hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
亜熱帯島嶼に隔離分布するモズにおける環境適応と近親交配の影響

平成19年度は,前年度までと同様に野外調査として,南大東島で繁殖するモズを捕獲,計測,採血,繁殖状況の追跡を行った。室内実験として,CHD遺伝子を用いたヒナの性判別,およびマイクロサテライトDNAを用いた親子判定,つがい間の血縁度の算出を行った。巣内雛の性比を体重の順位にしたがって解析した結果,雄雛の割合で表す性比は,0.47-1.57までの変異が認められた。巣内で最も軽い雛が雌に偏る可能性があったが,さらに標本数を増加させて検討する必要がある。父性の判定の結果,南大東島のモズ個体群では,つがい外受精が生じていることがわかった。つがい外受精は,合計62巣中10巣で確認され,その頻度は16%となった。鳥類におけるつがいが受精の確率は5%未満のことが多く,南大東島のつがいが受精率は比較的高い。また,雛レベルでのつがい外受精率は8%で全253巣中21個体が,社会的つがい以外の雄によって受精されたものであった。このような比較的高いつがい外受精率は,南大東島のような隔離された海洋島の特徴であろう。同時進行したダイトウコノハズクの研究は,つがい外受精でできた仔のヘテロ接合度は,つがいの受精による仔よりも高いことがわかった。隔離された狭い血縁個体が多くなる環境下では,つがい外交尾(受精)が適応的な行動と推察された。このためモズも比較的高いっがい外受精率を示したものと思われる。また,他地域におけるモズの孵化率は90%以上が通常であるが,南大東島では60%と極めて低く,個体間でも大きくばらついた。南大東島のモズの遺伝構造は単純で,対立遺伝子数が少なくつがいが血縁個体なった結果と結論された。1997年に南大東島で調査を開始した。1997-8年の調査で南大東島に生息するモズの形態について記載、島内の分布状況、環境選好性、および簡単な繁殖生態が明らかになった。この基礎情報は1999年に山階鳥類研究所研究報告に発表した。この調査期間中に採取した血液から、DNAを抽出し、モズ類で登録されているマイクロサテライトDNAのプライマーの有効性について検討した。この結果、多型の認められる5つプライマーが利用可能であることがわかった。これを用いて、南大東島、小笠原父島、北海道のモズの対立遺伝子数、ヘテロ接合度を明らかにした。その結果、南大東島におけるモズの対立遺伝子数は他の場所に比して50%少なく、ヘテロ接合度は20%低かった。これは南大東島のモズ個体群は数少ない創始者によって構成されていることを示している。父島と渡り性で個体の移出入が多い北海道個体群の平均ヘテロ接合はほぼ等しかった。しかし、父島のモズには舌の形状や足の形状に奇形が認められた。この理由はまだ解明されていない。2001年から南大東島で調査を再開した。多くの興味深い現象を確認している。南大東島ではモズ卵の孵化率が他の地域よるも30%低い。通常鳥類の個体群の齢構成(成鳥と若鳥)は、成鳥が7割ほどを占める。ところが南大東島では6割程度を若鳥が占める。南大東島のモズの寿命が他の鳥類よりも短いことに起因すると考えられた。一般に成鳥の一腹卵数は若鳥よりも多い。しかし、南大東島では若鳥の一腹卵数は成鳥よりも多い。さらに、亜熱帯に属する南大東島は日射が強いにもかかわらず、日向に面する場所に営巣し、日射によって雛が全滅する事例が全失敗の10%を占めていた。これらの現象は、近親間の配偶、または近親ではないにしろ同祖的な遺伝子を配偶者間で多く共有している結果、および南大東島のモズが新たに定着し始めた亜熱帯環境にまだ適応していないためと考えられた。平成17年度は、繁殖しているモズの捕獲、計測、採血、繁殖状況の追跡を中心に行った。現在、DNA解析が順調に進行中である。18年度中に分子生物学的データと野外で得られたデータの関係性が明らかになる。個体それぞれの近親交配の度合いが強いと繁殖成績が低いものと予想される。また、南大東島は海洋島で個体の移入はきわめて少ない。さらに、移出も困難であることから、何らかの近親交配を回避する行動が発達している可能性がある。その可能性の1つが、モズに認められるつがいが受精である。雌がつがい外の雄と交尾をすることで、つがいの雄が近親であることによって生じる近親交配の可能性を低めることにあるのではないかと予想している。平成18年度には、モズの捕獲数を増やし、繁殖と分子生物学的データの対応関係を明確なものとする。さらに島内のモズの動きを詳細に把握し、近親交配回避の機構、および近親交配と環境適応との関係を明らかにする。平成18年度は、南大東島で繁殖しているモズの捕獲、計測、採血、繁殖状況の追跡、遺伝解析のすべてで大きな進展があった。特に形態、および生態に関する情報は、以下の知見をはじめ、多くの成果が得られた。モズの親による雛への餌配分様式について検討した。

その結果、雄親は、4雛巣ではより餌乞いの強い雛、5雛巣ではより体サイズの大きい雛に多く給餌していた。一方、雌親は、4雛巣、5雛巣のどちらの場合も、雛の餌乞い、体サイズ、性別に応じた給餌を行っていなかった。5雛巣は4雛巣よりも、1雛あたりの給餌回数が少なく、巣立ちまでに雛数の一部削減が起こる頻度が高かった。つまり、4雛巣では餌乞いの強い雛を選んでいた雄親も、5雛巣ではより生残の見込みが高い、体サイズの大きい雛を選んでいると考えられた。一方、雌親は雛数によって餌分配様式を変化させることはなかった。これは性別による寿命の性差が影響しているとためと考えられた。南大東島のモズの雌は雄よりも寿命が短く、繁殖の機会が少ない。そのため、雌親は平等に給餌し、全ての雛を巣立たせることで適応度を最大にすると推察された。先行研究では、親の餌分配様式の性差の有無を実験的に操作した揚合に、つがい相手の餌分配様式によってつがいの片方の餌配分様式に変化が起こるかどうかが議論されてきた。本研究は、餌分配様式の性差の変化を野外で初めて確認することができた。さらに、親による餌分配様式の性差は、それぞれの親が置かれた給餌環境に応じ、様々な度合いで給餌戦術が変化した結果であることが示唆された。両親による雛への餌分配様式は、種間、種内のそれぞれで様々な変異を持ち、多様であることがわかった。外見から性の判別ができない雛の性を判別するためにCHD遺伝子を用い、対象とした雛はほぼすべてで性が判別された。近親交配の状況を解明するために同属の他のモズ類で有効性が確認されている6つのマイクロサテライト領域が、南大東島のモズでも利用可能であることがわかった。そのうちの5つの遺伝子座で2から7個の対立遺伝子が確認された。ヘテロ接合度の期待値と実測値には有意な差はなく、個体群内ではランダムな交配が行なわれていると推察された。申請課題を解明するためには、標本数を増やし、個体レベルでのヘテロ接合度の算出を行ない、つがい間の遺伝的類似性と繁殖成績の関係を解明することが重要である。遺伝的類似性が高いつがいは、近交弱勢により卵の艀化率の低下、雛の成長不良、巣立ち前の死亡などが現れると予測される。なお、今後さらに研究を展開するために、南西諸島におけるモズの生息状況を確認する目的で宮古島、奄美大島においても予備的な観察を行なった。平成19年度は,前年度までと同様に野外調査として,南大東島で繁殖するモズを捕獲,計測,採血,繁殖状況の追跡を行った。室内実験として,CHD遺伝子を用いたヒナの性判別,およびマイクロサテライトDNAを用いた親子判定,つがい間の血縁度の算出を行った。巣内雛の性比を体重の順位にしたがって解析した結果,雄雛の割合で表す性比は,0.47-1.57までの変異が認められた。巣内で最も軽い雛が雌に偏る可能性があったが,さらに標本数を増加させて検討する必要がある。父性の判定の結果,南大東島のモズ個体群では,つがい外受精が生じていることがわかった。つがい外受精は,合計62巣中10巣で確認され,その頻度は16%となった。鳥類におけるつがいが受精の確率は5%未満のことが多く,南大東島のつがいが受精率は比較的高い。また,雛レベルでのつがい外受精率は8%で全253巣中21個体が,社会的つがい以外の雄によって受精されたものであった。このような比較的高いつがい外受精率は,南大東島のような隔離された海洋島の特徴であろう。同時進行したダイトウコノハズクの研究は,つがい外受精でできた仔のヘテロ接合度は,つがいの受精による仔よりも高いことがわかった。隔離された狭い血縁個体が多くなる環境下では,つがい外交尾(受精)が適応的な行動と推察された。
真珠腫の術中蛍光診断の開発に関する研究

真珠腫摘出手術では遺残・再発のリスクが常に付きまとうため、手術中に真珠腫上皮をgalectin-7抗体で蛍光免疫染色し、レーザー顕微鏡を用いて同定する手法を開発することが本研究の目的である。蛍光試薬を開発するにあたり抗体精製を試みたが、開発に要する費用の面などから難渋している。そのため抗体を用いない染色方法として蛍光顕微鏡の励起波長を変更するなど検討した。遺残性真珠腫の根絶は古くからの耳科学の課題である。そのためには術中上皮の完全摘出が原則であるが、顕微鏡を用いても微小サイズの上皮は確認困難であった。一方、人の中耳腔において、galectin-7は真珠腫に特異的に発現するタンパク質である。これを利用して手術中に真珠腫上皮をgalectin-7抗体で蛍光免疫染色し、蛍光顕微鏡を用いて同定すれば、真珠腫の遺残を根絶できる。このアイディアとシーズを臨床展開することが本研究の目的である。臨床展開を始めるには、ヒト中耳に投与可能な新たなgalectin-7抗体試薬の作製が必要である。また、新規作製する染色試薬の染色性や安全性確認が不可欠であると考え、本研究を計画した。本年度の研究目標としてはプロテオサイエンスセンターおよび先端医療創生センターのバイオイメージング部門と共同でgalectin-7の抗体生成を行い、臨床で使用可能な試薬を作製することである。臨床使用を前提としているため、一次抗体に蛍光標識を結合させ、ワンステップでの蛍光染色が可能な抗体試薬の精製を目指す。試薬の精製が完了後、手術にて摘出した真珠腫標本を用いて、上記手法で作製した抗体試薬を加えて真珠腫に存在するgalectin-7を標識する。最終的には抗体試薬の至適濃度や染色に要する時間など、臨床使用へ向けてのデータを採取する。現在抗体精製に難渋しているため、進歩状況が遅れている。観察に用いる蛍光実体顕微鏡では、オプションとして複数の蛍光波長が選択できるようになっているため、顕微鏡の励起波長を変えて観察するなど、代替手段に関しても検討中である。当初予定していた抗体精製が、費用対効果が不良などの理由から遅れている。本学プロテオサイエンスセンターと共同で抗体精製を行い、できた抗体の染色性や安全性の評価を行う予定であった。しかし当初予定していた抗体精製は、開発費用の面などから難渋している。そのため、実際に手術で用いる蛍光顕微鏡を用いて真珠腫を観察し、波長を変化させるなどして識別が可能か検討を行った。568nmの青色励起光では真珠腫の一部が非標識下でも淡く蛍光を発することが確認できた。しかし発光している部位が本当に真珠腫母膜なのか、あるいは発光していない部分は遺残しても再発にならないのか、そもそも発光のメカニズムは、など数々の疑問も残るため臨床応用には至っていない。新たなターゲットとなりうる蛋白の再検索を行うとともに、すでに実験で使用されている抗体の毒性除去は可能か、などを検討している。一方で本学プロテオサイエンスセンターでは無細胞タンパク質合成技術をコアにした新しい創薬を行っており、現在試みている抗体以外での蛍光診断方法も模索している。目標とする蛋白質と特異的に結合できるようなアプタマーが開発できれば、比較的短期間で合成が可能となるため、抗体精製での問題点も解決可能になる可能性がある。今後もサイエンスセンターと共同研究を行う予定である。抗体精製が困難であった場合を想定して、真珠腫と周囲組織を識別する別の方法も検索中である。具体的には被標識側(真珠腫)からの視点として、標識の対象となる他のタンパク質がないか、あるいは観察側(顕微鏡)の観点から、蛍光顕微鏡の条件を変更することで、真珠腫を他の組織から区別可能かどうか、である。試薬の問題が解決されれば、当初の予定通り安全性評価や至適濃度、至適染色時間を検討する。あるいは他の標識となりうるタンパク質がみられた場合も同様の評価を行う予定である。耳鼻咽喉科学研究の成果を国内の学会、研究会で発表する予定であったが、抗体精製の遅れから十分な研究成果を得ることができず、発表に至っていない。引き続き本研究を遂行するにあたり、必要な消耗品に過半を使用する。得られた研究の成果を基に順次、国内、海外の学会、研究会で発表を行う予定である。
血管内皮層を覆うグリコカリックスの機能分析と周術期管理への応用

本年度は、これまで行ってきた研究成果の分析と論文作成を行った。1)肺血管の生体内観察と抗白血球抗体による白血球の凝集とは血管外水分量の測定抗白血球抗体の投与により白血球は肺血管表面に結合し、集積する。直ちに肺胞内の水分量が増加し、肺水腫を形成することが生体内観察により示された。現在、Journal of Intensive Careに投稿中である。2)培養血管内皮層を用いたglycocalyxによる血管透過性の調節機能の検討HUVEC(Human umbilical vascular endothelial )を用いてglycocalyxを酵素により紹介したモデルを作成し、血管透過性の変化をTEER(Trans Endothelial Electrical Resistance)を用いて分析した。単なるglycocalyxの酵素的な破壊では血管透過性の亢進はみられなかった。しかし、遺伝子解析によりいくつかの炎症反応を開始する遺伝子の誘導が起こっていることが観察された。このことからglycocalyxという構造物自体は血管透過性には大きな影響を与えているのではなく、血管内皮細胞表層にある各受容体の活性化を抑制していることが示唆された。現在、Anesthesia & Analgesiaに投稿中である。3)抗白血球抗体を用いた肺血管透過性亢進におけるマクロファージの役割抗白血球抗体による肺水腫モデルを作成し、肺血管外水分量の増加及びglycocalyx層の喪失を観察した。その結果、肺血管においてglycocalyxの喪失が認められ、同時に肺血管外水分量の増加が観察された。この病態の成立におけるマクロファージの関与を知るためにchlodronateを用いてマクロファージを排除したモデルをつくり観察した。その結果、肺水腫の形成は抑制されることが示された。白血球の活性化に伴う肺水腫の形成にはマクロファージが重要な役割を果たしていることが示された。本論文は現在投稿準備中である。生体内で微小循環系は重要な役割を果たしている。その中で、肺の微小循環はわずかな状態変化によりガス交換機能が破綻するなど生命維持に大いに関わっており、麻酔科領域にとっても重要な研究対象である。これまで肺微小循環観察は種々な手法が報告されているが、確立された方法はない。本研究では先行研究を改良し、より詳細な生体内で肺微小循環を観察する方法の開発を試みた。BALB/c系統マウス(12週齢)を用いて、術中は吸入麻酔(sevoflurane、酒石酸ブトルファノール、キシラジン)で維持した。そして、右側胸部の皮膚・筋肉を剥離翻転し肋骨を露出、胸腔内へ送気し胸郭と肺の付着を分離した後に第3肋骨から第5肋骨にかけて直径8 mm程度の円状に胸郭を切除し肺を露出した。露出面は7 mm円板カバーガラスを接着したラップフィルムで覆った。観察は落射型蛍光顕微鏡および共焦点顕微鏡システムを用いて肺細動脈と肺胞周囲血管を観察した。循環観察指標としてFITCデキストラン、DiI標識赤血球、Rhodamine6G投与により血管造影および血球動態を記録した。特殊器具を用いない手技を開発できたため、簡便性に優れ、手術侵襲の軽減ができた事によりvitalの安定性をより図ることができた。また、再現性の向上も確認できた。観察面は平面化することでより質の向上した観察画像の取得が可能であった。さらに、蛍光試薬を選択することで様々な循環指標の動的観察を可能とした。撮影は人工呼吸を一旦停止し、1回の撮影時間を10秒程度とし、撮影の合間に1分以上の再換気を行うことでvitalが安定した状態で2時間の観察が可能であった。当初の予定通り、肺血管の生体内観察に成功した。また、病的モデルの作成のための抗白血球抗体の量産を成し遂げ、病的モデルの作成まで研究を進めることができた。本年度は、グリコカリックス(GCX)の血管透過性の制御に関する検討を3つのアプローチにより遂行した。1)GCX消化酵素による血管透過性の検討:マウスにGCX消化酵素を投与し、肺における血管透過性の変化をFITCデキストランを用いて評価した。その結果、敗血症モデルでは観察されたFITCの透過性の亢進が、GCX消化のみでは観察されなかった。血管上皮培養系であるHUVECを用いて血管透過性を評価するEndohmによる測定でもGCXの消化のみでは透過性の亢進がみられないことが確認された。2)抗白血球抗体によるTRALI(輸血関連急性肺障害)モデルによる肺血管透過性亢進とGCXの検討:マウスに抗白血球抗体を投与し、TRALIモデルを作成した。白血球の集積とともに肺血管外水分量の増加、間質の浮腫を肺組織の生体内観察により確認した。3)抗白血球抗体によるTRALI(輸血関連急性肺障害)モデルを用いた超微構造の変化の観察:前項と同様のモデルを用いてGCX層の変化を電子顕微鏡で観察した。その結果、GCXの崩壊と肺血管外水分量の増加が同時に見られ、TRALIでみられる肺水腫はGCXの崩壊が関与していることが示唆された。さらにマクロファージを除いた実験系を設定し、観察したところ、肺血管外水分量の増加が抑えられることが示された。以上のそれぞれの結果をまとめるとGCXの崩壊は血管透過性亢進のための必要条件ではあるが、十分条件ではない。

GCX崩壊に加えて血球系などからのシグナルが血管内皮細胞に伝わることにより血管透過性亢進につながるものと考えられた。順調に進んでおり、今後の成果も十分に期待できる。本年度は、これまで行ってきた研究成果の分析と論文作成を行った。1)肺血管の生体内観察と抗白血球抗体による白血球の凝集とは血管外水分量の測定抗白血球抗体の投与により白血球は肺血管表面に結合し、集積する。直ちに肺胞内の水分量が増加し、肺水腫を形成することが生体内観察により示された。現在、Journal of Intensive Careに投稿中である。2)培養血管内皮層を用いたglycocalyxによる血管透過性の調節機能の検討HUVEC(Human umbilical vascular endothelial )を用いてglycocalyxを酵素により紹介したモデルを作成し、血管透過性の変化をTEER(Trans Endothelial Electrical Resistance)を用いて分析した。単なるglycocalyxの酵素的な破壊では血管透過性の亢進はみられなかった。しかし、遺伝子解析によりいくつかの炎症反応を開始する遺伝子の誘導が起こっていることが観察された。このことからglycocalyxという構造物自体は血管透過性には大きな影響を与えているのではなく、血管内皮細胞表層にある各受容体の活性化を抑制していることが示唆された。現在、Anesthesia & Analgesiaに投稿中である。3)抗白血球抗体を用いた肺血管透過性亢進におけるマクロファージの役割抗白血球抗体による肺水腫モデルを作成し、肺血管外水分量の増加及びglycocalyx層の喪失を観察した。その結果、肺血管においてglycocalyxの喪失が認められ、同時に肺血管外水分量の増加が観察された。この病態の成立におけるマクロファージの関与を知るためにchlodronateを用いてマクロファージを排除したモデルをつくり観察した。その結果、肺水腫の形成は抑制されることが示された。白血球の活性化に伴う肺水腫の形成にはマクロファージが重要な役割を果たしていることが示された。本論文は現在投稿準備中である。これまで開発してきた実験モデルを用いて、病態時の肺循環動態における経時的動態変化を捉えることで、肺水腫発症のメカニズムの解明を目指していく予定である。現在の研究を推進していき、以下の点を明らかにしたい。1)GCXの崩壊のみでは血管透過性亢進が起こらないことから、何らかのシグナルの入力が必要である。そのシグナルの候補を検討する。2)前項へのアプローチをするためGCX崩壊モデルと敗血症モデルの両者で遺伝子解析を行い、血管透過性亢進のための責任遺伝子を明らかにする。3)肺血管の生体内観察のモデルが確立しつつあるので安定した画像が得られるように改良し、定量解析ができるようにしていく。以上の方針でさらに研究を推進していきたい。本年度は、研究は順調に進んでいるが、モデルの開発に多くの時間を費やした。その結果、高価な実験動物などの消費が少なかった。本年度では遺伝子解析も行う予定であったが、実際には次年度に行うことになった。そのため次年度使用額が生じた。次年度以降、データを量産するために多くの予算を必要とする。
ナノスケール酸化物における電界誘起相転移

この研究プロジェクトのはじめに,我々はエピタキシャル酸化物薄膜電界効果トランジスタの作製プロセスを改善し,発展してきた。主な工程としてデバイスサイズをチャネル長100μ,幅500μから長10μx幅50μへの縮小を行った。このデバイス縮小はスイッチング特性を恒常的に得るために重要であった。また電界効果を利用して相転移を誘起させるためには高電界を印加する必要があり,そのために高度な絶縁特性を持つゲート絶縁膜が要求される。更なる絶縁破壊耐圧性を得るために,ゲート絶縁膜をCaHfO3からDyScO3に変えて絶縁破壊特性の評価を行った。ヘテロ構造酸化物のトランジスタには電荷捕獲現象が見られる。現在,この低温で生じる電荷捕獲を消失させることが可能かもしくは制御可能かを検討している。また新たな試みとして,薄膜界面層にキャリアが局在する材料に電界効果を応用することを意識して,ラドルッセン,ポッパー型の薄膜成長も行っている。この構造はチャネルとなる界面近傍の極薄原子層内にキャリアを制限することが期待できて,今までの単結晶SrTiO3を利用していたデバイスよりも,非常に高濃度のキャリア変調を実現することが可能であると予想される。このプロジェクトにおいて、我々は単結晶SrTiO3を利用した酸化物電界効果トランジスター(FET)を発展させてきた。電界効果は原則として酸化物ヘテロ構造中のキャリア濃度を連続的、可逆的に変調させて、電子状態相転移の制御を行うために用いることが可能であるが、一方でいくつかの障害も存在することが分かった。そこで我々はFETのチャネル領域内の最大電荷濃度を抑制しているいくつかの間題に着目した。この問題は主に以下のものが挙げられる。トップゲート型FETにおける絶縁体内部への電荷蓄積、酸化物界面での固定電荷の存在、そして高濃度の2次元的に分布したキャリアから低濃度の3次元的に拡散した伝導層への変遷である。これまで我々は、捕獲電荷が恒常的にワイドギャップ酸化物絶縁体界面で発生することを観測してきた。また高電界下では界面において化学反応が発生し、それに起因した抵抗スイッチング現象なども見られた。準2次元的にキャリアを閉じ込めた系を作製したい場合は、酸化物基板側へのキャリア濃度分布の拡散を抑制する適当な緩衝層を挿み、適正な物性を有する薄膜をチャネル層として形成すればよい。この例として、SrTiO3基板表面をSrO層にした場合である。これはペロブスカイト構造の酸化物中に異なる層であるラドルッセン・ポッパー相のようなキャリアの障壁として機能させる岩塩構造層を効果的に挿入することが可能となり、チャネル層を基板のバルクと共存させないような働きを有する。
反芻動物ルーメンにおけるフィタン酸の生成機構と機能性評価に関する研究

反芻動物由来食品に特長的に含有される分岐鎖脂肪酸,フィタン酸の生成・蓄積機構を解明し,牛乳や牛肉の高付加価値化に資する知見を得る目的で研究を行った。国内で飼育される乳牛から採取したルーメン微生物は,クロロフィルあるいはフィトールから極わずかな量のフィタン酸しか合成しなかった。このことを一部反映して,外国産の乳製品・肉と比較して,国産の牛乳・牛肉のフィタン酸含量は低値であり,フィタン酸の代謝物であるプリスタン酸が主要な分岐鎖脂肪酸であった。また,フィタン酸およびプリスタン酸はT細胞からのインターフェロンγ産生を抑制し,自己免疫疾患の改善に役立つ可能性が示唆された。食品成分の機能性研究の進展から、ヒトの健康に有益な効果をもたらす機能性物質が多く発見されている。動物性脂肪に含有される成分については、オレイン酸の脂質異常症改善作用や共役リノール酸の抗発がん作用などが報告される中、近年、反芻動物由来脂肪中に見出されたフィタン酸が新規の機能性脂肪酸として注目を集めている。本研究では畜産食品に由来する新規機能性脂肪酸として期待されるフィタン酸による反芻動物由来の乳・肉の付加価値向上を目指した研究に取り組む計画である。本年度は(1)ルーメン微生物によるフィタン酸の生成機構に関する予備的検討、(2)フィタン酸が免疫細胞の機能に及ぼす影響の解析、および(3)乳・肉中のフィタン酸含量調査を実施している。(1)反芻動物の第一胃(ルーメン)は唯一のフィタン酸生成の場であり、飼料に由来するクロロフィルの構成成分であるフィトールから、フィタン酸が生成すると考えられている。本研究では、乳牛から採取したルーメン液中の微生物培養物を用いて、フィタン酸の生成量に影響を及ぼす諸要因を明からにする。本年度は、培養条件や生成量のモニター方法について主に検討を行った。その結果,培養条件および最終生産物であるフィタン酸の評価系は確立し,現在は中間生成物の分析・定量方法の確立を急いでいる。(2)フィタン酸が免疫細胞の機能に及ぼす影響については報告例がなく、新規な機能性の探索となる。本年度はマウス脾臓細胞の初代培養および細胞株を用いて、T細胞とマクロファージの機能に対する調節作用を網羅的に検討した。その結果、フィタン酸は活性化したこれら細胞からの炎症性サイトカイン生成を抑制することが示された。(3)乳・乳製品を中心に調査を実施している。これまでの分析結果からは、国産の乳・乳製品は、外国産の製品や海外の報告値と比較して、フィタン酸含量が著しく低いことが示唆された。上述の通り、申請書に記載した当初計画に記載した、生成機構および免疫機能の修飾に関する事項の検討は一通り実施することができた。その中で、(1)ルーメン微生物を用いた各種前駆物質からのフィタン酸生成に関する予備的検討については、クロロフィルから生成するフィトールの定量について、当初予定していたHPLC分析よりGC分析を用いた方が定量性に優れていることなどが明らかになった。GC分析によるフィトールの定量分析法について、現在、その精度と正確性について検証を進めており,間もなく完了する見込である。(2)については、T細胞機能およびマクロファージ機能についての検討が進んでおり、本年度よりB細胞機能に関しても試験を開始する。また、(3)の課題については、日本国内を流通する乳製品のフィタン酸含量の調査については,順調に検体数を積み増すことができている。以上のことから,研究目標の達成度について,上記の通り評価した。食品成分の機能性研究の進展から、人の健康に有益な効果を現す生理活性物質が数多く発見、報告されている。動物性脂肪に含有される成分については、脂質異常症改善作用を持つオレイン酸や抗発がん作用を持つ共役リノール酸のなどが報告されている。これらに加えて、近年、反芻動物由来脂肪中に見出されたフィタン酸が新奇の機能性脂肪酸として期待されている。本研究では、このフィタン酸による反芻動物由来の乳・肉の付加価値向上を目指した研究に取り組んでいる。本年度は(1)ルーメン微生物によるフィタン酸生成機構に関する検討、(2)フィタン酸が免疫細胞の機能に及ぼす影響、および(3)乳・肉中のフィタン酸含有量調査を引き続き実施している。(1)反芻動物の第一胃(ルーメン)はフィタン酸生成の場と考えられており、飼料に由来するクロロフィルの構成要素であるフィトールからルーメン微生物の作用によりフィタン酸が生成すると考えられている。本年度は、前年度に確立した実験系により、学内牧場の乳牛から採取したルーメン微生物の培養物を用いてフィタン酸生成に関する培養試験を行った。その結果、ルーメン微生物によるフィトールの生成がほぼ認められなかったこと、フィトールからのフィタン酸生成量も多くなく、国内の牛と海外の牛におけるルーメン微生物の構成割合に差があることが予測された。(2)各種の免疫細胞に対するフィタン酸の影響について引き続き検討を行い、食品に含有されるフィタン酸異性体は、化学合成により調製された市販フィタン酸標品と同等あるいはそれ以上の炎症性サイトカイン産生抑制作用を持つことが明らかになった。(3)乳・乳製品を中心に引き続きフィタン酸含有量調査を実施している。現在まで、海外で生産された乳・乳製品と同等のレベルでフィタン酸を含有している国産乳は見出されていない。

上述の通り、申請書に当初計画として記載した、フィタン酸の生成機構および免疫機能の就職に関する事項の検討が着実に実施されている。それらの研究成果から(1)ルーメン微生物によるクロロフィルからのフィタン酸生成に関する限定要因が明らかとなりつつあること、(2)乳・肉に含有されるフィタン酸は機能性脂質として十分な生理活性を有することなどが明らかになった。また、(3)の課題についても、国内を流通する乳・乳製品を中心にして順調に検体数を積み増している。以上のことから、本課題の進捗状況について、上の通りに評価した。食品成分の機能性研究が進展し,人の健康に有益な作用をもつ生理活性物質が様々な食品から発見されている。動物性脂肪に含まれる成分については,オレイン酸について脂質異常症の改善作用,共役リノール酸について抗発がん作用などが報告されている。本研究では,近年,反芻動物由来食品に含まれるフィタン酸に注目し,反芻動物に由来する乳・肉の付加価値向上を目指して研究を実施した。フィタン酸は,人の体内で行われる様々な代謝反応を制御しているペルオキシソーム増殖剤応答性受容体(PPAR)の外因性リガンドであり,肥満や糖尿病との関連が深い,インスリン抵抗性や脂質異常症の改善に繋がると考えられている。本年度は(1)乳・肉中のフィタン酸含有量調査,(2)フィタン酸の新規機能性としての免疫細胞機能に及ぼす影響の調査,(3)ルーメン微生物によるフィタン酸生成機構に関する検討を実施した。課題(1)では調査の対象を肉に広げ,日本国内で生産された牛肉,および日本とは家畜の飼養形態が異なるアメリカ産あるいはオーストラリア産の牛肉との比較して,国産牛肉についても外国産のそれよりフィタン酸含量が非常に少ないこと,フィタン酸代謝物であるプリスタン酸は比較的多量に含有されていることを確認した。課題(2)では,8種類存在するフィタン酸異性体のうち,天然に存在する2種類の異性体のみを化学合成し,その作用について培養細胞を用いて実験し,8種類の混合物である試薬と天然型のフィタン酸に免疫細胞修飾機能における差異はないことを確認した。課題(3)では,昨年度の試験結果の再現性を確認するため,乳牛から採取したルーメン微生物培養物を用いて,フィトールなど前駆物質からのフィタン酸の生成量について再評価し,ルーメン微生物以外の生成要因を検討する必要があることが確認された。反芻動物由来食品に特長的に含有される分岐鎖脂肪酸,フィタン酸の生成・蓄積機構を解明し,牛乳や牛肉の高付加価値化に資する知見を得る目的で研究を行った。国内で飼育される乳牛から採取したルーメン微生物は,クロロフィルあるいはフィトールから極わずかな量のフィタン酸しか合成しなかった。このことを一部反映して,外国産の乳製品・肉と比較して,国産の牛乳・牛肉のフィタン酸含量は低値であり,フィタン酸の代謝物であるプリスタン酸が主要な分岐鎖脂肪酸であった。また,フィタン酸およびプリスタン酸はT細胞からのインターフェロンγ産生を抑制し,自己免疫疾患の改善に役立つ可能性が示唆された。本年度の研究成果に基づき,平成28年度は以下の計画で研究を発展させる。
繊毛形成に関わるIFT粒子の構造と機能の解析

軸糸ダイニンの発現系を繊毛虫テトラヒメナにおいて確立し、軸糸ダイニン複合体内での軽鎖LC1の局在と機能についての研究を行った。軸糸に存在する外腕ダイニンは、3種類の重鎖、2種類の中間鎖、多数の軽鎖から構成される分子量200万に及ぶ巨大タンパク質複合体である。各重鎖はそれぞれ頭部ドメインと尾部ドメインをもち、3つの頭部が尾部で束ねられた三頭構造をとる。中間鎖と軽鎖の多くは尾部に局在することが知られており、軽鎖LC1は頭部ドメインに局在することが示唆されていたが、頭部のどこに局在するのか明らかでなかった。本研究において、外腕ダイニン複合体内での軽鎖LC1の位置を決めるために、軽鎖LC1にHisタグを融合させたタンパク質を、相同組み換えによりテトラヒメナに発現させ、繊毛に局在することを確認した後、組み換体タンパク質を精製し、さらにHisタグをそのリガンドであるNi-NTAを結合させた金ナノ粒子で標識し、電子顕微鏡観察を行った。その結果、LC1は外腕ダイニン複合体中の特定の外腕頭部のストークの先端の微小管結合領域に結合することを明らかにした。さらに、その結合性をストークのキメラタンパク質を用いて調べ、LC1は微小管結合領域のみで十分に結合すること、LC1が結合すると微小管に対する親和性が低下すること、などを明らかにした。軽鎖LC1は真核細胞の繊毛・鞭毛に普遍的に存在し、この変異体はヒトの繊毛病や繊毛形成異常を引き起こすことなどが知られていたが、原因は明らかでなかった。C1が外腕ダイニンの微小管との相互作用を直接コントロールすることを強く示唆するものであり、繊毛運動の機構解明に対して新たな知見を加えた。26年度が最終年度であるため、記入しない。テトラヒメナでの相同組換えによるダイニン重鎖組換え体作成のために、テトラヒメナ用にコドンを最適化したhGFPタグ(GFPのループ内にHisタグを挿入), hsGFP-tag (GFPのループ内にHisタグ, SBPタグを挿入)した蛍光観察・精製・構造解析用の多機能タグを構築した。これらのタグを相同組換えでテトラヒメナ大核内に導入するための薬剤耐性遺伝子とのカセットとなったベクターを構築した。テトラヒメナの大核内には遺伝子が45コピー存在しているため、組換え体遺伝子の割合を増やすため、薬剤濃度を段階的に上げながら培養を続ける工程(フェノティピック・アソートメント)が必要である。そのために、外腕ダイニンβHC(DYH4)にhGFPを付加し、フェノティピック・アソートメントを行ったところ、45コピーの遺伝子が全て組換え体ダイニン重鎖に置き換わった株として樹立することができた。組換え体ダイニン重鎖が繊毛内に局在することを蛍光顕微鏡観察とウェスタンブロッティングにより確認した。さらに繊毛からの組換え体ダイニン複合体の精製を行ったところ、野生株よりも組換え体テトラヒメナにおいて、ダイニン重鎖の分解が起こりやすいことが判明したため、培養条件・精製条件を改善することで、組換え体ダイニン重鎖の分解が起こらない精製法を確立した。精製された組換え体ダイニンの電子顕微鏡観察を行ったところ、野生型と同様に複合体となっていることが判明し、導入したHisタグに対してNi-NTA金ナノ粒子の標識にも成功した。また、hsGFPタグを外腕ダイニン軽鎖LC1に付加し、SBP-tagでの外腕ダイニン複合体の精製が可能であることを確認した。LC1についても導入したHisタグに対してNi-NTAナノ金粒子標識を試したところ、ダイニン複合体のストーク上に結合するという結果が得られ、頭部ドメインに結合すると考えられていたこれまでの推定モデルを修正するものとなった。

C1が外腕ダイニンの微小管との相互作用を直接コントロールすることを強く示唆するものであり、繊毛運動の機構解明に対して新たな知見を加えた。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画で掲げていた、1テトラヒメナにおける繊毛タンパク質組換え体の発現、を達成することができた。2IFT粒子の単離とターゲットタンパク質の位置の同定、についてはダイニン重鎖とダイニン軽鎖の研究が進展したために、時間的に進めることができなかった。ダイニン重鎖の組換え体作成とその精製に成功したことと、ダイニン軽鎖(LC1)の組換え体においても外腕複合体として精製することができたこと、さらにLC1がダイニンストーク上に存在することを明らかにできたことは、意義が大きい。平成25年度に、テトラヒメナ形質転換体作製・組換え体ダイニン重鎖の精製系が確立できたので、平成26年度は、ダイニン2重鎖についても発現・精製を行い、in vitroでの性質を明らかとする。また、細胞内で協働して働くタンパク質も共精製することを目指す。
単一粒子ナノ加工法による生体高分子ナノワイヤーの形成と制御

今年度は以下の三点についての研究を行った。1化学的表面修飾法によるタンパク質ナノワイヤーの機能化:タンパク質ナノワイヤーに様々な機能を自在に導入することを目的として、化学反応を利用した構造体の表面修飾を行った。構造体表面へのアミド結合形成反応によりアビジン分子の導入を行った。反応進行はAFMによる構造体の高さ成分の評価により確認した。表面修飾反応後、アビジン分子を導入することで構造体の高さ成分が段階的に増大した。このことから、タンパクナノワイヤー表面への化学修飾反応が可能で様々な分子の導入が可能であることが明らかとなった。2構造体表面のタンパク質活性の保存性評価:タンパク質をベースとしたナノ構造体がどの程度、材料であるタンパク質の活性を保存しているのか評価を試みた。ビオチン分子と高い親和性を示すアビジンをベ一スとしたナノ構造体の形成を行い、ビオチンとの相互作用を維持しているか評価した。両末端にビオチン分子を有するリンカー化合物を合成し、アビジンナノワイヤーにリンカー、アビジンと相互に反応させることにより生じる構造体の構造変化を観察した。相互反応後、構造体の断面半径が増大した。このことから、ナノ構造体表面のアビジンの活性が維持されていることが明らかになった。このことから、SPNTで形成されるタンパク質ナノワイヤーは、その表面にベ一スとなるタンパク質の機能を保存できる可能性が示された。3合成高分子を利用したタンパク質ナノ構造体の形成:分子内に反応点を有するポリスチレン誘導体が高い架橋効率を示すことに注目し、高い機械的強度を有するナノ構造体の形成に成功した。また化学反応を利用したナノ構造体表面への生体高分子の修飾・機能化を行った。表面修飾反応後、アビジン分子の導入が可能で、機械的強度の高い生体適合性ナノ構造体の形成が可能であった。(抄録なし)(抄録なし)高エネルギー荷電粒子を利用したナノ構造体形成手法である、単一粒子ナノ加工法(single particle nano-fabricarion technique : SPNT)を用いて生体高分子をベースとするタンパク質ナノワイヤーの形成に取り組んだ。まず血液中で薬物の運搬や血圧調節の役割をもつ人由勅清アルブミン(human serum albumin : HSA)を主なターゲットとして、SPNTによるタンパク質ナノ構造体の形成を行った。合成高分子を対象とする場合と同様にHSA溶液からスピンキャストによりタンパク質薄膜を形成した後、高エネルギー荷電粒子を照射し現像を行った。原子間力顕微鏡による時間ごとの現像状態の観察を行ったところ、放射線照射により架橋していないタンパク質薄膜が溶解し、タンパク質薄膜の膜厚を反映したナノワイヤーが単離していく様子が観察された。このことからHSAが放射線照射に対して架橋型の反応を示すこと、合成高分子の場合と同様にSPNTによるナノ構造体形成が可能であることが示された。また、生物学的に類似の役割を示す、牛由来血清アルブミン(bovine serum albumin : BSA)、卵白アルブミン(ovalbumin : OVA)から構造体の形成を行った場合、それぞれのターゲットからナノ構造体が観察された。一方でそれぞれのタンパク質から観察された構造体の断面半径が大きく異なったことから、タンパク質を構成するアミノ酸配列が構造体形成に大きく影響することが明らかとなった。(1)酵素反応によるタンパクナノワイヤーの内部構造評価:SPNT法により形成されたナノ構造体がどの程度、材料であるタンパク質の構造を保持しているのかを評価するために、酵素反応によるタンパクナノワイヤーの加水分解反応を行った。酵素反応はアミノ酸の一種であるリジン・アルギニン残基のC末端側のペプチド結合を選択的に切断するトリプシンを用いて行った。また反応進行の確認としてAFM像による構造体の形状の変化を観察した。時間の経過とともにタンパクナノワイヤーのフラグメンテーション化が起こり始め、酵素反応開始20分後ではナノワイヤーは完全に観察されなくなった。この結果からSPNT法で形成されるタンパクナノワイヤーはタンパク質の基本構造であるペプチド結合を保持した状態でナノ構造化していると考えられた。(2)タンパク質・合成高分子による連結構造体形成:タンパクナノワイヤーに機能を付加するため、異なる材料との複合化を目標とし、二層の高分子薄膜からナノ構造体の形成を試みた。ベースとなる材料として人由来血清アルブミンとpoly(4-chlorostyrene)を選択した、連結ナノワイヤーを作成した。AFMによるワイヤー長の測定から異なる材料の連結が確認できた。この結果から、SPNT法ではタンパク質と合成高分子といった異なる種類の材料を組み合わせることが可能であることが示された。(3)タンパクナノワイヤーの表面修飾:タンパクナノワイヤーに様々な機能を自在に導入することを目的として、構造体の表面修飾を行った。タンパクナノワイヤー表面にはアルブミン由来のアミノ基が豊富に存在していると考えられる。そこで構造体表面へのアミド結合形成反応によりアビジン分子の導入を行った。表面修飾反応後、アビジン分子を導入することで構造体の高さ成分が大幅に増大した。

構造体表面へのアミド結合形成反応によりアビジン分子の導入を行った。反応進行はAFMによる構造体の高さ成分の評価により確認した。表面修飾反応後、アビジン分子を導入することで構造体の高さ成分が段階的に増大した。このことから、タンパクナノワイヤー表面への化学修飾反応が可能で様々な分子の導入が可能であることが明らかとなった。2構造体表面のタンパク質活性の保存性評価:タンパク質をベースとしたナノ構造体がどの程度、材料であるタンパク質の活性を保存しているのか評価を試みた。ビオチン分子と高い親和性を示すアビジンをベ一スとしたナノ構造体の形成を行い、ビオチンとの相互作用を維持しているか評価した。両末端にビオチン分子を有するリンカー化合物を合成し、アビジンナノワイヤーにリンカー、アビジンと相互に反応させることにより生じる構造体の構造変化を観察した。相互反応後、構造体の断面半径が増大した。このことから、ナノ構造体表面のアビジンの活性が維持されていることが明らかになった。このことから、SPNTで形成されるタンパク質ナノワイヤーは、その表面にベ一スとなるタンパク質の機能を保存できる可能性が示された。3合成高分子を利用したタンパク質ナノ構造体の形成:分子内に反応点を有するポリスチレン誘導体が高い架橋効率を示すことに注目し、高い機械的強度を有するナノ構造体の形成に成功した。また化学反応を利用したナノ構造体表面への生体高分子の修飾・機能化を行った。表面修飾反応後、アビジン分子の導入が可能で、機械的強度の高い生体適合性ナノ構造体の形成が可能であった。添加剤や化学修飾を利用することなく、タンパク質のみからナノ構造体を形成することに成功した。自己集合能を持たないタンパク質から直接構、ナノサイズの造体を形成した例は今までに存在せず本研究が初めての成功例である。またタンパク質の種類による構造体形成能の違いを見出しており、次年度からの研究に大きく貢献するものだと考えられた。複数のタンパク質(人・牛・卵白アルブミン、アビジン)からのナノ構造体形成に成功していること。また形成されたタンパク質ナノ構造体は酵素分解反応により容易に分解されること、アビジン-ビオチン相互作用を保持していることから、単一粒子ナノ加工法がタンパク質の機能をある程度保持したまま構造化できることが明らかとしたため。(抄録なし)今年度に実施した研究によりタンパク質をベースとしたナノ構造体のSPNTによる観察、また形成手法(薄膜形成・乾燥・現像条件)の確立に成功した。そこで次年度から機能性タンパク質をベースとしたナノ楮体の形成、およびその機能性の評価を目標とする。具体的には、小分子化合物であるビオチンと高い親和性を示すことで知られているタンパク質、アビジンをベースとしたナノ構造体を形成し、ナノ構造化後もその親和性を保存しているかの評価を行う予定である。
耳管コンプライアンスの直接的測定法の開発

耳管の弾性、すなわち耳管コンプライアンスの変化が各種耳管疾患、中耳疾患においてその病態に関与していると推測されている。しかしながら、現在まで耳管コンプライアンスの測定は気流抵抗法という間接測定法しかなされていない。この方法では鼓膜、中耳腔、耳管骨部の状態により影響をうけ、その目的である耳管軟骨部のコンプライアンスを直接反映していない場合も多く存在するものと考えられる。そこでバルーンを直接耳管軟骨部に挿入し、系に水を注入する事により直接同部のコンプライアンスを測定する方法を開発した。耳管コンプライアンスの要因を明らかにする目的で体位(臥位及び座位)による変化、耳管付着筋の緊張による変化(覚醒及び全身麻酔状態)を検討したところ、体位の変化、付着筋緊張の変化により測定値はかわらず、本法においては主に耳管軟骨の弾性を計測しているものと推測された。次に経年的変化を検討し、各種耳管、中耳疾患の病態への関与を明らかにする目的で、20才から40才までの正常例と60才以上の正常例、耳管開放症、耳管狭窄症、滲出性中耳炎例との測定結果を比較したところ、20才から40才までの正常例に比較して60才以上の正常例では有意に測定値が高値であり、成人から高齢者への経年的変化として耳管コンプライアンスが高くなるものと考えられた。また60才以上の耳管開放症例では正常高齢者のコンプライアンス値に比較して更に高値であり、逆に耳管狭窄症、滲出性中耳炎例では有意に低値であった。この結果は耳管コンプライアンスの変化が耳管疾患、中耳疾患の病態に関与している可能性を示唆しているものと考えられた。
合成DNAマイクロアレイによる病態関連遺伝子発現解析法の開発

平成12年度は、まずオリゴDNAを市販のスライドガラス上に効率良く固相化する方法を開発した。次に、均質なマイクロアレイを一度に84枚作製できるマイクロアレイ作製装置およびプログラムソフトウエアを開発した。さらに、2708ヒト遺伝子について80merのヌクレオチドを設計・合成・アレイ化し、ヒトサイトメガロウイルスを対象としてウイルス感染に伴って変化する宿主遺伝子発現変化を解析し、今年度の目標である系の確立を確認した。以上の結果をもととして、合成DNAマイクロアレイ技術に関する以下の特許申請を行った。A:発明の名称:試料チップ作製用分注針の洗浄方法願書番号:特願2000-53109号B:発明の名称:ポリヌタレオチドマイクロアレイの作製方法、作製装置ならびにポリヌクレオチドマイクロアレイ願書番号:特願2000-139926号C:発明の名称:試料チップ作製方法願書番号:特願2000-147606号D:発明の名称:核酸標識方法および核酸標識用キット願書番号:特願2000-254172号ウイルス感染に伴う細胞応答のトランスクリプトーム解析に関しては、スタンフォード大学などの創始グループが最大約8,000遺伝子について報告しており、今後、さらに対象遺伝子の数を大きくし、大量の情報を得るべく国内外を含めて凌ぎを削っている状況にある。マイクロアレイの技術そのものがいまだに発展途上にあるため、技術的な問題をいかに早く克服して質・量ともに優れたデータを集積できるかどうかに成功の鍵があるといえる。本研究は独自のマイクロアレイ技術に基盤を置くもので、量産へむけての障害をほぼ克服済みであり、今後、先行するパイオニア等に十分伍していけるものと考える。
ロボットアームと感覚機能を有した歯科インプラントナビゲーションシステム

デンタルインプラント手術では、術者が骨切削ドリルを正しい方向に操作する高度な術式を要求される。技術、経験不足は周囲組織の損傷を引き起こすことがある。その結果として、重要血管、神経損傷による出血、麻痺、または生命にかかわるリスクがある。これらの自己防止のために術者支援技術が重要となってくる。このを解決すべく私達は、ロボットアームと感覚機能を有した歯科インプラントナビゲーションシステムの開発を試みた。この研究において、触覚システムを応用したドリル自動停止システムが完成した。口腔インプラント治療が定着し、大学教育においても模型によるインプラント埋入実習が普及してきている。しかし、代用材料と実際の顎骨との感覚は異なる。口腔インプラント手術において,顎骨の骨質はその生着率に影響を及ぼすとされており、骨質を触覚により熟知することはトレーニングにおいて重要であると考える。本年度は、骨質感覚を再現できる口腔インプラント教育用シミュレーションシステムを開発した。結果として切削時の切削力及び切削振動を位置分解能0.1μmで高精度に解析した。また、リニアモータによるCT値に基づいた切削力を連続提示力20Nで再現できた。実際に切削を行わなくとも、切削の感覚を再現することができ、インプラントシミュレーターへの応用を考えている、デンタルインプラント手術では、術者が骨切削ドリルを正しい方向に操作する高度な術式を要求される。口腔インプラント手術において,顎骨の骨質はその生着率に影響を及ぼすとされている.現在までの骨質分類はLekholm, ZarbやMischによるD14の分類が一般的であるが,これは,術者がドリリング時に感じる骨の硬軟を主観的に捉えたもので,例えば,D2とD3との違いの判断は他者に決して伝わるものではなく,診断基準としては曖昧である.また,骨質分類をCT値で代用する方法も報告されているが,それは画像上の情報であって,実際の手術で重要となるドリルの切削感を通じての情報とは異なるものである.すなわち,術者が術中に感じる骨質を他の歯科医師は感じることはできないので,ドリリング感覚(力覚)による評価やそれに付随する診断や治療方針も共有できないのが現状である.以上の問題点に着目し,われわれはハプティック技術3)を応用し,骨質に対する力覚を数値化するようなドリル開発を以前報告した.今回,そのドリルを使用しMischのD14の分類で定義されている4種類の材料を用いて切削に対する数値化を行い検討した。結果は、バイラテラル制御を実装したロボットドリル切削システムを用いて, D14に属する4種類の材料についての切削力の違いを示すことを確認した.また,D4に属する発泡スチロール材の切削力はほぼ0であった.これによりD14分類を数値化にて判別できる可能性が示唆された.そして,それが予後に反映できるような新たな骨質分類を提案していく予定である。本年度の研究成果は術者支援ロボットアームの基礎モデルの構築に成功した。具体的にはロボットマニピュレータを用いて,ドリルの位置を力制御により術者に教示するシステムを考案した。ポテンシャルフィールドにより力制御され、次の条件を分子の相互作用のモデル式に基づいてデザインした。1)目標地点から離れている時,術者はドリルを自由に動かすことが可能である。2)目標地点に近づくほど、ロボットマニピュレータからの補助力が増大し、誘導される。3)目標地点を外れフィールド外に逸脱する場合、ドリルはロボットマニピュレータからの強力な補助力により目標地点に固定される。今回のロボットマニピュレータの自由度は3であったため,位置の教示しか行うことが出来ない。しかし,実際の手術ではドリルの姿勢が軌道を決めるために重要な役割を担っているため,新たにロー,ピッチ,ヨーの自由度を加える必要があり、今後の研究課題とした。歯科口腔外科学手術シミュレーターの開発に成功したことにより、感覚によるサポートデバイスの開発への応用が可能であり、目標としている手術ナビゲーションの半自動アシストを行うロボットアームの開発が可能となると考えている。1.ハプティック技術を成熟させ骨質の解析を行い,ナビゲーションシステムに用いる基礎データの構築.切削力覚をリアルタイムで数値化し,術者に伝送,知覚させると共に,リアルタイムでの力覚の視覚的モニタリングと記録をするシステムを開発した。2.上記システムを用い,ブタ下顎骨を用いた骨質のデータ収集これらの基礎研究を用いて皮質骨穿孔スキル,下歯槽神経損傷スキルを数値的に抽出,モデル化は現在検討中である。購入を切望していた工学ナビゲーションは、予算内で購入が難しく、必要があれば既存の光学式ナビゲーションを使用することとした。26年度は半自動アシストを行うロボットアームの開発に重点をおく。また、並列してハプティックデバイスのあらゆる条件下での制御を可能とすべく、3Dプリンタによる骨条件の作製を検討している。半自動アシストを行うロボットアームの開発現在,大型のロボットアームの開発は終了しており、より細く,自由度が高いロボットアームを開発していく.

未使用額の発生は既存設備の利用や効率的な物品調達を行なった結果であり、次年度の研究費と合わせて消耗品購入に充てる予定である。顎骨再現モデル作製のための3Dプリンタ、PC、ソフトウェア、国際学会発表費用、論文発表費用、その他消耗品購入につき使用を計画している。未使用額の発生は当初購入予定であったトラッキングシステムが予算内での購入が難しく、現在代替機の選定中であり、状況によっては次年度予算との合算も考慮する。また、ナビゲーションシステムの構築にコンピュータ、付属機器を購入予定。その他、現在の成果を国際学会で発表、英文投稿を予定している。