hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タイト結合分子クローディンによる新規上皮分化誘導機構の解明

本研究において、マウス胚性幹細胞株やマウス幹細胞(ES細胞)用いて、細胞間を接着する機能を持つクローディンー6分子が幹細胞の上皮分化を誘導することを明らかにした。また、そのメカニズムとして、クローディンー6は、細胞内シグナル伝達分子であるSrc、Blkと直接的に結合し、活性化させることで、下流分子PI3K、Akt、mToRを介して核内受容体であるレチノイド受容体へとシグナルを伝え、上皮分化に必要な分子の発現を制御することを解明した。本年度において、最初にSFKsメンバー(Src, Lyn, Fyn, Yes, Hck, Lck, Fgr, Blk)のうち、クローディンー6上皮分化を誘導する分子を同定するため、マウスES細胞並びにマウスF9幹細胞株の上皮分化過程における発現と活性化状態を検討した。その結果、Blk、Src、Hck、Fgrの発現と活性化が確認された。次に、これらの細胞内局在を免疫染色法により検討した結果、これらは成熟した上皮細胞様細胞の細胞間接着部位に局在がみられ、クローディンー6と共局在していることが分かった。更に、HEK293T細胞にクローディンー6とこれら分子を発現させ、免疫沈降法によりクローディンー6との相互作用を検討したところ、BlkとSrcのみがクローディンー6と相互作用することが分かった。この結果を踏まえ、F9:Cldn6細胞においてBlkとSrcのshRNAノックダウンを行ったが、共に50%程度のノックダウン効果であり、クローディンー6による上皮分化誘導に影響が認められなかった。SFKsの活性化を制御するシグナル分子を探索するため、シグナル伝達分子への網羅的な阻害剤スクリーニングを行った結果、PKAの阻害剤を添加時に、クローディンー6による上皮分化誘導とSFKsの活性化の顕著な阻害が認められた。このことから、PKAがSFKsの活性化を制御することが示唆された。クローディンー6以外のクローディン分子も上皮分化誘導能を有するかを明らかにするため、各クローディン分子(クローディンー1、2、3、4、5、7、8)を恒常的に発現するF9幹細胞株を樹立した。形態学的観察を行ったところ、クローディンー7発現細胞株において若干の上皮分化が見られた。他のクローディンでは全く認められなかった。本年度において、クローディンー6上皮分化を誘導するSFKs分子として、前年度に同定されたBlkとSrcに着目し、検討を行った。前年度では、マウスF9幹細胞株でのBlk、Srcのノックダウンを検討したが、ノックダウン効率が低く、顕著な差は見られなかった。そこで本年度では、CRISPR/Cas9法によるゲノム編集技術を使用し、Blk、SrcをノックアウトしたF9幹細胞株を樹立した。これらの細胞株にクローディンー6を導入したが、上皮分化は誘導されなかった。また、これら細胞株では、クローディンー6によるSFKsの活性化が顕著に低下していた。この結果から、クローディンー6による上皮分化誘導シグナルには、BlkとSrcが重要な機能を果たしていることが示唆された。次に、クローディンー6とBlk、Srcが直接的に結合するかどうかを明らかにするために、各分子のリコンビナントタンパク作製を検討した。修飾を保持させるため、すべての分子をバキュロウイルスを使用した昆虫細胞での発現系により、作製を行った。この際、クローディンー6にはHis tagを、BlkとSrcにはN末端にGST tagを、C末端にFLAG tagを付加させた。しかしながら、クローディンー6については、wholeでのタンパク作製は出来なかったため、細胞内C末端ドメインのみのリコンビナントタンパク(Cldn6C)を大腸菌にて作製した。すべてのタンパクにおいて、SDS-PAGE電気泳動後、CBB染色にて、シングルバンドを確認した。また、ウェスタンブロット法によって、各分子またはtagに対する抗体を用いて、目的のタンパクであることを確認した。作製したタンパクを用いて、GST-pulldown法により、Cldn6CとBlk、Srcとの結合性を検討した結果、Cldn6CはBlk、Srcと直接的に結合することが分かった。Blk、Src分子の機能解析やクローディンー6との結合性については、ほぼ達成できたが、ES細胞や初期胚での検討も行えなかった。また、成体腸管上皮幹細胞での検討も出来なかったことから、この評価とした。まず、恒常的またはコンディショナルにクローディンー6を発現するF9幹細胞(F9:Cldn6及びF9 L32T2:Cldn6)を用いて、クローディンー6と相互作用して上皮分化を誘導するSFK分子の同定を行った。その結果、Src、Blk、HcK、Fgrがクローディンー6発現とともに、活性化していることが分かった。また、HEK293細胞にクローディンー6と各SFK分子の遺伝子を導入し、免疫沈降を行ったところ、SrcとBlkがクローディンー6と相互作用することが分かった。更に、GDT融合SrcとBlk、FLAGtag融合クローディンー6C末端ドメインのリコンビナントタンパクを作製し、GST pull down法とELISA法により検討した結果、SrcとBlkはクローディンー6C末端ドメインと直接的に結合することが明らかとなった。そこで、CRISPR/Cas9を用いてSrcとBlkをノックアウトしたF9:Cldn6細胞株を樹立したところ、それぞれのノックアウト細胞株では、クローディンー6による上皮分化誘導が顕著に減少した。次に、SFK分子の下流シグナル分子の同定を行った。

様々な阻害剤を用いた検討から、PI3K、Akt、mToRがSFKの下流シグナル分子としてクローディンー6の上皮分化誘導に機能していることが分かった。また、核内受容体であるレチノイド受容体とエストロゲン受容体について検討した結果、クローディンー6の上皮分化誘導シグナルは核内受容体であるレチノイド受容体とクロストークすることが示唆された。これらの結果から、クローディンー6はSrc、Blkと直接的に結合し、PI3K、Akt、mToRを介して、レチノイド受容体とクロストークし、上皮分化を制御していることが明らかとなった。本研究において、マウス胚性幹細胞株やマウス幹細胞(ES細胞)用いて、細胞間を接着する機能を持つクローディンー6分子が幹細胞の上皮分化を誘導することを明らかにした。また、そのメカニズムとして、クローディンー6は、細胞内シグナル伝達分子であるSrc、Blkと直接的に結合し、活性化させることで、下流分子PI3K、Akt、mToRを介して核内受容体であるレチノイド受容体へとシグナルを伝え、上皮分化に必要な分子の発現を制御することを解明した。シグナル分子の同定については、ほぼ達成できたが、BlkとSrcのshRNAノックダウン実験が行えなかった。また、ES細胞や初期胚での検討も行えなかったことから、この評価とした。クローディンー6とBlkとSrcとの結合性について、どのドメインが重要であるかを明らかにする。具体的には、受容体型チロシンキナーゼとの会合に重要であるBlkとSrcのSH2ドメインに焦点を当て、Blk、SrcのSH2ドメインリコンビナントタンパクを作製し、クローディンー6との結合性を検討する。成体腸管上皮幹細胞においては、本年度までに明らかになったクローディンー6とクローディンー7に焦点を当て、検討を行う。成体腸管上皮幹細胞におけるこれら分子の発現解析を行い、発現が認められた場合には器官培養でのノックダウンを進め、上皮細胞への分化に影響するかを明らかにする。発現が認められない場合には、腸管上皮幹細胞特異的に発現させたノックインマウスを作製し、腸上皮組織過形成などが起こるかを検討する、具体的には、TALEN法により、Rosa26 locusにLgr5プロモーター下にクローディンー6またはクローディンー7を組み込んだtargetベクターを作製し、TALEN mRNAとともにマウス受精卵細胞質へインジェクションし、ノックインマウスを作製する。細胞生物学BlkとSrcの機能解析については、ゲノム編集技術として汎用性が広がっているCRISPR/Cas9システムを用いて、ノックアウトF9幹細胞株を樹立し、解析を行う予定である。また、若干の上皮分化が見られたクローディンー7発現細胞株において、クローディンー6シグナル分子との関連性を検討する。更に、これらの知見を基に、ES細胞や初期胚、成体幹細胞において、クローディンシグナルが上皮分化を誘導するかを明らかにする。ES細胞培養並びに、成体腸管幹細胞の器官培養を行わなかったため、これらの培養にかかる費用が余剰となったため。論文投稿費用としてその他に計上していた費用が、論文投稿を行わなかったため、余剰となった。
効率的で良質な医療を目指した病態検査の系統的再評価の基礎的検討

本調査研究では、次の点について実績を得た。I.診断検査のEBM確立のための課題の明確化診断検査の系統的再評価(systematic review:SR)の手法は未だに開発段階にあり、以下の課題が考えられた。A.文献検索手法の模索:文献データベースのindexが不十分なことから、網羅的な検索時には、キーワード検索とフリータームによる検索を行い、論理和で結ぶことが必要である。検査関連用語集や検索例のデータベースを検討すべきである。B.一次論文のチェックリストの開発:研究デザインやデータの取り扱いの内的妥当性を検証するもので、投稿論文の採択基準としても活用可能と考えられる。D.構造化抄録(英文)採用への働きかけ:論文誌における構造化抄録(英文)は一次論文が採択基準に合うかどうかを迅速に見る上で有用である。また、日本語論文の言語バイアスの軽減にもつながると考えられる。E.一次研究の登録:診断検査のSRは出版バイアスの影響が大とされるが、根本的な対策はないため、一次研究の登録システムなどを検討すべきである。II.データベースとその活用についての戦略SRがなされた二次情報を蓄積し公開することで、診断検査のエビデンスを身近なものとし、それらを通して一次研究登録の重要性の認識を高める。また、質の高い多施設間共同研究などを行うために結果登録の可能なデータベースの構築も検討する必要がある。III.海外研究グループとの連携コクラン共同計画における方法論グループや世界臨床化学会(IFCC)などと連携して効率的にSRを行い、さらにデータベースへの蓄積を行うことで合意し、協力関係を築きつつある。
末梢神経損傷時の痛覚伝達経路でのＬ１ーＣＡＭのリン酸化と可塑的変化に対する影響

坐骨神経損傷後の後根神経節と脊髄において細胞間接着因子であるL1-CAMの発現変化を検出した。末梢神経損傷後では後根神経節では非リン酸化L1-CAMは神経細胞周囲に集積する事を見いだした。これに対し、1181番目のセリン残基のリン酸化を受けたL1-CAMは後根神経節ニューロンから消失していた。脊髄後角では非リン酸化L1-CAMとリン酸化L1-CAM共に増加を認めた。リン酸化L1-CAM陽性はC線維の損傷軸索終末のVaricosity様構造に特異的に集積している事を見いだした。これらはCasein kinas 2の阻害で低下を認め、疼痛関連行動の抑制も認める結果を一部に得た。L1-CAMをリン酸化させる因子と神経因性疼痛の関連、リン酸化L1-CAMのシナプスでの役割、L1-CAMのリン酸化と神経可塑性との関与の3つのポイントについての研究を行った。2. L1-CAMの微細形態における局在の検討とシナプスの形態の研究: Ser 1181のL1-CAMのリン酸化は、Ankyrinとの会合によりシナプスの形成・形態変化をもたらす。脊髄後角におけるリン酸化L1-CAMが発現していると考えられるシナプスの構造を正常ラットと比較するため、末梢神経にトレーサーを投与し、脊髄での終末の形態の変化を確認した。3.脊髄後角ニューロンの興奮性とL1-CAMのリン酸化の関連:上記阻害剤と疼痛行動への関連は現在ひきつづき検討中である。平成23年度はリン酸化L1-CAMの検出・定量に主眼をおき、以下の研究を行った。1.正常rat DRGにおけるリン酸化L1-CAMの発現細胞種を同定。NaiveラットDRGにおいて定常的にSer 1181をリン酸化しているL1-CAMのニューロンをキャラクタライズした結果、多くがNF200(有髄神経のマーカー)との非共存を示し侵害受容系のニューロンであることが分かった。その他のマーカーとの共存も現在確認中である。2. DRGにおける末梢神経損傷後のリン酸化/脱リン酸化L1-CAMの経時的変化を定量をした結果、Ser 1181をリン酸化しているL1-CAM陽性ニューロンは損傷後1日から著明な減少が確認できた。これはtotal L1-CAMの局在の変化と対称的なパターンを示しており、損傷ニューロンでの膜移行はL1-CAMの脱リン酸化が引き金となっている可能性を示していると考えて次年度の研究項目へと展開している。3.脊髄後角における末梢神経損傷時のリン酸化L1-CAMの経時的変化を定量した結果、損傷後7日から脊髄後角I-II層での増加が確認でき、少なくとも30日続く事が分かった。これはDRGとは対照的にtotal L1-CAMの変化と同期している。一次求心性線維終末へのL1-CAMの移行はリン酸化によって調節される可能性もあり得ると考えて、シナプスの形態変化に繋がる項目として次年度に展開している。4.増加したリン酸化L1-CAMの詳細な局在を検討についてはマーカー蛋白との非共存パターンが確認されるため、現在では一次求心性線維の終末であることのみが明らかになっている。損傷ニューロンのシナプスの構造変化があることが考えられるため、次年度において微細形態におけるリン酸化L1-CAMの局在を確認しリン酸化と形態変化ー痛み行動の関連を検討したい。研究当初より予想された事であるが、脊髄後角の微細な形態を探索するための条件である電子顕微鏡レベルの予備実験で条件設定が難航している。その他、Key enzymeと思われているcasein kinase 2の脊髄内での局在が未定となっている。抗体依存の研究であるため、特異性の高い抗体を得る事に時間がかかっている。唯一計画通りに行かなかった点はリン酸化L1-CAMのキャラクタライズと脊髄における局在の検討であるが、これは予想されたようなマーカー群への局在を示さなかった事が理由であり、一定の定性的なデータは出ている。しかし、当該因子のキャラクタライズは既知の分類から外れる可能性もあるため、目標としているようにL1-CAMのリン酸化を生理的(正常状態)での機能と関連させて推論するという当初の意義を外れる可能性も内在している。トレーサーを用いた研究を行い、末梢神経終末の形態変化を明らかにし、そこに本研究課題のL1-CAMのリン酸化の影響を確認する予定である。併せて、Casein kinase 2の関連を検討する予定である。疼痛行動については、L1-CAMのリン酸化を抑制する事で痛みと脊髄後角の形態変化が抑えられる事を確認する予定である。

次年度以降はリン酸化L1-CAMの微細形態レベルの可視可、リン酸化阻害と疼痛の関連、既存の治療薬とL1-CAMのリン酸化・局在変化への関与という3つのポイントについて研究を行う予定である。微細形態としてはリン酸化L1-CAMの免疫電子顕微鏡を用いた実験を重点的に行う。リン酸化の阻害としてはcasein kinase IIの阻害が最有力とされているため、この阻害剤をラットに投与して、L1-CAMのリン酸化と疼痛行動との関連を検討する。既存の治療薬としてはGabapentinをはじめとした薬剤を投与してL1-CAMのリン酸化への影響を疼痛行動スコアと関連させて検討する。該当なし上記予定のため、消耗品・試薬・動物の購入をする。これに1,000,000円を使用する予定である。消耗品としては免疫組織科学関連のものが約400,000円、薬剤投与実験の浸透圧ポンプや阻害薬剤で300,000円、動物の購入管理に200,000円、一般的な試薬に100,000円の使用を予定している。また成果発表を行うため、国内外の学会でこれを報告する。この旅費・参加に対し200,000円を使用する予定である。
加速器実験と宇宙観測に基づく時空の構造の解明

本研究は、加速器実験と宇宙観測から得られる実験データを活用して、素粒子物理学の標準理論を超えた新物理模型で予言される各種現象を解析することを通して、我々の住む時空の構造の解明に寄与することを目指す理論研究である。特に、新パラダイムの有力候補の一つである、空間次元が拡張された余剰次元模型を現象論的に解析することを中心に据えて、以下のような研究を遂行して来た。昨年度に引き続き、ユニバーサル余剰次元模型において、予言される新粒子の生成断面積や暗黒物質候補粒子の残存量等の各種物理量を自動的に計算する数値計算プログラムの開発を行ってきた。最近、米国のグループにより、この模型の新粒子の質量スペクトルの予言値が修正されたが、この修正を取り入れる改良を行い、この修正が各種物理量に与える影響について調べている。また、発見されたヒッグス粒子を余剰次元模型のゲージ粒子の一部とみなすゲージヒッグス模型において、粒子の余剰次元上の配置の仕方によりヒッグスポテンシャルの形がどのように異なるかを調べた。そして、ヒッグス粒子の3点結合が標準理論の予言値からどの程度ずれるかの計算を行っている。その他、時空のさざ波である重力波が初期宇宙に起きた1次的電弱相転移から発生するような拡張ヒッグス模型に着目し、重力波観測と加速器実験の相乗効果を活用して拡張ヒッグス模型を絞り込む研究を行ってきた。統計的手法を用いて、LISA, DECIGO等の将来の宇宙空間での重力波観測で期待される新物理模型のパラメータの決定精度を求めた。そして、これと加速器実験から独立に得られるデータとを組み合わせることで新物理模型のパラメータを強く絞り込めることを示した。この成果を1報の論文にまとめ査読付き学術雑誌で発表した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、素粒子物理学の標準理論を超えたパラダイムの有力候補の一つである余剰次元を持った様々な素粒子模型を現象論的に解析すること、及び新しい余剰次元模型を提案することを目的としている。そのため、特徴のある余剰次元模型を取り上げ、予言される様々な物理量を計算し、現在稼働中及び将来の加速器実験と宇宙観測で得られるデータと比較することで、余剰次元模型の検証可能性を調べている。今年度は主に、ユニバーサル余剰次元模型の現象論的解析を行うことを念頭におき、この模型で種々の物理量を自動的に計算する数値計算コードの開発、改良に取り組んできた。申請者は、予備的研究で、最小ユニバーサル余剰次元模型における暗黒物質候補粒子を特徴付ける物理量の自動計算コードを作成したが、これをより汎用性の高いものにすることに取り組んでいる。改良されたコードを使い、一般的なユニバーサル余剰次元模型の枠組みで第1カルツァ・クライン光子以外のカルツァ・クライン粒子が暗黒物質候補粒子になる場合の物理量の再計算を行った。また、近年特にヒッグス粒子の物理が注目を浴びていることに鑑み、ヒッグスセクターを特徴付ける物理量も同時に計算できるように数値計算コードを修正している。その他、余剰次元模型の枠組みで実現可能である、U(1)Xゲージ模型の現象論的解析も行った。この模型は、電弱バリオン数生成シナリオに必要な強い1次的電弱相転移を実現し、且つ宇宙の暗黒物質の存在を説明できる可能性のある模型である。申請者らの研究の結果、現在稼働中のラージ・ハドロン・コライダーからヒッグス粒子への制限が非常に厳しくなったため、暗黒物質検出実験からの制限を回避しつつ残存量を説明できる可能性は非常に小さいことがわかった。ユニバーサル余剰次元模型に関しては、これまで最小ユニバーサル余剰次元模型等の限られた模型群において暗黒物質候補粒子に関係する物理量のみ計算可能であったが、今年度のコード開発により、より一般的なユニバーサル余剰次元模型において、他の物理量も信頼のおける精度で計算することが可能になり、来年度以降の数値計算コードを使った現象論的解析の下地ができた。また、近年のヒッグス粒子の物理の発展に着目し、ゲージヒッグス統一模型と呼ばれる余剰次元模型の現象論的解析を開始した。このように本研究課題は順調に進行している。

統計的手法を用いて、LISA, DECIGO等の将来の宇宙空間での重力波観測で期待される新物理模型のパラメータの決定精度を求めた。そして、これと加速器実験から独立に得られるデータとを組み合わせることで新物理模型のパラメータを強く絞り込めることを示した。この成果を1報の論文にまとめ査読付き学術雑誌で発表した。今年度に得られた研究成果を今後さらに発展させていく。ユニバーサル余剰次元模型においては、ヒッグスセクターの解析にも重点をおき、今後の高輝度LHC実験、将来のILC計画を見据えた模型の検証可能性を調べる。また、場の局在化を用いた新物理模型の構築を行い、種々の物理量の予言値を評価し、模型の検証方法を検討する。さらに、ゲージヒッグス統一模型において、ヒッグス粒子の持つ性質、カルツァ・クライン粒子の持つ性質を吟味し、加速器実験等でどの程度模型のパラメータ領域を絞り込めるか調べて行きたい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
モールディングインソールによる歩行案定化メカニズムの解明

インソールがハイヒール歩行の安定感を向上させるメカニズムを理解する目的で、女性8名を対象にインタビューを行ない、ヒール形状、アーチパッドの有無、中敷の摩擦が異なる5種の靴条件で、靴内足底圧、運動、床反力、バランスボード上でのバランス維持を計測した。インタビューの結果抽出された履き心地の評価視点のうち、足底全体への体重分散感とヒールのぐらつき感が、安定感に関連していた。体重分散感は足裏の接触面積と、ヒールのぐらつき感はヒール傾斜角度と関連していた。インソールによる歩行安定化メカニズムとして3つの仮説を検討した結果、足裏の荷重支持面積増大による足構造への負荷低減が、主なメカニズムだと考えられた。実験靴として、ヒール高4.5cmのベルト付きセパレートパンプスで足囲サイズをC-EE程度の範囲で調整可能なものを選び、足長サイズ22.5cm、23cm、23.5cmの3足を用意した。9名の女性を対象として、靴底と足の間にインジェクションタイプのシリコンを入れることで、柔軟性はあるがクッション性はない個別対応アーチパッドを作成した。各人につき同じ靴にこのアーチパッドを装着した場合としない場合でどちらが好きか、その理由はなぜかについて詳細なインタビュー調査を行ない、アーチパッドがある方が好きな場合と、ない方が好きな場合について、アーチパッドの形状に対する印象、足との接触のしかた、それに対する感覚、好き嫌いの判断の間の因果関係を示す樹状図を作成した。アーチパッドありとなしの2条件で歩行時の靴内足底圧分布を計測し、各人各条件で20歩分のデータを取得した。足底を指部、前足部、中足部、後足部の4部位に分け。ピーク圧の2条件間の差を検定したが、有意差は認められなかった。F-scanは一定以上の圧がかからないと接触を検出しないので、靴底に色を塗り、足裏を湿らせて実験靴を履いた歩行をさせ、靴をぬがせて立位状態で足底方向から足裏ビデオ撮影することで、足に移った色を使って接触面積を可視化した。インタビュー調査で得られた履き心地の評価項目は、歩行中のピーク圧よりも接触面積と関連が強いことがわかった。バランスボードを試作した。計測条件を検討し、左右方向のバランスを1分間計測することにした。また、足と靴にマーカをつけて運動計測装置(Vicon)を用いて実験靴を履いた歩行運動を計測し、ヒール設置時の安定性が計測できるかどうかを検討した。日常観察できる着地時のヒールのぐらつきは観察できなかったので、来年度はよりヒールの高い実験靴を使い、靴と足の相対運動とヒールのぐらつきを検討することにした。ヒール高7cmの足首ベルト付きバンフス2種(靴A、B。ヒールのみ異なる)を実験靴として用意した。8名を対象に歯科用シリコーンを用いて個別対応アーチサポート(AS)を作成した。うち7名を対象に履き心地の評価構造を知るために評価グリッド法によるインタビュー調査を行った。ヒールの外倒れによる足首のぐらつき、中敷のすべりによる足と靴の相対運動、足裏と靴底の形状不一致による足裏への局所的な荷重集中や接触、体重分散等が評価項目として抽出された。履き心地は靴と足の相互作用で生じる物理現象を人体が知覚し、評価することにより決まる。物理現象の知覚として足裏の接触や圧迫と足首のぐらつきや姿勢のどちらがより重要かを知るため、中敷の条件は一定として2つの実験を行った。(1)7名につき靴2条件(靴A、B)での歩行運動と靴内足底圧を計測し、官能評価をさせた。立位時、歩行中とも靴Aの方がヒールの外倒れが大きく、足底圧にもボール内側部後方への荷重が靴Aの方がやや大きいという差があった。履き心地の官能評価の結果は靴Aの方が概して悪かった(2)5名につき、靴2(A、B)×アーチサポート2(AS有無)の4条件で歩行時の足底圧を計測し、官能評価をさせた。靴A、BともAS無しで認められたボール部内側の後方における蹴り出し時の高い圧力がAS有りでは無くなり、中足部外側を中心に体重が分散されていた。ASにより履き心地が改善される場合とかえって悪くなる場合があり、この差は足底圧からは区別できなかった。接触や圧迫に対する好みの個人差によるのかもしれない。以上から、ヒール外倒れの評価では筋・腱のセンサによる足の姿勢の知覚が主体であり、ASの評価では接触や圧迫が直接的な評価基準になっていると思われる。足裏と靴底の接触が具体的にどのような変化を足にもたらして圧力集中や分散をひきおこすかを知るのは、今後の課題である。ヒール高7cmの足首ベルト付きパンプスを使い、アーチサポートがバランスをとる能力に影響を与えるかどうかを調べる実験をした。

バランスボードを床反力計(AMTI)の上に置き、(1)はだし、(2)靴だけ、(3)靴+個別対応アーチサポート、(4)靴+中足外側部にパッドをいれて体重を分散させる、の4条件で、バランスボード傾斜角度と荷重中心(CoP)位置を60秒間計測した。バランスボード角度はCoP前後位置と非常に高い相関を示した(r>0.95)。CoP前後位置の最大幅(最前方位置-最後方位置)と標準偏差、CoP左右位置の最大幅と標準偏差を、バランス能力の指標として用いた。条件(2)(4)は3試行を計測し、CoP前後位置最大幅が最も小さい試行の結果を代表値として用いた。5名の被験者につき計測した4条件間の差を分散分析で検定した結果、はだしをふくめた4条件間に有意差はなかった。以上から、踏まずや中足外側への靴底の接触が履き心地を改善する原因は、足裏からの刺激増加による足姿勢制御の改善によるのではないと考えられる。ハイヒールの問題のひとつとして、ヒールコンタクト時の高い衝撃ピークがある。これをヒールのデザインで低減できるかどうかを調べる目的で、ヒール接地部の前後位置だけが異なる3種の靴を用いた歩行実験をした。靴はヒール高65mmの足首ベルト付きパンプスで、靴底後端からヒール接地部後端までの前後距離が8mm、28mm、48mmである。被験者3名につき3条件下で歩行を各7試行計測し、同時に床反力を測った。条件間の差を3名左右6足につき個人内で分散分析した結果、ヒール接地部後端が前方にある靴ほどヒールコンタクト時の衝撃が大きく、ヒールコンタクト時の膝の屈曲が大きく、立脚期20%付近での足関節底屈最小値が小さかった。以上から、同じヒール高でも、ヒールが低い感じを与える靴の設計が可能だといえよう。
性腺・副腎の形成に不可欠なAd4BP遺伝子の転写調節機構

生殖腺、副腎の分化の機構を解明する目的で以下の研究を行った。(1)Ad4BP/SF-1遺伝子第一イントロンを調べた結果、第一イントロン内にアミノ酸をコードしない複数の第一エクソンの存在が明かになった。これらのエクソンのうちIaとIgエクソンは生殖腺と副腎皮質に発現が認められたが、Ioエクソンの発現はラット卵巣で認められるもののマウス卵巣では認められず、その発現には種差が認められた。Ioエクソン領域の塩基配列を調べたところ、マウスIoエクソンのスプライシングサイトの配列に異常が認められたことから、マウスではIoの使用が不能になっていることが明かになった。(2)抗Ad4BP/SF-1抗体を用い、Ad4BP/SF-1の発現部位を胎生組織で調べたところ、Ad4BP/SF-1の発現開始直後には、背側大動脈から腹腔上皮にかけての一群の細胞が陽性であることが分かった。後にこの細胞集団は二群に分離し、一方は副腎皮質へ、他方は生殖腺へ分化する。すなわちこの結果は、副腎皮質と生殖腺は同一の細胞集団より派生することを示すものであった。(3)Ad4BP/SF-1と同様に生殖腺と副腎皮質の分化に不可欠な因子として単離されたDAX-1に対する抗体を作成し、その発現分布を調べた。DAX-1はAd4BP/SF-1と同様に性腺と副腎に発現するが、組織内における分布に顕著な違いがありDAX-1の機能を考える上で貴重な情報である。また胎生期の未分化生殖腺にもその発現が認められるが、やはりAd4BP/SF-1との間に発現領域で顕著な差が認められる。これらの結果をもとに生殖腺と副腎の分化における役割の検討を行っている。
永久使用可能な完全人工心臓用血液ポンプに関する研究

心臓移植のドナー不足は深刻な問題であるため、人工心臓は、重症心不全の最終的な治療手段として重要である。感染症の問題や患者のQ.O.L(生活の質)を考えるとすべてのデバイスを体内に埋め込む小型の体内埋め込み式の人工心臓が望まれている。現在、体内埋込式補助人工心臓の臨床応用が始まり、有効な治療方法として認知されている。他方、体内埋込式完全人工心臓では、米国で人への臨床応用がなされ、最長1年7ケ月の生存を実現している。しかし、体内埋込式完全人工心臓の問題点として、サイズと耐久性そして解剖学的適合性を満たすデザインがある。上記の機種はサイズに起因する適応限界から2006年4月製造中止となった。したがって日本人など小柄な体格の人への埋め込みも可能な完全人工心臓を開発する必要がある。そこで新しい構造の回転式血液ポンプ(ヘリカルフローポンプ)を用いて永久使用を目指した完全埋込式完全置換型人工心臓の研究開発を行った。このポンプは流入ポートと流出ポートをポンプ周側面に設置し、軸方向に螺旋状の流路をインペラの前後に設けた構造のポンプである。この構造であれば、周側面に流入、流出ポートが開口するために、完全人工心臓をデザインすることが可能となる。インペラは、軸方向には永久磁石の吸引力、周方向には動圧浮上により非接触に支持される。今回は非接触支持機構を持つ試作モデルを製作しポンプとして特性と非接触支持を確認した。試作した左心用ポンプの大きさは外径80mm厚さ35mmであり、1200rpmにて5L、100mmHgを出力し、周方向の浮上距離は60μmを実現できた。
一般廃棄物焼却施設の周辺地域における高毒性有機塩素化合物による人体汚染の影響評価

本研究は、茨城県新利根村にあるバッチ式一般固形廃棄物焼却場(城取清掃工場)周辺に高発ガン死亡率(42.1%)を示す地域が存在することに着目し、その焼却場周辺(半径2km以内)のダイオキシン類による環境(土壌)および人体(血液)汚染実態の究明を試みたものである。その結果、焼却場から1.1km以上離れた地域の土壌中ダイオキシン類濃度は21pgTEQ/g(18検体平均)であったのに対して、焼却場から1.1km以内の高発ガン率地域の濃度は、52pgTEQ/g(14検体平均)の重度の汚染が観察された。特に、半径500m以内の風下側の地域の濃度は230pgTEQ/g(2検体平均)と極めて重度な汚染が観察された。次に、焼却場施設周辺住民34人の血液試料中のダイオキシン類(PCDDs/DFs)の分析を試みた結果、平均で76.5pgTEQ/g(lipid base)が検出された。この値は、諸外国の健常者の血中濃度が1530pgTEQ/gであることを考慮すると、この焼却場周辺住民は、通常の25倍の人体汚染を受けていることが判明した。さらに詳細なデータ解析を行ったところ男性22人の平均値は67.9pgTEQ/g、女性12人の平均値は85.1 pgTEQ/gとなり、女性の場合の方が高濃度のダイオキシン類を血液中に蓄積していることが明らかとなった。以上、本研究により、焼却場周辺地域の環境および住民がダイオキシン類によって重度に汚染されていることが明らかになるとともに、将来にわたってこの地域住民の健康毒性影響が懸念された。周辺住民の高発がん死亡率が指摘されているバッチ式ごみ焼却施設を中心として2kmの範囲において、放射状に5方向のラインと発がん死亡率の高い地域を横切る1ライン、計6ライン上の60地点から採取した土壌試料について、高毒性のダイオキシン類(ポリ塩化ジベンゾ-p-ジオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン、コプラナーPCB)の汚染を調べた。その結果、年間を通して施設の風下側になるラインの平均実測濃度は14000pg/g乾燥重量(530032000pg/g)、TEQ濃度は74pgTEQ/g(14250pgTEQ/g)であり、風上側のラインの実測濃度の5000pg/g(130023000pg/g)、TEQ濃度の9.7pgTEQ/g(4.517pgTEQ/g)に較べて明らかに高い汚染が認められ、汚染状況は気象条件に大きく影響されることが判明した。さらに、土壌試料および焼却施設の貯水槽やその周辺河川から採取した底質について詳細にダイオキシン類組成を解析した結果、周辺地域の土壌汚染は焼却施設の排ガス経由でもたらされたことが明らかとなった。一方、高発がん性の多核芳香族炭化水素類についても調査した結果、ダイオキシン類と同様な汚染傾向が認められた。本研究で対象とした高発がん死亡率の地域は年間を通して施設の風下に位置し、結果として施設の排ガス経由でダイオキシン類や多核芳香族炭化水素類に高濃度汚染を受けていたことが明らかとなり、次年度に予定している血液検査により人体汚染評価をすることが、極めて重要であるとの知見に至った。

その結果、焼却場から1.lkm以上離れた地域の土壌中ダイオキシン類濃度は21PgTEQ/g(18検体平均)であったのに対して、焼却場からl.1km以内の高発ガン率地域の濃度は、52 pgTEQ/g(14検体平均)の重度の汚染が観察された。特に、半径500m以内の風下側の地域の濃度は230pgTEQ/g(2検体平均)と極めて重度な汚染が観察された。次に、焼却施設周辺住民34人の血液試料中のダイオキシン類(PCDDs/DFs)の分析を試みた結果、平均で76.5pgTEQ/g(lipid basis)が検出された。この値は、諸外国の健常者の血中濃度が1530pgTEQ/gであることを考慮すると、この焼却場周辺住民は、通常の25倍の人体汚染を受けていることが判明した。さらに詳細なデータ解析を行ったところ男性22人の平均値は67.9pgTEQ/g、女性12人の平均値は85.1 pgTEQ/gとなり、女性の場合の方が高濃度のダイオキシン類を血液中に蓄積していることが明らかとなった。以上、本研究により、焼却場周辺地域の環境および住民がダイオキシン類によって重度に汚染されていることが明らかになると共に、将来にわたってこの地域住民の健康毒性影響が懸念された。
膀胱癌における新規抗癌療法：抗酸化ストレスとメチル化阻害剤による抗腫瘍効果の検討

1)細胞内のAGEsを変化させ、5-aza-CdRによる抗腫瘍効果とp16のメチル化頻度を検討した。低AGEs濃度下では5-aza-CdR処理により増殖は抑制し、p16のメチル化頻度の低下を認めた。2)膀胱癌症例対象とした。CMLH3K27とp16の発現は、高悪性度症例においてCMLH3K27の発現は上昇し、p16の発現は低下した。p16ののメチル化は高悪性度癌で上昇した。3)ヌードマウスxenograftモデルを用いてメトホルミン、5-aza処理による抗腫瘍効果を検討した。5-aza処理による抗腫瘍効果は認めたが、メトホルミン併用による抗腫瘍効果は単剤と比較し有意差は認めなかった。1)抗CMLH3K27抗体の作成:ヒストン3テール27番リジン残基に特異的に結合するカルボキシメチルリジン(CMLH3K27)のポリクローナル抗体を作成した。この抗体のウエスタンブロティング、免疫染色、クロマチン免疫沈降法での至適条件を検討し、以降の実験に使用した。2)メトホルミン、5-aza-CdR処理によるクロマチン構造の変化:膀胱癌細胞T24(高悪性癌)、J112(低悪性癌)および尿路上皮細胞HB/EpCを用い、p16遺伝子のクロマチン構造と遺伝子発現を評価した。グリオキサール処理でAGEの濃度を上昇させると、3種の細胞すべてでCMLH3K27は上昇した。しかしH3K27アセチル化は未処理と比較し、変化なく、5-aza-CdR処理を加えてもp16遺伝子の発現に変化を認めなかった。一方、メトホルミン処理により、CMLH3K27は3種の細胞で変化しなかった。H3K27アセチル化も未処理と比較し、変化なかった。5-aza-CdR処理により、p16遺伝子のDNAメチル化は約30%脱メチル化され、とくにT24においてp16遺伝子発現の上昇を認めた。細胞増殖能は5-aza-CdR単独と比較し、メトホルミン併用群で著明に抑制された。これらの結果より、メトホルミンはヒストン修飾を変化させるのではなく、直接的にDNAメチル化を低下させる作用を有することが推察される。またin vitroではメトホルミン単剤での抗腫瘍効果はほとんど認めないが、固形腫用細胞に対しても5-aza-CdRとの併用で抗腫瘍効果が相乗することが示された。昨年度作成した抗CMLH3K27抗体を用いて臨床試料の解析を行った。1)経尿道的膀胱腫瘍切除を施行した膀胱癌80例を対象とした。パラフィンブロックを用いて抗CMLH3K27抗体による免疫染色を行った。Ta(n=25)、T1 (n=50)、T2<(n=5)の比較検討では、高ステージの症例で有意にCMLH3K27の発現が上昇した。また、グレード別の比較検討でも、高グレードの症例で発現は有意に高い結果となった。2)p16遺伝子発現を免疫染色にて検討した。高ステージ、高グレードに腫瘍でp16遺伝子の発現は有意に低下した。またCMLH3K27とp16の発現は有意に逆相関した。3)さらに、ヒストン修飾とp16遺伝子発現の相関を検索する目的で、H3K9m3抗体を用いた免疫染色を行った。上記結果と同様に、H3Km3の発現は高ステージ、高グレードの腫瘍で低下し、またH3K9m3の発現はCMLH3K27と有意に相関し、p16遺伝子の発現とは有意に逆相関した。4)上記症例の腫瘍組織よりDNAを抽出し、p16遺伝子のDNAメチル化レベルを定量解析した。p16のDNAメチル化レベルは高ステージで、高グレードの腫瘍で有意に低下し、免疫染色による発現と相関した。これらの結果より、臨床試料においては高ステージ、高グレードの膀胱癌組織CMLH3K27、p16発現、p16のDNAメチル化の変化が相関することが示された。遠心分離機の故障の為、動物実験を用いた検討を行うことができなかった。メトホルミン、5-aza-CdR処理によるこれらの相関を引き続き検討する。本研究は、膀胱癌に生じる酸化ストレスと遺伝子発現異常を標的とした新規抗癌剤の有効性を検討することを目的とする。酸化ストレスに長期的に暴露された結果細胞内に蓄積するAGEs(糖化最終産物)が、腫瘍増殖を助長する遺伝子発現を増加させるだけでなく、クロマチン構造を変化させ、エピジェネティクスを介した遺伝子発現異常を引き起こす可能性を見いだした。本研究ではAGEs形成抑制作用をもつメトホルミンとDNAメチル基転移酵素(DNMTs)阻害剤である5-aza-CdR併用による膀胱癌に対する抗腫瘍効果を検討する。1) AGEsによるヒストン制御機構を検討するため、酸化ストレスの指標となるAGEs、カルボキシメチルリジン(CML)のヒストンに結合するポロクローナル抗体、抗CMLH3K27を作成した。2) in vitroの検討細胞内のAGEsを上昇(グリオキサール処理)あるいは低下(メトホルミン処理)させ、5-aza-CdRによる抗腫瘍効果とp16のメチル化頻度を検討した。低AGEs濃度下では5-aza-CdR処理により癌細胞の増殖は抑制し、またp16のメチル化頻度の低下と発現上昇を認めた。3)臨床試料の検討経尿道的膀胱腫瘍切除術を施行した膀胱癌症例80例を対象とした。

CMLH3K27とp16の発現を免疫染色で検討したところ、高ステージ、高グレード症例においてCMLH3K27の発現は上昇し、p16の発現は低下した。同様にp16ののメチル化レベルは高ステージ、高グレードで上昇した。4) in vivoの検討ヌードマウスxenograftモデルを用いてメトホルミン、5-aza-CdR処理による抗腫瘍効果の検討を行った。5-aza-CdR処理による抗腫瘍効果は認めたが、メトホルミン併用による抗腫瘍効果は5-aza-CdRと比較し有意差は認めなかった。1)細胞内のAGEsを変化させ、5-aza-CdRによる抗腫瘍効果とp16のメチル化頻度を検討した。低AGEs濃度下では5-aza-CdR処理により増殖は抑制し、p16のメチル化頻度の低下を認めた。2)膀胱癌症例対象とした。CMLH3K27とp16の発現は、高悪性度症例においてCMLH3K27の発現は上昇し、p16の発現は低下した。p16ののメチル化は高悪性度癌で上昇した。3)ヌードマウスxenograftモデルを用いてメトホルミン、5-aza処理による抗腫瘍効果を検討した。5-aza処理による抗腫瘍効果は認めたが、メトホルミン併用による抗腫瘍効果は単剤と比較し有意差は認めなかった。抗CMLH3K27抗体の作成と、各定量系における至適条件の設定に時間を費やし、クロマチン構造の変化は現時点で、p16遺伝子のみ検討した。引き続きPTENとp53遺伝子も同様に検討を行う。メトホルミン、5-aza-CdR処理によるCMLH3K27およびp16遺伝子発現の変化と腫瘍抑制効果をin vivoで検討する。病理学メトホルミンの抗腫瘍効果における作用機序の一つとしてFOX3遺伝子活性を抑制するという報告も見られる。引き続き、in vitroで、FOX3遺伝子発現と抗腫瘍効果の検討を行う。遠心分離機が故障したため、in vivoでの検討が行えなかった。したがって実験動物購入費用および試薬類の差額が生じた。多数の臨床試料を用いた検討が行えなかった為、リアルタイムPCR、パイロシークエンス、バイサルファイト処理に用いる試薬を購入しなかった。遠心分離機と実験動物購入に使用予定である。今年度に多数臨床試料を用いた検証研究を行う。
集中治療室における抜管後睡眠状況改善のための経口睡眠薬導入に関するPBPMの作成

今回の研究は、集中治療室における経口気管挿管患者の抜管後睡眠状況早期改善を目的に調査・検討を行い、ICU入室患者の抜管後早期概日リズム改善に向けた睡眠導入剤使用に関するPBPMの実践に向けた取り組みを行った。まず、当院における集中治療室での経口睡眠導入薬使用状況について調査するため、重症管理システム、電子カルテ、薬剤部門システムを用いた後ろ向き調査を行った。2016年12月の1ヶ月間にICUに入室していた患者273名を対象に、入室中の経口睡眠導入薬使用の有無に関連する事項を抽出した。睡眠導入薬使用に関連する因子として、入院時の睡眠導入薬の持参、ICU入室期間、入室時気管挿管の実施、入室期間中のICDSC最大値、挿管患者における挿管中のRASS平均値が挙げられた。通常、ICUに入室した患者では、それまでに使用していた常用薬の多くが中止される。睡眠導入薬を長期連用している患者では、精神的睡眠導入薬依存が生じている可能性があり、ICU入室中に睡眠導入薬を必要とすることが多いことが示唆された。そのような患者では睡眠導入薬中止により不眠となり、せん妄を惹起する可能性があるため、予防的に睡眠導入薬を使用することが望ましく、経口睡眠薬を導入するPBPMの対象患者の要件に組み入れる必要があると考える。次に、客観的睡眠状況の評価を行うため、ICU入室患者を対象に唾液中メラトニン濃度測定を計画しているが、現時点では試験プロトコルを作成中であり、成果を見出すに至っていない。
非皆伐施業を組み込んだ森林計画策定に関する研究

山形県鶴岡市温海地区民有林を対象として、作業システムと採材方針の違いによるスギ人工林の収益性、必要労働量、収穫量の変化をシミュレーションによって評価した。高単価な素材の生産を目指し、集材機による架線系作業システムを用いる従来型経営方針、並材を大量生産し、高性能林業機械による車両系作業システムを用いる効率型経営方針の2つの方針を設定した。A材を採材できる最高の高さと全立木本数に占める根曲がり木本数の割合を変化させ、地位ごと伐期齢ごとに二つの経営方針について年当たりha当り森林純収益を計算した。地理情報システムを用い、いくつかの小班を統合して3haより広い面積をもつ森林管理単位を作成した。2つの経営方針に対して、伐期齢は50から120年まで5年刻みに設定し、非皆伐施業を加えた合計16通りの育林体系を設定した。各森林管理単位が採用できる育林体系は、収益が正となる場合のみとした。各育林体系を採用した場合の収穫量、必要労働量および収益を森林管理単位ごとに予測した。0-1整数計画法を用いて各森林管理単位にいずれかの育林体系を割り当てることにより、24分期120年間の収穫計画を策定した。目的関数は計画期間内の総収益を最大化することとし、各分期の必要労働量と収穫材積を一定の幅に抑える制約条件を課した。このシミュレーションの結果から選択された育林体系の割合と各分期の収穫量、必要労働量および収益の変動を示した。収穫量は両方の戦略で同じような値になったが、効率型では従来型よりも必要労働量が少なく、収益が大きくなった。採材方針の違いと森林の管理状態の違いを考慮に入れて、スギ人工林経営における収益を伐期齢ごとに示した。対象地は新潟県村上市旧山北町の民有林とした。山北地区および県境を挟んで隣接する山形県鶴岡市旧温海町で生産されたスギ素材の主要な購入先に対して、購入している素材の種類、その購入価格と用途について聞き取り調査を行った。採材方針を13m材と4m材だけでなく,5m材,6m材も含めてできるだけ単価の高い材を生産するように丁寧な採材を行う、2採材する丸太の材長を3mと4mに絞ることで、大量の材を安定供給できるような単純な採材を行う、の2通り設定するとともに、枝打ち回数を反映した森林の管理状態を4通り設定し、計8通りについて金員粗収穫を最大化する採材シミュレーションを行った。さらに地利級別に費用計算を行うことで森林純収益を算出した。その結果、安価な丸太の安定供給を望む需要先のみに販売する採材方針は、森林の管理状態による収益の差が小さく、リスク管理がしやすいという利点を持つ一方、それに加えて単価の高い高齢級大径材を購入する需要先にも販売する採材方針では、地位級と管理状態の条件の良い林分において収益性が有利となることがわかった。このように採材方針や地位級によって枝打ちの効用は大きく異なった。したがって、適切な採材方針を選択し、かつ枝打ち回数を調整することによって将来の森林を望ましい管理状態に誘導するため、林業事業体は需要を正確に把握する必要があるといえる。主要なスギ丸太の購入先に対して材長別、末口径級別、材質別取引価格を調査し、スギ人工林の経営分析を行うことができた。佐渡を除く新潟県を対象とし、民有林スギ人工林の管理状況および生産される素材の材種に関する類似性を検討した。森林組合の管轄地域ごとに新潟県森林組合連合会の材種別取り扱い数量を集計するとともに、新潟県民有林の森林簿からスギ人工林面積、森林経営計画策定面積も同様の地域ごとに集計した。取り扱い数量が少ない地域、木材生産を行っていない地域を除き、各地域の材種別取り扱い数量に占める市場取引割合・合板材割合・C材割合・その他協定販売割合、スギ人工林森林経営計画策定面積率をもとにクラスター分析した結果、多様な材を生産する地域、合板用材の割合が高いがC材も生産する地域、合板材を中心に生産する地域、C材の割合が高い地域、市場取引が多い地域に分類された。その結果、地域により素材の材種割合が異なり、販売先、採材方針に違いがあることが考えられた。人工植栽地に広葉樹が侵入して針広混交化または広葉樹林化した林分の時間的な推移を求めた。対象地は東京大学秩父演習林に存在する不成績造林地である。対象地に設置した区画に対して2度目の計測を行った。1度目と2度目の計測結果から、立木密度、林分材積、直径分布の推移を示した。その結果、進界木がほとんど見られず、立木密度は減少していた。サワグルミ・オオバアサガラが優占する林型では優占木が枯死した結果、林分材積が減少した区画を多く見られたが、それ以外の林型、特にウダイカンバ・シラカンバ・ダケカンバが多い林型とヤマザクラ・オオヤマザクラ・ケヤキが多い林型では林分材積は増加傾向を示した。大部分は広葉樹林化・針広混交林化して成長を続けているが、シカの影響で後継樹が育っていないと考えられた。人工林の非皆伐施業の1つとして、間伐後の針広混交林化、広葉樹林化が考えられている。本年度はこのような施業に対する指針を検討するため、人工林に広葉樹が侵入して針広混交化または広葉樹林化した林分の推移についても調査した。佐渡を除く新潟県全域の素材生産の現状について調査した。

平成27年度市町村別素材生産量確定値と森林組合等への聞き取り調査を基に、森林組合の管轄地域ごとにスギ人工林からのABC材別素材生産量を推定した。新潟県の素材生産において、木材市場での販売量は低下し、合板用材やバイオマス発電所燃料材など新潟県森林組合連合会が取りまとめている協定販売の取扱量が増加した。大部分の地域では主伐量が極めて少なく、間伐材が素材生産の中心となっていた。特に多雪地域では今後皆伐、再造林を行うことが困難で、非皆伐による素材生産が中心とならざるを得ない。実際の材価を基に、作業システムと採材方針の違いによるスギ人工林の収益の変化を示した。高単価な素材の生産を目指し、集材機による架線系作業システムを用いる従来型経営方針、並材を大量生産し、高性能林業機械による車両系作業システムを用いる効率型経営方針の2つの方針を設定した。従来型と効率型の年当たり森林純収益を比較すると、ほぼすべての条件で効率型が従来型を上回った。地位上では、両者共にすべての条件で年あたり森林純収益が正となる伐期が存在した。地位中の場合、効率型が8090年から年当たり森林純収益が正になるのに対し、従来型は100110年前後で正となるが、正となる伐期が存在しない場合もあった。地位下の場合、両者共に年当たり森林純収益が正となる伐期は存在しなかった。以上の結果から、皆伐施業を実施できる林地の条件、非皆伐施業を実施せざるを得ない林地の条件が示された。現在の素材生産状況を把握するとともに、経営方針のうち作業システムと採材方針を変えた場合のスギ人工林の収益性を評価し、皆伐施業が成立する条件を示すことができた。山形県鶴岡市温海地区民有林を対象として、作業システムと採材方針の違いによるスギ人工林の収益性、必要労働量、収穫量の変化をシミュレーションによって評価した。A材を採材できる最高の高さと全立木本数に占める根曲がり木本数の割合を変化させ、地位ごと伐期齢ごとに二つの経営方針について年当たりha当り森林純収益を計算した。地理情報システムを用い、いくつかの小班を統合して3haより広い面積をもつ森林管理単位を作成した。2つの経営方針に対して、伐期齢は50から120年まで5年刻みに設定し、非皆伐施業を加えた合計16通りの育林体系を設定した。各森林管理単位が採用できる育林体系は、収益が正となる場合のみとした。各育林体系を採用した場合の収穫量、必要労働量および収益を森林管理単位ごとに予測した。0-1整数計画法を用いて各森林管理単位にいずれかの育林体系を割り当てることにより、24分期120年間の収穫計画を策定した。目的関数は計画期間内の総収益を最大化することとし、各分期の必要労働量と収穫材積を一定の幅に抑える制約条件を課した。このシミュレーションの結果から選択された育林体系の割合と各分期の収穫量、必要労働量および収益の変動を示した。収穫量は両方の戦略で同じような値になったが、効率型では従来型よりも必要労働量が少なく、収益が大きくなった。同齢単純林だけでなく、強度間伐後に樹下植栽した人工二段林、広葉樹が侵入して針広混交化した林分の測定も行う。嘗て天然スギを択伐施業した経験を持つ方に聞き取り調査を行うとともに、積雪地域における天然スギの伐採方法と伐採季節、伐出した木材の利用先に関する文献調査も行う。