hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メチオニン生合成の個体統御と種子への蓄積制御の包括的解明

すでに,このフィードバック機構の一つとして,CGSをコードするCGS1遺伝子の発現段階で,メチオニンの代謝産物であるS-アデノシルメチオニン(SAM)に応答した翻訳停止とCGS1 mRNA分解による発現抑制を見出しているが,タンパク質レベルのフィードバックの可能性は否定されない。CGS1遺伝子は核にコードされるが,葉緑体に移行して機能する。したがって,葉緑体への移行段階と,葉緑体移行後のCGSタンパク質の安定性による,2つの段階でのフィードバック制御の可能性が考えられる。そこで,まず,メチオニン投与による細胞レベルでのCGSタンパク質の蓄積制御を解析した。用いる植物材料,栽培条件,およびタンパク質の抽出条件により,非特異的と思われるCGSタンパク質の分解が見られたため,これらの条件検討を進めた。その結果,さらに検討する必要はあるものの,メチオニン投与によってCGSタンパク質の蓄積が減少することが見出された。メチオニンの毒性アナログ化合物であるエチオニンに体制を示すミヤコグサ変異株候補株の解析から,次世代で遊離メチオニンの蓄積が野生型株と同程度になっているものがあった。エチオニンは,調べられた限り全てのメチオニンを基質とする酵素において,メチオニンと間違えて使われると考えられているので,エチオニン処理によってメチオニンの生合成が誘導される可能性が考えられた。ミヤコグサのライフサイクル時間を考慮し,エチオニン耐性変異株候補株をなるべく多く単離することとし,栽培スペースを拡大して,候補株の単離を進めた。ウキクサを用いて1980年代に行われた生理・生化学的研究により,CGS酵素が触媒する段階は,メチオニン生合成の主要なフィードバック段階であることが明らかにされているが,その制御機構は未知であった。S-アデノシルメチオニンに応答した翻訳停止とCGS1 mRNA分解によるCGS1遺伝子の発現制御は,このフィードバック制御機構の分子実体として重要であるが,個体レベルでのメチオニン蓄積を統御するメカニズムを明らかにする上で,CGSタンパク質レベルでのフィードバック制御は重要であると考えられる。昨年度の研究で,その存在を示唆する結果,少なくとも,その解析を進める手立てを得ることができたのは,重要な進展であると考えられる。植物においてメチオニン生合成の鍵段階を触媒するシスタチオニンγ-シンターゼ(CGS)は,アロステリック酵素ではなく,遺伝子発現の段階でフィードバック制御される。すでに,CGSをコードするCGS1遺伝子の発現が,メチオニンの代謝産物であるS-アデノシルメチオニンに応答した特異的な翻訳停止と,これと共役したCGS1 mRNA分解による発現抑制によるフィードバック制御機構を報告している。しかしながら,もし,合成されたCGSタンパク質の安定性が高ければ,翻訳停止とmRNA分解による制御は重要ではないということが考えられる。CGSタンパク質の分解がもともと早く,不安定であれば,翻訳停止とmRNA分解による制御が意味を持つが,生物学的には効率が悪い。そこで,葉緑体移行後のCGSタンパク質の分解によるフィードバック制御の可能性を考えた。
成長軟骨cDNA発現ライブラリを用いた新規軟骨細胞分化調節遺伝子の同定と機能解析

本研究では成長軟骨cDNA発現ライブラリを用いた軟骨細胞分化調節因子の同定に取り組んでいる。3週齢C57BL6/Jマウス肋軟骨より抽出したmRNAを逆転写することにより得た成長軟骨cDNA発現ライブラリを作製し、軟骨前駆細胞株ATDC5に導入して分化調節能を評価する実験を進行中である。加えて、東京大学医科学研究所北村俊雄教授の協力を得て、分泌蛋白質のスクリーニングとして極めて有効な手法であるSST-REX法(Signal Sequence Trap based on Retroviral Expression)を応用し、軟骨細胞の分化にあずかる分泌蛋白因子の網羅的な同定を同時に試みている。軟骨細胞分化をつかさどるシステムとして何らかのParacrineもしくはAutocrineシグナルの存在が予想されたためであるが、SST-REX法は、そのような分泌型蛋白質のスクリーニング法として極めて有効な手法である。マウス肋軟骨骨端成長軟骨から作成したレトロウイルスライブラリを用い、本方法によって前もって予想された細胞外軟骨基質を構成するprocollagen type II alpha 1 chainおよびprocollagen typeI alpha 2 chainをPCR法にて検出・除外した後、325クローンをシークエンシング・相同検索し、約60種の分泌型蛋白の発現を同定した。このうち、Insulin-like Growth Factor Binding Protein 5(IGFBP5)およびDentin Matrix Protein 1(Dmp1)の発現を、3週齢マウス骨端軟骨を用いた免疫組織染色法および軟骨細胞の各分化段階にあるATDC5細胞より抽出したRNAを用いたRT-PCR法によって詳細に検討したところ、IGFBP5は増殖軟骨細胞特異的に、またDmp1は肥大軟骨細胞特異的に発現していることを突き止めた(論文執筆中)。今後、ATDC5を用いて、これらの分子のRNAi法によるノックダウンや蛋白成分としての培地への添加・および遺伝子導入による過剰発現によって、軟骨細胞分化調節にあずかる機能解析へと進む予定である。3週齢C57BL6/Jマウス肋軟骨より抽出したmRNAを逆転写することにより得た成長軟骨cDNA発現ライブラリをすでに作製し、軟骨前駆細胞株ATDC5に導入して分化調節能を評価する実験を進行中である。また、本研究の計画は2年を要する長期的なものであり、研究遂行には時間がかかることも予想されたため、本研究の一環として東京大学医科学研究所北村俊雄教授の協力を得て、分泌蛋白質のスクリーニングとして極めて有効な手法であるSST-REX法(Signal Sequence Trap based on Retroviral Expression)を応用し、軟骨細胞の分化にあずかる分泌蛋白因子の網羅的な同定も同時に試みている。SST-REX法は、レトロウイルスライブラリによって導入されたcDNAのN末端シグナル配列の有無を、IL-3非存在下でのBaF3細胞の増殖という極めてシンプルなアッセイ系によって評価できる、分泌型蛋白質のスクリーニングとして強力で有効な手法である。この方法を取り入れた理由は、成長軟骨はそれを形成する軟骨細胞がそれぞれ分化しているものの、ほぼ単一の細胞群からなる組織であり、また細胞外基質に富むため周囲組織や細胞からの信号を受け取っているとは考えにくく、したがって細胞分化をつかさどるシステムとして何らかのParacrineもしくはAutochneシグナルの存在が予想されたためである。本方法により得られた75クローンのうち、25クローンは前もって予想された細胞外軟骨基質を構成するprocollagen type II alpha1 chainであった。これはこのスクリーニング系が機能していることも示している。II型コラーゲン以外にも、Limitrin、Adipoq、Asp3、Mxra8、Spp1、XV型コラーゲンといった分子群が成長軟骨より分泌蛋白として生成されていることを突き止めた。今後、In vivoでの発現解析および軟骨前駆細胞株ATDC5を用いた機能解析に進む予定である。このうち、Insulin-like Growth Factor Binding Protein 5(IGFBP5)およびDentin Matrix Protein 1(Dmp1)の発現を、3週齢マウス骨端軟骨を用いた免疫組織染色法および軟骨細胞の各分化段階にあるATDC

5細胞より抽出したRNAを用いたRT-PCR法によって詳細に検討したところ、IGFBP5は増殖軟骨細胞特異的に、またDmp1は肥大軟骨細胞特異的に発現していることを突き止めた(論文執筆中)。今後、ATDC5を用いて、これらの分子のRNAi法によるノックダウンや蛋白成分としての培地への添加・および遺伝子導入による過剰発現によって、軟骨細胞分化調節にあずかる機能解析へと進む予定である。
仮想化技術を用いたエンタテインメント型プログラミング学習支援システムの研究

平成30年度は、「仮想化技術を用いたエンタテインメント型プログラミング学習支援システムの研究」に関する研究の最終年度として、次の2点に関する研究を実施した。(1)プログラミング能力と問題解決能力の向上のための教育方法に関する研究平成30年度は、これまで開発した問題解決型プログラミング学習支援システム(PPL:Problem-Based Programming Learning System)の問題自動生成機能の拡張やユーザインタフェースなどの品質向上を実施すると共に、プログラミング学習者の対象範囲を拡大するために、演習課題を料理などの身近な社会活動に関わる内容に広げ、本研究の学習効果を評価した。学習者の対象範囲を拡大に関しては、小学校でのプログラミング教育に着目し、「一つ一つの動きに対応した記号をどのように組み合わせたらいいのか、記号の組合せをどのように改善していけばより意図した活動に近づくのか」という能力を伸ばすプログラミング的思考型の学習法を提案した。そして、プログラミング的思考型学習を支援するプログラミング的思考型学習支援システム(PTL:Programming Thinking based Learning support system)の開発を進めた。また、問題解決するためのスキルを訓練するためのツールとして、システム設計技術に基づく実用的な問題解決のための教育フレームワークと動画教材に関するフレームワークの適用を提案した。(2)プログラミング到達能力と教材を関連付ける教育コンテンツ仮想化機能に関する研究教育コンテンツ仮想化機能の精度を向上するため、平成30年度は、偽答生成処理の精度向上を実施した。次に、同じ学習素材から学習者の理解度に適合する難易度の問題文と設問文を生成する演習問題生成機能を開発した。本研究の目的は、自発的、意欲的にプログラミングを学習したくなるような機能や学習環境を提供するプログラミング学習支援システムを開発することである。このため、到達目標を達成するために必要な学習法や教育コンテンツを検討し、学習者の学習状況を管理して理解状況に応じた学習サポートを実現すると共に、多種の情報端末から利用可能な学習支援システムを開発する。平成27年度は、「プログラミング能力と問題解決能力の向上のための教育方法」、「プログラミング到達能力と教材を関連付ける教育コンテンツ仮想化機能」、「学習環境に合わせて情報端末を選択できるディスクトップ仮想化機能」に関する開発を進めた。「プログラミング能力と問題解決能力の向上のための教育方法」に関しては、与えられた問題に対して問題の理解、問題の分析、解決策の詳細化、解決策の立案の順に、問題の解決策を具体化し、解決策を立案することで、問題解決能力を身に付けることを目的とする学習支援システムの試作版を開発し、その学習効果を評価した。また、解決策をフローチャートで表現するために、プログラムの流れとデータの変化を表現するProblem Break-downチャートを検討し、学習支援システムに実装した。「プログラミング到達能力と教材を関連付ける教育コンテンツ仮想化機能」に関しては、学習者の到達レベルに応じて問題文や設問文を生成する演習問題生成機能について検討した。「学習環境に合わせて情報端末を選択できるディスクトップ仮想化機能」に関しては、プログラミング等の演習に、クラウドベースの教育インフラを適用した。クラウドベースの教育インフラでは、全く同一の情報技術演習実行環境を学生が必要とするタイミングでデプロイ可能とした。また、情報通信技術に関する学習用テキストと共にその演習環境がWebを介して提供可能となる対話型学習システムを提案した。「プログラミング能力と問題解決能力の向上のための教育方法」に関する研究、及びプログラミング学習支援システムの試作版の開発と評価に関しては順調に進んでいるが、学習者の到達度に合った問題と設問の自動生成やそのための教育コンテンツ仮想化についての研究が遅れている。平成28年度は、前年度の研究結果を踏まえて、教育コンテンツ仮想化機能や教育コンテンツ構成機能の開発、システムの機能強化、実用システムの開発・運用・評価を実施していくと共に、研究成果の発表などを実施した。平成28年度における主な研究実績は以下の通りである。(1)プログラミング能力と問題解決能力の向上のための教育方法に関する研究課題分析、プログラム設計書作成、プログラム作成などのソフトウェア工学の設計手法のプログラミング学習への適応が、与えられた演習問題を分析し、段階的に詳細化してプログラミング作成を行うプログラミング学習に効果をもたらすかについて研究した。本学習法を適用した学生と適用しない学生の問題分析能力を評価した結果からは、顕著な差は見られなかったが、アンケート結果からは、演習問題を分析し、プログラミング作成に至るまでの学習過程を理解すると共に、問題の詳細化の必要性や詳細化手法を認識することに関して効果があることを確認できた。(2)プログラミング到達能力と教材を関連付ける教育コンテンツ仮想化機能に関する研究学習者の能力や趣向に合わせてプログラミング演習課題を自動化する教育コンテンツ仮想化機能として、問題中にある択一の設問の作成において、正答のキーワードを元にして偽答を自動生成する機能の開発を実施した。本機能は、単語をベクトル表現化するWord2Vecを用いて、正解との類似性が高い言葉を抽出して偽答を生成する。偽答の精度についての改善は必要であるが、実現性については確認できた。(1)「プログラミング能力と問題解決能力の向上のための教育方法に関する研究」については予定通り進んでいるが、(2)「プログラミング到達能力と教材を関連付ける教育コンテンツ仮想化機能に関する研究」については、偽答生成機能の開発が進んだ段階であり、設問全体の自動生成や問題文・設問文やプログラミングの難易度調整についての研究が不十分である。これらの研究を推進して、教育コンテンツ仮想化機能を実現していく必要がある。平成29年度は、教育コンテンツ仮想化機能を実装するための主要な機能である学習者の学習レベル(理解度)に応じた演習問題(学習コンテンツ)自動生成機能と学習成果や進捗状況をリアルタイムに評価できる進捗状況確認機能の開発を行った。

(1)学習者の学習レベル(理解度)に応じた演習問題(学習コンテンツ)自動生成機能学習者の能力や趣向に合わせてプログラミング演習課題を自動生成する演習問題自動生成機能の主要な処理には、演習問題を生成するひな型から問題文と設問文を学習レベルに応じて自動生成する問題設問文生成処理と設問文で解答欄に用いる偽答を自動生成する偽答生成機能がある。これらの機能を開発し、システム設計関連の講義を受けていない1年生とシステム設計関連の講義を受けている2,3年生に分けて、問題解決型学習機能に関する評価と問題の学習レベルの変化について評価した。この結果、1年生、2,3年生の両学生において、「システムを利用することで、与えられた問題を詳細化していく能力が高まると思いますか?」というアンケートでは良い評価結果が得られ、与えられた問題を段階的に詳細化して問題を解決する問題解決型学習の流れの理解に対する効果はあると考える。また、「演習問題の難易度は3段階(高・中・低)に変化したと思いますか?」というアンケートにおいても良い評価が得られており、演習問題(学習コンテンツ)自動生成機能の開発は、試作段階ではあるが出来ていると考える。(2)進捗状況確認機能授業中や授業外における学習者の学習進捗状況をリアルタイムに集計して進捗度や問題点を把握することで、学習者の理解状況に応じたサポートが実現できる学習機能について研究を進めた。学習履歴管理機能については、ほぼ予定通りであるが、見栄えなど、インタフェースの改善が必要と考えられる。(1)演習問題自動生成機能に関するアンケートにおいて、「演習問題の難易度に応じて偽答の難易度も変化したか」というアンケートに関しては、「どちらともいえない」という評価が多かったことから、偽答生成機能については、正解と偽答の関係性などに関する改善の必要があると考えられる。(2)学習履歴管理機能については、見栄えや操作性などのユーザインタフェースに関するアンケート結果が良くなく、改善が必要と考えられる。平成30年度は、「仮想化技術を用いたエンタテインメント型プログラミング学習支援システムの研究」に関する研究の最終年度として、次の2点に関する研究を実施した。(1)プログラミング能力と問題解決能力の向上のための教育方法に関する研究
抗アポトーシス遺伝子MCL-1の白血病幹細胞化における役割

抗アポトーシス蛋白BCL-2ファミリーの1つであるMCL-1は造血系に特異的に機能し,MCL-1が造血幹細胞の生存維持に重要な役割を担っている.我々はMCL-1の急性骨髄性白血病(AML)発症に関する役割について検討した.AML幹細胞分画でMCL-1が高発現しており,AML幹細胞の生存を保証していると考えられた.さらにMCL-1の発現を制御する伝達経路が破綻するFLT3遺伝子変異を,AML幹細胞が獲得すると,正常のFLT3シグナルと異なったSTAT5を介した活性化経路を通して,MCL-1発現を刺激し,より細胞生存を強化させることが示された.この経路を直接標的とすることでFLT3-ITD AML幹細胞の根絶に有効であることが示された.MCL-1が正常および白血病幹細胞を制御する分子メカニズムを詳細に解析することで,MCL-1を標的とした新たな治療法の開発に繋げることが可能である.抗アポトーシス蛋白BCL-2ファミリーの1つであるMCL-1は造血系に特異的に機能し,MCL-1が造血幹細胞の生存維持に重要な役割を担っている.我々はMCL-1の急性骨髄性白血病(AML)発症に関する役割について検討した.AML幹細胞分画でMCL-1が高発現しており,AML幹細胞の生存を保証していると考えられた.さらにMCL-1の発現を制御する伝達経路が破綻するFLT3遺伝子変異を,AML幹細胞が獲得すると,正常のFLT3シグナルと異なったSTAT5を介した活性化経路を通して,MCL-1発現を刺激し,より細胞生存を強化させることが示された.この経路を直接標的とすることでFLT3-ITD AML幹細胞の根絶に有効であることが示された.MCL-1が正常および白血病幹細胞を制御する分子メカニズムを詳細に解析することで,MCL-1を標的とした新たな治療法の開発に繋げることが可能である.造血の恒常性は、各分化過程で複雑に入り組んだ分化プログラムによって細胞の生死が厳密にコントロールされることで、維持されている。近年、抗アポトーシス蛋白MCL-1は造血系に特異的に作用し、MCL-1が造血幹細胞の生存維持に重要な役割を担うことが明らかにされた。我々はMCL-1の急性骨髄性白血病(AML)発症に関する役割について検討している。AML検体において白血病幹細胞が濃縮されているCD34^+CD38^-分画と、白血病芽球であるCD34^+CD38^+分画をソートし、MCL-1の発現量を検討した。AML芽球ではMCL-1発現量は高値を示したが、より未熟なCD34^+CD38^-AML幹細胞でさらにMCL-1は有意に上昇していた。正常造血においてMCL-1の発現制御はFLT3シグナルを介して行われている。AMLの予後不良因子にFLT3のinternal tandem duplication(ITD)異常があり、FLT3/ITD異常により恒常的にFLT3シグナルが活性化されることがAMLの発症原因と考えられている。FLT3/ITD変異AML症例でMCL-1の発現を検討したところ、FLT3/ITD陰性AMLと比較して有意にMCL-1の高発現を認めた。さらにFLT3/ITD変異AMLにおけるCD34^+CD38^-AML幹細胞ではCD34^+CD38^+AML芽球と比較して、MCL-1の発現量は有意に上昇していた。FLT3/ITD変異による恒常的FLT3シグナルがMCL-1の高発現を誘導し、これがFLT3/ITD変異AMLの白血病幹細胞の生存維持の強化など、白血病発症に深く関与している可能性を示している。さらにマイクロアレイを用いた網羅的遺伝子プロファイリングにより白血病化に関連する遺伝子の探索を行い、MCL-1との相互関連を検討し、白血病幹細胞が使用している増殖および分化抑制メカニズムを解明する。抗アポトーシス蛋白MCL-1は造血系に特異的に作用し、MCL-1が造血幹細胞の生存維持に重要な役割を担うことが知られている。AML芽球ではMCL-1発現量は高値を示したが、より未熟なCD34^+CD38^-AML肌幹細胞でさらにMCL-1は有意に上昇していた。正常造血においてMCL-1の発現はFLT3シグナルを介して制御されている。AMLの予後不良因子にFLT3のinternal tandem duplication(ITD)異常があり、FLT3/ITD異常により恒常的にFLT3シグナルが活性化されることがAMLの発症原因と考えられる。FLT3/ITD変異による恒常的FLT3シグナルがMCL-1の高発現を誘導し、これがFLT3/ITD変異艦の白血病幹細胞の生存維持の強化など、白血病発症に深く関与している可能性を示している。

さらに、純化した造血幹細胞にFlt3-ITD異常を遺伝子導入したところ、Mcl-1の上昇を認めた。またFlt3-ITD変異AML細胞株をFlt3シグナル阻害剤PKC-412にて処理すると、用量依存的にMcl-1の発現量が低下し、アポトーシス死に導くことを示した。さらに、Mcl-1の発現を抑制するsiRNAをFlt3-ITD変異AML細胞株に遺伝子導入したところ、Mcl-1の発現低下に伴い、アポトーシス死に導かれた。また、Flt3-ITDの下流シグナルSTAT5に対するsiRNAを遺伝子導入したところ、Mcl-1の発現量は低下した。以上の結果は、FLT3-ITD変異AMLの白血病幹細胞化にはMcl-1が深く関与しており、さらにMcl-1およびSTAT5を標的とした白血病治療の可能性が示唆される。抗アポトーシス蛋白bcl-2ファミリーに属するMCL-1は造血系に特異的に機能し、造血幹細胞の生存維持に重要な役割を担っている。我々はMCL-1の急性骨髄性白血病(AML)発症に関する役割について解析した。MCL-1は正常造血細胞より白血病細胞に高発現しており、さらに未熟な白血病幹細胞分画(CD34^+CD38^-細胞)でその発現量は最も高く、AML幹細胞の生存維持に重要であることが示された。正常造血ではMCL-1の発現調節はFLT3シグナルを介して制御される。AML予後不良因子の1つに、FLT3のinternal tandem duplication(ITD)異常があり、このFLT3/ITDにより恒常的なFLT3シグナル活性化が誘導され、AMLの発症原因と考えられる。FLT3/ITD変異AML症例では、FLT3遺伝子正常のAMLと比較してMCL-1の発現量は有意に上昇していた。即ち、FLT3/ITD変異による恒常的FLT3シグナル活性化がMCL-1の高発現を誘導し、これが白血病幹細胞の生存維持の強化など白血病発症に関与する可能性を示している。FLT3/ITD変異AML細胞株をFLT3阻害剤で処理すると容量依存的にMCL-1発現量が低下し、細胞株はアポトーシスに導かれた。さらにMCL-1 shRNAを細胞株に導入しMCL-1発現量を低下させても、この細胞株はアポトーシス死した。一方、MCL-1を細胞株に過剰発現させた後にFLT3阻害剤を作用させると、アポトーシスに導かれる細胞数は有意に減少した。次に純化した造血幹細胞に、FLT3/ITD変異およびSTAT5結合部位を欠如したFLT3/ITDを遺伝子導入し、MCL-1発現量を比較検討した。FLT3/ITDでは空ベクターや正常FLT3と比較して約9倍のMCL-1発現を誘導した。一方、STAT5結合部位を欠如したFLT3/ITDでは、MCL-1を誘導できず、MCL-1発現にはSTAT5の関与が重要であることが示された。FLT3/ITD細胞株にsTAT5 siRNAを遺伝子導入すると、Mcl-1の発現量は低下した。以上よりFLT3/ITD変異AMLの白血病機構として、FLT3の恒常的活性化経路が正常とは異なるSTAT5経路を介してMCL-1高発現を誘導することで白血病発症に深く関与することが明らかになり、MCL-1およびSTAT5を標的とした白血病治療の可能性が示唆された。
外部PIXE分析法による大型試料の迅速定量分析法の開発

本研究はボーリングコアなどの大型試料上の微小領域について連続的にExternal PIXE法で迅速定量分析を行えるシステムを開発することで、以下を目標とした。(1)筑波大の大型加速器による厚板試料のPIXE分析の実用化テストと、定量分析を行うための条件設定。(2)大型試料などを連続分析するための梯子型試料ホールダー付き試料架台の製作と、試料を再現性よく移動させるための試料位置の調整装置。(3)プロトン線の外部への取り出しのためのハーバーフォイルによる真空保持部付きの特殊コリメータの開発と、プロトン線の取り出し。(4)重・軽元素測定用の2種類のSi検出器の設定。またプロトンビーム照射位置を観察するためのCCDカメラ付き顕微鏡観察装置の設置。(5)Externalプロトン線によるPIXEのテスト。(6)外部PIXEの測定アルゴリズムとデータ解析プログラム及び測定用電子機器の開発。(7)標準試料を試料台に設置してテスト実験と、分析精度と検出限度の検査。(8)迅速測定の可能性を実際のボーリングコア岩石試料によりテスト実験を行い、各元素の分析精度と検出限度の研究。現在の所、(1)研究は筑波大学加速器センターの一般用PIXE-lineで厚板試料用をについての定量分析実用化テストを行い、問題点の解明に成功した。(2)試料架台は目標とする大型架台までは達成できず、20cm長の試料の連続分析がテスト中である。(3)真空保持部付きの特殊コリメータの開発は完成し、プロトン線に大気中取り出しに成功。(4)重元素測定用のSi検出器によるテストを実行中、試料位置は顕微CCDで確認。(5)テスト中であるが、ビーム強度測定に問題がある。(6)解析プログラムを作成中であるが、外国から基本プログラムを導入することも考慮中。(7)実験中。(8)ボーリングコアによるテストを準備中。なお、軽元素を測定するためには、He-gasなどをX線経路に満たす必要があるが、Heが検出器内へも浸透して検出器を破壊するため、新たな問題が派生した。(7)実験中。
軽量宇宙機用極低温複合材タンクのためのリークバリア層の開発と極低温試験実証

本研究では、樹脂割れに強く薄い複合材層を活用したリークバリア層を解析的に求め、リークバリア層を含んだ複合材料試験片の極低温負荷試験/漏えい試験による実証を行い、本研究成果を極低温推進剤タンクの複合材料化に活用できることを示す。昨年度は樹脂割れが発生しにくく、耐漏えい性が高いリークバリア層の特徴を有限要素法を用いて計算した。また、材料定数取得用試験片とリークバリア層を含んだ積層板試験片の設計・製作を行った。本年度は、複合材料の材料定数の温度依存性を取得し、それらの材料定数と隣接層の樹脂割れも考慮したリークバリア層の損傷解析を行い、薄層を用いたリークバリア層の効果を数値解析的に確認した。また、薄層を用いたリークバリア層の対漏洩特性を常温において実証した。材料特性取得用複合材料試験片を用いて、各温度での一方向複合材料の0度方向と90度方向の熱膨張率と弾性率を測定し、測定した材料定数を数値解析モデルに適用した。損傷解析モデルにおいては、通常層厚部にまず亀裂が発生するが、層厚が薄いリークバリア層で高い荷重まで亀裂が発生しないため、漏洩の発生が起きにくいことを解析的にも確認した。解析においては、リークバリア層内の薄層に対して通常層厚の層の亀裂が及ぼす影響も考慮した。リークバリア層を含んだ十字型積層板試験片を用いて、繰り返し負荷による漏洩特性の取得を行った。比較のために、リークバリア層を含まない試験片を用いた漏洩特性の取得も行った。本年度は、常温における漏洩特性を測定し、その結果、リークバリア層がない積層板に比べ、リークバリア層を含む積層板は高い負荷が加わるまで漏洩が発生せず、発生した漏洩量も少ないことが実験的に実証された。漏洩が発生した試験片は、超音波探傷や断面観察により亀裂を確認したが、リークバリア層の亀裂を明瞭に確認はできなかった。本研究は、数値解析と実験からなっており、解析については計画通り進んでいる。実験に関しては、平成30年度製作予定であった漏洩特性取得用試験片を平成29年度に前倒しで製作し、平成29年度実施予定であった材料特性の温度依存性の取得を平成30年度実施した。実施タイミングが入れ替わったが、2年目までに実施する項目については、予定通り終了したため、当初計画通り平成31年度の計画を進める予定である。解析のおいては、積層板全体の損傷の影響も考慮した損傷解析法を用いて、リークバリア層の薄層数を減らすことができるかを計算し、より少ない層数で構成される効率的なリークバリア層について検討する。解析においては、極低温環境と二軸荷重も考慮した計算を行う。実験においては、リークバリア層の対漏洩特性実証を極低温環境に対しても実施する予定である。リークバリア層がある十字型積層板試験片とリークバリア層がない十字型積層板試験片に対して、極低温での繰り返し負荷とガス漏洩測定を行い、それぞれの漏洩特性を取得する。漏洩特性取得後の試験片を用いて、樹脂割れの分布等を取得し、隣接層の亀裂も考慮した損傷解析の有効性の検証も行う。本年度は樹脂割れが発生しにくく、耐漏えい性が高いリークバリア層の特徴を有限要素法を用いて計算した。また、基礎特性取得用試験片とリークバリア層を含んだ試験片の設計・製作を行った。計算においては層厚をパラメータとして数種のリークバリア層をまず設定し、熱膨張率も考慮してリークバリア層をモデル化を行った。リークバリア層の中でひとつの層でも樹脂割れが発生しなければ、漏えいが発生しないことを考慮し、評価を行った。樹脂割れによるリークバリア層内を貫通したリークパスの形成を極低温環境と二軸荷重が加わる場合について解析的に評価した。設定した複数のリークバリア層の解析結果を比較し、層が薄く、単軸荷重負荷でリークパスが形成されにくいことが分かった。また、極低温においては、リークパスが形成されやすくなるが、層が薄いことでリークバリア性能が極低温においても高くなることが確認できた。複合材料の繊維方向と繊維に直角方向の弾性率と熱収縮には大きな差があり、温度による変化も顕著であり、極低温損傷解析モデルを構築するための材料特性データが必要である。そのため、複合材料の基礎材料特性である一方向材の材料特性の温度依存性を測定するための試験片母材の製作を行った。また、リークバリア層の耐漏えい特性の確認のため、リークバリア層を含んだ積層板試験片の製作を行った。リークバリア層は層数などもパラメータとして設定し、実験では二軸負荷を加えることを考慮して十字型の試験片形状とした。これら試験片を用いた実験の実施は、平成30年度に実施予定である。実験に関しては、基礎的材料特性に用いる試験片の材料入手・製作に時間かかることがわかり、平成29年度に行う基礎材料特性の取得を平成30年度に実施することとし、平成30年度に行う二軸負荷可能な十字型試験片の製作を先行して平成29年度に行うこととした。試験片製作と実験のタイミングの入れ替えだけなので、最終年度である平成31年度の計画に影響がなく、進捗状況としては問題ない。

本研究では、樹脂割れに強く薄い複合材層を活用したリークバリア層を解析的に求め、リークバリア層を含んだ複合材料試験片の極低温負荷試験/漏えい試験による実証を行い、本研究成果を極低温推進剤タンクの複合材料化に活用できることを示す。昨年度は樹脂割れが発生しにくく、耐漏えい性が高いリークバリア層の特徴を有限要素法を用いて計算した。また、材料定数取得用試験片とリークバリア層を含んだ積層板試験片の設計・製作を行った。本年度は、複合材料の材料定数の温度依存性を取得し、それらの材料定数と隣接層の樹脂割れも考慮したリークバリア層の損傷解析を行い、薄層を用いたリークバリア層の効果を数値解析的に確認した。また、薄層を用いたリークバリア層の対漏洩特性を常温において実証した。材料特性取得用複合材料試験片を用いて、各温度での一方向複合材料の0度方向と90度方向の熱膨張率と弾性率を測定し、測定した材料定数を数値解析モデルに適用した。損傷解析モデルにおいては、通常層厚部にまず亀裂が発生するが、層厚が薄いリークバリア層で高い荷重まで亀裂が発生しないため、漏洩の発生が起きにくいことを解析的にも確認した。解析においては、リークバリア層内の薄層に対して通常層厚の層の亀裂が及ぼす影響も考慮した。リークバリア層を含んだ十字型積層板試験片を用いて、繰り返し負荷による漏洩特性の取得を行った。比較のために、リークバリア層を含まない試験片を用いた漏洩特性の取得も行った。本年度は、常温における漏洩特性を測定し、その結果、リークバリア層がない積層板に比べ、リークバリア層を含む積層板は高い負荷が加わるまで漏洩が発生せず、発生した漏洩量も少ないことが実験的に実証された。漏洩が発生した試験片は、超音波探傷や断面観察により亀裂を確認したが、リークバリア層の亀裂を明瞭に確認はできなかった。本研究は、数値解析と実験からなっており、解析については計画通り進んでいる。実験に関しては、平成30年度製作予定であった漏洩特性取得用試験片を平成29年度に前倒しで製作し、平成29年度実施予定であった材料特性の温度依存性の取得を平成30年度実施した。実施タイミングが入れ替わったが、2年目までに実施する項目については、予定通り終了したため、当初計画通り平成31年度の計画を進める予定である。解析においては、積層板全体の損傷の影響も含め、より効率的なリークバリア層の構成を計算する。計算には通常層厚の部分に発生する亀裂がリークバリア層に及ぼす影響も考慮して行う。リークバリア層は層数、積層構成、積層板中の位置(表面、中央など)をパラメータとして、リークバリア層を含んだ複数の積層板を設定し、極低温環境と二軸荷重を考慮した計算を行う。実験においては、複合材料の一方向材の基礎材料特性の温度依存性を測定、およびリークバリア層の耐漏えい特性の実証と樹脂割れデータの取得を行う。リークバリア層の耐漏えい特性の実証においては、極低温環境における二軸負荷を行い、極低温タンクの実環境を模擬した状況でのリークバリア層による複合材料の耐漏えい特性の向上も明らかにする。リークバリア層の実証試験において発生した損傷と、数値解析の結果を比較し、解析における損傷モデルの有効性の検証も行う。
久米島における東アジア諸文化の媒介事象に関する総合研究

久米島の文化が沖縄、琉球王国の世界の中で占める位置を明らかにするため、新たに公開された4家の家文書(上江洲家、吉濱家、與世永家、宮城家)約2000点の解読分析と、祭祀を中心とするフィールド調査とをふたつの柱として研究活動を展開した。中国や日本の類書研究家をも交えた研究組織をあげて重視したのは、久米島の知識人が、自島の文化と中国、日本、首里・那覇・久米村の諸文化とを媒介する局面であった。得られた成果はつぎの2点である。1.久米島の識者男性が担った東アジアの多様な文化の重層は、術数を核にしていたことを解明。2.その術数に支えられた家の主が中心となる祖先神や火神の祭祀では、縁者である神女集団もかかわりを持ち、その媒介力が島の生活文化の基層に新たな力を与えるしくみになっていたことを解明。1.における学術的寄与はとくに次の事柄が初めて明らかにされたことである。(1)日選びにおける玉匣記(中国)と大雑書(日本)の知識の共存の態様、(2)中国東南部とはまったく同一とは言えない風水法の実際、(3)地方役人層における中日琉の医書の体系的収集。2.における重要な寄与は次の諸点の具体的な解明である。(1)地方役人家を中心とする易占と祈願の実態、(2)地方役人層と神女との精神世界における協同、(3)建築空間にみられる中日琉諸文化の共存。なお、これまで城跡表層で採集されたままであった陶磁器片の精査もおこない、13-14世紀の久米島各地の城が、東アジアの交流拠点として沖縄本島におとらず重きをなしていたことを明らかにした。以上の成果は、文書研究とフィールド調査の合体がようやく始まりだした沖縄文化研究を一段と豊かにするとともに、東アジア文化交流の創造性の解明という大きな課題への、ひとつの里程を築いたと言える。本研究は、文書調査、地理調査、面接調査の三方向で推進中。本年度実績をこれらの方向ごとに略記する。1)(1)上江洲家文書調査:とくに家礼書、風水書群について、従来沖縄で見られたものとは系統の異なるもの、あるいは独自に作成されたと思われるものを発見。また首里王府版の頒暦、版本節用集、版本貝原益軒著術類などを含む事を確認。文化交渉史ならびに出版文化史上の意義につき、さらに検討の予定。また文書中の琉球漢詩研究も緒についた。(2)吉濱智改文書調査:易占書、史書評論、民族学評論、戯曲、時局論を中心に解読、カード作成を全文書の約三分の一にわたり達成。また、十点のマイクロ複写に着手。具志川間切に口承史を残す制度があたこと、土神信仰論など吉濱氏の評論には重要な記述が含まれていることを発見。また易占法の実態を示す記録も多く、精読がまたれる。朝鮮版易書、朝鮮古典文学の翻案戯曲作品など、朝鮮半島との文化交流を語る資料類も確認。2)墓風水に関して、上江洲家美里川墓についての文書、と実地との照合をはじめ、本島や中国福州での調査報告との対比を開始。また民家の仏壇や竈を中心に、本島との比較調査を遂行。なお、久米島残存の各種土地測量簿のデータベース化の準備も整えた。

3)聞き取りについては、本年は八月ウマチ-における、君南風殿内、儀間地域で若干の調査をしたにとどまる。ただ、日撰書類に関しては、本島、八重山にまたがり新写本調査を始めるのと並行に、幾件か実施した。4)研究分担者および協力者間の情報流通のため、ワープロ版ニューズレター『とぅんばら-通信』を編集、3号まで(A4/計21ページ)発行。本研究は、文書調査、地理調査、面接調査の三方向で進めている。本年度は、久米島以外の離島調査を加え、初年度の知見をより広い視野に納めるよう努めた。以下、三方向に沿って報告する。1)上江洲家文書約1100点、吉濱家文書約100点の調査は、全点の目録作成をほぼ終え、補訂作業を残す段階に至った。これらに含まれる四書五経類と風水・日選・易占書について、既知の諸書との比較をはじめている。また、久米島西銘で新たに発見された與世永家文書約400点についても、カード化・撮影を終えた。内に18世紀前半の節用集、大雑書の刊本や、20数点に及ぶ和漢の医書・本草書も発見され、久米村と首里を中核に考えられがちな漢籍、和書の流布についての旧説の再検討をせまられている。2)地理調査では、八重山の御嶽をめぐる空間構造、墓地風水の調査を、久米島との比較の見地からすすめた。また、久米島伊敷索城の陶片の精密比定の結果、13世紀元代の龍泉窯のものと判明、宇江、具志川での陶片類の検討と合わせることにより、これまで16世紀以前は不明瞭であった久米島のグスク時代の歴史をかなりさかのぼらせる可能性が出てきた。3)面接調査では、儀間集落豊年祭をめぐる神女役や補佐役からの聞きとりのための人間関係がようやく築かれた。また日選慣行については、奄美徳之島で、やや詳細な聞きとりができた。以上の知見のほか、和漢琉の日用類書の流布とその多面的な媒介機能については、福建師範大学で受けたレビューにも支えられ、これまでの知見の整理が進みはじめた。前年度につづき、活動速報として、ワープロ版ニューズレター『とぅんばら-通信』4、5、6、7、8号(A4/計35ページ)を発行した。(1)報告書作成をめざし、京都と名護で合同研究集会を開催、また数次の編集会議を那覇と京都で重ねた。(2)家文書は、上江洲家文書中の多量の宗教、経済関係文書を中心に解読を進め、吉濱家、興世永家の漢籍、和本、写本類のうち重要なものを精査。また吉濱智改氏の易断を継ぐ宮城仁収氏の文書を発掘。実態が明らかに。(3) 4家の家文書目録稿本をほぼ完成。内容をよりよく反映すべく、従来の沖縄の家文書分類とは別方式を工夫。(4)おもな知見は、日選については、<17世紀末上方刊行の大雑書類><19世紀後半福州刊行の玉匣記類><それ以外の久米島で重視された知識>との重なりが判明、風水については家屋、墓地をめぐる空間意識を家文書と実地調査の双方向から検討、福州や温州の慣行との比較からその共通性と特性とを見出した。また興世永家の医書箱の蓋に収納書名一覧の墨書を発見。近世における琉日中の医学知識の重なりを示す基礎情報を得た。(5)このたびの総計1800点に余る家文書の解読を通じて、王府役人とは異なる地かた知識人の世界が明らかになった。その特徴は、彼らが、道学から術数にいたる東アジアの多彩な伝統が錯綜する土地にあって、それらを重層的に体現するがゆえに、土地の人々の日々の求めに柔軟に応じて意味付けを与え、共同体をまとめ上げるという媒介機能を果たしえたことである。彼らの知は、祖先祭祀を核に、諸行事の日選びや風水判断という、時空をしきる実践をくり返す中で独特の統合をとげていた。(6)上記の所見を、福建師範大学の徐恭生教授らのレビューを受け、広い視野のもとに再考した。
ASD者に特化した就労準備性の探索と適切なアセスメント方法の開発

現在,青年期・成人期に自閉症スペクトラム障害(ASD)と診断される者が増えており,就職や就労継続が大きな課題となっている。さまざまな機関で就労準備性を高める支援がなされているが,ASD者に必要な就労準備性について十分なコンセンサスが得られているとは言い難く,就労準備性をアセスメントするための標準化されたツールも見られない。この研究では,ASD者にとっての就労準備性を包括的にアセスメントするためのツール開発を目的としており,就労しているASD者へのインタビューや質問紙調査を行う予定である。
実環境の非一様・非定常性に適用できる生理・心理量を反映した環境適応評価指標の開発

人間生活の場の非定常・非一様性を有する複雑である環境の「見える化=定量化」を目標に,夏季暑熱環境において支配的なふく射環境の非均一性に対する検討をはじめに行った.現実的な屋外環境として道路舗装上などいくつかの空間を選定し,環境物理量,生理量,心理量の測定実験を行った.前年度において,物理的環境,人体生理状態,人体心理の要素を統一的に把握できる適応評価指標を人体熱収支モデルに基づく「人体熱負荷量」指標として整理しており,測定量を基にして「人体熱負荷量」による定量化を行い,被験者の応答と比較することで精度検証を行った.結果として,人体熱負荷量のレベルに応じて温冷感が変動することが確認でき,本指標は複雑環境においても適応評価指標として適応可能であることが示された.また,実測ベースで活用できるだけでなく,例えば数値解析手法などと統合した活用の可能性を検討した.空間の温熱環境評価を行うにあたり数値解析に適用する際,環境物理量の形成に対して空間を構成する材料物性の影響が大きいことから挙げられる.そこで空間構成材料の物性を簡易的にセンシングする手法を構築することで,環境形成,さらには温熱環境評価が実施可能となった.以上により,人体に着目しその熱ストレスを低減し安全・快適性を確保するために,人体およびその周囲環境とで構成される系の温熱環境解析モデルとして統一的に評価できるシステムを構築し,実空間評価だけでなく,環境設計に有用な事前評価にも活用が可能となった.また,本評価手法の適用例として,舗装関連会社と共同でヒトに優しい舗装設計を実践した.生活空間の温熱環境が人々の健康・安全を脅かす事例が数多く発生し,現状把握や改善策立案に向けて,的確に人体のおかれた温熱環境状態を表現する適応評価指標の確立が求められている.人体温熱状態は,人体とその周囲環境の間の熱授受の結果である人体熱収支により把握できると考えられるため,人体と環境の熱授受に影響の大きい六要素(気温,湿度,放射温度,気流,代謝量,着衣量)それぞれが,人体温熱状態を規定するエネルギー輸送現象においてどのような役割をし,さらにそのなかで空間的・時間的変動が及ぼす影響,を解明することで適応評価指標の確立を試みた.これまでに人体からの放熱および人体への受熱のバランスと生起される温熱生理との関連性に着目した人体熱収支モデルである「人体熱負荷量」が開発され一様環境下でその有用性を確認できていることから,人間そのものや人間生活の場の非一様・非定常性に対応できる実用的な指標構築を目指す観点よりH29年度の主な取り組みは以下である.1)非一様熱負荷環境の人体熱収支モデル:単一的な「環境-人体」という2ノード概念から,空間的分布を有する環境-人体の相互作用も考慮したマルチノードな人体熱収支モデルを構築し,被験者実験との比較において定性的な一致をみた.2)非定常体温調節モデル:時々刻々と変動する環境・人体における相互作用の結果である人体熱収支を境界条件として,非定常生体伝熱現象をモデル化し,実測と比較・精度向上をはかった.当初計画においてH29年度に予定した項目はすべて計画通りに実施しており,一定精度の検証が行われていることから,本研究は順調に進展していると考えられる.人間生活の場の非定常・非一様性を有する複雑である環境の「見える化=定量化」を目標に,夏季暑熱環境において支配的なふく射環境の非均一性に対する検討をはじめに行った.現実的な屋外環境として道路舗装上などいくつかの空間を選定し,環境物理量,生理量,心理量の測定実験を行った.前年度において,物理的環境,人体生理状態,人体心理の要素を統一的に把握できる適応評価指標を人体熱収支モデルに基づく「人体熱負荷量」指標として整理しており,測定量を基にして「人体熱負荷量」による定量化を行い,被験者の応答と比較することで精度検証を行った.結果として,人体熱負荷量のレベルに応じて温冷感が変動することが確認でき,本指標は複雑環境においても適応評価指標として適応可能であることが示された.また,実測ベースで活用できるだけでなく,例えば数値解析手法などと統合した活用の可能性を検討した.空間の温熱環境評価を行うにあたり数値解析に適用する際,環境物理量の形成に対して空間を構成する材料物性の影響が大きいことから挙げられる.そこで空間構成材料の物性を簡易的にセンシングする手法を構築することで,環境形成,さらには温熱環境評価が実施可能となった.以上により,人体に着目しその熱ストレスを低減し安全・快適性を確保するために,人体およびその周囲環境とで構成される系の温熱環境解析モデルとして統一的に評価できるシステムを構築し,実空間評価だけでなく,環境設計に有用な事前評価にも活用が可能となった.また,本評価手法の適用例として,舗装関連会社と共同でヒトに優しい舗装設計を実践した.H29年度研究計画が順調に進展していることから,当初の計画通りに環境物理量,生理量に対応する心理量状態を実験ベースで分析することで,実生活で起こる非一様・非定常的温熱環境下での適応評価指標を確立することを目指す.研究計画自体は順調に推移しているが,成果が得られた時期が年度後期にずれ込んだため成果発表等の旅費使用が予定に比べて少なかったことが原因である.この分を次年度初頭に行うことで最終的には計画通りの成果を予定している.
銀河団の力学的進化の観測的研究

X線天文衛星「あすか」および「ローサット」によって観測された79個の遠方銀河団のX線データ解析結果に基づいて、銀河団高温ガスの性質の統計的解析を行った。特に、温度とガス密度分布の相関や、ガス質量とダークマター質量の比(ガス質量比)の赤方偏移依存性について詳細に調べた。これより、第一に温度とガス密度分布の空間的広がりを特徴づけるコア半径の間には明らかな相関がないことがわかった。一方で、温度とX線光度の間の相関関係(いわゆる光度温度関係)には、コア半径により有意な違いが見られた。このことは、銀河団中の物質の空間分布を記述する際に従来用いられてきたSelf-similarの仮定が、現実の銀河団においては成り立っていないことを示している。また第二に、ガス質量比について79個の銀河団の平均値が、0.27±0.11と求められた。さらにこの値の推定における、銀河団の形成時期の仮定の影響について検討した結果、多くの銀河団が赤方偏移1.5で形成されたと考えると、銀河団中のガス質量比と宇宙全体のバリオン比がよく一致することがわかった。このことは、銀河団が現在考えられているよりも大きな赤方偏移でおこった可能性を示唆している。以上の研究結果を投稿論文としてまとめた。また、野辺山45m電波望遠鏡を用いて銀河団RDCS0910のスニヤエフゼルドヴィッチ効果(SZ効果)の観測を行った。この天体は赤方偏移1.1に位置する超遠方銀河団であり、過去のX線観測から近傍銀河団と同程度の温度、質量をもつ高温ガスの存在が示唆されている。この天体からSZ効果の信号が検出されれば、電波で観測された最遠方の銀河団となるばかりか、銀河団ガスの進化を理解するうえで重要な手がかりが得られると期待される。今年度この天体の20時間の観測データを蓄横することができた。現在この天体からのSZ効果初検出を目指してデータ解析を進めている。チャンドラ衛星によって取得した重力レンズ銀河団CL0024+17の観測データの解析を行い、銀河団ガスの温度分布および空間分布を詳細に調べた。これより、まず第一に温度分布に有意な半径依存性はなくガスは等温とみなせることが分かった。さらに空間分布の二次元フィットにより、X線表面輝度分布は、コア半径の大きな銀河団放射とコア半径のより小さな成分の重ね合わせでよく説明できることが分かった。以上の結果にもとづいて、静水圧平衡の仮定のもと銀河団の質量推定を行い、これを一方の重力レンズ効果の観測から求められる質量と比較した。その結果、様々な系統誤差を考慮しても、X線から求まる質量は重力レンズ質量の約1/2から1/3にしかならないことが分かった。この理由の一つとして、X線データから新たに発見した銀河団中の小さなコアの成分が重力レンズモデルには取り込まれていないため重力レンズ質量推定の不定性が大きいという可能性を指摘した。また、XMM-ニュートン衛星で取得した高赤方偏移の銀河団3C324の観測データの解析も行った。その結果、この領域からのX線は3C324電波銀河自身の放射が優勢であり、銀河団ガス自身の放射は顕著でないことがわかった。このことは、高赤方偏移の銀河団のガスの性質が近傍銀河団と比較して、ガス温度や密度の点で異なることを示唆するため、銀河団ガスの進化の理解にとって非常に重要である。今後3C324銀河団についてより詳細な研究を行うと同時に、他の高赤方偏移の銀河団についても解析を進める予定である。
骨形成促進チタンファイバー綿製ブロックによる顎骨再建シミュレーション

悪性腫瘍の手術などによって広い範囲で顎の骨を喪失することは生活の質を著しく損なうこととなる。失われた顎骨と歯の機能を再建するには骨移植及びインプラント手術が有効であるが、本研究ではより低侵襲にこれらの機能を回復するための直径20-50ミクロンのチタンファイバー綿からなる顎骨再建材料を開発した。この顎骨再建材料は87%空隙率の状態で優れた骨芽細胞親和性を示し、さらに3次元構造に影響を与えない1ミクロン以下のハイドロキシアパタイト薄膜コーティングをすることで、即時に荷重がかかる自然治癒しない顎骨区域欠損であっても速やか且つ強固に顎骨と直接結合する顎骨再建材料となることが実証された。チタンファイバーブロックにてウサギ下顎骨を再建した。再建された下顎骨はウサギの個体差があるものの、良好な経過を辿ったものではブロック上に新生骨組織が認められ、喪失した下顎骨の連続性が再現された形となっていた。これはチタンファイバーブロックをハイドロキシアパタイトでコーティングしたもので認められたが、新生骨量はハイドロキシアパタイトをコーティングすることでおよそ2倍となっており、ハイドロキシアパタイト薄膜コーティングの骨再生への有効性が確認できた。しかし、チタンファイバーブロック内部への骨新生はハイドロキシアパタイト薄膜コーティングがされたものであったも十分とは言えず、更なる材料の改質が望まれた。再建されたウサギ下顎骨の力学的シミュレーションでは、当初の計画ではチタンにかかる応力を計測する予定であったが、チタンとチタンファイバーブロックでは材料特性が異なるため、予定していたシミュレーションは実施できなかった。チタンのポアソン比は3であったが、80%以上の空隙を有するチタンファイバーブロックに同数値を当てはめるとシミュレーションが困難となるため、まずはチタンファイバーブロックにおけるポアソン比を計測することが必要であることが確認できた。今後は、まずチタンファイバーブロックにおけるポアソン比を計測する必要があるが、容易には計算ができないため、別のシミュレーションソフト等を使用して予想値を測定することで、今後のシミュレーションに活かしていく予定である。顎骨再建用スキャホールドを作成し、骨芽細胞との親和性評価・ウサギ下顎骨再建試験を実施した。骨芽細胞親和性評価ではセラッミクス性骨補填剤と比較したが、骨芽細胞および破骨細胞の活性化が亢進された。ウサギ下顎骨に10mm長さの区域欠損を作成し、下顎骨の連続性を完全に失わせた状態から欠損部をチタンファイバー製スキャホールドにて再建した。チタンファイバー製スキャホールドは表面および内部のチタンファイバーをハイドロキシアパタイトでコーティングした群と対照群とで比較をした。ウサギ下顎骨を下顎骨上の皮膚切開にて明示し、同材料にて下顎欠損を再建した。術後21週で屠殺し、下顎骨およびスキャホールドを取り出した。対照群では下顎骨の再生はわずかであり、新しい骨とスキャホールドの結合は弱く、3点曲げ試験による結合部の機械的強さは25N程度であったのに対し、ハイドロキシアパタイトコーティング群では新生骨は下顎骨の連続性をほぼ再現し、新しい骨とスキャホールドとの結合は75N程度と非常に強く、対照群の約3倍であった。以上のことから1μm以下のハイドロキシアパタイトをコーティングしたチタンファイバーによるスキャホールドは骨親和性が非常に高く、強固な骨再建材料になると考えられた。チタンファイバー製スキャホールドで再建した下顎骨とチタンプレートのみで再建した下顎骨をCTデータから画像構築し、シミュレーションにて力学的評価を行ったが、チタンファイバー製スキャホールドで再建したものの力学的強度はプレートのみで再建したものの約5倍高く、有用な下顎骨再建材料になり得ると考えられた。チタンファイバー綿製ブロックを用いた研究を行い、ブロックの空隙が骨芽細胞に及ぼす影響とブロックで再建したウサギ下顎骨の力学的評価を主に行った。空隙が骨芽細胞の及ぼす影響については60%、73%、87%の空隙を用意して骨芽細胞をブロック上に播種し、同様の空隙のTCP製ブロックとの比較を行った。空隙87%のチタンファイバー綿製ブロック上に播種した骨芽細胞がもっとも高い活性を示し、増殖・分化ともに他の空隙およぼTCP製ブロックより有意に高かった。これを受け、空隙87%のブロックを用いたウサギ下顎骨モデルの力学的評価では当初計画通り3点曲げ試験を実施したが、チタンファイバー綿製ブロックをハイドロキシアパタイトでコーティングしたものを用い、コーティングをしていない群との比較を行った。3点曲げ試験は骨接合部の遠心部分に行った。非コーティング群では曲げ強さは平均およそ70Nであったのに対し、ハイドロキシアパタイトコーティング群では有意に高く、平均およそ200Nと約3倍の強さを示した。3点曲げ試験の破断部分を電子顕微鏡で解析したところ、非コーティング群ではほとんど骨様硬組織が認められないのに対し、ハイドロキシアパタイトコーティング群では骨様硬組織がチタンファイバーの網目を完全に接合した状態となっていた。また両者の組織標本を比較すると非コーティング群ではブロック内部の骨量が面積あたり約10%であったのに対し、ハイドロキシアパタイトコーティング群では有意に高くその値は約50%であった。これらの結果から、骨形成促進能をハイドロキシアパタイトコーティングによって賦与したチタンファイバー綿製ブロックは顎骨と強固に結合できる有効な顎骨再建材料になり得ることが示された。