hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低消費電力センサネットプロトコルの構築と農業支援への応用

圃場で観測した土壌水分データの空間相関特性に基づき、センサノードをクラスタリングし、ノード間の協調制御で低消費電力を図るセンサネットワークプロトコルを開発した。具体的には、(1)観測データの空間相関分布特性に基づくクラスタリング・アルゴリズム、(2)ノード間協調によるON-OFFスケジューリング制御、(3)環境の変化に対応してクラスタを再構築するアルゴリズム、(4)省電力化に加え転送遅延とスケーラビリティを改善する疑似同期MACプロトコルを開発した。圃場(キャベツ畑)において,土質(粘土質,砂土)および定植時期を変えて,3枚の圃場の13地点で土壌含水率を2ケ月間測定した。空間領域の相関特性を解析したところ,条件の同じ観測値間では強い相関がみられた。しかしながら,同一圃場に同一時期に定植した場合でも発育の違いにより,観測値間の相関が低くなる場合があった。以上の結果から,相関の高い領域ごとや発育の悪い箇所へきめ細やかな灌水を行うことの妥当性が示唆される。ただし,センサを挿す深さやセンサ周囲の状況(空洞や石の有無)による影響がより深刻であることも分かった。これは今後の観測時の課題である。取得したデータの相関分布特性に着目したクラスタリングアルゴリズムを開発した。これは,相関の高いデータを観測するノード同士でクラスタを構成し,さらにノード間でON-OFFスケジューリング制御を行うことで,相関の高い観測値をもつ一部のノードだけがデータ送信を行うことを許す方式である。これにより,冗長なデータ送信を抑制し,ノード間距離に基づきクラスタを構成する方式と比べて消費電力を大幅に削減できることを確認できた。これらは,シミュレーションと実装実験により評価し,3件の成果発表を行った。しかしながら,現在のところ,ノード数14までの動作確認にとどまっており,かつまだ動作が不安定であるため,次年度以降の改良が必要である。さらに,相関分布は時間的に変化しているため,これに適応的してクラスタを再構成する手法を検討しているところである。省電力な無線センサネットワークプロトコルを開発し,農業支援へ応用することを目的としている.そのために,圃場特有の観測データの空間相関特性を利用して.センサノードをクラスタリングし,ノード間の協調制御で低消費電力を図り,ネットワークライフタイムの向上を目指している.昨年度までに,(1)観測データの相関分布特性に基づくクラスタリングアルゴリズム,(2)ノード間協調によるON-OFFスケジューリング制御を開発し,シミュレーションと実装実験により消費電力の削減効果を確認した.本年度は,(2)の改良として(2-a)実測データから結合エントロピーを解析し,3つの集約モデルを構築した.(2-b)集約モデルに基づき,要求される情報量を満たすクラスタメンバ数を算出し,各ノードの残存電力も考慮したON-OFFスケジューリング制御を開発した.次に,(3)環境の変化に対応してクラスタを再構築するアルゴリズムを開発した.観測データの変化量が予め定義した値以上の場合に環境の大きな変化があったと判断してクラスタを再構成する.この際,変化を的確に捉えられるよう電源がONとなるアクティブノード数の数と配置を,消費電力とカバレッジの観点から導出している.これらを計算機シミュレーションで評価し,消費電力の削減効果を確認した.また,(4)省電力化に加え転送遅延とスケーラビリティを改善するため,明示的な同期信号を用いることなく,擬似的にONとOFFのタイミングの同期をとる疑似同期MACプロトコルを開発した.以上の成果をまとめて7件の学会発表を行った.実装実験による評価とマルチモーダルセンサへの対応が今後の課題である.
味蕾細胞と味神経終末の味蕾内分布に基づく細胞ネットワークの構造的機能的解析

味覚器である味蕾は、異なるタイプの味蕾細胞や神経終末が細胞ネットワークを形成し味情報を伝達している。私は、傍分泌に関わるイオンチャネルの電気生理学的特徴、イオンチャネルおよび神経伝達物質受容体発現の細胞型依存性、イオンチャネルや受容体を発現する細胞型の単一味蕾に含まれる割合などを明らかにした。味情報伝達におけるイオンチャネルおよび神経伝達物質受容体の役割について議論する。味を感じる感覚細胞(味蕾細胞)の多くは、神経伝達物質を周囲にまき散らす方法(傍分泌)によって、味情報を伝搬する。従って、傍分泌で放出された神経伝達物質は、本来の標的神経細胞に加え、近傍の細胞や神経終末までも刺激することになる。本研究では、味蕾という細胞集団の構造と機能に注目し、味蕾内における味蕾細胞および神経終末の空間配置と細胞ネットワークを用いた味応答の生成機構の関係を解明することを目的としている。27年度の研究実施計画では、舌後部中央および舌後部両側に分布する味蕾(味覚器の構成単位)について、単一味蕾に含まれる細胞数および味覚受容に重要な役割を果たすII型、III型細胞数を定量的に調べること、傍分泌に関わるイオンチャネルの薬理学的性質を明らかにすることを予定していた。舌後部に分布する味蕾の定量的解析および舌前方の味蕾との比較により、味蕾の最大断面積の大きさや、III型細胞の密度、II型細胞マーカー分子の共発現率などは、味蕾の存在する部位により異なることを明らかにした。傍分泌に関与するイオンチャネルの薬理学的性質についての研究は、電気生理学的測定法と色素の取り込み実験で行った。傍分泌に関与するイオンチャネルは、味蕾細胞に数種類発現していると報告されている。近年報告されたイオンチャネルのブロッカーを用いて、電気生理学的に抑制効果を調べたところ、味蕾細胞に発現するイオンチャネルの性質は、イオンチャネルを強制発現させた実験系で得られたイオンチャネルの薬理学的性質と異なることを明らかにした。色素の取り込み実験でも、同様の結果が得られた。27年度の実施計画では、1舌後方部に分布する味蕾について、単一味蕾に含まれる各細胞型の細胞数の定量的解析、2舌前方に分布する味蕾細胞に発現するイオンチャネルの薬理学的性質解明を目的としていた。1に関しては、免疫組織学的手法を用いて細胞型特異的マーカーで味蕾を染色し、味蕾全体を共焦点レーザー顕微鏡で撮影後、単一味蕾に含まれる細胞型数を定量的に解析した。その結果、単一味蕾に含まれる各細胞型の割合は、味蕾の存在部位(舌前方や舌後方)によって異なることを明らかにした。II型細胞のマーカー分子は数種類存在する。こられII型細胞マーカーの共発現率も部位によって異なることも明らかにした。現在、多少の追加実験を行いながら、論文投稿の準備中であり、目的は達成できたと考えた。2に関しては、パッチクランプ法と色素の取り込み実験によって、近年報告された傍分泌チャネルの薬理学的性質を調べた。両実験手技でも同様の結果が得られ、味蕾細胞に発現するこのイオンチャネルの性質は、イオンチャネルを強制発現させた実験系で得られたイオンチャネルの薬理学的性質と異なることを明らかにした。また、このイオンチャネルの発現割合についても調べ、このチャネルは一部のII型細胞に発現する可能性を示唆した。現在、追加実験を行いながら、論文投稿の準備中であり、概ね順調に進展していると判断した。味を検出する感覚細胞(味蕾細胞)は、神経伝達物質を周囲にまき散らす方法(傍分泌)によって、味情報を伝搬する。28年度の研究実施計画では、単一味蕾細胞の味蕾内構造および神経終末の味蕾内位置関係を明らかにすること、ATP受容体サブタイプ(P2X2)を発現する味神経線維と他の神経線維マーカー分子との発現関係および味蕾内位置を明らかにすること、隣接する2つの味蕾細胞の三次元再構成をおこない、2細胞間の形態特徴の観察および数値化をおこなうことを予定していた。単一細胞に色素を注入し、細胞型マーカー分子で免疫染色性を調べた結果、細胞型によって味蕾内での存在位置が異なる傾向があることを明らかにした。また、単一のII型およびIII型細胞の形態は、複雑では無く、味孔へ向かって一本の突起を伸ばす比較的単純な形態であることが分かった。神経線維に発現するP2X2受容体の免疫染色性を調べたところ、P2X2免疫陽性神経線維の多くは、神経伝達物質放出に関与する蛋白質と共発現することを明らかにした。また、これらの神経線維は味蕾内全体に分布し、味孔付近まで侵入している神経線維が存在することも明らかにし、神経線維が味蕾内で複雑に分布している様子の可視化に成功した。28年度の実施計画では、1単一味蕾細胞の味蕾内構造および神経終末の味蕾内位置関係の解明、2P2X2受容体を発現する神経線維と他の神経線維マーカー分子との発現関係の解明、3隣接する2つ味蕾細胞の三次元再構成をおこない、2細胞間の形態特徴の観察および数値化をおこなうこととなっていた。1に関しては、味蕾構造が保存されている標本の単一味蕾細胞に蛍光色素を注入し、同一標本に対して免疫染色法を適用して、細胞型と単一味蕾細胞の形態および味蕾内での位置について明らかにした。

II型およびIII型細胞に注目して、味蕾内位置を調べたところ、これらの細胞型は、味蕾内での存在位置に違いがあることが分かった。また、これらの単一味蕾細胞の形態は比較的単純で、味孔へ向かって一本の突起を伸ばしていた。2に関しては、味蕾構造が保存されている標本に対して、P2X2およびSNAP25の二重免疫染色法を適用し、共焦点連続画像を撮影して、それらの味蕾内分布を調べた。P2X2免疫陽性神経線維の大部分は、SNAP25に対して免疫陽性を示すことを明らかにした。SNAP25はIII型細胞の細胞型マーカー分子としても使用される。SNAP25免疫陽性III型細胞の近くに存在する神経線維がP2X2免疫陽性を示すことから、SNAP25免疫陽性神経線維終末からIII型細胞へ放出される伝達物質にATPが含まれている可能性を示唆した。本研究に関し、アセチルコリン受容体はIII型細胞に特異的に発現していることを報告した。アセチルコリンとATPが味神経から放出され、III型細胞の味情報を修飾している可能性がある。このとき、味神経に発現するP2X2がオートレセプターとして機能し、アセチルコリンの放出量の調節に関与しているのかもしれない。3に関しては、共焦点レーザー顕微鏡が経年劣化のため故障し、研究に着手することが出来ていない。味を検出する味蕾細胞は、神経伝達物質を周囲にまき散らす方法(傍分泌)及び化学シナプスの二種類の方法によって、味情報を伝搬する。傍分泌で放出された神経伝達物質は、本来の標的神経細胞に加え、近傍の細胞や神経終末までも刺激することになる。一方、化学シナプスでは、特定の標的神経細胞への情報伝達が可能である。本研究では、味蕾という細胞集団の構造と機能に注目し、味蕾内における味蕾細胞および神経終末の空間配置と細胞ネットワークを用いた味応答の生成機構の関係を解明することを目的としている。29年度の研究計画では、III型細胞および神経細胞間の化学シナプスを介した情報伝達に着目し、III型細胞の情報伝達に関与する電位依存性Kチャネル、早期不活性化型(A型)Kチャネルについて、発現する遺伝子サブタイプおよびチャネルの電気生理学的特徴を明らかにした。A型Kチャネル電流を形成するイオンチャネルの遺伝子は、7種類報告されている。このうち、味蕾には、複数種類が発現し、定量的解析により主要なサブタイプを同定した。また、A電流は細胞型依存的に発現すること、活性化電位は、単一指数関数で良く近似でき、不活性化電位および不活性化過程からの回復過程は、二重指数関数で良く近似できること、A電流の不活性化過程を修飾するリン酸化酵素の活性化剤は、不活性化過程の電流に大きな影響を与えなかったことを明らかにした。味蕾には多種多様な神経伝達物質受容体が細胞型依存的に発現したいる。リン酸化酵素の活性化剤の効果は明確ではなかったが、味蕾における細胞ネットワークは、細胞型依存的に発現するA型Kチャネルの電気生理学的性質を修飾し、味神経へ送られる味情報を修飾しているのかもしれない。味覚器である味蕾は、異なるタイプの味蕾細胞や神経終末が細胞ネットワークを形成し味情報を伝達している。
肝細胞膜に発現するトランスポーターの分子機能におけるシンクロナイゼーション

肝トランスポーターは種々の遺伝子ファミリーからなり、生体の異物に対する防御機構の一つとして、それぞれが幅広い構造をもった種々の薬物を輸送する。近年の分子生物学的研究の進歩から、これら肝トランスポーターの分子的実体が明かにされつつあるものの、それらの生体内における役割については未だ不明な部分が多い。本研究ではTelmisaltan抱合代謝物ならびにmethotrexate誘導体であるMX-68の肝臓における輸送機構として肝トランスポーターの一つcMOAT/MRP2が主要な役割を果たすことを明らかとした。さらに、cMOAT/MRP2による基質認識性がどのような要因によって支配されているかを解明する目的で、種々のmethotrexate誘導体を合成し輸送解析を行ったところ、最も重要な支配因子として基質の非極性部分の表面積が同定された他、極性部分の表面積が逆に負の支配因子として働くことも示唆された。この知見は、肝トランスポーターが脂溶性の大きく嵩高い構造をもった化合物に対して比較的親和性が高いという、これまでの経験的知見をより定量的に裏付けるものである。また取り込み側と排泄側のそれぞれの肝トランスポーターによる分子シンクロナイゼーションを明らかとする目的で、methotrexateに対するprobenecidによる阻害を例に、両輸送過程の阻害の解析を行ったところ、probenecidは排泄側トランスポーターに対して約4倍親和性が高いものの、個体レベルでは両側膜の輸送をほぼ同程度阻害することが示唆された。肝細胞の両側膜におけるトランスポーターの輸送効率をそれぞれ分離して定量的に評価することが、胆汁排泄過程における薬物の輸送効率を明らかとする上で重要であることが実証されたと考える。本年度は取り込み側、排泄側トランスポーターの基質認識性の違いを明かとするため、各種有機アニオン(低分子ペプチド、塩酸イリノテカン、メトトレキセート誘導体)の肝輸送を速度論的に解析した。肝初回通過効果の大きいことで知られるエンドセリン拮抗薬を数種類合成し、ラット遊離肝細胞への取り込みを検討したところ、これら一連の化合物がoatpfamilyによるものと思われる能動輸送を極めて効率よく受けることが明かとなった。血中安定性の向上を目指し、これら有機アニオンにカチオン残基の導入を試みたところ、取り込み効率は若干低下する程度にとどまった一方で、胆管側膜を介する輸送は劇的な低下が見られた。抗癌剤塩酸イリノテカンについても胆管側膜ベシクルを用いて輸送解析を行ったところ、有機アニオンである本化合物が、MRP2(有機アニオントランスポーター)による輸送の親和性は低い一方で、MDR(主に有機カチオンを認識する)によって効率よく輸送されることが明かとなった。MRP2基質である抗癌剤メトトレキセートの誘導体MX-68についても取り込み側と排泄側の輸送機構を検討したところ、MRP2による輸送はメトトレキセートとほとんど同じ効率である一方、取り込み側は少なくとも一部異なる輸送機構を介することが、阻害剤を用いた解析やイオン勾配を変化させた解析がら、示唆された。上のエンドセリン拮抗薬の例とも合わせると、肝トランスポーターのうち取り込み側のものはmultipleな輸送機構からなっており、より多種類の化合物を認識しうることが考えられる。一方で排泄側については今のところMDR1とMRP2が互いに基質認識性を一部共有しながら機能しているものと考えられる。この結論のため、来年度はさらに多くの化合物を用いた解析、遺伝子レベルでの検討が必要と考える。
花粉を用いた流域水環境変化と河川水・地下水の挙動の解明に関する研究

瀬戸内地方の最終氷期の試料を含んだ花粉分析は研究例が少なく,香川県は引田町(坂東・古市,1972)と高松・丸亀平野(古市,1980)が報告される程度である.2006年5月2931日に香川県綾川町で採取したボーリングコアを下位よりNo.9からNo.1の層準に分類して年代測定,花粉分析を行った.年代測定結果からNo.9からNo.6の層準は上部更新統の段丘堆積物,No.5層準より上部は完新統の堆積物と判明した.花粉分析結果から,最終氷期前期の亜間氷期は現在よりも冷涼かつ乾燥した環境,後氷期初期は温暖でやや湿潤な環境,後氷期後期は温暖で湿潤な環境であることが分かった.この結果は既存の瀬戸内海沿岸の最終氷期の花粉分析結果とよく一致した.しかし,本研究では全体を通じてマツ科花粉が少なく,Castanopsisはみられなかった.これは瀬戸内海沿岸とは異なる綾川中流域における植生の特徴と考えられる.瀬戸内地方の最終氷期の試料を含んだ花粉分析は研究例が少なく,香川県は引田町(坂東・古市,1972)と高松・丸亀平野(古市,1980)が報告される程度である.2006年5月2931日に香川県綾川町で採取したボーリングコアを下位よりNo.9からNo.1の層準に分類して年代測定,花粉分析を行った.年代測定結果からNo.9からNo.6の層準は上部更新統の段丘堆積物,No.5層準より上部は完新統の堆積物と判明した.花粉分析結果から,最終氷期前期の亜間氷期は現在よりも冷涼かつ乾燥した環境,後氷期初期は温暖でやや湿潤な環境,後氷期後期は温暖で湿潤な環境であることが分かった.この結果は既存の瀬戸内海沿岸の最終氷期の花粉分析結果とよく一致した.しかし,本研究では全体を通じてマツ科花粉が少なく,Castanopsisはみられなかった.これは瀬戸内海沿岸とは異なる綾川中流域における植生の特徴と考えられる.阿讃山地を源流として中讃地域を流れる綾川の中流域において,ボーリングを実施した.土壌は9種類に分類され,そのうち有機物を含むシルト基質の4つの試料(No.1,3,5,8)についてプレパラートを作製し,花粉の同定・計数を行った.香川県の現在の植生を自然環境保全基礎調査より調べると,綾川流域は中・下流域に水田が広がり,上流域にはアカマツ群落が大半を占め,阿讃山地の未開発地域にはアラカシ群落が点在することが分かった.一方,表層のNo.1(深度:0cm10cm)の試料の花粉は,木本総数のうちマツ属が65%と大半を占め,アカガシ亜属が18%みられた.一方,草本花粉はイネ科が多くみられた.この結果は,現在の植生図と非常に良い対応関係があり,土壌中の花粉を用いて流域植生が復元できることがわかった.No.8(深度:773cm779cm)では,木本花粉割合が70%弱と多く,木本花粉のうち原生林の特徴を示すアカガシ亜属が優勢であった(50%弱).No.5(深度:333cm340cm)では,草本花粉が多く(60%強),草本花粉のうちカヤツリグサ科が多くみられた.また,下部層準(No.8)になかったイ科が出現した.No.3(深度:160cm167cm)では,No.5と類似した結果となった.この結果をもとに綾川流域の植生を推定すると,最も古い層準(No.8)の時期は,アカガシ亜属を中心とした豊かな原生林が広がり,No.5の時期になると,それまでみられなかったイネ科の植物が出現し,稲作が行われ始めたと推定される.また,カヤツリグサ科などの湿地の特徴を示す草本花粉が多くみられ,周辺地域に湿地が広がる水辺の環境が存在したと考えられる.そして,現在は二次林としてのマツ属が増加し,アカガシ亜属をはじめとした原生林が減少したと考えられる.2006年5月29日31日に採取したボーリングコアから年代測定,粒度測定,花粉分析を行い,約40000年前から現在までの綾川中流域周辺の植生変化を推定し,以下の結果を得た.現生(No.1)では,木本でスギ属やマツ属複維管束亜属が多くみられ,現在観測所周辺にはスギ属やアカマツが広く分布しており,実際の植生と花粉からわかる植生を比較して,非常によい整合性がみられた.3220±40yBP(No.2)では,木本のアカガシ亜属の割合が多いことから,比較的温暖な気候であったと考えられる.また,水辺を好む木本花粉がやや低率であったため,観測場所は河川からやや離れていたところに位置していた可能性がある.草本ではイネ科の割合が多いことから観測所周辺は湿地の環境であったと考えられる.9610±50yBP(No.5)では,川辺を好むヤナギ属やエノキ・ムクノキ属,クルミ属の割合が多い.ヤナギ属は虫媒花であるため,観測地点の近くに河川があったと推測される.草本では,湿地帯を好むカヤツリグサ科の割合が多いことから,No.2よりも後背湿地的な環境であったと考えられる.No.8でも,川辺を好むヤナギ属の割合が多いことから,No.5と同様に観測地点の近くに河川があったと推測される.

草本ではヨモギ属の割合が多い.ヨモギ属は乾燥した場所や,保水性の悪い川辺を好むため,木本と草本の特徴から観測所周辺は保水性の悪い川辺であったと考えられる.全体的な変化として,観測された期間において河道変動が起こっていたと考えられる.また,3220±40yBP現在にかけて現生植生のアカガシ亜属が減少して,二次林であるスギ属やマツ属が増加している.瀬戸内地方の最終氷期の試料を含んだ花粉分析は研究例が少なく,香川県は引田町(坂東・古市, 1972)と高松・丸亀平野(古市, 1980)が報告される程度である.2006年5月2931日に香川県綾川町で採取したボーリングコアを下位よりNo.9からNo.1の層準に分類して年代測定,花粉分析を行った.年代測定結果からNo.9からNo.6の層準は上部更新統の段丘堆積物, No.5層準より上部は完新統の堆積物と判明した.花粉分析結果から,最終氷期前期の亜間氷期は現在よりも冷涼かつ乾燥した環境,後氷期初期は温暖でやや湿潤な環境,後氷期後期は温暖で湿潤な環境であることが分かった.この結果は既存の瀬戸内海沿岸の最終氷期の花粉分析結果とよく一致した.しかし,本研究では全体を通じてマツ科花粉が少なく, Castanopsisはみられなかった.これは瀬戸内海沿岸とは異なる綾川中流域における植生の特徴と考えられる.上記研究内容を取りまとめて,「香川県綾川町ボーリングコアの花粉分析による最終氷期以降の古植生」と題して,第四紀研究に投稿準備中である.
胎盤絨毛組織におけるインヒビン/アクチビンの産生

1.正常絨毛組織におけるインヒビン/アクチビン・サブユニットの局在正常絨毛組織におけるインヒビン/アクチビン・サブユニットalpha、betaA、betaBサブユニットは、Syncytiotrophoblast(S-cell)に局在し、Cytotrophoblast(C-cell)には局在しなかった。妊娠初期絨毛では、alpha、betaAサブユニットの染色は非常に強く、betaBサブユニッtの染色は殆ど認められなかった。妊娠中期の絨毛では、全てのサブユニットの染色がS-cellに認められた。妊娠後期になると、alphaサブユニットの染色は弱まり、betaA、betaBの染色は強く認められた。以上のように、正常妊娠絨毛においては妊娠週数によって各サブユニットの染色性は変化し、産生される蛋白が変化する可能性を示唆するものである。2.胞状奇胎絨毛/侵入奇胎組織におけるインヒビン/アクチビン・サブユニットの局在胞状奇胎絨毛および侵入奇胎の絨毛形成部では、alphaサブユニットはS-cellに局在したが、C-cellには局在しなかった。一方、betaA、betaBサブユニットはS-cellおよびC-cellに局在した。侵入奇胎の筋層内浸潤部位では、betaA、betaBサブユニットの局在をExtravilloustrophoblastに認めたが、alphaサブユニットの局在は認められず、アクチビンの産生が示唆された。以上のように、異常絨毛組織では各サブユニットの局在は正常絨毛と異なり、このことが絨毛の腫瘍性増殖に関与していることが示唆された。3.絨毛組織におけるインヒビン/アクチビン・サブユニットの産生調節絨毛をhCG、EGF等を添加し培養を行い、実験を進めている所である。
NADP-依存性D-アミノ酸脱水素酵素の触媒機能と構造

誘導型D-フェニルセリン脱水素酵素生産菌をPseudomonassyringaeと同定すると共に、本酵素を均一に精製し、種々の性質を明らかにして,構成型D-スレオニン脱水素酵素の性質と比較検討した。本酵素は構成型D-スレオニン脱水素酵素と同様D-フェニルセリンの水酸基の酸化を触媒した。本酵素の分子量、サブユニット構造、最適pHなどの性質は、D-スレオニン脱水素酵素の性質と類似しているが、酵素の熱安定性、基質特異性、補酵素特異性、阻害剤に違いが見られることから、D-スレオニン脱水素酵素とは異なる酵素である。また、N-末端27アミノ酸配列を決定して、NADP結合部位がN-末端領域に存在していることを明らかにした。さらに、両酵素の構造上の違いを明らかにするために、P.cruciviaeのD-スレオニン脱水素酵素をBrCNで分解し、得られたペプチド22のアミノ酸配列とN-末端、C-末端のアミノ酸配列を決定した。これらのアミノ酸配列に基づいて合成したプライマーを用いてPCRを行い、特異的に増幅されるDNA断片をpUC18に連結して、E.coli JM109に形質転換した。一方、P.syringaeのD-フェニルセリン脱水素酵素遺伝子についても、精製酵素からペプチドを単離し、アミノ酸配列を決定して、N-末端、C-末端のアミノ酸配列、ペプチド18のアミノ酸配列に基づいて、プライマーを作成した。これらのプライマーを用いてP.syringaeの全DNAを鋳型としてPCRを行い、増幅された2種類のDNA断片をpUC18に連結してE.coli JM109にクローン化した後、塩基配列を決定した。両酵素の一次構造を完全に解明することはできなかったが、N-末端、C-末端アミノ酸配列に違いが認められた。誘導型D-フェニルセリン脱水素酵素生酸菌をPseudomonassyringaeと同定すると共に,本酵素を均一に精製し,種々の性質を明らかにして,構成型D-スレオニン脱水素酵素の性質と比較検討した。本酵素は,構成型D-スレオニン脱水素酵素と同様D-フェニルセリンの水酸基の酸化を触媒し,反応産物としてalpha-アミノアセトフェノンが同定された。本酵素の分子量,サブユニット構造,最適pHなどの性質はD-スレオニン脱水素酵素の性質と類似している。しかし,両酵素の熱安定性,基質特異性,補酵素特異性が異なること,タルトロン酸,マロン酸,ピルビン酸によっては阻害されず,p-CMBやHgCl_2によって阻害されることから,D-スレオニン脱水素酵素とは異なる性質を有している。また,N-末端27アミノ酸配列を決定して,NADP^+結合部位がN-末端領域に存在していることを明らかにした。一方,D-スレオニン脱水素酵素をBrCNで分解し,得られたペプチドのアミノ酸配列に基づいて合成したオリゴヌクレオチドをプローブとして用いて,コロニーハイブリダイゼーションでD-スレオニン脱水素酵素遺伝子のE.coli JM109へのクローニングを試み,D-スレオニン脱水素酵素遺伝子を含むと思われるプラスミドpDTDH14とpDTDH35を得た。これらの制限酵素地図を作成し,サブクローニングを行い,約2.4kbのSmaI-EcoRI挿入断片を有するpDTDH4-2と約2.7kbのEcoRI-EcoRI挿入断片を有するpDTDH35-1を得ているが,D-スレオニン脱水素酵素の構造遺伝子の塩基配列を決定するために,さらに,サブクローン化,並びにプラスミドのデレーションを行っている。

Pseudomonas cruciviaeの構成型D-スレオニン脱水素酵素遺伝子のE.coli JM109へのクローニングを行い、コロニーハイブリダイゼーションでプラスミドpDTDHI4とpDTDH35を得た。さらに、サブクローニングを行い、挿入DNA断片の塩基配列を決定したところ、D-スレオニン脱水素酵素のアミノ酸配列と一致する配列は見られなかった。そこで、N-末端、C-末端アミノ酸配列を決定し、これとペプチド22のアミノ酸配列に基づいて新たにプライマーを合成した。これらのプライマーを用いてPCRを行い、特異的に増幅されるDNA断片をpUC18に連結して、E.coli JM 109に形質転換した。一方、Pseudomonas syringaeの誘導型D-フェニルセリン脱水素酵素遺伝子についても、N-末端アミノ酸配列に基づいて合成したプローブを用いて、コロニーハイブリダイゼーションで、E.coli JM109へのクローニングを試み、プラスミドp12、p15、p18を得た。これらについて、その挿入DNA断片の塩基配列を決定したところ、D-フェニルセリン脱水素酵素のアミノ酸配列と一致する配列は確認できなかった。そこで、精製酵素からペプチドを単離し、アミノ酸配列を決定して、N-末端アミノ酸配列、ペプチド18のアミノ酸配列、C-末端アミノ酸配列に基づいて、プライマーを作成した。これらのプライマーを用いてP.syringaeの全DNAを鋳型としてPCRを行い、増幅された2種類のDNA断片をpUC18に連結して、E.coli JM109にクローン化した後、塩基配列を決定した。両酵素の一次構造を完全に解明することはできなかったが、N-末端、C-末端アミノ酸配列に違いが認められた。
ヒト細胞標準化Real-time PCR 法での肺炎起炎菌診断と網羅的病態解析

Real-time PCRを基に,肺炎の治療対象となる病原体を迅速に同定できる包括的システム(HIRA-TAN法)を使用して,治療対象を判定するまでの時間,検査にかかる費用,治療対象の同定率,また肺炎発症場所ごとの原因微生物の解析を前向き試験で検証した.既存の検査法と比較すると,HIRA-TAN法は時間,費用,同定率いずれも良好な結果であった.肺炎は罹患率,死亡率ともに高い疾患である.肺炎の原因微生物を同定することは,適切な抗菌薬の選択につながる.適切な抗菌薬の使用は,肺炎の死亡率を下げるだけでなく,医療費高騰や耐性菌出現の低下にもつながる.しかし,既存の検査法は,現在でも培養検査が主体であり,原因微生物を同定ができないことも少なくない.私たちは,HIRA-TANを使用して,治療対象を報告するまでの時間,検査にかかる費用,治療対象の同定率,また肺炎発症場所ごとの原因微生物の解析を前向き試験で検証した(UMIN000006863)(埼玉医科大学IRB 11-047).臨床試験参加施設において,肺炎症例を連続登録した.並行して行われた既存の検査法(喀痰培養,肺炎球菌尿中抗原)と比較すると,HIRA-TANは,結果報告までの時間,検査における総費用額,治療対象の同定率,はすべて上回っていた.今後は,HIRA-TANを使用して,肺炎の治療早期に経験的治療から確定的治療へ移行する介入研究を検証する.Real-time PCRを基に,肺炎の治療対象となる病原体を迅速に同定できる包括的システム(HIRA-TAN法)を使用して,治療対象を判定するまでの時間,検査にかかる費用,治療対象の同定率,また肺炎発症場所ごとの原因微生物の解析を前向き試験で検証した.既存の検査法と比較すると,HIRA-TAN法は時間,費用,同定率いずれも良好な結果であった.本研究は,肺炎の起炎菌をReal-time PCRで迅速診断できる発明(特許第4665203号取得,PCT/JP2009/053976公開,JST支援による9か国出願)を使用した臨床研究である(Hirama T, et al. PLoSOne 2011;6(9):e24474).本発明HIRA-ATNによって,肺炎をおこす30種類の起炎菌について,4時間以内に治療対象か非治療対象かを鑑別し,報告することが可能である.平成23年から埼玉医科大学が中心となり,多施設で臨床試験を開始している.「成人肺炎におけるHIRA-TANの有用性と経験的治療から確定的治療までの時間の検証する臨床試験(UMIN000006863)」を引き続き継続する.埼玉医科大学が中心となった臨床試験を実施している.肺炎症例を連続登録し,本発明HIRA-TANによる起炎菌の迅速診断を行う.肺炎は冬季に多く,症例数が予測不能である.臨床試験参加医療機関をこんご増やす予定であり,平成24年度は現在以上に症例数が増えることが予測される.次年度(平成24年度)は,今年度(平成23年度)と同様の臨床試験を継続する.今年度は臨床試験開始時期は規模を縮小して行っていたが,今後はさらに拡大する予定である.臨床試験参加施設をふやし,肺炎症例の登録数を増やす.それによって本発明HIRA-ATNの有用性と妥当性が評価できる.今年度(平成23年度)の予定額にわずかな残りがあるが,次年度(平成24年度)にすべて消耗品として使用する予定である.余った金額や次年度(平成24年度)の研究費は,PCRプライマー,蛍光プローブ,核酸精製キット,PCR反応チューブなどの消耗品を大量に購入する予定である.臨床試験の症例数が爆発的に増加することで,消耗品が今以上に消費することが予測される.
在宅高齢者における足部の生理的、機能的、形態的の特徴と転倒リスク要因に関する研究

本研究は、通所施設に通う在宅高齢者の足部の生理的、機能的、形態的特徴と転倒要因リスク関連の解明を行う。在宅高齢者の足の特徴(爪の形状、皮膚温度、皮膚水分量と油分量、胼胝、鶏眼、角質肥厚、足趾間の皮膚の状態、足アーチ、足趾の形状、足関節、足趾の可動域等)と転倒要因リスク(足趾把持力、歩行速度、バランス機能、足趾の開き具合、視力、痛みレベル、座位時間の長さ)を測定し分析する。また通所施設に通う在宅高齢者に対する看護・介護職員のフットケア支援の取り組みの現状を明らかにする。
国民ＩＤ制度の比較歴史分析

本年度は、昨年度に提出した博士論文の事例研究をさらに展開させ、その成果を国内外の学会および研究会において報告した。博士論文においては、1960年代後半以後、日本政府は行政の効率化を目指して、統一個人コード、納税者番号、近年のマイナンバーといった統一番号制度あるいは共通番号制度の導入を試みてきたが、様々な抵抗に直面してきたプロセスを分析した。このような事例研究を基礎に、今年度は、統一的な番号制度がという発想がなぜ成立したかについて、歴史的検討を行った。その結果、1960年代に進められた所得倍増計画が、社会集団による下からの要求ではなく、政府による上からの決定によって生み出されたように、それと並行して進められたコンピュータ化も、「多様な価値を尊重する豊かな社会」よりは、中央集権的な管理と統制を目指すものであったことが明らかになった。1967年から財政硬直化打開運動を展開していた大蔵省は、主計局調査課を中心にPPBSの理論的研究を進め、予算編成にそれを用いようと試みたが、日本政府が統一番号制度の導入を検討し始めたのも、ちょうどその頃であった。第一次臨時行政調査会を契機とする行政改革の一環として設置された行政改革本部の幹事会において、第二次行政改革計画の政府案が内定した時に初めて、統一番号制度の導入に関する方針が決まった。そして、1969年7月11日の閣議では、「電子計算器の高度利用の見地から」、国民を対象とする業務において「個人コードの標準化」を進めることが決定された。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、番号制度の集権化の概念を、統一化と身分証化という二つの次元に即して概念化した上で、日本における番号制度の集権化が国民ID制度の導入までには至らなかった理由を明らかにすべく、日本と諸外国の歴史を比較し、博士論文にまとめた。本研究は、番号制度の集権化が生じた時期と、行政サービスの拡大が生じた時期の前後関係の違いによって、各国に異なる番号制度が確立したという結論に至った。日本とアメリカのように早い段階で行政サービスが拡大した国々では、その拡大状況に応じて分権型の番号制度が導入された。その後、情報技術の登場が番号制度の統一化を、テロの脅威が本人確認の厳格化を促したものの、既に拡大した行政サービスの提供に用いられている番号制度を急激に変化させることはできなかった。これに対して、韓国とエストニアのように植民地支配や冷戦下の地政学的な圧力に晒されてきた国々では、行政サービスの拡大に先行して番号制度の集権化が進められ、それが後に国民ID制度の成立に繋がった。ここで注意すべきは、番号制度の統一化と身分証化が必ずしも同時に進むとは限らなかったということである。例えば、スウェーデンにおいては、統一化された番号制度が存在する一方で、その番号制度が本人確認書類の所持を義務付けてはいない。融合型の地方自治制度の下で普遍主義的な福祉国家の建設が行われ、行政サービスが拡大する前に統一番号制度が確立されたのに対して、本人確認の厳格化は、運転免許証やパスポートが広く普及するまで生じなかったためである。逆にドイツでは、冷戦に伴う東西分断の状況が本人確認制度を早い段階で確立させた一方で、情報技術が発展するまで共通番号制度の必要性は浮上してこなかった。その結果、現在は、身分証明書の所持を義務付けていながらも、そこに記載された番号の統一化は禁じる制度が運用されている。博士論文の単行本としての出版を視野に入れて修正・加筆を行い、国内外の学会発表などを通じてこれまでの研究成果の公表に努める。現段階で予定している学会報告は、日本行政学会(2017年5月)におけるポスター報告と、日本政治学会(2017年9月)の分野別研究会分科会における報告である。
高機能車載センシングのための物質識別型テラヘルツ分光レーダーの開発

パルス状THz波を用いた次世代車載レーダー技術として、THzインパルスレーダーとTHz分光レーダーに関する研究開発を行った。THzインパルスレーダーでは、測定レート10Hzで、1mm以下の測距性能を達成し、移動ターゲットのリアルタイム測定が可能であることを確認した。一方、THz分光レーダーでは、測定対象の吸収特性によるTHz反射スペクトル変化は確認されなかったが、表面粗さに依存した反射分光スペクトルが確認され、表面粗さを利用した物質識別の可能性が示唆された。車載レーダー技術は安心安全な車社会を創出するために重要な技術であり、これまでにも電波や光波を用いた方式が実用化されているが、それぞれ一長一短があった。本研究では、電波と光波の境界に位置し両者の性質を併せ持つパルス状テラヘルツ波(THzパルス)をレーダー波として用いることにより、従来レーダー方式の短所を補い長所を融合してレーダー性能を高度化することを目的とする。今年度は、物質識別型レーダーとしてTHz分光センシングが利用可能性を検討した。まず、自動車関連材料のTHz分光特性を透過配置で計測し、各種材料の吸収係数、屈折率、反射率の各スペクトルを算出した。その結果、スペクトル特性は材料間で異なったものの、物質識別可能な特徴的スペクトル形状(THz指紋スペクトル)は確認されなかった。一般に、固体物体におけるTHz指紋スペクトルは、結晶性構造物質のフォノン吸収に由来するものが多いとされている。一方、今回測定したサンプルはいずれも特徴的な結晶構造を有していないため、THz指紋スペクトルを示さなかったと考えられる。一方、車載センシングの識別対象(ヒト、電柱、木、車など)は、材質以外に、それぞれ特徴的な表面粗さを有している。したがって、サンプルにTHz波を照射した場合、サンプル表面粗さがTHz波長オーダーであるならば、その散乱スペクトルが表面粗さ(すなわち測定対象)に依存して変化すると考えられる。幸いにも、材料自身のTHz分光特性はTHz反射スペクトルの形状にはほとんど影響を与えないので、THz散乱特性をスペクトル形状から抽出することが可能と考えられる。そこで、アルミ材にサイズの異なる周期構造を加工し、その反射スペクトルを計測・比較したところ、特徴的なスペクトル・ディップが観測された。これは、表面粗さ形状の違いによる物質識別センシングの可能性を示唆している。実用的なTHzインパルスレーダーの実現に向けた大きな技術的課題は、これまで数分程度の測定時間を必要としていたTHzパルス計測を、実時間化することである。そこで、我々が独自に確立した非同期光サンプリング式THzパルス計測法をTHzインパルスレーダーに適用することにより、測定時間を大幅に短縮することを試みた。自作のデュアル・フェムト秒ファイバーレーザーに対して高度な周波数安定化制御を施し、これらと光伝導アンテナを用いてTHzパルスの発生及び検出を行った。その結果、ピコ秒オーダーのTHzパルス時間波形がマイクロ秒オーダーまで時間スケール拡大され、高速デジタイザーを用いてパルス幅0.9ピコ秒のTHzパルスを測定レート10Hzで実時間測定することに成功した。さらに、静止物体を測定サンプルとして用いて基本特性評価を行ったところ、距離分解能100umと距離決定確度550umを得た。さらに、動体サンプルの動きをリアルタイムでモニタリングすること成功した。上記の達成度の理由として、まず、THzインパルスレーダーの実用化にあたって最大の技術的課題であった動体サンプルのリアルタイム・モニタリングを、非同期光サンプリング式THzパルス計測法という独自手法によって、実現したことがあげられる。また、達成された基本特性は、電波(ミリ波)や光波(近赤外光)を用いた従来の車載レーダー技術を大幅に上回っており、次世代車載レーダーとして十分な性能を有していることを確認できた。初年度の研究計画は、ほぼ予定通り実施することが出来たので、次年度は、『自動車関連材料のTHz分光データベースの作成』と『THz分光レーダー装置の開発』について、当初の計画通りに研究を進める。装置開発に必要な消耗品類(光学部品、電子部品、機械材料など)に研究費の大部分を使用する予定である。それ以外に、成果発表のための国内旅費を計上する。また、繰越75,063円については、光学部品(一式)に充てる。
相対論的マグノニクスの開拓

代表者の小野瀬は、マグノン励起における電気磁気結合を用いてCu2SeO3やCuB2O4のマイクロ波電気磁気効果を初めて測定することに成功した。また、LiFe5O8においてジャロシンスキー守谷相互作用に由来する非相反なマグノン伝搬を観測することに成功した。分担者の貴田は、フェムト秒レーザー照射による対称性の破れた強誘電体や強磁性体からのテラヘルツ電磁波放射現象の探索を行い、磁性強誘電体Co3B7O13I、LiFe5O8などからテラヘルツ電磁波が発生することを見出した。さらに、放射したテラヘルツ電磁波の位相を利用すると、電気分極ドメインが簡便に可視化できる新たなイメージング手法を開発した。本研究では、磁性体の磁気励起現象における相対論効果をマイクロ波やテラヘルツ波などのプローブを用いて研究するものである。今年度小野瀬は、カイラル磁性体Cu2OSeO3において異常なマイクロ波応答を観測することに成功した。具体的には、この物質のトポロジカル磁気状態であるスキルミオン格子相において、相対論的な動的電気磁気結合によって誘起されたマイクロ波の非相反応答(透過率が方向によって異なる現象)を観測した。これは、可視光領域で観測されている光学的電気磁気効果のマイクロ波版の現象でありこの物質で初めて観測されたものである。さらには関連した成果として、金属間化合物MnGeにおいてスキルミオン格子相における巨大なネルンスト効果(熱ゆらぎによる電場発生)も観測することに成功した。また、空間反転対称性が破れた磁性体において期待される、相対論効果に由来する非対称なマグノンバンドの効果を観測するため、プリント基板上に作成した任意のアンテナ構造を用いてマイクロ波応答を観測できる測定系を整備して、カイラル格子を持つフェリ磁性体LiFe5O8を用いた予備的なマイクロ波応答の測定を行った。貴田は、磁性強誘電体Co3B7O13Iにフェムト秒レーザーを照射するとテラヘルツ電磁波が発生することを見出した。さらに放射したテラヘルツ電磁波の位相を利用すると強誘電ドメインが電気分極の方向を含めて簡便に可視化できる新たな強誘電イメージング法を開発した。特に、Co3B7O13Iにおいて90度強誘電ドメインや試料の奥行方向の強誘電ドメインの不均一分布の可視化に成功している。さらに、市販の圧電酸化物から将来の磁気状態制御に有用な円偏光かつ狭帯域テラヘルツ電磁波の創成にも成功した。本研究は、磁性体の磁気励起の相対論効果によって現れる現象をマイクロ波やテラヘルツ光によって研究するものである。平成26年度、小野瀬は空間反転対称性が破れた強磁性体LiFe5O8におけるマイクロ波応答を研究した。フォトリソグラフィーによって高波数のマグノンを励起できる蛇行型アンテナを作製し、これにより空間反転対称性が破れた結晶によって期待されるジャロシンスキー守谷相互作用の影響を調べた。その結果、期待通り高波数モードのみに大きな非相反性が現れており、磁場の方向依存性もジャロシンスキー守谷相互作用から期待されるものと一致していた。空間反転対称性がある強磁性体イットリウム鉄ガーネットでは同様な実験をしても非相反性は現れないことから、この非相反性は、空間反転対称性が破れた結晶に由来するジャロシンスキー守谷相互作用によるものと結論した。今後、再現性の確認や補足実験を行い、近いうちに論文として纏める予定である。貴田は、フェムト秒レーザー照射による対称性の破れた強誘電体や強磁性体からのテラヘルツ電磁波放射現象の観測を行い、以下の成果を得た。1磁性強誘電体Co3B7O13Iからのテラヘルツ電磁波発生を見出し、放射したテラヘルツ電磁波波形を解析することで、90度強誘電ドメインの可視化に成功した。2フェリ磁性体であるLiFe5O8にフェムト秒レーザーを照射することにより、サブピコ秒で磁化が変調された結果、テラヘルツ電磁波が発生することを見出した。さらに放射したテラヘルツ電磁波の位相を利用すると、磁気ドメインが簡便に可視化できる新たな磁気イメージング手法を開発した。3圧電体TeO2から室温において狭帯域テラヘルツ電磁波が発生することを見出した。4光学活性を示す圧電体Bi12GeO20から室温においてテラヘルツ電磁波が発生することを見出した。小野瀬は、昨年度観測に成功したLiFe5O8におけるジャロシンスキー守谷相互作用に由来するマグノン伝搬の非相反性について、データ解析・補足実験を行い、論文として纏めPhys. Rev. B誌に出版した。また、空間反転対称性が破れた反強磁性体CuB2O4においてマイクロ波の非相反性を見出し、それが結晶空間反転や磁場反転に伴い反転することを確認した。さらに詳細な磁場方向依存性の解析により、これがスピン依存d-p混成モデルによる電気磁気結合に由来することを明らかにした。さらには、マイクロ波応答の電場制御に向けてヘキサフェライトらせん磁性体におけるマイクロ波応答の研究も行った。貴田は、数々の磁性体ならびに強誘電体・圧電体からのテラヘルツ電磁波発生の観測を行い、以下の三つの成果を得た。1フェリ磁性体であるBaFe12O19において、磁化変調によるテラヘルツ電磁波が発生することを見出した。励起波長依存性を測定できる波長可変テラヘルツ光学系を新規に構築し、Feのd-d遷移を共鳴励起することで発生効率が増大することを明らかにした。

2BiFeO3からテラヘルツ電磁波発生を見出し、分極方向の位相の違いを利用することで、電気分極ベクトルの可視化に成功した。3光学活性を示すカイラル圧電体に、室温において直線偏光のレーザーを照射すると、結晶内で偏光回転が生じた結果、出射するテラヘルツ電磁波が楕円偏光になる新たな現象を見出した。代表者の小野瀬は、マグノン励起における電気磁気結合を用いてCu2SeO3やCuB2O4のマイクロ波電気磁気効果を初めて測定することに成功した。また、LiFe5O8においてジャロシンスキー守谷相互作用に由来する非相反なマグノン伝搬を観測することに成功した。分担者の貴田は、フェムト秒レーザー照射による対称性の破れた強誘電体や強磁性体からのテラヘルツ電磁波放射現象の探索を行い、磁性強誘電体Co3B7O13I、LiFe5O8などからテラヘルツ電磁波が発生することを見出した。さらに、放射したテラヘルツ電磁波の位相を利用すると、電気分極ドメインが簡便に可視化できる新たなイメージング手法を開発した。予定していたジャロシンスキー守谷相互作用由来のマイクロ波非相反性や磁性体におけるテラヘルツ放射などで研究成果を挙げることができた。圧電体からのテラヘルツ放射など関連した成果も挙がっている。27年度が最終年度であるため、記入しない。物性物理学小野瀬が進めているマイクロ波測定に関しては、今年度得られたLiFe5O8の結果を早急に論文として纏め、その結果を基に詳細な波数依存性や他の物質での非相反性の観測を進める。また、既存のマイクロ波測定装置を改造し、直流電場下でのマイクロ波測定を可能とする測定系を整備して、マイクロ波非相反応答の電場制御を試みる。貴田が進めているテラヘルツ測定については、強誘電体ならびに強磁性体からのテラヘルツ電磁波放射現象やこれを利用した新たなドメインイメージングの研究を引き続き推進し、技術の汎用性を高めることを狙う。さらには、テラヘルツ電場で強励起による物性制御も目指す。Cu2OSeO3におけるスキルミオン格子相においてマイクロ波電気磁気効果を初めて観測することに成功し、磁性強誘電体Co3B7O13Iにおけるテラヘルツ波発生やドメインイメージング法を開発することが出来た他、関連する研究成果としてスキルミオン誘起のネルンスト効果の観測や狭帯域円偏光テラヘルツ波発生などの成果も得られた。さらには、相対論効果に由来する非対称なマグノンバンドを使ったマイクロ波機能開拓に向けた研究にも取りかかれている。小野瀬が進めているマイクロ波測定に関しては、フォトリソグラフィーの技術を導入してミクロンスケールのマイクロ波アンテナを導入し、高波数マグノン励起に期待される非対称マグノンバンド効果による機能開拓を目指す。また、電場下のマイクロ波応答の測定系を整備し、マイクロ波の電場効果の研究を進める。貴田が進めているテラヘルツ測定に関しては外部電場・磁場下のテラヘルツイメージングの実験を進めて、磁気・誘電ドメインとテラヘルツ光の相関を明らかにする。また、磁性強誘電体Co3B7O13I以外の物質系に対象を広げる。
自己硬化型リン酸カルシウムセメントの根管穿孔部封鎖材への応用

本研究の目的は、歯内療法処置中に生じるトラブルの一つである根管穿孔の封鎖材料として自己硬化型リン酸カルシウムセメント(CPC)が臨床使用可能な材料であることを評価することにある。穿孔部封鎖材として有用なMTAと比較したCPCの理工学的特性と、ヒト歯髄培養細胞を用いて各種封鎖材における細胞増殖能や石灰化誘導能について実験を行った。その結果、MTAに比べ理工学的特性はやや劣るものの根管穿孔部封鎖材として臨床応用可能であることが示唆された。四リン酸カルシウム(TTCP)とニリン酸カルシウム(DCPA)の等モル比混和物である自己硬化型リン酸カルシウムセメント(CPC)を応用し、従来から使用されてきた他の封鎖材と比較して、CPCが根管穿孔部の封鎖材料として有用性と臨床使用に適した材料に改良することを目的に実験を行い、以下の結果を得た。1)穿孔部封鎖材料として、CPC(C100)とMTAの主成分であるポルトランドセメントをCPCに10、20重量%混和したもの(それぞれC90-P10およびC80-P20)およびMTAの理工学的特性について以下の測定を行った。(1)硬化時間の測定:ギルモア針法によりCPCにポルトランドセメントを含有させると硬化時間が有意に延長する事が分った。(2)ダイアメトラル圧縮強さの測定:練和開始24時間後の各種封鎖材料のダイアメトラル圧縮強さの測定結果はCPC:10.4±0.6MPa、ポルトランドセメント:10.3±0.6MPa、MTA:13.2±0.6MPaでMTAが有意に高い値を示した。CPCにポルトランドセメントを添加した群では、C90-P10:6.3±0.8MPa、C80-P20:5.7±0.2MPaを示し、ポルトランドセメントを添加することにより機械的強さは低下することが明らかになった。(3)エックス線回折(XRD)による各種封鎖材硬化物の分析:CPCにポルトランドセメントを添加することによりハイドロキシアパタイトの生成量が減少していることが分った。リン酸カルシウムセメント(CPC)とMineral Trioxide Aggregate(MTA)の生体親和性と硬組織誘導能を評価することを目的にヒト歯髄細胞と骨芽細胞に対する細胞増殖能とALP活性について実験を行った。<実験方法>(1)細胞増殖能:ヒト歯髄細胞及び骨芽細胞を96穴プレートに1%FCS添加α-MEM培地を用いて1.0×10^4個/well播種し、24時間培養を行った。CPCとMTAを練和後、10cm culturedishに静置し硬化させ、10%FCS添加α-MEM培地と、同培地にβ-グリセロリン酸、アスコルビン酸を添加した石灰化誘導培地の2種類に24時間浸漬させた後の上清を抽出した。24時間培養後培地をセメント上清に代え、24、48および72時間後の細胞数をCell counter kitを用いマイクロプレートリーダーにて波長415nmにおける吸光度を測定した。(2)ALP活性の測定:CPCとMTAを練和後、35mm culture dishに静置し硬化させα-MEM培地と石灰化誘導培地の2種類を用いて最長18日間培養した。<結果>(1)細胞増殖試験:歯髄細胞におけるα-MEM培地群では、CPCとMTAは対照群に比べ細胞増殖率の低下が認められた。しかし石灰化誘導培地群では、MTAとCPCは共に対照群と比べ24、72時間では増殖率の低下がみられたが、48時間では増加していた。一方骨芽細胞ではα-MEM培地群、石灰化誘導培地群で、MTAとCPC共に24、48時間で対照群に比べて高い増殖率を示したが、72時間では低下していた。(2)ALP活性:12、15および18日間培養した結果、石灰化誘導培地群では、対照群に比べ有意差は認められなかった。α-MEM培地群では、CPCは対照群と有意差は無かったが、MTAは、15、18日において対照群に比べてALP活性の増加が認められた。穿孔部に求められる材料的特性に生体親和性,硬組織形成誘導能,緊密な封鎖能,非溶解性などが挙げられる。そこで自己硬化型リン酸カルシウムセメント(CPC)が根管穿孔部の封鎖材として適した生体材料であることを検討するために,比較材料として従来封鎖材として使用されてきたグラスアイオノマーセメント(GI),MMA系レジンセメントであるスーパーボンド^<TM>(SB)

および封鎖材として優れた特性が報告されているMineral Trioxide Aggregete(MTA)を用いてヒト歯髄培養細胞に対する細胞増殖,アルカリホスファターゼ(ALP)活性およびオステオカルシンのタンパク質産生量について実験を行い細胞親和性およびdentinogenesisに及ぼす影響について検討を行ったところ以下の結果を得た。1)細胞増殖は,すべての試料で培養48時間後で対照群に比べ高い増殖能を示した。2)ALP活性は,すべての試料で培養16日目にピークを認めたが,24時間後では低下していた。MTAのALP活性は,他の材料と比較し,有意に上昇していることからヒト歯髄培養細胞における分化を促進させる可能性が示唆された。3)オステオカルシン産生量についてはCPCがMTAに比べて高い値を示すことから,dentinogenesisを反映している可能性が示唆された。4)CPCとMTAはヒト歯髄培養細胞における細胞親和性を有することから封鎖材として使用できることが示唆された。