hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非宿主抵抗性発現に関与する細胞骨格の制御に関する分子細胞生物学的研究

本研究は、非宿主抵抗性の分子基盤である細胞骨格の制御機構を分子細胞生物学的に解析し、植物に非特異的抵抗性を付与するための基礎的知見を得ることを目的としている。非病原菌を接種したオオムギ細胞における細胞骨格の動態を調べた結果、菌の侵入地点下を中心にアクチン繊維が放射状に配向変化することが明らかになった。アクチン重合阻害剤によりオオムギ細胞内のアクチン繊維を破壊すると、非病原菌が感染可能となるとともに、侵入地点下へのオルガネラや抵抗性関連物質の局在化が抑制された。さらに、コムギ、タバコ等数種の植物に非病原菌を接種し同様の実験を行なった結果、この抵抗性機構が多くの植物種に普遍的であることが明らかになった。アクチン繊維による極形成が抵抗性発現に重要であると考え、その制御機構を明らかにする目的でオオムギ葉で主要に発現する3つのアクチンアイソフォーム遺伝子、Act13をクローニングした。非病原菌をオオムギ葉に接種後、各遺伝子の発現量を経時的に調べたところ、Act3は感染特異的に発現量が増大した。Act3は健全植物体では幼根で発現しており、極形成に関与する可能性が高い。したがって、Act3の産物は非宿主抵抗性発現と密接に関わっていると思われた。本年度の実験から得られた成果は以下の通りである。非病原菌を接種したオオムギ細胞における細胞骨格の動態を調べた結果、菌の侵入地点下を中心にアクチン繊椎が放射状に配向変化することが明らかになった。アクチン重合阻害剤によりオオムギ細胞内のアクチン繊維を破壊すると、非病原菌が感染可能になるとともに、侵入地点下へのオルガネラや抵抗性関連物質の局在化が認められなくなった。この事実は、抵抗性発現におけるアクチン繊維の重要な役割の一つが、抵抗性関連反応の局在化であることを強く示唆している。アクチン繊維の配向変化に伴うアイソフォームの発現パターンを調べたところ、葉および子葉鞘において感染特異的な変化を検出した。オオムギ葉およびタバコ培養細胞のcDNAライブラリー構築を既に終了しており、来年度はアクチンアイソフォームおよびアクチン関連タンパク質のcDNAをクローニングし、これらのタンパク質を過剰発現させた細胞における抵抗性発現の減退あるいは増強について検討する予定である。前年度の結果、オオムギのアクチン繊維が非宿主抵抗性発現に重要な役割を果たしていることが明らかになった。そこで、この抵抗性機構が他の植物種にも普遍的に認められるか否かを調べるため、コムギ、タバコ等数種の植物に非病原菌のErysiphepisi(エンドウうどんこ病菌)あるいはColletotrichum lagenarium(ウリ類炭疽病菌)を接種し、アクチン繊維の動的変化の有無を調べた。この結果、用いた全ての植物にアクチン繊維の配向変化とサイトカラシンによる抵抗性の打破が認められた。この結果から、アクチン繊維は多くの植物種の非宿主抵抗性発現に普遍的に関与していると考えられた。このような配向変化による極形成が抵抗性発現に重要であると考え、その制御機構を明らかにする目的でオオムギ葉cDNAライブラリーより主要な3つのアクチンアイソフォーム遺伝子、Act13をクロー二ングした。E.pisiオオムギ葉に接触後、各遺伝子の発現量を経時的に調べたところ、Act3は感染特異的に発現量が増大した。Act3は健全植物体では幼根で特異的に発現していたことから、極形成に関与するアイソフォームであると思われた。今後、Act3をオオムギ葉細胞で大量発現させることにより、非宿主抵抗性を増強できる可能性がある。
Belousov-Zhabotinsky振動反応の触媒制御と振動伝達システム構築

規則振動は生物現象に広く見られ,分子レベルにおける現象が伝達されて生物機能発現に至っていると考えられる.分子レベルの振動現象として色の変化が周期的に起こるBelousov- Zhabotinsky反応が知られており,本研究ではこの反応の理解と制御に関する基礎的な研究を行った.あわせて,新しい振動反応系を探索するための手がかりを得ることも計画した.フェロイン触媒を用いた臭素酸カリウム系振動反応について触媒を設計してその効果を検討した.非平衡反応系とくに自己触媒反応の関わる現象の理解は振動反応の制御において重要であり,新しい系を用いてその研究を実施した.規則振動は生物現象に広く見られ,分子レベルにおける現象が伝達されて生物機能発現に至っていると考えられる.分子レベルの振動現象として色の変化が周期的に起こるBelousov- Zhabotinsky反応が知られており,本研究ではこの反応の理解と制御に関する基礎的な研究を行った.あわせて,新しい振動反応系を探索するための手がかりを得ることも計画した.フェロイン触媒を用いた臭素酸カリウム系振動反応について触媒を設計してその効果を検討した.非平衡反応系とくに自己触媒反応の関わる現象の理解は振動反応の制御において重要であり,新しい系を用いてその研究を実施した.規則的振動は生物機能に広く見られる現象であり、分子レベルにおける振動現象が伝達されて、生物機能発現に至っていると考えられる。従って、生体振動現象を理解するためには分子レベルの振動現象を理解するとともに、分子レベルからバルクレベル振動現象に連動する機構を解明する必要がある。色の変化が周期的に起こるBelousov- Zhabotinsky反応はよく知られている。本申請ではこの反応の理解と制御に関する基礎的な研究を行なう。あわせて、新しい振動反応系を探索する。平成25年度はフェロインのビピリジル配位子の効果を検討して、振動数、振幅および周期に関して整理した。実験的には電位測定を系時的に測定して比較した。ピピリジルとフェナントレン錯体で再現性よく多回数の振動を与えた。溶液の混合法を注意して検討して実験の再現性を確認した。従来は再現性に課題があったので、これを克服で来たことは意義がある。また、基質についてマロン酸以外にピロガロールなどが優れていることを見出した。有機溶媒中での反応を検討した。臭素酸カリウムの代わりに臭素酸テトラブチルアンモニウムを酸化剤に用いて、70%DMF/水溶液中でも十分な振動が認められた。当初は予想していなかったが、ヘリセンオリゴマー誘導体で二分子会合形成において熱的ヒステレシスを発現した。すなわち加熱時と冷却時で異なる反応経路をとることを示した。この反応を詳細に検討した。また,反応機構のモデルを提唱した。振動反応と熱的ヒステレシスはかなり異なる現象のように見えるが、いずれも非平衡熱力学的な現象である。従って、いずれの物質系も類似の現象を示す可能性がある。鉄錯体触媒を用いるBelouzof-Zhabotinsky反応における配位子の効果を系統的に調べた.ビピリジン配位子について置換基の効果を検討した結果,メチル体で振動回数を増加させられることを示した.基質について系統的に検討した結果,ピロガロールをはじめとする電子過剰のフェノール誘導体がよい結果を与えた.溶液中の振動反応は強力な増殖過程を含むはずであり,生成物が反応の触媒になる自己触媒反応を含むとされている.振動反応を本質的に理解するためにはこの反応の基礎研究が必要であるが,未開拓であった.本研究に関連してヘリセンオリゴマーがランダムコイルから二重ラセン構造を形成する過程で自己触媒反応を引き起こすことを見出したので,この反応の性質を検討した.熱的ヒステレシスを利用してランダムコイルと二重ラセン溶液を準備した.これらは数時間安定であるが,混合するとすみやかに二重ラセン状態に変化した.これは自己触媒の明確な証拠である.この反応の速度論解析も自己触媒であることを示した.すなわち,シグモイド形の反応経過を示したとともに,二分子会合反応と自己触媒二分子反応を組み合わせた速度論が実験値と極めてよい一致を示した.また,自己触媒反応系では,平衡状態を越えて二重ラセン形成を起こすことを示し,この現象を平衡交差と命名した.これまで,振動反応は非平衡状態から平衡状態に変化する過程で起こり,平衡状態を交差することはないとされていたので,今回の現象は従来の概念を変える必要がある可能性を示した.有機化学(1)振動反応に関する基礎的な知見を蓄積することができ、Belousov- Zhabotinsky振動反応の制御に向けて着実に前進している。また,再現性の問題を解決できたことは重要である。(2)加えて、当初予想していなかったが、ヘリセンオリゴマーによる熱的ヒステレシス発現を見出した。この現象について詳細な検討を行うことができた。これは全く新しい研究対象である。(3)熱的ヒステレシスには自己触媒反応が含まれていることが示唆された。振動反応も自己触媒を含むとされているが、反応機構が極めて複雑で理論的な解析は行われているが、適切な系がないので実験的な解析が行えなかった。今回のヒステレシスは分子レベル現象であり、これ自体も大変珍しいが、実験的に精密に制御できる可能性がある。本研究によって振動現象、ヒステレシス、自己触媒反応が関連づけられることができれば、いずれも非平衡熱力学的な現象であることから、この分野の研究が大いに進むと期待される。前年度研究を継続する。【1.溶液振動反応における触媒効果】

配位子の合成を継続して、置換基が振動数、振幅および周期に与える影響を詳細に調べる。100%有機溶媒中の振動を実現する。振動の性質を制御する原理を解明する。【2.ヘリセンオリゴマーによる振動反応の開発】昨年見出したヘリセンオリゴマーの熱的ヒステレシスを詳細に検討する。とくに熱的履歴によって反応挙動が大きく変化する非平衡熱力学系の理解を進める。また、自己触媒反応の性質を調べる。合わせて振動を起こす可能性を探索する。本年度以下を開始する.【3.溶液振動反応における触媒効果】この振動反応は空間的時間的にランダムに起こるのではなく、溶液全体が一度に色調変化を起こす。この同期現象は分子間のコミュニケーションの存在を示唆する。自己触媒反応であるので、これについて検討する。【4.固体表面における振動反応】鉄錯体を固体表面に固定化して不均一系の反応を行なう。平面、曲面、球面などのさまざまな形状の固体表面に担持して、触媒を起点とした振動現象を検討する。例えば、ビーカーの底部,錯体を固定化したビーズやナノ粒子、棒状シリカなどを検討する。表面における振動現象の様子を検討する。以上をもとに化学的振動現象を化学的物理的振動現象に連動する方法を提案する。今年度の使用計画額はほぼ満たしており、1,792円という小額のため、次年度へ繰越して使用することとした。研究成果を挙げるための実験に必要な器具や装置の購入に使用する計画である。
オーラルヒストリーによる高度経済成長期の市民・住民運動の研究

本研究では、以下の事例を対象とした。市民運動=ベ平連運動(福岡・広島・岩国)住民運動=志布志湾開発反対運動(鹿児島県)・広田湾埋め立て反対運動(岩手県)・金武湾CTS反対闘争(沖縄県)・伊達火力発電所建設反対運動(北海道)これらの事例について、文書資料(新たに発掘した資料を含む)とオーラルヒストリーによって得た資料の両面から考察することで、多くの運動において以下の特質が存在することを明らかにした。前史あるいは母体となった運動体/ネットワーク/コミュニティが存在した。他の運動体との連携が、研究者、教員、医師、地域の名望家などの個人/サブ・ネットワーク/サブ・コミュニティによって構築され、維持されていた。上記(1)・(2)の時間的・空間的連携がそれぞれの運動の主張や手法に影響を与えた。第1年度である平成21年度は,研究期間全体(3年間)の準備期間と位置づけ,(1)研究の基本方針と各担当者の研究計画の共有と確認のための研究会を開催した上で,(2)以下の予備調査および継続調査を実施した。(1)7月研究会開催:研究の基本方針と各担当者の研究計画の共有と確認(2)8月3月以下の調査およびその準備を実施[市民運動研究チーム]岩国:岩国べ平連関係者への依頼と予備調査(山口県)福岡:福岡べ平連関係者への依頼と予備調査(福岡県)[住民運動研究チーム]陸前高田:広田湾埋め立て反対運動の継続調査(岩手県)志布志:志布志湾石油備蓄基地反対運動の予備調査(鹿児島県)金武町:金武湾CTS反対運動の予備調査(沖縄県)第2年度である平成22年度は,(1)分担者および研究協力者の進捗状況および関心の共有を目的として研究会開催,(2)それぞれの調査を実施した。(3)研究会開催:2010年7月,鹿児島大学。研究の基本方針と各担当者の研究計画の共有と確認(3)8月3月以下の調査およびその準備を実施[市民運動研究チーム]岩国:岩国べ平連関係者への聞き取り調査(山口県)福岡:福岡べ平連関係者への聞き取り調査(福岡県)[住民運動研究チーム]陸前高田:広田湾埋め立て反対運動の聞き取り調査の継続(岩手県)志布志:志布志湾石油備蓄基地反対運動の聞き取り調査(鹿児島県)金武湾:金武CTS反対運動の聞き取り調査(沖縄県)【研究協力者】友澤悠季:東京大学大学院新領域創成科学研究科・日本学術振興会特別研究員PD市民運動と住民運動の二つのチームに分かれて調査・研究を進め、以下の成果と知見を得た。【市民運動研究チーム】福岡べ平連:1.福岡べ平連事務局長石崎昭哲氏の遺した一次史料により、史実の発掘を進めた。2.福岡べ平連とその前身にあたる「10の日デモの会」の全体像をまとめて学会報告を行った。3.初期から中期の参加者への聞き取り調査を進め、「10の日デモの会」の発足と展開の過程が把握できた。運動は、九州大学の研究者をはじめ戦前リベラリスト世代の数学者、社会科学者などのサブ・ネットワークの重なりの上に成立していたこと、東京べ平連との連携も多くがサブ・ネットワークにおける人的な結びつきで実現できたことが明らかになった。広島・岩国べ平連:関係者への開き取りと関係資料の発掘を行い、広島・岩国べ平連の活動の実態、とくに岩国では反戦米兵に協力するという反戦運動のスタイルが存在したこと、広島では「わだつみ会」が核になっていたこと、広島べ平連の活動が反核運動に加害者の視点を導入するのに寄与したことを解明した。【住民運動研究チーム】志布志湾開発反対闘争:中心人物であった藤後惣兵衛氏が遺した資料について資料研究を継続した。また、沖縄・奄美における社会運動に関して出版された『地のなかの革命』に関する書評論文を執筆、発表した。広田湾埋め立て反対運動:昨年度までの岩手・宮城・沖縄における聞き取り調査と資料収集の結果、70年代の公害反対住民運動は、補償問題や技術的対策だけではなく、社会構造のあり方、科学技術の功罪、発展の概念などを根本から問い直そうとしていたことが明らかになった。本研究の過程で得られた当事者の証言や資料の中には東日本大震災によって失われたものも多く、これまでの蓄積を形にして現地へ戻すことを今後の課題としたい。
叙事詩の比較文化的綜合研究

私たちは、すでに数年間にわたってイ-リアス、オデュッセイアの研究、さらに平家物語、楚辞、ギルガメシュ叙事詩、ベ-オウルフ、ロ-ランの歌などの研究を共同で進めてきた。昭和61年度科学研究費の助成を受け、その成果の一端を叙事詩の比較文化的綜合研究報告としてまとめ、小冊子『叙事詩の世界』を刊行することができた。これは予備的な研究成果であったが、今年度はこの研究を継続発展させ、その完成を目指すことに注がれた。共同研究は、1.共通した人間性の側面と歴史的文化特殊性との関係が見出されるか、2.文化の相違性を前提しながら共通した叙事詩の構造を持つ理由を検討するという、大きな目標を掲げたものであった。具体的には、(1)各叙事詩のもつ文体上の特質、韻律や表現技法、定型表現の意義と機能の確認、(2)作品中の登場人物や場面設定の特徴、それらの歴史的背景を検討すること、(3)担当した叙事詩の時代背景をふまえつつ人間観、神観、英雄観の共通性を探る、という三つの観点をもってそれぞれが担当する叙事詩に取り組んだ。前回果たせなかった研究のために、必要な資料、研究文献の調査・収集を行うとともに、定期的な研究会での検証作業の詰めを行なった。その結果、前回の小冊子の続編として成果をまとめるのではなく、共同研究の成果を世に問うという意味で出版するかどうかの検討に入った。既にその体制と準備は整ったとの判断から、出版計画を進めることを決定した。具体的な出版計画を練り、出版社(新地書房)との交渉に入り、それを受ける形で、平成二年三月末を締め切りに本格的な原稿執筆に入った。一連の共同研究の成果は、平成三年二月に出版される予定である。
非正規誤差項を用いた計量経済学における推定量と検定統計量の効率性についての研究

計量経済学に用いられる回帰分析では、通常、誤差項に正規分布を仮定している。本研究では、誤差項の正規性を緩めた場合の回帰係数及び誤差項の分散の推定量の性質を幾つかのモデルについて考察した。具体的にはspherically symmetric分布を誤差項の分布として用いた。1.Revankar(1976,JASA)で用いられた2本の式からなるZellnerのSURE(seemingly unrelated regression equations)モデルについて、誤差項にspherically symmetric分布の1つである行列t分布(matric tdistribution)を仮定し、Zellner推定量の小標本特性を求めた。Zellner推定量を求めるとき、誤差項の共分散行列の推定量として、各式に含まれる説明変数のみを使って得られた残差を用いるrestricted推定量と体系に含まれる全ての説明変数を使って得られた残差を用いるunrestricted推定量の2つが考えられる。Revankarは推定量の共分散行列を比較して、unrestricted Zellner推定量がrestricted Zellner推定量よりも良い領域があることを示したが、本研究では、誤差項の分布が正規分布から離れるにつれて上で述べた領域が大きくなることを示した。これらの研究結果は現在専門誌に投稿中である。また、現在、数人の共同研究者とEdgeworth series分布を用いた回帰モデルにおける回帰係数の推定量の性質について研究中である。
新規ペプチドによる中枢性ナトリウム/浸透圧恒常性維持機構の修飾-統合的研究-

高張食塩水負荷に対する適応応答のバゾプレッシン系による修飾:視床下部室傍核を大細胞領域と小細胞領域に区分し、いずれの領域が高張食塩水負荷で活性化されるか、パゾプレッシンVlレセプターアンタゴニスト前処置で影響されるかをcFos様免疫活性で調べた。高張食塩水によりいずれの領域も活性化されたが、アンタゴニスト前処置では大細胞領域でなく、小細胞領域のニューロン活性が増強され、内因性パゾプレッシン系が交感神経プレモーターニューロンに対して抑制作用を及ぼしていることが示唆された。またパゾプレッシン過剰発現ラットでは脳室内高張食塩水投与による血圧上昇並びに視床下部室傍核などのcFos様免疫活性応答が増強したが、Vlアンタゴニストの脳室内前投与により、室傍核の大細胞領域のcFos様免疫活性発現増加は有意に減弱した。新規ペプチドの体液・循環系調節への役割:脳スライス標本を用いて、CRH、ニューロメジンU(NMU)の視床下部室傍核ニューロンに対する効果を調べた。ペプチド投与により膜電位の脱分極と自発活動電位の頻度増加が見られ、電圧固定化で調べてみると、過分極活性化陽イオン電流(I_H)が増加した。CRHは視床下部室傍核小細胞ニューロンに対して、CRHタイプ1レセプター、HCN1-3チャネルを介して、又NMUはNMUタイプ2レセプターを介して興奮性を修飾していることが明らかとなった。ニューロペプチドW(NPW)を脳室内投与すると、血圧・心拍数が増加した。また血中のノルアドレナリン、アドレナリン濃度が上昇した。さらに自由行動・意識下ラットの室傍核領域から単一ユニット活動記録を行い、NPW側脳室内投与に対する応答を調べた。調べたニューロン35個の内22個は興奮反応、7個は抑制反応、残り6個は無反応であった。遺伝子改変動物に於ける機能解析:一日あたりの摂食量・飲水量・尿量・尿中ナトリウム・尿中カリウム排泄量測定、テレメーターシステムを用いて運動量と体温測定し、パゾプレッシン1bレセプター欠損マウス(V_<1b>^<-/->)とコントロールマウス(V_<1b>^<+/+>)間で比較検討を行った。V_<lb>^<-/->マウスでは飲水量と尿量が多く、運動量が多かったが、体温は低かった。次に48時間の絶水負荷に対する変化を調べると、体温低下がより大きかった。パゾプレッシン1bレセプターは体液・体温調節にも関わっている可能性が考えられる。電気生理学的研究:新規ペプチドであるニューロペプチドW(NPW)を自由行動・意識下ラットの側脳室へ投与すると、血漿中ノルアドレナリン濃度増加を伴って、血圧・心拍数増加が起こる。

今回その脳内受容メカニズムを明らかにする目的で、視床下部室傍核(PVN)ニューロン(n=20)のNPWに対する応答性を調べた。NPW投与により、血圧・心拍数増加に先行してPVN単一神経活動は増加(n=10)、減少(n=5)と無変化(n=5)を示した。興奮したニューロンの多くは血圧の上昇(フェニールエフリンの静脈内投与による)、低下(ニトロプルッシド)には反応せず、コレシストキニン(CCK)静脈内投与に応じた。したがってNPWによるPVNニューロン反応は血圧変動による二次的なものではなく、おそらく中枢作用によるものと思われる。この生理機能は不明であるが、NPWはエネルギー代謝調節(摂食行動抑制)への関与が指摘されているので、自律神経系と内分泌系の統合部位であるPVNにおいて腹部内臓からの情報処理に関わっていることが示唆された。免疫組織学的研究:自由行動・意識下ラットにおいて、高張食塩水の側脳室内への投与により活性化される脳内部位の同定、並びにその修飾メカニズムについて検討した。高張食塩水投与により、c-Fos陽性細胞数増加が終板器官、正中中心核、視索上核、室傍核と最後野において認められたが、脳弓下器官では認められなかった。次にこの反応に対する内因性バゾプレッシンによる修飾作用をバゾプレッシンV_1レセプターアンタゴニストを用いて検討した。バゾプレッシンV_1レセプターアンタゴニスト前処置により、視索上核、室傍核と最後野におけるc-Fos発現が変化した。従って内因性バゾプレッシンを介するフィードバック系の存在が窺われた。そこで視索上核と室傍核に焦点をあわせ、これら神経核におけるバゾプレッシンとオキシトシン産生ニューロンのいずれがこの修飾に関わっているかをc-FosとホルモンmRNAの2重染色により検討した。現在その結果の集計を行っているところである。・ニューロペプチドW(NPW)の中枢作用について。NPWは豚脳から見つけられた新規ペプチドで、オーファンGPCRのリガンドである。これまで神経内分泌作用、エネルギー代謝調節、ストレス反応との関わりは報告されているが、心血管系に対する作用は未だ明らかでない。そこで本研究では心血管系に対する中枢性NPWの作用について調べた。自由行動・意識下ラットの側脳室へNPW(3.0 nmol)を投与すると、血圧・心拍数増加が見られ、さらに血液中のカテコールアミン(ノルアドレナリン・アドレナリン)増加が認められた。一方、少量(0.3 nmol)投与では有意な変化が認められなかった。NPW含有神経細胞並びにNPW受容体は脳内広範囲に認められるが、中でも視床下部室傍核(PVN)に密に認められる。PVNは自律神経系と神経内分泌系の高位統合部位であり、色々なストレス反応発現に関わっている。PVN単一ニューロン活動を自由行動・意識下ラットから記録し、其の活動に対する側脳室投与NPWの効果を調べた。自発性発火活動パターンから2つのタイプが区分された:不規則発火パターンと間欠型発火パターン。今回は前者タイプのニューロン(35個)について調べた。NPW(3nmol)投与により、興奮反応と抑制反応がそれぞれ22ニューロン、7ニューロンにおいて認められた。残り6ニューロンでは変化が認められなかった。これら反応したニューロンの多くはまた薬物投与による血圧変動、また食欲抑制ペプチドであるコレシストキニンの静脈内投与に反応した。
固体高分子形燃料電池における新形式ガス拡散層の提案と酸素拡散特性の測定

微細多孔質体からなるガス拡散層(GDL)内の物質輸送現象の特性向上による固体高分子形燃料電池(PEFC)の高性能化を目的として,新たな酸素拡散計測システムの構築および新形式の親水と撥水の空間分布による表面張力移動を利用する水分制御と酸素拡散の最適化を図るGDL構造の提案と特性解明を実施した.その結果,提案の湿分存在下のGDLモデル実験装置により酸素拡散の促進とその測定について,ねらいとする特性の実現が成された.微細多孔質体からなるガス拡散層(GDL)内の物質輸送現象の特性向上による固体高分子形燃料電池(PEFC)の高性能化を目的として,新たな酸素拡散計測システムの構築および新形式の親水と撥水の空間分布による表面張力移動を利用する水分制御と酸素拡散の最適化を図るGDL構造の提案と特性解明を実施した.その結果,提案の湿分存在下のGDLモデル実験装置により酸素拡散の促進とその測定について,ねらいとする特性の実現が成された.本研究は,微細多孔質体からなるガス拡散層(GDL)内の物質輸送現象の特性向上による固体高分子形燃料電池の高性能化を目的として,本年度は,微細多孔質体の酸素拡散係数測定システムの構築,と新形式GDLモデル装置の試作と含水状態の観測を実施した.酸素拡散係数測定装置の要である酸素吸収体としての酸素センサーに隔膜ガルバニ電池式酸素検知器を酸素吸収体用にメーカーと協力して改良た酸素吸収体を用いて微細多孔質体の酸素拡散係数計測システム構築を行った.隔膜ガルバニ電池の上方に試料ホルダを外気との気密性を確保して作成し,ホルダには従来用いられているGDLおよび新形式GDLを組み込み,乾燥状態から含水状態を含む含水率をパラメータとする条件下の酸素拡散係数測定を実施した.電解液変化による安定性,酸素拡散流束およびホルダ側濃度など,全般的な測定確度に係わる詳細な検討を行い,高精度測定のための問題点を絞った.さらに,フラディング限界を高めること,乾燥領域での適正な湿分の維持を図る目的で考案した,局所的に役割の異なる分布構造のぬれ性制御による新形式内部構造である親水性多孔質体と撥水性多孔質体を交互に配置する構造,すなわち撥水性多孔体の材質にはPTFE製とし,親水性多孔体としては炭素製GDL素材を試験した.その結果,GDL内の液水存在時のより高い見かけの拡散係数を実現することが可能になり,機能の有効性を確認した.2008年度に構築した酸素拡散係数測定システムによる含水状態における単層の微細多孔質体の酸素拡散係数の高精度測定および新形式GDLモデルの機能測定を実施した.すなわち,昨年度構築のガルバニ電池式酸素センサーを酸素吸収体として用いる酸素拡散係数測定装置を利用して,単層のGDL多孔体における,乾燥状態から含水状態を含む含水率をパラメータとする条件下の酸素拡散係数測定を引き続き実施し,電解液変化による安定性,系の温度依存性,酸素拡散流束およびホルダ側濃度の影響など,全般的な測定確度に係わる詳細要因の影響を検討し,測定精度の向上を図った.また,実験系が2次元分布となることから、そのための数値解析を利用する酸素拡散係数データ処理方法を開発し,GDL単体のみかけの酸素拡散係数の高精度測定を実施した.つぎに,高出力時のフラッディング限界を高めること,および乾燥領域での適正な湿分の維持を図る目的で考案し,昨年度作成・試験を開始した,撥水性多孔体の材質としてPTFE繊維からなるシートを,親水性多孔体として炭素製多孔質層を分布させることによる,ぬれ性分布構造を利用する新形式GDL構造の機能を,上記の酸素拡散係数測定装置を用いて,酸素拡散特性の高精度測定を実施するとともに,その機能特性について明らかにした.すなわちその結果として,新形式GDLが比較的高い液水飽和度においても,極めて良好な酸素拡散特性を示すことを示した。また別に,多孔体内の液水分布の可視化結果との比較検討を実施することにより,新形式GDLの酸素拡散特性と液水分布との関係を考察した.固体高分子形燃料電池における微細多孔質体からなるカソード側のガス拡散層(GDL)内の物質輸送現象の特性向上による固体高分子形燃料電池の高性能化を目的として,今年度は以下の3つの項目について研究を実施した.すなわち,(1)これまで酸素拡散係数測定システムによる含水状態における微細多孔体の酸素拡散係数の高精度測定にて,電解液変化による安定性,酸素拡散流束およびホルダ側濃度など,全般的な測定確度に係わる詳細要因の影響を検討したが,十分な程度に達していなかった.本年度はガルバニ電池を校正する反応膜等の構造および膜に作用する電解液の液頭の影響などについて検討・改良をおこない,さらに酸素拡散係数測定システムの高精度化を実現した.(2)微細多孔質体内部の液水移動特性および液水分布の解明のため,多孔質体の模擬モデルを作成し,多孔質体内の液水移動を自由液面追跡法であるVOF法を用いて多孔質体内の液水移動シミュレーションを実施した.(3)昨年度実施のPTFE

撥水性多孔体と炭素製などの親水性多孔体を交互に配置させるぬれ性分布構造を利用するハイブリッド構造の酸素拡散機能を,上記の高精度化した酸素拡散係数測定装置を用いて,ハイブリッド構造多孔体模擬試料を用いた酸素拡散特性の精密な測定を実施した.本年度はさらに,昨年度の測定により液水分布時に良好な酸素拡散特性を持つことが示されたが,本年は実際の利用を考慮するハイブリッド構造ガス拡散層に適用するための検討を進めた.
社会関係資本創出を想定したFourth Ageへのジェロントロジー教育の展開

本研究は、ICT利用・活用によるジェロントロジー教育の展開が社会関係資本の再構築を可能にするとの仮説に立ち、その具体的な内容の検討と実践・研究を行う。ICTの利用・活用が高齢者にもたらす影響は、「意欲や生活満足度の向上」、「コミュニケーションやアクティビティの増加」、「健康面の改善」等とされる。また、本研究は、米国のジェロントロジー教育の実践・研究を基に、日本の超高齢社会に対応した、多様な教育領域での生涯学習を目指した教育理論に基づき開発されたプログラムを展開させ、その学習プロセスで新たなる肯定的高齢者像を創造し、多世代協同による高齢者の自律的生活の中で、社会関係資本を創出する。
インターネット接続による遠隔操作・並列ハイブリッド実験システムの開発

本研究では通信手段を用いることにより,隔地の実験施設を同時に利用する実験システムの開発を試みた.このような実験システムを構築するには通信による各施設の制御法を確立する必要がある.そこで,本研究ではインターネットに接続された3台のワークステーション(WS)を用いた並列処理による基礎-構造物系の応答解析システムを構築することにより,各制御系のデータ転送および情報交換などの手順を検討した.通信制御はAVS (Application Visualization System)を用いて行った.AVSは,通信機能を備えた解析結果を可視化するためのソフトである.1台のWSを本ネットワーク環境におけるサーバーとし,並列処理の制御および管理を行わせた.また,他の2台のWSではそれぞれ上部構造と基礎の各構造要素における応答計算を行わせた.本解析システムの妥当性を検討するため,1台のWSで一括して解いた場合(厳密解)と並列処理を1台および3台のWSを用いて行った場合に対し応答結果と計算時間の比較を行った.その結果,並列処理を施した応答はどちらも厳密解とほぼ等しくなることがわかった.また,解析対象が非常に小さかったため,厳密解における計算時間より3台のWSを用いた場合,逆に,多くの時間を要する結果となった.さらに,3台のWSを用いた計算時間は1台のWSを用いた計算時間より多くの時間を要した.これらは,並列処理による計算時間の短縮以上にデータ転送およびAVSによる並列処理に時間を要したことを示している.本研究は,AVSを用いた並列処理による基礎-構造物系の地震応答解析システムの構築を行い,その妥当性について検討を行った.その結果,並列処理を用いた解析システムの構築が可能であることがわかった.現在,この手法を応用し,並列処理による実験システムの構築を行っている.インターネット接続による遠隔操作・並列ハイブリッド実験システムを開発するため、本年度は複数台のワークステーションをインターネット接続し、並列処理による構造物の応答解析プログラムの開発を行った。開発した応答解析プログラムは、基礎-構造系の動的相互作用問題を対象とし、基礎構造物の復元力特性の数値シミュレーションを分担するワークステーション、上部構造物の復元力特性の数値シミュレーションを分担するワークステーションおよびこれらの2台のワークステーション上でのシミュレーションを管理し、基礎-構造系全体の動的応答を計算し、同時にその過程の視覚化を行うワークステーションの3台により動作する。インターネットによるワークステーションの間の情報転送速度は、本システムの計算能力に影響を及ぼすものの、分散環境での並列処理による計算時間の短縮といった観点から、問題とはならないことが明らかになった。特に、既存の汎用構造解析プログラムなどを取り入れることで、大規模な構造システムの並列解析も可能と考えられ、本システムの有効性が示された。一方、並列ハイブリッド実験システムは、前述の復元力特性の数値シミュレーションを載荷実験などによっても評価できるシステムであるので、載荷装置のコントロールおよび復元力等の計測値のワークステーションへの取り込みを高速に行うAD/DA変換インターフェイスシステムの開発を行った。本研究では通信手段を用いることにより,隔地の実験施設を同時に利用する実験システムの開発を試みた.このような実験システムを構築するには通信による各施設の制御法を確立する必要がある.そこで,本研究ではインターネットに接続された3台のワークステーション(WS)を用いた並列処理による基礎-構造物系の応答解析システムを構築することにより,各制御系のデータ転送および情報交換などの手順を検討した.通信制御はAVS (Application Visualization System)を用いて行った.AVSは,通信機能を備えた解析結果を可視化するためのソフトである.1台のWSを本ネットワーク環境におけるサーバーとし,並列処理の制御および管理を行わせた.また,他の2台のWSではそれぞれ上部構造と基礎の各構造要素における応答計算を行わせた.本解析システムの妥当性を検討するため,1台のWSで一括して解いた場合(厳密解)と並列処理を1台および3台のWSを用いて行った場合に対し応答結果と計算時間の比較を行った.その結果,並列処理を施した応答はどちらも厳密解とほぼ等しくなることがわかった.また,解析対象が非常に小さかったため,厳密解における計算時間より3台のWSを用いた場合,逆に,多くの時間を要する結果となった.さらに,3台のWSを用いた計算時間は1台のWSを用いた計算時間より多くの時間を要した.これらは,並列処理による計算時間の短縮以上にデータ転送およびAVSによる並列処理に時間を要したことを示している.本研究は,AVSを用いた並列処理による基礎-構造物系の地震応答解析システムの構築を行い,その妥当性について検討を行った.その結果,並列処理を用いた解析システムの構築が可能であることがわかった.現在,この手法を応用し,並列処理による実験システムの構築を行っている.本研究では通信手段を用いることにより,隔地の実験施設を同時に利用する実験システムの開発を試みた.このような実験システムを構築するには通信による各施設の制御法を確立する必要がある.そこで,本研究ではインターネットに接続された3台のワークステーション(WS)を用いた並列処理による基礎-構造物系の応答解析システムを構築することにより,各制御系のデータ転送および情報交換などの手順を検討した.通信制御はAVS(Application Visualization Syatem)を用いて行った.AVSは,通信機能を備えた解析結果を可視化するためにソフトである.1台のWSを本ネットワーク環境におけるサーバーとし,並列処理の制御および管理を行わせた.また,他の2台のWSではそれぞれ上部構造と基礎の各構造要素における応答計算を行わせた.

本解析システムの妥当性を検討するため,1台のWSで一括して解いた場合(厳密度)と並列処理を1台および3台のWSを用いて行った場合に対し応答結果と計算時間の比較を行った.その結果,並列処理を施した応答はどちらも厳密解とほぼ等しくなることがわかった.また,解析対象が非常んい小さかったため,厳密解における計算時間より3台のWSを用いた場合,逆に,多くの時間を要する結果となった.さらに,3台のWSを用いた計算時間は1台のWSを用いた計算時間より多くの時間を要した.これらは,並列処理による計算時間の短縮以上にデータ転送およびAVSによる並列処理による基礎-構造物系の地震応答解析システムの構築を行い,その妥当性について検討を行った.その結果,並列処理を用いた解析システムの構築が可能であることがわかった.現在,この手法を応用し,並列処理による実験システムの構築を行っている.
シミュレーション医学による医師のPsychomotor Skillの発達過程分析

医学部5年次臨床実習に外科系3診療科と連携して導入した高機能腹腔鏡下手術シミュレーション実習において、医学生のpsychomotor skillを観察してきた。6年間535名に上る観察研究において、同じ基礎・臨床教育を受けてきた医学生同士でも、医学部臨床実習の段階では空間認識、把持操作、両手の協調運動の能力に差異を認め、全体的には男子学生は女子学生より外科系のpsychomotor skillに優れていることを見出した。また、外科系診療科を志望する医学生は、内科系志望医学生と比べて、客観的なpsychomotor skillに差異はないが、器用さを高く評価する傾向にあることを認めた。その一方で、医学部を卒業して、初期臨床研修後に外科系診療科を選択した者の卒前のpsychomotor skillは、内科系診療科選択者のそれと差は認められないことも明らかとした。この結果を踏まえて、初学者である医学生から専門医までの学修過程で、医師はどのようにpsychomotor skillを獲得していくのかについて検討するため、(1)医師の学修段階(医学生、初期臨床研修医、外科系診療科の専攻医、外科専門医)でのpsychomotor skillの差異、(2)医師の学修過程(医学生→専攻医)に伴うpsychomotor skillの変化、(3)臨床経験に関する調査を実施する。研究初年度は、上記(1)、(2)の実施にあたって、研究対象者の選定法を検討した。また、(3)に関して、臨床経験年数・腹腔鏡下手術の経験数・自身の外科手技の自己評価についてのアンケートシートを作成した。現在、実施にかかる倫理審査申請を行うところである。研究実施に必須である高機能医学シミュレータの確保が当初の計画より遅れたため。2019年度はデータ収集と解析を進める。まず、学内の医学生、医師を対象にデータ収集を行い、医師の学修段階でのpsychomotor skillの差異を検討する(研究計画1ー1)。合わせて、我々が前任校で行った卒前臨床実習でpsychomotor skillデータを収集できた医師に研究協力依頼を行い、順次、データ収集を行う(研究計画1ー2)。同時に、外科手技や器用さの自己評価、手術経験などのアンケートに記入を求め、psychomotor skillに影響を及ぼす要因を多角的に検討する(研究計画2ー1、3)。今年度は、研究に必須の高機能シミュレータの確保が当初の計画より遅れたため、研究対象者へ研究協力依頼の実施まで進まなかったため、次年度使用額が生じた。次年度は、当初の計画通りの使用を予定する。物品費に関しては、従来通りの費用を見込む。旅費に関しては、国内外の学会旅費、研究協力者の旅費を見込む。人件費・謝金は、今年度未使用分と合わせて、研究協力者への謝礼としての費用を見込む。
大脳皮質カラム間及び異領野間の周期的同期化機構の解明

錐体細胞に発現するCB1受容体の活性化により島皮質味覚野にθリズムの同期化活動が生じ、それが尾側の島皮質胃腸関連自律領野に周期的に伝播すること、また、そうした活動はGPR119受容体の活性化により阻害され、CB1受容体とGPR119活性化の相反作用は、cAMP産生の抑制及び促進により担われていた。また、味覚野の興奮は、GABAB受容体を介するフィードフォワード抑制を胃腸関連領野に引き起こした。さらに、両領野の接合部を切断すると、それぞれ独立に5 Hzと13 Hzのoscillationが生じ、フィードバックがなかった。これらは、胃腸の状態とは無関係に、美味が食欲を亢進させる可能性を示唆する。認知、行動、情動などの高次脳機能は、異なる階層間での神経細胞群の発火活動の相関関係の度合い、即ち、コヒーレンスに依存して発現すると考えられているが、その回路メカニズムは不明であり、その解明は脳の動作原理を理解する上での中心課題である。本研究では、バレル野の神経細胞群の発火活動のカラム間での周期的同期化の回路機構、および不全顆粒島皮質と顆粒島皮質という隣接異領野皮質間の周期的同期化をもたらす回路機構の解明をおこない、高次脳機能発現の普遍的神経基盤の一端を明らかにする。ラットは複数のヒゲにより空間認知を行うことから、大脳皮質バレル野隣接カラム間で神経活動の周期的同期化が生じると考えられるが、その詳細は明らかではない。そこで、まず、カイニン酸投与により顆粒上層に引き起こされるoscillationの時空間パターンを調べ、また、そうしたoscillation下で、パッチクランプ法により同時記録した隣接カラムの錐体細胞や抑制性神経細胞のそれぞれで観察されるスパイク列間にどのような自己・相互相関が生じるかを明らかにすることを目指した。膜電位測光法による解析の結果、カイニン酸の灌流投与により、バレル野第2/3層の複数のカラムにわたって、δおよびθリズムから成るoscillationが引き起こされた。また、隣接カラムで同時記録された2つの第3層錐体細胞は、カイニン酸投与に応答して持続発火を示し、δおよびθリズムで同期発火していることが明らかとなった。こうした周期的同期化に対し、GABAB受容体チャネル阻害剤であるCGP55845を投与したところ、δ波が大きく抑制される一方、θ波がわずかに増加していた。これらの結果から、カイニン酸により誘発されるδリズムのoscillationは、グルタミン酸作動性神経の軸索末端に発現するGABAB受容体の働きによって生じる可能性が示唆された。胃腸自律領野の神経活動が空腹時に増加し,満腹時に低下する.また,味覚刺激に応答する味覚野の神経活動は,空腹時に増強され,満腹時には抑制される.さらに,味覚野における「うま味」や「甘味」の認知により,食欲亢進が引き起こされる一方,味覚機能の低下は,食欲低下に繋がること等が知られている.このような背景を踏まえると,味覚野における「うま味」や「甘味」の認知により,胃腸自律領野の神経活動が空腹か満腹かには関わらず増加し,食欲亢進が生じるものと考えることができる.従って,隣接して存在する味覚野と胃腸自律領野の神経活動が協調する可能性が考えられるが,どのような神経活動の協調が生じるのかについては不明であった.私たちはラットの島皮質のスライス標本を用いて,味覚野と胃腸自律領野の神経活動が,アナンダミドを含む人工脳脊髄液を灌流投与した時に協調するか否かを膜電位感受性色素を用いる方法で観察した.その結果,シータリズムの振動興奮が味覚野において誘導された後,胃腸自律領野へ伝播し,味覚野と胃腸自律領野の神経細胞間にシータリズムの神経ネットワーク活動が生じることを見出した.また,アナンダミドにより誘発されるオシレーションは,CB1受容体拮抗薬およびN-オレオイルエタノールアミンによって抑制されることを見出した.さらに,アナンダミド誘発性オシレーションは,PPARα作動薬でなく,GPR119作動薬により抑制されることを見出した.また,そのような神経ネットワーク活動が,GABAB受容体を介するフィードフォワード側方抑制によって修飾されることも明らかにした.これらの結果から,CB1受容体とGPR119の相反する作用により,味覚野と胃腸自律領野の神経細胞間に生じるシータリズムの神経ネットワーク活動が制御され,味覚野と胃腸自律領野における満腹時または空腹時の神経活動の基盤となっている可能性が示唆された.本研究では、当初、CB1受容体の活性化により島皮質味覚野で誘引されるoscillationが島皮質胃腸関連領野に伝播することを見出し、それを論文としてまとめて投稿したが、査読者から、それに拮抗する受容体を明らかにすることが求められた。作動薬の働きから、拮抗する受容体は、PPARalphaではなくGPR119の可能性が高いことが明らかであったが、GPR119受容体の特異的拮抗薬が存在しないことから、GPR119のknock down或いは、GPR119 KOマウスを用いて研究を完成させる予定であった.しかし、GPR19 KOマウスの入手の手続きを行っている間に、新規のGPR119拮抗薬が開発され論文として発表されたため、急遽、その拮抗薬を用いて、一旦、論文を完成させ、その後にGPR119 KOマウス実験は別途行うこととした。論文は平成28年9月に受理された。しかし、GPR119 KOマウスをもちいた実験については、ウイルス感染により、提供元の研究室からの供与が予定より約6か月以上遅れているので、全体の計画も、やや遅れている。

前年度までに、主に膜電位測光法を用い、錐体細胞に発現するCB1受容体の活性化により島皮質味覚野の錐体細胞集団にθリズムの同期化活動が生じ、それが尾側の島皮質胃腸関連自律領野に周期的に伝播すること、また、そうした活動はGPR119受容体の活性化により阻害されることを発見し、CB1受容体とGPR119活性化の相反作用は、cAMP産生の抑制及び促進により担われていることも明らかにした。また、味覚野内にて生じたθリズムの周期的同期化が、胃腸関連領野に伝播するのに先行して、GABAB受容体を介するフィードフォワード抑制が胃腸関連領野に生じることが観察された。そこで、本年度は、胃腸関連領野の興奮が味覚野に何らかのフィードバックを与えている可能性や、そのフィードバックにより島皮質味覚野に次の周期の興奮が引き起こされているか否かを検証するため、島皮質味覚野と胃腸関連領野の接合部付近を第1層から6層まで切断したスライス標本を作製し、AEAを投与して、oscillationを観察した。その結果、味覚野では5 Hz、胃腸関連領野では13 Hzのoscillationが、それぞれ独立に観察されたが、弱いcoherenceが認められた。このcoherenceの存在は、皮質間連絡だけではなく、島皮質下のclaustrumを経由する連絡の存在を示唆した。これらの結果から、θリズムの生成部位は味覚野であることが確定し、フィードバック効果も顕著ではないことが明らかになった。さらに、島皮質味覚野と胃腸関連領野の神経ネットワークが存在する場合には、θリズムの背後に隠れていたδリズムがAEAにより胃腸関連領野でのみ生成されることも同時に明らかとなり、胃腸関連領野のみがδとθの異なるリズムで活動し得ることが示された。胃腸関連領野の神経活動は、島皮質味覚野との皮質ー皮質間連絡が断たれると、δリズムがAEAにより胃腸関連領野でのみ生成されることが明らかとなり、胃腸関連領野のみがδとθの異なるリズムで活動し得ることが示された。このリズムの切り替えがどのような機能的意味をもつのかは、全動物標本を用いた実験において明らかにせねばならない。当初の計画では、それらの役割を明確にするため、GPR119 KOマウスを用いて実験を行うことを計画し、そうしたマウスから得られたスライス標本でのin-vitro実験も計画していたが、GPR119 KOマウス(Yang et al., 2016)がウイルス性肝炎を容易に発生する素因をもつことが判明し、対照群との比較が困難となり計画通りに研究が進んでいない。θリズムの周期的同期化の振動発生源が味覚野内に存在する可能性が極めて高いが、その伝播先の胃腸関連領野の興奮が味覚野に何らかのフィードバック効果を与え、振動発生源の活動を修飾する可能性を検証するため、島皮質味覚野と胃腸関連領野の接合部付近の皮質全層を切断したスライス標本と皮質全層及びclaustrumまで切断した2種類のスライス標本を作製し、AEAを投与して、oscillationを観察した。その結果、味覚野では5 Hz、胃腸関連領野では13 Hzのoscillationが、それぞれ独立に観察されたが、皮質のみ切断したスライス標本では弱いcoherenceが観察され、claustrumまで切断したスライス標本では、coherenceは消滅した。
個別学習から協調学習をシームレスに支援するIoTプラットホーム学習支援環境の開発

プログラミング教育には,学習者のレベルの差に起因して,1一斉授業では学習者全員に適する課題を用意することが難しい,2グループ学習では学習者同士を協調させることが難しいという問題がある.さらに,3プログラミングの作法が教材に左右され,得た知識が小学校から中学校,高校,大学と継続的に利用し難いといった問題がある.本研究は,個別学習と協調学習を統合することでそれぞれの学習方法における12の問題を解決するばかりでなく,継続的に利用可能な学習環境を実現することで3の問題を解決する.そのためのシステムとして,個別学習から協調学習をシームレスに支援するIoTプラットフォーム学習支援環境を開発する.プログラミング教育には,学習者のレベルの差に起因して,1一斉授業では学習者全員に適する課題を用意することが難しい,2グループ学習では学習者同士を協調させることが難しいという問題がある.さらに,3プログラミングの作法が教材に左右され,得た知識が小学校から中学校,高校,大学と継続的に利用し難いといった問題がある.本研究は,個別学習と協調学習を統合することでそれぞれの学習方法における12の問題を解決するばかりでなく,継続的に利用可能な学習環境を実現することで3の問題を解決する.そのためのシステムとして,個別学習から協調学習をシームレスに支援するIoTプラットフォーム学習支援環境を開発する.
吸収性マグネシウム系金属ガラスを用いた次世代型骨再生システムの開発

歯科領域における骨補填材量に関する様々な開発・研究が行われているが、自家骨と同等のリモデリング能を有する代替材料は未だ開発されておらず、また、自家骨移植においては、移植後の過度な骨吸収を示すことも報告されているため、長期的に安定した移植材料の開発も期待されている。本研究では、「生体吸収性マグネシウム系金属ガラス」(以下Mg系金属ガラス)に着目し、骨移植材の検討および開発を行い、臨床応用することを目標としている。複数の分子コンポーネントを持つMg系金属ガラス顆粒を作成し、動物骨欠損モデルに移植し、骨再生能や治癒の状態を評価し、良好な骨再生能を示す顆粒組成の検討を行った。歯科領域における骨補填材料に関する様々な開発・研究がなされているが、自家骨と同じリモデリング能を有する代替材料は未だ開発されておらず、骨造成時に使用されるメンブレンとの適性も課題の一つである。本研究では「生体吸収性マグネシウム系金属ガラス」(Mg系金属ガラス)に着目し、同一原材料から作製した骨補填材とバリアメンブレンの開発を行い、次世代型骨再生システムとして早期臨床応用することを目標とする。複数の物性を持つMg系金属ガラス顆粒を作製し、動物骨欠損モデルに移植、骨再生能を評価し、良好な骨再生能を示す顆粒群と同一成分のメンブレンを作製する。動物モデルでの組織再生誘導能について既存のコラーゲン膜との比較を行い、臨床的使用に耐えうる膜のデザインを特定する。同時に培養骨髄細胞用い、合金に含まれる各元素の与える影響を検証する。最終的にMg系金属ガラス顆粒、メンブレンの組み合わせによる次世代型の新規骨再生システムの確立を検討する。本年度は、複数の物性を持つMg系金属ガラス材料を作製し、動物骨欠損モデルに移植、骨再生能を評価し、良好な骨再生能を示す組成の検討を行っている。また、共同研究者による培養骨髄細胞用いた検討も行っており、合金に含まれる各元素の与える影響を検討している。細胞培養による移植材料の動態と、生体内での動態が完全に同じではないため、細胞培養で良好な結果であっても、生体内での反応が異なることが把握されてきており、次年度以降にも、継続して移植材の組成の検討を行う方針である。本年度は、動物モデルを用いたマグネシウム系金属ガラスの生体内での動態を確認しているが、金属ガラスの組成を変化させることにより、生体内での反応が異なることが判明している。さまざまな組成の金属ガラスを作成し、動物モデルでの検討を行うことができたため、おおむね順調に進展していると判断した。本研究では、「生体吸収性マグネシウム系金属ガラス」(以下Mg系金属ガラス)に着目し、同一原材料から作成した骨移植材とバリアメンブレンの検討および開発を行い、臨床応用することを目標としている。複数の分子コンポーネントを持つMg系金属ガラス顆粒を作成し、動物骨欠損モデルに移植し、骨再生能や治癒の状態を評価し、良好な骨再生能を示す顆粒群と同一成分のメンブレンを作成する予定である。メンブレンについては、動物モデルを用い、組織再生誘導能について、既存のコラーゲン膜との比較を行い、臨床応用に耐えうる膜のデザインの特定を目指している。最終的には、Mg系金属ガラス顆粒および同一原材料から作成したメンブレンを組み合わせることによる次世代型の新規骨再生システムの開発を行う。昨年度は、複数の分子組成をもつMg系金属ガラス材料を動物骨欠損モデルに適応し、生体内で良好な動態を示す組成のMg系金属ガラスを特定している。次年度は、この特定のMg系金属ガラス顆粒を動物欠損モデルに適応し、既存の骨補填材との比較検討を行い、また同様の原材料から遮断膜を作成し、生体内における反応を評価、検討を行う予定である。本年度は、動物モデルを用いた金属系ガラスの生体内での動態を確認し、骨補填材として適する組成を把握することができた。今後の研究の遂行に資すると思われるため、概ね順調に進展していると判断した。過年度にて、複数の分子組成をもつMg系金属ガラス材料を動物骨欠損モデルに適応し、生体内で良好な動態を示す組成のMg系金属ガラスを特定している。本年度は、この特定のMg系金属ガラス顆粒を動物欠損モデルに適応した。ウサギ頭蓋骨の左右に同型の骨欠損を作成し、一方にMg系金属ガラスを応用し、一方には何も添加しない実験モデルを用い、骨補填材としての性能を評価した。

骨補填材としてのの検討を放射線学的および組織学的に行い、移植群が非移植群と比較して、組織学的および放射線学的に良好な骨造成性を示したため、Mg系金属ガラスの補填材としての有用性が示唆された。今後は、既存の骨移植材料との比較や、金属系を使用したことによる、骨再生部位の強度の向上についての検討を行いたい。歯科領域における骨補填材量に関する様々な開発・研究が行われているが、自家骨と同等のリモデリング能を有する代替材料は未だ開発されておらず、また、自家骨移植においては、移植後の過度な骨吸収を示すことも報告されているため、長期的に安定した移植材料の開発も期待されている。本研究では、「生体吸収性マグネシウム系金属ガラス」(以下Mg系金属ガラス)に着目し、骨移植材の検討および開発を行い、臨床応用することを目標としている。複数の分子コンポーネントを持つMg系金属ガラス顆粒を作成し、動物骨欠損モデルに移植し、骨再生能や治癒の状態を評価し、良好な骨再生能を示す顆粒組成の検討を行った。動物への埋植実験、細胞実験の結果を参考にし、マグネシウム系金属ガラスの組成を検討し、改良を行う。骨補填材として適する組成のMg系金属ガラスを、動物への埋植実験へと応用し、既存の骨補填材との比較検討を行う。また、この組成と同等の原材料を用い、遮断膜を作成し、併せて動物における、生体内での治癒の状態や反応の評価、検討を行う。歯科医学一部の動物が、予定していた観察期間を迎えることができなかったため、飼育費用が掛からなかった。Mg系金属ガラスの生体内の評価を行ったが、予定した頭数よりも少ない数で材料の検討が可能であったため。次年度以降に追加の動物実験を行う予定となっている。次年度以降の動物および細胞培養系における評価を拡充して行う。