hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
哺乳類神経細胞に秘められた低温応答メカニズムの解明

機能面については、低温誘導性SIRPαリン酸化が関与する可能性のある細胞機能を示すことはできなかったが、低温による酸誘導性細胞死の抑制については、神経細胞においてSIRPαシグナルが直接関与する可能性が低いと予測されることから、結果的に別の細胞機能の検討へと検討の方向性を絞り込んでいる。以上の成果より、全体として計画はおおむね順調に進展していると評価した。低温による神経細胞内クロライド濃度の変化の有無について検討を行う。SIRPαの近傍分子を同定し、それらの機能を手がかりに、クロライドダイナミクスと低温応答反応のつながりを予測する。また、クロライドチャネルやクロライドATPaseあるいはそれらに関連分子がSIRPα複合体に含まれる可能性を踏まえて重点的に解析する。クロライドATPase阻害剤の効果がSH基の修飾作用である可能性があるので、SH基修飾剤を用いてこの点を検討する。SH基の修飾が標的となっていた場合にはこれを手掛かりに阻害剤の標的分子の同定を進める。機能面では前年度から継続して低温と細胞容積変化の関連について解析を行う。また、報告されている低温による神経活動性の増強とSIRPαリン酸化の関連についても解析を行う。行動解析テストにより、低温が脳機能に与える作用とSIRPα欠損の影響を動物個体で解析する。
高齢者高度医療専門病院における終末期ケアプログラムの開発

癌患者の終末期ケアの研究は多いが、高齢者の特性を踏まえた、終末期ケアについての研究は少ない。約80%が医療施設で最後を迎えている現状から、医療施設における高齢者の特性を踏まえた終末期ケアプログラムを開発した。はじめに、プログラムの作成のために2つの研究を行った。最初に、高度医療施設で最期を迎えた高齢者の終末期の状態、特に身体的苦痛の実態の調査から、プログラムを作成するために対応すべき課題を見出した。がん患者は死亡前48時間に疼痛が増強するが、高齢者では意識低下のため苦痛は強くなかった。むしろ入院時の興奮、認知能力の低下、中期の呼吸困難や処置による苦痛への対応が高齢者の終末期においては重要であると考えられた。認知障害があり直接疼痛を訴えない場合には、疼痛がないと判断されている傾向がみられたことから、苦痛の把握方法や対応について開発する必要性が示唆された次に行った、看護師が高齢者の終末期ケアを行う上で感じている困難とケアについて研究した結果から、終末期ケアの中で難しいと考えていたものは、(1)退院時期、もしくは外泊時期を見計らい、自宅にかえることができるようにするための援助、そのための事前準備など、(2)医師と家族、看護師との意見調整の難しさ、(3)家族のケアへの参加と家族ケアの難しさ等があった反面、意思があいまいな高齢者が多い中で、家族の意向を重視し、家族が望む方向でケアを進めていこうとしていた。以上の結果を踏まえてケアプログラムは終末期の高齢者を看護する際に特に注目するべき点、すなわち終末期にも退院することを望む本人の望みを実現することや、疼痛、呼吸困難などの苦痛の緩和、日常生活を高齢者が望むようにケアする、さらには家族のケアが充実するという点に絞って作成された。今後さらにプログラムの洗練に努めていく予定である。今年度は高度医療病院における高齢者の終末期ケアの実態を調査し、問題点や特徴を明らかにすることにより、ケアプログラム作成の資料をうることを目的に調査を行った。病院における倫理委員会が遅れ時間を要したことや、もう一箇所の病院が公社化に伴い調査困難となり調整が必要であったことなどにより、調査の開始が遅くなった。また、研究者がカルテから情報を得ることや、面接を受けることについて病棟医師や看護師の協力が得られず、看護師がその月に亡くなった高齢者について、経過を記載する方法に変更した。調査病棟は前年度亡くなられた高齢者の多い病棟順に3箇所で実施した。記載方法の統一を図るためにプレテストを行った。その結果調査項目を詳細に設定する必要があること、特に高齢者の苦痛を表示することが難しいことが判明し、患者の観察・確認項目を詳細に設定した。高齢者は1週間以上入院している人とした。その結果10月末から1月中旬までに得られたデータは35であり、呼吸器病棟23名、神経内科5名、循環器病棟2名であった。性別は男性19名、女性16名であり、平均年齢は81.5歳、平均在院日数は23.9日であった。入院時に認知障害のあるものは94.3%と多く、意識障害を持っていたものは74.3%であった。入院中に継続的に疼痛や苦痛を有していたものは42.9%と半数近くであった。しかし、認知障害があり直接疼痛を訴えない場合には疼痛や苦痛がないと判断されている傾向も見られた。またモルヒネ等の麻薬の使用等は少なく、医師の判断で、セデーションの実施等が決定されていた。医療チームで検討することは困難であり、その結果が患者さまに影響している場合もあった。

まだ分析を始めたばかりであり、今後さらにデータを蓄積し詳細な分析を行うとともに、結果の確認を看護師とともに行う予定である。医療施設における高齢者の特性を踏まえた終末期ケアプログラムを開発するために、平成15年度は終末期にある高齢者の状態について調査し、高齢者の側からみた解決すべき問題を検討した。その結果を平成16年度に、「高度老年専門病院における老年者の終末期における身体的苦痛」というテーマで、ソウルで行われたThe 8th Annual Conference East Asia Forum on Nursing Scienceで発表した。癌の患者が死亡前2-3日に苦痛が強くなるのに比べ、老年の場合には死亡前直前には意識障害が生じやすいためそれ以前の症状緩和が重要になること等について発表した。終末期ケアへの関心が高く、治療の男女差の有無、研究手法等について質問があり、活発に交流を行なった。平成16年度はケアプログラム開発の資料を得るために、終末期看護に対する看護師の認識とケア実践について調査を行い、看護師が認識している終末期ケアの課題を分析した。平成15年度に調査を行った3病棟で調査期間に死亡された高齢者35名のうち80%が呼吸器病棟で亡くなっていた。そのため本年度は呼吸器病棟の看護師に面接をし、日頃終末期ケアを実践する上で大切に思っていること、困っていること、比較的良くできているケアなどについて半構成的質問を行った。面接の前に、研究の趣旨について文書を用いて説明し、同意の得られた看護師9名に面接を行った。面接は一人1時間程度であった。面接の内容をテープで起こし、質的分析を行った。その結果終末期ケアの中で難しいと考えていたのは、(1)退院時期、もしくは外泊時期を見計らい、自宅にかえることができるようにするための援助、そのための事前準備など、(2)医師と家族、看護師との意見調整の難しさ、(3)家族のケアへの参加と家族ケアの難しさ等があった反面、意思があいまいな高齢者が多い中で、家族の意向を重視し、家族が望む方向でケアを進めていこうとしていた。本調査の成果を来年度にブラジルで開催される世界老年学会で発表予定である。なお本研究は調査施設の病院において倫理委員会の承認を得ている。平成16年度は「終末期看護に対する看護師の認識とケア実践」について調査を行い看護師が抱える困難等について分析した。その結果を6月にブラジルで開催されたThe 18^<th> Congress of the International Association of Gerontologyで発表した。反響は大きくアジア系の研究者の注目を集めた。ブラジルでは疼痛緩和が遅れていることや、同じ問題を抱えている国が多いという実感を得た。ブラジルは陸続きの国であり、看護においても国際交流が盛んに行われ、国際的に大規模なプロジェクトが展開されている様子を交流の中からうかがえた。大変有意義な国際会議であった。平成17年度は平成15年・16年の二つの調査から明らかになった、解決すべき看護の課題を踏まえプログラム作成を行った。最初に上記二つの研究結果について、研究病院で説明を行い、結果が実態に即したものであるとの評価を得た、そして、病棟の看護師を交えて2週に1回、勉強会やプログラムの検討を行い実際に役立つプログラム開発に努め、来年度、ともに考えた看護師がケアプログラム実践の推進役、そして評価者となるようにお互いの理解を深めた。
場の理論における数学的構造の解明

研究実施計画に従い研究分担者は各地で開催された研究集会に講演者や討論者として参加し次の諸成果を得た:剱持はコラ-レス氏との共同研究で3次元ユウクリッド空間内の曲面のボンネ変換を調べ、曲面が平均曲率を保存しながら等長的に変形できるための必要十分条件を得た。特にガウス曲率が一定の場合のそのような変換を完全に決定した。次に剱持はボンネ変換を許容する曲面(=Hー変形可能曲面)のリ-マン計量の特徴付けを研究し或る特別な非線形微分方程式を発見した。その応用としてHー変形可能曲面の一般的な構成方法を見つけた。またこの研究により自明でないワインガルテン曲面が或る非線形の常微分方程式の解から構成されることもわかった。押切は余次元1の葉層構造と平均曲率の間の関係を詳しく調べ次の結果を得た:余次元1葉層Fが多様体M上に与えられているとき、M上のどんな関数がそのFの平均曲率関数になり得るかを特徴ずけ、その応用として定平均曲率葉層にできるものの位相的特徴付けを与えた。陶山は、幾何学的測度論を用いて次の結果を得た。コンパクトな多様体Mと、Mより1次元高いもう1つのコンパクトなリ-マン多様体との間に、MからNへの連続写像fが与えられているとする。このとき、MからNへのfとホモトピ-同値な写像の全体の中に、Nの中でMの像の面積を最小にするような写像Fが、常に存在することを示した。そして、その写像Fの正則性についても研究した。
統合失調症モデルラットにおける虚連合記憶―動物の「妄想」研究の基礎として

本研究は、統合失調症に認められる妄想の認知的基盤に誤った連合記憶(虚連合記憶)があるという仮定に基づき、統合失調症モデル動物(NMDA受容体拮抗薬投与ラット)に虚連合記憶が生じるかどうかを調べた。虚連合記憶テストに用いる嗅覚刺激を選別するための行動テストを行ったのち、NMDA受容体拮抗薬のMK-801によって虚連合記憶が生じるかどうかを調べた。虚連合記憶テストでは、自発的物体再認テストの手法を嗅覚刺激と物体刺激からなる複合刺激に適用した。以前に経験していない複合刺激の探索が少なくなる傾向を虚再認記憶に相当する現象と仮定したが、MK-801投与はこのような現象を引き起こさなかった。統合失調症で認められる妄想の認知的基盤として、記憶の誤った連合である虚連合記憶を仮定し、統合失調症モデル動物において虚連合記憶が起こるかどうか検証することを目的とした。ここでは統合失調症モデル動物として、MK-801投与ラットを用いた。この薬物は、幻覚・妄想といった統合失調症の症状とよく似た症状を引き起こすとされるフェンサイクリジンと同様NMDA型グルタミン酸受容体拮抗薬である。また虚連合記憶テストとして、自発的物体弁別課題を応用した手続きを用いた。このテストは見本期、干渉期、テスト期の3つのフェーズからなっていた。見本期ではオープンフィールド内に嗅覚刺激Aを塗布した物体Xを4つ置き、5分間にわたりラットに各物体を自由探索させた。干渉期ではプラスチックケージ内で嗅覚刺激Bを2分間提示した。テスト期は、オープンフィールド内に見本期で提示した物体Xと新奇物体であるYを2つずつ置いた。それぞれのいずれかには嗅覚刺激Aを(AX、AY)、もう一方にはBを塗布し(BX、BY)、ラットに各物体を5分間にわたり自由に探索させた。干渉期、テスト期はそれぞれ見本期終了の5分後、60分後より開始した。MK-801(0.05、0.1mg/kg)はテスト期の15分前に腹腔内投与した。薬物投与によって虚連合記憶が生じた場合は、単独の物体刺激、嗅覚刺激としては既知であるが、これらが組み合わさった複合刺激としては経験のないBXを既知刺激とみなし、これを探索する傾向が小さくなることを予測した。しかしながら、本研究ではMK-801投与によって虚連合記憶に相当する現象を引き起こすことはできなかった。前年度は自発的物体弁別テストで用いられる手続きを利用して、MK-801を投与したラットについて物体刺激と嗅覚刺激の間の虚連合記憶が生じるかどうかを調べたが、虚連合記憶に対応すると考えられる明確な現象は認められなかった。この実験手続きが嗅覚刺激の弁別能力を測定するのに適切でなかった可能性も考えられたため、今年度は上記の手続きがその測定に妥当であるかどうかを検証することを目的とした実験を行った。行動テストは見本期とテスト期の2つのフェーズから構成された。見本期においては、4つの同じ物体に同じ嗅覚刺激を塗布した刺激をラットに提示した。テスト期では、物体のうち2つに見本期と同じ嗅覚刺激(既知刺激)を、残りの2つに別の嗅覚刺激(新奇刺激)を塗布した。ここで用いる嗅覚刺激のペアとして3種を用い、それぞれのペアについてテストを行った。弁別の指標として弁別率(=新奇刺激への探索時間/両刺激の探索時間)を求めたところ、3種のペアのうちバニリンーシンナムアルデヒドのペアが最も弁別率が高かった。しかしながら、これらの嗅覚刺激に対する選好性を調べたところバニリンを好む傾向が認められたことから、選好性の違いが弁別率の差として現れた可能性も否定できない。また、恐怖条件づけの手続きを用いた虚連合記憶テストの予備実験として、この条件づけの手続きにおいて嗅覚刺激の弁別が可能かどうかについても調べた。ベンズアルデヒド、サリチル酸メチルの2種類の嗅覚刺激を弁別刺激として用い、いずれかの刺激提示下では電撃を与え、もう一方の提示下では電撃を与えないという訓練を行ったのち、弁別テストを行ったところ両刺激の間にすくみ反応率の差は認められなかった。したがって、今回の手続き内ではラットは嗅覚刺激を弁別できない、もしくは今回の手続きが弁別課題の手続きとして適切でない可能性が示唆された。本研究の目的は、自発的物体再認テストの手続きを利用し、人間において妄想を引き起こすとされる薬物を投与したラットに虚連合記憶が生じるかどうかを調べることである。しかしながら、上記の手続きが今回仮定している連合記憶の要素の一つである嗅覚刺激の弁別テストとして適切であるかどうかは明らかではなかった。今年度はそれを調べるための予備実験を実施していたために、全体的に進捗が遅れている。今年度は虚連合記憶テストに用いる嗅覚刺激を選別するための行動テストを行ったのち、NMDA受容体拮抗薬のMK-801によって虚連合記憶が生じるかどうかを調べた。まず虚連合記憶テストで用いる予定の嗅覚刺激について、選好性の差がない刺激ペアを選定するための選好性テストを行った。3種類の刺激ペアについてテストを行った結果、ヘキサン酸メチルと酢酸イソペンチルのペアが最も適切であるということが示唆されたため、以下の実験ではこのペアを弁別刺激として用いた。次に、このペアが虚連合記憶テストの弁別刺激として用いるのに妥当かどうかを検証するために、自発的物体弁別テストの手続きを応用し、この2種の刺激に対する弁別テストを行った。

弁別率(=新奇刺激への探索時間/両刺激の探索時間)がランダムレベルよりも有意に高かったため、虚連合記憶テストではこのペアを弁別刺激として用いた。虚連合記憶テストは見本期、干渉期、テスト期の3つのフェーズからなっていた。見本期ではオープンフィールド内に嗅覚刺激Aを塗布した物体Xを4つ置き、ラットに各物体を自由探索させた。干渉期ではプラスチックケージ内で嗅覚刺激Bを提示した。テスト期は、オープンフィールド内に見本期で提示した物体Xと新奇物体であるYを2つずつ置いた。それぞれのいずれかには嗅覚刺激Aを(AX、AY)、もう一方にはBを塗布し(BX、BY)、ラットに各物体を自由に探索させた。MK-801(0.1、0.2 mg/kg)はテスト期の15分前に腹腔内投与した。薬物投与によって虚連合記憶が生じた場合は、単独の物体刺激、嗅覚刺激としては既知であるが、これらが組み合わさった複合刺激としては経験のないBXを既知刺激とみなし、これを探索する傾向が小さくなることを予測した。しかしながら、本研究ではMK-801投与によって虚連合記憶に相当する現象を引き起こすことはできなかった。本研究は、統合失調症に認められる妄想の認知的基盤に誤った連合記憶(虚連合記憶)があるという仮定に基づき、統合失調症モデル動物(NMDA受容体拮抗薬投与ラット)に虚連合記憶が生じるかどうかを調べた。虚連合記憶テストに用いる嗅覚刺激を選別するための行動テストを行ったのち、NMDA受容体拮抗薬のMK-801によって虚連合記憶が生じるかどうかを調べた。虚連合記憶テストでは、自発的物体再認テストの手法を嗅覚刺激と物体刺激からなる複合刺激に適用した。以前に経験していない複合刺激の探索が少なくなる傾向を虚再認記憶に相当する現象と仮定したが、MK-801投与はこのような現象を引き起こさなかった。今年度の結果ではMK-801投与ラットにおいて虚連合記憶と思われる現象が認められなかったことから、テストの手続きの改良を行う必要があると考えられるため。今年度は自発的物体再認テストおよび恐怖条件づけなどの手続きを利用し、人間において妄想を引き起こすとされる薬物(アンフェタミン、メタンフェタミン、フェンサイクリジンなど)を投与したラットに虚連合記憶が生じるかどうかを調べる予定である。生理心理学刺激の種類や実験スケジュールの変更など、今年度行った自発的物体再認課題を応用した虚連合記憶テストの手続きを改良する予定である。またアンフェタミン、メタンフェタミンなどの覚醒剤、フェンサイクリジンなど、人間において妄想を引き起こすとされる別の種類の薬物を使用してこのテストを実施する。さらに、恐怖条件づけの手続きを応用したテスト法も実施し、潜在記憶における虚再認記憶についても調べる予定である。今年度はラットの虚連合記憶を調べる上で必要な予備的な実験を中心に研究を進めた。本来の目的である虚連合記憶自体を測定する実験については実施できず、これに必要な薬物類を購入しなかったことにより未使用の助成金が生じた。今年度は恐怖条件づけの手続きを応用した虚連合記憶テストは実施せず、その準備にとどまった。そのため、この実験で使用する予定の文脈手がかり(装置内刺激)やラットを購入しなかったことによる。今年度未使用の助成金については主として上述の薬品の購入に充てる予定である。
複素多様体上の解析写像の研究

閉りーマン面およびこれから有限の点を除いた面からの解析写像の有限性を導くために、志賀啓成は、拡張されたArakelpvの定理の解析的証明を与えた。一方代表者は、有限連結領域の境界を保つ写像の個数について、連結度nに関する評価式(n-2)2^<4n-6>(n≧3)を得た。この問題の高次元化に関しては、正則族の有限性をみちびく結果が高次元複素多様体の場合に野口潤次郎によって得られた。高次元の場合の解析写像の個数評価より困難な問題を考えられるか、この問題を研究するための有力な不要量の研究が森田茂之によって行われた。彼はこの結をリーマ二面のタイヒシュラー空間さらにトレリ空間への応用に着干している。また3次元双曲型多様体の等長変換群が小島定吉により調べられた。さらに写像の分岐問題について、非線形分岐に関する代数的公式が福田拓生により得られている。解析写像の研究には種々の等角不変量が重要な道具となる。小沢眞は種々の領域におけるグリーン式数の近似を行い。ラプラシマンのランダムスペクトルの評価を得た。また代表者は、ハーディ空間における領域分割の問題を、ノルムを一般な上半連続定数に置きかえ、より一般な複素多様体の上で解いた。この問題はブラウン運動とも関係がある。粒子系の運動に関して志賀徳造は相互作用の影響で1粒子の運動がブラウン運動となることを示した。今後の研究計画については、閉りーマン面における解析写像の個数に関して、面の種類によるよい評価式を得ることを目標とする。有限連続の場合の公式が、閉面の場合にも成立することが期待される。
可変構造制御を用いた動的安定な信頼可能制御系の設計法の研究

1.信頼可能制御系設計法の理論的取り組みとして、スライディングセクターと呼ばれる信頼可能区間を用いた新たな可変構造制御論(SS-VSC)を確立し、包括的な信頼可能制御系の設計指針を与えた。2.システム本来の特性を積極的に活用し、制御器から対象プラントへの干渉そのものを最小するという従来にない制御系設計論であるLazy制御を提案した。ここではSS・VSCをリミットサイクルシステムのクラスに拡張し、適用例として受動2足歩行を取り上げた。その結果、受動歩行本来の自律的な歩容生成を維持しつつ、最小のアシストで歩行の安定性を高めることができた。さらに実機検証として受動歩行ロボットを開発し、仮想重力補償をベースとする信頼可能制御系を構成ることで平地歩行を実現し、理論の有効性を実証した。3.信頼可能制御系設計法を実装する際に必要となる微分情報の推定の為に、可変構造制御論を利用した適応型VS微分器の設計法を提案し、良好な微分情報の推定が可能なことを確認した。本成果は、信頼可能制御系に限らずどのようなシステムにおいても利用でき、今後幅広い分野へ応用できる事が期待できる。4.システムの信頼可能領域を回復する一手段として、カオス的アプローチであるOGY法による手法を示し、受動2足歩行に適用した。本成果は、概して制御的価値の低いと思われていたカオス現象を制御することで、安定領域を拡大できるということを示せた点で意義深い。5.拘束力を陽に考慮できる、非線形メカニカルシステムのための非線形最適問題の解法を示した。これは機械部設計の際に重要なファクターである拘束力を制御系設計段階で考慮でき、入力量や状態量とほぼ対等に工学的感覚に基づいて制御器の設計ができる点が優れている。倒立振子の振上げ制御に適用し、実際に関節への負荷が低い制御が達成されていることを確認できた。1.回転型の倒立振子を用い、提案してきた離散スライデングセクター制御系の実機検証を行った。その結果、実機特有の静止摩擦などの影響をほぼ相殺できる頑強な制御系を構築できることが示せ、その成果を学会で発表した。本手法は、従来の代表的な設計法であるLQR設計の場合では陽に考慮できない非線形摩擦などの影響で現実問題として発生してしまうチャタリング現象までも大幅に抑制できた点で非常に有効である。2.上記の線形システムに対する可変構造制御系設計法を非線形リミットサイクルシステムに拡張し、システム固有の安定性だけでは周期運動を持続できないときのみ補正入力を加えるLazy制御系の設計法を示した。3.受動2足歩行ロボットの能動制御にLazy制御理論を適用し、その有効性をシミュレーションで確認した。この場合、仮想重力に等価な状態フィードバック入力により動的な安定平衡状態を発生、すなわち自律的に歩行運動が発現するようにした上で、スライディングセクタの信頼可能範囲を、リミットサイクルの中心軌道近傍の漸近安定領域(tube)に対応させる。そしてシステムの状態がtubeの内か外に応じて制御則を切り替えることで可変構造系を構成している。4.リミットサイクル軌道に垂直な断面もしくは不連続遷移空間に着目し、tubeの安定性強度、つまり信頼区間を特定断面内での状態量のノルム変動値として指標化する手法について提案した。このときさらに確率的アプローチを用い、リミットサイクルの継続確率からノルム減少空間を確率的に求めてこれを利用することで、Lazy制御系の性能の向上が図れることを歩行シミュレーションで確認した。

1.前年度の成果として得られたスライディングセクター可変構造制御論による信頼可能制御系設計法を非線形リミットサイクルシステムのクラスに拡張し、システム本来の特性を積極的に活用して制御器から対象プラントへの干渉そのものを最小するというLazy制御を提案した。実機検証例として受動2足歩行の制御へ応用し、その結果、受動歩行本来の自律的な歩容生成を維持しつつ、最小のアシストで歩行の安定性を高めることが可能となることを示した。さらに受動歩行ロボットを開発し、仮想重力補償をベースとする信頼可能制御系を構成することで平地歩行を実現し、理論の有効性を実証した。2.信頼可能制御系設計法を実装する際に必要となる微分情報の推定の為に、可変構造制御論を利用した適応型VS微分器の設計法を提案し、良好な微分情報の推定が可能なことを確認した。本成果は、信頼可能制御系に限らずどのようなシステムにおいても利用でき、今後幅広い分野へ応用できる事が期待できる。3.システムの信頼可能領域を回復する一手段として、カオス的アプローチであるOGY法による手法を示し、受動2足歩行に適用した。本成果は、概して制御的価値の低いと思われていたカオス現象を制御することで、安定領域を拡大できるということを示せた点で意義深い。4.拘束力を陽に考慮できる、非線形メカニカルシステムのための非線形最適問題の解法「状態依存Ricatti方程式による拘束力制御法」を示した。これは機構部設計の際に重要なファクターである拘束力を制御系設計段階で考慮でき、入力量や状態量とほぼ対等に工学的感覚に基づいて制御器の設計ができる点が優れている。倒立振子の振上げ制御に適用し、実際に関節への負荷が低い制御が達成されていることを確認できた。
タンパク質の熱安定性と立体構造の動的性質の相関々係

高温下に生育している好熱菌は例外なく熱安定な酵素を生産している。これらの熱安定な酵素は、相当する常温菌の酵素と比べると、分子全体の大きさや構造も似ているし、触媒としての性質も似ているので、構造上の比較的僅かな変化がタンパク質を安定化しているといえる。この安定化の機構はタンパク質の立体構造がいかに維持されているかという目下のタンパク質科学における再重要課題に直結している。本研究計画は、イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼをモデル酵素として用い、好熱菌の酵素がなぜ熱安定であるのかを分子レベルで解明することを目的として日・米・ハンガリー間の国際共同研究を展開した。日本側参加者は遺伝子工学手法、タンパク質工学手法に長じ、変異体作成を分担し、また結晶構造の温度変化を測定する技術をもっている。アメリカ側参加者はX線構造解析に関しては世界的にリ-ドし、ハンガリーの研究室は世界的に珍しい重水素交換の測定技術を持つなど、それぞれの研究室は「特技」を有し、本研究計画はそれを互いに分かち合う形で構成されている。アメリカ、ハンガリーの研究者は日本側研究室に滞在し(うちハンガリーの研究者の滞在は他の研究資金により行われている)、共同実験を行った。日本側研究者はアメリカを訪問し、測定試料の調整を助言するとともに、研究成果について討論した。共同研究の成果の一部が、国際共同論文としてまとめられ間もなく印刷されることに象徴されるように本研究計画は成功裡に進行した。1日本側は好熱菌と常温菌の間のキメラ酵素をより熱安定化するための分子設計を行い、いくつかの変異酵素を作成し、共同研究者に配布した。キメラのX-線構造解析に基づいてループ部分に着目し、ループ部分の変異体が熱安定性を向上していることを確認した。また、進化分子工学手法を用いて、耐熱化した変異体を取得した。特に、172位のアラニンをバリンに置換する変異は、好熱菌の野生型酵素に導入すると、好熱菌の生産する酵素をさらに人為的に安定化できることを見出し、変異体の立体構造を決定し、その耐熱化の分子機構を推論した。このほか、110位を含むターン部分のアミノ酸残基の置換も行い、安定化に成功した。2低温下にX線構造解析を行い、B因子を測定すると、特定の転移温度が存在することが近年発見されている。転移温度を測定するため、低温度下の結晶構造解析を試みたが、これは相互に連絡・調整を取りつつ日・米の研究室がそれぞれ実施した。低温測定は温度を変えて測定する必要があり、研究は未完である。3大腸菌の遺伝子クローニングは日本で行い、発現系を構築した。作成したプラスミドは米・ハンガリーの研究室に配布され、それぞれの研究室で発現、精製が行われた。しかし、酵素精製の技術は日本側研究室が長じているので、アメリカ側の研究者は日本において共同実験を行い、大量精製を行った。日・米・ハンガリーそれぞれの研究室において、独自に大腸菌酵素の安定化変異体の設計と製作を行った。大腸菌酵素の結晶化と構造解析はアメリカにおいて行われた。アメリカ側はサルモネラ菌のイソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼの結晶構造解析も行った。4日本側は主に進化分子工学手法を用いて大腸菌酵素の安定化設計を行い、いくつかの安定化変異体を得た。理論設計による米・ハンガリーの結果を総合して安定化機構について討論した。安定性の評価は至差走査型熱量計を用いた変性に伴う熱力学量の測定と、円二色性(CD)を用いた反応速度論的解析を用いて行われた。これらの結果は、サブユニット接触面やループ部分など多くの座位が安定性に関与し、しかも多くの場合、それぞれの変異は加算性が成立した。5好熱菌酵素の常温への適応実験を日・米間で情報交換をとりつつ行った。双方が独自の遺伝子操作系を作ったが、日本側は染色体への組み換え系を作成し(米側はプラスミドを改良した)、常温適応した酵素の取得に成功した。すなわち、35-40°Cにおける活性が5-8倍に上昇した「適応酵素」を取得した。適応変異体の構造解析は進行中である。

共同研究の成果の一部が、国際共同論文としてまとめられ間もなく印刷されることに象徴されるように本研究計画は成功裡に進行した。1日本側は好熱菌と常温菌の間のキメラ酵素をより熱安定化するための分子設計を行い、いくつかの変異酵素を作成し、共同研究者に配布した。キメラのX-線構造解析に基づいてループ部分に着目し、ループ部分の変異体が熱安定性を向上していることを確認した。また、進化分子工学手法を用いて、耐熱化した変異体を取得した。特に、172位のアラニンをバリンに置換する変異は、好熱菌の野生型酵素に導入すると、好熱菌の生産する酵素をさらに人為的に安定化できることを見出し、変異体の立体構造を決定し、その耐熱化の分子機構を推論した。このほか、110位を含むターン部分のアミノ酸残基の置換も行い、安定化に成功した。2低温下にX線構造解析を行い、B因子を測定すると、特定の転移温度が存在することが近年発見されている。転移温度を測定するため、低温度下の結晶構造解析を試みたが、これは相互に連絡・調整を取りつつ日・米の研究室がそれぞれ実施した。低温測定は温度を変えて測定する必要があり、研究は未完である。3大腸菌の遺伝子クローニングは日本で行い、発現系を構築した。作成したプラスミドは米・ハンガリーの研究室に配布され、それぞれの研究室で発現、精製が行われた。しかし、酵素精製の技術は日本側研究室が長じているので、アメリカ側の研究者は日本において共同実験を行い、大量精製を行った。日・米・ハンガリーそれぞれの研究室において、独自に大腸菌酵素の安定化変異体の設計と製作を行った。大腸菌酵素の結晶化と構造解析はアメリカにおいて行われた。アメリカ側はサルモネラ菌のイソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼの結晶構造解析も行った。4日本側は主に進化分子工学手法を用いて大腸菌酵素の安定化設計を行い、いくつかの安定化変異体を得た。理論設計による米・ハンガリーの結果を総合して安定化機構について討論した。安定性の評価は至差走査型熱量計を用いた変性に伴う熱力学量の測定と、円二色性(CD)を用いた反応速度論的解析を用いて行われた。これらの結果は、サブユニット接触面やループ部分など多くの座位が安定性に関与し、しかも多くの場合、それぞれの変異は加算性が成立した。5好熱菌酵素の常温への適応実験を日・米間で情報交換をとりつつ行った。双方が独自の遺伝子操作系を作ったが、日本側は染色体への組み換え系を作成し(米側はプラスミドを改良した)、常温適応した酵素の取得に成功した。すなわち、35-40°Cにおける活性が5-8倍に上昇した「適応酵素」を取得した。適応変異体の構造解析は進行中である。タンパク質の熱物性と構造・機能の関係を明らかにする目的で、イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼをモデル酵素に選び、物理科学的な解析を国際協力して行った。日本側はキメラ酵素を中心に安定化変異体と機能改変酵素の作成、それらの結晶構造解析を分担した。また、国外共同研究者に酵素の精製品を提供した。アメリカは大腸菌、サルモネラ菌の酵素の三次元構造解析、機能改変酵素の作成、及び低温の結晶構造の揺らぎの解析を分担し、ハンガリーは大腸菌の酵素の構造を予測し、安定化設計を行った。
気候変動下の寒冷地農地において不凍水が土壌凍結・融解時の水移動に果たす役割の解明

北海道網走地域の火山灰土壌を対象に,凍結に伴う凍土の水ポテンシャルの低下に対するマトリックポテンシャルと浸透ポテンシャルの寄与について検討した。その結果,EC_<1:5>の値が0.17dSm^<-1>以下では浸透ポテンシャルの影響は無視できるほど小さかった。また,下層に水ポテンシャルセンサーを埋設して野外観測を行い,上記の結果を用いて凍土層と下層のマトリックポテンシャルの比較を行ったところ,凍土のマトリックポテンシャルに連動して下層のマトリックポテンシャルが変化する様子が観測された。凍土層の深さ5cmと下層の深さ35cmのマトリックポテンシャルは凍土層の方が最大約2.54MPaも小さい値を示した。研究の対象地である北海道十勝平野の土壌の不凍水量の特徴を明らかにするため,同地点に分布する土壌(有機質火山灰土,埴壌土)について, TDR土壌水分計で不凍水量を測定した。その結果, -10°C以下でも不凍水量は20%前後存在し, -2°Cまで温度を上昇させても不凍水量は変化しなかった。また-2°Cを超えると不凍水量は増加し始め, -0.6-0.4°Cを超えると急激に増加した。初期水分が多いほど不凍水量が多いことが顕著に表れていた。実験結果より,初期水分量が多く凍土内の温度が-2°C以下の場合,氷の量が多いために融雪水の浸透は抑制されると考えられる。また初期水分量が少ない,あるいは初期水分が多くとも,凍土内の温度が-2°C以上の場合,氷の量は少なくなるため,融雪水の浸透が卓越することが考えられた。次に,不凍水のメカニズムを明らかにするため,砂質土を用いてKCl溶液を添加することにより,溶質が土壌水(不凍水)の凝固点に及ぼす影響について調べた。その結果, EC_<1:5>が1dS/m増えると,凝固点が3.4°C5.9°C下がり,その傾向は水分量の減少に伴って大きくなることが明らかになった。また, KClの濃度が1mol/L増えるに従って,浸透ポテンシャルが2.98MPa低下したが,水分量の減少に伴って,浸透ポテンシャルの影響はマトリックポテンシャルに比べて小さくなった。東京農業大学網走寒冷地農場において,夏季・冬季を通した土壌水分と地温に関する観測を開始した。冬季,日平均気温が氷点下になるのに伴って表層土壌が凍結を開始し,最大で深さ28cmまで土壌が凍結した。凍土層の下層(未凍土)では,夏季に湿潤な状態を保ち,水移動はほとんど下向きだったのに対し,冬季,土壌凍結の発達に伴って土壌が著しく乾燥し,上向きの水移動が卓越した。このように,夏季と冬季できわめて対照的な土壌水分の動態を示すこととが明らかになった。この原因を明らかにするために,実験室内において,土壌の水ポテンシャルが凝固点に及ぼす影響を明らかにするための実験を行った。異なる3つの測定方法(加圧板法,遠心法,凝固点降下度法)で土壌の水ポテンシャルを測定したところ,マトリックポテンシャルに加え,浸透ポテンシャルが水ポテンシャルに及ぼす影響が示唆された。東京農業大学網走寒冷地農場において開始した土壌水分と地温に関する観測の結果を解析した。また,凍土層内で不凍水の水ポテンシャルが低下する要因について,クラウジウス・クラペイロンの式をもとに,浸透ポテンシャルとマトリックポテンシャルの寄与を調べた。具体的には,自然な状態の土壌に対し,塩化カリウム溶液を混合することによって,電気伝導度(EC1:5)の異なる試料を数種類作り,凝固点降下度法によって水ポテンシャルを測定し,併せて遠心法によってマトリックポテンシャルを測定し,比較した。その結果,観測圃場における溶質の濃度(EC1:5=0.17dS/m)では,水ポテンシャルの低下は主にマトリックポテンシャルの低下に起因していることが明らかになった。一方で,圃場で用いている水ポテンシャルセンサの特性を詳細に調べるために,観測圃場の土壌を用いてテンシオメータと比較できる実験を室内で行い,センサの測定範囲を明らかにした。これらの結果をもとに,圃場での観測結果を吟味したところ,凍結・融解時における凍土層,および凍土層下層のマトリックポテンシャルの定量化に成功し,季節による変化の特徴を明らかにすることができた。さらに,凍土層内の透水係数を推定し,土壌凍結が進行している際の凍土内の水移動の定量化についても試み,既往の研究結果と比較して妥当な値を得た。以上のことから,不凍水が土壌の凍結・融解時の水移動に果たす役割について,不凍水のマトリックポテンシャルを定量化することにより明らかにした。
網膜機能のシステム的解析

網膜は光受容器であるとともに、視細胞が捕らえた視覚情報からの像の形、色、動きなどの情報を抽出する神経組織である。。網膜を構成するそれぞれの細胞は特有な受容野を持ち、視細胞がとらえた視覚情報を階層的に処理している。網膜ニューロンの受容野や光応答の性質を決定するのは、それぞれの細胞へ入力するシナプス入力や細胞が持つイオンチャネルのキネティックスである。本研究では単離細胞を用いたこれまでの研究で明らかになった個々の細胞のイオンチャネルや伝達物質に関する知識を集約し、それらがどのように機能しているかを統合的に理解することを目的とした。平成8年度には網膜のスライス標本の作製法の開発に務め、アマクリン細胞間のシナプスについて解析を行った。アマクリン細胞からホールセル記録を行うと保持電圧-60mVにおいて持続時間約40msの自発性内向き電流が記録された。この電流の極性は0mV付近で反転し、さらに電極内液のCl^-濃度を変えて測定したところ、反転電位はCl^-の平衡電位に一致した。また、GABA_A受容体のアンタゴニストであるbicuculline(100μM)によって可逆的に抑制された。これらの観察から、アマクリン細胞が持つGABA受容体はGABA_A受容体であると結論した。潅流液にCo^<2+>を添加するとシナプス前細胞のCa^<2+>電流が抑制され、自発性内向き電流は消失した。自発性シナプス電流の振幅のヒストグラムを作成したところ、ヒストグラムにいくつかのピークが見られ、各ピークは基本値の整数倍に一致した。その基本値は細胞によって異なり、膜電位-80mVにおいて818pAであった。以上の結果からアマクリン細胞でのGABAの放出はシナプス前細胞からのCa^<2+>依存性の開口放出によるものであり、その放出は量子的であるということが考えられる。。
「火山性および非火山性温泉の湧出経路に関する比較研究

温泉は、火山性、非火山性を問わず、深部まで発達した亀裂系を循環する天水によって地下の熱が地表近くに運び出される現象である。マグマから直接的な熱影響のない非火山性の地域においてかなり高温の温泉湧出が見られるが、それには、広域かつ深部にわたる割れ目系が存在し、上流部で水を深部に送り込み、下流の未端部で水を堰止めて上昇させる、深部循環系が形成されているためと考えられる。花崗岩地域に湧出する非火山性の温泉は、そういう規模の大きい割れ目系における水循環と熱輸送を研究する上に適した場を提供する。この問題は、火山性温泉の形成機構を明らかにする上にも基本となるものである。非火山性の温泉地として、山陰地方の玉造、三朝、および城崎の各温泉地を選び、現地で湧出温度の分布や後背域の水文調査、ならびに、採取した温泉水の水素と酸素の安定同位体、トリチウム、および化学分析を行った。各温泉地では、下流側ほど高温、高塩分の傾向、および水の通過時間の長い傾向が見られた。これは、割れ目系を通過する水のうち深部を経由した水が末端部で温泉として流出する現象とみて矛盾しない結果である。また、地震データを整理して活断層の方向と規模、さらに、湧出温泉水の水温と電気伝導度の連続観測を行い、亀裂系が動的な状態にあることを確認した。以上の観測結果に基づき、深部割れ目系を天水が循環する過程について、岩層との熱伝達を考慮した解析的なモデルを作成し、割れ目系の規模、構造、および水理的条件と湧出温度との関係を検討した。その結果、山陰地方の各温泉湧出の実状にあう、割れ目系の特性(水の通過媒体としての、水平および深さ方向の規模と透水性)、大規模循環系の水理的条件(供給域と流出域の水頭差、水の通過時間)、岩石-水間の熱伝達係数などを推定するなど、温泉地形成における深部循環系の役割を定量化した。これを別府のような火山性の地熱温泉域に適用すると、さらに規模の大きい深部循環系が推定され、その役割の重要性が認識された。マグマの直接的な影響のない非火山性の地域でもかなり高温の温泉湧出が見られるのは、水の通路として深部かつ広域にわたる規模の大きい割れ目系があり、しかも、それに水を送り込みかつ下流端で水を堰止める条件が形成されているためと考えられる。割れ目系の熱輸送と水循環を研究するにはこのような非火山性でしかも花崗岩地域に湧出する温泉が適した条件を備えている。本研究では、山陰地方の温泉地で温泉の湧出状態を調査し、それに基づいて数理的なモデルを解析することによって、そういう水循環による熱輸送の問題を定量化し、火山性の温泉と比較しようとするものである。本年度は、山陰地方の温泉地として、玉造温泉と三朝温泉とで現地調査を行い、水素・酸素の安定同位体、トリチウム、および化学分析用の水試料約50本を採取した。また、温泉地への水の供給域を推定するため、温泉地後背域の水文調査を行い、流域源流点で同位体測定用の水採取をした。同位体およびトリチウムの分析結果はまだ出ていないが、それぞれの温泉地で全域にわたって行った調査によって、温度、成分濃度の分布を求めることができ、ひとつの温泉地では、下流側ほど高温、高塩分濃度の傾向が見られた。このような温度、成分の分布は、上記のような割れ目系を通過した水の末端流出部とみて矛盾しない結果であり、モデル構築の大きな手掛かりが得られた。来年度は、さらに調査域を拡大するとともに、安定同位体とトリチウケの測定を終了させ、安定同位体から供給域の推定、トリチウムから水循環の速度などの結果とも照らし合わせて、総合的に割れ目系水循環による熱輸送モデルを完成させ、この問題の結論を導く予定である。

以上の観測結果に基づき、深部割れ目系を天水が循環する過程について、岩層との熱伝達を考慮した解析的なモデルを作成し、割れ目系の規模、構造、および水理的条件と湧出温度との関係を検討した。その結果、山陰地方の各温泉湧出の実状にあう、割れ目系の特性(水の通過媒体としての、水平および深さ方向の規模と透水性)、大規模循環系の水理的条件(供給域と流出域の水頭差、水の通過時間)、岩石-水間の熱伝達係数などを推定するなど、温泉地形成における深部循環系の役割を定量化した。これを別府のような火山性の地熱温泉域に適用すると、さらに規模の大きい深部循環系が推定され、その役割の重要性が認識された。
テラヘルツ領域の精密誘電分光による水和ダイナミクスの研究

広帯域白色光のサンプリングパルスにチャープをつけることでテラヘルツ電磁波の時間波形に応じて位相変調された光成分の時間軸情報を周波数軸上にマッピングし、その変調スペクトルを検出する方法を確立した。しかし液晶や電子正孔系など実際の系に適応する場合、試料の散乱や吸収の寄与によって電磁波強度が減衰し十分なSN比の電場波形を得ることができなかった。このことから高強度のテラヘルツ波発生技術を開拓することが重要である。誘電体結晶であるLiNbO3などはワイドギャップであることから汎用エミッタであるZnTeにくらべて2光子吸収が生じにくくまた電気光学定数が大きいために高強度のテラヘルツ波発生が期待できる。しかし媒質の分散によって位相不整合が生じ、非同軸方向に放出されたテラヘルツ光の生成効率が抑えられてしまう。この非同軸テラヘルツ光が伝播するのと同時に同位相の非線形分極が生成されるように光パルスの波束面を空間的に制御することで、効率よくテラヘルツ光が増幅することが可能となる。この発生過程を非同軸パラメトリック過程と考えて発生方法の最適化を行い、現時点でチタンサファイヤレーザー励起で0.5μJ、電場強度は200kV/cmの広帯域(<3THz)テラヘルツ光パルスの生成に成功している。このような高強度テラヘルツ波では2桁弱い電場強度でも検出できることから、単一パルステラヘルツ計測に十分適応可能であると考える。平成18年においてはテラヘルツ光におけるシングルショットでのマルチチャンネル検出の確立および安定化を図った。この手法はテラヘルツ電磁波の電場振幅に比例した電気光学効果による位相変調を光サンプリングする手法をベースにしている。サンプリングパルスとして広帯域白色光を用いそれに線形チャープをつける。テラヘルツ電磁波の時間波形に応じて位相変調された光成分の時間軸情報を周波数軸上にマッピングし、その変調スペクトルを検出することで光パルスと検出器とを同期させることでシングルショット検出が可能となる。テラヘルツスペックル測定を実現可能なSN比を達成するために、エミッターとなるZnTe結晶および励起光のスポットサイズを最適化することでテラヘルツ波の高出力化を図った。またLiNbO3におけるチェレンコフ光を用いた増幅法について検討し、非線形結晶の設計を検討した。試料を透過あるいは散乱した光がこの手法で十分検出可能なEO信号の大きさとなるようにする。また広帯域の白色光を検出できる帯域の2分光器対およびそれに接続する2ダイオードアレイの増幅器と駆動同期回路自作することで、マルチチャンネルでのバランス検出器の試作、改良等を行った。そして実際にこれらを取り込むシステムを構築し、動作確認を行った。これらの手法は秋の物理学会の誘電体のシンポジウムにおいて招待講演を行っている。
卵黄膜ライシンの作用機構の解析とその種異性について

バテイラ〓の一種,バテイラの卵黄膜ライシンは塩基性の分子量13,800の単鎖ポリペプチドで,この全アミノ酸配列はEdman法によって手法で決められている(1986)。又,ライシンの卵黄膜溶解作用は、自種の卵黄膜に対してのみ有効であることが知られている(1971)。同じバテイラ〓のコシダカガンガラとクボガイの精巣から卵黄膜ライシンを精製し,その性質を比較したところ,3種のライシンとも分子量約15,000,等電点10.5とよく一致している上に非常に近いアミノ酸組成を示した。又,抗バテイラライシン抗体は他の2種のライシンとも交叉反応することが明らかとなった。Staphylococcus aureus V8プロテア-ゼ消化ペプチドのマッピングと抗体との反応性よりNー末端ペプチド(50残基)とCー末端ペプチド(28残基)が非常によく一致していると考えられる。更に,これらライシンのシ-クエンサ-を用いたアミノ酸配列の決定が試みられ,予備的なデ-タではこれら3種のライシンの約90%の配列が一致していると思われる。又,卵黄膜ライシンの分子生物学的研究を進めて行く足掛りとして,バテイラライシンのcDNAのクロ-ニングを行なった。λgtllファ-ジをベクタ-としたバテイラ精巣cDNA発現ライブラリ-を抗体でスクリ-ニングする方法を用いた。約650bpのcDNAクロ-ン(λcLysー1)を分離し,塩基配列の分析を行なった。λcLysー1は全長648bpで,このATGよりはじまるアミノ酸162個から成るオ-プンリ-ディングフレ-ムを持っていて,3^ ́末端にはpolyA鎖が存在し,その23bp上流にpolyA付加シグナルAATAAAが存在する。又,5^ ́末端には22個のアミノ酸より成るシグナルペプチドの存在も認められた。
形状記憶合金による脊柱側弯に関する基礎的研究

【目的】形状記憶合金による脊柱側弯の強制実験を行った。【方法】1、力学的金属特性測定オートグラフで側弯動物の矯正実験に使用するTi-Ni系形状記憶合金(55.7%weight Ni,直径3mm,長さ60mm円柱直棒)の3点曲げ試験を施行した。形状記憶効果発現用ロッド(形状回復開始温度;35°C,形状回復終了温度;48°C)を48°Cまで加熱した際の形状回復応力と超弾性効果発現用ロッド(形状回復開始温度;20°C,形状回復終了温度;30°C)の恒温漕36°C下の超弾性応力を測定した。2、側弯矯正実験肋骨締結法で作製した日本白色家兎の屍体側弯脊柱モデルに形状記憶合金ロッド1本を利用して4椎弓のsublamina wiring法で脊椎後方固定術を施行した。1体は形状記憶効果用ロッドを使用し週1回で5回に分けて48°Cまで体外から加熱し形状回復応力を作用させた。その際、硬膜外温度を測定した。残りの1体は超弾性効果用ロッドを使用して体温36°Cの恒温槽下での5週間の経過観察をおこなった。それぞれ単純X線像で比較検討した。【結果】1、形状記憶効果用ロッドの形状回復応力は、7mm変位量に対し198Nの応力を発生した。超弾性効果用ロッドの超弾性応力は、7mm変位量に対し248Nを発生した。2、形状記憶効果用ロッド使用例では,手術施行前側弯角43度が1回施行時40度,2回施行時40度,3回施行時35度,4回施行時18度,5回施行時4度と徐々に矯正された。その際硬膜外温度は48度であった。超弾性効果用ロッド使用例では,手術施行前側弯角43度が,施行時度35度,施行後1週時20度,2週時10度,3週時5度,4週時,5週時0度と矯正された。【考察】形状記憶合金は脊柱側弯の矯正を徐々に行うことが可能であり有用であった。形状記憶効果では加熱回数により段階的な矯正が可能であった。しかし硬膜外高温化による脊髄障害発生の危険性が危惧された。超弾性効果では矯正の調節は困難であった。【結語】形状記憶合金は脊柱側弯の矯正に有用であると考えられる。【目的】形状記憶合金における脊柱側彎の矯正のための基礎的研究を行った。【方法】1、Ti-Pd系およびTi-Ni系形状記憶合金の力学的金属特性を、オートグラフを使用し3点曲げ試験を施行。試験内容は、破断応力・変位量、形状回復応力、超弾性応力を測定し検討した。2、生体内適合性は、Ti-Ni系形状記憶合金において、Ti-Niロッド5mm円柱直棒と同テフロン材・同シリコン材コーティングを作製し家兎旁脊柱筋内埋入試験を行い、原子吸光分析法にてNi濃度を術前後血中・術後1週時血中・肝臓、腎臓、合金周囲組織、尿中を測定し、未挿入コントロールと比較的検討した。【結果】1、(1)Ti-Pd系合金(Af点:73度)では、破断試験で破断応力・変位量は、175N,8.6mm(3mm),399N,5.4mm(4mm),505N,4.8mm(5mm)であった。(2)Ti-Ni系合金は、破断せず。形状回復応力は、7mm変位量に対し荷重と同等もしくは17%増の応力を発生した。超弾性応力は、Af点設定の恒温槽下繰り返し試験で、248N(3mm),580N(4mm),1400N(5mm)を発生した。2、Ni濃度は、術前血液中25ppb。術後6時間時Ti-Niロッド4.2倍,テフロンコート2.4倍,シリコンコート0.7倍。術後1週時、Ti-Niロッドは、腎・周囲組織・尿中で2.3倍,2.5倍,5.5倍。テフロンコートは、尿中で13.5倍。シリコンコートは、肝・腎中で2.1倍,1.5倍であった。【小括】(1)Ti-Pd系合金は、金属強度の問題から生体内使用は困難。(2)Ti-Ni系合金は、金属強度・発生応力の点から生体内変形矯正術に使用可能。(3)コーティング材によりNi溶出および臓機内蓄積の減少が可能。【来年度計画】(1)コーティング材使用Ti-Ni系合金による生体内適合性の長期成績(Ni濃度、組織学的検討)(2)生体内合金使用による至適矯正法の検討【目的】形状記憶合金による脊柱側弯の強制実験を行った。

形状記憶効果発現用ロッド(形状回復開始温度;35°C,形状回復終了温度;48°C)を48°Cまで加熱した際の形状回復応力と超弾性効果発現用ロッド(形状回復開始温度;20°C,形状回復終了温度;30°C)の恒温漕36°C下の超弾性応力を測定した。2、側弯矯正実験肋骨締結法で作製した日本白色家兎の屍体側弯脊柱モデルに形状記憶合金ロッド1本を利用して4椎弓のsublamina wiring法で脊椎後方固定術を施行した。1体は形状記憶効果用ロッドを使用し週1回で5回に分けて48°Cまで体外から加熱し形状回復応力を作用させた。その際、硬膜外温度を測定した。残りの1体は超弾性効果用ロッドを使用して体温36°Cの恒温槽下での5週間の経過観察をおこなった。それぞれ単純X線像で比較検討した。【結果】1、形状記憶効果用ロッドの形状回復応力は、7mm変位量に対し198Nの応力を発生した。超弾性効果用ロッドの超弾性応力は、7mm変位量に対し248Nを発生した。2、形状記憶効果用ロッド使用例では,手術施行前側弯角43度が1回施行時40度,2回施行時40度,3回施行時35度,4回施行時18度,5回施行時4度と徐々に矯正された。その際硬膜外温度は48度であった。超弾性効果用ロッド使用例では,手術施行前側弯角43度が,施行時度35度,施行後1週時20度,2週時10度,3週時5度,4週時,5週時0度と矯正された。【考察】形状記憶合金は脊柱側弯の矯正を徐々に行うことが可能であり有用であった。形状記憶効果では加熱回数により段階的な矯正が可能であった。しかし硬膜外高温化による脊髄障害発生の危険性が危惧された。超弾性効果では矯正の調節は困難であった。【結語】形状記憶合金は脊柱側弯の矯正に有用であると考えられる。