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口唇閉鎖不全に対する筋機能療法の効果:マルチモダリティ解析

口唇閉鎖不全を伴う不正咬合患者に対し、筋機能療法は有用な治療法の一つと考えられている。しかしながら、筋機能療法における血流動態はいまだ不明な点が多い。そこで本研究は、口唇閉鎖不全者における筋機能療法時筋活動量(EMG)および血流量(BF)を計測し健常者と比較検討することを目的とした。結果、口唇不全患者と健常者において筋機能療法時筋活動量および血流量に異なるメカニズムが存在することが示唆された。口唇閉鎖不全を伴う、上下顎骨の前後的・垂直的位置関係の不調和が著しい不正咬合においては、矯正歯科治療単独での咬合の改善や顔貌の調和を図ることが困難である。このような場合に併用される筋機能療法のエビデンスには不明な点が多い。そこで、本研究は「口唇閉鎖不全患者における口輪筋収縮訓練に伴う口唇圧、口唇血流量および口輪筋筋活動の経時的変化における相互関連を探り、顎態および歯列に与える影響を解明する」ことを本研究の具体的な目的として遂行する。上記の目的を達成するため、本年度では1、改良型口唇圧測定装置の実用化、2、口唇血流量および口輪筋筋活動同時計測の実用化を行い、口唇圧、血流量の測定のための実験治具の作製および測定条件の設定を行った。具体的には、1、に関して、被験者の上下顎模型を採得し、厚さ0.75mmプラスチップレート基板を軟化圧接し、口腔前庭部に合わせたプラスチックプレートを作成した後に2個の超小型圧センサをプレート上顎両側中切歯部唇側に埋入する。また、センサに接続するケーブルはプラスチックプレートに沿わせ、可及的に口腔の生理的連動を阻害しないように前方に進め、両側口角部から口腔外に導出する。得られたデータは、動ひずみ測定器を介してパーソナルコンピュータに記録し解析する。この際、作成されたプラスチックプレートには口輪筋トレーニング用のコードを接続しておく。2、に関して片側上唇には口輪筋筋活動計測用の表面電極を設置し、また反対側上唇からは非接触型ドップラー血流計を用いて血流量を測定する。計測前に被験者の上唇両側の血流量、および筋活動を別々に測定し、両側に差異がないことを確認する。以上の設定条件および計測方法を本年度では確立することを行った。「口唇閉鎖不全患者における口輪筋収縮訓練に伴う口唇圧、口唇血流量および口輸筋筋活動の経時的変化における相互関連を探り、顎態および歯列に与える影響を解明する」ことを目的として、本年度中「健常者および口唇閉鎖不全息者において口輪筋収縮訓練に伴う口唇圧、口唇血流量および口輸筋筋活動の負荷に伴う変化」の測定、解析を行った。具体的には、測定機器を開発し、経時的に測定可能をすることができるよう改良を加え、安定した口唇圧、口唇血流量および口輸筋筋活動を計測することが可能となった。その装置を用いて、健常者7名の異なる負荷を加え、その訓練前口唇圧、口唇血流量および口輪筋筋活動の計測を行い、さらに訓練終了後の回復期血流量の検討も行った。計測方法は、座位にて頭部固定後、牽引用プレートを口腔前庭部に保持させ、0.3RM、0.5RMおよび0.7RM(最大牽引力1RM)の各負荷を5秒間20回繰り返し与え、片側上下唇の筋活動量、対側同部位の血流量を同時測定した。荷量時の安定した3秒聞、5回の記録を無作為抽出し平均値を求め、訓練時筋活動量・血流量とした。訓練終了直後より5秒毎および訓練終了1分後以降の安定した5秒間の平均値を求め、回復期血流量とした。その結果、負荷量と、口輪筋活動量、血流量および回復時血流量に関連が認められ、訓練時筋活動量と血流量の同時計測および回復期血流量の測定が、口輪筋訓練効果の評価に有用である可能性が示唆された。さらに現在、口唇閉鎖不全患者7名の訓練前口唇圧、口唇血流量および口輪筋筋活動を測定し、すべての被験者において、訓線後測定に備え、訓練期間中である。そこで、申請者は、「口唇閉鎖不全患者における口輪筋収縮訓練に伴う口唇圧、口唇血流量および口輪筋筋活動の経時的変化における相互関連を探り、顎態および歯列に与える影響を解明する」ことを本研究の具体的な目的として行った。結果、健常者と口唇閉鎖不全患者の筋活動量および血流量において異なるメカニズムが示唆され、これは今まで不明な点が多かった口唇不全患者に対して筋機能療法の有効性を示す一つの指標になりえることが考えられた。また、成長期に顕著に発現する口唇閉鎖不全に対する予防法を機能的な面から確立する基盤となることが考えられた。

現在(平成25年度)までに国内外5つの学会(国内3回、国外2回)にその研究成果を発表し、うち2回の優秀ポスター賞を受賞した。今後もこれらの結果をふまえ、口唇閉鎖不全に対するメカニズムを解明していく予定である。計測機器の開発など順調に進み、健常者においてはほぼ順調に訓練前測定が進んでいる。口唇閉鎖不全患者の訓練前測定も進んでいるが、健常者に比べそのリクルートがやや困難なことがあげられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後も組織的に被験者を集めることが必須のため、臨床科とも密にミーティングを重ね、被験者の協力を募っていく予定である。
教師の怒りが児童生徒の不適応行動に及ぼす影響

本研究の目的は、教師の怒りが子どもの不適応行動に及ぼす影響について検討することであった。まず、教師の怒り水準を客観的に測定できるようにするために、日本の公立小学校に勤務している392名の教師と公立中学校に勤務している257名の教師を対象にして、「児童生徒の言動」、「同僚や保護者の言動」、「仕事の多忙さ」という3つの下位尺度から成る「教師怒り尺度」を開発した。そして、その「教師怒り尺度」を用いて、小学校教師の怒り水準はより女性の方が高いこと、中学校教師においては年齢が上がるにつれて怒り水準が徐々に上昇すること、怒り水準の高い教師ほど心身の不調を強く感じていることなどがわかった。そして、日本の教師649名とデンマークの教師222名の怒り水準を比較したところ、日本の教師の方がデンマークの教師よりもカッとなりやすい傾向の強いことが明らかになった。併せて、「相談」、「児童生徒への攻撃」、「リラックス」、「抑圧」、「家族への攻撃」、「自力問題解決」という6つの下位尺度から成る「教師怒り対処尺度」を開発し、怒り水準が上昇すればするほど児童生徒や家族への攻撃行動が起こりやすくなることも明らかにした。次に、生徒197名(6クラス)及びそのクラス担任を対象にして、担任の怒り傾向の違いが子どもの不適応行動に及ぼす影響について分析するために、クラスごとに時系列的調査を実施した。本研究では子どもの不適応行動傾向を測定するために、新たに「非行傾向」、「うつ傾向」、「キレやすさ傾向」、「友人不信傾向」、「疲労傾向」という5つの下位尺度、計20項目から成る「不適応傾向予測診断尺度」を開発し、1学期の間3回にわたり、同一被験者に対して本尺度を実施した。なお、本尺度実施に当たっては、担任教師のタイプを「怒り水準」(低-高)と、「怒り対処行動」(抑圧-発散)という視点から4つのタイプに分類し、4つの異なった担任タイプごとに、そのクラスにおける子どもの不適応行動傾向の時間的変化について細かく見ていった。その結果、担任教師の怒り水準が相対的に高いということは、怒り対処行動様式の違いに関わらず、生徒の不適応行動を高める大きな要因になっていることがわかった。また、怒り感情を内に抑える傾向の強い担任教師のクラスの生徒は時間が経つにつれて担任不信感や不満足感を抱きやすくなるのに対して、怒り感情を外に発散する傾向の強い担任教師のクラスではいじめが頻発するようになることが明らかにされた。本研究の目的は、教師の怒りが児童生徒の不適応行動にどのような影響を及ぼしているかについて分析することである。そこで、まず、教師の怒り水準を客観的に測定できるようにするために、「教師版怒り尺度」の開発に着手した。調査対象者は、小学校、中学校教師併せて1000名である。

郵送法による調査の結果、最終的に、小学校教師392名(男性141名、女性251名、回収率=74.4%)、中学校教師257名(男性136名、女性121名、回収率=51.4%)、計649名の有効回答を得た。調査項目は、小学校、中学校教師各々50名ずつを対象にして行った教師の怒り経験に関する自由記述調査によって収集された30項目(共通項目-20項目、小・中学校別項目-10項目)を用いた。なお、回答方法は、それぞれの場面に遭遇した時に腹の立つことがあるかどうかによって、「全くない」から「よくある」という4件法で答える形式とした。小学校、中学校教師別に、項目分析及び主因子法・プロマックス回転による因子分析を行ったところ、小学校、中学校教師とも、教師の怒り経験は、「子供の言動」、「同僚・保護者との人間関係」、「仕事の多忙さ」という3つの因子で説明できることがわかった。尺度の信頼性についてはクロンバックのα係数及び折半法信頼性係数によって、妥当性については検証的因子分析によるGFI及びAGFIの値によって検討したが、いずれにおいても満足のいく値を得たことから、小学校教師版、中学校教師版とも十分な信頼性、妥当性が備わっていることが確認された。なお、教師の怒り得点は、単純にそれぞれの因子を構成している項目の得点を加算する方式で算出することにした。その結果、性差については、小学校においては、一般に女性教師の方が男性教師よりも1%水準で有意に怒り得点の高い傾向が認められたが、中学校では男女に差は見られなかった。一方、年齢差については、小学校では見られなかったが、中学校では、30歳代以上の教師の方が、20歳代の教師に比べて1%水準で有意に怒り得点の高い傾向が認められた。そこで、次に、教師の怒り経験について、デンマークと日本の現状を比較検討するために、前述の「教師版怒り尺度」のうち小、中学校共通の20項目を用いて、「国際版教師怒り尺度」を開発したが、項目数を減らしても信頼性、妥当性は損なわれないことが判明した。一方、児童生徒の不適応行動の変化を測定できるようにするために、30項目から成る「児童生徒版不適応行動尺度」の開発も行った。そして、教師の怒り得点及び怒り行動に基づいて抽出された6クラスにおいて、本研究において開発した「児童生徒版不適応行動尺度」を実施し、担任教師の怒り水準及び怒り行動が児童生徒の不適応行動に大きな影響を及ぼしていることが明らかになった。本研究の目的は、教師の怒りが児童生徒の不適応行動に及ぼす影響について分析することであった。そこで、まず、日本の公立小学校及び中学校に勤務している教師(小学校教師392名、中学校教師257名)を対象にして、教師の怒り水準を客観的に測定できる「怒り尺度」及び怒り喚起場面における教師の対処行動を測定できる「怒り対処尺度」を開発した。そして、それらの尺度を用いて、教師の怒り原因は「児童生徒の言動」、「仕事の多忙さ」、「同僚・保護者の言動」という3つの因子で説明できること、怒り水準の高い教師ほど心身の健康状態が良くないこと、怒り水準が上昇すればするほど児童生徒や家族に対する攻撃行動が起こりやすくなることなどについて明らかにした。次に、日本の教師649名、デンマークの教師222名を対象にして、「国際版教師怒り尺度」及び「国際版教師怒り対処尺度」を開発した。そして、それらの尺度及びQ-Uを用いて、日本の教師の怒り水準はデンマークの教師の怒り水準に比べて有意に高いこと、日本の教師は怒り感情をより内に抑える傾向が強いのに対しデンマークの教師は外に発散する傾向が強いことなどについて明らかにした。
β-アミラーゼのX線結晶構造解析による触媒機構の解析

アミラーゼについては古くから多くの研究がなされているにもかかわらず、触媒反応が原子レベルで解明された例はほとんどない。申請者らはダイズβ-アミラーゼについてα-シクロデキストリンとの複合体のX線結晶構造解析を2.0Å分解能で完成した。本研究ではさらに、β-アミラーゼの触媒機構を明らかにするため、ダイズβ-アミラーゼと本酵素の基質アナログであるマルトース、マルタール、およびグルコースとの複合体の結晶を種々の条件で調整し、そのX線結晶構造解析を行った。ダイズグロブリン抽出後の脱脂ダイズより既報の方法によりβ-アミラーゼの主要アイソザイムであるアイソザイム2を600mgを精製し、その結晶化を行った。得られた三方晶の結晶にマルトース、マルタール(Hehre教授合成)、およびグルコースをそれぞれ低濃度と高濃度で浸析し、これらの基質アナログとの複合体結晶を調製した。得られた基質アナログ複合体結晶のX線回折データは米国アルバ-トアインシュタイン医科大学設置のシーメンス2次元検出器により2.0Å以上の分解能まで収集し、測定されたデータは初期モデルとしてα-シクロデキストリン複合体のタンパク部分を用いてリファインメントとコンピュータグラフィクスによるモデル修正を繰り返し、それぞれの複合体の最終構造を得た。マルトース複合体の構造解析の結果から、低濃度、高濃度のマルトース存在下、いずれの場合もサブサイト1から4に2分子のマルトースが連続的に結合しているのが認められた。2分子のマルトースは本酵素による逆反応により、一部マルトテトラオースを形成している。従って、本酵素の生成物であるマルトースを反応させることにより、本酵素の基質である、マルトテトラオースとの結合状態を直接観察することができた。その結果、本酵素の触媒部位であるサブサイト2と3の間には、触媒残基であるGlu186とGlu380が配置され、それぞれ切断部位のグルコシド結合のOおよびサブサイト2に結合している生成物型のマルトースのβ-アノマーのO1と水素結合を形成していることが明らかになった。この結果に基づきGlu186の側鎖によるグルコシド結合への攻撃とその反対側に位置するGlu380の側鎖によって活性化された水分子のC1炭素への攻撃によって進行する本酵素の立体化学的触媒機構を明らかにすることができた。一方、本酵素の水和反応の基質であるマルタールとの複合体の解析結果から、水和反応の生成物である2-デオキシマルトースがマルトースと同じ部位に2分子が結合していることが示され、加水分解反応と水和反応とが同一部位で生じることが判明した。さらに、グルコース複合体の解析結果から、低濃度グルコース存在下では1分子のグルコースがサブサイト1に、高濃度グルコース存在下では3分子のグルコースがサブサイト1、3、4に結合しているが明らかになった。グルコースがサブサイト2へは結合できないことはサブサイト2への結合が基質の構造変化を伴うことを示唆している。マルトース、マルタール、およびグルコースの複合体では活性部位の近くに存在するGly96からIle103のフレキシブルループ部分は活性部位の近くに存在する「閉じた構造」をとるが、α-シクロデキストリン複合体やアポ型の酵素では活性部位から離れた「開いた構造」をとっていることが判明した。両構造では最大約11Åのポリペプチド主鎖の移動がある。「閉じた構造」ではループ上のAsp101の側鎖はサブサイト2のグルコース残基のO2と水素結合を形成し、基質の反応遷移状態を安定化する。一方、生成物のマルトースが酵素から遊離するためには「閉じた構造」をとる必要があり、このループの開閉が酵素反応と同期しているものと推定された。以上の結果は硫安溶液中での酵素反応の解析を行った結果からも支持された。

従って、本酵素の生成物であるマルトースを反応させることにより、本酵素の基質である、マルトテトラオースとの結合状態を直接観察することができた。その結果、本酵素の触媒部位であるサブサイト2と3の間には、触媒残基であるGlu186とGlu380が配置され、それぞれ切断部位のグルコシド結合のOおよびサブサイト2に結合している生成物型のマルトースのβ-アノマーのO1と水素結合を形成していることが明らかになった。この結果に基づきGlu186の側鎖によるグルコシド結合への攻撃とその反対側に位置するGlu380の側鎖によって活性化された水分子のC1炭素への攻撃によって進行する本酵素の立体化学的触媒機構を明らかにすることができた。一方、本酵素の水和反応の基質であるマルタールとの複合体の解析結果から、水和反応の生成物である2-デオキシマルトースがマルトースと同じ部位に2分子が結合していることが示され、加水分解反応と水和反応とが同一部位で生じることが判明した。さらに、グルコース複合体の解析結果から、低濃度グルコース存在下では1分子のグルコースがサブサイト1に、高濃度グルコース存在下では3分子のグルコースがサブサイト1、3、4に結合しているが明らかになった。グルコースがサブサイト2へは結合できないことはサブサイト2への結合が基質の構造変化を伴うことを示唆している。マルトース、マルタール、およびグルコースの複合体では活性部位の近くに存在するGly96からIle103のフレキシブルループ部分は活性部位の近くに存在する「閉じた構造」をとるが、α-シクロデキストリン複合体やアポ型の酵素では活性部位から離れた「開いた構造」をとっていることが判明した。両構造では最大約11Åのポリペプチド主鎖の移動がある。「閉じた構造」ではループ上のAsp101の側鎖はサブサイト2のグルコース残基のO2と水素結合を形成し、基質の反応遷移状態を安定化する。一方、生成物のマルトースが酵素から遊離するためには「閉じた構造」をとる必要があり、このループの開閉が酵素反応と同期しているものと推定された。以上の結果は硫安溶液中での酵素反応の解析を行った結果からも支持された。
マイクロカロリメータによる宇宙X線分光観測の新展開

X線マイクロカロリメータ(XMC)は宇宙X線観測で重要な鉄輝線を含むエネルギー範囲で高い検出効率と半値幅で10eV以下のエネルギー分解能を実現する唯一のX線検出器である。XMCはわが国のAstro-E2衛星に衛星としては史上初めて搭載される。これによって高分解能X線観測による全く新しい観測研究が始まろうとしている。しかし撮像という観点ではAstro-E2のXMCは3分角の視野を32画素で覆う不十分なものである。しかも冷媒寿命により観測期間は2.5年程度である。このため多くの重要なサイエンスが残される。本研究は、我々のこれまでのTES(超伝導遷移端センサー)型XMCの研究成果を基に本格的な撮像能力を備えたXMCアレイ実現向けた研究を展開した。この研究成果から酸素の輝線を利用したミッシングバリオンとしての銀河間空間高温物質の3次元マッピング観測等、様々な将来のX線撮像精密分光観測実現が期待される。主な研究成果は以下の通り。(1)高いX線吸収効率をもつTES型XMC実現のために半金属であるビスマス薄膜の物性評価とそれをX線吸収体とする素子の試作を行い、ビスマス吸収体素子の分解能を20eVまで改善するとともに、今後改善すべき問題点、TESとの界面野熱伝導とビスマス薄膜内の熱伝導の問題を明らかにした。(2)16x16フォーマットの256画素のTES型XMCを製作し配線を含めたアレイ素子の製作技術を確立した。(3)アレイ素子からの信号を少数の信号チャンネルで読み出すための周波数空間信号多重化に関する原理的な研究をすすめるとともに、これ実現するために必要な高速なSQUID駆動系の開発研究をすすめ、ほぼ要求を満たすところまで実現した。(4)乙女座銀河団周辺の銀河間空間高温物質を示唆する観測結果など、将来の広視野X線撮像精密分光観測観測に向けた先駆的な観測成果を得た。本研究の目的は、1000画素程度の本格的な撮像能力と半値幅4eVの高いエネルギー分解能を備えたX線マイクロカロリメータアレイを実現するために必要な2つの基礎技術、すなわち、大規模アレイ製作のための安定な製作プロセスと多数画素からの信号を読み出すための低雑音信号処理技術、の開発研究である。本年度は、当初の年次計画に沿って、以下の研究を行った。1.TESマイクロカロリメータアレイの研究1.1開口効率の高い画素構造を持つカロリメータアレイ宇宙観測用のカロリメータアレイでは、隣接する画素との間の不感領域をできるだけ小さくする必要がある。このために、いわゆる"マッシュルーム"型X線吸収体を備えたカロリメータが必要となる。これまで、この形状のカロリメータでは100eV程度の分解能に留まっていたが、今年度、吸収体として使用する物質に変更を加えることで12eVまで分解能を改善することに成功した。1.1オランダSRONグループとの素子の共同製作素子製作のプロセスの一部を他の研究グループが行うことにより、素子製作プロセスの違いによる素子の性能、特に超過雑音とよばれる原因不明の雑音の振る舞いを調べる目的で、オランダSRONとの素子の共同製作をすすめている。今年度は素子製作と、基本的な特性の測定まで完了した。2.カロリメータ信号の超低温多重化に関する研究多数の画素からの信号を、超低温(1K)において、マイクロカロリメータを交流でバイアスすることによって少数の信号チャンネルに多重化する研究を進めている。これまでに2つの画素からの信号の多重化に成功している。

本年度は、交流でバイアスに対するマイクロカロリメータの応答を実験により詳細に調べた。その結果、超伝導薄膜の電流特性に起因する予想外の動作が明らかになった。これを踏まえた信号処理の方法を検討し、実証実験を行った。本研究の目的は、1000画素程度の本格的な撮像能力と半値幅4eV程度の高いエネルギー分解能を備えたX線マイクロカロリメータアレイを実現するために必要な2つの基礎技術、すなわち、大規模アレイ製作のための安定な製作プロセスと多数画素からの信号を読み出すための低雑音信号処理技術、の開発研究である。1.TESマイクロカロリメータアレイの研究宇宙観測用のカロリメータアレイでは隣接する画素間の不感領域を小さくするために、いわゆる"マッシュルーム"形状を持つX線吸収体が必要である。昨年度の研究でこの形状でも10eV近い分解能を達成した。今年度は、より高い分解能を達成するためカロリメータ内の熱伝達シミュレーション計算を行い、X線吸収体の製作プロセス方法の改良を行った。この結果に基づいて新しいプロセスによる素子製作を進めている。一方、16X16フォーマットで256個の全画素に配線を施し信号を取り出せるようにしたアレイ素子を初めて試作した。試作の途中で配線製作プロセスがTESの超伝導転移特性に影響を与えるという問題が生じ、この問題の解決に多大な時間を要した。素子の特性評価は来年度行う予定である。2.カロリメータ信号の超低温多重化に関する研究マイクロカロリメータを交流でバイアスすることによって、多数の画素からの信号を超低温(約1K)において少数の信号チャンネルに多重化する研究を進めている。本年度はこれまでの2画素からより多数の信号多重化を行う'ために、読み出し回路の高速化・特にSQUIDの駆動回路のスルーレートを高くする改良と、多重化された信号を復調する回路のパッケージ化をすすめた。SQUIDの駆動回路のスルーレートは入力電流換算で1A/秒でから10A/秒以上へと改善した。また復調回路をモジュール化し多画素への対応を計った。本研究の目的は、1000画素程度の本格的な撮像能力と半値幅4eVの高いエネルギー分解能を備えたX線マイクロカロリメータアレイを実現するために必要な2つの基礎技術、すなわち、大規模アレイ製作のための安定な製作プロセスと多数画素からの信号を読み出すための低雑音信号処理技術、の開発研究である。本年度は、当初の年次計画に沿って、以下の研究を行った。1.TESマイクロカロリメータアレイの研究1.1開口効率の高い画素構造を持つカロリメータアレイ宇宙観測用のカロリメータアレイでは、隣接する画素との間の不感領域をできるだけ小さくする必要がある。このために、いわゆる"マッシュルーム"型X線吸収体を備えたカロリメータが必要となる。これまで、この形状のカロリメータでは100eV程度の分解能に留まっていたが、今年度、吸収体として使用する物質に変更を加えることで12eVまで分解能を改善することに成功した。1.1オランダSRONグループとの素子の共同製作素子製作のプロセスの一部を他の研究グループが行うことにより、素子製作プロセスの違いによる素子の性能、特に超過雑音とよばれる原因不明の雑音の振る舞いを調べる目的で、オランダSRONとの素子の共同製作をすすめている。
高周波微細血流イメージによる肝癌抗血管新生療法のモニタリングシステムの開発

超音波造影剤を用いた高周波微細血流イメージにより癌の腫瘍血管構築と機能をモニタリングするliving vascular monitoring systemの基礎的研究をおこなった。肝癌マウスの腫瘍血管は、Micro Flow Imagingにてvascular patternが多く、ParametricImaging解析にて流速の速い腫瘍血管を多く認めた。また腫瘍壊死による腫瘍血管の減少と流速の低下を確認できた。高周波微細血流イメージは腫瘍血管の多寡に加え、腫瘍血管機能の評価も可能であり、抗血管新生療法のモニターに有用と考えられた。近年、新たな抗癌治療として、血管新生促進分子に対する分子標的療法(抗血管新生療法)が注目されている。肝癌は典型的な血管新生を呈する腫瘍であり、高分化型から中・低分化型へ脱分化進展するに伴い劇的に新生血管が増加するので、抗血管新生療法の最も良い適応と考えられる。しかし、治験成績では満足な成績は得られておらず、血管新生阻害剤と抗癌剤併用の必要性が論じられている。最近、抗血管新生療法として、腫瘍血管を「壊す」のではなく「正常化」するという新たな概念"vascular normalization"が提唱され、この「腫瘍血管の正常化」の時に抗癌剤を投与する相乗的併用治療が有効と考えられる。しかし、血管新生阻害剤により腫瘍血管が正常化したタイミングをリアルタイムに捉えるのは困難であり、生体において非侵襲的に腫瘍血管構築の変化をモニタリングする"living vascular monitoring system"の実用化が望まれている。近年、超音波技術の進歩は著しく、超音波造影剤と高周波プローブを用い微細な血流イメージを評価することが可能となった。そこで、抗血管新生と抗癌剤の相乗的併用治療の至適タイミング・容量をリアルタイムに判定できるようなシステムを開発するために、高周波微細血流イメージによるvascular monitoringの基礎的研究をおこなう。H21年度は培養癌細胞株を皮下移植した担癌マウスやDEN誘発化学肝発癌マウスの腫瘍血管構築と機能の変化を、高周波微細血流イメージ(Flash ReplenishmentモードによるMicro Flow ImagingやParametric Imagingなど)で解析した。今後、血管新生阻害剤による変化や抗癌剤至適投与の研究を進めていく予定である。近年、肝癌に対する分子標的療法(抗血管新生療法)が注目されているが、満足な成績は得られておらず、血管新生阻害剤と抗癌剤併用の必要性が論じられている。近年、超音波技術の進歩は著しく、超音波造影剤と高周波プローブを用い微細な血流イメージを評価することが可能となったため、高周波微細血流イメージによるvascular monitoringの基礎的研究をおこなった。H21-22年度は培養癌細胞株を皮下移植した担癌マウスやDEN誘発化学肝発癌マウスの腫瘍血管構築を高周波微細血流イメージで解析した。中分化型肝癌では、Micro Flow Imagingにてvascular patternが多く、Parametric Imaging解析にて流速の速い腫瘍血管を多く認め、'分化度とvascularityにより腫瘍血管構築と機能が異なっていた。現在、血管新生阻害剤による変化と抗癌剤至適投与のタイミングについて研究をすすめている。これまで、DEN誘発化学肝発癌マウスの腫瘍血管構築を高周波微細血流イメージで解析したが、H23年度は肝癌より腫瘍血管が未発達である培養膵癌細胞株を皮下移植した担癌マウスを非"vascular normalization"群として、同様に解析をした。肝癌マウスでは、Micro Flow Imagingにてvascular patternが多く、Parametric Imaging解析にて流速の速い腫瘍血管を多く認めたが、膵癌マウスはMicro Flow Imagingにてdead wood patternかreticular patternが多く、Parametric Imaging解析にて流速の遅い血管を多く認めた。これらの結果より、高周波微細血流イメージによる"living vascular monitoring system"の臨床応用の可能性が示唆された。
口腔癌の予後予測因子に関する臨床,免疫組織および分子生物学的研究

血管新生は腫瘍の増殖から転移の過程において現在最も注目されている事象の一つである。腫瘍血管が豊富なほど腫瘍細胞は血中に入りやすく、血管新生能の強い腫瘍ほど標的臓器の微小環境において腫瘍血管を誘導し転移巣を形成しやすいと考えられる。腫瘍血管新生において最も重要視されている因子がvascular endothelial growthfactor (VEGF)であり、VEGFの腫瘍細胞における発現と血管新生の亢進との間に正の相関が様々な腫瘍で認められている。本研究では口腔癌における腫瘍血管新生とリンパ節転移、遠隔転移との関係、腫瘍血管新生と血中腫瘍細胞との関係、を臨床、免疫組織化学及び分子生物学的に検討し下記の結果を得た。腫瘍血管新生を腫瘍周囲の微小血管密度(MVD)と腫瘍によるVEGF発現をみることでの評価し頚部リンパ節転移との関連性を検討した結果、血管密度、VEGF発現とリンパ節転移とには強い関連性を認めこれらを検索することでリンパ節転移を予測することが可能と考えられた。しかし遠隔転移については43例中5例、12%に認めたのみであり関連性を検討することは困難であった。血管密度と血中腫瘍細胞との関連性をみると血管密度が高くなるにつれて血中腫瘍細胞の検出率も高くなることから、血管新生の増加に伴って腫瘍の血管侵襲が強まり血中腫瘍細胞数の増加につながるものと考えられた。リンパ節転移と血中腫瘍細胞検出との関連性をみるとリンパ節転移陽性例に血中腫瘍細胞陽性が陰性と比較して有意に高かった。このことは口腔扁平上皮癌のリンパ節転移が血行転移(遠隔転移)のfirst stepであることを示している。多くの悪性腫瘍で腫瘍組織における血管密度と腫瘍細胞の転移能の関連性が報告されている。本研究では(1)口腔癌における腫瘍血管新生とリンパ節転移、遠隔転移との関係、(2)腫瘍血管新生と血中腫瘍細胞との関係、(3)初診、生検、化学療法、手術の各時点での血中腫瘍細胞の比較を検討し、口腔癌の新しい予後予測因子の確立を目指す。(1)口腔癌における腫瘍血管新生とリンパ節転移、遠隔転移との関係免疫組織学的に染色される血管密度とリンパ節転移とは相関している傾向にあったが、遠隔転移との関係では転移そのものの数が少ないため関係は明らかではなかった。また、血管新生と血中のVEGFとの関係の明確ではなかった。(2)腫瘍血管新生と血中腫瘍細胞との関係RT-PCR法による血中腫瘍細胞(CK-19,20を標的とした)の同定が困難であったため血管新生との関連性は明らかにはできなかった。(3)初診、生検、化学療法、手術の各時点での血中腫瘍細胞の比較では、上記のようにRT-PCR法による血中腫瘍細胞の同定が難しく比較検討できなかった。今後は症例数の増加とRT-PCR法(標的に何を用いることと手技の向上)の検討が必要と考えている。また(1)については口腔癌の遠隔転移頻度が低いため、多くの症例を対象とした検討が必要であり平成11年だけの症例では関連性の有無はわからなかった。腫瘍血管が豊富なほど腫瘍細胞は血中に入り易く、また血管新生能の高い腫瘍ほど標的臓器の微小環境において血管を誘導し容易に転移を形成すると考えられる。

平成12年度は(3)初診、生検、化学療法、手術の各時点での血中の腫瘍細胞の比較(CK-19を指標)、(4)口腔癌の予後予測因子の解析について検討した。口腔癌では初診時は殆どの症例において血中癌細胞は同定されず、生検時に一過性に同定されるが腫瘍切除の際には初診時と比較して有意に血中癌細胞の増加が認められた。この血中癌細胞の消長については追跡していないが遠隔転移との関連性も含めて今後検討する必要がある。また術後化学療法の有無とこれらの血中癌細胞の消長との関連性についても検討し補助化学療法の有効性を確認することが重要である。現在まで26例の口腔癌について上記を検討しているが遠隔転移症例が4例(15%)と非常に少ないため遠隔転移との関連性の有無が判定できない。しかしリンパ節転移は9例(35%)と比較的多く臨床病期、分化度、浸潤様式、脈管侵襲、微小血管密度、VEGF、血中癌細胞の生存に及ぼす影響の解析が可能である。血管新生は腫瘍の増殖から転移の過程において現在最も注目されている事象の一つである。腫瘍血管が豊富なほど腫瘍細胞は血中に入りやすく、血管新生能の強い腫瘍ほど標的臓器の微小環境において腫瘍血管を誘導し転移巣を形成しやすいと考えられる。腫瘍血管新生において最も重要視されている因子がvascular endothelial growthfactor(VEGF)であり、VEGFの腫瘍細胞における発現と血管新生の亢進との間に正の相関が様々な腫瘍で認められている。本年度は腫瘍血管新生と血中腫瘍細胞との関係を臨床、免疫組織化学及び分子生物学的に検討し口腔癌の新しい予後予測因子を検索した。腫瘍血管新生を腫瘍周囲の微小血管密度(MVD)と腫瘍によるVEGF発現をみることでの評価した。血管密度と血中腫瘍細胞との関連性をみると血管密度が高くなるにつれて血中腫瘍細胞の検出率も高くなることから、血管新生の増加に伴って腫瘍の血管侵襲が強まり血中腫瘍細胞数の増加につながるものと考えられた。リンパ節転移と血中腫瘍細胞検出との関連性をみるとリンパ節転移陽性例に血中腫瘍細胞陽性が陰性と比較して有意に高かった。このことは口腔扁平上皮癌ではリンパ節転移が全身化の第一段階であることを示している。生検での微小血管密度、VEGF発現、術前の血中癌細胞の有無を検索することでリンパ節転移の予測が可能と考えられる。また、これらを総合的に評価することで遠隔転移をも予測可能と思われる。今後の研究課題として化学療法による微小血管密度の変化、VEGF発現の変化、血中腫瘍細胞の消長、術中の血中腫瘍細胞検出に基ずく手術適応、血中腫瘍細胞の特性の解析が必要と思われる。
行列算法に基づく、複素領域における特殊関数計算の研究

本研究は無限行列A=[aij]の固有値問題をAのn次切断行列An(Aのn次主座小行列n=1,2,......)の固有値問題でどんな意味で近似できるか、近似誤差はnのどんな関数になるのか、特にn→∞の場合の挙動は何か、についての調査を以下の設定のもとに行った:(1)Aの定義域も値域もそれぞれヒルベルト空間I^2の部分空間、(2)Aは複素対称(これはAの自己随伴性、すなわちA^*=A,^*=共役転置、を必ずしも意味しない)(3)AまたはA^<-1>はコンパクト、この設定のもとに得られた一般的定理(下記論文参照)の本格的応用を目指した.すなわち、(1)これまでの調査で判明した第1種ベッセル関数の零点計算問題、マシュー関数の固有値問題、逆固有値問題に関するより詳細な調査、特に零点、固有値の多重性についての調査を行った。(2)正則クーロン波動関数の零点計算問題をも考察し、同時に零点の多重性についての考察も行った。(3)スフェロイダル、ラーメ、エリプソイダル関数についても理論的調査を行った。本研究は無限行列A=[aij]の固有値問題をAのn次切断行列An(Aのn次主座小行列n=1,2,・・・)の固有値問題でどんな意味で近似できるか、近似誤差はnのどんな関数になるのか、特にn→∞の場合の挙動は何か、についての調査を以下の設定のもとに行った:(1)Aの定義域も値域もそれぞれヒルベルト空間l^2の部分空間、(2)Aは複素対称(これはAの自己随伴性、すなわちA*=A,*=共役転置、を必ずしも意味しない)(3)AまたはA^<-1>はコンパクト、この設定のもとに得られた一般的定理(下記論文参照)の本格的応用を目指した.すなわち(1)ν階ベッセル関数Jν(z)の零点(z,ν)を、従来から知られているνを実数として与える問題と、その「逆問題」を解くことにより、複素領域において3次元可視化し、調査した.(2)zJ'ν(z)+HJν(z)=0,ここHは与えられた複素数、「'」はzに関する微分、のν-Z曲線を複素領域で追跡する.この方程式はよく知られた古典的境界値問題に現れるものである.従来はH,νを実数として与え、zを求める問題の考察が主流であったが、本研究では複素領域において、上の「順問題」のみならず「逆問題」、すなわち、H,zを与えてνを求める問題をも考察の対象とし、その解の挙動を可視化し、調査した.さらに(3)マシュー微分方程式の固有値の挙動を複素領域において可視化し、調査した.本方法の特徴は:1.近似固有値により固有値を任意の精度で近似することができる。2.近似固有値の(真値に対する)漸近的な誤差評価を得ることができる。3.実あるいは複素固有値を同一の(つまり別々に用意せずに)解法により求めることができる。4.アルゴリズムの構造がシンプルなため、計算機への実装が極めて容易である。さらに、本研究では誤差評価式も含め、行列固有値解法を示した3問題(特殊関数零点計算問題または固有値計算問題)を紹介する:a正則クーロン波動関数及びその一階導関数F0本研究は無限行列A=[aij]の固有値問題をAのn次切断行列An(Aのn次主座小行列n=1,2......)の固有値問題でどんな意味で近似できるか、近似誤差はnのどんな関数になるのか、特にn→∞の場合の挙動は何か、についての調査を以下の設定のもとに行った:(1)Aの定義域も値域もそれぞれヒルベルト空間I^2の部分空間、(2)Aは複素対称(これはAの自己随伴性、すなわちA^*=A,^*=共役転置、を必ずしも意味しない)(3)AまたはA^<-1>はコンパクト、この設定のもとに得られた一般的定理(下記論文参照)の本格的応用を目指した.すなわち、(1)これまでの調査で判明した第1種ベッセル関数の零点計算問題、マシュー関数の固有値問題、逆固有値問題に関するより詳細な調査、特に零点、固有値の多重性についての調査を行った。

(2)正則クーロン波動関数の零点計算問題をも考察し、同時に零点の多重性についての考察も行った。(3)スフェロイダル、ラーメ、エリプソイダル関数についても理論的調査を行った。
木材および木質材料の加工ならびに材料試験へのアコースティック・エミッションの応用

国の内外の広範な文献調査と小規模な実験の結果、次の現状が確認された。アコースティック・エミッション(AE)の監視により木材の木口円板の乾燥割れを予知できるようになったので、AE情報を取り入れる自動制限システムを用いて、大きな損傷を惹き起こさないような木材乾燥装置の開発の見通しができた。木口円板の割れは収縮異方性に基づく応力によるという考えが一般に容れられているが、円板の乾燥過程におけるAEの発生には横断面の収縮異方性に基づく応力は殆ど関係していない。木材切削の場合先割れ発生時にはAE計数率が最大値を示し、折れ発生時にはAE振幅が最大となるなど、破壊形態の相違がAEに明確に反映され、更に切削の進行に伴う工具摩耗の状態をAE信号の平均振幅によりモニタリングできる。木材の有効利用のためには腐朽をその初期段階で発見する必要があるが、今までは重量減少率10%以上にならないと発見が因難であった。ベイツガを褐色腐朽菌オオウズラタケにより腐朽させた場合、AEによれば重量減少率1%未満の超初期腐朽段階でも識別の可能性が示されているが、試験方法には検討の余地がある。木材の接着層およびパーティクルボードの破壊過程の解析へAEが用いられる見通しが得られた。上述の調査から、我が国においてさえ研究者は思い思いの測定法を用いていることが明らかにされた。異なる研究者の測定結果を比較、さらには利用できるようなAE計測法の確立は緊急の課題である。そのためにはAE波を感知するAE変換子の特性およびその取り付け法、測定系のノイズレベルとしきい値との量的関係、リングダウン計数と包絡線検波の使い分けなどについて研究者間で合意が得られるような基準を検討し始める必要がある。これの実現に向けて、当研究組織を更に充実させて研究を発展させる計画を立案した。
構造学習の脳計算モデル：脳イメージング実験と大規模WEB調査による検証

適切な意思決定・学習を行って報酬(水、食料など)を獲得することは我々ヒトを含む動物の生存に不可欠な役割を果たす。具体的には、「(1)選択肢の価値を適切に評価し選択を行い(意思決定)、(2)その結果得られた報酬の情報を基に選択肢の価値を見直す(学習)」というサイクルを回すことが重要である。近年、上記のような意思決定・学習のプロセスが強化学習と呼ばれる機械学習アルゴリズムの一種で記述されることが明らかになりつつあり、心理学、神経科学、生態学、経済学、情報科学など様々な分野で注目を集めている。また,精神医学の分野では,様々な精神疾患の症状を意思決定・学習(強化学習)の異常と対応させることを目指す試みが盛んに行われている。これまでの研究の蓄積により、統合失調症、強迫神経症、抑うつ、不安症、など様々な精神疾患が意思決定・学習様式の変化を伴うことが報告されている、しかしながら、「これらの精神疾患の全てが意思決定・学習の変化と関連しているのか?」、それとも「これらの疾患に共通な要因(因子)が複数あり、その一部が意思決定・学習の変化と関連しているのか?」はよく分かっていない。そこで本研究では、1200人の健常被験者を対象に大規模WEB実験を行うことで、以下の二点を明らかにした。・様々な精神疾患傾向は二つの共通要因で記述できる。一つ目の要因は主に強迫神経症に関連し、二つ目の要因は主に抑うつや不安に関連する。・上記の要因のうち、一つ目の要因のみが意思決定・学習(強化学習)の障害と関連している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、機械学習・人工知能分野で培われた計算論的アプローチを機能的磁気共鳴・脳イメージング実験(fMRI)と組み合わせることで、「経験から直接学習することが難しい“環境の隠れ構造"を、ヒトがどのように学習しているのか?」について脳の計算という観点から明らかにすることを目指す。具体的には、学習の過程を記述・再現し得る計算論モデルを構築することでその背後にある計算理論やアルゴリズムを特定し、モデルと脳活動の対応を検証することでそれを支える脳機能の解明を目指す。2017年度は予備的な心理実験を行い、「ヒトは環境の隠れ構造を学習できるのか?」について検証した。実験のおける被験者の行動を解析した結果、被験者が「ある選択肢を選択すると報酬量が減少し,選択しないと報酬量は増加する」という環境の隠れ構造を適切に学習できることが示唆された。今後は被験者の行動や学習の過程を記述・再現し得る計算論モデルを構築することで、「環境の隠れ構造の学習」の背後にある計算理論やアルゴリズムを特定し、モデルと脳活動の対応を検証することでそれを支える脳機能の解明を目指す予定である。また、2017年度には、WEB上で1200人の被験者を対象にした大規模心理実験を行い、ヒトの学習・意思決定様式と各種の精神疾患傾向との関係を検証した。現在、予備的な解析を進めているが、ヒトの強化学習様式が強迫神経症傾向と相関している可能性が示唆されている。脳イメージング実験(fMRI)の予備心理実験と並行して、大規模WEB実験のデータを採取するところまでできた。以上の点から、計画の遂行は概ね順調であるといえる。今後は予備実験のデータ解析を進め、被験者の行動や学習の過程を記述・再現し得る計算論モデルを構築することで、「環境の隠れ構造の学習」の背後にある計算理論やアルゴリズムを特定することを目指す。また、機能的脳イメージング実験を行い、構造学習を支える脳機能の解明を目指す予定である。また、大規模WEB実験のデータ解析も並行して進める予定である。
動脈硬化防御機構における肝性リパーゼの意義に関する分子生物学的研究

我々は、原発性高脂血症において、肝性リパーゼ活性とIDL-コレステロール(ch)及び、HDL2-chレベルが逆相関することを見出し,肝性リパーゼがIDLおよびHDL両代謝に関与していることを報告してきた。また、甲状腺機能低下症はレムナントの蓄積する病態であるが、肝性リパーゼの低下がこのレムナント蓄積に関与することを明らかにし、さらに肝性リパーゼ低下により高HDL血症が生じることを報告してきた.また第三の病態として原発性胆汁性肝硬変症(PBC)におけるリポ蛋白異常に肝性リパーゼが強く関与していることを明らかにした。即ち、PBCにおいては高HDL血症を示すが、その程度し肝性リパーゼ活性の低下とは関連し、その高HDL血症の病因に重要な関与をしていることを示唆した。今回さらに、多数例の高HDL血症を検討した結果、低HTGL活性及びCETP活性の低値を伴った症例において冠動脈疾患が高頻度に発症することをみいだし、これはHDLによるコレステロールの逆転送の障害による可能性を報告した。また、その中で、家族性に高HDL血症と低HTGL活性及びCETP活性の低値を伴った家系を見出し、その遺伝子異常を検討中である。このような背景より、肝性リパーゼを過剰発現する事により、リポ蛋白異常、特にatherogenicと考えられているレムナント或いはIDL代謝の改善と、コレステロール逆転送の異常によるHDL代謝の両者を改善することが可能となることが十分予想され、今回、すでに多くの有用性が報告されているリポフェクション法を用いその過剰発現を試みた。即ち、ヒト遺伝子を組み込んだプラスミドをHVJ-(Sendaivirus)-Iiposome法を用いて、家兎の門脈より注入し、肝細胞に遺伝子を導入し、遺伝子発現を確認した。しかしながら、今回の我々の検討により、リポフェクション法による遺伝子のin vivoの肝における発現は極めて低いことが明らかとなった。現在、本法を肝臓での発現に用いるべく更なる改良を遂行している。本研究はHTGL活性を上昇させることにより動脈硬化が抑制されるかどうかを最終目標としている。ヒトHTGL遺伝子(cDNA)を組み込んだプラスミドを大阪大学細胞工学センターの金田らにより開発された新しい手法であるHVL-(Sendai virus)-liposome法を用いて、家兎の門脈から注入し、肝細胞に遺伝子を導入する方法を用いている。現在、その遺伝子発現を肝細胞のnorthern blotting,組織免疫、およびpostheparin lipolytic activityにより確認中である。同時に超遠心法によりリポ蛋白分画及び、各分画のアポ蛋白組成の変化を現在検討中である。ヒト遺伝子(cDNA)を組み込んだプラスミドを、大阪大学細胞工学センターの金田らにより開発された新しい手法であるHVJ-(Sendai virus)-liposome法を用いて、家兎の門脈から注入し、肝細胞に遺伝子を導入し、遺伝子発現を、現在、肝細胞のnorthem blottingにより確認中である。しかしながら、現在のところ肝臓での発現は極めて低く方法の改良に多くの時間を要している。これと平行して、HTGL活性が極めて低くまた動脈硬化症を有するHTGL欠損症をみいだし、リポ蛋白分画及び、各分画のアポ蛋白組成の変化を検討し、さらに、その遺伝子変異を現在検討中である。
植物の水利用様式と植生遷移の関係に関する比較研究

植生遷移の進行に伴う水獲得競争の激化が植物の水利用様式を変化させ、その結果として水源の使い分けが生じるということを、同位体トレーサー手法を用いた現地調査によって明らかにした。その際、吸水量プロファイル推定のための逆解析手法を開発した。また、異種間の水獲得競争を考慮できる水輸送モデルを構築し、これを用いた数値シミュレーションによって、水源変更のパターンやその要因を分析した。「植生遷移の進行に伴う水獲得競争の発生が、特に先行植生の根の形態的・機能的変化を通じて水源分化を引き起こす」とする作業仮説を立て、その検証を行うために植物の吸水深度に関する野外比較調査を実施した。これまでに実施してきた平地了カマツーシラカシ混合林と平地アカマツ成林に加えて、高地アカマツ林(長野県菅平)内の樹種構成の異なる4区画において、降水・土壌水・地下水・植物樹液の同位体分析、複数深度における土壌水ポテンシャル測定、植物体内の水ポテンシャルならびに気孔抵抗の測定を行つた。その結果、高地アカマツ林ではすべての区画においてアカマツは浅層土壌水を利用しており、クマイザサとめ間に水獲得競争が生じていることが分かった。このような傾向は、明瞭な水源分化が認められた平地林とは完全に異なる。一方、高地林ではヤマナラシが深層から、ズミはアカマツよりも上位の表層土壌から、それぞれ吸水している傾向が認められ、遷移が進行した区画では平地林とは異なる水源分化が成立していた。これらの事実を考え合わせると、植生遷移は水源分化を引き起こすが、常に先行植生が吸収深度を変化させるわけではなく、競合相手や場の条件によって応答が異なるということが示唆された。また、土壌水分の減少に伴い、それぞれめ樹種がわずかに吸水深度を変化させるなど、これまでには見られなかった動的な挙動も新たに見い出された。今後、これらの実測結果をもとに数値シミュレーションを援用することで、水源分化のメカニズムに迫ることができるものと期待される。同位体トレーサーを用いた吸水深度推定手法の高度化を目指し、正規分布逆解析モデルを構築し、昨年度取得した野外実測データに適用した。本モデルは、同位体シグナルが深度方向に単調変化しない場合でも有効に機能し、各試験地・各樹種の相対吸水密度プロファイルを高い信頼性をもって推定することが可能になった。また、その結果、植物種間の吸水分化の実態がより明瞭に示された。すなわち、アカマツは、単純林および菅平高原の混交林では常に深度40cm付近に吸水密度ピークを持つものの、関東平野の平地混交林ではシラカシ・アズマネザサがその深度帯の水を利用し、アカマツは深度1m以上の土層からの吸水が卓越した。一方、高原の混交林では浅根性であるはずのヤマナラシやズミが深層土壌水に依存していた。これらの事実は、植生遷移の進行に伴う種間競合が水源分化を引き起こすものの、どの種が吸水深度を変化させるかは競合相手や環境条件に依存するということを示唆していう。異種共存系の根系吸水モデルを構築し、野外調査で得られた水分条件・土壌物理特性・根系分布を入力として与えたシミュレーションを試みたところ、上記の水源分化傾向は再現できなかった。このことは、水源分化の達成において、土壌や植物根系の物理的条件よりも植物根の生理活性や機能的変化がより重要であることを意味しており、土壌-植物-大気系の水輸送モデリングの再考を促すものである。以上の結果から、「植生遷移の進行に伴う水獲得競争の発生が、特定種の根の機能的変化を通じて水源分化を引き起こす」という仮説が裏付けられたが、水源を変更する種がどのような因子によって決定されるかは未解明である。
応力解析を援用したＦＲＣインプラントの設計・開発

グラスファイバー補強コンポジットレジンインプラントの設計を目的とし,FRC歯科用インプラント(FRC)と従来から用いられているチタン歯科用インプラント(チタン)の3D-FEモデルを製作し,荷重変形挙動の応力シミュレーションを実施した.結果,両者ともにインプラント頸部周囲骨に高い応力の集中が認められが,ひずみ分布ではチタンで認められた高い領域が,FRCでは認められなかった.また,水平方向の荷重に対しては,FRC,チタンともに骨内に認められた応力およびひずみの分布に大きな差は認められなかったものの,FRCではアバットメントでの大きな変位が認められた.本研究では,異方性材料であるグラスファイバー補強コンポジットレジンインプラントの力学的に合理的で個々の患者専用の設計を目的とし,有限要素法(以下,FEM)を用いて構造力学的検討を行った.FRC歯科用インプラント(FRC)と従来から用いられているチタン歯科用インプラント(チタン)の3D-FEモデルを製作し,荷重変形挙動の応力シミュレーションを実施した.結果,骨に生じた力学的挙動は1チタンとFRCともにインプラント頸部の緻密骨に高い応力の集中が認められた.2チタンでは応力と同じ部位に高い分布を示したひずみが,FRCではインプラント体ネジ部に移行しており,インプラント周囲骨に高いひずみの集中は認められなかった.3インプラントに対して水平方向の荷重に対しては,FRC,チタンともに骨内に認められた応力およびひずみの分布に大きな差は認められなかったものの,FRCではアバットメントでの大きな変位が認められた.また,骨の固さが異なる条件においても,すべての条件で同様の傾向が認められた.上記の結果から,固く密度の高い骨ではチタンが力学的に優位な状態となり,柔らかく密度の低い骨に対しては緩慢な力学的状態が認められたFRCが優位ではないかと考えられ,FRCは従来から用いられているチタンに対して異なる力学的状況を生じさせる可能性を有すると考える.よって,現在ではインプラント治療に際し,材料の選択肢はチタン一つであったが,患者の骨の状況によってはより有効な選択肢の一つになりえるともいえる.超高齢社会を迎えた現在,インプラント治療の必要性は高齢者に対しても求められていくと考えられる.高齢者においてはその骨密度の低下が懸念されているが,従来では悪い条件とされてきた柔らかい骨に対して,本研究の結果が新しい治療オプションとなることを期待する.グラスファイバー補強コンポジットレジンインプラントの設計を目的とし,FRC歯科用インプラント(FRC)と従来から用いられているチタン歯科用インプラント(チタン)の3D-FEモデルを製作し,荷重変形挙動の応力シミュレーションを実施した.結果,両者ともにインプラント頸部周囲骨に高い応力の集中が認められが,ひずみ分布ではチタンで認められた高い領域が,FRCでは認められなかった.また,水平方向の荷重に対しては,FRC,チタンともに骨内に認められた応力およびひずみの分布に大きな差は認められなかったものの,FRCではアバットメントでの大きな変位が認められた.本研究では,異方性材料であるグラスファイバー補強コンポジットレジン(FRC)インプラントの力学的に合理的で個々の患者専用の設計を目的とし,有限要素法(以下,FEM)を用いて構造力学的検討を行う.平成24年度では以下の研究を予定していた.1.FRCの材料的特徴は異方性材料が正確に反映できるように,予備実験としてFRCの材料特性を三方向の実測値(材料特性)を計測する.2.最適設計及び応力解析をするにあたり,各既存のメーカーのインプラント3D-FEモデルを作成する.モデリングに際し解析対象のCT撮影を行い,3DCTデータを作成する.3.3DCTデータは応力解析を行う汎用有限要素法解析プログラム“アンシス"に読み込ますことができないため,まず,CTデータを三次元可視化プログラム“ミミックス"と“メカニカルファインダー"を介して要素作成プログラム“アンシスICEM"に移行し,アンシスICEM上にて有限要素モデルの作成を行う.4.アンシスICEMにて作成した3D-FEモデルをアンシスに移行し,応力解析を行う.結果のFRCインプラント体に荷重がかかった際の変形・応力状態・ひずみ状態を視覚的に観察し,設計指針となるべく評価をする.さらに,結果に対して形状を変化させ繰り返し応力解析を行うことで,設計最適化解析を行う.現在の段階では計画の12までが終了し,現在段階3と4とから得られた予備解析の結果について考察を加えている.現段階では,従来均一な材料と定義するほかない骨を不均一な非線形材料と扱えるよう,ヒト骨格ファントームを基にCTデータ製作し,それらを基に不均一な骨の特性を反映させたFEモデルの製作が完了した.しかしながら,大学での倫理審査の必要性や撮影対象ファントームの選別に多大な時間がかかったた.また,使用材料であるFRCは,材料の特性が方向によって異なる「異方性材料」と定義されるため,多くの材料特性が必要となる.それぞれの繊維の方向に対して物性の計測が必要であるため,試験片作製にあたり多量のFRC本材料が必要であった.そのため,十分な材料を入手するのに,時間が必要となった.現段階では,異なるFRC材料の繊維方向による材料特性の計測に用いる試験片が全て揃い,計測を行っている.上記の事柄より,実際の解析作業がやや遅れている.平成25年度は以下の研究を目標としている.1.顎骨のモデリングに際し解析対象をファントーム(X線撮影用の人体模型)と想定し,CT撮影を行い,3DCT顎骨データを作成する.