hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脂質をベースにした、新しい抗結核ワクチンの開発

結核の再興が社会問題化し、現行のBCGワクチンに替わる新しい抗結核ワクチンの開発が望まれている。本課題においては、結核菌脂質に対する新しい免疫応答に着目し、その全容の解明と賦活法の確立を通して、脂質をベースにした新たな抗結核ワクチンを開発することを目的として研究を展開した。その結果、結核菌が産生する糖脂質の新たな生合成経路を発見し、それに対する免疫応答を実証することにより、有望な抗結核脂質ワクチンの候補が絞られた。モルモットとCD1トランスジェニックマウスを用い、抗酸菌脂質に対する免疫応答を個体レベルで解析する研究を展開した。まずモルモットについては、CD1陽性樹状細胞の誘導、CD1トランスフェクタントを標的細胞とした細胞傷害試験、RT-PCR法を用いたサイトカイン発現の網羅的解析などのモルモット免疫解析手法を確立した。また抗酸菌より種々の糖脂質を大量精製し、抗酸菌感染モルモットにおけるそれらの精製脂質に対する応答を検討した。その結果、抗酸菌由来のミコール酸含有糖脂質に対して有意なメモリー応答が存在することが、生体レベルでの皮膚反応ならびに細胞培養系を用いた実験により明らかとなった。またこれらのミコール酸含有糖脂質は、樹状細胞の活性化にも関与することが示された。これと並行してCD1トランスジェニックマウスについては、ヒトCD1Cゲノム遺伝子を導入したトランスジェニックマウスの解析を進めた。このマウスより誘導した樹状細胞はCD1c蛋白を発現すること、またこのマウスに結核菌菌体成分を投与することにより、一部の脾臓マクロファージが新たにCD1c蛋白の発現を獲得することを見出した。種々の精製脂質を用いた解析から、マクロファージ上のCD1c蛋白の発現誘導には、少なくともリポアラビノマンナンが関与している可能性が示唆された。また、ヒトCDlAゲノム遺伝子、ヒトCDlBゲノム遺伝子を導入したトランスジェニックマウスの作製を進め、CD1Aトランスジェニックマウスについては、CD1a蛋白の樹状細胞における特異的発現を確認した。研究代表者らは、結核菌由来の脂質抗原を結合してTリンパ球に提示する新しい抗原提示分子CD1(CD1a、CD1b、CD1c)の基礎研究を展開し、結核菌脂質を認識するCD1拘束性キラーT細胞の存在と感染防御における意義を明らかにしてきた。これらの成果は、脂質をベースとした新しい抗結核ワクチン開発の可能性を示唆している。そこで本研究では、結核菌など抗酸菌が産生する脂質に着目し、それに対するCD1拘束性T細胞応答を詳細な解析を行った。まず、Mycobacterium avium complex (MAC)に感染したモルモットの皮膚にMACより抽出した総脂質を投与することにより、局所でのIL-5の産生と抗酸球の著明な浸潤を伴った皮膚過敏応答が惹起され、感染防御に働くことを見いだした。この応答は糖脂質分画において顕著であり、個々の精製糖脂質を用いた解析から、結核菌細胞壁を構築するミコール酸含有糖脂質であるトレハロースジミコール酸(TDM)が主要なアレルゲンとして機能することを明らかにした。一方、既知のCD1提示抗原であるグルコースモノミコール酸にはこのような活性を認めなかった。MAC感染モルモット由来の脾臓T細胞をTDMで刺激するとIL-5の転写が誘導されるが、非感染モルモット由来の脾臓細胞はTDMに応答しなかった。したがって、TDMによる抗酸球性防御応答を担うメモリーT細胞の存在が示唆された。以上の結果は、TDMが新しいクラスの抗酸菌感染予防ワクチンとして機能する可能性を示している。研究代表者は、結核菌の宿主細胞である活性化マクロファージや樹状細胞がグループ1CD1分子(CD1a、CD1b、CD1c)を発現すること、さらにこれらのCD1分子が結核菌由来脂質を結合し、それらを特異的に認識するキラーT細胞を活性化する能力を有することに着目し、結核菌脂質の生合成と免疫認識機構の解明を通して、脂質をベースにした新しい抗結核ワクチンを開拓する研究を展開した。まず結核菌などの抗酸菌は、感染の成立に伴い、既存のミコール酸転移酵素とその基質(トレハロースモノミコール酸)ならびに宿主由来のグルコースを利用して、グルコースモノミコール酸を生成することを見いだした。さらに、感染に伴って新たに産生されたグルコースモノミコール酸を標的にしたCD1b依存性の宿主防御免疫応答が惹起されることを実証した。一方、優れたワクチンの開発にはそれに適した動物モデルの開発が必須との考えから、アカゲザルのCD1遺伝子の同定ならびに遺伝子産物の機能解析を行った。その結果、アカゲザルはヒトと同様のCD1システムを有するとともに、アカゲザルCD1b分子は結核菌脂質を結合し、それに特異的なヒトT細胞を活性化できることを明らかにした。
メタロチオネインを利用した癌化学療法及び放射線療法における効果増強

制癌剤耐性因子としてのメタロチオネイン(MT)の意義を検討するために,HeLa-S3細胞にマウスMT-IのcDNAを導入することにより樹立したMT-Iを多量かつ安定に発現するクローンを用いて以下の実験を行った。このクローンをヌードマウスに皮下移植して細胞内MT濃度とシスプラチンに対する感受性との関係を検討したところ,皮下移植した本クローン中のMT濃度は対照として用いたベクターのみを導入したHeLa細胞に比して約3.5倍高いMT濃度に示し,しかもシスプラチンに対して著しい耐性を示した。この結果は,細胞内MT濃度の上昇が癌細胞のシスプラチンに対する耐性獲得に関与することを強く示唆している.我々は昨年度,亜鉛による癌組織中MTの誘導合成をpropargylglycine(PPG)が抑制することを見いだしたので,このクローンを皮下移植したヌードマウスを用いてPPGの効果を検討した.その結果,クローン中のメタロチオネイン濃度はPPGの投与によって有意の減少し,しかもこのクローンのシスプラチンに対する抵抗性も顕著に低下した。即ち,PPGは誘導剤投与による組織中MT濃度の上昇を抑制するのみならず,腫瘍細胞の種類によってはそこで恒常的に発現しているMTのレベルを低下させる効果も有することが明らかになった。
分子多体系における量子移動過程の理論とシミュレーション

代表的なスピン・クロスオーバー錯体である鉄ピコリルアミン錯体のスピン一重項、三重項、五重項について、密度汎関数法による電子状態計算を実行し、最安定構造、エネルギーギャップ、再配置エネルギーなどを求めた。異なるスピン状態間の相対的エネルギーは、密度汎関数の選択に強く依存するので、新しい手法である長距離補正法も含め、種々の汎関数を比較検討した。結果、長距離補正を導入したLC-RPRE法が最も適切なエネルギーを与えることを確認した。状態間遷移を表す代表的な自由度として、鉄イオン周りに八面体配位した窒素原子の全対称伸縮振動およびヤーンテラー変形モードが重要であることを選択し、それ以外を溶媒のように扱って、住・垣谷理論を適用した。これにより、これまで無視されてきた中間三重項状態における緩和過程との結合と競合、低温における核の量子トンネル効果を取り入れた状態間遷移速度の計算を行い、そのメカニズムについて議論した。また、水素結合構造のダイナミクスやプロトン移動反応を扱う新理論である準量子的時間依存ハートリー法を開発し、プロトン移動反応における振動緩和との競合について議論した。また、溶媒座標を射影した一般化ランジュバン方程式を導出し、シミュレーションする方法を開発した。
インプラント周囲の骨吸収発生予知を目的とした歯槽骨骨密度評価の有用性の検討

従来の検査法では,インプラント周囲の炎症の程度や進行性の骨吸収が生じているかを正確に診断できなかった.近年,デンタルエックス線画像から歯槽骨骨密度を定量的に評価できる「歯槽骨骨密度評価サポートソフトウェア」が開発され,歯槽骨骨吸収の予兆を捉えることができるのではないかと注目されている.本申請研究では,「歯槽骨骨密度評価サポートソフトウェア」によるインプラント周囲骨吸収進行度評価法を確立し,その信頼性・妥当性を検討するとともに,インプラント周囲粘膜炎患者を対象に前向きコホート研究を行い,インプラント周囲歯槽骨の骨密度低下がインプラント周囲の骨吸収の発生を早期に予測できるかを検討する.従来の検査法では,インプラント周囲の炎症の程度や進行性の骨吸収が生じているかを正確に診断できなかった.近年,デンタルエックス線画像から歯槽骨骨密度を定量的に評価できる「歯槽骨骨密度評価サポートソフトウェア」が開発され,歯槽骨骨吸収の予兆を捉えることができるのではないかと注目されている.本申請研究では,「歯槽骨骨密度評価サポートソフトウェア」によるインプラント周囲骨吸収進行度評価法を確立し,その信頼性・妥当性を検討するとともに,インプラント周囲粘膜炎患者を対象に前向きコホート研究を行い,インプラント周囲歯槽骨の骨密度低下がインプラント周囲の骨吸収の発生を早期に予測できるかを検討する.
言語関連転写因子の脳内標的遺伝子の同定

FOXP2遺伝子は言語関連遺伝子として報告され、その突然変異はヒトでは特異的言語障害を起こすことが知られている転写因子で、ヒトとチンパンジーとでは2つのアミノ酸の違いしかない。このアミノ酸の2つの違いがヒトで言語が発達した理由の一つとも推測されるが、この点を検索した研究は殆どない。そこで、本研究では、ヒトFOXP2とチンパンジーFOXP2の標的遺伝子の違いを検討するために、ヒトとチンパンジーのFOXP2発現ベクターを作成し、別々に細胞内にトランスフェクトさせ、遺伝子導入細胞における全遺伝子の発現変化を検索した。解析する細胞の挿入染色体部位・発現時期などを厳密にそろえるために、フリップインリコンビナーゼ法およびTet ON OFFシステムを用いた。テトラサイクリン添加による外部FOXP2遺伝子発現誘導の有無下で293細胞の全RNAサンプルを抽出し、全RNAの発現の増減をマイクロアレイ法で検出した。その結果、ヒトFOXP2を発現することで有意差を持って変化した遺伝子数は1,671個で、そのうち促進された遺伝子が641個、抑制された遺伝子が1,030個であった。チンパンジーFOXP2を発現することで有意差を持って変化した遺伝子数は1,562個で、そのうち促進された遺伝子が794個、抑制された遺伝子が768個であった。ヒトのFOXP2とチンパンジーのFOXP2を比較すると、2,836個が有意に変化し、1,433個が促進、1,403個が抑制されていた。その中にはヒトとチンパンジーで同一に変化する遺伝子、異なる遺伝子があり、ヒトとチンパンジーで標的遺伝子に大きな違いがあることが分かった。また、われわれのデータと、以前報告された国外の結果と比較し、現在、論文投稿中なので遺伝子名は伏せるが、FOXP2転写因子により有意に変動した遺伝子として7種類の遺伝子を同定できた。これらの遺伝子は、3つの実験系で陽性となった遺伝子であり、確実にFOXP2転写遺伝子の標的遺伝子と思われるが、いずれの遺伝子も今のところ神経発達や言語発達に関連する解析は行われていない遺伝子であり、個々の遺伝子をさらに詳細に解析していく必要があろう。いずれにしても、このような言語関連遺伝子の単離・同定は、ヒトの言語における脳内機能を明瞭にするばかりでなく、言語障害の遺伝子診断に将来結びつく可能性をもつと思われる。ヒトFOXP2は、マウスFoxP2との比較で3か所のアミノ酸の違いしかなく、また、チンパンジーとは2か所のアミノ酸が違うだけの、高度に保存された転写因子をコードした遺伝子である。しかし、ヒトとチンパンジーのアミノ酸の違いがヒトの言語を可能にしたのであり、この転写因子の機能を明らかにすることは、言語を科学的に解析するために有用である。まず、我々は、FoxP2の発現組織を見るために、マウスcDNAライブラリーパネルを用いて、RT-PCRを行った。予想どおりマウス胎児(脳を含む)およびマウス成人脳で発現が認められた。他の組織では、ほとんど発現が認められなかった。また複数バンドを認めalternative spliceな発現であると思われた。ヒト特異的なFOXP

2転写因子のターゲットを探索するため、まずヒトFOXP2の完全長cDNAを得ることを試みた。ヒト脳cDNAライブライーを含む、Clontech社製SMART RACE cDNA Amplification Kitにより、RACEをおこなった。得られたクローンは1種類しかなく、しかも過剰なexonと、不足しているexonを持っていた。これはalternative spliced cloneカミ得られたものと思われる。また、シークエンスにより得られたクローンは変異部位が5-6か所認めた。ゲノムDNAからのPCR断片などを用い、正常完全長cDNAをクローニングしようと試みているが、poly Gluのトリプレット反復配列を含むなど、困難な状況である。現在、マウス、チンパンジーの配列部位の部分クローンと、1塩基修復必要なヒト完全長cDNAを得ている。今後、発現ベクターにクローニングして、他の転写因子との相互作用やターゲット領域の同定を行う。ヒトFOXP2は、マウスFoxP2との比較では3か所のアミノ酸の違いしかなく、また、チンパンジーとは2か所のアミノ酸が違うだけの、高度に保存された転写因子をコードした遺伝子である。ヒトが言語を獲得したのはこのFOXP2遺伝子の変化によることが示唆されている。従って、この転写因子の機能を明らかにすることは、言語を科学的に解析するために非常に有用であると思われる。ヒト言語能力特異的な遺伝子を単離するために、FOXP2転写因子の脳内ターゲットの探索を目的として、まずヒトFOXP2の完全長cDNAを得た。しかし、クローニング中にさまざまな変異や欠失などのトラブルが生じたため、予定より実験が大幅に遅れてしまったが、最終的に塩基配列解析で正しい正常ヒト完全長cDNAを得た。また、in silico的に、3つのFOXP2アイソフォームを認めたが、ヒトのみORFが続く一つのアイソフォームを認めた。このアイソフォームは余分にexonを保持している。このアイソフォームの余分のexonを上記のヒトFOXP2の完全長cDNAに組み込みアイソフォームの完全長cDNAも作成した。現在、ヒトFOXP2、KE家族(言語障害型)変異FOXP2、チンパンジーFoxP2、ヒトFOXP2アイソフォームの完全長cDNAを得ている。この完全長cDNAを、ハイグロマイシン耐性化遺伝子を持った発現ベクターにクローニングした。また塩基配列解析により、正しくクローンが作成されていることを確認した。さらに、これらの発現クローンをtransgeneとして293細胞株に導入し、いくつかのハイグロマイシン耐性クローン細胞を得ている。今後、RT-PCRやWestern法によりFOXP2が過剰発現しているクローンを選び出す予定である。それぞれのFOXP2発現量が十分でほぼ同等だと確認された293細胞と空ベクター導入293T細胞から全RNAを抽出し、アレイによる解析を行う予定である。大変遅れてはしまったが、当初の計画を行っており、本年度ちゅうには一定程度の成果がでるものと考えている。
単分子磁石に対する原子空間分解能を持つスピン状態測定と操作

1つの分子で磁石の性質を示す単分子磁石である、テルビウム・フタロシアニン錯体分子を用いて、単分子の磁石をオン・オフさせることが可能であることを示した。この分子は平面型のフタロシアニン配位子(Pc)2枚が互いに向き合うように重なった構造を示すが、今回、これに電流を流して向かい合う2枚のPcをくるりと回転させるという手法を開発し、2枚のPcの相対角度を制御することで分子磁石をオン・オフさせることに成功した。単一分子磁石はスピンを用いた量子情報処理の電子素子材料としても注目され、現在合成技術の進歩により磁石としての高い転移温度の合成が報告されている。しかしながら表面薄膜形成時のスピンの挙動はほとんど明らかにされていない。本研究では、そのスピンの挙動を、分子吸着構造・電子状態を明らかにした上で、スピン計測、分子合成と、理論シュミレーション班が一体となって解明することを申請時の目標として掲げている。手法としては高い空間分解能と物性を検知できるトンネル分光の能力を兼ね備えた走査型トンネル顕微鏡を用い、それらをヘリウムを寒剤として用いた極低温状態で動作させ精密な電子・スピン状態の測定と、構造の同時計測を行う。今期は、テルビウムを中心金属とし上下2層がフタロシアニン配位子であるTbPc2錯体を分子として用い、スピンの検出をトンネル電流の分光により近藤共鳴の鋭いピークとして計測する手法によりスピン状態および分子スピンで形成される近藤状態の形成メカニズムを探索する実験を行った。金(111)表面上に真空蒸着で形成されたTbPc2膜において鋭い近藤共鳴を見出したが、その特性すなわちそのピーク幅から導かれる近藤温度や強度分布が分子内部において明瞭な空間分布を示すことを見出した。それと同期して、電子状態においても鋭いピークがエネルギー位置を変化させることを見出した。これらは理論計算により分子による遮蔽効果・電荷蓄積が寄与した現象である事が裏付けられ、近藤共鳴出現機構の知見に貢献したと考える。単一分子磁石は分子素子材料としても注目される。磁石としての高い転移温度の合成が報告される一方で、表面薄膜形成時のスピンの挙動はほとんど明らかにされていない。本研究では、そのスピンの挙動を、分子吸着構造・電子状態を明らかにした上で、スピン計測、分子合成と、理論シュミレーション班が一体となって解明しようとする。平成23年度は、フタロシアニンの4つのフェニル端をナフタレン基に置き換えた分子を合成し、そのSTMを用いたスピン観察と、理論計算によるスピンのシミュレーションを行った。合成した分子はナフタロシアニンとフタロシアニンを上層と下層にもち、中間にテルビウム原子を挟んだ2層構造を持っている(以下TbNPcPcと略記)。真空中ではどちらを上向きにしても等価な分子であるが、表面に吸着した場合には表面キラルとなり異なった性質を発揮する可能性がある。分子のキラル特性は分子の自己組織家的な集合体を形成するときの重要な道具となっており、今回の分子においてもキラルが分子集合体の形成にどのような影響を持つか、あるいはそれが分子の磁性にどのような影響を持つかが注目される。TbNPcPcが表面に吸着したとき分子が持つスピン由来の近藤効果が、トンネルスペクトルに明瞭に観察された。近藤ピークの幅より導き出される近藤温度はスピンと伝導電子の相互作用の強さを反映するものとして重要なパラメターであるが、この分子においてはNPcあるいはPcを上面にするかで近藤温度に明瞭な差が見られた。またNPcが上を向いた分子のみで形成される一次元鎖構造、NPcとPcが交互に並んだ2次元構造など多彩な自己組織化構造が見られたが、いずれも近藤ピークに差が見られた。それらは同時に理論計算によっても裏付けられた。これはキラル制御によってスピンを自由に操作した最初の例と考えられる。近藤効果を用いた表面吸着分子のスピン検出と表面磁性についての研究を行った。近藤効果は金属半導体での研究に比較して、分子についてその効果はあまり調べられておらず、有機分子から生じる磁性研究に活用される可能性がある。まず安定有機ラジカルである1,3,5-triphenyl-6-oxoverdazyl (TOV)を金表面に蒸着させた系で近藤効果を調べた。STM像には分子の三角形の形状を反映した分子像が明瞭に観察された。2種類のTOV分子が確認され、検討の結果これらはTOVとHが分子に吸着したTOV-Hであることが判明した。TOVとTOV-Hに対する近藤ピークを調べた結果、TOVでのみピークが観察された。これはTOVのスピンとHの吸着によるスピンの消失とでよく説明され、純粋有機分子ラジカルで世界に先駆けて近藤効果を観察した。

他方、新しく合成したフタロシアニンとナフタロシアニンの2枚のヘテロな配位子がテルビウム原子を挟んだ、2,3-Naphthalocyaninato (NPc) Phthalocyaninato (Pc) Tb(III) (TbNPcPcと表記)について、膜形成時の磁気的挙動を調べた。Pc-up分子とNPc-up分子は表面キラル状態を形成し、2つの分子は異なった物性を持つ。TbPc2分子と同じくTbNPcPc分子でも不対&#61552;電子が作る近藤状態が出現し、スペクトルには上に凸のピークとして観測された。被覆率が上昇すると、NPc-up分子だけで構成される1次元鎖が出現する。その場所では近藤ピークが凹のdipとして観察された。これはスピン間の相互作用であるRKKY相互作用によって形成されたと考える。さらに被覆率を上昇させ、単層膜を形成した場合、スピンは消滅する。分子の設計により、スピンに多様性を持たせた膜形成の可能性を示した。有機分子に特有なラジカル由来のスピンは今後、分子スピントロニクスにおいて重要なパーツとなると考えられるが、それを原子の分解能で報告した例が極めて少なく、かつ本研究で、パイ電子が作る近藤状態が明らかにされたことは、従来金属・半導体が主とした研究対象であった近藤共鳴の研究にも重要であると判断される。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後、さらに分子の特徴を生かした、より高いブロッキング温度を持った単一分子磁石分子の合成と、実験においては整備を進めた希釈冷凍機を用いた1K以下での低温STM]観察を用いたトンネル電流分光手法を用いて、単一分子磁石の中心金属およびリガンドからの磁性への寄与を分離しその磁性メカニズムや制御法のより詳細な知見を得る実験を予定している。
妊娠中のサプリメント摂取が妊娠経過、児の発育、母子の疾患発症へ与える影響の解明

本研究の目的は、既存のコホート研究に基づいて、妊娠中のサプリメント摂取が妊娠経過、児の発育、母子の疾患発症との関連を明らかにすることである。妊娠中を通して最も多くの妊婦が使用していたサプリメントは、エコチル追加調査対象者(初期3,600名、中後期2,765名)・BOSHI研究対象者(初期122名、中後期82名)共に葉酸であった(20.2ー35.4%)。葉酸の次に多く使用されていたサプリメントは、ビタミンB群やミネラルであった。本研究実施により、大規模妊婦集団において、妊娠中のサプリメント摂取とより長期間の追跡に基づく将来の母子の各種疾患の発症や健康との関連を検討するための基盤が構築された。本研究課題の基盤であるBOSHI研究において、妊娠中のサプリメント摂取状況の評価を行った。妊娠中に使用するサプリメントとしては、葉酸の割合が最も高値であるものの、全体における葉酸サプリメント摂取者の割合は半数未満(32-35%)であり、かつ妊娠初期から妊娠中期以降にかけてその使用者の割合の増加は小さかった(初期:32%⇒中期以降:35%)。本研究より、妊娠中の葉酸サプリメント摂取の状況は依然として不十分であり、より積極的な葉酸摂取の重要性に関する教育および情報提供の必要性を明らかにした。もう一つの研究基盤である環境省「子どもとの健康と環境に関する全国調査(エコチル調査)」においては、妊娠中の服薬と妊娠経過および児の奇形との関連を検討するための追加調査として、妊娠初期、妊娠中期、妊娠後期に使用した医薬品・サプリメントに関する薬剤詳細調査を実施している。平成26年2月12日現在で、9,027名の妊婦が宮城ユニットセンターを通してエコチル全体調査に参加している。本研究課題で実施している薬剤詳細調査は、宮城県内の13の産科医療機関において実施されており、6,069名に対して調査の説明が実施され、3,657名が同意している。現在、回収された調査票に基づいて、情報の電子化を進めている。平成24年度に引き続き、平成25年度も、エコチル調査における妊娠中の医薬品・サプリメント使用状況に関する詳細調査を順調に拡大・継続した。現在、収集された情報の電子化、および妊娠経過・出生児の奇形の有無に関する情報の収集を進めている。環境省「子どもとの健康と環境に関する全国調査(エコチル調査)」へ、妊娠中の服薬と児の奇形との関連を検討するための追加調査として、妊娠初期、妊娠中期、妊娠後期の服用薬剤に関する薬剤詳細調査を実施している。平成25年3月14日現在で、約6,800名の妊婦が宮城ユニットセンターを通してエコチル全体調査に参加している。本研究課題で実施している薬剤詳細調査に関しては、宮城県内の13医療機関において実施されており、3,023名に対して調査の説明が実施され、2,110名が同意している。平成24年度は、エコチル調査における妊娠中の薬剤使用状況に関する詳細調査を順調に拡大・継続した。現在、収集された薬剤使用に関する情報の電子化、および出生児の奇形の有無に関する情報の収集を進めている。平成25年内に宮城ユニットセンターが請け負っている9,000名の妊婦の登録が完了予定であり、本研究課題を含む宮城ユニットセンターで実施している追加調査への同意率は、当初の予定よりも高く、追加調査対象者は当初の予定よりも多い4,500名程度が見込まれている。本研究によって、妊娠中の服薬と児の奇形との関連を検討することを目的とした薬剤疫学研究のためのコホートが構築されることが期待される。本研究課題の研究基盤の一つである環境省「子どもとの健康と環境に関する全国調査(エコチル調査)」においては、妊娠中の服薬と妊娠経過および児の奇形との関連を検討するための独自の追加調査として、妊娠中の薬剤詳細調査を実施している。平成27年3月31日現在で6,388名に対して調査の説明が実施され、3,800名が同意している。データ入力を終えている対象者3,600名(妊娠初期調査)および2,765名(妊娠中後期調査)において、薬剤使用状況を集計した結果、妊娠判明から妊娠12週までの間に医療用医薬品以外の薬剤を使用していた対象者は985名(27.4%)であり、そのうち最も多く使用されている薬剤は葉酸サプリメント(727名、20.2%)であり、次いでミネラル(550名、15.3%)、ビタミンB群サプリメント(188名、5.2%)が多く使用されていた。

また、妊娠12週から27週の間に医療用医薬品以外の薬剤を使用していた対象者は733名(26.5%)であり、そのうち最も多く使用されている薬剤は葉酸サプリメント(622名、22.5%)であり、次いでミネラル(575名、20.8%)、ビタミンB群サプリメント(131名、4.7%)が多く使用されていた。平成27年3月31日時点において、分娩時の診療録調査を終え、データ入力までを終えている対象者3,294名について集計した結果、分娩週数の平均は39.1±1.8週、36週以前に出産に至った割合は5.7%(187名)、男児の割合は51.5%(1,696名)であり、出生体重の平均は3,050±461.4g、低出生体重(<2,500g)の割合は9.0%(297名)であった。本研究によって、妊娠中のサプリメント摂取と妊娠経過および児の発育等との関連に関する薬剤疫学研究のためのコホートが構築された。薬剤疫学既にデータ固定を終えているBOSHI研究においては、妊婦のサプリメント摂取状況の評価を終え、予定通りに研究が進捗している。また、妊婦リクルートを進行中であったエコチル調査においては、宮城ユニットセンターにおけるエコチル全体調査および追加調査が、当初の予定よりも順調に進み、追加調査対象妊婦の数は当初の予定の約3,000名よりも多い3,500名以上に達している。回収された調査票のデータ化も順調に進み、本研究終了時には、本邦初の妊婦におけるサプリメント摂取の影響に関する薬剤疫学研究実施のためのコホートが構築されていることは明らかである。研究計画当初見込まれていた対象妊婦の数は約3,000名であったが、宮城ユニットセンターにおけるエコチル全体調査および追加調査が、当初の予定よりも順調に進み、追加調査対象妊婦の数は当初の予定よりも多い4,500名程度が見込まれている。回収された調査票のデータ化も順調に進み、本研究終了時には、本邦初の妊婦における薬剤疫学研究実施のためのコホートが構築されていることは明らかである。本研究課題は当初の計画よりも順調に進んでいるが、特にエコチル調査においては、今後の追跡調査のデータの精度も重要となるため、追跡率の維持等を含めた継続的なフォローが必要である。本研究課題は、当初の予定以上に順調に進んでおり、現状のままの進捗を維持するが重要である。今年度は、対象者の登録に加え、対象妊婦の出生児が数多く誕生に対応する必要があるため、出生児の奇形等に関する情報を漏れなく収集する努力が必要である。想定よりも一人当たりのデータ数が少なく、データ入力費等がかからなかった。調査票の回収からデータ入力までの時間がかかり、入力費の発生がずれた。予想以上に問題なく進み、各地へのケアの必要性が小さく旅費が抑えられた。引き続き、回収された質問票の整理のための消耗品費や、回収された質問票の整理および電子データ化のための謝金が必要である。また、対象妊婦の妊娠経過に関する妊婦健診の情報収集、および出生児に関する奇形情報等に関する分娩記録の収集のための交通費・謝金も引き続き必要である。また、対象者の追跡率維持のための謝金も検討する必要がある。このまま、研究対象者を順調に増やし、回収された質問票の整理のための消耗品費や、回収された質問票の整理および電子データ化のための謝金が必要である。また、対象妊婦の妊娠経過に関する妊婦健診の情報収集、および出生児に関する奇形情報等に関する分娩記録の収集のための、交通費および謝金が必要である。
カーボンナノチューブの走査型プローブ顕微鏡による電子物性評価

本研究は、走査型プローブ顕微鏡、特に原子間力顕微鏡を用いて単層カーボンナノチューブ(SWNT)の電子物性評価を行うことを目的としている。SWNTは理想的な一次元量子細線であることが知られており、一般にチャネル長が300nmより短いときにバリスティック伝導が観察されている。本年度は、電子線リソグラフィーにより作製した300nm以下のギャップ長をもつナノギャップ電極に、誘電泳動法を用いてSWNTを架橋させ、周波数検出法を用いたケルビン原子間力顕微鏡(FM-KFM)、ならびに前年度に新規開発したPoint-by-pointAFMPを用いて、バイアス電圧を印加したときの表面電位を測定し、電気伝導を評価した。FM-KFMでナノギャップ電極に架橋したSWNTを評価すると、一般に同手法は分解能の高い測定手法として知られているが、このように狭い領域に複雑な電場が形成される状況では、SWNTに由来する静電気力以外に基板や電極に由来する背景力の影響を受けやすく、測定領域の電位測定精度・分解能が低下することがわかった。一方で、新規に開発したAFMPでは静電気力の影響を受けにくく、明瞭にナノスケールの電位を測定することに成功した。その電気伝導についてであるが、金属SWNTの例では、そのチャネルに沿って電位プロファイルを取得すると、チャネル全体としては電位が変化しており、拡散的に伝導しているが、カソード電極近傍の電位が平坦な領域が観察され、この領域ではバリスティック伝導している結果が得られた。また、p型のカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ(CN-FET)の場合では、フェルミレベルが変化することで、ソース電極で形成されているSchottky障壁の障壁が薄くなってホールが注入されていることが電位計測から直接的に示唆された。これまで本研究では、単層カーボンナノチューブ(SWNT)の電子物性評価を行うため、原子間力顕微鏡(AFM)、特にケルビンプローブ原子間力顕微鏡(KFM)によりSWNTの表面電位を評価している。KFMの相補的な電位評価手法に、AFM探針をナノスケールにアクセス可能な電位プローブとすることで試料表面の電位を測定するAFMポテンショメトリ(AFNP)がある。しかし、AFMPはこれまでコンタクトモードやタッピングモードで有機薄膜などの電位測定を試みた例はあるが、コンタクトモードでは試料を破壊しやすく、タッピングモードでは接触時間の問題で、絶縁体上に配置されたSWNTのように微小な領域の電位測定は困難であった。また、AFM探針を電位プローブとしてSWNTの電位を測定した報告例もあるが、SWNT上の数点に限られており電位分布の詳細な評価はなされていない。そこで本研究では、点接触電流イメージング原子間力顕微鏡(PCI-AFM)や、STM/CITSで知られる制御法をAFNPに応用し、SWNTのような微小な領域の電位分布を測定する手法(Point-by-point AFMP)を新規に提案した。この手法は、基本動作として撮像するエリアの1ピクセルごとにカンチレバーを励振・停止を繰り返すもので、励振時に探針/試料間距離制御および表面形状の取得を行い、そこからカンチレバーをすばやく停止、一定距離だけ試料に探針を接近・接触させて電位を測定するものである。さらに、Q値制御法により、カンチレバーのQ値を大気中と同等程度まで下げ、真空中(10-3Pa以下)でも測定可能にした。こうして、同一SWNTに対して、Point-by-point AFMPとKFMの測定結果を比較してKFMの電位測定誤差を見積もり、両手法を相補的に用いて電位測定することでSWNTの表面電位を正確に評価できることを示した。
災害，機器故障にレジリエントな電気鉄道システム構築に向けた方法論

最終年度となるH30年度は,これまでの検討を踏まえ,レジリエンスを総合的に評価し向上させる方法論の構築を目指した。具体的には,次の5項目が成果として挙げられる。(1)大規模な運行乱れが発生する場面において,輸送力が十分でない時間帯に乗客が集中しないように利用者を誘導するための経路を生成して配信するアルゴリズムを提案し,列車等の混雑が大きく緩和され,レジリエンスの向上が図られることを示した。/(2)遅延,接続,走行時間や列車頻度等における利用者の不満を評価項目とし,利用者一人ひとりのモデル化をせずに運転整理案を簡易に評価し,混合整数計画法で最適化する方法論を開発した。/(3)停電時の架線・蓄電装置ハイブリッド鉄道車両の非常運転について考察を深めた。この中で,補機電力が重要な指標となり,それにより非常運転に適した運転速度が変わることを示した。また,非電化区間や停電区間を長く走る車両の検討も行い,列車ダイヤの最適化によって航続距離を伸ばせることを示した。/(4)地震や水害等の災害時に損傷を受けやすい架線をなくす将来的な技術として,ワイヤレス給電技術の検討も引き続き行った。静止給電において位置ずれの悪影響を受けにくいコイル形状の提案や,移動給電のコイル形状や電力制御の工夫による車載蓄電装置の削減を図った。また,急速充電時の蓄電装置の発熱を抑え,寿命を延伸する充電方法についても検討を行った。/(5)地上の駅設備への電力供給確保もレジリエンス向上の要件である。このため,回生電力と再生可能エネルギーを利用し,系統からの電力が限られた場合にも利用できる地上設備エネルギーマネジメントの数理モデルを提唱した。我が国の国土強靭化による安全・安心な社会,さらには地震国や電力供給の不安定な国へのインフラ輸出への寄与のため,成果の公表を積極的に行い,今後も引き続き行う予定である。研究課題初年度であるH28年度は,「停電エリア」「構造物破壊エリア」に焦点を当てて鉄道のレジリエンス向上策を検討し,それぞれの大学で次の実績を得た。まず,主に上智大学で行った電力面での検討では,停電エリアで,駅間に停車した列車を地上蓄電装置の電力を利用して駅などの安全な場所に移動させる救済運転について方法論を開発した。特に,列車を通常と逆方向に走らせる利点と手順を整理し,救済に必要な蓄電装置の電力量を計算した。その結果,現実的な地上蓄電装置の容量で救済が可能であることを明らかにした。次に,主に千葉工業大学で行った運輸面での検討では,長時間にわたる運転支障が発生した時を想定し,旅客の所要時間の増加を抑える運転整理案作成を作成するアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムは,混合数理計画法に基づいており,(1)複数の路線を対象とした運転整理を行なう(2)旅客が迂回経路を使用することを考慮する(3)必要に応じて臨時列車を運転する,の3点を考慮している。また,主に千葉大学で行った車両面での検討では,普段は回生電力を車上に蓄えて有効利用する蓄電装置を停電時に利用する可能性を,実際に提案された主回路方式を前提に考察し,車両重量(乗車人数)の不確定性を考慮した列車の省エネ運転計画方法についても議論を行った。これにより,運転継続性のより高い車両システムの実現が期待できる。これらを合わせることで,構造物破壊エリアを迂回して輸送サービスを極力継続すること,停電エリアで地上や車載の蓄電装置を利用して列車を安全な場所に移動させることの可能性や新たな方法論を示すことができた。交付申請の段階では,車両,電力,運輸の多方面から鉄道のレジリエンスを考えることを課題全体を通した目的として掲げ,その中でH28年度は「停電エリア」「構造物破壊エリア」に焦点を当てて検討することとなっていた。実際,研究実績の概要に述べたように,その目的にほぼ沿う形で,各大学がそれぞれ得意とする電力,運輸,車両の各分野でこれらのエリアに適用可能な新たな知見を得ることができた。具体的には,構造物破壊エリアを迂回して輸送サービスを極力継続すること,停電エリアで地上や車載の蓄電装置を利用して列車を安全な場所に移動させることの可能性や新たな方法論を示せた点が知見である。停電時の車載蓄電装置を利用した具体的な非常時走行制御法や再生可能エネルギーの利用に関する検討に時間を要しているが,それ以外は極めて順調である。進め方についても,日常の大学毎の研究に加え,3大学及び連携研究者が年数回集まって全体の進捗を確認して情報交換することで,概ね適切に行うことができたと考える。また,既に主に国内の学会で初期段階の成果をいくつか発表済であり,H29年度に入ってもH28年度内に得た成果の発表をいくつか予定している。これらにより,本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。当該年度は「電力供給制限エリア」に焦点を当て,連携研究者のレビューを仰ぎつつ,3研究者のそれぞれの分野(電力・運輸・車両)で検討を行った。具体的には,回生ブレーキの特性も考慮し,電力量の削減だけではなく,ピーク電力の削減をも考慮することで列車を間引く必要性の低い運転方法や列車運行ダイヤ作成方法について議論した。

列車単体のピーク電力を抑制するモードを車両に追加することを提案し,複数駅からなる都市鉄道路線モデルにおいて回路計算部を実装した鉄道運行シミュレータにより電力と電力量を評価した結果,変電所全体でのピーク電力を効果的に削減できることに加え,路線条件によっては回生電力の融通が図られて電力量の削減も達成される可能性があることを明らかにした。このような結論は,非線形な特性を含む回路を正確に計算する機能を有するシミュレータでなくては出て来ないものであり,本研究グループの持つ知見を利用することでそれが明らかにできたことは大きな成果と考える。また,H28年度に得られた研究実績のさらなるブラッシュアップとも位置付けられる内容として,運休路線の途中折り返しや迂回路線の増発を行うレジリエントな運転整理法の検討や,損傷を受けやすい架線をなくした架線レス蓄電池電車用非接触給電装置の特性改善の検討も行った。前者では大規模な運行乱れが発生した場合の対処方法がより網羅的に検討され,後者ではコイルの位置ずれに対する伝送電力の安定化のための制御やコイル設計について一定の改善がなされた。これらにより,運転整理の高機能化による大規模な運行乱れや,地上設備簡素化による自然災害へのレジリエンス向上に寄与できる。これらの成果は,雑誌論文や国際学会等により積極的に対外発表を行い,研究成果を広く国内外に発信し,今後も発信を続ける予定である。昨年度から本年度の2年間で,「停電エリア」「電力制限エリア」を対象とした検討を一通り行うという当初計画であった。これに対し,「停電エリア」に関しては蓄電装置により列車を安全な場所まで移動させる合理的な救済運転法,停電区間をも走れる車上蓄電装置の合理的設計制御法,運休区間の迂回路線で増発を行う運転整理法,といった成果が既に得られている。また,「電力制限エリア」に関してはピーク電力を抑制して列車を間引く必要性の低いダイヤ作成や運転法,架線の損壊の心配のない鉄道用非接触給電装置の高機能化,といった成果が既に得られている。それらの成果は電力,車両,運輸という異なる専門の研究者が協同でプロジェクトを遂行することで実現されている。これらから,当初計画で求められていた成果を概ね得られているものと考える。それらの成果は既に複数の雑誌論文や国際学会等により発信し,多くの人が成果にアクセスすることができるようにした。推進体制も,類似の科研費の課題に関わる研究者も交えて様々な知見を相互に吸収できる体制で進めてきた。これらにより,様々な批判に耐える成果が生み出せたものと考える。最終年度となるH30年度は,これまでの検討を踏まえ,レジリエンスを総合的に評価し向上させる方法論の構築を目指した。具体的には,次の5項目が成果として挙げられる。(1)大規模な運行乱れが発生する場面において,輸送力が十分でない時間帯に乗客が集中しないように利用者を誘導するための経路を生成して配信するアルゴリズムを提案し,列車等の混雑が大きく緩和され,レジリエンスの向上が図られることを示した。/(2)遅延,接続,走行時間や列車頻度等における利用者の不満を評価項目とし,利用者一人ひとりのモデル化をせずに運転整理案を簡易に評価し,混合整数計画法で最適化する方法論を開発した。/(3)停電時の架線・蓄電装置ハイブリッド鉄道車両の非常運転について考察を深めた。この中で,補機電力が重要な指標となり,それにより非常運転に適した運転速度が変わることを示した。また,非電化区間や停電区間を長く走る車両の検討も行い,列車ダイヤの最適化によって航続距離を伸ばせることを示した。/
電離放射線により誘発されるDNA鎖切断の生成に係る水和水分子の役割の解明

DNA主鎖部位に位置するデオキシリボース(H-dR)とそれを取り囲む水和水との間で起こる、プロトン移動の相対的な頻度を明らかにするため、H-dR分子内のOH基の水素を重水素置換した部分重水素化dR(D3-dR)の薄膜を作成し、水和水を吸着させた場合に脱離するイオンの質量が、H-dR分子の場合と比較してどのように変化するかを観測した。観測されたHDO+の脱離は水和水分子からdRに向けてH+イオンが移動し、D3-dRのOD結合の伸長後にHDO+が生成したと推察した。しかし、重水素置換したdRにおいてD+イオンの脱離を確認することができなかったことから、真空チャンバー内の残留H2O分子の寄与が無視できないために、乾燥試料においても残留水分子が表面上に吸着したようなスペクトルが得られた。また、これまでの薄膜試料は大気中で水溶液試料を乾燥させることで作成していたため、残留水分子の寄与を無視することができないことが明らかになった。そこで測定チャンバーに直結した試料準備チャンバーにおいて、蒸着法により試料薄膜を作成し、薄膜試料を大気中に取り出すことなく測定チャンバーに輸送する方法により、乾燥試料における実験を実施した。その結果、D3-dRからD+イオンの脱離に伴ったピークを確認することができ、残留水分子の影響を極力抑えた環境での実験を行う見通しがついた。一方で、dR分子の末端のOH基が重水素化した分子(D3-dR)において、CH基から周りの水分子へのプロトン移動が起こる可能性が無視できない。今後、CH基を選択的に重水素化した試料(D7-dR)や分子内のすべての水素を重水素化した試料(D10-dR)を用いた系統的な実験において、脱離イオンの質量スペクトルパターンがどのように変化するかを確認し、プロトン移動が起こっている部位を推定する予定である。デオキシリボース分子と水和水分子との間で起こるプロトン移動の相対的な頻度を推測するために、デオキシリボース分子内の一部の水素を重水素置換した試料において、系統的な実験を行う準備が整った。試料薄膜や測定チャンバー内の残留水分子の影響を極力抑えるための工夫として、蒸着試料を用いた実験が順調に進んでおり、計画はおおむね順調に実施されている。今後は、デオキシリボース分子の重水素位置を変えた試料を用いた実験を系統的に行い、それらから得られる脱離イオンの質量分析結果から、プロトン移動の位置や相対頻度を推測する。これらの情報から、DNAにエネルギー付与が起こった直後の初期過程にDNA主鎖とその周りの水分子との間の量子効果についての知見を得る。DNA主鎖骨格を形成するデオキシリボース(H-dR:C5H10O4)分子の薄膜に酸素K殻イオン化エネルギーを超えた560eVの軟X線を照射することによって、酸素原子を一つ含む5員環(フラノース環)中の少なくとも2つのC-CまたはC-O結合に切断が起こり、様々なフラグメントイオンが試料表面から脱離することが明らかになっている。ごく最近、dR分子内の酸素をイオン化した場合に生成する分子フラグメンテーションの結果、試料表面から脱離した正イオンの生成が、H-dR薄膜試料表面上に吸着した僅か1分子層の水によって、顕著に抑えられることが明らかになった。一方で、水和水分子の酸素の内殻電子をイオン化した場合は、水分子から周りの他の水分子、あるいはH-dR分子にプロトンが移動することを示唆する結果も得ている。このような水和水とH-dR分子との間で起こる、プロトン移動の相対的な頻度を明らかにするため、H-dR分子内のOH基の水素を重水素置換した部分重水素化dR(D3-dR)の薄膜を作成し、水和水を吸着させた場合に脱離するイオンの質量が、H-dR分子の場合と比較してどのように変化するかを観測した。その結果、D3-dRでは、D+イオンの脱離は観測されないものの、H-dRにおいて観測された脱離イオンに加えて、質量数19のイオンの脱離が観測された。このイオンはHDO+あるいはH3O+イオンと同定されるが、H-dRの脱離において、H2O+イオンの顕著な増加がみられていないことから、これらの脱離種は、dR分子から水和水分子に向けてD+イオンが移動し、その後の分子間の緩和後に生成したと推察した。また、水和水として重水を吸着させる実験の準備のため、試料薄膜近傍に局所的な低真空雰囲気を再現するための試料噴霧機構の準備を行った。デオキシリボース分子内の一部の水素を重水素化した試料についての実験はおおむね順調に進んでいる。また、水和水として重水素を吸着させるための装置の準備も年度内に終了した。現在、装置の評価を行うと共に予備的な実験を行っており、平成30年度に行う実験の目途はついている。

観測されたHDO+の脱離は水和水分子からdRに向けてH+イオンが移動し、D3-dRのOD結合の伸長後にHDO+が生成したと推察した。しかし、重水素置換したdRにおいてD+イオンの脱離を確認することができなかったことから、真空チャンバー内の残留H2O分子の寄与が無視できないために、乾燥試料においても残留水分子が表面上に吸着したようなスペクトルが得られた。また、これまでの薄膜試料は大気中で水溶液試料を乾燥させることで作成していたため、残留水分子の寄与を無視することができないことが明らかになった。そこで測定チャンバーに直結した試料準備チャンバーにおいて、蒸着法により試料薄膜を作成し、薄膜試料を大気中に取り出すことなく測定チャンバーに輸送する方法により、乾燥試料における実験を実施した。その結果、D3-dRからD+イオンの脱離に伴ったピークを確認することができ、残留水分子の影響を極力抑えた環境での実験を行う見通しがついた。一方で、dR分子の末端のOH基が重水素化した分子(D3-dR)において、CH基から周りの水分子へのプロトン移動が起こる可能性が無視できない。今後、CH基を選択的に重水素化した試料(D7-dR)や分子内のすべての水素を重水素化した試料(D10-dR)を用いた系統的な実験において、脱離イオンの質量スペクトルパターンがどのように変化するかを確認し、プロトン移動が起こっている部位を推定する予定である。デオキシリボース分子と水和水分子との間で起こるプロトン移動の相対的な頻度を推測するために、デオキシリボース分子内の一部の水素を重水素置換した試料において、系統的な実験を行う準備が整った。試料薄膜や測定チャンバー内の残留水分子の影響を極力抑えるための工夫として、蒸着試料を用いた実験が順調に進んでおり、計画はおおむね順調に実施されている。得られた成果は、5月にフランスで開催される、放射線DNA損傷に係る国際会議、および6月に台湾で開催される放射光科学に関わる国際会議において発表を行う。今後は吸着分子として重水素を用いた実験を行い、水素移動過程についての詳細を明らかにする予定である。さらに、重水素化試料を用いた量子化学計算をピエールマリーキュリー大のPenhoat博士の協力のもと行う予定である。今後は、デオキシリボース分子の重水素位置を変えた試料を用いた実験を系統的に行い、それらから得られる脱離イオンの質量分析結果から、プロトン移動の位置や相対頻度を推測する。これらの情報から、DNAにエネルギー付与が起こった直後の初期過程にDNA主鎖とその周りの水分子との間の量子効果についての知見を得る。平成29年度内に予定した論文投稿費用の支払いが、出版社の都合により平成30年度になってしまったため、次年度使用額が生じた。平成30年度における投稿費用の支払いについては、直ちに手続きを行っているところである。2018年度内に購入を予定していた実験試料の納期が年度内に間に合わなかったため、やむを得ず次年度に購入することになった。そのため、次年度使用額が生じた。2019年度では直ちに購入を予定した試料を入手し実験を行う予定である。
血管現象に及ぼす流れの影響

(1)内膜肥厚および動脈硬化の局在化機構を解明する目的で、コンピュータ・シミュレーションにより動脈のまっすぐな部分、分岐部、湾曲部、および狭窄部について、定常流の条件下で、コレステロールの担体であるリポ蛋白の壁面濃度を求め、これに及ぼすフローパターン、壁剪断速度、および管壁における水透過速度の影響について検討した。その結果、いずれの場合にも、これまでの研究により内膜肥厚および動脈硬化の好発部位として知られているところの流れのおそい、低壁剪断応力部位でリポ蛋白濃度が局所的に高くなり、管壁における水透過速度が大きいほどそれが顕著に現れることが判った。また、嚢状脳動脈瘤の好発部位とされているところの血管分岐部の分流部近傍および狭窄後拡張が起こる狭窄部直下流では、局所的に壁剪断速度が大きく、リポ蛋白の壁面濃度が低くなっている領域のあることが判った。(2)上記の現象が血管内で起こることを実証するための試みの一つとして、多孔質フィルター上に培養したウシ大動脈内皮細胞の単層を平行平板型流路の壁の一部となるように装着して流れの実験を行い、内皮細胞単層表面上におけるリポ蛋白の濃度によって変化する細胞単層よりの水分の透過速度を測定することにより、リポ蛋白の壁面濃度におよぼす流速(壁剪断速度)の影響について検討した。その結果、リポ蛋白の壁面濃度は、壁近傍の流速に依存してほぼ可逆的に変化し、壁剪断速度が小さいほど高くなることが判った。このことにより、先の理論解析の結果示唆された血管内壁表面上におけるリポ蛋白の流速依存性濃縮・枯渇現象が実際に血管内皮表面上で起こることを実験的に確認することができた。以上の結果に基づいて、動脈硬化症、嚢状脳動脈瘤、および吻合部内膜肥厚などの血管病の局在化が、血管内壁表面上におけるリポ蛋白の流速依存性濃縮・枯渇現象により起こるという仮説を提唱した。動脈硬化症、嚢状能動脈癌および吻合部内膜肥厚などの血管病の局所的発病機構として我々が提唱しているところの血管内壁表面上におけるリポ蛋白(コレステロールの担体)の流速依存性濃縮・枯渇現象に関して、理論および実験の両面より検討し、以下のような結果を得た。(1)コンピュータ・シミュレーションにより、動脈のまっすぐな部分、および分岐部について血管壁の水透過程を考慮に入れて定常流下におけるフローパターン、流速分布、管壁における剪断応力の分布、および管壁表面上におけるリポ蛋白の濃度を求め、これらにおよぼす諸因子の影響について検討した。その結果、まっすぐな血管においては、流れが遅く、リポ蛋白分子のサイズが大きく、管壁における水透過速度が大きいほど、そして血管に沿って下流に行くほど、血管内壁表面上におけるリポ蛋白の濃度が高くなることが判った。動脈の分岐部においては、壁剪断速度が小さく、長区間にわたって管壁に沿って流れてきた流体素子が合流する流れの淀み点および剥離点近傍で血管内壁表面上におけるリポ蛋白の濃度が高くなることが判った。(2)上記の現象が血管内で起こることを実証するための一つとして、多孔質フィルター上に培養したウシ大動脈内皮細胞の単層を平行平板型流路の壁の一部となるように装着して流れの実験を行い、内皮細胞単層表面上におけるリポ蛋白の濃度によって変化する細胞単層よりの水分の透過速度を測定することにより、リポ蛋白の壁面濃度におよぼす流速(壁剪断速度)の影響について検討した。

このことにより、先の理論解析の結果示唆された血管内壁表面上におけるリポ蛋白の流速依存性濃縮・枯渇現象が実際に血管内皮表面上で起こることを実験的に確認することができた。動脈硬化症、嚢状脳動脈瘤および吻合部内膜肥厚などの血管病の局所的発病機構として我々が提唱しているところの血管内壁表面上におけるリポ蛋白の流速依存性濃縮・枯渇現象に関して、さらに検討し、以下のような結果を得た。(1)コンピュータ・シミュレーションにより、ヒト冠動脈の弯曲部内壁表面上におけるリポ蛋白濃度を血管壁の水透過性を考慮に入れて求めた結果、フローパターンにより表面濃度が変化し、弯曲部内側壁の頂点下流の、動脈硬化が起こり易いとされている低壁せん断応力部位で局所的に高くなることが判った。(2)水透過速度が極端に異なる人工血管をイヌ総頸動脈に移植し、それを術後数週から1年の期間で取り出し、水透過速度および疑似内膜の厚みを測定するとともに、コンピュータ・シミュレーションにより上記血管の管壁表面におけるリポ蛋白濃度を求め、これらの間の関係について検討した。その結果、いずれの人工血管の場合でも、水透過速度は、移植後12ヶ月程度でホスト動脈における値に近い値まで低下し落着くが、疑似内膜の厚みに関しては、管壁表面におけるリポ蛋白の濃度が高くなっていると予測されるところの、水透過速度の大きい人工血管ほど厚くなる傾向があることが判った。(3)家兎の総頸動脈に軸対称の狭窄を施し、それを術後08週の期間で取り出して透明化し、流れの可視化によりフローパターンおよび壁せん断応力を求めるとともに、病理組織標本の作製により血管壁構造の変化、およびコンピュータ・シミュレーションにより血管内壁表面上におけるリポ蛋白の濃度分布を求め、これらの間の関係について検討した。その結果、狭窄の程度により狭窄部下流域のフローパターン、壁せん断応力、およびリポ蛋白の表面濃度が変化し、狭窄率が大きい場合には、狭窄部で流れの剥離が起こり、その下流に形成される細長い環状渦によって占められている領域でリポ蛋白の表面濃度が上流側より低くなっており、特に、流れが速く、高せん断応力に晒されている環状渦の中心部近傍で血管壁が薄くなり、直径が大きくなるという、いわゆる狭窄後拡張が起こることが判った。