hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
局在プラズモンによる分子制御技術の創出

本研究課題では、金属ナノ構造への光照射に伴い形成する光局在場内で生じる輻射圧を効率的に分子へと付与することで、分子捕捉作用による局所化学反応制御技術の確立を目指した。プラズモン特性を規定した種々の金属構造や多様な波長を用いて、分光測定を通じて分子補足の可能性を調査した。さらには電気化学電位を可変とする系を構築することで分子の表面配向を制御し、分子選択性を任意に変化させることにも挑戦した。以上の検証を通じて局在光電場による新しい化学反応制御技術を確立し、反応選択性、効率、速度を任意に制御可能とする新たな概念を打ち立てることを研究の目的とした。金属ナノ構造を高度に制御することで、局在表面プラズモンを特定波長照射下で誘起することが可能になる。プラズモン誘起に伴い形成する増強電場空間内では、極めて特徴的な電子励起プロセスが誘起され、励起電子、正孔の電気化学ポテンシャルが変調される。加えて近年では光圧が室温下でも無視できない分子摂動となる可能性が示されている。本課題では、プラズモン誘起増強光電場空間が化学反応を変調し得る因子となり得るかをin-situ光電気化学分光、電極触媒活性、生成物評価などを通じて評価した。数ナノメートル程度の間隙を有する金二量体構造を作製し、金属ナノ構造の電気化学電位を制御可能な系を構築した。その構造を用いて光局所場に存在する低分子量分子の挙動を表面増強ラマン散乱法により電気化学電位制御下で観測した。分子由来のラマン散乱強度の経時変化を追跡した結果、特定の電気化学電位において分子の選択的捕捉効果が発現することが確認された。さらには、分子捕捉効果が電気化学電位に対して可逆的であり、相対分子数が励起光強度に依存することも明らかにした。使用した分子は特定の電気化学電位に依存して金属電極表面に対して特定の吸着配向をとることから、吸着状態の制御が再現性の高い分子制御において極めて重要であることが示された。つまり、光局所場における物質捕捉効果の制御因子として、光局所場のデザインに加えて電気化学電位もその制御因子になり得るという知見が得られた。以上の検討に加えて、電気化学反応が進行する金属電極表面を表面増強ラマン散乱により調査した。その過程で、特定の金属、励起光波長を用いた条件において、同位体種が選択的に電極表面で特異な規則構造を形成する様子が確認された。この事実は、光照射により電極表面に形成した局在光増強場内において、通常の電気化学反応とは異なる事象が発現している可能性を強く支持している。プラズモンアクティブな種々の金属ナノ構造を電極表面に作製し、特定波長の光照射により誘起される局在表面プラズモン共鳴を駆動力とした局所化学反応制御技術の確立に向けて種々の検討を行った。その結果、増強電場空間内において、光照射時間の増大に伴い分子捕捉作用が発現する事実を見出した。得られた結果を基に条件検討を重ねた結果、特定の光強度や、電気化学電位に依存して変化する分子配向等の制御因子を明確化することに成功し、再現性の高い分子制御技術の確立に向けて極めて重要な基礎的知見を得た。さらに、今年度の予想以上の成果として、電極表面上の光増強電場内の局所空間において進行する電気化学反応において、通常の条件下では発現しないであろう非常に特異的な挙動が観測された。同位体存在下で進行する電気化学反応を表面増強ラマン散乱により観察すると、同位体種のみが非常に強い散乱強度で、かつ特定の配列構造を形成している挙動が示唆された。この実験結果は、光の摂動による分子補足効果を応用することで、電極表面の分子状態や配向を劇的に変化させることによる反応制御技術創出の可能性を強く支持する結果であると考えている。今後は実際に光照射条件下において進行する電気化学反応由来の生成物をその場観察することで、光照射による反応性変調の可能性を検証することでより詳細な知見を得ることを目指す。本課題では、局在表面プラズモンが誘起可能な金属ナノ構造体を種々の電極表面基板上に作製し、形成する増強光電場空間において進行する化学反応を調査した。プラズモンによって誘起される増強電場空間内では、通常の光照射下においては発現しない特異な電子励起プロセスが誘起され、励起電子、正孔の電気化学ポテンシャルが変調される。さらに、近年では分子運動プロセスに影響を与えるほどの分子摂動が働くことも計算により明らかになっており、プラズモン誘起増強電場空間における化学反応の特異性にますます注目が集まっている。申請課題における実際の取り組みでは、進行する電気化学反応における分子挙動の詳細を、分光計測、電極触媒活性評価、反応生成物評価を通じて議論した。初年度における取り組みでは、電気化学電位に依存した光局所場に存在する低分子量分子の挙動を表面増強ラマン散乱法により評価可能な系の構築を行った。その結果、特定の金属、励起光波長を用いた条件下で進行する電気化学反応において、特定の同位体種が選択的に電極表面で特異な規則構造を形成するという事実を見出している。最終年度においては、光増強場で生成する電気化学反応の生成物をリアルタイムで検出可能な測定系の構築に取り組み、その事象の詳細な解明を目指して検討を行った。それぞれの電気化学電位や同位体混合比において得られる反応生成物を調査した結果、局在表面プラズモンが誘起可能な表面構造を有する電極において、明らかに通常の条件とは異なる同位体選択性が発現するという興味深い結果を得ることに成功した。

これは、生成する光増強電場空間内に形成する規則構造によって、同位体生成比が変調可能になるという事実を示唆する結果である。つまり、本課題による取り組みによって得られた知見が、これまでにない反応制御手法に繋がるという可能性を強く支持するものである。本研究課題では、金属ナノ構造への光照射に伴い形成する光局在場内で生じる輻射圧を効率的に分子へと付与することで、分子捕捉作用による局所化学反応制御技術の確立を目指した。プラズモン特性を規定した種々の金属構造や多様な波長を用いて、分光測定を通じて分子補足の可能性を調査した。さらには電気化学電位を可変とする系を構築することで分子の表面配向を制御し、分子選択性を任意に変化させることにも挑戦した。以上の検証を通じて局在光電場による新しい化学反応制御技術を確立し、反応選択性、効率、速度を任意に制御可能とする新たな概念を打ち立てることを研究の目的とした。光照射下において誘起されるプラズモン増強電場空間内において電気化学反応の自在変調が発現する系の探索を行い、それを再現性の高いものとするための制御因子解明を目指して種々の検討を行う。現象が高確率に発現する系の実現を目指し、金属ナノ構造作製をテンプレート法やリソグラフィー法等の構造体作製手法を用いて行い、金属ナノ構造の光学特性を精密に制御する。これにより再現性高く光の輻射圧が最も強く分子に作用する光反応場の構築が可能になると期待される。反応場を作製した後は、励起光照射により増強電場を誘起しながら電気化学反応を進行させ、生成した生成物の反応量等を詳細に調査する。実際の測定としては、表面増強ラマン散乱等の分光測定にガスクロマトグラフィー等の質量分析手法を組み合わせ、電極電位に依存して進行する化学反応の反応量を定量化する。光照射下、もしくは暗条件下においてそれらの測定を行うことで、光照射に伴う化学反応性変調についてその可否を調査する。光照射による効果が確認された後は、種々の手法により作製した様々な金属構造を用いて同様の検討を行い、化学反応制御が最もよく発現する条件を精査する。以上全ての検討を通じて、光増強電場が分子に作用することによる新規化学反応制御技術が確立される。電気化学昨年度における研究が予想以上に順調に進んだために、当初予定していた予算を全て使用する必要性が無くなったため。今年度の研究計画である、金属ナノ構造体の作製、および反応生成物のその場観測のために予算を使用し、研究計画以上の成果を得るために有効利用する予定である。これに加えて、得られた成果を外部発表するためにも予算を使用する予定である。
ハロバクテリアの走光性レセプターフォボロドプシンの生物物理化学的研究

ファラオニスフォボロドプシン(ppR)とは,Natronobacterium pharaonisという細菌に存在する負の走光性のセンサーであり,レチナールを発色団とする7回膜貫通ヘリクッス型タンパクである.光照射による励起により,種々の光化学中間体を経て元のppRに戻るというサイクリックな光化学反応を示し,これをホトサイクルと呼んでいる.また,ppRはpHtrIIと呼ばれているトランスジューサタンパクと膜内で複合体を作っている.本研究では,次の点を明らかにした.1)Singular Value Decomposition法を導入して,常圧および高圧下でホトサイクルの精密化を行ない,新しい光化学中間体を発見した.2)ppRはホトサイクル中にプロトンを放出し,また取込む.どのアミノ酸残基からプロトンが何時の時期に放出されるかを明らかにした.3)ppRとpHtrIIの複合体の化学量論比を1:1であると決定した.4)ppRとpHtrIIの複合体形成に必須のアミノ酸残基を同定した.5)フォトサイクル中に,複合体の解離定数が100倍近く変化することを明らかにした.6)高度好塩菌の膜には,4種類のレチナールタンパクが存在する.ppRの吸収波長は500nmであるが,他の3種は560580nmにある.例えば光プロトンポンプであるバクテリオロドプシン(bR)のそれは570nmである.一方,X線結晶解析によれば,ppRとbRの主鎖の配置は極めて似ている.bRとppRとのキメラの作製によって,この解明を行なった.ファラオニスフォボロドプシン(ppR)とは,Natronobacterium pharaonisという細菌に存在する負の走光性のセンサーであり,レチナールを発色団とする7回膜貫通ヘリクッス型タンパクである.光照射による励起により,種々の光化学中間体を経て元のppRに戻るというサイクリックな光化学反応を示し,これをホトサイクルと呼んでいる.また,ppRはpHtrIIと呼ばれているトランスジューサタンパクと膜内で複合体を作っている.本研究では,次の点を明らかにした.1)Singular Value Decomposition法を導入して,常圧および高圧下でホトサイクルの精密化を行ない,新しい光化学中間体を発見した.2)ppRはホトサイクル中にプロトンを放出し,また取込む.どのアミノ酸残基からプロトンが何時の時期に放出されるかを明らかにした.3)ppRとpHtrIIの複合体の化学量論比を1:1であると決定した.4)ppRとpHtrIIの複合体形成に必須のアミノ酸残基を同定した.5)フォトサイクル中に,複合体の解離定数が100倍近く変化することを明らかにした.6)高度好塩菌の膜には,4種類のレチナールタンパクが存在する.ppRの吸収波長は500nmであるが,他の3種は560580nmにある.例えば光プロトンポンプであるバクテリオロドプシン(bR)のそれは570nmである.一方,X線結晶解析によれば,ppRとbRの主鎖の配置は極めて似ている.bRとppRとのキメラの作製によって,この解明を行なった.フォボロドプシン(pR)は高度好塩菌の負の走光性のレセプターである.ファラオニスフォボロドプシン(ppR)は高度好塩好アルカリ性菌に存在するpRに相当するレセプターである.pRおよびppRは,膜内で,トランスジューサタンパクを相互作用しており,これらのセンサーが受けた情報はトランスジューサを介して細胞内に伝達される.今年度我々は以下の点を明らかにした.1)ppRはレチナールを発色団とし,あるリジン残基とジッフ塩基を形成している.このシッフ塩基はヒドロキシルアミン存在下で光照射により,レチナールが外れ,タンパクは脱色する.このヒドロキシルアミンとの反応は,この色素タンパクのMと名付けられている光化学中間体で起こることを明らかにした.トランスジューサタンパクとの複合体では,ヒドロキシルアミンとの反応性が低下する.2)ppRは光照射下でプロトンの弱い輸送活性を持っている.トランスジューサと複合体を作ると,この活性が消失する.3)ppRとトランスジューサは界面活性剤の中で複合体を作ることが出来,その解離定数を求める方法を開発した.これにより,この相互作用に対して重要なアミノ酸残基を,種々の変異体を用いて同定することができるようになった.フォボロドプシン(pR)は高度好塩菌の負の走光性のレセプターである.ファラオニスフォボロドプシン(ppR)は高度好塩好アルカリ性菌に存在するpRに相当するレセプターである.ppRはpRよりも安定であり,また我々によって開発された大腸菌膜に機能を持った形で発現する方法があるので,研究に有利であり,ppRを研究材料に用いている.pRおよびppRは膜中でトランスジューサタンパクと相互作用しており,これらのセンサーが受けた情報はトランスジューサを介して細胞内に伝達される.今年度は次の点を明らかにした.1)ppRは他の高度好塩菌のレチナールタンパクに比べて,吸収極大が約70nm短波長にある.

この吸収波長の違いの原因を探るべく,レチナールの周りのアミノ酸残基を,長波長に吸収を持ち,非常によく研究されているバクテリオロドプシンのものに全て変換した変異体を作成したが,吸収極大の長波長への波長シフトは,約40%程度しか起こらかった.FTIRの測定より,シッフ塩基の水素結合の強さは,この置換によって不変であり,アミノ酸の置換のみでは波長制御はなされていない.2)トランスジューサとの結合において,ppRのTry199が重要であることを明らかにした.3)ppRのASP193の解離が,このタンパクの構造維持に重要であることを明らかにした.1)吸収波長の問題:高度好塩菌に存在する4種のレチナールタンパク(バクテリオロドプシン,ハロロドプシン・センソリーロドプシン,フォボロドプシン)のうち,フォボロドプシンのみがその吸収波長が約500nmにあり,他の3種は580nm付近にある.Natronobacterium pharaonisの負の走光性のレセプターであるフォボロドプシン,ppRを研究材料として,この問題を考察した.ppRとバクテリオロドプシン(bR)とはX線構造は極めて類似しているにもかかわらず,吸収波長が約80nm異なる原因を,ppRとbRのキメラタンパクを作製して検討した.その結果,数種のアミノ酸残基が関係するのではなく,広範囲なヘリクッス/ヘリクッス相互作用が吸収波長を決定していると結論した.2)トランスジューサタンパクとの相互作用:ppRは細胞膜中でトランスジューサタンパクと相互作用をする.トランスジューサタンパクと結合すると熱安定性が増すことを利用して,種々の変異体のトフンスジューサへの結合をしらべ,どのアミノ酸残基が結合に重要かを調べた.3)固体NMRによるダイナミクスの研究:X線結晶構造の結果では,トランスジューサと結合してもppRの構造は,単体の場合と全く変わらないことが明らかにされている.しかし,[13C]AlaまたはValでラベルした試料を用いて,固体のNMRでダイナミクスを調べると,2箇所の位置で,そのダイナミクスが変化することを明らかにした.4)Arg-72の意義:この位置のアルギニンは,高度好塩菌のレチナールタンパクにすべて保存されており,そのため重要なアミノ酸残基であると考えられている.ppRでは,構造を保つために必要であることを明らかにした.
シミュレーションと分子生物学実験の融合による人工遺伝子回路網のシステム設計

ラムダファージプロモータを用いた、発振ユニットの構築を行った。その結果、pRMプロモータの発現強度が弱いことが問題となった。発現量が向上を狙いpRMプロモータの変異、リボゾーマルバンインディングサイトの変更を行ったが、望むような結果にはならなかった。プロモータの発現強度のバランス、培養環境の不均一性が原因であると予想された。lacおよびtetリプレッサーを利用したトグルスイッチの構築を行った。placIq-lacI遺伝子を、ゲノム、低コピープラスミド、中コピープラスミドに導入したところ、低コピープラスミドに導入した場合のみ、望みの動作をした。このデータに基づき、理論モデルを構築したところ、実験データを再現できることがわかった。本研究は、微生物というモデル生物の遺伝子発現プロセスに着目し、ターゲット遺伝子の発現量や発現速度をコントロールするためのシステム制御方策を考案し、そのための遺伝子システムを計算サイドと実験サイドの両面から設計することを目的とする。本年度は、遺伝子発現が振動する発振ユニットの作成に取り組んだ。同様の研究は、過去にいくつか発表されているが、遺伝子発現とタンパク質のみが相互作用する単純なユニットであった。我々は遺伝子発現、タンパク質、代謝物が相互に作用しあう、より高度な発振ユニットを構築することにした。同様のユニットは、James C. Liaoらのグループによって報告されているので、まずは同じ構造のユニットを構築してみたところ、彼らの実験結果を再現できなかった。そこで、彼らのユニットの基本構造である、酢酸とacetyl-CoAの変換系を基本にした、振動ユニットの改良を行うこととした。利用する遺伝子群はphosphate acetyltransferaseとAcetylCo-A synthetase、細胞内で酢酸濃度と連動するアセチルリン酸濃度依存型プロモータglnAP2を利用した。改良した発振ユニットの振動を観測するために、プレートリーダを用いて、30°Cで振とう培養を行いながら、5分おきにODおよび蛍光を測定したところ、2つのピークを確認することができた。永続的な振動を行うために、原因の調査を行ったところ、あるプロモータからの発現がほぼ無いことが判明した。現在、このプロモータの発現を想定されているように行わせるために過去の知見を利用しながら、改良を行っている。昨年度、ラムダファージのPR-PRMデュアルプロモータを利用し、酢酸とアセチルCoA変換系を基にした振動系を構築してきたが、PRMからの遺伝子発現がPRと比較してたいへん小さいため、PRMプロモータの改良を、過去の知見を基に行った。PRMの遺伝子発現を数倍から数十倍増強できると言われている変位を加えたが、大きな変化は得られなかった。測定に利用しているGFPがある程度発現しないと測定できないため、増強しても測定限界より小さい値であると考えられた。振動系ユニットの構築が予想以上に困難であることから、より単純な系であるトグルスイッチの作成を試みた。lacおよびtetプロモータを利用して作成した。リプレッサーの供給源をゲノム上に設定にしたところ、予想に反して、全くトグルスイッチとしての挙動を示さなかった。リプレッサーの供給速度が、挙動に大きな影響を与えると仮説を立て、実証実験を行った。そのため、リプレッサー供給源であるplacIq-lacI遺伝子を、ゲノム以外に、低コピープラスミド、中コピープラスミド、高コピープラスミドに導入し、トグルスイッチの動作確認実験を行った。その結果、低コピープラスミドにリプレッサーの供給源を設定したときのみ、トグルスイッチのとしての遺伝子発現が観測された。初年度より研究を続けている、ラムダファージプロモータpRおよびpRMを利用した、振動系ユニットの構築については、pRMプロモータの発現強度が弱いことが問題となっている。昨年度も、発現量が向上すると報告されている変位のうちいくつかをpRMプロモータに加えてみたが、望むような結果にはならなかった。さらなる文献調査を行い、pRMプロモータに発現向上が報告されている変位の導入、リボゾーマルバンインディングサイと(RBS)変更による翻訳効率の向上、タンパク質分解速度を決定するタンパク質分解タグの変更などを試みたが、いずれも永続的な振動には結びつかなかった。今後は、システム全体の再設計、培養環境均一化のための微小流体リアクタの導入などが必要であると考えられた。

昨年度構築したトグルスイッチの動作の理論的解析を行うため、基礎データの収集を行った。そのため、リプレッサーの供給源であるpLlacIq-lacI遺伝子を、ゲノム、低コピープラスミド、中コピープラスミド、高コピープラスミドに導入し、pLlacOIプロモータ下流に導入したGFPの発現の様子を観測した。このデータに基づき、理論モデルを構築したところ、実験データを再現できることがわかった。
水素移動型バイオ不斉還元プロセスの高機能化と触媒酵素のライブラリー構築

フェニルアセトアルデヒド還元酵素(PAR)を進化分子工学的手法にて改良し、変異酵素Sar268/HAR1を取得した。これら酵素の機能解析を行った結果、明らかに極性溶媒中での活性が向上していた。また、同酵素を触媒とし、高濃度のケトン類(10-30%)から100%近い収率で目的の光学活性体を合成できた。さらに、Sar268およびLeifsonia由来アルコール脱水素酵素(LSADH)の発現菌体を固定化し、水溶性の高いケトンの還元反応を流動層型のリアクターで行う事に成功した。PAR/LSADHの類縁酵素遺伝子の土壌DNAからの分離を行い、PARとLSADHの基質特異性が異なる酵素ライブラリーの構築を目指した。PARについては、約60種のDNA断片の増幅に成功したが、活性を確認することができなかった。他方LSADHでは、生産菌の類縁微生物ゲノム情報を基に約30種の遺伝子を単離(LSと命名)し、その基質特異性、立体選択性を測定した。PARを進化分子工学的手法にて改良した変異酵素Sar268(6個のアミノ酸が変異)の6アミノ酸部位の全てについて、20種のアミノ酸による変異酵素を作製し、より活性が向上したHar1を得た。同酵素の機能解析を行った結果、明らかに極性溶媒中での活性が向上していた。極性溶媒中での酵素反応は、生体触媒反応の応用においてきわめて重要な研究であるが、これまでに、こうした酵素の改変成功例はほとんど見当たらない。現在、その機能を精査している。また、同酵素を触媒として利用することにより、高濃度のハロゲン化ケトン基質(酵素に対する阻害作用が強い化合物)(10-30%)でも100%収率で目的の光学活性体を合成できるレベルにまでに生産性が向上した。さらに、Sar268およびLSADH組換え酵素を菌体のまま2-官能性試薬を用いて固定化し、これらの生体触媒を用いて一部の水溶性の高いケトンの立体選択的還元プロセスを流動層型のリアクターで行う事に成功した。PARならびLSADHは、広い基質特異性、高立体選択性、自身の反応で補酵素も再生できるという極めてユニークかつ優れた酵素であることから、類縁酵素遺伝子の土壌からの網羅的分離を行い、PARとLSADHの基質特異性が異なる酵素ライブラリーを構築目指した。先ず、土壌からのメタゲノムの単離技術を確立した、次に、PARのN-/C-末端の配列をプライマーとして増幅を行い、生成したDNA断片を解析した。しかし、この場合はPARと100%同じ遺伝子しか得られなかった。そこで、N-/C-両末端に近いPARの保存領域にプライマーを変更し、これらを縮重プライマーとして改めてPCRを行ったところ、メタゲノムを鋳型として明確なDNAの増幅が認められた。現在、その塩基配列の解析を行っている。PARの相同性遺伝子のライブラリー化には到達していないが、その周辺技術はほぼ完成しライブリー構築の目処がついた。PARを進化分子工学的手法にて改良した変異酵素Sar268と、Sar268より活性が向上したHar1を得た。両酵素の機能解析を行った結果、明らかに極性溶媒中での活性が向上していた。現在、その機能解析とこれら触媒を用いた効率的光学活性アルコール生産に関するデータを蓄積している。さらに、Sar268およびLSAD組換え酵素を菌体のまま2-官能性試薬を用いて固定化し、これらの生体触媒を用いて一部の水溶性の高いケトンの立体選択的還元プロセスを流動層型のリアクターで行い、生産性約50g/Lにて500時間以上の運転が可能であることを証明した。PARならびLSADHは、広い基質特異性、高立体選択性、自身の反応で補酵素も再生できるという極めてユニークかつ優れた酵素であることから、類縁酵素遺伝子の土壌からの網羅的分離を行い、PARとLSADHの基質特異性が異なる酵素ライブラリー構築を目指した。土壌からのメタゲノムの単離技術は昨年度確立した、次に、PARのN-/C-末端の相同性の高い内部配列をプライマーとして増幅を行い、生成したDNA断片を解析し、PARの類縁酵素遺伝子の取得に成功した。

また、これら断片を導入し、完全長の酵素遺伝子を発現できるベクターを作製し、数種の類縁酵素を得た。現在この数を増やしている。またこうしたカセット法とは、異なる手法にてLSADHのメタゲノムライブラリーの作製を試みた。LSADH生産菌の類縁菌ゲノム情報を基にして、LSADHのN-/C-末端の相同配列縮重プライマーを設計し、これを基にメタゲノムからLSADHと類似の立体選択性と特異性を有する約30種のライブラリー調製に成功した。現在、これらを用いて一部のライブラリー評価を行っている。PARおよびLSADHは、様々なアリールケトンや2-アルカノン等の基質を不斉還元すると同時に、安価な2-プロパノールの酸化反応を触媒しNADHを再生することができる極めて有用な不斉還元バイオ触媒である。そこで、これら酵素の汎用性を高める目的で、類縁酵素遺伝子の土壌からの網羅的分離を行い、PARとLSADHの基質特異性が異なる酵素ライブラリーの構築を目指した。PARについては、相同遺伝子の内部共通配列部分を基に縮重プライマーを作成し、これを各種微生物(主にRhodococcusとその類縁菌)ゲノムやメタゲノムに対してPCRを行い、約60種のDNA断片(約950bp)の増幅に成功した。また、約30種の当該遺伝子のシークエンス解析を終了した。その結果、これら遺伝子群のPARに対する相同性は、9599%、アミノ酸配列では312個所が異なる酵素遺伝子群が得られた。また、一種類の土壌メタゲノムから十分変化に富む遺伝子群が得られることも明らかとなった。現在、既に構築してあるSar268系発現ベクターにこの部分をカセットとして導入し、PARのキメラ酵素として高発現させる方法を確認しており、今後、これら遺伝子を用いて各種基質に対してスクリーニングを行う予定である。また、これら遺伝子のシークエンスと解析を終了した。その結果、これら遺伝子群は、Burkholderia sp.やPseudomonas sp.のshort-chainADHと8098%の相同性を示した。今後、作製したライブラリー(PARとLSADH)を用いて、各種ケトンに対する反応性を評価し、不斉還元反応のスクリーニングに使用するとともに、メタゲノムからの遺伝子ライブラリー数を増やす計画である。そこで、これら酵素の汎用性を高める目的で、各種基質ケトンに対する反応姓の確認と類縁酵素遺伝子の土壌からの網羅的分離を行い、PARとLSADHの基質特異性が異なる酵素ライブラリーの構築を目指した。
境界値問題の代数解析とベルクマン再生核

研究代表者は博士論文(1990)において,滑らかでない境界を持つ領域上の境界値問題を超局所的に研究し,特に,角のある領域における境界値問題のマイクロ函数解のアプリオリ評価を与え,角により回折現象が生ずることを一般の場合に証明した。本研究では,滑らかでない境界を持つ領域上の解析を代数解析的な視点からさらに推進することを目指し,特に,今までの研究で開発した手法を用いて,角を持つ擬凸領域のBergman核の特異性を解析することを試みた。角を持つ擬凸領域のBergman核の問題に関しては,Bergman核を初めて代数解析的に扱った柏原(1975)の解析から,領域の角においても超局所的にはBergman核がホロノミックであることを予想し,先ずこの成否について検討した。余元の高い場合の柏原の解析の類似を実行した結果,幾何学的状況を反映してホロノミー系を導くことができることが判った。現在,層の超局所解析の方法によって,角を持つ擬凸領域のBergman核の代数解析がその計算に帰着できるのではないかと考えて研究を続行中である。
有用生理活性物質の回収を取り入れた2段階式バイオマス水熱変換システムの開発

まず、反応熱分解ガスクロマトグラフィー(反応熱分GC)やマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析法(MALDI-MS)などの分析手法を応用して、各種バイオマス中に存在する有価物質の種類や量を直接計測する新規分析法の開発を試みた。その結果、以下に記す一連の成分を、煩雑な試料前処理を行うことなく、迅速かつ簡便に解析する分析手法を確立することが出来た。1)樹皮廃材中に含まれる代表的な有用生理活性物質であるポリフェノール類2)微生物中に含まれ、バイオディーゼルとしての利用が期待される一連の脂質成分3)バクテリアが産生する生分解性プラスチック成分さらに、水熱プロセスの高効率化のための検討として、バイオマスの詳細なガス化機構を明らかにすることも試みた。ここでは、バイオマス水熱ガス化によって生じる水素をその生成経路を区別したうえで定量することを試みた。具体的には、まず、各種バイオマスの水熱プロセスを、超臨界状態の重水(D_2O)を反応楊に用いて行うことにより、水に由来する水素ガスを同位体ラベル化しながら試料のガス化反応を実施した。こうして生じた水素同位体の混合ガスを極低温ガスクロマトグラフィー(GC)により分析することを通じて、水素ガスの定量をその起源を区別して行い、さらには水素の生成機構を解明することを試みた。その結果、今回用いた分解条件下では、水を起源とする水素が主に生成し、その主な生成径路は水性ガスシフト反応(CO+D_2O→D_2+CO_2)であることが示唆された。まず、木材中に含まれる代表的な有用生理活性物質であるポリフェノール類に注目し、各種バイオマス中に存在する当該成分の種類や量を直接計測する新規分析法の開発を試みた。ここでは、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析法(MALDI-MS)の手法に固体試料調製法を取り入れることにより、試料マトリックス中の各種生理活性物質を煩雑な試料前処理を行わずに直接分析できる方法論を新たに構築した。この計測法により廃材や木材廃棄物などのバイオマス試料を測定したところ、得られたMALDI質量スペクトル上には、質量電荷比が3,000程度までの領域に一連のピーク群が明瞭に観測された。これらのピークは、その質量電荷比などから、カテキンおよび水酸基の数が異なるその類縁物質から構成される、重合度が少なくとも10に及ぶポリフェノール類であると帰属された。さらに、2種類のアカシア属のバイオマス試料についてスペクトルパターンを比較したところ、それらの分子量分布には大きな差異は認められなかったが、各々のピーク群内での相対強度については有意な差が観測され、両試料間でポリフェノール分子のモノマー組成が微妙に異なることが示唆された。さらに、水熱プロセスの高効率化のための検討として、各種の添加剤の存在がバイオマスの水熱プロセス効率に及ぼす影響を詳細に解析した。ここでは、各種添加剤の共存下でセルロースの水熱反応を実施し、生じた分解生成物の種類や量を詳細に分析することを通じて、それらの影響を詳査した。その結果、アルカリ類と金属触媒の混合系が、廃材や汚泥などのバイオマスの水熱変換効率を著しく促進することが明らかとなり、水熱プロセスの反応条件の適正化を行うことも出来た。
救急医療分野における延命治療中止の実態と諸問題に関する研究

日本救急医学会会員の全国の勤務医2,802名に対して、2008年から2009年にかけて、無記名自記式質問紙調査を実施し、928名から回答を得た(有効回答率:33%)。その結果、脳死患者における延命治療の中止について、ほとんどの救急医は人工呼吸器の即時中止は実施していないが、薬物投与に関しては、投与量の漸減によって「軟着陸」を実現している様子が明らかになった。また、日本独特といわれる脳死の二重基準については、現状では必要であり、家族ケアのために有用との見解を示す医師も少なくなかった。延命治療の差し控えと中止に関して、医療現場では深刻な問題が発生している。これまで我が国では、政府が一般市民や医療者を対象に終末期医療に対する大規模な意識調査を5年毎に行うなど、意識調査としては行われてきたが、医療者の実践に関する調査は稀少であった。しかし、今、重要なのは、臨床現場は実際にどのような問題を抱え、どのように対処し、その対処法を決定している要因は何であるかなどを把握した上で、対応を検討することであると考える。そのために、研究代表者の甲斐らは、平成1819年度に、救急医療現場における延命治療の差し控えと中止に関わる探索的な質的研究を実施し、平成20年度はこの調査の結果を分析した。それによると、延命治療の中止に関しては、一般的に知られた法的・社会的な問題以外の重要な問題として、医師側の心理的障壁があることが示された。また、救急医は、患者の人生の最終段階が自分を含めた医療スタッフと患者家族にとって「受け入れ可能な状態」となるよう、「軟着陸」を目指した末期医療を実践している様子が浮かびあがった。平成20年度は、これらの知見が量的調査によって支持されるかどうかを確認すべく、同知見をもとに仮説を組み、大規模な量的調査を実施した。末期患者のなかでも、更なる医的介入が医学的には無益であることが明らかな脳死患者の扱いに焦点を当て、「脳死患者における延命治療の中止に関する調査:人工呼吸器を中心に」と題した調査を実施した。対象は日本救急医学会の医師会員のうち、所属が救急科あるいは脳神経外科である約2800名で、脳死患者における臨床上の意思決定の実際と関連する諸問題を探った。平成21年度は得られた約930名(有効回収率:33%)の回答を分析し、関連する学会での報告、論文執筆を行い、我が国における具体的な政策提言につないでいきたい。延命治療中止に関わる議論が本格的に開始された日本で、臨床的に脳死と診断された患者において治療終了が選択肢とされているか否かに関し、現状と関連要因を把握することを目的として、平成2021年に、日本救急医学会会員である全国の勤務医2,802名に対し無記名自記式質問紙調査を実施し、930名から有効回答を得た(有効回収率:33.1%)。回答者は男性が92.8%、平均年齢43.0歳、脳外科専門医は20.3%、救急科専門医は43.9%、両科の専門医は11.0%。臨床的脳死患者における人工呼吸器の中止経験を有した回答者は全体の17.8%であった。患者が臓器ドナーであるか否かにかかわらず病態診断としての脳死診断を実施していると回答した医師は全体の46.6%であったが、うち3分の2は、脳死診断後も人工呼吸器は中止も設定変更も行わずそのまま継続すると回答した。患者家族が治療終了を望んでいる臨床的脳死患者のシナリオ症例における治療方針については、「現在の治療内容を変更しない」が21.3%、「昇圧剤とADHの投与量は変更するが、人工呼吸器の設定は変更しない」が32.4%で、「昇圧剤とADHの投与量を変更し、人工呼吸器の設定も下げる」が27.8%であった。人工呼吸器を中止しない理由(複数回答)は、「家族の心理的負担軽減」が55.2%、「医師(回答者)自身の心理的負担軽減」が63.3%であった。医師の心理的負担を構成する要因として、マスコミ問題(88.9%)、法的問題(83.2%)、人工呼吸器の中止を自分の手で行うことへの嫌悪感(60.1%)などがあることが示された。この患者群における人工呼吸器の中止は非常に限定的であり、中止回避要因として、マスコミ問題や法的問題とともに、中止に対する医師の心理的障壁があることが示され、それらの要因は患者家族の治療終了要望よりも臨床医の意思決定に強い影響を有していることが示唆された。同調査の報告内容は、平成21年度の日本救急医学会での発表の際に、全国各地の新聞にも報道された。課題研究の3ヵ年(平成20年22年)において中心となったのは、平成2021年に実施した救急医対象の量的調査である。

日本救急医学会会員で、救急科あるいは脳外科に所属する全国の勤務医2,802名に対して実施した無記名自記式質問紙調査の知見を基に、救急分野の終末期医療に関する考察と検討を深めた。この調査のデータから、日本の救急医の意識を把握し、末期患者に対する臨床実践の一端を知ることができた。延命治療の中止について、特に人工呼吸器の中止は刑事事件として扱われた具体的な事例が複数あることから、ほとんどの救急医はあからさまな人工呼吸器の中止は実施していないが、それに相当する実践を行っている医師は少なくなく、昇圧剤やADHなどの薬物投与に関しては、投与量の漸減によって「軟着陸」を実現している様子が明らかになった。また、脳外科医のなかには、患者の死期が迫っているわけではないが、脳に重度の障害が残ることが予測された患者から人工呼吸器を外した経験を有する医師も少なからずみられた。2010年に施行された改正臓器移植法によって、脳死の二重基準(臓器移植のドナー候補の場合に限って脳死は死であり、ドナー候補以外では心臓死が死)は、法律上は消滅したともいえるが、臨床現場では依然として二重基準を維持しているとみられる。それは、この調査で、脳死の二重基準は医療現場で混乱の原因となっているので撤廃せよとの見解よりも、二重基準は脳死の理解が多様な日本の現状に対応するために必要であり、家族ケアのために有用といえるとの見解が多くみられたからである。脳死の二重基準は国際標準と異なり論理不整合であるとして批判されることが多かったが、臨床医のこうした見方は、二重基準の意味を考える上で重要であると考えられる。また、今後の終末期医療研究においては、患者家族とともに医療者の心のケアに関する調査研究も必要であることが示唆された。
顔に関する統合情報を用いた矯正歯科医の知識に基づく表情の診断システムの開発

本研究課題では,矯正歯科医の専門知識をもとに,ヒトの皮膚の生理特性(粘弾性パラメータ)を計測し,表情表出時の動きデータと統合して,顔に関するマルチモダルな情報として利用することで,表情に関する高精度な数理モデルを開発した.そして,極めて高い検出能を要する,日本人女性の成年期の老化により生じる表情の機能性低下の定量化に成功し,高精度な臨床応用可能な表情分析システムを開発した.本研究課題では,矯正歯科医の専門知識をもとに,ヒトの皮膚の生理特性(粘弾性パラメータ)を計測し,表情表出時の動きデータと統合して,顔に関するマルチモダルな情報として利用することで,表情に関する高精度な数理モデルを開発した.そして,極めて高い検出能を要する,日本人女性の成年期の老化により生じる表情の機能性低下の定量化に成功し,高精度な臨床応用可能な表情分析システムを開発した.本年度については,顔に関する統合情報のうち,ヒトの表情表出動作の高精度3次元時系列計測に重点を置いて,高性能なモーションキャプチャシステム(Qualysis社製,Oqus300カメラシステム)を導入した.本システムは,多数のカメラ構成でオクルージョンの問題を解決できるため,まず,被験者(N=1)を対象として,動きを計測するのに利用するマーカーのサイズ,マーカー数,および,体幹部分も含めたマーカーを貼付する計測点の位置についての条件を変更して検討することで,安定した計測が可能な撮影条件を決定した.また,数理モデル化に用いる,動きデータから抽出する特徴変量について矯正歯科医と検討した.そして,運動学的観点から,計測点単体の動きデータから得られる加速相・減速相における移動量・速度や運動の対称性,ジャークコストを,数理モデル化に用いる特徴変量として選択した.また、表情表出時の表面の形態変化をマクロに捉えるため、3つの計測点により定義される面に着目し,面積ひずみや面の回転角度も特徴変量として追加した.決定した前記撮影条件に基づいて,極端な不正咬合が認められない青壮年期の女性(N=10),および,老化により皮膚機能の低下,筋機能の低下が表情に影響を与えていると考えられる年齢である中年期(N=10)の女性を対象として,Posed Smile表出時(5試行)の計測点の位置をサンプリング周波数100Hzで計測した.計測データから特徴変量を抽出して2群を比較したところ,サンプル数は少数ながら,計測点単体の動きデータから抽出した特徴変量と,3計測点により定義される面に関する特徴変量ともに優位の差が認められ,青壮年期の女性の方が中年期の女性よりも表情変化が大きいことが示唆された.以上のことから,老化により生じる表情機能の低下の検出に利用可能な特徴変量を同定することに成功したと考えられる.本年度については,昨年度に検討し決定した計測条件(データ採得手順,計測点の定義方法,計測時間,サンプリング周波数等)に基づき,表情表出時の顔上の計測点の動きデータを採得した.計測対象は,極端な不正咬合が認められない青壮年期の女性,および,老化により皮膚機能の低下,筋機能の低下が表情に影響を与えていると考えられる年齢である中年期の女性の2群とした.被験動作は,最大限に努力して口角を後方に移動させるMaximum Lip Corner Retraction (MLCR)表出時(5試行)とした.採得された表情表出時の動きデータを対象として,主に歯科矯正分野の顔に関する解剖学的な知識に基づき数理モデル化することにより,72.0%の群検出性能が得られた.そして,2群間の差を最大化するのは,口角周辺の動きであることが定量的に明らかとなった.口角周辺の動きに影響を与える要因として考えられる,皮膚,脂肪ならびに筋等の解剖学的な構成が加齢により変化することは既に報告されており(Pennaら,2009),本成果と合致すると考えられる.更に,本研究課題では,表情表出時の最終的な出力に大きな影響を与えると考えられる皮膚に関する情報として,同被験者の頬部の皮膚生理特性(粘弾性パラメータ)を計測し,動きデータと統合して数理モデリングを行った.その結果,群識別性能は84.8%に向上した.このことは,顔の表情表出時の動きデータと皮膚生理特性を統合することで,数理モデルの高精度化を実現することができたと考えられる.以上のことから,成年期の老化により生じる表情機能の低下を対象として,顔に関するマルチモダルな情報を統合することにより高精度な臨床応用可能な表情分析システムの開発に成功したと考えられる.新規導入したモーションキャプチャシステムを用いた撮影条件の最適化が終了した。そして,動きデータから抽出する特養変量を決定し,少数サンプルながら,青壮年期と中年期の女性を比較することで,老化による表情機能の低下が検出可能であることを明らかにできたためである.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後については,被験者数を増加して,表情機能の低下を効果的に検出できる特徴変量の検討を更に進める.また,本年度は表情表出動作においてもっとも重要なダイナミック特性を表現するため動きデータに着目したが,更に表情表出動作に影響を与える要素である顔形態や皮膚生理特性から抽出した特徴変量も加えることで,更にロバスト性の高い多階層の数理モデル作成を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
平安時代における式部省の文学活動

作者の一定していなかった公文書、詔・勅書・勅答・官符などの政務に直結する文書の作者の変遷、およびその時代背景を考察した。また辞表や願文などの摂関家の人々に依頼されて製作した文書作者の変遷や、これらの作者像、特にその官職に重点をおいて時代の推移を明らかにすることによって、平安時代の公文書を担っていた階層を考察した。奏上文などの公に提出された文書、また政事には直接かかわらないが、詩序・書序などの公に晒された文書のなかから作者の述懐を抜き出し、その上で、個々の作者がどのような個人的な感情を表しているかを解明した。詩序の自謙表現の変遷をたどり、そのなかで自らの不遇感を表すようになった時代を明らかにし、同様のことを和歌の世界にも見出した。それは和歌作者が、公然と朝廷に提出した作品ではなく、為政者に個人的に提示したものであることが、理化される。さらにそれらは往々にして、公文書と同じ言語や表現、つまり漢詩文表現を用いる傾向にあることを示した。それは、当時の和歌作者における表現の動機をします一旦になっていると考えられる。作品に述懐を織り込むことが平安時代では中期に著しいことであるということを明らかにしたのち、そのようなことが、次にどの時代のどのような作品に見られるかを考察した。結果として、室町期の禅僧が編集した「抄物」に中国詩を深読みする傾向があり、それは作品を教訓的に捉えていることが理解された。その注解は『白氏文集』が異常に流行した平安時代が自らの不遇を作品に織り込むのとは違い、いわば風諭的に作品を捉えていることが理解される。さらにそれらは、中国詩文の風諭性をはじめて本格的に受容したものであると、日本文学史を振り返って、定義することができるのである。
中国の教育と経済発展・経済格差に関する調査研究

2009年と2010年にそれぞれ中国の都市と農村地域でアンケート調査を行い、中等教育機関の子どもの進学先学校、成績と親の所得、社会階層、学歴などの関係について調査し、親の職業、収入、学歴と子どもの進学先学校(進学に有利な重点学校と一般学校)や学校での成績、教育アスピレーション(たとえば希望する最終学歴)などとの間に統計的に有意な関連性があることを見いだした。本年度は、経済学的視点から、教育と経済的・社会的格差の関係などについてアンケート調査の実施を中心に研究をおこなった。具体的には、2009年46月アンケート調査票の作成、912月に中国都市部(浙江省杭州市、貴州省貴陽市)において、両市からそれぞれ4校計8校の調査対象校(中学校)を選び、1校当たり25人の生徒およびその家庭を選び教育支出と社会階層に関するアンケート調査を行った。アンケート調査は現地の浙江大学と貴州財経学院の協力を得て実施した。またそれと併行して、現地の学校を訪問し、教員や専門家に対するヒアリングを行った。訪問学校は以下の通りである。貴州省貴陽市:貴陽10中、中天・北京四中、貴州師範大付属中学、浙江省:浙江師範大学附属中、啓正中学、光明中学。これらの学校で近年の生徒を取り巻く家庭環境や経済状況に関するヒアリング調査を行った。調査結果は2009年12月末に受領し2010年1月以降データを分析中であるが、最近の中国ではアンケート調査を実施しても個人情報にかかわる質問項目(職業や世帯収入など)は、特に都市部で回答が拒否される例が増えてきており、アンケート調査を実施する場合、こういった点を十分配慮して調査票を設計する必要があることを痛感した。この点は平成22年度に実施予定のアンケート調査の貴重な教訓となった。学校関係者のヒアリングでは概して公立校ほど「公式見解=建て前」を述べるだけの傾向が強く、逆に私立学校では率直な意見交換ができた。また貴陽市にある中天・北京四中は、「中天」という不動産会社が出資し「北京四中」の名を使う権利を同校から得て貴陽市に設立した全寮制の私立学校で、中国における教育の「市場化」を考える上で興味深い事例であった。本年度は2つの研究実績を挙げた。第1は、昨年に引き続き教育と経済的・社会的格差の関係などについてアンケート調査とインタビューを行ったことで、第2は、平成21年度に実施したアンケート調査の集計と分析結果の研究発表である。アンケート対象地域は浙江省杭州市郊外および貴州省貴陽市郊外で、21年度に実施したアンケート調査票に若干の改訂を施し、高校3年・中学3年の生徒自身およびその親に対して調査を行った。また今年度は有名大学への進学校として中国でもっとも知られている高校の一つである、北京市の中国人民大学付属高校3年生およびその親に対してもアンケート調査を実施し、地方の学校と首都北京との比較研究のための情報を得ることができた。22年度もアンケート調査と併行して現地の学校(今年度は特に省会都市(省庁所在地)以外地域)11校を訪問し、校長はじめ学校幹部に対し、生徒を取り巻く家庭環境や経済状況と教育格差に関するヒアリングを行った。貴州省:水西中学、黔西一中、谷里中学、新店寄宿学校、朱家場寄宿中学、浙江省:慈渓中学、新城中学、徳清三中、新市初級中学、於潜中学、於潜初級二中。平成21年度に実施した調査結果を分析し、中国経済学会学術研究会で2回の報告を行った。1回目は10月23日に京都大学で開催された西日本部会で、おもに子どもの成績と親の属性・家庭環境についての分析結果を、2回目は11月27日に拓殖大学で開催された東日本部会で、ここでは子どもの入学経路や進学先の学校種類(重点校、一般校)と親の属性・家庭環境についての分析結果を報告した。学会報告で得たコメントを参考にしながら、報告結果の一部を雑誌『東亜』(霞山会)平成23年5月号に発表した。またヒアリングで得た知見は、研究代表者牧野が共編者となった労働経済学・人的資源論のテキスト執筆にも活用された。平成23年度は、21年度、22年度に実施した調査を分析した中間結果をとりまとめ、9月に中国に出張して現地の専門家が主催した研究会で発表し、討論を交わした。われわれがとりまとめた調査結果の主たる結論は以下の通りである。1)高校のみならず中学校段階においても親の職業、収入、学歴と子どもの進学先学校(進学に有利な重点学校と一般学校)や学校での成績、教育アスピレーション(たとえば希望する最終学歴)などとの間に統計的に有意な関連性があった。2)特に子どもの教育パフォーマンスに対しては母親の影響が強かった。3)また首都北京と浙江省、貴州省など地方都市との間にも、親の属性の差では説明しきれない、子どものもつアスピレーションの差が観察された。

中国における研究報告は、北京大学教育学院、北京師範大学教育学院、南京大学社会学院、南京農業大学人文社会科学学院、雲南大学高等教育研究院で、とくに社会学者、教育学者を中心に行った。われわれ経済学者が実施、分析した研究成果を他の学問領域の専門家がどのように評価するか非常に関心があった。一連の研究報告を通じて、中等教育機関、特に中学校を対象としたわれわれの調査は中国ではまだ少なく非常に貴重な調査で、統計的に厳密な分析に堪えうるものであることなどが高く評価され、2123年度の調査研究で終わらせることなく、当時のアンケート回答者に対する追跡調査を実施し、経済格差と教育格差が時間の経過とともにどのように変化するかのさらに調査研究を進めるよう強く勧められた。
生体活性型形状記憶合金装置を用いたDynamic GBR法の開発

従来の骨移植法による骨採取による侵襲の回避と、軟組織同時増生を目的として、形状記憶合金による骨膜伸展骨形成法の開発研究を行った。この研究では、形状記憶合金が有する形態回復力を利用して、骨を覆う骨膜を伸展することにより、骨と骨膜の間にスペースを作り、そのスペースに生体が有する骨治癒力を誘導して骨再生をすることを確認した。この方法は再生療法の一つであり、今後の発展が期待されるものであった。形状記憶合金デバイスの選定の上で、形態回復力の至適応力を評価しつつ、骨ー骨膜間隙の厚み・強度について検討を行った。これまでの研究では頭頂骨ー骨膜間隙の伸展を行ってきたが、頭頂骨を覆う皮膚組織に比べ、想定される歯槽骨ー骨膜伸展では、被覆組織が歯肉粘膜となることが懸案事項であった。従って、頭頂骨で使用したデバイスの伸展応力を基準として、今回の伸展応力を0.2Nと設定し、さらにデバイスの厚みとしては0.275mmとした。生体活性を付与するための表面処理については、金属の表面に三次元的ポーラス構造の骨誘導コーティングを構築できる、アルカリ加熱処理を応用することを試みている。低周波振動を付与してコーティングすることで、難剥離性表面活性処理となり、研究テーマであるDynamin GBRでのデバイス伸展時の表面形状変化に対してもコーティングが剥がれないように処理するものである。しかしながら、コーティングの厚みと伸展変化とのバランスを維持することが難しく、低温処理の温度の設定や被膜厚さの設定に時間を要している。現在、棒状形状記憶合金を用いて表面活性処理の評価を行っている段階である。形状記憶合金デバイスの伸展刺激を始動させるための作動システムとしては、生体吸収性材料を用いて固定様式を採用する予定であり、ポリグラチンまたはポリーLー乳酸材料を検討している。形態回復応力と生体吸収性材料の生体内抗張力の組み合わせにより、始動までの待機期間が変化することが分かっている。待機期間を14日間と設定した上で、その時点での生体内抗張力の適性について評価を行っている段階である。生体活性処理となるデバイス表面のコーティングについて、その厚みと表面形態変化に対する剥離抵抗性の評価に時間を要している。また、伸展作動システムの設定として、形状記憶合金デバイスの伸展応力と生体吸収性材料の生体内抗張力の組み合わせについては、さまざまな設定を試す必要があり、その至適組み合わせの設定には慎重な判断が必要である。本研究課題であるDynamic GBRの必要性については、国内外の学会において議論されている人工骨の有用性と安全性のバランス、自家骨移植におけるドナーサイトへの侵襲などの問題を解決する方法として期待されるものである。再生医療による骨造成法が期待されてはいるが、顎骨切除や廃用萎縮によって生じた骨欠損部というのは、骨のみならず周囲軟組織の不足していることから、単一組織の再生では問題解決にならないため、本法のような骨ー軟組織の複合組織増生は臨床的に重要な手法である。われわれは伸展開始時期、母床骨からの骨新生能の向上、形状記憶合金の生体活性化の3点について研究開発を継続中であり、その成果を国内外の学会で報告する予定である。形状記憶合金材料への生体活性化処理としては低温アルカリ加熱処理を行っており、その表面性状の評価の上でラット大腿骨での埋入実験を試行している。当初はラット頭頂骨での施行を検討していたが、頭頂部では埋入位置による骨形態の安定性に問題がり、また骨縫合部の影響を受けることが懸念されたため大腿骨への変更となった。また、本研究計画申請時に比べ、実験動物の納入単価が高騰しているため、当初予定していた大動物での実験については、その費用も増大することが予想される。現在検証中の小動物での評価を十分に行った上で開始する必要があると判断している。そのため、実験の進捗状況としては当初予定よりはやや遅延していることとなっている。われわれ生体活性型形状記憶合金の評価を行うため、ラット大腿骨中央部に生体活性処理を行った棒状チタンと未活性の材料とを埋入し、チタン表面の骨新生の有無を確認した。未活性の純チタンでは、皮質骨接触部では良好な骨添加を認めた物の、海綿骨部ではほとんど骨添加は認めなかった。一方で,表面活性処理を行った材料では、皮質骨周囲では同様の所見であったものの、海綿骨周囲でも新生骨の形成が確認された。これは活性処理された金属表面では血流の乏しい領域でも骨新生が獲得されやすいことが示唆された。また、Dynamic GBR法のプロトコール検索として、形状記憶合金の形態回復力と伸展刺激開始時期を左右する吸収性材料の強度の組み合わせを検討した。その結果、吸収性材料の強度を上げることで形態回復力始動のタイミングを遅らせることが分かり、装置上部に骨膜のような比較的軽微な軟組織であれば、伸展刺激を遅らせたとしても安全に骨膜伸展を行えることが判明した。これは骨膜伸展速度を遅らせることができるため、母骨側からの骨新生を増加させる期待が持てるものの、形態回復力が至適強度を持たない限り、予定した伸展量を獲得できなくなる恐れも示唆された。本研究では、骨延長法から派生した骨膜伸展法のメカニズムを応用することで、完全閉鎖空間で動的骨造成を可能とするDynamic GBR法の実現が強く期待できる結果となった。