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教員養成系大学生の物理教科忌避傾向の要因と対策

近年、若者の理科離れ、特に物理離れの傾向が憂慮されている。これらの現象は教師の個人体験から感じられてきたものであるが、実体は明らかでない部分が相当ある。これと併行して時代の要求として新しい理科教育の在り方が求められている。本研究において教員養成系大学である鳴門教育大学新入生を対象として、理科、特に物理に対する学生の意識調査を通して、物理嫌いが実際にあるのか、また実際にあるとしてそれが何時、なぜ生じたのか明らかにした。調査結果では、将来小学校教員を志望する殆どの者が完全に物理忌避傾向にあることを示し、将来の小学校教育での理科教育が悲劇的様相を帯びている暗示するものであった。調査結果では物理嫌いは中学校教育の段階で生じ始めていることを示していおり、高校の段階では物理を選択する余地をなくすか、履修するにしても物理嫌いになるだめ押しとしての役割にしかなっていないことが分かった。中高の理科教育の問題も重要な課題であるが、当面大学における一般教育における物理教育のあり方を考え直す必要がある。即ち、中高の物理教育を前提とした物理教育は意味をなさず、大学教育の枠内での物理教育を考えなければならない。大学教育の体綱化によるカリキュラムの改編に伴い、教員養成系大学における物理教育の改善を目指すに至った。小学校教員としての最小限の物理に関する知識、考え方を学ばせること、根強い物理忌避傾向があることを勘案して、従来の独立した物理という学科目ではなく、自然科学という科目名で物理的内容を学ばせる対策をとった。1.初等教員志望新入学生を対象として、高等学校理科各教科に対する履習状況、及び好き嫌い等を調査した.2.上の調査結果の分析により、本学新入生の殆んどは高校での物理知識は身についていず、又物理に対して忌避傾向が強いことが明らかになった.3.この傾向は中学及び高校の早い時機に生じていることが分った.4.以上の調査結果を以下の二学会で講演発表した(1)“教員養成系大学生の物理教科における苦手意識の要因と分析について"平成7年1月日本理科教育学会・中国支部例会(高知大学・高知市)(2)“教員養成系大学生の物理教科履修状況"平成7年3月日本物理学会第50回年会(神奈川大学・横浜市)5.学生実験カリキュラム改善の為に実験器機を補充した.近年、若者の理科離れ、特に物理離れの傾向が憂慮されている。これらの現象は教師の個人的体験から感じられてきたものであるが、実態は明らかでない部分が相当ある。調査結果では,従来小学校教員を志望する殆どの者が完全に物理忌避傾向にあることを示し、将来の小学校教育での理科教育が悲劇的様相を帯びている暗示するものであった。大学教育の体綱化によるカリキュラムの改編に伴い,教員養成系大学における物理教育の改善を目指すに至った。小学校教員として最小限の物理に関する知識、考え方を学ばせること、根強い物理忌避傾向があることを勘案して、従来の独立した物理という学科目ではなく、自然科学という科目名で物理的内容を学ばせる対策をとった。
大腸菌の光感受性変位株を用いた活性酸素ストレス応答機構の研究

大腸菌で光感受性のミュータントを見い出し、このミュータントがなぜ光感受性になるのかを調べてきた。そのうちのhemH遺伝子に変異を持つ株ではヘム前駆体のプロトポルフィリンIXが細胞内に蓄積していること、変異体は光(青色光)の照射で生育が抑えられるのではなく死んでしまうこと、この光照射による細胞死には酸素が関与していることなどの実験事実から、現在そのメカニズムを次のように考えている。すなわち、hemHが欠損するとヘム前駆体のプロトポルフィリンIXが大量に細胞内に蓄積する。プロトポルフィリンIXは光感剤であることが知られているが、このヘム前駆体に光が当ると多量の活性酸素が生成し、これが細胞に致命傷を与えると推察致している。このミュータントから光に対して非感受性になったミュータント(復帰変異株)を分離し解析することにより、ヘム前駆体のプロトポルフィリンIXから生成する活性酸素、特に一重項酸素に対する細胞の防御機構を遺伝子レベルから解明を試みた。このミュータントで、こうした研究の他に本研究計画年度内におもしろいことが一つ明らかになった。それはこのミュータントにわずかな光(killingが起こらない)を与えると、このバクテリアの動きがおかしくなるということである。通常バクテリアは"swimming", "tumbling"を繰り返して動き回っているが、ミュータントに光を当てるとそのときだけ"tumbling"しか観察出来ない。そしてこの現象はヘム前駆体のプロトポルフィリンIXによって引き起こされることが分かった。おそらく活性酸素がバクテリアの鞭毛運動の"tumbling"シグナル系に働いて、この現象がおきるものと考えられる。バクテリアのこの系は遺伝学的に、また生化学的に非常によく研究されているので、"tumbling"に対するこの活性酸素のターゲットタンパク質の同定や作用機構について、研究が進展するものと期待される。
去勢抵抗性前立腺癌の進展に対するガレクチンー3の腫瘍制御機構の解明と臨床応用

去勢抵抗性前立腺癌はホルモン療法や化学療法に抵抗性で、去勢抵抗性前立腺癌に対する治療法の確立は最も重要な課題である。本研究でわれわれは、ガレクチンー3が前立腺癌細胞のアンドロゲン受容体関連遺伝子の発現とPSA転写活性を有意に促進し、抗アンドロゲン剤の抵抗性に関与することを証明した。また、ガレクチンー3発現前立腺癌細胞では血管新生密度が有意に高く、血管新生因子であるVEGFBの発現が有意に上昇することを証明した。以上より、ガレクチンー3は前立腺癌細胞のアンドロゲン受容体と血管新生を制御することで、治療抵抗性に関与し、去勢抵抗性前立腺癌の治療に重要な役割をはたす分子であることを証明した。1去勢抵抗性前立腺癌のヒト臨床検体におけるガレクチンー3発現の検討去勢抵抗性前立腺癌症例で手術摘出された骨転移巣3例・局所浸潤巣2例・リンパ節転移巣1例を用いて免疫染色解析を行いガレクチンー3発現の検討を行った。骨転移巣1例、リンパ節転移巣1例でガレクチンー3の発現を認めた。また前立腺全摘組織を用いて原発巣のガレクチンー3発現を調べたところ、癌細胞での発現を認める症例と認めない症例があることがわかった。また前立腺全摘症例と去勢抵抗性前立腺癌症例の血清中のガレクチンー3濃度を測定したところ、去勢抵抗性前立腺癌症例群に置いて有意に高値であることがわかった。現在、前立腺全摘症例を用いてGleason scoreやPSA再発への関与を検討している。2前立腺癌細胞株におけるガレクチンー3の機能解析ホルモン感受性前立腺癌細胞株(LNCaP)にガレクチンー3を強発現させた細胞株において増殖能、遊走能、浸潤能を検討した。ガレクチンー3強発現群に置いて増殖能亢進、遊走能亢進と浸潤能亢進を認めた。ホルモン非感受性前立腺癌細胞株(PC-3)にsiRNAを使用してガレクチンー3をノックダウンしたした細胞株では増殖能抑制、遊走能抑制と浸潤能抑制を認めた。これらの結果を基に現在論文作成中である。3アンドロゲンレセプターに対するガレクチンー3の関与我々はガレクチンー3を強発現させたLNCaP細胞で、LNCaP細胞と比較して、DHT刺激依存性にPSAの発現が有意に亢進することを見出した。この機序にはガレクチンー3がPSA転写活性に関与していることが考えられたため、ルシフェラーゼアッセイを用いてPSAの転写活性におけるガレクチンー3の影響を検討した。その結果PSA転写活性はガレクチンー3強発現群において有意に増強していた。さらにガレクチンー3強発現LNCaPを使い、免疫沈降法でアンドロゲンレセプターとの結合の有無を検討したが結合は認めなかった。現在までに、1ガレクチンー3が去勢抵抗性前立腺癌の臨床検体で発現しており血清値では有意に高値であること、2LNCaP細胞およびPC-3細胞において、ガレクチンー3は増殖能、浸潤能および遊走能を有意に促進させること、3ガレクチンー3がPSA転写活性の亢進に関連していることから今後、in vitroやマウス皮下移植モデルを用いたホルモン療法、放射線療法、化学療法に対するガレクチンー3の影響と作用機序の解析を行う準備は順調であると考えられる。前立腺癌細胞へのホルモン療法に対するガレクチンー3の影響と作用機序の解析ホルモン感受性LNCaP細胞とガレクチンー3強発現LNCaP細胞(LNCaP-Gal-3)の遺伝子発現の差をマイクロアレイアッセイで網羅的に解析したところ、LNCaP-Gal-3細胞では、KLK3やTMPRSS2などのアンドロゲンレセプター(AR)関連遺伝子の発現が有意に高く、抗アンドロゲン剤であるビカルタミドやエンザルタミド投与でこれらの遺伝子発現は十分に抑制されなかった。また、LNCaP-Gal-3細胞ではジヒドロテストステロン(DHT)投与でPSA転写活性とPSAの発現が有意に促進され、抗アンドロゲン剤投与時のPSA発現および転写活性抑制に抵抗性を示し、抗アンドロゲン剤耐性に関与することが証明された。マウス前立腺癌モデルによるホルモン療法に対するガレクチンー3の影響と作用機序の解析ホルモン感受性LNCaP細胞とガレクチンー3強発現細胞株(LNCaP-Gal-3)をヌードマウスの皮下に移植し、腫瘍が定着後に去勢術を施行したところ、LNCaP細胞では腫瘍は縮小したのに対してLNCaP-Gal-3細胞では縮小することなく増大傾向を示した。これらの腫瘍を摘出しマイクロアレイアッセイで網羅的に解析したところ、LNCaP-Gal-3細胞ではVEGF関連遺伝子、特にVEGFBの発現が有意に上昇し、ビカルタミドとエンザルタミド投与でこれらの遺伝子発現は十分に抑制されなかった。さらにLNCaP-Gal-3細胞では血管新生密度が有意に高いことも証明され、ガレクチンー3が血管新生を調節することでホルモン抵抗性に関与することが証明された。本年度、われわれは、ガレクチンー3がホルモン感受性前立腺癌細胞であるLNCaP細胞のAR下流の様々な関連遺伝子の発現と転写活性を調節し、抗アンドロゲン剤であるビカルタミドやエンザルタミドに抵抗性であることを証明した。さらに、マウスのXenograft modelでガレクチンー3がVEGF関連遺伝子を調整し血管新生を促進させることでホルモン治療抵抗性に関与していることを証明した。

以上より、本年度の研究成果は国際学会を含む様々な学会で報告され、その成果の一部は英文誌に掲載されており、おおむね順調に進展していると考えられた。1.前立腺癌細胞の増殖因子に対するガレクチンー3の影響と作用機序の解析ホルモン感受性前立腺癌細胞(LNCaP)とガレクチンー3強発現LNCaP細胞(LNCaP-Gal-3)およびホルモン非感受性前立腺癌細胞(PC-3)とガレクチンー3ノックアウトPC-3細胞(PC-3-siGal-3)の遺伝子発現の差をマイクロアレイアッセイで網羅的に解析した。その結果、ガレクチンー3が強発現したLNCaP-Gal-3細胞およびPC-3細胞では、ガレクチンー3をノックアウトした細胞と比較してEGFの発現が有意に高く、さらに骨転移関連遺伝子であるRUNK2とBMP7の発現も有意に高いことを見出し、抗アンドロゲン剤であるビカルタミドやエンザルタミド投与でもこれらの遺伝子発現は抑制されないことを証明した(2017年32nd Annual European Association of Urology Congressで発表)。2.前立腺癌細胞への化学療法、分子標的薬治療に対するガレクチンー3の影響ヌードマウスの皮下にホルモン感受性LNCaP細胞とガレクチンー3強発現細胞株(LNCaP-Gal-3)を移植し、腫瘍が定着後に去勢術を施行した。その結果、LNCaP細胞では腫瘍は縮小したのに対してLNCaP-Gal-3細胞では縮小することなく増大傾向を示し、VEGFBの発現が有意に上昇することを証明した。そこでVEGFBにも作用するVEGF受容体阻害剤であるAxitinibを投与したところ、抗アンドロゲン剤無効のこれらの腫瘍に対して有意に腫瘍増殖抑制効果が認められた。さらに実臨床で使用されているタキサン系抗がん剤(ドセタキセルおよびカバジタキセル)をLNCaPおよびPC-3細胞に投与したところ、ガレクチンー3が発現しているLNCaP-Gal-3およびPC-3細胞と比較してLNCaPおよびPC-3-siGal-3細胞では両薬剤ともに増殖が抑制され、ガレクチンー3をノックアウトすることでタキサン系抗がん剤の感受性を高めることが示された。去勢抵抗性前立腺癌はホルモン療法や化学療法に抵抗性で、去勢抵抗性前立腺癌に対する治療法の確立は最も重要な課題である。本研究でわれわれは、ガレクチンー3が前立腺癌細胞のアンドロゲン受容体関連遺伝子の発現とPSA転写活性を有意に促進し、抗アンドロゲン剤の抵抗性に関与することを証明した。また、ガレクチンー3発現前立腺癌細胞では血管新生密度が有意に高く、血管新生因子であるVEGFBの発現が有意に上昇することを証明した。以上より、ガレクチンー3は前立腺癌細胞のアンドロゲン受容体と血管新生を制御することで、治療抵抗性に関与し、去勢抵抗性前立腺癌の治療に重要な役割をはたす分子であることを証明した。In vitroでの検討ではガレクチンー3発現細胞に対して抗アンドロゲン剤(ビカルタミド、エンザルタミド)、抗がん剤(シスプラチン、ジェムシタビン、ドセタキセル、カバジタキセル)や放射線療法を行い増殖能検討やPSA発現検討を行う。さらにガレクチンー3発現細胞の有無による比較をマウス皮下移植モデルにおいても検討する。腫瘍を摘出し、血管新生因子、アポトーシス関連因子を分子生物学的に解析すると共にマイクロアレイによる遺伝子プロファイルの違いも検討する。
生息地の空間構造が有害遺伝子の蓄積に及ぼす影響:淡水産巻き貝を用いての検証

生息地の空間構造が有害遺伝子の蓄積に及ぼす影響を、サカマキガイ(Physa acuta)を使った研究とシミュレーションモデルを使った予測を用いて調べた。2つの異なる生息地から貝を採集した;(1)水田で水のあるときは比較的水位の安定した大きな集団(Large stable population)、(2)遊水池の水たまりで通常は小さな水たまりであるが、雨によって大きな池となってつながる(Alternate mixing population).Altenatemixingpopulationでは、小さな水たまりの小集団内で高密度で近親交配をしている可能性が高く、そのため高密度での近親交配で適応度の低下した個体は淘汰されるため、高密度下での近交弱勢の効果は小さいと予測できる。それを確かめるため、2つの集団から採集した個体の近交弱勢の程度を低密度と高密度の状態で調べた。産卵数に関してはAltenate mixing populationの個体は高密度で近交弱勢はほとんど見られなかった。しかし、生存率に関しては、Altenate mixing populationの個体の方が低密度高密度ともに近交弱勢の効果が大きかった。卵数と生存率を考慮した適応度に関しては、高密度ではAltenate mixing populationの個体の近交弱勢が低く、低密度ではLarge stablepopulationの近交弱勢の程度が低かった。この結果は、はじめの予測を支持するものであった。また、生息地の空間構造が弱有害遺伝子の蓄積に与える影響についてシミュレーションモデルで確かめた。その結果、突然変異荷重には、全体の個体数だけでなく、neighborhood sizeが独立に影響していることが明らかになった。また、生息地の形が有意に突然変異荷重に影響し、特に細長い地形は有害遺伝子の蓄積の効果が高く、絶滅率を高めることが明らかになった。本年度、野外集団からの個体を使っての交配実験および野外実験の準備・開始した。静岡市麻機沼および掛川市水田からPhya acutaを採集し、それぞれを隔離し、卵をとった。その卵から生まれた個体は、(1)2個体inbreeding,(2)2個体outbreeding,(3)5個体inbreeding,(4)5個体outbreedingにわけ、成長測定と交配を行った。さらに、そこから生まれた子どもF2を同様に上の4つに分けて交配を行った、その後生後約30日から、生まれた卵塊の数、卵塊の中の子どもの数を記録していった。その結果、成長の速度は静岡市の麻機沼の貝の成長は早く、静岡市の個体は、高密度での成長はそれほど低下しなかった。それとは対照的に、掛川市の貝の成長は遅く、特に高密度では成長が有意に低下した。しかし、inbreeding depressionの効果は、麻機沼の貝の個体の方が高く、特に高密度においての卵の数は近親交配で著しく低下した。掛川市は水田であり、一時的に水がたまる環境である。水が少なくなったとき、近親交配が行われ、有害遺伝子が除去されているのかもしれない。さらに、子の2つの個体群から採集した個体を野外の実験水槽に移入した。その実験水槽は(1)10の隔離した水槽、(2)隣接水槽間で1個体を交換する、(3)時折、ランダムに貝を入れ替える。という3つの処理を行った、現在、この実験では、個体数などを記録しており、実験は継続中である。2つの異なる生息地から貝を採集した;(1)水田で水のあるときは比較的水位の安定した大きな集団(Large stable population)、(2)遊水池の水たまりで通常は小さな水たまりであるが、雨によって大きな池となってつながる(Alternate mixing population).Altenatemixing

populationでは、小さな水たまりの小集団内で高密度で近親交配をしている可能性が高く、そのため高密度での近親交配で適応度の低下した個体は淘汰されるため、高密度下での近交弱勢の効果は小さいと予測できる。それを確かめるため、2つの集団から採集した個体の近交弱勢の程度を低密度と高密度の状態で調べた。産卵数に関してはAltermate mixing populationの個体は高密度で近交弱勢はほとんど見られなかった。しかし、生存率に関しては、Altenate mixing populationの個体の方が低密度高密度ともに近交弱勢の効果が大きかった。また、生息地の空間構造が弱有害遺伝子の蓄積に与える影響についてシミュレーションモデルで確かめた。その結果、湯突然変異荷重には、全体の個体数だけでなく、neighborhood sizeが独立に影響していることが明らかになった。また、生息地の形が有意に突然変異荷重に影響し、特に細長い地形は有害遺伝子の蓄積の効果が高く、絶滅率を高めることが明らかになった。
3次元微小流体ネットワークを用いたバイオアッセイシステムの構築

本年度は,変異原物質に応答してルシフェラーゼを発現する試験大腸菌株を用いて生物発光オンチップバイオアッセイを試みた。昨年度に確立した分析フォーマットによりマイトマイシンCなどの各種変異原物質に適用したところ,変異原の強さならびに濃度に応じた生物発光をチップ上から一斉に検出することが可能となった。また,大腸菌をチップに固定化した場合の保存安定性について,生物発光強度ならびに応答比の観点から検討を行った。固定化する菌体濃度およびアガロース濃度に関して最適化された条件下で検討した結果,本チップは4°Cにて最大16日間保存可能であることが分かった。一方,培地成分をアガロースに添加した場合,試験菌を30日以上保存可能であることが分かった。しかし,本法で利用するホタル生物発光に対して培地成分による強い阻害効果が見られ,発光強度が大きく減少する結果となった。したがって,試験菌株のレポータータンパク質をホタルルシフェラーゼから培地成分による阻害を受けない発光触媒酵素に変換することでより長期問の保存が可能になるものと期待される。生体内での代謝により変異原性を発現する物質(前変異原物質)について本オンチップアッセイにより検出可能か検討した。前変異原物質にはTrp-P-2を用い,代謝活性化には齧歯類の代謝酵素を含むS9画分を使用した。Trp-P-2とS9を予め混合して代謝活性化を行い,試験菌を固定化したチップに導入した結果をFig.に示す。S9で処理したTrp-P-2を導入したチップからのみ発光が見られた。また,発光応答比は2を超え,Trp-P-2濃度に依存する結果が得られた。このことから,本アッセイを前変異原物質に対して適用可能であることが示された。本年度は,微小流体ネットワーク構造を有する基板のデザインと発光触媒タンパク質ならびに発光センサー微生物の固定化ならびに発光条件の検討を行った。基板には,2枚のポリジメチルシロキサン(PDMS)シートと1枚のシリコン基板を使用した。PDMSシートにはそれぞれ幅700umの流路を5本ずつ作成し,シリコン基板には5×5に配置した700um角の貫通孔を作成した。シリコン基板を2枚のPDMSシートで挟むことによって微小流体ネットワーク構造を構築させた。シリコン基板の片面にPDMSシートを貼り合せ,もう一面に多孔性のメンブランフィルター貼り合せた状態で,PDMSシート上の流路からルシフェラーゼタンパク質あるいは発光センサー大腸菌と混合したゾル状態のアガロースを導入して流路ならびに貫通孔内部を満たし,低温でゲル化させることタンパク質や大腸菌を固定化できることを見いだした。また,フィルターを剥がした後,もう一枚のPDMSシートを貼り合せ,その流路から基質であるルシフェリンとATPの混合液を導入し,暗箱内のCCDカメラに下に設置することで,貫通孔に固定化されたルシフェラーゼや発光大腸菌との反応により生じる生物発光を観察することができた。さらに,ルシフェラーゼや大腸菌濃度ならびにルシフェリン濃度を変えることで,それぞれの組み合わせに応じた強度の発光を一組のチップから高い再現性で測定することが可能となった。この結果から,スループットの高いオンチップでの生物発光分析が可能であることが明らかとなった。これらの成果を基に,次年度はATP分析やセンサー微生物を用いる生物発光バイオアッセイに応用するとともに,通常とは異なる微小空間における発光反応を速度論的に解析し,本オンチップアッセイの特長を明らかにしていく予定である。
MRSAのバイオフィルム形成関連遺伝子群の多型性と治療抵抗性との関連

昨年に引き続きica遺伝子群とその調節遺伝子であるagr遺伝子の解析を行った。1986年から2004年までの19年間に当科および救命センターの血液から分離されたMRSA株とMSSA株を研究対象とした。ica遺伝子群についてはicaA, D遺伝子陽性のものがMRSA株では96.4%/92.7%(icaA/icaD)、MSSA株では94.5%/90.9%(icaA/icaD)とそれぞれ高い陽性率を示した。またMRSA株とMSSA株をあわせて検討したところicaA、icaD遺伝子共に陰性の株が4株あり、うち1株でバイオフイルム形成能の低下を認めたが、その他の3株、icaA/、icaD遺伝子いずれか陰性の株および両遺伝子陽性の株ではバイオフイルム形成能に明らかな差は認めなかった。agr遺伝子型についてはMRSA株では1型が62.7%と最多であり、一方MSSA株ではI型が50.9%と最多であり両株間で異なる傾向を認めた。バイオフィルム形成能につきMRSA株とMSSA株を比較した結果有意差はなかったがMSSA株がMRSA株より高い傾向を認めた。またMRSA株ではII型の株で有意にバイオフィルム形成能が低い傾向を認めたがMSSA株ではar遺伝子型にかかわらずほぼ同等であった。またバンコマイシン感受性とバイオフィルム形成能との関連を検討した結果MRSA株ではバイオフィルム形成能は高感受性株で低く低感受性株で高い傾向を認めた。しかしagr遺伝子型別毎に分けてそれぞれバンコマイシン感受性とバイオフイルム形成能との関連性を検討した結果、両者の間には一定の関連は認められなかった。またバイオフィルム形成能と患者の予後との関連性を検討した結果、バイオフィルム形成能、各agr遺伝子型ともに予後との間には明らかな関係を認めなかった。当施設および当院救命救急センター入院患者から1987年より2004年までに分離保存されたMRSAにつきPCR法によるica遺伝子の有無につき解析した。その結果解析した分離株全てでica遺伝子は陽性であった。各分離株のバイオフィルム形成能の有無につき既報(Freedman et al.J.Clin.Pathol.42:872-4,1989)に従い解析を行った。予備実験において複数サンプルにつき解析を行った結果、全てにバイオフィルム形成が認められた。しかしながら同一サンプル内でもバイオフィルム形成能にばらつきが見られたため現在実験系の安定化を検討中である。現在各分離株のica遺伝子群の塩基配列につきシークエンサーによる解析を行っている。またica遺伝子の調節遺伝子であるagr(accessory gene regulator)遺伝子の遺伝子型解析をPCR法を用いて行ったところ両施設とも半数以上をII型が占めた。agr型別の年次推移を検討した結果agr II型は1994年以降に認められている。当院へバンコマイシンが導入されたのは1992年でありその関連について更なる検討が必要と考えられた。またMRSAが分離された血液・腫瘍疾患患者の臨床的背景とagr遺伝子型別との関連を1998年から2003年までの5年間について検討した結果、化学療法に伴う好中球減少例ではagr II型株が分離された際の死亡率が75%(8例中6例)であったのに対し、agr II型以外が分離された例は死亡例を認めなかった。救命救急センター入院患者ではagr II型分離例が死亡率、DIC発生率で有意に高い傾向が見られた。以上よりagr遺伝子の型別と病原性との関連が示唆された。
都市空間のシークエンシャルな雰囲気が拡がり「気配」の構成に関する研究

都市空間は、建物・街路・広場・樹木・看板・ストリートファニチャー・装置等の様々なエレメントにより構成されている。これらの中で印象に残るエレメントの構成が、その都市空間のアイデンティティを創出し、さらにこれらの構成が都市の空間の雰囲気を形成していると考えられる。その場を構成するエレメントの中で、特に意識されるエレメントを抽出し、また都市空間の「気配(雰囲気)」を捉え、両者の関係から空間構造を明らかにすることが本研究の目的である。そのため、都市空間で人々の印象に残るエレメントを抽出する指摘法実験と都市空間の雰囲気を定量的に把握するための心理評価実験(SD法実験)の2つの実験を、首都圏を中心に計17地区で行った。指摘法実験から指摘されたエレメントを《近距離》《中距離》《遠距離》《不特定(複数個)》の4つに分類し、指摘量ドットマップ図を用いて分析を行った。さらに、指摘エレメントの構成を類型化し、その特徴を捉えるために、各地点における指摘量の構成の割合を基に5タイプの<指摘エレメント構成型>を捉えることができ、そのタイプの特性を明らかにした。心理評価実験から、各地点の心理評価を捉え、18心理評定尺度の平均値を変量とした因子分析を行い、5心理因子軸を抽出し、都市空間の心理評価構造を明らかにした。また、心理評価の傾向から意識のタイプとして、5タイプに類型化<意識型>した。これら<指摘エレメント構成型><意識型>のタイプを地図上に布置させた図を用いて、都市空間を比較・分析することにより、都市の雰囲気を大きく変化させる要因として、都市の地形、街路の形状、多彩なエレメント量の増減が密接に関係していること等、都市空間の構造を明らかにすることができた。都市空間のシークエンシャルな雰囲気の変化と、その場を構成する様々な建築や街路樹さらに看板・ストリートファニチャーなどの装置の中で、特に意識されるエレメントを抽出して両者の関係を明らかにすることにより、都市空間の「気配」をとらえ、都市空間の構造を明らかにすることを目的に下記の分析を行った。まず、典型的な特徴を有する都市空間を研究対象として選出するために、政令都市を中心に多数の都市空間を挙げ、検討の結果、首都圏では「丸の内地区」「御茶ノ水地区」「銀座地区」「渋谷地区」を、地方都市では「札幌駅前地区・大通り公園地区」「仙台青葉地区の2地区」「大阪御堂筋地区」「京都河原町地区」の10地区を調査・実験対象地区として決定した。実験はまず雰囲気の変化を定量的に明らかとする心理量分析を行うため,SD法による心理実験を行うこととした。過去の一連の街路空間の研究を基に、この研究で得られた心理評価構造の心理因子軸である13軸に、今回の都市空間の評価に必要と考えられる評定尺度を多数検討し、その結果17の形容詞句対による7段階評定尺度を心理実験に用いることとした。また意識の上で重要なエレメントを抽出するため、その場で印象にのこるエレメントを自由に指摘させる指摘法実験(指摘量分析)を行うこととした。実験は上記10地区12から72haの範囲で、概ね200mグリッド上の9から15地点において、現地にて実験を行った。その結果、各対象地区の心理量を明らかとし、心理量のシークエンシャルな変化を捉えた。一方指摘法実験からその場近辺のエレメントのみで構成される空間、400m以内のエレメントも指摘される空間、さらに遠方のエレメントも指摘される空間、さらに固有のエレメントが多数指摘される空間と不特定なエレメントが指摘される空間など、それぞれのタイプの構成の特徴を明らかにした。

都市空間のシークエンシャルな雰囲気の変化と、その場を構成する様々な建築や街路樹さらに看板・ストリートファニチャーなどの装置の中で、特に意識されるエレメントを抽出して両者の関係を明らかにすることにより、都市空間の「気配」をとらえることが目的である。前年度までの心理量分析・指摘量実験による10都市の結果をもとに指摘エレメントの性格や距離を含めて記号化し、都市ごとに記号表記して都市空間の構造を客観的に明らかにした。対象地区は「丸の内」「御茶ノ水」「銀座」「渋谷」「札幌駅前・大通り公園地区」「仙台青葉区の2地区」「大阪御堂筋地区」「京都河原町地区」の10地区である。都市における距離が、都市空間の構造と大きく関っていると考え、特定できるエレメントのなかで地点間距離200mを目安に、地点から直径200m以内のものは《近》エレメント、200m以上600m以下のものは《中》エレメント、600m以上のものは《遠》エレメントと分類し、それ以外の位置の特定できない街路樹や看板等を《不特定》エレメントとして分類した。次に、105地点の空間構成のパターンを類型化し、その特性を記述するため、105地点を[中][遠]エレメントの有無で4グループに類型化した。これは、その地点を最も印象付けるエレメントが、[近][不特定]エレメントであるが、都市空間という面的な拡がりを持つ空間において、[中][遠]エレメントの指摘は、都市を認知するにあたり重要であると判断したため、以下の類型化を行った結果、4グループに分類することが出来た。4グループの概要は次の通りである。A:[中][遠]共に無く、その場のエレメントのみで空間を印象付ける。B:[中]有り[遠]無しで、地点前[中]が印象付けている。C:[中]無し[遠]有りで、遠くのエレメントが空間を印象付ける。D:[中][遠]共に有り、地点前後と遠くのエレメントが空間を印象付ける。都市空間は、建物・街路・広場・樹木・看板・ストリートファニチャー・装置等の様々なエレメントにより構成されている。これらの中で印象に残るエレメントの構成が、その都市空間のアイデンティティを創出し、さらにこれらの構成が都市の空間の雰囲気を形成していると考えられる。その場を構成するエレメントの中で、特に意識されるエレメントを抽出し、また都市空間の「気配(雰囲気)」を捉え、両者の関係から空間構造を明らかにすることが本研究の目的である。そのため、都市空間で人々の印象に残るエレメントを抽出する指摘法実験と都市空間の雰囲気を定量的に把握するための心理評価実験(SD法実験)の2つの実験を首都圏を中心に計17地区で行った。指摘法実験から指摘されたエレメントを《近距離》《中距離》《遠距離》《不特定(複数個)》の4つに分類し、指摘量ドットマップ図を用いて分析を行った。さらに、指摘エレメントの構成を類型化し、その特徴を捉えるために、各地点における指摘量の構成の割合を基に5タイプの<指摘エレメント構成型>を捉えることができ、そのタイプの特性を明らかにした。心理評価実験から、各地点の心理評価を捉え、18心理評定尺度の平均値を変量とした因子分析を行い、7心理因子軸を抽出し、都市空間の心理評価構造を明らかにした。また、心理評価の傾向から意識のタイプとして、5タイプに類型化<意識型>した。これら<指摘エレメント構成型><
超重症心身障害児への特別支援教育を可能にする認知神経科学的アプローチの確立

本研究は、行動的変化が全く認められない多くの重症児の情報取り込みとその活用実態を評価して教育・療育現場で有効な支援方策を確立するには、どのような認知科学的アプローチが必要で、そのプロトコールはいかなるものであるべきなのかを検証しようとするものである。平成19年度には、独立行政法人国立病院機構西多賀病院・小林康子医師と菊地紀彦指導員を研究分担者に加え、下記の取組みをすすめ、研究を完結した。1.8名の超重症児を対象に嗅覚刺激や触覚刺激を様々な強度条件で呈示した際の脳血流を1224カ所から計測した結果、条件によっては脳血流応答が生じていることを捉えた。このことから、超重症児は情報を取り込んでいる可能性はあるものの、外部情報を取り込めるダイナミックレンジが極めて狭く制約されているものの、個々の超重症児に即して適切な条件で刺激呈示をすれば、外部情報を取り込んでいる可能性があることが明らかになった。2.したがって、超重症児への特別支援教育を考える際には、やみくもに働きかけても支援効果を得ることは難しく、彼らの実態を十分見極めた上で、適切な範囲での働きかけをすることが重要であると考えられる。3.これらの研究成果は、平成19年度に開催された日本特殊教育学会において発表するとともに、学術雑誌である『臨床神経生理学』や"Research in Developmental Disabilities"や米国で刊行された専門単行書にて成果を公表した。本研究は、行動的変化が全く認められない多くの重症児の情報取り込みとその活用実態を評価して教育・療育現場で有効な支援方策を確立するには、どのような認知神経科学的アプローチが必要で、そのプロトコールはいかなるものであるべきなのかを検証しようとするものである。平成18年度には、下記の取り組みをおこなった。1.10名の超重症児の潜在的認知能の可能性について、担当医師、指導員、訪問教育担当教員と協議して、個々の事例に即して働きかけが有効と思われる機能系を体性感覚、嗅覚、聴覚に絞りこんだ。2.超重症児において脳血流光トポグラフィ(NIRS)、体性感覚電(SEP)、聴性脳幹反応(ABR)、心拍(ECG)などの神経科学的計測を試み、応答の有無や刺激条件を担当医師、指導員、訪問教育胆当教員と吟味した。3.健常大学生を対象として、脳血流光トポグラフィ(NIRS)、体制感覚誘発雷位(SEP)、聴性脳幹反応(ABR)、心拍(ECG)などの基準データを得た。4.個々の超重症児に即した計測条件を決め、それぞれの対象児について3回から6回の神経科学的計測を実施した。5.その結果、特定の刺激条件下では微弱ながら脳血流反応を示す超重症児も認められ、そのような児にはその機能系への働きかけが有効に機能している可能性があることが判明した。6.表出機能が著しく制約されている超重症児の認知機能評価に神経科学的検索データを活用できる見通しを得、次年度予定している超重症児への支援方策検討め条件を整えることができた。7.上記の研究成果を、平成18年度に開催された日本特殊教育学会、日本小児神経学会、日本臨床神経生理学会(教育講演)において発表した。
ホスホールを含む元素相乗型π共役分子の構築と有機デバイスへの応用

ホスホールとチオフェンを含む新しいπ共役分子を効率よく合成する方法を確立し、さまざまなスペクトル解析やX線結晶構造解析を利用して得られた誘導体の構造ー物性相関を明らかにした。さらに、可視光を吸収する能力が高い誘導体を有機太陽電池の材料として活用した。また、高い蛍光特性を示す分子を開発した。得られた結果は、新たに構築されたホスホール誘導体が有機材料として高い潜在力を保有することを示している。本研究では、ホスホールを基軸とする元素ハイブリッド型π共役分子を構築し、その構造ー物性相関を明らかにした上で、ホスホール及び他のヘテロールそれぞれの特性が相乗的に発揮されるような機能性材料の設計指針を提案することを目的としている。本年度は、主に次の二つの課題に取り組んだ。(i)トリアリールアミン、ターチオフェン、ホスホールが連結されたドナーπーアクセプター(D-π-A)型色素の合成と構造ー物性相関の解明、(ii)課題(i)で合成した色素を用いた色素増感太陽電池の作製とデバイス特性の評価。まず、チタナサイクル法を利用して、片方のα位にチエニル基を持ち、もう一方のα位にビニル基やアリール基を持つホスホール誘導体を合成する方法を確立した。引き続き、チオフェン環の位置選択的なリチオ化とクロスカップリング反応を駆使してトリアリールアミン骨格を導入し、標的とするD-π-A型色素を合成した。また、得られた色素およびその参照系化合物の吸収スペクトル・発光スペクトル・酸化還元電位を測定し、構築したπ系が励起状態において高い分子内電荷移動特性を持つことを明らかにした。さらに、末端にカルボキシ基を持つD-π-A型色素を酸化チタンに吸着することで色素増感太陽電池を作製し、擬似太陽光照射装置を用いた標準的な測定条件下で光電変換効率を測定した。その結果、最高値で5.6%に達する光電変換効率を与えること、および、ホスホール環とカルボキシ基との間のスペーサーが変換効率に大きな影響を与えることが明らかとなった。本研究では、ホスホールを基軸とする元素ハイブリッド型π共役分子を構築し、その構造ー物性相関を明らかにした上で、ホスホールおよび他のヘテロールそれぞれの特性が相乗的に発揮されるような機能性材料の設計指針を提案することを目的としている。(i) π共役型縮環ホスホールの効率的合成の確立と構造ー物性相関の解明、(ii)ヘテロ原子官能基を持つチオフェンーホスホール連結分子の合成と光物性の解明。まず、2位にブロモ基を持つベンゾホスホールおよびナフトホスホールと種々のアリールホウ酸との鈴木ー宮浦反応を利用して、対応する2-アリール体を合成する手法を確立した。また、得られた誘導体の吸収・発光スペクトル測定および時間分解蛍光寿命測定を行い、縮環した芳香環と2位に導入されたアリール基がπ系全体の光物性に与える影響を調べた。その結果、ジフェニルアミノ基を持つ誘導体が励起状態で大きく分極し、高い発光量子収率と大きなストークスシフトを示すことを明らかにした。次いで、2,5-ジチエニルホスホールの位置選択的なリチオ化とメタセシス反応を利用して末端にボリル基あるいはホスホニオ基を持つ誘導体を合成した。得られた化合物の吸収・発光スペクトル測定を行い、末端の置換基がπ系全体の光物性に与える影響を調べた結果、ボリル基の導入によりLUMOが大きく安定化されること、および、ホスホニオ基を持つ誘導体の発光特性が対アニオンの種類に大きく依存することを見いだした。さらに、時間分解蛍光寿命測定により、発光強度の変化が対アニオンの解離平衡に由来することを明らかにした。(i)トリアリールアミン、フルオレン、ホスホールが連結された新規Donor-π-Acceptor(D-π-A)型色素の合成と構造ー物性相関の解明、(ii)高い発光特性を持つイオン性ホスホール誘導体の合成と構造ー物性相関の解明。α位にチエニル基を持つホスホールの位置選択的なリチオ化とクロスカップリング反応を鍵反応として、トリアリールアミン=ジチエニルフルオレン=ホスホールで構成されたD-π-A型色素を合成した。また、得られた色素およびその参照化合物の吸収スペクトル・発光スペクトル・酸化還元電位を測定し、構築したπ系が励起状態において高い分子内電荷移動特性を持つことを明らかにした。一方、増感色素を探索する過程でホスホニオ基を持つ一部のπ共役ホスホール誘導体が極めて高い蛍光発光特性を示すことを見出し、一連のホスホニウム塩の光物性に対して、対アニオンや溶媒が与える影響を系統的に調べた。その結果、イオン対の解離平衡と発光特性との間に密接な関係があり、特に重原子効果が大きい対アニオンを持つ誘導体では発光強度が媒体の影響を強く受けることが明らかとなった。

得られた結果は、新たに構築されたホスホール誘導体が有機材料として高い潜在力を保有することを示している。当初計画していた課題をほぼ検討することができており、研究課題はおおむね順調に進展している。また、縮環ホスホールおよびジチエニルホスホールの構造ー物性相関を調べる過程で、高い発光量子収率と大きなストークスシフトを併せ持つ誘導体や、対アニオンの違いにより発光特性を大きく変える誘導体を開発することに成功した。この結果は、ホスホールを母核とする発光センサーやイメージング材料の開発につながるものである。27年度が最終年度であるため、記入しない。有機化学今後は、縮環ホスホールを含むD-π-A型色素および発光材料に焦点を絞り、その簡便かつ効率的な合成法を確立した上で、構造ー物性相関を基礎化学的側面から系統的に解明する。さらに、基礎から応用への橋渡しをするために、これまでに開発したホスホール誘導体を構成要素とする有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池、有機発光デバイスを作製し、そのデバイス特性の評価を通じて、実用化に値する候補化合物群を探索する。当初計画していた課題をほぼ検討することができており、研究全体はおおむね順調に進展している。特に、トリアリールアミン、ターチオフェン、ホスホールからなるD-π-A型色素が色素増感太陽電池の増感剤として利用できるという知見を手にしたことで、ホスホールを含む機能性色素の探索へ向けた分子設計の方向性を打ち出すことができた。平成26年度に備品を2つ購入したが、機種の見直しにより当初の想定額よりも大幅に安く購入できたため。今後は、縮環ホスホールを含むD-π-A型色素に焦点を絞り、その簡便かつ効率的な合成法を確立した上で、構造ー物性相関を基礎化学的側面から系統的に解明する。さらに、当初の計画通り、ホスホール誘導体を構成要素とする有機薄膜太陽電池および色素増感太陽電池を作製し、そのデバイス特性の評価を通じて、実用化に値する候補化合物群を探索する。主に、平成26年度に購入した備品用の消耗品購入費、および、外国旅費として使用する。平成25年度に備品を二つ購入したが、機種の見直しにより当初の想定額よりも大幅に安く購入できたため。主に、平成25年度に購入した備品用の消耗品購入費、および、外国旅費として使用する。
脳卒中片麻痺歩行における腸腰筋の動態

片麻痺歩行の時間因子の観察から、歩行速度の改善は、立脚期、特に、2重推力支持時間の短縮に負うところが大きいことが明らかになった。その機構として、患側の膝伸展機構を中心とした下肢抗重力筋の働きと、患側肢の振り出しに関わる腸腰筋の働きに要因があるものと推量された。筋電図による分析の結果次の結果を得た。1)腸腰筋は、片麻痺歩行の全周期にわたって、対照群と同様な、相性活動を示したことから、この筋が2重推力支持期を延長し、次の遊脚期への移行を遅らせる要因であるとは言えない。2)中殿筋、外側広筋、内側ハムストリングスの下肢支持に関わる3筋は、動的活動を低下させ、定常的活動を持続させることによって、立脚期から遊脚期へ移行するための下肢協調的運動を阻害し、2重推力支持期を遷延させる因子である。3)下腿三頭筋は立脚期の動的活動を欠いて、適正な股屈曲・膝屈曲が起こらないように阻害することから、2重推力支持期を遷延させる要因になっている。4)片麻痺における2重推力支持期の改善、ひいては、歩行能力の改善は予測された腸腰筋機能よりも下肢伸展機構にあることが分かった。片麻痺歩行は安定するにつれて患側下肢の二重推支持期(健側との両脚支持に続いて患側蹴り出しに入る時期)時間が短縮されると言う研究結果に基づき、「片麻痺歩行の安定化は膝伸展機構関連筋と腸腰筋の働きの改善に依存する」ものとの仮説から、片麻痺歩行における筋活動パターンと正常歩行におけるそれとの比較検討を進めている。その結果、先ず、深部にある腸腰筋筋活動の分離導出法として埋没電極法が適切であること、さらに、単極導出では固有筋活動を分離できないこと、被覆fine wireは65ミクロン径が最適で、それ以下では運動時抜け出す危険性があり、それ以上では疼痛のため運動が課せられないことが分かった。次いで、健常の歩行時筋活動データを収集中であるが、現在のところ、スタンス初期と中期に現れる外側広筋の2相性の働きは膝関節の力動的支持に、スタンス初期と後期に見られる内側ハムストリングの2相性の働きは下肢支持初期の制動と後期の推進にそれぞれ関わっているものと解釈される。腸腰筋はスイング全期に亘って前期に漸増し、後期に漸減する相動的な活動を示していることから、下肢スイング形成の重要因子であることが分かる。その他、中殿筋、前脛骨筋、下腿三頭筋も歩行の相に合わせてパターン化することができる。これらの基準に照らし合わせて、片麻痺歩行の安定化に伴う筋活動様態の推移を、向後2年に亘って検討する。片麻痺患者の歩行は、筋出力が増加し、共同運動からの分離が進むにつれて二重推力支持期(健側と患側の両脚支持の時期に続いて患側下肢による蹴り出し終了まで)の時間が短縮されて行くという研究結果に基づき、「片麻痺患者の歩行の安定化は膝伸展機構関連筋と腸腰筋の働きの改善に依存する」ものとの仮説から、片麻痺患者の歩行における下肢筋、特に腸腰筋の筋活動パターンを検討している。正常では、膝伸展機構に属する筋は、遊脚後期で下肢伸展しつつ踵接地を迎える時から立脚期(外側広筋では立脚中期まで、内側ハムストリングでは次の遊脚開始期まで)にかけて相動的な活動を示す。片麻痺患者では、回復段階が低次で個別関節随意運動における筋放電が非常に少ない段階から、共同運動の中である程度の筋放電が見られる段階までは、内側ハムストリングには正常の相動的筋活動は見られず、歩行全周期に持続性の放電が観察された。一方、腸腰筋では、片麻痺回復の初期から、正常と同様な相動的な活動が認められ、歩行周期内の各時期に特に異常な筋活動を見ることはなかった。以上から、片麻痺患者では、安定した歩行を獲得する過程で、腸腰筋の働きよりむしろ膝伸展機構の協調的な働きに注目する必要のあることが示唆された。

その機構として、患側の膝伸展機構を中心とした下肢抗重力筋の働きと、患側肢の振り出しに関わる腸腰筋の働きに要因があるものと推量された。筋電図による分析の結果次の結果を得た。1)腸腰筋は、片麻痺歩行の全周期にわたって、対照群と同様な、相性活動を示したことから、この筋が2重推力支持期を延長し、次の遊脚期への移行を遅らせる要因であるとは言えない。2)中殿筋、外側広筋、内側ハムストリングスの下肢支持に関わる3筋は、動的活動を低下させ、定常的活動を持続させることによって、立脚期から遊脚期へ移行するための下肢協調的運動を阻害し、2重推力支持期を遷延させる因子である。3)下腿三頭筋は立脚期の動的活動を欠いて、適正な股屈曲・膝屈曲が起こらないように阻害することから、2重推力支持期を遷延させる要因になっている。4)片麻痺における2重推力支持期の改善、ひいては、歩行能力の改善は予測された腸腰筋機能よりも下肢伸展機構にあることが分かった。
コンクリートの表層品質評価法への小径ドリル型削孔試験の適用に関する研究

コンクリート表層の性状は、新築構造物の品質だけでなく既存構造物の耐久性に大きく影響を及ぼすと考えられており、その評価方法については、多くの検討がなされている。物質移動抵抗性について、各種透気試験、吸水試験による評価が試みられており、一部では簡易的な手法が提案されているものの、未だ、多くの試験方法は煩雑あるいは高価である。本研究では、コンクリートの圧縮試験方法の代替を最終的な目的として開発されてきた小径ドリル型削孔試験機の特徴を生かし、簡便かつ詳細にコンクリート表層の性状を把握・評価する方法を確立することを目的とする。
生体軟組織のバイオメカニクスと医療デバイスへの応用

医療技術革新およびデバイス開発を進める上で,生体の力学的性質を知ることは極めて重要である.本研究は設定された医療デバイス開発を最終目標とし,その開発に必要な生体軟組織の様々な力学条件に対する力学的反応を詳細に調べた.また,計算シミュレーション技術を駆使し,実験では測定困難な物性値の推定,デバイス開発への予備試験を行った.さらに小型引張り試験機の開発も行った.1.肝臓の力学特性の解明1.1試験機・試験法の開発顕微鏡下で組織のミクロな変形をその場観察できる負荷システムを開発・製作し,試験に供した.また,引張り試験時に軟組織をしっかりと固定することができるジグや,環境を模擬した容器などを製作し,実験を行った.1.2肝臓の力学特性試験圧縮試験において,ひずみ速度依存性が見られ,それらに対して肝臓の損傷モデルを提案した.試験片サイズの影響および圧縮場におけるその場観察を行うことにより,微視的な損傷メカニズムの解明と損傷モデルを構築し,巨視的な損傷モデルの妥当性が確認された.1.3変形シミュレーション圧迫型止血器具の開発を行うため,豚肝臓を用いて肝臓組織および腸膜の機械的特性の調査,肝臓に見られる非線形挙動の有限要素解析への適用法の検討,肝臓モデルによる変形シミュレーションから止血器具形状の最適化を行った.2.心外膜組織の力学特性の解明豚,牛,ヒトの心外膜を採取し,それぞれの機械的特性を調査し,比較を行った.ヒトの心外膜は他の動物と比較すると膜厚は十分厚いが,膜の引張り強さは半分程度と弱い.ヒトの心外膜を生体弁として使用できるよう強化するためには十分な荷重に耐えられるよう心外膜の厚さを増すか,心外膜を構成している線維自体を強化する,もしくは線維の密度を大きくする必要がある.3.デバイス開発心房中隔欠損孔を経カテーテルを用いて閉孔するデバイスを考案し,特許を提出した.医療技術革新およびデバイス開発を進める上で,生体の力学的性質を知ることは極めて重要である.本研究は設定された医療デバイス開発を最終目標とし,その開発に必要な生体軟組織の様々な力学条件に対する力学的反応を詳細に調べた.また,計算シミュレーション技術を駆使し,実験では測定困難な物性値の推定,デバイス開発への予備試験を行った.さらに小型引張り試験機の開発も行った.1.肝臓の力学特性の解明1.1試験機・試験法の開発顕微鏡下で組織のミクロな変形をその場観察できる負荷システムを開発・製作し,試験に供した.また,引張り試験時に軟組織をしっかりと固定することができるジグや,環境を模擬した容器などを製作し,実験を行った.1.2肝臓の力学特性試験圧縮試験において,ひずみ速度依存性が見られ,それらに対して肝臓の損傷モデルを提案した.試験片サイズの影響および圧縮場におけるその場観察を行うことにより,微視的な損傷メカニズムの解明と損傷モデルを構築し,巨視的な損傷モデルの妥当性が確認された.1.3変形シミュレーション圧迫型止血器具の開発を行うため,豚肝臓を用いて肝臓組織および腸膜の機械的特性の調査,肝臓に見られる非線形挙動の有限要素解析への適用法の検討,肝臓モデルによる変形シミュレーションから止血器具形状の最適化を行った.2.心外膜組織の力学特性の解明豚,牛,ヒトの心外膜を採取し,それぞれの機械的特性を調査し,比較を行った.ヒトの心外膜は他の動物と比較すると膜厚は十分厚いが,膜の引張り強さは半分程度と弱い.ヒトの心外膜を生体弁として使用できるよう強化するためには十分な荷重に耐えられるよう心外膜の厚さを増すか,心外膜を構成している線維自体を強化する,もしくは線維の密度を大きくする必要がある.3.デバイス開発心房中隔欠損孔を経カテーテルを用いて閉孔するデバイスを考案し,特許を提出した.医療技術革新およびデバイス開発を進める上で,生体の力学的性質を知ることは極めて重要である.本研究は設定された医療デバイス開発を最終目標とし,その開発に必要な生体軟組織の様々な力学条件に対する力学的反応を詳細に調べた.また,計算シミュレーション技術を駆使し,実験では測定困難な物性値の推定,デバイス開発への予備試験を行った.さらに小型引張り試験機の開発も行った.軟組織には,新鮮な豚の肝臓および心臓を用い,巨視的な基本力学特性について以下の3項目を調べた.1.肝臓および心膜の機械的性質およびリラクゼーション特性肝臓の強度に異方性はなく,屠殺後12時間以内であれば生理食塩水の有無に関係なくヤング率および降伏応力はほぼ一定である.非線形挙動を示す応力-ひずみ曲線における応力勾配(ヤング率)変化を一次式で近似でき,また,その式は心内膜の単軸引張り試験に対しても適用できる.肝臓組織の力学的な損傷に対して降伏ひずみを評価パラメータとすることが有効である.2.豚肝臓の冷却特性基礎実験に基づきFEM解析により,豚肝臓の熱物性値の温度依存性,肝細胞生死依存性,血流量(生理食塩水の流量)依存性を推定することができた.また,血管内流体から血管壁への熱伝達率の算出により,血管内に流れる液体から肝臓への熱移動を推定するための基礎データが得られた.これらの推定値を用いて実際の体内にある肝臓を想定した冷却解析により,切離手術にとって最適な冷却針の深さ方向の温度分布が求まり,冷却針設計データが得られるようになった.3.デバイスの最適形状と材料選択

本研究グループから申請した特許に基づき,デバイス開発の面からデバイス形状および材料の最適条件について検討進めた.解析により各々のデバイス寸法および材料のパラメータについて血管減少率に対する傾向を把握することができた.血液と同等の動粘度を有する溶液で逆流量の測定を行なうと減少率λ=70%付近から急激に減り始め,90%付近で逆流は止まることが確認された.医療技術革新およびデバイス開発を進める上で,生体の力学的性質を知ることは極めて重要である.本研究は設定された医療デバイス開発を最終目標とし,その開発に必要な生体軟組織の様々な力学条件に対する力学的反応を詳細に調べた.また,計算シミュレーション技術を駆使し,実験では測定困難な物性値の測定,デバイス開発への予備試験を行った.さらに小型引張り試験機の開発も行った.1.肝臓の力学特性の解明1.1試験機・試験法の開発顕微鏡下で組織のミクロな変形をその場観察できる負荷システムを開発・製作し,試験に供した.また,引張り試験時に軟組織をしっかりと固定することができるジグや,環境を模擬した容器などを製作し,実験を行った.1.2肝臓の力学特性試験圧縮試験において,ひずみ速度依存性が見られ,それらに対して肝臓の損傷モデルを提案した.試験片サイズの影響および圧縮場におけるその場観察を行うことにより,微視的な損傷メカニズムの解明と損傷モデルを構築し,巨視的な損傷モデルの妥当性が確認された.1.3変形シミュレーション圧迫型止血器具の開発を行うため,豚肝臓を用いて肝臓組織および腸膜の機械的特性の調査,肝臓に見られる非線形挙動の有限要素解析への適用法の検討,肝臓モデルによる変形シミュレーションから止血器具形状の最適化を行った.2.心外膜組織の力学特性の解明豚,牛,ヒトの心外膜を採取し,それぞれの機械的特性を調査し,比較を行った.ヒトの心外膜は他の動物と比較すると膜厚は十分厚いが,膜の引張り強さは半分程度と弱い.ヒトの心外膜を生体弁として使用できるよう強化するためには十分な荷重に耐えられるよう心外膜の厚さを増すか,心外膜を構成している線維自体を強化する,もしくは線維の密度を大きくする必要がある.3.デバイス開発心房中隔欠損孔を経カテーテルを用いて閉孔するデバイスを考案し,特許を提出した.