hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酸化物蛍光体発光層を用いた高輝度赤、緑、青色発光薄膜EL素子に関する研究

本研究では、酸化物蛍光体薄膜を発光層として用いる新しいタイプの薄膜EL素子を提案する。すなわち、化学的に安定であり、絶緑層との適合性に優れている酸化物蛍光体の薄膜形成法、並びに素子構成の最適化を検討し、安定で長寿命な高輝度赤、緑、青色(フルカラー)EL素子を実現することが本研究の目的である。(1)現在CRTや蛍光灯用蛍光体として実用されている白色を含む多色発光各種酸化物蛍光体の高品質結晶性薄膜の成長技術、並びに最適作製条件を確立する。(2)蛍光体薄膜材料の化学量論的組成比、並びに添加不純物と得られるEL特性との関係を調べ、EL素子用発光層として最適な化学量論的組成比、並びに不純物の添加量等を決定する。並行して、(3)本酸化物蛍光体薄膜EL素子の素子物性を解明する。最終的には、(4)EL特性の経時特性を調べ本酸化物蛍光体薄膜EL素子の性能を評価すると共に、素子封止技術を確立することによって、カラーELディスプレイとしての実用化を検討する。(1)では、酸化物蛍光体として、Y_2O_3:Eu(赤色)、Zn_2Si0_4:Mn(緑色)、Zn_2SiO_4:Ti(青色)、Sr_2P_2O_7:Eu(青色)、Sr_2P_2O_7:Sn(青色)、Y_2SiO_5:Ce、BaMgA1_<14>O_<23>:Eu(青色)及びSr_2P_2O_7:Eu、Mn(青色または白色)を用いてBaTiO_3セラミック絶縁層上に高周波マグネトロンスパッタ法により発光層を形成し、7001200°Cの範囲でポストアニール処理を施した。発光層薄膜の結晶性とEL特性との間に相関性が得られ、高結晶性の薄膜ほど高い輝度が得られた。現在のところ1kHz駆動の下で1520cd/m^2と十分な輝度が得られていないが、上記のような酸化物蛍光体をEL素子の発光層に用いて成功した例は初めてである。(2)では、特に有用であると思われるZn_2SiO_4母体のみの入手が不可能なため、ZnOとSiO_2粉末を混合、焼成したものをスパッタターゲットに使用した。ZnO/SiO_2のモル比が1/2より若干大きい方がより高い輝度が得られる傾向があることが分かった。(3)では、素子によって片極性で発光するものと両極性で発光するものがあり、現在透明電極と発光層との間にバリアが形成されていると考えているが、今後さらに詰める必要がある。(4)は今後に残された課題である。

酸化物蛍光体として、赤色発光では、(1)Y_2O_3:Eu、緑色発光では、(2)Zn_2SiO_4:Mn、青色発光では、(3)Sr_SP_2O_7:Eu、(4)Sr_2P_2O_7:Sn、(5)Zn_2SiO_4:Ti、(6)Y_2SiO_5:Ce、(7)BaMgAl_<14>O_<23>:Euを採用した。これらの内Zn_2SiO_4:Ti蛍光体を除き、他はすべて市販の蛍光体粉末を利用した。Zn_2SiO_4:Ti蛍光体は、ZnO、SiO_2粉末およびTiドーパントとしてTiCl_3もしくはTiO_2粉末を化学量論的組成比となるよう均一に混合した後、空気中、900°Cで焼成して得られた。以上のようにして準備された各種蛍光体粉末をアルミニウム製皿に詰めたものをスパッタ用ターゲットとし、基板兼絶縁層であるBaTiO_3セラミックシート上に厚さ4001000nmの各種発光層が成膜された。発光層成膜後の各サンプルはArガス雰囲気中、8001100°Cの範囲で30分から5時間アニール処理された。アニール処理された発光層上にアルミニウム添加酸化亜鉛透明電極を、反対側のBaTiO_3面上に金属アルミニウム電極を形成し、EL素子を作製した。この素子に、5kHzあるいは1kHzの正弦波交流電圧を印加したところ、各色で発光するEL素子を実現できた。すなわち、(1)を用いた場合では、赤色発光用蛍光体であるにもかかわらず、最高発光輝度13cd/m^2の黄色のELが得られた。(2)ではその処理プロセスにより、緑、赤、黄、白っぽい黄色発光の各最高発光輝度5600、1、70、14cd/m^2のEL(5kHz)が得られた。(3)では最高13.4cd/m^2の青色EL(1kHz)、(4)では最高0.3cd/m^2の白色EL、(5)では最高15.8cd/m^2の青色EL(1kHz)、(6)では最高8.5cd/m^2の青色EL(1kHz)そして(7)では最高2.1cd/m^2の黄色ELがそれぞれ実現できた。以上の結果は青色ELに関してもトップデータであり、フルカラー発光薄膜ELの実現に向けて大きく前進できたと考える。本研究の目的は以下の通りである。【.encircled1.】現在CRTや蛍光灯用蛍光体として実用されている白色を含む多色発光各種酸化物蛍光体の高品質結晶性薄膜の成長技術、並びに最適作製条件を確立する。【.encircled2.】蛍光体薄膜材料の化学量論的組成比、並びに添加不純物と得られるEL特性との関係を調べ、EL素子用発光層として最適な化学量論的組成比、並びに不純物の添加量等を決定する。平行して、【.encircled3.】本酸化物蛍光体薄膜EL素子の素子物性を解明する。最終的には、【.encircled4.】EL特性の経時特性を調べ本酸化物蛍光体薄膜EL素子の性能を評価すると共に、素子封止技術を確立することによって、カラーELディスプレイとしての実用化を検討する。本年度において得られた成果は次の通りである。【.encircled1.】焼結酸化物セラミックスを基板兼絶縁層として採用し、市販の酸化物蛍光体の焼結ターゲットを使用して、マグネトロンスパッタ法で薄膜を作製後、700°C以上でAr中アニールを実施した結果、酸化物蛍光体母体それぞれによって高輝度を得る最適アニール条件が異なるが、700°Cから1200°Cまでの範囲でアニールした結果、いずれもほぼ900°C1050°Cに集中した。【.encircled2.】BaTiO_3セラミック基板上に、化学気相成長(CVD)法で高温(400650°C)基板上にZn_2SiO_4を形成するため、ZnソースとしてZn(C_5H_7O_2)_2、SiソースとしてTEOS、Mn発光中心として、TCMをそれぞれ採用した。膜形成後800°Cでアニールした結果、印加電圧250Vで0.04cd/m^2発光輝度を実現できた。【.encircled3.】
微細手術支援ローカル操作型着脱式術具マニピュレータ

患者傍で執刀医が行う低侵襲な内視鏡下手術をロボットで支援する,従来鉗子を着脱可能な新しいマニピュレータを開発した.この第三の手としてのローカル操作型着脱式術具マニピュレータは,(1)執刀医と共存して作業する鉗子マニピュレータ,(2)執刀医とマニピュレータが協調した作業を行うローカル操作インタフェース,(3)ステッピングモータによる臓器の硬さ計測手法,から構成される.これらのデバイスは,ロボット支援手術への応用が高く期待できる.さらに,手術スタッフの省力化や医療費低減,待機患者減少,低侵襲な内視鏡下手術の普及が期待できる.少子高齢化が進む日本では,患者に侵襲が少ない内視鏡下手術が広まっている.一方,人口は都市に集中するため,最新の手術ができる医師や大病院も都市に多い.地方に住む患者が最新の手術を受けるためには,都市へ出向くか,現地病院での出張手術を待つ必要がある.解決策の一つとして,ロボット支援による遠隔手術が研究されている.これは,地方に居る患者を都市に居る医師がマスタースレーブ制御マニピュレータで手術する構想である.ロボット支援によるリモート操作は技術的に可能だが,緊急時の患者への対応などを考えるとローカル操作が適している.これまでに我々は,内視鏡下手術を支援する,従来の術具を装着可能なローカル操作型のマニピュレータ(LODEM)を開発した.すなわち,執刀医の第三の手として,使い慣れた従来鉗子を装着したマニピュレータを操作することで,医師とロボットが清潔野で協同する手術の有用性を示した.現在,LODEMを用いた地方病院における内視鏡下ソロサージェリーの実現を目指している.マニピュレータの簡単な運搬と設置は,持ち運ぶ医師にとって重要である.すなわち,分割や変形による小型化が可能なマニピュレータ機構が必要となる.手術マニピュレータ機構は多数開発されているが,簡易に分割や変形することは難しかった.そこで,スライダクランク機構に基づく鉗子姿勢決めアームとケーブルロッド機構に基づく鉗子駆動部を備える可搬型の5軸マニピュレータを考えた.本研究の目的は,スライダクランク・ケーブルロッド伝達機構を有する手術支援マニピュレータの開発である.本年度は,マニピュレータ機構の設計と試作を行い,フィードフォワード制御系を構築して,位置決め精度を計測し,評価実験としてタスクモデルでの操作時間計測,ドライ環境での模擬手術,in vivo実験を行った.基本性能と限界を明らかにして,機構制御の改良方策を検討した.内視鏡下手術で微細な手技を実現するには,臓器を把持して2方向に引張り,十分な張力をかけた状態で切開することが重要となる.しかし,執刀医は自由度の少ない術具を操作し,手の振戦を抑え,内視鏡や鉗子を操る助手と協調する必要がある.これまでに,マスタースレーブ制御によるリモート操作でこれらの課題が解決されたが,緊急時の対応を考えると,患者傍でのローカル操作が安全性の面から優れている.そこで,ローカル操作型の手術ロボットやデバイスの多くが開発されている.しかし,臓器を把持して張力をかける鉗子ロボットは存在しない.そこで,執刀医の第三の手として使い慣れた鉗子を着脱可能で5自由度を備える,ローカル操作型着脱式マニピュレータ(以下LODEM)の研究を進めた.本年度は,術具を持たない脚の動作を活用する5自由度の非装着な操作インタフェースの研究に主として取り組んだ.まず,脚動作を抽出し,計測実験を行って,足底軌跡と作用力のパターンモデルを構築し,脚動作に伴う足底軌跡と作用力を解析した.つぎに,脚動作認識モデルを考案し,LODEMを操作するオートマトンを構築して,脚操作インタフェースを試作し,LODEMの制御系に実装して評価実験を行った.すなわち,脚動作に伴う足底重心の2次元座標系と作用力を圧力センサで取得して解析し,得られた時間変位パターンを指標とする脚動作の判別モデルを用いた操作インタフェースを試作して,医師による模擬実験の結果から,非装着で5自由度の重心バランスが安定した脚操作インタフェースの有用性を示した.研究期間全体を通じて,医師と共存して作業できる鉗子マニピュレータ,医師とマニピュレータが協調した作業を行えるローカル操作インタフェースを開発し,その性能や操作性および模擬手術など評価実験を行い,基本性能と課題を明らかにした.患者傍で執刀医が行う低侵襲な内視鏡下手術をロボットで支援する,従来鉗子を着脱可能な新しいマニピュレータを開発した.この第三の手としてのローカル操作型着脱式術具マニピュレータは,(1)執刀医と共存して作業する鉗子マニピュレータ,(2)執刀医とマニピュレータが協調した作業を行うローカル操作インタフェース,(3)ステッピングモータによる臓器の硬さ計測手法,から構成される.これらのデバイスは,ロボット支援手術への応用が高く期待できる.さらに,手術スタッフの省力化や医療費低減,待機患者減少,低侵襲な内視鏡下手術の普及が期待できる.内視鏡下手術において,正確に手術を行なうためには,2本の鉗子で臓器など組織を把持・牽引して視野を展開し,三本目の術具で剥離や切離する微細な手技が重要である.また,患部周辺の状況を的確に把握して手技を進めることも重要である.

もし,清潔野の執刀医が両手に術具を持った状態で直感的にローカル操作できる,臓器の把持・牽引が可能な単純小型の内視鏡下手術支援マニピュレータ(Locally Operated Detachable End-effector Manipulator,LODEM)があれば,患者の傍でスムーズに視野を展開できるソロサージェリーの実現に繋がる.執刀医の第三の手として使い慣れた従来鉗子が装着可能で簡便に設置可能なマニピュレータを,内視鏡モニタを見ながら清潔野で操作できるLODEMが開発されれば,医師と共存・協調する手術支援ロボットの有用性を示すことができる.本研究の目的は,従来鉗子が着脱可能で臓器など組織を把持・牽引できるマニピュレータを,鉗子先端が水平面と長軸方向に移動するよう清潔野の執刀医が手足でローカル操作する,ローカル操作型着脱式術具マニピュレータLODEMの開発である.本年度は,臓器など組織を把持する着脱式鉗子駆動機構と牽引する術具位置決めアームで構成される従来術具を着脱可能なマニピュレータを設計試作し,鉗子先端が水平面と長軸方向に移動するマニピュレータ先端の位置制御モデルを構築して,手先スイッチ型とフットマウス型のローカル操作機構を試作した.動特性を計測し,また,経験豊富な内視鏡外科医らによる手先スイッチ型機構を用いたタスクモデル実験より実用レベルの操作性が確認された.ビーグル犬を用いた胆嚢摘出術により実用レベルの臓器把持および牽引機能が確認された.LODEMの基本性能と限界を明らかにし,また,機構制御の改良の方策を検討した.ローカル操作型着脱式術具マニピュレータは,マニピュレータ機構,操作入力インタフェース,操作制御系の3つの要素で構成する.マニピュレータ機構は,水平面内での柔軟性が高いSCARAの先端に受動ジンバルを設けた機構,腹壁上のピボット点を機構的に構成するスライダクランク・ケーブルロッド機構を設計試作した.これらは,単孔式内視鏡下手術用の術具を含む複数種類の従来鉗子を着脱可能な5または7自由度を有する.操作入力インタフェースは多自由度マニピュレータ機構に対応し,有線および無線方式の手先スイッチ型,フットマウス型,ジョイスティック型の機構と回路を設計試作した.操作制御系としては,マニピュレータに装着した鉗子先端が水平面と長軸方向に移動するフィードバック制御系,内視鏡の姿勢変化に対応するレジストレーション機能,マスタースレーブ制御系,On/Off信号フィードフォワード制御系を構築した.試作マニピュレータを用いた操作実験として,位置決め精度や動作遅れなど性能評価,医師など複数名を対象としたラボ環境でのタスクモデル操作時間計測,ドライ環境での模擬手術を行った.機構制御系の課題を明らかにして,改良機構の設計と試作,改善システムの構築を行い,動物in vivo実験を行った.これらにより,機能性や操作性を評価した.以上の評価実験は,毎年度実施した.当初計画では3年間で,マニピュレータシステムを設計試作し,その評価実験を予定していたが,この2年間で2回のシステム開発と評価を通じた研究を実施しており,当初の計画以上の進展となった.
イオン液体はどのような溶媒か？反応エネルギー論にもとづくアプローチ

イオン液体中における銅(II)イオンのクロロ錯生成定数および錯生成反応熱は、DMFやアセトニトリルなど分子性液溶媒の範疇にあった.錯生成反応がエントロピー駆動であることなど含め、金属の反応熱力学量だけを見ると、液体としての特異性からは予想外に、イオン液体は従来の有機溶媒と同様の振る舞いをすると結論付けられそうである.一方、錯生成定数の陰イオン依存性が小さいことや、溶媒和錯体における塩化物イオンとの無熱的な配位子交換は、イオン液体中において特徴的であった.このことは、イオン液体において溶媒化学種が電荷を持つことによって第一溶媒和圏における溶媒化学種間相互作用が大きいことに起因する.平成26年度は、まず分光光度滴定法を用いてブチルメチルイミダゾリウム(C4mim+)系イオン液体中における銅(II)クロロ錯生成定数の決定を試みた.BF4-塩およびトリフルオロメタンスルホン酸(TfO-)塩中では、分光光度滴定によって錯生成定数を見積もることに成功し、これらのイオン液体中で最大テトラクロロ錯体まで生成すること、およびその錯体が四面体4配位型構造であることを見出した.さらにその生成定数から、これらのイオン液体の銅イオンへの配位性は、比較的溶媒和が弱いと分類されているプロピオンカーボネート(PC)やアセトニトリル(AN)と同程度であることを明らかにした.ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド(Tf2N-)中においては、銅クロロ錯生成反応において経時変化が観測された.これによって、錯生成定数・固有スペクトルの決定が困難になった一方で、クロロ錯生成に伴う溶媒陰イオン(Tf2N-)の構造変化が示唆された.Tf2N-は安定な2つの構造異性体(C1・C2)の存在が提案されており、これを裏付けることとなった.錯生成反応によって誘起される溶媒の配位構造変化は、N,N-ジメチルプロピオンアミド(DMPA)など一部の溶媒で確認されている興味深い現象であり、このイオン液体の特異性が際立つ結果となった.年度の後半にはフランスへ渡航し、イオン液体中における磁性ナノ粒子の分散状態を解明する研究に従事した.本研究課題とは直接的に関係しないので内容については割愛するが、多くの研究者との交流の中から、イオン液体の分析法や合成法について意見交換することができた.この経験は、本研究課題の今後の展開に大いに有意義であると思われる.平成27年度は、分光光度滴定法によってブチルメチルイミダゾリウム(C4mim+)系イオン液体中における銅(II)クロロ錯生成定数の陰イオン依存性を明確化することができた.ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド(Tf2N-)塩イオン液体中におけるクロロ錯生成定数は初年度においてその構造異性体の存在が錯生成定数決定における問題となっていたが、安定構造のみを追跡することで、前年までに得られていた他のイオン液体、すなわちBF4-塩およびトリフルオロメタンスルホン酸(TfO-)塩イオン液体中と比較可能な錯生成定数を決定することに成功した.さらに各錯体の固有スペクトルから、BF4-、TfO-塩中では銅(II)トリクロロ錯体は4配位構造(すなわち溶媒陰イオンは単座配位)しているのに対し、Tf2N-塩中ではトリクロロ錯体は5配位構造であり、溶媒Tf2N-は2座配位していることが示された.Tf2N-の構造が溶存陽イオンに与える影響を熱力学的に見積もることができた良い例である.一方、これらを裏付けるために他のエネルギー論的視点、特に今回同時に予定していた反応熱測定による錯生成エンタルピーによるアプローチが有用である.既存の熱量計は水溶液試料用に設計されているので、イオン液体測定の条件である少量かつ粘度の高い試料へ対応できるよう、反応容器を中心とした測定システムの再設計を行った.新しい反応容器の導入までは完了したが、27年度の目標であった校正および結果の検証には至らなかった.達成度の評価に最も影響を与えているのは、反応熱量測定装置の開発の遅れである.27年度の主要な目標は、既存の反応熱量測定装置を改修し、イオン液体に対応した装置を開発することであった.錯生成定数の陰イオン依存性など、明らかにできた分も多いが、種々の要因はあるにせよ、このことが達成されなかった以上、研究計画は遅れていると判断せざるを得ない.ただし後述するように、このことは想定の範囲内であり、他の方法論によってカバーすることができる.本プロジェクトでは、イオン液体の溶媒としての性質をエネルギー論からアプローチする方法として、イオン液体中における錯生成反応エンタルピーを決定することが主要なステップとなっており、方法論としてこれを直接的に観測できる反応熱量測定を想定している.27年度は、既存の反応熱量測定装置を改修し、イオン液体に対応した装置を開発することが、主要な目標であった.装置設計は最初の四半期で完了し、部品を発注したが、実際に納入され試作装置が完成したのは年が明けてからであった.さらに、熱安定性が十分でなく、反応エンタルピーを決定するのに十分な精度のデータを取得することができなかった.本来はこの状況からいくつかの試作品を経て精度を改善することを想定していたが、設計から納入に予想以上の時間がかかったため、トライアンドエラーを27年度内に繰り返すことができなかった.

一方で、反応熱測定を行うための基礎データは、この間に十分に充足することができた.また、最終的に熱量測定装置が満足できる精度を満たせない可能性は研究計画における想定の範囲内であり、これに頼らない方法論によって研究を継続し得る.28年度は並行して、引き続き装置の完成を目指す.平成28年度は、当初計画どおり、分光光度滴定法および熱量滴定法によってブチルメチルイミダゾリウム(C4mim+)系イオン液体中における銅(II)クロロ錯生成反応について、反応エネルギー論によりアプローチすることができた.特に実験的に困難なイオン液体中における錯生成反応熱を実測することが可能となったことにより、前年度より確度の高い情報を得ることができた.その結果、イオン液体中における銅(II)イオンの反応性は、水溶液中よりも高く、DMFやアセトニトリルなど従来の有機溶媒と同程度であることが明らかとなった.さらに錯生成反応の駆動力も、興味深いことにこれら有機溶媒と同様に、脱溶媒和によるエントロピー増大が主要であることが分かった.このことは、イオン液体の金属イオンに対する溶媒和能に関して、イオン液体が電荷を持つために金属イオンは静電的に安定化されるか、逆に非配位性の溶媒陰イオンにより特異的に不安定化されるかという事前の予想を裏切るものである.金属イオンの反応熱力学量だけを見ると、イオン液体は従来の有機溶媒と同様の振る舞いをすると結論付けられそうである.一方、イオン液体中に特有の現象として、溶媒が電荷を持つことによる第一溶媒和圏の電荷反発によって、有機溶媒よりも溶媒和数が小さいことが明らかとなった.その結果、クロロ錯生成反応はイオン交換的に起こり、反応エンタルピーは溶媒のドナー数よりも電荷の影響を高く受けていることが示唆された.イオン液体中における銅(II)イオンのクロロ錯生成定数および錯生成反応熱は、DMFやアセトニトリルなど分子性液溶媒の範疇にあった.錯生成反応がエントロピー駆動であることなど含め、金属の反応熱力学量だけを見ると、液体としての特異性からは予想外に、イオン液体は従来の有機溶媒と同様の振る舞いをすると結論付けられそうである.一方、錯生成定数の陰イオン依存性が小さいことや、溶媒和錯体における塩化物イオンとの無熱的な配位子交換は、イオン液体中において特徴的であった.このことは、イオン液体において溶媒化学種が電荷を持つことによって第一溶媒和圏における溶媒化学種間相互作用が大きいことに起因する.平成26年度の研究実施計画は、第一に分光光度滴定法を用いた銅(II)クロロ錯生成定数の決定であった.この計画は、当初の予定通り進めることができた.予想通り、錯生成定数からイオン液体の配位能をエネルギー論的観点から明らかにすることができ、有機溶媒との定量的な比較を可能とした.“in situ"かつ定量的な証拠としては世界で始めての成果である.さらには、Tf2N-塩イオン液体中でのTf2N-イオンの配位構造変化の可能性を見出すことができ、さらなる興味がもたらされた.一方、電子スペクトルの経時変化に気づくより以前の実験データの再考・再実験を余儀なくされたため、実験の進展が阻害された部分もあり、当初予定していたアルキル鎖長の異なるイオン液体の合成に進んだものの、純度等の問題を解決するに至らなかった.これについてはトレードオフとして考え、達成度については当初の計画以上とまでは言えないものの、順調に進展していると評価した.
若年者への子宮頸部細胞診普及への試み

従来の検診システムは、婦人科あるいは検診会場に出かけて受診する必要があり、時間的、精神的負担が障害となっており、また若年者の羞恥心への配慮もなされていない。そこで我々は、若年層を対象とした啓蒙手法として、ピア・エデュケーション手法を用い、若年者のヒトパピローマウィルス(HPV)への意識向上に成果を上げており、また「自己採取法を用いた子宮頚癌検診の普及および精度向上」を目指した臨床研究を行い、自己採取によるHPV検診が有用であることを報告した(Acta Cytologica 2011;55;106-112)。欧米諸国を始めとする先進国では細胞診による検診の普及より子宮癌の死亡率は低下してきているが、初交年齢の若年化により、30歳台での発生が増加傾向にある。この対策として、子宮癌発生の原因となるヒトパピローマウイルス感染に関する知識、ワクチンについての啓蒙、また定期的な検診があるが、我が国の検診受診特に若年者の受診率が低く、その理由として「時間的負担」や「羞恥心」などがある。本研究では新しい啓蒙法と負担の少ない自己採取法の開発と試行を行っている。新しい啓蒙法としてピアエデュケーション手法を用いている。この手法では核家族化が進む現代において「仲間意識」に基づいて病気や感染症を自分のこととして身近に感じてもらえるような場を作り、知識を共有しながら子宮頚部感染症や子宮頚部癌の知識を深めることを目的として開催し、アンケート調査を行った。結果では、100%の理解度を得られ、自ら検診を受けてみようと思ったという意見も半数を占めており、若い世代での啓蒙活動に有用である。また検診に伴った女性の「羞恥心」や「時間的負担」を軽減するために、健常者あるいは病変の経過観察中のボランティアを対象に自宅で採取可能な自己採取を試み、婦人科採取と比較した感想のアンケート調査と解析を行っている。さらに婦人科採取および自己採取検体についてthinlayer標本を用いた細胞診検査、リニアアレイ法によるHPVとその亜型の確認を行い、細胞採取に関しては、同等への細胞量の採取できるが婦人科採取に比較し、細胞診の所見が過小評価される例があり、この理由として病変として診断可能な細胞量が少数であることが考えられる。しかし、HPV検索の結果は高い一致率を示し、自己採取法で形態診断に加え、HPV検査も必須であることが示唆され、自己採取による検診が将来のワクチン接種後の経過観察に有用であると思われ、さらに症例を積み重ねて、詳細な分析を行う予定である。世界的な流れに続き、わが国でも昨年10月にHPVワクチンが認可された。しかし現在までの調査で明らかとなっているのは、接種開始年齢である10歳代、20歳代の接種率が低いこと、費用的問題と倫理的問題が大きいことなど、ワクチン接種により"子宮がんゼロ"を実現するまでは、解決すべき事項が多いのが現状である。現在まで我々は、若年層を対象とした啓蒙手法として、ピア・エデュケーション手法を用い、若年者のヒトパピローマウィルス(HPV)への意識向上に成果を上げている。また県内婦人科医の協力を得て、成人女性に自己採取法にて細胞を依頼し、リニアアレイ法(PCRを基本としたHPV亜型判定法)でHPV感染を解析した結果、78%でHPV陽性であり、年代別の内訳は20歳代:34.7%、30代:34.7%、40代:23.6%、50代:2.8%、60代:1.4%、70代:2.8%であった。これらのデータをもとに「自己採取法を用いた子宮頚癌検診の普及および精度向上」を目指した臨床研究を行い、自己採取によるHPV検診が有用であることを報告した(Acta Cytologica 2011;55;106-112)。このように、我々の研究は、性教育分野、癌検診と形態学的診断、分子生物学的なHPVの解析と多岐にわたる研究手法を用いた有機的な検索を行うものであり、国内に質の高い検診精度を取り入れ、その質と精度を担保するためには、このような基礎データの蓄積が必要不可欠であると思われる。
新規な高周期１４族元素間多重結合化合物の合成とその小分子活性化反応の検討

本研究では、新しい高周期14族元素間多重結合化合物を合成し、その性質解明の知見を基に、小子活性化反応の検討を目的とした。本年度は、新規なゲルマニウム間三重結合化合物であるジゲルミンとオレフィンとの反応から生じた、環状ゲルマニウム間二重結合化合物「1,2-ジゲルマシクロブタジエン」の特異な性質に着目し、1,2-ジゲルマシクロブタジエンをビルディングブロックとした新規な含ゲルマニウム化合物の合成を目指した。種々の基質との反応を検討した結果、1,2-ジゲルマシクロブタジエンとSe=P(NMe2)3との反応において、セレノフェンの2,5位の炭素がゲルマニウムに置き換えられた2,5-ジゲルマセレノフェンが高収率で得られた。この生成物は、非局在化した6π電子系環状骨格を有しており、実験結果と理論計算の両面から芳香族性を示すことが判った。さらに反応性に関する検討結果から、安定化合物として空気中存在できる一般的なセレノフェンとは異なり、合成した2,5-ジゲルマセレノフェンは温和な条件で無触媒にもかかわらず、水素やアセチレンなどの不活性な小分子を速やかに活性化させることを見出した。1,2-ジゲルマシクロブタジエンの反応性をより詳細に検討したところ、内部アルキンとの反応において、[2+2]環化付加して生じた1,4-ジゲルマベンゼンが得られることが判った。ベンゼン環中の1,4位の炭素原子を他の高周期14族元素に置き換えた1,4-ジメタラベンゼンを安定に合成・単離した例はこれまでに報告されておらず、今回が初めての合成例である。得られた1,4-ジゲルマベンゼンは、光照射によって対応するジゲルマデュワーベンゼンへと容易に異性化し、さらにアルキル基を有するジゲルマデュワーベンゼンは加熱によって1,4-ジゲルマベンゼンを再生成する熱応答性分子であることが判った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、新しい高周期14族元素間多重結合化合物を合成し、その性質解明の知見を基に、エチレンなどの小分子活性化反応の検討を目的とした。本年度はかさ高いアリール基を活用し、新規なゲルマニウム間三重結合化合物である「ジゲルミン」を新規な化合物として合成・単離し、構造解析により得た知見から反応性を予測し、ジゲルミンによるオレフィン活性化反応開発に取り組んだ。まずジゲルミンとエチレンとの反応を行ったところ、[2+2]付加環化反応が進行し、新規な環状ゲルマニウム二重結合化学種であるジゲルマシクロブテンが得られた。さらに得られた化合物の高い反応性を足がかりとし、種々の小分子活性化反応を行った結果、四塩化ケイ素のケイ素-塩素結合を速やかに開裂し、対応する挿入生成物を与えることを見出した。得られた生成物の還元により、環状クムレン型分子であるGe=Si=Ge化合物の単離と構造決定にも成功した。また、ジゲルミンとアセチレンとの反応により、形式的な[2+2+2]環化が無触媒で進行し、ベンゼン環中の二つの炭素原子がゲルマニウムに置き換わった1,2-ジゲルマベンゼンが生成することを報告している。今年度は、ジゲルミンとフェニルアセチレン類との反応について、詳細に検討を行った。その結果、フェニルアセチレンに対して触媒量のジゲルミンを添加することで、フェニルアセチレンの環化三量化反応が立体選択的に進行することを見出した。この反応では、対応する1,2,4-トリフェニルベンゼンのみが選択的に得られ、従来の遷移金属触媒によるアセチレン三量化反応とは異なる結果であった。さらなる検討の結果、この三量化反応は様々な置換基を持つアリールアセチレンに適用可能であることを見出した。実験計画では、高周期典型元素の性質を活かして、遷移金属元素を用いることのない新規な多成分連結小分子活性化反応を開発し、最終的には小分子活性化につぐ分子変換を見出すことを目的としていた。本年度は、安定な高周期14族元素間多重結合化合物として、ケイ素やゲルマニウム間三重結合化合物を合成・単離し、得られた化合物の構造や性質の知見に基づいて、様々な小分子との反応性の解明に取り組み、基礎的知見を固めることまでを行う予定であった。対象化合物の合成に関しては、かさ高いアリール基を活用することで、新たなケイ素間およびゲルマニウム間三重結合化合物の合成に成功し、X線結晶構造解析ならびにNMR等の分光学的測定によりその物理的性質を明らかにした。次に、これらとオレフィン類、特にアルキンとの反応性に関して詳細に検討した。ケイ素間三重結合化合物とアルキンとの反応では、形式的な[2+2+2]環化が無触媒で進行し、ベンゼン環中の二つの炭素原子がケイ素原子に置き換わった1,2-ジシラベンゼンが得られた。一方で、ゲルマニウム間三重結合化合物とアルキンとの反応を検討したところ、特にフェニルアセチレンの場合には1,2-ジゲルマベンゼンの生成のみならず、さらに反応が進行し、フェニルアセチレンが三量化した化合物である1,2,4-トリフェニルベンゼンが選択的に得られることがわかった。

最終的にはゲルマニウム化合物が触媒として働く反応であることを見出し、反応条件を最適化したところ、この三量化反応は様々なアリールアセチレンに適用可能であった。上記のようにジゲルミンとアリールアセチレンとの反応性について当初の予想と異なる大きな進展があり、アリールアセチレンの環化三量化反応が遷移金属を用いることなく典型元素のみを用いることで触媒的に進行することを見出したという点で、本研究課題の進捗状況は順調に進展していると考えている。本研究では、新しい高周期14族元素間多重結合化合物を合成し、その性質解明の知見を基に、小分子活性化反応の検討を目的とした。本年度は、新規なゲルマニウム間三重結合化合物であるジゲルミンとオレフィンとの反応から生じた、環状ゲルマニウム間二重結合化合物「環状ジゲルメン」の特異な性質に着目し、その性質や反応性に関する詳細な調査を行った。前年度我々は、環状ゲルマニウム間二重結合化合物である1,2-ジゲルマシクロブテンを安定な化合物として合成・単離することに成功している。合成された化合物は、ゲルマニウム間三重結合化合物であるジゲルミンへのエチレンの付加反応によって得られており、その特異な性質は新規な含ゲルマニウム化合物合成の際のビルディングブロックへの応用も期待されている。そこで、用いるアルケンをエチレンから末端アルケンに変えてその反応性を精査した結果、エチレンの場合と同じく1,2-ジゲルマシクロブテンが生成する一方で、加熱により生成物からアルケンが可逆的に脱離するというエチレンで見られなかった新規な反応性を見出すことに成功した。高周期14族元素間多重結合化合物について、小分子との付加反応は数多く報告されているものの、脱離反応の報告例は少なく、今回の結果は小分子変換反応を設計する上で重要な指針となることが期待される。また、ゲルマニウム間二重結合は高いHOMOレベルおよび低いLUMOレベルに起因し、その酸化還元プロセスに基づく小分子活性化反応が効率的に進行すると考えられる。この点、1,2-ジゲルマシクロブテンは、環骨格に組み込まれたジゲルメンとして興味深い化学種である。そこで、このジゲルメンの酸化に伴う反応プロセスの検討として、各種単体カルコゲンとの反応を行ったところ、反応基質に応じた様々な含ゲルマニウム/カルコゲン化合物の合成・単離に成功し、その性質を明らかにした。実験計画では、高周期典型元素の性質を活かして、遷移金属元素を用いることのない新規な多成分連結小分子活性化反応を開発し、最終的には小分子活性化につぐ分子変換を見出すことを目的としていた。本年度は、ゲルマニウム間三重結合化合物であるジゲルミンが触媒として機能することでアリールアセチレンの三量化反応が進行するという前年度に見出した典型元素触媒反応において、鍵中間体とされる環状ゲルマニウム二重結合化合物「環状ジゲルメン」の性質解明と簡便に別途合成する手法を確立する予定であった。対象化合物の性質・反応性の調査に関しては、かさ高いアリール基を活用することで、新たな環状ゲルマニウム間二重結合化合物の合成に成功し、X線結晶構造解析ならびにNMR等の分光学的測定によりその物理的性質を明らかにした。具体的には、ジゲルミンと末端アルケンとの反応により、環状ジゲルメンの一つである1,2-ジゲルマシクロブテンを合成し、温度可変NMRによる追跡実験を行ったところ、生じた生成物を加熱することで容易にアルケンの脱離反応が進行し、原料であるジゲルミンと対応するアルケンが再生成することが明らかとなった。
ガラス状乾燥食品の非平衡状態の評価と物性制御

多くの乾燥食品がアモルファス状態にあり、水分含量や温度の変化によって熱力学的に非平衡なガラス状態になる。ガラス状乾燥食品の様々な性質を制御するには、時々刻々と変化し得る非平衡状態について理解すべきと考えられるが、そのための試みはこれまでに殆ど無かった。本研究の目的は、ガラス状乾燥食品の非平衡状態を、示差走査熱量計(DSC)を用いた緩和エンタルピー(△H_<relax>)測定によって把握し、物性制御への利用について検討することであった。様々な単糖類をモデルアモルファス食品として用い、クエンチング(溶融状態からの急速冷却)、凍結乾燥及び加熱乾燥によってガラス状試料を得た。これをDSCによって一定速度で昇温、冷却、再昇温し、得られた2つの昇温走査曲線の差より導き出されるピーク面積かろ△H_<relax>を求めた。その結果、ガラス状試料の熱履歴によって正及び負の△H_<relax>が得られること、ガラスの非平衡状態が平衡状態に近いほど△H_<relax>が低いことが明らかとなり、本手法によってガラス状物質の非平衡状態の相違を定量的に把握できることが確かめられた。ガラス状物質の非平衡状態の相違は様々な品質に影響を及ぼすと考えられる。ガラス状凍結乾燥食品における化学的変化の例として非酵素的褐変反応との関連について調べたが、明確な関連隆は認められなかった。これはガラス状食品の中で非酵素的褐変反応が局所的に進行するためと考えられる,一方、ガラス状凍結乾燥食品における物理的変化の例として結晶化特性との関連について調べたところ、△H_<relax>が低いほど結晶化温度が高くなる(結晶化への耐性が高まる)ことが示唆された。これはガラスが平衡状態に近い状態にあり、密度が高く、分子運動性が拗制された状態にあったためと考えられる。以上の結果より、ガラス状食品の非平衡状態の相違を理解することの重要性とその範疇が明らかとなった。殆どの乾燥食品はアモルファス状態にあり、水分含量や温度の変化によってガラス状態になる。ガラス状乾燥食品の様々な性質を制御するには、時々刻々と変化し得る非平衡状態について理解しなければならないが、そのような試みはこれまでに殆ど無かった。本研究の主たる目的は、ガラス状乾燥食品の非平衡状態を、示差走査熱量計を用いた緩和エンタルピー(ΔHrelax)測定によって評価し、様々な物性制御への利用について検討することである。本年度は基礎知見の集積を目的とし、様々な温度で乾燥させたモデル系乾燥食品のΔHrelaxを調べた。モデル系食品として、マルトデキストリン-水混合物とマルトース-水混合物とを用い、これらを50°C100°Cの範囲で重量がほぼ一定になるまで乾燥させた後、水分収着を妨げながら室温まで冷却することで試料を得た。いずれの乾燥温度においても、マルトデキストリンのガラス転移温度は乾燥温度よりも高かったことから、乾燥過程でガラス状態になることが分かった。これらの試料は常に正のΔHrelax値を示したことから、平衡から大きく逸脱した非平衡状態に陥っていたことが示唆された。また、乾燥温度がΔHrelax値に及ぼす影響は殆ど無かった事から、マルトデキルトリンは乾燥温度によらず、ほぼ同程度に平衡から逸脱した非平衡ガラス状態になることが明らかとなった。一方、マルトースのガラス転移温度は乾燥温度よりも常に低かったことから、乾燥過程ではなく、乾燥後に試料温度を室温まで冷却させる過程でガラス状態に陥ることが分かった。ガラス状マルトースの非平衡状態は乾燥温度ではなく乾燥終了後の冷却速度によって、変化し得ることが示唆された。以上の研究成果より、ガラス状乾燥食品の非平衡状態をΔHrelax測定によって特徴付けることが可能なことが明らかとなった。

これはガラスが平衡状態に近い状態にあり、密度が高く、分子運動性が拗制された状態にあったためと考えられる。以上の結果より、ガラス状食品の非平衡状態の相違を理解することの重要性とその範疇が明らかとなった。
火災時燃え広がる先頭火炎の構造、安定性に関する実験的及び乱流の数値解析的研究

1)層流反応性境界層中の先端火炎の多重構造及び安定性空気流が水平平板と平行して流れ、層流境界層ができる。平板表面(バーナ)より燃料を噴射させ境界層の中で空気と混合・反応し拡散火炎が形成した。反応発熱及び主流速度によって火炎の多重構造及び不安定性に及ばす影響を調べることを目的として数値解析を行った。反応発熱のある場合、負の渦度に挟まれ火炎面に沿う正の渦度域が見られ、これら正の渦度が下流側へ発達しながら速度overshoot及び火炎の不安定性をもたらしたと分かった。先端火炎の上流に循環流が現れ、熱及び化学成分が先端火炎より上流へ運ばれ、火炎の燃え広がりに起因したものと考えられる。2)鉛直平板境界層中の乱流拡散火炎鉛直に置かれた可燃性平板表面に形成した乱流拡散火炎を対象にして数値計算の数学モデルを提案し、有限差分法を用いて二次元乱流境界層と燃焼の数値シミュレーションを行った。化学反応は発熱があり反応速度無限大の単段階不可逆総括化学反応モデルで、乱流挙動はk-ε乱流モデルで記述され、特に放射熱損失と浮力は研究対象に大きな影響を及ぼすため、その寄与をモデリングして考慮に入れた。数値計算で得られた鉛直平板上の乱流境界層における速度、温度、乱流エネルギ、化学成分、燃料噴出速度などの分布に基づき、反応性境界層の空気力学的な構造、主流レイノルズ数、浮力及び放射熱損失による境界層の発達と物質の混合・反応への影響を調べた。3)弱重力条件下の乱流壁火炎地球と宇宙空間に往来する飛行器が必ず無重力と正常重力の間の弱重力空間を通過する。この弱重力状態の下で壁火災が発生するとき、燃え広がりと燃焼速度等を数値解析手段で調べた。放射熱及び浮力の影響を含むk-ε乱流モデルで鉛直に置かれた可燃性平板表面に形成した乱流拡散火炎を対象にして数値計算の数学モデルを提案し、有限差分法を用いて二次元乱流境界層と燃焼の数値シミュレーションを行った。壁面で気体燃料添加の質量流束が局所的な熱流束に比例すると仮定し、放射熱及び浮力の影響を含むk-ε乱流モデルを用いて複数の重力レベルに対して数値計算を行った。燃料添加速度は先端火炎付近にx^<-1/4>の法則で変化し、xの更なる増加を伴ってより早く減少したことが分かった。熱放射損失が増えれば、乱流運動エネルギ及び燃料添加速度が低下した。一方、重力加速度が減れば、速度のovershootが抑制され、乱流運動エネルギと燃料添加速度が共に小さくなった。
骨端線における遺伝子発現の解析

【目的】マウスの成長板(骨端線)における遺伝子発現を解析し、軟骨の増殖・分化で働く系とそれに含まれる遺伝子を検出した。【方法】9齢日マウスの脛骨近位成長板の静止層、増殖層、成熟層、肥大層、各層における遺伝子の発現を調べた。層間で発現値が大きく変化する遺伝子のリストに対して、クラスター解析及びシグニチャー解析を行った。【結果】4層間で発現の変化する遺伝子を2427個抽出し、クラスター解析により発現パターンをもとにグループ分けを行った。併せて、公共に入手可能なマイクロアレイのデータと上記2427遺伝子の比較を行った。具体的には、Bmp2, Ctnnb, Dlx1, Fgfr2, Lef1, Wnt1と関連したアレイ解析から各分子の影響で発現変化する遺伝子群を抽出し、前記2427遺伝子の発現クラスター解析内への分布を評価した。その結果、増殖層のみで発現が上昇するパターンを持つクラスターにBmp2, Ctnnb, Lef1の下流遺伝子が有意に偏在することが示された。また、細胞増殖に関連する遺伝子もこのクラスターに濃縮しており、増殖層細胞の表現型に矛盾しない。上記から増殖層でCtnnb(βカテニン)-Lef1/Tcf4のパスウェイが働いていることが示唆されたため、βカテニンの染色を同齢マウスの成長板で行った。βカテニンは増殖層から成熟層にかけて軟骨細胞の核内に染色され、前記シグニチャー解析と矛盾しない結果となっている。他のWntパスウェイ遺伝子の発現も各層で様々な変化を示しており、Wntパスウェイ遺伝子制御の成長板における重要性が示唆される結果となった。【結論】マイクロアレイによる成長板の網羅的遺伝子発現解析により、成長板軟骨の増殖・分化に関わると考えられる遺伝子の候補を選び出すことが出来た。われわれはLeica社製Application Solutions Laser Microdissectior Systemを使用し、マウス骨端線を層毎に切り出すことに成功した。採取したサンプルからRNAを抽出した。現在までに3サンプルのマイクロアレイによる遺伝子解析を行った。これまで報告されていない特異な動きをする遺伝子を複数見いだしている。各層での発現パターンをIhhやBMPsなど既知の因子の遺伝子と比較してもcompatibleであり、本研究により骨端線における遺伝子発現の貴重な新知見が得られるものと確信した。平成19年3月までに、以下の工程が完了している。組織採取、RNA抽出、PCR、マイクロアレイ実験材料として、既知の遺伝子情報が豊富なICRマウス(生後9日目)を使用。マウスgrowthplateから4つの層(静止層、増殖層、前肥大層、肥大層)をそれぞれ別々に切り出し、qualityの高いRNAを抽出した。層毎の切り出しは、試行錯誤の結果、Laser Microdissectior System (Leica社)を用いた。採取した各々のサンプルを2 cycle cDNA合成、RT-PCRのした後にマイクロアレイによる遺伝子解析を行った。上記解析は3個体(可能であれば今後5個体まで増やす予定)で実施した。データ解析得られた各回のアレイデータの相関関係を検討した後に、静止層、増殖層、前肥大層、肥大層の各層間での遺伝子の動向を比較しグループ分けして解析した。(1)発現の高い遺伝子(3)クラスター解析発現が変化する遺伝子に関して相対的発現の高い遺伝子リスト作製【目的】マウスの成長板(骨端線}における遺伝子発現を解析し、軟骨の増殖・分化で働く径とそれに含まれる遺伝子を検出した。【方法】9齢目

マウスの脛骨近位成長板の静止層、増殖層、成熟層、肥大層、各層における遺伝子の発現を調べた。層間で発現値が大きく変化する遺伝子のリストに対して、クラスター解析及びシグニチャー解析を行った。【結果】4層間で発現の変化する遺伝子を2427個抽出し、クラスター適斬により発現パターンをもとにグループ分けを行った。併せて、公共に入手可能なマイクロアレイのデータと上記2427遺伝子の比較を行った。具体的には、Bmp2,Ctnnb,Dlx1,Fgfr2,Lefl,Wntlと関連したアレイ解析から各分子の影響で発現変化する遺伝子群を抽出し、前記2427遺伝子の発現クラスター解析内への分布を評価した。その結果く増殖層のみで発現が上昇するパターンを持つクラスターにBmp2,(Ctnnb,Leflの下流趨伝子が有意に偏在することが示された。また、細胞増殖に関連する遺伝子もこのクラスターに濃縮しており、増殖層細胞の表現型に矛盾しない。上記から増殖層でCtnnb(βカテニン)・Lef/Tcf4のパスウェイが働いていることが示唆されたため、βカテニンの染色を同齢マウスの成長板で行った。βカテニンは増殖層から成熟層にかけて軟骨細胞の核内に染色され、前記シグニチャー解析と矛盾しない結果となっている。他のWntパスウェイ遺伝子の発現も各層で様々な変化を示しており、Wntパスウェイ遺伝子制卸の成長板における重要性が示唆される結果となった。【結論】マイクロアレイによる成長板の網羅的遺伝子発現解析により、成長板軟骨の増殖・分化に関わると考えられる遺伝子の候補を選び出すことが出来た。
歯髄・象牙質複合体再生のための骨髄幹細胞による硬組織形成の培養補助剤と多孔質担体

歯髄・象牙質複合体の再生にとって硬組織形成の促進とその硬度の向上を目指さなければならない。そのために、in vitroでの骨髄幹細胞培養による硬組織形成促進と歯髄・象牙質複合体の再生に寄与する新たな培養補助剤を見出すことが目的であった。骨髄幹細胞の分化と骨形成促進のための培養補助化学物質として、生体内で細胞を支持する細胞間基質に関係するヒアルロン酸、ラミニン、デキストランそしてアミノ酸を選択し、in vitroおよびin vivoで骨髄幹細胞による骨形成促進の可能性を検討した。その結果、in vitroでピアルロン酸、ラミニンおよびデキストランはデキサメタゾンと併用することによって有意に培養器に多くの量の石灰化物が形成された。また、これらで処理した55%気孔率の多孔質ハイドロキシアパタイト担体に骨髄幹細胞を播種して皮下埋入したin vivoの実験で組織学的に多数の気孔での骨形成が認められ、担体中のオステオカルシン量を免疫化学的に測定結果からも、骨形成の増加が確認された。本研究補助期間内に、これらの化学物質は単独で培養に用いてもデキサメタゾンのような骨形成促進作用を示さないが、デキサメタゾンとの併用によって骨形成を効果的に促進する作用を示すことを明らかにすることができた。骨あるいは硬組織の速やかな形成が求められる臨床への応用に近づく足掛かりになるものである。一般に、担体内骨形成には1×10^7個/mLを超える細胞濃度の浮遊液で細胞を担体に播種する必要があるが、ヒアルロン酸、ラミニンあるいはデキストランを応用した担体では1/10濃度の細胞浮遊液で多くの石灰化物が形成された。これらの化合物質が骨形成のために有効な補助剤である可能性が認められた。デキサメタゾン、アスコルビン酸-2リン酸そしてβ-グリセロフォスフェイトをMEM培地に添加して骨髄幹細胞を培養し、培養器内に石灰化物を形成させることはヒトとラットで行われており、本試験でもラット骨髄幹細胞で石灰化物を形成させることができた。歯髄由来細胞には極めて少数ではあるが自律性に硬組織を形成する細胞が存在することが確認された一方で、歯髄由来細胞には付着性の細胞が少なく、歯髄由来細胞の初代培養が困難であり、立体培養の応用が適当と考えられる結果が得られた。そこで、骨髄幹細胞あるいは歯髄由来細胞を骨芽細胞あるいは象牙芽細胞のような硬組織形成能を有する細胞に分化させて歯髄・象牙質複合体から歯根再生を目指すために、多孔質ハイドロキシアパタイト担体の応用を試行した。骨髄幹細胞あるいは歯髄由来細胞を気孔中に含む多孔質ハイドロキシアパタイト担体をラット背部皮下組織内に埋入し、その気孔内での硬組織形成細胞への分化と硬組織形成を試みた。本研究においては、少数の幹細胞が効果的に骨芽細胞に分化して多孔質担体の気孔に骨が形成されるように、幹細胞の増殖あるいは分化の補助因子を検討した。当初の段階として、気孔内壁への幹細胞の接着を考え、ラミニンを用いた。すなわち、多孔質ハイドロキシアパタイト担体をラミニン溶液に浸漬したあと、初代培養を行ったラット大腿骨骨髄細胞をその担体に播種して同種ラット背部皮下に埋入して気孔内への骨形成を図った。

一般に、この実験では1×10^7個/mLの濃度の細胞浮遊液を調製して担体に播種する必要があるが、ラミニンを応用した担体では1/10濃度の細胞浮遊液を播種することによって骨が形成され、ラミニンが骨形成の有効な補助剤である結果を得た。この結果は学会発表および学会誌への投稿によって公表した。ヒトとラットの骨髄幹細胞はデキサメタゾン、アスコルビン酸-2リン酸そしてβ-グリセロフオスフェイトをMEM培地に添加して培養し、石灰化物を形成させることがin vitroで可能である。本件申請者が行った実験でもラット骨髄幹細胞を分化、増殖させて培地内に石灰化物の形成を確認した。ところで、歯髄由来細胞には極めて少数ではあるが自律性に硬組織を形成する細胞が存在することが確認された一方、歯髄由来細胞には付着性の細胞が少なく、歯髄由来細胞の初代培養が困難であり、立体培養の応用が適当と考えられる結果が得られた。そこで、骨髄幹細胞あるいは歯髄由来細胞を骨芽細胞あるいは象牙芽細胞のような硬組織形成能を有する細胞に分化させて歯髄・象牙質複合体から歯根再生を目指すために、多孔質ハイドロキシアパタイト担体の応用を試行した。骨髄幹細胞多孔質ハイドロキシアパタイト担体をラット背部皮下組織に埋入し、その気孔内での硬組織形成細胞への分化と硬組織形成を試みた。本研究においては、ヒト骨髄からの幹細胞採取が困難な歯科の分野において、採取できる可能性のある少数の歯髄内幹細胞を効果的に骨芽細胞に分化させ、骨形成ができるように、幹細胞の増殖あるいは分化を促進するための補助因子を検討した。当初の段階として、多孔質担体の気孔内壁への幹細胞の接着を考え、ヒアルロン酸を用いた。すなわち、多孔質ハイドロキシアパタイト担体をヒアルロン酸溶液に浸漬したあと、初代培養を行ったラット大腿骨骨髄細胞をその担体に播種して同種ラット背部皮下に埋入し、気孔内での骨形成を図った。一般に、1×10^7個/mL濃度の細胞浮遊液で担体に細胞を播種する必要があるが、ヒアルロン酸を応用した担体では1/10濃度の細胞浮遊液で多くの骨が形成され、ヒアルロン酸が骨形成の有効な補助剤であることを学会で発表し、Jourmalに投稿した。歯髄・象牙質複合体の再生にとって硬組織形成の促進とその硬度の向上を目指さなければならない。そのために、in vitroでの骨髄幹細胞培養による硬組織形成促進と歯髄・象牙質複合体の再生に寄与する新たな培養補助剤を見出すための検索を行った。骨髄幹細胞の分化と骨形成促進のための培養補助化学物質として、生体内で細胞を支持する細胞間基質に関係するヒアルロン酸、ラミニン、デキストランそしてアミノ酸に種類を選択し、in vitroおよびin vivoで骨髄幹細胞による骨形成促進の可能性を検討した。その結果、in vitroではいずれの化学物質も旧来のデキサメタゾンに優れる骨形成促進作用は示さなかったが、ヒアルロン酸、ラミニンおよびデキストランはデキサメタゾンと併用することによって有意に培養器に多くの量の石灰化物が形成された。また、これらで処理した55%気孔率の多孔質ハイドロキシアパタイト担体に骨髄幹細胞を播種して皮下埋入したin vivoの実験で組織学的に多数の気孔での骨形成が認められ、担体中のオステオカルシン量の免疫化学的測定結果でも骨形成の増加が確認された。これらの化学物質は単独で培養に用いてもデキサメタゾンのような骨形成促進作用を示さないが、デキサメタゾンとの併用によって骨形成を効果的に促進する作用を示すことが明らかになった。骨あるいは硬組織の速やかな形成が求められる臨床への応用に近づく足掛かりになるものである。