hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
材料の劣化したコンクリート構造物の性能評価に対応した解析システムの開発

本研究は,供用開始時から長期にわたる構造物の耐荷性能の変化を経時的に把握することで,構造物の長期耐久性能を評価するための構造解析システムの開発を目指す.具体的には,構造物を取り巻く環境作用に基づいた材料の劣化モデルを取り込んだ構造解析を通して,材料が劣化した構造物の諸性能を評価する手法を開発する.本申請による研究期間内では,水分の塩分に関する物質移動モデルを構造解析システムに導入し,構造物中のコンクリートの相対湿度分布や塩分濃度を評価することで,乾燥収縮ひびわれの発生や鉄筋腐食の進行過程の予測を試みる.これにより,本解析手法は材料の劣化した構造物の耐荷力評価につなげることができる.開発した解析プログラムにより,供用開始から時間が経過した構造物中の材料の劣化状況を評価できるため,本年度は材料の劣化した構造物の耐荷力の評価を試みた.解析対象には,せん断破壊型と曲げ破壊型の異なる破壊形式を示すRCはりを選び,鉄筋の腐食などの材料劣化が破壊耐力や破壊形態に及ぼす影響について検討を行った.その際,材料の劣化が部材に対して一様に生じる場合と,ある側面からのみ劣化が進行する場合を比較することで,構造物の周囲の環境条件がどのように構造性能に影響を与えるかについても検討を試みた.また,RC構造物の耐荷性能に影響を及ぼす鉄筋の腐食は,実際には鉄筋に沿って腐食程度が著しく異なっている.鉄筋が一様に腐食すると仮定した場合と腐食分布を考慮した場合とでは,耐力の低下傾向が異なることが予想される.そこで,鉄筋に沿った腐食分布を考慮した解析を行い,腐食のばらつき程度と耐力低下傾向との関係を求めることを試みた.なお,本解析システムは,将来的には,耐震性能評価用プログラムと融合させることにより,材料の劣化が懸念される既設構造物の耐震性能評価に利用していく予定である.コンクリート構造物における材料の供用開始からの経時変化を考慮するため,コンクリート中の水分と塩分の移動を拡散現象に基づく物質移動問題として扱い,解析プログラムの作成を行った.この物質移動解析プログラムを申請者らの開発した構造解析手法である3次元Spring Networkモデルに導入し,コンクリート構造物中の相対湿度分布と塩分濃度分布を算出できるようにした.物質移動解析により得られた相対湿度分布からは,コンクリートの収縮量の経時変化を求め,これにより構造物中の乾燥による収縮ひびわれの発生・進展挙動を予測できる.更に,この相対湿度を用いて水分量に依存した塩化物イオンの拡散係数を算出することができる.塩分濃度分布からは,構造物中の鉄筋位置での塩分量を算出し,鉄筋の腐食度の変化を予測できる.材料の劣化反応モデルと構造解析を統合することにより,ひび割れ進展に及ぼす鉄筋配置の影響や,かぶりコンクリートの厚さが鉄筋の腐食速度に及ぼす影響などの検討を行った.コンクリート中の水分と塩分の移動を同時に扱うことにより,相対含水率が塩化物イオンの拡散係数に及ぼす影響を考慮できるとともに,鉄筋の腐食速度の変化も扱うことができる.開発した手法により,鉄筋の腐食ひび割れ進展予測を行って,かぶり厚さや鉄筋間隔が腐食ひび割れ進展やひび割れ幅に及ぼす影響,腐食量とひび割れ幅の関係などを予測できることが確認された.また,相対湿度の違いが腐食ひび割れの進展状況に与える影響についても評価することができた.本研究は,供用開始時から長期にわたる構造物の耐荷性能の変化を経時的に把握することで,構造物の長期耐久性能を評価するための構造解析システムの開発を目指す.具体的には,構造物を取り巻く環境作用に基づいた材料の劣化モデルを取り込んだ構造解析を通して,材料が劣化した構造物の諸性能を評価する手法を開発する.本申請による研究期間内では,水分の塩分に関する物質移動モデルを構造解析システムに導入し,構造物中のコンクリートの相対湿度分布や塩分濃度を評価することで,乾燥収縮ひびわれの発生や鉄筋腐食の進行過程の予測を試みる.これにより,本解析手法は材料の劣化した構造物の耐荷力評価につなげることができる.開発した解析プログラムにより,供用開始から時間が経過した構造物中の材料の劣化状況を評価できるため,本年度は材料の劣化した構造物の耐荷力の評価を試みた.解析対象には,せん断破壊型と曲げ破壊型の異なる破壊形式を示すRCはりを選び,鉄筋の腐食などの材料劣化が破壊耐力や破壊形態に及ぼす影響について検討を行った.その際,材料の劣化が部材に対して一様に生じる場合と,ある側面からのみ劣化が進行する場合を比較することで,構造物の周囲の環境条件がどのように構造性能に影響を与えるかについても検討を試みた.また,RC構造物の耐荷性能に影響を及ぼす鉄筋の腐食は,実際には鉄筋に沿って腐食程度が著しく異なっている.鉄筋が一様に腐食すると仮定した場合と腐食分布を考慮した場合とでは,耐力の低下傾向が異なることが予想される.そこで,鉄筋に沿った腐食分布を考慮した解析を行い,腐食のばらつき程度と耐力低下傾向との関係を求めることを試みた.なお,本解析システムは,将来的には,耐震性能評価用プログラムと融合させることにより,材料の劣化が懸念される既設構造物の耐震性能評価に利用していく予定である.
人工磁壁における非線形電気磁気効果の観測

電気磁気効果は,電圧印加による磁化反転を実現する方法の一つとして期待されている.本研究では磁気モーメントのらせん配列によって,P∝eij×( Si ×Sj)という電気分極が発現するねじれた磁気構造に注目した.異方性主軸の異なる強磁性絶縁膜を接合するとその界面では,交換結合によって界面付近に人工的な90°磁壁が生じ,それによって電気分極の発現が期待される.また,この電気分極の方向は磁化のねじれの向きに依存するため,外部電界によって電気分極を変化させることで磁化方向の変化が期待できる.磁化容易軸の異なる強磁性絶縁体二層薄膜構造の作製およびこの構造における電気磁気効果の有無について検証した.磁気異方性の主軸が異なる2種類の磁性体を接合させることで、界面付近において交換結合と異方性磁界の競合が生じ、その結果空間的にねじれたスピン構造が実現する。このねじれたスピン構造に電場を印加することで、逆ジャロシンスキー・守谷効果である非線形電気磁気効果が期待され、これに電場を印加することによりねじれたスピン構造が変調を受けるものと考えられる。また逆に外部磁場を与えることで、このねじれたスピン構造を変調させれば、試料両端に電気分極が発生し、スピン構造の変化に伴い分極電流が流れることになる。本年度は、この電界印加に伴う磁化過程の変調を測定するために、1最適な試料の構造とその成膜条件の探索、2外部磁場・外部電場を印加して磁化過程を測定可能な顕微磁気光学効果測定装置の開発について実施した。1については、MgO(001)単結晶基板を用いて、まず垂直磁化膜となるCoFe2O4(001)を成膜し、続いて面内磁化膜としてNiFe2O4(001)薄膜を成長させた。その結果、面内引っ張り歪の導入に伴いNiFe2O4薄膜も膜面垂直方向が磁化の容易軸となっていることを確認し、このため本研究には不適切であることが明らかになった。そこで、面内磁化膜としてMgO(001)上に成膜した時に面内磁化膜になることが知られているγFe2O3(001)薄膜を用いることとした。2に関しては、20倍の対物レンズを有し、15kOeまで磁場を印加可能な磁気光学効果の装置を自作した。試料ホルダーには10箇所の電極を設けており、ワイヤボンダ等て試料を結線することで電圧を印加することが可能となっている。予定通り計測装置が完成した。一方で測定に最適な試料構造については未だ探索中であるが、おおよそめどが付いたため。膜面垂直方向に磁化の容易軸を有する強磁性薄膜と,膜面内に磁化の容易軸を有する強磁性薄膜を接合させた界面に人工的に90度磁壁を導入し,膜面垂直方向にねじれたスピン構造を実現させ,逆DM効果を通じて非線形電気磁気効果の発現を目指している。磁気異方性の主軸については,異なる2種類のスピネルフェライトの磁気弾性効果の差を利用して,2層間でその磁気異方性エネルギーの符号が変わることを前年度に確認した。ねじれたスピン構造実現のためには,異なる磁気異方性主軸に加えて,界面での磁気結合の存在が不可欠である。今年度は,界面において交換結合が生じていることを定量的に評価する手法として,磁気トルク測定による界面交換結合の評価方法を開発した。2層の複合強磁性薄膜の磁気トルク曲線の形状を,それぞれの膜の磁化や磁気異方性,膜厚を与え,界面での交換結合エネルギーをパラメータとして非線形最小2乗フィッティングを行ったところ,合理的な大きさの界面交換結合エネルギーが得られた。磁化曲線を再現する場合と比べて,高磁場での磁気トルク曲線は単一ドメイン化している試料の情報のみを再現することとなるため,精度が高くなるものと思われる。一方で昨年度に引き続き2層膜をもちいて,電界の有無,その極性を変えてMOKEを用いて磁化曲線の変化を調べた。いくつか期待していたような結果が得られているが,現時点では再現性に問題があり,目指している現象の確認には至っていない。今後より精度を高くして測定するために,被測定試料に適した波長の光を用いて測定可能にする必要が有ることがわかった。磁気トルクによる界面磁気結合の評価を行った結果,十分な大きさのねじれが導入されていることを間接的ではあるが確認できた。また,MOKE装置の改善についてもその方向が見えたことから,上記のような判断をした。膜面垂直方向に磁化の容易軸を有する強磁性薄膜と、膜面内に磁化の容易軸を有する強磁性薄膜を接合させた界面に人工的に90度磁壁を導入し、膜面垂直方向にねじれたスピン構造を実現させ、逆DM効果を通じて非線形電気磁気効果の発現を目指した。基板と薄膜間の格子不整合による磁気弾性効果と、薄膜形状による磁気異方性を組み合わせることで、連続して積層される2つの強磁性薄膜のそれぞれの有効磁気異方性定数を正、負とする事が可能であることを前年度までに確認した。さらにねじれたスピン構造実現のために不可欠な界面での磁気結合の存在については、磁気トルク測定による界面交換結合の評価方法を見出しており、これらの知見に基づいて試料を作製構造の設計を行った。

反応性マグネトロンスパッタリング法を用いてMgO(001)基板上にCoフェライト/マグへマイト(001)2層膜を作成し、昨年度に引き続き2層膜をもちいて,電界の有無,その極性を変えてMOKEを用いて磁化曲線の変化を調べた。MOKE測定では、薄膜面垂直方向に磁場を印加し、電界の有無によって膜面内成分の磁化方向が変化することが期待されることから、縦カー効果の感度が高まるような測定を中心に実験を進めた。λ=450nm、637nmの2種類の波長を用いて測定を試みたところ、450nmでは垂直磁化膜となるCoフェライトの磁化過程に敏感なMOKE信号が得られるのに対し、637nmでは面内磁化膜のマグへマイトに敏感であることから、後者の波長を用いて垂直磁化膜の磁化を固定し実験を行った。その結果、印加電圧の符号に依存して磁化曲線の形状に変化が見られた。これは期待している逆DMに基づいた磁化回転方向の差異と矛盾しないものであった。極カー効果に比べて縦カー効果は、本質的にその信号が弱いため、磁化曲線の評価には統計精度を上げるために数十数百回磁化測定を行い、平均を求める。電気磁気効果は,電圧印加による磁化反転を実現する方法の一つとして期待されている.本研究では磁気モーメントのらせん配列によって,P∝eij×( Si ×Sj)という電気分極が発現するねじれた磁気構造に注目した.異方性主軸の異なる強磁性絶縁膜を接合するとその界面では,交換結合によって界面付近に人工的な90°磁壁が生じ,それによって電気分極の発現が期待される.また,この電気分極の方向は磁化のねじれの向きに依存するため,外部電界によって電気分極を変化させることで磁化方向の変化が期待できる.磁化容易軸の異なる強磁性絶縁体二層薄膜構造の作製およびこの構造における電気磁気効果の有無について検証した.γ-Fe2O3 (001) /CoFe2O4(001) /MgO(001)の積層構造膜を用いて膜面に垂直方向に磁場を印加して、その際に流れる分極電流を測定する計画である。また、分極電流計を高圧電源に交換して、同一試料を同一の計測装置に設置したまま、非線形電気磁気効果の逆効果も測定する予定である。磁気トルクによる界面結合評価方法の確立は,本研究のみならず他の目的にも適応可能となる有望な手法である。最終年度は試料の最適化と測定装置の改善によって非線形電気磁気効果の検証を行うことに加えて,界面磁気結合の評価方法を確立することを目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。磁性薄膜29年度が最終年度であるため、記入しない。
東アラブ諸国におけるマイクロファイナンスの実態とそのインパクトに関する比較研究

本研究は、貧困失業削減手法としてのマイクロファイナンスの実態とそのインパクトを、東アラブ諸国を対象に検討することを目的としたものであったが、研究開始後に世界金融危機が発生、その後は「アラブの春」の民主化動向により対象地域の政情が著しく不安定化した。そのため、その現状に臨機応変に対応し、本課題を広義の開発とガバナンスの領域へと発展させ、民主化動向や革命の影響も含めて現地調査を行い、幾つか報告文を発表した。当初の課題を多少変更したが、現状に即した一つの有意味な研究成果には繋げられたと考えている。(1)北アフリカ・マグリブ諸国でのこれまでのマイクロクレジット(以下MCと記す)の研究を踏まえ、それを基に東アラブ・中東諸国での貧困削減政策として、マイクロファイナンス(以下MFと記す)まで視野に入れて比較考察を行うものである。(2)MFを中東北アフリカの社会・文化・政治・経済的状況も踏まえつつ、文化人類学的に考察するために民族誌的研究も続行する。研究初年度のテーマは、東アラブ諸国の中でもマイクロファイナンス(以下、MF)の歴史が最も古いエジプトとレバノンに焦点をあて、現状調査を行うことであった。まず夏に予定していた現地調査に先だち、5月には同月の横浜でのTICAD IVと7月の洞爺湖サミットに向けて、NGOによるアドボカシー活動北協力し、『マイクロクレジットの現状-サミット報告書2006』の翻訳を行った。また7月下旬にはインドネシア・バリで開催されたアジア太平洋地域MCサミットに出席し、最新情報の収集に努めた。8月にはエジプトにおいてカイロとアレキサンドリアを中心にMFの現状調査を行った。まずアラブ諸国のMF機関連合組織SANABELの本部を訪れ、資料収集と責任者へのインタビュー調査を行った。またカイロでは3つのMF機関で現状調査とMF融資受益者たちへの聞き取り調査を行った。一つはパキスタン・イスマイール派のアガハーン財団のMF機関、もう一つはコプト教会系MF機関であったが、スンナ派とシーア派、キリスト教徒とムスリムとを区別せずに融資しており、模範的な活動を観察する機会となった。レバノンでの調査は政情不安から、本年度は断念した。夏の調査も踏まえ、11月にはマレーシアで開催されたイスラーム地域研究の国際会議で、「中東・北アフリカにおけるMCと開発」のテーマで研究報告を行った。またマレーシアはアジアでもMFが最も盛んな国であるため、多くの研究者との意見交換を行った。さらに研究成果を社会に還元する意味で、札幌JICAで、アフリカ・仏語圏からの研修生向けに中東北アフリカでのMFの現状と貧困削減について仏語で集中講義も行った。本研究の目的は、研究代表者がここ数年間、実施してきた北アフリカ・マグリブ諸国におけるマイクロクレジットの研究を、さらに東アラブ諸国にまでその対象地域を広げて、マイクロクレジット(少額融資、以下MCと記す)のみならず、貯蓄、保険、送金などの金融サービスをも含むマイクロファイナンス(以下、MFと記す)も視野に入れて、その実態把握と貧困削減や雇用創出やジェンダー開発面へのインパクトについて検討・考察することである。初年度はエジプトでの現地調査を行ったことから、次年度はその続行とまた2008年末の金融危機の影響について、中東の最貧国でかつMFが盛んなイエメンで調査をする計画であったが、イエメンの治安悪化から現地調査は断念せざるを得なかった。ただし、幸いにも昨年7月に開催されたアルジェリアでの国際会議への招待を受けて、その機会に中東・北アフリカのMC・MFの比較研究の成果を発表し、また日本の開発プロジェクトとして国際的にも普及しつつある「一村一品運動」や「道の駅」の事例も報告し、多くの反響を得て、また多様な国々の研究者と学術交流を行った。さらに文献研究の成果の一部を、JICAでアフリカ研修生向けに研修講師として講義をした他、幾つかの国際会議や講演会でも報告や講演を行った。また調査研究の成果を広く一般社会にも還元する意味で、『チュニジアを知るための60章』という著書の執筆と編集作業に勢力を費やした。本著書は今年7月刊行予定であり、その中でも本研究テーマについて論じた。平成22年度には、4月に中東アフリカ地域マイクロクレジット(MC)・サミットがケニアのナイロビで開催されたため、それに出席し、国際金融機関や国際援助団体の他、この地域の各国政府代表者やマイクロファイナンス(MF)機関から多くの情報を収集し、また貧困削減に向けての意見交換を行った。ナイロビではスラム街で活動するNGOを視察する貴重な機会も得ることができた。またこれまでの調査研究を踏まえ、8月には『チュニジアを知るための60章』と題した編著書を明石書店から出版することができた。この著書の21章分と3コラムを担当したが、そのなかでマイクロクレジットの現状と貧困削減効果についても執筆した。

また11月には、札幌JICAの国際研修プログラムにおいて、アフリカからの研修生にマイクロクレジットに関するフランス語での講義を担当したほか、同月には国際文化会館で開催されたオリエント・クラブ主催の研究会でも、中東・北アフリカ地域のマイクロファイナンスとその貧困削減のインパクトについての研究報告を行った。さらに今春には、当初、イエメンとレバノンでの現地調査を予定していたが、民衆革命などによる政情不安もあったため、アラブ首長国連邦とトルコで現地調査を実施した。トルコはEU加盟も目差している国であるが、国内の経済格差が大きく、東部ではグラミン方式のMCが大きな成功を納めていることが現地調査から明らかになった。トルコの事例は、最貧国ばかりでなく、中所得国においてもMC・MFが貧困削減に効果のあることを実証するものとして重要な意義をもつものであり、トルコの事例も比較考察にうまく位置づけて、研究成果に反映させていきたい。マイクロファイナンス(MF)に関する研究課題は、昨年より中東・北アフリカ諸国の多くで民主化動向の活発化した、こうした民主化への動きや革命後の現状をも踏まえ、臨機応変に部分的に修正しつつ、調査研究を継続した。実際の現地調査は、民主化革命から一年が過ぎたチュニジアと、「アラブの春」の激動なかで極めて政治経済的に安定しているアラブ首長国連邦にて、特に後者では経済発展と政治的安定がこうした状況下でなぜ可能となっているのかを調査した。チュニジアでは、昨年10月の憲法制定議会選挙を控えた夏期に調査を実施し、革命後、観光産業が大打撃を受け経済状況が悪化するなか、MFの融資機能は極めて重要でありながら、国家経済の悪化のなかではMF機関自体も経営悪化を余儀なくされていた。また革命後は官民で大幅な人事刷新があり、政治的不安性さが経済社会に及ぼす影響の甚大さを再確認するに至った。これらの民主化と関連させた調査内容は2本の報告論文として発表した。またアラブ首長国連邦については、住民の約7割が外国人労働者で、その待遇も多様で貧富の格差が著しいにも関わらず、政治経済的には安定しており、世界金融危機後のドバイショックからも早々に立ち直り、目下、UNDPの人間開発指標でもその順位を上昇させている。その背景には国家の統治者、とりわけ初代大統領の国家ヴィジョンと卓越した政治手腕があると考えられ、その模範的ガバナンスは注目に値するものがある。この調査報告の論文は、今年度中に昭和堂からの縄田浩志編の著書に掲載の予定である。また開発と女性やジェンダー・エンパワーメントの研究課題との関連では、Z.S.サルヒーの編著本を共訳し、2012年1月に『中東北アフリカにおけるジェンダー:イスラーム社会のダイナミズムと多様性』と題し、明石書店から出版した。現地の政情不安定や治安の悪化から研究テーマや調査地を多少変更したが、研究成果へと結びつけることは充分できたと考えている。
早産子宮筋における一酸化窒素(NO)の関与について

妊娠中期の子宮筋は非妊娠の子宮筋に比較し、L-arginine-NO-cGMP経路の活性が亢進し、妊娠後期に向かって減弱していた。このことはL-arginine及びNOによる子宮筋の感受性、さらにiNOSmRNAの発現,NOx産生量、そしてphosphodiesteraseVによる子宮筋の感受性の実験で証明さらた。また、NOはKca chanelを介することを明らかにし、子宮筋における非依存性のcGMP経路を見い出したが、この経路も妊娠中期のみにしか認められなかった。さらに胎盤もNO産生に重要な働きを果たしており、以上のことから、妊娠中期のNOによる子宮収縮抑制機構の一部について明らかにすることができた。さらに、妊婦の血清中NOx濃度も動物実験を裏付けるように、妊娠中期にNOの産生亢進が認められ、切迫早産症例で有意にNOx濃度の低下はNO産生障害が切迫早産の原因の一つである可能性が示唆された。以上のことから、L-arginine-NO経路は妊娠中期にNOの産生が亢進、早産予防、妊娠維持に働き、妊娠後期に向かって減少することは分娩発来に関与すると考えらる。最近、NO donorの臨床応用の報告が多くなってきた。NOはその活性が強力かつ多彩であるため、NOを必要とする子宮のみで作用させることが重要であり、将来、切迫早産妊婦のた、部位指向性をもたせた新しいNO donorの開発が臨まれ、新しい早産治療薬として多大なる貢献が期待されるであろう。今回、NOが子宮筋収縮の調節機構にどのように関与しているかを検討し、さらに、NOドナーの臨床応用について試みた。今後もこのようなテーマについての研究は継続の予定である。妊娠子宮において、1993年、Nitric Oxide(NO)代謝経路の存在が見いだされた。またNOは子宮筋収縮を制御するため、NOの消長は早産の病態にもかかわっているとの報告もでてきた。今回の研究の目的は(1)妊娠中期及後期ラットを用いNO関連物質を経静脈的に投与し、子宮筋収縮に与えるNOの影響をin vivoで検討した。(2)妊娠各時期の母体血清中窒素酸化物(NOx)濃度を測定し、切迫早産症例と比較検討した。<結果>(1)L-arginineは妊娠中期において子宮筋収縮を有意に抑制した。NO donorであるSodium Nitroprusside(SNP)は妊娠中期及び末期の筋収縮を抑制し、特に妊娠中期では妊娠末期に比し有意に抑制した(p<0.01)。NO合成酵素阻害剤であるL-NAMEは妊娠中期で有意に子宮収縮を亢進させた。(2)妊娠各時期の妊婦のNOx膿度においては、初期(23.1±2.3μmol/l)に比較し、中期は43.4±6.3μmol/lと有意に高値を示した(p<0.05)。末期では35.4±4.4μmol/lと中期に比較し、やや減弱した。切迫早産妊婦では26.6±3.1μmol/lと中期の正常妊婦に比し有意に低値を示した(p<0.05)。<結論> L-arginine-NO-cGMPsystemが妊娠子宮に存在し、妊娠中期にその機序が亢進し妊娠末期には減弱することが示された。このことが妊娠中期の子宮収縮を抑制し早産予防、妊娠維持に重要な役割を果たしており、その産生障害が早産に至る原因の可能性が示唆された。またNOの感受性が妊娠末期に向かって減少することは分娩発来の一つの要因になっている可能性が示唆された。〈目的〉妊娠中期のラット子宮筋を用いて、NO donorによる子宮収縮抑制反応と子宮筋組織中のNO代謝産物を同時に測定し、比較検討した。

〈方法〉Krebs液に摘出子宮筋標本を懸垂し、その標本にNO濃度測定用のプローベを挿入し、NO(NO2,NO3,NOx)濃度を収縮反応と同時に経時的に測定した。〈成績〉DEA/NO,SNP及NTG投与による自然収縮の抑制率は各々は74.5±5.0%42.2±5.3%,38.7±6.2%とDEA/NOが有意に強く抑制した。子宮筋のNO濃度に関しては、3種のNO donor共に時間依存性に(NO2,NO3,NOx)濃度を上昇させた。DEA/NO投与前のNO濃度は各々1.64±0.53,4.23±1.5,5.8±1.8pmol/2μl/min(n=5)であったのが,投与後30分では各々34倍、1.5倍、11倍に上昇した。SNP投与後30分では各々2.4倍、2.3倍、2.3倍と上昇、NTGでは各々10倍、1倍、3.4倍に上昇した。DEA/NOが収縮抑制率と同様にSNP及NTGに比し有意にNO濃度を増加させた。〈結論〉(1)妊娠子宮筋において種々のNO donorのNOx産生量が異なる。つまり、NO放出半減期が薬物により異なると考えられた。(2)NOx産生量が高いと子宮収縮を強く抑制するので、子宮収縮抑制反応はNOx産生量に依存する。(3)DEA/NOが子宮筋において、NOx産生量が高く、収縮抑制作用が強いので、切迫早産症例に最も有用である可能性が示された。
柔軟ひも状構造物を用いたキャスティングマニピュレーションシステムに関する研究

宇宙空間あるいは建設現場などにおいて,人的あるいは機械的アプローチが非常に困難な空間的に距離のある位置に軽量物を正確に配置する場合,軽量物の重さを利用してキャストしても届かない場合が多い.この場合,ひも状構造物の重さを利用して投げれば遠距離でも軽量物を正確に配置できるのではないかと考え,キャスティングマニピュレーションシステムの着想に至った.本システムを構築する前段階として、キャスティング方法が類似しているフライフィッシングに注目し,現象の把握や数値解析を行うことを第一段階の目的とし,スポーツ工学,人間工学的観点から最適なキャスティング方法を明らかにすることを目標とした.また,ロッドやラインなどの柔軟構造物の動的な実験を行う場合,その測定方法が難しい.そこで,動的挙動を正確に測定する方法も同時に確立することを目標とした.平成14年度はロッドやラインの運動の観測および挙動の解明までを行った.これに続き,平成15年度はマルチボディーダイナミクスを用いたモデル化および妥当性検証を行った.モデル化では第一段階としてラインおよびロッドを小さな剛体ブロックに分割し,それぞれを回転ばねとダッシュポットで結合した.ばね剛性や減衰係数は実験により求めた.実験はまず,ラインを振子運動させた場合の挙動を測定して計算結果と比較した結果,良好な一致が得られた.そこで,次に,実際のキャスティングの様子を測定し,計算結果を比較してモデル化の妥当性を検証した.妥当性が検証されたモデルを用いて,ラインの初期形状や空気抵抗の有無による飛行モードの比較を行った.宇宙空間あるいは建設現場などにおいて,人的あるいは機械的アプローチが非常に困難な空間的に距離のある位置に軽量物を正確に配置する場合,軽量物の重さを利用してキャストしても届かない場合が多い.この場合,ひも状構造物の重さを利用して投げれば遠距離でも軽量物を正確に配置できるのではないかと考え,キャスティングマニピュレーションシステムの着想に至った.本システムを構築する前段階として,キャスティング方法が類似しているフライフィッシングに注目し,現象の把握や数値解析を行うことを第一段階の目的としている.平成14年度はロッドやラインの運動の観測および挙動の解明までを行った.ライン形状を大別すると,ウエイトフォワード(WF),ダブルテパード(DT),シューティングヘッド(ST),レベルラインの4つのタイプに分類される.WFはライン重量を前方に配置したもので比較的遠投向きでラインに運動エネルギを与えやすいといわれている.DTはラインの両端にテーパがついており,WFに比べてソフトプレゼンテーション向きである.シューティングヘッドはテーパのついたヘッドの後方にレベルラインを設置したもので,遠投向きであるがキャスト後のラインコントロールが困難である.レベルラインはテーパが付いていないフラットなラインである.本研究では,WFラインとDTラインを用いた実験を行った.ロッドやラインなどは柔軟かつ大変形構造物であり複雑系とみなされる.このような構造物の動的挙動を把握するために,ビデオカメラを用いた撮影を行いロッド・腕の回転角を測定し,微分して角速度,角加速度を算出した.また,ラインの長さによるループ形状や飛行速度の違いを明らかにした.宇宙空間あるいは建設現場などにおいて,人的あるいは機械的アプローチが非常に困難な空間的に距離のある位置に軽量物を正確に配置する場合,軽量物の重さを利用してキャストしても届かない場合が多い.この場合,ひも状構造物の重さを利用して投げれば遠距離でも軽量物を正確に配置できるのではないかと考え,キャスティングマニピュレーションシステムの着想に至った.本システムを構築する前段階として、キャスティング方法が類似しているフライフィッシングに注目し,現象の把握や数値解析を行うことを第一段階の目的とし,スポーツ工学,人間工学的観点から最適なキャスティング方法を明らかにすることを目標とした.また,ロッドやラインなどの柔軟構造物の動的な実験を行う場合,その測定方法が難しい.そこで,動的挙動を正確に測定する方法も同時に確立することを目標とした.平成14年度はロッドやラインの運動の観測および挙動の解明までを行った.これに続き,平成15年度はマルチボディーダイナミクスを用いたモデル化および妥当性検証を行った.モデル化では第一段階としてラインおよびロッドを小さな剛体ブロックに分割し,それぞれを回転ばねとダッシュポットで結合した.ばね剛性や減衰係数は実験により求めた.実験はまず,ラインを振子運動させた場合の挙動を測定して計算結果と比較した結果,良好な一致が得られた.そこで,次に,実際のキャスティングの様子を測定し,計算結果を比較してモデル化の妥当性を検証した.妥当性が検証されたモデルを用いて,ラインの初期形状や空気抵抗の有無による飛行モードの比較を行った.
視覚誘発電位を用いたイヌの視力評価プロトコールの作製と臨床応用

健常ビーグル犬においてパターン反転刺激を用いた視覚誘発電位(PVEP)記録を行い、犬の視覚の程度および視力検査が可能であることを明らかにした。詳細なPVEP記録に際し、検影法による眼屈折度の測定が必要となるが、眼の透光体が混濁している場合には、本検査の実施は非常に困難であった。全身麻酔または鎮静下でVEP記録を実施することで、健常ビーグル犬は14.29 cycle perdegree、少数視力で0.5程度の視力を有することを明らかにした。1.健常ビーグル犬の検影法による屈折検査.山口大学農学部獣医学科(現、共同獣医学部)臨床獣医学講座における視覚に影響のみられない実験ビーグル犬20頭に対し、スキアバーと線状検影器による検影法を実施した。その結果、本対象であるビーグル犬の眼屈折度は-1.5+3.ODと様々であることがわかった。平均値でみれば0.72Dと若干の近視(ほぼ正視[±0.5D])であった。このことは当プロジェクトにおいて、対象毎、さらには同一対象における左右眼においても古典的だが確実性のある検影法を実施した後に屈折度の補正をすることが必要であるという、根拠となりうる。また、調節麻痺薬(シクロペントラート)の点眼前後に眼屈折度を比較することで、調節麻痺薬の点眼後には遠視化していた。犬の眼における屈折検査の際に調節麻痺薬が必要であるかどうかはいくつかの報告があり議論を要する部分であるが、少なくとも本プロジェクトの方法においては、調節麻疸薬を用いた数値を使用すべき思われた。その理由として、犬の調節力は少ないといわれているものの、わずかな調節力によって眼屈折度に再現性が得られにくくなる可能性があることが挙げられる。2.麻酔薬と視覚誘発電位の関連研究代表者が以前所属していた酪農学園大学との協力研究において、吸入麻酔薬(セボフルラン)の麻酔深度が視覚誘発電位の応答に影響することが確認された。本結果は、本プロジェクトにおける吸入麻酔時に犬の視覚誘発電位を記録することが可能であることを示すと共に、一定のレベル(不動化が可能な麻酔深度)で視覚誘発電位を記録することで実験用ビーグル犬だけでなく、臨床においても記録可能であると再確認できた。・犬の屈折変化: [1]眼科疾患のみられない実験ビーグル6頭12眼を用い、検影法に夜屈折検査における調節麻痺効果と調節麻痺時間の影響を検討した。シクロペントラート(Cyc)およびアトロピン(Atr)の点眼後に検査眼の遠視化がみられた。Cysは最大調節麻痺効果の出現時間が早く、調節麻痺効果持続時間も短時間であり、検査時には利便性が高いと考えられた。一方、Atrは最大調節麻痺効果に個体間の誤差が少なく、より確実な調節麻痺を目的とする場合には有用と考えられた。[2]角膜潰瘍および白内障症例各2例に対し、検影法を用いた屈折検査を試みた。しかしながら、角膜および水晶体の不透明性が強く、これらの症例からは結果を得ることが不可能であった。今後は、透光体透明性の改善と屈折度の変化の影響を評価するべきと考えられた。・パターン反転刺激による視覚誘発電位(p-VEP)を用いた犬の視覚検査: [1]ビーグル犬は3.6 cycle perdegree(cpd)以上の視力を持つことを明らかになっている。刺激装置の距離を遠くすることで視角を小さくし、さらなる視力評価を行った。眼科疾患のみられない実験ビーグル3頭の右眼に屈折検査を実施後、コンタクトレンズにて屈折度を矯正し、刺激距離2mで記録を行った。すべての被検眼においてVEPが記録され、ビーグル犬は14.29 cpd(小数視力: 0.48)以上の視力を持つことが明らかとなった。[2]片眼の白内障症例においてp-VEPによる視覚評価を実施した。刺激サイズには大・中・小の3つを設定し、両眼の記録を行った。刺激サイズを小さくしていくことで、白内障眼からはVEPが消失した。犬の白内障は視覚に影響しており、p-VEPにより視覚の程度を他覚的に評価できると証明できた。白内障手術の術後評価にも本記録法が有用であると考えられ、現在データを蓄積している。山口大学における実験ビーグル犬の使用に制限があったために、視覚誘発電位の記録が不十分であった。24年度が最終年度であるため、記入しない。本プロジェクトにおいては実験犬の(吸入麻酔下での)使用が不可欠であるが、昨年度はその準備が不十分であった。24年度にはその点が改善されることが望まれる。また既出のデータより、視覚誘発電位と吸入麻酔薬の関連については、イソフルランのみの影響を評価するようにする。

臨床症例の対象としては、白内障症例を主にしていく予定である(頭蓋内疾患による視覚障害、眼表面疾患の症例に対しても、眼屈折度の検査および視覚誘発電位の記録を可能な限り実施していく予定である)。24年度が最終年度であるため、記入しない。
より実現しやすいクラウド量子計算の研究

より実現しやすいクラウド量子計算の実現を目指した。特に、1量子ビットしか測定できない検証者と、任意のユニバーサル量子計算ができる検証者との間で量子ビットをやりとりすることにより、任意の量子計算をサーバー上で行うことができる。計算内容はサーバーには秘密にされ、しかも、サーバが正しい計算をしているのかどうかを検証することができる。具体的には、スタビライザー状態を測定してチェックすることにより、サーバーが正しいグラフ状態を作ったかどうかを確認する。より実現しやすいクラウド量子計算の実現というテーマのもと研究を行った。クラウド量子計算というのは、十分な量子テクノロジーを持たないクライアントが、完全なユニバーサル量子計算機を持つサーバーと通信することにより、量子計算をサーバー上で実現するものである。この際に、クライアントの計算内容や結果についてはサーバーにはもれないようにできる、という特徴がある。さらに、サーバーが正しい計算をしているかどうかについてもチェックすることが可能である。今年度は、特に、よりクライアントを古典にできるかどうか、というところに注目して研究を進めた。従来のクラウド量子計算の場合、クライアントは、1キュービット状態を生成するデバイスもしくは1キュービットを測定するデバイスを持っていることが必要であったため、完全な古典クライアントとはいいがたい状態であった。そこで、クライアントをどれだけ古典にできるのか、というところを調べ、今年度は、完全な古典クライアントの場合、古典暗号においてある進展があるか、もしくはBQP=BPPで無い限り、セキュアなクラウド量子計算は不可能であることを証明した。NPの量子版であるQMAにおいては、証明者は無限の計算能力を持ち、検証者はBQPの計算能力を持っている。ところが、セキュアクラウド量子計算への応用を考えた場合には、検証者の能力はBQPではなくて理想的にはBPP、そうでなくても高々ほぼBPPにしたい。その目的のために、本年度は、検証者の計算能力を弱める方向での検討を行った。その結果、検証者がClifford gateのみしか実現できない場合、あるいは1キュービット測定しかできない場合でも、計算量クラスが変わらないことを示した。Clifford gateのみの量子計算はGottesman-Knillの定理により、古典計算機で効率的にシミレートできるため、ほぼBPPであると考えてよい。また、似たような理由により、1キュービット測定の能力もそうである。したがって、当初の目的であるBPPの検証者にちかづけることができた。また、トラップを隠して計算の検証をする方法については、以前から研究しているが、こちらについても引き続き検討し、実際に可能であることを示した。特に、測定型のセキュアクラウド量子計算で可能であることが初めて証明された。また、ウィーン大学の実験グループと打ち合わせを行い、その理論プロトコルは、実際に彼らの実験室の光量子計算機を用いて実演も行った。その際には、技術的制約により4キュービットまでしか実現できなかったが、今後、可能なキュービット数を増やしていく予定である。計画どおり実施でき、しかも実際に実験家と共同でデモンストレートすることもできた。より実現しやすいクラウド量子計算についての研究を行った。1量子ビット測定しかできないような検証者に対し、任意の量子計算が実現できる証明者がおり、量子ビットを通信することにより、任意の量子計算をサーバー上で行う。量子計算の内容はサーバーには秘密に行うことができ、しかも、サーバーが正しい量子計算を行っているかどうかの検証も可能である。本研究では、グラフ状態のスタビライザーをチェックするという方法を用いることにより、1量子ビットしか測定できない検証者でも、計算の正しさをチェックできる方法を開発した。また、実際にノイズがあるような状況下でも、誤り訂正符号を使うことにより、正しい量子計算は実現できるようなグラフ状態に対しても、パスするようなテストを提案し、それにより、実際は正しい状態を送っているにもかかわらず、通信路のノイズにより、少しグラフ状態からずれてしまうために、検証者に受理されないような状況が無い様にした。悪意のある証明者が、大幅に異なる状態を送ってくる場合には、きちんと、それが正しい状態でないことを判定できるようになっている。また、この結果を応用して、IQPなどの、Quantum supremacyをデモンストレートするような場合に対しても、検証つきで行う方法などを開発した。IQP回路の出力状態は、ハイパーグラフ状態というものになっているが、ハイパーグラフ状態についても、状態の正しさを検証できるようなスタビライザーテストを考案し、それにより、ハイパーグラフ状態の検証も、1量子ビットの測定のみで実現できるようにすることができた。当初の計画以上に進展があり、論文や国際会議での発表等も十分な業績をあげることができた。今後も、これまで同様に着実に研究を進めていく。特に、実験においてキュービット数を増やすためには、安定な理論を考える必要があるため、トポロジカル量子計算がうまく使えないかどうかなどについて検討する予定である。量子計算今後も、当初の計画通りに着実に進めていく。計画以上の進展が見られているので、クラウド量子計算だけでなく、それが周辺分野に及ぼす影響や関連性についても研究を行いたい。当初必要だった解析ソフトや計算機、海外研究者の招聘が、予定よりも遅くなるため。今年度に当初の予定どおりに使用する計画。
モデル動物を用いた細胞死スイッチ担当遺伝子の網羅的探索

神経細胞死・変性の実行過程に関与する新規遺伝子群を同定する目的で、ショウジョウバエを用いた『異所発現トラップ法』を導入した。これはショウジョウバエ個体内で未知遺伝子を強制発現させる方法であり、強制発現の結果引き起こされる様々なショウジョウバエの表現型をもとに、機能的に遺伝子をスクリーニングすることが出来る優れた手法である。本年度はこの異所発現トラップ法を用いて、ショウジョウバエ神経系組織に未知遺伝子群を強制発現させることにより、新規の神経細胞死/変性実行遺伝子の同定を試みた。本研究で同定された遺伝子群は、神経発生のみならず神経変性疾患の発症メカニズムを理解するためにも、多いに役立つものと推測される。(1)ショウジョウバエ異所発現トラップ系統約5000系統のスクリーニングをほぼ終了し、35の目的の系統を同定した。(2)同定された35系統について、強制発現され得る神経細胞死実行遺伝子の候補を同定した。(3)その内のendd2と名付けた1系統について、原因遺伝子の正確な同定及び機能解析を行った。(4)endd2はショウジョウバエSec61αホモログをコードしており、細胞質内にユビキチン化タンパク質を蓄積させることにより紬胞死を誘導することが明らかとなった。(5)endd2はショウジョウバエ・ポリグルタミン病モデルにおける神経変性の実行に関与していることが遺伝学的手法により明らかとなった。またそれにはユビキチン化タンパク質の蓄積が重要な引き金になっていることも示唆された。
妊娠高血圧症候群の病因・病態および遺伝・環境交互作用の解明と遺伝子型別介入研究

複数の候補遺伝子多型のタイピングを行った結果、TNF-A G-308A多型とPIHとの関連が示唆された。PIH予防のための高エビデンスの疫学研究としては、RCTの代替として、必要な要因の揃った多数の症例を対象とした傾向スコア(PS)解析の導入が必要と考えられた。子癇の予知には、従来いわれてきた高血圧に加えて、母体年齢(若年妊娠)、初産を組み合わせて用いることの必要性が示唆された。1.従来から協力関係にある産科施設において、(1)妊娠前・妊娠中の生活習慣、ストレス、ソーシャルサポート、エゴグラムなどの質問調査、(2)母体採血およびDNA抽出・タイピングを継続する一方で、新たに協力いただく産科施設を加えて、さらなる症例の集積を行うこととなった。妊娠20週以降の臍帯動脈S/D比の超音波による測定・評価についても検討中である。2.妊娠女性に対する介入要因として重要な「妊娠中のストレス」に関する評価指標開発を目的として行った、妊婦を対象としたフォーカスグループインタビュー、個人インタビューから得られた、育児不安に関する項目、経済的問題に関する項目、職場などで先輩女性の理解不足、住居に関する問題、妊娠合併症に対する不安やそれに対するフォロー体制に関する項目を用いて、妊娠中のストレス評価を新たな調査項目として加えた。3.AGT遺伝子タイピング結果を用いた介入研究に関しては、妊娠中のストレスに対する介入項目として、細胞内ヒドロキシラジカルを還元する水素水をはじめとした、いくつかのサプリメントの使用を考えている。現在、数人のボランティア試して、QOL等を調査している。今後、新しいプロトコールを作成する予定である。4.一般集団のPIH発症率を推定するための周産期情報登録システム開発に関しては、(1)入力が容易で、(2)病院間で共通な、フォーマットを作成するために、必要な資料を集め、文献のレビューを行った。1.妊娠前・妊娠中の生活習慣、ストレス、ソーシャル・サポート、エゴグラムなどの集計・解析およびDNA抽出・タイピングを継続的に行っている。タイピングの対象とする遺伝子多型については、妊娠高血圧症候群のみならず、必要と考えられる様々な疾患に拡大して情報、資料の収集、文献のレビューを行った。2.妊娠女性に対する介入要因として重要な「妊娠中のストレス」に関する評価指標開発を目的として行ったフォーカスグループインタビューから得られた、育児不安に関する項目、経済的問題に関する項目、職場などで先輩女性の理解不足、住居に関する問題、妊娠合併症に対する不安やそれに対するフォロー体制に関する項目を用いて、妊娠中のストレス評価を、新たな質問調査項目として加えている。3.アンジオテンシノーゲン遺伝子型タイピング結果を用いた介入研究に関しては、妊娠中のストレスに対する介入項目として、様々な項目について資料収集、文献レビュー等を行いながら検討を行っている。この結果をまとめて、新しいプロトコール、調査票等に生かしていく予定である。4.一般集団のPIH発症率を推定するために、妊娠・分娩に関する情報を収集・登録するために、フォーマットを作成予定である。そのために、必要な情報と資料の収集、調査、文献のレビューを継続して行っている。また、このフォーマットは、妊娠分娩異常、産科出血などのさまざまなアウトカムや、母体搬送状況なども同時に把握できるものとすべく、引き続き検討を行う予定である。1.妊娠前・妊娠中の生活習慣・環境、ストレス、ソーシャル・サポート、エゴグラムなどの情報収集およびDNA抽出・タイピングを行った。タイピングの対象となる遺伝子多型については、妊娠高血圧症候群の域にとどまらず、炎症、免疫、糖代謝、放射線、フリーラジカル関連などの、必要と考えられる様々な疾患や病態に範囲を拡大して、情報交換、資料収集、文献のレビューを行っている。2.妊娠女性に対する介入要因として重要な「妊娠中のストレス」に関する評価指標開発を目的としインタビュー研究から得られた、育児不安に関する項目、経済的問題に関する項目、職場などで先輩女性の理解不足、住居に関する問題、妊娠合併症に対する不安やそれに対するフォロー体制に関する項目を用いて、妊娠中のストレス評価を、新たな質問調査項目として加えて継続している。3.アンジオテンシノーゲン遺伝子型タイピング結果を用いた介入研究に関しては、妊娠中のストレスに対する介入の割付と具体的な評価において、解決すべき課題が見つかったために、今後新しく傾向スコア等を用いた解析法を導入する必要性が示唆された。4.一般集団のPIH発症率を推定するために、妊娠・分娩に関する情報(妊娠分娩異常、産科出血などのさまざまなアウトカムや、母体搬送状況、さらには児の発育状況、疾病罹患状況なども含むなども含む)、を収集・登録するフォーマットを作成した。今後、このフォーマットを用いた地域登録を開始する。今年度は、3月11日の東日本大震災によって引き起こされた東京電力福島第一原子力発電所事故への対応に多くの時間が取られたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。妊娠高血圧症候群の予防因子として、ストレス関連の要因(遺伝要因、生活習慣要因、ソーシャル・サポート要因など)に大いに注目していきたい。今後は、東日本大震災、東京電力福島第一原子力発電所事故によるストレス等も検討課題とすることも考えていきたい。
骨芽細胞分化誘導能を有する亜鉛徐放型チタン系フレームワークの創製

チタン表面に亜鉛錯体を修飾させることによって亜鉛徐放型チタン系(Zn-Ti)フレームワークを作製し,骨芽細胞の分化・増殖を促進する効果について検討した。作製したZn-Tiメッシュは亜鉛イオンを徐放させることができ,この亜鉛イオンは,材料周囲の細胞を骨芽細胞へ分化・増殖させ,さらに石灰化を促進させることが判った。ラット頭蓋骨に作製した骨欠損をZn-Tiメッシュで被覆する骨形成能の実験では,コントロールに用いたTiとZn-Tiとの間には骨再生率に差はみられたが,統計学的に有意な差は得られなかった。【方法】材料は純チタン(Ti)のメッシュで、表面処理には、水酸化ナトリウム水溶液に硝酸亜鉛水溶液を加え、さらに水酸化ナトリウム水溶液を加えて得られたテトラヒドロキシ亜鉛酸錯体を含む水溶液を用いた。チタンメッシュをこの錯体水溶液に浸漬し、60°Cで12、24、48時間保持することで試料を作製した(Zn-Tiフレームワーク)。試料の表面性状は、電子顕微鏡写真(SEM)、エネルギー分散型X線分析(EDX)、薄膜X線回折(TF-XRD)およびX線光電子分光分析(XPS)で評価した。また、試料を超純水中に72時間浸漬し、亜鉛溶出液(EZ:Eluted Zinc ion)を精製した。亜鉛イオンの濃度の測定は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP-AES:Inductively coupled plasmaーatomic emission spectrometry)を用いて行った。コントロールには、未処理のTiを用いた。【結果】材料を12時間および48時間浸漬した試料は、表面性状が安定せず、本研究から除外した。24時間表面処理した試料の表面は、SEMでは、非常に細かい凹凸が形成しており、EDXの元素分析では、亜鉛が検出された。TF-XRDでは、非常にブロードな酸化チタンに相当する回折ピークが検出され、表面にはアモルファスに近い酸化チタンが形成された。XPSからは、TiO2-Xの傾斜組成をもち、その表面に約20nmの厚さの化学修飾亜鉛層が認められた。また、亜鉛イオンの除放は、浸漬後4時間で始まり、72時間で650nMに達することが判った。【まとめ】作製したZn-Tiフレームワークは、亜鉛徐放型チタンとしての性質を有し、平成27年度以降は、Zn-Tiフレームワークから徐放された亜鉛イオンが骨芽細胞に及ぼす影響について検討する。【平成26年度の結果と平成27年度の目標】平成26年度に作製した亜鉛徐放型チタン系フレームワーク(以下、Zn-Tiフレームワーク)は、亜鉛イオンを安定して徐放する機能を備えていることが確認できた。平成27年度は、Zn-Tiフレームワークから徐放された亜鉛イオンが骨芽細胞に及ばす影響について検討する。【方法】Zn-Tiフレームワークを超純水中に72時間浸漬し、亜鉛溶出液(EZ:Elueted Zinc ion)を精製した。本検討には、株化したヒト骨髄由来骨芽細胞(hBMCs)を用いた。培養皿上で、hBMCsを培養し、骨髄間葉系間質細胞から骨芽細胞への誘導は標準培地で細胞を培養し、細胞がサブコンフルエントに達した後、骨芽細胞誘導培地による分化誘導を行うとともに、最終的に調整した3種類の濃度のEZを添加した。また、分化誘導後の細胞生存率、骨芽細胞分化および基質石灰化に関して、それぞれMTTアッセイ、real time PCRおよびvon Kossa染色を行い評価した。【結果】Zn-Tiフレームワークから徐放された亜鉛イオンを細胞実験に用いたところ、骨髄間葉系間質細胞から骨芽細胞への誘導を有意に促進させ、基質石灰化まで確認することができた。平成28年度は、Zn-Tiフレームワーク周囲の骨形成のスクリーニングを行う予定であり、in vitroからin vivoへの重要な足掛かりとなった。【平成28年度の研究の概要】平成28年度は,研究者らが作製した亜鉛徐放型チタン系フレームワーク(以下,Zi-Tiフレームワーク)を生体内に埋入し,その周囲の骨形成の観察を行った。【方法】ラットの頭蓋骨に,トレフィンバーを用いて直径8mmのcritical size(自然に治癒しない大きさ)の骨欠損を形成した。この骨欠損にシート状のコラーゲンスポンジ(typeIコラーゲン)を充填し,Zn-Tiフレームワークで被覆した。対照として、Tiメッシュを使用した。移植後2、4週に試料を摘出し、骨の再生を組織学的に評価した。骨形成率の測定には画像解析ソフトを用いた。【結果】Zn-Tiフレームワークは,非常に高い骨再生率を示した。しかし,対照のTiメッシュとの間に統計学的有意差は認められなかった。骨欠損の再生率に個体差が大きいために標準偏差が大きくなったと考えられ,本研究の期間延長の承認を受けることができたため,平成29年度にもち越し追加実験を行う予定である。Zn-Tiフレームワークは,対照のTiメッシュよりも高い骨再生率を示した。しかし,統計学的に有意差が得られるには至らなかった。原因は,骨欠損の再生率に個体差が大きいために標準偏差が大きくなったためであり,実験手技の確立と実験動物の個体数を増やし,平成29年度にもち越し追加実験を行う予定である。【平成29年度の研究の概要】

平成29年度は,平成28年度に引き続き研究者らが作製した亜鉛徐放型チタン系フレームワーク(以下,Zi-Tiフレームワーク)を生体内に埋入し,その周囲の骨形成の観察を行った。【方法】ラットの頭蓋骨に,トレフィンバーを用いて直径8mmのcritical size(自然に治癒しない大きさ)の骨欠損を形成した。この骨欠損にシート状のコラーゲンスポンジ(typeIコラーゲン)を充填し,Zn-Tiフレームワークで被覆した。対照として、Tiメッシュを使用した。移植後2、4週に試料を摘出し、骨の再生を組織学的に評価した。骨形成率の測定には画像解析ソフトを用いた。【結果】Zn-Tiフレームワークは,非常に高い骨再生率を示した。しかし,骨欠損の再生率に個体差が大きいために標準偏差が大きくなってしまった。本研究は実験期間の延長の承認を受けることができたため,平成29年度にもち越し追加実験を行ったが,Zn-Tiフレームワークと対照のTiメッシュとの間に統計学的有意差は認められなかった。したがって,本研究結果を平成29年度からスタートした「亜鉛徐放型チタン系フレームワークと歯髄幹細胞による顎骨再生療法」に反映させ,新たな顎骨再生療法の開発を目指す。チタン表面に亜鉛錯体を修飾させることによって亜鉛徐放型チタン系(Zn-Ti)フレームワークを作製し,骨芽細胞の分化・増殖を促進する効果について検討した。作製したZn-Tiメッシュは亜鉛イオンを徐放させることができ,この亜鉛イオンは,材料周囲の細胞を骨芽細胞へ分化・増殖させ,さらに石灰化を促進させることが判った。ラット頭蓋骨に作製した骨欠損をZn-Tiメッシュで被覆する骨形成能の実験では,コントロールに用いたTiとZn-Tiとの間には骨再生率に差はみられたが,統計学的に有意な差は得られなかった。今回作製した亜鉛徐放型フレームワークは、亜鉛イオンを安定して徐放する機能を有することが確認できた。平成27年度以降は、亜鉛徐放型フレームワークから徐放された亜鉛イオンが骨芽細胞に及ぼす影響について検討することが可能であり、予定通りに進展している。平成28年度は、Zn-Tiフレームワーク周囲の骨形成のスクリーニングを行う予定である。ラット頭蓋骨での予備実験はすでに終了しており、施行に際しては問題はないと考えている。研究分担者と使用するZn-Tiフレームワークや埋入材料に関して打ち合わせを行い、実験を開始する予定である。動物実験の手技を確立し,さらに実験動物の個体数を増やし,平成29年度に追加実験を行う予定である。Zn-Tiフレームワークをラット頭蓋骨の骨欠損に用いた本研究は,細胞成分をまったく用いないが,結果次第では,今後の研究の展開には細胞成分を用いた顎骨再生療法を視野に入れる必要があると考えている。口腔外科学平成27年度以降は、亜鉛徐放型フレームワークから徐放された亜鉛イオンが骨芽細胞に及ぼす影響について検討する。実験材料、試薬、実験助手にかかる費用が当初の予定より低く抑えられたため、平成28年度の実験等にかかる費用に用いることにした。動物実験で,Zn-Tiフレームワークは対照のTiメッシュよりも高い骨再生率を示した。しかし,統計学的に有意差が得られるには至らなかった。原因は,骨欠損部における骨再生率に個体差が大きく,標準偏差が大きくなったためと考えている。