hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リンパ管内皮細胞のリンパ産生ならびにリンパ輸送機構に及ぼす細胞生理学的研究

>-transientの上昇とそれに付随するacidificationの生ずることを証明した。[II]リンパ節由来の脈管平滑筋弛緩因子の解明1.5-Hydroxytryptamineによってサルの摘出リンパ節被膜平滑筋はリンパ節によって産生・放出されたnitric oxide(NO)に依存して著明な弛緩反応を示すことを証明した。2.このNO依存性のリンパ節容積拡大現象はリンパ節からのリンパ球や、リンパ液の動員機構を生理的に抑制していることが想定された。[III]マクロファージ培養システムの確立と培養マクロファージ由来のリンパ産生・リンパ輸送制御因子の解明1.ラット腹腔に注入した滅菌生理食塩水によって誘導されたマクロファージは、その大部分が単球由来の血管透過型マクロファージであり、ED-1抗体陽性であることを証明した。2.この遊走マクロファージを炎症状況に相当するL-アルギニンの減少した環境で培養するとこの細胞のconstitutive型のNO合成酵素の発現が誘導され、多量のNOを産生・放出することを確認した。3.このNO誘導・産生・放出機構はグルココルチコイドで著明に抑制された。同時にNO合成阻害剤のL-NAMEでも抑制され、L-arginineの追加投与でこの抑制が軽減された。一方、Ca^<2+>拮抗剤やCa^<2+>キレート剤EGTAの前処置ではほとんど影響を受けぬことを確認した。
水素結合型誘電体の量子効果の検証

KHCO_3、KH_3(SeO_3)_2、NH_3CH_2COOH・H_2PO_3及びそれらの重水塩の高温相の中性子構造解析から得られた水素結合中のプロトン、デューテロンの核分布を、ダブルモース関数をポテンシャルとする1粒子(プロトン、デューテロン)シュレディンガー方程式から得られる核分布で再現し、プロトントンネリングの存在を確認した。構造解析から得られる水素結合系の構造パラメータに現れる同位体効果は、トンネル効果の相違によることが判明した。また、NH_3CH_2COOH・H_2PO_3及びその重水塩の^<31>P核のスピン格子緩和時間を調べた結果、軽水塩と重水塩におけるトンネル効果の相異を反映する結果が得られた。水素結合が関与する構造相転移を示す水素結合型誘電体において、水素結合の軽水素(プロトン)を重水素(デューテロン)で置換すると、転移温度(Tc)が顕著に上昇する。また、低温相でプロトンオーダーに伴って強誘電性などの物理的性質を示す。水素結合型誘電体の同位体効果と相転移の機構を理解するため、プロトントンネリングの検証、自発分極の起源について調べた。(1)水素結合型強誘電体(CH_3)_2NH_2H_2PO_4の中性子構造解析を行い、そのデータを元にして量子力学計算(DVXα)を行い自発分極の出現機構について調べた。その結果、自発分極の主要な部分がプロトンオーダーによって誘起されることが分かった。(2)KHCO_3(或はKDCO_3)においては、(HCO_3)^<2->_2ダイマーが形成されており、水素結合系はダイマー内で閉じている。従って、量子力学計算を行う場合ダイマー近似を適用することができる。KHCO_3とKDCO_3の中性子回折強度データの解析から得られたプロトン(KHCO_3)とデューテロン(KDCO_3)の核分布を求めた。その結果、デューテロンの核分布において、2つの平衡位置に対応するピークが明瞭に現れるのに対し、プロトンではピークは不明瞭になっていることが確認された。これはプロトンとデューテロンのトンネリングの相異によるものと考えられる。現在、ダブルモースポポテンシャルから得られる振動子のシュレディンガー方程式を数値的に解き、核分布密度の相異を再現することを試みている。(3)KH_3(SeO_3)2の中性子回折を行うため(JRR-3Mに設置されているFONDER)単結晶試料を作成した。水素結合が関与する構造相転移を示す水素結合型誘電体において、水素結合の軽水素(プロトン)を重水素(デューテロン)で置換すると、転移温度(T_c)が顕著に上昇する。(1) KHCO_3、KDCO_3の核分布密度を精密に決定するために、マキシマムエントロピー(MEM)による解析を行った。これはプロトンとデューテロンのトンネリングの相異によるものである。(2) KH3(SeO4)2の高温相の中性子回折強度の測定を東大物性研のFONDERを用いて行い、MEMによる解析を行った。その結果、プロトンが高温相で不秩序状態であることが明確に確認することができた。(3) KH3(SeO3)2、KD3(SeO3)2のNMRの測定を平成20年度から継続して行った。今年度の測定は、100Kから350Kの温度範囲で、単結晶試料に対して行った。測定する核はプロトン、デーユテロンである。KH3(SeO4)2のH核のスピン格子緩和時間T_1は転移転に向かって温度依存が散漫になるという結果が得られた。D核のT_1もこのような変化を示すがH核のT_1よりも僅かであることが分かった。水素結合が関与する相転移を示す水素結合型誘電体において、水素結合の軽水素(プロトン)を重水素(デューテロン)で置換すると、転移温度が顕著に上昇する。多くの水素結合型誘電体では、酸素-酸素原子間に水素結合が形成され、高温相では水素結合中のプロトン(デューテロン)は2つの平衡位置を持ち、低温相でどちらか一方に秩序化する。

水素結合型誘電体の同位体効果を理解するため、KHCO_3、KH_3(SeO_3)_2の高温相の水素結合系に対してプロトントンネリングの検証を行った。(1)KHCO_3及びKDCO_3の高温相の中性子構造解析から得られたプロトンとデューテロンの分布密度には次の特徴がある。プロトンとデューテロンの核分布で異なるのは、2つの平衡位置の中点近傍だけなので、2極小ポテンシャルはほぼ同一と見なせる。中点近傍でのプロトンの分布確率はデューテロンより高い。これらの核分布を再現するため、ダブルモースポテンシャル中のプロトンとデューテロンのシュレディンガー方程式を数値的に解いた。得られた波動関数から求めた核分密度は、実測の核分布密度の特徴を良く捉えている。この解析から、プロトンではトンネリングが顕著であり、中点付近の分布確率が高くなっていることが分かった。従って、プロトン間距離(R_<HH>)はデューテロン間距離(R_<DD>)より見かけ上小さくなっており、またプロトン系の酸素間距離は僅かに小さくなっている。(2)KD_3(SeO_3)_2の高温相の中性回折強度の測定をJRR-3Mに設置されているFONDERで行い、MEM解析を行った。平成21年度に得られた軽水塩のMEM解析の結果と比較すると、KHCO_3とKDCO_3の核分布密度と同様な特徴を有していることが分かった。
日本付近の気候系の広域季節サイクルの中でみた日々の降水コントラストと年々の変動

日本付近での降水の季節サイクルと年々変動に関して,季節毎の日々の降水系の特徴やその出現状況,アジアモンスーンサブシステム間の季節進行のタイミングのずれの影響,等を意識して解析を行った。その結果,梅雨期の九州北西部(気候学的に,梅雨期の集中豪雨が頻出)における2000年代の降水量の減少と多降水日の特徴の変化,秋雨期の降水の季節経過や多降水をもたらす現象の東西での違い,冬の降水の長期変化や晩秋.初冬の北陸での降水の季節経過,冬から初夏への前線・低気圧システムの振る舞いの季節変化,等が明らかになった。本研究の目的は,アジアモンスーンの影響も受けた日本付近での「前線帯の質」の多彩な季節サイクルやその年々の変動性について,「日々の降水分布の偏り(激しい対流域,層状域,降水抑制域のコントラスト)とその集積」としての動気候学状態の視点から明らかにし,「温暖化等に伴う広域季節サイクルの変調が日本付近の降水に及ぼす影響」を解明するための基礎的知見を蓄積することにある。平成21年度には,日々の持続性の特徴も含めた梅雨最盛期の降雨や北陸の降雪等の長期変動や,季節サイクルの中での種々のステージにおける降水現象と広域大気過程等の解析,既存の知見のレビューによる温暖化に伴う日本付近の降水気候の変化を見る際の視点の考察,(大気大循環モデル利用のための基礎過程理解にも関連した)アジアモンスーン域での成層圏と対流圏との結合過程の検討,等を行い,繰り越し分も含めて,例えば次の結果を得た。梅雨期の降水量が多い九州では,6月の降水量が,2000年代にはそれ以前に比べ減少していた。但し,九州南部では,6月前半の降水量は2000年代には減少していたが,梅雨最盛期の6月後半のそれは増加していた。つまり,その降水量減少は,九州北西部特有の現象であり,しかもそれは,「多降水日」(50mm/日以上)の出現頻度やその持続性の減少を反映することが明らかになった。なお,九州北西部は,全国的な秋雨期に移行する前の8月末頃に降水の季節的ピークが見られるなど,他の季節にも独特な地域として位置づけられる。一方,1987年以降の総降雪量の減少は,日降雪量30cm以上の降雪がある日(多雪日)の出現頻度の減少を強く反映していたが,多雪イベント開始時に,「里雪型」が持続しやすい上層場へと移行しやすいか否かが,それ以前の多雪期間の延べ日数との違いを生じさせていたことが明らかになった。また,広域季節サイクルの中で見た降水現象研究の一環として,盛夏期の集中豪雨の典型的事例である1968年8月17日の飛騨川豪雨の発現にかかわる環境場の特徴を最新のERA40再解析データで調べた。この豪雨は熱帯低気圧の通過後,熱帯気団内部に形成された「乾気前線と下層湿潤ベルト」内で発現していたことが分かった。更に,日本付近の低気圧活動と日々の侵入気団の傾向の冬から春への変化に関連して,冬型がまだ卓越する2月以降,モンゴル付近から北日本へ東進発達する低気圧の経路が明瞭化し,間欠的ではあるが日本列島へかなり暖かい気団が侵入する機会も生じてくることも分かった。本研究の目的は,アジアモンスーンの影響も受けた日本付近での『前線帯の質』の多彩な季節サイクルやその年々の変動性について,『日々の降水分布の偏り(激しい対流域,層状域,降水抑制域のコントラスト)とその集積』としての動気候学状態の視点から明らかにし,「温暖化等に伴う広域季節サイクルの変調が日本付近の降水に及ぼす影響」を解明するための基礎的知見を蓄積することにある。平成22年度には,前年度の解析を継続しながら,更に解析対象を広げた。主な結果を次に示す。2000年代になってからの九州北西部での梅雨最盛期である6月後半頃の総降水量の減少は,梅雨前線に伴う南九州での大雨の際にもその大雨域が北西九州まで広がらない事例が多くなったこと,それらの事例において,前線帯南方からの南風侵入が弱い傾向があるだけでなく,前線帯付近で更に北まで水蒸気を再分配させるような風系を伴いにくくなった点を明らかにした。また,盛夏期の集中豪雨の典型的事例である1968年8月17日の飛騨川豪雨の発現にかかわる環境場の特徴を,前年度の結果を踏まえて更に詳細に調べた。この豪雨は,台風が日本海を北上して温帯低気圧化した後,その南方の熱帯気団内部に形成された「乾気前線と下層湿潤ベルト」内で発現していた。このことは,大きく見ると亜熱帯高気圧に覆われた盛夏期の日本列島付近で,その中の高気圧風系の微細構造に関連した水循環にも注目すべきことを例示していて興味深い。

また,1993, 1994, 1995年の秋雨前線の平均場の雲分布と大気場に関して,以前の予備解析の結果を再検討し,東西方向の活動域,積乱雲群に関連する背の高い雲域の位置づけ,等に注目した年々の変動の大きさを例示した。一方,雨雪境界という観点から冬季の降水時の地上気温の統計的な特性を調べた。また,冬季の低気圧活動に伴う日降水の年々変動を解析し,南岸低気圧に伴う降水の経年的な強化傾向を見出した。更に,冬から春への変化に関連して前年度の解析を継続し,冬型がまだ卓越する2月以降,大陸側では4050N付近で傾圧性が真冬よりも集中するようになることが,北日本へ東進発達する低気圧の出現と日本列島への間欠的な強い暖気侵入に関わっていることを明らかにした。これらの中で未発表の成果の一部は,平成23年5月の気象学会全国大会や8月の国際学会(AOGS)で発表予定。日本付近での『前線帯の質』の季節サイクルやその年々の変動性について,『日々の降水分布の偏り(激しい対流域,層状域,降水抑制域のコントラスト)とその集積』にも注目して解析を進めた。暖候期に関しては,梅雨最盛期だけでなく,春や秋雨等についての多降水日(例えば日雨量50mm上の日)にも注目して調べた。その結果,4月頃でも,九州南部では,日本列島の他地域に先駆けて,多降水日の出現頻度の季節的増加が見られた。それは,4月頃はまだ日本付近の南北の温度差が大きいが故に,かなり南方から九州へ水蒸気を運べるような温帯低気圧が生じやすいためであることが示唆された。一方,東日本での秋雨期の多降水日は,安定成層の時も多かった。これは,「北方の寒気成長で強化された傾圧場の擾乱に伴う南風域が(水蒸気の南方からの流入),平均場として水蒸気の多い南方まで伸びる」という季節の遷移期の特定のタイミングの現象であることが分かった。更に,盛夏期や秋雨期のメソスケール豪雨システムと環境場の梅雨期との違いも,事例解析として示した。また,梅雨期と秋雨期を通した前線帯での雨域の広がり,冬から春にかけての停滞前線に伴って天気がぐずつく時の総観場が現れる季節的背景の特徴,等の知見も提示した。一方,秋から冬にかけて,北陸の日本海側では,真冬の降雪期と同様な大きな降水量を示し,それは主に冬型時の(しかも弱い冬型でも)纏まった降水の寄与であることが分かった。また,本州太平洋岸での冬の南岸低気圧に伴う降水の,経年的な増加・強化傾向も明らかになった(低気圧活動と降水増加の正のフィードバックを伴いながら,)。更に,冬季モンスーンにおける,フィリピン,日本域,シベリア域の正,負,正の3極構造を持つ東西風の偏差アノマリーの構造・振る舞いも明らかにした。なお,九州の梅雨盛夏期の豪雨の起こり方や総降水量への寄与の年々変動に関する新たな知見を踏まえた授業開発研究を通して.学校現場へ本研究成果を普及するための展望を開いた.
転写反応中のインフルエンザウイルスRNP複合体のクライオ電子顕微鏡解析

インフルエンザウイルスのゲノムRNAは、ウイルス核蛋白質やウイルスRNAポリメラーゼとともにらせん状のRNP複合体を形成する。このRNP複合体は、ウイルスゲノムRNAの転写・複製装置として機能する。RNP複合体は螺旋構造を持つが、転写・複製の際にRNP複合体がどのような構造変化を示すかは明らかにされていない。本研究では、クライオ電子顕微鏡法を用いてRNA合成中のRNP複合体の構造を明らかにすることを目的とした。精製RNP複合体を用いてin vitroRNA合成反応を行いクライオ電子顕微鏡観察を行ったところ、RNA合成中のRNP複合体に構造変化が認められた。インフルエンザウイルスのゲノムRNAは、それ自身のみではRNAポリメラーゼによって転写されず、多数のウイルス核蛋白質(NP)とゲノムRNAが結合したNP-RNAにRNAポリメラーゼが結合したRNP複合体(ribonucleoprotein complex)の状態でのみ、転写反応が実行される。すなわち、RNP複合体はゲノムRNAからmRNAを合成する転写装置として機能する。申請者の研究室および他の研究室によって行われた電子顕微鏡解析から、ウイルス粒子から精製されたRNP複合体(=非転写状態のRNP複合体)が柔軟ならせん構造を持つことが明らかにされた。また、X線結晶構造解析により、RNP複合体を構成するウイルス蛋白質(NP, PB2, PB1, PA)の部分的な分子構造が高分解能で明らかにされている。しかし、mRNA合成過程における転写反応中のRNP複合体(=機能的状態のRNP複合体)の構造に関しては、これまで全く明らかにされていない。本研究では、in vitro transcription assay系とクライオ電子顕微鏡法を組み合わせ、転写過程におけるインフルエンザウイルスRNP複合体の微細構造変化を明らかにし、転写機構を構造学的観点から理解することを目的とする。すなわち、in vitro transcription反応中のRNP複合体を継時的にクライオ電子顕微鏡下で解析し、RNP複合体が機能(転写)を発揮する際の構造変化を明らかにすることを目指した。現在までに、in vitro transcriptionの実験系を立ち上げ、クライオ電子顕微鏡観察のための条件を決定した。in vitrotranscriptionの実験系を最適化し、転写産物が観察できる効率を当初の5倍程度上げた。クライオ電子顕微鏡でin vitro転写中のRNPを観察し、その立体構造をいくつか得つつある。インフルエンザウイルスのゲノムRNAは、多数のウイルス核蛋白質NPとゲノムRNAが結合したNP-RNAにウイルスRNAポリメラーゼが結合したRNP複合体の状態でのみ、転写・複製反応が実行される。すなわち、RNP複合体は、ゲノムRNAからmRNAあるいはcRNAを合成するRNA合成装置として機能する。ウイルス粒子内において、RNP複合体は非対称性二重らせん構造を持つが、RNA合成中のRNP複合体の構造に関しては、これまでにまったく明らかにされていない。そこで本研究では、ウイルス粒子から精製したRNP複合体を酵素源としたin vitro RNA合成系とクライオ電子顕微鏡法を組み合わせ、RNA合成中のRNP複合体の構造変化を明らかにし、RNA合成機構を構造学的観点から明らかにすることを目的とした。これまでにRNP複合体を酵素源としたin vitro RNA合成系を立ち上げた。また、RNP複合体のクライオ電子顕微鏡観察およびクライオ電子線トモグラフィー解析のための条件を決定した。in vitro RNA合成中のRNP複合体のクライオ電子顕微鏡観察を実施したところ、二重らせん構造を保持したままのRNP複合体だけでなく、構造変化を起こしたRNP複合体ならびに合成されたRNAが観察された。さらに、RNA合成中のRNP複合体に対して、クライオ電子線トモグラフィー法により立体再構築を実施し、RNP複合体の構造変化を3次元的に明らかにした。クライオ電顕観察の効率が低いため、観察条件を検討する。その後、転写反応前後のRNPの立体構造を比較解析する。ウイルス学
有機・高分子材料の分子設計のためのRIS解析法の高度化

(1)コンフィギュレーションの異なる6種類のポリプロピレンオキシド(PPO)の2量体モデル化合物を合成し、炭素-13NMRの測定で得られたシグナルをそれぞれの化合物を構成する炭素原子に帰属した。γ-ゴーシュ効果に基づく統計力学計算で求めた化学シフトと対応する実験値を比較し、コンホメーションエネルギーを決定した。これまでの研究も含めて、分子内水素結合を示すコンホメーションエネルギーでPPOおよびモデル化合物のコンホメーションに依存する全ての物性を説明することができた。(2)ケイ素系ポリマーとして、主鎖がSi-Si結合で連なり側鎖にn-アルキル基をもつ3種のポリシラン、すなわち、ポリジヘキシルシラン、ポリジブチルシラン、ポリメチルプロピルシランのΘ状態での特性比を光散乱測定で求めた。分子軌道法と分子動力学法で評価したコンホメーションエネルギーから統計力学計算で特性比を求め、実験にほぼ一致する結果を得、側鎖構造と分子鎖の剛直性・吸光特性との関係を議論した。(3)ネマチック液晶に溶解したn-アルカンなどの鎖状分子から観測されたプロトン-プロトン双極子結合定数、重水素NMR四極子分裂幅、オクタン酸ナトリウム/1-デカノール/水の3成分系リオトロピック液晶中の両親媒性分子から得られた重水素四極子分裂幅を統計力学に基づく最大エントロピー法でシミュレーションし、これら鎖状分子、両親媒性分子のコンホメーション特性を液晶相の異方性や凝集構造との関係から議論した。^<13>C NMRの化学シフトをコンホメーション分率から予測する方法の有効性を検討するために、本年度は3種のポリプロピレンオキシド2量体[H(へッド)-T(テイル),H-H,T-T]を合成し、NMRの測定を行い、CH、CH_2、CH_3基の各炭素原子の化学シフトを求めた。観測核から3つの結合を隔てた原子団による遮蔽効果、すなわち、γ-ゴーシュ効果の遮蔽パラメータを量子化学計算で求めた。ポリ(メチルn-プロピル)シラン(PMPrS)、ポリ(ジブチル)シラン(PDBS)、ポリ(ジヘキシル)シラン(PDHS)を合成し、光散乱測定で、それぞれの状態のΘ回転半径、2乗末端間距離を求めた。その結果、PMPrS、PDBS、PDHSの特性比はそれぞれ19、42、45と求まり、これらポリシランは通常の炭化水素系のポリマーに比ベΘ状態で大きく広がっていることが分かった。ネマチック液晶に溶解した鎖状分子について、これまでに報告されている^1H-^1H双極子モーメント、^2H NMR四極子分裂幅の実験値を解析するために、分子の大きさ・形状異方性を考慮しコンホメーションごとに配向秩序度を求め、最大エントロピー法を導入したシミュレーションで、コンホメーション分率、オーダーパラメータ、分子形状の統計平均値を求める方法を構築した。この解析法を用いて、液晶溶媒に溶解したn-アルカンや直鎖状エーテルのコンホメーション解析を行い良好な結果を得ることができた。

分子軌道法と分子動力学法で評価したコンホメーションエネルギーから統計力学計算で特性比を求め、実験にほぼ一致する結果を得、側鎖構造と分子鎖の剛直性・吸光特性との関係を議論した。(3)ネマチック液晶に溶解したn-アルカンなどの鎖状分子から観測されたプロトン-プロトン双極子結合定数、重水素NMR四極子分裂幅、オクタン酸ナトリウム/1-デカノール/水の3成分系リオトロピック液晶中の両親媒性分子から得られた重水素四極子分裂幅を統計力学に基づく最大エントロピー法でシミュレーションし、これら鎖状分子、両親媒性分子のコンホメーション特性を液晶相の異方性や凝集構造との関係から議論した。
見かけの交差抵抗性による殺虫剤抵抗性の発達メカニズムの解明

生物のメタ集団構造は、生物進化の速度を決定する1つの要因である。したがって、進化現象の1つである害虫の薬剤抵抗性発達の速度も、害虫のメタ集団構造の影響を受けると考えられる。本研究では、農業害虫ナミハダニが速やかに複数の殺ダニ剤に対して抵抗性を発達させる要因の1つとして、メタ集団構造の動態の影響があるとの仮説のもと、本種の圃場内のメタ集団のあり方を分子遺伝マーカーによる集団遺伝学的解析によって調べた。まず、集団解析のための遺伝マーカーの開発を行った。マイクロサテライト領域を増幅したDNA断片のライブラリを作成、クローニングによるシーケンスとそのシーケンスデータを元にしたプライマー設計によって変異のある16遺伝子座のマイクロサテライトマーカーを開発した。次に、調査地である奈良県平群町のバラ施設栽培地内の2畝にそれぞれ18の方形区を設置、ハダニの雌成虫のサンプリングを7月と9月に行い、開発したマイクロサテライトマーカーによる集団遺伝学的解析を行った。その結果、方形区内でも方形区間でもハダニの集団はランダム交配ではなく構造を持っていることが分かった。さらに、方形区集団それぞれの遺伝的類似度を計算してみた結果、各集団は隣り合う集団と類似度が高く、畝集団全体では遺伝的な勾配(クライン)を持つていることが分かった。過去の文献から、本種は葉単位ではランダム交配を行っていることが分かっていることから、この圃場でのハダニの集団構造は、葉を単位とした飛び石モデルにもっともよく適合することが示唆された。以上の解析データを元に、今後は、圃場のハダニ集団のメタ集団モデルを構築し、ハダニが速やかに殺ダニ剤抵抗性を発達させるメカニズムを解析する予定である。
歯・インプラント体表面から超音波粒子加速度を応用したバイオフィルムの除去

本研究は、超音波の振動加速度を用いた洗浄法のバイオフィルムの除去効果を検討した.評価サンプルは,チタン試験片を組み込んだステントを72時間口腔内に保持し,試験片上にバイオフィルムを形成させた.評価方法は,試験片の超音波照射前後の状態を,走査型電子顕微鏡(SEM)とデジタルマイクロスコープにて残存プラーク量を観察・評価した.流水式超音波をチタン試験片に180秒作用させると,バイオフィルム残存率は鏡面加工で19.0%±32.6,粗面加工で16.2%±8.6と減少し,各試験片をSEMで観察すると,流水式超音波を作用させた試験片では,球菌,桿菌等からなる細菌塊は除去されたことが確認された.本研究では、歯、インプラント体表面のプラーク除去を目的に、電子工業分野で半導体基板に付着した微細な汚れを除去するため用いられている、超音波粒子加速度を応用した「流水式超音波洗浄装置」の技術を生体へ技術活用し、ミクロなレベルで微生物除去が可能で、薬剤を一切使用しない、洗浄効果の高い、「流水式超音波口腔清掃器」の研究開発を行った。研究計画では、以下のことを検討した。1、流水式超音波照射がインプラント体の表面性状に及ぼす影響。2、インプラントに付着したバイオフィルムが流水式超音波照射技術により除去が可能かどうか。3、ヒト口腔内での効果と組織安全性の評価を行った。その結果、インプラント試験片および天然歯(抜去歯)を用いて表面性状への影響をEDXを用いて評価した結果、全ての試験片において、表面性状の変化は観察されず、元素分析においても変化は観察されなかった。また、インプラントに付着したバイオフィルムの除去効果を評価すると、流水式超音波を3分間作用させると、術前に100%付着しているバイオフィルムが、術後約20%に減少し、この試験片をSEM像で観察すると、細菌はほぼ観察されなかった。さらに、開発した流水式超音波口腔清掃器を用いて、ヒト口腔内でバイオフィルムの除去効果を評価すると、下顎前歯部に60秒間作用させると、約60%のバイオフィルムが除去されることを確認した。開発した流水式超音波口腔清掃器は、薬剤を用いず、使用する水分子を加速させることでバイオフィルム除去が可能で、またインプラント粗面に対しても表面性状を変化させる危険性もないことが確認された。以上のことから、本洗浄方法は、既存の清掃方法では難しい部位等を補う目的で期待される。本研究は、超音波の振動加速度を用いた洗浄法のバイオフィルムの除去効果を検討した.評価サンプルは,チタン試験片を組み込んだステントを72時間口腔内に保持し,試験片上にバイオフィルムを形成させた.評価方法は,試験片の超音波照射前後の状態を,走査型電子顕微鏡(SEM)とデジタルマイクロスコープにて残存プラーク量を観察・評価した.流水式超音波をチタン試験片に180秒作用させると,バイオフィルム残存率は鏡面加工で19.0%±32.6,粗面加工で16.2%±8.6と減少し,各試験片をSEMで観察すると,流水式超音波を作用させた試験片では,球菌,桿菌等からなる細菌塊は除去されたことが確認された.インプラント周囲炎の発症に、バイオフィルムの付着が関与していることが知られており、インプラント周囲炎が一旦進行し、フィクスチャーが露出すると、表面に付着したプラークを除去することは極めて困難となる。そこで、バイオフィルムの除去を目的に、超音波の振動加速度を用いる流水式超音波洗浄機の開発に着手した。開発した機器は、周波数400kHz、消費電力12W、流水量300mL/分を有する流水型超音波機器で、評価サンプルは、チタン試験片(鏡面加工、粗面加工)にバイオフィルムを形成させた物を用いた。その結果、超音波照射前後の試験片の状態を、走査型電子顕微鏡(SEM)とデジタルマイクロスコープで観察・評価すると、チタン試験片に超音波を180秒作用させると、バイオフィルム残存率は鏡面加工で約19.0%、粗面加工で約16.2%であった。また、超音波照射後のSEM像では、球菌、桿菌等からなる細菌塊はほぼ完全に除去されていた。本研究から、流水式超音波洗浄法は非接触にも関わらず、水を介した超音波エネルギー(粒子加速度)が、歯およびインプラントの表面に到達し、微生物を除去することが可能であることが確認された。このことは、日常の臨床で用いられている超音波スケーラーの先端から発せられるエネルギーは、必ずしもチタン表面からプラークを除去することに十分とは言えないことから、バイオフィルムを除去することにおいて、流水式超音波洗浄法は既存の除去方法を補完することが期待される。開発している流水式超音波機器は、既存の装置を小型化し、ヒト口腔内でも利用可能な大きさに近づけることができた。また、バイオフィルムの評価方法は、ヒト口腔内を利用した、ex vivoバイオフィルムモデルが確立できた。このため、ワット数、周波数、照射時間など、各パラメーター変更による、除去効果の違いを定量化できるようになったことが、本装置開発の大幅な前進につながっている。その他に、超音波治療機による、生体安全性の基準に生体の温度上昇に関する項目があるが、本機器の使用による温度上昇は確認されていない、なぜなら、本装置の特徴の一つである、流水下での使用のため、温度上昇による組織障害の心配はない。以上のことから、本年度の目標はほぼ達成できていると考えられる。

1、間欠的照射方式の検討:本装置の洗浄効果向上および、生体安全性を考慮して、超音波照射を間欠的照射を検討する。2、エンドトキシン濃度の評価:露出歯根面に付着した、エンドトキシンに対する効果を検討するため、ハイドロキシアパタイト試験片に付着させた口腔内バイオフィルムモデルを利用し、術前、術後を評価する。3、バイオフィルム除去試験片の組織適合性の評価:口腔内バイオフィルムを付着させた試験片に流水式超音波を照射後、試験片をラット腹腔に7日間埋入し、組織適合性を埋入インプラント周囲の肉芽組織層の形成量と炎症性細胞数を観察する。ヒト口腔内バイオフィルムモデルが早々に確立できたことと、歯肉組織およびインプラント体に体する温度変化には、本装置が影響を与えないことが早期に解明できたため、一部の研究費を次年度予算に組み込む。次年度は、洗浄パターンを検討するため、連続照射、間欠照射(Duty10%-90%)の条件下で、洗浄効果および組織安全性をマウスを用いて検討する。また、露出歯根面のエンドトキシンを考慮して、洗浄前後での、エンドトキシン濃度をバイオフィルムモデルを用いて検討する。さらには、本装置で除染後のインプラント体の組織適合性試験を検討するため、ラット腹腔内での影響を検討する。
唾液腺腫瘍細胞により基底膜蛋白質生合成と分泌過程の解析

われわれは唾液腺に発生する腺様嚢胞癌組織に特徴的篩状構造と癌細胞の増殖様式の関連を明らかにすることを目的に、この癌腫から樹立された細胞系の基底膜分子生合成と分泌について形態学的、生化学的に解析した。用いた細胞はACC2/ACC3で、ともにヒト唾液腺由来の細胞系である。ヌードマウスに移植すると、組織学的に偽造嚢胞をともなう腺様嚢胞癌の特徴的腫瘍を形成した。螢光抗体法による経時的観察結果からは、これらの細胞はいずれも基底膜構成分子のIV型コラゲン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、エンタクチンと、基底膜に関連した分子ファイブロネクチンを生合成することが判明した。細胞質内螢光シグナルは小胞体パタンとゴルジパタンとが判別された。これらの細胞外基質成分の生合成と細胞内輸送は、各分子によって時期がことなり、その移行時期は細胞増殖の進行と関連していた。この実験結果より、腺様嚢胞癌の特徴的な間質の一部は、腫瘍実質細胞によって形成されることが確認された。共焦点レーザ螢光顕微鏡をもちいて基底膜分子が細胞内で生合成されて細胞外に沈着される過程をACC細胞系でさらに詳細に検討したところ、各分子とも小胞体パタンは核周囲、核下部から細胞周辺にひろがり、ゴルジパタンは核の底部から赤道面をこえる分布をしめし、分泌小胞とみなされる粗大顆粒状シグナルを主として核下部から核赤道面より下方に観察できた。したがって、ACC細胞内で合成された基質分子はゴルジ装置を経由して、細胞基底面あるいは側面へ輸送され自由縁方向への経路はないことが判明した。細胞外沈着は、細胞底面と細胞間隔にみられた。さらに、細胞の周密化後、細胞外沈着が減少し、細胞外基質の改造現象が確認された。さらに、ACC3細胞とその培養上清を生化学的に検索したところ、細胞層・培養上清中に上記の各基底膜分子を、上清中にはその分解産物を確認でき、ACC3細胞では基底膜分子の分解酵素系が機能していることが示唆された。生化学的にもこれら細胞系の細胞外基質改造現象を証明した。本年度の研究実施計画にもとづいて次の四項目について実験をおこない、ヒト唾液腺腺様襄胞癌由来細胞ACC2およびACC3は、IV型コラゲン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、エンタクチン、ファイブロネクチンの細胞外基質(ECM)を生合成、分泌し、細胞外に沈着させ、さらに、沈着したECMを改造することが判明した。(1)細胞増殖:異なる細胞外基質と対照蚕白質に対する接着と増殖を解析したとろ、ACC細胞は基底膜関連分子群に対する親和性と増殖率がたかく、核DNA解析からも同群存在下で細胞播種直後にS期G2/M期細胞集団の増加が確認され、同細胞は基底膜関連分子によってその増殖制御がおこなわれていることが判明した。(2)共焦点レーザ顕微鏡による解析:共焦点レーザ顕微鏡を用いて、培養ACC細胞の基底膜関連分子の免疫反応を追跡したところ、上記五種の分子の小胞体における合成、ゴルジ装置への濃縮、細胞外への分泌と沈着の過程を三次元的にとらえることができた。

とくに、免疫反応陽性の小胞体、ゴルジ装置の位置から分泌経路が示唆され、細胞外の沈着の開始部位、進展状況、さらに、その改造現象を確認できたことは大きな成果である。また、培養容器の塗布物質により、基底膜分子の生合成が制御される一方で、同細胞の増殖も規定されていることが判明した。(3)凍結超薄切片法による免疫電顕法:設備備品費で購入した超ミクロトームをもちいて、ACC細胞の超薄切片法と免疫染色の手法を確立した。細胞剥離、固定、標識の条件を設定したので、来年度の成果がまたれる。(4)cDNA増殖実験:本学長より、P2EK1封じ込めレベルの組換えDNA実験として承認をうけ、すでにクローン化されたヒトIV型コラゲン、ラミニンB1・B2cDNA断片を増殖させ、in-situハイブリダイゼーション実験のためのRNAプローブを作製中である。平成45年度の研究実施計画にもとづいて次の実験をおこない、ヒト唾液腺腺様嚢胞癌由来細胞ACC2およびACC3が、IV型コラゲン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、エンタクチン、ファイブロネクチンの細胞外基質(ECM)の遺伝子の発現から基底膜構築さらにその改造までの全過程を光学顕微鏡ならびに電子顕微鏡のレベルで解明した。ACC細胞系をモデルにして、腫瘍産生基底膜による増殖制御と腫瘍細胞による間質改造機構の一般的原則がえられた。(1)細胞培養(1)接着試験の結果、ACC細胞は基底膜関連分子群に対する親和性がみられた。(2)増殖:基底膜分子存在下での増殖率がたかく、核DNA量解析からも分裂期細胞集団の増加が確認された。(3)唾液腺細胞の各種分化マーカの発現をフローサイトメトリで解析した結果、ACC細胞が導管上皮・筋上皮の両方向への分化をしめすことが判明した。(2)光学顕微鏡による解析:共焦点レーザ顕微鏡を用いて、培養ACC細胞の基底膜関連分子の免疫反応を追跡したところ、上記五種の分子の小胞体における合成、ゴルジ装置への濃縮、細胞外への分泌と沈着の過程を三次元的にとらえることができた。とくに、免疫反応陽性の小胞体、ゴルジ装置の位置から分泌経路が示唆され、細胞E外の沈着の開始部位、さらに、これらの基底膜分子分解酵素のACC細胞による産生をふくめて、その改造現象を確認できた。また、in-situハイブリダイゼーションによって組織内増殖腺様嚢胞癌細胞にこれら基底膜分子のmRNA発現があることを確認した。(3)電子顕微鏡による解析:細胞播種後、周密化までにACC細胞の超微形態変化のあることをみいだした。すなわち、細胞数の増加とともに細胞は扁平化し、細胞基底面下に高電子密度の均質無構造物質の沈着とアクチン線維の濃縮をともなう焦点接触が観察され、細胞間結合装置と細胞間小管腔、分泌顆粒の増加がみられ、基底膜分子産生と細胞増殖の関連が確認された。免疫電顕法では、粗面小胞体、ゴルジ装置、分泌小胞での基底膜分子局在が確認された。(4)生化学的解析:35S硫酸と35Sメチオニン標識と免疫沈降法によって、ACC細胞が基底膜構成分子のひとつヘパラン硫酸プロテオグリカンの生合成分泌していることが確認された。上記(2)の分解酵素免疫組織化学、(3)の凍結超薄切片法による免疫電顕と(4)生化学的解析に関して、第83回日本病理学会総会(3月29日)で、また第7回国際口腔病理学会(7月19日)で研究成果を報告する予定である。学会発表までの間、データの公表を差し控えたいことと、さらに実験結果の再確認と学会で国内外の一流研究者からの批判をうけて報文とし、学会報告後により充実した内容の研究成果報告書を作成したい。
超高感度と超高速応答を両立する超伝導多チャネル磁気センシングシステムの開発

入力磁場を高感度にディジタル信号として測定可能な超伝導磁気センシングシステムを開発した。磁気センシング部の動作点固定を、超伝導回路で行うことにより、ディジタル読み出しと高速応答を両立することができる。高い感度と高速応答が両立できることを、理論解析と基本的な実験結果より示した。地磁気環境下での超伝導磁気センシングシステムの動作を目指し、磁気シールド構造を有する超伝導回路の検討を行った。地磁気環境下で100GHzを超える周波数でTフリップフロップ回路が広い動作余裕度を持って動作することを実証した。これらの技術を組み合わせ、実用的な超伝導ディジタル磁気センシングシステムが構築できる。本研究では、超伝導磁気センサと、その制御・読み出し回路を集積した高性能磁気センシングシステムの開発を目的とした。本年度は提案した超伝導ストカスティック回路を用いた超伝導磁気センサの動作点固定方法を実現する回路の設計および、数値計算による回路動作の解析を行った。これまでに超伝導磁気センサへの入力磁束が変化した場合の出力電圧パルス列の周波数変化を検出することにより、正しく磁束変化を測定できること、磁気センサの動作点が固定できることを確認した。磁束分解能は超伝導体中の磁束の最小単位である磁束量子の100分の1以下を達成できること、従来の超伝導磁気センサに比べて高いスルーレートの磁気センサを構成できることを確認した。測定磁束の読み出しに用いられるアップダウンカウンタの高速動作化を図り、30 GHzの高速入力時でも安定して動作するカウンタを設計した。効率的に多チャネルの磁気センサを構成する方法として、出力信号の多重化方法について、時分割多重化方式と符合分割多重化方式を本磁気センシングシステムに用いた場合のセンサの性能、回路規模、必要となる室温と低温間の配線数について見積もった。時分割多重化は配線数の減少に有効であり、符合分割多重化はセンサの性能を劣化させることなく多チャネルの磁気センサを構成できることがわかった。4チャネルの磁気センサの符号分割多重化回路を設計、試作し、その正常な動作を確認した。本年度は、磁場環境下での磁気センサ回路の動作を目指した磁場耐性を持つ超伝導回路の提案およびその動作実証、詳細な回路解析と実験による磁気センサの性能評価を行った。磁場耐性を持つ超伝導回路の研究においては、回路全体を超伝導薄膜で覆うことにより、回路に対する外部磁場の影響をなくす回路構成を検討し、その実測による評価を行った。まず回路全体を超伝導薄膜で覆っても回路設計は問題なくできることを示した。提案した回路構成によってTフリップフロップを試作し、地磁気環境下での120 GHzの動作を実証した。回路解析による磁気センサの性能評価では、磁気センサとしての性能である、磁束分解能、ダイナミックレンジ、スルーレートが回路のどのパラメータによって決まるかを明らかにした。この結果を受け、磁気センサであるSQUIDと磁束フィードバック部の磁気結合を調整することにより、磁束量子の1/1000の磁気分解能を達成できることを示した。超伝導エレクトロニクス提案した超伝導磁気センサの動作点固定法が有効であることを確認した。本研究で検討した超伝導磁気センサの動作点固定法は特許出願を行った。磁気センサの多重化回路の設計と動作検証に関する成果は論文として発表した。今後の方針として、設計を終えている回路の測定を行い、磁束分解能やスルーレートを実験的に評価する。スルーレートの測定では回路の数十GHzの高速動作を測定しなければならないため、高速測定用の回路の構成を検討する必要がある。超伝導磁気センサの動作点固定に用いる磁気結合を実現する回路構成を見直し、より高い磁束分解能を得る。超伝導磁気センサを多チャネル化した際、磁場の空間的な勾配を測定するグラジオメータの構成法について検討を行う。本磁気センシングシステムの高いスルーレート、多チャネル化の容易さという特徴を最大限利用できる応用を検討する。数値計算に用いる計算機の金額が当初見込みより安かったため。実験のために必要な液体ヘリウムを消耗品として購入する。国際会議出席のための旅費として用いる。
群、環の表現論とその組み合わせ論的側面

Q-函数とアフィンリー環との関係について研究を進めた.まずQ-函数を幕和対称函数たちの多項式として表示したものはあるアフィンリー環の基本表現を多項式環上に実現したときのウェイトベクトルになることを見出した.一般にQ-函数はヤング図形で添字づけられるが,与えられたQ-函数がどのウェイト空間に属するかを,ヤング図形の組合せ論を用いて明らかにした.またこの処方箋を別の最も簡単なアフィンリー環に適用することにより,シューアのS-函数とQ-函数との間の一見奇妙な関係を発見した.対称群のスピンモジュラー表現の観点から眺めることにより,スピン分解行列を通してその意味が明らかになった.この事実が発端となってスピン分解行列そのものを研究対象とみなし始めた.標数2の場合のスピン分解行列は正方行列になるがその行列式が2のべキになっていることを証明した.もう一つの研究成果としては複素鏡映群G(r,p,n)の「高次シュペヒト多項式」の構成がある.群G(r,p,n)は自然にn変数の多項式環に作用するがその基本不変式で生成されるイデアルによる剰余環は『余不変式環』とよばれる.余不変式環におけるG(r,p.n)の表現は正則表現に同値であるが各既約成分の基底を多項式として具体的に書いたものが高次シュぺヒト多項式である.対称群S_n=G(1,1,n)の場合から始めて徐々に一般化を進めてきたがようやく広いクラスの群G(r,p,n)まで到達できた.Q-函数とアフィンリー環との関係について研究を進めた.まずQ-函数を幕和対称函数たちの多項式として表示したものはあるアフィンリー環の基本表現を多項式環上に実現したときのウェイトベクトルになることを見出した.一般にQ-函数はヤング図形で添字づけられるが,与えられたQ-函数がどのウェイト空間に属するかを,ヤング図形の組合せ論を用いて明らかにした.またこの処方箋を別の最も簡単なアフィンリー環に適用することにより,シューアのS-函数とQ-函数との間の一見奇妙な関係を発見した.対称群のスピンモジュラー表現の観点から眺めることにより,スピン分解行列を通してその意味が明らかになった.この事実が発端となってスピン分解行列そのものを研究対象とみなし始めた.標数2の場合のスピン分解行列は正方行列になるがその行列式が2のべキになっていることを証明した.もう一つの研究成果としては複素鏡映群G(r,p,n)の「高次シュペヒト多項式」の構成がある.群G(r,p,n)は自然にn変数の多項式環に作用するがその基本不変式で生成されるイデアルによる剰余環は『余不変式環』とよばれる.余不変式環におけるG(r,p.n)の表現は正則表現に同値であるが各既約成分の基底を多項式として具体的に書いたものが高次シュぺヒト多項式である.対称群S_n=G(1,1,n)の場合から始めて徐々に一般化を進めてきたがようやく広いクラスの群G(r,p,n)まで到達できた.今年度は対称群のスピン表現,及びその既約指標の母函数であるシューアのQ-函数の研究に焦点を当てた.対称群のスピン表現,すなわち対称群の2枚の被覆群の線型表現の具体的かつ初等的な構成法を考えているが,現時点ではまだ成功していない.このスピン表現とある種のリー超代数との間に相互律が成り立つことが知られている.その反映としてQ-函数はパフィアンの表示式をもつ.さらにB型KP方程式系のタウ函数となっている.以上の事実を背景としてQ-函数とアフィンリー環との関係について研究を進めた.まずQ-函数を冪和対称函数たちの多項式として表示したものはあるアフィンリー環の基本表現を多項式環上に実現したときのウエイトベクトルになることを見出した.一般にQ-函数はヤング図形で添字づけられるが,与えられたQ-函数がどのウエイト空間に属するかを,ヤング図形の組合せ論を用いて明らかにした.またこの処方箋を別の最も簡単なアフィンリー環に適用することにより、シューアのS-函数とQ-函数との間の一見奇妙な関係を発見した.秋の学会および表現論シンポジウムにおいてこの関係式を予想として提出した.その後しばらくこの関係式には証明も説明もつかなかったのだが,対称群のスピンモジュラー表現の観点から眺めることにより,分解行列を通してその意味が明らかになった.以上のことについては明海大学の中島達洋氏との共著論文を準備中であるが98年夏にトロントで開催される「形式的冪級数と代数的組合せ論」の国際会議でも発表予定である.今年度もQー函数とアフィンリー環との関係について研究を進めた.Qー函数を幕和対称函数たちの多項式として表示したものはあるアフィンリー環の基本表現を多項式環上に実現したときのウェイトベクトルになることを見出した.一般にQー函数はヤング図形で添字づけられるが,与えられたQー函数がどのウェイト空間に属するかを,ヤング図形の組合せ論を用いて明らかにした.またこの処方箋を別の最も簡単なアフィンリー環に適用することにより,シューアのSー函数とQー函数との間の一見奇妙な関係を発見した.対称群のスピンモジュラー表現の観点から眺めることにより,スピン分解行列を通してその意味が明らかになった.この事実が発端となってスピン分解行列そのものを研究対象とみなし始めた.標数2の場合のスピン分解行列は正方行列になるがその行列式が2のべキになっていることを証明した.
触診ロボット・三次元医用画像・軟組織変形モデルによる生体内弾性分布の定量的同定法

人体内部の軟組織の硬さに関する情報は、軟組織の変形の数値シミュレーションにおいて必要不可欠であるが、これまで硬さ情報を定量的に同定することが困難である問題があった。本課題では、「医用ロボット」・「医用画像処理」・「計算力学」の技術を活用した『力学モデルベースド弾性分布同定法』を提案し開発をおこなった。試作ロボットシステムを使用した検証実験を実験室環境にて実施し、提案手法が軟組織の弾性率値分布を定量的に同定する能力を有することを確認した。【研究の概要】人体内部の軟組織の硬さに関する情報は、軟組織の変形の数値シミュレーションにおいて必要不可欠であるが、これまで硬さ情報を定量的に同定することが困難である問題があった。本申請課題は、「医用ロボット」・「医用画像処理」・「計算力学」の技術を活用した『力学モデルベースド弾性分布同定法』を提案し開発をおこなってきた。【実績の概要】提案手法について、次の研究開発を実施した。(1)非線形材料モデルを用いた軟組織変形シミュレータの開発:前年度に開発した線形材料モデルを用いたシミュレータをベースに、人体の軟組織特性をより精確に表現する非線形材料モデルを用いた軟組織変形シミュレータを構築した。本シミュレータは、前年度まで検討をおこなってきた線形弾性特性に加え、軟組織変形における非線形弾性特性と粘弾性特性を反映した変形シミュレーションを実現する。また、動物より摘出された組織試料を対象として動的粘弾性試験等の材料試験をおこない、シミュレータとの比較検証を実施した。(2)ロボットシステムの開発:提案する弾性分布の同定手法を実現するために前年度に実験室環境用として開発した一次試作システムを活用しながら、臨床環境を想定した二次試作ロボットシステムの構築を実施した。特に、ロボットによる触診の機構的安全性向上を意図して、アクチュエータとアクチュエータ先端に取り付ける超音波プローブの間に機械式伝達力遮断装置を設ける機械設計を実施し、人体への過度な圧迫を回避する安全性の高い触診ロボット機構を開発した。(3)提案手法の評価実験:試作ロボットシステムを使用した検証実験を実験室環境にて実施し、提案手法が軟組織の弾性率値分布を定量的に推定する能力を有することを確認した。以上の本研究の成果を基盤とし、今後は変形シミュレーションを活用した医用システムの実現を目指す。本申請課題は、「医用ロボット」・「医用画像処理」・「計算力学」の先端技術を活用した『力学モデルベースド弾性分布同定法』を提案し開発をおこなっている。提案手法によって生体内の軟組織における弾性分布が精度保証をともなって定量的に同定されることから、変形シミュレーションを活用した医用アプリケーションの実用化が期待される。【実績の概要】平成24年度の実績は、次の通りである。(1)提案システムの研究開発:提案する弾性分布同定の手法について、特に理論面からの検証を重点的に行った。実験室環境に特化した一次試作システムを開発し、基本構成を検証するとともに、課題抽出を行った。これらの研究成果について、当該領域の学会にて発表をおこなった。進捗詳細は、後述の「現在までの達成度」の項目にて示す。(2)研究環境の整備による加速:研究を加速的に実施するために、研究期間初年度である本年度は、使用する研究施設・設備・研究資料等、研究環境について整備をおこない、本研究を遂行するために有用な研究環境を拡充した。次年度の円滑な研究執行が期待される。(3)研究協力者との関係強化:大学内外の研究協力者らと継続的な連携・協力関係を強化した。定期的な対面の研究会議を継続して開催しているとともに、インターネットを利用した即時の情報交換体制を運用している。(4)国内外での研究成果発信・ネットワーク構築:学会等での発表・情報交換による成果発信をおこなった。特に平成24年度は、当該領域の主要学会である国際学会BIOROB・国際学会CARSへの研究調査活動を実施し、当該領域の第一人者の研究者らとの研究議論を通じた国際ネットワークを構築した。【平成24年度(初年度)状況】提案する弾性分布同定の手法について、特に理論面からの検証を重点的に行った。一次試作システムの検証試験は、模擬生体試料を活用した環境下で実施した。試作システムを構成する各要素の研究開発に関する詳細な実施状況は次の通りである。(1)触診ロボット:触診ロボットの機構と制御系の要求仕様導出、ならびに、検証用試験機の試作ー機構と制御系について、非侵襲な接触力計測と画像撮像を可能にする要求仕様を実験的に導出し、試験機を製作した。(2)3次元医用画像:3次元超音波画像からの変形場の生成と精度検証ーリアルタイム性に優れる

3次元超音波診断装置を使用し、画像の特徴点と濃淡値に基づいて3次元変形場を生成する手法について開発をおこなった。(3)軟組織変形モデル:有限要素法による変形解析と精度検証ー軟組織の変形を計算する有限要素解析に基づく変形シミュレータを構築し、検証をおこなった。本年度に抽出された技術課題の知見と開発された一次試作システムを活用し、続く研究期間では、臨床環境を想定した二次試作システムを開発し、提案手法の臨床応用に向けた検証を行っていく計画である。平成24年度に抽出された技術課題の知見と開発された一次試作システムを活用し、続く研究期間では、臨床環境を想定した二次試作システムを開発し、提案手法の臨床応用に向けた検証を行っていく計画である。機構設計では、前年度の一次試作モデルをベースとし、前年度の検証にて得られた仕様・知見を基に改善を行なう。資金および時間の効率化を図るため、構成の一部は一次試作モデルを転用する。臨床環境を想定し、滅菌対応・小型化について検討を行う。また、人体を対象とするため、機構系(ハードウェア)ならびに制御・情報系(ソフトウェア)の両面から安全を確保する設計を行う。二次試作システムの機能・性能評価のための検証試験は臨床相当環境にて行い、動物生体および安全性を確保し認可を受けた人体を試験対象として検討する。開発システムによって、弾性率値が関心領域にて真値との相対誤差10%以内に同定されることを目標とする。検証試験を通じ、提案手法が人体組織に適用されるための要件を明らかとする。この確立される指針を積極的に社会還元するため、医療機関や医用機械企業と連携して学術界・医学界への技術提供活動を検討する。効率的な研究推進をはかるため、最先端の生命医科学の研究拠点である「東京女子医科大学・早稲田大学連携先端生命医科学研究教育施設(TWIns)」等の施設・設備を活用する。【設備備品費・消耗品費に関して】平成24年度に一次試作した提案システムと、研究拠点における既存の研究資産を効率的に活用し、平成25年度はシステムの改良を図っていく。具体的には、ロボットの構造部を作成するための「機械要素部品類」についてや、ロボット制御部を作成するための「電気要素部品類」などの必要設備備品・消耗品について研究費を使用していく。【国内・外国旅費に関して】本研究の研究成果を広く学術界・医学界・産業界に認知させ、もって国内外の医用技術向上に寄与するための費用として学会出張費を使用する。また、提案するシステムの構築において欠かせない実証試験・前臨床評価等を行う試験場への器具運搬費、研究協力者の活動拠点へ研究出張を行うための費用について旅費を使用する。