hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ユビキチンープロテアソーム蛋白質分解系を利用した革新的蛋白質濃度調整法の開発

プロテアソームによる効率的な蛋白質分解にはポリユビキチン化だけでは不十分で、基質蛋白質自身に構造をとらないUnstructured領域が必要である。本研究ではUnstructured領域のプロテアソームへのアクセスを制御し、ターゲット特異的な分解の制御を可能とする以下二つの研究を行った。(1)Unstructured領域への分子の結合や修飾により、Unstructured領域の性質が変わり、分解が阻害されることを示した。(2)ポリグルタミン異常伸長ハンチンチンをプロテアソームに運び込むアダプター蛋白質の開発を行い、その分解促進作用を示した。1、分解を誘導するUnstructured領域の特徴とUnstructured領域を標的にした分解制御どのような特徴を持ったUnstructured領域が分解を誘導するのか、特にそのアミノ酸配列に注目して研究を行った。その結果、アミノ酸残基の種類によらず、様々なアミノ酸を含む複雑な配列のUnstructured領域は分解を引き起こすが、単純な繰り返し配列を持つUnstructured領域は分解を引き起こさないことがわかった。この原理に基づいて様々な細胞内蛋白質の安定性を説明できることが明らかとなった(Fishbain, Inobe etal. Nature Struct Mol. Biol. 2015)。さらに分解を誘導するUnstructured領域に結合する分子により、分解を抑制することができることを明らかにした。Unstructured領域の化学修飾や小分子・抗体野結合などにより、Unstructured領域の物理化学的性質を変更させると、プロテアソームによる分解を抑制できた。この方法は特異的な蛋白質の分解を阻害する方法として高い将来性を有す。2,プロテアソームによる分解を誘導するアダプター蛋白質ユビキチン化されていない任意の蛋白質をプロテアソームに運び込むアダプター蛋白質の存在が最近明らかになってきた(Prakash, Inobe etal. Nature. Chem. Biol. 2009)。アダプター蛋白質はプロテアソームと基質蛋白質に同時に結合することができるため、基質をプロテアソームに運び込むことができる。そこで我々は、Unstructured領域をもつ不要な蛋白質をプロテアソームに運び込み、分解を誘導するアダプター蛋白質の開発を行った。特にハンチントン舞踏病などを引き起こすポリグルタミン蛋白質に対するアダプター蛋白質を設計し、その分解誘導効果を確認した。Unstructured領域のアミノ酸配列に注目し、分解を引き起こす配列の特徴を調べたところ、Unstructured領域の配列の複雑度と分解の受けやすさに相関があった。つまり複雑なアミノ酸配列から構成されるUnstructured領域をもつ蛋白質だけがプロテアソームによって分解されることが分かった(Fishbain, Inobe, et al. (2015) Nat. Struct. Mol. Biol)。次にUnstructured領域への分子の結合や修飾(修飾化合物、リガンド、抗体)により、Unstructured領域の性質が変わり、分解効率も変わるのではないかと考え、モデル蛋白質の分解に対する影響を調べたところ、in vitro系だけでなく培養細胞内においても、小分子の結合により分解が制御出来ることを明らかにした(Takahashi et al. (2015) ACS Chem. Biol.)。2,人工アダプター蛋白質による分解誘導方法の開発ユビキチン化されていない任意の蛋白質をプロテアソームに運び込むアダプター蛋白質の存在が最近明らかになってきた。本研究では、その蓄積がハンチントン病を引き起こす、ポリグルタミン(PolyQ)異常伸長ハンチンチンをターゲット蛋白質としてアダプター蛋白質の開発を行った。異常伸長ポリグルタミンに結合するペプチドPolyglutamine-bindingpeptide 1(QBP1)とプロテアソーム結合標識(ポリユビキチンやユビキチン様ドメイン)を融合したアダプター(Ub-QBP1)を設計し作成しその効果を調べたところ、in vitro系および培養細胞系で、変異異常ハンチンチン・エクソン1をプロテアソームに運び込み、その分解を促進した(投稿準備中)。Unstructured領域に注目して、新規分解阻害方法と誘導方法の開発を行い、それらがin vitroのモデル系ではよく働くことを確認した。さらにこれらの方法の応用利用に取り組んでいる。生物学新規に開発を行っている分解阻害方法と誘導方法をもちいて、癌や神経変性疾患などの病気の治療を目指す。まずは癌及び神経変性疾患のモデル培養細胞を用いて、病因蛋白質の分解の誘導および阻害が可能であるか確認し、細胞レベルで疾患の改善が見られるか実験を行う。最終的には疾患モデルマウスにおいて、疾患治療効果があるか確認したい。本年度は、新規分解制御方法開発の基盤的な研究を、既に利用している生化学的実験系で行った。この生化学的な実験系での実験は比較的コストがかからないため、次年度使用額が生じた。また研究計画初年度であるため成果が乏しく、積極的な学会発表を行えなかったことから、旅費も使用しなかった。次年度は培養細胞などを用いた分子生物・細胞生物学的な実験が主となり、培地や実験キットなど多くの消耗品を購入する予定である。
状況評価機能の広範囲への適用に関する研究

本研究は大きく分けて次の3点を目標とした.1.評価特徴の自動獲得プロセスのさらなる効率化2.判定関数固有の性質の解明3.適用できる分野の開拓概念解析及び評価用のデータベースの構築の研究と,評価・判定エージェントの自己反映計算による実現については,これまでの準備の延長としての研究を継続した.1.についてはきわめて多量の計算量を必要とするが,これまでと比較して100,000倍を越す高速化を実現した,これを利用して研究の成果を発展させるとともに,幾何パターンによる評価等の方向も探り,満足すべき結果を得ることができた.2.について.各種の「判定」においては,その局面がどれくらいある性質に合致するかを求めることが要求される.たとえば将棋における「詰み」局面は,受け手が最良のプレーをしても攻め手は詰みの状態に導くことができる.普通はこの判定は実際に詰みの局面まで先読みすることによって行われるが,本研究では評価特徴を利用し,先読みなしでこれを判定することを目的とした.その結果,評価を行う特徴と判定を行う特徴とは,若干性質が異なることを明らかとした.さらに,先手と後手との状況の違いを勝率をもとに補正する方式を考案し,満足すべき結果を得た.3.については適用可能な分野についての調査を行なった.本研究は大きく分けて次の3点を目標とした.1.評価特徴の自動獲得プロセスのさらなる効率化2.判定関数固有の性質の解明3.適用できる分野の開拓概念解析及び評価用のデータベースの構築の研究と,評価・判定エージェントの自己反映計算による実現については,これまでの準備の延長としての研究を継続した.1.についてはきわめて多量の計算量を必要とするが,これまでと比較して100,000倍を越す高速化を実現した,これを利用して研究の成果を発展させるとともに,幾何パターンによる評価等の方向も探り,満足すべき結果を得ることができた.2.について.各種の「判定」においては,その局面がどれくらいある性質に合致するかを求めることが要求される.たとえば将棋における「詰み」局面は,受け手が最良のプレーをしても攻め手は詰みの状態に導くことができる.普通はこの判定は実際に詰みの局面まで先読みすることによって行われるが,本研究では評価特徴を利用し,先読みなしでこれを判定することを目的とした.その結果,評価を行う特徴と判定を行う特徴とは,若干性質が異なることを明らかとした.さらに,先手と後手との状況の違いを勝率をもとに補正する方式を考案し,満足すべき結果を得た.3.については適用可能な分野についての調査を行なった.初年度の研究は大きく分けて次の3点を目標とした.1.評価特徴の自動獲得プロセスのさらなる効率化2.判定関数固有の性質の解明3.適用できる分野の開拓なお,概念解析及び評価用のデータベースの構築の研究と,評価・判定エージェントの自己反映計算による実現については,これまでの準備の延長としての研究を継続した.1.についてはきわめて多量の計算量を必要とするが,既に100,000倍を越す高速化を実現準備的な研究していた準備的な研究の成果を発展させるとともに,幾何パターンによる評価等の方向も探り,満足すべき結果を得ることができた.2.については各種の「判定」においては,その局面がどれくらいある性質に合致するかを求めることが要求される.たとえば将棋における「詰み」局面は,受け手が最良のプレーをしても攻め手は詰みの状態に導くことができる.普通はこの判定は実際に詰みの局面まで先読みすることによって行われるが,本研究では評価特徴を利用し,先読みなしでこれを判定することを目的とした.その結果,評価を行う特徴と判定を行う特徴とは,若干性質が異なることが明らかとなっている3.については適用可能な分野についての調査を続行中である.本研究は大きく分けて次の3点を目標とした.1.評価特徴の自動獲得プロセスのさらなる効率化2.判定関数固有の性質の解明3.適用できる分野の開拓概念解析及び評価用のデータベースの構築の研究と,評価・判定エージェントの自己反映計算による実現については,これまでの準備の延長としての研究を継続した.1.についてはきわめて多量の計算量を必要とするが,これまでと比較して100,000倍を越す高速化を実現した.これを利用して研究の成果を発展させるとともに,幾何パターンによる評価等の方向も探り,満足すべき結果を得ることができた.2.について.各種の「判定」においては,その局面がどれくらいある性質に合致するかを求めることが要求される.たとえば将棋における「詰み」局面は,受け手が最良のプレーをしても攻め手は詰みの状態に導くことができる.普通はこの判定は実際に詰みの局面まで先読みすることによって行われるが,本研究では評価特徴を利用し,先読みなしでこれを判定することを目的とした.その結果,評価を行う特徴と判定を行う特徴とは,若干性質が異なることを明らかとした.さらに,先手と後手との状況の違いを勝率をもとに補正する方式を考案し,満足すべき結果を得た.3.については適用可能な分野についての調査を行なった.
潜在意味解析モデルを用いた語彙学習の予測と妥当性の検証：多量のインプットの役割

本研究では、多量のインプットを受けることによりどのように言語習得に結びついていくのか、語彙習得を中心にシミュレーションを行い、実際の学習者のデータと比較し予測の妥当性を検証する。学習者のデータとして日本人大学生を対象に多読多聴活動を実施し、語彙学習の実態調査を行う。シミュレーションとしては、インプット教材のテキストを潜在意味分析という言語解析手法を用いて分析し語彙習得の予測をたてる。1年目は準備期間であり、実験のための教材、多読用教材(Graded Books)の選定を行い、Cambridge English Readers (CER)シリーズのLevel 1&2を使用することにした。1年目の後半では、多読多聴の授業においてCERのLevel 1を課題として与えた。プリテストとしてVocabulary Level Testを使用し10月に実施した。また、Level 2を潜在意味解析モデルを用いて分析するための準備として、これまでにコーパス化したものを更に、1文を1ファイルとして保存し直す作業、文を整える作業を実施した。同時に、過去に収集したデータのうち、Vocabulary Size Testを使用したものについて、どのように分析を進めていくべきか統計の専門家、その他の語彙習得の研究者から助言を得た。この助言に基づき、VSTを用いて実施されたNative Speakerのデータ(Coxhead, Nation, & Sim, 2015)を潜在意味解析を用いてシミュレーションを行いLSAの妥当性を継続して検証していく方向性を見出した。1年目の準備はおおむね順調に進んだ。多読用の教材を選定し、実際に大学1年生を対象にパイロットスタディを実施することができプリテストとしてデータを収集することもできた。また、LSA分析による語彙力の変化の測定も含め、多読を多角的に観察する試みとして行ってきた研究者による事例研究を九州英語教育学会にて口頭発表を行った。その内容はまとめて論文として発表する予定である。まだ不足している点としては以下のことがあげられる。CER Level 2のコーパス化は終了したが、そのテクストファイルを個別の文章として再構築する作業があり、研究補助員を2名雇用し作業にあたったが終了までには至らなかった。そしてLevel 1のコーパス化とコーパスの整理も急務となる。まずはCER Level 2のテクストファイルを個別の文章として再構築する作業を終了させる。そしてLevel 1のコーパス化とコーパスの整理を実施する。(理由)設備備品としてデータを管理するため管理用のノートパソコンを1台購入したが、ポータブルHDD、データの統計処理、分析を行うための分析ソフトについてはLSA分析のためにどのソフトが最適であるのかを専門家の意見を聞きながら選定中であるが、2018年度には間に合わず保留となった。消耗品として多読本はCER Level 1 & 2を整備したが、電子版の書籍の購入について用途に適したものを選定中であるが決定に至らず次年度に持ち越された。(計画)設備備品としてデータを安全に保存するためのポータブルHDD、LSA分析に適する統計処理・分析が可能な分析ソフトを購入する。多読本としてCER以外の本や電子版の書籍の購入を行う。
左心機能を改善する人工乳頭筋の開発

僧帽弁機能不全に対して弁形成や腱索再建が行われるが、乳頭筋を含む心筋収縮拡張機能への影響は極めて大きい。本研究では、微細形状記憶合金線維を応用し、心筋収縮に同期し収縮拡張が可能な人工乳頭筋を開発することを目的とした。大動脈・僧帽弁を有する摘出組織ハイブリッド・シリコーン心室モデルを新たに開発し、形状記憶合金線維乳頭筋を心尖部から挿入し心臓拍動シミュレータにより健常時の心拍出機能を高度に再現できた。左室容量負荷の増大をきたす僧帽弁機能不全の外科的治療として弁形成や腱索再建が行われるが、残された乳頭筋を含む心筋収縮拡張機能の影響はきわめて大きい。本研究では、微細形状記憶合金線維を応用し、心筋収縮に同期し収縮拡張が可能な人工乳頭筋を開発する。これは僧帽弁閉鎖時に乳頭筋にかかる約10Nの力学的負荷に対して必要な時にリアクティブに収縮制御し、心収縮時の弁尖位置の調節を機能的に補助するもので、形態学的修復に機能的補助を付加する新しいシステムである。開発に挑戦する装置は、超小型のマイクロマシン化した機械式アクチュエータを用いて、人工心筋の制御技術を基盤として僧帽弁機能を補助するシステムである。僧帽弁機能不全をともなう心不全では、僧帽弁と乳頭筋の形態学的位置関係が心機能において重要である。左心房-左心室の相互作用に着目して、動物実験組織摘出ハイブリッドモデルの設計基礎検討を行った。健常成山羊の摘出心臓壁の心筋層構造を解剖生理学的に検討したうえで、心筋走行と心筋収縮挙動・乳頭筋収縮の力学的影響を心エコーから調べ、乳頭筋-心室壁間の変位・張力を力学的に補償する形状記憶合金線維をアクチュエータとした人工乳頭筋システムの試作改良を進めた。さらに、開発した人工乳頭筋システムをシリコーン製左心室モデル心尖部から挿入固定し、健常成山羊の左心室血液拍出機能を模擬した拍動アクチュエータにおいて心室壁収縮拡張に伴う僧帽弁開閉と心室内容積変化を開発した乳頭筋システムで支持された摘出心基部僧帽弁モデルによる心臓拍動シミュレータにおいて検討した。開発した形状記憶合金線維応用型乳頭筋システムの張力変位補償により生体心基部構造-人工乳頭筋ハイブリッド心臓モデルの拍出は健常成山羊の心拍出機能を高度に模擬することができ、人工乳頭筋デバイス機能の基本設計手法が具現化でき、新たな心室補助装置開発の基盤技術が構築された。左室容量負荷の増大をきたす僧帽弁機能不全の外科的治療として弁形成や腱索再建が行われるが、残された乳頭筋を含む心筋収縮拡張能の影響はきわめて大きい。本研究では、微細形状機構合金線維を応用し、心筋収縮に同期し収縮拡張が可能な人工乳頭筋を開発する。これは僧帽弁閉鎖時に乳頭筋にかかる約10Nの力学的負荷に対して必要なときにリアクティブに収縮制御し、心収縮時の弁尖位置の調節を機能的に補助するもので、形態学的修復に機能的補助を付加する新しいシステムである。本研究で開発する装置は、超小型のマイクロマシン化した機械式アクチュエータを用いて、人工心筋の制御技術を基盤として僧帽弁機能を補助するシステムである。僧帽弁機能不全をともなう心不全では、僧帽弁および乳頭筋の形態学的位置関係が心収縮-拡張期においてきわめて重要である。本研究により経験的・解析的には説明のしづらい僧帽弁逆流メカニクスと治療に対して、日本発の材料・ロボット工学的制御技術を駆使して挑戦する。【平成23年度:新鮮摘出心ハイブリッドモデル開発と人工乳頭筋プロトタイプ設計】動物実験組織摘出ハイブリッドモデルを構築し、乳頭筋のモデル解析を行った。健常成山羊心臓より大動脈弁と僧帽弁-乳頭筋を有する組織を摘出し、高分子製弾性心基部台に縫合し、左室モデルを作成した。このモデルを定圧水力学回路に接続し、左室収縮期圧の負荷時の乳頭筋張力と僧帽弁逆流を調べた(n=8)。この組織-合成高分子材料ハイブリッド左室モデルを用いた成果として、左室収縮にかかる定圧負荷(100mmHg)時には、乳頭筋張力の上昇により僧帽弁逆流は有意に低下し、同張力が14N以上となったときに僧帽弁逆流が約0.1L/minと低減されることが明らかとなった。これらの結果に基づき、僧帽弁機能を支援する形状記憶合金線維を用いたロボティクス制御が可能な人工乳頭筋プロトタイプ試作を行った。実験室設備と実験環境の復旧が予想よりも遅れたため、年度計画前半では動物実験等の実施にも困難があったため評価モデルの作成に若干の遅れがあったが、施設復旧により、成果概要には示さなかったが合計20頭以上の健常成山羊を用いたハイブリッドモデルの作成を行い得た。

モデルの試作方法も含めて、高分子膜および高分子製ケーシングに生体弁組織の縫合固定を高い再現性を持って実現し、僧帽弁機能と乳頭筋負荷を定量的に評価しうるハイブリッドモデルを開発できた。また、これらの開発した組織モデルを用いて、定圧負荷下での僧帽弁逆流と乳頭筋張力の機能評価を行い、研究当初の目標であった人工乳頭筋の設計仕様を決定し、目的どおりに形状記憶合金線維を応用した人工乳頭筋のプロトタイプモデルを開発できた。【平成24年度:人工乳頭筋による僧帽弁機能制御性解析と動物実験による血行力学評価に挑戦】開発したプロトタイプモデルを用いた僧帽弁機能の制御性を検証する。健常成山羊の新鮮摘出心を用いたハイブリッド心臓モデル(平成23年度に完了)、乳頭筋にかかる力学的作用を検証する流体実機モデルのデータに基づき、平成24年度には血液循環のシミュレーション技術を駆使して人工乳頭筋の最適設計を行う。具体的には、ハイブリッド心臓モデルを用いた高度に血行動態を再現する僧帽弁挙動シミュレーションを実施し、in vitroでの僧帽弁開放閉鎖挙動と乳頭筋機能を医工学的観点から検討し、僧帽弁-乳頭筋機能の相互作用を制御しうるロボティクス人工乳頭筋システムを試作し制御性の検証を行う。さらには、開発した人工乳頭筋デバイスについて血行力学的効果を動物実験(健常成山羊、慢性動物実験)に挑戦する。人工乳頭筋は、これまで開発してきた「生体僧帽弁(動物)-人工物(シリコーン)」による駆動可能なハイブリッドモデルにおいて基礎設計評価を実施し、病態生理学に基づいたローコストな設計試作手法を駆使する。【次年度の研究費の使用計画】平成23年度は、研究成果発表の機会を利用できない状況もあったが、平成24年度は23年度成果発表のための旅費を計上する。また、平成23年度末にも開発したプロトタイプの動物実験評価を実施する目標を目指していたが、本年度はシミュレーションモデル評価とともに人工乳頭筋の左室への植え込み実験をすすめ、僧帽弁逆流に対するインテリジェント人工乳頭筋の血行力学的影響の定量的検討を行う。この際必要な人工乳頭筋モデルの高分子材料、金属材料、動物実験費用を主として計上する。また、計画している慢性実験の実施での動物のケアにかかる謝金を計上する。
エラスムスの教育思想の総合的研究

本研究の第一の目的は、エラスムスの教育思想の全体像を明らかにすることである。彼が壮年期に最も力を注いだ仕事は、新約聖書研究である。「エラスムスにおける人間の尊厳と教育」という論文を作成し、エラスムスの聖書解釈に基づいた教育思想研究をまとめる。本研究の第二の目的は、コメニウスの教育思想に与えたエラスムの影響について解明することである。コメニウスは、エラスムスの『学習の方法について』の1652年版に序文を書いている。その序文の内容を明らかにし、「コメニウスの教育思想に与えたエラスムスの影響」という論文を作成する。また、筆者のこれまでのエラスムス研究を一冊の書籍として刊行できる形にまとめる。
ＦＴＩＲ法とヒト細胞評価法の連結によるハロゲン消火剤の酸性ガス発生機構と毒性評価

ヒト肺細胞を用いた非動物実験によるリチウムイオン電池火災消火ガスの有害性評価を目的とし以下のことが得られた.(1)リチウムイオン電池火災にハロゲン系消火剤FK5-1-12を添加して発生する火災ガスを細胞に暴露させる実験装置が完成した.火災ガス中に存在する可溶性ガスを凝縮水として回収し,連続的な火災ガス暴露実験を確立した.(2)火災ガス中の凝縮水にガラスが浸食されフッ化水素による実験装置のガラス浸食量が62.7μm/hであった.(3) FK5-1-12の供給量が少ない場合は消火せずに,刺激性のガスが発生する.FK5-1-12と泡を混合させる消火方法は,単体より供給量が少なく消火が可能であった.本研究は、高温火災環境下の消火時に、ハロゲン系消火剤から発生する酸性毒性ガスの生成機構および被災者や消防職員に与える生理的影響を、In-situフーリエ変換赤外分光法(FTIR)およびヒト肺細胞毒性評価法を組み合わせたリアルタイムフロースルー型システムにより明確にし、電気自動車の蓄電池における熱暴走火災時の消火、発電所・工場の電気火災消火時等のハロゲン系消火剤運用時の安全基準等の提言を目的としている。本年度は,リチウムイオン二次電池に使用されている電解液成分であるジメチルカーボネート(DMC),ジエチルカーボネート(DEC),エチレンカーボネート(EC)を当分質量比で混合した燃料を着火させて、ハロゲン系消火剤であるFK-5-1-12をにより消火を行った。容積200mLの矩形容器に燃料を100mL入れて、パイロット火炎で着火し、また、消火剤は、燃料容器上部より定量ポンプより滴下した。燃焼及び消火現象の観察は、燃料容器上部および燃料容器下部に設置したミラーにより容器底部より観察した。測定はデジタルカメラ、赤外線カメラ、高速度カメラで撮影した。本実験により以下の知見が得られた。(1)定性的には、消火剤FK-5-1-12の蒸発に伴って発生する気体が消火性能に大きく影響する。(2)FK-5-1-12による消火時間が長いほど酸性ガスが発生しやすい。(3)FK-5-1-12を水及び界面活性剤と混合して発泡化させると消火性能を大幅に向上させる。研究計画として掲げた内容は以下の通りである。(1)については現有の赤外線分光器FTIRの測定部故障のため実施できていない。(2)(3)(4)についてが実験装置が完成し、予備実験として、ハロゲン系消火剤(FK-5-1-12)を燃焼させて酸性ガス発生の確認をガラス溶解量で確認した。A549は当初細胞は増殖していたが、何らかの要因で増殖不可能になったため、アメーバを用いたがアメーバも増殖ができなかった。(4)については小型バッテリーを用いて外部加熱による火災実験を行った。(1)In-situフーリエ変換赤外分光測定系,その下流にヒト細胞培養装置,顕微鏡観察装置,生死判別装置を組み合わせた実時間フロースルー型システムを構築する.(2)高温熱分解,くん燃,有炎燃焼の火災条件を実現できる燃焼部およびハロゲン系消火剤添加部を構築する.(3)ハロゲン系消化剤としてFK-5-1-12を使用する.火炎構造と酸性ガスの発生機構の関係を生成化学種,発生領域,発生時間等の測定データを収集する.(4)ヒト肺細胞A549により,細胞の形態変化,生死率,代謝変化を酸性ガスのデータと比較して毒性評価を行う.(5)電気自動車の蓄電池の熱暴走火災に対する消火実験および酸性ガスの危険性評価を行う.現有の赤外線分光器FTIRの測定部故障のため実施できていない。測定部にある結晶の吸湿のため光学系が使用できなくなった。このため、ガス測定は別方法方を考える必要がある。ヒト肺細胞A549は当初細胞は増殖していたが、何らかの要因で増殖不可能になったため、アメーバを用いたがアメーバも増殖ができなかった。ヒト肺細胞A549は共同研究者の大分大学医学部より譲与を受ける予定である。本研究は,高温火災環境下の消火時に,ハロゲン系消火剤から発生する酸性毒性ガスの生成機構および被災者や消防職員に与える生理的影響を,In-situフーリエ変換赤外分光法(FTIR)およびヒト肺細胞毒性評価法を組み合わせたリアルタイムフロースルー型システムにより明確にし,電気自動車の蓄電池における熱暴走火災時の消火,発電所・工場の電気火災消火時等のハロゲン系消火剤運用時の安全基準等の提言を目的とし,下記5つの目標を掲げた.(1)In-situフーリエ変換赤外分光測定系,その下流にヒト細胞培養装置,顕微鏡観察装置,生死判別装置を組み合わせた実時間フロースルー型システムを構築する.(2)高温熱分解,くん燃,有炎燃焼の火災条件を実現できる燃焼部およびハロゲン系消火剤添加部を構築する.(3)ハロゲン系消化剤としてFK-5-1-12を使用する.火炎構造と酸性ガスの発生機構の関係を生成化学種,発生領域,発生時間等の測定データを収集する.(4)ヒト肺細胞A549により,細胞の形態変化,生死率,代謝変化を酸性ガスのデータと比較して毒性評価を行う.(5)電気自動車の蓄電池の熱暴走火災に対する消火実験および酸性ガスの危険性評価を行う.

その結果,(1)(2)に関して,高温熱分解,くん燃,有炎燃焼の火災条件を実現できる燃焼装置,酸性ガスを含んだ燃焼ガス中の水溶性物質と非水溶性物質の分離装置,ヒト細胞A549への暴露装置を構築した.FTIRについては既存装置故障(結晶破損)のよりガス分析組込はできなかった.(5)に関して,燃焼実験に適したリチウムイオン電池の自作方法の確率,電池火災の消火実験装置の製作を行った.以上,主実験装置はFTIRを除いてほぼ100%完成し,予備実験を行った.しかし,上記目標(3)である,FK-5-1-12を使用した酸性ガス測定データ,ヒト肺細胞A549による毒性評価までは至っていない.ヒト肺細胞を用いた非動物実験によるリチウムイオン電池火災消火ガスの有害性評価を目的とし以下のことが得られた.(1)リチウムイオン電池火災にハロゲン系消火剤FK5-1-12を添加して発生する火災ガスを細胞に暴露させる実験装置が完成した.火災ガス中に存在する可溶性ガスを凝縮水として回収し,連続的な火災ガス暴露実験を確立した.(2)火災ガス中の凝縮水にガラスが浸食されフッ化水素による実験装置のガラス浸食量が62.7μm/hであった.(3) FK5-1-12の供給量が少ない場合は消火せずに,刺激性のガスが発生する.FK5-1-12と泡を混合させる消火方法は,単体より供給量が少なく消火が可能であった.フーリエ変換赤外分光法が当初計画より遅延しているため、電解液の燃焼及び消火実験を先に実施している。(5)に関してリチウムイオン電池内部の発熱現象が観察できるように自作する。ヒト肺細胞A549は共同研究者の大分大学医学部より譲与を受け(2)(3)(4)を実施する。(1)は検知管による方法で代替をする。(1)In-situフーリエ変換赤外分光測定系,その下流にヒト細胞培養装置,顕微鏡観察装置,生死判別装置を組み合わせた実時間フロースルー型システムを構築する.(2)高温熱分解,くん燃,有炎燃焼の火災条件を実現できる燃焼部およびハロゲン系消火剤添加部を構築する.(3)ハロゲン系消化剤としてFK-5-1-12を使用する.火炎構造と酸性ガスの発生機構の関係を生成化学種,発生領域,発生時間等の測定データを収集する.(4)ヒト肺細胞A549により,細胞の形態変化,生死率,代謝変化を酸性ガスのデータと比較して毒性評価を行う.(5)電気自動車の蓄電池の熱暴走火災に対する消火実験および酸性ガスの危険性評価を行う.火災物理ヒト細胞培養装置及び顕微鏡観察装置の製作により、電解液の燃焼ガスとハロゲン系消火剤から発生する酸性ガスの毒性をヒト肺細胞の形態変化,生死率,代謝変化により評価をする。また、FTIR装置内部の水蒸気によるビームスプリッター結晶および検出器結晶の不具合によりフーリエ変換赤外分光法が遅延している。修理を検討するとともに、今後、FTIR以外の代替方法により酸性ガスの測定を検討する。本年度30,443円の残額が生じた理由として消耗品(電池部材)の発注を次年度に先送りした為である。前年度残金と次年度により電池部材を購入して実験用電池を製作する。
偏微分方程式の近似解法

1.非線形問題。(1)準線形楕円型境界値問題の不安定解を、変分原理に基づく方法により、構成した。(2)(1)の有限要素法による近似。『分割を細かくしていくと、有限要素解はある不安定解へ収束する』ことを示した。(3)計算機を用いて(2)の数値計算を行ったところ、良好な結果が得られた。(4)(1)(2)(3)に引き続き『有限要素解の事後評価』の解析を行う予定である。(5)今後の課題として、類似の問題(例えば、平均曲率の方程式など)の研究を行う予定である。2.今年度行われた学会、シンポジウム、研究集会等において、数値解析の研究発表、情報交換、交流および資料収集の面で多くの成果があった。特に、平成5年10月に京都大学で行われたシンポジウムでは、偏微分方程式の有限要素法や差分法による近似解法、種々の反復解法、並列計算機の上での大規模数値計算、Wavelet等についての講演が行われ、有意義であった。1.非線形問題。
圧力下磁場中における角度回転比熱測定による異方的超伝導体の研究

異方的超伝導体の超伝導対称性を調べるため比熱および熱伝導率をプローブとして、それらの物理量の磁場方向依存性の測定を行った。特に最近注目されている圧力誘起超伝導体の対称性を決めるため圧力下の測定を試みた。その結果、圧力下の測定では超伝導ギャップ構造の詳細を調べるのに十分な分解能を得るのが難しくさらに測定分解能を上げるための工夫が必要であることが明らかとなった。その一方でそれとは平行に、最近発見され特に注目されている反転対称性の破れた重い電子系超伝導体CePt_3Siの常圧下の熱伝導率測定を行い、超伝導ギャップ構造を調べた。40mKまでの熱伝導率測定により(i)温度のべき乗則、(ii)ユニバーサル熱伝導率、(iii)磁場依存性がH^<1/2>に比例すること、(iv)スケーリング則を確認した。これらの4つの条件を満たしているということは、CePt_3Siのギャップ関数にラインノードが存在することの極めて強い証拠となる。このように4つの条件を矛盾なく確認した例は本研究がはじめてである。またこの結果は、これまでのNMRおよび理論の結果から議論されているポイントノードとは大きく異なる結果であり、反転対称性が破れた非常に特殊な環境下における超伝導状態を考える上で非常に重要な情報を与えることができると考えられる。また圧力下の実験としてCeCoIn_5のホール係数の温度依存性の詳細を調べた。その結果低温でホール係数は30倍以上に増強されていることが分かった。この低温でのホール係数の増加は圧力とともに抑制され高圧でLaCoIn_5の値に近づいていくことが明らかとなった。圧力により系を量子臨界点近傍からフェルミ液体状態に変化させることができることを考えると、これらの結果から、常圧でみられるホール係数の増大は量子臨界点近傍特有の振る舞いであると考えられる。本研究により量子臨界性と輸送係数の関係の理解に大きく貢献できると考えている。異方的超伝導体のギャップ構造を調べるため、圧力下における比熱測定をするための装置開発を中心に行った。まず、比熱測定において最も重要な点である精密な温度測定を可能とするために基準温度からのずれだけをロックインアンプで読むことを可能とする回路を開発した。また、圧力下での実験に関して技術的なノウハウを得ることおよび異方的超伝導体の基本的な物理量を調べることを目的に、CeCoIn_5の輸送係数の測定を行った。その結果、CeCoIn_5のホール係数は、温度に逆比例して低温で絶対値が上昇する。このホール係数の振る舞いは高温超伝導体でみられる振る舞いと非常に似ていることがわかった。また、CeCoIn_5における磁気抵抗とホール係数が通常の金属で成り立っKohler's則に従わないことを見いだした。そしてこの特異な輸送係数はスピン揺らぎを考慮した修正されたKohler's則に従うことを明らかにした。さらにこれらの特異な輸送係数の振る舞いは、圧力をかけることにより系を非フェルミ流体からフェルミ流体領域に近づけると抑制されてゆくことが明らかとなった。このことはCeCoIn_5および高温超伝導体でみられる特異な輸送現象がスピン揺らぎに由来していることを示唆している。一方、常圧におけるUPd_2Al_3の超伝導ギャップ構造を調べるために、熱伝導率の磁場方向依存性を測定した。その結果、UPd_2Al_3の磁気ブリルアンゾーン境界に水平にラインノードが存在することが明らかとなった。この結果により、UPd_2Al_3の超伝導発現機構に関する理論模型のうちab面に垂直にラインノードをもつものの可能性を排除することができる。
インターネットを活用した理科教材の開発

学校教育におけるインターネットの教育利用は急増している。そこで,科学史を基礎とした理科教材を開発し,インターネットで利用できるように構築した。WWW(World Wide Web)のHTML(Hyper Text Markup Language)という言語によって記述し,ハイパーテキスト機能を使って簡単に必要な情報が得られるようになっている。小学校から大学に至るまで教材として取り扱われている,最も身近なテーマである“振子"を中心として内容を構成した。小学校では第5学年「物の運動」,中学校では理科第1分野「運動とエネルギー」,高等学校では物理IB「エネルギー」,物理II「課題研究(物理学の歴史的実験例の研究」,大学では物理学,力学,振動論などに対応している。歴史的観点から振子を眺めてみるとガリレオ・ガリレイが自分の脈拍を使って振子の等時性を発見したという逸話は有名である。晩年には振子を時計に応用しようとしたが実現しなかった。その後,実際に振子時計を作ったのはクリスチャン・ホイヘンスであり,彼は正確な振子時計を作るため研究を重ねた。その結果,単振子は厳密には等時性を示さず,振幅が大きくなると周期も大きくなることに気づいた。そして,真に等時性を示すサイクロイド振子を発見したり,振子時計の精度向上にも貢献した。当時盛んであった遠洋航海において、航海士たちの命に関わる問題として高精度な時計を必要としていたという社会的背景と科学や技術との関わりについても学ぶことができる。科学史的アプローチとインターネットの活用という試みは,学習者の興味・関心を高め,理解がより深まることが期待される。
色素性乾皮症の分子機構の解析

日光照射部位の皮膚がん高頻度発生と知能低下を始めとした種々と精神神経症状発症を臨床的特徴とし、DNA障害の除去修復機備に異常をもつことが知られている色素性乾皮症(XP)A群の原因遺伝子(XPAC遺伝子)をクローニングし、そのDNA修復機能を解析した。XPACcDNAの塩基配列の解析から、XPAC蛋白はZnフィンガーモチーフを有し、DNA結合能を持つことが推測されたので、大腸菌で組換えXPAC蛋白を生成し、ゲルシフト法、フィルター結合法にてそのDNA結合能を解析した。その結果、XPA倍蛋白は、紫外線照射しないDNAにも結合したが、紫外線照射したDNAに34倍多く結合し、XPAC蛋白はDNA除去修復過程のDNA損傷を認識するステップに関与することが示唆された。一方、XPAC蛋白は、DNA修復に関わる他の蛋白と複合体を形成することが予想されたので、GST-XPAC融合蛋白をグルタチオンビーズに不動化しておき、これに細胞抽出液を混ぜ、XPAC蛋白と結合する蛋白の単離を試みた。何種類もの蛋白がXPAC蛋白に結合したが、そのうちのあるものは、XPAC蛋白のポケットドメインと思われるペプチドや、抗XPA抗体でその結合が阻害された。さらに、紫外線照射したDNAをこの系に介在されると、XPAC蛋白との結合が増強する蛋白もあった。このような蛋白は、細胞内でもDNA修復過程においてXPAC蛋白と結合することが示唆された。XP患者の病態を解析する目的で、ES細胞を用いたXPAC遺伝子ターゲッティング法により、XPAC遺伝子を欠損したホモ接合体マウスを樹立した。このマウス由来の細胞は、A群XP細胞同様に、紫外線に高感受性を示し、DNA除去修復能に異常を示した。
DNA複製開始部位とでDNA複製タンパクの相互作用

我々はc-myc遺伝子の構造遺伝子上流約2000塩基対にc-mycタンパクの結合域が存在することを見い出し、このクローンのpmyc(H-P)が培養細胞中で染色体外で複製することからこの領域には複製開始領域(ori)存在すること、更にこの領域は転写エンハンサーが同居することを昨年度報告した。このoriを更に確認すべく(pmyc(H-P)をマウス受精卵に注射してトランスジェニックマウスを作製した。得られた親(Fo)、これらをかけ合わせでできた計100匹以上の子、孫マウスでは全てpmyc(H-P)が染色体外で安定に複製した存在していた。このことからc-myc上には真のoriが存在することが証明された。2.c-mycタンパク結合域、oriエンハンサーの必須領域の同定Raji細胞の相抽出液を使ったノットプリンティング法により(H-P)領域の21塩基対がタンパク複合体によりブロックされた。種々の長さのオリゴヌクレオチドを作製し、c-mycタンパク結合域、ori、エンハンサーの必須領域を検討したところ、結合には上記21塩基中の7塩基、ori、エンハンサーはこの7塩基を含む各々21、10塩基が必要であることが判明した。また、c-mycタンパクは複合体を形成して存在し、一量体の時は結合能が低いことがわかった。上記(H-P)領域と相補性のあるクローンを遺伝子ライブラリーよりクロー化したところ、同じmycファミリーのN-mycが得られた。両者の関係を調べたところ、c-mycタンパクは同一細胞内でC-mycの発現を転写抑制していることがわかった。このように、c-mycタンパクは複製のインシューター、転写の促進、抑制作用を有するDNA結合タンパクであることが判明した。
椎間板性腰痛に対するエリスロポエチンの効果に関する検討

ラットを用い、エリスロポエチンが椎間板性腰痛に対して与える影響を検討した。ラット椎間板より椎間板髄核細胞を単離し、培養した上澄を採取した。上澄には炎症性サイトカインや成長因子が豊富に含有されており、この上澄で培養シュワン細胞を刺激し、MAPキナーゼの発現を定量した。エリスロポエチンを前投与すると、MAPキナーゼの発現は有意に抑制された。さらに、ラット腰椎椎間板を穿刺し作成した椎間板性腰痛モデルにエリスロポエチンを局所投与すると、後根神経節において、MAPキナーゼが抑制され、脊髄後角においてグリア活性が有意に抑制された。エリスロポエチンが椎間板性腰痛の有効な治療薬となりうる可能性が示唆された。まずシュワン細胞と椎間板髄核細胞の共培養の条件を検討した。各種細胞外マトリックス(ラミニン、フィブロネクチン、コラーゲン、ポリDリシン)によるコーティング上でシュワン細胞の接着能がEpoにより増強されるかを吸光度計で定量した。結果、いずれもシュワン細胞の接着は認めたが、Epoにより接着細胞が増加したのはフィブロネクチンのみであった。次に技術的な指導を千葉大学の山内かづ代特任助教より受け、椎間板細胞の単離培養を行った。椎間板細胞を3D培養を行うことは可能であったが、同培養液を用いたシュワン細胞培養ではEpoによるCaspace3の発現には差を認めず、現在、至適な条件を探るべくプロトコールを作成中である。また行動学的評価として、発痛源が左右に偏在する場合に、CatWalkで定量可能かを、HCLでpHを調節した生理食塩水を片側傍脊柱筋に局所注射するモデルで検討した。結果、患側後肢最大接地圧、患側後肢歩幅、健側後肢最大接地面積はpHとの相関が認められ、これらを用いることで偏在する腰痛を定量できる可能性が示唆された(2013欧州整形外科学会議:EFFORTにて公表)。次に椎間板尾椎穿刺モデルを作成し、Epoレセプターの発現を評価した。穿刺により、椎間板局所、後根神経節、脊髄後角において、リン酸化Epo受容体(pEpoR)の発現を免疫組織化学染色で検討した。結果、椎間板および後根神経節においてpEpoRの発現が有意に増加していた。後根神経節におけるpEpoRの発現はマイクログリアにおいて増強していたが、脊髄後角においては差異は認めなかった。またin vitroでの結果を踏まえ、坐骨神経結紮モデルにおいて、Epoの刺激によりフィブロネクチンの結紮部神経線維におけるmRNA発現、タンパク定量、免疫染色におけるシュワン細胞での発現増強を認めた(2013日本脊椎脊髄病学会にて報告)。先行研究では、椎間板細胞培養を行ない、同培養液を用いて神経細胞の培養を行なっていた。本研究では椎間板培養液を用いたシュワン細胞培養を試みているが、現在のところ、Caspace3の発現に予測された差異を認めなかった。従って、今後、培養液の内容の調節や、椎間板培養液採取のタイミングの検討を行い、本研究を進める予定である。in vivoの研究に関しては、平成25年度の内容を予定よりも早く開始出来ており、本年度はin vivo、in vitro双方の研究の目標の達成を目指している。今後、細胞密度など、椎間板培養のプロトコールを調整することでEpoの効果を検討する予定である。各々の細胞の単培養法は確立出来ている為、今後、各種条件の検討により可及的早期に本研究の遂行が可能である見込みである。in vivoの研究に関しては、平成25年度の内容を予定よりも早く開始出来ており、本年度はin vivo、in vitro双方の研究の目標の達成を目指す。細胞培養に必要な消耗品(細胞培養液や試薬など)、各種タンパク定量に必要な費用、動物手術に際しての機械購入資金に使用する予定である。

また、国際腰椎学会、米国神経科学学会などの国際学会、日本整形外科学会や日本脊椎脊髄病学会などの国内の学会への参加を予定しており、本研究費を必要経費に充てる予定である。
Constraining the Equation of State of Neutron Stars via Accurate Gravitational Waveforms from Binary Neutron Stars

2015年9月14日に連星ブラックホール合体からの重力波が世界で始めて観測された。アインシュタインが重力波の存在を理論的に予言してから約100年後の出来事である。これにより、重力波天文学に対する研究が益々重要になってきている。本研究は、連星ブラックホール合体に引き続いて観測が期待されている連星中性子星合体からの重力波を用いて、中性子星の様々な情報を引き出すことを主眼に行われた。得られた成果の一例を紹介する:数値相対論を用いて、得られる重力波の特徴的振動数と中性子星の物理量の間の普遍的相関関係を発見した。さらにそれを用いて、観測される重力波から中性子星の半径や状態方程式を決める方法を構築した。昨年度、連星ブラックホール合体からの重力波が世界で初めて観測されたことから、連星中性子星合体からの重力波も近く観測されるものと大きく期待されている。そのため、観測される連星中性子星合体からの重力波から多くの物理情報を引き出すために、様々な角度からの理論的研究が急務である。その中でも、本研究では連星中性子星合体及びそこから放射される重力波の状態方程式依存性に重点を置いて研究を進めている。連星中性子星合体から放射される重力波のパワースペクトル密度には、複数の特徴的なピークが存在していることが知られている。報告者は、そのピークの幾つかは状態方程式に大きく依存しており、それらの間の相関関係を発見した。これは、観測される重力波から未知の状態方程式などを決定することができる重要なものである。その後、連星中性子星の質量が非常に小さい場合には、報告者が発見した相関関係は不成立な可能性を指摘されたが、非常に幅広い質量範囲で多くのモデルを計算し、パワースペクトル密度だけではなくスペクトログラムなど様々な詳細な解析により、報告者が発見した相関関係は一般的に成立することを発見した。これに関連して、現在、1編の論文を投稿中である。その他にも、本研究課題に関連した3編の論文を執筆中であり、近く投稿できる予定である。「研究活動スタート支援」の初年度のため、科研費が交付されて利用できるようになったのが11月頃であった。そのために、研究を効率的に遂行するために必要なHPCの購入・納品が年を越してからにずれこんだことが大きな要因の一つと考えられる。また、使用しているスーパーコンピューターのジョブ管理方法などが複数回に渡り変更になったため、それに伴う各種変更なども少なからず影響している。近年、連星ブラックホール合体からの重力波が世界で初めて観測されたことから、連星中性子星合体からの重力波も近く観測されるものと大きく期待されている。そのため、観測される連星中性子星合体からの重力波を通して多くの物理情報を引き出すために、様々な角度からの理論的研究が急務である。その中でも、本研究では連星中性子星合体及びそこから放射される重力波の状態方程式依存性に重点を置いて研究を進めていった。連星中性子星合体から放射される重力波には多くの情報が含まれており、例えば、そのパワースペクトル密度には、複数の特徴的なピークが存在していることが知られている。報告者は、質量・質量比・状態方程式に対して系統的に多くの連星中性子星のモデルを考えることで、それらに対する合体後の状態やそこから出てくる重力波の依存性を明らかにした。特に、軽い中性子星から重い中性子星まで幅広い質量に対して連星中性子星合体を考えたことは重要であり、他のグループから指摘されていた質量に対するセレクション・エフェクトを払拭し、報告者達の発見した相関関係を確かなものとした。さらに、これにより得られた結果を利用することで、連星中性子星の合体後に形成される大質量中性子星に対する現実的な差動回転則の提案や、統計的手法を用いた中性子星の半径及び状態方程式の高精度な新しい同定方法の提案などを行った。これらに関連して、2編の論文を出版し、2編の論文が投稿中であり。まずは、現在執筆中の3編の論文を完成させる予定である。これらに関連した大規模なシミュレーションは既に終了しているので、データーの解析やそれの解釈などを念入りにすすめながら、本文を構成しているところである。また、これらに並行して、連星中性子星合体を用いたガンマ線バースの観点から、その状態方程式依存性を探るための大規模シミュレーションを実行する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。理論宇宙物理学28年度が最終年度であるため、記入しない。
結紮を必要としない微細縫合器の開発に関する研究

内視鏡下・ロボット補助下で、冠状動脈バイパス吻合を可能とする縫合デバイスを作成した。このデバイスは結紮を必要としないことが特徴である。まず、デバイスの強度および生物学的安全性を確認した。次に、ウサギ頸動脈バイパスやブタ冠状動脈バイパスを作成して、術後慢性期(1ヶ月、3ヶ月、6ヶ月)におけるグラフト開存性や病理組織学的評価を行った。開発したデバイスを使用した群と市販の縫合糸を使用した群とを比較すると、吻合開存性と組織侵襲性がともに同等であることが示された。以上より、新たな冠状動脈縫合デバイスは安全でかつ有効であることが示された。今後の内視鏡下・ロボット補助下での効果の評価が期待される。ウサギの頸静脈ー頸動脈バイパスを作成し、1ヵ月(8羽)、3ヶ月(10羽)、6ヵ月(4羽)に評価した。吻合時間、血液流量、血管造影検査、吻合部の病理検査をデバイスとコントロールで比較した。吻合時間、血管造影検査、血液流量のいずれについては両群で有意差は認められなかった。病理検査では、Hematoxilin-Eosin染色およびElastica-van-Gieson染色を行った。デバイス群では、1ヶ月後の時点でデバイス周囲にマクロファージやリンパ球、顆粒球などの炎症細胞の浸潤および異物肉芽の形成がみられ、吻合部の血管内膜は増生していた。3ヶ月後には細胞浸潤および肉芽増生は減少傾向となり、内膜増生もピークを過ぎ、6ヵ月後はさらに異物に対する反応は沈静化していた。デバイスが動静脈を含む周囲組織に過度の異物反応を惹起している像は見られなかった。すべての期間で両群間に有意差を認めなかった。ブタの冠動脈バイパス実験も行った。急性期実験で左内胸動脈ー冠動脈左前下行枝、右内胸動脈ー右冠動脈バイパス術を行った。吻合時間、血液流量、冠動脈造影検査を行った。吻合時間は両バイパスともに両群に有意差を認めなかった。血液流量も両群で有意差を認めなかった。血管造影も両群で同等であった。ブタの冠動脈バイパス慢性モデルでは、同様の冠動脈バイパス術のあと、1ヵ月、3ヶ月、6ヵ月生存させ、デバイスの有効性、安全性を評価した。1ヵ月モデル5頭、3ヶ月モデル5頭、6ヵ月モデル3頭に行い、吻合時間、血液流量、血管造影、吻合部の病理検査を評価項目とした。24年度はこのうち、1,3ヶ月の手術と1ヵ月モデルでの評価結果を得ることができた。吻合時間は両バイパスともに両群間に有意差を認めなかった。1ヶ月後の血管造影ではすべての吻合でFitzGibbon Aの良好な結果が得られた。病理検査は現在切片作成中で25年度に評価する。内視鏡手術やロボット手術が心臓外科領域に導入されて久しいが、これらの方法を冠状動脈バイパス手術に応用するためは依然として問題点が存在する。我々は、低内視鏡手術やロボット手術でも使用可能な冠状動脈末梢側吻合用デバイスを開発した。これは市販のpolypropylene糸の自由端にステンレス製の錨状の器具が圧着された単純な構造をしている。最大の利点は、通常の連続吻合の後にワンタッチで糸を固定でき、結紮を必要としないことである。14頭のクラウンミニブタを用いて実験を行った。左内胸動脈-左前下行枝バイパス(LITA-LAD)、右内胸動脈-右冠状動脈バイパス(RITA-RCA)を心拍動下に行い、吻合時間とバイパス流量の測定を行った。14頭中11頭について開発したデバイスを用いて吻合を行い(D群)、3頭では従来の7-0 polypropylene糸を用いて吻合を行った(C群)。術後1ヵ月(D群5頭、C群1頭)、3ヶ月(D群4頭、C群1頭)、6ヵ月(D群2頭、C群1頭)に血管造影検査および吻合部の病理検査を行った。評価期間中は100mg/日のアスピリンを餌とともに与えた。LITA-LADおよびRITA-RCAで吻合時間に群間差はなかった。バイパス流量においても、LITA-LADまたRITA-RCAのいずれにおいても両群で同等であった。術後血管造影検査ではすべての期間ですべての吻合がFitzGibbonAの良好な結果であった。病理評価では、両群ともに1ヵ月に炎症反応のピークを迎えその後徐々に沈静化していき、両群に炎症の程度の差はみられなかった。またデバイスを用いた吻合ではステンレス素材による組織や血管の侵襲はみられなかった。ミニブタを用いた長期埋め込み実験を行い、我々の開発したデバイスは、従来の吻合方法と同様に有効かつ安全に冠状動脈吻合を行うことができることが実証された。

以上より、新たな冠状動脈縫合デバイスは安全でかつ有効であることが示された。今後の内視鏡下・ロボット補助下での効果の評価が期待される。ブタ冠動脈吻合実験の前段階として、ウサギ頸動脈を用いた血管吻合モデルを作成した。ウサギはNew Zealand White種の3-3.5kgのオスを使用した。まず急性期実験では1頭のウサギの両側頸動脈を同種他系のウサギの腹部大動脈をグラフトとして用いてバイパス手術を行い、吻合時間、吻合前後の血液流量、造影検査をデバイス(D)群およびコントロール(C)群(ポリプロピレン糸を使用)で比較検討した。吻合部狭窄・閉塞等の評価はFitzGibbon基準に従った。8羽のウサギに実験を行い(D群4羽+C群4羽)、吻合時間は、中枢側吻合の平均19.1分(D群)、17.4分(C群)、末梢側吻合の平均18.0分(D群)、17.0分(C群)と中枢側、末梢側で両群に有意差を認めなかった。血液流量については、両群とも吻合前から後で流量の低下を認めるものの、平均で-2.88ml/min(D群)、-7.88ml/min(C群)と両群に有意差を認めなかった。血管造影検査においては16個の吻合部のうち(D群8個, C群8個)、C群で1個のみ閉塞(FitzGibbon O)を認めたが、その他の吻合部には閉塞・狭窄を認めなかった(FitzGibbon A)。以上の結果より、我々の開発したデバイスの、従来の糸を用いた血管吻合に対する非劣勢を示すことができた。デバイスのサイズについては数例の試用により1.5倍サイズ(1.5×0.75mm)が最も操作性、視認性に優れていることが分かった。3月以降はウサギの慢性モデルの作成を開始した。さらに、デバイスを用いてブタの冠動脈吻合実験を2頭のLWDブタに対して行い、全身麻酔下に内胸動脈ー冠動脈バイパス術が可能であった。すべてのバイパスにおいて有効な血流量、造影結果が得られ、このうち1頭は1か月程度生存したところで再度造影検査を行いグラフトの開存を確認できた。本研究においては、小動物(ウサギ)におけて対象デバイスの有効性と安全性を小口径血管吻合(頸動脈ー頸静脈)でまず確認することを23年度から24年度の目標にとした。モデルは、急性期実験および1ヶ月、3ヶ月、6ヶ月の慢性期実験すべてでコントロール群と比較・評価する計画とした。24年度中に、小動物モデルは病理検査を含めすべて評価終了することができた。大動物モデルとしては、臨床に近い、ブタにおける冠動脈バイパスモデルを作成して評価することを計画した。大動物においても、小動物と同様に急性期モデル評価とともに、1ヶ月、3ヶ月、6ヶ月の慢性期モデルを作成して、デバイスの安全性と有効性をコントロール群と比較・評価することを24年度から開始して、25年度中に完了することを目標とした。24年度には、大動物モデルはデバイス、コントロールともに8割の予定数が作成可能であった。また、病理標本作製・評価は24年度にはまだ十分にできていないが、25年度中にはすべて完了できる目途がついている。我々は、内視鏡手術やロボット補助下の冠動脈吻合を想定してこのデバイスを考案し、本研究においては、デバイスの最適なサイズを検討し動物における長期植込みを行い吻合デバイスとしての安全性と有効性を評価することを目的とした。ブタ冠動脈吻合実験の前段階として、手技的に比較的容易なウサギ頸動脈を用いた血管吻合モデルを作成した。