hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乳歯歯髄由来幹細胞における未分化維持機構の解明

乳歯歯髄由来間葉系幹細胞(SHED細胞)は、抜去乳歯より採取することが可能な間葉系幹細胞であり、骨細胞への高い分化能を有しているため、骨組織の再生における幹細胞ソースとして非常に有用な幹細胞である。しかし、一般的に間葉系幹細胞は、in vitroの条件下で長期間培養することによって、多分化能が低下することが知られている。一方、Wntシグナルは、細胞増殖と分化などの細胞制御に関与しており、また、様々な幹細胞において、このWntシグナルの活性化が報告されている。そこで、本研究では、SHED細胞の可塑性制御機構に対するWntシグナル阻害剤の作用について検討を行った。in vitroにおける初期継代群(36代)および長期継代群(912代)の幹細胞マーカーの発現量について比較検討したところ、長期継代群では幹細胞のマーカーであるOct4、STRO1、SSEA4の発現が有意に低下していることが判明した。また、免疫不全マウスの頭部に作成した骨欠損部に、SHED細胞を移植するという移植実験では、長期継代群では誘導された骨組織量が有意に少ないことが判明した。しかし、長期継代群のSHED細胞に対してWntシグナル阻害剤を作用させたところ、Oct4、STRO1、SSEA4の発現が初期継代群における発現と同程度まで回復した。また移植実験においても、誘導される骨組織量を増加させることが判明した。以上の結果から、SHED細胞に対してWntシグナルを抑制することにより、幹細胞の可塑性が維持され、移植時における骨細胞への分化を促進させることが可能であることを明らかにした。歯髄に存在している乳歯歯髄由来幹細胞は、骨髄などに存在している他の間葉系幹細胞と比較しても、高い細胞増殖能を示し、また骨芽細胞への高い分化能を有していることが報告されている。また、乳歯歯髄由来幹細胞は、脱落した乳歯から分離することが可能であり、その採取が容易であることから間葉系幹細胞を用いた骨再生医療における重要な幹細胞資源といえる。幹細胞を用いて広範囲の骨を再生する場合は、大量の幹細胞の移植が必要となる。しかし、生体内から採取できる幹細胞数はごく少量であり、移植するためには、生体外で効率よく細胞数を増やす必要がある。一般的に、長期間にわたり幹細胞を継代培養すると、幹細胞としての多分化能が失われることが知られている。そこで、長期培養において、未分化状態を維持した培養法の開発が必要になる。多能化能の維持においては、Oct4、Sox2、Nanogなどの転写因子の活性化が重要であり、これらの転写因子はWnt/βカテニン経路に応答することが知られている。そこで、本研究では、Wnt/βカテニンシグナルが乳歯歯髄由来幹細胞の未分化維持にどのように関わっているか検討を行った。乳歯歯髄由来幹細胞に対しWnt/βカテニン活性剤あるいはWnt/βカテニン抑制剤を作用させたのちに、乳歯歯髄由来幹細胞の多分化能について評価した。幹細胞の表面マーカーであるCD105、CD73、SSEA4の発現について検討したところ、Wnt/βカテニン活性剤を作用させた群では、これらのマーカーを発現している細胞数の減少が抑制されていた。さらに、免疫不全マウスの頭頂部に人工的に作成した骨欠損部に乳歯歯髄由来幹細胞を移植したところ、移植2か月後に形成された骨量が有意に増加した。以上の結果から、乳歯歯髄由来幹細胞においてWnt/βカテニン経路は、幹細胞の未分化状態の維持に関わっている可能性が示唆された。当初の研究計画に沿って順調に研究が進んでいる。さらに、研究計画書作成時と比較して新しい知見が得られており、今年度の実験を継続することでさらなる成果を上げられる可能性があると考えている。

平成25年度と同様に、乳歯歯髄由来幹細胞におけるWnt/βカテニン経路と未分化能維持能との関連性についての実験を行う。また、長期培養を行った乳歯歯髄由来幹細胞に対するin vivoでの有効性を検討する。物品費(消耗品費)においてキャンペーン品があり、当初予定額より支出が抑えられ、経費の節約ができ、次年度使用額が生じた。また、歯学研究科の耐震補強工事が行われ、動物実験施設もその対象となり、動物飼育数を一時的に減少させた。研究計画の遅れはないが、今年度減少させた動物実験の数を次年度増加することにより、研究費を使用する予定である。経費の節約により生じた未使用額316,302円については、今年度の実験動物(マウス)、物品費(消耗品費)の購入に使用する。
４０万回転を超える微細精密加工用空気静圧スピンドルの開発

情報,医療製品用超小型部品の金型加工には,精度とともに,加工コスト,加工時間の低減が求められている.この要求を満たすためは,研削加工に代わり,小径エンドミルを用いて金型加工を行うことが有効であるが,最適な刃先周速を得るには,数十万rpmの超高速回転スピンドルの実現が必要となる.本研究では,40万rpm以上の超高速回転を実現できる空気静圧スピンドル構造を提案し,各種切削条件に対する加工精度を実験的に測定し,提案した超高速回転スピンドルの有用性を確認した.本年度は,7個の空気静圧ジャーナル軸受を使用したスピンドルの開発を行った.この軸受は,軸受すきま内の高速な空気流の慣性力を利用して空気膜の減衰性を高め,高速安定性を向上させることができる.また申請者が行った従来の研究から,この軸受の中央部に浅い溝を設けることにより,安定限界速度を1次共振周波数の10倍以上に高められることが明らかとなっている.よってその軸受を採用したスピンドルの1次共振点は約800Hzとなり,円周溝付き空気静圧軸受を用いたスピンドルの安定限界速度は,少なくともその10倍で8,000Hz程度となることが予測でき,実際に開発したスピンドルを用いて回転試験を行った結果,40万回転を達成することができた.さらに上下2個の軸受すきまを20μmから10μmとすることにより剛性を2倍に高める工夫も行った.次に高速で回転する回転軸の振れまわりを低減するためには,不釣合い量の除去が不可欠となる.近年,40万回転に対応できる動つりあい試験機が市販されており,それを用いて回転軸の釣り合い量の測定を行った.また本研究で取り扱うような小径軸では,試し錘を取り付け40万回転で回転させると試し錘が遠心力で飛ばされる可能性があるため,試し錘を用いずに,精密切削加工機を用いて既知量を除去し不釣合い量を推定する方法を採用した.その結果,2μm以下の回転軸振れまわりを実現することができた.本年度は,下記のような研究を実施し,その成果を得た.1.開発したスピンドルによる微細精密加工面粗さの向上法前年度に行った精密加工実験を継続的に実施し,加工材料を変えることによって高速回転に適した切削条件等の検討を行った.加工実験に際しては,加工面性状の仕上げ面粗さを,レーザ顕微鏡を用いて測定し,平均切削力を静圧空気スライダとロードセルを組み合わせた荷重計で測定した.また得られる微細加工面の表面粗さを向上させる方法の検討を行い,ミリングカッターを送り方向に対して傾ける手法を提案し,加工面の表面粗さを向上できることを確認した.2. CFDを用いた空気流の慣性力を考慮した空気静圧軸受の動特性計算法の確立前年度に行った空気膜の動剛性と減衰係数を数値的に求めるために,CFDにおいて移動メッシュを用いて軸受面を周期的に移動させる数値モデルをもとに,スラスト軸受への適用可能性の検討を行った.動特性計算においては,市販の汎用有限要素法ソフトFLUENTと移動メッシュ法を組み合わせる計算法を実施し,空気膜の慣性力を考慮した減衰係数を求めることが可能となった.得られた計算結果は,実験結果と比較することによって,その妥当性の確認を行った.製作したスピンドルを用いて精密加工実験を継続的に実施し,ミーリングカッターの切削角を変えることによって高速回転に適した切削条件等の検討を行った.加工実験に際しては,加工面性状の仕上げ面粗さをレーザ顕微鏡を用いて測定した。また得られた微細加工データをもとに,微細精密加工を実施するうえでスピンドルとして必要な性能を洗い出し,提案するスピンドルの性能向上のための設計法を検討した.結果として、加工テーブルの送り速度に関わらず、高い加工精度を実現できた。黄銅においてはエンドミルの倒れ角を送り方向に対して直行方向にアップカットで加工することにより,Rz0.720μmの加工が実現でき、アルミニウムにおいてはエンドミルの倒れ角を送り方向に倒して加工することでRz0.830μmの加工が実現できることを確認した。次に本研究で用いた空気静圧スピンドルは、空気静圧軸受の軸受幅を小さくし、多くの空気流量を軸受すきま内に流入させることで、空気流の慣性力を用いてスピンドルの高速安定性を向上させる手法を用いている。ここでは、慣性力が支配的な空気静圧軸受における高速安定性を数値的に求める第一段階として、単一給気孔を持つ空気静圧スラスト軸受の空気膜の動剛性と減衰係数を、CFDを用いて数値的に求めた。CFDの計算においては、移動メッシュを用いて軸受面を周期的に移動させる数値モデルを用いた.結果として、CFDにおいて移動メッシュを用いることで、動剛性および減衰係数の計算値はともに、実験値と定性的によく一致することを明らかにした。情報,医療製品用超小型部品の金型加工には,精度とともに,加工コスト,加工時間の低減が求められている.この要求を満たすためは,研削加工に代わり,小径エンドミルを用いて金型加工を行うことが有効であるが,最適な刃先周速を得るには,数十万rpmの超高速回転スピンドルの実現が必要となる.本研究では,40万rpm以上の超高速回転を実現できる空気静圧スピンドル構造を提案し,各種切削条件に対する加工精度を実験的に測定し,提案した超高速回転スピンドルの有用性を確認した.本年度は,下記のような2点についての研究をおもに実施し,その成果を得ることを目標とした.

1.開発したスピンドルによる微細精密加工面粗さの向上法2.CFDを用いた空気流の慣性力を考慮した空気静圧軸受の動特性計算法の確立「開発したスピンドルによる微細精密加工面粗さの向上法」については,ボールエンドミルカッターの角度を送り方向に対して傾ける手法について検討を行った.ボールエンドミルの場合,エンドミルカッター中心の切削速度がゼロとなるため,カッターを傾けることにより,この部分が被削材に接触することを避ける手法がとられる.本研究では,エンドミルカッターを送り方向直角方向に傾けることによって,切削面粗さを改善できることを明らかにした.これにより,提案した超高速回転スピンドルを用いて加工面粗さを向上させる一手法を確認することができた.次に,40万rpmという高速で回転可能な空気静圧スピンドルを製作するためには,空気静圧ジャーナル軸受の高速安定性を数値的に予測する手法を確立することが必要となる.本研究で用いるような小型の軸受では,給気孔から軸受端までの長さが短いために,軸受すきま内の空気流速が速くなり,軸受特性に及ぼす空気流れの慣性力を無視することができない.そこで本研究では,まず食う規制圧スラスト軸受における慣性力の影響を数値的に求めるために,市販有限要素法ソフトFLUENTを用いて,移動メッシュ法による数値モデルをもとに,その適用可能性の検討を行った.得られた計算結果は実験結果と比較することによって,その妥当性の確認を行い,ほぼ数値的に実験結果を予測できることが示された.設計工学・機械機能要素・トライボロジー今後の研究の推進方策については,下記のことを考えている.1.空気静圧送り機構を用いた超精密切削の実現現在のところ,切削実験は市販の汎用フライス盤を用いて行っているが,このフライス盤の送りテーブルは直動の玉軸受によって支持されており,必ずしも精密加工に適した加工機とはいえない.そこでより高い精度の加工を実現するために,空気静圧軸受を用いた直動案内を準備し,それを用いて精密加工を行う.これにより,テーブルを移動させる際の振動などの外乱を抑制することが可能になるため,より精度の高い加工を実現できると考えている.2.軸受すきま内空気流における慣性力を考慮した回転軸の安定性計算空気静圧スラスト軸受の動特性を求める際に,空気流の慣性力を考慮する手法については,移動メッシュを用いることで数値的に予測可能であることを,ほぼ示すことができた.今後は,この手法を空気静圧ジャーナル軸受に適用することによって,本研究で提案する空気静圧ジャーナル軸受によって支持された回転軸の高速安定性を,数値的に決定できる手法の確立を目指す.本年度は,小型の空気静圧軸受を用いて40万回転のスピンドルを開発することと,このような小型高速回転スピンドルにおける不釣合い除去法の確立を目指した.その結果,高速回転については,軸受すきま内を流れる空気流の慣性力を利用した安定性向上法に加え,浅い円周溝を軸受中央部に設けることにより,40万回転実現可能なスピンドルを開発することができた.また不釣合い量の除去については,除去量を正確に見積もることのできる手法として,微小径ミーリングカッタの加工深さ量を制御できる加工機を用いる方法を採用し,スピンドルの振れ量を2μm以下に抑制することができた.以上の結果より,研究としては,概ね当初の計画通り,順調に進んでいるものと判断した.
衝撃波現象の解明:生体と衝撃波についての研究

平成2年度の研究によって以下の事項を明らかにした.1)集束衝撃波の組織損傷の発生機序高出力の24ーpiece piezoーelementによるgeneratorを使用し、犬膀胱に衝撃波をフォ-カシングした.急性実験では照射部には衝撃波の圧力、照射回数に比例して出血巣が認められた.組織学的な検討ではこの変化は主に血管損傷、特に動脈壁の破綻に起因していると思われた.その本体としては動脈壁に凝固壊死所見が認められたことから、損傷発生には衝撃波によるキャビテ-ション現象の他に熱作用があることが示唆された.In vitro実験ではアルミフォイル、及び圧感作紙を用いて実験を行った.この結果、衝撃波の焦点領域周辺にはアルミフォイルを変形させるのに充分な準高圧力領域が存在し、変形の形態から従来の焦点領域の外側にもキャビテ-ションが発生していることが示された.さらに数値シミュレ-ションから高速の流れの発生していることが明らかになった.組織損傷因子として流れの発生に関してはこれはで報告がなく、さらに詳細な検討が必要と思われた.2)白色家兎膀胱にV2癌細胞を移植し上記装置を用い収束衝撃波を照射した.コントロ-ルに比べ衝撃波を照射した腫瘍は消減することは無かったが限局的な壊死に陥り衝撃波照射が腫瘍の壊死を促進することが確認された.免疫組織染色の手法を用いて組織のコラ-ゲンを染色した結果、腫瘍組織内の血管が損傷されていることが示された.この結果から、衝撃波照射により血管が損傷され、血管損傷により二次的に腫瘍の壊死が発生するものと思われた.いずれにせよ、衝撃波の照射によって固形癌が治療できる可能性が示唆された.3)電子顕微鏡による検索では衝撃波照射によって細胞内小器官の破損が確認され、組織損傷は血管損傷による二次的変化の他に細胞機能そのものに対する直接的な損傷も加味されていることが示された.平成2年度の研究によって以下の事項を明らかにした.1)集束衝撃波の組織損傷の発生機序高出力の24ーpiece piezoーelementによるgeneratorを使用し、犬膀胱に衝撃波をフォ-カシングした.急性実験では照射部には衝撃波の圧力、照射回数に比例して出血巣が認められた.組織学的な検討ではこの変化は主に血管損傷、特に動脈壁の破綻に起因していると思われた.その本体としては動脈壁に凝固壊死所見が認められたことから、損傷発生には衝撃波によるキャビテ-ション現象の他に熱作用があることが示唆された.In vitro実験ではアルミフォイル、及び圧感作紙を用いて実験を行った.この結果、衝撃波の焦点領域周辺にはアルミフォイルを変形させるのに充分な準高圧力領域が存在し、変形の形態から従来の焦点領域の外側にもキャビテ-ションが発生していることが示された.さらに数値シミュレ-ションから高速の流れの発生していることが明らかになった.組織損傷因子として流れの発生に関してはこれはで報告がなく、さらに詳細な検討が必要と思われた.2)白色家兎膀胱にV2癌細胞を移植し上記装置を用い収束衝撃波を照射した.コントロ-ルに比べ衝撃波を照射した腫瘍は消減することは無かったが限局的な壊死に陥り衝撃波照射が腫瘍の壊死を促進することが確認された.免疫組織染色の手法を用いて組織のコラ-ゲンを染色した結果、腫瘍組織内の血管が損傷されていることが示された.この結果から、衝撃波照射により血管が損傷され、血管損傷により二次的に腫瘍の壊死が発生するものと思われた.いずれにせよ、衝撃波の照射によって固形癌が治療できる可能性が示唆された.3)電子顕微鏡による検索では衝撃波照射によって細胞内小器官の破損が確認され、組織損傷は血管損傷による二次的変化の他に細胞機能そのものに対する直接的な損傷も加味されていることが示された.
グラフおよび離散群上の調和解析と確率モデルのスケーリング極限

研究課題名のもとに,離散群のケーリーグラフや距離正則グラフなど,何らかの対称性によって特徴づけられる巨大な系の統計的性質を,調和解析・表現論の方法を用いてスペクトルの漸近解析とスケーリング極限の観点から読み取るのが,本研究の大枠であった。当初の研究目的はおおむね達成されたと考える。具体的には,以下の項目に述べるような成果を得た。1.量子中心極限定理の枠組に則って,グラフの隣接作用素のスペクトル分布のスケーリング極限の計算を行った。距離正則グラフにおいては,真空状態の他にギッブス状態を導入し,特にジョンソングラフに対して低温・高次数(無限体積)の極限描像を詳しく解析した。結果はマイクスナー多項式に付随する相互作用フォック空間を用いて記述され,生成・消滅作用素の組合せ論的構造を利用して興味深い極限分布を導き出した。2.量子分解法によるグラフのスペクトル解析について,一般性を有する理論の構築を行った。相互作用フォック空間を特徴づけるパラメータと正則グラフの特性量の漸近的な値とのつながりを明らかにし,直交多項式やグリーン関数(コーシー変換)の方法を用いて,個々のスペクトル極限の計算を包括する形で極限分布を系統的に整理した。この項の成果は,東北大学の尾畑伸明氏との共同研究と密接に関わっている。3.対称群の表現の漸近挙動の1つとして,既約指標とプランシェレル測度に対するケロフの中心極限定理の量子化・精密化を行った。結果は相互作用フォック空間の枠におさまらないものであり,通常のヤンググラフを変形して生成・消滅作用素を導入した。研究課題名のもとに、グラフ上の調和解析と確率モデルにおけるスケーリング極限について、相互に密接に関連した研究を行った。グラフ上のラプラシアンのスペクトルは、グラフの構造に関する多くの情報を含んでいる。グラフのサイズが大きくなるにつれて、とくに組合せ論的な構造はどんどん煩雑になる。このような複雑な構造の漸近的・統計的特性を読み取るため、代数的確率論の枠組を用いてグラフのスペクトルのスケーリング極限を研究することが、本研究の主旨であった。今年度は、対称群やコクセター群のケーリーグラフ、ハミンググラフやジョンソングラフなどの距離正則グラフを主対象にして、中心極限定理のスケーリングを考えた研究を主に行ってきた。また、これに関連して、ヤング図形のランダムな成長と極限形状にまつわる研究にも着手した。ヤング図形のゆらぎの解析とわれわれの量子中心極限定理が関係している。今年度の最も大きな成果は、ラプラシアンの量子分解の方法がこれらの研究の展開に非常に有効であることを認識できたことであろう。ラプラシアンの量子分解を通して、われわれのグラフのスペクトル解析の研究と、直交多項式論や相互作用フォック空間上の作用素論との結びつきが、明確に見えるようになった。それは、個々のグラフのスペクトル極限の計算を包括するような一般論も視野に入ってきたことを意味する。これらのアイデアを具体化して発展させる研究が、現在進行中である。研究課題名のもとに、グラフの隣接作用素のスペクトルの漸近解析と、対称群の表現の漸近挙動について、相互に関連した研究を行った。何らかの対称性によって特徴づけられる巨大な系の漸近的・統計的性質をスケーリング極限の方法を用いて読み取るのが、われわれの研究テーマの大枠であった。本年度は、量子分解法によるグラフのスペクトル解析が進展し、ある程度一般性を有する理論の構築ができた。グラフのいろいろな特性量の漸近的な値と相互作用フォック空間のパラメータとの結びつきが、かなり具体的な形で見えるようになってきた。それは、ある種の正則グラフに対する個々のスペクトル極限の計算を包括するものである。多モードの相互作用フォック空間とのつながりについては、ところどころに端緒は見え隠れしているものの、明確な手掛かりは未だつかめていないのが現状である。

対称群の既約表現の漸近挙動に関しては、量子分解法を応用する観点から、既約指標に対する中心極限定理の非可換化(量子中心極限定理)の研究を行った。結果は相互作用フォック空間の枠にはおさまりきらないものであり、その位置づけは今後の研究課題として残っている。これは、いろいろな統計アンサンブルにおけるランダムなヤング図形のゆらぎに密接に関係する。われわれのアプローチは、代数的確率論の枠組を用いてゆらぎの精密な記述を目指すものである。ヤング図形のランダムな成長モデルに関する研究は、ランダム行列、行列式過程、自由確率論などとの関連が注目を浴びつつあり、われわれの量子分解法によるスペクトル解析の発展方向に大きな示唆を与えると考えている。研究課題名のもとに、離散群のケーリーグラフや距離正則グラフなどの対称性の高いグラフに対して、それらのスペクトルのサイズ無限大に沿う漸近挙動を調べ、いろいろな状態で測ったときのスケーリング極限の計算を実行するのが、本研究の目的であった。本年度の成果はおおよそ次の3つの項目に集約される。1.量子中心極限定理の枠組の中で、ギッブス状態に関するスペクトル分布の詳しい計算を行った。具体的には、オブザーバブルとしてジョンソングラフの隣接作用素を取って、低温・高次数のスケーリング極限を考察し、極限の描像をマイクスナー多項式に付随する相互作用フォック空間を用いて記述した。モーメントの計算のために、独自の組合せ的な方法を工夫した。2.量子分解法によるグラフのスペクトル解析についての一般的な理論の整備を行った。相互作用フォック空間を特徴づけるパラメータと正則グラフの図形的な統計量のつながりを与え、直交多項式やグリーン関数の方法を用いて、極限分布の現れ方を系統的に整理した。また、新しく興味深い例をいくつか与えた。この項の成果は、東北大学の尾畑伸明氏との共同研究に密接に関わっている。3.中心極限定理の観点から、対称群の表現とヤング図形に関する漸近的組合せ論の研究を行った。具体的には、量子確率論のアイデアを通して、対称群の既約指標とプランシェレル測度に対するケロフの中心極限定理の精密化を得た。極限描像を記述する生成・消滅作用素を定式化するため、通常のヤンググラフの変形を工夫した。
内分泌撹乱物質の処理

内分泌撹乱物質(Bisphenol.A(BPA)や17β-estradiol(E2)、Nonylphenol(NP)等)が塩阻止率99.5%以上の超低圧逆浸透膜によって効率的に分離されることは前年度までに報告した。一方、塩阻止率が55%程度と比較的低い低圧逆浸透膜については、物質にもよるが2085%程度の除去率となり、とくに酸性域でのBPAとE2の除去率はそれぞれ約20%、約60%であった。しかし、E2あるいはBPAをフルボ酸溶接(2.5mg TOC/L)、フミン酸溶液(10mg TOC/L)、下水二次処理水に添加した場合、それらの除去率は上昇し、とくにフミン酸溶液中のE2はほぼ100%除去された。一方BPAについても同時の傾向がみられたが、フミン酸溶液中のBPA除去率はBPA単独の場合(除去率約40%)と比較して約20%上昇するにとどまった。HPLCを用いて分子量分画を行ったところ、フミン酸の分子量は10,00030,000,下水二次処理水中有機物の分子量は20015,000、フルボ酸の分子量は約300であった。フミン酸は同膜によりほぼ100%除去されることから、これらの結果は環境水あるいは排水中の内分泌撹乱物質がフミン酸などの共存物質に収着され、その後膜により分離される機構を示唆されている。しかしながら、フミン酸のような有機物と内分泌撹乱物質の同時挙動については今後さらに検討する必要がある。また、内分泌撹乱物質の1種でもっとも毒性が強いダイオキシン類に関し、底質間隙水(孔径0.1μのempore diskによりろ過したもの)を対象に精密ろ過(0.2μm)による処理を試みた。処理前の供試液中のPCDD_s,PCDF_s,Co-PCB_sをあわせたダイオキシン類の毒性当量は52pg-TEQ/Lであったが、膜分離後は0.0028 TEQ/Lとなり、ほとんどのダイオキシン類がほぼ分離された。このことは底質間隙水中のダイオキシン類の多くが1μm以下の微量粒子に付着した状況にあり、粒子とともに膜分離されたことを示している。下・排水及び湖沼水等の水中の内分泌撹乱物質を高効率かつ適切に除去する処理技術として、膜分離法と化学酸化法(オゾン処理、促進酸化法)について検討するとともに、毒性低減の観点からバイオアッセイによる毒性物質の同定、処理効率の評価をおこなった。得られた結果は以下の通りである。1.各種ナノろ過膜により数種の内分泌撹乱物質の分離試験を行ったところ、高い塩阻止能を有する低圧逆浸透膜では、ビスフェノールA、ペンタクロロフェノール、17-βエストラジオール(E2)が95%以上阻止されることがわかった。ただし、E2のように若干のpH依存性を示す物質があること、塩阻止能が劣る低圧逆浸透膜のビスフェノールA阻止率は80%以下であることも同時に見出された。2.E2はオゾン処理により、フタル酸-n-ブチル(DBP)は過酸化水素併用の促進酸化処理により効率的に分解可能であることがわかった。オゾンでは分解され難いDBPに対しては、DBP分解への共存有機物質(琵琶湖水、下水二次処理水)の影響について検討した(pH7.0に調整)。DBP90%分解に必要なオゾン消費量は水によって異なり、その範囲はDOC当たり0.51.1mgL^<-1>であった。3.機器分析では未知の主要な内分泌撹乱物質を無視してしまう可能性があることに着目し、複雑な環境試料をHPLCで分離し、各フラクションをバイオアッセイに供することで環境試料中に主要な内分泌撹乱物質の存在を明らかにする手法について検討した。エストロジェン活性とAhR活性を評価するための酵母株を用いる方法を適用した結果、促進酸化法や逆浸透膜処理により、下水中のエストロジェンを分解、除去できることが明らかとなった。超低圧逆浸透膜(全芳香族ポリアミド系膜、公称のNaCl阻止率:99.7%)を用いて各種内分泌撹乱物質の膜分離(印加圧力0.3Mpa)を行ったところ、Bisphenol A、17β-estradiol、Diethyl phthalateのように100%近い阻止率が得られるものがあった。一方、Pentachlorophenolや2,4-Dichlorophenolの阻止率はpH依存性を示し、酸性域で阻止率が80%以下と低く、アルカリ域で高くなった。これらの物質のpKa値は中性付近以下にありアルカリ領域で解離していること、及び用いた膜はそのζ電位測定結果から負に帯電していることから、阻止率は溶質の解離性と膜の電位に依存すると考えられた。Nonylphenlについても同様なpH依存性を示したが、上記の膜よりは塩阻止性能が低い低圧逆浸透膜(公称のNaCl阻止率:94%)を用いた実験では、時間とともに阻止率が漸減するという他の溶質では見られない傾向を示した。この結果はNonylphenが膜への強い吸着性によることが、吸着実験の結果から明らかとなった。

酢酸やグルタミン酸ナトリウムなどの有機物質あるいは塩化カルシウムのような無機物質との共存系におけるNonylphenlの膜分離挙動について調べたところ、Nonylphenl単独系での膜分離結果との比較において阻止率が1020%上昇して95%以上を示し、しかも共存物質の濃度が高いほうが阻止率がより上昇することがわかった。Nonylphenlの場合、このような共存物質とともに挙動し同時に分離される機構があると推定された。内分泌撹乱物質(Bisphenol.A(BPA)や17β-estradiol(E2)、Nonylphenol(NP)等)が塩阻止率99.5%以上の超低圧逆浸透膜によって効率的に分離されることは前年度までに報告した。一方、塩阻止率が55%程度と比較的低い低圧逆浸透膜については、物質にもよるが2085%程度の除去率となり、とくに酸性域でのBPAとE2の除去率はそれぞれ約20%、約60%であった。しかし、E2あるいはBPAをフルボ酸溶接(2.5mg TOC/L)、フミン酸溶液(10mg TOC/L)、下水二次処理水に添加した場合、それらの除去率は上昇し、とくにフミン酸溶液中のE2はほぼ100%除去された。一方BPAについても同時の傾向がみられたが、フミン酸溶液中のBPA除去率はBPA単独の場合(除去率約40%)と比較して約20%上昇するにとどまった。HPLCを用いて分子量分画を行ったところ、フミン酸の分子量は10,00030,000,下水二次処理水中有機物の分子量は20015,000、フルボ酸の分子量は約300であった。フミン酸は同膜によりほぼ100%除去されることから、これらの結果は環境水あるいは排水中の内分泌撹乱物質がフミン酸などの共存物質に収着され、その後膜により分離される機構を示唆されている。しかしながら、フミン酸のような有機物と内分泌撹乱物質の同時挙動については今後さらに検討する必要がある。また、内分泌撹乱物質の1種でもっとも毒性が強いダイオキシン類に関し、底質間隙水(孔径0.1μのempore diskによりろ過したもの)を対象に精密ろ過(0.2μm)による処理を試みた。処理前の供試液中のPCDD_s,PCDF_s,Co-PCB_sをあわせたダイオキシン類の毒性当量は52pg-TEQ/Lであったが、膜分離後は0.0028 TEQ/Lとなり、ほとんどのダイオキシン類がほぼ分離された。このことは底質間隙水中のダイオキシン類の多くが1μm以下の微量粒子に付着した状況にあり、粒子とともに膜分離されたことを示している。
受動性輸送体タンパク質の機能調節のための膜貫通セグメントの構造と機能に関する研究

生体膜を介してイオンを透過する機能を持つヘリックス性イオンチャンネルペプチドの開発は、機能性分子創成の観点から有意義である。効率的なイオンの透過のためには、高いチャンネル形成能力を備えた一定のイオン透過構造の構築が不可欠である。近年、脂質膜中でのヘリックスの非共有結合的な会合や組織化において、極性アミノ酸残基間の相互作用の重要性が指摘されている。前年度までに、両親媒性α-ヘリックスペプチドの会合に極性アミノ酸残基問の静電的相互作用を利用することで、脂質膜中で安定な会合体を形成し、pHによって構造とイオンチャンネル活性が変化することを見いだしている。本年度は、前年度までに得られた知見をもとに、イオンチャンネル形成に対する静電的相互作用の有用性をより詳細に検討した。得られた知見として、両親媒性ヘリックスペプチド間の静電相互作用により、脂質膜に対する親和性および脂質膜中でヘリックスバンドルの中間体となるヘリックス二量体の形成が促進されることで、極めて低濃度で特異的な構造を有するイオンチャンネルが形成されることを明らかとした。また、天然のヘリックス性イオンチャンネルペプチドに同様の機能構造の導入を検討したところ、静電的なヘリックス間の相互作用には、母体となるヘリックスペプチドにヘリックス形成を誘導するペプチド配列が必要であることも明らかとなった。以上、本研究で得られたこれらの知見は、人工イオンチャンネルペプチドの構築と機能制御に有用な知見を与えるものと期待される。また、脂質膜中でのペプチドの会合状態の制御は、脂質膜中で機能するイオンチャンネル以外の人工ペプチドの研究にも展開が可能であると期待される。(抄録なし)イオンチャンネルとは生体膜を介してイオンを選択的に透過し、生体内の情報伝達を行う重要な膜タンパク質で、安定なイオン透過構造や開閉機構などの高次機能を有している。合成ペプチドを用いてこのようなイオンチャンネルを人工的にデザインすることは、機能性分子創成という観点から有意義である。イオンチャンネルをデザインする場合には、ヘリックスペプチドが母体とされることが多く、これまでに、これらの会合状態を制御し、安定なポアの構築や機能付加を試みた様々な例が報告されている。イオンチャンネルのデザインには、強いペプチドの会合性を備えた、汎用性の高いテンプレート購造の開発が求められる.本年度は、静電的相互作用によるペプチドの会合促進と、安定なイオンチャンネル形成を目指して、カチオン性およびアニオン性のヘリックスペプチドを架橋した二量体モデル化合物をデザインした。これを単量体ペプチドやホモデティックに二量化した関連ペプチドと比較することで、ペプチドの会合性やイオンチャンネル形成能力の違いを体系的に検討した。モデルペプチドの会合状態を評価したところ、ヘテロ二量体ペプチドは、分子内での静電的相互作用により安定なヘリックス構造をとり、分子内で会合することが示唆されたのに加え、イオンチャンネル活性測定の結果、単量体やホモ二量体よりも著しく低いペプチド濃度で開時間の長いイオンチャンネルの形成が観測された。さらに、ペプチドの会合に非共有結合性の静電的相互作用を用いたことで、pH依存的にペプチドの会合状態およびイオンチャンネル活性が変化することも示唆された。以上より、異なる電荷を持つヘリックス二量体は、ヘリックスペプチドの会合やイオンチャンネル形成に有利に作用し、イオンチャンネル機能を外部の条件を変えることにより変化させることができることが示唆された。
子宮内膜増殖及び癌化過程におけるras遺伝子ras関連蛋白の役割

ras遺伝子は、ヒト癌において最も多く点突然変異が報告されている癌遺伝子である。ras遺伝子によりコードされるRas蛋白は分子量21kdの低分子量GTP結合蛋白で、成長因子などの外的刺激及びヌクレオチド交換因子、GAP(GTPase activating protein)などの調節因子によりGTP型(活性型)、GDP型(不活性型)に制御されている。しかし、ras遺伝子に変異がおこると、コードされる変異型Ras蛋白はGAPの作用を受けず、その結果活性型であるGTP型が持続し下流へのシグナルが増強されると考えられている。制御機構から逸脱した変異型Ras蛋白と正常型Ras蛋白では上流からのシグナルに対する反応に違いがあることが予想される。最近、EGFなどの増殖因子を上流のシグナルとし、Grb2などのアダプター蛋白を介し、ヌクレオチド交換因子によりRas蛋白が活性化される伝達経路が明らかにされた。そこで、まずヌクレオチド交換因子との作用部位を変異させた野性型または変異型ras遺伝子をNIH3T3細胞に形質導入し、トランスフォーミング能に及ぼす影響を調べた。次にヒト癌細胞である子宮内膜癌細胞株を用い、ras遺伝子の変異の有無と細胞株の増殖因子に対する反応の違いにういて検討した。1.子宮内膜癌において、Rasの点突然変異のあるものとないものでは生物学的特性に違いがあるかどうかを調べた。線維芽細胞系でRas蛋白の活性化因子として報告されているEGFを培養液中に添加すると、野性型Ras蛋白を発現している子宮内膜癌細胞株(Ishikawa株)ではEGF刺激依存性にRas蛋白の活性化や細胞増殖促進がみられたが、変異型Ras蛋白を発現している細胞株(HHUA株、HOUA株)ではこの影響はみられず、むしろ細胞増殖は抑制される傾向にあった。この差が変異型Ras蛋白の有無に直接起因しているかどうかを確認するため、野性型及び変異型Ras cDNAをIshikawa株に形質導入したところ、前者ではEGF依存性にRasの活性化や細胞増殖促進がみられたのに対し、後者ではみられなかった。以上より野性型Ras蛋白を発現している子宮内膜癌細胞は変異Ras蛋白を発現している細胞に比べて、外因性因子の影響を受けやすいことが示唆された。上記の結果をふまえ今後は、EGF以外の細胞増殖に影響を与える因子の検索(とくに子宮内膜癌のリスク因子とされるエストロゲンや種々の脂肪酸)を行う。また最近細胞増殖因子を上流シグナルとしRasを介する細胞内情報伝達の経路が明らかになってきているが、前述の各細胞株においてEGF等外因性因子の刺激によりRasの下流に存在する因子がどう変化するかを解析する。2.各子宮内膜癌細胞株においてRas蛋白の負の調節因子とされているGAP(GTPase activating protein)やNeurofibrominの発現をウエスタンブロット法により調べ、発現量に有意差がないことを確認した。今後は、GAPcDNAを細胞株に形質導入し過剰発現させ細胞増殖能を抑制できるかどうかを解析するとともに変異型Ras遺伝子をもつ腫瘍を形成しているトランスジェニックマウスを用い、in vivoでの効果を調べる。1)Ishikawa株(以下IK株と記す)は野生型Ras、HHUA株は野生型、変異型の両方のRas蛋白を発現していることを抗Ras抗体を用いた免疫沈降法で確認した。2)IK株とHHUA株のEGF-Rの発現及び数をそれぞれ免疫沈降法とReceptor assay法で確認し両細胞株の間で差がないことを示した。その上でIK株はEGF刺激により細胞増殖やRas蛋白の活性化がおこるが、HHUA株は変化がないことを明らかにした。3)上記の変化がRasの変異の有無に寄因するものであるかを証明するために、野生型Ras蛋白を発現しているIK株に野生型Ras cDNA及び変異型Ras cDNAを形質導入した(それぞれIk Kwt株、IK K12V株と記す)。また、変異型Ras蛋白を発現しているHOUA株も解析に加えた。4)野生型Ras蛋白発現細胞株(IK,IKwt)のみでEGF刺激により細胞増殖が促進された。

5)細胞から分泌される内因性EGFやTGF-αの影響を除外するため、EGF-Rの阻害剤を培地に加え、軟寒天培地上のコロニー形成率を比較した。IK株、IK Kwt株では著明にコロニー形成が抑制され、IK K12V株では抑制率の低下を認めた。HHUA株、HOUA株では有意な抑制はおこらなかった。以上より子宮内膜癌細胞におけるEGF刺激の反応様式にはRasの変異の有無が深く関与することが示された。6)これに対し、エストロゲン及びプロゲステロンを付加すると変異の有無にかかわりなく細胞増殖は抑制された。7)6)の結果とER,PRの発現量を比較するためノザンブロット法でmRNAの発現を検討したところ、従来ER、PR陽性と報告されている子宮内膜癌細胞株においてもmRNAの発現は低いことがわかった。8)NIH3T3細胞にER,PR及び野生型、変異型Ki-Ras cDNAを形質導入した細胞株を樹立し、現在解析中である。ras遺伝子は、ヒト癌において最も多く点突然変異が報告されている癌遺伝子である。ras遺伝子によりコードされるRas蛋白は分子量21kdの低分子量GTP結合蛋白で、成長因子などの外的刺激及びヌクレオチド交換因子、GAP(GTPase activating protein)などの調節因子によりGTP型(活性型)、GDP型(不活性型)に制御されている。しかし、ras遺伝子に変異がおこると、コードされる変異型Ras蛋白はGAPの作用を受けず、その結果活性型であるGTP型が持続し下流へのシグナルが増強されると考えられている。制御機構が逸脱した変異型Ras蛋白と正常型Ras蛋白では上流からのシグナルに対する反応に違いがあることが予想される。最近、EGFなどの増殖因子を上流のシグナルとし、Grb2などのアダプター蛋白を介し、ヌクレオチド交換因子によりRas蛋白が活性化される伝達経路が明らかにされた。そこで、まずヌクレオチド交換因子との作用部位を変異させた野性型または変異型ras遺伝子をNIH3T3細胞に形質導入し、トランスフォーミング能に及ぼす影響を調べた。次にヒト癌細胞である子宮内膜癌細胞株を用い、ras遺伝子の変異の有無と細胞株の増殖因子に対する反応の違いについて検討した。
下垂体細胞の分化に関わる転写因子病の病型分類とその臨床的多様性に関する研究

下垂体前葉の器官形成過程は,口窩外胚葉からラトケ嚢の形成に始まり、最終的には下垂体前葉に特異的な5種類のホルモン産生細胞へと機能分化する。この発生、分化過程は、ラトケ嚢内で発現する種々の転写因子群のカスケード機構によって制御されており、先天性複合型下垂体機能低下症(CPHD : Combined Pituitary Hormone Deficiency)はこれら転写因子のどの異常によっても起こりうると推測される。ヒトCPHDの病因として現在まで,1)PIT1異常症,2)PROP1異常症,3)HESX1異常によるSepto-Optic Dysplasia (SOD),4)LHX3異常症が同定されているが,本邦CPHD症例ではPIT1異常症以外の報告は極めて少なく,多くのCPHD症例の病因は依然不明である。今回,CPHDの病因解析とその臨床像の確立ならびに本邦CPHDの実態を明確にすることを目的に,インフォームド・コンセントを得て集積した本邦およびロシア人のCPHD症例とSOD症例を対象としてPIT1,PROP1,HESX1,LHX3遺伝子の解析を施行した。ロシア人CPHD症例ではPROP1異常症が高頻度に検出されたが,本邦CPHD症例では遺伝子異常は検出されず,本邦にはこれら転写因子の異常によるCPHDは極めて少ないと推測された。SOD症例のHESX1遺伝子解析では、本邦およびロシア人症例ともにHESX1遺伝子異常は検出されず、HESX1はSODの主たる病因ではないと考えられた。今後,さらに下垂体発生分化に関わる新たな因子の同定や解析が必要である。また,PROP1遺伝子異常の同定されたロシア人CPHD症例の臨床的検討から,ヒトPROP1異常症はAmesマウスモデルとは異なり臨床的に幅広いスペクトラムをもつ疾患群であることが示唆された。下垂体前葉の器官形成過程は、口窩外胚葉由来のrudimentary pouchの形成に始まり、definitive pouchの形成、最終的には下垂体前葉に特異的な5種類のホルモン産生細胞へと機能分化する。ロシア人CPHD症例ではPROP1異常症が高頻度に検出されたが,本邦CPHD症例には臨床的にこれらの遺伝子異常症と極めて合致する症例においても遺伝子異常は検出されず,本邦にはこれら転写因子の異常によるCPHDは極めて少ないと推測された。また、Septo-Optic Dysplasia(SOD)症例のHESX1遺伝子解析では、本邦およびロシア人症例でもHESX1遺伝子に異常は検出されず、HESX1はSOD症候群の主たる病因ではないと考えられた。今後,下垂体発生分化に関わる新たな因子の同定や解析が必要であり,現在LHX4遺伝子の解析を進めている。今回さらに、PROP1異常症の臨床像を明確にするため,PROP1遺伝子異常の同定されたロシア人CPHD症例の臨床的再検討を施行した。その臨床的再評価から,PROP1異常症は,(1)全例がLH/FSH分泌不全を合併する。(2)GHはすべて完全欠損であるが,成長障害の程度はPIT異常症より軽症である。(3)プロラクチン、TSH欠損の程度は症例により完全欠損から不完全欠損まで多様性が存在する。(4)加齢とともにACTH分泌不全を合併する症例もある。(5)下垂体前葉のサイズは,低形成から腫大を示すものまで様々である。
アルカリ系化合物のミクロ分散による二酸化炭素高速隔離プロセスの創製

地球温暖化問題を背景に、アルカリ系化合物を用いてCO_2を選択的に高速分離し、また圧力、温度操作によってCO_2を回収するプロセスの提案、及び基礎特性に関する研究開発を行った。候補物質として選定したアルカリ系化合物による吸収、再生実験を行い、温度特性、CO_2の分圧の関係、粒径の効果、相転換の影響などを明らかにし、今後のCO2分離プロセスの基盤データとして体系化を行った。次にアルカリ系化合物の基本設計のために第一原理計算を用いたCO_2の吸着シミュレーションを行い、CO_2分離に適した基本構造の検討を行った。鉄鋼プロセスにおけるCO_2排出源は高炉のみならずコークス炉、焼結機、発電所、圧延工程などに広く分散し、その濃度、量が異なるため多角的な対応が必要である。本研究はアルカリ系化合物をベースにした新しい固体化学吸収法を提案するもので、平成21年度はCaO、KOH、K_2CO_3などの基本物質の評価を終え、BaO-TiO_2、Li_2O-TiO_2などの複合系化合物について熱力学的な検討、及びTG-DTAによってC0_2の分離、脱離実験を行った。その結果、複合系化合物の場合、水和性抑制、反応性コントロールのためには、強塩基性酸化物をTiO_2、ZrO_2等との化合物にすることが有効であることが判明した。また、これらの化合物生成に関する熱力学データが少ないため、状態図を用いて化合物のCO_2吸収反応を考察し、反応機構を明確にすることができた。総合的にSEM、XRDによる分析によって吸収物質の構造変化、使用するに適正な温度を明確にできた。また、これらの物質をSiO_2、Al_2O_3など多孔質体に担持させる方法も試みた。しかし、昇温時に焼結化を防ぐ方法の検討も必要であり、H22年度には安定化剤の添加などによる改善を施す予定である。また、充填層実験を可能にするシミュレーター装置の製作も行い、単一粒子から充填層としての評価を可能にする目途が立った。さらに密度汎関数法による平面波・疑ポテンシャル基底を用いた第一原理電子状態計算プログラムパッケージであるVASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)を用い、吸収体への吸着シミュレーション計算を一部、実施した。その結果、CaO、BaOなどのモデル物質を対象にCO_2の吸着サイトの同定、生成熱の理論的算出が可能になった。鉄鋼プロセスからのCO2排出量は我が国全体の14%に達するために、その大幅削減は緊急的課題である。また、その排出源は高炉のみならずコークス炉、焼結機、発電所、圧延工程などに広く分散し、濃度、量が異なるため多角的な対応が必要である。本研究はアルカリ系化合物をベースにした新しい固体化学吸収法を提案するもので、平成22年度は平成21年度のCaO、KOH、K2CO3などの基本物質の評価に基づき、BaO-TiO2、Li2O-TiO2などの複合系化合物について熱力学的な検討、及びTG-DTAによってCO2の分離、脱離実験、第一原理計算による吸収機構のシミュレーションを行った。複合系化合物の場合、強塩基性酸化物をTiO2、ZrO2等との化合物にすることが有効であることを多数の系で確認した。また、試料粒径、CO2分圧の影響など、工業的に展開するに重要な影響因子を明確にできた。さらに、これらの化合物生成に関する熱力学データが少ないため、状態図的な詳細な検討を行い、熱力学的なデータを整備した。この研究成果を、日本鉄鋼協会の学術雑誌ISIJ Int.に投稿し、昨年度の澤村論文賞を受賞するなど、学協会でも高い評価を受けた。充填層実験に拡張するために試料の調整方法を探索し、平成23年度に向けたマクロ的な実験の目処が得られた。上記の実験と並行して、第一原理電子状態計算プログラムであるVASPを用い、吸収体への吸着シミュレーション計算を実施した。特に、CaO、BaOなどのモデル物質を対象にCO2の吸着サイトの比較、生成熱の理論的算出を行い、第3物質添加の効果を模擬する計算を行った。この結果は実験結果とも符合し、本手法は今後の研究に非常に有効であることを確認した。鉄鋼プロセスからのCO2排出量は我が国全体の約14%に達するために、その大幅削減は緊急的課題である。また、その排出源は高炉のみならずコークス炉、焼結機、発電所、圧延工程などに広く分散し、その濃度、量が異なるため多角的な対応が必要である。本研究はアルカリ系化合物をベースにした新しい固体化学吸収法を提案するものである。平成23年度はCaO、KOH、K2CO3などの基本物質の評価に引き続いて、BaO-TiO2、Li2O-TiO2などの複合系化合物について熱力学的な検討、及びTG-DTAによってCO2の分離、脱離実験を継続して行った。

さらにLi2ZrO3を対象に、Liイオンの移動速度向上を図るために、B2O3を添加した資料の吸収実験を行い、その添加効果について結晶構造的解析を行った。その結果、正方晶Li2ZrO3は単傾晶Li2ZrO3に比べて表面積が100倍程度大きく、このことが吸収、吸着挙動に優位な影響を与えていることが判明した。また、Li2CO3系融体の生成によって粒子焼結が進行し、CO2繰り返し特性が低下することも明らかになった。このように、昨年度の成果に加え、複合系化合物の場合、強塩基性酸化物をTiO2、ZrO2等との化合物にすることが有効であることを多数の系、条件で確認した。また、試料粒径、焼結化CO2分圧の影響、最適温度の同定など、工業的に展開するに重要な影響因子、課題を明確にできた。上記の実験と並行して、第一原理電子状態計算プログラムであるVASPを用い、吸収体への吸着シミュレーション計算を実施した。特に、Li2ZrO3表面には多数のCO2分子を吸着可能であり、また吸着CO2分子にさらに多分子吸着が生じる可能性も明らかになった。これらの結果はLi2ZrO3の吸着実験結果とも符合し、本手法は今後の研究に非常に有効であることを確認した。
肩複合体の生体力学的研究

種々の運動において肩複合体を構成する上腕骨および肩甲骨がどの様な3次元運動を行うか、またこの運動の発生には各筋がどの様に協調して働くかを運動学的デ-タと筋電図を用いて次のような方法により解析した。1)肩甲骨と上腕骨の3次元運動および筋電図の同時計測前額面、矢状面、肩甲骨面における挙上運動について実験を行い、肩甲骨と上腕骨の3次元運動デ-タおよび三角筋、僧帽筋、上腕2頭筋、前鋸筋等の筋電図デ-タを収集した。この結果、肩甲骨と上腕骨の挙上量の比は従来より言われているように挙上の初期では上腕骨がより大きく動くが、挙上と共にかなり変化することが判明した。また前方挙上や肩甲骨動の挙上に比べて外転では運動パタ-ンは大きく異なり、力学的にも困難な運動であることが示された。肩に疾患のある場合についても実験を行ったが、外転の制限が多くの例で観察された。また本計測は疾患の定量的な評価や手術およびリハビリテ-ションの評価にも有用であると考えられた。2)投球動作の実験実験の結果、体幹に対する上腕骨の3次元的角度により投球動作の4相を識別することができた。熟練者と非熟練者ではそのパタ-ン特に上腕骨の回旋と筋電図パタ-ンに大きな相違が見られた。3)死体標本を用いた実験死体標本を用いて最大循環運動時の可動域と上腕骨の回旋量を調べた結果、両者にはほぼ比例関係があることが分かった。言い替えれば拘縮により回旋が制限されれば可動域も減少する。このことは関節に付着する靭帯や筋の動きからも合理的な説明ができる。1.肩複合体の3次元運動および筋電図計測システムの製作上腕骨に肩甲骨も加えた肩複合体の3次元運動および筋電図計測システムを製作した。運動計測には磁気センサを用いた。肩甲骨の動きを計測するために、センサを固定した特殊な装具を手に装着しその手で肩甲棘を把持して肩甲骨の動きを追跡する方法を取った。この方法は肩の運動をそれほど束縛せず、同一の験者が実験を行えば再現性もある。これらの運動と筋電図の情報をパ-ソナルコンピュ-タに取り込み、体幹と肩甲骨、体幹と上腕骨および肩甲骨と上腕骨などの相対運動を座標変換計算して表示した。また運動に関連する筋の筋電図より、運動と同期した各筋の活動状態を表示するようにした。2.実験によるデ-タの収集上記の計測システムを用いて実際の肩の運動を計測し、デ-タを収集した。具体的には前方挙上、外転(側方挙上)、肩甲骨面挙上等の運動を対象とし、無負荷と負荷(2Kg)の条件で実験した。この結果、前方挙上では外転に比べて肩甲上腕関節の運動が先行し関節の安定性と挙上に関して有利であること。また外転では伸展方向の運動を伴うためより大きな可動域を必要とすること、さらに負荷時には無負荷時に比べて挙上の初期に肩甲骨がより多く回転することなどが明らかになった。1)挙上運動の実験平成2年度に引き続いて基本的なデ-タを得るために健常者を対象として、前額面、矢状面、肩甲骨面における挙上運動について実験を行い、肩甲骨と上腕肩の3次元運動デ-タおよび三角筋、僧帽筋、上腕2頭筋、前鋸筋等の節電図デ-タを収集した。

この結果、肩甲骨と上腕骨の挙上量の比は従来より言われているように挙上の初期では上腕骨がより大きく動くが、挙上と共にかなり変化することが判明した。また前方挙上や肩甲骨面の挙上に比べて外転では運動パタ-ンは大きく異なり、力学的にも困難な運動であることが示された。肩に疾患のある場合についても実験を行ったが、外転の制限が多くの例で観察された。これとは別に体幹に対して種々の角度で挙上運動を行った時の、上腕骨の回旋量を計測した。この結果、前額面より60度から70度前方の面での挙上が、回旋運動が生じないで靭帯を含む関節包や腱板に負担をかけないことが分かった。また疾患例の実験より本計測は疾患の定量的な評価や手術およびリハビリテ-ションの評価にも有用であると考えられた。2)肩複合体の生体力学的解析上記の挙上運動の実験、さらに投球動作の実験および死体標本による実験の結果を生体力学的な観点から解析した。