hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脊髄傷害に対する虚血プレコンディショニングの保護効果とその機序の解明

腹部大動脈遮断による5分間虚血と5分間灌流を3サイクル行う虚血プレコンディショニングを実施した後に、脊髄虚血再灌流障害モデルとして下行大動脈を10分間の結紮を行い、3日後にBasso Mouse Scaleにより脊髄障害の程度を評価したところ、虚血プレコンディショニングを実施した群は、虚血プレコンディショニングを実施しなかったコントロール群に対して、下肢等の動きが良かった。我々はこれまでに虚血プレコンディショニングが、CD34陽性である骨髄由来幹細胞の動員を促すことを報告してきたことから(J AmColl Cardiol. 2009;53:1814-22)、CD34陽性骨髄細胞がどのような保護因子を作っているのかを探索することにした。C57BL/6マウスの大腿骨から骨髄細胞を採取し、フローサイトメトリーにより解析すると、CD34陽性細胞は約12%であった。次に、抗CD34抗体を用いて骨髄細胞をCD34陽性とCD34陰性に分け、これまでに報告されている様々な虚血に対して保護因子と機能する遺伝子や抗炎症性サイトカインのmRNAの発現レベルをリアルタイムPCRで観察した。CD34陽性骨髄細胞においてDKK1、IL10、FGF9のmRNA発現レベルは、CD34陰性骨髄細胞の10倍以上であったことから、虚血プレコンディショニングにより動員された骨髄由来幹細胞が分泌する虚血保護因子や抗炎症性サイトカインが、脊髄虚血再灌流障害から脊髄保護に作用する可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。心臓血管外科学26年度が最終年度であるため、記入しない。下肢IPCモデルの作製および脊髄虚血再灌流傷害モデルの作製は行うことができたが、下肢IPCによる脊髄傷害の保護作用の機能的・組織学的評価は行えなかったため。下肢虚血プレコンディショニングモデルマウスおよび脊髄虚血再灌流傷害モデルマウスの作製に時間と労力を費やし、下肢虚血プレコンディショニングによる脊髄傷害の保護作用の組織学的・機能的評価を行うことができなかったため。下肢IPCによる脊髄傷害の保護作用を機能的・組織学的に評価する。機能的評価は、脊髄虚血再灌流傷害モデル作製後1,3,7,14日目にTarlov Scoreにより脊髄傷害の程度を定量評価することで行う。組織学的評価は、脊髄虚血再灌流傷害モデル作製後14日目にマウスを犠牲死させ、脊髄組織を摘出し、残存ニューロンの数(HE染色)、細胞アポトーシス(TUNEL染色、Caspase-3免疫染色)について組織学的評価を行う。下肢虚血プレコンディショニングによる脊髄傷害の保護作用を組織学的・機能的に評価する。組織学的評価は脊髄虚血再灌流傷害モデルマウスの作製後14日目にマウスを犠牲死させ、脊髄組織を摘出し、残存ニューロンの数(HE染色)、アポトーシス(TUNEL染色、caspase-3の染色)陽性細胞数により行う。さらに機能的評価として、脊髄虚血再灌流傷害モデルマウスの作製後1, 3, 7, 14日目にTarlov Scoreにより脊髄傷害の程度を定量評価する。下肢IPCモデルの作製および脊髄虚血再灌流傷害モデルの作製に時間と労力を費やし、下肢IPCによる脊髄傷害の保護作用の機能的・組織学的評価が行えなかったことに伴い、それらの評価に必要な関連試薬、および消耗品の購入費用について未使用額が生じた。次年度は、下肢IPCによる脊髄傷害の保護作用の機能的・組織学的評価を精力的に行う予定であり、H24年度の未使用額も合わせて使用する予定である。
複雑構造固体中の熱電輸送における量子拡散の第一原理計算と実験的検証，そして応用へ

量子拡散は準結晶と呼ばれる複雑構造固体の特異な電気伝導特性を説明する為に提案された機構の一つです.この機構は原理的には準結晶やその関連物質に限らず,一般の複雑構造固体において支配的な電気伝導機構となる可能性があります.この研究では量子拡散の理論を発展させ,複雑な結晶構造を持つ熱電材料の特性の解析,さらには予測をする為の基盤を確立する事を目指します.量子拡散は準結晶と呼ばれる複雑構造固体の特異な電気伝導特性を説明する為に提案された機構の一つです.この機構は原理的には準結晶やその関連物質に限らず,一般の複雑構造固体において支配的な電気伝導機構となる可能性があります.この研究では量子拡散の理論を発展させ,複雑な結晶構造を持つ熱電材料の特性の解析,さらには予測をする為の基盤を確立する事を目指します.
ジェンダー平等と多様性を前提とする包括的性教育指針の提案と授業実践の研究

本研究は、日本の子ども・若者たちに、「性の権利」としての包括的性教育を保障しうる基盤を構築することを目指すものである。本研究では、以下の具体的課題に取り組む。1包括的性教育の進展を阻む日本の人権をめぐる問題を教育の観点から明らかにすること、2ユネスコ等によって開発された『国際セクシュアリティ教育ガイダンス』等を踏まえ、ジェンダー平等と多様性を前提とする日本における包括的性教育指針を提案すること、3学校現場の教員との協働で、包括的性教育の授業案、教材および教育方法の開発、授業研究を行い、子ども・若者の現実と要求に即した性教育実践の具体的課題と展望を明らかにすること。
PEBP2βプロトオンコジン産物の、筋細胞分化における機能の解析

PEBP2β遺伝子は、ペテロ2量体として機能するPEBP2転写因子の、DNA非結合性サブユニットをコードする。第16番染色体逆位を伴うヒト急性骨髄性白血病では、PEBP2β遺伝子と平滑筋ミオシン重鎖(SMMHC)遺伝子が融合し、活性化オンコジンであるPEBP2β-SMMHCキメラ遺伝子が生成される。本研究では、転写因子サブユニットとしての機能とは異なる、細胞質に局在するPEBP2β蛋白及びPEBP2β-SMMHCキメラ蛋白の新しい機能につき解析し、以下の結果を得た。1. PEBP2β蛋白は、筋細胞の分化段階に伴って特徴的に変動する。2. PEBP2β蛋白は、組織培養細胞において主に細胞質に局在し、かつ細胞骨格にアフィニティーを有する。3. PEBP2β-SMMHCキメラ蛋白はストレス・ファイバー構築を崩壊させ、細胞形態の変化を引き起こす。本年度において研究の飛躍的進展をみたのは、PEBP2βプロトオンコジンの活性化型であるキメラ遺伝子に関してである。ヒト急性骨髄性白血病の一型にみられる染色体逆位16(p13 ; q22)においては、PEBP2β遺伝子と平滑筋ミオシン重鎖(SMMHC)遺伝子との融合により、キメラ遺伝子が生成される。キメラ遺伝子によりコードされる蛋白のPEBP2β部分は、二量体を形成するPEBP2β転写因子のうちのDNA非結合性サブユニット、PEBP2βのアミノ酸配列に相当する。一方、キメラ蛋白のSMMHC部分は、平滑筋ミオシン重鎖分子のロッド・ドメインに相当する。キメラ蛋白は、白血病発症の活性化オンコジンとして作用すると考えられるが、その作用機構については未だ不明な点が多い。そこで本研究では、組織培養細胞にキメラcDNAをトランスフェクトすることにより、そのキメラ蛋白の細胞内局在について、及びその細胞骨格及び転写活性化能への影響について検討した。cDNAをトランスフェクトした細胞の免疫組織染色により、キメラ蛋白は、細胞質との核の両方に局在することが判明した。しかも驚くべきことに、キメラ蛋白の発現により細胞形態の劇的な変化が引き起こされた。すなわち細胞は、長い細胞質突起を有し、全体が伸長した状態となった。そして形態変化をきたした細胞では、二重蛍光染色による観察の結果F-アクチンを含むストレス・ファイバーの崩壊が認められた。キメラ遺伝子からPEBP2β部分を欠如させた変異遺伝子やPEBP2β遺伝子自身を用いた実験から、形態学的変化をもたらすためには、キメラ蛋白のPEBP2β及びSMMHC両方のドメインが必要であることが示された。さらに、キメラ蛋白のほとんどが、細胞をディタ-ジェント処理したあとに残る細胞骨格画分中に保有されることも示された。一方、PEBP2β結合配列に依存した転写活性化能をキメラ蛋白が抑制することも、レポーター・プラスミドを用いた実験により、確かめられた。以上により、PEBP2β-平滑筋ミオシン重鎖より成るキメラ蛋白は、ストレス・ファイバー及び転写活性化能の両者に対して二重の作用を有することが示された。そしてそれら2つの異なる作用は各々、キメラ蛋白の細胞質及び核内の局在に依存していると推定された。平成9年度の研究によりPEBP2fβ-SMMHCキメラ蛋白が、Fアクチンを含むストレス・ファイバーの構築を崩壊させ、細胞形態の変化を引き起こすこと、及びPEBP2依存性の転写を脱制御することの二面的作用を有することを示した。これら二つの異なる作用は各々、キメラ蛋白の細胞膜及び核内の局在に依存している。以上の知見は骨格筋由来のC2細胞に、キメラcDNAをトランスフェクトすることにより得られた。そこで本年度は、PEBP2β-SMMHCキメラ蛋白を内在性に発現している、ME-1細胞を用いて、キメラ蛋白の局在及び細胞骨格につき解析した。ME-1細胞は第16番染色体の逆位を有する、ヒト急性骨髄性白血病に由来する細胞株である。その結果、1) ME-1細胞を細胞質・細胞膜・核に分画してウエスタン・プロットを行った。キメラ蛋白は細胞膜と核に分布した。一方PEBP2転写因子のDNA結合性サブユニット(これはPEBP2β、PEBP2β-SMMHCのパートナーである)は、核画分にのみ検出された。2) ME-1細胞の表面は多数のfillopodiaを有することを、走査電子顕微鏡及びアクチン染色により観察した。PEBP2βSMMHCキメラ蛋白が細胞骨格・核において、二面的作用を有することは、白血病細胞そのものにも該当することが明らかとなった。
環境因子・ストレスが脂肪細胞の形態とアディポカイン分泌に及ぼす影響

拘束ストレス、カドミウムなどは、正常な形態である脂肪細胞小型化させるにも拘わらず、インスリン感受性亢進性アディポネクチン減少(時に増大)や感受性低下性レジスチン、腫瘍壊死因子を増大させた。インスリン耐性をもたらす。肥満時と異なり脂肪細胞の形態と分泌の関係は脂肪細胞サイズによって規定されなかった。さらに脂肪細胞の形態変化には脂肪細胞肥大化因子メストや分化制御分子PPARνが関与することが示された。[I]精神的ストレス(拘束ストレス)が脂肪組織に及ぼす影響マウスを正常食群、ストレス負荷群に分け、チューブ拘束およびテイルーピンチストレスを10分/日を2週間負荷すると、血中のコルチコステロンは有意に増大しストレスが軽度負荷された事を示した。肝臓重量は変化がないが白色脂肪組織は減少した。最近脂肪組織は脂肪貯蔵だけでなく、分泌器官としての機能が明らかになりつつあるが、インスリン感受性亢進因子(アディポネクチン)、インスリン感受性低下因子(レジスチン、TNFα)のmRNA発現は増大し、ストレスは脂肪組織機能に質的変動を惹起することが示された。[II]Cd単独曝露が脂肪重量、脂肪細胞サイズとアディポカイン発現と分泌に及ぼす影響マウスにCdの10,20,30_mol/kgを2週間投与すると、白色脂肪組織は減少し、脂肪細胞サイズは縮小した。アディポネクチンやレジスチンの遺伝子発現は低下し、これらはCdが白色脂肪組織の機能を撹乱する事が示唆された。III]高度肥大化脂肪細胞のモデル系作製脂肪を積極的に取り込む因子の高度発現した脂肪細胞株モデル系を作成するため、Mest遺伝子の発現プラスミドベクターをマウス前駆脂肪細胞株3T3-L1に導入し、処理細胞からMest高発現株を樹立しMest遺伝子発現を抗体で確認した。Mest遺伝子は成長速度を早めることが明らかになった。1金属が脂肪細胞に影響を及ぼす可能性金属曝露が脂肪組織の形態及び糖尿病発症因子に影響を及ぼす可能性を調べるため、マウスを(1)正常食群、(2)高脂肪食群に分け、2週間摂取させた。さらに夫々の群に、無機水銀、ヒ素、コバルト及びマンガンを皮下投与した。その結果、高脂肪食摂取マウスは脂肪細胞のサイズを増大させ、ヒ素、無機水銀、コバルト及びマンガンはHFDより小さいサイズの脂肪細胞を増大させた。この中で、特に必須金属コバルトと毒性金属無機水銀を比較検討した。毒性の高い無機水銀は、plasma leptin,脂肪組織中leptin mRNA発現レベルを低下させたが、コバルトは脂肪組織leptin mRNA発現、血中LDL-コレステロールを低下させ、HDL-コレステロールを増大させた。この作用はAMP-kinase(AMPK)α2mRNA発現に関連することが示唆された。マウスの生後早期の脂肪組織を分離して得られた脂肪細胞の初代培養を行った。その増殖過程をみると、増殖規定因子のPPAR類の遺伝子発現は、培養開始に従い増大し、ピークを経て減少する。細胞への脂肪細胞取り込み因子の一つには、MESTがあるが、その遺伝子発現は、培養開始に従い増大し、ピークを経て減少する。脂肪細胞が増殖し、脂肪を取り込んで成熟脂肪細胞化する過程と一致する。しかし、その後MEST遺伝子発現は、さらに増大する傾向が見られた。この事は、通常のPPARや増殖過程では見られない傾向であり、脂肪細胞が成熟化後、肥大化する過程にもMEST遺伝子が関与する可能性を示した。肥満化脂肪細胞からアディポカイン分泌のアンバランスがメタボリックシンドロームの進展・悪化に大きく影響する。日本人は必ずしも肥満でなくても糖尿病になる場合も多く、他の要因がその分泌に影響を与える可能性がある。(1)カドミウム(Cd)による脂肪細胞縮小化がCdの直接的な作用である可能性を検討した。メタロチオネイン遺伝子発現欠損(MT^<-/->)マウスを用いて0.5,0.75mg/kgCdを7日間連続投与した。脂肪細胞のサイズ、及び血清中レプチン濃度は用量依存的に減少し、MT欠損ではより大きく影響を受け、Cdによる直接作用であることが明らかとなった。(2)脂肪細胞への脂肪取り込み促進するMest遺伝子発現はinvitroでは容易に起こらないので、脂肪細胞分化モデル前駆脂肪細胞株3T3-L1を用いたモデル系を確立し、Mest遺伝子発現に影響しうる化合物を検索した。cAMPアナログ8-Br-cAMP処理あとにMestmRNAは増大し、cAMP増大によることが明らかとなった。(3)(1)芳香族炭化水素受容体の構造が異なる2系統のマウスに高脂肪食摂取下、リガンドの脂溶性化合物(ベーターnaphthoflavone(BNF),3-methylchoranthrene(3-MC)を投与すると、白色脂肪組織重量はBNF処理によりB6マウスでは減少傾向が見られたが、3-MC処理の両系統マウスでは変化はなかった。脂肪酸合成に関与するSCD-1 mRNAの有意な低下が認められた。

(2)3-MC処理のB6マウスでは、脂肪酸合成に関与するSCD-1 mRNAの有意な低下が認められ、インスリン感受性亢進に寄与するadiponectinおよびleptinm RNAは減少傾向が見られた。AhR活性化が脂肪組織に与える影響は、AhR活性差やリガンドに依存する可能性があると考えられる。
超高速ネットワークサービス実現のためのハードウェア支援フレームワークの研究開発

本研究では,超高速ネットワーク時代における豊かな情報サービスを実現するための高性能なサーバ技術を2年計画で開発した.特に,従来のオペレーティングシステムに見られるような,高度な仮想化を伴うオーバヘッドの大きい処理機構ではなく,近年の高いハードウエア性能を十分に発揮するための低レベルなI/O処理技術を基礎とした,システム技術のフレームワーク開発を目的とした.平成17年度は,ネットワークサーバにおける明示的なイベント駆動型のプログラミングモデルおよびそれを可能にするためのフレームワークについて研究を進めた.平成16年度には,ポーリングを基礎としたコネクション多重処理に着目し,オーバヘッドを細粒度に実時間制御することで,プロセッサ利用効率とネットワーク性能を同時に向上することができた.しかしながら,ポーリング駆動型のプログラミングモデルでは,ポーリングのオーバヘッドがゼロにならないため,イベント駆動型のプログラミングモデルの整備が必要とされている.本研究では,現在Interconnect Software Consortiumで標準化が進められてきている拡張ソケットAPI(ES-API)の実装を通じて,より高速なネットワーク性能の実現を目指した.ES-APIの実装では,コンピュータアーキテクチャと密接した性能最適化のためのフレームワークを研究した.具体的には,送信側だけでなく,受信側におけるメモリコピー削減のためのユーザ空間とカーネル空間の間におけるセキュアなメモリ共有機構を研究した.また,オーバヘッドの小さい軽量なイベント通知機構についても研究を行った.本研究では,超高速ネットワーク時代における豊かな情報サービスを実現するための高性能なサーバ技術を2年計画で開発する.特に,従来のオペレーティングシステムの実装にみられるような,高度な仮想化を伴うオーバヘッドの大きい処理機構ではなく,近年の高いハードウエア性能を十分に発揮するための低レベルなI/O処理技術を基礎とした,システム技術のフレームワーク開発を目的としている.平成16年度は,Webサーバのような多数のTCPコネクションを管理するシステムを対象として,数千から数万もの同時コネクションを効率よくサポートするための基礎技術を開発した.その一つの成果は,多数のコネクションを多重処理するサーバにおいて,細粒度の実行間隔制御を行うことによって性能を向上する技術である.本技術では,高い精度で実行を制御するために実時間スケジューリングを用いている点がユニークな点である.一般的にこうした高度なスケジューリング方式は逆にオーバヘッドが大きいことが多い.しかし,本研究による実装では,そのスケジューリングに由来するオーバヘッド増加を,I/O処理におけるオーバヘッドの削減が大きく上回り,全体としてのプロセッサ利用率が大幅に軽減し,最終的なサービススループットも大きく向上することが実証された.もう一つの成果は,多数のコネクションの多重化処理そのものの効率化を図るミドルウエアの開発である.従来のポーリングを主体とした処理方式では,オーバヘッドが大きく,サーバにおける性能のボトルネックであることが多かった.本研究では,ネットワークカードからのイベントをより効率よく処理するために,シグナル駆動によるコネクション多重処理ミドルウエアを開発し,高い性能が達成されることを実証した.本研究では,超高速ネットワーク時代における豊かな情報サービスを実現するための高性能なサーバ技術を2年計画で開発した.特に,従来のオペレーティングシステムに見られるような,高度な仮想化を伴うオーバヘッドの大きい処理機構ではなく,近年の高いハードウエア性能を十分に発揮するための低レベルなI/O処理技術を基礎とした,システム技術のフレームワーク開発を目的とした.平成17年度は,ネットワークサーバにおける明示的なイベント駆動型のプログラミングモデルおよびそれを可能にするためのフレームワークについて研究を進めた.平成16年度には,ポーリングを基礎としたコネクション多重処理に着目し,オーバヘッドを細粒度に実時間制御することで,プロセッサ利用効率とネットワーク性能を同時に向上することができた.しかしながら,ポーリング駆動型のプログラミングモデルでは,ポーリングのオーバヘッドがゼロにならないため,イベント駆動型のプログラミングモデルの整備が必要とされている.本研究では,現在Interconnect Software Consortiumで標準化が進められてきている拡張ソケットAPI(ES-API)の実装を通じて,より高速なネットワーク性能の実現を目指した.ES-APIの実装では,コンピュータアーキテクチャと密接した性能最適化のためのフレームワークを研究した.具体的には,送信側だけでなく,受信側におけるメモリコピー削減のためのユーザ空間とカーネル空間の間におけるセキュアなメモリ共有機構を研究した.また,オーバヘッドの小さい軽量なイベント通知機構についても研究を行った.
視覚障害者に対するバーチャルリアリティを利用した日常生活訓練システムの開発研究

本研究の目的は、小型3CCDカメラ付きヘッドマウンテッドディスプレイ(HMD)を使用することで、障害のない残存する視野範囲に正常視野範囲の視覚情報をより現実に近い3次元的視覚情報として縮小して与えることにより、中枢神経疾患に伴う治療困難な視覚障害者のためのリハビリテーション訓練への応用および日常生活活動支援機器としてのバーチャルリアリティ(VR)システムを試作開発することである。平成11年度は視覚障害を定量化し、その障害のない残存する視野範囲に正常視野範囲の視覚情報をできるだけ縮小して与えることに着手した。このため臨床で用いられる高次脳機能障害検査のうち線分抹消試験を選択した。線分抹消試験用紙:A4横(210*295センチ)を小型3CCDカメラからの映像信号をSGI社製コンピュータに入力し、SGI上で映像を修正した後(100%、80%)、HMD(キャノンGT270)に映像出力するシステムをまず試作し線分抹消試験に応用した。結果として、健常者はすべて正解し、所要時間も平均30秒/1枚であった。脳卒中患者は5名実施しこのうち3名において、80%の映像縮小修正し映像呈示した場合の得点は、無視部分が多い100%の映像呈示時の得点より約2倍ほど得点が改善した。所要時間は平均150秒/1枚であった。平成12年度は、平成11年度の問題点であった小型3CCDカメラからの映像信号をコンピュータで映像修正しHMDに映像出力時の時間的遅延の解決を目指した。技術改善の結果、以前の時間的遅延は100msecであったものが33msecに向上させた。新システムにより線分抹消試験を再度実施した。なお、縮小率は100%、90%,80%,70%の4条件に増やして試行した。結果として、脳卒中患者は6名実施しこのうち4名において、80%もしくは90%の映像縮小修正し映像呈示した場合の得点は、無視部分が多い100%の映像呈示時の得点より有意に得点が改善した。また、70%の縮小率では逆に得点がのびず、被験者側の意見として「小さすぎて見づらい」ということがあげられ、縮小率の限界点の存在が示唆された。今後の問題として、現状のハード、ソフトを修正しながら、歩行など動的条件下での映像信号をさらに遅延させずに出力処理することが重要な課題として残った。現在、半盲や視空間失認改善のため用いる視野矯正目的のプリズム眼鏡は、欠点として視野角度の限界および屈折角度を大きくしたときの像の鮮明度低下・歪みなどがある。しかしながら、本研究で構築されたHMDシステムの利用により個々人の障害度にあわせた自由な縮小率の選択、像の鮮明度維持が確立されたことで、HMDシステムの3次元的視覚検査・訓練機器としての臨床応用の可能性が示唆された。

しかしながら、本研究で構築されたHMDシステムの利用により個々人の障害度にあわせた自由な縮小率の選択、像の鮮明度維持が確立されたことで、HMDシステムの3次元的視覚検査・訓練機器としての臨床応用の可能性が示唆された。【平成11年度研究報告】本年度は健常者および脳卒中患者の視覚障害を定量的に評価し、その障害がバランスおよびADL能力にいかなる影響を及ぼすのかを運動学的に分析することにあった。まず、視覚障害を定量化し、その障害のない残存する視野範囲に正常視野範囲の視覚情報をできるだけ縮小して与えることに着手した。このため臨床で用いられる高次脳機能障害検査のうち線分抹消試験を選択した。線分抹消試験用紙:A4横(210*295センチ)を小型3CCDカメラからの映像信号をSGI社製コンピュータ02に入力し、SGI上で映像を修正した後(100%、80%)、HMD(キャノンGT270)に映像出力するシステムをまず試作し線分抹消試験に応用した。結果として、健常者はすべて正解し、所要時間も平均30秒/1枚であった。脳卒中患者は5名実施しこのうち3名において、80%の映像縮小修正し映像呈示した場合の得点は、無視部分が多い100%の映像呈示時の得点より約2倍ほど得点が改善した。他の2名については100%,80%ともすべて満点であった。所要時間は平均150秒/1枚であった。このように、静的条件下においても映像修正し患者に呈示することにより視覚情報の改善が認められ、本研究の臨床応用への可能性を本年度は見いだした。今後の問題として、本年度は静的条件下での映像信号であるにもかかわらず出力に時間的遅延が起こり、現状のハード、ソフトを修正しながら、歩行など動的条件下での映像信号をどの程度遅延させずに出力させるかが重要な課題となった。平成12年度はこの課題を踏まえ3次元的視覚評価の施行および歩行など動的条件下での実験を行い3次元的視覚検査・訓練ソフトプログラム開発のための基礎研究を実施する。【平成12年度研究報告】本年度はまず、平成11年度の問題点であった小型3CCDカメラからの映像信号をコンピュータで映像修正しHMD(キャノンGT270)に映像出力時の時間的遅延の解決を目指した。技術改善の結果、以前の時間的遅延は100msecであったものが33msecに向上させた。新システムにより線分抹消試験を再度実施した。なお、縮小率は100%、90%,80%,70%の4条件に増やして試行した。結果として、脳卒中患者は6名実施しこのうち4名において、80%もしくは90%の映像縮小修正し映像呈示した場合の得点は、無視部分が多い100%の映像呈示時の得点より有意に得点が改善した。また、70%の縮小率では逆に得点がのびず、被験者側の意見として「小さすぎて見づらい」ということがあげられ、縮小率の限界点の存在が示唆された。他の2名については4条件ともすべて満点であった。さらに映像出力遅延の改善技術により脳卒中片麻痺被験者3名に対し3メートル歩行をHMD使用・不使用の2条件下において、身体正中より左側に1メートル間隔で障害物を接地し歩行分析を実施した。結果は被験者3名とも左の障害物認知の改善が認められた。しかしながら、歩行のような動的条件下では、映像の遅延をより改善しない限り「バーチャル酔い」などが起こる危険が伴うため、本システムは現時点では実用的なレベルに達していないと考える。
進化分子工学を用いたリン酸化プルランでの新たな骨移植術の開発

本研究の目的は、リン酸化プルランのシート状の成形、シート状のリン酸化プルランの骨再生領域における有用性の証明、リン酸化プルランへのヒアルロン酸の添付による骨修復能促進効果の検討である。本年度の予定していた実験としては、リン酸化プルランの新しい成形法の確立とヒアルロン酸の添加を行うことが中心であった。シート状のリン酸化プルランの成形については、プロトコール通りの方法でシート状の成形が成功しており、安定した成形が可能になりつつある。シート状のリン酸化プルランの使用が可能となってきたため、次のステップとしてヒアルロン酸の添加の実験を開始している。現状で最適な濃度などは結論が出ておらず来年度以降引き続き検討を行う予定である。次のステップとして動物実験の準備も進めている。動物モデルとして当初はラットの頭蓋冠の骨欠損モデルでの実験を予定していた。このモデルはシート形状の素材の移植実験には適した動物欠損モデルであるが、実臨床での有用性を検討するという点では、頭蓋冠の再生を必要とする病態はまれである事が問題である。より実臨床に近い形の骨再生実験も必要と考えたため、腰椎の後側方固定術モデルでの実験も並行して行う予定とした。現在この2つの動物モデルで、予備実験としてリン酸化プルランシート単体での骨修復の経過を観察している。予備実験の段階ではあるが、比較的良好な骨修復が得られており、来年度は細胞や骨誘導性タンパクを添加し、骨修復力の定量化や比較検討を行う予定としている。ヒアルロン酸添加実験に関しては、最適濃度の検討が十分に行えていないが、動物モデルの作成についてはやや先行し開始できている。全体的には概ね順調に進展していると考える。次年度の計画として、ヒアルロン酸の添加を行う事で細胞や局所の骨修復にいかなる影響を及ぼすか検討することを中心に考えている。期間の前半で最適なヒアルロン酸濃度に関するデータが揃うと思われる。数種類の濃度のリン酸化プルランシートを作成し、in vitroでの細胞に対する影響の検討を行う。また、その結果を踏まえ、実際の動物モデルでの骨修復に対する有用性の検討を行う予定である。ヒアルロン酸を添加したリン酸化プルランシートの実験に先行し、ヒアルロン酸の添加なしのリン酸化プルランシートでの動物実験を進め、比較対象としてのデータも十分収集する予定である。予備実験の段階ではあるが骨誘導性のタンパクであるBMPをプルランシートに添付することで、骨修復能の向上が得られていた。骨髄幹細胞などの細胞の添付の実験も予定通り行うが、BMPなどの骨誘導性タンパクの添加を行う実験も併せて行う予定である。本年度の支出額が予定より少なかった理由として、試薬などの消耗品の費用が予想よりも少なかった点とヒアルロン酸濃度の測定など外注検査が必要となる実験が次年度に持ち越されていることが挙げられる。

特に外注検査は比較的高額であり、頻回な検査は難しいため、十分な検討を行った後に施行予定とした。そのためこれらの予算は次年度に必要となる予算であり、次年度使用額として計上している。
極限並列性を指向した多値剰余数演算集積回路の試作とその総合的評価に関する研究

積和演算や行列演算などの算術演算を高速に実行するVLSIチップ開発は、画像処理やディジタル制御の高性能化の要求に伴って、益々重要となっている。剰余数系は、加算・乗算などの整数演算が互いに素なモジュラスで定義される剰余桁ごとに独立に行えるという並列性を有し、この利点を活かした特長あるVLSI向きの演算回路構成が望まれていた。本研究では、剰余桁が多値符号に直接対応していることに着目し、モジュロ演算のための高並列ハ-ドウェアアルゴリズムを考案することにより極限的並列性を追求した高性能演算回路をきわめて少ないチップ占有面積で実現できることを、レイアウトおよびシミュレ-ションにより明らかにすることができた。すなわち、この多値剰余数演算回路は、本研究者の考案による双方向電流モ-ドCMOSを用いて、線形加算が単なる結線により実現できるため、2値素子による構成と比較してはるかに高性能化が達成できる。3入力積和演算(ax+by+cz)結果が語長に無関係にわずか1段の全加算器とデコ-ダを通して出力され、2μCMOSデザインル-ルにおける演算時間は10nsec程度と、高速2進演算方式と比較して5倍以上の高速化が達成される。また、このときのチップサイズは約1/10となる。さらに、この積和演算回路の原理的動作と性能を確認するため、10μCMOSデザインル-ルによる集積回路の試作を行った。この結果、ほぼ設計どおりの直流特性と3入力積和演算が約270nsecの応答時間で動作することが確認できた。これは、電源電圧一定のときのスケ-リング則に従えば2μデザインル-ルのときの速度は約10nsecと25倍速くなることを示している。以上により、提案した剰余数多値演算回路はVLSIチップ内の大規模演算回路としてロボット実時間制御などへ有用となることを明らかにすることができた。積和演算を高速に実行するVLSIチップ開発は、画像処理やディジタル制御の高性能化の要求に伴って、益々重要となっている。剰余数系は、加算・乗算が各モジュラスごとに独立に行えるという特長を有し、この利点を最大限発揮したVLSI向き演算回路の構成が実用化の最大の鍵とされている。本研究では、剰余数系の各桁が多値符号に直接対応していることに着目し、モジュロ演算のための高並列ハ-ドウェアアルゴリズムを考案することにより、剰余数系の並列性を徹底的に活かした演算回路を極めてコンパクトに構成できることを、CADによるレイアウトおよび電子回路解析プログラムを用いたシミュレ-ションにより明らかにすることができた。すなわち、本多値剰余数演算回路は、本研究者の提案による双方向電流モ-ドCMOSを用いて、線形加算が単なる結線により実現できるので、2値素子による構成と比較してはるかに高性能化が達成できる。3入力積和演算(ax+by+cz)が語長に無関係にわずか1段の全加算器とデコ-ダを通して実行され、2μCMOSデザインル-ルにおける性能は10nsec程度の演算時間となる。また、このときのチップサイズは通常の2進数演算方式によるものと比較して約1/10となることが明らかとなった。今後は、実際のチップ試作による性能の実証と、ロボット制御用プロセッサなどへの応用を推進していき、実用化上の利点を総合的に評価していく予定である。

剰余数系は、加算・乗算などの整数演算が互いに素なモジュラスで定義される剰余桁ごとに独立に行えるという並列性を育し、この利点を活かした特長あるVLSI向きの演算回路構成が望まれていた。本研究では、剰余桁が多値符号に直接対応していることに着目し、モジュロ演算のための高並列ハ-ドウェアアルゴリズムを考案することにより極限的並列性を追求した高性能演算回路をきわめて少ないチップ占有面積で実現できることを、レイアウトおよびシミュレ-ションにより明らかにすることができた。すなわち、この多値剰余数演算回路は、本研究者の考案による双方向電流モ-ドCMOSを用いて、線形加算が単なる結線により実現できるため、2値素子による構成と比較してはるかに高性能化が達成できる。3人力積和演算(ax+by+cz)結果が語長に無関係にわずか1段の全加算器とデコ-ダを通して出力され、2μCMOSデザインル-ルにおける演算時間は10nsec程度と、高速2進演算方式と比較して5倍以上の高速化が達成される。また、このときのチップサイズは約1/10となる。さらに、この積和演算回路の原理的動作と性能を確認するため、10μCMOSデザインル-ルによる集積回路の試作を行った。この結果、ほぼ設計どおりの直流特性と3入力積和演算が約270nsecの応答時間で動作することが確認できた。これは、電源電圧一定のときのスケ-リング則に従えば2μデザインル-ルのときの速度は約10nsecと25倍速くなること示している。以上により、提案した剰余数多値演算回路はVLSIチップ内の大規模演算回路としてロボット実時間制御などへ有用となることを明らかにすることができた。
磁性及び抵抗スイッチング機能を同時付与した酸化物薄膜の創成

スマートフォンやタブレットなどの小型電子デバイスの普及、家電の電子制御・常時ネットワーク接続化、自動車の自動運転化・コネクティッド化など多様なモノの電子化に伴って、様々な応用用途に合わせた半導体の開発が求められている。中でも、情報を(一時)記憶するメモリ素子は省電力化・高速化・微細化を同時に求められている。従来型メモリの改良では性能に限界があることから、全く新しい原理のメモリが必要となる。このような背景から、本研究では従来型メモリと同等の性能を保ちつつ、微細化と省電力化については従来型メモリを上回る、新原理メモリの開発を進めてきた。本研究では当初、酸化物材料中のイオン移動を活用して多値メモリを開発することを目標としていたが、室温での動作に難があるため初年度に方針を転換した。新しい方針では、全個体Liイオン電池の原理と構成を活用しつつ、電池の充電容量を極端に小さくすることで、少ない消費エネルギーで電圧値を記録することができるメモリの開発を目指してきた。初年度に新方針のもとで動作を確認し、2年目にはその動作原理を解明した。最終年度にあたる本年度は、実用化に向けて微細化の実現可能性を検証した。電子線リソグラフィーにより、50μmの線幅で電極を作製し、その上に直径0.5 mmの円形電解質と電極を成膜することで、実際の動作面積としては12500平方μmの微細なデバイスを作製した。このメモリデバイスについて動作検証を行ったところ、メモリとして動作することが判明した。以上より、本研究において開発してきた新原理メモリは、リソグラフィー等の既存技術により微細化が可能であることを示すことができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。小型電子端末の高機能化・省電力化に伴い、メモリ素子にはより高密度な記録、消費電力低減のために、多値化・不揮発化が強く求められている。この要請を受けて本研究では、酸化物薄膜中の酸素イオンを電圧によって駆動し、導電性や磁性の不揮発スイッチング機能を付与することを目的としていた。実際にZnO単結晶に局所領域で電圧を印加するなどの実験を行ったが、絶縁破壊を起こしメモリ動作が難しい状況であった。そこで、本研究ではイオン伝導性の高いLiイオンを含有する材料に対象を変更し、複合機能メモリの開発を行うこととした。本年度は、Liイオンの特性を利用し、デバイスが自発的に持つ電圧をスイッチングする画期的なメモリデバイスの開発・動作検証に成功した。Liイオンの電解質を異種の金属で挟むと、金属電極間に自発的に電圧が発生する。その電圧は、Liイオン電池と同様に、デバイスに電荷を出し入れすることで不揮発に制御できることからメモリへと応用が可能である。実際に、Li/Li3PO4/Auの縦型積層デバイスを作製してその動作を検証した。デバイスに対して0.18 Vを印加した後に開回路電圧(OCV)を測定すると、0.3 Vを保持した(低電圧状態)。一方で、デバイスに2 Vを印加した後にOCV測定を行うと、デバイスは0.7 Vを保持した(高電圧状態)。このことから、デバイスは電圧印加によって高電圧状態と低電圧状態の間でスイッチングできることが確認された。必要とされる電荷量は、DRAM等既存の低電荷メモリデバイスと比較しても小さいことから、低消費電力と高速動作を両立できると考えられる。更に、交流インピーダンス測定を行ったところ、デバイスに対する電圧の印加により抵抗値もスイッチングしていることが示された。これらのことから、本年度の研究成果により将来性の高い高性能・複合機能メモリデバイス開発の端緒を掴んだと言える。本研究では、酸化物薄膜中の酸素イオンを電圧によって駆動し、局所的に酸素過剰状態・酸素欠乏状態を作り出すことで、導電性や磁性の不揮発スイッチング機能を付与することを目的としていた。この目的のもと、ZnO単結晶に対して原子間力顕微鏡(AFM)関連手法を用いて電圧を印加し、更に磁気力顕微鏡や導電性AFMなどにより電圧印加部を含む領域での磁性・導電性の測定を試みた。しかしながら、電圧の印加により可逆的な物性のスイッチングを起こすことができず、電圧を徐々に上昇させていくと物性の変化が起きる前に構造が大きく変化し、絶縁破壊を起こしてしまった。酸化物は一般に酸素イオンの伝導率が低く、イオン伝導には高温や高電圧が要求される。その一方で、酸素イオンが動きやすい条件下では相変態等の構造変化も起きやすく、不可逆的な変化を引き起こしてしまう可能性も高い。このような背景を鑑み、本研究ではイオン伝導性の高いLiイオンを含有する材料に対象を変更し、複合機能メモリデバイスの開発を行うこととした。予期せず研究対象材料の変更を余儀なくされたが、本年度の研究によりLiイオンダイナミクスを活用した新規メモリデバイスの動作検証に成功しており、当初予定に相当する結果は得られたと考えている。スマートフォンを始めとする小型で高性能なデバイスの普及や、各種家電の電子制御化にともなって、半導体デバイスにも変革が求められている。特に、計算処理の一時記憶を行うメモリ素子は高速化・微細化・省電力化を同時に求められていることから、全く新しい革新的新型メモリの開発が強く望まれている。このような背景から、本研究では従来の性能を保ちつつ微細化・高機能化を実現する新型メモリの開発を行っている。

当初は酸化物材料中のイオン移動を活用して様々な物性を制御することにより、多値のメモリを実現することを想定していたが、室温における動作に難があることから、昨年度に方針を転換した。新しい方針のもと、室温でも動作しやすいLiイオンを活用して、昨年度中に素子自身の電圧を電圧印加により制御できる新型メモリの動作検証に成功している。このメモリは全固体Liイオン電池に着想を得たものであるが、電池のような素子電圧変化を極めて小さな電荷量により実現しており、従来型メモリと同程度の高速性を保ちながら、微細化と省電力化、多値化を実現できる。Liイオン電池はLiを電極中に蓄えたり放出したりすることにより、素子の電圧を変化させているが、本研究で開発した素子は電極と電解質との界面にのみLiを蓄積することで、極めて小さな電荷量で電圧の変化を実現していると考えられるが、その詳細なメカニズムを明らかにできていなかった。そこで、界面におけるLiのふるまいを明らかにするために、固体中に埋もれた界面における軽元素の分布を検出できる手法としてラザフォード後方散乱と核反応分析法を組み合わせた手法、及び中性子反射率測定に着目し、素子中界面近傍におけるLi分布を解明した。界面から数nm離れた位置でのLi分布はバルクと等しかったことから、界面におけるLi分布を適切に制御することにより、メモリ特性の更なる向上を目指せることが示された。当初は酸化物薄膜をベースとしたメモリ素子を開発する予定であった。しかしながら、開発にあたって問題を生じたことから、方針を大きく転換してLiイオン電池をベースとするメモリ素子を開発している。昨年度には、Liイオン電池に着想を得つつも、極めて小さな電荷量で動作するよう工夫を施すことにより、新型メモリとして十分な性能を有するメモリ素子の動作検証に成功した。当初予定では、この初年度に新型メモリの動作検証を完了させる予定であったことから、方針の転換はあったものの、昨年度は順調に進展していた。当初の予定では、本年度はメモリの動作原理を解明するために、走査トンネル顕微鏡やその関連技術、透過型電子顕微鏡法などを駆使した材料のメモリ動作下その場解析を行う予定であった。しかしながら、方針を転換したことによりこれらの分析手法が本研究で開発しているメモリ素子には適さなくなった。そこで、本年度はメモリの動作原理を解明するという目的は維持しつつも、素子に合わせた分析手法を取ることとした。本研究で開発しているメモリ素子は金属/固体電解質/金属という構成であることから、固体の内部に埋もれた界面における、Liという軽元素の分布を測定することが必要となる。固体内部を非破壊で軽元素の組成を検出する手法は極めて限られている。このような制約の中、本研究では大型放射光施設などと連携し、ラザフォード後方散乱法と核反応分析法を組み合わせた手法及び中性子反射率測定を、メモリ動作下で測定することにより、全固体素子内部の界面近傍におけるLi分布を解明することに成功した。これによって、金属と固体電解質との界面におけるLiの析出あるいはnmスケールの合金形成がメモリ動作の期限であることを突き止めた。このように、方針の転換こそあったものの、当初の予定通りメモリ動作原理の解明に成功していることから、概ね順調に進展しているといえる。
インテグリン結合RGD配列の近傍切断によるシグナル増強と歯髄組織創傷治癒誘導

本研究は、硬組織細胞外基質に存在するインテグリン結合配列RGD motifを持つタンパク質が、骨においてはリモデリングにより、歯牙においてはう蝕や酸蝕による脱灰により溶出し、歯髄、象牙芽、骨芽細胞膜状のインテグリン受容体を刺激し、細胞接着、増殖、遊走、分化等を誘導することで組織の創傷治癒・再生に寄与している可能性を検討することである。我々は、歯髄・象牙質細胞外基質タンパクであるDPPが、そのRGD motif近傍で切断を受けると、細胞刺激活性が大きく上昇することを見出した。さらにADAMsやCathepsin群に属するプロテアーゼがin vitroにおいてDPPを切断することを見出した。象牙質や骨といった硬組織細胞外基質には、インテグリン結合配列RGD motif (アルギニン-グリシン-アスパラギン酸: Arg-Gly-Asp)を持つタンパク質が存在し、歯髄、象牙芽、骨芽細胞膜上のインテグリン受容体を介し、細胞接着、増殖、遊走、分化等を誘導し、組織の創傷治癒・再生に寄与している。これまでの研究から、我々は歯髄・象牙質細胞外基質タンパクであるDentin phosphophoryn (DPP)が、そのRGD motif近傍で切断を受けると、DPPによる細胞刺激活性が大きく上昇することを見出した。そこで本研究の本年度計画では、1.この切断を担うプロテアーゼの同定、2.同定したプロテアーゼがDPP以外の細胞外基質中のRGD motif近傍を切断し得るかを明らかにすることを目的としていた。1.切断を担うプロテアーゼの同定まずペプチドデーターベースMEROPSによる候補プロテアーゼの探索を行った。先行研究においてDPPのRGDはその3`側に存在するAla-Ser bondによりインテグリン受容体活性化能が抑制されていることが明らかとなっていたため、Ala-Ser bondの切断が過去に報告されたことがあるプロテアーゼを探索した。MEROPSによる検索で約70種類の候補プロテアーゼが同定された。その中で、歯髄組織などの結合組織に存在が報告されているプロテアーゼに着目すると、ADAMs (a disintegrin and metalloprotease)に属するADAM-8, 9, 10, 19が候補として同定された。これらプロテアーゼがDPPのAla-Ser bondを切断しうるかを検討するためには活性を持つ組み換えタンパク質が必要であるため、DPPに用いた組み換えタンパク質作製と同様の方法でこれらADAMsタンパク質を、哺乳類細胞を用いて作製することとした。現在、ADAMs組み換えタンパク質作製のための発現ベクター並びに組み換えタンパク質発現細胞への遺伝子導入を行い、組み換えタンパク質発現細胞上清より組み換えタンパク質の精製を行っている。本研究は、象牙質や骨といった硬組織細胞外基質に多く存在するインテグリン結合配列RGD motif (アルギニン-グリシン-アスパラギン酸: Arg-Gly-Asp)を持つタンパク質が、骨においてはリモデリングにより、歯牙においてはう蝕や酸蝕による脱灰により溶出し、歯髄、象牙芽、骨芽細胞膜上のインテグリン受容体を刺激し、細胞接着、増殖、遊走、分化等を誘導することで組織の創傷治癒・再生に寄与している可能性を検討することである。我々は、歯髄・象牙質細胞外基質タンパクであるDentin phosphophoryn (DPP)が、そのRGD motif近傍で切断を受けると、DPPによる細胞刺激活性が大きく上昇することを見出した。そこで本研究では、切断を担うプロテアーゼの同定し、同定したプロテアーゼがDPPのみならず種々の細胞外基質中のRGD motif近傍を切断し活性化するか、それら細胞外基質の細胞刺激活性を増強し得るかを明らかにすることで、新規に同定されたプロテアーゼを、歯冠破折後の歯髄組織創傷治癒誘導や将来的な歯髄組織再生療法に応用し得るかを検討することを目的としている。ペプチドデータベースであるMEROPSにてDPPの切断活性部位であるAla-Ser bondを含む近似ペプチド配列を切断することが報告されているプロテアーゼを検索すると、ADAMs familyに属するプロテアーゼ群とCathepsin L, B, SなどのCathepsin群が見出された。これらプロテアーゼで組み換えDPPタンパク質を切断すると、DPP切断活性を持つものが見られた。しかしながらCathepsin群による切断において、分解後のDPPタンパクをStains-allで検討すると、バンドが複数見られたことからAla-Ser bondに留まらず、複数のサイトで切断していることが示唆された。歯髄組織においていくつかのCathepsinが発現していることがすでに報告されているが、実際の歯髄組織内でCathepsinによるDPP切断が、その活性出現に寄与しているかは今後の検討課題である。DPPを用いてRGD motif近傍切断プロテアーゼの同定とそれに続く同定したプロテアーゼの組み換えタンパク質作製と活性測定までの平成26年度の達成目標としていた。

候補プロテアーゼの同定には至ったが、現在これらプロテアーゼの組み換えタンパク質を作製している段階であり、同定プロテアーゼの活性測定に到達できていないため。歯学哺乳類細胞組み換えタンパク質作製システムを用いて組み換えプロテアーゼを作製する。続いて、現在すでに実験に供している組み換えDPPタンパクと反応させ、DPP切断の有無をSDS-PAGEにより解析する。新規に同定したプロテアーゼがDPP以外の細胞外基質タンパク質中のRGD motif近傍を切断し得るかを、歯髄に高発現するDMP-1, BSP, OPN及びRGD motif依存性のインテグリンシグナルが広く研究されているFibronectinとVitronectinタンパク質を用いて検討する。DMP-1及びBSP組み換えタンパク質は、この研究計画で用いるDPP(すでにこれまでの研究で作製済み)や新規同定プロテアーゼと同様に293EBNAcell/Pceppur vectorで作製する。これらタンパク質を新規プロテアーゼと反応させ、その開裂の有無・程度をSDS-PAGE上でクマシーブルーまたはステインズオール染色で検討する。次に、新規同定プロテアーゼが歯髄細胞の接着、増殖、分化、遊走に及ぼす影響の検討を行う。将来的な臨床応用を想定し、この同定プロテアーゼ投与が歯髄細胞に与える影響を検討する。歯髄細胞はこれまで当研究室で樹立した複数の細胞ラインを使用する。これら細胞活性に与える影響をプロテアーゼ投与有無で比較する。最後に、ラットの上顎第一及び第二臼歯に実験的露髄面を作製し直接覆髄材としての効果の検討を行う。平成26年度に完了する予定であった研究計画2が平成27年度に継続となったため。本年度は使用予定額の大半を組み換えタンパク質作製に関わる費用等、分子生物学試薬の購入に充てる予定である。
極早期段階の動脈硬化診断のための内皮反応性の高感度計測に関する研究

本研究では,内皮由来血管弛緩反応に伴って中膜が柔らかくなる現象を,超音波を用いて皮膚から直接計測するための高精度計測法を新たに開発し,内皮の障害も含め,動脈硬化症の無徴候性段階での検出も含めた動脈硬化症の極早期診断法の確立を目指している.1.1拍内での血管壁の『応力-歪みヒステリシス特性』の評価を可能とする手法とシステムの開発を行った.(1)前年度に開発した連続計測システムを用いて,右腕の血管壁の1拍中での数μmという僅かな厚み変化を80秒間計測した.同時に左腕の同じ位置で連続計測する血圧波形から,血管壁の1拍での『応力-歪み特性』を算出し,そのヒステリシス特性から動脈壁の弾性特性・粘性特性を評価した.(2)in vivo計測を実施し,駆血解除後の血管反応性に伴い,血管壁(平滑筋からなる内膜・中膜領域)での弾性値・粘性値が,60秒間連続計測できる計測システムを構築した.2.ヒトの生理的刺激に対する血管内皮機能を評価した.上記のシステムを健常者に適用して血管反応性を評価したところ,血管駆血前の応力-歪みヒステリシス特性に対し,駆血解除直後においてヒステリシスが太くなって粘性が増加し,同時にヒステリシスの傾きが減少して弾性値も減少する現象,その約60秒後には,もとの駆血前の状態に戻る様子が観察された.これは生理学的にも説明ができる結果であり,これらの現象を非侵襲的に世界で初めて計測可能とした成果には大きな意義がある.3.駆血をせずに血管内皮機能を評価するための方法の新たな開発をするため,自転車漕ぎによって血流を増加させたときの血管壁での内皮由来血管弛緩反応が検出できるかを調べたが,計測対象の微小な厚み変化に比べ,手の動きが大きく,これらの計測の精度を上げることは今後の課題である.血管壁内側の内皮細胞は,容易に障害を受け,傷付いた部分から動脈硬化が進行する.その内皮は,血流によるずり応力により一酸化窒素(NO)を産生するが,NOは血管中膜の平滑筋に作用し,血管を弛緩・拡張させる(内皮由来血管弛緩反応).本研究では,この反応に伴って中膜が柔らかくなる現象を,超音波を用いて皮膚から計測する方法を新たに開発し,内皮の障害の程度を非常に敏感に診断することの可能性を示し,動脈硬化症の早期診断法として確立することを目指している.本年度は,空間分解能を向上させて上腕動脈の壁を,さらに内膜・中膜・外膜領域の3層に分け,内膜中膜領域の硬さの高精度連続計測を可能にするための検討を行った.実際のデータでは,内腔・内膜境界と中膜・外膜境界からは,大きな反射波が戻っている.一方,平滑筋が占める内膜中膜領域内部からの反射波の振幅は小さい.そこで,この反射波形を,モデルと整合させることによって,内腔・内膜境界と中膜・外膜境界を検出し,その間にある内膜中膜領域(厚さ約0.3mm)を厳密に定義するための方法を新たに開発した.これにより,平滑筋領域で1拍中に生じる僅かな厚み変化(約数μm)を高精度に計測することに成功した.この0.3mmは,通常の10MHzの超音波エコー装置の波連長程度であるため,安定な計測には,波連長を1波(0.15mm)程度に短くし,さらに,直交検波波形ではなく,RF波形をA/D変換する必要があり,そのため,標本化周波数66MHzの長時間高速A/D変換器を接続し,かつ波連長制御ソフトウェアの改造も行っている.こうして高精度に得られた,内膜中膜領域での1拍内の厚み変化の最大値と,血圧を基に,内膜中膜領域の硬さ(円周方向弾性率)を算出することが可能となった.これは今までにはない優れた成果と言える.本研究では,内皮由来血管弛緩反応に伴って中膜が柔らかくなる現象を,超音波を用いて皮膚から直接計測するための高精度計測法を新たに開発し,内皮の障害も含め,動脈硬化症の無徴候性段階での検出も含めた動脈硬化症の極早期診断法の確立を目指している.1.1拍内での血管壁の『応力-歪みヒステリシス特性』の評価を可能とする手法とシステムの開発を行った.(1)前年度に開発した連続計測システムを用いて,右腕の血管壁の1拍中での数μmという僅かな厚み変化を80秒間計測した.同時に左腕の同じ位置で連続計測する血圧波形から,血管壁の1拍での『応力-歪み特性』を算出し,そのヒステリシス特性から動脈壁の弾性特性・粘性特性を評価した.(2)in vivo計測を実施し,駆血解除後の血管反応性に伴い,血管壁(平滑筋からなる内膜・中膜領域)での弾性値・粘性値が,60秒間連続計測できる計測システムを構築した.2.ヒトの生理的刺激に対する血管内皮機能を評価した.上記のシステムを健常者に適用して血管反応性を評価したところ,血管駆血前の応力-歪みヒステリシス特性に対し,駆血解除直後においてヒステリシスが太くなって粘性が増加し,同時にヒステリシスの傾きが減少して弾性値も減少する現象,その約60秒後には,もとの駆血前の状態に戻る様子が観察された.これは生理学的にも説明ができる結果であり,これらの現象を非侵襲的に世界で初めて計測可能とした成果には大きな意義がある.

3.駆血をせずに血管内皮機能を評価するための方法の新たな開発をするため,自転車漕ぎによって血流を増加させたときの血管壁での内皮由来血管弛緩反応が検出できるかを調べたが,計測対象の微小な厚み変化に比べ,手の動きが大きく,これらの計測の精度を上げることは今後の課題である.