hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
臨床応用に向けた長期保存可能なバイオ型人工肝臓の開発研究

1.肝細胞スフェロイド大量取得法の検討ハイブリッド型人工肝臓モジュールの機能中心として肝細胞スフェロイドの迅速大量作成を目的に、スフェロイド作成実験を行った。灌流分離法によって得られた肝細胞をメタクリン酸ポリマー添加培地中で旋回培養すると48時間後には約80%の肝細胞がスフェロイドを形成することが判明した。この旋回培養方法により大量のスフェロイド作成の可能性が示された。2.冷凍保存法の研究a.装置化材料の基礎研究1)モジュール筐体の耐凍結性についての検討ポリカーボネート樹脂(PC)、スチレン・ブタジエンブロック共重合体棚脂(AFX)、アグリロニトリル・スチレン共重合体樹脂(AS)について凍結保存・急速解凍を行い、容器漏洩試験を行った。AFXには変形・漏洩を認め、ASは破損したがPCには損傷を認めなかった。筐体の素材にはPCが適していると考えられる。2)膜素材の耐凍結性についての検討ポリエチレン、セルロースジアセテート、ポリアクリロニトリルの3膜素材について凍結保存実験を行ない解凍後の中空糸リ-ク試験にて評価した。ポリエチレン膜のみがリ-クを認めなかったが、今後他の素材、肝細胞との親和性についても検討を行い最適な素材の選定を行う予定である。b.凍結保存後の肝細胞スフェロイドの検討DMSO添加L-15培地で、肝細胞スフェロイドを毎分1°Cの速度で冷却、-80°Cで7日間凍結保存後、機能を評価した。解凍後形態は保たれていたが、106個細胞あたりのアルブミン産生能(μg/日)は非凍結16、凍結0、尿素合成能(μg/時)は非凍結0.43、凍結0.23であり凍結すると機能が低下した。今後の非実質細胞との混合スフェロイドの凍結実験においては、非実質細胞による肝細胞保護が期待されるが、凍結方法についてもさらなる検討が必要である。大量の肝細胞を充填した人工肝の開発を目的として今年度は以下の実験を行った。1.迅速肝細胞スフェロイド作成法の検討ハイブリッド型人工肝臓モジュールの機能中心として肝細胞スフェロイドの迅速大量作成を目的に、スフェロイド作成実験を行った。EGTA,Ca2+無添加灌流分離法によって得られた肝細胞を旋回培養すると6時間後には約80%の肝細胞がスフェロイドを形成することが判明した。2.冷凍保存法の研究a.装置化材料の基礎研究1)モジュール筐体の耐凍結性についての検討ポリカーボネート樹脂(PC)、スチレン・ブタジエンブロック共重合体樹脂(AFX)、アクリロニトリル・スチレン共重合体樹脂(AS)について凍結保存・急速解凍を行い、容器漏洩試験を行った。2)膜素材の耐凍結性についての検討ポリエチレン、セルロースジアセテート、ポリアクリロニトリルの3膜素材について凍結保存実験を行ない解凍後の中空糸リーク試験にて評価した。ポリエチレン膜のみがリークを認めなかったが、今後他の素材、肝細胞との親和性についても検討を行い最適な素材の選定を行う予定である。b.肝細胞スフェロイドの凍結条件の検討上記方法にて作成した肝スフェロイドを凍結保存するための至適凍結条件(DMSO濃度、冷却条件)を解凍後の尿素合成能を経時的に測定し検討した。
肺癌の薬剤耐性に関わるパクリタキセル標的分子のプロテオーム解析法による同定

肺癌細胞株におけるパクリタキセル耐性関連タンパク質の同定とその機能解明を目標とした.パクリタキセル固定化ビーズを用いてタンパク質回収を行ったところ,パクリタキセル耐性細胞株において特異的に発現するタンパク質を回収することが可能であった.これらのうちFIGNL1タンパクが特に耐性細胞株で強発現していた.FIGNL1をsiRNAでノックダウンすると,耐性細胞株において低濃度パクリタキセル曝露でも細胞生存率が60-70%まで低下することが明らかになった.パクリタキセルへの耐性を示す肺癌細胞株において,耐性に関与するパクリタキセル関連タンパク質(paclitaxel resistance-associated protein)がを同定し,肺癌臨床検体における薬剤感受性を規定する因子を見出すことを目標とする.このタンパク質の候補を選出し,肺癌細胞株におけるノックアウトおよび強制発現実験を行い,耐性機構の制御に関与する因子となりうることを明らかにしたい.当初の目的では,上記を25年度の目標とした.まず最初にFGビーズから作成したパクリタキセル固定化ビーズを用いてパクリタキセル結合タンパク質を回収して感受性株と耐性株との間で発現に差があるタンパク質を切り出し,それをLC-MS/MS解析に供することとしていたが,数回の実験で得られる(銀染色で回収できる)タンパク量が少なく,なかなか満足の得られる収量を得られなかった.このため,電気泳動の条件検討や,ビーズと細胞溶解液との反応時間などの検討に時間を要しているため,特定のタンパク質の分離,精製まで至っていない状態である.パクリタキセル固定化ビーズの品質や,それ以外の反応条件についてもまだ,検討を必要とする段階であるため,25年度は当初想定していたような成果は得られていない.再現性を持ったタンパク質を検出することが本研究の最重要点であるために,次年度に確実なタンパク回収の方法を確立させて次のステップに進みたいと考えている.パクリタキセルへの耐性を示す肺癌細胞株において,耐性に関与するパクリタキセル耐性関連タンパク質(paclitaxel resistance associated protein)を同定することを目標とする.パクリタキセル固定化ビーズを用いてタンパク回収を行ったが,ビーズによる回収が少なく,パクリタキセル固定化ビーズを再合成する必要があった.それ以降条件検討,およびタンパクの回収には比較的時間を要し,耐性細胞株特異的なバンドを回収するところまで達している.当初の計画ではLC/MS解析は外注で行うこととしていたが,学内にてLC/MS解析を用いたプロテオーム解析が可能となったため,比較的安価にショットガン方式でバンドの同定が可能となっている.今年度はタンパクの同定を引き続き行う予定である.パクリタキセルへの耐性を示す肺癌細胞株において,パクリタキセル耐性関連タンパク質(paclitaxel resistance- associated protein)を同定することを目標として研究を行った.当初合成していたパクリタキセル固定化ビーズではバンドの回収に再現性を得られず,何度かの合成及び再現性の評価を行うことに時間を要した.パクリタキセル固定化ビーズの再合成後は安定したタンパク回収が可能となり,耐性細胞株であるRERF-LC-KJに特異的なバンドを回収可能であった.このバンドを回収した後にLC-MS/MS解析に供した.これらのうち,FIGNL1 (fidgetin like-1)タンパクが耐性細胞に特異的に強発現していたことを確認した.また,FIGNL1の機能解析を行うために,FIGNL1をsiRNAにてノックダウンし,パクリタキセルへの耐性の変化をIN-CELL analyzerで観察したところ,最も耐性のあるRERF-LC-KJにて耐性の低下を認めた.50%抑制濃度(IC50)の測定は未達であるが,もともとのIC50=40uMであるが,siRNAでFIGNL1をノックダウンした細胞株ではパクリタキセル濃度9nMでも増殖は60-70%のレベルまで抑制されていた.本来であればパクリタキセル感受性肺癌細胞株においてFIGNL1を強制発現させたときの耐性の変化を観察することが必要であったが,本研究では未達であった.肺癌細胞株におけるパクリタキセル耐性関連タンパク質の同定とその機能解明を目標とした.パクリタキセル固定化ビーズを用いてタンパク質回収を行ったところ,パクリタキセル耐性細胞株において特異的に発現するタンパク質を回収することが可能であった.これらのうちFIGNL1タンパクが特に耐性細胞株で強発現していた.FIGNL1をsiRNAでノックダウンすると,耐性細胞株において低濃度パクリタキセル曝露でも細胞生存率が60-70%まで低下することが明らかになった.パクリタキセル固定化ビーズの品質にばらつきがあり,回収量が一定にならないので,新たにビーズの作成が必要となったため.腫瘍生物学ビーズの再合成によって再現性を持ったタンパク質の同定が可能となっているので,学内にてLC/MS解析を行い,パクリタキセル耐性細胞株において特異的に発現しているタンパク質の同定を行う予定である.当初の目的では,まず,パクリタキセル固定化ビーズを用いてパクリタキセル結合タンパク質を回収して感受性株と耐性株との間で発現に差があるタンパク質を切り出してLC-MS/MS解析に供することとしていたが,数回の実験で得られるタンパク量が少なく,なかなか満足の得られる収量を得られなかった.

このため,電気泳動の条件検討や,ビーズと細胞溶解液との反応時間などの検討に時間を要しているため,特定のタンパク質の分離,精製まで至っていない状態である.当初は学会等での発表を行うために旅費申請を行っていたが,進捗の遅れにより成果発表を行っておらず,剰余分が発生したため.電気泳動の条件検討や,ビーズと細胞溶解液との反応時間などの検討に時間を要しているため,特定のタンパク質の分離,精製まで至っていない状態である.パクリタキセル固定化ビーズの品質や,それ以外の反応条件についてもまだ検討を必要とする段階であるため,25年度は当初想定していたような成果は得られていない.再現性を持ったタンパク質を検出することが本研究の最重要点であるために,次年度に確実なタンパク回収の方法を確立させて次のステップに進みたいと考えている.今年度に成果発表のために学会発表を行う予定とする.
3、6-アンヒドロガラクトース含有多糖の新分析法の開発

海藻に含まれる粘質多糖の新分析法を開発した。以下に要約する。1.乾燥塩酸ガスをエチルメルカプタンに吹き込み、0.5N塩酸-エチルメルカプタンを調製した。スサビノリから抽出したポルフィランを真空乾燥後、上記溶液中で反応(メルカプトリシス)させると、構成糖〔ガラクトース、3、6-アンヒドロガラクトース(3、6-AG)、6-O-メチル-ガラクトース〕ジエチルメルカプタール誘導体として単糖化することが、薄層クロマト上観察された。しかし、反応中に少量の炭化物が生成した。そこで、少量の1.0N塩酸-メタノールを反応液に加えると、多糖の溶解度が向上し炭化物は生成せず、定量的な分解が可能になった。2.反応物をTMS誘導体とし、GLC(100%メチルシリコンキャピラリカラム)で分析した。各単糖誘導体は、それぞれが1ピークとして出現し、それらは充分に相互分離した。また、メタノール添加に伴うメチルグリコシドのピークは検出されなかった。次に、GLCを用い、反応の至適温度と時間を検討した。ポルフィランは、60度で6時間のメルカプトリシスによって、完全に構成単糖へ分解しており、それらは72時間後も安定であった。3.得られた分析条件を、他の代表的な粘質多糖(アガロース、カラゲナン)に適用したところ、ポルフィランと同様の結果を得た。すなわち、この方法は3、6-AG含有多糖全般に適用できる方法であった。今回確立した新分析法により、粘質多糖から、その不安定さゆえに単糖化することのできなかった3、6-AGのみならず、全ての構成糖を定量的に単糖化できた。さらに、得られた単糖ジエチルメルカプタールをTMS化後、GLCで分析することにより、全ての構成糖を再現性よく分離定量することができた。以下に要約する。
農産物の測定と計測方法に関する総合的研究

近年,農業の新しい展開として,植物培養,ハイテク画像処理技術の応用による農産物の品質向上と省力化,及び米の品質向上と食味の問題がクロ-ズアップされて来ている。しかし,これらの利用技術の確立を計るには,これらに関する農産物の物性を明らかにすることが不可欠である。このニ-ドに答えることが本研究であり,初年度の計画目標は概ね達成することができた。ここに研究成果の主なものを上げる。(1)米の食味とそれに関する物性値の関係を,乾燥から精日にわたって明らかにすることができた。(2)培養植物の成長計測を電気的,磁気的方法により計測の可能性を明らかにした。(3)トマトの製果の特性を水ポテンシャルの計測により明らかにした。(4)カキのタンニンの測定法を体系化し,カキの糖分の測定方法を明確にした。(5)青果物の分光分析法による内部成分の評価方法及び損傷果の分光特性を明らかにし,画像処理展開への基礎的資料を示した。(6)青果物の画像処理特性及び視覚的画像処理による色,形状の認識方法を確立した。(7)青果物の音の伝達特性により,内部品質と評価する方法を明らかにした。これらの結果は,農産物性研究第4集としてまとめ,発行する予定である。本年度の研究計画に基づき、一般性のある農産物の計測方法の策定を目標に、従来の研究を、各分担者ごとに収集、整理を行い、新たな展開を求めて実験が進行されている。また、分担の研究企画ごとに、研究者のネットワ-クを通じ、フロッピ-デスクの交換により情報交換の効率化を計っている。研究の主なものは、1)米の味成分の基礎物性の研究では、籾の品質変化に関係する貯蔵温度と籾水分の品質の関係を、品質の指標として発芽率と脂肪酸度を計測する方法を確立した。2)植物の培養菌の物性研究では、培養中の植物カルス(タバコ、ニンジン)をカラ-画像の測定方法を確立し、物性の測定の検討を行っている。3)農産物の自然裂果特性については、トマトを対象に、成育中の果皮近傍の水分状態の激変による自然裂果についての、果皮組織中の応力蓄積度の計測方法について、検討中である。4)農産物の視覚的画像特性については、農作物の立体形状の色の認識を試み、温州みかんに対する計測方法を検討中である。また、トマトのビデオ画像を、R.G.B成分に分解し、エッジ検出処理を行い、果実内の傷、変色等の識別の方法を明らかにした。5)農産物の分光及び内部品質特性について、トマト、メロン、ナシ、モモ等の正常な部分、変色した部分につき、分光反射特性より、損傷を検出する方法を検討中である。また、柿果実のインベルタ-ゼ抽出から、糖組織を測定する方法を明らかにした。7)青果物の音の伝達特性については、スイカ、メロンについて、音の伝達性より熟度を判定する方法を明らかにした。以上の項目について、更に次年度において研究を行い、農産物性研究第4集の発行と共に平成3年の学会において、上記課題につきテ-マセッションを行うべく準備を進める。初年度の研究計画に基づき,農産物の一般性のある計測方法の策定を目標に,従来の研究を各分担者ごとに収集,整理を行ない,新たな展開を求めて,実験が遂行された。また,情報の交換は各分担の研究企画ごとに,研究者のネットワ-クを通じ,効率化が計られ,研究の推進に大いに役立った。主な研究は,(1)米の味成分の基礎物性の研究では,米の食味に関係する理化学的要素,評価法,米原料と米商品の品質向上の点からの研究である。(2)植物の培養苗の物性研究では,培養中の植物カルスをカラ-画像の測定法と,培養植物の成長計測を確立した。(3)農産物の自然裂果特性については,トマトを対象にトマト裂果と力学的特性及び水ポテンシヤルとの関係を明らかにした。(4)農産物の視覚的画像特性については,農産物の立体形状と色の認識方法を確立した。また,トマトのビデオ画像を,R.G.B成分に分解し,エッジ検出処理を行ない,果実の傷,変色等の識別方法を明らかにした。

(5)農産物の分光及び内部品質諸特性について,トマト,ナシ,リンゴ,モモ,カキ等の正常果と損傷果の分光反射特性から,損傷果を検出できる波長域を明らかにすることができた。(6)カキのインベルタ-ゼ検出から,糖組成を明らかにすることができた。(7)青果物の音の伝達特性については,スイカ,メロンの音の伝達性より,熟度を判定する方法を提案することができた。これらの結果は,平成3年4月の農業機械学会において,テ-マセッションを行ない,広くこの成果を公表する。
副腎髄細胞カテコールアミン分泌に関与する細胞膜蛋白質の動態と薬物作用の解析ーー培養細胞での検討ーー

1.電位依存性Naチャンネル:副腎髄質細胞への^3H-サキシトキシン結合は、Kd5.8nMBmax.427.2finds/10^7cellsであった(雑誌論文1)。ベラトリジンで数時間刺激した細胞では、^3H-サキシトキシン結合のBmaxが低下し(Kdは不変)また、^<22>Na流入の最大値も低下した。この効果は、可逆的であり、サキシトキシンで拮抗された(雑誌論文2)。現在、ウシ副腎髄質細胞全ゲノムDNAを調製し、ラット脳電位依存性Naチャンネル・タイプIIIのCDNA(1240bp)をプローブとして用いて、副腎髄質細胞のNaチャンネルmRNAの変動並びにゲノムDNA塩基配列決定を試みている。コノトキシンGIIIAは、^3-サキシトキシン結合に影響を与えないが、ベラトリジンによる^<22>Na流入を高濃度で阻害した(雑誌論文3、4)。ブレベキトシンは、ベラトリジンによる^<22>Na流入を著しく促進した(雑誌論文5)。2.^3H-フェンサイクリジン結合、作用機序の解析:ヒトにおいて精神分裂病様症状をおこす本薬物は、ニコチン様受客体ーイオン・チャンネル並びに電位依存性Naチャンネルに結合し、^<22>Na流入を阻害した。本薬物は、電位依存性Caチャンネル、Kチャンネルに対しては直接の阻害作用は示さないが、Na流入を抑制することにより、結果的にはカンバコール、ベラトリジンによる^<45>Ca流入、^<86>Rb流出、カテコールアミン分泌を著しく低下した(雑誌論文6)。3.三環系、四環系抗うつ薬:ニコチン様受客体ーイオン・チャンネル、電位依存性Naチャンネルに結合することを、^3H-イミプラミンを用いた実験で示し、これらの薬物が^<22>Na流入を抑制することにより^<45>Ca流入、カテコールアミン分泌を著しく低下させることを示した(雑誌論文7)。4.ニコチン様受客体:ネオスルガトキシン、ヒストリオニコトキシンが、カルバコールによる^<22>Na流入、^<45>Ca流入、カテコールアミン分泌を阻害した(IC_<50>27nM、3μM)(雑誌論文8)。1.電位依存性Naチャンネル:^3H-サキシトキシン結合は, Kd5.8nM, Bmax427.2fmoles/10^7cellsであった.α-サソリ毒,イソギンチャク毒は,ヴェラトリジン,アコニチンによる^<22>Na流入を著しく増強した.サキシトキシンは,これらの神経毒による^<22>Na流入を抑制した(IC_<50>9.2nM)(雑誌論文1)が, μ-コノトキシンは阻害せず(雑誌論文2),副腎髄質細胞のNaチャンネルが神経組織のそれと類似していることを示した.

さらに,細胞内へのNa流入, Ca流入に依存して, Naチャンネルの密度が減少(down-regulation)することも認めている(雑誌論文3).2.Kチャンネル:細胞外への^<86>Rb流出を測定し,副腎髄質細胞には,電位依存性Kチャンネル, Ca依存性Kチャンネルの存在すること,また,カルバコール,ヴェラトリジンは主として前者のKチャンネルを,高濃度Kは主として後者のKチャンネルを,活性化することを示した(雑誌論文4). 3.^3H-フェンサイクリジンは,受容体-イオンチャンネル(Kd4.3μM),電位依存性Naチャンネル(Kd77.4μM)に結合した.フェンサイクリジン(≦10μM)はカルバコールによる^<22>Na流入のみを阻害したが,高濃度(10μM<)ではヴェラトリジンによる^<22>Na流入をも抑制した.この薬物は,電位依存性Caチャンネル, Kチャンネルを阻害しないが, Na流入を抑制することにより,二次的に, Ca流入, K流出,カテコールアミン分泌を低下させる(雑誌論文5). 4.三環系,四環系抗うつ薬が,受容体-イオン・チャンネル,電位依存性Naチャンネルに結合することを^3H-イミプラミンを用いた実験で示し,これらの抗うつ薬が, Na流入を抑制することによりCa流入,カテコールアミン分泌を著しく低下させることを示した(雑誌論文6).5.アセチルコリン受容体,電位依存性Caチャンネル, Na,K-ATPaseの動態に関しては,実験準備中である.1.電位依存性Naチャンネル:ブレベトキシン(PbTXー3)は、ベラトリジンによる^<22>Na流入、^<45>Ca流入、カテコールアミン分泌を著しく促進した(EC_<50> 10nM)(雑誌論文1)。コノトキシンGIIIAは、^3H-サキシトキシン結合に影響を与えないが、高濃度でベラトリジンによる反応を低下させた(IC_<50> 6μM)(雑誌論文2)。ベラトリジンで数時間処理した細胞では、細胞内へのNa流入、Ca流入に依存して、^3H-サキシトキシン結合のBmaxが低下し(Kdは不変)、また、ベラトリジン、αーサソリ毒による^<22>Na流入の最大価も低下した。このベラトリジン処理の効果は可逆的であり、サキシトキシンで括抗された(雑誌論文3)。現在、ウシ副腎髄質細胞全ゲノムDNAを調製し、ラット脳電位依存性Naチャンネル・タイプIIのcDNA(1240bp)(Tufts大学より供与)をプローブとして用いて、刺激に対応して生じる副腎髄質細胞NaチャンネルのmRNAの変動を試みている。2.ニコチン様受容体:ネオスルガトキシンは、カルバコールによる^<22>Na流入、^<45>Ca流入、カテコールアミン分泌を競合的に阻害した(IC_<50> 27nM)。ヒストリオニコトキシンは、カルバコールによる反応を非競分的に抑制した(IC_<50> 3μM)(雑誌論文4)。他方、ジハイドロβエリスロイジンは、カルバコールによる反応を高濃度で低下させた。(IC_<50> 100μM)。^3Hーlーニコチンの副腎髄質細胞への結合は、saturable,reversibleであり、association,dissociationのhalf-timeは、それぞれ約90秒であった。結合のKd(50μM)は、lーニコチン作用のEC_<50>(16μM)とほぼ一致した(未発表)。
ダイマー単位の縮合を用いたホスファイト法によるDNAオリゴマー合成法の開発

従来のフォスファイト法によるデオキシオリゴヌクレオチドの自動合成法の改良を試験的に行なった。従来の方法での縮合単位がモノマーであるので、これをダイマー単位の縮合法に改めることを検討した。チミジンを出発物質として、5 ́-0-ジメトキシトリチルチミジン3 ́-(0-クロロフェニル)リン酸を常法に従って合成した。これに無保護のチミジンを縮合剤MSNT存在下縮合させるとダイマーが得られる。このダイマーには副産物である3 ́→3 ́結合のダイマーが少量含まれるので、シリカゲルカラムクロマトにより3 ́→5 ́結合のものを精製単離した。3 ́側に縮合した又クレオシドの糖部を保護しなくても収率よく目的のダイマーが得られたことは、この方法を簡便化することになる。つづいて、ダイマーの3 ́水酸基を亜リン酸化してホスファイト法の縮合単位を得た。縮合単位であるダイマーをアセトニトリルに溶解し、ABI社製のDNA自動合成機に設置し、合成機のコンピューター制御下でペンタデカチミジル酸の合成に行った。縮合収率は平均99%以上であり、通算収率は95%であった。この結果は、従来のモノマー単位の縮合による合成と比較して十分な成績であるので、合成法として使用でき、ダイマー単位を使用する分だけ合成時間の短縮となり、それが結果的には収率の高上となる。本研究ではペンタデカチミヂル酸を1μmolのチミジン結合担体から出発し、2段階のHPLCによる精製を経て、39A260ユニット得ることができ、これは約30%の収率に相当し、極めて良好な結果である。従って、自動合成機によるデオキシオリゴヌクレオチドの合成に改良を加えることができた。
14族重元素(ケイ素・ゲルマニウム)置換トリプチセン類の合成と物性の研究

本研究では、以下の3点について検討を行い、表題研究における基礎的な知見を得た。1.9,10-ジシラトリプチセンの化学変換反応の検討既に開発した合成法により、橋頭位にヒドロシリル基を有するジシラトリプチセン類(1)を合成し、a)1の光および熱反応,b)1のヒドロシリル基のハロゲン化反応によるヨードジシラトリプチセン類(2)の合成、c)2のヨードシリル基のアルキル基,フィニル基,ヒドロキシル基への変換反応について検討した。a)ではジシラトリプチセンが熱的・光化学的に安定であることが明らかになり、b)では目的とするヨードジシラトリプチセン類の合成が高収率で達成でき、c)では有機リチウム試剤の利用により、目的とする置換基の導入に成功した。これらの知見は表題化合物への各種の置換基の導入が可能であることを示唆している。2.9-ゲルマ-10-シラトリプチセン(3)合成の検討ジシラトリプチセンに続くゲルマニウム類似体として3の合成を試みた。3の前駆体であるトリス(o-ヨードフェニル)ゲルマン類(4)の合成は、ベンザイン副生に悩まされるo-ヨードフェニルリチウムの使用を避け、ヨード基の代わりにトリメチルシリル基を有するo-トリメチルシリルフェニルリチウム(5)を利用し、5をテトラエトキシゲルマンと反応させ、得られた化合物のトリメチルシリル基を一塩化ヨウ素によりヨード基とする方法を用いて達成した。目的化合物(3)の合成は、前駆体(4)をリチオ化し、トリクロロシラン類と反応させることで達成した。この方法は各種の3が得られる可能性を示している。3.14族重元素置換トンリプチセン類の分光学的性質1、2で得られた化合物の^1H-,^<13>C-NMRの化学シフト,電子スペクトルの吸収波長を検討し、この化合物群の分子内の3つのベンゼン環がトリプチセンよりも電子的に大きく相互作用していることが明らかとなった。現在、この化合物群の構造解析・性質についてさらに検討中であり、上記結果の投稿を準備している。
植物油脂貯蔵制御因子の全自動生物発光連続モニタリングを使った網羅的な遺伝学的同定

植物の油脂の合成や貯蔵に重要な役割の担う遺伝子の発現をLUCレポーターの発光でモニターできるシロイヌナズナ植物を作り、自動連続発光モニター装置を使って数十万の植物をスクリーニングした。これらレポーターの発現が異常になった多数の突然変異株を分離し、T-DNAタグや次世代DNAシーケンサーによるゲノム解析を使って突然変異の原因遺伝子の同定を進めた。その結果、油脂合成酵素遺伝子の発現を活性化する因子に加え、種子での油脂貯蔵に関わる遺伝子の発芽後の発現抑制に関わるこれまで知られていなかった因子を見出すことが出来た。DGAT1p::LUC導入植物とOleS3ρp::LUC導入植物の中から、導入遺伝子が1コピーで、発光強度が適切な株を選抜して多くの自殖種子を得た。DGAT1p::LUC導入植物を更に35Sエンハンサーを4コピーもつT-DNAで形質転換してアクティベーションタグラインを作成し、ハイスループット生物発光連続モニター装置を使って約29万のT2幼植物体のスクリーニングを行い、発光の強い一次変異株候補258ラインを得た。その46ラインのうち17ラインは果実での発光も強く、さらにその中の6ラインは果実当たりの油脂含量も高かった。その一つについては原因遺伝子を同定し、残りの一次変異株候補も含めて解析を進めている。また、EMS処理したDGAT1p::LUC導入植物種子2000個から得たM2幼植物体2万個体をハイスループットモニター装置でスクリーニングし、元株よりも発光強度の弱い一次候補115ラインを得た。各ラインの自殖種子約40個体の発光をモニターし、後代でも発光レベルの低い変異株候補を17ライン得た。その殆どは果実での発光も低く、種子油脂含量も低下していた。次世代シーケンサを使った原因遺伝子同定のための解析ソフトに改良を加えているが、多くの変異株は多数の変異を含み、原因遺伝子同定は困難が伴うと危惧された。野性型株ではOleS3p::LUC遺伝子は発芽直後に一過的な発現の後に消失するが、hsi2変異株やhsi2 hsl1二重変異株では発芽後に発光が増加し、発芽後のOleS3の発現抑制に関わる変異株スクリーニングに優れた系であることを確認し、EMS処理したOleS3p::LUC導入植物種子からハイスループットモニター装置を使って、発芽後の芽生えでも発光を示す多くの一次変異株候補を得た。EMS変異源処理したDGAT1p::LUC植物種子から、全自動LUC連続発光モニタリング装置を使い、次世代の芽ばえでもLUC発光が有意に低下した突然変異株候補を多数えた。それらの中で、10-2D12変異株は次世代でもLUC発光が低下し、種子登熟期のLUC発光と種子油脂含量の低下も認められ、マッピングによって2番染色体上にあるAT2G45380遺伝子の近傍に原因遺伝子が位置することが示唆された。また、1-9B7変異株は、種子の油脂含量の低下も顕著であり、中部大学に導入された高感度連続モニター装置を使って低LUC発光を示すF2ラインのスクリーニングを終えた。EMS処理したOleS3p::LUC導入株種子から、種子発芽後にOleS3p::LUCが脱抑制を受けて発現する突然変異株の大量スクリーニングを行い、これまでに約12万株の植物から、発芽後のLUC発光の経時変化に異常を示す約50株を選抜した。その他に、LUC発光の経時変化に異常を示し、生育に著しい異常を示す変異株も多く見られた。次世代でも表現型が再現されたものについて、二次スクリーニングを通して変異株の発光の経時変化による分類仕分けを進めており、一方で改良を進めた次世代シーケンサのシーケンス情報解析ソフトを使った解析の準備を進めた。また、今年度新たに、OleS3p::LUCを導入したhsi2-2変異株の中で見られる発芽後のLUCレポーター遺伝子の脱抑制が回復する復帰変異株候補の大量スクリーニングも行い、約2万個の植物をスクリーニングして、hsi2-2変異株の中では見られなくなったOleS3p::LUCの発芽後の一過性発現のピークが一部回復した変異株候補を得た油脂合成系の最終段階をモニターするDGAT1p::LUC植物種子をEMS変異源処理して得られた植物から、全自動LUC連続発光モニタリング装置を使ったスクリーニングで、LUC発光の有意な低下が次世代でも見られる変異株候補が多数得られていた。それらの中で、10-2D12と1-9B7は次世代でも種子登熟期のLUC発光のみならず種子油脂含量の低下も認められた。この2つのラインについて低LUC発光個体集団のゲノムDNAを高速シーケンサーにかけ、研究協力者の鈴木孝征博士が作成・改良した解析ソフトMITSUKALで解析した。

しかし、ノイズが高く原因遺伝子候補の絞り込みに至らず、マッピングによる原因遺伝子の推定作業を継続しており、10-2D12についてはAT2G45380近傍に原因遺伝子が位置することが分かっている。油脂貯蔵のためのオレオシン遺伝子の発現をモニターするOleS3p::LUC導入株種子をEMS処理して得られた植物から、種子発芽後のOleS3p::LUCの抑制が弱く発現が持続する変異株の大量スクリーニングを行い、約12万株の植物から発芽後のLUC発光経時変化に異常を示す約50株を選抜した。芽ばえでのLUC発光が野性型よりも長く持続する株には、生育の遅延を示して稔性の低下したものが多く、種子成熟遺伝子の発芽後の発現抑制が栄養成長への転換とリンクしていることを示唆している。その中のOL8#42-167株は、次世代でも発芽後のLUC発光が長く継続するだけでなく、内在OleS3 mRNAのレベルも高い劣性の変異であることが確認された。OL8#42-167株のゲノムDNAの高速シーケンサーとMITSUKALによる解析から、一塩基置換によってミススプライシングが起こっている遺伝子を原因遺伝子と推定してDROL1と名付けた。OL8#42-167株に野性型DROL1を導入すると変異は相補され、DROL1へのT-DNA挿入破壊株はOL8#42-167株と類似した表現型を示した。DROL1遺伝子は機能未知のタンパク質をコードしており、その機能解明が次の課題である。26年度が最終年度であるため、記入しない。植物生化学・分子生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。ハイスループットモニター装置を使ったスクリーニングによってDGAT1p::LUC導入植物についてはエンハンサータグラインとEMS処理種子からの両方について、またOleS3p::LUC導入植物についてはEMS処理種子から、多くの変異株候補を得ることができた。全自動LUC連続発光モニタリング装置を使った大量スクリーニングはほぼ予定通りに進めることができただけでなく、今年度当初計画になかったhsi2-2変異株の中で見られる発芽後のLUCレポーター遺伝子の脱抑制が回復する復帰変異株候補の大量スクリーニングも行い、変異株候補を見つけることができた。このように大量スクリーニングはほぼ順調にすすみ、変異株候補の収集は進んだ。その一方、変異株プールに直接次世代シーケンサを使って原因遺伝子を網羅的に同定する試みは難しい状況にあり、シーケンス情報解析ソフトの改良と変異株の分類仕分けを進める一方で、古典的なマッピングによる原因遺伝子同定も並行して進めている。計画通りに、一次変異株候補について後代での表現型の確認、DGAT1p::LUC導入植物については登熟種子での発現と種子油脂含量の解析を行って変異株を絞り込んで原因遺伝子の同定へと進む。EMS由来変異株については直接次世代シーケンサを使った原因遺伝子の解析が困難がラインが多いことから、染色体マッピングや表現型解析を進める。DGAT1p::LUCの活性化因子探索のために、DGAT1p::LUC植物種子から得られた低発光変異株、10-2D12と1-9B7、は種子の油脂含量の低下も顕著であり、マッピングによる原因遺伝子同定を最優先に進める。
可変容量直列補償回路を用いた高効率非接触給電システム

平成30年度は、前年度に検討した制御アルゴリズムの有効性検証を実施し、総合的なシステム評価を行った。これは、インバータ出力部の電流センサを用いた出力電流の位相情報と、インバータのゲート信号の位相情報を用いて、出力の力率を最適に制御するものである。可変容量直列補償回路(GCSC)を用いてこのような制御を実現することで、非接触給電システム全体の最適運転が実現できる。具体的には、インバータ部の出力電流センサの信号を用いて、電流のゼロクロスを検出し、これに対して位相差δを付けたゲート信号でGCSCのゲートを制御し、電流の立ち上がりとGCSCの制御の立ち上がりを一致させる事で、最適な力率での運転が実現できる。この方式は、非接触給電システムでのずれに対しても、インバータ側の制御で最適力率での運転を可能とするもので、給電される車両の状況によらず最適給電ができるため、効率的なシステムである。従来の固定コンデンサを用いた非接触給電システムと、力率、損失の比較を行った結果、本方式を用いたシステムでは、コイルの位置ずれに対し常に力率を1近くに保ちながらゼロ電圧ターンオンと最小電流・最低電圧でのターンオフが実現できるため、システム効率が広い範囲で高くする事が可能である事が分かった。また、GCSCを構成するSiC-MOSFETによる損失は非常に小さい事が分かった。以上の実験結果より、本提案の可変容量直列補償回路を用いた非接触給電システムは、正確な送受信コイルの位置合わせが無くても、高効率での電力伝送が非接触で行えるシステムである事が確認された。85kHzで動作する非接触給電用コイルを設計し、その位置ずれに対するインダクタンス値の変動に関し、シミュレーションを行った。検討したコイルは、スパイラル型とソレノイド型である。シミュレーションと実測により、スパイラル型は結合度を高くすることができるが、位置ずれに対する変動が大きいことが分かった。例えばコイルサイズの80%の水平位置ずれに対し、スパイラルコイルは結合度が約0.23から0.01へ変化し、ソレノイドコイルは0.18から0.1へ変化した。従って、結合度変動の大きいスパイラルコイルにGCSCを適用することで結合度の補償ができれば、システム効率の向上が期待できる。以上より、本研究開発では、スパイラルコイルを主対象として研究を行った。試作したスパイラルコイルを用いて非接触給電実験を行った。実験に用いたシステムは300Wのシステムである。送信部はSiC-MOSFETを用いたフルブリッジ回路で、GCSCを用いた可変容量補償回路(スイッチとしてSiC-MOSFET使用)の効果を評価した。回路解析により、効率や電力調整を行うためには、2次側を固定コンデンサとし、1次側にGCSCを用いた可変容量を設置することが有効であることが分かり、試作システムは1次側にGCSCを有するシステムとした。1次側にGCSCを設けた実験では、その位相制御によりシステムの力率を任意に制御することができ、出力電力の調整が可能となることを明らかにした。また、位置ずれに対しては高力率を維持する様に容量を調整することで、インバータの出力力率が調整でき、常に高力率での運転が実現できることが分かった。以上のように、GCSCを用いた非接触給電システムは、高効率電力伝送が可能であることが実験的に確かめられた。28年度は、おおむね順調に研究が進んでおり、可変容量直列補償回路の非接触給電に対する効果がまとめられてきている。ただし、当初の予定とは異なり、送信機としてのインバータを購入予定であったが、目的に合った性能価格のインバータが手に入らなかったため、SiC-MOSFETを用いて新たにフルブリッジインバータを作製し、実験に用いた。平成29年度は、前年度の結果を受け出力1kWの非接触給電システムを構築し、出力制御法、高効率運転システムに関する検討を行った。1kWの非接触給電システムは、非接触コイルの1次側にSiC-MOSFETをスイッチとしたフルブリッジインバータと、同じくSiC-MOSFETを2個とコンデンサを1個用いた可変容量直列補償回路を有し、送受電コイルはスパイラルコイル、受電はフルブリッジダイオード整流器を用いて直流に変換した後、電池を模擬した抵抗へ電力を供給することで、可変容量直列補償回路を用いた非接触給電システムの性能評価を行った。送受信コイルは、その位置ずれを考慮し、垂直距離を10cmとし、水平方向に最大12.5cmまでずらして評価を実施した。用いたスパイラルコイルの直径は30cmである。また、可変容量直列補償回路をシステム状態に合わせて制御するアルゴリズムを検討した。基本的には、インバータの力率を負荷の状態や位置ずれの状況に合わせて常に最適な力率となる様に制御することで高効率を実現するシステムである。本システムを用いた実験では、可変容量直列補償回路の有用性を評価するため、従来の固定容量を用いたシステムとのシステム損失の比較を実施した。固定コンデンサを用いる従来方式に比べ、広い出力範囲でシステム損失が小さくなることが確認できた。特に送受電コイルの位置ずれが大きい場合に、本方式は損失を従来方式に比べ低減でき、実験的に本方式の位置ずれに対する有用性が実証された。また、損失要因の解析を行い、本方式では位置ずれが発生しても常に最適力率運転が可能となることから、インバータ部の特にスイッチング損失が大幅に低下していることが明らかとなった。

1kWの非接触給電システムを構築し、位置ずれに対する効果の検証と損失を最小とする制御アルゴリズムの検討が行えた。最終的に自動調整を実現するところまでには至っていないが、概ね予定通り進んでいると判断できる。平成30年度は、前年度に検討した制御アルゴリズムの有効性検証を実施し、総合的なシステム評価を行った。これは、インバータ出力部の電流センサを用いた出力電流の位相情報と、インバータのゲート信号の位相情報を用いて、出力の力率を最適に制御するものである。可変容量直列補償回路(GCSC)を用いてこのような制御を実現することで、非接触給電システム全体の最適運転が実現できる。具体的には、インバータ部の出力電流センサの信号を用いて、電流のゼロクロスを検出し、これに対して位相差δを付けたゲート信号でGCSCのゲートを制御し、電流の立ち上がりとGCSCの制御の立ち上がりを一致させる事で、最適な力率での運転が実現できる。この方式は、非接触給電システムでのずれに対しても、インバータ側の制御で最適力率での運転を可能とするもので、給電される車両の状況によらず最適給電ができるため、効率的なシステムである。従来の固定コンデンサを用いた非接触給電システムと、力率、損失の比較を行った結果、本方式を用いたシステムでは、コイルの位置ずれに対し常に力率を1近くに保ちながらゼロ電圧ターンオンと最小電流・最低電圧でのターンオフが実現できるため、システム効率が広い範囲で高くする事が可能である事が分かった。また、GCSCを構成するSiC-MOSFETによる損失は非常に小さい事が分かった。以上の実験結果より、本提案の可変容量直列補償回路を用いた非接触給電システムは、正確な送受信コイルの位置合わせが無くても、高効率での電力伝送が非接触で行えるシステムである事が確認された。平成28年度の研究によって、非接触給電システムの1次側にGCSCを用いることで、位置ずれに強いシステムが構築できる可能性が見いだされた。平成29年度は、この成果を用いて、実際に充電される負荷を模擬して充電を制御する方式の検討を行う。具体的には、バッテリの充電を想定し、充電電圧、充電電流、充電電力等の要求に対し、システムをどのように制御すればよいかのアルゴリズム検討を行う。さらに、位置ずれが発生した場合の非接触給電システムの制御法を検討し、全体システムとしての動作検証が行えるようにする。これらの検討と並行して、充電電力を300Wから1kW程度以上に大きくするためのコイル設計を、これまでの知見を基に設計し、1kW以上でのシステムの性能検証の準備を始める。また、高電力化に伴って、共振コンデンサの電圧上昇が懸念される為、これに対する対応策を検討し、実現可能なシステムの提案へ結びつける。また更なる高効率化のため、損失要因の解析を行い、対応方法を検討する。この検討結果によっては、新たなスパイラルコイルの開発や、フルブリッジインバータの更なる高効率運転化の検討が必要となる。これらの結果を総合し、最終的な高効率非接触給電システムの開発を目指す。平成29年度の結果を受け、システム全体を高効率で運転するためにシステム制御系の検討を行う、これによって、実システムへの展開が可能なシステム提案が可能となる。
Ｋｕタンパク質が認識・結合可能なＤＮＡ二本鎖切断末端形状の解析

DNA修復酵素であるKuタンパク質のDNA二本鎖切断末端認識・結合機構を、計算化学的手法および細胞生物学的手法を用いて解析した。これまでの研究で構築したKu-DNA複合体の分子モデルを用い、従来研究に使用されてきた平滑末端以外のDNA末端形状に対するKuタンパク質の結合能力を分子シミュレーションを利用して検証を行い、突出末端を有するDNAと相互作用するアミノ酸残基を同定した。また、ライブセルイメージング法を用いてKuタンパク質が培養細胞核中の二本鎖切断損傷が発生した箇所に集積する様子をリアルタイムで観察する実験系を確立した。KuはDNA2本鎖切断(DSB)末端を認識・結合し、DSB修復経路の一つであるnon- homologous end-joining過程(NHEJ)を開始するタンパク質である。DSB発生時、DNA末端の形状は平滑末端とは限らず、切断時の状況よって様々なバリエーションが考えられる。本研究では、種々の末端形状を持つDNAとKuタンパク質との相互作用を分子シミュレーションによって解析し、Kuタンパク質と各DNA末端との結合能力を実験的に確認することでKuタンパク質が認識しうるDNA末端形状の特徴を明らかにしたいと考えている。本年度は昨年度に引き続き、DSB末端のモデル化を行った。DSB発生のメカニズムとして、1本鎖切断(SSB)部位近傍の相補鎖側に別のSSBが生じる場合を想定し、5'側、もしくは3'側に突出した末端を持つDNA分子を、それぞれ突出塩基数を12塩基に設定し設計した。また、SSBのモデルとして用いたβ-SSB(塩基が脱落し五炭糖が開環したSSB)、およびβーδ-SSB(塩基が五炭糖ごと脱落したSSB)と他の損傷とを組み合わせたクラスターDNA損傷モデルを作成し、損傷部位への修復酵素の結合能力の予測結果と修復酵素の実際の修復能力とを比較する事で今回設計した各SSBモデルの妥当性を検証した。次年度はこれらの突出末端構造をもつDNAとKuタンパク質の複合体を設計し、Ku-DNA間の結合力を平滑末端を挿入した場合と比較することで平滑ではない末端構造をもつDNA分子へのKuタンパク質の結合能力を解析する。DSBにおいて、DNA末端の形状は平滑末端とは限らず、切断時の状況よって様々なバリエーションが考えられる。DSBが生じる原因には、1本の電離放射線から生じるラジカル等によって2本鎖が同時に切断される場合も考えられるが、生体内においては1本鎖切断(SSB)の近傍に別のSSBが生じることでDSBが生じる場合が多いと考えられている。そこで本年度はDSBの末端構造として2塩基対離れた位置にβ-SSB(塩基が脱落し五炭糖が開環したSSB)、もしくはβーδ-SSB(塩基が五炭糖ごと脱落したSSB)が2塩基対離れて生じた場合を想定しDNAのモデリングを行った。次年度はこれらの末端構造をもつDNAとKuタンパク質の複合体を設計し、DNA-Ku間の結合力を、平滑末端を挿入した場合と比較することで平滑ではない末端構造に対するKuタンパク質の結合能を解析する。そこで、2種類のSSB、βSSB(塩基が脱落し五炭糖が開環したSSB)、およびβ-δSSB(塩基が五炭糖ごと脱落したSSB)を設計し、DNA分子中にこれらのSSBを挿入した分子モデルを作成、MDシミュレーションによってDNAの構造やエネルギー状態の変化を解析することでSSBモデルの妥当性を検証した(現在投稿中)。さらに今回モデル化したSSBを、5', 3'両突出末端に配置したDSBモデルを設計し、Kuタンパク質のリング構造に挿入した複合体モデルを作成、これらの分子モデルに対してMDシミュレーションを行ったところ、モデル間で結合エネルギーには大きな差は見られなかったものの、一部でKu70のN末端領域がDSBの突出領域と相互作用する様子が観察された。

放射線生物学,計算化学損傷部位を含むDNA分子に対してシミュレーションを行う場合、あらかじめ分子軌道計算ソフトウエアGAUSSIAN等を用いて損傷部位周辺の電子状態を計算しておく必要がある。今回モデリングを行ったβ-SSB、およびβーδ-SSBの5'末端側、3'末端側の各モデルにおける分子軌道計算では、開環した五炭糖等の反応の中間段階にあたる分子構造や、反応性の高い酸素やリン原子が分子末端に位置するため収束解が得にくく、初期の原子配置を変えて計算を繰り返す必要があった。また得られた計算結果が妥当かとうかを分子軌道計算以外の手法でも確認する必要があると考え、今回設計したSSBと他の損傷とを組み合わせたクラスターDNA損傷を持つDNA分子を設計し、損傷修復酵素の結合能力の予測結果と修復酵素の既報の修復能とを比較し、各SSBモデルの妥当性の検証を行ったため、当初の計画より遅れる結果となった。開環した五炭糖等の不自然な末端構造に対して分子シミュレーションを行うには、末端の電子状態を厳密に検証する必要がある。そこで、分子軌道計算ソフトウエアGAUSSIANを用いてβ-SSB、およびβーδ-SSBの5'末端の分子構造の解析を行い、各原子の最適位置と部分電荷を決定した。次にDNA分子中にこれらのSSBを挿入し、MDシミュレーションによってDNAの構造やエネルギー状態の変化を解析することで各モデルの妥当性を検証した。通常一般的な分子では1度の計算で収束解が得られることが多いが、今回モデリングを行った末端構造における分子軌道計算では、反応性の高い酸素やリン原子が末端に位置するためか計算が収束せず、初期配置を変えて計算を繰り返す必要があった。そのため、妥当な計算結果を得るまでかなりの時間を要し、当初の計画より若干の遅れが生じた。本年度得られた各SSBモデルを含む5'側、もしくは3'側突出末端を持つDNA分子を含むKu-DNA複合体モデルを設計し、数ナノ秒レベルのMDシミュレーションを行い、Ku-DNA間の結合エネルギーを推定、これまで設計したKu-DNA複合体モデルで用いてきた5'末端側にリン酸基を持つ「奇麗な」平滑末端を持つDNA分子とKuタンパク質との結合エネルギーと比較する事で、DNAの末端形状がKuタンパク質との結合力に与える影響を評価する。また各末端構造をもつDNAとKuタンパク質との結合力を、ELISA等を用いて実験的に検証する。平滑末端を持つDNA分子とKuタンパク質の複合体モデルに対し、DNA末端の塩基対を本年度得られた各SSBモデルと置換した分子モデルを構築する。SSBが生じる際塩基が脱落することを考慮し、3'末端側に1塩基数塩基突出したモデルもあわせて設計する。各分子モデルに対し数ナノ秒レベルのMDシミュレーションを行い、DNA-Ku間の結合エネルギーを推定し、平滑末端を持つDNA分子とKuタンパク質との結合エネルギーと比較することで、DNAの末端形状がKuタンパク質との結合力に与える影響を評価する。
人工軟骨・人工半月板を有する生体規範型人工膝関節の最適設計及び試作と評価

人工膝関節の設計に生体膝関節の多モード適応潤滑機構を取り込み,ハイドロゲル製の人工軟骨や人工半月板を導入し,ソフトEHL(弾性流体潤滑)作用に基づく流体潤滑膜形成を促進させるとともに,薄膜潤滑時には,吸着膜やゲル膜による保護機能を付与するための研究を実施した.まず,生体膝形状モデルの3次元曲面形状データの曲面解析手法を開発し,モデリングマシーンによる試作の体制を構築し,主要な3次元的運動を再現する実態模擬関節シミュレータを開発した.本シミュレータは,人工関節置換患者の各種症例の接触状態を再現可能な2連式であり,関節力と屈曲・回旋運動の再現とともに,内外反の片当たり状態や脛骨板沈下進行時を再現可能である.このようにして,最適設計・試作・評価システムによる最適設計システムを整備した.また,生体関節軟骨の機能を代行しうる高機能人工軟骨の実用化をめざすために,各種のハイドロゲルの性能評価を行い,摩擦摩耗挙動の問題点を明らかにした.PVAハイドロゲルについては,凍結・解凍の繰返し回数における最適条件の存在を示した.また,適切な転がり・滑り運動や安定性を実現するために半月板を含めた最適形状設計の指針を検討した.また,電圧印加による始動摩擦の低減の可能性を提示し,含水性ハイドロゲルにおける低始動摩擦の優位性と,初期に高摩擦を示すポリウレタンにおける液中保存による経時的摩擦低減を見出した.さらに,ポリエチレン,セラミック,金属材料の摩耗挙動に対する材料特性・摩擦作動条件(とくに多方向滑り)・潤滑液組成の影響を明らかにした.臨床的評価については,摘出例の損傷評価を行うとともに,有限要素弾塑性解析により形状・寸法・運動形態と弾塑性応力との関連を明確化した.人工関節コンポーネントの適正な設置法を検討し,パターンマッチング法による動態評価を行った.また,人工軟骨材料の生体適合性(無毒性・生体内安定性)を評価するために,動物関節内置換試験に必要な試験片作成と治具を作成し,試験条件を検討した.さらに,人工関節の緩みに関連して,破骨細胞による骨吸収に対する力学的伸張の影響を評価した.人工膝関節の設計に生体膝関節の多モード適応潤滑機構を取り込み,ハイドロゲル製の人工軟骨や人工半月板を導入し,ソフトEHL(弾性流体潤滑)作用に基づく流体潤滑膜形成を促進させるとともに,薄膜潤滑時には,吸着膜やゲル膜による保護機能を付与するための研究を実施した.まず,生体膝形状モデルの3次元曲面形状データの曲面解析手法を開発し,モデリングマシーンによる試作の体制を構築し,主要な3次元的運動を再現する実態模擬関節シミュレータを開発した.本シミュレータは,人工関節置換患者の各種症例の接触状態を再現可能な2連式であり,関節力と屈曲・回旋運動の再現とともに,内外反の片当たり状態や脛骨板沈下進行時を再現可能である.このようにして,最適設計・試作・評価システムによる最適設計システムを整備した.また,生体関節軟骨の機能を代行しうる高機能人工軟骨の実用化をめざすために,各種のハイドロゲルの性能評価を行い,摩擦摩耗挙動の問題点を明らかにした.PVAハイドロゲルについては,凍結・解凍の繰返し回数における最適条件の存在を示した.また,適切な転がり・滑り運動や安定性を実現するために半月板を含めた最適形状設計の指針を検討した.また,電圧印加による始動摩擦の低減の可能性を提示し,含水性ハイドロゲルにおける低始動摩擦の優位性と,初期に高摩擦を示すポリウレタンにおける液中保存による経時的摩擦低減を見出した.さらに,ポリエチレン,セラミック,金属材料の摩耗挙動に対する材料特性・摩擦作動条件(とくに多方向滑り)・潤滑液組成の影響を明らかにした.臨床的評価については,摘出例の損傷評価を行うとともに,有限要素弾塑性解析により形状・寸法・運動形態と弾塑性応力との関連を明確化した.人工関節コンポーネントの適正な設置法を検討し,パターンマッチング法による動態評価を行った.また,人工軟骨材料の生体適合性(無毒性・生体内安定性)を評価するために,動物関節内置換試験に必要な試験片作成と治具を作成し,試験条件を検討した.さらに,人工関節の緩みに関連して,破骨細胞による骨吸収に対する力学的伸張の影響を評価した.人工膝関節の設計に生体膝関節の多モード適応潤滑機構を取り込み,,ハイドロゲル型の人工軟骨や人工半月板を導入し,ソフトEHL(弾性流体潤滑)作用に基づく流体潤滑膜形成を促進させるとともに,薄膜潤滑時には,吸着膜やゲル膜による保護機能を付与するための研究を実施した。まず,生体膝形状モデルの3次元曲面形状データの曲面解析手法を開発し,モデリングマシーンによる試作の体制を構築し,主要な3次元的運動を再現する実態模擬関節シミュレータを開発した.本シミュレータは,人工関節置換患者の各種症例の接触状態を再現可能な2連式であり,関節力と屈曲・回施運動の再現とともに,内外反の片当たり状態や脛骨板沈下進行時を再現可能である.このようにして,最適設計・試作・評価システムによる最適設計システムを整備した.また,生体関節軟骨の機能を代行しうる高機能人工軟骨の実用化をめざすために,各種のハイドロゲルの性能評価を行い,摩擦摩耗挙動の問題点を明らかにした.PVAハイドロゲルについては,凍結・解凍の繰り返し回数における最適条件の存在を示した.また,適切な転がり・滑り運動や安定性を実現するために半月板を含めた最適形状設計の指針を検討した.また,電圧印加による始動摩擦の低減の可能性を提示した.さらに,ポリエチレン,セラミック,金属材料の摩耗挙動に対する材料特性・摩擦作動条件(とくに多方向滑り)・潤滑液組成の影響を明らかにした.