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鉄酸化細菌懸濁液による硫化水素の反応吸収

1.吸収液に鉄酸化細菌および坦体微粒子を含まない場合、Fe_2(SO_4)_3水溶液によるH_2Sの反応吸収は、液相中に溶解したH_2Sガスと反応成分FeOH^<2+>イオンとの不可逆二次反応を伴う吸収モデルで合理的に説明できることが明らかになった。反応係数の実測値と上記の吸収モデルに基ずく理論値との比較から算出された反応速度定数は、溶液のイオン強度には無関係に、温度の関数として相関できた。2.鉄酸化細菌の吸着用坦体として活性炭を用いて細菌の吸着平衡を測定したところ、吸着菌体濃度と液相菌体濃度の間にはヘンリ-型の平衡関係が成立し、ヘンリ-定数は粒径の増加に伴って減少することがわかった。3.活性炭存在下での細菌によるFe^<2+>イオンの酸化(吸収剤Fe_2(SO_4)_3の再生)の反応速度を各種の操作変数(粒子径、添加量、Fe^<2+>イオン初濃度)を変化させて行い、活性炭表面に吸着した細菌の菌体収率や比増殖速度を算出した。吸着細菌の菌体収率は操作変数には無関係に一定値をとり、その値は液相での増殖の場合と比べて大差なかった。一方、吸着菌の比増殖速度は、上記の操作変数を相関因子とする速度式で相関できた。この場合の最大比増殖速度は、液相での値よりも著しく増大(約6倍)することが明らかになった。4.活性炭存在下での細菌を含まないFe_2(SO_4)_3水溶液によるH_2Sの反応吸収実験を平面接触撹拌槽で行った結果、懸濁液へのH_2Sの反応吸収速度は粒子無添加の場合と比べて約2倍まで促進できることが見いだされた。今後は、本研究でこれまでに得られた基本的な知見を踏まえて、最終目的である活性炭微粒子に吸着させた鉄酸化細菌を含むFe_2(SO_4)_3水溶液によるH_2Sの反応吸収機構を明らかにするとともに、細菌がその吸収液再生能力を最大限に発揮できる操作条件を確立できるように、研究を発展させたいと考えている。多孔性微粒子担体に吸着させた鉄酸化細菌を含むFe(III)水溶液によるH_2Sの反応吸収の機構、ならびに細菌がその吸収液再生能力を最大限に発揮できる操作条件を明らかにすることを目的として研究を行い、現在までに次の諸点を明らかにした。1.担体のスクリーニング鉄酸化細菌の吸着用担体として硅藻土と活性炭について実験を行った。どちらの担体も細菌の増殖を阻害しなかったが、吸着率は活性炭の方が良好であった。2.鉄酸化細菌の吸着平衡活性炭を用いて、細菌の吸着平衡をバッチ法で測定した。吸着菌体濃度と液相菌体濃度との間にはヘンリー型の吸着平衡が成立し、ヘンリー定数[(菌数/gー活性炭)/(菌数/cm^3水溶液)]は粒子径の増大にともなって減少することが明らかになった。3.鉄酸化細菌によるFe(II)イオンの液相酸化反応活性炭存在下での細菌によるFe(II)イオンの酸化反応実験を活性炭の粒子径、添加量およびFe(II)イオン初濃度を変化させて行い、吸着細菌の菌体収率や比増殖速度を測定した。菌体収率は操作条件に無関係にほぼ一定値であった。

一方、比増殖速度はモノー型の増殖速度式で相関できたが、飽和定数の値は上記操作変数の関数となることが見出された。4.Fe(III)水溶液によるH_2Sの反応吸収吸収の進行にともなって生成する硫黄が気液界面に吸着するために、本研究で用いた平面接触攪拌槽での液相物質移動係数を既往の実験式から推算することは困難であった。そこで、トレーサーとして微量のベンゼンを吸収液に予め加え、H_2Sの反応吸収速度と同時にベンゼンの放散速度を測定し、得られたベンゼンの液相物質移動係数からH_2Sの液相物質移動係数を推算して反応害収速度の解析を行った。その結果、実験データは二段反応を伴うガス吸収理論で説明できることが明らかになり、反応速度定数が決定された。活性炭微粒子に吸着させた鉄酸化細菌を含むFe_2(SO_4)_3水溶液によるH_2Sの反応吸収機構を解明するとともに、細菌がその吸収液再生能力を最大限に発揮できる操作条件を確立することを最終目的として研究を行い、今年度(平成元年度)においては次の点を明らかにした。無菌の場合について、活性炭微粒子懸濁Fe_2(SO_4)_3水溶液によるH_2Sの反応吸収実験を平面接触攪拌槽を用いて行い、反応吸収速度に及ぼす活性炭の粒子径や粒子濃度の影響について実験的に検討した。予想されたように、粒子濃度が大きくなるほど、また同じ粒子濃度では粒子径が減少すほど、吸収速度は増加することがわかった。本実験では、吸収液に活性炭微粒子(平均径163μm)を20kg/m^3懸濁させることによって、H_2Sの反応吸収速度を粒子無添加の場合と比較して約2倍程度まで促進できることが明らかになった。ガス吸収速度に及ぼす固体粒子濃度や粒子径の影響を定量的に把握するためには、活性炭微粒子を含む純水によるH_2Sの物理吸収実験を行い、液相物質移動係数を実測することが必要である。そこでH_2Sの物理吸収実験を試みたが、気液界面から液本体に拡散してくるH_2Sの大部分が活性炭に吸着されてしまうために、液相分析からH_2Sの物理吸収速度を求めることはできなかった。目下、気相分析法によって活性炭微粒子存在下での液相物質移動係数が実測できるように検討しているところである。また、本研究の最終目的である鉄酸化細菌懸濁液によるH_2Sの反応吸収の場合にも、ガス吸収過程で吸収剤Fe_2(SO_4)_3が細菌の代謝機能によって酸化再生されるので、液相分析から吸収速度を求めることができない。今後、新たな気相分析法を確立して吸収速度の測定上の問題点を解決してから、本研究の最終目的が達成されるように研究を発展させたいと考えている。
テルペン環化酵素の遷移状態制御機構の解明とその機能改変

テルペン化合物は多くの医薬品資源を含む。その構造は主にC-Hからなるため、有機合成での調製は通常困難である。生合成酵素を用いて、有用テルペノイド骨格を合成するためには、その鍵反応であるテルペン環化反応への理解が必要不可欠である。一方、テルペン環化反応中の遷移状態のカチオン中間体の解析は困難であり、これまでその反応制御は困難であった。本研究では、新たなテルペン環化酵素の発掘を目指して、ゲノムマイニングによりPenicilliumに広く保存されるテルペン環化酵素PcCSを見出し、それをAspergillus oryzaeにて異種発現することで、その生成物を取得した。生成物の平面構造を各種NMRで決定し、絶対立体配置を結晶スポンジ法にて決定した。その結果、11-5員環カチオン、9-5-5員環カチオン遷移状態を経て6-5-5-5員環型の生成物を与える新規酵素であると判明した(Mitsuhashi et al. Org. Lett. 20, 5606-5609 (2018))。また、多様な生理活性を持ち、医薬品シードとして有望な糸状菌由来メロテルペノイドascofuranone、ascochlorinの環化酵素の解析を行い、6-endo-tet環化反応を触媒するAscF、5-endo-tet環化反応を触媒し、tetrahydrofuran構造を形成するAscIを見出した(Araki, Y. & Awakawa, T. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2019, in press, Quan, Z. & Awakawa, T. Org. Lett., 2019, 21, 2330-2334.)。また、AscF基質を他の環化酵素Pyr4に作用させ、異なる環化パターンの生成物を与えることを明らかにした。これら酵素の基質特異性、反応性には興味が保たれる。テルペン環化制御機構の解明とその利用のためには新規触媒の発掘とその反応への理解が重要となる。微生物ゲノムには多数のテルペン環化酵素が存在し、これらは宝の山といえる。本年は、微生物由来テルペン環化触媒の発掘を行い、C25のセスタテルペン環化酵素であるPcCS、メロテルペノイド環化酵素AscI, AscFの反応解析を行った。その結果、PcCSの6-5-5-5員環型生成反応、AscFの6-endo-tet環化反応、AcsIの5-endo-tet環化反応を明らかにした。9-5-5員環カチオンから異なる環化反応を触媒する酵素がEvVS, PaPSと二種知られており、PcCSは異なる遷移状態制御機構が存在すると考えられ、興味がもたれる。AscIはこれまでの環化酵素とは相同性をもたない新規な環化酵素であり、その構造機能相関によってテルペン環化制御への新規な知見が得られる。AscF、Pyr4は同一の基質から異なる環化パターンを触媒する酵素であることを明らかにし、メロテルペン環化反応における新規な知見を取得し、物質生産への可能性を示した。遷移状態の理解と制御のために、様々なテルペン環化反応への理解と生体触媒の機能への理解を深めることは重要であり、本年は遷移状態制御に向けた土台を構築することができたたため、おおむね順調に進行したと判断した。EvVS, PaPS, PcCSの配列比較、中間体構造のドッキングにより、それぞれどのアミノ酸によって反応制御されるか明らかにする。見出したアミノ酸に対して相互にアミノ酸変異を加え、それぞれの制御機構に対して知見を得る。変異酵素はAspergillus oryzaeにて異種発現を行い、新規な生成物が得られるか試験する。また、セスタテルペン環化酵素EvQSとドッキングシミュレーションの結果に従い、カチオンの安定化に関わると予想されるF92、Y192にそれぞれアミノ酸変異を加え、それら酵素の異種発現によって生成物を解析する。Ascochlorin生合成とピリピロペン環化酵素Pyr4をA. oryzaeにて共発現することで、人口生合成経路を構築し、新規物質生産系を構築する。テルペン環化酵素とその変異体、非天然型基質を用いることで、テルペン環化反応の制御と物質生産への応用を試み、新規物質生産系を構築する。本研究では、糸状菌含テルペン化合物であるアスコクロリンを取り上げ、その環化酵素を既知のホモログ酵素と比較し、その活性アミノ酸に変異を加えることで、その反応制御を行うことを計画した。アスコクロリン環化酵素はエポキシドの末端に存在するエポキシドをプロトン化し、生じたカチオンが次々にアルケンのπ電子から攻撃を受ける反応を触媒することによって、テルペン環化を触媒する。アスコクロリン生産菌より、その環化酵素AscFをゲノムマイニングの手法によってクローニングし、その前駆体供給酵素と共に糸状菌Aspergillus oryzaeにて発現することで、そのテルペン部の環化した中間体を取得することに成功した。次にその酵素を精製し、化学合成によって調製したエポキシ中間体と共にインキュベートすることで、その反応をin vitro再構成することに成功した。

ゲノムデータベースよりピックアップしたAscFのホモログをエポキシ中間体基質とともに反応したところ、Aspergillus fumigatus由来のホモログであるPyr4がAscFとは異なる生成物を与えることを確認した。現在、AscFのアミノ酸配列をPyr4型に変異し、その遷移状態を野生型とは異なる様式で制御することで、非天然型反応を触媒する酵素の構築を目指して、研究を行なっている。テルペン環化反応をAspergillus oryzaeの異種発現系で再現し、今後様々なテルペン環化反応を試験する基盤を構築した。これは、今後I型テルペン環化酵素など多様な糸状菌環化酵素に応用可能である。また、そのin vitro反応を再構成することに成功し、変異体を簡便に試験する系は整いつつある。今後、遷移状態の制御を目指して、類似の基質を受け入れるものの、異なる反応を触媒する酵素との比較がその活性アミノ酸を見出すために重要になってくると思われる。実際に10数個のAscF変異体を構築しているが、未だに環化反応が変化した変異型酵素の取得には至っていない。遷移状態の制御のためには酵素の結晶構造解析が必要となるが、今だにタンパク質結晶の取得まで至っておらず、これらの結果より、予定よりやや遅れていると評価した。テルペン化合物は多くの医薬品資源を含む。その構造は主にC-Hからなるため、有機合成での調製は通常困難である。生合成酵素を用いて、有用テルペノイド骨格を合成するためには、その鍵反応であるテルペン環化反応への理解が必要不可欠である。一方、テルペン環化反応中の遷移状態のカチオン中間体の解析は困難であり、これまでその反応制御は困難であった。本研究では、新たなテルペン環化酵素の発掘を目指して、ゲノムマイニングによりPenicilliumに広く保存されるテルペン環化酵素PcCSを見出し、それをAspergillus oryzaeにて異種発現することで、その生成物を取得した。生成物の平面構造を各種NMRで決定し、絶対立体配置を結晶スポンジ法にて決定した。その結果、11-5員環カチオン、9-5-5員環カチオン遷移状態を経て6-5-5-5員環型の生成物を与える新規酵素であると判明した(Mitsuhashi et al. Org. Lett. 20, 5606-5609 (2018))。また、多様な生理活性を持ち、医薬品シードとして有望な糸状菌由来メロテルペノイドascofuranone、ascochlorinの環化酵素の解析を行い、6-endo-tet環化反応を触媒するAscF、5-endo-tet環化反応を触媒し、tetrahydrofuran構造を形成するAscIを見出した(Araki, Y. & Awakawa, T. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2019, in press, Quan, Z. & Awakawa, T. Org. Lett., 2019, 21, 2330-2334.)。また、AscF基質を他の環化酵素Pyr4に作用させ、異なる環化パターンの生成物を与えることを明らかにした。これら酵素の基質特異性、反応性には興味が保たれる。テルペン環化制御機構の解明とその利用のためには新規触媒の発掘とその反応への理解が重要となる。
日本産トウヒ属節間雑種の成立に関する基礎的研究

昭和57年に、従来交雑が困難とされていたトウヒ属トウヒ節エゾマツ(j)とハリモミ節アカエゾマツ(g)の天然雑種を発見したが、両種は生育特性を異にするので、その雑種は互いの欠点を相補えば有望な造林材料であり、また自然条件下での節間雑種生成機構の研究は同属の系統分類を明らかにする上でも重要である。そこで昭和6163年度の本研究において、北海道及び本州中部の両節樹種が相接して分布生育する所で雑種の探索・調査を行なった。本州では関東周辺山地及びアルプスの多くの山塊で探索を行なったが、トウヒとハリモミ節各樹種との同所的あるいは接在的生育地は見当ラズ、従って雑種も発見されなかった。むしろ後者の個体群の乏しさ特にヤツガタケトウヒ株の衰弱が印象付けられた。遺伝子資源保存の上からも早急な措置を必要とする。一方、北海道では3年間で14地域25ヵ所の天然林で詳しい調査を行った結果、9個体が雑種と推定された。特に東大北海道演習林の山部I調査地ではg.j両種合せて164本中5本つまり3%の高率であった。これらの個体と演習林の古い人工林で見出された雑種の人工交配次代家系などとの間で、開芽期、針葉断面の形状・気孔列数、幹の樹皮、一年生枝の有毛性、球果・種子の形状、苗木主軸上側枝形勢状態等の形質について比較した結果、9本中4本はg×jのF_1世代、そして5本はF_1×jつまり戻し交雑世代に当るものと認められた。従って、両者を含む山部Iの林分は雑種群hybrid swarmをなしているものと考えられる。この結果によって、両親種や雑種個体の立木位置関係から雑種の成立に必要な立地条件についても種々検討がなされた。また雑種家系はいずれも、生長では両親種に勝り、晩霜害やエゾマツカサアブラに対する抵抗性の点ではややjよりの傾向を示した。従って、道内の特殊な立地に対する今後の造林材料としても有望なものということができる。トウヒ属のトウヒ節(O)とハリモミ節(P)の樹種は互いに生育特性を異にするので、両者の長所を併有する造林材料を作る目的で従来も節間交雑が試みられたが、ほとんど成果がなかった。ところが近年、東大北海道演習林の苗畑で育成したアカエゾマツ(P)の苗の中にエゾマツ(O)との天然雑種と推定されるものが観察されたので、その種子産地などを詳しく調べたところ、雑種であることがほゞ確認された。本研究はこの知見に基いて、国内の両節樹種が分布域を共有する地域を対象として天然雑種の発見に努め、併せてそれらの特性及び雑種成立の機構の解明を目的として進めているものである。本年度は、本州では、長野県八ケ岳西岳地区,全金峯山系,栃木県高原山で調査を行った。八ケ岳のヤツガタケトウヒ(P),ヒメバラモミ(P)の保存林では公刊資料がないので群落調査を行ったが、遷移のため老齢化・衰弱が目立つ。

高原山は山体上部がイラモミ(P)の連続した森林である。3個所ともに近くにトウヒ(O)の自生集団が見出されず、金峯・高原両山に稚樹1本ずつを発見したのみである。(栃木県日留賀岳にイラモミ新北限地を発見)北海道では、道東の足寄,置戸及び留辺蘂,道北中川,道央白金と山部でそれぞれ調査を行った。置戸と白金に各1本,山部に2本の推定天然雑種が記録された。また新得と足寄で雌阿寒麓茂足寄アカエゾマツ1級採種林を種子源とする人工林を調査したところ、新得で5個体が雑種と推定された。これらの個体はいずれも、球杲種鱗の形状,針葉横断面の形と気孔列の分布,幹樹皮の色と裂目,一年生枝の有毛性でアカエゾマツ,エゾマツ両種の中間的な特徴を示していた。また、新得人工林での調査では、雑種個体は春の開芽期の早遅及びエゾマツカサアブラの寄生度合でも中間的であったが、両母種の周囲木に勝る樹高・直径生長を示してあり、交雑育種上の希望を持たせるものであった。昭和57年に東京大学北海道演習林でアカエゾマツ(g)とエゾマツ(i)との天然雑種と思われる個体を発見して以来,代表者らはトウヒ属の節間交雑育種の一環として,昭和61年度から国内の両節樹種の相接して自生する地域において天然雑種の発見に努め関連の調査に当ってきた.本年度(昭和62)は本州では恵那山,木曾駒ヶ岳,八ヶ岳西岳(再調査)を調査したが,前年同様トウヒのみの地区,ハリモミ節樹種のみの地区がそれぞれ離れており,特に後者の個体群の衰弱の目立つところが多かった.一方,北海道では前年までの調査地数カ所の詳しい再調査のほか,新たに宇土呂,定山渓,津別,勇駒別などを調査地に加えた.それによって更に勇駒別で1本,東大演習林で4本計5本のg×j推定天然雑種を抽出した.従って,これまでに道内の天然林で発見された雑種の合計は9本となった.本年の調査では平行して,これらの推定天然雑種を取巻くg及びjの林分から多くの標本木を抽出し,それぞれの新条の有毛性と色,針葉断面の形状と気孔の分布,開芽等の植物季節学的現象,その他の形質について詳細な計測分析を行なった.また,人工交配によって育苗中のg×jF_1家系や見本林選抜推定雑種個体(既報)の人工交雑次代家系(戻し家系)との比較も行なった.その結果,これら9個体には上記各形質で両種の中間的値を示すもの(A)と有毛性や気孔分布では明らかにjと異なるが外観では区別のつかないもの(B)とが分別され, Aはg×jF_1に,またBはF_1×jにそれぞれ対応するものであると認められた.今後,天然林中における各個体の位置関係の解析と合わせて,調査木から採種育苗した次代苗の観察計測を進め,雑種を生じたメカニズムの解明に近づきたいと考えている.昭和57年に東大北海道演でアカエゾマツ(g)とエゾマツ(j)との推定天然雑種個体を発見して以来のトウヒ属の節間交雑育種基礎研究の一環として、昭和61年度から国内の両節樹種の相接して自生する地域で天然雑種の発見に努め、関連する種々の調査研究を進めてきた。本年度(昭和63)は本州では南アルプス夜叉神峠北沢峠間及び秩父山塊(再調査)を調査したが、トウフの生育地とハリモミ節樹種の生育地が離れており、特に後者の生育地では個体群そのものが貧弱で天然節間交雑の期待できる所は少なかった。一方北海道では、前年までにg×j推定天然雑種9本の見つかった調査地数カ所で、これらの個体を取巻くg及びjの林分について広い面積に亘る全木調査を行い、雑種の発生する立地・立分条件等の比較も行った。また新条の有毛性を異にする多くの標本木を抽出して、枝の部位別にその上の針葉の断面形状や気孔の分布等について調べ、新しい知見を得た。更に、人工交配によって育苗中のg×j・F_1家系や見本林選抜推定雑種個体(既報)の人工交雑次代家系(戻し家系)についても各樹齢時の生育及び側枝形成状態などの詳しい計測観察を行った。
血清中の癌特異的遺伝子異常及びプロテオミクスを利用した新しい肺癌再発予測法の開発

方法:陽性コントロールの希釈系列を作成しp16遺伝子プロモーター領域のprimerを用いてMS-PCRをおこなった。結果:MS-PCR法はnested PCRとすることによって陽性コントロールの10^<-5>以上の検出感度にすることが可能であった。2)原発巣腫瘍組織におけるメチル化の検出対象・方法:連続的に切除された非小細胞肺癌83例の凍結保存された正常肺、腫瘍からそれぞれDNAを抽出し、sodium bisulfite処理を加えた後、MS-PCR法を試みた。結果:腫瘍組織におけるプロモーター領域のメチル化は83例中39例(47%)に認められた。3)血清中からのメチル化DNAの検出対象・方法:原発巣腫瘍組織においてメチル化が認められた39例を対象とした。それぞれの症例の血清中からDNAを抽出して同様にsodium bisulfite処理を加えた後、MS-PCR法を試みた。結果:39例中14例(36%)において血清中から腫瘍組織と同様のメチル化DNAが検出された。4)血清中からメチル化DNAが検出された症例の予後、臨床病理学的因子の検討結果:血清中のメチル化DNA陽性14症例と陰性25症例の間で喫煙、病理病期、組織型、分化度などの臨床病理学的因子の違いの有無を検討したが、陽性症例はCEAが高値であった。再発は陽性6例(42.8%)と陰性4例(16%)に認め、また遠隔転移を陽性4例(28.6%)、陰性1例(4%)に認めた。5)まとめ・今後メチル化DNAを指標としたnested MS-PCR法は簡便であり、且つ検出感度も高かった。血清中からメチル化DNAが検出された症例はCEAが高く、再発・遠隔転移が多い傾向を認めた。今後は更に多種類の遺伝子での検索を検討したい。また血清蛋白での検索は更なる検討が必要である。2)原発巣腫瘍組織におけるメチル化の検出対象・方法:連続的に切除された非小細胞肺癌43例の凍結保存された正常肺、腫瘍からそれぞれDNAを抽出し、sodium bisulfite処理を加えた後、MS-PCR法を試みた。結果:43例中18例(42%)で腫瘍組織においてメチル化が認められた。3)血清中からのメチル化の検出対象・方法:原発巣腫瘍組織においてメチル化が認められた18例を対象とし、血清中からDNAを抽出して同様にsodium bisulfite処理を加えた後、MS-PCR法を試みた。結果:18例中8例(44%)で血清中から腫瘍組織と同様のメチル化が検出された。4)血清中メチル化陽性症例の予後、臨床病理学的因子の検討結果:血清中からメチル化が検出された症例と検出されなかった症例の間で喫煙、病理病期、組織型、分化度などの臨床病理学的因子の違いの有無を検討したがいずれも有意差は認めなかった。予後に関しても術後観察期間中央値が449日と短く原病死症例を認めないことから明らかな関連性は見出せなかった。しかし2症例が再発し、担癌生存中であったがいずれも血清中のメチル化陽性症例であった。5)まとめ・今後p16遺伝子メチル化を指標としたnested MS-PCR法は簡便であり、且つ検出感度も高かった。再発予後との関係に関しては今後の更なる症例の蓄積と観察期間が必要であると思われた。今後は他の遺伝子での検索や血清蛋白での検討も加えたい。

血清中からメチル化DNAが検出された症例はCEAが高く、再発・遠隔転移が多い傾向を認めた。今後は更に多種類の遺伝子での検索を検討したい。また血清蛋白での検索は更なる検討が必要である。
レセプトデータ分析による地域包括ケアシステム構築に向けた医療・介護連携体制の評価

急速な高齢化とそれに伴う社会保障給付費の増加は我が国の社会保障制度の持続可能性を脅かすものである。団塊の世代が75歳以上となる2025年に向け、効率的かつ質の高い医療提供体制及び地域包括ケアシステムの構築を実現するために、各種医療・介護データの利活用が推進されている。しかしながら、医療・介護の状況を総合的・一体的に把握可能なデータベースは構築されていない。医療・介護提供体制の実効的な改革を図るためには、医療・介護統合データベースの構築とその医療・介護連携体制の評価等への利用は喫緊の課題であると考えられる。そこで、本研究では、特に医療・介護の連携体制が重要であると考えられる脳卒中・大腿骨頸部骨折を対象疾患とし、医療・介護連携体制の地域差とその要因、医療・介護資源利用に与える影響を明らかにすることで効率的かつ質の高い医療提供体制及び地域包括ケアシステムの構築に貢献することを目的とした。平成29年度は、後期高齢者医療制度の医療・介護レセプトデータベースを構築し、大腿骨頸部骨折術後の後期高齢者における医療・介護費推計と増加要因について検討し、大腿骨頸部骨折術後の医療・介護費の大半を入院医療費が占めていることを明らかにした。また、周術期医療機関における費用が約48%を占めているものの、残りはその後の入院医療費と介護費であり、各段階における医療・介護費適正化の取組が必要であると考えられた。これらの成果について国内学会での発表を行った。なお、倫理面の配慮として、既に承認されていた医療保険レセプトデータを用いた研究計画について、研究期間延長と介護保険レセプトデータについても研究対象に含むことを明記し、変更申請し、福岡県保健環境研究所疫学研究倫理審査委員会の承認を得た。平成29年度は大腿骨頸部骨折を対象疾患とし、目的変数である医療・介護費の推計とその増加要因について検討した。研究計画のうち、解析を行う順番を一部変更したが、今後の研究を進めるに当たって有用な情報が得られたため、概ね順調に進展していると考えている。上記の進捗状況を踏まえ、次年度は調査対象年を増やした上で、打ち切り例に対する補正方法について検討し、術後の詳細な転帰先別に医療・介護費に与える要因について、地域レベルの医療・介護資源に関する情報を加え、解析を進める。これらの解析結果についてとりまとめ、国内・国際学会発表及び論文投稿を行う。英文学術雑誌への査読後の再投稿、新規英文原稿の作成が年度を跨いだため、投稿料・校正料の次年度使用額が生じた。当初の計画通り、平成30年度に投稿料・校正料として支出する予定である。
ロボットにおける特定部位の運動エネルギを最大化する慣性と弾性のエネルギ分配計画法

本年度は、前年度に提案した、関節を駆動するモータと駆動される慣性との間に弾性要素を持つシステム(以下直列弾性関節システム)における「時間反転積分法」の、重力の影響を受けるシステムへの拡張と本アルゴリズムの様々な構成のアーム型ロボットによる実証的検証を行った。時間反転積分法は、投擲・蹴球・打撃運動などの「非周期スイング運動」において、系の力学的エネルギを単調に増加させながら、かつ目標とする終端状態(投擲運動では投擲対象リリース時の姿勢・速度など)を実現するための制御入力時系列の計算法である。このアルゴリズムでは、通常の運動方程式を時間反転させたシステムに対して、エネルギを減らすような制御入力関数を適用することで、初期状態として実現可能な速度がほぼ0の状態から目標とする終端状態までの軌道および制御入力を計算する。このとき、「エネルギを減らすような制御入力関数」をいかにして設計するかが重要である。本年度は、重力も含めた平衡位置を基準とするエネルギを考慮した制御入力関数の設計により、重力や弾性要素を最大限活用しながら目標とする終端状態を実現するアルゴリズムを提案した。本手法では、まず重力トルクと弾性トルクの符号に応じて平衡点の移動速度を仮決定し、それを平衡点移動速度をモータ速度に変換する。この段階ではモータの動特性や電源電圧などを考慮していないため、実際には実現不可能なモータ速度が計算され得る。これらを考慮し、実現可能なモータ軌道および入力電圧時系列を計算する。本手法により、2関節アームによって重力を活用した投擲運動が可能であることを実験的に示した。また、重力を考慮することによって3次元的な運動も可能となる。3自由度直列弾性関節アームによるアンダースロー運動や打撃運動を実現し、重力・弾性要素だけでなく多関節システムの非線形な動特性(遠心力など)を活用できる可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。1.水平直列弾性関節ロボットにおいて弾性要素なしでは得られない最大運動エネルギを関節可動範囲内で得るフィードバック制御の枠組みとして「フィードバック励振制御」および「励振限界超曲面」を提案した。フィードバック励振制御は共振現象に示唆を得た制御法であり、エネルギ単調増加条件を定式化することにより多関節ロボットをはじめとする非線形システムにおいても共振に相当する状態を作り出す制御手法を提案した。また励振限界超曲面を併用することにより関節可動範囲制約をオンラインで考慮することが可能な手法を提案した。本制御システムの応用例として投擲運動実験を行い、提案手法の有用性を実験的に検証した。また、本手法を重力の影響を受けるロボットに拡張する過程で、各関節への制御指令に同期構造を持たせることによってより高い運動エネルギ増大効果が得られることをシミュレーションによって見いだした。2.フィードバック励振制御は、モータの仕事を弾性要素を介していかに効率よくリンクへ供給するかという観点で設計された制御器だが、最適なエネルギ分配という観点からは巨視的な視点も重要となる。例えば助走を伴う跳躍運動の場合、助走で得られた重心運動エネルギをいかに跳躍のための運動エネルギに変換するかが重要となる。このような巨視的エネルギ分配の例として棒高跳び運動の解析を行った。棒高跳び運動を1軸力を受ける1質点モデルで近似することで、助走を伴う跳躍運動が2つの無次元パラメータによって特徴付けられることを示した。解析モデルの妥当性は斜面滑走型の簡易実験装置によって検証した。棒高跳び運動は主にスポーツ科学の分野で解析が進められているが、遺伝的アルゴリズムなどの探索的手法に依らずにロボットの設計パラメータを概略的に見積もる方法を提案したことが本研究での成果である。平成25年度は、投擲・蹴球・打撃運動などの「非周期スイング運動」において、特定リンクの運動エネルギを最大化する手法について研究を行った。多関節ロボットシステムにおいては、制御入力(関節トルクなど)のシークエンスが与えられた時に、終端状態(投擲では投擲対象リリース時の状態)を計算することは容易であるが、その逆(ある終端状態を実現するための制御入力シークエンスを求めること)は困難である。本研究では、目標終端状態を実現する制御入カシークエンスを1回の数値積分で計算する手法として「時間反転積分法」を提案した。本手法では、運動方程式を、時間を遡る方向(反転時間方向)にシミュレーションする。このとき、ロボットの時間反転された運動に対してブレーキをかけるような制御入力を与える。シミュレーション上のロボットが静止したら、その時の姿勢を実際のロボットの初期姿勢とする。実際のロボットには、シミュレーション時とは逆向きに制御入力シークエンスを再生して入力することで、目標とする終端状態を実現する。直列弾性要素を有するロボットにおいては、強い摩擦力の発生源である減速機と、高い運動エネルギを持っロボットリンクが分離しているため、それぞれ個別のブレーキメカニズムが必要である。そこで、ロボット本体の運動とモータ軸の運動を仮想的に分離し、ロボットリンクと弾性要素へのブレーキと摩擦による加速力へのブレーキを個別に行うことで、直列弾性ロボットにおいても時間反転シミュレーションを行うアルゴリズムを開発した。

時間反転積分法は、投擲・蹴球・打撃運動などの「非周期スイング運動」において、系の力学的エネルギを単調に増加させながら、かつ目標とする終端状態(投擲運動では投擲対象リリース時の姿勢・速度など)を実現するための制御入力時系列の計算法である。このアルゴリズムでは、通常の運動方程式を時間反転させたシステムに対して、エネルギを減らすような制御入力関数を適用することで、初期状態として実現可能な速度がほぼ0の状態から目標とする終端状態までの軌道および制御入力を計算する。このとき、「エネルギを減らすような制御入力関数」をいかにして設計するかが重要である。本年度は、重力も含めた平衡位置を基準とするエネルギを考慮した制御入力関数の設計により、重力や弾性要素を最大限活用しながら目標とする終端状態を実現するアルゴリズムを提案した。本手法では、まず重力トルクと弾性トルクの符号に応じて平衡点の移動速度を仮決定し、それを平衡点移動速度をモータ速度に変換する。この段階ではモータの動特性や電源電圧などを考慮していないため、実際には実現不可能なモータ速度が計算され得る。これらを考慮し、実現可能なモータ軌道および入力電圧時系列を計算する。本手法により、2関節アームによって重力を活用した投擲運動が可能であることを実験的に示した。また、重力を考慮することによって3次元的な運動も可能となる。3自由度直列弾性関節アームによるアンダースロー運動や打撃運動を実現し、重力・弾性要素だけでなく多関節システムの非線形な動特性(遠心力など)を活用できる可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。一般的な解が存在するかが不明な問題に対し、少なくとも効果のある解を示しているという点で重要な成果を得ている。さらに解析と考察を深めることで本研究の目指すところである「特定部位の運動エネルギの最大化」を実現する手法の確立が期待できる。本年度は前年度の研究成果を踏まえて、本研究の目標である特定部位の運動エネルギの最大化を保証する基本的な枠組みを提案している。モデル誤差の補償法や全身運動への適用法を確立することで、本研究の当初の到達目標に達成できる見込みであるため、おおむね順調に進展していると自己評価する。ロボット全体の総エネルギを特定部位に分配する手法の確立が今後の課題となる。また、最適な関節剛性はタスクによって異なることが予想されるため、剛性可変機構の導入および剛性制御法の確立も課題となる。次年度はこれらの課題に取り組むとともに、検証実験用ハードウェアを新たに開発する予定である。次年度の予算は主に検証実験用ハードウェアの開発費および研究成果発表経費に充てる予定である。検証実験用ハードウェア開発に60万円程度(アクチュエータ、マイコンボード等購入費)、研究成果発表経費に30万円程度(学会発表旅費、学会発表参加費、論文投稿費等)使用する予定である。時間反転積分法は数値シミュレーションに基づいて制御入力を計算する手法のため、シミュレーションモデルと実際のロボットに誤差があると計算通りの終端状態が実現されない。
温度履歴を受けるコンクリートのクリープおよび乾燥収縮の予測に関する研究

変動する温度条件下におけるコンクリートのクリープおよび乾燥収縮の予測に関する研究を行った。すなわち、わが国における四季の温度変化を想定した変動温度下のクリープおよび乾燥収縮試験を実施し、以下の結論を得た。(1)コンクリートのクリープおよび乾燥収縮の大きさはコンクリートが打設される季節、すなわち温度の影響を強く受けること、(2)コンクリートの乾燥収縮におよぼす温度履歴の影響は、湿度変化の影響よりもかなり大きいこと、(3)低温から高温へと変化する温度履歴を受けるコンクリートの乾燥収縮ひずみは、他の温度履歴を受けるコンクリートのそれよりも大きいこと、(4)乾燥収縮の変動がコンクリートのクリープにおよぼす影響は小さいこと、および(5)コンクリートのクリープは、持続荷重載荷前の養生温度の影響を強く受けること、等が明らかになった。これらの事実を既存の予測式の中で適切に表現することを試みた。すなわち、基本的には、CEBの提案する手法を採用し、変動する温度に対しては、打設季節によって最終値が異なることを考慮する補正係数を与えた。一方、代表者が委員長をつとめる土木学会のコンクリート委員会クリープおよび乾燥収縮小委員会において作成したデータベースおよびヨーロッパコンクリート委員会が作成したデータベースを用い、上記のモデルの妥当性を検証した。その結果、ほぼ満足すべき精度で、環境の温度条件の影響を考慮することが可能になった。コンクリートのクリープひずみおよび乾燥収縮ひずみに及ぼす外気温の影響について検討を行った。乾燥開始後の外気温を一定とした条件下においては、高い外気温下におかれたコンクリートほど、クリープひずみおよび乾燥収縮ひずみが終局値に達する時間が早くなること、また、クリープひずみおよび乾燥収縮ひずみの終局値に及ぼす外気温の影響は小さいことを実験的に明らかにした。また、実環境下における乾燥収縮ひずみは、湿度変化の影響よりも温度履歴の影響を強く受けた。とくに、低温から上昇する温度履歴下の乾燥収縮ひずみは、一定温度下のものより大きくなった。このような実環境下の乾燥収縮ひずみを表すためには、乾燥開始後から乾燥収縮ひずみを求める乾燥期間までの平均温度に等しい一定温度下で測定された乾燥収縮ひずみと温度履歴に依存する係数を用いることが有効であることを示した。実環境下におけるクリープひずみは、温度履歴の影響よりも湿度変化の影響を強く受けた。実環境下において測定されたクリープひずみは、湿度一定の条件下において測定されたものの約2.0倍に達した。これらの結果を基に平成9年度は、湿度変化がクリープひずみに及ぼす影響の検討を重点的に行い、実環境下におけるクリープひずみおよび乾燥収縮ひずみの合理的な予測手法を確立する予定である。すなわち、わが国における四季の温度変化を想定し、20°C、35°Cおよび5°Cを春秋、夏および冬の平均温度とし、それらの変動温度下におけるコンク-トのクリープおよび乾燥収縮試験を行う。コンクリートの打設時期を考慮し、20°C*35°C*20°C*5°C、35°C*20°C*5°C*20°C、20°C*5°C*20°C*35°C、5°C*20°C*35°C*20°Cの4ケースの変動温度下のクリープおよび乾燥収縮試験を実施した。載荷時の材令は、3日、7日、14日および28日である。供試体寸法は10*10*40cmの角柱供試体とする。湿度条件は、60%80%の間で選定した。その結果、以下の結論を得た。コンク-トのクリープおよび乾燥収縮の大きさは、コンクリートが打設される季節、すなわち温度の影響を強く受けることが明らかになった。コンクリートの乾燥収縮におよぼす温度履歴の影響は、湿度変化の影響よりもかなりおおきいことが明らかになった。低温から高温へと変化する温度履歴を受けるコンク-トの乾燥収縮ひずみは、他の温度履歴を受けるコンクリートのそれよりも大きいことが明らかになった。乾燥収縮の変動がコンクリートのクリープにおよぼす影響は小さい。

コンクリートのクリープは、持続荷重載荷前の養生温度の影響を受ける。変動する温度条件下におけるコンクリートのクリープおよび乾燥収縮の予測に関する研究を行った。すなわち、わが国における四季の温度変化を想定した変動温度下のクリープおよび乾燥収縮試験を実施し、以下の結論を得た。(1)コンクリートのクリープおよび乾燥収縮の大きさは、コンクリートが打設される季節、すなわち温度の影響を強く受けること、(2)コンクリートの乾燥収縮におよぼす温度履歴の影響は、湿度変化の影響よりもかなりおおきいこと、(3)低温から高温へと変化する温度履歴を受けるコンクリートの乾燥収縮ひずみは、他の温度履歴を受けるコンクリートのそれよりも大きいこと、(4)乾燥収縮の変動かコンクリートのクリープにおよぼす影響は小さいこと、および(5)コンクリートのクリープは、持続荷重載荷前の養生温度の影響を強く受けること、等が明らかになった。これらの事実を既存の予測式の中で適切に表現することを試みた。すなわち、基本的には、CEBの提案する手法を採用し、変動する温度に対しては、打設季節によって最終値が異なることを考慮する補正係数を与えた。一方、代表者が委員長をつとめる土木学会のコンクリート委員会クリープおよび乾燥収縮小委員会において作成したデータベースおよびヨーロッパコンクリート委員会が作成したデータベースを用い、上記のモデルの妥当性を検証した。その結果、ほぼ満足すべき精度で、環境の温度条件の影響を考慮することが可能になった。
小脳失調の評価

脊髄小脳変性症(SCD)の23症例と健常者9例について、Peak社製動作解析装置により歩行の二次元および三次元解析を行い、健常者では上肢の振りは大きく平滑であり、リズミカルに歩行しており、SCDでは下肢の前方への振りは減少し、歩幅は小さく歩行速度が低下していた.さらに疾患によっては速度が低下して、前傾前屈姿勢がみられた。Joseph病とDRPLAでは上肢と下肢の動きに時間的ずれがあり、下肢が十分に前方へ振れてない内に上肢が後方から前方へと振れ戻るのがみられた.歩行での膝関節角度を健常者と比較して、いずれのSCDの疾患でも低下していた.上肢の振りの大きさの定量化におって、手関節部の歩行での上下方向の変位の定量で、いずれも有意に減少した。歩行速度も有意に低下した。三次元歩行解析では、SCD14症例と健常者6例について検討し、SCDでは体幹の動揺が大きいのが認められた.最近は弧発性のようにみえても遺伝性であることが遺伝子工学的に明かにされた症例も多々あり、遺伝性疾患に多くの種類があることが確認されてきた。かかる観点から偶々発見されたSCA2の2症例(47才男性と44才女性)について、これまでの研究と同様にTRH-TとL-threonineの薬効のPEAKによる評価をした。結果は2症例ともにTRA-Tでは最大膝関節角度の改善は無いか軽微であり、手の振りは軽度の改善を示し、最大歩行速度はほぼ変化がみられなかった。L-threonineは最大膝関節角度、上肢の振り、最大歩行速度ともにかなりの改善を示した。これは歩隔の縮小、歩幅の増加に失調の改善がみられ、膝関節角度の改善は下肢の前方への振り出しを示す。これとともに上肢の振りの大きくなったことに現われている。今回のこの遺伝性失調症の知見は、遺伝性でも失調の改善がもたらされることを証明していて、SCA2でのL-threonineの歩行に対する改善を裏付けた。脊髄小脳変性症(SCD)には多くの疾患が含まれ、その内で本邦に多いオリーブ橋小脳萎縮症を中心とする孤発性小脳運動失調症と遺伝性運動失調症の計23症例と健常者9例について、Peak社製動作解析装置によって歩行の二次元および三次元撮影を行った.ビデオ化した映像は、(1)運動の速度、(2)加速度、(3)大きさ、(4)規則性、(5)周期性、(6)持続性、(7)方向、(8)関節の固定性、(9)振戦、(10)異常運動などの要素に分けて解析した.さらに(11)上肢と下肢の運動の同調性、(12)体軸のふれ、(13)足の運動、(14)膝の上がり、(15)踵と足指の運動の相互関係などについて検討した.コンピューターによる解析は定量的に行い、上記の結果について統計的に検討した.健常者では上肢の振りは大きく平滑であり、リズミカルに歩行しており、SCDでは下肢の前方への振りは減少し、歩幅は小さく歩行速度が低下していた.さらに疾患によっては速度が低下して、前傾前屈姿勢がみられた.Joseph病とDRPLAでは上肢と下肢の動きに時間的ずれがあり、下肢が十分に前方へ振れてない内に上肢が後方から前方へと振れ戻るのがみられた.

歩行での膝関節角度を健常者と比較して、いずれのSCDの疾患でも低下していた.上肢の振りの大きさの定量化によって、手関節部の歩行での上下方向の変位の定量で、いずれも有意に減少した.歩行速度も有意に低下した.三次元歩行解析では、SCD14症例と健常者6例について検討した.その結果は、SCDでは上記の二次元解析の結果に加えて、体幹の動揺が大きいのが認められた.さらに引き続き歩行以外でも同様な解析を行い、さらに薬効による改善とこれらの解析結果の治療前後での比較を平成8年度に行う.運動失調症には、弧発性の他に遺伝性の失調症があり、従来の本邦の研究では、遺伝性失調症は比較的少なく、多くはオリーブ橋小脳萎縮症を中心とする弧発例が多いと考えられてきている。然し最近の遺伝子工学の進歩によって、一部の症例に弧発性の様相を呈しながら、遺伝性であることが明らかにされた症例も多々あり、また遺伝性疾患にも多くの種類があることが確認されつつあって、脊髄小脳変性症の実態の様相も従来とは異なった展開をしてきている。本年度の研究では、かかる観点から偶々発見されたSCA2の2症例(47才男性と44才女性)について、これまでの研究と同様にPEAKによる小脳性運動失調の評価をした。TRH-TとL-threonineを別々に投与して、無投与と投与前後で比較した。TRH-Tは1mg連日点滴静注2週間、L-threonineは3.0mg連日経口2週間と5週間投与、投与後は2週間の休薬期間を於いてPEAK解析をした。評価は遊脚期の最大膝関節角度、手関節部の上下方向の変位、最大歩行速度によって、薬剤投与前後で比較をした。結果は2症例ともにTRH-Tでは最大膝関節角度の改善は無いか軽微であり、手の振りは軽度の改善を示し、最大歩行速度はほぼ変化がみられなかった。L-threonineは最大膝関節角度、上肢の振り、最大歩行速度ともにかなりの改善を示した。これは歩隔の縮小、歩幅の増加に失調の改善がみられ、膝関節角度の改善は下肢の前方への振りだしを示す。これとともに上肢の振りの大きくなったことに現われている。今回のこの遺伝性失調症の知見は、遺伝性でも失調の改善がもたらされることを証明していて、SCA2でのL-threonineの歩行に対する改善を裏付けた。
口蓋裂による構音障害の比較言語学的研究-硬軟口蓋エレクトロパラトグラフィーおよび音響分析による同時観察-

当初立案の研究計画のうち、昨年度はとくに英国人における側音化構音、口蓋化構音などの動態と日本人における側音化構音、口蓋化構音の観察をおこなった。本年度はさらに採集された患者の資料の分析を進め、側音化構音構音時のEPG法による舌接触の動態と周波数分析による音響分析結果の関連について検索を行なったところ、言語は異なっていても英語における側音化構音と日本語における側音化構音は類似の傾向がみられることが明らかとなった。結果としては、イギリス英語においても日本語においても、側音化構音時には舌により硬口蓋が閉鎖されたままで音が産生されており呼気は臼後部より口腔前庭を経て流出していた。また舌の接触パターンはいくつかのタイプがみられていた。側音化構音時の周波数分析の結果ではエネルギー成分がピークの時点の周波数が健常人と比較して低い傾向であった。本年度はイギリス人研究者が日本を直接訪問し、日本人のデータの比較確認をおこなった。これらの結果について1995年国際音声処理会議(1995年9月、横浜)にて発表を行なった。当初立案の研究計画のうち、本年度は主として硬・軟口蓋エレクトロパラトグラフィ-(EPG)と音響分析の同時観察システムの完成に主力が注がれた。研究実績の概要は以下の通りである。(1)エレクトロパラトグラフィPー01(特注のもの)をインタ-フェ-スボ-ドを介して本年度購入したマッキントッシュIICiと接続し、特注の角型の人工口蓋用の舌接触デ-タの入力システムを完成した。(2)マッキントッシュIICiに取り込まれたデ-タ-を特注の角型に表示することを可能にした。(3)特殊な人工口蓋に改良を加えた。(4) EPGの実験中に同時に録音された音声を小型コンピュ-タ-を用いて音響分析するシステムを完成した。(1)(2)(3)(4)の結果、本装置は国外のデ-タ-収集・分析に充分で、比較言語学的研究に問題がないことが確認された。今年度にすでにイギリス・アメリカの共同研究施設の了解と共通資料採集の連絡がとれている。当初立案の研究計画のうち、本年度は完成したパラトグラフイー(EPG)と音響分析の同時観察システムを用いて、患者の資料採集および外国人との比較観察をおこなった。1、硬、軟口蓋エレクトロパラトグラフィーと音響分析の同時観察システムの完成プログラムの一部に手に加えてEPGの分析システムを完成した。2、健常人についての観察1)日本人についての観察子音のほとんどと母音イについておこなった。2)アメリカ人症例の観察歯茎音と軟口蓋音について観察をおこなった。3、口蓋裂術後患者についての観察1)日本人についての観察口蓋化構音、側音化構音、鼻咽腔構音について観察を行なった。2)イギリス人についての観察英国レデイング大学を当施設の研究者が訪問し健常人および口蓋裂術後にみられた側音化構音、口蓋化構音について観察を行なった。比較観察の主な点はEPGパターンにしぼられ、音響分析は収録された音声を今後分析予定である。今年度の成果として特徴的なことはイギリス人英語との比較観察が順調に行なわれたことである。これらの結果について第7回国際口蓋裂学会にて発表を行なった。
平面グラフの矩形勢力描画アルゴリズムに関する研究

平面グラフGの描画で,Gの各点が整数座標を持ち,Gの各辺が互いに交差しない直線分として描かれ,Gの任意の辺の両端点により定義される軸平行な長方形の内部にGの点が含まれないものをGの矩形勢力描画という.本研究において,任意の平面グラフが矩形勢力描画を持つための十分条件を改良するとともに,Gがその条件を満足するとき,Gを(n-1)×(n-1)の整数格子上に線形時間で開矩形勢力描画するアルゴリズムを与えた.平面グラフGの描画で,Gの各点が整数座標を持ち,Gの各辺が互いに交差しない直線分として描かれ,Gの任意の辺の両端点により定義される軸平行な長方形の内部にGの点が含まれないものをGの矩形勢力描画という.本研究において,任意の平面グラフが矩形勢力描画を持つための十分条件を改良するとともに,Gがその条件を満足するとき,Gを(n-1)×(n-1)の整数格子上に線形時間で開矩形勢力描画するアルゴリズムを与えた.平面グラフGの描画で,Gの各点が整数座標を持ち,Gの各辺が互いに交差しない直線分として描かれるものをGの格子直線描画という.Gの格子直線描画で,Gの任意の辺の両端点により定義される軸平行な長方形の内部にGの点が含まれないものをGの矩形勢力描画という.矩形勢力描画で長方形の周上に点の存在を許すものを開矩形勢力描画という.本研究において,任意の平面グラフが開矩形勢力描画を持つための十分条件を拡張するとともに,Gがその条件を満足するとき,Gを(n-1)×(n-1)の整数格子上に線形時間で開矩形勢力描画するアルゴリズムを与えた。以上の成果を研究会において報告するとともに,学術雑誌への投稿を目指し論文にまとめた.更に矩形勢力描画以外の描画法についても研究を行った.平面グラフGの描画で,各点が整数格子の格子点上に配置され,各辺が互いに交差しない直線分として描かれ,各面が全て凸多角形で描かれる描画をGの格子凸描画という。Gの点数をnとしよう.本研究において,内部3連結平面グラフGの分解木の葉の数が5個あるいは6個であり,外周上の点の数が定数個であるならば,Gを大きさ0(n)×0(n)の整数格子内に格子凸描画できることを証明するとともに,そのような描画を求める線形時間アルゴリズムを与えた.以上の結果を研究会において報告するとともに,学術雑誌への投稿を目指し論文にまとめた.平面グラフGの描画で,Gの各点が整数座標を持ち,Gの各辺が互いに交差しない直線分として描かれるものをGの格子直線描画という.Gの格子直線描画で,Gの任意の辺の両端点により定義される軸平行な長方形の内部にGの点が含まれないものをGの矩形勢力描画という.矩形勢力描画で長方形の周上に点の存在を許すものを開矩形勢力描画という.本研究において,任意の平面グラフが開矩形勢力描画を持つための十分条件を拡張するとともに,Gがその条件を満足するとき,Gを(n-1)×(n-1)の整数格子上に線形時間で開矩形勢力描画するアルゴリズムを与えた.以上の成果を第9回情報科学技術フォーラム(FIT2010)において発表するとともに,学術雑誌への投稿を目指し論文にまとめた.更に矩形勢力描画以外の描画法についても研究を行った.平面グラフGの描画で,各点が整数格子の格子点上に配置され,各辺が互いに交差しない直線分として描かれ,各面が全て凸多角形で描かれる描画をGの格子凸描画という.Gの点数をnとしよう.本研究において,内部3連結平面グラフGの分解木の葉の数が5個ならば,Gを大きさ10n×n^2の整数格子内に格子凸描画できることを証明するとともに,そのような描画を求める線形時間アルゴリズムを与えた.以上の結果を研究会において報告するとともに,学術雑誌への投稿を目指し論文にまとめた.
ナノ粒子曝露のアレルギー性鼻炎に与える影響

ナノテクノロジーは豊かな未来社会を担う新技術として期待される一方で、ナノ粒子による健康や環境への影響が懸念されている。また、アレルギー患者の増加は環境汚染と密接な関係があることが指摘されており、今後ナノ粒子の生産増加に伴い、ヒトは大気中、または食事からナノ粒子に曝露される機会が増加することが予想され、鼻粘膜、肺組織さらには体内臓器への蓄積により免疫系の異常などの影響を受ける可能性がある。本研究では、ナノ粒子としてカーボンナノチューブを用いて、アレルギー反応に及ぼす影響を検討した。ナノ粒子を抗原とともにマウスの鼻腔から気管内に投与することにより感作を行い、その後抗原を気管内に繰り返し投与することにより反応を誘起した。その結果、カーボンナノチューブを抗原とともに投与することで感作したマウスでは、抗原もしくはカーボンナノチューブ単独の群に比較して明らかな二相性の気道抵抗の上昇の増悪が認められた。また、肺胞洗浄液中の炎症細胞については、とくに好酸球の上昇がカーボンナノチューブと抗原とで感作したマウスにおいて顕著であった。さらに、抗体産生および病理組織学的評価を行った。その結果、カーボンナノチューブによりIgE、IgG1およびIgG2aのさらなる産生増加が観察され、病理組織学的には、肺への炎症細胞の浸潤の増強も観察された。さらに興味あることに、慢性肺疾患において認められる気道リモデリングの組織学的変化である杯細胞の過形成のさらなる増加が観察された。一方、カーボンナノチューブ単独でも杯細胞の過形成は弱いながらも誘起された。これらの結果より、カーボンナノチューブはアレルギー性気管支喘息症状の全般を増悪させ、さらには強いアジュバント効果を示すことが明らかとなった。本結果は、アレルギー反応の増悪化にナノ粒子が関与する可能性を示唆する興味深い成績であり、本増悪化はナノ粒子が免疫系への異常などを引き起こした結果であると考えられる。これらの結果より、カーボンナノチューブはアレルギー反応を増悪させ、さらには強いアジュバンと効果を示すことが明らかとなった。今後、ナノ粒子による本アレルギー反応の増悪メカニズムを詳細に検討することを試みる。ナノ粒子と抗原で感作したマウスにおける血中の抗体価(IgE, IgG1など)、サイトカイン(IL-4, IL-5, IL-13, IL-1βなど)などのさらなる上昇が認められるか検討するとともに、肺の病理組織学的な検討も行う予定である。