hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
形態形成理解のためのマルチスケールマウス初期胚培養デバイス

本研究の目的は,マイクロデバイス内に再構成した血管内皮細胞による管路構造を,機能する三次元組織構造に自発的に連結させることで,組織の長期培養と観察を可能にした組織レベルの形態形成の解析用デバイスを開発することである.当該研究期間内に,1)微小流体デバイスを用いた血管新生,2)組織モデルとしてのスフェロイド作製,3)スフェロイドを用いたオンチップ血管新生を実現した.オンチップで形成した血管網にスフェロイドが融合し,内部を灌流できることを示した.平成25年度は,フィブリンゲルを充填したマイクロチャネルを用いてヒト由来のHUVECによる自発的な毛細管網形成のモデル系を構築した.まず,長さ1 mm,幅200 um,高さ100 umのチャネルが5本,それぞれにinlet/outletを有するPDMSーガラスデバイスを設計した.順にチャネル15とすると,中央のチャネル3は組織培養用としてフィブリンゲルを充填,2にはHUVECを導入,5にはフィブリンゲルに包埋したLFを導入した.その他のチャネルには培地を充填する.チャネル2と3の間,および3と4の間にはPDMSのピラーを100 um間隔で設置してゲルがチャネル3のみにとどまるよう工夫した.製作したデバイスを利用して,HUVECによる管路形成実験をおこなった.管路形成をおこなう際には,フィブリンゲル,マトリゲル,コラーゲンゲルなど様々な候補があるため,ゲルの種類,濃度,調整方法などを最適化した.最終的にフィブリンゲルを2.5%で用事調整することでHUVECの安定した培養が可能になった.この知見を元に,チャネル3のみにフィブリンゲルを導入して硬化させ,2にはHUVEC,5には同条件のフィブリンゲルにLFを懸濁して導入した.最後に培地でその他のチャネルを満たして培養することで,HUVECがチャネル3のゲル内に向かって管路形成をおこないながら,進展してくる様子が確認された.ピラーの間隔,HUVECおよびLFの導入時期や播種密度などについても最適化をおこなった.最も重要な知見は,LFが無ければ管路形成がおこなわれず,また播種密度の上昇に伴って管路形成に要する時間が短縮された.このことから,Fibroblastの共培養が管路形成には欠かせないことが確認された.今後は,形成された毛細管網の評価,LFからの分泌因子の濃度分布の評価などを通して,最終的な長期間の組織培養を実現する.平成26年度は,微小流体デバイスを用いてHUVECにより自発的に形成された毛細管網の長期培養と,その毛細管網のスフェロイドへの接続を実現した.まず,平成25年度に作成した長さ1 mm,幅200 um,高さ100 umのチャネル5本からなるPDMSーガラスデバイスにおいて,チャネルを順に15とすると中央のチャネル3に充填したフィブリンゲル内に毛細管網を形成することができた.ゲル濃度,LF濃度,培地の供給条件を最適化し,1ヶ月程度まで培養期間を延ばすことに成功した.上記に加え,本研究が目指す組織への血管網の供給を見据えて,スフェロイドをモデルとした実験系を構築した.まず,デバイスに導入するスフェロイドのサイズを最適化するために0.12 ×104 cells/wellでLFを96穴ウェルで培養し直径を測定した.培養開始後2日で直径200700 um程度のスフェロイドが得られた.そこで,チャネル3を幅2 mmに広げてこのスフェロイドを導入するウェルを製作した.フィブリンゲルを導入する際には,あらかじめPDMSのプラグを挿入しておき,後からスフェロイドを導入する場所を確保し,ゲルの硬化後にスフェロイドを導入した.チャネル2および4から血管新生によりスフェロイドに向かって毛細管網が形成される様子を観察した.HUVECをレクチンで染色することによって,スフェロイド内部への毛細管網の進展を確認した.また,蛍光マイクロビーズにより管路内の流れを可視化した.平成26年度までに,微小流体デバイスを用いてHUVECにより自発的に形成された毛細管網をスフェロイドへの接続する技術を確立した.これは,ゲル濃度,LF濃度,培地の供給条件を最適化と,スフェロイド内にあらかじめ準備したHUVECによる毛細管網の形成によるものである.平成27年度は,微小流体チャネル内のHUVECとスフェロイド内に準備したHUVECがどのように融合して毛細管網を形成したのかを,GFP発現HUVECとRFP発現HUVECにより可視化することで確認した.その結果,それぞれのHUVECが管腔を形成しながら互いに近寄り最終的にチャネル3内部において融合すると,双方のHUVECが混在しながら管腔を形成することがわかった.この融合の様子は,脈管形成アッセイにおいても確認できている.血管新生のスフェロイドへの指向性,微小流体チャネル内の専有面積,有効直径などを測定することで,それぞれのHUVECの融合を定量的に評価した.また,形成された毛細管網を介してスフェロイド内部に各種試薬を導入して,毛細管網の透過性の評価もおこなった.本研究の目的は,マイクロデバイス内に再構成した血管内皮細胞による管路構造を,機能する三次元組織構造に自発的に連結させることで,組織の長期培養と観察を可能にした組織レベルの形態形成の解析用デバイスを開発することである.当該研究期間内に,1)微小流体デバイスを用いた血管新生,2)組織モデルとしてのスフェロイド作製,3)スフェロイドを用いたオンチップ血管新生を実現した.オンチップで形成した血管網にスフェロイドが融合し,内部を灌流できることを示した.

平成26年度においては,当初予定していた課題2が順調に推進できその成果が得られている.しかし,計画していたマウス初期胚の微小流体デバイスへの導入前に,管路構造の機能をより簡便なスフェロイドで評価することにした.これは,マウス初期胚でなくてもHUVECとLFの共培養で得られるスフェロイドが内腔構造を持つことが報告されており,また毛細管網の形態形成の評価にも用いることができるためである.そこで,平成26年度後半からはスフェロイドを用いた実験系で本提案のデバイスの有効性を実証することとした.上記のような状況から,平成27年度はスフェロイド内の内腔構造の評価とそこへのHUVECによる毛細管網の接合を実現して,スフェロイドの長期培養を目指す.長期培養のシステムが確立でき次第,管路内での流量(流速)からせん断力の評価とそれによる毛細管網の形態形成の評価を推進する.今後は,管路形成後の実験が主体になるため,細胞培養開始からデータ取得までに時間を要することに配慮しながら,計画的に研究を推進する.スフェロイドを用いての基礎実験が完了次第,マウス初期胚の導入を検討する.平成25年度においては,当初予定していた課題1が順調に推進できその成果が得られている.研究開始当初,HUVECの管路形成が遅い,あるいは全くおこなわれないと言う状況が続き,トラブルシューティングに時間を要した.しかし,結果的にゲルの濃度や調整法,細胞播種密度などを最適化することで,安定した管路形成を実現することができた.既に,形成した管路への送液,デバイス内でのLF因子の拡散状態の評価,スフェロイドの培養といった試行実験を並行して進めている.このような状況から,平成25年度に予定していた課題に加えて,次年度の課題に一部取りかかっており当初の計画以上に進展していると考えられる.成果発表のために計上していた旅費を一部学内の助成金により補填したため,当該研究費の執行額が押さえられたことが理由である.既に,平成26年度の課題に取り組み始めており,今後もこのペースで研究を推進する.試行実験で得られた知見を元に,具体的に管路内での流量(流速)からせん断力の評価,LFの液性因子の拡散状態の長期評価,スフェロイドのデバイス内への導入とその評価などを推進する.今後は,管路形成後の実験が主体になるため,細胞培養開始からデータ取得までに時間を要することに配慮しながら,計画的に研究を推進する.平成26年度以降に予定しているこれらの実験においては複数回の試行錯誤が必要であり,本研究課題の前半の研究項目が当初の計画以上に進んでいることは,今後の課題解決に大きなアドバンテージになる.平成27年度は,本研究課題の最終年度であるため,積極的に研究成果を発表するため,学会出張などの旅費も不足することが予想される.これらの経費として使用する予定である.技術補佐員の採用を予定していたが,適任者を採用できず人件費を全く使用しなかったため.また,実験においてゲルの最適化に時間を要したため,予定していた培地など高価な試薬の購入が押さえられたことが理由である.平成26年度以降,細胞培養実験が本格化すると申請経費だけでは不足することが予想される.また,研究成果を発表する機会が増えるため,学会出張などの旅費も不足することが予想される.これらの経費として使用する予定である.
ネットワーク上での社会的効用と個人的効用の対立問題に対するアルゴリズム的研究

ネットワーク上での対立問題をアルゴリズムの観点から研究し、計算困難性・近似困難性のより良い下界と上界を得ることが本研究の目的である。このような対立問題は、NP-困難な組合せ最適化問題であり、整数計画問題として定式化できるものが多い。したがって、近似アルゴリズムの理論が強力な道具である。以上を踏まえて、以下の研究計画に基づいて研究を実行した。1.社会的効用の最適化と利己的な各利用者の納得できる個人的効用の達成という対立問題の生じる実際の具体例とこれまでの研究を調査し、分類・整理・検討した。さらに、ゲーム理論や社会学、経済学で扱われている全体と個の対立問題のNash均衡に基づく理論的研究を調査し、分類・整理・検討した。2.本研究には近似アルゴリズムの設計と解析の技法が有効であることが既に知られている。そこで、上記の調査においては、高性能近似アルゴリズムの分野で最先端の研究をしている内外の研究者と情報およびアイデアを交換した。3.1,2の研究調査で得られた対立問題に対して、近似アルゴリズム、グラフ理論、計算幾何学の観点から研究し、近似アルゴリズムの設計と解析の技法の有効性を検討し分類整理した。さらに、計算困難性、近似困難性のより良い下界と上界を提案した。また、得られた上界(提案したアルゴリズム)に対して、その有効性を大規模な実物データで計算機実験を通して実証した。そして、得られた成果を内外の学会・論文誌で発表した。ネットワーク上での全体からの社会的効用の最適化と利己的な各利用者の納得できる個人的効用の達成という対立問題をアルゴリズムの観点から研究し、計算困難性・近似困難性のより良い下界と上界を得ることが本研究の目的である。このような対立問題は、問題の下界を証明する際にもしばしば生じる問題で、情報科学の分野ではなじみの問題である。さらに、実際の現場で生じる全体と個との対立の観点からの問題は、NP-困難な組合せ最適化問題であり、整数計画問題として定式化できるものが多い。このような問題に対しては、近似アルゴリズムの理論が強力な道具である。1.インターネットや道路網などで社会的効用の最適化と利己的な各利用者の納得できる個人的効用の達成という対立問題の生じる実際の具体例とこれまでの研究を調査し、分類・整理・検討した。2.ゲーム理論や社会学、経済学で扱われている全体と個の対立問題のNash均衡に基づく理論的研究を調査し、分類・整理・検討した。3.集合カバー問題、施設配置問題などのNP-困難な組合せ最適化問題に対して開発された近似アルゴリズムの設計と解析の技法が、本研究に有効であることが既に知られている。そこで、1,2の調査においては、高性能近似アルゴリズムの分野で最先端の研究をしている内外の研究者と情報およびアイデアを交換した。4.1,2,3の研究調査で得られた問題および集合カバー問題、施設配置問題、インターネットの回線利用問題、通信網(道路網)の混雑による遅延対策問題などの、NP-困難な組合せ問題に対して、利己的な利用者と全体の管理者との間の対立問題を近似アルゴリズムの観点から研究し、近似アルゴリズムの設計と解析の技法の有効性を検討し分類整理した。5.14の研究に基づいて、それらの問題に対する計算困難性、近似困難性のより良い下界と上界を提案した。得られた上界(提案したアルゴリズム)に対して、その有効性を大規模な実物データで計算機実験を通して予備的に実証した。さらに、得られた成果を内外の学会・論文誌で発表すると同時に、国内外の研究者の批評を整理・分類・検討している。ネットワーク上での全体からの社会的効用の最適化と利己的な各利用者の納得できる個人的効用の達成という対立問題をアルゴリズムの観点から研究し、計算困難性・近似困難性のより良い下界と上界を得ることが本研究の目的であるが、以下の研究計画に基づいて研究を実行した。2.全体と個の対立間題のNash均衡に基づく理論的研究を調査し、分類・整理・検討した。3.NP-困難な組合せ最適化問題に対して開発された近似アルゴリズムの設計と解析の技法が、本研究に有効であることが既に知られている。4.1,2,3の研究調査で得られた問題および施設配置、インターネットの回線利用、通信網(道路網)の混雑による遅延対策などの、NP-困難な組合せ問題に対して、利己的な利用者と全体の管理者との間の対立問題を近似アルゴリズム、グラフ理論、計算幾何学の観点から研究し、近似アルゴリズムの設計と解析の技法の有効性を検討し分類整理した。5.14の研究に基づいて、計算困難性、近似困難性のより良い下界と上界を提案した。

ネットワーク上での全体からの社会的効用の最適化と利己的な各利用者の納得できる個人的効用の達成という対立問題をアルゴリズムの観点から研究し、計算困難性・近似困難性のより良い下界と上界を得ることが本研究の目的である。このような対立問題は、問題の下界を証明する際にもしばしば生じる問題で、情報科学の分野ではなじみの問題である。さらに、実際の現場で生じる全体と個との対立の観点からの問題は、NP-困難な組合せ最適化問題であり、整数計画問題として定式化できるものが多い。このような問題に対しては、近似アルゴリズムの理論が強力な道具である。以上を踏まえて、以下の研究計画に基づいて研究を実行した。1.インターネットや道路網などで社会的効用の最適化と利己的な各利用者の納得できる個人的効用の達成という対立問題の生じる実際の具体例とこれまでの研究を調査し、分類・整理・検討した。2.ゲーム理論や社会学、経済学で扱われている全体と個の対立問題のNash均衡に基づく理論的研究を調査し、分類・整理・検討した。3.集合カバー問題、施設配置問題などのNP-困難な組合せ最適化問題に対して開発された近似アルゴリズムの設計と解析の技法が、本研究に有効であることが既に知られている。そこで、1,2の調査においては、高性能近似アルゴリズムの分野で最先端の研究をしている内外の研究者と情報およびアイデアを交換した。4.1,2,3の研究調査で得られた問題および集合カバー問題、施設配置問題、インターネットの回線利用問題、通信網(道路網)の混雑による遅延対策問題などの、NP-困難な組合せ問題に対して、利己的な利用者と全体の管理者との間の対立問題を近似アルゴリズム、グラフ理論、計算幾何学の観点から研究し、近似アルゴリズムの設計と解析の技法の有効性を検討し分類整理した。5.14の研究に基づいて、それらの問題に対する計算困難性、近似困難性のより良い下界と上界を提案した。得られた上界(提案したアルゴリズム)に対して、その有効性を大規模な実物データで計算機実験を通して予備的に実証した。さらに、得られた成果を内外の学会・論文誌で発表すると同時に、国内外の研究者の批評を整理・分類・検討している。ネットワーク上での対立問題をアルゴリズムの観点から研究し、計算困難性・近似困難性のより良い下界と上界を得ることが本研究の目的である。このような対立問題は、NP-困難な組合せ最適化問題であり、整数計画問題として定式化できるものが多い。したがって、近似アルゴリズムの理論が強力な道具である。1.社会的効用の最適化と利己的な各利用者の納得できる個人的効用の達成という対立問題の生じる実際の具体例とこれまでの研究を調査し、分類・整理・検討した。さらに、ゲーム理論や社会学、経済学で扱われている全体と個の対立問題のNash均衡に基づく理論的研究を調査し、分類・整理・検討した。2.本研究には近似アルゴリズムの設計と解析の技法が有効であることが既に知られている。そこで、上記の調査においては、高性能近似アルゴリズムの分野で最先端の研究をしている内外の研究者と情報およびアイデアを交換した。3.1,2の研究調査で得られた対立問題に対して、近似アルゴリズム、グラフ理論、計算幾何学の観点から研究し、近似アルゴリズムの設計と解析の技法の有効性を検討し分類整理した。
下顎骨の骨割線(骨目)に関する臨床・組織学的研究

本研究は、下顎骨が下顎枝矢状分割法等の手術時において分割できるメカニズムを考えた場合、緻密骨部分に木の木目のようないわゆる骨目と呼ばれるものの存在が関与しているのではないかと言う発想の下にこれを解明せんとするものである。平成8年度は。さる下顎骨を用いて脱灰標本から連続切片を作製し、この画像を多目的に画像処理装置に入力後三次元画像を構築した。連続切片の作製は通法に従い、10%中世緩衡ホルマリン液を用いて固定した後、Plank Rychlo液を用いて脱灰し、アルコールにて脱水後、シオジリン-Eを用いて包埋を行った。包埋後、ミクロトームにて薄切して約20μmの連続切片を作製し、ヘマトキシリン・エオジン染色を施した。これらの標本の画像を多目的画像装置へカメラ入力し、この画像上でハバース管の外形をトレースした後これを三次元再構築ソフトウエアを用いてハバース管の走行を三次元構築して、その走行について検討した。今回は下顎角部付近についでのみ検索を行った。その結果この部に関してはハバース管の骨の外形形態に沿った走行および分布が確認された。平成9年度は実際にヒト下顎骨を用いて分割操作を行った。現在、これを用いて骨割線とハバース管の関係について同様の方法で検索を行っている。本年度は、サル下顎骨を用いて脱灰標本から連続切片を作製し、この画像を多目的画像処理装置に入力後三次元画像を構築した。連続切片の作製は通法に従い、10%中世緩衝ホルマリン液を用いて固定した後、Plank Rychlo液を用いて脱灰し、アルコールにて脱水後、シオジリン-Eを用いて包埋を行った。今回は下顎角部付近についてのみ検索を行った。今後は実際にヒト下顎骨を用いて分割操作を行い、骨割線とハバース管の関係について検索していく予定である。平成8年度は。
リボソーム蛋白質L10を介した細菌細胞壁結合ポリアミンの合成制御の原子機構

カダベリン(Cad)結合型細胞壁(PG)を持つSelenomonas ruminantiumにおいて,リボソーム構成蛋白質L10が分解制御因子として機能する新たな真核生物型ポリアミン分解制御機構をもつ。しかし,CadのPGへの共有結合機構,並びに外膜-PG間の結合に関与する外膜蛋白・Mep45の分子・原子機構は未解明である。本研究で我々は次の4項目の成果をあげた。すなわち(1)本菌のゲノム解析、(2)Mep45の機能解明、(3)L10を介したCad合成酵素LDC/ODCの分解制御機構の解明、並びに(4)D-Glu残基へのCadの共有結合を触媒する酵素・Ltdの同定反応機構、等である。2.S.ruminantiumにおけるP22依存性LDCの分解制御機構の解明:LDC、P22の無細胞分解系の再構成を試みた。基質として野生型rLDC、rP22を用い、分解に関わると推定されるATP依存性プロテアーゼ群(ClpA-ClpX, ClpA-ClpX-1,ならびにLon)複合体との組み合わせでのLDCの分解活性を検討した結果、すべての組み合わせでLDCの分解は本菌細胞破壊上清を用いたLDCの分解活性より極めて低かった。3. S.ruminantium増殖に伴う細胞内フリーポリアミン量の変化の解析:以下の結果を得た。(a)カダベリン(Cad)量はLCD量の増加とパラレルに増加、対数後期から穏やかに減少すること、(b) Cadの増加に先行してスペルミジン(Spd)が増加し対数中期にピークとなり、その後速やかに減少すること、一方でプトレシン(Put)量は低レベルで推移すること、を見いだした。この結果を、ゲノム解析の結果から、以下のように考察した。1Cad量の増加はLDC量の増加と並行しており、対数期にはLDCにより盛んにCadが供給される。一方、推定Put/SpdのABC transporter遺伝子の存在が確認された。そこでLDC分解後のフリーCad量の減少は、その分解ではなく、これらトランスポーターによる排出、あるいはペプチドグリカンへの取り込み継続が関わっている可能性がある。2これまでに本菌は2種類のPut合成酵素を持つことを明らかにして来た。そのうちの一つはLDCの持つオルニチン脱炭酸活性であり、もう一つはアルギニン脱炭酸酵(ADC)経由のルートである。ADC遺伝子はその他のPut/Spd合成関連遺伝子群を含むオペロンの最先端に位置している。本菌の生育において、フリーSpd量がCadに先駆けて増加、減少ことはADC/Spd合成系のオペロン発現がLDC発現に先駆けて活性化、および抑制されていることを示す。1. Mep45の機能解析:S. ruminantium外膜主要タンパク質Mep45は、ペリプラズム側に露出したN末端側SLHドメインとC末端側の外膜貫通領域の2ドメインで形成されるが、今回、C末端側領域の機能解明及びSLHドメインにおけるペプチドグリカン(PG)結合部位の同定を行った。精製Mep45をリポソームに再構成して機能解析した結果、C末端側領域はチャネルの推定孔サイズ0.58 nmの拡散チャネルを形成することが判明した。SLHドメインのPG結合部位については、PGへの結合力が弱い他細菌種のSLHドメインとのアミノ酸配列比較を行い、Mep45のSLHドメインのみが保持するアミノ酸残基を割り出し、これらに点変異を導入してPG結合力の変化を解析した。その結果、43RYE45の領域に変異(アラニン置換)を導入すると結合力が低下することを見出した。以上の結果をBiosci. Biochem. Biotechnol.に報告した(印刷中)。2.L10の特性解析:LDCの発現プラスミドをもとにLDCの二量体化形成不能変異体(G350D)およびそのC-末端のValをAlaに変換したG350D/V393A変異体の大腸菌発現系を取得した。上記のLDC及びLDC変異体を基質として、ClpX、ClpP、L10およびATP存在下での分解を検討した。今回はClpXを精製せず大腸菌ライゼートを用いてLDCの分解活性を調べた結果、分子量が約1000減少する分解物が観察された。3.リコンビナントLDT(rLDT)の生化学的及び構造化学的特性の解明:S. ruminantiumにおいては、PGへのポリアミン転移酵素LDT遺伝子(orf2750)はorf2751,および2749とオペロンを形成している。それぞれを単独でpET15bまたはpET22Bに組み込み、大腸菌BL21(DE3)株に導入し、十分量の可溶性orf2750とorf2751を発現させた。orf2749は不要性画分に存在した。精製rLdtと大腸菌細胞膜およびリピド中間体合成のための基質からなる再構成系でポリアミン転移活性が見られた。1.Mep45パラログの発現制御・機能解析:先に報告したS. ruminantiumのゲノムにはMep45のパラログ遺伝子が5つ(同一性は各遺伝子間で40 60%)存在するが、それぞれC末端側領域のアミノ酸配列や等電点に明確な違いがあるため、本菌は特性の異なるチャネルの発現制御を通じて外膜の透過性をコントロールしている可能性があるが本証明には至っていない。

2.L10の特性解析:LDCおよびLDC変異体などの基質、及びClpPについては高発現系を確立できた。しかし、ClpXの発現量が低いことから、十分な活性が測定できずL10の特性解明には至っていない。3.rLdtの特性解析:試験管内カダベリン転移反応系で酵素活性が弱く、生化学的特性解明への大きな障害となっている。本課題を解決すべく、Ldt遺伝子(orf2750)とオペロンを形成するorf2751がコードする蛋白質を大腸菌にて発現・精製し、カダベリン転移反応系に添加する等、各方策を検討したが、現時点で十分な解決には至っていない。1H27年度に発見したMep45のC末端側340残基で形成されるチャネル活性について精査した。本チャネルは負電荷を持つ親水性化合物に対する透過性が高いことを明らかにした。また、トリプシン処理によりN末端側のSLHドメインを取り除いてもチャネル活性は変化しなかった。このことから、Mep45はN末端側SLHドメインとC末端チャネルがそれぞれ独立して機能する二機能性膜蛋白質であることが明らかになった。これらの成果をBiosci. Biotech. Biochem. 80:1954に発表した。反芻動物ルーメン内の主要細菌が保持する独特な外膜蛋白質の機能詳細を初めて明らかにしたとして、その重要性が認められ、本論文は2016年B.B.B.論文賞を受賞した。2H27年度に発見したSLHドメインのPG結合領域43RYE45の周辺領域のアラニンスキャンを行った。しかしながら、変異導入したSLHドメインのCDスペクトルの変化が顕著であることから、変異がSLHドメインの構造的安定性に影響を及ぼすと考えられたが、当該残基とPG結合能との直接的関連性を解明するには至らなかった。3rLdtのカダベリン転移反応の検出系の改良点として、次の成果を得た。(1)反応基質UDP-MurNAc-pentapeptideを精製するために必要なBacillus cereusの培養時に、培養液中のNaCl濃度を下げることでUDP-MurNac-pentapeptideの収量が34倍程度増加することがわかった。UDP-MurNAc-pentapeptideは市販されていないため、本基質を安定して調整できるようになったことで検出系改良のための試行錯誤が大幅に容易になった。(2)検出系に10 mMプトレシンを添加することで、カダベリン転移反応産物の増加が認められた。しかしながら未だrLdt活性は不安定で再現性に欠けるため、さらなる改良が必要である。カダベリン(Cad)結合型細胞壁(PG)を持つSelenomonas ruminantiumにおいて,リボソーム構成蛋白質L10が分解制御因子として機能する新たな真核生物型ポリアミン分解制御機構をもつ。しかし,CadのPGへの共有結合機構,並びに外膜-PG間の結合に関与する外膜蛋白・Mep45の分子・原子機構は未解明である。本研究で我々は次の4項目の成果をあげた。すなわち(1)本菌のゲノム解析、(2)Mep45の機能解明、(3)L10を介したCad合成酵素LDC/ODCの分解制御機構の解明、並びに(4)D-Glu残基へのCadの共有結合を触媒する酵素・Ltdの同定反応機構、等である。1.S.ruminantiumにおけるP22(L10)依存性LDCの分解制御機構の解明の中で、LDCのATP依存性分解には、L10のLDCへのA領域、及びB領域の両領域の結合が必須である。
ボリルリチウムを基軸とした新しいホウ素-金属結合の創成と新規重合触媒としての応用

今年度はこれまでに、ボリルアニオン等価体であるボリルマグネシウム、ボリル銅、ボリル亜鉛をそれぞれ調整することに成功し、これら全てはX線結晶構造解析を行うことにも成功した。それぞれ最も特徴的な反応として、ボリルマグネシウムはベンズアルデヒドとの反応において、これまでに合成されたことのないベンゾイルボランを与えることを見いだした。また、ボリル銅及び亜鉛はα,β-不飽和エノンと反応して、対応する共役付加体を与えることがわかった。この反応における金属エノラート中間体をケイ素反応試剤で捕捉することによって、分子内にアリルボランとシリルエノールエーテルを有するγ-シロキシアリルボランを得ることにも成功した。また、今年度の最も大きな成果として、ボリルリチウムとチタンテトライソプロポキシドとの反応によって、ボリルチタントリイソプロポキシド錯体の合成に成功した。この錯体はボリルチタンの初めての合成例である。その結晶構造中でホウ素-チタン距離はそれぞれの原子の共有結合半径の和よりも長く、ホウ素-チタン結合のイオン性が高いことが明らかになった。また、チタン-酸素間距離はかなり短く、pπ-dπ相互作用の存在が示唆された。このように、今年度はホウ素原子と様々な金属間の結合を新しく作り出すことに成功した。
インクルーシブな聴覚障害児童への学習支援のための包括的アセスメントに関する研究

本研究は,聴覚障害児童に対する学習支援のためのアセスメント方法について検討するために,K-ABC検査の手話による実施方法と結果の特徴について検討を行った。さらに聾学校や難聴学級に在籍する児童151名に実施した。聴覚障害児童の検査結果の全般的な傾向として,同時処理過程が優位であった。下位検査では,特に,「数唱」と「語の配列」に落ち込みが見られた。この特徴は,被検児の聴力レベルや就学先とは無関連であった。因子分析の結果,2因子が抽出され,継次処理と習得度の下位検査が1つの因子に負荷が高く,標準化サンプルの3因子構造とは異なっていた。また認知特性と習得度との関係も検討した。本研究は,インクルーシブな学習環境(通常学級や難聴学級に在籍)下での聴覚障害児童に対して学習支援を行うための包括的なアセスメント方法の開発を行うものである。具体的には,聴覚障害児童の言語や学習面を中心とした特別なニーズのアセスメントを行うための包括的なチェックリストの作成,教育現場での試用とその結果に基づく個別支援計画作成への援助,さらに計画に基づく指導の実施と再評価を通して聴覚障害児童への学習支援の評価のあり方の検討を行う。そのために,まず難聴学級や聴覚障害児が在籍する通常学級での参与観察を行い,同時に本人,担当教諭,家族への面接を通して,学習状況の評価システムのあり方に関するニーズ調査を行う。またこれに関する内外の調査研究報告や実践報告等をレビューし,言語や学習面を中心としたアセスメントの種類や実施状況について検討することを目標にした。平成19年度は,センター校方式の小学校難聴学級を中心に,訪問した。訪問回数は,学級ごと1回から数回程度とし,交流学級及び難聴学級の授業場面を参与観察した。また比較対象のため,ろう学校小学部も訪問し,学級の参与観察を行った。また本人及び担当教師に面接を行った。参与観察及び面接で収集した資料は,学習の実態や支援ニーズに関するもので,例えば,言語能力に関するもの,手話を含めたコミュニケーションに関するもの,学習上の問題,交流学級への参加の状況,言語やコミュニケーションに対する意欲,学習上の支援ニーズに関してなどであった。本人への学習支援のためのアセスメントの資料として一部の学級でK-ABC検査を実施した。来年度は,これらの資料をもとに,学習支援のためのチェックリストの試作を行う予定である。具体的には,聴覚障害児童の言語や学習面を中心とした特別なニーズのアセスメントを行うための包括的なチェックリストの作成,教育現揚での試用とその結果に基づく個別支援計画作成への援助,さらに計画に基づく指導の実施と再評価を通して聴覚障害児童への学習支援の評価のあり方の検討を行うものである。平成20年度は,平成19年に引き続き,センター校方式の小学校難聴学級を中心に訪問し,授業の参与観察を行った。また本人及び担当教師に学習状況の評価方法に関して面接を行った。本人への学習支援のためのアセスメントの資料としてK-ABC検査を実施した。その際,手話による検査の実施方法について検討した。127名の聴覚障害児童について検査資料を得た。下位検査や認知過程の優位さなど,聴覚障害児童に特徴的な傾向を定量的に分析し,整理した。同時処理優位の児童が多いこと,認知下位検査では「数唱」「語の配列」の得点が低いこと,習得度が認知処理得点と比べ,低いグループには同時処理優位の児童が多く含まれていた。また個々の児童の結果については,担当教諭にフィードバックし,指導計画の立案や内容の検討に助言を行った。本研究は,聴覚障害児童に対する学習支援のためのアセスメント方法について検討するために,K-ABC検査の手話による翻訳を行い,実施方法について検討を行った。さらに,聴覚障害児童151名(聾学校在籍115名,難聴学級在籍36名)に検査を実施し,結果の特徴の分析を行った。また認知処理過程の得点よりも習得度の得点が有意に低かった。また習得度では,「なぞなぞ」が低かった。これらの特徴は,被検児の聴力レベルとは無関連であった。また聾学校在籍児童と難聴学級在籍児童の間にも差はなかった。下位検査を因子分析した結果,2因子が抽出された。

継次処理と習得度の下位検査が1つの因子に負荷が高く,標準化サンプルの3因子構造とは異なっていた。さらに認知特性と習得度の関係を検討した。まず対象児童をバランス型,同時処理優位,継次処理優位の3つに分類し,さらに認知処理得点と習得度得点の差の有無によって2つのグループに分けた。対象児童の数では,バランス型が最も多く,ついで同時処理優位と分類される児童が多かった。一方継起処理優位の児童はわずかであった。習得度との関わりでは,認知処理得点より有意に低い値を示した対象児童が同時処理優位のグループに最も多く含まれていた。これらの結果をもとに,インクルーシブな学習環境下での学習支援に関して,考察を行った。
エキシマレーザー光及びエキシマランプ光を用いた高機能セラミック材料の開発

本研究で新たに得られた知見は以下の通りである。1.表面導電性絶縁材料の場合(1)レーザーアブレーション法によりSiO_2上にTiN薄膜を形成する事が出来た。そのシート抵抗は600Ω、透過率75%であり、良好な透明電極を形成する事が出来た。(2)シート抵抗値及び透過率はレーザーショット回数に依存し、最適値を見つける事が出来た。(3)TiN分子の生成反応過程を解明した。(4)レーザーアブレーション法によるAl薄膜形成過程において、可視発光するアルミナを見つけた。2.生体親和性材料の場合(1)Al_2O_3上にハイドロキシアパタイト層を形成する事が出来た。(2)形成したハイドロキシアパタイト層の結晶性はレーザー照射によっても変化しない事が確認された。(3)形成される層の厚みはレーザーショット回数、照射密度に依存する。(4)層表面の凹凸は1μm程度である。(5)作製した試料を疑似生体溶液に浸漬したところ、試料表面に真性骨の形成が見られ生体親和性を確認することが出来た。本研究で目的としていた成果はおおよそ達成された。照射方法を工夫することで上記1、2の材料の開発が進んだ。2では、開発した材料は真性骨の形成を実現し、生体親和性材料開発の観点からは極めて良好な結果を得、学会でも高く評価されている。また、基板の材料としてアルミナではなくチタンについても実験を開始し、新しい材料の開発を進めつつある。1の透明電極は既に実用に耐えうるが、もう1桁程度抵抗値が下げるような条件を見い出せれば申し分は無い。副次的に得られた可視発光アルミナ薄膜は新しい研究対象として発展の可能性がある。研究の進展状況と新たに得られた知見は以下の通りである。1.表面導電性絶縁材料の場合(1)SiO_2上にTiN薄膜を形成する事が出来た。(2)形成されたハイドロキシアパタイト層の結晶性はレーザー照射によっても変化しない事が確認された。平成7年度に予定していた成果はおおよそ達成された。しかし新たな問題点も出てきた。特に2については、現在は試料の片面のみにハイドロキシアパタイト層が形成されているが、生体に埋め込む場合は複雑な試料面全体に層を形成する必要があり、これを解決しなかればならない。現時点では実験室段階での成果であるが、生体親和性材料開発の観点からは、学会でも高く評価されている。また、基板の材料としてアルミナでは無くチタンについても実験を開始し、新しい材料の開発を進めつつある。

(2)シート抵抗値及び透過率はレーザーショット回数に依存し、最適値を見つける事が出来た。(3)TiN分子の生成反応過程を解明した。(4)レーザーアブレーション法によるAl薄膜形成を試みる過程において、可視発光するアルミナを見つけた。2.生体親和性材料の場合(1)Al_2O_3上にハイドロキシアパタイト層を形成する事が出来た。(2)形成されたハイドロキシアパタイト層の結晶性はレーザー照射によっても変化しない事が確認された。(3)形成される層の厚みはレーザーショット回数、照射密度に依存する。(4)層表面の凹凸は1μm程度である。(5)作製した試料を疑似生体溶液に浸漬したところ、試料表面に真性骨の形成が見られ生体親和性を確認することが出来た。本研究で目的としていた成果はおおよそ達成された。照射方法を工夫することで上記1、2の材料の開発が進んだ。2では、開発した材料は真性骨の形成を実現し、生体親和性材料開発の観点からは極めて良好な結果を得、学会でも高く評価されている。また、基板の材料としてアルミナではなくチタンについても実験を開始し、新しい材料の開発を進めつつある。1の透明電極は既に実用に耐えうるが、もう1桁程度抵抗値が下げるような条件を見い出せれば申し分は無い。副次的に得られた可視発光アルミナ薄膜は新しい研究対象として発展の可能性がある。
身体獲得の生起と維持メカニズムの数理モデルによる解明

モーションキャプチャを利用して身体位置を計測し、これに基づいて身体認知の変容に寄与する身体情報の影響を検討する実験を複数行った。またこの際に、実験参加者が錯覚を感じる対象としての偽の手について、どれほど自身の課題遂行に役立つかというトップダウンな認知がどの程度影響を及ぼすかを検討してきた。身体化した偽の手で行う課題に報酬が付与された際の身体化の度合いの違いをとらえた論文、脳波によって偽の手が同期・非同期で動く際の身体化の状態が変化する様子をとらえた論文、脳波と身体の運動を計測し、錯覚中に腕を偽の手のほうに動かしてしまう現象を起こす脳反応の解読を行った論文、fMRIにおいて身体化に関する脳反応のデコーディングを行った論文を投稿中である。また身体イメージと身体スキーマに関する総説論文を執筆し心理学研究に採択されている。さらに本件は国際共同執筆の書籍の出版を念頭としており、すでに出版社が確定し執筆を開始している。また最新の知見は、国内学会で発表し、一部は大会発表賞を受賞した。また複数の招待講演において、研究成果の発表を行った。特に産学研究への応用事例の検討を深めるために、応用脳科学コンソーシアムでの講演や、企業との共同研究を行った。特にコグネティクスとして検討し始めている、特に身体認知にかかわる心理学的研究について、実験の初期段階から工学研究者との密な研究相談を基盤にした研究推進体制の拡充および普及等の活動も行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、予定されていた予備実験の準備・遂行と、購入予定であった実験に使用する機器の選定、導入、環境構築までを行った。また、幾つかの学会、研究会において発表を行い、途中経過ながら成果を報告した。以下それぞれ詳述する。第一に実験に関しては、予定されていた予備実験が概ね完了した。脳波及び腕の運動の計測を試験的に行ったが、十分にデータが取得できていることが確認できたため、このデータは試験的に解析された。この中で、今後は参加者の手の動きがどれほど身体感覚獲得に影響を与えているかについて、改めて確認的に解析を行うことで結果を確定し、学会における発表や論文化の計画を立てる。また新たに導入を予定していたモーションキャプチャは、複数の機器の視察、デモによる確認の結果、当初予定していたものとは異なる機器を導入することとした。この理由は、複数の脳波計など別機器との同期において、既に共同研究先において実績のあるもの、ということであった。現在では、この環境構築ができているので、現状のセッティングで十分な計測が可能かどうかを確認する段階に入った。今後は、予備的に実際の実験とは異なるがより簡便な方法でモーションキャプチャの性能の検証実験を行い、この結果に基づいて機器の追加購入の必要性があるかを判断する。また当該年度には、複数の脳波研究と身体認識に関する講演を行った。この中で検討中の内容の一部を発表した。さらに脳波解析に関する書籍の出版をした。内容に関しても脳波解析に関する手法の基準化のための活動の一環として、各講演で紹介した。予定されていた機器検討、導入が済み、本実験を開始する準備が整った。今後の実験進行においても明確な阻害要因はないため、順調に進行していると言える。本年度は複数の研究発表を行った。第一に、fMRIを用いた脳構造の個人差に関する研究を出版した(Kanayama et al., 2017)。この研究では、Gallagher (2000)によって提唱されているミニマルセルフ(自己主体感、身体所有感)およびナラティブセルフ(物語的自己)という自己の側面に関して、脳部位の容積を測定しその関連性を調べた。近年の認知神経科学領域においても心理学領域においても問題視されている結果の汎化性を考慮し、別々の場所で測定した脳構造画像を約50名ずつ合わせて一つのデータセットとした。この中で様々な脳部位に関連性が示されたが、十分に統計的基準をクリアしたのは身体所有感のスコアと相関した島皮質のみであった。さらに汎化可能性の検証として、比較対象にHuman Connectome Projectのオープンデータを用い、ダミーデータにおける脳容積と質問紙得点の関連性を検討する試みも行った。またラバーハンド錯覚にかかわる脳波成分と神経栄養因子の関連性を示した論文(Hiramoto et al., 2017)、他者の身体運動への注目が自他弁別能に与える影響を調べた論文(Kashihara et al., 2017)などが出版され、これまでの基礎的な身体認知にかかわる研究成果を発信してきた。また本年度は、モーションキャプチャ、乾式簡易脳波測定装置、湿式脳波測定装置を購入し実験のセッティングを行った。モーションキャプチャにより手指の運動を計測すること、乾式および湿式の脳波計を用いた脳波測定の予備実験を行い、最終年度に行う運動中の脳波測定に関する実験環境を整えた。本年度はモーションキャプチャ、乾式簡易脳波測定装置、湿式脳波測定装置を購入し実験のセッティングを行うことができた。モーションキャプチャにより手指の運動を計測すること、乾式および湿式の脳波計を用いた脳波測定の予備実験を行い、実験環境を整えることができた。翌年度からの最後の本実験に向けて十分な準備が整ったと考えられるが、取得データの詳細な解析を行う必要がある。上記のように完全ではないながら本実験の準備が進んできたことから、おおむね順調に進展していると判断した。

モーションキャプチャを利用して身体位置を計測し、これに基づいて身体認知の変容に寄与する身体情報の影響を検討する実験を複数行った。またこの際に、実験参加者が錯覚を感じる対象としての偽の手について、どれほど自身の課題遂行に役立つかというトップダウンな認知がどの程度影響を及ぼすかを検討してきた。身体化した偽の手で行う課題に報酬が付与された際の身体化の度合いの違いをとらえた論文、脳波によって偽の手が同期・非同期で動く際の身体化の状態が変化する様子をとらえた論文、脳波と身体の運動を計測し、錯覚中に腕を偽の手のほうに動かしてしまう現象を起こす脳反応の解読を行った論文、fMRIにおいて身体化に関する脳反応のデコーディングを行った論文を投稿中である。また身体イメージと身体スキーマに関する総説論文を執筆し心理学研究に採択されている。さらに本件は国際共同執筆の書籍の出版を念頭としており、すでに出版社が確定し執筆を開始している。また最新の知見は、国内学会で発表し、一部は大会発表賞を受賞した。また複数の招待講演において、研究成果の発表を行った。特に産学研究への応用事例の検討を深めるために、応用脳科学コンソーシアムでの講演や、企業との共同研究を行った。特にコグネティクスとして検討し始めている、特に身体認知にかかわる心理学的研究について、実験の初期段階から工学研究者との密な研究相談を基盤にした研究推進体制の拡充および普及等の活動も行った。共同研究先の学生の協力を得ながら実験実施を加速していく。また一方で、十分な計測が行えるかどうかの検証を時間をかけて行い、得られる結果が信用に足るかどうか、今後の再現性まで見越した研究計画を改めて検討することも視野に入れ、柔軟に研究を推進していく。翌年度は、昨年度培った実験上のノウハウを用いて本実験を行っていく。4月1日付けで異動になったため、実験室構築は改めてやり直す必要があり、これに関して多少進捗に不利な影響があると考えられるが、年度前半に実験を完了させ、後半に解析、発表を行えるように速やかに各課題をこなしていく必要がある。また来年度以降の研究につなげるために、新しい研究開発課題を設定するための予備実験を並行して行っていく。得られた身体獲得と維持に関する脳反応の知見を、より応用的に発展させることで、実社会上のベネフィットが期待される研究テーマを設定する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
非横断的交差を含むヘテロ次元サイクルのロバスト性に関する研究

微分同相写像が接触を含むようなヘテロ次元サイクルをもつような非双曲的状況の力学的性質について研究を行った.特筆すべき成果は(1)接触の崩壊に伴いストレンジ・アトラクタが発生することを示し(2) C2Newhouse現象が発生することも示した.(3)さらに接触を含むヘテロ次元サイクルを持つような微分同相写像のC2ロバスト性を示すことに成功した.微分同相写像が接触を含むようなヘテロ次元サイクルをもつような非双曲的状況の力学的性質について研究を行った.特筆すべき成果は(1)接触の崩壊に伴いストレンジ・アトラクタが発生することを示し(2) C2Newhouse現象が発生することも示した.(3)さらに接触を含むヘテロ次元サイクルを持つような微分同相写像のC2ロバスト性を示すことに成功した.非双曲的力学系の研究の最も重要なテーマは,ホモクリニック接触とヘテロ次元サイクルである.というのは,力学系の双曲性に関する予想で『双曲的でない任意の微分同相写像はホモクリニック接触かヘテロ次元サイクルをもつものでC^r近似される(Palis予想)』というものがある.この予想が正しければ非双曲的力学系の研究は,ホモクリニック接触かヘテロ次元サイクルをもつ写像族を中心に行うべきあるし,たとえそうでなくても,これら以外の非双曲的現象は見つかっていない現状を踏まえれば,全貌が未だ分からないこれらの現象を研究することは意義のあることである.本研究の目的は,この2つの非双曲的な現象を同時に含むような最もクリティカルな状態,すなわちヘテロ次元接触に関する分岐を明らかにすることである.具体的にはこの分岐のC2ロバスト性やストレンジアトラクタの発生やNewhouse現象について明らかにする.この目的に沿って研究を進め,研究実績として次の2つの論文にまとめ出版した.非双曲的力学系の研究の最も重要なテーマは,ホモクリニック接触とヘテロ次元サイクルである.というのは,力学系の双曲性に関する予想で『双曲的でない任意の微分同相写像はホモクリニック接触かヘテロ次元サイクルをもつものでC^r近似される(Palis予想)』というものがある.この予想が正しければ非双曲的力学系の研究は,ホモクリニック接触かヘテロ次元サイクルをもつ写像族を中心に行うべきあるし,たとえそうでなくても,これら以外の非双曲的現象は見つかっていない現状を踏まえれば,全貌が未だ分からないこれらの現象を研究することは意義のあることである.本研究の目的は,この2つの非双曲的な現象を同時に含むような最もクリティカルな状態,すなわちヘテロ次元接触に関する分岐を明らかにすることである.具体的にはこの分岐のC2ロバスト性やストレンジアトラクタの発生やNewhouse現象について明らかにする.この目的に沿って研究を進め,研究実績として次の3つの論文にまとめ出版した.非双曲的力学系の研究の最も重要なテーマは,ホモクリニック接触とヘテロ次元サイクルである.というのは,力学系の双曲性に関する予想で「双曲的でない任意の微分同相写像はホモクリニック接触かヘテロ次元サイクルをもつものでCr近似される(Palis予想)」というものがある.この予想が正しければ非双曲的力学系の研究は,ホモクリニック接触かヘテロ次元サイクルをもつ写像族を中心に行うべきあるし,たとえそうでなくても,これら以外の非双曲的現象は見つかっていない現状を踏まえれば,全貌が未だ分からないこれらの現象を研究することは力学系の研究にとって意義のあることである.ホモクリニック接触とヘテロ次元サイクルを別々に研究することは多くの研究者によってなされてきた.本研究では,これらホモクリニック接触とヘテロ次元サイクルを同時に含むような最もクリティカルな状況,すなわちヘテロ次元接触に関する分岐を明らかにすることであった.一見,特殊な設定に思えるが,じつはこのような状態がC2-ロバストであること(すなわちヘテロ次元サイクル上にヘテロ次元接触をもつような微分同相写像のC2トポロジーでの開集合の存在)を証明出来たのが本研究のもっとも大きな成果である.それのみでなくストレンジアトラクタの発生やNewhouse現象について明らかにした.ゆえに申請時に見込んだ成果より多くの結果ををあげることができ,研究実績として5編の論文を出版した.この研究は首都大学東京の相馬輝彦氏との共同研究であり,その他にブラジルのLorenzo J. Diaz氏と篠原克寿氏からも多大な協力を得ることができた.国内の力学系研究集会をはじめ,台湾の清華大,イタリアのトリエステ,英国のウォリック大で行われた研究集会などで発表も行い国際的なものになった.証明が完成し,その研究成果をまとめた論文3本の出版に成功した.24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の遂行にあたり問題になる点を明らかにしておく.研究代表者,分担者,協力者の所属が別であり,地理的にも遠いということである.上の2の検証においては,e-mailなどを使った通信手段では限界があるので,3名による会合などを行なう予定である.その際,研究分担者は首都大,協力者2名はブラジルのPUC-Rio所属なので,研究代表者がそれぞれに出向くのが効率的である.また,上の計画通り進まないような場合に備えて,研究分担者と協力者以外に助力を得られる可能性についても述べておく.研究代表者は,Ming-Chia Li氏(台湾NCTU),L.J.Diaz(ブラジルPUC-Rio)などとの共同研究において,本研究のテーマであるヘテロ次元サイクルに関して有効ないくつかの結果を得ている.
埋め込み型インテリジェント人工心筋の開発

本年度は,人工心筋装置の長期動物実験の達成を目標として研究を進めた.エレクトロハイドローリック型心室補助装置を開発した.合成高分子材料を用いた心室モデルを用いて循環シミュレーションを行い,装置設計段階から心室補助装置による血行力学的補助効果を想定し,同システムの開発を行った.開発した埋め込み式心室補助装置は,成山羊第4-5肋間に固定され,動物実験で評価したところ生理学的に有効な補助効果を確認することができた.4ヶ月以上継続した慢性実験4例においては,人工物の移植に起因すると想われる若干の炎症は観察されたものの,腎臓・肝臓・肺にはうっ血の所見は見られなかった.装置が設置された心筋表面にはうっ血所見がみられたが,ミクロ微細構造変化の観察はより専門的観点からの検討が必要と考えられた.過熱冷却能力が一定ならば,形状記憶合金のスケール(サイズ)が小さいほど,熱力学的効率が高く,速い収縮拡張動作が得られることに着目して,独自に開発した形状記憶合金及びファイバー型形状記憶合金(Biometal)とペルチェ素子を組み合わせて微小収縮補助装置を開発した.まず,縦1mm横0.8mm長さ100mmの形状記憶合金ロッド側面にペルチェ素子50個が搭載されたシートを接着し,ヒートシンクを有した構造とした心筋補助装置素子を作成した.このシステムでは,体内環境を模擬した電気絶縁性溶液内において1W,1Hzの動作を実現できた.さらに,直径150μmのナノテク形状記憶ファイバーを並列接続として収縮力評価を行った結果,ペルチェ冷却素子と併合したシステムによって最大で2Hz程度の収縮拡張運動を達成することができた.動物実験では,両形状記憶合金型システムの挙動を確認し,心室壁面への装着が充分に可能であることが分かった.生体心臓の収縮挙動に対する人工的収縮位相の最適化について,検討を進める必要があることが示された.人工心臓の開発が注目されているが、欧米で開発された人工心臓は体格の小さい日本人や猫のことができないものがほとんどである。循環を補助するためには必ずしも心臓を置換したり、補助人工心臓のようなポンプシステムを制作する必要はないかもしれない。そこでわれわれは心筋の機能だけを補助する補助人工心筋の開発に着手した。東北大学に存在するナノテクの最先端技術を応用し超小型の埋め込み型人工心筋の開発を目指している。科学研究補助金などによる開発によりナノテクを応用したナノセンシングデバイスの開発に成功した。さらにこのセンシングされた情報をもとに人工心筋の駆動制御する自動制御アルゴリズムの開発にも着手している。心室を補助するための人工心筋の開発にも着手した。その結果、世界で初めてエレクトロハイドローリック方式の人工心筋開発に成功した。動物実験でその心補助効果を確認し、心拍出量、血圧、肺動脈圧など、血行動態における心補助作用が確認された。さらに簡単にこの人工心筋を臨床応用するための心室カップやバンド方式の装着方式についても動物実験を繰り返しつつ検討を行っている。さらに超小型アクチュエータを開発するためにポールスクリュー型のエレクトロモーターだけでなく、形状記憶合金の開発にも着手し、ペルチェ素子の応用によりワールドレコードクラスの形状記憶合金の拍動を具現化した。更にナノテクの応用により形状記憶合金の分子構造の結晶配列を整えることにより、飛躍的な耐久性の向上と応答速度の向上にも成功している。完全に埋め込むことができる人工心筋などを開発することにより、特に高齢者などにおける循環不全にとって大きな福音になるものと期待される。心臓移植ドナー登録の著しい増大が見込めない現在、人工心臓の開発研究や組織工学技術を応用した心筋再生研究が注目されている。しかしながら、欧米で開発され臨床に応用されている人工心臓の多くは体格に小さい日本人には埋め込むことができないものがほとんどであり、また、再生医療による心筋機能の補助は治療効果の予測が難しいという点が指摘されている。本研究は、循環を補助するためには必ずしも心臓を置換したり、補助人工心臓のようなポンプシステムを制作する必要がないかもしれない、という新しい補助循環コンセプトに基づいて補助人工心筋を開発するものである。本年度は、昨年度世界で初めて開発されたエレクトロハイドローリック型人工心筋の心臓組織循環へ与える影響と循環系に対する血行力学的効果にとくに着目して動物実験による評価を進めた。すでにエレクトロハイドローリック型人工心筋による3例の慢性実験(最長期間3週間)を試み、慢性期においても心室補助効果を確認した。現在4例目の心室補助実験を施行中であり、同時並行して経費的情報電力伝送システムの動物実験も実施中である。これらの実験過程で取得されるデータは完全埋め込み型人工心筋開発へ逐一フィードバックされ、インテリジェント化した駆動方法の設定を進めた。また、人工心筋の機械要素は東北大学で独自に研究が進められているナノテク最先端技術を応用したセンサ、超小型アクチュエータ、自動制御アルゴリズム(DSPチップ)から構成されるものであり、科学研究費補助金などによる開発により、さらなる計測精度の向上とメカニズムの高効率化が進められつつある。金属結晶マトリクス配列を最適化した形状記憶合金を用いた超小型心筋アクチュエータは、従来の形状記憶合金の耐久性を飛躍的に上回る実測10億回オーダの繰り返し収縮性能が得られており、今後構造設計の最適化をさらにすすめることにより、必要なときに必要なだけ収縮補助を行うことのできる人工心筋が具現化することが期待される。