hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胎児麻酔を用いた先天性横隔膜ヘルニアに対する治療戦略の確立

本研究ではヒト胎児横隔膜ヘルニア(CDH)における胎児肺容積の計測を行うことに加え、炎症性サイトカインの動態および病理学的所見と対比・検討することによって(1)PPHN発症に関わる出生前評価指標を確立することおよび(2)胎児麻酔を用いた胎児治療効果を明らかにすることを目的とする。本年度までに当施設で妊娠分娩管理を行ったCDH症例に関して、現行の二次元超音波断層法によるLHR測定に加えてMRIによる肺容積計測・肺/肝信号比測定を全例に施行した。その結果、二次元超音波断層法による肺容積推測法(LHR)の結果からは、LHRが1.4以上の症例においては胎児麻酔を施行しなくても全例、予後良好であることが確認された。その一方で、LHRが1.4以下の症例における検討では染色体異常および他の形態異當を合併した症例が少なからず存在しているため、肺低形成以外の予後規定因子を除外した上で評価せねばならないことから、末だ胎児麻酔が有効であろうと思われるLHRのカットオフ値を正確には設定できていない。現在までの検討からはLHRが0.9から1.0にカットオフ値が設定できると考えている。一方、MRIによる肺容積計測・肺/肝信号比測定からは肺の低信号が肺低形成を示唆する所見であることを確認できた。この件に関しては、放射線科および医療工学科と連携をとりながら継続するにまで至った。炎症性サイトカインの動態追求に関しては、胎児麻酔施行群において炎症性サイトカイン(TNF-α、IL-6)の出生前後における上昇が胎児麻酔非施行群に比して有意に抑制されることが明らかになった。この結果はケミカルメディエーターの産生低下によって肺血管抵抗の低下が起こり、PPHNの予防および軽症化の一翼を担っていることが明らかになった。その結果、二次元超音波断層法による肺容積推測法(LHR)の結果からは、LHRが1.4以上の症例においては胎児麻酔を施行しなくても全例、予後良好であるとが確認された。その一方で、LHRが1.4以下の症例における検討では染色体異常および他の形態異常を合併した症例が少なからず存在しているため、肺低形成以外の予後規定因子を除外した上で評価せねばならないことから、未だ胎児麻酔が有効であろうと思われるLHRのカットオフ値を設定できていない。一方、MRIによる肺容積計測・肺/肝信号比測定からは肺の低信号が肺低形成を示唆する所見であることを確認しつつあるが、定量化を行うまでには至っていない。この件に関しては、放射線科および医療工学科の協力を引き続き依頼している段階である。さらなる症例数の蓄積を行った上で再検討する必要はあるが、この結果はケミカルメディエーターの産生低下によって肺血管抵抗の低下が起こり、PPHNの予防および軽症化の一翼を担っている可能性を示唆すると考えている。
RNAウイルスの認識と制御に関わる核内機構の解明

本研究では、インフルエンザウイルスやボルナウイルスなどの細胞核で増殖するRNAウイルスがどのように核内で認識され、細胞の背全免疫応答が引き起こされるかについて解析を行った。その結果、核内でのDNAウイルスセンサーであるIFI16が、RNAウイルスのリボ核酸タンパク質と核内分子であるHMGB1との複合体を認識して、抗ウイルス応答を引き起こすことが明らかとなった。以上の結果より、IFI16は核内におけるRNAウイルスセンサーであることが強く示唆された。ウイルスに対する自然免疫応答は、宿主細胞に感染したウイルスを細胞内のセンサー分子により認識することで開始される。これまでに、宿主細胞に侵入したウイルス由来核酸を感知するセンサー分子が数多く同定され、その特異性も明らかにされてきた。しかしながら、そのほとんどはエンドゾームを含む細胞質に存在する分子であり、核内に存在するウイルス核酸に対しては機能しないことが示されている。一方で、核内でのウイルス認識に関しては、唯一、DNAウイルスであるヘルペスウイルスを認識して、免疫応答を誘導する因子が報告されている。しかしながら、インフルエンザウイルスやボルナウイルスなど、細胞核で増殖するなどのRNAウイルスがどのように核内で認識され、宿主細胞の防御反応が惹起されるのかについては全く明らかになっていない。そこで本研究では、インフルエンザウイルスやボルナウイルスなどの細胞核で増殖するRNAウイルスがどのように核内で認識され、細胞の防御反応が惹起されるのかを明らかにすることを目的に行われた。これまでにボルナウイルスのP蛋白質と直接結合する宿主因子であるHMGB1が、ヘルペスウイルスに対する核内ウイルスセンサーであるIFI16とも相互作用していることを明らかにしている。そこで本年度は、IFI16がボルナウイルスの感染をも認識できるのかについて検討を行った。その結果、IFI16をノックダウンさせた細胞では、ボルナウイルスの複製効率が上昇し、IFI16の発現がボルナウイルスの核内複製を抑制していることが明らかとなった。また、IFI16が欠損した細胞では、細胞質中に認められたウイルス蛋白質の凝集塊の数が減少し、ウイルスの認識にIFI16が機能している可能性が示された。本研究は、インフルエンザウイルスやボルナウイルスなどの細胞核で増殖するRNAウイルスがどのように核内で認識され、細胞の防御反応が惹起されるのかを明らかにすることを目的に行われた。昨年度までにボルナウイルスのP蛋白質と直接結合する宿主因子であるHMGB1が、核内ウイルスセンサーであるIFI16とも相互作用していることを明らかにし、IFI16をノックダウンさせた細胞では、ボルナウイルスの複製効率が上昇していることを明らかにした。また、IFI16欠損細胞を作製し、この欠損細胞中でのボルナウイルスの複製が上昇することを明らかにしている。そこで本年度は、ボルナウイルスと同じく核内増殖するRNAウイルスであるインフルエンザウイルスの感染がIFI16に認識されるかの解析を行った。shRNAを用いてIFI16をノックダウンさせた細胞を作製し、インフルエンザウイルスの感染を行った。その結果、ノックダウン細胞ではインフルエンザウイルス増殖が若干上昇することが明らかとなった。さらに、核内から細胞質への移行能力を欠損している組換えインフルエンザウイルスを用いて同様の解析を行ったところ、細胞質への移行能力を持たないウイルスではIFI16欠損による顕著な増殖効率の上昇が確認された。ボルナウイルス感染に対するIFI16の役割については、ノックダウンやノックアウト細胞を作製することで、ある程度の機能が絞れてきた。また、計画していたボルナウイルス持続感染細胞核内におけるIFI16とボルナウイルスRNPとの相互作用に関しては、免疫沈降法ならびに蛍光抗体法によって示されつつある。これらの結果は、本年度の計画に沿ったものであり、計画どおりに実験がおこなわれ、得られた成果に関しても当初の予想を大きく逸脱することなかった。その意味において概ね計画は達成できたものと考えている。一方で、本年度に計画していた核内でボルナウイルスRNPを認識する新たな分子の同定に関しては、現在解析は途中段階である。候補分子の絞り込みがまだ行なわれておらず、今後の課題となっている。ウイルス学今後は、上記の核内でボルナウイルスRNPを認識する新たな分子の同定に向けた解析を進めるとともに、引き続きIFI16のウイルスRNA認識機構と抗ウイルスシグナルへの関与を明らかにする。具体的には、IFI16によるウイルスRNA認識がどのような抗ウイルス応答を引き起こすのかを、網羅的なマイクロアレイ解析を用いて検討する予定である。IFI16、もしくはHMGB1を欠損させた感染細胞、そして非感染細胞でのコントロール細胞を比較することで、IFI16依存的に感染細胞で活性が上昇する抗ウイルスシグナル応答を突き止める。また、インフルエンザウイルスRNPとIFI16との相互作用も明らかにする。IFI16欠損細胞を用いたインフルエンザウイルス感染を行い、ウイルス増殖ならびに抗ウイルス活性を明らかする。

さらに、上記で明らかにしたIFI16に依存した抗ウイルスシグナル応答に着目して、インフルエンザウイルスの増殖を検討する。ボルナウイルスとインフルエンザウイルス感染における抗ウイルス応答の差異を明らかにし、急性感染や持続感染などの感染形態の違いから検討を進める。
アプレピタントの体内動態及び薬効解析による戦略的個別化投与設計理論の確立

従来のセトロニン受容体拮抗薬に加えて、脳内ニューロキニン1 (NK1)受容体拮抗薬の導入(支持療法)が功を奏し、細胞障害性抗がん薬を用いた治療継続可能な症例の増加による治療全体の予後が改善されつつある。患者の体表面積に応じた用量調節を行う抗がん薬に対し、支持療法では固定用量のため一部の患者では薬理効果の不足を招くことが想定される。本研究では、支持療法の有効性と安全性確保を目的に、がん患者を対象とした代表的NK1拮抗薬アプレピタントの臨床薬理学試験を行うと同時に、種々解毒メカニズムに着目した薬物相互作用研究を進め、アプレピタントの個別化投与設計理論の構築を到達目標とする。脳内線条体中ニューロキニン1 (NK1)受容体拮抗薬であるアプレピタントは、高度催吐リスク薬物に分類される白金系抗がん薬による悪心・嘔吐(CINV)に適応を有し、急性症状のみならず、遅発性症状に対しても制吐作用を示す。しかしながら、血漿中アプレピタント濃度が高い患者群ではCINV予防が100%であるのに対して、低い患者群では60%未満であることが報告されている。そこで本研究は、アプレピタントの動態特性に着目した個別化投与設計法の構築を最終到達目標と設定し、アプレピタントの薬物動態と薬理学的作用との関連解析とともに、NK1受容体アゴニストであるサブスタンスPの血中濃度がアプレピタントの効果不良予測因子となる可能性について明らかにすることを予定している。平成30年度では、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)/三連四重極型質量分析計(MS/MS)を用いた血漿中アプレピタント濃度の定量系を構築した。一方で、サブスタンスPは11個のアミノ酸から構成される直鎖ペプチドあり、血漿プロテアーゼにより採血直後より速やかに分解される。そこで、プロテアーゼ阻害剤を用いることで良好な血漿中サブスタンスP残存率を維持させ、LC-MS/MSを用いた迅速かつ簡便な定量系の構築を可能とした。令和元年では、倫理審査委員会への申請並びに当初の予定通り症例集積後、アプレピタントの薬効発現に関連する因子(解毒因子、受容体の遺伝子構造など)の影響について系統的解明を目指す。当初の予定では、血漿中アプレピタント及びサブスタンスPの定量法の構築と当施設における臨床研究倫理審査委員会及びヒトゲノム・遺伝子解析研究倫理審査委員会へ審査申請を同時並行で行う予定であったが、上述の通りサブスタンスPの血漿中における安定性に関する課題解決に向けた検討の実施及びその過程においてサブスタンスP代謝物の血漿中濃度測定意義を見出したことから、これらの定量系の構築を喫緊の課題とした。さらに、助成金交付月である平成30年度9月より定量系の構築に着手し始めたことから、倫理審査委員会への申請が次年度に延期となったため当初の予定よりも研究計画が遅延するに至った。本年度は、当初の計画より遅延したものの予定通り臨床研究及びヒトゲノム・遺伝子解析研究倫理審査委員会へ申請を行い、着実に症例を増やしていく予定である。症例集積後、血中アプレピタント濃度及びアプレピタントの薬物動態に関わる薬物代謝酵素の遺伝子多型(CYP3A5*3, 6986 A>G)や細胞外排泄トランスポーター(ABCG2)などの遺伝子情報、並びに薬物間相互作用の観点から併用薬を含む患者背景因子の影響について検討する。

令和元年では、倫理審査委員会への申請並びに当初の予定通り症例集積後、アプレピタントの薬効発現に関連する因子(解毒因子、受容体の遺伝子構造など)の影響について系統的解明を目指す。当初の予定では、血漿中アプレピタント及びサブスタンスPの定量法の構築と当施設における臨床研究倫理審査委員会及びヒトゲノム・遺伝子解析研究倫理審査委員会へ審査申請を同時並行で行う予定であったが、上述の通りサブスタンスPの血漿中における安定性に関する課題解決に向けた検討の実施及びその過程においてサブスタンスP代謝物の血漿中濃度測定意義を見出したことから、これらの定量系の構築を喫緊の課題とした。さらに、助成金交付月である平成30年度9月より定量系の構築に着手し始めたことから、倫理審査委員会への申請が次年度に延期となったため当初の予定よりも研究計画が遅延するに至った。本年度は、当初の計画より遅延したものの予定通り臨床研究及びヒトゲノム・遺伝子解析研究倫理審査委員会へ申請を行い、着実に症例を増やしていく予定である。症例集積後、血中アプレピタント濃度及びアプレピタントの薬物動態に関わる薬物代謝酵素の遺伝子多型(CYP3A5*3, 6986 A>G)や細胞外排泄トランスポーター(ABCG2)などの遺伝子情報、並びに薬物間相互作用の観点から併用薬を含む患者背景因子の影響について検討する。
振動モード変化がライザー管の渦励振に与える影響に関する研究

本研究では海上油田の産出等に用いられるライザー管を対象とし、VIV(Vortex Induced Vibration渦励起振動)発生時の振動モードの遷移が起きたときの過渡的応答を模型試験と数値計算を用いて調べた。その結果、周期的にモード遷移を与えた場合、準静的に一定の振動モードでVIVが発生する場合と比較してVIVの振幅が小さくなることが分かった。またこの効果はある特定のVIVの振幅が発達する前にモード遷移を起こし、その発達を妨害するので、短周期の変動や振幅が十分に発達したあとでの変動では効果が薄いことが分かった。潮流が強い大水深海域においてVIV(渦励振)が発生したときにVIVが時間的にどのように発達し、ライザー管全体に伝播していくかといった過渡的な応答には未だ不明な点が多い。また、時々刻々と変化する海象にあってライザー管にVIVが発生した場合、振幅や振動モード等のパラメータは常に変化することとなり、その挙動を時間領域で追うことはライザーの安全性及び信頼性を評価する上で重要となる。本研究ではライザー管を対象とし、VIV発生時の振動モードの遷移が起きたときの過渡的応答を模型試験と数値計算を用いて明らかにする。さらに上端張力の変動によって系の振動モードを周期的に変化させた場合のライザー管の挙動の計測を実施し、系の振動モードの制御によってライザー管のVIVによる疲労被害度の抑制が可能であるかを検討する。平成21年度はVIV発生時におけるライザー管挙動の準静的応答の模型実験と数値計算によるモデル化およびその検証を行った。模型実験では(独)海上技術安全研究所内の深海水槽において、全長28.5mの長尺模型を作製し、潮流中におけるライザー模型のVIV挙動を計測を行ったところ、上端張力として初期張力の3倍以上の変化を与えることで、最大15次モードまでの幅広いモード形状変化を計測できた。また、既存の水中線状構造物挙動計算ソフトウェアを用いて模型試験結果を評価し、低次モードのVIVの方が最大振幅およびモード形状に良い一致がみられることなど、時間領域挙動計算プログラムを開発する上での知見を得ることができた。さらに高次モードのVIVが発生した場合、わずかな上端張力の変化により次数が変化し、挙動に影響を与えることと、VIVの最大振幅ばモード遷移域において小さくなることから、上端張力の制御でVIVによる振動を小さくできる可能性があることがわかった。さらに上端張力の変動により、系の振動モードを周期的に変化させた場合のライザー管の挙動の計測し、系の振動モードの制御によってライザー管のVIVによる疲労被害度の抑制が可能であるかを検討する。模型実験では(独)海上技術安全研究所内にある深海水槽を使用して28.5mの長尺模型を用いた模型試験を行い、水面から水面下5mに至るまで複数の潮流発生装置を積み重ねるように配置することで海中における潮流を模擬し、潮流中のVIVの計測を行った。平成22年度はVIV発生時のモード遷移を含めた動的変動が与える影響を模型試験を中心に検証し、VIVによる疲労被害度の抑制が可能であるかを検討した。その結果、周期的にモード遷移を与えた場合、準静的に一定の振動モードでVIVが発生している場合と比較してVIVの振幅が小さくなることが分かった。またこの効果はある特定のVIVの振幅が発達する前にモード遷移を起こしてその発達を妨害するので、短周期の変動や振幅が十分に発達したあとでは効果が薄いことが分かった。
白血球機能から学ぶ濃度マランゴニ効果を利用した新規マイクロ粒子推進機構の開発

本課題では,白血球膜機能から学ぶ濃度マランゴニ効果を利用した新規マイクロ粒子駆動源の開発を目的として,濃度勾配による水溶液中下で白血球の運動に着目し,光学顕微鏡下での白血球移動と濃度輸送の計測,および原子間力顕微鏡による駆動力の計測から,白血球表面での濃度勾配による白血球駆動機構の解明を行う.また,この生物の機能を模倣した濃度制御型微細表面加工のための基礎的研究を行った.得られた結果は以下の通りである.(1)溶液中白血球の過渡的サイトカイン濃度勾配による運動の観察と測定を行った.サイトカインに付着させた蛍光物質を顕微鏡下でCCDカメラを用いて観察し,その輸送状態(輝度分布,輝度勾配分布)を実験的に得ることができた.3種類(低・中・高濃度勾配)の初期濃度勾配を与えることにより,白血球の濃度勾配依存性を調べ,(a)白血球の周囲流体の濃度勾配が負に対して,白血球の膜上濃度勾配は正が支配的であること,(b)正と負が逆転を繰り返しながら時間進行していること,(c)3種類のサイトカインの濃度勾配に対して,その勾配に対する感度が変化することがわかった.(2)白血球の一定濃度勾配による運動の観察と測定については,Y字型流体回路内で,観察領域への白血球シードを試みたが,一定濃度勾配下になる条件の前に移動を開始してしまい,白血球から見ると過渡的な濃度勾配となり,結果的に(1)(2)と同様な現象となった.(3)原子間力顕微鏡を用いた力の計測については,白血球の表面をカンチバーで刺激することによって,細胞として反応し安定したデータを得ることができなかった.(4)新規マイクロ粒子については,凹凸等の表面加工をフェムト秒パルスレーザで行う予定であったが,50μmのPIV用の樹脂ビーズ球に対して,集光領域(5x10μm)の位置あわせが完全でなく,表面の微小凹凸生成が困難であった.本課題では,白血球膜機能から学ぶ濃度マランゴニ効果を利用した新規マイクロ粒子駆動源の開発を目的として,濃度勾配による水溶液中下で白血球の運動に着目し,光学顕微鏡下での白血球移動と濃度輸送の計測,および原子間力顕微鏡による駆動力の計測から,白血球表面での濃度勾配による白血球駆動機構の解明を行う.また,この生物の機能を模倣した濃度制御型微細表面加工のための基礎的研究を行う.平成29年度については,(I-1)溶液中白血球の過渡的サイトカイン濃度勾配による運動の観察と測定を過渡的について行った.実験では,サイトカインに付着させた蛍光物質を顕微鏡下でプログレッシブスキャンCCDカメラを用いて観察し,その輸送状態(輝度分布,輝度勾配分布)を実験的に得ることができた.今年度については,定常的濃度勾配の設定に先立ち,3種類(低濃度勾配,中濃度勾配,高濃度勾配)の初期濃度勾配を与えることにより,白血球の濃度勾配依存性がないかどうかを中心に調べた.これらの結果として,白血球の周囲流体の濃度勾配が負に対して,白血球の膜上濃度勾配は正が支配的であり,正と負が逆転を繰り返しながら時間進行していることや3種類のサイトカインの濃度勾配を変化させてもこの機構は同様であることがわかった.また,1次元の濃度マランゴニ効果の理論式から得られているように,白血球移動速度は膜上サイトカイン濃度勾配に比例していることがわかった.さらに,移動速度が初期のサイトカイン濃度勾配にも比例していることがわかった.一方,(I-2)溶液中白血球の定常的サイトカイン濃度勾配による運動の観察と測定については,Y字型流体回路において,対象となる白血球の観察領域へのシードがうまく行われなかったため,定常的濃度勾配時の上記の解析ができなかった.白血球移動については,各種初期濃度勾配によらず同じ機構で動いていることが実験より明らかになったため.また,定常やそのほかの計測については,計測にあたり技術的課題を解決すれば遂行可能となるため.本課題では,白血球膜機能から学ぶ濃度マランゴニ効果を利用した新規マイクロ粒子駆動源の開発を目的として,濃度勾配による水溶液中下で白血球の運動に着目し,光学顕微鏡下での白血球移動と濃度輸送の計測,および原子間力顕微鏡による駆動力の計測から,白血球表面での濃度勾配による白血球駆動機構の解明を行う.また,この生物の機能を模倣した濃度制御型微細表面加工のための基礎的研究を行った.得られた結果は以下の通りである.(1)溶液中白血球の過渡的サイトカイン濃度勾配による運動の観察と測定を行った.サイトカインに付着させた蛍光物質を顕微鏡下でCCDカメラを用いて観察し,その輸送状態(輝度分布,輝度勾配分布)を実験的に得ることができた.3種類(低・中・高濃度勾配)の初期濃度勾配を与えることにより,白血球の濃度勾配依存性を調べ,(a)白血球の周囲流体の濃度勾配が負に対して,白血球の膜上濃度勾配は正が支配的であること,(b)正と負が逆転を繰り返しながら時間進行していること,(c)3種類のサイトカインの濃度勾配に対して,その勾配に対する感度が変化することがわかった.(2)白血球の一定濃度勾配による運動の観察と測定については,Y字型流体回路内で,観察領域への白血球シードを試みたが,一定濃度勾配下になる条件の前に移動を開始してしまい,白血球から見ると過渡的な濃度勾配となり,結果的に(1)(2)と同様な現象となった.

(3)原子間力顕微鏡を用いた力の計測については,白血球の表面をカンチバーで刺激することによって,細胞として反応し安定したデータを得ることができなかった.(4)新規マイクロ粒子については,凹凸等の表面加工をフェムト秒パルスレーザで行う予定であったが,50μmのPIV用の樹脂ビーズ球に対して,集光領域(5x10μm)の位置あわせが完全でなく,表面の微小凹凸生成が困難であった.基本的には,研究計画どおり進行させるが,(II)原子間力顕微鏡による働く力の計測については,平成30年度においては,微粒子に対してこの機能を似せた機構をもたせるため,白血球(細胞)そのものよりも,接着が容易な微粒子を用いて計測を行っていく予定である.その主なものは,予定にあった微小流路(消耗品)やその回路でのデバイス等,さらには解析のためのソフトウエアの購入が遅れたため.
水環境下におけるPMCの損傷発達と長期耐久性

本研究では水環境下におけるGFRPの耐久性の評価ならびに寿命の予測法を提案した.平織Eガラスクロスを強化繊維に,ビニルエステル樹脂を母材に用いてGFRPを作成し,純水中および大気中において定荷重引張試験を行った.GFRPは純水中にてのみ破断し,荷重および試験温度の上昇とともに破断時間は短くなった.また試験中のGFRPに蓄積されるエネルギおよび劣化による破壊基準の低下を考慮して破断時間を予測し,実験結果とよい一致を得た.本研究では水環境下におけるGFRPの耐久性の評価ならびに寿命の予測法を提案した.平織Eガラスクロスを強化繊維に,ビニルエステル樹脂を母材に用いてGFRPを作成し,純水中および大気中において定荷重引張試験を行った.GFRPは純水中にてのみ破断し,荷重および試験温度の上昇とともに破断時間は短くなった.また試験中のGFRPに蓄積されるエネルギおよび劣化による破壊基準の低下を考慮して破断時間を予測し,実験結果とよい一致を得た.極限環境下におけるガラス繊維強化プラスチック(GFRP)の長期信頼性の確立を目的として,高温水環境下におけるGFRPの劣化挙動の調査を行った.従来の研究により腐食環境下におけるGFRPの劣化は,応力負荷および環境劣化の相互作用によって生じる応力腐食割れ(Stress corrosion cracking: SCC)によることが明らかとなり,腐食環境下におけるGFRPの長期信頼性を確立するにはSCCの発生機構を解明することが必要である.GFRPに生じるSCCは,すなわちその構成基材に生じるミクロレベルのSCCであると考えられるため,本研究ではGFRPの構成基材であるガラス繊維,繊維/樹脂界面に着目してSCCの発生機構を調査した.本研究ではECRガラス繊維およびビニルエステル樹脂から単繊維埋蔵型試験片(Single fiber ccmposite; SFC)および一方向GFRPを作成した.SFC試験片を80°C純水中に浸漬させた後にフラグメンテーション試験を行い,浸漬後の繊維強度および界面強度をそれぞれ測定した.さらに一方向GFRPを浸漬させた後に引張試験を行い,浸漬後の残存強度を測定した.また,SFC試験片により求められた構成基材の強度低下をGlobal loadsharing(GLS)理論に組み込み一方向材の残存強度を予測したところ,界面強度低下の影響を考慮することにより予測結果は実験値とよい一致を得た.特に長期浸漬後の予測結果が実験値に近づいていく傾向が確認され,これは純水に浸潰させた際に生じる界面劣化により,GFRPがGLS理論の仮定している応力状態に近づいたためと考えられる.以上より,本研究で提案した一方向GFRPの強度予測手法の妥当性が確認された.水環境下における高分子基複合材料の長期信頼性を確保することを目的として,高温水環境下におけるガラス繊維強化プラスチック(GFRP)の定荷重試験を行い,GFRPの劣化挙動を調査した.本研究では強化繊維に平織Eガラス繊維クロスを,母材にビニルエステル樹脂を構成基材とする平織GFRP積層板を試験片として用いた.試験環境は40,60,80°Cの純水中ならびに大気中とした.はじめにGFRP試験片の静的引張試験を行い,織物GFRPの機械的性質の環境(純水中・大気中,試験温度)依存性を調査した.純水中における平織GFRPの機械的性質は大気中と比較して低く,試験温度の上昇によりさらに低下することが確認された.次に大気中ならびに純水中にて定荷重試験を行い,各試験条件におけるひずみ履歴ならびに破断時間を測定した.定荷重試験の試験条件は静的引張試験の結果にもとづき決定した.純水中定荷重試験にて生じたひずみ値は大気中の同じ負荷応力の際の値と比較して高く,その増加速度は速いことが明らかとなった.また,純水中・低負荷応力レベル(0.30)にて試験を行った際には約1000時間で破断したが,大気中・高応力レベル(0.60)にて試験を行った際には1000時間経過後も破断しなかった.静的引張試験ならびに定荷重試験から,純水浸漬によって低応力域にてGFRP内部に損傷が発生・蓄積し,機械的性質の低下さらには試験片の破断に至ることが明らかとなった.さらに水中定荷重試験の破断時間を予測した.Reiner-Weissenbergクライテリオンは粘弾性体のクリープ寿命を予測する際に用いられているモデルであり,本研究では純水浸漬による経時劣化を考慮するために加速項を加えてモデルを修正した.本研究の範囲内においては,修正R-Wクライテリオンを用いてすべての試験温度における純水中定荷重試験の寿命が予測可能であることが示唆された.本研究では強化繊維に平織Eガラス繊維クロスを,母材にビニルエステル樹脂を構成基材とする平織GFRP積層板を試験片とした.試験環境は40,60,80°Cの純水中ならびに大気中とした.はじめにGFRP試験片の静的引張試験を行い織物GFRPの機械的性質の環境・温度依存性を調査した.純水中における平織GFRPの機械的性質は大気中と比較して低く,試験温度の上昇によりさらに低下することが確認された。次に大気中ならびに純水中にて定荷重試験を行い,各試験条件におけるひずみ履歴ならびに破断時間を測定した.定荷重試験の試験条件は静的引張試験の結果にもとづき決定した.純水中の定荷重試験にて生じたひずみ値は大気中の同じ負荷応力の際の値と比較して高く,その増加速度も速いことが明らかとなった.純水中の破断時間は試験温度および負荷応力の増加に伴い短くなったが,大気中においては本研究の試験範囲内では破断しなかった.さらに定荷重試験の破断時間の予測を行った.

繊維強化セラミックスのように繊維/母材界面の接着性が弱い複合材料の強度を計算する際には,破断繊維近傍に生じる応力集中を無視するglobal loadsharing(GLS)という仮定が広く用いられている.本研究では浸漬によって界面接着性が低下するため,GLSの仮定に近づくことが考えられる.また,定荷重試験中には界面の接着性と同時にガラス繊維および母材樹脂の強度が低下することが考えられる.繊維および界面に関しては単繊維埋蔵型試験片を,母材樹脂に関しては樹脂単体の試験片を純水中に浸漬させた後に引張試験を行い,それぞれの機械的性質の低下挙動を定量化した.これら構成基材の機械的性質の低下をGLS理論に組み込み定荷重試験中のGFRPの残存強度を算出し,破断時間を予測した.そして定荷重試験の破断時間の試験結果と予測結果の比較を行い,本予測手法の妥当性を検証した.
菌体表層の両親媒性物質と歯周病-歯周組織のCD14分子の役割に関する研究-

細菌細胞壁表層には様々な生物学的活性を発揮する成分が局在している。特に、グラク陰性菌外膜の内毒素性リポ多糖(LPS)やグラム陽性菌表層のリポタイコ酸(LTA)は、多彩な活性が知られた両親媒性物質である。両物質はマクロファージ等の細胞膜上に発現する膜CD14(mCD14)を介して細胞を活性化するといわれている。最近、CD14分子と会合してLPS刺激のシグナルを細胞内に伝える分子が、明らかにされ、Toll-like receptor(TLR)と名付けられた。TLRは10種以上存在するといわれており、種々の菌体成分のそれぞれの認識にどのTLRが利用されているかが、大きな関心事となっている。研究成果は論文リストの通りであるが、主たるものは1.ヒト歯肉線維芽細胞にはmCD14を高発現する細胞と低発現の細胞が存在し、mCD14高発現歯肉線維芽細胞では、腸内細菌科のLPSや合成リピドA刺激に応じて、インターロイキン(IL)-8を産生する。2.口腔レンサ球菌Streptococcus sanguisのLTAはLPSアンタゴニストとして作用して歯肉線維芽細胞よりのIL-8誘導活性をほぼ完全に阻害する。一方、3.Enterococcus hiraeのLATは単球系細房THP-1細胞をCD14非依存的に活性化した。さらに4.歯周病関連細菌Prevotella intermediaのLPS画分は、mCD14を欠くヒト歯髄細胞をsoluble CD14依存的に活性化するが、この活性化には転写因子AP-1が係わっていた。他方、5.同LPS画分のヒト歯肉線維芽細胞に対するIL-8産生誘導活性には転写因子NF-kBが係わっている。なお、TLR関連の成果として、6.竹内(阪大微研)らが作成したTLR2およびTLR4遺伝子ノックアウトマウスを供試して、LPSとLTAはTLR4を利用しているのに対して、ペプチドグリカン等はTLR2を利用していることを証明した。今後、さらに多くの菌体成分のTLR usageを解明して、益々注目を集める自然免疫の研究に資するとともに、歯周組織における菌体成分認識機構の分布・動態と歯周病発症との係わりをさらに追求したいと考えている。両物質はマクロファージ等の細胞膜上に発現するCD14(膜CD14、mCD14)を介して細胞を活性化するといわれている。申請者らは歯周組織におけるCD14分子の動態を検討し、CD14分子が様々な菌体成分、特に歯周病関連細菌のそれらに対する宿主の応答に果す役割を明かにしようとした。今年度、申請者らは1.ヒト歯肉線維芽細胞にはmCD14を高発現する細胞と低発現の細胞が存在する。2.mCD14高発現歯肉線維芽

細胞では、腸内細菌科のLPSや合成リピドA刺激に応じて、インターロイキン(IL)-8を産生する。3.同反応はmCD14を介している。4.口腔レンサ球菌StreptococcussanguisのLTAがLPSの歯肉線維芽細胞よりのIL-8誘導活性をほぼ完全に阻害する。等の知見を得た。なお、5.LTAの活性は菌種によって異なり、Bacillus subtilisのLTAはmCD14を介して、歯肉線維芽細胞を活性化した。さらに6.Enterococcus hiraeのLTAはヒト単球系細胞THP-1細胞をCD14非依存的に活性化した。一方、7.歯周病関連細菌Prevotella intermediaのLPS画分は、mCD14を欠くヒト歯髄細胞をsoluble CD14依存的に活性化するが、この活性化には転写因子AP-1が係わっていた。他方、8.同LPS画分のヒト歯肉線維芽細胞に対するIL-8産生誘導活性には転写因子NF-κBが係わっていることを証明した(以上の成績については研究発表欄の論文参照)。来年度には、細胞壁ペプチドグリカンや報告者らがp.intermediaから調製した活性糖蛋白画分PGPなども研究対象に加えて、CD14を巡る菌体成分応答と歯周病の係わりを更に探究したいと考えている。細菌細胞壁表層の両親媒性物質は、多彩な生物学的活性を発揮する。特に、グラク陰性菌外膜の内毒素性リポ多糖(LPS)やグラム陽性菌表層のリポタイコ酸(LTA)は、代表的な両親媒性物質である。両物質はマクロファージ等の細胞膜上に発現するCD14(膜CD14,mCD14)を介して細胞を活性化するといわれている。我々は昨年(平成11年)度、ヒト歯肉線維芽細胞にはmCD14を高発現する細胞と低発現の細胞が存在し、mCD14高発現歯肉線維芽細胞では、mCD14を介して腸内細菌科のLPSや合成リピドAの刺激を捉えて、インターロイキン(IL)-8を産生することを明らかにした。今年度は、1.Bacillus subtilisのLTAもmCD14を介して、歯肉線維芽細胞を活性化するのに対して、口腔レンサ球菌Streptococcussanguisならびにstreptococcus mutansのLTAはLPSのIL-8誘導活性を阻害するアンタゴニストとして作用すること、2.歯周病関連細菌Prevotella intermediaのLPS画分は、mCD14を欠くヒト歯髄細胞をsoluble CD14依存的に活性化するが、この活性化には転写因子AP-1が係わっていることを証明し、さらに3.最近研究の進んだ、CD14に会合してLPSのシグナル伝達を担うToll-like receptor(TLR)系と、これら両親媒性物質の係わりを研究(阪大・審良静男教授らと共同)し、これまでの報告と違って、LTAはLPSと同様にTLR4によって認識されていることを明らかにし、報告者らがP.intermediaから調製した活性糖蛋白画分PGPはTLR2によって認識されることを示唆する成績を得た。今後さらに、歯周組織において微生物を認識し応答するCD14/TLR系の役割の解明を進めて、「菌体成分による自然免疫機構の撹乱」との視点から、歯周病発症機序に迫りたいと考えている。
RNA結合蛋白QKI5による大腸癌幹細胞の新規エピジェネティック制御機構の解明

大腸癌による死亡数は増加の一途にあり、死因の大半である転移や再発の克服が大腸癌の予後改善のための重要課題である。大腸癌幹細胞は少数の細胞集団であるが、治療抵抗性が高く転移や再発に深くかかわる。また、近年、癌幹細胞の中でも抗癌剤や放射線治療に対する抵抗性が高いサブグループが存在することが明らかになりつつあり、多様性を生み出す分子機構として癌幹細胞のエピジェネテッィク制御機構に注目が集まっている。私たちはヒト癌細胞株の解析では生体内と異なるエピジェネティック修飾が加わることに着目し、培養や薬品による修飾の少ない手術検体由来の大腸癌幹細胞を直接的に解析することで、大腸癌幹細胞で極めて選択的に癌遺伝子miR-221の発現が上昇していること、miR-221の発現抑制により大腸癌幹細胞の腫瘍形成能が低下することを明らかにしてきた。さらに、ヒト大腸癌細胞株やヒト大腸癌異種移植マウスを用いたルシフェラーゼアッセイ、ウエスタンブロット解析によりmiR221の新規標的遺伝子としてRNA結合蛋白Quaking 5(QKI5)を同定した。さらに、TCGAの大規模データベースのインフォマティクス解析により、臨床検体でもmiR-221と標的遺伝子であるQKI5は発現レベルが逆相関していること、miR-221の発現が高い大腸癌は予後が不良であることを明らかにした。多変量解析の結果では、miR-221の発現の多寡が大腸癌の独立した予後規定因子であることを見出した。以上の研究成果を踏まえ、本研究では大腸癌幹細胞の制御におけるmiR-221-QKI5経路の重要性を解明する。本研究により癌幹細胞の新たなエピジェネティック制御機構を明らかにすることは、大腸癌の制圧に向けた重要な知見となり、miR-221を標的とした核酸創薬など新規治療戦略に応用できる可能性をもつ。大腸癌の手術検体より、セルソーターにて癌幹細胞(EpCAM+/CD44+)を分離しリアルタイムPCR法にてマイクロRNAの発現解析をしたところ、miR-221の選択的な上昇が認められた。しかし、手術で合併切除された正常大腸の組織幹細胞(EpCAM+/CD44+)のリアルタイムPCR解析ではmiR-221の発現上昇は認めなかった。そこで正常大腸組織幹細胞でのmiR-221の発現を明らかにするために、C57B6マウスの正常腸管の陰窩より、胚細胞を濃縮した分画(Epcam+/Cd66a-/Cd44+/Kit+)と組織幹細胞を濃縮した分画(Epcam+/Cd66a-/Cd44+/Kit-)を分離し、米国Columbia大学と共同でRNAシークエンス解析を行った。結果は、組織幹細胞を濃縮した分画(Epcam+/Cd66a-/Cd44+/Kit-)でmiR-221の発現が優位に上昇しており(p=0.0037)、正常腸管においてもmiR-221が幹細胞性の制御に関与することが示唆された。本研究課題はこれまでに得られた成果をまとめ、現在は国際科学雑誌に研究論文の投稿中である。論文の採択に追加実験が求められるようであれば、Reviewerのコメントに対応した追加実験を直ちに行う方針としている。

そこで正常大腸組織幹細胞でのmiR-221の発現を明らかにするために、C57B6マウスの正常腸管の陰窩より、胚細胞を濃縮した分画(Epcam+/Cd66a-/Cd44+/Kit+)と組織幹細胞を濃縮した分画(Epcam+/Cd66a-/Cd44+/Kit-)を分離し、米国Columbia大学と共同でRNAシークエンス解析を行った。結果は、組織幹細胞を濃縮した分画(Epcam+/Cd66a-/Cd44+/Kit-)でmiR-221の発現が優位に上昇しており(p=0.0037)、正常腸管においてもmiR-221が幹細胞性の制御に関与することが示唆された。本邦における大腸癌による死亡数は増加の一途にあり、死因の大半である転移や再発の克服が大腸癌の予後改善のための重要課題である。大腸癌幹細胞は、全体の約10%以下と少数の細胞集団であるが、治療抵抗性が高く転移や再発に深くかかわる。また、近年、癌幹細胞の中でも抗癌剤や放射線治療に対する抵抗性が高いサブグループが存在することが明らかになりつつあり、多様性を生み出す分子機構として癌幹細胞のエピジェネテッィク制御機構に注目が集まっている。私たちはヒト癌細胞株の解析では生体内と異なるエピジェネティック修飾が加わることに着目し、培養や薬品による修飾の少ない手術検体由来の大腸癌幹細胞を直接的に解析することで、大腸癌幹細胞で極めて選択的に癌遺伝子miR-221の発現が上昇していること、miR-221の発現抑制により大腸癌幹細胞の腫瘍形成能が低下することを明らかにしてきた。さらに、ヒト大腸癌細胞株やヒト大腸癌異種移植マウスを用いたルシフェラーゼアッセイ、ウエスタンブロット解析によりmiR-221の新規標的遺伝子としてRNA結合蛋白Quaking 5(QKI5)を同定した。以上の研究成果を踏まえ、本研究では、QKI5が癌幹細胞制御遺伝子を制御する分子機構を解明し、大腸癌幹細胞の制御におけるmiR-221-QKI5経路の重要性を解明する。本研究により癌幹細胞の新たなエピジェネティック制御機構を明らかにすることは、大腸癌の制圧に向けた重要な知見となり、miR-221を標的とした核酸創薬など新規治療戦略に応用できる可能性をもつ。QKI5による癌幹細胞制御機能を解析するために、レンチウイルスにてヒト大腸癌細胞株HCT116にQKI5を導入し、オルガノイド培養系による腫瘍原性の変化を解析した。コントロールと比較し、QKIを過剰発現させた大腸癌細胞では有意にコロニーの形成が抑制された。続いて、臨床検体のヒト大腸癌を免疫不全マウスに移植することでヒト大腸癌異種移植マウスを樹立し、QKIを過剰発現させた同細胞を用いてマウスへの移植実験を行った。コントロールと比較し、QKI過剰発現細胞から形成された腫瘍は有意に増殖が遅く、QKIが大腸癌の増殖を抑制することが示唆された。以上のように、遺伝子導入による細胞特性の変化の評価には、癌細胞株だけでなく、臨床検体から樹立したヒト大腸癌異種移植マウス腫瘍を用い、可能な限り臨床検体に近い状態のヒト大腸癌幹細胞を解析した。TCGAの大規模データベースのインフォマティクス解析を行い、臨床検体でもmiR-221と標的遺伝子RNA結合蛋白QKI5は臨床検体においても発現レベルが逆相関していることを明らかにした。本結果より、実際に生体内でもmiR-221によりQKI5が制御されていることが示唆された。また、同データベースの解析によりmiR-221の発現が高い大腸癌は全生存期間(Overall Survival)が短く予後が不良であることを明らかにした。
イオン性液体からの結晶成長機構の分子動力学法による研究

1.塩化ナトリウムの融体からの結晶成長を,結晶-融液界面が最初(100)面,(110)面,(111)面の場合についてMDを行った。結晶成長は,<100>方向に最も容易に進行した。溶融塩化ナトリウム中に,異種類陽,陰イオンを混入した場合について,結晶への取り込まれ方,成長速度について調べた。塩化ナトリウム結晶の上に溶融塩化リチウムを配した場合のエピタキシー成長について調べた。2.酸化マグネシウムにっいて同様に調べたところ,結晶成長の様子は塩化ナトリウムの場合と酷似していた。すなわち(100)面に最も成長しやすい。イオンの価数は,結晶成長にほとんど関係がなく,結晶形に依存することが分かった。3.塩化カルシウムについて調べた。(001)面の成長は,NaCl型の場合より遅いが,結晶は成長した。(100)面,(110)面の場合はMDを行った時間内には成長しなかった。(001)面の成長も,最高の成長速度でもかなり遅い。これは,1つの陽イオンと2つの陰イオンが単位となって成長するために,欠陥が出来やすく,その欠陥の上には結晶が成長しにくいためである。4.メタケイ酸カルシウムについて調べた。この物質(CaSiO_3)の結晶は,ペロブスカイト構造を有する。(100)面について成長を試みた。1-2層は成長したが,それ以上はナノ秒程度のMDでも成長しなかった。これは,融液の粘性力が高く,また2種類の陽イオンが存在するために,成長が遅いものと考えられる。5.酸化マグネシウムを対象として分子動力学シミュレーションの約52分間の一般的説明なども入れたビデオを制作した。我々は以前に融体からの結晶成長の分子動力学シミュレーション(MD)を世界で最初に行い、その分子レベルでの機構解析に成功した。今回科研費で購入できたワークステーションを用いて、以前は大型計算機で行っていた計算をより短い時間で行うことができた。主な成果は以下のとおりである。1.NaClは最初の基板が(110)面でも[100]方向に成長する。これは陽-陰イオンが互いに隣り合う(100)面が、融液の構造と似ているために、結晶成長が容易なためと思われる。2.成長速度の温度依存性を調べたら、850K(融点の実験値は1073K)付近で極大値を有することが分かった。3.NaCl融体のNa^+の約12%を、Li^+,K^+,Rb^+のいずれかで置き換えたもの、あるいはCl^-を同様にF^-,Br^-で置き換えた"不純物系"の結晶成長を行ったら、融液中の陽-陰イオン間の距離が結晶中のNa^+-Cl^-の距離に近いものほど成長速度が速いことが分かった。4.NaCl基板の上にLiCl融体を結晶させる"エピタキシー"のMDでは、LiClが結晶成長し、少なくても5層程度にわたって、成長方向のLi^+-Cl^-は、本来の長さを有し、基板方向にはNa^+-Cl^-の長さを有した。5.ルチル構造を有するCaCl_2を2価-1価の代表として選び、同様な結晶成長のMDを行ったら結晶は[001]方向に成長した。成長速度はNaClの場合に比べて約1/100程度であった。現在、他の融液系や水溶液系に拡張している。成果は、すでに国内の学会で2度、国際学会ではこれまで1度、2000年に3度発表する予定である。我々は,融体からの結晶成長の分子動力学シミュレーション(MD)による研究を始めていた。我々が知る限りでは,世界で最初のものであった。

近年,計算機環境の発展のお陰で,この種の計算は,以前には,大変であったものが,より行い易くなり,前年度に本科研費によりワークステーションを購入して,その研究を発展させることができた。今年度は,備品類の購入はなく,実際の計算に勢力を費やしてきた。1.MgOは,エレクトロニクスの基板材料としても使われる有用な結晶体でNaCl型を有する。結晶界面が(100)面,(110)面,(111)面について,融体からの結晶成長のMDを行った。このうち,(100)面の成長が最も速く,温度の関数として速度を見ると,ある温度で最大値を記録した(90ms^<-1>)。表面が,最初(110)面であった場合でも,<100>方向に成長ずることが,分かった。また,(111)面の場合は,最初,<111>方向に成長するが,欠陥が多く,真空に接する結晶表面では,三角錐状になり,{100}面が現れることが分かった。この結果の論文は,J.Mol.Liq.に現在投稿中である。2.KClは,NaCl型を有し,NaClとの対比で興味深いが,この融体からの結晶成長を,(100),(110),(111)面について調べた結果,(100)面上に最も成長しやすいことが分かった。これは,実験による予想一致する。我々は,分子動力学シミュレーション(MDと略記)を用いて,融体からの結晶成長について研究してきた。今年度は,(1)実用上も有用なペロブスカイト型結晶をもつCaSiO_3について,結晶成長のMDを行った。1-2層は成長したが,それ以上はナノ秒程度のMDでも成長しなかった。融液の粘性が高く,また2種類の陽イオンが存在するために成長が遅いものと考えられる。(2)塩化ナトリウム水溶液からの塩化ナトリウム結晶の成長を試みた。プログラムをFORTRANで書き,完成した。しかし,すでに存在する水-NaCl間のポテンシャルが適当でなかったため結晶成長に至らなかった。今後続ける計画である。(3)ルチル構造を有するCaCl_2融体からの結晶成長を,今まで行っていなかった(110)面について試みたが,0.5nsぐらいまでMDとしては,かなり長時間行ったが成長しなかった。この面は電荷中性でないため不安定なためと思われる。(4)MgOの融体からの結晶成長の結果を基に映像化を行って,1時間強のビデオを作成した。学会で用いる予定である。本研究に関する成果を,国際学会で発表した。後者については,本科研費より旅費等のご援助を受けた。
食事動作にはどの程度の上肢の関節可動域が必要か？関節制限モデルを用いた検討

本研究の目的は食事動作を個々の関節の運動として解析するだけでなく,肩関節,肘関節,前腕及び手関節を含む上肢全体の協調性を運動学的解析に加えてと各関節に関連する二関節筋群の筋活動を筋電図的解析にてその特徴を明らかにすることである.特に本研究の特徴として,関節固定装具を用いた“関節制限モデル"にて,上肢の一つ一つの関節可動域制限が他の関節にどのように影響し,最低限必要な可動域について明らかにすることである.初めに,食事動作を頸部・体幹・骨盤・上肢関節の動きをクラスター分析を用いて類型化し,各動作パターンを明らかにすることを行った.対象は,右手で食事を行う学生30名(男性15名,女性15名)とし,課題はヨーグルトをスプーンですくって食べる動作とした.測定から得られた頸部・体幹・骨盤・上肢関節の最大角度・最大振幅をパラメータにクラスター分析をした結果,食事動作を(AC群)の3群に分類することができた.A群は体幹が大きく屈曲することで,口元をスプーンへもっていく特徴がみられ,体幹前傾型,B群は,上肢を大きく動かすことによって,スプーンを口元へもっていく特徴がみられ,上肢型,C群は,すくう際に,スプーンを斜め上方から垂直にさす特徴がみられ,前腕型とした.次に掌屈位・中間位・背屈位の手関節の関節制限スプリントを用いて手関節を固定し,食事動作時の手関節の関節可動域制限が他の上肢関節にどのように影響するのか,また,最低限必要な関節可動域について確認することを目的とした.対象は普段右手で食事を行い,上肢関節可動域等のない大学生10名とし,課題はヨーグルトをすくい,口まで運ぶ動作を行った.結果,手関節制限時の最低限必要な関節可動範囲は通常時より狭いということが分かった.ただし,手関節掌屈位制限時は他の関節での代償運動が見られ,中間位・背屈位制限時は代償運動等はなく食事動作を可能にしていた.本研究の進捗状況は,やや遅れている状況である.その理由として,関節制限モデルで関節を固定装具で固定するモデルであったがその場合では筋電図測定のための筋の露出ができなくなり,筋電測定が不可能である状況にあった.そのため,オリジナルの関節固定装具の作成が必要となり時間を要している.本研究では健常人における上肢多関節の協調運動の特性の解明を行う前段として食事動作を特徴を頸部、体幹、上肢関節をクラスター分析を行い、そのパターンを分類した。その際に筋活動の側面から検討を行っていなかったため、筋電図解析も実施する.また,2019年度は肩関節、肘関節制限モデルによる食事動作については、オリジナル関節固定装具の作成を速やかに行い,筋電図測定が可能かどうか予備研究を行う.もし,複数関節の固定が困難な場合には,肩・肘の単関節固定にて動作分析を行う.2020年度は加えて前腕回内外制限モデルでも同様に実施する.本研究の目的は食事動作を個々の関節の運動として解析するだけでなく,肩関節,肘関節,前腕及び手関節を含む上肢全体の協調性を運動学的解析に加えてと各関節に関連する二関節筋群の筋活動を筋電図的解析にてその特徴を明らかにすることである.特に本研究の特徴として,関節固定装具を用いた“関節制限モデル"にて,上肢の一つ一つの関節可動域制限が他の関節にどのように影響し,最低限必要な可動域について明らかにすることである.初めに,食事動作を頸部・体幹・骨盤・上肢関節の動きをクラスター分析を用いて類型化し,各動作パターンを明らかにすることを行った.対象は,右手で食事を行う学生30名(男性15名,女性15名)とし,課題はヨーグルトをスプーンですくって食べる動作とした.測定から得られた頸部・体幹・骨盤・上肢関節の最大角度・最大振幅をパラメータにクラスター分析をした結果,食事動作を(AC群)の3群に分類することができた.A群は体幹が大きく屈曲することで,口元をスプーンへもっていく特徴がみられ,体幹前傾型,B群は,上肢を大きく動かすことによって,スプーンを口元へもっていく特徴がみられ,上肢型,C群は,すくう際に,スプーンを斜め上方から垂直にさす特徴がみられ,前腕型とした.次に掌屈位・中間位・背屈位の手関節の関節制限スプリントを用いて手関節を固定し,食事動作時の手関節の関節可動域制限が他の上肢関節にどのように影響するのか,また,最低限必要な関節可動域について確認することを目的とした.対象は普段右手で食事を行い,上肢関節可動域等のない大学生10名とし,課題はヨーグルトをすくい,口まで運ぶ動作を行った.結果,手関節制限時の最低限必要な関節可動範囲は通常時より狭いということが分かった.ただし,手関節掌屈位制限時は他の関節での代償運動が見られ,中間位・背屈位制限時は代償運動等はなく食事動作を可能にしていた.本研究の進捗状況は,やや遅れている状況である.その理由として,関節制限モデルで関節を固定装具で固定するモデルであったがその場合では筋電図測定のための筋の露出ができなくなり,筋電測定が不可能である状況にあった.そのため,オリジナルの関節固定装具の作成が必要となり時間を要している.本研究では健常人における上肢多関節の協調運動の特性の解明を行う前段として食事動作を特徴を頸部、体幹、上肢関節をクラスター分析を行い、そのパターンを分類した。

その際に筋活動の側面から検討を行っていなかったため、筋電図解析も実施する.また,2019年度は肩関節、肘関節制限モデルによる食事動作については、オリジナル関節固定装具の作成を速やかに行い,筋電図測定が可能かどうか予備研究を行う.もし,複数関節の固定が困難な場合には,肩・肘の単関節固定にて動作分析を行う.2020年度は加えて前腕回内外制限モデルでも同様に実施する.購入予定であった測定装置(クリニカルDTS)が当初の見積額よりも安価に購入できたことと被験者が無償のボランティアで行えたことにより未使用が生じた。次年度は、データ測定・解析のための研究補助者を予定し、また、当初予定よりも被験者数を増やして行うこととする。また今年度の成果発表として、投稿論文の作成(2編)のための英文校閲や投稿費用として予定している.