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小胞体およびゴルジ装置のカチオンポンプ作動機構とその破綻による病態

小胞体Ca^(2+)ポンプによるCa^(2+)輸送の仕組みについての理解を大きく進展させた。皮膚異常角化症(ダリエー病)の原因となる世界51家系の小胞体Ca^(2+)ポンプ遺伝子異常の夫々がCa^(2+)ポンプ蛋白にどのような異常を引き起こすかを明らかにした。また皮膚異常角化症(ヘイリー・ヘイリー病)の原因変異となるゴルジ体Ca^(2+)/Mn^(2+)ポンプは皮膚基底層に局在すること、この発現抑制が皮膚表皮細胞の分化(角化)の開始因子であることを発見した。部位特異的変異と速度論的解析を実施して、小胞体Ca^<2+>ポンプリン酸化中間体の構造異性化により会合したActuatorドメインとPhosphorylationドメインは、二つの領域(Val^<200> loop, Tyr^<122>-hydrophpbic cluster)において強いドメイン間相互作用を生じることにより、輸送部位から内腔へCa^<2+>を放出させ、アシルリン酸加水分解能を持つE2P触媒部位を形成することを明らかにした。そしてこれらのステップにおける構造変化には、Actuatorドメインと第1膜貫通ヘリックスを繋ぐリンカーが必須の機能を担うことを明らかにした。この成果によりCa^<2+>輸送におけるエネルギー共役の本質的仕組みを明らかにした。メタルフッ素化合物を用いて小胞体Ca^<2+>ポンプ各リン酸化中間体の安定な構造アナログを開発した。そしてE2・BeF_x, E2・AlF_4^-,およびE2・MgF_4^<2->は、それぞれCa^<2+>を放出したリン酸化中間体E2Pの基底状態、加水分解遷移状態、および生成物複合体(E2・Pi)の構造アナログであることを示した。またE2P加水分解に伴ってCa^<2+>放出ゲートが閉じ、内腔Ca^<2+>の漏れ出しを防ぐ構造が獲得されることを明らかにした。さらに、輸送部位内にCa^<2+>を閉塞したE1PCa_2の構造アナログを開発した。これらの成果は、Ca^<2+>ポンプの各中間体結晶構造解析に必須の貢献をしている。2b型小胞体Ca^<2+>ポンプの遺伝的異常によって生じるダリエー病(皮膚角化細胞の異常分化)51家系51種の遺伝子異常について、各々の変異に依存しておこるCa^<2+>ポンプ蛋白の異常の内容を明らかにし発症機序理解に貢献した。結果はまた、Ca^<2+>ポンプの構造と機能を理解するための重要な情報を与えた。ゴルジ装置Ca^<2+>/Mn^<2+>ポンプは表皮基底層に発現・局在すること、このポンプは角化細胞を基底層に未分化状態で保ち、このポンプの発現抑制が角化細胞分化(すなわち角化して基底層から遊離)させることを明らかにした。これにより皮膚表皮角化の理解に全く新しい側面を切り開いた。部位特異的変異と速度論的解析を実施して、小胞体Ca<2+>ポンプリン酸化中間体(EP)の構造異性化に共役した小胞体内腔へのCa<2+>放出には、Actuatorドメインと第1膜貫通ヘリックスを繋ぐA/M1リンカーの長さが適切であることが必須であることを発見した。そしてアミノ酸挿入によりこのリンカーを長くすると、EPの構造異性化(すなわちADP感受型(E1PCa_2)からADP非感受型(E2PCa_2)への異性化)はむしろ促進されるが、形成したE2PCa_2からのCa<2+>放出は完全に阻害されていること、E2PCa_2ではActuatorドメインとPhosphorylationドメインの間の疎水的相互作用(Tyr<122>-hydrophpbic cluster)の形成は不完全であることを明らかにした。そしてA/M1リンカーが適切な長さである野生型では、ActuatorドメインとPhosphorylationドメインがおそらくさらに動くことによって両者の間にTyr<122>-hydrophpbic clusterが形成されCa<2+>放出ゲートが開くであろうことを明らかにした。これらの成果により、これまでその存在が推定されていただけであった中間体E2PCa_2を始めて同定・捕捉することに成功し、Ca<2+>輸送機構解明の新たな展開を可能とした。さらに、Tyr<122>-hydrophpbic cluster形成がいかにしてCa<2+>放出を引き起こすか、その仕組みを部位特異的変異により解析した。これらの成果によりCa<2+>輸送におけるエネルギー共役の本質を明らかにした。

他方現在、E1PCa_2の安定な構造アナログを開発すること、その特性を明らかにすることに成功し、リン酸化中間体の構造異性化とCa<2+>放出の間の共役機構の構造的解明を可能とした。P型カチオン輸送ポンプ(ATPase)の代表的メンバーである小胞体Ca2+ポンプはATP加水分解に共役してCa2+を細胞質から小胞体内腔に数千倍もの濃度勾配に逆らって能動輸送する。その細胞質領域は3つの大きなドメイン; N(Nucleotide binding), P(Phosphorylation), A(Actuator)を形成し、膜ドメインは10本の膜貫通ヘリックス(M1-M10)を形成する。Ca2+輸送サイクルでは、ATPからリン酸基がAsp351(Pドメイン)に転移して自己リン酸化中間体(E1PCa2)を形成する。本研究(平成20年度)では、E1PCa2の異性化とCa2+放出は二つのステップから成り(E1PCa2→E2PCa2→E2P+2Ca2+)、これらのプロセスでは細胞質3ドメインが逐次的に大きく動きその相互作用を変化させることを明らかにし、さらに具体的にAおよびPドメイン、M2先端の7残基(Y122/L119(M2), I179/L180/I232(A), V705/V726(P))がE2Pで集合して形成する疎水性クラスターは、輸送部位におけるCa2+親和性を下げ、内腔ゲートを開きCa2+を放出させる機能(E2PCa2→E2P+2Ca2+)を担っていることを解明しCa2+放出のエネルギー共役の理解を発展させた。他方、E1PCa2の構造アナログをメタルフッ素化合物の利用により開発し、今後この複合体の安定化および構造帰属を行なうことにより、E1PCa2の原子モデル解明およびCa2+放出機構の構造的解明を可能とした。
微生物生育温度推定法を用いた海底熱水域の地下圏微生物の検出と生息深度の解明

海底熱水噴出域および陸上温泉域には、数°Cから数百°Cまでの地熱温度勾配が存在する。好冷菌、中温菌、好熱菌、超好熱菌など多様な原核生物(バクテリアおよびアーキア)にとって、このような温度勾配はその活性や生息域を決定する重要なファクターとなる。これまで、多くの研究者が海底熱水や陸上温泉に含まれる原核生物を対象とした微生物研究を行い、それらの系統、生理、代謝に関する知見が得られてきた。しかし、熱水や温泉水中の原核生物は、海底面や地表面付近に由来するのか?それとも、熱水域地下の高温環境に由来するのか?といった原核生物の真の生息域を解明することを目的とした研究はほとんど行われてきていない。そこで本研究では、リボソームRNA遺伝子のアニン+シトシンの割合(G+C含量)と微生物の生育温度が非常に良い相関を示すことに着目した微生物分子温度計を用いて、海底熱水および陸上温泉に含まれるアーキアの生育温度を推定した。さらに、現場の熱水温度と生育温度を比較することにより、海底熱水域地下および陸上温泉域地下の高温環境に由来する超好熱性アーキアの遺伝子を特定した。その結果、海底熱水噴出域の熱水域および陸上温泉域にて採取した熱水中から超好熱アーキアに由来する高いG+C含量の16S rRNA遺伝子が多数検出された。特に、水曜海山の熱水域にて採取した40°Cの低温熱水中においては、85°C以上の生育温度を有する超好熱性アーキアが数多く含まれていた。これらの生育温度は現場の熱水温度を45°C以上も上回っていたことから、検出された超好熱性アーキアは本熱水域地下の高温環境に由来することが示唆された。また、過去の研究において水曜海山の海底熱水域は15°C/mの地熱温度勾配を有することが報告されていることから、これらの超好熱アーキアは地下9mから45mに生息していた可能性が高いことが明らかとなった。
地域の中核的病院に勤務する医師の病院建築の評価に関する研究

本研究は、地方(ケーススタディとして福島県)の4つの中核的病院(1つは、改築前後にまたがるため調査対象としては5事例で、竣工が60年代までが2事例で2000年以降が3事例)を調査対象として、今日まで患者や看護職員に比べて研究対象とされて来なかった医師の立場から見た病院建築の全体及び諸室の平面・空間計画、環境性能等への意識・評価及びその要因を明らかにした。具体的には、1医師の勤務時間中の滞在場所・滞在割合、2診察室・医局など医師の利用諸室に関する意識、3外来や管理部門を中心とする医師の勤務時間中の移動に対する意識や実態といった部分で、古い病院と新しい病院の違いなども明らかにした。研究開始当初に調査対象候補病院として予備調査を行った福島県内の4つの中核的病院のうち、本年度は、昨年度本調査を行った1病院への追加調査に加え、もう1病院(予備調査時から一部改築が行われ、現在も改築中である)の調査を行った。調査・分析の具体的な内容については、まず1医師が勤務時間中に利用する諸室(医局・診察室・病室など)のあり方や利用行為等に関する調査票の設計を行い、それによる意識調査を行った。また2歩数計を用いた医師の移動に関する記録方法の検討を行い、実際に万歩計を携帯してもらい勤務時間中の歩数の計測と記録、並びに調査票を用いて移動に関する意識調査を行った。さらに3外来や管理部門の廊下を中心に記録員を配置して、医師の移動に関する観察調査を行い、医師の移動を客観的に実態把握した。同規模の2つの地方の中核的病院を対象に、上記13の調査・分析を行えたことで、勤務時間中の医師の諸室利用に関する意識や、諸室間も含めた移動実態、さらにその意識について明らかにし出来、次年度以降にその比較分析並びに総合的な分析を行える基盤ができた。また、可能な限りではあるが、その調査・分析結果をもとに病院の管理・運営者等へのヒアリングを行う準備が整った。なお当初に調査対象候補として残り2病院に関しては、東日本大震災及びその後の原発事故による被災地であるため、調査対象の選定や調査方法については病院側に過度な負荷を与えないことなどに留意して、現在も病院側と折衝を行っている。本研究は、地方(ケーススタディとして福島県)の中核的病院を調査対象として、今日まで患者や看護職員に比べて研究対象とされて来なかった医師の立場から見た病院建築の全体及び諸室の平面・空間計画、環境性能等への意識・評価及びその要因を明らかにすることを目的としている。具体的には、4つの中核的病院(1つは、改築前後にまたがるため、調査対象としては5事例で、竣工が60年代までが2事例で2000年以降が3事例)に調査・研究協力の打診を行い、診察室や医局を中心に医師の病院建築に対する全体及び諸室の平面・空間計画や環境性能への意識、また院内の移動に関する意識を明らかにするために、アンケート調査、ヒアリング調査を行った。なお、本研究で対象としていた福島県が研究期間中に東日本大震災及びその後の原発事故によって甚大な被害・影響を受けたため、調査対象の選定や調査方法において病院側に過度な負荷を与えないことなどに留意して、2事例に関してはこのアンケート調査、ヒアリング調査を詳細に分析する方法に切り替えた。しかしながら、5事例のうち3事例に関しては、医師の勤務時間中の移動に関するより詳細なアンケート調査、並びに日勤3日間の勤務時間中の万歩計による歩数計測調査、さらに、それらの調査の補完として、病棟を除く院内の共用空間における定点観察調査を行い医師の移動実態の調査を行うに至った。結果的に、上述した調査データの共通点や相違点を分析し、今日まで明らかになることが少なかった、1医師の勤務時間中の滞在場所・滞在割合、2診察室・医局など医師の利用諸室に関する意識、3外来や管理部門を中心とする医師の勤務時間中の移動に対する意識や実態といった部分を明らかにした。その内容は、地方の中核的病院に勤務する医師の病院建築への評価として、今後の建築設計・計画者や施設管理運営者にも役立つ基礎的資料になると思われる。調査対象候補として想定していた病院のある地域は、東日本大震災及びその後の原発事故による被災地であるため、調査対象の選定や調査方法については病院側に過度な負荷を与えないことなどに留意して、調査対象候補である病院との折衝を行った。具体的には、研究チームが持つ既存ネットワークを活かして、病院の築年数、病床数、増改築の計画などを考慮して福島県内の4つの中核的病院を中心に、調査・研究協力の打診を行い、予備調査的に1つの病院、本調査として他の1つの病院を対象として、後述する内容に関する調査並びに分析を1つの病院において行った(他の3つの病院に関しては、次年度以降に本調査の再調整を行うこととした)。

具体的な調査・分析については、まず(1)医師が勤務時間中に利用する諸室(医局・診察室・病室など)のあり方や利用行為等に関する調査票の設計を行い、それによる意識調査を行った。また、(2)歩数計を用いた医師の移動に関する記録方法の検討を行い、実際に万歩計を携帯してもらい勤務時間中の歩数の計測と記録、並びに調査票を用いて移動に関する意識調査を行った。さらに、(3)外来や管理部門の廊下を中心に記録員を配置して、医師の移動に関する観察調査を行い、医師の移動を客観的に実態を把握した。それらによって、未だ地方の1つの中核的病院を対象とした調査・分析だけではあるが、勤務時間中の医師の諸室利用に関する意識や、諸室間も含めた移動実態、さらにその意識について明らかにし出来、次年度以降に他の病院において本調査を進めかつ比較分析を行える基盤ができた。研究実施計画においては、本年度までに幾つかの中核的病院に調査・研究協力の打診を行い、複数の病院から承諾を得て、意識調査や観察調査を行う計画としていた。結果的には、4つの病院に調査・研究協力の打診し、本年度まで、承諾を得られた2つの病院で本調査を行え、意識調査や観察調査について比較分析できるデータが得られたことから当初の計画通りに進んでいる(他の2つの病院に関しては、本年度には承諾を得られずに、調査を行う場合は次年度以降も再度調整が必要)一方、病院の管理・運営者等へのヒアリングは十分に出来なかった。また、2つの病院の本調査の結果から、予備調査時の一部が本調査として活用できることが分かり、意識調査の分析の一部は予備調査のみの2つの病院を合わせて4つの病院で比較分析が行えることなどを鑑みて、上記の区分と自己評価した。研究実施計画においては、地方の幾つかの中核的病院に調査・研究協力の打診を行って、複数の病院から承諾を得て、予備調査的に1つの病院を対象として意識調査や観察調査を行う計画としていた。結果的に、4つの病院に調査・研究協力の打診し承諾を得られたのが、予備調査として1つの病院、本調査として他の1つの病院で、本調査を行うに当って他の3つの病院に関しては次年度以降に調整が必要となった。1つの病院を対象に、意識調査や観察調査の本調査を行えたことは、当初の計画よりも順調に進んでいる一方、複数の病院から本調査への承諾を得られずに次年度以降で調整が必要となったことを鑑みて、上記の区分と自己評価した。本研究は、医師不足等の地域医療が深刻な問題となっている地方(ケーススタディとして福島県を想定)の中核的病院を調査対象として、今日まで患者や看護職員に比べて研究対象とされて来なかった医師の立場から見た病院建築の全体及び諸室の平面・空間計画、環境性能等への意識・評価及びその要因を明らかにすることを目的としている。その様な当初の研究計画に沿った形で、今日まで十分な研究報告がなされていない1医師の勤務時間中の滞在場所・滞在割合、2診察室・医局など医師の利用諸室に関する意識調査、3外来や管理部門を中心とする医師の勤務時間中の動線といった項目で、医師の実態や意識とその要因が明らかにする。それらに関して、まず、昨年度まで本調査を行った2つの病院のデータを中心(2や1の一部は4つの病院のデータ)に、それらを医師の立場から見た病院建築の評価として比較分析し地方の中核的病院建築の計画要件として整理して、今後の設計者・計画者や施設管理運営者にも有益な基礎的資料を示す予定である。
ドネーションの歴史社会学的考察

《上半期》・研究課題の第二部(全三部のうち。「血液事業におけるドネーション」に該当)の報告書、作成終了(7月)・STS NJの夏期研究報告会にて、上記第二部の成果を報告(8月)・研究課題の第三部(「臓器移植・再生医療におけるドネーション」に該当)の調査・研究《下半期》・STS NJの定例研究会(於:東京大学)にて、上記第二部の成果を報告(11月)・第3回STS学会年次大会(於:金沢工業大学)にて、上記第二部の成果を報告(11月)・日本科学史学会・生物学史分科会の月例会(於:神戸大学)にて、上記第二部の成果を報告(11月)・「科学技術への市民参加手法の開発研究プロジェクト」(若松東京電機大学教授代表・笹川平和財団助成)の会議「市民が考える脳死・臓器移植--専門家との対話を通じて」(於:日本教育会館・科学技術館)に、「説明者」として参与。原稿執筆、会議(全5回)にも出席・報告し、研究課題の第三部の充実をはかる(12月3月)・第9回オーストラリア医学史学会隔年会議(於:ニュージーランドのオークランド大学)にて、研究課題の第一部(「献体におけるドネーション」に該当)の成果を報告(2月)・研究課題の第三部の報告書、作成終了(3月)。本研究では、先端医療技術と社会とのあいだに生じている軋礫に対して、「医の倫理」のような当面の結論を用意するのではなく、議論全体がよりかかっている基盤それ自体を記述し相対化することを目的に掲げ、下記の課題を遂行した。(1)研究成果の報告(前半期)本研究がいま、上記の目的をどこまで達成しているか、雑誌に発表した(裏面を参照)。(2)他の研究者との意見交換(前半期)「日本医療社会学会」・「関西社会学会」・「日本社会学会」・「日本民俗学会」の都合4つの学会、および「日本科学史学会(生物学史分科会)」・「(順天堂大学)医史学研究会」・「医療社会学研究会」の3つの研究会で口頭発表をおこない、専門分野を超えて意見を乞うた。(3)医学史の知識の深化・蓄積(通年)月に数回おこなわれる順天堂大学医史学教室の勉強会に加わり、医学に関する古文書を読解する技能を磨くとともに、本研究に関連する資料を収集した。(4)国内外のドネーションの動向の逐時的な把握(通年)献体・献血や臓器移植・再生医療に関する法制的・技術的な情報だけでなく、それらに対する反応も含めて広く捕捉した。(5)分析視角ならびに手法の精緻化社会学・歴史学の理論的な文献を読み、分析枠組みの精度の向上を目指した。
ハイドロキシアパタイトマイクロキャリアーを利用した造血幹細胞増幅法と移植法の開発

骨髄造血幹細胞が自己複製する主要な微小環境が骨表面であることが明らかにされつつある一方、骨の主成分であるハイドロキシアパタイトを含む細胞培養用担体(マイクロキャリアー)が製品開発されている。このことから、ハイドロキシアパタイトキャリアーに可溶型Notchリガンドをコーティングして臍帯血や骨髄由来の造血幹細胞ソースとなる細胞を培養することにより、これまで用いてきた、培養皿に可溶型Notchリガンドをコーティングする方法に比べ、格段に高いレベルで造血幹細胞の増幅を図ることができるかを検討した。ハイドロキシアパタイト・マイクロキャリアーとしては、ナイロン樹脂をハイドロキシアパタイトで覆ったCELLYARD【○!R】ビーズ(ペンタックス社製)を用いた。これにコントロールFcまたは可溶型ヒトNotchリガンドDelta1-Fcをコーティング可能か評価したところ、十分なコーティングが可能であった(Fc-CYまたはDl-CY)。これらのビーズとともにCD133陽性細胞を8日間共培養し、培養皿に直接Fcをコートした場合(Fc)およびDelta1-Fcをコートした場合(D1)と比較した。その結果いずれのビーズを使用した場合でも、総細胞数の増加はビーズを用いない場合に較べむしろ抑制された。培養後、全細胞中に占める混合コロニー形成細胞(CFU-Mix;最も未分化な細胞を反映する)の割合は、Dl-CYを用いることにより増加した。しかしながら、絶対数が減少しており、CFU-Mixの絶対数は増加しなかった。したがって、今年度検討した方法では、培養皿に直接Delta1-Fcをコーティングする方法に対する優位性は証明できなかった。今後ハイドロキシアパタイトを用いることにより、骨表面の造血幹細胞ニッチ類似の培養環境を再構成できるかさらに検討したい。
地震観測記録に基づくアースダムのS波速度の評価と堤体のエージングプロセスの検討

本研究では,長柄ダム,東金ダム,荒砥沢ダム,小田ダム,森吉山ダムなど多数のフィルダムにおける堤頂,コア中段,監査廊/基礎に設置された地震記録を用いてNIOM解析(deconvolution解析)を行い,堤体内を伝播する地震波の伝播速度を推定した.また,推定された地震波の伝播速度に基づいて,著しい強震動時に生じる堤体の剛性低下とその後に起きる回復過程や築堤後生じるダム堤体の物性の変化を長期間にわたる数多くの地震記録を解析して追跡した.その結果,(1)2008年岩手・宮城内陸地震などの強震動において堤体の剪断剛性の低下がみられること,(2)その後長期にわたる剛性の回復がみられることなどを指摘した.本研究では,長柄ダム,東金ダム(独立行政法人水資源機構),荒砥沢ダム(宮城県)の長期間にわたる地震観測記録にNIOM法を適用して、地震波の堤体内の伝播時間の推移を検討した。また、得られた伝播速度から剪断剛性率、ヤング率、ポアソン比を求め、堤体の物性について考察を加えた。その結果、(1) 1987年千葉県東方沖地震では、強震動による堤体の非線形化による伝播時間の増加が確認できること,また,(2) 2011年3月11日東北地方太平洋沖地震の前後において伝播時間に大きな変化はみられず,長柄ダムでは東北地方太平洋沖地震による大きな影響はなかったことが裏付けられること,(3)堤体上部ではダム軸方向成分と比べて上下流方向成分のS波の伝播時間が大きい偏向異方性がみられること,(4)剪断剛性率は拘束圧の増加に伴い増加する関係を示すこと,また,推定されたポアソン比は0.3程度であり,堤体が不飽和の状態に維持されていることが確認できることが明らかとなった.同様に,東金ダムの観測記録のNIOM解析によって,(1)ほとんどの地震で明瞭な入射波と反射波のピークが得られ,反射波のピークは入射波の伝播時間よりも小さい伝播時間を示し,法面での反射による複雑な波動伝播性状を反映したものと推察されること,(2)堤体のS波速度には偏向異方性が認められること,(3) S波の伝播時間は時間の経過に対して直線的に減少する傾向が見られ,この変化は年当たり上下流方向で0.7%,ダム軸方向で0.2%のS波速度の増加に相当すること,(4)剪断剛性率は10E-5程度の剪断歪から剪断剛性率が低下する傾向が見られること,また,東金ダムでは現在に至るまで堤体材料の明瞭な非線形化は生じていないこと,が明らかになった.これらの結果はダム事業者との協議の後,公表する予定である.現在は荒砥沢ダムにおける2008年6月(岩手・宮城内陸地震)2014年3月までのおよそ1300記録を解析中である.H26年度では,荒砥沢ダム(宮城県栗駒市)の観測記録から堤体内の地震波の伝播速度を解析し,1)2008年岩手・宮城内陸地震では主要動の極めて強い地震動によって堤体上部のVsが450m/sから最大で153m/s程度まで減少し,その後,伝播時間は急速に回復するものの400sを過ぎても2001年以前の初期値には戻っていないこと,2)その後の小地震の解析結果において,経過日数の対数にほぼ比例して伝播時間が減少する様子が見られること,3)2011年東北地方太平洋沖地震においてはVsの低下が240m/s程度に留まっており,荒砥沢ダムの堤体に東北地方太平洋沖地震の大きな影響はないものと考えられること,4)岩手・宮城内陸地震以降の堤体上部の伝播速度には,上下流方向成分のVsの方がダム軸方向成分よりも遅い偏向異方性がみられることなどを指摘した。これらの成果はダム工学会研究発表会(2014/11/20)で公表するとともに,現在,同・論文集に投稿準備中である。さらに,矢木沢ダム(アーチ式コンクリートダム・水資源機構・群馬県沼田市),草木ダム(重力式コンクリートダム・水資源機構・群馬県みどり市)などのダムについても同様の検討を行い,フィルダムと異なり堤体物性の非線形挙動や経時変化がほとんどみられないことを確認した。現在は,御貸与頂いた小田ダム(宮城県・栗原),徳山ダム(水資源機構・岐阜県揖斐川町)の加速度記録を解析中である。本研究では,長柄ダム,東金ダム,荒砥沢ダム,小田ダム,徳山ダム,森吉山ダムなど多数のフィルダムにおける堤頂,コア中段,監査廊/基礎に設置された地震記録を用いてNIOM解析(deconvolution解析の1種)を行い,堤体内を伝播する地震波の伝播速度を推定した.また,推定された地震波の伝播速度に基づいて,著しい強震動時に生じる堤体の剛性低下とその後に起きる回復過程や築堤後生じるダム堤体の物性の変化(本研究計画でエージングプロセスと称す)を長期間にわたる数多くの地震記録を解析して追跡した.以下,得られた主な知見を記す.(1)荒砥沢ダムや小田ダムの観測記録の解析から,2008年岩手・宮城内陸地震や2011年東北地方太平洋沖地震において堤体の剪断剛性の低下がみられること,(2)3年程度かけて経過日数の対数にほぼ比例して初期の剪断剛性を回復する過程がみられること,(3)堤体の上部・上下流方向成分の伝播速度は明らかに貯水位の影響を受けること,

(4)強震時の堤体の剛性低下に基づいて堤体への地震動の影響を把握することができるため,維持管理のための有用な情報となること,を明らかにした.また,(5)長柄ダムの観測記録の解析から,1987年千葉県東方沖地震とその直後の余震において伝播時間が増加したことが確認できること,一方,(6) 2011年3月11日東北地方太平洋沖地震前後の解析結果ではほぼ一定した伝播時間を示しており,2011年東北地方太平洋沖地震における当ダムの健全性が確認できること,(7)得られたP波速度とS波速度からポアソン比を推定することで不飽和の状態に維持されていることが確認できること,などを示した,なお,東金ダムの解析は平成26年度土木学会年次講演会優秀講演者賞,長柄ダムの解析は平成27年度ダム工学会論文賞を受賞した.本研究では,長柄ダム,東金ダム,荒砥沢ダム,小田ダム,森吉山ダムなど多数のフィルダムにおける堤頂,コア中段,監査廊/基礎に設置された地震記録を用いてNIOM解析(deconvolution解析)を行い,堤体内を伝播する地震波の伝播速度を推定した.また,推定された地震波の伝播速度に基づいて,著しい強震動時に生じる堤体の剛性低下とその後に起きる回復過程や築堤後生じるダム堤体の物性の変化を長期間にわたる数多くの地震記録を解析して追跡した.その結果,(1)2008年岩手・宮城内陸地震などの強震動において堤体の剪断剛性の低下がみられること,(2)その後長期にわたる剛性の回復がみられることなどを指摘した.・地震記録とダム堤体の情報収集:長柄ダム,東金ダム,荒砥沢ダム,森吉山ダムに加えて,小田ダム,徳山ダムの小大地震の記録を収集した。・伝播速度の解析: H26に行った荒砥沢ダムの19922014までの解析結果は公表済み,また,長柄ダムの解析結果はダム工学会論文集25巻3号(2015/9)に掲載予定である。現在,小田ダムと徳山ダムの解析中である。・常時微動計による計測:荒砥沢ダムにおいて堤体の浅部弾性波探査,固有振動数計測を実施した。・数値解析:二次元境界要素法による草木ダムの地震応答解析,ならびに,三次元有限要素法による森吉山ダムの堤体の地震応答を行った。これらの予備検討を踏まえ新たな解析プログラムを作成することを検討している。地震工学・地震記録の収集・解析:26年度収集した地震記録の解析と成果公表を行うとともに,他のダムの観測記録の収集に努める。強震動については,国総研資料第734号に多くのダムの記録が公開されているため,まず,これらの記録の解析を行い,その前後の小地震の記録を収集し伝播速度の経時変化を検討することを考えている。・地震記録や常時微動のスペクトル比による固有振動数の同定:荒砥沢ダムにおける地震記録のスペクトル解析によって固有振動数の変化が検出できており,同様の検討を他のダムについても実施する。・数値解析:上記の結果を数値解析との比較によって堤体の減衰特性の同定とその経時変化を調べる予定である。数値解析については,フィルダムに適した手法として2次元の有限要素法と境界要素法の結合解法によって堤体内の波動伝播の様子を可視化することを検討している。・地震記録とダム堤体の情報収集
男子看護学生の看護技術教育プログラム開発

脳科学の発展に伴い男女の性差によって学習傾向に違いがあることが明らかとなってきている昨今、看護学生の技術学習修得過程も性差があることが推察できる。しかし、性差による技術習得過程の違いを明らかにした研究や男子看護学生の技術習得の特性を考慮した技術教育方法がない現状がある。本研究は男子看護学生(以下男子学生)と女子看護学生(以下女子学生)の認知領域、精神運動領域の技術習得のプロセスの違いを明らかにし、男子学生の学びの様相に応じた看護技術教育プログラムを開発し、検証することを研究目的とした。研究課題は、1)男子学生の看護技術の学びの様相とその特徴を明らかにする、2)男子学生の看護技術の学びの特徴に合わせた看護技術の学習支援方法を構築する、3)構築した男子学生の看護技術教育プログラムを実施・評価し外部評価を受けることである。2018年度は、1.男子学生と女子学生の性差による学習傾向に関する文献(認知心理学、学習心理学、脳科学、社会学)収集、2.看護系学会に参加し、本研究目的に関連した研究成果の把握:看護系の学会において男子学生と女子学生の性差による学習傾向の相違に着目した研究は見られなかった、3.男子看護学生(以下男子学生)と女子看護学生(以下女子学生)への研究の目的の説明及び研究協力の依頼の呼びかけ:ガイダンスや講義等で研究計画についてアナウンスを行った。男子学生の興味関心が強く研究協力の申し出が寄せられた、4.倫理審査を提出し、審査結果を待っている状況である。2018年度研究計画では、1.男子学生と女子学生の性差による学習傾向に関する文献検討(認知心理学、学習心理学、脳科学、社会学)、2.基礎看護技術(日常生活技術・診療補助技術)構成要素から行動分析の視点を明確にする、3.女子学生と男子学生に調査の協力を依頼し、看護技術実践中のビデオと視点観測による行動分析と振り返りのインタビューによる比較分析を行う、4.男子学生が在学する機関に看護技術習得に関する聞き取り調査を実施し、分析結果から男子学生の日常生活援助技術と診療補助技術における学びの様相を明らかにすることが目標であった。しかし、研究メンバーの育児休業や退職に伴い、教育活動業務に多くの時間が割されたため、研究活動が停滞した。研究の進捗状況は、1.男子学生と女子学生の性差による学習傾向に関する文献(認知心理学、学習心理学、脳科学、社会学)収集、2.看護系学会に参加し、本研究目的に関連した研究成果の把握、3.男子看護学生(以下男子学生)と女子看護学生(以下女子学生)への研究の目的の説明及び研究協力の依頼の呼びかけ、4.倫理審査提出した状況である。2019年度からは、新たに研究分担者教員1名の参加、育児休業中の研究分担者教員が復帰したため、2018年度研究計画の研究未着手の活動に着手し、研究計画の遅れを取り戻すべく研究活動を実施している。2019年度は1.基礎看護技術(日常生活技術・診療補助技術)構成要素から行動分析の視点を明確にする、2.女子学生と男子学生に調査の協力を依頼し、看護技術実践中のビデオと視点観測による行動分析と振り返りのインタビューによる比較分析を行う、3.男子学生が在学する他の教育機関に看護技術習得に関する聞き取り調査を実施し、分析結果から男子学生の日常生活援助技術と診療補助技術における学びの様相を明らかにする。13の学びの分析結果および海外における教育状況の視察結果から学習目標を設定し、看護技術教育プログラムを構築・実施、行動分析機器を用いた分析およびインタビューによる評価の実施とその評価結果を分析し、修正版看護技術教育プログラムを完成し、実施、評価する。その結果を学会等で発表し、外部評価を受ける。男子学生の看護技術教育プログラムの構築にあたり、Bloom,B.Sが提唱する、認知領域、情意領域、精神運動領域における学習目標を基に男子学生の学習の様相を分析し、プログラムを構築していく予定である。

2018年度研究計画では、1.男子学生と女子学生の性差による学習傾向に関する文献検討(認知心理学、学習心理学、脳科学、社会学)、2.基礎看護技術(日常生活技術・診療補助技術)構成要素から行動分析の視点を明確にする、3.女子学生と男子学生に調査の協力を依頼し、看護技術実践中のビデオと視点観測による行動分析と振り返りのインタビューによる比較分析を行う、4.男子学生が在学する機関に看護技術習得に関する聞き取り調査を実施し、分析結果から男子学生の日常生活援助技術と診療補助技術における学びの様相を明らかにすることが目標であった。しかし、研究メンバーの育児休業や退職に伴い、教育活動業務に多くの時間が割されたため、研究活動が停滞した。研究の進捗状況は、1.男子学生と女子学生の性差による学習傾向に関する文献(認知心理学、学習心理学、脳科学、社会学)収集、2.看護系学会に参加し、本研究目的に関連した研究成果の把握、3.男子看護学生(以下男子学生)と女子看護学生(以下女子学生)への研究の目的の説明及び研究協力の依頼の呼びかけ、4.倫理審査提出した状況である。2019年度からは、新たに研究分担者教員1名の参加、育児休業中の研究分担者教員が復帰したため、2018年度研究計画の研究未着手の活動に着手し、研究計画の遅れを取り戻すべく研究活動を実施している。2019年度は1.基礎看護技術(日常生活技術・診療補助技術)構成要素から行動分析の視点を明確にする、2.女子学生と男子学生に調査の協力を依頼し、看護技術実践中のビデオと視点観測による行動分析と振り返りのインタビューによる比較分析を行う、3.男子学生が在学する他の教育機関に看護技術習得に関する聞き取り調査を実施し、分析結果から男子学生の日常生活援助技術と診療補助技術における学びの様相を明らかにする。13の学びの分析結果および海外における教育状況の視察結果から学習目標を設定し、看護技術教育プログラムを構築・実施、行動分析機器を用いた分析およびインタビューによる評価の実施とその評価結果を分析し、修正版看護技術教育プログラムを完成し、実施、評価する。その結果を学会等で発表し、外部評価を受ける。男子学生の看護技術教育プログラムの構築にあたり、Bloom,B.Sが提唱する、認知領域、情意領域、精神運動領域における学習目標を基に男子学生の学習の様相を分析し、プログラムを構築していく予定である。2018年度に未使用額2,013,952円が生じた理由は、研究メンバーの育児休業や退職に伴い、教育活動業務に多くの時間が割されたため、研究活動が停滞したことが原因である。2019年度使用(2,793,952円)計画は、研究計画の遅れを取り戻すべく精力的に研究に取り組む予定である。研究実施計画として、1.基礎看護技術(日常生活技術・診療補助技術)構成要素から行動分析の視点を明確にするため文献収集の継続、2.女子学生と男子学生の看護技術実践中のビデオと視点観測による行動分析と振り返りのインタビューによる比較分析行動分析(ウエラブル行動型視点分析機器及び行動分析ソフト)実施、3.男子学生が在学する他の教育機関に看護技術習得に関する聞き取り調査の実施、4.分析結果から男子学生の日常生活援助技術と診療補助技術における学びの様相を明らかにする予定である。研究実施のために、行動分析のためのウエラブル行動型視点分析機器及び行動分析ソフト購入、基礎看護技術(日常生活技術・診療補助技術)
燐化亜鉛太陽電池の高効率化

燐化亜鉛(Zn_3P_2)は、その構成元素の極めて豊富な地殻埋蔵量から、シリコンに次ぐ低価格を期待できる新素材である。本研究では、MOCVD法、光MOCVD法によってZn_3P_2、ZnSe両薄膜のエピタキシャル成長条件を探り、その光学的、電気的特性評価を行った。また、pーZn_3P_2/nーCdS、pーZn_3P_2/nーZnSe薄膜太陽電池を作製しその特性評価を行った。減圧MOCVD法および光MOCVD法によってZn_3P_2膜エピタキシャル成長条件を探る実験については、基板としてGaAs(100)、ZnSe(GaAs上)およびCdS単結晶を用いて行った。その結果、いずれの基板上においても、世界で初めてZn_3P_2膜をエピタキシャル成長させることに成功し、その条件を決定することができた。同様に、GaAs(100)基板を用いて、ZnSeのMOCVD法によるエピタキシャル成長条件を探る実験を行った。GaAs基板上では、VI/II比が小さな場合を除き、200°C250°Cの成長温度ではVI/II比によらず、ZnSe膜はエピタキシャル成長した。次に、GaAs(100)上にエピタキシャル成長させたZn_3P_2を基板として、ZnSeのMOCVD法によるエピタキシャル成長を試みた。その結果、VI/II比17、成長温度200320°CにてZnSeはエピタキシャル成長していることが確認された。試作したZn_3P_2/CdSヘテロ接合太陽電池においては、光電変換が確認されたが界面の特性改善が不十分なため、大きな効率がでるまでに至らなかった。
小胞体ストレス応答因子ATF6の骨代謝制御の解明

ATF6ノックアウトマウスの解析で骨密度は増加することを確認した。骨密度増加の原因が、骨形成能の増加か骨吸収能の低下を調べた。骨代謝マーカーや組織学的検討でも、骨形成能が増加していることを示唆する結果を得た。培養細胞の実験では、マウスの頭蓋骨から採取した前骨芽細胞に対しBMP-2で分化誘導をかけたところ、ATF6ノックアウト細胞で骨芽細胞への分化能が亢進していた。さらに、経時的に遺伝子発現を確認したところ、骨形成マーカーはATF6ノックアウト細胞でより増加していた。細胞での染色でも、同様の結果を得た。全ての細胞では、小胞体ストレス応答によってタンパク質の品質管理が行われている。近年、小胞体にはタンパク質の品質管理以外に、細胞分化や機能の制御といった別の働きがあることが明らかになってきている。本研究では、小胞体ストレス応答の1つであるATF6に着目し、骨代謝の影響を明らかにしている。われわれは、ATF6ノックアウトマウスの骨密度は4週・6週・8週・12週・1年いずれの時期においても、野生型マウスと比較し、ノックアウトマウスではいずれの時期においても骨密度は増加していた。さらに骨代謝マーカーを計測したところ、P1NPもノックアウトマウスで高値を示し、組織切片で骨芽細胞のマーカーであるALP染色を行ったところ、ノックアウトマウスで強染されていた。in vivoの解析から、骨密度増加の原因は骨芽細胞の機能が亢進しているためにおこっていることが明らかになった。次に、ノックアウトマウスの頭蓋骨から採取した前骨芽細胞にBMP-2を加え、分化実験を行った。ATF6ノックアウト細胞は、ALP・アリザリンレッド染色で強染されていた。また、骨芽細胞マーカーであるCol1a-1やRUNX2, Osterixなど複数種類の遺伝子がqPCRで増加していた。以上より、in vivoでもin vitroでも、ATF6ノックアウトは野生型と比較して、骨芽細胞の機能もしくは分化が亢進していることがわかった。ノックアウトマウスで骨密度が増加することを各年齢のマウスで確認できた。さらに、骨芽細胞の機能亢進であることがin vivoおよびin vitroで同定できたため。近年、小胞体にはタンパク質の品質管理以外に、細胞分化や機能の制御といった別の働きがあることが明らかになってきた。小胞体ストレス応答の代表的なセンサーの一つであるATF6に着目し、骨代謝における役割を解析している。まず、ATF6のノックアウトマウスにおける表現型を解析した。体長や体重には、野生型マウスと変化がみられなかったが、ATF6ノックアウトマウスでは骨密度の増加がみられた。その骨密度の増加は、4週1歳マウスでも認められた。骨代謝マーカーを測定したところ、骨吸収マーカーであるTRAP5bはノックアウトマウスと野生型で違いがみられなかったが、骨形成マーカーであるBAPがノックアウトマウスで亢進していた。続いて、骨密度増加の原因を明らかにするために、ATF6をノックアウトしたときの破骨細胞と骨芽細胞の分化について解析した。破骨細胞分化に関しては、ATF6をノックアウトしても差がみられなかった。しかしながら、day 0マウスの頭蓋骨から採取した前骨芽細胞にBMP2で刺激し骨芽細胞に分化を促したところ、ATF6ノックアウトでは分化の亢進がみられた。それとともに、Col1やALP、オステオカルシンといった分化マーカーも増加していた。ATF6のノックアウトマウスの骨密度増加の原因は、破骨細胞機能ではなく、骨芽細胞機能の亢進によるものであると考えられた。ATF6のノックアウトで骨芽細胞の機能が亢進する理由を明らかにする。そのために、ATF6のノックアウト細胞株を樹立している。骨代謝予定していた消耗品がまだ十分あったため、次年度使用額が生じた上記研究計画にかかる消耗品を購入する予定である
ストランドインベージョンを機序とするアンチジーン分子の医薬分子設計

ペプチド核酸(PNA)はDNAの糖-リン酸骨格をペプチド骨格で置き換えた人工核酸である。本研究ではDNAに結合したPNAの両端を共有結合させることでPNA-DNA複合体の幾何学的安定化を試みた。検討の結果、新規PNAの設計指針が確立でき、実際に複合体の安定化が確認された。PNAのDNA結合の強化を目的に開発した光学活性β-PNAは不斉中心の立体化学に依存してDNAに結合した。β-PNAについては今後も研究を継続する予定である。さらに、協同的ストランドインベージョン、配列特異的DNA切断にも成功した。本研究の目的は、二本鎖DNAに配列特異的に侵入(ストランドインベージョン)し、立体障害によってRNAポリメラーゼの進行を阻止するアンチジーン医薬の開発である。遺伝子発現の大部分は転写のレベルで制御されていることを考えれば、特定遺伝子の転写を特異的に制御する分子は遺伝子異常に起因する疾病の治療に理想的な遺伝子治療薬となり得る。転写は開始反応と伸長反応に分けられ、それぞれDNAの転写制御領域とコード領域で行われる。制御領域の塩基配列は複数の遺伝子間で類似している部分が多いので、目的の遺伝子発現のみを抑制するにはコード領域を標的にするのが望ましい。しかし、報告されている転写抑制法のほとんどは開始反応の阻害によるもので伸長反応の抑制は困難とされている。これは転写が伸長の段階に入るとRNAポリメラーゼの進行にともなってDNA二重らせんが巻き戻されるためDNAに結合している分子が引き剥がされてしまうからである。そこで本研究では「アンチジーン分子とDNAとの間でカテナンを形成すれば、その幾何学的制限によって結合が不可逆になる」という作業仮説のもと実用的なアンチジーン分子の開発を目指す。本研究は、二本鎖DNAに配列特異的に侵入(ストランドインベージョン)し、立体障害によってRNAポリメラーゼの進行をプロヅするアンチジーンPNAの開発を目的としている。アンチジーンPNAは配列特異性を失うことなくDNAと強く結合する必要がある。平成20年度は標的DNAとカテナンを形成することによってPNA-DNA複合体が安定化するようにデザインしたPNAオリゴマーの合成を中心に研究を行なった。【分子設計】プリン塩基のみからなるPNAオリゴマーは鎖状二本鎖DNAにストランドインベージョンで結合できるが、この複合体は不安定で容易にはずれてしまうことが知られている。本研究ではこの配列を使った第一世代カテナン用PNAをデザインした。2分子のPNAオリゴマー(10塩基以内)をさまざまなタイプのリンカーで直列に連結し、N末端をアミノ基、C末端をホルミル基とした。これは水中でのPNAの環化にシッフ塩基形成が適用できるか検討するためである。シッフ塩基は水中では容易にアミンとアルデヒドに解離してしまうが、標的配列に結合することによって両端のアミノ基とホルミル基が接近するので水中でも十分安定に存在できると考えられる。生成物がカテナンの場合はシッフ塩基を還元して結合を固定すればゲルシフト法で検出できる。【合成】文献既知のホモプリンPNAを使ったカテナン用PNAの合成を行なったが、複雑な混合物となってしまった。HPLCで分取したすべてのピークをマススペクトルで調べたが目的とするPNAは得られなかった。報告されているホモプリンPNAはBoc法で合成されているのに対し、本研究ではFmoc法でオリゴマー合成を行なったことが原因かもしれない。我々はこれまでに、Fmoc法で合成できるホモプリンPNAをいくつか見出しているので合成上の問題は解決可能と考えている。本研究は、二本鎖DNAに配列特異的に侵入(ストランドインベージョン)し、立体障害によってRNAポリメラーゼの進行をブロックするアンチジーンPNAの開発を目的としている。二つの環状分子が共有結合を介さず、互いに入れ子状につながった分子は[2]カテナンとよばれるが、PNAと標的DNAとの間でカテナンを形成することが出来れば、共有結合を切断しないかぎり決して解離することのない安定な複合体となるはずである。我々は、ストランドインベージョンとそれに続く分子内反応によってカテナンが形成されるようなPNAオリゴマーのデザイン、合成を中心に研究を進めている。ホモプリンPNAオリゴマーは鎖状二本鎖DNAにストランドインベージョンで結合できるが、この複合体は不安定で容易にはずれてしまうことが知られているので、この配列を使った第一世代カテナン用PNAをデザインした。2分子のPNAオリゴマーをリンカーで直列に連結し、N末端をアミノ基、C末端をホルミル基とし、水中でのPNAの環化にシッフ塩基形成が適用できるか検討した。シッフ塩基は水中では容易にアミンとアルデヒドに解離してしまうが、標的配列に結合することによって両端のアミノ基とホルミル基が接近すれば水中でも十分安定に存在できると期待される。昨年度の本基盤研究(C)において、文献既知のホモプリン

PNAを使ったカテナン用PNAの合成を行なったが、複雑な混合物となってしまい目的物は得られなかった。今年度は配列、合成法に改良を加え、ホモプリン-ホモプリン型およびホモプリン-混合配列型の2種類のカテナン形成用PNAの合成に成功した。ゲル電気泳動法によって、ホモプリン-混合配列型PNAがDNAと安定な複合体を形成することがわかった。効率にはまだ改善の余地があるが、この知見は今後のPNAの設計や解析に非常に有用な情報であるといえる。本研究は、二本鎖DNAに配列特異的に侵入(ストランドインベージョン)し、立体障害によってRNAポリメラーゼの進行をブロックするアンチジーンPNAの開発を目的としている。二つの環状分子が共有結合を介さず、互いに入れ子状につながった分子は[2]カテナンとよばれるが、PNAと標的DNAとの間でカテナンを形成することが出来れば、共有結合を切断しないかぎり決して解離することのない安定な複合体となるはずである。我々は、ストランドインベージョンとそれに続く分子内反応によってカテナンが形成されるようなPNAオリゴマーの開発を目指して研究を進めている。2分子のPNAオリゴマーをリンカーで直列に連結し、N末端をアミノ基、C末端をホルミル基とし、PNAの環化にシッフ塩基形成が適用できるか検討した。シッフ塩基は水中では容易にアミンとアルデヒドに解離してしまうが、相補的DNAに結合することによって両端のアミノ基とホルミル基が接近すれば水中でも十分安定に存在できるとの仮説のもとにPNAを設計した。昨年度の本基盤研究(C)において、ホモプリン-ホモプリン型およびホモプリン-混合配列型の2種類のPNAオリゴマーのDNA結合を調べ、ホモプリン-混合配列型PNAがDNAと安定な複合体を形成することを見出した。しがし、効率が十分でなく改善が必要であったため、今年度はホモプリン部分を三重らせん形成能をもつホモピリミジンに置換えたPNAについて検討した。オリゴマーの構造は前年度の知見を活かし、ホモピリミジン-混合配列型とした。ホモピリミジン部分は二本鎖DNAにストランドインベージョンで結合することはできるが、ゲル電気泳動の条件ではずれる程度に短くした。合成したPNAオリゴマーの二本鎖DNAへの結合を調べたところ安定な複合体がほぼ定量的に形成されることがわかった。PNAに対するミスマッチを含むDNAとの結合性から、ホモピリミジン部分と混合配列部分の両方で配列を認識していることが確認された。これまで2分子のPNAオリゴマーをPNA-リンカー-PNAの順番で直列に連結し、N末端をアミノ基、C末端をホルミル基とした構造を基本として研究を進めている。前年度までの研究で、一方のPNA部位にはストランドインベージョンでDNAに結合する能力があり、他方のPNAにはそれが無い場合に、標的となる二本鎖DNAと安定な複合体を形成することがわかっている。しかし、ストランドインベージョンできるPNAは配列がホモプリンまたはホモピリミジンに限られるため、現時点では標的にできるDNA配列が制限されている。この配列制限を取り除くには、ストランドインベージョン能を持った混合配列PNAが必要である。
ティッシュエンジニアリングによる気管再生誘導技術の開発

近年、組織工学的手法を用いた臓器再生に関する研究が数多く報告され、一部では臨床応用の域にまで到達した。気管に関して我々の研究グループは組織再生型人工気管を開発し、複数の臨床応用を経験し良好な結果を得ている。本研究では、移植後の人工気管内腔面の上皮化促進を図る工夫として、人工気管に線維芽細胞を付加したモデル、人工気管内腔面にコラーゲン薄膜(ビトリゲル)を付加したモデルを作製し、in vivoでの評価を行った。その結果両者とも上皮化促進の効果が示された。我々の研究グループは、自己再生型人工気管をこれまで数例の臨床例に応用し概ね良好な結果を得てきているが、改善点としては再建後の人工気管内腔面の上皮化遅延を指摘してきた。今回我々は、人工気管内腔面の上皮化促進の工夫として、線維芽細胞を組み合わせたハイブリット人工気管モデルを作製し、これをラットの気管欠損部へ移植し、移植後の経時的変化の組織学的評価をおこなった。移植片は自己再生型人工気管に使用されているコラーゲンスポンジ上に、蛍光標識されたラット気管由来線維芽細胞を含有するコラーゲンゲルを重層して作製した。コントロールとしてコラーゲンスポンジのみのモデル、コラーゲンスポンジに線維芽細胞非含有コラーゲンゲルを重層したモデルの2種を用意した。全身麻酔下にラットの気管欠損部を作製し、移植材料を気管欠損部に移植した。移植後観察期間をおいた後気管を摘出し組織学的に評価した。結果、気管上皮の分化・増殖は観察期間を通じて線維芽細胞含有モデルで最も早く、スポンジのみのモデルで最も遅かった。移植された線維芽細胞は術後3日目にはゲルの中に分散していたが、7日目には基底膜下への遊走が観察され、14日目にはほぼ消失していた。線維芽細胞を組み合わせたハイブリット人工気管には気管内腔面の上皮化を早い段階で促進させる可能性があることが示唆された。さらに大きな気管欠損モデルでの検証として、ウサギを用いて同様の実験を開始した。これまで得られた結果からは、ウサギにおいても線維芽細胞の付加により気管上皮再生が促進されたことが示唆された。人工材料のみで出発した自己再生型人工気管に細胞成分である線維芽細胞を付加することで気管の再生がより早期に得られることが示唆されたことは、気管の再生においても細胞成分の導入を積極的に行う根拠として意義があると考えられる。我々の研究グループは、すでに臨床応用されている自己再生型人工気管の再建後の人工気管内腔面の上皮化促進を目的に基礎研究をおこなってきた。細胞成分を付加する研究として、ラット気管由来線維芽細胞を組み合わせたハイブリット人工気管モデルを作製し、これをラットの気管欠損部へ移植し、移植後の経時的変化の組織学的評価をおこなった。コントロールとして線維芽細胞を含まないモデルを作製し比較したところ、気管上皮の分化・増殖に関しては観察期間を通じて線維芽細胞含有モデルの方がコントロールよりも有意差をもって早いことが示された。さらに、より大きな気管欠損部での評価を目的に、ウサギをモデルに同様の研究を行った。ウサギでの気管欠損部の大きさはラットの気管欠損部に比べ約10倍の面積とした。免疫組織学的評価、SEMでの線毛の評価などから、ラットと同様に気管上皮の分化・増殖に関しては観察期間を通じて線維芽細胞含有モデルの方がコントロールよりも早いことが示された。ウサギを使った大きな気管欠損モデルにおいても、気管再建後の人工気管内腔面の上皮化に対し線維芽細胞が有する促進的な効果が示唆された。気管の再生においても細胞成分の導入を積極的に行う根拠として意義があると考えられる。人工気管そのものへの工夫として、人工気管内腔面にコラーゲン薄膜であるビトリゲルを付加する研究をおこなった。人工気管に用いられているコラーゲンスポンジ表面にビトリゲル薄膜を形成させることに成功した。表面の構造を観察したところ、本来多孔性のコラーゲンスポンジ表面に平滑な面を形成していた。この材料をラット気管欠損モデルの気管再建に用いたところ、上皮化促進を示唆する結果が得られた。