hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体内吸収性圧電フィルムによるインプラント周囲骨再生促進効果の機序について

生体内吸収性で,ずり応力によって微小電流を発生するポリ-L-乳酸フィルム(PLLA)の歯科インプラントのGBR法への応用を試みた.今回PLLA filmの吸収に伴う電気物理的変化,ならびに物理化学的変化が周囲組織に及ぼす影響を明かにすることを目的として,ラット大腿骨骨欠損部をフィルムで被覆したときの骨再生過程と,経時的なフィルムの圧電性の変化,周囲軟組織に及ぼす影響を病理組織学的に検討し,以下の結果を得た.1.PLLAfilmにずり応力が加わると微小電流を発生し,骨欠損部の骨再生を量的に,質的に,かつ時間的に促進した.2.filmは吸収に伴い経時的に発生電位が減弱するものの,骨再生が早期に行われたため組織修復の促進には影響がみられなかった.3.本フィルムは,観察期間内において表層の加水分解を認めたが,薄い線維性結合組織で被包されて残存しており,周囲に炎症反応や異物反応は認めなかった.4.したがってPLLA filmは組織再生に必要な期間においては,圧電体としての機能と膜としての機能を保ち,GTR法を促進する膜として有効であることが示された.次年度は中動物を用い歯科インプラントのGTR法にPLLA filmを応用し,インプラント周囲の治癒に及ぼす影響を検索し,また臨床応用のためのプロトコールを作製する予定である.圧電フィルムの微小電気刺激は,骨欠損部ならびにインプラント周囲骨の治癒を促進し,骨の早期成熟に有効であることを明らかにしてきた.しかし,臨床応用を考えると,圧電フィルムは吸収性であることが望ましい.そこで,生体内吸収性で,ずり応力によって微小電流を発生するポリ-L-乳酸フィルム(PLLA)に着目し,歯科インプラントのGBR法への応用を試みた.本研究では,PLLA filmの吸収に伴う電気物理的変化,ならびに物理化学的変化が周囲組織に及ぼす影響を明かにすることを目的として,ラット大腿骨骨欠損部をGore-Tex^<【.encircled?.】R【.encircled?.】C>を用いた場合とPLLAフィルムで被覆したときの骨再生過程を比較検討し,さらに経時的なフィルムの圧電性の変化,周囲軟組織に及ぼす影響について病理組織学的に検討し,以下の結果を得た.1. Gore-Tex^<【.encircled?.】R【.encircled?.】>では骨再生が促進しなかったのに対し,PLLAfilmではずり応力が加わったことで微小電流を発生し,骨欠損部の骨再生を量的に,質的に,かつ時間的に促進した.また分子量30万の群では10万の群より骨再生効果が著明であった.2. filmは吸収に伴い経時的に発生電位が減弱するものの,骨再生が早期に行われたため組織修復の促進には影響がみられなかった.3.本フィルムは,観察期間内において表層の加水分解を認めたが,薄い線維性結合組織で被包されて残存しており,周囲に炎症反応や異物反応は認めなかった.以上から,PLLA filmは組織再生に必要な期間においては,圧電体としての機能と膜として機能を保ち,GTR法を促進する膜として有効であるとともに,生体材料として十分な組織親和性を具備していることが示された.今後,実際の臨床例への応用に向けて材質,操作性の改善を行ってゆく予定である.
二段充てん法による歯付き部品の押出成形に関する研究

1回だけの絞りで歯車とする従来法では,充てんした歯車が得られる断面減少率が約25%までである.これに対して二段充てん法では,実験的に調べうる最低の断面減少率は,中実円筒試料の場合でその値は20%となる.この場合でも完全に充てんした歯車が成形できる.さらに低い断面減少率でも充てんする事が予想された.そこで,試料内径よりも小さい径のマンドレルを用いる成形およびマンドレルを用いない成形を試みた.これにより,断面減少率7%,パンチ面圧では460MPaまで良好な成形品が得られる事が明らかにされた.このように二段充てん法が歯付き部品の成形法として有利な事がわかったので,その原因を調べるために有限要素法により材料流動を調べた.その結果,二段充てん法では円周方向の材料流動が半径方向内向き(歯元方向)の流動を抑えており,これが良好な成形をもたらす原因である事が定量的に示された.そこでこの効果をより発揮させるためのダイス形状について,一段目の歯厚,ダイス半角を変化させた有限要素解析を行った.成形性の点からは,一段目の歯厚を厚くすること,また面圧の点からは,ダイス半角を小さくすることが有効である事が明らかにされた.実際にこのダイスを用いた時の成形の様子を有限要素法でシミュレートした結果,充てんした歯車が低い面圧で成形されることがわかった.このように有限用法による解析が極めて有効であることが明らかにされた.このように,二段充てん法に対する有限要素解析は,ほぼ実験をシミュレートしている事が明らかにされ,最適ダイス形状の決定も行える事になった.有限要素法を数多く行えば,最適形状の決定が一層簡単になるものと思われるが詳細については今後の研究に待ちたい.1回だけの絞りで歯車とする従来法では,充てんした歯車が得られる断面減少率が約25%までである.これに対して二段充てん法では,実験的に調べうる最低の断面減少率は,中実円筒試料の場合でその値は20%となる.この場合でも完全に充てんした歯車が成形できる.さらに低い断面減少率でも充てんする事が予想された.そこで,試料内径よりも小さい径のマンドレルを用いる成形およびマンドレルを用いない成形を試みた.これにより,断面減少率7%,パンチ面圧では460MPaまで良好な成形品が得られる事が明らかにされた.このように二段充てん法が歯付き部品の成形法として有利な事がわかったので,その原因を調べるために有限要素法により材料流動を調べた.その結果,二段充てん法では円周方向の材料流動が半径方向内向き(歯元方向)の流動を抑えており,これが良好な成形をもたらす原因である事が定量的に示された.そこでこの効果をより発揮させるためのダイス形状について,一段目の歯厚,ダイス半角を変化させた有限要素解析を行った.成形性の点からは,一段目の歯厚を厚くすること,また面圧の点からは,ダイス半角を小さくすることが有効である事が明らかにされた.実際にこのダイスを用いた時の成形の様子を有限要素法でシミュレートした結果,充てんした歯車が低い面圧で成形されることがわかった.このように有限用法による解析が極めて有効であることが明らかにされた.このように,二段充てん法に対する有限要素解析は,ほぼ実験をシミュレートしている事が明らかにされ,最適ダイス形状の決定も行える事になった.有限要素法を数多く行えば,最適形状の決定が一層簡単になるものと思われるが詳細については今後の研究に待ちたい.1.二段充てん法によるはすば歯車の成形実験1回だけの絞りで歯車とする従来法では,充てんした歯車が得られる断面減少率が約25%までである.これに対して二段充てん法では,実験的に調べうる最低の断面減少率は,中実円筒試料の場合でその値は20%となる.この場合でも完全に充てんした歯車が成形できる.さらに低い断面減少率でも充てんする事が予想された.そこで,試料内径よりも小さい径のマンドレルを用いる成形およびマンドレルを用いない成形を試みた.これにより,断面減少率7%,パンチ面圧では460MPaまで良好な成形品が得られることを明らかにした.2.成形状態の有限要素法解析このように二段充てん法による成形が有効となる原因を調べるために,MARKを用いた有限要素法解析を行った.その結果,この成形においては,二段目の絞りの際,歯の側面部を両側から押しつける力が作用していること,これにより材料は,歯先方向に向かう流動も生じさせている事が明らかにされた.このことは,表面部分(スリーブ)と中心部分(コア)で異なる材料とした2層試料での成形実験でも明らかとなった.すなわち,この試料で成形された歯は,スリーブ材の厚さが歯面に沿って一様でなく,歯先部が歯底部に比べて厚くなる.厚くなる割合は二段充てん法の場合の方が顕著で,歯底側から歯先に向かう材料流動が促進されていることを意味している.1.二層試料及び浸炭試料を用いた成形実験表面部分(スリーブ)と中心部分(コア)で異なる材料とした2層試料での成形時における荷重行程曲線は,スリーブ材,コア材単独での荷重行程曲線を基礎として複合則により説明できる.

この事は,各層が完全に接合された試料とみなされる浸炭試料でも同様であった.二層試料ではコア材とスリーブ材が接合されていないため成形品ではコア材が突き出す現象が見られるが,成形中の荷重行程曲線に影響する程ではない.2.荷重行程曲線に対する解析まず荷重行程曲線に対する初等解析を行った.基礎としてまず外径を絞るのみの成形を対象とした.その結果特徴的な荷重行程曲線は,コンテナ部に残っている試料は側面全体がコンテナ壁に接触しているのでなく,ダイス部入り口からある高さ(接触高さと呼ぶ)までの範囲であることが明らかにされた.この事はMARKによる有限要素解析によっても明らかにされた.なお,この接触高さはダイス部の面圧と関係しており,この高さが0となる時の面圧は,ダイス入り口部の試料が全面で降伏する時に対応している事も明らかにされた.二段充てん法に対する有限要素解析では,実験中に示す荷重行程曲線が特徴的な形となる原因が,試料先端部が一段目ダイス入り口,ベアリング入り口,二段目ダイス入り口,ベアリング入り口に達した時曲線の勾配が変わるためである事が示された.1.最適ダイス形状有限要素法により二段充てん法と従来法での材料流動の違いを調べた.その結果,前者では円周方向の材料流動が半径方向内向き(歯元方向)の流動を抑えており,これが良好な成形をもたらす原因である事が示された.そこでこの効果をより発揮させるためのダイス形状について,一段目の歯厚,ダイス半角を変化させた有限要素解析を行った.成形性の点からは,一段目の歯厚を厚くすること,また面圧の点からは,ダイス半角を小さくすることが有効である事が明らかにされた.実際にこのダイスを用いた時の成形の様子を有限要素法でシミュレートした結果,充てんした歯車が低い面圧で成形されることがわかった.2.荷重行程曲線の上下変動に対する解析有限要素法により成形中の荷重行程曲線を解析すると,荷重に上下変動が生ずる.この原因について調べたところ,ダイスで絞られる要素数がN個,N-1個を繰り返す結果であることが判明した.この上下変動を抑えるには,絞られる時の要素数Nを多くすればよいが,多くしても0とすることは出来ない.適当な要素で解析し,変動の上側の点を通る曲線が実際の荷重を示していることも明らかにされた.このように,二段充てん法に対する有限要素解析は,ほぼ実験をシミュレートしていることが明らかにされ,最適ダイス形状の決定も行える事になった.有限要素法を数多く行えば,最適形状の決定が一層簡単になるものと思われる.
人工無重力下で大量培養した間葉系幹細胞による虚血性損傷脳治療法の最適化

再生医療を行う上で重要な鍵となる幹細胞の培養については、様々な培養方法が試みられている。われわれは模擬微小重力環境下では、通常必要とされる特殊な蛋白や他の細胞なしにマウス胚性幹細胞を培養することができることを明らかにし、新規の簡便かつ効果的な幹細胞の培養方法を見出した。また微小重力発生装置で培養した骨髄間質細胞を片麻痺モデルマウスに移植する実験系において、同方法で培養することにより幹細胞の組織修復能力が向上することを明らかにした。本研究は代替培養細胞として間葉系幹細胞を用いて虚血性損傷脳を修復することを目標とするものである。本研究では人工無重力(微小重力)環境下で間葉系幹細胞を培養する点が独創的であり、これにより未分化な状態を維持したまま幹細胞を大量に増やすことが出来る。また通常の方法で培養した幹細胞に比して、移植後の生着率ならびに組織修復能の向上が期待できる方法でもある。初年度は中枢神経系の損傷モデルとして、脊髄損傷モデルマウスを用いて幹細胞の組織修復能を評価した。GFPで標識した間葉系幹細胞は、損傷部位で増殖していたが、腫瘍形成は認められなかった。個々のGFP陽性細胞は、神経細胞またはグリア細胞の分化マーカーが陽性であり神経系の細胞への分化が確認できた。人工無重力下で培養した幹細胞を移植したマウスでは、通常の重力下で培養した細胞の移植を受けたものよりGFP陽性細胞が多く、下肢の運動機能が有意に回復した。また本研究では移植に用いる幹細胞の品質管理の一環として、テロメアの長さを測定することを計画している。無重力下でテロメア長がいかに変化するかを、ペプチド核酸プローブでテロメアを標識後、フローサイトメーターで個々の細胞について評価を行うものであり、計測を開始したところである。本研究では人工無重力(微小重力)環境下で幹細胞を培養する点が独創的であり、これにより未分化な状態を維持したまま幹細胞を大量に増やすことを目標としている。また通常の方法で培養した幹細胞に比して、移植後の生着率ならびに組織修復能の向上が期待できる方法としても期待できるものである。従来の代表的な幹細胞であるES細胞は、組織修復の目的で移植に用いる細胞の候補の一つであるが、その増殖にはフィーダー細胞もしくはLeukemia inhibitory factor(LIF)が要求され大量培養が容易ではないという欠点があった。我々は微小重力環境下で間葉系幹細胞を培養した場合に未分化が維持されることを、本研究の初年度に見いだしており、今回ES細胞を微小重力環境下で培養したところ、血清、フィーダー細胞、LIFがいずれも無い状態で(Sox2、Oct-4、Nanog遺伝子の発現が維持された)未分化な状態を維持し、通常の重力下で培養した場合より大きなスフェアが形成された。今回の結果は、微小重力下での培養があらゆる幹細胞の未分化性維持に寄与することを示唆するものである。更に必要とする幹細胞を大量に培養する簡便な方法を提供するものであり、今後iPS細胞にも適応することを計画している。また次年度(平成22年度)には組織における生着率を確認する事も計画している。マウスの大腿骨と脛骨より骨髄細胞を採取した骨髄間質細胞(BMSCs)を微小重力発生装置で培養した。実験群は、(1)Group 1G-GM:1G環境で増殖培養し続け、分化誘導を行わなかった群、(2)Group CL-GM:微小重力環境で増殖培養し続け、分化誘導を行わなかった群、(3)Group 1G-ND:1G環境下にて神経分化誘導した群、(4)Group CL-ND:微小重力環境下にて神経分化誘導した群の4群とした。分化誘導7日後の細胞を回収し、分子細胞学的解析および片麻痺モデルマウスに対する移植細胞とした。1G環境で神経へ分化誘導すると(Group 1G-ND)、BMSCsは神経に分化した。Group CL-NDでは、神経細胞様の形態をした細胞が観察されず、未分化マーカーが強く発現し分化マーカーの発現はなかった。細胞移植から3週間後、静注した細胞は脳の損傷領域で同定され、Group CL-NDの細胞を移植したマウスの運動機能は有意に回復した。移植した細胞は損傷部位で神経細胞に分化した。模擬微小重力環境下で培養したBMSCsはより多くの細胞が損傷領域まで遊走し、神経細胞に分化することで神経再生に関与し、運動機能改善に貢献したと考えられる。
地球ダイナモのエネルギー散逸量の決定

液体金属を用いた熱対流実験と数値シミュレーションを行い、レーリー数、外部磁場及び対流槽の回転速度によって、対流の様相がどのように変化するかを調べ、ダイナモ作用の原動力である地球中心核内の対流運動の活発さやエネルギー散逸量と、地表で観測可能な地球磁場とその変動との関係を見出した。本実験により外部磁場とレーリー数のある範囲内で熱対流パターンの不規則かつ自発的な逆転現象が発見されたことは、地球磁場の逆転の起源を解明する上で重要な進展である。(1)金属熱対流の対流実験については、レーリー数と外部磁場に関するパラメータスタディーを実施し、2次元ロール状対流から乱流対流に至る全遷移過程を超音波流速計と温度測定から明らかにした。乱流状態で見られる大規模流が臨界レーリー数近傍で生じる2次元ロール対流の振動不安定から連続的に遷移したものであることを見出した。外部印可磁場による効果は、振動不安定が生じるレーリー数を増加させるが、不安定で生じた流れの振動数や振動振幅については、主にレーリー数だけの関数となっている。また、内部発熱により誘起される熱対流について,粒子画像流速測定法(PIV)を用いた対流セル内の速度場計測を行った.数値シミュレーションについては、実験で得られたロール状対流の振動を再現し、その振動メカニズムについての情報を得ることができた。(2)回転流体実験では、実験に用いる回転台について,温度制御用の水や電力の供給,また計測器出力の取り出しを考慮した装置を設計・製作した.またこれらの要求を実現する回転軸のジョイントが国内では製造されていなかったため,国内代理店を通してドイツのGAT社と検討を行い,最終的にその諸元を決定して製作を依頼した.(3)ダイナモシミュレーションでは、これまでで最も地球に近い低エクマン数のダイナモを地球シミュレータを利用した数値シミュレーションで実現し、ダイナモ作用を起こす流速場として、これまで見つかっていなかった新しい2重対流構造(シート状流と帯状流)を発見した。また同じく大規模ダイナモシミュレーションにより、コアーマントル境界での熱境界条件がダイナモ作用によって生成維持される磁場に大きく影響することを見出した。特に熱流量一定の境界条件が地球磁場に似た構造を持つことを示した。1.金属熱対流の対流実験については、前年度から実施している磁場中での熱対流実験により、ある限られた磁場強度とレーリー数の範囲で、2次元ロール状の対流パターンが自発的に逆転する現象を発見した。逆転は不規則に発生し、ポアソン過程と考えられる。またこの逆転の平均の逆転間隔は、対流運動が層内を1周する時間に比べて2-30倍長い。以上の結果は、地球磁場の逆転と似通った統計的な性質を示すものである。この逆転現象の発見を含めて、これまでの熱対流実験の結果は、Physical Review誌に3編の論文として公表した。また対流実験については、昨年度から設計・製作を行ってきた回転流体実験装置を完成させた。2.対流実験の数値シミュレーションでは、外部磁場が対流に与える影響を調べるために水平方向に強い外部磁場をかけたときの対流の数値シミュレーションを実施し、実験結果と同様な、磁場方向に軸を持つロール状の対流セルの形成を確認し、その対流パターンが外部磁場の強さによって変調を受ける効果を確認した。また回転が対流に与える影響を調べるために、エクマン数が10E-6程度の高速回転下での熱対流のシミュレーションを実施し、螺旋状の流線をもち、回転軸方向に細長く伸びた対流胞構造の形成を確認した。3.地球ダイナモシミュレーション研究では、地球自転速度がダイナモ作用に与える影響を調べるためのシミュレーションコードを完成させ、ある周波数領域では大きな磁場変動を引き起こすという予備的な結果を得た.1.金属熱対流の対流実験については、水平磁場をかけた液体金属の熱対流の実験で、ロール状対流の循環の方向が不規則に反転する現象を精査し、この現象の見られるパラメータ領域を確立した。反転の過程や特徴的な時間スケールは地磁気の逆転と多くの類似性を持つ。さらに、実験に対応する系の高解像度・長時間の数値シミュレーションによっても、流れ場の反転現象を再現することに成功した。大型の回転台に実験装置を載せたコリオリカの効く系での熱対流については、回転対流のパターンのレイリー数・テイラー数・プラントル数への依存性に関する豊富なデータを取得することができた。回転速度を上げる(高テイラー数)と水平のロール構造は消失し、縦方向の渦が主体となる。テイラー数とともに渦のスケールが小さくなることが確かめられた。2.対流実験の再現のために、実験と同じ構成で水平磁場中の熱対流の数値シミュレーションを実施し、実験で得られた対流パターンの変動、逆転現象を再現することに成功した。この現象をさらに精査することによって、逆転のメカニズムの解明に寄与することが期待できる。

3.地球ダイナモシミュレーション研究では、地球自転速度がダイナモ作用に与える影響を調べるためのシミュレーションコードを完成させ、2万年および200年周期の自転速度変動を持つダイナモのシミュレーションを実施した。結果は変動周期が長いほど、またエクマン数が小さい程、大きな磁場変動が得られるという重要な結果を得た。
虚血による心筋の細胞外K^+蓄積にアデノシン活性化ATP感受性K^+電流は関与するか

心筋虚血時の細胞外K^+濃度の上昇はK-ATPチャネルを介した細胞内から細胞外へのK^+の流出によることが示唆されている。アデノシンは心筋虚血時に上昇するので我々はアデノシンA_1受容体を介してK-ATPチャネルを活性化して細胞外K^+濃度の上昇をもたらす可能性について検討した。拍動する心筋にマイクロダイアリシス法を適用することは困難とされていたが我々はこれらの問題点を解決した。5'-adenosine monophosphate(5'-AMP)を灌流すると濃度依存的に増加したが、5'-nucleotidase(5'-NT)の抑制材であるα,β-methyladenosine diphosphate(AOPCP)存在下ではアデノシン産生が認められなかった。したがって細胞膜上に存在する5'-NTがアデノシン産生に大きく寄与していることをin vivoマイクロダイアリシス法により証明した。この方法は心筋5'-NT活性を直接評価できるのでアデノシンの役割を解明するうえで極めて有用であると考えられる。ATP感受性K^+チャネル抑制剤であるglibenclamide及び5-hydroxydecanoateによるアデノシン産生に対する効果を検討したところglibenclamideは5'-NT活性を抑制したが5-hydroxydecanoateは抑制しなかった。glibenclamideは5'-NT活性を抑制し、アデノシン産生を減少させることが判明した。またK^+チャネル開口薬であるcromakalimにはアデノシン産生増加作用が認められなかったことからATP感受性K^+チャネル開口はアデノシン産生には関与していないと考えられる。以上の結果よりアデノシンの産生は5'-NT活性を反映しており、虚血による細胞外K^+濃度の上昇は少なくとも一部5'-NT活性により制御されていると考えられる。
高周波超音波診断装置の開発

皮膚病変の病理組織標本において,その病変の約90%は表面からおよそ3mm以内に含まれている.従って,超音波でこれを検出しようとする場合には,表面から5mm程度の深達成があればよいことになる.本研究では25,40および60MHzの高周波超音波プローブと周波数可変の発振回路を試作し,近接部位での音場の乱れ,画像作製に適した距離と充填物の選択,安全性を考慮した周波数/出力比などを検討し,その上で,正常および病的皮膚,可視粘膜の超音波断層像を求めた.ついで,病変部を切除してふたたび超音波断層像をもとめ,これらを病理組織学的所見と対比検討した.その結果,角層の厚い手のひら,足のうらの皮膚での表皮・真皮間境界,頭髪ないしうぶ毛の毛包,毛髪の断層像の抽出に初めて成功した.さらに表在性上皮性腫瘍や嚢腫,炎症性細胞浸潤,浮腫などの超音波所見と病理組織学的所見との対比を行い,また,悪性黒色腫の組織学的浸潤度の生体計測への応用を試みた.今後は分解能の向上, 60MHzプローブでの多重エコーの解消など,検討すべき問題は多く残されてはいるが,高周波超音波診断装置の開発により無侵襲皮膚病理組織学への第一歩を踏み出すことができたと考えられる.皮膚病変の病理組織標本において,その病変の約90%は表面からおよそ3mm以内に含まれている.従って,超音波でこれを検出しようとする場合には,表面から5mm程度の深達成があればよいことになる.本研究では25,40および60MHzの高周波超音波プローブと周波数可変の発振回路を試作し,近接部位での音場の乱れ,画像作製に適した距離と充填物の選択,安全性を考慮した周波数/出力比などを検討し,その上で,正常および病的皮膚,可視粘膜の超音波断層像を求めた.ついで,病変部を切除してふたたび超音波断層像をもとめ,これらを病理組織学的所見と対比検討した.その結果,角層の厚い手のひら,足のうらの皮膚での表皮・真皮間境界,頭髪ないしうぶ毛の毛包,毛髪の断層像の抽出に初めて成功した.さらに表在性上皮性腫瘍や嚢腫,炎症性細胞浸潤,浮腫などの超音波所見と病理組織学的所見との対比を行い,また,悪性黒色腫の組織学的浸潤度の生体計測への応用を試みた.今後は分解能の向上, 60MHzプローブでの多重エコーの解消など,検討すべき問題は多く残されてはいるが,高周波超音波診断装置の開発により無侵襲皮膚病理組織学への第一歩を踏み出すことができたと考えられる.周波数2560MHzの超音波プローブと発振装置を松下技研に発注した。本装置の仕様は焦点距離510mm、分解能(縦)0.06(60MHz)0.12mm(25MHz)、(横)0.130.25mm、被検深度210mm、被検幅1015mmで、走査方式はメカセクタ/リニア方式、走査深度は約0.3秒でメンブレンナ水のコンタクト方式である。電源はAC100V、50/60Hz、消費電力100W、重量20Kgで、キャリパ、患者番号および日付入力の可能なものとした。機器が2月12日到着したばかりで、まだ、多数例での検討は行っていないが、近接部位での音場の乱れと画像作製に適した距離については検討を行い、実用に耐えうる明瞭な画像が得られた。現在、切除、分離した皮膚と粘膜での各層別の超音波吸収性を検討中である。昭和60年度に購入した2560MHzの超音波診断装置を用いて、正常動物および人の各部位の皮膚、粘膜のin vivoおよび切除標本の超音波断層像を求め、同部の病理組織像と比較した。その結果、踵などの角層の厚い部では表皮・真皮が明瞭に識別され、表皮が従来の報告と異なり、低エコーとして描出されることがわかった。また、毛包も世界で初めて超音波像として明瞭に描出することができた。今後、円形脱毛症など種々の毛包性疾患についても超音波像と病理組織像との比較を行い、毛包性疾患の無侵襲診断の可能性を検討する。現在4060MHzのプローブに関しては表皮より1mm以内に多重エコーが出現するためこの解消を検討中である。
高等植物におけるGDP-グルコース合成経路とその生理的役割の解明

機能不明の糖ヌクレオチド合成酵素、KONJAC(KJC)1、2のGDP-糖合成における役割を解析した。シロイヌナズナのkjc1変異体では、細胞壁グルコマンナン量が野生型植物の50%に減少した。大腸菌で作成した組換えKJCタンパク質は、それ自体は活性を持たなかったが、VTC1の活性を顕著に増加させた。これらのことから、KJCタンパク質にはVTC1によるGDP-マンノースやGDP-グルコースの合成を高める働きがあると考えられる。グルコマンナンは高等植物の細胞壁に普遍的に見られる多糖類で、コンニャクの主成分である。グルコマンナンは糖ヌクレオチドであるGDP-マンノースとGDP-グルコースから合成されるが、これらの合成機構には不明な点が多い。kjc1とkjc2は、細胞壁のグルコマンナン量が低下したシロイヌナズナ変異体であり、いずれも機能不明の糖ヌクレオチドピロホスホリラーゼ様遺伝子を欠損している。これらの変異体についてGDP-糖合成活性を調べたところ、kjc1ではGDP-マンノース合成活性が1割以下に低下していることが分かった。一方で、kjc2では活性に大きな変化は見られなかった。このことから、シロイヌナズナではKJC1が主要なアイソフォームであると考えられる。現在、GDP-グルコース合成活性についても調べている。また、kjc1では細胞壁構成糖のうちマンノースのみが半減していた。kjc1はマンナンやグルコマンナンを正常に合成できない変異体であることが確かめられた。さらに、大腸菌により組換えKJC1及び組換えKJC2を作成して性状を解析したが、いずれの酵素もGDP-糖合成活性を示さなかった。動物では、GDP-マンノースとGDP-グルコースは複数のタンパク質から成る複合体で合成されることが報告されており、KJC1やKJC2は単独では活性を示さない可能性がある。そこで、複数タンパク質の共発現系でこれらの酵素の性状を調べている。高等植物の細胞壁には、セルロースやキシログルカン、ペクチンに加えて、グルコマンナンも普遍的に存在する。グルコマンナンは糖転移酵素Cs1Aによって、糖ヌクレオチドであるGDP-マンノースとGDP-グルコースから合成されるが、これら糖ヌクレオチドの合成機構には不明な点が多い。これまでに、GDP-マンノースの合成はVTC1と呼ばれる酵素によって触媒されることが報告されている。本研究では、GDP-マンノースの合成に関わるタンパク質としてKJCタンパク質(KJC1、KJC2)を発見した。kjc1変異体とkjc2変異体は正常に生育するが、kjc1kjc2二重変異体は著しいわい性を示す。また、kjc1変異体ではGDP-マンノース合成活性が10%以下に低下し、細胞壁グルコマンナンが半減する。平成23年度は、大腸菌により組換えKJC1および、組換えKJC2、組換えVTC1を作成し、これらの酵素活性を調べた。組換えKJC1と組換えKJC2はいずれも活性を示さなかったが、組換えVTC1のGDP-マンノース合成活性(GDP-マンノースピロホスホリラーゼ活性)を顕著に高めることがわかった。これらの結果から、KJCタンパク質はVTC1に作用してGDP-マンノース合成量を高めることが示唆された。vtc1変異体やC1sa変異体は胚性発生が異常になることが報告されている。遺伝型がKJC1/kjc1kjc2/kjc2の植物の自家受粉で得られる集団について調べたところ、kjc1kjC2二重変異体は5%程度しか出現しなかった。kjc変異によるGDP-マンノース合成の異常は、胚発生か生殖に影響していることが示唆された。大腸菌を用いて、組換えKONJAC1 (rKJC1)、rKJC2、rVTC1(GDP-マンノースピロホスホリラーゼ)を作成し、これらの酵素活性を調べた。rVTC1は、GDP-マンノース合成活性に加えて、弱いGDP-グルコース合成活性を示した。rVTC1にrKJC1やrKJC2を混合したところ、GDP-マンノース合成活性と同様に(平成23年度の報告参照)GDP-グルコース合成活性が増加した。グルコマンナンは、GDP-マンノースとGDP-グルコースから合成されるが、KJCタンパク質はVTC1によるこれらの合成を促進する働きをもつことが示唆された。GDP-マンノースは、グルコマンナンのほかに、L-アスコルビン酸(ビタミンC)や糖タンパク質のN-結合糖鎖の合成に使われる。シロイヌナズナのkjc1変異体とkjc2変異体、kjc1kjc2二重変異体で、L-アスコルビン酸(ビタミンC)量とN-結合糖鎖の構造を調べた。kjc1変異体では、L-アスコルビン酸量も30%に低下していた。

一方で、N-結合糖鎖の構造には変化が見られなかった。kjc2変異体では、Lーアスコルビン酸量は野生型植物と同程度であり、N-結合糖鎖の構造にも変化が見られなかった。また、著しいわい性を示す二重変異体でも、N-結合糖鎖の構造に顕著な変化は見られなかった。これらのことから、KJCタンパク質にはVTC1によるGDP-マンノースとGDP-グルコースの合成を高める働きがあり、グルコマンナンの合成に加えて、L-アスコルビン酸の合成にも影響することがわかった。当初KJCタンパク質自体がGDP-マンノースやGDP-グルコースの合成を触媒すると予想していたが、実際は主要なGDP-マンノース合成酵素であるVTC1の活性を高める働きがあることが分かった。研究提案時の仮説とは少し異なる結果となったが、KJCタンパク質がGDP-糖の合成に関わることは確かめられたので、今後はKJCタンパク質がどのようにVTC1の活性を調節するかについて調べたい。24年度が最終年度であるため、記入しない。KJCタンパク質はVTC1の活性を調節していると考えられ、実際にkjc1変異体ではGDP-マンノース合成活性が野生型の10%以下に低下する。しかしながら、in vitroの実験(大腸菌で作成した組換えタンパク質の実験)では、VTC1とKJC1の共存下とVTC1単独では、活性は数倍しか違わなかった。植物生体内では、KJCタンパク質は、VTC1の安定性にも関わっている可能性がある。また、GDP-マンノースはビタミンCの前駆体やN結合糖鎖の原料としても利用されている。kjc1kjc2のわい性形質や胚性致死または生殖異常には、グルコマンナンの減少だけでなく、ビタミンCやN結合糖鎖の欠乏・異常が関わっている可能性がある。3年目となる24年度は、これらも踏まえて、KJCタンパク質の生理的重要性を明らかにしたい。
宇宙の大規模構造における非線形性と精密宇宙論

宇宙の大規模構造を理論的に記述し、大規模な観測データから精密に宇宙論モデルを制限するためには、ゆらぎの観測量に関する非線形性の理論的理解が不可欠である。これまでの宇宙論的摂動論を大幅に拡張して一般化し、単なる密度ゆらぎの非線形性だけでなく、実際の観測量に現れる非線形性を系統的に理解する実際的な方法を基礎づけることができた。本年度の実績は、高精度の宇宙論的構造形成の数値シミュレーションにおけるバリオン音響振動に関する収束性の研究、スローン・デジタル・スカイ・サーベイの最終データリリース、宇宙背景放射ゆらぎの非ガウス性の解析による宇宙初期の等曲率ゆらぎに対する制限、バリオン音響振動シミュレーションによるパワースペクトル共分散行列の解析、高視野弱重力レンズサーベイのシミュレーションの解析による、非ガウス的効果が統計に及ぼす影響の研究、などがある。非線形領域を用いて精密な宇宙論を行うためには、解析的方法に加えてシミュレーションを用いることが非常に有効である。本年度はシミュレーショシにより非線形領域のふるまいを理解するという面での多くの成果があった。これらの研究は解析的な理解に対して大きな助けとなって現在進行中の研究へとつながっている。また、初期宇宙の非線形性から生まれると考えられる初期揺らぎの非ガウス性の制限について大きく研究が進展した。特に、宇宙背景放射ゆらぎのWMAP観測データを用いて、初期等曲率ゆらぎへの制限を、幾何学的統計量のオリジナルな解析により実際に行った。この方法は将来的にデータが増えればさらに有望な方法となることが実証され、期待されている。初期ゆらぎの非ガウス性は、初期宇宙モデルを制限するための方法として広く用いられている。このために必要な幾何学的統計量の解析的な理解に関しての進展もあった。特にこの方法は次年度以降の研究にも有効に用いることができる。本年度の実績は、宇宙背景放射ゆらぎのミンコフスキー汎関数による非ガウス性に関する研究、銀河分布と宇宙背景放射ゆらぎの重力レンズ効果との相互相関による初期非ガウス性への制限に関する研究、密度パワースペクトルの尤度解析に対する非ガウス的誤差の効果に関する研究、広視野弱重力レンズサーベイシミュレーションにおける相関関数の共分散行列に関する研究、および、非局所バイアスと赤方偏移変形と初期非ガウス性の効果をすべて含む一般的な摂動論の定式化に関する研究、などがある。本年度は、数値シミュレーションの解析、フィッシャー行列を用いた理論解析、そして解析的な摂動論を用いた理論的研究、の多方面において多くの成果が得られた。特にシミュレーションでは世界でも最大規模の計算を用いることで、精密な観測の解析に必要な誤差の性質をこれまでにない精度で調べることができた。また、独創的な解析的な摂動論の手法により、宇宙マイクロ波背景放射を用いて宇宙の初期ゆらぎの非ガウス性を検証するための、理論的な解析的を新しく求めることができた。そして、これまでの摂動論では不可能であった、観測空間における銀河分布のパワースペクトルなどを求めることについて、非常に一般的な枠組みのもとでこれを可能にする定式化を行った。さらに摂動項の一部をすべて足し上げてしまう再和法についてもこの定式化に組み込むという独創的な手法の開発に成功した。非線形摂動論にバイアスを、これまでで最も一般的な形で取り入れる方法論を確立した。一般に非局所バイアスを仮定した摂動論的方法を発展させた。特に、バイアスは単なる直線的な摂動展開がうまく働かない場合があることを指摘し、これを正しく扱うにはバイアスの繰り込みを行うことが必要であることを示した。さらに、バイアスのみならず、初期非ガウス性、赤方偏移空間変形の効果も組み込んだ、これまでで最も一般的な摂動論の定式化を与えることができた。任意の次数のスペクトル(パワースペクトル、バイスペクトル、トライスペクトル、などなど)を直線的に計算できる図形的手法を開発した。この図形的方法はバイアスの繰り込みのみならず、力学進化に関する図形的頂点の繰り込みにも威力を発揮し、これまでに得られている力学進化の再和の手法について、見通しのよい理解を与えるとともに、具体的な繰り込み頂点の式を一般的に導いた。この研究は将来的な応用性が非常に高く、今後の研究の礎となる重要な成果である。ラグランジュ的見方に基づく摂動論について、これまでに行った1ループ近似を2ループ近似にまで精度を上げた計算を行った。まず、実空間と赤方偏移空間についてのパワースペクトルを理論的に導いた。そして実空間についてはさらにそれを数値シミュレーションのデータと比較した。シミュレーションと比較することにより、具体的にどの波長、どの赤方偏移まで信頼できるかがわかる。1ループ近似に比べて、2ループ近似は特に高赤方偏移での信頼性が飛躍的に高まることが示された。さらに、ハローバイアスを取り入れた摂動論について、数値シミュレーションから作ったハローカタログの解析と詳細に比較した。とくにバリオン音響振動スケールの振る舞いについて調べ、超波長モードにおいては非線形性の効果を解析式がよく説明できることを定量的に示した。

これにより、上記の一般的なバイアスを含めて一般化した非線形摂動論の定式化は、数値シミュレーションで得られる非線形効果やハローバイアスの効果とよく一致する有用なものであることが確かめられた。
低次元酸化物ナノ構造体の高次構造設計によるナノバイオマテリアルの開発

TiO2ナノチューブにCa2+を修飾し、吸着したCa2+が周囲の液と反応して溶出され、骨補填材の周囲および内部において水酸アパタイトに対する過飽和度が上昇し水酸アパタイトの核形成を促進すると考えられる。そこで、骨類似アパタイトの核形成を誘起する官能基を表面に形成させれば、骨類似アパタイト層が形成されやすくなると予想し、細胞の接着や増殖、分化などの機能を促進させ、組織の再生を迅速に誘導する因子となる材料の開発を目指し、酸化チタンナノチューブ(TNT)の内外表面へCaの修飾を検討した。また、酸化チタンナノシート(TNS)における生体適合評価も検討した。Ti-OHはアパタイトの核形成を誘起することやアナタース構造のTi-OH基は高いアパタイト形成能を示すこと、また、骨類似アパタイトの形成メカニズムはOH基に先ずCa2+が吸着し、さらにそこにHPO42-が吸着することで骨類似アパタイトが形成することが知られている。そこで、骨類似アパタイトの核形成を誘起する官能基を表面に形成させれば、骨類似アパタイト層が形成されやすくなることが予想され、本研究では、TNTの低次元ナノ構造体のバイオテクノロジーへの応用展開を視野に入れ、TNTの内外表面へのCa修飾および徐放性を検討した。低温化学合成法によりチタニアナノチューブを作製し、作製したTNTをC6H10CaO6を溶解した水溶液に浸漬し、24時間攪拌還流を行いCa2+ドープのTNT(Ca-TNT)を作製した。Ca-TNTにおける構造解析と表面Caの定量をTEMおよびEDSにより行い、次に全Ca吸着量をICP発光分光分析装置にて測定した。そして、数時間毎にイオンクロマト分析により定量測定し溶出試験を行った。TEM写真では直径8nm、長さ約200nmのナノチューブが形成されていることが確認できた。EDSではCa-TNTの中腹で約5 atom%のCaが検出された。また、Ca-TNTに110000 μg/gのCaが吸着しており、16時間後には16145 μg/gのCaが徐放された。TNTには多量のCaイオンが吸着することがわかり、また、微量ではあるが徐放性もあることがわかった。生体材料への応用展開が期待でき、今後In-vitro試験も検討していく。また、異なるイオンドープ種の検討により新機能生成の可能性も期待できる。骨補填材使用の臨床現場では、新生骨が生成されるまでに骨補填材埋植部位から骨折する例が知られている。これは骨補填材の力学的強度だけの問題ではなく、骨形成能や骨置換性なども自家骨に比べて劣るためと考えられる。市場からも自家骨と同等以上の力学特性、骨形成能および骨置換性を持った人工骨の開発が望まれている。これまでの実験によりTNTが細胞と接着し、生化学因子を加えなくても細胞の骨芽細胞活性が高くなるという知見を得ている。そこで、骨類似アパタイトの核形成を誘起する官能基をセラミックス表面に形成、または周囲にCaイオンが拡散すれば、骨類似アパタイト層が形成しやすくなることが予想される。そこで、TNTの低次元ナノ構造体のバイオテクノロジーへの応用展開を視野に入れ、迅速的に組織再生を誘導させるナノバイオマテリアルを創製することを目的とし、TNTにおける内外表面へのCa修飾を行い、徐放性の可能性を検討した。低温化学合成法により外径約10nm、内径約8nmのTiO2ナノチューブ(TNT)を作製した。このTNTを、乳酸カルシウムを溶解した水溶液中に浸漬し、24時間攪拌還流した。その後、吸引ろ過により固液分離を行いCa-TNTを作製した。得られたCa-TNTのSEM、TEM、EDS分析による構造解析、およびイオンクロマト分析によりCaイオンの徐放性を調べた。SEMおよびTEM像では、ナノチューブ構造を維持していることが確認でき、EDS分析では約5vol%のCaイオンの吸着がみられた。イオンクロマト分析では、10時間経過までは約200μg/gずつ徐放しており、その後はほとんど変化がみられなかった。吸着材料として使用されているTiO2でも微量ではあるが徐放性をもつ可能性が示唆された。今後、徐放機能を制御できるように設計し、バイオマテリアルとしての可能性を拡大していく。Caを酸化チタンナノチューブにドープさせる方法を様々な材料や手法を用いた結果、最適な方法を発見し、吸着特性を持っているのもかかわらずわずかではあるが徐放性があることが確認できた。次年度計画であるin-vitro試験へと移行させることが可能である。In-vitro試験へと移行するまでに、酸化チタンナノチューブの徐放特性のメカニズムを解明し、制御可能にすること検討していく。そのためには、酸化チタンナノチューブのサイズの制御を行ない、サイズによる徐放効果を検討する予定である。

実験の遂行にあたり、サイズ効果や新たな徐放性の付与に関しては東北大学多元物質科学研究所のナノ材料工学が専門である東北大学多元物質科学研究所高機能ナノ材料創成研究分野の関野徹先生の指導のもと行う。徐放メカニズムの解明後、In-vitro試験を行い、生体材料としてのメリットを明確にしていく。アスピレーター」「生物顕微鏡写真撮影システム」に関して、新規購入を行い、細胞培養実験の効率化を図る,「消耗品においては,必要性を十分吟味し,試薬等購入する予定である。研究の成果が得られ次第、国内・国外の学会で積極的に発表し、意見交換および情報発信するために国内旅費、外国旅費、を計上する。また成果の論文による公表のための英文校閲料、研究成果投稿費用を計上する。
高揚力装置の設計最適化に向けた信頼性の高い空力性能評価手法の実用化研究

航空機の離着陸性能を向上させるためには,スラットやフラップといった高揚力装置の高性能化が必要である.近年では,計算性能の発達やCFD計算技術の進歩により,空力最適化を用いることで高性能化が期待できるようになってきた.しかし,高揚力装置周りの流れ場は非常に複雑であるため,正しく空力性能値を算出するためには格子細分化を用いた高精度計算格子を用いることが必要である.本研究では,格子細分化を用いることで高揚力装置の空力最適化の信頼性向上を目指している.今年度, 2次元翼型周りの格子細分化手法の構築を行い,その有効性について検証した.解適合格子細分化を行うことで,空力性能の信頼性を向上させることができた.2次元での検証ができたことから,現在3次元への拡張を行っている.3次元形状への格子細分化では,細分化アルゴリズムの複雑さ,メモリ使用量の大幅な増大など,解決すべき課題が多いが,早急に手法の構築を目指す.また,高揚力装置の空力最適化問題の高度化を図るため,穏やかな失速特性を実現するスラット付き翼型の空力最適化手法の構築を行った.本手法により,穏やかな失速特性をもつ翼を効率よく設計することが可能となった.本計算では,最適化システムの構築を目的としたため,スラット付き翼型周りに一様な格子を生成していたが,この最適化システムの信頼性向上のために解適合格子細分化法の導入を図っている.この設計システムを構築することで,信頼性の高いスラット付き翼型の設計が期待できる.航空機の離着陸性能を向上させるためには,スラットやフラップといった高揚力装置の高性能化が必要である.近年では,計算性能の発達やCFD計算技術の進歩により,空力最適化を用いることで高性能化が期待できるようになってきた.しかし,高揚力装置周りの流れ場は非常に複雑であるため,正しく空力性能値を算出するためには格子細分化を用いた高精度計算格子を用いることが必要である.本研究では,格子細分化を用いることで高揚力装置の空力最適化の信頼性向上を目指している.今年度, 2次元翼型周りの格子細分化手法の構築を行い,その有効性について検証した.解適合格子細分化を行うことで,空力性能の信頼性を向上させることができた.2次元での検証ができたことから,現在3次元への拡張を行っている.3次元形状への格子細分化では,細分化アルゴリズムの複雑さ,メモリ使用量の大幅な増大など,解決すべき課題が多いが,早急に手法の構築を目指す.また,高揚力装置の空力最適化問題の高度化を図るため,穏やかな失速特性を実現するスラット付き翼型の空力最適化手法の構築を行った.本手法により,穏やかな失速特性をもつ翼を効率よく設計することが可能となった.本計算では,最適化システムの構築を目的としたため,スラット付き翼型周りに一様な格子を生成していたが,この最適化システムの信頼性向上のために解適合格子細分化法の導入を図っている.この設計システムを構築することで,信頼性の高いスラット付き翼型の設計が期待できる.
遺伝子トラップ法による毛包組織特異的遺伝子の同定

羊水中にウイルスベクターを注入することで、レポーター遺伝子を持つ遺伝子トラップベクターを毛包上皮細胞の起源となる胎児の外胚葉性上皮細胞に導入し、毛包組織特異的遺伝子を同定するため、トラップベクターの構築と組み換えウイルスの作製、感染実験を行った。一昨年はレトロウイルス,昨年はレンチウイルスをベースに遺伝子トラップベクターの構築行ったがうまくいかなかったことから,本年度はViraPowerシステムを導入してトラップベクターを構築した。遠心濃縮法で回収した組換えウイルスをポリLリジンとともに胎生10.5日のICR羊水中に注入することで、胎仔の外胚葉性上皮幹細胞に感染させた。その結果,導入マーカーのEGFPを毛包組織に発現する個体が5個体確認された。遺伝子導入細胞集団は1個体当たり13カ所,合計7カ所みられた。導入細胞を含む凍結切片からRNAを抽出し,RACE法によりトラップ遺伝子の回収を試みたが、再現性のある結果が得られず候補遺伝子が絞りきれなかった。同時に試みた培養繊維芽細胞細胞に対する遺伝子トラップ実験においては、6例中3例においてトラップ遺伝子の同定が可能であったことから、原理的には個体からも検出可能であると考えられる。今後さらに、トラップ個体からの遺伝子回収法ならびに遺伝子配列決定方法の改良、およびウイルスベクター作製法の改善によるウイルス感染/トラップ効率上昇を図ることで、毛包組織特異的遺伝子を容易に同定できると考えられる。In utero遺伝子導入法と遺伝子トラップ法を組み合わせて、毛包組織の細胞分化、並びに毛周期の進行に関わる遺伝子を網羅的に同定することを試みた。まず、レトロウイルスをベースに、遺伝子トラップのためのトラップベクターを作製した。EGFP遺伝子とLacZ遺伝子をマーカー遺伝子とするトラップベクターを構築し、ウイルスベクター産生細胞を得ることができた。ウイルスベクターを培養細胞に感染させ、蛍光顕微鏡下で観察したところ、効率は良くないものの感染が確認された。しかし、感染効率が低いためか、遺伝子トラップが起こったlacZ陽性細胞を確認することはできなかった。ウイルスベクターの感染効率を上げるため、ウイルスベクターを含む培養上清を高速冷却遠心機で16時間遠心し、ウイルスベクターを濃縮してから細胞に感染させた。しかし、遺伝子トラップ細胞は見つからなかった。そこで、遺伝子トラップベクターを構築し直した結果、一部の細胞では遺伝子トラップが確認されたものの、その効率は極めて低いものであった。トラップベクターの作製と平行して、lacZレトロウイルスベクターを用いてin utero遺伝子導入のための条件検討を行い、30ug/mlのポリLリジンの添加により、最も感染効率が上がることがわかった。また、毛包組織でもレンチウイルスがうまく働くとの情報を得て、より遺伝子導入効率が高いレンチウイルスベクター法に切り替えることも考えて、トラップベクター構築プランを練り、遺伝子組換え実験の申請が通り次第、ウイルスベクターを作製できるよう準備を整えた。昨年、レトロウイルスをベースとする遺伝子トラップベクターの構築を試みたが、感染効率が非常に悪かったため、本年度はレンチウイルスをベースとする遺伝子トラップベクターの構築に取り組んだ。RET gene trap vectorを改変し、293細胞由来のパッケージング細胞に導入したがウイルス産生が確認できなかった。そこで、293-T細胞にレンチウイルスパッケージングプラスミドミックスとともにベクターを導入した。その結果、導入マーカーのEGFPを発現する細胞は得られたものの、培養上清にはウイルスがほとんど放出されていなかった。このため、ベクター構成の確認と構築のやり直し、パッケージングミックスの混合比の検討、導入細胞の検討など、種々の検討実験を重ねたが、トラップ実験に使用可能な組換えウイルスを得ることができなかった。今後、ViraPowerシステムの導入によるウイルス構築の試みとレトロウイルスをベースとしたtrap vectorウイルスの感染効率上昇を目指した投与法の改善の両面から解決を図る。
体節形成過程におけるdEF1/SIP1ファミリー転写制御因子の機能解析

δEF1/SIP1ファミリーの個体レベルでの機能を明らかにするためにSIP1遺伝子ノックアウトマウスの作製を行った。(1)ジーンターゲティング法を用いてその第7エキソンを挟むようにloxP配列を導入したターゲティングベクターを構築し、常法に従いマウスES細胞に導入し、相同組換え体ES細胞クローンを単離した。(2)次にこのES細胞を用いて、キメラマウスを作製し、生殖系列細胞が変異alleleを持つような生殖系列キメラマウスを単離した。このマウスと、C57BL/6あるいはICR系統の野生型マウスを交配させ上述のSIP1変異alleleを有するヘテロマウスを得た。さらにこれらのマウスとCrerecombinaseを発現しているEIIa-Creマウスを交配し、その子孫から、第7エキソンを欠失させたヘテロ変異マウスを単離した。(3)次にヘテロ変異マウス同士を交配させてホモ変異マウスを作製し、その表現型を観察した。SIP1ホモ変異マウスは胎性10.5までに致死となる。turningがおこらず、体節も7個以上生じない。また神経管も頭部から尾部に至るまで決して閉じることはない。このような極めて重篤な表現型はSIP1が初期胚の発生において重要な働きを担っていることを示しているが、同じZFHXファミリーであるδEF1の表現型が比較的後期の骨形成に起こることと比べると極めて対照的である。この違いは当然、その構造に反映されると考えられるが、両者の大きな違いは唯一Smadとの結合能力であり、また初期胚にいてはTGFβ系シグナルが発生の基本的なプロセスに重要な役割を担っていることを考え合わせると、SIP1とTGFβ系シグナルとの関連性を強く示唆していると考えられる。