hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハプティクスディスプレイの開発と材質感レンダリング方式の研究開発

例えば,木片接触した時に被験者は,木片をタッピングしたような感覚を得ることができた.本研究では,対象物の材質感の表現として,接触状態における振動と温度・熱伝導率,荷重時のインピーダンスを提示すること,なぞり状態における微小な凹凸のある対象物表面での振動覚を提示すること,から材質感の提示を行うことを計画している.平成12年度は,温熱感覚の付与機構の試作と,材質感表現パラメータ用DBの検討・試作を行う計画である.本年度は,触力覚提示方式における触力覚表現情報データ構造の検討・構築を行い,併せて試作したハプティクスディスプレイを用いての接触時振動の提示実験と表面状態提示実験を行った.触力覚表現情報データ構造として,表面情報,局所粘弾性情報,熱伝達情報,幾何情報に分類し,そのデータ構造を構築した.表面情報は物体表面の凹凸情報を表す.局所粘弾性情報は粘弾性係数及び接触時振動に提示に関する情報を表す.熱伝達情報は対象物接触時における熱移動による温度変化に提示に関する情報を表す.幾何情報は対象物の寸法等形状を表す情報である.これらの情報はマッピングデータとモデリングデータの2つの特性に分類し管理されている.提示実験としては,昨年度に続き対象物への接触時振動感覚提示実験を行った.ハプティクスディスプレイを保持し,レバーのような棒で対象物に接触させた場合の,接触振動を指先に提示した.対象物としては,木と金属を仮定し実験を行ったところ,両者の明確な相違を表現できた.表面状態提示実験は,仮想物体表面に触れ触運動を行ったときに生じる感覚を提示するものである.本実験では,表面状態データとしてデジタルカメラで撮影した画像を触力覚情報に変換し,提示情報とした.対象物表面の凹凸情報の検出のため被写体に当てる光源を変え撮影を行っている.表面情報としては画像の1pixelを0.2mmとした.これらのパターンデータは離散データであるため,その間はスプライン補間処理を行っている.被験者提示実験では,煉瓦,コンクリート,御影石等5種類の対象物表面パターンを用いた.提示された対象物と実物のレプリカに触れた場合の判別実験では,コンフュージョン行列を作成し判別率を検討した.結果として,まだ不十分なところも多々あるが良好な結果を得ることができた.この他,本年度は温熱感覚の付与機構の基本構造の試作を行い予備実験を行った.発熱・吸熱素子としてペルチェ素子を用い,印可電力と放熱特性の基本実験と印可電圧のPWM制御による熱伝導制御の予備実験を行い,ある程度の熱伝導制御可能範囲データを得ることができた.本年度は,提示システムの改良と,前年度までに開発した触覚レンダリングアルゴリズムを用いた提示実験を行った.また,触力覚提示方式における触力覚表現情報データ構造の改良を行い,併せて新たにマトリクス状振動子を用いた表面状態の提示に関して人間の触知覚特性に踏込んだ解明を行った.触力覚表現情報データ構造として,表面情報,局所粘弾性情報,熱伝達情報,幾何情報に分類し,そのデータ構造を改良した.表面情報は物体表面の凹凸情報を表す.局所
大空間を持つ純木質ラーメン構造のための軽量化接合法とその架構の開発

本研究は、軽量型の二方向ラーメン構法用の接合部の開発を主課題としており、接合方法として、ラージフィンガージョイント(LFJ)とラグスクリューボルト(LSB)接合の改良を行ってきている。本年度は、昨年度おこなったLFJの中間部材としてどの材がよいかを検討するためにL字型試験を行い、その結果を基に、中間部材を合板としたLFJを一構面とし、もう一構面を先に完成していたLSBを用いたものとして、二方向ラーメン架構の施工及びその耐力試験を行った。この実験に先駆けて、LSBと合板及びOSBの中間部材との引き抜き性能実験をおこない、その性能を確認している。また、LSBを用いた柱脚部は比較的変形性能に欠けているため、新たに変形可能なタイプの金物を考案し、その性能評価もおこなった。その結果、従来型に比べて、変形性能が2倍以上になり、また許容耐力においても上昇する結果となった。これら部分実験の結果を得て、二方向の単位フレーム実験をLFJが強軸の方向と、弱軸の方向について1体ずつ試験を行った。その結果、部分実験から求めた耐力をフレーム実験でも発揮することができた。しかし、LFJが強軸になる側はLFJの肩部からの破壊が先行したために、柱脚の変形性能をうまく生かすことができなかった。今後これらの成果をまとめて、よりよい二方向ラーメンの開発をおこなっていきたい。加えて、こられの実験より、積載荷重等の影響について検討する必要があることがわかってきたため、今後は積載荷重などを考慮した研究を進め、設計に活かせるようにしたい。二つの異なる軽量型接合部を用いた木質ラーメン構造の提案を目的として、以下の実験および検討をおこなった。新型のラグスクリューボルト(二タイプのねじを切った接合用金物)を用いたT型および柱脚の接合部の実験を行った。その結果、T型接合部では、今まで行ってきたラグスクリューボルトの設計式を用いて、引き抜き剛性、せん断剛性をうまく評価することができた。また、実験値は、高剛性、高耐力であったが、靭性にややかける結果となった。今後、改良が必要であるが、建物建設の目標としていた値を上回ることができた。また、柱脚接合部の引き抜きおよび曲げ実験については、以下のようであった。引き抜きでは、本数が増える毎に比例的に耐力が増える傾向は見られず、接合金物の変形が目立つようになった。曲げ実験については、柱を接合金物にはめ込むタイプであるため、割裂防止効果があり、大きな変形まで高い耐力を有する結果となった。これによって柱脚接合部でも大きな耐力の負担ができることがわかった。これらの成果を勘案し、一方向ラーメン架構の形成が可能であると考えている。今後、発展した実験を行っていきたい。もう一つのジョイントであるラージフィンガージョイントについては、現在、中間部材として対応できそうな材料の検討をおこなっている。検討方法としては、OSBと合板を二次接着することで集成材と同様の断面の材料を製作し、フィンガージョイント(縦継ぎ)による曲げ耐力およびせん断耐力の評価を行っている。合板の方がよい結果を示す傾向があり、今後の実験結果によって、早い段階での材料決定を行いたい。本研究テーマにおいては、二つの異なるタイプのラーメン構造を研究している。それは、ラグスクリューボルトを用いた接合形式とラージフィンガージョイントを用いた接着接合形式である。そこで、本年度は、昨年度に引き続きラグスクリューボルトを用いたラーメン構造の開発および解析を行い、ほぼ建築可能なレベルまで推し進めることに成功した。昨年度までおこなっていた大きな接合部を持つタイプではなく、かなりコンパクトな接合部で高い性能を発揮することに成功した。結果として、実際の建設に向けた試設計もおこなっている。ここでは、ラグスクリューボルト一本から全体の架構の耐力推定まで可能となっており、当初の目的をほぼクリアーしつつある。来年度は、ラージフィンガージョイントで用いる中間部材に対する性能評価実験をおこなう予定である。また、ラージフィンガージョイントで構成されたラーメン構造に関する研究では、フィンガージョイントの大きさによる耐力への影響等を明らかにした。これにより、現在設計を考えている規模の建物におけるラージフィンガージョイントの耐力推定に必要な多くの要素を集めることができた。加えて、中間部材によいと考えられたOSBと合板についてもL型のモーメント抵抗実験をおこない、合板、OSBともに高い性能を得ることができた。来年度は、詳細な検討をおこない、どちらの中間部材を用いるかの決定をおこない、フレーム実験をおこないたいと考えている。

これら部分実験の結果を得て、二方向の単位フレーム実験をLFJが強軸の方向と、弱軸の方向について1体ずつ試験を行った。その結果、部分実験から求めた耐力をフレーム実験でも発揮することができた。しかし、LFJが強軸になる側はLFJの肩部からの破壊が先行したために、柱脚の変形性能をうまく生かすことができなかった。今後これらの成果をまとめて、よりよい二方向ラーメンの開発をおこなっていきたい。加えて、こられの実験より、積載荷重等の影響について検討する必要があることがわかってきたため、今後は積載荷重などを考慮した研究を進め、設計に活かせるようにしたい。
陰性荷電当透析膜を用い吸着特性を利用した中毒治療への応用と予測

AN69ST膜(アクリロニトリルーメタリルスルホン酸ナトリウム共重合体)はスルホン酸基に由来する強い陰性荷電を有する血液透析膜であり、敗血症時におけるサイトカイン吸着などに用いられる一方、血液pHで陽性に荷電する薬物を吸着する性質を有する。これまでに当研究室ではAN69ST膜に対する薬物吸着性の検討を行ってきたが、同じ陽性荷電を有する薬物でもAN69ST膜への吸着性には差異が認められた(ナファモスタット: 92.8% vs.メトホルミン: 4.2%)。そのためAN69ST膜への薬物吸着性を判断する上で陽性荷電性以外の因子を考慮する必要性が示唆され、今回、薬物吸着に関わる相互作用の観点から薬物疎水性に着目した。AN69ST膜に対する薬物吸着には透析膜ー薬物間の静電相互作用以外に薬物-溶媒間相互作用が働いており、疎水性の高い薬物では後者の影響が小さくなるため吸着性が高くなることが予測される。そこで本研究では疎水性の異なる陽性荷電薬物を用いてAN69ST膜の薬物吸着能に対する薬物疎水性の影響を評価した。AN69膜による薬物吸着除去に対する薬物疎水性の影響を評価することを目的とし疎水性の異なる3種類のビグアナイド系薬物を用いてAN69膜への吸着性を比較検討したところ、3種のビグアナイド系薬物は同等の陽性荷電性を有しているにもかかわらずAN69膜への吸着性には差異が認められ、フェンホルミンはメトホルミン、ブホルミンよりも吸着性が高かった。原因として、フェンホルミンは薬物疎水性が最も高く、薬物ー溶媒間相互作用の影響が小さかったことが考えられる。これより、AN69膜による薬物吸着には陽性荷電性以外にも薬物疎水性が影響していることが示唆された。ビグアナイド系薬物に関して,各薬物のAN69ST膜への吸着性を非荷電膜であるpolysulfone (PS)膜を使用した場合と比較したところ,フェンホルミンのみがAN69ST膜使用時に有意な濃度低下を認めた.また薬物初期濃度20020,000 &micro;Mにおける各薬物の吸着等温線を作成し,臨床的濃度域(低濃度域)における吸着等温線の傾きよりAN69ST膜への吸着性を比較したところ,フェンホルミン,ブホルミン,メトホルミンの順に吸着性が高かった.以上の結果から,同じく陽性に荷電している薬物でも,薬物疎水性が低いものはAN69ST膜への吸着性が低く,一方で薬物疎水性が高いものはAN69ST膜への吸着性が高くなることが示された.他の薬物種においても同様の傾向が認められるかを確認するため、アミノグリコシド系抗菌薬であるストレプトマイシン(log P: -7.7)、ゲンタマイシン(log P: -3.1)のAN69ST膜への吸着性を評価した。薬物初期濃度を50 &micro;Mとし評価したところ、ゲンタマイシンはストレプトマイシンよりもAN69ST膜への吸着率が有意に高かった。今後はゲンタマイシン以外のアミノグリコシド系抗菌薬であるストレプトマイシン、アルベカシン、アミカシン、トブラマイシンなどのAN69膜に対する吸着性の評価・PS膜と比較および各種アミノグリコシド系抗菌薬の構造の関係について明らかにする。また、希薄溶液における吸着等温線を比較し、AN69膜への吸着性と相関の高い薬物疎水性パラメータを探索する。AN69ST膜は陽性荷電薬物の優れた吸着能を有する血液浄化膜であるが,薬物吸着能を予測するにあたり血液pHで同じように陽性に荷電する薬物でも吸着性に差異が認められるという課題が存在していた.この差異が生じる原因を薬物吸着に関わる相互作用の観点から探求し,AN69ST膜の薬物吸着能には薬物の陽性荷電性の他に薬物疎水性が影響していることを初めて見出した重要な知見であると考えられる.今後も更なる検討を要するが,AN69ST膜の薬物吸着能を判断する上で,薬物の陽性荷電性に加え薬物疎水性の影響を考慮することで,吸着性未知な薬物の吸着除去可能性の予測や透析施行時の血中濃度推移の予測などの一助となることが期待される.血液透析に用いられる透析膜のAN69(sulfonated polyacrylonitrile)膜はスルホン酸基に由来する強い陰性荷電を有する血液透析膜であり、この膜の特性をうまく利用すれば毒性の高い物質の速やかな除去や薬物適正使用に生かせる可能性がある。AN69膜はナファモスタット(酸解離定数〔pKa〕11.3)やアルベカシン(pKa 9.99)など、血液pHで陽性に荷電する薬物を吸着メカニズムによって除去できることが明らかになっている。一方で陽性に荷電している場合でも、薬物によって吸着性に差異が認められている。メトホルミン(pKa 12.3)はナファモスタット等と同様陽性に荷電している薬物であるが、AN69膜への吸着性は低く、AN69膜による薬物吸着には陽性荷電性以外の因子が影響していると考えられる。そこで薬物吸着に関わる相互作用という観点から薬物疎水性に着目した。薬物吸着には吸着剤ー薬物間相互作用の他に薬物ー溶媒間相互作用が働いており、疎水性の高い薬物では後者の影響が小さくなるため吸着性が高くなることが予想される。本研究ではAN69膜による薬物吸着除去に対する薬物疎水性の影響を評価することを目的とした。今回は疎水性の異なる3種類のビグアナイド系薬物を用いてAN69膜への吸着性を比較検討した。

3種のビグアナイド系薬物は同等の陽性荷電性を有しているにもかかわらずAN69膜への吸着性には差異が認められ、フェンホルミンはメトホルミン、ブホルミンよりも吸着性が高かった。原因として、フェンホルミンは薬物疎水性が最も高く、薬物ー溶媒間相互作用の影響が小さかったことが考えられる。これより、AN69膜による薬物吸着には陽性荷電性以外にも薬物疎水性が影響していることが示唆された。AN69膜の吸着特性を明らかにすることによって、さらなる薬物適正使用、中毒治療に貢献できるものと考える。我々は今までにAN69膜による陽性荷電薬物アルベカシン(pKa 9.99)の吸着除去の有効性を検討しており、in vitro透析実験および臨床試験において透析開始直後にアルベカシン濃度の速やかな低下が認められることを報告してきた。これらのことから陽性荷電薬物であることがAN69膜に吸着する条件として挙げられる。一方で以前の検討において、吸着実験の一つである簡易吸着実験により陽性荷電薬物であるメトホルミン(pKa 12.33)のAN69膜に対する吸着性を評価したところ、吸着率は4.20%であり、ナファモスタット(pKa 11.32)の吸着率92.8%と比較すると明らかに吸着性が低いことが確認された。これよりAN69膜による薬物吸着を考慮する上で陽性荷電以外の因子も考慮する必要があると考えた。そこで薬物吸着に関わる相互作用という観点から新たに薬物疎水性に着目した。ビグアナイド系薬物のメトホルミン、ブホルミン、フェンホルミンのAN69膜への薬物吸着量を、対照膜として荷電性の弱いPS(polysulfone)膜と比較した。AN69膜への吸着量はすべての薬物でPS膜よりも高かったが、有意差が認められたのは薬物疎水性が最も高いフェンホルミンのみであった。また3剤でAN69膜への吸着率を比較すると、メトホルミンとブホルミンの吸着率は同程度である一方で、フェンホルミンは他2剤よりも有意に高かった(メトホルミン: 5.04±3.70 %、ブホルミン: 4.70±1.90 %、フェンホルミン: 18.3±1.15%)。一般的に吸着剤、溶質(薬物)、溶媒の3成分系において、吸着剤ー溶質間相互作用が強いほど、また溶質ー溶媒間相互作用が弱いほど溶質が吸着剤に吸着しやすくなるとされており、ビグアナイド系薬物において、薬物疎水性が高いほどAN69膜への吸着性が高くなることが示唆された。AN69ST膜(アクリロニトリルーメタリルスルホン酸ナトリウム共重合体)はスルホン酸基に由来する強い陰性荷電を有する血液透析膜であり、敗血症時におけるサイトカイン吸着などに用いられる一方、血液pHで陽性に荷電する薬物を吸着する性質を有する。これまでに当研究室ではAN69ST膜に対する薬物吸着性の検討を行ってきたが、同じ陽性荷電を有する薬物でもAN69ST膜への吸着性には差異が認められた(ナファモスタット: 92.8% vs.メトホルミン: 4.2%)。そのためAN69ST膜への薬物吸着性を判断する上で陽性荷電性以外の因子を考慮する必要性が示唆され、今回、薬物吸着に関わる相互作用の観点から薬物疎水性に着目した。AN69ST膜に対する薬物吸着には透析膜ー薬物間の静電相互作用以外に薬物-溶媒間相互作用が働いており、疎水性の高い薬物では後者の影響が小さくなるため吸着性が高くなることが予測される。そこで本研究では疎水性の異なる陽性荷電薬物を用いてAN69ST膜の薬物吸着能に対する薬物疎水性の影響を評価した。
電子地図に対する高度なラベル配置アルゴリズム

本研究では,地図平面上の点にラベルを付けるという問題について考察し,以下の研究成果を得た.1.最初に,各点に優先度が指定されている場合のラベル配置問題について考察した.優れた地図ラベル配置アルゴリズムの一つとして,Wagner and Wolffによる方法が知られていたが,本研究ではこの方法を拡張することによって,点の消去を許さない場合と許す場合の両方について,点の優先度を考慮したラベル配置アルゴリズムを提案した.2.これまでに,できるだけ多くの点にラベルを付けることを目的としたアルゴリズムが数多く提案されていたが,それらの方法では,ラベルのサイズが大きい場合などには,ラベルを表示できない点が多数残ることがあった.本研究では,そのような場合に,ラベルを表示できなかった点に対し,引出し線を用いてラベルの配置を試みるアルゴリズムを二つ提案し,それらの有効性を計算機実験により示した.3.ラベルの縦書きや長いラベルを折り返して表示することを許す場合のラベル配置問題についても考察した.まず,Wagnerらの方法を単純に拡張することによってこのような表示を可能とするアルゴリズムを示し,次にその実行時間を大幅に削減するための工夫を加えた.本研究では,地図平面上の点にラベルを付けるという問題について考察し,以下の研究成果を得た.1.最初に,各点に優先度が指定されている場合のラベル配置問題について考察した.優れた地図ラベル配置アルゴリズムの一つとして,Wagner and Wolffによる方法が知られていたが,本研究ではこの方法を拡張することによって,点の消去を許さない場合と許す場合の両方について,点の優先度を考慮したラベル配置アルゴリズムを提案した.2.これまでに,できるだけ多くの点にラベルを付けることを目的としたアルゴリズムが数多く提案されていたが,それらの方法では,ラベルのサイズが大きい場合などには,ラベルを表示できない点が多数残ることがあった.本研究では,そのような場合に,ラベルを表示できなかった点に対し,引出し線を用いてラベルの配置を試みるアルゴリズムを二つ提案し,それらの有効性を計算機実験により示した.3.ラベルの縦書きや長いラベルを折り返して表示することを許す場合のラベル配置問題についても考察した.まず,Wagnerらの方法を単純に拡張することによってこのような表示を可能とするアルゴリズムを示し,次にその実行時間を大幅に削減するための工夫を加えた.地図中には,地点等を表す点と,地名等を表すラベル(文字列)が数多く存在する.電子地図システムにおいて地図画面を表示する際には,そこに示す点及びラベルを利用者の要求に応じて選択し,それらを適切に表示することが望ましい.これを可能とするための基礎技術として,本研究では,高度なラベル配置アルゴリズムの開発を目的としている.今年度に得られた成果は以下のとおりである.1.平面上の点集合Sが与えられ,各点に対して優先度が指定されているものとする.本研究では,まず,既存の代表的なラベル配置法であるWagnerらの方法を拡張することにより,点の優先度を考慮する場合のアルゴリズムを設計した.そして,計算機実験により,この方法がWagnerらの方法に比べ,ラベルを配置できた点の優先度の総和に関して大幅に優れていることを示した.この提案法はS中の点の削除を許さない場合のものであるが,一般に,優先度の低い点を削除することによって,優先度の高い点のラベルをより多く配置することが可能となる.そこで,本研究では,点の削除を許した場合のラベル配置アルゴリズムも二つ提案し,計算機実験により,それらが上述の方法よりさらに優れていることを示した.2.ラベルの縦書きや長いラベルを2行で表示することを許す場合のラベル配置法を設計し,さらにその実行時間を抑えるための工夫を加えた.3.実際の地図では,地点が密集している箇所に対して,引出し線を用いることがある.本研究では,引出し線を用いたラベル配置アルゴリズム開発の第一段階として,まず何らかの方法(Wagnerらの方法,上述の提案法等)によってラベルを配置した後,ラベル未配置となった点に対して引出し線を用いたラベル配置を試みるという方法を提案し,計算機実験により有効性を示した.地図中には,地点等を表す点と,地名等を表すラベルが数多く存在する.電子地図システムにおいて地図画面を表示する際には,そこに示す点及びラベルを利用者の要求に応じて選択し,それらを適切に表示することが望ましい.これを可能とするための基礎技術として,昨年度に引き続き,ラベル配置アルゴリズムの開発を行った.今年度に得られた成果は以下のとおりである.1.平面上の点集合が与えられ,各点に対して優先度が指定されているものとする.本研究では,昨年度,既存の代表的なラベル配置法であるWagnerらの方法を拡張することにより,点の優先度を考慮する場合のアルゴリズムを設計した.本年度は,それを改良することにより,ラベルを配置できた点の優先度の総和に関して,さらに高い性能を示すアルゴリズムを開発した.2.Wagnerらの方法を拡張することによって,昨年度,ラベルの縦書きや長いラベルの2行(もしくは2列)での表示ができるラベル配置法を作成した.この方法は,多様なラベル表示に対応したラベル配置位置候補(ラベル候補)を数多く作成し,それらの中から最終的なラベル位置を選択するというものであった.本年度は,この方法を改良し,有効なラベル候補のみを残すことによって実行時間を大幅に削減し,同時により高いラベル配置率を達成できる方法を開発した.

3.実際の地図では,地点が密集している箇所に対して,引出し線を用いることがある.本研究では引出し線を用いたラベル配置法の開発にも取り組んでいたが,本年度は,引出し線の表示方法等に関する改良を加え,アルゴリズムの完成度を高めた.点の優先度が指定されている場合には,1.のアルゴリズムを実行した後,ラベル未配置となった点に対して本方法を適用することにより,優先度の高い点に対する引出し線の使用を少なくしながら,高いラベル配置率を達成することができる.
活性化T細胞アポトーシスにおけるFasリガンドの発現機構とプロテアソームの関与

活性化誘導アポトーシス(Activation-induced cell death, AICD)は抗原刺激などによって活性化したT細胞が免疫応答が収束する際に起こる細胞死で、炎症の重要な制御機構である。このアポトーシスはFas/Fas ligandの遺伝子発現を介して起こっていることが明らかになっており、申請者はこれまでにマウスT細胞ハイブリドーマの抗CD3抗体刺激によるAICDにおいて細胞内ATP依存性プロテアーゼであるプロテアソームの阻害によりFas/Fas ligandの発現が転写レベルで抑制され、AICDが阻害されることを明らかにした。Fas ligandのプロモーター領域を用いた解析から、-241/-155領域に存在するGGGCGGAAACTTCC配列がFas ligandの発現に重要であり、かつプロテアソーム阻害剤にsensitiveな配列であることを明らかにした。TCR刺激によって生じる細胞内情報伝達系の活性化によるFas ligandの発現とユビキチンプロテアソーム系の関与を解析したところ、抗CD3抗体刺激によってERK及びJNKの活性化が認められた。プロテアソーム阻害剤によりERKの活性化は顕著に抑制されたがJNKの活性化は抑制されなかった。またMEKの阻害剤PD98059でERKの活性化を抑制すると、Fas ligandの発現及びAICDが抑制されることから、プロテアソーム阻害剤によるAICDの抑制はRas/ERKsignalingpathwayを抑制することにより起こっていることが示唆された。RasのRaf binding activityはプロテアソームで抑制されるがLck, ZAP-70によるCD3zeta, Vavのリン酸化は抑制されないことからRasの活性化のステップでプロテアソームが何らかの機能をしていることが考えられた。TCR刺激によるT細胞の活性化誘導アポトーシス(activation-induced cell death,AICD)は自己反応性T細胞の除去や免疫応答の収束の際に起こる活性化T細胞のクローン縮小に重要な役割を果たしている.このアポトーシスはFas/Fasリガンドの遺伝子発現を介して起こり,細胞内ATP依存性プロテアーゼであるプロテアソームの阻害によってそれらの発現が転写レベルで阻害されると共にアポトーシスも抑制した.またFasリガンド遺伝子のプロモーター領域-241/-151領域のSP1様配列がユビキチン-プロテアソーム系を介したFasリガンドの発現に重要な役割を果たしていた.SP1はほとんど全ての組織に発現している転写因子であるが,その転写活性の制御は二本鎖DNA依存性プロテインキナーゼやPKC zetaなどによるリン酸化によって制御されていることが明らかになってきている.そこでTCR刺激によって生じる細胞内情報伝達系の活性化によるFasリガンドの発現とユビキチン-プロテアソーム系の関与について解析を行った.抗CD3抗体刺激により活性化する細胞内情報伝達系は,Ras-MAPKカスケード,Rac-JNKカスケードなどが知られており,今回用いたT細胞ハイブリドーマN3-6-71においても抗CD3抗体によるERKの早期の活性化,JNKの遅延性の活性化が検出されたが,プロテアソーム阻害剤の前処理によりERK及びJNKの活性化は顕著に抑制された.一方抗CD3抗体処理により,LckによってCD3zetaが,ZAP-70によって低分子GTP結合タンパク質であるvavがそれぞれチロシンリン酸化を受けるが,プロテアソーム阻害剤によってチロシンリン酸化が抑制されなかった.これらの事実からvav(sos)とMAPKカスケードの中間のステップで,ユビキチンープロテアソーム系が何らかの機能をしていることが考えられた.現在,Ras及びRacの活性化がプロテアソーム阻害剤で抑制を受けるかどうか解析中である.活性化誘導アポトーシス(Activation-induced cell death, AICD)は抗原刺激などによって活性化したT細胞が免疫応答が収束する際に起こる細胞死で、炎症の重要な制御機構である。
頭頚部悪性腫瘍の腫瘍内蛍光物質の検索と紫外線励起固有蛍光撮影による即時診断法の開発

暗視装置(ナイトビュアーC-3000)と画像改善装置を用いた紫外線励起固有蛍光撮影により、悪性腫瘍に含まれると言われる蛍光物質を利用した診断が可能と思われる。本法は、腫瘍親和性蛍光物質を利用した診断法と違い暗室の使用を必要とせず、非侵襲的で腫瘍親和性蛍光物質使用による副作用もなく即時診断も可能と考えている。本診断法を実現し、またその精度の向上を図るため、悪性腫瘍内蛍光物質を同定し、蛍光物質の至適励起波長・蛍光波長を検討し、それに合わせて紫外線励起固有蛍光撮影の至適波長の設定およびフイルターの選択をする必要がある。そこで、われわれは、本学所有の精密画像分析器(Argus-100システム浜松ホトニクス社製)およびOptical Parametric Oscillator(OPO)レーザーを用いた癌蛍光診断器にて摘出物から凍結切片を作製し検討した所、口腔癌で励起波長410nmを用い赤色の蛍光像を観察したのに対して、健常人の口腔粘膜(舌、頬粘膜、歯肉、硬口蓋、軟口蓋、口腔底、下唇)ではほとんど蛍光を認めなかった。また、健常人の自家蛍光を検索したところ励起波長355nmでカットフィルターL39(HOYA)を用い、490520nmの蛍光を認めた。このように、口腔病変と正常口腔粘膜では蛍光の差が認められ、非侵襲的な蛍光診断法が可能と考えた。現在、症例を増やすとともに、病理組織型やステージの違いにより、蛍光スペクトルのパターンが変わる可能性がないかどうかについて検討中である。暗視装置(ナイトビュア-Cー3000)と画像改善装置を用いた紫外線励起固有蛍光撮影により、悪性腫瘍に含まれると言われる蛍光物質を利用した診断が可能と思われる。本診断法を実現し、またその精度の向上を図るため、悪性腫瘍内蛍光物質を同定・抽出し、蛍光物質の至適励起波長・蛍光波長を検討し、それに合わせて紫外線励起固有蛍光撮影の至適波長の設定およびフィルタ-の選択をする必要がある。そこで、われわれは、本学所有の落射型蛍光顕微鏡と精密画像分析器(Argusー100浜松ホトニクス社製)を用いて摘出物から凍結切片を作製し検討した所、悪性病変で励起波長360nmを用い400500nmの蛍光像を観察した。その結果、検体の良性病変と悪性病変に、明らかな蛍光像の差を認めた。症例をさらに増やすと同時に他の励起波長でも観察研究する予定である。また、残りの凍結材料は、各種有機溶媒下にホモジナイズし蛍光物質を抽出する方法及びHPLCを用いた分析を検討している。また、紫外線励起固有蛍光撮影による即時診断法の開発については、平成3年度に購入した器械では感度が良すぎ周囲の微弱光を拾ってしまい、蛍光分析が困難であったため、適当なファイバ-を用いて測定を接触型とし、また蛍光を分光器で分光し、この微弱蛍光をII(Image Intensifier)で増幅し、画像改善装置によりコンピュ-タ-に取り込むように改造中である。
高精度複屈折測定装置用偏光変調素子の性能評価と高性能化の研究

光弾性偏光変調素子(Photoelastic modulator, PEM)の光学素子の持つ動的残留歪は,他の光学素子,検出器およびロックインアンプの非理想性と結び付き,ニセのシグナルを作り出す原因となる。したがって,動的残留歪の小さな光学素子を用いたPEMを用いなければならない。光学素子の残留歪は光学素子の厚さに比例するので,光学素子を薄くすればするほど動的残留歪を小さくすることができる。これまで我々の研究室で製作してきたPEMだけでなく市販品も厚さが6.4mmのものが用いられてきている。しかし,これはKempが最初に発表した大きさのPEMがそのまま用いられているにすぎない。そこで,これまでの半分の厚さ(3.2mm)のPEMを試作し,紫外・可視領域でCDスペクトル測定が可能であるうえ,動的残留歪が非常に小さいことを見いだした。試作したPEMはまた,水晶振動子,石英ガラスとも材料が半分で済むので経済的にも有利である。光学素子の厚さが半分になるということは,得られる遅延量も半分であるということである。したがって,必要な遅延量を得るためには,これまでの2倍のパワーを与えなければならない。すなわち,もし抵抗値Rが同じならば√<2>倍の電圧をPEMに加えなければならず,PEMの発熱による特性の経時変化はもちろん,場合によってはPEMの破壊も考えられる。しかし,PEMの支持方法の改善などによりR祇を小さくすることができた。試作したPEMの残留歪を測定したところ,従来のPEMよりはるかに残留歪が小さいことが分かった。CD標準物質を試料にしてCD測定を行ったところ,200700nmの範囲で正しいCDスペクトルが得られた。試作したPEMは,市販の偏光変調分光計に設置されている従来のPEMと置き換えるだけで装置の高性能化を図ることができる。平成3年度科学研究費補助金の交付を受けて、LCRメ-タを購入した。そして、別途に校費で購入した周波数シンセサイザをLCRメ-タの外部周波数入力源として使用することによって、0.1Hzステップで測定周波数を変化させてPEMのアドミッタンス測定を行うことが可能となった。LCRメ-タ、周波数シンセサイザとパ-ソナルコンピュ-タ(IBMーXT)をGPーIBで接続し、インピ-ダンス・パラメ-タをコンピュ-タに取り込むことができた。インピ-ダンスの絶対値|Z|と位相角θからコンダクタンスGとサセプタンスBを計算し、GーBプロットからPEMの等価低抗R値と良さの指数Q値を求めた。GPーIB制御、デ-タ取り込み、デ-タ処理、画面表示には科学計測/解析ソフトウェアASYST(マクミランソフトウェア、米国)を使用している。PEMのアドミッタンス自動計測システムの構築によってリアルタイムで自由アドミッタンス円線図を描き、Q値・R値などを表示することが可能になった。オンラインデ-タ処理の実現によって、繰り返し測定が容易になり測定デ-タの信頼性が増した。これまで、PEMに石英またはPMMA樹脂製の小さな三角錐を接着し、円筒状のシリコンゴムの受けにこの三角錐をはめ込んでPEMを支持していた。PEMはフラフラ動く程度に緩く支持され、これがPEMに余分な応力を加えずに済む最善の方法と信じられてきたが、固定されないために位置がずれ特性が変動しやすく、また再現性に欠けるところがあった。そこで、2本の石英またはPMMA製の小さな角柱をレ-ルの枕木のようにPEMに接着し、溝を彫ったホルダ-にはめ込んで支持する方法を考案した。

新しい支持方法を用いると、PEMに余分の応力を加えることなく固定することができ、非常に再現性が良くなった。光弾性偏光変調素子(Photoelastic modulator、PEM)の光学素子の持つ動的残留歪は、他の光学素子、検出器およびロックインアンプの非理想性と結び付き、ニセのシグナルを作り出す原因となる。したがって、動的残留歪の小さな光学素子を用いたPEMを用いなければならない。光学素子の残留歪は光学素子の厚さに比例するので、光学素子を薄くすればするほど動的残留歪を小さくすることができる。これまで我々の研究室で製作してきたPEMだけでなく市販品も厚さが6.4mmのものが用いられてきている。しかし、これはKempが最初に発表した大きさのPEMがそのまま用いられているにすぎない。そこで、これまでの半分の厚さ(3.2mm)のPEMを試作し、紫外・可視領域でCDスペクトル測定が可能であるうえ、動的残留歪が非常に小さいことを見いだした。試作したPEMはまた、水晶振動子、石英ガラスとも材料が半分で済むので経済的にも有利である。光学素子の厚さが半分になるということは、得られる遅延量も半分であるこということである。したがって必要な遅延量を得るためには、これまでの2倍のパワーを与えなければならない。すなわち、もし抵抗値Rが同じならば√<2>倍の電圧をPEMに加えなければならず、PEMの発熱による特性の経時変化はもちろん、場合によってはPEMの破壊も考えられる。しかし、PEMの支持方法の改善などによりR値を小さくすることができた。試作したPEMの残留歪を測定したところ、従来のPEMよりはるかに残留歪が小さいことが分かった。CD標準物質を試料にしてCD測定を行ったところ、200700nm範囲で正しいCDスペクトルが得られた。試作したPEMは、市販の偏光変調分光計に設置されている従来のPEMと置き換えるだけで装置の高性能化を図ることができる。
SAM界面での気体分子散乱機構の学理究明と散乱モデルの構築

自己組織化単分子膜(SAM)表面における気体分子の散乱特性を明らかにするために,分子動力学シミュレーションによる解析を行い,気体分子の入射エネルギーや入射角の違いによるSAM表面での気体分子の物理吸着確率,散乱角度分布,流束強度分布,運動量やエネルギー交換の度合いを表す運動量適応係数やエネルギー適応係数への影響を調査した.気体分子の入射条件によってSAM表面での散乱特性が大きく変化することを明らかにした.マイクロ・ナノスケールの気体流れに対して,自己組織化単分子膜(SAM)界面での気体分子散乱メカニズムを基礎的レベルで明らかにし,運動量・エネルギー輸送過程に与える影響について統一的な知見を得ることを目的として,本年度はSAM修飾界面における気体分子散乱特性を明らかにするために,まず分子動力学計算系の設定と計算モデルの妥当性の検証を行った.典型的なSAM表面を模擬するために,遷移金属表面である金表面上でのアルカンチオール分子を対象とし,分子動力学計算に用いる分子間のポテンシャル関数の選定を行い,構成したSAMモデルを用いて分子動力学解析を実行し,実験的に明らかになっている分子レベルの吸着構造情報と比較し,SAM分子の表面上の存在確率分布や傾き角などから解析精度の確認を行った.SAMが高い秩序性を有するには,SAMの炭化水素鎖の長さが長い系が必要であることが示唆された.次に,気体分子として,単原子分子気体のアルゴン分子を考え,SAM界面モデルでの散乱挙動を解析し,気体分子の反射特性を理解するのに必要な基礎データ(反射分子の流束強度分布の反射角度依存性,吸着確率と吸着・脱離現象など)が分子間ポテンシャルのパラメータによりどのように依存するかについて調べた.また,SAM修飾を行わない平滑で清浄な金表面との散乱特性の解析も行い,両者の比較を進めているが,SAM界面モデルの炭化水素鎖の長さが短いため,秩序性の高いSAM表面を模擬するには不十分であることが想定されることから解析精度の向上のために計算系の改善を実施している.自己組織化単分子膜(SAM)界面での気体分子散乱メカニズムを基礎的レベルで明らかにするために,昨年度に構築した金原子の固体表面上でのアルカンチオール分子のSAM表面モデルに対して,単原子分子気体のアルゴン分子の散乱挙動を分子動力学解析により詳細に調査した.気体分子の反射特性を理解するための基礎データとして,まず,気体分子の入射エネルギーに対するSAM表面への物理吸着確率の依存性を調べた.物理吸着確率は,入射エネルギーが小さいと,ほとんどの気体分子がSAM表面に吸着される結果となり,入射エネルギーが高くなるにつれて反射する分子の数が多く得られ,入射エネルギーと吸着確率に比較的良い相関関係が示された.次に,一定の入射エネルギーに対する入射角の気体分子の散乱挙動への影響を調べるために,散乱角度分布を求め,散乱角度は入射角の違いに関わらず広い角度分布を有する結果が得られた.なお,入射角度が小さくなるにつれて,全体として小さい散乱角度を示す分子数が多くなっていることが確認された.また,入射角の違いによる散乱の流束強度分布を求め,入射角が小さい場合には,拡散反射の分布に近い結果が得られたのに対し,入射角が大きくなるにつれて,鏡面反射方向に散乱している分子が多くなり,葉状分布になっていくことが示された.なお,SAM表面での気体分子散乱特性の精緻な解明を進めるうえで,気体分子とSAM表面分子との分子間ポテンシャルパラメータの違いに対する気体分子散乱挙動への影響についても調査が必要と考えられたため,さらなる基礎データの取得を実施している.本年度は,構築したSAM表面モデルに対して気体分子の散乱挙動を把握するための基礎データを取得し,予定通り気体分子の散乱傾向を確認するための知見を得ることができたが,SAM界面と気体分子との分子間ポテンシャルパラメータの違いに対する運動量適応係数やエネルギー適応係数への影響の調査やこれまでの散乱モデルとの比較には至っておらず多少計画が遅れていると判断した.固体表面の状態が系の気体の熱流動特性に大きく影響を与えるマイクロ・ナノスケールの気体流れに対して,自己組織化単分子膜(SAM)界面での気体分子散乱メカニズムを基礎的レベルで明らかにし,運動量・エネルギー輸送過程に与える影響について統一的な知見を得ることを目的として,本年度は,昨年度までに構築したSAM界面でのアルゴン気体分子の散乱解析を分子動力学法に基づいて詳細データの取得を行い, SAM界面におけるアルゴン気体分子反射特性のアルゴン気体分子とSAM分子との分子間ポテンシャルへの影響を明らかにした.分子間ポテンシャルのパラメータ値に関わらず,気体分子の入射エネルギーの増加とともに,吸着確率は減少し,入射エネルギーが小さい場合,入射角の影響は小さく,ほとんどの気体分子の物理吸着が確認された.また,気体分子の入射角が大きいほど,吸着確率は減少しSAM界面からの離脱が容易になることが示唆された.反射分子の散乱角度分布は広い角度分布を持ち,入射角が大きい場合,散乱角のピークは入射角に近くなり,入射エネルギーの減少に伴い,散乱角度の小さな分子の増加が確認された.散乱流束強度分布は入射角が大きく,方位角が小さいとき,葉状分布を形成し,入射角が小さく方位角が大きい場合にコサイン分布に近い分布を有する.また,ある入射角および入射エネルギーに対する接線方向運動量適応係数およびエネルギー適応係数の値を求め,各適応係数の値が,気体分子の入射エネルギーに比べて入射角度に大きく依存することが確かめられた.

自己組織化単分子膜(SAM)表面における気体分子の散乱特性を明らかにするために,分子動力学シミュレーションによる解析を行い,気体分子の入射エネルギーや入射角の違いによるSAM表面での気体分子の物理吸着確率,散乱角度分布,流束強度分布,運動量やエネルギー交換の度合いを表す運動量適応係数やエネルギー適応係数への影響を調査した.気体分子の入射条件によってSAM表面での散乱特性が大きく変化することを明らかにした.本年度は,予定の通りSAM表面モデルの構築を行ったが,SAMの秩序性があまり高くないために,SAMの炭化水素鎖の長さの変更や分子間ポテンシャルの見直しも含めSAM界面モデルの改善を行う.また,SAM表面モデルでの気体分子の散乱特性の基礎データも十分なデータ量が得られていないために,SAM界面が持つ優位性についての重要な因子の特定までには至っておらず多少の計画の遅れが見られる.今後は,気体分子のSAM表面での散乱特性に対してさらに精緻なデータを取得し,運動量・エネルギー交換過程に対するSAM界面が与える影響の調査に重点を置いて研究を推進する.また,得られた気体分子の分子速度分布関数や散乱流束強度分布などを精査し,反射分子に対する汎用性のある界面散乱モデルの構築や反射モデルの拡張の検討を進める予定である.分子流体力学今後は,秩序性のより高いSAM表面モデルに改善し,SAMの配向や構造の違いによる気体分子の散乱挙動への関連性・独立性を明らかにする予定である.また,1次元の巨視的な熱流動場を想定し,空間的・時間的スケールが異なる分子シミュレーション解析をカップリングし,分子動力学法とDSMC(Direct Simulation Monte Carlo)法を組み合わせた手法により計算を行い,運動量適応係数やエネルギー適応係数を求め,SAM界面の持つ表面修飾の特異性が系の流速分布や温度分布に与える影響について吟味するとともに,得られた気体分子の分子速度分布関数や回転エネルギー分布関数などの散乱特性を精査し,反射分子に対する散乱モデルを構築し,既存の散乱モデルとの比較を行い,汎用性のある界面反射境界条件の構築および拡張を検討する予定である.多少の研究の遅れが発生し,予定していた研究成果発表のための旅費や論文投稿費用および解析結果処理に必要な計算機消耗品などの予算を次年度に繰り越したため.本年度の研究に多少の計画の遅れが見られたので,解析結果の蓄積や保存を行うための計算機用消耗品などを購入するための予算や当初予定していた研究打ち合わせや研究成果発表のための旅費を次年度に繰り越したため.研究成果発表のための国内外の旅費等,論文投稿費用および解析データ処理に伴う計算機消耗品等の購入を予定している.解析データ処理のための計算機用消耗品を購入するための予算および研究成果を発表するための国内外の旅費の他,論文投稿費用などの予算を計上している.
癌間質相互作用を特異的に阻害する新規大腸癌分子標的薬の開発

癌の増殖・進展、浸潤には、癌細胞と間質の相互作用が重要な役割を担っている。本研究では、三次擬似生体モデル上で癌ー間質環境を再現し、癌の浸潤を可視化し、癌の浸潤機構を明らかにすることを目的にした。三次元疑似生体モデルは、繊維芽細胞表面に1型コラーゲンをコーティングし集積培養することで作成した。三次元生体モデル上では、マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)活性が亢進することが見出されたが、癌の浸潤により三次元生体モデルの多層構造体が破壊され、組織が保持できないことが明らかとなった。現時点の人工間質モデル作成技術では、生体内の癌浸潤をトレースできないことが示された。癌の増殖・進展には、癌細胞と癌間質の相互作用が重要な役割を担っている。本研究では、網羅的遺伝子解析から抽出した癌間質相互作用の鍵となる因子を基に、三次元再構築した擬似生体モデル上で癌ー間質環境を再現し、それらの因子を抑制することによりどのような細胞学的な効果が認められるのか可視化しながら明らかにすること、また、同擬似生体モデルの薬剤スクリーニングツールとしての基盤を構築することを目的に設定した。また、最終的には、同定した因子を基に癌ー間質相互作用を阻害する新規の大腸癌分子標的薬の開発を目指す事とした。癌関連線維芽細胞(CAF)は、癌の浸潤や進展、転移を促進することが知られており、CAFは様々なサイトカイン等の分泌を行い癌細胞に対して能動的に働きかける一方で、癌細胞から分泌される物質を受容し、癌ー間質相互作用を形成している。近年の研究では、上皮間葉転換(EMT)における癌細胞における遺伝子発現や細胞増殖が、細胞外マトリックスや繊維芽細胞などの癌周囲の微小環境に強く影響を受けている事が報告されており、癌の包括的治療法の開発には、癌ー間質相互作用の打破が重要であると考えられる。本研究における、三次元疑似生体モデルは、1型コラーゲンを間質の主成分として用いる事とし、繊維芽細胞表面に1型コラーゲンをコーティングし集積培養することで高重層構造をもつ組織の形成を行う事とした。また、三次元組織の厚みは、培養細胞数を調節することで調節を行う事とした。組織構築の条件設定を検討し、安定した構造を保つ最適な三次元培養の厚さを検討することとした。さらに、三次元生体モデルの組織上及び組織内の2条件で、大腸癌細胞株を共培養する事で、癌細胞がどのように組織内で増殖・浸潤し、その際にどのような因子が変動するのかを検討する事とした。3次元疑似生体モデルは、1型コラーゲンを間質の主成分として用いた。繊維芽細胞表面に1型コラーゲンをコーティングし集積培養することで高重層構造をもつ組織を形成した。培養細胞数を調節することで、三次元組織の厚みを200から1000マイクロメートルまで調節可能とした。しかしながら、培養時間とともに1型コラーゲンによる凝集が進行し、構築した組織の厚みが増すほど組織に対する凝集の影響が強くみられた。また組織を固定してHE染色で確認すると、組織深部の細胞にはアポトーシス様の泡沫状変化が確認された。おそらく培養培地が組織の内部まで十分に浸透しないことが原因で、飢餓状態、あるいは酸素欠乏に陥ったと考えられた。繰り返し組織構築の条件設定を検討し、安定した構造を保つには200マイクロメートルの厚さが最適とわかった。200マイクロメートル厚の3次元生体モデルの組織上と、組織内の2条件で、大腸癌細胞株を共培養して解析を行った。培養後、ホルマリン固定を行いHE染色により癌細胞の動態を評価した。結果、構築した組織構造は破綻しており、癌細胞の動態を解析することが困難であった。おそらく癌細胞から分泌されるMMP等のマトリックス分解酵素により、組織構造の核であるコラーゲンが分解されたため、三次元構造が維持できなくなったと考えられた。培養方法、培養時間、癌細胞数の条件を十分に検討したが、癌細胞による組織破壊の影響が強く、解析ができず、また実験結果の再現性がとれなかった。癌の増殖・進展ならびに浸潤には、癌・間質の相互作用が重要な役割を担っている。本研究では、三次元再構築した擬似生体モデルで癌ー間質環境を再現し、癌の浸潤を可視化しながら癌の浸潤機構を明らかにすること、また、薬剤スクリーニングツールとしての基盤を構築することを目的にした。癌関連線維芽細胞(CAF)は、癌の浸潤や進展、転移を促進することが知られている。CAFは様々なサイトカイン等の分泌を行い癌細胞に対して能動的に働きかける一方で、癌細胞から分泌される物質を受容し、癌ー間質相互作用を形成している。本研究では、細胞3Dプリント技術を用いて、三次元疑似生体モデルの作成を行なっている。1型コラーゲンを間質の主成分として用いる事とし、繊維芽細胞表面に1型コラーゲンをコーティングし集積培養することで高重層構造をもつ組織の形成を行った。さらに、組織構築の条件設定を検討し、安定した構造を保つ最適な三次元培養の厚さをみいだした。同技術を用いて、本教室から肝ならびに膵組織の再生を発表報告しており、本研究では、癌の浸潤解析に応用を目指した。

三次元生体モデルの組織上及び組織内の2条件で、大腸癌細胞株を共培養する事で、癌細胞がどのように組織内で増殖・浸潤し、その際にどのような因子が変動するのかを検討した。三次元生体モデル上では、マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)活性が亢進することが見出されたが、癌の浸潤と増殖が三次元生体モデルを完全に破壊する(限界まで保持させた三次元モデルの厚さでは、癌の浸潤を再現観察するまで組織の保持が保てない)ことが明らかとなり、現時点の人工間質モデル作成技術では、生体内の癌浸潤をトレースできないことが示された。癌の増殖・進展、浸潤には、癌細胞と間質の相互作用が重要な役割を担っている。本研究では、三次擬似生体モデル上で癌ー間質環境を再現し、癌の浸潤を可視化し、癌の浸潤機構を明らかにすることを目的にした。三次元疑似生体モデルは、繊維芽細胞表面に1型コラーゲンをコーティングし集積培養することで作成した。三次元生体モデル上では、マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)活性が亢進することが見出されたが、癌の浸潤により三次元生体モデルの多層構造体が破壊され、組織が保持できないことが明らかとなった。現時点の人工間質モデル作成技術では、生体内の癌浸潤をトレースできないことが示された。大腸癌の予後と密接に関連する遺伝子をPrognoScanを用いて解析し、解析で得られた遺伝子を網羅的にqRT-PCRで評価する事で、いくつかの癌の予後と相関する遺伝子群を分離した。その遺伝子群を臨床病理学的因子と合わせて検討する事で、癌の浸潤転移と相関がある遺伝子を抽出し、免疫染色により大腸癌のおける発現を確認した。今後、同定した遺伝子の発現制御(over expression及びknock down)を行う事で、癌の浸潤転移がどのように変化していくのか、また、その遺伝子のキャリアーとなるタンパク分離を行い、三次元培養の再設定も併用した解析を行っていく。分子生物学本研究は、癌と間質の相互作用を三次元培養にて解明するものである。研究費の見積もりを競合で取ることで研究費の節約を行っており、次年度使用額に回すことが出来た。予後ならびに癌の浸潤・転移と相関する遺伝子の機能解析を行っていく予定である。
骨形成促進金属イオン徐放型インプラントのワンポット作製と骨接着性

既存の臨床用インプラント表面に骨形成促進因子(亜鉛イオン及びストロンチウムイオン)を徐放する機能を付与するための容易なインプラント表面処理方法を開発し,実験動物の大腿骨との骨接着性を検討した。その表面処理法は,水酸化ストロンチウムあるいはテトラヒドロキシ亜鉛酸を用い,6070°Cでインプラントを浸すことであった。金属イオンは表面処理インプラントから時間の増加に伴い放出された。これら作製したインプラントの骨接着性は,臨床インプラントの23倍高い値を示した。臨床応用されているインプラント表面は,骨接着性を獲得するために,ブラスト処理あるいはアパタイト被覆が施されているが,骨との接着は体内の自発的細胞分化が律速となっている。高い骨接着性を早期間に確実に獲得するには,骨芽細胞への分化,増殖及び組織化を促進させる必要がある。亜鉛及びストロンチウムの各イオンは,その促進シグナルとして知られているが,これらイオンが徐放するインプラントの表面処理法及び骨接着性は十分に明らかにされていない。本研究では,極めて簡易な新規ワンポット作製法を提案・採用し,イオン徐放型インプラント作製の最適化,骨-インプラント間の骨接着性・界面結合を明らかにし,既存表面処理の12週接着強度34MPaから10MPa以上に改善された高骨接着性の次世代インプラントの創出を行う。亜鉛修飾型インプラントは,ヒドロキシ亜鉛酸溶液中にチタンインプラントを6070°Cで処理することで容易に作製することができた。一方,ストロンチウム修飾型インプラントは,水酸化ストロンチウムを炭酸ガスを除いた蒸留水に溶解し,そこにチタンインプラントを投入し,70°Cで処理することで作製が可能であることを見出した。これら修飾型インプラントと骨との接着性をウサギの大腿骨に埋植することで評価した。その結果,亜鉛修飾型インプラントでは12週で8MPaの骨接着性を示し,ストロンチウム修飾型インプラントでは12週で7.5MPaの骨接着性を示すことが明らかとなった。これらの接着強度は,臨床用インプラントより極めて高い値であった。さらに,亜鉛修飾型インプラント表面から溶出する水和亜鉛イオンは,骨芽細胞への分化と増殖,骨化(石灰化)の速度を加速的進める作用,すなわち新規の骨増殖因子としての機能することが見出された。本研究では,極めて簡易な新規ワンポット作製法を提案・採用し,イオン徐放型インプラント作製の最適化,骨-インプラント間の骨接着性・界面結合を明らかにし,既存表面処理インプラントの骨接着強度を改善した次世代インプラントの創出を行うことを目的とした。まず,亜鉛イオン徐放型インプラントのワンポット作製については,水酸化ナトリウム水溶液に硝酸亜鉛を加え,テトラヒドロキシ亜鉛錯体[Zn(OH)42-]を含む水溶液を調製する。この溶液に純チタンロット浸漬し,60°Cで24h環流を行い,エタノール及び蒸留水で洗浄後,乾熱滅菌処理する方法を確立した。得られたインプラント表面は,低結晶性のルチルとアナターゼ構造の2相が共存した。一方,ストロンチウムイオン徐放型インプラントは,蒸留水中に含まれる炭酸ガスを除くために高純度アルゴンガスでバブリングし,そこに水酸化ストロンチウムを加える。得られたインプラント表面には,チタン酸ストロンチウム相が確認された。亜鉛イオン徐放型インプラントからの亜鉛イオン徐放は,生理食塩水に浸漬した後の6h後から徐放が始まり,76hまで緩やかに徐放することがわかった。ストロンチウムイオンの徐放は,浸漬後6hからイオンが徐放し,それに伴いインプラント表面に形成したチタン酸ストロンチウム相が消失した。亜鉛イオン徐放型インプラントの骨接着性は,同一表面粗さ及び臨床用インプラントに比較して,約3倍の接着強度を示すことが明らかになった。当初の研究計画では,金属イオン徐放型インプラントのワンポット作製方法の確立を挙げており,インプラントからのイオン徐放挙動も明らかにした。従って,計画通りに研究が進展したといえる。さらに,予備実験として,作製した亜鉛イオン徐放型インプラントの骨接着性試験も行い,良好な結果が得られた。前年度の結果にもと基づいて作製条件を選定したインプラント(計8種類:亜鉛イオン徐放型・ストロンチウム徐放型・各コントロール(2種類)×表面粗さが異なる2種類)を動物実験に用いる。麻酔下におかれた3.54.0kgの日本白色家兎の大腿骨に,インプラントを埋入し,埋入後4,8,12及び24週で,インプラントの大腿骨とともに摘出する。

摘出したインプラントの骨接着強度(kN/mm2: MPa)を測定し,イオン徐放型インプラントの有意性を調べる。また,骨-インプラント界面部分の組織観察を行い,炎症性所見の有無を確認する。次年度では,動物実験による評価が中心となるため,実験動物の購入・飼育,手術消耗品の購入,共用設備の使用料に研究費を使用する。また,学会等での成果報告を行う。また,実験動物の飼育・管理のための人件費を計上した。