hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨格筋前駆細胞分化に高度に特化した細胞外マトリックスの開発

骨格筋前駆細胞は、骨格筋の移植治療のリソースとして非常に重要であり、これを高効率に生産するプロセス開発が求められている。申請者は、優れた自己複製能と多分化能を有し、かつ、品質が保証されている多能性幹細胞(ES/iPS細胞)を出発細胞とし、これを分化誘導して骨格筋前駆細胞を安定かつ効率的に作製する方法確立を目指している。そこで先ず本研究では、細胞の増殖・生存・運命決定に大きな影響を与える培養細胞足場としての細胞外マトリックス開発を目的とする。平成30年度では前年度に引き続き、細胞の伸展を阻害して骨格筋細胞への成熟を抑制することを狙いとし、ファイバー状の培養細胞足場の構築を主に進めた。前年度ではコラーゲンファイバーを構築したが、本年度では、生分解性ポリマーを材料としたポリカプロラクトンナノファイバー(PCL-NF)をファイバー骨格とし、このファイバー骨格表面に細胞接着シグナルを有するタンパク質をコートしたファイバー状細胞足場の構築を試みた。具体的にはPCL-NFの作製条件の検討、骨格筋前駆細胞の増殖促進に働くことが知られるαvβ3インテグリン及び骨格筋前駆細胞分化促進能が知られるα6β1インテグリンに親和性を示す足場タンパク質の構築、足場タンパク質のPCL-NFコーティング条件の検討を行った。さらに、作製したファイバー細胞足場について細胞接着能評価、分化マーカー遺伝子の発現量を指標とした分化促進能評価を実施した。結果、作製した細胞足場において、コントロールと比較して分化マーカー発現量が有意な増加が観測された。以上より、おおむね研究計画の通り、平成30年度に細胞足場材料候補の構築を終え、さらに分化促進能を指標とし、目的に適した足場材料の選別を実施し、目的分化マーカー発現量に顕著な変化をもたらす候補を得た。前年度に作製したコラーゲンファイバーは、転写因子接着能、細胞接着能を示し、骨格筋前駆細胞分化の促進効果が期待された。しかし、ファイバー作製時の架橋反応が原因でナノファイバー構造が崩れており(直径が数&micro;m、表面粗さが数数十ナノメートル)、ファイバー構造の無い実験条件と比較し、骨格筋前駆細胞分化促進能、細胞形態にあまり大きな差異が観測されなかった。そこで、架橋反応を必要としないファイバー状の細胞足場として、ファイバー材料を生分解性の合成ポリマー(ポリカプロラクトン)に変更し、これにコラーゲンを表面コーティングして足場として利用することとした。これにより、ファイバーの作製条件の洗い出しから始めることとなり研究の遅れが若干生じた。また、上記の新たなファイバー細胞足場を採用するに伴い、研究内容に幾つかの変更を加えた。理由は、上記の足場の作製条件であればコラーゲン以外の細胞足場タンパク質を簡単に評価できるためである。
在留外国人子女のためのアイデンティティを考慮した理科教育の実践的研究

我々は、両親の就労のために来日した在留外国人子女に対する理科教育のためのデジタルコンテンツ理科教材を作成し配信してきた。理科は自然現象を扱う科目であるが、自然現象が母国と異なるため、単に日本の自然を対象とした理科教育では、彼らのアイデンティティに大きな影響を与える。アイデンティティを維持するためには理科教育をどのように行えばよいか、彼らの母国と日本の自然現象の比較を行ないながら理科教育を検討してみた。外国人子女は母国を離れ、まったく生活環境、気候が異なる日本に両親の就労のために来日して来る。まず、第一に日本語修得が彼らを苦しめる。さらに、理科の授業では、理科の用語が日常用語と異なる為、さらに苦労し、やがて勉学意欲をなくすこともあると聞く。これをなくすため、我々は視覚的に訴えるデジタル理科教材を作成し、CD化した教材を日本語教師を通して利用してもらってきている。在留外国人子女のための理科教材の作成にあたり、彼らのアイデンティティを維持するためには、母国で行なわれている理科教育を考慮に入れる必要性があると思うに至った。そこで、今回は、ペルーの中学校を訪問し、現地で行なわれている理科教育・実験を視察してきた。実験の様子はビデオテープに収めたので、それをいつでも見ることは可能である。実験はスペイン語で行なわれているので、それを直ちに外国人子女に利用できないこともないが、日本の教育現場と照らし合わせるためには、日本語のナレーターを入れ、日本の理科の教員、もしくは日本語教師を通して、外国人子女の理科教育に役立つような教材にしなくてはならない。その作業を現在行なっている。このコンテンツとは別に、理科の力学を題材とした理科コンテンツ(ビデオ)を作成してきている。南半球と北半球では、台風の渦の巻き方が逆である。この原因となるコリオリカを実感として感じるため、回転している円板上でボールを投げたときのボールの曲がり方を観察した。それを映像に撮り、視覚的にコリオリの力を理解するコンテンツを作成している。このコンテンツは応用物理学会で発表。映像はパソコンの画面上で見ることができ、理科の教育に携わっている教員からも評価を受け、理科の授業に使用したいとの要望があり、CD化したものを配布している。両親の就労のために来日している在留外国人子女(生徒)にとっての理科教育は、対象となる目然現象が母国と異なるため、異文化間教育の見地からも問題点が含んでおり、教育現場では大変な労力を課している。その要望から、視覚に訴える映像を利用した理科教育コンテンツを作成し、日本語教師を通して利用してもらってきている。しかし、母国と異なる自然環境下においては、日本の自然を対象とした理科教育が彼らのアイデンティティを損なうという危惧が生じる。彼らの母国と日本の自然の比較を行ないながら、彼らに対する理科教育を検討してみた。今回は、執筆者の大学がある神奈川県に多く在留しているペルーからの生徒に重点を置いて検討した。両国の理科の教科書を比較し、ペルーに来航し自然を観察することで、彼らのアイデンティティに最も影響を与えているものが何であるかを探すことにした。結果、以下の事柄がわかってきた。理科教育は日常生活を基盤とした自然現象を学ぶことが多いが、両国間には自然現象が異なる部分がある。一方の国で重要な自然現象が、他方の国では重要視されない自然現象がある。例えば気象現象である。日本では重要視するが、ペルーではあまり重要視されず授業ではほとんど触れられない。来日するまで意識してこなかった気象現象に、いきなり授業で触れることで、カルチャーショックが生じ、アイデンティティの喪失になりかねない。両国間の自然現象を考慮した理科教育をどのように行なっていくかは、考えなくてはならない問題であり、彼らが母国に帰ってから学ぶ理科教育にも考慮しなければならない。一つの改善策として、外国人生徒の母国の理科の教科書に触れることが彼らのアイデンティティの喪失を防ぐものと思われる。外国人子女に対する理科教育は異文化間教育の立場からも改善していかなければならない。これらの詳細を桐蔭論叢および学会にて報告してきた。
エストロジェンの心血管機能調節作用の解明：オキシトシンとビタミンＤの関与の検証

本研究の目的は、エストロジェンの心血管系の調節におけるオキシトシン(OT)およびビタミンD(VD)の役割を明らかにすることである。マウス心房筋由来細胞において、VDレセプター(VDR)の発現を抑制すると、Caトランジエントの異常が観察され、心機能に関わる数種類の遺伝子の発現が減少した。ラットの発情前期において、血圧は低下し、大動脈のOTレセプター(OTR)のmRNA発現が増加した。さらに、卵巣摘出した雌ラット右心房のVDRのmRNA発現が、エストロジェン投与により抑制された。以上のことから、エストロジェンの心血管作用において、OT作用とVD作用が補完的に働いている可能性が示唆された。本研究の目的は、エストロジェンの心血管系(心拍数、血圧)の調節におけるオキシトシン(OT)およびビタミンD(VD)の役割を明らかにすることである。(1)性周期中の心血管系のオキシトシンレセプター(OTR)およびビタミンDレセプター(VDR)の発現測定、(2)OTおよびVDの心血管系の細胞への作用、(3)性周期中の心拍数と血圧の測定を計画している。27年度は、主に(2)特にVDの心血管系の細胞への作用について検討した。心筋細胞内のCa動態を調べるために、まずマウス心房筋由来培養細胞を用いて、心拍数の調節に関わるCaトランジエントの測定を行った。安定した周期的なCaトランジエントを観察することができたので、次にVDRの発現を抑制した状態を作製しVDRの関与について検討した。その結果、VDRの発現を抑制した心筋細胞では、80%の細胞にCaトランジエントの異常が観察された。さらに、VDRの発現を抑制した心筋細胞にどのような変化が起こっているのかを調べるために、DNAアレイ解析により発現している遺伝子の変化について調べた。その結果、心筋機能に関わる遺伝子を含む数種類の遺伝子の発現に異常が観察された。このことは、VDが、これらの遺伝子の発現を調節することにより、心筋機能調節に関与していることを示唆している。(1)のOTRおよびVDRの発現測定と並行して、これらの遺伝子群の発現についても検討中である。心筋におけるVDRの役割を検証するために、マウス心房筋由来細胞HL-1を用いて、Caトランジエント、活動電位および遺伝子発現を調べた。HL-1におけるVDR発現をsiRNA処置により抑制した。VDR発現を抑制した細胞(VDRノックダウン細胞)において、Caトランジエントを測定したところ、コントロール細胞では20%の細胞に異常が観察された。VDRノックダウン細胞では、異常が観察された細胞は80%となり、周期性が低下した。VDRノックダウン細胞にヒトVDR cDNAを発現させ、VDRの発現を補うと異常を示した細胞は20%となり、コントロール細胞と同程度まで周期性が回復した。Caトランジエントと同時に、膜電位(whole cell patch)の測定を行ったところ両者は同期しており、膜電位の変化にも異常が同時に起こっていた。VDは遺伝子の発現を調節する因子であるので、VDRノックダウン細胞における遺伝子発現の変動をDNAアレイ解析により調べた。その結果、心筋の収縮の調節や遺伝子の転写に関わる数個の遺伝子の発現が減少していた。これらの遺伝子が、心筋細胞の周期性の調節に関わっている可能性が考えられる。これらの実験に並行して、心筋細胞におけるオキシトシンレセプターやVDRの発現の変化について検討中であるが、同サンプルを用いて、DNAアレイ解析により明らかになった遺伝子群の変化についても検討中である。本研究を遂行する上で、マウス心房筋由来細胞HL-1細胞が有用であることが明らかになり、心筋におけるVDRの役割およびそのメカニズム解明のために順調に進展していると判断した。主に(2)、特にVDの心血管系の細胞への作用について検討した。心筋細胞内のCa動態を調べるために、まずマウス心房筋由来培養細胞であるHL-1細胞を用いて、心拍数の調節に関わるCaトランジエントの測定を行った。正常細胞において安定した周期的なCaトランジエントを観察することができたので、次にVDRの発現を抑制した状態を作製しVDRの関与について検討した。その結果、VDRの発現を抑制したHL-1細胞では、80%の細胞にCaトランジエントの異常が観察された。さらに、VDRの発現を抑制したHL-1細胞にどのような変化が起こっているのかを調べるために、DNAアレイ解析により発現している遺伝子の変化について調べた。さらに、それらの遺伝子の発現をHL-1細胞で抑制するとCaトランジエントの異常が起こることが明らかになった。このことは、VDによる心機能の調節にこれらの遺伝子が関わっていることを示唆している。また、それらのVDR関連遺伝子の発現を抑制すると、他のVDR関連遺伝子発現に変化が生じることから、これらVDR関連遺伝子間での相互作用による複雑なメカニズムが示唆された。

さらに、(1)のラットの性周期中のOTRおよびVDRの発現測定と並行して、これらのVDR関連遺伝子群の発現についても調べ、VDR関連遺伝子の役割やネットワークについて検討している。心筋におけるVDRの役割を検証するために、マウス心房筋由来細胞であるHL-1細胞を用いて、Caトランジエントおよび遺伝子発現を調べた。HL-1細胞においてVDR発現を抑制すると、コントロール細胞で観察される周期的なCaトランジエントに異常が観察された。VDは遺伝子の発現を調節する因子であるので、siRNAによりVDRをノックダウンしたHL-1細胞における遺伝子発現の変動をDNAアレイ解析により調べた。その結果、actinin 2、PDZ and LIM domain protein 3、PLAGL1、the cardiac myosin-binding protein Cなど心筋の収縮の調節や遺伝子の転写に関わる数個の遺伝子の発現が減少していた。これらの遺伝子の発現をHL-1細胞で抑制すると、VDRを抑制した場合と同様に周期的なCaトランジエントに異常が観察された。さらに、これらの遺伝子が相互にそれぞれの遺伝子発現に関与していることが明らかになった。これらの実験に並行して、性周期中の心筋細胞におけるOTRやVDRの発現の変化に加え、これらのVDR関連遺伝子の発現および相互作用について検討中である。マウス心房筋由来細胞HL-1細胞を用いた結果から、VDにより誘導される遺伝子が相互に調節し合うネットワークを構築して心機能を調節していることが示唆される。今後in vivo実験のデータによりVDR関連遺伝子の役割の解明はさらに進むと考えられ、心筋におけるVDRの役割およびそのメカニズム解明を目指す本研究は順調に進展していると判断した。本研究の目的は、エストロジェンの心血管系(心拍数、血圧)の調節におけるオキシトシン(OT)およびビタミンD(VD)の役割を明らかにすることである。マウス心房筋由来培養細胞であるHL-1細胞において、VDレセプター(VDR)の発現を抑制すると、80%の細胞にCaトランジエントの異常が観察された。DNAアレイ解析によりVDRをノックダウンしたHL-1細胞において発現している遺伝子の変化について調べた結果、actinin 2、PDZ and LIM domain protein 3、PLAGL1、cardiac myosin-binding protein CのmRNA発現が減少すること、そして、これらの遺伝子の発現をHL-1細胞で抑制するとCaトランジエントの異常が起こることが明らかになった。このことは、VDによる心機能の調節にこれらの遺伝子が関わっていることを示唆している。ラットの性周期中の血圧は、エストロジェンが増加する発情前期に低下し、発情期と比べて有意に低いことが明らかになった。大動脈のOTレセプター(OTR)のmRNA発現が発情前期に増加することから、エストロジェンがOT作用を介して血圧を調節している可能性が示唆された。さらに、卵巣摘出した雌ラット右心房のVDRのmRNA発現が、エストロジェン投与により抑制された。
糖類を認識可能な新規ブラシ状パイ共役ポリマーの創製

本研究では、“化学構造"と“分子の大きさ"の両方を認識し呈色するケミカルプローブの合成を目的とし、側鎖に機能性官能基を有する新規ブラシ状パイ共役高分子の合成を検討している。その際、水系溶媒をはじめとする多様な溶媒にポリマーを溶解可させるために、第一段階として両新媒性側鎖を有するブラシ状パイ共役ポリマーの合成に着手した。本年度の成果として、両新媒性ポリマーであるオキシエチレン部位を側鎖に有する水溶性ブラシ状パイ共役高分子の合成に成功している。まず、新たに開発した潜在的な炭素カチオン源となる官能基を全ての側鎖に有するパイ共役高分子重合開始剤を合成した後、得られたパイ共役高分子側鎖の重合開始点からビニルエーテル(VE)モノマーとしてオキシエチレン鎖からなる両新媒性モノマーを用いてリビングカチオン重合することで水溶性パイ共役高分子の合成に成功した。さらに、得られた水溶性パイ共役高分子が側鎖ポリマーの“分子の大きさ"に依存し主鎖ポリマーの吸収色が変化し、溶液の色がオレンジから赤へと変化することを見出した(submitted)。続いて、“化学構造"を認識するためにホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成にも挑戦した。上述で示した合成手法を利用することで簡便に合成することができると期待し、VE部位を担持したホウ酸誘導体をモノマー(PBVE)のリビングカチオン重合を検討した。しかし、重合条件下においてPBVEのホウ酸エステル部位が反応してしまい、新たな合成手法を開拓する必要があった。そこで、アルキン担持VEモノマーを新たに分子設計し、リビングカチオン重合を適応することで側鎖にアルキニル基を有するポリマーを精密合成することに成功した(Journal of Polymer Science, partA: Polymer Chemistry 2019, 57, 681-688)。申請者は、本研究の進行にあたり次の三つのステージを設置している。[1]水溶性ポリマー鎖に覆われたパイ共役高分子の合成。[2]ホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成。[3]糖類を用いた基礎的な分子認識特性評価。そして、2018年度には[1]を重点課題としてパイ共役高分子重合開始剤を用いて機能性ビニルエーテルモノマーのグラフト重合への適用を検討した。その結果、研究実績でも触れている通り、水溶性パイ共役高分子の合成に成功した。さらに、得られた水溶性パイ共役高分子が側鎖ポリマーの“分子の大きさ"に依存し主鎖ポリマーの吸収色が変化し、溶液の色がオレンジから赤へと変化することを見出している(submitted)。そして2019年度の重点課題である、次のステージの検討にも着手している。当初の計画では、ホウ酸誘導体を導入したVEモノマーを重合する予定であったが、カチオン重合条件下でモノマーが反応してしまうことが明らかとなったため、合成計画を変更した。そして、新たにアルキニル基を有するVEモノマーを分子設計し、得られたモノマーの重合挙動を詳細に検討した結果、リビングカチオン重合に適応可能であることを明らかにしている(Journal of Polymer Science, partA: Polymer Chemistry 2019, 57, 681-688)。さらに得られたポリマーのアルキニル基にクリック反応を用いてホウ酸誘導体を導入することが可能であり、[2]ステージであるホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成手法について確立することができた。このように当初設定したステージを一つずつ確実に解決しており、想定以上の成果を挙げている。当初の実験計画通り2019年度は実験計画における[2]ホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成および[3]糖類を用いた基礎的な分子認識特性評価の課題を集中的に実施し、得られる新規パイ共役高分子を用いて、種々の糖類の添加による吸収の変化を検討する。従来の検討から、多数のポリマー鎖で覆われているため嵩高い分子と相互作用することで立体的な反発が生じ、パイ共役高分子の構造変換が誘起され、パイ共役高分子の吸収が410 nmから460 nmへと変化することを明らかにしている。そこで、合成した水溶性パイ共役高分子の水溶液に対し、糖類を添加することでパイ共役高分子由来の吸収が変化するか確認する。さらに、吸収変化の度合いからパイ共役高分子と糖類との会合定数(相互作用の強さの指標)を求める。[2]において、ホウ酸誘導体の導入量を精密に制御し、ターゲット分子との会合定数を算出することで、分子構造と分子認識能との関係を明らかにし、糖類を認識するのに最適な分子構造を検討する。さらに、パイ共役高分子と糖類との相互作用を明らかとするために、対象化合物として共有結合的に糖鎖を導入したパイ共役高分子を合成し、糖鎖の導入による吸収の変化や物性の変化を詳細に検討する。

まず、新たに開発した潜在的な炭素カチオン源となる官能基を全ての側鎖に有するパイ共役高分子重合開始剤を合成した後、得られたパイ共役高分子側鎖の重合開始点からビニルエーテル(VE)モノマーとしてオキシエチレン鎖からなる両新媒性モノマーを用いてリビングカチオン重合することで水溶性パイ共役高分子の合成に成功した。さらに、得られた水溶性パイ共役高分子が側鎖ポリマーの“分子の大きさ"に依存し主鎖ポリマーの吸収色が変化し、溶液の色がオレンジから赤へと変化することを見出した(submitted)。続いて、“化学構造"を認識するためにホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成にも挑戦した。上述で示した合成手法を利用することで簡便に合成することができると期待し、VE部位を担持したホウ酸誘導体をモノマー(PBVE)のリビングカチオン重合を検討した。しかし、重合条件下においてPBVEのホウ酸エステル部位が反応してしまい、新たな合成手法を開拓する必要があった。そこで、アルキン担持VEモノマーを新たに分子設計し、リビングカチオン重合を適応することで側鎖にアルキニル基を有するポリマーを精密合成することに成功した(Journal of Polymer Science, partA: Polymer Chemistry 2019, 57, 681-688)。申請者は、本研究の進行にあたり次の三つのステージを設置している。[1]水溶性ポリマー鎖に覆われたパイ共役高分子の合成。[2]ホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成。[3]糖類を用いた基礎的な分子認識特性評価。そして、2018年度には[1]を重点課題としてパイ共役高分子重合開始剤を用いて機能性ビニルエーテルモノマーのグラフト重合への適用を検討した。その結果、研究実績でも触れている通り、水溶性パイ共役高分子の合成に成功した。さらに、得られた水溶性パイ共役高分子が側鎖ポリマーの“分子の大きさ"に依存し主鎖ポリマーの吸収色が変化し、溶液の色がオレンジから赤へと変化することを見出している(submitted)。そして2019年度の重点課題である、次のステージの検討にも着手している。当初の計画では、ホウ酸誘導体を導入したVEモノマーを重合する予定であったが、カチオン重合条件下でモノマーが反応してしまうことが明らかとなったため、合成計画を変更した。そして、新たにアルキニル基を有するVEモノマーを分子設計し、得られたモノマーの重合挙動を詳細に検討した結果、リビングカチオン重合に適応可能であることを明らかにしている(Journal of Polymer Science, partA: Polymer Chemistry 2019, 57, 681-688)。さらに得られたポリマーのアルキニル基にクリック反応を用いてホウ酸誘導体を導入することが可能であり、[2]ステージであるホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成手法について確立することができた。このように当初設定したステージを一つずつ確実に解決しており、想定以上の成果を挙げている。当初の実験計画通り2019年度は実験計画における[2]ホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成および[3]糖類を用いた基礎的な分子認識特性評価の課題を集中的に実施し、得られる新規パイ共役高分子を用いて、種々の糖類の添加による吸収の変化を検討する。
地域医療における軽症糖尿病患者に対する在宅健康サービスの継続研究

糖尿病患者に携帯機器を用いた在宅健康サービス(携帯機器上で、毎日の体重、運動量(歩数)、血圧等のデータを送信してもらい逆に生活指導をした。)を行い前向きオープン無作為比較試験にて評価した。在宅サービス介入群では医学的にも医療経済的にも有用と証明された。さらに携帯機器の高性能化に対応し、テレビ会議用システムを改良したBluetooth機能などを附随したスマートフォン対応遠隔診療用デバイスを作成し、それに伴う技術的問題や法的問題に対処した。平成22年度から行われている糖尿病患者に携帯機器を用いた在宅健康サービス(携帯機器上で、毎日の体重、運動量(歩数)、血圧等のデータを送信してもらい逆に生活指導をした。)を行い、前向きオープン無作為比較試験を継続し中間成績を評価した。予定症例は100例であるが、平成25年度までに64例(在宅健康サービス介入群31例、非介入群33例)登録されている。平成25年度までの中間解析では、体重は介入群で2.2kg減少、非介入群1.5kg増加した。空腹時血糖値は、介入群で11mg/dL減少、非介入群4mg/dL増加した。HbA1cは、介入群で1.6%減少、非介入群0.9%増加。収縮期血圧は、介入群で12mmHg低下、非介入群4mmHg増加。LDLコレステロール値介入群で24mg/dL低下、非介入群11mg/dL増加であった。介入群では平均1.4剤の薬剤減量が可能であった。これは、前回までの成績と同じであり、携帯機器を用いた糖尿病に対する在宅健康サービスの有効性が継続していることを再確認した。今回の研究の主目的である心血管系の合併症予防に関しては、介入群、非介入群ともに有意差はなかったが、両群ともに合併症の進行は認めなかった。これまでの介入群に用いた携帯機器は主として、いわゆるガラパゴス携帯といわれる旧式タイプであった。一方、現実社会では、携帯機器がより進化、高性能化しており、スマートフォンやI PADが主流となってきたことや被験者からの要望もあり、より高機能化した在宅健康サービスの構築が必要と考えられ、平成25年度の10月からは新しい在宅サービスの構築に取り掛かった。平成26年度からは、新しい在宅健康サービスシステムを用いて、本研究を継続する予定である。平成22年度から行われている糖尿病患者に携帯機器を用いた在宅サービス(携帯上で、毎日の体重、運動量(歩数)、血圧等のデータを送信してもらい、逆に生活指導をした)を用い、前向きオープン無作為比較試験を継続し平成26年10月で一旦終了した。64例の登録症例でクロスオーバー試験であり、在宅サービス介入群64例、非介入群64例で解析を行った。体重は介入群で2.8kg減少、非介入群で1.6kg増加、空腹時血糖は介入群で12mg/dl低下、非介入群で8mg/dl増加した。HbA1Cは介入群で1.8%減少、非介入群で0.8%増加、収縮期血圧は、介入群で10mHg低下、非介入群で3mmHg増加した。LDLコレステロール値は介入群で22mg/dl低下、非介入群で8mg/dlの増加であった。介入群では平均1.5剤の薬剤減量が可能であった。合併症の進行に関しては、脳卒中、心筋梗塞などのイベントは両群に認めなかったが、尿中アルブミン値は正常範囲内ではあるが、非介入群で15%の増加を認めた。携帯機器の高性能化に伴い、新たな携帯機器機能を用いた在宅サービスの構築にとりかかった。これまでのサービスでは映像機能がなく、また、測定した体重、血圧、血糖値などのデータを患者さん自身が打ち込む作業が必要であったが、Bluetooth機能などを用い、株式会社Accessのテレビ会議用システムを改良し作成した。本システムは将来的に遠隔診療用デバイスとして用いることを想定し、平成26年11月25日より改正された薬事法(薬機法)に対応して作成した。平成26年度までは、平成22年度から行われている糖尿病患者に携帯機器を用いた在宅サービス(携帯上で、毎日の体重、運動量(歩数)、血圧等のデータを送信してもらい、逆に生活指導をした)を用い、前向きオープン無作為比較試験を継続し平成26年10月で一旦終了し、在宅サービス介入群では医学的にも医療経済的にも有用と証明したが、携帯機器の高性能化に伴い、新たな携帯機器機能を用いた在宅サービスの構築にとりかかり、テレビ会議用システムを改良したBluetooth機能などを附随したスマートフォン対応(TV電話可能なタイプ)遠隔診療用デバイス作成していた。平成27年度は、このシステムを用い、まず臨床研究への導入前の非臨床的試験を行った。その結果、電波状況の悪い地域での作動不良などの問題が判明した。特に過疎地域などでの3G地域との交信や鉄筋コンクリートの奥の部屋への交信では、従来と同じ文字や静止画像等のメール通信は問題なかったが、電波の受信状況が悪いため、ビデオなど画像の乱れが強いことが判明し、とりあえずは有線を用いての在宅サービスをまず主体に構築すべきと判明した。また、2016年8月10日の厚生労働省の遠隔診療解禁の通達により、法的解釈の問題が生じ、保険診療と併用するときの本在宅サービスシステムが医療機器など認定される懸念とそれに伴う混合診療になる可能性などを検討する必要が生じた。法体制に準じた在宅健康サービス構築が必要となり臨床研究遂行に遅れが生じてしまった。電波状況の悪い地域での作動不良などの問題が判明した。

特に過疎地域などでの3G地域との交信や鉄筋コンクリートの奥の部屋への交信では、従来と同じ文字や静止画像等のメール通信は問題なかったが、電波の受信状況が悪いため、ビデオなど画像の乱れが強いことが判明し、とりあえずは有線を用いての在宅サービスをまず主体に構築すべきと判明した。また、2016年8月10日の厚生労働省の遠隔診療解禁の通達により、法的解釈の問題が生じ、保険診療と併用するときの本在宅サービスシステムが医療機器など認定される懸念とそれに伴う混合診療になる可能性などを検討する必要が生じた。法体制に準じた在宅健康サービス構築が必要となり臨床研究遂行に遅れが生じてしまった。平成26年度までは、平成22年度から行われている糖尿病患者に携帯機器を用いた在宅サービス(携帯上で毎日の体重、運動量(歩数)、血圧などのデータを送信してもらい、逆に栄養士、療養指導士から生活指導を行うサービス)を用いて、前向きオープン無作為比較試験を行い(平成26年10月で終了)し、在宅サービス介入群では医学的にも医療経済的にも有用と証明されたが、平成27年度は携帯機器の高性能化に対応し、テレビ会議用システムを改良したBluetooth機能などを附随したスマートフォン対応遠隔診療用デバイスを作成した(上記の体重、運動量(歩数)、血圧などのデータが自動入力されるシステム)。平成27年度は、その実証実験において電波状況の悪い地域や状況(過疎地域の3G地域や鉄筋ビルコンクリートの屋内など)では、従来の文字や静止画像などの情報伝達には支障はなかったが、ビデオ画像の情報の伝達に問題があることが判明した。さらに平成26年8月10日の厚労省の遠隔診療の解禁が通知されるも、平成25年11月の薬事法改正(薬機法)による法的解釈の問題が生じ、保険診療での使用にむけての推進に対して解決すべき事案があった。平成28年度は、以上の問題に対応すべく、ICTを用い、すでに遠隔診療を実際に行っている医療関係者や企業の人々と意見交換をしたりした。さらには厚労省医政局の人と意見交換をしたりして、保険診療上の法的な問題解決にあたり、問題は解消された。また、在宅サービスにおいて療養指導に人工知能(AI)の導入の可能性を考え見出し、今後の臨床応用の可能性が期待された糖尿病患者に携帯機器を用いた在宅健康サービス(携帯機器上で、毎日の体重、運動量(歩数)、血圧等のデータを送信してもらい逆に生活指導をした。)を行い前向きオープン無作為比較試験にて評価した。在宅サービス介入群では医学的にも医療経済的にも有用と証明された。さらに携帯機器の高性能化に対応し、テレビ会議用システムを改良したBluetooth機能などを附随したスマートフォン対応遠隔診療用デバイスを作成し、それに伴う技術的問題や法的問題に対処した。一応、目的とした心血管合併症の進行に関しては、軽度の腎症進展に、本在宅サービスが予防効果を持つ可能性が示された。ただ、脳卒中や心筋梗塞などの重大な心血管系イベントの予防効果証明には、多施設共同研究およびさらなる長期の研究活動が必要と思われる。現代に対応した、映像やBluetooth機能を盛り込んだより先進的な在宅サービスシステムを構築した。本システムによる在宅医療サービスの継続が可能となった。映像やBluetooth機能を盛り込んだより先進的な在宅サービスシステムを構築したことは画期的であるので、どの地域でも使用できるようなインフラ整備をおこなう。
小中動物における異種腎移植の基礎的検討

新しい免疫抑制15ーdeoxyspergualin(DSG)を用い、異種腎移植に於ける拒絶反応の予防を検討した。まず、小動物に於ける実験では、ドナ-としてハムスタ-、レシピエントとしてACIラットを用いた。ドナ-の腎は左腎を用い、大動脈・下大静脈を付着した状態で腎動・静脈を摘出した。大動・静脈とも中枢側は結紮し、末梢側をレシピエントの大動・静脈に端側吻合した。ドナ-の尿管は膀胱壁をパッチ状に付けて摘出し、これをレシピエントの膀胱に吻合した。又、レシピエントの両側腎は摘出した。対照の免疫抑制剤非投与群の生存日数は3.3±0.5日(n=6)、DSG5mg/kg連日投与群では6.0±2.0日、10mg/kg連日投与群では平均9.0±6.3日(n=5)であった。10mg/kg投与群で、著しい生着延長が認められたが、3日目、5日目で死亡する例もあり、DSGの毒性が考えられた。そこで、中動物(ウサギ・ネコ間)の腎移植実験では、DSG5mg/kgを投与量とし、皮下に注射した。移植に際し、血管吻合は小動物に於ける場合と全く同様に行ったが、尿管吻合はドナ-腎の尿管を直接レシピエントの膀胱に吻合した。尚、ドナ-としてウサギを用い、その腎をネコの腹腔内に移植した。対照群の生存日数は3、4、4、5日、DSG投与群の生存日数は4、4、4、5日と両者の間に有意差は得られなかった。一方、ドナ-抗原をレシピエントに免疫することにより、特異的なリンパ球クロ-ンを拡張させ、これをDSGで障害し、免疫無反応状態を誘導する試みとして、ラット同種心移植で検討した。移植の-21日、-7日目にドナ-脾細胞を投与し、DSGは-7-3まで5日間投与した。移植後は、免疫抑制剤を全く投与せず、移植心生着をみた。60%に免疫無反応状態が誘導されたことが明らかとなった。現在、この方法を小動物の異種移植に応用し、長期生着の試みを行っており、更に今後は中・大動物への応用を考えている。新しい免疫抑制剤15ーdeoxyspergualin(DSG)を用い、異種腎移植に於ける拒絶反応の予防を検討した。ドナ-腎は左腎を用い、大動脈・下大静脈を付着した状態で腎動・静脈を摘出した。大動・静脈とも中枢側は結紮し、未梢側をレシピエントの大動・静脈に端側吻合した。

対照の免疫抑制剤非投与群の生存日数は3.3±0.5日(n=6)、DSG5mg/kg連日投与群では6.0±2.0日、10mg/kg連日投与群では平均9.0±6.3日(n=5)であった。10mg/kg投与群で、著しい生着延長が認められたが、3日目、5日目で死亡する例もあり、DSGの毒性が考えられた。そこで、中動物(ウサギ、ネコ間)の腎移植実験では、DSG5mg/kgを投与量とし、皮下注射した。ウサギをドナ-とし、腎を摘出した後、ネコの腹腔内に移植した。移植に際し、血管吻合は小動物に於ける場合と全く同様に行ったが、尿管吻合はドナ-腎の尿管を直接レシピエントの膀胱に吻合した。対照群の生存日数は3,4,4,5日DSG投与群の生存日数は4,4,4,5日と両者の間に有意差は得られなかった。一方、ドナ-抗原をレシピエントに免疫することにより、特異的なリンパ球クロ-ンを拡張させ、これをDSGで障害し、免疫無反応状態を誘導する試みとして、ラット同種心移植で検討した。移植のー21日、ー7日目にドナ-脾細胞を投与し、DSGは-7ー3まで5日間投与した。移植後は、免疫抑制剤を全く投与せず、移植心生着をみた。60%に免疫無反応状態が誘導されたことが明らかとなった。現在、この方法を小動物の異種移植に応用し、長期生着の試みを行っており、更に今後は中・大・動物への応用を考えている。
ビタミンE転移蛋白KOマウスを用いた筋萎縮性側索硬化症の発症機序の研究

1)aTTPをノックアウトしたマウスの中枢神経では、脂質酸化を示すMDAの増加、HNEの酸化修飾が亢進しており、神経細胞内のリポフスチンの含有量も増加して、さらに、ビタミンEの過剰投与によって改善することから、酸化ストレスがかかっていることが示された。2)HNEが酸化修飾しているタンパクの1つはS0D1であることが示され、この修飾によってS0D1のラジカル消去機能が低下して、さらに酸化ストレスが増強している可能性が示唆された。3)aTTPノックアウトマウスに黒質の細胞毒であるMPTP(15mg/kg)5回/日を急性投与し、1週間後に線条体のdopamineの含有量を測定すると、対象の約50%に減少しており、パーキンソン病の黒質の神経細胞のdopamine産生能に酸化ストレスが影響している可能性が示唆された。しかし、ビタミンEの過剰投与したaTTPノックアウトマウスは逆に全例2日で死亡してしまい、ビタミンEの過剰投与は心血管系などには何ちかの毒性がある可能性を考えている。4)筋萎縮性側索硬化症のモデルマウスであるG93AS0D1トランスジェニックマウスとaTTPノックアウトマウスを掛け合わせたところ、ロタロッドを用いた運動機能障害を指標とした発症時期が約2週間早くなっていた。骨格筋病理ではより早期に神経原性変化が生じ、脊髄神経細胞の脱落と脊髄前根の神経細胞密度の減少が認められた。筋萎縮性側索硬化症の脊髄神経細胞脱落に発症機序に脂質酸化が関与していることが示された。あわせてphenotypeの評価の準備としてrotarod、つり下げ型筋力計を用いて運動能力、筋力の解析のsettmg。さらに末梢神経刺激による複合筋活動電位、針筋電図による脱神経電位の評価、大脳運動野電気刺激による錐体路の電気生理学的検索システムの準備をしている。あわせてphenotypeの評価の準備としてrotarod、つり下げ型筋力計を用いて運動能力、筋力の行動解析、さらに末梢神経刺激による複合筋活動電位、針筋電図による脱神経電位の電気生理学的評価のシステム、脊髄の一般神経病理検索および運動神経有髄線維密度の定量的測定のための脊髄前根のエポン包埋トルイジンブルー染色に標本作製の神経病理検索システム、脊髄、大脳のホモジュネイトを用いた、SOD1、HNEのウエスタンブロット、過酸化脂質のthiobarbituric acid(TBA)法を用いた定量的測定システムを生化学的検索システムを確立した。G93A変異SOD1トランスジェニックマウス(以下G93Aマウス)とαTTPノックアウトマウス(以下αTTPマウス)を掛け合わせ、αTTPホモ-/-/G93Aヘテロ+/-マウスを作成し,出産時より飼料をビタミンE欠乏食とする群とビタミン添加食(ビタミンE750mg/kg)を投与する2群を作成した。対照として性・週齢の一致したG93Aマウスを、ビタミンE欠乏食と普通食投与の2群を作成することで、1)αTTP-/-G93A+/-/ビタミンE欠食群、2)αTIP-/-G93A+/-/ビタミン添加食群、3)αTTP+/+G93A+/-/ビタミンE欠食群、4)αTTP+/+G93A+/-/普通食群の4群を各群13匹を作成した。観察項目としては、体重、運動機能としてロタロツドの落下時間(秒数)、後肢筋力低下の有無を2週おきに測定した。病理サンプルは、脳および脊髄を発症前と末期に採取し、脊髄前角ニューロン数及びL5前根の軸索数を測定する。また脊髄前角ニューロンにおけるリポフスチン蓄積の程度で、酸化ストレスを評価する。掛け合わせした各群のマウスは9月10月に出生し、現在約6ヶ月齢であるが、まだ発症していない。ただし、第1群と第4群は、先行実験として、各2匹ずつ5月に出産したものを観察している。

発症は、ホモヘテロ群は33過と34週に、コントロール群では34過と38過であった。コントロール群は、39過と43週に死亡した。第1群の2匹は40週を過ぎたが、後肢の筋萎縮はまだ軽度で動きもよい。発症は、ロタロッドが体重の減少に1、2週間早く確認できた。2匹ずつの結果であるが、第1群は発症が約2週間早まっていた。羅病期間・全経過期間の短縮ははっきりしない。
大腸菌による芳香族化合物発酵の飛躍的効率化につながるバイオマス由来発酵阻害の克服

本研究では、大腸菌による発酵生産がバイオマス中のリグニン由来化合物により顕著に阻害される現象に着目している。バイオマス由来化合物による発酵阻害を克服して大腸菌による芳香族化合物発酵を飛躍的に効率化するために、芳香族化合物生合成における基盤代謝であるシキミ酸経路の“発酵阻害"メカニズムの解明に取り組んでいる。芳香族化合物代謝の発酵阻害物質を特定するために、バイオマス由来成分とその発酵阻害作用を調べている。イネ科のC4植物ソルガムを材料に、複数系統について組成分析を行い、また大腸菌に対するバイオマス酵素糖化液の発酵阻害作用との相関関係を調べることで、フェニル乳酸発酵阻害成分(群)の特定を試みている。また、次年度以降に発酵阻害作用機序を解明するために、シキミ酸代謝中間体の解析法を最適化している。本年度は、リグニン構成成分の生合成に関与するbmr遺伝子に変異あり/なしのソルガム系統10種以上を選抜した。これらの系統の茎部を希硫酸前処理した固体残渣(バガス)を材料に、構成成分と、酵素糖化後の情勢に含まれる発酵阻害候補化合物を、ガスクロマトグラフィー質量分析計(GC-MS)により分析した。とりわけ、系統間で含量が顕著に異なる成分に着目し、酵素糖化効率またはフェニル乳酸発酵の阻害作用に対する相関関係を解析した。その結果、酵素糖化効率は品種間の有意差が認められ、bmr変異型の低リグニン品種では糖化効率が増加する傾向が認められた。また、発酵阻害作用についても品種間の有意差が認められ、複数の候補阻害化合物を選定できた。また、発酵阻害物質によるシキミ酸代謝の変動を調べるために、メタボロームによる解析法の改良を試みた。申請者らがすでに使用している液体クロマトグラフィータンデム質量分析計(LC-MS/MS)による分析法を最適化し、シキミ酸など高極性な代謝中間体を網羅する分析手法を確立した。実バイオマス(リグニン成分含量が異なる複数の植物系統品種)を材料に、1成分分析による発酵阻害物質の特定、2発酵生産のメタボロームによる阻害作用点の特定、3阻害作用点の代謝改変による発酵阻害の克服、の3つの研究項目を計画している。これらの研究課題を通じて、医薬品や高機能ポリマーの原料となる芳香族化合物をバイオマスから生産するための基盤となる宿主を創出することを企図している。初年度である今期は、実施項目1を実施し、さらに実施項目2の基盤技術確立に取り組んだ。今回使用した16品種のソルガムバガスでは、構成成分(セルロース/ヘミセルロース/リグニン)、酵素糖化効率、大腸菌のフェニル乳酸発酵に対する阻害について、品種間での有意差が認められたことから、試験材料としての適切な植物種の選定は当初予定通りに完了することができた。また、これらのバガス利用の評価に必要な解析技術、すなわち、成分分析、酵素糖化、微視生物発酵、メタボローム解析についても、当初予定通りに基盤技術を確立することができた。酵素糖化液に含まれるバガス由来化合物と発酵阻害作用との相関関係については、複数成分による複合的な影響の関与が予想される。今期は、成分分析と酵素糖化効率、発酵阻害についての評価を予定通り実施することができた。今回得られた各因子の定量的結果から相関関係を特定するためには、さらに、得られたデータを主成分分析等の統計学的手法により統合解析し、各因子の中からより影響力の強い因子を抽出する作業を行う必要がある。発酵阻害の作用機序を調べるためのメタボローム解析については、LC-MS/MSを用いた分析手法と、サンプルの前処理に関する基盤技術を、当初計画どおりに確立することができた。次に予定している代謝解析を速やかに実施する環境は整っている。1成分分析による発酵阻害物質の特定本年度使用した16品種のソルガムバガスの中から、酵素糖化効率または発酵阻害作用を指標に有意な濃度差のある品種を選抜し、より詳細な解析を進める。具体的には、バガス酵素糖化液に含まれる発酵阻害成分の濃度を定量比較し、発酵阻害物質として作用する植物由来成分を、主成分分析を通じて推定する。推定された候補化合物は、発酵培地に添加して阻害作用を調べることで、作業仮説を検証する。2発酵生産のメタボロームによる阻害作用点の特定実施項目1で選抜したソルガム酵素糖化液を用いたフェニル乳酸発酵のメタボローム解析を行う。これにより、代謝中間体レベルにプロファイルの顕著な違いが認められる代謝ステップを発酵阻害作用点として特定する。さらに、課題1で特定した発酵阻害物質を個別に添加して代謝プロファイルの変動を調べ、各成分に特異的な阻害感受性酵素反応(発酵阻害作用点)を特定し、その阻害メカニズムを推定する3阻害作用点の代謝改変による発酵阻害の克服特定した阻害作用点の酵素反応を遺伝子組換えにより機能改変する。阻害感受性酵素を高発現した、あるいはフィードバック阻害脱感作型に置換した、代謝改変大腸菌を作製する。阻害条件におけるフェニル乳酸収率の改善を指標に、発酵阻害を克服した大腸菌を選定し、有効な代謝改変デザインを明らかにする。代謝解析に使用する試薬等の消耗品の購入補充費用として使用する。

イネ科のC4植物ソルガムを材料に、複数系統について組成分析を行い、また大腸菌に対するバイオマス酵素糖化液の発酵阻害作用との相関関係を調べることで、フェニル乳酸発酵阻害成分(群)の特定を試みている。また、次年度以降に発酵阻害作用機序を解明するために、シキミ酸代謝中間体の解析法を最適化している。本年度は、リグニン構成成分の生合成に関与するbmr遺伝子に変異あり/なしのソルガム系統10種以上を選抜した。これらの系統の茎部を希硫酸前処理した固体残渣(バガス)を材料に、構成成分と、酵素糖化後の情勢に含まれる発酵阻害候補化合物を、ガスクロマトグラフィー質量分析計(GC-MS)により分析した。とりわけ、系統間で含量が顕著に異なる成分に着目し、酵素糖化効率またはフェニル乳酸発酵の阻害作用に対する相関関係を解析した。その結果、酵素糖化効率は品種間の有意差が認められ、bmr変異型の低リグニン品種では糖化効率が増加する傾向が認められた。また、発酵阻害作用についても品種間の有意差が認められ、複数の候補阻害化合物を選定できた。また、発酵阻害物質によるシキミ酸代謝の変動を調べるために、メタボロームによる解析法の改良を試みた。申請者らがすでに使用している液体クロマトグラフィータンデム質量分析計(LC-MS/MS)による分析法を最適化し、シキミ酸など高極性な代謝中間体を網羅する分析手法を確立した。実バイオマス(リグニン成分含量が異なる複数の植物系統品種)を材料に、1成分分析による発酵阻害物質の特定、2発酵生産のメタボロームによる阻害作用点の特定、3阻害作用点の代謝改変による発酵阻害の克服、の3つの研究項目を計画している。これらの研究課題を通じて、医薬品や高機能ポリマーの原料となる芳香族化合物をバイオマスから生産するための基盤となる宿主を創出することを企図している。初年度である今期は、実施項目1を実施し、さらに実施項目2の基盤技術確立に取り組んだ。今回使用した16品種のソルガムバガスでは、構成成分(セルロース/ヘミセルロース/リグニン)、酵素糖化効率、大腸菌のフェニル乳酸発酵に対する阻害について、品種間での有意差が認められたことから、試験材料としての適切な植物種の選定は当初予定通りに完了することができた。また、これらのバガス利用の評価に必要な解析技術、すなわち、成分分析、酵素糖化、微視生物発酵、メタボローム解析についても、当初予定通りに基盤技術を確立することができた。酵素糖化液に含まれるバガス由来化合物と発酵阻害作用との相関関係については、複数成分による複合的な影響の関与が予想される。今期は、成分分析と酵素糖化効率、発酵阻害についての評価を予定通り実施することができた。今回得られた各因子の定量的結果から相関関係を特定するためには、さらに、得られたデータを主成分分析等の統計学的手法により統合解析し、各因子の中からより影響力の強い因子を抽出する作業を行う必要がある。発酵阻害の作用機序を調べるためのメタボローム解析については、LC-MS/MSを用いた分析手法と、サンプルの前処理に関する基盤技術を、当初計画どおりに確立することができた。
肝炎ウイルスの発がん病原性に関与するリン酸化酵素の解析

本研究はゲノムワイドスクリーニングによりC型肝炎ウイルス(hepatitis C virus: HCV)複製の宿主因子であることが示唆されたリン酸化酵素のウイルス複製・病原性促進機序解明と新規抗ウイルス性肝炎・肝癌戦略開発を目的とする。これまでにウイルス感染により本酵素の発現が亢進すると共に、本酵素機能欠失変異体を用いて酵素活性がHCV増殖と線維化シグナルを促進することと、酵素阻害活性が報告されている承認薬が抗HCV効果と抗線維化シグナル効果をもたらすことを報告した。加えて本酵素の肝癌関与も示唆され制御標的としての可能性が一層高まり、in vitro酵素活性測定系にて阻害剤を探索した結果、同定した承認薬の培養細胞における抗線維化シグナル効果、選択的抗癌作用、抗HCV効果を報告した。さらに上記阻害活性が観察された他の承認薬についても検討したところ、現在までに抗線維化シグナル効果、抗癌効果、抗HCV効果を認めており、in vitro酵素阻害活性を持たない類縁体が同効果を発揮しなかったことから、本酵素標的効果が確認されると共に阻害に関与する同剤責任分子構造の示唆が得られている。一方で本酵素生理機能の詳細な解明に向けて予定していた本酵素強制発現細胞の樹立とその代謝産物の分析を行った結果、強く制御を受ける代謝経路が新たに同定された。関連分子群とその制御因子の分析情報は、進行中の基質や結合分子の解析と合わせて、酵素の基質リン酸化生病理の洞察を深め、肝癌に至る肝病態進展機構のさらなる解明につながる。
温熱快適性評価と省エネ評価に基づく自然換気利用建物の評価手法の構築

通風時の快適性は風のゆらぎや汗の冷却効果に影響を受ける。被験者実験から、皮膚の発汗量周期は、気流周期と高い相関があり、気流周期0.02Hzから0.3Hzの範囲で有意であり、短周期の気流変動よりも、長周期のときに汗の蒸発放熱が促進されることが判った。自然換気利用建物の温熱環境調査から、中間期では、窓下自然換気口が開いていても流入気流が足元に流れるので、執務者の60%が気流を感じないと申告していた。熱・換気回路網マクロモデル(COMIS/TRNSYS)に通風局所相似モデル(LDSM)を組み合わせた連成モデルを構築した。連成モデルに予測平均温冷感申告の温熱環境指標を組み、自然換気利用建物を複合的に評価するマクロモデルを作成し、精度検証の段階にある。本研究を実施する目的で、2008年12月に人工気候室を建設し、温度は20°C35°C±0.5°C、湿度は40%70%±2%、風速は0.12.0m/sの基本性能を得た。皮膚の発汗・蒸発に関する研究では、35°C70%の暑熱環境下で発汗量と風速の関係に関する被験者実験を行った。その結果、部位別の発汗量と風速の関係は、個人差が大きいものの、概ね風速が上昇するにつれて発汗量が低下する傾向が見られた。また、全身発汗量は、部位別の発汗量に比較すると個人差が小さく、風速の影響も少ない結果となった。全身蒸発量は、風速によって変化し、風速が低いほど蒸発率が低下することが確認された。身体周辺微気象のCFD解析では、数値サーマルマネキンの熱損失量を精度良く解析することを目的に、種々の乱流モデルを用いた解析を実施し、既往実験結果との比較を行った。LKモデルを用いた3次の低Re型K-εモデルが既往研究結果と良好な対応関係を示した。またLKモデルは無風時にも適応できることを確認した。サーモグラフィ装置による皮膚表面の濡れ面温度の計測法の開発では、皮膚表面が汗で覆われている部位や蒸発している部位における皮膚表面温度測定の手法を検討した。熱・換気マクロプログラムの検証データの取得では、密集住宅地の建物外表面の風圧と接線方向動圧のデータベースを作成し,建蔽率の違いによる風圧係数と接線方向動圧係数の特徴を把握した。次に、通風局所相似モデルLDSMモデルと換気回路網プログラムCOMIS及び多数室温熱解析プログラムTRNSYSを連成させて,通風利用による戸建住宅の冷房負荷の削減効果を評価した。その結果,積極的に通風を取り入れた場合,冷房負荷の削減率は各建蔽率とも50%以上あることが明らかになった。本研究を実施する目的で、2008年度に人工気候室を建設したが、前年度に引き続き付室の建設、熱源機器の更新を行った。人工気候室を用いた皮膚の発汗・蒸発に関する研究では、被験者実験の不確かさを調べるために生理量の測定再現精度を調べた。実験条件は32°C、70%である。被験者実験は1日1回とし、延べ6回行った。平均皮膚温とぬれ面積率の変動係数は0.6%、11.9%であった。ぬれ面積率の検討では、定常風の場合、風速が速くなると、平均皮膚温が同じでも、ぬれ面積率は低い傾向が見られた。変動風の場合では、変動風のスペクトルピーク周波数が小さくなるとぬれ面積率が低下する傾向を示した。ASHRAE SET*算定プログラムによる平均皮膚温とぬれ面積率の予測は、定常風に比べ、予測精度が低下した。数値サーマルマネキンのCFD解析では、顕熱損失量と皮膚表面温度の実測値と比較した。LKモデルを組み込んだモデルは、他のモデルに比べて実験値と対応する結果を得た。サーモグラフィ装置による皮膚表面の濡れ面温度の計測法の開発では、人工気候室において被験者実験を行い、計測法の精度検証用の皮膚表面温度データを収録した。通風時における戸建住宅の冷房負荷削減効果に関する研究では、日本の主要都市における年間の冷房負荷に関する検討を行った。その結果,積極的に通風を取り入れた場合,積算冷房負荷は1118%削減できることが明らかになった。自然換気利用建物の実態調査では、基準階床面積3050m^2の地下2階、地上11階建ての官庁ビルにおいて、室内温熱環境と自然換気量について秋季実測した。執務者の温熱感アンケート調査結果とともに自然換気の設計上、有益なデータを入手した。

皮膚の発汗・蒸発に関する実験では、空調システムと気流生成装置を改修した通風型人工気候室を利用して、変動風の発汗冷却効果を明らかにする目的で、被験者実験を行い、発汗時の人体ぬれ面積率、皮膚温、発汗スペクトル等を測定した。平均皮膚温は気流周期によらず、ほぼ一定であった。末端部の皮膚温は、深部温に比べて気流周期が大きくなると、やや高くなる傾向を示した。皮膚の発汗量周期は気流周期と高い相関があった。短周期の気流変動よりも、長周期のときに汗の蒸発放熱が促進され、ぬれ面積率は、周期定常風の周期が大きくなると低下する等の知見が得られた。数値人体モデルを用いた身体周辺微気象のCFD解析及び精度検証では、多面体セルで数値人体モデルを作成し、実際の市街地に建つ戸建住宅における室内通風現象をCFD解析した。流入空気温度を外気温とし、内壁は各部位に分け、それぞれ実測より得た30分間の平均温度を与えた。乱流モデルは三次非線形低Re型k-εモデルにLKモデルを組み込んだものを使用した。実測結果とCFD解析結果に比較的良好な対応が見られた。サーモグラフィ装置による皮膚表面の濡れ面温度の計測法の開発では、昨年度に引き続き人工気候室において被験者実験を行い、計測法の精度検証用の皮膚表面温度データを収録した。通風時における戸建住宅の冷房負荷削減効果に関する研究では、日本の主要都市における年間の冷房負荷に関する検討を行った。その結果,,積極的に通風を取り入れた場合,積算冷房負荷は1118%削減できることが明らかになった。自然換気利用建物の実態調査及び設計資料の整備では、昨年度に引き続き、千葉県の官庁ビルにおいて、室内温熱環境と自然換気量について、中間期と夏期に実測した。中間期の換気回数は37回/h確保されていた。自然換気口が開いていても流入気流が足元に流れたので、執務者の60%が気流を感じないと申告した。夏期は空調気流の影響が大きくなり、中間期より気流を感じると申告した執務者が20%増加した。PMV値と寒暑感申告値は、夏期のほうが中間期よりもよく対応していた。自然換気利用建物の空調エネルギー評価分析では、初年度に開発した熱・換気連成マクロモデルを用いて、自然換気利用建物の年間空調エネルギーを算出し、空調利用のみの建物と比較して、省エネルギー効果を分析した。