hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
開発による沿岸域環境変化機構の調査

昨年1-2月に我々が行った調査でも、沿岸域の環境システムは非常に大きなダメージを受けており、その復興過程のモニタリングも必要となっている。この状況をふまえて、タイ、スリランカ、インドネシアについては、当方からの2次調査あるいは現地の海外共同研究者からの調査結果報告に基づき、津波被害が環境システムに与えた影響、その復興過程についての調査とその分析を行った。また、ベトナムについては中部ベトナム周辺の土壌侵食とダラン川河口処理の問題の調査を継続した。共同研究者のレ・バン・コング研究員と共同して、河口地形の変遷、海岸侵食の進行について現地調査を行い、結果を分析した。昨年9月に行われたAPAC2005(Asia and Pacific Coast)においてこれまでの成果を発表するとともに、会議に出席した海外共同研究者および途上国の同分野の研究者と情報を交換し、研究内容の高度化を図るとともに会議の行われた韓国の海岸環境計測の現状についても調査した。日本およびタイ、ベトナム、イラン、中国、スリランカ、韓国、インドネシアにおける沿岸域環境変化のモニタリングシステムの現状について調査を継続した。調査対象国のうち、スリランカ、タイ、インドネシアは2004年12月に発生したインド洋津波で、沿岸域が大きな被害を受けた。その後の復興プロセスで多くの環境変化が報告されており、復興過程のモニタリングが必要となっている。この状況をふまえて、タイ、スリランカ、インドネシアについては、現地の海外共同研究者からの調査結果報告に基づき、津波被害が環境システムに与えた影響、その復興過程についての調査を行った。2006年9月に行ったCoastal Disaster Prevention Seminar (Hikkaduwa, Sri Lanka)において研究集会を開催し、成果を共有するとともに各国の状況を比較した。比較討論の成果を踏まえて、イラン、タイ、ベトナム、インドネシア、韓国、中国、カナダ、米国の海岸環境、災害復興の状況を発展過程の中に相対的に位置付け直すことができた。ベトナムについては中部ベトナムの土壌侵食とダラン川河口処理の問題の調査を継続した。共同研究者のレ・バン・コング研究員と共同して、河口地形の変遷、海岸侵食の進行について現地調査を行い、調査結果をまとめた。2006年7月に発生したインドネシアジャワ島中部地震津波の被災に際して、調査を実施し、環境変化による津波の挙動変化及び津波インパクトによる沿岸環境変化を分析した。アジアの経済的変換期を迎えている国々について、経済の発展段階を時間座標にとることにより、海岸侵食、湾内の富栄養化など環境問題を、一つの時系列に並べることができ、今後の展開が予測できるようになった。日本の昭和30年代以降の経験と照らし合わせることにより、途上国の海岸環境問題を未然に防止するための技術的提言をまとめた。
分子線エピタキシンにおける化合物半導体の成長過程と成長層の特性

低温成長分子線エピタキシ(LT-MBE)法により、(LT-)GaAsやIII-V族磁性半導体およびそのナノ構造を形成し、反射高エネルギ電子線回折(RHEED)、原子間力(AFM)・磁気力(MFM)顕微鏡や磁気特性測定システム(SQUID)などを用いてそれらの成長過程及び構造、光・磁気・輸送特性について調べた。本研究で得られた主たる成果を以下に記す。1.LT-MBEによるGaAs成長時にRHEEDの強度振動が低温で復活し、その大きさは基板温度とV/III比に依存することを見出した。また、過剰供給されたAs原子を自己表面活性剤としたモデルでシミュレーション計算を行った結果、実験結果を再現した。2.数パーセントの濃度のMnを導入した(Ga,Mn)SbをMBEにより形成し、その物性と成長温度との関係を調べた。高温(560°C)成長の試料ではMnSbと思われる矩形のクラスターがAFM、MFMで観測され、室温で強磁性を示した。一方、LT-MBE(300°C)では、室温で強磁性を示すものの、20K以下で別の秩序相が現れることを確認した。これは低温で強磁性を示す(Ga,Mn)Sbが形成されていることを示している。3.LT-MBEによりGaAs(211)B面上に形成した(In,Mn)Asナノ構造のAFM観察より、Mnがサイズを均一化するサーファクタント効果を有することを明らかにした。4.すべて半導体から成る強磁性体(Ga,Mn)As/非磁性体(Al,Ga)As/強磁性体(Ga,Mn)As3層構造を作製し、層間の結合を磁化曲線から調べることより、非磁性層の厚さ・障壁高さでそれらの磁気的結合を制御できるこを示し、スピン依存散乱による巨大磁気抵抗効果をこの系で初めて確認した。本年度は現有の分子線エピタキシ装置と新規に購入した分子線源を用いて低温成長分子線エピタキシ(LT-MBE)法により(LT-)GaAs,強磁性半導体(Ga,Mn)Asおよび新しい希薄磁性半導体(Ga,Mn)Sbの成長を行い,反射高エネルギ電子線回折(RHEED)によるその場観察や原子間力顕微鏡、X線回折法などによる成長過程および成長層の評価を行った.さらに計算機シミュレーションによる成長の動的過程のモデル化を進めた.(Ga,Mn)Asについては成長条件に対する電気・磁気特性の依存性を系統的に調べた.本年度に得られた主な成果を以下に記す.1. LT-MBEによるGaAs成長時にRHEED振動が低温(300°C以下)で復活し,振動の大きさは基板温度とV/III比に依存することを明らかにした.このRHEED振動の特異な振る舞いについて,成長中に表面に過剰供給されたAs原子が自己表面活性剤として働くモデルに基づいたモンテカルロシミュレーション計算を行った結果,実験で得られたRHEED振動の成長温度,V/III比依存性等を再現し,吸着したAs原子がGa原子の表面拡散を助長する可能性を示した.2. Mn組成xが7.1%までの(Ga_<1-x>,Mn_x)AsをLT-MBE法により形成し,(Ga,Mn)As層の磁気・電気伝導特性を調べ,その成長温度や膜厚,バッファ層,およびV/III比など成長条件に対する依存性を調べた.その結果,バッファ層の格子定数を変えることにより強磁性転移温度は変化せず,歪の応力の方向が変わることにより磁化容易軸が変化することを示した.

また成長温度が約210°Cを境に高温側で金属的な伝導特性と強磁性の発現を,低温側では絶縁的で強磁性を示さないことを明らかにした.3.新しい希薄磁性半導体(Ga,Mn)SbのMBE成長を行い、MnSbの析出が少なくなる成長条件を明らかにしつつある。現有の分子線エピタキシ装置を用いた低温成長分子線エピタキシ(LT-MBE)法により、種々のIII-V族希薄磁性半導体およびそのナノ構造を形成し、現有の原子間力(AFM)・磁気力(MFM)顕微鏡や新規に購入した磁気特性測定システム(SQUID)などを用いてそれらの成長過程及び構造、光・磁気・輸送特性について調べた。本年度に得られた主な成果を以下に記す。1.(Ga,Mn)Sbの作製とその磁気特性数パーセントの濃度のMnを導入した(Ga,Mn)sbをMBE法により形成し、その物性と成長温度との関係を調べた。高温(560°C)成長の試料ではMnSbと思われる矩形のクラスターが観測され、室温で強磁性を示した。一方、LT-MBEO(300°C)では、室温で強磁性を示すものの、20K以下で別の秩序相が現れることを確認した。これは低温で強磁性を示す(Ga,Mn)Sbが形成されていることを示唆する。2.InAs及び(In,Mn)As量子ナノ構造の形成LT-MBEによりGaAs(211)B面上に形成した(In,Mn)Asナノ構造のAFM観察より、Mnがサイズを均一化するサーファクタント効果を有することを明らかにした。また、(211)B面上に形成したInAs量子ダッシュの形状異方性が、成長温度およびV/III比等の成長条件に強く依存することを明らかにした。3.強磁性体/非磁性体/強磁性体3層構造の磁気抵抗効果・磁性層間結合すべて半導体から成る(Ga,Mn)As/(AI,Ga)As/(Ga,Mn)As3層構造を作製し、層間の結合力を磁化曲線から調べるなどし、非磁性層の厚さ・障壁高さでそれらの磁気的結合を制御できることを示した。また、層と平行に電流を流したときのスピン依存散乱について調べ、このような系において初めて巨大磁気抵抗効果を確認した。
パーソナルコンピュータによる衣服設計のシステムに関する研究

多種多様なデザイン・消費者のニーズを理由に、システム化が遅れているといわれている婦人服設計に焦点を絞り、従来より行っている研究の一環として、この研究を行ったものである。今年度は、既に所有しているFM16β(富士通)に、A1サイズの用紙(801×614)に実物大で衣服パターンの作図が出来るX-Yプロッタ(グラフテック社GP9101)を接続し、ディスプレー上で検索したデザインを直ちに作図できるプログラムをBASICで作った。その経過は次のようである。(2)今回、検討を加えたのは、婦人ドレスを構成する部位のうち、スカートである。これは、ドレスを構成する身ごろ(上衣と下衣)・えり・そでの3部位の中では、形や応用の方法が、比較的単純であるためである。まず、スカートを、そのシルエットと構造上の点からいくつかのカテゴリーに分類した。画面では三段階に分けてデザインを選択する方法を考えた。画面表示は、ワールド座標とグラフィック機能により簡単に出来る。(3)スカートパターン作図上重要な基本形(原型)は"ドレスパターンの基礎と応用(1967)"を参考にした。用紙上の作図形式や各種スカートデザインへの応用は座標値の回転・移動などにより行うことが出来る。以上の手順により、デザインの検索からパターン作成の一貫したプログラム作りが出来、他の部位への展開の可能性がサーチ出来た。これは上衣を含め、62年中に誌上発表を予定している。
認知症高齢者精神障害者の福祉機器開発と文化人類学研究の協働可能性に関する検討

近年、先端技術(ICT:情報通信技術、IRT:ITとロボット技術を組み合わせた技術等)用いた福祉機器開発において文化人類学的調査手法(参与観察)が用いられているが、文化人類学の研究成果と照合するに至っていない。本研究は、第一に、認知症高齢者、精神障害者の病いの経験と社会的包摂を基礎的背景として、ICT・IRT技術導入による病いの経験や社会生活のリアリティ変化、モノとしての福祉機器の位置づけについて、文化人類学に基づく現地調査と記述分析により明らかにする。第二に、文化人類学研究の成果を、福祉機器開発に携わる工学研究者らと共有できるよう、概念枠組みを作成する。試案には国際生活機能分類を参照する。また専門家のフォーカスグループディスカッションを参考とし、工学、文化人類学、リハビリテーション医学の専門的研究課題の分布状況を整理し、共有すべき基礎概念を明らかにする。なお研究代表者の長期療養に伴い、研究計画を1年変更し、令和元年度までとした。平成30年度は精神障害者、認知症高齢者を対象とした文化人類学に基づく現地調査(2年目)を実施し、対象者の生活背景に関するデータを収集し、フィールドノートを作成した。平行して、リハ工学研究者・精神看護学・精神保健福祉領域の専門職とのディスカッションを実施し、各領域の支援機器開発コンセプトや適合、生活支援等に関する基礎概念を分析した。また昨年度分析したリハ工学研究・作業療法学の基礎概念と合わせ、各領域の基礎概念の分布図案を作成した。平成30年度は、平成27年から継続している研究代表者の長期治療、療養の影響を受け、進捗に遅れが出ている。現地調査の質、新領域での建設的な議論を確保するため、やむを得ず、全体計画を見直し、当初3年計画であったものを4年計画に修正した。併せて、各年度の目標を1年ずつずらし実行することとした。平成30年度はおおむね目標を達成した。ただし精神障害者を対象とした現地調査については、研究代表者の体調が、その質を確保するために十分な状態になく、次年度前半まで実施するよう調整した。また海外の文化人類学者へのIRT技術開発と人間社会の迎合に関するヒアリングは、研究代表者の病態悪化に伴い、次年度実施もしくはインターネット上で行う計画へと変更した。近年、先端技術(ICT:情報通信技術、IRT:ITとロボット技術を組み合わせた技術等)用いた福祉機器開発ぶおいて文化人類学的調査主要(参与観察)が用いられているが、文化人類学の研究成果と照合するに至っていない。平成28年度は、前年1月からの研究代表者の長期治療に重なり、療養を要したため、進捗に遅れが出ている。1文献レビューでは、先端技術を用いた機器開発に関する文化人類学研究のみ実施した。精神障害者、認知症高齢者を対象とした文化人類学研究、リハビリテーション工学、福祉機器の評価項目に関するリハビリテーション医学、作業療法、理学療法、看護学の文献レビューは次年度に行う。2認知症高齢者、精神障害者の病いの経験、社会的包摂を対象とした現地調査は体制整備を行い、調査は次年度に開始することとした。3文化人類学研究者、リハ工学研究者によるフォーカスグループディスカッションも事前準備を整えた段階で終了し、実施は次年度に変更した。なお研究代表者の長期療養に伴い、研究計画を1年変更し、平成31年度までとした。平成29年度は精神障害者、認知症高齢者を対象とした文化人類学研究、リハビリテーション工学、作業療法学に関する文献デビューを行った。また文化人類学者、リハ工学研究者、作業療法士とのディスカッションを実施し、各領域の基礎概念について一次分析を行った。認知症高齢者の病いの経験、社会的包摂を対象とした現地調査(1年目)を実施し、フィールドノートを作成した。精神障害者に関する調査は、調査遂行に必要な体力を回復できなかったため、次年度に行えるよう体制を整えた。

平成29年度は、平成27年から継続している研究代表者の長期治療、療養の影響を受け、進捗に遅れが出ている。近年、先端技術(ICT:情報通信技術、IRT:ITとロボット技術を組み合わせた技術等)用いた福祉機器開発において文化人類学的調査手法(参与観察)が用いられているが、文化人類学の研究成果と照合するに至っていない。本研究は、第一に、認知症高齢者、精神障害者の病いの経験と社会的包摂を基礎的背景として、ICT・IRT技術導入による病いの経験や社会生活のリアリティ変化、モノとしての福祉機器の位置づけについて、文化人類学に基づく現地調査と記述分析により明らかにする。第二に、文化人類学研究の成果を、福祉機器開発に携わる工学研究者らと共有できるよう、概念枠組みを作成する。試案には国際生活機能分類を参照する。また専門家のフォーカスグループディスカッションを参考とし、工学、文化人類学、リハビリテーション医学の専門的研究課題の分布状況を整理し、共有すべき基礎概念を明らかにする。なお研究代表者の長期療養に伴い、研究計画を1年変更し、令和元年度までとした。平成30年度は精神障害者、認知症高齢者を対象とした文化人類学に基づく現地調査(2年目)を実施し、対象者の生活背景に関するデータを収集し、フィールドノートを作成した。平行して、リハ工学研究者・精神看護学・精神保健福祉領域の専門職とのディスカッションを実施し、各領域の支援機器開発コンセプトや適合、生活支援等に関する基礎概念を分析した。また昨年度分析したリハ工学研究・作業療法学の基礎概念と合わせ、各領域の基礎概念の分布図案を作成した。平成30年度は、平成27年から継続している研究代表者の長期治療、療養の影響を受け、進捗に遅れが出ている。現地調査の質、新領域での議論調整の質を確保するため、やむを得ず、全体計画を見直し、当初3年計画であったものを4年計画とした。併せて、各年度の目標を1年度ずつずらし実行することとした。現地調査の質、新領域での建設的な議論を確保するため、やむを得ず、全体計画を見直し、当初3年計画であったものを4年計画に修正した。併せて、各年度の目標を1年ずつずらし実行することとした。平成30年度はおおむね目標を達成した。ただし精神障害者を対象とした現地調査については、研究代表者の体調が、その質を確保するために十分な状態になく、次年度前半まで実施するよう調整した。また海外の文化人類学者へのIRT技術開発と人間社会の迎合に関するヒアリングは、研究代表者の病態悪化に伴い、次年度実施もしくはインターネット上で行う計画へと変更した。研究代表者の治療療養のため、研究計画を変更し、調査等が延期されたため。(理由)研究代表者の治療療養のため、研究計画を4年間に変更し、調査等が延期されたため。(試用計画)平成30年度に、平成29年度に延期した調査等を行う。(理由)研究代表者の治療療養のため、研究計画を4年間に変更し、調査研究期間が延長されたため。(使用計画)令和元年度に、平成30年度に延期した調査、分析等を行う。
言語恣意性への心理・神経言語学的アプローチ

本研究は『語と指示対象の恣意的連合と非恣意的連合の学習過程の違い』について検証することが目的であった。恣意的連合とは、語と指示対象の間に必然的な結びつきのない連合を示す。一方で、非恣意的連合とは語と指示対象の間に必然的な結びつきがある連合であり、オノマトペなどはその代表である。本研究では恣意性の有無が連合の学習過程に与える影響を検証するために、被験者に実際に恣意的連合と非恣意的連合を学習させ、その学習の際の成績の変化や脳活動の変化を検証した。fMRI実験では、被験者に無意味文字列と無意味図形を提示して、その学習成績と脳活動の記録を行なった。実験後は、提示された連合を評価してもらい、連合の恣意性についてスケーリングを行なった。現在は、結果の解析を行なっている段階である。当初、本年度の研究目標は予備実験で終始する予定であったが、fMRI実験まで行なうことができた。今後は、本成果を発表するよう努める。本研究の成果は、ことばの形成において恣意性がどのような役割を担っているかについて科学的な示唆を与えることが期待できるだろう。
ミセルの超高速ダイナミクス

研究代表者らは、平成11年度に本科学研究費補助金を受けて、平成10年度に引き続き最低励起1重項(S_1)状態のtrans-スチルベンのSDSミセルの中での溶媒和状態を研究した。研究代表者らがかつて通常の溶液中での溶媒和状態の解明のために独自に開発した「ピコ秒ラマン温度計」を利用する手法をここでも適用し、時刻0での温度上昇と与えた余剰エネルギーを比較検討することによって第一溶媒和圏の溶媒分子の個数を推定した。その結果、SDSミセル中では第一溶媒和圏に含まれる溶媒分子が1個から13個であるのに対して、ドデカン溶液中では0.4個から6個であると推定した。ミセル溶液中での類似の推定値は他に存在しないので、現時点でこの結果がどの程度一般的であるかを議論することは難しい。しかし、けい光寿命で測ったミセル中での微視的な粘性のドデカン溶液との一致やピコ秒ラマン温度計で測った冷却速度の不一致(いずれも昨年度に報告)とは異なった、新たな溶媒和構造の側面を捉えることができた。現在この主題に関する論文を執筆中である。さらに、平成11年度は、ミセル中での動力学を理解する上で不可欠である通常の溶液中での化学反応動力学についても研究した。S_1 trans-スチルベンと四塩化炭素との超高速二分子反応の速度をフェムト秒時間分解可視分光法によって測定した結果を、拡散律速反応の数理モデルで再現できるかどうか検討した。その結果、最も基本的なSmoluchowskiの理論、およびこのモデルを発展させたCollins-Kimballの理論の双方で、観測結果をよく説明できることを見出した。これは、数ピコ秒の時間領域では、溶液中の分子運動を拡散として記述することが既によい近似になっていることを示唆する。この研究について報告した速報論文は現在印刷中である。本研究では、各種の時間分解分光測定を行うことによって(1)ミセル内での可溶化の構造、(2)超高速エネルギー移動とミセル構造の維持、および(3)分子間衝突と化学反応、についての理解を深めることを目標とした。平成10年度には、この目的の達成のために代表的な試料としてSDS(ドデシル硫酸ナトリウム)ミセル中に可溶化されたtrans-スチルベンを選び、分光測定を行った。紫外吸収スペクトル、けい光スペクトル、最低励起一重項(Sl)状態での過渡ラマンスペクトルでは、SDSミセル中での結果とドデカン溶液中での結果がよく一致した。ただし、SDS分子の疎水部(ドデシル基)とドデカンと同一の構造を有する。さらにストリークカメラを用いて測定したtrans-スチルベンけい光寿命は、両者とも78psとなった。trans-スチルベンのけい光寿命は溶媒の性質によって30psから100pS以上まで変化することが知られており、この一致はtrans-スチルベン分子近傍の局所構造が類似していることを示す。一方、「ピコ秒ラマン温度計」を用いて測定した光励起後2から3ps以内の冷却効率では、両者に約2倍の違いがあった。これらの測定結果を解釈すると、冒頭の三項目のうち、(1)可溶化の構造および(3)分子間衝突に関しては、SDSミセル中とドデカン溶液中が類似していることが示唆される。しかし、(2)超高速エネルギー移動については、両者は異なる。これまでにもミセル中での可溶化の機構については多くの研究例があるが、本研究のように新たな知見を多角的な視点から総合することによって、さらにミセルに関する理解が進むと考える。来年度は、引き続き多くの試料についての分光測定を継続し、より一般的な描像を得るよう努めたい。なお、平成10年度の研究成果は、原著論文として発表した。また、国際学会で口頭発表する機会を2回(うち1回は招待講演)得た。

その結果、最も基本的なSmoluchowskiの理論、およびこのモデルを発展させたCollins-Kimballの理論の双方で、観測結果をよく説明できることを見出した。これは、数ピコ秒の時間領域では、溶液中の分子運動を拡散として記述することが既によい近似になっていることを示唆する。この研究について報告した速報論文は現在印刷中である。
原子核内ハイペロンと中間子相互作用

1.研究目的ストレンジネスをもつ奇妙核子ラムダ(Λ)ハイペロンを含むハイパー核の研究. i(π^+, K^+)中間子反応によるハイパー核生成機構の解明, iiΛハイパー核の構造とΛポテンシャル, iii高運動量移行Λ弱崩壊機構と中間子の役割,これらの研究で核内Sクォーク,ハイペロン,中間子の相互作用を解明する.また磁気遷移から核内のπとρ中間子の効果を明らかにする.2.研究経過と実績(3)ハイパー核弱崩壊陽子(P)及π中間子検出器としてプラスチック検出器系が開発された.阪大とKEKでのe, ρ, πビームでテストし十分な性能を得た.(4)C^<12>_Λハイパー核を(π^+, K^+)反応で生成し,その崩壊を測定した. C^<12>_Λからの弱崩壊ρの分岐比から弱崩壊ではπ中間子のみならずρ中間子も重要である.(5)偏極ハイパー核の生成法についての理論的計算が完成し論文に発表した.偏極ハイパー核崩壊用の検出器の開発と弱崩壊測定予備テストが行われた.(6)核内磁気遷移が^<117>Snと^<115>Snについて求められ,核内における△アイソバー, π-ρ中間子等明にされ論文が出版された.1.研究目的ストレンジネスをもつ奇妙核子ラムダ(Λ)ハイペロンを含むハイパー核の研究. i(π^+, K^+)中間子反応によるハイパー核生成機構の解明, iiΛハイパー核の構造とΛポテンシャル, iii高運動量移行Λ弱崩壊機構と中間子の役割,これらの研究で核内Sクォーク,ハイペロン,中間子の相互作用を解明する.また磁気遷移から核内のπとρ中間子の効果を明らかにする.2.研究経過と実績(3)ハイパー核弱崩壊陽子(P)及π中間子検出器としてプラスチック検出器系が開発された.阪大とKEKでのe, ρ, πビームでテストし十分な性能を得た.(4)C^<12>_Λハイパー核を(π^+, K^+)反応で生成し,その崩壊を測定した. C^<12>_Λからの弱崩壊ρの分岐比から弱崩壊ではπ中間子のみならずρ中間子も重要である.(5)偏極ハイパー核の生成法についての理論的計算が完成し論文に発表した.偏極ハイパー核崩壊用の検出器の開発と弱崩壊測定予備テストが行われた.(6)核内磁気遷移が^<117>Snと^<115>Snについて求められ,核内における△アイソバー, π-ρ中間子等明にされ論文が出版された.
癌の免疫監視逃避過程で消失するステルス癌抗原を標的とした革新的癌免疫治療法の開発

がん細胞においてメチル化制御により抑制されている(DNAメチル基転移酵素阻害剤を処理することで再発現する)がん抗原分子をステルスがん抗原と名付け、それらを標的とした新しいがんワクチン製剤の開発研究を実施し、DNAメチル基転移酵素阻害剤によって、mRNAおよび蛋白質レベルでがん細胞株で発現が上昇する複数のステルスがん抗原を同定した。それらは免疫原性が高く、効率良くステルスがん抗原特異的ヒトT細胞を活性化することを確認している。さらに、免疫不全マウスを用いた検討において、ステルスがん抗原特異的ヒトT細胞とDNAメチル基転移酵素阻害剤を併用することにより効果的な腫瘍増殖抑制効果を確認した。生後48時間未満のBALB/c-ヌードマウス胎児脳室内にがん遺伝子及びp53抑制配列を組み込んだsleeping beautyトランスポゾンプラスミドとトランスポゼース発現プラスミドを注入することによって、4週齢前後のマウス脳内にグリオーマの増殖を確認することができた。グリオーマの増殖による異常行動が認められたマウスを安楽死させ、得られたグリオーマ組織からグリオーマ細胞株を樹立した。このBALB/c-ヌードマウス由来グリオーマ細胞株をT細胞によるイムノエディティングを受けていないナイーブグリオーマがん細胞株(naiive Glioma cell lines; nG株)とした。nGcell linesのin vitroにおける増殖能を検討するために同様にして樹立された野生型BALB/cマウス由来グリオーマ細胞株(wtG cell lines)と比較したが、大きな差は認められなかった。また、nG cell linesのMHC class I及びMHC class IIの発現についても解析した結果、それぞれの発現が認められそれらの発現強度はwtGcell linesと大きな差は認められなかった。nGcell linesの免疫原性を調べるために6-8週齢の野生型BALB/cマウスの脳室内に移植したが生着を確認できなかった。このことから、T細胞からの免疫監視機構を経ることなく増殖してきたnG cell linesは免疫原性が高いことが示唆された。また、ヒトステルス癌抗原を用いた前臨床研究を前倒しに開始し、複数のヒトステルス癌抗原T細胞認識エピトープ及び、ステルス癌抗原ペプチド特異的T細胞クローンが樹立されている。T細胞の免疫監視機構を経ないで増殖してきたnGcell linesは、当初、増殖する速度が遅いながらも野生型BALB/cマウスに生着すると予想していた。しかし、実際には野生型マウスには全く生着せず、nG cell linesは完全に排除されることがわかり、nG cell linesの免疫原性が予想よりも高いことが明らかになった。このため、当初の予定を変更し、以下の2段階のステップを踏んで野生型マウスに生着するかどうかを検討することにした。1)nGcell linesをBALB/c-ヌードマウスに移植し生体内で増殖しやすい細胞株を選択する。2)野生型マウスにCD8もしくはCD4に対する抗体を投与して各T細胞を除去し、T細胞による監視機構を取り除いた状態でnGcell linesを移植する。以上の2段階を用いて条件付き野生型マウスで生着し、親株のnGcell linesよりも免疫原性が低くなっていると予想される条件付きイムのエディティングを受けたnG cell lines(conditionally immunoedited Glioma cell lines; ciG cell lines)を野生型マウスに移植し、その生着率を確認する。マウスを用いた本研究の仮説の検証研究に当初の見込みよりも時間がかかることが想定されたことから、当初の実施計画の順序を入れ替えて、ヒトステルス癌抗原を用いた前臨床研究を開始し、すでに複数のステルス癌抗原ペプチド特異的T細胞クローンの樹立に成功している。本研究課題は、癌細胞が分裂・増殖していく過程で免疫原性の高い抗原を戦略的に消失させるという理論を土台にして、その消失させた抗原こそが癌にとって不都合な、我々にとって好都合な標的抗原になるのではないかという仮説を検討し明らかにするものである。癌細胞が抗原を消失させる過程の一つに、プロモーター領域のメチル基修飾による遺伝子発現の抑制が知られている。そこで、マウス癌細胞株においてほとんど発現が認められなかった遺伝子が、メチル基転移酵素阻害剤によって発現される遺伝子を同定した。その分子はヒトと相同性が高く、同じアミノ酸配列を有する領域からワクチンペプチドを設計した結果、マウス及びヒトからペプチド特異的T細胞応答を誘導することが確認できた。その遺伝子はヒト癌細胞株においてもメチル基転移酵素阻害剤によって発現が認められたことから、ペプチドで活性化・増殖させたペプチド特異的T細胞の生体における抗腫瘍効果を検討するために、免疫不全マウスにヒト癌細胞株を移植しメチル基転移酵素阻害剤とペプチド特異的T細胞を同時投与することによって、腫瘍増殖を抑制することを明らかにした。以上のことから、本研究課題である癌の免疫逃避機構の過程で消失する癌抗原(ステルス癌抗原)を標的とした癌免疫治療法は、有効であることが示唆された。

メチル基転移酵素阻害剤によって発現されるようになるステルス癌抗原遺伝子を複数同定しており、それらを標的としたがん抗原ペプチドについて特許申請中である。これらのペプチド配列を製剤化することによって、今までとは異なる概念(現在の腫瘍組織ではほとんど発現されていない抗原を標的抗原とする概念)に基づく革新的ながん免疫治療法の開発が進展するものと思われる。樹立されたciG cell linesを野生型マウスに移植し、生着したグリオーマ組織から新たな細胞株(immunoedited Glioma cell lines; iG cell lines)を樹立する。nG cell lines、ciG cell lines及びiGcell linesのそれぞれの遺伝子発現をDNAアレイによって網羅的に解析し、nG cell linesからciGcell linesを経てiG cell linesへと変遷していく過程において、どのような遺伝子発現変化が起きたのかを明らかにし、iG cell linesにおいて遺伝子発現抑制された分子を探索しリストを作成する。また、この遺伝子発現抑制機構にDNAのメチル化が関与しているかを明らかにするために、iG cell linesをDNAメチル基転移酵素阻害剤(5aza)で処理し、DNAの脱メチル化によって発現変化を起こす遺伝子群を特定する。特定された遺伝子群が、nG cell linesに発現されているか確認し、「nG cell linesで発現されている遺伝子」かつ「脱メチル化されることによってiGcell linesで発現されるようになった遺伝子」を特定し、がん細胞がT細胞からの免疫監視機構を逃れるために消失させた高抗原性分子「ステルス癌抗原」を同定する。マウスステルス癌抗原を標的とした癌免疫治療の抗腫瘍効果を検討するために、iG cell linesを接種した野生型マウスに5azaとともにステルス癌抗原タンパク質もしくはペプチドを投与し、腫瘍増殖抑制効果を明らかにする。また、既に樹立されたヒトステルス癌抗原の有用性を検討するために、HLA型が適合するヒト癌細胞株を接種した免疫不全マウスにステルス癌特異的T細胞を5azaと共に投与し、その抗腫瘍効果を明らかにする。腫瘍免疫、病理
先天性下垂体機能低下症の新たな発症機構の解明：PIT-1β変異の機能解析

複合型下垂体機能低下症の新たな発症原因として、患者に認められたPIT1β変異(PIT1β-T152G)の病的意義の検討を行った。PIT1β-T152Gは、下垂体ホルモン産生に重要なPIT1αの産生を抑制し、通常下垂体では発現量の少ないPIT1β(PIT1β-T152G)発現の増加が示唆された。PIT1β-T152Gは、その下垂体ホルモン産生に与える転写活性はPIT1αより低いだけでなく、PIT1αに対し、抑制的に作用することが判明した。以上のことから、PIT1βの変異が複合型下垂体機能低下症の病態を惹起しうることを初めて示した。3世代にわたる複合型下垂体機能低下症家系(成長ホルモン(GH)分泌不全に加え、プロラクチン(PRL)分泌不全あるいは甲状腺ホルモン刺激ホルモン(TSH)分泌不全)に同定した変異PIT-1βの病的意義を解明するため、以下について検討した。PIT-1β変異体の標的遺伝子の転写活性に与える影響をプロモーターアッセイにて解析した。実験には非下垂体培養細胞(HeLa細胞)および下垂体培養細胞(GH3細胞)を用い、ラットGHおよびPRLプロモーターを用いたルシフェラーゼ活性を測定した。HeLa細胞においては、PIT-1βおよび変異PIT1-1βはPIT1-αに比べ有意に転写活性能は低く、PIT1-1αに対する優性阻害効果は示さなかった。PIT-1βおよび変異PIT-1βとも用量依存性に転写活性を上昇させ、変異PIT1-βはPIT-1βに比べ、有意に転写活性能は高い結果であった。GH3細胞においては、内因性PIT-1に対しては、PIT-1βおよび変異PIT-1βとも優性阻害効果を有し、変異PIT-1βはPIT-1βに比べその効果は減弱していた。PIT-1αを強発現させた場合には、PIT-1βおよび変異PIT-1βともにPIT-1αに対する優性阻害効果は認められず、PIT-1αの転写活性をわずかに上昇させた。以上の結果から、変異PIT-1βは機能喪失変異ではない可能性が示唆された。ヒト下垂体細胞でのPIT-1βの発現量を考えると、変異PIT-1βが病因となる仮説として、PIT-1αの発現量を低下させること、変異PIT-1βの発現量が増加すること、直接的なプロモーター活性以外に与える影響の存在が挙げられた。PIT-1β変異が他の下垂多機能症例に認められるかを、特発性の下垂体性GHおよびTSH分泌不全の1例において遺伝子解析を施行したが、変異は認められなかった。変異PIT-1βの機能は、野生型に比べ機能喪失を起こさないこと、かつ、優性阻害効果の増強も認めず、当初予想していなかった結果を認め、研究遂行にあたり、方針を考え直す必要性が生じた。3世代にわたる複合型下垂体機能低下症家系(成長ホルモン(GH)分泌不全、プロラクチン(PRL)分泌不全あるいは甲状腺ホルモン刺激ホルモン分泌不全)に、PIT1のアイソフォームPIT1βに認めた変異PIT1β-T152Gの病的意義を解明した。PIT1β-T152Gの標的遺伝子の転写活性に与える影響を非下垂体培養細胞(HeLaおよびCOS7細胞)および下垂体培養細胞(GH3細胞)を用い、ラットGHおよびPRLプロモーターを用いたルシフェラーゼアッセイで検討した。HeLaおよびCOS7細胞においては、PIT1βおよびPIT1β-T152GはPIT1-αに比べ有意に転写活性能は低く、PIT1αに対する優性阻害効果は示さなかった。PIT1βおよび変異PIT-1βとも用量依存性に転写活性を上昇させ、PIT1β-T152GはPIT-1βに比べ、有意に転写活性能は高い結果であった。GH3細胞においては、内因性PIT1に対しては、PIT1βおよびPIT1β-T152Gとも優性阻害効果を有し、効果は同等であった。以上の結果から、変異型PIT1β-T152Gは、PIT1β-T152Gの転写を促進しPIT1αの転写が抑制することで、転写活性の減弱したPIT1β-T152G発現を増加し、かつそれが内因性PIT1の転写活性を抑制するというメカニズムにより、複合型下垂体機能低下症の病態を惹起していることが示唆された。変異PIT-1βが、成長ホルモン(GH)やプロラクチン(PRL)あるいは甲状腺刺激ホルモン(TSH)の転写活性を抑制するメカニズムとして、変異PIT-1βの発現上昇あるいはPIT-1αの発現低下が仮説として考えられ、その検証を行う。

すなわち、PIT-1αあるいはβの発現量あるいは変異が存在することによる未知の転写物が生じていないかを、患者および非罹患同胞の末梢血mRNAを用いて検討するとともに、exon trapping vectorを構築して検討する。また、その結果を踏まえ、下垂体機能に与える影響を、ラット下垂体由来細胞株GH3細胞を用いて、CRISPR-Cas9システムを用いて、変異ノックイン細胞を作成し、PIT-1、GH、PRL、TSHの発現をmRNAおよび蛋白レベルで解析し、野生株と比較検討する。また、PIT-1βのみをGH3細胞でノックダウンすることで、PIT-1、GH、PRL、TSHの発現変化をmRNAおよび蛋白レベルで解析し、PIT-1βの機能を明らかとする。さらに、学会等のコミュニティを介し、先天性下垂体機能低下症例を蓄積し、PIT-1β変異解析を行い、疾患に占める頻度と臨床像を明らかとする。29年度が最終年度であるため、記入しない。小児内分泌学29年度が最終年度であるため、記入しない。
P進微分方程式の研究

正標数(標数p)代数多様体上のp進局所系はoverconvergent F-isocrystalと呼ばれるrigid geometricな意味で標数0へ持ち上げた多様体上のFrobenius構造付きの微分加群の層で表される。当研究では、p進線型微分方程式系の研究を用いて、正標数代数多様体のp進cohomologyの有限性(有限モノドロミ-予想)に関する幾つかの結果を得た。以下、主な結果を表す。F-isocrystalのTate予想は、de Jongによるalterationの理論を用いると、1次元の局所的な場合に完全に帰着されるという結果を得た。この結果と以前得たetale〓-▽加群の場合のTate型の定理と合わせると、unit-root F-isocrystalに制限すると一般の次元でTate予想が成立する。当該研究を通して、p-進局所系の全体像が少しずつ見えてきた感じがする。
小児がん患者が退院後に抱える心理社会的問題の解明と支援ツールの開発

小児がんは,治療法の進歩により,治療を受けた7580%の患者において完全治癒が期待できるようになった。しかし,小児がんは,身体的・精神的な成長途上に発病するため,疾患および治療が患者にもたらす身体的,心理社会的な悪影響は,成人がんよりも大きいことが指摘されている。本研究では,小児がん患者の日常生活における不安や困難を明らかにし,退院後の小児がん患者の心理社会的状態の特徴を検討することを目的とした。本年度は,入院治療を終えて日常生活を送っている小児がん患者を対象に,退院後の困難感に関するアンケート調査を実施した。回答の得られた小児がん患者32名のデータから因子分析を行い,退院後の困難感の因子構造の検討を行った結果,(1)日常生活における活動の困難さ,(2)病気を経験したことで生じた周囲との関係性への戸惑い,(3)病気により変化した自身の身体の様子の3因子が抽出された。これらの困難感に関して,女性の方が対人関係への困難感が強いこと,思春期に発症した患者や現在の年齢が高い患者の方が,日常生活における活動に困難感を抱いていることが示された。また,退院後の困難感が強いほど日常生活への辛さを感じていることが示された一方で,退院後の困難感と日常生活への満足感には関連がみられなかったことから,退院後の困難感を低減させるだけでは患者の満足感は向上しないことが示唆された。以上のことから,患者の属性を考慮した長期にわたるケアが必要であること,また,退院後の生活をより充実させるためには,困難感の低減と満足感の向上の両面から検討していく必要があることが示唆された。平成23年度は,尺度開発のための項目を選定し,アンケート用紙を作成した。それをもとに医療機関において調査を開始し,32名のデータを収集・解析することができた。さらに,研究結果の一部を論文化し,国際学術雑誌に投稿することができた。以上のことから,当初の計画通りに研究が進展していると考えられる。平成24年度は,平成23年度に作成したアンケート用紙を用いて,さらに他施設で調査を行う予定である。これらの調査で収集したデータを解析し,研究成果としてまとめ,国際学術雑誌に投稿することを予定している。また,患者,家族,支援者にインタビューを行い,退院した患者とその家族に有用な支援ツールを作成し,効果を検証する(研究4)。そして,平成23年度・24年度に実施した研究結果を取りまとめ,博士論文を執筆するとともに,小児がん患者に対する有用な支援体制に関する提案を行っていく予定である。
黄砂による健康影響の東アジア地域における地理的差異の解明

本研究では黄砂の健康への評価を東アジア地域において実施した。その中で1黄砂の効果修飾的影響に関する評価(日本国内)と、2黄砂の直接的影響評価(韓国と日本)を実施した。その結果、黄砂は65歳以上の全疾患、循環器系疾患、呼吸器系疾患の罹患に影響をもたらし、地表大気汚染の健康への影響を効果修飾することが示唆された。また、黄砂は死亡への影響が確認され、それらは東アジアの都市によってインパクトが異なり、黄砂発生源に相対的に近い地域でそのリスクの増加が確認された。これら知見をアジア地域で共有し、黄砂の通過都市における大気汚染物質レベルの問題提起などの今後の取り組みへ、これら知見を活用していきたいと考える。本研究は黄砂による健康影響を東アジア地域における地理的差異を考慮し、評価を実施するものである。また、影響評価においては、1)直接的影響:砂塵の粒子自体の作用によるもの、2)効果修飾的(間接的)影響:交通に起因する大気汚染による健康影響を相加させるものについて実施する。平成25年度は、データの入手及びプレ解析を実施した。日本のデータは黄砂濃度(ライダーによる測定)と大気汚染濃度を、国立環境研究所と各地方自治体より、死亡個票は厚生労働省より入手した。ソウルにおける黄砂、大気汚染濃度と死亡データは、ソウル大学の研究協力者より入手し、解析のためのデータセットを構築した。次に、黄砂の直接的な健康への影響をみるため、ソウルと日本の3都市においてプレ解析を実施した。結果として、黄砂の濃度が上昇すると、全死因と脳血管疾患による死亡リスクの増加がソウル、松江と大阪の西日本地域で特に観測された。本研究成果は、第25回国際環境疫学会年次総会(スイス)において発表を行い、世界の大気汚染研究者と相互に、アジアの知見について議論した。次に、黄砂の効果修飾的(間接的)影響の評価を岡山市における救急搬送発生(疾病罹患)との関連について評価を実施した。救急搬送データは、岡山大学の研究協力者が岡山市消防局より入手した。まず黄砂と疾病罹患の直接的関連を評価した。結果として、黄砂の濃度が上昇すると、全疾患、循環器系、および呼吸器系疾患で救急搬送発生件数が高くなることが観測された。次に、黄砂の濃度が高い日において、交通を起因とする大気汚染濃度である浮遊状粒子物質(SPM)による救急搬送発生への影響を相加させるかを評価した。結果として、黄砂濃度が高い日において交通に起因する大気汚染による健康影響(特に循環器系および呼吸器系疾患)を相加させる傾向が観測された。本研究は現在、国際誌に投稿中である。平成26年度は、前年度に入手した対象都市の各種データセットを用いて、黄砂の直接的な健康への影響評価と、間接的(効果修飾要因)な影響評価を実施した。まず、前年度に整備した、岡山市の救急搬送データを利用して、黄砂の健康(全疾患、循環器系と呼吸器系疾患発症)への直接的影響と効果修飾的影響の2つの側面を検討した。結果として、黄砂と救急搬送の関係は、交通由来の大気汚染物質(浮遊粒子状物質)と独立して観測された。黄砂の四分位範囲の増加により、イベント日より3日後で、全疾患の相対危険度が1.012 (95% CI: 1.004, 1.021)、循環器疾患が1.021 (95% CI: 1.002, 1.039)、呼吸器系疾患が1.026 (95% CI: 1.003, 1.050)であった。また、黄砂が多い日では、浮遊粒子状物質の増加による救急搬送の相対危険度は、循環器系疾患が1.299 (95% CI: 1.071, 1.576)であったが、このリスクの増加は、黄砂がない日では観測されなかった。このように、黄砂は、全疾患、循環器系疾患、呼吸器系の疾患発生に影響をもたらし、浮遊粒子状物質の循環器系疾患への影響を効果修飾することが示唆された。本研究の一部は、第26回国際環境疫学会年次総会(アメリカ)とアジア地域総会(上海)で、発表を行い、世界の大気汚染研究者と相互に、アジアの知見について議論した。また、国際誌にも投稿した(Kashima et al., J Occup Environ Med. 2014)。次に、黄砂の死亡への直接的な影響を、ソウル(韓国)と日本でそれぞれ解析を試みた。その健康影響評価の分析において、各都市間のデータの整合性で一部不一致(死因状況)が発生し、データの再取得を実施した。よってメイン解析の行程が一部遅れ、現在も引き続き黄砂の直接的影響評価を実施している。平成27年度は、“ソウルと日本の都市において黄砂の健康への影響に差異があるのか"についての課題に取り組んだ。ソウルと日本のデータ間で、心疾患や、脳血管疾患などの死因別死亡の定義をICD-10に基づき死因を再分類し、解析を実施した。解析では、黄砂濃度の測定局(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Rangingによる測定)があり、かつ人口がある一定数以上である5地点(ソウル、長崎、松江、大阪、東京)を選出した。それら対象地域において、黄砂の直接的影響に関して相対危険度(relative risks: RRs)を、時系列解析を用いて各都市別に算出し、それらRRsをベイズ解析法を用いて統合し、評価を実施した。

結果として、黄砂濃度が上昇すると、全死因[イベント日のRR=1.003 (95% CI: 1.001-1.005), 1日後のRR=1.001 (95% CI: 1.000-1.003)]と、脳血管疾患[1日後のRR=1.006 (95% CI: 1.000-1.011)]でRRsの上昇が確認された。またそれらリスクは、黄砂の発生源に近いソウルおよび西日本(長崎、松江)で、特に確認された。この結果について、国際雑誌へ論文として報告を行った(Kashima, Atmos Environ 2016)。日本国内においては、第74回日本公衆衛生学会総会で発表を行い、日本の公衆衛生専門家へ情報発信と議論を行った。また、本研究で得られた成果は、世界の大気汚染研究者へ報告および議論を引き続き行い、本知見をベースにした今後のさらなるアジアにおける越境型大気汚染研究へつなげる予定である。本研究では黄砂の健康への評価を東アジア地域において実施した。その中で1黄砂の効果修飾的影響に関する評価(日本国内)と、2黄砂の直接的影響評価(韓国と日本)を実施した。その結果、黄砂は65歳以上の全疾患、循環器系疾患、呼吸器系疾患の罹患に影響をもたらし、地表大気汚染の健康への影響を効果修飾することが示唆された。また、黄砂は死亡への影響が確認され、それらは東アジアの都市によってインパクトが異なり、黄砂発生源に相対的に近い地域でそのリスクの増加が確認された。これら知見をアジア地域で共有し、黄砂の通過都市における大気汚染物質レベルの問題提起などの今後の取り組みへ、これら知見を活用していきたいと考える。当初の目標であった、黄砂の健康(全疾患、循環器系と呼吸器系疾患発症)への直接的影響と効果修飾的影響の2つの側面を検討については、データ解析を完了することができ、その結果を論文としてまとめ、国際誌へ掲載し、アジアの研究者と知見を共有することができた。よって、この解析部分に関しては、予定通りに進行し、研究目標の一つ目は達成することができた。次に本研究の2つ目の目標である、“ソウル(韓国)と日本の都市において黄砂の死亡への影響が異なるか"についての解析については、上の概要で記載したとおり、その分析において各都市間のデータの整合性で、一部死因別死亡の定義が、ソウルと日本のデータ間で不一致が発生した。そこで、日本側データの再取得を行い、心疾患や、脳血管疾患などの死因別死亡データを、ソウルと日本でICD-10に基づき死因を再分類し、データセットを再作成した。平成26年度中にデータセットの作成作業は完了したが、メイン解析の行程が遅れを生じ、解析の一部作業が、平成27年度へ持ち越しとなった。そのため現在も引き続き黄砂の直接的影響評価を実施している。よって、平成27年度の研究期間の延長を申請し、日本学術振興会より承認を得た。これら解析作業の一部遅延により、平成26年度に購入予定だった解析ソフトなどの予算を一部、平成27年度に持ち越した。環境保健平成27年度は、平成26年度より繰り越した、“ソウルと日本の都市において黄砂の健康への影響に差異があるのか"についての課題に取り組む。そのため、厚生労働省より入手した死亡個票に関して、目的外データ利用の平成27年度の延長申請を現在行っている。また、メイン解析を実施するにあたり、平成26年度に購入予定であった解析ソフトの購入を平成27年度に予定している。
先端的3Dイメージング技術で解き明かす下垂体前葉細胞に特異な一次線毛の存在意義

本研究では、1下垂体前葉内分泌細胞における一次線毛の形態学的解析、2発生・分化・成長過程における一次線毛の構築起点の解明、3革新的な3Dイメージング技法による線毛のレセプター機能の解明について、3つの研究テーマを順次進め、下垂体前葉における一次線毛の大局的構造と存在意義を明らかにする。
CT-FEA/3D造形法とナノ表面改質の融合による再生医療用材料最適設計法の確立

本研究では,CT-FEMと3D-プリンティングの技術を組み合わせて,骨再生用インプラント材料の生体力学的最適設計法の基礎の確立を達成した.また,骨再生用足場材料の生体適合性と細胞親和性を向上させるために,2相型無機・有機複合材料の開発を試みた結果,ポリマー相としてポリ乳酸とポリカプロラクトンのブレンド材を導入し,ブレンド比を変化させることで,力学特性の制御が可能な新規材料の開発に成功した.骨の再生医療では,細胞と人工材料を融合した新しい人工骨組織について研究が進められており,連通多孔質構造を有する足場材料の開発が重要である.本研究の第一の目的は,CT-FEAによる骨再生部位の力学場の推定,3D-CADによる3D連通多孔質構造の設計,3Dプリンターによる多孔体の成形を組み合わせ,骨再生用人工足場材料の作製システムの基礎を確立することである.そこで初年度である平成27年度は,CT-FEAを用いた骨と人工物の力学的相互作用解析法の基礎技法の確立,および3Dプリンターを用いた多孔質構造体の作製法の確立を目的として研究を遂行した.CT-FEAによる解析対象として大腿骨と脊椎を選定し,それぞれ九州大学病院,順天堂大学病院から提供して頂いたCT画像を用いて骨の数値モデルを構築した.作成した数値モデルではCT画像の濃淡より骨密度分布およびヤング率分布が考慮されており,実骨構造に類似した力学特性の分布状態を再現している.それぞれの骨モデル中に人工物の存在を想定して人工物モデルを導入し,人工物と周囲の骨組織の力学的相互作用について詳細に検討した.次に,3Dプリンターによる多孔体成形の基礎研究として,単純格子,トラス,ハニカムの3種類の多孔質構造を選定し,CADでデザイン後,アクリル系樹脂を原料とする3Dプリンターを用いて実構造体を作製し,圧縮力学特性について比較検討を行った.その結果,最大荷重や剛性および吸収エネルギーの点ではトラス構造が最も優れていたが,最大荷重時の変位という点ではハニカム構造が優れていることが明らかになった.本研究の目的を達成するために必要不可欠である2種類の技術,すなわちCT画像を応用した有限要素解析法であるCT-FEAとCADによるデザインとプリンティング技術を組み合わせた3Dプリンティング法について,その基礎技術の確立に成功した.まずCT-FEAについては,整形外科における臨床上重要な問題である大腿骨頭壊死症と椎体圧迫骨折の問題にCT-FEAを応用し,それぞれの力学的メカニズムを明らかにした.次に3Dプリンティングについては,CADで3種類の代表的多孔質構造(単純格子,トラス,ハニカム)をモデル化し,アクリル系樹脂を原料とする3Dプリンティングで試験体を作製することに成功した.それらの圧縮力学特性を調べた結果,各構造に起因する特異な変形・破壊挙動を示すことが明らかになった.このように平成27年度は,最終的な研究目的の達成に対して必要不可欠であるCT-FEAと3Dプリンティングの基礎技術を確立しており,平成28年度はこれらの技術をさらに発展させるとともに,第3の技術であるナノレベルでのコーティング技術を確立し,最終目標である骨再生用人工材料の最適設計法の確立を目指す予定である.平成28年度は,手のCT画像から3D指骨モデルを構築し,指骨の一部分を再生することを仮定して,指骨再生用のインプラントの設計・製造工程の基礎を確立することを目的とした.共同研究機関である佐賀大学附属病院から提供された手のCT画像を用いて,再生対象とする指骨の骨密度分布を考慮した有限要素モデルを構築し,曲げや引張り等の境界条件下での指の力学状態について情報を取得した.次に,指骨の外形状を抽出し,その外形を模擬した中空の海綿骨モデルを構築した.次に,内部に海綿骨を模擬した格子状構造を導入し,再生用インプラントの基本設計を行った.材料は3Dプリンターの原料となるPMMAを想定している.このインプラントのCADモデルを指骨モデルに挿入し応力解析を行ったところ,材料と骨の弾性率差に起因する応力集中が局所的にわずかに生じるものの,全体的には応力が比較的良好に分散していた.次に,3Dプリンターを用いて実構造体を試作し,設計状態でのインプラントが忠実に再現されていることを確認した.一方,脊椎手術において椎間板の代替物として用いるケージについて,2種類の樹脂PEEKとPLAについて,CT画像から作成した2椎体モデルの間にケージを挿入したモデルによる応力解析で比較検討したところ,PLAケージはPEEKケージと同等の力学的適応能を有することが確認できた.そこで,射出成形型3Dプリンター(原料PLA)を用いて実構造ケージを作製し,実測した疑似的弾性率とCADモデルのFEAから推定した弾性率とがよい一致を示すことを確認した.以上,ポリマー材料を原料とする2種類の3Dプリンターを用いたカスタムメードによる指骨と椎間板再建用インプラント材料の新規設計・製造法の基礎を確立することに成功した.本研究の第一の目的は、CT画像を利用した有限要素法(CT-FEM)、3D-CADおよび3Dプリンターを組み合わせた整形外科用インプラント作製のための基礎技術の確立であり、3D-CADによるデザイン設計とCT-FEMによる生体力学的適合性の確認技術の構築、ならびに整形外科用インプラントの生体構造的・力学的最適化の手法確立を、指骨再生用インプラントと脊椎椎間板用ポリマーケージに対してほぼ確立することができたと言える.特に、指骨再生用インプラントについては、皮質骨を模擬した表面構造と格子構造を利用した海綿骨構造の2層構造を模擬したインプラントの作製にも成功している.