hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水素化アモルファスシリコンの光劣化により生ずる光誘起膨張に関する研究

また、光誘起欠陥生成の時定数とも良い一致を示すため、光劣化現象との強い相関がある。さらに、光生成欠陥に対する膨張の割合を見積もり、1個の欠陥に対して膨張がおよぶ範囲が15人程度であることを示した。このことから、アモルファスネットワークの格子緩和が起きている可能性を示した。PECVD法、Hot-Wire法および光CVD法で作製した水素化アモルファスシリコンを詳しく調べた。いずれの作成方法においても光劣化に伴う光誘起膨張が観測され、水素を含んだアモルファス構造に共通な現象であることを見いだした。また光誘起膨張の大きさが製膜初期の基板との外部応力に依存している結果を得た。さらにPECVD法で作製した微結晶シリコンでは初期外部応力は大きいにも係わらず光誘起膨張が観測されなかった。これらは光劣化現象を解明する大きな手掛かりと考えられる。本研究により薄膜の体積変化を高感度(体積変化率2×10^<-7>)に検出できるレーザー光てこベンディング法を確立し、a-Si:H薄膜の光誘起体積膨張を見いだした。H10年度の成果の再現性を確認するとともに、3日間に渡る光照射時間依存性、劣化光強度依存性を調べ、光誘起欠陥生成と光誘起膨張の変化に類似性があること、製膜条件は同じで基板との間に生ずる外部印可初期応力を変えた試料においてもほぼ同程度の光誘起膨張が観測されることが分かり、a-Si:H薄膜の構造が光誘起体積変化の原因であることを明らかにした。また薄膜における線膨張係数の計測手法を開発し、光劣化中のa-Si:H薄膜温度上昇が50°C程度であることを見積もり、a-Si:H薄膜にて検出される光誘起膨張が光による試料固有の構造変化を観測している事を明らかにした。試料の基板温度、シランガスに対する水素の希釈率r等の作成条件を変えて光誘起膨張の大きさを調べた。太陽電池に利用されるrが10で最大値10^<-5>程度を取り、rが40程度の微結晶シリコン薄膜では初期応力が非常に大きいにも関わらず光誘起膨張劣化が生ぜず、光誘起膨張は2×10^<-7>程度と非常に小さいことが分かった。光劣化防止のために微結晶化が有効であることを光誘起膨張の観点から明らかにした。さらに13.56MHzのRF電源を用いて6nm/minの成長速度を達成した。またホットワイヤーを用いて水素のみラジカル化し、良質な微結晶シリコン薄膜を作製するホットワイヤーアシストプラズマCVD法を開発した。また、光吸収による非輻射再結合過程による薄膜の熱膨張を検出することにより、薄膜の光吸収係数の高感度な測定が可能な光熱ベンディング分光法を開発した。薄膜の吸収端近傍から水素の振動吸収が観測される2000cm^<-1>程度まで測定可能にし、光学ギャップエネルギー、欠陥吸収、不純物の同定、水素量の決定を可能にした。
シンプル且つ高機能なDNA／RNAキメラ型核酸アプタマーの技術基盤の構築

本申請では、この手法を用いたDNA/RNAキメラ型核酸アプタマーの基盤技術の開発研究を提案した。核酸ライブラリーとして、6種類の17塩基の領域をDNA/RNAキメラ配列を持つランダム化ライブラリーを構築した。ストレプトアビジンに対して、One Step Selection法によりセレクションを行い濃縮した配列を調べた。複数の濃縮していると考えられた配列を化学合成し、そのストレプトアビジンに対する結合能を調べたが、DNAアプタマーに比べて、親和性は高くなく、DNA/RNAキメラ型核酸アプタマーのコンセプトを証明するには至らなかった。申請者は、核酸アプタマーの新規取得法として、次世代シークエンサーを用いたOne Step Selection法の開発を行っている。本申請では、この手法を用いたDNA/RNAキメラ型核酸アプタマーの基盤技術の開発研究を提案する。核酸アプタマーは大別してDNAアプタマーとRNAアプタマーがあるが、DNAアプタマーは安定であるが、認識能が乏しいこと、RNAアプタマーは認識能が高いが、ヌクレアーゼ等により壊れやすいことが大きな課題となっている。この問題を解決するために、本研究課題では、両者の長所を併せ持つ、認識能が高く生体内で安定なDNA/RNAキメラ型核酸アプタマーの技術基盤開発を行う。初年度は、モデル系を用いて、DNA/RNAキメラ型核酸ライブラリーの設計に関する検討を行った。先ず、核酸ライブラリーとして、次の4つの17塩基の領域をランダム化したライブラリーを構築した。1)1塩基ごとにRNAを挿入するライブラリー、2)2塩基ごとにRNAを挿入するライブラリー、3)3塩基ごとにRNAを挿入するライブラリー、4)CUのみをRNAとするライブラリー。これらのライブラリーを用いて、ストレプトアビジンに対して、One Step Selection法によりセレクションを行い濃縮した配列を調べた。複数の濃縮していると考えられた配列を化学合成し、そのストレプトアビジンに対する結合能を調べたが、強い結合能を示す候補アプタマーは得られなかった。スクリーニングは計2回行ったが、いずれにおいても結合能を示すアプタマーは得られていない。ポジティブコントロールとして、同時に行ったDNAライブラリーを用いたスクリーニングでは、知られているストレプトアビジンに対する核酸アプタマーの配列が濃縮されており、実験系自体はワークしていると考えている。恐らくDNA/RNAのキメラにおいて、アプタマーとして働く構造ができにくいという本質的な問題か、DNAライブラリーに用いた場合とは違った条件でのスクリーニングが必要であるかの何れかの理由であると思われる。先ず、モデル系を用いて、DNA/RNAキメラ型核酸ライブラリーの設計に関する検討を行った。核酸ライブラリーとして、次の4つの17塩基の領域をランダム化したライブラリーを構築した。そこで次年度においては、ライブラリーをストレプトアビジンのDNAアプタマーの骨格に限定し、RNAを部分的にいれたライブラリーを調整し、アプタマーの取得を試みた。セレクションの結果、明らかな濃縮した配列を得ることができたが、DNAアプタマーに比べて、親和性は高くなく、DNA/RNAキメラ型核酸アプタマーのコンセプトを証明するには至らなかった。上記の可能性を明らかにするために、先ず、ストレプトアビジンのDNAアプタマーの一部分をランダム化RNAに置換した複数のライブラリーを新たに作成し、スクリーニングを行う。また、スクリーニングに行う条件は複数の異なる条件を用いる。この実験によって、DNA/RNAキメラ型ライブラリーを用いたセレックスが実際に実現可能であり、合理的なものであるのかが明らかになると考えている。また、DNA/RNAキメラ型ライブラリーに合ったセレクション条件も見つかる可能性がある。遺伝子工学少額のもので該当するものがなかったため。次年度に他の購入品に合わせて使用する。
疾走能力の間接的評価指標となる下肢関節屈曲トルク・パワー計測システムの開発

本研究は,下肢関節のバリスティックな屈曲筋力・パワー発揮能力の簡便な評価システム(以下,本システム)を開発し,その測定値の信頼性・妥当性,疾走能力の間接的評価への有効性を検証することを目的とした.平成29年度は,無線式慣性センサユニットを用いて,膝関節,股関節の単関節全力屈伸運動における関節トルク・パワーを簡便に計測し,即時にフィードバックできるシステムを開発した.また,本システムから得られるトルク・パワーの値に関する信頼性,妥当性について実験を行った.その後,19名の男子大学生に50mの全力走を行わせ,本システムにより股関節,膝関節の屈曲トルク・パワーを評価した.その結果,膝関節,股関節の屈曲パワーが疾走パフォーマンスと有意に関係することがわかり,本システムによる疾走パフォーマンス評価の有効性が示された.平成30年度は,本システムの信頼性,妥当性について検証する実験を追加で行い,計10名の被験者から測定値を用いて,信頼性,妥当性を確認した.また,陸上競技の短距離走種目,跳躍種目を専門とする選手24名を対象に,本研究の股関節,膝関節屈伸テストに錘を付加し,疾走能力の間接的評価に最適な負荷の検証,既存のダイナモメータやテストでの筋力評価と本システムによって計測した下肢筋力・パワーの比較に関する実験を行った.その結果,錘を付加しない条件が疾走能力を間接的に評価するためにより良い蓋然性が高いことがわかり,本システムで評価した下肢関節屈曲筋力・パワーが既存の装置で計測しているものとは異なることが明らかになった.本システムにより,従来簡便に評価することができなかった下肢関節の屈曲・パワー発揮能力がスポーツフィールドで計測できるようになり,簡便に疾走能力の間接的評価ができるようになった.本システムは,トレーニング状況のモニタリングやコンディション評価に生かされることが期待される.本研究は,下肢関節のバリスティックな屈曲筋力・パワー発揮能力の簡便な評価システム(以下,本システム)を開発し,その測定値の信頼性・妥当性,疾走能力の間接的評価への有効性を検証することを目的としている.平成29年度は,無線式慣性センサによって簡便に関節トルク・パワーを計測し,即時にフィードバックできるシステムを開発した.システムは9軸の無線式慣性センサユニット(スポーツセンシング社製)を用い,得られたクォータニオンからオイラー角を算出し,下腿や下肢全体の角度,角速度とともに,身体部分長から推定した身体部分慣性係数を入力することで関節トルク・パワーを算出するものである.開発後,本システムから得られるトルク・パワーの値に関する信頼性,妥当性について男子大学生3名を対象とした実験を行った.実験では,股関節,膝関節の屈曲トルク・パワーテストを複数の努力度で行わせ,本システムと三次元動作計測装置で同時に計測し,本研究のシステムから取得した関節トルク・パワーの値とマーカ座標から算出した値を比較した.その結果,本研究で開発したシステムから得られる測定値の信頼性,妥当性が証明された.また,本システムの妥当性検証後,本システムで計測したトルク・パワーが疾走能力の間接的評価指標となるのかについて検証実験を行った.実験では,19名の男子大学生に50mの全力走を行わせ,本システムにより股関節,膝関節の屈曲トルク・パワーを評価した.その結果,膝関節,股関節の屈曲パワーが疾走パフォーマンスと有意に関係することがわかり,本システムによる疾走パフォーマンス評価の有効性が示された.本システムにより,従来簡便に評価することができなかった下肢関節の屈曲パワー発揮能力がスポーツフィールドで簡便に計測できるようになった.このシステムは,トレーニング状況のモニタリングやコンディション評価に生かされることが期待される.下肢関節のバリスティックな屈曲筋力・パワー発揮能力の簡便な評価システムに関して,インターフェースに改善点はあるが,当初計画通りに開発できた.また,開発した評価システムによる測定値の妥当性検証については,今後対象者を増やす必要性があるものの,これまでの実験で測定値の妥当性が証明された.さらに,次年度計画の一部を先取りして本研究の評価システムによる疾走パフォーマンスの間接的評価について検証することができた.本研究は,下肢関節のバリスティックな屈曲筋力・パワー発揮能力の簡便な評価システム(以下,本システム)を開発し,その測定値の信頼性・妥当性,疾走能力の間接的評価への有効性を検証することを目的とした.平成29年度は,無線式慣性センサユニットを用いて,膝関節,股関節の単関節全力屈伸運動における関節トルク・パワーを簡便に計測し,即時にフィードバックできるシステムを開発した.また,本システムから得られるトルク・パワーの値に関する信頼性,妥当性について実験を行った.その後,19名の男子大学生に50mの全力走を行わせ,本システムにより股関節,膝関節の屈曲トルク・パワーを評価した.その結果,膝関節,股関節の屈曲パワーが疾走パフォーマンスと有意に関係することがわかり,本システムによる疾走パフォーマンス評価の有効性が示された.平成30年度は,本システムの信頼性,妥当性について検証する実験を追加で行い,計10名の被験者から測定値を用いて,信頼性,妥当性を確認した.また,陸上競技の短距離走種目,跳躍種目を専門とする選手24名を対象に,本研究の股関節,膝関節屈伸テストに錘を付加し,疾走能力の間接的評価に最適な負荷の検証,既存のダイナモメータやテストでの筋力評価と本システムによって計測した下肢筋力・パワーの比較に関する実験を行った.

その結果,錘を付加しない条件が疾走能力を間接的に評価するためにより良い蓋然性が高いことがわかり,本システムで評価した下肢関節屈曲筋力・パワーが既存の装置で計測しているものとは異なることが明らかになった.本システムにより,従来簡便に評価することができなかった下肢関節の屈曲・パワー発揮能力がスポーツフィールドで計測できるようになり,簡便に疾走能力の間接的評価ができるようになった.本システムは,トレーニング状況のモニタリングやコンディション評価に生かされることが期待される.平成30年度では,本研究のシステムによる測定値の妥当性検証について対象者を10名程度まで増やす.また妥当性の検証と並行して使いやすいユーザーインターフェースにシステムを改善する.その後,本研究のシステムによって計測した股関節,膝関節の屈曲トルク・パワーと,ダイナモメータで計測した股関節・膝関節屈曲トルク・パワーの値を比較し,本研究のシステムが既存の股関節,膝関節屈曲筋力測定装置とは異なる特性の屈曲力・パワーを評価できることを証明する.実験では,本研究で開発したシステムを用いて,様々な条件(予備実験で検討)における股関節,膝関節の屈曲トルク・パワー(ピーク値,立ち上がり,反動有無による値の比率など)を計測し,ダイナモメータによって計測した値との関係について検討する.次に,本研究のシステムで計測した股関節,膝関節屈曲トルク・パワーが疾走パフォーマンスの間接的評価指標として有効であるか詳細に検証する.実験では,スプリンターに60mの全力走を行わせ,走路に埋設された54枚のフォースプレートによってスタートから50m地点までの連続した時空間変数や地面反力を計測する.そして,本研究のシステムで計測した下肢関節屈曲トルク・パワーの値が,加速疾走のどの区間(スタートや加速中盤など)で関係するのか詳細に明らかにする.下肢関節屈曲トルク・パワーのテスト条件は,各関節6種類(反動の有無,予備緊張条件,錘の有無等)を予定し,どの条件のテストが加速疾走の評価に最も有効かについても検証する.本研究の各課題を遂行することで,疾走能力を下肢関節の屈曲筋力・パワーから間接的に評価するための簡便なテストプログラムを提案する.下肢関節のバリスティックな屈曲筋力・パワー発揮能力の簡便な評価システムの開発に関して,一部を自主制作したため次年度使用額が生じた.これについては,30年度におけるインターフェースの改善とプラットフォームのバージョンアップの費用として使用予定である.また,妥当性検証実験の対象者が少なかったため謝金の所要額が少なかったが,30年度に当初計画通り使用する.
造礁性サンゴの分布周辺部におけるサンゴ群集の維持機構について

サンゴ礁域である沖縄瀬底島のサンゴ群集との比較研究において、天草のサンゴ群集の維持機構についてのいくつかの特徴が明らかになった。1)両サンゴ群集では被度に殆ど差がみられないが、天草では地形から考えてサンゴの生育可能な面積は限られ、このため総産卵数き大きく異なる。2)天草では定着密度が沖縄に比べて1万分の1程度と極端に低い。3)天草では稚サンゴ期の死亡に深く関与するグレーザーの密度が沖縄に比べて低く、定着の1年後での稚サンゴの密度差はせいぜい5倍程度に縮まる。4)成長期において、沖縄では天草の1.5倍の成長速度を持つが、ここ数年沖縄においては被度の大幅な増加は報告されていない。このことはから沖縄においてはサンゴの生残率を減少させる捕食者あるいはそのほかの死亡要因が働いていることが予想される。5)現在の天草の造礁サンゴの多くは1962/3年冬の異常寒波以降に定着したものといわれている。今回の調査結果ではこれらのサンゴは直径2m前後にまで生長しており、また被度も非常に高くなっている。このことは、先の異常寒波後に定着した群体が順調に生育し、現在見られるサンゴ群集を形成していることを示唆している。また群体のサイズ組成のデータもこのことを裏付けている。6)造礁サンゴの死亡要因として、瀬底島ではオニヒトデによる捕食と海水の濁りがあげられ、天草においては台風時の倒壊がその大部分を占めた。天草の造礁サンゴの多くは穿孔性の動物寄生を受けており、そのためにサンゴ礁域にサンゴに比べ構造上波浪の影響で簡単に倒壊する可能性が高い。しかしながら、最近ではトゲレイシガイダマシ等サンゴ食巻貝による食害が進み、テーブルサンゴを中心に群体の死亡が目立つようになった。また、冬季の水温低下、夏季の高水温等も死亡要因と考えられる。平成2年度は、造礁性サンゴの生活史を卵の形成期、放卵期、定着期、成長期、崩壊期に細分し、群集の維持機構全体を見通したフレ-ムワ-クの構築に主眼を置いた。(1)卵の形成期、放卵期については、野外で採集したサンゴの組織学的解析とともに主要種の飼育・交雑実験より産卵期、卵の形状、授精能力、交雑の可否、産卵リズムの再確認を行った。(2)定着期については室内外の定着実験の結果、天草のサンゴ群集の定着能力が再確認されたが、同時に行った沖縄のサンゴ礁域での実験結果と比べて定着量が非常に少ないことがわかった。(3)サンゴ群体を“個体"とみたてた“個体群構造"の解析から、天草では新規加入定着量は平方メ-トルあたり0.1と非常に低いものの、毎年安定して定着していることが推察された。(4)成長期についてはアリザリンレッドによる染色法、X線解析法により主要なサンゴについての年間成長量を測定した。沖縄でのサンゴの成長量と比較すると、海水温20°C以上の6ケ月間の成長量は沖縄のそれとほぼ同じであるが、20°C以下の6ケ月間は20°Cを下らない沖縄の約1/3に低下した。(5)これまでの研究で、天草の造礁サンゴの死亡要因として冬期の低温と台風到来時の波浪の影響が知られていたが、同時に長期にわたる28°C以上の高温もまた一部のサンゴの白化現象を引きおこすことがわかった。

(6)また、サンゴの骨格内に寄生し、サンゴの骨格形成を阻害すると考えられる骨格内埋存性動物の現存量を測定した。(7)造礁性サンゴ及び海藻との間の競争関係は一定時間間隔写真撮影法による調査を続けている。(8)以上のサンゴ群集の“個体群"動態についての調査と並行し、環境条件として水深25mまでの海底水の最高最低温度、水中照度、放卵・定着期間の流向・流速の測定を行った。(9)またマンタ法により天草下島牛深周辺のサンゴ群集の分布調査を行い、群集の被度と広がりを測定した。本年度の計画としてあげた、1)幼生の定着実験、2)幼生の生残過程をみるために、平成3年6月上旬と7月上旬に調査地である沖縄の瀬底島と天草下島西岸の桑島の海底に定着板を設置した。瀬底島では定着板工に多くの幼生が定着し、8月と12月の回収した定着板をもとに現在稚サンゴの死亡過程を追跡中である。また一昨年6月と12月に染色した種々のサイズの群体と回収し、サンゴ群体のサイズと成長量をみるための資料とした。桑島のテ-ブル状サンゴでは海水温が20°C以上となる6月から11月にかけて、直径にして約6cm成長し、瀬底島のそれとほぼ同じであった。一方海水温が20°C以下になる12月から5月までの成長量は、瀬底島では夏季と同じ成長量が維持されたが、桑島では成長量は夏季の半分以下に留まった。回収と同時に3)新規に瀬底島と桑島で総計約100群体の染色、標識を行った。天草島では昨年9月の大型で強い台風17、19号により、上述した1)2)3)の野外実験および種問関係を解析する目的で設置した永久コドラ-トがことごとく流出し、研究遂行上多大な損失を被った。台風という予期しない事態にあったが、波浪によるサンゴ群体の倒壊、崩壊についての貴重なデ-タを得ることが出来た。波浪による影響を最も受け易かったのは浅所での優占種であるエンタクミドリイシで、水深10mまでの大型群体の倒壊が著しかった。沖縄では台風の影響はさほど重大ではなかったが、造成工事などによる環境悪化とオニヒトデによる食害のため約60の標識群体の殆んどが6月から11月までの半年間に死滅した。サンゴ群体の面積当りのポリプ数、サンゴのサイズ、ポリプの乾燥重量との関係については、標本を採集し現在解析を進めている。また、移植実験については台風の影響と時間的な制約のために今年度は実施できなかった。今年度の研究計画として、当初は標識したサンゴ群体の成長および生残過程の追跡、永久コドラ-ト内の一定時間間隔差真撮影法による海藻、ソウトコ-ラル、サンゴ間の競争関係、幼生の定着量の測定を予定していた。しかしながら、1991年9月の台風17号19号により標識個体の倒壊、永久コドラ-トの流出により、当初の研究計画は変更を余儀なくされた。さらに、サンゴを食害する巻貝、トゲレイシガイダマシが天草のサンゴ分布域で見られ、サンゴに被害が目立つようになったため、本年度は1)沖縄瀬底島と天草におけるサンゴ幼生の定着量の測定、2)台風の波浪がサンゴ群集に与える効果、3)トゲレイシガイダマシによるサンゴ摂食量の測定を主な目的として研究を行った。1)沖縄瀬底島のサンゴ礁域に164枚、また天草桑島、春這に144枚の定着板を設置し、産卵後3ヶ月目に回収して新しく定着した稚サンゴの密度を測定した。天草では定着板上に稚サンゴは全く見られなかったが、瀬底島では礁縁部で1平方メ-トルあたり平均5,670個の稚サンゴがみられた。2)1991年9月の台風17号19号がサンゴ群集に与えた効果をみるためにグラスボ-トによる被度調査を行い、1990年度のマンタ法による調査結果と比較した。多くの地点で明かに10m以浅の造礁サンゴの被度が減少し、特外洋に面したテ-ブルサンゴへの影響が大きかった。
古細菌における網羅的な新規核酸結合蛋白質及びin vivoターゲットの同定

本年度は昨年度に引き続き,生命システムにおける翻訳系において必須の分子であるTransfer RNA(tRNA)にさらに着目し,古細菌におけるtRNA遺伝子の多様性の獲得,特に断片化したtRNAやイントロンを含むtRNA進化に着目して解析を行ったので以下に報告する.昨年度,我々は超好熱好酸性古細菌Caldivirga maquilingensisのゲノムにおいて6つの断片化した新規のtRNA遺伝子を発見した.さらにバイオインフォマティクスを用いて、それらの断片の組み合わせをシミュレーションした結果,世界初の3つの断片から成るtRNA遺伝子を発見することができた(Fujishima et al,PNAS,2009).これらの断片型のtRNA遺伝子の末端配列を近縁種と比較したところ,イントロン配列と一致したことから,断片型tRNA遺伝子とイントロンを含むtRNA遺伝子に進化的な関連性があることが明らかとなった.イントロン配列の由来を調べるため,C.maquilingensisの近縁種6種の計289本のtRNAイントロン配列を比較解析した結果,46のイントロングループが見つかり,さらにそのうちの16グループに関してはゲノム上の異なるtRNA遺伝子間で転移していることがわかった.この現象はC.maquilingensisが属するサーモプロテウス目のみで見られること,またtRNAイントロン全体の40%にあてはまることから,進化的にサーモプロテウス目が分岐してから獲得した形質であると推測されたさらに転移性イントロンの配列と挿入位置が断片型tRNAと一致したことから,イントロン転移によってイントロン型tRNA遺伝子が生じたのちに,挿入した位置でゲノムの編成が起きることで断片型tRNAが生まれたと考えられる.以上の研究はこれまで未知であった古細菌におけるtRNA遺伝子の多様性と進化に対して一つの答えを提示するものであり,初期の生命システムにおいて不可欠であるtRNA遺伝子の進化を考える上で大きな手がかりとなりえる成果であると言える.現在,この研究内容は国際論文誌Molecular Biology Evolutionに投稿中である.本研究はDNA→RNA→蛋白質という生命システムの中核を担うセントラルドグマの原型を明らかにするために,いまなお原始的な機構を有するとされている古細菌(真核生物,バクテリアと並ぶ生物界の3ドメインの1つ)をモデル生物に用いて,網羅的な新規核酸結合タンパク質及びそのターゲットの同定,さらには新規のRNA分子の発見を目的としている.ここで当該年度に実施した研究の成果を以下に示す.1.超好熱性古細菌Pyrococcus furiosusの全プロテオーム情報に対してバイオインフォマティクスを用いて,セントラルドグマに深く関わっているとされる新規核酸結合蛋白質を151種同定したのち,計39種の候補蛋白質に関してクローニングを行い,うち22種に関してSDS-PAGEで精製を確認した.さらに一本鎖及び二本鎖のDNAとRNAをプローブとしてゲルシフト法を用いることでこれらの精製した蛋白質の核酸結合性を確認した.その結果,1種がRNA特異的,5種がDNA特異的,2種が一本鎖特異的,1種が二本鎖特異的、1種が二本鎖DNA特異的,2種が特異性なしの合計12種の新規核酸結合蛋白質を同定することができた.特にRNA特異的な結合を示した蛋白質PF1062はtRNAプローブに対して特徴的なシフトを示すことから,tRNAの修飾やプロセッシングに関わる酵素の可能性が高く,現在PF1062に絞った性状解析を進めている.2.Transfer RNA(tRNA)はセントラルドグマにおいて必須の分子であるが,超好熱好酸性古細菌Caldivirga maquilingensisのゲノムにおいて6つのtRNA遺伝子が未発見であった.バイオインフォマティクスを用いてtRNA様の配列を解析した結果,世界初の3つに断片化したtRNA遺伝子を発見することができた.これまで古細菌では唯一,寄生性古細菌Nanoarchaeum equitansにおいて2つに断片化したtRNA遺伝子(split tRNA)が報告されていたが,ゲノム縮小に伴う副次的な現象かどうかが争点になっていた.今回新たにsplit tRNAが発見されたC.maquilingensisは単離培養が可能であり,ゲノム縮小の痕跡もないことから,古細菌の共通祖先が短いtRNA遺伝子を有していた可能性,あるいは収斂進化によって獲得された可能性が示唆された.この発見は米国科学アカデミー紀要(PNAS)に掲載された.本年度は昨年度に引き続き,生命システムにおける翻訳系において必須の分子であるTransfer RNA(tRNA)にさらに着目し,古細菌におけるtRNA遺伝子の多様性の獲得,特に断片化したtRNAやイントロンを含むtRNA進化に着目して解析を行ったので以下に報告する.昨年度,我々は超好熱好酸性古細菌Caldivirga maquilingensisのゲノムにおいて6つの断片化した新規のtRNA遺伝子を発見した.さらにバイオインフォマティクスを用いて、それらの断片の組み合わせをシミュレーションした結果,世界初の3つの断片から成るtRNA遺伝子を発見することができた(Fujishima et al,PNAS,2009).これらの断片型のtRNA遺伝子の末端配列を近縁種と比較したところ,イントロン配列と一致したことから,断片型tRNA遺伝子とイントロンを含むtRNA遺伝子に進化的な関連性があることが明らかとなった.イントロン配列の由来を調べるため,C.maquilingensisの近縁種6種の計289本のtRNAイントロン配列を比較解析した結果,46のイントロングループが見つかり,さらにそのうちの16グループに関してはゲノム上の異なるtRNA遺伝子間で転移していることがわかった.

この現象はC.maquilingensisが属するサーモプロテウス目のみで見られること,またtRNAイントロン全体の40%にあてはまることから,進化的にサーモプロテウス目が分岐してから獲得した形質であると推測されたさらに転移性イントロンの配列と挿入位置が断片型tRNAと一致したことから,イントロン転移によってイントロン型tRNA遺伝子が生じたのちに,挿入した位置でゲノムの編成が起きることで断片型tRNAが生まれたと考えられる.以上の研究はこれまで未知であった古細菌におけるtRNA遺伝子の多様性と進化に対して一つの答えを提示するものであり,初期の生命システムにおいて不可欠であるtRNA遺伝子の進化を考える上で大きな手がかりとなりえる成果であると言える.現在,この研究内容は国際論文誌Molecular Biology Evolutionに投稿中である.
リポキシゲナーゼによるn-3系脂肪酸代謝と新規生理活性物質生成の解析

n-3系脂肪酸から、種々の生理活性物質が生合成されることが近年解明されてきている。これらの生合成過程には、種々のリポキシゲナーゼ(LOX)が関与することが想定されているが、未だ不明な点が多い。本研究では、精製したLOXおよび基質を用いて、LOXによるn-3系脂肪酸代謝を詳細に検討した。LOXには、特に、ヒトにおいて前立腺ガンの予防に関わりうる15-LOX-2と、そのマウスホモログである8-LOXに着目した。15-LOX-2は、DHAに1分子の酸素を付加し、17S-Hydroperoxyoctadecadienoic acid(17S-HPDHA)のみを特異的に生成した。一方、8-LOXは、速やかに2分子の酸素を付加し、10S,17S-diHPDHAおよび少量の7S,17S-diHPDHAを生成した。この10S,17S-diHPDHAは、ヒト血小板の凝集を抑制する働きを持つ。今回明らかとなった、8-LOXによる10S,17S-diHPDHAの選択的生成は、単一の酵素がこの物質を非常に高い選択性で生成する唯一の例である。本研究は、表皮系リポキシゲナーゼ(LOX)によるn-3系脂肪酸代謝の全容と、そこで生成されうる新規生理活性物質の網羅的解明を目指すものである。初年度は、まず、脳および網膜といった神経組織に集中的に蓄積される重要なn-3系脂肪酸であるドコサヘキサエン酸(DHA)に着目した。DHAの代謝物は、抗炎症等の多彩な機能を持ち、これらによる神経組織の死滅の抑制、ひいては、脳機能および網膜機能の保全に役立てられる可能性がある。本年度は、ヒト15LOX2およびそのマウスホモログである8LOXによるこのDHA代謝を重点的に解析した。先ず両酵素を、大腸菌発現系およびその後のアフィニティー精製により調製し、DHAとの反応を詳細に解析した。15LOX2は、DHAから17S-ヒドロペルオキシDHA(17S-HPDHA)を特異的かつ定量的に生成することが判明した。これは、一連の反応系列における初発段階として、15LOX2が非常に有効な触媒であることを示唆するものであった。一方、8LOXは、単独で2度の連続する反応を触媒し、特異的に10S,17S-ジヒドロペルオキシDHA(10S,17S-diHPDHA)を生成することが判明した。この10S,17S-diHPDHAは、DHAから生成する既知の神経保護因子と非常に類似した構造を持つ化合物であり、その生理機能の解析が今後の急務である。また、今回解明された8LOXの機能は、現在、10S,17S-diHPDHAを特異的に生成する唯一の反応系であり、この化合物から派生する生理活性物質を調製する際には、貴重な調製手段を提供できる。これらの研究成果は、先の日本農芸化学会で報告し、また、現在、投稿論文を執筆中である。本研究は、近年n-3系脂肪酸に由来する新規の生理活性物質が解明されてきている研究の流れを受け、それらの生合成経路及び更なる新規生理活性物質の解明をめざし、リポキシゲナーゼ(LOX)の関わりを解明しようとするものである。初年度は、表皮系LOXの一種である8S-LOXが、ドコサヘキサエン酸(DHA)から、神経保護因子(Neuroprotectin D1, NPD1)様の物質を生成し得ることを解明した。平成20年度は、まず、この反応の機構をより詳細に検討した。動物LOXの基質は主にアラキドン酸(AA)であると考えられている。AAが動物LOXの基質結合部位と相互作用する場合、通常、酵素により、カルボキシル基側またはメチル基側のいずれから基質結合部位に侵入するのかが限定されている。しかしながら、今回の検討により、先のDHAとLOXの反応では、両側から酵素の基質結合部位に侵入することが示唆された。これは、DHAがより多様なLOX反応を受け得ることを示す。他のn-3系脂肪酸でも検討を続けている。一方、本年度は、LOX反応の新たな測定方法の開拓も行った。

LOX反応の測定では、通常、共役ジエンの生成に伴う吸光度の増大を経時的に測定する。本方法は簡便ではあるが、多数の反応を同時に行うことはできない。そこで、ferric-xylenol orange (FOX)を用いた、高感度検出法を開拓した。これにより、多数の反応条件を同時に検討することが可能となった。この成果はJournal of Neutritional Science and Vitaminologyに発表した。本研究は、近年n-3系脂肪酸に由来する新規の生理活性物質が解明されてきている研究の流れを受け、それらの生合成経路及び更なる新規生理活性物質の解明をめざし、リポキシゲナーゼ(LOX)の関わりを解明しようとするものである。初年度は、表皮系LOXの一種である8S-LOXが、ドコサヘキサエン酸(DHA)から、神経保護因子(Neuroprotectin D1, NPDl)様の物質を生成し得ることを解明した。平成20年度は、まず、この反応の機構をより詳細に検討した。動物LOXの基質は主にアラキドン酸(AA)であると考えられている。AAが動物LOXの基質結合部位と相互作用する場合、通常、酵素により、カルボキシル基側またはメチル基側のいずれから基質結合部位に侵入するのかが限定されている。しかしながら、今回の検討により、先のDHAとLOXの反応では、両側から酵素の基質結合部位に侵入することが示唆された。これは、DHAがより多様なLOX反応を受け得ることを示す。他のn-3系脂肪酸でも検討を続けている。一方、本年度は、LOX反応の新たな測定方法の開拓も行った。LOX反応の測定では、通常、共役ジェンの生成に伴う吸光度の増大を経時的に測定する。そこで、ferric-xylenol orange(FOX)を用いた、高感度検出法を開拓した。この成果はJoumal of Neutritional Science and Vitaminologyに発表した。
電磁場中における多粒子量子力学系に対する散乱理論について

多粒子量子力学系に対する散乱理論において、特に外力場が時間的に不変な定電場である場合に、私はこれまでに漸近完全性の問題に取り組み、その解決をしてきた。この際、この理論の上で重要であると思われるasymptotic observableの存在とその性質を使うことなく行ったのであるが、この系の場合にはどのようなasymptotic observableが存在し、それにはどんな性質があるのかなど知られていなかった。そこで、私はその定義及び存在と、その性質、特に系のハミルトニアンのスペクトルとの関係について調べ、その結果については下記の学術論文に掲載されたことをまず報告する。漸近完全性が示されれば、今度は散乱行列の性質を調べることが一つの目標となる訳であるが、これについては系のハミルトニアンのレゾルベントについての詳細な評価があると有効であることが知られている。ところが、この系についてはレゾルベントについての評価はまだあまり得られていず、解析の上で有効なものはこれまでほとんど得られていなかった。そこで、私は運動量空間でのカットオフや配位空間でのカットオフを入れることにより、新たなレゾルベントの評価が得られることを示した。これは、特に後者のカットオフが、電場の方向とそれに直交する方向に解析する方向を分離出来ることを示唆しており、以前に知られている結果よりは強力な評価が得られたと思う。定電場中での量子力学系、即ちStark効果を持つ系の散乱理論において、その系の運動を記述するHamiltonianによる散乱状態の時間発展を、別のHamiltonianによる状態の時間発展により、t→±∞のときに漸近的に表せるかという漸近完全性の問題の1つである。この別のHamiltonianが表す系の運動は、大雑把には、2体問題ならば、粒子間距離は時間が経つにつれて大きくなり、それぞれの粒子が自由粒子のように振る舞い、多体問題ならば、幾つかの粒子がクラスターを形成し、それらのクラスター間距離が時間の経過とともに大きくなり、それぞれのクラスターは自由粒子のように振る舞うもので、多体問題での漸近的な表現は、前記のような幾つかのHamiltonianによる状態の時間発展の重ね合わせで実現される。実際には、考えている系の、粒子間の相互作用ポテンシャルが短距離型の場合と長距離型の場合で、Hamiltonianの取り方が異なり、特に長距離型の場合、ポテンシャンの部分を、時間に依存する、運動量のみで表される擬微分作用素で置き換えて出来る、時間に依存したHamiltonianによる状態の時間発展を採用する。このことは、通常のSchrodinger作用素に対する散乱理論においても同様で、長距離型ポテンシャルの影響による修正項を運動量によって表現する。一方、通常のSchrodinger作用素に対する散乱理論では、eikonal方程式の解を用いて、比較する状態の時間発展の、位置による表現もなされている。Yafaev氏は、これを漸近完全性の破れの証明に用いた。ある意味では強力な表現である。しかし、Stark効果がある場合には、その表現については、これまでに導入もされていない。そこでこの場合に、比較する状態の時間発展の、位置による表現を定式化し、それにより定義される波動作用素の存在と完全性を2体問題に対して示した。
心筋カルシウムシグナリング制御の分子機構と病態生理学的意義の検討

本研究は心筋興奮収縮連関の分子機構さらに病態形成におけるその役割について検討を行うことを目的とした。SERCAcDNAおよびホスホランバンとの結合部位を欠落したmutant SERCAを高発現するトランスゲニックマウスに横行大動脈縮索によって圧負荷をかけ心肥大の程度を検討した。心体重量比で評価した変異SERCA発現マウスでは圧負荷心肥大は有意に抑制されていた。また肥大の分子マーカーであるANFの発現も同様に抑制されていた。さらにこのマウスではCa感受性PKCが選択的に阻害されていた。2.リアノジンレセプターの心機能に果たす役割リアノジンレセプター遺伝子にflox配列を挿入したマウスとミオシン軽鎖プロモーターの下流にCre recombinaseをノックインしたマウスを交配しヘテロタイプの心筋特異的ノックアウトマウスを得た。このマウスでは心筋リアノジンレセプターの発現は50%低下していた。しかし心エコー法、左室圧測定で評価した心機能、心サイズとも有意な変化を認めなかった。他のカルシウムシグナリング蛋白質の発現を検討したがホスホランバン、CaATPase、カルセクエストリンの発現は特に変化を認めなかった。3.ソルシンの心臓における役割ソルシン遺伝子の単離しATGを含む第2エキソンの両側にflox配列を挿入したコンストラクトをES細胞に導入し常法によりマウスを得た。このマウスとαミオシン重鎖プロモーターの下流にCreを挿入した心筋特異的Cre recombinase発現マウスを交配した。現在心筋特異的ソルシン遺伝子ノックアウトマウス作成中である。本年度は以下の研究を行った。1.ソルシンノックアウトマウスマウスソルシン遺伝子を単離した。その第3エキソンに両側にloxPおよびloxP-neoを挿入した。このターゲティングコンストラクトをES細胞に導入し、偽妊娠マウス子宮に移植した。キメラマウスを得ることができたので野生型マウスを交配しgerminal transmissionしたマウスを得た。次年度はこのマウスと心筋特異的Cre recombinase発現マウスを交配し心筋特異的ソルシン遺伝子ノックアウトマウスを得、解析する。2.心筋特異的CaATPase(SERCA2a)トランスゲニックマウスの作成ウサギwild-type SERCAcDNAおよびホスホランバンとの結合部位を欠落したmutant SERCAをαMHCプロモーターの下流にサブクローニングしマウス卵細胞に導入した。この卵をマウス子宮に移植しトランスゲニックマウスを得た。このトランスゲニックマウス心臓においてSERCAの発現は亢進していたが他のCaシグナリング蛋白質の発現は変化なかった。心筋より単離したマイクロゾームにおけるCaATPase活性を検討したところ両者ともにVmaxは亢進したがKmはmutantトランスゲニックのみシフトしていた。この両トランスゲニックマウスより単離した心筋細胞はCaトランジエント、収縮力、弛緩力ともに増大していた。In vivoにおいてもdP/dt,-dP/dtは増大していた。3.カルパインノックアウトマウスの作成マウスカルパイン遺伝子を単離しそのATG開始コドンを含む第2エキソンに両側にloxPおよびloxP-neoを挿入した。1.ソルシンノックアウトマウス昨年度得たソルシン遺伝子loxPマウスとEIIaCreマウス交配しneo遺伝子を持たないマウスを得た。さらにこのマウスとαミオシン重鎖プロモーターの下流にCreを挿入した心筋特異的Cre recombinase発現マウスを交配した。現在floxマウスと再交配し心筋特異的ソルシン

遺伝子ノックアウトマウスを得ようとしている。2.心筋特異的CaATPase(SERCA2a)トランスゲニックマウスの作成昨年度解析したウサギwild-type SERCAcDNAおよびホスホランバンとの結合部位を欠落したmutant SERCAを高発現するトランスゲニックマウスに横行大動脈縮索によって圧負荷をかけ心肥大の程度を検討した。心体重量比で評価した変異SERCA発現マウスでは圧負荷心肥大は有意に抑制されていた。また肥大の分子マーカーであるANFの発現も同様に抑制されていた。さらにこのマウスではCa感受性PKCが選択的に阻害されていた。このことが心肥大抑制の原因であると考えられた。3.カルパインノックアウトマウスの作成昨年度はカルパインloxPマウスを得た。ところがLoxPに対しホモのマウスを作成すると胎生致死であった。このマウス胎児を検討したところ死亡時期がコンベショナルノックアウトマウスと同じでありloxP配列を挿入したことが遺伝子発現を欠落させていると予想された。したがって新たにターゲティングコンストラクトを作成した。このコンストラクトをES細胞に遺伝子導入しPCRやサザンプロットによりスクリーニングし相同組替え体を得た。
気体燃料噴射率計開発ならびに間欠気体燃料噴流の発達特性解明

1次元管内流れを用いた気体燃料噴射率計の開発を行い,その計測精度を1%のオーダまで向上した.様々な気体種,多段噴射に対しても,噴射率計は適応可能であることが示された.間欠気体燃料噴流の発達過程をミー散乱法を用いて可視化し,噴射率計で得られた噴射弁過渡特性のデータを用いることで,その発達特性を明らかにした.1次元管内流れを用いた気体燃料噴射率計の開発を行い,その計測精度を1%のオーダまで向上した.様々な気体種,多段噴射に対しても,噴射率計は適応可能であることが示された.間欠気体燃料噴流の発達過程をミー散乱法を用いて可視化し,噴射率計で得られた噴射弁過渡特性のデータを用いることで,その発達特性を明らかにした.水素,天然ガスといった気体燃料を,自動車用燃料として適用する動きが進んでいる.燃料噴射弁は,自動車エンジンのキーパーツである.電磁弁・ピエゾアクチュエータ等を内蔵し,数百ナノ秒-数ミリ秒の極短期間で所定量の燃料を噴射する.筒内直接噴射圧縮点火エンジンの場合では,エンジンの1サイクル中に3-7回にわたる多段噴射を行うなど,非常に精密な制御が想定されている。燃料噴射弁から噴射される燃料の,単位時間当たりの流量は「燃料噴射率(単位: cc/s, g/s)」と呼ばれる.燃料噴射率は,噴射弁の開弁過渡期間,定常噴射期間,閉弁過渡期間で極めて急激に変化する.燃料噴射率を計測することで,噴射弁の基本性能の把握が可能となる.また燃料噴射率は,燃料到達距離微粒化(液体燃料の場合),そして燃焼過程に大きな影響を及ぼすため,エンジン設計において極めて重要な要素である.しかしながらこれまで,「気体燃料」の噴射率計測は非常に困難とされていた.平成20年度は,研究代表者がこれまで独自に開発を進めてきた「気体燃料噴射率計」の計測精度向上について検討を行った.(i)ヘリウム(水素を模擬)を用いた場合の計測精度検討, (ii)実機同様の多段噴射を行った場合の計測制度検討, (iii)計測管内に形成される境界層が計測制度に及ぼす影響の検討を実施した.その結果,ヘリウムや多段噴射を適用しても計測精度はこれまでと同程度であり,実機で想定される様々な条件下で気体燃料噴射率計が有効に使用できることが確認された.またこれまでの研究から,気体燃料噴射率計は流量を23%過小評価することが確認されていた.計測管内に形成される境界層による見かけの断面積減少分を見積もったところその値は同じく23%であり,境界層の発達が誤差の主要な原因であることが確認された.以上から,気体燃料噴射率計の実用化への道筋がついたと考えている.燃料噴射弁は,自動車エンジンの性能を左右する重要なパーツのひとつである.水素自動車・天然ガス自動車の普及にともない,従来のガソリン・軽油用の燃料噴射弁とは全く異なる,気体専用の燃料噴射弁の開発が必須の課題となっている.燃料噴射弁は高速電磁弁等を内蔵し,数百ナノ秒数ミリ秒の極短期間で精密に所定量の燃料を噴射する.燃料噴射弁から噴射される燃料の,単位時間当たりの流量は「燃料噴射率(単位:cc/s,g/s)」と呼ばれる.燃料噴射率は,噴射弁の開弁過渡期間,定常噴射期間,閉弁過渡期間で極めて急激に変化する.燃料噴射率は,燃料到達距離,微粒化(液体燃料の場合),そして燃焼過程に大きな影響を及ぼすため,エンジン設計において極めて重要な要素である.しかしながら「気体燃料」の噴射率計測は非常に困難であり,研究代表者は独自の気体燃料噴射率計の開発を進めてきた.平成21年度は,(i)気体燃料噴射率計の計測精度向上,(ii)間欠気体燃料噴流の発達特性解明,(iii)オンボード計測について検討を行った.窒素・ヘリウム(水素を模擬)など気体種を変えた場合の計測精度検討,実機同様の多段噴射を行った場合の計測精度検討,ミー散乱法を用いた間欠気体噴流の可視化実験,さらに実機エンジンに燃料噴酎弁を搭載したままの状態で計測を行うための遠隔データ取得法検討を行った.気体種を変更した場合にも,その物性値の変更のみで正確な計測が可能であることが確認され,計測管内に形成される境界層厚さをキャンセルすることでこれまでの計測誤差(23%)が解消されることが示された.燃料噴射率は間欠気体燃料噴流の発達過程に大きな影響を及ぼすことが示された.またイーサネットを用いた遠隔操作システムを検討し,遠隔データ取得が可能であることが示された.これにより,今後の本格的な応用への基盤が整いつつあると期待している.
体外循環中の送血方法が病的大動脈壁に与える影響の臨床的検討

1.モデル実験正常および弓部大動脈瘤ガラス管モデルを用いて、送血カニューレからの血流をPIV法により解析し、カニューレ先端の形状と弓部大動脈壁および分枝に与える剪断速度・剪断応力を測定した。先端から血流がまっすぐ噴射するタイプのカニューレでは、カニューレ内で加速された噴流が直接弓部大動脈壁に衝突し、大きな剪断応力を与えること、血流分散型カニューレでは、弓部大動脈壁への剪断応力は減少するが、カニューレ先端の形状で剪断応力・剪断速度の分布が異なる。腋窩動脈からの送血では血流の噴出方向は上行大動脈に向かうが、腕頭動脈付近での剪断速度が速いことが判明した。これらのデータから、新しい先端形状のカニューレを開発した。2.数値計算による大動脈弓内の血流解析カニューレを挿入した大動脈弓内の流れについて三次元数値解析を行い,単純モデルでカニューレから噴出する液噴流の噴射方向が大動脈弓内の流れに及ぼす影響を調べた。計算の結果,液噴流が大動脈の中心軸に対して90°で噴出した場合,液噴流は上行大動脈の壁面に衝突した後,らせん状に回転しながら下流へ流れ,下行大動脈ではその流れの回転成分が弱まることが分かった。大動脈弓内の流れはカニューレから噴出する液噴流の噴射方向によって大きく異なることが明らかとなった。この基礎的データを応用し、弓部大動脈瘤モデルを3次元画像としてコンピュータ上に取り込み、このシミュレーションモデル内での血流の数値計算を行った。この結果、計算モデルによって大動脈内の血流が良く再現でき、流れの剥離を観察することができた。3.臨床例での検討体外循環を使用する成人心臓手術患者を対象として,3種類の送血管および腋窩動脈送血、大腿動脈よりの逆行性送血について、経食道エコーおよび大動脈に直接超音波探息子をあて弓部大動脈付近の血流を評価した。上行大動脈の流速解析では、カニューレにより血流パターンの分布、流速が異なることが明らかになった。1.臨床例での検討体外循環を使用する成人心臓手術患者を対象として,3種類の送血管について大動脈内の血流動態を評価した。計測は体外循環が導入され,完全体外循環が確立した時点で経食道エコーにより下行大動脈内の血流を評価し,さらに術野において大動脈に直接超音波探息子をあて弓部大動脈付近の血流を評価した。現在それぞれの送血管に34例が割り当てられ,最終目標の各群5例になったところで,総合的評価を行う予定にしている。現時点の結果としては,すでに行ったモデル実験と同様の血流分布パターンと流速パターンがえられている。2.数値計算による大動脈弓内の血流解析カニューレを挿入した大動脈弓内の流れについて三次元数値解析を行い,カニューレから噴出する液噴流の噴射方向が大動脈弓内の流れに及ぼす影響を調べた。曲率半径37.5mm,大動脈径25mmの大動脈弓モデルを使用し,噴出径4mmのdLP^<TM>カニューレを,上行大動脈端から19.8mmの位置に挿入した。カニューレから噴出する液噴流の噴射方向が,大動脈弓モデルの中心軸に対して0,45,90°の3つの条件について計算を行った。境界条件として,カニューレ出口面に対して直角に血液流量3.5L/min.に相当する,速度4.64m/sの一様流を与えた。

計算の結果,液噴流が大動脈の中心軸に対して90°で噴出した場合,液噴流は上行大動脈の壁面に衝突した後,らせん状に回転しながら下流へ流れ,下行大動脈ではその流れの回転成分が弱まることが分かった。また,カニューレからの液噴流が衝突する上行大動脈の壁面において大きな壁面せん断応力が発生する。大動脈弓内の流れはカニューレから噴出する液噴流の噴射方向によって大きく異なることが明らかとなった。1.臨床例での検討昨年度に引き続き体外循環を使用する成人心臓手術患者を対象として,3種類の送血管について大動脈内の血流動態を評価した。さらに腋窩動脈送血、大腿動脈よりの逆行性送血について、経食道エコーおよび大動脈に直接超音波探息子をあて弓部大動脈付近の血流を評価した。上行大動脈の流速解析では、モデル実験とほぼ同様の結果が得られており、カニューレにより血流パターンの分布、流速が異なることが明らかになった。これらの結果は、日本胸部外科学会および第17回ヨーロッパ人工臓器学会で発表した。さらに総合的な結果については、平成18年4月に開催されるXth Aortic Surgery Symposium(New York)で報告予定である。2.数値計算による大動脈弓内の血流解析購入した3次元立体構築ソフトを使用して、実験に使用した大動脈瘤モデルの元となったCTから立体画像を再構築し、カニューレを挿入した大動脈弓内の流れについて三次元数値解析を行い,カニューレから噴出する液噴流の噴射方向が大動脈弓内の流れに及ぼす影響を調べた。このコンピュータ・シミュレーションモデルにおいては、end-hole型のカニューレを使用し、境界条件は上行大動脈入口側に0.5m/sの一様流速を与え、計測を行った。流れが剥離する位置やせん断応力が大きくなる位置は定性的に従来の実験結果とほぼ一致した。今後は、CT画像から構築した実際の三次元モデルにメッシュを切って数値シミュレーションを行い、さまざまな形状のカニューレを挿入した場合の流れを数値シミュレーションすることを予定している。3.モデル実験と新しいカニューレの開発モデル実験においては、正常大動脈モデルを用いて、われわれが開発した新しいタイプの送血管の血流パターンを観察、評価した。臨床使用上の問題点も明らかになり、今後カニューレの形状の工夫と動物実験を予定している。平成18年度は動物実験による新しいカニューレの評価を予定している。1.臨床例での検討成人心臓手術患者を対象として,3種類の送血管、腋窩動脈送血、大腿動脈よりの逆行性送血について、経食道エコーおよび大動脈直達超音波検査により上行、弓部、下行大動脈各部位の血流動態を評価した。各種送血管からの血流評価では、それぞれの先端形状によって先端から数cm以内の大動脈内の血液流速が大きく異なること、分散型のカニューレ先端形状の違いにより、カニューレから噴出する血流によって形成される乱流のパターンが異なることが明らかとなった。分散型のカニューレでは、いずれのカニューレでも、上行大動脈基部および下行大動脈では血流速度は20cm/sec程度と、流速の減衰が十分得られていることが判明した。また、右腋窩動脈送血では、腕頭動脈から噴出する血流速度は平均219cm/secと高速であり、この噴流は弓部小弯側に向かって噴出されることが観察された。