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先端生命科学技術研究をめぐる法的問題の考察--社会学的考察を基礎として

(1)公法学の基礎理論的研究平成16年度に引き続いて、先端医療技術が発展した現代社会において個人の自己決定権や個人情報等がいかに位置づけられるかという広範な問題意識をもとに、主として憲法的観点から基礎理論的考察を行った。岩間・後掲論文や巻・後掲論文が、その中心的成果である。また、報告書において、岩間「先端科学技術と憲法」と巻「医療技術発展のパラドックス--尊厳死・安楽死に関する憲法学的考察」を収録しており、今後これらの論考を発展させて公表していく予定である。(2)個人情報に関する総合的研究平成17年4月に個人情報保護法が施行したのを受けて、医療・介護サービスにおける個人情報保護の法制度を概観し、あわせてプライバシーとセキュリティに関する諸問題を整理した(多賀谷・後掲論文など)。(3)子どもの権利に関する研究昨年度に引き続いて子どもの権利に関する研究を行い、医療を含めた諸活動において子どもが自己の情報に対していかなる法的地位を有するかを検討している(木村・後掲論文)。(4)各論的研究報告書に寄せた鈴木「ヒトゲノム問題」では、治験の手続を参考にしつつ、遺伝子分析に関する法的問題を概観している。同じく木村「医師の顛末報告義務ないし死因説明義務について」では、先端医療等における医師の説明責任について、おもに患者死亡後の問題状況に焦点をあてて考察した。(5)比較法的研究報告書に収録した木村「フランスにおける医事法の展開について」では、遺伝子研究等の先端医療技術の進展をうけたフランス医事法学の展開をフォローし、同国における法令整備の過程を含めた分析を行ったうえで、日本法の展開と比較しつつ、医事法学体系の構築に向けた理論的作業を試みた。本年度は、医療倫理研究に関する基礎的作業に時間を割いたため、公表した文献は必ずしも多くないが、その成果は次の3つに分類できる。(1)疫学研究の統制昨年度の企画調査研究を踏まえて、疫学研究の法的規制に関する考察の総括を手がけている。アメリカの施設内設備委員会(IRB)やフランスの倫理規制委員会における疫学研究統制との比較を中心に、日本の疫学研究指針に関する問題点を整理した(木村・千葉大学法学論集掲載論文)。フランスをはじめとした他の諸国の動向については、来年度にまとめあげる予定である。(2)がん登録疫学研究との異同から出発して、がん登録に関する法的諸問題を考察している。アメリカ・イギリスの動向をフォローしつつ、日本の現状についての問題点を抽出している。そのために、内外の文献収集とあわせて、医療機関や行政機関において聞き取り調査を実施した。(3)生命倫理ヒトゲノムと特許の関係について、主としてドイツの状況を参考にしながら、日本における諸論点を考察した。(4)自己決定権に関する理論的考察以上の個別的問題においては、研究者の学問の自由と被験者の自己決定権との対立関係が問題になることから、憲法上の自己決定権に関する基礎理論的研究を、おもにアメリカの学説を参考にして行った(巻・国家学会雑誌掲載論文)。来年度以降、続編を公表していく予定である。来年度以降は、以上の研究を継続しつつ、臨床医療のレヴェルを含めて、医療倫理に関する法的考察を広く手がけ、生命倫理に関する一般論につなげていく予定である。(1)公法学の基礎理論的研究憲法・行政法との関係において、個人の自己決定権や個人情報をどのように位置づけるかという問題について、基礎理論的考察を行った。岩間・後掲「憲法解釈における行政法理論-憲法解釈における憲法学説と行政法学説の対話」、巻・後掲「憲法の動態と静態-R・ドゥオーキン法理論の連続戦略をてがかりとして」がその中心的成果であり、今後も自己決定権に関する論考を継続的に公表していく予定である。(2)個人情報に関する総合的研究2005年4月の個人情報保護法の施行を前にして、同法の包括的な検討を行った。

多賀谷・後掲『要説・個人情報保護法』が、その中心的な成果である。今後も、同法の施行後の実務状況の変化を踏まえて、さらなる検討をすすめていく予定である。(3)子どもの権利に関する研究子どもの権利に関する総合的な研究を行い、そのなかで、子どもが自己の情報に対していかなる法的地位を有するかを検討している。岩間ほか・後掲「子どもの権利条例に関する研究」がその集大成であり、今後この成果を各論的な研究につなげていく予定である。(4)各論的考察医療情報に関する各論的研究としては、まず疫学研究の倫理指針について、木村・後掲「疫学研究に関する倫理指針について」のなかで、日本の倫理指針を憲法学的な観点およびアメリカとの比較の観点から考察し、その問題点を明らかにした。また、がん登録については、木村・後掲「英国のがん登録制度について」において、英国の制度を分析・紹介し、日本法の問題点にも言及した。(1)公法学の基礎理論的研究平成16年度に引き続いて、先端医療技術が発展した現代社会において個人の自己決定権や個人情報等がいかに位置づけられるかという広範な問題意識をもとに、主として憲法的観点から基礎理論的考察を行った。岩間・後掲論文や巻・後掲論文が、その中心的成果である。また、報告書において、岩間「先端科学技術と憲法」と巻「医療技術発展のパラドックス--尊厳死・安楽死に関する憲法学的考察」を収録しており、今後これらの論考を発展させて公表していく予定である。(2)個人情報に関する総合的研究平成17年4月に個人情報保護法が施行したのを受けて、医療・介護サービスにおける個人情報保護の法制度を概観し、あわせてプライバシーとセキュリティに関する諸問題を整理した(多賀谷・後掲論文など)。(3)子どもの権利に関する研究昨年度に引き続いて子どもの権利に関する研究を行い、医療を含めた諸活動において子どもが自己の情報に対していかなる法的地位を有するかを検討している(木村・後掲論文)。(4)各論的研究報告書に寄せた鈴木「ヒトゲノム問題」では、治験の手続を参考にしつつ、遺伝子分析に関する法的問題を概観している。同じく木村「医師の顛末報告義務ないし死因説明義務について」では、先端医療等における医師の説明責任について、おもに患者死亡後の問題状況に焦点をあてて考察した。(5)比較法的研究報告書に収録した木村「フランスにおける医事法の展開について」では、遺伝子研究等の先端医療技術の進展をうけたフランス医事法学の展開をフォローし、同国における法令整備の過程を含めた分析を行ったうえで、日本法の展開と比較しつつ、医事法学体系の構築に向けた理論的作業を試みた。
機械力により駆動する発動分子ベアリング

本研究では,筒状構造をもつ分子を「外枠」とし,フラーレンと呼ばれる分子を「回転子」とする「分子ベアリング」を作り出し,その機能開拓を目指すものである.機能開拓に際しては,分子の機械的な動きとエネルギー変換を主軸とする「発動分子」の概念を取り入れることで,ナノスケールでの分子回転と材料としての機能が直結した,新しいタイプの分子機械の開発を目指す.本研究では,筒状構造をもつ分子を「外枠」とし,フラーレンと呼ばれる分子を「回転子」とする「分子ベアリング」を作り出し,その機能開拓を目指すものである.機能開拓に際しては,分子の機械的な動きとエネルギー変換を主軸とする「発動分子」の概念を取り入れることで,ナノスケールでの分子回転と材料としての機能が直結した,新しいタイプの分子機械の開発を目指す.
レーザラマン分光法による火炎内における炭素質PMの成長挙動と構造形態の解析

層流拡散火炎を対象として,レーザ分光計測による燃料,多環芳香族炭化水素(PAHs),炭素質PM (すす)およびOHの火炎内分布のデータを基に,火炎内における炭素質PMの履歴を評価した.さらに,火炎内の炭素質PMをプローブで採取し,レーザラマン分光法で炭素構造を解析した.その結果,火炎下流に行くに従い炭素質PMを構成する結晶子サイズとアモルファス炭素が増加するものの,OHが存在する領域に入ると,酸化により結晶子サイズとアモルファス炭素が同時に減少することが分かった.これらの結果から,火炎内における炭素質PMの履歴がその炭素構造に強く影響することが明らかとなった.層流拡散火炎を対象として,レーザ分光計測による燃料,多環芳香族炭化水素(PAHs),炭素質PM (すす)およびOHの火炎内分布のデータを基に,火炎内における炭素質PMの履歴を評価した.さらに,火炎内の炭素質PMをプローブで採取し,レーザラマン分光法で炭素構造を解析した.その結果,火炎下流に行くに従い炭素質PMを構成する結晶子サイズとアモルファス炭素が増加するものの,OHが存在する領域に入ると,酸化により結晶子サイズとアモルファス炭素が同時に減少することが分かった.これらの結果から,火炎内における炭素質PMの履歴がその炭素構造に強く影響することが明らかとなった.炭素質PM(すす粒子)は炭化水素燃料の不完全燃焼に起因して生成する有害物質である.近年では,ディーゼル車のディーゼル微粒子除去装置の負荷低減や高効率燃焼装置開発の要求から,炭素質PMの生成量低減やその構造形態制御を可能とする燃焼技術の開発が求められている.しかしながら,炭素質PMの火炎内における成長挙動や構造形態と燃焼特性との関連性については不明な点が多い.そこで本研究では,炭素質PMの構造形態および火炎内における成長挙動をレーザラマン分光法を用いて調べ,燃料性状や燃焼条件が炭素質PMの生成に及ぼす影響について調査する.平成22年度は,測定対象火炎の基礎燃焼特性の把握するため,レーザ誘起蛍光法とレーザ誘起赤熱発光法により炭素質PMの生成特性を評価した.n-パラフィン系の燃料の場合,初期のPAHsは炭素数が1016程度の比較的小さなもので,これが成長して炭素質PMに遷移する手前では炭素数が1624程度の大きなPAHsが存在することが分かった.芳香族系の燃料は燃料分子に芳香族環が含まれているため,火炎内において速やかに大きなPAHsへと成長して炭素質PMが形成されることが分かった.また,含酸素燃料の一つであるDMEは火炎内でのPAHsの成長が非常に緩やかであり,多くのPAHsが火炎内において炭素質PMまで成長することなく火炎反応帯において酸化されることを表す結果が得られた.さらに,レーザラマン分光法を用い,火炎下流に排出される炭素質PMの炭素構造の解析と比較を行った結果,n-パラフィン系に比べて芳香族系燃料の火炎から排出される炭素質PMは,グラファイト化度が比較的高いことを示唆する結果が得られた.炭素質PM(すす粒子)は炭化水素燃料の不完全燃焼に起因して生成する有害物質である.近年では,ディーゼル車のディーゼル微粒子除去装置の負荷低減や高効率燃焼装置開発の要求から,炭素質PMの生成量低減やその構造形態制御を可能とする燃焼技術の開発が求められている.しかしながら,すす粒子の火炎内における成長挙動や構造形態と燃焼特性との関連性については不明な点が多い.平成23年度は,拡散火炎内の各位置ですす粒子を採取し,ラマン分光法による解析を行い,火炎内におけるすす粒子の構造変化について詳細に調べた.その結果,拡散火炎内におけるすす粒子のグラファイト化の進行は火炎温度の影響が強く,火炎温度の比較的高いn-パラフィン系の燃料の燃焼で生成するすす粒子は比較的グラファイト化度が高いことが分かった.そして火炎帯近傍になると,グラファイト化の進行が収束する様子が見られたが,この位置には非常に強い酸化作用を有するOHラジカルが存在するため,すす粒子が酸化を受けたことによりグラファイト化度の進行が収束したものと推測される.また,アモルファスカーボン由来のラマン散乱光に注目したところ,OHが生成され始める位置より散乱光強度の減少が確認され,結晶構造を持つグラファイトカーボンよりも非結晶構造のアモルファスカーボンの方が優先的に酸化を受けることが示唆された.一方,芳香族系燃料であるベンゼンの拡散火炎内で採取したすす粒子については,火炎上流ではグラファイト化度が高いものの,火炎温度が比較的低いためにその後グラファイト化が進まないことを表す結果が得られた.このような火炎内におけるグラファイト化度の進行や酸化反応に関する知見は新規的なものであり,火炎内におけるすす粒子のメカニズムを解明するうえで貴重なデータである.また,ディーゼル微粒子除去装置におけるすす粒子の酸化性を検討するうえで有用な基礎データにもなる.炭素質PM(すす粒子)は炭化水素燃料の不完全燃焼に起因して生成する有害物質である.近年では,ディーゼル車のディーゼル微粒子除去装置の負荷低減や高効率燃焼装置開発の要求から,炭素質PMの生成量低減やその構造形態制御を可能とする燃焼技術の開発が求められている.しかしながら,すす粒子の火炎内における成長挙動や構造形態と燃焼特性との関連性については不明な点が多い.平成24年度はプロパン層流拡散火炎を対象に,ラマン分光法で解析した火炎内におけるすすの炭素構造と,過去にレーザ分光法を用いて測定した火炎内における燃料,多環芳香族炭化水素(PAHs),すすおよびOH濃度分布を基に,火炎内におけるすすの生成,成長から酸化に至るまでの履歴による炭素構造の変化について考察した.

その結果,ノズル出口より燃料濃度が減少すると同時にすすの前駆物質であるPAHsが形成され,PAHsは火炎下流に行くに従いその濃度と分子量が増加し,すすが検出され始める直前では炭素数が2024程度の大きさのPAHsが存在することが分かった.すす核はこのようなPAHsの凝縮で形成され,その後すす粒子は火炎下流に行くに従いPAHsのすす粒子表面への吸着や水素引き抜きーアセチレン付加反応(HACA mechanism)などで成長したと考えられる.すす粒子成長と同時に,すす粒子を構成する炭素結晶子サイズの増加が確認された.火炎温度と火炎内におけるすす滞留時間を考慮すると,結晶子サイズはサーマルアニーリングの進行で増加したのではなく,HACAmechanismにより結晶子が成長したもの推察された.そして,すす粒子がOHが存在する領域に入ると,酸化により結晶子サイズとアモルファス炭素が同時に減少することが確認された.以上より,すすの火炎内における履歴がその炭素構造に大きく影響することが明らかとなった.研究の主な目的は,火炎内における炭素質PMの成長挙動および構造形態を明らかにすることであるが,これまでの研究から成長挙動や炭素構造に関する新規的な知見が得られており,おおむね順調に進展していると言える.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は炭素質PMの炭素構造と燃焼性の関係について重点的に研究を進める予定である.炭素質PMの燃焼性は,ディーゼル車のディーゼル微粒子除去装置の負荷低減や高効率燃焼装置開発を行ううえで重要な情報である.そこで,赤外線加熱炉を用いて炭素質PMの燃焼性について調べ,ラマン分光による構造解析の結果と比較することで炭素構造と燃焼性の相関性を考察する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
発がん感受性を支配する劣性遺伝子群の研究

全国の臨床医の協力の下に小児再生不良性貧血症39家系について末梢血リンパ球および皮膚線維芽細胞の染色体のマイトマイシン(MMC)感受性を指標としてファンコニ貧血性(FA)の確定診断をすると共に、リンパ芽球様細胞株および線維芽細胞株として凍結保存をしてきた。遺伝解析の結果、我が国のFA患者では、20才までの発がんリスクは15.5%であり、親の近親婚率から推定される患者の出生頻度は約128,000人に1人となる。また、ヘテロ接合体の集団頻度は約180人に1人と推定される。これらの結果は、米国における調査結果と近い値となっているMMC高感受性のFA家系22家系でFACC遺伝子のexon 1からexon 14とその隣接領域についてPCR-SSCP-塩基配列決定法で調べた結果、2家系(2/22)で患者と両親の一方にexon 1にA:T→C:Gのヘテロ接合性の突然変異が認められた。しかし、この突然変異はexon 1の非翻訳領域にあること、また同様の突然変異は正常集団(2/57)にも認められることから、多型性突然変異と考えられ、我が国のFA患者にはC群患者は存在したとしても極めて少ないと結論した。また、ataxia telangiectasia(AT)8家系についてATM遺伝子の突然変異を、ATM cDNAをプローブとしてしらべた。その結果、1家系に異常が検出され、2人の姉弟とその母親に同じ異常が見られた。この異常はゲノム上では1.1kbの欠失で、mRNA上では約100bpの欠失であり、exon35の全欠失であると思われる。
先端圧電材料システムの分域回転・結晶粒再配向を考慮した電気破壊・メゾ力学

本研究は,先端圧電材料システムの電気破壊力学特性を,マイクロ構造及び分域・分極ならびに欠陥(き裂等)との相互作用を考慮して解明したものである.すなわち,知的・電子材料システム,マイクロシステム等の信頼性・耐久性評価に資することを目的に,電気破壊・メゾ力学的研究を実施し,以下の成果を得た.1.き裂を有する圧電積層材料の電気弾性・有限要素解析を行い,エネルギー解放率等の破壊力学パラメータに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を明らかにした.2.(1)圧電セラミックスを対象に,MSP(改良型小型パンチ)試験・有限要素解析を行い,破壊荷重・MSPエネルギー・最大ひずみエネルギー密度に及ぼす180°,90°分域回転及び負荷電場の影響を解明した.また,有限要素解析と実験から得られたMSPエネルギーを比較・検討し,MSP試験片の分域回転領域を示して考察を加えた.(2)三層圧電積層片持ちはり(バイモルフ型アクチュエータ)の非線形曲げ試験・有限要素解析を行い,たわみに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を明らかにした.また,三層圧電アクチュエータを対象に,両端単純支持三点曲げ試験及び理論・有限要素解析を行い,変位・分域回転に及ぼす力学的・電気的負荷の影響を解明した.(3)内部電極を有する圧電積層材料の電極端近傍応力・電束密度を理論的に解明した.また,内部・表面電極を有する多層圧電アクチュエータの電極端近傍における電気弾性場集中に及ぼす印加電圧・分域回転の影響及び非線形挙動を理論的・実験的に解明した.さらに,円形電極の場合についても同様に解明し,考察を加えた.3.圧電セラミックスのDT(ダブルトーション)試験を行い,破壊荷重に及ぼす負荷電場の影響を解明した.また,DT試験の有限要素解析を行い,破壊力学パラメータに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を解明して,実験結果に理論的検討を加えた.本研究は,先端圧電材料システムの電気破壊力学特性を,ミクロ構造(結晶粒・転位・マイクロクラック等)及び分域・分極ならびに機械的変形・電気的擾乱によって発生する欠陥(き裂等)との相互作用を考慮して解明したものである.本年度は,圧電材料システムのマクロスケールにおける電気破壊力学特性に影響を及ぼすと考えられるメゾ構造をモデル化し,電気弾性場の解析を行った.また,圧電材料システムにおける電気破壊力学特性のメゾ力学に関する理論解析・数値シミュレーションを行い,破壊力学パラメータに及ぼす分域・分極及び結晶粒配向ならびに負荷電場の影響を解明した.さらに,圧電材料システムの電気破壊・変形実験を行い,破壊力学特性に及ぼす負荷電場の影響をメゾ構造因子を考慮して解明した.得られた成果を要約すると以下の通りである.1.(1)圧電材料システムの破壊力学特性に及ぼす分域・分極及び結晶粒配向ならびに負荷電場の影響解明を目指し,き裂を有する圧電セラミックスの電気弾性問題を取り上げ,破壊力学パラメータに及ぼす電場の影響を解明・考察した.(2)圧電応用デバイスの電気弾性特性に及ぼす分域回転・結晶粒再配向の影響解明を目指し,圧電セラミックス内部の電極端近傍における応力・電場集中について検討中である.2.(1)圧電材料システムの電気破壊・メゾ力学特性評価を行うため,圧電セラミックスの破壊・変形実験(圧子圧入・予き裂導入破壊試験)を行い,破壊特性に及ぼす電場の影響を検討した.(2)圧電セラミックスの改良型小型パンチ(MSP)試験を行い,破壊荷重に及ぼす分域回転・電場の影響を解明した.また,応力・電場集中による分極方向変化を考慮したMSP試験の非線形有限要素解析を行い,MSPエネルギー-電場のヒステリシス特性を解明して実験結果に理論的検討を加えた.(3)三層圧電アクチュエータの曲げ試験・有限要素解析を行い,たわみに及ぼす分域回転・電場の影響について検討中である.本研究は,先端圧電材料システムの電気破壊力学特性を,ミクロ構造及び分域・分極ならびに欠陥(き裂等)との相互作用を考慮して解明したものである.本年度は,昨年度の理論的・実験的検討結果を踏まえ,メゾ構造に関する解析モデルの妥当性を詳細に検討し,問題点をまとめ,新たな解析・実験を実施した.得られた成果を要約すると以下の通りである.1.(1)圧電材料システムの破壊力学特性に及ぼす分域・分極及び結晶粒配向ならびに負荷電場の影響解明を目指し,圧電セラミックスの軸対称電気弾性問題を取り上げ,応力拡大係数・全ポテンシャルエネルギー解放率・力学的ひずみエネルギー解放率・エネルギー密度等の破壊力学パラメータに及ぼす電場の影響を解明・考察した.(2)き裂を有する圧電積層材料の電気弾性・有限要素解析を行い,破壊力学パラメータに及ぼす分極回転及び負荷電場の影響を明らかにした.2.(1)圧電セラミックスを対象に,改良型小型パンチ(MSP)試験・有限要素解析を行い,破壊時の荷重・たわみ及びMSPエネルギーに及ぼす180°,90°分極回転及び負荷電場の影響を解明した.また,有限要素解析と実験から得られたMSPエネルギーを比較・検討し,MSP試験片の分極回転領域を示して考察を加えた.(2)三層圧電アクチュエータの曲げ試験・有限要素解析を行い,たわみに及ぼす分極回転・負荷電場の影響を検討した.(3)円形電極を有する圧電円板の非線形有限要素解析を行い,電極端近傍におけるひずみ集中に及ぼす分極回転の影響を解明した.

また,圧電円板に電圧を印加して電極端近傍におけるひずみを計測し,有限要素解析結果と比較・検討した.3.切欠きを有する圧電セラミックスの4点曲げによる電気破壊試験を行い,き裂初生・伝播に及ぼす負荷電場の影響をき裂先端近傍の分域構造の影響を考慮して検討し,一部興味ある結果を得て考察を加えている.本研究は,先端圧電材料システムの電気破壊力学特性を,マイクロ構造及び分域・分極ならびに欠陥(き裂等)との相互作用を考慮して解明したものである.すなわち,知的・電子材料システム,マイクロシステム等の信頼性・耐久性評価に資することを目的に,電気破壊・メゾ力学的研究を実施し,以下の成果を得た.1.き裂を有する圧電積層材料の電気弾性・有限要素解析を行い,エネルギー解放率等の破壊力学パラメータに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を明らかにした.2.(1)圧電セラミックスを対象に,MSP(改良型小型パンチ)試験・有限要素解析を行い,破壊荷重・MSPエネルギー・最大ひずみエネルギー密度に及ぼす180°,90°分域回転及び負荷電場の影響を解明した.また,有限要素解析と実験から得られたMSPエネルギーを比較・検討し,MSP試験片の分域回転領域を示して考察を加えた.(2)三層圧電積層片持ちはり(バイモルフ型アクチュエータ)の非線形曲げ試験・有限要素解析を行い,たわみに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を明らかにした.また,三層圧電アクチュエータを対象に,両端単純支持三点曲げ試験及び理論・有限要素解析を行い,変位・分域回転に及ぼす力学的・電気的負荷の影響を解明した.(3)内部電極を有する圧電積層材料の電極端近傍応力・電束密度を理論的に解明した.また,内部・表面電極を有する多層圧電アクチュエータの電極端近傍における電気弾性場集中に及ぼす印加電圧・分域回転の影響及び非線形挙動を理論的・実験的に解明した.さらに,円形電極の場合についても同様に解明し,考察を加えた.3.圧電セラミックスのDT(ダブルトーション)試験を行い,破壊荷重に及ぼす負荷電場の影響を解明した.また,DT試験の有限要素解析を行い,破壊力学パラメータに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を解明して,実験結果に理論的検討を加えた.
理学部数学科における教育の改善・向上に関する研究

1.カリキュラムの研究数年前に、今回の分担者である柳原が科研費(一般C)を受け、神戸大学(当時)井関清志教授等と協力して、主として国立22大学(弘前,山形,茨城,埼玉,千葉,お茶の水女,新潟,金沢,富山,信州,静岡,奈良女,神戸,岡山,島根,山口,愛媛,高知,佐賀,熊本,鹿児島,琉球)理学部数学科について、カリキュラムに関するアンケート調査を行いその成果を印刷して各方面に配布して好評であった。今回はそれにひき続き、私立大学理(理工)学部の数学関係学科におけるカリキュラムについて、上智大学森本教授,津田塾大学笠原教授,立命館大学山田教授(いずれも数研連将来計画小委の委員)と協力して調査研究を行った。成果はまた印刷して各方面に配布するが、多くの示唆に富むものと思われる。2.計算機教育、応用数学教育について。京都大学一松教授,東京大学上野教授と協力して、計算機や応用数学の教育について、数年前に調査研究を行ったが、それについて識者から意見やコメントを戴いた。それらはいずれも興味深く参考になることが多いと思われるので、印刷して各方面に配布する予定である。それによって一層論議が深められて、この方面の教育が進展していくことを期待したい。3.大学・大学院の状況の調査について。学部学生,大学院修了生の進路やその勉学条件など、また雑誌・図書などの状況について調べた。これらはまだ十分にまとめられる段階になっていないがさらに研究を進めて行きたい。
10GPa級圧力装置によるプラセオ系銅酸化物超伝導体のホール効果測定

プラセオ系銅酸化物超伝導体Pr2Ba4Cu7O15-δの圧力下における超伝導特性の変化を解明する目的で、10GPa級の圧力下でのホール効果測定装置の開発を目指した。改良型ブリッジマンアンビル法を用いた圧力発生装置の改良により、10GPaを超える圧力下での電気抵抗測定が可能となった。この測定から約11GPaで電気抵抗に極大値が現れた。この変化は、10GPa近傍で生じる構造相転移によるものと考えられる。本申請課題の目的は、新しい超伝導体であるプラセオ系銅酸化物Pr_2Ba_4Cu_7O_<15-δ>(Pr247)の圧力下でのホール効果測定によりその伝導機構を解明することと、その測定を可能とする10 GPa級圧力発生装置を用いたホール効果測定装置の開発である。ホール効果測定にあっては磁場中での安定した温度コントロールが重要となる。新規に導入した温度コントローラーを用いることで実現する、測定システムを構築中である。圧力下の物性測定を可能とする改良型ブリッジマンアンビル装置の最適化を進め、これにより従来の最大8 GPa程度の限界発生圧力を、最大10 GPaを常用とすることが可能となった。またPr247は、11 GPa付近で構造相転移を生じることが明らかとなり、圧力下における伝導機構を解明する上で重要な発見となった。本申請課題の目的は、新しい超伝導体であるプラセオ系銅酸化物Pr2Ba4Cu7O15-δ(Pr247)の圧力下でのホール効果測定によりその伝導機構を解明することと、その測定を可能とする10GPa級圧力発生装置を用いたホール効果測定装置の開発である。このような高圧下でのホール効果測定装置は、これまでになく新しい試みである。改良型ブリッジマンアンビル型圧力発生装置の改良により、最大12GPaの発生が可能となった。この装置を用いて、12GPaまでの室温における電気抵抗測定を行った。電気抵抗は11.5GPa付近で最大値を示した。これまでに測定されていた8GPa以下と比べて著しく電気抵抗が上昇した。この12GPaでの電気抵抗の温度依存性は明確に半導体的な振舞を示した。ダイアモンドアンビルセルと放射光を用いたX線構造解析実験から、Pr247が11GPa付近で構造相転移を生じていることが明らかになった。電気抵抗の極大値はこれに対応した変化と考えられる。またPr247と同じくCuO二重鎖を持つYBa2Cu4O8などにおいても、同様に構造相転移を11GPa付近で生じることが明らかとなった。つまりこのような構造相転移は二重鎖構造に由来する物であり、Pr247の圧力下における伝導機構を解明する上で重要な発見となった。圧力装置の小型化を目的として従来型の1/3程度の大きさの圧力セルの設計、作成を行った。この小型圧力セルは、6GPaの圧力発生を見込み、磁気天秤による磁化測定や極低温測定用に用いることができる。
ゲノム解読に基づく新規抗生物質生産放線菌の開発によるリグノセルロースの高度資源化

本研究は、リグノセルロース(LC)資化能に優れ、LCを原料として抗生物質を生産する能力を有する放線菌を作出し、さらにLCを有用資源化することを目的とした。前年度までに、LC資化能にすぐれる放線菌Streptomyces galbus Y2944を単離し、そのゲノム解読を行った。Y2944のゲノムからセルラーゼ遺伝子10種、セロビオース資化オペロン2種、キシラナーゼ遺伝子7種を見出した。このうちGH5セルラーゼ3種とGH10キシラナーゼ4種の遺伝子発現・精製系を構築し、活性評価を行った。また、Y2944において抗生物質カスガマイシン(KSM)の異種生産が可能であることを示した。H30年度は、1) Y2944ゲノムのキシラン資化遺伝子群をさらに探索し、新たに主鎖分解酵素2種、側鎖分解酵素10種の遺伝子を見出し、当研究室で単離したセルロース資化性放線菌C42株に比べて、格段に多いキシラン分解遺伝子群を有することを明らかにした。2) Y2944のKSM生産能付与株についてアビセル、スギ木粉、ブナ材キシランを原料としたKSM発酵生産試験を行い、セルロース結晶度の高いアビセルやスギ木粉、さらにキシランからもKSMを生産できること、その際に高いセルラーゼ活性やキシラナーゼ活性を菌体外に分泌していることを明らかにした。この組換株にC42株由来セルラーゼ遺伝子群10種を追加導入し、セルロース分解能の発現向上が発酵生産の時間短縮に寄与しうることを示した。上記研究成果(ゲノム解読およびKSM発酵生産)の一部は、2018年度日本放線菌学会大会において発表した。以上より、Y2944はセルロース及びキシランを主要原料として抗生物質を生産するための宿主として利用できると結論付けた。また、Y2944ゲノムのLC資化関連遺伝子群はLCの今後の有効資源化に応用可能であると期待できる。本研究では、リグノセルロース(LC)資化能に優れ、LCを発酵原料とした抗生物質生産能を有する放線菌を獲得し、LCを発酵原料として有用資源化することを目的とする。H27年度までに、セルロース分解活性が強いStreptomyces属放線菌株11株を選抜した。このうちY810およびY1826の2株はカスガマイシン(KSM)生産プラスミドpKSM109の導入によりKSM生産能を付与できた。H28年度は以下の成果を収めた。最も高い分解活性を示したY2944のゲノム解読を行い、高分解能を担う遺伝子系を明らかにすることにした。Y2944のゲノム解読には他の放線菌同様に繰返し配列が含まれると予想されたため、これを克服可能なPac Bio RSIIシステムを採用し、H29年2月にタカラバイオ社にゲノム解読を外注した。年度末までに、ライブラリーの作成およびシークエンシングまで進行した。高度LC資化性放線菌3株でpKSM109の導入実験を行い、Y2944のみpKSM109を導入できた。Y810とY1826の導入株とともに、微結晶性セルロースおよびスギ木材粉末を原料としたKSM生産実験を行ったところ、Y2944の導入株のKSM生産量は他の2遺伝子導入株に比べて明らかに低かった。セルロースおよびキシラン分解活性が高いY2944の物質生産能の低さについては今後検討が必要である。ゲノム解読の対象とするリグノセルロース資化性放線菌の選抜と、ゲノム解読のための準備(試料調製法の検討)などで時間がかかってしまったため、H28年度末までにゲノム解読を完了することができなかった。しかし、これまでで最も高いセルロースおよびキシランの分解能を持つY2944を選抜することができ、H29年度4月末にこの株のドラフト配列が得られ、現時点では順調に進行している。また、Y2944を宿主とした抗生物質生産能が低かったことは期待外れの結果であった。しかし、Y1826を宿主とすることにより高い抗生物質の異種生産が可能であるため、Y2944のLC分解遺伝子群をY1826に導入することにより、「高度LC資化性能を有し高い抗生物質の異種生産能をもつ菌株の育種」などの軌道修正も必要である。我々は、LC(リグノセルロース)を原材料として抗生物質発酵生産が可能な放線菌を育種する技術開発を目指している。研究開始までにLCを炭素源として750株の放線菌株を培養し、カルボキシメチルセルロース(CMC)分解アッセイにより分泌されたセルラーゼを評価し、LCを高度に資化するStreptomyces属放線菌4株を選抜していた。しかし、このうち2株はCMC分解活性に比べ結晶性ろ紙セルロースの分解活性が低く、研究素材として不適切だった。また、残り2株は抗生物質生産プラスミドの導入により実際に抗生物質生産を生産させることができなかった。そこで改めて保有株から、高セルラーゼ活性を分泌し、抗生物質生産プラスミドの導入により物質生産が可能な放線菌株を選抜した。保有する1,500菌株に対してCMC分解アッセイを行い、活性が強い27株を再選抜した。

これらについて、LC培養時の上清に分泌されたろ紙セルロース分解活性を測定し、既存のセルロース資化放線菌S. thermocarboxydus C42の値(1.6 mU/mL)よりも高い、2.0 mU/mL以上の値を示した13株を選抜した。このうち9株は16S rDNA遺伝子配列よりStreptomyces属であることが明らかになった。さらに9株のうち6株はプロトプラストの形質転換が可能だった。さらに、抗生物質カスガマイシン(KSM)生産プラスミドpKSM109を導入してバイオアッセイによりKSM生産能を調べたところ、2株(Y810およびY1826)の形質転換株が陽性を示した。KSM生産用栄養培地で発酵試験を行ったところ、Y810形質転換株は720 μg/mL、Y1826形質転換株は950 μg/mLのKSMを生産できた。以上より、LCを資化してセルロース分解活性を高分泌し、抗生物質生産能を付与可能な放線菌2株を取得することができた。当初選定した菌株の能力が研究目的に合致していないと判断されたため、改めて菌株の選抜を行う必要が生じた。そのため、H27年度に行う予定だったLC資化放線菌の分解能評価、LCを発酵原料とした抗生物質生産試験が完了しておらず、ゲノム解読を開始することができなかった。今年度は、学生の研究テーマにすることができたため、遅れを少しでも取り戻せるようにする。本研究では、リグノセルロース(LC)資化能に優れ、LCを発酵原料とした抗生物質生産能を有する放線菌を獲得し、LCを有用資源化することを目的とする。H28年度までにLC資化能にすぐれ、抗生物質生産用宿主として利用可能である放線菌Streptomyces galbus Y2944を単離し、本菌のゲノム解読を開始した。H29年度にはゲノム解読が完了し、さらに遺伝子予測を行った。Y2944のゲノムは3コンティグにアセンブルされ(8.80 Mb)、線状の染色体(7.93 Mb)と2つの異なるレプリコンから構成されると推定された。遺伝子予測解析により最大9,989のタンパク質コード遺伝子、6つのrRNAオペロン、67 tRNA遺伝子を見出した。LC分解関連遺伝子を探索し、10のセルラーゼ、2つのセロビオース資化オペロン、7のキシラナーゼなどの遺伝子を見出した。このうち、GH5およびGH6のファミリーに属するセルラーゼ遺伝子(cel5A5C, 6A6C)、GH10ファミリーのキシラナーゼ遺伝子(xyn10A10D)がC42のものに比べて多く見出され、これらがY2944の高いLC分解能を担っていると推定した。GH5セルラーゼおよびG10キシラナーゼ遺伝子を放線菌宿主で強制発現させ、遺伝子産物を回収・精製した。セルラーゼ5Aと5Cは典型的なエンド型酵素であり、5Bは基質特異性が特殊なエンド型酵素であると推定した。キシラナーゼ10Aはカバ材キシランを分解したが、10Cと10Dは直接分解できなかった。また、4種のxyn10遺伝子群は、C42に導入した時に各々キシラン分解活性を向上させたため、Y2944の高キシラン分解に関わっていると推定される。さらに、抗生物質KSMの生産能を付与したY2944形質転換体は、セルロースよりも木材粉末を原料とした時により多くのKSMを生産した。ゲノム解読が遅れていたため研究全体が遅れていたが、H29年度にY2944の高セルロース・キシラン分解能を担う遺伝子の候補を見出し、これら遺伝子産物の発現と解析を進めることができた。また、Y2944を宿主とした抗生物質生産試験も順調に進行している。
脂質滴ーER複合体の蛋白質分解系への関与の立証

本研究課題の研究目的は「脂質滴とERの構造的連関を明らかにする」「脂質滴-ER複合体とApoBのプロテアソーム分解系との機能的連関を明らかにする」の二点である.今年度は主として前者の到達目標に沿って研究を行った.1プロテアソーム阻害剤処理した肝癌由来細胞株Huh7では脂質滴(LD)を半月状に取り巻くApoB構造(ApoB-crescent)が観察される.電顕下ではLDと密着した薄いER膜構造が確認され,免疫電顕によりLD-ER密着構造内腔にApoB,ERシャペロンの存在が確認された.2 ApoBへの脂質付加を触媒する酵素MTPを薬理的ないしはsiRNA導入により機能阻害すると,ApoB-crescent形成はプロテアソーム阻害時でも誘導されず,LD-ER密着構造に集積するApoB分子は脂質付加を受けたものであることが判明した.3生化学的に精製した脂質滴画分をアルカリ処理し再度超遠心法により分画すると,ApoBは依然脂質滴に留まり非イオン性結合によりLD-ER密着構造膜に強く結合していた.様々な可溶化処理に対する感受性検査の結果,LDに密着するER膜はコレステロールに富む特異な亜領域である事が分かった.4脂質滴形成の亢進機能が推測されるADRP,TIP47の発現量とApoB-crescent形成頻度とは逆相関を示した.またApoB-crescentは脂肪酸負荷,小胞輸送障害等のpre-VLDLがER内に蓄積する条件で増加した.すなわち同構造は通常時も一過性に形成されて余剰のApoB-lipoproteinを分解するER亜領域として機能している事が示唆された.以上の本年度の成果は現在学術誌に投稿中である.次年度はApoB-crescent形成と蛋白質分解に関わる分子の同定を中心に研究を進める.肝癌由来細胞株Huh7では脂質滴(LD)を半月状に取り巻くApoB構造(ApoB-crescent)が観察される.昨年度の研究から, ApoB-crescentとは脂質付加されたApoB分子を内包した小胞体(ER)の一部がLDに融合した構造である事が,主に電子顕微鏡観察により明らかになった(Ohsaki et al., J. Cell Sci. 2008 ; 121 : 2415-2422) .本研究課題の研究目的は「脂質滴とERの構造的連関を明らかにする」「脂質滴-ER複合体とApoBのプロテアソーム分解系との機能的連関を明らかにする」の二点であるが,今年度は主に後半の課題に沿って, ApoB-crescent形成と蛋白質分解に関わる分子の同定を中心に研究を進めた.1.小胞輸送障害剤によりApoB-VLDLの分泌を阻害することによってApoB-crescentが形成されることが判明した.3. ADP-リボシル化阻害剤処理によりApoBの分泌が他の分泌蛋白質に比べて特異的に減少した.4. ApoB-crescentが増加する条件で培養したHuh7細胞から脂質滴画分を精製し,含まれる蛋白質を網羅的に解析した所,複数のユビキチン化関連分子が同定された.5.脂質滴局在ユビキチン化関連分子の一部の発現量をRNAiにより抑制するとApoB発現量が減少した.6.脂質滴局在ユビキチン化関連分子の一部はApoBと結合した.以上の結果は現在学術誌発表に向けて準備中である.特定の責任分子を明確に同定するには至らなかったが,本研究課題を通じて脂質滴近傍での蛋白質分解機構の存在がさらに強く示唆された.
地震力を受ける鋼製橋脚アンカー部の終局挙動と耐震設計法

鋼製橋脚アンカー部の模型を対象に、繰り返し載荷実験を実施することによりその復元力特性を実験的に明らかにした。この結果を基に、アンカー部の復元力モデルとして、解析的に定めるスケルトンカーブと実験により求められた基準化履歴ループとを組み合わせた「半実験モデル」とこれを簡易化した「複合型モデル」を提示した。上記のアンカー部のモデルを骨組の非線形動的応答解析に導入し、解析した結果、簡易化したモデルである複合型モデルでも実用上十分な精度を有していることが判明した。提示したアンカー部モデルの妥当性を検証するため、兵庫県南部地震でアンカー部が被災した鋼製橋脚を対象に、地震時終局挙動の解析を行った。この結果、実際の損傷傾向が少なくとも定性的には解析可能であることも明らかになった。つぎに、アンカー部の復元力モデルである半実験モデルを用いて数値解析により、アンカー部の強度・剛性が一柱式鋼製橋脚全体の強震時挙動に与える影響について検討した。この結果より、アンカー部の強度・剛性が高くなり、基部の固定度が剛結に近づくと、橋脚区体に損傷が集中し、橋脚天端の最大変位や残留変位がかえって増加すること。アンカー部の固定度が低下すると、アンカー部の損傷は増加するが、橋脚躯体の損傷度は減少することが判明した。アンカー部に損傷が生じるとその補修が難しいためアンカー部の損傷度を小さくすることが設計で要求される。そこで、アンカー部の損傷度が、橋脚躯体の損傷度を下回るための条件を明らかにした。さらに、アンカー部を考慮した一柱式鋼製橋脚の耐震設計法への、エネルギー一定則に基づく静的解析法の適用性を検討した。この結果から、エネルギー一定則により水平震度、最大応答変位についてはかなり精度の良い値が得られること、またこの精度はアンカー部の固定度が高く剛結に近づくほど向上することなどが明らかになった。鋼製橋脚アンカー部の模型を対象に、静的ならびに繰り返し載荷実験を実施することによりその復元力特性を実験的に明らかにした。その結果、杭方式、鉄筋コンクリート方式いずれのアンカー部も相対回転角が増加するとアンカーボルトの塑性変形により、スリップ型の履歴特性を示すこと、また、逆載荷を行うと、逆載荷の領域で最大点指向型の傾向を示すことが明らかになった。この結果を基に、アンカー部の復元力モデルとして、component methodにより解析的に定めるスケルトンカーブと実験により求められた基準化履歴ループとを組み合わせた「半実験モデル」とこれを簡易化した「複合型モデル」を提示した。このモデルは、アンカー部の形状寸法によらず任意の構造に対して設定することができる。提示したアンカー部モデルの妥当性を検証するため、兵庫県南部地震でアンカー部が被災した鋼製橋脚を対象に、地震時終局の挙動の解析を行った。この結果、実際の損傷傾向が少なくとも定性的に体は解析可能であることも明らかになった。現在、アンカー部の強度・剛性が鋼製橋脚全体の挙動に与える影響について解析的に検討している。いままでに判明した特性としては、アンカー部の強度・剛性が高くなり、基部の固定度が剛結に近づくと、橋脚区体に損傷が集中し、橋脚天端の最大変位や残留変位がかえって増加すること。アンカー部の固定度が低下すると、アンカー部の損傷は増加するが、橋脚躯体の損傷度は減少することなどである。

平成9年度に構築したアンカー部の復元力モデルである半実験モデルを用いて数値解析により、アンカー部の強度・剛性が一柱式鋼製橋脚全体の強震時挙動に与える影響について検討した。この結果より、アンカー部の強度・剛性が高くなり、基部の固定度が剛結に近づくと、橋脚区体に損傷が集中し、橋脚天端の最大変位や残留変位がかえって増加すること。アンカー部の固定度が低下すると、アンカー部の損傷は増加するが、橋脚躯体の損傷度は減少することが判明した。すなわち、アンカー部にある程度の柔軟性を持たせると橋脚全体に損傷が分散し、かえって最大応答変位や残留変位が減少する。しかしながら、アンカー部に損傷が生じるとその補修が難しいためアンカー部の損傷度を小さくすることが設計で要求される。そこで、アンカー部の損傷度が、橋脚躯体の損傷度を下回るための条件をアンカー部の終局モーメントと橋脚の終局耐力との関係において明らかにした。これにより、アンカー部の損傷を小さくコントロールするためのアンカー部と橋脚躯体との強度バランスを示すことができた。さらに、アンカー部を考慮した一往式鋼製橋脚の耐震設計法への、エネルギー一定則に基づく簡易的な静的解析法の適用性を検討した。この結果から、エネルギー一定則により水平震度、最大応答変位についてはかなり精度の良い値が得られること、またこの精度はアンカー部の固定度が高く剛結に近づくほど向上することなどが明らかになった。追加実験として、矩形断面鋼製橋脚アンカー部の載荷実験を行い、新たに、半実験モデルによる復元力モデルの定数を決定した。これにより、すべてのアンカー形式に対して解析的にその影響を評価できるようになった。
軽元素に捕獲された負ミュオン初期状態の精密決定

本研究では、低圧のCO、CO2、COSの気体試料に負ミュオンを照射し、ミュオン特性エックス線を精密に測定することで、C原子、O原子への負ミュオンの捕獲現象が、分子によってどのように変化するのかについて系統的に調べた。それぞれの分子においてC原子とO原子にどのような確率で、どのような量子状態で負ミュオンが捕獲されているかを調べ、その結果CO分子のC原子上に存在する非共有電子対が捕獲過程に大きく影響しているということを見出した。そしてC原子上の非共有電子対と相互作用して捕獲された負ミュオンがどのような状態にあるのかについて、初めて定量的に調べることができた。茨城県東海村JーPARCミュオン施設において、1気圧以下の低圧の気体試料条件においてCO、CO2、COS、H2+CO2に対してミュオン照射を行った結果について詳細な解析、検討を行った。CO、CO2、COS試料より得られた、ミュオン特性X線スペクトルを解析する事で、ミュオンがC原子もしくはO原子に捕獲される確率および捕獲された初期の準位について、計算シミュレーションとあわせて決定することができた。本研究より、予想しないことにこれらの3分子間でO原子への捕獲現象は互いに似通っているということがわかった。一方でC原子については、COと他の2原子との間で大きな違いが得られた。これらの違いについての解釈として、C原子の非共有電子の存在が大きく寄与しているという仮説を立て、C原子への非共有電子の影響を定量的に見積もった。この成果は、ミュオンを捕獲する原子の電子状態と、ミュオンの捕獲初期状態について定量的に対応を議論した初めての成果である。同様にCO2とH2+CO2試料から得られたミュオン特性X線スペクトルについても詳細な検討を加えた。特にH2+CO2試料では統計が悪いものの、CO2試料の場合とC原子とO原子への捕獲確率や、それぞれの原子に捕獲されたときのミュオンの初期状態について、大きな違いが見られ、これはミュオン原子の形成過程が転移現象を経て起こっているということを明確に示しているデータが得られた。これらの研究成果についてまとめ、今年度関連の学会発表を6件(うち国際学会3件、国内で1件招待)行い、また3件の原著論文を投稿した。茨城県東海村JーPARCミュオン施設において、前期と後期の2度のミュオン照射のマシンタイムを行った。1気圧以下の低圧の気体試料条件においてCO、CO2、COS、H2+CO2に対してミュオン照射を行い、ミュオン特性X線スペクトルを取得することができた。測定試料は当初の計画では毒性の強い気体試料は平成25年度に回すことになっていたが、施設側の担当者と協力することで早期に使用可能となったので、一部H24年度に測定予定だった試料をH25年度実施というように実験の順番の入れ替えを行い、COSなど毒性の強い気体に対して先行して実験を行った。これらの実験から得られたミュオン特性X線スペクトルを解析し、それぞれの気体試料において、気体を構成する原子にミュオンがどのような確率で、どれだけ捕獲されたかを求めた。本研究では低圧条件で初めて得られた実験結果であり、また低バックグラウンドの条件を達成したのでこれまでよりも精度の高い実験結果が得られた。本研究の実験結果は予想していたように、これまで知られているミュオン捕獲のモデルでは説明できないものであったが、モデルを改訂することで実験結果を再現する条件が得られた。具体的にはミュオン捕獲現象に関わる電子の数をパラメーターとし、これを変化させることでミュオン捕獲にどの電子が関わっているのかについて見積もった。本研究では構造の異なる複数の分子を用いているが、分子を構成する各原子に注目するとミュオン捕獲に関わる電子の数はほとんど同じであることが新たにわかり、今回の実験系においては分子構造の影響が比較的小さいことがわかった。これらの結果は2度の学会発表でまとめて報告を行った。当初の計画では毒性の強い試料に関して使用許可を得るのに時間がかかると考えられたため、毒性の強いCOSなどの実験はすべて平成25年度を実験で使用する予定であったが、使用許可を得ることができたので、平成25年度で使用予定だったものの一部を平成24年度に使用予定だったものへ入れ替えを行った。その結果CとOを含む分子であるCO,CO2、COSを試料とした実験をまとめて行うことができ、これらの分子間でミュオン捕獲現象がどのように変化するのかについてまとめて研究を行うことができた。なお平成24年度に使用予定だった試料に関しては、先行して実験を行った結果余裕のできたマシンタイムにおいて使用する予定であり、そのマシンタイムの取得についても既に完了している。今年度は実験の予定上、平成24年度に使用予定だった試料の一部を平成25年度に予定していたものと入れ替えを行ったが、あくまで入れ替えなので全体的な実験方針に変更はない。また次年度実施のマシンタイム取得についても既に完了している。

次年度のマシンタイムではより効率の良い実験データ取得のために、遮蔽の改良を行い実験精度の向上を目指す。また今年度得られたミュオン捕獲モデルの改良版を、次年度得られる実験結果への適用を行い、モデルの妥当性の評価を行う。該当なし
凍結保存幹細胞(骨髄由来間葉系幹細胞)の継代培養時の変化とその安全性

【研究】(1)ヒト骨髄間葉系幹細胞(MSC)に対して初代培養、継代培養と凍結保存・継代培養の各時点での表面マーカーの変化を調査し、ならび(2)凍結保存後のMSCの安全性を検討した。【方法】(1)ヒト骨髄問葉系幹細胞の表面マーカーCD105抗体、CD133抗体、CD166抗体、CD271抗体を使用し、各継代培養時のMSCの変化を調査した。(2)各継代培養時点でのMSCのCD271抗体変化を比較すると同時にMSCを骨細胞へ分化誘導させ、in vitroにてそのviabilityを検討した。(3)採取した骨髄を洗浄(+),非洗浄(-)にすることでのin vitroの骨形成能を比較した。(4)凍結保存後のMSCの染色体数分析と染色体バンドパターンの変化をGバンド法で検索した。【結果】(1)MSCは継代培養2代目と継代培養3代目(凍結保存後)とも表面マーカー(CD105抗体、CD166抗体)は100%positiveを示した。(2)表面マーカCD271は初代培養後の継代培養時と凍結保存後の継代培養時においてCD271(+)/CD271(-)比に変化を認めなかった。(3)CD271(+)細胞、CD271(-)細胞のいずれのMSCも初代培養後、凍結保存後にかかわらず多分化能を認めた。(4)in vitroにて骨細胞のviabilityは初代培養後ではCD271(+)細胞が、凍結保存後ではCD271(-)細胞が有意に高かった。(5)採取した骨髄の洗浄(+)が非洗浄(-)より有意にin vitroの骨細胞のViabilityが高かった。(6)Gバンド法による染色体数と染色体バンドパターンの検索では初代培養後の継代培養時点、凍結保存(5年、7年10年)後の継代培養時点においても特に異常を認めなかった。しかし凍結5年、10年を経過したMSCではその生存率の低下が認められた。【結語】CD271(+)MSCの骨形成能は凍結保存後に低下する。Gバンド法による染色体検索では凍結保存による異常を認めなかった。採取された骨髄は洗浄(+)後の初代培養がMSC獲得に適していると考えられた。唇顎裂,唇顎口蓋裂児の顎裂部骨移植手術時および顎骨骨切り手術時の余剰組織(骨組織)と出血吸引した血液の血清を本研究に供し、ヒト由来組織を使用するため北里大学倫理委員会の承認(B倫理05-40号)を得ており、家族(保護者)同意のもとに行った。【結果】(1)継代培養2代目・骨髄間葉系幹細胞の表面マーカー(CD105抗体、CD133抗体、CD166抗体)によるFACSでは100%Positiveを示すと共に、凍結保存後の継代培養3代目による表面マーカー(同抗体)も100%Positiveを示した。(2)継代培養2代目・骨髄間葉系幹細胞の表面

マーカーCD271によるFACSではPositveとNegativeに細胞の筋い分け可能であり、凍結保存後の継代培養3代目による同表面マーカーでの篩い分けも可能であった。(3)骨髄間葉系幹細胞のCD271(+)と(-)では骨へ分化誘導後のViabilityにおいてin vitroで有意差を認めた。【結果】CD271は骨髄間葉系幹細胞の細胞性状の変化のマーカーの一つとして有効と考えられた。唇顎裂,唇顎口蓋裂児の顎裂部骨移植手術時および顎骨骨切り手術時の余剰組織(骨組織)を本研究に供し、ヒト由来組織を使用するため北里大学倫理委員会の承認(B倫理01-19号、B倫理05-40号)を得ており、家族(保護者)同意のもとに行った。【方法】1.骨髄間葉系幹細胞の初代培養後、継代培養による表面マーカーの変化と凍結保存後の継代培養による表面マーカーの変化とを骨髄間葉系幹細胞(MCS)の表面マーカー(CD271抗体)を使用しFACSで細胞性状の変化を比較検討すると共に各継代培養時の間葉系幹細胞を骨へ分化誘導させ、in vitroにて骨組織のViabilityを検討した。2.凍結間葉系幹細胞の培養細胞期間での細胞遺伝学的性状の安全確認として染色体数分析と染色体染色のバンドパターン変化をGバンド法で行った。3.採取後骨髄を洗浄(+),非洗浄(-)にすることでのin vitro骨形成能を比較した。【結果】1.FACSによる表面マーカCD271発現は初代培養後の継代培養時と凍結保存後の継代培養時においてCD271(+)/CD271(-)比に変化を認めなかった。2.CD271(+)細胞、CD271(-)細胞のいずれの骨髄間葉系幹細胞も初代培養後、凍結保存後にかかわらず多分化能を認めた。3.in vitroにて骨組織のViabilityは初代培養後ではCD271(+)細胞が、凍結保存後ではCD271(-)細胞が有意に高かった。4.Gバンド法による染色体数と染色体染色のバンドパターンの検索では初代培養後時継代培養、凍結保存後継代培養3年、5年8年において特に異常を認めなかった。しかし凍結5年、10年を経過した骨髄間葉系幹細胞では生存率の低下が認められた。5.骨髄を洗浄(+)が非洗浄(-)より有意にin vitro骨形成能が高かった。【結語】CD271(+)骨髄間葉系幹細胞の骨形成能は凍結保存後に低下する。Gバンド法による染色体検索では凍結保存による異常を認めなかった。骨髄の洗浄(+)後の初代培養が骨髄間葉系幹細胞獲得に適していると考えられた。