hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乱流中におけるスカラ拡散場のペクレ数依存性について

1.乱流速度場モデルの再構成流体粒子の加速度場の時間発展をマルコフ過程に基づく確率微分方程式によってモデル化することを提案し,まず,モデルの特性を調べることを目的として,乱れが時間減衰する等方乱流中での粒子拡散のシミュレーションを行った.本研究により,モデルによる粒子速度や加速度の統計量が明確なレイノルズ数依存性を持つことを明らかにした.2.DNSによるスカラ拡散場計算乱流の直接数値計算(DNS)手法により、等方性乱流中のスカラ拡散場の特性をラグランジュ的に調べた.計算条件として,乱流場のレイノルズ数やスカラ拡散物質のシュミット数を数種類に変化させた.本研究により,スカラ物質の拡がりに対する分子拡散と乱流拡散の相互効果を明らかにした.また,この相互作用効果を考慮に入れた物質の真の拡がりに対する有効拡散係数を導入し、これをペクレ数の関数として表した.3.スカラ混合モデルの考案これは現在も進行中の研究課題である.研究実績1.および2.で扱った拡散場は,理論的には分子拡散性を伴って乱流中を運動する一つのスカラ物質粒子の拡散である.しかしながら,本課題の達成に必要不可欠なスカラ物質塊に対する乱流渦の変形作用を調べるには,同時に拡散する二つ以上の粒子の相対拡散場を考える必要がある.そこで,乱流中における2粒子の相対拡散場の特性をDNS手法により調べ,この結果に基づき,1.で考案したモデルを利用して相対拡散場の確率過程モデルを構築することが今後の課題となる.1.乱流速度場モデルの再構成流体粒子の加速度場の時間発展をマルコフ過程に基づく確率微分方程式によってモデル化することを提案し,まず,モデルの特性を調べることを目的として,乱れが時間減衰する等方乱流中での粒子拡散のシミュレーションを行った.本研究により,モデルによる粒子速度や加速度の統計量が明確なレイノルズ数依存性を持つことを明らかにした.2.DNSによるスカラ拡散場計算乱流の直接数値計算(DNS)手法により、等方性乱流中のスカラ拡散場の特性をラグランジュ的に調べた.計算条件として,乱流場のレイノルズ数やスカラ拡散物質のシュミット数を数種類に変化させた.本研究により,スカラ物質の拡がりに対する分子拡散と乱流拡散の相互効果を明らかにした.また,この相互作用効果を考慮に入れた物質の真の拡がりに対する有効拡散係数を導入し、これをペクレ数の関数として表した.3.スカラ混合モデルの考案これは現在も進行中の研究課題である.研究実績1.および2.で扱った拡散場は,理論的には分子拡散性を伴って乱流中を運動する一つのスカラ物質粒子の拡散である.しかしながら,本課題の達成に必要不可欠なスカラ物質塊に対する乱流渦の変形作用を調べるには,同時に拡散する二つ以上の粒子の相対拡散場を考える必要がある.そこで,乱流中における2粒子の相対拡散場の特性をDNS手法により調べ,この結果に基づき,1.で考案したモデルを利用して相対拡散場の確率過程モデルを構築することが今後の課題となる.
義歯床下粘膜の圧痕形成に関する実験的研究

義歯床下組織に加えられる持続的圧力の基準として最高血圧を用い、義歯床下組織に加えられる持続的圧力の大きさと義歯床下組織の変化との関連について病理組織学的ならびに組織計側的に検討を加えた。12週齢のウィスター系雄性ラット60匹の上顎臼歯部に接着線レジンを用いて接着したタメタルフレームを介して装着した義歯床により、口蓋の片側の義歯床下組織に対して最高血圧(約120mm Hg=163g/cm^2)の50%、100%および150%の圧力を持続的に加え、義歯非装置側を対照とした。義歯装置の3,7,14および21日後に上記の各圧力値毎に5匹の動物を屠殺し、採取した口蓋組織を10%中性緩衝ホルマリンで固定し、10%EDTAで脱灰ののちパラフィン包埋し、6μmの頬舌的切片としてヘマトキシリン・エオジン染色を施し検討を加えた。義歯装着7日までは、病理組織学的には上皮突起と結合組織乳頭の変形あるいは短縮、結合組織線維の密度の増加と走行状態の変化、結合組織の非薄化、破骨細胞の出現、上皮基底細胞の配列の乱れと変性傾向、ならびに上皮細胞の圧扁と上皮の非薄化などの変化が経時的に認められた。これらの組織反応は圧力値の増大につれてその発現が早期になるとともに強度になる傾向を示した。また、組織計測的には、組織の圧扁は上皮突起と結合組織乳頭、結合組織、上皮の順にみられ、病理組織学的所見と同様の傾向がみられた。本研究に用いた義歯床を義歯床下組織に対して無圧の状態で装着した場合には40週に至るまで殆ど脱落しないことが経験されているが、本研究においては義歯床からメタルフレームに対して持続的に離脱力が作用したため、義歯装着14日後以降には義歯床がメタルフレームとともに脱落した実験例が多く、明確な所見を得ることができなかったので、現在メタルフレームの接着強度の向上について検討を行っている。
野外水槽実験デ-タに基づく魚群行動のモデリング

1.東京水産大学大泉実験場においてニジマスを用いた野外水槽での魚群行動を観察し,ビデオテ-プに記録した。2.東京水産大学に新設された大型室内水槽(最大径5m)においてウグイを用いて魚群行動を観察し,ビデオテ-プに記録した。3.魚群行動の画像デ-タから個体の位置及び速度,魚群の大きさ及び進路に関する時系列デ-タを求めた。デ-タの種類としては,野外水槽におけるニジマス,大型室内水槽におけるウグイ及び小型室内水槽におけるタイリクバラタナゴがあり,群の個体数としては2尾から20尾までのデ-タが得られた。4.時系列デ-タを得るための画像処理方法として従来手動式で魚の位置を追いかけていたが,極めて多くの作業時間を要した.本研究では,画像処理方法を手動式から半自動式に改善する問題を,タイリクバラタナゴを用いた室内水槽実験デ-タを基にして検討した.その結果,1尾及び2尾の場合には自動化率がそれぞれ98%及び83%となり有用な方法であることが確認された.5.多くの個体をもつ群の行動を,群の代表個体の運動と代表個体のまわりの群の形状変化の2つの成分に分解できると仮定して,それぞれのモデルを作成した。代表個体の運動を表すモデルは物理モデルであるが,シミュレ-ションによりモデルの妥当性を検証した。一方,群の形状変化は不規則なので,そのモデルは自己回帰モデルとしたが,モデルの最適次数はAIC法により2または3であることがわかった。この結果は,個体数が2尾から20尾までの魚群に対して有効である。自己回帰モデルの妥当性は,残差の白色検定によって確認した。1.東京水産大学大泉実験場においてニジマスを用いた野外水槽での魚群行動を観察し、ビデオテ-プに記録した。2.従来本研究室で開発した画像処理方法(手動式)で、上記の画像デ-タから群の代表個体の位置および速度、群の形状およびサイズの時系列デ-タを求めた。また、画像処理方式を手動式から半自動式に改善する問題を、タイリクバラタナゴを用いた室内水槽実験デ-タを基にして検討した。なお、野外実験デ-タには環境の変化や外乱が多く含まれているために、半自動的にデ-タ処理を行うことは困難であるが、次年度でこの問題を考察する計画である。3.タイリクバラタナゴの時系列デ-タを用いて、少数の群の個体の運動に対する物理モデルを作成した。また、多くの個体からなる魚群行動モデルは、群の代表個体の運動と代表個体のまわりの各個体の相対運動とによって合成できるという仮説をたてて、それぞれのモデルを作成した。前者は物理モデルであり、後者は群の形状変化を表す自己回帰モデルである。さらに、モンテカルロシミュレ-ションによりそれぞれのモデルおよび合成したモデルの妥当性を確認した。モデルの妥当性は、水槽実験結果との比較および従来水産学で知られている理論や知見との整合性を検討することにより行われた。4.野外水槽実験で得られたニジマスの時系列デ-タを用いて、魚群の形状変化を推定する自己回帰モデルを作成した。なお、ニジマスの場合の各個体の運動を表す物理モデルおよび多数の個体で構成されている魚群の合成モデルに関しては、次年度において考察を行う計画である。1.東京水産大学に新設された大型室内水槽(最大径5m)においてウグイを用いて魚群行動を観察し,ビデオテ-プに記録した。2.魚群行動の画像デ-タから個体の位置及び速度,魚群の大きさ及び進路に関する時系列デ-タを求めた。

3.多くの個体をもつ群の行動を,群の代表個体の運動と代表個体のまわりの群の形状変化の2つの成分に分解できると仮定して,それぞれのモデルを作成した。代表個体の運動を表すモデルは物理モデルであるが,シミュレ-ションによりモデルの妥当性を検証した。一方,群の形状変化は不規則なので,そのモデルは自己回帰モデルとしたが,モデルの最適次数AIC法により2または3であることがわかった。この結果は,個体数が2尾から20尾までの魚群に対して有効である。自己回帰モデルの妥当性は,残差の白色検定によって確認した。4.フィ-ルドにおける魚群行動に影響を及ぼす藻場環境の育成は重要な問題であるが,その基礎研究として藻類の成長過程を予測するモデルを考察した。成長の要因として温度と光強度の影響を主に考察して,シミュレ-ションによりその妥当性を検討した。
酵母内インフルエンザウイルスゲノム複製系を用いた宿主因子の同定

インフルエンザウイルスの増殖機構の解明のため、遺伝学的解析が可能である出芽酵母を用いてウイルスゲノム複製に関与する宿主因子のスクリーニング系の確立を試みた。その結果、酵母内においてウイルスゲノム複製反応を担うウイルス因子の発現に成功した。現在、スクリーニング系を完成させるための研究を継続している。また、申請者らの先行研究により見出した宿主因子の候補となるヒトタンパク質の機能解析を進めた。そして、ヒトPrp18タンパク質が、ウイルスゲノム複製に関与することを明らかとし、インフルエンザウイルス増殖メカニズムの解明に寄与することができた。本研究では、インフルエンザウイルスのゲノム複製に関与する宿主因子を、遺伝学的解析が可能である出芽酵母を用いてスクリーニングすることを目的とする。これまでに、酵母内にインフルエンザウイルスのvRNPレプリコン(ウイルスゲノムーウイルスタンパク質複合体)をトランスフェクションすることにより、ウイルスゲノムの転写と複製反応が再現できている。しかし、網羅的にまた簡便にウイルスRNA合成に関与する宿主因子をスクリーニングするには、持続的に酵母内でvRNPを発現させる必要がある。そのためプラスミドを用いた発現系を構築しており、vRNP構成因子であるウイルスRNAポリメラーゼサブユニットPB1、PB2およびPAと、NPタンパク質の発現に成功している。現在、ウイルスRNA合成活性の指標となるモデルウイルスRNAの発現を試みている。また、プラスミド発現系が作製できない可能性も考えられるので、既に確立しているvRNPトランスフェクション法を用いて宿主因子の酵母内スクリーニングおよびその機能解析も行っている。ウイルスRNA合成活性を促進する宿主因子の候補がいくつか同定されており、その中の一つであるヒトPRP18が培養細胞レベルにおいてもインフルエンザウイルスのゲノム複製に関与することが示唆されている。今後、ウイルス因子との相互作用について解析を行い、詳細な分子メカニズムの解明を試みている。本研究が達成されることにより、網羅的な宿主因子のスクリーニングが可能となり、さらにウイルスゲノム複製・転写反応のメカニズムの解明が大きく進展すると考えられる。また、他のRNAウイルスにおいても応用可能なシステムであると考えられ、ウイルス研究の発展に貢献すると期待できる。本研究は、インフルエンザウイルスのゲノム複製に関与する宿主因子を、遺伝学的な解析が可能な出芽酵母を用いてスクリーング解析を行った。これまでに、酵母内にインフルエンザウイルスのvRNPレプリコン(ウイルスゲノムーウイルスタンパク質複合体)を導入することにより、ウイルスゲノムからの転写と複製反応が再現できている。そこで、酵母遺伝子欠損株ライブラリーにvRNPを導入し、ウイルスRNA合成活性に影響を与える宿主遺伝子の探索を行った。その結果、ウイルスRNAゲノムの合成活性を促進する因子として酵母遺伝子のPrp18を同定した。培養細胞を用いた解析、および生化学的な再構成実験により、ヒトPrp18はウイルス因子の一つであるRNA結合タンパク質のNPと結合することを明らかにした。ヒトPrp18は、NPをウイルスRNAへ効率よくリクルートすることで、vRNP形成を促進することが示唆された。また、Prp18はNPのRNA結合の有無を認識して相互作用することを明らかにした。以上の結果は、ウイルスゲノム複製反応を制御する新規宿主因子の分子メカニズを解明したものであり、新しいウイルス制御法の開発に寄与できる可能性もある。さらに本研究から、インフルエンザウイルスのRNA合成活性に関与する宿主因子の候補がいくつか見つかっている。今後は、他の候補因子についても詳細な分子メカニズムの解析を行う予定である。
H.pylori感染症の宿主側病型決定因子の人種差に関する研究

全世界の人口の半数が感染しているH.pyloriによる、上部消化管疾患の病原機序、感染宿主の人種背景の差による臨床病型の差は未だに解明されていない。そこで本年度は、感染者の臨床材料と感染動物モデルを用いて以下の事実を明らかにした。1,マウスの胃の局所に抗原を注入する方法により、粘膜局所の免疫反応が胃粘膜上皮の細胞回転、分化・増殖に与える影響を観察できる実験系を樹立した。2,モデル抗原を産生する組換えH.pyloriを作成し、抗原に感受性のあるマウスに感染させることにより局所の抗原特異的な免疫反応を解析可能な実験胃炎モデルを作成した。3,H.pyloriの感染によりおこる胃炎には宿主の粘膜免疫システムを構成する、唾液腺、腸管の免疫誘導組織が関与し、H.pyloriと粘膜上皮の産生するケモカインだけでは胃炎の病理変化が説明できないことが判明した。4,チェコスロバキアとの共同研究により、H.pyloriの感染の有無、胃癌の家族歴の有無、粘膜内に産生されるアンモニアの量、胃炎の程度の間に相関関係があるか否か検討した。
磁性微粒子を用いた小型分析システムの開発

小型生化学分析システムの実現を目指して以下に示す研究課題を検討した.以下にその詳細を示す.(1)マイクロ磁性微粒子に作用する磁気力及び界面張力を考慮した力学的モデルを構築した。これにより磁性微粒子操作時における駆動力を明らかにした.また,磁気駆動力と界面張力とのスケール効果を検討した.(2)薄膜作製技術を利用した分析デバイス作製手法を検討した.ガラス基板上にシリコーンゴム製(厚さ1.0mm)で分析デバイスを作製した.また,デバイス表面全体をパリレン蒸着膜(厚さ2.0ミクロン)にて撥水処理するという手法を確立した.(3)磁気力による磁性微粒子のハンドリングを実験的に検討し,「反応」「抽出」「希釈」の各操作機能が可能であるということを確認した.また,マイクロコイルで形成する磁場分布に応じて,液滴内での磁性微粒子の位置を制御できることを確認した.(4)磁性微粒子表面に酵素を修飾し,本生化学反応システムで一連の酵素反応が可能であることを確認した.具体的には,磁気力操作にて,生化学修飾(カルボキシル,アビジン,酵素)された微粒子の酵素反応を行い,酵素量と反応速度との関係が線形であるという結果を得た.また,回転型の駆動機構を導入することで生化学分析システムを手のひらサイズまで小型化した(大きさ:60mm X 45mm X 35mm).小型生化学分析システムの実現を目指して以下に示す研究課題を検討した.以下にその詳細を示す.(1)マイクロ磁性微粒子に作用する磁気力及び界面張力を考慮した力学的モデルを構築した。これにより磁性微粒子操作時における駆動力を明らかにした.また,磁気駆動力と界面張力とのスケール効果を検討した.(2)薄膜作製技術を利用した分析デバイス作製手法を検討した.ガラス基板上にシリコーンゴム製(厚さ1.0mm)で分析デバイスを作製した.また,デバイス表面全体をパリレン蒸着膜(厚さ2.0ミクロン)にて撥水処理するという手法を確立した.(3)磁気力による磁性微粒子のハンドリングを実験的に検討し,「反応」「抽出」「希釈」の各操作機能が可能であるということを確認した.また,マイクロコイルで形成する磁場分布に応じて,液滴内での磁性微粒子の位置を制御できることを確認した.(4)磁性微粒子表面に酵素を修飾し,本生化学反応システムで一連の酵素反応が可能であることを確認した.具体的には,磁気力操作にて,生化学修飾(カルボキシル,アビジン,酵素)された微粒子の酵素反応を行い,酵素量と反応速度との関係が線形であるという結果を得た.また,回転型の駆動機構を導入することで生化学分析システムを手のひらサイズまで小型化した(大きさ:60mm X 45mm X 35mm).小型生化学分析システムの実現を目指して以下に示す研究課題を検討した。以下にその詳細を示す.[基礎研究](1)小型生化学分析システム設計指針の確立マイクロ磁性微粒子に作用する磁気力及び界面張力を考慮した力学的モデルを構築した.これにより磁性微粒子操作時における駆動力を明らかにした.また,磁気駆動力と界面張力とのスケール効果を検討した.これにより磁性微粒子抽出限界を明らかにし,現行モデルでは数マイクログラム以上の微粒子が必要であるという結論を得た.(2)小型生化学分析システムの作製方法の検討薄膜作製技術を利用した分析デバイス作製手法を検討した.具体的には,ガラス基板上にてシリコーンゴム製(厚さ1.0mm)で分析デバイスを作製した.また,デバイス表面全体をパリレン蒸着膜(厚さ2.0ミクロン)にて機水処理するという手法を確立した.(3)マイクロ磁性微粒子のハンドリングに関する各種基礎的機能評価の検討磁気力による磁性微粒子のハンドリングを実験的に検討し,「反応」「抽出」「希釈」の各操作機能が可能であるということを確認した.[応用研究]磁性微粒子表面に酵素を修飾し,本生化学反応システムで一連の酵素反応が可能であることを確認した.具体的には,磁気力操作にて,生化学修飾(カルボキシル,アビジン,酵素)された微粒子の酵素反応を行い,酵素量と反応速度との関係が線形であるという結果を得た.また,微粒子操作の再現性についても明らかにした.小型生化学分析システムの実現を目指して以下に示す研究課題を検討した.以下にその詳細を示す.[基礎研究]マイクロ磁性微粒子を用いた生化学分析方法をチップ上にシステム化するための基盤技術を確立した.具体的には,マイクロコイルによる液滴内磁性微粒子ハンドリング技術を確立し,薄膜コイルで形成する磁場分布に応じて,液滴内での磁陛微粒子の位置を制御できることを確認した.また,磁性微粒子として新たに大きさ数十ナノメートルの超常磁性微粒子を導入し,液滴内における微粒子の攪拌効率を向上させた.[応用研究]1)液滴内攪拌機能を導入することで反応効率を4倍以上向上できることを確認した.なお,実験には生化学修飾(カルボキシル,アビジン,酵素)した磁性微粒子を用いた.2)回転型の駆動機構を導入することで生化学分析システムを手のひらサイズまで小型化した.開発したシステムでは,二つの永久磁石により磁性微粒子を選択的に液滴間で搬送し,かつ永久磁石と薄膜コイルとの組合せで攪拌機能を可能にしている.システム全体の大きさは60mm X 45mm X 35mmである.
先進熱可塑性樹脂基CFRPの超長期的信頼性評価方法に関する研究

前年度はCFRTPのモードIとモードIIの混合モード下における層間はく離き裂進展について検討した。そこで本年度は、ほぼ単結晶材料のき劣進展挙動が観察できると考えられる一方向性けい素鋼板を用いて疲労き進展試験を行い、き裂先端のすべり変形を超高分解能の原子間力顕微鏡よって観察した。このとき、比較的き裂進展速度の遅い領域において生じるモードIとモードIIの混合モード型き裂進展の機構について考察を行った。また、画像処理によってき裂先端近傍変形場の同定を試みた。その結果、疲労き裂先端で生じるすべり変形は、必ずしも連続的でなく離散的であることが判明した。また、低進展速度域ではき裂進展駆動力が小さいために、き裂先端に上下対称に存在する2つの優先すべり系を同時に作動することができず、どちらか一方のすべり系が集中的に作動するために、き裂が混合モードで進展することが判明した。さらに、すべり変形が一方に集中することでひずみ硬化が生じ、その方向へのすべり変形が生じにくくなってき裂が屈曲することが明らかになった。モードII疲労層間はく離き裂進展試験では,荷重繰り返し周期を0.2361sの範囲で変化させ,き裂進展に及ぼす荷重繰返し周期の影響について検討した.その結果,き裂は繰返しせん断応力により進展するが,周期の影響を受けず,疲労き裂進展速度da/dnをエネルギー開放率範囲ΔGで評価できることが可能であることが判明した.これは,高温下ではき裂上下面の静的な接触抵抗が高いため,き裂先端におけるクリープ変形が拘束されて拡大せず,繰返し荷重による損傷でき裂が進展するためと考えられる.混合モード静クリープ層間はく離き裂進展試験では,混合モード比(G_I/G_<II>)を1.83,1.00,0.30の3種類とし,き裂進展に及ぼす混合モード比の影響について検討した.その結果,クリープき裂進展速度da/dtを全エネルギー開放率G_<total>あるいはG_<total>中のモードI成分G_Iで評価した場合,混合モード下では,純粋モードI下に比較してき裂進展速度が加速することが判明した.また,き裂先端におけるクリープ変形は,強化繊維の配向に依存して,モードI成分よりもモードII成分によって,より大きく拡大される.さらに,混合モード下におけるき裂進展速度はエネルギー開放率では評価できないが,き裂開口変位速度を考慮したクリープJ積分,J'により評価することが可能である.前年度はCFRTPのモードIとモードIIの混合モード下における層間はく離き裂進展について検討した。
ナノキュベットを用いたタンパク質の液中・動的・高分解能電子顕微鏡イメージング

本研究では透過型電子顕微鏡用の水溶液中その場観察プラットフォームである「ナノキュベット」を開発し、バイオ応用を目指すものである。この手法では、水溶液層を非常に薄く保つことができるため、電子線の散乱をおさえることができ、高い空間分解能で液中観察をすることができる。H29年度までに、ナノキュベットの構造最適化・閉じ込め状態の確認、電子顕微鏡法の整備を行った。H30年度には、1)ダメージ低減、2)冷却ホルダの整備、3)タンパク質の観察、4)光導入光学系の整備を行った。1)ダメージ低減のための手法開発として、カメラ制御開発言語を導入した。これによりビーム制御・取り込み時間の最適化のプログラミングを行うプラットフォームが整った。また、試料側の対策として、カーボン壁を厚くすることでダメージの少ないナノキュベットが作製できた。2)CLベースの装置に対応した液体窒素による冷却ホルダの基本的な構造ができあがった。今後試料抑え先端部を作製し完成させる予定である。冷却ホルダはTEM導入前に、真空や冷却を単体を評価する。単体評価専用真空チャンバを作製し、ホルダ評価が可能な環境が整備された。3)最適化されたカーボンナノキュベットを用い、タンパク質の観察を行った。抗体分子IgGの観察において、これまでにない明瞭なコントラストでの構造観察に成功した。加えて、IgG分子が鎖のようにつながったオリゴマー状態が観察された。IgMでのこのようなオリゴマー形成は報告されているがIgGでは報告例がない。引き続き確認が必要である。4)光導入のための基本設計・光学系導入を完了した。電子線と光の位置を10um以内の範囲で合わせられることが確認できたが、精度の向上が必要である。また、試料側で光との相互作用を高めるための構造としてプラズモニック・ナノキュベットの最適化を行った。平成29-30年度までに予定していた、ナノキュベットの構造最適化(ダメージ低減含む)、光学測定による閉じ込め状態の確認、電子顕微鏡法の整備、冷却ホルダの整備、タンパク質観察、光導入機構の整備をほぼ予定どおり行うことができている。ナノキュベットの最適化はタンパク観察において低ダメージが確認できており、またその延長として光との相互作用を高めるプラズモニックナノキュベットの最適化およびその基礎研究にも発展している。その中で、特定のナノキュベットの光場を増強可能なことがわかってきており、物質だけでなく、場の閉じ込めにも成功している。カメラ制御プラットフォームを含む電子顕微鏡法、冷却ホルダ、光導入機構など測定系の整備も順調に進んでいる。最適化されたナノキュベットの確認として観察したIgGの測定では、これまでよりもはるかに高いコントラストと分解能でIgG分子を観察することができた。また、その中で、報告例のないIgGオリゴマーが観察されている。分子の弱い結合による集合体の形成は通常測定方法がなく、本手法の強みであることから、今後この結果については生体分子の専門家と相談しながら新たな研究課題として発展させていく予定である。また光導入を想定し、光との相互作用を高めるナノキュベット開発にも着手しており、ナノキュベットの光閉じ込めを有効に使い、分子への光エネルギー注入を効率化できそうである。この効果はキュベット位置に依存することがわかってきており、位置依存性を発展研究として現在調査している。光導入機構に関しては直径6mmの放物面鏡の反射光と電子線位置を一致させる手法の確立に時間を要したが、ミラー調整機構に6軸を導入し10um以内に調整できている。実測定のための調整の簡便化を2019年度に予定している。2019年度は当初の計画通り、1)光応答材料の導入、2)顕微鏡内の光スペクトルの測定、3)ナノキュベットからのカソードルミネセンス測定、4)冷却測定、を実施する。加えてこれまでの研究の中で発展課題として得られた、A)IgG分子鎖の研究、B)ナノキュベットによる光閉じ込めの研究、を行っていく。1)光応答材料に関しては、光応答タンパク(ロドプシン)、光応答色素分子(アゾベンゼン系の高分子)を測定する予定である。光応答による構造変化は微小であるため、コントラスト向上のためのイメージング最適化が必要となる。2018年度に導入したカメラ制御プラットフォームを活用し、照射傾斜スキャンなどコントラスト向上を目指した試みも実施する。このコントラスト向上は発展課題のA)IgG分子鎖の研究にも応用可能である。2)過去の研究において、GFPなどにおいて電子線照射による蛍光分子の変化の報告が出ており、電子顕微鏡の構造測定からでは検出が難しいタンパク質や有機分子の変化について本実験でも調査を行う。これまでに光導入が可能となっているので、スペクトル測定系を確立し、透過スペクトルあるいは蛍光スペクトル観察を実施する。3)上記の蛍光スペクトル観察と同様のことがカソードルミネセンス測定によっても確認できるため、カソードルミネセンス測定も行う。これまでの発展課題として得られたB)光閉じ込めの研究にもこのカソードルミネセンスによる局所分光を活用する。4)上記すべての測定におけるダメージ低減には冷却が有効であると考えられるため、2018年度までに準備してきた冷却ホルダを完成させ測定へと結びつける。ナノキュベットベースの簡便なクライオ電顕測定も試みる。この手法では、水溶液層を非常に薄く保つことができるため、電子線の散乱をおおさえることができ、高い空間分解能で液中観察をすることができる。

ここでは特に膜タンパクのイメージングを目指す。H29年度には、1)液中観察プラットフォームであるナノキュベットの構造最適化、2)光学測定による閉じ込め状態の確認、3)走査型透過電子顕微鏡法の整備を行った。1)ナノキュベットの作製には、コロイダルリソグラフィーを用いた。この手法では、キュベット膜を大面積で作製可能である。また、キュベット径、深さ、分布を容易に制御可能である。これまでにプラズモニック共鳴を持つキュベットの作製に成功している。今回、基礎的な光学特性を明らかにするために、分布を非常に大きくとった単一のキュベットの作製にも成功した。2)試料作製および測定の再現性を確保するために、光測定によりキュベットに閉じ込められた液体の状態や、シーリング膜の密着性の見積もる手法を開発した。電子顕微鏡観察前に、光測定により簡便にサンプル状態確認ができれば、スループットの向上にもつながる。今回は基板上に作製したナノホール内に液体を閉じ込め、マクロ測定からキュベット内部及び周辺の温度・真空度依存性を測定した。3)電子顕微鏡法の整備として、STEMによりタンパク質のような軽い元素がコントラスト良く測定できるかを確認した。低加速電圧にすることで、HAADFおよびBFを用いて、カーボンキュベットのエッジがコントラスト良く観察することができた。また、光導入機構のシステム作りに着手した。平成29年度に行う予定であった、1)液中観察プラットフォームであるナノキュベットの構造最適化、2)光学測定による閉じ込め状態の確認、3)走査型透過電子顕微鏡法の整備を、ほぼ予定どおり行うことができた。1)のナノキュベットの大面積作製方法はほぼ確立されたが、材料の最適化は、測定対象や測定法にあわせ、今後も進めていく必要がある。2)については、光学センシング可能なプラズモニック材料を用いたナノホール膜をセンチメートルサイズの基板上に作製し、真空引き中・加熱中のその場光学測定を行った。表面プラズモン共鳴は周囲の屈折率に敏感であることから、共鳴波長をモニタすることで閉じ込めた液体の状態をその場測定可能である。真空度、温度を変化させながら、液体の状態変化を観察した。真空引きの際に、試料によっては、信号が変化していく場合があることが分かった。これは、1)のサンプル作製の際に、閉じ込めた液体が抜ける可能性を示唆している。これは、おそらく、シーリング膜の「浮き」が発生していることに対応するため、シーリング膜をより薄く作製する必要があることを意味する。この知見はこの先の研究の重要な指針となる。試料作製に関しては、タンパク導入の手法確認も先取りして一部行いはじめている。平成29年度中に試料作製が予定よりも早く進んだ分、平成30年度実施予定していた装置整備の一部を前倒しで実施することができた。具体的には、冷却ホルダの作製を開始し、光導入のための光学系の構築の一部を前倒し実施済である。
薬物依存の形成・維持・再発の脳内神経学的機序と新規治療の開発に関する研究

【目的】ニコチン(NCT)の強化効果は弱いものの、禁煙の困難さから摂取欲求は弱いとはいえない。この機序を明らかにするために、喫煙時の環境刺激がNCTに条件づけられて摂取欲求を惹起させる機序に注目し、その脳内神経学的機序を検討した。【方法】ラットを用いた条件性場所嗜好(CPP)実験で、NCTに条件づけられた環境刺激によって誘発されるNCT探索行動の特性と、その脳内神経学的機序を検討した。次に、脳内自己刺激(ICSS)実験で、NCTに条件づけられた環境刺激が、脳内報酬系刺激作用を獲得するか否かを検討し、NCTによる条件づけを阻止する薬物を薬物依存の新規治療薬として検討した。【結果】CPP実験では、NCTに条件づけられた環境刺激によりCPPは6カ月間維持され、扁桃体基底外側核と腹側被蓋野のDA神経の破壊によって、NCTに条件づけられた環境刺激を手がかりとしたCPPは減弱したが、NCTの投与によって再現した。ICSS実験では、NCTに条件づけられた環境刺激はICSS閾値を低下させ、条件づけ前に投与したBP897(D3受容体部分刺激薬)0.1mg/kgは、環境刺激によるICSS閾値低下を減弱させた。【結論】NCTに条件づけられた環境刺激は、NCTの探索行動を長期間にわたって維持し、その脳内神経学的機序として扁桃体基底外側核と腹側被蓋野のDA神経が関与していることが示された。また、NCTに条件づけられた環境刺激は脳内報酬系を刺激し、この条件刺激による報酬系刺激作用はBP897によって抑制された。この機序として、条件刺激がNCTの報酬を予測する機能を獲得しなかったことが考えられ、BP897は環境刺激によるNCTの摂取欲求の発現を抑制する治療薬となる可能性が示唆された。【目的】初年度(平成16年度)の研究では、環境刺激の二次性強化獲得のモデルとされる条件性場所嗜好(CPP)実験を用いて、ニコチン(NCT)依存の再発の誘因とされる「NCTの効果に条件づけられた環境刺激」と「NCTの再投与」のCPPの維持過程におよぼす影響を検討した。さらに、その脳内神経学的機序として、条件づけに関与するとされる扁桃体と、脳内報酬系部位である側坐核のドパミン(DA)神経の関与を検討した。【方法】CPP装置を用いてバイアス法によってNCT0.4mg/kgと溶媒を交互に投与して、NCT投与側の区画に嗜好性を示すラットを作成した。そして、NCTによる条件づけ形成後、1、2週、1、2、3、4、5、6ヵ月目に、「環境刺激(区画)」と、「NCTの再投与」の二種類の刺激を提示し、NCT投与側の滞在時間を測定した。その後、扁桃体と側坐核のDA神経を6-ハイドロキシドパミンで破壊し、上記の二種類の刺激によるNCT投与側の滞在時間を測定した。また、CPPの形成と維持における自発運動量(SMA)をSMA測定装置を用いて測定した。【結果と考察】NCTによるCPPは、「環境刺激(区画)」よって、「NCTの再投与」と同程度の強さで6ヵ月間維持されたことから、NCTの効果と連合した環境刺激は、NCT依存の維持と再発に重要な役割を果たすことが示された。また、扁桃体のDA神経を破壊した場合には、環境刺激(区画)の提示によるCPPは減弱したことから、NCTの効果と環境刺激の連合には扁桃体のDA神経が関与していることが示された。

さらに、CPPが強度に形成された群では、SMAの増感現象が強度であったのに対して、CPPの形成が軽度の群では、SMAの増感現象も軽度であったことから、CPPの形成過程(環境刺激がNCT効果と連合する過程)とSMAの増感現象には共通した機序が存在することが示唆された。【目的】ニコチン(NCT)の強化効果は、動物実験では弱いとされているが、ヒトでは禁煙が困難であることから、NCTの摂取欲求は必ずしも弱いとはいえない。このような現象(ニコチン・パラドックス)の機序として、「喫煙時の環境刺激がNCTの強化効果と結びつき、環境刺激がNCTの摂取欲求を惹起するようになる条件づけ機構」が強くはたらくことを考え、その脳内神経学的機序として、昨年度は扁桃体の基底外側核と脳内報酬系部位である側坐核coreの関与を検討した。二年度にあたる本年度は、他の報酬系部位である腹側被蓋野と内側前頭前野について検討した。【方法】環境刺激が二次性の強化効果を獲得する動物モデルである条件性場所嗜好(CPP)を形成させたラットについて、CPP形成後6カ月間にわたって、NCTに条件づけられた環境刺激と条件づけ薬物のNCTの二種類の手がかり刺激によるCPPの維持について検討した。そして、その脳内神経学的機序の検索のために、腹側被蓋野と内側前頭前野のdopamine(DA)神経破壊の影響を検討した。【結果】NCTによるCPPは、NCTに条件づけられた環境刺激によって形成後6カ月間維持され、その程度はNCTによる場合と同程度であった。脳内破壊実験では、腹側被蓋野のDA神経の破壊では、NCTに条件づけられた環境刺激を手がかりとしたCPPが破壊の6カ月後に減弱した。内側前頭前野のDA神経の破壊では、NCTを手がかりとしたCPPが破壊の1週後に減弱した。【結論】昨年度の結果と合わせて考えると、NCTの摂取欲求の維持や喫煙の再発には、NCTに条件づけられた環境刺激が関与していることが示された。その脳内機序として、環境刺激を手がかりとした摂取欲求の発現には扁桃体の基底外側核と腹側被蓋野のDA神経が、NCTを手がかりとした摂取欲求の発現には内側前頭前野のDA神経が関係していることが示唆された。[目的]薬物依存では、薬物の報酬効果に条件づけられた環境刺激が、依存の形成、維持、再発に重要な役割を果たしているとされる。しかし、薬物の効果に条件づけられた環境刺激の脳内報酬系に対する作用を検討した研究はほとんど行われていない。したがって、三年度にあたる本研究では、日常嗜好品であるタバコに含まれるニコチン(NCT)の強化効果と連合した環境刺激の脳内報酬系機能におよぼす影響を、ラットを用いた脳内自己刺激(ICSS)実験を用いて検討した。[方法]オペラント実験事態で、外側視床下部のICSS行動を形成させたラットに、NCT 0.4mg/kgの皮下投与と環境刺激(条件刺激:凹凸のある床と黒色の壁)の条件づけを行った。テストでは、条件刺激とNCT、条件刺激と生理食塩水(SAL)、NCTと連合していない新規刺激(平坦な床と白色の壁)とNCT、新規刺激とSALの4条件提示下でのICSS閾値への影響を検討した。[結果]ロジスティック回帰分析を行い、上記4条件におけるICSS閾値を算出して統計学的検定を行った。この結果、新規刺激とSALを提示した場合と比較して、条件刺激とNCT、条件刺激とSAL、新規刺激とNCTを提示した場合には、そのいずれにおいてもICSS閾値は同程度に低下した。すなわち、NCTと連合した条件刺激は、NCT単独投与時と同程度にICSS閾値を低下させた。
開発による健康への影響に関する数理モデルの一般化とその日本の一地域への適用

昨年度に引き続き木更津周辺と館山周辺で水サンプルを採取し,分析を進めたが,事情により健康調査は実施に至らず,今後実施する予定である。昨年度ギデラ族のモデルを一般化したが,死亡モデルをより現実に近づけるための改良を行い,またアルゴリズムの改良によってシミュレーション速度を向上させることに成功した。すなわち,死亡モデルについては,従来年齢別死亡ハザードのみを考慮する単純な加速モデルであったが,GAVRILOV and GAVRILOVA(1991)の雪崩モデルを応用して,個人レベルの機会的な故障蓄積に応じて死亡への雪崩がある確率で起こるという形に変更した。この確率が環境依存で変化するように設定することによって,これまで困難であった環境モデルの人口モデルへのダイナミックな結合に成功した。Alphaチップを使ったコンピュータで高速にシミュレーションを行うためのシステム設定は完了し,いくつかの条件についてシミュレーションを行ったが,検討すべき条件が多岐にわたるため,今のところ新しいモデルを東京湾周辺の人口に適用するには至っていない。この予定の遅れは,高速なシミュレーションのための技術そのものが一般的でないため,ソフトウェア面で独自の開発を行う必要があったためであり,今後条件検討を完了次第,実データの適用を行う予定である。パプアニューギニア低地のギデラ族を対象として構築済みであった人口と環境の相互作用を含む数理モデルを一般化するにあたっては,2つの問題点があった。第一に,ギデラ族においては鉱山開発による水質汚濁と森林伐採によるマラリア罹患率上昇の2点に着目して開発の健康影響を評価したが,これらの問題はギデラ族に特異的で,そのままでは他の地域・集団に適用できない点,第二に,ギデラ族の人口は約2,000人であり,マイクロシミュレーションもその規模では実施可能であったが,人口規模を大きくすると指数的にシミュレーション所要時間が増加するという点である。平成9年度の成果としては,これらの問題点を基本的に解決したことがあげられる。つまり,東京湾の木更津周辺と館山周辺の2地域で沿岸漁業を営む人々の居住環境の調査によって,時系列変化の代りに地域間比較で開発による環境影響・健康影響を評価することができ,それを数理モデル化することができた(未発表)。また,マイクロシミュレーションプログラムの改良及びコンピュータのグレードアップによって,人口規模が昨年度の10倍である2万人まで,実用的な速度でのシミュレーションが可能になった。この改良を通じて人口再生産の指標の数理的評価を行うことができ、日本人口学会の学会誌「人口学研究」に発表した。木更津と館山船形の調査では,住民の健康調査を行う前段階として環境調査を行い,海水及び飲料水の水質について調査した。これらの水サンプルは冷凍保存してあり,今後さらに分析項目を追加する予定である。残る問題は健康影響を評価する指標の特定であり,水質汚濁の影響を見るのに敏感な健康指標の選択が必要である。
病原因子遺伝子情報を用いたジビエの食中毒危害微生物の解析と検査法

野生動物の増加に伴って野生動物の肉をジビエとして食用有効活用する動きが盛んに行われている。野生動物の肉等はと畜場法の対象外であることから、その衛生管理はほとんど行われていない。本研究では、シカ肉を対象として実態調査の結果から食品衛生上の危害物質を決定し、病原因子遺伝子に焦点を当て、その検査法を確立した。これらの成果をガイドラインとして作成し、安全なジビエの供給に貢献するものである。昨今、日本ではシカの個体数増加と生息域の拡大により、苗木の食害や立木の皮剥ぎなどに起因する。このような現状を打破する対策の一つとして個体数調整が各県で行われているが、多くは捕獲個体の処分に止まり、多額の出費が問題となっている。そこで、捕獲したシカを資源として有効活用する方法として食肉利用が期待されているが、野性動物は家畜と異なり、衛生管理がほとんど行われておらず、保有している微生物のデータが非常に少ないことが、食肉として広く普及するうえでの妨げとなっている。本研究では、食品衛生法上、食肉でよく見られる食中毒の原因菌である病原性大腸菌、Salmonella属菌、Listeria monocytogenesの保有状況を分析し検討した。静岡県富士宮市富士山麓地域において2012年10月と12月、2013年5月に野生ニホンジカの試料採取を行った。試料は、各選択培地で分離培養を行い、種々のコロニーを、16SrRNAを標的としたPCR法により各属菌を確認し同定した。病原性大腸菌はEHEC、ETEC、EIEC、EPEC、EAggECのそれぞれが特徴的に保持する遺伝子に特異的なプライマーを用いて、PCR法で同定を行った。ニホンジカ試料39頭から、CT-SMACでは54株、Chromagar Listeriaでは59株、MLCBでは65株が分離された。MLCB培地由来菌株からは、Salmonella属菌と同定された菌株は、7株(10.8%)であった。そして、Salmonella属以外の菌種については、Raoultella ornithinolyticaが8株(12.3%)、Escherichia fergusoniiが5株(7.69%)、Pseudomonas aeruqinosaが3株(4.62%)などの病原性が認められる菌種が同定された。平成24年度は主にジビエ肉中に存在する食中毒病原性微生物検出法の確立を行った。これまで食肉中の病原微生物の検出は、目的とする食肉中に存在する微生物を培養し、個体として検出する方法や、微生物の保持する遺伝子を標的として特異的に増幅・検出するPolymerase Chain Reaction(PCR)法等が用いられている。しかし、これらの方法は、現時点で家畜に分類されていないジビエにはまだ適用されていない。また、各検出法にはそれぞれ欠点があり、前者については食品中に存在する微生物を寒天培地上で目視確認できるまでに数日を要し、後者では前者に伴う時間的問題は解消される反面、複雑な手順と高額な機器を必要とするため、遺伝子検査に精通した実施者が求められる点で汎用性に欠ける。そのため、本年度の研究では既存の方法に加えて昨今その簡便性と感度の高さで注目されているLoop-Mediated Isothermal Amplification(LAMP法)を用い、ジビエを対象とした食品中病原微生物の検出法を検討した。病原細菌は、食中毒起因菌の代表的なものとして、腸管出血性大腸菌(EHEC)、Salmonella属菌、Listeria monocytogenes、Campylobacter jejuniの4種類を対象とした。遺伝子検出法での標的遺伝子は、それぞれVero毒素遺伝子、侵入性関連遺伝子invA、侵入性関連遺伝子iap、酸化酵素遺伝子とした。ジビエ肉は北海道、長野県、静岡県での管理捕獲により得られた鹿肉を用い、対象の菌種について陰性であることを事前に確認した。今年度においては、EHEC、Salmonella属菌、L. monocytogenes、C. jejuniの4菌種についてはジビエ肉中の各種病原菌を遺伝子検査により迅速かつ簡便に検出出来ることが明らかになった。本年度は、シカの筋肉中に寄生する住肉胞子虫についての迅速検出法としてLAMP法およびNASBAー核酸クロマト法を開発した。シカに寄生する種は馬に寄生する種と似ており、馬の住肉胞子虫の検出法と同じ方法が使えることが分かった。また、シカの本寄生虫の感染率はほぼ100%といわれ、陰性検体を調達することが困難であったことから、筋肉組成も類似している馬肉を用いて、迅速法の検出限界および陽性率を検討した。馬肉の部位は外モモ、モモ、ヒレの3箇所で全90検体を用いた。それぞれの検体の住肉胞子虫寄生濃度はリアルタイムPCRで測定した。一方NASBAー核酸クロマト法では、陽性率は78%であり、偽陽性は0%であった。しかしながら、バンドが読みにくかったり、肉に含まれる鉄分の影響で増殖阻害が起こる頻度が部位によっては高かった。

検出限界はLAMP法と同等の10^4/gと推測された。これらの結果から、LAMP法のほうがやや検出率が高かったが、初年度に検討した食中毒細菌検出LAMP法と組み合わせることで、細菌と寄生虫を同時に検出する系の確立は可能であることが示された。また、NASBA-核酸法でも、細菌検出法を確立することにより、フィールドでの危害物質検査が可能となる。食品衛生ニホンシカの検体の採取が当初の計画より少ないことが問題であるが、今まで報告されていない食品衛生学的に問題になる食中毒細菌が同定され、ジビエの衛生管理に必要な検査項目を選定することができた。初年度では、ジビエ肉中に存在する食中毒病原性微生物検出法の確立を行った病原細菌の検出法としては一般的に行われている方法はPolymerase Chain Reaction(PCR)法等であるが、これらの方法は、現時点で家畜に分類されていないジビエにはまだ適用されていない。そのため、本年度の研究では既存の方法に加えて昨今その簡便性と感度の高さで注目されているLoop-Mediated Isothermal Amplification(LAMP法)を用い、ジビエを対象とした食品中病原微生物の検出法を検討した。病原細菌は、食中毒起因菌の代表的なものとして、腸管出血性大腸菌(EHEC)、Salmonella属菌、Listeria monocytogenes、Campylobacter jejuniの4種類を対象とした。遺伝子検出法での標的遺伝子は、それぞれVero毒素遺伝子、侵入性関連遺伝子invA、侵入性関連遺伝子iap、酸化酵素遺伝子とした。ジビエ肉は北海道、長野県、静岡県での管理捕獲により得られた鹿肉を用い、対象の菌種について陰性であることを事前に確認した。また、近年しか肉等で寄生が問題となっているザルコシスティスによる食中毒も検査法から検討した。最終年度には、いままで検出された食品衛生上問題となる細菌、寄生虫を対象に核酸クロマトグラフィー法を開発する。もっとも重要な4項目に対して、簡便で高感度な一斉試験法を開発、確立する。また、Chromagar Listeria培地由来菌株からは、PCR法により8菌株がListeria属だと思われたが、同定されたのは2株で、Listeria innocuaであったが、本菌のヒトに対する病原性は未だ報告されていない。このようにジビエに生息するが、人への危害性がわかっていない食中毒細菌の病原性を明らかにする。今年度の食中毒細菌についての実験結果から、鹿肉試料に各菌種を100CFU/mL105CFU/mLの濃度で添加し、各種選択寒天培地での培養、PCR法およびLAMP法を行い各々の検出感度を検討した結果、少なくとも約24時間程度を要する寒天培地培養法に比べ、PCR法およびLAMP法を用いた遺伝子検出法では数時間で検出出来ることが確認された。また、LAMP法とPCR法の比較において両検出法で同等の結果が得られた。来年度からは、実際のジビエの実態調査を行う。この結果から、我が国ではどの食中毒細菌が汚染しやすいかを明らかにしその検査法をさらに検討する。と同時に近年馬肉で食中毒原因物質として発見されたザルコシスティス(寄生虫)がシカにおいて高い確率で寄生していることが報告され、シカ肉の不十分な加熱調理から食中毒事例も報告されている。
希土類コバルト磁石を併用した強磁性合金の埋入骨組織への影響に関する研究

Sm-Co磁石、Pd-Co系歯科鋳造用磁性合金を臨床的に応用するに先立ち、Pd-Co-Ni系磁性合金の骨内インプラント材料としての有用性を確かめる目的で動物実験を行った。実験動物としては成熟雌雄ラット100匹および成熟雌家兎30羽を用いた。金属試料としてはPd-Co-Ni系歯科鋳造用磁性合金(38%Pd-24%Co27%Ni10%Au1%Ze)を用い、対照には純チタンを用いた。金属試料はそれぞれ径1mm、長さ2mmのネジ切り型ポストに加工した。ラットの場合は金身麻酔下に両側下顎第一臼歯を抜歯し、右側に純チタンを左側に磁性合金を埋入した。家兎の場合は全身麻酔下に左側下顎骨下縁部にラットと同型のチタンおよび磁性合金を埋入した。実験期間は両動物とも処置後2間間、1か月、3か月とした。病理組織学的検索の結果ではラットの場合、2週間、1か月では対照群および実験群ともにインプラント体と骨組織との間には炎症性細胞浸潤を伴った線維性結合組織の介在が認められたが、その周囲には著しい骨組織の添加と吸収像がみられた。処置後3か月では対照群は周囲の骨組織と直接接している状態であり、実験群では骨組織との間に一層の線維性結合組織が介在していたものの、炎症所見はなく、一部骨組織と直接接している部分もみられた。次に家兎の場合には、処置後2週間、1か月では対照群および実験群ともにインプラント体と骨組織との間には炎症性細胞浸潤を伴った線維性結合組織の介在が認られたが、その周囲では活発な骨組織の添加と吸収像がみられた。処置後3か月では対照群はほぼ全周にわたって密に骨組織と結合してい球のに対し、実験群の共性合金も骨組織との間に一部線維性結合組織の介在がみられた部位もあったが、炎症所見もなく、大部分密に骨組織と結合し、組織障害はみられなかった。以上の実験結果よりPd-Co-Ni系歯科鋳造用磁性合金は顎骨組織と親和性があるものと考えられ、生体材料として活用できる可能性が示唆された。我々はSm-Co磁石、Pd-Co-Ni系歯科鋳造用強磁性合金を臨床的に応用するに先立ち、Pd-Co-Ni系強磁性合金の骨内インプラント材料としての有用性を確かめるために動物実験を行った。対照には従来の骨内インプラント材料として代表的な純チタン製ピン型ポストを用いた。実験動物としては健康な成熟雄ラット(体重200g250g)を採用し、埋入後2週間、1か月、2か月、3か月の各群5匹づつ使用した。実験方法は、全麻下でラットの両側下顎第一臼歯を抜歯した後、左側抜歯窩にPd-Co-Ni系強磁性合金ピン型ポストを、右側抜歯窩に純チタン製ピン型ポストをそれぞれ埋入、縫合した。手術は術野が小さく、埋入材料もφ1mm、長さ2mm(埋入したインプラント材料は実験の初期にはφ1mm、長さ4mmのものを使用したが、ラット抜歯窩内に十分埋入不能でφ1mm、長さ2mmにその大きさを変更して使用している)と小さいため、技術的に困難で手術時間の延長により術中に死亡する動物もあった。

実験期間終了後、動物を屠殺し、口腔内の肉眼的観察と顎骨の軟X線写真による観察を行った。現在までの結果では埋入手術後2週間および1か月の状態は、肉眼的所見としてインプラント材は実験群、対照群とも抜歯窩内に堅固に植立され、動揺や脱落等の所見は見られなかった。またインプラント材周囲に発赤、腫脹などの炎症所見も認められなかった。軟X線写真所見ではインプラント材は実験群、対照群とも抜歯窩内に安定し、その周囲にX線透過性を示す部分はなく、骨吸収像もみられなかった。現在までのデータからPd-Co-Ni系強磁性合金の抜歯窩内埋入後2週間および1か月の状態は対照群の純チタン製ピン型ポストと同様に良好であると考えられた。さらにこれら各群の今後の経過を観察するとともに、現在埋入後2週間および1か月の病理組織所見を精査、検討中である。ラットを用いた実験では、処置後3か月の軟X線写真で実験群、対照群ともにインプラント体周囲にX線透過像はほとんどみられなかった。病理組織学的検索の結果では、処置後2週間で両群ともにインプラント体周囲に炎症性細胞浸潤をともなった線維性結合組織の介在がみられ、処置後1か月では両群ともインプラント体周囲は軽度の炎症性細胞浸潤をともなう薄い線維性結合組織で被覆されていた。処置後3か月では対照群はほぼ全周にわたってインプラント体と骨が直接接触していたのに対し、実験群においてはインプラント体と骨との間には一層の線維性結合組織が介在しているが、骨と直接接触している部分もみられた。実験動物にラットを選択して使用してきたが、この場合顎骨が小さいため手術野が狭くなり、また歯槽骨の破折がおこりやすいため、技術的に非常に困難な面があった。そこでより確実な実験を行う目的で、その後は健康な雌家兎(体重2500g)を用いて実験を行ってきた。家兎では全身麻酔下に左側下顎骨の下縁を露出させ、注水下にインプラント埋入窩を形成し、径1mm、長さ2mmの対照群のチタンおよび実験群の磁性合金をねじ込んだ後、皮膚を縫合閉鎖した。肉眼的観察の結果、処置後1か月以上の群では両群ともにインプラント体頭部の部分まで骨組織内に埋入されているものがあった。軟X線写真所見では両群ともに処置後2週間、1か月ではインプラント体周囲に一層のX線透過像がみられたが、処置後3か月ではインプラント体周囲にX線透過像はほとんどみられなかった。病理組織学的検索の結果では両群ともに処置後2週間、1か月でインプラント体周囲は軽度の炎症性細胞浸潤をともなった線維性結合組織で被われていたが、処置後3か月では対照群はosteoankylosisの状態が認められたのに対し、実験群では一部に線維性結合組織の介在がみられたが、炎症所見もなく、インプラント体周囲の骨形成は良好であった。