hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
三次元的骨欠損形態評価システムの構築に基づく垂直性歯根破折の診断

今年度より大学が変わったことにより、今までの研究環境と大きく変化した。新しい大学での外来において垂直性歯根破折の症例の収集を行い、その臨床症状の記録やCBCT画像分析を行えるような環境の整備を行っている。また、歯科用実体顕微鏡下にて垂直性歯根破折と診断された患歯の口内法エックス線写真およびCBCT画像と患歯の破折線との関係性を検証し、口内法エックス線写真およびCBCT画像における歯槽骨吸収部と歯根破折線の進展にどの程度相互関係があるかを調査中である。新たに文献の収集を行い、今後の研究についての知識を再構築した。大学が変わり、研究環境が大きく変わったこと、また、産前産後の休暇に伴い、研究の進捗状況に遅れが生じている。垂直性歯根破折は臨床上、鑑別診断は容易でない。確定診断には破折線の視認が必要となるが、デンタルX線写真上では、解剖学的構造物の重なり等により、破折線が読影される頻度は低い。デンタルX線写真より歯科用CBCT画像の方が歯根破折の診断に優れているが、実際の臨床上では、ガッタパーチャや金属ポスト等によるアーチファクトの影響や破折線の幅が検出限界以下であることも多く、検出が困難なことが多い。そのため、CBCTによる垂直性歯根破折線の診断には限界があると考えられてきた。本研究では、CBCT画像上において、歯根破折線そのものではなく、病変の形態や広がりについて調べてきた。研究再開後は以下の内容の研究を追加し、歯根破折線と歯槽骨吸収像との関連性について調査予定である。・臨床において垂直性歯根破折に関する症例数の収集および解析を行う。具体的には、歯科用実体顕微鏡下にて垂直性歯根破折と診断された患歯の口内法エックス線写真およびCBCT画像と患歯の破折線との関係性を検証する。そして、口内法エックス線写真およびCBCT画像における歯槽骨吸収部と歯根破折線の進展にどの程度相互関係があるかを調査する。・歯根破折部にどの程度の感染が起こると、口内法エックス線やCBCT画像上に透過像が出現するのかという着眼点に基づき、垂直性歯根破折によるバイオフィルムの感染や進展について、抜去歯や動物等を用いて調査を行う予定である。垂直性歯根破折は臨床上、大きな問題となることが多いが、臨床症状はしばしば根尖性歯周炎や歯周疾患に類似しており、鑑別診断は容易でない。デンタルX線写真より歯科用CBCT画像の方が歯根破折の診断に優れているが、実際の臨床上では、ガッタパーチャ(天然ゴム性で、根管を充填する際の充填材として最も頻繁に使用されている歯科用材料)や金属ポスト等によるアーチファクトの影響や破折線の幅が検出限界以下であることも多く、検出が困難なことが多い。本研究の最大の特徴は、CBCT画像上において、歯根破折線そのものではなく、病変の形態や広がりについて調べたことである。最近の研究では、垂直性歯根破折の症例および垂直性歯根破折でなかった症例(根尖周囲外科手術時に確認)において、術前のCBCT画像の近遠心断面画像・頬舌断面画像・水平断面画像の3方向で病変を描出し、そこから3次元解析ソフトAmiraにて病変の3次元構築モデルを作成して、その体積を比較・検討することで、垂直性歯根破折が高率に診断可能となることを報告している。しかし、その診断精度や適応症例には依然として改善すべき点がある。特に、初期の根管性および根尖性歯根破折や側枝の診断は困難を極め、今後の研究課題といえる。本研究は、以上のようなこれまでの成果をさらに発展させるため立案されたものであり、報告した方法を用いて前向き研究を行い、診断精度の確認・改善を図る。目標症例数100症例までがなかなか集まらない主な原因としては、以下の3つが考えられる。1.以下の除外基準(14)を満たす症例が適応症例が少ないこと。1メタルアーチファクトなどで病変が描出できない症例2病変が数歯に渡って広がっている症例3モーションアーチファクトがある症例4限局性の歯周ポケットが存在し、口内法エックス線写真上でVRFと確定できる症例2.歯科用実体顕微鏡下における根管治療中の根管内の観察、抜歯等により破折線の有無の判定の前にCBCT撮影を行っている症例が少ないこと(破折疑いでのCBCT撮影の頻度が低いこと)3.歯科用CBCTの使用が3DXに限られるようになったことから、今までの病変の描出方法と異なること(カットオフ値の見直しの必要性も考えられる)昨年度までの研究内容(根尖周囲外科手術により根尖性歯周炎と垂直性歯根破折の鑑別がを行った症例について、術前のCBCT画像を3次元構築し、解析を行う)に今年度より以下の研究内容を追加した。

・歯内療法の臨床において患歯に対する口内法X線撮影を用いた評価は不可欠である.しかし,その病変の進展状況や周囲の解剖学的構造によっては,しばしば口内法X線撮影のみでは,正確な病変の大きさや骨欠損状態の把握には限界がある.近年,CBCT撮影により,三次元的な画像を用いることでより正確な根尖部病変の状態の把握が可能になりつつある.我々の研究では,口内法X線画像における根尖性歯周疾患の骨欠損状態の指標としてPeriapical Index(以下PAI)を用い,CBCT撮影で得られた画像データをPAIと比較し解析を行うことで,口内法X線撮影では検出が困難である三次元的な骨欠損状態とPAIとの関連性を検討した。・垂直性歯根破折は歯の喪失の主な原因の一つであるが,その診断は困難である。垂直性歯根破折で瘻孔があるものは,根尖性歯周炎で瘻孔を認める症例と比較し,瘻孔の位置がより歯頸部付近にあることが多いといわれている.しかしながら,瘻孔の位置と臨床診断に関する過去の報告は少ない.我々の研究では,根尖周囲外科手術を施行し,慢性根尖性歯周炎もしくは垂直性歯根破折と診断された症例に関し,術前の瘻孔の位置や臨床症状について調査し,術前CBCT画像および術中動画を用いた評価を行い,瘻孔の位置と垂直性歯根破折の関係性について検討をおこなった.今年度より以下のような研究環境の変化があった。外来での3DXのCBCT画像が基本的に診療PCでの閲覧のみになり、CBCT撮影された全患者のデータをDVDでの入手がすぐには困難な状況となった。これによりDICOMデータ等の高精度のCBCT画像の入手に時間がかかり、症例収集に時間がかかる要因にもなった。以上をふまえ、昨年度までは、根尖周囲外科手術により根尖性歯周炎と垂直性歯根破折の鑑別がを行った症例について、術前のCBCT画像を3次元構築し、解析を行っていたが、今年度より以下の2点の研究内容を追加した。1口内法X線画像における根尖性歯周疾患の骨欠損状態の指標としてPeriapical Index(以下PAI)を用い,CBCT撮影で得られた画像データをPAIと比較し解析を行うことで,口内法X線撮影では検出が困難である三次元的な骨欠損状態とPAIとの関連性を検討した。2根尖周囲外科手術を施行し,慢性根尖性歯周炎もしくは垂直性歯根破折と診断された症例に関し,術前の瘻孔の位置や臨床症状について調査し,術前CBCT画像および術中動画を用いた評価を行い,瘻孔の位置と垂直性歯根破折の関係性について検討をおこなった。今年度より大学が変わったことにより、今までの研究環境と大きく変化した。新しい大学での外来において垂直性歯根破折の症例の収集を行い、その臨床症状の記録やCBCT画像分析を行えるような環境の整備を行っている。また、歯科用実体顕微鏡下にて垂直性歯根破折と診断された患歯の口内法エックス線写真およびCBCT画像と患歯の破折線との関係性を検証し、口内法エックス線写真およびCBCT画像における歯槽骨吸収部と歯根破折線の進展にどの程度相互関係があるかを調査中である。新たに文献の収集を行い、今後の研究についての知識を再構築した。大学が変わり、研究環境が大きく変わったこと、また、産前産後の休暇に伴い、研究の進捗状況に遅れが生じている。1まず、歯科用CBCTの使用が3DXに限られるようになったことから、後ろ向き研究で3DX撮影を行った症例を収集・評価し、カットオフ値の再考の必要性も考えられる。2同時に前向き研究は引き続き行っていく。(歯根端切除術施行予定の症例は、収集し、さらなる評価を続ける。)3鑑別診断は、第一段階として体積を用いた診断後、第二段階として異方性という形態評価を用いた診断とし、二段階で行う予定である。以上より、さらに症例数を増やすとともに、評価精度を上げる。上記12の追加研究に関するデータをまとめ、研究報告および論文作成を行っていく。
糖ヌクレオチド輸送体変異マウスを利用した軟骨における糖鎖機能の解析

コンドロイチン硫酸(CS)は、軟骨機能の十全な発現に必要である。糖ヌクレオチド輸送体SLC35D1およびSLC35D2はCSの合成基質供給を担当する。軟骨CSの合成制御や機能を明らかにするため、SLC35D1のKOおよび低形質、SLC35D2のKO変異を組み合わせ、CS合成が種々のレベルで低下したマウスの作出を試みた。その結果、これらの遺伝子がCS合成に必要であり、CS量と骨格異常に顕著な相関性がある事が判明した。また、Floxマウスを利用し成体マウスでSLC35D1を欠損させると、腸管機能が著しく障害された。この知見は、未同定のヒトSLC35D1漏出性変異の同定に貢献すると考えられる。本研究では、糖ヌクレオチド輸送体Slc35d1とSlc35d2の変異アレルを組み合わせ、コンドロイチン硫酸(CS)やヘパラン硫酸(HS)合成が種々のレベルで段階的に低下したマウスを作製し、骨軟骨や関節軟骨の異常を分析する。1.周産期致死性骨軟骨異形成症モデルの分析:ヒトSLC35D1やSLC35D2の低形質変異や未知の変異による骨軟骨疾患を見いだす手がかりを得るため、必要なマウスの個体数を確保し、Slc35d1の低形質アレル(Slc35d1Hyp)およびノックアウト(Slc35d1Ko)アレル、Slc35d1HypへSlc35d2Koを導入したマウス間で、形態異常の発生する時期や発生箇所に違いがあるか分析した。Slc35d1Hyp・Slc35d2KoマウスはSlc35d1Koマクスと同程度の骨格異常を示し、Slc35d1の機能が低下すると、Slc35d2の欠損も骨格形成にインパクトがあることが判明した。2.変形性関節症モデルの分析:変形性関節症の発症に対する、CSやHSのインパクトを分析するため、周産期致死を示さないアレルの中で最も糖鎖合成活性が低下していると考えられるSlc35d1^<KO/+>Slc35d2^<KO/KO>と野生型マウスを繁殖、個体数を確保し、膝関節靭帯切除による関節異常の分析を開始した.3.誘導的遺伝子破壊によるCS、HS合成低下の誘導:出生後の成長過程におけるCSやHSの影響を調べるため、タモキキシフェンでCre組換え酵素を活性化させ軟骨特異的にSlc35d1遺伝子を破壊できるマウス系統を作製、実験に必要な個体数を確保した。(1)周産期致死性骨軟骨異形成症モデルの分析:Slc35d1hyp/+、Slc35d1KO/+のアレル間で形態異常の発生する時期や発生箇所に顕著な違いは認められなかった。成長板の免疫染色法による分析から、Slc35d1hyp/+よりSlc35d1KO/+マウスの方がCS含量が低下していた。軟骨細胞を[^<35>S]硫酸存在下で培養することによってCSを標識しCS鎖の鎖長を分析したところ、Slc35d1hyp/+およびSlc35d1KO/+のCS鎖長は、各々野生型の70%、50%であった。(2)変形性関節症モデルの分析:靭帯欠損により誘導される関節異常に違いがあるか検討したが、検体間のバラツキが多く、明瞭な結論に至らなかった。(3)誘導的遺伝子破壊によるCS、HS合成低下の誘導出生後フロックスアレルマウスへ軟骨特異的にTXF誘導型Creを発現するCol2-CreERTTgを導入したマウス[Slc35d1(flox/flox)Slc35d2(+/+)Col2-CreERTTgおよびSlc35d1(flox/flox)Slc35d2(KO/KO)Col2-CreERTTg]に対し、TXFを注射し、誘導的遺伝子破壊を観察した。出生後16日までにTXFを投与すると遺伝子破壊が誘導され、成長の遅滞が観察された。しかし、成長遅滞は一時的なもので、遺伝子が破壊された細胞が正常細胞に置き換わってしまう現象が観察された。

本研究では、コンドロイチン硫酸(CS)の合成低下の誘導とその結果発生する軟骨の異常について分析し、軟骨におけるCS機能を解析する。フロックスマウス[Slc35d1(flox/flox)Slc35d2(Ko/+)及びSlc35d1(flox/flox)Slc35d2(Ko/Ko)]へ軟骨特異的にCreを発現するCol2-CreERT-Tgを導入、タモキシフェン(TXF)投与により遺伝子を誘導破壊し、Slc35d1とSlc35d2遺伝子の欠損による軟骨CS合成低下の誘導を試みた。しかし、期待に反して遺伝子の誘導破壊が不十分で、軟骨CSの低下は認められなかった。解決策として、次の誘導破壊法を検討した。(1)フロックスマウスに対し四肢の発生段階でCreを発現するPrxCreTgを導入した。その結果、マウスの四肢は著しく短縮し、第三一第四指間の関節に異常が見られた。新生児の軟骨を分析すると、Slc35d1とSlc35d2をともに欠損するマウスでは、Slc35d1単独のものに比べ相乗的に表現型が増加していた。いずれも、軟骨CSの合成は著しく低下しており、長期間のCS合成低下が軟骨に与える影響について分析が可能となった。(2)全身にCreERTを発現するRosaCreERT-Tgを導入、関節腔へのTXFの注入により、膝関節軟骨での遺伝子破壊を試みた。一部軟骨での誘導的遺伝子破壊が観察された。関節腔から全身へ漏出するTXFによる影響を把握するため、成体マウス腹腔にTXFを投与したところ、5日間の連日投与後急速に体重が減少し、死亡することが新たに判明した。一方、関節腔へのTXF投与では体重減少は誘導されず、漏出による影響は少ないと考えられた。腹腔内TXF投与による致死は新たに見つかった表現型であり、ヒトSLC35D1遺伝子の異常による新たな遺伝病の発見や診断法につながる可能性がある。糖ヌクレオチド輸送体Slc35d1およびSlc35d2は、コンドロイチン硫酸(CS)、ヘパラン硫酸の合成材料の供給を担当する。本研究では、成長板や関節軟骨の機能におけるCS鎖機能を解明するため、遺伝子改変マウスを利用し、CSの合成低下の誘導と軟骨の機能について分析を行った。Slc35d1のフロックスマウス[Slc35d1(flox/flox)Slc35d2(Ko/+)及びSlc35d1(flox/flox)Slc35d2(Ko/Ko)]へ、Creリコンビナーゼの発現系を導入、組織特異的、時期特異的に遺伝子を破壊、成体マウス軟骨のCS含量の減少の誘導を試みた。(1)昨年度、四肢の発生段階でCreを発現するPrxCreTgを導入、遺伝子破壊により四肢が短縮したマウス個体の作製に成功した。本年度は軟骨を組織化学的・生化学的に分析、軟骨CS含量の低下と表現型の相関性を明らかにした。また、長期間飼育し、加齢による影響を調べたが、異常の著しい増加は認められなかった。(2)昨年度、タモキシフェン(TXF)により活性化するCreERTのユビキタス発現系を導入したところ、TXFを腹腔内投与により体重が減少、死亡することを見いだした。本年度は、この致死性を回避出来る様に、関節腔へTXFを注入、関節軟骨特異的な遺伝子破壊を試みた。しかし、関節軟骨CS含量の著しい減少を誘導できなかった。一方、TXFの腹腔内投与による体重減少と致死の原因を組織標本を作製し解析した。その結果、腸管絨毛構造が崩壊している事を見いだした。腸管絨毛の喪失により、栄養分の消化・吸収が阻害され、体重が減少、死亡したと考えられた。ヒトSLC35D1の漏出性変異による疾患は未同定であるが、出生後も長期間生存出来る可能性がある。
食品中に含まれる化学物質の複合曝露による核内受容体を介した免疫系に及ぼす影響

食品中に含まれ日常的に曝露される化学物質について、核内受容体に対する作用を明らかにし、免疫系細胞への影響を遺伝子発現のレベルで調べた。すなわち、ビスフェノールA(BPA)やそのアナログ、フタル酸エステル類、有機リン系難燃剤、ポリ塩化ビフェニル類(PCBs)、有機フッ素化合物など核内受容体活性をレポーターアッセイ法により明らかにした。また、ヒトマクロファージ様細胞株THP-1に対して核内受容体活性を有する化学物質を単独あるいは複合暴露し、マイクロアレイ解析により核内受容体を介する新たな遺伝子発現変化を見出した。食品中には農薬,可塑剤(フタル酸エステル類など),ビスフェノール類,難燃剤(臭素系や有機リン系),ダイオキシン類,ポリ塩化ビフェニル類(PCBs),有機フッ素化合物など様々な化学物質が微量ではあるが残留しており,我々はこれらに日常的に曝露されている.最近,化学物質と結合する種々の核内受容体が免疫系細胞に存在することが明らかにされたが,これら受容体を介した化学物質の複合曝露による影響は未解明である.本研究の1年目では,食品中に残留する化学物質の免疫系細胞内に存在する核内受容体10種類に対する活性をルシフェラーゼアッセイを用いて調べた.アッセイの結果,化学物質の構造に依存した核内受容体への作用が確認された.フタル酸エステル類はエストロゲン受容体(ER),アンドロゲン受容体(AR),プレグナンX受容体(PXR)への作用を示した.ビスフェノール類はER,AR,PXR活性を示したことに加え,臭素化及び塩素化物がペルオキシソーム増殖剤活性化受容体(PPAR)活性を示すことを認めた.有機リン系難燃剤においてもER,AR,PXR活性を確認したが,それらのジエステル代謝物は何れの受容体活性も示さなかった(Kojima et al.2016).PCBsはER,AR,PXR活性を示し,さらにある種のPCBsはダイオキシン受容体(AhR)活性を示した.有機フッ素化合物は核内受容体の中でもPPARを特異的に活性化した.以上の結果から,食品中に残留する化学物質の中にはER,AR,PXRに作用するものが多く,生体内で代謝され化学構造が変化した場合には,その受容体選択性も変わることが示唆された.免疫系細胞においてPPARの活性化は免疫抑制に働き,AhRの活性化はある種のサイトカイン産生を増強することが報告されていることから,化学物質がER,AR,PXRを介してどのような複合曝露影響を示すか興味深い.本研究1年目は食品中に含まれる化学物質について免疫系細胞に存在する核内受容体への作用を調べたが、その中でもER, AR, PXRへの作用を示す物質が多く確認できた。このことは、特にこれらの受容体にフォーカスを当てて今後の複合曝露影響を調べる判断材料となった。食品中には農薬,可塑剤(フタル酸エステル類など),ビスフェノール類(BPAなど),難燃剤(臭素系や有機リン系など),ダイオキシン類,ポリ塩化ビフェニル類(PCBs),有機フッ素化合物など様々な化学物質が微量ではあるが残留しており,我々はこれらに日常的に曝露されている.最近の研究により,化学物質と結合する種々の核内受容体が免疫細胞に存在することが明らかにされたが,これら受容体を介した化学物質の複合曝露による影響は未解明である.我々の先行研究では,農薬やイソフラボンが免疫細胞の核内受容体RORを介してサイトカイン発現に影響することを既に報告している.本研究1年目では食品中に残留する化学物質の免疫細胞内に存在する核内受容体10種類に対する活性を調べ,ER,AR,PXR活性を有する化学物質が多いことを明らかにした.当該年度においては,ヒトマクロファージ様細胞株THPー1に対する上記の化学物質をを曝露し,核内受容体を介するシグナル(サイトカインなど)を検索した.また,フタル酸エステル・DEHPについては,マイクロアレイを用いた網羅的遺伝子発現解析を行い,免疫細胞における核内受容体のターゲット遺伝子の探索も行った.DEHP, BPA, PCBの複合曝露による核内受容体活性への影響を確認しつつ,THPー1に対するサイトカイン産生への影響も同時に解析中である.さらに,曝露する化学物質のパターンにより,核内受容体活性への影響が異なることから,化学物質のクラス分けを検討した.本研究2年目は、化学物質の選択及びヒトマクロファージ様細胞株THPー1を用いた網羅的遺伝子発現解析を行い、核内受容体のターゲット遺伝子の探索も行った。3年目で行う予定の化学物質・複合曝露による影響解析の足掛かりとなるため、おおむね順調に進展していると考えている。食品中には農薬,可塑剤(フタル酸エステル類など),ビスフェノール類,難燃剤(臭素系や有機リン系など),ダイオキシン類,ポリ塩化ビフェニル類(PCBs),有機フッ素化合物など様々な化学物質が微量ではあるが残留しており,我々はこれらに日常的に曝露されている.最近の研究により,化学物質と結合する種々の核内受容体が免疫細胞に存在することが明らかにされたが,これら受容体を介した化学物質の複合曝露による影響は未解明である.今年度はヒトマクロファージ様細胞株THP-1に対して、LXRアゴニストのT0901317、エストロゲン受容体アゴニストのビスフェノールA(BPA)、PPARalphaアゴニストのMEHP、AhRアゴニストのPCB126を単独あるいは複合的に曝露し、核内受容体を介するシグナル(サイトカイン産生など)の変化を調べた。

THP-1細胞による遺伝子発現において、T0901317曝露はinterleukin-1(IL-1)beta, LXR, fatty acid synthetase,CYP2D6, RORなどを増強し、PGE合成酵素, GPR32, GPR78, UGT3A1などを抑制した。一方、BPA曝露はG蛋白受容体141,グランザイム3、CYP3A43, RXRなどを増強し、G蛋白受容体32, IL-36, GABA受容体などを抑制した。また、MEHP及びPCB126曝露により、それぞれPPAR及びAhRシグナルに依存した遺伝子発現変化が認められた。さらに、IL-1などのサイトカイン産生については、遺伝子発現と同様にT0901317曝露で増加したことを認めた。これらの化学物質を混合してTHP-1細胞へ複合的に曝露した場合の遺伝子発現は、単独曝露に比べ、変動遺伝子数の増加や核内受容体シグナルの増強などの変化を確認した。食品中に含まれ日常的に曝露される化学物質について、核内受容体に対する作用を明らかにし、免疫系細胞への影響を遺伝子発現のレベルで調べた。すなわち、ビスフェノールA(BPA)やそのアナログ、フタル酸エステル類、有機リン系難燃剤、ポリ塩化ビフェニル類(PCBs)、有機フッ素化合物など核内受容体活性をレポーターアッセイ法により明らかにした。また、ヒトマクロファージ様細胞株THP-1に対して核内受容体活性を有する化学物質を単独あるいは複合暴露し、マイクロアレイ解析により核内受容体を介する新たな遺伝子発現変化を見出した。今後は,核内受容体に作用した化学物質を複数用いて,免疫系細胞への曝露影響(サイトカイン産生等)を調べる予定である.今後は、核内受容体を介して作用した化学物質を複数同時に曝露させ、相加ならびに相乗効果を確認する予定である。また、培養細胞のみならずマウス脾臓細胞(初代細胞)を用いた検討も行う予定である。環境保健、衛生化学、毒性学翌年度に比較的高額であるサイトカインELISAキットの購入及び国際学会での発表を予定していたため。次年度早期に試薬等で使用するため。複数の化学物質による免疫系細胞への影響をサイトカインの遺伝子発現や蛋白産生を調べる。得られた成果を国際学会等で発表する。適切に使用する。
光励起による分子内一電子移動反応を利用した新規自己活性型水素移動触媒の開発

本研究代表者は一電子移動反応を基軸とした新規触媒開発をしている最中、一電子移動反応が特殊な分子どおしのみではなく、一般的なルイス酸・塩基と思われているような分子間でも起こりうることを発見した。この萌芽的な発見を元に本研究では、一電子ドナーとしてアミド基、アクセプターとしてボリル基を同一分子内にもつ分子を設計、これに光照射をすると分子内一電子移動によりアミジルラジカルが発生し自己活性化型水素原子移動(HAT)触媒として機能することを明らかにし、一電子移動反応を基盤とした新たな触媒設計指針として確立することを目指す。
リンパ球に発現するCD13の生物学的意義の検討

これまで骨髄系細胞に特異的抗原と考えられていたCD13の発現が、正常のリンパ球活性化過程において普遍的で重要なステップかどうかを検討した。まず初めに、正常ヒト末梢血中リンパ球でCD13の発現を誘導する因子についてスクリーニングした。刺激因子として、SAC,抗IgM抗体,抗CD40リガンド抗体,抗CD3/CD28抗体などを使用し、さらにIL-2,IFN-γ,IL-4,IL-12などのサイトカインによる発現増強の有無について検討した。各因子で刺激したあとにT、B細胞におけるCD13の発現をフローサイトメトリーにて経時的に調べた。この結果、リンパ球抗原レセプターを刺激する抗CD3/CD28抗体、SAC、抗IgM抗体+抗CD40リガンド抗体等によって、T、B細胞においてもCD13の発現を誘導できることが明らかになったが、その発現の時期に関しては各刺激間で相違が認められた。T細胞を抗CD3/CD28抗体で刺激した場合には、特にCD4陽性細胞において刺激後1日頃にCD13の発現が認められ、その後急速に減少した。B細胞をSACで刺激した場合には、刺激後34日頃にCD13が強く発現し、その後徐々に減少していった。CD13の発現時期は、T細胞においては、CD69が発現する早期から認められ、CD25,HLA-DR等が発現してくる時期にはほぼ消失していた。一方、B細胞においてはCD25,CD23等が発現してくる時期にほぼ一致してCD13の発現が認められた。いずれにおいても、CD13はリンパ球活性化反応の早期から発現し、実際に増殖する時期には消失していく傾向にあった。種々のサイトカインによるCD13発現の変化に関しては、IL-2,IL-4添加時に増殖反応の増強に伴ってCD13発現も増強する傾向にあったが、有意差は認められなかった。さらに、ポリクローナルなB細胞活性化をもたらすEBウイルスによるin vitro刺激では、活性化初期にB細胞でのCD13発現が増強したが、cell line化した後期にはCD13の発現は低下していた。以上の結果から、CD13はリンパ球抗原レセプターの刺激により発現し、リンパ球活性化の初期に重要な役割を果たしていることが示唆された。CD13による調節機序(正あるいは負)に関しては更なる検討が必要である。当初の研究計画に基づいて、まず末梢血リンパ球でCD13の発現を誘導する因子をスクリーニングした。刺激因子として、抗CD3抗体、抗IgM抗体、SAC、IL-2、IFN-γ、IL-4等を使用した。各因子で刺激し経時的にフローサイトメトリーにてT、B細胞におけるCD13の発現程度を調べた。この結果、リンパ球の抗原レセプターを刺激する抗CD3抗体、抗IgM抗体、SAC等によって、T、B細胞にCD13の発現を誘導できることが分かった。また、その発現は、リンパ球刺激後12日目をピークとして、その後56日で減少していくことが判明した。さらに、リンパ球の代表的な活性化マーカーであるCD69、CD25、CD23等とともに2重染色で調べたところ、CD13の発現は、T、B細胞いずれにおいても、CD69の発現とほぼ同様に非常に早い時期に一過性に認められることが分かった。以上のことから、CD13のリンパ球における発現は、リンパ球の活性化に普遍的に関連している可能性が示唆された。さらに、この発現を調節する因子の検索とそのリンパ球における発現の意義について検討していきたいと考えている。

さらに、ポリクローナルなB細胞活性化をもたらすEBウイルスによるin vitro刺激では、活性化初期にB細胞でのCD13発現が増強したが、cell line化した後期にはCD13の発現は低下していた。以上の結果から、CD13はリンパ球抗原レセプターの刺激により発現し、リンパ球活性化の初期に重要な役割を果たしていることが示唆された。CD13による調節機序(正あるいは負)に関しては更なる検討が必要である。
受容体応答反応に関する細胞薬理学的研究

細胞外からのシグナルであるホルモン,神経伝達物質,細胞増殖因子などが形質膜に到達し,その部位に存在するそれぞれの因子に特異的な受容体を刺激すると,細胞内に多様な活性因子が産生される。これら細胞内情報伝達物質の中で,細胞内に低濃度で存在するカルシウムイオン(Ca^<2+>)は,第2メッセンジャーとしての地歩を確立して,種々の生理的,病態生理的反応に関与していると考えられている。Ca^<2+>の細胞内における作用はCa^<2+>結合蛋白質を介して作用していると示唆されるている。本研究では,Ca^<2+>作用の伝達因子として,脳内に豊富に存在しているCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼII(CaMキナーゼII)に焦点をしぼり,培養細胞系で,種々の刺激因子に反応し,活性化されることを細胞薬理学的に調べた。CaMキナーゼIIは,自己燐酸化反応を受け,酵素活性が,Ca^<2+>/カルモデュリン依存性から非依存性になる。Ca^<2+>/カルモデュリン非依存性活性の上昇は,酵素活性化反応の指標になっている。PC12細胞,ニューロ2A,3Y1細胞,C6細胞,NG108-15細胞はいずれも,抗CaMキナーゼII抗体に反応して,免疫染色された。未分化のNG108-15細胞を用い,ブラジキニン(BK),高K^+刺激に反応するCaMキナーゼII活性を調べた。BK刺激後10秒で非依存性活性は約2倍に上昇し(第1ピーク),30秒後には1.5倍のレベルにとどまり維持された(第2ピーク)。細胞外のCa^<2+>を除くか,Ca^<2+>チャネル阻害薬を投与すると,第1ピークは不変で,第2ピークのみが抑制された。高K^+は刺激後10秒で活性を認め,第2ピークを維持した。これらの結果は,第1ピークはIP_3による細胞内,第2ピークは細胞外からのCa^<2+>動員による酵素の活性化反応と考えられた。無傷の培養細胞で受容体を介する薬物反応が酵素活性の変化として把握され,細胞内Ca^<2+>レベルに運動していることが明らかにされた。神経伝達物質、神経ペプチド、オ-タコイド、細胞増殖因子などの脳内活性因子の多くは、その重要な作用の一つとして、細胞内カルシウムイオン(Ca^<2+>)を介して、種々の脳機能、病態生理に関与していると考えられている。細胞内でのCa^<2+>濃度上昇機構は、a)形質膜を介しての細胞外からのCa^<2+>流入、b)細胞内貯蔵部位からのCa^<2+>放出から成り立っている。上昇したCa^<2+>レベルによってCa^<2+>依存性の生理的機能が発現する。脳内では、神経伝達物質の生合成、放出、受容体のダウン調節、ニュ-ロンの形態維持、運動、軸索流、可塑性など重要な機能にCa^<2+>が関与している。Ca^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナ-ゼII(CaMキナ-ゼII)は、

多様な基質特異性を示し、上記の脳機能に関与することが示唆されてきた。本研究では、細胞系で、CaMキナ-ゼIIが種々の細胞刺激因子に反応して活性化され、動的状態で経過することを調べた。細胞としては、ラット小脳初代培養細胞、ラット胎児線維芽3Yl細胞、ヒト神経芽細胞、PC12細胞、C6グリオ-マ細胞を用いた。いずれの細胞にも、抗脳CaMキナ-ゼII抗体に反応して、免疫沈殿する5052kDa蛋白質が存在し、他の証拠と合わせて、それぞれの細胞におけるCaMキナ-ゼIIのアイソエンザイムと結論された。本サブユニットはCa^<2+>/CaM依存性に自己燐酸化された。小脳初代培養細胞に、高K^+、グルタミン酸を投与すると、Ca^<2+>/CaM非依存性活性が上昇し、酵素が活性化された。この反応は、プロテインホスファタ-ゼ1、2Aの阻害因子であるオカダ酸によって活性化反応の増強と持続時間の延長が認められた。3Yl細胞では仔ウシ血清、上皮細胞増殖因子、血小板由来増殖因子やCa^<2+>イオノフォアがCaMキナ-ゼIIの自己燐酸化反応を増殖させた。このように、細胞刺激因子に反応してCaMキナ-ゼIIが活性化され、動的状態で細胞機能に関与していることを示している。神経伝達物質、ホルモン、活性ペプチド、オ-タコイド、細胞増殖因子などの生体内活性因子の重要な作用として細胞内カルシウムイオン(Ca^<2+>)の上昇を介して、種々の生理的、病態生理的反応に関与していると考えられている。上昇したCa^<2+>の作用機構についてはまだ議論が重ねられているが、Ca^<2+>結合蛋白質を介し作用していると示唆されている。Ca^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナ-ゼII(CaMキナ-ゼII)はCa^<2+>結合蛋白質であるカルモデュリン(CaM)により活性化され、多様な基質特異性を示し、生体内で種々の反応に関与している。本研究では、細胞系を用い、細胞刺激に反応してCaMキナ-ゼIIが活性化されるかどうかを検索した。ラット脳海馬を生後78日で採取し、トリプシン処理後培養した。初代培養神経細胞にグルタミン酸を作用させると、CaMキナ-ゼIIの活性化が観察された。この反応は、細胞外Mg^<2+>の除去、グリシンの投与により増強されること、NMDA受容体拮抗薬によって阻害されたことから、NMDA受容体刺激によって酵素の活性化がおこっていると結論された。他に、カイニン酸/AMPA受容体刺激によっても酵素を活性化し、向代謝性キスカル酸受容体刺激によってはおこらなかった。CaMキナ-ゼII活性化にともなって、基質であるMAP2、シナプシンIの燐酸化反応の増加が認められた。また、NG108ー15細胞では、プラジキニン投与に反応して、CaMキナ-ゼIIの活性化が認められた。本細胞系では、ブラジキニンが、刺激後30秒以内に細胞内貯蔵部位からのCa^<2+>放出をおこし、ついで数分にわたる持続した細胞外からのCa^<2+>流入のおこすことが知られている。酵素の活性化は細胞内Ca^<2+>濃度上昇パタ-ンに一致していた。両細胞系でCaMキナ-ゼIIの自己燐酸化反応が認められた。以上のことから、細胞系で、種々の細胞刺激因子に反応してCaMキナ-ゼIIが活性化され、細胞機能に関与することが示された。細胞外からのシグナルであるホルモン,神経伝達物質,細胞増殖因子などが形質膜に到達し,その部位に存在するそれぞれの因子に特異的な受容体を刺激すると,細胞内に多様な活性因子が産生される。
モデル動物を用いた肥満の口腔発がんへの関与に関する研究

肥満マウス(db/dbマウス、ob/obマウス)を用いて肥満の口腔(舌)発がんへの影響を検討した。その結果、肥満マウスは4-NQO誘発舌・食道発がんに高感受性であり、肥満と舌がん及び食道がん発症との関連性が示唆された。また、その感受性は、ob/obマウスに比べ、db/dbマウスに高かった。db/dbマウスに発生した舌扁平上皮がんでは、IL-1α、IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8、TNF-αの発現スコアがWTマウスのそれに比較して有意(p<0.05p<0.01)に高かったが、NF-κB、Stat3、Nrf2の発現には有意な差を認めなかった。肥満における舌がん高感受性は前炎症性サイトカインの高発現によることが示唆された。近年、肥満と大腸がんなどの各種臓器におけるがん発生との関連が指摘されている。しかし、肥満と口腔がん発症の関連を検討した報告は極めて少ない。しかも最近相反するデータが報告された(関連なし:Int J Epidemiol.37:990-1004,2008;関連あり:Int J Obes30:359-63,2006)。そこで本研究では肥満と口腔がんの関連性について実験的に検証するため、肥満マウスを使用した動物実験を行った。使用した動物は、雄性のob/obマウス、db/dbマウス、C57NL/6J (Wt)マウスで、それぞれ口腔(舌)発がん物質4-NQO (20ppm)を2、4ないし8週間飲水投与し、実験開始後20週で犠牲死させて病理組織学的解析を行った。これらの結果から、肥満マウスは4-NQO誘発舌・食道発がんに高感受性であり、肥満と舌がん及び食道がん発症との関連性が示唆された。現在、その機構についてサイトカイン発現に焦点を絞って解析しているところである。肥満の舌発がんに及ぼす影響について4-NQO誘発舌発がんモデルを使用して、雄性db/dbマウス、ob/obマウス、wild type(WT)マウス(C57BL/6J)にて検討した。マウスはそれぞれ16匹、計48匹を使用し、4-NQOは20ppmの濃度で、夜間(17:00-9:00)に飲水投与し、2週間投与群、4週間投与群、8週間投与群、無処置群の計4群を設けた。実験は20週で終了し、舌の病理学的解析を行った。その結果、舌扁平上皮がんはdb/dbマウスの4-NQO8週間投与群の1匹のみに1個発生した。舌扁平上皮乳頭腫の1匹当たりの平均発生個数は、2週間投与群でdb/dbマウス0.75、ob/obマウス1.00、WTマウス0.25、4週間投与群でdb/dbマウス2.25、ob/obマウス0.25、WTマウス0.50、8週間投与群でdb/dbマウス2.00、ob/obマウス1.75、WTマウス0.75であった。異形成の1匹当たりの平均発生個数は、2週間投与群でdb/dbマウス5.50、ob/obマウス1.50、WTマウス2.00、4週間投与群でdb/dbマウス7.75、ob/obマウス4.75、WTマウス4.25、8週間投与群でdb/dbマウス11.00、ob/obマウス8.50、WTマウス5.75であった。腫瘍、異形成を含めた舌増殖性病変の1匹当たりの平均発生個数は、2週間投与群でdb/dbマウス6.25、ob/obマウス2.50、WTマウス2.25、4週間投与群でdb/dbマウス10.00、ob/obマウス5.00、WTマウス4.75、8週間投与群でdb/dbマウス13.3、ob/obマウス10.3、WTマウス6.50であった。いずれのマウスにおいても無処置群には舌増殖性病変の発生はなかった。これらの結果から、肥満マウスでは4-NQO誘発舌発がんに高感受性であり、肥満は舌発がんに対してリスクが高いことが判明し、感受性はob/obマウスに比べ、db/dbマウスに高かった。今後、肥満マウスの舌発がん高感受性の機構について炎症性サイトカインの関与など、詳細な検討を加え、またdb/dbマウスとob/obマウスの感受性の相違の原因についても検討する予定である。

肥満の舌発がんに及ぼす影響について4-NQO誘発舌発がんモデルを使用して、雄性db/dbマウス、ob/obマウス、wild type(WT)マウス(C57BL/6J)にて検討した前年度の実験結果から、肥満マウスでは4-NQO誘発舌発がんに高感受性であり、肥満は舌発がんに対してリスクが高いことが判明した。その感受性はob/obマウスに比べ、db/dbマウスに高かった。この結果を踏まえ、db/dbマウスに発生した舌扁平上皮がんにおける各種の前炎症性サイトカイン(IL-1alpha、IL-1beta、IL-4、IL-6、IL-8、TNF-alpha)及びNF-kappaB、Stat3、Nrf2の発現を免疫組織学的に検討し、wild type(WT)マウス(C57BL/6J)に発生した扁平上皮がんにおける発現と比較した。また、その結果を保存していたがん組織を使用してマウスcDNA plate array(Signos)にて検証した。その結果、db/dbマウスに発生した舌扁平上皮がんでは、IL-1alpha、IL-1beta、IL-4、IL-6、IL-8、TNF-alphaの発現スコアがWTマウスのそれに比較して有意(p<0.05p<0.01)に高かったが、NF-kappaB、Stat3、Nrf2の発現には有意な差を認めなかった。この前炎症性サイトカインのがん部における免疫組織学的発現の結果は、cDNA plate arrayを用いた解析で確認することができた。これらの結果から、肥満における舌がん高感受性は前炎症性サイトカインの高発現によることが示唆された。現在、舌前がん性病変におけるこれら前炎症性サイトカインの発現解析を免疫組織学的に、またマウスcDNA plate arrayを用いて実施しているところである。本年度の成果から、さらなる解析を必要とするが、口腔粘膜組織中や唾液中の炎症性サイトカイン値などは、舌がんを含む口腔がん発症のリスクを評価するためのバイオマーカーとなり得るものと期待される。
アレルギーおよび非感染性炎症の時空間的制御と植物由来化合物による調節

(1)IL-5を蛍光蛋白質に置き換えたマウスを作出し、恒常的にIL-5を産生する新たな細胞集団(原始IL-5産生細胞)を同定した。(2)肥満時に脂肪組織で発現が増加する分子、RP105を見出した。(3)免疫制御を解析する評価系を確立し、植物由来化合物をスクリーニングした結果、抗アレルギー薬、免疫賦活剤、糖尿病薬として期待される化合物を得た。(4)得られた化合物の作用機序の一部を明らかにした。本研究は、アレルギーや非感染性慢性炎症反応に関与する細胞や分子・遺伝子の時空間的な制御を明らかにすること、免疫応答や炎症反応を調節し得る植物由来天然化合物を探索し創薬シーズを見出すことを目標とし研究を行った。初年度は、1)免疫応答と非感染性炎症の時空間的制御の解析から1IL-5-venusノックインマウスの作出、2恒常的にIL-5を産生する原始IL-5産生細胞の同定、3肥満時に脂肪組織で発現が増加する分子、RP105の発見の成果を得た。また、2)免疫制御のin vitro評価系を利用した有用シーズの探索を行い、1IL-5産生を抑制する化合物のスクリーニング、2交叉提示能評価系、3IL-1βによる細胞死抑制物質のスクリーニングにより、抗アレルギー薬候補物質や免疫賦活剤、糖尿病薬として期待される化合物を得た。今年度(最終年度)は、これまでの結果を踏まえ、以下の2つの研究を実施した。1)自然免疫を制御する化合物の探索:生薬甘草成分のグリチルリチン及びイソリクイリチゲニンが、TLR4リガンドによるTNF-α及びIL-6の産生をin vivo及びin vitroで抑制する作用を見出した。また、その作用機序として、グリチルリチンはTLR4とLPSの結合を抑制し、イソリクイリチゲニンはTLR4とLPSの結合は抑制せず、その後のTLR4の二量体化を抑制することを明らかにした。2)非感染性炎症を制御する化合物の探索:初年度に見出したIL-1β拮抗作用を有する化合物Aの0.05%配合高脂肪食をマウスに給餌した結果、高脂肪食摂餌による肥満に伴い発現するインスリン耐性や高インスリン血症、高脂血症及び脂肪肝形成が改善された。これらの効果は、摂餌量の減少に伴う体重増加の抑制に一部起因しているものと推察された。本研究は、アレルギーや非感染性慢性炎症反応に関与する細胞や分子・遺伝子の時空間的な制御を明らかにすること、免疫応答や炎症反応を調節し得る植物由来天然化合物を探索し創薬シーズを見出すことを目標とし、23年度の計画として、1.免疫応答と非感染性慢性炎症の時空間的制御の解析、2.免疫制御のin vitro評価系を利用した有用シーズの探索を行った。1.IL-5-venusノックインマウスを作出することに成功し、恒常的にIL-5を産生する原始IL-5産生細胞を同定した。アレルギーの誘発因子のIL-33をIL-5-Venusノックインマウスに投与したところ、肺において原始IL-5産生細胞と好酸球が顕著に増殖することを見出した。また、高脂肪食摂餌によるマウス肥満モデルにおいて、脂肪組織におけるTLRファミリー分子RP105の発現が10倍以上に増加することを見出した。2.の有用シーズの探索では、(1)IL-5-Venusノックインマウス由来T細胞を用いたin vitro評価系を確立し、IL-5産生を抑制する化合物を見出した。この化合物はB細胞のIgE産生も抑制することから、アレルギーに対する医薬品シーズとしての展開が期待できる。(2)Th1依存性の抗原提示細胞(APC)活性化による交叉提示能評価系を用い1,500種類以上の化合物を調べた結果、PKC活性を持つ複数の天然薬物がTh1依存性に抗原交叉提示を増強することを見出した。これらの天然薬物がin vivoでもTh1依存性抗原交叉提示を増強することを確かめた。現在、PKC活性が天然物による抗原交叉提示の増強に重要であるかどうかについて検討中である。(3)IL-1βによるヒト株化細胞の細胞死を抑制するフラボン類などの複数の天然薬物を見出した。現在、糖尿病誘発モデルマウスを用いて、これら天然薬物のin vivoでの効果を検討中である。本研究の目的は以下の2点である。1.免疫ネットワークの時空間的な調節機構を明らかにし、アレルギーや炎症の制御および破綻の分子機構を解析し、慢性炎症性疾患の発症に関与するバイオマーカーを確立する。それにより炎症の発症と慢性化の予防法の開発に寄与する。2.アレルギーや非感染性炎症を制御する薬物の試験管内評価系を利用し、有用な植物由来化合物を探索するとともに、生体内での動態と有効性や作用機序を既知の医療用医薬品と比較する。23年度の研究は、計画通り進捗している。

1.に関しては、非感染性慢性炎症状態である肥満に関係するバイオマーカーの発見など成果をあげている。2.についても独自の評価系でアレルギーを制御し得る候補化合物を見出している。今後の推進方策としては、研究が当初の計画通り進捗していることから、交付申請時に記載した計画通り24年度の研究を行う。23年度の予算のうち63、190円が次年度使用額であるが、「IL-1βによる膵臓β細胞のアポトーシスを抑制する化合物の探索研究」については、当初から23ー24年度と2年間継続して行う予定のため24年度請求額と合わせて使用する。24年度は23年度の成果を踏まえ、以下の2点を中心に研究を行う。1.自然免疫を制御する化合物の探索:(1)マクロファージ細胞株をLPS刺激し、TNF-αやIL-6など炎症性サイトカインの産生をELISA法により検討する。また、NF-κBの活性化をGFPの発現で評価できるレポーター遺伝子導入細胞を利用して評価する細胞系を樹立し、LPSによる炎症を抑制する植物由来化合物を探索する。(2)マウスのLPS誘発敗血症モデルを利用し、in vivoで候補化合物がLPSにより誘発されるIL-6、TNF-αの産生を抑制してショック死を抑制できるか調べる。2.非感染性炎症を制御する化合物の探索:(1)ヒト由来株化細胞を用い、細胞毒性を示さない濃度でIL-1βによるアポトーシス誘導を抑制する天然物の探索は、平成24年度も継続する。(2)糖尿病誘発モデルマウスを利用し、IL-1βによる膵臓β細胞のアポトーシスを抑制する化合物のin vivoでの評価をする。
海洋構造物の余剰耐力評価に関する研究

本研究では,デント損傷(凹損),曲げ損傷および亀裂損傷を生じた海洋構造物の余剰耐力を明らかにすることを目的として,これらの損傷を有する円筒部材および円筒骨組構造の耐荷力に関する実験とFEMによる理論解析を行った。さらに,これらの結果に基づいて,損傷構造物に対する従来の理想化構造要素を改良し,その有効性を示すと共に,改良した理想化構造要素を用いて損傷が海洋構造物の耐荷力に及ぼす影響について考察した。まず,デント形成挙動およびデント形成後の曲げ崩壊挙動に関する実験およびFEM解析より,円筒部材にデントが生じた場合,デント断面とその周辺の広い範囲に降伏応力に達する残留応力が発生すること,またこの残留応力によって,デントに引張が作用する場合,部材の剛性がおおきく低下することを明らかにした。一方,耐荷力は,デント部が圧縮を受ける場合が最も低い。引張を受ける場合は,デントの回復がおきるため耐荷力は無損傷の場合と同程度に達するが,変形およびひずみは無損傷の場合に比べ増加する。以上の残留応力の影響と引張荷重下でのデントの回復を考慮できるよう従来の理想化構造要素を改良し,これを用いて,デントおよび曲げ損傷を有する平面および立体骨組の耐荷力を調べた。亀裂損傷については,板厚貫通の周方向亀裂を有する円筒部材に対する純曲げおよび引張耐荷力試験を行うとともに,その挙動を亀裂進展の影響を含めてFEMにより解析した。そして,亀裂損傷による部材の剛性および耐荷力の低下と,亀裂進展解析に有効な破壊パラメータについて調べた。さらに,亀裂損傷部材に対する従来の理想化構造要素を,亀裂先端のむ塑性域の剛性に対する影響を考慮できるよう改良し,実験およびシェル有限要素解析との比較から,本解析法が従来のモデルの解析精度を大きく改善することを明らかにした。本年度は、座屈と降伏の影響を考慮して3次元海洋構造物の崩壊強度解析が可能となるようにするために、まず、これまでに開発されている損傷円筒部材に対するいくつかの理想化構造要素の改良を行った。具体的には、A)従来、凹損および曲げ損傷を有する円筒部材が軸圧縮荷重のもとにある場合について、理想化構造要素が開発されていた。これに対して、以下の改良を行った。(1)従来のモデルは、凹損部には一様な軸圧縮力のみが作用している場合のモデル化であったが、凹損部に一様な引張荷重が作用する場合についても、凹損の回復を考慮したモデル化を行った。(2)従来のモデルでは、外力としての曲げは凹損底部に平行な軸回りの曲げに限定されていた。これを、任意軸まわりの曲げを受ける場合が解析可能となるように、一般化した。(3)凹損部が軸引張を受ける場合、凹損に起因して生じる部材の軸剛性の低下を、適切に評価できるモデル化を行った。B)従来、亀裂損傷を有する円筒部材が軸力と曲げを受ける場合に対して、理想化構造要素が開発されていた。(1)従来のモデルでは、適用範囲の軸力の大きさに制限があった。これを、任意の大きさの軸力の場合に適用可能なように改良した。(2)従来のモデルでは、曲げの中立軸は亀裂先端を結ぶ線に平行な場合を対象としている。これを、中立軸が任意の傾きを有する場合に拡張した。なお、本年度行う予定であった損傷を有する円筒部材の崩壊試験、および局部座屈発生条件の精密化は、実施できなかった。これらについては、次年度以降に実施する予定である。本年度は、昨年度開発した損傷を有する円筒部材のための理想化構造要素の妥当性を調べるため、まず凹損および曲げ損傷を有する円筒部材に対する純曲げ崩壊試験を実施した。実験ケースは以下の通りである。

(1)凹損部を曲げの引張側、圧縮側および中性軸位置の各位置に置いて単調載荷。(2)上記の初期載荷に続いて繰り返し載荷。その結果、以下のことが判明した。(a)凹損が曲げの圧縮側に位置するときは、解析結果は実験に比べて低めの耐荷力を与える。(b)凹損が曲げの引張側に位置するときは、解析結果は高めの剛性を与える。また、耐荷力は実験とよく一致するが、荷重・たわみ曲線の一致は悪い。上記不一致の理由として、凹損発生時の残留応力の影響を考慮していないこと、および凹損の回復に伴う円筒横断面内の塑性仕事を正確に考慮していないこと、の二つが考えられた。そこで、FEMによる詳細解析を行い、残留応力が部材耐荷力に大きく影響することを明らかにした。さらに、残留応力と凹損回復時の横断面の塑性仕事を考慮できるよう、昨年度のモデルを改良した。その結果、実験結果との良好な一致が得られた。次に同様の実験を、亀裂損傷を有する円筒部材についても実施し、これについては解析結果が実験結果と良好に一致することが確認された。一方、大波高下の海洋構造物に働く波浪荷重の計算プログラムを開発した。大波高を考慮するため、非線形波理論を適用すると共に、波面隆起による没水領域の変化を考慮できるようにした。この波浪荷重解析プログラムと、上記理想化構造要素プログラムを結合して、波浪中の海洋構造物の構造応答解析プログラムを作成した。本プログラムを用いて、次年度は、構造応答シミュレーションを行い、その結果に基づいて海洋構造物の余剰耐力評価法を確立する予定である。本年度は,これまでに開発した凹損および曲げ損傷を有する円筒部材のための理想化構造要素を用いて3次元骨組構造解析プログラムを作成し,これを損傷を有する海洋骨組構造物に適用して,損傷が構造物の剛性および残存耐力に及ぼす影響を調べた。始めに,以下のような理想化構造要素の改良を行った。(1)軸力を受ける梁の平衡方程式の一般解を変位関数として仮想仕事の原理を適用することにより,引張,圧縮それぞれの場合に対する大たわみの影響を考慮した梁要素の剛性マトリックス(対称マトリックス)を定式化した。(2)凹損部分が引張を受ける場合,凹損発生時の残留応力の影響によって,部材の剛性が載荷の初期から低下することが昨年度明らかにされた。この現象を考慮するための剛性のモデル化を行い,実験との比較よりその妥当性を示した。(3)3次元構造解析のために,凹損断面の全断面塑性相関関係式を,軸力,2軸曲げ,およびねじりを考慮できるように拡張した。この際,凹損底部の有効塑性強度には,残留応力の影響も考慮した。以上の解析プログラムを,K型平面フレームおよび立体フレームに適用し,それぞれの実験結果との比較から,計算モデルの妥当性を検証した。続いて,凹損および曲げ損傷の大きさと部材寸法を変化させた一連の解析を行い,以下の基本的知見を得た。(1)損傷部材に圧縮荷重が作用する場合,損傷による座屈強度の低下により,構造全体の剛性,耐荷力が大きく低下する。(2)損傷部材に引張荷重が作用する場合,損傷による部材剛性の低下により,構造全体の剛性が低下する。また,各部材の荷重負担の変化により,構造の崩壊モードの形成過程が変化する。ただし,損傷による最終強度の低下は小さい。
都市空間のふく射伝熱環境における温室効果ガスおよび微粒子の影響評価

ふく射伝熱解析においては、形態係数の導出に要する計算時間が全計算時間の大半を占めており、高速な形態係数導出が必要である。そこで、形態係数の導出の一つの方法として、コンピュータグラフィックス(CG)のために提案されてきた様々な技術(ハードウェアと計算手法)を検討した。また、もう一つの方法として並列計算手法を検討し、各CPUの担当する空間を分割して形態係数を導出し、その後形態係数の相互則、総和則を適用して、計算時間短縮を図った。形態係数の導出には、研究代表者が提案した形態係数の近似解法を適用した。これにより、使用メモリの縮小が可能となった。次に、都市空間など膨大な計算格子を用いたふく射伝熱解析において、空間を区切って計算を並列化した。大規模なふく射伝熱解析を高速で行うにはスーパーコンピュータなど大規模な計算資源が必要となるが、研究室レベルのワークステーションを並列してシステムを構築することで、大規模演算を比較的安価に精度良く行うことが可能となった。また、温室効果ガスや微粒子などのふく射性媒体を考慮するには、ふく射物性の波長依存性を考慮する必要があり、波長分割を細分化して各計算機で計算することにより、CPUに対する計算の負荷を軽減した。以上から、開発したシステムを用い、都市空間を模擬したふく射伝熱環境のふく射伝熱解析を行うことで、ヒートアイランド現象への温室効果ガスや微粒子の影響を定性的および定量的に評価することができた。まず、研究代表者が提案した形態係数の近似解法の適用性を検討した。使用メモリの縮小手法も検討する。次に、CG技法によるハードウェア(GPU)を、形態係数導出に適用し、数値解析コードを開発した。GPUではCPUと違い単精度での計算しかできないため、それでも十分な解析精度であるかを、試計算などによってあらかじめ確認した。また、もう一つの方法として並列計算手法を検討し、各CPUの担当する空間を分割して形態係数を導出して、その後形態係数の相互則、総和則を適用して、計算時間短縮を図った。温室効果ガスや微粒子などのふく射性媒体を考慮するには、ふく射物性の波長依存性を考慮する必要があり、本年度は波長分割による並列計算を適用した。大規模な計算を、比較的精度良く高速で行うためのシステムの構築では、複数台の計算機を並列に用いるのではなく、デュアルコアのCPUをもつ計算機を用いることで、システムを簡素化し、メモリへのアクセス時間の短縮等を図った。温室効果ガスや微粒子のふく射物性の波長依存性を考慮して数値解析を行い、直射日光に相当する短波長と赤外域に相当する長波長を分割して計算を行った。