hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複合外力を受ける壁温条件急変系の熱伝達機構の解明と高熱伝達条件の探求に関する研究

本研究は,2つの外力が重畳し,かつ壁面熱的境界条件が変化する壁面乱流場における熱伝達機構と高熱伝達条件を解明かつ探究するために,様々な乱流熱伝達場における直接数値シミュレーション(DNS)を実行した.また,これらの現象を予測する乱流モデルを再構築するために,乱流温度境界層におけるスカラー線形性の立証と,レイノルズ平均モデルシミュレーション(RANS),大規模渦シミュレーション(LES)で用いられる様々な乱流モデルを本研究で得られたDNSデータより評価し,その問題点を探った.注目する成果として,わずかな外力バランスの変化で乱流熱伝達場へ大きな変化があることを発見したことがあげられる.本研究は,外力が重畳した乱流境界層や壁面熱的境界条件が変化する壁面乱流場等の,熱伝達機構と高熱伝達条件を直接数値シミュレーション(DNS)によって解明かつ探究するものである.平成26年度は,(1)種々の温度成層乱流境界層に逆圧力勾配を付加した場合,(2)壁面熱的境界条件を流路途中で変化させた場合,(3)異なった温度を持つ乱流を混ぜた場合,(4)加熱された壁面がステップ変化する場合の乱流熱伝達場について解析を行い,それぞれの知見を得た.(1)では,中立,安定,不安定温度成層場にそれぞれ非平衡状態となる逆圧力勾配を付加し,乱流境界層の変化や,壁面摩擦係数や熱伝達率等の基本統計量を取得し,温度成層場での逆圧力勾配の影響を調べた.逆圧力勾配中立成層では,過去の実験の知見を明確に再現し,本DNSの精度の高さと,実験では不明確であった壁面極近くや乱流温度場の詳細な乱流統計量を明らかにすることができた.また,逆圧力勾配安定・不安定成層では,成層効果と逆圧力勾配効果が重畳した乱流場の統計量から,安定成層に逆圧力勾配を付加することで低壁面摩擦,高熱伝達条件が得られることを発見した.(2)では,種々の壁面加熱条件を持った平板に沿う乱流境界層と,円管を流路途中加熱した乱流場で,速度場と温度場の非相似性の影響や,異なった壁面加熱条件で乱流温度場の発達や減衰を観察し,その違いによる温度場の発達状況に差異があることを見出した.(3)では,温度が異なる2つの入口流路を設定し,それら流路が合体させた下流での温度混合度の違いを乱流統計量と瞬時乱流諸量の可視化から観察し,入口温度分布条件の違いで高混合が達成される場合があることを見出した.また,乱流モデルの予測性能評価も行った.(4)では,後ろ向きステップを持つ乱流境界層熱伝達場の解析を行い,壁面形状の変化が乱流熱伝達場に与える影響を詳細に調べた.本研究は,外力が重畳した乱流境界層や壁面熱的境界条件が変化する壁面乱流場等の,熱伝達機構と高熱伝達条件を直接数値シミュレーション(DNS)によって解明かつ探究するものである.平成27年度は,(1)種々の温度成層乱流境界層に逆圧力勾配を付加した乱流熱伝達場,(2)種々の温度成層乱流境界層における温度助走区間乱流熱伝達場,(3)発達した円管乱流場内の温度助走区間乱流熱伝達場,(4)2次元丘を通過する種々の温度成層乱流境界層における乱流熱伝達場,(5)壁面加熱条件が変化する場合の乱流熱伝達場,(6)異なった温度を持つ乱流を混ぜた平行平板間乱流混合温度場について解析を行い,それぞれ以下の知見を得た.(1)では安定成層に逆圧力勾配を付加することで高熱伝達条件が得られること,ある安定条件では,乱れが減衰しつつも,対流の影響により乱れが再活発化することを発見した.(2)(3)では,平板と円管を流路途中で加熱した乱流場温度助走区間を生成し,そこにおける乱流温度場の成長過程を観察した.(2)では温度助走区間に成層条件を課し,条件による熱伝達率の挙動の違いを明確にした.また,加熱条件によっても熱伝達率の減衰が違うことをDNSで再現した.(4)では複数の2次元丘を通過する温度成層乱流境界層の熱伝達場のDNSを行い,温度成層と壁面形状の影響が乱流熱伝達場に与える効果について詳細に調べた.(5)では流れ方向に沿って壁面加熱条件が変化する乱流温度場の基本統計量の取得および,温度場の重合せ(スカラー線形性)について調べた.重合せが成立するためには加熱条件を熱流束一定条件とすることが必要であることを証明した.(6)では入口温度分布条件の違いで高混合が達成される場合があることを見出した.また,LESやRANSで使用される乱流モデルの予測性能評価を行い,新たなRANS乱流モデルの構築も行った.

平成27年度は,(1)種々の温度成層乱流境界層に逆圧力勾配を付加した乱流熱伝達場,(2)種々の温度成層乱流境界層における温度助走区間乱流熱伝達場,(3)発達した円管乱流場内の温度助走区間乱流熱伝達場,(4)2次元丘を通過する種々の温度成層乱流境界層における乱流熱伝達場,(5)壁面加熱条件が変化する場合の乱流熱伝達場,(6)異なった温度を持つ乱流を混ぜた平行平板間乱流混合温度場について解析を行い研究目的に沿った以下に示す知見を得たこと,また,新たな試みとして,速度場と温度場の非相似性が強く出せる平板に沿う平面噴流乱流熱伝達場のDNSとRANS計算を行い,結果が出つつあること,さらに(6)の解析結果からは,新たな乱流モデルの構築を行ったことから,当初の計画以上に進展していると自己評価した.(1)では,安定成層に逆圧力勾配を付加することで低壁面摩擦,高熱伝達条件が得られることを発見した.(2)(3)では,乱流温度助走区間において,平板では成層条件も課し,不安定条件でより高い熱伝達が得られること,円管では,熱流束一定条件で壁温一定条件より高い熱伝達率が得られることをDNSにより再現したが,どのような条件を課した場合でも,加熱開始点から少しの間は,ほぼ同じ熱伝達率が得られることを見出した. (4)では,温度成層の安定条件により,再付着距離が大きく伸びることと,熱伝達率の低下を与えることが分かり,壁面形状と成層の影響を明確にした.(5)では,重合せが成立するためには加熱条件を熱流束一定条件とすることが必要であることを証明し,加熱条件の変化による熱伝達率の急激な増減について明確にした. (6)では, LESやRANSで使用される乱流モデルの予測性能評価を行い,これまでのRANSモデルより予測精度の高い新たなRANS乱流モデルの構築を行った.本研究は,2つの外力が重畳し,かつ壁面熱的境界条件が変化する壁面乱流場における熱伝達機構と高熱伝達条件を解明かつ探究するために,(1)逆圧力勾配が作用する安定・中立・不安定温度成層を伴う水平平板上の乱流境界層熱伝達場,(2)壁面熱的境界条件を流路途中で変化させた乱流境界層熱伝達場,(3)異なった温度を持つ二つの流路における乱流を一つの流路で混ぜた平行平板間乱流混合温度場,(4)安定・中立・不安定温度成層を伴う水平円管内温度助走区間乱流熱伝達場,(5)安定・中立・不安定温度成層を伴う水平平板上の2次元丘を通過する乱流境界層熱伝達場,(6)安定・中立・不安定温度成層を伴う水平平板上の温度助走区間乱流境界層熱伝達場,(7)安定・中立温度成層を伴う水平平板上の温度助走区間乱流壁面噴流熱伝達場,(8)安定・中立・不安定温度成層を伴う垂直平板上の温度助走区間乱流境界層熱伝達場,(9)逆圧力勾配と安定・中立温度成層を伴い壁面温度境界条件が変化する水平平板上の乱流境界層熱伝達場といった,様々な乱流熱伝達場における直接数値シミュレーション(DNS)を実行した.また,これらの現象を予測する乱流モデルを再構築するために,乱流温度境界層におけるスカラー線形性の立証と,レイノルズ平均モデルシミュレーション(RANS),大規模渦シミュレーション(LES)で用いられる様々な乱流モデルを本研究で得られたDNSデータより評価し,その問題点を探った.注目する成果として,安定・中立・不安定温度成層場に非平衡逆圧力勾配を付加したDNSの結果から,装置実験では得難い詳細な壁面近傍までの乱流熱伝達場基本統計量を取得したことと,安定温度成層乱流境界層に逆圧力勾配を付加することで低壁面摩擦,高熱伝達条件が得られる場合があることや,わずかな外力バランスの変化で乱流熱伝達場へ大きな変化があることを発見したことがあげられる.本研究は,2つの外力が重畳し,かつ壁面熱的境界条件が変化する壁面乱流場における熱伝達機構と高熱伝達条件を解明かつ探究するために,様々な乱流熱伝達場における直接数値シミュレーション(DNS)を実行した.また,これらの現象を予測する乱流モデルを再構築するために,乱流温度境界層におけるスカラー線形性の立証と,レイノルズ平均モデルシミュレーション(RANS),大規模渦シミュレーション(LES)で用いられる様々な乱流モデルを本研究で得られたDNSデータより評価し,その問題点を探った.注目する成果として,わずかな外力バランスの変化で乱流熱伝達場へ大きな変化があることを発見したことがあげられる.平成26年度は,(1)種々の温度成層乱流境界層に逆圧力勾配を付加した場合,(2)壁面熱的境界条件を流路途中で変化させた場合,
エステル交換油脂の利用による食餌脂肪のコレステロール代謝調節機能の再評価

飽和脂肪酸であるラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸およびステアリン酸の脂質代謝におよぼす影響をエステル交換油脂を利用し、ラットおよびハムスターを用いて検討したところ、以下の結果を得た。ラットにコレステロール食を与えた場合、血清脂質濃度には影響がなく、肝臓コレステロール濃度はステアリン酸群で、肝臓トリグリセリド濃度はパルミチン酸およびステアリン酸群で減少した。ハムスターにコレステロール食を与えた場合では、血清コレステロールおよび血清および肝臓トリグリセリド濃度には影響がなく、肝臓コレステロール濃度のみステアリン酸群で低下した。無コレステロール食を与えたハムスターでは、血清コレステロールはステアリン酸群で、肝臓コレステロールはパルミチン酸およびステアリン酸群で低下し、血清および肝臓トリグリセリドはパルミチン酸群で上昇する傾向にあった。肝臓コレステロールへのパルミチン酸やステアリン酸の影響の一部は糞中へのパルミチン酸およびステアリン酸の排泄増加に伴う中性ステロイド排泄の増加によるものと考えられた。コレステロール食摂取ハムスターではLDL異化率がステアリン酸でのみ高かったが、無コレステロール食摂取の場合には差はなく、また、LDLレセプター活性にも差はなかった。肝臓、血清などの脂肪酸組成から、飽和脂肪酸はリノール酸代謝に軽度ではあるが異なる影響を与えていることが示された。また、血小板凝集やプロスタグランジン産生に対しても、飽和脂肪酸の種類により影響は異なった。以上の結果から、食餌脂肪の動脈硬化症等への影響を調べる際には、飽和脂肪酸の種類の影響も考慮する必要があることが明かとなった。ステアリン酸を除く飽和脂肪酸(ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸)は血清コレステロ-ル(Chol)濃度を上昇させるといわれているが、個々の飽和脂肪酸の影響についてはまだ多くの未解決の問題が残されている。そこで本研究では、この点を明確にするためにハムスタ-を用いてChol代謝に及ぼす影響を調べた。飽和脂肪酸源としてラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸を用いて、飽和脂肪酸:モノ不飽和脂肪酸:多価不飽和脂肪酸の比が5:3:2で、飽和脂肪酸の組成だけが異なるエステル交換油脂を4種調製した。これらを8%含むChol 0.2%添加(Chol(+))あるいは無添加(Chol(-))の純化食を6週齢のシリアンハムスタ-に4週間摂食させた。Chol(-)でステアリン酸は他の脂肪酸と比較して、血清Chol濃度は低値を与え、かつ肝臓CholはChol添加の有無にかかわらず低下させた。パルミチン酸はChol(-)時でのみラウリン酸やミリスチン酸と比較して肝臓のChol濃度を低下させた。糞中への胆汁酸の排泄量はChol添加の影響を受けなかったが、Chol添加による中性ステロ-ル排泄量の増加は、とくにステアリン酸で顕著であった。同時に、脂肪の消化吸収率の低下はステアリン酸でもっとも著しかった。In vivoでの放射性低密度リポタンパク質の異化速度率はChol(+)時でステアリン酸で最大であったが、Chol(-)時では群間で差異は認められなかった。以上のことより、食餌ステアリン酸は体内でのCholプ-ル増加を抑制する作用が強く、これにはCholの異化亢進と吸収抑制の両機構が関与していると判断された。またChol無添加時では、パルミチン酸はラウリン酸やミリスチン酸ほど体内Cholプ-ル増加作用が大きくないことが示唆された。これをらの結果は、個々の飽和脂肪酸がそれぞれ特徴的なChol代謝調節機能を有することを示している。

ハムスターにコレステロール食を与えた場合では、血清コレステロールおよび血清および肝臓トリグリセリド濃度には影響がなく、肝臓コレステロール濃度のみステアリン酸群で低下した。無コレステロール食を与えたハムスターでは、血清コレステロールはステアリン酸群で、肝臓コレステロールはパルミチン酸およびステアリン酸群で低下し、血清および肝臓トリグリセリドはパルミチン酸群で上昇する傾向にあった。肝臓コレステロールへのパルミチン酸やステアリン酸の影響の一部は糞中へのパルミチン酸およびステアリン酸の排泄増加に伴う中性ステロイド排泄の増加によるものと考えられた。コレステロール食摂取ハムスターではLDL異化率がステアリン酸でのみ高かったが、無コレステロール食摂取の場合には差はなく、また、LDLレセプター活性にも差はなかった。肝臓、血清などの脂肪酸組成から、飽和脂肪酸はリノール酸代謝に軽度ではあるが異なる影響を与えていることが示された。また、血小板凝集やプロスタグランジン産生に対しても、飽和脂肪酸の種類により影響は異なった。以上の結果から、食餌脂肪の動脈硬化症等への影響を調べる際には、飽和脂肪酸の種類の影響も考慮する必要があることが明かとなった。
液体表面の分裂による原子クラスターの生成とその解離

本研究は液体金属イオン源から放出されるクラスターイオン質量分析法により調べることにより,クラスター内の微視的な原子間結合とクラスター生成・分裂機構の関連を解明することを目的とする。本年度は,アルカリ金属同士の合金(Li-Na)およびアルカリおよびアルカリ土類金属の合金(Li-Mg)に関して以下の成果が得られた。Li-Na液体合金は,バルクにおいては相分離かhomocoordinationの傾向を示すが,Li-Na合金LMISから放出されたクラスターには種々のheteronuclearクラスターLi_xNa_y^+が豊富に含まれていた。その組成は,単純な統計的確率から期待されるものに比べ,(1)Li側に濃度が偏っていること,および(2)heteronuclearクラスターの生成が好まれていることが分かった。また,アバンダンススペクトルにおいて,LiNa_6^+で顕著な極大が観察された。これは,擬ポテンシャルを使ったNa_k+Li+ΔH=LiNa_<k-1>+Naにおける置換エンタルピーΔHの計算において,LINA_6で負値の極小(絶対値では極大)が現れることと対応している。このLiNa_6で初めて,Liがクラスターの中心に位置し,その周りにNaが6個配置した殻構造を持つと推測されている。これより小さいLiNa_<k-1>では幾何学的殻構造はできていない。一価にイオン化した単体クラスターLi_n^+(n≦9),Mg_n^+(n≦4)および異核クラスターMg_mLi_n^+(m,n≦2)の他に,二価にイオン化した二量体および三量体Mgクラスターが観察された。これらの二価にイオン化したクラスターMg_n^<2+>(n=2,3)は,ポテンシャル曲線上の極小にトラップされた準安定クラスターと考えられる。
左心補助用大動脈内マイクロターボポンプの開発研究

1.昨年度までに試作した各種ターボ式ポンプについて模擬循環回路による実験的検討を行った結果、以下の結論を得た。(1)軸流ポンプの羽根車は、NC加工で作製可能であったが、軸や軸受などの高性能化やケーシング形態の問題が解決困難で、仕様を満たすには至らなかった。(2)斜流ポンプ方法は、羽根取り付け角などポンプ性能に影響を与える要素を変えつつ試作し(外径8mm)、性能評価を行ったが、仕様の約50%程度の性能を得るにとどまった。2.本年度は以上の知見をもとに遠心ポンプ方式について検討し、新たな方式を開発し試作を行った。(1)外径6mmの超小型モデルでの模擬回路実験では、揚程100mmHgのときに流量3L/min以上を達成し、当初目標とした仕様を満足することができた。(2)軸受、軸封機構および駆動軸などについても各々試作し模擬循環回路で検討した結果、屈曲した状態でも安定した高速回転が可能であるなど、良好な結果を得た。(3)生体適合性の評価としては、とくに血液損傷の問題が大きいものと考え、山羊の新鮮血を使用した溶血試験(in vitro)を行った。この結果、現在臨床使用されている拍動流ローラポンプとほぼ同程度の溶血量であった。長時間使用のためには改良の余地が残されているものの、試作した大動脈内マイクロターボポンプによる左心補助の可能性が示された。大動脈内に留置可能な超小型タ-ボ型血液ポンプの開発のために、本年度はとくに、ポンプの羽根車の超小型化および高効率化を課題として翼型の設計と製作及びその評価を行った。ポンプ効率の向上には、高速回転に伴って羽根周囲に発生する気泡(キャビテ-ション)の抑制が重要であり、また気泡が消滅する際には高エネルギ-が発生し羽根の破壊の原因となりうることが知られている。血液ポンプの場合は、さらに、溶血など生体組織の損傷を最小限にする必要があるため、血液中での気泡の挙動についての理論的実験的検討を行い、気泡の生成消滅のメカニズムやキャビテ-ションが赤血球に与える影響等について明かにした。これらの知見に基づき、高効率でかつ血液損傷の最少な最適設計条件を得て設計を実行し、切削加工による羽根車の試作を行った。最終的な超小型モデルとしては翼型の直径を6mm程度と想定しているが、加工の可能性および流体力学的評価と改良のため、直径9mm、18mmのやや大型のモデルについても合わせて製作を試みた。この結果、超小型のものについては素材の耐久性や加工器具等の制約から加工過程で破損が生じ、またこれより大きなモデルについても破損を回避するため細部で設計にやや変更を加えたこともあり、模擬循環での評価では理論値通りの十分な流量が得るに至ってはいない。設計や加工法の改良、及び素材の選択に対してさらに検討を行う必要があるものと考えられる。また今後は流れの数値シミュレ-ションなどの方法も採用し、加工の可能性と最適設計条件の双方を満足するものを製作する方針である。左心補助用マイクロタ-ボポンプの羽根車外径を6.5mmと設定して切削研磨加工の比較的容易な改良型を新たに設計して製作を試みたが,材料の耐久性,工作用具の制約等のためこの超小型モデルの製造は困難であった.このため金型など他の方法で製作することにし,その最適設計の資料を得る目的で,本年度は羽根車外径10mmのモデルを試作して模擬回路実験でポンプの基本性能の計測を行なった.その結果,回転数12,000rpmで1.2 1/minの流量を得られたが,全揚程は目標値の約1/4程度に留まるものであった.レ-ザドップラ流速計による流線の可視化試験の結果,羽根はほぼ理論値通りの流速を実現するものの,耐久性を得るためボス部の設計を最適値から変更して製作したことなどによりケ-シングとのクリアランスが不足し,流線の集中や逆流などが起きるために十分な吐出量が得られないものと判明した.これらの資料をもとに,デザインや加工法にさらに改良を加え理論値の実現を目指している.なお,これまでの実験では羽根車の回転数は10,000-20,000rpmが必要であったため,駆動方式はモ-タによる直接駆動を行った.また,これまでの各種心補助臨床例の検討から,左心補助単独では補助効果が不十分で多臓器不全に至るような症例のなかには右心不全が重要な問題となる場合もあり,単独の右心不全の他にも右心補助を必要とする症例があるものと考えられた.右心補助の場合は比較的揚程が小さくても補助効果があることから,現在のモデルを基本としたポンプの性能によっても右心補助が可能と考えられるため,右心系の形態に適合するような新たな動物実験用モデルの作製も併せて行なっている.1.昨年度までに試作した各種ターボ式ポンプについて模擬循環回路による実験的検討を行った結果、以下の結論を得た。

(1)外径6mmの超小型モデルでの模擬回路実験では、揚程100mmHgのときに流量3L/min以上を達成し、当初目標とした仕様を満足することができた。(2)軸受、軸封機構および駆動軸などについても各々試作し模擬循環回路で検討した結果、屈曲した状態でも安定した高速回転が可能であるなど、良好な結果を得た。(3)生体適合性の評価としては、とくに血液損傷の問題が大きいものと考え、山羊の新鮮血を使用した溶血試験(in vitro)を行った。この結果、現在臨床使用されている拍動流ローラポンプとほぼ同程度の溶血量であった。長時間使用のためには改良の余地が残されているものの、試作した大動脈内マイクロターボポンプによる左心補助の可能性が示された。
若年性骨髄単球性白血病におけるポリコーム遺伝子による癌抑制経路不活化機構の解析

若年性骨髄単球性白血病(JMML)の発症には、rasをはじめとする癌遺伝子の活性化が重要な役割を果たしている。一方、癌抑制遺伝子群の不活化機構については明らかにされていない。そこで、癌遺伝子の活性化が、癌抑制遺伝子p15、p16、ARFに及ぼす影響について検討した。まず、正常骨髄CD34陽性細胞をGM-CSFとstem cell factorで刺激することにより産生されたDay7の骨髄系細胞では、40-70%の頻度で全例にp15のメチル化がみらるが、JMML患者のCD34陽性細胞から産生されたDay7細胞では、全例でほぼすべてのp15のCpG部位が非メチル化状態を示すことが明らかになった。さらに、p15の発現をreal-time PCR法で検討したところ、JMML患者においてp15mRNAの高発現が認められた。この結果から、JMMLにおいてはp15の高発現による癌抑制効果を打ち消す機構が存在すると考えられた。続いて、JMML肌において報告されている癌遺伝子rasの変異が癌抑制機構の不活化に及ぼす影響を検討するために、JMML患者81例のN-ras、K-ras遺伝子の変異を解析した。その結果、81例中13例からrasの変異(N-ras10例、K-ras3例)を検出した。活性化rasが癌抑制遺伝子ARFの発現を抑制することはマウス線維芽細胞を用いた実験で確認できたため、ヒトJMML細胞においてもARFの発現抑制効果を持つか否かについて、現在JMML細胞への遺伝子導入実験の準備を進めている。白血病幹細胞の複製に関与することが報告されているポリコーム遺伝子bmi-1のJMML発症に及ぼす影響についてreal-time PCRを用いて検討したが、検討した5例のJMMLでは正常骨髄と同程度のbmi-1の発現しか認められず、bmi-1のJMML発症への関与は少ないと考えられた。若年性骨髄単球性白血病(JMML)の発症には癌遺伝子rasの活性化が重要な役割を果たしていることが報告されている。一方、これまでにJMML発症における癌抑制経路の不活化機構についてはほとんど明らかにされていない。そこで、ヒトの主要な癌抑制経路であるRB経路とp53経路を制御している癌抑制遺伝子p15、p16、ARFについての検討を計画した。まず、癌抑制遺伝子p15のエピジェネテイックコードによる遺伝子発現の制御機構について検討した。正常対照の骨髄CD34陽性細胞をGM-CSFとstem cell factorで刺激することにより産生されたDay7の骨髄系細胞では、40%-70%の頻度で全例にp15遺伝子のメチル化がみられたが、JMML患者の骨髄CD34陽性細胞から産生されたDay7細胞では、6例中全例でほぼすべてのp15遺伝子のCpG部位が非メチル化状態を示した。さらに、p15 mRNAの発現をreal-time PCR法を用いて検討したところ、JMML患者において有意に高いp15 mRNAの発現が認められた。これらのことから、JMMLにおけるエピジェネテイックコードによる遺伝子発現の制御異常が示唆された。平成18年度は、癌抑制遺伝子p16およびARFの発現に関する検討をFISH法およびreal-time PCR法を用いて検討する予定である。さらに、癌遺伝子rasの活性化経路にかかわる遺伝子群や白血病幹細胞の複製に関与することが報告されているポリコーム遺伝子bmi-1についてもreal-time PCR法を用いて発現量を検討し、JMMLの白血化機構を明らかにしたい。
農業用継手管路屈曲部の力学挙動の解明ならびにその耐震性強化・長寿命化の確立

平成30年度は,1)曲管角度および管面摩擦が抵抗力に与える影響,2)ジオグリッドを用いたスラスト防護工法の形状寸法が抵抗力に与える影響,3)実際の施工条件下での曲管部の水平載荷挙動について解明するため,1G場での各種模型実験ならびに遠心力場での振動実験を実施した.具体的な成果を以下に述べる.1G場での模型実験には鋼製土槽(W1000×L1100×H580mm)および外径70mmのアルミ製曲管を使用した.角度(30,90度)および管面摩擦の異なる4種類の曲管を対象に,密詰め地盤中で水平載荷実験を行ったところ,角度および管面摩擦の増大に伴い抵抗力は増大するものの,その影響はわずかであった.また,地表面に現れたせん断面より,管背面地盤は3次元的に拡大しつつ破壊することがわかった.また,ジオグリッドを用いたスラスト防護工法に関して,対策工の形状寸法を変えた9ケースを実施したところ,寸法の影響は明確に見られなかったが,対策工受働側地盤のせん断面は,管ではなく対策工端部から発生することがわかった.また,当工法の液状化地盤中での有効性を検証するため,スラスト力を負荷した状態で加振実験を実施したところ,前年度実施された緩詰め地盤条件と同様に,密詰め地盤条件でも,対策工上部から地表面までを砕石で埋戻した場合,間隙水圧が消散され,抵抗力の増加が確認された.30G場の遠心模型実験には鋼製土槽(W400×L1350×H450mm)ならびに外形60mmのアルミ製管を使用した.現場での素掘施工を模擬するため,現地盤には細粒分を含む砂質土,埋戻し部には珪砂を用い,透水に関する時間相似則を満たすためメトローズで飽和した.30G場にて,スラスト力を負荷した状態で加振を行ったところ,埋戻し部の液状化と伴に管は変位するものの,非液状化層である現地盤の影響で水平変位は抑制され,浮上することが明らかとなった.平成30年度の当初計画で掲げた遠心力載荷模型実験に加えて,1G場での各種模型実験を遂行した.これらの実験から曲管の水平変位時の力学挙動ならびにジオグリッドを用いたスラスト防護工法の設計に寄与する多くの知見を得た.このことから,現在までの進捗状況としては,概ね順調に進んでいるといえる.過年度の研究成果から,曲管部の耐震性を向上させるためには1)周辺地盤の液状化を防止すること, 2)周辺地盤を一体化し水平抵抗に寄与する領域を増大させることが重要であることが明らかとなった.1)については,現地盤が完全に液状化するような場合は少ないことから,埋戻し材料として砕石を用いることが有効であることがわかった.間隙水圧の消散を促進させるためには,地表面まで砕石を用いることが望ましいが,砕石は比較的高価であるとともに,掘削された現地盤を埋戻し材として全く利用しない場合,多量の残土が発生する.そこで,今年度は砕石の合理的な配置方法を明らかにするため,追加の遠心模型実験を計画する.また,2)について,周辺地盤を一体化させる方法として,ジオグリッドを用いた新たなスラスト防護工法を提案し,その有効性について検証してきた.しかしながら,過年度までに行われた水平載荷実験では,模型管が外形60mm,幅250mmと小さく,ジオグリッドの形状・寸法が抵抗力に及ぼす影響が明確に現れず,当工法により付加される抵抗力の算定手法が開発されていない現状にある.そこで,本年度,上記の遠心模型実験に加えて,外形200mmの曲管を新たに製作し,ジオグリッドの形状・寸法を変えた条件で水平載荷実験を実施し,付加抵抗力の算定手法を提案する計画である.本研究では,農業用圧力管路屈曲部を対象に耐震性を有するラスト防護工法を提案し,その効果検証ならびに設計手法の構築を目的としている.平成29年度は,1)管の屈曲角度が背面受働抵抗力に及ぼす影響,2)ジオグリッドを用いたスラスト防護工法においてジオグリッド設置方法が抵抗力に及ぼす影響,3)当工法の抵抗メカニズム,に関して模型実験ならびに数値解析より検討した.模型実験には幅1800mm,高さ580mm,奥行き1100mmの鋼製土槽ならびに直径70mmの模型曲管を使用した.3種類の曲管(30,45,90度)を対象に,水平載荷実験を実施したところ,角度に依らず同程度の水平抵抗力が発揮され,本実験からは曲がり角度が抵抗力に及ぼす影響は確認されなかった.また,ジオグリッドを用いて曲管部周辺を囲み,その内側を砕石で埋戻すスラスト防護工法を対象に,ジオグリッドの設置方法を変えて水平載荷実験を行った.その結果,管背面側にジオグリッドを延長することにより,抵抗力が増大することがわかった.また,上向き浸透流により液状化を模擬した地盤条件で同実験を実施したところ,乾燥地盤に対して抵抗力は著しく低下するものの,対策工無しのケースと比較すると,抵抗力が増加することが明らかとなった.また,慣性力を考慮する目的で加振実験を実施したところ,周辺地盤全体が完全液状化状態に至り,上向き浸透流での実験よりも,受働抵抗力は小さくなった.また,対策工上部から地表面までを砕石で埋戻した場合,間隙水圧が消散され,抵抗力増加が期待できることが明らかとなった.

さらに,当工法を対象に抵抗メカニズムを解明するため,3次元個別要素法による数値解析を行った.その結果,管の移動に伴い,管背面側に設置されたジオグリッドに張力が発生することで,ジオグリッドで囲まれた領域が一体化され,抵抗力が増大することが明らかとなった.平成29年度の当初計画で掲げた上向き浸透流を与えた条件での水平載荷実験,振動台を用いた加振実験,3次元個別要素法による数値解析について遂行した.このことから,現在までの進捗状況としては,概ね順調に進んでいるといえる.平成30年度は,1)曲管角度および管面摩擦が抵抗力に与える影響,2)ジオグリッドを用いたスラスト防護工法の形状寸法が抵抗力に与える影響,3)実際の施工条件下での曲管部の水平載荷挙動について解明するため,1G場での各種模型実験ならびに遠心力場での振動実験を実施した.具体的な成果を以下に述べる.1G場での模型実験には鋼製土槽(W1000×L1100×H580mm)および外径70mmのアルミ製曲管を使用した.角度(30,90度)および管面摩擦の異なる4種類の曲管を対象に,密詰め地盤中で水平載荷実験を行ったところ,角度および管面摩擦の増大に伴い抵抗力は増大するものの,その影響はわずかであった.また,地表面に現れたせん断面より,管背面地盤は3次元的に拡大しつつ破壊することがわかった.また,ジオグリッドを用いたスラスト防護工法に関して,対策工の形状寸法を変えた9ケースを実施したところ,寸法の影響は明確に見られなかったが,対策工受働側地盤のせん断面は,管ではなく対策工端部から発生することがわかった.また,当工法の液状化地盤中での有効性を検証するため,スラスト力を負荷した状態で加振実験を実施したところ,前年度実施された緩詰め地盤条件と同様に,密詰め地盤条件でも,対策工上部から地表面までを砕石で埋戻した場合,間隙水圧が消散され,抵抗力の増加が確認された.30G場の遠心模型実験には鋼製土槽(W400×L1350×H450mm)ならびに外形60mmのアルミ製管を使用した.現場での素掘施工を模擬するため,現地盤には細粒分を含む砂質土,埋戻し部には珪砂を用い,透水に関する時間相似則を満たすためメトローズで飽和した.30G場にて,スラスト力を負荷した状態で加振を行ったところ,埋戻し部の液状化と伴に管は変位するものの,非液状化層である現地盤の影響で水平変位は抑制され,浮上することが明らかとなった.平成30年度の当初計画で掲げた遠心力載荷模型実験に加えて,1G場での各種模型実験を遂行した.これらの実験から曲管の水平変位時の力学挙動ならびにジオグリッドを用いたスラスト防護工法の設計に寄与する多くの知見を得た.このことから,現在までの進捗状況としては,概ね順調に進んでいるといえる.農研機構所有の遠心力載荷実験装置用いて直径2000mmクラスの大口径パイプの屈曲部を対象とした模型実験を実施し,その動的挙動を解明するとともに,ジオグリッドを用いたスラスト防護工法の大口径管路での挙動解明を遂行する.実施にあたり遠心力載荷装置のプラットホームに搭載可能なアルミ製土槽を製作するとともに直径30mmの模型供試管路を設計製作する.実験地盤には珪砂を用いて,70G場の遠心加速度条件下で実験を計画している.また,昨年度実施した,液状化制御可能な土槽を用いて,防護地盤材料の材料特性やその密度などを変化させるとともに,防護工の寸法などを変化させたモデル実験を遂行し,各防護工の効果ならびにそのメカニズムを検討する予定である.過年度の研究成果から,曲管部の耐震性を向上させるためには1)周辺地盤の液状化を防止すること, 2)周辺地盤を一体化し水平抵抗に寄与する領域を増大させることが重要であることが明らかとなった.
体性感覚-運動連関機能の評価方法開発とその神経生理学的機構の解明

今年度実施した本研究の内容を大別し,以下に報告する。1.変形性関節症症例における体性感覚-運動連関機能変形性股関節症と診断され人工股関節置換術あるいは寛骨臼回転骨切術を施行された症例を対象に,術前から術後6ヶ月までの間の体性感覚-運動連関機能評価として運動平衡保持課題(K-E課題)を用いた検査を実施し,その術後回復を解析した。K-E課題の実施成績は,昨年度までの検討で決定した変数である,位置絶対誤差,位置誤差標準偏差,力絶対誤差,力誤差標準偏差によって評価した.術前,術後3週,術後3ヶ月,術後6ヶ月の各時期に検査し,これらの時期を要因として統計学的に分析した。その結果,術前および術後3週と比較して,術後6ヶ月における成績が明らかに向上していた。このことから,今回対象とした変形性股関節症症例においては,術後6ケ月になると,それ以前と比較して有意に体性感覚-運動連関機能が改善もしくは向上することが明らかとなった。2.運動経験の体性感覚-運動連関機能への影響大学生スポーツ選手(運動群)と,特に体育会運動部に所属しない一般大学生(一般群)を対象に,既存の運動感覚機能評価およびK-E課題の実施成績を比較した。その結果,既存の評価方法による運動閾値および筋出力安定性検査の成績が運動群で優れていた。また,K-E課題による検査では運動群が一般群と比較して,位置絶対誤差と位置誤差標準偏差に関して有意に優れていた。これらのことから,長期間の運動経験は運動感覚および筋出力の安定性向上を伴い,その結果としてK-E課題で検査される体性感覚-運動連関機能が向上するものと推察した。1.運動平衡保持課題呈示装置およびプログラムの開発後述する実験を実施するためにオリジナルの装置を製作し,さらに制御プログラムとデータ解析用プログラムを開発した。当該装置は2つのサーボモータにリンク機構が接続され,被検者が水平2次元平面で運動を行う際に運動負荷を加える機能を有するものとした。被検者が出力した力は6軸トルクセンサーによって,また被検者の四肢を設置するインターフェース部分の座標はロータリエンコーダによって計測する機能を搭載した。2.運動平衡保持課題によるパフォーマンス測定方法の確立運動平衡保持課題を呈示する場合の力の増減速度(周期)によって検出される結果の特徴,および運動学習効果を検出するために感度の良い指標は何か,を明らかにすることを目的に実験を行った。被験者は健康な男性とし,膝関節伸展運動について検討した。課題呈示力はサイン波形を描くように徐々に強度を増加し(サイン型課題),35Nを最大呈示力とした。呈示力の増減周期は,最大呈示力に達するまで3秒(Fst),6秒(Med),9秒(Slw)の3種類を設定した。1試技の測定では3種類の周期が1回出現するように無作為順で組み合わせた。初日評価に引き続き,介入練習を3日間で40試技行わせ,その後に再評価を実施した。介入は測定課題と同様に無作為順で3種類の周期を組み合わせた。再評価の結果,位置座標の恒常誤差において周期に有意な主効果があった。また,介入効果を検出したのは,周期Slwにおける位置座標の恒常誤差であった。いずれの指標も,呈示力が最大に達する直前において有意に高い数値を示した。これらにより,周期や指標により介入効果検出の感度は異なっており,位置座標における恒常誤差の感度が高いことが明らかとなった。1.運動経験による体性感覚-運動連関機能の差異運動経験によって,体性感覚機能,運動機能,そして体性感覚機能と運動機能どの連関によって達成される課題遂行の機能(体性感覚-運動連関機能)のそれぞれが,運動を特別に行っていない健康な成人と異なるかどうかについて検討した。さらに,体性感覚の選択的な機能評価には,関節運動検出閾値を計測した。また運動機能の計測は,一定の目標値に筋出力を合わせる軌跡追従課題を行なわせた。そして,体性感覚-運動連関機能については,我々が開発してきた運動感覚機能評価練習装置(キネステージ)を使用して行う運動平衡保持法,および従来から行われている再現課題を行わせた。結果として,運動経験者では体性感覚機能および運動機能を選択的に評価した場合に,成績が優れていた。また,それらの機能を総合的に評価する体性感覚-運動連関機能については,運動平衡保持法の成績からは運動経験者が優れていることが検出された。しかし,再現法では運動経験で異なる機能的差異を検出することはできなかった。運動経験によって変化する体性感覚-運動連関機能の評価においては,運動平衡保持法の方が再現と比較して検出できる可能性が高いものと考えた。2.変形性股関節症症例における体性感覚-運動連関機能の評価キネステージを使用して,変形性股関節症症例の術前および術後回復期の体性感覚-運動連関機能を評価し,その経過を観察した。現時点で,術前のデータのみまとめ終わっている。結果として,症状が重篤である術側の術前評価において,対照とした健康な群だけでなく,非術側と比較しても有意に機能が低下していることが示唆された。

1.変形性関節症症例における体性感覚-運動連関機能変形性股関節症と診断され人工股関節置換術あるいは寛骨臼回転骨切術を施行された症例を対象に,術前から術後6ヶ月までの間の体性感覚-運動連関機能評価として運動平衡保持課題(K-E課題)を用いた検査を実施し,その術後回復を解析した。K-E課題の実施成績は,昨年度までの検討で決定した変数である,位置絶対誤差,位置誤差標準偏差,力絶対誤差,力誤差標準偏差によって評価した.術前,術後3週,術後3ヶ月,術後6ヶ月の各時期に検査し,これらの時期を要因として統計学的に分析した。その結果,術前および術後3週と比較して,術後6ヶ月における成績が明らかに向上していた。このことから,今回対象とした変形性股関節症症例においては,術後6ケ月になると,それ以前と比較して有意に体性感覚-運動連関機能が改善もしくは向上することが明らかとなった。2.運動経験の体性感覚-運動連関機能への影響大学生スポーツ選手(運動群)と,特に体育会運動部に所属しない一般大学生(一般群)を対象に,既存の運動感覚機能評価およびK-E課題の実施成績を比較した。その結果,既存の評価方法による運動閾値および筋出力安定性検査の成績が運動群で優れていた。また,K-E課題による検査では運動群が一般群と比較して,位置絶対誤差と位置誤差標準偏差に関して有意に優れていた。これらのことから,長期間の運動経験は運動感覚および筋出力の安定性向上を伴い,その結果としてK-E課題で検査される体性感覚-運動連関機能が向上するものと推察した。
脳卒中患者の潜在的運動イメージを顕在化させる評価・訓練手法の開発

運動イメージ中には実際の運動で動員される神経が活性化することが知られており,運動の実施が困難な脳卒中患者のリハビリへの応用が期待されている.手の心的回転課題はリハビリ応用で重要な一人称運動イメージを想起させるとされるが,運動イメージ訓練では患者が運動をイメージできているか,またはその「量」を客観的に評価する方法が無い.本研究では,脳波からこれを客観化する方法を提案する.また,拡張現実による運動イメージの誘導を行うことで,潜在的であった運動イメージを顕在化させ,運動イメージ能力の増進およびリハビリの臨床への応用を目指す.運動イメージ中には実際の運動で動員される神経が活性化することが知られており,運動の実施が困難な脳卒中患者のリハビリへの応用が期待されている.手の心的回転課題はリハビリ応用で重要な一人称運動イメージを想起させるとされるが,運動イメージ訓練では患者が運動をイメージできているか,またはその「量」を客観的に評価する方法が無い.本研究では,脳波からこれを客観化する方法を提案する.また,拡張現実による運動イメージの誘導を行うことで,潜在的であった運動イメージを顕在化させ,運動イメージ能力の増進およびリハビリの臨床への応用を目指す.
変容するセグメント組織のための業績測定システムの研究

本研究では,様々なセグメント形態に対して,どのような業績評価を行えばよいのか,そしてそのためにはどのような業績の測定が必要か,ということに焦点を当てて研究した。その結果,業績測定に用いられる損益計算書は,近年提唱されているスループット会計やActivity-Based Costingの概念を取り入れることで,組織形態の変化に対して柔軟に対応が可能になることが明らかになった。そして,組織が分権化すると,経済的な意味での連結原価が発生し,その配分方法とそれに対するコンセンサスが業績評価とそれに伴う行動に影響を与えることが明らかになった。また,課題として,持株会社制などに見られるグループ経営における業績評価が問題となり得ることが明らかとなった。当該年度は,セグメントの業績測定に不可欠である貢献利益法とその周辺領域に関して研究した。その成果として,1冊の著書と2編の論文を公表する事ができた。以下の成果を上げることができた。(1)著書においては,変容するセグメントの形態に対応して貢献利益法,特に固定費・間接費の区分表示の方法が変化していく過程を描写した。セグメントへの跡付可能性から個別固定費の概念がうまれ,事業部制組織の普及に伴い管理可能原価・管理不能原価の概念が現れてくるプロセスを明らかにした。特に事業部制組織の展開と,責任と権限の委譲程度によって固定費・間接費が詳細に区分され,それに伴い事業部自体あるいは事業部長の業績測定に必要な利益概念が生成されていく過程を歴史的に解明することができた。(2)企業内部の業績測定等に有用な貢献利益を表示する直接原価計算が,外部報告会計になぜ採用されなかったのかについて検討した。採用されなかった理由として外部の利害関係者が企業の業績を評価する場合に,積極的な効用を示すことができなかったためであるという結論に至った。(3)貢献利益法の一種の変形であるスループット会計の変遷について検討した。スループットは,全体最適を図る生産管理の文脈から出てきた概念であるが,非常に貢献利益と類似したものである。スループットは全く新しい概念というわけではなく,コスト・ビへイビアの観点からの貢献利益法の理論的純化であるという点を明らかにした。平成19年度の研究の結果,セグメントの組織の普遍的な問題として,共通費,連結原価の配分の問題があることが判明した。そこで,本年度は,セグメント形態が変容しても普遍的な問題である共通費・連結原価の問題について研究した。連結原価は,狭義にはいわゆる連結的供給を行う場合の原価があり,広義には共通費と同じ意味を持つものがある。これらの属性を検討した結果,前者の連結原価は技術的連結原価,後者の連結原価を経済的連結原価であると命名・分類した。このような原価の配分は,組織のセグメントの行動やセグメント間の関係に影響を与える。そこで,特に連結原価の配分方法についてそれがどのような論理から行われるのか,という研究を行った。「正義」という観点から,市価法,NRV法,修正NRV法といった典型的な配分方法について,その合理性を検討した。また,分権化組織の究極形として持株会社制によるグループ経営があげられる。グループ経営における間接業務の管理と人的資源の有効活用の一つの手段としてシェアードサービスがある。シェアードサービスセンターも,本社の部門とする方法と子会社化する方法とに二分される。いずれにおいても,戦略的な業務の管理と人的資源の最適配分のために,BSCの手法を用いることが有効であることが確認された。グループ経営におけるシェアードサービスセンターの戦略的な位置づけとその管理が,今後の課題としてあげられる。
GPの進化システムに基づくカオティック移動ロボットの開発・研究

本研究は、新しい理念に基づく自律型移動ロボットを実現すべくカオティック移動ロボットの開発・研究することを目標とするものである。具体的には、ファジイ制御による障害物回避をより適切に行うことを目的として、ファジイ制御で重要な役割を担うメンバーシップ関数をGP手法に基づいて創成する方法を確立し、さらにこれに基づきカオス結合系によってGPのパラメータをチューニングする方法を検討した。そして,計算機シミュレーションおよび実機走行実験を行うことによってこの有用性について調べた。この結果、(1)簡単な学習によってメンバーシップ閧数が自動生成でき、比較的良好な障害物回避が実現できる(2)一連の複数の関数を必要なだけ同時に生成することができ、より複雑な回避モデルに適応可能である(3)カオス結合系によりGPの効率を上げることが実現できた(4)実機走行実験においても良好な結果を得ることができ、実際のロボットに実装可能である等の知見を得た。このことから、GPは、ファジイ制御で用いる適切なメンバーシップ関数を自動生成することのできる有効な手段であり、またカオス結合系によりGPの効率を向上させることが可能であることがわかった。本年度に行った研究は,カオティック移動ロボットの制御をより高精度に行うことを目的に,ファジイ制御方式を応用した新しい知能ロボットの開発である.具体的には次に記述する新しい方法を提案し,検討した.先ず,ファジイ制御の精度を上げることを目的に,その重要な要因であるメンバーシップ関数を,進化システム機能を有する遺伝的プログラミング(GP)法に基づいて自律系統的に創成し,より適切なメンバーシップ関数にチューンアップする方法を提案した.そして,これに基づいて実行したコンピュータシミュレーションおよび実機走行実験からこの方法の有用性について検討した,その結果,(1)ファジイ制御による効率のよい障害物回避を行うためのメンバーシッブ関数を自動生成することができる,(2)複数の障害物で構成される複雑な環境においても簡単なアルゴリズムで適切な回避処理を実現できる,(3)実装ロボットへの適用が可能,等の知見を得た.本年度は、カオティック移動ロボットの障害物回避を適切に行うことを目的に、より制度の高いファジイ制御の実現のための新しい知能原理について検討した。具体的には、ファジイ制御の重要な要因であるメンバーシップ関数を、進化システム機能を有する遺伝的プログラミング法に基づいて自律系統的に創成し、より適切なメンバーシップ関数にチューニングする方法を設計した。また、この原理に基づいてコンピュータシミュレーションを行うとともに、モデルとしての実機を制作し、これによる走行実験からこの方法の有用性について検討した。その結果、ファジイ制御による効率のよい障害物回避のためのメンバーシップ関数を自動生成することができ、また実装ロボットへの適用が可能となること等がわかった。本年度は、本研究裸題を行う最終年度として、前年度までに確立した知的原理である遺伝的プログラミング(GP)に、当初の目標であったカオス結合系を応用することによって、新しい理念に基づくカオティック移動ロボットのための知的原理を作り上げるとともに、これを実際に応用した自走ロボットを試作してその有用性を検討した。そして、計算機シミュレーションおよび実機走行実験を行うことによってこの有用性について調べた。この結果、簡単な学習によってメンバーシップ関数が自動生成でき比較的良好な障害物回避が実現できる、カオス結合系によりGPの効率を上げることが実現できる、実機走行実験においても良好な結果を得ることができ実際のロボットに実装可能であることがわかった。
破骨細胞性骨吸収に及ぼすTIMPの役割

TIMPsはMMPs共通の内因性インヒビターとしてその活性調節に関与する一方、インヒビター機能とは独立して、広範囲の細胞に強い増殖活性を示すことが明らかにされている。本研究は破骨細胞の骨吸収機能に増殖因子レベルで血清中に含まれるTIMPsがどのような影響を与えるかを検討した。正常FCSに含まれるTIMPsの影響を除くために抗TIMP-1抗体(IgG7-21B12),TIMP-2抗体(IgG68-6H4)を用いたアフィニティーカラムでTIMPフリーのFCSを調製した。これらFCSを10%の濃度でα-MEMに加えた。破骨細胞は生後1日齢のウサギ長管骨より分離した。ウシの大腿骨より直径6mmのディスク状の骨片を調製し48時間培養した。培養後、骨片を抗コラーゲンタイプI抗体を用いた免疫染色を行い、骨片上に形成された吸収窩を可視化して顕微鏡下で定量した。また同様な方法でTIMP-1,2フリー群と培地中にリコンビナントTIMP-1,2を加えた群との比較も行った。さらに破骨細胞数に対する影響を検討する目的で細胞懸濁液をスライドグラス上に接種し、それぞれの培地で同様の期間培養した後、TRAP染色を行い顕微鏡下でTRAP陽性で多核の細胞をカウントした。また免疫細胞化学的に骨髄内の破骨細胞と乳歯の破歯細胞でのTIMPsの出現を検討した。その結果、正常FCSの培地に比べTIMP-1フリー,TIMP-2フリー,TIMP-1,2フリー培地で培養した骨片上に形成された吸収窩は減少していた。TIMP-1フリー培地よりTIMP-2フリー培地でより吸収窩は減少していた。さらにリコンビナントTIMP-1,2を加えた群ではTIMP-1,2フリ一群に比べ高い値を示した。TRAP陽性の多核細胞数は正常培地とTIMPフリー培地の間に有為差はなかった。また骨髄内の破骨細胞と乳歯の破歯細胞の細胞質内にTIMPsは存在していた。以上の結果から、本研究において、これら血清中のTIMPsが培養期間中に破骨細胞数への影響は見られないものの、破骨細胞の骨吸収能の発現には促進的に作用していることを明らがにした。この結果はTIMPsの関与が種々の細胞において報告されているような細胞増殖のみでなく、細胞機能の発現にも関与している可能性を示唆している。Tissue inhibitors of metalloproteinases(TIMPs)はMaterixmetelloproteinases(MMPs)共通の内因子性インヒビターとしてその活性調節に関与する一方、インヒビター機能とは独立して、広範囲の細胞に強い増殖活性を示すことが明らかにされている。本研究の目的は成長因子としての破骨細胞の骨吸収活性に対するTIMPの影響を検討することである。抗TIMP-

1、2抗体を用いたアフィニティーカラムによりTIMPフリーFCSを調整し、TIMPフリーFCSと正常FCS培地で、ウサギより分離した破骨細胞を骨片上で48時間培養し、骨表面に形成された吸収窩を測定したところ、TIMPフリーFCS群では吸収活性が有意に抑制された。さらにTIMPフリーFCS含有培地中にリコンビナントTIMPの添加により吸収活性は回復した。しかしながら合成MMPインヒビター添加や抗TIMP抗体添加では吸収活性は回復しないことからTIMPは破骨細胞の吸収活性に関与することが示唆された。さらにヒト破骨細胞を分離培養し、オートクラインに生産されるTIMPについての検討が進行中である。ヒト破歯細胞や分離ヒト破骨細胞について抗TIMP-1,2抗体で免疫細胞化学的に検討すると、細胞内に陽性反応を認めた。また分離ヒト破骨細胞のmRNA発現性を証明する目的でTIMP-1のDNAプローブを調整した。分離ヒト破骨細胞のホモジナイズからのノザンブロッティングではその発現を証明できた。現在In situ hybridisationにより破骨細胞胞内でのmRNAの局在を検討中である。TIMPsはMMPs共通の内因性インヒビターとしてその活性調節に関与する一方、インヒビター機能とは独立して、広範囲の細胞に強い増殖活性を示すことが明らかにされている。本研究は破骨細胞の骨吸収機能に増殖因子レベルで血清中に含まれるTIMPsがどのような影響を与えるかを検討した。正常FCSに含まれるTIMPsの影響を除くために抗TIMP-1抗体(IgG7-21B12),TIMP-2抗体(IgG68-6H4)を用いたアフィニティーカラムでTIMPフリーのFCSを調製した。これらFCSを10%の濃度でα-MEMに加えた。破骨細胞は生後1日齢のウサギ長管骨より分離した。ウシの大腿骨より直径6mmのディスク状の骨片を調製し48時間培養した。培養後、骨片を抗コラーゲンタイプ抗体を用いた免疫染色を行い、骨片上に形成された吸収窩を可視化して顕微鏡下で定量した。また同様な方法でTIMP-1,2フリー群と培地中にリコンビナントTIMP-1,2を加えた群との比較も行った。さらに破骨細胞数に対する影響を検討する目的で細胞懸濁液をスライドグラス上に接種し、それぞれの培地で同様の期間培養した後、TRAP染色を行い顕微鏡下でTRAP陽性で多核の細胞をカウントした。また免疫細胞化学的に骨髄内の破骨細胞と乳歯の破歯細胞でのTIMPsの出現を検討した。その結果、正常FCSの培地に比べTIMP-1フリー,TIMP-2フリー,TIMP-1,2フリー培地で培養した骨片上に形成された吸収窩は減少していた。TIMP-1フリー培地よりTIMP-2フリー培地でより吸収窩は減少していた。さらにリコンビナントTIMP-1,2を加えた群ではTIMP-1,2フリー群に比べ高い値を示した。TRAP陽性の多核細胞数は正常培地とTIMPフリー培地の間に有為差はなかった。また骨髄内の破骨細胞と乳歯の破歯細胞の細胞質内にTIMPsは存在していた。以上の結果から、本研究において、これら血清中のTIMPsが培養期間中に破骨細胞数への影響は見られないものの、破骨細胞の骨吸収能の発現には促進的に作用していることを明らかにした。