hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複合微生物系構築ならびに微生物間相互作用に基づいた担子菌機能の最大化

白色腐朽担子菌は森林生態系における木質バイオマスの主要な分解者であるが、腐朽材中の白色腐朽菌とその他の微生物との相互作用についてはほとんどわかっていない。本研究では、腐朽木材中から木材腐朽菌と共存細菌をそれぞれ分離し、網羅的に解析を行った結果、ある種の細菌が木材腐朽菌の菌糸伸長を促進するという新規な現象を明らかにした。多くの相互作用を見出したが、たとえば白色腐朽菌Stereum sp. TN4Fの菌糸伸長は、共存細菌Curtobacterium sp. TN4W-19のコロニーに向かって促進される。白色腐朽菌の生育を促進する細菌の存在は初めての報告であり、今後の詳細な検討が期待される。腐朽木材中における木材腐朽菌と細菌との相互作用を明らかにするために、木材腐朽菌と共存する細菌との対峙培養が,木材腐朽菌の菌糸伸張へ与える影響を調べるとともに、木粉培地中での共培養による木材腐朽への影響を検討した。白色腐朽菌Sterum sp. TN-4Fと腐朽材から分離された細菌Curtobacterium sp. TN4W-19をPDA培地上で対峙培養することで、腐朽菌の菌糸伸張が促進される現象が示され、腐朽菌へ正の影響を与える細菌の存在が明らかとなった。他の木材腐朽菌であるTN-3F、TN-6FおよびTN-9Fの菌糸体と、それぞれの腐朽材より分離された細菌とをPDA培地上で対峙培養し、腐朽菌の菌糸伸張速度を計測した。腐朽菌TN-3Fと27株の共存細菌(TN3W-127)との組み合わせの結果、腐朽菌の菌糸伸張を促進したものが8株、抑制したものは14株存在した。腐朽菌TN-6Fと44株の共存細菌(TN6W-144)と組み合わせた結果、促進したものは3株、抑制したものは20株存在じた。腐朽菌TN-9Fと27株の共存細菌(TNgW-127)とを組み合わせた結果、促進したものは2株、抑制したものは3株であった。この結果から、腐朽木材中には腐朽菌の生育に影響を及ぼす細菌が広く存在することが示唆された。木材腐朽菌株の種を調べたところ、TN3-Fは白色腐朽菌乃Phlebiabreviporaと5.8S rDNA配列が99%一致した。また、TN6Fは子実体の形状から白色腐朽菌Trametes versicoloと考えられた。いずれの腐朽菌も環境汚染物質分解能に優れている報告があることから、今回分離された複数細菌株との複合微生物系構築により環境浄化への応用が期待できる。25年度の研究計画のうち、重要な研究結果を2点得た。1つは木材腐朽への細菌共存の影響である。これまでに網羅的に白色腐朽菌と細菌を組み合わせて木材腐朽力を評価してきたが、腐朽材から分離されたTrametes versicolorとその共存細菌をコナラ木粉上で共培養したところ、木材腐朽が促進されることが明らかとなった。また、主成分の分解挙動を解析した結果、リグニン分解が促進される組み合わせや、セルロース分解が促進される組み合わせが存在した。リグニン分解が促進される組み合わせでの共培養系について、木材腐朽中のリグニン分解酵素生産について検討したところ、マンガンペルオキシダーゼおよびラッカーゼ活性生産が、白色腐朽菌単独での培養よりも特に培養初期段階で高いことが示された。これらの共存細菌は、直接的なリグニンやセルロース等の分解能を有していないことから、細菌の存在が白色腐朽菌の木材腐朽能力に影響を及ぼしていることが示された。もう一つは細菌株の液体培養による白色腐朽菌生育促進物質生産に関する知見である。白色腐朽菌Phlebiabrevisporaとその共存細菌をPDB液体培地で共培養したところ、P. brevisporaの菌糸重量が2倍以上高くなることがことが明らかとなった。また、細菌培養後の培養液から細菌細胞を取り除いた細菌細胞外ろ液にP. brevisporaの菌糸体を接種したところ、有意な菌糸伸長の促進が確認された。すなわち、細菌株の培養ろ液中にP. brevisporaの菌糸生育に有利に働く物質が存在する可能性が強く示唆された。総じて、寒天培地上での菌糸伸長以外にも、共存細菌は木材腐朽という白色腐朽菌の生理的機能に影響を与えることが示され、さらに菌糸伸長促進は、細菌株が生産する何らかの物資を介して達成されることが強く示唆された。寒天培地上での担子菌生育ヘルパー細菌探索を進め、Phlebia brevisporaおよびTrametes versicolorと、それぞれの担子菌と共存していた細菌との共

培養で、菌糸伸長の促進効果を示す細菌種が見出された。それぞれの担子菌は環境汚染物質の分解能に優れ、リグニン分解酵素の情報が豊富であり、ゲノム情報も充実している。したがって、十分なバックグラウンドを保持した研究モデルの構築ができた。それぞれの細菌と木材腐朽菌を木粉倍地上で共培養すると、木粉の重量減少および主成分(セルロース、ヘミセルロース、リグニン)の含有量が、木材腐朽菌単独による変化と異なる現象を見出した。これら共培養している状態を電子顕微鏡を用いて観察したが、固定化の過程で木粉上の細菌を保持することが難しく、さらなる条件検討が必要となった。また、木粉中の細菌量を測定するために、バッファー抽出を行い、PFUによる計測を試みたが、細菌株の木粉への吸着が強固なため、測定が困難であった。以上の結果より、木粉の腐朽過程における細菌の影響を評価するためには、まず、細菌量のモニタリングが重要であり、PLFA法の適用が必要であるとの結論に至った。一方で、寒天培地上での細菌による木材腐朽菌の菌糸伸長促進効果については、培地中のグルコース濃度を変化させることで、その効果をドラスティックに変化させることが示された。この成果は、細菌株が生産していると推測される木材腐朽菌の菌糸伸長促進物質の検索を行うために、足がかりとなる重要な知見である。Phlebia brevispora TN3F株と細菌TN3W-14株を寒天培地および液体培地で共培養すると、P. brevispora TN3F株の菌糸伸長および菌糸重量がそれぞれ増加することが示されたため、さらに詳細を検討することとした。難分解性環境汚染物質分解能に優れるP. brevispora TMIC33929株に対しても寒天培地上で菌糸伸長促進が確認され、液体培地では、単独培養と比較して細菌共培養により最大3倍高い菌糸体重量増加を示した。したがってP. brevisporaは菌株によらず同様の成長促進効果が得られると考えられた。また菌糸体の形態変化を詳細に観察したところ、菌体重量変化に差が観察され始める液体培養5日目から、球形ペレット状の菌糸塊が徐々にフィラメント状へと変化し、菌糸が培地内に広く伸展していくことが観察により明らかとなった。菌糸体がフィラメント状に伸展すると、培養液と菌糸との接触面積が増大し、酸素や栄養分が容易に吸収可能となる。また本現象は細菌無細胞培養液でも観察されたため、細菌が作り出す何らかの物質により引き起こされると考えられた。Stereum sp. TN4FによるPDA寒天培地上に設置した2×6×0.5 cmの木片の腐朽試験を行ったところ、共存細菌Curtobacterium sp. TN4W-19を共培養した際に、単独培養と比較して、圧倒的な菌糸伸長が観察され、木片上においても菌糸伸長の促進が観察された。したがって、細菌の共存は木材腐朽においても重要な役割を果たすことが考えられた。本細菌の組み合わせで前述のような液体培養を行っても、特に共培養の効果は見られなかった。これらのことは糸状菌と細菌との相互作用、その効果と発現メカニズムは多様であり、さらに多くの検討を要することが示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。森林化学、森林微生物学、バイオマス変換26年度が最終年度であるため、記入しない。
半導体光合成セルを用いた炭酸ガスの光還元による高エネルギー物質の合成

半導体光合成セルを用いたCO_2の光電気化学還元によりメタン,一酸化炭素などの高エネルギー物質を合成しようとするもので,太陽エネルギーを化学エネルギーに変換,貯蔵する方法の確立を最終目的とするものであるが,本年度は次のような基礎研究を行った.1.半導体光電極を用いた半導体光合成セルとしては, n型半導体を光アノード,金属電極をカソードにしたもの,金属をアノード, P型半導体を光カソードとしたもの, n型半導体を光アノード, P型半導体を光カソードとしたものの3種類のセルが考えられる. CO_2の金属電極による電気化学的還元およびP型半導体電極による光電気化学還元を,それぞれ,カソードおよび光カソードとしたこれら光合成セルを実際に作動しうる可能性を考察した.2.Cuを被覆したグラシーカーボン(gc)電極を用いたCO_2の電解還元によるメタンの生成は温度が低い程,ファラデー効率は高くなり, 0°Cでは約60%に達した.光電着法でCuを被覆したP-GaP電極を用いたCO_2の光電気化学還元でのメタンの生成は20°Cでは極めて少量で, 10°C, 1°Cになると1.9%, 7.4%と増大したが,その効率はかなり小さい.その原因として下地のP-GaPの影響と,光照射による電極表面の局部的温度上昇が考えられ,これら作動条件の改善によりさらに高い効率を期待できる.3.ガス拡散電極の最も簡単なモデルとして, Au電着Au板電極を部分的に浸漬して三相界面を形成した場合には,完全に浸漬した場合に比べて一酸化炭素生成のファラデー効率が増大し, Au電着SPE(Solid polymer electrolyte)電極ではさらに増大した.すなわち, CO_2の電解還元においてガス拡散電極の使用は還元生成物のファラデー効率に影響を与えることを明らかにした.半導体光合成セルを用いたCO_2の光電気化学還元によりメタン,一酸化炭素などの高エネルギー物質を合成しようとするもので,太陽エネルギーを化学エネルギーに変換,貯蔵する方法の確立を最終目的とするものであるが,本年度は次のような基礎研究を行った.1.半導体光電極を用いた半導体光合成セルとしては, n型半導体を光アノード,金属電極をカソードにしたもの,金属をアノード, P型半導体を光カソードとしたもの, n型半導体を光アノード, P型半導体を光カソードとしたものの3種類のセルが考えられる. CO_2の金属電極による電気化学的還元およびP型半導体電極による光電気化学還元を,それぞれ,カソードおよび光カソードとしたこれら光合成セルを実際に作動しうる可能性を考察した.2.Cuを被覆したグラシーカーボン(gc)電極を用いたCO_2の電解還元によるメタンの生成は温度が低い程,ファラデー効率は高くなり, 0°Cでは約60%に達した.光電着法でCuを被覆したP-GaP電極を用いたCO_2の光電気化学還元でのメタンの生成は20°Cでは極めて少量で, 10°C, 1°Cになると1.9%, 7.4%と増大したが,その効率はかなり小さい.その原因として下地のP-GaPの影響と,光照射による電極表面の局部的温度上昇が考えられ,これら作動条件の改善によりさらに高い効率を期待できる.3.ガス拡散電極の最も簡単なモデルとして, Au電着Au板電極を部分的に浸漬して三相界面を形成した場合には,完全に浸漬した場合に比べて一酸化炭素生成のファラデー効率が増大し, Au電着SPE(Solid polymer electrolyte)電極ではさらに増大した.すなわち, CO_2の電解還元においてガス拡散電極の使用は還元生成物のファラデー効率に影響を与えることを明らかにした.
実世界情報分析のための時空間データマイニングに関する研究

本研究では,ソーシャルメディア上で生成される時間,位置と内容(コンテンツ)を持つデータを時空間ソーシャルデータと呼び,実世界情報分析を実現するための時空間データマイニング技術の確立を目指す.そこで,複数のメディアを統一的に扱うために,複数のメディア(モーダル)間の関係を定義可能で,また,マルチモーダルデータを同一空間で扱うためのマルチモーダル特徴量空間,「何が,いつ,どこで発生し,どのように変化しているか」という事象の時空間的な推移を集約する技術,また,大規模データを対象とした高性能マイニング手法と可視化技術の開発を行う.平成30年度は,国内外の研究動向調査を行うとともに,マルチモーダル特徴量空間,動的な時空間クラスタリング手法の検討と開発の2つの研究サブテーマを取り組んだ.また,検討を行った提案手法を実際に実装し,テスト・評価も実施した.マルチモーダル特徴量空間に関しては,複数のコンテンツが添付されているデータを利用して,マルチモーダルデータから取り出したボトルネック特徴量をひとつの統合空間に写像する方式と学習方法について開発を行った.動的時空間クラスタリング手法については,マルチモーダル特徴量空間を利用し,時空間ソーシャルデータから事象を抽出するための時空間クラスタリング手法を作成した.当初計画で予定をしていたマルチモーダル特徴量空間,動的な時空間クラスタリング手法の2つの研究サブテーマについて実施を行い,基盤となる手法を開発することができた.また,一部であるがクラスタリングの最適化や,オートキュレーション技術などの検討も始めている.また,論文誌2件と国際会議1件の成果発表も行うことができた.2019年度は,昨年度の研究成果を踏まえて,オートキュレーション技術,大規模時空間ソーシャルデータの効率的な管理とその並列処理,時空間ソーシャルデータの情報可視化に取り組んでいく.オートキュレーション技術に関しては,確率的グラフィカルモデルを用いてコンテツの重要度を算出し,重要なコンテンツをピックアップすることで事象の内容を自動要約することを目指す.大規模時空間ソーシャルデータの効率的な管理とその並列処理に関しては,索引構造やデータマイニングの並列化技術を応用し,各手法の高速化を行う.研究協力者として大学院生2名の協力により,研究を進めていく予定である.大学院生2名は,それぞれ,文書データ,画像データの分析と時系列データ分析の研究と深層学習に関する研究に従事しており,プログラム作成,実験,データ収集などの協力を得ることができる.開発を行った手法については,実データを用いて評価を行い,適宜,モデルの改良なども行っていく予定である.本研究では,ソーシャルメディア上で生成される時間,位置と内容(コンテンツ)を持つデータを時空間ソーシャルデータと呼び,実世界情報分析を実現するための時空間データマイニング技術の確立を目指す.そこで,複数のメディアを統一的に扱うために,複数のメディア(モーダル)間の関係を定義可能で,また,マルチモーダルデータを同一空間で扱うためのマルチモーダル特徴量空間,「何が,いつ,どこで発生し,どのように変化しているか」という事象の時空間的な推移を集約する技術,また,大規模データを対象とした高性能マイニング手法と可視化技術の開発を行う.平成30年度は,国内外の研究動向調査を行うとともに,マルチモーダル特徴量空間,動的な時空間クラスタリング手法の検討と開発の2つの研究サブテーマを取り組んだ.また,検討を行った提案手法を実際に実装し,テスト・評価も実施した.マルチモーダル特徴量空間に関しては,複数のコンテンツが添付されているデータを利用して,マルチモーダルデータから取り出したボトルネック特徴量をひとつの統合空間に写像する方式と学習方法について開発を行った.動的時空間クラスタリング手法については,マルチモーダル特徴量空間を利用し,時空間ソーシャルデータから事象を抽出するための時空間クラスタリング手法を作成した.当初計画で予定をしていたマルチモーダル特徴量空間,動的な時空間クラスタリング手法の2つの研究サブテーマについて実施を行い,基盤となる手法を開発することができた.また,一部であるがクラスタリングの最適化や,オートキュレーション技術などの検討も始めている.また,論文誌2件と国際会議1件の成果発表も行うことができた.2019年度は,昨年度の研究成果を踏まえて,オートキュレーション技術,大規模時空間ソーシャルデータの効率的な管理とその並列処理,時空間ソーシャルデータの情報可視化に取り組んでいく.オートキュレーション技術に関しては,確率的グラフィカルモデルを用いてコンテツの重要度を算出し,重要なコンテンツをピックアップすることで事象の内容を自動要約することを目指す.大規模時空間ソーシャルデータの効率的な管理とその並列処理に関しては,索引構造やデータマイニングの並列化技術を応用し,各手法の高速化を行う.研究協力者として大学院生2名の協力により,研究を進めていく予定である.大学院生2名は,それぞれ,文書データ,画像データの分析と時系列データ分析の研究と深層学習に関する研究に従事しており,プログラム作成,実験,データ収集などの協力を得ることができる.開発を行った手法については,実データを用いて評価を行い,適宜,モデルの改良なども行っていく予定である.国際会議に投稿を行い,論文が採択され,次年度2019年度4月に海外出張を行うこととなったため,その費用として40万円必要となり,次年度使用額が生じた.
コレラ菌エルトールcytolysinプロ領域の分子内シャペロン機能

エルトール型コレラ菌が産生する細胞溶解毒素(エルトールcytolysin)は前前駆体(preprotoxin)として生合成され、その構成はプレ領域(シグナルペプチド),プロ領域、成熟毒素領域の3領域から構成されるが、プロ領域の働きに関しては不明である.プロ領域は分子シャペロンの一種であるHeat Shock Protein,Hsp90と高い相同性が存在することから、「プロ領域は分子内シャペロンである」という仮説をたて、プロ領域単独でのシャペロン活性を証明する実験を行ない以下の結果を得た。1.成熟毒素は3M塩酸グアニジンで変性するともやは再構成はできないが、Pro領域をもつprotoxinは完全に再構成された。2.溶血毒素遺伝子(hlyA)のプロ領域を欠失させたプロ領域ノックアウト・コレラ菌を作製したところ、この菌では溶血活性が著しく低く、溶血毒は菌体外に分泌できず、ペリプラズム中で分解を受けていた。3.発現ベクターにプロ領域をクローン化し、プロ領域のみを産生させ、これをプロ領域ノックアウトコレラ菌に別分子として発現しさせたところ、溶血活性は著しく回復し、溶血毒が正常構成した。4.成熟毒素と精製プロ領域を共存させ、塩酸グアニジンで変性させ、変生剤濃度を低下させたところ、活性は、プロ領域をもつ前駆体同様に回復した。これらのことはプロ領域が分子構成機能を分子間作用としても証明され、プロ領域が溶血毒の分子内シャペロンとして働いていることを強く示唆し、以上の結果は研究論文として報告した。
制御継電器の電気接点損傷面に関する数値評価

電気接点材料として最も多量に使われている銀酸化カドニウム(Ag/CdO)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、カドニウム不使用化で脚光を浴びている銀酸化錫(Ag/SnO_2)、銀錫(Ag/Sn)などで電気接点を作り、実際に使われている継電器(接触力:0.45N、開離力:0.15N)に搭載した。それら試料継電器に搭載した電気接点対を、直流30V-10Aの抵抗性回路内で閉成責務動作を或いは開離責務動作を繰り返させて、接触面にできる転移突起の形状変化やスチッキング発生条件について検討した。Ag/CdO12wt%電気接点対では、閉成責務動作接点の陰極面にできる突起高さHとそれの根本太さDrと初期設定時の接点間隙Gとの間に、数万回め閉成時アークの積算継続時間が2ミリ秒程度であっても、「H/G>0.5,H/Dr>0.5」の関係に達すると,スチッキングが発生することを発見した。この数値は、電気システムの定期検査時に、継電器の取り替えや残存寿命の判断基準として役立つ。Ag/SnO_212wt%電気接点対では、大きな突起ができるけれども、その突起が崩壊するのでスチッキングは発生しなかった。Ag/Sn9.5%電気接点対では、突起は非常に小さいが溶着と考えられるスチッキングが発生した。Ag電気接点対では背丈は低いが、根本直径の太い突起が陰極面上に発生し、スチッキングは発生しなかった。Pd電気接点対では、大きな突起が陽極面上に発生したが、Ag/SnO_212wt%接点対の場合と同様に突然崩壊し、スチッキングを引き起こすことも無かった。Ag接点対やPd接点対の場合、突起は崩壊直前の最大Hのときでも、「H/G<0.5,H/Dr<0.5」の関係であった。開離時アークの分光スペクトルを計測することで、平均アーク柱温度の時間変化や蒸発原子密度の時間変化を計測した。しかし、電極の消耗量や転移量をアーク柱温度や原子密度と数値的に結びつけることはできなかった.電気接点材料として最も多量に使われている銀酸化カドニウム(Ag/CdO)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、カドニウム不使用化で脚光を浴びている銀酸化錫(Ag/SnO_2)、銀錫(Ag/Sn)などで電気接点を作り、実際に使われている継電器(接触力:0.45N、開離力:0.15N)に搭載した。しかし、電極の消耗量や転移量をアーク柱温度や原子密度と数値的に結びつけることはできなかった.制御用電磁継電器(リレー)や各種電気器具の電源スイッチの主要部品である電気接点対において開離不良故障が起こると、それらデバイスを内蔵した電気装置全体の故障となり、大きな事故となる(例えば、平成5年阪市ニュートラムの事故はブレーキ制御継電気の電気接点対の解離不良であった)。解離不良原因の1つは転移の依って出来る突起と窪みとがロッキングを起こすことであり、本研究では転移突起の成長過程に着目し、電気接点対の開閉動作回数と転移突起の成長との関係を観測している。継電器に搭載した汎用AgCdO12wt%電器接点対及びそれと関連あるAgCd11wt%電器接点対で、直流30V-10Aの抵抗性回路を3秒間に1秒通電出来るように閉成責務動作させ、その閉成責務動作を1試料について10万回繰り返す実験を行っている。各閉成責務動作毎に、閉成時アークの継続時間とエネルギー、10A通電中の接触抵抗、固定側電気接点背面の温度、室温を自作装置で測定し、1000閉責務動作毎に電気接点の陰極面に出来た突起を撮影している。

閉成責務動作回数の増加と共に突起は太く・高くなるが、その成長過程及び突起の欠落発生が電気接点材料によって違う。AgCd電気接点では突起の底面太さが高さを上回り、逆にAgCdO電気接点では突起の高さが底面太さを上回り、AgCdO電気接点対では閉責務動作回数万回に時点で約0.0mm程度の突起の先端が欠落することがある。しかも、AgCd0電気接点対の3試料においては閉成責務動作3万回でロッキングが起こり、AgCd電気接点対3試料では10万回の閉成責務動作でもロッキングは起こらなかった。さらに、突起の成長過程と接触抵抗の変動との間に特異な関係がありそうな兆候を見つけている。実用継電器の片持ち張り支持片の先端に搭載した汎用Ag/CdO12wt%電気接点対、比較材料としてのAg/Cd11wt%電気接点対、カドミレスのAg/SnO212wt%電気接点対、比較材料としてのAg/Sn9wt%電気接点対(どの材料の電気接点も接触面の大きさ3.6mmφ)を直流30V-10Aの抵抗性回路内で閉成責務電気接点対(make-only-contacts)として使い、閉成責務動作毎に電気接点間で起こる電気的特性を測定し、さらに陰極面上の転移突起の成長過程を1000動作毎にデジタル写真撮影を行った。どの電気接点材料においても、数千回の閉成責務動作で出来た転移突起の形状は肉眼で確認できるほどの丘状の大きさに成長する。閉成責務動作回数Opが増すと、細長いラッパ形状で高くなり、1万回以上では動作回数の増加とともに突起の高さHは飽和傾向を示しながら高くなる(ΔH/ΔOpが小さくなる)が、突起の足太さDfはさほど変動しない(ΔDf/ΔOp≒0)。Ag/CdO12wt%電気接点対では突起高さが0.5mm程度になるとロッキングが起こり、「ロッキングを起こす際の突起形状は、H/Df≧0.6で、かつH/間隙≧0.5ある」と予測できる実験結果を得ている。一方、比較材料のAg/Cd11wt%電気接点対ではロッキングは生じなく、転移突起がH/Df≦0.6であった。Ag/CdO電気接点材料の代替え品として注目を浴びているAg/SnO212wt%電気接点対ではロッキングが生じなかった。その原因として、「撮影写真から転移突起が成長過程で崩壊し接触面上に散らばること、転移突起の崩壊時にはバウンス回数や接触抵抗が急変すること」の結果を得ている。転移突起を起こさせるスイッチングアークの温度を分光計測で測定し、転移突起の発生メカニズムを解明しつつある。2個の小型継電器に搭載した電気接点の2対と30V直流電源と3Ω抵抗とを直列に接続し、1つ継電器の電気接点対を閉成責務動作させ、他継電器の電気接点対を開離責務動作させる。10万回の開閉動作中に、動作毎に接触抵抗・アーク継続時間・エネルギー・温度などを自作測定装置で測定し、1000回動作毎に電気接点対の間隙を撮影している。試料電気接点の材料はAg/CdO12wt%(従来評価が優良である)、Ag/SnO_212wt%(Cdレスの環境対策)、Ag/Sn9.5wt%(Ag/SnO_212wt%と同量Snを含む)、Pdの4種類である。Ag/CdO材料、Ag/SnO_2材料、Pd材料の電気接点においては、閉成責務動作電気接点対では動作回数(及び積算アーク継続時間)の増加と供に大きな突起が陰極面上にでき、Ag/SnO_2電気接点対ではその大きな突起が数万回毎に崩壊した。Ag/CdO電気接点対とPd電気接点対では、ロッキング力が主であると考えられるスチッキングが発生したが、Ag/SnO_2電気接点対ではスチッキングが発生しなかった。それに対して、Ag/Sn9.5wt%電気接点対においては数千回の閉成責務動作でスチッキングが発生した。
心筋線維化分子機構の解明とテネイシンCを標的とした線維化予防法の開発

心筋線維化病巣形成におけるテネイシンCの役割を解明するために、野生型マウス、ノックアウト、コンディショナルトランスジェニックマウスにアンジオテンシンII負荷による高血圧モデルを作成した1野生型マウスモデルを用いた検討:アンジオテンシンIIを4週間持続投与すると、収縮期圧150mmHg程度の軽度高血圧を生じ、心筋組織の病理学的解析で、心筋内の血管周囲にマクロファージの浸潤、テネイシンCの沈着、膠原線維の増加、collagen I, III遺伝子発現の増加が見られた。2テネイシンCノックアウトマウスを用いた検討アンジオテンシンII負荷で、血圧上昇の程度に、野生型と差は見られず心肥大の程度にも差が見られなかったが、心筋内の血管周囲にマクロファージの浸潤、プロテオグリカンの沈着、膠原線維の増加が有意に少なかった。3.テネイシンC過剰発現マウスを用いた検討smooth muscule actin-promotor CreマウスおよびInducible myosin heavy chainpromotor Creマウスと、我々の作製したCAG-lox-stop-lox-テネイシンCトランスジェニックマウスのF1で心臓線維化病変部位でのテネイシンCを過剰発現させ、肥大、線維化の程度を野生型モデルと対比したが、組織形態学的には、明らかな差は認められなかった。さらに、smooth muscule actin-promotor CreマウスとのF1にアンジオテンシンII負荷を行ったが、血圧、心筋肥大、線維化に関して野生型との明らかな差は認めなかった。4.分子機能解析精製テネイシンCをラット動脈瘤モデル内に局所投与すると膠原線維形成を著しく促進したが、培養心臓線維芽細胞に作用させても、コラーゲンI, IIIのmRNA発現レベルに変化は見られなかった。テネイシンCは、高血圧心の線維化病変の進展に重要な役割を演ずることが明らかになった。心筋線維化病巣形成におけるテネイシンCの役割を解明するために、マウスモデルの生体内での機能解析と、培養心臓線維芽細胞用いた分子機能および機能ドメインの特定を試みた。マウスモデルを用いた解析:BalB/c系のマウスにangiotensinIIを4週間持続投与すると、収縮期圧150mmHg程度の軽度高血圧を生じ、心筋組織の病理学的解析で、心筋内の血管周囲にマクロファージの浸潤、テネイシンCの沈着、膠原線維の増加がみられた。画像解析により定量評価すると、線維化率と血圧とは相関せず、angiotensinIIは血圧に依存せず、独立した線維化促進因子とて作用しうることが明らかになった。RT-PCRによる遺伝子発現解析では、Collagenlα1、α2、CollagenIIIα、CTGFの遺伝子発現レベルにも明らかな変化は認められなかった。次に、テネイシンCノックアウトマウスにangiotensinIIを投与し、同様のモデルを作成したが、現在までに明らかな差は認めていない。培養細胞を用いた機能解析:テネイシンCノックアウトマウス心臓由来の線維芽細胞に精製TNCを作用させると増殖には影響が見られなかったが、細胞遊走、平滑筋アクチンの発現すなわち筋線維芽細胞への分化を促進した。次にこれらの機能ドメインを明らかにするため、フィブロネクチン(FN)III反復の選択的スプライシング部位を含む全長型、伺部位の欠損型、選択的スプライシング部位のみ、フィブリノゲン(Fbg)様ドメイン、上皮増殖因子様ドメインの5種類のリコンビナント蛋白を作成し、検討すると、一分化促進能はFNIIIスプライシング部位及びFbg様ドメインに、遊走促進作用はFNIII定常部位およびFbg様ドメインに存在することが示された。

前年度に引続き、高血圧心の線維化病巣形成におけるテネイシンCの役割を解明するために、ノックアウト、コンディショナルトランスジェニックマウスを用いてアンジオテンシンII投与による心筋線維化を作製することにより、生体内での役割を解析と、培養心臓線維芽細胞用いてテネイシンCの発現制御機構および分子機能の解析を試みた。1.テネイシンCノックアウトマウスを用いた検討アンジオテンシンIIを500ng/kg body weight/分、4週間持続投与すると、収縮期圧150mmHg程度の軽度高血圧を生じた。血圧上昇の程度に、野生型と差は見られず心肥大の程度にも差が見られなかったが、心筋組織の病理学的解析で、心筋内の血管周囲にマクロファージの浸潤、プロテオグリカンの沈着、膠原線維の増加が有意に少なかった。2.テネイシンC過剰発現マウスを用いた検討3.培養系での機能解析心臓由来の線維芽細胞に精製TNCを作用させても、コラーゲンI, IIIのmRNA発現レベルをリアルタイムPCRで評価したが,発現レベルに変化は見られなかった。
老年者の空間的記憶及び心象機能に関する神経心理学的研究

今年度に実施したのは,以下のようなことがらである。1)健常老年者,軽度痴呆老年者,健常成人(大学生)の3群に継時的に顔写真を提示して先に提示された顔かどうかを判断する実験を行なった。一度提示されて次に提示されるまでの時間,すなわち記憶保持の時間の影響についての検討では特記すべき結果は得られなかった。しかしながら,被験者群と刺激となった顔との間に交互作用が見られ,老年者は老人の顔写真,大学生は同世代の顔写真に対する記憶が優れることが明らかとなった。これは,顔の記憶における親近性効果を示すものと考えられる。2)前年度に行なった実験の結果と今回の結果を総合的に集計し,結果の統計分析を行った。3)老年者の記憶機能についての神経心理学的研究の文献による検討を行なった。とくに,老化による脳損傷がどの部位から始まるかについての従来の神経心理学モデルを概観し,2年間に行なった健常老年者,痴呆老年者での実験結果がどのモデルにより整合的に説明できるかを考察し,報告書を作成した。本研究の実験結果からは,老化にともなって前頭葉機能がまず低下すると考える記憶モデルへの一致がうかがえた。4)実験結果の一部をまとめ学術論文として発表した。また,フィンランドで行なわれたヨーロッパ心理学会においてその結果を発表した。いろいろと実験に用いる刺激の選定に検討を加えてきたが、最終的には、老人の顔、若者の顔、幾何学図形、乱数字、平がな無意味綴の5種とした。これらの刺激を用いて今年度は2つの実験を行った。一つは大学生を対象とするもので、一つは老人を対象とするものである。老人の場合は健常老人と老人病院に入院中の局所脳損傷者の老人である。実験は45枚の刺激を順次1秒間呈示し、以前に一度でも呈示されたものかそれとも新しいものかを判断させるものであった。この場合、再呈示される刺激は、3秒後と15秒後に出現する2条件が設けられている。今後さらに被験者の数を増やしていく予定であり、最終的な結果がどのようなものになるかについては明らかではないが、今回の報告のために仮に行ったHit数の分析結果からは、以下の4点がうかがえるので記載しておくことにする。(1)健常老人の記憶能力は若年者に比べてそれ程著しく劣るわけではない。(2)人の顔や幾何学図形についての記憶は、老人の場合比較的良好であるが、数字や無意味綴の記億については低下が認められ、材料による選択性がありそうである。(3)若年者の場合、身近に老人がいる者といないものとでは老人の顔についての記憶はいるものについてはよいが、いない者では劣る。(4)若年者も老年者もおよそ3秒以内に呈示される刺激と15秒後に呈示される刺激の記憶再認には顕著な差異は認められない。以上の仮のデータについても2つの学会において発表する予定にしており、すでにその手続きを終えている。

とくに,老化による脳損傷がどの部位から始まるかについての従来の神経心理学モデルを概観し,2年間に行なった健常老年者,痴呆老年者での実験結果がどのモデルにより整合的に説明できるかを考察し,報告書を作成した。本研究の実験結果からは,老化にともなって前頭葉機能がまず低下すると考える記憶モデルへの一致がうかがえた。4)実験結果の一部をまとめ学術論文として発表した。また,フィンランドで行なわれたヨーロッパ心理学会においてその結果を発表した。
非平衡PMプロセスによるナノ結晶粒組織制御と超塑性

超塑性変形の発現のために重要な条件として結晶粒が微細であることがあげられる。この結晶粒微細化の方法として、粉末を出発材料とする非平衡PMプロセスによりナノメーター寸法の結晶粒組織の実現を目的として研究を行った。その結果、超強加工された粉末の加工プロセスと積層欠陥エネルギーとの関連性、さらに、粉末の加熱(焼結)過程での相変態挙動や粒成長過程と組織の微細化との関連性について詳細な検討を行い、超微細結晶粒形成メカニズムについて検討した。積層欠陥エネルギーの影響に関しては、オーステナイト系ステンレス鋼、Cu、においては、積層欠陥エネルギーが小さな場合は、不均一変形を起こしやすいために、変形が集中した領域で微細な結晶粒回転を起こし、それが再結晶核として働くことを見出した。一方、Niなどの積層欠陥エネルギーが大きな場合には、サブグレインの形成とサブグレインの回転によって徐々に微細化が進行することを明らかにした。したがって、粉末の結晶粒微細化には材料の変形機構が密接に関わっている。また、Ti-Si_3N_4系金属間化合物についてメカニカルアロイングを行い、非平衡状態からの組織形成と微細化、成形性(超塑性を含む)に関して検討した。その結果、難加工性でも非平衡相を含む組織においてならば良好な成形性を示すことを見出した。この場合、非平衡相の安定性と成形性との間に密接な関係があり、より低温かつ高ひずみ速度変形において、良好な成形性が得られることを明らかにした。
ニラのディプロスポリー胚発生初期に特異的に発現する遺伝子のクローニングとその利用

Kojima and Kawaguchi(1989)の研究により,ディプロスポリーによる高頻度な条件アポミク1・であることが判明している花ニラ用栽培品種`フラワーボール'`テンダーポール'を供試材料とし,胚の単為発生期に特異的に発現する遺伝子群のクローニングを試みた.まず,両品種における胚の単為発生時期を特定化するため,花器官の形態的調査,ならびにパラフィン切片法による未受精胚の発育状況を調査した.その結果,2品種ともに,他のAllium属種と同様に,雄性先熟であり,開花5日後の柱頭成熟期に卵細胞の分裂が開始していることが判明し,この時期を単為発生初期とした.本時期に特異的に発現する遺伝子のクローニングを行うために,開花当日および成熟期(完熟種子)を加えた3つの異なる発育ステージにある胚(開花当日・単為発生期は胚珠)からnIRNAを単離し,RT-PCRによりcDNAを合成した.その後,ディファレンシャルディスプレイ法を使用し,単為的な胚発生初期にのみ特異的に形成するバンドの選出を行った.両品種において,それぞれ単為発生胚初期に特異的な複数のバンドが検出され,得られたバンドの塩基配列決定を順次行っている.塩基配列決定後,既知の遺伝子との相同性を確認し,これまでに報告されていない新規の遺伝子群を選抜するともに,in situハイブリダイゼーションにより組織特異性を調査することで,単為発生に関与する遺伝子群の特定を図る予定である.ディプロスポリ-によるアポミクシス率が既に明らかにされていること,さらに四季咲き性であることを考慮し、ニラ(Allium tuberosum)の栽培品種(花ニラ用)である'テンダーポール'およぴ'フラワーポール'を材料として選択した.まず両品種の単為発生胚形成開始期を特定するため,開花後の花器官の変化を形態的ならびに組織学的に観察した.両品種において、形態的観察から本種は雄性先熟であり,開花3日後から劇的な雌蕊の伸長や柱頭の成熟が確認された。またパラフィン切片による組織学的観察によっても、開花45日後の未受粉花の胚珠内で分裂を開始した卯細胞が観察されたことから,開花34日後に単為発生による胚形成が開始されていると判断し,本時期の胚珠をサンプルとした.この単為発生胚形成初期にのみ特異的に発環するmRNAを単離するために,開花直後の卵細胞を含有する胚珠および成熟胚としての種子胚を比較材料とし,供試した両品種においてこれら3ステージをサンプリングした.2品種3ステージの計6サンプルをそれぞれ200mg採取し、市販キットによりtotal RNA・mRNAの抽出を行った後、RT-PCR法によりmRNAを鋳型とし、cDNAの合成を行った。現在、得られたcDNAを鋳型とし、プライマーの選定を行っている。来年度は有効なプライマーの選定の後、単為発生胚形成初期にのみ特異的に発現する遺伝子群の同定ならびにキャラクタライゼーションを行う予定である。Kojima and Kawaguchi(1989)の研究により,ディプロスポリーによる高頻度な条件アポミク1・であることが判明している花ニラ用栽培品種`フラワーボール'`テンダーポール'を供試材料とし,胚の単為発生期に特異的に発現する遺伝子群のクローニングを試みた.まず,両品種における胚の単為発生時期を特定化するため,花器官の形態的調査,ならびにパラフィン切片法による未受精胚の発育状況を調査した.その結果,2品種ともに,他のAllium属種と同様に,雄性先熟であり,開花5日後の柱頭成熟期に卵細胞の分裂が開始していることが判明し,この時期を単為発生初期とした.本時期に特異的に発現する遺伝子のクローニングを行うために,開花当日および成熟期(完熟種子)を加えた3つの異なる発育ステージにある胚(開花当日・単為発生期は胚珠)からnIRNAを単離し,RT-PCRによりcDNAを合成した.その後,ディファレンシャルディスプレイ法を使用し,単為的な胚発生初期にのみ特異的に形成するバンドの選出を行った.両品種において,それぞれ単為発生胚初期に特異的な複数のバンドが検出され,得られたバンドの塩基配列決定を順次行っている.塩基配列決定後,既知の遺伝子との相同性を確認し,これまでに報告されていない新規の遺伝子群を選抜するともに,in situハイブリダイゼーションにより組織特異性を調査することで,単為発生に関与する遺伝子群の特定を図る予定である.
ＣＯ２ーＨ２Ｏ成分を含むケイ酸塩メルトの構造解明

本研究では水及び二酸化炭素を含むケイ酸塩メルトの構造を解明するために、様々なケイ酸塩組成の急冷ガラスをピストンシリンダー高圧装置及び内熱式ガス圧装置を用いて合成し、多彩なNMR測定並びにラマン測定を行なった。さらに、データの解釈を支援するために、量子力学計算も行なった。その結果、二酸化炭素は重合度の低いメルトでは主にケイ酸塩ネットワークと連結しないfree炭酸塩として存在し、重合度の高いメルトでは主にケイ酸塩ネットワークと連結する炭酸塩及びCO2分子として存在することが分かった。また、水のケイ酸塩メルトにおける溶解機構の組成依存性に関する新たな知見も得た。本研究はCO2-H2O成分を含むケイ酸塩メルト(急冷ガラス)の構造を先端多核種・多重共鳴NMR測定及び第一原理計算により解明することを目標にしている。初年度では下記の研究を行なった。1.水を含むNa2O-SiO2系の複数の組成の急冷ガラスを、ピストンシリンダー高圧装置を用いて合成した。それぞれについて、^1H MAS NMR,^<23>Na→^1H CPMAS NMR,^<29>Si→^1H→^<29>Si CPMAS NMR,^<23>Na 3QMAS NMRなどの測定を行なった。それによりアルカリケイ酸塩ガラス中の水の存在状態(NaOH種の有無、SiOH種の水素結合及び空間的分布など)に関する新たな知見を得た。2.CO2を含むNa2O-SiO2系急冷ガラスのピストンシリンダー高圧装置を用いた合成方法を検証した。得られた試料はラマンやNMR分光法等を用いて調べた。3.先端多核種・多次元NMR測定法、特に化学結合を介したJ結合を利用した測定法をケイ酸塩及び関連無機化合物結晶(K-cymrite,AlPO_4高圧相等)に応用し、その有用性を確認し、他の手法から得難い知見を得た。同様な測定法をCO2-H2O成分を含むケイ酸塩ガラスへの応用が次のステップとなる。4.第一原理計算をSi-Al無秩序を持つアルミノケイ酸塩結晶(K-cymrite)などに応用し、そのNMRパラメータの計算に成功した。周期的構造の持たないケイ酸塩ガラスへの応用が次のターゲットとなる。本研究はCO2-H2O成分を含むケイ酸塩メルト(急冷ガラス)の構造を先端NMR測定及び第一原理計算により解明することを目標にしている。本年度では特にケイ酸塩メルトにおけるCO2の存在状態の解明に力を入れた。そのため、ピストンシリンダー高圧装置を用いて11.5 GPa, 14001500 deg C下でCO2を含む急冷ガラスを合成した。CO2の存在状態の組成依存性を系統的に解明するために、前年度で調べたナトリウムケイ酸塩やカルシウムーマグネシウムケイ酸塩などの組成に加えて、Al/Si比が一定で、重合度の系統的に異なるナトリウム及びカルシウムアルミノ珪酸塩といった2つの系列の組成をもつガラスも合成した。得られた試料は1H MAS NMR, 27Al 3QMAS NMR, 13C MAS NMR, 13C static NMR等の多核NMR測定やラマン分光法測定により総合的に検証した。また、前年度で始めたCO2を含むケイ酸塩クラスターの分子軌道法計算に加えて、Quantum Espressoプログラムを用いて、炭酸塩結晶相のNMRパラメータの第一原理計算も行なった。その結果、ケイ酸塩ガラスにおける異なった炭酸塩化学種を区別するには、13C MAS NMRと13C static NMRが共に有効であり、前者はケイ酸塩ネットワークと連結するネットワーク炭酸塩種と連結しないfree炭酸塩種の区別に特に有効であり、後者はそれらが共存する場合の定量化に役立つことが分かった。得られた実験データと計算結果を総合すると、CO2は重合度の高いアルミノ珪酸塩ガラスにおいては主にネットワーク炭酸塩種及びCO2分子として存在し、重合度の低いケイ酸塩及びアルミノ珪酸塩ガラスにおいては主にfree炭酸塩種として存在し、中間組成ではネットワーク炭酸塩種とfree炭酸塩種が共存することが分かった。本年度では主に下記の研究を行なった。1.水を含むM2O/SiO2比の異なるM2O-SiO2系(M=Na,Li)の急冷ガラスを、ピストンシリンダーおよび内熱ガス圧装置を用いて合成した。それぞれ1H MAS NMR, 23Na (または7Li)→1H CPMAS NMR, 23Na→1H TRAPDOR, 7Li-1H REDOR, 29Si→1H→29Si CPMAS NMR, 23Na 3QMAS NMRなどの測定を行なった。

それによりアルカリケイ酸塩ガラス中の水の存在状態(NaOHやLiOH種の有無、SiOH種の水素結合及び空間的分布など)に関する新たな知見を得た。2.CO2を含む複数のケイ酸塩(Na2O-SiO2, CaO-MgO-SiO2)及びアルミノケイ酸塩(CaO-Al2O3-SiO2, Na2O-Al2O3-SiO2)急冷ガラスをピストンシリンダー高圧装置を用いて合成した。CO2の存在状態(特にこれまで合意の至っていなかった炭酸塩イオンの局所構造)を解明するために、合成した試料はラマン及びNMR測定を行なった。また、実験データの解釈を支援するために、分子軌道法計算も行なった。その結果、異なった局所構造をもつ炭酸塩イオンの区別には13C化学シフトテンソルが有効であることが分かり、それを用いてケイ酸塩メルトにおけるCO2の溶解機構に関する新たな知見を得た。3.先端NMR測定法及び第一原理計算を複数のケイ酸塩及び関連無機化合物結晶相(K-cymriteやAlPO4,Zn2SiO4,Ca2Si2O6-Ca2Al2O5系の高圧相等)に応用し、他の手法から得難い知見や未知構造の決定に繋がった。より複雑なガラスの構造解明の基礎を築いた。本研究の核心的な部分である先端固体NMR測定は少なくても水を含むNa_2O-SiO_2系急冷ガラスにおいては興味深い結果を得た。CO_2を含むケイ酸塩ガラスの合成や簡単な測定、複雑系の第一原理計算も進んでおり、概ね順調に進展していると言える。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の核心的な部分である先端固体NMR測定によるCO2-H2O成分を含むケイ酸塩急冷ガラスについて確実に成果を挙げてきた。CO2を含むケイ酸塩ガラスについては、試料の合成の問題(還元されやすい)や高度なNMR測定法の適用の難しさ(29Si-13C二重共鳴の感度の低さ、27Al-29Si二重共鳴測定のハード上の問題など)から、簡単ではなかった。最終的に複数の代表的な組成の試料の合成に成功し、また、分子軌道法計算などから、異なったCO2化学種、特にこれまで合意の至っていなかった異なった局所構造をもつ炭酸塩イオンの識別には13C化学シフトテンソルが有効であることを突き止めた。合成した試料の13C MAS及びstatic NMR測定から、重合度の低いケイ酸塩組成(天然安山岩ー玄武岩に相当)については、CO2は主にケイ酸塩ネットワークと結合しないfreecarbonateとして存在することを証明した。次年度はCO_2やCO_2-H_2Oを含むケイ酸塩ガラスの先端多次元多核種(1H,13C,29Siなど)NMR測定及びガラスの第一原理計算を本格的に展開し、CO_2-H_2O成分の化学種及びそのネットワーク構造にもたらす変化を明らかにしたい。予想される問題点はCO_2含有量の限られた試料では高度な二次元NMR測定が難しいかなどが挙げられる。それについて同位体濃縮試料の使用や、測定法における工夫(感度向上)により対応したい。次年度は最終年度であるため、これまで進めてきたH2O及びCO2を含む
破骨細胞および骨芽細胞の生物学的制御

本研究において,骨芽細胞が破骨細胞の形成や活性化においていかなる機序で生物学的な制御を行うかを検討した。実験においては1)破骨細胞形成系としてマウス長管骨由来骨髄細胞2)多核細胞形成系としてマウス脾臓細胞3)骨芽細胞様細胞として株化骨芽細胞MC3T3-E1細胞を各々用いて以下の結果を得た。1)骨芽細胞を3日間培養して得られた培養上清は多核細胞の形成を抑制した。60日間培養して得られた培養上清は多核細胞形成の促進および抑制効果が見られた。これらの効果はインドメサシンで抑制された。また,骨芽細胞の培養上清中にはGM-CSF様蛋白が存在していた。2)骨髄細胞においてTGF-β1は骨吸収活性を抑制したが,1α,25(OH)2D3が存在する際には破骨細胞形成を促進した。しかし,脾臓細胞由来の多核細胞形成系では1α,25(OH)2D3で誘導される多核細胞形成促進はTGF-β1によって抑制された。さらに,TGF-β1で処理した骨芽細胞の培養上清は多核細胞形成を促進した。以上の結果より,骨芽細胞はprostaglandin E2,GM-CSFおよびTGF-β1等のカルシウム調節因子を産生し破骨細胞の形成及び活性化を調節していること,破骨細胞のプロトンの産生と放出は破骨細胞の活性化を調節していることが示唆された。1.カテプシンLの抗体作製に関して:モノクロナール抗体と抗血清の両者で準備を進め、抗血清において高い特異性を獲得した。したがって以後の実験にはカテプシンL抗体として抗血清を用いた。2.プロトンポンプに関して:破骨細胞の波状縁に存在するプロトンポンプ(H^+-ATPase)をbafilomycin Alで阻害すると、副甲状腺ホルモン(PTH)で促進される骨片上の骨吸収活性は阻害剤の濃度に依存的して抑制された。この時の培養上清を回収し、抗カテプシンL抗体を用いたウエスタンブロッド解析でプロカテプシンLの存在を確認した。この場合、PTHのみで骨吸収を促進させた培養上清と比較すると明らかなプロカテプシンLの量的差異は認められなかった。一方、carbonic anhydrase (II)の阻害剤であるacetazolamideは、PTHと共存させた状態において骨吸収活性を濃度依存的に抑制した。また、PTHのみで骨吸収を促進させた培養上清と比較すると、明らかにプロカテプシンLの産生が抑制された。以上より、細胞内でのプロトン産生(pHの変化)がプロカテプシンLの産生に関与する可能性が示唆された。3.現在、骨芽細胞(プライマリ-細胞、株細胞等)の培養上清を回収し破骨細胞の活性を促進させる画分について検討中である。また、骨芽細胞の培養上清中の破骨細胞活性化因子について検討中であるが、その本態を突き止めることは困難が予想される。従って骨芽細胞を刺激する因子を単に液性因子のみではなく例えば機械的な外力等も応用して、少なくとも刺激因子の差による活性化因子の差を分子量レベルで検討する事を考慮している。実験においては1)破骨細胞形成系としてマウス長管骨由来骨髄細胞2)多核細胞形成系としてマウス脾臓細胞3)骨芽細胞様細胞として株化骨芽細胞MC3T3-EI細胞を各々用いて以下の結果を得た。

2)骨髄細胞においてTGF-β1は骨吸収活性を抑制したが,1α,25(OH)2D3が存在する際には破骨細胞形成を促進した。しかし,脾臓細胞由来の多核細胞形成系では1α,25(OH)2D3で誘導される多核細胞形成促進はTGB-β1によって抑制された。さらに,TGF-β1で処理した骨芽細胞の培養上清は多核細胞形成を促進した。以上の結果より,骨芽細胞はprostaglandin E2,GM-CSFおよびTGF-β1等のカルシウム調節因子を産生し破骨細胞の形成及び活性化を調節していること,破骨細胞のプロトンの産生と放出は破骨細胞の活性化を調節していることが示唆された。
冬道用義足の開発

初年度の研究によって,健常者の凍結路面での歩行時には,立脚相では通常路面の歩行よりも膝関節を屈曲し,重心を低く保ちながら歩行していた.一方,大腿義足の凍結路面歩行では,現在市販されている義足膝継手を使用した場合,立脚相では膝継手が完全伸展して,重心位置が高く危険であることが明確になった.従って,凍結路面の大腿義足歩行では,立脚相において膝屈曲を適度に許すことのできる膝継手の開発が必要であった.二年目の研究では,初年度の研究成果をもとに,大腿切断者が凍結路面を歩行する際に,健常者と同じ膝関節角度をとるために必要な膝継手の機能を明確にした.この情報をもとに一次試作モデルを作製し,大腿義足歩行評価を施行した.通常路面設定では,現在市販の高機能の膝継手と同様の機能を発揮し,凍結路面設定では,従来の膝継手に見られない健常者に類似した歩行パターンと装着者の良好な使用感を得ることができた.しかし,一次試作モデルは通常路面での設定と凍結路面での設定を外部から変更する必要があり,実用化のためには設定が自動的に変更される機能が必要であった.三年目の研究では,一次試作モデルの問題点である通常路面と凍結路面の設定変更が自動的に行われるようにモデルを改良した.立脚相を油圧シリンダーにて制御し,立脚相を空圧シリンダーのマイクロコンピュータにて制御し,それぞれ独立した制御機構を有する二次試作モデルを作製した.二次試作モデルによる凍結路面の歩行分析および装着者の使用感はともに良好で,凍結路面に適した膝継手を開発することができたと確信する.初年度の研究によって,健常者の凍結路面での歩行時には,立脚相では通常路面の歩行よりも膝関節を屈曲し,重心を低く保ちながら歩行していた.一方,大腿義足の凍結路面歩行では,現在市販されている義足膝継手を使用した場合,立脚相では膝継手が完全伸展して,重心位置が高く危険であることが明確になった.従って,凍結路面の大腿義足歩行では,立脚相において膝屈曲を適度に許すことのできる膝継手の開発が必要であった.二年目の研究では,初年度の研究成果をもとに,大腿切断者が凍結路面を歩行する際に,健常者と同じ膝関節角度をとるために必要な膝継手の機能を明確にした.この情報をもとに一次試作モデルを作製し,大腿義足歩行評価を施行した.通常路面設定では,現在市販の高機能の膝継手と同様の機能を発揮し,凍結路面設定では,従来の膝継手に見られない健常者に類似した歩行パターンと装着者の良好な使用感を得ることができた.しかし,一次試作モデルは通常路面での設定と凍結路面での設定を外部から変更する必要があり,実用化のためには設定が自動的に変更される機能が必要であった.三年目の研究では,一次試作モデルの問題点である通常路面と凍結路面の設定変更が自動的に行われるようにモデルを改良した.立脚相を油圧シリンダーにて制御し,立脚相を空圧シリンダーのマイクロコンピュータにて制御し,それぞれ独立した制御機構を有する二次試作モデルを作製した.二次試作モデルによる凍結路面の歩行分析および装着者の使用感はともに良好で,凍結路面に適した膝継手を開発することができたと確信する.1.凍結路面での健常者の歩行分析健常者の凍結路面での歩行では、立脚相で膝・股関節の屈曲角度を通常の歩行より屈曲した状態で歩行していることが確認された。前後方向の床反力が減少しており、転倒を防ぐように下肢の各関節を運動し、凍結路面での滑りを防止していた。2.凍結路面での下腿切断者の歩行分析下腿切断者の場合も、健常者の歩行に比べ大きな変化はなく凍結路面での歩行が可能であった。しかし下腿義足者の構成要素である足継手の違いにより、歩きやすさが異なっていた。3.凍結路面での大腿切断者の歩行分析健常者や下腿切断者以上に、凍結路面での歩行は非凍結路面での歩行とは異なる結果となった。市販の4種類の膝継手を使用してそれぞれ歩行分析したところ、健足側に依存した歩行パターンであった。特に機械的摩擦装置のみの膝継手を使用した際には、凍結路面での歩行が危険な状態で被験者によっては実験不能となった。大腿義足ソケット形状の違いによって歩行パターンに違いがあるかどうか検討したが、凍結路面での歩行では、差は見られなかった。健常者では、凍結路面での歩行時に立脚相で膝関節を通常の歩行よりも屈曲している。現在市販されている義足膝継手は、荷重する時には完全伸展となり、大腿義足を装着している切断者では、凍結路面では重心位置が高く危険な状態であることが明確となった。大腿切断者では、凍結路面に適した膝継手、特に立脚相でも膝屈曲を適度に許すものが不可欠であり、膝継ぎ手の開発研究を行っている。初年度の研究によって、健常者では凍結路面での歩行時には、立脚相でも通常の歩行よりも膝関節を屈曲して歩行しており、現在市販されている義足膝継手では、荷重する時には完全伸展しており、重心位置が高く危険な状態であることが明確となった。凍結路面に適した膝継手の開発が必要であり、特に立脚相でも膝屈曲を適度に許すものが必要不可欠であるといえる。