hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
火災時排煙経路の多様性に関する実験的研究

建築火災により発生した煙の室、廊下、竪シャフトにおける流動が予測と反する状態となることは避難者の危険性に直結する問題である。同一形状、同一外気条件、同一発熱条件の下で、火災煙の流れが予期せぬ方向になり得るかどうかを防災計画の段階で認識することが必要である。本研究は、火災時煙流の問題を通常の多数室換気の問題と同一なものと捉え、建物換気システムに潜在する多様性の検証を解析および実験の両面から行ったものである。解析的には、換気システムを支配する方程式系が非線形であり、特に浮力項が変数となる場合、すなわち供給熱が設定され室温が未知の場合、複数実数解の存在およびその個数を示し、数値計算によって23階建て建物のケーススタディを行い25種類の多様性があることの具体例を示す。種々の物理要因の検討により、外気風速が換気多様性に最も影響が及ぶことを指摘する。換気多様態の内、ある特定の流れの状態の生起すなわち生起頻度の予測は重要であるが、解析的には逐次計算の初期値に依存しいわゆるカオスの性質を具備していることを初めて示す。カオスを呈した具体例も図でもって示す。最後に、換気回路網モデルによる換気多様性の存在について模型を用いて実験的に検証した。対称形3階建て建物の模型を用いて同一与条件の下で行った自然換気の実験で、(解析的には5個の多様性があるが)鏡像関係にある2種類の換気状態を出現させることができた。可視化手法による流れの観察も行い、解析と実測の多様性発生の違いの原因を探った。建物換気系は非線形に属する現象であり、同一形状、同一外部条件に対して換気経路に多くの異なった換気経路、換気量、室温形成がなされる。換気系を支配する方程式の理論解によって換気多様性が存在することを示し、23階の対称形建物のケーススタディによって証明してきた。これらの結果をまとめて本年に、その成果を国際シンポジウムで発表した。3解建て対称形建物の1解発熱(火災室)では5種類の複数の解があり、実験的にこの状態を再現する模型実験を行った。流れを可視化するため透明アクリル板で1/20の縮尺模型を作成し、常温近くでの温度場で実験を行った。模型に対する換気多様性は5種類あるがその内3種類は再現が容易である(他の2種類は極端に高温の室温度となるため実験は困難である)ことを計算によって確かめており、実験による検証が本年度の研究目的である。5mm厚のアクリル板をネジ式で組み立てる模型を作成して、熱電対による温度場の測定と換気経路の目認、トレーサー煙の導入による写真撮影を行い、現在鏡像関係にある2種類の換気多様性を確認した。定性的には複数の換気経路を検証でき、本年度の研究実施計画をほヾ達成できた。熱源にニクロム線加熱式を採用したが上昇気流によるアクリル板の変形があり、たびたびの模型部位の交換が必要であり、実験スケジュールが遅れ気味であり、あと1種類の換気形態を見い出すには至っていない。換気多様性の解析による証明では流れの室内一様拡散の仮定に基づいており、実験において強度の温度成層を起こすことのないような工夫を重ね実験研究を進める予定である。1月までの換気多様性の研究成果は、建築学会近畿支部の特別講演会で1時間の発表を行った。

解析的には、換気システムを支配する方程式系が非線形であり、特に浮力項が変数となる場合、すなわち供給熱が設定され室温が未知の場合、複数実数解の存在およびその個数を示し、数値計算によって23階建て建物のケーススタディを行い25種類の多様性があることの具体例を示す。種々の物理要因の検討により、外気風速が換気多様性に最も影響が及ぶことを指摘する。換気多様態の内、ある特定の流れの状態の生起すなわち生起頻度の予測は重要であるが、解析的には逐次計算の初期値に依存しいわゆるカオスの性質を具備していることを初めて示す。カオスを呈した具体例も図でもって示す。最後に、換気回路網モデルによる換気多様性の存在について模型を用いて実験的に検証した。対称形3階建て建物の模型を用いて同一与条件の下で行った自然換気の実験で、(解析的には5個の多様性があるが)鏡像関係にある2種類の換気状態を出現させることができた。可視化手法による流れの観察も行い、解析と実測の多様性発生の違いの原因を探った。
共形場理論の表現論的研究

本年度は共形場理論およびそれに関係した可積分系の以下の研究を行なった:・アフィン・リー環に付随するリーマン面と主束の組の族上の共形場理論(所謂ヴェス・ズミノ・ウィッテン模型)の座標不変な定式化を与えた.・ヴィラソロ代数に付随するリーマン面の族上の共形場理論(ベラヴィン・ポリヤコフ・ザモロドチコフの模型)の座標不変な定式化を与えた.臨界レベルのアフィン・リー環に付随する任意に固定されたリーマン面上の主束の族上の共形場理論の座標不変な定式化を与えた.・臨界レベルにおける共形場理論とリーマン面に関するラングランズ・プログラムの類似の関係を研究した.・ベラヴィン・ドリンフェルトの楕円古典r行列に付随する共形場理論の定式化を与えた.それは基礎体上非分裂な代数群に付随する共形場理論の興味深い例を与える.さらに,その場合における保型形式論におけるリフティングの理論の類似を研究した.本年度は共形場理論およびそれに関係した可積分系の以下の研究を行なった:・アフィン・リー環に付随するリーマン面と主束の組の族上の共形場理論(所謂ヴェス・ズミノ・ウィッテン模型)の座標不変な定式化を与えた.・ヴィラソロ代数に付随するリーマン面の族上の共形場理論(ベラヴィン・ポリヤコフ・ザモロドチコフの模型)の座標不変な定式化を与えた.臨界レベルのアフィン・リー環に付随する任意に固定されたリーマン面上の主束の族上の共形場理論の座標不変な定式化を与えた.・臨界レベルにおける共形場理論とリーマン面に関するラングランズ・プログラムの類似の関係を研究した.・ベラヴィン・ドリンフェルトの楕円古典r行列に付随する共形場理論の定式化を与えた.それは基礎体上非分裂な代数群に付随する共形場理論の興味深い例を与える.さらに,その場合における保型形式論におけるリフティングの理論の類似を研究した.
親油性高分子電解質の合成と機能性材料への展開

親油的な官能基で覆われた大きなイオンを持つ高分子(親油性高分子電解質)が低極性有機溶媒中でイオン間の反発により、その高分子鎖を広げることを世界に先駆けて実証した。この結果により、様々な有機溶媒を高効率に吸収する材料が開発でき、溶液中で温度に応答して高分子鎖が収縮・伸張する新しい材料の合理的な設計指針を得ることができた。また、低温で機能する高吸収材や低極性環境下での交互積によるナノ薄膜の構築が実現した。様々なイオンペアーをもつ高分子電解質を合成し、特に極性の低い媒質中で膨潤しうる親油性高分子電解質を合成し、それらが有機溶媒中や界面上でどの程度の高分子鎖のひろがりを持つかを様々な手段で明らかにする。そして、様々な媒質中(極性の高いものから低いものまで)でのイオン解離により膨潤する高分子電解質(親油性・親水性両方を含む)の分子設計指針を明らかにすることを目的とする。また、共通塩の効果や温度などの外部刺激による高分子電解質の収縮・膨潤などについても検討を行い、刺激応答材料としての基礎的な知見を得る。特に、今年度は親油性高分子電解質ゲルの膨潤挙動の研究を展開し、高分子鎖と媒質の相溶性および媒質中でのイオン解離を制御することで、非極性有機溶媒から水までの媒質およびフッ素系溶媒・液晶など、それぞれの媒質に対応した高吸収性ゲル(架橋度1%で膨潤度100倍程度)を合成することをめざした。3種のモノマー特に長鎖第四級アンモニウムカチオン性のモノマーの対アニオンの交換を行い、様々なアニオンを有する一連のイオンペアーモノマーの合成を行なった。また、媒質と相溶性のよい高分子を与える主鎖の中性モノマー(90mo1%程度)様々に変化させて、ゲルの合成を行った。その結果、アクリル系モノマーを用いた場合、アルキルエステルのアルキルの長さに応じて、その相溶性が変化し、様々な有機溶媒で100倍を超える膨潤度を示すゲルの構築につながり、ヘキサンやトルエンを除く、多くの有機溶媒を吸収することのできる材料の開発に成功した。また、アニオンを連続的に変化させたところ、ハロゲンイオンやドデシル硫酸イオンなどをもつゲルでは極性の低い溶媒中では大きな膨潤度を示さなかった。これらの系では低極性溶媒中でのイオン解離が促進されず、逆に凝集作用を及ぼしたと考えられる。特に、今年度はポリ(オクタデシルアクリレート)を主鎖とし、テトラフェニルホウ酸-第四級アンモニウム塩をイオン性官能基としたイオン性高分子の合成を行い、様々な有機溶媒中での高分子鎖のひろがりを検討した。希薄溶液での粘度測定やAFM観察、DOSY-NMRから、クロロホルムやTHF中では、この高分子が電解質として挙動することを明らかにした。この結果は、低極性溶媒中でイオン性官能基がイオン解離することにより、イオン性高分子が高分子電解質として挙動することを世界で始めて初めて実証したものである。また、主鎖をポリスチレンとした同種のイオンをもつ高分子電解質ゲルの合成を行い、その膨潤特性を評価したところ、非常に多くの有機溶媒中で高い膨潤度を示すことが明らかになった。特に、ポリ(オクタデシルアクリレート)を主鎖とした高分子電解質ゲルと比較すると、低温においてもその膨潤度が低下しないことが明らかになり、低温で機能するアクチュエーターなどへの応用が期待できる。様々なイオン対をもつイオン性高分子やその架橋体であるゲルを合成し、様々な媒質中で高分子電解質およびゲルとして機能する材料の分子設計を明らかにし、特に低極性溶媒中で機能する親油性高分子電解質の創製とその利用に関して研究を進めてきた。今年度は、まずイオン対の親油性向上とイオン解離の制御を目的として研究を行った。親油性高分子電解質ゲルに疎水性の高いレセプター分子の添加により、対イオンとの錯形成を経て、イオン解離が促進され、ゲルの膨潤度の増大することが明らかになった。イオン部位の構成要素に非共有結合が適用可能であることを示すことができた。

さらに、嵩高くかつ親油性の高いボスファゼンカチオンを持つカチオン性の親油性高分子電解質とビズイミダゾールボレートアニオンを持つアニオン性の親油性高分子電解質を合成し、低極性溶媒を用いて、QCM基板やシリカナノ微粒子への交互積層を行ったところ、逐次的に単調に周波数減少および電荷の反転が確認され、親油性高分子電解質を用いた低極性環境下で静電相互作用を用いて交互積層が生じることを初めて明らかにした。また、親油性高分子電解質に水素結合により高分子鎖の凝集を引き起こす強い自己会合性の尿素を導入することで温度応答性高分子の分子設計を検討した。親油性イオン対が解離し、尿素の水素結合を阻害されにくい中極性の溶媒中では上限臨界共溶(UCST)型の温度応答性が観測された。この結果は高分子鎖を凝集させる部位と、親油性イオン対が高分子鎖を伸長させ高分子鎖を溶解させる部位として機能していることを示しており、相反する相互作用により、温度応答性が発現したと考えられる。本研究成果を基点として、様々な媒質、転移温度をもつ温度応答性高分子を自在に開発することが可能になると期待される。
性別違和と自閉スペクトラム症の併存発見のためのスクリーニング手法に関する研究

【研究目的】自閉スペクトラム症(Autism Spectrum Disorder : ASD)における性別違和の特徴を明らかにする検査指標を開発することを前提とし, ASD者の性別違和についてジェンダー・アイデンティティ尺度を用いてコントロール群と比較検討して特徴を明らかにすることを目的とした.【研究方法】愛媛大学医学部附属病院精神科を受診したASD患者をASD群,一般公募にて参加した対象者をコントロール群としてジェンダー・アイデンティティ尺度と成人用自閉スペクトラム指数日本語版(Autism-Spectrum Quotient : AQ)を実施した.対象年齢は社会との繋がりを認識し始め,性別違和を自覚する15歳以上30歳未満とした.コントロール群は, AQの得点がカットオフ値以上の事例は除外した.【研究成果】ASD群6名(M:F=4:2,平均21.5±3.77歳)と,コントロール群21名(M:F=7:14,平均24.38±2.21歳)を対象として統計的分析を行った。1ジェンダー・アイデンティティ尺度内の低次4因子及び高次2因子についての2群間比較・低次4因子の一つである,自己の性別が社会とつながりを持てている感覚である“社会現実的性同一性"はASD群が有意に低値で,自己の性別が他者と一致しているという感覚である“他者一致的性同一性"では,有意に低値であった(<.01).自己の性別が一貫しているという感覚である“自己一貫的性同一性"においてもASD群が有意に低値である傾向がみられた(<.05).・自己の性別での展望性が認識できているという感覚である“展望的性同一性", “社会現実的性同一性"の高次因子の一つである現実展望的性同一性の総得点平均はASD群が有意に高かった(>.05).2AQ総点とジェンダー・アイデンティティ尺度間の相関・ジェンダー・アイデンティティ尺度の高次2因子,低次4因子に対してAQの総得点の相関を調べた.ASD群では, AQ総点と,現実展望的性同一性,展望的性同一性が負の相関がみられた(>.05).また,一致一貫的性同一性,自己一貫的性同一性において正の相関がみられた(>.05).コントロール群では相関はみられなかった.【考察】ASD者は,自己のジェンダー・アイデンティティと他者の認識が一致していないと感じている.また,自己のジェンダー・アイデンティティを生かした社会生活の展望が曖昧であり, ASD者の中でもより強い特性を持つ者は,その傾向が強まることが示唆された.【研究目的】自閉スペクトラム症(Autism Spectrum Disorder : ASD)における性別違和の特徴を明らかにする検査指標を開発することを前提とし, ASD者の性別違和についてジェンダー・アイデンティティ尺度を用いてコントロール群と比較検討して特徴を明らかにすることを目的とした.【研究方法】愛媛大学医学部附属病院精神科を受診したASD患者をASD群,一般公募にて参加した対象者をコントロール群としてジェンダー・アイデンティティ尺度と成人用自閉スペクトラム指数日本語版(Autism-Spectrum Quotient : AQ)を実施した.対象年齢は社会との繋がりを認識し始め,性別違和を自覚する15歳以上30歳未満とした.コントロール群は, AQの得点がカットオフ値以上の事例は除外した.【研究成果】ASD群6名(M:F=4:2,平均21.5±3.77歳)と,コントロール群21名(M:F=7:14,平均24.38±2.21歳)を対象として統計的分析を行った。1ジェンダー・アイデンティティ尺度内の低次4因子及び高次2因子についての2群間比較・低次4因子の一つである,自己の性別が社会とつながりを持てている感覚である“社会現実的性同一性"はASD群が有意に低値で,自己の性別が他者と一致しているという感覚である“他者一致的性同一性"では,有意に低値であった(<.01).自己の性別が一貫しているという感覚である“自己一貫的性同一性"においてもASD群が有意に低値である傾向がみられた(<.05).・自己の性別での展望性が認識できているという感覚である“展望的性同一性", “社会現実的性同一性"の高次因子の一つである現実展望的性同一性の総得点平均はASD群が有意に高かった(>.05).2AQ総点とジェンダー・アイデンティティ尺度間の相関・ジェンダー・アイデンティティ尺度の高次2因子,低次4因子に対してAQの総得点の相関を調べた.ASD群では, AQ総点と,現実展望的性同一性,展望的性同一性が負の相関がみられた(>.05).また,一致一貫的性同一性,自己一貫的性同一性において正の相関がみられた(>.05).コントロール群では相関はみられなかった.【考察】ASD者は,自己のジェンダー・アイデンティティと他者の認識が一致していないと感じている.また,自己のジェンダー・アイデンティティを生かした社会生活の展望が曖昧であり, ASD者の中でもより強い特性を持つ者は,その傾向が強まることが示唆された.
食品中残留農薬の一斉分析法の確立及び食品経由による暴露量の測定

(目的)本研究は残留性・使用頻度・毒性などを目安に80種の農薬を選び、それらの高感度かつ精度の高い一斉分析法を開発し食品経由による農薬暴露量を算出し、その量が健康に影響を及ぼすかを解析することを目的とした。(方法)国民栄養調査に基づき摂取の多い約120種の食品を調理後,系統的に13群に分類・混合し各群ごとに分析を行なった。各食品群はアセトン・ジクロロメタンによる抽出後,GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)により夾雑物の大部分を排除しさらにフロリジルカラムにより精製した。農薬の測定にはネガティブCI(NCI)モードGC/MS,EIモード,GC/FPD,GC/MS,GC/ECDを用いた。(結果)精製にGPCを導入することによりトリグリセリドや色素の大部分同時に除去できまた分析時間もかなり短縮された。食品中残留農薬を一斉分析する場合、EIモードGC/MSでは妨害成分のために農薬だけを選択的に検出することは困難であったが、NCIモードではマイナスイオンを測定するために食品由来の妨害が大幅に減少した。特にEIモードでは困難なm/z100以下のイオンにおいても高い選択性を示した。NCIモードGC/MSにおける塩素系の検出感度はGC/ECDと同程度であり、ピレスロイド農薬はpgレベルでの測定が可能であった。またリン系農薬もpgレベルでの測定が可能であったが含窒素農薬はマイナスイオンを生じにくくNCIモードでの測定はできなかった。検出された農薬は17種で、一日当たりの摂取値が多かった順からXMC(2.3mg),キシリルカルブ(1.0mg),ペルメトリン(0.6mg),クロルピリホスメチル(0.5mg),ジコホール(0.4mg),シペルメトリン(0.4mg),ダイアジノン(0.3mg)などであった。これらの摂取値はそれぞれのADIに比べ1%以下の極めて低い値であった。
超臨界雰囲気下レーザ生成プラズマによる新規ナノ微粒子創製法

液体中や超臨界中における微粒子作製法の一つが、母体となる固体材料のレーザアブレーションである。特に、超臨界媒体中でのレーザアブレーションは、気相や液相の場合に比べ、プラズマ体積が小さいだけでなく、高圧容器の観測域も狭いことから、その振る舞いを計測する手法が望まれていた。また、現状では、超臨界媒体の臨界点近傍における特異な性質が、どのような形で媒体の密度変化に影響してくるのか実際の計測に基づいた学術的議論が究めて少ない状況であった。そこで、本研究では、固体のレーザアブレーション時における位相媒体の密度変化を光波マイクロホンを用いて計測した。昨年度は、主に気相中における最も基本的な計測を行い、本手法を用いることで、光熱音響波、衝撃波、微粒子による媒体の屈折率変化が観測できることを明らかにした。本年度は、超臨界二酸化炭素中での固体のレーザアブレーションに適用し以下の結果を得た。気体から趙臨界状態まで連続的に加圧する場合、臨界点近傍でレーザ光の散乱が最も強く透過光が無くなることから、臨界点を確認することができた。固体ターゲットにアブレーション閾値より弱いエネルギーでパルスレーザを照射した場合、音速で到達する光熱音響波が観測された。超臨界中では、音速の密度依存性が顕著となった。密度が十分高い場合は、音速は液体のそれと同等であったが、密度が臨界密度付近になると音速は気体のそれより遅くなった。これは、臨界点近傍で等温圧縮率が発散するという理論計算の実験的裏づけと言える。また、アブレーション時は衝撃波が観測されるため、アブレーション閾値を確認することができた。これは、特に実際のレーザアブレーション適用時における固体表面の変化やパルスレーザ出力の変化によるアブレーションのばらつきをリアルタイムでモニタリングするのに有効である。また、衝撃波の後に遅れて発生する2つ目の衝撃波と考えられる信号も見られた。これは、最初の衝撃波の負庄により気相泡ができたことに起因すると考えられる。レーザアブレーションが超臨界中や液体中で微粒子生成等に適用されるようになってきており、固体のレーザアブレーション時における媒体の密度変化を計測することは重要な課題である。本研究が行った空気中におけるシリコンなどの固体のアブレーションに関する光波マイクロホン計測の結果、空気中で固体にレーザを照射した際、レーザのエネルギー密度がアブレーション閾値を超えない領域では固体表面からの光熱音響波が検出されることがわかった。これにより固体表面の温度を見積もることができる可能性がある。また、アブレーション時は、衝撃波と粒子群による信号が観測された。固体表面近傍で発生した衝撃波は、その発生要因であるアブレーション粒子群のヘッドの速度が空気との衝突によりある距離で音速にまで減衰した時点で音波となって先行し、その後空気中の場合はかなりの時間遅れてアブレーション粒子群が通過していくと考えられる結果を得た。粒子群の速度は数数10m/sと見積もられた。光波マイクロホンは一つのセットアップで上記のような変化を捕らえることができる新規な光学的位相変化検出法であり、アブレーション閾エネルギー密度や粒子の時間・空間的分布が計測できることがわかった。また、水中で同様の実験を行った結果、空気中に比べ感度が良いことを確認した。
Tcl1を利用したゲノム変異の少ないiPS細胞誘導方法の開発

MitoSox Red Mitochondrial Superoxide Indicator (Thermo Fisher)を用いてiPS細胞誘導における活性酸素(ROS)産生量をモニターした結果、体細胞(MEF)と比較してiPS細胞では蛍光が強く観察された。このことより、センダイウイルスによるiPS細胞作製過程でも、すでに報告されているレトロウイルスの系と同様にROS産生が亢進していると考えられた。他の研究グループによって、ミトコンドリアにおける酸化的リン酸化が、iPS細胞誘導初期に一時的に亢進するという報告がある。そこで、センダイウイルスの系でも、酸化的リン酸化亢進によってROS産生量がiPS細胞誘導の初期に増加しているか検証した。その結果、誘導1から7日後には顕著な増加は確認されなかった。センダイウイルスの系では、iPS細胞誘導過程におけるROS産生量の増加は、iPS細胞誘導の後期にのみ起きていることが示唆された。また、山中4因子+Tcl1で誘導したiPS細胞では、通常の4因子で誘導したiPS細胞と比較してROS産生量が減少していた。このことから、誘導後期に起こるROS産生の亢進に対し、Tcl1は抑制的に働くことが考えられる。既に我々が報告しているように(Nishimura K et al. 2017Stem Cell Reports)Tcl1はiPS細胞誘導後期において、ミトコンドリアにおける酸化的リン酸化を抑制する働きがある。よって、このTcl1による酸化的リン酸化抑制がROS産生抑制に関係していることが予想される。今後は、ROS産生量の違いによって、誘導されたiPS細胞中のゲノムDNA変異量が異なるのか検証し、もし違いがあった場合、Tcl1を用いたゲノム変異の少ないiPS細胞産生が可能であるか検討する必要がある。代謝変換に伴う活性酸素(ROS)産生をモニターするために、MitoSox Red Mitochondrial Superoxide Indicator(Thermo Fisher)でiPS細胞と体細胞(マウス胎児繊維芽細胞)を染色すると、MEFに比較してiPS細胞誘導中の細胞では蛍光が強く観察された。これより、iPS細胞誘導途上の細胞ではROS産生が亢進していると考えられる。次に、Oct4、Sox2、Klf4及びc-Mycに加えてTcl1を発現するセンダイウイルスベクターで誘導したiPS細胞と、Oct4、Sox2、Klf4及びc-Mycのみで誘導したもので、ROS産生を比較したところ、Tcl1を追加して誘導した場合にROSの産生量が減少していることが示された。これより、Tcl1により、ミトコンドリアによる呼吸から解糖系中心への代謝変換が容易に起こり、ROS産生を介した代謝変換をバイパスしている可能性が示唆された。Oct4、Sox2、Klf4及びc-Mycを発現するセンダイウイルスベクターでiPS細胞を誘導し、誘導初期のミトコンドリア活性をMitoTracker(Thermo Fisher)による染色と酸素消費量の定量によって検討した結果、ミトコンドリア活性と酸素消費量はどちらも誘導4日後では体細胞(マウス胎児繊維芽細胞)と同等であるが、それ以降は体細胞よりも低下することが分かった。他の研究グループがレトロウイルスベクターでiPS細胞を誘導した系で報告している、ミトコンドリアにおける酸化的リン酸化の一時的亢進は、センダイウイルスの誘導系では誘導4日目よりも前に起きていると考えられる。これは、センダイウイルスの誘導系がより早く細胞のリプログラミングを引き起こすためと考えられる。これまでの研究より、レトロウイルスを用いた誘導系とセンダイウイルスの誘導系について、どちらも代謝変換が認められたが、その進行具合に多少差があることが分かった。また、センダイウイルスの誘導系でリプログラミング中の細胞が、どの時期にどの様な代謝を行っているか把握することができた。また、センダイウイルスの誘導系でも、レトロウイルスの誘導系と同様に活性酸素産生が増加し、この活性酸素増加はTcl1を発現させることで、抑えることができることも確認できた。以上の研究成果によって、どの様な条件で誘導した細胞をどの時期に回収し、そのゲノムの変異を解析するべきかについて、明確な方針を立てることが可能となった。以上より、ゲノム配列決定に必要な情報がほぼ得られたため、研究は概ね順調に進展していると判断できる。既に我々が報告しているように(Nishimura K et al. 2017Stem Cell Reports)

Tcl1はiPS細胞誘導後期において、ミトコンドリアにおける酸化的リン酸化を抑制する働きがある。よって、このTcl1による酸化的リン酸化抑制がROS産生抑制に関係していることが予想される。今後は、ROS産生量の違いによって、誘導されたiPS細胞中のゲノムDNA変異量が異なるのか検証し、もし違いがあった場合、Tcl1を用いたゲノム変異の少ないiPS細胞産生が可能であるか検討する必要がある。センダイウイルスを用いたiPS細胞誘導系で、誘導後4日以内の細胞を回収し、ROS産生の変化をより詳細に確認する。またその時期に、酸化的リン酸化の一時的亢進が起きているかも検証する。また、Oct4、Sox2、Klf4及びc-Mycを発現するセンダイウイルスベクターとこれら4因子に加えてTcl1を発現するベクターでiPS細胞を誘導し、誘導初期のROS産生量に変化が起きているか検証する。これらの過程で誘導されるiPS細胞の中間体細胞を誘導初期(4日目以前と4日目以降)、誘導中期(マーカーの発現で決定する)および誘導されたiPS細胞について、ゲノムDNAを回収し、次世代シークエンサーにて塩基配列を決定する。そのさいに、変異の頻度、変異の種類、変異の場所(遺伝子内か遺伝子間か、タンパク質コード領域かどうかなど)の解析を行う。研究費の大部分は次世代シークエンサーの経費となるが、一年目の研究では代謝変換やROS産生の時期を詳細に明らかにするための実験を優先した。これらの経費は比較的小額の試薬であるために、一年目の研究費使用学が予想よりも少なくなった。次年度は、次世代シークエンサー用の試薬を多く購入するので、繰り越した研究費と2年目に予定していた研究費を合わせた金額が必要である。
食中脂肪酸による情動・うつ様行動修飾の末梢－中枢神経回路メカニズムの解明

研究代表者らは先行研究において、摂取する餌に含まれるω3とω6という二種類の多価不飽和脂肪酸の量比(3:6値)が条件性恐怖記憶の強さを修飾する因子であることを明らかにした。本研究では、恐怖以外の情動性行動であるうつ様行動に対する3:6値の影響、またその神経回路メカニズムを明らかにすることを目的として検討を進めている。まず、我々の先行研究において恐怖記憶を修飾することがわかっている3:6値(0.96)を有する餌(高3:6値餌)を、雄性C57BL/6Jマウスに6週間給餌した。対照餌の3:6値は0.14である。給餌6-7週間目に、うつ様行動の評価系として広く用いられている強制水泳試験を行い、マウスが不動、クライミング、スイミングを示す時間の長さを計測した。その結果、高3:6値餌給餌マウスでは対照餌給餌マウスに比べ有意な不動時間の短縮、またクライミングの顕著な延長(抗うつ様作用)が認められた。一般に、クライミングには脳内モノアミンの関与が報告されていることから、HPLCによって脳内局所におけるモノアミンの定量を行なった。その結果、高3:6値餌給餌マウスではドーパミンとその代謝物量が、うつ病との関連が示唆されている側坐核において増加していることが明らかとなった。さらに、同マウスでは側坐核へ投射するドーパミン神経の起始核である腹側被蓋野においてドーパミン産生酵素の発現増加が認められた。上記の結果をうけて、側座核にドーパミン受容体アンタゴニストを微小投与したところ、D1およびD2受容体阻害薬(運動量の低下がない濃度で投与)とも強制水泳試験における高3:6値餌の効果に拮抗した。これらの結果は、うつ様行動に対する多価不飽和脂肪酸の作用に腹側被蓋野から側座核へのドーパミン神経投射の賦活が関与する可能性を示しており、多価不飽和脂肪酸の抗うつ様作用のメカニズムとして新たな知見を加えるものである。本年度の研究においては、昨年度までに明らかにしてきた高3:6値餌の抗うつ作用の作用点を明らかにするため、引き続きドーパミン神経系に注目した。本研究において見出してきた側坐核はドーパミン神経系に含まれ、うつ病に関連するとして近年注目されている脳領域である。マウスにおいてもヒトと同様の脳領域が抗うつ様作用に関連することは興味深いが、加えて多価不飽和脂肪酸の作用がドーパミン系に及ぶことも新しい知見である。特に、側坐核だけでなく、ドーパミン神経の起始核である腹側被蓋野においてドーパミン産生の増加を示唆する変化を捉えたことは、多価不飽和脂肪酸がドーパミン産生量を増加させることを示唆するものである。これらの結果は、当初の計画を上回るものであった。一方、側坐核への入力を特定してシナプス伝達を解析する点については、所属機関変更のために実験設備のセットアップが必要となったため、当初の予定よりもわずかに遅れているが、上記の通り側坐核への入力として腹側被蓋野に注目する事が可能となったことは大きな前進であると考えている。以上のことから、全体としてはおおむね順調に進展しているものと判断する。今後の研究の推進方策として、1餌中3:6値と抗うつ様作用に相関関係があるか、2恐怖記憶と3:6値の間を結びつける分子として我々が特定したカンナビノイド神経系が抗うつ作用にも関与するかどうか、3今年度明らかにした腹側被蓋野から側坐核への投射繊維におけるシナプス伝達に3:6値がどのような影響を与えるか、についてそれぞれ検討を進める予定である。具体的には、1対象餌、高3:6値餌に加えて、高3:6値餌と同量のω3系多価不飽和脂肪酸含む餌にω6系を添加し3:6値を下げた餌を給餌したマウスで抗うつ作用を検討する。2カンナビノイドCB1受容体アンタゴニストを側坐核および扁桃体(恐怖記憶との比較のため)に微量投与し、高3:6値餌の抗うつ作用が変化するかどうかを検討する。3対象餌給餌マウスおよび高3:6値餌給餌マウスから、側坐核を含む脳スライスを作製し、腹側被蓋野からの投射繊維を豊富に含むと考えられている部位を電気刺激することで誘発されるシナプス伝達を記録・解析する。このとき、ドーパミンD1, D2受容体アンタゴニストの作用も検討する。さらに、これまでの成果をまとめて原著論文を学術論文誌に投稿し、年度内の受理を目指す。まず、我々の先行研究において恐怖記憶を修飾することがわかっている3:6値(0.96)を有する餌(高3:6値餌とよぶ)を、雄性C57BL/6Jマウスに6週間給餌した。その結果、高3:

6値餌給餌マウスでは対照餌給餌マウスに比べ、有意に不動時間の短縮がみられた。また、クライミングの顕著な増加が認められた。一般に、クライミングには脳内モノアミンの関与が報告されていることから、HPLCによって脳内局所におけるモノアミンの定量を行なった。その結果、ドーパミンとその代謝物量が側坐核において増加していること、他の脳領域(扁桃体、内側前頭前野、海馬)では変化は見られず、セロトニン、ノルアドレナリン量はいずれの脳領域においても変化しないことが明らかとなった。上記の結果をうけて、側座核にドーパミン受容体アンタゴニストを微小投与したところ、D1およびD2受容体阻害薬(運動量の低下がない濃度で投与)はともに、強制水泳試験における高3:6値餌の効果に拮抗した。これらの結果は、うつ様行動に対する多価不飽和脂肪酸の作用に側座核のドーパミン神経系の賦活が関与する可能性を示しており、多価不飽和脂肪酸の抗うつ様作用のメカニズムとして新たな知見を加えるものである。今年度の研究においては、予備検討において見出していた高3:6値餌によるうつ様行動の減少が安定的に再現される現象であること、その作用メカニズムの候補としてドーパミン神経系の存在を示した。また、脳内のどの領域においてドーパミン系が関与するのかについても脳内モノアミン分析、脳内への薬物局所投与により明らかにした。これらの結果は、本研究課題において解析対象とする神経回路を同定するために必須のものであり、今後研究を進める上で当初の計画に大きな変更が必要ないことを示すものであった。したがって、現時点ではおおむね当初の計画通りに進展していると考えている。研究代表者らは先行研究において、摂取する餌に含まれるω3とω6という二種類の多価不飽和脂肪酸の量比(3:6値)が条件性恐怖記憶の強さを修飾する因子であることを明らかにした。本研究では、恐怖以外の情動性行動であるうつ様行動に対する3:6値の影響、またその神経回路メカニズムを明らかにすることを目的として検討を進めている。まず、我々の先行研究において恐怖記憶を修飾することがわかっている3:6値(0.96)を有する餌(高3:6値餌)を、雄性C57BL/6Jマウスに6週間給餌した。対照餌の3:6値は0.14である。給餌6-7週間目に、うつ様行動の評価系として広く用いられている強制水泳試験を行い、マウスが不動、クライミング、スイミングを示す時間の長さを計測した。その結果、高3:6値餌給餌マウスでは対照餌給餌マウスに比べ有意な不動時間の短縮、またクライミングの顕著な延長(抗うつ様作用)が認められた。その結果、高3:6値餌給餌マウスではドーパミンとその代謝物量が、うつ病との関連が示唆されている側坐核において増加していることが明らかとなった。さらに、同マウスでは側坐核へ投射するドーパミン神経の起始核である腹側被蓋野においてドーパミン産生酵素の発現増加が認められた。上記の結果をうけて、側座核にドーパミン受容体アンタゴニストを微小投与したところ、D1およびD2受容体阻害薬(運動量の低下がない濃度で投与)とも強制水泳試験における高3:6値餌の効果に拮抗した。これらの結果は、うつ様行動に対する多価不飽和脂肪酸の作用に腹側被蓋野から側座核へのドーパミン神経投射の賦活が関与する可能性を示しており、多価不飽和脂肪酸の抗うつ様作用のメカニズムとして新たな知見を加えるものである。
生活習慣病モデル動物においてATP・アデノシン系は虚血心の交感神経を保護するか?

自然発症高血圧ラット(SHR)や生活習慣病モデル動物(SHR.Cg-Leprcp/NDmcrats)において、交感神経終末部のATP・アデノシン受容体が機能不全を起こしていることを見いだした。一方、低酸素時には心臓から大量のアデノシンが放出され、酸素再通気後もその放出は増加し続けることを見いだした。本結果より、生活習慣病の進展とともに交感神経伝達の抑制性調節機構が破綻し、これがこの病態におけるプレコンディショニングの破綻の一部に関与している可能性が示唆された。アデノシンやATPが細胞外シグナル分子として様々な生理学的機能を持つことはよく知られている。本研究ではまず、自然発症発高血圧ラット(SHR)などの病態動物の尾動脈において、血管交感神経終末部のアデノシン・ATP受容体が機能不全を起こしていることを見いだした。さらに、このような変化が血管平滑筋のアデノシン受容体でも発現していること、そして生活習慣病モデル動物(SHR.Cg-Leprcp/NDmcrats)においでも発現していることを見いだした。そこで次に、SHRにおけるアデクシン受容体の変化の機序について、平滑筋弛緩反応を指標に詳細に検討した。その結果、(1)尾動脈、胸部大動脈、頸動脈において、アデノシン受容体刺激による弛緩反応はSHRで減弱していることを明らかにした。次いで、(2)SHRの腸間膜動脈におけるアデノシン受容体刺激による弛緩反応はWKYのそれと変わらないことから、アデノシン受容体の機能不全には部位差のあるごとを見いだした。さらに、(3)アデノシン受容体刺激による血管弛緩反応の減弱は、アデニル酸シクラーゼやPKAなど、cAMP軽路を含む細胞内シグナル伝達機構の機能低下ではないことを観察した。さらにアデノシン受容体と同じ細胞内シグナル経路をもつβ_2受容体の刺激による弛緩反応に変化が認められないことを明らかにした。以上の結果より、アデノシン受容体の機能不全は、平滑筋細胞におけるアデノシン受容体自体の機能低下によるものであることが示唆された。このような変化は神経終末部のアデノシン受容体にも関連していることが推察される。今後、この点を追求するとともに、虚血状態下での交感神経機能に対するアデノシン・ATP受容体の保護作用を、病態と関連させて解明する必要があると思われる。今年度は、神経伝達調節機構の変化と病態の関係を追求するとともに、虚血状態下でのアデノシン・ATP系の保護的役割について解明した。1.電気的神経刺激によるラット摘出尾動脈交感神経からのノルアドレナリン遊離をニコランジルが作用すること、この抑制作用はグリベンクラミドとトルブタミドによって拮抗され、平滑筋のKATPチャネル阻害薬のPNU-37883Aでは影響ないこと、さらにこのような作用はSHRやSHR.Cg-Leprcp/NDmcratsで著しく減弱していた事を明らかにし、交感神経に抑制性のKATPチャネルが存在すること、このKATPチャネルは平滑筋のKATPチャネルとは異なること、さらに上記病態動物においてこのような神経性KATPチャネル機能が低下していることを示唆した。2.ラット心房標本において、低酸素負荷はその心拍数および収縮力を有意に減弱させた。一方、アデノシン受容体拮抗薬の8-sulfophenyl theophylline(8SPT)前処理は、低酸素負荷による心拍数・収縮力の減少には影響しなかったが、酸素通気再開による収縮力の回復を有意に促進した。一般的に、低酸素環境下では組織からアデノシンが細胞外へ大量に放出されることが知られている。このアデノシンによる心収縮抑制作用が8SPTで拮抗されたため、酸素通気再開による収縮力の回復が8SPTで増強されたものと推察された。本研究より、高血圧や生活習慣病などの病態下では交感神経のKATPチャネルによる抑制性調節系機能も減弱していることが示された。またアデノシン・ATP系の調節機構は、酸素濃度が低酸素から正常レベルに戻る時期(虚血再潅流状態)に、心機能の回復に対して抑制的に影響していることが示された。これは過剰な機能回復の低減による組織保護に関連している可能性を示すもので、交感神経においても起こりうると考えられる。今後はこの点を解明するとともにアデノシン・ATP系とKATPチャネルの関係においても明らかにしていく必要がある。
NMRによるAPC-SAMPモチーフ・DDEF1-SH3モチーフ複合体の構造解析

APC-SAMPモチーフの詳細な役割は未知な点が多いが、DDEF1-SH3ドメインとAxinのRGSドメインと相互作用することはわかっている。これらのドメイン間には構造的類似性がなく、SAMPモチーフがいかにして2つの異なるドメインに認識されるのか不明であった。また、SAMPモチーフには、SH3ドメインの認識配列であるPxxPモチーフに相当する配列が含まれておらず、SAMPモチーフとDDEF1-SH3ドメインとの相互作用の構造的基盤解明は非常に意義深い。決定されたDDEF1-SH3ドメイン-APC-SAMPモチーフ複合体の構造から、SAMPモチーフは、SH3ドメインと相互作用する際に、polyproline type IIヘリソクスを形成することが明らかとなった。この構造は、PxxPモチーフがSH3ドメイン上で取るものと同一である。他のSH3ドメインとリガンドの構造と比較すると、SH3ドメインとの相互作用には、PxxPにある二つのプロリン残基は必須ではなく、プロリン残基一つでも十分に相互作用する可能性があることが示唆された。NMRを用いた複合体のダイナミクス解析の結果と合わせると、SAMPモチーフのうち、SH3ドメインとAxinとの相互作用に関わる残基は異なり、それにより、二つの複合体中でのSAMPモチーフの構造も大きく異なっていることが明らかとなった。DDEF1-SH3ドメイン/APC-SAMPモチーフ複合体の立体構造を、溶液NMRを用いて決定した。腫瘍抑制因子APCには、多くの大腸癌組織で変異が見られ、SAMPモチーフと呼ばれる特徴的なアミノ酸配列がその腫瘍抑制能に不可欠である。これまでにAPC-SAMPモチーフがDDEF1のSH3ドメイン、及びAxinのRGSドメインと相互作用することはわかっているが、腫瘍抑制における役割は、明らかになっていない。更に、これらのドメイン間には構造的類似性がなく、SAMPモチーフがいかにして2つの異なるドメインに認識されるのか不明であった。また、DDEF1-SH3ドメインは、良く知られたSH3ドメイン結合配列であるPxxPモチーフとSAMPモチーフを同一の部位で認識することも既に確認されている。SH3ドメインは多くの蛋白質に存在するドメインであるが、PxxPモチーフ以外の配列を認識するものはほとんど知られておらず、異なる複数のアミノ酸配列と相互作用するSH3ドメインは非常に稀である。このように、SAMPモチーフとDDEF1-SH3ドメインは共に蛋白質立体構造の観点から、非常に特徴的であると言え、SAMPモチーフとDDEF1-SH3ドメインの分子間相互作用の構造的基盤から、APCの機能に関する知見を得ることが出来ると考えられる。決定されたDDEF1-SH3ドメイン/APC-SAMPモチーフ複合体の構造から、SAMPモチーフは、SH3ドメインと相互作用する際に、polyproline type IIヘリックスを形成することが明らかとなった。しかしながら、SAMPモチーフはPxxPモチーフに相当する配列を有していないにも拘らず同様の構造を形成するという点で興味深い結果である。
リアルタイムNMRイメージングによる時空間計測システムの開発

「リアルタイムNMRイ-ジングによる時空間計測システム」の開発にあたっては,(1)NMR画像信号の高速な発生・制御,(2)NMR信号からのリアルタイム画像再構成,(3)計測された画像データの表示・解析ソフトウェアの開発,の三つのサブテーマを設けて研究を行った.(1)に関しては、高速で強力な勾配磁場を発生できる勾配コイル付NMRプローブを導入し,Digital Signal Processor(DSP)を用いた高速(時間分解能:100ns)・汎用のNMRイメージング用パルスプログラマを開発した.その結果,二次元画像に対しては,32mm×32mmの画像視野において,最高80msの時間分解能を達成し,三次元画像に対しては,32mm×32mmの画像視野において,最高約10秒の時間分解能を達成することに成功した.これは,三次元画像において,これまでに報告されたものでは,最も高速なものである.(2)に関しては,二次元の画像に関して,PentiumもしくはPenti-umProプロッセッサを使用した高速のパーソナルコンピューター(Windows95)を用いることにより,特別なハードウェアを使用しなくとも,リアルタイム画像再構成システムの構築が可能であること(128×128画素の画像再構成・表示時間約50ms)を実証した.(3)に関しては,リアルタイム三次元計測を行う際には不可欠となる.三次元画像表示ソフトウェア(サーフェイスレンダリング法によるものとボリュームレンダリング法によるもの)をMicrosoft Windows95上で開発した.さらに,(1),(2),(3)の成果を用いて,世界でも初めての,リアルタイム三次元NMRイメージングシステムの構築を行った.「リアルタイムNMRイ-ジングによる時空間計測システム」の開発にあたっては,(1)NMR画像信号の高速な発生・制御,(2)NMR信号からのリアルタイム画像再構成,(3)計測された画像データの表示・解析ソフトウェアの開発,の三つのサブテーマを設けて研究を行った.(1)に関しては、高速で強力な勾配磁場を発生できる勾配コイル付NMRプローブを導入し,Digital Signal Processor(DSP)を用いた高速(時間分解能:100ns)・汎用のNMRイメージング用パルスプログラマを開発した.その結果,二次元画像に対しては,32mm×32mmの画像視野において,最高80msの時間分解能を達成し,三次元画像に対しては,32mm×32mmの画像視野において,最高約10秒の時間分解能を達成することに成功した.これは,三次元画像において,これまでに報告されたものでは,最も高速なものである.(2)に関しては,二次元の画像に関して,PentiumもしくはPenti-umProプロッセッサを使用した高速のパーソナルコンピューター(Windows95)を用いることにより,特別なハードウェアを使用しなくとも,リアルタイム画像再構成システムの構築が可能であること(128×128画素の画像再構成・表示時間約50ms)を実証した.(3)に関しては,リアルタイム三次元計測を行う際には不可欠となる.三次元画像表示ソフトウェア(サーフェイスレンダリング法によるものとボリュームレンダリング法によるもの)をMicrosoft Windows95上で開発した.さらに,(1),(2),(3)の成果を用いて,世界でも初めての,リアルタイム三次元NMRイメージングシステムの構築を行った.「リアルタイムNMRイメージングによる時空間計測システム」の開発にあたっては,(1)NMR画像信号の高速な発生・制御,(2)NMR信号からのリアルタイム画像再構成,(3)NMR画像における計測精度の検証,の3つのサブテーマを設け,研究を行った.(1)に関しては,Digital Signal Processor(DSP)を用いた高速(1μs分解能)・汎用のNMRイメージング用パルスプログラマの設計を行い,高速で強力な勾配磁場を発生できる勾配コイル付高周波プローブを導入した.そして,パルスプログラマの製作とプローブの性能評価は,次年度の課題とした.(2)に関しては,二次元の画像に関して,Pentiumプロセッサを使用した高速のパーソナルコンピュータを用いることにより,リアルタイム画像再構成システムを構築することができることを実証し,その検証実験と論文発表を行った.(3)に関しては,本システムの性能を評価する系として理想的なものである「静止流体中を沈降する球体粒子」の運動を,計算機シミュレーションと基礎実験によって研究した.その結果,計測時間内の球体の運動は,球体位置のぼけではなく,球体の形状の変形を発生するのみであるので,球体位置の計測精度には影響を与えないということが判明した.さらに,本システムにおいて,リアルタイム三次元計測を行う際には不可欠となる,三次元画像表示ソフトウェアを,一般的な計算機で動作させることを目標として,Microsoft Windows95上で開発し,その有効性を確認した.「リアルタイムNMRイメージソングによる時空空間計測システム」の開発にあたっては、(1)NMR画像信号の高速な発生・制御、(2)NMR信号からのリアルタイム画像再構成、(3)計測された画像データの表示・解析ソフトウェアの開発、の3つのサブテーマを設けて研究を行った。(1)に関しては、高速で強力な勾配磁場を発生できる勾配コイル付プローブを導入し、Digital Signal Processor(DSP)を用いた高速(100ns分解能)・汎用のNMRイメージング用パルスプログラマを開発した。その結果、二次元画像に対しては、32mm×32mmの画像視野において、最高80msの時間分解能を達成し、三次元画像に対しては、32mm×32mm×32mmの画像視野において、最高約10秒の時間分解能を達成することに成功した。これは、三次元画像においてこれまでに報告されたものでは、最も高速なものである。

(2)に関しては、二次元の画像に関して、PentiumもしくはpentiumProプロセッサを使用した高速のパーソナルコンピュータを用いることにより、特別なハードウェアを使用しなくとも、リアルタイム画像再構成システムの構築が可能であること(128×128画素の画像再構成・表示時間約50ms)を実証した。(3)に関しては、リアルタイム三次元計測を行う際には不可欠となる、三次元画像表示ソフトウェア(サーフェイスレンダリング法によるものとボリュームレンダリング法によるもの)をMicrosoft Windows95上で開発した。さらに、(1)、(2)、(3)の成果を用いて、世界でも初めての、リアルタイム三次元NMRイメージングシステムの構成を行った。
角膜移植用羊膜の信頼性確保と生体薄膜材料の機械的特性評価手法の確立

胎児を包む羊膜は,再生医療における細胞培養の基質として使用されるなど,その有用性は医療の様々な分野で注目されている.しかしながら,生体薄膜材料の機械的特性評価手法が確立されていないこともあり,その機械的特性は十分には明らかになっていない.そこで,本研究では,羊膜を対象にして,生体薄膜材料の機械的特性評価手法を確立し,その手法を用いて羊膜の機械的特性を明らかにした.胎児を包む羊膜は,再生医療における細胞培養の基質として使用されるなど,その有用性は医療の様々な分野で注目されている.しかしながら,生体薄膜材料の機械的特性評価手法が確立されていないこともあり,その機械的特性は十分には明らかになっていない.そこで,本研究では,羊膜を対象にして,生体薄膜材料の機械的特性評価手法を確立し,その手法を用いて羊膜の機械的特性を明らかにした.胎児を包む羊膜は3層の構造を持つ膜であり,羊膜には血管成分がないために拒絶反応が起こりにくいとされている.そのため,羊膜は再生医療における細胞培養の基質として使用されるなど,その有用性は医療の様々な分野で注目されている.羊膜は-80°Cの無菌状態で凍結保存されるが,この工程では羊膜の完全な無菌状態を保証することはできない.現在,羊膜を滅菌処理した凍結乾燥羊膜が開発されているが,生体由来の材料である限り,細菌の存在の危険性を完全に排除することはできない.また,羊膜の主成分であるコラーゲン線維を用いて,工業的に作られたコラーゲンシートも開発されているが,コラーゲンシートは羊膜に比べて剛性が高いために,細胞培養の基質には適していない.そのため,羊膜のように剛性が低く強度の高い材料の開発が待たれているが,現在のところ,羊膜自体の機械的特性も十分には明らかになっておらず,生体薄膜材料の機械的特性評価手法も確立されていないのが現状である.そこで,本研究では,生体薄膜材料の機械的特性評価に適した試験片の形状や試験片採取方法,さらには試験片チャッキング方法を提案し,角膜移植用羊膜を取り上げその機械的特性を明らかにすることを目的として研究を実施した.試験片形状としては,帯状とダンベル状の2種類を用い,試験機への取り付け方法としては,挟み冶具とピン冶具の2種類を用いて引張試験を行い,これらの試験条件が,引張特性に及ぼす影響を検討し,羊膜の引張試験に適した手法を提案した.本年度までに,羊膜の引張試験には,試験片形状としては,ダンベル形状が適していること,チャックの冶具には挟み冶具が適していることが明らかとなり,上記手法により求めた羊膜の引張強度は6.80±0.22MPaと求まった.母体内で胎児を包んでいる羊膜は,再生医療における細胞培養の基質として使用されるなど,その有用性は医療の様々な分野で注目されている.羊膜を利用するときには,滅菌処理を行うが,生体由来の材料である限り,細菌の存在の危険性を完全に排除することはできない.また,羊膜の主成分であるコラーゲン線維を用いて,工業的に作られたコラーゲンシートも開発されているが,羊膜に比べて剛性が高いために,細胞培養の基質には適していない.そのため,羊膜のように剛性が低く強度の高い材料の開発が待たれているが,現在のところ,羊膜自体の機械的特性も十分には明らかになっておらず,生体薄膜材料の機械的特性評価手法も確立されていないのが現状である.そこで,本研究では,羊膜を対象にして,生体薄膜材料の機械的特性評価手法を確立することを目的とした.具体的には,試験片形状,試験片チャッキング方法,ひずみ測定方法を検討し,確立した手法を用いて羊膜の機械的特性評価を実施した.羊膜の引張試験には,ダンベル状試験片を用いて,タブに接着剤とカーボンテープを用いて固定する方法が適しており,チャッキングには,挟み冶具を用いることが望ましいことが明らかになった.また,画像相関法を用いた非接触ひずみ測定に必要な試験片へのまだら模様塗布方法としては,羊膜の特性に影響を及ぼさない炭酸カルシウムとインクを混ぜた塗料が適していることを明らかにした.さらに,確立した機械的特性評価手法を用いて羊膜の引張試験を実施したところ,羊膜は非線形粘弾性特性を持つ材料であり,透明度の高い羊膜の引張強度は5.55±2.41MPa,破断ひずみは22.3±3.95%,透明度に劣る羊膜の引張強度は5.03±1.54MPa,破断ひずみは19.2±5.11%と求まり,両者の強度に有意差は見られないことが明らかになった.