hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫群集における種多様性形成過程

1.地表性・捕食性甲虫類の系統地理学・進化生態学的解析(1)ミトコンドリア遺伝子による日本産ハンミョウ類の系統生物地理学的解析CO1遺伝子の塩基配列決定を10種52個体について行い,種内の地理的分化を明らかにした.(2)ミトコンドリア遺伝子によるオオオサムシ亜属の系統生物地理学的解析ND5遺伝子の塩基配列を日本各地のオオオサムシ亜属15種の約350個体について決定し,地理的分化・交雑による浸透現象を推定した.また,ND5と16S遺伝子・CO1遺伝子の塩基配列を比較し,このグループにおけるミトコンドリア遺伝子の進化を比較検討した.(3)核遺伝子によるオサムシ亜族の系統解析ウイングレス遺伝子とホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ遺伝子の塩基配列を世界のオサムシ亜族約70種について調べ,系統樹を作成した.(4)チリオサムシ族の系統生物地理学的解析南米南部に分布するチリオサムシ族の6種約60個体についてホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ遺伝子の塩基配列を決定し,種間の系統関係と種内の地理的分化を明らかにした.2.植食性甲虫の種分化に関する遺伝学的解析東南アジアのニジュウヤホシテントウ群(8産地)について,ミトコンドリアCO1遺伝子系統樹,核型分析,交雑実験による解析を行い,生殖的にも隔離された2系統群が存在することを明らかにした.3.送粉昆虫マルハナバチ族の系統解析北米・南米・ユーラシア各地を含む世界各地のマルハナバチ約70種についてアルギニンキナーゼ遣伝子・ウイングレス遺伝子の塩基配列を決定し,種間・亜属間の系統関係を解析した.平成13年度は,研究対象となる昆虫グループについて,ミトコンドリア遺伝子,核遺伝子を用いた系統解析,系統地理学的解析を行った.具体的な研究項目は以下のとおりである.(1)日本産ハンミョウ類の系統生物地理学的解析海浜性ハンミョウ類の体サイズと大顎サイズの変異を,標本計測によって明らかにし,同時にミトコンドリア遺伝子(CO1,CO3,16S)の塩基配列に基づいて種内の地理的分化を明らかにした.(2)オオオサムシ亜属の系統生物地理学的解析同所的に生息する5種のオオオサムシ亜属について,ミトコンドリアND5遺伝子と核のPepCK遺伝子の遺伝子系統樹およびハプロタイプ・対立遺伝子ネットワークを作成し,現在生殖隔離が確立している種間での,過去の浸透交雑の様子を明らかにした.(3)オーストラリアオサムシ属の系統解析オサムシ類の系統進化解析の一環としてオーストラリアオサムシ属10種について,ミトコンドリア遺伝子(16S),核遺伝子(PepCK)の塩基配列に基づく系統解析を行い,分化の様相を明らかにした.(4)世界のマルハナバチ属の系統解析北米・南米・ユーラシア各地を含む世界各地のマルハナバチ約70種についてアルギニンキナーゼ遺伝子・ウイングレス遺伝子,伸長因子1αの塩基配列を決定し,種間・亜属間の系統関係を明らかにした.(5)食草選択性の異なるアザミテントウ種間の生殖隔離に関する解析ルイヨウマダラテントウ(ルイヨウボタン食)とヤマトアザミテントウ(アザミ食)を,アザミとルイヨウボタンを植え込んだ網室と,アザミ,ルイヨウボタンに加え両種が実験条件下で好食するヤマホロシを植えた網室を設置し,ヤマトとルイヨウの越冬成虫を放して移動経路,産卵過程,種間交雑を調べた.成虫は各々の食草上だけを移動しアザミとルイヨウボタンしかない状況では両種の共存は稀だったが,ヤマホロシが存在する場合この上で両者は頻繁に共存し,種間交尾も確認された.
アルツハイマー病アミロイドβオリゴマーの代謝機構及び神経細胞障害性に関する研究

アルツハイマー病アミロイドβオリゴマー(Aβ)の脳内代謝を解明するため、1,000 kDaカットオフ微小透析膜プローブを用いたin vivo微小透析膜実験法を樹立した。APP tgマウス脳海馬において検討したところ、アミロイド斑蓄積前に比べ、アミロイド蓄積後にAβの代謝速度が遅くなることが分かった。また老人斑結合タンパク質CLACtgとAPP tgの二重tgマウスでは脳間質液中のAβ濃度が低下することが分かった。この結果から老人斑がAβの代謝に重要な役割を果たすことを明らかにした。さらにsplit-luciferaseを用いAβとapoEの結合を簡便に高感度に測定可能な実験系を樹立した。本研究において、Aβoligomerの代謝及びその神経細胞障害性について、3つのポイントから研究を遂行している。まずCLACがAβoligomerの代謝に及ぼす影響をin vivoレベルで明らかにするため、CLACを過剰発現するトランスジェニックマウスをADモデルマウスであるAPPトランスジェニックマウスと交配してそのアミロイド蓄積、及びAβoligomer代謝について検討したところ、CLAC、APP二重トランスジェニックマウスでは、APPトランスジェニックマウスに比べ、アミロイド蓄積の成熟化が進行すると共に、Aβoligomer量が減少することを見出した。この結果はCLACがアミロイド斑からAbオリゴマーが遊離するのを抑制している可能性が考えられた。次にAβoligomerの神経毒性を評価するため、APPトランスジェニックマウス脳由来初代培養神経細胞を用いて検討したところ、野生型マウスに比べ、APPトランスジェニックマウスでは、有意にdendritic spine密度が低下することが確かめられた。最後に、apoEとAβoligomerの相互作用を評価することを目的として、apoEのカルボキシ末端、及びAβのアミノ末端にsplit-luciferaseを付加し、両者の結合をluciferase活性で評価した。その結果apoE, Aβ両者が存在する時のみ発光が測定され、apoEとAβの相互作用を簡便に評価できる実験系の樹立に成功した。本研究において、Aβoligomerの代謝及びその神経細胞障害性について、特に次の2つのポイントについて研究を遂行した。まずCLACがAβmonomer及びAβoligomerの代謝に及ぼす影響をin vivoレベルで明らかにするため、前年度までに作出したAPP/CLAC-P二重トランスジェニック(double tg)マウスを用いて解析したところ、APP/CLAC-Pdouble tgマウスAPP tgマウスに比べ、アミロイド蓄積の成熟化し、さらにin vivo脳微小透析法により、脳内のISF Aβ濃度が低下することを見出した。この結果はCLACがアミロイド斑から何らかのAβ分子種が遊離することを抑制することにより、アミロイド蓄積の成熟化を促している可能性が示唆された。またapoEとAβoligomerの相互作用を評価することを目的として、前年度までにapoEのカルボキシ末端、及びAβのアミノ末端にsplit-luciferaseを付加することにより、apoEとAβの相互作用を簡便に評価できる実験系の樹立に成功した。そこでこの実験系を用いてapoEのアイソフォーム特異的なAβとの相互作用を検討したところ、アルツハイマー病の遺伝的発症危険因子であるapoE4では他のアイソフォームに比べ、luciferase発光が増加することが確かめられた、この結果はapoE4はAβとより結合することにより、アルツハイマー病発症に関わる可能性が考えられた。さらにこの実験系を用いてapoE/Aβ複合体が神経細胞に内在化されることも見いだし、AβがapoEを介して神経細胞に取り込まれる様子が確かめられた。本研究に定めた3つの研究ポイントのうち、1)について、CLACに関するin vivo研究は先行して進んでおり、apoEに関しては次年度の検討であり、概ね順調である。2)については実験系の樹立まで完了しており、概ね順調である。3)について、実験系の樹立が完了しており、概ね順調である。以上の観点から達成度は2概ね順調に伸展していると判断される。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度樹立した実験系を用い、Aβoligomerの受容体の同定を行う。また本年度樹立したAβoligomerの代謝を担うapoEとAβoligomerとの結合を簡便に測定する実験系を用い、両者の相互作用を制御する分子の同定、さらに小化合物の探索を行い、アルツハイマー病治療薬のシーズとして応用を検討する。また、ヒトapoEを発現するAPP tgマウスを作出し、apoEがAβoligomerに及ぼす影響についてin vivoレベルで検討する。
転座関連遺伝子によるがんの診断・病態研究

遺伝子検査をもとに疾病の確定診断、および治療法の開発を行う研究の一端として、慢性骨髄性白血病のインターフェロン(IFN)治療効果をFISH法を用いて判定し、効果の有無とHLA遺伝子多型との相関をみた。治療効果判定を行った116例の解析で、IFN有効例では、A2601,DRB1-0802が、また、無効例ではCw1403のHLAが関与している所見が得られた。IFNの有効性を個体レベル、特にHLA多型性から追求し、関連性の見出されたのは初めてであり、IFN治療対象患者の選択に役立ち、また、ひいては医療費の経済性においても大きく貢献するものと考えられる。また、転座関連遺伝子の単離を目的として研究し、急性骨髄性白血病(FABM2)でt(12;15)(p13;q25)を持つ症例から、12番染色体上のETV6遺伝子プローブをもとに、12番染色体と転座している15番染色体領域を検出した。解析の結果、ETV6遺伝子のPNTドメインとチロシンキナーゼC(TRKC)遺伝子のPTKドメイン部の結合によることを初めて明らかにした。一方、白血病初期転座に続く悪性化関連遺伝子の1つとして、WT1変異が骨髄性白血病において、また、相同組換え遺伝子RAD54が悪性リンパ腫において関与することを明らかにした。急性骨髄性白血病の悪性化には、WT1遺伝子変異が一部関与しているため、今後、初診のみならず、治療中、治療後においてもWT1遺伝子変異のスクリーニングを導入する必要がある。1.転座関連遺伝子の構造/機能解析b)EVI-1遺伝子導入Rat-1細胞コロニー形成能よりEVI-1蛋白質の造腫瘍性は第2Zincフィンガードメインに依存することを明らかにした(三谷)。c)MLL遺伝子およびそのキメラ遺伝子蛋白に対する抗体を作製し、その蛋白の細胞内局在を検討したところ、核に局在することが判明した(瀬戸)。2.転座型腫瘍の分子病態研究a)悪性リンパ腫100症例中19例にBCL6遺伝子転座を認めた。キメラパートナー遺伝子の検討では免疫グロブリン重鎖などの既知遺伝子は14例で、5例は未報告配列であり、新しい転座遺伝子検出の可能性が出てきた(森)。b)BCL6の機能解析のためBCL6ノックアウトマウスの作製を行ったところ、ホモ個体(BCL6-/-)は成長遅延、生後9週までの早期死亡が確認された。また、心筋ミトコンドリア異常および心筋への好中球湿潤を観測した。これらよりBCL6は成熟心筋細胞の維持に関与していることが示唆された(広沢)。c)神経芽腫に2q,9p,18qにもLOHが存在することを見出した。また、神経芽腫の発症、進展にp16遺伝子、DCC遺伝子が関与していることが示唆された(林)。3.転座型腫瘍のFISH法による診断・技術開発a)inv(16),t(12;21),t(3;21)の各転座部位のYACプローブないしコスミドプローブを用い、それぞれの間期核細胞で診断可能な技術を開発した(蒲田)。b)Ewingなく腫細胞にみられるt(11;22)を2色FISH法により間期核細胞で診断可能にした。c)穿刺吸引サンプルを利用したFISH法乳癌細胞診断法を確立し、乳癌では高頻度に、その発生課程の早期に第1番染色体の異常が起こることを明らかにした(阿部)。1.転座関連遺伝子の構造/機能解析a)8;21転座白血病細胞の分化阻害は融合キメラ蛋白とMTGR1蛋白の相互作用に基づくことを明らかにした。(大木)。b)MEN遺伝子はFOS蛋白質の発現を亢進させ、AP-1活性を介して造腫瘍活性を発揮するものと考えられた(三谷)。c)MLL遺伝子の関与が考えられるt(1;16)(q23;q13)およびt(11;22)(q23;q13)をもつ白血病例を解析し、前者はMLL-CBPの、後者はMLL-p300のキメラ遺伝子形成のあることを明らかにした(林)。2.転座型腫瘍の分子病態研究a)サイクリンD1過剰発現マントル細胞リンパ腫は陰性症例よりも予後不良であることを明らかにした(瀬戸)。b)成熟リンパ球を欠損するRAG1ノックアウトマウス(RAG-/)に(BCL6-/-)の骨髄を移植し、このマウス(BCL6-/-RM)のリンパ球の機能解析を行ったところ、T細胞依存型抗原免疫で胚中心の形成は全く認められず、BCL6は胚中心の形成に必須な因子であることが明らかとなった(広沢)。c)従来帰属のはっきりしなかったリンパ・組織球型未分化大細胞型リンパ腫でNPM/ALKキメラ蛋白質が高発現しており、未分化大細胞型リンパ腫の一型でてあることを確認した(林)。3.転座型腫瘍のFISH法による診断・技術開発a)Ewing肉腫細胞にみられるt(11;22)をはじめEWS遺伝子関連転座を2色FISH法により間期核細胞で診断可能にした(鎌田)。b)DNA fiberFISH法は融合遺伝子の検出のみならず、両方の転座切断点のdirect visual mappingが可能であり、本法は簡便で迅速に行える有用な分子診断法の1つであることを示した(阿部)。

転写関連遺伝子2個(ABI-1およびGCT-1)を新たに単離/同定した。FUS,MEN,MLL,BCL6遺伝子ならびに、これらのキメラ遺伝子について遺伝子構造と機能の解析を行い、各遺伝子の造腫瘍性に関する機序を明らかにした。分子病態研究面では、染色体分析でt(10;11)を認めても遺伝子解析ではMLL-AF10,CALM-AF10,MLL-ABI-1の3種のキメラ形成が存在しており、また、前2者では予後不良、第3番目のそれは予後良好であることが判明した。初診時におけるRTPCRによるキメラ転写産物の同定が重要であることを明らかにした。診断技術開発の面では骨・軟部組織腫瘍のうちEwing肉腫や横紋筋肉腫で新鮮細胞・パラフィン包埋材料から48時間以内に遺伝子診断可能であることを示した。また、SKY-FISH法が腫瘍細胞の染色体分析に、より精度の高い結果をもたらすことを実証した。本研究班の基軸の1つは、転座関連遺伝子の基礎的研究とその臨床診断への応用であり、もう1つは白血病における転座診断技術を突破口として肉腫・癌へ、その適用を発展させることにある。このため本班では班員間の共同研究推進を積極的に行った。過去3年間に延べ21の班員間共同研究が成立し、延べ16の研究者間での検体ないしプローブの提供が行われた。これらの成果は、1998年に5編の共同研究論文が発表された。各個研究では、インパクトファクター(IF)5.0以上が22編、5.0未満が50編、発表されており、質的に高い論文が32%を占めた。過去3年間のこの班による発表は共同研究が22編、各個研究が198編、総計220編となった。転座型白血病の原因遺伝子の単離・同定とともに、遺伝子構造/機能解析ならびに分子病態研究は実りの多いものとなった。またFISH法による基礎研究成果の素早い臨床応用への展開成果は、今後の精度の高い診断、ひいては治療方針や予後推定に役立ち、先行指標の確立に役立ったと確信する。遺伝子検査をもとに疾病の確定診断、および治療法の開発を行う研究の一端として、慢性骨髄性白血病のインターフェロン(IFN)治療効果をFISH法を用いて判定し、効果の有無とHLA遺伝子多型との相関をみた。治療効果判定を行った116例の解析で、IFN有効例では、A2601,DRB1-0802が、また、無効例ではCw1403のHLAが関与している所見が得られた。IFNの有効性を個体レベル、特にHLA多型性から追求し、関連性の見出されたのは初めてであり、IFN治療対象患者の選択に役立ち、また、ひいては医療費の経済性においても大きく貢献するものと考えられる。また、転座関連遺伝子の単離を目的として研究し、急性骨髄性白血病(FABM2)でt(12;15)(p13;q25)を持つ症例から、12番染色体上のETV6遺伝子プローブをもとに、12番染色体と転座している15番染色体領域を検出した。解析の結果、ETV6遺伝子のPNTドメインとチロシンキナーゼC(TRKC)遺伝子のPTKドメイン部の結合によることを初めて明らかにした。一方、白血病初期転座に続く悪性化関連遺伝子の1つとして、WT1変異が骨髄性白血病において、また、相同組換え遺伝子RAD54が悪性リンパ腫において関与することを明らかにした。急性骨髄性白血病の悪性化には、WT1遺伝子変異が一部関与しているため、今後、初診のみならず、治療中、治療後においてもWT1遺伝子変異のスクリーニングを導入する必要がある。
トリハロメタンの生体及び臓器毒性に関する研究

現在、地下水及び河川汚染で社会的問題となっているトリハロメタンジクロロホルム,)クロロブロモメタン,クロロジブロモメタン,ブロモホルム等)およびトリクロロエチレン,1,1,1ートリクロロエタンおよびテトラクロロエチレン等々の有機塩素系溶剤は、脱脂洗浄、樹脂溶解、塗脂溶解、塗料のシンナ-、リ-ムバ-、冷媒、ドライクリ-ニング等の目的で広範囲に使用されており、その使用量も非常に多い。毒性としては、中枢神経系に対する抑制作用、三叉神経、末梢神経障害、肝臓障害、腎臓障害、心臓血管系障害など多くが報告されている。また近年は環境汚染物質としてフロン等とともに、西暦2000年までに使用禁止物質として世界的に規制されつつある。しかし、これらの物質の生体内吸収、排泄、代謝などに関する生体内動態については解明されていない部分が非常に多い。そこでこれらの有機塩素系溶剤の中で、最も普遍的に用いられているトリクロロエチレンの着眼して、この溶剤の生体内動態および代謝について麻酔犬を使用し実験的に詳細に検討し、以下の結論を得た。まず、トリクロロエチレン(TRI)の腸管からの吸収を観察するために、私たちは麻酔犬での閉塞性腸管吸収システムを開発し、手術犬で腸管の3部位(空腸、回腸および大腸)に、それぞれ3濃度(0.1,0.25,0.5%)のTRIを投与し、TRIとその代謝産物である、遊離型トリクロロエタノ-ル、トリクロロ酢酸、抱合型トリクロロエタノ-ル血液、尿、胆汁および残留液で測定した。投与後2時間で、投与量の8590%のTRIが、すべての部位で吸収された。さらに、これらの部位間での吸収率には差は認められなかった。次に、尿および胆汁から投与後2時間で排泄された、未変化体およびその代謝産物の割合は、すべての群で吸収量に対し、非常に低い値であった。現在、地下水汚染等で社会的問題となっているトリハロメタン及びトリクロロエチレン、I,I,I-トリクロロエタン、テトラクロロエチレン等の有機塩素系溶剤の生体内毒性に関しては不明な点が多い。そこで、私達はこれらの溶剤の中でも特に一般的なトリクロロエチレンに的をしぼってその生体内動態について麻酔犬を使用して実験的に検討し以下の結論を得た。1.トリクロロエチレン及びこの代謝産物である抱水クロラ-ル、遊離型トリクロロエタノ-ル、トリクロロ酢酸の肝臓以外の臓器での代謝割合を観察すると、体内に取り込まれたトリクロロエチレンの約25%が肝臓以外の臓器で代謝されることがわかった。また、代謝産物である抱水クロラ-ル、遊離型トリクロロエタノ-ル、トリクロロ酢酸の代謝では、抱水クロラ-ルから遊離型トリクロロエタノ-ルへの代謝は対照群と同等であったが、抱水クロラ-ルからトリクロロ酢酸へは、対照群の1020%、遊離型トリクロロエタノ-ルからトリクロロ酢酸へはごくわずかしか代謝されなかった。2.トリクロロエチレン及びこの代謝産物である抱水クロラ-ル、遊離型トリクロロエタノ-ル、トリクロロ酢酸及び抱合型トリクロロエタノ-ルの胆のうからの吸収割合を観察すると、投与後2時間で、抱水クロラ-ル、遊離型トリクロロエタノ-ル、トリクロロエチレンは投与量の6570%、抱合型トリクロロエタノ-ル、トリクロロ酢酸は4050%が吸収された。その他、胆のうから吸収された抱合型トリクロロエタノ-ルは門脈から肝臓に送られた場合、直接静脈系に移行し、腎臓から排泄されることが解った。

現在、地下水及び河川汚染で社会的問題となっているトリハロメタン(クロロホルム,ジクロロブロモメタン,クロロジブロモメタン,ブロモホルム等)およびトリクロロエチレン,1,1,1ートリクロロエタンおよびテトラクロロエチレン等々の有機塩素系溶剤は、脱脂洗浄、樹脂溶解、塗料のシンナ-、リ-ムバ-、冷媒、ドライクリ-ニング等の目的で広範囲に使用されており、その使用量も非常に多い。他方、これらの物質に関する実験的研究ならびに、疫学的研究の報告は数多い。しかし、これらの物質に関する生体内吸収、排泄、代謝などに関する生体内動態に関しては、解明されていない部分が非常に多い。そこで、これらの有機溶剤の中で最も普遍的に用いられている、トリクロロエチレンに着眼して、この溶剤の生体内動態及び代謝について麻酔犬を使用し実験的に、かつ詳細に検討し以下の結論を得た。トリクロロエチレン(TRI)の腸管からの吸収割合を追究するために、麻酔犬を使用した腸管潅流法によりTRIの吸収割合は、潅流開始2時間後で投与量の5070%であった。また、この時間内に吸収されたTRIの0.10.4%が代謝産物として、尿及び胆汁中に排泄された。他方、TRIの代謝産物である抱水クロラ-ル(CH)、遊離型トリクロロエタノ-ル(F・TCE)、トリクロロ酢酸(TCA)投与時では、いずれの場合も4060%の吸収割合を示したが、尿及び胆汁への排泄割合は、F・TCE投与群で2530%、CH投与群で1015%、TCA投与群で、0.1%でありTRIとは異なっていた。また、この腸管潅流法は閉塞性腸管潅流吸収システムとは異なり、多量の潅流液を必要とする欠点がある。
革新的心不全治療法創出を目指した基盤研究

本年度においては、心筋特的Angptl2 KOマウスの心筋、ANGPTL2をノックダウンした初代新生児ラット心筋細胞やヒトiPS細胞由来心筋細胞では、呼吸鎖複合体IIの活性が増加していることを見出した。呼吸鎖複合体IIの増加は、ミトコンドリアの予備呼吸能亢進、電子伝達系において産生される活性酸素種の減少や細胞死抑制につながることが報告されている。実際、ANGPTL2をノックダウンした心筋細胞では予備呼吸能の増加、活性酸素種の減少が認められた。近年、加齢や圧負荷に伴う心筋組織でのDNA損傷応答活性化が、心不全発症・進展のメカニズムの1つとして近年注目されている。我々は、ANGPTL2シグナルによるAKT-SERCA2a経路制御機構解明研究過程において、核内でヌクレオソーム構造を変化させ、転写制御、クロマチン構造の維持、DNA修復などに関与することが報告されているHMGB2の発現が心不全の心筋組織において増加することを見出した。そこで、HMGB2ノックアウトマウスを用いた圧負荷心不全マウスモデルを作製し、その病態生理学的意義を解析した。その結果、野生型マウスに比べ、HMGB2ノックアウトマウスでは、DNA損傷応答の活性化が亢進していた。さらに、HMGB2ノックアウトマウスでは、心筋細胞内のカルシウム濃度調節機構として重要なAKT-SERCA2a経路が著しく不活性化されることを見いだした。以上より、HMGB2は、心不全発症に伴う心筋細胞でのDNA損傷応答の活性化及びAKT-SERCA2a経路の活性低下を阻害し、心保護作用を示すことが明らかとなった。本年度においては、ANGPTL2シグナルによる心筋エネルギー代謝制御機構としてANGPTL2シグナル抑制がミトコンドリアの予備呼吸能亢進に加えて活性酸素種を減少させることを明らかにした。さらに、HMGB2が、心不全発症に伴う心筋細胞でのDNA損傷応答の活性化及びAKT-SERCA2a経路の活性低下を阻害し、心保護作用を示すことも明らかにしており、本研究は当初の計画以上に進展していると考える。今後、ラット新生児初代心筋細胞、ヒトiPS由来心筋細胞、およびマウス心筋細胞株などを用い、ANGPTL2ノックダウンや過剰発現を行い、ANGPTL2シグナルによるAkt-SARCA2a経路制御機構、ANGPTL2シグナルを介したミトコンドリア呼吸鎖複合体IIのアセンブリーやSDH発現制御機構などを中心に、詳細な分子機構解析を実施する。さらに、我々はこれまでの研究成果として、miR221/222によるANGPTL2発現抑制が運動により誘導される心保護作用の一つの分子機構であることを明らかにしており、その詳細なメカニズムについてさらに検討を行う。
異種アルミニウムイオンに対する植物の耐性機構

アルミニウム(A1)は酸性土壌中で可溶化し、作物成育を阻害する。可溶化したA1は複雑な形態のイオンとして存在し、どのイオン種の毒性が強いかという点に関し未だに議論がなされている。本研究では、同一pHで、異なるA1イオン種(Monomer A1、Polymer A1)を培養液中に形成させ、両イオンに対するイネ、オオムギの生育反応を比較、検討した。A1C1_3溶液の塩基度(OH/A1のモル比)が高くなるにしたがい、Polymer A1イオンの存在比率が増加し、各塩基度のA1C1_3溶液においては、pHが3.0-4.2の間では一定のA1イオン存在比率が認められた。塩基度0及び2のA1C1_3溶液をそれぞれMonomer A1、Polymer A1イオン処理液として、A1濃度が0、10、20、40、80 μMの溶液(pH 4.0)を用いてイネとオオムギを5日間栽培した結果、相対生育量は、オオムギよりもイネで大きく、A1濃度の上昇で低下し、その低下はPolymerA1イオン処理よりもMonomerA1イオン処理の場合に大きかった。Monomer A1イオンを一定濃度にしてPolymer A1イオンを上乗せして作成したA1処理液においても、Polymer A1イオン処理に比較して、Monomer A1イオン処理においてイネ及びオオムギの生育阻害が強く現れた。しかし両試験の場合とも、植物根のA1含有率はMonomer A1イオン処理よりもPolymer A1イオン処理において高い傾向が認められた。以上のことから、同一pH条件下でのA1イオン種の毒性は、Polymer A1イオンよりもMonomer A1イオンの方が強く、異なるA1イオン種に対する耐性の植物種間差は同じであり、イネは積極的にA1イオンを排除していると考えられる。しかし、測定されたA1含有率のどれだけのA1が根組織中に侵入しているかは解明できず、今後はさらに正確な分析法に基づいて、A1耐性機構を考察する必要があると思われる。アルミニウム(Al)イオンは土壌溶液中で複雑なイオン形態をとり、植物にたいするそれらの毒性は異なると考えられている。本研究では、同一培地pHで、Alイオン種(モノマーAl、ポリマーAl)に対するイネ、オオムギの生育反応を、個体植物あるいは培養細胞レベルで比較した。AlCl_3を直接水に溶かしてモノマーAlイオン培養液を、またNaOHでpHを調製した100mM AlCl_3溶液(ポリマーAlイオン)を希釈して所定のAl濃度の培養液を作成し、Ferron(8-hydroxy-7-indo-5-quinolinesulfonic acid)で測定したところ、両培養液間にはポリマーAlイオン濃度に大きな差が認められた。これらのAl処理液と完全水耕液を別個に用意し、植物体を毎日交互に移し変える方法でAlイオンとリン酸の沈殿を避けて約2週間栽培し、植物の生育、根の伸長、Al含有率を測定し、Alイオンの生育阻害の強さを比較した。その結果、Alイオンの生育阻害はイネよりもオオムギにおいて大きく、また両植物の場合とも根のAl含有率にはポリマーAl、モノマーAlイオン処理間に大差が認められなかったが、Alイオンの生育阻害はモノマーA1イオン処理で大きくなった。

モノマーAl、ポリマーAlをそれぞれ100μM添加した培地にイネ、オオムギ培養細胞を移植し、10日間培養したところ、Alイオンの生育阻害はイネよりもオオムギにおいて大きく、Al耐性の順位は培養細胞レベルと個体植物レベルで一致した。しかし、Alイオンの生育阻害においてAlイオン種間に差が認められず、今後植物細胞の培養法などを検討する必要があると考えられた。アルミニウム(Al)は酸性土壌中で可溶化し、作物成育を阻害する。可溶化したAlは複雑な形態のイオンとして存在し、どのイオン種の毒性が強いかという点に関し未だ議論がなされている。本研究では、同一pHで、異なるAlイオン種(Monomer Al、Polymer Al)を培養液中に形成させ、両イオンに対するイネ、オオムギの生育反応を比較、検討した。0.2mMAlCl_3溶液の塩基度(OH/Alのモル比)が高くなるにしたがい、Polymer Alイオンの存在比率が増加し、各塩基度のAlCl_3溶液においては、pHが3.0-4.2の間では一定のAlイオン存在比率が認められた。塩基度0及び2のAlCl_3溶液をそれぞれMonomer Al、Polymer Alイオン処理液として、Al濃度が0、10、20、40、80μMの溶液(pH4.0)を用いてイネとオオムギを5日間栽培した結果、相対生育量は、オオムギよりもイネで大きく、Al濃度の上昇で低下し、その低下はPolymer Alイオン処理よりもMonomer Alイオン処理の場合に大きかった。Monomer Alイオンを一定濃度にしてPolymer Alイオンを上乗せして作成したAl処理液においても、Polymer Alイオン処理に比較して、Monomer Alイオン処理においてイネ及びオオムギの生育阻害が強く現れた。しかし両試験の場合とも、植物根のAl含有率はMonomer Alイオン処理よりもPolymer Alイオン処理において高い傾向が認められた。以上のことから、同一pH条件下でのAlイオン種の毒性は、Polymer AlイオンよりもMonomer Alイオンの方が強く、異なるAlイオン種に対する耐性の植物種間差は同じであり、イネは積極的にAlイオンを排除していると考えられる。しかし、測定されたAl含有率のどれだけのAlが根組織中に侵入しているかは解明できず、今後はさらに正確な分析法に基づいて、Al耐性機構を考察する必要があると思われる。
多様な双方向性及びＰＢＬ観点を主眼にした実験ノートを核とする実験指導に関する研究

大学等では様々な学生実験が実施され、その評価は主として実験レポートによる。一方実験ノート指導の有効性は認識されているが労力を考え未着手が現状である。実験科目で実験ノートを核とした実験指導を行いノウハウの蓄積を試みた。1)実験ノートを配布し表テンプレートシールに実験基礎事項を記入しノートに添付。2)実体配線図を手書きさせ具体的な理解に供した。3)「気づきや考察」の項目シールを作り、これらを記入するよう指導。4)実験で得られたノウハウ(特に安全に関して)を次のグループに引き継ぐ「ノウハウ引き継ぎシート」を作成・運用。その結果学生実験を「受動的なもの」から「能動的な取り組み」に転換することができた。教育現場では様々な実験実習(以下実験と略す)が行われている。その目的は対象となる教科の具体的な理解であることはもちろん、その実験を通してどの実験でも必要なデーターの取扱い等のテクニカル面の演習や、思考プロセスの整理や問題点等の抽出及びテーマ自体に対しての取り組みや問題点が生じた時のアプローチの仕方や問題解決の演習という側面も持つ。その観点からみると、現在主流である『実験レポートをゴールとする実験科目指導と評価』以上に『リアルタイムな記録手段』であると同時に『思考ツール』でもある『実験ノート』の指導は技術立国を目指す我が国の理系学生の育成には重要な事項である。本研究は、学生のノートテイキング技法の指導をソフト/ハード両面で如何に行うかの実践的研究であるが、それはひいては学生がいかに問題意識をもって能動的に課題に取り組むかを引き出すための手法の開発ともいえる。そこには『学生の習熟度や理解度』及び『科目特性』等に合わせたきめ細やかな計画的指導の仕組みも必要であろう。また指導する側にとっては過度の負担なく、一過性でなく継続的に取り組むことができる仕組み作りも必要であると考える。近年急激に発達したIT機器やITシステムも積極的に試験導入し、その有効性も調査すると同時に、特に、そのリアルタイム性や省力性、あるいは学生の親和性も考慮に入れ、コミュニケーションツールとしてのSNSにも着目し、その可能性の探査も行う。今年度は学生実験に特化したSNSシステムの要素を検討、それを反映したシステムを設計し、(レンタルサーバー上ではあるが)プロトタイプのシステムの構築を行うことができた。また全国高専の低学年対象の基礎実験科目を担う教員に基礎的なアンケートを行い、基盤となる情報の収集を行うことができた。多様な双方向性およびPBL観点を主眼にした実験ノートを核とする実験指導に関して、実際の実験科目(本校電気電子工学科4年機器実験を主として)における実験ノートの運用を中心に学生の協力の下、問題点や課題を抽出し、それをまたノート指導に反映させるという実践的手法を取り入れながら研究を行った。従来の実験・実習科目の目的や主眼は、(特に工業高等専門学校での実験・実習では)その実験科目が対象とする領域の内容について、実験・実習という体験を通しての具体的な技術及び内容理解が主眼であり、それらの基盤になるノートテイキングを含む理系としての基礎的能力(技術立国である我が国の学生にとっての、広義の「科学技術リテラシー」と言うことができよう)の育成・養成の観点はなかった。今回の研究は今まで見過ごされていたこの観点を主眼として取り組みを行った。まず学生全員にノートを配布し、実験ノート記入をどのように行うか、そのフォーマットの実践練習として、実験記録に必修の事項を記入できる表のテンプレートシートをノート貼り付け用にシール上に印刷しこれをノートに貼り付け事項を記入させた。また実験を通しての気づきやアイデアを記入する欄を同様にシールとして作り、どんな些細なことでも記入するよう指示をした。これにより学生は受動的ではなく能動的な態度で実験に取り組むことができた。実験ノートは本来個人的なものであるが、クラス全体で各実験チームが得たノウハウや安全上の留意事項を共有する「実験ノートの(情報共有という視点での)のクラウド化」を目指した「実験引き継ぎシート」を発案し、これを試験運用した。これは大変好評で、ただ与えられたテーマを「こなしていく」という受け身の実験から、得られたノウハウを他者に引き継いでいくという「能動的アクション」が付加されることにより、実験に対する学生の能動的姿勢を引き出すことができた。学生実験実習科目では、学生の評価は主として「実験レポート」の評価により行われていると思われる。科学技術者の実践を通した育成という点では「実験ノート」の指導は大変重要である。が、その重要性は認識していても、指導にかかる手間や労力の多さやノウハウ不足によりその指導に着手できないのが実情であると推察される。本研究はこの現在手つかず状態の実験ノート指導に着目した萌芽的実践研究である。目標として(1)実験ノート指導の実情調査(2)記載すべき事柄や書き方を自然に学べ且つ指導側が少ない労力で指導できる手法の確立(3)実験ノートを思考ツールとして活用するノウハウの取得(4)IT化(5)成果の検証、等である。(1)に関しては、九州地区の全高専の全実験担当者にアンケート調査し、実験ノート指導が殆ど行われていないことを確認した。(2)に関しては実験の基礎的データを記入する表テンプレートシールを発案、ノートに貼付することでノート記載の書式指導を自然に行うことができた。(3)は(2)と同様、「気づきや考察の記入欄」シールを用いることで、これらを記載するよう誘導することでPBL的な問題意識を伴った能動的姿勢を涵養できた。

さらに実際の実験では各実験チームが毎回ローテーションで実験を行うが、そのチーム間で注意事項やノウハウを引き継ぐ「引き継ぎノート」を発案・運用することで、「受け身的態度で実験を実施」していた実験授業を「目的意識を伴う能動的アクティビティ」に転換できた。これは「紙ベースの情報のクラウド化」とも言え、担当教員の省力化とも併せ、得られた最大の成果である。(4)は電子ノートの運用や実験ノートの電子化等を発案した。(5)は別項掲載の工業教育国際会議に実際のノートを持参して発表を行い、各国の参加者から前向きなコメントを拝受し、今回の研究内容が世界共通のノウハウたり得ることを確認できた。大学等では様々な学生実験が実施され、その評価は主として実験レポートによる。一方実験ノート指導の有効性は認識されているが労力を考え未着手が現状である。実験科目で実験ノートを核とした実験指導を行いノウハウの蓄積を試みた。1)実験ノートを配布し表テンプレートシールに実験基礎事項を記入しノートに添付。2)実体配線図を手書きさせ具体的な理解に供した。3)「気づきや考察」の項目シールを作り、これらを記入するよう指導。4)実験で得られたノウハウ(特に安全に関して)を次のグループに引き継ぐ「ノウハウ引き継ぎシート」を作成・運用。その結果学生実験を「受動的なもの」から「能動的な取り組み」に転換することができた。今回の研究の目的は実際の紙のノートを用いた実験ノートを核とする実験指導の方法論の確率と、それをサポートあるいは牽引するツールとしての、近年爆発的に発達したIT機器/ITシステムを利用しての実験ノート指導の効率化/高度化であった。実際の紙のノートを用いたノート指導は「実験で得られたノウハウや留意事項(特に安全に関わることについて)をクラス全体で共有する「クラウド化」を目指した実験引き継ぎシート」を新規発案することにより大きな進展が得られたが、IT関係分野は、まだシステムの構築および運用には至っておらず、このシステム構築と運用が急務である。科学教育今年度は実験に特化したSNSシステムに必要な要素の抽出/システム設計/実際の構築に技術的な側面から若干時間を要した。また現在タブレット端末等の情報端末はその進化が早く、どの段階でどの機種を使って運用テストをするかの判断/タイミングが困難であった。また全国の高専の基礎的実験科目を行っている教員に対する基礎的なアンケートを実施するタイミングが遅れた。実験ノートによる実験指導研究を多様な切り口から遂行した。学会発表の予定であったが、1)研究が学生の協力で大きく進捗し、得られた知見からの改訂を次年度の実験科目で実施することで新たな知見の獲得が見込まれる。2)当研究に関心がある他機関がありより広い調査対象が期待可能。3)全国で基礎実験が推定以上に未実施であり、現状を詳しく調査し本研究に繰り入れ、その成果から他機関への指針/提言を目指したい。
ジ置換アミノ酸の特徴を活かした膜透過性ペプチドの創製とDDSキャリアとしての応用

ジ置換アミノ酸を含有するペプチドの二次構造並びに細胞膜透過性の評価と非天然型アミノ酸からなるペプチドのX線結晶構造解析を行った。ジ置換アミノ酸を含有するペプチドの二次構造並びに細胞膜透過性の評価:昨年までに膜透過に有利に働くとされる塩基性官能基としてアミノ基ないしグアニジノ基を有し、側鎖が環状構造を取っている新規ジ置換アミノ酸を合成している。また、そのアミノ酸をアルギニンと組み合わせることで高い膜透過性を示すことを期待したペプチドの合成も行っていた。本年度は、CDスペクトル測定による溶液中でのペプチド二次構造評価と、培養細胞を用いた細胞膜透過性評価や細胞毒性試験などを行った。評価の結果、ジ置換アミノ酸を含有するペプチドは10残基という比較的短い鎖長であっても、天然のアミノ酸であるアルギニンのみからなるペプチドに比べて、ヘリックス構造を安定して取っていることが明らかになった。また、細胞膜透過性について評価したところ、アルギニンのみからなるペプチドは、細胞との接触時間が長くなるにつれて細胞内取り込み量が減少していたことに対して、ジ置換アミノ酸を含有するペプチドは細胞との接触時間が長くなるにつれて、細胞内への取り込み量が増加することが明らかになった。非天然型アミノ酸からなるペプチドのX線結晶構造解析:溶液状態の二次構造はCDスペクトルの測定により推定することができるが、固体状態の二次構造をX線結晶構造解析により確認することで、その二次構造についてより正確に論じることができる。ペプチドの結晶化はその鎖長や構成アミノ酸により難易度が大きく異なってくるが、本年度はアスパラギン酸の側鎖をエステル化したポリペプチドの結晶化並びにX線結晶解析を行うことで、非天然型アミノ酸を含有するペプチドのX線結晶構造解析を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。側鎖に塩基性官能基を有する環状ジ置換アミノ酸の合成ならびにその含有ペプチドの合成と含ホウ素蛍光標識化合物の合成並びに構造解析を行った。側鎖に塩基性官能基を有する環状ジ置換アミノ酸の合成:膜透過に有利に働くとされる塩基性官能基としてアミノ基ないしグアニジノ基を有し、側鎖が環状構造を取っている新規ジ置換アミノ酸を合成した。具体的には、環状側鎖上にアミノ基を2つ有する五員環状ジ置換アミノ酸を2種類と、グアニジノ基を2つ有する五員環状ジ置換アミノ酸を1種類、アミノ基を1つ有する六員環状ジ置換アミノ酸を2種類の、計5種類のアミノ酸を合成した。各アミノ酸は固相法によるペプチド合成利用するため、N末端側がFmoc保護され、側鎖の塩基性官能基も適切な形で保護された形のものを作成した。ジ置換アミノ酸を含有するペプチドの合成:新たに作成したジ置換アミノ酸と、膜透過性に重要な役割を果たすことが指摘されているアルギニンを組み合わせて、Fmoc固相合成法により膜透過性ペプチドを作成した。環状側鎖上にグアニジノ基を2つ有する五員環状ジ置換アミノ酸を含有するペプチドに関しては、側鎖構造の嵩高さによりFmoc固相合成法では目的とするペプチドを合成することは困難であった。その他のジ置換アミノ酸も縮合は困難であったが、縮合剤や縮合時間・回数の検討を行い目的のペプチドの合成を達成した。含ホウ素蛍光標識化合物の合成並びに構造解析:蛍光強度が周辺環境に影響を受けにくい標識化合物としてBODIPY誘導体を合成し、X線結晶構造解析を行うことでその構造を明らかにした当初の予定では、平成29年度には「新規ジ置換アミノ酸の設計とその含有ペプチドの合成」および「ペプチド二次構造解析」を行う予定であった。しかしながら側鎖にグアニジノ基を2つ有するジ置換アミノ酸は、通常の固相法によるペプチド合成に用いることが困難であり、固相上でのアミノ基からグアニジノ基への変換を行うよう計画を変更したため、当初の予定より多くの新規ジ置換アミノ酸を合成することになった。すべてのペプチドが合成できてからペプチドの二次構造解析を行う予定であるため、当初の計画よりやや進行が遅れているが、各種ペプチドの合成は順次進行しており、平成30年度の実験計画である「膜透過性機能の評価」および「DDSキャリアとしての応用」の遂行に関しては大きな影響は与えないものと考えている。

非天然型アミノ酸からなるペプチドのX線結晶構造解析:溶液状態の二次構造はCDスペクトルの測定により推定することができるが、固体状態の二次構造をX線結晶構造解析により確認することで、その二次構造についてより正確に論じることができる。ペプチドの結晶化はその鎖長や構成アミノ酸により難易度が大きく異なってくるが、本年度はアスパラギン酸の側鎖をエステル化したポリペプチドの結晶化並びにX線結晶解析を行うことで、非天然型アミノ酸を含有するペプチドのX線結晶構造解析を行った。現在合成を進めているジ置換アミノ酸を含有したペプチドの精製が完了し次第、ペプチドの二次構造評価を進める。また、種々の細胞を用いた細胞膜透過性の評価を始めとして、毒性評価や酵素安定性評価などの生化学的な評価を行うことで、DDSキャリアとしての応用の可能性も探っていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
Fine PETによる骨粗鬆症モデルにおけるインプラント周囲骨代謝活性動態の解明

申請者は,ラットを用い早期荷重下のインプラント体周囲の骨代謝の状況を新規開発の動物用高解像度P E T装置にて評価した.その結果,早期荷重を行っても,埋入から4週後には上昇した骨代謝は定常状態にまで低下し,骨結合が獲得されていることが示唆された.また,インプラント体周囲のより詳細な解析と,マイクロCT画像より構築したFEAモデルにおける骨内応力分布との比較を行った.その結果,インプラント体上部を牽引した荷重により,インプラント周囲では応力集中の見られる海綿骨領域で活発な骨新生が生じていることが示唆された.申請者は,ラットを用い早期荷重下のインプラント体周囲の骨代謝の状況を新規開発の動物用高解像度P E T装置にて評価した.その結果,早期荷重を行っても,埋入から4週後には上昇した骨代謝は定常状態にまで低下し,骨結合が獲得されていることが示唆された.また,インプラント体周囲のより詳細な解析と,マイクロCT画像より構築したFEAモデルにおける骨内応力分布との比較を行った.その結果,インプラント体上部を牽引した荷重により,インプラント周囲では応力集中の見られる海綿骨領域で活発な骨新生が生じていることが示唆された.2007年,本学で開発された実用型動物用半導体PET装置(Fine PET)は,これまで使用していた骨シンチグラフィよりも空間分解能に優れ,3次元的な解析も可能であり,歯科インプラント周囲の骨代謝活性についてより詳細な検討を行うことが可能である。PETイメージングによりインプラント周囲の骨代謝活性を経時的に観察する手法は、国内外を見ても他に例が無く極めて独創的であり,有意義である.そこで今年度はこのFine PET装置を用いて,ラット脛骨へのインプラント体埋入モデルにおける,早期荷重負荷下のインプラント体周囲の骨代謝状況を経時的,定量的に評価した.Wistar系雄性ラットの右足脛骨に純チタンインプラント2本を13mm間隔で埋入し,埋入翌日インプラント間にスプリングを用いて4.0Nの荷重を負荷した.^<18>F^-を尾静脈より投与し,1時間後にFine PETを用いて撮像し,得られた像における^<18>F^-の集積度から,経時的変化を定量的に評価した.その結果,負荷開始後7日目までインプラント周囲骨代謝活性は大きく上昇し,その後は徐々に下降した.負荷開始後14日目まで,左側に対して有意な上昇を示したが,28日目では有意差は観察されなかった.このことから荷重を早期に開始した場合においても,インプラント周囲骨の骨代謝回転は一定期間亢進し,その後,一定負荷下であるにも関わらず定常状態に達することが明らかとなった.そこで,今後は骨粗鬆症患者におけるインプラント埋入後のオッセオインテグレーションや荷重に対するリモデリングに関して,卵巣摘出ラット(OVXラット)の脛骨にインプラントを埋入し,健常ラットと比較した際のインプラント体周囲のオッセオインテグレーション獲得,ならびに荷重負荷後のインプラント体周囲の骨代謝の状況を,経時的,定量的に評価していく.本学で開発された実用型動物用半導体PET装置(Fine PET)は,申請者が過去に使用した骨シンチグラフィよりも空間分解能に優れ,3次元的な解析も可能で,歯科インプラント周囲の骨代謝活性についてより詳細な検討を行うことが可能であり,国内外を見ても他に例が無く極めて独創的かつ有意義である.前年度はこのFine PET装置を用いて,ラット脛骨へのインプラント体埋入モデルにおける,早期荷重負荷下のインプラント体周囲の骨代謝状況を経時的,定量的に評価した.その結果,負荷開始後7日目までインプラント周囲骨代謝活性は大きく上昇し,その後は徐々に下降した.このことから荷重を早期に開始した場合においても,インプラント周囲骨の骨代謝回転は一定期間亢進し,その後,一定負荷下であるにも関わらず定常状態に達することが明らかとなった.そこで今年度は,1.0mm未満の空間分解能を利用し,インプラントに付与した牽引荷重の荷重方向と骨代謝活性に着目し,インプラント体周囲のより詳細な解析と,マイクロCT画像より構築したFEAモデルにおける骨内応力分布との比較を行った.PET画像とCT画像の重ね合わせにより,皮質骨領域と比較して海綿骨領域で強い骨代謝が確認され,さらにインプラント体上部を牽引した荷重により,インプラント周囲では牽引方向の近位側上部と遠位側下部において有意な活性の上昇が確認された.FEAモデルとの比較により牽引した荷重が圧縮力として作用していることが示唆され,このことから応力集中の見られる海綿骨領域で活発な骨新生が生じているものと思われる.
顎変形症手術における顎関節応力解析に関する研究

側面および正面X線規格写真を考慮した2次元顎関節力学解析モデルの作成および修正(剛体ばね理論モデル)を行い、実際の症例の画像情報から計算力学により応力分布状態を解析した。3次元CTから顎関節、下顎頭形態の画像情報抽出の検討を行った。。下顎頭輪郭の近似曲線による入力データを検討した。入力データを基にに3次元剛体ばねモデルを作成し実際の顎変形症患者の顎関節応力解析を行った。その結果、下顎対称患者と非対称患者では顎関節の応力分布状態が異なる傾向が認められた。顎関節応力解析プログラムでのシミュレーションの結果に基づき、顎関節応力集中を軽減した近位骨片位置に設定し顎内固定を行った。顎変形症における顎顔面と顎関節の関連性を形態学的、力学的に解析し検討することを目的に研究を行った。下顎前突症例の関節円板組織における分類として、関節円板前方転位Anterior displacementの他に、従来の正常な位置の円板をAnterior typeとし、これに下顎前突症患者特有のFully covered type, Posterior type.を定義した。さらに、剛体ばね理論による力学解析により、これら円板形態、位置が顎関節に加わる負荷の方向に一致する可能性を見出した。また側面頭部X線規格写真を用いた顎顔面骨格形態の分類Class I, II, IIIと、顎関節に生じる負荷方向の傾向が力学的解析により示唆された。これらの所見は、過去の顎顔面形態、咬合様式による顎関節症状の発現頻度に関する報告との整合性を示唆するものであった。軸位頭部X線規格写真分析からの下顎頭長軸角についても、顎顔面形態との関連性があった。特に顔面非対称症例(下顎偏位)に対する正面頭部X線規格写真を用いた2次元剛体ばね理論による顎関節応力解析の結果から、顎関節の負荷の大きさ、角度の左右差が顎骨非対称に関連していることが示唆された。さらに3DCTを用いた顎関節応力解析プログラム作製に先立ち、入力データの検討を行った。実際の顎関節CTデータから座標を抽出し、近似曲線、面を作製した。咬合力中心の座標変換は実際の咬合力測定結果から置換した。これら入力データを用いて現在、顎関節応力解析プログラム作成中である。側面および正面頭部X線規格写真を用いた、剛体ばね理論モデル(RBSM)によるプログラムを用いて顎関節応力分布解析を行ってきた。さらに3DCTによる3次元プログラムの開発を行い、実際の患者の骨格安定性、顎運動機能、咬合力などのデータをもとに総合的に判断し明らかにすべく研究を行った。CTデータから得られる座標値と座標系は,そのまま使用不可能なので、モデル化を行う前に,座標値の変換(pixelからmmへ),座標系の変換を行った。下顎頭の近似関数として本3次元解析では,B-スプライン関数を用いた。CADシステムにて座標をB-スプラインで繋いで枠組みを作成し、そこに面を張ってサーフェスを作成した。3次元顎関節接触圧解析のモデルでは術後も骨片間が強固に固定されているものとし下顎骨全体を剛体ばねモデルの1要素モデルを用いてモデル化した。このとき、自由度として3次元方向(x,y z)の並行変位と各軸周りの剛体回転変位をオトガイ最下点(Me)に設けた。筋力による外力はこの自由度設定位置に作用するものとし、咀嚼筋の筋力はすべてこの点の外力に換算した。関節窩と下顎頭で構成されている顎関節には、下顎頭の輪郭に沿って接触圧を計算するための積分点を設けた。また、この部分は比較的滑らかであり、垂直方向の表面力、すなわち接触圧のみ伝達するものとし、せん断方向に対しては抵抗しないものと仮定して積分点毎に垂直ばねのみを設けた。歯牙部の反力は咬合平面の咬合力中心点に法線方向に設定して計算する。(咬合力分布解析結果から、この点は算出される。以上のプログラムを用い実際の顎変形症症例の解析を試み下顎対称患者と非対称患者では顎関節の応力分布状態が異なる傾向が認められた。本手法により応力分布状態に基づいた顎骨、咬合および下顎頭の位置決めに有用な情報になるべく更なる検討を行っている。。剛体ばね理論による下顎頭接触圧分布のモデル化を行った。側面頭部X線規格写真を用いたプログラムは法政大学工学部、竹内則雄教授と共同開発したものを応用した。剛体ばね理論の1要素モデルを用いてモデル化した。本モデルでは術後も骨片間が強固に固定されているものとし下顎骨全体を1要素として考えており、平行変位(u,v)と回転(θ)の3自由度を下顎角部に設け、顎関節の相対的な応力の大きさ、方向、変位量、相対的な咬合力を算出した。

同様に正面頭部X線規格写真を用いた、剛体ばね理論モデルプログラムによる顎関節応力分布解析を行った。各方向での2次元シミュレーションの整合性を検討すると同時に、正面側面頭部X線規格写真情報をまず幾何学的に統合した疑似3次元的な、顎関節応力分布解析を行い、再度その整合性を検討した。実際の患者のレントゲンをコンピューターに入力し計算し検討した結果、剛体ばね理論による力学解析により、これら円板形態、位置が顎関節に加わる負荷の方向に一致する可能性を見出した。また側面セファロを用いた顎顔面骨格形態の分類Class I, II, IIIと、顎関節に生じる負荷方向の傾向が力学的解析により示唆された。軸位方向から下顎頭長軸角についても、顎顔面形態との関連性があり、これらの情報は、咬合と骨格形態を変更し、正常に近づける外科矯正手術を行う上で非常に重要な情報であると考えられた。非対称症例に対する正面頭部X線規格写真を用いた2次元剛体ばね理論による簡易的顎関節応力解析の結果から、顎関節の負荷の大きさ、角度の左右差が顎骨非対称に関連していることが示唆された。また、外科矯正手術により顎骨および咬合の改善を行うことで、左右顎関節の応力バランスが改善されることが示唆された。3DCTからら顎関節表面形状の座標抽出、近似曲線、面の検討絵尾行った。入力データの検討を行い、3次元顎関節応力解析プログラム作製を行っている。現在、側面および正面頭部X線規格写真を用いた、剛体ばね理論モデルプログラムによる顎関節応力分布解析を行った。さらに、3DCTによる3次元プログラムの作製に着手したところである。3DCTを用いた顎関節応力解析プログラムを完成させ、実際の顎変形症患者のデータを入力し解析を進める。臨床的に妥当性の検討を随時行い、プログラムの改変を行い臨床応用可能となるようにする。より少ない情報量で的確な解析結果が得られることが理想であり、3次元CTによる情報が臨床的に必要なのか、2方向の頭部X線規格写真による解析で十分か否かを臨床的に、骨格安定性、顎運動機能、咬合力などのデータをもとに総合的に判断し明らかにするつもりである。現在、CT情報による3次元的な顎関節応力解析プログラム作成を行っている。2次元情報での解析結果と3次元情報での解析結果を照らし合わせ検討する。これをもとに顎関節応力解析を加味した手術シミュレーションの開発および、臨床応用可能とする。また、動物実験による顎骨骨切りモデルにより顎関節の応力分布状態と形態変化を肉眼的、組織的にも検討する。該当なし現在も使用している消耗品(CD-R,咬合力感圧シート、動物実験用動物、飼育費、実験器具など)の他、3次元応力解析プログラム作成のため、CT画像から顎関節形態を近似させるための曲線、平面を決定するCADソフトウェアの購入を予定している。学会発表旅費、打ち合わせ旅費、論文代にも随時使用予定している。