプトの移植片についての研究も開始しています。当初はモデル作成後8週までの評価を考えていましたが、現在は12週までの評価が必要であると考えています(私たちの研究グループが同時進行で行っている別の研究結果から、そう考えるに至りました)。平成30年度はコラーゲンを足場とした細胞シートを作成し、これを人工神経として用いる計画を立てていましたが、これに先立ちモデル作成後12週の病理学的評価や電気生理学的評価、再生産物の遺伝子発現に関する評価、などを追加で行う予定です。同種処理神経を扱う他施設の研究者とも緊密に連絡をとり、研究を推進しています。また、来年度からは本研究の共同研究者として大学院生を一名増員する予定です。残念ながら日本国内においては同種処理神経について研究している組織が少ないため、積極的に海外施設との交流や議論を進めたいと考えています。来年度にはベルリンで開催される国際手外科学会で本研究の結果について報告し、情報発信と意見交換を図る予定です。強化型自家神経に関しては来年度上半期に和文論文を投稿し、そのコンセプトを世に問いたいと考えています。本研究は平成30年度、平成31年度にも継続して行う研究であり、当初の予定通り次年度使用額が発生しています。同種処理神経および強化型自家神経の研究のために使用します。