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生体肝移植術後患者に対する下肢筋力増強を目的とした新たな電気刺激療法の臨床的検討

生体部分肝移植術(LDLT)後は,筋力低下が惹起されADLが低下する.そのため,電気刺激療法(EMS)が,LDLT後の患者に有用であるかを検討することである.LDLT患者を無作為に大別し握力,下肢筋力,ADLを評価した.EMS群14例とコントロール群9例で比較検討を行なったが,両群間で有意差を認めなかった.今回の検討においてMESの有効性を示すことができなかったが,今後も検討する必要がある.生体部分肝移植術(LDLT)後は,肝代謝合成機能が術前よりさらに低下するため,骨格筋においては廃用性萎縮による筋力低下が惹起され,ADLの低下から活動量がさらに低下する悪循環に陥る.そのため,電気刺激療法(EMS)を用いた筋収縮運動が,LDLT後の患者において筋力維持および増強に有用であるかを検討することである.LDLT手術予定の患者に対して,術前より身体機能として握力,下肢筋力,超音波検査による大腿四頭筋の筋厚,運動耐容能として6分間歩行試験を行い,ADL,QOLについても評価した.術後も1ヵ月後,3ヵ月後に同様の評価により効果判定を行った.無作為にEMS群とコントロール群に大別して行った.EMS群は刺激部位を大腿指頭筋とし,刺激強度45Hz; 400-μs (通電時間12秒,休止時間6秒,強度40-80mA),実施時間を1セッション30分間を2セッション,実施頻度は,週に5回以上で施行した.コントロール群は,shamとして刺激部位を前頸骨筋とし,同様の刺激強度,頻度で行い,時間は1セッションとした.現在,脱落例もあり症例数が少なく解析できる段階にないが,現時点では,両群ともに下肢筋力は術後1ヶ月目では3035%程度減少し,筋厚も約20%程度減少する結果であった.しかし,EMS群は術後合併症併発などにより術後経過がコントロール群と比較して順調ではない例が多く,ADLもコントロール群より低い.しかし,大腿四頭筋の筋厚の減少率は少なかったことから,EMSによる刺激で筋萎縮の進行抑制効果が得られている可能性があると示唆された.生体部分肝移植術(LDLT)後は,肝代謝合成機能が術前よりさらに低下するため,骨格筋においては廃用性萎縮による筋力低下が惹起され,ADLの低下から活動量がさらに低下する悪循環に陥る.そのため,電気刺激療法(NMES)を用いた筋収縮運動が,LDLT後の患者において筋力維持および増強に有用であるかを検討することである.LDLT手術予定の患者に対して,術前より身体機能として握力,下肢筋力,超音波検査による大腿四頭筋の筋厚,運動耐容能として6分間歩行試験を行い,ADL,QOLについても評価した.術後も1ヵ月後,3ヵ月後に同様の評価により効果判定を行った.無作為にNMES群とコントロール群に大別して行った.NMES群は刺激部位を大腿四頭筋とし,刺激強度45Hz; 400-μs (通電時間12秒,休止時間6秒,強度40-80mA),実施時間を1セッション30分間を2セッション,実施頻度は,週に5回以上で施行した.コントロール群は,shamとして刺激部位を前頸骨筋とし,同様の刺激強度,頻度で行い,時間は1セッションとした.脱落例もあり症例数は少ないが,術前からの変化率において握力(NMES群vsコントロール群:-9.3% vs -20.6%, p=0.199)および下肢筋力(-37.2% vs -42.1%, p=0.414),大腿四頭筋の筋厚(-18.5% vs -20.3%, p=0.940)であった.術後1ヶ月においては両群間に有意差は認めなかったものの,それぞれにおいてコントロール群の低下率が大きい傾向にあった.ADLにおいて有意差は認めず,大腿四頭筋の筋厚の減少率は少なかったことから,EMSによる刺激で筋萎縮の進行抑制効果は得られている可能性があることが示唆された.生体部分肝移植術(LDLT)後は,肝代謝合成機能が術前よりさらに低下するため,骨格筋においては廃用性萎縮による筋力低下が惹起され,ADLの低下から活動量がさらに低下する悪循環に陥る.そのため,電気刺激療法(EMS)を用いた筋収縮運動が,LDLT後の患者において筋力維持および増強に有用であるかを検討することである.LDLT手術予定の患者に対して,無作為にEMS群とコントロール群に大別し,EMS群は刺激部位を大腿四頭筋とし週に5回以上で施行した.コントロール群は,shamとして刺激部位を前頸骨筋とした.術前より身体機能として握力,下肢筋力,超音波検査による大腿四頭筋の筋厚,6分間歩行試験,ADL,QOLを評価し,術後も1ヵ月後,3ヵ月後に同様の評価により効果判定を行った.EMS群14例とコントロール群9例で比較検討を行い,対象者背景において術前および手術関連因子に関しては両群間で有意な差を認めなかった.筋力に関しては,全身の筋力を反映する握力も両群間で有意差はなく,大腿四頭筋筋力,超音波検査にて大腿四頭筋の筋厚も評価したが両群間で有意差を認めなかった.

今回,両群間で有意差を認めなかった理由として,使用した機器がポータブル型のEMS治療器で十分な出力が得られていなかった可能性があること,肝移植術後患者は,移植肝の定着に時間を要し低蛋白状態となることが多く,浮腫を呈しやすい.そのため,目的とする筋まで有効な通電ができず,有効な筋収縮が得られていなかった可能性も示唆される.また,施行時間および頻度についても不十分だった可能性も否定できず,今後の検討課題である.術後経過に関して両群共に有意差を認める項目はなかったが,両群共に術後1ヵ月後に筋力を含む身体運動機能およびADLは低下し,3ヵ月後に回復する経過を辿る回復過程を呈した.生体部分肝移植術(LDLT)後は,筋力低下が惹起されADLが低下する.そのため,電気刺激療法(EMS)が,LDLT後の患者に有用であるかを検討することである.LDLT患者を無作為に大別し握力,下肢筋力,ADLを評価した.EMS群14例とコントロール群9例で比較検討を行なったが,両群間で有意差を認めなかった.今回の検討においてMESの有効性を示すことができなかったが,今後も検討する必要がある.昨年よりはデータ収集も順調にできていたが,術前より除外基準に入る症例も多く目標症例数の半数程度しか確保できなかった.また,調査途中で運動器疾患の合併や拒否,さらには死亡例もあり除外せざるを得なくなった脱落例もあり,解析するにはまだ不十分で症例数としては少ない状況.リハビリテーション科学・福祉工学これまでの結果から,症例数も少なくこの疾患群の特徴を示す明確な結果はでていないが,症例数を重ねるごとにEMS群において筋萎縮抑制効果が得られそうな傾向にある.引き続き,移植コーディネーターを通じて移植待機症例の把握と関連部門との連携やシステムを利用し,登録可能な症例を評価し症例数の集積に努めていく.各種検査機器や備品の納期や調達が遅れ,研究開始に遅れが生じた.研究開始以降は,順調にデータ収集もでき本年の目標症例数の半数は確保できた.しかし,途中で運動器疾患の合併や拒否もあり除外せざるを得なくなった脱落例もあり,まだ症例数としては少ない状況.購入予定の物品が当初の予定より低かったためこれまでの結果から,症例数も少ないのでコントロール群との比較もできず明確な結果は示せないが,どちらの群においても術後合併症なく離床が順調に進んだ症例においても,術後1ヶ月目の評価時には筋力低下および筋萎縮を呈している例が多かった.今後,電気刺激療法の効果を検討できる様に症例数を増やしていく予定である.次年度に消耗品等への使用を予定している症例数が確保できず,消耗品等の購入をしていないため症例数を増やし,不足している必要機器の購入も検討していく.
無機・金属ナノ粒子表面への分子応答性ゲル層の形成とその応答機能発現

本研究では,無機ナノ粒子や金属ナノ粒子の表面上に原子移動ラジカル重合(ATRP)法を用いて分子応答性ゲル層を形成し,革新的なスマート融合ナノ粒子の創成を試み,本年度は以下のような成果が得られた。(i)無機ナノ粒子表面上での分子応答性ゲル層の形成:平成23年度と同様にSiO2粒子表面上にATRP法によって分子応答性ゲル層を形成させた。動的光散乱法(DLS)や原子間力顕微鏡(AFM)などによってその粒径を測定し,SiO2粒子表面にゲル層の形成を確認した。また,リガンド含有量やモノマー濃度などの重合条件を変化させることにより,構造の異なる分子応答性ゲル融合SiO2粒子を調製した。(ii)金属ナノ粒子表面上での分子応答性ゲル層の形成:平成23年度と同様にAu粒子表面上にATRP法によって分子応答性ゲル層を形成させた。ATRPによってAu粒子表面上に形成させた分子応答性ゲル層の膜厚が均一であることが透過型顕微鏡(TEM)観察によって明らかになった。しかし,分子応答性ゲル修飾Au粒子の分散安定性が悪く,リガンド含有量やモノマー濃度などの重合条件を変化させることによってその安定性の向上を目指した。(iii)分子応答性ゲル融合ナノ粒子の標的分子応答挙動の検討:上記(i)および(ii)で調製した分子応答性ゲル融合SiO2粒子と分子応答性ゲル融合Au粒子が分散した水溶液に標的分子を添加した場合の粒径変化を調べた。その結果,ビスフェノールA(BPA)に対するリガンドを導入した分子応答性ゲル修飾SiO2粒子は,BPAに応答して粒径変化することがわかった。一方,分子応答性ゲル修飾Au粒子は分散安定性が低く,まだBPA応答性の検討には至っていない。(ii)で述べたように均一なゲル層の形成に成功してるので,解離基の導入によって粒子の分散安定性向上を試みている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,無機ナノ粒子や金属ナノ粒子の表面上に原子移動ラジカル重合(ATRP)法を用いて分子応答性ゲル層の形成を試み,本年度は以下のような成果が得られた。(i)無機ナノ粒子表面上での分子応答性ゲル層の形成無機ナノ粒子としてSiO_2粒子を用い,この表面にシランカップリング反応によってATRPの開始末端となる臭化アルキル基を導入した。さらに,これまでに合成してきた分子応答性ゲルの合成方法を参考にし,ATRP法によってSiO_2粒子表面上で分子応答性ゲル層を形成させた。分子応答性ゲル層としては,環境関連分子として内分泌かく乱化学物質の疑いのあるビスフェノールA(BPA)に応答する分子応答性ゲル層の形成を試みた。まず始めに,BPAのリガンドとして用いるシクロデキストリン(CD)に重合性の官能基を導入した。次に臭化アルキル基導入SiO_2粒子を分散させた溶液中で上記のCDリガンドモノマーと親水性モノマーをATRP法によって重合させ,分子応答性ゲル融合SiO_2粒子を調製した。合成条件によって分散安定性の低い融合SiO_2粒子が得られ,凝集沈殿が生成することがわかった。そこで,重合条件とゲル形成状態との関係を検討し,分子応答性ゲル層を形成させる最適条件を検討した。(ii)金属ナノ粒子表面上での分子応答性ゲル層の形成まず,クエン酸還元法により,金属ナノ粒子として均一なAu粒子を調製した。このAu粒子の表面とチオール基との反応によってATRPの開始末端となる臭化アルキル基の導入を試みた。しかし,条件によってAu粒子の表面修飾時に,粒子の安定性が変化して凝集する現象が観察された。そこで,表面改質条件を詳細に検討し,分散安定性の良好な状態で臭化アルキル基を導入させたAu粒子の調製を行った。さらに,(i)のsiO_2粒子表面上での反応と同様に,ATRP法によってAu粒子表面上でBPAやグルコースに応答する分子応答性ゲル層の形成を試みた。(iii)分子応答性ゲル融合ナノ粒子の標的分子応答挙動の検討:上記(i)および(ii)で調製した分子応答性ゲル融合SiO2粒子と分子応答性ゲル融合

Au粒子が分散した水溶液に標的分子を添加した場合の粒径変化を調べた。その結果,ビスフェノールA(BPA)に対するリガンドを導入した分子応答性ゲル修飾SiO2粒子は,BPAに応答して粒径変化することがわかった。一方,分子応答性ゲル修飾Au粒子は分散安定性が低く,まだBPA応答性の検討には至っていない。(ii)で述べたように均一なゲル層の形成に成功してるので,解離基の導入によって粒子の分散安定性向上を試みている。24年度が最終年度であるため、記入しない。SiO_2粒子表面への分子応答性ゲル層の形成は計画以上に進んでいるが,Au粒子表面でのゲル層形成は予定よりも少し遅れている。これは,Au粒子の表面に重合反応の開始末端を導入する際に,Au粒子の安定性が変化して凝集するためであった。そこで,Au粒子の安定性を低下させずに,その表面に開始末端を導入する方法と条件を探すために時間を要したので予定よりも少し遅れた。二つのテーマの進み具合の結果としてほぼ順調に進展していると判断した。SiO_2粒子表面にBPA応答性ゲル層を形成させることには,ある程度成功したので,今後はそのBPA応答挙動について詳細に検討する。また,抗原抗体結合などの生体分子複合体を導入したゲル層も形成し,生体分子応答性ゲル融合SiO_2粒子の調製も試みる。一方,Au粒子表面への分子応答性ゲル層の形成は,Au粒子の分散安定性に影響するため,さらに合成条件を検討する必要がある。今後,表面修飾方法などを検討し,BPA応答性ゲル層や生体分子応答性ゲル層の形成を試みる予定である。
国際的年金課税の研究

本研究は、所得税と相続税の両面から、個人の国境を越えた移動と年金課税の在り方を検討したものである。所得税からは、社会保障と税の一体改革の議論にも触れつつ、我が国の給付時課税の不徹底さ、年金課税方式の違いが国際的二重課税を引き起こす一因であることを指摘した。相続税からは、国際相続において二重課税が生ずる要因(人の所在、財産の所在、課税方式の違い)を明らかにし、二重課税救済の道筋と課題を指摘した。今後、人の移動と課税管轄の喪失への対処が重要な検討課題であることが明らかになった。本研究は、比較法的視点で、所得税と相続税の両面から、個人の国境を越えた移動と年金課税のあり方について検討することを目的とする。平成22年度は、まず第一に、所得税からのアプローチとして、年金課税の基礎的研究に着手した。我が国の年金課税の問題点を明らかにするために、年金の課税方式についての先行研究を整理し、少子高齢化進展のなか、ドイツが2001年以降の年金改革の一つとして給付時課税に移行した要因を探り、我が国の公的年金等は給付時課税が不徹底であることを指摘した(「年金と課税方式について-公的年金等の課税を中心に-」税大ジャーナル15号)。さらに、当該研究成果を踏まえ、個人の国境を越えた移動と年金課税の課題を探るために、OECD, EUの議論を整理し、我が国の年金課税の参考とした(第39回租税法学会研究総会報告「年金と所得課税」、租税法研究39号で公表予定)。第二に、相続税からのアプローチとして、国際相続税の基礎的研究に取り組んだ。我が国の先行研究を整理したうえで、国際相続において二重課税が生ずる要因(人の所在、財産の所在、課税方式の違い)を明らかにした。すでに、我が国の国際相続と課税を巡る議論は、2010年IFA95b (Death as a taxable event and its international ramifications)で公表済みであるところ、別稿にてIFA総会の各国報告、EUにおける取り組み、欧州裁判所の動向を紹介し、相続税の分野における国際的二重課税の救済の道筋と課題について検討を行った(「国際相続と二重課税」立命館経済学59巻6号)。平成23年度は、まず第一に、国境を越えた人の移動と課税管轄の喪失についての基礎的研究として、個人及び法人の両面から出国課税にアプローチし、各国の国内法規制とEU法との整合性に焦点をあて、欧州委員会の取組みや欧州司法裁判所の一連の動向を分析した。(第21回関大租税法研究会「法人に対する出国税をめぐる諸問題-EUの動向を中心に-」、2012年4月刊行予定)。第二に、我が国が直面しているグローバル化と少子高齢化の両面からのアプローチとして、昨年度の研究成果を踏まえ、我が国の年金課税の問題点及び個人の国境を越えた移動と年金課税の議論動向を明らかにした(「年金と所得課税」租税法研究39号で公表)。さらに、我が国において、社会保障と税の一体改革の議論が進行していることに照らし、年金課税の方向性を探った。具体的には、社会保障法、租税法の専門家との座談会における意見交換を踏まえ(「税と社会保障の一体改革を語る」税研157号1-16頁)、同じく少子高齢化と年金の財源調達の問題が深刻であるドイツの議論との比較を行った。(第17回関大租税法研究会「社会保障・税の一体改革と年金課税」、第31回日本年金学会総会・研究発表会。少子高齢化社会における年金と課税-ドイツの経験を参考に-」、日本年金学会誌31号22-27頁で公表)。最終年度である平成24年度は、まず第一に、国境を越えた人の移動と課税管轄の喪失についての基礎的研究として、個人及び法人の両面から出国課税にアプローチし、各国国内法の出国課税とEU法との整合性に焦点をあて、欧州委員会の取組みや欧州司法裁判所の一連の動向を踏まえ、個人分野だけでなく法人分野にもHughes de Lasteyrie Saillant判決(C-9/02)の法理が適用されることを明らかにした。(「法人に対する出国税をめぐる諸問題ーEUの動向を中心にー」村井正先生喜寿記念論文集刊行委員会編『租税の複合法的構成』623-642(清文社・2012))。今後の課題としては、年金のような課税繰延便益を享受した個人の国外への居住地移転に対するリキャプチャー規定とEU法との整合性について、同法理の射程の範囲を明らかにしていく必要があろう。

第二に、年金受給権について、相続税と所得税の二重課税問題を検討した(第28回関大租税法研究会「生命保険年金二重課税事件(最高裁平成22年7月6日判決)とその課題」)。国際相続税の観点からは、生命保険金、年金受給権の財産の所在地基準と二重課税問題について、引き続き比較法分析が重要であることがわかった。第三に、「税と社会保障の一体改革」をはじめ、社会保障と税制の議論の動向を踏まえ、マイナンバーと相続税・贈与税の課題について分析した。グローバル化の進展に伴い、国外財産が増加しており、国際相続税の執行と国外財産調査制度にも触れつつ検討を行った(「マイナンバーと相続税・贈与税」税研6月号に公表予定)。年金課税を中心とした「人の移動」と課税管轄の配分、二重課税等の調整措置のあり方の分析については、おおむね予定通り研究が進んでいるが、英文論文の執筆が完成に至っていないため、計画より若干進捗が遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は、本研究課題の最終年度になるため、8月ごろを目途に英文論文を完成させ、研究総括としての論文をまとめ、公表する予定である。
ハブ毒蛋白を用いた悪性脳腫瘍治療応用に関する研究

悪性神経膠腫、中でも多形性膠芽腫は難治性の腫瘍であり、様々な診断及び治療技術が発達した現代においても生存率はここ数十年改善がないのが現状である。このような状況の中で新たな治療法の開発が望まれる。近年自然界に存在する蛇毒等の成分が、様々なヒトの腫瘍に対し抗腫瘍効果を示すことが示唆されている。我々は、沖縄に生息するハブの毒腺から抽出された55kDのタンパク質をOkinawa Habu Apoxin Protein-1(OHAP-1)と命名し、これが悪性神経膠腫細胞に対しアポトーシスを誘導することを示した。アポトーシスにはp53が重要な役割を担っていることが示されており、今回はOHAP-1の細胞増殖抑制効果をp53野生株(A172, U87)、p53変異株(U251, T98G)を用いて研究した。まず、OHAP-1の細胞増殖抑制効果を濃度を変えてMTT assayにより検討した。その結果、p53の状態に関わりなくすべての細胞株においてOHAP-1の濃度依存性に細胞増殖抑制効果が認められた。また、カフェインはX線などの放射線の殺細胞効果を増強することが知られているが、このような現象がOHAP-1投与後にもみられるかどうかを検討した。OHAP-1の濃度は2.5, 5μg/mlとし、カフェインを5mMの濃度で添加すると、OHAP-1を単独で用いたときよりも最大50%程度の細胞増殖抑制効果の増強が認められた。flow cytometryを用いて細胞周期の解析を行うと、T98Gでは、OHAP-1単独投与により生じたG2/M blockが、カフェイン投与により消失していることがわかった。カフェインの殺細胞効果増強の機序として、DNA修復に係わるタンパク質ATMの働きを阻害することが示唆されているが、同じp53変異株であるU251ではこのような現象は認められず、その他の機序の関与も否定できない。以上、ハブ毒が培養細胞レベルでは悪性神経膠腫に対しても抗腫瘍効果を持つことが示されたが、今後は、臨床応用を目指し、さらなる研究が必要である。目的:ハブ毒素より抽出されたOHAP-1を用い、p53 statusの異なる悪性神経膠腫細胞株に対する増殖抑制効果を検討した。対象及び方法:悪性神経膠腫細胞株は、p53野生株としてA172,U87MG,p53変異株としてU251MG,T98Gを用いた。継代培養を行い、実験は対数増殖期にある細胞を用いて行った。OHAP-1の悪性神経膠腫細胞に対する増殖抑制効果をMTT assayにより評価した。OHAP-1の最終濃度は0,2.5,5,10ug/mlで検討した。96穴のマイクロプレートに1穴あたり5000個の細胞をまき、24時間後にそれぞれの濃度になるようOHAP-1を加え、24,48,72,120、144時間後にMTT assayを行った。結果:p53変異の有無にかかわらず、すべての細胞株において濃度依存性に腫瘍細胞の増殖抑制効果が認められた。OHAP-

1添加後144時間での各細胞株における増殖抑制効果は、コントロールにくらべそれぞれA172では96%、U87MGでは65%、U251MGでは89%、T98Gでは95%であった。考察:OHAP-1はハブ毒から抽出された分子量55kDのタンパク質であり、培養悪性神経膠腫細胞に対してアポトーシスを誘導することが示されているが、p53の変異の有無とアポトーシスとの関連性に関しては不明である。アポトーシスにはp53が深く関わっており、p53が変異を起こしていると正常のアポトーシスが誘導されず、治療抵抗性になるという報告もある。悪性神経膠腫では6070%でp53が変異を起こしているといわれ、それが治療抵抗性の1つの原因と考えられている。今回の実験では無が判明している4種類の悪性神経膠腫細胞株を用いてOHAP-1の増殖抑制効果を検討した。各細胞株で多少のばらつきはあるがOHAP-1はp53の変異の有無にかかわらず濃度依存性に細胞増殖抑制効果を示した。これは、今まで治療抵抗性とされてきたp53変異腫瘍に対しても効果があるということで、今後はOHAP-1投与後増殖抑制効果のメカニズムについて研究を進めていく。【目的】昨年度はハブ毒から抽出されたハブ毒素OHAP-1の悪性神経膠腫細胞株に対する増殖抑制効果が、OHAP-1の濃度依存性に高まることを示した。また、p53野生株、p53変異株に対する効果も見てみたが、OHAP-1はp53変異株に対してもp53野生株に対するのと同様の増殖抑制効果を示すことが分かった。今年度は、放射線の殺細胞効果を高めることが分かっているカフェインを用い、低儂度でのOHAP-1の増殖抑制効果がカフェインにより高められるかとうかを検討した。また、この効果がp53の変異の有無により影響を受けるかどうかも検討した。【対象及び方法】対象とした悪性神経膠腫細胞株は、p53野生株のA172,U87、p53変異株のU251,T98Gで、これらを96穴のマイクロプレートに5000個/穴ずつ播き、24時間培養後OHAP-1を2.5μgあるいは5μg加えた。さらにカフェインを2mMあるいは5mM加え、24,48,72時間後にMTT assay法にで増殖抑制効果を検討した。【結果】すべての細胞株においてOHAP-1単独投与よりもカフェインを加えたもので増殖抑制効果が強く認められた。この傾向は特にT98Gにおいて顕著にみられた。その増殖抑制効果はOHAP-1単独投与に比べ約50%の増加が認められた。【考察】カフェインの増殖抑制効果における相乗作用に関しては放射線生物学でよく研究されている。その機序として、放射線照射により生したDNA損傷修復時に重要な役割を果たす遺伝子ATMの働きをカフェインが阻害することにより、十分なDNA修復が行われず、アポトーシスが誘導され細胞増殖抑制が増強されると考えられている。OHAP-1投与時のカフェインの細胞増殖抑制効果の増強メカニズムとして同様の機序が働いているかどうかは不明であるが、今後は細胞周期解析等を行い本メカニズムについて研究を進めていく。ハブ毒から抽出されたハブ毒素OHAP-1は、悪性神経膠腫細胞に対して濃度依存性に増殖抑制効果を示し、過去の研究によりこれは主にアポトーシスによることが示されている。アポトーシスにはp53遺伝子が重要な役割を果たしており、これまでに我々はp53 statusの異なる悪性神経膠腫細胞株(P53野生株A172,U87、p53変異株T98G, U251)を用いOHAP-1の増殖抑制効果を検討してきた。その結果OHAP
負重力屈性に関わる樹木細胞壁の形成メカニズム

スギ組換え系統の不定胚形成細胞から胚を誘導して発芽させ、高さ3 cm程度の幼木まで生育した。このときにはすでに肥大成長を始めており、傾斜した幹から切片をとって観察すると圧縮あて材の形成が見られた。組換え体と非組換え体(wild type)で圧縮あて材細胞壁に違いが現れることを期待したが、フロログルシン塩酸反応と自家蛍光によって簡単にリグニン分布を観察した段階では、S2Lの幅やリグニン濃度などに関して両者に違いは見られなかった。そこで詳細な調査を行う前に、まずRNAiによるCjLac1の発現抑制がどの程度効いているのかを評価することにした。圧縮あて材を作る幹からmRNAを抽出して、定量的・逆転写PCRによって発現レベルを評価した。組換え系統では非組換え体(wild type)と比較して発現レベルが低下する傾向が見られたが、再現性の検討を含めてより正確に評価を行う必要がある。スギ組換え体によるCjLac1の機能解析と並行して、ヒノキラッカーゼCoLac1の基質特異性について検討した。蛍光標識モノリグノールを用いて、ヒノキ圧縮あて材の木化中の各壁層において、コニフェリルアルコール(Gモノマー)とp-クマリルアルコール(Hモノマー)の酸化重合活性を可視化した。その結果、コニフェリルアルコール(Gモノマー)の酸化重合活性は、木化中S1層とS2層で高く、S2Lでは比較的低かった。逆に、p-クマリルアルコール(Hモノマー)の酸化重合活性は、木化中S2Lで高く、その他の壁層では明らかに低かった。このことから、ヒノキ圧縮あて材のS2Lに局在するラッカーゼ(CoLac1)は、p-クマリルアルコールへの特異性が高いと考えられる。得られた組換え系統のゲノムにコンストラクト(RNAi trigger配列および薬剤耐性遺伝子)が導入されていることをPCRによって確認した。しかしながら、光学顕微鏡によって圧縮あて材仮道管を観察したところ、wild typeと比較して組織形態に違いは見られなかった。また、組換え体ではCjLac1の発現量が減少する傾向が見られたものの、顕著な発現抑制は確認できていない。現状では、RNAi trigger配列が予想通り発現していない可能性も高く、まず発現抑制についての評価をする必要がある。また、現在タバコBY-2細胞を用いてリコンビナントラッカーゼ(CoLac1およびその他のヒノキ由来ラッカーゼ)を調製し、その基質特異性について調査中である。結果がまとまり次第、論文にまとめる予定である。今後は、まず組換え系統においてCjlac1の発現レベルを評価した後、発現抑制が見られる系統において細胞壁のリグニン分布を詳細に調べる予定である。ヒノキラッカーゼCoLac1の基質特異性については、現在タバコBY-2細胞を用いてリコンビナントラッカーゼ(CoLac1およびその他のヒノキ由来ラッカーゼ)を調製し、その基質特異性について調査中である。樹木が負の重力屈性を発揮できるのは、特殊な二次木部「あて材」を形成するためである。私は、ヒノキのあて材で特異的に働く遺伝子CoLac1を見出した。遺伝子CoLac1にコードされたラッカーゼの働きは、あて材細胞壁へのリグニン堆積であると考えられた。あて材の二次壁にはリグニンが局所的に堆積し(この領域をS2Lという)、これが負の重力屈性を発現させるための力を生み出すと考えられている。したがって、CoLac1にコードされたラッカーゼが負の重力屈性の発現に不可欠であると予想する。本研究では、CoLac1の発現を抑制した形質転換体(RNAi法)を用いて、CoLac1の働きがS2L形成であると証明する。さらに、S2Lが変異したあて材を用いて、S2L形成が「枝や幹を持ち上る力(圧縮成長応力)」の発生要因であると実証する。スギでは個体再生能力の高い培養細胞系が確立しており、ヒノキより組換え体の作出を短期間で行うことができる。そこでスギの圧縮あて材特異的なラッカーゼ遺伝子(CjLac1という)を抑制した組換え体を作出する。組換え技術を提供していただく共同研究者と検討し、RNAi発現コンストラクトは複数準備することにした(合計4パターン)。プロモーターは、どの組織でも恒常的な発現が期待できる35Sプロモータと、あて材分化特異的な発現が期待できるCjLac1自身のプロモータである。CjLac1自身のプロモータは、CjLac1翻訳領域の上流(およそ2kbp)をTAIL-PCRで増幅し、その配列情報を得た。RNAiトリガーの長さは156bpと312bpとした。今年度、上記のRNAi発現コンストラクト(4パターン)を構築し、アグロバクテリウム法を用いてスギ組換え体の作出を試みた。いくつか組換え体が得られたので、CjLac1発現が抑制された組換え体を選抜する予定である。そこでスギの圧縮あて材特異的なラッカーゼ遺伝子(CjLac1という)を抑制した組換え体を作出した。

組換え技術を提供していただく共同研究者と検討し、RNAi発現コンストラクトを複数準備した(合計4パターン)。RNAiトリガーの長さは156bpと312bpとした。短い方が標的遺伝子に対する特性が高くなるが、長い方が高い発現抑制効果が期待できる。プロモーターは、どの組織でも恒常的な発現が期待できる35Sプロモータと、あて材分化特異的な発現が期待できるCjLac1自身のプロモータを使った。35Sプロモーターは一般に良く使われる高発現プロモーターであるが、スギでは実例が少なく、分化中木部で十分機能する確証がない。CjLac1自身のプロモーターはうまく働けば、CjLac1が発現するタイミングでRNAiを誘導することができる。CjLac1プロモーター領域のクローニングのために、CjLac1翻訳領域の上流をTAIL-PCRで増幅してその配列を読み、およそ2kbpをプロモーター配列とした。さらに、クローニングしたCjLac1プロモーターが働いていることを確認するために、CjLac1プロモーターにGUSレポーター遺伝子をつなげたコンストラクトも準備した。今年度共同研究先へ出向き、スギ培養細胞からの個体再生法と組換え体作出法の指導をしていただいた。組換え体作出の実験を試み、1コンストラクト当たり1-2つの組換え系統を得た。スギ組換え系統の不定胚形成細胞から胚を誘導して発芽させ、高さ3 cm程度の幼木まで生育した。このときにはすでに肥大成長を始めており、傾斜した幹から切片をとって観察すると圧縮あて材の形成が見られた。組換え体と非組換え体(wild type)で圧縮あて材細胞壁に違いが現れることを期待したが、フロログルシン塩酸反応と自家蛍光によって簡単にリグニン分布を観察した段階では、S2Lの幅やリグニン濃度などに関して両者に違いは見られなかった。そこで詳細な調査を行う前に、まずRNAiによるCjLac1の発現抑制がどの程度効いているのかを評価することにした。圧縮あて材を作る幹からmRNAを抽出して、定量的・逆転写PCRによって発現レベルを評価した。組換え系統では非組換え体(wild type)と比較して発現レベルが低下する傾向が見られたが、再現性の検討を含めてより正確に評価を行う必要がある。スギ組換え体によるCjLac1の機能解析と並行して、ヒノキラッカーゼCoLac1の基質特異性について検討した。蛍光標識モノリグノールを用いて、ヒノキ圧縮あて材の木化中の各壁層において、コニフェリルアルコール(Gモノマー)とp-クマリルアルコール(Hモノマー)の酸化重合活性を可視化した。その結果、コニフェリルアルコール(Gモノマー)の酸化重合活性は、木化中S1層とS2層で高く、S2Lでは比較的低かった。逆に、p-クマリルアルコール(Hモノマー)の酸化重合活性は、木化中S2Lで高く、その他の壁層では明らかに低かった。このことから、ヒノキ圧縮あて材のS2Lに局在するラッカーゼ(CoLac1)は、p-クマリルアルコールへの特異性が高いと考えられる。得られた組換え系統のゲノムにコンストラクト(RNAi trigger配列および薬剤耐性遺伝子)が導入されていることをPCRによって確認した。
母親の会陰に負担をかけない新生児肩甲娩出術の効果

本研究は、正常に進行している仰臥位分娩において、児頭娩出から肩甲および躯幹娩出に至るまでの会陰保護に伴う手指・手掌にかかる圧力値を実測し、会陰への付加を最小限にする助産術を開発することを目的におこなった。本年度は、熟練助産師4名と新人助産師3名の分析を行った。その結果、熟練助産師と新人助産師とでは手の使い方や圧力値が異なっていた。1.会陰部に置く<右手示指指間小球>は新人助産師に大きく、ほか<右手示指中間>と、児頭を保持する<左手示指第一関節と第二関節内側>、<左手小指先>の圧力値は、熟練助産師が有意に大きな圧力値を示した。2.排臨から児頭娩出の時期では、<右手示指指間小球>では、新人助産師は陣痛に合わせて圧力が最大・最小と大きく変動するのに対し、熟練助産師は陣痛に関係なく一定の圧力をかけていた。熟練助産師は、圧力変動が少なく、滑らかな変化であった。3.発露から児頭娩出の時期においては、熟練助産師は左手に右手の2倍以上の圧力をかけていたのに対し、新人助産師は左手を添えるように当てており右手と同様に小さい圧力であった。4.<左手小指先>では、新人助産師がゼロ表示である時期においても、熟練助産師は圧力表示が一定に保たれて、すべての指を用いた介助方法であった。5.熟練助産師は右手に示される圧力値が、左手に示される圧力と相関係数0.7から0.8以上の強い関係が認められるのに対し、新人助産師にはそれが認められなかった。つまり、熟練助産師は、右手と左手の協働した圧力のかけ方が推測される。6.手を用いて他の人間に触れる行為を、ひずみ圧力値に変換して説明しようとした点は、人間工学の手法を新たに助産学研究に取り入れた点で新規性に富むものであり今後の技術研究への道を開いたと考える。今年度は、助産師が行う分娩介助技術のひとつである会陰保護術の手にかかる圧力測定の前段階として測定方法の検討を行った。育児期のケアである乳房マッサージに焦点を当て、助産師の両手掌に小型圧力センサーを貼付して圧力を経時的に測定し、センサーの作業状況および測定環境を調整し、測定方法の信頼性を高めるための準備としてパイロットスタディを行った。研究協力者は1ヶ月と1歳4ヶ月のこどもの授乳中である母親2名で、乳房ケアを日頃専門に行っている助産師Aと、日常的に乳房ケアを行っていない助産師Bの2名がそれぞれ時間の間隔をあけて15分間研究協力者の乳房マッサージを行った。このパイロット研究は、計画段階で本学研究倫理審査委員会の承認を得て後に実施した。その結果、Aのマッサージは乳房基底部を剥離するかのごとくに押し上げ・引き上げの7つの手技と搾乳を1セットとして繰り返す方法で一定のリズムがあるため、ほとんど圧力値として計測されない時間から右手最大45KPaB、左手最大35KPaの圧力負荷が計測された。一方、Bは両手共最大で8KPaで終始ほとんど圧力値として計測されなかった。これは小型圧力センサーの貼付位置の再考というより、Bのマッサージが乳房の基底部周辺を動かすことを中心としていたために圧力として計測されなかったと考える。つまり、Bのマッサージは乳房をなでるような小型圧力センサーに対して横向きの力が主に加わっていたと考える。研究協力者はA、Bのマッサージに対して疼痛もなく気持ちよかったと評価した。今後の課題として貼付部位の考慮とともに、加えて母乳によりテープがはがれてしまうことがわかったので、分娩時は羊水や血液が関与するため、水に強く剥がれにくい材質のテープを探す必要性が確認できた。目的:正常に進行している仰臥位分娩において児頭娩出から肩、身体娩出のプロセスに至る会陰保護に伴う介助者の手指・手掌にかかる圧力値を実測することを目的にデータ収集を開始した。意義:分娩介助技術において、助産師がどれくらいの圧力で会陰保護を行っているかを明らかにすることで、助産師教育の基礎資料となると考える。対象:対象は、正常分娩が予測され分娩目的で入院してきた初産婦・経産婦であり、分娩介助するのは、分娩介助500例以上の助産師とする。方法:(1)測定器具:共和電業製小型圧力センサー(PSM-1KAB)を使用する。予備研究において助産師の指に小型圧力センサーを添付して、血圧測定、腰部マッサージ、新生児の抱っこなどの看護動作で人体に対して測定の可能性を検討した。(2)手順:対象者に分娩での入院時に研究参加への同意を得て、対象者の分娩が進行して分娩台に臥床した時点から、助産師の両手掌に小型圧力センサーを添付し児娩出終了までの時間的経過に添って圧力を記録する。(3)分析:小型圧力センサーによって得られた実測値を、計算式を用いて圧力値に換算する。児頭娩出、前在肩甲娩出、後在肩甲娩出、身体娩出の時点での、圧力値の最大・最小・中央値を算出する。統計的に分析する。手の圧力分析は、東京電機大学知能機械工学科の専門家よりスーパーバイズを受けて進めている。倫理的配慮:研究は倫理原則に則って計画し、聖路加看護大学研究倫理審査委員会の承認を得て研究を始めた。現在のところ、2例の対象者の結果を得たところである。

本研究は、正常に進行している仰臥位分娩において、児頭娩出から肩甲および躯幹娩出に至るまでの会陰保護に伴う手指・手掌にかかる圧力値を実測し、会陰への付加を最小限にする助産術を開発することを目的におこなった。本年度は、熟練助産師4名と新人助産師3名の分析を行った。その結果、熟練助産師と新人助産師とでは手の使い方や圧力値が異なっていた。1.会陰部に置く<右手示指指間小球>は新人助産師に大きく、ほか<右手示指中間>と、児頭を保持する<左手示指第一関節と第二関節内側>、<左手小指先>の圧力値は、熟練助産師が有意に大きな圧力値を示した。2.排臨から児頭娩出の時期では、<右手示指指間小球>では、新人助産師は陣痛に合わせて圧力が最大・最小と大きく変動するのに対し、熟練助産師は陣痛に関係なく一定の圧力をかけていた。熟練助産師は、圧力変動が少なく、滑らかな変化であった。3.発露から児頭娩出の時期においては、熟練助産師は左手に右手の2倍以上の圧力をかけていたのに対し、新人助産師は左手を添えるように当てており右手と同様に小さい圧力であった。4.<左手小指先>では、新人助産師がゼロ表示である時期においても、熟練助産師は圧力表示が一定に保たれて、すべての指を用いた介助方法であった。5.熟練助産師は右手に示される圧力値が、左手に示される圧力と相関係数0.7から0.8以上の強い関係が認められるのに対し、新人助産師にはそれが認められなかった。つまり、熟練助産師は、右手と左手の協働した圧力のかけ方が推測される。6.手を用いて他の人間に触れる行為を、ひずみ圧力値に変換して説明しようとした点は、人間工学の手法を新たに助産学研究に取り入れた点で新規性に富むものであり今後の技術研究への道を開いたと考える。
疼痛制御薬剤の脳脊髄液移行に関する研究

日本白色家兎を用いて、ラセミ体ケタミンとその異性体であるS(+)ケタミンの硬膜外投与時と静脈内投与時の脳脊髄液移行の薬物動態的解析を行うと同時に、別の家兎を用いて、ラセミ体ケタミンとS(+)ケタミン硬膜外投与における温熱刺激に対する鎮痛効果を検討した。ラセミ体ケタミンとS(+)ケタミンの硬膜外腔から血漿中への移行は以下のとおりである;AUC(mgml/min):129.3±32.5 vs. 272.0±137;Cmax(mg/ml):1.81±1.01 vs. 2.01±0.64;Tmax(min):6.96±2.97 vs. 9.96±5.64;T1/2a(min):7.25±4.82 vs. 19.00±12.95;T1/2b(min):103.39±43.15 vs. 112.86±87.43;Vdss(ml):7791.96±3550.24 vs. 3772.33±1859.53。また、両者の硬膜外腔から脳脊髄液中への移行は以下のとおりである;AUC(mgml/min):57.53土21.5 vs. 55.65±10.2;Cmax(mg/ml):0.527±0.17 vs. 0.54±0.19;Tmax(min):8.32±2.72 vs. 8.71±6.21;T1/2a(min):11.66±4.62 vs. 13.19±15.13;T1/2b(min):130.71±86.43 vs. 95.41±25.97;Vdss(ml):1033.63±5878.95 vs. 15174.47±5412.45。S(+)ケタミンのAUCが大きく、Vdssが小さいことから、S(+)ケタミンの方が血液中に有効に分布することが明らかとなった。疼痛実験では、S(+)ケタミンを硬膜外投与した家兎の方が、ラセミ体ケタミンを投与された家兎よりも投与後45分以降120分までの鎮痛効果が有意に高かった。本研究は、ラセミ体ケタミンとS(+)ケタミンの硬膜外投与時の薬物動態を初めて比較検討し、その相違を明らかにした。静脈内投与時の動態は現在解析中である。日本家兔(2kg2.5kg)を吸入麻酔薬で全身麻酔を施し、気管内挿管後に人工呼吸管理した。

麻酔の維持は吸入麻酔薬(セボフルレン)で行った。家兔の腰椎から小児用硬膜外カテーテルを挿入した。この挿入に際しては直視下にカテーテルのを挿入を行った。続いて、頭蓋底とC1頚椎間からも同様に直視下に大槽内に硬膜外カテーテルを挿入した。両方の硬膜外カテーテル挿入後、創部を閉じ、家兔を背臥位とした。左右の大腿動脈と大腿静脈を露出させ、それぞれに22Gあるいは24Gの静脈カテーテルを留置した。これらのカテーテルは、実験中の輸液路と採血および血圧測定のためのラインとした。以上のセットアップを終了してから、30分以上の間隔を空け、家兎を定常状態に置いた。定常状態の観察終了後、基準となる髄液と血液を採取し、直ちに氷冷保存した。続いて、0.5mg/kgの静注用ケタラールを硬膜外腔に生理食塩水で2mlにしたものを投与した。硬膜外腔投与後、1、5、10、15、30、45、60、90、120分後に髄液と血液サンプルを各々0.5mlと1mlを採取し、直ちに氷冷保存した。家兎の状態が許せば180分後にも同様の試料の採取を行った。同様の過程を硫酸マグネシウムの硬膜外投与でも行った。これら試料採取中の血圧・脈拍(心拍数)を記録した。[結果]硬膜外カテーテル及び大槽内留置カテーテルの手抜の確立に難渋し、約1年を費やした。現在までにケタミン・硫酸マグネシウムともに、硬膜外投与後の試料を完全に採取できた数は、各々2羽と1羽であり、予想以上の困難を伴った。現在得られた試料は冷凍保存中であり、高速液体クロマトグラフィーによる測定は行っていない。従って、1年目の達成目標であるファーマコカイネティクスの決定に至っていない。平成12年度に引き続き、ぺントバルビタール静注により麻酔を導入した後に気管内挿管し、酸素-亜酸化窒素-セボフルランで麻酔を維持した白色家兎の硬膜外腔にラセミ体のケタミンとS(+)ケタミンを、0.5mg/kg、1.Omg/kg、2.Omg/kgを生理食塩水で2mlに調整したものを30秒で単回投与し、脳槽に留置したカテーテルから脳脊髄液と大腿動脈から血液を、それぞれ単回投与後3、5、10、15、30、45、60、90、120分に採取した。採取した脳脊髄液と遠心分離させて得られた血漿を80°Cで凍結保存した。現在、高速液体クロマトグラフィーにて、濃度を測定中である。また、くも膜下投与により鎮痛作用を有するMgも100、300、1000、3000μgを硬膜外腔に投与し、その薬物動態を上記のtime scheduleで検索中である。フェンタニルの薬物動態を検討する予定であったが、麻薬であるフェンタニルの入手と管理が実験室レベルでは困難であるために、同実験は延期している。Chronic instrumehtal modelの作成は、instrument挿入後の家兎の生存が困難であるために、実現に至っていない。現在その実現に向けて、対策を検討中である。特に、動脈カテーテルの閉塞と脳槽カテーテルによる炎症あるいは感染で、2日間の生存を得られていない。耳静脈に静脈路を確保し、日本白色家兎にペントバルビタール全身麻酔下で腰部硬膜外カテーテル、頸部くも膜下カテーテルを、気管切開後に挿入した。さらに、頸動脈に採血と血圧測定のための動脈カテーテルを挿入した。麻酔をセボフルランと空気で維持し、硬膜外カテーテルからケタミン(2mg/kg)とs-ケタミン(2m/kg)を投与した後、経時的に採血と脳脊髄液(CSF)採取を行った。また、別の系の家兎を用いて、静脈路から同量の両薬剤を投与し、両薬剤の静脈内投与時の脳脊髄液移行を調べた。硬膜外ヵテーテルのみを挿入し麻酔覚醒させた家兎に両薬剤を投与し、ホットプレートによる熱刺激を加えた時の反応をみた。マグネシウムを硬膜外腔に投与し同様の実験を試みたが、鎮痛効果を生じる濃度でのマグネシウム投与では、循環抑制が著明に出現したためにその実験を中止した。採取された血液と脳脊髄液中の濃度を、高速液体クロマトグラフィーで測定した。その測定条件は、以下のようである。移動相:Phosphate buffer : Methanol : Acetonitrile=7:2:1,移動相流速:1200ml/min,測定温度:45°C,測定波長:215nm,使用カラム:フェニルカラム。
がんに対するTNF療法の最適化を目指した基盤技術の開発

本研究は近未来的に,TNFによる"がんに対する蛋白療法や遺伝子療法",がんワクチン療法における"宿主抗腫瘍免疫応答のさらなる賦活化を目的としたTNF投与",TNFの選択的ながん組織血管の透過性亢進作用を利用した"がん化学療法剤の腫瘍組織への効率的デりバリー"など,がん治療領域におけるTNFの可能性を開拓しようとするものである。本年度は,さらに抗腫瘍活性と安全性に優れたTNF-R1指向性スーパーアゴニストの創出を目指し,我々が独自に開発してきた機能性人工蛋白質作製法をシステムアップする手法として,ファージ表面提示法と遺伝子シャッフリング法とを融合した,シャフリングライブラリ法を新規に確立し,以下の結果を得た。1)既存のファージ表面提示法では不可能である,10個以上のアミノ酸を置換した構造変異体ライブラリを作製することに成功し,これまでの多様性をはるかに上回る,膨大なレパートリーの中から目的とする構造変異体をスクリーニングできる方法論を確立した。2)作製したシャッフリングライブラリを用いることで,既存のTNFR1指向性変異体と比較して,生物活性において約7倍以上,指向性において約13倍以上,優れたアゴニストTNFを得た。またTNFR2指向性変異体においても,指向性において約15倍以上,生物活性において約2.5倍以上優れたアゴニストTNFを得た。これらは,現存するレセプター指向性のTNF変異体の中で,最も活性と指向性に優れた毛のである。今後,これらTNF変異体を有効活用し,TNFによるがん治療の最適化を推進していく予定である。一般にTNFの2種類のレセプターのうち、TNFR1はTNFの抗腫瘍作用の発現に、TNFR2はTNFの副作用の発現に重要な役割を担っていることが報告されている。本観点から、平成17年度にまず、ファージ表面提示法を基盤とした独自の分子進化戦略により、野生型TNFと同等以上のTNFR1を介した生物活性を保持し、かつTNFR2には結合しないTNFR1指向性のTNF変異体の候補クローンを創出した。周知のようにTNFの抗腫瘍効果は、(1)直接的に腫瘍細胞にアポトーシスを誘導すること、(2)抗腫瘍免疫細胞を活性化すること、(3)腫瘍血管を効率よく傷害し、腫瘍血管の血管透過性の亢進や腫瘍の壊死を誘導することなどによって発揮される。従って本研究成果は近未来的に、TNFによる"がんに対する蛋白療法や遺伝子療法"、がんワクチン療法における"宿主抗腫瘍免疫応答のさらなる賦活化を目的としたTNF投与"、TNFの選択的ながん組織血管の透過性亢進作用を利用した"がん化学療法剤の腫瘍組織への効率的デリバリー"など、がん治療領域におけるTNFの可能性を大きく開拓するものと位置づけられる。本研究では、平成17年度までに作製した数多くのTNFR1指向性アゴニストのみならず、本年度に新たに作製したTNFR1指向性アゴニストの抗がん剤としての有用性を評価し、最も優れた医薬品シーズ候補を絞り込んだ。その結果、野生型TNFと同等以上のヒトTNF-R1を介した生物活性を保持し、かつ約500倍もTNF-R1指向性が増大したTNF-R1指向性スーパーアゴニストの作製に初めて成功し、安全かつ有効な抗癌剤、またTNFのバイオロジー解明に必須のツールとして期待された。またTNF-R1指向性構造変異TNFの機能情報や一次配列情報から、従来の活性-相関研究では認められなかった新しい知見が多数集積できた。
セルオートマトン法を用いた学校における避難計画に関する研究

●研究目的:学校での災害時における避難時間の遅延は直ちに人命に関わるため,あらかじめ最適な避難経路を調査し,それを学生と職員に周知させておく事は非常に重要である.そこで,宮城高専総合教育棟(屋外階段付き5階建て,延べ床面積4464m^2,1,2階は実験室,2階の一部と3,4,5階は教室)をモデルとし,建物から最後の避難者が屋外に出るのに要する時間を最短化するような最適避難経路の探索を行うことを目的とした.●研究方法:火災発生場所によって最適避難経路は変わるため,出火元が(1)1階の物理実験室の場合,(2)2階の化学実験室の場合,の2ケースについて最適経路探索を実施する.ただし,このような問題では一般的に,群集移動という物理現象を数学的な関数として記述する事が困難である.そこで,交通流の計算などに用いられている「セル・オートマトン(CA)法」を応用して,学生の群集が避難する様子をシミュレートさせ,その結果から最適な避難経路を決定する.●研究成果:静的フロアフィールドモデルを用いたCAプログラムをFORTRAN言語で作製し,学生群集の避難挙動を高速計算機によりシミュレートできた.また,上記2種類のシチュエーションに対し,あらかじめ用意した複数の避難経路パターンに沿った計算を行い,その中から最も優れた避難経路を各シチュエーションごとに抽出できた.この結果より,これまで経験的に決められていた学校内の避難経路を,ある程度客観的な指針を基に決定することが可能となった.●研究目的:学校での災害時における避難時間の遅延は直ちに人命に関わるため,あらかじめ最適な避難経路を調査し,それを学生と職員に周知させておく事は非常に重要である.そこで,宮城高専総合教育棟(屋外階段付き5階建て,延べ床面積4464m^2,1,2階は実験室,2階の一部と3,4,5階は教室)をモデルとし,建物から最後の避難者が屋外に出るのに要する時間を最短化するような最適避難経路の探索を行うことを目的とした.●研究方法:火災発生場所によって最適避難経路は変わるため,出火元が(1)1階の物理実験室の場合,(2)2階の化学実験室の場合,の2ケースについて最適経路探索を実施する.ただし,このような問題では一般的に,群集移動という物理現象を数学的な関数として記述する事が困難である.そこで,交通流の計算などに用いられている「セル・オートマトン(CA)法」を応用して,学生の群集が避難する様子をシミュレートさせ,その結果から最適な避難経路を決定する.●研究成果:静的フロアフィールドモデルを用いたCAプログラムをFORTRAN言語で作製し,学生群集の避難挙動を高速計算機によりシミュレートできた.また,上記2種類のシチュエーションに対し,あらかじめ用意した複数の避難経路パターンに沿った計算を行い,その中から最も優れた避難経路を各シチュエーションごとに抽出できた.この結果より,これまで経験的に決められていた学校内の避難経路を,ある程度客観的な指針を基に決定することが可能となった.