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アサーマル性と光非線形性を同時に満たす透明結晶化ガラスの創製

現在、光ファイバー通信には波長分割多重伝送と光増幅ファイバーが導入されており、一本の光ファイバーの中を32種類以上の波長の異なるレーザーが伝送されている。このようなシステムの中で最も重要な問題の1つは伝送レーザー自身の加熱による光波制御デバイスの温度上昇である。温度上昇によって、デバイスは通常正の熱膨張と正の屈折率変化を示すことになり、その結果レーザー光の光路差が変化する。レーザー光の光路差の変化はデバイス機能(信号の分解能)の低下を意味するので、温度変化によっても光路差が変化しないアサーマル性を示す光波制御材料が必須である。本研究は、アサーマル性と光非線形性/強誘電性(光波制御に必須の機能)を同時に満たす透明な結晶化ガラスを開発することを目的とし、特にB_2O_3系ガラスに焦点を当てた。研究によって得られた結果を以下に示す。1.BaO-Al_2O_3-B_2O_3系ガラスを通常の溶融法で作製し、熱処理により結晶化ガラスを作製した。結晶相はBaAl_2B_2O_7であり、結晶化ガラスから第二高調波発生を確認した。熱膨張係数は10^<-6>K^<-1>程度であり、非常に小さい。ただし、透明化は非常に難しく現在のところ成功していない。2.TiO_2を多量(20-40mol%)に含むBaO-TiO_2-B_2O_3系ガラスを作製し、BaTi(BO_3)_2あるいはBa_3Ti_3(BO_3)_2結晶から成る透明な結晶化ガラスの作製を試みた。Ba_3Ti_3(BO_3)_2結晶は非常に強い第二高調波発生を示すことを明らかにした。さらに、これらの結晶のラマン散乱スペクトルを測定し、二次光非線形性と結晶構造、特にTiO_6構造単位との関係を検討した。3.Ba_3Ga_2Ge_4O_<14>やBaGa_4La_2Ge_2O_<14>などのランガサイト型結晶から成る透明な結晶化ガラスの作製を試みた。ガラス表面において高い結晶配向性を有する透明な光非線形性結晶化ガラスの作製に成功した。特に、Ba_xGa_<5-x>La_<3-x>Ge_<1+x>O_<14>結晶の第二高調波強度はLa^<3+>/Ba^<2+>比の増加と共に大きくなることを明らかにした。ランガサイト結晶中に固溶した希土類イオンの蛍光スペクトルの特徴を明らかにした。4.新規に作製した上記の光非線形性を示す結晶化ガラスの熱膨張係数は現在測定中である。現在、光ファイーバー通信には波長分割多重伝送と光増幅ファイバーが導入されており、一本の光ファイバーの中を32種類以上の波長の異なるレーザーが伝送されている。本研究は、アサーマル性と光非線形性/強誘電性(光波制御に必須の機能)を同時に満たす透明な結晶化ガラスを開発することを目的とし、特にP_2O_5系およびB_2O_3系ガラスに焦点を当てた。1.アサーマル性の出現をガラスの電子分極状態から検討した結果、大きな電子分極を示す陽イオンを含むリン酸塩ガラスにおいて大きな可能性があることを推論した。2.Nb_2O_5を比較的多量に含むP_2O_5系ガラスを検討した結果、30K_2O.10Nb_2O_5.60P_2O_5(KNPガラス)及び10K_2O.30BaO.30Nb_2O_5.30P_2O_5(KBNPガラス)組成において安定なバルク状ガラスが得られることを見出した。KNPガラスの結晶化温度はT_xは548°C,KBNPガラスはT_x=793°Cであった。これらのガラスの結晶相は、KNPガラスではKNbOP_2O_7であり、KBNPガラスではBa_3Nb_5O_<15>であった。残念ながら、これらのガラス結晶化試料からは第二高調波発生(二次の光非線形性)は観測されなかった。3.15K_2O.15Sm_2O_3.70P_2O_5組成のガラスを開発し、結晶化により第二高調波発生を示すKSm(PO_3)_4結晶が生成することを見出した。さらに、このガラスにNd:YAGレーザー(波長:1064nm)を照射することによりガラス表面にKSm(PO_3)_4結晶ラインを書き込むことに成功した。4.B_2O_3を含むGd_2O_3-Bi_2O_3-B_2O_3系ガラスにおいて第二高調波発生を示す透明な表面結晶化ガラスを開発した。5.BaO-Al_2O_3-B_2O_3系ガラスを通常の溶融法で作製し、密度、屈折率、結晶化挙動を明らかにした。

特に、低熱膨張を示すBaAl_2B_2O_7結晶相の生成をX線回折、第二高調波強度の測定により確認した。現在、光ファイバー通信には波長分割多重伝送と光増幅ファイバーが導入されており、一本の光ファイバーの中を32種類以上の波長の異なるレーザーが伝送されている。このようなシステムの中で最も重要な問題の1つは伝送レーザー自身の加熱による光波制御デバイスの温度上昇である。温度上昇によって、デバイスは通常正の熱膨張と正の屈折率変化を示すことになり、その結果レーザー光の光路差が変化する。レーザー光の光路差の変化はデバイス機能(信号の分解能)の低下を意味するので、温度変化によっても光路差が変化しないアサーマル性を示す光波制御材料が必須である。本研究は、アサーマル性と光非線形性/強誘電性(光波制御に必須の機能)を同時に満たす透明な結晶化ガラスを開発することを目的とし、特にB_2O_3系ガラスに焦点を当てた。研究によって得られた結果を以下に示す。1.BaO-Al_2O_3-B_2O_3系ガラスを通常の溶融法で作製し、熱処理により結晶化ガラスを作製した。結晶相はBaAl_2B_2O_7であり、結晶化ガラスから第二高調波発生を確認した。熱膨張係数は10^<-6>K^<-1>程度であり、非常に小さい。ただし、透明化は非常に難しく現在のところ成功していない。2.TiO_2を多量(20-40mol%)に含むBaO-TiO_2-B_2O_3系ガラスを作製し、BaTi(BO_3)_2あるいはBa_3Ti_3(BO_3)_2結晶から成る透明な結晶化ガラスの作製を試みた。Ba_3Ti_3(BO_3)_2結晶は非常に強い第二高調波発生を示すことを明らかにした。さらに、これらの結晶のラマン散乱スペクトルを測定し、二次光非線形性と結晶構造、特にTiO_6構造単位との関係を検討した。3.Ba_3Ga_2Ge_4O_<14>やBaGa_4La_2Ge_2O_<14>などのランガサイト型結晶から成る透明な結晶化ガラスの作製を試みた。ガラス表面において高い結晶配向性を有する透明な光非線形性結晶化ガラスの作製に成功した。特に、Ba_xGa_<5-x>La_<3-x>Ge_<1+x>O_<14>結晶の第二高調波強度はLa^<3+>/Ba^<2+>比の増加と共に大きくなることを明らかにした。ランガサイト結晶中に固溶した希土類イオンの蛍光スペクトルの特徴を明らかにした。4.新規に作製した上記の光非線形性を示す結晶化ガラスの熱膨張係数は現在測定中である。
軍事遺跡の教育・学習資源化をめぐる実践的研究

軍事遺跡の考古学的調査としては、慶應義塾大学日吉キャンパス内の連合艦隊司令部地下壕と鹿児島県鹿屋市第五航空艦隊司令部地下壕の補足的な調査を実施したほか、2018年11月に神奈川県座間市高座海軍工廠芹沢地下壕の整備事業が完了したことを受け、12月から同地下壕の本格的調査を開始した。また、併行して熊本県錦町人吉海軍航空基地の地下壕群と、逗子市海軍航空廠池子工場地下壕群の予備的な調査も実施した。いずれの調査も、壕内の諸特徴の記録に加え、360度カメラによる画像・映像の撮影を行った。これらの調査の成果を用いた実践的取り組みとしては、学生、教員、一般を対象とした連合艦隊司令部地下壕の見学会を7回実施した。そこでは単に成果を伝えるだけでなく、見学後の討論やアンケートを通じて、調査で明らかになった地下壕のさまざまな諸特徴が、どのような歴史の語りと結びつく傾向があるのかを把握することに努めた。また、調査の成果を盛り込んだ講演会を年度内に6回(慶應義塾内2回、大阪経済大学、神奈川県茅ヶ崎市、座間市、鹿児島県鹿屋市各1回)行った。うち2回(慶應義塾内、座間市)では、360度画像・映像を用いたVR体験のデモも実施した。講演においても成果を一方的に話すことを避けた「対話型講演」ともいうべき方法を取り、研究成果が聴衆にどのように受け止められているのかを把握することに主眼を置いた。なお、これらの取り組みと併行して、当初計画通り、調査・研究の成果をまとめた報告書を年度内に刊行するための準備を進めていたが、11月になって座間市芹沢地下壕の本格的な調査が可能になったこと、12月に第五航空艦隊司令部地下壕に関わる重要な新知見を得たこと、さらに、3回の講演を3月下旬に行わざるを得なかったことなどから、補助事業期間延長承認申請書を提出し、これらの成果を含めた研究成果報告書を2019年度に刊行することにした。考古学的調査及びその成果を用いた実践的取り組みに関しては、調査対象の変更、追加等があったものの、全体としては当初計画以上の進捗状況と考えている。一方、そもそも地下壕という遺構が壕内と外気の温度・湿度の差の関係で、晩秋春の限られた時期にしか調査ができない対象であることに加え、座間市高座海軍工廠芹沢地下壕の整備事業が11月に完了したこと、12月に鹿屋市第五航空艦隊司令部に関わる航空写真等の新資料を見出したこと、さらに逗子市から12月になって申請者の元に海軍航空廠池子工場跡の保存・活用をめぐる相談があったことなどが重なり、12月以降にも複数箇所で調査を行う必要が生じた。さらにこれらの調査の実施と関係し、その成果に基づく講演会、見学会等の実践的取り組みを3月に複数回実施することになった。そのため、当初予定していた研究成果報告書の刊行を次年度に延期し、これらの調査及び実践的取り組みの成果を報告書に盛り込むことにした。この報告書の刊行の延期を踏まえ、進捗状況の評価を(2)とした。現在、2018年度12月以降に実施した調査、及び講演、見学会等のデータ整理を進めているところであり、これらの成果がまとまり次第、研究成果報告書の編集、刊行を行う予定である。旧帝国海軍軍事遺跡の考古学的調査としては、慶應義塾日吉キャンパス内の連合艦隊司令部地下壕及び小規模地下壕、横浜市金沢区野島掩体壕、鹿児島県鹿屋市第五航空艦隊司令部地下壕を対象に、測量及び構築や使用に関わる痕跡の記録を行った。日吉台地下壕群の一部である艦政本部地下壕についても調査の許可を得て現地に赴いたが、坑口付近の地下水の水位が上昇しており入坑が困難になっていたため、調査を次年度以降に延期した。また、金沢区野島掩体壕も、平成28年度より数年間、建造物の解体部材が内部に保管されることになったため、トータルステーションによる測量等については断念せざるを得ず、簡易測量と写真記録に留めることにした。なお、これとは別に、大分県大分市、宇佐市、佐伯市内の軍事遺跡の踏査、及び保存・活用状況についての調査も実施した。考古学的調査の成果を用いた歴史実践としては、日吉台地下壕保存の会、鹿屋市平和学習ガイド・調査員、慶應義塾大学考古学研究会に協力を依頼し、うち後二者では、それぞれが実施する戦争遺跡の見学会等での調査成果の利用の可能性を議論したうえで、成果の一部を見学のプログラムに盛り込むことができた。また、鹿屋市では、平和学習ガイド・調査員主催の一般公開イベント「鹿屋大空襲を聞く会」(平成29年3月18日)に発表者として参加させてもらい、調査成果の一部を発表した。なお、こうした市民団体や学生団体との議論のなかで、一般公開されることが稀な地下壕の教育・学習資源化において、360°パノラマ撮影の映像が非常に有効であることがわかってきたため、調査を行った地下壕で撮影実験を試みた。申請時点で予期できなかった要因により、一部の遺跡において、調査の延期や調査内容の変更を余儀なくされたが、一方で、横浜市教育委員会や鹿屋市ふるさとPR課、市民団体、学生団体から、本研究に対する理解と大きな協力を得ることができたため、特に調査成果を用いた歴史実践の側面において、当初の計画を大きく超える成果が得られた。軍事遺跡の考古学的調査は、慶應義塾大学日吉キャンパス内の連合艦隊司令部地下壕、矢上キャンパス内小規模地下壕、神奈川県座間市高座海軍工廠地下壕、鹿児島県鹿屋市第五航空艦隊司令部壕において実施した。

年度当初に調査を予定していた横浜市港北区艦政本部地下壕は、坑内に溜まった地下水の水位の下降が認められなかったため、また横浜市金沢区野島掩体壕も内部に保管された建築部材により壁面の観察が困難と判断し、調査を断念した。南九州沖縄においても調査対象を追加する予定であったが、連合艦隊司令部との関係が深い第五航空艦隊司令部壕の調査により時間を割くことにしたため、その他の遺跡の調査は実施しなかった。連合艦隊司令部地下壕と第五航空艦隊司令部壕では、測量及び構築・使用に関わる痕跡の記録をほぼ完了させたほか、公開を視野に入れた360度動画の撮影を実施した。一方、高座海軍工廠地下壕については、今後の調査及び教育・学習資源化の可能性を検討するための予備的調査を、矢上キャンパス内小規模地下壕では、擁壁工事に伴う記録保存を目的とする調査を行った。考古学的調査を用いた歴史実践としては、研究成果を踏まえた地下壕の見学会や360度動画のデモンストレーションを複数回実施したほか、慶應義塾大学考古学研究会の実施する見学会でも研究成果を活用してもらった。第五航空艦隊司令部壕についても、鹿屋市平和学習ガイド・調査員に調査成果を提供し、ガイド活動での活用の可能性についての議論を進めたほか、平和学習ガイド・調査員主催の一般公開イベント「あの日を忘れない・・・3・18鹿屋空襲によせて」(平成30年3月18日)において、「第五航空艦隊司令部壕の調査成果」と題する講演、及びVRゴーグル、タブレット端末等を用いた360度動画のデモンストレーションを実施した。一部の調査対象の変更はあったものの、本研究の中核となる連合艦隊司令部地下壕と第五航空艦隊司令部壕の調査では、当初予定以上の成果を得ることができた。一方、調査成果を用いた歴史実践の側面では、一般公開の難しい地下壕のような軍事遺跡の内部の様子を疑似体験できる360度動画の有効性が、デモンストレーションを通じて確認できたことがきわめて大きな成果となった。軍事遺跡の考古学的調査としては、慶應義塾大学日吉キャンパス内の連合艦隊司令部地下壕と鹿児島県鹿屋市第五航空艦隊司令部地下壕の補足的な調査を実施したほか、2018年11月に神奈川県座間市高座海軍工廠芹沢地下壕の整備事業が完了したことを受け、12月から同地下壕の本格的調査を開始した。また、併行して熊本県錦町人吉海軍航空基地の地下壕群と、逗子市海軍航空廠池子工場地下壕群の予備的な調査も実施した。いずれの調査も、壕内の諸特徴の記録に加え、360度カメラによる画像・映像の撮影を行った。これらの調査の成果を用いた実践的取り組みとしては、学生、教員、一般を対象とした連合艦隊司令部地下壕の見学会を7回実施した。そこでは単に成果を伝えるだけでなく、見学後の討論やアンケートを通じて、調査で明らかになった地下壕のさまざまな諸特徴が、どのような歴史の語りと結びつく傾向があるのかを把握することに努めた。また、調査の成果を盛り込んだ講演会を年度内に6回(慶應義塾内2回、大阪経済大学、神奈川県茅ヶ崎市、座間市、鹿児島県鹿屋市各1回)行った。うち2回(慶應義塾内、座間市)では、360度画像・映像を用いたVR体験のデモも実施した。講演においても成果を一方的に話すことを避けた「対話型講演」ともいうべき方法を取り、研究成果が聴衆にどのように受け止められているのかを把握することに主眼を置いた。
土壌病害虫の爆発的増加のリスク評価と生物防除を軸にした、総合的な土壌診断法の開発

持続可能な農場が求められる中でも、多くの生産者は病害虫以外の土壌微生物も死滅させる農薬・土壌くん蒸剤を使っている。くん蒸剤によって土壌微生物の多様性が失われた圃場で起こり得る、病害虫の爆発的増加に着目した。群馬県こんにゃく圃場の土壌をメタンソディウム(MS)またはクロルピクリン(CP)で室内くん蒸し、直後に土壌のATP含量、培養可能細菌、糸状菌密度を測定した。結果、MSの方がCPより微生物バイオマスに与える影響が大きく、そしてくん蒸による微生物バイオマスの減少は細菌による影響が高いことが示唆された。くん蒸土壌を用いてキュウリ苗立枯病(Pythium aphanidermatum)の接種試験を行った。CP区の方がMS区より発病曲線下面積が高い傾向にあり、土壌の病害抑止能を低下させる作用はCPの方がMSより高いことが示された。群馬県こんにゃく圃場土壌を採取し、硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を測定した。土壌中の硝酸態窒素はCPの方がMSより少なかったことから、CPの方が細菌を殺菌する効果が高い傾向は、硝化菌についても言えることが示唆された。以上より、MSよりCPの方が殺菌効果が高く、P. aphanidermatumの発病リスクを高める可能性があることが明らかになった。本研究の最終目的はどのような土壌条件、防除方法であればリサージェンスを抑制できるのか明らかにすることであった。キュウリ苗立枯病についてはMSを使用した方がくん蒸後のリサージェンスを抑制できる可能性が示唆されたが、同時にMSの殺菌効果、特に培養可能細菌に対する効果はCPより低いことが示された。くん蒸剤の本来の目的である土壌病害虫の殺菌効果については明確な比較結果が得られなかったため、どの程度の病害虫汚染土壌であればMSを使用する方が有益であるかについては、結論を出すことが出来なかった。28年度が最終年度であるため、記入しない。安定した食料生産のために病害虫の発生を抑える土壌微生物の機能(de Boer et al., 2003)が注目されてきた一方で、多くの生産者は病害虫以外の土壌微生物も区別なく死滅させる農薬・土壌くん蒸剤を使い続けている。くん蒸剤の使用を最小限にする取り組みが浸透しない理由は、どんな土壌条件ならばくん蒸剤を使わない方がメリットが大きいのかを判断する基準が存在しないからである。本研究では、くん蒸剤によって土壌微生物の多様性が失われた圃場で起こり得る、病害虫の爆発的増加(リサージェンス)に着目し、どのような土壌条件、防除方法であればリサージェンスを抑制できるのか診断するシステムの構築を目指す。採用一年目は、群馬県こんにゃく圃場において、二種の土壌くん蒸剤が持つ病害虫の殺菌効果と、土壌が本来持っている病害抑止性や静菌作用への影響を調べた。すなわち、土壌くん蒸剤は慣行的に使用されている土壌くん蒸剤クロルピクリン(クロピク)とその代替薬剤として検討されているカーバムナトリウム塩(キルパー)がこんにゃく根腐病菌(Pythium aristosporum, Pythium myriotylum)、およびネコブセンチュウ(Meloidogyne incognita)とその他土壌微生物に与える影響を評価した。また拮抗菌の探索を行った。具体的には、1室内くん蒸土壌を用いた発病試験、2二種の土壌くん蒸剤が土壌微生物に与える影響の比較、3拮抗菌の単離を行った。その結果、1発病試験法を確立して発病指数は無処理区<キルパー処理区<クロピク処理区の順に大きくなる傾向にあることを明らかにし、2微生物密度の推移から消毒効果が五ヶ月間は維持されたことと、病原菌を低密度接種した場合はキルパー処理区の方が発病リスクは低くなったことを明らかにした。また3希釈平板法により、他の糸状菌の生育を抑制する菌を分離した。1)2種のくん蒸剤が土壌微生物に与える影響の評価(圃場試験&室内試験)群馬県こんにゃく圃場5圃場からくん蒸前およびくん蒸後の土壌を採取してATP含量(微生物バイオマス)を測定した。結果、3圃場でカーバムナトリウム塩剤(MS)区の方がクロルピクリン(CP)区より有意にATP含量が高かった(P<0.05)。この結果は圃場条件というくん蒸剤の殺菌効果が室内くん蒸より効きにくく、また微生物の再侵入がおこりやすい条件下でも、一ヶ月たってもCP区の方がMS区より微生物バイオマスが回復していないことを示した。具体的にどの微生物がくん蒸処理によって殺菌されているのか調べるために、室内くん蒸試験を行った。各微生物の密度とATP含量の相関係数を取ったところ細菌とATP含量(P<0.001)の間に関係性が見られた。よって、2種のくん蒸剤のATP含量の差は一般細菌に与える影響が異なることに起因すると考えられた。2)2種のくん蒸剤が土壌の発病抑止能に与える影響の評価(室内試験)室内くん蒸を行った土壌と土壌病原菌Pythium aphanidermatumを用いたキュウリ苗立枯病の発病試験を行った。P. aphanidermarumを9粒接種した場合にMS25%区の方がCP25%区より有意に累積発病指数が低下した(P<0.05)。

また1、3粒接種区でも有意差はみられなかったがMS25%区の方がCP25%区より累積発病指数が低い傾向にあった。この発病指数の差が生じた要因を調べるため、MS25%区の土壌を用いて希釈平板法を行い、糸状菌および細菌を単離した。そのうち、糸状菌5菌株と細菌29菌株がP. aphanidermarumに対して拮抗能を示した。採用二年目の当初、接種試験は現地圃場でくん蒸処理を行った土壌を用いて行った。しかし、現地でのくん蒸処理は条件が一定にならなかったため、2種のくん蒸剤間の発病指数の差が非常に生じにくく、またわずかな接種試験の条件の違いによって反復試験の結果が異なった。この結果から研究の方向転換(室内くん蒸を行った土壌を用いて接種試験を行うこと)を行うまでに時間がかかってしまった。また、室内くん蒸の条件検討についても数か月を要したため、発病試験を十分に行うことが出来なかった。持続可能な農場が求められる中でも、多くの生産者は病害虫以外の土壌微生物も死滅させる農薬・土壌くん蒸剤を使っている。くん蒸剤によって土壌微生物の多様性が失われた圃場で起こり得る、病害虫の爆発的増加に着目した。群馬県こんにゃく圃場の土壌をメタンソディウム(MS)またはクロルピクリン(CP)で室内くん蒸し、直後に土壌のATP含量、培養可能細菌、糸状菌密度を測定した。結果、MSの方がCPより微生物バイオマスに与える影響が大きく、そしてくん蒸による微生物バイオマスの減少は細菌による影響が高いことが示唆された。くん蒸土壌を用いてキュウリ苗立枯病(Pythium aphanidermatum)の接種試験を行った。CP区の方がMS区より発病曲線下面積が高い傾向にあり、土壌の病害抑止能を低下させる作用はCPの方がMSより高いことが示された。群馬県こんにゃく圃場土壌を採取し、硝酸態窒素およびアンモニア態窒素を測定した。土壌中の硝酸態窒素はCPの方がMSより少なかったことから、CPの方が細菌を殺菌する効果が高い傾向は、硝化菌についても言えることが示唆された。以上より、MSよりCPの方が殺菌効果が高く、P. aphanidermatumの発病リスクを高める可能性があることが明らかになった。本研究の最終目的はどのような土壌条件、防除方法であればリサージェンスを抑制できるのか明らかにすることであった。キュウリ苗立枯病についてはMSを使用した方がくん蒸後のリサージェンスを抑制できる可能性が示唆されたが、同時にMSの殺菌効果、特に培養可能細菌に対する効果はCPより低いことが示された。くん蒸剤の本来の目的である土壌病害虫の殺菌効果については明確な比較結果が得られなかったため、どの程度の病害虫汚染土壌であればMSを使用する方が有益であるかについては、結論を出すことが出来なかった。採用一年目は本研究の最大の目的である、発病試験の試験方法を確立することに時間を費やしたが、様々な手法を検討する事でこの目的を達成することが出来た。発病試験は条件の設定が非常に困難であるため、採用一年目で手法を確立できたことはおおむね順調に研究が進展していると思われる。また試験圃場での複数回の土壌サンプリングを行ったことで、年間を通した微生物の密度変化を追うことが出来た。これは次年度以降も使用できる重要なデータであると考えられる。採用三年目は現地圃場からくん蒸処理前に土壌を多く採取し、これを用いて室内くん蒸および接種試験を行う。
高速走行時における農用トラクタ-作業機系の振動よび安定性解析

本研究では,高速走行が可能となった,我が国の農用トラクタ(機関出力25kW)について,各種路面を供試して車体振動特性と制動特性を把握した。車体の固有振動数の同定試験では,キャンベル線図と加速度の時間軸データを基にした位相を考慮することにより,回転及び並進運動の固有振動数を同定した。また,各路面での高速走行における座席振動について分析した。更に,トラクタ単体及びトレーラをけん引した場合の制動特性についても検討した。以上の結果,農作業安全や快適性の面から貴重な資料を得ることができた。本年度は,トラクタ単体およびトラクタにロータリ作業機を装着した場合について,主としてタイヤのラグによる車体振動への影響を重点的に分析した。走行実験は,農学部付属滝沢農場のアスファルト路面上および同農場の幹線農道よにて実施し,エンジン回転速度と変速段を適宜調整して実施した。トラクタには前後左右および作業機上にそれぞれ3軸の加速度計を配置し,メモリーレコーダに記録した後,周波数分析を行い固有振動数等を分析した。この結果,以下のような知見を得た。1)トラクタ単体の車体の固有振動数は,ロール,ピッチ,ヨーの各回転運動の固有振動数は,それぞれ5.38,9.75,4.00Hzと推定された。また,上下,左右,前後の並進運動の固有振動数は,それぞれ4.13,2.13,4.88Hzと推定された。こらの固有振動数は,前後輪のタイヤラグ数またはタイヤラグ数の1/2の周波数で励振され発生していた。得に後輪ラグ数の1/2の周波数が大きな影響を及ぼしているようであった。高速時におけるトラクタ車体の振動状態は,5.0m/s以上の走行速度において,上下並進運動では,3.5Hz5.0Hzの間で広くスペクトル値の大きな振動が分布していた。得に最大速度付近では,最も大きなスペクトル値を記録した。また,前後の並進運動において,0.25Hzの低周波振動が発生していた。2)ロータリ作業機を装着した場合は,作業機の固有振動数と思われる3.0Hz前後の上下振動が,広範囲の走行速度条件に見られ,得に高速域では振動のレベルが大きくなっていた。3)農道の走行では,トラクタ単体では3Hz5Hzでの上下振動のレベルが高かった。作業機装着時もアスファルト走行と同様,作業機の影響と見られる3hz付近の振動が広範囲の走行速度条件にて発現していた。以上,規制緩和以降の高速走行可能なトラクタの車体振動について,初めて明らかにした。本年度は,トラクタにトレーラを装着した場合の振動特性について,重点的に実験・分析した。ブレーキ特性と突起物乗り越し実験についてはオペレータの安全確保に若干問題があったので,次年度に実施する予定である。また,突起物乗り越し時のシミュレーションソフトについても,次年度までに完成する。トレーラ装着時の,振動現象について,以下に結果をまとめる。トレーラの積載量については,無積載,約1t,及び2tの3種類とした。供試した走行路面はアスファルト路面と砂利を敷いた農道である。走行速度については,トラクタの固有振動数を調査するため0.13m/s2.6m/sまで21条件,及び1m/sから8m/sまでの8条件を供試した。固有振動数については,トレーニラのみを牽引した場合は,ロールが4.4Hz,ピッチが9,9Hz,バウンスが3.4Hzと同定された。トレーラに荷重を積載した場合は,ロールについては同定することができなかったが,ピッチとバウンスについては,トレーラのみを牽引した場合とほぼ同様であった。また,縦方向の振動のRMS値は,一部ばらつくことがあったが,概ね走行速度に比例して増加した。路面については,アスファルト路面より農道の方が23倍の値であった。農道では,瞬間的に大きな振動になることもあり,咄嗟のブレーキ操作等に支障を来す可能性も認められた。更に,積載有無では,トレーラのみの方が若干大きかった。振動方向別には,左右方向に比べ,前後と上下方向は,より多く増加し,アスファルト路面では0.10.9m/s^2,農道路面では0.31.8m/s^2であり,健康上許容される暴露時間は,アスファルト路面では制限無し10時間以下,農道路面では1.5時間以下20時間以下であった。大規模化により分散した圃場間の移動が増加すると言われており,快適性や安全性からさらなる振動低減が必要と考えられた。本年度は,トラクタのシャシとキャビンの振動特性の関連の分析,トラクタ-作業機系のブレーキ特性の分析を中心に行い,トレーラ装着時の突起物乗り越し試験については,所有のトラクタでは,危険を伴う可能性があり実施を断念した。実施については,今後の課題としたい。以下,本年度の結果について纏める。

まず,トラクタのシャシ部とキャビン部の振動モードについては,加速度計の設置個数を増やし実施した。また,車体振動への影響が大きい後輪タイヤのラグ位置を合わせた場合と半ピッチずらした場合とで振動の状況について分析した。この結果,キャビン部が4個の防振ゴムでシャシ部に懸架されていることから,シャシとキャビンがそれぞれ別々に振動しており,振動モードが異なったり,同じ振動モードでも位相が逆になることもあった。また,ラグ位置を変化させた実験結果では,大きな振動が生じた走行条件,振動モードに大差はなかった。トラクタ-作業機系のブレーキ特性の分析については,本学部附属農場のアスファルト路面を供試して実施した。なお,ジャックナイフ現象を回避するため,トレーラ側の連動ブレーキを利用して試験を実施し,ブレーキを踏んでから停止するまでの走行距離やブレーキの踏圧力等との関係を明らかにした。この結果,1)トラクタのブレーキペダルの踏圧と制動距離の一般的関係は,指数関数的傾向を示し,踏圧が大きくなるほど制動距離は小さくなった。2)トラクタ単体での制動試験の結果,踏圧が大の条件では,停止距離の最小値が5,0mとなり保安基準を満たしていた。3)トレーラに1.2tのトラクタ及び1.995tのトラクタを積載した場合は,停止距離の最小値が5.69m及び6.50mとなり,保安基準より大きくなっていた。本トレーラの最大積載量は,2.5tであることから,最大積載時には更に停止距離が延びると予想され,十分な安全対策を取ることが望まれる。
全ゲノム解析を糸口とした下顎前突症の感受性遺伝子の探索と機能解析

東アジア人集団として326人を対象者としてGHRの一塩基多型(SNP)をダイレクシークエンス法にて同定した。側面頭部X線規格写真より顎顔面形態に関する計5項目について計測、GHR多型との関連を統計学的に検討した。GHR遺伝子のSNPsと下顎枝の長さとの間に統計学的に有意な関連が認められた。その関連は日本人集団と韓国人集団は極めて近似していた。しかし、関連するSNPsの出現頻度はコーケシアンなどの他の集団では大きく異なっていた。顎顔面形態は人種的差異が存在する。本研究結果はその理由の一部分を説明するものであるかもしれない。著しい下顎前突症は外科的矯正治療をも必要となり、この咀囑機能障害による患者の身体的・心理的負担は大きい。すなわち下顎前突症の病態の理解、発症リスクの危険予測あるいは予防法の確立は患者のQOL向上に大きく寄与することができる。一方、頭蓋顎顔面形態は強い遺伝性が関与していることが明らかとなっている。さらに下顎前突症はその強い遺伝性から逡伝統計学的手法による感受性遺伝子の同定が可能である。本申請課題研究代表者らは下顎前突症の感受性遺伝子を全染色体上について網羅的に探索した。その結果、第一染色体上に下顎前突症と連鎖を示す領域があることを発見した。これを糸口として現在、候補遺伝子についてのSNPs(Single Nucleotide Polymorphisms)解析を進め、統計学的に有意な相関を認める複数のSNPsを確認している。これは関連解析によるものであるが、このような関連は下顎前突症とひとつの遺伝統計学的手法により有意な相関を得た、ということにすぎない。この遺伝統計学的手法による結果の解釈には階層化の問題など、十分な検討(擬陽性をいかに排除するか)が必要である。すなわち、真に下顎前突症の発症に関与しているかどうかは、より高度な遺伝統計学的手法が必要である。したがって候補領域のSNPsの連鎖不平衡地図(linkage disequilibrium mapping;LDmapping)と患者-対照研究により、感受性遺伝子の絞り込みを行っている。これと併行して患者-対照研究において、目的とする染色体座位や遺伝子周囲のSNPを調べるだけでなく、ゲノム全体のSNPも検討することによって、民族性などの階層化の補正を可能とする系の準備を進めている。矯正臨床では成長発育期のその後の成長による顎顔面形態を推測することが診断に求められる。顎顔面形態は強い遺伝性を有しているのでこれに関与する遺伝子の存在が窺い知れる。特に下顎頭部の成長発育は下顎骨形態の決定に深く関与する。一方、下顎頭部においての成長ホルモン受容体は領域特異性をもって発現、その成長発育に関与することが知られている。研究代表者らはこれまでに健常日本人成人について成長ホルモン受容体遺伝子(GHR)が下顎骨高さに関与することを明らかにしている。さらに東アジア人集団として326人(韓国人159人、日本人167人)を対象者としてGHRの一塩基多型(SNP)をダイレクシークエンス法にて同定した。本研究は昭和大学ヒトゲノム遺伝子解析倫理委員会、釜山国立大学関連委員会の承認を得て実施した。現在、引き続き頭蓋顎顔面形態に関与する遺伝子について検索・解析中である。関与する遺伝子は複数、存在することが推測されている。これらを明らかにしてゆくことによって、矯正臨床に応用しうるものにすることを目標とする。

GHR遺伝子のSNPsと下顎枝の長さとの間に統計学的に有意な関連が認められた。その関連は日本人集団と韓国人集団は極めて近似していた。しかし、関連するSNPsの出現頻度はコーケシアンなどの他の集団では大きく異なっていた。顎顔面形態は人種的差異が存在する。本研究結果はその理由の一部分を説明するものであるかもしれない。
磁気共鳴映像法/分光法による睡眠時無呼吸症候群の脳機能障害の検討

1.磁気共鳴映像法による脳循環評価健常者における無呼吸時の脳の信号変化をT_2^*強調画像(スピンエコー型エコープラナー法)により測定し、無呼吸時の信号強度上昇を確認した。信号強度上昇はhypercapniaによる脳血流量増加の効果が脳血液量増加、動脈血酸素飽和度低下の効果を上回り、oxygenation上昇がもたらされたためと考えられた。閉塞型睡眠時無呼吸症候群患者においても無呼吸時の脳の信号上昇を認めた。閉塞型睡眠時無呼吸症候群患者においては健常者に比して信号強度変化は有意に大きかった。無呼吸発作の頻発する患者では無呼吸と過呼吸の反復によりhypercapniaの効果が増強されているものと考えられた。本研究により無呼吸時の脳の信号変化が臨床用磁気共鳴映像装置により測定可能であることが明らかにされた。本研究の成果は学会において発表ならびに学術雑誌に投稿中である。2.磁気共鳴分光法による脳機能評価脳の器質的異常を有さない閉塞型睡眠時無呼吸症候群患者の脳プロトンスペクトルを測定し、ポリソムノグラフィーによる重症度(apnea index;AI)別および健常者との比較検討を行なった。中等症以上(AI≧20)の閉塞型睡眠時無呼吸症候群患者において大脳深部白質のN-acetylaspartate/choline比の有意な低下を認めた。本知見は通常の磁気共鳴映像法等の検査では全く異常を認めない閉塞型睡眠時無呼吸症候群患者においても脳代謝の変化を生じていることを示すものである。本研究により閉塞型睡眠時無呼吸症候群の中枢神経障害の評価法としての磁気共鳴分光法の可能性が明らかにされた。本研究の成果は学会および学術雑誌に発表した。
地域包括的視点に基づく看護管理学の創出に向けたアクションリサーチ

ソフトシステム方法論に基づくアクションリサーチ(内山2007)を用いて、人々が最期まで望む地域で安心して暮らし続けられるための新しい看護管理学の中核概念を探索し記述した。中核概念は以下の5つ。看護すること:自身や他者を気遣い世話すること。人は皆元来看護する力を有する。地域:人々の重層的関係が存在する複雑な場。元来看護する力が備わる。看護専門職:人々や地域への信頼を基に其々の世界間を行き来でき、状況に合わせて柔軟に役割を変化させて支え続ける存在。専門職連携:目的ではなくより良い実践の結果。地域包括的視点に基づく看護管理:統制ではなく看護力発揮にむけ人々を力づけ共に学習しその仕組みを創ること。平成24年度に引き続き、ソフトシステム方法論に基づくアクションリサーチを用いて、地域包括的看護管理学の概念創出に取り組んだ。前年度に住民の生活及び保健医療福祉状況は行政区ごとに異なることがわかったため、研究フィールドを3つの小地区にわけて研究者・実践者ミニワークショップ(以下、ミニWS)を繰り返し開催し、「地域で看護するとはどういうことか」、あるいは当該地区の実践者が決定した問いについて、現場での実感をもとに本音で話し合った。そして研究者ワークショップ(以下、研究者WS)を、ミニWSごとに開催し地域包括的視点に基づく看護管理についての探求を継続的に行った。平成26年2月には各地区WSと研究者WSでの学びを共有し、さらに議論を深めることを目的に合同WSを開催した。実践者の全12回延べ参加者数は85名、病院看護師、地域包括支援センターの保健師・介護支援専門員・社会福祉士、訪問看護師、老人保健施設の看護師のほか、事務長、住民、看護学校教員、理学療法士も加わった。これまでに見出した地域包括的視点に基づく看護管理学のコンセプトは、1全ての人が看護することの当事者。専門家の活動はそこに含まれる、2専門家は素人との間にブレずに揺れる関係性を築く必要がある、3専門家も住民も皆でリスクを取り責任を負える信頼を育てる、4「地域包括的」の地域とは空間、時間、人々の重層的な関係性を含む概念、5管理のコンセプトの一つは、気づいた人からやる、気づきを芽吹かせ育てることなど。「地域を包括的に看護するとはどういうことか」の最終段階の「思いのモデル」は以下の通り。「Z:否応なく押し寄せるなみにあっても、したたかに生き抜くために、Y:一人ひとりのケア力を信じて、状況を丸ごと受け止めて思い切って一歩踏み出すことによって、X:みんなでぶれずに揺れながら粘り強く、「大丈夫」「大丈夫」とかかわり続けるコト。」ソフトシステム方法論に基づくアクションリサーチ(内山2007)を用いて、人々が最期まで望む地域で安心して暮らし続けられるための新しい看護管理学の中核概念を探索し記述した。1.ソフトシステム方法論(以下、SSM)を基盤としたアクションリサーチの文献検討と内山研一氏の講義により方法論を研究者間で共通理解した。専門家である内山氏、鈴木氏から、継続的に支援を得ることとした。2.研究実施計画を立案した。a)研究者チーム、b)看護管理実践者と研究者のチーム、c)現場の看護職チームのそれぞれで、当該地域の看護や看護管理についての「思い」を本音で議論するワークショップ(以下、WS)を繰り返し開催し、研究者がWS毎のリフレクションで得る「気づき」を集約させることにより、研究目的である「地域包括的視点に基づく看護管理学」のコンセプトを創出する。3.医療連携への問題意識が高く研究者と良好な信頼関係があることを基準に研究フィールドを選定し、関東地方のA二次医療圏とした。研究倫理審査委員会の承認後、当該地域の保健センター、県看護協会地区部会、訪問看護ステーション連絡協議会、基幹病院、地域包括支援センター、市町村、市町村ケアマネジャー協議会に研究参加依頼を行った。全域から病院7施設、市町村地域包括支援センター4施設、訪問看護ステーション5施設、老人保健施設1施設が研究に参加した。4.WSを次のとおり実施した。a)研究者WS(8月・11月)→b)実践者・研究者WS(12月)→a)研究者WS(12月・1月・2月)→b)実践者・研究者WS(2月)→a)研究者WS(3月)。実践者・研究者WSの参加者は39人、平均年齢49.7±6.63歳、職位は看護師長35.9%、看護部長10.3%であった。5.全8回のWSから、地域包括的視点に基づく看護管理学のコンセプトは、「看護職同士、施設同士、あるいは病院と地域をつなげること」が、「看護職が病院と地域とが自然に出会える場をつくること」を経て、「一人ひとりの住民と地域のセルフケアに関わり続けること」に変化してきている。前年度までに行った研究者ワークショップ、看護管理実践者との合同ワークショップ、及び学会等での討論の全25回を振り返り

「地域包括的視点に基づく看護管理学」の中核概念を探究するワークショップを、方法論の専門家の支援を得、ソフトシステムアプローチに基づくアクションリサーチ(以下、SSM-AR)の手法に沿って5回行った。また研究フィールドの研究協力者と共に研究を通して得たアイディアを学会、誌上等で公表・発信し多様な研究者・実践者との意見交換を通して精錬させ、その成果を報告書としてまとめた。本研究で見出した地域包括的視点に基づく看護管理学の中核概念は以下の通りである。1看護すること:自身や他者を気遣い世話することで、専門職だけではなく全ての人が行う行為。人は元来看護する力を持っている。2地域:単に物理的空間だけではなく、世代・近隣・講などの人々の重層的関係が存在する複雑な「場」。元来看護する力が備わっている。3看護専門職:人々や地域への信頼をもとに、個々に異なる世界観と専門職の世界観の間を行き来でき、個人の価値観・ペース・心身の状況に合わせて自らの役割を柔軟に変化させ、支え続けていく存在。4専門職連携:それ自体が目的ではなく各専門職者のより良い実践の結果として生まれるもの。5地域包括的な視点に基づく看護管理:地域は多様さと複雑さが存在する「場」であり、計画やルールでは対応できない出来事が多い。そのため厳密な計画や役割に基づく活動よりも、個人がその時、その状況でよりよいあり方に向けた方法を学び、対応していくことが重要で、ルールを越えた創造的挑戦的な行動も必要。したがって、地域包括的視点に基づく看護管理とは人々を統制することではなく、地域の人々と看護専門職、そして「場」の持つ看護の力が発揮されるよう、人々を力づけ、ともに学習し続けること、学習し続ける仕組みを創ることである。看護管理学研究の順調な進展の理由の一つは、採用している研究方法の専門家から、研究方法に関する理論的、実践的支援を得ていることである。毎回、内容の濃いワークショップを行え、そこからコンセプトの創出という螺旋的創出サイクルをたどることができている。二つ目は、ワークショップを通して、研究フィールドの実践者が気づきを得て、それをもとに各自が看護実践においてアクションを起こし、現場が変わるという経験をしたことで、研究へのコミットメントが高まったこと、また研究の意義、方法についての理解が深まって、ワークショップの企画運営に対する協力が得られたことがあげられる。三つ目の理由として、研究者と実践者、研究方法の専門家との信頼関係が築け、研究遂行への自信が強まっていること、また研究者自身が研究方法を理解し習熟してきたことがあげられる。最後に、学会などでの成果発表については、研究成果を提示できる段階には至っていないが、インフォメーションエクスチェンジやアクションリサーチ関係のシンポジウムへ積極的に応募し、多様な背景をもつ看護管理者、ビジネスマン、企業経営者、そして一般市民からのフィードバックを得ることができたことも、研究者の思考を促進し研究を進めることにつながった。これまでに研究者らが看護管理者と現場改革や研究において関係を構築し信頼関係ができている地域を研究フォールドとして選定したこと、病院看護師、訪問看護師、保健師、ケアマネジャーの実務経験があり現場の状況を熟知している研究者で構成される本研究チームが分担して研究協力を依頼したことで、施設および関係者の研究協力をスムーズに得ることができた。
アポトーシス抵抗性口腔扁平上皮癌細胞のサバイバルメカニズムとその克服に関する検討

本研究では、培養ヒト舌由来扁平上皮癌細胞HSC-4のアポトーシス抵抗性のメカニズム、特にPLD、ERK、およびP13K/Aktの関与について検討を行っている。平成15年度より17年度の助成期間中に以下の点が明らかになった。1.HSC-4はラクトフェリンによる細胞死に抵抗性を示した。この時、HSC-4 PLDの活性化をみた。2.HSC-4細胞におけるPLDの活性化には、MAP kinase, ERKの関与が示唆された。3.PLD阻害による細胞傷害性:1級アルコール(今回は、1-ブタノール)存在による細胞傷害性を2級アルコール(今回は、2-ブタノール)と比較した所、1%で1-ブタノールが2-ブタノールにくらべ細胞を障害した。このことは、HSC-4細胞のcall survivalにPLDが関与する可能性を示唆した。4.HSC-4細胞には、RT-PCRによりPLD1および2が対照となるSAS細胞と同程度の発現が見られた。5.細胞ストレスとしてラクトフェリン由来ペプチド(Lfn-p)投与に対によるPLD活性の上昇は、PLD1の発現を抑制した細胞でより抑制された。6.PLD1を抑制した細胞では、Lfn-pによるAktのリン酸化が抑制されたが、ERKおよびmTORのリン酸化に変化は見られなかった。7.PLDを抑制した細胞では、Lfn-p投与により細胞死シグナルに関与するMAP kinase, JNKのリン酸化が観察された。8.Lfn-p投与によるJNKのリン酸化は、P13キナーゼ/Akt経路の阻害剤:Wortmanninにより亢進した。以上よりHSC-4細胞のLfn-PによるPLD活性化には、PLD1が関与する可能性が示唆され、Akt/mTORを介してJNKを介する細胞死シグナルを抑制することにより、細胞のサバイバルに関与している可能性が示唆された。口腔領域のみならず悪性腫瘍の発生、伸展、化学療法・放射線治療にとって遺伝的に傷害を受けた細胞のアポトーシスからの逸脱は、腫瘍の発生、治療に対して大きな問題である。研究代表者は、今までに糖タンパク質の一種であるラクトフェリンが培養ヒト舌由来扁平上皮癌細胞の増殖を抑制し、アポトーシスを誘導する可能性見い出したが、細胞によりアポトーシス誘導に抵抗性を示すもの(HSC-4 cell)では、PLDの活性化とPKB/AKtのリン酸化がみられ、さらにMAP Kinasesファミリーの活性化において感受性を示すものと違いが見られた。これを踏まえ本年度より平成17年度までに、培養ヒト舌由来扁平上皮癌細胞HSC-4のアポトーシス抵抗性のメカニズム、特にPLDおよび、ERK、およびPI3K/Aktの関与について検討し、口腔扁平上皮癌を含む固形癌のchemo-privention,抗癌剤や放射線治療に対する抵抗性の克服における分子標的を特定してゆくことを目標とした。本年度は、アプローチとしては、現在予備的に行っている阻害剤処理細胞の抗癌剤CDDP,ラクトフェリン及び無血清ストレスによる細胞障害性の変化を明らかにすると共に、リポフェクションによる発現抑制実験の条件設定の為の予備実験をおこなった。結果:1、HSC-4はラクトフェリンのみでなく、少なくとも白金製剤系抗癌剤(CDDP)や無血清ストレスによる細胞死にも抵抗性を示した。2、PLD阻害による細胞傷害性:1級アルコール(今回は、1-ブタノール)存在による細胞傷害性を2級アルコール(今回は、2-ブタノール)と比較した所、1%で1-

ブタノールが2-ブタノールにくらべ細胞を障害した。3、HSC-4細胞には、RT-PCRによりPLD1および2が対照となるSAS細胞と同程度の発現が見られた。4、アンチセンスオリゴヌクレオチドおよびiRNAの導入に適したカチオンリポソームの選択:リポフェクションにより細胞内のサバイバルに関する分子の発現抑制をおこなうためアンチセンスオリゴヌクレオチド(またはiRNA)の導入効率を市販のカチオンリボソーム試薬(4種類)を購入GAPDHに対するsiRNA導入による発現抑制を指標に検討、処理条件もあわせて検討した。本研究では、培養ヒト舌由来扁平上皮癌細胞HSC-4のアポトーシス抵抗性のメカニズム、特にPLDおよびPI3K/Aktの関与について検討を行っている。昨年度までに阻害剤処理細胞の抗癌剤(CDDP),ラクトフェリン及び無血清ストレスによる細胞障害性の変化を明らかしておりリポフェクションにより発現量を減少させ、感受性に変化が見られるかを確認する為の予備的な条件設定を行った。昨年度の結果及び国内外の研究より抑制的オリゴヌクレオチドとしてsiRNAを用いて検討する事とした。本年度は、1)siRNA標的配列の決定、2)siRNA導入に適したカチオンリポソームの選択、3)細胞ストレス抵抗性に関わる遺伝子のsiRNAによる発現の抑制、4)標的遺伝子siRNA導入細胞での外部ストレスによる細胞障害抵抗性の変化について検討を行った。まずは標的遺伝子としてphospholipase D1(PLD1)およびPLD2のsiRNAによる発現抑制を検討した。PLD1については3種類、PLD2については4種類のsiRNAを合成し、カチオンリポソーム性siRNA導入試薬(Qiagen社製RNAiFect)を用いてHSC-4細胞への導入を試みた。発現の抑制(mRNAおよびタンパク量)は、定量的RT-PCR法およびウエスタンブロット法にて検定し、それぞれ複数の50%以上の発現抑制を認めるsiRNA配列を得た。Aktについては、現在検討中である。PLD1/2発現抑制条件での細胞障害抵抗性の変化については外部ストレスとしてCDDP,ラクトフェリン及び無血清ストレスについて現在検討中である。研究成果の一部については、第25回日本臨床薬理学会年会、第46回歯科基礎医学会学術大会、第111回日本薬理学会関東部会および第1回ラクトフェリンフォーラムにて発表をおこなった。本研究では、培養ヒト舌由来扁平上皮癌細胞HSC-4のアポトーシス抵抗性のメカニズム、特にPLD、ERK、およびPI3K/Aktの関与について検討を行っている。昨年度までに阻害剤処理による細胞ストレスによる細胞障害性の変化,PLD1及び2を特異的に阻害するsiRNA配列の検討を行ってきた。本年度は、1、siRNAによるPLD1および2の発現抑制細胞でのサバイバルシグナルの変化2、サバイバルシグナル分子のシグナルカスケードの検討を行った。結果:1、細胞ストレスとしてラクトフェリン由来ペプチド(Lfn-p)投与に対によるPLD活性の上昇は、PLD1の発現を抑制した細胞でより抑制された。
血液・循環器・消化器病の診断・治療・予防のための計算ナノバイオメカニクスの創成

本研究では、生命現象の理解と各種疾病の病因の理解、診断手法の開発、治療技術創出のための計算バイオメカニクスを構築した。これにより、脳動脈瘤発生を予測する新しい血行力学指標を発見し、マラリア感染による微小循環障害や血小板血栓形成を解析する手法の開発に成功した。また、遊泳微生物モデルを開発し、腸内細菌フローラの動態の解析などへと展開した。我々は、生体内の流動現象が物理学・力学の基礎の上で十全に理解され、予測され得るものであり、生命現象の力学的理解が重要であることを強調してきた。しかしながら、従来の研究ではモデル化に不適切な部分が多く、疾患に対する生体力学的な検討も不十分であった。本研究は、生命現象の本質を探り、その異常を診断し、治療する手段を探るための統合的生体力学を構築することにある。そこで、マルチスケール・マルチフィジックスの計算生体力学をナノレベル(生体高分子)から全身スケールまで統一的に展開するシミュレーション技術を開発し、今後の生命現象の理解と各種疾病の病因の理解、診断手法の開発、治療技術への展開を目指している。2009年度は、脳動脈瘤の発生に係る流体力学的因子であるGONの提案や、マラリア感染赤血球のレオロジー特性や微小循環内の血流、血流中の血球やがん細胞の共焦点micro-PIV計測、微生物や腸内細菌の集団遊泳の大規模数値シミュレーション、胃・腸内のマクロ流動解析など、各課題について研究を行う。生体分子・細胞相互作用の力学解析:各種分子および血小板の力学的な相互作用から血栓形成に至るプロセスを調べ、主にvon Willebrand因子、フィブリノーゲンおよび血小板との相互作用に着目し、分子の活性度変化から血小板凝固に至る血栓の形成プロセスを数値解析により調べた。また、投薬により、血小板間の吸着力が減少し、ひいては血栓の形成・崩壊過程が変化したり、マラリア感染赤血球のレオロジー特性や、血球間、血球・血管壁間の吸着力が変化し、ひいては微小循環障害が改善されるなどの効果が期待できる。そこで投薬の効果を解析する数値解析モデルの構築を試みた。それらの成果は、国際会議論文および英文雑誌論文として発表されている。細胞・組織:血液細胞モデルの構築と血流解析:血液細胞の体積の大部分は赤血球であるため、流れ中の赤血球の変形、凝集などを表現できる、赤血球モデルの改良を行なった。また、血流の解析結果の妥当性を検証するため、「共焦点micro-PIVシステム」を用い、PDMSマイクロ流路内の赤血球の挙動観察および速度ベクトルの計測も行った。細胞・組織:腸内細菌モデルの構築:腸内細菌をモデル化し、細菌が高濃度で多数存在する場合を想定した細菌群の大規模数値シミュレーションを行った。2008年度は、脳動脈瘤の発生、成長に係る流体力学的因子の検討を行い、その局在化を説明することができる新しい血行力学因子GONを発見した。このGON因子は血管壁近傍における壁面せん断応力の勾配の時間変動を示すパラメタで、その後、外国の有力グループが追試をして、有効性が確認されている。また、各種分子および血小板の力学的な相互作用から血栓形成に至るプロセスを新たに開発した粒子法を用いて解析し、一次血栓の形成と崩壊に関するシミュレーションの精度を向上させることができた。マラリア感染赤血球のモデルについては、赤血球および内部の病原体(マラリア原虫)の発達段階に応じたレオロジー特性を再現できるモデルを開発し、これを用いて微小循環内の感染赤血球の挙動について検討することができるようになった。とくに、マラリア原虫の発育に応じて、物理的に感染赤血球が硬化する機構と、原虫がもたらす赤血球膜の生物学的な反応の相乗作用をモデル化できるようになったことは、世界的に見て我々のみがなし得る研究である。これらの理論的および数値的な研究を裏付ける骨的で実際の赤血球などを使った確証実験も実施している。このため数値シミュレーションによる流れ中の赤血球挙動の解析結果の妥当性を検証する共焦点micro-PIV計測を行った。この他、微生物や腸内細菌の集団遊泳の大規模数値シミュレーションなど、各課題について広範な研究を実施し、これにより、脳動脈瘤の発生、成長には壁面せん断応力勾配の時間変化が重要な役割を果たしていること等が発見された。これらの研究成果は、英文雑誌論文や国際会議論文、国内学会論文として数多く発表されている。また、国際会議での基調講演、招待講演などを多数行い、研究成果を世界に発信した。本年度は、以下の研究成果をあげている。(1)脳動脈瘤の発生に係る流体力学的因子として、GONを提案した。脳動脈瘤のある実形状血管モデルから、瘤を取り除いた計算モデルを構築し、壁面せん断応力勾配の時間変化を特徴付けるパラメータGONと脳動脈瘤の発生との関連を検討した。これらの成果は、国際会議論文および英文雑誌論文として発表されている。