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予防原則とリスクコミュニケーションを軸とした科学技術倫理の基礎研究

(1)科学技術によってもたらされる不確実なリスクに対処するための意思決定モデルとして、「予防原則」を検討した。その際、予防原則にはどのようなレベルのリスクに対処するべきか明確な基準が欠けていることが明らかにされた。そのため、予防原則はリスクに関する合意形成モデルによって補完される必要があることが示された。(2)科学技術による不確実なリスクの本質を知るために、それをリスクコミュニケーションの観点から分析した。平成20年度の研究実績は下記の通り。1.予防原則及びリスク論の哲学・倫理学的研究および事例研究(1)研究代表者屋良は、予防原則の哲学的・倫理学的意味を研究した。また、事例研究として薬害エイズ事件の研究を行った。さらに、予防原則を医療現場へ適用するための意思決定モデルを構築した。これは、ブラットマンやトンプソンの意思決定モデルを応用した、不確実なリスクを前にした実践的推論モデルである。(2)研究分担者本田は、人工物が市場経済を流通し、人々のライフスタイルを一変するほどに至るまで普及することに内在するリスクを分析することによって、科学技術のリスクを市場経済の仕組みとの関わりで論じるための議論の枠組みを提示した。2.リスク教育のための基礎研究(1)研究分担者須長は、高等教育改革におけるリスク教育の導入を視野に入れつつ、現在行われている中教審答申「学士課程教育の構築に向けて」の問題点を検討した。(2)研究分担者永澤は、看護基礎教育並びに卒後教育での薬害回避に向けたリスク教育の現状について,先行文献の検討を行った。また、研究代表者の薬害エイズ事件研究への助言を行った。(3)研究分担者金光は、リスク教育の基礎研究として、現状の技術者倫理教育で用いられている方法論、および技術者倫理で重要視される「公衆の安全」をめぐる議論を検討した。これは、リスク教育の構成要素を考えるさいの基盤として重要なものである。3.以上の研究成果は、後述の論文、著書、学会等で発表された。その他、科研費によって予防原則研究会(8月23日、3月24日)を2度開催した。特に、3月24日の研究会では桜美林大学坂井昭宏教授による特別講演「暴走電車問題のメタ倫理学的考察-リスク評価への-視点-」も行われた。平成21年度の研究実績は下記の通り。1.予防原則及びリスク論の哲学・倫理学的研究および事例研究(1)研究代表者屋良は、予防原則を医療現場へ適用するための集団的意思決定モデルを構築した。また、事例研究として薬害エイズ事件の被害患者への面接調査を行った。(2)蔵田は、応用倫理学およびリスク論を広範な観点から検討し、また事例研究で遺伝子組換え農作物の「安全性」に関する現在の論調を批判的に分析した。(3)本田は、人工物が市場に流通する際のリスクを分析することによって、科学技術のリスクを市場経済の仕組みの中で論じるための議論の枠組みを提示した。(4)大小田は、フランス科学技術論、特にカンギレムやダゴニェの観点から、医学的研究における「実験」の特異な意味、および正常と病理の二分法に関して哲学的な考察を加えた。2.リスク教育のための基礎研究(1)須長は、高等教育改革におけるリスク教育の導入を視野に入れつつ、現在行われている中教審答申「学士課程教育の構築に向けて」の問題点を検討した。(2)永澤は、看護基礎教育並びに卒後教育でのリスク教育の在り方について研究した。(3)金光は、現状の技術者倫理教育で用いられている方法論、および技術者倫理で重要視される「公衆の安全」をめぐる議論を検討した。その他、科研費によって予防原則研究会を2度開催した(8月31日、3月24日)。平成22年度の研究実績は下記の通り。特に、コンセンサス・ビルディングとメディエーションの技法の研究を行った。2.リスク教育のための基礎研究(1)金光は、現状の技術者倫理教育で用いられている方法論、および技術者倫理で重要視される「公衆の安全」をめぐる議論を検討した。3.科研費によって予防原則研究会を2度開催した(9月12日、3月5日)。

また、はばたき福祉事業団の理事長を講師に招き、講演会を行った。4.研究プロジェクトの最終年度として、3年間の研究活動をまとめた研究活動記録と論文集『予防原則とリスクコミュニケーションを軸とした科学技術倫理学の基礎研究研究成果報告書』を発行した。
酵母人工染色体遺伝子導入マウスを用いたゲノム刷り込み確立の解析

ゲノム刷り込みを受けるIgf2/H19遺伝子座において刷り込み発現を規定する制御領域H19 ICRは、ゲノムの由来する親の性依存的なDNAメチル化(刷り込みメチル化)によって活性が制御される。本研究では、H19 ICRの刷り込みメチル化がいかにして確立・維持されるのか、そのメカニズムを解明することを目的として遺伝子導入マウス(TgM)を用いた以下の解析を行った。1.H19 ICR DNA断片のみを用いて複数系統のTgMを作製し、H19 ICRの機能の自律性を検証した結果、体細胞において導入ICRの刷り込みメチル化が再現されたことから、用いたH19 ICR DNA領域内にメチル化を指令する十分な情報が存在することが明らかになった。また、体細胞における導入ICRの刷り込みメチル化は、精子におけるDNAメチル化状態非依存的に受精後に確立しうること、精子における導入ICRのメチル化にはICR外の配列も関与している可能性があること、が明らかになった。2.CTCF結合配列を欠損させた変異型H19 ICRを酵母人工染色体上でヒトβ-globin遺伝子座に挿入し、これを用いてTgMを作製した。同TgMにおいて、着床前胚では変異型導入ICRの刷り込みメチル化が認められたが、着床後胚及び成熟個体の体細胞では導入ICRが由来する親の性に関わらず高度にメチル化されていた。この結果から、CTCF結合配列は、導入ICRにおける受精後刷り込みメチル化の「確立」には必須ではないが、その後の母由来ICRの非メチル化状態の「維持」に重要であることが示唆された。Igf2/H19遺伝子座の刷り込み発現は、Imprinting Control Region(ICR)における由来する親の性依存的なDNAメチル化(メチル化刷り込み)と、DNAメチル化に結合感受性のあるCTCF転写因子のICRへの結合により制御される。以前、我々は、H19ICR DNA断片のみをヒトβ-globin遺伝子座に移植した酵母人工染色体(YAC)の遺伝子導入マウス(TgM)を作製し、通常はゲノム刷り込みを受けないβ-globin遺伝子座において、ICRの挿入のみでゲノム刷り込みが再現されることを明らかにした。加えて、導入ICRのメチル化刷り込みは、精子生殖細胞中ではなく受精後に確立される可能性を見出した。平成19年度は、上記YAC TgMで見出された「受精後メチル化刷り込みの確立・維持」過程におけるCTCFの役割を検証するために、a)CTCF結合配列変異型ICR(4xMut;CTCFは常にICRに結合できない)、b)CTCF結合配列内CpGモチーフ変異型ICR(-9CG;CTCFは常にICRに結合できる)をそれぞれYAC上でβ-globin遺伝子座に挿入後、YAC TgMを作製した。両TgMの生殖細胞、体細胞よりゲノムDNAを抽出し、変異型ICRのメチル化状態について解析した。その結果、CTCFは、導入ICRの「受精後メチル化刷り込みの確立・維持」過程において、メチル化の阻害に関与することが示唆された。ゲノム刷り込みを受けるIgf2/H19遺伝子座の片親性遺伝子発現は、遺伝子座中のImprinting Control Region(ICR)が、ゲノムの由来する親の性依存的にDNAメチル化(刷り込みメチル化)されることによって制御される。本研究では、H19 ICRの刷り込みメチル化が確立・維持されるメカニズムを明らかにすることを目的に、遺伝子導入マウス(TgM)を用いた以下の解析を行った。1.H19 ICRの機能の自律性を検証するために、ICR DNA断片が15コピー、ゲノム中にランダムに挿入された6系統のTgMを作製した。同TgMにおける導入ICRのDNAメチル化解析結果から、ICR断片内にゲノム上の挿入位置や導入コピー数非依存的に刷り込みメチル化を再現する活性が存在し、このメチル化の差は受精後に確立しうること、精子における導入ICRのメチル化にはICR外の配列も関与し、体細胞における刷り込みメチル化とは異なるメカニズムによって制御されている可能性があること、が明らかとなった。2.H19ICRの受精後刷り込みメチル化におけるCTCF転写因子の役割を明らかにするために、CTCF結合配列変異型ICRを挿入したβ-gobin遺伝子座酵母人工染色体のTgMを作製した。同TgMにおいて、着床前胚では変異型ICRの刷り込みメチル化が認められたが、着床後胚及び成熟個体の体細胞ではメチル化の差が失われていた。この結果から、CTCFは、導入ICRにおける受精後刷り込みメチル化の「確立」には必須ではないが、そのメチル化状態の「維持」に重要であることが示唆された。また、体細胞における導入ICRの刷り込み

メチル化は、精子におけるDNAメチル化状態非依存的に受精後に確立しうること、精子における導入ICRのメチル化にはICR外の配列も関与している可能性があること、が明らかになった。2.CTCF結合配列を欠損させた変異型H19 ICRを酵母人工染色体上でヒトβ-globin遺伝子座に挿入し、これを用いてTgMを作製した。同TgMにおいて、着床前胚では変異型導入ICRの刷り込みメチル化が認められたが、着床後胚及び成熟個体の体細胞では導入ICRが由来する親の性に関わらず高度にメチル化されていた。この結果から、CTCF結合配列は、導入ICRにおける受精後刷り込みメチル化の「確立」には必須ではないが、その後の母由来ICRの非メチル化状態の「維持」に重要であることが示唆された。
大気中二酸化炭素濃度増加による冷温帯樹木の木部構造の変化および炭素固定能への影響

二酸化炭素濃度([CO_2])の上昇が社会問題となっている。本研究では高CO_2環境に対する冷温帯樹木11種の生理生態特性の変化を解明し、CO_2固定能力の変化を評価することを目的とした。CO_2付加にはFree Air CO_2Enrichment(FACE)を用いた(北海道大学札幌研究林実験苗畑に設置)。FACE内の[CO_2]は2040年頃を想定して500ppmvとした(対照区+130ppmv)。また、FACE内の土壌を半分に区切り、片面を富栄養の褐色森林土、もう片面を貧栄養の火山灰土壌とした。まずCO_2同化特性(光合成)の変化に着目した。火山灰土壌では高CO_2処理をしてもあまり増加しなかった。樹木は成長することで同化したCO_2を長期間貯留する。そこで樹幹成長の変化を調べた。高CO_2処理による成長の促進効果は、火山灰土壌やCO_2付加期聞が長いと認められなくなった。CO_2貯留を評価するためには、材質の変化を明らかにすることも重要である。そこで、材質に影響を与える水分通道構造の変化を調べた。長期間の高CO_2処理によって、道管を流れる流量の継続的な低下が起こり、道管サイズが低下することが分かった。また、CO_2上昇に伴う冷温帯林のCO_2貯留量の変化を評価した。すると、褐色森林土でのみCO_2貯留量が増加した。この増加割合は他地域の成果と同等であった。本研究により、東アジア冷温帯林における高CO_2環境下でのCO_2固定機能変化に関する知見が得られた。本研究では、CO2濃度上昇の影響を個葉から個体、群落スケール別に評価することで、各樹木の生理生態的な応答を詳細に解明することができた。また、冷温帯を構成する代表的樹種の将来環境下での保全管理に関する指針を与えた。1.樹木の生産量に関する研究将来予測される高CO_2濃度環境下での樹木の生産量(CO_2固定能力)の変化を明らかにするため、本年度は高CO_2環境下で生育させた樹木の樹幹成長量、異なる葉タイプ(陽葉・陰葉)の光合成速度・呼吸速度を調べた。本年度の研究はCO_2付加3年目の実験である。そのため、樹木は高CO_2環境に順化し、樹幹成長量に関しては大きな変化は認められなかった。しかしながら、個葉での応答に関しては、光合成速度の増加や呼吸速度の低下が顕著に認められた。本年度の結果、高CO_2環境下において個葉の生産量が増加することが示された。来年度以降は、葉の量の変化を考慮に入れながら、個体全体としての生産量の変化を生理的な視点から明らかにする。2.水利用特性と通水構造に関する研究高CO_2環境下では葉の気孔が閉じ気味になり、蒸散速度が低下するということが広く知られている。しかしながら、樹木全体(個体)の蒸散速度と深い関係のある木部通水構造の変化について、未だ一貫した結論は得られていない。木部通水構造は樹幹密度にも大きく影響を与えるため、樹木の生産量を評価するために必要な知見である。そこで本年度は、蒸散速度と通水構造の関係をより明確にするため、焦点を個体から個葉にスケールダウンし、個葉の蒸散の変化と、個葉の水分通道に直接かかわる葉柄の通水構造(道管)の変化を調べた。実験の結果、土壌条件、葉タイプ、種にかかわらず、高CO_2処理による葉の蒸散速度の変化は葉柄の通水構造に一貫した影響を与えることが示された。来年度以降は、本年度の結果を踏まえて、視点を個葉から個体にスケールアップし、高CO_2環境下での木部構造変化を評価、解明していく。樹木の生産量に関する研究将来予測される高CO_2濃度環境下での樹木の生産量(CO_2固定能力)の変化を明らかにするため、昨年度とひきつづき高CO_2環境下で生育させた樹木の樹幹成長量、光合成速度、呼吸速度を調べた。特に本年度は、弱光下での反応および個体間競争が成長に与える影響について着目した。多くの樹種で、高CO_2処理により光補償点が低下し、暗い環境でも生育可能になることが判明した。また、群落内での個体間競争が変化し、そのことで成長特性が変化する個体(競争が激しく被陰の程度の大きいところでも生存したり、高い成長を示したりする個体)も認められた。この変化は、光補償点の変化に起因していると考えられる。すなわち、高CO_2処理による弱光下での反応の変化が、個体の成長変化に影響をもたらしていると示唆された。来年度は伐採をおこない、バイオマス量の変化をも考慮に入れながら、個体、群落全体としての生産量の変化を明らかにする。水利用特性と通水構造に関する研究高CO_2環境下では葉の気孔が閉じ気味になり、蒸散速度が低下するということが知られている。昨年度は個葉の反応に着目し、蒸散速度と通水構造との関係の基礎的な知見を得た。

本年度は、個葉の知見をスケールアップするため、当年生シュートの反応に着目し、シュート蒸散速度の変化と、茎の通水構造(道管面積および水分通道度)の変化を調べた。その結果、各種環境条件に関わらず、高CO_2環境下でのシュート蒸散速度と通水構造の変化は一貫していることが示された。来年度は、これらの知見を踏まえて個体に視点を置き、高CO_2環境下での木部構造変化を評価、解明していく。二酸化炭素濃度([CO_2])の上昇が社会問題となっている。本研究では高CO_2環境に対する冷温帯樹木11種の生理生態特性の変化を解明し、CO_2固定能力の変化を評価することを目的とした。CO_2付加にはFree Air CO_2Enrichment(FACE)を用いた(北海道大学札幌研究林実験苗畑に設置)。FACE内の[CO_2]は2040年頃を想定して500ppmvとした(対照区+130ppmv)。また、FACE内の土壌を半分に区切り、片面を富栄養の褐色森林土、もう片面を貧栄養の火山灰土壌とした。まずCO_2同化特性(光合成)の変化に着目した。火山灰土壌では高CO_2処理をしてもあまり増加しなかった。樹木は成長することで同化したCO_2を長期間貯留する。そこで樹幹成長の変化を調べた。高CO_2処理による成長の促進効果は、火山灰土壌やCO_2付加期聞が長いと認められなくなった。CO_2貯留を評価するためには、材質の変化を明らかにすることも重要である。そこで、材質に影響を与える水分通道構造の変化を調べた。長期間の高CO_2処理によって、道管を流れる流量の継続的な低下が起こり、道管サイズが低下することが分かった。また、CO_2上昇に伴う冷温帯林のCO_2貯留量の変化を評価した。すると、褐色森林土でのみCO_2貯留量が増加した。この増加割合は他地域の成果と同等であった。本研究により、東アジア冷温帯林における高CO_2環境下でのCO_2固定機能変化に関する知見が得られた。本研究では、CO2濃度上昇の影響を個葉から個体、群落スケール別に評価することで、各樹木の生理生態的な応答を詳細に解明することができた。また、冷温帯を構成する代表的樹種の将来環境下での保全管理に関する指針を与えた。
微小循環を指標とした数値simulationによる歯周組織再生療法評価法の確立

「研究の目的」歯槽骨の再生は新生血管を主とする微小循環系から始まる。本研究では歯科形態学と歯科機能学の二方向から解析した微小循環研究データを、情報工学系で使われる粒子シミュレーションの手法を用いて数値化することを目的とする。血管注入された鋳型標本の走査型電子顕微鏡(SEM)像と免疫染色による血管像にレーザードップラー血流計で得られた血流量/速度を統合し、可視化可能な数値シミュレーションとして構築を試みる。さらに生体内で起きている微小循環動態や骨再生量を、抜歯窩をモデルとして客観化を行う。これは各種成長因子や生体活性材料などの効果を評価することが可能となる。すなわち最適な治療法と症例をマッチングさせることで治療効果の向上や創薬に大きく貢献することを目的とする。「研究実施計画」1.抜歯窩モデルの実験として対照群となる抜歯窩モデルの血管鋳型標本を用いた、血管・骨SEM画像を撮影(術後14、30、90日後)し画像解析する。それをもとに数値シミュレーションにより血管新生と骨形成の経時的変化を解析し技術を確立させる。レーザードップラーフローメーターを用いた血流量・速度の変化、免疫組織染色(VEGF, Osteocalcin、Osteopontin)で骨形成と血管密度・径を測定し数値化したデータに統合させることを目的とした。2.『成長因子モデル』による評価方法の比較・検討:自己血由来多血小板血漿(PRP)の抜歯窩応用実験:抜歯窩モデルに自己血由来の各種成長因子が含まれた多血小板血漿(PRP)を適応させた実験を行う。実験方法は抜歯窩モデルと同様とする。その結果を対照群と比較し自己血由来の各種成長因子の効果を評価する。同様にそれをもとに数値シミュレーションにより血管新生と骨形成の経時的変化を解析した。本年度までのデータを更に発展させ、生体材料による人工骨ならびに自己脱灰歯牙顆粒の抜歯窩応用実験を開始する。抜歯窩モデルに足場となるこれら臨床的に有望な材料をモデルとして適応させた実験を行う。実験方法は平成30年度と同様とする。その結果をもとに血管新生と骨形成の経時的変化を数値シミュレーションにより解析する。本年度は動物実験による生物学的データの採取とコンピューターシミュレーションのセッティングに重きを置いた。動物実験に於いては歯周組織再生とインプラント周囲の骨形成と血管新生について各種形態学的な資料作成を行った。次年度はこれを持ちいて観察ならびに必要応じて追加実験を行う。また、コンピュータシミュレーションは専用機器のセットアップが終了し、生物学的データをもとに解析を進める予定である。歯槽骨の再生は新生血管を主とする微小循環系から始まる。血管と骨形成の数値解析の研究は、前提となる血管新生まで網羅した解析は無く独自の粒子モデルを用い、血管新生と歯槽骨形成の連成解析を開発した。当初数値計算は歯周組織の狭い隙間では無理と考えたが、再検討により歯槽窩自体も粒子モデル化した。更に生体材料や成長因子の影響も、新たに粒子間の相互作用に組込めば評価可能になると着想した。抜歯窩モデルによる血管・骨新生過程の数値シミュレーション技術の確立抜歯窩モデルの実験を行った。血管・骨SEM画像を画像解析した。それをもとに数値シミュレーションにより血管新生と骨形成の経時的変化を解析した。すべての動物実験は神奈川歯科大学動物倫理委員会の審査合格後、その実験指針従って行った。歯周組織が臨床的に健康なビーグル犬を各時期2頭ずつ(6頭/1実験)用いる。時期は14日後、30日後、90日後に設定した。各期間経過後、レーザードップラーフローメーターにて血流量/血流速度を抜歯窩と槽間中隔の上部、頬側、舌側の3カ所/1歯から計測した。血管鋳型標本の観察には下顎を用い、実験動物の総頚動脈より灌流固定し、下歯槽動脈からアクリル系合成樹脂を注入した。樹脂硬化後、試料を蛋白分解酵素溶液(10%プロテアーゼ液)中に滲漬し12時間作用させる。軟組織が完全に溶解した後、凍結乾燥、イオン蒸着、走査型電子顕微鏡にて観察した。上顎骨の組織学的観察にはHE染色と血管注入標本評価を行った。

さらに生体内で起きている微小循環動態や骨再生量を、抜歯窩をモデルとして客観化を行う。これは各種成長因子や生体活性材料などの効果を評価することが可能となる。すなわち最適な治療法と症例をマッチングさせることで治療効果の向上や創薬に大きく貢献することを目的とする。「研究実施計画」1.抜歯窩モデルの実験として対照群となる抜歯窩モデルの血管鋳型標本を用いた、血管・骨SEM画像を撮影(術後14、30、90日後)し画像解析する。それをもとに数値シミュレーションにより血管新生と骨形成の経時的変化を解析し技術を確立させる。レーザードップラーフローメーターを用いた血流量・速度の変化、免疫組織染色(VEGF, Osteocalcin、Osteopontin)で骨形成と血管密度・径を測定し数値化したデータに統合させることを目的とした。2.『成長因子モデル』による評価方法の比較・検討:自己血由来多血小板血漿(PRP)の抜歯窩応用実験:抜歯窩モデルに自己血由来の各種成長因子が含まれた多血小板血漿(PRP)を適応させた実験を行う。実験方法は抜歯窩モデルと同様とする。その結果を対照群と比較し自己血由来の各種成長因子の効果を評価する。同様にそれをもとに数値シミュレーションにより血管新生と骨形成の経時的変化を解析した。自己血由来多血小板血漿(PRP)の抜歯窩応用実験:抜歯窩モデルに自己血由来の各種成長因子が含まれた多血小板血漿(PRP)を適応させた実験を行う。実験方法は平成29年度と同様とする。その結果を対照群と比較し自己血由来の各種成長因子の効果を評価する自己血由来多血小板血漿(PRP)を抜歯窩に応用する動物実験を行う。成長因子に血管がいかにして抜歯窩内部に引き寄せられ、骨形成を促進するのかを比較検討する。平成29年度に得られた対照群と実験群でのデータ比較からパラメータを計算しPRP群での血管新生および骨形成の評価指標とする。移植の足場として自己脱灰歯牙顆粒を抜歯窩に応用する動物実験を行う。血管がいかにして足場となる抜歯窩内の顆粒周囲に引き寄せられ、骨形成を促進するのかを比較検討する。平成29年度に得られた対照群とH30年度の実験群でのデータ比較からパラメータを計算しPRP群での血管新生および骨形成の評価指標とす本年度までのデータを更に発展させ、生体材料による人工骨ならびに自己脱灰歯牙顆粒の抜歯窩応用実験を開始する。抜歯窩モデルに足場となるこれら臨床的に有望な材料をモデルとして適応させた実験を行う。実験方法は平成30年度と同様とする。その結果をもとに血管新生と骨形成の経時的変化を数値シミュレーションにより解析する。観察に使用する電子顕微鏡の不調で観察が行えなかった。また、新たな機材の納入時期も遅れたため年度内に試料観察が行えなかったものが生じた。そのため2018年3月に開催される国際学会で発表することが出来なかった。この両者の使用額が執行できなかったため次年度に使用することとなった。動物施設の改装により実験動物の搬入が出来ない期間が生じたため。実験動物、飼料代、実験用試薬に使用額の差が生じた。また、大学の教育スケジュールの関係で学会参加がかなわなかった事も理由として存在する。
リピート結合性小分子を用いた１型筋強直性ジストロフィーの化学生物学的研究

1分子の大きさ・形U-Uミスマッチとの適合性を軸に分子動力学計算によるドッキングシミュレーションを用いた基本骨格1,3-ジアミノイソキノリンの選定2カチオン性アミノ基を有するアルキル基の修飾によるカチオン性・水溶性の獲得3結合状態の安定性に加え、リガンドがRNAに挿入されていく過程にも着目した置換基の導入、を経てリガンドを設計した。リガンドは1,3-ジクロロイソキノリンから6ステップで合成した。SPR測定よりリガンドはCUGリピートRNAに強く結合することを示した。また、CUGリピートと同様にピリミジン塩基のミスマッチを形成するために、これまで区別が困難であったCUGリピートとCCGリピートとの区別にも成功した。複合体解析より、リガンドは一箇所のU-Uミスマッチに対して一分子結合しており、予想した複合体構造を示唆する結果であった。また、リガンド二分子を連結させたダイマーリガンドはモノマーより10倍程強い結合能を示し、選択性においても向上が見られた。【In vitroでのmRNA及びMBNL1の解離誘導】CUGリピートの伸長により発症する1型筋強直性ジストロフィー(DM1)の核内に見られるCUGリピートと蛋白質MBNL1の凝集体を、In vitro系に模擬的に形成させてリガンド添加によるCUGリピートとMBNL1の相互作用阻害を観察した。MBNL1と放射標識したCUGリピートを混合し、リガンドを順次添加後ゲル電気泳動により解析した。リガンド濃度依存的に遊離したRNAのバンド強度が上昇し、期待したMBNL1とCUGリピート間の相互作用の阻害に成功した。これまで着目していたミスマッチ部位に加えミスマッチの周辺構造を利用した分子設計を行うことで、これまで困難であったCUGリピートのU-UミスマッチとCCGリピートのC-Cミスマッチに明確な親和性の差を生み出す分子設計指針を見出し、配列選択的なリガンド開発に成功した。コントロール化合物の結合評価結果から、リガンドがRNAに挿入されていく過程に着目した分子設計は塩基の水素結合の認識能を高めるため、他の塩基にも適用可能であるという点で有用である。また、今回得られたU-UミスマッチとC-Cミスマッチの選択性の差は、ドッキングシミュレーションの結果と相関を見せているためシミュレーションの段階で選択性を予測可能であることを示唆している。シミュレーションの複合体構造を元にした二量化は期待通りより強い親和性を表した。さらに、ダイマーリガンドはRNAの大きな構造変化を誘起せず、モノマーリガンドの結合様式を保ったまま結合していることから、オリゴマーへの展開も容易だと考えられる。CUGリピートとMBNL1の相互作用阻害は、提唱されているDM1治療機序に不可欠な現象である。In vitro系中でのこれらの相互作用の阻害をリガンド添加により達成したことは作用機序に基づいた新規治療法開発への第一歩だと言える。リガンドの細胞毒性や細胞膜透過性のような基本的物性をHeLa細胞やHEL293細胞及び蛍光顕微鏡やフローサイトメトリーを用いて評価する。細胞膜透過性が優れない場合リガンドのカチオン性に起因する可能性が高いと考えられる。修飾可能なアミノ基のアルキル化等でリガンドの疎水性を向上させることで細胞膜を透過しうるリガンド開発を目指す。共同研究者と協力し、DM1細胞での核内凝集体をCUGリピートに相補的な配列を有するFISHプローブを用いて可視化する。さらにリガンド添加後、凝集体の解消を示唆するFISHプローブの蛍光の消失または分散を観察する。凝集体の解消を確認後、MBNL1が関与する種々のmRNAスプライシング産物の逆転写定量PCRにより定量、健常細胞の値と比較しリガンド添加による解離したMBNL1のスプライシング制御機能の回復を評価する。モノマーリガンドやダイマーリガンドとCUG/CUG配列が形成するU-Uミスマッチとの複合体構造の解析を結晶化やNMRにより推定し、リガンドとRNA間の相互作用を解析する。その結果を新たな分子設計にフィードバックしU-Uミスマッチに限らずRNAが形成する他のミスマッチや他の二次構造に適応できうる分子設計指針の提案を目指す。

MBNL1と放射標識したCUGリピートを混合し、リガンドを順次添加後ゲル電気泳動により解析した。リガンド濃度依存的に遊離したRNAのバンド強度が上昇し、期待したMBNL1とCUGリピート間の相互作用の阻害に成功した。これまで着目していたミスマッチ部位に加えミスマッチの周辺構造を利用した分子設計を行うことで、これまで困難であったCUGリピートのU-UミスマッチとCCGリピートのC-Cミスマッチに明確な親和性の差を生み出す分子設計指針を見出し、配列選択的なリガンド開発に成功した。コントロール化合物の結合評価結果から、リガンドがRNAに挿入されていく過程に着目した分子設計は塩基の水素結合の認識能を高めるため、他の塩基にも適用可能であるという点で有用である。また、今回得られたU-UミスマッチとC-Cミスマッチの選択性の差は、ドッキングシミュレーションの結果と相関を見せているためシミュレーションの段階で選択性を予測可能であることを示唆している。シミュレーションの複合体構造を元にした二量化は期待通りより強い親和性を表した。さらに、ダイマーリガンドはRNAの大きな構造変化を誘起せず、モノマーリガンドの結合様式を保ったまま結合していることから、オリゴマーへの展開も容易だと考えられる。CUGリピートとMBNL1の相互作用阻害は、提唱されているDM1治療機序に不可欠な現象である。In vitro系中でのこれらの相互作用の阻害をリガンド添加により達成したことは作用機序に基づいた新規治療法開発への第一歩だと言える。リガンドの細胞毒性や細胞膜透過性のような基本的物性をHeLa細胞やHEL293細胞及び蛍光顕微鏡やフローサイトメトリーを用いて評価する。細胞膜透過性が優れない場合リガンドのカチオン性に起因する可能性が高いと考えられる。修飾可能なアミノ基のアルキル化等でリガンドの疎水性を向上させることで細胞膜を透過しうるリガンド開発を目指す。共同研究者と協力し、DM1細胞での核内凝集体をCUGリピートに相補的な配列を有するFISHプローブを用いて可視化する。さらにリガンド添加後、凝集体の解消を示唆するFISHプローブの蛍光の消失または分散を観察する。凝集体の解消を確認後、MBNL1が関与する種々のmRNAスプライシング産物の逆転写定量PCRにより定量、健常細胞の値と比較しリガンド添加による解離したMBNL1のスプライシング制御機能の回復を評価する。モノマーリガンドやダイマーリガンドとCUG/CUG配列が形成するU-Uミスマッチとの複合体構造の解析を結晶化やNMRにより推定し、リガンドとRNA間の相互作用を解析する。その結果を新たな分子設計にフィードバックしU-Uミスマッチに限らずRNAが形成する他のミスマッチや他の二次構造に適応できうる分子設計指針の提案を目指す。
視床下部で新たに発見した神経ペプチドの受容体探索

最近、鳥類や哺乳類の視床下部に高発現している新規の遺伝子を発見した。翻訳産物からは神経ペプチドが産出され、エネルギーホメオスタシスに関与すると予想している。本神経ペプチドの生理機能の解明には受容体の同定が必要不可欠である。そこで、本研究ではオーファン受容体へのシグナル伝達を指標に受容体同定を試みた。残念ながら、受容体の同定には至らなかった。我々は、脊椎動物の間脳視床下部領域に特異的に発現している神経ペプチドの前駆体遺伝子である新規遺伝子を最近発見している。さらに、絶食や肥満などのエネルギー代謝状態に応じてmRNA発現が変動することを見出しており、新規摂食調節関連遺伝子と捉えている。さらに、神経ペプチドの脳室内投与により摂食行動を調節する効果があるというデータを得ている。この神経ペプチドの生理機能の全容を明らかにするためには、受容体の同定が必要不可欠である。そこで本研究では新規神経ペプチドの受容体をオーファン受容体に着目して同定することを目的としている。昨年度は、新規遺伝子にコードされている神経ペプチドが、オーファン受容体のボンベシン受容体サブタイプ3(BRS-3)の内因性リガンドではないかと予測し、その可能性を検証した。BRS-3を恒常的に発現している培養細胞を用い、神経ペプチドを作用させた際の細胞内カルシウムイオン濃度変化を指標に受容体応答能を解析した。しかしながら、新規神経ペプチドを10μMの濃度で作用させても細胞内カルシウムイオン濃度の変化は認められなかった。この結果から、BRS-3は新規神経ペプチドの受容体ではないことが示された。本年度は、別のオーファン受容体に対する効果を解析する研究を行った。ペプチド性リガンドと考えられるオーファン受容体を定常的に発現した哺乳類細胞を立ち上げた。本年度中に8種類のオーファン受容体発現細胞を用い、新規神経ペプチドを作用させ、細胞内カルシウムイオン濃度の変化を解析した。しかしながら、8種類の受容体全てにおいて有意な反応は認められなかった。以上の解析から、現時点では新規神経ペプチドに対する受容体の同定には至らなかった。本年度は、新規遺伝子にコードされている神経ペプチドが、オーファン受容体のボンベシン受容体サブタイプ3(BRS-3)の内因性リガンドではないかと予測し、その可能性を検証した。受容体探索のために、新規神経ペプチド含有神経細胞の神経終末の投射先を免疫組織化学的手法により解析した。その結果、マウスの視床下部内の限局した神経核に新規神経ペプチド様免疫陽性線維が密に投射していることが明らかになった。今後は、この領域の神経細胞を用いて新規神経ペプチドの応答を解析していく予定でいる。ボンベシン受容体サブタイプ3(BRS-3)はエネルギーホメオスタシスに関与する重要な受容体であるが、内因性リガンドが不明であり、製薬会社を含めた世界中の研究機関において内因性リガンドの探索が試みられている。我々が視床下部領域から発見した新規遺伝子は様々なエネルギー代謝状態でmRNA発現量が変動し、さらに新規神経ペプチドを用いた行動薬理学的解析から摂食行動や体重調節に関与している結果を得ている。これらの先行研究から、我々が発見した新規神経ペプチドの受容体がBRS-3でないかと予測したが、その予測は残念ながら外れたと思われる。本研究課題は新規神経ペプチドの受容体探索という挑戦的萌芽研究であるために、この結果もいたしかたないと考えている。しかしながら、本年度の研究では、新規神経ペプチド産生細胞の投射先が明らかになったことから、受容体同定の端緒となる基礎的知見を得られたと考えている。本年度の解析により、新規神経ペプチド産生細胞の投射先が視床下部内の限局した神経核であることが明らかになった。今後は、さらに新規神経ペプチドを用い脳室内投与し、最初期遺伝子であり、神経活動マーカーであるc-Fos発現を指標にして標的細胞を解析する。この解析により、新規神経ペプチドの受容体の発現部位が明らかになると考えている。また、急性視床下部スライスを用いて新規神経ペプチドをin vitroで投与し、神経活動へ及ぼす変化を解析することで受容体探索に繋げる研究を展開する。

さらに、昨年度の研究開始時の研究計画ではBRS-3に着目して本年度も解析を進める計画でいたが、別のオーファン受容体を用いて受容体探索を行う研究に切り替える。主に消耗品費に充てる。実験動物や飼料費、ペプチド合成用試薬、形態解析用試薬、細胞内シグナル伝達解析用試薬、電気生理学用の消耗品費として使用する。さらに、得られた成果を学会発表により公表するための旅費にも一部充てる。
培養歯根膜細胞移植による人工歯根の歯根膜再生に関する研究

人工歯根表面にコラーゲンを固定化し、in vitroで大量に培養した歯根膜細胞を付着させることによって、in vivoにおいて人工歯根周囲に歯根膜の再生を起こしえるかを実験的に検討した。先ず、ヒドロキシアパタイト(HAP)、チタン(Ti)、ポリエチレン(PE)製の3種の人工歯根を作製し、PE製人工歯根の表面にはアテロコラーゲン(豚皮由来、タイプI)を固定化した(CPE)。次に、ビ-グル成犬10頭の臼歯部を抜去し、歯根膜細胞を採取、これまでの研究で明らかにした至適条件(10%FBS+1ng/mlTGF-beta_1添加)で10日間予備培養を行った後、上記の人工歯根を培養液中に7日間浸漬して歯根膜細胞を付着させた。細胞を付着させた人工歯根ならびに対照として細胞を付着させないCPE人工歯根を下顎臼歯部に埋植し、歯肉弁で完全に被覆した。埋植2週および1か月後に屠殺して、非脱灰研磨標本を作製した。その結果、HAPならびにTiでは、埋植2週ですでに活発な骨形成が認められ、埋植1か月では人工歯根表面の大部分が骨と結合し、歯根膜の再生は得られなかった。また、細胞を付着させないCPEは通常の線維性被膜によって被包化されていた。一方、細胞を付着させたCPEでは、人工歯根は骨と一層の軟組織を介し、その線維の走行は材料表面に垂直的で、豊富な血管を含むなど、極めて歯根膜に類似した組織構造が認められた。以上から、材料表面へのコラーゲンの固定化と培養歯根膜細胞の移植は人工歯根の歯根膜再生をもたらす可能性が示された。
複素解析学の幾何学的研究

研究代表者藤本を中心として,複素解析学及びその関連諸分野の研究者が,共同研究集会・研究連絡・文献交換等を実施し,他大学の研究者との交流も密にして,各々の分野において多大の成果を治めた.藤本は,C^nからP^N(C)への有理型写像の値分布論性質を研究し,その成果として,以下の様な新しい結果を得た.3N+1個の一般の位置にあるP^N(C)内の超平面H_jに対し,C^nからP^N(C)への写像fで.その(2で頭打ちされた)重複度を込めて考えた逆像f^<-1>(H_f)が,あらかじめ与えられたものに一致するようなものは,高々2個しか有り得ないことを示した.また,十分大きな正整数loをとれば,一般の位置にある2N+2個の超平面に対し,loで頭打ちされた重複度を込めて考えた逆像が互いに一致するようなC^nからP^Nの二つの有理型写像は,代数的に退化することを証明した.この他にも,有理型関数に対する一意性集合,即ち,複素平面上のふたつの非定数有理型関数f,gがf^<-1>(S)=g^<-1>(S)を満たせば,かならずf=gとなる様な離散集合Sについて考察を深め,有限集合が一意性集合となるための新しいタイプの十分条件を与えた.研究分担者児玉は.境界が滑らかとは限らない一般複素楕円体の特徴づけの問題を研究し.藤解は,有理型関数を係数に持つ斉次線型常微分方程式の代数型解の値分布論に取り組み,森下は,等質空間上のアデール幾何学を究め,いくつかの新しい結果を得た.また,野口は,正則曲線のラングの予想を準アーベル多様体に対し証明し,石本は,ボアンカレー予想の初等多様体への拡張に関する研究を行って,初等多様体のホモトピー分類を行い,菅野は,テータ関数の空間を準局所的に定式化し,その既約分解を与えて,その応用として,アイゼンスタイン級数の原始的テータ関数による展開を明示的に求めた.研究代表者藤本が複素射影空間内の正則曲線の値分布論の研究及びその幾何学的応用に取り組むと共に,微分幾何学,代数幾何学,確率論,整数論等の諸分野の研究者が,共同研究集会・文献交換等の実施により,他大学の研究者との交流を密にして,各々の分野において多大な成果をおさめた.藤本は,複素射影空間への有理型写像に対する一意性定理について考察し,ジ-の定理を改良して,「N次元複素射影空間P^N内の3N+1個の一般の位置にある超平面の逆像が,2で切頭された重複度をこめて一致する様なC^nからP^Nへの有理型写像は,高々2個であること」を示した.児玉は,境界が滑らかとは限らない一般複素楕円形の特徴づけの問題を研究し,ウェッブスターのCR不変計量の応用により,新しい結果を得た.泊は,単純K3特異点の既知の構成法を改良し,特異点の新しいクラスを発見すると共に,リ-ド予想の4次ターミナル特異点に対する類似が不成立であることを示す反例を与えた.菅野は,ユニタリー群上の正則保型形式に付随するL関数の関数等式の適用範囲を広め,原始テ-タ関数の局所理論を発展させた.森下は,等質空間上の有理点の分布及びアデ-ル幾何についての研究を行い,新しい結果を得て,理論を進展させた.中尾は,右連続で左極限をもつ見本路からなる確率過程の変動量による積分について,部分的な結果を得ると共に,コンパクト距離空間で定義された同相写像のカオス的性質である初期値鋭敏性に関する成果を得た.高信は,ある種のシュレ-ディンガー作用素に対し,トロッターの積公式の収束性を調べ,更にその位数をポテンシャルの言葉によって,表現した.。研究代表者藤本を中心として,複素解析学及びその関連諸分野の研究者が,共同研究集会・研究連絡・文献交換等を実施し,他大学の研究者との交流も密にして,各々の分野において多大の成果を治めた.藤本は,C^nからP^N(C)への有理型写像の値分布論性質を研究し,その成果として,以下の様な新しい結果を得た.3N+1個の一般の位置にあるP^N(C)内の超平面H_jに対し,C^nからP^N(C)への写像fで.その(2で頭打ちされた)重複度を込めて考えた逆像f^<-1>(H_f)が,あらかじめ与えられたものに一致するようなものは,高々2個しか有り得ないことを示した.また,十分大きな正整数loをとれば,一般の位置にある2N+2個の超平面に対し,loで頭打ちされた重複度を込めて考えた逆像が互いに一致するようなC^nからP^Nの二つの有理型写像は,代数的に退化することを証明した.この他にも,有理型関数に対する一意性集合,即ち,複素平面上のふたつの非定数有理型関数f,gがf^<-1>(S)=g^<-1>(S)を満たせば,かならずf=gとなる様な離散集合Sについて考察を深め,有限集合が一意性集合となるための新しいタイプの十分条件を与えた.研究分担者

児玉は.境界が滑らかとは限らない一般複素楕円体の特徴づけの問題を研究し.藤解は,有理型関数を係数に持つ斉次線型常微分方程式の代数型解の値分布論に取り組み,森下は,等質空間上のアデール幾何学を究め,いくつかの新しい結果を得た.また,野口は,正則曲線のラングの予想を準アーベル多様体に対し証明し,石本は,ボアンカレー予想の初等多様体への拡張に関する研究を行って,初等多様体のホモトピー分類を行い,菅野は,テータ関数の空間を準局所的に定式化し,その既約分解を与えて,その応用として,アイゼンスタイン級数の原始的テータ関数による展開を明示的に求めた.研究代表者藤本がP^N(C)への有理型写像の値分布論の幾何学的応用に取り組むと共に、幾分幾何学、位相幾何学、代数幾何学、確率論、整数論等の諸分野の研究者が、共同研究集会・研究連絡・文献交換等を実施し、他大学の研究者との交流も密にして、各々の分野において多大の成果をおさめた。藤本は、複素平面からP^N(C)への正則写像について、いくつかの超平面の重複度込みの逆像が一致する様なものの間の関係を調べ、新しいタイプの代数的退化性定理を得た。また、f^<-1>(S)=g^<-1>(S)を満たす相異なる二つの複素平面上の非定数有理型関数f、gが存在しないような有限集合Sについて考察し、この様な集合に対する新しいタイプの十分条件を与えた。研究分担者児玉は、境界が滑らかとは限らない一般複素楕円体の特徴づけの問題を研究し、新しい結果を得た。藤解は、有理型関数を係数に持つ斉次線型常微分方程式の代数型解の値分布論を研究した。森下は、等質空間上のアデール幾何学を研究すると共に、有理点や数の幾何の一般化を試み、新しい結果を得た。泊は、単純K3特異点の研究において、いくつかの新しい発見をした。野口は、正則写像の値分布論と代数多様体の有理点分布について考察し、正則曲線のラングの予想を準アーベル多様体に対し証明した。石本は、ポアンカレー予想の初等多様体への拡張に関する研究を行い、初等多様体のホモトピー分類を行った。菅野は、データ関数の空間を準局所的に定式化し、その既約分解を与え、その応用として、アイゼンスタイン級数の原始的データ関数による展開を明示的に求めた。
PVA由来外科手術トレーニング用臓器モデル材料の個別設計・製造方法の確立

PVA由来の模擬骨や模擬臓器の力学的負荷試験とモデリング・解析の両アプローチにより,構成材料や内部構造が力学的特性に与える影響を定量評価した。模擬骨の解析的アプローチとして,マイクロフォーカスX線CTスキャンに基づくイメージベース計算モデルを用いて,ミクロ構造を考慮した力学的特性評価を実施した。模擬骨のドリリング特性において,空孔分布が重要な因子であり,新規模擬骨に含まれる親水性のPVAの存在が,実骨に類似する材料として有用であることを示した。また,模擬臓器の切除・縫合特性のパラメータ化に必要な軟材料の実験的・解析的評価手法を提案し,それらの力学的特性評価に有用であることを示した。1.PVAの特徴である親水性が,ドリリング特性に与える影響を明らかにするため,乾燥・湿潤状態における模擬骨の力学特性の差異を調査した。新規模擬骨材の顕著な親水性を確認し,湿潤状態を考慮したトルク試験の結果,PVAの親水性がドリリング特性を変化させられることが示された。このことから,実骨の持つ特性に類似する力学特性を有する医療用模擬骨材料として有用であることが示唆された。2.マイクロフォーカスX線CTを利用した機械的特性評価のためのボクセルモデリング手法の確立を行うため,撮像方法やしきい値の決定方法について検討した。元素分析に基づいてしきい値を設定し,ノイズ処理を施してボクセルモデルを作成した。このモデルを用いて均質化法により求めたヤング率は,実験とほぼ一致する結果が得られた。骨梁部の正確な物性値設定はもちろんであるが,ノイズ処理による骨梁部の微視的構造の再現が重要であることが示された。3.ボクセルモデルを用いたポーラス材料のモデリング手法について検討した。ポーラス材料の疑似モデルは面心立方構造を参考にした幾何学的モデルと穴あき円盤をランダムに配置するランダムリングモデルを作成し,実際の模擬骨のヤング率と比較した。その結果,含有率は同じでも内部構造の違いがマクロ特性に大きな影響を及ぼしていることが示された。4.PVA由来の人工血管材料の力学的特性評価するため,伸長試験に基づいた材料特有の挙動の定量化と人工血管の超弾性を考慮した有限要素解析を行った。伸張試験結果から,ブタ血管と人工血管の剛性はほぼ一致することを確認した。ブタは生理学的,解剖学的にヒトに近いとされ,結果はそれを支持しており,人工血管の特性の有用性が示された。また,超弾性有限要素解析により得られた真応力ー真ひずみ線図は実験結果と一致し,提案した評価手法が人工血管材料の力学的特性評価に有用であることが示された。1.トルク試験により,PVAを含む新規模擬骨の特徴である親水性が,骨ドリリング特性へ影響を及ぼすことが示唆された。2.マイクロフォーカスX線CTスキャンデータを用いたイメージベース計算モデル手法およびポーラス材料のモデリング手法を確立し,内部構造の違いがマクロ特性に大きな影響を及ぼしていることが示された。3.PVA由来の人工血管材料の力学的特性評価手法を検討し,PVA由来の人工血管がブタ血管と同等の剛性を持つことを定量的に示すことができた。また,超弾性有限要素解析が人工血管材料の力学的特性評価に有用であることが示せた。1.模擬骨の内部構造を考慮した機械的特性を評価するため,ノイズの少ない高解像度のマイクロフォーカスX線CT画像の取得方法を検討し,密度の異なる2種類の新規模擬骨のボクセルモデルを用いて均質化解析を行った。その結果,ヤング率は異方性を示したが,圧縮試験により求めたヤング率と同程度の結果が得られた。高解像でノイズ処理を行ったCT画像に適切な骨梁部の物性値と解析範囲を設定することで,ボクセルモデルを用いた均質化解析により,内部構造を考慮した特性評価が可能であることが示唆された。2.模擬骨の空孔分布とドリリング特性の関連を明らかにするため,空孔の形態分析とドリリング荷重の有限要素解析を行った。マイクロフォーカスX線CT装置で撮像した既存・新規模擬骨を三次元ボクセルモデル化し,空孔の形態分析と有限要素解析を行った。既存模擬骨は,空孔分布が正規分布し,ドリリング荷重は一定になったが,新規模擬骨は,大小の空孔が特徴的に分布し,ドリリング荷重が顕著に変化した。大小の空孔の分布は,ドリリング時にドリル先端に接触する模擬骨のミクロな構造の不均一性を増すため,模擬骨のドリリング特性において,空孔分布の差は重要な因子であることがわかった。3.模擬臓器材料に対する機械的特性評価手法の確立を行うため,柔さ試験によるヤング率とテクスチャ試験のパラメータとの関連性の検討を行った。柔さ試験により,水分量の異なる3種類のPVAシートに対してヤング率測定を行った結果,水分量が少なくなるほど大きくなる結果が得られた。また,食感の数値化に使用されるテクスチャ試験を実施し,そのパラメータの一つである「硬さ」が,ヤング率と同様の傾向を示し,強い相関性があることが示された。これらの結果から,これらの試験は,軟材料の特性の定量化が可能であり,模擬臓器の評価手法として有効であることが示唆された。1.密度の異なる2種類の新規模擬骨に対してボクセルモデルを作成し,均質化解析を行った結果,実験と同程度のヤング率が得られることがわかったが,異方性を示した。模擬骨の空孔が楕円形状のものがあることや,解析範囲に含まれる空孔部分が対称的でないためと考えられるが,原因がはっきりしていない。

模擬骨の製造にとって異方性の制御は重要であるため,異方性の程度や発生原因について解明する必要がある。2.模擬骨に対する空孔の形態分析とドリリング荷重の有限要素解析の結果,ミクロな大小の空孔分布がドリリング特性に影響を与えることが示され,より実骨に近い模擬骨の製造には,大小の空孔の適切な分布が重要であることが示唆された。今後,実際のドリリング荷重との比較を行う必要がある。3.軟材料の特性評価手法として,柔さ試験およびテクスチャ試験は,模擬臓器材料の評価手法として有効であることが示唆された。しかしながら,実験の値にばらつきが大きく,有意差が明確にでないパラメータも多く,さらなる試験方法の検討と評価パラメータの抽出が必要である。1.模擬骨の構成成分とドリリング特性の関連の評価のため,まず,新規模擬骨をX線マイクロCT撮影し,3Dプリンタを用いて模擬骨を製作した。次に,PVAを含む実際の模擬骨と3Dプリンタで作成したPVAを含まない模擬骨を対象とし,ねじ押し抜き試験を行った。実際の模擬骨の変位に伴う荷重変化は,3Dプリンタ素材の模擬骨よりも小さい結果を示した。新規模擬骨に含まれるPVAは,ドリリング時の抵抗および,ドリルと模擬骨間の発生応力の抑制に寄与するためと考えられる。実骨に近いドリリング特性を実現する上で荷重減少時・残存荷重時の特性が重要であり,その制御にPVAが密接に関連していることが示唆された。2.模擬骨の製造方法の違いが力学的特性へ与える影響を調査した。新規模擬骨は異方性を示すが,気泡の形と向きを分析することで,異方性の度合いを評価可能であることがわかった。模擬骨の気泡形態の制御の可能性を検証するため,流出口の大きさや位置が模擬骨の力学的特性に与える影響を調査した。その結果,それぞれの製造方法で異方性の度合いが変化しており,発泡の流れ方向にヤング率が高くなることを確認した。流出口の大きさや位置,数を変更することで異方性の度合いが制御でき,用途に合った模擬骨の製作が可能であることが示唆された。3.模擬臓器の機械的特性評価を行うため,軟材料に対するヤング率の評価手法の検討を行った。軟材料のヤング率の測定を行うには, Hertzの弾性接触理論に基づく球状圧子の押込み試験法がある。しかし,試料厚さによる床反力の影響があるため,接触理論の補正手法を確立した。また,テクスチャ試験機を用いた円柱圧子による圧縮試験によるヤング率同定について,補正手法を確立した。これら2つの評価手法は,厚さの影響を考慮することで模擬臓器材料の評価手法として有効であることが示唆された。PVA由来の模擬骨や模擬臓器の力学的負荷試験とモデリング・解析の両アプローチにより,構成材料や内部構造が力学的特性に与える影響を定量評価した。模擬骨の解析的アプローチとして,マイクロフォーカスX線CTスキャンに基づくイメージベース計算モデルを用いて,ミクロ構造を考慮した力学的特性評価を実施した。模擬骨のドリリング特性において,空孔分布が重要な因子であり,新規模擬骨に含まれる親水性のPVAの存在が,実骨に類似する材料として有用であることを示した。また,模擬臓器の切除・縫合特性のパラメータ化に必要な軟材料の実験的・解析的評価手法を提案し,それらの力学的特性評価に有用であることを示した。
ミリ波・サブミリ波帯2SB受信機用サイドバンド分離比較正装置の開発

本研究では、ミリ波・サブミリ波帯のサイドバンド分離型(2SB)受信機の重要な性能の一つであるサイドバンド分離比を測定し、天体からのスペクトルの強度を較正するための装置を開発し、この装置を国立天文台野辺山宇宙電波観測所にある45mミリ波望遠鏡に搭載することで実用化を行った。本較正装置は、シグナルジェネレータから発振した較正信号をミリ波帯に逓倍して受信機に入力し、中間周波として出てくる較正信号の強度を測定することにより、サイドバンド比を±5%の精度で測定することができる。本研究は、現在ミリ波・サブミリ波帯での次世代受信機として世界的に開発及び実用化が進められている導波管型サイドバンド分離(2SB)受信機の一つの重要な性能である「サイドバンド分離比」の自動評価システムを開発し、実際に望遠鏡に搭載して運用することを目標としている。特に、我々がこれまでに世界で初めて実用化に成功し、野辺山45m望遠鏡に搭載したサイドバンド分離比評価システムについて、さらにその測定の高精度化を目指すものである。今年度は、実験室レベルにおいて、これまでに開発した較正装置のさらなる測定精度の改善を目指した。具体的には、その心臓部である信号の発振器周りの開発として、従来はハーモニックミクサを用いて周波数を逓倍していた信号源に、100GHz帯の周波数逓倍器+増幅器を使用し、信号強度と安定性を向上させた。また、定在波を防ぐための放射部の改良として、従来用いていたフィードホーンをプローブホーンに変更するとともに、電波終端(エコソーブ)の形状を改善し、伝搬経路も従来よりも長い距離に変更した。さらに、測定周波数帯域を従来の57GHzから、新型受信機の48GHzの広帯域に対応した新たな評価プログラムをLabVIEWを用いて開発した。以上のように新たに開発を行った較正装置を用いて、2SB受信機のサイドバンド分離比を測定したところ、テストシグナルを放射するホーンと受信機ホーンの間で発生していた定在波の発生が大幅に低減したことが確認できた。これは、従来よりも高い精度でサイドバンド分離の測定が期待できることを示している。今年度は、昨年度までに実験室において開発・評価実験を行ってきた新たな評価システムを45m望遠鏡に搭載し、実際に共同利用で用いられている2SBタイプの100GHz帯受信機でのサイドバンド分離比の評価において本格的な利用を開始した。これにより、観測シーズン前のミクサチューニングパラメータ(最も受信機雑音温度が低くなり、サイドバンド比が高くなるバイアスポイント)の測定とパラメータの決定、共同利用観測毎のIF周波数に対する観測周波数でのサイドバンド分離比の測定と測定値を用いた絶対強度の較正などが行えるようになった。この新たな較正装置によって測定されるサイドバンド分離比の値と、実際に観測される天体の輝線から求められるサイドバンド分離比の値を比較したところ、その測定精度は、±5%の誤差範囲内に収まっており、従来の較正装置の誤差をおよそ半分に低減させることに成功した。さらに、この較正装置を新たに45m望遠鏡に搭載した100GHz帯2ビーム両偏波2SB受信機にも使用し、同様にサイドバンド分離比の測定が可能であることが確認できた。これは、本較正装置の仕様が汎用性に優れ、他の望遠鏡システムにも応用が可能であることを示している。