hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工関節軟骨の実現に向けたスーパーエンジニアリングプラスチック人工海綿骨

人工関節軟骨デバイスを構成する人工骨と人工軟骨の材料と構造について研究した。人工骨としてのスーパーエンジニアリングプラスチック(EP)に生体親和性と海綿構造を与える技術および人工軟骨としてのポリビニールアルコール・ハイドロゲル(PVA-H)の対生体軟骨潤滑特性を研究した。EPにチタン系超薄膜を被覆すると、骨伝導能と骨分化能が無垢EPと比べて2倍に増加することを明らかにした。純水溶媒で含水率60%のPVA-Hを製作し、潤滑特性を従来の有機溶媒型PVA-Hと比較した。その結果、両者は同等の潤滑性能を示し、従来のPVA-Hよりも生体安全性により優れた人工軟骨材料としてのPVA-Hを作製できた。本研究の新奇性のひとつは、3Dプリンタを用いてエンジニアリングプラスチック(EP)製ヒト海綿骨を作製することである。H25年度、3Dプリンタを用いた製造技術が世界で脚光を浴び、経済産業省が各種企業等へ導入奨励したのは周知である。本研究はこの影響を受け、外注先に突然多数の加工が発注されたため人工骨の納期が遅延した。一方、本研究課題がこのような世情を的確に捉えていたことを実感した年でもあった。H24年度の予備的研究を本実験に移して実施し、公表可能な成果を得て一部を発表した。また、H24年度の射出成形で製作したEPに対応する本実験として、3Dプリンタで製作したEP材の一般強度実験、切削性実験を完了し、強度は構造形態を最適設計することで生体骨と同等レベルに調整できることおよび被削性は生体骨より優れ、本人工骨は人工関節軟骨の下骨として必要十分な機械的特性を有することを明らかにした。H24年度は3D造形基材へ被覆したチタン(Ti)薄膜の密着性とその表面での単純な細胞増殖実験を行い、良好な生体親和性をEPに付与できることを確認した。H25年度は、Ti薄膜を人工骨の複雑な内部構造深部まで到達させるための条件検索と骨芽細胞の増殖能だけでなく分化能も確認した。Ti薄膜の被覆性につき、生体骨を模倣した構造において空孔の表面から内部へ5 mmの深部に至る被覆の到達を確認した。同外形寸法のより単純な幾何学的構造では、Ti薄膜は構造の内外全体に成膜され、本課題で採用したスパッタリング法が人工骨に対して優れた被覆性を示すことを確認した。細胞の増殖・分化能は、構造の表面粗さに大きく影響された。最適な表面粗さ値および濡れ性が存在することが示唆され、H26年度の研究で追究する。高価なポリエーテル樹脂(PE)に代えポリアミド樹脂(PA)を用いて予備実験を行った。ヒトおよびブタ大腿骨頭海綿骨のCT画像データを利用できるようにし、これを用いてラピッドプロトタイプ造形(RP)によりPA製人工海綿骨(人工骨)の製作とその実圧縮実験および有限要素法解析を実施した。実寸大人工骨の内部構造を正しく模倣して製作することはできなかった。原因は、生体骨の内部構造の寸法がRP加工精度の上限を超えているためであった。CADシステム上で内部構造寸法を相似拡大して、生体由来の海綿構造形態を保ちながら加工精度内に収める方法を検索した。そして、相似拡大造形した人工骨と生体骨の圧縮剛性を実験的に求め比較した結果、両者は許容範囲内で整合することを明らかにし、本方法で生体海綿構造形態に由来した形態の人工海綿骨を製作可能との結論を得た。一方、単純板にRP造形したPE基板の生体親和性をヒト骨芽細胞培養実験よって検討した。PEは生体親和性に非常に乏しい。PE基板にチタンを厚さ100 nmに被覆して、生体親和性の向上を確認したところ、細胞増殖能を3倍以上に向上させることができた。チタン薄膜と基材の密着強さを単純引きはがし実験によって評価し、人工骨として十分な密着強さを有することを示した。また、基材の変形に対する薄膜の追随性を、薄膜の引っ張り伸びを非接触測定することで評価した。RP基材の場合、基材が破断しても、破断部の極近傍の膜でさえ剥離しないことを実証した。射出成形したPEの被削性を評価した。同時に手術用のみによる被削性を考察して、良好な被削性を確認した。この結果から、人工骨の被削性も良好で、人工骨の再置換術で手術のみや鋸で置換人工骨を切除する場合も、周囲骨と同様に難なく切削することができると強く推認した。本研究では、人工骨の素材として従来使用されてきたチタン(Ti)に比較して、弾性率等が生体骨組織に近いスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリエーテル樹脂(PE)に生体親和性を与える方法と、人工海綿骨としての形態を与える方法を検索した。

H2425年度の2年間は、3Dプリンタを用いてヒト海綿骨構造を作製する技術を追究し、高額なPEを用いず、安価なポリアミド樹脂による試作と設計規準を検索した。期間後半にはPEを用いた海綿構造の構築に成功した。また、3DプリンタによるPE製細胞培養基板を用いて、生体不活性材料であるPEに生体適合性を付与することに成功した。H26年度は動物実験の最少化を踏まえて、TiおよびNa2Ti3O7薄膜被覆したPE基板に対する骨芽細胞増殖および分化能確認実験と疑似体液(SBF)浸漬実験を行った。Ti薄膜では、期待した細胞分化能およびSBF浸漬でもアパタイトが析出しなかった。そこで、Na2Ti3O7薄膜を採用して対策したところ、分化能の発現とアパタイトの発現を見ることができ、PEに生体親和性を付与することが可能であることを示した。一方、気孔率や梁の寸法を変更した4種類のPE製海綿構造の見かけの弾性率と圧縮強さを測定し、生体骨のそれらに近い値をもつ構造を特定した。また、Na2Ti3O7薄膜が多孔質構造の表面から深部に到達する距離を測定し、表面から5 mm以上の深部にまで被覆可能との結論を得た。この深さは、生体内で新生骨がPE製海綿構造に侵入する限界を超えており、実用上優れた値であると判断した。さらに、人工関節軟骨材料であるPolyvinyl alcoholゲルの開発として、力学的、熱力学的特性と対生体関節軟骨との潤滑特性を詳細に検索するとともに、PE製海綿構造との結合についても研究して、人工関節軟骨が実現可能である旨の結果を得ることができた。人間医工学H25年度では、(1)3DプリンティングによるEP海綿骨の製作手法の確立と人工骨の力学的特性の確認、(2)EP海綿骨へのTi薄膜の完全な被覆の達成および(3)EP海綿骨と骨組織との生物学的な結合性の追究であった。(1)および(2)については、基軸となるデータを確定でき、予定通り進展したと判断する。しかし、EP海綿骨の製作に遅延が生じ、実験数が不足して十分な統計学的信頼性を得るには至らなかった。方法論は確立されているので、今後実験数を増加する作業に傾注することで、H26年度早期には予定を達成できる見込みである。(3)in vitroでの実験を行い、骨芽細胞の増殖能を向上することができた。一方、骨分化能について、分化活性が期待した程大きくなく、満足できる結果を得られなかった。これに対する各種の工夫をこらす過程で新たな課題を見い出せた。すなわち、細胞増殖に最適な表面粗さが存在することおよびTiに他元素をドープするとアパタイト誘導能が出現して、骨伝導能が飛躍的に向上する可能性があることを示唆する結果を得たので、これらについても研究の必要性が指摘された。H24年度終了時、骨分化能を測定する装置の完備に手間取って実質的測定はH25年度に実施する旨報告した。測定には高度な技術が必要であり、特にヒト骨芽細胞に対する測定で苦労したが、マウス骨芽細胞を使用して対処するともにその実験過程から学んだノウハウをヒト細胞に適用して、比較的スムースに結果を得ることができるようになったことは、副次的ではあるが今後の課題進行に役立ったと考える。交付申請書等に記載したH24年度の実施計画では、(1)RPによるPEEK海綿骨の製作、(2)生体力学的特性および切削性の追究、(3)骨伝導能を付与する薄膜被覆技術の探索、(4)ヒト骨芽細胞の増殖・分化能の検索の4項目を掲げた。
変動に頑健な多段階生産システムの設計

本研究では、多段階生産工程に応援作業者を組み込むことによる効果を検証した。生産システムにおいて、作業者や設備を効率的に用いることによって生産性を向上させることは重要である。しかしながら、作業時間変動による工程間の作業干渉や工程間の作業負荷のアンバランスがシステム性能を減少させる。本研究では、作業時間量(タイムバッファ)を利用した応援作業者の移動ルールを提案した。応援作業者を組み込んだ生産ラインでは、作業時間変動による工程間の作業干渉のみならず、工程間の作業負荷のアンバランスに対しても柔軟に対応できることが示された。多段階生産システムにおけるすべての仕掛在庫情報を活用するフロー制御方式を設計し、詳細なフロー制御を実現した。本研究で設計されたフロー制御方式は、仕掛在庫の状態空間を制御領域として捉えており、従来のフロー制御方式よりも緻密な制御が可能となり、システムの生産効率や平均総仕掛在庫量に関してきめ細かく調整することが可能となっている。仕掛在庫情報を活用したフロー制御方式を用いることにより、これまで提案されてきた従来方式での制御構造の違いが仕掛在庫の状態空間での制御領域の相違として表現された。さらに、シミュレーション実験を行った結果、最適なフロー制御方式を設計するための制御領域が明らかにされた。本研究の目的は、生産のための工程編成、作業分担方式などのハード面とものの流れの制御といったソフト面を融合させた、変動に頑健な生産システムを設計するための方策を明らかにすることである。生産システムには、一般に、需要変動という外的変動と作業時間変動という内的変動が存在する。従来、かんばん方式に代表されるように、変動を吸収する緩衝材として在庫量が利用されてきた。しかしながら、在庫の保有は、資金を固定し、多様化する顧客需要に迅速に対応することを困難にする。これに対し、今日、多くの企業では、顧客ニーズの多様化に伴い、生産システムは少品種多量生産から多品種少量生産に移行し、組立型生産ラインにおいては、様々な作業者の能力を柔軟に活用する新しい生産方式が試行されているが、その理論面に関しては、十分な研究が行われているとは言えない。私達は、これまで、作業者の移動、あるいは、作業者の能力の違いなど、現状を踏まえた生産システムのモデル化と解析を行った。作業者の能力および生産設備費用を所与としたとき、応援作業者を生産ラインに組み込むことによって、作業時間変動による工程間の作業干渉のみならず、工程間の作業負荷のアンバランスに対しても柔軟に対応できる。そこで、プロトタイプとして、応援作業者を組み込んだ生産ラインにおいて与えられた作業時間表に基づいて生産性の高い生産システムを設計するための指針を示した.そこでは、従来の生産数量によってものの流れを制御するかんばん方式から一歩踏み出し、作業者の多様性、ダイナミックな作業あるいは作業者の移動にも対応できる作業時間量(タイムバッファ)の概念を導入し、ものの流れを制御する方式について研究を行っている。我々は、多段階生産システムにおけるすべての仕掛在庫情報を活用するフロー制御方式を設計し、詳細なフロー制御を実現した。仕掛在庫の状態空間を制御領域として捉えることによって、従来のフロー制御方式よりも緻密な制御が可能となり、システムの生産効率や平均総仕掛在庫量に関してきめ細かく調整することが可能となっている。仕掛在庫情報を活用したフロー制御方式を用いることにより、従来方式での制御構造の違いが状態空間の制御領域の相違として表現され、最適なフロー制御方式を設計するための制御領域が明らかにされた。

さらには、待ち行列理論やシミュレーション解析を利用して、作業者の能力を考慮した生産システムの様々な形態(セル生産方式)の分類・整理を行っている。特に、当該年度においては、分割方式における作業者の作業分担をダイナミックに変更することが可能な生産ラインにおいて、多段階生産工程での作業の進捗状況を工程ごとに識別し、これを利用することによって生産性の高い生産システムを設計するための指針を示している。本研究の目的は、生産のための工程編成、作業分担方式などのハード面とものの流れの制御といったソフト面を融合させた、変動に頑健な生産システムを設計するための方策を明らかにすることである。従来、かんばん方式に代表されるように、変動を吸収する緩衝材として在庫量が利用されてきた。しかしながら、在庫の保有は、資金を固定し、多様化する顧客需要に迅速に対応することを困難にする。これに対し、今日、多くの企業においては、セル生産方式など、作業者の作業分担を多様化することによって変動に対応する方策を講じている。一方、生産数量によってものの流れを制御するかんばん方式の研究が多く行われているが、作業者の多様性、ダイナミックな作業あるいは作業者の移動にも対応できるような生産システムを用いた研究が十分行われているとは言えない。我々は、多段階生産システムにおいて作業時間量(タイムバッファ)の概念を導入することによって、変動に頑健な生産システムを設計した。これにより、従来のフロー制御方式よりもダイナミックにシステムを制御することが可能となり、生産効率と平均仕掛在庫量に関して最適なフロー制御を達成することが示された。また、作業者が担当する要素作業をダイナミックに変更することが可能な場合、工程の負荷状況だけでなく、タイムバッファを用いた方が有効なことが示された。多段階生産システムにおける作業分担方式は、セル生産方式の根幹をなす部分である。我々は、待ち行列理論を用い、巡回方式と分割方式をモデル化し、その構造を明らかにした。さらに、巡回方式、分担方式に加え、変動に応じて作業分担を変更する方式としてバケツリレー方式を取り上げ、バケツリレー方式における最適な作業分担ルールを、シミュレーション実験を用いて明らかにした。
遺伝学的検査による生活習慣病リスク判定が被験者の予防行動に与える影響

ゲノム解析技術の,予想をはるかに上回るはやさでの進歩は,ゲノム医療における技術先行・社会実装基盤の遅れを招いている.そのため,ゲノムの情報の不適切な取扱いは,ゲノム情報の保有者たる個人に様々な不利益を招きうる.社会実装基盤には様々な要素があるが,ゲノム医療の受け手である一般集団が,最低限の遺伝に関する正確な知識と正しく活用できる能力,すなわちゲノムリテラシーを有することは極めて重要な社会実装基盤である.本研究では,ゲノムリテラシーを有することが,ゲノム情報に基づいたリスク判定に対し適切な行動とるための必須要素であると仮定している.そのために,「ゲノムリテラシー」を明確に定義し,さらにそれを測定するツールを作成・検証した.昨年度より,継続している過去去20年間に遺伝/ゲノムリテラシーを測定,評価した文献36報のシステマティックレビューにより,質問項目183を収集し,キーワード16語を抽出した.また,一昨年度に定義したゲノムリテラシーの段階的定義と合わせ,ゲノムリテラシー測定尺度の概念構造の設計を行う.また,設計した概念構造に対し,収集した質問項目を参考にしつつ項目の設定を行う.システマティックレビューにより得られた質問項目数は183項目であった.また最終的に抽出されたキーワードは16語,そのうち,「遺伝子」「ゲノム」「ゲノム医療」「遺伝学的検査」「単一遺伝子疾患」「多因子疾患」「遺伝子検査ビジネス」「究極の個人情報」の8語をメインキーワードとして設定しゲノムリテラシーの各セクションを評価する質問項目を設定した.それぞれのメインキーワードに関する質問項目を,「遺伝学的用語の認識」「自分自身のこととして検討する態度」「遺伝学的な用語や現象の理解」「遺伝学的知識の使用」の段階に沿って設定し,表面妥当性を検討した.ゲノム医療に関する社会情勢の変化は激しく,がんゲノム医療の実施基盤が2018年度に急速に整備されたことは象徴的なことである.これまで,ゲノムリテラシーは,ゲノムについて知識をもち,それに対して適切な態度をとる,という段階までを主眼に設定していた.しかし,急速にゲノム医療が普及したことで,知識,態度,だけでなく,その情報を実際に活用する行動のレベルでのリテラシーがさらに重要になった.そのため,システマティックレビューの文献を追加し,行動レベルまでを含んだリテラシーを定義することとしたため,遅れが生じている.2018年度をもって,知識,態度,行動を要素とした尺度の項目は設定できた.本尺度を用いて一般集団のリテラシーを測定し,リテラシーと実際の健康行動との関連を検討することが次の段階である.そのため,事業年度を1年延長し,次年度にリテラシー測定,行動との関連の検討する.さらに,その結果にもとづいてゲノム情報に基づく行動変容に対する医療者の介入指針をエキスパートパネルによって作成する.本研究で明らかにしようとする,遺伝学的検査による生活習慣病リスク判定に対する行動に関連が想定される因子を検討し,次年度以降に予定している実験研究において調査する項目を挙げることを目的として研究を実施した.まず,単一遺伝子疾患等における遺伝学的検査後の行動変容に関連があることが明らかとなっている,「遺伝/ゲノムリテラシー」に着目した.遺伝リテラシーに関する研究は以前より実施されているが,その定義は研究によって異なり,さらに,単一遺伝子による疾患を念頭に置いた遺伝医療の時代に定義された遺伝リテラシーは,ゲノム時代に必要なゲノムリテラシーをカバーできないことが推察される.そのため,ゲノム時代に必要なリテラシーの構成要素を明らかにするために,(1)遺伝/ゲノムリテラシーの構成要素に関する遺伝医療専門職者のエキスパートオピニオンの収集,(2)遺伝/ゲノムリテラシーの先行研究における定義に関するシステマティックレビュー,の2研究を実施した.(1)遺伝医療を専門とし,遺伝/ゲノムリテラシー研究の経験を持つ臨床遺伝専門医,認定遺伝カウンセラー5名を対象にとして,遺伝/ゲノムリテラシーの構成要素に関して,半構造インタビューを実施した.その結果,その構成要素は「遺伝・ゲノムについての知識」と「遺伝・ゲノム関連の情報に対する意欲,能力」の大カテゴリに分類された.さらに,「遺伝情報は特別である」という知識と,「自分のゲノム情報を大切に扱う」,「正しい情報ソースにたどり着ける」能力,意欲が,最低限培うべきリテラシーであることが示唆された.(2)先行研究において,遺伝/ゲノムリテラシーを何らかの形で定義している論文を網羅的に検索し,その定義を整理することを目的としたシステマティックレビューに着手した.現在,該当する論文105本をリストアップし,レビュー作業を進めている.当初の計画では,今年度中に遺伝学的検査による生活習慣病疾患リスク判定を受けようとする対象の特性を明らかにすることを目的としていたが,調査項目の一つとして想定していた遺伝に関するリテラシーをまず定義することに研究の重点を置くこととしたため,調査実施の予定を延長した.今年度は,ゲノムリテラシーがリスク判定と認識・行動との介在因子となっているかを測定する尺度を開発することを目的に,遺伝,ゲノムに関するリテラシーについて調査に関する系統的レビューを実施した.過去20年間の一般市民,高校生,大学生を対象に遺伝/ゲノムに関するリテラシーを調査もしくは測定した文献を検討した. Pubmed, Web of science, Scopus,医中誌の4データベースを用いて,genom*literacy, genetic literacy, health literacy等のキーワードにて文献を検索した.その結果,441編の文献レコードが抽出され,抄録から言語条件(英語または日本語),,対象者条件(医学生や医療関係者・医療専門職を対象とした研究は除外),および研究目的によりスクリーニングした後,148編の原著論文本文をレビューした.これらの文献のうち,21編が本研究の目的に合致する内容であった.

遺伝/ゲノムリテラシーを対象とする研究は,一般集団を対象としたものと,特定疾患のハイリスク集団(乳がん等)を対象としたものに大別された.前者では,遺伝学に関する用語や現象に関する知識について調査している研究が多く,後者は遺伝学の継承性や具体的な疾患リスクにまで言及した研究が多かった.これらの文献から,先行する研究における遺伝/ゲノムリテラシーは,1.遺伝学的な用語・現象の理解,2.遺伝学的知識の利用,3.遺伝を身近な出来事として認識できているか,の三要素が基本的な枠組みを形成していると考えられた.これらの枠組みの中で,具体的にどのような項目が測定されているかは,各研究によって異なっていたため,それらを集約するとともに,昨今のゲノム医療の進展を反映させた尺度案を作成した.遺伝/ゲノムリテラシー尺度の作成を目的とした文献レビューに時間を要し,実際の尺度作成およびその評価を目的とした調査にまで至らなかった.本研究で実施予定のリスク判定仮想シナリオによる行動変容に関する研究結果も海外から報告されてきている.それらの研究において,リスク判定を受けた対象の行動変容の実態について記述されており,本研究テーマの一部については既知となった.そのため,本研究ではそれらの先行研究では明らかにできていない,リスク判定が行動に与える影響に,ゲノムリテラシーを含む様々な因子が関連するか否かを検討する方針とした.また,本研究開始と時を同じくして,ゲノムリテラシーに関する研究が欧米において活発に実施されている.それらの研究から見いだされた,現時点での最新の知見を尺度作成のプロセスに取り込むこととした.その結果,ゲノム医療の現状を反映した尺度案が作成できたと考えている.ゲノム解析技術の,予想をはるかに上回るはやさでの進歩は,ゲノム医療における技術先行・社会実装基盤の遅れを招いている.そのため,ゲノムの情報の不適切な取扱いは,ゲノム情報の保有者たる個人に様々な不利益を招きうる.社会実装基盤には様々な要素があるが,ゲノム医療の受け手である一般集団が,最低限の遺伝に関する正確な知識と正しく活用できる能力,すなわちゲノムリテラシーを有することは極めて重要な社会実装基盤である.本研究では,ゲノムリテラシーを有することが,ゲノム情報に基づいたリスク判定に対し適切な行動とるための必須要素であると仮定している.そのために,「ゲノムリテラシー」を明確に定義し,さらにそれを測定するツールを作成・検証した.昨年度より,継続している過去去20年間に遺伝/ゲノムリテラシーを測定,評価した文献36報のシステマティックレビューにより,質問項目183を収集し,キーワード16語を抽出した.また,一昨年度に定義したゲノムリテラシーの段階的定義と合わせ,ゲノムリテラシー測定尺度の概念構造の設計を行う.また,設計した概念構造に対し,収集した質問項目を参考にしつつ項目の設定を行う.システマティックレビューにより得られた質問項目数は183項目であった.
オリゴチオフェン類を用いる機能性修飾電極および光電変換素子の開発

本研究では、新規な導電性有機物質の創出と機能性修飾電極および光電変換素子への応用を目的として、ポリチオフェンのモデル化合物としてのみならず、新しいπ電子系有機物質として興味がもたれるオリゴチオフェンに着目し、電子物性、光電物性および機能性修飾電極への応用について研究を行った。(1)オリゴチオフェンを用いるpnヘテロ接合型光電変換素子の作製と特性新しい光電変換用有機材料の開発を目指して、これまで研究の行われていなかったオリゴチオフェンの光電物性について検討した。p型半導体としてチオフェン5量体、7量体および8量体、n型半導体としてペリレン顔料を用いてpnヘテロ接合型光電変換素子を作製し、それらの特性を比較検討した。オリゴチオフェンの共役鎖長が長くなるに従って、変換効率は大きくなり、ITO/ペリレン顔料/チオフェン8量体/Au素子は、ITO電極から白色光(105mWan^<-2>)を照射した場合、フィルファクター0.5、照射光に対する変換効率0.6%を示した。以上の結果から、オリゴチオフェンが優れた一群の光電変換用p型有機半導体として機能することがわかった。(2)オリゴチオフェンを側鎖に有する新規高分子を用いる機能性修飾電極の作製とエレクトロクロミック特性オリゴチオフェンに基づく優れた光・電子機能にフィルム形成能および耐久性を付与した機能性修飾電極の開発を目指して、チオフェン5量体および6量体を側鎖に有するビニル型高分子を、対応するビニルモノマーの電解重合により合成し、これまでに検討したチオフェン3量体および4量体を側鎖に有する高分子の結果と比較した。電気化学的にドープした高分子の電導度は、側鎖オリゴチオフェンの共役鎖長が長くなるに従って、1桁から2桁づつ高くなり、チオフェン6量体を有する高分子(ド-ピング率:94%)は、室温電導度10^4scm^1を示した。本年度合成に成功した高分子は、電気化学的脱ド-ピングおよびド-ピングにより、緑色と淡黄色の鮮明な可逆的色彩変化を示し、それぞれ2秒間のド-ピングおよび脱ド-ピングのサイクルを500回繰り返しても、可逆な色彩変化が見られた。これらの高分子は、鮮明な可逆的色彩変化を示す新規な一群のエレクトロクロミック材料として期待される。
地熱貯留層や帯水層への流体注入によって生じる誘発地震の予測手法開発

2018年度は計6つの地震計を熊本県阿蘇郡小国町と大分県玖珠郡九重町に設置し、小国地域の地熱貯留層内で生じる微小地震を観測するためのシステムを構築した。研究対象となる地熱貯留の変更、および国有地・町有地に地震計観測システムを設置するための土地利用申請手続きに時間を要したため遅れが生じたが、2018年度末には上記の観測システムを構築することができた。現在、熊本県わいた山地下に存在する貯留層内で生じた微小振動を計測し、微小地震データベースを構築している。微小地震シミュレーションプログラムの開発に関しては、拡張有限要素法を用いた浸透流ー変形連成解析プログラムを構築した。そして、開発したプログラムの妥当性を検証するために過去に行われた原位置断層への流体注入実験(Guglielmi, 2015)の再現解析を行った。上記の実験は、流体注入による断層内での間隙水圧、せん断、垂直変位を詳細にモニタリングしているため、数値解析プログラムの妥当性検証には最適である。上記の妥当性検証結果は、2018年中国・北京で開かれた国際会議(International Symposium on Mine Safety Science and Engineering)で発表された。更に上記プログラムを用いて実施した流体注入における断層挙動解析は、ISRM 14th International Congress of Rock Mechanicsにアクセプトされた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。大深度地下岩盤内で発生する誘発地震をシミュレーションするために近年提唱された拡張有限要素法の理論を基にして新たな二次元連成解析プログラムを構築した。開発したプログラムは、岩盤内部での流体流れとそれによって引き起こされる岩盤不連続面の力学的挙動(誘発地震)を連成解析によってシミュレーションすることができる。既存の数値解析プログラムと違う点は、岩盤き裂内部の水の流れだけでなく、き裂から周囲岩盤への流体の流出も考慮することができ、大深度地下岩盤に流体を注入した場合の間隙水圧の変化をより正確に再現することができる。また、動的摩擦則と呼ばれる断層が動的に挙動した場合の断層表面のせん断応力変化を記述することができる構成則を導入し、微小地震発生時の断層のせん断応力変化をより正確にシミュレーションできるようにした。この開発したプログラムを用いて、過去に行われた断層への流体注入による誘発地震発生実験をシミュレーションし、その妥当性を検証した。その結果、断層への流体注入量を実験値と合わせることによって、解析から得られた周囲岩盤の間隙水圧上昇値が現場での測定結果と完全に一致することが確認でき、開発したプログラムの妥当性を検証することができた。この成果を2018年10月に北京で開催される国際学会で発表する予定である。上記の数値解析プログラムの開発に加えて、熊本県阿蘇地域において地震計を用いた微小振動計測をスタートさせた。当初予定していた地熱発電所での誘発地震計測ができなくなり新たな候補地の選定に時間を要したが、地熱発電開発予定地において測定を開始することができた。流体注入によって発生する誘発地震ではないが、大深度地下に存在する地熱貯留層内部の流体の動きによって発生する微小振動を測定するため、発生原理的には同じである。現在も計測を続けており、得られたデータの分析を逐次行っている。誘発地震の原位置計測に関して遅れが生じている。当初誘発地震計測を行うことを予定していた地熱発電所があったが、周辺住民に不安が生じる可能性があるということから地震計測を断られた。その後、別の地熱発電所に地震計測の打診を行ったが、同様の理由で地震計測を断られ、誘発地震計測地の選定に時間を要した。最終的に熊本県阿蘇地域の地熱発電開発予定地において微小振動計測をスタートすることができたが、当初の予定よりも六か月ほど遅れている。数値解析プログラムの作成に関しては概ね順調に進んでいる。Khoei(2005)が提唱した拡張有限要素法の浸透流と力学変形を考慮した連成解析の支配方程式に、誘発地震をシミュレーションするために必要な項を新たに加えて定式化を行い、地熱貯留層への流体注入によって引き起こされる誘発地震をシミュレーションするための二次元数値解析プログラムを独自に構築した。まだ改善すべき点はいくつか残っているが、開発したプログラムを用いて過去にヨーロッパで行われた断層への流体注入による誘発地震発生実験の再現解析を行ったところ、現場で計測された値と数値解析から得られた値が良い一致を示した。したがって、開発した誘発地震シミュレーションプログラムの妥当性を検証することができた。

上記の実験は、流体注入による断層内での間隙水圧、せん断、垂直変位を詳細にモニタリングしているため、数値解析プログラムの妥当性検証には最適である。上記の妥当性検証結果は、2018年中国・北京で開かれた国際会議(International Symposium on Mine Safety Science and Engineering)で発表された。更に上記プログラムを用いて実施した流体注入における断層挙動解析は、ISRM 14th International Congress of Rock Mechanicsにアクセプトされた。現時点で、過去に行われた断層への流体注入による誘発地震発生実験の再現解析から、注入された流体のき裂内部と周辺岩盤内での振舞いに関して妥当な結果を得ることができた。次の段階として、断層自体の力学的挙動に関しても過去の実験と比較し、解析に適用された断層の動的摩擦則の妥当性検証や入力パラメーターの逆解析など行う。その後に、数値解析結果から得られる断層のすべり速度や地震エネルギーといった様々な地震パラメーターを検証し、数値解析結果から非地震性すべりと地震性すべりを判別する手法の開発を行う。そして、現在は単一のき裂(断層)しかモデリングできないが、複数のき裂や、き裂の分岐をモデリングできるようにプログラムの改良を行い、断層が屈曲する場合や、複雑なき裂ネットワークが存在する岩盤内への流体注入をシミュレーションできるようにプログラムの拡張を行う。地熱開発予定地域での微小地震の原位置計測に関しては、データの蓄積と分析を続ける。そして得られた微小地震の波形からサイズミックモーメント、地震エネルギー、seismic efficiencyなどの地震パラメーターを推定し、計測地での微小地震データベースを構築する。最後に、本研究で開発した誘発地震シミュレーションプログラムと微小地震計測から得られたデータベースを用いて、地下岩盤内での流体の圧力変化と微小地震の関係性を明らかにする。そのために、計測を行っている地域の断層と地熱貯留層内の流体流れを、開発した拡張有限要素法プログラムでモデリングを行う。そして、地熱流体の流量・圧力変化と微小振動発生がどのように関係しているのかを定量的に評価し、地下への流体注入や地熱流体の生産によって引き起こされる誘発地震をシミュレーションするための数値解析手法確立を目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
南洋の日本植民都市における生活と空間に関する研究

本研究は、第二次世界大戦前に旧南洋群島(ミクロネシア)で形成された日本植民都市の都市構造の特質や生活の具体的な様子を明らかにしている。南洋庁官舎に住む家族、商業者、沖縄出身の漁民など、さまざまな立場の日本人と現地住民が町の中でどのように暮らしていたのか、当時を記憶する人々の聞き取り調査や当時の生活を物語る写真、文献などの資料収集を行い、太平洋における日本型植民都市の都市像をハードとソフトの両方から総合的に描き出した。本研究は、第二次世界大戦前に形成された南洋(特に旧南洋群島を中心として)の日本植民都市について、当時の「暮らし」に焦点をあて、内地出身者、沖縄出身者、社宅居住者、農民、現地住民など、当時を記憶するさまざまな人々の聞き取り調査や当時の生活を物語る資料収集を行い、太平洋の日本型植民都市の都市像をハードとソフトの両方から総合的に描き出すことを目的としている。平成20年度は2回のミクロネシア調査を実施した。現地の関係者の協力により、当時を知る住民の聞き取りを行うことができ、貴重な情報を得られた。具体的な調査日程と調査地は次の通りである。(1)コスラエ、ポンペイ、チューク(トノアス及びウェノ)、サイパン、ロタ、ヤップ(2008年9月)(2)マーシャル諸島マジュロ、ポンペイ(2009年23月)日本人の生活との接点であった公学校また、国内でも聞き取り調査を進め、20年度は沖縄県、大分県、東京都、京都府において、南洋庁関係者や南洋興発関係者、自営業者とその家族に聞き取りを実施した。今後、沖縄県内では漁業関係者への聞き取りも実施したい。国内・国外とも聞き取り対象者の高齢化が進んでおり、できるだけ聞き取りを急ぐ必要がある。さらに資料収集(特に当時の生活の様子が伺える個人写真)を聞き取りと平行して進めている。国内・国外とも聞き取り対象者の高齢化はかなり進んでおり、できるだけ聞き取り調査を急ぐ必要がある。また、今回の調査に際して、現地の教育文化、歴史研究関係者との協力関係構築も重要な成果の一つであった。今後研究成果を現地の関係者に還元していく予定である。平成21年度は2回のミクロネシア調査及びハワイ(ビショップ博物館)、グアム大学(ミクロネシア研究センター)での資料収集を行った。ミクロネシアでは現地の関係者の協力により、当時を知る住民の聞き取りを行うことができ、貴重な情報を得られた。(1)マーシャル諸島ヤルート、ミクロネシア連邦ポンペイ及びコスラエ(2009年8月)(2)ハワイ、ミクロネシア連邦ポンペイ及びトラック諸島、グアム(2010年3月)国内では、沖縄県内で沖縄ポナペ会の協力を得て、ポンペイおよびコスラエに戦前居住していた人々の聞き取りを実施した。また、津堅島、渡名喜島、糸満市において、トラック諸島等に戦前居住していた漁業関係者の聞き取りを行うことができた(うるま市教育委員会、糸満市教育委員会の協力を得た)。最終年度はこれまでの研究成果を英文で論文1(トラック諸島)、論文2(ポンペイ、ヤルート、コスラエ)にまとめる。また、ミクロネシア全域の日本植民都市について、これまでの研究成果を総合した著作を執筆中である。本研究は、第二次世界大戦前に形成された南洋(特に旧南洋群島を中心として)の日本植民都市について、当時の「暮らし」に焦点をあて、内地出身者、沖縄出身者、官舎居住者、漁民、現地住民など、当時を記憶するさまざまな人々の聞き取り調査や当時の生活を物語る資料収集を行い、太平洋の日本型植民都市の都市像をハードとソフトの両方から総合的に描き出すことを目的としている。
インターネット教材の着想や学習指導支援機能の調査とその効果の研究

本研究は,広域ネットワークシステムを用いた教材の着想や学習支援の諸機能を調査・整理し,それによる学習の効果を明らかにすることを目的とした。研究の結果,以下のような成果を得た。1.Web教材を調査した。調査では,教師が国内・外の多数の教育用ウェブサイトを巡回して教材を試用し,着想や学習支援の諸機能が比較的優れていると考えられる教材を抽出した。そして,開発した調査表に教師が特徴を記入した。その結果,教材の概要,構成,展開の方略,対象学年,教科,学習形態,着想面の特徴,教育面の特徴,ネットワーク活用上の特徴,内容の展開技法の特徴,マルチメディアの効果,含まれる教授様式等の25項目について,調査した教材の特徴や内容を明らかにした。2.教材を,教師の立場で評価した。評価は,概括的な内容,教育的な価値提示上の技術的な品質,ネットワークの技術的な品質,信頼性,学習様式,効果等の55項目について,5段階の評定尺度により評価した。その結果,評価が良好なWeb教材の特徴を明らかにした。3.インターネット教材の機能を類別し,その学習効果や意識を学習者の立場から分析した。教材を学習情報の参照・実行,交換・公開,コミュニケーション,その他の機能に選別・整理した。それらを実験授業に適用し,評価結果から各機能の学習指導の効果を明らかにした。4.教材の調査結果を念頭に,教材の開発と学習指導システムの開発と改善を行った。その結果,Webページを用いた学習情報検索・参照支援,シミュレーションによる学習支援,リアルタイムでのコミュニケーションによる学習支援,テレビ会議システムによるコミュニケーション支援などの機能を組み込んだ学習指導システムを開発した。5.それらを小・中学校の学習指導に適用した実験授業を行った。その結果から,インターネット教材の着想や学習指導を支援する諸機能の効果を定量的・定性的に明らかにした。本研究は,広域ネットワークシステムを用いた教材の着想や学習支援の諸機能を調査・整理し,それによる学習の効果を明らかにすることを目的とする。本初年度は,国内・外の教材(インターネット教材と言う)を収集し,指導者による調査と評価を行うことを目的とする。1.教材の抽出:日米の多数のウェブサイトを巡回し,その中のシミュレーション型教材に対象を絞り,日本のカリキュラムへの適用も念頭に置いて抽出を行った。その結果,約40件を抽出した。2.教材の調査:教材の概要,構成,展開の方略,対象学年,教科,学習形態,着想面の特徴,教育面の特徴,ネットワーク活用上の特徴,内容の展開技法の特徴,マルチメディアの効果,含まれる教授様式等の学習指導支援機能に関する調査表を作成した。そして,複数の現職教員並びに指導主事を対象に,上述1で抽出したインターネット教材を試用させ,調査を行った。3.教材の評価:概括的な内容,教育的な価値,提示上の技術的な品質,ネットワークの技術的な品質,信頼性,学習様式,効果等について評定尺度を用いた評価表を作成し,評価を実施した。この結果を概括すると,(1)Shockwave,Flash,Quick Time,VRML,IPIX,Real Player等のプラグインを駆使し,これまでスタンドアロンの教育用ソフトウェアで提供されていたシミュレーションやインタラクティブな環境を実現していること,(2)共同作業や作業結果の公開,他のサイトの参照などでネットワークの通信機能が用いられていること,(3)海外のサイトでは,設定したテーマに関する広範な内容を系統的に提示しているのに対して,日本では範囲が狭いことが多い等が分かった。本年度(2年目)は,次の研究を実施した。

1.広域ネットワークシステムを組み込んで開発した国内・外の教材(以下,インターネット教材と言う)を収集・調査し;その着想を抽出・整理した。具体的には,ネットワーク教材の内容,構成,教育的特徴,ネットワーク活用上の特徴,展開方法の特徴,マルチメディアの効果,含まれる教授・制御様式,学習指導支援機能に関する特徴などを抽出・整理した。その内から特徴的な39件について,下記にとりまとめた。石川賢:Webページ教材の調査(資料1,調査者用),宇都宮大学教育学部,2000年3月,pp.1-1322.それらのWebページ教材を教師や指導主事を対象に試用させ,概括的な内容,教育的な価値,技術的な品質,信頼性,学習様式,期待できる効果等について評価した。その結果,総合評価が良好なサイトは,内容が妥当,正確,適切なこと,学習者主体の制御ができること,内容が簡潔で分かりやすいこと,学習効果が期待できネットワーク環境で実施する必然性があることなどの評価結果を得た。これらの知見を,下記にとりまとめて発表した。石川賢,他:教師によるWebページ教材の調査と試用,教育工学関連学協会連合第6回全国大会講演論文集,2000年10月,pp.513-5143.これらの調査・評価結果を念頭に置いて,社会,理科,進路指導などについて,鹿沼市の地域教材"鹿沼市の屋台",足利の地域教材"足利学校",中学校理科"自然と人間"における地域の災害,栃木県の高等学校検索とその学習支援などのWebページ教材の開発に着手した。今後,情報技術に関するWebページ教材の開発にも着手するとともに,それらを実際に小・中学校の学習指導に適用した実験授業を実施し,評価を行いたい。本研究は,広域ネットワークシステムを用いた教材の着想や学習支援の諸機能を調査・整理し,それによる学習の効果を明らかにすることを目的とする。本年度(3年目)は,次の研究を実施した。1.教材を利用した学習者の意識の分析:シミュレーション型教材を学習指導に適用した実験授業を実施し,授業後の意識調査の結果から,学習者の理解の支援に有用な教材の機能を分析した。その結果,学習の効果を向上させる要因として,シミュレーション環境の提供とともに,学習者自身の操作,操作の誤りの指摘等の機能を具備することが重要である等の知見が得られた。これらを,石川,他:"シミュレーション型教材を利用した学習者の意識について",日本教育工学会第17回大会講演論文集,17,2001年に報告した。2.インターネット教材の機能の類別とその学習効果の分析:調査したネットワーク教材の諸機能を,学習情報の参照・実行,交換・公開,コミュニケーション,その他の機能に類別・整理した。それらを実験授業に適用し,評価結果から各機能の学習指導の効果を明らかにした。これを鍋谷,石川,他:"ネットワークの機能を利用した学習指導の改善",宇都宮大学教育学部教育実践総合センター紀要,24,2001年に報告した。
Ｘ線自由電子レーザーによるナノクラスター回折実験：非平衡核生成ダイナミクスの解明

クラスターとは原子、分子が数個から数百個、あるいはそれ以上の数結合した集合体である。本研究では、断熱膨張により冷却された希ガス中における希ガスクラスターの核生成・成長過程を、X線自由電子レーザー(XFEL)を用いたシングルショットX線回折実験により観測する。これにより成長途中の単一の希ガスクラスターの構造を明らかにし、従来観測が不可能であった高速な核生成・成長過程における非平衡ダイナミクスを解明する。
群の表現およびルート系に付随した微分方程式に関する研究とその応用

フックス型線形常微分方程式の接続問題,解の表示などを一般的に解析する理論を構築して新たな具体的結果を得た.さらに不確定特異点を含む場合への拡張を与えた.また,ポアソン変換などの積分変換へ微分方程式の結果を応用した.(1) Riemann球面上の線形常微分方程式に関して接続問題などの具体的結果を与え、合流操作、隣接関係式、ベキ級数表示、積分表示、微分方程式の構成や既約性、分類などの統一理論を構築し、さらにはRigidでない場合のKac-Moodyルート系との関連やよい方程式の研究、またAppellの超幾何などを含む理論の多変数化を行う。(2) Radon変換やPoisson変換など積分幾何における重要な積分変換を一般的に扱って、表現論や微分方程式論、特殊関数論、組み合わせ論、微分幾何、数理物理などと関連させて広く高い立場から研究を進め、統一的理解を行い、関連分野への応用も行う。フックス型線形常微分方程式の接続問題,解の表示などを一般的に解析する理論を構築して新たな具体的結果を得た.さらに不確定特異点を含む場合への拡張を与えた.また,ポアソン変換などの積分変換へ微分方程式の結果を応用した.リーマン球面上の既約なFuchs型方程式のSchlegingerの標準型に対し,middle convolutionによる変換で,アクセサリー・パラメータの数毎に有限種類の方程式に分類されることを示し,Kac-Moodyルート系との関係を明らかにした.また,3つの確定特異点を持つrigidなFuchs型常微分方程式の解の接続係数の一般公式を与えた.40階以下では400万個以上の場合があり,その具体的公式の表を計算機で得た.一階常微分方程式系のOkuboの標準型に対する横山のextensionのアルゴリズムを,パラメータが一般の場合に拡張し,Katzのmiddle convolutionによるアルゴリズムとの関係を明らかにし,両者が等価であることを示した.常微分方程式におけるEuler変換,Gauge変換,隣接関係式,合流操作,Laplace変換などの概念を統一し,さらにそれらを多変数化してWeyl代数におけるoperationを定義し,それによる代数的偏微分方程式系に対する研究を提案した.これら一連の結果に関連して複素常微分方程式の研究が急速に発展しつつあり,玉原国際セミナーハウスと熊本大学においてワークショップを2回主催した。Heckman-Opdamの超幾何系に関し,有限な特異点の無限遠の特異点への合流の研究,1次元の特異集合に制限した常微分方程式の研究,擬Riemann対称空間にあたる場合の次元と接続公式の研究についての結果をまとめた.常微分方程式におけるmiddle convolution,Gause変換,Laplace変換などの概念をWeyl代数における変換に拡張して統一化し,代数的線形微分方程式の研究を行った.特に,Fnchs型常微分方程式における合流操作,隣接関係式,解の級数表示や積分表示に対し,一般的かつ具体的な結果を得て,スペクトル型による方程式の分類と対応するuniversal modelの存在定理を示した.rigid local systemが見かけの特異点を持たない単独常微分方程式で実現できるか,というNicholas Katzのopen problemは,この存在定理の自明な場合として肯定的に解決されたことになる.さらに,方程式の解の接続問題における接続係数と方程式の既約性の必要十分条件とを,一般的かつ具体的に求めた.また,この方法は,Appellの超幾何のような多変数の特殊関数の場合にも有効なことを示した.Fuchs型方程式に対し,スペクトル型などのデータを与えて方程式の具体形,解のべき級数表示や積分表示,接続係数,既約性の必要十分条件などの結果をTeXのソースとして出力したり,コンピュータ上で表示するプログラムを開発して公開した.2009年6月には,Deligne-Simpson問題の提唱者のKostov氏を招いて,複素領域における一階常方程式系の研究手法の理解を深めることができた.また,8月には海外から数人の研究者を招いたWorkshopを開催し,表現論と積分幾何に係わる微分方程式の理解の現状についての情報交換とともに,これらの分野への応用を見込んで研究すべき具体的な微分方程式を明らかにすることができた.単独Fuchs型常微分方程式の解析を行った.すなわち,スペクトル型を与えたときのuniversal modelを昨年度構成したが,middle convolutionなどの操作とRiemann schemeとの関係を詳細に調べることにより,Riemann scheme(局所モノドロミーと言っても同じ)を定めたときのFuchs型方程式が,universal modelに含まれるための十分条件を与え,特に既約またはsimply reducibleならばその条件が満たされることを示した.さらに,種々の隣接関係式の導出,多項式解の構成,部分Wronskianの間の接続公式,多くの例の計算などの新しい結果を得た.また,Kac-Moodyルート系との関連をより明らかにし,Riemann scheme,既約性,接続公式,隣接関係式を与える作用素などを,ルート系とそのWeyl群を用いて表した.これらを,昨年度の結果と合わせて論文にまとめた.微分作用素に係わる計算や単独Fuchs型方程式の既約性や接続公式や積分表示を計算して表示する数式処理のプログラムの拡張と整備を行って公開した.非コンパクト型Riemann対称空間の任意の境界に対する境界値問題に対し,対称空間上の線形束の場合を含んだ最も一般的な結果を,示野氏との共同研究で得た.

具体的には,generalized Verma加群の零化加群を量子化最小多項式によって表す研究代表者の従来の結果を用いて,境界上の線形束のPoisson変換の像を特徴付ける偏微分作用素系を具体的に計算し,Shilov境界などの場合に知られていた従来の結果を一般化した.単独のFuchs型の線型常微分方程式の研究を前年度に引き続いて行った。特にパラメータが特殊な値を取ったときの解析を詳しく行った。特にrigidであるとき,解の空間のモノドロミー群が可約となった場合において隣接関係による準同型写像の同型性がいつ崩れるか,それを記述するキーとなる多項式を定義して多くの場合に具体型を与えた。関連して,多項式解がいつ存在するかを決め,多項式解の構成した。また,解の接続係数を決定する問題を,モノドロミー行列の固有値の重複度が1とは限らない場合に解空間の部分Wronskianを考えることにより一般化し,rigidないくつかの場合にその接続係数をガンマ関数を用いた具体的な公式で与えるとともに,一般の場合の求め方の原理と予想を与えた。Fuchs型の線型常微分方程式の一般論の構築がほぼ完成したので,それについての一連の講義を元に,アイデアと主要結果を解説した日本語の講義録を作成して出版し,成果が広くアクセスできるようにした。多項式係数の線形常微分方程式において,確定特異点とは限らず,不分岐の不確定特異点を許す場合へと研究を発展させた。すなわち,この場合にも一般化Riemann schemeを定式化して,スペクトル型を定義し,middle convolutionとGauge変換による作用がKac-Moodyルート系のWeyl群の部分群とみなせることを示した。さらに廣惠との共同研究により,アクセサリー・パラメータの数毎に,Fuchs型の場合と同様にその群作用の軌道が有限になることを証明した。特にアクセサリー・パラメータの数が2個以下の場合の完全な分類を行い,それがFuchs型のbasicなものの合流で得られることを示した。この結果は4次元Painleve方程式の分類の一つにの筋道を与えるものとしての意義もある。本研究での最大の成果は,単独のFuchs型の線型常微分方程式に対する一般的な解析が可能になったことであるが,その新しい理論と具体的結果をまとめた長編の論文を日本数学会のMemoirsとして本の形で出版した。本研究は、さらに確定とは限らずに不確定特異点を許す場合の本格的研究へ向けて進んだ。まず,局所理論である福原-Turritin理論,Stokes係数に対するBirkoff型定理,福原の漸近解の構成,Fuchs-福原の関係式などの理論を分かりやすく整理した。不分岐不確定特異点を許す場合の解析を目的として,廣惠と共同研究を行い,対称Kac-Moodyルート系のWeyl群の軌道の有限性に関する定理を得て論文として出版した。これらが2次元symplecticベクトル空間における平面曲線の種数や分類理論,特異点解消と深い関係があることを示した。また,合流操作や不確定特異点の微分方程式も扱えるように数式処理のプログラムを改良して公開した。
有酸素運動と軽度高気圧酸素を利用した糖尿病の予防・改善効果の比較・検討

近年、糖尿病と骨強度との関連が明らかにされつつある。本研究では、骨粗鬆症のモデルラットを軽度高気圧酸素の環境に1日3時間にわたって滞在させることで有酸素的な代謝を向上させて、骨粗鬆症の発症を予防・遅延できるかどうかを検討した。ラットの尾部を吊り上げる手法(後肢懸垂)を使用して骨粗鬆症のモデルラットを作製した。生後8週齢のWistar系雄ラットを通常飼育群、骨粗鬆症群、骨粗鬆症+軽度高気圧酸素群の3群に分けた(各群6匹)。骨粗鬆症群、骨粗鬆症+軽度高気圧酸素群は、後肢懸垂の処置を施した環境下で21日間、及び、後肢懸垂終了後(回復期)に10日間にわたって飼育した。骨粗鬆症+軽度高気圧酸素群は、後肢懸垂期と回復期の31日間、1日3時間にわたって軽度高気圧酸素(1.3気圧、40%酸素)の環境に滞在させた。対照群と比較して骨粗鬆症群では、皮質骨の厚さと海綿骨の骨密度が有意に減少した。一方で、対照群と比較して骨粗鬆症+軽度高気圧酸素群では、皮質骨の厚さと海綿骨の骨密度の有意な減少は認められなかった。対照群と骨粗鬆症+軽度高気圧酸素群と比較して、骨粗鬆症群の海綿骨の破骨細胞の割合は有意に増加した。骨粗鬆症群と比較して骨粗鬆症+軽度高気圧酸素群では、Sclerostin mRNAの発現量が有意に減少した。これらの結果から、軽度高気圧酸素の環境への滞在によって、後肢懸垂で生じた破骨細胞の増加が抑制され、骨組織(皮質骨と海綿骨)の減少が認められなかったのだと考えられる。軽度高気圧酸素の環境に滞在することで骨細胞に十分な酸素が供給されて代謝が向上し、骨細胞の分解が抑制されたと推察される。本実験から、軽度高気圧酸素の環境に滞在させることによって、骨粗鬆症モデルラットにおける骨組織の減少を抑制できることが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。国内において2型糖尿病を発症している患者は、大腸がん、肝臓がん、膵臓がんの発症率が高い。本研究では、軽度高気圧酸素(1.3気圧、36-40%酸素)の環境に滞在することによって有酸素的な代謝を向上させて、大腸がんや大腸炎の発症を予防・遅延させることを目的とした。【実験1】大腸がんモデルラットを軽度高気圧酸素の環境に1日3時間にわたって滞在させ、大腸がんの発症を予防・遅延できるかどうかを検討した。大腸がんモデルラットを18週間(月曜日から金曜日)、1日3時間にわたって軽度高気圧酸素の環境に滞在させた。大腸がん群、大腸がん+軽度高気圧酸素群では、大腸に腫瘍が確認された。しかしながら、腫瘍の数、大きさ、分布については、大腸がん群と大腸がん+軽度高気圧酸素群で有意な差は認められなかった。したがって、本研究で使用した軽度高気圧酸素の環境では、大腸がんの発症に対する抑制の効果は得られなかったと結論する。【実験2】大腸炎が大腸がんを誘発することが報告されており、大腸炎を抑制する方法を確立することは重要である。大腸炎症モデルラットを1日1回3時間にわたって軽度高気圧酸素の環境に滞在させた。普通飼育した群と軽度高気圧酸素に滞在させた群では、大腸炎症による下痢のレベルに有意な違いは認められなかった。遺伝子発現についても普通飼育した群と軽度高気圧酸素に滞在させた群では、有意な差は認められなかった。本研究で使用した軽度高気圧酸素の環境では、大腸炎の発症に対する抑制の効果は得られなかったと結論する。実験2では、2週間という短期間での軽度高気圧酸素の環境への滞在であった。滞在期間を延長することで下痢レベルが低下したり、炎症が軽減したりすると考えられる。なお、今回の実験では、モデル動物の作製、組織染色、遺伝子解析など今後の実験に繋がる方法を確立できた。本研究では、2型糖尿病、及び、2型糖尿病に合併する可能性の高い疾患に対する予防・改善方法を検討している。本年度の研究では、2型糖尿病に合併する可能性の高い大腸がんに対する軽度高気圧酸素の影響を検討し、問題なく順調に研究を進めることができた。次年度にも2型糖尿病に合併しやすい疾患として、骨粗鬆症に着目して予防・改善方法を検討する予定であり、これらの研究から本研究課題の達成が見込まれる。