hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
形状記憶ポリマーを用いた生体機能材料の開発と根管充填への応用

トランスポリイソプレンを用いて形状記憶機能を持つ根管充填用ポイントを試作した。操作性や封鎖性について調べた結果、シーラーやアクセサリーポイントを併用しなくとも、口腔内の温度刺激による単一のポイントの形状回復のみで、容易に且つ緊密に根管内を封鎖することが可能であり、約2年にわたる封鎖性試験においても良好な結果が得られた。また、形状記憶機能を利用することによって、仮着用セメントを用いなくても仮着が可能であり、接触点の調整や咬合調整の必要がほとんどない暫間被覆冠の試作も行なった。(1)現在、臨床で使用されている根管充填材の主成分であるトランスポリイソプレンを架橋することによって、根管充填材に形状記憶機能を付与し、その形状記憶という機能を活かして、現行の根管充填法よりも操作性や封鎖性に優れた新規の根管充填法を開発することを目的とし、最適な性質を備えた根管充填用ポイントの作製法を確立するために、様々な条件下で根管充填用ポイントを試作し、それを用いて根管充填の操作性や封鎖性などを調べ検討する。(2)トランスポリイソプレンを架橋することによって、暫間被覆冠に形状記憶機能を付与し、その形状記憶機能を活かすことによって、咬合面や接触点の調整の必要がなく、また、仮着用セメントを用いなくても装着が可能となるような、現行の暫間被覆冠の問題点を克服する暫間被覆冠の開発を目的とし、どのような材料設計で作製した暫間被覆冠が、機械的性質や操作性について最適な性質を備えているかについて調べ検討する。形状記憶ポリマー作製は、トランスポリイソプレン100に対して、酸化亜鉛30、ステアリン酸1、そして架橋剤として硫黄、ジクミルパーオキサイドを配合した。まず、これらの混練りを行った後、加熱軟化して金型に填入し、100%窒素雰囲気中で150°C、30分間加熱処理を行い、トランスポリイソプレン間を架橋させることによって、形状を記憶させた直径6mm、高さ8mmの円柱状の試料を作製した。この円柱状の試料を長軸方向に30%圧縮変形し、5°C空気中で変形を固定した。この変形を固定した試料の変形回復応力の測定を055°Cの温度範囲で行った結果、トランスポリイソプレン100に対して、架橋剤である硫黄、ジクミルパーオキサイドの配合をそれぞれ0.5、3から増加させていくと変形回復温度は次第に低下し、1.25、7.51.5、9では、室温(24°C)から口腔内温度(37°C)での温度範囲で変形回復が可能となった。また、0.5、31.25、7.5の範囲では、架橋剤の配合率の増加にともなって、回復応力も増加した。しかしながら、架橋剤の配合を、さらに1.33、81.5、9と増加させていっても、変形回復温度、回復応力ともにあまり変化は認められなかった。また、変形固定を行った試料を5°C空気中に保存し、1日後と6ヵ月後にそれぞれ変形回復温度と変形回復応力の測定を行ったところ、有意差は認めず、形状記憶機能は長期にわたって持続した。次に形状記憶ポリマーの暫間被覆冠への応用を試みた。まず、キャップ状の形状記憶機能を持った暫間被覆冠を作製し、この試作の暫間被覆冠を80°C空気中で加熱軟化しながら、顎模型上で形成した下顎右側第一小臼歯の支台歯(ミラニン歯)よりやや径の大きな器具を用いて冠の内部を拡大し、5°C空気中で10分間の冷却により変形の固定を行った。この変形の固定を行った暫間被覆冠の歯頚部を、支台歯の形態に適合するようにトリミングを行い、支台歯に被せた後、顎模型を咬合させ、37°Cの空気中に保存し形状回復を行ったところ、支台歯によく適合し、漏洩試験でも、良好な封鎖がえられた。根管充填剤については、トランスホリイソラレン100に対して、架橋剤である硫黄、ジクミルパーオキサイドをそれぞれ1.25、7.5で配合することによって、37°Cで形状回復が可能である根管充填用ポイントを試作することが可能となった。この、ポイントを用いて人工根管による封鎖性試験を行なったところ、現在、数週間程度の漏洩を測定しているが、比較的、良好か封鎖が得られている。

また、暫間被覆冠については、接触点部と咬合面以外は、変形固定した形状から37°Cの温度刺激によって元来記憶させた形状へと回復可能な配合率(トランスポリイソプレン100に対して、酸化亜鉛30、ステアリン酸1、硫黄1.25、ジクミルペルオキサイド7.5)で、接触点部については、37°C雰囲気中では、ポリマーの結晶化が生じる配合率.(トランスポリイソプレン100に対して、酸化亜鉛30、ステアリン酸1、硫黄0.75、ジクミルペルオキサイド4.5)で、また、咬合面については、接触点部よりも、さらに架橋剤を減少させた配合率(トランスポリイソプレン100に対して、酸化亜鉛30、ステアリン酸1、硫黄0.5、ジクミルペルオキサイド3)でそれぞれ混練を行った後、同一の金型へ填入し、150°Cで30分間の加熱処理で架橋を行い、試作の暫間被覆冠を作製し、顎模型上の人工歯に装着させたところ、咬合面については、この配合率で50°C程度の加熱で、容易に非晶化することが可能であり、また、再結晶化に要する時間も23分程度とかなり短時間であったため、削合の必要がなく容易に咬合調整が行なうことが可能であった。接触点部は、37°Cで結晶化するように材料設計されており、支台歯と隣在歯とで圧接された形状のままで次第にポリマーの結晶化が生じて変形が固定されたために、良好な接触点が得られた。また、その他の部分は、37°Cの温度刺激で形状が回復することにより、ポリマーが支台歯へと適合することによって、非破壊的には除去困難なほどの装着が可能であり、また、1%フクシン溶液での侵漬試験の結果でも、良好な封鎖が得られた。日常の臨床で、根管充填に用いられる主ポイントと同様なサイズで、且つ形状記憶機能を持った細いポイントの作製は非常に困難であり、これまでは、比較的大きめなガラス管や牛歯の根管、あるいは130番のK-ファイルを用いて拡大形成した人工根管の充填に適した根管充填用ポイントを作製して根管充填を行い、その操作性や封鎖性試験について調べてきたが、21年度は、日常の臨床で、比較的頻繁に使用されているサイズである、80番のk-ファイルを用いて拡大形成した人工根管を充填するための根管充填用ポイントを作製して、その操作性や封鎖性について調べた。その結果、架橋剤は、トランスポリイソプレン100に対して、硫黄1.42、ジクミルペルオキサイド8.5と、これまでよりもやや増量し、ポリマー間の架橋のための加熱方法も、金型の温度を15分程度で約100°Cから170°Cまで上昇させるといったこれまでよりも短時間の加熱方法を用いた方が、細いポイント作製には適していた。術式としては、架橋によって形状を記憶した試作ポイントの先端の径は1.1mmとし、このポイントを80°Cで加熱軟化した後、変形固定用金型に填入して、80番のマスターポイントとほぼ同様な形状に変形させた状態で、-11°Cで3時間冷却することにより、その変形させた形状の固定を行なった。次に、アクリル製根管樹脂模型の根管を、k-ファイルで80番まで拡大形成を行い、80番のマスターポイントと同様な形状に変形固定を行なったポイントを、37°C空気中に保存した人工根管に挿入し、垂直方向に圧接した。このポイントが、37°Cの温度刺激により、ポリマー間の架橋によって元々記憶していた形状へと復元することによって、根管の封鎖を行なった。圧接は2分間行なった。シーラーは併用しなかった。根管充填後、現在も封鎖性試験を継続中であるが、根尖からの色素浸透の観察を行った結果、長いもので約1年近くにわたってほとんど色素の浸透は認められず良好な封鎖が得られている。根尖孔が大きく開いた根管に対する根管充填処置は、現行の根管充填法である側方加圧法や垂直加圧法による根管充填法では充填しづらく、根管充填材の根尖歯周組織への押し出し等のトラブルが生じやすい。そこで、形状記憶ポリマーを用いて根管充填用ポイントを試作し、根尖孔が大きく開いた人工根管に対して根管充填を行い、封鎖性試験を行なった。
酸性霧の成分分析と酸性化機構の解明

霧は地表近くで発生し、液滴径が小さいために単位体積当りの表面積が大きく、汚染物質を吸収しやすいことに加えて、液滴の成長による希釈効果も小さいので、高い酸性度を有している。本研究においては、関東平野南西部に位置する丹沢山塊の大山において霧を採取、分析し、霧という形態による酸性降下物の環境影響の特徴を明らかにした。1988年7月から1990年8月までの約二年間の大山の霧のpH範囲は2.617.00であり、平均pH値は3.95であった。1990年3月から8月までの大山の雨と霧を比較すると、イオン強度は9.2倍、水素イオン濃度は4.1倍、雨よりも霧の方が高かった。大山においては春先と梅雨に霧が発生しやすく、この時同時に霧の酸性度も高いが、秋から冬にかけては霧はあまり発生せず、pHが高くなる傾向を示した。これは、霧を酸性化する硫酸や硝酸の原因物質である二酸化硫黄と窒素作化物の酸化剤となる水酸ラジカルや過酸化水素の濃度の季節変動によるものだろう。霧水の液相内濃度と霧水量の積として得られる霧水成分の大気中濃度の経時変化を調べたところ、最初の数時間のうちに急激に減少することが明らかになった。この成分量の減少は、地表あるいは樹木への霧水の沈降により大気中から除去されたことによると考えられる。霧のこの作用は、空気を洗浄にしている反面、地表や植物表面に汚染物質を高濃度で負荷している。霧による汚染物質の負荷量の絶対値は雨に比してかなり小さいが、霧発生ののち短時間の間に、高濃度の汚染物質が植物の葉に沈降し、しかも雨のように洗い流されることもほとんどないまま葉に付着するので、極めて大きな植物への影響が予想される。大山で滑昇霧が発生するときの風上にあたる伊勢原市の大気汚染物質濃度は全国的に見てほぼ平均的なレベルであることから、このような酸性霧は全国的に発生し、様々な環境影響を起こしていることが予想される。
マウス神経系初期発生におけるPOU転写調節因子の役割の解析

POU転写調節因子群は、哺乳類の発生において発生初期の形態形成の鍵となる遺伝子であろうと期待されている。本研究では、その中でも神経系でのみ特異的に発現しているPOU転写調節因子であるBrn4,5及び6に焦点を当て、ジーンタゲティングによりこれらの遺伝子が欠損したマウスを作成し、このマウスを解析することにより、これらの遺伝子群の機能を明らかにしてきた。本年度の主な成果は以下の通りである。既に昨年度、出生直後に致死であることが判明していたBrn6欠損マウスのホモ接合体のより詳細な解析を行った結果、これらのマウスでは視床下部の大細胞性ニューロンと小細胞性ニューロンの一部が欠如していることが判明し、このことからBrn6遺伝子産物はこれらの視床下部ニューロンの発生分化に必須であると結論された。更に、デスモプレッシン投与によりホモ接合体マウスのレスキューに成功したことより、出生直後の死因はバゾプレッシンの欠如によることも判明した。Brn5欠損マウスの脳より核抽出液を調整し、これを用いてゲルシフトアッセイ法を行い、Brn5遺伝子産物の欠如を確認した。このBrn5欠損マウスのホモ接合体は生後24時間以内に全て死亡することが判明した。現在、このマウスの死因を解明するため、中枢神経系を中心に組織学的解析を始めたところである。3.Brn5遺伝子とBrn6遺伝子の機能的代償性の解析Brn5欠損マウスとBrn6欠損マウスを交配することにより、Brn5及びBrn6が共に欠損したマウスの作出を試みたところ、このマウスも生まれてくることが確認され、これらのBrn5及び6が共に欠失しても胎児性の致死とはならないことが判明した。神経特異的POU因子であるBrn4遺伝子及びTst1遺伝子に関しては、欠損マウスの樹立に成功した。2.Brn5欠損マウスBrn5欠損マウスの脳より核抽出液を調整し、これを用いてゲルシフトアッセイ法を行い、Brn5遺伝子産物の欠如を確認した。Brn4及びTst1遺伝子欠損マウス神経特異的POU因子であるBrn4遺伝子及びTst1遺伝子に関しては、欠損マウスの樹立に成功した。
咬合障害がラット前頭皮質ドーパミン放出に及ぼす影響

咬合の障害が生体にストレス反応を引き起こす可能性が臨床症状から示唆されているものの,その因果関係についての研究は十分になされていない.前頭皮質ドーパミン(以下,DA)放出は心理的ストレッサーによるストレス反応の指標として多くの研究で用いられている.我々は咬合障害が心理的ストレッサーなりえるのかどうか,実験的咬合障害を用いて検討した.そして,精神医学的検討を加えるためにベンゾジアセピン系抗不安薬のジアゼパム(以下,DZ)を投与した際のDA放出量の変化を分析した.咬合障害は0.5mmのステンレス板を長さ2mm幅1mmに切断したものを用いた.内側前頭皮質DA放出量の測定はマイクロダイアリシス法を用いて行った.DA放出量は咬合障害を装着する60分前より開始し,装着180分後に摂食をさせ,引き続き180分間の経過を測定した.DZの影響を分析する場合は摂食前にDZを投与した.また,薬剤投与の対照として摂食前に生理食塩水を投与する実験も行った.咬合障害が前頭皮質DA放出に及ぼす影響を調べた結果,咬合障害群と対照群において群間,経過時間ともに有意差が認められた.対照群のDA放出量は摂食前後で変化は認められなかったが,咬合障害群では摂食後有意な増加を認めた.DZの影響を調べた結果,対照群と咬合障害群では群間,経過時間ともにDA放出量の変化において有意差は認められなかった.生理食塩水の影響を調べた結果と対照群と咬合障害群の比較では群間,経過時間ともに有意差を認めた.障害群で摂食後DA放出量は増加した.この結果,咬合障害状態で摂食を行った際に生じるDA放出量の増大は抗不安作用のあるDZによって抑制されることが明らかになった.本実験より,咬合障害を付与した状態で摂食を行うことはラットに心理的ストレス反応をもたらすことを示した.咬合の障害が生体にストレス反応を引き起こす可能性が臨床症状から示唆されているものの,その因果関係についての研究は十分になされていない.前頭皮質ドーパミン(以下,DA)放出は心理的ストレッサーによるストレス反応の指標として多くの研究で用いられている.我々は咬合障害が心理的ストレッサーなりえるのかどうか,実験的咬合障害を用いて検討した.そして,精神医学的検討を加えるためにベンゾジアセピン系抗不安薬のジアゼパム(以下,DZ)を投与した際のDA放出量の変化を分析した.咬合障害は0.5mmのステンレス板を長さ2mm幅1mmに切断したものを用いた.内側前頭皮質DA放出量の測定はマイクロダイアリシス法を用いて行った.DA放出量は咬合障害を装着する60分前より開始し,装着180分後に摂食をさせ,引き続き180分間の経過を測定した.DZの影響を分析する場合は摂食前にDZを投与した.また,薬剤投与の対照として摂食前に生理食塩水を投与する実験も行った.咬合障害が前頭皮質DA放出に及ぼす影響を調べた結果,咬合障害群と対照群において群間,経過時間ともに有意差が認められた.対照群のDA放出量は摂食前後で変化は認められなかったが,咬合障害群では摂食後有意な増加を認めた.DZの影響を調べた結果,対照群と咬合障害群では群間,経過時間ともにDA放出量の変化において有意差は認められなかった.生理食塩水の影響を調べた結果と対照群と咬合障害群の比較では群間,経過時間ともに有意差を認めた.障害群で摂食後DA放出量は増加した.この結果,咬合障害状態で摂食を行った際に生じるDA放出量の増大は抗不安作用のあるDZによって抑制されることが明らかになった.本実験より,咬合障害を付与した状態で摂食を行うことはラットに心理的ストレス反応をもたらすことを示した.実験的咬合障害を付与したラットの前頭皮質ドーパミン放出量を調べ,咬合障害が咀嚼時のドーパミン代謝に及ぼす影響を調べた.この実験より,咬合障害がラットの情動系に与える影響を明らかにすることを目的とした.実験にはSprague-Dawley系雄性ラットを用いた。前頭皮質ドーパミン量はマイクロダイアリシス法を用いて測定した。前頭皮質へのガイドカニューレ挿入術はラットの外科的侵襲の影響を避けるため実験日の1週間前に行った.外科的処置はペントバルビタールによる全身麻酔下でラットを脳定位固定装置で固定して無痛的に行った。ガイドカニューレの挿入部位はPaxinosらの脳図譜を参考に冠状縫合から矢状縫合の交点から前方2.5mm側方1.0mmの位置において頭蓋骨小穴を開け下端が硬膜より2.5mmとなるように留置した。実験当日にガイドカニューレを通じ透析膜を挿入し、人工髄液を灌流させ、回収された人工髄液中のドーパミン量を高速液体クロマトグラフィーにて測定した。ラットは実験前日まで固形飼料と水道水を自由に与え飼育した。そして、実験開始24時間前より絶食とし、水道水のみを与えた。ドーパミン量の測定は、3%イソフルランにて全身麻酔を行い咬合障害を付与した後の120分間において行った。この時対照群には全身麻酔のみ行い咬合障害の付与は行わなかった。麻酔開始より覚醒までは20分間となるように行った。引き続きドーパミン量の安定を確認し固形飼料を20分間自由に摂食させその後180分間のドーパミン量の経時的変化を調べた。

1.0mmの咬合挙上実験の結果より咬合障害を付与したラットの前頭皮質ドーパミン量は摂食後増加し180分後でも減少しないことが明らかになった。このことは咬合が情動系に影響を与えていることを示唆している。実験的咬合障害を付与したラットの前頭皮質ドーパミン放出量を調べ,咬合障害が咀嚼時のドーパミン代謝に及ぼす影響を調べた.この実験より,咬合障害がラットの情動系に与える影響を明らかにすることを目的とした.実験にはSprague-Dawley系雄性ラットを用いた。前頭皮質ドーパミン量はマイクロダイアリシス法を用いて測定した。前頭皮質へのガイドカニューレ挿入術はラットの外科的侵襲の影響を避けるため実験日の1週間前に行った.外科的処置はペントバルビタールによる全身麻酔下でラットを脳定位固定装置で固定して無痛的に行った。ガイドカニューレの挿入部位はPaxinosらの脳図譜を参考に冠状縫合から矢状縫合の交点から前方2.5mm側方1.0mmの位置において頭蓋骨小穴を開け下端が硬膜より2.5mmとなるように留置した。実験当日にガイドカニューレを通じ透析膜を挿入し、人工髄液を灌流させ、回収された人工髄液中のドーパミン量を高速液体クロマトグラフィーにて測定した。ラットは実験前日まで固形飼料と水道水を自由に与え飼育した。そして、実験開始24時間前より絶食とし、水道水のみを与えた。ドーパミン量の測定は,3%イソフルランにて全身麻酔を行い咬合障害を付与した後の120分間において行った。この時対照群には全身麻酔のみ行い咬合障害の付与は行わなかった。麻酔開始より覚醒までは20分間となるように行った。引き続きドーパミン量の安定を確認し固形飼料を20分間自由に摂食させその後180分間のドーパミン量の経時的変化を調べた。
高分子の結晶化に促進効果のある液状添加剤の作用機構の解明と結晶化促進新概念の提唱

本研究によって、100%バイオベース材料の創製を意図して、100%植物由来の液状添加剤を用いた結晶化促進剤の研究を行なった。1%程度の添加によって、ポリ乳酸の結晶化を促進することがわかったが、最終的な結晶化度の増加をもたらす結果には至らなかった。また、2%の添加では結晶化の促進効果は減退した。もちろんそれ以上の添加量では、結晶化は阻害された。このように、常識はずれの液状添加剤の場合、結晶化促進効果を発揮するためには最適添加量が存在し、それは高々1%程度であることが判明した。この常識はずれの液状添加剤による結晶化促進効果は、その存在下でポリマー鎖の折りたたみがスムーズに起こるようにポリマーマトリックス中に均一に分散した液状添加剤が作用する結果であると説明された。今後、球晶成長速度からポリマー鎖の折りたたみを含む結晶核表面の表面自由エネルギーσeを評価し、液状添加剤を含有する場合にσeが減少していることを確認する。なお、一般的な可塑剤であるフタル酸ジオクチルを1%添加したポリ乳酸試料でも同様な実験を行い、その結果、その効果は液状添加剤に比べると半分程度であったが、結晶化促進効果が確認されているため、結論に普遍性があるといえる。結晶化の促進については、Hoffman-Lauritzen理論を用いて説明できたが、これに基づき、最終結晶化度を向上させるための方針についても検討することが可能であることが示唆されているので、これに基づき更なる実験的検証を行なう必要がある。また、形成核数の時間変化が時間の0.65乗に比例するという特異な結果も得られ、その妥当性についても、さらなる研究が必要である。原著論文を1報公表した。これは当初計画通りである。
ランダムに成長するネットワークに関わる確率論の展開

ランダムに成長するネットワークと関連する確率モデルの解析に取り組み,特に, 2次元Isingモデルの高温相におけるパーコレーション問題について,臨界指数の関係式を導出した.また,不純物のある媒質中でのDLA成長をパーコレーションの視点から解析した.この他,はしご型格子上の強化ランダムウォークの極限挙動や1次元線形セルオートマトンの不変分布についても研究し,ランダムに成長するネットワークに関わる確率論の展開に一定の寄与をした.ランダムに成長するネットワークと関連する確率モデルの解析に取り組み,特に, 2次元Isingモデルの高温相におけるパーコレーション問題について,臨界指数の関係式を導出した.また,不純物のある媒質中でのDLA成長をパーコレーションの視点から解析した.この他,はしご型格子上の強化ランダムウォークの極限挙動や1次元線形セルオートマトンの不変分布についても研究し,ランダムに成長するネットワークに関わる確率論の展開に一定の寄与をした.ランダムに成長するネットワークに関わる確率論の諸問題の研究を推進し,本年度は下記の成果が得られた:(a) 2次元Isingモデルの高温相におけるバーゴレーション問題について樋口保成氏(神戸大学)及びYu Zhang氏(コロラド大学)と共同で研究を行ない,種々の臨界指数の関係式を導出した.これば独立なパーゴレージヨジ問題におけるKestenの結果に対応するものであり,臨界点におけるスケーリング極限の研究が次年度に続く研究課題になっている.日本数学会年会における統計数学分科会の特別講演として招待を受け,この問題に関する研究成果をまとめて口頭発表することができた.学術雑誌への投稿に向けて現在論文を準備中である.(b)氷の成長に対する不凍糖タンパク質について,曽原崇史氏,阿久津典子氏(大阪電気通信大学)と共同研究を行なった.排除体積効果を明確にとらえるべく,不純物のある2次元DLA成長モデルをモンテカルロ計算によって調べた.得られた結果をパーニレマショーン理論に基づいて解析し,不純物の連結に関する相関距離を導入することで氷の成長と不純物の蓮結との競合として統一的に理解できることを示した.得られた成果の一部は既に日本物理学会・日本結晶成長学会において口頭およびポスターにより発表した.学術雑誌への論文投稿に向けて現在結果をとりまとめているところである.ランダムに成長するネットワークに関わる確率論の諸問題の研究を推進し,本年度下記の成果が得られた:(a)2次元Isingモデルの高温相におけるパーコレーション問題について樋口保成氏(神戸大学)及びYu Zhang氏(コロラド大学)と共同で研究を行ない,種々の臨界指数の関係式を導出した.これは独立なパーコレーション問題におけるKestenの結果に対応するものである.今年度は国際会議や研究集会で成果の発表を行ない,証明の全体をプレプリントとして公表した(arXiv:1010. 1586, 146ページ).学術雑誌への投稿に向けて準備を進めている.臨界点におけるスケーリング極限の研究は次年度も継続して行なう.(b)曽原崇史氏,阿久津典子氏(大阪電気通信大学)と共同研究による,不純物のある2次元DLA成長モデルのモンテカルロ計算については,国際会議において研究成果の発表を行なった.また,不凍糖タンパク質以外の場合への適用可能性に関する考察を進めた.学術雑誌への投稿に向けて論文執筆中である.(c)自己の軌跡が推移確率に影響を及ぼす強化ランダムウォークで,はしご型グラフにおける極限挙動の研究を行ない,木グラフの場合の議論を拡張することによって0-1法則を示すことが可能な場合があることが判明した.この方向の研究は発展途上であり,次年度も引き続き研究を推進する.ランダムに成長するネットワークに関わる確率論の諸問題の研究を推進し,本年度下記の成果が得られた:(a)2次元Isingモデルの高温相におけるパーコレーション問題について,昨年度に引き続き樋口保成氏(神戸大学),Yu Zhang氏(コロラド大学)と共同で研究を行なった.本年度は外部磁場がパーコレーションの臨界値である場合に,5-armと呼ばれる事象の確率を調べ,そのオーダーを求めた.これはスケーリング極限を求める問題において重要な基礎となる結果である.この研究課題について得られている結果を,研究集会及びコロラド大学における教室談話会で口頭発表した.(b)1次元線形オートマトンrule 90に対する不変分布の研究を行なった.空間のシフトに関して不変かつ混合的な不変分布は本質的に2種類しか存在しないが,空間のシフトに対して不変だが混合的でない不変分布は無限個存在することが知られている.本年度は空間のシフトに対して不変で,エルゴード的だが混合的でない不変分布について研究した.線形オートマトンの生成するフラクタル図形に注目することにより,これまで知られていたものとは別な不変分布の族を構成した.この研究はまだ始まったばかりであり,今後の研究課題である.上記課題の研究と並行し,確率論の立場から複雑ネットワークについて述べたRick Durrett著"Random Graph Dynamics"の邦訳を完成した(井手勇介氏(神奈川大学),今野紀雄氏(横浜国立大学)と共同).原著にあった無数の誤りを修正するとともに,難解な部分について補遺を追加して,読者への便宜をはかった.
RC部材のせん断破壊性状に及ぼす主筋のダボ作用と付着作用の影響に関する研究

主筋のダボ作用は主筋に沿う割裂きひびわれを発生させ,広範囲にわたって付着劣化が生じ,RC部材のせん断性状に大きく影響することが容易に想像されることから,本研究では主に実験的に主筋のダボと付着性状を詳細に調べ,せん断強度・破壊モード・せん断力伝達機構等とダボおよび付着作用の関係を検討した。部材端部の斜めひびわれ,主筋のダボ作用およびそれによって生じる主筋に沿うひびわれと付着劣化等を考慮した予備的なマクロ解析の結果に基づいて,せん断補強筋の種類および主筋の付着性状を意図的に変化させた試験体を製作し,ひずみ測定に重点をおいたはりのせん断実験を行った。ダボ作用の大きさ,付着劣化の状況,せん断備強筋の引張力を求め,これらと耐力,破壊モードとの対応を検討した結果,解析結果と良く対応しており,ダボ作用と付着作用の相関に関する解析モデルおよびせん断破壊に至るRCはりのモデル化の妥当性を確認した。上記の解析結果および実験結果から,主筋のダボ変形を拘束してやれば,主筋に沿うひびわれの進展もおさえられ,付着劣化の範囲も小さくせん断耐力が大きくなることが分った。さらに,ひびわれ幅も小さくなることから,変形性能の向上も期待できることが分った。そこで,主筋のダボ変形を効率的に拘束する方法として,集約せん断補強方法を提案し,その効果を実験的に確認した。解析的にも,ダボ作用と付着作用の相関を考慮した解析モデルを用いて,せん断補強量,配置,強度,剛性などが変化した場合のダボおよび付着性状が,せん断耐力,破壊モード,各せん断抵抗要素のせん断力分担率に及ぼす影響を明らかにして,集約せん断補強効果を確認した。さらに,集約せん断補強のメカニズムを考えると,プレキャスト部材で材端部にモルタル充填式継手を設けた場合のせん断補強へ応用できる可能性が有り,その実用化に向けての基礎実験を行い,せん断耐力評価を試みた。部材端部の斜めひびわれ、主筋のダボ作用およびそれによって生じる主筋に沿うひびわれと付着劣化等を考慮してマクロ的な予備解析を行った。その結果、ダボ作用に起因する主筋に沿うひびわれ発生と付着劣化の程度が、せん断耐力、破壊モ-ド、各せん断低抗要素のせん断力分担率に大きな影響を及ぼすことが分った。また、斜めひびわれが主筋を横切る位置に太径のせん断補強筋を配置するなどして、主筋のダボ変形を拘束してやれば、主筋に沿うひびわれの進展もおさえられ、付着劣化の範囲も小さくなってダボ作用によるせん断低抗が大きくなることが分った。さらに、ひびわれ幅も小さくなることから、変形性能も向上することが期待される結果となった。以上の予備解析の結果に基づき、主筋のダボ変形に対する拘束力を変化させた試験体を作成し、せん断実験を実施した。スパン内のせん断補強筋本数を一定とし、せん断補強筋間隔と斜めひびわれが主筋を横切ると予想される位置に集中的に配置するせん断補強筋量をパラメ-タとした。実験結果によれば、せん断補強筋間隔が部材せいの半分程度まで大きくなっても、間隔が小さいこのと比べて耐力的に全く変らず、また最大耐力後の耐力低下もむしろ少なくなった。

ひびわれ発生状況および断補強筋のひずみ状態を見ても、主筋のダボ変形が拘束されていることは明らかで、予備解析の結果と合せ、ダボ作用およびそれに起因するひびわれ、付着劣化を防ぎ、ダボ作用によるせん断低抗を大きくすることが重要であることが分った。別の見方をすれば、せん断補強筋を増やす場合、間隔を小さくしても、斜めひびわれを予想する位置に部分的に集中配筋しても、同等の効果が得られるということであり、等間隔配筋ではコンクリ-ト打設を考えると物理的に配筋しきれないような場合でも、適当な位置に集中配筋することによりせん断補強筋間隔を確保した配筋が可能になることを示唆している。ダボ作用と付着作用の相関を考慮した解析モデルを用いて、せん断補強筋の量、配置、強度、剛性などによるダボおよび付着性状が、せん断耐力、破壊モ-ド、各せん断抵抗要素のせん断力分担率に及ぼす影響を解析的に明らかにした。解析結果を確認するために、せん断補強筋として高強度材料、新素材、等を使用した試験体、および、主筋の付着性状を意図的に変化させた試験体を製作し、ひずみ測定に重点をおいたはりのせん断実験を行った。主筋のひずみ分布、せん断補強筋のひずみ、マクロ的なはりの変形挙動等を詳細に測定し、ダボ作用の大きさ、付着性状の変化、はりの変形状態、せん断補強筋の引張力を求め、これらと耐力、破壊モ-ドとの対応を検討した結果、実験結果は解析結果と良く対応しており、解析モデルの妥当性を確認した。次に、ダボ作用および主筋に沿うひびわれに起因する付着劣化がせん断耐力を低下させるという解析および実験結果から、より良好なせん断性状を得るための配筋方法を検討するために、集約せん断補強筋量をパラメ-タとした試験体を製作し、一方向単調載荷のせん断実験を行った。集約せん断補強筋と斜めひびわれとの位置関係で、斜めひびわれを横切るせん断補強筋として直接せん断力伝達に大きな役割をはたしている場合と主筋のダボ変位を拘束してダボ作用によるせん断力伝達を大きくしている場合があるが、いずれにしてもせん断耐力の向上に有効であり、実験結果に基づいて、集約せん断補強量の算定方法を暫定的に示した。また、上記の解析モデルを用いて解析を行い、集約せん断補強効果をせん断力伝達機構の点から明らかにした。集約せん断補強方法は、等間隔配筋では物理的に配筋しきれないような場合、プレキャスト部材で材端部に鉄筋継手を設けた場合のせん断補強、等に有効であると考えられ、今後、本研究成果の応用を考える必要がある。ダボ作用と付着作用の相関を考慮し、応力の流れとひびわれの発生をマクロ的にとらえた解析モデルを実験結果と対照して修正した。主筋のひずみ、付着応力度分布、せん断補強筋のひずみ、せん断耐力、破壊モード等の解析結果は実験結果と良く対応しており、解析モデルの妥当性を確認した。これを用いて、主筋のダボ・付着特性のせん断性状に及ぼす影響を解析的に検討した結果、付着作用が全くない場合には極端にせん断耐力が小さくなるが、ある程度の付着作用が存在する場合にはせん断耐力にそれほど影響しないこと、付着劣化時剛性はせん断耐力に影響を与えるが、斜めひびわれが主筋を横切る位置からせん断補強筋間隔の23倍程度の区間でしか付着劣化しないこと、最大付着応力度が変化した場合、それに伴って付着劣化量も変化するため、せん断耐力に多少の影響を与えると思われること、せん断耐力に一番影響を及ぼすものは付着劣化時剛性と考えられ、付着劣化さえ防ぐことができれば、せん耐力の上昇が期待できること、などを明らかにした。また、集約せん断補強効果に関する解析を行った結果、斜めひびわれを横切る位置に集約せん断補強を施した場合には、ダボ作用を抑える効果よりもせん断補強筋としての役割が大きくなり、斜めひびわれが主筋を横切るすぐ脇に集約せん断補強を施した場合には、ダボ変形の拘束が大きくなるが、いずれにしても均等に配筋したもの以上のせん断耐力を得られること、などを明らかにした。
制御システムの異常検出と安全性の制御融合技術に関する研究

本研究は制御システムの異常検出と安全性の融合技術の基礎理論を提案する。これまでに、ロバスト制御理論および適応制御理論は制御性能を向上させるために寄与してきた。しかし、大規模化・複雑化するシステムにおいて異常検出と安全性を確保することが課題に挙げられている。本研究は実システムを用いて,いままでのアドバンストな制御理論に融合可能なシステム異常用のフィードバック制御則を新しく構築する。適応制御とロバスト制御は,制御系設計におけるモデルの不確かさに対処する方法論として研究されてきた。近年,多くの産業応用が数多く報告されている。一方,制御工学の新たな課題として,大規模化・複雑化した制御システムの異常検出と安全性を保障することが求められている。フィードバック制御性能の高度化に加え,システム異常検出と異常時から安全な状態へ収束させる制御融合技術が新しく必要である。産業界では工学的な直感に基づく試行錯誤での設計が行われているのが現状である。本研究は,これら実用に耐えうる設計理論の構築を行い,熱系プロセスおよび電動車の例を挙げ,異常検出と異常から復帰のための制御理論の基礎的研究を行う。熱系プロセスでは,半導体制御装置のチャッカ部と成形機の模擬実験装置を扱う。ヒータ断線や制御パラメータの不適合によるシステム異常時にシステムを停止せずに,フィードバック演算をしたまま隣り合う入力が補完して運転するよう,積極的な飽和操作量と飽和検出部を設けた新たなフィードバック則の理論構築を行った。電動車両は,ジャイロ・加速度・モータ電流・モータ位置などの複数のセンサからなる姿勢制御を含む車両およびロボットを扱い,階層型フィードバック制御ループの切換えによる安全停止法を中心に理論構築を行った。これらの成果は,国際会議,国際論文誌などで発表した。適応制御とロバスト制御は、制御系設計におけるモデルの不確かさに対処する方法論として研究されてきた。その理論的枠組みは1980年代および1990年代に完成し、産業界への応用も数多く報告されてきている。一方、組み込み技術の発展により従来よりも複雑な制御プログラムが実装できるようになった。大規模化かつ複雑化したシステムのフィードバック制御性能の高精度化に加えて、異常時の対策と安全な状態へ収束させる制御融合技術が新しく必要である。しかし、上記に対するシステムの設計理論は追いつかず、工学的な直感に基づく試行錯誤での設計やシーケンス制御がなされているのが現状である。ますます複雑化・大規模化する制御システムをより高性能化しより効率的な設計を行うために、制御理論研究者は上記の重要テーマについて盛んに研究している。しかし、実用に耐えうる設計理論を構築するためには、個々の制御対象の特長を抽出して、現場では何が問題となっているかを認識した上で理論研究を展開することが重要である。本研究は上記の状況を鑑みて、産業界で必要とされるシステムの具体例を挙げ、システム異常およびループ異常の制御理論の構築を行った。産業機械の多くは多入出力系であり複数のアクチュエータとセンサからなる。各入出力間には制御対象の構造的な不均一性から相互干渉を発生してループ異常が発生する。また、操業時に補償器の不適正な調整パラメータや構造変化が原因でおこるハンチング現象等は装置の暴走や装置内の材料に悪影響を与える。本研究は、多入出力系の汎用モデルを算出して干渉の抑制と補償器のパラメータ範囲と調整順序決定法、さらにループ異常を収束させるオブザーバ手法およびハンチング抑制のための手法、可変構造により不安定化をもたらす場合の制御手法を明らかにした。提案法は実システムの例をあげて、実験検証により有効性を示し、国内外の論文に纏め上げて報告した。
砂地盤の崩壊挙動の解析的予測に用いる要素の歪軟化を含む応力〜ひずみ関係の研究

一連の平面ひずみ圧縮と模型支持力実験(二次元平面ひずみ条件)を同一の豊浦砂を用いて行った。平面ひずみ圧縮試験では【σ_1】方向と堆積面方向のなす角度を変えた実験を行った。更に、【σ_2】面の局所的な変位の分布を±2マイクロミーターの精度で測定しうるスペックル写真法を本研究で使用しうるように各種の技法の開発を行った。その結果、載荷に伴なう砂の供試体内のひずみ分布を詳細に知ることができ、ピーク応力以前から供試体内のひずみ分布はきわめて非一様であり、特にピーク応力直前に明瞭なせん断層が発生し、ピーク応力後ではせん断層の外側は弾性的な除荷状態になっていることを新たに定量的に知ることができた。従って、供試体平均ひずみを用いた応力ひずみ関係は客観的な物性をあらわしていないと言える。そこでせん断層を含む約5mmの幅の帯についての平均ひずみを定義し、それを用いた局所的応力ひずみ関係を【σ_1】方向と堆積面方向のなす角度の関数として定めた。模型支持力実験では5mm角の要素に対するひずみを詳細に測定し、上述の局所的応力ひずみ関係を用いて各点での動員された内部摩擦角φmobの分布を求め、これを用いて応力特性曲線法を用いてフーチング荷重を計算した。その結果、計算されたフーチング荷重は測定値とよく一致した。一方、平面ひずみ供試体の平均ひずみを用いた応力ひずみ関係を用いて上記と同様な計算をした所、測定値とは全く異った値となった。更に有限要素法で上記のプロセスをシミュレーションするためには要素のせん断層の厚さに対する相対的大きさに応じてその要素の平均的応力ひずみ関係は変えてゆく必要があるが、このことについての予備検討を行った。又、ねじりせん断試験で【σ_3】<0.5kgf/【cm^2】以下ではφmob(【Σ_1】-【Σ_3】)関係は【σ_3】の値によらないことが分った。これは解析に用いるべき構成式を著しく簡明にすると伴に、小型模型実験の意義を高めることになる。
低酸素で致死的影響をもたらす小胞体関連分解(ERAD)機能不全に関する研究

細胞内に生じた構造異常タンパク質は細胞機能の維持に対して脅威となるため、細胞は異常タンパク質に対処する仕組みを備えている。特に小胞体に蓄積した構造異常タンパク質を積極的に除去する仕組みを、小胞体関連タンパク質分解(ER-associated protein degradation; ERAD)と呼ぶ。我々は、ERADで働く小胞体膜タンパク質Herp、Derlin-1、Derlin-3の欠損マウスを作製し、それらの表現型を解析している。その中で、HerpおよびDerlin-3欠損マウスが慢性低酸素負荷によって顕著な脆弱性を示すことを見出した。これまでに、その原因として、Derlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスでは低酸素ストレスに対する心機能の適応能力が低下し、心臓内で血流のうっ滞などが起きた可能性、また、体重推移に異常があったことから、全身性の適応不全の可能性を示す結果を得ていた。そこで、平成30年度は、低酸素下でのDerlin-3欠損マウスやHerp欠損マウスの心臓で観察された異常が通常飼育条件下でも見られるのか、それとも低酸素ストレスに晒されたことにより初めて出現したものかを見極めるための心機能評価をMRI等を利用しておこなった。その結果、Derlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスは、通常飼育条件下においても、収縮不全によって左室駆出率が低下し心機能低下を来していることが分かった。続いて、この心機能低下のメカニズムを探るため、経時的なMRI撮像をおこない、その発症時期特定を進めているところである。また、心機能異常の原因として知られる糖代謝異常の可能性を調べるため、PETによる解析も実施したが、野生型との差は見られなかった。今後は、心臓を用いたRNAseqによる変動遺伝子群の網羅的解析や、心機能低下の原因が心臓以外にある可能性も考え、代謝異常などの全身性の異常を想定した血液の生化学的解析も含めて多角的に進める。Derlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスの心機能評価をMRIを利用しておこなった。16週齢の雄マウスを用いて調べた結果、Derlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスは、通常飼育条件下においても、収縮不全によって左室駆出率が低下し心機能低下を来していることが分かった。続いて、この心機能低下のメカニズムを探るため、生後2週から16週までの経時的なMRI撮像をおこない、その発症時期特定を進めている。また、心機能異常の原因として知られる糖代謝異常の可能性を調べるため、F18-FDGを用いたPETによる解析も実施したが、野生型との差は見られなかった。今後は、心臓を中心にした解析に加えて、心機能低下の原因が心臓以外にある可能性も考え、Derlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスの血液での生化学的検査による全身性の異常のスクリーニングやDerlin-3やHerpが恒常的に高発現する膵臓に注目した解析も含めて多角的に進める。平成30年度の解析で得られた、通常飼育条件下でのDerlin-3欠損およびHerp欠損の心機能低下の原因を探るべく、心臓以外の臓器の異常の観点からも解析を進める。心臓以外の機能異常の解析対象候補として、ERAD因子が高発現を示し、かつDerlin-3が恒常的に高発現していることがわかっている唯一の臓器である膵臓に着目する。膵臓における機能異常、つまり消化酵素の分泌不全やインスリン分泌不全等による代謝異常による影響を想定している。まず、代謝異常の存在を解析するため、マウスの血液を用いた生化学的検査をおこなってスクリーニングする。また、高脂肪食負荷をかけた時の適応能力を調べる解析も開始しており、耐糖能や代謝異常に注目して進める。細胞レベルでは、膵臓におけるERAD因子群の挙動にも注目した解析をおこなう予定である。また、心機能低下の発症時期特定のための経時的MRI解析も引き続き進める。また、心臓や膵臓を用いたRNAseqによる網羅的解析も実施し、HerpおよびDerlin-3欠損がもたらす脆弱性のメカニズムを解明する。最近、HerpおよびDerlin-3欠損マウスが慢性低酸素負荷によって顕著な脆弱性を示すことを見出した。本研究では、その原因を細胞レベルおよび個体レベルで探求することで、ERADの生理的な重要性を明らかにし、さらにその基盤となる分子メカニズムを解明する。平成29年度は、低酸素ストレスに対して脆弱性を示すDerlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスを利用して、それらの脆弱性につながる原因を探る解析を実施した。具体的には、慢性低酸素ストレスに晒したマウス個体から臓器等を採取し、野生型マウスの臓器との違いに注目した組織解析を進めた。その結果、両欠損マウスで心臓における血栓形成および線維化亢進が観察された。血液のヘマトクリット値には野生型と差がなかったことから、Derlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスでは低酸素ストレスに対する心機能の適応能力が低下し、心房あるいは心室内で血流のうっ滞などが起きた可能性が推測された。また、体重推移に異常があったことから、全身性の適応不全の可能性も考慮する必要が生じた。低酸素ストレスに晒された野生型マウス、Derlin-

3欠損マウス、Herp欠損マウスから心臓や肺等を採取し、組織切片の解析をおこなった。その結果、両欠損マウスで心臓における血栓形成および線維化亢進が観察された。Derlin-3欠損マウスでは、心室に加え右心房においても病的血栓が観察された。血液のヘマトクリット値や、心肥大の程度、左室右室重量比には、マウス群間で大きな差は見られなかったため、血栓形成の原因として、心機能自体の低酸素への適応が正常に起こらず、心臓内での血流のうっ滞などが起きたと推測された。低酸素下での体重推移については、実験実施毎に程度のばらつきはあるものの野生型との差が見られ、特に低酸素飼育開始後1週間の体重減少は欠損マウスで顕著になる傾向が見られた。以上の結果より、慢性低酸素負荷で脆弱性を示す原因として、低酸素への心臓の適応不全が一因にあると考えられた。また、体重の推移にも差が見られたことから、全身性の適応不全や消化異常等に起因する代謝異常の可能性も生じた。今後の研究の方向性を考える上で重要な結果が得られたと考えている。細胞内に生じた構造異常タンパク質は細胞機能の維持に対して脅威となるため、細胞は異常タンパク質に対処する仕組みを備えている。特に小胞体に蓄積した構造異常タンパク質を積極的に除去する仕組みを、小胞体関連タンパク質分解(ER-associated protein degradation; ERAD)と呼ぶ。我々は、ERADで働く小胞体膜タンパク質Herp、Derlin-1、Derlin-3の欠損マウスを作製し、それらの表現型を解析している。その中で、HerpおよびDerlin-3欠損マウスが慢性低酸素負荷によって顕著な脆弱性を示すことを見出した。これまでに、その原因として、Derlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスでは低酸素ストレスに対する心機能の適応能力が低下し、心臓内で血流のうっ滞などが起きた可能性、また、体重推移に異常があったことから、全身性の適応不全の可能性を示す結果を得ていた。そこで、平成30年度は、低酸素下でのDerlin-3欠損マウスやHerp欠損マウスの心臓で観察された異常が通常飼育条件下でも見られるのか、それとも低酸素ストレスに晒されたことにより初めて出現したものかを見極めるための心機能評価をMRI等を利用しておこなった。その結果、Derlin-3欠損マウスおよびHerp欠損マウスは、通常飼育条件下においても、収縮不全によって左室駆出率が低下し心機能低下を来していることが分かった。続いて、この心機能低下のメカニズムを探るため、経時的なMRI撮像をおこない、その発症時期特定を進めているところである。また、心機能異常の原因として知られる糖代謝異常の可能性を調べるため、PETによる解析も実施したが、野生型との差は見られなかった。今後は、心臓を用いたRNAseqによる変動遺伝子群の網羅的解析や、心機能低下の原因が心臓以外にある可能性も考え、代謝異常などの全身性の異常を想定した血液の生化学的解析も含めて多角的に進める。Derlin-
皮膚構成細胞の細胞運命解析による皮膚の老化・再生機序の解明

1Epi-confettiシステムの構築を行い、表皮基底細胞の運命解析ができる系を確立し、表皮幹細胞クローンの可視化に成功した。2このEpi-confettiシステムに、色素斑や角化異常を誘導する種々のストレス、発癌剤などを加えて観察したところ、程度の差を認めたものの、個々の表皮基底細胞に由来する細胞のクローン化が促進される傾向が認められ、毛包間上皮由来のクローンにおいては発癌に関与する所見が得られた。4発癌刺激を加えたマウスの経時的観察を行い、発癌部位と異常角化部位における遺伝子発現の解析を行い、クローン化に関与する候補因子を同定した。本研究では、遺伝子改変マウスを用いて皮膚の幹細胞の細胞運命の解析システムを構築し、色素斑の発生過程や発癌初期において、個々の角化細胞や色素細胞がどのようにターンオーバーしながら、均一な皮膚が不均一性状に変化していくかについて解析することを目的としている。併せて、ヒトの高齢者の露光部皮膚などの老化した皮膚においても同様の機序が存在するのかを解析し、ヒトの皮膚の老化機序の解明へとつなげ、良好な皮膚の維持や再生を実現することを目指すものである。これまで、以下に示す実験内容を行っている。1)表皮基底細胞クローンの運命を解析できるシステムを構築した。表皮基底細胞を効率的に4色の色素でラベルするマルチカラークローンラベリングシステム(表皮confettiシステム)の構築を行い、表皮基底細胞クローンの運命を解析できるかについて検討した。2)表皮基底細胞クローンが色素斑の形成や色素沈着、角化異常、発癌に関わるのか、検証した。上記confettiシステムに、色素斑や角化異常を誘導するストレス、発癌剤などを加え、個々の表皮基底細胞に由来する細胞の分布が表皮や毛包においてどのようにして変化していくのか、皮膚の色素や角化異常などの不均一性と関わるのかどうかについて検証した。3)発癌初期における表皮基底細胞クローンの分布解析とクローン化を誘導する因子の同定について検討を行った。発癌刺激や放射線照射などのゲノムストレスを加え、経時的に観察を行ない、表皮基底細胞クローンと発癌刺激との関わりについて分析した。さらに、発癌部位、異常角化部位における遺伝子発現の解析を行い、クローン化を誘導する因子の同定を行っている。表皮基底細胞のマルチカラー・クローンラベリングシステムを用いて、表皮の幹細胞が加齢によりどのように変化するのか、蛍光顕微鏡を用いて観察を行った。その結果、表皮基底細胞クローンは、加齢や発癌刺激により経時的変化を示した。現在はクローン細胞の変化の誘因となる因子の同定を行っている。本研究では、遺伝子改変マウスを用いて皮膚の幹細胞の細胞運命の解析システムを構築し、色素斑の発生過程や発癌初期において、個々の角化細胞や色素細胞がターンオーバーを繰り返しながら、均一な皮膚が不均一性状に変化していく過程について解析することを目的としている。併せて、ヒトの高齢者の露光部皮膚などの老化した皮膚においても同様の機序が存在するのかを解析し、ヒトの皮膚の老化機序、発癌機序の解明へとつなげ、良好な皮膚の維持や再生を実現することを目指すものである。研究実績の概要の1)から3)について概ね順調に進んでいる。その結果、表皮基底細胞クローンは、加齢や発癌刺激により特異的な経時変化を示した。現在は、一部の表皮基底細胞クローンとクローン化に関与する因子が、厳密に発癌に寄与する可能性について、レーザーマイクロダイゼクション法と組み合わせた定量PCR法、免疫染色法などを用いて、検証を行っている。本研究では、クローン可視化マウス(Confettiシステム)を用いて、表皮の角化細胞、および色素細胞特異的にクローン解析が可能となるシステムを構築し、ストレス刺激を与えたマウス皮膚において個々の角化細胞や色素細胞の動態の解析を行った。研究成果1表皮基底細胞の運命追跡システムの構築ケラチン14プロモーター制御化にタモキシフェン(TAM)依存性にCre酵素を発現するK14creERT2マウスとCre酵素依存性に4色(GFP/YFP/RFP/CFP)の色素発現するROSA26brainbow2.1マウスを用いて、表皮基底細胞を効率的に色素でラベルするEpi-confettiシステムの構築を行い、表皮基底細胞の運命解析ができる系を確立した。その結果、表皮幹細胞クローンの可視化に成功した。2K14

creERT2;Rosa26brainbow2.1マウスに7週齢で、TAMを5日間、連続投与を行い、表皮基底細胞のマルチカラーラベリングを行い、その後の運命を観察した。ラベリング後、11週齢、4.5ヶ月齢でのマウス尾部組織像ラベル後、11woでは、表皮基底細胞にマルチカラーラベルが見られ、4.5moのホールマウント像では、ラベリング細胞が徐々にクローンを形成する様子が観察された。3上記Epi-confettiシステムに、色素斑や角化異常を誘導する種々のストレス、発癌剤などを加えて観察した。程度の差を認めたものの、個々の表皮基底細胞に由来する細胞のクローン化が促進される傾向が認められた。さらに表皮基底細胞のうち、毛包間上皮由来のクローンにおいては発癌に関与する所見が得られた。4発癌刺激を加えたマウスの経時的観察を行い、表皮基底細胞クローンと発癌刺激との関わりについて分析した。さらに、発癌部位と異常角化部位における遺伝子発現の解析を行い、クローン化に関与する候補因子を同定した1Epi-confettiシステムの構築を行い、表皮基底細胞の運命解析ができる系を確立し、表皮幹細胞クローンの可視化に成功した。2このEpi-confettiシステムに、色素斑や角化異常を誘導する種々のストレス、発癌剤などを加えて観察したところ、程度の差を認めたものの、個々の表皮基底細胞に由来する細胞のクローン化が促進される傾向が認められ、毛包間上皮由来のクローンにおいては発癌に関与する所見が得られた。4発癌刺激を加えたマウスの経時的観察を行い、発癌部位と異常角化部位における遺伝子発現の解析を行い、クローン化に関与する候補因子を同定した。今後は、一部の表皮基底細胞クローンとクローン化に関与する因子が、厳密に発癌に寄与する可能性について、レーザーマイクロダイゼクション法と組み合わせた定量PCR法、免疫染色法などを用いて、検証を行って行く予定である。さらに、ヒトの加齢皮膚や日光角化症病変部位を用いて、これまでのマウスの解析結果がヒトにおいても同様に言えるのかどうか、有効なマーカーとなるものを探索し、正常部皮膚や若年者の皮膚と比較を行いながら明らかにする。具体的には、形成外科手術で得られる余剰皮膚(廃棄される皮膚)には、異常角化部位や日光角化症部位も混じるので、それらの部位を使用し、その発生機序や適切な切除部位の選定において知見を得る予定である。ヒトの加齢皮膚や日光角化症病変部位を用いて、これまでのマウスの解析結果がヒトにおいても同様に言えるのかどうか、有効なマーカーとなるものを探索し、正常部皮膚や若年者の皮膚と比較を行いながら明らかにする。具体的には、形成外科手術で得られる余剰皮膚(廃棄される皮膚)には、異常角化部位や日光角化症部位も混じるので、それらの部位を使用し、その発生機序や適切な切除部位の選定において知見を得る。形成外科2015年度にレーザーマイクロダイゼクション法を用いた解析を行う予定であったが、2016年度に行うことに変更したため、その分に相当する予算は持ち越した。