hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳血管疾患リハビリにおける患者因子に基づく標準計画選択手法の開発

研究代表者等の既往の研究成果として、患者の回復過程を複数の治療フェーズでチャート化し、各治療フェーズにおける評価項目と評価結果に応じて実施すべき介入項目を含むリハビリパスを開発した。言語聴覚士の嚥下障害を対象とするリハビリパスは、評価結果と介入結果の記録ツールとして、平成27年1月より聖マリア病院で実運用されるに至った。本研究では、原疾患の患者背景に応じて最適なパターンを選択する手法開発を目的とした研究を行った。脳血管疾患のリハビリを対象として行った研究について、他の種類のリハビリについても方法論の一般化を目指していく。平成30年度の実績としては、嚥下障害のリハビリを対象としてパイロットスタディを実施し、他障害のリハビリパスへの一般化を行った。(3)嚥下障害についての治療パターン選択ロジックについては、3病院における過去の取り組みを基に、患者因子を評価・最適化する方法について考察した。(4)他障害のリハビリパスについては、理学療法士・作業療法士が対象とする基本動作・作業動作を対象として作成を行った。基本動作については、聖マリア病院で原案を作成し、他3病院でレビューを行った。作業動作については、飯塚病院で原案を作成し、他3病院でレビューを行った。臨床プロセスチャート(CPC)と移行ロジックについては初期案が完成し、ユニットシート(US)については、能力評価および機能評価の一覧表を作成し、4病院における実用性の評価を行った。(5)脳血管疾患に関する共通患者因子シートについては、(1)(2)の嚥下障害と、(4)の基本動作における患者因子シートを統合し、共通患者因子シートの原案を作成した。作成したリハビリパスの現場での継続運用にあたっては、アプリケーションと電子カルテが連動していないことに起因する業務負荷が障壁となっている。療法士の業務負荷を考慮した運用形態を実現する必要がある。研究代表者等の既往の研究の成果として、患者の回復過程を複数の治療フェーズでチャート化し、各治療フェーズにおける評価項目と評価結果に応じて実施すべき介入項目を含むリハビリパスを開発している。本研究では、原疾患の患者背景に応じて最適なパターンを選択する手法を開発することを目的とした研究を行っている。脳血管疾患のリハビリを対象とし、他の種類のリハビリについても開発を並行して進め、方法論の一般化を行っていく。平成28年度の実績としては、嚥下障害のリハビリを対象としてパイロットスタディを実施した。具体的には、(1)嚥下障害についての患者因子シートの作成、(2)嚥下障害についての患者因子の評価、を実施した。(1)嚥下障害についての患者因子シートの作成:4つのフィールド病院で用いている患者プロファイルシートや療法士のサマリから、問診・身体所見・理学所見を抽出し、共通項目を整理した上で、嚥下障害のリハビリの進行や予後に影響を与えると考えられる項目を議論して整理した。それぞれの項目の選択肢を準備し、患者因子シートを作成した。(2)嚥下障害についての患者因子の評価:過去に蓄積された嚥下障害のリハビリに対する情報をもちいて、患者因子のレトロスペクティブな評価を試みた。リハビリパス上でのユニットの進行、および食形態の進行に影響を与える因子を特定するため、ユニット進行度合い、ユニット進行速度、および食形態進行度合い、食形態進行速度などの指標を設定し、過去に蓄積された症例の情報から解析を行った。その結果、これらの指標に対して影響を与える因子、与えない因子の候補を挙げることができた。(2)嚥下障害についての患者因子の評価について、当初計画ではフィールド病院に設置するノートPC上で入力して情報を蓄積して解析を行う予定であった。フィールド病院では、平成27年1月よりリハビリパスをPCアプリケーションとして実装し、評価結果とか介入結果の記録用ツールとして運用しているが、電子カルテシステムと連動していない状況にあり、運用にあたっては療法士への業務負荷を考慮し形態で行う必要がある。患者因子シートについては、4つのフィールド病院の情報から作成したものを聖マリア病院で実装するにいたったが、療法士への業務負荷を考慮して、業務での運用はまだ開始していない状況にある。そのため、新たに蓄積したデータでの評価は実施せず、過去に収集していた別の病院の情報を活用し患者因子の評価を行っている。当初計画していたフィールド病院での新規データを用いた患者因子シートの評価については、平成29年度以降、現場での業務負荷が少ない形での運用形態を整え、行っていく予定である。研究代表者等の既往の研究の成果として、患者の回復過程を複数の治療フェーズでチャート化し、各治療フェーズにおける評価項目と評価結果に応じて実施すべき介入項目を含むフリハビリパスを開発している。本研究では、原疾患の患者背景に応じて最適なパターンを選択する手法を開発することを目的とした研究をおこなっている。脳血管疾患のリハビリを対象とし、他の種類のリハビリについても開発を並行して進め、方法論の一般化を行なっていく。平成29年度の実績としては、嚥下障害のリハビリを対象としてパイロットスタディを実施した。具体的には、(4)他障害のリハビリパスの作成、および(5)脳血管疾患に関する共通患者因子シートの作成、を実施した。(4)他

障害のリハビリパスの作成:理学療法士・作業療法士が担当する、基本動作および作業動作について、4病院の知見に基づいてリハビリパスの作成を行った。基本動作については、聖マリア病院で原案を作成し、他3病院でレビューを行った。作業動作については、飯塚病院で原案を作成し、他3病院でレビューを行った。これまでに、臨床プロセスチャート(CPC)と移行ロジックについては初期案が完成している。ユニットシート(US)については、能力評価および機能評価の項目について、一覧表を作成して4病院における実用性の評価を行なっている。(5)脳血管疾患に関する共通患者因子シートの作成:言語聴覚士が対象とする嚥下障害における患者因子シートをベースとして、基本動作における患者因子を追加し、統合案を作成した。作業動作については、患者因子の抽出を行なっており、さらに統合を行なっていく予定である。平成28年度に実施予定であった(2)嚥下障害についての患者因子の評価については、当初計画ではフィールド病院に設置するノートPC城で入力して情報を蓄積して解析を行う予定であった。フィールド病院では、平成27年1月よりリハビリパスをPCアプリケーションとして実装し、評価結果と介入結果の記録用ツールとして運用しているが、電子カルテシステムと連動していない状況にあり、運用にあたっては療法士への業務負荷を考慮した形態で実施する必要がある。患者因子シートについては、4つのフィールド病院の情報から作成したものを聖マリア病院で実装するにいたっているが、療法士への業務負荷を考慮して、業務での運用はまだ開始していない状況にある。平成29年度は、新たに蓄積したデータでの評価は実施せず、過去に収集していた別の病院の情報を活用して患者因子の評価を行ない、4つの病院の情報を統合して患者因子シートを作成した。ユーザインターフェースの見直しなども並行して進めており、当初計画していたフィールド病院での新規データを用いた患者因子シートの評価については、平成30年度以降、現場での業務負荷が少ない形での運用形態を整え、行っていく予定である。研究代表者等の既往の研究成果として、患者の回復過程を複数の治療フェーズでチャート化し、各治療フェーズにおける評価項目と評価結果に応じて実施すべき介入項目を含むリハビリパスを開発した。言語聴覚士の嚥下障害を対象とするリハビリパスは、評価結果と介入結果の記録ツールとして、平成27年1月より聖マリア病院で実運用されるに至った。本研究では、原疾患の患者背景に応じて最適なパターンを選択する手法開発を目的とした研究を行った。脳血管疾患のリハビリを対象として行った研究について、他の種類のリハビリについても方法論の一般化を目指していく。平成30年度の実績としては、嚥下障害のリハビリを対象としてパイロットスタディを実施し、他障害のリハビリパスへの一般化を行った。(3)嚥下障害についての治療パターン選択ロジックについては、3病院における過去の取り組みを基に、患者因子を評価・最適化する方法について考察した。(4)他障害のリハビリパスについては、理学療法士・作業療法士が対象とする基本動作・作業動作を対象として作成を行った。
疑似科学的信念の形成と機能に関する行動科学的研究

類似科学的信念の形成と機能に関する生理的、認知的、行動的、ならびに社会的メカニズムと、その信念の変容に及ぼす科学教育の有効性を検討するため6つの研究が行われた。研究1では、人は数字の選択において一般的な選好を持つことが明らかにされた。この選好は社会的相互作用における会話を通じて形成されること、数字選択におけるこの選好が原初的なタイプの迷信であることが示唆された。研究2は、入眠時心像と脳波段階との関係性を調べることを目的としていた。研究結果から、脳波段階が進むにつれて、心像は覚醒時における白昼夢から入眠時心像を経てNREM睡眠時の夢へと変化することが明らかとなった。研究3では、超常的信念に及ぼす個人的要因の効果が検討された。結果は、霊の存在や生まれ変わり、迷信は主に外的帰属の影響を受け、不安の水準は超生命・超文明の存在に対する信念にのみ影響することを示していた。研究4の目的は、超常的信念の形成に及ぼす社会ー心理的要因の効果を検討することであった。結果は、超常的信念の強さは対人的なコミュニケーションにおける超常現象の肯定の度合いと正の関連を持つことを示していた。超能力や霊、生まれ変わりに対する信念は科学や精神世界に対する態度と関連していた。研究5では、縦断的なデザインを用いて科学教育が「金縛り」現象に対する超常的信念の変化に及ぼす影響が調べられた。結果は次のことを示していた。(1)金縛りを経験することが超常的信念と金縛り現象についての科学的解明への願望と関連している、(2)金縛り現象についての科学的教育はこの現象についての科学的解明の重要性の認知に影響を及ぼす。研究6では、脳の潜在的機能についての擬似科学的信念と認知的閉鎖欲求との関連が調べられた。閉鎖欲求の高い人はそれの低い人よりも、脳の超常的な機能の科学的な解明の可能性を高く認知していた。しかし、脳機能についての科学的な教育によって、閉鎖欲求と脳についての擬似科学的信念との関係は弱まった。本年度は、疑似科学的信念についての多面的なアプローチのための基礎的な資料の収集のため、以下の3つの研究を行った。第1に、脳科学についての人々の信念のあり方を探るため、大学生を対象とした調査を行った。この調査の目的は、近年の「脳科学」の隆盛に垣間見られる疑似科学的側面の実態を明らかにすることであった。脳の潜在的機能の科学的解明の実現可能性の高さと、科学的解明への願望の強さとの間の相関が求められた。脳科学に関連する授業を受講している群では両者の間に有意な正相関が認められたが、受講経験のない群では無相関であった。このことから、科学的な知識を体系的に獲得することによって、疑似科学的信念の形成が抑制されることが示されたといえる。第2に、入眠時幻覚についての精神生理学的な検討を行った。巷間超常現象と呼ばれる種々の現象の中には、入眠時幻覚であると考えられるものもあるが、その存在は必ずしも客観的な手法によって確認されてきたわけではなかった。本研究においては、入眠時幻覚と事象関連電位との間に関連が認められ、客観的な指標でその存在が確認された。第3に、迷信行動についての基礎的な分析が行われた。

大学生を対象に0から9までの数字のうちいずれかを選んで記入する、という単純な手続きの実験を行ったところ、「3」が最もよく選択され、その被選択確率は他の数字の被選択確率よりも有意に高かった。何ら手がかりを与えていない状況で、数値の選択にこのような偏りが認められたことは、客観的な根拠のない情報が一定の社会的リアリティーを持つという、迷信行動の生起過程の最も原初的な現れであると考察された。平成9年度に続いて行われた平成10年度の研究によって、次の4種類の知見が得られた。1.入眠時心像の質的な変化と脳波段階との間に関連が認められた。覚醒水準が比較的高い段階では被験者にとって見慣れた風景や既知の人物が心像となって現れやすく、覚醒水準の低下とともに未知の人物や夢様体験の出現率が増加した。2.超常現象に対する肯定的態度が、外的な原因帰属傾向や対人的な相互作用といった個人的、対人的な影響を受けやすいことが明らかとなった。また、性差についてもいくつか顕著な結果が認められた。女性は男性と比較して、超常現象への信奉度が高く、科学に対して否定的であり、迷信についての会話が多かった。3.脳科学の可能性についての調査研究から、脳科学についての疑似科学的信念は、同じ脳科学についての他の信念と比較して、個人の認知的構造化の程度の影響を受けやすいことが明らかとなった。具体的には、脳科学の発展が超能力の開発に寄与するだろうとの信念は、認知的構造化の程度の高い者において特徴的であった。4.疑似科学的信念の変容に対する科学教育の効果が認められた。具体的には、金縛り体験のある学生に対して、金縛りについての科学的な検討の結果を教育することによって、その体験についての科学的解明への欲求が高まるという結果が得られた。以上の結果は、疑似科学的信念の形成には、具体的な体験とともに、対人的な相互作用や、個人的諸要因が関与していることを明らかにするとともに、それらの現象についての多角的な視点からの見直しや、教育による働きかけによって、疑似科学的信念を変容させうることを示唆している。
筋肉ミオシン頭部の協同性の研究

二つの頭が分岐する尾部coiled-coil構造の開始部位のアミノ酸配列はクラスIIミオシンの中で高度に保存されており、LL(ロイシン-ロイシン)となっている。このLLの配列が二つ頭の協同性に何らかの役割を果たしているのではないかと考え、"LL"を欠失した変異体、del LLを作製し、活性を測定したところ、アクチン滑り運動速度は野生型とあまり変わらなかったが、アクチン活性化ATP加水分解活性は非常に低い値を示した。ストップドフロー装置を用いて測定した結果、LLを欠く事でアクチンと協同的に相互作用する事ができなくなり、アクチン存在下での効果的なリン酸の放出が妨げられている可能性が示唆された。材料は昆虫培養細胞での発現系が確立されている平滑筋ミオシンを用いた。以下のミュータントミオシンを作成し、弱い相互作用にどう影響するかをアクチン依存性ATPアーゼ活性とAMPPNPあるいはADP-BeF存在下での共沈実験により調べた。二つの頭部の分子内での相互作用や相対的位置関係が変わるようなミュータントあるいはアクチンに対する親和性が二つの頭部で異なるようなミュータントを作り、アクチンとの相互作用変化をATPアーゼ活性測定と共沈実験によって調べた。単頭にしたときの活性や親和性と比較して、頭部の協調性が現れるミュータントと現れないものを見いだした。この結果とミュータントの予想される構造や親和性から、二つの頭部の協調的相互作用がレバーアームからコイルドコイルに移る部位にある二つ連続するロイシンの所であるという知見を得た。コイルドコイル構造から頭部が分かれる直前にある、よく保存された2個のロイシンの疎水性相互作用の重要性を調べるため、他の疎水性アミノ酸や電荷を持ったアミノ酸に置換したものを作った。それとは別に、コイルドコイル構造から頭部が突き出す方向が協調性にどう影響するかを調べるためにロイシンの下流部、すなわちC末端側のアミノ酸を除去したものも作った。コイルドコイル構造においてαヘリックス内ではアミノ酸1個当たり角度が100度ずれる。したがって、二つのロイシンの少し後ろのアミノ酸を1個あるいは2個除去することにより頭部の突き出す方向と両者の距離を変えることができる。また、一方の頭部をαヘリックス1ピッチ分下げたときに頭部の協調性がどうなるかを調べるためのものも作った。一方のαヘリックスのアミノ酸を3個減らすと、頭部の突き出す方向はほぼ元と同じだが、その位置は1ピッチ分下となる。野生型のC末端にはHisタグを、短くしたほうにはMycタグをつけて共発現させ、両者が対になったものをNiカラムと抗Myc抗体カラムを使って精製した。それらのミュータントを使った実験の結果、二つ連続するロイシンはどちらか一方が向かい側のロイシンのどちらかと相互作用すれば十分であることが分かった。コイルドコイル構造から頭部が分かれる直前にある、よく保存された2個のロイシンの重要性を調べるため、それを削除したり他の疎水性アミノ酸に置換したりしたミュータントを作った。2個のロイシンを削除したものはアクチン活性化ATPアーゼ活性が野生型と比べると10分の1以下に低下した。この理由として、コイルドコイル構造から突き出す頭部の方向が変わったためではないかと考えられたので、LLのすぐあとにあるグルタミンとヴァリンを削除したミュータントを作り、そのATPアーゼ活性を調べた。同じように2個のアミノ酸を除去したので、コイルドコイル構造から突き出す頭部の方向も同じように変わっているはずである。このミュータントのATPアーゼ活性は野生型とほとんど変わらなかったので、コイルドコイル構造から頭部が突き出す方向の問題ではないことが分かった。つぎに、LLによる疎水性相互作用が重要なのではないかと考え、それを調べるためにLLの一方あるいは両方をアラニンにしたLA, AL, AAを作りATPアーゼ活性を比較したところ、LAの活性は野生型とほぼ同じで、ALとAAの活性は野生型の半分以下であった。したがって、ふたつのロイシンのうちN末端に近い方のロイシンが特にATPアーゼ活性に重要であり、それが失われたことで活性が低下したのだと考えた。計画していたミュータントのコンストラクトが順調に作れ、タンパク質としての発現も順調である。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後も計画通り各種ミュータントを発現させ、酵素活性やアクチンとの結合を調べていく。
AdipoR1シグナリングの網膜視細胞保護・失明予防の効果のメカニズム

adipor1網膜色素変性は、国内の失明原因の第3位を占める。多くの原因遺伝子が知られているが、近年ヒト、マウスにおいてアディポネクチン1型受容体(adipor1)変異による網膜色素変性が報告された。しかしその機能の詳細は未だ不明であるため、色素変性症の新たなメカニズムの解明と新規の治療法の開発につなげるべく、本研究では網膜におけるadipor1の機能を明らかにすることを目的とした。研究実施計画に従い、adipor1ノックアウトマウスの網膜において既知のadipor1シグナリングの下流因子であるリン酸化AMPK、Sirt1等の網膜におけるタンパク質発現を検討したが、変性初期の網膜における顕著な変化は認められなかった。一方、リアルタイムPCRによりmRNAの発現を検討したところ、adipor1ノックアウトマウスの網膜変性初期には、錐体視細胞に比べ桿体視細胞における変性が顕著に認められた。これは初期の視機能低下が特に桿体視細胞で見られたことと一致し、adipor1が特に初期の桿体視細胞形成に必須の因子であることが示された。また、adipor1ノックアウトマウス網膜では早い段階から炎症マーカーや酸化ストレスマーカーの遺伝子発現も上昇し、視細胞変性が網膜の発達初期から生じていることが示唆された。また、これらの遺伝子発現の変化をさらに検討するためにヒトの網膜色素上皮細胞株であるARPE19におけるadipor1遺伝子のノックダウンを行ったところ、培養細胞株においてもadipor1の機能阻害による炎症、酸化ストレスマーカーの発現上昇が認められた。網膜色素変性は、国内の失明原因の第3位を占める。研究実施計画に従い、まずは網膜におけるadipor1の発現を検討した。adipor1 mRNAの発現は生後網膜の発達にともなって上昇し、in situ hybridization法によりその発現部位を検討したところ、発現は網膜の視細胞および網膜色素上皮に特に限局していた。そこでadipor1ノックアウトマウスを用いて表現型を詳細に検討した。正常マウス網膜においては生後14日頃までに視細胞外節の形成が完了するが、電子顕微鏡観察によりadipor1ノックアウトマウスの網膜ではこの段階ですでに視細胞外節の顕著な変性を呈していることが確認された。その後視細胞死が進行し、色素変性を呈することが示された。それに伴い、視機能の低下が観察され、特に変性初期においては主に桿体視細胞に由来する機能低下が顕著であり、錐体視細胞は桿体視細胞変性の後に生じていることが示唆された。視細胞以外の神経網膜の細胞における顕著な変化は認めなかった。これにより網膜におけるadipor1の機能が正常網膜において視細胞外節の形成を通じた視機能の発揮に重要であることが示された。平成29年度は当初の計画通りadipor1の網膜における発現解析と、ノックアウトマウスの表現型解析を実施した。ノックアウトマウスでは電子顕微鏡観察により初期網膜における視細胞外節の顕著な変性を認めた。その後視細胞死が進行した。それに伴い視機能の低下が観察され、特に変性初期においては主に桿体視細胞における機能低下が顕著であった。免疫染色により神経網膜の各種細胞に関して検討を行ったところ、視細胞以外の神経網膜の細胞における変化は認めなかった。これにより色素変性が視細胞変性由来であることを示し、今後視細胞に着目した機能の検討を行うための基礎となるデータを得ることができた。本研究課題の今後の推進方策としては、adipor1の機能を詳細に検討するため、引き続きKOマウスの網膜の解析を行う。網膜変性が起こる際の細胞内シグナル変化の検討を行うことで変性のメカニズムを明らかにする。さらに網膜における代謝産物の動態を検討する。これらの検討には、培養細胞でのノックダウンを用いた機能阻害実験も併用して進める。
インターフェロンγ遊離試験を用いた結核感染診断における性周期の影響

潜在結核症など結核感染の診断に有用なインターフェロンγ遊離試験(IGRA)が、どの程度性周期にともなう性ホルモンの変動の影響を受けるのかを、集団のデータで検証するため、慶應義塾大学病院の入職者検診データを数年間遡って取得し、男女間、月経中か否かにより、IGRAの陽性コントロール値にどの程度差があるか、分散の差があるかを検証したが、現時点までの統計解析では男性と閉経前女性の間、および月経中とそれ以外の性周期の間でIGRA陽性コントロール値に明らかな傾向を把握することはできなかった。こちらについては、男女間の年齢の違いなどが影響している可能性や、交絡因子の存在も考えられるため、さらなる統計学的な追加解析および検討が必要と考えている。さらに、個体内における性周期とIGRAデータの関係を検証するため、ボランティアの血液を用いた検証を計画しているが、こちらに関してはIGRAの一種であるクオンティフェロン(QFT)検査がちょうど第3世代試薬と第4世代試薬の切り替え時期にあたったことより、まずは第4世代試薬の性能評価を優先して実施し、第3世代と大きな性能の差がないことを確認し、第4世代試薬への測定に切り替えを行なうなどの、検討に必要な準備作業を実施し、今後、ボランティアの組み入れ等の作業へ向けた準備段階をほぼ完了させることができた。今後、倫理的側面における準備作業が完了次第、ボランティアの血液を用いた検証を行なっていく。クオンティフェロン検査が第3世代試薬から第4世代試薬への切り替え時期にあたったため、試薬の途中変更による研究結果への影響を排除するため、病院におけるクオンティフェロン検査の切り替え作業(2019年4月1日)を待った。そのため、個体内での性周期によるIGRA検査結果の影響に関する検討の実施がやや遅れている。個体内での性周期によるIGRA検査結果の影響に関する検討を、具体的に進めていく。現在、研究参加者のアドヒアランス向上をはかるため、すでに承認された研究計画の修正を倫理委員会に申請しており、これが承認され次第、研究参加者の組み入れと、IGRA検査の性周期内における複数回実施による変動の確認など、データ取得、解析作業を実施していく予定である。計画していた研究費のうち研究協力者への謝金として予定していた金額が、研究協力者の組み入れを2019年度に開始することとなったため、その金額が次年度使用額となった。今後、研究協力者を組み入れ謝金および測定経費として実施していく。
酸化剤を用いたDNAメチル化率のピンポイント解析法の開発

昨年度に引き続き、定量的PCRによるシトシン/メチルシトシン識別のための最適な反応条件を検討した。p16遺伝子由来の2種類の標的DNA(それぞれ64塩基、75塩基の鎖長)を使用した。標的DNA中の1塩基のシトシン/メチルシトシンがthree-way junction(TWJ)構造の分岐点上に位置するように設計した2本のプローブDNAを標的DNAに結合させ、この状態で過マンガン酸カリウムを加えて分岐点上のメチルシトシンを1時間酸化した後、還元剤DTTにより過剰の過マンガン酸カリウムを分解し、標的DNAを鋳型として定量的PCRを行った。昨年度の検討でシトシンとメチルシトシンのCt値の差が最も顕著だったpH5.0で酸化を行い、酸化反応時のナトリウムイオン濃度と、酸化反応後のPCR溶液調製時の希釈倍率を検討した。その結果、酸化反応時のナトリウムイオン濃度200 mMまたは250 mM、酸化反応後の希釈倍率5倍(PCR溶液中のナトリウムイオン濃度40 mMまたは50 mM)でCt値の差が67となり、最も顕著な差が得られた。本解析法では、2本のプローブDNAと標的DNAが形成するTWJ構造の安定性が、分岐点上のメチルシトシンの酸化反応効率と検出感度に影響すると考えられる。そこで、標的DNAの配列とは無関係に任意に設定できる「ステム部分」の鎖長とTWJ構造の分岐点周辺の配列を検討した。その結果、ステム部分の鎖長は10塩基程度が最適であることが分かった。また、分岐点上の3つの塩基対周辺については、余分な塩基のない、所謂フルマッチのTWJを形成するプローブDNAが最適であることが分かった。当初予定していた「TWJを形成するプローブDNAのデザインの検討」を実施し、良好な結果が得られた。一方、実施予定だった「2本鎖標的DNA中のCpGメチル化の検出」は検討できなかったが、今年度の反応条件の詳細な検討により、当初の予想より顕著にシトシン/メチルシトシンを識別できる条件が確立できたため、31年度は当初の予定通り研究を進める予定である。血液・腫瘍組織などからゲノムDNAを抽出してメチル化を解析する場合、メチル化率が重要な指標となる。メチル化/非メチル化ヒトゲノムを用いて、ゲノムDNA中の特定のCpGメチル化率を定量的PCRにより解析する。ゲノムDNAのメチル化を検出するためには、2本鎖DNA中のシトシン/メチルシトシン周辺にプローブDNAを結合させてTWJを形成させる必要がある。そのためには、2本鎖標的DNAを部分的に解離させなければならない。このために最適なプローブDNAの濃度、熱変性の条件、塩濃度などを検討する。熱変性の条件検討を効率良く網羅的に行うため、温度グラジエント機能付きサーマルサイクラーを使用する。電気泳動不要のシトシン/メチルシトシン識別のために、定量的PCR(リアルタイムPCR)の利用を検討した。p16遺伝子由来の54塩基の標的DNA中の1塩基のシトシン/メチルシトシンがthree-way junction(TWJ)構造の分岐点上に位置するように設計した2本のプローブDNAを標的DNAに結合させ、この状態で過マンガン酸カリウムを加えて分岐点上のメチルシトシンを1時間酸化した後、標的DNAを鋳型として定量的PCRを行った。その結果、メチルシトシンを含む標的DNAのCt値(threshold cycle)が同じ位置にシトシンを含む標的DNAより34程度高い値となり、定量的PCRによる1塩基のシトシン/メチルシトシン識別に成功した。また、RB1遺伝子由来の80塩基の標的DNAについても同様に、2本のプローブDNAを結合させて酸化と定量的PCRを行い、標的DNA中の1塩基のシトシン/メチルシトシンを識別できることを確認した。つぎに、定量的PCRによるシトシン/メチルシトシン識別のための最適な酸化条件を検討した。過マンガン酸カリウムの酸化力は酸性で高いが、TWJ構造を含めたDNAの高次構造は中性のpHで安定であり、バッファーの塩濃度もDNAの高次構造の安定性に影響するため、バッファーのpHと塩濃度を検討した。具体的には、酸化反応用バッファーのpHを4.56.0、ナトリウムイオン濃度を1001000 mMの範囲で検討した。その結果、pH5.0、ナトリウムイオン濃度200 mMにおいて最もCt値の差が顕著となった。当初は30年度に実施予定であった、酸化後の定量的PCRに使用するPCR用DNAポリメラーゼの検討を前倒しで実施した。具体的には、シトシン/メチルシトシン識別に最適な、すなわち、酸化されたメチルシトシンによりDNA伸長が最も強く阻害されるPCR用DNAポリメラーゼ(ExTaq、KODなど)を検討した。その結果、使用したいずれのポリメラーゼでもメチルシトシンを含む標的DNAのCt値がシトシンを含む標的DNAより高い値となったが、KODを使用したときに最もCt値の差が顕著となった。標的DNA中の1塩基のシトシン/メチルシトシンがthree-way junction(TWJ)構造の分岐点

上に位置するように設計した2本のプローブDNAを標的DNAに結合させ、この状態で過マンガン酸カリウムを加えて分岐点上のメチルシトシンを1時間酸化した後、還元剤DTTにより過剰の過マンガン酸カリウムを分解し、標的DNAを鋳型として定量的PCRを行った。昨年度の検討でシトシンとメチルシトシンのCt値の差が最も顕著だったpH5.0で酸化を行い、酸化反応時のナトリウムイオン濃度と、酸化反応後のPCR溶液調製時の希釈倍率を検討した。その結果、酸化反応時のナトリウムイオン濃度200 mMまたは250 mM、酸化反応後の希釈倍率5倍(PCR溶液中のナトリウムイオン濃度40 mMまたは50 mM)でCt値の差が67となり、最も顕著な差が得られた。本解析法では、2本のプローブDNAと標的DNAが形成するTWJ構造の安定性が、分岐点上のメチルシトシンの酸化反応効率と検出感度に影響すると考えられる。そこで、標的DNAの配列とは無関係に任意に設定できる「ステム部分」の鎖長とTWJ構造の分岐点周辺の配列を検討した。その結果、ステム部分の鎖長は10塩基程度が最適であることが分かった。また、分岐点上の3つの塩基対周辺については、余分な塩基のない、所謂フルマッチのTWJを形成するプローブDNAが最適であることが分かった。当初予定していた「TWJを形成するプローブDNAのデザインの検討」を実施し、良好な結果が得られた。一方、実施予定だった「2本鎖標的DNA中のCpGメチル化の検出」は検討できなかったが、今年度の反応条件の詳細な検討により、当初の予想より顕著にシトシン/メチルシトシンを識別できる条件が確立できたため、31年度は当初の予定通り研究を進める予定である。1. TWJを形成するプローブDNAのデザインの検討本解析法では、2本のプローブDNAと標的DNAが形成するTWJ構造の安定性が、分岐点上のメチルシトシンの酸化反応効率と検出感度に影響すると考えられる。そこで、プローブDNAの標的DNAに対する「相補鎖部分」の鎖長と、標的DNAの配列とは無関係に任意に設定できる「ステム部分」の配列、鎖長を検討し、定量的PCRでシトシン/メチルシトシンをより明確に識別できる条件を見出す。2. 2本鎖標的DNA中のCpGメチル化の検出実用的なメチル化検出法を確立するためには、2本鎖DNA中のシトシン/メチルシトシン周辺にプローブDNAを結合させてTWJを形成させる必要がある。そのためには、2本鎖標的DNAを部分的に解離させなければならない。このために最適なプローブDNAの濃度、熱変性の条件、塩濃度などを検討する。熱変性の条件検討を効率良く網羅的に行うため、温度グラジエント機能付きサーマルサイクラーを使用する。以上の条件検討の結果、TWJを効率的に形成させる条件を見出せなかった場合は、DNAの2重らせん構造を解離させて1本鎖DNAと強固に対合する性質を持つ人工核酸である、ペプチド核酸(PNA)やLocked nucleicacid(LNA)などをプローブDNAとして使用することを検討する。血液・腫瘍組織などからゲノムDNAを抽出してメチル化を解析する場合、メチル化率が重要な指標となる。メチル化/非メチル化ヒトゲノムを用いて、ゲノムDNA中の特定のCpGメチル化率を定量的PCRにより解析する。
マウスT/t変異の構造とその進化的起源の解析

マウスt変異は第17番染色体に起こった逆位によるもので、その結果組換えが抑制されると考えられる。このためt変異マウスは多くの劣性変異を蓄積するが、一方野生型より有利に精子伝達されるため、野生にもこのt変異マウスが存在する。Tcp-1遺伝子はこのようなt変異領域にあり、tと正常とで、その塩基配列が異なる。そこで我々は元来t変異はどのようなマウス集団に起こったかを研究するため、種々のt変異マウスや野生マウス、またラットやヒトなどからこのTcp-1遺伝子を単離し、その構造を決定し、比較検討した。その結果、次のことが明らかとなった。(1)野生にあるt変異にも教種の致死に関する相補性群がある。このような別のグル-プに属するt^<w32>とt^<w73>のTcp-1遺伝子の一部を比較したところ、両者は約800塩基対のうち1箇所異なるのみで、他は全く同一であり、異なるグル-プにあるt変異も元来一つのt変異マウスから由来したと考えられた。(2)Tcp-1遺伝子は酵母にも存在し、進化の過程でも非常に保存されてきたと考えられるが、正常マウスとt変異マウスのアミノ酸置換数は10であり、同じ種内であることを考えると差が大き過ぎる。このためt変異での差はt変異が起こってから生じたと考えるより、既にTcp-1遺伝子に関して異なったマウスが存在し、その変異がt変異とともにマウス集団にもち込まれたのではないかと考えられた。これを明らかにするため野生に存在するマウス(MusIV)約13種からのDNAを集めPCR法によってTcp-1遺伝子を増巾した。その結果、どのマウスからもTcp-1遺伝子の一部が増巻巾された。現在、その過基配列を決定中である。
植物機能物質の動態の可視化による解析装置の開発と応用

動物組織用に開発された超低温凍結・乾燥・固定・包埋装置を改良し、植物組織超低温凍結乾燥・固定・包埋装置を製作した。試運転と性能チェックの実験を行い、基本性能については十分機能を発揮することが明らかとなった。さまざまな植物組織を用いた予備実験を繰り返し行っており、植物組織の種類、凍結状況に応じた凍結乾燥の昇温プログラムの検討に入っている。植物の組織や齢の違いによって、凍結乾燥の昇温プログラムを変える必要のあることが明らかになった。現在、アサガオの種子の成熟過程におけるホルモンの動態、局在性とデンプン粒の蓄積などの関係を明らかにするために、凍結乾燥した組織をホルムアルデヒドあるいはカルボジイミドで固定し、パラフィン包埋して免疫染色を行っている。ジベレリンについては、受精後12日目頃に、デンプン粒のumbilicusの対局に局在していることが明らかになった。組織化学レベルでの観察には十分な条件設定が可能となったが、細胞化学レベルでの観察に耐えられる試料を調製するには、より綿密な昇温プログラムの検討が必要であると考えられる。オスミウム蒸気を用いた固定では、十分な染色が行われないことから、補助ガスの導入などを検討する必要がある。また、細胞化学的観察に耐えられる試料が得られない理由の一つとして、包埋剤の導入時に組織の破壊が進んでいる可能性が考えられることから、包埋のプロセスについても検討を加える必要があると考えられる。既存の動物組織用に開発された装置に、改良を加える方針に計画を変更し、計画通りの性能をもつ装置の製作が可能となった。装置の製作を終え、試運転と、性能チェックの実験を継続中で、研究はほぼ計画通りに進行している。現在は、さまざまな植物組織を用いた予備実験を行っており、植物組織の種類、凍結状況に応じた凍結乾燥の昇温プログラムの検討に入っている。昇温プログラムが確定したら、オスミウム、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、カルボジイミド等の固定化試薬を用いた固定条件の設定、包埋条件の設定を行う計画である。植物ホルモンに対する抗体については、ジベレリンA9に対する抗体をはじめ、オーキシンに対する抗体、サイトカイニンに対する抗体、アブシジン酸関連化合物に対する抗体の調製も順調であり、植物ホルモンの固定のモデル実験についても成果が得られつつある。
リボソーム蛋白の進化

1.ラットリボソーム蛋白遺伝子のクローニングすでに分離,解析を終えているcDNAクローンをプローブとして,ラットリボソーム蛋白S11, S17, S26, L27, L35aなどの遺伝子クローニングを行った.各々の蛋白について10種類程度以上の相互に独立なクローンを分離することができたが,この結果はすでにSouthern blot分析で予想されたリボソーム蛋白遺伝子の多重遺伝子構成を実証するものである.しかし,得られたクローンの大部分は, cDNAと比較して種々の程度の塩基置換,挿入,欠失などを示すとともに,介在配列を持たず,いわゆるprocessed pseudogeneであると考えられた.かくして, processed pseudogeneによる多重遺伝子構成がラットのリボソーム蛋白遺伝子の一般的な構成であることが明らかになったが,現在,この中から実際に発現している本来の遺伝子のクローンの選別を行っている.2.生物種間のリボソーム蛋白遺伝子構造の比較細菌や酵母は勿論,ショウジョウバエのような多細胞生物で蛋白遺伝子単一であり,リボソーム蛋白の多重遺伝子構成は,進化上比較的新しい時期現れたもののようである.そこで,ラットのL35acDNAをプローブして,カエル,カメ,鶏,マウス,モルモット,家兎,人などの遺伝子構成Southern blot法によって比較した.鶏以下ではいずれも単一のバンドを示のに対して,哺乳類では全て10本以上のバンドから成る複雑なパターンをし多重遺伝子構造が哺乳類に特徴的なものであることが示された.このようにprocessed pseudogeneを組み込んで,複雑な遺伝子構造を作っ行く機構を哺乳類が獲得したとすれば,これが進化を加速した可能性も考えれ今後の研究課題として興味深いものと思われる.1.ラットリボソーム蛋白遺伝子のクローニングすでに分離,解析を終えているcDNAクローンをプローブとして,ラットリボソーム蛋白S11, S17, S26, L27, L35aなどの遺伝子クローニングを行った.各々の蛋白について10種類程度以上の相互に独立なクローンを分離することができたが,この結果はすでにSouthern blot分析で予想されたリボソーム蛋白遺伝子の多重遺伝子構成を実証するものである.しかし,得られたクローンの大部分は, cDNAと比較して種々の程度の塩基置換,挿入,欠失などを示すとともに,介在配列を持たず,いわゆるprocessed pseudogeneであると考えられた.かくして, processed pseudogeneによる多重遺伝子構成がラットのリボソーム蛋白遺伝子の一般的な構成であることが明らかになったが,現在,この中から実際に発現している本来の遺伝子のクローンの選別を行っている.2.生物種間のリボソーム蛋白遺伝子構造の比較細菌や酵母は勿論,ショウジョウバエのような多細胞生物で蛋白遺伝子単一であり,リボソーム蛋白の多重遺伝子構成は,進化上比較的新しい時期現れたもののようである.そこで,ラットのL35acDNAをプローブして,カエル,カメ,鶏,マウス,モルモット,家兎,人などの遺伝子構成Southern blot法によって比較した.鶏以下ではいずれも単一のバンドを示のに対して,哺乳類では全て10本以上のバンドから成る複雑なパターンをし多重遺伝子構造が哺乳類に特徴的なものであることが示された.このようにprocessed pseudogeneを組み込んで,複雑な遺伝子構造を作っ行く機構を哺乳類が獲得したとすれば,これが進化を加速した可能性も考えれ今後の研究課題として興味深いものと思われる.
圧力駆動アクチュエータの先端角度制御と接触力計測のための光学式センサの開発

腹腔鏡手術やカテーテル術など低侵襲医療によって患者の術後QOLが大幅に向上する一方で、医師に高度な技術と訓練が要求されている。特に体内に挿入される医用機器には高い安全性が求められるため、一般的な工業用センサやアクチュエータを転用することは困難である。これらの問題を解決するため、本研究では従来のセンサとアクチュエータを組合せるのではなく、両者一体となったシステムの構築を目指して研究を進めてきた。体内で使用する機器は組織への漏れ電流が厳しく制限され、非常に厳しい絶縁処理が求められる。そのため、コンセプトレベルで漏れ電流のない設計を実現し試作を行った。これにより、従来存在した技術的課題である、狭小空間へのセンサ配置および配線法、センサ自体の剛性による組織損傷回避、破損事故時の漏電対策を克服した。初年度は、提案センサの動作原理の検討、設計手順の構築、加工方法の選択、形状決定の最適化などを行い性能評価するための環境を整えた。また、試作機を作製し機能評価実験を行った。これにより、曲率とセンサ出力との実験的な関係を求めることができた。また、設計手法を明確にするため、幾何光学を用いた簡便な理論モデルの構築を行った。本年度構築したモデルはセンサ内部での光路を簡略化したモデルであるが、これと、試作機での実測値との比較をおこなったところ、おおむね同じ挙動を示すことが確認されたため、作製した理論モデルの整合性が確認できた。本年度はまずセンサの試作を行い、原理検証実験を行った。各種曲率に対応するセンサの出力値の測定実験及び理論モデルとの比較を行った。おおむね計画通りに進んでいる。現在取り組んでるシステムの機能評価及び、開発しているセンサシステムの原理を応用しモデル構築に取り組み、研究計画に沿って進めていく。当初の計画通り、研究は進んでいるが想定よりも消耗品の交換頻度が少なかった点、および研究過程で着想した理論モデルの構築に取り組んだ結果、物品費の使用額が少なくなった。一方で、想定していなかった海外招待講演が次年度に入るなどし、従来計画に加えて旅費の増加が見込まれるているため、当初計画より2年目使用予定額にシフトして使用するよう計画した。
磁場によるリチウムイオン拡散の制御

γ-Fe_2O_3(γ-Fe_<8/3>O_4)は、八面体位置に多量の空孔を含むスピネル構造をとる強磁性体である。昨年度の研究でこの物質中のリチウムイオン拡散係数が外部磁場の関数として変化することが明らかになった。-9Tと9Tの間で連続的に約10%の拡散係数変化が観測され、拡散は磁場とイオン拡散の向きが反平行の時に速く、平行な時に遅くなっていた。このメカニズムを明らかにするために研究をおこなった。ホストのスピン系とLiイオン伝導に直接の相関があるかどうかを確かめるためにγ-Fe_2O_3の磁化曲線を測定した結果、保磁力が5000e程度と小さくてそれ以上の磁場では磁性の変化がないため、9Tまで連続的な拡散係数変化の説明にはならなかった。また、横磁場中での拡散係数測定の実験を行った結果、磁場によって散係数の変化が見られたものの、縦磁場中の場合と同程度の変化だった。ローレンツ力はイオンの運動と磁場の方向が垂直の時に最大になるはずであるから、観測されたリチウムイオン拡散係数の変化はローレンツ力によるものではないことがわかる。磁場によって起電力が変化しており、そのために見かけ上拡散係数が変化したように見える可能性を検討するため、磁場中で作用極と参照極の間の電位の測定を行った。2T以下の弱磁場で磁場で起電力の変化が観測されたが、それ以上に磁場を印加していっても更なる変化は起こらなかった。これもまた、9Tまで連続的な拡散係数変化の説明にはならない。また、内殻電子による弱い反磁性を持つリチウムイオン自身が磁場に引っ張られており、電界はなくても拡散が生じる可能性を考え、固体電解質であるRb_4Cu_<16>I_7Cl_<13>中のCuイオン伝導の磁場依存性を測定した。その結果、磁場によってRb_4Cu_<16>I_7Cl_<13>の電気抵抗が変化していることを示唆するデータが得られた。
細胞のがん化に伴うII型ヘキソキナーゼの特異的な活性発現機構

申請者は、解糖系の諸酵素のうち、がん細胞において最も活性化されているヘキソキナーゼに注目して解析を行い、がん細胞での高いヘキソキナーゼ活性は、主としてII型と呼ばれるアイソザイムの特異的な転写促進に基づくものであることを見いだした.本研究では、従来の研究を更に発展させ、以下の知見を得た.1.ヒトがん細胞でのヘキソキナーゼの転写レベルの解析従来、ヒトのII型ヘキソナーゼに関する知見は全く得られてなかったが、我々はこれをコードする遺伝子の一部を解析することに成功し、ヒトがん細胞株での転写レベルの解析を行った.その結果、解糖活性が比較的低いHeLa細胞やA431細胞ではI型のヘキソキナーゼが発現しているが、解糖活性が高く、悪性度も高いとされてきたHepG2細胞では、II型ヘキソキナーゼが発現していることを見いだし、ラットを用いた研究に基づいた上述の知見が、ヒトにおいても成り立つものであることを明らかにした.2.ラットのII型ヘキソキナーゼをコードする遺伝子の構造解析がん細胞において、II型ヘキソキナーゼの転写レベルがどのような分子機構で高まるのかを明きらかにするためには、これをコードする遺伝子の解析が必須である.申請者らは、世界に先駆けてこの遺伝子を単離、その構造解析に成功した.高等動物のヘキソキナーゼは、グルコキナーゼによく似た祖先タンパク質の遺伝子の重複融合によって形成された可能性が示唆されていたが、直接的な証明はなされていなかった.我々の解析により、ヘキソキナーゼの遺伝子は、現存するグルコキナーゼの遺伝子を直接の祖先とした重複融合によって形成されたことが明らかになった.がん細胞での転写活性化機構に関する研究は、現在継続して行っている.申請者は、解糖系の諸酵素のうち、がん細胞において最も活性化されているヘキソキナーゼに注目して解析を行い、がん細胞での高いヘキソキナーゼ活性は、主としてII型と呼ばれるアイソザイムの特異的な転写促進に基づくものであることを見いだした.本研究では、従来の研究を更に発展させ、以下の知見を得た.1.ヒトがん細胞でのヘキソキナーゼの転写レベルの解析従来、ヒトのII型ヘキソナーゼに関する知見は全く得られてなかったが、我々はこれをコードする遺伝子の一部を解析することに成功し、ヒトがん細胞株での転写レベルの解析を行った.その結果、解糖活性が比較的低いHeLa細胞やA431細胞ではI型のヘキソキナーゼが発現しているが、解糖活性が高く、悪性度も高いとされてきたHepG2細胞では、II型ヘキソキナーゼが発現していることを見いだし、ラットを用いた研究に基づいた上述の知見が、ヒトにおいても成り立つものであることを明らかにした.2.ラットのII型ヘキソキナーゼをコードする遺伝子の構造解析がん細胞において、II型ヘキソキナーゼの転写レベルがどのような分子機構で高まるのかを明きらかにするためには、これをコードする遺伝子の解析が必須である.申請者らは、世界に先駆けてこの遺伝子を単離、その構造解析に成功した.高等動物のヘキソキナーゼは、グルコキナーゼによく似た祖先タンパク質の遺伝子の重複融合によって形成された可能性が示唆されていたが、直接的な証明はなされていなかった.我々の解析により、ヘキソキナーゼの遺伝子は、現存するグルコキナーゼの遺伝子を直接の祖先とした重複融合によって形成されたことが明らかになった.がん細胞での転写活性化機構に関する研究は、現在継続して行っている.
好気性排水処理法での細胞外代謝物の生成動力学とプロセス内での挙動

本研究は、水理学的滞留時間を0.5,2,8日に設定した3系列ケモスタット型反応器及び有効容積1.4Lのループ循環型反応器(0.5mmの活性炭を付着担体とする)に、フェノールを単一エネルギー源とした模擬排水(COD濃度714mg/L)を用いてフェノール分解菌の培養を行い、プロセス内で生成する細胞外代謝産物(ECP)の生成動力学の構築と代謝物の構成成分の化学的性質について検討した。1.ケモスタットの運転状況と代謝物の生成動力学処理水中の蓄積ECP濃度は、0.45mu孔メンブランフィルターを通過するフェノール以外のCOD成分とした。3系列のケモスタットとも処理水中にはフェノールは検出されず、除去率は100%であった。処理水中に蓄積したECP濃度は3系列の反応器とも8083mg/Lであり、滞留時間(有機物負荷)に対する蓄積量には変化が認められなかった。そこで、代謝物生成動力学の構築を試みる前段階として、培養SRT条件の変化によるECPの構成成分の違いをゲル浸透クロマトグラフィー(セファロースCL-2B(分画範囲7×10^44×10^7)とバイオゲルP-60(3×10^36×10^5)を連結)を用いて試みた。2.ECPの構成成分の検討フェノール分解菌の分泌するECPは、培養SRTの違いにより構成成分が異なった。ECPは、CL-2Bでは緩やかなピークを持つ比較的分子量の大きい第1画分と鋭いピークを持つ分子量の小さい第2画分の2つの成分に分画できた。第1画分は多糖を多く含み、SRTが小さい条件で占める割合が大きくなる。逆にSRTが大きくなると220nm吸光度が上昇し、不飽和結合を持つ有機物(細胞成分の代謝によって生成する)が含まれる割合が急激に上昇した。CL-2Bで得られた第2画分をバイオゲルP-60で再分画を試みた結果、さらに2つの画分に分離できた。この2つうち低分子画分は、蛋白質を多く含む成分であり、SRT条件が小さくなるにつれて糖/蛋白比が0.4(HRT=0.5日)0.87(HRT=8日)に大きく変化した。また、ループ循環型反応器の流出水中のECPは、ケモスタットのHRT=8日に類似した分画結果が得られた。
媒質境界と相互作用する地震の動的破壊機構の解明：複雑形状XBIEMの実現

我々が提案する拡張積分方程式法(XBIEM)は元々メッシュフリーで境界面・破壊面形状に制限のない解析法であるが、我々がこれまでに開発した数値計算コードは平面媒質境界を横切る平面亀裂の単純な幾何配置の問題に留まる。これを前進させ、複雑な媒質境界との力学的相互作用を厳密に考慮しながら破壊経路が自在に選択可能な高度化された計算コードを開発をその数学的基礎づけと共におこなう。【不均質媒質中の動的破壊解析法の開発】不均質媒質境界が動的破壊へ及ぼす効果を調べる理論解析を開始した。一番単純な面外変形(モードIII型亀裂)を対象とし、解析に必要となる計算コードを開発にあたり、申請者の研究グループが導出したXBIEM応力核関数の解析表現式を利用した。【破壊経路を選択可能な計算コード作成】弾性定数コントラストを持つ半無限の均質媒質同士が平面的に隣合う媒質(均質二層媒質)境界における動的破壊進展のモデルを考える。対称性の観点から、ここでは、媒質境界に直交する既存主断層面上で動的破壊が始まり、媒質境界に進展する状況を考えた。媒質境界を潜在副断層面とみなし、両方で破壊を許す動的破壊進展シミュレーションを行った。【媒質不均質性が支配的な地震破壊過程の抽出】破壊に影響を及ぼすことが期待される(1)媒質S波速度のコントラストηと(2)断層強度比ζの2つをパラメターとして選び、(η、ζ)のパラメタ平面における網羅的なパラメタスタディーを行った。従来の研究では、S波速度比ηの破壊への効果は未知である。主断層上において破壊進展を開始させ、媒質境界の副断層上の破壊の有無とそれによる主断層上の動的破壊のパターンに注目した。シミュレーションの結果、媒質のS波速度コントラストに起因する動的破壊パターンの変化を明瞭に抽出できた。ηとζが共に大きい場合には、(A)副断層上の破壊(媒質境界の剥がれ)が始まり、これにより主断層上の破壊が停止する。反対の場合には(B)副断層上の破壊は励起されず、主断層上でのみ破壊進展する。両者はパラメタ平面上で直線的に分離された。【媒質境界破壊の動力学機構】η=0、∞の極限として自由端・固定端の場合を含めて物理的力学機構を考察したところ、境界での透過・反射波の作り出す応力集中の観点から自然に説明できる現象であることがわかった。【区分均質領域における無限媒質グリーン関数適用可能性】XBIEMは無限媒質グリーン関数を用いて不均質媒質境界を横切る動的破壊計算を実現する。境界の両側は区分的均質媒質を仮定する。表現定理による定式化においてを、無限媒質グリーン関数が区分的均質媒質においても相反性が成り立つ必要がある。本年度、我々は表現定理が区分領域に対して厳密に成り立つかについて考察し、数学的証明を得た。鍵となるのは、(1)震源が領域を取り囲む面領域Sにある場合、受信点をS内にとる場合の変位場uがS上積分で表現される通常の表現定理において、受信点を外側にとると受信点の場所に関わらず至る所でu=0となること、および、(2)無限遠でu=0の放射条件を満たす場合は、有限な区分的領域を無限領域に含まれる部分集合とすることにより相反定理が常になりたつことが保証されることである。【体積震源の理論表現へのXBIEMの適用】XBIEMを用いて火山性地震の発生を担う体積震源の理論的表現を導いた。従来、体積震源は「応力ゼロ歪み」により「等価体積力(=モーメントテンソル表現)」が可能になることが示されてきた。しかし、従来体積震源表現は球・楕円体、シリンダー、亀裂などの単純な幾何形状に限られてきた。我々は任意形状の体積震源に対してXBIEMを適用した。地震震源は変位(の食い違い)とグリーン関数導関数の畳込積分で表現され応力とグリーン関数の畳込積分は常にゼロとなり省略される。一方、XBIEMでは媒質境界を表現する際にはこの応力項を考慮する。体積震源においては常に変位項とトラクション項の両方が必要になり、XBIEMの枠組みで自然に表現される。このXBIEM表現において「応力ゼロ歪み」は応力項の寄与を変位項に組み込む形で現れる。そして、組込後に任意形状の体積震源が「モーメントテンソル」で表現されることを理論的に示した。本研究のXBIEMは元々メッシュフリーで境界面・破壊面形状に制限のない解析法であるが、我々がこれまでに開発した数値計算コードは平面媒質境界を横切る平面亀裂の単純な幾何配置の問題に留まる。これを前進させ、複雑な媒質境界との力学的相互作用を厳密に考慮しながら破壊経路が自在に選択可能な高度化された計算コードを開発する必要がある。XBIEMを用いて、下向きに凹んだ表面地形をモデル化する場合に全無限グリーン関数を使うと、物理的に破綻しているように感じた。全無限グリーン関数は問題とする領域の変位場とは由来が別の変位場である。問題とする凹んだ表面地形の領域に表現定理を適用した場合、全無限グリーン関数を用いるが故に、媒質の存在しない外部においても直達波の存在を示すように見える。実際、境界積分方程式法の数値計算コードの内部表現では、凹んだ表面地形表面の2要素間の相互作用は全無限グリーン関数から計算され確かに直達波が届いている。