hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相同モデル化理論を応用した歯列石膏模型のデータ化による個人識別法の開発

3.については、採用可能と考えられる手法に光学印象、3Dカメラ、印象採得による模型作製、CT撮影などが挙げられ、今年度は口腔内スキャナーによる光学印象によるSTLデータの取得とCTデータの利用について検討を行った。前者については簡便で携帯性に優れるため、死後資料の採取には最適の手法であると想像される。しかし、歯槽部と口蓋を含む広範囲の印象採得には時間を要し、空間的な位置を把握するためのランドマークが設定困難であることもあり、使用には熟練が必要であった。短時間に大量のデータ取得が必要な大規模災害時での使用については現状のスペックでは難しいと考えられた。後者のCTデータについては、そもそも大規模災害に向かないが、開口不可でも適用可能であり、小規模災害での使用については十分に検討の余地があり、金属アーチファクトにより歯冠形態の把握が困難なものの、身元特定につながる特徴の検出能は高いと考えられた。相同モデルを用いた識別能の検討も引き続き行っており、識別に有効な種々の項目(形態的な差)を検討し、得られた結果は関連学会で発表を行い、論文作成に着手している。進捗状況としては各年度の予定を上回っており、研究結果についても満足の得られるものとなっている。識別に際しての種々の項目を検討した結果、新たな知見も得られており、達成度しては予定より進んでいると判断した。平成29年度の当初予定としては、1.上顎歯列石膏模型の相同モデルによる識別能の検討、2.石膏模型を3次元表示するためのフォーマットであるSTLデータの取得、3.主成分分析以外の解析方法による識別能の検討、であった。1.主成分分析による寄与率の高い第1主成分と第2主成分での累積寄与率は32.8%であった。第1,2主成分の主成分得点において、平均値からプラスマイナス3SDで相同モデルを形態変化させ観察したところ、第1主成分は歯列弓の大きさ、第2主成分は口蓋の深さを最もよく表現する因子と解釈された。2.口腔内スキャナー利用の可能性も引き続き検討したが、ペンタイプのスキャナーの場合は歯列に特化していることから、相同モデル化の範囲を歯列弓のみに限定することとなり、相同モデル作成手法のうち、テンプレートの作成、フィッティングから再検討することが必要となり、研究機関内での遂行は困難と思われた。ただし、技工用スキャナー、工業用スキャナーでのSTLデータ作成は非常に容易であり、副次的なものではあるが、色彩データの取得は視覚的評価に有用で身元確認への応用は十分に期待できるものであった。次に歯科用コーンビームCTによるSTLデータ作成については、機器的に電流/電圧不足が懸念されたが、一般的な石膏模型であれば、データ取得には問題なく、かつ付属の画像処理用ソフトウェアから直接、STLデータを出力できるものもあり、汎用性は非常に高まるものと期待できる。3.本研究では主成分分析を使用しているが、他の分析法として、因子分析による解析を検討した。非常に混同されやすい2つの解析法であるが、計算後に形態類似性を検討し、マッチングに利用するという本研究の趣旨には、抽出した形態的特徴の変異傾向を画像により視覚的に表現することで、直観的に把握・理解できる点において、主成分分析の優位性が確認できた。研究申請時点での目的である、1.相同モデル化に適したCT撮影条件の確立、2.相同モデル化時の至適ポリゴン数の決定、3.照合用データとして最適な取得方法の決定、4.個人識別に相同モデル化手法を用いた際の問題点の抽出と解決法の提案、については種々の条件・仮定があるものの、明らかにすることができ、「相同モデル理論を応用した歯列石膏模型による個人識別法の開発」として論文発表を行っていることからも、順調に研究が進んでいると判断できる。
Rapl GAP相同性を有しリンパ造血系に特異的に発現する核内蛋白の解析

リンパ球の増殖制御機構を解析する目的で、IL2により可逆的増殖反応を示すリンパ球株を用い、その休止期(G0)と増殖サイクル期でのdifferential hybridizationにより、後者に選択的に発現されるcDNA(Spa-1)をクローニングした。Spa-1cDNAは、3.518bpより成り、同mRNAは静止期リンパ球には殆ど発現されないが、増殖刺激によって細胞周期に入るとそのS期に対応して発現誘導されてくる。Spa-1cDNAは693個のアミノ酸をコードしうるORFを有し、そのN末部(190アミノ酸:SpanN)は、ヒトRap1GAPと高い相同性を示した。Spa-1融合蛋白に対するモノクローナル抗体を作製して解析した結果、Spa-1は、68kDaの蛋白で専ら核内に存在することが判明した。さらに、GST-SpanNを用いてGAP活性を検討した結果、Rap1/Rsr1とRanに対する選択的GAP活性を示し、Ras、Rhoに対しては無効果であった。現在核内に局在することが知られている唯一の低分子G蛋白はRanであり、Spa-1が核内蛋白であることと合わせ、細胞内でRanGAPとして機能しうる蛋白であることが強く示唆された。Ranは同じく核内蛋白であるRCC-1と強く会合し、細胞周期の進行に必須の機能を果たしていることが明らかとなっている。従って、RanGAP活性が認められたSpa-1についても、Ran/RCC-1系との相互作用による細胞周期調節への関与が考えられる。この点を検討するために、NIH/3T3にSpa-1cDNA導入したstable transfectant(NIH/Spa-1)を作製した。NIH/Spa-1は、5%血清加通常培地中では正常な増殖を示したが、一旦confluentになると急速に死滅する傾向を示した。さらに、血清飢餓状態でG1期に一旦停止させた後に、20%血清を加え同調的に細胞周期に入れると、正常のNIH/3T3はS期-G2/M期へと進行するのに比し。NIH/Spa-1はS期途中で急速な細胞死を示した。形態学的にこれは、いわゆるmitotic catastrophes(分裂破綻)のそれに酷似していた。この結果は、Spa-1の異常発現によって確かに細胞周期の異常がもたらされることを示している。以上の結果から、Spa-1は核内GAPとして、Ran/RCC-1系に相互作用することにより、細胞周期調節に関与している可能性が強く示唆された。1.SPA-1蛋白を認識するモノクロナール抗体の作製と細胞内SPA-1蛋白の同定Spa-1ORFのうちN末側190アミノ酸よりなるRap1GAP(GAP3)相同ドメイン(SpanN)、およびORFのC末側150アミノ酸をコードする領域(SpanC)の誘導蛋白を大腸菌で作製し、これを免疫原と3種のモノクロナール抗体(抗SpanN抗体:F-6、抗SpanC抗体:H-1,H-10)を作製した。これらの抗体用いたウェスタン

ブロット解析及び免疫蛍光法にて、SPA-1は分子量68kDの核内蛋白であることが明かとなった。Spa-1cDNAは、328アミノ酸をコードするORFの15bp後方に2つのstopコドンをはさみ380アミノ酸をコードしうるreading frame(RF)が(+1)shiftして存在する(この間の塩基配列に間違いがないことは,2種のcDNA libraryからrecloningしたSpa-1cDNA、RT-PCRの産物およびSpa-1 genomeの解析から確認したが、上記の実験結果は、この2番目のRFがORF続く形で翻訳されている可能性が示唆した。そこで、5'UTを削ったSpa-1遺伝子を大腸菌にて発現させたところ、約85kDaと55kDaの2種のバンドが確認された。また、in vitro transcription/translation実験からも2番目のRFが2つのstop codonをホップして翻訳されていること(translational hopping)を確認した。translational hoppingはこれまでにT4ファージのGene60においてのみ報告されており、哺乳類においては類を見ない。現在、さらにこのhoppingを証明するために、得られたレコンビナントSPA-1の全アミノ酸配列の決定を行っている3.細胞増殖調節におけるSPA-1蛋白の役割SPA-1蛋白を恒常的の発現したNIH/3T3細胞(NIH/SPA-1)(正常NIH/3T3細胞に比べ、約1020倍量のSPA-1を発現している)を樹立し、その細胞増殖について解析を行った。その結果、NIH/SPA-1細胞は48時間0.5%CS存在下での培養によりG1-arrestに陥らせた後、血清で再刺激を行ったところ、顕著な増殖阻害が観察された。鏡検を行うと大部分の細胞が死滅しているのが観察された。現在、SPA-1がどのようにこの細胞死を誘導しているか解析を行っている。SpanN-GST融合蛋白に、Rap-1(Rsr-1)および核内低分子量G蛋白であるRanに対するGAP活性が認められた。しかし、RasおよびRhoに対するGAP活性は認められなかった。Ranはその調節蛋白の一つであるRCC-1とともに、細胞周期の調節に働いていることが明らかとなっている。現在、全長のレコンビナントSPA-1を用いたGAP活性の測定を行うとともに、Ran/RCC-1との相互作用について解析を進めている。リンパ球の増殖制御機構を解析する目的で、IL2により可逆的増殖反応を示すリンパ球株を用い、その休止期(G0)と増殖サイクル期でのdifferential hybridizationにより、後者に選択的に発現されるcDNA(Spa-1)をクローニングした。Spa-1cDNAは、3.518bpより成り、同mRNAは静止期リンパ球には殆ど発現されないが、増殖刺激によって細胞周期に入るとそのS期に対応して発現誘導されてくる。Spa-1cDNAは693個のアミノ酸をコードしうるORFを有し、そのN末部(190アミノ酸:SpanN)は、ヒトRap1GAPと高い相同性を示した。Spa-1融合蛋白に対するモノクローナル抗体を作製して解析した結果、Spa-1は、68kDaの蛋白で専ら核内に存在することが判明した。
血管疾患に対するGM1を標的とした新たな予防・治療法開発に向けた基盤研究

肥満が増加する中年層から高齢層にかけて生体内では炎症が増加し、動脈硬化を始めとする血管疾患の発症、進展に関わると考えられるが、詳しい分子メカニズムは不明である。29年度では、主要な炎症性サイトカインであるTNFαの作用に着目した研究を行い、炎症に伴う血管のインスリン抵抗性にGM1が関わることを明らかにした。30年度では、引き続きTNFαの作用に着目し、血管内皮細胞におけるGM1の機能的検証を行った。まず、内皮機能として、血管の透過性について検討した。大動脈血管内皮細胞または冠動脈血管内皮細胞を用いて透過性を検討した結果、TNFαによる透過性の亢進が、糖脂質の合成阻害剤により減弱することを見出した。透過性の亢進にGM1が関わっているかは不明である。また、透過性に関与するVE-cadherinの発現性については、TNFαおよび糖脂質合成阻害剤で表面発現量に違いはなかったが、膜表面での分布に違いが見られた。また、電子顕微鏡による細胞形態および細胞間の微細な観察を行った結果、少なくともTNFαや糖脂質合成阻害剤の処理で形態に変化がみられることがわかった。以上より、TNFαによる血管の透過性亢進には、GM1を含む糖脂質の発現が関係している可能性が考えられた。さらに、内皮機能として、内皮細胞の接着性について検討した。大動脈血管内皮細胞または冠動脈血管内皮細胞を用いて接着性を検討した結果、TNFαによるU937細胞の内皮への接着性の増加が、予想に反し糖脂質合成阻害剤で促進することを見出した。この促進には、ガングリオシドの一つの発現性が接着分子のICAM1の発現を制御することで関わっている可能性が考えられた。研究計画にある1血管の加齢や老化と関連するGM1の発現制御について、および2血管内皮細胞におけるGM1の機能的検証においては、研究実績の通り、炎症による発現制御とインスリン抵抗性に関して結果を得た。また、計画1にあるように、GM1の発現性に血管部位の特異性があるかに関しては、概要のように内皮の種類による違いが見出せた。内皮機能との関連については、30年度の実績に記載の通り、GM1を含むガングリオシドの関わりを見出した。しかしながら、研究計画の後半については進んでいないため、やや遅れていると思われる。期間内に研究目的を遂行させるため、今後は以下のような推進方策で研究を行う。研究計画に記載した、2血管内皮細胞におけるGM1の機能的検証においては、部位の異なる血管内皮細胞でのGM1の発現性と内皮機能について、昨年度明らかにした炎症との関連で研究をさらに行う。また、研究計画に記載した、血管の加齢や老化と関連するGM1の自己分泌的あるいは傍分泌的作用についての検討においては、加齢や老化、または炎症刺激を受けた血管内皮細胞から培養上清中の液性因子を調製し、由来部位の異なる血管内皮細胞に対する作用について検討していく。主にGM1と接着分子の発現や局在性に注目し、内皮機能との関連性を明らかにしていく。まず、加齢による糖鎖変化と細胞機能との関連について以下のような成果をあげた。心臓など血管をとりまく環境の維持に重要である線維芽細胞について、継代数の増加、すなわち試験管内の加齢に伴い、糖鎖構造の一員であるシアル酸の発現が低下することを見いだした。この低下には、シアル酸分解酵素であるシアリダーゼの関与が示唆された。こうしたシアル酸の低下により、組織修復などに関わる筋線維芽細胞への分化が抑制されることがわかった。さらに、このメカニズムとして、CD44上のシアル酸の低下がCD44の脂質ラフトへの移行を阻害し、分化が抑制されることを見いだした。すなわち、加齢により組織修復能が低下する一因として、シアル酸の低下に伴う線維芽細胞の活性化の低下が関わることを明らかにし、論文発表を行った。次に、血管におけるガングリオシドの発現について炎症との関連で研究を行い、以下のような成果をあげた。血管内における炎症の試験管内モデルを想定し、主要な炎症性サイトカインであるTNFαの作用に着目した。TNFαを低濃度で短期間処理すると、大動脈血管内皮細胞では、種々のガングリオシドの中でGM1が増加し、インスリン抵抗性に関わることがわかった。さらに長期間の処理では、インスリンシグナルの下流因子であるeNOSの発現低下に至ることを見いだした。一方、短期間の高濃度のTNFα処理では、GM1の増加だけでなく、eNOSの発現低下もみられた。高濃度TNFαで処理後、TNFα非存在下で培養を続けるとeNOSの発現は回復するが、GM1は増加したままであり、内皮機能低下の継続が示唆された。以上より、炎症に伴う血管のインスリン抵抗性にGM1が関わることを明らかにした。また、計画1にあるように、GM1の発現性に血管部位の特異性があるかに関しては細胞の準備はおおむね完了している。以上のように、新たな結果を得て、さらに細胞の準備も進んでいるため、おおむね順調に進展していると思われる。

まず、血管におけるガングリオシドの発現について炎症との関連で研究を行い、以下のような成果をあげた。肥満が増加する中年層から高齢層にかけて生体内では炎症が増加し、動脈硬化を始めとする血管疾患の発症、進展に関わると考えられるが、詳しい分子メカニズムは不明である。血管内における炎症の試験管内モデルを想定し、主要な炎症性サイトカインであるTNFαの作用に着目した。TNFαを低濃度で短期間処理すると、大動脈血管内皮細胞では、種々のガングリオシドの中でGM1が増加し、インスリン抵抗性に関わることがわかった。さらに長期間の処理では、インスリンシグナルの下流因子であるeNOSの発現低下に至ることを見いだした。一方、短期間の高濃度のTNFα処理では、GM1の増加だけでなく、eNOSの発現低下もみられた。高濃度TNFαで処理後、TNFα非存在下で培養を続けるとeNOSの発現は回復するが、GM1は増加したままであり、内皮機能低下の継続が示唆された。以上より、炎症に伴う血管のインスリン抵抗性にGM1が関わることを明らかにした。次に、由来の血管によるガングリオシドの発現性の違いについて検討を行った。比較対象としては、大動脈血管内皮、冠動脈血管内皮、そして心臓微小血管内皮細胞を用いた。まず、早期培養期間での比較では、GM1以外のガングリオシドの発現性に3種で違いがみられた。継代数に伴う老化や酸化ストレスによる老化に伴ったガングリオシドの発現性を検討した結果、継代数に伴う老化において、GM1の増加は3種で同様にみられたが、他のガングリオシドの変化が心臓系内皮でもみられた。研究計画にある1血管の加齢や老化と関連するGM1の発現制御について、および2血管内皮細胞におけるGM1の機能的検証においては、研究実績の通り、炎症による発現制御とインスリン抵抗性に関して結果を得た。また、計画1にあるように、GM1の発現性に血管部位の特異性があるかに関しては、概要のように内皮の種類による違いが見出せた。以上のように、新たな結果を得て、さらに内皮種類による検証も進んでいるため、おおむね順調に進展していると思われる。29年度では、主要な炎症性サイトカインであるTNFαの作用に着目した研究を行い、炎症に伴う血管のインスリン抵抗性にGM1が関わることを明らかにした。30年度では、引き続きTNFαの作用に着目し、血管内皮細胞におけるGM1の機能的検証を行った。まず、内皮機能として、血管の透過性について検討した。大動脈血管内皮細胞または冠動脈血管内皮細胞を用いて透過性を検討した結果、TNFαによる透過性の亢進が、糖脂質の合成阻害剤により減弱することを見出した。透過性の亢進にGM1が関わっているかは不明である。また、透過性に関与するVE-cadherinの発現性については、TNFαおよび糖脂質合成阻害剤で表面発現量に違いはなかったが、膜表面での分布に違いが見られた。また、電子顕微鏡による細胞形態および細胞間の微細な観察を行った結果、少なくともTNFαや糖脂質合成阻害剤の処理で形態に変化がみられることがわかった。以上より、TNFαによる血管の透過性亢進には、GM1を含む
交通事故低減のためのスマートウェイ環境下での車両衝突リスクの定量的評価

高度道路交通システム(ITS)におけるスマートウェイが対象とする7つのリスクに焦点を絞り,スマートウェイ導入後の交通事故発生リスクに対し,その定量化の方法論を提案し交通事故の低減効果を数値的に示した.まず,対象とする7つの事故種別の一つである右直事故を例に,「人間には許容可能なリスクの最大水準がある」という仮定に基づく最大許容リスクモデルを提案し,運転中に発生する不安全行動を定量化した.衝突相手車両との危険関係のあり,なし,不明という3種類の認知結果と危険関係の発生確率,危険回避義務違反確率を定義し,許容可能なリスク領域内でそれらの関係を定式化することで,運転者の認知と判断・行動の誤りをモデル化した.そして,このモデルを用いて事故での認知と判断・行動の誤りの比率を理論的に導出し,これが既存の事故データと合致することを示しモデルの傍証を与えた.次に,この方法論を出会い頭事故に適用し,認知ミスは判断・行動ミスに比して支配的であり事故データとも整合することを示した.また,危険車両を運転者に警報する安全装置を想定し,評価対象の安全装置に対して欠報故障をも考慮し,事故低減のために必要な欠報水準を導出した.その結果,装置に完全従属する運転者には極めて高信頼度の装置が要求され,独立志向の強い運転者には欠報確率が高くとれることを示し,安全装置の危険告知はよいが,安全の保証はすべきでないことを示した.続いて,カーブ進入時の前方障害物衝突事故にも適用し,現在の技術で実現可能な安全装置の信頼度に限定して交通事故低減効果を定量的に検討した.その結果,全体として事故が減少する場合もあるが,その中に欠報故障による事故増加が含まれることを示した.最後に,交通事故防止のためのドライビングシミュレータの活用を考え,車速の超過が事故の主因であることに着目し,錯視による車速の抑制効果を定量的に示した.高度道路交通システム(ITS)におけるスマートウェイが対象とする7つのリスクに焦点を絞り,スマートウェイ導入後の交通事故発生リスクに対し,その定量化の方法論を提案し交通事故の低減効果を数値的に示した.まず,対象とする7つの事故種別の一つである右直事故を例に,「人間には許容可能なリスクの最大水準がある」という仮定に基づく最大許容リスクモデルを提案し,運転中に発生する不安全行動を定量化した.衝突相手車両との危険関係のあり,なし,不明という3種類の認知結果と危険関係の発生確率,危険回避義務違反確率を定義し,許容可能なリスク領域内でそれらの関係を定式化することで,運転者の認知と判断・行動の誤りをモデル化した.そして,このモデルを用いて事故での認知と判断・行動の誤りの比率を理論的に導出し,これが既存の事故データと合致することを示しモデルの傍証を与えた.次に,この方法論を出会い頭事故に適用し,認知ミスは判断・行動ミスに比して支配的であり事故データとも整合することを示した.また,危険車両を運転者に警報する安全装置を想定し,評価対象の安全装置に対して欠報故障をも考慮し,事故低減のために必要な欠報水準を導出した.その結果,装置に完全従属する運転者には極めて高信頼度の装置が要求され,独立志向の強い運転者には欠報確率が高くとれることを示し,安全装置の危険告知はよいが,安全の保証はすべきでないことを示した.続いて,カーブ進入時の前方障害物衝突事故にも適用し,現在の技術で実現可能な安全装置の信頼度に限定して交通事故低減効果を定量的に検討した.その結果,全体として事故が減少する場合もあるが,その中に欠報故障による事故増加が含まれることを示した.最後に,交通事故防止のためのドライビングシミュレータの活用を考え,車速の超過が事故の主因であることに着目し,錯視による車速の抑制効果を定量的に示した.情報の提供,警報,介入に基づく交通事故低減策が,道路インフラの観点から提案され,そのようなサービスを有する道路は,ITS分野においてスマートウエイと呼称されている.本研究では,このスマートウエイが対象とする7つの事故局面を考え,導入前と導入後の二つの状況に対し,事故発生リスクを定量化し,どのようなサービスが望ましいかを数値的に明らかにする.出会い頭衝突などの局面に対して,交通事故発生に至るイベントツリーを作成した.ツリーの中には,衝突相手車両の認識ミス,相手車両は認識したがその危険度の判断ミスなどのヒューマンエラー確率が現れるが,確率値は未知であった.交通データからヒューマンエラー確率を導出しようとすると,推定すべき変数の数が多く,値を一意に決定することは不可能であった.本研究では,「人間には許容可能なリスクの最大レベルがある」という仮定を置き,交通データからこの最大リスクレベルを導出した.このレベルは試行一回あたり一億分の一オーダであり,交差点の右折,左折,直進などの局面や,信号機の有無に関わらず,ほぼ共通のレベルが存在することを明らかにした.上記のリスクレベルから,ヒューマンエラー確率が導かれることを示し,過去データとの整合性を明らかにした.また,ヒューマンエラー確率は千万分の一のオーダと小さく,スマートウエイのサービスの信頼度も相当小さくないと,交通事故が増加する恐れがあることを指摘した.たとえば,カーブ進入危険に対しては,サービス側が誤って障害物なしという情報を提供してしまうと,それに依存する運転者が事故を起こしてしまう恐れがあることを指摘した.なお,複数運転者による衝突シミュレータを構築しつつある.来年度に向けて許容リスクレベルからの演繹的アプローチとシミュレータからの帰納的アプローチを共同させ,スマートウエイのリスク評価環境を整備する.

危険車両を警報する安全装置を想定し,その交通事故低減効果を定量的に評価する方法論を提案した.まず,右折車両を第一当事者とする右直事故を例に取り,相手側の直進車両が存在し,かつ,第一当事者が回避義務違反する場合に事故が発生すると定義した.横軸を危険車両の存在確率,縦軸を回避義務違反確率にすると,平均的な運転者が許容する最大リスク水準は双曲線状の境界となり,境界の下側を許容リスク領域と定義した.つぎに,危険車両の視認可能性を陽に考慮し,障害物などにより物理的に視認不可能な場合(unknown),視認可能だがわき見などにより視認に失敗した場合(no),視認可能であり視認に成功した場合(yes)の3ケースを考え,それぞれ真理値unknown, no, yesを与えた.そして,旅行時間の短縮や正確な視認などに要する認知負荷を軽減することが,交通事故リスクの上昇とトレードオフ関係にあるとして,これら3ケースが既述の双曲線上に位置すると想定した.また,判断と行動が視認結果に続くものと考えると,事故発生系統図の分岐確率は全て最大許容リスク水準だけを変数として確定するため,この水準を事故データから推定した.その結果,水準は一定であり事故数と車両走行距離が線形関係にあることを導出し,危険な箇所では運転者はより慎重になることを示唆した.この方法論は出会い頭衝突事故なども同様に定量化でき,視認ミスは判断ミスや行動ミスに比して支配的であり,事故データとも整合することを示した.また,評価対象の安全装置に対して欠報故障をも考慮し,事故低減のために必要な欠報水準を導出した.結果,装置に完全従属する運転者には,工学的に実現不能に近い極めて高精度の装置が要求され,独立志向の運転者には,欠報確率は高くとれることを示し,安全装置は危険を知らせてもよいが,安全を保証するのは好ましくないなど,多様な結果を明らかにした.
虚血性神経細胞障害におけるグルタミン酸放出機構の解明

虚血性細胞死におけるグルタミン酸濃度の異常上昇の引き金となるのがグルタミン酸トランスポーターの逆転による、という仮説に立脚し、グルタミン酸トランスポーターを阻害した状態での細胞外グルタミン酸濃度や虚血性神経細胞死の変化を捉えるべく、平成12年度はin vivoモデルにおいて、以下の実験を行った。(1)グルタミン酸トランスポーター阻害薬の脳内微小透析法による灌流投与砂ネズミ海馬にグルタミン酸トランスポーター阻害薬であるグルタミン酸アナログ(tPDC)を脳内微小透析法にて投与し、一過性全脳虚血を加えた。(b)tPDC前投与した砂ネズミに一過性全脳虚血を加えたが、vehicleと同様のCA1細胞死が認められ、明らかな保護効果は認められなかった。(2)グルタミン酸トランスポーターノックアウトマウスを使った脳梗塞作成Homoマウスの収穫率が悪く、ヘテロ同志から回収されるのはわずか5%であった。痙攣発作による早期死亡が報告されているが、バルプロ酸投与にてこれは防止された。HomoとWildとを局所脳虚血(中大脳動脈永久閉塞)に供し脳梗塞体積の比較を行った。(a)梗塞体積はwildが12.6±10.3mm^3,homoが12.6±6.8mm^3)と有意差を認めなかった。平成13年度は(2)を進め、弱い虚血、つまり1時間での虚血再灌流を行って脳梗塞体積の比較を行っている。すでにこのモデルも当教室にて確立している。細胞外グルタミン酸濃度の上昇・グルタミン酸受容体の活性化は虚血性細胞死の上流過程として重要な役割を担っていると考えているが、その更に上流のステップである虚血性グルタミン酸放出の機構はいまだに不明である。本研究では,虚血時の細胞外グルタミン酸濃度の異常上昇は,グルタミン酸トランスポーターの逆転による、という仮設に立脚し、拮抗薬やアンチセンスオリゴヌクレオチド投与、さらにノックアウトマウスの使用によりグルタミン酸トランスポーターを阻害した状態で細胞外グルタミン酸濃度や虚血性神経細胞死の変化を評価することによりこの仮説を検証し、虚血性グルタミン酸放出におけるin vivoでのグルタミン酸トランスポーターの役割を明らかにすることを目的とする。平成11年度はin vivoでのグルタミン酸トランスポーターの阻害モデルとして以下の実験を行った。(a)アンチセンスオリゴヌクレオチドの脳室内投与脳室内投与ではoligonucleotideの取り込みが充分でない可能性がある。(b)トランスポーター阻害薬の脳内微小透析法による潅流投与砂ネズミ海馬海馬にグルタミン酸トランスポーター阻害薬であるグルタミン酸アナログ(tPDCなど)を脳内微小透析法により前投与し、一過性全納虚血を加える実験が進行中である。細胞外グルタミン酸濃度の測定には、HPLCを用いてグルタミン酸とtPDCを分解測定する系を確立した。(c)グルタミン酸トランスポーターノックアウトマウスの準備グルタミン酸トランスポーターGLT-1ノックアウトマウス(Tanaka et al.Science 1997)はそのヘテロ型マウスを作成者の国立精神神経センターより供与された。現在、このマウスを元に交配・繁殖が進行中である。マウスのgenotyping系を確立した。homoマウスは痙攣発作により早期に志望するので、バルプロ酸を投与して飼育している。平成12年度は、(b)を進めるとともに、(c)ののマウスを用い局所脳虚血モデルにおける脳梗塞体積を測定を行ってゆく。(1)グルタミン酸トランスポーター阻害薬の脳内

微小透析法による灌流投与砂ネズミ海馬にグルタミン酸トランスポーター阻害薬であるグルタミン酸アナログ(tPDC)を脳内微小透析法にて投与し、一過性全脳虚血を加えた。(b)tPDC前投与した砂ネズミに一過性全脳虚血を加えたが、vehicleと同様のCA1細胞死が認められ、明らかな保護効果は認められなかった。(2)グルタミン酸トランスポーターノックアウトマウスを使った脳梗塞作成Homoマウスの収穫率が悪く、ヘテロ同志から回収されるのはわずか5%であった。痙攣発作による早期死亡が報告されているが、バルプロ酸投与にてこれは防止された。HomoとWildとを局所脳虚血(中大脳動脈永久閉塞)に供し脳梗塞体積の比較を行った。(a)梗塞体積はwildが12.6±10.3mm^3,homoが12.6±6.8mm^3)と有意差を認めなかった。
自己組織化マップ法を用いた健診業務支援システムの開発

大規模な健診結果に自己組織化マップ(SOM)法を適用し、種々の健常、発症前、疾患のパターンを識別するシステムの開発を行った。システムの評価には、某健診センターの8年間47,160件、26検査項目と基本身体計測値と生活習慣質問票よりなる健診結果情報(14,358名1人平均3.5回)を用いた。その結果、SOM法により健常人に現れやすい多様な病型とその発症前病型を分別できたが、その構成は男女で大きく異なった(男性では代謝症候群に属する病型が多いが、女性では少ない、等)。本研究では、得られた病型間の類似度から、その相互関連を病態系統樹の形に自動展開する機能を実装した。さらに(1)各病型群と健常典型群の生活習慣上の差異を多重ロジスティック分析で即座に解析・提示する機能、(2)受診者の病型の経年変化を個別に図示する機能を追加した。これらの改善により、効果的な健診後指導を可能とした。大規模な健診結果に、自己組織化マップ(SOM:self organizing map)というデータマイニング手法を適用すると種々の健常、発症前、疾患のパターンを識別できる。本研究では、それをさらに各パターンの相互関係を示す病態系統樹を自動構築する機能を実用化し、「生活習慣病前状態の自動識別と、改善に向けた取り組みを効果的に促す」ことを目的としている。初年度(平成19年度)は、某健診センターの同意を得て、匿名化された8年間47,160件の健診検査値(14,358名1人平均3.5回)を用いて検討を行った。その結果、健常人に現れやすい多様な疾患およびその発症前の病型を分別できた。その中に、メタボリックシンドロームのサブタイプと見なせる病型が多数区別することができた。各病型と健常典型例との違いを生活習慣情報に基づいて解析しそれぞれの意義を分析した。さらには、4年以上健診を受けた個体が属するパターンがどのように変遷するかを分析した。その結果、同じ個体内で一貫して現れやすい病型と、一過性で、いわゆる生活習慣病として意味の乏しいものがあることが明らかとなった。このため個体内での一貫性の高い病型を特に健診指導では樹脂する必要のあることが明らかとなった。個人の属する病型の経年変化と、生活習慣の変化との関連については、2年目の課題としている。いずれにしろ、健診業務支援システムの実用性は、ほぼ確認できたので、今後は、このシステムを、実際に予防医療の現場で、受診者への健康教育として、利用できるようにするための、様々なユーザインタフェースを構築する必要がある。自己組織化マップというデータマイニング手法を大規模な健診結果(8年間に得た14,358名1人平均3.5年分)に適用し、そのパターンを8×8に自動分類した。また、本研究で開発した、分類結果を病態系統樹へ自動展開する機能を利用し、各パターンの検査診断学的意義と相互関係を詳細に分析した。その結果、健常者に現れやすい病態パターンが男女で明瞭に異なり、男性では様々なパターンの代謝症候群があり、それに加えて糖尿病、肝障害などが散見されたが、女性では、代謝症候群に属するパターンは少なく、単純性肥満、高コレステロール血症、高グロブリン血症などのパターンの存在特徴的であった。本年度は、さらに健診時に同時に得られた生活習慣調査結果に基づいて、各病態パターンの特性をリアルタイムに多重ロジスティック分析で評価できる仕組みを構築した。これにより、健診後の指導において、受診者の属するパターンの生活習慣上の問題点を指摘し、その改善に向けた動機付けを行えるようにした。また、受診者の属するパターンが経年的にどのように変化したかを図式化して表示する機能を実装した。これらの改善により、本研究で開発した健診業務支援システムをより実用的なものとすることができた。
脳神経系腫瘍形成・進展に関与する分子の同定とその機能解析

脳神経系に発生する腫瘍は、悪性は勿論のこと、良性腫瘍でも発生部位によっては患者の生命を脅かす事が時により、治療の最も困難な疾病の一つと言える。本研究は脳神経系腫瘍形成の要因となる各種癌抑制遺伝子の変化と、それによって生じる生物学的特性を明確にすることを目的として行った。本期間中の成果を要約すると:1)悪性グリオーマの進展過程において高頻度に異常が認められる6番染色体長腕6q25領域にショウジョウバエ腫瘍抑制遺伝子wartsのヒト相同遺伝子(h-warts)が存在することを同定し、その産物が細胞分裂を制御するセリン・スレオニンキナーゼであることを見いだした。2)神経線維腫症2型(NF2)は多発性頭蓋内良性腫瘍を主徴とする遺伝性疾患である。その原因遺伝子にコードされる蛋白merlinは細胞内でpoly-ADP ribose polymerase(PARP)と結合し、PARPによってpoly(ADP)ribosyl化を受けることによって細胞内での局在が変化することを見いだした。3)悪性グリオーマは脳組織中を浸潤する能力が高く、その予後が不良である大きな要因となっている。ヒアルロン酸は脳実質細胞外マトリクスの主成分であることから、その結合受容体であるCD44分子はグリオーマ細胞の脳内での運動及び浸潤に関与していると考えられる。悪性グリオーマ細胞株において、CD44が細胞外ドメインで切断を受けていることを見いだした。この切断は膜型のメタロプロテアーゼによって行なわれており、カルシウムイオンの細胞内流入やRhoファミリー蛋白質活性に依存して調節されていることが分かった。また、この切断を阻害することによってヒアルロン酸細胞外マトリクス上のグリオーマ細胞の運動性を阻害することができた。脳神経系に発生する腫瘍は、悪性は勿論のこと、良性腫瘍でも発生部位によっては患者の生命を脅かす事が時にあり、治療の最も困難な疾病の一つと言える。本年度の成果を要約すると:1)グリオーマにおける10番染色体高頻度欠失領域にショウジョウバエ神経分化関連遺伝子neuralizedのヒト相同遺伝子(NEURL)が存在することを見いだし、悪性グリオーマ組織ならびに細胞株では発現の消失あるいは変異が認められた。2)悪性グリオーマや乳癌において高頻度に欠失している6q25領域存在するh-warts遺伝子産物は細胞分裂にかかわるセリン・スレオニンキナーゼであると考えられる。3)ショウジョウバエ神経腫瘍形成抑制遺伝子1(3)mbtのヒト相同遺伝子を同定し、その産物がクロマチン結合蛋白であることを見いだした。4)脳に特異的に発現しているショウジョウバエ神経腫瘍形成抑制遺伝子DLGのヒト相同遺伝子産物NE-dlgは、神経細胞のシナプス形成に重要な役割を果たしていることを見いだした。5) NF2遺伝子産物であるmerlinが細胞内でカルパインによって分解を受けることを見いだした。髄膜腫・神経鞘腫では高い頻度でカルパインの活性化が生じており、merlinの過剰な分解が観察された。
唾液腺主導管上皮の機能的、形態的解析.IV.tuft cellの免疫および組織化学的研究

ラット唾液腺主導管上皮に存在するtuftcellは中腔性器官である鼻腔、気管、肺胞の呼吸器系や胃腸域、胆嚢、胆管等の消化管系にも存在している。頂部に指状の長い微絨毛を有し、頂部細胞質には微小管や細線維が走り、その間に大小の小胞が存在している。これらの特徴は基本的にはどの器官のtuft cellにも見られ、形態的特徴ははっきりしているけれど、その機能に関しては全く分かっていない。そこでtuft cellの機能を明らかにするために補助金の交付期間に次の実験を行ったので報告する。1.小胞内には線維状の物質が存在しているので、その内容物が何であるか調べる為に過ヨウ素酸(PA)-チオカルボヒドラジド(TCH)-蛋白銀(SP)-物理現象法(PD)を用い、複合糖質の検出を行った。反応のあった部位は小胞の内容物、その限界膜、微絨毛の形質膜、ゴルジ要素に認められた。2.1をさらに詳しく調べるためにCon-A,PNA,SBA,UEA-1,DBAを用いたレクチン組織化学による染色を行うと小胞はCon-Aにより染色された。3.細胞膜のsugar coatを染めるルテニウムレッドで染色してみると、管腔面の小が染まった。これは小胞の開口分泌像を示しているものと思われる。4.tuft cellの生後発達を調べた。成獣で全体の細胞の7%がtuft cellであるが、0日目ですでに6%存在していた。1日目になると発現頻度は7%となり成獣と変わらなくなった。21日目に2.5%と減少するがまた28日には7%と回復し、形態的には28日目頃成獣のものと変わらなくなった結論:唾液腺主導管上皮に存在するtuft cellは複合糖質を含有する小胞が多数存在し、その一部は開口分泌されるものと思われる。また非常に長い微絨毛を管腔に突き出していることは刺激受容器である印象を与える。複合糖質の分泌も刺激受容に関係あるのかもしれない。ラット主導管上皮には、機能が全くわかっていないtuft cellと呼ばれる非常に長い微絨毛を有し、頂部に多数の小胞を持つ特殊な細胞が存在している。この小胞内には線維状または雲状の内容物が存在している。それは多糖類を思わせるものである。tuft cellの微絨毛間にウィルスが存在することがある。主導管を構成している他の細胞の短かい微絨毛には存在しない。この事からtuft cellの微絨毛間にはウィルスを吸着する何らかの物質が存在する可能性がある。tuft cellの小胞の内容物とこれが分泌されるのだという事を証明する為に以下の実験を行い、次の様な結果を得たので、その概要を報告する。1.過ヨウ素酸(PA)-チオカルボヒドラジド(TCH)-蛋白銀(SP)-物理現像法(PD)を用い、小胞内の糖質の検出を行った。陽性反応はtuft cellの形質膜、小胞の限界膜と内容物、ライソゾーム、ゴルジ要素に認められた。小胞内の線維状また雲状の物質は複合糖質の可能性が示された。2.小胞の内容物が分泌されるかどうか調べる為にタンニン酸染色を行ったが、小胞の染色具合が他と区別しにくかったので、ルテニウムレッド染色を行った。

管腔面に接近している小胞全体がルテニウムレッドに染った。小胞が開口分泌しているものと考えられ、tuft cellに存在している小胞の内容物は分泌されるという事が推定された。tuft cellの機能の1つとして複合糖質を分泌している可能性が示された。ラット唾液腺主導管に存在するtuftcellは、唾液腺の外胃腸域、胆嚢、胆管、膵管、気管や肺胞にも存在しているが、その機能は全く分かっていない。そこでtuft cellの機能を明らかにする一環として、ラット顎下腺主導管に存在するtuft cellの生後発達を調べた。Wister系雄性ラットを用い、生後0日目、1日目、3日目、5日目、7日目、9日目、14日目、21日目、28日目、56日目のラットより主導管を切り出し、通法にて固定を行い、試料を作製し、透過電顕と走査電顕にて観察を行った。生後0日目ですでに約6%のtuft cellが存在している(成獣では全体の細胞の約7%存在する)。tuft cellの特徴である微絨毛は長さは400-500nm,直径100-150nm(成獣では長さ1000-1200、直径200-300nm)とまだ未発達である。核上部に存在している微小管や細線維は存在するが、小胞の数は多くない。1日目のものでは微絨毛の長さも太さも0日目のものと殆ど変わらないが小胞の数が増え、良く発達したゴルジ体が核上部に観察されるようになる。発現頻度は約7%になり成獣のものと変わらなくなる。7日目のものでは微絨毛の長さも太さも1日目のものと変わらないが、グリコーゲンの集積がみられるようになる。14日目ではtuft cellは約6%と減る傾向になり、21日目では2.5%と減る。しかし28日目では約7%に戻る。この時期になると微絨毛の大きさや微細構造は成獣のものと変わらなくなり、tuft cellは完成するものと思われる。21日目は離乳期に当たりいろんな器官が大きく変わる時期である。主導管も急に太さを増すためにtuft cellの数も減ったように見えるのかもしれない。終末部の細胞が分泌機能を持つのは生後5-7日目であるという。tuft cellはまだ唾液が分泌されていない1日目に殆ど完成し機能しているように思える事から、再吸収説や化学受容器説は考えにくく、多数の小胞が存在するところから何らかの物質を分泌していることが考えられる。物理現像法で複合糖質の反応を行ってみると薄いが陽性反応が認められる。更にレクチン染色法で詳細を検討する予定である。ラット唾液腺主導管上皮に存在するtuftcellは中腔性器官である鼻腔、気管、肺胞の呼吸器系や胃腸域、胆嚢、胆管等の消化管系にも存在している。頂部に指状の長い微絨毛を有し、頂部細胞質には微小管や細線維が走り、その間に大小さまざまの小胞が存在している。これらの特徴は基本的にはどの器官のtuft cellに見られ、形態的特徴ははっきりしているけれど、その機能に関しては全く分かっていない。そこでtuft cellの機能を明らかにするために補助金の交付期間に次の実験を行ったので報告する。1.小胞内には線維状の物質が存在しているので、その内容物が何であるか調べる為に過ヨウ素酸(PA)-チオカルボヒドラジド(TCH)-蛋白質(SP)-物理現像法(PD)を用い、複合糖質の検出を行った。反応のあった部位は小胞の内容物、その限界膜、微絨毛の形質膜。ゴルジ要素に認められた。2.1.をさらに詳しく調べるためにCon-A,PNA,SBA,UEA-1,DBAを用いたレクチン組織
内臓脂肪CD4 T細胞の免疫老化を標的とした糖尿病・心血管疾患の新規治療法の開発

本研究課題では肥満に伴い内臓脂肪で免疫老化が加速するメカニズムの解明と免疫学的治療法の開発を目的とした。申請者はまず、マウスに与える食餌に注目した。通常の60%高脂肪食はパルミチン酸を中心とした飽和脂肪酸が多く含まれているため、飽和脂肪酸によるCD4 T細胞代謝や刺激に着目し、コントロールとしてオメガ9系脂肪酸であるオレイン酸を多く含む高脂肪食負荷と対比させた。4週齢から30週齢まで高脂肪食負荷したところ、オレイン酸負荷マウスではパルミチン酸負荷に比して体重は少ないが、内臓脂肪重量が有意に多いことが明らかになった。さらに、OGTTやITT検査による耐糖能異常やインスリン抵抗性もパルミチン酸負荷マウスに比して有意に低く、空腹時のインスリンやオステオポンチン血中濃度が有意に低下することが明らかになった。また、パルミチン酸負荷肥満マウスでは内臓脂肪に出現するPD1hiCD153+ CD4 T細胞の絶対数が有意に減少した。マクロファージの絶対数やCD11c陽性M1マクロファージの割合もオレイン酸負荷マウスではパルミチン酸負荷マウスに比して減少しており、それに付随して内臓脂肪のCrown-like structureの数も有意に少なかった。また、内臓脂肪ではSpp1、TnfaやIL-6などの炎症性遺伝子の発現が低下することが明らかになった。一方で、高脂肪食負荷CD153欠損マウスでは内臓脂肪のオステオポンチンの発現量をはじめ、耐糖能やインスリン抵抗性もレスキューされず、内臓脂肪の免疫老化の過程においてCD153は必須ではないと考えられた。以上より、内臓脂肪のCD4 T細胞老化の機序にパルミチン酸をはじめとした飽和脂肪酸の関与が示唆され、現在研究を継続している。現在までに内臓脂肪におけるCD4 T細胞の免疫老化の機序の一端を明らかにした。また、免疫老化を標的とした治療法の開発に関して、近年臨床的に着目されているSGLT2阻害薬であるトホグリフロジンが内臓脂肪の免疫細胞に与える影響を検討し、高脂肪食負荷肥満では、過剰な糖を摂取した際に起こる耐糖能異常と異なり、SGLT2の効果が乏しいことをPlos oneに報告している。免疫老化細胞を標的とした抗CD153抗体投与による耐糖能やインスリン抵抗性への影響を計画していたが、CD153欠損肥満マウスでは、まったく耐糖能やインスリン抵抗性がレスキューされなかったことから、再検討を行う必要がある。今後、パルミチン酸負荷を病態の中心に、CD4 T細胞のオステオポンチン産生機序を解明していく。In vitroにおいても、T細胞刺激とともに各種脂肪酸を付加することによるサイトカインの産生量や増殖能、SAβgalなどの老化マーカーの検出を実施していく。心疾患に対する肥満に伴うオステオポンチンの影響に関しては、オステオポンチンのGFPノックイン高脂肪食負荷肥満マウスに左前下行枝結紮による心筋梗塞を作成し、心エコーや病理学的な評価を実施していき病態の解明を行う。

In vitroにおいても、T細胞刺激とともに各種脂肪酸を付加することによるサイトカインの産生量や増殖能、SAβgalなどの老化マーカーの検出を実施していく。心疾患に対する肥満に伴うオステオポンチンの影響に関しては、オステオポンチンのGFPノックイン高脂肪食負荷肥満マウスに左前下行枝結紮による心筋梗塞を作成し、心エコーや病理学的な評価を実施していき病態の解明を行う。
MA機能粉末による形状記憶素子の作製とその制御法に関する研究

本研究では,メカニカルアロイング(MA)法によりCuなどの第三元素あるいはBなどの微量元素を添加したTiNi系機能粉末の材料設計・作製を行い,これらの粉末を用いて作製した合金の形状記憶特性,回復応力・回復ひずみなどの熱・力学特性,繰返し特性などについて形状記憶特性試験機を改良して系統的に調査・検討し,形状記憶素子への適用について明らかにすることを目的とした.1.12年度は,ボールミーリングによるTi-Ni-Cu系混合粉末を利用して放電焼結法により焼結体を作製し,その機械的性質および形状記憶特性について調べた.その結果,Ti-Ni-Cu溶体化処理体では,20at%Cuの試料において引張強さ500MPa程度,伸び7%と溶解材に近い特性が得られた.また,等温引張試験では超弾性に近い変形挙動を示すとともに,回復応力試験では変形抵抗が非常に低く,実用回復応力250MPa以上の優れた特性を得た.2.13年度は,MAによる合金粉末の作製を目的として,粉末とボールの重量比,MA時間および回転数と粉末の組織変化,潤滑剤とコンタミネーションおよび回収率の関係などについて系統的に調査した.その結果,Ti-Ni合金では潤滑剤無添加で,回転数200mm, MA時間18ksで引張強さ800MPaの優れた引張特性を有する合金を作製でき,素粉末混合より格段に優れた特性が得られることがわかった.3.14年度は,Ti-Ni合金にCuおよびBを添加してMAを行い,形状記憶特性の更なる改善を試みた.その結果Cuを添加することにより相対密度100%に近い高密度の合金が得られるとともに,変態温度幅が10K以下の応答性のよい合金を作製できることがわかったが,Bについては大きな特性の改善は見られなかった.以上のように,MA合金粉末により形状記憶特性の改善ができ,形状記憶素子への適用の可能性を確認できた.本研究では,メカニカルアロイング(MA)法によりCuなどの第三元素あるいはBなどの微量元素を添加したTiNi系機能粉末の材料設計・作製を行い,これらの粉末を用いて作製した合金の形状記憶特性,回復応力・回復ひずみなどの熱・力学特性,繰返し特性などについて形状記憶特性試験機を改良して系統的に調査・検討し,形状記憶素子への適用について明らかにすることを目的とした.1.12年度は,ボールミーリングによるTi-Ni-Cu系混合粉末を利用して放電焼結法により焼結体を作製し,その機械的性質および形状記憶特性について調べた.その結果,Ti-Ni-Cu溶体化処理体では,20at%Cuの試料において引張強さ500MPa程度,伸び7%と溶解材に近い特性が得られた.また,等温引張試験では超弾性に近い変形挙動を示すとともに,回復応力試験では変形抵抗が非常に低く,実用回復応力250MPa以上の優れた特性を得た.2.13年度は,MAによる合金粉末の作製を目的として,粉末とボールの重量比,MA時間および回転数と粉末の組織変化,潤滑剤とコンタミネーションおよび回収率の関係などについて系統的に調査した.その結果,Ti-Ni合金では潤滑剤無添加で,回転数200mm, MA時間18ksで引張強さ800MPaの優れた引張特性を有する合金を作製でき,素粉末混合より格段に優れた特性が得られることがわかった.3.14年度は,Ti-Ni合金にCuおよびBを添加してMAを行い,形状記憶特性の更なる改善を試みた.その結果Cuを添加することにより相対密度100%に近い高密度の合金が得られるとともに,変態温度幅が10K以下の応答性のよい合金を作製できることがわかったが,Bについては大きな特性の改善は見られなかった.以上のように,MA合金粉末により形状記憶特性の改善ができ,形状記憶素子への適用の可能性を確認できた.本研究では,メカニカルアロイング(MA)法によりCuなどの第三元素あるいはZrなどの微量元素を添加するなどTiNi系機能粉末の材料設計・作製を行い,これらの粉末を用いて作製した合金の形状回復応力,熱サイクル疲労強度などの形状記憶特性について形状記憶特性試験機を試作して系統的に調査・検討することを目的にしている.まず,本年度は原料粉末としてTi,NiおよびCu粉末を用いてボールミーリングによるTi-Ni-Cu系混合粉末を利用して放電焼結法により焼結体を作製した.これらの方法により得られた焼結体の機械的性質について調べるとともに形状記憶素子作製のための基礎となる形状記憶特性について調べた.さらに,これらの粉末に対するMA条件について検討し,次の結果を得た.(1)Cu添加量を8.5at%30.0at%と変化させた場合,20at%Cuで最も高い密度を示したが,いずれの合金の場合にもTi-Ni合金よりも均一化が困難であった.(2)Ti-Ni-Cu溶体化処理体の引張特性についてみると,20at%Cuの試料において引張強さ500MPa程度,伸び7%と優れた値が得られるとともに,Ti-Ni合金と比べると変形抵抗がかなり低くなり,溶解材に近い特性が得られた.(3)回復ひずみ試験の結果,Cu量の増加に伴いA_s点が高くなる傾向を示し,逆変態域も多少狭くなった.

等温引張試験の結果,超弾性に近い変形挙動を示した.また,回復応力試験の結果,変形抵抗が非常に低く,回復応力350MPa,実用回復応力250MPa以上の優れた回復応力を充分に取り出せることがわかった.以上のように,Cu添加によってTi-Ni合金より変形抵抗が低くなるため疲労強度の向上が予測され,また実用回復応力が高くなり形状記憶特性の改善ができた.このように,形状記憶素子への適用の可能性を確認できた.本研究では,メカニカルアロイング(MA)法によりCuなどの第三元素あるいはZrなどの微量元素を添加するなどTiNi系機能粉末の材料設計・作製を行い,これらの粉末を用いて作製した合金の形状回復応力,熱サイクル疲労強度などの形状記憶特性について形状記憶特性試験機を試作して系統的に調査・検討することを目的にしている.本年度は,MA法によるTiNi粉末の作製条件について系統的かつ詳細な検討を行ない,焼結体の形状記憶素子作製のための基礎となる形状記憶特性を調べることに主眼を置いた.また,形状記憶特性試験機の改良も行なった.得られた主な結果は,つぎのとおりである.(1)作製条件のうち,MA時間および回転数と粉末の組織変化の関係について検討を行った結果,粉末のアモルファス化の時間は回転数に大きく依存し,本装置では回転数500rpm, MA時間3.6ksの条件が最適であった.(2)MAの際には,粉末の凝集を抑えることが重要であるため,3種類の潤滑材を用いて検討を行った結果,TiNi合金では酸素量および炭素量がその特性に大きな影響を与えることと回収率を考慮すると,メタノールが最もよい潤滑剤であった.(3)アモルファス粉末を用いて焼結を行った結果,昨年度行った混合粉末より格段に優れたTiNiの均一組織を得ることができたが,粉末の粒径が大きいため,密度はわずかながら低下した.(4)アモルファス粉末の焼結体のDSCによる変態温度測定の結果,低温の焼結体では変態温度が明確に現れなかったが,1223Kの焼結体では混合粉末の焼結体より鋭いピークが得られ,優れた形状記憶特性を有する合金を作製できた.以上のように,TiNiのMA粉末の作製条件を明らかにし,MA粉末の利用により昨年度の混合粉末による焼結体よりも格段に優れた形状記憶特性を有する合金を作製でき,形状記憶素子への適用の可能性を確認できた.本研究では,メカニカルアロイング(MA)法によりCuなどの第二元素あるいはBなどの微量元素を添加したTiNi系機能粉末の材料設計・作製を行い,これらの粉末を用いて作製した合金の形状記憶特性,回復応力・回復ひずみなどの熱・力学特性,繰返し特性などについて形状記憶特性試験機を改良して系統的に調査・検討し,形状記憶素子への適用について明らかにすることを目的とした.1.12年度は,ボールミーリングによるTi-Ni-Cu系混合粉末を利用して放電焼結法により焼結体を作製し,その機械的性質および形状記憶特性について調べた.その結果,Ti-Ni-Cu溶体化処理体では,20at%Cuの試料において引張強さ500MPa程度,伸び7%と溶解材に近い特性が得られた.また,等温引張試験では超弾性に近い変形挙動を示すとともに,回復応力試験では変形抵抗が非常に低く,実用回復応力250MPa以上の優れた特性を得た.2.13年度は,MAによる合金粉末の作製を目的として,粉末とボールの重量比,MA時間および回転数と粉末の組織変化,潤滑剤とコンタミネーションおよび回収率の関係などについて系統的に調査した.その結果,Ti-Ni合金では潤滑剤無添加で,回転数200rpm, MA時間18ksで引張強さ800MPaの優れた引張特性を有する合金を作製でき,素粉末混合より格段に優れた特性が得られることがわかった.3.14年度は,Ti-Ni合金にCuおよびBを添加してMAを行い,形状記憶特性の更なる改善を試みた.