hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
稔性回復遺伝子多様化の分子的基盤解明

その結果、ppr-bやその下流に存在するppr-aの増幅産物は個体によっては全く認められず、集団内に多型が存在することを明らかにした。さらに詳細なPCR解析を進めた結果、Rf遺伝子座でクラスターを形成しているppr遺伝子群は著しい構造多型を示すことを発見した。前年度に引き続き、稔性回復遺伝子(Rf)の進化過程に関する研究を行った。近縁種におけるテンサイRf1カウンターパートの構造解析を中心に実験を進め、以下のような成果を得た。1.テンサイと同じくヒユ科に属するケイトウ(Celosia cristata)よりDNAを抽出し、Rf1をプローブとしたサザン解析を行ったところ、当該遺伝子が重複していることが示唆された。続いてケイトウより該当領域をクローン化したところ、Rf1に類似の遺伝子が少なくとも2コピークラスターを形成していることがわかった。塩基配列分析の結果、イントロン挿入位置も保存されていることが判明したが、テンサイRf1では不活性型(HQxxH)となっているZn^<2+>モチーフが、ケイトウではシロイヌナズナや出芽酵母と同じ活性型(HExxH)であった。いずれの遺伝子コピーも転写されており、一方は全身で、もう一つは花芽でのみ転写産物が検出された。2.テンサイと同属のB. trigynaよりDNAを抽出し、Rf1をプローブとしたサザン解析を行ったところ、当該遺伝子が重複していることが示唆された。テンサイRf1遺伝子座を参考にしてプライマーを設計し周辺領域を標的としたPCR解析を行ったところ、増幅産物を得ることが出来たので、テンサイとB. trigynaでは遺伝子座の保存性が高いことがわかった。これまでにB. trigynaからクローン化できた2コピーのRf1相同遺伝子はいずれも偽遺伝子であり、少なくとも緑葉では転写産物が検出できなかった。しかしながら、いずれのコピーもZn^<2+>モチーフが不活性型であった。3.これまでに得られたデータを総合すると、Rf1の進化過程において重要なイベントである遺伝子重複とZn^<2+>モチーフの不活化は、Beta属が分化する以前より進行しつつあった可能性が高いと結論でき、原Rfの起原も非常に古いかもしれない。
骨肉腫における多剤耐性遺伝子の発現と転移能についての研究

1)我々はヒト骨肉腫における転写調節因子YB-1蛋白の発現と薬剤耐性遺伝子産物、P糖蛋白の発現を免疫組織化学的に検討した。材料は通常型骨肉腫64例とその他の高悪性度骨肉腫5例のホルマリン固定パラフィン包埋切片であり、全てが治療前に得られた生検材料を用いた。免疫組織化学はYB-1にはYB-1蛋白のC末端に対するポリクローナル抗体anti-YBCを、P糖蛋白に対しては、非特異的反応の問題もあり、2種類のモノクローナル抗体JSB-1およびC-219を用いた。またYB-1の発現と増殖能の関係を評価するため、MIB-1(Ki-67抗体)の免疫組織化学染色を行った。骨肉腫の組織においてはYB-1の発現が細胞質のみに発現を認めたものは37例、細胞質と核に発現を認めたものは32例であった。組織亜型では軟骨芽細胞型に9例中8例と高頻度にYB-1の核内発現を認めたが、組織学的悪性度とYB-1の核内発現の間に相関は認められなかった。P糖蛋白の発現は31例に認められ組織亜型別ではやはり軟骨芽細胞型に9例中8例と高頻度に認められた。YB-1発現を核内に認めた32例中23例はP糖蛋白陽性であり両者には有意な相関関係が認められた。MIB-1の染色が可能であった64例での解析ではYB-1発現が核に認められた例のMIB-1indexは細胞質のみに発現を認めたものより有意に高かった。2)我々の樹立した骨肉腫のアドリアマイシン耐性株MNNG/HOS/ADR1000(アドリアマイシン1000ng/mlにおける耐性株)およびMG63/ADR1000においてMDRlのmRNAの発現は濃度依存性に確認しており、これらの細胞株におけるYB-1の局在を確認中である。またこれらアドリアマイシン耐性株においてはmultidrug resistant-associated protein(MRP)のmRNAの発現は薬剤耐性に関与していなかった。またこれら細胞株の親株に認められるHGFとそのレセプターc-METmRNAの発現と薬剤耐性度とは相関しなかった。今回我々はヒト骨肉腫におけるYB-I蛋白の発現とPGPの発現を免疫組織化学的に検討した。材料は通常型骨肉腫69例のホルマリン固定パラフィン包理切片を使用し、全てが治療前に得られた出検材料であった。組織亜型は骨芽細胞型49例、軟骨芽細胞型9例、その他11例であった。組織学的悪性度はgrade3が17例、grade4が52例であった。25例が同一のプロトコールで化学療法を受けており、good responderは11例、poor responderは14例であった。免疫組織化学はYB-1蛋白のC末端に対するポリクローナル抗体anti-YBCとPGPに対するモノクローナル抗体JSB-1も用いABC法にて行った。YB-1蛋白の陽性コントロールとして乳癌組織を、PGPの陽性コントロールには腎臓の近位尿細管を用いた。またYB-1の発現と増殖能の関係を評価するためKi-67に対するモノクローナル抗体MIB-1の免疫組織化学染色を行い、細胞1000個あたりの陽性細胞数の%をMIB-1 indexとして増殖能の指標とした。YB-1の発現は69例全例に認められた。このうち細胞質のみに発現を認めたものは37例(図1)、細胞質と核に発現を認めたものは32例(図2)であった。組織亜型では軟骨芽細胞型に高頻度にYB-1の核内発現を認めた(8/9)が、組織学的悪性度との相関は認められなかった。PGPの発現は36例(52%)に認められ組織亜型別ではやはり軟骨芽細胞型に高頻度(8/9)に認められた。YB-1発現を細胞質と核内に認めた32例中26例はPGP陽性であり両者には有意な相関関係が認められた(P<0.0001)。MIB-1の染色が可能であった64例での解析ではYB-1発現が細胞質と核に発現を認めた例のMIB-1 indexが細胞質のみに発現を認めた例より有意に高かった(細胞質発現例の平均22.25、細胞質と核発現例の平均27.81:P=0.049)。YB-1の発現およびPGP発現と化学療法に対する反応は一定の傾向を見いだせなかった。骨肉腫においてはYB-1蛋白の核内における発現はPGPの発現と相関しており、in vitroの実験や乳癌で報告されているようにYB-1がMDR1の発現を促進していることを示唆する所見であった。さらにYB-1の核内発現は増殖能とも相関しており骨肉腫においてはYB-1が増殖能の制御にも関与している可能性がある。文献的に軟骨芽細胞型骨肉腫は他の亜型に比較して化学療法抵抗性で予後も不良であるとする報告があるが、本研究における軟骨芽細胞型におけるYB-1核内発現率とPGP発現率の高さがこれらの臨床的事項に反映しているのかもしれない。

材料は通常型骨肉腫64例とその他の高悪性度骨肉腫5例のホルマリン固定パラフィン包埋切片であり、全てが治療前に得られた生検材料を用いた。免疫組織化学はYB-1にはYB-1蛋白のC末端に対するポリクローナル抗体anti-YBCを、P糖蛋白に対しては、非特異的反応の問題もあり、2種類のモノクローナル抗体JSB-1およびC-219を用いた。またYB-1の発現と増殖能の関係を評価するため、MIB-1(Ki-67抗体)の免疫組織化学染色を行った。骨肉腫の組織においてはYB-1の発現が細胞質のみに発現を認めたものは37例、細胞質と核に発現を認めたものは32例であった。組織亜型では軟骨芽細胞型に9例中8例と高頻度にYB-1の核内発現を認めたが、組織学的悪性度とYB-1の核内発現の間に相関は認められなかった。P糖蛋白の発現は31例に認められ組織亜型別ではやはり軟骨芽細胞型に9例中8例と高頻度に認められた。YB-1発現を核内に認めた32例中23例はP糖蛋白陽性であり両者には有意な相関関係が認められた。MIB-1の染色が可能であった64例での解析ではYB-1発現が核に認められた例のMIB-1indexは細胞質のみに発現を認めたものより有意に高かった。2)我々の樹立した骨肉腫のアドリアマイシン耐性株MNNG/HOS/ADR1000(アドリアマイシン1000ng/mlにおける耐性株)およびMG63/ADR1000においてMDRlのmRNAの発現は濃度依存性に確認しており、これらの細胞株におけるYB-1の局在を確認中である。またこれらアドリアマイシン耐性株においてはmultidrug resistant-associated protein(MRP)のmRNAの発現は薬剤耐性に関与していなかった。またこれら細胞株の親株に認められるHGFとそのレセプターc-METmRNAの発現と薬剤耐性度とは相関しなかった。
情報流通のゲーム理論的分析

情報の流通について、ゲーム理論による分析を行い、以下の成果を得た。1.情報の流通システムの動的安定性を考慮した新たな解概念の理論的性質の考察:(1)これまで協力ゲームの解として考えられてきたvon NeumannとMorgensternによる安定な行動基準を、非協力ゲームの解として定義しなおし、これが、同じ状況が繰り返されるときの、定常的な状態におけるシステムの安定性を特徴付ける解概念として、妥当なものであることを、ナッシュ均衡などゲーム理論における他の均衡概念との比較を通して、理論的に確認した。(2)上記の安定集合に基づく解を用いて、特許法、著作権法など情報に対する法的保護が存在する状況、存在しない状況、のそれぞれについて、情報流通システムの動的安定性を詳しく考察し、情報がどの程度拡散していくかを明らかにした。2.寡占市場における新技術の拡散の分析:(1)生産費用を削減するような新技術が、寡占企業間でどのように売買され、拡散していくかを、従来の非協力ゲームとナッシュ均衡による分析、及び上記の安定集合に基づく新たな解による分析、の2通りの方法で分析し、新技術をライセンスする際の企業間の交渉様式の違いが、新技術の拡散に大きな影響を与えることを明らかにした。(2)特に、複占市場において、新技術のライセンス方式(一括支払い方式、生産量1単位あたり支払い方式など)の違いが、その拡散に及ぼす影響を考察した。
地震動履歴を有する火山灰盛土の積雪・融雪期の不安定化機構の解明と維持管理法の確立

本研究では,地震動履歴を受ける積雪寒冷地にある火山灰盛土の積雪期・融雪期の崩壊メカニズムを解明し,その危険度評価手法を提案することを目的とした。次のような結論を得ている。(1)積雪時に形成される凍結層は,盛土内の地下水位の増加に影響を及ぼす。特に,融雪期では盛土の力学的不安定化を導く可能性が高い。(2)地震動履歴を有する火山灰盛土に地下水による背面からの浸透流を与えた模型実験では,降雨や波の侵食による浸透流破壊に比べ,せん断履歴の影響は大きい。(3)土の物性評価と力学的評価(浸透流による有効応力の評価)を取り入れた,火山灰質土の内部浸食に対する安定性評価手法(評価フロー)を提案した。本研究は、地震動履歴を受ける積雪寒冷地にある火山灰質盛土の積雪期・融雪期の崩壊メカニズムを解明し、火山灰粗粒土で構築された盛土の危険度評価手法を提案することを目的とする。一連の研究では、実物大盛土による現地計測、室内模型実験、数値解析の結果をもとに、降雨災害に対する簡易危険度評価法並びに管理基準法を提案している。しかしながら、東北地方太平洋沖地震などの被災経験から、地震動履歴の影響を取入れた危険度評価手法の必要性が指摘されており、未だ未解明な部分が多い。ここでは保有している振動載荷装置に積雪・融雪の影響を考慮できる模型実験装置を試作し、それらの実験結果と現地計測結果、実際の被災事例にもとづいて、積雪寒冷地における火山灰質盛土を対象にした実務に適用可能な危険度評価手法および施工管理法を確立する。今年度に実施された模型実験および解析結果、現地計測結果より、次の結論を得ている。(1)積雪時に形成される凍結層は、融雪期の盛土の力学的不安定化を導く。(2)地震動によって発生するせん断ひずみ量及び初期含水比の違いは、降雨時の盛土の崩壊形状ならびに破壊に至るまでの力学挙動に影響を及ぼす。(3)凍結融解履歴と地震動履歴によって発生するせん断ひずみ量を適確に評価することは、積雪寒冷気候下にある盛土の安定性を議論する上で重要である。(4)崩壊時含水比と初期含水比の関係を基本にした盛土の安定性評価法を提案した。(5)新たに試作した振動載荷型-積雪・融雪再現装置により、人工的に雪を再現した。また、室内模型実験における人工造雪方法を確立した。平成27年度に計画していた現地計測と盛土崩壊事例の検証、振動載荷型-積雪・融雪再現装置の試作、ならびにそれを用いた火山灰質盛土の模型実験の実施について、ほぼ計画通りに遂行することができた。本研究は、地震動履歴を有する積雪寒冷地にある火山灰盛土の積雪期・融雪期の崩壊メカニズムを解明し、火山灰質土で構築された盛土の危険度評価手法を提案することを目的とする。過去の一連の研究では、実物大盛土による現地計測、室内模型実験、数値解析の結果をもとに降雨災害に対する簡易危険度評価法並びに管理基準法を提案している。しかしながら、2011年東北地方太平洋沖地震などの被災経験から、地震動履歴の影響を取入れた危険度評価手法の必要性が指摘されていた。ここでは、保有している振動載荷装置に積雪・融雪の影響を考慮できる模型実験装置を試作し、それらの実験結果と現地計測結果、実際の被災事例にもとづいて、積雪寒冷地における火山灰盛土を対象にした実務に適用可能な危険度評価手法および施工管理法を確立する。今年度実施された実験と解析結果より、次のような結論を得た。(1)地震動履歴を有する火山灰盛土に盛土背面からの浸透流を与えた崩壊実験では、過去に行われた降雨や波の侵食による浸透破壊に比べ、せん断履歴が盛土の安定性に及ぼす影響は大きい。(2)このような火山灰質土の浸透破壊、特にパイピング現象やボイリング現象の工学的評価においては、火山灰質土の物理力学的特異性を考慮した新たな示標が必要である。(3)X線CTスキャンを用いた画像解析は、パイピング現象に伴う土粒子個々の移動量の把握など、その現象を評価するための有用な方法となる。(4)火山灰盛土の耐波性能は締固め度が90%を超えると急激に高まる。平成28年度に計画した地下水位変動に伴う浸透流による崩壊実験やX線CTスキャンを用いた画像解析の実施によって内部浸食崩壊機構の定量的評価を行うことができた。ほぼ計画通りに研究を遂行した。本研究は,地震動履歴を受ける積雪寒冷地にある火山灰盛土の積雪期・融雪期の崩壊メカニズムを解明し,火山灰質土で構築された盛土の危険度評価手法を提案することを目的としている。ここでは,保有している振動載荷装置に積雪・融雪の影響を考慮できる模型実験装置を製作・付設し,それらの実験から得られた結果と現地計測結果にもとづいて,積雪寒冷地における火山灰盛土を対象にした実務に適用可能な危険度評価手法および施工管理法を確立する。今年度実施された実験と解析により,次のような結論を得た。(1)崩壊の一要因となるパイピング,ボイリング現象に代表される内部浸食現象について既往の経験式を用いた工学的な検討を行った。特に,粒子破砕性や非塑性かつ低土粒子密度を有する火山灰質土に対して調査し,経験式の適用限界を指摘した。

(2)一連の上向き浸透流実験では,X線CTスキャンの画像解析より,浸透流にともなう土粒子個々の移動量を定量化し,パイピング現象のプロセスと土構造物の不安定化を導く要因を把握した。(3)地震動履歴を受けた火山灰質土の降雨,地下水,波による浸透流模型実験では,地震動のような繰返し載荷によって発生するせん断ひずみ量を定量的に評価することによって,盛土の安定性とその管理法に関する考え方を示した。最終的に,(4)土の物性評価(土の示標特性)と力学的評価(浸透流による有効応力の評価)を取り入れた,火山灰質土の内部浸食に対する安定性評価手法(評価フロー)を提案した。本研究では,地震動履歴を受ける積雪寒冷地にある火山灰盛土の積雪期・融雪期の崩壊メカニズムを解明し,その危険度評価手法を提案することを目的とした。次のような結論を得ている。(1)積雪時に形成される凍結層は,盛土内の地下水位の増加に影響を及ぼす。特に,融雪期では盛土の力学的不安定化を導く可能性が高い。(2)地震動履歴を有する火山灰盛土に地下水による背面からの浸透流を与えた模型実験では,降雨や波の侵食による浸透流破壊に比べ,せん断履歴の影響は大きい。(3)土の物性評価と力学的評価(浸透流による有効応力の評価)を取り入れた,火山灰質土の内部浸食に対する安定性評価手法(評価フロー)を提案した。平成28年度も研究計画通りに実施する予定である。特に、平成27年度までに得られた現地計測結果にもとづいて、試作した振動載荷型-積雪・融雪再現装置による浸透崩壊実験を実施する。その崩壊過程で発生する可能性のある内部浸食崩壊は、X線CTスキャンを駆使し、そのメカニズムを明らかにする。計画通りに研究を進める予定である。最終年度である平成29年度は、一連の研究で集積された観測のデータや室内試験のデータ(室内模型実験、室内要素試験、数値分析)を取り纏め、火山灰質土の物理力学的特異性や締固め特性などを考慮した積雪寒冷地にある火山灰盛土の危険度評価法を提案する。地盤工学分担者が行うパイピング試験およびX線CTスキャンにおいて、使用する装置の整備に時間がかかり、予備実験を実施できなかった。そのため、実験遂行に伴う消耗品費(物品費)に残金が生じてしまった。分担者が実施した浸透流(パイピング)実験ならびにX線CTスキャンによる画像解析の実施に時間がかかり、研究打合せする機会が限られていた。そのため、旅費に残金が生じた。この金額については、翌年分の物品費(消耗品費)と合算し、パイピング試験およびX線CTスキャンの実施において、使用する計画である。この金額に関しては翌年分の旅費と合算し、研究打合せ旅費として、使用する計画である。
魚類の死後硬直と解硬に関する研究

1.魚類の死後硬直の進行がATPの減少と乳酸の蓄積によく相関し,その速度0゚Cで促進された。0゚Cでは筋小胞体のCa^<24>取り込み能が低下するため筋小胞体からのCa^<2+>の漏出が起こり,細胞内Ca^<2+>濃度が増大し,筋原線維Mg^<2+>-ATPase活性が賦活される。その結果,ATPの消費速度が増大して硬直の進行が促進された。2.魚類の順応水温の死後硬直への影響はきわめて大きく順応水温と貯蔵温度の差が大きい程、硬直が促進された。3.運動飼育の死後硬直への影響については,運動飼育したトラフグや天然マダイではATPの低下速度が遅く,死後硬直が遅延した。運動飼育によって筋タイプに変化が生じ,天然魚のそれに類似した。4,コイを即殺し,0^°,18^°,49°Cであらいを調製して物性を比較すると,0°Cと18°Cのあらいは類似していたが,49°Cは異なっていた。走査型電子顕微鏡により,あらいでは筋線維に間隔ができること,表面の脂肪球が少なくなることが観察された,スズキを即殺し,同様にあらいを調製すると,49゚CのあらいではATPが著しく減少し,IMPが急増し,縮みはきわめて強かった。あらい処理によってFDPが生成,蓄積すること,49゚CではさらにFDPが分解し,乳酸が多量生成されることがわかった。すなわち,49゚Cあらいでは解糖によって補給されたATPが硬直エネルギ-として使われ,強い硬直が生じた。5.マダイ,コイを用い,即殺後急速凍結し,流水解凍すると,マダイではー1.6°C,コイではー1.1°Cで解凍硬直が最も強く起きた。この温度差は海水魚と淡水魚の凍結点の差異によると考えられた。6.魚肉の解硬,軟化の原困として筋原線維の小片化が挙げられるが,小片化はαーアクチニンがプロテア-ゼによってZ線から遊離,可溶化され,Z線の構造が脆弱化されて起こることがわかった。また,弾性タンパク質コネクチンおよびネブリンの貯蔵初期における分解は筋原線維構造の弱化の要困と考えられた。1.死後硬直は貯蔵温度に依存して進行し、筋原線維や筋小胞体の性状が関与するとされている。コイを10°C又は30°Cで1ヵ月以上飼育し、即殺後筋原線維及び筋小胞体を調製した。10°C順化コイの筋原線維Mg^<2+>-ATPase活性は0.25mMCa^<2+>存在下、いずれの測定温度でも30°C順化コイの場合より有意に高かった。筋小胞体のCa^<2+>取り込み能は0°C及び10°Cの測定温度では10°C順化コイの方が30°C順化コイより高かった。

2.水温5°,10°,20°及び30°Cに予め順応させたコイを即殺後0°C及び10°Cに貯蔵し、硬直度を測定した。順応温度と貯蔵温度の差が大きくなるほど硬直時間は顕著に短縮され、硬直度も高くなることが明らかになった。3.コイを試料として0°,18°,49°Cで"あらい"を作り、ATP関連化合物の分析、物性測定などを行なったところ、"あらい"中のATPが1μmol/g以下になると強い硬直が起こることがわかった。49°C,20秒間の高温"あらい"が硬直が最も強く、テクスチャ-,官能判定からも優れていた。0°Cと18°Cの"あらい"の物性は類似しており、49°Cの"あらい"とは異なっていた。4.養殖マダイを2.5BL/secで1日12時間遊泳運動させて30日間飼育し、運動飼育が死後硬直に及ぼす影響を調べたところ、死後硬直、乳酸生成およびATP分解は運動飼育群が非運動飼育群に比べて遅かった。又、普通筋肉の筋タイプは養殖魚と天然魚では著しく異なり、運動飼育によって天然魚の筋タイプに近づいた。5.解硬はCa^<2+>の直接作用あるいはCa^<2+>で活性化されるプロテア-ゼ(カルパイン)の作用で引き起こされると推測されている。ATPで収縮させた筋原線維の貯蔵中のCa^<2+>の影響およびカルパイン処理による変化をみると、貯蔵中に筋原線維からαーアクチニン,トロポミオシンなど7%のタンパクが可溶化されたが、Ca^<2+>の有無による差は小さかった。カルパイン処理では多量のαーアクチニンが遊離された。これらの結果は筋原線維の脆弱化を示すものである。1.死後硬直に伴う魚類の筋原線維ATPase自体の活性の変化は小さかった。10°Cよりも0°Cにおいて死後硬直の進行が速いのは,0°Cでは筋小胞体のCa^<2+>取り込み能が低下するため筋小胞体からのCa^<2+>の漏出が起こり,そのため細胞内Ca濃度が増大し,筋原線維Mg^<2+>ーATPaseが賦活され,ATPが速やかに分解される。その結果,死後硬直の進行が促進されることがわかった。2.長期間運動飼育した養殖トラフグは通常の養殖物に比較して顕著に死後硬直が遅延した。運動飼育によって筋タイプに変化が生じ,天然魚のそれに類似していた。3.天然スズキを即殺し,0°,18°,49°Cであらいを調製したところ,49°CあらいではATPが著しく減少し,IMPは急増し,縮みはきわめて強かった。あらい処理によってフラクト-ス1.6ニリン酸(FDP)が生成,蓄積すること,49°CではFDPがさらに分解し,乳酸が多量生成することが明らかとなった。すなわち,49°Cあらいでは解糖によって補給されたATPが硬直エネルギ-として使われ,強い硬直が起こるのである。4.マダイ,コイの活魚を用い,即殺後急速凍結し,流水解凍すると解凍硬直が観察された。マダイおよびコイではー1.6°C,ー1.1°Cでそれぞれ最も解凍硬直が強く,硬さは最大値を,針入度は最小値を示した。この温度差は海水魚と淡水魚の凍結点の差異によるものと考えられた。5.魚肉の解硬,軟化の原因として筋原線維の小片化が挙げられるが,小片化はαーアクチニンがプロテア-ゼによってZ線から遊離,可溶化され,Z線の構造が脆弱化して起こることがわかった。また,弾性タンパク質コネクチンおよびネブリンはいずれも分子量の巨大なタンパク質であり,筋原線維の10数%を占めているが,これらのタンパク質の貯蔵初期における分解は筋原線維の構造の弱化の要因と考えられた。
細胞複合体としての肝類洞壁の構造と機能に関する研究

肝臓の類洞を形成する4種の細胞、内皮細胞Kupffer細胞、類洞周囲細胞(星細胞)、及び肝NK細胞(ピット細胞)が構造的にも、また種々のサイトカインを介して結合し、細胞複合体を形成していることをさまざまの実験によって明らかにしてきた。この類洞壁という細胞複合体は血液と肝実質細胞との間に介在し、肝臓の機能の発現制御に大きな役割を演じている。先づ我々は類洞壁の3次元構造を連続切片による構築やゴルジ法・SEM法を用いて明らかにした。その結果内皮細胞やそれをとり囲む周囲細胞は単一切片で考えられていたよりはるかに大きな拡がりをもつ細胞であり、実質細胞とも接触していることを明らかにした。投与ビタミンAは実質細胞にとり込まれたのち、すみやかに周囲細胞に転送されることが報告されていたが、周囲細胞へはL4ノ-ル結合タンパクに対する受容体によって取り込まれる。周囲細胞の樹脂状突紀はKupffer細胞や内皮細胞が活性化して放出するプロスタグランディンによって収縮することが示唆された。肝NK細胞はOKー432(生物活性調節因子BRM)によって活性化し肝臓に増加し、肝NK活性を増強させることを以前に報告したが今回その細胞数増加の実体を生体肝の顕微映画法で観察することに成功した。その結果肝NK細胞が類洞内皮に接着するが、その停留時間は以前に推測されていたよりもかなり短いことが明らかとなった。また肝NK細胞が腫移細胞に対し、攻果的に仂くことをいくつかのinvivo,invitroの実験で明らかにした。また肝再生に際してKupffer細胞と肝NK細胞がどのように関与するかを計測したが、肝再生時の数の増加を認めたものゝその機序は明らかにできなかった。同様に実験的肝移植後のこれら細胞の波長をも観察し、Kupffer細胞はドナ-型からレシピュント型に変化することが示唆された。今年度の研究業績は類洞壁細胞のうち類洞周囲星細胞とピット細胞(ナチユラルキラ-細胞)についてみられる。(1)星細胞のレチノ-ル取り込み機構について。肝実質細胞内でレチノ-ル結合タンパク(RBP)と結合したレチノ-ルは、ディッセ腔に放出され、星細胞の細胞膜に存在するRBPレセプタ-を介して細胞内にとり込まれ、多胞体中へ運ばれることを免疫細胞化学的に証明した。(2)星細胞の生後発達について。生後1日から5週までのラットの肝臓について星細胞の立体的形態がどのように変化発達するかをゴルジ法の光顕電顕観察によって研究した。(3)肝再生におけるピット細胞の消長について。ピット細胞が肝再生に対して何んらかの制御を行っているかについて知るため、肝部分切除後ピット細胞とクッパ-細胞の数を測定した。両者共に切除後1週ないし2週目に最高値を示し、次後減少した。(4)ピット細胞の動態を16mm映画法で観察した。BRM投与後肝血流の観察では、多数のリンパ球が類洞壁に附着し、少しづつ移動した。またBRM投与後、ピット細胞を肝から分離し、in vitroで位相差映画で観察したところ、クッパ-細胞や肝内皮細胞と移動性を示した。また腫癌細胞と共存させると、腫移細胞に接着しそれを変性に陥らせた。(5)ピット細胞の細胞小器官の局在について電顕的に観察し、標的細胞との接触後にその局在は変化することを明らかにした。(6)IL_2投与によって生じるLAK細胞を電顕的に観察し、微細構造とくに分泌果粒の性状がNK細胞と異なることを明らかにした。

LAK細胞の分泌果粒を“lunar vesicle半月小胞"と呼ぶこととした。肝NK細胞(ピット細胞)が生物活性調節因子によって活性化する際、肝類洞内皮に接着し肝内の細胞数が増加することをすでに報告していたが、その接着の様子、接着時間等は不明であった。今回顕微映画法によって生体肝を観察した結果、リンパ球やピット細胞が内皮表面に接着しては血流によって転がるように移動することが明らかとなった。またその停留時間は以前想像された時間よりもかなり短かく、肝類洞の機能的長さ(血流が門脈枝から中小静脈まで流れる類洞の長さ)に対してどれ程の時間リンパ球がとゞまるか今後討測していきたい。つぎに類洞周囲星細胞が生後どのように突起を発達させていくかをゴルジ法を用いて3次元的に解析した。また分離星細胞が培養下でどのように突起を発達させていくかを映画で観察し、生体における発達と比較した。生体培養下ともに星細胞は特徴的な樹枝状の突起を発達させたが、培養2日以降は次第に膜状突起へ変化した。このときプロスタグランディンE_2を培養基に投与すると再び樹枝状となった。この変化は可逆的であった。このことから、星細胞はKupffer細胞や内皮細胞が放出する化学的メディエイタ-によってコントロ-ルされることが明らかになった。何故ならばKupffer細胞培養上清でも同様な変化が観察されたからである。このほかKupffer細胞がピット細胞の活性化に関与し、細胞障害活性に直接間接に関与することが示唆された。また肝再生、肝移植における両細胞の消長についても実験したが、再生や拒絶反応の機構への関与についてはさらに研究を進める必要がある。次上の結果から肝類洞壁は4種細胞が構造的機能的に結合した細胞後合体であり、それ自身が肝臓の網内系組織を形成しているという新たな概念を提唱した。
ラマン分光法による極微小石灰化フィールドの非侵襲性探索

本課題では、硬組織形成細胞の分化過程をラマン分光法を用いて非侵襲・経時的に解析した。マウス骨芽細胞KUSA-A1を分化誘導する過程でhydroxyapatite (HA)に帰属するラマンシグナルを経時的・特異的に検出する系を確立した。さらに、高い時間分解能で観察した結果から、HAの集積する部位には、その集積に先立ちベータカロテンに帰属するラマンシグナルが検出されることが明らかとなった。本研究成果により、多くの生体分子が関与する石灰化の過程を非侵襲・経時的にラマン分光イメージングによって検出が可能であることが明らかとなった。本研究課題では、非侵襲・非接触で微量物質の評価が行えるラマン分光法を培養細胞に適用し、硬組織形成細胞への分化過程をsingle cellレベルにて解析を行っている。平成25年度の研究成果について以下に報告する。高い硬組織形成能を有することが知られているマウス骨芽細胞株KUSA-A1細胞をベータグリセロリン酸およびアスコルビン酸を含有した石灰化誘導培地にて培養し、細胞表面に集積するハイドロキシアパタイト(HA)をラマン分光法を用いて経時的かつ非侵襲に観察できるか否かを検討した。KUSA-A1細胞を石灰化誘導培地にて培養すると、培養3日後にはアリザリンレッド染色陽性像が観察されたため、誘導開始直後から3日後までを経時的にラマン分光法にて観察し、生細胞上に集積するHAの非侵襲的な検出を試みた。予備実験の結果から、波数958 cm-1にてHAを特異的に検出できることを発見したため、生細胞における同ラマンスペクトルを経時的に解析すると、誘導開始直後から培養1日目まではシグナルが検出されなかったものの、培養2日目から培養3日目において958 cm-1にて増幅するシグナルを検出することができた。このことは、経時的かつ非侵襲的に骨芽細胞の石灰化過程を観察することに成功したことを示唆している。さらに、培養細胞のラマン分光法にて検出されたHA像とアリザリンレッド染色像を同一部位にて画像解析すると、ラマン分光法によるイメージング部位はアリザリンレッド染色に比べ、より特異的にHAを検出していることが明らかとなった。今後は、歯根膜細胞等のheterogeneousな細胞集団の石灰化過程を同様に解析するとともに、HA以外の石灰化関連分子の検出を試みることにより、硬組織形成細胞への分化過程における経時的分子情報の基盤確立を目指す。本研究課題では、ラマン分光法を培養細胞に適用し、硬組織形成細胞への分化過程を単細胞レベルにて解析した。平成25年度には、マウス骨芽細胞株KUSA-A1細胞を石灰化誘導培地にて培養し経時的に観察すると、石灰化過程でのハイドロキシアパタイト(HA)の集積に伴い、HAに帰属する958cm-1のラマンシグナルが増幅することをラマンイメージングによる方法で初めて測定に成功した。そこで、平成26年度には、これまでよりも高い時間分解能での同細胞の硬組織形成細胞への分化過程解析を試みた。最初に、培養中の同一微小部位における数時間毎のラマン分光測定を可能にするような測定条件の検討を行なった。その結果、測定に用いるレーザー光の強度を1.5mW/um2、照射時間を1.5s/lineとすると、30分毎に同一部位のラマン分光測定を行うことが出来、かつ細胞形態に異常がないことが判明した。また細胞形態に異常がないことは取得したラマンスペクトルに変化がないことでも確認された。すなわち、上記条件による数時間毎の非侵襲ラマン分光測定が可能であることが明らかとなった。そこで、KUSA-A1細胞を石灰化誘導培地にて培養し、培養5日目から培養6日目において同一部位に対して4時間毎にラマン分光測定を行なった。その結果、初期にはHAのシグナルが検出されなかったが、石灰化促進物質の1つとして知られるベータカロテンに帰属するラマンシグナルが波数1008、1160および1526cm-1において検出された。その後、カロテンのシグナルは消失したが、カロテンの局在した位置の周辺においてHAが集積されていく様子が観察された。本結果は、ベータカロテンが石灰化開始部位のバイオマーカーとなりうる可能性を示唆すると考えられる。多くの生体分子が関与する石灰化の過程をラマン分光イメージングの方法によって検出が可能であることの最初の一歩を示した。歯周病学骨芽細胞の石灰化過程をラマン分光法にて経時的かつ非侵襲に観察する実験系が確立された。歯根膜細胞を用いた観察を開始する準備が整った状況にあり、おおむね順調に進展していると考えている。

骨芽細胞を用いて構築したラマン分光法の実験手法にて、歯根膜細胞の石灰化過程を観察するとともに、これまでラマン分光法で検出することが可能であると報告されているCytochrome Cやレチノイン酸の同時検出を試みる。また、ラマン分光法での検出手法について報告のない分子についても検出条件の検索から行う予定である。研究を遂行するにあたり、必要に応じて試薬やプラスチック器具等の消耗品購入のために研究費を執行しており、H25年度は当初の見込み額と執行額が異なる結果となった。研究計画に変更はなく、H26年度へ繰り越した研究費も含めて、当初の予定通り研究費を執行し、研究を進めていく。
２次元超伝導体中で見出された新規量子磁気ゆらぎの特性究明

ファンデルワールス積層構造を有し強い2次元性を持つ2つの化合物系、BiS2系超伝導体とダイカルコゲナイドMX2系に着目して、特異な電子状態の究明と探索を進めた。ダイカルコゲナイドMX2系では、WTe2を中心に調べた。この物質は、角度分解光電子分光実験によりトロポジカル物質の一種であるワイル半金属に属するものと考えられている。残留抵抗比が1300以上に達する世界最高レベルの高純度単結晶育成に成功し、これを用いて電子輸送効果の精密測定を行った。本系のホール係数は負であり、正孔と比較して、電子の方が高い移動度を持つものと理解されていたが、本実験により、3 K以下の低磁場領域でホール係数の符号が正へと符号反転している異常を発見した。この現象は、電子と正孔の移動度が、互いに異なる特異な温度依存性を持つことを示唆しており、リフシッツ転移(光電子分光や熱電能の温度依存から、より高温領域に現れるものと考えられている)に関係している可能性がある。本系のトポロジカル電子状態を究明する上で重要な知見を与えているものと考えられる。さらに、まだ実験が行われていない強磁場領域の電子輸送を明らかにするため、東京大学物性研究所国際超強磁場科学研究施設においてパルス強磁場中の電子輸送測定を行った。50テスラの強磁場領域においても、電気抵抗が飽和傾向を示すことなく上昇を続けており、キャリアが非常に高い精度で補償していることがわかった。また、シュブニコフドハースファンアルフェン振動を明瞭に観測し、これを解析することにより、フェルミポケットの情報を明らかにすることができた。さらに、MoTe2の純良単結晶の育成にも成功し、これを用いた研究も進めた。29年度が最終年度であるため、記入しない。ファンデルワールス積層構造を内包した強い2次元性を持つ2つの化合物系(1)BiS2系超伝導体と(2)ダイカルコゲナイドMX2系に着目して、特異な電子状態の究明と探索を進めた。純良単結晶試料を育成しながら、それを用いた高精度物性測定を行い、以下の成果を得た。(1)BiS2系超伝導体では、ブロック層内の希土類元素を変えた単結晶の合成をすすめつつ、結晶構造の元素置換依存性などに焦点を当てた実験を進めた。(2)ダイカルコゲナイドMX2系では、WTe2を中心に調べた。この物質は、角度分解光電子分光実験により「ワイル半金属」(トロポジカル物質の一種)に属するものと考えられている。残留抵抗比が1,000以上となる世界最高レベルの高純度単結晶の育成に成功した。低温磁場中で、ほぼ磁場の2乗に比例し、9Tにおいて1,500,000 %にも達する巨大磁気抵抗効果が観測されたが、この振る舞いにより、本物質内に電子と正孔が同数存在し(半金属の証拠)、両者の易動度が極めて大きい値を持つことが確認された。抵抗の磁場依存性には明瞭なシュブニコフ-ド・ハース量子振動が観測され、ここからも単結晶試料が高品質であることがわかる(フーリエスペクトルには4つのピークが現れており、電子と正孔のフェルミポケットがそれぞれ2つづつあることに対応)。さらに、電気抵抗の磁場中異方性測定を丹念に進め、スケーリング則が成立していることを示す兆候を得た。この特性は、今後の精密測定により検証する予定である。得られた純良単結晶試料を用いて、国内外における多方面からの共同研究を開始した。本研究は、2つの化合物系(1)BiS2系超伝導体と(2)ダイカルコゲナイドMX2系において、純良単結晶試料を育成し、それを用いた高精度物性測定を行うことにより、特異な電子状態の究明と探索を進める実験計画となっている。(1)BiS2系超伝導体では、目標としていた重希土類元素を含む化合物の単結晶を合成することが当初の予測に反し困難であることがわかったが、他のBiS2系超伝導体に関する実験を進め、その成果を1編の論文として出版することができた。(2)ワイル半金属であると考えられるダイカルコゲナイドWTe2では、Jha氏が育成に成功した世界最高レベルの高純度単結晶(残留抵抗比が1,000以上)を用いて、量子振動の観測、電気抵抗の磁場中異方性測定を行うことができた。さらに、当初予想していなかった「スケーリング則が成立していることを示す兆候」を得ることができた。これは、低温磁場中で1,500,000%にも達する異常な巨大磁気抵抗効果の発現機構を明らかにしていく上で、重要な指針を与えるものと考えられ、非常に重要な成果である。

本系のホール係数は負であり、正孔と比較して、電子の方が高い移動度を持つものと理解されていたが、本実験により、3 K以下の低磁場領域でホール係数の符号が正へと符号反転している異常を発見した。この現象は、電子と正孔の移動度が、互いに異なる特異な温度依存性を持つことを示唆しており、リフシッツ転移(光電子分光や熱電能の温度依存から、より高温領域に現れるものと考えられている)に関係している可能性がある。本系のトポロジカル電子状態を究明する上で重要な知見を与えているものと考えられる。さらに、まだ実験が行われていない強磁場領域の電子輸送を明らかにするため、東京大学物性研究所国際超強磁場科学研究施設においてパルス強磁場中の電子輸送測定を行った。50テスラの強磁場領域においても、電気抵抗が飽和傾向を示すことなく上昇を続けており、キャリアが非常に高い精度で補償していることがわかった。また、シュブニコフドハースファンアルフェン振動を明瞭に観測し、これを解析することにより、フェルミポケットの情報を明らかにすることができた。さらに、MoTe2の純良単結晶の育成にも成功し、これを用いた研究も進めた。平成28年度に得られた成果と課題を考慮しつつ、さらに発展させる方向で、強い2次元性を持つ2つの化合物系(1)BiS2系超伝導体と(2)ダイカルコゲナイドMX2系において、特異な電子状態の究明と探索を進める。ワイル半金属の可能性が高いダイカルコゲナイドWTe2では、Jha氏が育成に成功した「量子振動が現れる高純良単結晶」を用いた電気抵抗の磁場中測定により、スケーリング則が成立していることを示す兆候を得た。このスケーリング則成立の検証は、異常な巨大磁気抵抗効果の発現機構を解明する上で非常に重要と考えられる。この実験を重点的にすすめ、世界で初めての本系におけるスケーリング則成立の確認を目指す。ヘリウム3クライオスタットを用いることにより、0.4Kまでの極低温にまで測定領域を拡張し、この検証をより確かなものにする。さらに、WTe2と類似した巨大磁気抵抗効果を示すMoTe2を含めて系統的研究へと発展させることと、これらのダイカルコゲナイドMX2系を母相とする新規超伝導を探索する実験も進める。上述の実験において、単結晶に印加する磁場の方向を自由に回転させながら、電気抵抗の磁場角度依存性を精密に測定することが必要となる。これを高精度かつ効率的に行えるようにするため、前年度に導入した「精密極低温ローテーター」を磁場中抵抗測定装置に組み込む改良を優先的に進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。ダイカルコゲナイドWTe2において、残留抵抗比が1,000以上となる世界最高レベルの高純度単結晶試料の育成に成功したことを紹介する記事を掲載。ダイカルコゲナイドWTe2において、残留抵抗比が1,300以上となる世界最高レベルの高純度単結晶の育成とその物性紹介。
やせ型若年女性に多発する耐糖能異常発症機序の解明

若年女性の耐糖能異常者の実態を把握し、規則正しい糖質摂取によって、その耐糖能異常を是正することができるか検討した。女子大学生412名に75g糖負荷試験を施行したところ、若年者にもかかわらず30.3%に耐糖能異常が認められた。耐糖能異常を認めたうちの26名を被験者として、体格に応じた糖質を3食/日摂取する3ヵ月間のオープン介入試験を行った。介入試験の結果、消化管ホルモンであるGLP-1分泌30分値及び初期インスリン分泌能は有意に増加し、血糖30分及び60分値、HbA1cが有意に低下した。望ましい糖質摂取はインスリン分泌能を正常化させ、若年女性の耐糖能異常は改善できることが示唆された。1、スクリーニング75gOGTT(糖負荷試験)平成24年5月に2021歳の女子大学生145名(BMI 20.3±2.6)を対象として75gOGTTを行った。その結果、糖尿病型2名、1時間値が180mg/dL以上の境界型12人、1時間値が180mg/dL未満の境界型21名、正常型110名であった。過去10年行なってきた同様の試験では約40%の者が境界型か糖尿病型であったが、今年度は約25%と例年より少なかった。2、介入試験スクリーニング75gOGTTで異常値を示した者のうち介入試験参加への承諾が得られた者は5名(BMI 18.7±1.4)であった。12月から2月の3ヵ月間を介入期間とした。介入の内容は1日に3回、主食(糖質)を含む食事をすることとした。主食の量は体格に応じて、40gあるいは60g/食を指示した。介入期間中は食事の評価を毎食行い、チェックシートに記入させたため、概ね実行されていた。その結果、介入後の体格(体重や体脂肪率)の変化は無かった。介入後の75gOGTTにおいて、30分と60分の血糖値は5名中4名が低下したが有意な差は認められなかった。しかし、120分の血糖値は有意に低下し、さらに全体的な血糖値の値を評価するAUCは有意に低下した。このうち、介入前の75gOGTTでインスリン初期分泌能(Insulinogenic index)が0.5と少なく、境界型(120分値が161mg/dL)であった被験者は、介入によって、GLP-1の30分値が10.6から18.2pmol/L、60分値が4.0から10.2pmol/Lと増加し、インスリン初期分泌能は0.9と正常範囲内になった。この被験者の血糖値は30分、60分、120分値が低下し、AUCも低下した。前年度の結果と同様に、低値を示した被験者のインスリン分泌機能は日常の規則的な食事によって改善された。1.75gOGTTのスクリーニング:平成25年5月に女子大学生142名(20.4±0.5歳、BMI 20.4±2.4)を対象として75gOGTTを行った。その結果、正常型97名(68.4%)、耐糖能異常者45名(31.6%)であった。2.介入試験(前後比較):上記のスクリーニングで耐糖能異常が認められ、承諾が得られた被験者(16名)のうち13名が3ヶ月間の介入期間を終了した。介入内容は糖質を規則正しく毎食一定量(個人で設定)摂取することである。75gOGTTにおけるPGの60分値では介入前155±28 mg/dLに対し介入後は124±47 mg/dLと有意に低下した(p=0.012)。介入後のPGは全体的に介入前に比べて低値を示し、PGのAUC(曲線下面積)は有意に低下した(p=0.028)。このPGの低下に影響を与えるIRIの30分値では介入前56.5±49.3 mU/Lに対し介入後は65.5±46.7 mU/Lと増加する傾向にあった(p=0.057)。30分までの初期インスリン分泌能を示すInsulinogenic Indexは介入前後でそれぞれ0.81±0.93、1.31±1.28と介入によって増加する傾向を示し(p=0.059)、このうち問題となる低値(1.0以下)の被験者9名はすべて介入後に増加した(p=0.002)。これに対してインスリン抵抗性を示すHOMA-Rとインスリン感受性を示すISIに介入による差はみられなかった。一方、GLP-1に介入前後での明らかな差は認められなかったが、IRIとGLP-1は、OGTT30分値及びAUCにおいてどちらも強い正の相関が認められた。HbA1cは介入前後でそれぞれ5.1±0.2 %及び5.0±0.2 %と有意に低下した(p=0.006)。以上のことから、我々の仮説どおり、やせ型若年女性の耐糖能異常の原因の一つとして、糖質摂取不足によるインスリン分泌能の低下が影響していると考えられ、これは糖質を規則正しく摂取することで改善されることが明らかとなった。これにインクレチン(GLP-1)の効果が関与しているかについては更なる研究が必要である。

若年女性の耐糖能異常者の実態を把握し、規則正しい糖質摂取によって、その耐糖能異常を是正することができるか検討した。女子大学生412名に75g糖負荷試験を施行したところ、若年者にもかかわらず30.3%に耐糖能異常が認められた。耐糖能異常を認めたうちの26名を被験者として、体格に応じた糖質を3食/日摂取する3ヵ月間のオープン介入試験を行った。介入試験の結果、消化管ホルモンであるGLP-1分泌30分値及び初期インスリン分泌能は有意に増加し、血糖30分及び60分値、HbA1cが有意に低下した。望ましい糖質摂取はインスリン分泌能を正常化させ、若年女性の耐糖能異常は改善できることが示唆された。1、スクリーニング75gOGTT平成23年5月に2021歳の女子大学生134名(BMI:20.5±2.4)を対象として75gOGTTを行った。その結果、糖尿病型10名(7%)、1時間値が180 mg/dl以上の境界型24名(18%)、1時間値が180 mg/dl未満の境界型21名(16%)、正常型79人(59%)であった。これまでに行った約1,000人の割合と同様に、この度も約4割の対象者が異常を示した。やはり、やせ型若年者の耐糖能異常の原因の追及とその対策が急務である。2、介入試験スクリーニング75gOGTTで異常を示した者のうち承認が得られた18名を対象者として、正式な75gOGTTを行った。その中で異常が認められた10名を介入試験被験者とした。3ヶ月の介入項目は炭水化物の摂取量とした。期間中に2名の被験者が途中辞退を申し出たため、8名の被験者になった。その結果、摂取エネルギーの増加による血糖、血中脂質およびBMIの変化はみられなかった。インスリン初期分泌量を示す⊿IRI(0-30分)値は介入後に6名が増加し、このうち異常な低値を示していた3名は大幅に上昇した。GLP-1については、60分値、180分値及びAUC(area under the curve)は介入後に有意に低値を示した。また、GLP-1は非常に個人差が大きく、インスリン分泌量と相関して分泌されている被験者と経時的変化が見られない被験者が存在した。この結果から、毎日、規則正しく炭水化物を摂取することで、インスリン分泌機能は回復する可能性が示唆される。これに対してGLP-1分泌が低下した。また、糖負荷によってもGLP-1分泌に変化がなかった被験者が存在することから、GLP-1によるインスリン分泌促進は補助的な機能であり、インスリンが十分に分泌される場合には、GLP-1は分泌されない可能性が考えられる。当初の研究計画で掲げた被験者目標数に達していない。科研費申請時の計画ではインクレチン(GLP-1)は当大学内の分析器を利用して75gOGTT時に自ら測定する予定をしており、その費用は試薬のみ計上していた。しかし、申請後に日本糖尿病学会より測定方法の基準が定められ、これを満たすために臨床検査センターへ委託することとした。その結果、1検体あたりの費用は高くなり、昨年度末に直接経費使用内訳変更を申請した。平成23年度はほぼ予定通りの人数で研究を行ったために、23年度助成金を超えてしまったため、今年度で調整するために、被験者数を増やせなかった。25年度はほぼ予定通りの被験者数で施行できる。一方、被験者は主に当大学3年生の学生より抽出する。24年度は、授業や学外実習の日程とOGTT施行日が重なって承諾を得られない者も多く存在した。これらの該当者は25年度の研究に参加依頼を行う。しかしながら、被験者数は少ないものの得られている結果はほぼ予測どおりであり、このまま被験者数を重ねることができれば一定の見解が得られる可能性が高い。
光式骨密度計測装置の開発

ハンディーサイズで骨密度の自動評価が可能な光式骨密度計を完成させた。ヒトの標準的な皮膚厚さである2 mm程度であれば、皮膚の光散乱の影響が軽減された計測が可能であることが明らかとなり、本装置は十分な実用性を有していると考えられる。本装置の完成により、定期的な骨密度セルフチェックが実現され、骨粗鬆症の早期発見が可能となることから、高齢者の生活の質の維持および健康寿命の延長に大きく貢献する期待とされる。本法の原理が成り立つことを数値シミュレーションおよび模擬骨試料を使った実験により検証した.数値シミュレーションでは,モンテカルロ法を用いて近赤外光を用いた場合の骨内部での光の減衰・散乱をシミュレーションし,本法により検出される光強度データより骨密度が予測できるかどうかを検証した.その結果,骨密度が低すぎると骨密度の増加とともに検出光強度が増加し,一方、骨密度が高い領域では密度増加と伴に強度が線形的に減少する二相性の変化を示すことが示された.これは,骨内部の散乱による非線形的効果によるのであり,本原理は適用骨密度範囲が限定されることを示唆していた.しかしながら,骨密度の生理的範囲を考慮すると,上記の線形減少領域での運用が可能であると判断された.一方,模擬骨試料を使った実験では,ボード上に配置した光学部品による構成される専用装置を使用した.なお,光源として近赤外光半導体レーザーを使用した.また,模擬骨は,シリコン樹脂に炭酸カルシウム粉末を均一に混合して円柱状に成形したものであるが,混合割合を変化させることでヒトの海綿骨密度範囲の密度を再現した.実験の結果は,前述のモンテカルロシミュレーションの結果と類似しており,試料密度と検出光強度の関係は二層性の変化を示したが,ヒト骨密度範囲に限定して使用する場合は十分有用な線形関係性を有していると判断された.なお以上の結果は,日本機械学会北陸信越支部第52期総会・講演会(2015年3月7日,新潟工科大学)にて発表している.今後は,皮膚層が存在した場合についても同様の検討を行い,本装置の精度についてのより詳細な検証を行っているところである.【研究成果】最終年度において、ハンディーサイズでコンピュータ制御により骨密度の自動評価が可能なレベルな装置(プロトタイプ)を完成させた。また、前年度で得られた模擬骨試料および模擬皮膚試料を使い装置の検証実験を行った。その結果、皮膚が2 mm程度であれば、皮膚の光散乱の影響が軽減された計測が可能であることが明らかとなった。この厚さは、ヒトの標準的な皮膚厚さであることから、本装置は十分な実用性を有していると考えられる。加えて、モンテカルロ法を使ったコンピュータシミュレーションを行い、皮膚内を通過する光の伝播状態を解析している。その結果、皮膚影響除去の原理としている皮膚組織内での光路の準直進性を確認することができ、本法の原理の有効性が立証されている。本成果については、金沢市が主催するクリエイティブベンチャーシティ金沢ビジネスプランアワードにて入賞を果たしており、実用化やビジネス化に向けた取り組みが開始されている。今後は,既存の装置である超音波骨密度計との精度比較を行うことで、より信頼性の高い装置への改良を進める予定である。なお、本研究期間中において、本装置の基本原理についての特許が出願されている(特願2016-39691号)。【意義・重要性】本装置の完成により、定期的な骨密度セルフチェックが実現され、骨粗鬆症の早期発見が可能となる。このとから本装置は、高齢者の生活の質の維持および健康寿命の延長に大きく貢献する期待とされる。平成26年度の実施計画で目的とした模擬骨試料を使った実験は実行され,装置作成に必要なデータの収集に成功している.さらに,皮膚の影響についての検証実験は現在進行中であり,このような観点より研究課題は概ね順調に進展していると判断される.生体医用工学平成27年度の計画では,前年度で得られた模擬骨試料をつかった検証実験の結果を考慮して,実用化の観点から設計・デザインされた計測装置の作製を実施する予定である.作製される装置はハンディーサイズとし,コンピュータ制御により骨密度の自動評価が可能なレベルまで完成させる予定である.
1997年7月梅雨前線停滞に伴う西日本の豪雨災害に関する調査研究

1997年7月、西日本に停滞し活発な活動を続けた梅雨前線は、九州地方を中心に西日本の広い範囲に記録的豪雨をもたらした。この豪雨で、鹿児島県出水市の土石流災害をはじめ、各地で土砂災害、河川災害が相次いで発生した。本研究はこれらの災害の実態を把握するとともに、災害をもたらした豪雨の気象特性、災害の発端となった現象の発生機構、災害予測、警戒避難、行政の災害対応、被災住民の災害心理とストレス等について総合的に検討したものである。出水市の災害について、得られた結果を以下要約する。(1)出水付近に豪雨をもたらした機構は、九州北部に停滞する梅雨前線に向かって流入する温暖で湿潤な南西風が、甑島の地形によって強制上昇を受け、メソβスケールの帯状降水雲をつくり、この気象状況が長時間持続したことによる。(2)災害の発端となった規模の大きな崩壊は、深層風化を受けた火山岩と豪雨に伴う地下水位の上昇が結びついて発生したものである。(3)崩壊発生直後から崩土はその底層が液状化を起こしながら高速で移動した可能性が高い。(4)流出解析によると、土石流の先端部によって押し出された水や崩壊土砂の流動に寄与した地表水の大部分はため池の水であったと考えられる。(5)土石流堆積物の堆積状態や流速係数から判断して、土石流の流動特性は砂防ダムの上流側と下流側で異なっているようである。(6)土石流の再現計算を行い、土砂の流下経路や堆積範囲が再現された。(7)防災の最前線である市町村レベルの防災体制が整っていない。一方、土石流発生に対する住民の予備知識がなかった。(9)被災住民を対象に行ったアンケート調査から、5人に1人が外傷後ストレス障害(人間の存在や生命に危機的影響を及ぼす異常な状況における正常な反応)とスクリーニングされた。(3)崩壊発生直後から崩土はその低層が液状化を起こしながら高速で移動した可能性が高い。(9)被災住民を対象に行ったアンケート結果から、5人に1人が外傷後ストレス障害(人間の存在や生命に危機的影響を及ぼす異常な状況における正常な反応)とスクリーニングされた。