hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デラミネーションによるTTG質大陸地殻誕生についての地質学的・岩石学的検証

南極大陸と北海道において、変成岩とある種の花崗岩(TTG)の採取を行い、成因関係を解析した。その南極の変成岩から、新鉱物マグネシオヘグボイト-2N4Sを発見した。成果は国際誌に公表した。さらにこの岩石試料の年代測定をおこなった。これにより、新潟大学におけるチャイム年代測定法はほぼ完成した。北海道のTTGについては、デラミネーションが深く関わっているとの確信を得た。このTTGについてはロシアの国際学会で招待講演をおこなった。1.目的なぜ地球にだけ、花崗岩質の大陸性地殻が生まれたのかは、地球史における重要課題である。初期の大陸地殻岩石「Archean TTG」の成因として、多くの研究者はスラブ融解を考えており、融け残りはエクロジャイトであるとし、沈込帯における成因と考えられている。しかしながら、狭義のグラニュライト相とエクロジャイト相の境界には、漸移部としての「ザクロ岩グラニュライト相」がある圧力幅をもって存在する。この問題の解決には、衝突帯におけるザクロ石グラニュライト相岩石の形成とデラミネーションの検討が不可欠である。研究対象として、島弧・大陸性地殻の衝突域にみられる変成岩類やTTGの分布域をターゲットとする。具体的には北海道中軸部のTTGおよび南極地域の変成岩・深成岩を用いる。TTGの研究を火成岩として行うのではなく、想定される融け残り石を変成岩岩石学的に解析することにより、TTGマグマが発生した温度-圧力条件を包括的に明らかにすることを目的とする。2.本年度の研究実績(1)野外調査ターゲットとする北海道中軸部のTTG質岩体について野外調査を行った。さらに、第50次南極地域観測隊セールロンダーネ山地地学調査隊に隊員として参加し、野外調査を行った。この地域は地球上における過去最大級の大陸諸突イベントの場である。この地域の調査により、東西ゴンドワナ大陸の衝突により形成されたと考えられている変成岩類やTTG質岩体の多量の良好な試料を採取することが出来た。野外調査においては、本研究費で購入したGPSが非常に役に立った。特に、南極のセールロンダーネ山地では従来あまり注目されてこなかった、ザクロ石角閃岩や苦鉄質グラニュライトに関し、良好なサンプルを多量に発見・採取することが出来た。(2)試料の選定と室内作業岩石薄片の作成を行い、基礎的な記載を行うと共に、比較的新鮮な試料を選び、岩石試料の粉砕を開始した。特に、南極・セールロンダーネ山地の試料は重要である。今後、本科学研究費による研究を遂行するに当たり、「ザクロ石グラニュライト相」「TTG」に関わる地球上でまたとない最良の試料が得られたものと思われ、次年度以降の研究で画期的な成果が上がると期待される。なぜ地球にだけ大陸性地殼が生まれたのかは、地球史の重要課題である。初期の大陸地殻岩石「Archean TTG」の成因として、多くの研究者はスラブ融解を考え、融け残りはエクロジャイトであるとしている。しかし、狭義のグラニュライト相とエクロジャイト相の境界には、漸移部として「ザクロ石グラニュライート相」が、ある圧力幅をもって存在する。これまでの野外調査により、南極セールロンダーネ山地と北海道からTTG質火成岩や高温変成岩の試料を採取することができた。本年度はこれらの試料のについて解析を進めた。セールロンダーネ山地においては、従来角閃岩相と考えられてきた地域からグラニュライト相岩石を発見し、大陸衝突域のテクトニクスが解明されつつある。当初計画で狙ったとおり、ザクロ石グラニュライト相の岩石が見いだされ、解析が進みつつある。また、この研究の過程で、セールロンダーネ山地からコランダム-スピネル-ヘグボマイトを含む岩石を見いだした。この岩石は変成作用解析の重要な指標になると思われる。これについては近日中に国際誌に投稿予定である。日高変成帯においては、トーナル岩の起源について従来の考え方を覆しつつある。これらの成果について、昨年度だけで9回にわたる学会発表を行った。また、今年度の目標であった鉱物分離ルーチンの構築をはじめるとともに、CHIME年代の測定・計算ルーチンを構築し始めた。いくつかの放射性鉱物についてU,Th,Pb,REEのEPMAでの測定に成功した。まだ多少の問題はあるが、有意な年代が得られつつあり、当教室におけるCHIME年代測定に成功しつつある。なぜ地球にだけ大陸性地殻が生まれたのかは、地球史の重要課題である。

しかし、狭義のグラニュライト相とエクロジャイト相の境界には、漸移部として「ザクロ石グラニュライト相」が、ある圧力幅をもって存在する。この問題の解決には、衝突帯におけるザクロ石グラニュライト相岩石の形成プロセスの検討とデラミネーションの検討が不可欠である。南極のザクロ石グラニュライト相変成岩の解析中に、ヘグボマイト類に属すると思われる鉱物を発見した。新鉱物と確信、変成度の解析を中断。予測しえない発見であることから、研究費を平成23年度に繰越し、この鉱物の解析に時間を割いた。その結果、国際鉱物学連合から新鉱物「Magnesiohogbomite-2N4S」として認定された。本研究費での想定以上の画期的成果となった。さらにこの岩石中には、様々なU-Th含有鉱物が含まれており、この年代測定をオーストラリアのジェームズクック大学で行うとともに、新潟大学でもCHIME年代測定をおこなった。これにより、本研究課題の目標の一つであった、新潟大学におけるCHIME年代測定はほぼ完成した。新鉱物に関連する内容では、エジンバラで開催された国際学会と、鉱物科学会で発表した。また、詳細論文は、American Mineralogistに受理され、2012年2月号に掲載された。北海道の中新世のTTGの生成については、ロシア科学アカデミー主催の国際学会(2011年9月、ウラジオストク)で招待講演を行った。これらを含め大陸地殻に関連する学会発表を、繰越年度を含めて2年間で23件おこない、3編の論文を公表。さらに1編を投稿中である。
海洋生物由来抗腫瘍生理活性物質の探索と新規抗癌剤開発への応用を目指した基礎的研究

口腔扁平上皮癌細胞に対する細胞毒性を指標に,新規の海洋生物由来生理活性物質の抽出・精製を行う.活性の高い物質の同定を行い,新規誘導体の合成と大量合成を試みる.活性物質については構造解析と機能解析を行い,動物実験にてその有用性を検証する口腔扁平上皮癌細胞に対する細胞毒性を指標に,新規の海洋生物由来生理活性物質の抽出・精製を行う.活性の高い物質の同定を行い,新規誘導体の合成と大量合成を試みる.活性物質については構造解析と機能解析を行い,動物実験にてその有用性を検証する〈海洋生物より抽出された物質の精製〉海洋生物より抽出された天然生理活性物質を精製し構造を決定する.日本近海に生息する海洋生物をメタノール/エタノール抽出溶媒によりヘキサン画分,酢酸エチル画分,水画分に分配し抽出された化学物質を精製する.精製された化学物質に対しBio assayを行い活性のある物質の精製を進める.それぞれの画分をThin-layerchromatography(TLC)を用いて分離し,分離された溶解物を構造解析装置を用いて構造決定する。また側鎖を改良し新規の誘導体を精製する.(結果)海洋生物より抽出した天然生理活性物質(QPBO80201-1320)320検体につき細胞毒性試験をおこなった。扁平上皮癌細胞A431を用いて無血清培養下、最終濃度5μg/mlおよび0.5μg/mlになるように調整し各サンプルの抗腫瘍効果を検討したところ0.5μg/mlの濃度で50%増殖抑制を認めるサンプル海洋生物抽出物(No161320)の細胞毒性試験を行った。最終濃度5μg/mlおよび0.5μg/mlの2点でアッセイを行った結果、0.5μg/mlでcontrol(DMSO)に対し90%以上の増殖抑制効果(試薬処理の細胞数/コントロールの細胞数≦10%)を示した抽出物は以下の27種類であった。さらに低濃度処理での効果を検討するために、これらの試薬について最終濃度が0.005,0.05,0.5,5μg/mlになるように処理し、無血清培養した。27種類のうち再現性の得られなかった試薬に対して再検をおこない26種類の試薬で再現性が得られた(N0.308のみ試験し忘れました)。このうちNo312を除く25種類の試薬で初回同様の強力な増殖抑制効果がみられた。特にOPB080201-173,201,227,237は0.005μg/mlで抑制効果を示した。<海洋生物より抽出された物質の精製>海洋生物より抽出された天然生理活性物質を精製し扁平上皮癌細胞に対する毒性試験を行い活性のある物質の構造を決定する。日本近海に生息する海洋生物をメタノール/エタノール抽出溶媒によりヘキサン画分、酢酸エチル画分、水画分に分配し抽出された化学物質を精製する。精製された化学物質に対しBioassayを行い活性のある物質の精製を進める。それぞれの画分をThin-layer chromatography(TLC)を用いて分離し、分離された溶解物を構造解析し構造決定する。また側鎖を改良し新規の誘導体を精製する。(結果)海洋生物より抽出した天然生理活性物質(QPBO80201-1420)420検体について細胞毒性試験をおこなった。扁平上皮癌細胞A431を用いて無血清培養下、最終濃度が5μg/mlおよび0.5μg/mlになるように試薬を調整し各サンプルの抗腫瘍効果を検討した。0.5μg/mlの低濃度でcontrol(DMSO)に対し90%以上の増殖抑制効果がみられたサンプルは42検体であった。さらに低濃度での効果を検討するために、これらの試薬について最終濃度が0.005, 0.05. 0.5, 5μg/mlになるように処理し、無血清培養した。42種類すべてにおいて再現性が得られた。特にOPB080201-173, 201, 227, 237は0.05μg/ml強力な腫瘍増殖抑制効果を示した。〈海洋生物より抽出された物質の精製〉海洋生物より抽出された天然生理活性物質を精製し扁平上皮癌細胞に対する毒性試験を行い活性のある物質の構造を決定する。それぞれの画分をThin-layer chromatography (TLC)を用いて分離し、分離された溶解物を構造解析し構造決定する。(結果)海洋生物より抽出した天然生理活性物質(QPB080201-1420)420検体について細胞毒性試験をおこなった。さらに低濃度での効果を検討するために、これらの試薬について最終濃度が0.005,0.05.0.5,5μg/mlになるように処理し、無血清培養した。

特にOPB080201-173,201,227,237は0.05μg/ml強力な腫瘍増殖抑制効果を示した。活性物質について精製を進め構造解析をおこなった結果、活性本体はいずれも既知物質であった。OPB080201-35(沖縄産ソフトコーラル酢酸エチル画分)シリカゲル画分AK-I-155-3から3種のプロスタノイドを得たが既知物質であった。OPB080201-93(沖縄産海綿Cliona solida酢酸エチル画分)の強い活性画分GS-I-10-3は、海綿由来既知物質aragusterol Cであり、弱い活性画分は既知物質aragusterol BとCを含む混合物であった。OPB080201-23(沖縄産海綿Petrosia sp.酢酸エチル画分)活性画分AK-I-192-3,192-4を、No.93から得られたaragusterol類とTLCで比較することにより、これらはaragusterol類と考えられた。
レドックス型イオン結晶によるポストシンセシス法を用いた機能スイッチング

採用2年目では、Salphen骨格を有した[Al(Salphen)(H2O)2](NO3)とケギン型ヘテロポリ酸Na3[PW12O40]を用いることで[Al(Salphen)(H2O)2]3[PW12O40](1)を合成し不均一系酸触媒としての機能を評価した(a)。Salphen配位子は骨格中心に様々な金属イオンを取り込むことによって触媒として働き、ポリ酸は触媒反応における代表的な中間体であるカルボカチオン中間体などを安定化させることが知られている。化合物1は三次元細孔を有しており、不均一系酸触媒として用いピナコール転位反応を行った結果、反応は速やかに進行し、生成物であるピナコロンが得られた。一方で原料であるAl Salphen錯体やポリ酸のみ、あるいは原料同士の物理混合で同様の反応を行った場合、反応はほとんど進行しなかった。この結果は、化合物1の構築素子であるAl Salphen錯体とポリ酸がシナジー効果をもたらすことに加え、化合物1の持つ多孔性が反応を円滑に進めているためだと考えられる。上記の研究成果は研究計画書に記載した内容と関連性が少ない。一方で現在、当研究室では硫黄が中心元素であるケギン型ポリ酸を用いたポストシンセシス的機能スイッチングを試みている。硫黄中心のポリ酸は一般的に用いられるPやSiを中心としたポリ酸よりも優れた還元特性を持っているため、計画書に記載したような多電子還元による機能変化が可能であると考えた。実際、硫黄ポリ酸[SMo12O40]-2とCr錯体[Cr3O(OOCH)6(4-methylpyridine)3]+から多孔性イオン結晶(2)を合成し、酸化還元的ポストシンセシスに成功している。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度はMo系ポリ酸を用いた多孔性イオン結晶を合成し、その酸化還元特性を利用することでの多孔体の機能スイッチングを試みた。また本成果はアメリカ化学会誌のChemistry of Materialsに掲載されている。本研究では当初の計画通り、多孔体の構築を行った後に、酸化還元を伴うイオン導入を行うことによって多孔体の機能変化、及びイオンふるいへの応用に成功した。機能変化ではカリウムイオンを主としたイオンの脱挿入を可逆的に行い、多孔体の結晶構造を崩すことなく5回のRedoxサイクルを行うことができた。アルカリ金属イオンはナトリウムイオン,カリウムイオン,ルビジウムイオン,セシウムイオンなどを導入し、それに伴う多孔体の水吸着量は金属イオンのイオン半径に応じて変化することが分かった。さらに、これらアルカリ金属イオンの導入速度が異なる事が分かり、その速度論的解析を経時変化をとる事によって考察した。経時変化は金属イオンの導入を原子吸光光度計より、ポリ酸の還元に伴うIVCT (原子価間電荷移動)をUV-visスペクトルより定量化することで行った。多孔体への金属イオン導入は水溶液中に存在する水和されたアルカリ金属イオンが脱水和されてから細孔内部に取り込まれると考えられ、セシウムイオンなどイオン半径が大きいイオンは水和エネルギーがカリウムイオンなどに比べて低いためこの脱水和は容易に起こると考えられる。このような性質を利用し、ナトリウムイオンとセシウムイオンを混在させた水溶液中に本化合物を加えて同様の実験操作を行うとセシウムイオンのみをほぼ100%で導入することにも成功している。このようなイオンふるいとしての機能は海水中に大量存在するナトリウムイオンやカリウムイオンなどから放射性セシウム(福島第一原発事故による汚染水)を識別するための有用な学術的報告である。前述した通り、申請者はレドックス型イオン結晶の合成・機能制御に成功している。現在はさらなる機能制御に向けて、ホスト骨格にクラウン型有機配位子を取り込んだ多孔性イオン結晶の合成に取り組んでいる。現段階では、特にこの新規多孔性イオン結晶の結晶化・Redox応答性について模索している。

実際、硫黄ポリ酸[SMo12O40]-2とCr錯体[Cr3O(OOCH)6(4-methylpyridine)3]+から多孔性イオン結晶(2)を合成し、酸化還元的ポストシンセシスに成功している。二年目の研究推進方策では、クラウン型化合物を用いることで研究をさらなる向上させることを前項に述べた。これまでにも大環状有機配位子やジベンゾクラウン誘導体などを用いて多孔性イオン結晶の構築を試みているが、それらは未だ成功していない。そこで、ドーソン型ポリ酸をユニットとしたクラウン系ポリ酸を用いることによって、これらの研究遂行を図る。28年度が最終年度であるため、記入しない。
外来種アメリカカンザイシロアリの繁殖様式解明と総合防除法の確立

和歌山県東牟婁郡古座川町の被害材からアメリカカンザイシロアリの個体を採集し,マイクロサテライト解析を行った。集団全体での近交係数は0.5以上と高い値であり,近親交配の頻度が高いことが示された。また,遺伝子座あたりの対立遺伝子数が4よりも大きい部分集団もあり,近隣コロニーとの融合の可能性が示唆された。ホウ酸化合物を経皮投与で10,000mg/kg投与しても全滅しない場合が観察され,グルーミングによる薬剤伝搬効果が低いものと推測された。また,経口投与した際には,死亡個体のホウ素含有量の約3倍のホウ素を摂取した個体が健全な状態で生息しており,ホウ素摂取量と殺虫活性に正の相関は認められなかった。昨年度はマイクロサテライト遺伝子座増幅用プライマー対4組を用いたPCR増幅産物をポリアクリルアミド電気泳動(PAGE)によって分析した結果に基づいてアメリカカンザイシロアリのコロニー構造を解析した。ここで用いたPAGEでのマイクロサテライト遺伝子座の大きさ(塩基長)の読み取り精度は数十塩基長であった。今年度,キャピラリー電気泳動装置が新たに導入され一塩基長の差の識別が可能となったので,より詳細なコロニー構造を明らかにするため,キャピラリー電気泳動による再解析を行った。被害小屋の「垂木」(200 cm)から25 cm長で切断した8部材,ならびに「胴差し」(275 cm)から25 cm長で切断した11部材から採集した擬職蟻の頭部から抽出し,冷凍保管していたゲノムDNAを試料とした。これらのゲノムDNAを鋳型とし,蛍光(FAM,VIC,NED,PET)標識した4組のアメリカカンザイシロアリ用マイクロサテライト遺伝子座増幅用のプライマー対を用いてPCR増幅を行った。増幅産物の塩基長をABI PRISM 3130Genetic Analyzerで読取り,Genetic Date Analysisを用いて解析した。遺伝子座あたりの平均対立遺伝子数が,胴差しと垂木でともに4よりも大きな値となった。さらに,垂木の1部材では平均対立遺伝子数が6.25であった。2倍体の王と2倍体の女王の子の集団であれば,遺伝子座あたりの対立遺伝子数は最大で4となるので,胴差しには3頭以上の生殖虫の存在が,垂木には4頭以上の生殖虫の存在が示唆される。しかし,実際に被害部材から採集された生殖虫の数は,胴差しでは0頭,垂木では2頭であった。擬職蟻を採集した被害部材に隣接する他の被害部材に生殖虫が生存していること,また1対以上の生殖虫ペアが存在しコロニーの融合が起こっている可能性があることが推測される。新たに採集した和歌山県東牟婁郡すさみ町のアメリカカンザイシロアリ個体群について,マイクロサテライト解析を実施した。カリフォルニアのコロニーを外群として,近隣結合法(Neighbor-Joining method: NJ法)により系統樹を作成した。すさみ町のコロニーは宮崎県延岡市のコロニーと比較的近縁であり,同じ和歌山県内の古座川町や旧粉河町のコロニーとはそれほど近縁ではないことが示された。アメリカカンザイシロアリの加害箇所は,小屋組や軸組など,雨漏りなどがなければ水と接触しない部材であるため,水溶性無機化合物を用いた防除・駆除が考えられる。無機化合物である八ホウ酸二ナトリウム四水和物(DOT: disodium octaborate tetrahydrate)と四ホウ酸二ナトリウム十水和物(硼砂,borax: disodium tetraborate decahydrate)の経皮および経口投与によるアメリカカンザイシロアリに対する効果を検討した。経皮投与:DOTを10000 mg/kg塗布すると9週目で擬職蟻が全滅する場合があった。1000 mg/kg塗布では20週後でも擬職蟻の全滅は観察されなかった。硼砂塗布(10000,1000 mg/kg)処理では20週後でも擬職蟻の全滅は観察されなかった。アメリカカンザイシロアリでは,グルーミングによる薬剤伝搬効果が低いことが推察される。経口投与:DOT・硼砂投与ともに10週間後でも全滅しなかった。硼砂を投与し10週間後に回収した死体(DOT投与では共食いが生じ死体を回収できなかった),DOTあるいは硼砂を投与し10週後に生存していた個体に含有されるホウ素量をICP-MSで定量した。死亡個体のホウ素含有量は13 mg/kg(硼砂投与),生存個体のホウ素含有量は,36 mg/kg(硼砂投与),10 mg/kg(DOT投与)であった。被害建築物の垂木(2000 mm)を,250 mm長の8部材へ切断した。

同様に胴差し(2750 mm)を250 mm長の11部材へ切断した。24頭以上の採集が可能であった10部材から採集した擬職蟻(各24頭)の頭部を切断し,ゲノムDNAを1頭ずつ抽出した。ゲノムDNAを鋳型とし,アメリカカンザイシロアリ用マイクロサテライト遺伝子座増幅用のプライマー対4組(07S-7,28S-10,28T-12,28T18-2)を用いてPCR増幅を行った。合計960本のPCR増幅産物をポリアクリルアミドゲル電気泳動で分離し,増幅されたDNAバンドの大きさを読取り,Genetic Date AnalysisならびにRelatednessソフトウェアを用いて解析した。胴差しではヘテロ接合体率の期待値と観察値がほぼ同じ値であったのに対し,垂木では観察値が低かった。この結果は,胴差しでは任意交配に近いが,垂木では近親交配が起こっていることを示唆している。有翅虫の侵入箇所となりやすい垂木では,同一コロニーから飛び立った有翅虫が垂木へ侵入し,その後に近親交配が生じたと考えられる。一方,建物内部にある胴差しでは,異なるコロニーから別々に侵入した個体が移動してきた後に交配が起こったと推定される。分集団内での近交係数が正の値であったため,1対以上の生殖虫による交配あるいは2つ以上のコロニーの融合が起きているものと推定される。一方,集団全体での近交係数は0.5以上と高い値であり,集団全体で近親交配の頻度が高いことが示唆された。血縁度は全体に高い値であったが,胴差しでは比較的低く,垂木では高い傾向が認められた。この血縁度データにより,侵入箇所となりやすい垂木では同一コロニーからの有翅虫による近親交配が,建物内部の胴差しでは異なるコロニーから来た個体による交配が起こっているとの推定が裏付けられた。今年度は,新たに導入されたキャピラリー電気泳動装置によるアメリカカンザイシロアリのマイクロサテライト遺伝子座に関する詳細な再解析を行った。この再解析を行ったことで,解析に要する時間が当初予定よりも大幅に増加したため,計画の進行がやや遅れてしまった。しかし,キャピラリー電気泳動では一塩基長の違いを判別できるため,より詳細なコロニー構造の解析が可能となった。再解析の結果,コロニー間の関係を表す系統樹については,昨年度PAGEで得られた系統樹と今年度キャピラリー電気泳動で得られた系統樹の間には,枝長の違いなど小さな相違点が認められるものの,群の相対的な関係には大きな変動がないことが確かめられた。一方で,コロニー間の類縁度を表す近交係数の値やヘテロ接合体率の値には大きな違いが認められた。具体的には,昨年度のPAGEの結果に基づく解析では,近交係数の値が高く,ヘテロ接合体率の値は低かったのに対し,今年度のキャピラリー電気泳動の結果に基づく解析では正反対の傾向が認められ,近交係数の値が低く,ヘテロ接合体率の値が高かった。今年度得られた解析結果は,アメリカカンザイシロアリが近親交配でなく任意交配を行っていることを示唆している。この傾向はこれまでに報告されている他のシロアリとは異なっていた。例えば,地下生息性シロアリであるReticulitermes属や湿材シロアリであるZootermopsis属などと比較して,乾材シロアリに属するアメリカカンザイシロアリでは近交係数の値が低く,またヘテロ接合体率の値が高かった。
高分解能分子イメージングによる分子構造変化からの細胞内力可視化解明

細胞の発生する力は、周囲を取り巻く微小環境に伝わり、移動、形態変化、増殖、分化決定など様々な細胞機能に重要であることがわかってきている。本研究では、細胞内分子イメージング法である単分子スペックル顕微鏡法により、力を発生するアクチン細胞骨格と細胞外マトリックスを繋ぐ接着斑分子の構造変化を直接可視化し、力伝達の機序を一分子レベルで明らかにすることを目的としている。本年度は、ミオシン依存的な張力がアクチン線維を安定化することを、細胞内において最高精度の時空間分解能で明らかにし、研究成果をMol. Biol. Cell誌に論文発表した(Yamashiro et al, Mol. Biol. Cell, 29, 1941-1947, 2018)。また、ライブイメージング定量解析に頻用される標的結合型蛍光プローブが、細胞内力の影響を強く受けて局在ミスを示す新規の機構(Convection-induced biased distribution model)を明らかにし、研究成果を、Biophys. J誌に論文発表した(Yamashiro et al, Biophys. J., 116, 142-150, 2019;京大プレスリリース2019年1月11日)。これらの研究成果は、アクチン細胞骨格が発生する細胞内力の新規の役割を明らかにしており、今後、細胞内の力応答や細胞運動、癌浸潤の理解に展開することが期待できる。また、これら2篇の発表論文は、学術研究に対する国際的評価システムであるFACULTY of 1000で推薦され、アメリカ細胞生物学会のミニシンポジウムで採用されるなど、国際的に高い評価を得ている。研究代表者はこれまで、細胞内蛍光単分子イメージングを格段に改良し、高精度の時空間分解能で単分子の振る舞いを捉える簡便・高効率なeSiMS顕微鏡法(electroporation-based Single-Molecule Speckle Microscopy)を開発した。本研究では、eSiMS顕微鏡法を用いて、力と相関のある分子変動を捕捉して得られる時空間的情報を手掛かりに、アクチン流動力伝達の分子機構を明らかにすることを目的としている。現在まで、ミオシン張力によるアクチン安定化とアクチン流動力が分子濃度勾配形成機構を解明し、論文発表した(Yamashiro et al, Mol. Biol. Cell, 29, 1941-1947, 2018, Yamashiro etal, Biophys.J., 116, 142-150, 2019)。また、細胞接着分子(ビンキュリン、タリン、インテグリンβ1)の動態を一分子イメージングにより捉え、細胞内アクチン流動力との相関の可視化解析を進めている。さらに、一分子動態の観察結果に基づいた数理モデル解析を行い、アクチン線維流動力と細胞外基質の連結機構の解明を進めている。現在、細胞接着分子(ビンキュリン、タリン、インテグリンβ1)の一分子動態観察を行い、細胞内アクチン流動力と接着分子動態の相関の可視化解析を進めている。これまで、細胞接着分子がアクチン線維流動と同じ速度・方向に流動する現象を見出している。今後は、細胞接着分子の部分機能欠損変異体シリーズを作製し、分子動態観察により定量的に比較する。得られた観察結果より、分子機能と動態の相関を一分子レベルで明らかにする。また、接着分子について遺伝子ノックダウン細胞を作製し、分子機能解析を行う。これらの実験で得られる結果から、アクチン線維流動ー接着分子ー細胞外基質の分子メカニズムの解明を進める。また、細胞接着分子の一分子動態に基づいた数理モデル解析を進めている。今後は、分子イメージングにより定量的解析パラメータを実験的に計測し、数理モデルに導入することで、アクチン流動力と細胞外基質の連結モデルを検証する。分子動態の定量的解析パラメータ(実験)と数理モデル解析の連携により、実際に細胞内で起こる連結機構の理解を目指す。

研究代表者はこれまで、細胞内蛍光単分子イメージングを格段に改良し、高精度の時空間分解能で単分子の振る舞いを捉える簡便・高効率なeSiMS顕微鏡法(electroporation-based Single-Molecule Speckle Microscopy)を開発した。本研究では、eSiMS顕微鏡法を用いて、力と相関のある分子変動を捕捉して得られる時空間的情報を手掛かりに、アクチン流動力伝達の分子機構を明らかにすることを目的としている。現在まで、ミオシン張力によるアクチン安定化とアクチン流動力が分子濃度勾配形成機構を解明し、論文発表した(Yamashiro et al, Mol. Biol. Cell, 29, 1941-1947, 2018, Yamashiro etal, Biophys.J., 116, 142-150, 2019)。また、細胞接着分子(ビンキュリン、タリン、インテグリンβ1)の動態を一分子イメージングにより捉え、細胞内アクチン流動力との相関の可視化解析を進めている。さらに、一分子動態の観察結果に基づいた数理モデル解析を行い、アクチン線維流動力と細胞外基質の連結機構の解明を進めている。現在、細胞接着分子(ビンキュリン、タリン、インテグリンβ1)の一分子動態観察を行い、細胞内アクチン流動力と接着分子動態の相関の可視化解析を進めている。これまで、細胞接着分子がアクチン線維流動と同じ速度・方向に流動する現象を見出している。今後は、細胞接着分子の部分機能欠損変異体シリーズを作製し、分子動態観察により定量的に比較する。得られた観察結果より、分子機能と動態の相関を一分子レベルで明らかにする。また、接着分子について遺伝子ノックダウン細胞を作製し、分子機能解析を行う。これらの実験で得られる結果から、アクチン線維流動ー接着分子ー細胞外基質の分子メカニズムの解明を進める。また、細胞接着分子の一分子動態に基づいた数理モデル解析を進めている。今後は、分子イメージングにより定量的解析パラメータを実験的に計測し、数理モデルに導入することで、アクチン流動力と細胞外基質の連結モデルを検証する。分子動態の定量的解析パラメータ(実験)と数理モデル解析の連携により、実際に細胞内で起こる連結機構の理解を目指す。(理由)本年度は論文投稿、受理(2篇)と国内外の学会発表など、成果発表を多く行った。そのため、物品費の支出が見込みより少なく、次年度使用額が生じた。(使用計画)次年度は、実験遂行に主点をおき、実験に必要な物品を引き続き購入する。また、研究成果の発表も活発に行う予定である。
分裂病モデルラットにおける逆耐性の形成過程でのシグマ受容体の関与について

1、Methamphetamine (MAP)逆耐性現象は、精神分裂病の臨床経過の特徴である慢性・難治化と易再燃性との類似性から、その動物モデルとして、行動薬理学的、神経化学的に検討されてきた。MAPの作用機序からドパミン形の関与が考えられているが、グルタミン酸系、シグマ受容体系、セロトニン(5-HT)系の関与も注目されている。今回我々は、MAP逆耐性現象における5-HT_2受容体の関与を検討した。2、Wistar系雄性ラット(5週齡)を用いた。MAP反復投与(4mg/kg i. p., 10日間)の際、30分後に選択的5-HT_2アンタゴニストのritanserin (RIT、10mg/kg i. p. )を投与し、5日間の断薬後、MAP4mg/kgチャレンジテストを行った。その間、行動観察は、第1日目、3日目、7日目、10日目、チャレンジ日の5回行った。全ての行動観察終了断頭し、前頭葉皮質、線条体、黒質を含む中脳と海馬の4部位を得た。0.1N過塩素酸を加えホモジナイズした後遠心し得られた上清を、高速液体クロマトグラフィーで分離し、モノアミンとその代謝産物の組織内含量を測定した。3、今回の結果では、RITはMAP急性運動効果や、逆耐性の獲得と保持には影響を与えなかったので、MAP逆耐性現象に対して、5-HT_2受容体遮断は阻止も促進もしないと考えられる。しかし、RITの併用投与により、dopamine、homovanilic acid、5-HTの含量は、中脳部位で基礎値が上昇しており、RITを投与せずMAPチャレンジテストを行った群と比較すると有意に高値であった。このことは、RITは中脳ドパミンの活性を上昇させるという報告に合致しており、行動には現れない脳内の生化学的変化があると考えられた。
シナプス活動を介した神経原線維変化形成機構

タウ遺伝子欠失マウスの行動観察からタウが老齢期の認知機能に必要な因子であることを見いだした。さらにMn-MRI観察から若齢期では場所記憶に関して前頭前野、海馬の神経活動が関与し、老齢期になると海馬の神経活動に依存するようになることを見いだした。タウ遺伝子欠失マウスでは老齢期においても前頭前野、海馬の神経活動が観察され、野性型と較べ海馬神経活動の低下が老齢期の認知機能低下に関与すると考えられた。25年度が最終年度であるため、記入しない。タウ遺伝子をノックアウトした動物ではシナプス長期増強(LTP)に影響を与えず長期抑圧(LTD)を引き起こすことが出来ないことをこれまでに見いだした。この課題ではまず、タウがシナプス後膜に存在することを生化学的分画法、および電顕で確認した。タウ遺伝子ノックアウトマウス海馬スライスにDHPGを添加するとLTDを誘導できるが、NMDAでは誘導できないことからNMDA依存性LTD誘導にタウが関与することが示された。NMDAによってLTDを誘導するとGSK-3、NMDA受容体に依存するタウリン酸化が確認され、GluA2/PICK1結合の増大が確認された。培養細胞にGluA2,PICK1,タウを発現した再構成系ではリン酸化タウ発現によりGluA2/PICK1の結合増大が観察された。これらのことからリン酸化タウがAMPA受容体の細胞内取り込み機構であるGluA2/PICK1結合を増大させることでシナプスに存在するAMPA受容体数を減らしLTDを引き起こすと考えられた。このことは脳スライスでタウをノックダウンした神経細胞にPHF1部位をAlaに置換したタウを発現してもLTDを回復しないことで電気生理学的にも確認された。更にタウ遺伝子ノックアウトマウスでは野生型と比べてシナプトソーム中のTritonX可溶性画分のAMPA受容体の有意な増大が確認され、タウがAMPA受容体の取り込み機構の関与することを支持した。LTDによる神経原線維変化形成について病理染色法を用いてLTD誘導後その部位周辺に数個のリン酸化タウ陽性、嗜銀性神経細胞が出現することを確認している。平成24年度計画に関して項目1)LTD誘導におけるタウの役割はほぼ終了し論文投稿中である。2)LTD誘導による神経原線維変化形成機構に関しては蓄積したリン酸化タウが凝集体であるのかどうかを生化学的方法、電顕を用いた方法で確認を行っている。平成25年度にはLTD誘導による神経原線維変化形成機構を明らかにすることを最優先に行う。PKMζ阻害剤を用いて記憶におけるLTP, LTDの関係性を明らかにすることを目標にしていたが、これまで信じられて来たPKMζとLTPに関係が無いことが報告されLTP、LTDの老齢期の学習記憶における役割を明確にすることが出来ない状況となった。しかし、これまでの結果からタウ遺伝子ノックアウトマウスはLTDを引き起こさないので学習記憶時の脳活動を野生型と比較することでLTDがどの部位で起きているかを推察することが可能である。これを確認するためにその脳部位に留置電極を埋め込み学習記憶時のフィールド電位を測定することで確認したい。
新規導電性有機物質の合成と物性

新規低分子有機錯体および新規導電性高分子の合成ならびにそれらの構造と電子物性の解明を目的として研究を行った。低分子物質については1分子中に多数のカルコゲン原子を有する新規ドナー分子、ビスビニレンジチオテトラチアフルバレン(TV)およびそのジメチル置換体(DMVT)、テトラメチル置換体(TMVT)、テトラキスメチルチオビスビニレンジチオテトラチアフルバレン(TMTVT)、4,5-エチレンジチオ-4'、5'-ビニレンジチオテトラチアフルバレン(EVT)、を合成した。電気化学的結晶成長法で合成した多くのVT錯体は、金属的伝導性を示すが、低温で絶縁体に転移する。VT、DMVT、TMVTと強い有機アクセプター(テトラフルオロテトラシアノキノジメタンなど)との電荷移動錯体は、加圧成形試料で10^010^<-2>S/cmの比較的高い電導度を示し、電導度はドナー分子とアクセプター分子の酸化還元電位の値から説明できることがわかった。高分子については、電気化学的手法により側鎖に大きなπ電子系を有する導電性高分子を合成し、それらの構造と電導度との相関について研究を行った。カルバゾール基を側鎖に含む高分子、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(PVCz)、ポリ(2-N-カルバゾリルエチルビニルエーテル)(pCEVE)およびポリ(N-グリシジルカルバゾール)(pGCz)、の構造と電気化学的ドーピングによって生成する高分子の共役ビカルバゾール基の割合ならびに電導度との相関について検討した。電気化学的ドーピングによって得られた高分子中に含まれる共役ビカルバゾール基の割合は、同一条件下、pvCz<pGCz<pCEVEの順に大きくなり、電導度は、PGCz(2×10^<-7>S/cm)<PCEVE(2×10^<-5>S/cm)【.apprxeg.】PVCz(2×10^<-5>S/cm)であり、高分子の主鎖及び側鎖の動き易さ、及び側鎖カルバゾール環のπ電子相互作用の大きさを反映する結果が得られた。また、コロネン基を側鎖に含む新規半導体高分子をビニルコロネンの電解重合によって合成した。
地域の地盤環境に起因する震災危険度評価のための微動の活用に関する応用研究

本研究は,微動研究を地盤環境の異なる地域に展開し,各地域が内包している震災危険度を評価し,現実の地震防災計画を策定する際の基礎資料として活用することを目的としている.また本研究では,1995年兵庫県南部地震と1948年福井地震との震災比較研究が望まれている現状を踏まえ,微動研究の立場から福井平野の震災危険度評価を試みることを研究分担者全員の共通課題として設定している.以上の目的を達成するため,平成912年度の4年間に実施した主要な研究内容は以下の通りである.(1)それぞれの分担地域において,微動特性を確認するためのフィールドワークが個別に実行され,微動特性からみた地域毎の地盤環境上の特色が明らかとなった.主たる対象地域は,福井平野のほか石狩平野・八戸地域・関東平野・相模平野・濃尾平野・大阪平野・阪神地域・広島西条盆地などであった.(2)本研究の初年度には福井平野において微動の合同観測を実施し,2年度には追加の微動観測,地震動の観測はその後も継続しながら,毎年2回程度研究連絡会を開催し,福井平野における微動合同観測と分担地域毎の研究成果についての検討が行われた.特に微動の安定性,水平/上下スペクトル比の意味,微動の適用限界について活発な議論を行い,微動特性についての共通認識を持つことが可能となった.(3)平成12年9月に台北で開催された台湾集集地震1周年記念ワークショップと同年11月に米国カリフォルニア州で開催された第6回サイスミック・ゾネーション国際会議には研究代表者・分担者を派遣し,本研究の成果を発表するとともに研究情報交流を実施した.(4)以上の研究活動を通じて,微動の工学・実務への応用の可能性が確認された.但しその場合,微動の安定性と適用限界についての理解が必要であるため,これらの諸点を最終報告書に整理し記述して本研究活動を終えることとした.本研究は,微動研究を地盤環境の異なる地域に展開し,各地域が内包している震災危険度を評価し,現実の地震防災計画を策定する際の基礎資料として活用することを目的としている.また本研究では,1995年兵庫県南部地震と1948年福井地震との震災比較研究が望まれている現状を踏まえ,微動研究の立場から福井平野の震災危険度評価を試みることを研究分担者全員の共通課題として設定している.以上の目的を達成するため,平成912年度の4年間に実施した主要な研究内容は以下の通りである.(1)それぞれの分担地域において,微動特性を確認するためのフィールドワークが個別に実行され,微動特性からみた地域毎の地盤環境上の特色が明らかとなった.主たる対象地域は,福井平野のほか石狩平野・八戸地域・関東平野・相模平野・濃尾平野・大阪平野・阪神地域・広島西条盆地などであった.(2)本研究の初年度には福井平野において微動の合同観測を実施し,2年度には追加の微動観測,地震動の観測はその後も継続しながら,毎年2回程度研究連絡会を開催し,福井平野における微動合同観測と分担地域毎の研究成果についての検討が行われた.特に微動の安定性,水平/上下スペクトル比の意味,微動の適用限界について活発な議論を行い,微動特性についての共通認識を持つことが可能となった.(3)平成12年9月に台北で開催された台湾集集地震1周年記念ワークショップと同年11月に米国カリフォルニア州で開催された第6回サイスミック・ゾネーション国際会議には研究代表者・分担者を派遣し,本研究の成果を発表するとともに研究情報交流を実施した.(4)以上の研究活動を通じて,微動の工学・実務への応用の可能性が確認された.但しその場合,微動の安定性と適用限界についての理解が必要であるため,これらの諸点を最終報告書に整理し記述して本研究活動を終えることとした.本研究では,微動研究を地盤環境の異なる地域に展開し,各々の地域が内包している震災危険度を評価し,現実の地震防災計画を策定する際の基礎資料として活用することを目的としており,北海道・東北・関東・名古屋・関西・広島・福岡などの広域を対象として,各々の地域における地盤震動特性からみた地盤環境区分と,各地域を代表すると考えられる典型的な木造住宅の振動基本特性の把握を行った上で,各々の地域に固有な地震防災対策上の問題点の指摘を行おうとしている.1.上記の研究活動を開始するに際して,まず研究分担者と本研究に興味を示された微動研究者約30名に参加願って平成9年6月に第1回目の研究会を開催し,本年度の具体的な活動計画について協議した.その結果,各地域での調査研究を分担しつつ,その一方において福井平野で合同微動観測を実施することになった.その理由としては平成10年が福井地震50周年に当たり,現在の地盤震動研究の立場から福井地震とその災害について再評価することに大きな意義があること,先般の兵庫県南部地震と比較しておくことも重要であること,などが指摘された.2.この福井平野での合同微動観測は夏期休暇を利用して計画され,電子メールを駆使して,実施計画の策定・役割分担・その他の情報交換ののちに実行された.合同観測には約10研究機関から約40名の参加があり,その後に電子メールで収集された観測情報はインターネット上にホームページを開設することで一般に公開された.初期解析がおおよそ完了した12月初旬に第2回目の研究会(参加者48名)を開催し,合同微動観測結果の概要が報告された.

また,各地域で平行して実施中の調査研究については、名古屋・鹿児島地域からの報告があった.さらに詳細な解析を継続実施した上で次回の研究会(平成10年5月を予定)に持ち寄ることとした.本研究では,微動研究を地盤環境の異なる地域に展開し,各々の地域が内包している震災危険度を評価し,現実の地震防災計画を策定する際の基礎資料として活用することを目的としている.本研究で対象とする地域は,北海道・東北・関東・名古屋・関西・広島・福岡など広域に亘っており,各々の地域における地盤震動特性からみた地盤環境区分と,各地域を代表すると考えられる典型的な木造住宅の振動基本特性の把握を行った上で,それらを組み合わせることにより,各々の地域に固有な地震防災対策上の問題点の指摘を行おうとしている.また本研究では,1995年兵庫県南部地震と1948年福井地震との震災比較研究が切望されている現況を踏まえて,微動研究の立場からの福井平野の震災危険度評価を共通課題として設定している.本年度(2年目)の研究実施内容は以下の通りである.1.各地域における微動測定[全員による地域分担]-前年度の継続北海道(鏡味)・東北(坂尻・斉藤)・関東(地盤中心:荏本・小林・若松・片岡・石田・日比野,建物中心:様木・小山・佐間野)・名古屋(今岡)・関西(赤松・大場・堀家・上林)・中国(北川)・九州(今岡)のように地域を分担し,各地域に存在する主要な地震動データ・地盤調査資料などの収集整理と併せて,微動測定を実施している.2.福井平野における合同微動調査[全員による参加協力]-前年度の継続前年度に実施した観測データに基づく調査結果の検討・調査結果の各種学会への発表を実施している.特に日本地震学会秋季大会が福井市で開催されたことから,本研究関連の成果が数多く発表され活発な議論が行われた.また,福井平野における微動の基本特性をより正確に把握するため,福井大学構内で微動の連続観測を長期間実施することとし,建物を対象とした微動測定の追加調査も行うこととした.3.本研究成果を第11回欧州地震工学会議に発表すべく研究分担者の荏本孝久が代表で参加し,発表と同時に微動関係の特別セッションでの討論に貢献した.本研究では,微動研究を地盤環境の異なる地域に展開し,各地域が内包している震災危険度を評価し,現実の地震防災計画を策定する際の基礎資料として活用することを目的としている.また本研究では,1995年兵庫県南部地震と1948年福井地震との震災比較研究が切望されている現状を踏まえて,微動研究の立場からの福井平野の震災危険度評価を研究分担者全員の共通課題として設定している.以上の目的を達成するため,一方ではそれぞれの地域において個別のフィールドワークが実行され,また他方においては,平成11年7月と平成12年1月に研究連絡会を開催し,それらの成果に基づく議論が行われた.議論された内容を要約すると以下の通りである.1)福井平野を対象とした調査研究については以下の報告があった.微動アレイ観測結果とその後に行われた地震動観測結果との比較検討(山中).山地と平野における地震動の比較観測(若松).広域での微動測定結果(あべ木).微動の長期間連続観測の結果,および福井県が活断層調査のために実施した反射法探査と微動測定結果の対比(瀬尾).2)その他の地域を対象とした調査研究としては以下の地域で微動測定調査が実施された.八戸市(那須).秋田県象潟町(野越).相模平野(荏本・あべ木).静岡県(太田).愛知県・三重県(今岡).富山平野(正木・富樫).鳥取平野と弓ヶ浜半島(西田)
超難度外科手術支援のためのRP技術適用に関する統合研究

大腿骨頭辷り、側弯症椎骨、Hemifacial maicrosomia等矯正術が困難な症例に対するモデルサージェリィの優れた効果の明示、骨質や術前術後のCT画像を利用する新しいTHRレジストレーション法の開発、カスタムメードなTHRの必要性の明示、骨粗鬆症骨の非侵襲的脆弱性評価法の開発、動物実験に依らない造骨剤等の薬効判定法およびdijital medicineの基盤構築等の成果を得た.大腿骨頭辷り、側弯症椎骨、Hemifacial maicrosomia等矯正術が困難な症例に対するモデルサージェリィの優れた効果の明示、骨質や術前術後のCT画像を利用する新しいTHRレジストレーション法の開発、カスタムメードなTHRの必要性の明示、骨粗鬆症骨の非侵襲的脆弱性評価法の開発、動物実験に依らない造骨剤等の薬効判定法およびdijital medicineの基盤構築等の成果を得た.臨床の場で確実な外科的処置を可能とする上でモデルサージェリーの利用は有効であるが、石膏モデルではコスト(保険適用外)と臨床医による検討時の加工・細工が一度しかできない点やモデルの形状精度が低い等、極めて問題があることを「大腿骨頭すべり症」の2例から明示した。そこで、本研究では、RP(Rapid Prototyping)技術に基づく光造形の問題点であるモデルの造形精度が製造プロセスを僅かに工夫するだけで、十分な精度(Max:2.56mm, Mean:1.04mm)となることを明示した後、これまでに下顎骨延長術や助軟骨移植術を受けながら、超難度の矯正術を要するために良い結果を得ていない17歳男性患者(診断名:第1・第2鰓弓症候群(Hemifacial maicrosomia))に本研究方法を適用した。若い患者であることから、手術の主な目的は顔貌の改善と回復までの矯正プロセス最適化であり、治療方針として、上顎でLeFort I骨切りした後左方へ移動して固定、下顎においては下顎右側で下顎枝矢状分割術、左側は額角部で骨切り後骨延長装置の利用を考慮した。骨切り位置、骨延長方向とその距離、インプラント固定位置の実施が極めてスムーズに行え、RP技術の高い有効性を確認した。他方、骨粗鬆症患者への骨脆弱性に基づく生活レベル提示は医師にとって念願の課題であることから、非侵襲的に骨構造の強度評価を行うことが可能な骨強度評価システムを構築し,光硬化樹脂モデルによる強度評価の有用性を提示した。同時に薬剤摂取法,薬物投与期間,投与量が骨微細構造の経時変化,強度に及ぼす影響をinvivoで評価することは動物実験でも困難であるが、μ-CT撮像による骨構造をRP技術に基づく光造形により再現して強度試験を行えば、理想的なデジタルメディスンの構築に大きく貢献出来ることも示した。治療そのものが困難であり、正確なXPやCT画像の取得も容易でない大腿骨頭すべり症のモデルサージェリーに本法の適用を試みた。共にJOAスコア79点、Drehmann徴候(+)の13歳男児(入院時身長170cm、体重65kg、後方すべり角67°、股関節屈曲100°、外旋10°)および15歳男児(入院時身長177cm、体重100kg、後方すべり角52°、股関節屈曲90°、外旋45°)のモデルサージェリーに対し、本法は従来手法(石膏モデルを利用する方法)に比べて、モデル作成時間が1/15、形状精度4倍の結果を得た。更に、術前検討で術式・術法確認のためモデルを切断するケースが多い事から、この様な場合にも複数のモデル作成が迅速に行える点や患者負担の軽減が可能となる点も含めて本法が圧倒的に有利である事を確認した。次いで、側弯症椎骨の矯正術に対して本法の適用を試みた。胸郭の実験力学的解析およびモデルサージェリーの結果より、変形が極度に重篤である事と神経系を損傷する可能性が大きい事から、矯正術の適用を見送る事となった。画像では得難い胸椎の変形状態を"手と目で完全に見る"事や正確且つ処置法の検討が繰り返し可能となる点で本法によるモデルサージェリーは高い臨床的評価を得た。過去2年の研究成果を踏まえて正確な骨粗鬆症骨の脆弱性評価方法の確立を目指した。卵巣摘出(OVX)ラットと健常(Control)ラットの腰椎海綿骨骨梁構造を再現した試料モデルにより強度解析を行った。前者に対する後者の最大応力の変化率より、骨粗鬆症が進行すると骨梁同士の連結性および骨梁の縦方向よりも横方向での顕著な構造的強度の低下が見られる事を明示した。今後、骨粗鬆骨梁構造パターンデータを蓄積し、光造形モデル解析から得たより生理学的な境界条件をFEM解析に適用すれば、臨床医にとって長年の夢であった診断時での確度の高い脆弱性評価が可能となる。その他、骨欠損部への腓骨移植が移植後の下肢及ぼす影響および腓骨近位部から移植片採取する事の臨床的妥当性を実験力学的に示したが、現在、RPモデルでの厳密な証明を試みている。最終年度に当たり、(1)マイクロサージェリーも考慮した側弯症椎骨矯正術検討のための最適モデル作製方法(2)大腿骨頭や椎骨等の骨梁構造試料に圧縮、曲げ、ねじり作用下でのデータに基づいて骨脆弱性判定基準値の提示

(3)解析結果が境界条件に左右されるFEM解析に対し、本法によるvalidation結果の提示に関する事、特に、次世代型人工股関節(Bi-Contact型)ステムの髄腔への設置方法による初期固定性の違い、MIS(Minimum Invasive Surgery)でのデバイスやインスツルメンツ設置最適化の提示、および小規模骨欠損や悪性病因等による大規模骨欠損部の周辺骨構造に及ぼす力学的影響の明示と欠損部補填方法の考察等、に取り組んだ。(1)においては、MRIやCT画像とは異なり、骨の欠落部や椎骨融合部の部の詳細な形状、椎骨のねじれ変形や側面凹凸状況等が詳細に確認できた。次いで、肋骨付椎骨システムのモデルを患者のそれと1:1対応とすること、椎骨を含む胸郭構造全体モデルが矯正プラン構築に効果的であること、患者や家族への説明が極めて明確になることには医師にとって理解しやすく、画像データより極めて有利であることを明示した。脊椎全摘術でのモデルサージェリに適用し、脊柱再建術を極めて正確且つ短時間に終えることが可能となった。(3)では、実際の置換術対象患者の大腿骨形状および骨質は千差万別で尽く異なるため、両方を考慮したステム設置に関わるレジストレーション法を開発し、埋埴固定ステムの初期固定性をFEM解析した。セメントレスTHAを対象とした場合、変形性股関節症患者(OA;高骨密度)群及び大腿骨頚部骨折患者(OP;低骨密度)群での術後早期の患者別初期固定性・応力状態の推定が可能、同時に、骨のリモデリング挙動すなわち近位骨吸収や遠位骨肥大も予測可能であり,次世代人工関節の開発ステムの設計に応用可能である事を明示した。なお、RPモデルにより解析での最適な境界条件の決定、確認を行った。(2)に関して、RP適用骨梁モデルにせん断荷重が作用する場合等実験力学的結果を明示した。