hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脊椎動物の細胞極性形成における膜・タンパク質輸送の意義

細胞極性の形成には微小管の安定化、束化が必要であり、上皮形態形成に関わり、Opitz症候群の原因遺伝子がコードするMID1やその関連タンパク質MID2といった分子が微小管安定化因子としての役割を担っていることを示した。そして、この微小管の再編成が起こることによって、分泌顆粒や細胞極性因子が輸送されるためのレールの上を移動し、適所に局在するとのモデルを提唱することができた。細胞極性形成の引き金は何かといったメカニズムなど本質的な問題に迫るため、我々はアフリカツメガエルを用いた原腸形成における細胞極性形成機構の研究から、微小管伸長の極性と細胞形態の極性の関連について研究を行ってきた。本研究では、それらの成果を基盤にバイオイメージング技術などを駆使して細胞が極性を確立するプロセスを細胞学的、分子解剖学的に解析し、とくに「分泌経路における膜輸送」の観点から細胞極性の形成機構について明らかにすることを目的としている。本研究では、とくにタンパク質・膜輸送が細胞極性、ひいては細胞形態形成に顕著な影響を及ぼす発生現象のひとつとして、神経管形成に着目して解析を行ったところ、神経上皮細胞の頂端極性形成におけるカドヘリンの細胞内輸送について成果が得られた。極性化していない細胞では細胞質に比較的均一に分布するカドヘリンが、細胞の伸長とともに頂底軸に沿って微小管アレイが発達すると、カドヘリンはネクチンによって頂端側の接着班周辺に動員されるという新たな発見があった(Morita,H.et al.Development,2010)。そのメカニズムに関する研究として、微小管の再編成、タンパク質輸送の解析を行っている。微小管の重合阻害剤ノコダゾールを用いた結果から、神経管形成に寄与する細胞の頂底軸に沿った伸長には微小管の重合、微小管アレイの形成が必要であるという結果を得ている。現在、我々がすでに発現クローニングによって、過剰発現がアフリカツメガエル原腸形成や神経管閉鎖に影響を及ぼすことを見出したSec23,Sec61,Sar1相同遺伝子産物が、微小管を介したカドヘリンの細胞内輸送に必要であるかを検証するために、それぞれの分泌制御因子に特異的なモルフォリノアンチセンスヌクレオチド(MO)を用いたノックダウン法によって機能を阻害し、その細胞表現型を観察している。脊椎動物のさまざまな器官形成において、器官を構成する細胞の細胞極性は極めて重要な役割を果たしている。したがって、細胞に形態的・機能的偏りを付与する細胞極性形成のメカニズムを明らかにすることは、脊椎動物の形態形成メカニズムを明らかにする重要な鍵となる。中でも細胞に異方的な物質輸送に関わる膜・タンパク質輸送経路は極性形成の本質とも言え、本研究はその分子・細胞機構を明らかにするために実施された。我々は、すでに細胞極性形成に関わる分子のスクリーニングによって膜輸送形成に関わる因子を複数同定している。それらが細胞内での非対称な輸送のカーゴ(荷)とする分子の候補として、神経管閉鎖時に頂端側に偏って分布するふたつの細胞接着分子、N-カドヘリンとネクチン2に着目し、それらの機能解析を行った。その結果、ネクチン2の頂端側への局在に伴って、N-カドヘリンが頂端側へ動員されること、ふたつの接着分子の相互作用によって、アクトミオシン系が活性化され、神経上皮細胞の頂端側が著しく収縮することなどを見出した。これらのことは細胞極性形成によって、N-カドヘリンの輸送経路が頂端側へと方向付けられた可能性を示している(Morita et al.,Development,2010)。また、神経管閉鎖の際に微小管も重要な役割を果たしていることが明らかになった。微小管は細胞極性形成によって頂端側から基底側に成長し、細胞自体を伸長させる役割を担っている。微小管に沿うように局在するタンパク質MID1/MID2は微小管の束化、安定化によって細胞の形態的な極性を作りあげており、この細胞形態形成が神経管形成に重要であることを示した(Suzuki et al.,Development,2010)。これら二つの研究によって、脊椎動物の膜・タンパク質輸送を基盤として形成される細胞極性が器官形成に必須であるという重要な意義を見出すことができた。脊椎動物の発生において、組織構築の基盤となる個々の細胞形態・機能の制御は極めて重要である。なかでも細胞極性は細胞の形態的・機能的トポロジーを決定する重要な要素であり、その制御は複雑な分子細胞機構によって支えられている。また、細胞極性は初期発生の原腸形成、神経管形成に必須であることも分かっている。この細胞極性形成に必須の多くの細胞極性因子は細胞に非対称に局在し、細胞形態・機能の非対称性を生み出す。本研究では細胞極性因子の偏在性の根源は膜・タンパク質輸送にあるとの仮説にもとづいて、その生物学的意義を明らかにすることを目的に研究を行った。

我々はすでに,アフリカツメガエル胚における過剰発現系を用いた機能スクリーニングによって、原腸形成制御に関わると思われる複数の遺伝子を同定し、その多くがSecファミリー、ArfGAPなどをコードする膜・タンパク質輸送系(分泌系)に関わるものであることを明らかにしていた。この知見をもとに、これらの輸送の実体や、輸送システムの基盤となる細胞骨格系の再編成メカニズムを明らかにする実験を行った。その結果、細胞極性の形成には微小管の安定化、束化が必要であり、上皮形態形成に関わり、Opitz症候群の原因遺伝子がコードするMID1やその関連タンパク質MID2といった分子が微小管安定化因子としての役割を担っていることを示した。そして、この微小管の再編成が起こることによって、分泌顆粒や細胞極性因子が輸送されるためのレールの上を移動し、適所に局在するとのモデルを提唱することができた(Suzuki,M., Development 2010に報告)。
東北タイ天水田における土壌養分動態の解明に基づくイネの耐乾性評価

タイの稲作はその約6割が天水田と呼ばれる降雨に依存した水田で行われている。特に東北タイでは土壌が砂質のため、乾燥と湿潤を頻繁に繰り返すのに加えて、養分の供給力や保持能力が低い。そのため、収量が低く、その改善が大きな課題である。そこで養分の吸収量を評価し,吸収量の改善に基づく収量の改善を試みた。その結果、土壌はリン欠乏傾向にあることが明らかにされたが、リンを施肥しても必ずしも生育は改善せず、それはリンが土壌中で移動しにくいこと、水欠乏により根の伸長が抑制されること、窒素状態の改善も同時に必要であることによっていた。使用した系統の中には生育の優れたものがあり、今後リン吸収との関係を解析したい。平成22年度は、タイ東北部全域で幼植物期に記録的な干ばつが発生し、イネ植物がフィールドで壊滅的打撃を受け、イネが充分に生育出来なかったため、平成23年度に再試を行った。天水田とは、灌漑をせず自然降雨のみでイネを生産する水田であり、降雨に依存しているため水ストレスが頻繁に生じ、作物収量は非常に低い。イネは土壌中の水分に溶解した養分を吸収しているが、天水田のような乾燥と湿潤を繰り返す環境での、土壌水分と養分の関係には不明な点が多い。そこで、非湛水の天水田における土壌養分の動態とイネの養分吸収について、湛水区との比較調査をおこなった。非湛水区の養分濃度は湛水区より低く、乾燥後に養分の上昇がみられ、土壌水分が養分濃度に影響を与えていることが示された。Pはいずれの年および条件においても検出限界以下の濃度であった。非湛水区におけるイネ収量は、低く、これは養分欠乏が疑われた。地上部乾物重が収量と強い相関を示したため(r=0.93^<**>)、非湛水区では養分吸収制限により乾物生産が阻害され、収量が低下したと考えられた。しかし湛水区でも土壌溶液中の養分濃度は著しく低かったが、地上部乾物重の低下は軽微であった。従って非湛水区では土壌溶液の養分濃度が低いだけでなく、土壌の乾湿の繰り返しの影響を受けたと思われた。出穂期の植物体におけるNとPの吸収量と濃度の関係より、湛水区ではPの吸収低下により乾物生産が低下したことが示唆された。一方、非湛水区ではNの吸収量の低下割合の方が大きく、植物体P濃度が若干上昇したため、NがPよりも強い制限要因になったと考えられる。以上より、土壌溶液による方法は天水田の養分環境を評価するためには不十分であり、新たな評価法が必要であると考えられた。こうした環境においてもいくつかのBCL系統が高いNおよびP吸収量と乾物生産性を示し、今後の解析対象として有望であると思われた。タイ東北部天水田は、降雨パターンが不安定であること、また砂質土壌であることから、頻繁に圃場から田面水が消失する。これまで、田面水の消失による好気土壌条件の出現と干ばつの影響を切り離して検討した研究事例は無く、当該地域においてイネ収量が低い原因は低肥沃な土壌と干ばつ遭遇に伴う脱水ストレスにあると考えられてきた。本研究では、干ばつによる脱水ストレスが植物に生じなくても、天水田における慢性的な落水状態はイネの養分吸収と収量を抑制するという仮説を検証することを目的とした。東北タイのウボン稲研究所において2つの異なる水管理の圃場(常時湛水、非湛水)を用意し、対象品種を含む20-30系統を供試して地上部・地下部の生育および収量を比較した。非湛水圃場では、明渠排水によって落水状態を保つとともに、補助灌漑によって土壌水分を圃場容水量付近(-30kPa以上)に維持した。その結果、非湛水圃場では、作土層の土壌硬度は土壌水分と密接な関係にあり、掛け流し灌漑直後に土壌は軟らかくなるが、数日以内に再び急激に硬くなった。また、下層土の根の生長は田面水の消失に伴い促進されるが、降雨の間隔が長くなると土壌硬度が上昇するために逆に抑制されることが示唆された。一方で作土層の側根発達は非湛水処理によって有意に抑制された。これらの根生長特性には遺伝的変異が存在することも確認された。非湛水圃場の収量は、湛水圃場に比べて2010年、2011年ともに低下した(34%ー61%の減収)。収穫指数の低下は小さく、収量抑制の要因は乾物生産の低下にあった。特に植物体リン濃度が非湛水

圃場では両年とも平均0.14%と低く、リン吸収の低下が乾物生産抑制の大きな要因であることが明らかとなった。東北タイ天水田に適したイネの品種改良のためには落水条件下の養分吸収、とくにリン吸収能力の改善が重要であることが示唆された。昨年度までの成果から、東北タイにおいては、不規則な降雨パターンに伴う土壌の乾湿の繰り返しがイネによる土壌中のリンの利用を著しく制限しており、そのためたとえリンを施肥したとしても効果が非常に小さく、イネの生長・収量が抑制されることが明らかとなった。そのため、本年度は土壌中でほとんど移動しないリンへのアクセスが有利と考えられる、根の伸長に優れた品種について確認を行うと共に、リン施肥の形態、時期についての検討を行った。また同時に、農家圃場における収量とリン吸収量の評価も行った。その結果、窒素施肥と比較してリン酸施肥による増収効果は小さかった。これは吸収効率が窒素肥料に比べ、リン酸肥料で非常に低いことが一因であると考えられた。リン酸肥料の吸収効率は湛水区においても非常に低く、水条件ではなく土壌に起因する問題であると考えられた。一方、リン酸の多施肥はリン吸収量を増加させたが、イネ収量への影響は高くはなかった。乾物重は窒素吸収量による制限も受けているかもしれない。農家圃場において増肥したリン酸についてもリン酸吸収量や地上部乾物重に与える影響は小さかったが、一部の圃場で収量が増加し、全体では0.2 t/haの有意な増収効果があった。また、BCL系統の中には親品種のSurin 1よりも細根が発達し、根長密度が大きく、リンの吸収量が多いものがあった。根長密度とリン吸収量の間に明瞭な量的な関係は確認されなかったが、細根の発達がリンの吸収と関係がある可能性は示すことができた。以上より、東北タイ天水田では土壌中のリンが欠乏傾向にあること、リンは土壌中での移動が非常に小さく、細根が発達する品種がリン吸収において有利である可能性が高いこと、またリン酸施肥により改善が見られる場合もあるがその効果は必ずしも一定ではなく、窒素施肥も考慮して施肥体系を確立していくことが必要と考えられた。天水田では、圃場への水供給の大半が降雨に依存するため、稲作期間中に頻繁に田面水が消失する。天水田におけるイネの養分吸収の抑制メカニズムには、1)植物の総根長(表面積)の抑制、2)植物根の養分吸収力の低下、といった植物側の要因のほか、3)落水に伴う土壌中の養分難溶化、4)落水に伴う養分マスフローの低下、5)落水に伴う養分拡散速度の低下、といった土壌側の要因が考えられる。本研究では、ウボン稲研究所において2つの異なる水管理の圃場(常時湛水、非湛水)を用意し、東北タイ天水田におけるイネの養分欠乏ストレスの発生原因を解明することを目的とした。まず、窒素施肥およびリン施肥の効果を調べたところ、イネの窒素吸収量は、窒素施肥によって増加し、これに伴い地上部乾物重も増加した。しかし、リン施肥を行ってもリン吸収量は増加しなかった。次に土壌について調査した結果、ブレイ第2法によって推定した稲作後の土壌の可給態リン含有量は、湛水あるいは落水といった水管理の影響を受けておらず、稲作前の土壌の可給態リン含有量の影響およびリン施肥の影響が大きいことが明らかとなった。このことから、当該地域の天水田では落水に伴う土壌中のリンの難溶化が起こる可能性は比較的小さいと推察された。また、湛水処理、非湛水処理いずれの圃場でも土壌溶液中のリン酸濃度が検出外であったことから、マスフローによるリン移動は非常に小さいと考えられた。一方で、非湛水圃場の植物体のリン吸収量は湛水圃場の値よりも明らかに低かったが、これは土壌の可給態リン含有量と対応していなかった。
進歩主義、改造主義、批判的教育学の比較教育哲学的研究

本研究は、1進歩主義、改造主義の社会改造論の比較考察、2ポストモダンの批判的教育学による進歩主義、改造主義評価の考察、3日本の中央教育審議会答申(1996年)が提唱し日本教育の課題となっている「生きる力」の育成に進歩主義、改造主義、批判的教育学が示唆するものは何かの考察、を試み以下の諸点を解明した。1の考察ではデューイ及びブラメルドの社会改造論並びにそれらに対するチャイルズ、ボーダ、バークソンらの評価に焦点を当てて進歩主義及び改造主義の社会改造論を考察し、進歩主義と改造主義とはデューイ哲学に依拠して教育による民主的な社会改造をを唱え、インドクトリネーションを容認しないことでは共通しているが、社会改造の方向としてのブループリントの強調や国際的権威への国家主権の従属の見解に関して、両者は見解を異にしていることを明らかにした。2の考察では、批判的教育学と社会改造主義(進歩主義左派と改造主義)の比較検討によって、両者が、学校を社会的中立的機関ではなく支配への抵抗の場としてみなしたこと、知的発達と社会福祉理論の結合の必要を唱えたこと、教師を変革的知性人としてみなしたこと、相違の政治学に貢献していること等で共通していることを明らかにした。3の考察では、「生きる力」の育成を目指して総合学習の時間の設定、学習の場であると同時に生活の場としての学校、学校・家庭・地域社会の連携、環境教育の充実等を構想している日本教育が、進歩主義の作業教育、生活教育、改造主義の学校による社会改造、批判的教育学の個の異議申し立て、差異性容認のコミュニティ建設等の諸思想から学びうることを明らかにした。本年度は進歩主義と改造主義の比較考察を試み次の三つの論文にまとめた。第一の論文は、進歩主義者がインドクトリネーションをどの様に捉えているかを考察した「進歩主義者のインドクトリネーション観」(椙山女学園大学人間関係学部創立10周年記念論文集「人間の探求」、1998年3月)である。ここでは、進歩主義者が、インドクトリネーションを、主体的、批判的、創造的学習を重視する民主主義的教育に反するものとして擁護しないが、その定義に関しては見解を異にしていること、及びその主要な争点は、教師の立場の明確化や知識の教え込みをインドクトリネーションと区別するか否かに関連していること等について明らかにした。第二の論文は、デューイ、ボ-ダ、チャイルズらの社会改造論を究明した「学校論-社会改造と関連して-1(杉浦宏編著『デューイと日本の戦後教育』世界思想社、1998年5月)である。ここでは、現在の日本の学校教育の課題となっている「生きる力」の育成にデューイらの学校論が有益であること等を明らかにした。第三の論文は、進歩主義者チャイルズと改造主義者ブラメルドとの社会改造論の異同点を検討した「チャイルズとブラメルド」(日本デューイ学会紀要第39号、1998年6月)である。ここでは、改造主義がplanned societyやブループリントを重視するのに対して進歩主義がそうでないこと等について明らかにした。平成10年度は、進歩主義、改造主義、批判的教育学の比較考察を試み、四つの論文に纏めた。第一の論文は、「チャイルズとブラメルド」(日本デューイ学会紀要39号、1998年6月)である。ここでは、ブラメルドとチャイルズが、民主的な教育的社会改造、ソーシャライズされた経済指向性の教育、インドクトリネーションの否定などの見解で共通しながらも、ブラメルドが計画された社会や未来の社会のブループリントを重視したのに対して、チャイルズは、これらに警戒的態度をとっていること等について明らかにした。第二の論文は、「学校論--社会改造と関連して--」(杉浦宏編『日本の戦後教育とデューイ』(世界思想社、1998年11月)である。ここでは、日本の学校教育の課題となっている「生きる力」の育成にデューイの学校論が有益であること等を明らかにした。

第三の論文は、「批判的教育学と改造主義」(椙山女学園大学研究論集・社会科学篇・1999年3月)である。ここでは、社会改造主義とポストモダンの批判的教育学の両者が、民主主義のための市民教育に関心をもち、学校を支配への抵抗の場として位置づける立場を共通してとっていることを明らかにした。第四の論文は、「チャイルズとデューイ」(日本デューイ学会紀要40号、1999年6月予定)である。ここでは、デューイの社会改造の飽育哲学を継承しているチャイルズが、教育における階級観、ニューディールの評価、第二次大戦後のソ連との関係、コミュニストの教育権に関して、デューイと見解を異にしたことを取り上げ、両者の立場の相違の理由を解明した。
新規エナメル芽細胞マーカーＳｏｘ２１は歯原性上皮細胞の分化を調節するのか？

成熟エナメル芽細胞マーカーであるSox21は、成熟エナメル芽細胞から終末エナメル芽細胞への分化誘導へ関与していた。そのため、Sox21の発現が消失する事により、成熟エナメル芽細胞の細胞極性が消失し、その結果、エナメル小柱形成が阻害され、エナメル小柱の結晶構造異常及び石灰化不全をきたすことにより、エナメル質形成不全になることが判明した。また、エナメル芽細胞におけるSox21の発現はShhによって調節されていた。前年度までの結果では、Sox21がエナメル芽細胞に特異的に発現しており、Sox21欠損マウスではエナメル小柱構造を欠いたエナメル質の形成不全が見られた。このことから、Sox21がエナメル芽細胞で発現することによって、エナメル芽細胞の分化や石灰化を調節している可能性が示唆された。そこで今年度はその原因メカニズムについて検討することにした。まず、Sox21発現ベクターを作成し、歯原性上皮細胞株であるSf2細胞へトランスフェクションを行った。このSox21強制発現細胞株を元にクロマチン免疫沈降法(Chip法)を行い、Sox21特異的に結合している遺伝子を回収し、次世代シークエンスを行うことによって、Sox21結合分子の特定を行った。その結果、約20種類の候補遺伝子が見つかった。そこでSox21強制発現細胞株と対象株との間でこれら分子の発現量の変化をrealtime-PCRにて検討を行った。その結果、一つの分子がSox21強制発現細胞で発現上昇が見られた。また、Sox21欠損マウスにおけるエナメル芽細胞ではこの分子は発現量が3割へと減少してる事をrealtime-PCRにて確認した。このことから、この分子がSox21依存的に発現量が変化し、Sox21と結合している可能性が示唆された。そのため、この候補分子の発現ベクターの作成を行った。来年度はこの発現ベクターを用いて、Sox21との関連を追及し、Sox21の下流メカニズムを明らかにする予定である。Sox21がエナメル芽細胞特異的に発現していることから、Sox21がエナメル質形成に影響を与えていると推測した。そこで初年度はSox21KOマウスを用いて、歯の形態を組織学的に観察することにした。生後2日目のSox21KOマウスの歯胚をヘマトキシリン・エオシン染色したところ、未分化エナメル芽細胞では影響がほとんど見られなかったが、細胞分化終末の成熟エナメル芽細胞では細胞極性が失われ、エナメル質が減形成されていることが判明した。また、生後6週目のマウスでは成熟エナメル芽細胞の形態が不規則になり、波状に配列することによってエナメル質も同様に波状に形成されていた。そこで、生後6週目の歯を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、エナメル表面が多孔性構造となっていた。また、リン酸処理を行った断面を観察したところ、野生型では規則的なエナメル小柱構造が確認できるにもかかわらず、Sox21KOマウスではエナメルが薄く、更にエナメル小柱構造が失われていることが分かった。更にMicroCTにて生後6週目の歯の石灰化を評価したところ、象牙質の石灰化にはほとんど差が見られなかったのに対し、エナメル質は約1/10に減少していることが判明した。このことから、Sox21KOマウスではエナメル質形成不全が見られ、その原因はエナメル芽細胞の配列異常により、規則的なエナメル質形成が阻害され、不規則な結晶構造を持つためであると推測できるマイクロアレイ法を用いる事によって、マウスエナメル芽細胞で発現している分子が、数十種類発見された。その内、SRY-related HMGbox gene 21 (Sox21)が強く発現しており、エナメル質形成に関与していると推測された。そこでSox21欠損マウスの表現系を調べたところ、過度の咬耗が見られたため、更に詳細に検討することにした。その結果、Sox21欠損マウスの歯は石灰化が低下しており、エナメル小柱構造が失われていることからエナメル質形成不全であることが判明した。次にこの原因メカニズムを検討するために、Sox21欠損マウスのエナメル芽細胞を用いてマイクロアレイを行った。その結果、KLK4やアメロチンなどの終末エナメル芽細胞マーカの発現が減少している事が判明した。更にクロマチン免疫沈降法を用いてSox21と直接結合する分子を検討したところ、20種類程度の候補分子が見つかった。Sox21の発現ベクター及び、siRNAを用いてエナメル芽細胞のSox21発現量を変化させたところ、Sox21発現変化に連動した分子が一つ見つかり、本分子はSox21により、直接調節されていると考えられた。そこで、本年度は更にこの分子の発現ベクターとsiRNAを用いてエナメル芽細胞の発現量を変化させ、RT-PCRにて調整された分子を調べたたところ、Sox21により調整された分子と類似した結果が得られた。以上の結果から、エナメル芽細胞ではShhによりSox21の発現量が調節されていた。

更に、Sox21はこの分子と直接結合し、エナメル芽細胞マーカー等の発現量を調節することにより、エナメル芽細胞の分化を変化させて、エナメル質形成不全を引き起こしていることが判明した。小児歯科大学移転による遺伝子組換・動物実験の書類作成やマウスの移動および無菌化に時間を要したため。大学を移転したため、本研究を行う上で、新たに遺伝子組み換え実験および動物実験の申請書を作成する必要があり、申請書作成に大幅に時間を費やした。また、本研究対象である遺伝子組み換えマウスの飼育を移転先の大学で再び立ち上げる必要があり、更に現在マウスが手に入らないため、進行が遅れているマウスの個体数が少ないため、今後は繁殖に力を入れる。また、Sox21に関連する候補分子を絞ったため、今後はその関連性について検討を行っていく。前半はマウスの移動と繁殖を行う。また、並行してSox21を発現していない未分化エナメル上皮細胞株を使用してSox21を過剰発現させることにより、どのような影響が出るかを検討する。後半はマウスから歯胚を回収してmicroarrayを行うことにより、エナメル質形成不全になった原因遺伝子の候補を絞り込む。マウスの無菌化に時間がかかり、実験進行が遅れたため。マウス飼育費用及び細胞培養・分子生物学用試薬の購入学会発表は小児歯科学会および国際学会を検討している。また、研究はmicroarryやマウス飼育関連以外に一般的な細胞培養試薬、抗体関連試薬などを考えている
中心核への非定常アクリーションと銀河の活動

銀河中心核の活動性のエネルギー源である大質量ブラックホールへのアクリーションを2次元軸対称数値シミュレーションによって調べた。活動的銀河中心核の近傍でのガスの流れは極めて時間変動が激しいと考えられている。シミュレーションでは、ブラックホールへガスが塊となって回転しながら間欠的にアクリーションするモデルを考えた。ガスの塊はそれぞれ別々の速度をもっているので、時に衝突し衝撃波を発生させる。簡単のため、ガスの塊は回転によってリング状に引き延ばされていると仮定すると、その衝撃波はコーン状になる。衝撃波は回転軸の近傍で収束し、そこでガスが加速され外向きの流れが形成される。外向きの流れは高い速度をもち、やがてジェットへと成長する。このモデルは形成される短寿命の衝撃波が、熱的過程と非熱的過程によりそれぞれX線とγ線を放射し、X線・γ線同時フレアを起こすと予測する。私たちはこのモデルをMkn421でKerrick et al.(1995)によって発見されたX線γ線同時フレアに応用した。Mkn421はBL Lac天体でジェットも観測されている。このモデルについては10月に京都で開催されたAccretion Diskの国際集会で発表し、現在、投稿論文を準備中である。本研究で開発した数値シミュレーションコードは、TVD(Total Variation Diminishing)schemeと多層格子法(multi grid method)を採用した。これらの方法によって、ブラックホール近傍での衝撃波の形成・衝突や、ジェットが中心核から遠くへ伝搬してゆく様子をシミュレーションすることが可能となった。
Endomembrane H^+-ATPaseと蛋白質輸送機構

Endomembrane H^+-ATPaseの、蛋白質輸送機構に於ける役割を明らかにする一環として、先ず、リソゾームH^+-ATPaseについて,ATP-依存性リソゾーム崩壊の実験系で検討した.その結果,サイトゾル中に存在するリソゾームの安定化因子を単離同定することに成功した。分子量約48kDaの本因子は、驚くべき事に、ステロイド受容体依存性転写促進因子と全く同一の蛋白質であることが明かとなった。その作用機構は今後の課題である。膜融合促進因子解明の目的では、培養細胞を用いた、より高感度の試験管内膜融合測定法をほぼ確立することが出来た。今後、膜融合促進因子の同定とIP3受容体を介したカルシウムイオン勾配を必要とするこの反応の分子レベルでの作用機構を明らかにして行きたい。また,リソゾームがGTP-γ-S依存的に崩壊する現象『GTP-γ-S依存的リソゾーム崩壊は、細胞内でのリソソーム膜の分裂(膜融合の逆反応)の部分反応と考えているが、この現象がホスホリパーゼA2阻害剤によって抑制され、また、GTP-γ-S依存的に活性化されえるホスホリパーゼA2活性が実際、サイトゾル中に存在することを見いだした.また、リソソーム膜崩壊を誘発するGTP-γ-S結合蛋白質は、そのアミノ酸配列から、分子量約21kDaの低分子量G蛋白質の一種、ARFの1つであることを示唆する結果を得た。一方,acyl CoA oxidase及びペルオキシソーム移行シグナルであるSKL配列を有する蛋白質のペルオキシゾームへ移行を、in vitro輸送系とマイクロインジェクション法とを用いて検討した結果、DCCDやクエルセチンで阻害されるなど、ラット肝臓ペルオキシソーム膜上の2種のATPaseの内、NEM感受性ATPaseがタンパク質輸送に関与していることを示唆する結果を得た。
シデロフォアを利用したケイ素取り込み系の実証

一部のBacillus属細菌は胞子形成期に培地中のケイ酸(Si[OH]4)を取り込み、その重合体であるシリカ(SiO2)を胞子殻上に蓄積する。これまでの研究により、取り込んだケイ酸をシリカへと重合するプロセスに関与するタンパク質を発見したが、本菌がケイ酸を取り込むメカニズムは不明であった。一方、天然の鉄キレート剤であるシデロフォアの一種であるエンテロバクチンをケイ酸と反応させると、シデロフォアがSiとも錯体を形成することが最近報告されたが、その生理学的な意義は不明であった。我々は、シリカ蓄積細菌が外部からのSiの取り込みや細胞内におけるSiの可溶性の維持にシデロフォアを利用しているのではないかと予想し、本研究ではこの仮説を実験的に検証することを目的とした。本研究のモデルとして用いたBacillus cereusは2種類のシデロフォアを有することが知られている。昨年度までの研究において、2種類のシデロフォアのうち一方の合成系遺伝子を破壊することでケイ酸取り込み量が顕著に低下することを確認した。一方、その輸送系遺伝子を破壊しても、ケイ酸取り込み量に変化は見られなかった。また、培養途中で培地を新しいものに交換してもケイ酸の取り込みには影響が見られなかったことから、シデロフォアはSiの取り込みではなく、細胞内でのSiの可溶性の維持に寄与している可能性が高いと考えられた。シデロフォア以外のメカニズムによってケイ酸が取り込まれていることが示唆されたため、本年度は植物由来のケイ酸トランスポーターとの相同性を指標に、本菌のケイ酸取り込みに関わるトランスポーターの探索を試みた。複数の候補遺伝子の破壊を行ったが、ケイ酸取り込み量が顕著に低下した株は認められなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。シリカ層が形成された胞子は、酸や塩素に対する耐性が向上しており、胞子表面のシリカ層が酸などに対する防壁として機能していると考えられた。これらのシデロフォアがSiの取り込みや可溶性の維持に関与している可能性を検証するため、それぞれのシデロフォアについて合成系と輸送系の遺伝子を個別に破壊した。構築した破壊株についてケイ酸取り込み能の評価を行った結果、2種類のシデロフォアのうち一方の合成系遺伝子を破壊した株では、ケイ酸取り込み量が顕著に低下した。本年度は目的の遺伝子破壊株の作成や評価を行うなど、おおむね当初の計画通りに進展している。シリカ層が形成された胞子は、酸に対する耐性が向上しており、胞子表面のシリカ層が酸に対する防壁として機能していると考えられた。昨年度の研究において、それぞれの合成系と輸送系の遺伝子破壊を行い、2種類のうち一方の合成系遺伝子を破壊することでケイ酸取り込み量が顕著に低下することを確認した。本年度は、培養途中での培地交換実験を行うことで、シデロフォアが『Siの取り込み』と『細胞内でのSiの可溶化の維持』のいずれに寄与しているかを検証した。培養途中で培地を新しいものに交換してもケイ酸取り込みには影響が見られなかったことから、シデロフォアは前者ではなく後者のプロセスに寄与している可能性が高いと考えられた。当初想定していた二つの仮説のうち一方に絞り込むことができたため、引き続き検証を行う。これまでの研究により、取り込んだ

ケイ酸をシリカへと重合するプロセスに関与するタンパク質を発見したが、本菌がケイ酸を取り込むメカニズムは不明であった。一方、天然の鉄キレート剤であるシデロフォアの一種であるエンテロバクチンをケイ酸と反応させると、シデロフォアがSiとも錯体を形成することが最近報告されたが、その生理学的な意義は不明であった。我々は、シリカ蓄積細菌が外部からのSiの取り込みや細胞内におけるSiの可溶性の維持にシデロフォアを利用しているのではないかと予想し、本研究ではこの仮説を実験的に検証することを目的とした。本研究のモデルとして用いたBacillus cereusは2種類のシデロフォアを有することが知られている。昨年度までの研究において、2種類のシデロフォアのうち一方の合成系遺伝子を破壊することでケイ酸取り込み量が顕著に低下することを確認した。一方、その輸送系遺伝子を破壊しても、ケイ酸取り込み量に変化は見られなかった。また、培養途中で培地を新しいものに交換してもケイ酸の取り込みには影響が見られなかったことから、シデロフォアはSiの取り込みではなく、細胞内でのSiの可溶性の維持に寄与している可能性が高いと考えられた。シデロフォア以外のメカニズムによってケイ酸が取り込まれていることが示唆されたため、本年度は植物由来のケイ酸トランスポーターとの相同性を指標に、本菌のケイ酸取り込みに関わるトランスポーターの探索を試みた。複数の候補遺伝子の破壊を行ったが、ケイ酸取り込み量が顕著に低下した株は認められなかった。Siの取り込み、あるいは細胞内でのSiの可溶化の維持にシデロフォアが関与していることを直接的に証明するために、菌体と培養液上清からのシデロフォアの単離を行い、キレートされている元素の同定を試みる。菌体と培養液上清からのシデロフォアの単離を行い、キレートされている元素の同定と比較を行う。また、ケイ酸の自発的な重合によって生じるシリカ量を、シデロフォア存在下と非存在下で比較することで、シデロフォアのSiの可溶化効果について検証する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
水の特性を利用した (η3－ベンジル)パラジウムの新規炭素－水素結合活性化反応

Pd(0)/sodium diphenylphosphinobenzene-3-sulfonate (TPPMS)を触媒とした(η3ーベンジル)パラジウム錯体を経由するベンジル化ならびにCーH結合活性化反応を開発した。水中においてベンジルアルコールのヒドロキシ基を水和によって選択的に活性化することが、(η3ーベンジル)パラジウム錯体の形成に重要であると考えられる。ベンジル化/CーH結合活性化連続反応は、Nー(1,2ージフェニルエチル)アニリンやベンゾチアジアジン類の合成に有用であった。ベンジルアルコールの直接的な触媒的置換反応は、副生成物として水のみが生成する環境負荷低減型反応である。スルホンアミド(1)、酢酸パラジウム(5 mol %)、水溶性ホスフィンリガンドTPPMS(10 mol %)、及びベンジルアルコール(2:5当量)を水中で120 °C、16時間加熱したところ、環化体(3: 61%)及びジベンジル体(4: 27%)を与えた。また、この反応の開始1時間後には、モノーNーベンジル体が観測された。以上のことから、本反応は(η3ーベンジル)パラジウムによる原料(1)へのNーベンジル化、続いてベンジル位へのパラデーションによりビスーベンジルPd錯体を形成した後、スルホンアミドが求核剤として反応することにより、環化体(3)を与えたと考えられる。すなわち、水の特性を用いることで、反応性の低いベンジルアルコール(2)とPd(0)から形成することができる(η3ーベンジル)パラジウム錯体(1)の新しい反応性を見出し、これまでにない効率的な分子変換(ベンジル化/炭素ー水素結合活性化連続反応)の1つを開発することができた。今回の発見は、様々な複素環合成を実現する上で重要な一歩であると考えられる。はじめに、πーベンジルPd錯体を用いたメルカプト安息香酸のSーベンジル化反応を見出した。4ーメルカプト安息香酸、Pd2(dba)3触媒、及びベンジルアルコールを水中で120 °C、16時間加熱したところ、Sーベンジル体を収率80%で与えた。一方、ベンゼンチオールを用いた場合、触媒毒となり反応は全く進行しなかった。Hammett studyの結果から、遷移状態におけるカチオン中間体の形成が明らかとなった。メルカプト安息香酸ーPd(0)錯体に、水和によって活性化されたベンジルアルコールが酸化的付加し、πーベンジルPd(II)カチオン中間体を経由して進行すると考えられる。次に、アントラニル酸ならびにアニリン類に対してπーベンジルPd錯体を作用させると、Nーベンジル化/ベンジル位CーHベンジル化連続反応が進行することを見出した。モノーπーベンジルPd錯体は求電子性を有するため、求核剤であるアミノ基に対してNーベンジル化反応が進行するが、中間体として形成するビスーベンジルPd錯体は分子内で求核的なベンジル化反応を起こす。有機溶媒中では反応が進行しないことから、水を溶媒としたときにのみ起こる特徴的な反応である。これまでに、ベンジルアルコールを用いたπーベンジルPdを経由した反応例はほとんど知られていない。ベンジル位の反応においてKIE=4.6が観測されることから、CーH結合の切断が律速段階の1つであると考えられる。重水中Pd触媒存在下、ベンジル位がD化されることからCーH結合の切断が起こることがわかる。アニリンのHammett studyを行ったところ、ρは負の値であることから、遷移状態におけるカチオン中間体の形成が示唆された。Nーベンジルアニリンの代わりにイミンを基質として用いた場合は反応が進行しない。以上のことから、本反応の機構はイミン類への炭素ラジカル付加反応ではないと考えている。最終年度において、πーベンジルパラジウム(II)が水中におけるborrowing hydrogen methodologyによるベンジル化反応において、有効な中間体であることを初めて見出した。本反応は電子不足なアニリンに対して中等度から高等度の収率でN-モノベンジル化を与えた。反応機構の解明のため、D化アルコールを用いた交差実験を行ったところ、borrowing hydrogen pathwayを支持する結果が得られた。本反応は塩基を必要とせず、中性条件で行うことができる。研究期間全体を通じて、πーベンジルパラジウム(II)の反応性ならびに様々な化合物の合成への応用を検討した結果、水を溶媒とすることによりヒドロキシ基が活性化されて、不活性なベンジルアルコールからπーベンジルパラジウム(II)錯体を経由する新しい反応を開発できることがわかった。本研究は、水を積極的に利用する新規反応の開発であり、これまでの有機溶媒中での知見とは異なる新しい発見またはユニークな反応性を見出せる可能性を秘めており、意義深いものである。

ベンジルアルコールの直接的な触媒的置換反応は、副生成物として水のみが生成する環境負荷低減型反応である。水を溶媒とすることによりベンジルアルコールのヒドロキシ基を活性化し、生じたベンジルパラジウム錯体を経由する新しいベンジル化反応を達成しているため。有機化学今後、水溶性Pd触媒を用いたベンジルアルコールをベンジル化剤とする直接的ベンジル化反応の適応拡大を行う。また、πーベンジルパラジウム錯体のCーH結合活性化能を活用した連続的分子変換法の開発を行う。水の特性を用いることで、反応性の低いベンジルアルコール(2)とPd(0)から形成することができる(η3ーベンジル)パラジウム錯体(1)の新しい反応性を見出し、効率的な分子変換(ベンジル化/炭素ー水素結合活性化連続反応)を用いた環状スルホンアミド誘導体の合成法を確立することができた。(η3ーベンジル)パラジウム錯体(1)と様々な求核剤の反応を行い、本反応の適応拡大を調査する。現在、求核剤としてチオール類を用いた場合、一般的には触媒毒となるために反応は進行しないが、水中ではホスフィン配位子なしでも(η3ーベンジル)パラジウム錯体(1)を経由したベンジルアルコールを用いたベンジル化反応が進行することを見出している。これまでにない効率的な分子変換、新しい反応性を見出す。
中枢シナプスの分子生物学に関する総合的研究

本研究の目的は、重点領域研究「中枢シナプスの分子生物学」を発足させるための準備調査を行なうことである。中枢のシナプスにおいては生理学的ならびに薬理学的研究によって、長期増強、長期抑圧などの可塑性が見出され、学習・記憶の基本的進程として注目を集めているものの分子機構についての知見は乏しい。したがって、高次の生理機能を担う中枢シナプスにおける情報伝達の素過程および調節を分子レベルで明らかにすることが焦眉の重要課題である。このためには分子生物学、生理学、薬理学をはじめとする諸分野の協同による総合節的研究が必要不可欠である。この目的のため、(1)班構成員の中から4名のワ-キンググル-プを選び、具体的な研究計画案を作成するとともに、中枢シナプスの分子生物学に関する重点領域研究当該分野り情報、資料の収集にあたった。(2)我が国を代表する脳・神経系の学者6名と脳・神経系を対象とする諸分野の第一線の研究者10名をもって総合研究班を組織し、班会議を開催した。班会議では、中枢シナプスの分子的理解に向けての具体的な研究目標の設定、重点領域研究の組織作り、協同研究体制強化のための方策について、ワ-キンググル-プの提出する案をもとに討議するとともに充分な吟味を行なった。(3)さらに、脳・神経研究に携わる分子生物学、生理学、薬理学、生物物理学、神経化学をはじめとする各分野から意欲的な若手研究者、中堅研究者を集め研究発表を開催することにより中枢シナプスの総合的研究に向けて研究者相互の情報交換の場を提供するとともに、我が国の関連諸分野の研究レベルと進捗状況を具体的に再確認した。(4)重点領域研究の計画班員予定者を集めて具体的な研究実施計画の検討を行った。さらに、相互の理解を深めるために、各班員予定者の代表的な論文を収録した論文集を作り配布した。
感染防御免疫を誘導する糖鎖変異エイズウイルスの初期感染機序の解析

エイズウイルス(HIV/SIV)外膜に存在するスパイクを構成するEnvタンパクには多数のN結合型糖鎖が存在する。この糖鎖はEnv表面の大部分を覆い、宿主免疫がウイルス感染制御を困難にしている原因と推測される。SIVmac239を用いたサルエイズモデルを元にEnv SUに付加している22個の糖鎖のうち5個を欠損した変異(d-5G)が宿主により感染制御されること、d-5G感染ザルにはSIVmac239に対する強い防護免疫が誘導されていることを明らかにした。この原因としてd-5G感染に誘導される獲得免疫の解析を行ったが、糖鎖欠失による特定の獲得免疫(中和抗体、細胞性免疫)が誘導されるという結果は得られなかった。そこで獲得免疫が誘導される前の初期感染過程に両ウイルス感染に違いがあると考え、リンパ組織、消化管組織等における感染細胞の分布、感染標的細胞の同定、CD4+T細胞の動態について解析を行なった。SIVmac239感染では、リンパ組織、消化管組織など多くの組織で持続的なT細胞の感染が見られたが、d-5G感染では消化管組織のT細胞で時間的、空間的に限局された感染が見られた。感染によるメモリーCD4+T細胞の減少はSIVmac239感染においてのみ顕著であった。両ウイルス感染においてもまず消化管粘膜組織CD4+T細胞で感染が起こるが、全身リンパ組織への感染拡大は病原性SIVmac239感染のみで起こり、d-5G感染では収束した。このような感染動態および感染細胞の分布の違いが糖鎖修飾によるウイルス病原性の変化と密接に関連していることが推測された。そこで当研究では獲得免疫誘導前での感染と宿主応答の解析からd-5G感染が制御される機序の解明を行う。糖鎖欠失はウイルスの性質への影響が推測されたことから、糖鎖が存在するEnvにより決定される性質について解析した。糖鎖欠失はV1/V2領域に新たな抗体エピトープの出現、Envの立体構造に変化を与えた。このスパイクの構造の変化はウイルスの感染性(細胞指向性、感染のためのウイルスレセプターの利用性)、中和抗体感受性に影響を与えた。SIVmac239がT細胞指向性、ウイルスレセプターとしてCD4,CCR5を用いること、中和抗体抵抗性を示すのに対し、d-5Gはマクロファージ指向性、ウイルスレセプターとしてCCR5のみを用いCD4を必要しない(CD4非依存性)、中和抗体感受性を示した。次にこのような性質の変化と関係するd-5Gの糖鎖欠失変異について解析した。マクロファージ指向性については2,3,4番目の欠失ウイルスが最大の増殖性を与え、さらに糖鎖欠失が増えると低下した。CD4非依存性についても2,3,4の3欠失により最大となったがさらに増加することによる低下は見られなかった。中和抗体感受性については2、3、5番目の3欠失で最大となった。3番目の欠失を元に戻すことによりd-5Gの性質が失われた。以上の結果からd-5Gのウイルス学的性質はV1/V2領域に存在する2,3番目の糖鎖欠失が重要であることが判明した。
刺激の認知と反応に関わる脳電位解析

体性感覚刺激により誘発される2つの初期皮質電位、N20-P20反応とP22反応(いずれも3050Hz成分に属する)のうち、前者に600800Hzの高周波成分が重畳することに注目し、正中神経刺激による体性感覚誘発電位を正常被検者で記録し、高周波振動の分析を行った。その結果、もう一つの初期反応であるP22電位にも600800Hz高周波振動成分が重畳することを初めて見い出した。これらの高周波振動はピーク周波数も振幅も意識レベルにより変動することから、体性感覚刺激の認知に関与していることが推察された。また、体性感覚刺激の認知に要する時間に関しては、抹消・中枢伝導路のいずれにおいても身長のみならず加齢によって延長することを報告した。さらに、初期皮質電位の始まりを決定するための、脳電位の記録方法に関する検討を行い、記録電極の至適配置と分析法について報告した。標的刺激と非標的刺激をランダムに与えて、標的刺激に手指伸展で反応する認知関連電位の実験に関しては、48チャンネルで脳波と反応時間(手の筋電図)を連続的に記録した。個々の標的刺激に対する反応時間は、標的刺激をトリガーとして加算平均して得られるP300電位にしばしば先行していたことから、P300電位は認知の過程のみならず、決断後の情報処理過程をも反映していることが示唆された。体性感覚刺激の認知に関して、一次感覚皮質に至る中枢伝導時間(central conduction time,CCT)計測に関する研究を進めてきたが、今年度はCCTの加齢による変化について検討を加えた。2078歳の健康成人138人を対象として、左正中神経の手首刺激による体性感覚誘発電位(somatosenory evoked potential,SEP)を刺激同側の鎖骨上窩部(ERb点)、第6頸椎棘突起部、前頸部、頭皮上前頭部(国際10-20配置法のFz)、刺激対側の頭頂部から頭部外基準で記録した。Erb点の反応(N9電位)、脊髄反応(N13電位)、皮質反応(N20電位)のそれぞれの立ち上がり潜時、及びCCT(N20電位とN13電位の立ち上がり潜時差)を計測した。これらのパラメーターについて、被検者の身長、年齢を説明変数とした重回帰分析を行った。N9電位、N13電位、N20電位のそれぞれの立ち上がり潜時、CCTのいずれも同様に被検者の身長、年齢に正相関した。このことから、体性感覚刺激の認知に要する時間に関しては、その伝導路である末梢神経及び中枢神経系の両者において、反応伝達に伝導路長を反映する身長のみならず、加齢の影響を考慮すべきであると考えられた。12msecの分析時間で48チャンネル記録を可能にする増幅器、A/Dコンバータ-、コンピューター・ソフトウエアーを現在制作中であり、次年度では大脳内の刺激の認知経路とその反応様式について分析することが可能になる。体性感覚刺激により誘発される2つの初期皮質電位、N20-P20反応とP22反応(いずれも3050Hz成分に属する)のうち、前者に600800Hzの高周波成分が重畳することに注目し、正中神経刺激による体性感覚誘発電位を正常被験者で記録し、高周波振動の分析を行った。また、体性感覚刺激の認知に要する時間に関しては、末梢・中枢伝導路のいずれにおいても身長のみならず加齢によって延長することを報告した。従来の加算平均法によらない本法で得られたデータは、一施行当たり3040メガバイトで一被検者当たり

およそ300メガバイトに及ぶため、現在なお解析途中である。規則的に等間隔に現われる刺激を非標的刺激、それがランダムに欠落するのを標的刺激とした実験も施行し、そのデータ解析も進行中である。
超音波による骨密度二次元断層画像技術の確立及び骨粗鬆症診断システムの開発

1.高分解能骨密度二次元断層画像装置:集束性高分解能送波器および高分解能受波器を開発し,集束点において半値幅1.6mmの分解能を得た.これによって機械的二次元走査によって海綿骨試料(in vitro)および被験者の橈骨遠位端(in vivo)の骨密度二次元画像表示を実現した(同志社大,堀場製作所).2.海綿骨内部微細構造,骨梁構造体の弾性定数および骨密度の定量評価:(1)二次元走査で取得した海綿骨透過超音波の高速波成分および低速波成分の伝搬速度および振幅と骨密度の関係を明らかにした.伝搬速度と振幅の二次元分布画像とX線マイクロCT法による骨密度画像と比較し,超音波法の評価を行った(同志社大,滋賀医大).(2)超音波法の超音波伝搬径路をモデル化し,骨量(骨密度)と弾性定数を音響パラメータおよび電気音響変換パラメータを用いて定式化し,骨密度と弾性定数を定量計測する手法を示した(同志社大).(3)超音波透過波データを用いて骨密度二次元画像表示のためのソフトの開発を行った(堀場製作所).3.海綿骨構造および骨の力学的強度の検討:海綿骨の三次元骨梁構造の解析(滋賀医大)および骨の荷重特性と破壊特性の解析(同志社大,京都府立医大)を行って超音波法による骨密度計測値を比較し検討を行った.4.模擬生体材料および人工骨の開発と評価:超音波法による計測値の校正に用いる生体模擬海綿骨材料(多孔性ハニカムセラミック)の超音波伝搬特性の解析(明石工業高等専門学校),生体模擬軟組織材料の超音波物性の解析(同志社大),ワラストナイト結晶質セラミックスによる人工骨の試作と解析(京都市工業試験場)などを行った.5.本研究の今後の展開:本研究の成果を実用化させるには更に多数の臨床データを収集し解析を行って骨密度の計測値の確度を向上させねばならない.本研究計画の成果は新産業の創生を目指して科学技術振興事業団の委託開発課題「超音波二波計測による骨強度計測システム」に選定され更に展開を進めている.1999年度(平成11年度)における研究の進捗:(1)試作装置:海綿骨の骨密度二次元断層像を実現するための試作装置は三つのユニットで構成されている。すなわち集束性高分解能超音波送波部、高分解能超音波受部および超音波ビーム精密走査機構部である。同志社大学の開発研究により得た基礎データにもとづき、同志社大学と堀場製作所が共同で設計を担当し、堀場製作所の協力会社である(株)クリスタル光学が装置の試作を担当した。これらの試作装置は1月末に完成し、現在調整中である。装置の調整を終えて、骨密度計測の具体的な作業に入るのは2000年9月頃の予定である。(須崎、大谷が担当)(2)海綿骨内の微細骨梁構造および骨密度分布:海面骨試料を微細X線CT法により解析を行い、骨塩量の分布および骨密度の推定を行っている。同時に質量と容積を用いて物理的に骨密度の平均値を求め、この2種類の骨密度の値と超音波伝搬パラメータから推定した骨密度と比較し、これらの定義の異なる骨密度相互の因果関係の解析を進めている。(高田、大谷が担当)(3)pQCT法および超音波波による臨床データの収集および解析:pQCT法および超音波法で取得した臨床データの解析を進めた結果、超音波伝搬パラメータの解析の問題点を明らかにした。すなわち超音波伝搬パラメータとして従来用いられていた音速と減衰定数だけでは骨密度の推定は不十分であり、軟組織、皮質骨、海綿骨の各境界における反射係数と透過係数を考慮して骨密度の測定を行う必要があることを明らかにできた。(高井、大谷が担当)(4)海綿骨および皮質骨の強度評価:海綿骨および皮質骨の強度評価に必要な治具の試作を繰り返し、計測方法の確立のために基礎データを蓄積した。(坂口、佐藤が担当)2000年度(平成12年度)における研究の進捗:(1)試作装置:海綿骨の骨密度のin vivo二次元断層画像を実現するための試作装置を平成11年度に作製し、本年度の当初に試作装置の性能評価を行った。その結果、集束性送波部、受波部の時間分解能の改善および精密走査機構部の制御位置精度と過渡応答の改善が必要となった。これらの改善と性能向上の検討を行い現在調整中であるが、臨床計測の予備試験を行ってX線CT計測との比較を試みた。(須崎、大谷が担当)(2)海綿骨の微細構造の解析:マイクロX線CTによる海綿骨の構造解析と超音波による密度分布の計測結果の比較を行い、超音波指標の確立の手法を検討した。また骨粗鬆症患者の症例と骨密度の関係を調査した。(高田、早川、大谷が担当)(3)骨の荷重挙動の解析:ヒト大腿骨などの海綿骨について静荷重および衝撃荷重の骨梁構造の挙動、破壊試験による亀裂進展の挙動について検討し、超音波指標を確立するための基礎データを得し。(高井、坂口、早川が担当)(4)骨および人工骨材料の強度評価と超音波特性:皮質骨および海綿骨の強度評価を行い、それと等価な結晶化ガラスによる人工骨材料(バイオセラミックス)の開発を行った。