hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
感染赤血球表面に発現する新規マラリア原虫分子のマラリア重症化への関与

マラリアは世界中で年間23億人の感染者、150万人の死者を出す重要な感染症である。熱帯熱マラリア原虫感染赤血球はヒト体内で脳血管内皮に接着し、重症化し死に至らしめる(脳マラリア)。ゆえに、感染赤血球表面に発現するマラリア原虫の接着分子はマラリアの病原性と密接に関係し、マラリア重症化を防御するワクチン標的であるが、脳マラリアを起こす原虫分子はいまだに明らかではない。本研究では、申請者らが同定した感染赤血球表面に局在する接着分子候補SURFINをコードするsurf分子について、熱帯熱マラリア原虫流行地株から得られる塩基配列情報を用いて、選択圧のかかっている部位、重症化への関与、抗原変異への寄与について、集団遺伝学的解析により検討することを目的とした。結果、まずSURFIN4.2細胞外領域を多型の程度により領域化することができた。また、細胞外領域全域にわたり正の選択圧がかかっていることが、複数の中立性検定テストにより支持された。このことはSURF分子は宿主免疫にさらされていることを示唆する。重症患者から得られたアレル群と重症化していない患者から得られたアレル群を比較したが、重症化と関連したアミノ酸置換は見いだされなかった。さらに、1988から1989にかけて同じ地区で採集したマラリア原虫集団のDNAを入手することができたため、surf分子について塩基配列を決定し、今回集めた原虫集団のものと比較検討した結果、15年以上の時期を隔てた原虫集団間でもsurf分子のアレル頻度には変化がほとんど見られなかった。ゆえに、SURFは中程度の流行地であるタイでは、ほとんどの部位でアレル頻度が15年もの期間にわたり安定であることが示された。例外として4個所でアレル頻度が異なっていたが、その意義については今後の検討が必要である。本研究では、申請者らが同定した感染赤血球表面に局在する接着分子候補SURFINをコードするsurf全分子について、熱帯熱マラリア原虫流行地株から得られる塩基配列情報を用いて、選択圧のかかっている部位、重症化への関与、抗原変異への寄与について、集団遺伝学的解析により検討することを目的とする。本年度は、熱帯熱マラリア原虫流行地株を、タイ国内のマラリア流行地において患者の同意を得た後に採血し、短期間培養した後に、RNAおよびDNA、IFA用の資料として保存した。まず、熱帯熱マラリア原虫DNAを抽出し、10のsurf分子について特異的オリゴヌクレオチドを用いて、細胞外領域をPCR増幅し、塩基配列を決定したところ、すべてのSURF分子が非常に多型であることが分かった。来年度以降も引き続き、特定の遺伝子型のSRG分子のマラリア感染の重症化への関与、抗原変異への関係についてさらに解析をするため、熱帯熱マラリア原虫のサンプルを継続して収集する。

ゆえに、感染赤血球表面に発現するマラリア原虫の接着分子はマラリアの病原性と密接に関係し、マラリア重症化を防御するワクチン標的であるが、脳マラリアを起こす原虫分子はいまだに明らかではない。本研究では、申請者らが同定した感染赤血球表面に局在する接着分子候補SURFINをコードするsurf全分子について、熱帯熱マラリア原虫流行地株から得られる塩基配列情報を用いて、選択圧のかかっている部位、重症化への関与、抗原変異への寄与について、集団遺伝学的解析により検討することを目的とする。昨年度に引き続き、本年度も、熱帯熱マラリア原虫流行地株を、タイ国内のマラリア流行地において患者の同意を得た後に採血し、短期間培養した後に、RNAおよびDNA、IFA用の資料として保存した。また、熱帯熱マラリア原虫DNAを抽出し、10のsurf分子について特異的オリゴヌクレオチドを用いて、多型であることが分かっている細胞外領域についてPCR増幅をおこない、塩基配列の決定をすすめた。昨年度と同様に、この部位が多型であることが確認できた。来年度以降も引き続き、特定の遺伝子型のSRG分子のマラリア感染の重症化への関与、抗原変異への関係についてさらに解析をするため、熱帯熱マラリア原虫のサンプルを継続して収集する。マラリアは世界中で年間23億人の感染者、150万人の死者を出す重要な感染症である。熱帯熱マラリア原虫感染赤血球はヒト体内で脳血管内皮に接着し、重症化し死に至らしめる(脳マラリア)。本研究では、申請者らが同定した感染赤血球表面に局在する接着分子候補SURFINをコードすsurf分子について、熱帯熱マラリア原虫流行地株から得られる塩基配列情報を用いて、選択圧のかかっている部位、重症化への関与、抗原変異への寄与について、集団遺伝学的解析により検討することを目的とした。本年度は、3年間のデータを集めて検討を加えた結果、細胞外領域を多型の程度により領域化することができた。また、多型の程度にかかわらず、細胞外領域全域にわたり正の選択圧がかかっていることが、複数の中立性検定テストにより支持された。このことはSURF分子は宿主免疫さらされていることを示唆する。さらに、1988から1989にかけて同じ地区で採集したマラリア原虫集団のDNAを入手することができたため、surf分子について塩基配列を決定し、今回集めた原虫集団のものと比較検討した結果、15年以上にわたり各遺伝子座においてsurf分子のアレル頻度には変化がほとんど見られなかった。コントロールとしてワクチン候補分子であるMSP1のアレル頻度についても検討したところ、同様に頻度の変化が見られなかった。ゆえに、SURFもMSP1も中程度の流行地であるタイでは、アレル頻度が15年もの期間にわたり安定であることが示された。
近接場光を利用した局所領域におけるレーザ超音波計測

レーザ超音波計測は、照射レーザの集光によってのみ位置分解能を上げているため、極小物体に対する高精度な計測ができない事が問題である。そこで、光の波長以下の極小領域において近接場光を利用したレーザ超音波計測を実現するために、プリズム界面での全反射によるエバネッセント光を利用してアルミニウム試料に超音波の励起を試み、超音波の発生についての実行可能性を評価した。プリズムー試料間は密着した閉じた系を形成しており、プラズマの発生によって約10倍増強された超音波が生成できることを確認した。今後、先鋭なプローブの先端における近接場光を利用して、光の回折限界以下の極小領域での超音波計測の可能性が考えられる。レーザ超音波計測は、レーザ光を用いて材料の内部や表面に高周波弾性波を励起し、それをレーザ干渉計等により検出することによって、材料の機械的特性評価や温度分布計測、損傷診断および構造ヘルスモニタリング等を可能にする優れた手法である。しかしながら、照射レーザのスポット径は光波の回折限界によって物理的に制限されるため、光の波長以下の極小領域での超音波の発生が実現できていないのが課題である。そこで我々は、近接場光を利用した極小領域における超音波の発生について検討している。本年度は、近接場光によるレーザ超音波計測実現の前段階として、プリズム界面での全反射によるエバネッセント光を利用してアルミニウム試料に超音波の励起を試み、超音波の発生についての実行可能性を評価した。最初に、エバネッセント光を利用した超音波の励起の可否を確認した。次に、超音波探触子を移動させて、発生した超音波の指向性(角度依存性)を調査することによって、発生した超音波の性質を評価した。エバネッセント光によって励起した超音波は、第1ー第2エコー間の時間差が0.96 μsであった。これは、アルミニウム縦波音速の文献値と試料の厚さを考慮すると妥当な値であり、エバネッセント光による超音波の励起が確認できた。超音波の指向性の調査の結果、今回の実験で得られた超音波は、0°の指向性を有することから、アブレーションによるものであることが判明した。急減衰する微弱な光を用いての超音波励起は、発生した超音波の強度が不十分となることも懸念されたが、今回のプリズムー試料間は密着した閉じた系を形成しており、プラズマの発生によって十分な強度の超音波が生成できることを確認できた。したがって、今後先鋭な光ファイバの先端に発生する近接場光等を利用すれば、平面方向において光の回折限界以下の極小領域にも超音波励起が可能になる可能性があると考えられる。超音波や光を用いた構造物や材料の欠陥や材料物性値、温度分布の計測は、測定対象の物理現象を非侵襲かつリアルタイムで観察できる計測手段であり、非破壊検査分野での応用が期待されている。特に、レーザ超音波計測は、レーザ光を用いて材料の内部や表面に高周波弾性波を励起し、それをレーザ干渉計等により検出することによって、従来困難とされていた超音波計測・診断・モニタリングを可能にする計測手法である。しかしながら本手法は、照射レーザの位置分解能を向上させる事が難しいため、極小物体に対する高精度な計測ができない事が問題である。本年度は前年度に引き続いて近接場光によるレーザ超音波計測実現の前段階として、プリズム界面での全反射によるエバネッセント光を利用してアルミニウム試料に超音波の励起を試み、超音波の発生についての実行可能性を評価した。エバネッセント光によって励起した超音波の波形は、アルミニウム縦波音速の文献値と試料の厚さを考慮すると妥当なものであり、エバネッセント光による超音波の励起が確認できた。急減衰する微弱な光を用いての超音波励起は、発生した超音波の強度が不十分となることも懸念されたが、今回のプリズムー試料間は密着した閉じた系を形成しており、プラズマの発生によって10倍以上増強された超音波が生成できることを確認できた。この知見によれば、液体等の透明媒体で閉じた系を形成すれば、微弱な近接場光であっても超音波の発生ができると考えられる。今後、先鋭なプローブの先端に発生する近接場光を利用すれば、平面方向において光の回折限界以下の極小領域にも超音波励起が可能になる可能性がある。さらに超音波の検出機構を付加すれば、超高分解能なパルスエコーセンサを構築できると考えられる。計測工学今年度は、プリズムでの全反射(クレッチマン配置)を利用したエバネッセント光による超音波励起と計測システムの構築に取り組んだ。そして、当初の目標であった超音波励起の確認ができたため、おおむね順調に推進できたと考えられる。

超音波発生用レーザとして、パルスレーザ(Nd:YAG, 1064nm, 200mJ)を使用し、弾性波の検出部については、フォトリフラクティブ二光波混合法を用いたレーザ干渉計(Nd:YAG, CW, 532nm, 200mW)を使用した。また、レーザ干渉計から得られる超音波波形を収録し、フィルタ処理やFFT等の各種解析、赤外線カメラの画像解析や熱電対からのデータ同期を可能とするLabVIEW計測システムを構築した。本計測システムによって、超音波の励起と計測、超音波の指向性を調査することができる。得られた超音波強度が毎回異なってしまうという難局に遭遇したが、プリズムと試料の表面粗さやうねりを計測した所、エバネッセント光の到達距離以上のうねりが存在したため、光がサンプルに届いていない可能性が考えられた。この問題に対して、プリズムー試料間の押しつけ力を付加したところ、力に比例した超音波強度が得られたため、これ以降の実験では、与圧をかけて実験することによって問題を解決した。また、プリズムー試料間に与圧をかけたときを熱力学的な閉じた系とし、与圧無しの場合を開放形として、レーザによるプラズマの衝撃圧力を理論計算したところ、閉じた系を形成すると開放系よりもはるかに衝撃圧力が高くなることが確認できた。当初懸念されたことは、急減衰する微弱な光を用いての超音波励起は、強度が不十分となる可能性があることであったが、この問題は解決可能であることが確認できた。今年度推進した研究では、Z方向に光強度が減衰する系であるプリズム表面のエバネッセント光を利用したため、レーザ超音波計測において問題となっている、XY方向の空間分解能の向上を計れたわけではない。しかしながら今後、先鋭な光ファイバの先端に発生する近接場光等を利用すれば、XY方向において光の回折限界以下の極小領域にもレーザ超音波計測を適用できるようになる可能性があると考えられる。また、光ファイバ導波だけでなく、平面基板に作成した微小開口マスクや回折格子利用した近接場光についても検討する。その際に、今年度得られた、閉じた系を形成することでレーザアブレーションによる超音波強度の増強が計れるという知見を生かして、新規計測システムを構築する。レーザ照射により弾性波が発生する機構としては、熱弾性効果や圧電効果、電歪効果、光励起電荷によるものが考えられる。被測定対象物の材料物性や形状に応じて、弾性波の波動方程式が異なり、弾性波の発生条件や各モード(縦波、横波、レイリー波・表面波)によって伝搬特性が異なるため、弾性波の特性を理論と実験の両面から調査する。この際、測定対象を半導体材料だけではなく、極細線材料や薄膜、生体材料への適用の可否についてもあわせて検討する。また、測定対象物の形状の影響(平面、曲面、細線)、対象物の表面性状の影響についても調査する。誤差の範囲で微小な残額が発生した。電子部品購入費の一部として使用する予定である。
混晶半導体の構造及び組成のアトム=プローブによる基礎研究

混晶半導体の組成のゆらぎ、成長法による違いなどを調べる目的でまず、半導体-金属界面の組成について、ToFアトム=プローブで調べた。アトム=プローブは、微少領域の組成分析が、一原子層毎に、結晶構造の観察と直接結びついてできるというユニークな手段であるため、atomic levelの情報を得ることができる。初年度の今年は、GaAs-Pd,GaAs-Ti,SiC-Ti,Si-Ti,Si-Pdなどの系の界面について調べた。GaAsはPdと室温付近から界面反応をおこし、主としてPdがAsと置換して内部拡散する。その結果Pdは主としてGaと反応をおこし、蒸着後のアニール温度が室温から200°Cの間ではPd(Gax【As_(1-x)】)という化合物、200°C付近でPd(Gay【As_(1-y)】)となり、200°C400°CでPdGaが安定相としてできる、アニールの時間が長くなるとPdは更に内部まで拡散し、表面からGa/PdGa/GaAsという組成で変化する。PdGa相は、600°Cでも安定であり、FIMイメージより、GaAsの(100)面上にエピタキシャルに成長していると考えられる。Pdに比してTiはGaAsに対し不活性で850°Cまでの加熱では界面反応をおこさない。860°900°Cのアニールで初めてGaTiAsという化合物を形成する。この性質を利用して、Tiをマーカーとし、Pd/Ti/GaAsという蒸着層を400°Cでアニールしたところ、PdはTiを通過して内部に拡散しTi/Ga(Pda【As_(1-x)】)という相を形成した。このことは、PdがAsと置換しながら内部へ拡散していることを強く裏づける。
リアルタイムシミュレーション技術を応用した学習支援システムの開発

最終年度は昨年までに開発したコンテンツを学生に試用させ、その有用性を調査した。学生のスマーフォン、タブレットの保有率はほぼ100%であり、それらを活用した本コンテンツの利用率は高く、93%の学生が利用したと回答した。また、各コンテンツの有用性も高く、75%の学生が成績の向上に役立ったと回答した。実際の試験にどの程度の有効性を発揮したかは本研究期間では解明できなかったが、今後、本コンテンツのプレテストとポストテストを行い、見当を行う予定である。また、新たに講義で配布するハンドアウトに動画とアニメーションを組み込んだリッチWebコンテンツをリンクする仕組みを取り入れた。学生が自身でハンドアウトに印刷されたQRコードをスマートフォンやタブレットで読込むことにより自宅などの任意の場所で検査風景などを操作しながら学ぶことが可能なコンテンツである。リアルタイムシミュレーションのコンテンツの基本である三次元バーコード(QRコード)を用いるための基本研究を行った。現在までに作成しているFLASHコンテンツをHTML5化し、インターネット上のサーバーにアップロードを行った。そのデータにアクセスするためのQRコードを作成し、授業で配布するハンドアウトに印刷を行った。学生は授業後、復習の際に手持ちの携帯端末やタブレット端末を用いて、HTMLコンテンツに容易にアクセスを行うことが可能となった。学生からも好評でリアルタイムシミュレーションの有用性が確認された。既存のFLASHコンテンツをHTML5に変更する作業が想定したよりも困難で、時間がかかり、予定していたスケジュールよりもっや遅れてしまっている。本年度はQRコードを実際に教育コンテンツに実装を行った。具体的には学生が使用する教科書にQRコードを印刷し、学生が手持ちのスマートフォンやタブレット端末でインターネット上のコンテンツに容易にアクセスできるように改変した。また、パノラマの総説にQRコードを配置し、卒後研修へのQRコードの応用を模索した。加えて、疾患のエックス線像を模式化し、裏面に簡単な説明とQRコードを印刷したカード状の新たな教材を開発した。裏面のQRコードを学生が読み取ると、インターネット上の同疾患の実際のエックス線像、CT、MRI画像と詳細な画像所見および病理画像とその説明を記したサイトにアクセスすることができるようになっている。現在、透過像、不透過像の病変を30種類作成して、学生に配布し、学習効果の検討を行っている。次年度はQRコードをAR技術に組み込み、バーチャルリアリティ技術を導入した教育コンテンツを作成する予定である。QRコードからARに移行するプログラム作成に当初の予定よりも時間がかかっている。昨年度に引き続き、VRのプログラムの作製を行った。本年度新たにカード型のVR学習システムを構築した。カードの表には顎骨領域に出現する疾患のイラストを記載し、裏面には疾患の簡単な説明とQRコードを記載した。QRコードを学生が手持ちのスマートフォンやタブレットで読み取ることにより当該疾患のエックス線画像やCT,MRI像が画面に表示されるシステムである。アナログとデジタルを融合することによりより有用性の高いシステムとなった。また、プログラムを従来のFLASHからHTML5(HyperText Markup Language Ver.5)に移行することで将来的な汎用性の広がりが期待できた。また、サーバーとのアクセスも軽快で最大容量のコンテンツでも通常の携帯電話の4Gであればスムースに接続することが可能であった。VR学習システムの具体的な活用方法のめどを付けることができた。リアルタイムシミュレーションのコンテンツの基本である三次元バーコード(QRコード)についての有用性は確認されたため、第2段階として、各撮影装置の動画コンテンツと実際の撮影機器と連動させたコンテンツを作成する。プログラムの専門書の追加購入、日本バーチャルリアリティ学会への参加で専門的な知識を導入する。撮影機器に関するVRプログラムを開発中である。QRコードとNFCタグを用いることにより汎用的なシステムの開発を目指す。また、病理画像とのリンクも検討を行う予定である。旅費の清算が概算と異なったため物品費の市場価格の下落により、余剰金が発生した。コンテンツに病理関係の画像掲載が遅れたため。消耗品(文具)の購入にあてるARシステムを構築するにあたり、Windous機よりもMacの方が適してることが判明したため、新たなPC購入費に計上する。
高精度な雨量情報に基づく土砂災害危険度のリアルタイム予測

1.山間部・山麓部における降雨の特性を解明するための基礎となる資料を収集するために,地上雨量観測点を通常よりも大幅に高密度(約500m間隔)に配置して現地観測を行った。京都大学防災研究所災害観測実験センター穂高砂防観測所の観測領域である神通川水系足洗谷流域(岐阜県吉城郡上宝村,流域面積=7.2m3)を対象として,梅雨期や台風時における10分間雨量強度を連続的に観測し,降雨の成因ごとの降雨空間分布特性について検討した。また,アメダスデータとの比較を通じて,山岳部における降雨の特異性を明らかにした。2.気象庁や国土交通省が保有している気象レーダーによる雨滴の空間分布に関する観測結果と,1.で得れた高密度な地上雨量のデータとを組み合わせることにより,山地流域における降雨の特性をより詳細に明らかにした。3.より少ない地上観測点でも十分な精度で雨量観測を行えるよう,2.で得られた山地流域における降雨特性を考慮しながら,効果的な地上雨量計の配置位置や配置間隔に関して検討した。ことに,稜線付近に雨量計を配置した場合,風の影響により転倒ます式の雨量計による観測値が2割ほど小さくなることが明らかになった。4.得られた降雨情報を既存の土砂流出予測モデルに入力することにより,より詳細な土砂流出予測が可能となった。山間部・山麓部における降雨の特性を解明するための基礎となる資料を収集するために,地上雨量観測点を通常よりも大幅に高密度に配置して現地観測を行った。京都大学防災研究所災害観測実験センター穂高砂防観測所の観測領域である神通川水系足洗谷流域(岐阜県吉城郡上宝村,流域面積=7.2km^2)において10分間雨量強度を連続的に観測している。地上雨量は9台の転倒マス式雨量計により観測されている。雨量計は水平方向に約500m間隔で設置され,標高の範囲は1000m2000mである。気象庁や国土交通省が保有している気象レーダーによる雨滴の空間分布に関する観測結果と,上述の高密度な地上雨量のデータとを組み合わせることにより,山地流域における降雨の特性について検討した。また,京都大学防災研究所が保有する簡易型のレーダーを用いて,当該領域における詳細な雨滴の空間分布に関する観測を適宜行うことにより,より高精度な降雨分布を観測した。さらに,数平方キロ程度の領域における雨量の適切な代表値を得るために必要な観測条件に関して,上記の観測とアメダス等から求められている従来の雨量情報との比較を行った。京都大学防災研究所災害観測実験センター穂高砂防観測所の観測流域である岐阜県上宝村の神通川水系足洗谷流域において,高密度に雨量計を配置し,降雨観測を行った。その結果,観測領域である2.5km四方,最大標高差約1500mのエリアにおいて,年雨量や-雨雨量や日雨量といった比較的長い時間を対象とする降雨量は,たとえ標高や斜面向きが異なってもほぼ同じ値をとることが明らかになった。反対に,1時間雨量,10分間雨量のように短い時間内の降雨強度に関しては,500m程度離れた地点間でも最大4倍の差が生じることが分かった。表層崩壊の主たる原因である短期間の強い降雨が,空間的に大きく変動することが確認されたことは大きな成果であるといえる。今後は観測領域をもう少し広い半径10km程度の領域に拡大し,引き続き詳細な降雨観測を継続する予定である。詳細な降雨情報に基づき混合砂礫の流出プロセスを追跡する分布型土砂流出予測モデルに関しては,既存のモデルにさらなる改良を加え,インドネシア国東ジャワのブランタス河流域ならびに姫川流域や三峰川流域への適用を通じて,その妥当性を検証している。また,土砂流出解析の実務にあたっている複数の技術者と意見交換しながら,安定した計算が行えるだけではなく,より使い勝手の良いシミュレーションモデルの構築を目指している。山地河川における細粒土砂の流送過程ならびに河床粒度の変動プロセスに関して数値シミュレーションによる検討をおこない,非平衡性の強い場においても適用可能な河床変動・流砂モデルを構築した。このモデルは上述の分布型土砂流出予測モデルに組み込む予定である。
送液可能な血管網を備えた立体的な肝組織の構築

我々は、電気化学的に細胞を素早く脱離させる技術を独自に開発し、様々な細胞操作へと応用してきた。特に、素早い操作という利点を活かし、送液可能な血管様構造を素早く作製する手法へと展開し、作製する血管様構造を肝小葉内の大きな血管に見立て、これを起点として上述した血管内皮細胞の性質を利用して毛細血管網を伸長させた。さらに、生体における肝発生を参考にして、iPS由来肝前駆細胞にこの毛細血管網を取り込みつつ自己組織化させた。これにより、生体外で送液可能な微小血管を有する三次元肝組織(肝小葉)を構築してきた。今年度は、シリコーン樹脂製の微小なウェル構造を持つスフェロイド培養器で肝細胞または平滑筋細胞を培養し、十分な酸素を供給しながらスフェロイド化させた。これによりハイドロゲル中に容易に高密度に細胞を播種できプロセスを確立した。また、この一連のプロセスで作製する組織の大きさについて、ニードルの配置を1cm角のサイズにスケールアップすることで、1cm角の範囲に規則的な送液可能な血管構造を配置することが可能となった。最後に、マウスの門脈に血管を直接吻合し、デバイスを腹腔内に留置することで、血液循環を実施した。送液可能な比較的大きな血管を通して、血管内皮細胞が自発的に形成した血管ネットワークへ赤血球が流れ込み、酸素を供給していることを確認した。一方、ハイドロゲルの収縮と細胞の増殖および組織化を同期させるために、血管内皮細胞が自発的に毛細血管構造を形成し、なおかつ分解速度が比較的遅いハイドロゲル材料が必要であることが分かった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。再生医療の分野における最大の課題の一つは、立体的な組織、臓器を作製する技術の開発である。今のところ送液可能な血管構造を構築する技術がないため、作製できる移植用組織のサイズは酸素の拡散範囲という制限がかかり、かなり薄いものに限られている。本研究では、独自に開発した電気化学を利用した細胞脱離技術を用いて血管構造を構築する技術を確立する。電気化学細胞脱離を用いて大きめの血管様構造を構築し、そこから毛細血管ネットワークを伸長させた。ただし、並走する血管様構造の間に圧力差が生じないため、形成させた毛細血管に培養液の対流が生じることはなかった。そこで、直径の異なる血管様構造やテーパー型の血管様構造を構築し、毛細血管網へ培養液が送液されるよう工夫した。さらに、作製する大き目の血管には圧力が負荷されるが、毛細血管のみの血管構造ではこの圧力に耐えることができない。そこで、生体血管と同様に平滑筋構造を付与することを検討した。つまり、血管構造をモールディングする際にハイドロゲル内にあらかじめ平滑筋細胞を導入し、血管内皮細胞の周囲を平滑筋細胞にて覆わせるようにした。特に、ゲル内での細胞密度を高めるため、平滑筋細胞にはあらかじめスフェロイドを形成させ、高密度でハイドロゲル内に充填した。その結果、平滑筋細胞による牽引力によってハイドロゲルが収縮し、さらに細胞密度が上昇した。血管収縮作用のある薬剤を培養系に添加したところ、平滑筋の収縮が生じ、血管構造の直径が小さくなる様子も観察された。研究計画書において平成28年度に確立すると記載した技術の確立は達成された。特に、本研究の最も重要な基礎技術である送液可能な血管網構造の構築技術は、これまでの予備実験をもと、光造形技術を用いたテーパー型ニードルを用いて構築し、その圧力勾配により毛細血管網へ液の流れが生じることを実証した。本研究の目的は、厚みのある立体的な細胞組織を構築するための方法論の確立である。そのために最も重要な血管構造の導入技術について、電気化学反応を利用した独自のアプローチを考案してきた。今年度は、研究分担者である丸尾教授の有する光造形技術を用いて立体的なモールドを作製し、この光硬化性樹脂の表面に金メッキが可能な手法を見出した。これにより光造形技術によって自在な立体構造を構築し、その表面に細胞を接着させた上で脱離させることが可能となる。実際に、生体組織を模倣したいくつかのモールドを作製し、金メッキ後に、その表面に電気応答性オリゴペプチドを修飾し、細胞層を形成させた後で、ハイドロゲルへこの細胞層を電気化学的に転写することができることを示した。この方法を利用することで、単純なテーパー形状であった血管様構造を、より複雑な立体形状の血管などへとデザインの多様性を向上させることができた。また、この方法は血管のみならず、移植部位にフィットする細胞シートの作製と、電気化学を利用した細胞移植に利用できる可能性がある。実際、小腸のひだ形状のモールドを作製し、その表面に細胞層を形成させた後、ハイドロゲルへと電気化学を利用して素早く転写できることを示した。また、電気化学脱離を利用した細胞選別に関して、ペプチドやアプタマーを利用する方法を検討し、オリゴペプチドとの結合様式や結合密度、その種類などが及ぼす影響を明らかにした。これらの技術を統合し、次年度も立体的な組織構築に取り組む。申請書に記載した研究計画のそれぞれの項目について、実験を実施して、予想した結果が得られている。また、光硬化性樹脂への金メッキについては、当初は医療用ピンセット等に利用されている方法を用いる予定であったが、細胞が接着せず強い悪影響を受けることがわかった。その原因として、金の分散に用いるシアン系化合物の残留が疑われた。

そこで、生体に毒性のある化合物を利用しない新しい金メッキ浴を利用することで、この問題を解決し、研究を計画通りに進めることが可能となっった。我々は、電気化学的に細胞を素早く脱離させる技術を独自に開発し、様々な細胞操作へと応用してきた。特に、素早い操作という利点を活かし、送液可能な血管様構造を素早く作製する手法へと展開し、作製する血管様構造を肝小葉内の大きな血管に見立て、これを起点として上述した血管内皮細胞の性質を利用して毛細血管網を伸長させた。さらに、生体における肝発生を参考にして、iPS由来肝前駆細胞にこの毛細血管網を取り込みつつ自己組織化させた。これにより、生体外で送液可能な微小血管を有する三次元肝組織(肝小葉)を構築してきた。今年度は、シリコーン樹脂製の微小なウェル構造を持つスフェロイド培養器で肝細胞または平滑筋細胞を培養し、十分な酸素を供給しながらスフェロイド化させた。これによりハイドロゲル中に容易に高密度に細胞を播種できプロセスを確立した。また、この一連のプロセスで作製する組織の大きさについて、ニードルの配置を1cm角のサイズにスケールアップすることで、1cm角の範囲に規則的な送液可能な血管構造を配置することが可能となった。最後に、マウスの門脈に血管を直接吻合し、デバイスを腹腔内に留置することで、血液循環を実施した。送液可能な比較的大きな血管を通して、血管内皮細胞が自発的に形成した血管ネットワークへ赤血球が流れ込み、酸素を供給していることを確認した。一方、ハイドロゲルの収縮と細胞の増殖および組織化を同期させるために、血管内皮細胞が自発的に毛細血管構造を形成し、なおかつ分解速度が比較的遅いハイドロゲル材料が必要であることが分かった。生体の肝小葉では、毛細血管に並走するように毛細胆管が備わっている。毛細胆管には、肝細胞が血液中から吸収した脂溶性物質を主成分とする胆汁が分泌され、これが集められて胆のうに貯蔵される。この胆汁は小腸に分泌され、脂溶性物質の消化・吸収に寄与している。肝不全に陥ると、この脂溶性物質の腸肝循環が破綻し、血液中の脂溶性物質の濃度が上昇し、全身に深刻な悪影響を及ぼす。つまり、再生医療のための肝組織として、胆管構造を備えることは非常に重要である。そこで、血管様構造を作製するのと同様に、胆管上皮細胞をニードル上に播種し、胆管様構造を形成する。肝細胞の間に微小胆管が形成され、胆汁が蓄積されることはすでに分かっていることから、この胆管様構造へ毛細胆管から胆汁が送り込まれるような条件を見出す。一方、肝機能は500種類以上あるため、構築した肝組織が治療に有効であることを示すには、肝不全動物を用いた評価が不可欠である。予備検討において、デバイス内に血液を送液できること、ヒトiPS細胞由来肝細胞がアルブミンを分泌し、マウス内の血中から検出されることを確認している。今後、適切な肝不全モデル動物の作製と移植法を確立し、治療効果の実証に取り組む。光造形技術により様々な形状のモールドを作製でき、さらにその表面に無電解メッキにより金をコートすることが可能となった。この表面に細胞はよく付着・増殖し、また電気化学反応を利用して、細胞や細胞シートを脱離させることが可能となった。
アスペルギルス属かびに由来する抗腫瘍性物質の分離と化学修飾による活性増強化

本研究は新抗癌剤開発への一つのアプローチとして展開された。アスペルギルス属かび、(二次代謝物)に由来するbisindolylbenzoquinone体(アステリキノン)の生物活性については、従来ほとんど知られていない。われわれは不活性天然アステリキノン体に特定の構造修飾を加えることによって、抗腫瘍活性化しうることを見出し、種々検討してきたが、これら誘導体は溶解性,収得量などの点で不備があった。そこで天然アステリキノン体の構造ー抗腫瘍活性相関についての研究でえられた成果にもとづき、monoindolylbenzoquinoneに種々の極性原子団、例えばピラチン環あるいはモルフォリン環を含むアルキルアミノ基を導入した水溶性化合物20数種を合成し、invitro及びinvivo抗腫瘍性などについて検討した。えられた成績は次のごとくである:1)培養L5178Y細胞に対する増殖抑制では、約半数の化合物が【IC_(50)】0.11.0μg/mlの範囲にあった。2)しかしL5178Y及びMeth-Aなどの腹水腫瘍及びエールリッヒ固型腫瘍に対するinvivo効果では、天然物(不溶性)に優越するものはえられなかかった。3)DNAポリメラーゼ(α,β,γ)、RNAポリメラーゼなどに対する活性阻害は、bisindolyl体に比較して低弱であった。4)なおこれら合成アステリキノン誘導体の抗体産生系への影響は僅微であり、また抗菌作用については、ブドー球菌の諸株に対しMIC12.525μg/mlを示したが、諸他の菌に対しては無効であった。以上、本年度の研究では、一応抗腫瘍活性を示す合成アステリキノン体を収得しえたが、なお活性の面で不十分であり、また分子サイズ,導入極性基,及び体内動態に関連して投与スケジュールに問題があるとみられ、今後これらの点について検討を進める。
舌・口底部扁平上皮癌の超音波による三次元的浸潤形態の解析

超音波検査で悪性腫瘍の立体的評価が可能かどうかを知る目的で舌の扁平上皮癌T2症例3例を対象に検討した。腫瘍原発巣の超音波像の撮像は、周波数7.5MHzのリニア走査型超音波診断装置を使用し、T字型マイクロ術中プローブを術前は口腔内で直接舌背部に、術後は切除物の舌背相当部にあてて、7mm間隔で腫瘍断面の超音波像を撮像し半連続超音波像を作製した。次に各超音波像の腫瘍と思われる領域の外形線のトレースを作製し、腫瘍断面の面積および周径を計測した。また、病理標本に関しては原発巣の5mm間隔の半連続病理組織標本を作製し、超音波像と同様の方法で腫瘍断面の面積、周径の計測を行った。腫瘍は各腫瘍断面の面積にスライス幅を与えた立体の集合から構成されると仮定し、腫瘍の体積は腫瘍各断面の面積に超音波像ではスライス間隔7mmを、病理標本では5mmを乗じて求めた。また腫瘍の表面積は腫瘍各断面の周径に超音波像では7mmを乗じて、病理標本では5mmを乗じて求めた。さらに、立体の形状を表す方法として体積(V)と表面積(S)との関係を表す係数∂(S=∂V^<2/3>)を求め病理像ならびに超音波像の比較を行った。その結果、術前および術後ともに2症例では腫瘍の舌筋層への浸潤が筋層よりも低エコーレベルの像として描出され、術前の超音波像と病理標本における∂は近似していた。また舌側縁の早期浸潤癌の1例では病変は超音波像全く描出されなかった。以上のことから舌癌における超音波検査は腫瘍の深達度の診査には有用と思われた。しかし、舌縁部が原発巣の早期癌では腫瘍辺縁像が描出不良で、超音波像と病理標本像での腫瘍の立体的変量に違いがみられ、今後、装置および走査方法の改良ならびに工夫が必要であると思われた。
聴取補助機能を有する拡声装置の開発

本研究では、情報弱者である軽・中度難聴者の聞き取りを改善し、同席する健聴者の違和感を抑制する聴取補助装置の開発を目指した。最新のデジタル補聴器では自動利得調整回路を用いているが、その方法では環境音が変動するので健聴者は不快と感じ、聴取補助装置には使えない。そこで本研究では音声信号の周波数帯域を分割し、帯域毎に振幅を非線形増幅してフィルタで歪みを除去し、加え合わせて出力する方法を用いた。ここで、非線形増幅は入力信号をv、出力信号をwとするとき、c、v_c、nを定数としてw=sgn(v)c(|v|/v_c)^nで処理することで行っている。聴取補助装置のパラメータを変化させて男声・女声アナウンサーの音声を処理し、試聴評価試験を繰り返すことにより以下の結果を明らかにした。1.健聴者が不快に感じない範囲で、軽・中度難聴者の聞き取りを改善することが可能である。2.本研究で開発した方法で聴取補助処理した音声は市販の最新の聴取補助装置で処理した音声に比べ難聴者の聞き取りを改善する効果が高く、かつ同時に聴取する健聴者にとっても、うるささが低減される効果がある。3.聴取補助処理を応用すると、所定の振幅より小さな信号を増幅または減衰させることが出来るので、僅かな音の違いが感覚的評価に及ぼす影響を調べることが出来る。4.本研究の聴取補助処理はデータ処理量が多い欠点を有しているが、最新のデジタル信号処理素子を使えば実時間処理が可能である。このように、本研究の聴取補助装置は最新の市販製品よりも優れた性能を有することを確認した。また、本研究で開発した音質調整方法は感覚的評価に関する知見を得るための有効な手法となることが期待される。人が集まる場所での公共放送用拡声装置として、情報弱者である補聴器を使用しない軽・中度難聴者の聞き取りを改善するための聴取補助機能を有する装置の開発を目指している。平成16年度は、健聴者に違和感を与えず、軽・中度難聴者の聞き取りを改善することが可能であることを確認するための研究と、実時間処理装置の試作を行った。その具体的内容は以下の通りである。1.小さな音ほど増幅率を高めることが可能な、音圧帯域圧伸法を適用した聴取補助装置の複数のパラメータを組み合わせて処理した音源を作成し、下記の方法で最適条件を検討した。2.軽・中度難聴者の聴取改善効果を定量的に調べるため、その試験方法を検討し、試聴実験を繰り返してその最適化を行った。軽・中度難聴者の協力を得ることが困難だったので、振幅帯域を伸長して模擬難聴処理を行い、健聴者が試聴試験をした。その結果、語音弁別精度61%の難聴状態が、聴取補助を行うことで最高97%まで改善できることを確認した。3.聴取補助処理は自然な音を加工するため、処理の程度を上げると健聴者に違和感を与える。健聴者による試聴試験の方法を検討し、その結果に基づいて評価試験を行い、違和感を与えない処理の範囲を把握した。4.音圧帯域圧伸法はデータ処理量が多いため、コンピュータによる一括処理を行ってデータを作成し、試聴試験に用いている。デジタル信号処理(DSP)ボードを使った実時間処理装置を試作し、そのソフトウエアを開発した。現在は、実時間処理ができていることを確認した段階である。

平成17年度は、健聴者に違和感を与えず、軽・中度難聴者の聞き取りを改善する聴取補助機能が効果的に動作することを確認すると共に、その音質を改善するため人が感覚的に評価する物理的要素を解析する手法の開発を行った。1.市販の最新機器の聴取補助処理した音声と本研究で開発した聴取補助装置の音声とを比較試聴することで性能の確認を行った。ニュース番組の映像と音声を取り込んでオリジナル音声とし、市販の装置で処理した音声と本研究で開発した振幅圧伸法で処理した音声とを準備する。これらが健聴者用の評価音源である。次いで中度難聴者の聴力に合わせてそれぞれの音声を模擬難聴処理する。音量を合わせて比較試聴すると、市販の装置では難聴者の聞き取りに関して改善がほとんど認められないのに対し、振幅圧伸処理では明らかに改善されることを確認した。また同席する健聴者にとっても、うるささが低減され、効果があることを確認した。2.聴取補助処理では小さな音ほど増幅率を高めているので、健聴者に違和感を与えがちである。そこで小さな音と人の感覚的な評価の関係を調べるための非線形音質処理法を開発した。それは音質調整する周波数帯域を抜き出し、所定の振幅より小さな信号を増幅または減衰させる方法であり、僅かな音の違いが感覚的評価に及ぼす影響を調べることが出来る。このように、本研究の聴取補助装置は最新の市販製品よりも優れた性能を有することを確認した。また、新たに開発した音質調整方法は感覚的評価に関する知見を得るための有効な手法となることが期待される。
スキルの伝承・向上と情報技術の新たな関係-中小製造業を中心として-

昨年度に続き中小製造業におけるスキルの伝承・向上について情報技術の活用をふまえながら理論的側面・実証的側面の双方から研究を進めた。理論的側面の研究は主として文献・電子メディアのサーベイ、資料収集によって行った。実証的側面ではまず昨年度に実施したアンケート調査の整理・分析を行った。この調査は金属・機械系の中小製造業に対して行い、調査内容は生産部門や開発・設計部門で必要なスキル習得における難易度、スキルの把握や伝承・向上のための手段等についてである。また企業等へのヒアリング調査も実施した。なおアンケート調査はヒアリング調査や文献のサーベイ等の成果と合わせて論文として纏め公刊している。今年度行った研究から得られた知見全体について整理すると以下のようになる。第一に習得に時間のかかるスキル、つまり難易度の高いスキルは生産部門、設計・開発部門ともに多様な知識や経験を必要とするなど総合的な能力や判断力が必要とされるものが多い。近年、技術が複合化されて既存技術が異なる技術(例えば情報技術等)と結びつく現象が起こっており、ますますこの傾向が強まると思われる。第二に自社にとって不可欠なスキルを明確化して把握することの重要性を認識する必要がある。中小製造業においてはスキルの伝承や向上のための具体的手段はスキルを明確化して把握することと同時に実施することで、より技術の向上に貢献する。第三に自動化や情報化等の情報技術の導入は、入念な事前準備を行いマニュアル化や標準化等を推進することによりスキルの把握と伝承・向上につながる。第四にスキルの伝承・向上のためには企業が顧客との関係を密接にして充実させることも重要である。自社のスキルの競争優位や今後獲得すべきスキルが明確になるからである。これら本研究で得られた成果については前述の論文以外にも、今後、別途論文等にする予定である。本年度はスキルのとらえ方、その伝承・向上の手段、情報技術との関係等を考察するため文献調査、ヒアリング調査、過去に収集したデータの解析等の手法で研究を行った。そこで得られた知見を以下に要約する。第一に生産現場の伝統的な熟練技は単に継承するだけでなく時代や環境にあわせて進化させる必要がある。加工物の材質や機械設備の能力等が変化している場合があるからである。そして伝統的な熟練技以外にも競争力の源泉となるスキルが多く存在することがわかった。例えば近年の作業者は設備や情報機器の操作・管理、設計図の適宜修正、異常事態への的確で迅速な対応など他の高度なスキルが要求される。さらに企業全体としての技術力向上を考えると生産現場だけでなく開発・設計部門のスキルも合わせて考察すべきではないかと思われた。第二にスキル修得には多様な知識の学習が必要であり伝承の際にもそれを意識しなくてはならない。伝統的な熟練技を例にあげるとその修得には作業手順だけでなく加工条件、加工物や刃物の特質、設計図の解釈等必要となる知識は多様である。他の業務も同様であり、従来と異なる分野に知識の幅を広げることは新たなスキル創造につながる可能性もある。第四に情報化や自動化はスキルを代替するというより、その導入に際して情報化・自動化できないスキルとその難易度を明確にしたり人がスキルを発揮するのに必要なデータを適時提供できるという意味での有効性が高い。なお情報システムの導入や運用ではその意義を理解させたりモチベーションを高める等の工夫が効果を左右する。以上の考察を基にアンケートも行った。企業活動での必要なスキルの具体的内容と修得の難易度、伝承・向上の一般的な実態を統計的に把握するためである。今後この分析を進めるとともにさらなる文献研究、ヒアリング調査等を実施しスキルの伝承・向上と情報技術ついてのモデル確立につとめたい。
F爆発と特異点の研究

F爆発と特異点に関する研究を推し進め、複数の結果を得た。F爆発列の単調性とF純特異点の関係、F爆発列の有界性と有限F表現型特異点との関係、F爆発と非可換代数幾何の関係などが明らかになった。特に、F爆発と非可換代数幾何の関係の発見により、思いがけない研究発展の方向性が見いだされた。この中で、非可換フロベニウス射を定義し、それを非可換特異点解消に応用した。1.F爆発列の単調増加性に関する研究正標数の特異点と各自然数eに対し、特異点のe次F爆発が定義される。つまり、F爆発の列が得られる。この列が、どのような場合に単調増加であるかという問題を研究した。研究の結果、単調増加になるための十分条件を二つ得ることが出来た。特にF純特異点に対しては、F爆発列は単調であるという結果を得た。F純特異点はHochster-Robertsにより導入された重要な特異点のクラスで、標数零におけるログ標準特異点に対応する物であると考えられている。この結果は「F特異点」という国内外の研究者に活発に研究されている分野と、F爆発が密接に関連していることを示す最初の証拠であり、興味深い物だと言えるだろう。また、この研究の過程で、F爆発は正規性、弱正規性、F純性を保存しないことも分かった。2.F爆発と非可換特異点解消やD加群の関係の研究以前の研究で、アーベル群による商特異点に対して、Gヒルベルト・スキームとF爆発が一致することが分かっていた。今回、これを非アーベル群の場合に一般化することに成功した。また、Bridgeland-King-Reidの導来McKay対応と呼ばれる現象と同様のことを、F爆発に対して示すことが出来た。これは東京大学の戸田幸伸氏との共同研究によるもので、非可換特異点解消やD加群という概念を用いることで上手くいった。この研究により、正標数の小微分作用素の環はF爆発の非可換幾何学における対応物であることが明らかになった。これはF爆発という概念は大きな広がりを持つと言うことを示す重要な結果である。昨年度に、研究目的の1つである「F爆発とGヒルベルト・スキームやMcKay対応との関係」について非可換代数幾何の視点から、戸田幸伸氏(東京大学・数物連携宇宙研究機構)と共同研究を行った。今年度は、この研究を更に発展させた。F爆発の非可換幾何における対応物にたいして、その非特異性を調べるための道具として、非可換爆発のフロベニウス射を導入した。フロベニウス射は正標数の代数幾何学において、様々なとにろで非常に重要な役割を果たす。実際に、F爆発の定義や構成でもフロベニウス射を使った。非特異性を調べるための基本的な定理に、Kunzの定理がある。これは、フロベニウス射の平坦性により、非特異性を特徴づける。これを非可換爆発に一般化することを目指した。したし、非可換の世界にフロベニウス射を素朴なやり方で一般化するにとはできない。そこで、本研究ではフロベニウス射を加群の圏の自己関手として定義した。さらに、ある条件の下で、この一般化されたフロベニウス射は平坦になることな示した。この結果は、上述の戸田氏との共同研究によって発見された、商特異点に対してF爆発の非可換対応物が非特異になるとしう事実を、新しい視点から、より一般の状況において説明している。この条件が成り立つ例として、F純かつ有限F表現型の特異点に付随する非可換爆発がある。また、F純かつ有限F表現型の特異点にたいして、F爆発の列は、単調かつ有界、従って安定化することが分かった。これは、研究目的であった「F爆発列の単調性と特異点」、「F爆発の有界性とフロベニウス射の同時平坦化」の問題に対する、1つの解答を与える。
新規骨誘導性DNAスカフォールドによる骨形成促進作用メカニズムの解明

我々は、サケ白子由来のDNAとプロタミン(P)を用いて作製したDNA/Pスカフォールドは頭蓋骨欠損部モデル動物において骨伝導能を持つことを報告した。しかしながら、このDNAの新生骨の誘導作用機序に関しては不明である。そこで、骨芽細胞に対するDNAの骨分化関連分子及びその分解産物のリン酸輸送能の効果に関し検討した。DNAは骨芽細胞において骨分化分子の発現を増大させ、同時にリン酸濃度が増加することが明らかになった。又、DNAの添加は骨芽細胞の遊走能を増強した。骨欠損部へのDNA埋入は骨再生を促進した。以上よりDNAはリン酸輸送の活性化と骨形成細胞の遊走を介し骨再生を促進することが明らかになった。[目的]サケ白子由来DNAとプロタミンを用いて作製したDNA/プロタミン(D/P)スカフォールドは頭蓋骨欠損モデルラットにおいて骨伝導能を持つことを報告した。しかしながら、D/Pスカフォールドの新生骨の誘導作用機序に関しては不明である。そこで、D/Pスカフォールド、特にDNAによる骨欠損部の新生骨形成過程の形態組織学的解析と骨芽細胞の骨分化・基質分泌能への効果について検討した。[材料と方法]マウス骨芽細胞株MC3T3-E1細胞をサケ白子由来のDNA(300bp)又はプロタミンの存在下で培養し、骨分化関連分子及びDNAとその分解産物であるリン酸の受容・輸送に関わる分子の発現変化について検討した。加齢マウスの頭蓋骨骨欠損モデルを作製し、骨再生過程におけるDNAの効果についてmicro-CT法を用いて検討した。[結果]DNAはコントロールに比較し骨分化関連分子(ALP, Runx2, Osterix)の発現が増大したが、プロタミン単独存在下では有意な変化は認められなかった。DNA自身は培養5日後にほぼ分解され、培養液中のリン酸濃度が増加することが明らかになった。そこで、リン酸輸送体に着目したところ、DNA刺激依存性に骨芽細胞のNa&#8314;依存性リン輸送体(SLC20A1、SLC34A2)の発現が増大した。逆にリン酸輸送体阻害剤の投与はDNA刺激によるリン酸輸送体の発現の減少を伴って骨分化関連分子の発現も減少させた。又、加齢マウスの頭蓋骨欠損モデルにおいてコントロールに比較しDNAディスク埋入により骨形成が有意に増加した。[考察]サケ白子由来の新規骨伝導性を持つD/Pスカフォールドによる骨形成促進作用はDNA分解産物のリン濃度増加によりリン輸送体の発現が促進され、骨分化と基質形成が促進されることが示唆された。本年度、本研究は順調に進捗したため、研究成果を関連主要学会(日本骨代謝学会や再生医療学会)に発表した。さらに、研究成果の一部を海外論文として発表した。従って、本研究の進行状況はほぼ順調だと考えている。[目的]骨再生は骨芽細胞などの骨基質形成のための細胞が骨欠損部へ遊走することから開始されることが知られている。私達は以前サケ白子由来のDNAを素材としたスカフォールドは骨欠損モデル動物において骨再生を促進すること、この促進作用はDNA分解産物のリン酸が関与していることを報告した。今回、我々はサケ由来DNAスカフォールドは骨誘導能を持ち、骨分化関連細胞の遊走能を有しているかどうか検討した。そこで、D/Pスカフォールド、特にDNAによる骨欠損部の新生骨形成過程の形態組織学的解析とDNAによる骨芽細胞の骨分化・基質分泌能への効果について検討した。[材料と方法]ヒト骨芽細胞株MG63細胞を用いサケ白子由来のDNA(20,000bp)存在下で培養し、骨分化関連分子及び遊走性について検討した。ラットマの頭蓋骨骨欠損モデルを作製し、骨再生過程におけるDNAの効果について検討した。[結果]DNAは骨誘導培地単独に比較して骨分化関連分子のRunx2、ALP、Osterix(Osx)の発現がMG63細胞において増強された。凍結切片を用いた形態及び免疫染色より、骨欠損モデルラットのDNA埋入部周囲に間葉系幹細胞のマーカー1つであるADH1陽性細胞が多く存在することが明らかになった。さらに、欠損部から結合性組織へ置換された部位にOsxが多く観察された。さらに、トランズウェル法においてDNAは骨芽細胞の遊走性を増強した。DNAディスクの埋入は頭蓋骨欠損モデルラットにおいて、コラーゲン単独より新生骨再生を促進した。[考察]これらの結果は、DNAは骨形成のための細胞を欠損部へ遊走させると共に、骨分化を促進し、結果的に新生骨再生が促進されることが明らかになった本年度、本研究は順調に進捗したため研究成果を関連主要学会(再生医療学会、日本インプラント学会)に発表した。従って、本研究の進捗状況はおおむね順調だと考えている。【目的】我々はサケ白子由来のDNAスキャフォールドが骨伝導能を持つことを報告してきた。骨再生に用いられるスキャフォールドは新生骨形成時に欠損部が充分に補填されるまで最適な速度で分解されることが要求される。しかしながら、DNAは水可溶性のため、紫外線(UV)照射による架橋形成を利用し分解速度の調節したDNAスカフォールドを使用するとより新生骨形成が促進されると考えられる。そこで、今年度はUV照射によるDNAスキャフォールドの溶解度速度と新生骨再生の関係について検討した。【方法】

サケ白子由来DNAを材料としてUV照射を行うことにより架橋形成させたDNAスカフォールドを作製し、分解速度,圧縮強度、リン酸放出能及び生体分解性を検討した。照射していないコントロール、0.5及び3時間照射したDNAスカフォールドを用いた。さらに、ラット頭蓋骨欠損モデルを作成し、スカフォールドを埋入し新生骨の形成率を比較した。【結果および考察】ラット背部皮下においてDNAスキャフォールドの分解速度は,UV照射時間に依存性して遅くなった。0.5時間照射群はDNA分解によるリン酸の持続的な放出を示した。さらに、これらスキャフォールドは、最終的に結合組織に置換された。ラット頭蓋骨欠損モデルにおいて,埋入2週後で0.5時間照射群は他の群に比較して最も新生骨形成率が増加した。埋入12週後ではコントロール群に比較してUV照射群は有意に形成率が増加した。以上より、UV照射による分解度の遅延は治癒過程の早期に新生骨形成を促進し、UV照射DNAスカフォールドは適度な空間維持とDNA溶解によるリン酸の徐放により新生骨形成過程に対して有用であると考えられた。我々は、サケ白子由来のDNAとプロタミン(P)を用いて作製したDNA/Pスカフォールドは頭蓋骨欠損部モデル動物において骨伝導能を持つことを報告した。しかしながら、このDNAの新生骨の誘導作用機序に関しては不明である。そこで、骨芽細胞に対するDNAの骨分化関連分子及びその分解産物のリン酸輸送能の効果に関し検討した。DNAは骨芽細胞において骨分化分子の発現を増大させ、同時にリン酸濃度が増加することが明らかになった。又、DNAの添加は骨芽細胞の遊走能を増強した。骨欠損部へのDNA埋入は骨再生を促進した。以上よりDNAはリン酸輸送の活性化と骨形成細胞の遊走を介し骨再生を促進することが明らかになった。本研究をいくつかの異なる方法を用いてさらに進展させて、最終的に研究成果を国際学会を含めた学会に報告後、論文発表を行う予定である。本研究は骨再生を担うスカフォールドに関する研究であり、いくつかの異なる方法を使用して伸展させる予定であり、最終的に国際学会への発表を行い、論文発表を行う予定である。その後、スカフォールドばかりでなく骨再生のための間葉系細胞などに注目して、骨再生過程をさらに短縮できる方法を検討したいと考えている。歯学・機能系基礎歯学研究の遂行上、年度末に購入した物品の納品が遅れ支払いが遅れた。又、年度末の学会歯出張による参加費と旅費が未確定であった為研究の遂行上、年度末に購入した物品の支払いの遅れが生じた。さらに、年度末の研究打ち合わせや学会主張による参加費や旅費が年度末までに未確定であったために次年度への使用額生じた。参加費と旅費の請求して精算し、納品が遅れた物品に関しては至急支払いを行う。参加費と旅費の請求を既に終了しており、支払いが遅れた物品に関しては至急支払いを行う。