hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
発達障害発症基盤としての胎生期脂質代謝異常の研究

胎生期高脂肪環境が発達障害の発症基盤となるかどうかを検証する目的で、胎生期高脂肪環境を経験した動物の発達に伴う表現型を解析し、出生後の行動に与える影響を精査した。妊娠したICRラット・C57BL/6マウスに高脂肪負荷(45%または50%脂肪Test Diet)を与え、出生した仔の成熟後の社会行動、自発的移所行動量、薬物応答、テストバッテリーによる網羅的解析を検討した。対照群には妊娠期に22%脂肪Test Diet基礎飼料を与えた動物から出生した仔を用いた。しかし、どの実験でも有意差が認められなかった。このため、当初予定された行動実験以外の形態学的検討や遺伝子解析は行わず、実験計画を中止した。本研究では「胎生期の高脂肪環境が、視床下部の再プログラムを介して胎児の発達障害をもたらす」と仮説を立て、動物モデルを用いた行動・遺伝子解析を連携させることにより胎生期の脂質代謝が脳に与える影響を調べ、発達障害との関連を問う。平成25年度には、以下の要領で胎生期高脂肪食負荷モデルを作製して、これまでに得られた行動実験結果の再現性を確認した。1ICRマウス8週齢の雌雄を12匹ずつ購入し、通常の給餌・給水で飼育する。飼育2週目に交配を開始し、34日間後に雄マウスをケージより取り出す。妊娠したマウスを2群に分け、一方は給餌を45%脂肪Test Dietに変更して高脂肪食群とする。もう一方は対照群として22%脂肪を含むTest Diet基礎飼料を給餌する。この給餌を出産日まで続け、満期出産により出生する各群の雄マウスが8週齢に達した段階で社会的行動の障害の有無、自発的な移所行動量変化、中枢刺激薬投与後2時間の行動量の変化を行動解析装置により評価した。その結果、いずれの実験にも高脂肪食群と対照群との間で有意差はみられなかった。2上記同様に胎生期高脂肪食負荷を与えたC57BL/6マウスを作製し、テストバッテリー方式の網羅的行動解析を8週齢に達した段階で実施した。その結果、高脂肪食群について活動性の増大、プレパルス抑制の障害がある傾向がみられた。予定していた胎生期高脂肪食負荷ラットの検証やマウス脳の形態学的検討は、マウスに与えた高脂肪食の条件設定をやり直すために行われなかった。昨年度の実験結果から、胎生期高脂肪食負荷モデルの負荷を50%脂肪Test Dietに変更して以下の実験を行った。C57BL/6マウス8週齢の雌雄を12匹ずつ購入し、通常の給餌・給水で飼育する。飼育2週目に交配を開始(妊娠0日目とする)し、34日間後に雄ラットをケージより取り出す。妊娠マウスを6匹ずつ2群に分け、うち1群について妊娠8日目から給餌を50%脂肪Test Dietに変更して高脂肪食群とする。もう一方は22%脂肪を含むTest Diet基礎飼料(対照群)を給餌する。この給餌を出産日まで続け、満期出産により出生する各群30匹の雄マウスが8週齢に達した段階で、社会的行動の障害の有無、自発的な移所行動量の変化、中枢刺激薬投与後2時間の行動量の変化を行動解析装置により評価した。その結果、いずれにも有意差は認められなかった。テストバッテリーでの網羅的行動解析でも結果は同様で、有意差は全く認められなかった。このため実験計画は中止した。分子精神医学当初の計画に沿った内容で例数を増やした検証を行ったが、本研究で対象としていた胎生期高脂肪食マウスの多動が再現できなかったため。高脂肪食負荷の内容を45%脂肪Test Dietから50%脂肪Test Dietにdoseを上げて、再び出生したマウスの行動実験を行う。ラットについては検証を中止する。行動実験の結果に応じて、そのマウスの脳内遺伝子発現解析、脳内遺伝子メチル化解析を追加する。胎生期高脂肪食負荷マウスの条件設定ののち、当初の実験計画にそって、マウスの遺伝子解析とメチル化解析を進める。給餌を50%脂肪Test Dietに変更して高脂肪食群の行動実験を再度行う。のち、有意な行動の差異がみられた場合に次の実験を行う。1胎生期高脂肪食負荷マウスの脳内遺伝子発現解析:高脂肪食負荷マウスの脳からmRNAを用時抽出する。これらのmRNAを用い、マウス用発現解析アレイによって遺伝子発現の網羅的解析を行う。クラスタリング解析後、高脂肪食負荷マウスで有意に変化する遺伝子を抽出し、定量的リアルタイムPCRで確認する。有意な変化を認めた遺伝子について特異的抗体を用いたウェスタンブロット法によって脳内タンパク質発現を検討する。2胎生期高脂肪食負荷マウスの脳内

遺伝子メチル化解析:高脂肪食負荷マウスの脳からgenomic DNA (gDNA)を抽出する。次世代シーケンサーで解析して得られた結果を基に統計学的解析を行い、有意にメチル化が変化した遺伝子、特に遺伝子解析の結果と合致する遺伝子を抽出する。
PKCの蛋白質分解機構の解明とアポトーシスにおける機能解析

申請者はこれまでに、細胞内情報伝達系において重要なSer/Thrリン酸化酵素であるプロテインキナーゼC(PKC)δ、ε、及びθが細胞のapoptosisに伴い限定分解を受け、その結果活性を有したままの活性部位断片と制御部位断片が細胞内に蓄積することを明らかにした。今回は、apoptosisにおけるPKC限定分解の生理的意義を明らかにするため、リコンビナントのPKCδ活性部位断片、及び制御部位断片を作製し、マーカー遺伝子、GFPと供に、COS1細胞、或いはHeLa細胞への導入実験を行った。野性型のPKCδを導入した細胞ではベクターのみを導入したコントロールに比べて変化は認められなかったが、活性部位断片を導入した場合、GFPを発現した細胞の数が極端に減少し死細胞が多く見られた。PKCδ活性部位断片を発現した細胞の一部にはapoptosisの特徴である細胞の縮小や核の凝集、或いは断片化が認められた。点変異を加えることにより活性型としたPKCδの場合も同様の結果が得られたこと、ATP結合部位に変異を加えた不活性型の活性部位断片ではこの様な効果が見られないことから、PKCδは限定分解により活性化され、何らかの基質のリン酸化を介することによりapoptosisの進行に寄与していることが示唆された。一方、PKCδ制御部位断片を高発現したCOS細胞では、コントロールに比べ多核を呈した細胞の割合が有意に増えた。これは細胞質分裂が阻害されたことによると考えられるが、野性型PKCδではこの様な効果は見られなかった。即ち、限定分解により生じたPKCδの制御部位断片は細胞分裂を抑制することによって細胞の正常な増殖周期を阻害し、細胞がapoptosisのシグナルを受けやすくしているものと考えられた。
脂肪酸結合タンパク質のあいまいな分子認識の構造基盤

脂肪酸は、有酸素運動の燃料や炎症メディエーターの原料として、細胞内で様々な用途に利用される。しかし、水に溶けにくいため、細胞内での輸送には脂肪酸結合タンパク質が必要とされる。本研究では、心臓型脂肪酸結合タンパク質が、細胞内の様々な長さの脂肪酸から特定の一種類を選ぶのではなく、エネルギー生産の燃料となる複数種類の脂肪酸をグループとして見分ける“あいまい認識"をすることを明らかにした。また、この脂肪酸鎖長選択機構は、水分子が関与する興味深いものであることが判明した。本成果は、メタボリックシンドロームや統合失調など脂肪酸が関与する疾患の分子メカニズムの解明につながると期待される。本研究ではヒト心筋脂肪酸結合タンパク質(FABP3)の脂肪酸認識機構の構造基盤解明を目的とする。平成24年度は、固体NMRによる構造研究の準備として、1.精製FABP3中の残留脂肪酸量の定量法の確立、2.ABP3の主鎖^<15>N、^<13>C化学シフトの溶液NMRによる帰属、3.固体NMRによるコンフォメーション解析のための安定同位体標識脂肪酸の合成、4.FABP3結合能を保持した水溶性脂肪酸類縁体の合成、5.脂肪酸含有リボソームを用いた新方法論によるFABP3-脂肪酸親和性の網羅的解析を行った。本研究で用いるFABP3は、研究協力者である杉山成特任准教授(阪大院理)らにより発現・精製されるものである。大腸菌で発現したFABP3には微生物由来の脂肪酸が結合しており、実験に使用する前に除去する必要がある。1.では、本予算で導入した質量分析装置(島津製作所製)を用い、LC-MSによる高精度の残留脂肪酸定量を可能とした。これにより本研究に用いる全てのFABP3の脂肪酸除去率を管理し、実験の成功率、再現性を飛躍的に高めることができた。2.では、完全^<13>C,^<15>N標識FABP3を用いて、全てのNMR実験の基礎となる主鎖化学シフトの帰属を完了した。林文晶チームリーダー(横浜理研)らの協力を仰ぎ、横浜理研の高感度NMR装置にてデータを効率的に取得した。3.においては、Sebastien Lethu特任研究員(当研究室)を中心に効率的な2H-13C-13C-2Hクラスター標識法の開発と、標識位置異性体の網羅的合成に成功した。これを用いた新規固体NMRコンフォメーション解析法の開発にも、深澤隼特任研究員とともに着手している。4.水溶性脂肪酸類縁体は、リガンドが結合していない精製FABP3が不安定であるため、精製FABP3の安定化・長期保存を可能とすることを目的として、水洗により簡便に除去できるリガンドを設計・合成した。水溶性とFABP3への中程度の結合性を有する、人工リガンドを見出した。5.脂肪酸をリボソームに結合させることで、水への溶解性に関わらず、ITCによりFABP3親和性を正確に評価できる実験法を見出した。本方法論により、超長鎖脂肪酸を含めた生体内脂肪酸の網羅的FABP3親和性解析に成功し、FABP3結合性脂肪酸の正確な構造的特徴が初めて明らかになった。平成25年度は、1.脂肪酸類縁体とFABP3の結合親和性の調査、2.表面プラズモン共鳴法を用いたFABP3-脂肪酸相互作用解析法の開発、3.水溶性脂肪酸類縁体とFABP3の結合様式の解明、4.スピンクラスター標識脂肪酸の合成とコンフォメーション解析を行った。1.では、昨年度開発したリポソーム結合脂肪酸を用いた等温滴定熱量測定法(ITC)による脂肪酸類縁体とFABP3の結合親和性を測定した。本年度は、昨年度に測定した直鎖脂肪酸に加えて、分枝脂肪酸やレチノイン酸など、より構造変化に富んだ脂肪酸群を評価した。その結果、FABPはレチノイン酸など剛直なリガンドと結合しないこと、分枝位置によっては立体選択的な結合親和性を示すことが明らかとなった。2.では、ITCで成功したリポソーム結合による疎水性化合物の可溶化法の、SPRへの適用を試みた。3.においては、杉山成特任准教授(大阪大学)の協力を仰ぎ、昨年度見出した水溶性脂肪酸のFABP3結合構造を共結晶解析により解明した。4.では昨年度開発した合成スキームに従って、Sebastien Lethu特任研究員(当研究室)を中心に2H-13C-13C-2Hクラスター標識ステアリン酸の網羅的合成を行った。また、オーダーパラメーター取得によるコンフォメーション解析法の検討を配向脂質二重膜を用いて行った。本研究はヒト心筋脂肪酸結合タンパク質(FABP3)の脂肪酸認識機構の構造基盤を解明する。

前年度までにリポソームを用いた脂肪酸-FABP3親和性解析によりFABP3が10-18炭素の幅広い鎖長の脂肪酸に高い親和性を示すことを明らかにした。また、X線共結晶解析からこの鎖長適合には結合サイト内の水分子クラスターが関与することが判明した。本年度は分子動力学計算を行い、幅広い鎖長選択性の分子機構を調査した。その結果、結合サイト内の水分子には明確に役割の異なる2つのクラスターがあり、弱い水素結合を形成するクラスターが、エネルギー損失なく脂肪酸アルキル鎖で容易に置換されることで、FABP3の幅広い鎖長適合を可能としていることが明らかとなった。一方、強い水素結合ネットワークを形成するクラスターは、脂肪酸アルキル鎖の侵入を防ぎ、20炭素以上の極長鎖脂肪酸の結合を弱めることが示唆された。これらの結果から、FABP3による脂肪酸鎖長選択の分子機構を合理的に説明する事が可能となった。このほかに、生体温度における分子動力学計算から脂肪酸非結合状態のFABP3は大きな構造揺らぎを持ち、結合サイトの出入口を大きく開くことで脂肪酸の取り込みを容易にすることを示した。また、NMR、IRラマン、中性子回折を用いたアルキル鎖コンフォメーション解析に有用な光学活性な[2H-13C-13C-2H]標識脂肪酸の合成法を確立した。これらの成果は、脂質メディエータなどのタンパク質-リガンド認識およびそれを標的とした創薬に資すると期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。生物分子化学26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、試料調製や実験条件の検討を中心に研究を推進した。本研究により開発された脂肪酸含有リポソームを用いたITC親和性解析法により、生体脂肪酸のFABP3親和性の網羅解析、その結果明らかになった精密なFABP3の脂肪酸構造選択性、リボソーム(脂質二重膜)による脂肪酸-FABP3結合促進など、計画当初は想定できなかった重要な発見があった。本研究は、当初の計画以上の結果を伴いながら進展している。昨年度発見した実験条件を元に、特に相互作用解析で当初の予定以上の成果が挙げられた。一方、構造情報取得のための方法論開発は、解析方法の開発に予定よりも時間がかかっている。研究計画全体としてはおおむね順調に進展している。平成24年度に明らかになった精密なFABP3の脂肪酸構造選択性の構造基盤を明らかにするべく、平成25年度はX線結晶解析、溶液NMR、固体NMRなど、FABP3-脂肪酸複合体の精密構造解析を中心とした研究展開を予定している。最終年度では、親和性解析研究と構造研究の結果を合わせて、FABP3の脂肪酸認識の機構を解明する。リポソーム結合法を用いたITCにより網羅的に脂肪酸構造と結合親和性の相関を明らかにする。また、X線結晶解析(杉山成特任准教授、大阪大学)、分子動力学計算(松岳大輔特任研究員、当研究室)、固体NMRから多面的に脂肪酸の結合構造を解析し、FABP3の真のリガンドを明らかにし、その生物学的な意義を考察する。大型備品などの導入は初年度に完了している。次年度の研究費と助成金は、試薬、試料などの消耗品の購入や研究情報収集、成果発表などの旅費として使用する予定である。
化学発癌に対するcytochrome P450II E1の意義(肝癌を中心に)

1.発癌実験(40週飼育):ラットを液体飼料で10日間飼育後、毎日午前9時に液体飼料からnitrosodimethylamine(NDMA)含有蒸留水あるいは蒸留水に交換し、午後0時まで投与し、ついで午後1時より液体飼料を与えるという方法で40週間飼育した。ラット30匹を、総カロリ-の36%のアルコ-ル(Al)を含む液体飼料で飼育するAl群とAlを炭水化物に換えた飼料で飼育するControl(C)群の2群に大別し、ついで、各群ラットをさらに5匹ずつの3群に分け、30ng/kg B.W.、60μg/kg B.W.のNDMA、あるいは蒸留水を投与した。したがって、検討したのはAlーNDMA(30ng)群、AlーNDMA(60μg)群、Alー単独群、CーNDMA(30ng)群、CーNDMA(60μg)群およびCー単独群の計6群である。飼育40週目では、いずれの群においても肝および他の臓器に明かな腫瘍形成はみられなかった。また、肝の凍結切片を作成し、γーGTP、ATPーase、PASおよびglucoseー6ーphosphataseを染色して、enzyme altered foci(EAF)の発生の有無についても検討を行ったが、いずれの群においてもEAFは認められなかった。2.発癌実験(80週飼育):ラットを上述の40週飼育と同様の方法で80週間飼育した。肝に肉眼的に明かな結節がみられたのは、AlーNDMA(30ng)群の1例とAlーNDMA(60μg)群の3例で、Alー単独群および各C群では1例もみられなかった。結節は径3ー5mmで、AlーNDMA(30ng)群の1例では単発であったが、AlーNDMA(60ng)群の3例ではそれぞれ2ー3個認められた。結節内の細胞はacidophilic、basophilicおよびvacuole細胞で占められ、正常肝細胞に比して明かに大きく、核の異型も認められ、いわゆるmixedーcell fociと考えられた。また、結節内にspongiosis hepatisの所見も認められた。なお、EAHについては現在検討中である。以上のごとく、きわめて微量のNDMAによる化学発癌に対して、AlはP450II E1を誘導することにより、促進的に働いていることが示唆された。1.NDMA(Nーnitrosodimethylamine)の投与方法と時期の検討:血中にアルコ-ル(Al)が存在すると、P450II E1でのNDMAの代謝はA1のそれとの競合のため阻害されるので、A1投与中止後、完全に血中からA1が消失するまでの時間を測定した。すなわち、A1含有液体飼料を午前9時に除去後、1、2、3時間に眼窩静脈叢より採血し、A1濃度を測定したが、A1はいずれの時間にも認められなかった。ついで、NDMAを毎日30ng/Kgあるいは60μg/Kgを蒸留水に溶解して投与するために、1日の平均飲用量をA1およびcontrolラット(n=3)について測定した。午前9時に液体飼料除去後3時間までの飲水量は、A1飼育群では2.7±0.9ml、control群では2±0.4mlであったので、以後、NDMAを15ng/kg/mlあるいは30μg/Kg/mlの濃度で投与することとした。2.発癌実験:A1含有液体飼料で10日間飼育後、毎日午前9時に液体飼料からNDMA含有蒸留水あるいは蒸留水に交換し、午後0時まで投与した。ついで、午後1時より液体飼料を与えるという方法で40ー80週間飼育を行っている。60匹のラットを、総カロリ-の36%のA1を含む液体飼料で飼育するA1群とA1を炭水化物に換えた飼料で飼育するControl(Cont.)群の2群に大別し、ついで、各群ラットをさらに10匹ずつの3群に分け、30ng/kg B.W.60μg/kg B.W.のNDMA、あるいは蒸留水を投与した。すなわち、A1ーNDMA(30ng)群、A1ーNDMA(60μg)群、A1ー単独群、ContーNDMA(30ng)群、ContーNDMA(60μg)群およびContー単独群の計6群である。なお、平成2年11月より各群ラットの飼育を開始し、現在まで約20週経過しているが、各群における摂取カロリ-、飲水量および体重には差はなく、NDMAもほぼ30μgおよび60ng/kg B.W.を摂取している。

飼育40週目では、いずれの群においても肝および他の臓器に明かな腫瘍形成はみられなかった。また、肝の凍結切片を作成し、γーGTP、ATPーase、PASおよびglucoseー6ーphosphataseを染色して、enzyme altered foci(EAF)の発生の有無についても検討を行ったが、いずれの群においてもEAFは認められなかった。2.発癌実験(80週飼育):ラットを上述の40週飼育と同様の方法で80週間飼育した。肝に肉眼的に明かな結節がみられたのは、AlーNDMA(30ng)群の1例とAlーNDMA(60μg)群の3例で、Alー単独群および各C群では1例もみられなかった。結節は径3ー5mmで、AlーNDMA(30ng)群の1例では単発であったが、AlーNDMA(60ng)群の3例ではそれぞれ2ー3個認められた。結節内の細胞はacidophilic、basophilicおよびvacuole細胞で占められ、正常肝細胞に比して明かに大きく、核の異型も認められ、いわゆるmixedーcell fociと考えられた。また、結節内にspongiosis hepatisの所見も認められた。なお、EAHについては現在検討中である。以上のごとく、きわめて微量のNDMAによる化学発癌に対して、AlはP450II E1を誘導することにより、促進的に働いていることが示唆された。
可逆活性種変換を伴う新規ビニルモノマー共重合系の開発

1本の高分子鎖を形成する重合の生長末端において、安定なドーマント種を導入し、解離後の炭素原子の電子状態を制御可能な複数の刺激を用いることで、活性種を自在かつ可逆的に変換するという新しい概念に基づく新規な共重合体の合成手法を開発・確立することを目的とする。具体的には、生長末端に従来のリビング重合同様のドーマント種を導入し、異なる複数の刺激で可逆的に活性化することで、同一のドーマント種から炭素カチオンやアニオン、ラジカルといった異種活性種へと反応系内で可逆的に変換させる全く新しいリビング重合系の開発を行った。これにより、従来の生長活性種による分類を超えた全く新しい高分子(共重合体)の開発が期待される。とくに本年度は、以下の点を明らかにした。1.炭素ー硫黄結合の活性化による光可逆変換カチオン/ラジカル重合の汎用性の拡大本重合系の汎用性拡大を目的に、カチオン重合性モノマーとして種々のビニルエーテル、ラジカル重合性モノマーとして(メタ)アクリル酸エステルを用いた系において、官能基だけではなく、二官能モノマーへの展開を図り、光刺激による活性種のスイッチングを利用して精密に制御されたネットワーク構造の構築にも展開した。2.炭素ーハロゲン結合を用いた炭化水素系モノマーの活性種変換型アニオン/ラジカル重合とクリック反応との組み合わせこれまで報告した工業的にも重要な炭化水素系モノマーを用いた重合系について、アニオン重合からラジカル重合・ラジカル重合への変換だけではなく、クリック反応との組合せにより、新規ブロック共重合体が得られることを明らかにした。3.生成ポリマー解析と反応解析上記の重合で得られたポリマーについて詳細な解析を行い、カチオン/ラジカル重合活性種変換共重合の有用性を明らかにした。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。とくに本年度は、ルイス酸と光ラジカル発生剤を用いて炭素硫黄結合の光刺激による活性種のスイッチングの可能性を示すとともに、炭素ハロゲン結合を用いてリビングラジカル重合とアニオン重合の可逆的な変換に成功した。反応条件設定が予想よりも困難であったため、やや計画よりも遅れたが、順調に成果は得られてきている。とくに本年度は、昨年までに見出したルイス酸と光ラジカル発生剤を用いた炭素硫黄結合の光刺激による活性種のスイッチングを明確にし、ルイス酸の代わりに酸発生剤を用いた系を開発するとともに、炭素ハロゲン結合を用いてリビングラジカル重合とアニオン重合の可逆的な変換において炭化水素系モノマーの重合に着手した。具体的には、炭素ー硫黄結合および炭素ーハロゲン結合などの単一の共有結合種を非選択的かつ可逆的に活性化可能な反応条件を探索し、異なる活性種を経て1本の高分子鎖を形成する新規な重合反応の実現を目的とし、特に以下の点に注力して検討を行った。1.炭素ー硫黄結合の活性化によるタンデム型カチオン/ラジカル重合系の開発2.炭素ーハロゲン結合を用いた活性種変換型アニオン/ラジカル重合系の開発3.生成ポリマー解析と反応解析反応条件設定が予想よりも困難であったため、やや計画よりも遅れているが、順調に成果は得られてきている。特に以下の成果が得られてきている。1.炭素ー硫黄結合の活性化によるタンデム型カチオン/ラジカル重合系の開発カチオン重合性モノマーとして種々のビニルエーテル、ラジカル重合性モノマーとして(メタ)アクリル酸エステルを用いた系において、これまでに分かりつつあった光刺激による活性種のスイッチングが可能であることを明確にした。また、炭素ー硫黄結合を有するRAFT試薬存在下、超強酸によるリビングカチオン重合を明らかにし、ラジカル発生剤によるRAFT重合と組合せたブロック共重合について示した。これにより、カチオンとラジカルの活性種を経て1本の高分子鎖を形成する新規な特殊構造高分子を実現した。

2.炭素ーハロゲン結合を用いた活性種変換型アニオン/ラジカル重合系の開発前年から検討したドーマント種として炭素ーハロゲン結合を介したリビングアニオン重合からラジカル重合、およびラジカル重合からアニオン重合へ可逆的について、工業的にも重要な炭化水素系モノマーの変換についても可能性を見出した。3.生成ポリマー解析と反応解析上記の重合系について、生成ポリマーを詳細に解析し、モノマーユニットの連鎖構造解析を行い、タンデム型カチオン/ラジカル重合活性種変換による共重合体の生成を明らかにした。1本の高分子鎖を形成する重合の生長末端において、安定なドーマント種を導入し、解離後の炭素原子の電子状態を制御可能な複数の刺激を用いることで、活性種を自在かつ可逆的に変換するという新しい概念に基づく新規な共重合体の合成手法を開発・確立することを目的とする。具体的には、生長末端に従来のリビング重合同様のドーマント種を導入し、異なる複数の刺激で可逆的に活性化することで、同一のドーマント種から炭素カチオンやアニオン、ラジカルといった異種活性種へと反応系内で可逆的に変換させる全く新しいリビング重合系の開発を行った。これにより、従来の生長活性種による分類を超えた全く新しい高分子(共重合体)の開発が期待される。とくに本年度は、昨年までに行ってきたルイス酸と光ラジカル発生剤を用いた炭素硫黄結合の光刺激による活性種のスイッチングを用いた重合系の確立と、それを用いた材料設計へと展開するとともに、炭素ハロゲン結合を用いたリビングラジカル重合とアニオン重合の変換において炭化水素系モノマーの重合に注力した。具体的には、以下の点に注力して検討を行った。1.炭素ー硫黄結合の活性化による光可逆変換カチオン/ラジカル重合の確立カチオン重合性モノマーとして種々のビニルエーテル、ラジカル重合性モノマーとして(メタ)アクリル酸エステルを用いた系において、官能基を有するモノマーへの反応系の適応範囲拡大を図った。2.炭素ーハロゲン結合を用いた炭化水素系モノマーの活性種変換型アニオン/ラジカル/カチオン重合工業的にも重要な炭化水素系モノマーを用いた重合系についてより詳細な検討を実施した。3.生成ポリマー解析と反応解析生成ポリマーを詳細に解析し、モノマーユニットの連鎖構造解析を行うとともに官能基の導入などを確認した。反応条件設定が予想よりも困難であったため、やや計画よりも遅れているが、順調に成果は得られてきている。特に以下の成果が得られてきている。1.炭素ー硫黄結合の活性化によるタンデム型カチオン/ラジカル重合系の開発カチオン重合性モノマーとして種々のビニルエーテル、ラジカル重合性モノマーとして(メタ)アクリル酸エステルを用いた系において、官能基を有するモノマーへの反応系の適応範囲拡大を図った。これまでに見出した光刺激による活性種のスイッチングを利用し、ポリマー鎖に任意に官能基を導入できる可能性を見出した。また、昨年報告した炭素ー硫黄結合を有するRAFT試薬存在下、超強酸によるリビングカチオン重合をさらに拡張し、通常のジチオエステル以外に種々の結合を用いることができる点について示した。2.炭素ーハロゲン結合を用いた活性種変換型アニオン/ラジカル重合系の開発昨年報告した工業的にも重要な炭化水素系モノマーを用いた重合系についてより詳細な検討を実施した。
高温耐環境cBN薄膜デバイス創製

アルミニウムが軟化するほどの高温や強い紫外・粒子線に晒される原子炉近傍などの過酷な環境下でも動作する立方晶窒化ホウ素(cBN)の薄膜を使った半導体デバイス創製基盤確立を目指し、二種の異なるプラズマプロセスを適用して、ガス・イオンエネルギー動的制御機構と不純物添加法を新規に開発し、cBN薄膜で初めてとなる伝導度制御を実現すると共に、Si表面原子ステップへの部分的なエピタキシャル成長核を見出した。本研究5年計画の初年度である平成16年度ではICP-CVD法により堆積されたcBN薄膜における微細構造と機械的物性の評価を行い、超高真空装置における堆積手法の開発のための基本的な情報を得た。同時に、超高真空雰囲気においてPVD法で合成された高純度cBN薄膜についてSiとの異種接合ダイオードの特性評価を行い、膜の電子物性を探った。また、2槽式ICP-CVD装置を設計試作した。具体的な成果は以下のようにまとめられる。c軸を堆積基板面に並行にそろえた構造を有する異方的なtBN薄膜をICP-CVD法により堆積し、その機械特性を微細構造に敏感な硬度測定手法であるナノインデンテーション法により評価した。この過程で、従来の無機物質に適用されてきた変形理論では説明が困難である室温でのクリープ挙動を含む粘離的な振る舞いを観察した。この現象は高分解能透過型電子顕微鏡を用いた数nm以下の領域での弾性試験でも再現することが確認された。[2]cBN及びtBN薄膜の機械特性評価cBN, tBN薄膜及び、その混相状態でのBN薄膜の機械特性をナノインデンテーションにより評価した。高純度cBN薄膜の硬度は最大で50GPa以上にも及び、sp2結合相が混入することにより硬度が低減することが実験的に確かめられた。超清浄雰囲気sputteringで堆積したn-Si/p-cBN薄膜が異種接合により整流機能を有するダイオードを作製することに成功した。このデバイスによる整流性は室温で4桁以上であり、300°Cにおいても1桁以上の異方性を有していた。高温域までのI-V特性の評価より、順、逆方向バイアスにおいてcBN膜中の正孔に対する障壁高さの挙動が異なることが整流の物理的起源であると説明付けられた。[4]本研究成否の鍵と成るcBNの超清浄雰囲気でのCVD堆積によるSi基板上でのヘテロエピタキシーを検討するため、新たに2槽式ICP-CVD装置を設計・試作し、作動条件等予備実験に着手した。平成17年度においては、1)薄膜堆積時のバイアス印可及びガス供給系の自動制御化、2)cBN薄膜電子デバイス化の必須要素技術であるドーピングプロセスの開発、及び3)バッファー層としての配向性tBN薄膜のナノ機械特性を評価した。これらの研究により得られた知見は以下のようにまとめられる。【バイアス印可及びガス供給系の自動制御化】イオンエネルギー及びガス分圧を0.1秒単位で時間制御するため、バイアス印加及びガス流量をPCで自動制御化し、堆積条件の再現性を飛躍的に向上させるとともに、Siのみならずサファイヤ等の絶縁体各種基板上へのcBN堆積を可能とした。【その場スパッタドーピング法による添加元素のコントロール】BN薄膜においては未だ報告の無い電子物性の制御を目指し、スパッタドーピング法と呼ぶ新規のin-situドーピング手法を開発した。本手法において添加元素のバルク体に印加する負バイアスと基板に対する空間的位置の制御により、BN薄膜中の不純物濃度を0から数%程度まで制御可能であること、及び膜厚方向に急峻な濃度プロファイルの形成が可能であることをSIMS測定により確認した。更に、cBNの核生成後にSiやZn添加を開始することで、sp3結合を保ったまま最大で数%といった高濃度の不純物添加が可能であることを実証するとともに、特にZnドープにより室温における電気伝導性を6桁程度向上させ得ることを確認した。【結晶軸方向の制御されたtBNの形成とナノ機械特性の評価】時間制御バイアスCVD法により高配向性tBNナノアレイ薄膜を形成し、ナノインデンテーションにより機械物性を評価した。本薄膜は本質的にイオン結合性のセラミック体であるにもかかわらずポリマーに類似する粘弾性的挙動を示し、最大可逆変形量は膜厚の20%にも及ぶことやこの変形が数十秒の時間をかけて元の状態に回復することなどを見いだし、tBN薄膜電子物性を機械的に制御し得る可能性を示した。本年度はcBNのデバイス化における要素技術となるSi基板への直接成長手法の開発と伝導度制御の物理的機構の解明を目的として研究を行った。これらにより得られた知見は以下のようにまとめられる。【堆積初期におけるcBN結晶核の方位観察】高清浄雰囲気における水素プラズマを用いたSi基板前処理を通じて薄膜堆積を行うことにより、Si基板上においてcBNの結晶核を直接成長させることに成功した。断面TEM観察により(111)-(100)ステップを生成サイトとし、粒径3nm程度のcBN核が形成されていることを確認した。

この結果は格子整合が困難であることから不可能であると言われていたcBNのSi上への核生成を実験的に示したものであり、cBN成長開始の物理的機構を解明する上で重要な知見を与えるものである。固体ドーパントをプラズマ中でスパッタさせる手法を開発することでSiとZnをcBN成長中にドープし、その濃度を制御することに成功した。ドーパント添加によりcBN核生成に遅れを生じる現象が観察されたが、in-situドーピングの手法を生かし、連続的なcBN薄膜成長が実現された後に不純物を添加することで、3 at%程度の濃度までsp3結合を保ったままのドーピングが可能であった。本手法より堆積されたZnドープcBN薄膜はZn濃度に応じた伝導度変化を示すことが確認され、cBN薄膜では初めてとなる電気伝導度制御が実証された。さらに、Zn濃度に応じて組成比がBリッチとなること、堆積中に過剰なNイオンを供給することでドープ効果が消失することが見出された。これらの結果はGaNなどの他のIII族窒化物元素では観察されていない、II族ドーパントの窒素置換による不純物順位形成を示すものである。【薄膜X線解析】これまで放射光を必要としたhBN/cBNの相同定を、最新の薄膜X線法により可能とした。本年度得られた知見は以下のようにまとめられる。1)hBN初期層制御:ICP-CVDではIRの⊥吸収ピーク及びX線回折のhBN(002)ピークの半値幅に相関が見られ,B/(B+N)比の増大に伴い誘電率は増加する傾向が認められた。また,c軸配向も圧力・組成によりある程度制御可能でc軸が基板に対して平行に配向する条件で誘電率が増加することを確認した。他方,スパッタ堆積では初期過程の最適化によって,初期層10nm以下という飛躍的な薄化に成功した。2)ド-ピング効果:ZnドープではcBN核生成が阻害される条件が存在したが,Mgでは1.0at%程度以下でドープする場合いかなるタイミングでドープを開始してもcBNの生成が阻害される事は認められなかったことから,ドーピングの観点からはZnに比べMgの優位性を確認した。他方,伝導度に関しては,無ドープでは10^8Ωcm程度あった比抵抗でが,2.1at%Mgドープにより5×10^3Ωcmまで低下するとともに,活性化エネルギーの値はZnドープの値より低下した。更に,化学両論組成との関連から過剰なNによりMgのドープ効果が消失するため,MgはNサイトに置換することにより伝導に寄与することが推定された。3)相同定開連:斜入射X線回折法において,測定パラメータの詳細な検討の結果,明確なcBNビークを検出することに成功し,XPSスペクトルからの結晶相同定に加え,HeavydopedSiや石英等のIR不透過基本板においても多面的でより確かな相同定を可能とした。本年度は、n型cBN薄膜体積に向け、CVD時におけるH_2S導入によるSドーピングを検討した。当初、ドーピングにより膜の剥離強度劣化が顕著となり、特に電気物性評価に必須となる絶縁性基板においては多くの場合数10分で剥離する障害克服が最大課題となったが、堆積後の1200KでのポストアニーリングによってcBN薄膜の耐剥離性が向上することを見いだした。結果として石英基板上へのSドープcBN薄膜堆積が可能となった。
超微粒懸濁物質の高速ダイナミックフィルタ-の開発に関する研究

回転セラミック膜を用いて生成ケ-クを掃流して高速度濾過を行う高剪断型ダイナミックフィルタ-の濾過機構およびその適用性を検討し以下の成果を得た。1)希薄なサブミクロン粒子系スラリ-の回転円筒型ダイナミック濾過における精密濾過特性を調査し,濾過速度・分離精度と膜細孔径の相関,濾過特性と操作因子の相関,濾室内部の流動状態について検討した。ダイナミック濾過においても分離精度は良好であり,分離速度の増大に適した濾過手法となる。また,濾過速度は,膜面剪断応力および定圧濾過係数を用いると操作諸因子に精度よく関係づけることができる。2)クロスフロ-型ダイナミック濾過について,分離機構と操作条件の相関,スラリ-の改質と濾過速度の相関を検討した。濾過速度および分離特性は濾過圧力・クロスフロ-流速など濾過条件に依存するが,膜面剪断応力・定圧濾過係数を導入して回転円筒型の場合と同様な解析方法を提案した。また,スラリ-の凝集処理・濾過助剤の添加操作との比較から,ダイナミック濾過速度の増加には,ケ-ク層の掃流量の増大が特に有効であり,それに好適な濾過促進剤を提案した。3)高速回転ダイナミックフィルタ-を試作し,高粘性スラリ-および高圧縮性スラリ-への適用性を明らかにした。回転濾材の速度を変化させることによって,クロスフロ-操作のように濾過時間を減ずることなく,高剪断力を対象とするスラリ-の特性に応じて作用させることができる特徴があり,高速ダイナミック操作は高速度分離法として好適となる。特に,高粘性スラリ-,高圧縮性ケ-ク生成スラリ-の場合は,濾過速度の増大に大きい掃流力が不可欠であり,スラリ-の粘性と圧縮性が大きい場合程,本操作が有利となる。また,装置の構造についても高効率操作のための知見を得た。高速ダイナミックフィルタ-の開発に関し次の結果を得た。1)サブミクロン懸濁粒子を含む希薄スラリ-について円筒形セラミック膜を回転するダイナミックフィルタ-を試作して精密濾過を行い,1500rpmの比較的低い回転速度を対象として濾過特性を解析し,ニュ-トン流体の場合,濾過速度の経時変化および平衡濾過速度と操作諸条件との関係を求めて,ダイナミックフィルタ-の設計・操作のための知見を提案した。べき乗則非ニュ-トン流体系スラリ-の精密濾過のために回転円板型フィルタ-についても研究し,濾室内部におけるスラリ-の流動状態を解析し,濾材近傍の層流境界層および中央部の核流部より成立つとの結果を得た。更に,円筒型についても検討を進める予定である。2)バイオ懸濁スラリ-を中心にして,管形セラミック膜によるクロスフロ-濾過を行い,濾過特性に及ぼす掃流々速・濾過圧力・スラリ-濃度・濾過ケ-クの特性値等の影響を測定して,回転円筒型ダイナミックフィルタ-における濾過特性と比較し,クロスフロ-濾過においても濾過速度と操作条件の相関が回転円筒型の場合と同様にして解析できるとの知見を得た。また,従来のケ-ク濾過特性との関係も明らかとなり,濾過面積急縮小型のデッドエンド濾過によって定圧濾過係数を測定すれば,本研究結果を併用してクロスフロ-濾過速度が推算できるとの結果も得られた。3)セラミック分離膜など粒状層濾材における懸濁物質の捕捉分離状態の解析のために,けいそう土濾過助剤層を用いてサブミクロン懸濁粒子の精密濾過を行い,濾材内部における捕捉分離粒子量の測定法を得た。

すなわち,ある種の液中に濾材層を入れて懸濁させ,遠心沈降平衡状態を生み出せば,濾材粒子は底部へ沈積し,捕捉粒子を懸濁状態に保つことができて,層内の捕捉量分布とその経時変化が測定可能となる。高速ダイナミックフィルタ-について,超微粒懸濁物質の水系スラリ-の濾過特性の解析にもとづき,高粘性流体系スラリ-および高粘着性生成スラリ-への適用性を検討した。1)高粘性スラリ-の場合,平衡濾過速度は水系スラリ-の場合よりかなり小さく,高い濾過速度を得るには生成ケ-クを膜面からより完全に掃流する必要があり,かなり大きい剪断力が不可欠である。また,静止濾材によるデッドエンド濾過と比較すると,ダイナミック濾過効果は濾液粘度が大きい程増加する傾向が認められ,高剪断型ダイナミックフィルタ-が有利である。従来のクロスフロ-濾過のように高剪断力をポンプによるスラリ-の高速流動によって得るのと異なり,高速ダイナミックフィルタ-では濾材の高速回転によって大きい剪断力を作用させることができ,優れた濾過促進作用が達成できることを明らかにした。2)酵母のように粘着性や圧縮性が大きい濾過ケ-クを生成するスラリ-においても,平衡濾過速度は,濾過圧力の増加とともに一定の限界値に漸近する傾向を呈する。しかし,高粘性・高粘着ケ-クの場合,限界流速を得るには,かなり大きい濾過圧力が必要であり,常用圧力の範囲では,濾過圧力に依存して平衡濾過速度が変化する。この圧力範囲では,平衡濾過速度は剪断応力とともに増加してスラリ-の諸性質など濾過条件によって定まるある限界値に到達する。非圧縮性ケ-クの場合は,ケ-ク粒子間の粘着性が小さく掃流が比較的容易であり,限界流速に達するのに必要な剪断応力はかなり小さい。この測定より,バイオ懸濁物質のように高粘着性ケ-クが生成される場合も,高速回転型の精密ダイナミックフィルタ-が適する。懸濁質より微細な他の粒子の添加もダイナミック濾過速度の改善に有用であり,濾過促進剤として利用できることも明らかとなった。
胃瘻患者の誤嚥性肺炎予防のための超音波下胃蠕動運動計測手段の確立

本研究の目的は、携帯用の超音波検査機器を用いた栄養体注入時における胃運動の計測方法を確立し、栄養形状による胃蠕動運動を評価することである。成果として1胃瘻患者対象に胃蠕動運動の評価方法を検討し、携帯用超音波検査機器でも観察が可能と確認できた。2健常者での栄養体形状による胃運動の違いを超音波検査で評価した結果、半固形剤は液体剤に比較し胃運動機能を促進した。3同様の計測方法で、慢性期病院に入院している胃瘻栄養患者でも半固形剤は液体剤に比較し胃運動を促進した。4肺炎再発の観察から、在宅療養の肺炎を起こすやすい胃瘻患者では、液状から半固形栄養体への変更は再発予防効果があると推察された。平成25年度の計画は、胃瘻からの栄養剤投与時における胃運動の計測方法を樹立することであった。計画に従って携帯用体外式超音波検査機器を用い、実際の胃瘻造設患者数名において「近位胃の弛緩障害」、「胃排出能」、「前庭部収縮能」が超音波検査で測定できるかを調査した。「近位胃の弛緩障害」については、脾臓を超音波の通過経路として胃体部の胃断面積を計測できるかどうかを調査した。しかしながら外来患者における超音波検査像とは異なり、我々の予想以上に胃瘻造設患者の多くは胃や胃以外の消化管にガスが停滞する傾向があり、胃体部の観察が難しかった。また患者の病状によっては経脾的な経路による超音波検査自体が困難であった。これらは胃瘻造設患者が臥位で過ごす時間が長いことや、原疾患の病態等が原因と考えられる。同様に前方からの胃体部観察も困難であり、「近位胃の弛緩障害」の計測は断念した。「胃排出能」においてもおそらく同様の原因により胃内に残存する空気の影響で、栄養剤投与前の胃前庭部における断面積の計測が困難であった。残る「前庭部収縮能」については液体、もしくは半固形の栄養剤いずれにおいても投与後の胃前庭部の描出が比較的容易であった。これは栄養剤自体が充填されるからである。単位時間あたりの胃前庭部の収縮回数もなんとか計測できそうであったが、胃内に残存する空気のため、胃前庭部の前後径の計測が難しい症例も少なくなかった。これらの結果より、今回の研究においては「前庭部収縮能」を中心に計測していくこととしたが、さらに胃前庭部前後径や前庭部断面積の測定法を少し改変していく必要性がある。共同研究者片山により、関連する先行研究や現在行われている研究、文献の収集が行われている。機能性ディスペプジアを中心とした超音波機器による胃の運動能の評価については、すでに臨床応用がなされるほどに研究が進んでいる。しかしながら胃瘻患者において、特に高齢者や寝たきりの胃瘻患者における胃運動能の研究については、まだ基礎的な研究が始まったばかりである。現在、特に高齢者の胃瘻患者において、超音波検査機器を用いて胃の運動機能を計測しているが、長期臥床による横行結腸ガスの貯留により、健常人で観察できるような観察が困難であることがわかってきた。また体位変換が簡単にできない患者においては、経肋間操作による胃体上部、穹窿部の栄養剤貯留の程度の観察も困難である。そこで、胃前庭部の収縮面積、収縮時間を中心に計測を行い、患者間での比較を行っている所である。また、液体栄養と半固形栄養による胃運動能の比較については、臨床現場において胃瘻からの注入時間等の条件統一が予想に反して難しく、うまく比較にならなかった。そこで、まず健常成人での液体と半固形体の経口摂取による胃運動能の比較を試み、現在共同研究者とともに解析中である。本年度はこれまでの解析結果を日本医学写真学会をはじめ、数学会で発表予定である。前年度までは在宅療養者、施設療養者における胃蠕動運動計測のため、携帯用超音波機器での計測方法の確立を目指してきた。そして長期臥床患者の胃蠕動運動の計測方法の検討を行った結果、携帯用機器では胃前庭部の測定(収縮率、収縮回数)が可能であることがわかった。まず健常者を対象に同様の計測を行い、半固形栄養体の方が液状栄養体に比較して胃蠕動運動が惹起されるとの成果から、胃運動機能計測はまず慢性期病棟の入院患者を対象に研究を進めることとした。慢性期病棟において40例の胃瘻栄養患者に対し、栄養剤注入後の胃運動機能測定を行った。内訳は男性17名、女性23名、年齢38-96歳(平均77.5)、液体栄養剤20名、半固形栄養剤20名であった。収縮率において半固形栄養の方が有意に高値であり、経胃瘻栄養患者の計測結果おいてにも半固形栄養体の方が胃の収縮は強くなることが示唆された。なお40例と少数ではあるが誤嚥性肺炎の有無を結果としたオッズ比から、MI値(収縮率×収縮回数)が高いほど肺炎になりにくいことが示唆された。また在宅療養者の誤嚥性肺炎発生状況調査について、過去2年間において液状栄養体を使用中に誤嚥性肺炎を併発した在宅療養患者9名についてその後の期間(2年6か月間)の誤嚥性肺炎の再発状況を観察した。

その結果、液状栄養体から半固形栄養体に変更した6名全例で誤嚥性肺炎の再発が認められなかった。一方液状栄養体を継続した3名のうち2名は誤嚥性肺炎の再発を認め、液状栄養体から半固形栄養体への変更は誤嚥性肺炎の再発予防に効果があると推察された。施設入所者、在宅療養者において、携帯用超音波機器で簡易にかつ非侵襲的に胃蠕動運動を評価することにより、液体栄養剤では蠕動運動がうまく起こらない患者では半固形対栄養剤に変更することにより、肺炎を起こしにくくなる可能性が示唆された。本研究の目的は、携帯用の超音波検査機器を用いた栄養体注入時における胃運動の計測方法を確立し、栄養形状による胃蠕動運動を評価することである。成果として1胃瘻患者対象に胃蠕動運動の評価方法を検討し、携帯用超音波検査機器でも観察が可能と確認できた。2健常者での栄養体形状による胃運動の違いを超音波検査で評価した結果、半固形剤は液体剤に比較し胃運動機能を促進した。3同様の計測方法で、慢性期病院に入院している胃瘻栄養患者でも半固形剤は液体剤に比較し胃運動を促進した。4肺炎再発の観察から、在宅療養の肺炎を起こすやすい胃瘻患者では、液状から半固形栄養体への変更は再発予防効果があると推察された。高齢者の胃瘻患者の場合その多くが寝たきりであり、胃前庭部の運動能計測において例えば横行結腸ガスの貯留等により超音波機器での観察がやや困難であることに直面した。特に経肋間操作による胃体上部付近の貯留能計測は困難を極めている。そのため予想に反して超音波による胃運動機能の計測ができない患者も少なくない。また患者によって栄養体の注入速度はまちまちであり、群間比較が厳しい。しかしながら体格や状態によって注入速度が決められており、条件を一致化させることが難しい。腹部超音波検査機器自体、動画記録時間が数秒とかなり短いことも運動機能評価に支障をきたしている。そのため、ビデオ撮影等行ったが解像度等の問題が生じてきている。消化器内科学・看護学比較的条件を揃えやすい、半固形体栄養剤注入患者において計測を行っているところである。また経肋間観察による胃体部の貯留能の計測は困難であるため、比較的観察が行いやすい前庭部における計測に絞り、観察を行っている。胃の機能評価のために動画の録画が必要であるが、直接超音波機器から録画できる装置が購入できたため、録画後解析を行う予定である。また、健常成人ボランティアにおいて、半固形体と液体を経口で摂取してもらい、胃運動能の比較を行っている所である。患者での半固形体摂取群と液体摂取群の比較ではないが、胃運動機能に及ぼす影響を解析中である。実際の入院患者において超音波検査による胃運動能の計測を始める所まで進める予定であったが、我々の当初の予想を超えて、胃瘻造設患者における消化管内の空気像が超音波検査を妨げることがわかった。従って当初の計測方法を変更する必要性が生じた。研究が予定通りに進行せず、学会発表等がまだできていない。胃体部の観測はやめ、測定可能な計測方法として胃前庭部の収縮能を採択し、実際の胃瘻造設患者における胃運動能の評価を行っていく計画である。また測定を困難とする原因の大部分は消化管内の空気像であるが、この群を消化管運動が低下した亜群として再評価し、誤嚥性肺炎の発症リスクとの関連を調査する予定である。次年度は数学会で発表、論文投稿の予定であり、その費用に使用する。今年度の結果解析により、計測手段の変更が必要となった。今年度の旅費やその他の支出を抑制し、次年度学会や他の論文、書籍収集による情報収集のため次年度に繰り越した。繰越額は、超音波検査による胃運動能の計測手段の情報収集のために主に使用する予定である。
新規Photodynamic-LAIの開発と挙動の解明

これまで我々は、従来のEr:YAGレーザーを用いたLAIにおける、キャビテーションの挙動の検証を行ってきた。その結果は平成29年度の研究実績に記載した通りである。平成30年度の研究実績は以下の通りである。1.コンピューター制御によってチップ先端の加工および調整可能な半導体レーザー(Alta Modular Laser System)を用いたLAIにおけるキャビテーションの挙動を検証するため、無加工のチップと加工を施したチップを用いて、2W (45mJ, 44pps)の条件で作用させた.各群7回ずつ計測し,模擬根管内の蒸気泡の発生挙動をハイスピードカメラで照射から5秒間、0.1秒ごとに【蒸気泡の形態、数】について解析した。その結果、加工を施したチップでは、無加工のチップの場合に比べ、最初に生じる蒸気泡の発生が早く、また多くの蒸気泡が観測された。2.加工を施したチップを用いたLAIの軟組織溶解能力につき、超音波チップを用いたPUI(Passive Ultrasonic Irrigation)と比較するため、メチレンブルー溶液で染色したブタ軟組織を模擬根管の側枝に充填し、NaOCl溶液を用いた根管洗浄で検証を行った。その結果、PUIに比べLAIではチップの先端から遠い部位での溶解作用が観測された。これまでに我々は、当初の予定通り、Photo dynamic-LAI洗浄時の根尖孔外圧力測定、高速度カメラによる根尖孔外の観察高速水流の流量分布とキャビテーション発生の分布の解明について、Er:YAGレーザーを用いた従来のLAIおよび新規半導体レーザーを用いたLAIで生じる根管内での蒸気泡の挙動および、新規半導体レーザーを用いたLAIにおける、歯髄を模した軟組織を用いた模擬根管内での溶解能力に着目し実験を行った。現在、これらの実験についての論文の発行を待っている状況であり、進捗状況として順調であるが、年度を跨いだため延長している。当初、新規半導体レーザーを用いたLAIの効果の検証について予定していたE.faecalis殺菌効果の検証は、当研究チームにない実験設備を用意する必要があり、他施設での共同研究を模索したが、その効果の検証を行うのは困難と判断したため、上記実験をもって新規半導体レーザーの効果の検証を行うこととなった。本研究における基礎的な結果により、臨床応用にあたって従来の治療法と比較して、良好で安全な結果を得られる可能性を有すると考えられる。しかし、これまでに海外の学会において情報収集を行ったが、我々の予想よりもこのテーマについての研究の進行が早く、現在臨床での応用を検証しているということが判明している。このLAIを用いた根管洗浄に関し世界中が関心を抱き研究を進めており、この手法が将来的に極めて効果的な根管治療に寄与するものと確信に至っている。ここまでで、半導体レーザーの照射によるPDT(Photodynamic therapy)の安全性と効果についての検証は概ね完了しているが、根管内の細菌への効果の検証について引き続き模索しており、予備実験として根尖部の細菌についてDNAのゲノム解析を行っている。本研究の目的は、コンピューター制御によってチップ先端の加工および調整が可能となった半導体レーザーの照射によるPDT(Photodynamic therapy)を用いることで、根管内の清掃困難な部位の残存細菌や不良肉芽の処理を行い、根管の拡大を従来よりも最小限に留めつつ、レーザーを用いた根管洗浄によって根管の無菌化を可能にするための、生体により安全なPhoto dynamic-LAI根管洗浄を開発し、臨床応用を確立することである。平成29年度の研究実績は以下の通りである。1.従来のLAIにおけるキャビテーションの挙動を検証するため、R200Tチップ(円錐状、φ200 μm)、R600T(円錐状、φ600 μm)、C600F(平坦、φ600 μm)を用いて、70 mJ、25ppsの条件で作用させた.各群7回ずつ計測し,模擬根管内の蒸気泡の発生挙動をハイスピードカメラで照射から100μsec、500μsec、1000μsec時点での【蒸気泡の数、面積、速度】について解析した。その結果、測定した時間(100-1000μsec)での蒸気泡の数および速度に関してチップ間に有意差を認めなかった。また、C600FチップではR200TおよびR600Tチップよりも有意に面積の小さな蒸気泡を生じていた。以上より、Er:YAGレーザーを使用したLAIにおいて,蒸気泡の形状はレーザーチップ形態により異なっていることが示された。2.R200Tチップ、R600T、C600F、Brushチップ(ブラシ状)の4種類のチップを用いて根尖孔外の圧力および蒸気泡の挙動について実験を行い、比較した。その結果、根尖孔外の圧力および蒸気泡の挙動はレーザーのパルス数およびチップ形態により異なり、小径のチップが束となったブラシ状チップでは、根尖孔外の圧力が小さく蒸気泡の挙動が異なっていることが示された。これまでに我々は、概ね当初の予定通り、Photo dynamic-LAI洗浄時の根尖孔外圧力測定、高速度カメラによる根尖孔外の観察高速水流の流量分布とキャビテーション発生の分布の解明について、LAIで生じる根尖孔外の圧力および根管内での蒸気泡の挙動に着目し実験を行った。しかし、平成29年度に予定していたPhoto dynamic-LAI洗浄時のE.faecalis殺菌効果についての検証は、当研究チームにない実験設備を用意する必要があり、現在ようやくそのための実験環境を準備できる段階に至ったのみである。