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Ca_2Mn_3O_8およびその修飾酸化物の物性と電気化学的挙動

Ca_2Mn_3O_8のCa^<2+>の一部を3価金属イオンであるLa^<3+>およびLa^<3+>とイオン半径が同じであるSr^<2+>で置換した酸化物を合成した.Ca^<2+>イオンの20%まで,結晶の基本骨格に影響を与えないで置換することが可能であった.また,3価金属イオンで置換すると,置換量に応じ,結晶中でMn^<4+>はMn^<3+>へ還元され,電子の非極在化により酸化物の電子導電率が大きくなることが確かめられた.合成した酸化物についてアルカリ水溶液中での還元反応を検討した.Ca_2Mn_3O_8の還元反応は,Mn^<4+>の約20%までしか進行しないが,La^<3+>で置換すると,定量的にMn^<4+>からMn^<3+>への還元反応が起こることを確かめた.La^<3+>とともにSr^<2+>で同時に置換したものは,Sr^<2+>の置換量が多くなると,Mn^<4+>の還元反応は約50%までしか進行しなかった.定量的な還元反応が起こるのは,酸化物の電子導電率の増加がひとつの理由と考えられる.また,還元反応は,結晶中の空孔を通してプロトンの拡散によって進むとすれば,金属イオンの配位環境に影響されることが予想される.そこで,還元反応の過程をESR法で追跡した.還元反応の初期において,Mn^<2+>の生成が認められ,Mn^<3+>の不均化反応あるいはMn^<4+>からMn^<3+>を経由てMn^<2+>へ還元される過程が考えられるが,結論は得られなかった.今後,詳細な検討が期待される.一方,この酸化物は,一定電位で還元反応が進み,しかも高電流密度でも高い容量が得られるので,アルカリ電池の新しい正極活物質として期待されることを明らかにした.Ca_2Mn_3O_8のCa^<2+>の一部を3価金属イオンであるLa^<3+>およびLa^<3+>とイオン半径が同じであるSr^<2+>で置換した酸化物を合成した.Ca^<2+>イオンの20%まで,結晶の基本骨格に影響を与えないで置換することが可能であった.また,3価金属イオンで置換すると,置換量に応じ,結晶中でMn^<4+>はMn^<3+>へ還元され,電子の非極在化により酸化物の電子導電率が大きくなることが確かめられた.合成した酸化物についてアルカリ水溶液中での還元反応を検討した.Ca_2Mn_3O_8の還元反応は,Mn^<4+>の約20%までしか進行しないが,La^<3+>で置換すると,定量的にMn^<4+>からMn^<3+>への還元反応が起こることを確かめた.La^<3+>とともにSr^<2+>で同時に置換したものは,Sr^<2+>の置換量が多くなると,Mn^<4+>の還元反応は約50%までしか進行しなかった.定量的な還元反応が起こるのは,酸化物の電子導電率の増加がひとつの理由と考えられる.また,還元反応は,結晶中の空孔を通してプロトンの拡散によって進むとすれば,金属イオンの配位環境に影響されることが予想される.そこで,還元反応の過程をESR法で追跡した.還元反応の初期において,Mn^<2+>の生成が認められ,Mn^<3+>の不均化反応あるいはMn^<4+>からMn^<3+>を経由てMn^<2+>へ還元される過程が考えられるが,結論は得られなかった.今後,詳細な検討が期待される.一方,この酸化物は,一定電位で還元反応が進み,しかも高電流密度でも高い容量が得られるので,アルカリ電池の新しい正極活物質として期待されることを明らかにした.
スーパーバイオシステムの高次認識糖鎖分子による構築

重点領域研究「スーパーバイオシステムの高次認識糖鎖分子による構築」、略称「スーパー糖鎖分子」の採用決定に伴い配布された基盤研究(B)で、研究代表者と22名の研究分担者が個々に研究を行った。研究分野は4つに大別される。第一は新しい糖鎖合成を研究したもので、「糖鎖自動合成の可能性」、「複合糖鎖の効率的合成を目指して」、「オリゴ糖鎖ライブラリー作成のための実践的合成法の開発」などが研究され、講演会で発表された。第二は糖分子鎖集合体の合成と機能に関するもので、「スーパーバイオリガンド機能を持つ人工複合糖質ポリマー」、「高分子ロタキサンの合成」、「硫酸化ポリ(グリコシルオキシエチルメタクリレート)の細胞および生体分子との相互作用」などが研究された。第三は生理活性を有する多糖・オリゴ糖の合成と物性に関するもので、「多糖・オリゴ糖エイズ薬」、「キチン、キトサンの生体内分分解性」、「溶液中におけるヒアルロン酸の構造と物性」などが研究され成果を挙げた。第四は細胞機能制御ができる糖鎖分子に関して研究され、「神経突起伸長に必須のガングリオシドGMl」、「神経回路形成と脳特異プロテオグリカン」、「活性化に伴うヒト末梢白血球表面の生化学的変化の解析」などに研究成果を挙げた。平成9年度から3年間「スーパー糖鎖分子」の重点領域研究が実施されるに当り、現段階の研究水準や進行状況を計画班員が討議しあったのが、平成9年1月28日に開かれた講演会においてであった。本重点領域研究が行われると、本研究分野が世界をリ-ドする優れた研究領域へ導かれるような予感が感じられた。
色素胞細胞膜におけるシグナル転換機構

受容体の刺激の結果,細胞内のphosphatidylーinositol 4,5ーbisphosphate(PIP_2)が,phospholipase Cにより加水分解され,inositol 1,4,5ーtrisphospate(IP_3)を生じ,これが2次メッセンジャ-として,細胞内のCa^<2+>貯蔵部位の膜のIP_3受容体に作用し,イオンの放出を促すという作用機作がいくつかの効果器細胞で示され,トピックスとなっている.今回,このIP_3の関与を,色素胞においては世界に先駆けて示し得た.今回の助成により購入し,色素胞内のCa^<2+>の動態研究のために改良した,色素胞反応と細胞内Ca^<2+>濃度の同時測定装置を培養黒色素胞に適用した.ノルアドレナリンによる刺激で,色素顆粒凝集反応に先だつCa^<2+>の細胞内濃度の上昇が確認できた.このIP_3系の関与の証明は受容体としてα_1受容体の関与を強く示す.実際にはα_1,α_2受容体が共存し,動物種や細胞の皮膚における存在部位による存在比が異なることが考えられる.環状AMP減少が顆粒凝集を生じるα_2型の系は色素凝集運動のうち,比較的遅い成分を担当し,IP_3を介する反応は速い反応の仲介系と想像できる.この線の比較生理学的検討も興味ある本研究の特色といえよう.ナマズ科の魚類では交感神経節後繊維による黒色素胞内のメラノソ-ムの凝集が,ムスカリン型のアセチルコリン受容体を介して進行することが知られていたが,この反応に係わる受容体の性質をこの科の魚種(Kryptopterus bicirrhis)を使用し,研究を進め,このムスカリン型受容体はM_3型として分類される亜型と推論した.この場合,オ-ソドックスなアドレナリン作動性伝達の場合とはシグナル変換機構が異なる可能性が大きく,その解明は将来に残された.虹色素胞についての研究も進展し,ことにハゼ科のドンコで反射光色の変化と細胞運動の関連について新しい見解を得た.受容体の刺激の結果,細胞内のphosphatidylーinositol 4,5ーbisphosphate(PIP_2)が,phospholipase Cにより加水分解され,inositol 1,4,5ーtrisphospate(IP_3)を生じ,これが2次メッセンジャ-として,細胞内のCa^<2+>貯蔵部位の膜のIP_3受容体に作用し,イオンの放出を促すという作用機作がいくつかの効果器細胞で示され,トピックスとなっている.今回,このIP_3の関与を,色素胞においては世界に先駆けて示し得た.今回の助成により購入し,色素胞内のCa^<2+>の動態研究のために改良した,色素胞反応と細胞内Ca^<2+>濃度の同時測定装置を培養黒色素胞に適用した.ノルアドレナリンによる刺激で,色素顆粒凝集反応に先だつCa^<2+>の細胞内濃度の上昇が確認できた.このIP_3系の関与の証明は受容体としてα_1受容体の関与を強く示す.実際にはα_1,α_2受容体が共存し,動物種や細胞の皮膚における存在部位による存在比が異なることが考えられる.環状AMP減少が顆粒凝集を生じるα_2型の系は色素凝集運動のうち,比較的遅い成分を担当し,IP_3を介する反応は速い反応の仲介系と想像できる.この線の比較生理学的検討も興味ある本研究の特色といえよう.ナマズ科の魚類では交感神経節後繊維による黒色素胞内のメラノソ-ムの凝集が,ムスカリン型のアセチルコリン受容体を介して進行することが知られていたが,この反応に係わる受容体の性質をこの科の魚種(Kryptopterus bicirrhis)を使用し,研究を進め,このムスカリン型受容体はM_3型として分類される亜型と推論した.この場合,オ-ソドックスなアドレナリン作動性伝達の場合とはシグナル変換機構が異なる可能性が大きく,その解明は将来に残された.虹色素胞についての研究も進展し,ことにハゼ科のドンコで反射光色の変化と細胞運動の関連について新しい見解を得た.色素細胞の運動性反応と細胞内Ca^<2+>濃度測定を同時に可能とする装置「顕微鏡用紫外線チョッパ-照明装置」は、株式会社三啓から納品されたものに改良を加え、ほぼ完成した。一方、細胞膜を可透過化した、ティラピアの培養黒色素胞についてイノシト-ルリン酸類の作用の検出を試みる実験を行ない、IP^3が実際に色素顆粒凝集効果をもつことを見出した。これに対し、IP、IP^2、IP^4は、半ば予定想通り、作用を示さなかった。可透過化した細胞のおける作用はアドレナリン性受容体の遮断剤による阻害を受けない。従ってIP^3は細胞膜内で作用するものと結論された。これらの結果から、IP^3は、色素細胞の運動性反応の発現においても、確立されている環状にAMPに加えて、細胞内2次メッセンジャ-として作動していると結論されるに至った。最近の内外研究者の結果を通覧すると、色素顆粒の凝集を引き起こす交感神経の興奮を細胞に伝える受容体はα^2型アドレナリンであるとするものが多い。われわれが確認したIP^3系の関与の証明はこの系に加え、α^1受容体ー〔Ca^<2+>〕^1系の関与の重要性を示すものである。

実際には、α^1、α^2の両型の受容体が共に存在し、動物種、細胞の皮膚における存在部位による存在比が異なることが実際と考えられ、この面での比較検討も進行中である。adenylate cyclase活性の抑制的制御によるcyclic AMP減少が顆粒凝集を生じるα^2型の系は色素凝集運動のうちでも、比較的遅い成分を担当し、IP^3を介する反応は比較的速い反応の仲介系と想像できる。ネオンテトラの運動性虹色素胞の細胞運動性と光反射特製との関連について基礎的な測定を行ない、運動様式を考察した。ハゼ科のドンコの運動性虹色素胞は反射小板が凝集・拡散する独特のタイプのものである。小板の分布と細胞の光反射特性との関連を反射光スペクトルの測定結果に基づいて考察し、凝集時の青色発現の機構を解明した。細胞膜に存在するphospholipase Cにより,同じく膜の構成成分であるPlP_2から加水分解生成物のひとつととし産生されたIP_3が2次メッセンジャ-として,細胞内のCa^<2+>貯蔵部位の膜のIP_3受容体に作用し,その放出を促すという作用機構を,色素胞において証明したが,さらに色素胞反応と細胞内Ca^<2+>濃度の同時測定装置を培養黒色素胞に適用して,カテコ-ルアミンによる刺激に際して,メラノソ-ム凝集反応に先だつCa^<2+>の細胞内濃度の上昇が確認できた.このIP_3系の関与はアドレナリン受容体としてα_1受容体の関与を示すものであり,実際,今回薬理学実験によってこのα_1受容体の存在が確認できた.以前,我々はナマズ科の魚類では交感神経節後繊維の刺激による黒色素胞内のメラノソ-ムの凝集が,ムスカリン型のアセチルコリン受容体を介して進行することが見出し,発表していた.また,ナマズ目の別科の魚種にもナマズ科に近縁のもののなかには,神経伝達はアドレナリン性だが,アセチルコリン受容体を併せもつものを数多く見出し,やはり公表している.今回,ナマズ目以外の魚種,すなわち,コイ科の2種,カワムツ(Zacco temmincki)およびオイカワ(Z.platypus)で,アセチルコリン受容体を併せもつものも初めて見出し,硬骨魚の系統進化の解明に新たな手がかりを示し得た.このムスカリン型のアセチルコリン受容体に係わるシグナル変換機構は,アドレナリン作動性伝達の場合とは異なる可能性が高く,その解明を開始した.虹色素胞についての研究も進展し,ことにハゼ科のドンコ(Odontobutis obscura)の虹色素胞は小型反射小板が樹状突起内を凝集・拡散するタイプで,凝集に伴なって小板が成層し,反射光色が短波長側に移動するという細胞運動と呈連について新しい見解を示し得た.
in vivo解析によるダイオキシン発達神経毒性メカニズムの解明

放射線・環境化学物質影響科学においては、成人病との関係だけでなく、様々な環境有害因子が次世代の子どもの健康に影響を及ぼすことを示唆する知見が集積されている。中でも次世代の高次脳機能影響は、他の毒性指標よりも低用量で影響が観察されることが多い。微量の化学物質への発達期曝露が、後々に健康影響を引き起こすという発達毒性の解明は、放射線・化学物質影響科学における最も重要な課題の一つである。本研究では発達神経毒性に着目し、新たなin vivo解析手法によりダイオキシン類曝露による毒性発現メカニズムを検討することを目的とした。文献調査ならびにこれまでの我々の研究報告や行動試験等の成果をもとに、妊娠後期の母マウスに03.0μg/kgの範囲でダイオキシンを曝露し、その仔マウスを解析対象とした。この曝露条件により、ダイオキシンは胎盤経由、母乳経由で仔マウスに移行することは確認済みである。本研究では、曝露マウスの摂食量を解析するためのソフトウェアを導入し、摂食量測定システムを実用段階とすることができた。さらに本研究では、発達期の脳サンプルを用い、ダイオキシン曝露に反応して発現変動する遺伝子群の発現解析と探索を行った。現時点では予備検討的な段階であるが、嗅球や小脳において、ダイオキシン曝露により発現変動する可能性のある遺伝子を複数、見出した。今後これらの遺伝子の発現細胞を同定し、行動解析と併せて、より詳細な解析を進めていく必要があるだろう。
エストラジオール抱合体の胆汁中排泄機構 -P糖蛋白の関与に関するin vivoでの検討-

我々はこれまでに胆汁うっ滞起因物質であるエストラジオール17β-グルクロナイド(E_217G)が、有機陰イオンの排泄障害のある先天性黄疸ラットEHBRでは胆汁うっ滞を起こさないことを報告した。これに対し最近のmultidrug resistant sarcomacell lineを用いた実験から、E_217Gが抗癌剤の胆汁中排泄に関するP糖蛋白により胆汁中排泄される可能性が報告されている。本研究ではこれらのdiscrepancyに原因を明らかにするため、E_217Gを中心にストラジオール(E_2)抱合体の胆汁中排泄をSD系ラット(SDR)および先天性黄疸ラットEHBRで検討した。EHBRではE_217GおよびE_2抱合体の胆汁中排泄は著明に遅延した。胆汁中のE_2代謝物は、SDRではグルクロナイドおよびサルフェートの両者がみられたが、EHBRではグルクロナイドの排泄が特異的に阻害されていた。P糖蛋白の発現を増加させるphenothiazine投与により、その基質であるvinblastineの胆汁中排泄は促進されたがE_217Gの排泄は変化しなかった。しかし、E_217G大量投与によって生じる胆汁うつ滞はphenothiazine投与により抑制され、E_217G自身の胆汁中排泄も著明に増加した。SulfobromophthaleinによりE_217GおよびE_2抱合体の胆汁中排泄は著明に阻害されたが、類似の非代謝物であるdibromosulfophthaleinによっては、ほとんど影響を受けなかった。Vinblastineの腹腔内投与によってE_217GおよびE_2抱合体の排泄は影響されなかった。以上より、E_217Gは生理的にはSulfobromophthaleinと共通の有機陰イオン排泄経路により胆汁中に排泄されるが、大量投与時にはP糖蛋白もその排泄に関与するものと考えられる。
ナノ・マイクロ構造化表面と強光子場相互作用によるパルスX線発生

今年度は、首都大学東京、益田秀樹教授の研究グループよりご提供頂いた金ナノ構造基板を対象試料とし、照射するレーザーのパルス幅ならびに周波数変化(チャープ)を液晶空間光変調器を用いて精密に制御した上でパルスX線発生実験を行った。X線強度測定にはガイガーカウンターを、X線発光スペクトル測定には半導体検出器を用い、実験は室温大気圧下で行った。その結果、ピーク強度が最高であるチャープフリーの最短パルスを照射した時よりも、時間経過とともに周波数(波長)が低く(長く)なるダウンチャープの時でX線強度がより高くなるという結果を得た。またX線発光スペクトルをボルツマン分布を仮定した式でフィッティングして得られた電子温度もダウンチャープのレーザーパルスを照射した時により高くなる傾向が観測された。これらの結果は、金ナノ構造基板におけるX線発生において、プラズモン共鳴やプラズマ閉じ込め効果が有利に働き、さらに時々刻々誘起される初期イオン化、電子加速や電子密度の増加に対して、ダウンチャープがより有効であることを示している。平滑あるいはマイクロメータースケールの表面構造を有する銅基板を試料とし、フェムト秒レーザーパルス(パルス幅35fs、中心波長800nm、繰り返し周波数1kHz)を空気中で非軸放物面鏡により試料表面に集光照射した。その際、試料は電動ステージに取り付け、常に新しい試料表面をレーザー照射するように十分配慮した。X線発光強度はガイガーカウンタを、x線発光スペクトルはSi半導体検出器を用いてそれぞれ計測した。液晶型空間光変調器を用いてフェムト秒レーザーパルスのチャープ(パルス幅内周波数変化)を制御した上で照射パルスとして用い、上記検出器を用いてX線測定を行った。その結果、励起光強度を0.2mJ/pulse程度とするとき、最短パルス(チャープフリー、最高ピーク強度)照射時にはX線強度が最高とはならず、パルス幅内で周波数変化(波長変化)があるチャープパルス照射時にX線強度が増大することが見出された。この効果はより低い周波数(長波長)が先にくるアップチャープ時により顕著であった。照射するフェムト秒レーザーパルス幅内のX線発生に至る諸過程(イオン化、電子放出・加速、衝突、内殻励起など)がアップチャープで効率よく誘起されていることに起因すると考えられる。また励起光強度を1mJ/pulse程度とより高くすると、X線発光強度のチャープ依存性は前者の場合とは異なり、ダウンチャープ(より高い周波数(短波長)が先にくる)でX線強度がより高い傾向が観測された。イメージング実験により空気のブレイクダウンがアップチャープでより効率よく誘起されることを見出したことから、空気プラズマによりレーザーパルスの一部が反射され、試料基板表面に到達しないことが原因と結論した。
ベトナム焼締陶器の製作技法に関する研究

16世紀から17世紀にかけて日用雑器として国際間にも広く流通したベトナム産焼締陶器について、その化学組成・鉱物組成の検討を中心に、当該資料の材質の特質を把握し、それらを基に製作技法とくに焼成温度・焼成雰囲気を考察した。また日本・ベトナム間における焼締陶器の移動の問題も自然科学的に立証した。資料の焼締陶器(炉器に分類され、無釉、窯を用いた高火度焼成のもの)はベトナム中部のミースェンなど4窯跡群の生産地資料、およびベトナム中部ならびに日本国内遺跡出土の消費地資料、計34点である。さらに現在も日用的土器を野焼きで大量に生産しているベトナム少数民族チャム族の資料も加えた。焼締陶器の主成分8元素の定量はエネルギー分散型蛍光X線分析法により行った。当該資料は外見上きわめて粗い構造を示すので、試料切断面上3mm径で3ヶ所測定を行い全体的な組成を検討した。また外面・内面・断面の不均一さを考慮して微小部分析も試みた。いずれも外見上の粗構造の割には比較的均質な組成を示すことが認められた。鉱物組成は粉末X線回折法により検討した。ほとんどの試料は石英・ムライトの存在を示し、焼成が良好であることが認められた。焼成温度の推定は鉱物組成と示差熱分析を併用して行った。焼成温度推定の比較対照物質としては主として日用土器の原料を加熱処理(400°C1300°C)したものを用いた。焼成時、窯内の雰囲気(酸化あるいは還元状態)を知るアプローチの一つとして、色の異なる試料を対象にL^*a^*b^*表色系のデータ、分光反射率グラフによる検討も行った。焼締陶器の日本・ベトナム間の移動、その生産地は主成分・微量成分16元素の存在量を変量とするクラスター分析により確認された。近年ベトナム陶磁器に関する自然科学的研究は盛んになりつつあるが、16世紀から17世紀にかけて日用雑器として広く流通した焼締陶器についての研究は殆どなされていない。ベトナム中部のミースェンなど3窯址群の生産地資料、およびベトナム中部ならびに日本国内遺跡出土の消費地資料、計34点の焼締陶器片を研究の対象とした。ベトナム焼締陶器の材質の特徴を主成分8元素の組成より調査した。エネルギー分散型蛍光X線分析法により、各試料切断面上3mm径で3ケ所測定を行い、全体的な組成を検討したが、外見上の粗構造に比べて比較的均質な組成を示すことが認められた。また外面、内面、断面の色などの組成の不均一さを考慮して、若干の試料については微小部の測定を行った。殆どの試料は石英・ムライトの存在を示し、焼成が良好であることが認められた。焼成の温度のより詳細な検討は示差熱分析法、赤外吸収スペクトル法により実施中である。このさい、焼成温度の目安とする比較対照物質が得られず、日本の参考資料などを調査している。また試料の色について分光色彩計による分光反射率、L^*a^*b^*の測定を行い、焼成条件(雰囲気)との関連も検討している。主成分元素と微量成分元素(報告済み)の存在量より、クラスター分析を用いて当該資料の生産地と消費地間の流通関係を検討したが、日・越両国間の移動が自然科学的に立証されたと考えられる。

前年度に引き続き16世紀から17世紀にかけて日用雑器として広く流通したベトナム産焼締陶器の、材質の調査検討を基礎にその製作技法とくに焼成温度・焼成雰囲気に関しての研究を行った。用いた資料は前年度と同じベトナム中部のミースェンなど3窯跡群の生産地資料、およびベトナム中部ならびに日本国内遺跡出土の消費地資料、計34点を中心とした。焼成温度推定の基本は、原料である粘土類の加熱処理を行い、種々の温度での情報を出土品と比較することにある。しかし今回のベトナム産焼締陶器の場合、その原料粘土が窯跡付近で同定されていないので、実験試料中で比較的焼成温度の低いと判断されたもの(V-19)を比較対照物質とした。さらに現在も日用的土器を野焼きで大量に生産しているベトナムの少数民族チャム族の土器焼成現場から粘土、製品を収集した。この粘土とV-19試料を種々の温度にて加熱処理し(400°C1300°C)、各温度処理物のX線回折分析による鉱物種の検討を行った。また示差熱分析測定を各出土試料を中心に実施した。示差熱分析では直接的に出土試料の熱履歴を知ることが可能であるが、残念ながら焼成温度の観点ではその温度目盛がきわめて粗い。従ってX線回折による鉱物種の差異と組合わせて焼成温度の推定を行った。焼成時、窯内の雰囲気(酸化あるいは還元状態)を知るアプローチの一つとして色の異なる試料を対象にL^*a^*b^*表色系のデータ、分光反射率グラフの検討を行い、日本の場合の土器・国分寺瓦などの色の相違する試料の分光反射データとその鉄酸化物の比率(鉄(II)と鉄(III))などとも比較考察した。一部資料の蛍光X線分析による主成分元素の定量も追加した。
歯胚特異的転写因子Sp6の活性.構造相関の解明と相互作用分子の同定

歯胚特異的転写因子Sp6の活性-構造相関を探るため,発現誘導系を構築する過程で、SP6タンパク質がユビキチン非依存性のプロテアソーム分解系を介した短命なタンパク質であることを発見し、その性質を利用して発現誘導系を構築し、歯原生上皮細胞分化における新たな標的遺伝子候補を同定した。また転写因子として核に局在し、転写活性化能を有するには、完全長の立体構造が必要であり、かつ相互作用する分子の存在が示唆された。歯の発生分化に重要な役割を担うSp6は、N末側にプロリンリッチドメイン、C末側に3つのタンデムなジンクフィンガーモチーフ、そして中程に機能不明なBtdドメインを持つ転写因子である。現在までにこれらのドメイン構造と、Sp6の持つ機能の相関はまだ未解明であった。そこで、H21年度では、未解明であるSp6の構造と機能の相関を解明するたあ、アミノ酸配列をもとに想定される核移行シグナルを含む機能ドメインまたはモチーフをもつ種々の長さのSp6(Sp6全長、C末Znフィンガーのみ(±Btdドメイン)、N末プロリン・リッチ領域のみ(±Btdドメイン)にFLAGタグを付与した発現ベクターを作製した。これらの発現ベクターをCos7細胞および当研究室で樹立した歯原性上皮細胞クローン(G5)に遺伝子導入し、各Sp6の部分欠失型タンパク質を発現させ、FLAGタグ抗体にて細胞内局在およびタンパク質発現レベルを検討したところ、全長Sp6に比べ、C末側のみまたはN末側のみでBtdドメインをもつ部分欠失型Sp6は発現レベルが顕著に低下していた。また、全長Sp6は核に局在しているにもかかわらず、作製した部分欠失型Sp6はいずれも細胞質に局在していた。以上のことからSp6が転写因子として機能するために核に局在するためには全長の立体構造が必要であることが示唆された。これは世界的にもまだ報告がない結果である。またタンパク質の発現レベルがことなることから、タンパク質の安定性に関わる修飾が存在することが新たに示唆された。この問題は次年度以降に追求していきたい。一方、転写因子としての機能解析のため、Spファミリーの認識配列として知られているGC/GTboxモチーフをレポーターベクターに組換え,準備を整えた。以上の結果を踏まえ、現在、部分欠失型Sp6の追加ベクターの構築を進めている。転写因子Sp6は歯の分化・発生過程において重要な役割を果たしていることは知られているが、Sp6の構造と機能の相関をはじめ、分子自体の性質は未だ不明である。平成21年度にはアミノ酸配列をもとに種々の長さのSp6にFLAGタグを付与した発現ベクターを作製し細胞に導入の後、FLAGタグ抗体にてタンパク質発現レベルを検討したところ、24時間後と48時間後ではタンパク質の発現レベルが異なることから、タンパク質の安定性に関わる修飾の存在が示唆された。この安定性については相互作用分子を同定する際に用いる細胞材料の条件選択に重要な意味を持つことから、平成22年度はSP6の安定性の制御機構に重点を置いた。その結果、SP6の半減期が短く(T1/2=40分)、プロテアソーム分解系を介してSP6の発現レベルを調整していることを見出した。また、プロテアソーム分解系ではユビキチン依存性と非依存性の両経路が存在しているが、SP6はユビキチン化、SUMO化、リン酸化といった翻訳後修飾は受けていないことを、免疫沈降法により解明した。SP6の安定性について追及した報告は世界で初めてであり、現在論文投稿中である。同時にプロテアソーム阻害剤とsiRNAを組み合わせることにより新たなin vitro SP6誘導システムを構築し、マイクロアレイにより新たなSP6のターゲット遺伝子を同定した。現在、SP6の機能解析に利用できるよう、レポーターベクターに新ターゲット遺伝子プロモーターを組み込む準備を進めつつ、相互作用分子を同定するための準備としてクロスリンク剤を用いた免疫沈降によりSP6複合体の調整のための条件検討を行っている。前年度の研究成果から、転写因子SP6は半減期が短く、SP6タンパク質の安定性により歯の発生分化における転写制御を行っている可能性が示唆された。そこで、まずSP6の転写因子としての機能に影響を及ぼす領域の同定を行った。平成21年度に作製したGC-box,GT-boxを挿入したレポーターベグターと平成22年度に作製した種々の長さのSP6発現ベクターを歯原性上皮細胞G5に導入し、レポーターアッセイにより転写活性化能に及ぼすSP6タンパク質の構造の影響を解析した。その結果、SP6全長タンパク質を用いた実験ではGC-box,GT-boxのいずれもコントロールベクター単独でレポーター活性が高く、SP6タンパク質の本来の活性を評価するのが困難であることが判明した。そこで、SP6標的遺伝子の一つである、フォリスタチン(Fst)およびアメロチン(Amtn)の各プロモーターを連結したレポーターを用いて同様の解析を行った。陽性コントロールとしてはSP1発現ベクターを構築し、使用した。その結果、SP1ではFstプロモーターで約10倍、Amtnプロモーターで約1.8倍の活性があり、全長SP6ではそれぞれ約3倍ほどの転写活性を検出した。

さらに3つのジンクフィンガードメインのうち1つまたはすべて欠損させてもAmtnレポーター活性に影響をほとんど与えなかったが、Fstプロモーターでは1つ欠損することでレポーター活性が強度に低下し、すべて欠損させると中程度に活性が低下した(未発表データ)。以上のことから、(1)SP6の標的DNA結合配列は一般的なGC-,GT-boxではない(2)相互作用する分子の存在、の2つの可能性が示唆された。現在、免疫沈降法によりSP6が直接結合しているDNAまたはタンパク質を回収し同定するためのサンプル調整を行っているが、現時点では回収量が不十分なため、方法を改良中である。
但馬地方に残る和算書の調査・研究

○研究目的:但馬地方に残る和算書の調査・研究を通して,和算の歴史やその社会的背景・和算の特異性等を研究し,和算を一つの文化として捉えて可能な限り教材化を図りたい。○研究方法:(1)旧出石藩現存和算書について再度研究し直すとともに,中・高校生向けの問題集として「ふるさとの数学玉手箱」を発刊し,教材化を図る。(2)旧出石藩士・和算家竹村好博について調査するととに,著書の現代的解釈と旧出石藩に於ける和算教育等について研究を行う。○研究成果:(1)旧出石藩現存和算書には,和算におけるヘロンの公式,デカルトの円定理等西洋数学に共通するいくつかの定理や楕円についての貴重な研究が含まれている。しかしその中には,中学生や高校生にも解くことのできる問題も含まれており,それらの問題をジャンル別に整理して「ふるさとの数学玉手箱」として発刊することができた。(現在製本中)この問題集を選択数学や必修の数学・総合的な学習の時間に活用し,生徒たちに和算家の考え方の素晴らしさや数学を学ぶ楽しさを感じとらせていきたいと考えている。また,編集については,問題の分析・配列・授業での活用方法や展開の方法等を新潟大学教育人間科学部・山田和美教授に直接指導を受けながら研究を進めた。(2)竹村好博の著書に「異形同術觧」がある。「異形同術」は和算特有の研究分野であり,西洋数学にはこの種の研究はまったく見られない。何故「異形同術」が我が国だけで研究されたのか。を関連著書や論文を収集して研究を行った。和算末期から明治初頭にかけて研究が行われたことがわかったが,日本数学の発達にどれだけ寄与したのか。何故和算末期に研究が行われたのか。等不明な点がたくさんあり,和算の教材化とともに来年度以降さらに研究を深めていきたいと考えている。
腎臓常温灌流保存法によるグラフト修復から生着延長：MHC確立ミニブタによる検討

生理的条件で保存液の持続灌流を行う常温器械灌流保存(normothermic machine perfusion: NMP)法は、保存臓器に対して持続的に血液や酸素を投与することによって、保存中の腎臓の機能評価が可能となる可能性が大きな利点と考えられるうえに、保存臓器に対して直接薬剤を投与することが可能なシステムであり、温虚血にさらされた障害腎を用いた移植の際に、極めて有効な術前評価法となりかつ副作用の懸念の少ない臓器修復の手法になるものと期待される。主要組織適合性抗原(major histocompatibility complex: MHC)確立ミニブタ温虚血ドナー腎臓を用いた実験によって、平成29年度には既存の人工心肺回路を用いたシステムによってNMP法の手技を確立した。平成30年度はこの手法をもとにして、ドナーと同一MHCの個体から血液を採取し赤血球のみを分離し、リンゲル液添加によりHctを15-20%に調整した灌流液(灌流回路で酸素化および糖分を含む栄養素を添加)を用いて、85mmHgの動脈圧のもとに腎臓をNMP法により灌流した際の流量や血管抵抗、酸素消費量、尿量などの指標が、移植後腎機能を予測しうることをさらに検討した。この結果、2時間温虚血後の腎臓を温度が異なる条件で1時間保存を行った後に、2時間NMP法によって腎臓を灌流した群でのこれらの指標の推移と、1時間保存後にNMP法を行わずにMHCが同一のレシピエントに腎移植を行った群の術後腎機能の推移の間に相関関係を認めることが明らかとなった。平成30年度は、研究計画書に従って研究が進捗しており、おおむね順調に実験が進んでいるものと判断する。上記のように、これまでにNMP法が移植前腎機能評価法として極めて有効を明らかにしてきており、計画最終年度の平成31年度には、NMP法によって、従来の浸漬冷却保存よりも温虚血障害腎機能が回復する可能性があるのか、また灌流保存中に薬物投与を行うことによって術後移植機能の改善が得られるのかという点をより明確にし、臓器の代謝抑制を目的とする現状の浸漬冷却保存法に対し、NMP法が新たな保存法として臨床応用しうるのかという点を明らかにする実験を推進する。深刻なドナー不足に対する脳死マージナルドナーや心停止ドナーへの適応拡大の際は、虚血再灌流障害IRIに伴う急性臓器不全や、免疫活性化による急性・慢性拒絶反応誘発が懸念される。臓器の代謝抑制を目的とする現状の浸漬冷却保存法に対し、生理的条件で保存液の持続灌流を行う常温灌流保存NMP法は、保存臓器に対する機能評価が可能となる利点に加え、臓器に対する直接かつ常温での薬剤投与によって、極めて有効な臓器修復の手法になることが期待される。平成29年度は、主要組織適合性抗原MHC確立ミニブタ温虚血ドナー腎臓を、NMP法で灌流後に腎移植を行い、Study 1としてNMP法の手技を確立し、移植前腎機能評価法(目的1)や、NMP法単独での障害腎回復の可能性(目的2)を明らかにすることを目的とする実験に着手した。保存方法の差異が移植腎機能に及ぼす影響に焦点をあてた実験を行うため、MHCが適合したクラウン系ミニブタ腎移植モデルを用いて、2時間の温虚血後の腎臓を1時間冷保存した後に直ちに移植を行う群と、体外循環回路を用いて2時間常温持続潅流を行った後に移植する群の2群に分けて、移植後腎機能の推移を比較検討した。潅流中は腎血流、回路流量、尿量などの各種パラメータを測定し、これらの数値と移植後腎機能との相関関係を評価した。この結果、2時間の温虚血腎をドナーとして用いた際は、冷保存後直ちに腎移植を行った症例に比べ、NMP法後に移植を行った方が術後腎機能の速やかな回復が得られることが示された。また灌流中の流量、血管抵抗、酸素消費量、尿量が術後腎機能の指標となりうることが明らかとなった。以上のように、NMP法の手技を確立するとともにNMP法を用いた際の移植前腎機能評価法を明らかにし、さらにNMP法によって、従来の浸漬冷却保存よりも温虚血障害腎機能が回復する可能性があることが示唆される結果を得た。平成29年度は、研究計画書に従って研究を進め、Study 1で提示した目的に対する回答を得る成果を得たことから、おおむね順調に実験が進捗していると判断する。

平成30年度はこの手法をもとにして、ドナーと同一MHCの個体から血液を採取し赤血球のみを分離し、リンゲル液添加によりHctを15-20%に調整した灌流液(灌流回路で酸素化および糖分を含む栄養素を添加)を用いて、85mmHgの動脈圧のもとに腎臓をNMP法により灌流した際の流量や血管抵抗、酸素消費量、尿量などの指標が、移植後腎機能を予測しうることをさらに検討した。この結果、2時間温虚血後の腎臓を温度が異なる条件で1時間保存を行った後に、2時間NMP法によって腎臓を灌流した群でのこれらの指標の推移と、1時間保存後にNMP法を行わずにMHCが同一のレシピエントに腎移植を行った群の術後腎機能の推移の間に相関関係を認めることが明らかとなった。平成30年度は、研究計画書に従って研究が進捗しており、おおむね順調に実験が進んでいるものと判断する。平成30年度は、研究計画書に従って引き続き慢性大動物腎移植実験を進めて、新たな臓器保存さらには障害臓器に対する積極的な臓器修復法の可能性としてのNMP法の有効性をさらに明らかにする実験を推進する。上記のように、これまでにNMP法が移植前腎機能評価法として極めて有効を明らかにしてきており、計画最終年度の平成31年度には、NMP法によって、従来の浸漬冷却保存よりも温虚血障害腎機能が回復する可能性があるのか、また灌流保存中に薬物投与を行うことによって術後移植機能の改善が得られるのかという点をより明確にし、臓器の代謝抑制を目的とする現状の浸漬冷却保存法に対し、NMP法が新たな保存法として臨床応用しうるのかという点を明らかにする実験を推進する。
光/化学エネルギー変換によるリチウムイオン貯蔵放出現象の開拓

平成30年度は研究実施計画で示した実施項目(v)界面反応機構解明, (vi)デバイス形態の模索に主に取り組み,以下の成果を得た.1)LixTiO2エピタキシャル膜/Li3PO4固体電解質膜/Li金属膜からなる薄膜モデル電池をパルスレーザー堆積法およびスパッタリング法で構築し,紫外光照射時のリチウム脱離現象を詳細に解析した.紫外光による温度上昇が無視できること,照射後に非照射でLi挿入反応させると挿入量が増大すること,光照射脱離と非照射脱離をサイクルごとに実施すると照射時のみ容量が増大することから,光励起キャリアでLi脱離反応が促進されることを示した.モット・ショットキー解析からLixTiO2はLi3PO4との界面でn型空乏層を形成しており,光励起で生じた正孔により電極内のTiが3価から4価に酸化されることで,Li脱離時の電荷補償がなされていることを明らかにした.2)光Li挿入現象については,n型α-MoO3エピタキシャル膜/Li2SO4水溶液界面で調べた.開回路状態で紫外光を照射すると,光起電力によりでMoO3の電極電位が低下し,Li挿入反応電位に到達した.X線回折測定から水和したLiイオンが構造内に挿入されていることを確認した.界面付近のエネルギー準位の解析から,Li挿入(還元)の対となる酸化反応が水の分解による酸素発生である可能性を明らかにした.界面での結晶構造,電子構造解析から,Li挿入のいずれもLi脱挿入反応電位,フラットバンド電位,バンドギャップのエネルギー関係で説明できることがわかり,光エネルギーを利用したイオニクス現象開拓の基礎となると考える.さらに,3)界面制御手法として,酸化物表面修飾でLi脱挿入時の界面構造が変化し,Li脱挿入量や反応の可逆性に強く影響することを明らかにした.平成28年度は,界面構造制御手法と光電気化学反応時における結晶構造のその場観察手法を初年度に重点的に開発し,技術基盤を構築することを初期の達成目標として,以下の3項目を実施した.(i)電極/電解質モデル界面の構築,(ii)構造評価,(iii)光電気化学特性評価.(i)では,アナターゼ型酸化チタンおよびα型酸化モリブデンについて,表面粗さが1 nm程度と平滑で,膜厚が50 nmに制御した電極薄膜をパルスレーザー堆積法で作製することに成功した.(ii)では,得られた薄膜が単一配向を有するエピタキシャル膜であること,電気化学的リチウム脱挿入活性を有することを確認した.酸化チタン膜について,ホール測定,容量測定,吸収・光電子分光測定から,電解液との界面における構造をエネルギー準位図として表すことに成功し,リチウム脱挿入反応時に酸化チタン膜界面では蓄積層が形成されることがわかった.(iii)では,光電気化学セルを自作,回折計と組合せた実験系を構築することで,光照射時における充放電反応特性および結晶構造評価を可能とした.その結果,光照射の有無によらず反応速度がリチウム脱離・挿入過程で異なること,光照射時には反応が促進されることを電気化学・構造の両面から明らかにした.光照射時のイオン脱挿入過程を界面構造のその場観察から調べた例はほぼなく,反応解析と材料開発に有用な手法を確立できた.次年度は,波長依存性,熱効果を考慮した詳細な光電気化学特性・界面構造評価を進めることで,光エネルギーによるリチウム貯蔵放出に深く関わる因子の抽出を目指す.本研究は,【1】インターカレーション電極の界面構造制御,【2】光インターカレーション現象の実証,【3】光充電の可能性追求を目指して,以下を推し進めている.(i)電極/電解質界面の構築, (ii)構造評価, (iii)光電気化学特性評価, (iv)構造変化のその場観察, (v)界面反応機構解明, (vi)デバイス形態の模索.このうち,平成28年度は主に(i)-(iv)について実施,測定手法を確立したうえで,29年度以降に(v)(vi)を加速し,現象開拓を目指すことを計画した.平成28年度は,「研究実績の概要」のとおり,現象の実証に適したモデル電極/電解質界面を作製したうえで,光電気化学特性,界面構造変化の観測技術を構築した.研究開始当初は光応答性が低く,解析に適するデータ取得が課題となることは,実施計画で予想していたとおりであり,信号を増幅できる測定系の構築も進め,光電気化学応答も十分に観測できている.一方,界面構造のその場観察実験においては,実験室X線光源を用いた場合にも,照射時に界面での副反応が示唆され,29年度以降に現象解析を進めるには,構造観察手法の改善を要する可能性が示唆されている.以上より,「おおむね順調に進展している」.平成29年度当初は,28年度に構築したアナターゼ型酸化チタン/有機電解液モデル界面およびエネルギー準位図を基に,光波長,印加電圧を変えた光電気化学測定から,光充電反応因子の抽出を目指した.しかしながら,光照射時の電流値の再現性に乏しく,系統的な議論が困難であった.原因として,1)光変換効率が低いこと,2)光照射時に副反応として有機電解液の分解が生じること,3)熱による反応促進の寄与を分離できないことが挙げられた.なかでも2)の解決が必須と判断し,(i)固体電解質の利用(全固体電池化)

および(ii)水溶液の利用に検討対象を変更した.(i)について,多結晶アナターゼ型酸化チタンを正極とし,電解質および負極にリン酸リチウム膜,リチウム金属膜とする薄膜電池をパルスレーザー堆積法およびスパッタリング法で構築し,暗所における定電流充放電測定から,可逆的な充放電反応を確認した.紫外光照射前後でも充放電容量が低下せず,光照射時に試料温度上昇も無視できる程度であり,詳細な解析を妨げる原因2)および3)を排除できた.さらに,得られた薄膜電池の光電気化学測定の結果,電池電圧2.2 V以上で光酸化電流が観測され,Li脱離が促進されることを見いだした.この電圧は交流インピーダンス曲線をモット・ショットキー解析することで,得られるフラットバンド電位と一致した.定量的な光電気化学実験が可能なモデル系の構築に成功したことから,最終年度にリチウム貯蔵放出に深く関わる因子を明らかにする.本研究は,【1】インターカレーション電極の界面構造制御,【2】光インターカレーション現象の実証,【3】光充電の可能性追求を目指して,以下を推し進めている.(i)電極/電解質界面の構築, (ii)構造評価, (iii)光電気化学特性評価, (iv)構造変化のその場観察, (v)界面反応機構解明, (vi)デバイス形態の模索.このうち,平成28年度は主に(i)-(iv)について実施,測定手法を確立したうえで,29年度以降に(v)(vi)を加速し,現象開拓を目指すことを当初計画とした.平成29年度は,「研究実績の概要」のとおり,28年度に構築したモデル固液界面は,光照射に不安定であり系統的な解析が困難であることが課題となった.方針を転換し,固固界面でモデル系の再構築を行った.得られた固固界面は極めて良好に電気化学反応が進行し,光照射にも安定であった.固液界面の光応答性,安定性という障壁が解決されたことで,光電気化学反応解析は確かに進捗したことで,年間通じての進捗状況は計画通りといえる.30年度に光電気化学特性の定量解析,構造解析を進めることで,(v)-(vi)についても達成できると考える.以上より,「おおむね順調に進展している」.平成30年度は研究実施計画で示した実施項目(v)界面反応機構解明, (vi)デバイス形態の模索に主に取り組み,以下の成果を得た.1)LixTiO2エピタキシャル膜/Li3PO4固体電解質膜/Li金属膜からなる薄膜モデル電池をパルスレーザー堆積法およびスパッタリング法で構築し,紫外光照射時のリチウム脱離現象を詳細に解析した.紫外光による温度上昇が無視できること,照射後に非照射でLi挿入反応させると挿入量が増大すること,光照射脱離と非照射脱離をサイクルごとに実施すると照射時のみ容量が増大することから,光励起キャリアでLi脱離反応が促進されることを示した.モット・ショットキー解析からLixTiO2はLi3PO4との界面でn型空乏層を形成しており,光励起で生じた正孔により電極内のTiが3価から4価に酸化されることで,Li脱離時の電荷補償がなされていることを明らかにした.2)光Li挿入現象については,n型α-MoO3エピタキシャル膜/Li2SO4水溶液界面で調べた.開回路状態で紫外光を照射すると,光起電力によりでMoO3の電極電位が低下し,Li挿入反応電位に到達した.X線回折測定から水和したLiイオンが構造内に挿入されていることを確認した.界面付近のエネルギー準位の解析から,Li挿入(還元)の対となる酸化反応が水の分解による酸素発生である可能性を明らかにした.
住民福祉活動の拠点確保における空き家活用方策に関する研究

財政基盤の弱い住民福祉活動が無料又は低額で借り受けることの可能性の観点から空き家活用に着目し、住民福祉活動が生活支援活動に取り組む際の活動拠点を、空き家活用によって確保するための具体的方策を明らかにしようとする。適した空き家の条件及び借り受けようとする場合に住民福祉活動側が用意すべき条件や課題点を把握する調査を実施し、それら結果をもとにテキストの案を作成、それを活用して都市圏の市町村社協等住民福祉活動支援者、住民福祉活動者に対し意識啓発を働きかけるとともに、実態把握と意見の収集を行い、実践的な確保方策を検討するための材料を得る。
回分晶析における製品結晶粒度分布の改善

回分晶析における製品結晶の粒度分布は,商品価値を左右する重要な特性である.一般には,粒度の揃った(分布巾の狭い)製品が望まれる.また,粒度の大きい結晶が得られれば,母液(不純物を多量に含む)の分離は容易になり,製品結晶の純度が向上する.また,分離コストも著しく低減する.本研究では,水溶液系におけるカリミョウバンの回分晶析について検討した.先ず,予備的研究で可能性のあった水(溶媒)添加効果について調べた.冷却の途中で,晶析器内の種晶および2次核(これが成長して製品となる)の懸濁液に少量の水を添加すると確かに製品結晶の粒度は変化し,水添加が粒度分布改善の一方法と成りうることが示された.しかし,データの再現性が乏しくさらに詳しい検討,あるいは,作用メカニズムの追求が必要と思われた.作用メカニズムの追求はこれからの課題として,データの再現性について検討してみた.種晶表面の微分干渉顕微鏡像をビデオディスクに録画し,画像解析により表面の微視的形状を数値化した.これと並行して,この種晶表面をガラスロッドで叩き(回分晶析とは別な実験), 2次核を発生させた.種晶表面の微視的形状は,個々の種晶によって大きく異なりそれに伴って2次核発生の度合も大きく変化することが明らかになった.種晶によって, 2次核の発生の仕方が異なることが,データの再現性の乏さの一因と思われた.次いで,微量添加物による製品結晶粒度分布の改善を試みた.添加物としては,ビスマルクブラウンを用いた.これは,文献によるとカリミョウバンの結晶成長を抑制する作用があるにもかかわらず,製品結晶の粒度はこれの添加により,増加した.例えば,そのままでは平均粒度600μmであった製品結晶が,約20ppmの添加で900μmにもなった.この現象は,実用的にも原理的にも興味深い.今後の課題とする.回分晶析における製品結晶の粒度分布は,商品価値を左右する重要な特性である.一般には,粒度の揃った(分布巾の狭い)製品が望まれる.また,粒度の大きい結晶が得られれば,母液(不純物を多量に含む)の分離は容易になり,製品結晶の純度が向上する.また,分離コストも著しく低減する.本研究では,水溶液系におけるカリミョウバンの回分晶析について検討した.先ず,予備的研究で可能性のあった水(溶媒)添加効果について調べた.冷却の途中で,晶析器内の種晶および2次核(これが成長して製品となる)の懸濁液に少量の水を添加すると確かに製品結晶の粒度は変化し,水添加が粒度分布改善の一方法と成りうることが示された.しかし,データの再現性が乏しくさらに詳しい検討,あるいは,作用メカニズムの追求が必要と思われた.作用メカニズムの追求はこれからの課題として,データの再現性について検討してみた.種晶表面の微分干渉顕微鏡像をビデオディスクに録画し,画像解析により表面の微視的形状を数値化した.これと並行して,この種晶表面をガラスロッドで叩き(回分晶析とは別な実験), 2次核を発生させた.種晶表面の微視的形状は,個々の種晶によって大きく異なりそれに伴って2次核発生の度合も大きく変化することが明らかになった.種晶によって, 2次核の発生の仕方が異なることが,データの再現性の乏さの一因と思われた.次いで,微量添加物による製品結晶粒度分布の改善を試みた.添加物としては,ビスマルクブラウンを用いた.これは,文献によるとカリミョウバンの結晶成長を抑制する作用があるにもかかわらず,製品結晶の粒度はこれの添加により,増加した.例えば,そのままでは平均粒度600μmであった製品結晶が,約20ppmの添加で900μmにもなった.この現象は,実用的にも原理的にも興味深い.今後の課題とする.
膝関節骨部の動的特性の測定評価法の確立

膝関節疾患の保存的療法のひとつである装具療法は,医師の経験に基づいて装具選択が行われる.患者ごとに適切な選択を行うためには膝関節の動的特性が必要となる.そこで,我々は連続X線透視像と3次元CT像を用いた2D/3Dレジストレーション法を応用し,膝関節の動的特性抽出を行うことを目的とする.昨年度までに健常者13名,変形性膝関節症患者12名を対象とした撮影実験の実施と膝関節の動的特性抽出システムの開発を行った.これらデータとシステムを用いて医学分野と産業分野への応用を行った.医学分野への応用では健常者と変形性膝関節症患者の膝関節動態の比較を行い,本システムの有効性の確認を行った.その結果,比較に有効なパラメータを見出すなど,新たな知見を得た.この成果に関しては論文投稿を行い,現在査読行程中にある.産業分野への応用として,膝関節用装具装着前後での膝関節動態を比較することで,膝関節用装具の効果測定を行った.装具効果による動態の大きな改善は確認されなかったものの,装具によって異なる補正効果があることが確認された.この知見は英文ジャーナルへ投稿を行い,採択を得た.(Journal of Medical Imaging and Healt hInfbrmatics)膝関節軟骨の評価法としてMRI画像からT1ρマップとT2マップを作成する手順を構築した.これら患者データは撮影を終えた後に手術を行っており,対象の軟骨を切除し,医師により評価が行われている.軟骨評価用として変形性膝関節症患者28名のMRIデータを取得し,上記システムを用いて解析を行った.疾患が進行している領域においてT1ρ値,T2値に変化が見られた.しかし,この数値の変化の発生機序との因果関係は解明できていないため,今後は医師による評価とMRIから得た評価情報,さらには各種軟骨構成成分との比較を行う.膝関節軟骨の評価のためのMRI撮影実験の実施に重点をおいてしまったことから,解析の進捗に遅れが生じている.しかしながら,被験者数やMRIのシーケンス数は想定以上に確保できたため,解析後の知見は,より意義のあるものが得られるものと期待される.被験者数が想定以上に収集できるようになったことから,実際の解析処理が追いついていない.今後は解析担当を増員するなどして対応を行う.また,解析結果の検証や報告を整形外科の医師と高頻度で実施していくことでスケジュールの微調整等を臨機応変に実施する.被験者数以外にも,撮影できるMRIのシーケンス数が増加してしまったことも解析が滞った要因でもある.一定の解析が終了次第,解析対象のシーケンスを見直すことで,解析プロセスの効率化を図る.膝関節の適切な診断や治療を行う際には膝蓋骨を含めた膝関節の動的特性を把握する必要がある.しかし,動的評価に基づいた適切なガイドラインや評価指標が存在しないため,医師の経験や勘によるところが多い.そこで本研究ではCTとX線透視像,さらにMRIを組み合わせた骨部および軟骨部の動的特性測定評価法の構築を目的とする.平成22年度研究実施計画では,動的特性評価情報算出手順を確立した後に,健常者お.よび患者を対象とした撮影実験を実施し,動的特性評価法の算出結果の妥当性検証を行う予定であった.また,軟骨部の動的特性評価に向けたMRI画像からの軟骨部抽出法の確立が課題として挙げられた.研究計画に従い,動的特性評価情報の算出法を確立し,撮影実験を順次実施してきた,患者データは医学的検証に必要な10症例が取得できた.比較用の健常者データは6名分しか取得できていないが,残り4名分の参加同意は得られており,引き続き撮影実験を実施していく.動的特性評価情報算出が確立されたことによって,屈曲に伴う各骨部の運動が詳細に確認できるようになった,特に膝蓋骨の運動に関する知見は少ないため,膝蓋骨の動的特性が取得できる意義は医学的に大きい.一方で,保存的療法で用いられる装具を装着した状態でも動的特性評価情報が算出可能であることを確認した.装具が膝関節骨部の屈曲運動に与える影響を詳細に測定できることで,より患者の症状に即した新装具が開発できると期待される,さらに,被験者を増やし,解析することによって,各患者に適切な装具を選択もしくは設計・作製するためのガイドラインが作成できるものと考える,これらの成果は国内学会1件,国際学会3件(うち1件は発表予定)で報告を行った.軟骨部抽出法は健常者1名を対象にMRI撮影実験を実施し,手法の構築を行っている.成果は次年度に発表する.膝関節疾患の保存的療法のひとつである装具療法は,医師の経験に基づいて装具選択が行われる.患者ごとに適切な選択を行うためには膝関節の動的特性が必要となる.そこで,我々は連続X線透視像と3次元CT像を用いた2D/3Dレジストレーション法を応用し,膝関節の動的特性抽出を行うことを目的とする.昨年度に引き続き,健常者および患者を対象に撮影実験を実施した.整形外科医の指導の下,目標被験者数をいずれも10名と設定し,装具装着および未装着状態で健常者13名,患者12名のデータ収集を行った.これらのデータから動的特性の抽出を行い,比較・評価を行った.この結果を国際学会"Computer Assisted Radiology and Surgery 2011"にて口頭発表した.装具の有無における膝関節の3次元的な動的特性を比較した研究は少なく,整形外科領域および装具メーカーに対する意義は大きいと考える.