hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
宿主細胞を殺傷せずにウイルス蛋白質を選択的に認識し排除する免疫機構の解明

次世代の抗ウイルス薬は宿主には影響せず、ウイルスに特化した効果が求められる。H5N1インフルエンザウイルスHA蛋白質に対して結合する特殊環状ペプチドを創成し、治療に用いられているリレンザと同等以上の阻害活性を見出した。H5N1 HPAIVHA蛋白質に対して結合する特殊環状ペプチドのうちで、治療に用いられているZanamivir(リレンザ)と同等以上の阻害活性を示すiHA-100を見出した。特殊環状ペプチドiHA-100がインフルエンザウイルス増殖を抑制するメカニズムを明らかにするためウイルス感染環のどこの段階を阻害しているかについて詳細な解析をおこなった。異なるタイミングでiHA-100を培養上清に添加する実験をおこなったところ、ウイルス吸着前および直後の添加により完全にウイルス感染を阻止することが判明した。さらに細胞内侵入後、エンドソーム膜と融合を開始する感染吸着後90分に添加した場合においても強い抑制効果がみられた。これらの結果は、iHAは細胞膜を通過し、エンドソーム内に存在するウイルス粒子上のHAに結合し脱殻前の過程を強力に抑制することを示す。以上より、iHA-100の作用機序として、細胞外に存在するウイルス粒子の感染性を中和するだけでなく、細胞内においてもHAと相互作用し侵入過程の複数の段階をブロックする新たな仕組みが明らかとなった。iHA100ペプチドを安定して提供を受けられる体制が整ったので動物感染実験を進めた。iHA-100は、マウスにおいてリレンザでは治療効果を示さない感染4日後および6日後からの投与においても治療効果を示した。さらに霊長類感染モデルとしてカニクイザルに高病原性H5N1インフルエンザ感染時の発症防御効果を検討したところ良好な結果が得られ、iHA100は新規インフルエンザ治療薬の可能性が示された。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。このうち、第3世代の抗体医薬として特殊環状ペプチドが注目されている。さらに、リレンザ耐性のH1N1パンデミック2009に対しても強力な阻害活性を示すことを見いだした。マウスを用いた治療実験において、リレンザと異なり感染後期においても劇症肺炎抑制による治療効果があることが示された。感染後期においても治療効果を示す低分子の環状ペプチドによる劇症肺炎抑制治療効果は感染細胞内ウイルス抗原分解によるものであり、宿主細胞を殺傷せずに免疫活性化に伴いウイルス蛋白質を選択的に認識し排除する事を見いだした。これらウイルス蛋白質の選択的な認識・排除機構を解明し、さらなる治療薬の最適化や治療法の確立につなげることを目的とする。インフルエンザウイルスHA蛋白質は細胞表面の受容体分子との結合やその後のウイルス膜と細胞膜との融合を担う分子であることから、環状ペプチド及び抗体が中和活性(宿主細胞内への侵入阻害)を示すこと、またHAはウイルス生活環の最終段階で細胞膜上に現れ、粒子の放出にも関わることから、NA阻害剤と同様の粒子放出を阻害している可能性も考えられる。一方、in vitroで感染3時間後(細胞内侵入後)に増殖阻害活性を示す特殊環状ペプチドを細胞に処理すると感染8時間後(一次感染のみで二次感染は起こっていない時点)にはHAタンパク質(開裂後のウイルス粒子由来HAタンパク質および開裂前のde novo合成HAタンパク質)が減少することを見出した。これらのウイルス増殖・発症阻害活性には新規の細胞内排除機序の関与が推察される。また、C型肝炎発症トランスジェニックマウスに治療ワクチンを接種したところ、これまでの定説と異なり、宿主細胞を殺傷せずに免疫活性化に伴いウイルス蛋白質を選択的に認識し排除する事を見いだした。特殊環状ペプチドiHA-100がインフルエンザウイルス増殖を抑制するメカニズムを明らかにするため、ウイルスが高効率で感染・複製可能なMDCK細胞を用い、ウイルス感染環のどこの段階を阻害しているかについて詳細な解析をおこなった。インフルエンザウイルスが細胞に吸着後、侵入から脱殻までに要する時間については複数の論文において詳細が明らかにされている:細胞吸着後20分でエンドサイトーシスを完了、その後初期エンドソームと融合しウイルス粒子が酸化を受けるまでに60分を要する。吸着後90分でウイルス粒子はエンドソーム膜と融合し、3時間で脱殻を完了する。脱殻により細胞質へとリリースされたウイルスゲノムは核内へと移行し、ゲノム複製をおこなう。これらの知識を踏まえて、様々な異なるタイミングでiHA-100を培養上清に添加する実験をおこなったところ、ウイルス吸着前および直後の添加により完全にウイルス感染を阻止することが判明した。さらに細胞内侵入後、エンドソーム膜と融合を開始する感染吸着後90分に添加した場合においても強い抑制効果がみられ、iHA-100による抑制効果がみられないのは3時間後に添加した場合のみであった。これらの結果は、ウイルスが細胞内侵入後もiHAは細胞膜を通過し、エンドソーム内に存在するウイルス粒子上のHAに結合し脱殻前の過程を強力に抑制することが可能であることを示すものである。

iHA-100の作用機序として、細胞外に存在するウイルス粒子の感染性を中和するだけでなく、細胞内においてもHAと相互作用し侵入過程の複数の段階をブロックする新たな仕組みを明らかにした。次世代の抗ウイルス薬は宿主には影響せず、ウイルスに特化した効果が求められる。H5N1インフルエンザウイルスHA蛋白質に対して結合する特殊環状ペプチドを創成し、治療に用いられているリレンザと同等以上の阻害活性を見出した。H5N1 HPAIVHA蛋白質に対して結合する特殊環状ペプチドのうちで、治療に用いられているZanamivir(リレンザ)と同等以上の阻害活性を示すiHA-100を見出した。特殊環状ペプチドiHA-100がインフルエンザウイルス増殖を抑制するメカニズムを明らかにするためウイルス感染環のどこの段階を阻害しているかについて詳細な解析をおこなった。異なるタイミングでiHA-100を培養上清に添加する実験をおこなったところ、ウイルス吸着前および直後の添加により完全にウイルス感染を阻止することが判明した。さらに細胞内侵入後、エンドソーム膜と融合を開始する感染吸着後90分に添加した場合においても強い抑制効果がみられた。これらの結果は、iHAは細胞膜を通過し、エンドソーム内に存在するウイルス粒子上のHAに結合し脱殻前の過程を強力に抑制することを示す。以上より、iHA-100の作用機序として、細胞外に存在するウイルス粒子の感染性を中和するだけでなく、細胞内においてもHAと相互作用し侵入過程の複数の段階をブロックする新たな仕組みが明らかとなった。iHA100ペプチドを安定して提供を受けられる体制が整ったので動物感染実験を進めた。iHA-100は、マウスにおいてリレンザでは治療効果を示さない感染4日後および6日後からの投与においても治療効果を示した。さらに霊長類感染モデルとしてカニクイザルに高病原性H5N1インフルエンザ感染時の発症防御効果を検討したところ良好な結果が得られ、iHA100は新規インフルエンザ治療薬の可能性が示された。これら宿主細胞を殺傷せずにウイルス蛋白質を選択的に認識し排除する免疫機構を解明し、さらなる治療薬の最適化や治療法の確立につなげることを目的とする。特殊環状ペプチドはノイラミニダーゼ阻害薬を超えた治療効果が期待でき、ウイルス感染後期においても有効な増殖発症阻害活性の作用機序を明らかにし、さらなる治療薬の最適化や治療法の確立につなげる。このために次の研究を進める。(1)HA結合性特殊環状ペプチドの細胞質内移行・ウイルス複製阻害機序の解析、(2)HA結合性特殊環状ペプチドのHA蛋白質分解機序の解析、(3)HA結合性特殊環状ペプチドによる自然免疫活性化機序の解析を進める。細胞内侵入後、エンドソーム膜と融合を開始する感染吸着後90分に添加した場合においても強い抑制効果がみられ、iHA-100による抑制効果がみられないのは3時間後に添加した場合のみであった。
細胞接着の安定化を用いたヒトがん細胞の直接浸潤抑制の研究

がんにおいて上皮間充織遷移(EMT)は悪性化を上昇させるプロセスである。間充織様に変化したがん細胞はしばしばNカドヘリンという接着分子を発現するようになるが、Nカドヘリンの量的変化を単純に悪性度の増加に置き換えることはできない。本研究によってLPP,Etv5,MMP15がNカドヘリン分子の翻訳後制御に関わっていることを新たに見出した。LPPがEMT後さらに減少することによって遠隔転移が促進されることから、転移のし易さを示す新たなバイオマーカーとしての重要性を示した。細胞シートの変形・移動・浸潤を可能にする機構を解明するべく、肺がん由来細胞からLipoma preferred Partner (LPP)遺伝子をノックダウンしたことによって出来た高接着細胞の移動・浸潤能の変化を調べた。まず、LPP分子をノックダウンすると肺がん細胞PC14PE6においてN-cadherinの発現が上昇した。これを詳細に解析すると、親株においてN-cadherinのmRNA発現は見られるものの翻訳後修飾により切断されており、LPPのノックダウンによってなんらかのN-cadherin切断因子が抑制されていることが分かった。LPPがEts variant転写因子(Etv)と協調して働くことが予想されていたので、肺がんにおけるEtv転写因子群を同じく遺伝子機能阻害によって絞り込んだところ、Etv5遺伝子の阻害がLPP機能阻害とよく似た表現形を示すことを明らかにした。LPP,Etv5の両者によって発現が変動するタンパクがおそらくN-cadherinの制御因子であることが考えられたため、様々な因子の発現を調べた。その結果、MT2-MMPが協調的に制御されていることを見出した。これら遺伝子をノックダウンした結果、N-cadherinの上昇によって細胞は集団化する。次にこの細胞集団の移動能や浸潤能を解析した。がんに付随してがんの機能を制御することで知られているCAF(Cancer Assciated Fibroblast)を用いたコラーンゲル浸潤アッセイを行った。すると集団はむしろ強く浸潤することが分かった。これを確かめるためにヌードマウスの肺に直接がん細胞を接種することで集団の移動・浸潤能を調べた。肺がんの原発巣の広がりやすさや反対の肺への転移を指標に評価したところ、やはり長距離を移動できる集団としての移動能が上昇しているという結果になった。これらの情報をまとめ、論文に投稿した。細胞シートの変形・移動・浸潤を可能にする機構の解明を目指し、まず細胞接着を制御する遺伝子として新たに発見したLipoma Preferred Partner(LPP)遺伝子についてがん細胞における遺伝子機能阻害を行った。肺腺がん由来の悪性腫瘍細胞株PC14PE6のLPP機能阻害によってN-cadherin依存的な細胞接着が劇的に安定化することを見出した。LPPはアクチン結合タンパクであり、細胞移動などにもその機能が示唆されているが他方転写因子の補助因子としても働く事が報告されている。しかしながらがんにおける役割は解明されていない。まず最初に細胞の特性の変化を調べるためにこの転写因子の機能について調べた。するとEts転写因子であるEtv5の転写及び局在変化を引き起こし、この遺伝子が機能しないように変化していることが考えられた。そこでLPPとEtv5の両方の機能阻害細胞を比較し、協調して制御されている細胞外マトリックスプロテアーゼMMP-15を発見した。MMP15は膜貫通型のメタロプロテアーゼ分子であり、類似の分子であるMMP-14 (MT1-MMP)は細胞外に分泌されるタイプのメタロプロテアーゼ分子MMP-2もしくは9の成熟に必要な分子であるのに対し、N-cadherinを直接切断していることを発見した。さらに培養条件下においてはコントロール細胞よりも細胞間接着の強いシートを形成するのでより静的な変化と思われたが、生体内での挙動はより強く組織に浸潤し、肺における原発巣から転移巣を形成する活性が高くなっている事が分かった。以上の結果をまとめて論文を作成中である。またこの結果は集団移動する細胞シートを形成する際にLPPが無くなる事が重要であることを示しており、さらに研究をすすめたい。本研究では移動しない細胞シート(Static/Stable)から集団で移動する細胞シート(Motile)への変化(SMT)を担う分子に注目して研究を進める予定であった。しかしながら、LPPの機能阻害の表現形は2次元培養条件下においては静的な細胞シートの特性を示していたものの、生体内における挙動は動的な細胞シートの様態を示す事が明らかになった。この点においてLPP増減の変化がSMTのトリガーそのものであることは少なくとも二次元培養下では無くなった。しかし生体内においてはその変化を反映している可能性がある。今後は生体内での細胞集団の挙動をうまく再現できる3次元培養を多用することによって研究を進める。StableシートではなくMotileシートとしてのLPPノックダウン細胞当初の予定ではLPPノックダウン細胞はStableシートとしての特性を持つと考えられていた。

しかしながら生体内やがんを取り巻く間質細胞(CAF)の存在下では刺激によりMotileシートへ変化している可能性もある。そこで二次元培養条件下においてN-cadherinを取り巻く分子構造を明らかにしていき、二次元下でもMotileシートとして移動する条件を見つける。細胞移動のライブイメージング細胞接着の異常な安定化は立体狭窄における細胞集団の移動を阻害する。2つの接着モードが存在するかについてまず明らかにするために細胞移動のイメージングを経時的に行い、会合しているタンパクの機能評価系を確立する。当初の計画にあった細胞イメージング用の設備備品費に関しては大学の共通機器刷新が予定されているため、その形式に合わせてすすめる事にした。よって今年度の物品費の残額を平成25年度に執行される物品費と合算し、消耗品と予定していたイメージング用のツールを購入する設備・備品費に充当する。その他の24年度予算の残額分も各項目毎の25年度予算に合算する。
イネにおける茎頂メリステムの維持に関わる因子の解析

本年度はイネにおける茎頂メリステム(SAM)の維持に関わる遺伝的制御機構を明らかにするために、以下の3つの内容に解析を行ない、成果を得た。fsm変異体は発芽後初期に枯死してしまう変異体であり、茎頂メリステムの維持に必須の遺伝因子であると考えられる。この原因遺伝子を単離したところFSM遺伝子はchromatin assemblyfactor-1のp150サブユニットをコードしており、クロマチンの維持に重要な因子であることが明らかとなった。fsmのSAMにおける細胞周期関連遺伝子の発現解析を行なったところ、変異体では細胞分裂周期の進行が延滞していることが推察された。このことから、FSM遺伝子の機能の一つはエピジェネティックな細胞分裂周期の制御であると考えられる。waf1変異体はfs伍と同様に栄養成長期の初期にSAMが扁平となり、その後維持されずに植物体が枯死してしまう。この変異体から原因遺伝子を単離したところ、WAF1遺伝子は低分子RNAの安定化に働く遺伝子であると考えられた。waf1変異体において低分子RNAの蓄積量を調べたところ、調査したすべての低分子RNAにおいて顕著な蓄積量の減少が認められた。従って、WAF1遺伝子は低分子RNAの蓄積量を維持することによって、多くのターゲット遺伝子の発現を制御していると考えられた。イネHD-ZIP III遺伝子の解析イネにおけるHD-ZIP III遺伝子の機能を推測するために、発現解析や過剰発現体の作出、オーキシンの添加実験などを行なった。その結果、イネHD-ZIP III遺伝子はシロイヌナズナと同様に胚のパターン形成やSAMの分化、葉の極性維持などに関与していること、SAMにおいて顕著なオーキシン誘導性を示すことなどが明らかになった。
磁場と抽気・給気の組み合わせによる磁性流体の移送と制御

磁気のエネルギーを流体のエネルギーに変換するシステムの実用化を図るために,磁場と抽気・給気の組み合わせによる磁性流体の駆動システムの実現性を調査した.本年度は,まず,磁場強さの分布,給気量,および磁性流体の循環流量の三者の関係を実験的に明らかにするため,提案システムを簡略化した原型試験ループを製作し,実験を行った.試験ループは,内径9mm垂直上昇管と内径25mmの垂直下降管を有する高さ2mの循環ループで,上昇管の下部に給気部と磁場発生部を,上昇管の上部に抽気を持つものであった.磁場発生には一対の永久磁石を用いた.次に,上述の三者の関係を推定する理論的モデルを考案し,その有効性を検証した.以下に得られた主な知見を示す.1.非磁場下と磁場下において給気流量を変え,磁性流体の循環流量,および上昇管内二相流部の圧力こう配とボイド率を測定した.これにより,本駆動システムの実現性が確かめられ,かつ,磁場強さと給気量および磁性流体の循環流量の三者の関係を明らかにする実験値が得られた.2.磁場下の磁性流体の循環流量と非磁場下のそれを比較した結果,磁場が作用すると循環流量が増加することが分かった.これにより磁気による駆動力を確認できた.3.上昇管内のボイド率はドリフトフラックスモデルにより推定可能であることが明らかとなった.5.上昇管におけるボイド率と摩擦圧力損失をそれぞれドリフトフラックスモデルとChisholmの方法で評価する理論的モデルによって,低給気流量域の磁性流体の循環流量を予測することができた.磁気のエネルギーを流体のエネルギーに変換するシステムの実用化を図るために,磁場と抽気・給気の組み合わせによる磁性流体の駆動システムの実現性を調査した.本年度は,まず,磁場強さの分布,給気量,および磁性流体の循環流量の三者の関係を実験的に明らかにするため,提案システムを簡略化した原型試験ループを製作し,実験を行った.試験ループは,内径9mm垂直上昇管と内径25mmの垂直下降管を有する高さ2mの循環ループで,上昇管の下部に給気部と磁場発生部を,上昇管の上部に抽気を持つものであった.磁場発生には一対の永久磁石を用いた.次に,上述の三者の関係を推定する理論的モデルを考案し,その有効性を検証した.以下に得られた主な知見を示す.1.非磁場下と磁場下において給気流量を変え,磁性流体の循環流量,および上昇管内二相流部の圧力こう配とボイド率を測定した.これにより,本駆動システムの実現性が確かめられ,かつ,磁場強さと給気量および磁性流体の循環流量の三者の関係を明らかにする実験値が得られた.2.磁場下の磁性流体の循環流量と非磁場下のそれを比較した結果,磁場が作用すると循環流量が増加することが分かった.これにより磁気による駆動力を確認できた.3.上昇管内のボイド率はドリフトフラックスモデルにより推定可能であることが明らかとなった.5.上昇管におけるボイド率と摩擦圧力損失をそれぞれドリフトフラックスモデルとChisholmの方法で評価する理論的モデルによって,低給気流量域の磁性流体の循環流量を予測することができた.
N-アセチルグルコサミン転移酵素III肝特異的発現トランスジェニックマウスの解析

GnT-IIIを肝特異的に発現するトランスジェニックマウスを作製し、その解析を行った。トランスジェニックマウスでは、GnT-III発現がin vivvoでの糖鎖生合成に影響したことが、血清糖タンパク質糖鎖の枝分かれ構造の解析から明らかになった。また、マウス肝の組織学的解析から、すべてのトランスジェニックマウス肝には著明な脂肪滴の貯留が認められ、GnT-IIIの高発現量とこの病理変化の増大は、相関することが明らかになった。脂質代謝異常のメカニズムを明らかにするためトランスジェニックマウス血清の生化学的マーカーを調べたところ、コントロールに比して中性脂肪とβ-リポタンパク質分画の減少が明かになった。糖タンパク質糖鎖変化と中性脂肪代謝の関連から、VLDLやLDLの成分としてその輸送機能などを担う糖タンパク質であるアポリポタンパクプロテインB(Apo-B)に着目した。血清リポタンパク質画分のApo-Bを解析すると、トランスジェニックマウス血清には、Apo-Bがほとんど存在しなかった。実際、免疫組織学的解析から、トランスジェニックマウスにおいて、Apo-Bは肝細胞質内に蓄積しており、さらに肝組織ホモジネートから免疫沈降したApo-Bはproteolysisを受け、E-PHAへの反応性を示した。以上より、GnT-IIIトランスジェニックマウス肝において、リポタンパク質輸送に関わる機能糖タンパク質Apo-Bの糖鎖変化とその分泌障害がこの脂肪蓄積メカニズムのひとつではないかと考えられた。
前立腺癌のホルモン療法抵抗性獲得に至るエピゲノム調節機構の統合的解明と臨床応用

昨年までの研究結果によりCRPCにおいて重要なシグナルパスウェイを同定した。これらの中では既に知られているアンドロゲン受容体、細胞周期、スプライシング因子群などの濃縮に加え新たな細胞内シグナルの重要性を示唆するデータも得られた。また特にLncRNA群を同定しCRPCモデル細胞を用いた機能解析を行った。そのためsiRNAを用いた発現抑制系を樹立し細胞内でのloss of functionの実験を行った。まずqRT-PCR, Western blotにより発現パターンを検証し下流のシグナル因子の発現制御について検討した。次にRIPアッセイやChIPアッセイにより発現制御メカニズムの詳細を解析検討した。蛍光免疫染色は細胞内の局在を同定するのに使用した。これらによりCRPC特異的なLncRNAの標的として重要な因子を同定することに成功した。また蛋白コード遺伝子では発現がCRPCで上昇するANLNの機能解析を行った。ANLNは細胞分裂時に細胞骨格、収縮環に局在するアクチン結合因子である。ANLNの発現抑制により細胞の形態異常、細胞分裂の障害を起こすことを見出した。また研究代表者らはCRPCで重要な転写因子OCT1の機能解析も進めた。その結果OCT1のCRPC特異的な標的遺伝子としてANLNが最も発現量が高いことを見出し報告した。またANLN以外にもスクリーニングの結果二つの有力なCRPC進展に重要な新たな因子を見出した。更なる機能解析を進める予定である。ヌードマウスを用いたin vivoの実験を予定している。本研究の目的を達成するため前立腺癌サンプルを使用しRNA-seq解析を施行した。前立腺癌サンプルは手術で摘出した前立腺よりLaser capture microdisectionにより癌組織を切り抜いたもの、および良性組織を使用した。また治療抵抗性のCRPCサンプルを患者からの針生検や死後に解剖により摘出するなどして腫瘍組織を入手した。これらの組織よりRNAを抽出してRNA integrityを計測し基準を満たすサンプルについてRNA-seq解析を施行した。得られたリードからゲノムへのマッピングを行い、Refseqに合致するエクソン領域についてシークエンスタグの集積を解析した。統計手法としてFisher exact test、Mann Whitney U-testを施行した。また遺伝子あたりの発現量はfragments per kilobase of exon per million reads mapped (RPKM)を計算することで定量化した。以上の解析よりCRPC特異的に上昇する遺伝子群およびLong non-coding RNAならびに蛋白コード遺伝子群を抽出した。またアンドロゲン応答遺伝子についてはCRPCで特異的に上昇するというより癌組織で既に上昇している傾向を見出した。CRPCではアンドロゲン除去療法の影響から発現が低下するものが多かった。しかしながら上昇するアンドロゲン応答遺伝子もありこれらはCRPCでのAR転写プログラムにより誘導される応答遺伝子と考えられた。共同研究者の異動などがあり計画を繰り越して初年度の計画を終了した。時間はかかったものの当初の予定通り腫瘍組織を用いたRNA-seq解析を施行できたため順調に進展したと考えられた。2018年度の計画では得られた遺伝子群について機能解析を行う。遺伝子群の機能はPathwayやGo-term解析により網羅的にCRPCに至るシグナル、細胞内の活性化されるpathwayを同定する。またLong non-coding RNAについてCRPCにおける役割を考察する。
膵臓癌に対する超音波内視鏡を用いた微量放射線源局注療法と化学療法併用の試み

実際に膵臓癌患者に超音波内視鏡(EUS)を用いて、I^<125>を局注し、化学療法併用する実臨床への導入は達成できなかった。膵臓癌に対する放射線源は適応外使用であり、EUSガイド下の局注手技は未だ確立された手技で無いことから、放射線源の臨床試験を行う以前に、安全性確認の為のミニブタを用いた動物実験を施行した。計5匹のミニブタの肝臓・脾臓・膵臓に、I125にみたてた金属片を局注した。金属片局注前後でのミニブタの呼吸循環動態に変化は認められず、また解剖時に腹腔内に出血など認めず確実な局注術が施行可能であった。今後、今回の実験も含めて書類を作成し、当院倫理委員会に提出し、臨床試験を開始する予定である。「研究の目的」EUS-FNAの技術を利用し膵臓癌に微量放射線源を局注することにより、従来の体外照射に比較して低侵襲で利便性の高い放射線療法と化学療法の併用の可能性を研究すること。「研究実施計画」当院の倫理委員会の承認を得、はじめにPhase Iとして膵臓癌患者6名にI^(125)燭を局注する。放射線源局注による出血や感染などの有害事象の発生が1/3以下であればGEHによる化学療法を同患者に対して開始する予定であった。「研究の実施」膵臓癌に対する放射線源は適応外使用であり、またEUSガイド下の局注手技は未だ確立された手技で無いことから、放射線源の臨床試験を行う以前に、安全性の確認のミニブタを用いた動物実験を計画した。しかし実験動物のミニブタは、韓国の口蹄疫のため輸出が制限され実験計画が予定より遅延した。その間に局注手技の確立の為、海外の報告をもとに19G針を用いてこんにゃくや肉片を対象として練習し手技を確立した。2011年2月にミニブタを入手でき、2匹に対して、膵臓、その他臓器を観察した。ミニブタの膵臓は人間と比較すると小さく、金属片の大きさを人間比で0.8倍と設定し金属片を作成し、穿刺可能な腹腔内臓器に実際に局注した。局注の手技はEUS画像およびX線にて確認しながら施行した。金属片局注前後でのミニブタの呼吸循環動態に変化は認められず、また解剖時に腹腔内に出血なども確認できなかったことから安全に施行できたと考える。→次年度として、更に3匹のミニブタを用いた動物実験を計画しており安全性を確証する。また今回の実験も含めて書類を作成し、当院倫理委員会に提出し、臨床試験を開始する予定である。膵臓癌患者は年40人ほど診断しており、同意を得られれば順次説明していく。「研究の目的」EUS-FNAの技術を利用し膵臓癌に微量放射腺源を局注することにより、従来の体外照射に比較して低侵襲で利便性の高い放射線療法と化学療法の併用の可能性を研究すること。「研究実施計画」当院の倫理委員会の承認を得、はじめにPhase Iとして膵臓癌患者6名にI^<125>を局注する。放射線源局注による出血や感染などの有害事象の発生が1/3以下であればGEMによる化学療法を同患者に対して開始する予定であった。「研究の実実」膵臓癌に対する放射線源は適応外使用であり、またEUSガイド下の局注手技は未だ確立された手技で無いことから、放射線源の臨床試験を行う以前に、安全性確認の為のニブタを用いた動物実験を計画した。2011年2月にミニブタ2匹に対して、膵臓、その他臓器を観察した。ミニブタの膵臓は人間と比較すると小さく、金属片の大きさを人間比で0.8倍と設定し金属片を作成し、穿刺可能な腹腔内臓器(肝臓・脾臓)に実際に局注し、X腺、EUS画像にて局注を確認した。2012年度は、更なる安全性確認として、当初ミニブタ3匹に対して追加実験予定であった。しかし東日本大震災もあり福島県のおかれる状況は不安定であった。状況が安定した2012年12月にミニブタ3匹を使用し、追加実験を行った。2011年度では膵臓は厚さ10mmほどと薄く穿刺できなかったが、今年度は手技が安定し、φ0.8mm×長さ3mmに設定した金属片を3個/匹に局注可能であった。金属片局注前後でのミニブタの呼吸循環動態に変化は認められず、また解剖時に腹腔内に出血なども確認できなかった。

解剖では、8/9個(88.8%)を膵実質内に局在していることを確認できたが、1個は腹腔内に逸脱していた。→予定年度内には予備実験までの進展であった。福島県は外部・内部被曝の問題渉あり放射線源注入実験は世論も関係するが、逆にwhole body counterなどの機器が他県より進んだ環境となり実際の被曝量測定や安全性の確認ができるようになる。今後、今回の実験も含めて書類を作成し、当院倫理委員会に提出し、臨床試験を開始する予定である。
難分解性化合物含有廃水の光酸化・超音波ハイブリッド処理

新たに薬剤を添加することなく難分解性有機化合物を分解できる超音波-光酸化触媒併用処理法を用いて、染料の一つであるアシッドオレンジ52(AO52)の分解を行い、無機物イオン、通気気体、他の染料成分との共存の影響について検討を行った。無機物イオンとして塩化物イオンを添加したところ、AO52の分解に影響は無かったが、全有機炭素(TOC)の分解は阻害された。これは暗室での吸着実験より、塩化物イオンの触媒表面への吸着による光触媒反応阻害と考えられる。染料成分が2成分の場合、超音波単独および光触媒酸化単独の場合よりも併用処理の場合の方が染料の分解率は高かったことから、多成分でも併用処理は有効であることがわかった。通気気体の種類について検討した結果、酸素通気が最も分解効率が良い結果となった。酸素よるラジカル反応の促進により副生成物を含めた溶液の無機化が効率よく行われたといえる。併用処理では、ラジカル反応と熱分解反応がそれぞれ疎水性物質及び親水性物質に対して有効に働くため、効率よく分解が行える。しかし、分解機構や分解対象物質の物性によって有効な通気気体は異なるため、処理条件によって通気気体を変化させることが望ましい。超音波を用いた場合、溶存窒素より硝酸イオンが生成する。硝酸イオンの生成を抑制するためには、処理開始前に窒素を含まない気体を通気し、溶存窒素を十分に除去し、処理開始後も窒素以外の気体を通気することが有効であることが明らかとなった。ゼブラフィッシュの卵を用いた、卵核胞崩壊活性の検定によって、AO52溶液を超音波-光触媒併用処理した際の、副生成物及び最終生成物が生体に及ぼす影響について検討を行った。その結果、処理溶液は卵核胞崩壊活性に対して影響を及ぼさず、処理過程で生体に影響を及ぼすような物質の生成はないことが確認され、本処理法は生物に優しい方法であることが確認された。(789文字)新たに薬剤を添加することなく難分解性有機化合物を分解できる超音波-光酸化触媒併用処理法を用いて、染料の一つであるアシッドオレンジ52(AO52)の分解を行い、無機物イオン、通気気体、他の染料成分との共存の影響について検討を行った。(789文字)紫外線を発光するLEDは、従来の光酸化処理装置の光源として考えられてきたブラックライトや殺菌灯などと比較して消費電力が少なく、寿命が数倍長いだけでなく、1つあたりが極めて小さいことから反応装置に適した光源として有利であると考え、紫外線LEDを用いた光触媒分解について検討した。その結果、LEDを光源に用いた処理において、24時間照射で染料の25%は無機化された。しかし、ブラックライトと比較したところ分解効率は極めて低く、現段階では実用化は困難であることがわかった。染料を含有した実廃水は無機塩が含まれている。そこで塩化物イオンを添加し、その影響について検討した。塩化物イオンの濃度は25および50ppmとした。光酸化触媒単独処理の場合、染料分解率とTOC(全有機炭素)分解率は塩化物イオンによってかなり阻害された。超音波単独処理では塩化物イオンの阻害効果は全く見られず、光酸化触媒・超音波併用処理では、染料の分解率への影響は見られなかったが、TOC分解率は塩化物イオンによる阻害が見られた。しかし、併用の場合のTOC分解率は単独の場合よりも高く、阻害物質が存在する場合でも光酸化・超音波併用処理は分解に有効であることがわかった。暗室での吸着実験の結果、塩化物イオンは光触媒表面上に吸着することがわかった。この吸着により、染料分子の触媒表面への吸着や触媒表面でのラジカルの生成が阻害されることにより、分解率が減少したと考えられる。また、染料成分が2成分の場合についてもx検討した。

単成分の場合と同様、光触媒・超音波併用処理が最も染料分解率が高かったことから、多成分の場合であっても併用処理が有効であることがわかった。難分解性有機化合物として染料の一つであるアシッドオレンジ52(AO52)の水溶液を用いて、超音波-光触媒併用処理装置の実用化を視野に入れ、通気気体の影響、生体に与える影響などについて検討を行った。超音波-光酸化処理について通気気体の種類について検討した結果、酸素通気が最も分解効率が良かった。光触媒及び超音波処理に共通した分解機構はラジカル反応である。ラジカル反応が酸素通気によって促進され、ラジカル反応の促進によって、副生成物を含めた溶液の無機化が効率よく行われたと考えられる。超音波-光触媒併用処理では、ラジカル反応と熱分解反応がそれぞれ疎水性物質及び親水性物質に対して有効に働くため、効率よく分解が行える。しかし、分解機構や分解対象物質の物性によって有効な通気気体は異なるため、処理状況に応じて通気気体を変化させることが重要となる。超音波処理の際、溶存窒素の影響により硝酸イオンが生成する。硝酸イオンの生成を抑制するためには、処理開始前に、窒素を含まない気体を十分に通気し、溶存窒素を除去し、絶えず窒素以外の気体を通気しながら処理を行う必要があることがわかった。ゼブラフィッシュの卵を用いた、卵核胞崩壊活性の検定によって、AO52溶液を超音波-光触媒併用処理した際の、副生成物及び最終生成物が生体に及ぼす影響について検討した。その結果、処理溶液は卵核胞崩壊活性に対して影響を及ぼさず、処理過程で生体に影響を及ぼすような物質の生成はないことが確認され、本処理法は生物に優しい方法であることが確認された。実染料廃水の超音波-光触媒併用処理を行い、無機イオンの解離やTOCの減少を確認した。しかし、現在の装置では処理は十分とはいえず、分解効率の向上、処理方法の改善などが今後の課題である。
気候変動下の貿易自由化と世界食料市場システミックリスク：多地域DSGEモデル評価

1水文モデルの推定と渇水・灌漑率の予測:水文に関する実績の気候及び流況データと流域地形データをもとに、全球のグリッド(1度単位)ごとの流量を予測する水文モデルの作成に着手した。特に、流出係数等のパラメータの修正(チューニング)を行って、モデルの予測精度の向上を試みた。2作物モデルの推定と作物別の単収予測:気候及び主要作物の収量に関する実績データをもとに、全球のグリッドごとに、作物別の単収を予測する作物モデルを作成した。モデルのパラメータの推定は、ベイジアン推定法を適用し、概ね現況を再現する値を得た。3世界各国を対象とする一般均衡モデルの作成:世界経済データ(GTAPデータ)、FAOの世界農業データ及びIPCCの社会経済シナリオ(SSP)を用いて、世界各国の作物収量に関する変動状況を解明し、この影響が世界の穀物市場の需給動向、食料価格の動向に及ぼす影響を分析するための世界CGEモデルの作成に着手した。4日本を対象とする一般均衡モデルの作成:日本の経済データをもとに、動学的確率的一般均衡(DSGE)モデルのパラメータをカリブレートし、モデルのプロトタイプを作成した。このモデルを用いて、2005年以降の日本経済の成長経路の再現性を検証し、モデルのパフォーマンスが高いことを確認した。特に、東日本大震災とその後の復興過程をモデルがよく再現することを明らかにした。また、日本の地域間産業連関表のデータをもとに多地域動学応用一般均衡モデルのプロトタイプを作成し、気候変動による日本の農産物に関する収量、価格への影響を試算した。1水文モデルの推定と渇水・灌漑率の予測:実績の気候及び流況データと流域地形データをもとに、全球のグリッド(1度単位)ごとの流量を予測する水文モデルを完成させる。2作物モデルの推定と作物別の単収予測:主要パラメータに関する感度分析を行ってモデルのパフォーマンスを検証する。3世界各国を対象とする一般均衡モデルの作成:1及び2で作成する水文モデル及び作物モデルを用いて、気候変動による河川流量や作物収量の予測値を推計し、これらの影響が経済構造に及ぼす影響を定量化するための関数を作成する。合わせて、新しく公表されるデータ等を考慮して構造を検討し、世界多地域からなる動学的確率的一般均衡(DSGE)モデル及び世界の多国多地域からなる応用一般均衡(CGE)モデルを作成する。これらの影響関数と経済モデルを用いて、気候変動に伴う不確実性ショックの経時的な影響を予測できるようにモデルを連携し、現実のマクロ経済データにもとづいて実証分析が可能なように改良する。4日本を対象とする一般均衡モデルの作成:日本経済に関するDSGEモデル及び多地域逐次動学CGEモデルに気候変動による不確実性ショックを与えて応答結果を求め、先行研究の結果と比較して、モデルの精度、妥当性、特性を検証する。また、日本経済モデルを用いて、3で作成する世界経済モデルが予測する輸出入や世界価格にもとづいて国内の生産、消費を最適化し、世界経済と日本経済を連携して分析できるよう工夫する。上記の結果について、国内外の学会や国際ジャーナルで公表し、成果の普及を図る。1気候データ、作物データ、地形データの整備:実績の気候データ、作物収量のデータ、河川流況データをもとに、新規年のデータを追加して実績データを整理した。また、水文モデル作成に不可欠な全球の流域地形データを整備した。合わせて、全球気候モデルであるMIROC V5等の将来予測結果を整理してデータベース化に着手した。2経済データ整備:GTAP(米Purdue大学)の世界経済データをもとに、計算時間と結果の最適化を図りつつ地域統合、部門統合を行った。日本経済については、地域間産業連関表や国民経済計算の経済データを収集・整理した。これらデータをモデル開発用のソフトウェア上で利用可能な型式に変換して、経済データベースの作成に着手した。3水文モデルの構造の見直し:水文モデル(HiGW-MAT)をもとに、人間活動を考慮して日降雨量から世界の河川流況を高精度に予測可能な水文モデルの改良に着手した。4作物モデルの構造の見直し:主要4作物(米、麦、大豆、トウモロコシ)について、PRYSBI2モデルをもとに、技術係数や灌漑率の影響を加味して高度な収量推計を行うモデルの定式化に着手した。5多地域DSGEモデルの定式化:先行研究のモデルをもとに、多地域に対応した世界多地域DSGEモデルと日本の多地域DSGEモデルの構造を検討した。また、DSGEモデルとの比較のため、気候変動の影響を確定的なショックとして取り扱う逐次動学型の世界CGEモデルと日本の地域CGEモデルの改良に着手した。年2回の研究会開催により、課題相互の連携を取りながら順調に進めている。

3世界各国を対象とする一般均衡モデルの作成:世界経済データ(GTAPデータ)、FAOの世界農業データ及びIPCCの社会経済シナリオ(SSP)を用いて、世界各国の作物収量に関する変動状況を解明し、この影響が世界の穀物市場の需給動向、食料価格の動向に及ぼす影響を分析するための世界CGEモデルの作成に着手した。4日本を対象とする一般均衡モデルの作成:日本の経済データをもとに、動学的確率的一般均衡(DSGE)モデルのパラメータをカリブレートし、モデルのプロトタイプを作成した。このモデルを用いて、2005年以降の日本経済の成長経路の再現性を検証し、モデルのパフォーマンスが高いことを確認した。特に、東日本大震災とその後の復興過程をモデルがよく再現することを明らかにした。また、日本の地域間産業連関表のデータをもとに多地域動学応用一般均衡モデルのプロトタイプを作成し、気候変動による日本の農産物に関する収量、価格への影響を試算した。1水文モデルの推定と渇水・灌漑率の予測:実績の気候及び流況データと流域地形データをもとに、流出係数等のパラメータの修正(チューニング)を行って、全球のグリッド(1度単位)ごとの流量を予測する水文モデルを作成する。作成したモデルを用いて、複数の将来シナリオ(RCP)に沿った全球気候モデルの気候予測結果を入力して2100年までのグリッドごとの流況、用水利用可能量及び灌漑率の変化を予測する。2作物モデルの推定と作物別の単収予測:実績の気候及び収量データをもとに、全球のグリッドごとに、作物別の単収を予測する作物モデルを作成する。作成したモデルに、複数の将来シナリオ(RCP)に沿った全球気候モデルの予測結果と水文モデルの出力を入力し、2100年までの国別・作物別の収量予測を行う。3世界及び日本のDSGEモデルの作成:GTAPの世界経済データや日本の国民経済計算データを用いて、先行研究のディープパラメターの推計値を参考に定常状態の経済状況を求め、多地域化したモデルのパラメータをカリブレートする。モデルにIPCCの社会経済シナリオ(SSP)の状況を入力し、多地域における不確実性ショックの経時的な影響を示す手法の開発に着手する。4世界及び日本の逐次動学CGEモデル:世界及び日本の逐次動学CGEモデルの高度化を図るため、IPCCの社会経済シナリオ(SSP)の状況を入力し、各国の将来的な経済水準の変化を試算する。1水文モデルの推定と渇水・灌漑率の予測:実績の気候及び流況データと流域地形データをもとに、全球のグリッド(1度単位)ごとの流量を予測する水文モデルを完成させる。2作物モデルの推定と作物別の単収予測:主要パラメータに関する感度分析を行ってモデルのパフォーマンスを検証する。3世界各国を対象とする一般均衡モデルの作成:1及び2で作成する水文モデル及び作物モデルを用いて、気候変動による河川流量や作物収量の予測値を推計し、これらの影響が経済構造に及ぼす影響を定量化するための関数を作成する。合わせて、新しく公表されるデータ等を考慮して構造を検討し、世界多地域からなる動学的確率的一般均衡(DSGE)モデル及び世界の多国多地域からなる応用一般均衡(CGE)モデルを作成する。これらの影響関数と経済モデルを用いて、気候変動に伴う不確実性ショックの経時的な影響を予測できるようにモデルを連携し、現実のマクロ経済データにもとづいて実証分析が可能なように改良する。
筆跡の顕著性の高い局所領域に着目したオフライン筆者照合に関する研究

【研究目的】オフライン筆者照合では、これまで文字の大局的情報を利用した手法が中心であった。しかし、最近、人間の視覚特性に着目した法科学分野の研究において、筆跡鑑定専門家は文字全体をそのまま捉えるのではなく、顕著性の高い局所領域に着目し効率的に文字の特徴を捉えていることが実験的に示されている。したがって、このような人間の視覚特性を考慮し、顕著性の高い局所領域に着目した筆者照合モデルを構築できれば、一層の性能面・運用面の課題改善が期待できる。そこで本研究は、筆跡全体をそのまま特徴量として用いる従来手法を発展させ、筆跡の中でも特に顕著性の高い局所領域に着目した新たな筆者照合モデルを構築し、筆跡サンプルを用いた実験により、性能面・運用面における課題改善を試みた。【研究方法】本研究では、まず、入力された筆跡サンプルの画像に対し、画質改善の前処理を行った。次に、筆跡中の顕著領域から局所特徴量を抽出後、それらに対してベクトル量子化を施すことで、筆者照合に有効な特徴ベクトルを取得した。続いて、これらの特徴ベクトルを用いて、筆者毎の照合モデルを構築した。最終的に、テストデータを用いて、本照合モデルの性能を評価した。【研究成果】本提案手法の有効性を評価するため、実際に筆跡サンプルによる実験を行ったところ、筆跡中の顕著性の高い局所領域に着目した新たな筆者照合モデルを適用することで、従来手法よりも性能面・運用面ともに有効な成果を得た。
機能性ＲＮＡ統合解析による日米欧の胃・大腸発癌の分子疫学的解明と臨床応用・癌予防

日米欧の胃癌、大腸癌を対象に、DNAメチル化、miRNA発現、標的癌関連遺伝子変異、宿主SNPの点からmiRNA異常を統合的に解析した。DNAメチル化およびmiRNA発現プロファイルの詳細、個々の重要なDNAメチル化およびmiRNA発現変化を明らかにした。標的癌関連遺伝子の3'-UTR、5'-UTRなどnon-coding DNA領域の複数の遺伝子変異を明らかにした。pri-miR、pre-miR、miRNAプロセシングに関わる各遺伝子、さらに標的となる癌関連遺伝子のmiRNA結合配列等のSNPを明らかにした。胃癌および大腸癌の癌組織および癌細胞株において、癌関連遺伝子の3'-UTRなどnon-coding DNA領域の変異解析を行い、複数の遺伝子変異を明らかにした。変異を認めた遺伝子に関して、変異とmiRNAによる発現調節異常やmRNA安定性との関連などを機能解析により明らかにした。GoldenGateAssay等を用いて明らかにした日米欧の胃癌、大腸癌におけるDNAメチル化プロファイルつまりDNA methylome(fingerprint)の詳細データからさらに個々の遺伝子メチル化を解析し、その重要性を明らかにした。microRNA(miRNA)microarrayを用いて解析し明らかにした胃癌および大腸癌の癌組織、隣接非癌組織におけるmiRNA発現プロファイルの詳細から、候補遺伝子を絞り詳細に解析を進め、個々の重要なmiRNA発現変化を明らかにした。例えば、胃癌では、多発胃癌の背景胃粘膜におけるmiR-34b/cの高メチル化を明らかにし、さらに胃癌異時性再発のマーカーとしての有用性を明らかにした。大腸癌では、miR-31がBRAF遺伝子変異群で野生型の群と比較して発現亢進しているmiRNAとして同定された。miR-31は大腸癌の不良な予後とも相関が認められたことから分子診断・標的治療の新規バイオマーカーとして期待される。胃癌および大腸癌の癌組織および癌細胞株において、癌関連遺伝子の3'-UTR、5'-UTRその他non-coding DNA領域の変異解析を網羅的に行い、複数の遺伝子変異を明らかにした。変異を認めた遺伝子に関して、変異とmiRNAおよびその他の機序による発現調節異常やmRNA安定性との関連などを機能解析により明らかにした。なる癌関連遺伝子のmiRNA結合配列等のSNPの関連を網羅的に明らかにした。これらSNP、CNVと上記で明らかにしたmiRNA発現変化や癌関連遺伝子の発現変化等との関連を明らかにした。日米欧の胃癌、大腸癌におけるDNAメチル化プロファイルつまりDNA methylome(fingerprint)の詳細をGoldenGate Assay等を用いて明らかにした。さらに、新規のメチル化遺伝子候補の中から複数の遺伝子に関して、パイロシーケンスやMSP法等を用いて詳細に解析したところ、胃癌および大腸癌細胞株においてメチル化と発現低下の相関を認め、また、脱メチル化剤処理による再発現を認めた。メチル化遺伝子およびmiRNA発現異常ともに分子マーカーとして有用性が期待できるものが多数あり、臨床的にも意義の大きな結果を得た。胃癌および大腸癌の癌組織および癌細胞株において、癌関連遺伝子の3'-UTR以外も含めたnon-coding DNA領域の変異解析を行い、複数の遺伝子変異を明らかにした。日米欧の胃癌、大腸癌を含むさまざまな癌種におけるDNAメチル化プロファイルつまりDNA methylomeの詳細を明らかにすることができ、今後の解析にも非常に有用なデータである。miRNA発現およびその制御機構の破綻、miRNAにより制御を受ける癌関連遺伝子non-coding DNA領域異常とその分子機構、宿主側としてmiRNAに関わるmiR-SNP、CNVと発癌リスク、癌の個性との関連の解析は、いずれも研究計画通り、順調に進展している。25年度が最終年度であるため、記入しない。日米欧の胃癌、大腸癌におけるDNAメチル化およびmiRNA異常の詳細を明らかにすることができ、今後の解析にも非常に有用なデータである。順調に進展した23年度に引き続き、24年度も研究計画に基づき、研究を推し進めていく。miRNA異常、miRNAにより制御を受ける癌関連遺伝子異常、宿主側miR-SNPの3本柱の研究項目の連携を強化していく。順調に進展した2324年度に引き続き、25年度も研究計画に基づき、研究を推し進めていく。
杭基礎と地盤の非線形性を考慮したRC構造物全体系の動的応答解析に基づく耐震設計法

鉄筋コンクリート(以下RC)構造物の地震時挙動は,それを支持する基礎構造と周辺地盤の挙動にも大きく影響されることから,特に強い地震動に対する耐震性能の照査に対しては,基礎と地盤を含めた構造物全体系をモデル化して,工学的基盤から基盤波形を入力する地震応答解析を適用するケースも現れ始めた。従来のように地上構造物と基礎構造物を切り離して照査する体系とは異なり,特に地盤-基礎系の応答算定精度が照査結果に如実に反映されると考えられるため,適用するモデルや境界条件などのモデル化方法の影響も含めた解析手法のさらなる高精度化および応答算定精度の絶対的な評価と,このような高度な解析手法を用いた耐震設計体系の整備が今後の緊急課題である。本研究は,基礎(特に杭基礎)と地盤を含めた構造物全体系の高精度な耐震性能照査手法の開発,そしてそれを適用したより合理的・経済的な構造系の耐震設計手法の構築を目的としている。平成17年度は既に実施したRC杭の載荷実験結果を利用した解析的検討を行った。その際,実構造物への適用を念頭に置き,3次元立体要素を用いた詳細解析と共に,ファイバーモデルに基づく3次元梁要素を用いた自由度低減解析を並行して実施し,地震時における杭体の耐力・変形性状について検討を行った。その結果,3次元立体要素を用いたモデルで精度のよい結果が得られると同時に,解析自由度を低減した梁要素によるモデルによっても,いくつかの解析条件上の配慮を行うことによって,実用に耐える程度の解析精度が得られることが明らかとなった。さらに,並行してせん断土槽を用いたRC杭基礎の振動実験結果を利用した解析を行った。実験に用いた地盤材料や杭体寸法は,前述した実験とほぼ同程度ではあるが,地震時における地盤変形が実験でも再現されており,杭基礎と地盤の両方の動的非線形性が反映された実験結果となっている。この結果を用いた動的応答解析を行い,地盤および杭基礎の動的応答特性について検討を行った。その結果,杭基礎や地盤の応答に現れる瞬間的な加速度性状を再現するためには,従来用いられていた単純なせん断双曲線モデルだけでは不十分であり,せん断特性に及ぼす拘束圧依存性や地盤の体積非線形性(ダイレイタンシー)を考慮することによって,杭基礎-地盤系の応答性状を精度よく再現できることが明らかとなった。以上より,本解析手法を耐震性能照査手法として用いることによって,構造物-杭基礎-地盤全体系の耐震性状を精度よく追跡可能であり,今後,実構造物レベルでの適用事例を重ねていくことによって,より高い信頼性をもって耐震安全性が照査された構造物の構築へとつながるものと考えられる。平成16年度は特に地盤中におけるRC杭の塑性挙動の評価を行うことを目的として実験的および解析的検討を行った。鋼製固定土槽およびせん断土槽中にRC杭を模した試験体を設置し,周囲を地盤物性値が既知の乾燥砂または湿潤砂で満たし,杭頭部に一定あるいは変動軸力を載荷した状態で水平正負交番載荷および動的正弦波載荷実験を行い,杭体表面に作用する地盤反力および杭体の変形を測定しつつ,杭体が終局状態を迎えて耐力低下する変形レベルまで載荷を行う。実験要因として,杭と地盤の剛性比,軸応力レベル,載荷履歴をパラメータとして,RC杭部材の降伏後の塑性挙動を実験的に明らかにした。杭体の載荷履歴に応じ,周辺地盤の挙動もその履歴に依存して変化し,それが杭体挙動に反映されること,周辺地盤から拘束圧力として作用する土圧は,RC部材の曲げ変形特性を大きく改善するほどの効果は有していないことが明らかとなった。これらの実験によって,後の解析的検討に向けて有用な幅広い範囲の実証データが得られた。また,上記の実験結果を元に,各種条件下における杭基礎の塑性・破壊挙動を高精度に追跡しうる3次元FEM解析手法の開発に既に着手している(当初計画では17年度実施予定)。現有の3次元FEM解析プログラムは,RC部材単体に対しては,軸方向鉄筋の座屈やかぶりコンクリートの剥落に伴う耐力低下域までの挙動,および地盤中におけるRC杭の弱塑性域(杭体降伏時の数倍程度の変形レベル)までの挙動は,既にある程度検証されており,本研究では特に,強塑性域およびポストピークの耐力低下域における挙動,杭体と地盤との力の伝達特性を精度よく追跡可能な解析手法の構築を目指している。

鉄筋コンクリート(以下RC)構造物の地震時挙動は,それを支持する基礎構造と周辺地盤の挙動にも大きく影響されることから,特に強い地震動に対する耐震性能の照査に対しては,基礎と地盤を含めた構造物全体系をモデル化して,工学的基盤から基盤波形を入力する地震応答解析を適用するケースも現れ始めた。従来のように地上構造物と基礎構造物を切り離して照査する体系とは異なり,特に地盤-基礎系の応答算定精度が照査結果に如実に反映されると考えられるため,適用するモデルや境界条件などのモデル化方法の影響も含めた解析手法のさらなる高精度化および応答算定精度の絶対的な評価と,このような高度な解析手法を用いた耐震設計体系の整備が今後の緊急課題である。本研究は,基礎(特に杭基礎)と地盤を含めた構造物全体系の高精度な耐震性能照査手法の開発,そしてそれを適用したより合理的・経済的な構造系の耐震設計手法の構築を目的としている。平成17年度は既に実施したRC杭の載荷実験結果を利用した解析的検討を行った。その際,実構造物への適用を念頭に置き,3次元立体要素を用いた詳細解析と共に,ファイバーモデルに基づく3次元梁要素を用いた自由度低減解析を並行して実施し,地震時における杭体の耐力・変形性状について検討を行った。その結果,3次元立体要素を用いたモデルで精度のよい結果が得られると同時に,解析自由度を低減した梁要素によるモデルによっても,いくつかの解析条件上の配慮を行うことによって,実用に耐える程度の解析精度が得られることが明らかとなった。さらに,並行してせん断土槽を用いたRC杭基礎の振動実験結果を利用した解析を行った。実験に用いた地盤材料や杭体寸法は,前述した実験とほぼ同程度ではあるが,地震時における地盤変形が実験でも再現されており,杭基礎と地盤の両方の動的非線形性が反映された実験結果となっている。この結果を用いた動的応答解析を行い,地盤および杭基礎の動的応答特性について検討を行った。その結果,杭基礎や地盤の応答に現れる瞬間的な加速度性状を再現するためには,従来用いられていた単純なせん断双曲線モデルだけでは不十分であり,せん断特性に及ぼす拘束圧依存性や地盤の体積非線形性(ダイレイタンシー)を考慮することによって,杭基礎-地盤系の応答性状を精度よく再現できることが明らかとなった。以上より,本解析手法を耐震性能照査手法として用いることによって,構造物-杭基礎-地盤全体系の耐震性状を精度よく追跡可能であり,今後,実構造物レベルでの適用事例を重ねていくことによって,より高い信頼性をもって耐震安全性が照査された構造物の構築へとつながるものと考えられる。