hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
上肢障がいにおける身体形態の変化と動作変容の関係

本研究では,上肢の障がいを有する際の欠損部における動作生成の規範への影響および,上肢の障がいを有するアスリートのパフォーマンス向上のための動作要因を明らかにすることを目的としている.1年目である2018年度は健常者を対象に予備実験を複数回実施し,実験試技の確認と実験条件の確認を行った.着地動作を安定させるために角運動量を制御しなければならず,上肢の動きが角運動量の制御に重要である回転を伴うジャンプ動作のみならず,垂直跳び動作であっても健常者である被験者の上肢の拘束方法の違いにより,パフォーマンスに影響することが明らかとなったため,今年度中に実験条件を確定できたことは,これからの研究を進めるうえで重要であった.被験者として予定している複数名の上肢障がいを有するアスリートに対しては,実験室環境での測定を行うことができなかったため再度,日程調整を行い,データを収集予定である.今年度中に,上肢障がいを有するアスリートに対する実験装具を作成することはできなかったが,ビデオカメラを用いた動作データを収集できたため,収集した動作の分析も同時に進め,装具作成の際の参考としたい.今後,装具を用い,身体の形態を変化させた状態の動作データの収集等を行うことで,欠損部を補うような補償動作および上肢障がいを有するアスリートのパフォーマンス向上のための基礎的知見を得ることに繋がると考えられる.なお,来年度以降は,取得したデータをもとに国際学会誌への投稿を行う予定である.今年度は健常者を被験者とした予備実験を複数回実施することができ,実験条件および試技は具体的に定めることができたが,被験者予定の上肢障がいを有するアスリート複数名との日程が合わず,一部予備実験の実施にとどまり,装具の作製まで行うことができなかったため.被験者予定の上肢障がいを有するアスリート複数名の動作データをモーションキャプチャおよび地面反力計を用いて取得し,さらに装具の作製者および被験者と打ち合わせの機会を複数日設け装具作成を行う.また装具を装着した際の動作データをモーションキャプチャおよび地面反力計を用いて取得したい.本研究では,上肢の障がいを有する際の欠損部における動作生成の規範への影響および,上肢の障がいを有するアスリートのパフォーマンス向上のための動作要因を明らかにすることを目的としている.1年目である2018年度は健常者を対象に予備実験を複数回実施し,実験試技の確認と実験条件の確認を行った.着地動作を安定させるために角運動量を制御しなければならず,上肢の動きが角運動量の制御に重要である回転を伴うジャンプ動作のみならず,垂直跳び動作であっても健常者である被験者の上肢の拘束方法の違いにより,パフォーマンスに影響することが明らかとなったため,今年度中に実験条件を確定できたことは,これからの研究を進めるうえで重要であった.被験者として予定している複数名の上肢障がいを有するアスリートに対しては,実験室環境での測定を行うことができなかったため再度,日程調整を行い,データを収集予定である.今年度中に,上肢障がいを有するアスリートに対する実験装具を作成することはできなかったが,ビデオカメラを用いた動作データを収集できたため,収集した動作の分析も同時に進め,装具作成の際の参考としたい.今後,装具を用い,身体の形態を変化させた状態の動作データの収集等を行うことで,欠損部を補うような補償動作および上肢障がいを有するアスリートのパフォーマンス向上のための基礎的知見を得ることに繋がると考えられる.なお,来年度以降は,取得したデータをもとに国際学会誌への投稿を行う予定である.今年度は健常者を被験者とした予備実験を複数回実施することができ,実験条件および試技は具体的に定めることができたが,被験者予定の上肢障がいを有するアスリート複数名との日程が合わず,一部予備実験の実施にとどまり,装具の作製まで行うことができなかったため.被験者予定の上肢障がいを有するアスリート複数名の動作データをモーションキャプチャおよび地面反力計を用いて取得し,さらに装具の作製者および被験者と打ち合わせの機会を複数日設け装具作成を行う.また装具を装着した際の動作データをモーションキャプチャおよび地面反力計を用いて取得したい.本年度実施できなかった実験および打ち合わせ,参加できなかった学会旅費等により差額が生じた.次年度では,研究必要機材と人件費および謝金に使用予定である.
世界自然遺産の小笠原樹木を用いた、乾燥による樹木枯死メカニズムの生理的解明

近年、温暖化等による環境変動によって、突発的な熱波や長い無降雨期間が引き起こす乾燥化が森林生態系へ深刻な影響をもたらしている。そこで、温暖化や乾燥化に対する森林衰退の将来の予測が求められており、この予測を行うには、樹木の乾燥による枯死の生理機構の理解が必要である。現在、樹木の乾燥枯死の生理要因として「道管の水切れ」と「糖欠乏」の二つの仮説が有力視されている。しかし本研究によって、道管の水切れや糖欠乏に先立ち、1)呼吸の低下によるATP合成の減少、2)篩部での糖輸送阻害、3)葉の再生産や地上部や細根部の芽や根の成長の不全が起こることが明らかになった。さらに脱水により道管の水切れが進行すると、木部内のデンプンが可溶性糖に変換され、逆に潅水によって可溶性糖がデンプンに戻され、水切れを起こした道管は機能回復していった。これは可溶性糖が、水切れを起こした道管の水の再充填への関与を示唆する。これらの結果をまとめると、「道管の水切れ」と「糖欠乏」の二つの仮説は、呼吸の低下に伴う代謝不全を介して密に関係していることを示唆している。また土壌乾燥時に葉の水ポテンシャルを高く保つ"Isohydric"な樹種の方が、葉の水ポテンシャルがより低下する"Anisohydric"な樹種よりも、材の柔細胞の割合が多く、高い糖貯蔵量を持つことがわかってきた。本研究では、1)乾燥による樹木枯死の生理メカニズムを明らかにするうえで、「道管の水切れ」、「糖欠乏」に加え「呼吸低下による代謝不全」の3つの要因を考慮する必要があること、2)また上記3要因への耐性は樹種ごとの水ポテンシャルの調整の仕方によって決まる可能性を示した。この成果に基づき研究を続けることは、「道管の水切れ」と「糖欠乏」と「代謝不全」を考慮した、新規の土壌乾燥による樹木枯死の生理的な機構の提唱へと繋がる。29年度が最終年度であるため、記入しない。小笠原は谷から尾根にかけて土壌が浅くなり明瞭な乾燥勾配が存在する。この勾配に沿って樹高や種組成が大きく変化する。本年度の研究では、乾燥勾配に沿った乾燥耐性形質の可塑性を3固有樹種間(テリハハマボウ、シマイスノキ、シマシャリンバイ)で比較した。テリハハマボウは、乾燥地に向かい葉と枝の水容量(葉と枝の水のキャパシタンス)と葉の細胞壁の弾性係数が高い傾向を示した。すなわち、葉や枝の水ポテンシャルを高く保ち脱水を回避する戦略を示した(回避型)。シャリンバイは、乾燥地に向かい葉の萎れ点が低く枝の水切れ耐性が高い傾向にあった。すなわち、葉と枝は水ポテンシャルの低下に対し高い耐性を持ち、脱水に耐える戦略を示した(耐性型)。シマイスノキはこの両種の間特性を示した(中間型)。一般的に回避型は、気孔調節により植物の水分量が保たれ(水ポテンシャルが高く保たれ)葉のしおれや木部道管の水切れを回避する。しかし、回避型のテリハハマボウは乾燥地に向け道管の水切れが起こる傾向を示した。テリハハマボウは他の2種に比べ葉や枝が低コストである(葉が薄く、材密度は低い)。野外で萌芽個体が観察されることからも、気孔調節や葉や枝の水容量で対応できない乾燥に対し、葉を枝ごと落とすことで致死的な脱水を回避しているかもしれない。一方耐性型は、乾燥期でも高いガス交換効率を示し光合成が高く保つため乾燥地で有利とされている。実際に耐性型のシマシャリンバイは、各環境の枝の水ポテンシャルの低下に対し十分に高い水切れ耐性能力を持っていた。しかし、乾燥地では枝の水切れが起こる個体も見られ、高いガス効率交換によって強い脱水を回避できないことと関係するかもしれない。興味深いことに、中間型のシマイスノキの枝の水切れ耐性は各環境の枝の水ポテンシャルにちょうど耐える値を示し、枝の水切れの程度は水環境の変化の影響を受けにくい傾向が見られた。本研究課題の具体的な目標は、1)乾燥が穏やか年と極端な乾燥年の両方において、2)乾燥強度の勾配に沿って、枝の通水性や葉の水利用効率といった水収支と光合成速度や枝の炭水化物の量や質といった炭素収支を測定することである。28年度は、目標1)の乾燥が穏やかな年であり乾燥年と比較するために必要なデータがおおむね取れている。また、目標2)に関しては小笠原固有種であるテリハハマボウ、シマシャリンバイ、シマイスノキの成木を、山の谷部から尾根部にかけた土壌深さに関係した土壌乾燥勾配に沿って、葉と枝の乾燥耐性にかかわる生理特性を測定することができた。したがって、本研究はおおむね順調に進展している。

しかし本研究によって、道管の水切れや糖欠乏に先立ち、1)呼吸の低下によるATP合成の減少、2)篩部での糖輸送阻害、3)葉の再生産や地上部や細根部の芽や根の成長の不全が起こることが明らかになった。さらに脱水により道管の水切れが進行すると、木部内のデンプンが可溶性糖に変換され、逆に潅水によって可溶性糖がデンプンに戻され、水切れを起こした道管は機能回復していった。これは可溶性糖が、水切れを起こした道管の水の再充填への関与を示唆する。これらの結果をまとめると、「道管の水切れ」と「糖欠乏」の二つの仮説は、呼吸の低下に伴う代謝不全を介して密に関係していることを示唆している。また土壌乾燥時に葉の水ポテンシャルを高く保つ"Isohydric"な樹種の方が、葉の水ポテンシャルがより低下する"Anisohydric"な樹種よりも、材の柔細胞の割合が多く、高い糖貯蔵量を持つことがわかってきた。本研究では、1)乾燥による樹木枯死の生理メカニズムを明らかにするうえで、「道管の水切れ」、「糖欠乏」に加え「呼吸低下による代謝不全」の3つの要因を考慮する必要があること、2)また上記3要因への耐性は樹種ごとの水ポテンシャルの調整の仕方によって決まる可能性を示した。この成果に基づき研究を続けることは、「道管の水切れ」と「糖欠乏」と「代謝不全」を考慮した、新規の土壌乾燥による樹木枯死の生理的な機構の提唱へと繋がる。29年度の目標は、1)GISデータを用いたリモートセンシングによって現在の植生分布と、生育環境に基づいた予測分布可能域との比較を行うことと、2)28年度の研究を引き続き行い、今年度との比較を行うことである。目標1)については現在、ドローンを用いたリモートセンシングを行っている共同研究者との研究打ち合わせを行っている。加えて、調査地である小笠原諸島父島の戦後からの航空写真を入手しており、過去から現在にかけた植生の変化も含めて解析を行い、現在の植生がどのように形成されてきたかを戦後からの航空写真を用いた時系列データから考察する。目標2)については、4月下旬現在において調査地である小笠原諸島父島では昨年の12月からの降雨が少なく、貯水ダム量が3割を切るという乾燥した状況にある。これが夏まで続けば島の森林植生は脅威的な乾燥を体験する(約100年に1度の極端な乾燥が起こる)。このような危機的状況を科学的に評価する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
文脈指向プログラムの深化と応用に関する研究

文脈指向プログラミング(COP)は文脈によって変化する振る舞いをモジュール化し、統制された方法でそれらを切り替える方法を提供する。本研究では、数多くのものが乱立していたCOPの言語機構を整理し、COP機構をソフトウェア開発の中でどのように用いていくべきかを明らかにしたソフトウェア開発方法論と、それに基づいて設計した、既存のCOP機構を一般化・包含する新たなCOP言語を実現した。またその言語仕様を理論レベルで厳密に定義し、言語実現上の諸問題をそれに基づいて解決した。文脈指向プログラミング(COP)言語ServalCJ(論文発表時の呼び名はJavanese)のプロトタイプを実現した。これは、既存のCOP言語で提案されてきた様々な層活性の機構を一般化し、シンプルな言語機構としてまとめ上げた新しいCOP言語である。これまでのCOPの研究は特定の事例に対してその問題解決を与えるものであった。例えば環境の変化などの外部的な要因で発生する文脈の変化と、プログラム実行の制御フロー中などの内部的な文脈の変化は、これまで別々の言語機構・プログラミング言語で書かなければならなかった。特に、単に複数の言語機構を一つの言語に混ぜ合わせるだけでは両者の意味論間において矛盾が発生するという問題がある。ServalCJではその矛盾を回避する新たな意味論が実現され、それにより既存の様々な層活性の機構をシンプルな言語機構として統合した。また、COP言語の応用として、文脈指向ソフトウェア開発方法論COSEを構築した。COP言語では層をモジュールの単位として扱うが、実際のソフトウェア開発において、いつ、既存のオブジェクト指向言語のモジュール機構のかわりに層を使うべきかは明らかになっていない。また、要求獲得時において、ソフトウェアの振る舞いを動的に変更させる様々な要因の中から、どれを文脈として抽出すべきかについても明らかでない。COSEはこれらの問題に対して、体系的に文脈や層の識別を行う方法を示したガイドラインであり、小さな例題を通してその有効性を確認した。本研究課題では、まず新たな文脈指向プログラミング(COP)言語ServalCJの研究開発を進めている。当該年度においては、異なる層活性機構を統合する際に生じる衝突の問題(オブジェクト毎の活性化と大域的な活性化の衝突や、同期的な活性化と非同期的な活性化の衝突)を識別し、言語の意味論を形式的に正確に記述することによって問題の解決方法を示した。またこの意味論に基づいてServalCJのコンパイラを実現し、パフォーマンス評価を行って実用性を示した。研究成果はソフトウェアのモジュラリティ分野で権威のある国際会議MODULARITY'15で発表された。本研究課題では、同時に文脈指向ソフトウェア開発方法論COSEの構築も進めている。当該年度では、COSEの新たな事例研究として迷路探索ロボットのシミュレータの開発に取り組んだ。この事例では、これまでの事例には無かった観点として、数ある層活性方法の中から、適切なものを選択する手法に関する考察が盛り込まれている。昨年度の研究成果としてMODULARITY'14で発表された(4月開催だったため発表自体は当該年度の実績)論文に、この事例研究を含めた論文を、権威ある英文論文誌に投稿中である。このほか、層内基底メソッドをServalCJのような非同期的な層活性を許す言語で実現する方法の予備研究として、on-demand activationの機構を提案し、COPに関する国際ワークショップCOP'14で論文を発表した。この機構そのものはServalCJでは実現できないことが後に分かったが、それに代わる機構に関する着想を得た。本研究課題では、新たな文脈指向プログラミング(COP)言語ServalCJの研究開発を進めている。これまでに、ServalCJコンパイラの試作を行い、その有効性を確かめるとともに、異なる層活性機構を統合する際に生じる衝突の問題(オブジェクト毎の活性化と大域的な活性化の衝突や、同期的な活性化と非同期的な活性化の衝突)に対しては、言語の意味論を形式的に正確に記述することによってその解決方法を示した。また、同時に文脈指向ソフトウェア開発方法論COSEの構築も進めており、迷路探索ロボットシミュレータの開発などの事例から、数ある層活性方法の中から適切なものを選択する手法などを提案してきた。これらの研究成果は、ソフトウェアのモジュラリティ分野で権威のある国際会議MODULARITY'14, MODULARITY'15などで発表されてきた。当該年度では、方法論COSEの内容を精緻化し、権威ある英文論文誌に投稿・採択された。ServalCJでの異なる層活性機構を統合する際、それらの活性化の優先度が保存される性質を定理化し(優先度保存定理)、それを証明した。その成果は、MODULARITY'15で発表した論文の拡張版として、権威ある英文論文誌に投稿・採択された。層内基底メソッド(層活性によって、新たなメソッドがオブジェクトに追加される機構)を、ServalCJのような非同期的な層活性を許す言語で型安全に実現するための新たなメソッドディスパッチ機構を実現し、COPに関する国際ワークショップCOP'15で論文を発表した。さらにその成果を理論化し、型安全性を証明した。ServalCJに関数リアクティブプログラミングの要素を取り入れた新たな柔軟なモジュール機構及びプログラミング手法である柔境界モジュールと境界プログラミングの着想を得、アイデアを国際ワークショップMASS'16で発表した。

当該年度で実施した、異なる層活性機構の間の優先度保存の定理の証明は、研究を実施するうえで出てきたアイデアであり、当初の計画にはこれを行うことは予定していなかった。これを実施したことにより、当初の想定よりも大きな研究成果を得ることとなった。同様に、当該年度で実施した層内基底メソッドの実現も、当初の計画では予定していなかったが、メソッドディスパッチの方法を改良すれば簡単に実現できることが分かったため、実施した。これも研究成果をより大きく補強した。さらに、当該研究を発展させる柔境界モジュールや境界プログラミングなどのアイデアについての着想が得られ、今後の研究の見通しも明るい。研究成果は毎年のように権威ある国際会議で発表されたり論文誌での採択が決まっており、国際的評価も高い。本研究課題では、これまでに提案されてきた文脈指向プログラミング(COP)の言語機構を深化させ、統一的な言語機構としてまとめ上げることと、それに基づいたソフトウェア開発方法論の構築に関する研究を進めてきた。言語機構については、COP言語ServalCJの研究開発を進めている。これは、既存のCOP言語で提案されてきた様々な層活性の機構を一般化し、シンプルな言語機構としてまとめ上げた新しいCOP言語である。これまでに、ServalCJコンパイラの試作を行い、言語の有効性を確かめるとともに、異なる層活性機構を統合する際に生じる衝突の問題(オブジェクト毎の活性化と大域的な活性化の間の衝突や、同期的な活性化と非同期的な活性化の間の衝突)に対しては、言語の意味論を形式的に正確に記述することによってその解決方法を示した。方法論については、文脈指向ソフトウェア開発方法論COSEの構築を進めており、迷路探索ロボットシミュレータの開発などの事例から、数ある文脈依存な振る舞いの中からCOPを用いて実装すべきものを選択する手法などを提案してきた。これらの研究成果は、ソフトウェアのモジュラリティ分野で権威のある国際会議MODULARITY'14, MODULARITY'15や、権威ある英文論文誌などで発表されてきた。さらに、より先進的な言語機構やプログラミング言語モデルとして、層内基底メソッド(層活性によって、新たなメソッドがオブジェクトに追加される機構)を、ServalCJのような非同期的な層活性を許す言語で型安全に実現するための新たなメソッドディスパッチ機構の実現や、COPに反応的計算の要素を取り入れた柔軟なモジュール切り替え機構の着想を行った。後者については、手始めにJavaに反応的計算の機構を入れた単純な言語拡張を試作し、それのCOPへの適用方法を検討した。文脈指向プログラミング(COP)は文脈によって変化する振る舞いをモジュール化し、統制された方法でそれらを切り替える方法を提供する。
イネNAM集団を利用した群落ソース能関連遺伝子の解明

葉身幅に関与する5カ所のQTLの内、NAL1を除く4カ所のQTLについて遺伝子単離を進めた。とくに、SPAD値のQTLと位置が一致している第7染色体のqLWS7については詳細マッピングを行うための戻し交配を行い、分離集団を作出した。qLWS7についてはこれまで葉身幅とSPAD値を同一のQTLが制御していると考えていたが、より詳細なGWASの結果から各形質の候補遺伝子領域は23Mbほどずれることが判明し、それぞれ異なる遺伝子によって制御されている可能性が示唆された。また、第6染色体のqLW6とqLWS7を集積させた場合、相加効果的に葉身幅が変化することを確認した。加えて、NAM集団のうち特定の交配組合せのRILsにおいて葉身幅に関するエピスタシスを検出した。すなわち、2遺伝子領域の特定の組合せによって形質に与える効果が変化し、エピスタティックな関係にある2遺伝子領域を検出した。Founder系統のゲノム情報と遺伝子発現情報を用いて、SNP型と発現量が連関を示す遺伝子を検索するため、遺伝子発現情報を取得した。分げつ角度については、第8染色体に同定しているマイナーQTL(TAC8)の候補領域内に分げつ角度と関係することが示唆される遺伝子を見出した。Tos17ラインのデータベース情報によると候補遺伝子にTos17が挿入された系統は分げつ角度が変化していることが記述されており、有力な候補遺伝子であると考えられる。本年度の研究実施計画について順調に進展した。詳細なマッピングのための集団作出や分げつ角度に関与する候補遺伝子の同定を達成し、概ね順調に進捗していると考える。引き続き葉身形態および分げつ角度に関与する遺伝子の同定を進める。最終年は戻し交配した分離集団を用いて候補遺伝子を特定するとともに、収量性との関連を明らかにすることを目指す。加えて、これまでに得られたNAM集団とそのgenotypeデータを論文およびデータベースとして公表できるようまとめる。葉身の形態に関与するQTLのファインマッピングおよび「ひとめぼれ」準同質遺伝子系統の作出を順調に進めた。また、NAM集団の親である21品種の茎頂、葉身、根のRNA-seqを行い、網羅的な遺伝子発現情報を取得した。候補遺伝子として転写因子が推察される結果を得た。当初の計画に従って進んでいる。QTLの候補遺伝子として転写因子が推定されているため、ChiP-seq等による転写因子のDNA結合領域を同定する実験を進めたいと考えている。これについては、「先進ゲノム支援」(先進ゲノム解析研究推進プラットフォーム)への申請を行うとともに、手法習得に取り組む。引き続き、イネの群落構造およびソース能向上に寄与する遺伝子群の同定を進める。
途上国におけるトイレ環境の現状と自然・社会・文化的要因の関係及びその問題点

トイレ設備の現状と環境および生活様式との関係、環境・衛生における問題点について、ケニアの首都ナイロビのスラム街とインドのアルナーチャル・ヒマラヤの農村部において、調査した。スラム街のキベラは、トイレの数は限られているため公衆衛生面に問題が多い。近年はNGOが公衆トイレのバイオトイレを作っている。アルナーチャル・ヒマラヤでは、トイレットペーパー代わりに使用されたコナラの落葉が床下に投げ捨てられ、そこで飼われているブタによって撹拌され、堆肥が作られて農地に利用されていた。2015年頃からインド政府がトイレ環境の改善のために補助金を出して、各住居に隣接してトイレが作られるようになった。ケニアのナイロビのスラム街、キベラ地区においてトイレを中心とした衛生環境について調査した。人口300万人を超す東アフリカ第一の都市ナイロビには、郊外に出稼ぎ民の居住地区があり、その一つが南部のスラム街、キベラ地区である(現在推定人口約100万人)。キベラのスラムは、ナイロビとキスムを結ぶ鉄道の線路沿いに展開し、さまざまなインフォーマルセクターの経済活動が発達している。キベラには、病院や公立小学校などはなく、キリスト教の教会やNGOなどによって運営されている小学校があるにすぎない。キベラの中でも比較的経済力のあるわずかな人たちが水道を引き、多くの人たちがその水を買って暮らしている。また、ゴミはいたるところに捨てられ、トイレも限られているため公衆衛生面に問題が多い。トイレは長屋に一つあるのが一般的で(長屋の大家が一つのトイレを設置)、2040世帯にトイレが一つあるくらいの数である。長屋にトイレがない場合は公衆トイレを使用することもできる。公衆トイレは1回紙代を含んで5ksh(約6円)くらいである。トイレの数が少ないのは、トイレをつくるのにこのあたりの固い岩盤を掘らなければならず、岩盤の上にバラックの家を建てるより建設費がかかるためである。雨季にはトイレからの汚水がスラム街にあふれ、強烈な匂いが立ちこめる。キベラでは、都市化と居住の問題に取り組む国連機関である国連ハビタットUN-Habitat(国際連合人間居住計画)とケニア政府によってスラムの住民をスラム外の新住居に移住させて、スラム街を解消させる計画が実行されている。実際には身分証明書をもっている者だけが新住居に入居できるため、貧困でまともに病院で生まれなかった人、とくに女性はそのような身分証明書をもっておらず、スラムから締め出されて、住まいを失っているのが現状である。ケニアのナイロビのスラム街においてトイレをとりまく環境、生業活動、社会関係、開発問題等について2015年8月に現地調査を行った。研究成果は2016年3月に開催された日本地理学会春季学術大会(早稲田大学)において発表した。また、2016年3月に出版された『人間の営みがわかる地理学入門』(水野一晴著、ベレ出版)にも研究成果を発表している。インドのアルナーチャル・プラデーシュ州(アルナーチャル・ヒマラヤ地方)のディランモンパ民族の居住地域(ディラン地方)とタワンモンパ民族の居住地域(タワン地方)において、トイレ環境と住民社会について調査を行った。ディラン地方では住居から離れた場所にトイレをつくり、伝統的にトウモロコシの皮をトイレットペーパーとして使用する。トイレは高床式になっていて、トイレの下でブタを飼っている。タワン地方では住居の中にトイレがあり、高床式で、伝統的にコナラの枯れ葉をトイレットペーパーとして使用している。使用したコナラの枯れ葉は床下に投げ捨てる。床下では最初にコナラやマツの枯れ葉を敷き詰め、その上に使用したコナラの枯れ葉や糞尿がたまり、そこで飼われているブタによって撹拌され、発酵して堆肥ができていく。トイレの床下で生産された堆肥は年に1回、3月に採取され、肥料として農地に撒かれる。近年はインド政府によって、ディラン地方でもタワン地方でも、トイレの環境・衛生のために、補助金が支給されて、住居に隣接した、水を使用するトイレの建設が進められている。しかし、新しいトイレでは堆肥の生産ができず、伝統的な農業には結びつかず、新しいトイレ建設を受け入れない農家も少なくない。主にディラン地方の村の中心部では、住居が高床式になっていて、25年ほど前までは入り口の前のテラスで隣人と会話しながら用をたし、テラスの下でブタが飼われていた。しかし、人前で用をたすのが恥ずかしいという若者世代が徐々に周辺のブッシュをトイレ代わりに使用してきた。インド政府が推進している、住居に隣接する新しいトイレは、周辺の環境保護のためには有効的である。インドのアルナーチャル・プラデーシュ州のトイレ環境と地域社会について、2017年3月に現地調査を行った。アルナーチャルヒマラヤのディラン民族地域とタワンモンパ民族地域において、伝統的なトイレの環境の現況を把握し、その自然や社会との関係を検討した。また、近年、政府により導入されているトイレの実態についても調査した。研究成果の一部は、2017年3月に開催された日本地理学会春季学術大会(筑波大学)にて発表した。インド、アルナーチャル・プラデーシュ州におけるモンパ民族の居住地域においてトイレ環境の調査を行った。その調査結果は以下のようである。ディランモンパ地域では、トイレは伝統的に住居から離れて設置されている。高床式になっていてトウモロコシの皮をトイレットペーパー代わりに使用し、それは床下に投げ捨てられる。床下ではブタが飼われている。

住居が密集している場所では25年ほど前までは高床式になっている戸口の前のテラスで用をたし、その下でブタが飼われていた。近年は人前で用をたすのを恥ずかしがる若者を中心に、住居周辺のブッシュの中がトイレ代わりに使用されるようになった。2015年頃から政府がトイレ環境の改善のために補助金を出して、各住居に隣接してトイレが作られるようになった。新しいトイレではトイレットペーパー代わりに水が使用され、用をたしたあとは水で流される。タワンモンパ地域では、伝統的にトイレは住居の中にある。トイレは高床式になっていて、トイレ下にはコナラやマツの枯れ葉が敷かれ、そこでブタが飼われている。タワンモンパではコナラの落葉がトイレットペーパー代わりに使用され、使用したコナラの落葉は床下に投げ捨てられる。床下には糞尿やコナラの落葉が堆積し、そこで飼われているブタによって撹拌され、高温発酵によって寄生虫や病原菌が死滅して堆肥ができる仕組みになっている。その堆肥は1年に1回、3月にトイレの床下から取り出されて、農地に運ばれて撒かれる。2015年頃から政府によって、トイレ環境改善のために補助金が出されて住居に隣接してトイレが建設されることが進められているが、水を利用する新しいトイレでは、農地に必要な堆肥をつくることができず、新しくトイレを作ることを受け入れていない世帯が少なくない。トイレ設備の現状と環境および生活様式との関係、環境・衛生における問題点について、ケニアの首都ナイロビのスラム街とインドのアルナーチャル・ヒマラヤの農村部において、調査した。スラム街のキベラは、トイレの数は限られているため公衆衛生面に問題が多い。近年はNGOが公衆トイレのバイオトイレを作っている。アルナーチャル・ヒマラヤでは、トイレットペーパー代わりに使用されたコナラの落葉が床下に投げ捨てられ、そこで飼われているブタによって撹拌され、堆肥が作られて農地に利用されていた。2015年頃からインド政府がトイレ環境の改善のために補助金を出して、各住居に隣接してトイレが作られるようになった。今後もナイロビのスラム街の調査を継続し、インドの都市と農村部においてもトイレ環境の現状と、それに関わる自然、社会、文化的要因についての調査を実施していく予定である。研究成果は日本地理学会や日本アフリカ学会等で発表を行う。今後も発展途上国のトイレ環境と地域社会について調査を行い、これまで調査を行ったケニアのナイロビのスラム街、キベラやインドのアルナーチャル・プラデーシュ州の調査データと比較し、地域間比較を行っていく。また、研究成果は日本地理学会や熱帯生態学会などで発表し、論文や著書にまとめていく予定である。自然地理学ケニア、ナイロビでのトイレ環境調査を、別の科研でのケニア山調査と同時期に実施することができた。そのために、当初予想していた旅費(航空運賃、車両借り入れ代、宿泊費)は別の科研でまかなうことができた。前年度からの繰り越し金額が多かったため、少し残金が生じた。次年度使用額と翌年度分をあわせて、あらたな研究協力者数名とともにインドの都市部と農村部においてトイレ環境の調査を実施し、その旅費のために使用する。
骨端軟骨細胞が産生する破骨細胞形成因子の精製

内軟骨性骨形成は、胎生期にまず軟骨形成によってはじまる。このようにしてできた軟骨性骨原基では、中心部から軟骨細胞は肥大化をはじめて石灰化に至る。石灰化軟骨領域への血管侵入に伴って、骨細胞の前駆細胞が骨化中心に持ち込まれ、分化した破骨細胞によって徐々に軟骨基質は、骨に置き換えられ骨髄腔も確保される。従って、胎生期の骨格形成においては、石灰化軟骨領域にはじめて分化した破骨細胞が出現することになる。本研究では、破骨細胞の分化に石灰化軟骨が機能的な役割を果たす可能性について検討した。まず、幼若ウサギの肋軟骨成長板から軟骨細胞を分離培養した。軟骨細胞の各分化段階、Day6(コンフルエント)、Day22(成熟期)、Day42(肥大化期)、Day48(初期石灰化期)、Day57(石灰化期)にconditioned mediumを回収し、medium中の破骨細胞分化促進活性をピット形成アッセイ(Bone Min. 17 : 347-359, 1992)ならびにTRAPアッセイ(Blood 74 : 1295-1302, 1989)により検定した。その結果、石灰化軟骨細胞は特異的に破骨細胞分化因子を培地に分泌していることが、明確に示された。さらに、我々は、この破骨細胞分化促進活性をウシ胎仔骨端軟骨抽出物から、精製することに成功した。その結果、活性因子の本体は、軟骨細胞に対するオートクリン因子として我々が発見したChondromodulin-II (ChM-II)であると同定された。ChM-IIは、3-10ng/mlの濃度で強力に破骨細胞の分化を促進した。また、この際、ビタミンD_3の共存を必要としなかった。ウサギ肋軟骨骨移行部から分離した成長軟骨細胞を10%ウシ胎仔血清を含むDMEM/Ham'sF-12混合培地にて培養して、増殖期、成熟期、肥大化期、石灰化期の各分化段階の軟骨細胞培養上清を回収した。まず、幼若ウサギ大腿骨より分離した全骨細胞を象牙片上に播種・培養し、得られた各培養上清を添加して培養を続け、骨吸収活性を定量的に測定した。また、5-FU処置マウス脾細胞より分離した未分化芽球からのTRAP染色陽性多核細胞の形成を指標として破骨細胞分化促進活性を検定した。その結果、石灰化期の培養上清にのみ、活性型ビタミンD_3に匹敵する強い骨吸収促進活性ならびに破骨細胞分化誘導活性が検出された。さらに、培養上清の作用を経時的に観察した結果、活性型ビタミンD_3と異なる未知の因子による可能性が高いことが判明した。また、マウス由来軟骨組織幹細胞株ATDC5を長期に培養して石灰化させて得られる培養上清にも、ウサギ肋軟骨培養細胞と同様な破骨細胞活性因子が含まれていることが示唆された。さらに、ウシ胎仔骨端軟骨抽出物の粗分画には、培養上清と同様の生物活性が存在することを突き止めた。予備実験から予測された通り石灰化軟骨細胞が、新規の破骨細胞形成因子を産生分泌していることを明確に示すことが出来た。また、大量取得が可能であるウシ胎仔骨端軟骨組織抽出物に同様の活性を認めたことは、本活性因子の精製を現実的にするものであった。さらに、この組織抽出物の分画を行ったところ、少なくとも2種類の異なった蛋白質にこのような活性が付随していることが明かとなった。

石灰化軟骨領域への血管侵入に伴って、骨細胞の前駆細胞が骨化中心に持ち込まれ、分化した破骨細胞によって徐々に軟骨基質は、骨に置き換えられ骨髄腔も確保される。従って、胎生期の骨格形成においては、石灰化軟骨領域にはじめて分化した破骨細胞が出現することになる。本研究では、破骨細胞の分化に石灰化軟骨が機能的な役割を果たす可能性について検討した。まず、幼若ウサギの肋軟骨成長板から軟骨細胞を分離培養した。軟骨細胞の各分化段階、Day6(コンフルエント)、Day22(成熟期)、Day42(肥大化期)、Day48(初期石灰化期)、Day57(石灰化期)にconditioned mediumを回収し、medium中の破骨細胞分化促進活性をピット形成アッセイ(Bone Min.17:347-359,1992)ならびにTRAPアッセイ(Blood74:1295-1302,1989)により検定した。その結果、石灰化軟骨細胞は特異的に破骨細胞分化因子を培地に分泌していることが、明確に示された。さらに、我々は、この破骨細胞分化促進活性をウシ胎仔骨端軟骨抽出物から、精製することに成功した。その結果、活性因子の本体は、軟骨細胞に対するオートクリン因子として我々が発見したChondromodulin-II(ChM-II)であると同定された。ChM-IIは、3-10ng/mlの濃度で強力に破骨細胞の分化を促進した。また、この際、ビタミンD_3の共存を必要としなかった。
過電離と重元素の空間分布で解明する重力崩壊型超新星爆発機構の新展開

超新星爆発後に形成される超新星残骸は超新星の元素合成と爆発機構を理解する上で最も重要な観測対象の1つである。本研究では、これら超新星の性質を理解することを目的とし、銀河系内の超新星残骸をX線天文衛星「すざく」を用いて観測研究した。今年度の成果は主に2つある。1つ目は超新星残骸中の爆発噴出物の観測である。超新星残骸は元の星から噴出物(爆発噴出物)と衝撃波で掃き集められた周囲の物質(星間物質)の主に二成分から構成する。しかし、これまでこれら二成分を分離した研究は観測装置の性能の問題で非常に若い天体に限られてきた。私はエネルギー分解能等に優れる「すざく」のX線スペクトルを利用することで、これら二成分の分離を年齢数千年ほどの比較的古い超新星残骸中においても実現した。その結果、爆発噴出物の組成を正確に測定できるようになり、超新星のタイプ(重力崩壊型・Ia型)により生成される重元素量が系統的に異なることを観測的に示した。また、爆発噴出物の電離状態の測定から、重力崩壊型では噴出物内部で対流が起きていることも発見した。2つ目の成果は、超新星残骸における過電離プラズマの起源の解明である。通常、超新星残骸では電子温度(Te)より電離度(電離温度:Tz)の低い電離途上プラズマ(Te > Tz)が観測されることが一般的だが、近年、過電離プラズマ(Te < Tz)というそれらの関係が反転した異常なプラズマが発見されている。過電離の形成過程はこれまで明らかになっていないが、私は過電離の超新星残骸がいずれも分子雲などの濃い星間物質中にあることに着目した。そこで、過電離と分子雲の分布の相関を調べたところ、過電離は分子雲との衝突領域に向かって顕著になる傾向を発見した。さらに、プラズマの電子温度は過電離の顕著な領域でより低くなる。したがって、過電離プラズマは分子雲により熱伝導冷却により発生したと考えられる。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
強相関トポロジカル量子相に創発する新規物性現象の解明

本年度は前年度に密度行列繰り込み群(DMRG)を用いて研究した、1次元VBS相に対する有限系でのエンタングルメントスペクトラム(ES)の2重縮退性と波動関数の周期的境界条件依存性に着目し、行列積状態に基づくSPT相の一般論からのトポロジカルな意味付けの構築を行った。そこで本研究では、ボンド交替のあるスピン鎖における議論を元にSPT相の分類と反周期境界条件の構成を行った。その結果、2サイトの並進対称性とボンド中心の反転対称性(I)によって、VBS相が4つのグループに分解できることを明らかにした。また、反周期境界条件のVBS相は一般にz軸回りのスピンのπ回転対称性(Rz)による射影表現を導入することで構築可能であることを示した。さらに、反転対称性(I)とπ回転対称性(Rz)の対称性を組み合わせた議論により、反周期境界条件におけるパリティ量子数とトポロジカル不変量の同値性を明らかにした。またトポロジカル非自明相ではパリティ量子数が奇となることを確かめた。特に前年度の研究では意義が不明瞭であったエンタングルメントスペクトラムに関して、パリティ量子数の偶奇性がトポロジカル非自明相における有限系でのESの2重縮退性を導くことを厳密に示した。またDMRGによるESの数値解析を行うことにより、周期的境界条件に依存して異なる振る舞いを示すESがサイズ無限大の極限で、相補的にHaldane相の表面状態を再現することを明らかにした。以上の議論はよく知られたVBS相の厳密な波動関数を用いた議論ではなく、対称性のみによって導かれる行列積状態の一般論であり、一般のSPT相に対しても同様に適用可能である。特に、DMRGや厳密対角化を実行する上で、本研究で用いた手法はSPT相を数値的に検出するうえでの重要な手がかりとなることが期待される。本研究の成果はPhysical Review B誌に掲載済みである。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、密度行列くりこみ群を主な研究手段として用い、スピンが1よりも大きな整数量子スピンハイゼンベルグ鎖におけるホールデン量子相のトポロジカル量子相転移に関する研究を行った。ホールデン量子相は近年、冷却原子系においてその実現性が非常に注目を集めており、アルカリ土類金属173Ybや87Srを用いることによってスピンが1よりも大きなホールデン量子相の可能性が指摘されている。特にSが1よりも大きい系では、通常のホールデン量子相だけでなく、中間的なトポロジカル量子相の実現性が指摘されており、大きな整数スピンをもつ量子系の理解を進めるという意義は大きい。しかし、Sが大きい系ではその大きな内部自由度によって生じる数値的な困難により、未だ充分な理解はなされていない。本研究では、中間相として「ダイマーホールデン量子相」の実現が指摘されるボンド交替をもつハイゼンベルグ量子スピン鎖を理論模型に対して、密度行列くりこみ群を用いて大きなシステムサイズ(L≦74)に対する数値計算を行った。我々は量子相を調べる指標としてエンタングルメントスペクトラムを反周期境界条件と周期境界条件を課したそれぞれの有限系に対して適用した。その結果、境界条件に強く依存してエンタングルメントスペクトラムの縮退構造の違いが引き起こされることを明らかにした。特に捻れた境界条件における縮退構造は有限系のサイズ効果によらず、ホールデン量子相を保護する然るべき対称性の破れにともなってトポロジカル相転移が消失することを数値的に確認し、またVBS状態を用いた解析から無限系における対称性によって保護された量子相との密接な関係性を明らかにした。さらに密度行列くりこみ群とレベルスペクトロスコピーを組み合わせることにより、BKT転移があるような系でも、非常に高精度な相図の決定が可能であることを明らかにした。本年度は、密度行列繰り込み群(DMRG)の手法の習得を行なうこととともに、スピンが1より大きい整数量子スピンHeisenberg鎖におけるHaldane量子相のトポロジカル量子相転移に関する研究を行った。特に、中間相としてDimer Haldane相の実現が指摘されるボンド交替を持つ模型のentanglement spectrumを周期境界条件と反周期境界条件を課して計算し、その縮退構造の差異を明らかにした。Haldane量子相を保護する対称性の破れに伴ってトポロジカル相転移が消失すること、VBS状態を用いた解析から、無限系における対称性によって保護された量子相との密接な関係性があること、さらに、DMRGとレベルスペクトロスコピーを組み合わせることにより、BKT転移がある系でも高精度な相図の決定が可能であることを明らかにした。したがって研究の進捗としては順調であり、期待通りの成果を得ることができたといえる。

さらに、反転対称性(I)とπ回転対称性(Rz)の対称性を組み合わせた議論により、反周期境界条件におけるパリティ量子数とトポロジカル不変量の同値性を明らかにした。またトポロジカル非自明相ではパリティ量子数が奇となることを確かめた。特に前年度の研究では意義が不明瞭であったエンタングルメントスペクトラムに関して、パリティ量子数の偶奇性がトポロジカル非自明相における有限系でのESの2重縮退性を導くことを厳密に示した。またDMRGによるESの数値解析を行うことにより、周期的境界条件に依存して異なる振る舞いを示すESがサイズ無限大の極限で、相補的にHaldane相の表面状態を再現することを明らかにした。以上の議論はよく知られたVBS相の厳密な波動関数を用いた議論ではなく、対称性のみによって導かれる行列積状態の一般論であり、一般のSPT相に対しても同様に適用可能である。特に、DMRGや厳密対角化を実行する上で、本研究で用いた手法はSPT相を数値的に検出するうえでの重要な手がかりとなることが期待される。本研究の成果はPhysical Review B誌に掲載済みである。本研究の今後の推進方策として、今回習得した密度行列くりこみ群の手法を各種強相関系に適用することにより、強相関トポロジカル量子現象の性質を明らかにする。特に、本研究で行ったレベルスペクトロスコピーを利用した多体量子系へのアプローチは非常に強力であり、本研究の課題とする強相関トポロジカル量子相を調べる意味や、他の量子相との差異を直接比較する上でも有効な指標となる。特に今回の研究では1次元スピン系の数値的な困難が伴うスピンの大きな系に対するものであったが、今後の研究では2次元系やフェルミオン系に関しても研究の対象として調査を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
生体適合性架橋剤とフェムト秒レーザーを用いた角膜実質再生治療法の開発

実験用家兎においてポリエチレングリコールとモデルペプチドからなる生体適合性架橋剤とフェムト秒レーザーを用いた角膜実質再生治療法の開発を行った。家兎実質に対しフェムト秒レーザーを用いて水平方向の切開を行い、生体適合性架橋剤とI型コラーゲンの混和物を注入した。術後、細隙灯顕微鏡および前眼部光断層計にて角膜実質の中層に実質層が確認された。また、組織学的検討においても角膜実質中層に人工実質層が確認された。一方、注入部位において血管侵入や炎症細胞の浸潤は認めなかった。新たな生体適合性架橋剤とフェムト秒レーザーを融合させた角膜実質再生治療は、菲薄化角膜に対する有効な治療法になる可能性が示唆されたフェムト秒レーザーの照射条件について、エネルギー、照射密度、照射時間を最適化することにより、家兎角膜においてヒトと同様に平滑な直径8mmの角膜切開を得ることができた。また、フェムト秒レーザーを用いて切開した正常家兎角膜を検眼鏡的に観察した結果、明らかな角膜混濁や細胞診順を認めず、透明性は保持されていた。さらにCD4、CD11b、CD3、CD20、F4/80、CD8、tubulin、α-SMAの免疫染色を施したところ、いずれのタンパクの発現を認めず、最適化したレーザーの照射条件にて、炎症を惹起することなく家兎角膜を切開しうることを確認した。ブタ由来1型コラーゲンを用いたアテロコラーゲンを塩酸または水酸化ナトリウム水溶液に種々の濃度で溶解させたのち中性化した。その結果、水酸化ナトリウムとの混合により透明なゲルを得られた。続いて、アルカリにて溶解したコラーゲン溶液に生体適合性ポリエチレングリコール(PEG)の末端にコラーゲンモデルペプチド((Pro-Hyp-Gly)10: (POG)10)を結合した生体適合性架橋剤を混和し、透明なゲルが得られる条件を得た。続いて混合物の家兎角膜への注入実験を行った。家兎角膜においてフェムト秒レーザーを用いて家兎角膜実質中央に直径8mmの円形切開を作製し、円周部に作製した垂直切開より架橋剤とアテロコラーゲンの混合物を実質層間に注入した。注入後1週間ならびに1ヶ月時点でin vivoで前眼部写真撮影を行った結果、軽度の混濁を認めるのみであった。結膜充血は観察されなかった。昨年度に検討した生体適合性ポリエチレングリコール(PEG)の末端にコラーゲンモデルペプチド(Pro-Hyp-Gly)10:(POG)10を結合した生体適合性架橋剤とブタ由来1型コラーゲンを用いたアテロコラーゲンの混和における最適な条件(濃度、pH)を決定した。また、フェムト秒レーザーについても最適な照射条件(エネルギー、照射速度、照射時間)を決定した。上記の条件でフェムト秒レーザーを用いて家兎角膜実質を直径8mmにて円形に切開し、円周部に作製した垂直切開より生体適合性架橋剤とアテロコラーゲンの混和物を注入した。注入前および注入後1、2、3、4週間の時点で角膜厚を測定した結果、切開のみを行ったコントロール眼と比較して角膜厚は全測定点において厚かった。加えて、注入眼では光干渉断層計にて角膜実質中層に輝度の異なる層がin vivoで確認できた。また、HE染色においても実質中層に無構造の層が確認され、明らかな血管新生や炎症細胞の浸潤を伴っていなかった。PEGの免疫染色を行った結果、実質中層にPEGが発現していた。CD4、CD11b、CD3、CD20、F4/80、CD8、tubulin、α-SMAの免疫染色を行った結果、いずれも注入眼において発現は認めず、本架橋剤とアテロコラーゲンの注入に伴う炎症細胞の浸潤や瘢痕形成は生じていなかった。本年度の計画である生体適合性架橋剤とアテロコラーゲンの濃度条件の検討について、最適な条件を確立することができた。家兎に対する混和物の注入実験についても26年度に引き続き行い、注入眼において術後に角膜厚が厚くなること、一定の透明性が得られることを確認し、本方法が家兎角膜に対して治療効果があることを見出した。加えて、組織学的検討において炎症細胞の浸潤や瘢痕形成が生じなかったことを確認し、混和物が生体適合性を有していることを見出した。以上より、今年度は計画通りにおおむね順調に進展していると評価する。昨年度に引き続き今年度は以下の動物実験を予定した;前年度までに最適化した条件(濃度、pH)で生体適合性ポリエチレングリコールの末端にコラーゲンモデルペプチドを結合した生体適合性架橋剤とブタ由来1型アテロコラーゲンを混合し、透明化した混和物を作製する。同様に最適な条件で眼科臨床で用いられているフェムト秒レーザーを用いて直径8mmの水平切開を家兎角膜実質に作製する。作製した架橋剤とコラーゲンから構成される混和物を家兎角膜実質内にシリンジを用いて注入し、注入前および注入後1週間、1ヶ月、3か月、6ヶ月の時点でin vivoで前眼部写真撮影による角膜透明性および結膜充血の評価、前眼部光干渉断層計による注入部位の角膜厚の評価、眼圧測定を行う。

また、注入後1ヶ月、3か月、6ヶ月で安楽死させ眼球を摘出し、HE染色および電子顕微鏡観察、免疫染色(PEG、CD4、CD11b、CD3、CD20、F4/80、CD8、tubulin、α-SMA)にて人工実質層の形態、PEGの残存、白血球、マクロファージ、リンパ球など免疫細胞の浸潤、線維芽細胞の出現、角膜神経線維の有無、角膜実質細胞の有無を検討する。しかし、厳格な温度管理を有するフェムト秒レーザーが故障し、その修理およびメンテナンスに時間を要した。幸い、年度内にフェムト秒レーザーの修理は完了したが、その間、研究を中断し、予定していた動物実験の遂行が困難であった。次年度に研究延長を行い、遂行する予定としている(研究延長について認可済み)。今年度は、昨年度に引き続き、生体適合性ポリエチレングリコールの末端にコラーゲンモデルペプチドを結合した生体適合性架橋剤とブタ由来1型アテロコラーゲンを、混和後に透明化する条件(濃度、pH)で混合した混和物を作製し、家兎角膜実質内に注入する実験を予定していた。しかし、厳格な温度管理を有するフェムト秒レーザーが故障し、その修理およびメンテナンスに時間を要したため、研究の遂行を中断せざるを得なかった。年度内にフェムト秒レーザーの修理は完了したため、次年度に研究延長を行い、遂行する予定としている(研究延長について認可済み)。最適化した条件(濃度、pH)で生体適合性ポリエチレングリコールの末端にコラーゲンモデルペプチドを結合した生体適合性架橋剤とブタ由来I型アテロコラーゲンを混合し、透明化した混和物を作製した。同様に最適な条件で眼科臨床で用いられているフェムト秒連ーザーを用いて直径8mmの水平切開を家兎角膜実質に作製した。作製した架橋剤とコラーゲンから構成される混和物を家兎角膜実質内にシリンジを用いて注入した。注入前および注入後1、2、3、4週間の時点で前眼部写真ならびに前眼部光干渉計によってin vivoで評価した。結果、角膜の実質中層に移植した実質層が確認された。やや混濁を認めるもののある程度の透明性を有していた。移植部位への血管侵入や細胞浸潤は認めなかった。結膜に充血は認めなかった。接触型パキメーターを用いた角膜厚測定では移植眼はコントロール眼と比べて有意に厚かった。HE染色においても角膜実質中層に人工実質層が確認された。免疫染色として移植部位におけるCD3, CD4, CD8, CD11b, CD20, F4/80, macrophage, α-SMAの発現を確認したところ、移植群においていずれのタンパクの発現を認めなかった。つまりポリエチレングリコールとアテロコラーゲンの混和物を注入後1か月において、炎症細胞の浸潤は認めず、瘢痕形成も生じなかった。以上より生体適合性ポリエチレングリコールとモデルペプチドからなる新たな生体適合性架橋剤とブタ由来I型アテロコラーゲンの混和物とフェムト秒レーザーを融合させて角膜実質再生治療は、菲薄化角膜に対する有効な治療法になる可能性が示唆された。実験用家兎においてポリエチレングリコールとモデルペプチドからなる生体適合性架橋剤とフェムト秒レーザーを用いた角膜実質再生治療法の開発を行った。家兎実質に対しフェムト秒レーザーを用いて水平方向の切開を行い、生体適合性架橋剤とI型コラーゲンの混和物を注入した。術後、細隙灯顕微鏡および前眼部光断層計にて角膜実質の中層に実質層が確認された。また、組織学的検討においても角膜実質中層に人工実質層が確認された。一方、注入部位において血管侵入や炎症細胞の浸潤は認めなかった。
DNA増幅によるヒト・サイトメガロウイルス検出法の開発とその臨床応用

ヒト・サイトメガロウイルス(HCMV)の潜伏感染、再活性化、発症の諸段階をHCMV遺伝子の発現状態から診断することを目的して、Polymerase chain reaction (PCR)法とDNAハイブリダイゼ-ションを用いてHCMVのDNAならびにmRNA検出法を開発した。1.HCMVの前初期(immediate early;IE)遺伝子と後期(late;L)遺伝子をコ-ドするプライマ-をそれぞれ作成し、それぞれの遺伝子断片を増幅するPCR法を確立した。本法で増幅されたDNA断片は各種ヒト細胞DNAや他のヘルペス科ウイルスDNAとhomologyを有さず、本法のHCMV特異性が証明された。また、検出感度を検討した結果、、10^<ー3>10^<ー4>pgのHCMV・DNAの検出が可能であった。2.L遺伝子プライマ-を用いたPCR法により尿や母乳などの臨床材料からのHCMV・DNAの検出を試みた結果細胞培養法により短時間でかつ高感度にHCMVを検出出来ることが証明された。また、従来ウイルス分離が困難であった凍結保存材料の使用も可能であった。3.HCMVの再活性化を捕捉する手段としてCombined reverse transcriptionーPCR法(RTーPCR法)を開発した。すなわち、IE遺伝子の発現によるmRNAを検出するために検体から抽出したRNAにreverse transcriptaseを作用させてcDNAを合成し、IE遺伝子プライマ-を用いてPCR法を行った。HCMVをMRCー5細胞に感染させたあとRTーPCR法を用いて経時的にmRNAの検出を試みたところ、感染後24、48、72時間までは検出できたが96時間以降は検出できなかった。4.結論として、IE、L両遺伝子のプライマ-を併用したPCRとRTーPCRを用いることにより、HCMVによるlatent infection,reactivation,productive infectionの諸段階を遺伝子レベルで診断することが可能になった。Polymerase chainreaction(PCR)法とDNAハイブリダイゼ-ション法を用いたヒトサイトメガロウイルス(HCMV)DNA検出法の開発を試み以下の成績を得た。1.作製したプライマ-はHCMV DNAを特異的に増幅し、他のヒトヘルペスウイルDNA、HEL細胞DNAを増幅しなかった。また作製したプロ-ブを用いて増幅HCMV DNA断片を特異的に検出できた。2.増幅HCMV DNA断片を組み込んだプラスミドを用いた再構成実験において、PCR法の検出感度は電気泳動法で10^<-3>pg、ドットブロットハイブリダイゼ-ション法で10^<-5>pg、(HCMV DNAとして、それぞれ10^<-1>10^<-2>pg、10^<-2>10^<-3>pg)であった。3.一定の感染価を有するウイルス液を希釈してPCR法によるHCMV DNAの検出感度を検討したところ、PCR法は細胞培養法に比べて少なくとも10倍以上の検出感度を有していた。4.健康乳児尿を用いたPCR法と細胞培養法との比較で、抗体陽性者18名中、PCR法陽性15名、細胞培養法陽性9名であった。また、細胞培養法陽性者はPCR法で全て陽性であった。5.PCR法による結果の判定までに要する時間は24時間以内で、従来のHCMV検出法に比べ、高感度かつ迅速性に優れ、凍結材料の使用も可能であり、臨床への幅広い応用が可能であると考えられる。昨年度はヒト・サイトメガロウイルス(HCMV)のLA領域のプライマ-を用いたPCR法を開発し、尿検体からのHCMV検出において有用性が示された。今年度はHCMVの再活性化を捕捉する手段としてCombined reverse transcriptionーPCR法(RTーPCR法)を開発した。