hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
導波型非線形光学波長変換デバイスとその応用

本年度はMgO : LiNbO_3結晶における擬似位相整合(QPM)用周期的分極反転構造形成、差周波発生(DFG)型波長変換デバイスの高効率化、QPM-DFG型中赤外域差周波発生デバイス、集積半導体レーザの性能改善と波長域拡大など、多くの成果が得られた。主な成果を以下に要約する。1.光損傷耐性に優れたMgO添加LiNbO_3結晶における周期的分極反転構造の新たな作製方法として、常温での周期パターン紫外光照射と一様電界印加による分極反転法を開発し、光通信用波長変換デバイスに適した15μm近傍の周期の良好な分極反転構造を得た。2.光通信用波長変換デバイスの高効率化のため、プロトン交換導波路を逆プロトン交換して得られる埋め込み導波路の使用について実験的た検討し、適切な作製条件を見出し、実際に波長変換デバイスを作製して規格化効率最大1400%/Wまでの高効率化を達成した。また光通信波長域内波長変換特性を実験的に評価し、励起パワー4.4mWで-15dBの変換特性を得た。3.中赤外域のコヒーレント光を発生するためのQPM-DFG型波長変換デバイスの設計・作製を行い、波長0.98μm帯と1.55μm帯の半導体レーザからの入力光から波長2μm帯の出力光を得ることに成功した。4.非線形光学デバイス励起光源としての曲線グレーティング分布反射型(DBR)InGaAs半導体レーザの特性改善を行い、一次グレーティングの採用、量子井戸選択的無秩序化による損失低減、出力端面への低反射コーティングなどにより、発振閾値20mA、最大出力251mW、外部微分量子効率74%、サイドモード抑圧比52dBの高性能を実現した。5.集積半導体レーザの波長域拡大のため、GaInP量子井戸赤色光発振DBRレーザを設計・作製し、で閾値18mA、最大ピーク出力44mW、サイドモード抑圧比15dBのパルス単一モード発振を実現した。本年度は各種導波型非線形光学波長変換デバイスの設計理論の確立、波長域拡大および新規デバイス実現のための作製技術確立、光通信用高効率波長変換デバイスの作製と評価、および重要な周辺素子の基礎研究に重点を置いて研究した。主な成果は以下のように要約される。1疑似位相整合構造作製技術として、LiNbO_3結晶に液体電極を通じてパルス幅自動制御高圧パルス電圧印加により分極反転を行う方法の条件最適化を行い、広面積・高品質なグレーティングを形成する技術を確立した。またサブミクロン周期構造を形成する可能性を見出した。さらにZn拡散LiNbO_3導波路の作製を検討し、低損失導波路の作製条件を見出した。2差周波発生型波長変換デバイスの設計法を確立し、光通信応用上の特性を理論的に明らかにした。実際に同デバイスを作製し、324%/Wの規格化変換効率を得た。さらに高効率化を図るため、導波路に高屈折率層を装荷しモード重なりを増大する方法を検討し、理論計算で効率が約9倍に改善できることを明らかにし、試作して790%/Wまでの高効率化を達成した。3光ファイバ通信への応用上重要な偏波無依存化のため、新たなデバイス構造を提案した。Zn拡散LiNbO_3導波路でデバイスを作製し波長変換の予備的結果を得た。4超高速光信号処理への応用を理論的・実験的に検討した。超短光パルス非線形相互作用の理論解析を行い性能限界と設計指針を明らかにした。縦続波長変換型光スイッチと集積干渉計構造の和周波発生型光スイッチを提案・試作、ピコ秒領域のスイッチング動作を実証した。5波長変換デバイス用励起光源としての応用を視野に入れて、集積高出力半導体レーザについて理論的・実験的検討を行った。集積外部共振器型高出力可変波長レーザの構成を提案し、その動作を実証した。各種導波型非線形光学デバイスの設計理論の確立、波長域拡大および新規デバイス実現のための基本的作製技術の確立、光通信用高効率広帯域波長変換デバイスの作製と評価,周辺素子の基礎研究に重点を置いて研究を行った。1.両偏波(TE/TM)を導波でき光損傷耐性に優れた光導波路としてとりあげたZnO拡散LiNbO_3の作製技術をほぼ確立して、伝搬損失1dB/cm程度の良好な導波路を得た。2.光損傷耐性に優れたMgO添加LiNbO_3結晶の分極反転特性を実験的に調べ、同結晶における周期的分極反転構造の新たな作製方法として、常温での周期パターン紫外光照射と一様電界印加による分極反転法を開発し、良好な予備的結果を得た。3.光通信用波長変換デバイスの高効率化のための新規な構造として、As_2S_3高屈折率層装加によるモード制御プロトン交換光導波路を用いるデバイスを提案し、設計・作製して規格化効率最大790%/Wまでの高効率化を達成した。また光通信波長域内波長変換特性を実験的に評価し、最大で-12dBの変換特性を達成した。4.非線形光学波長変換デバイスの集積化励起光源として、増幅器・結合器集積半導体レーザ、外部共振型集積高出力半導体レーザ、結合器集積広面積DBRレーザなどの集積半導体レーザを設計・作製し、特性評価を行った。良好な実験結果により波長変換への応用可能性を示した。

5.新規な機能のデバイスとして、擬似位相整合非線形光学導波路によるパラメトリック蛍光光子対発生デバイスを設計・作製し、基礎実験を行ってパラメトリック蛍光特性を評価した。本年度はMgO : LiNbO_3結晶における擬似位相整合(QPM)用周期的分極反転構造形成、差周波発生(DFG)型波長変換デバイスの高効率化、QPM-DFG型中赤外域差周波発生デバイス、集積半導体レーザの性能改善と波長域拡大など、多くの成果が得られた。主な成果を以下に要約する。1.光損傷耐性に優れたMgO添加LiNbO_3結晶における周期的分極反転構造の新たな作製方法として、常温での周期パターン紫外光照射と一様電界印加による分極反転法を開発し、光通信用波長変換デバイスに適した15μm近傍の周期の良好な分極反転構造を得た。2.光通信用波長変換デバイスの高効率化のため、プロトン交換導波路を逆プロトン交換して得られる埋め込み導波路の使用について実験的た検討し、適切な作製条件を見出し、実際に波長変換デバイスを作製して規格化効率最大1400%/Wまでの高効率化を達成した。また光通信波長域内波長変換特性を実験的に評価し、励起パワー4.4mWで-15dBの変換特性を得た。3.中赤外域のコヒーレント光を発生するためのQPM-DFG型波長変換デバイスの設計・作製を行い、波長0.98μm帯と1.55μm帯の半導体レーザからの入力光から波長2μm帯の出力光を得ることに成功した。4.非線形光学デバイス励起光源としての曲線グレーティング分布反射型(DBR)InGaAs半導体レーザの特性改善を行い、一次グレーティングの採用、量子井戸選択的無秩序化による損失低減、出力端面への低反射コーティングなどにより、発振閾値20mA、最大出力251mW、外部微分量子効率74%、サイドモード抑圧比52dBの高性能を実現した。5.集積半導体レーザの波長域拡大のため、GaInP量子井戸赤色光発振DBRレーザを設計・作製し、で閾値18mA、最大ピーク出力44mW、サイドモード抑圧比15dBのパルス単一モード発振を実現した。
チロシンホスファターゼCD45結合性蛋白質の同定と解析

CD45とLAR(LCA Related protein)は他のほとんどの膜型チロシンホスファターゼ(P-TP)と同じく2つのPTPドメインを持っている。これらの膜型PTPについて、2つのドメインの基質に対する機能を調べた。CD45とLARのN末側のPTPドメイン(D1)のシステインをセリンに置換した変異体、CD45D1CS.LARD1CSはホスファターゼ活性を持たない。それぞれの変異体をCOS細胞で発現させて、CD45D1CSがリン酸化CD3ζと、LARD1CSがリン酸化インスリンレセプター(IR)とそれぞれ安定に結合する事を見いだした。また野生型のLARがIRを選択的に脱リン酸化した。このことからCD3ζがCD45の、IRがLARの生理的基質であると考えられる。CD3ζの7つのチロシン残基のうち5つをフェニルアラニンに置換した3種類の変異体とCD45D1CSを用いて、CD45の基質特異性を検討したがこれらとの結合性に明らかな差はなかった。一方、ShcのSH2ドメインはC末から2番目のチロシンを欠く変異体に全くCD3ζに結合性を示さずこのリン酸化チロシン残基に結合すると考えられた。C末側のPTPドメイン(D2)のシステインもセリンに置換した変異体CD45D1D2CSではCD3ζへの結合性はCD45D1CSに比べて低いこと。同じくLARD1D2CSでは、インスリンレセプターとの結合は弱いことから、CD45とLARともD2は基質に対してリン酸非依存的結合し、その結合にシステイン残基が重要であることが判明した。また、LARD1D2CSはLARD1CSに比べリン酸化が亢進しており、D2部分に自己脱リン酸化能があることが示唆された。1)チロシンホスファターゼの気質特異性異性をよりin vivoに近い系でCD3ゼータの7つのチロシンのそれぞれについてフェニルアラニンに置換したミュタントを作成した。C末から1、3、5、番目がチロシンのままで2、4、6、7がフェニルアラニン置換されたミュタント、同様に1、2、3番目、1、2番目、1、3、番目2、3番目がそれぞれチロシン残基として残ったミュタントCD3ゼータと1ckをCOS細胞に共発現させて、CD3ゼータをグルタチオンアガロースに結合したCD45のGST融合蛋白質で沈降する方法で検討した。現在めでのところCD45対する特異性の大きな違いは見られていない。2)これらの実験の過程で2つの新たなデータを得た。これらのミュタントのうちの二つはチロシンのリン酸化効率が非常に悪い。これは1ckのキナーゼに気質特異性にチロシン残基の配列が関係している事を示唆する結果である。3)また、リン酸化されたCD3ゼータに結合する蛋白質として採られたキナーゼZAP70はリン酸化されていないCD3ゼータにも結合性を示すが、モノマーのCD3ゼータには結合とZAP70データのSH2ドメインは結合を示さない結果が発表されているが、今回得られた実験との違いは、合成ペプチドは二量体を形成する事ができないためと考えられた。今後、この結果についてもさらに確認していく。4)CD45の結合蛋白質についてはジャーカット細胞の細胞膜画分を硫安沈殿して、GST-CD45で沈降する方法で良好な濃縮ができなかったので、現在、ジャーカット細胞全体をゲル濾過で分画する方法で検討を進めている。

5)また、これとは別にCD45の結合性蛋白質を単離する目的で酵母のツ-ハイブリッドのシステムを用いてCD45の細胞内ドメインをヴェクターにつないだプラスミドを構築した。CD45とLAR(Leucocyte Common Antigen Related Protein)は他のほとんどの膜型チロシンホスファターゼ(PTP)と同じく2つのPTPドメインを持っている。これらの膜型PTPについて、2つのドメインの基質、結合蛋白質に対する結合性から機能を調べた。CD45とLARのN末側のPTPドメイン(D1)のシステインをセリンに置換した変異体、CD45D1CS,LARD1CSはホスファターゼ活性を持たない。それぞれの変異体をCOS細胞で発現させて、CD45D1CSがリン酸化CD3ζと、LARD1CSがリン酸化インスリンレセプター(IR)とそれぞれ安定に結合することを見いだした。また野生型のLARがIRを選択的に脱リン酸化した。このことからCD3ζがCD45の、IRがLARの生理的基質であると考えられる。CD3ζの7つのチロシン残基のうち5つをフェニルアラニンに置換した3種類の変異体とCD45D1CSを用いて、CD45の基質特異性を検討したがこれらとの結合性に明らかな差はなかった。一方、ShcのSH2ドメインはC末から2番目のチロシンを欠く変異体CD3ζに全く結合性を示さずこのリン酸化チロシン残基に結合すると考えられた。C末側のPTPドメイン(D2)のシステインもセリンに置換した変異体CD45D1D2CSではCD3ζへの結合性はCD45D1CSに比べて低いこと。同じくLARD1D2CSでは、IRとの結合が弱いことから、CD45とLARともD2は基質に対してリン酸非依存的結合し、その結合にシステイン残基が重要であることが判明した。また、LARD1CSはIRキナーゼでリン酸化されたが、LARD1D2CSはLARD1CSよりも強くリン酸化されたことから、LARのD2部分に自己脱リン酸化能があることが示唆された。
動的ぬれの学理解明に基づく粒子積層膜創成プロセスの革新

実施を予定した下記二項目で得た研究成果を要約する.実験1:系内均熱,凝固なしの静的ぬれ系として水,エタノール液滴/PTFE,ガラス基材でのぬれ特性とK値との照合によりSplash発生をもたらす臨界Kc値に対する静的ぬれの影響を調査した.その結果,両基材間の液滴接触角が大きく異なったのに対し,基材上でSplashが発生する臨界Kc値は両基材間で相違がなかったことから,凝固を伴わないぬれにおいては静的ぬれ性は液滴の飛散抑制効果持たないこと,従って溶射粒子偏平挙動の遷移的変化はぬれ単独で引き起こされるのではなく,ぬれ性の改善に伴う副次的要因によると示唆される等の諸点を明らかにした.実験2:上記に対する凝固あり系としてSn粒子/A6063,SUS,ガラス基材での遷移温度と熱伝導率との関係性の比較により,動的ぬれに対する基材熱伝導および粒子内凝固の影響について調査した.その結果,遷移温度は基材熱伝導率が低いほど指数関数的に高くなる傾向が認められたことから,粒子/基材間の熱伝達能が溶射粒子偏平挙動を強く支配する可能性を明らかにした.以上の結果から基材加熱に伴う溶射粒子偏平挙動の遷移的変化は,粒子/基材間のぬれ性の改善に起因する界面熱伝達性の向上により粒子内冷却・凝固速度あるいは粘性の急激な増大に基づくものと考察された.なお,当初予定した雰囲気圧力の変化に伴う金属液滴のぬれ特性変化実験3は,当該装置の不具合により実施できなかった.当初予定した雰囲気圧力の変化に伴う金属液滴のぬれ特性変化実験3が,当該装置の不具合により実施できなかったが,これ以外に実施を予定した実験1:系内均熱,凝固なしの静的ぬれ系として水,エタノール液滴/PTFE,ガラス基材でのぬれ特性とK値との照合によりSplash発生をもたらす臨界Kc値に対する静的ぬれの影響調査,および実験2:上記に対する凝固あり系としてSn粒子/A6063,SUS,ガラス基材での遷移温度と熱伝導率との関係性の比較により,動的ぬれに対する基材熱伝導および粒子内凝固の影響調査を着実に実施し,所望の成果をあげていることから.2018年度未実施の,雰囲気圧力の変化に伴う各種溶射粒子のSUS基材に対するぬれ特性変化と遷移圧力との関係性調査により,遷移圧力を誘起する動的ぬれの影響を考察する実験3を継続実施する.また,当初より予定の,Cu溶射粒子の各種基材上での偏平挙動の相違性調査により,遷移圧力を誘起する基材熱伝導,粒子内凝固の影響調査を行う実験4,Ni-Cr2元系合金の遷移温度調査による粒子表面エネルギーの動的ぬれ性に対する影響性に関する調査実験5を実施する.実施を予定した下記二項目で得た研究成果を要約する.実験1:系内均熱,凝固なしの静的ぬれ系として水,エタノール液滴/PTFE,ガラス基材でのぬれ特性とK値との照合によりSplash発生をもたらす臨界Kc値に対する静的ぬれの影響を調査した.その結果,両基材間の液滴接触角が大きく異なったのに対し,基材上でSplashが発生する臨界Kc値は両基材間で相違がなかったことから,凝固を伴わないぬれにおいては静的ぬれ性は液滴の飛散抑制効果持たないこと,従って溶射粒子偏平挙動の遷移的変化はぬれ単独で引き起こされるのではなく,ぬれ性の改善に伴う副次的要因によると示唆される等の諸点を明らかにした.実験2:上記に対する凝固あり系としてSn粒子/A6063,SUS,ガラス基材での遷移温度と熱伝導率との関係性の比較により,動的ぬれに対する基材熱伝導および粒子内凝固の影響について調査した.その結果,遷移温度は基材熱伝導率が低いほど指数関数的に高くなる傾向が認められたことから,粒子/基材間の熱伝達能が溶射粒子偏平挙動を強く支配する可能性を明らかにした.以上の結果から基材加熱に伴う溶射粒子偏平挙動の遷移的変化は,粒子/基材間のぬれ性の改善に起因する界面熱伝達性の向上により粒子内冷却・凝固速度あるいは粘性の急激な増大に基づくものと考察された.なお,当初予定した雰囲気圧力の変化に伴う金属液滴のぬれ特性変化実験3は,当該装置の不具合により実施できなかった.当初予定した雰囲気圧力の変化に伴う金属液滴のぬれ特性変化実験3が,当該装置の不具合により実施できなかったが,これ以外に実施を予定した実験1:系内均熱,凝固なしの静的ぬれ系として水,エタノール液滴/PTFE,ガラス基材でのぬれ特性とK値との照合によりSplash発生をもたらす臨界Kc値に対する静的ぬれの影響調査,および実験2:上記に対する凝固あり系としてSn粒子/A6063,SUS,ガラス基材での遷移温度と熱伝導率との関係性の比較により,動的ぬれに対する基材熱伝導および粒子内凝固の影響調査を着実に実施し,所望の成果をあげていることから.2018年度未実施の,雰囲気圧力の変化に伴う各種溶射粒子のSUS基材に対するぬれ特性変化と遷移圧力との関係性調査により,遷移圧力を誘起する動的ぬれの影響を考察する実験3を継続実施する.また,当初より予定の,Cu溶射粒子の各種基材上での偏平挙動の相違性調査により,遷移圧力を誘起する基材熱伝導,粒子内凝固の影響調査を行う実験4,Ni-Cr2元系合金の遷移温度調査による粒子表面エネルギーの動的ぬれ性に対する影響性に関する調査実験5を実施する.
唾液腺の分泌機能と病態における亜鉛トランスポーターZnT4の役割

唾液に含まれる亜鉛の分泌経路として亜鉛輸送体であるZnT4の唾液腺における役割を検討した。野生型マウスでは、三大唾液腺のうち顎下腺と舌下腺で遺伝子発現量が多く、in situ hybridizationおよび免疫染色において腺房細胞に弱陽性、介在部導管近傍に陽性像がみられた。また、陽性対象である乳腺ではZnT4を示す40 kDaのバンドがみられ、顎下腺ではは弱陽性を示すことから、ZnT4は唾液腺に発現していることが確認された。一方、ZnT4の自然発症型変異を持つlmマウスでは、維持に必須の亜鉛を飲水から除去しても、乳腺で観察されるような退行性変性は唾液腺で生じなかった。今年度は亜鉛トランスポーターZnT4の自然発生型ミュータントマウスC57BL/6J-Slc30a4lm/J(lmマウス)の繁殖と分泌能の検討、および正常顎下腺細胞株NS-SV-AC細胞におけるZnT4遺伝子発現およびタンパク質発現を検討した。1.理化学研究所より移管した受精卵を偽妊娠雌マウスに移植し、21匹のヘテロlmマウスを得た。ヘテロマウスの交配により雌雄のホモマウスを得た。lmマウスは800mg/L塩化亜鉛水で維持し、著変無く飼育可能だった。lm雌マウスから採取した耳下腺から酵素消化法により腺房を作製し、β受容体アゴニストのイソプロテレノールで細胞懸濁液中の腺房を刺激しタンパク質分泌を誘導した。タンパク質分泌能は、懸濁液中のアミラーゼ活性で測定した。結果、野生型とlmマウスの間に有意な差はみられなかった。以上の結果は亜鉛輸送体がアミラーゼ分泌には影響しないことを示唆している。2.ヒト正常顎下腺腺房細胞株のNS-SV-AC細胞におけるZnT4遺伝子とタンパク質発現をそれぞれ定量的PCR法およびウェスタンブロット法で検討した。定量的PCR法の結果、内在性のZnT4遺伝子量は極めて少ないことが明らかとなった。さらに、ウェスタンブロット法ではマウスZnT4プラスミドを過剰発現させた場合と比較して、内在性タンパク質発現は極めて少なかった。この結果からは、内在性の遺伝子のみでの機能解析は困難であることが明らかとなった。この問題を克服するため、pMX-IRES-GFPベクターにヒトZnT4遺伝子を組み込んだプラスミドベクターを作製した。1,2の結果を踏まえ、新年度はlmマウス唾液中の亜鉛濃度測定により、唾液への亜鉛分泌にZnT4が果たす役割を検討する。さらにNS-SV-AC細胞に対するZnT4遺伝子の過剰発現が細胞の分泌機能および形態に与える影響を検討する。1.lmマウス受精卵からの体外受精によるヘテロマウスの作製は完了している。また、その後の繁殖でホモlmマウスを得ることに成功している。マウスの維持は塩化亜鉛水で行っており、水のみで飼育した場合にみられる皮膚炎や腸炎の発症は出現していない。さらにタンパク質分泌能の検討により、アミラーゼ分泌にZnT4の機能異常は関係しないことが明らかとなった。現在、唾液中の亜鉛量を測定する準備を行っている。2.当初使用予定だったNS-SV-AC細胞には内在性のZnT4遺伝子発現量が少ないことから、過剰発現用プラスミドベクターを用いた遺伝子の過剰発現で機能および細胞内局在の解析を行うことにした。ベクター作製は完了し、現在過剰発現の条件検討を進めている。遺伝子発現の抑制にはshRNAを用いる予定で、条件検討を進めている。1.昨年度に水分泌能を測定した亜鉛トランスポーターZnT4の自然発症型ミュータントマウスC57BL/6J-Slc30a4lm/J(lmマウス)のヘテロマウスを70週まで維持し、顎下腺を摘出して加齢による形態変化を検討した。マクロ所見及びHE染色による観察の結果では、野生型マウスとlmヘテロマウスの顎下腺にはサイズ、形態に変化はみられなかった。ヘテロマウスにおいては加齢時の唾液腺におけるZnT4の機能に差がみられないことが示唆された。2.ヒト正常顎下腺腺房細胞のNS-SV-AC細胞(AC細胞)におけるZnT4の分泌における機能と役割を解明するため、準備段階としてAC細胞のタンパク質分泌機能を検討した。無血清培地でβ受容体刺激薬およびcAMP活性化剤を用いて細胞を刺激し、培地を回収して濃縮後、分泌タンパク質に対するWestern blottingを行った。結果、イソプロテレノールおよびジブチリルcAMPを用いても、濃度依存性、時間依存性のどちらも細胞外へのアミラーゼ、ムチン分泌を誘導しなかった。本細胞にはアミラーゼ分泌顆粒が存在することが報告されていたが、開口放出性の細胞外への分泌を誘導することは困難であることが示唆された。3.顎下腺の発生過程におけるマウスZnT4遺伝子(mZnT4)の発現量を検討したところ、胎生期では発現量が低く、成獣で最も高いことが示された。このことは、ZnT4が高分化細胞で主に機能することを示唆している。以上の結果から、新年度では1.ホモlmマウスと野生型マウスの顎下腺における形態変化の検討を行う。2.AC細胞に代わりマウス顎下腺初代培養細胞を行い、RNAiによる形態変化の検討を行う。3.マウスおよびAC細胞の分泌顆粒膜上におけるZnT4の局在を明らかにする。

1.70週まで維持したヘテロlmマウスの顎下腺を摘出し、加齢による形態変化を検討したところ、マクロ所見及びHE染色において野生型マウスとlmヘテロマウスの顎下腺にはサイズ、形態に変化はみられなかった。また、顎下腺の発生過程におけるマウスZnT4遺伝子(mZnT4)の発現量に関しては唾液腺形成初期では発現量が低く、形成後期では徐々に発現量が上昇し、成獣で成獣で最も高いことが示された。以上のことから、発生・形態形成時および加齢におけるZnT4の遺伝子発現量、形態形成にはZnT4が主要な役割を担っていない可能性が示され、研究テーマとして成獣に限定した解析を行う必要があることが明らかとなった。2.AC細胞のタンパク質分泌機能の検討の結果、β受容体刺激薬であるイソプロテレノールおよびcAMPアナログのジブチリルcAMPを用いても、濃度依存性、時間依存性のどちらも細胞外へのアミラーゼ、ムチン7分泌を誘導しなかった。本細胞にはアミラーゼ分泌顆粒が存在することが報告されていたが、開口放出性の細胞外への分泌を誘導することは困難であることが示唆された。AC細胞はタンパク質分泌能は有さないがタンパク質合成能を保持していることが明らかとなった。このことから、生理機能の検討は困難だが、分泌顆粒のZnT4を解析するには有用である可能性が考えられた。これらのことから唾液腺におけるZnT4の遺伝子発現は成獣で高く、加齢によって形態に変化は生じない無い可能性が示された。また、AC細胞は細胞内部の分泌顆粒を用いた形態観察に有用であるが、外分泌機能の検討を行うにはさらなる条件検討が必要である可能性が示された。亜鉛輸送体ZnT4は乳腺において分泌顆粒内に亜鉛を取り込むことが知られている。ZnT4の自然発生型ミュータントマウスであるlmマウスを用い、唾液腺における機能の検討を行った。1.飲水から亜鉛を除去して長期間維持した(亜鉛除去水)ホモlmマウスと野生型マウスの顎下腺における形態変化の検討を行った。lmマウスは飲水に亜鉛を添加すると、形態的な表現型に異常を来さず維持できる。一方、亜鉛を添加せずに維持した場合、皮膚炎や腸炎の発症と共に乳腺の形態に退行性変性が生じることが明らかになっている(2015, Am J Physiol)。そこで、lmマウスおよび野生型マウスを77週間亜鉛除去水で維持し、乳腺及び唾液腺の形態変化を検討した。結果、亜鉛除去水群のホモlmマウスには、乳腺の萎縮、空胞変性、乳腺周囲への炎症細胞浸潤がみられた。一方、唾液腺にはサイズの増加がみられたものの、乳腺にみられたような形態変化はみられなかった。2.Western blottingにより処女、妊娠期のlmマウス乳腺と顎下腺におけるタンパク質発現を検討した。結果、処女期と妊娠期でZnT4のタンパク質を示す40kDaのバンドの蛍光強度が増強していた。一方、顎下腺には同バンドが弱陽性を示していた。3.マウス唾液腺の分泌顆粒膜上におけるZnT4の局在を明らかにする目的で、過去の文献に則って(J Biol Buccale, 1982)分泌顆粒の精製を試みたが、他の成分の夾雑物を排除するのが困難だった。現在、分泌顆粒リッチな画分の精製を施行している。唾液に含まれる亜鉛の分泌経路として亜鉛輸送体であるZnT4の唾液腺における役割を検討した。
自動回路分割機能を備えた論理エミュレータシステムの研究開発

提案する論理エミュレータの実装フローでは,論理回路に対する回路分割処理を利用せず,HDL(ハードウェア記述言語)で処理を行う.HDLを対象とすることで,回路規模に対し指数関数的に増加する論理合成処理時間を大幅に省略できるだけでなく,回路全体に対する効率的な最適化を行うことができる.HDLを対象とする回路分割処理は,細分化処理と割付け処理の二工程で行う.割付け処理では,実装対象論理エミュレータの構成に依存する.本研究で採用する論理エミュレータの構成は,設計変更に伴う実装処理負荷の比較的少ないパーシャルクロスバとした.割付け処理のアルゴリズムには,通常の回路分割処理で頻繁に利用されているKernighan-Linのアルゴリズムに対して論理エミュレータ向けに改良を施すことで対応した.上記手法の正当性を確認するために,ソフトウェアによる評価を行った.再構成型集積回路が8個実装された論理エミュレータを対象に,13,000ゲート数程度の簡素なマイクロプロセッサの実装を行った.処理時間は,最も時間を必要とする初期配置時に,細分化処理:9秒+7分7秒,割付け処理:6秒(Sun:UltraSPARCII300MHz)である.また,細分化処理の7分7秒は,依存関係のないHDLコードに対する論理合成処理の総和であるため,容易に分散処理に適応できる.一方,単純な論理合成処理では,6分53秒であり,論理合成処理後にさらに回路分割処理が必要である.この結果から,実装時間という観点では,有効な方法であるといえる.また,集積回路間の接続数制限に起因する実装可能性については,市販のものと単純に評価はできなかったが,Kernighan-Linアルゴリズムをそのまま用いた割付処理に対し,改良を加えたアルゴリズムでは,最大接続数で約30%の改善が確認できた.現在は,アナログに対する可能性の検討を行っている.自動回路分割機能を備えた論理エミュレータシステムの開発に向けて,仮想論理エミュレータの構成と自動回路分割手法の検討を行った.まず,論理検証環境に実装集積回路間の結合形態の調査を行った.その結果,単一の実装集積回路を配線集積回路と論理集積回路として使用できる結合形態であるメッシュ形態も有望であったが,本研究の実装対象である論理エミュレータにとって,メッシュ形態で生じる配線遅延の見積問題や実装集積回路に対する再配置処理に伴う計算量問題を克服する必要がある.そこで,今回はその問題が生じにくい形態である,配線集積回路と論理集積回路を異なる集積回路を使用し配線集積回路と全論理集積回路間接続するパ-シャルクロスバ形態の仮想論理検証環境を採用し研究を進めた.次に,上記の構成を対象とした回路分割手法の検討と応用プログラムによる確認を行った.本手法では,レジスタ・トランスファ・レベルのHDLコードに対し回路情報を抽出する細分化処理とエミュレータに割り付けるグループ処理で基礎とする.この基本方針を確立し,応用ソフトウェアによる検証結果から,現状のハードウェアによる検証方法の重要な問題である検証の前処理時間の大幅な短縮を望めるだけでなく,HDL記述の高抽象度による回路分割により配線資源や回路規模などの実装効率向上が確認できた.なお,この応用ツールの基本部分は補助金により購入した計算機のWWWサーバ上でクライアント計算機資源を活用できるActive Xコントロールとして公開している.提案する論理エミュレータの実装フローでは,論理回路に対する回路分割処理を利用せず,HDL(ハードウェア記述言語)で処理を行う.HDLを対象とすることで,回路規模に対し指数関数的に増加する論理合成処理時間を大幅に省略できるだけでなく,回路全体に対する効率的な最適化を行うことができる.HDLを対象とする回路分割処理は,細分化処理と割付け処理の二工程で行う.割付け処理では,実装対象論理エミュレータの構成に依存する.本研究で採用する論理エミュレータの構成は,設計変更に伴う実装処理負荷の比較的少ないパーシャルクロスバとした.割付け処理のアルゴリズムには,通常の回路分割処理で頻繁に利用されているKernighan-Linのアルゴリズムに対して論理エミュレータ向けに改良を施すことで対応した.上記手法の正当性を確認するために,ソフトウェアによる評価を行った.再構成型集積回路が8個実装された論理エミュレータを対象に,13,000ゲート数程度の簡素なマイクロプロセッサの実装を行った.処理時間は,最も時間を必要とする初期配置時に,細分化処理:9秒+7分7秒,割付け処理:6秒(Sun:UltraSPARCII300MHz)である.また,細分化処理の7分7秒は,依存関係のないHDLコードに対する論理合成処理の総和であるため,容易に分散処理に適応できる.一方,単純な論理合成処理では,6分53秒であり,論理合成処理後にさらに回路分割処理が必要である.この結果から,実装時間という観点では,有効な方法であるといえる.また,集積回路間の接続数制限に起因する実装可能性については,市販のものと単純に評価はできなかったが,Kernighan-Linアルゴリズムをそのまま用いた割付処理に対し,改良を加えたアルゴリズムでは,最大接続数で約30%の改善が確認できた.現在は,アナログに対する可能性の検討を行っている.
本邦に高頻度存在する脊髄小脳変性症に対する画期的免疫療法の開発

脊髄小脳失調症6型(spinocerebellar ataxia type 6 ; SCA6)は、本邦に高頻度に存在する常染色体優性遺伝性脊髄小脳変性症で、α1A-カルシウムチャネル遺伝子内の3塩基(CAG)繰り返し配列が異常に伸長するために起きる疾患であり、このチャネル蛋白が神経細胞内で凝集・沈着することが病態に関連している。本研究では、SCA6の基本病態を明らかにし、それに基づく画期的な免疫療法を開発するための基礎研究を行った。その成果として、チャネル蛋白の凝集・沈着には、このチャネル蛋白のC末端部分が重要であることを初めて明らかにし、この部分を特異的に認識するモノクローナル抗体を得た。この成果をもとに、抗体療法を開発するという発展が期待された。本年度、研究者は本邦に多く存在する常染色体優性遺伝性脊髄小脳変性症である脊髄小脳失調症6型(SCA6)の原因蛋白であるα1Aカルシウムチャネル蛋白を分子標的とする免疫療法の開発のための研究を行った。まず、既に作製した新規ポリクローナル抗体を用いて、本カルシウムチャネル蛋白の発現状況をウエスタンブロット法および免疫組織化学法により、患者脳で検索した。その結果、この抗体はSCA6患者脳でこれまでに研究者が報告してきた、小脳Purkinje細胞内に認められる2種類の形態的に異なった封入体(Ishikawa K. et al. Hum Mol Genet l999; Ishikawa K. et al. Neurology 2001)の両方を認識した。すなわち、これまでに報告してきた2種類の封入体は、1つの封入体の形成過程でみられる、形態的に異なる封入体であることが判明した。またウエスタンブロットでは、確かにこの抗体が認識する部分チャネル蛋白が凝集する傾向があることが判明した。この結果を現在投稿準備中である。さらに、研究者はこの分子を認識するモノクローナル抗体を作製した。この抗体などを用いて2年度は免疫療法の基本的実験を行う。一方、全長α1A-カルシウムチャネル蛋白を導入したトランスジェニックマウスの作製に着手した。三重大学医学部動物実験施設との共同研究で、導入する遺伝子を神経細胞に特異的に発現する工夫を行った。初年度終盤に受精卵にマイクロインジェクション法で導入した。このため、2年度にその導入を確認する方針である。脊髄小脳失調症6型(spinocerebellar ataxia type 6; SCA6)は、本邦に高頻度に存在する常染色体優性遺伝性脊髄小脳変性症で、α1A-カルシウムチャネル遺伝子内の3塩基(CAG)繰り返し配列が異常に伸長するために起きる疾患である。本研究では、SCA6の基本病態を明らかにし、それに基づく画期的な免疫療法となるモノクローナル抗体療法の開発のための初期研究を行った。まず我々は、ヒトα1Aカルシウムチャネル蛋白C末端に存在するポリグルタミン鎖付近のペプチドを認識するウサギ・ポリクローナル抗体を独自に作製し、患者脳で研究した。その結果、伸長ポリグルタミン鎖を有するC末端部分α1Aカルシウムチャネル蛋白断片(CTF)が、患者脳で凝集することを見出した。この成果は本チャネル蛋白では世界初である。免疫組織化学的にはSCA6患者脳でPurkinje細胞特異的に細胞質内凝集体を認めたなど、SCA6の病態にCTFが重要であることを初めて患者脳で明らかにした。次にこのCTFを認識するモノクローナル抗体を得た。この抗体も確かに患者脳での凝集体を認識した。一方、培養細胞に正常長(Q11, Q13)または伸長(Q22, Q28, Q165)のポリグルタミン鎖を有するCTFを発現させ、培養細胞内にも患者脳内と同様の凝集体を確認することができた。この培養細胞から確かに蛋白の凝集体が産生された。以上の研究から、SCA6の基本病態にCTFの凝集が脳内で関わることが判明した。免疫療法の確立のための初期研究として、培養細胞内での治療標的を作製するとともに、モノクローナル抗体を得ることができた。今後この研究をさらに発展させ、抗体療法の効果を検証し、治療法へ応用することが期待される。
界面に吸着したタンパク質のリアルタイム構造可視化システムの開発

本研究では、新たに実験室の白色X線を用いたエネルギー分散型X線反射率測定装置(ED-XRR)を製作し、それを現有の全反射赤外分光装置(FT-IR)と組み合わせて、液体/プリズム界面の構造をリアルタイムで検出するシステムを開発した。ED-XRR装置を用いて10-5まで最短10秒でX線反射率測定が可能であることがわかった。また、5分でX線回折パターンも測定可能であることがわかった。一方、タンパク質と塩の相互作用について、FT-IR単独測定による2次構造の追跡にも成功したが、ED-XRRとの同時測定はできなかった。しかしながら、X線回折との同時測定は可能であり、応用範囲は広いと思われる。タンパク質と界面の相互作用を知ることは、クロマトグラフィーによるタンパク質の分離・精製、食品や医薬品、人工組織や生体物質を使った新しい機能性材料の開発など、医学的および技術的応用の両面において非常に重要である。本研究では、固液界面に吸着したタンパク質の2次および3次構造をリアルタイムで可視化するための装置を開発する。2次構造の検出には全反射赤外分光法(ATR-FTIR)、3次構造の検出にはX線反射率法(XRR)を用いる。秒オーダーの時間分解能で固液界面に吸着したタンパク質の立体構造を観測することを目指す。そのためにエネルギー分散型X線反射率装置(ED-XRR)を新規に立ち上げ、23年度に近畿大学の研究費で購入したATR-FTIRと組み合わせる。2年目に当たるH25年度は、以下の研究成果を得た。H24年度に製作したエネルギー分散型X線反射率測定装置(ED-XRR)の性能評価を行った。試料としてシリコンウエハーとDVDを用いた。H24年度には、検出器にイメージングプレートを用いて鏡面反射を観測することに成功していたが、本年度はCdTe検出器を用い、エネルギープロファイルを得ることができた。また、測定時間10分で5桁の反射率曲線を得ることに成功した。しかしながら、視射角わずか0.1度という条件で測定を行わねばならず、入射角度の設定、試料の高さ調整、ダイレクトビームとの分離に課題が残る。現有のATR-FTIR装置(サーモフィッシャーNicolet iS5 FT-IR)を使って、時間分解能1分以内で時分割測定を行うことに成功した。その結果、球状タンパク質リゾチームの固液界面吸着過程においてβシートの割合が増加することを観測した。しかしながら長時間の測定には、試料溶液の蒸発を防ぐための工夫が必要だということがわかった。初年度に当たるH24年度は、以下の研究成果を得た。X線発生用高圧電源を購入し、白色X線を用いたエネルギー分散型X線反射率測定装置(ED-XRR)を製作した。性能評価としてシリコンウエハの反射率測定を行った。現有のATR-FTIR装置(サーモフィッシャーNicolet iS5 FT-IR)の使い方に慣れるために、タンパク質水溶液の測定を行い、測定および解析方法を確立した。また卵白の温度変化測定も試み、熱変性の過程を捉えることができた。本研究の目的は、固液界面に吸着したタンパク質の2次および3次構造をリアルタイムで可視化するための装置を開発することである。最終年度に当たるH26年度は、ED-XRRシステムの高度化とFT-IRとの同時測定を行った。詳細を以下に記す。(1) ED-XRR:光軸調整を自動化するためのプログラムを作成した。その結果、光軸調整にかかる時間は大幅に短縮された。

固体表面としてシリコンウエハとITO導電性薄膜、液体試料として、水とエチレングリコールのX線反射率を測定したところ、理論通りの結果が得られた。さらにITOについては、10秒で膜厚が測れるだけのシグナルが得られることがわかった。一方、X線回折測定も行った。粉末試料として、塩化ナトリウムシリコン、グリシン、液体試料として水を測定したところ、理論通りの結果が得られた。(2) ATR-FTIR:リゾチーム水溶液の塩添加による変性についての研究を行った。塩としてNaX(X=F-, Cl-, Br-, I-)を加えたところ、Br-, I-では2次構造が大きく変化することが観測された。(3) ED-XRRとFT-IRの同時測定:グリシン水溶液中の水が蒸発する様子のX線回折とFT-IRを同時に時間分解能5分で追跡することに成功した。生物物理学申請書では、2年目に当たる本年度は、「試料の温度コントロールシステムの開発および現有(2011年度購入予定)の全反射型フーリエ変換赤外分光装置(ATR-FTIR)と組み合わせたED-XRR/ATR-FTIRシステムの構築」であったが、初年度にED-XRRとATR-FTIRそれぞれに想定外の問題が生じたため、それら問題を解決することに費やした。以下に詳細を記す。界面に対するX線の入射角度は約0.1度程度であるため、ビームの発散角が入射角よりも大きくなってしまうという問題があった。本年度は、スリットサイズを0.1mmまでに絞り、昨年度よりもシャープな鏡面反射を観測することができた。しかしながら、入射スリットおよび検出スリットそれぞれを載せたアームが自重により傾き、角度を精確に設定することが困難であることがわかった。そこで本年度はレーザー変位計を購入して、傾き調整機構を設置する。購入するレーザー変位計については、すでにED-XRR装置に組み込むテスト済みである。昨年度は、低濃度領域では、水蒸気の回帰線が重なって精度よく解析ができないことがわかった。これは、バックグラウンドの測定を試料測定の直前にすることができない時分割測定を行うには致命的であったそこで、本年度はパージキットを購入して、窒素ガス雰囲気にしたところ、水蒸気の回帰線が激減した。一方、試料溶液の蒸発を防ぐためには、試料を密閉性の高いセルに封入しなければならないということがわかった。X線発生用高圧電源を購入し、白色X線を用いたエネルギー分散型X線反射率測定装置(ED-XRR)を製作した。界面に対する入射角度は約0.1度程度であるため、入射側および受光側にスリットを2枚ずつ配置したが、ビームの発散角が0.1度より大きいことがわかった。来年度は試料位置にナイフスリットを設置してビームの平行化を図る必要がある。現有のATR-FTIR装置(サーモフィッシャーNicolet iS5 FT-IR)の使い方に慣れるために、タンパク質水溶液の測定を行った。タンパク質の濃度を変えて2次構造に由来するアミドIピークの解析を行ったところ、低濃度領域では、水蒸気の回帰線が重なって精度よく解析ができないことがわかった。来年度は、パージキットを購入して、窒素ガス雰囲気にする必要がある。下記(1)(2)の問題を解決した後、ATR-FTIR装置をZ軸大型ステージに載せてED-XRR装置と高さを合わせる。
動物細胞の三次元的固定化培養と人工肝臓の構築

我々は人工臓器、特に臓器の細胞を一旦分離し培養した後、人工マトリックスとともに人体へ戻すハイブリッド型臓器の作製をめざして研究を進めている。本研究ではこのうち人工肝臓と人工血管に着目し、基礎・研究を行った。コラゲナーゼ潅流法により分離した成熟肝細胞を用い、肝機能の長時間維持、細胞寿命の長期化を図るため、培地成分について検討し、成熟肝細胞の生存、高い肝機能維持には基本培地としてLー15培地、添加物としてはリポプロテインが有効であることが明らかとなった。一方、ビタミン、アミノ酸等の添加効果を調べたところ、コラーゲンの主成分であるプロリンとコラーゲン生合成時に補酵素として働くアスコルビン酸により肝細胞のアルブミン合成が抗進し、最低一週間程度維持されることが判明した。また、これら肝細胞を充てんし人工肝臓を構築するために、セルロース由来の多孔性担体にコラーゲン、ヘパリン等を結合した担体を作製し動物細胞の付着増殖能を調べたところ、107/ml程度の高濃度に細胞を培養することができ、いずれの担体も人工肝臓構築に利用できることがわかった。さらにアルギン酸とポリウレタン、光架橋性樹脂等を用いた包括固定化法を開発したが、いずれの場合も107cells/ml程度の高濃度に細胞が固定化でき有用であると考えられる。一方、人工血管を作製するために、血管の内面を覆う血管内皮細胞を分離した。細胞を長期間維持培養しかつ、血管内皮細胞特異的機能を維持するために、ガン化や細胞の長寿命化の機能が温度感受性のサルのガンウイルスSV40を内皮細胞に感染させた。これにより寿命が200日以上に延び、しかも温度を37°Cにすると死んでしまう血管内皮細胞のセルラインを確立した。コラゲナ-ゼ灌流法により分離した成熟肝細胞を用い、肝機能の長時間維持、細胞寿命の長期化を図るため、Lー15培地とWE培地にそれぞれ卵黄リポプロテイン、低密度リポプロテイン、牛血清リポプロテインさらに血清の効果を調べた。これらの培地をコラ-ゲンコ-トなしのシャ-レ上で培養したところ、3種類のリポプロテインを添加した場合いずれも培養7日目までに平均150μmのスフェロイドが形成され、遊離細胞も少なかった。しかし、血清入りの培地では培養10日目まで単層に増殖した。卵黄リポプロテインを添加した無血清培地を用いた場合1日、1μgDNA当り4μgのアルブミン生産芸を培養716日目まで維持することできた。これらの結果より、成熟肝細胞の生存、高い肝機能維持には基本培地としてLー15培地、添加物としてはリポプロテインが有効であることが明かとなった。肝実質細胞の生体外での継代培養は、多くの研究者の努力にも関わらず成功していない。しかし、幼若肝実質細胞はオ-トクラインな増殖をすると報告されている。そこで、ラット胎児肝からの幼若肝実質細胞を増殖させることを試みた。ラット胎児肝から幼若活実質細胞を分離するためコラ-ゲナ-ゼを用いた場合、非肝実質細胞のコンタミネ-ションが激しかった。そこで、上皮細胞と基底膜との間の糖タンパクを切断しコラゲナ-ゼの作用を補うと共に長時間作用させても細胞障害性が少ないなどの特徴を持つディスパ-ゼを用いたところ、非実質細胞を95%の純度で分離し4日間で2倍に増殖させることができた。現時点では、幼若肝実質細胞は2倍程度しか増殖せず、内皮細胞等のコンタミネ-ションがあるなど、継代培養までは難しい問題が多く残されている。ハイブリッド型人工肝臓の構築をめざし、肝細胞の長期継代培養法の改良を試みた。

コラゲナーゼ灌流法により分離したマウス成熟肝実細胞の培養に際し、ビタミン、アミノ酸等の添加効果を調べたところ、コラーゲンの主成分であるプロリンとコラーゲン生合成時に補酵素として働くアスコルビン酸により肝細胞のアルブミン合成が抗進し、最低一週間程度維持されることが判明した。一方、三重項酵素の不均化反応をつかさどるスーパーオキサイドディスムターゼの添加によってもアルブミン合成能が顕著に促進された。また、これら肝細胞を充てんし人工肝臓を構築するために、セルロース由来の多孔性担体にコラーゲン、ヘパリン等を結合した担体を作製し動物細胞の付着増殖能を調べたところ10^7/ml程度の高濃度に細胞を培養することができ、いずれの担体も人工肝臓構築に利用できることがわかった。一方、人工血管を作製するために、血管の内面を覆う血管内皮細胞を分離した。細胞を長期間維持培養しかつ、血管内皮細胞特異的機能を維持するために、ガン化や細胞の長寿命化の機能が温度感受性のサルのガンウイルスSV40を内皮細胞に感染させた。これにより寿命が200日以上に延び、しかも温度を37°Cにすると死んでしまう血管内皮細胞のセルラインを確立した。詳細は現在解析中であるがこのセルラインは血管病変等の解析に有効と考えられる。
人工心肺を用いない大動脈弁狭窄症手術の開発

人工心肺を使用せず、大動脈弁狭窄症を根治する新規術式の開発を行った。心尖部から新しい血液駆出路を作り、下行大動脈へのバイパスを作成する術式である。人工心肺を使用せずに心尖部に導管を接合するために、ワンタッチで挿入固定できるステント型導管を開発し、下行大動脈に接合した人工弁付き人工血管と吻合して新しい血流路を作成し、大動脈弁狭窄症により障害された左心室から大動脈への血液駆出を回復させた。重度大動脈弁狭窄症は人口の高齢化に伴い増加し、最も頻度の高い弁膜症であり、左心室から大動脈への血液駆出が障害されるため心不全、不整脈により確実に死に至る病気である。その治療法としては、人工心肺を用いた心停止下での人工弁置換術が唯一の根治術であるが、高齢者や手術リスクの高い症例に対しては手術侵襲が大きいため成績が不良であり、人工心肺を用いない手術術式の開発が望まれる。本研究では、人工心肺を使用せず、心拍動を保った状態で大動脈弁狭窄症を根治する新規術式の開発を試みた。具体的には、左心室の尖端(心尖部)から新しい血液駆出路を作り、下行大動脈へのバイパスを作成する術式である。拍動している心尖部に人工心肺を使用せずに駆出路を作成するために、ワンタッチで挿入固定できるステント型導管を開発し、心尖部から刺入し、接合しなくてはならない。接合したステント型導管は下行大動脈に縫着した人工弁付き人工血管と接続して、左心室から大動脈への新しい血流路を作り、大動脈弁狭窄症により障害された左心室から大動脈への血液駆出を回復させる事ができる。本年度は心尖部から左心室内腔に挿入するステント型導管の試作品を作成した。心筋への障害を防ぐためネット状の特殊形態のステントを採用した。ステント型導管はガイディングシース内に装填し、心尖部の小切開からガイドワイヤーを用いて挿入し、その後、バルーンで必要な内径まで拡大し、ステントのストッパー機構により有効内径を保持させる構造とし、心尖部には数本の固定糸で接合する構造とした。試作したステント型導管はブタを用いた大動物実験で、左室心尖部から心拍動下に挿入固定を行った。出血量は少なく、短時間で心尖部への導管挿入・接合が可能であった。今後は左心室-下行大動脈バイパス用の人工弁付き人工血管を含んだトータルシステムの開発を進めていく。本研究では、人工心肺を使用せず、心拍動を保った状態で大動脈弁狭窄症を根治する新規術式の開発を行っている。拍動している心尖部に人工心肺を使用せずに、ワンタッチで挿入固定できるステント型導管を開発し、心尖部から挿入し接合する。接合したステント型導管は下行大動脈に接合した人工弁旨付き人工血管と吻合して、左心室から大動脈への新しい血流路を作り、大動脈弁狭窄症により障害された左心室から大動脈への血液駆出を回復させる。本年度は心尖部から左心室内腔に挿入するステント型導管の試作品を改良した。ステント型導管を心尖部から挿入するために、イントロデュサーを開発し、バルーンカテーテルを併用して無血術野での装着を可能とした。ステント型導管は心尖部に数本の固定糸で接合するが、固定・出血をコントロールするために縫合輪を改良した。臨床例にはステント型導管を使用でないが、開発したイントロデュサーを応用して、人工血管の心尖部への挿入・固定を行い、良好な手術結果を得た。研究の概要は第7回次世代医療システム産業化フォーラムで発表した。本研究では、人工心肺を使用せず、心拍動を保った状態で大動脈弁狭窄症を根治する新規術式の開発を行った。通常は人工心肺の補助下に施行する術式であるが、人工心肺を使用せずに施行するために、ワンタッチで拍動している心尖部に挿入固定できるステント型導管を開発した。接合したステント型導管は下行大動脈に接合した人工弁付き人工血管と吻合して、左心室から大動脈への新しい血流路を作成し、大動脈弁狭窄症により障害された左心室から大動脈への血液駆出を回復させた。

23年度は心尖部から左心室内腔に挿入するステント型導管にさらに改良を加え、心尖部への挿入性および拡張時の固定性を向上させた。また、ステント型導管を心尖部から挿入するためのイントロデュサーシステムに改良を加え、バルーンカテーテルを使用することにより、心尖部切開、挿入孔作成、ステント型導管挿入、導管固定を無血術野で、スムーズに進行させるシステムを開発した。試作したステント型導管および、バルーンカテーテルを使用したイントロデュサーシステムはブタを使用した動物実験で、その操作性および性能を評価し、挿入術式の確認および改善を図った。試作したステント型導管は臨床例には使用できないため、従来型の人工血管による導管を使用したが、開発したイントロデュサーシステムを使用して、心尖部切開、挿入孔作成、導管挿入を行った。こめシステムにより無血術野での迅速・的確な心尖部への導管装着が可能となり、良好な手術結果を得ることができた。研究の概要は第64回日本胸部外科学会定期学術集会で発表した。