hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｎｏｔｃｈシグナルによる小腸上皮間リンパ球の成熟・ＴＣＲレパトア調節機構の解明

炎症性腸炎の抑制機能を有する、CD8αα陽性の小腸上皮間リンパ球(CD8ααIEL)の分化・成熟に必要な分子機構は十分に明らかではない。CD8ααIELにはTCRαβ型とTCRγδ型が存在するが、申請者の研究から、CD4陽性細胞特異的なNotchシグナル欠損マウス(Rbpj-4 KO)で、TCRαβ型CD8ααIEL数が減少することと、その成熟が障害されることを見出した。しかし、CD8ααIELの成熟・TCRレパトアの多様性を調節するNotch介在性のメカニズムは不明である。本研究の目的は、CD8ααIELの成熟とTCRレパトア制御におけるNotchシグナルの役割を明らかにすることを通して、CD8ααIELの分化・多様性獲得と、機能的成熟の調節機構を解明することである。まず、CD8ααIELの分化の後期でRbpjを欠損するE8I-Cre依存的なRbpjKOマウス(Rbpj-8 KO)を解析したところ、CD8ααIEL数の減少は認められなかったが、成熟は障害されていたことより、Rbpj-8 KOがRbpj-4 KOよりも成熟の解析に適したモデルであると考えられた。Rbpj-8 KOではTCRαβ型のみならず、TCRγδ型のCD8ααIELも、Thy1陽性の成熟CD8ααIELの減少が認められた。さらに、TCRγδ型CD8ααIELのThy1陽性とThy1陰性細胞のマイクロアレイ解析を行い、コントロールマウスと比較してRbpj-8 KOで発現が低下する遺伝子がいくつか得られた。TCRレパトア解析に関しては、腸管で優位なγδTCRレパトアであるVγ1, 7, Vδ4の分布を調べたが小腸・大腸のγδTCR型CD8aaIELでの分布に変化は認められなかった。E8I-Creを使用した腸管上皮細胞の解析により、CD8ααIELの成熟に限定した表現系のマウスが得られた。また、TCRαβとTCRγδの両方のCD8ααIELでThy1陰性の成熟IELが減少するという共通した表現系が認められた。TCRγδ型のCD8ααIELでマイクロアレイ解析を行った結果、Notchの制御を受ける遺伝子の候補やThy1陰性と陽性で異なる遺伝子発現パターンが得られ、両IELの機能的な特徴の理解が進む可能性が示唆された。マイクロアレイ解析で明らかになったコントロールマウスと比較してRbpj-8KOマウスで低下した遺伝子の発現低下をリアルタイムPCRで確認する。また得られた遺伝子をさらに解析するほか、レパトア解析を行う予定にしている。さらに、TNBSやDSS誘導性大腸炎モデルをRbpj-8 KOに適応して、IELの成熟障害による影響をマウスの個体で検討する。

また得られた遺伝子をさらに解析するほか、レパトア解析を行う予定にしている。さらに、TNBSやDSS誘導性大腸炎モデルをRbpj-8 KOに適応して、IELの成熟障害による影響をマウスの個体で検討する。
有極性高分子フィルムの高電界電気現象と絶縁破壊に関する研究

1.電圧印加履歴が高分子絶縁材料中のキャリア移動度に及ぼす影響空間電荷測定法を用いてEVA中のキャリアの移動度を測定した。バイアス電圧に重畳した「励起パルス」電圧によって電極から注入された電荷塊の動きを位置分解能を有するパルス静電応力法により追尾した。その結果、高電圧を一度経験したエチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)フイルムはそれを経験していないEVAフィルムに比べ、キャリア移動度が高くなることがわかった。これは、高電界印加中に解離キャリアが発生し、これが注入キャリアに比べ動き易い場合、その後に注入された電荷塊が中和するようにキャリアが移動するため、空間電荷が速く動いているように見えるためと考えられた。2.室温領域におけるEVAフィルムの熱破壊の解析室温領域におけるEVAフィルムの絶縁破壊機構を解明するため、サーモグラフを用いて絶縁破壊に至るまでの表面温度計測を行った。フィルムの熱的物理定数等を用いてフィルム温度上昇を計算した結果と上記の実験結果が比較的よく一致した。したがって、室温領域におけるEVAフィルムの絶縁破壊機構は熱的破壊であることが示唆された。3.高分子絶縁材料中に存在する帯電防止剤の空間電荷測定による拡散過程の可視化と数値計算帯電防止を必要とするパッケージフィルムには、中間層および帯電防止処理を施した融着層からなる複合層が存在する。濃度拡散によって添加剤が中間層に移行し帯電防止効果が損なわれる恐れがあるため、その拡散過程を正確に把握する必要がある。そこで本研究では低密度ポリエチレン(LDPE)と帯電防止剤を混入したEVAの複合層を用いて空間電荷を測定し、帯電防止剤拡散過程との関連性を評価した。その結果、EVA/LDPE複合層の界面付近の電荷は時間と共に減少し、LDPE側へ移動した。体積導電率の時間変化に基づいて帯電電荷量を数値計算した結果と上記の実験結果が定性的に一致した。したがって、帯電防止剤濃度と体積抵抗率の関係が予め判っており、かつ一意であれば、空間電荷の時間変化を測定することにより帯電防止剤の拡散過程を評価することが可能であると考えられた。1.破壊に至るまでの空間電荷測定システムの構築と測定絶縁体中の空間電荷を測定した報告は多数あるが、そのほとんどは非破壊で低電界によるものである。本研究では絶縁破壊に至るまでの空間電荷測定システムを構築し、空間電荷形成を絶縁破壊に至るまで測定した。その結果、空間電荷測定を用いた絶縁破壊試験において電極電界が最大となる時点では生じなかったことなどから、有極性高分子であるエチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)の絶縁破壊のメカニズムとしては電子的破壊よりも、試料内に発生または注入されるキャリアが伝導電流を上昇させ、絶縁破壊に至らしめる過程が示唆された。2.キャリア移動度の測定空間電荷測定法を用いてEVA中のキャリアの移動度を測定した。バイアス電圧に重畳した「励起パルス』電圧によって電極から注入された電荷塊の動きを位置分解能を有するパルス静電応力法により追尾した。その結果、フィルムが吸水することによりキャリア移動度が増加し、その移動度はEVAフィルム中の水分濃度により変化することがわかった。これには、極性基を有する水分子が試料内においてキャリアのホッピング・サイトとして作用している可能性が示唆された。また、高電圧を一度経験したEVAフィルムはそれを経験していないEVAフィルムに比べ、キャリア移動度が高くなることがわかった。この要因として次の2つが考えられた。(1)高電界印加中に注入された電荷が捕獲準位を埋めたまま残留するため、その後に注入された塊状電荷の見かけ上の移動度が大きくなる。(2)高電界印加中に解離キャリアが発生し、これが注入キャリアに比べ動き易い場合、その後に注入された電荷塊を中和するようにキャリアが移動するため、空間電荷が速く動いているように見える。

体積導電率の時間変化に基づいて帯電電荷量を数値計算した結果と上記の実験結果が定性的に一致した。したがって、帯電防止剤濃度と体積抵抗率の関係が予め判っており、かつ一意であれば、空間電荷の時間変化を測定することにより帯電防止剤の拡散過程を評価することが可能であると考えられた。
ストーム時の波群性と長周期波を考慮した入射波モデルの作成

不規則な波群中の個々の波の累積効果がより重要になる海岸工学の諸問題に対して,設計波に入射波群を用いる方法を提案することを目的とし,任意のスペクトル下で浅海に伝播して来る不規則波の波群特性の評価方法を確立した.入射波群の方向スペクトルを初期値として,緩勾配を仮定した斜面上での波列のゆっくりとした空間変動を記述する3次の離散型ザハロフ式を新たに提案し,高波浪時の現地波浪データの解析結果と比較検討することにより,モデル方程式の妥当性を検証した.不規則な波群中の個々の波の累積効果がより重要になる海岸工学の諸問題に対して,設計波に入射波群を用いる方法を提案することを目的とし,任意のスペクトル下で浅海に伝播して来る不規則波の波群特性の評価方法を確立した.入射波群の方向スペクトルを初期値として,緩勾配を仮定した斜面上での波列のゆっくりとした空間変動を記述する3次の離散型ザハロフ式を新たに提案し,高波浪時の現地波浪データの解析結果と比較検討することにより,モデル方程式の妥当性を検証した.波形勾配が大きく重複波の砕波限界に近い強非線形波が鉛直壁により反射するとき,鉛直壁前面の重複波動場における波の緒元について再検討する.一様水深において,波形勾配が比較的緩やかな弱非線形波の重複波については有限振幅波理論でうまく説明できるが,波形勾配がさらに大きくなると,入射波の波列は一様でも鉛直壁前面の重複波動場では非周期性の波列が現れる.また,一様水深下で2成分合成波による規則的な波群が完全反射するとき,入射波群の最大波の2倍以上の波高をもつ波群重複波が生じることが知られている.こうした入・反射波の非線形干渉による振幅変調は,斜面の影響(水深変化の影響)を強く受けると予想されることから,本研究では,斜面上で入射波の波形勾配を種々に変化させた規則波および2成分合成波を用いた造波水槽実験を行い,鉛直壁前面における波の周波数および振幅変調について詳しく調べ,強非線形波の反射特性について明らかにした.主要な結論は以下の通りである.(1)入射波振幅を大きくしていくと砕波限界に至る前に,顕著な振幅変調が生じる.振幅がさらに大きくなると砕波が生じ,砕波形状は2-3波毎に尖鋭化と平坦化を繰り返し,周期的に変化する.反射直後の遷移状態の波を除いて3波の平均周期を求めると,重複波周期がわずかに長くなる.(2)重複波群も進行波群と同様に前傾化し,波群中の最大波頂高は進行波の2.6倍に達する.入射波群の最大振幅がさらに大きくなると砕波が生じ,規則波と同様に,個々波の波頂高が十分に小さくなるまで2-3波毎に尖鋭化と平坦化を繰り返す.波群周期は,入射波振幅によらず,1ケースを除いて重複波群のものがわずかに長い.(3)ゼロダウンクロス波で計算波形をつなげた水位変動と鉛直方向水粒子速度は,実験波形と比べると特に位相のずれが目立つが,Zakharov式の数値解における位相の進み方は若干小さい.(1)前年度に引き続き,斜面上で入射波の波形勾配を種々に変化させた2成分合成波を用いた造波水槽実験を行い,鉛直壁前面における波の周波数および振幅変調について詳しく調べ,強非線形波の反射特性について明らかにした.その結果,以下を確認した.(1)重複波群も進行波群と同様に前傾化し,波群中の最大波頂高は進行波の2.6倍に達する,入射波群の最大振幅がさらに大きくなると砕波が生じ,規則波と同様に,個々波の波頂高が十分に小さくなるまで23波毎に尖鋭化と平坦化を繰り返す,波群周期は,入射波振幅によらず,1ケースを除いて重複波群のものがわずかに長い.(2)ゼロダウンクロス波で計算波形をつなげた重複波群の水位変動と鉛直方向水粒子速度は,実験波形と比べると特に位相のずれが目立つが,Zakharov式の数値解における位相の進み方は若干小さい.(2)入射波の波形勾配が大きく重複波の砕波が生じるケースには基本的には弱非線形の波動方程式であるZakharov式を適用することができない.そこで従来のVOF法に粒子法の柔軟性をあわせ持つ新たな数値波動水路の開発を目指し,格子ボルツマン法(LBM)による解析コードを作成して反射実験に対する適用性について検討を加えた.長波を除き波動場へのLBM適用例は見当たらないことから,基本的な問題である越波のPIV測定値と比較することにより計算法の妥当性を確かめた.(3)中間水深から浅海に至る不規則波群の伝播変形をZakharov式により調べた.相対水深効では1.2から0。6間の方向スペクトルの変形と不規則波群の特性を,成分数N=1550による数値解析を通して明らかにしようと試みた.

その結果,波の非線形干渉により方向分散が浅海においても強調され,加えて白波砕波によるエネルギー逸散も波群の尖鋭化を抑えるように働き,浅海で砕波限界水深に達する前に波群は扁平化することがわかった.海浜や構造物への波の打上げ,遡上,護岸の越波量,防波堤ケーソンの滑動量,港内の静穏度,沿岸流などの工学的に問題となる波浪状況では不規則な波群中の個々の波の累積効果がより重要になり,来襲する波の連なりと波高,周期が時間・空間的にどのように結びついているのかを定量的に評価する必要性がある.本研究は,確率波高として求められる有義波高だけでは十分な精度で算定することが難しいこれらの問題に対して,設計波に入射波群を用いる方法を提案することを目的とし,任意のスペクトル下で浅海に伝播して来る不規則波の波群特性の評価方法を確立した.本研究では,まず多波相互作用による不規則波群の時間発展を数値的に取り扱うことができる3次オーダーのZakharov積分方程式に基づき,入射波群の波数スペクトルを初期値として,緩勾配を仮定した斜面上での波列のゆっくりとした空間変動を記述する3次の離散型Zakharov式を新たに提案した.このモデル方程式を用いて,深海から中間水深を経て浅海へと伝播していく波群の変形特性について,主に周波数・波向がガウス分布型の方向スペクトルを持つ波に対して数値シミュレーションにより調べ,個々波の波形勾配が大きく非線形性の強い波群は,相対水深kh<1.36の海域ではスペクトルの広帯化とともに包絡波が扁平化することなどを明らかにした.高波浪時の現地波浪データの解析結果と比較検討することにより,波群個々波の有義波の伝播に伴う波高変化は,浅水変形・屈折変形・波高減衰から予測される波高比よりかなり小さくなる時間帯があり,波の非線形性に起因する変形特性であることがわかった.有義波高のピーク値前後では,平均的に見ると波群個々波の振幅の変動は小さくなり,波群包絡波はやや扁平化する.昨年度はまず,多波相互作用による不規則波群の時間発展を数値的に取り扱うことができる3次オーダーのZakharov積分方程式に基づき,入射波群の波数スペクトルを初期値として,緩勾配を仮定した斜面上での波列のゆっくりとした空間変動を記述する3次の離散型Zakharov式を新たに提案して,このモデル式により方向スペクトルと波群の伝播変形を解析した.深海から中間水深を経て浅海へと伝播していく波群の変形特性について,主に周波数・波向がガウス分布型の方向スペクトルを持つ波に対して数値シミュレーションによって調べ,個々波の波形勾配が大きく非線形性の強い波群は,相対水深khが1.36より小さい海域ではスペクトルの広帯化とともに包絡波が扁平化することが明らかになった.高波浪時の現地波浪データの解析結果を数値シミュレーション結果と比較することにより,波群個々波の有義波の伝播に伴う波高変化は,浅水変形・屈折変形・波高減衰から予測される波高比よりかなり小さくなる時間帯があり,波成分間の非線形干渉に起因する変形特性であることがわかった.有義波高のピーク値前後では,平均的に見ると波群個々波の振幅の変動は小さくなり,波群包絡波はやや扁平化する.さらに,高波の極値頻度解析における歴史資料の取扱いについて検討を加え,ベイズ統計にもとづき近年データから得られる推定結果を事前分布に用い,歴史データを加えることで,推定結果を更新する解析手法について調べた.定常モデルを対象にすれば,極値資料に独立かつ均質を要求されるゆえに,従来の極値解析では,そもそも近年データと歴史データを区別する時間の概念が導入されていない.しかしながら,経験度を拡張したモデルの耐久性(あるいは,データの鮮度)を用いれば,定常モデルに対しても,時間の経過を明確にした取扱いが可能となることがわかった.計画通りの現地波浪データを取得することができなかったが,数値実験により波群の現地伝播変形特性を概ね明らかにすることができた.25年度が最終年度であるため、記入しない。計画通り現地波浪データ(遡上波)を取得することができなかったが,現地の多方向性を考慮した数値シミュレーションにより波群の中間水深域での伝播変形特性を明らかにすることができた.
沿岸性小型鯨類の生態解明・環境影響評価を駆動させる定点音響観測システムの確立

沿岸性小型鯨類の定点音響観測における解析を迅速化し、生態解明や環境影響評価を駆動させるシステムの構築を目指した。伊勢湾・三河湾のスナメリ個体群を対象とし、対象個体群生息範囲の中心(コアエリア)にあたる三河湾湾口部と、端(エッジエリア)あたる伊勢湾奥の名古屋港において定点音響観測手法を実施した。定点には、小型鯨類の鳴音検出に特化したステレオマイク式の音響記録計(通称A-tag, MMT社製。スナメリ鳴音の最大観測距離約500m)を用いた。三河湾湾口部では海面養殖(海苔)の航路用標識ブイに、名古屋港では高潮防潮堤にA-tagを2台ずつ設置した。A-tagデータの解析において、これまでに開発し一般公開した鳴音抽出プログラム(Kimura et al., 2011)は、生物雑音の少ない淡水域(中国揚子江)のデータ用に作成されたものである。テッポウエビ類等の生物雑音が多い海域への適用すると誤検出が多く、解析に時間がかかる。実際に、本研究で三河湾湾口部データに適用したところ検出率74.7%、誤検出率8.6%であった。また、名古屋港のデータでは検出率は23.4%、誤検出率は39.3%とさらに検出効率が悪かった。そこで本研究では、まず、比較的検出効率の高い三河湾湾口部のうち、比較的生物雑音が少ないと考えられる音響定点のデータを用いて、スナメリの鳴音と雑音を多く含む観測データを解析するためのプログラムを開発を目指した。具体的に、誤検出率を1%未満にすることを目標とした。記録される音間隔および音圧の変動係数と2つのマイクの音圧比に着目し、これらの閾値を変化させ、それぞれにおいて検出率、誤検出率を算出し、最適な閾値を検討した。結果、誤検出0.5%を達成することができた。しかし、開発したプログラムを他定点のデータに適用すると依然として誤検出率が高く、観測定点ごとに閾値の変更が必要である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
超電導マグネット用極低温構造材料の破壊強度特性とその評価 (極低温下の疲労特性と最適溶接法の開発)

本研究の目的は,核融合炉用超電導マグネットの技術的課題の一つである極低温構造材料の破壊強度特性について先見的立場から基礎研究を実施することである.このため,極低温下の引張強度,破壊じん性,疲労特性,並びに,溶接法と溶接強度特性の評価に関して総括的な検討を行うとともに,材料強度を決定する変形・破壊機構について徴視理論的研究を行っている.1.極低温下での疲労き裂発生とその伝播挙動極低温疲労試験を実施するためのクライオスタットを設計・製作し,東北大学に設置した. 4Kにおける疲労特性の測定は現在進行中であるが, 288Kから113Kで鋼の疲労寿命に及ぼす非金属介在物の影響を調べた結果,低温では介在物含有量の多い方が長寿命を示しており,疲労き裂発生及び伝播における介在物の影響評価の検討が不可欠であることが分った.2.先進極低温構造材料の溶接法と溶接強度特性の評価超電導マグネットの製作においては厳しい寸法精度が要求され,溶接時の変形を極力小さくする必要があるので,電子ビーム溶接あるいはレーザ溶接が最適な方法であろう.そこで新たに開発された高マンガン鋼及びステンレス鋼について電子ビーム溶接とレーザ溶接が強度特性に与える影響を調べた結果, 4Kでの継手強度が母材と同等以上になる溶接条件も認められた.3.ステンレス鋼の破壊強度特性とき裂先端での温度上昇極低温では材料の熱物性の変化により変形に伴う僅かの発熱でも局所的な温度上昇を引き起して材料の強度特性に影響を及ぼすことが危惧される.そこで各種ステンレス鋼の破壊じん性試験においてき裂先端での温度も実測した結果,温度上昇には連続型と突発型が観察されることが分り,さらに,それぞれの温度上昇はJ積分値の増加量で整理できることが明らかになった.本研究の目的は,核融合炉用超電導マグネットの技術的課題の一つである極低温構造材料の破壊強度特性について先見的立場から基礎研究を実施することである.このため,極低温下の引張強度,破壊じん性,疲労特性,並びに,溶接法と溶接強度特性の評価に関して総括的な検討を行うとともに,材料強度を決定する変形・破壊機構について徴視理論的研究を行っている.1.極低温下での疲労き裂発生とその伝播挙動極低温疲労試験を実施するためのクライオスタットを設計・製作し,東北大学に設置した. 4Kにおける疲労特性の測定は現在進行中であるが, 288Kから113Kで鋼の疲労寿命に及ぼす非金属介在物の影響を調べた結果,低温では介在物含有量の多い方が長寿命を示しており,疲労き裂発生及び伝播における介在物の影響評価の検討が不可欠であることが分った.2.先進極低温構造材料の溶接法と溶接強度特性の評価超電導マグネットの製作においては厳しい寸法精度が要求され,溶接時の変形を極力小さくする必要があるので,電子ビーム溶接あるいはレーザ溶接が最適な方法であろう.そこで新たに開発された高マンガン鋼及びステンレス鋼について電子ビーム溶接とレーザ溶接が強度特性に与える影響を調べた結果, 4Kでの継手強度が母材と同等以上になる溶接条件も認められた.3.ステンレス鋼の破壊強度特性とき裂先端での温度上昇極低温では材料の熱物性の変化により変形に伴う僅かの発熱でも局所的な温度上昇を引き起して材料の強度特性に影響を及ぼすことが危惧される.そこで各種ステンレス鋼の破壊じん性試験においてき裂先端での温度も実測した結果,温度上昇には連続型と突発型が観察されることが分り,さらに,それぞれの温度上昇はJ積分値の増加量で整理できることが明らかになった.
可逆的配位数スイッチングを用いた単一マルチフェロイック材料のメモリ応用

強誘電性およびフェリ磁性を併せ持つk-Al2O3型マルチフェロイック材料を用いて、0/1のみではなく多値化した高密度メモリーの開発を行う。k-Al2O3型構造は近年マルチフェロイック特性が発現することで着目され始めた。本研究はその強誘電性やフェリ磁性の起源を明らかにすることで、それぞれの物性をコントロールすることを目的とする。
がんの浸潤・転移の素過程におけるインテグリン-マトリックス相互作用の解析

悪性度の高い肝がんや胃がんに高発現する細胞接着分子α3β1インテグリンのがんの浸潤・転移における役割について解析した.このインテグリンと組織マトリックスに含まれるラミニンの相互作用により細胞運動や浸潤能が高まり,またマトリックス分解酵素の産生が亢進し,これらが相乗的に作用し,がんの浸潤・転移に対し促進的に働くことが推察された.この過程を制御することによりがん転移の予防に資するものと考えられる.悪性度の高い肝がんや胃がんに高発現する細胞接着分子α3β1インテグリンのがんの浸潤・転移における役割について解析した.このインテグリンと組織マトリックスに含まれるラミニンの相互作用により細胞運動や浸潤能が高まり,またマトリックス分解酵素の産生が亢進し,これらが相乗的に作用し,がんの浸潤・転移に対し促進的に働くことが推察された.この過程を制御することによりがん転移の予防に資するものと考えられる.本研究では,がんの浸潤・転移の素過程におけるα3β1インテグリンの役割について検討した。肝細胞癌で高発現するα3β1インテグリンと細胞の運動性・浸潤性との関連について,α3インテグリン陰性の肝癌HepG2細胞にcDNA導入法によりα3β1インテグリンを強制発現させ,細胞外マトリックスへの接着性,運動性,浸潤性などの変化を解析し下記の結果を得た。(1)α3インテグリン強制発現株の作成:α3A鎖およびα3B鎖のcDNAをリポフェクション法によりHepG2細胞に導入し,安定発現株(HepG2AおよびHepG2B)を樹立した。フローサイトメトリー法および免疫沈降法により,両細胞で同程度のα3鎖の発現が認められ,いずれもβ1鎖と会合していることが確認された。(2)マトリックスに対する接着:ラミニン5,フィプロネクチン(FN),あるいはマトリゲル(MG)に対する接着実験を行ったところ,HepG2AおよびHepG2Bは親株に比べ,ラミニン5への接着率が高く,抗α3抗体の添加により抑制された。MGおよびFNに対する接着は3者間で有意差が認められなかった。(3)ラミニン5をコートしたプレートでの細胞運動性:単層培養した細胞に対しscratch wound法により運動能を評価した。その結果,ラミニン5をコートしたプレートではHepG2AおよびHepG2Bが親株に比べ運動性が高いことが示された。(4)ボイデンチャンバー法による細胞浸潤実験:チャンバーの上室と下室を仕切る膜をラミニン5を含むマトリゲルでコートした場合に,HepG2AおよびHepG2Bは親株に比べ,下室への移動細胞数が多く,これは抗α3抗体により抑制された。以上の結果より,肝細胞癌でのα3β1インテグリンの発現の上昇が,浸潤・転移能を高める一因となることが推測された。本研究では,がんの浸潤・転移の素過程におけるα3β1インテグリンの役割について検討した.胃がんの腹膜播種性転移におけるα3β1インテグリンと細胞の運動性・浸潤性およびマトリックス分解酵素産生との関連について解析し下記の結果を得た.(1)腹膜中皮細胞の産生するマトリックスの調製:マウス腹膜および横隔膜に緩和なトリプシン処理することにより腹膜中皮細胞を単離し,単層になるまで培養した.次いで界面活性剤/尿素処理により中皮細胞産生マトリックスを調製した.(2)マトリックスに対する細胞接着:3種類の胃がん細胞株(MKN1, GT3TKB, NUGC-4)を用い,中皮細胞産生マトリックスに対する接着を評価したところ,いずれの細胞においてもα3β1インテグリン依存的な強い接着が認められた.(3)ボイデンチャンバー法による細胞浸潤実験:チャンバーの上室と下室を仕切る膜を中皮細胞産生マトリックスまたはラミニン5を含むマトリゲルでコートしたところ,マトリゲル単独の場合に比べ, MKN1細胞の浸潤能が亢進し,これは抗α3インテグリン抗体により抑制された.(4)マトリックス分解酵素の産生誘導:ラミニン5をコートした培養プレートでMKN1細胞を培養すると,マトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP)-9の産生が増強されることが示された.この増強効果は,加えたラミニン5の濃度依存的であった.以上の結果より,胃がん細胞に高発現するα3β1インテグリンと腹膜中皮マトリックス構成成分であるラミニン5の相互作用が胃がんの腹膜転移に対し促進的に働くことが推測された。
心筋梗塞発症後の予後に関連する遺伝子多型セットの探索とその検証

頻度・機能的意義・冠動脈疾患との関連を検索するとともに申請者らがあわせて集積している心筋梗塞予後情報と得られた遺伝子情報を連結し、統計学的手法を用いて予後あるいは心血管イベントとの関連を評価した。結果、Lymphotoxin-A (A-252G)遺伝子多型は以前に報告されたように梗塞の発症リスクを上昇させる因子であるが、本研究において発症のみならず予後にも関与することが明らかとなり、古典的な危険因子とは独立した新たな危険因子である可能性が示された。また、層別解析の結果、本遺伝子多型はほぼ全層に渡り予後リスクを上昇させることが示されたが、高脂血症治療薬であるスタチンの投与下においてはそのリスクが減弱した。この結果はある種の遺伝的リスクは薬剤介入によって修飾されうることを示した一例であると考えられた。同定された各遺伝子多型について、その頻度・機能的意義・冠動脈疾患との関連を検索した。さらに、申請者らがあわせて集積している心筋梗塞予後情報と得られた遺伝子情報を連結し、χ2乗検定・Kaplan-Meier法ならびにlog-ranktest、さらにCox regression analysisなどの統計学的手法を用いて予後あるいは心血管イベントとの関連を評価した。結果、Lymphotoxin alpha A252G遺伝子多型が従来の冠危険因子とは独立して予後と関連することが明らかとなった。本年度は、二次スクリーニングから抽出された約20の遺伝子多型について申請者らが集積している予後情報との連結を行い、χ2乗検定・log-ranktestやCox regression analysisなどの統計学的手法を用いて予後あるいは心血管イベントとの関連を評価した。その結果、これまでに基礎実験レベルで報告されている動脈硬化関連遺伝子多型のうち、臨床上マーカーとしての有用性が期待されるものが数多型抽出された。特に、Lymphotoxin-A(A-252G)遺伝子多型は以前に報告されたように梗塞の発症リスクを上昇させる因子であるが、本研究では発症のみならず予後にも関与することが明らかとなり、古典的な危険因子とは独立した新たな予後リスクファクターである可能性を論文に投稿した。この結果はある種の遺伝的リスクは薬剤介入によって修飾されうることを示した一例であると考え、特許申請を行うとともに現在論文投稿中である。さらに、同様の遺伝子-薬剤相互作用が他の遺伝子多型および薬剤にも見出せないかを検索した結果、交感神経ベータ受容体の遺伝子多型がアンギオテンシン変換酵素阻害薬またはアンギオテンシン受容体拮抗薬投与有効群の選別に有用であることを見出し、さらに別途特許申請を行った。
ボホール島(フィリピン)における狂犬病コントロール

本研究はフィリピンにおける狂犬病のモニタリングシステム構築およびフィリピン各地から収集した動物脳検体の分子疫学的解析を行ったものである。遺伝子解析の結果、1)狂犬病ウイルスがフィリピンに持ち込まれてから島を越えたウイルスの移動はほとんどないこと2)地理的に隔離された場所(山に囲まれた場所など)ではウイルス遺伝子が保持される傾向にあること、3)地域ごとの狂犬病対策が有効であることが示唆された。平成20年度は共同研究機関であるResearch Institution for Tropical Medicine (RITM)に保存してある過去のイヌサーベイランスの検体、および本研究のため新たにフィリピン全土から収集された検体を利用した狂犬病ウイルスの遺伝子解析、およびフィールドにおいてヒトおよびイヌの狂犬病に関する分子疫学研究を中心に進めた。狂犬病ウイルスの遺伝子解析として、フィリピンの13の州のうち4つの州立動物衛生研究所と協力し、これらの検査室に集められた狂犬病イヌ検体を良好な状態でRITMに輸送し、遺伝子解析をおこなうシステムを立ち上げることができた。このシステムは、今後もフィリピンにおける狂犬病サーベイランスシステムを強化するのみならず、州立動物衛生研究所の狂犬病診断能力をRITMにて監視しうるものである。これまでのところRITMに保存されていた検体および実際に4州から集められた検体を合わせ、およそ150検体について狂犬病ウイルスG遺伝子の865bpを用いて遺伝系統樹を作成した。ミンダナオ、ルソン、セブといった地理的に離れたところから採取された検体中のウイルスは異なる遺伝子グループを形成すること、さらにルソン島においても地域ごとに比較的ウイルス遺伝子が保たれていることが判明した。またフィールドにおいて収集したデータより、イヌにおける狂犬病罹患率をヒト狂犬病および動物咬症のデータから推定する研究を2か所で実施した。その結果、実際のイヌ狂犬病罹患率はサーベイランスで報告されているデータより平均51.2倍も高いことが明らかになった。(A)狂犬病モニタリングシステムの構築:平成21年度は前年度から引き続き、同研究機関であるResearch Institution for Tropical Medicine(RITM)を拠点として、フィリピン全土からイヌの脳サンプルの収集を進めた。収集には前年度立ち上げた、サーベイランスシステムが有効に活用できた。ウイルスの分子疫学的検討:これまで4つの州と協力していたが、拡大して7つの州の州立動物衛生研究所からの協力を得、合計約300検体を収集した。(B)収集したすべての検体についてFAT(蛍光抗体テスト)による実験室診断を行い、陽性検体においてはRT-PCRおよびシーケンサーにてG遺伝子、N遺伝子の解析を行った。G遺伝子は表面蛋白質で最も変化しやすい部位である一方、N遺伝子は核蛋白質であり、もっとも保存性の高い領域である。今回、両遺伝子において、ルソン島、ビサヤ諸島、ミンダナオ島は異なる遺伝クラスターに属すること、同じ島内であっても地域ごとの相同性があることを認めた。以上により、1)狂犬病ウイルスがフィリピンに持ち込まれてから島を越えたウイルスの移動はほとんどないこと2)地域ごとの狂犬病対策が有効に働く可能性があることが示唆された。(A)狂犬病モニタリングシステムの構築:平成22年度は前年度から引き続き、同研究機関であるResearch Institution for Tropical Medicine(RITM)を拠点として、フィリピン全土からイヌの脳サンプルの収集を進めた。収集にはプロジェクト初年度に立ち上げた、サーベイランスシステムが有効に活用できた。ウイルスの分子疫学的検討:昨年度まで7つの州と協力していたが、拡大して10の州の州立動物衛生研究所からの協力を得、合計約350検体を収集した。今回、両遺伝子において、ルソン島、ピサヤ諸島、ミンダナオ島は異なる遺伝クラスターに属すること、同じ島内であっても地域ごとの相同性があることを認めた。またフィリピン国内の株はアミノ酸相同性が極めて高く(99.7%)、塩基配列の解析により中国から持ち込まれた可能性が高いことが示された。これらより、1)狂犬病ウイルスがフィリピンに持ち込まれてから島を越えたウイルスの移動はほとんどないこと2)地理的に隔離された場所(山に囲まれた場所など)ではウイルス遺伝子が保持される傾向にあること、3)地域ごとの狂犬病対策が有効であることが示唆された。
肝細胞増殖因子の活性制御を担う新しい分子種の生理機能とその発現機序の解明

組織障害に応答した肝細胞増殖因子(HGF)の活性化機構はプロテアーゼカスケードを介するものであり,多様な生理作用を担うHGFとその受容体系の活性発現制御機構の解明は重要である。最近,HGFの局所的な活性発現を担うセリンプロテアーゼであるHGF activatorの2つの活性阻害因子(HAl)が申請者らにより単離され,HAlは膜結合性のKunitz型セリンプロテアーゼインヒビターであることが明らかになった。本研究ではこれら新しいタイプの機能蛋白分子の生体内における生理的意義を解明するため,発現系を作製しその生化学的性質を調べた。精製標品と同等のHGE活性化阻害能を有するHAlが動物細胞で発現していた。HGFとその受容体系の活性発現制御メカニズムを解明することを目的として発現蛋白を解析し,以下の結果が得られた。(1) HAlに存在する個々の機能ドメインを動物細胞で発現させ,各ドメインのHGF活性化制御における役割を調べた。HAl1,HAl2に存在する機能ドメインの各所が欠失した変異蛋白を発現させ,個々の変異蛋白の生理活性を検討した。その結果,N末端側のKunitzドメインがHGF activatorの主要な相互作用領域であることが示された。この結果はKunitzドメインの点突然変異導入による機能変化の結果と一致し,またふたつのKunitzドメインの阻害作用が互いに干渉することが示唆された。さらにELISAによるHAlとHGF activatorのpHの変動に対する結合能の挙動より,HGFactivatorとの結合にLDLドメインの直接的寄与は弱いことが示唆された。(2) HAl1とHAl2は共にN末端側にシグナル配列,C末端側に膜結合ドメインと考えられる疎水領域をもつ一方,精製蛋白の生化学的性質よりそれら前駆体がプロセツシングされ分泌型が生成するものと考えられる。そこで膜結合型・分泌型分子の個々の発現細胞における局在様式を解析した。HAl1,HAl2のそれぞれの抗体を作製し,細胞内分画法および抗体染色法を用いて発現細胞中における蛋白量の変化,分泌型/膜結合型の量比変化を比較検討した結果,HAlは膜結合型として存在し,プロセッシング酵素によって分泌型に変換するものと考えられる。さらに阻害剤特異性によりその分泌酵素はメタロプロテアーゼであるものと思われる(submitted)。フローサイトメトリーにより膜結合型HAlの挙動も検討した。HAlおよびそれらの膜結合領域欠損体のcDNAをGFPベクターに組み込み動物細胞中で発現させ,共焦点レーザー顕微鏡等を用いてin vivoでの遺伝子発現や蛋白質局在化を現在解析中である。今後は小胞体で生合成され細胞表層へ移行した膜結合型分子からの分泌型への変換およびそれ以後の蛋白分解に至るまでのプロセッシングの過程におけるHAlの機能制御に対する分子構造変化のメカニズムを明らかにしていきたいと考えている。肝細胞増殖因子(HGF)の組織障害に応答した活性化機構はプロテアーゼの多段階カスケードを介するものであり,多様な生理作用を担うHGFとその受容体系の活性発現制御機構の解明は重要である。最近,HGFの局所的な活性発現を担うセリンプロテアーゼであるHGF activatorの2つの活性阻害因子(HAI)が申請者らにより単離され,HAIは膜結合性のKunitz型セリンプロテアーゼインヒビターであることが明らかになった。本研究ではこれら新しい阻害蛋白HAI1およびHAI2を対象として,HGFとその受容体系の活性発現制御のメカニズムを解明することを目的として,動物細胞を用いた発現系を作製し動物細胞でHAIを高発現させて回収し,その生化学的性質を調べた。(1)Kunitzドメインが複数連続するTFPI等の阻害因子では,特定のドメインが必須な機能部位であることが報告されている。それぞれの阻害因子に存在する個々の機能ドメインを動物細胞で発現させ,各ドメインのHGF活性化制御における役割を調べた。遺伝子操作によりHAI1,HAI2に存在する機能ドメインの各所が欠失した変異蛋白を発現させ,個々の変異蛋白の生理活性を検討した。その結果,N末端側のKunitzドメインがHGF activatorの主要な相互作用領域であることが示された(manuscript in preparation)。さらに内在すると考えられる複数の分子種の阻害能の差異より,LDLドメインが阻害作用に対して調節的に働くことが示唆された。(2)HAI1とHAI2は共にN末端側にシグナル配列,C末端側に膜結合ドメインと考えられる疎水領域をもつ一方,精製蛋白の生化学的性質よりそれら前駆体がプロセッシングされ分泌型が生成するものと考えられる。HAI1,HAI2のそれぞれの抗体を作製し,細胞内分画法および抗体染色法を用いて発現細胞中における蛋白量の変化,分泌型/膜結合型の量比変化を比較検討した結果,HAIは膜結合型として存在し,プロセッシング酵素によって分泌型に変換するものと考えられる。さらに阻害剤特異性によりその分泌酵素はメタロプロテアーゼであるものと思われる(manuscript in preparation)。今後は二種のHAIおよびそれらの膜結合領域欠損体のcDNAをGFPベクターに組み込み動物細胞中で発現させ,共焦点レーザー顕微鏡等を用いてin vivoでの遺伝子発現や蛋白質局在化を解析する。さらに,HAIが生体内で受容体蛋白として機能する可能性を検討する予定である。

最近,HGFの局所的な活性発現を担うセリンプロテアーゼであるHGF activatorの2つの活性阻害因子(HAl)が申請者らにより単離され,HAlは膜結合性のKunitz型セリンプロテアーゼインヒビターであることが明らかになった。本研究ではこれら新しいタイプの機能蛋白分子の生体内における生理的意義を解明するため,発現系を作製しその生化学的性質を調べた。精製標品と同等のHGE活性化阻害能を有するHAlが動物細胞で発現していた。HGFとその受容体系の活性発現制御メカニズムを解明することを目的として発現蛋白を解析し,以下の結果が得られた。(1) HAlに存在する個々の機能ドメインを動物細胞で発現させ,各ドメインのHGF活性化制御における役割を調べた。HAl1,HAl2に存在する機能ドメインの各所が欠失した変異蛋白を発現させ,個々の変異蛋白の生理活性を検討した。その結果,N末端側のKunitzドメインがHGF activatorの主要な相互作用領域であることが示された。この結果はKunitzドメインの点突然変異導入による機能変化の結果と一致し,またふたつのKunitzドメインの阻害作用が互いに干渉することが示唆された。さらにELISAによるHAlとHGF activatorのpHの変動に対する結合能の挙動より,HGFactivatorとの結合にLDLドメインの直接的寄与は弱いことが示唆された。(2) HAl1とHAl2は共にN末端側にシグナル配列,C末端側に膜結合ドメインと考えられる疎水領域をもつ一方,精製蛋白の生化学的性質よりそれら前駆体がプロセツシングされ分泌型が生成するものと考えられる。そこで膜結合型・分泌型分子の個々の発現細胞における局在様式を解析した。HAl1,HAl2のそれぞれの抗体を作製し,細胞内分画法および抗体染色法を用いて発現細胞中における蛋白量の変化,分泌型/膜結合型の量比変化を比較検討した結果,HAlは膜結合型として存在し,プロセッシング酵素によって分泌型に変換するものと考えられる。さらに阻害剤特異性によりその分泌酵素はメタロプロテアーゼであるものと思われる(submitted)。フローサイトメトリーにより膜結合型HAlの挙動も検討した。HAlおよびそれらの膜結合領域欠損体のcDNAをGFPベクターに組み込み動物細胞中で発現させ,共焦点レーザー顕微鏡等を用いてin vivoでの遺伝子発現や蛋白質局在化を現在解析中である。今後は小胞体で生合成され細胞表層へ移行した膜結合型分子からの分泌型への変換およびそれ以後の蛋白分解に至るまでのプロセッシングの過程におけるHAlの機能制御に対する分子構造変化のメカニズムを明らかにしていきたいと考えている。
プレートダイナミクスに起因する氷天体・系外惑星における水・物質循環モデリング研究

本研究課題では、2つの研究テーマを軸に、地球以外の天体の内部・表層の理解を試みた.それらは、1.地球型の系外惑星において、プレートテクトニクスが起きているか?また起きているとしたら、どのような内部構造・内部ダイナミクスに伴う表層環境が実現できるか?2.太陽系のおける氷天体(特に木星や土星の衛星)において、画像解析から期待される地殻ダイナミクスについて、その地殻内部のダイナミックな挙動の結果だけで見えているのか?それとも、衛星が持つ惑星を周回する軌道との相互作用によって、表面地形が形成されているのか?である.まず、地球以外の系外惑星において、様々なサイズを持つ惑星が発見されているために、惑星深部ー表層環境変動モデルの惑星サイズ依存性を調べることで、第一の目的を達成を試みた.その結果として、惑星のサイズが多くなると、プレートテクトニクスが起きにくくなり、それに伴い表層に海洋が存在する場合には、海洋が惑星深部に持ち込みにくくなる結果が得られた.つまり、地球よりも大きな岩石惑星の深部は、水や炭素などの揮発性元素に枯渇した惑星である可能性を示唆することができた.次に、氷天体における表面地形形成について、特に土星の衛星のエンセラダスに着目すると、氷地殻内部で発生しうる熱対流運動と氷天体が惑星の周囲を周回する軌道の結果として生じる潮汐加熱だけで、エンセラダスにおいて、特徴的な南極付近の活発な地殻ダイナミクスを説明することは困難であることがわかった.そのようなダイナミクスを引き起こす原因としては、初期集積過程において、岩石コアの内部構造に南北非対称性がないといけないことがわかった.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
高性能低消費電力プロセッサシステムの開発

本研究では、高速化と低消費電力化を両立させるプロセッサシステムの構成要素を確立した。高速化と低消費電力化を両立させるプロセッサやメモリのアーキテクチャ、電源電圧の最適制御方式、ハードウェアとソフトウェアの協調による高速化など、ソフトウェア、アーキテクチャ、回路技術を組み合わせた高性能・低消費電力プロセッサシステムの構成技術を確立することを目的とした。本研究は、特定用途向けプロセッサシステムの設計者に、データパス幅、パイプライン段数など従来触ることができなかったパラメータを開放し、広い設計空間の中で最適なシステム設計を構築する手段を提供する試みで、各国で競争的に研究開発されているハードウェア・ソフトウェア協調設計技術の中で最も先進的な試みである。今後の特定用途向け高性能低消費電力プロセッサシステムの設計者に対して、ハードウェア構成とソフトウェア設計の双方に対する指針を与える技術としてきわめて重要であると考える。提案手法は以下のようにまとめることができる。1)プログラム中の変数に利用される各変数が必要とするビット幅(有効ビット幅)を解析し、消費電力を最小化するようにプロセッサやメモリのデータパス幅を最適化する手法2)命令パイプラインの段数をアプリケーションの特性に応じて動的に変化させる動的パイプライン制御方式3)データパスの中で実質的に情報を運ばないビットのスイッチングを抑制して消費電力を削減する動的データバス制御と動的メモリアクセスビット制御本研究では、高速化と低消費電力化を両立させるプロセッサシステムの構成要素を確立した。1)プログラム中の変数に利用される各変数が必要とするビット幅(有効ビット幅)を解析し、消費電力を最小化するようにプロセッサやメモリのデータパス幅を最適化する手法2)命令パイプラインの段数をアプリケーションの特性に応じて動的に変化させる動的パイプライン制御方式3)データパスの中で実質的に情報を運ばないビットのスイッチングを抑制して消費電力を削減する動的データバス制御と動的メモリアクセスビット制御本年度は特定用途向け高性能低消費電力プロセッサシステムに対するアーキテクチャの検討を行った。また,設計ツールおよびコンパイラなどの基本ソフトウェアの開発を行った.具体的には,1.電圧スケジューリングの基本オンラインアルゴリズムを,オペレーティングシステム(以下OS)のタスクスケジューラに実装する上での問題点を議論し,一般に広く使用されているリアルタイムOSの一つであるμITORON仕様のOSに,改良したアルゴリズムを実装した.2.Valen-C言語をプログラミング言語として利用する際に,動作記述中の各変数の有効ビット幅とアクセス頻度の情報を利用することにより,システムのパフォーマンスとコストが最適となるデータパス幅を設計の早い段階で見積もる手法を提案した.この手法を用いることにより,シミュレーションとデータパス幅の変更を繰り返すことなくシステムのデータパス幅を決定することができた.3.画像処理や音声処理において出力デバイスの性能のためにデータの下位ピツトを切り捨てても出力にほとんど影響が現れない場合,計算の精度を考えながらシステムの面積や消費電力を削減する手法,および,品質を主観的もしくは客観的に評価するためのモデルを提案した.4.プロセッサとメモリの電力モデルを構築し,データパス幅とメモリの語長を変化させ,パフォーマンスの制約を満たす範囲で消費電力を最小化する技術を開発した.5.データメモリの構成をアプリケーションに応じて最適に決定することにより,組込みシステムのエネルギー消費を最適化する手法を提案した.本研究では,高速化と低消費電力化を両立させるプロセッサやメモリのアーキテクチャ,電源電圧の最適制御方式,ハードウェアとソフトウェアの協調による高性能化手法など,ソフトウェア,アーキテクチャ,回路技術を組合せた高性能・低消費電力プロセッサシステムの構成技術を確立することを目的とした.すでに,我々が開発している可変電源電圧プロセッサの技術,メモリ/ロジック混載アーキテクチャ技術,ソフトコアプロセッサをベースとする特定用途向き設計最適化技術などの要素技術を核として,画像処理を中心とする特定用途向け高性能低消費電力プロセッサシステム設計の技術体系を確立し,性能を落とさずに大幅な消費電力を達成する設計法を提案した.本研究は,特定用途向けプロセッサシステムの設計者に,電源電圧やデータパス幅,パイプライン段数など,従来触ることができなかったパラメータを開放し,広い設計空間の中で最適なシステム設計を構築する手段を提供する試みで,各国で競争的に研究開発されているハードウェア・ソフトウェア協調設計技術の中でももっとも先進的な試みである.本研究では,性能を落とさずに消費電力を削減するプロセッサシステム構成手法を提案し,それらを組み合わせた消費電力削減効果を示した.提案手法は,下記の3種類である.1)プログラム中の変数に利用される各変数が必要とするビット幅(有効ビット幅)を解析し,消費電力を最小化するようにプロセッサやメモリのデータパス幅を最適化する手法2)命令パイプラインの段数をアプリケーションの特性に応じて動的に変化させる動的パイプライン制御方式3)データパスの中で実質的に情報を運ばないビットのスイッチングを抑制して消費電力を削減する動的データパス制御と動的メモリアクセスビット制御今後の特定用途向け高性能低消費電力プロセッサシステムの設計に対して,ハードウェア構成とソフトウェア設計の双方に対する指針を与える技術としてきわめて重要であると考える.
生物多様性の実感的学習を可能とするSDGsを志向した里山環境保全教育プログラム

本研究では,生物多様性にかかわるSDGs実施を志向した里山環境保全教育プログラムを開発し,提案する。その特徴は,ITを利用した学習ゲームと野外体験を統合したところにある。人間の経験範囲を越えた大きな時間的スケールの里山植生遷移や保全マネジメントの効果に関する可視化を実現するには,IT利用のシミュレーションに基づく学習ゲームが最適である。最終的には,日本各地の環境に対応した里山管理を体感できる新しい科学性とエンタテインメント性を備えた学習ゲームを開発し,それと野外体験を統合した里山環境保全教育プログラムを提案する計画である。
無機固体材料の生体活性に関する基碇的研究

1.研究目的:無機質固体の中には、生体内で自然に骨と結合するものがあり、生体活性材料と呼ばれる。それらのいくつかのものは、すでに有用な骨修復材料として実用化されているが、それらの骨と結合機構については不明な点が多い。いくつかのものは生体内でその表面にCaとPに富む層を作ってそれを介して骨と結合することが知られているが、他の材料も同様なのか、CaとPに富む層はアパタイト層なのか、アパタイト層ならどのようにして形されるかなどは明らでない。本研究は、これらの点を追究するこによって、無機質固体の生体活性を支配す因子を明らかにすることを目的とする。2.研究成果:(1)アパタイトだけを結晶相として含む結晶化ガラスCeravital〓も、生体内でその表面にCaとPに富む層を形成し、それを介して骨と結合することが確かめられた。(2)結晶化ガラスAーWと羊の骨の界面に生成したCaとPに富む層は、実際にアパタイト層であることが、徴小部X線回折によって確かめられた。(3)結晶化ガラスAーWと擬似体液との界面反応を調べることによって、結晶化ガラスから溶出するCa(II)とSi(IV)イオンが体液中のP(V)イオンと反応することによって結晶化ガラス表面にアパタイトの核を形成し、その核が液中のCa(II)とP(V)イオンを使って成長することによってアパタイト層が形成されることが明らかになった。(4)CaoSio_2ーP_2O_5系及びCaOーSio_2ーAl_2O_3系ガラスと擬似体液の界面反応を調べることによって、ガラスから溶出するCa(II)イオンが体液のアパタイトに対する過飽和度を上昇させ、Si(IV)イオンがアパタイトの核形成を誘起する結果、CaOとSiO_2を主成分とするガラスの表面にだけアパタイト層が形成されることが明らかになった。本研究代表者らは先に、結晶化ガラスAーWと骨の界面反応を、それと擬似体液の界面反応と比較することにより、セラミックスが生体の骨と結合するための条件は、生体内でその表面に骨類似のアパタイト層を形成することであり、セラミックスが生体の骨と結合するか否かは、そのセラミックス表面にアパタイト層が形成されるか否かを擬似体液中で調べることにより予測できると結論した。そこで本研究では、単純なCaOーSiO_2ーP_2O_5及びCaOーSiO_2ーAl_2O_3の二つの系について、種々の組成のガラスを調製し、その10×15×1mmの大きさの板状試料を無機イオン濃度だけをヒトの血漿のそれにほぼ等しくした(Na^+142.0,K^+5.0,Ca^<2+>2.5,Mg^<2+>1.5,Cl^-147.8,HCO_3^-4.2,HPO_4^<2->1.0,SO_4^<2->0.5mM),pH7.25,温度36.5°Cの水溶液に浸漬し、7,20及び30日後にその表面の構造変化を、薄膜X線回析、フ-リエ変換赤外反射分光法及び走査電子顕鏡観察により調べ、体液環境下におけるガラス表面でのアパタイト層形成能、すなわち生体活性がガラス組成によってどのように変化するかを基礎的に調べた。

その結果、CaOーSiO_2P_2O_5系においては、CaO3070,SiO_23070,P_2O_5010mol%の組成域内において30日以内にガラス表面にアパタイト層が形成されるが、CaOーP_2O_5及びCaOーSiO_2ーP_2O_5系のP_2O_5を40mol%以上含む組成域においては30日後にもガラス表面にアパタイト層が形成されないこと、一方CaOーSiO_2ーAl_2O_3系においては、CaO3070,SiO_23070,Al_2O_301.5mol%の組成域内において30日以内にガラス表面にアパタイト層が形成されるが、それ以上Al_2O_3を含む組成域においては30日後にもアパタイト層が形成されないことが明らかになった。これらの結果は、ガラス中のCaOとSiO_2がその表面でのアパタイト層の形成に主要な役割を果していることを示している。1.研究目的:ある種の無機固体材料は、生体内でその表面に骨類似のアパタイトの薄層を形成し、それを介して骨と自然に強く化学的に結合する。この生体活性の解明は、生きた骨に類似した骨修復材料を開発するためにも、生命の起源や病気の発生における無機固体物質の役割を明らかにするためにも重要である。本研究は、擬似生体環境下における無機固体材料表面でのアパタイト層の生成機構を追究することにより、生体活性を支配する因子を基礎的に明らかにすることを目的とする。2.研究成果:CaOーSiO_2ーP_2O_5系のガラスをヒトの体液に等しいイオン濃度を有する擬似体液に浸漬すると、CaO,SiO_2を主成分とするガラスの表面にはアパタイト層が形成されるが、CaO,P_2O_5を主成分とするガラスの表面には形成されない。これらガラスの擬似体液中における表面構造変化を薄膜X線回折と、フ-リエ変換赤外反射分光法により調べると、CaOーSiO_2系ガラスは先ずシリカゲル層を作ってその上にアパタイト層を作るのに対し、CaOーP_2O_5系ガラスはほとんど構造変化を示さないことがわかった。一方、ガラスを浸漬した時の擬似体液のイオン濃度変化を誘導結合プラズマ発光分光法により調べると、CaOーSiO_2系ガラスはかなりの量のCa(II)及びSi(IV)イオンを溶出するのに対し、CaOーP_2O_5系ガラスはかなりの量のP(IV)イオンを溶出することがわかった。これらイオンの溶出による擬似体液のアパタイトに対する過飽和度の上昇は、CaOーSiO_2系ガラスにおいてもCaOーP_2O_5系ガラスにおいてもほぼ等しかった。従って、ガラス表面のアパタイト形成には、ガラス表面のケイ酸ヒトロゲルが重要な役割を果たしていると結論した。CaOーSiO_2ーAl_2O_3系のガラスについても、同様の実験を行ない、同じ結論を得た。