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高齢マウス肺の生理的老化と肺気腫形成にアドレノメデュリンが与える効果に関する検討

22ヶ月齢の高齢AM遺伝子改変マウス(OldAM-KO)およびその同腹子、コントロールとして12週齢のAM遺伝子改変マウス(YoungAM-KO)およびその同腹子を準備し、それぞれにおける肺機能、組織学的変化を検討した。まず肺機能については、Oldmiceにおける残気量(RV),残気率(RV/TLC)の有意な増加が認められた。一方、組織学的な検討の結果、平均肺胞間距離(Lm)がOldmiceにおいて有意に長く、肺胞面積や破壊指数(DI)については有意な差を認めなかった。いずれもAM遺伝子改変の有無とは関連を見出せなかった。以上の結果から、高齢化により、肺の弾性収縮力が低下してエアートラッピングを生じさせる結果、残気量の増加やLmの増加を来たしているが、肺胞の破壊という点では高齢化の影響は少ないものと判断された。高齢マウスとして22ヶ月齢のAM遺伝子改変マウス(old AM-KO)およびその同腹子、コントロールとして12週齢のAM遺伝子改変マウス(Young AM-KO)およびその同腹子を準備し、それぞれにおける肺機能、組織学的変化を検討した。まず肺機能については、Old miceにおける残気量(RV),残気率(RV/TLC}の有意な増加が認められた。一方、組織学的な検討の結果、平均肺胞間距離(Lm)がOld miceにおいて有意に長く、肺胞面積や破壊指数(DI)については有意な差を認めなかった。つまり、高齢化のみでは肺は形態学的に肺気腫の形態を示さず、むしろ末梢の気腔のみが拡大した「老人肺」の所見を示すことが示された。同様のことはKlothマウスを用いたわれわれの検討においてもすでに裏付けられている(lshii M., H.Yamamoto, et al.J Gernotol A Biol Sci Med Sci.2008;63:1289-1298)。以上から、この高齢マウスに対する慢性喫煙負荷を行うことで老人肺ではなく肺気腫が形成されること、さらにその肺気腫形成にadren omedullinが抑制的に働くとすればきわめて画期的であり、「老いても肺気腫にはなりにくい」治療法の開発につながる独創的、萌芽的な研究結果を提示しうるものと考えられた。現在、上記の方法でさらに検討中をすすめているところである。高齢マウスとして22ヶ月齢の酬遺伝子改変マウス(Old AM-KO)およびその同腹子、コントロールとして12週齢のAM遺伝子改変マウス(Young AM-KO)およびその同腹子を準備し、それぞれにおける肺機能、組織学的変化を検討した。まず肺機能については、Old miceにおける残気量(RV),残気率(RV/TLC)の有意な増加が認められた。同様のことはKlothマウスを用いたわれわれの検討においてもすでに裏付けられている(Ishii M, H.Yamamoto, et al.J Gerontol A Biol Sci Med Sci.2008;63:1289-1298)。以上から、この高齢マウスに対する慢性喫煙負荷を行うことで老人肺ではなく肺気腫が形成されること、さらにその肺気腫形成にadrenomedullinが抑制的に働くとすればきわめて画期的であり、「老いても肺気腫にはなりにくい」治療法の開発につながる独創的、萌芽的な研究結果を提示しうるものと考えられた。高齢マウスとして22ヶ月齢のAM遺伝子改変マウス(Old AM-KO)およびその同腹子、コントロールとして12週齢のAM遺伝子改変マウス(Young AM-KO)およびその同腹子を準備し、それぞれにおける肺機能、組織学的変化を検討した。

まず肺機能については、Old miceにおける残気量(RV),残気率(RV/TLC)の有意な増加が認められた。一方、組織学的な検討の結果、平均肺胞間距離(Lm)がOld miceにおいて有意に長く、肺胞面積や破壊指数(DI)については有意な差を認めなかった。いずれもAM遺伝子改変の有無とは関連を見出せなかった。以上の結果から、高齢化により、肺の弾性収縮力が低下してエアートラッピングを生じさせる結果、残気量の増加やLmの増加を来たしているが、肺胞の破壊という点では高齢化の影響は少ないものと判断された。つまり、高齢化のみでは肺は形態学的に肺気腫の形態を示さず、むしろ末梢の気腔のみが拡大した「老人肺」の所見を示すことが示された。この機序について、肺胞上皮細胞のapoptosisがOld miceにおける気腔の拡大に関与している可能性を考え、TUNEL染色による免疫組織化学的検討を行った。しかし、Old miceとYoung miceの間で有意な差は得られなかった。したがって、今回のマウスモデルにおいてはapoptosis以外の機序で「老人肺」気腔の拡大が生じることが間接的に示された。肺胞の破壊を伴わない気腔拡大の原因としては、何らかの原因によるauto PEEPの存在などが想定されるが、詳細については今後の研究課題となった。現在、上記の方法でさらに検討中をすすめているところであるが、肺組織の形態解析は順調に進み、ほぼ評価を完了した。24年度が最終年度であるため、記入しない。採取肺の一部については凍結検体としており、今後、遺伝子の発現や蛋白の発現を検討するために、免疫染色やRT-PCR、ウエスタンブロットなどに供し、これらを比較検討する予定である(山本、山口が担当)。また気管支肺胞洗浄液中の遊離細胞100000個に対する活性酸素産生量を測定して比較検討する。残余の洗浄液はElastase activity、glutathione content、oxidized glutathione(GSSG)などの測定に供するまで-80°Cに保存する。採血検体は血清分離を行った上で測定に供するまで-80°Cに保存しているので、今後各種メディエーターの測定などに供する。
咬合刺激低下歯に矯正力を加えた際に生じる虚血障害のメカニズム解明とその予防

矯正臨床において、咬合刺激低下歯に急激に矯正力を加えると歯根吸収や骨性癒着、歯髄壊死が生じる。これまでわれわれは咬合刺激低下歯に対する歯の移動を行った際、血管系に与える影響を明らかとし、歯根膜における虚血障害を提言してきた。その詳細なメカニズムは明らかとなっておらず、本研究において、虚血障害時のアシドーシスにおいて、プロトンセンサーGPR4がcAMPをセカンドメッセンジャーとして骨破壊に関与していることが示唆された。また歯根膜組織の虚血障害における組織修復にLIPUSが有用であることが示唆された。矯正臨床において、咬合刺激低下歯に急激に矯正力を加えると歯根吸収や骨性癒着、歯髄壊死が生じることが知られているが、その詳細なメカニズムについては明らかにされていない。これまでわれわれは咬合刺激低下歯に対する歯の移動を行った際、正常咬合歯とは異なる移動様相を呈しCD31・VEGF-A・VEGFR-2の発現など血管系に影響を与えることを明らかとし、歯根膜においてさらなる虚血障害が起っていることを提言してきた。また歯の移動開始後、経時的に血管内皮細胞(CD31陽性細胞)だけでなく他の歯根膜細胞にもVEGF-A・VEGFR-2の発現が多く認められ、VEGFR-2陽性細胞が形成・修復過程に何らかの役割を担っていることも示唆された。しかし、その詳細なメカニズムは不明であり、矯正力による違いや、組織障害、またその修復過程は明らかとなっていない。VEGFによるVEGFR-2誘導に着目した歯根膜組織の再生、修復機構を明らかにするため、ヒト・テロメアーゼ遺伝子を安定発現させた不死化歯根膜細胞クローン細胞を作製しているが、設定条件が安定せず難儀を要している。条件が安定し次第、研究実施計画書に準じて解析を行う予定である。また以前よりわれわれの実験モデルとして用いているラット咬合刺激低下モデルを用い、12週齢より2週間咬合刺激を低下させ、その廃用性変化に対する組織賦活化を目的にLIPUSを2週間照射し組織学的変化、放射線学的変化の解析を行った。今後実験的歯の移動を行い同様の解析を進める予定である。矯正臨床において未だ明らかとなっていない咬合刺激低下歯の矯正学的移動で生じる組織障害の機序の解明、分子生物学的手法を用いて、その分子機構の理解の下での、予防法、処置法が明らかになれば、歯科矯正分野における新たな治療法確立への一助となるであろう。これまでわれわれはラット臼歯の咬合刺激を低下後、矯正力を用いて移動する実験系において、咬合刺激の低下が歯根膜における退行性変化をもたらし、咬合刺激低下歯を矯正力を用いて移動した場合、正常咬合歯とは異なる移動様相を呈しCD31・VEGF-A・VEGFR-2の発現に影響を与えることを明らかとしてきた。しかし歯根膜組織の修復・再生過程においては血管新生に関し、血管内皮細胞へのVEGF-A・VEGFR-2の関与や他組織での未分化幹様細胞への発現は報告があるが、その他の歯根膜細胞への関与は報告されていない。そこで本研究では、1VEGFによるVEGFR-2誘導に着目した、歯根膜組織の再生・修復機構の解明、2咬合刺激低下歯に対する適切な矯正力の検討、3分子生物学手法を用いた咬合刺激低下歯における虚血障害の予防、という3点について細胞培養実験、疾患動物モデルを用いて研究計画の立案を行った。1についてヒト・テロメラーゼ遺伝子(hTERT遺伝子)を安定発現させた不死化歯根膜細胞クローン細胞の作製を試みたが、思うような結果が得られなかったため、歯根膜細胞を継代培養し3,4世代を用い実験を行った。23に関しては、以前よりわれわれの実験モデルとして用いているラット咬合刺激低下モデルを用い12週齢より2週間咬合刺激を低下させ、LIPUSを用いて咬合刺激低下に対する賦活効果を検証した。評価方法として、micro-CTを用いた歯根膜、歯槽骨の形態学的評価、免疫染色、PCRによる炎症性サイトカイン、骨発現マーカーによる組織学的、生化学的評価を行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。歯根膜はさまざまな細胞の集合体であることから、これまで初代培養の歯根膜細胞を用いた研究では、歯根膜サンプルや実験によって、安定した実験データを得ることが困難となり、1歯根膜クローン細胞株の必要性、2継代数による細胞特性の変化、という実験上の課題があった。そこで、本研究のために、人為的に、ヒト・テロメラーゼ遺伝子(hTERT遺伝子)を安定発現させた不死化歯根膜細胞クローン細胞をはじめに作製することとしたが、設定条件が安定せず、不死化歯根膜細胞クローン細胞の作製に難儀を要しているため。歯科矯正学不死か歯根膜クローン細胞の作製が難航するようであれば、歯根膜細胞を継代培養し、3、4世代を使用することとする。

そして、VEGF-Aを添加した条件で培養し、VEGFR-2の発現量と、細胞分化の過程について検討する。方法としては、蛍光抗体法による培養細胞の免疫染色と、リアルタイムPCRによるmRNAの発現量の定量化や、イムノブロッディング法によるタンパク質の発現量の評価を行う。26年度が最終年度であるため、記入しない。
犯罪論における身分犯の取扱いに関する包括的検討

2018年度は、主として、オーストリア刑法理論に関する資料を収集し、オーストリア刑法14条とその基礎にある理論について検討を行った。その結果、オーストリアにおいては、その不法が行為者に一定の身分が存在していることに依存しているような犯罪(不法身分犯)が、身分がどのようなメカニズムのもとで不法に影響を及ぼすのか(不法発生機序)という点で(基本的には)2つの類型に区別されるという考え方が広く共有されており、また、その不法に影響を及ぼすメカニズムの相違に基づいて、身分を備えていない関与者の罪責への影響についても相違が生ずると考えられているということが明らかとなった。こうした考え方は、わが国における身分犯論においても妥当するものであると解されるものの、わが国においてはほとんど意識的に論じられてこなかったのが実情ある。さらに、上記のような不法身分犯の不法発生機序をめぐる理論からは、正犯論および共犯論において重要な帰結をもたらすことが明らかとなった。具体的には、第一に、通説によれば、非身分者による身分犯の間接正犯は成立し得ないとされてきたが、それが成立し得る身分犯とそれが成立し得ない身分犯とが併存するということが明らかとなった。第二に、従来の有力な見解によれば、不法身分犯の実現に共犯として関与した非身分者は、正犯(共同正犯の場合には共同正犯者のうちの誰か一人)に身分が存在していれば、刑法65条1項を通じて、当該不法身分犯の共犯としての構成要件該当性を備える(不法身分の連帯的作用)と考えられてきたが、むしろ不法身分が非身分者に対して連帯的に作用するためには、正犯に身分が存在しているというだけでなく、当該不法身分犯の類型に応じた、固有の不法が生ぜしめられるに足る方法で身分者が関与することまでが必要であり、その意味で、刑法65条1項には内在的制約が存在するということが明らかとなった。当初の研究計画との関係において多少の前後はあったものの、本研究の基礎となる理論の構築が概ね完了したため。最終年度である2019年度は、2018年度までの研究によって構築した理論から、具体的にどのような帰結が導かれるのかについて各論的な検討を行い、本研究の完成を図る。
DNA多型解析による父子判定と高等霊長類の繁殖戦略

霊長類の多くの種では複数のオスと複数のメスが乱婚的な繁殖集団を形成する。母と子の関係は出産後の哺育行動から明らかであるが父親については全く解らなかった。そこでチンパンジーやニホンザル等の高等霊長類について、PCR法を用いたDNA多型解析による父子判定法の確立と野生群、飼育群への応用を目的とした。チンパンジーを一時的にせよ捕獲し血液を採取する事は全く不可能なので、繊維質の食物を与えたときに吐き出すシガミカスに含まれる口腔内細胞、体毛、糞表面の腸管細胞を分析試料としDNAを増幅し分析する方法を選んだ。チンパンジーおよびニホンザルのDNAを制限酵素MboIで切断し150-350bp分画をベクターに組み込み大腸菌にトランスフォームした。化学的に合成したGTリピートをプローブとしてGTジヌクレオチドリピートを含むDNA領域をクローン化し、塩基配列を決定してPCR法のためのプライマーを合成した。チンパンジーで得られた15のプライマーセットの内6セットが多型を示ししかもその内3セットはきわめて高い多型性を示した。熊本県の三和化学研究所のチンパンジー繁殖飼育群で1983年以来生まれた49頭の個体の父親を決定した。1)オスの順位と残した子どもの数にある程度相関がある事、2)メスとオスとの永続的なペアー関係はない事、3)オスは9才くらいから子どもを残せる事等を明らかにした。ついでギニア国ボッソーの野生チンパンジーについて調べ群れ外オスとの間で子どもを残した例、またタンザニア国マハレの野生チンパンジーで観察者が母子と信じてきたメス2頭の間に血縁が無い事等を明らかにした。ニホンザルでも幸島の野生群で糞表面から採取した試料で父子判定が可能である事が解り現在分析中である。血縁選択説の提唱以来、動物の社会進化の研究において、血縁関係の把握が最も重最な課題となっている。しかしチンパンジ-など多くの高等霊長類では乱婚型の配偶を行なう種が多く、父子関係は全く不明のままであった。本研究においては、チンパンジ-やピグミ-チンパンジ-を初めとする霊長類で、種々のDNA多型解析法を応用し父子判定を行ない、霊長類の進化と繁殖構造の進化を明らかにするとともに、われわれに最も近いチンパンジ-の血縁認識について考察する。ごく最近、ヒトの遺伝子上でGT(グアニン、チミン)を単位とした反復配列が頻度高く存在し、その反復数に多型性のあることが報告されている。チンパンジ-のゲノムでGT反復配列を含むDNA領域を探索し、15種類の領域について塩基配列を決定し、プライマ-を合成PCR法の適用をはかったところ、そのうち7種類のものが有効であることが判った。この方法を熊本県にある三和化学のチンパンジ-コロニ-に応用し、群飼育ゆえにいままで不明であった計24頭の父親を同定することができた。さらにタンザニア国マハレ国立公園の野生チンパンジ-、ザィ-ル国ワンバのピグミ-チンパンジ-について、現地にて収集し、アルコ-ルに浸漬し持ち帰ったサトウキビ等の繊維質食物の「しがみかす」を用い、その中の口腔内細胞を出発試料とする方法で分析を開始した。同野生チンパンジ-の長年にわたる観察結果と比較し、オスの社会順位と残したこどもの数、あるいはコドモの誕生日から受胎日を逆算しその前後の交尾行動等を含め考察する。今年購入したハイブリダイゼ-ションは、フィンガ-プリント法による分析とGT反復配列発見のためのコロニ-ハイブリダイザ-ションの際に使用、カメラ及びレンズは、チンパンジ-の行動記録のため用いた。

霊長類の多くの種では複数のオスと複数のメスが乱婚的な繁殖集団を形成する。母と子の関係は出産後の哺育行動から明らかであるが父親については行動記録から全く解らなかった。そこでチンパンジー等の高等霊長類について、DNA多型の解析による父子判定法の確立と野生群、飼育群への応用を目的とした。チンパンジーを一時的にせよ捕獲し血液を採取する事は全く不可能なので、繊維質の食物を与えたときに吐き出すシガミカスに含まれる口腔内細胞、体毛、糞表面の腸管細胞を分析試料としPCR法によりDNAを増幅し分析する方法を選んだ。チンパンジーのDNAを制限酵素MboIで切断し、150-350bp分画をベクターに組み込み大腸菌にトランスフォームした。化学的に合成したGTリピートをプローブとしてGTジヌクレオチドリピートを含むDNA領域をクローン化し、塩基配列を決定してPCR法のためのプライマーを合成した。得られた15のプライマーセットの内6セットが多型を示ししかもその内3セットはきわめて高い多型性を示した。熊本県の三和化学研究所のチンパンジー繁殖飼育群で1983年以来生まれた49頭の個体の父親を決定し、1)オスの順位と残した子どもの数にある程度相関がある事、2)メスとオスとの永続的なペアー関係はない事、3)オスは9才くらいから子どもを残せる事等を明らかにした。ついでギニア国ボッソーの野生チンパンジーについて調べ群れ外オスとの間で子どもを残した例、またタンザニア国マハレの野生チンパンジーで観察者が母子と信じてきたメス2頭の間に血縁が無い事等を明らかにした。
新しい完全静脈麻酔法の全自動化に関する臨床薬動力学的研究

新しい薬動力学の指標として双スペクトラル解析脳波(BIS)を用いて、全自動化の基礎データを集積しえた。麻酔導入および麻酔維持、覚醒の各臨床時点におけるBIS値と麻酔薬血中濃度を比較して、至適麻酔深度におけるBIS値と麻酔薬血中濃度との関係を明らかにした。プロポフォール、フェンタニール麻酔導入において麻酔導入における意識消失は、BIS値65でプロポフォール血中濃度は7.2mcg/mlであり、睫毛反射消失は、BIS値61でプロポフォール血中濃度は7.8mcg/mlであった。麻酔維持は、BIS値50-60であり、プロポフォール血中濃度は3-3.5mcg/mlであった。覚醒時、意識回復はBIS値76、プロポフォール血中濃度2.5mcg/mlであり、睫毛反射回復はBIS値76.5、プロポフォール血中濃度2.5mcg/mlであった。見当識が完全に回復するには、BIS値85.4で、プロポフォール血中濃度が1.8mcg/mlまでの低下が必要であることが判明した。成人患者ばかりでなく、小児に対する検討も行い、小児では適切な麻酔維持にはプロポフォール血中濃度が2.5-3mcg/ml必要であることが判明した。手術麻酔侵襲に対する検討では、気管内挿管時の侵襲を取り上げ、気管内挿管前後で有意な循環動態の変化があるいもかかわらず、BIS値の変化は45から51で、有意な変化は観察されず、循環動態の変化のみでは適切な麻酔深度の把握は不可能であることを証明した。BISを基礎とした全自動システムの実現に必要なデータを集積し終え、これらの基礎データをデータベースとしてコンピュータへの取り込みとソフト開発に着手する予定である。手術中患者の麻酔深度をモニターする試みは、これまで種々なされてきたが、臨床現場で使用にたえるものは現在までなかった。Aspect Medical Systems社で開発されたBispectral Index(BIS)は、processed EEGであり、脳における各種麻酔薬効果のモニターとして非常に有用であることが確かめられている。このBISを基礎として、プロポフォール、フェンタニール、ケタミンを用いた全静脈麻酔(PFK)法の全自動化に関する臨床薬動力学的研究を行った。60人の患者に対象にして行った結果、麻酔導入では、プロポロォ-ル30mg/kgの速度で、128【.+-。】18秒でBISは40以下となり意識が消失した。この時のプロポフォール血中濃度は4.5【.+-。】0.8μg/m1であった。これにフェンタニール2μg/kgを併用すると、108【.+-。】12秒でBISは40以下となり同じく意識が消失した。この時のプロポフォール血中濃度は2.8【.+-。】0.6μg/m1であった。麻酔維持に関しては、ケタミン使用時はBISに信頼性はないといわれていたが、今回の研究結果から0.5mg/kg/hまでの持続投与速度での併用であればBISに有意な影響は及ぼさいことが判明した。麻酔覚醒に関してもBISは臨床所見やプロポフォール血中濃度と良好に相関した。術中はBISは60以下である必要があり、BISが80をこえると麻酔から覚醒することが明確となった。PFK全自動化にむけての信頼性のある基礎データが得られた。

プロポフォール、フェンタニール麻酔導入において麻酔導入における意識消失は、BIS値65でプロポフォール血中濃度は7.2mcg/m1であり、睫毛反射消失は、BIS値61でプロポフォール血中濃度は7.8mcg/mlであった。麻酔維持は、BIS値50-60であり、プロポフォール血中濃度は3-3.5mcg/mlであった。覚醒時、意識回復はBIS値76、プロポフォール血中濃度2.5mcg/mlであり、睫毛反射回復はBIS値76.5、プロポフォール血中濃度2.5mcg/mlであった。見当識が完全に回復するには、BIS値85.4で、プロポフォール血中濃度が1.8mcg/mlまでの低下が必要であることが判明した。成人患者ばかりでなく、小児に対する検討も行い、小児では適切な麻酔維持にはプロポフォール血中濃度が2.5-3mcg/ml必要であることが判明した。手術麻酔侵襲に対する検討では、気管内挿管時の侵襲を取り上げ、気管内挿管前後で有意な循環動態の変化があるにもかかわらず、BIS値の変化は45から51で、有意な変化は観察されず、循環動態の変化のみでは適切な麻酔深度の把握は不可能であることを証明した。BISを基礎とした全自動システムの実現に必要なデータを集積し終え、これらの基礎データをデータベースとしてコンピュータへの取り込みとソフト開発に着手する予定である。
脳内異物解毒機構の変動に基づく適正な脳精神疾患薬物治療戦略の構築

平成30年度は、精神疾患モデル動物における異物解毒機構の解明を目指したが、モデルの妥当性の証明が難しく、モデルの作製とともに平成29年度から引き続き行っているラットでのカイニン酸(KA)誘発性のてんかん発作がラット脳異物解毒機構に及ぼす影響について検討した。脳に多く存在する多価不飽和脂肪酸は細胞膜の主要な構成成分であり、かつ、種々のシグナル伝達物質の前駆体でもある。脳での主要な不飽和脂肪酸であるアラキドン酸はシトクロムP450(CYP)2Jでも代謝される。そこで、ラット脳内におけるCYP2J3の発現と、てんかんによるCYP2J3の発現変動について検討した。その結果、CYP2J3 mRNA発現量は、てんかん発作により、皮質と海馬で低下することが明らかになった。さらにCYP2J3のオルソログであるヒトCYP2J2の指標活性であるアステミゾールO-脱メチル化酵素活性は、てんかん発作によりラット皮質、海馬で低下した。炎症性サイトカインが、KA誘発性のてんかん発作モデルラットの皮質と海馬において増加することが報告されている。従って、てんかん発作の伝播とCYP2J3の減少は関連していると考えられた。また、多価不飽和脂肪酸は、アルツハイマー病やうつ病の患者の脳内での存在量が低下していると報告されている。臨床で使用されているマルチキナーゼ阻害薬はCYP2Jにより代謝されるものがあるため、マルチキナーゼ阻害薬のCYP2J2に対する阻害作用を明らかにすることを目的に検討を行った。その結果、アステミゾールO-脱メチル化酵素活性はアパチニブ、モテサニブ、バタラニブなどにより強く阻害されることを明らかにした。これらの薬物でCYP2J2を阻害することで、組織におけるアラキドン酸濃度が上昇する可能性があると考えられる。ラットでのカイニン酸(KA)誘発性のてんかん発作は、ヒトの側頭葉てんかんで認められる神経細胞の傷害パターンと類似していることから、ヒトの側頭葉てんかんモデルとして多くの研究者によって使用されている。そこで本年度は、KA誘発性のてんかん発作がラット脳異物解毒機構に及ぼす影響と、てんかん治療薬が脳異物解毒機構に及ぼす影響の2点を明らかにすることを目的とした。7週齢の雄性Sprague-DawleyラットにKA(10 mg/kg)を単回腹腔内投与後、行動観察を行い、てんかん発作の有無をステージ分類により判定した。ステージ4(立ち上がり)または5(立ち上がり後、転倒)が10分以上持続したラットをてんかん重積状態(SE)群とし、てんかん発作の症状を全く示さなかったラットを無反応(NR)群とした。KA投与24時間後に小脳、皮質、海馬、線条体、視床を摘出した。酸化ストレスマーカーであるHeme oxygenase-1(HO-1)と、異物解毒機構で主要な役割を担う薬物代謝酵素の発現量を定量した。KA誘発性のてんかん発作により、主に皮質および海馬で酸化ストレスが惹起されたと示された。UDP-グルクロン酸転移酵素(UGT)1A1は、SE群の皮質や海馬で有意に増加した。UGT1A6は、皮質でSE群およびNR群ともに有意に増加した。脳内で主に検出可能なチトクロムP450(CYP)はCYP2Dであったため、CYP2Dに絞って検討したところ、一部の脳部位でCYP2Dの発現変動が認められた。これより、てんかん発作によって脳部位特異的に薬物代謝酵素の発現が変動することが明らかとなった。てんかん治療薬として汎用されるバルプロ酸をラットに7日間連続経口投与したところ、UGT1A1やUGT1A6の発現量は、一部の脳部位で有意に変動した。しかし、その発現変動メカニズムまでは明らかにすることができなかった。てんかん発作やてんかん治療薬による異物解毒機構の発現変動メカニズムについて検討したが、詳細は明らかにできなかった。しかし、来年度検討を予定している細胞内へのイオン流入と異物解毒機構の発現変動は関連している可能性があるため、来年度の検討を行った上で、この発現変動メカニズムについて結論づける予定である。おおむね平成28年度に実施予定であった検討は実施した。平成28年度に、カイニン酸(KA)誘発性のてんかん発作によりラットシトクロムP450 2D4が一部の脳部位で減少することを明らかにしたが、本年度は、まず、このメカニズムの解明を目的に検討を進めた。その結果、てんかん発作によるCYP2D4の発現抑制は、核内octamer transcription factor 1のタンパク質量が減少し、かつ、octamer transcription factor 1のCYP2D4応答配列への結合がyin yang-1により阻害されたことで生じたと考えられた。てんかん発作は、神経細胞へのナトリウムイオンやカリウムイオンの流入による異常興奮が一因として誘発される。そこで、本年度は、培養細胞に細胞内カルシウムイオン濃度を変動させる種々の化合物を曝露し、薬物代謝酵素の発現変動を明らかにすることを目的とした。平成28年度の結果より、特に発現変動が大きかったUGT1A6に焦点を絞って実験を行った。その結果、小胞体内へカルシウムイオンを取り込むSarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPaseの阻害薬であるタプシガルギンとシクロピアゾン酸により、UGT1A6 mRNAは有意に減少した。カルシウムイオノフォアのA23187によりUGT1A6 mRNA発現量は減少したが、キレート薬であるBAPTA-AMによっては変動しなかった。

また、平成28年度にラットin vivoでの実験で使用したてんかん治療薬のジアゼパムをヒト由来の培養細胞に曝露したところ、UGT1A1、UGT1A6ともに発現量の減少が認められた。ラットでは、KA誘発性のてんかん発作後にジアゼパムを投与するとUGT1A1の増加率は低下したため、種差を考慮する必要はあるが、てんかん治療薬はてんかん発作により生じたUGT1A1の発現誘導を抑制する可能性があると考えられる。平成29年度に実施予定であった検討はおおむね実施できた。神経細胞における過剰興奮の要因と異物代謝酵素の発現変動の関連についてであるが、細胞内へのカルシウムイオン流入について検討した。また、てんかん治療薬による異物解毒機構の発現変動については、平成28年度に実施したラットでの実験結果をふまえてジアゼパムを用いて実施した。平成30年度は、精神疾患モデル動物における異物解毒機構の解明を目指したが、モデルの妥当性の証明が難しく、モデルの作製とともに平成29年度から引き続き行っているラットでのカイニン酸(KA)誘発性のてんかん発作がラット脳異物解毒機構に及ぼす影響について検討した。脳に多く存在する多価不飽和脂肪酸は細胞膜の主要な構成成分であり、かつ、種々のシグナル伝達物質の前駆体でもある。脳での主要な不飽和脂肪酸であるアラキドン酸はシトクロムP450(CYP)2Jでも代謝される。そこで、ラット脳内におけるCYP2J3の発現と、てんかんによるCYP2J3の発現変動について検討した。その結果、CYP2J3 mRNA発現量は、てんかん発作により、皮質と海馬で低下することが明らかになった。さらにCYP2J3のオルソログであるヒトCYP2J2の指標活性であるアステミゾールO-脱メチル化酵素活性は、てんかん発作によりラット皮質、海馬で低下した。炎症性サイトカインが、KA誘発性のてんかん発作モデルラットの皮質と海馬において増加することが報告されている。従って、てんかん発作の伝播とCYP2J3の減少は関連していると考えられた。また、多価不飽和脂肪酸は、アルツハイマー病やうつ病の患者の脳内での存在量が低下していると報告されている。臨床で使用されているマルチキナーゼ阻害薬はCYP2Jにより代謝されるものがあるため、マルチキナーゼ阻害薬のCYP2J2に対する阻害作用を明らかにすることを目的に検討を行った。その結果、アステミゾールO-脱メチル化酵素活性はアパチニブ、モテサニブ、バタラニブなどにより強く阻害されることを明らかにした。これらの薬物でCYP2J2を阻害することで、組織におけるアラキドン酸濃度が上昇する可能性があると考えられる。てんかんは、神経細胞における過剰興奮が原因と考えられており、その過剰興奮の一因として、細胞へのナトリウムイオンやカリウムイオンの流入が挙げられる。そこで、平成29年度は、培養細胞にナトリウムイオノフォアやカルシウムイオノフォアなど、細胞内イオン濃度を変動させる化合物を曝露することで、薬物代謝酵素などの異物解毒機構の発現変動を明らかにする。また、てんかん治療薬による異物解毒機構の発現変動についても、培養細胞を用いて明らかにする。
経済発展における女性の役割-理論モデルの一般化と比較動学分析および第2回目の資産形成調査

2001年度から2002年度の科学研究費補助金に基づくプロジェクトでは、経済成長発展モデルの理論的研究成果を公刊したが、この度の補助金では、前回プロジェクトで実施したSEWA(インド女性自営業者連盟)メンバーの資産形成に関する統計調査の分析結果を、逐次刊行していった。さらに、関連した領域のコスト概念やソーシャル・ネットワーク、および人口動態論等について研究し、ノートおよび論文も作成・刊行した。コストの概念については、一企業から社会全体の概念に拡張し、その結果、結合生産が存在する場合においても、各財のコストが計算可能となった。ソーシャル・ネットワークの研究においては、その結束の度合いを、従来とは違った方法で定義し、その意義を論じた。また、ネットワークの脆弱性を新たに定義し具体的数値例で計算を行った。人口動態論では、Leslieモデルの動学的安定性についての定理を、理解しやすい行列の形で再定式し、証明した。この定理が、非線形の場合(例えば、遷移の係数が人口の分布に依存するような場合)でも成立することを論じた。これらの要素を、性別を有した二重経済モデルの一般化にどのように組み入れるかが、今後の課題である。これらの内容については、研究成果報告書の第2節で述べる。また、SEWAの運動を日本の研究者ならびに学生によりよく知ってもらうために、講演会を三大学で開催した。これらの講演会は、所期の目的を達成できたと考える。講演会に関する説明は、研究成果報告書の第3節でおこなう。1.理論モデルの一般化と比較動学分析関連した領域のソーシャル・ネットワークや人口動態論について研究し、論文を作成・刊行した。この研究においては、ネットワークの結果の度合い、および脆弱性を、従来とは違った方法で定義し、その意義を論じた。また、人口動態論では、Leslieモデルの安定性についての定理を、理解しやすい形で再定式し、証明した。これらの要素を、性別を有した二重経済モデルの一般化にどのように組み入れるか、研究を開始した。比較動学分析は、更に複雑になるが、コンピュータによるシミュレーション分析プログラムを作成している。2.SEWAメンバーの資産形成実態調査2001年1012月に実施した1回目の同調査による結果を、データ間の矛盾などを取り除くために、現地調査スタップへ再調査を依頼していたが、2003年7月までにフィードバックを受け、データベースの精製を終えた。そして、この精製したデータを使用して、調査票の項目別に基本となる集計と分析をおこなった。この後、2003年9月にSEWAを訪問し、分析結果を報告した。また、同時に、2回目の資産形成実態調査について、SEWA調査スタッフとともに、調査票のデザイン、調査スケジュール、予算などについて、打ち合わせをした。そして、同年12月までに、調査スケジュール、および調査予算を決定した。更に、2004年3月までに、調査票(英語、およびグジャラート語による)を完成し、現在、次のステップである、調査員のトレーニング中である。なお、1回目の調査結果については、更に項目間の相関関係など、より綿密な分析を遂行中である。2004年度は、56月に2回目の調査を実施し、1回目と同様に、その結果の集計、分析を行う予定である。1.理論モデルの更なる一般化と改善1998年より6年間続けてきた私の経済発展に関する理論的研究の集大成を目指し、強者(男性)と弱者(女性)の二重性を有するモデルに、金融制度、及び資産を同時に導入したものを構築してきたが、更なる一般化および改良を行いつつある。2005年夏までには、このモデルに関する英文論文を完成し、EUの雑誌に投稿する予定である。パラメータ変化が引き起こす長期的影響を、PC上でシミュレーション分析するプログラムは、同様に改善したものを何種類か完成させた。このモデルにより、女性が、貯蓄制度を通じて資産を確保しベンチャー・ビジネス等を展開していけば、成長率は低くとも外国援助に頼ることなく、比較的安定した経済発展の可能性が明らかになった。

2.SEWAメンバーの資産形成実態調査とSEWAに関するワークショップの開催2004年夏には概ね終了すると予定していた第2回目の資産形成調査は、SEWAの都合により大幅に遅れ、調査対象2地区の内、Kheda地区は2005年の2月に終了したが、Banaskantha地区については、未だ標本の1/3の100世帯に関するインタヴュー調査が残っている。第1回目の調査の基本的統計分析は、ほぼ終了した。1回のみの調査では多くは語れないが、基本的統計だけでも興味深い分布が示されている。SEWAが行っている女性自営業者創出運動による貧困脱出の哲学および実践内容を、日本の研究者ならびに学生に、より身近に知ってもらう為に、SEWAのスタッフを2人日本に招待し、ワークショップ、講義、座談会を開催した。岡山大学経済学部、香川大学経済学部、四国学院大学社会学部の3箇所で行い、それぞれ約100名、30名、40名の参加を得、一定程度の成果を収めたと考える。SEWAスタッフによる講義内容およびワークショップの写真は、私のホームページに掲載している。
トキソプラズマROP16を使ったES・iPS細胞未分化維持システムの開発

本研究ではトキソプラズマから分離した病原性因子であるROP16が多能性胚性幹細胞(ES細胞)の未分化維持に寄与するか、また、ES細胞の分化誘導させるための転写因子群を活性化できる新規の病原性因子の分離を行った。まず、ROP16の過剰発現によってStat3の活性化が起こり、その強さは通常ES細胞未分化維持のために加える必要があるLIFよりも数十倍強い活性を有することを見出した。また、新規の病原性因子としてはGRA6がNFAT4を強く活性化することを見出した。トキソプラズマ原虫エフェクター分子ROP16は宿主転写因子Stat3に直接結合・リン酸化し、強く活性化する。Stat3の活性化は、胚性幹細胞(ES細胞)の未分化維持に必須であることから、ROP16をES細胞に発現させることによりES細胞の未分化を維持し、さらにROP16の発現レベルを調節することでES細胞の分化段階を調節するできると考えた。さらに、マウスのES細胞の未分化維持のためには液性因子であるLIFの添加が必須である。LIFはサイトカインであり、非常に高価であり、このことが幹細胞研究を進める上での大きな足枷となっている。本年度は、ROP16の発現を薬剤により制御できるベクターの開発を試みた。まずトキソプラズマ原虫には病原性の違いによりI型、II型、III型の3種類が存在し、最もROP16の活性化能が強いI型のROP16をクローニングした。次に、I型ROP16を過剰発現させた結果、ヒト細胞株のみならず、マウス細胞株においてもStat3の活性化(チロシン705のリン酸化)を確認することができた。次に、ドキシサイクリンに反応性のプロモーターをもつレトロウイルスベターにROP16をクローニングし、パッケージング細胞であるPlatE細胞に遺伝子導入し、ドキシサイクリン誘導型ROP16発現用のレトロウイルスを作製し、マウス細胞株に感染させた。その結果、ドキシサイクリン添加依存的にROP16の発現を誘導でき、さらにStat3の活性化も確認できた。ES細胞の未分化維持の人為的制御を目的として、トキソプラズマのROP16を遺伝子導入したES細胞を試みた。まずES細胞にROP16発現用レトロウイルスベクターを導入しピューロマイシン耐性となる株をLIF存在下で複数クローン選択した。次にドキシサイクリンでROP16の発現が誘導できるかどうかをウェスタンブロット法で検討し、ROP16の発現レベルが高いクローンを選別した。そしてStat3の活性化を無くすためにLIFを培養液より除き一定時間経過した後、ドキシサイクリンを添加することでStat3のリン酸化が起こるかどうかをウェスタンブロット法により検討した結果、ドキシサイクリン依存的にROP16が発現しStat3のリン酸化が確認された。次にドキシサイクリン存在下でLIF非存在下でES細胞がドキシサイクリン添加のみで未分化能を維持できるかどうかを、Nanog、ERas, Oct3/4, Sox2, Esg1, Gdf3などのES細胞特異的な遺伝子マーカーの発現を定量的RT-PCR法で、ES細胞のアルカリフォスファターゼ及びSSEA-1抗原の発現を免疫染色法で検討した結果、ROP16強制発現ES細胞におけるNanog、ERas, Oct3/4, Sox2, Esg1, Gdf3などのES細胞特異的な遺伝子マーカーの発現を定量的RT-PCR法で検出され、アルカリフォスファターゼ及びSSEA-1抗原の発現が免疫染色法で検出されたことから、未分化能を維持していることが示唆された。さらに人為的分化制御を行う新たな原虫以来因子を同定するためにスクリーニングした結果、宿主転写因子NFAT4を強く活性化するトキソプラズマデンスグラニュール由来分子GRA6を同定した。寄生虫学ドキシサイクリン誘導性のROP16発現に成功したから。2014年度は、作製したドキシサイクリン誘導性のROP16発現系を用いて、実際にマウスES細胞でROP16ーStat3経路が活性化するかどうかをまず検討する。次に、Stat3の活性化が確認された場合には、LIFを含まない培養液中でドキシサイクリン添加し、ES細胞が分化しないかどうかを検討する。またドキシサイクリンの添加により、外見上、ES細胞の未分化能が維持されている場合には、さらにテラトーマの形成による外肺葉、中胚葉、内胚葉系組織細胞への分化能を検討し、さらにマウス受精卵にES細胞をインジェクションし、キメラマウスの作製やそのキメラマウスのジャームライン突破能力を検定することで、生殖細胞への分化能を維持しているかどうかを検討する予定である。今年度は安価にできる大腸菌を使った研究準備、及び細胞株を使った研究を行ったために予算に余剰が生じた。しかし、次年度にはES細胞を培養するために大量のLIFを購入するために今年度の余剰分を充当することができ、従って、円滑な研究実施が期待できる。
アルツハイマー型痴呆における髄液中のT細胞活性化

Alzheimer型痴呆患者の髄液T細胞において,T細胞の活性化マーカーとして知られているHLA-DR抗原の発現率を調べることにより,中枢神経内の病的変化における活性化T細胞の関与を検討した.同時に髄液中interleukin-2(IL-2),interleukin-4(IL-4),interleukin-6(IL-6),interferon-γ(INF-γ)濃度を測定し,T細胞のHLA-DR抗原の発現率との関係を調べた.Alzheimer型痴呆患者15例,対照としてその他の神経疾患(免疫性神経疾患,神経変性疾患を除く)患者10例を対象とした.患者髄液より分離した単核球をCD3,CD4,HLA-DRの組み合わせでFITC,PE及びPER-CPで標識した抗ヒトマウスモノクロナール抗体で三重染色を行い,フローサイトメトリーにて解析した.T細胞の活性化率としてHLA-DR^+CD3^+%/CD3^+%及びHLA-DR^+CD4^+/CD4^+%を検討した.髄液中のIL-2,IL-4,IL-6及びINF-γ濃度はELISA法で測定した.髄液中のHLA-DR^+CD3^+%/CD3^+%はAlzheimer型痴呆患者で41±6%と対照群(22±9%)に比べて有意に高値を示した.髄液中のHLA-DR^+CD4^+%/CD4^+%も29±6%と対照群(17±7%)と比べ有意に高値を示した.髄液中サイトカイン濃度はAlzheimer型痴呆患者ではIL-2,INF-γが1例で測定できた以外は全例測定感度以下であり,髄液中全T細胞及びCD4^+T細胞のHLA-DR抗原発現率との関連は認めなかった.Alzheimer型痴呆において髄液中T細胞が活性化されており,中枢神経内の変化にT細胞が関与している可能性が示唆された.Alzheimer型痴呆患者の髄液T細胞において,T細胞の活性化マーカーとして知られているHLA-DR抗原の発現率を調べることにより,中枢神経内の病的変化における活性化T細胞の関与を検討した.同時に髄液中interleukin-2(IL-2),interleukin-4(IL-4),interleukin-6(IL-6),interferon-γ(INF-γ)濃度を測定し,T細胞のHLA-DR抗原の発現率との関係を調べた.Alzheimer型痴呆患者15例,対照としてその他の神経疾患(免疫性神経疾患,神経変性疾患を除く)患者10例を対象とした.患者髄液より分離した単核球をCD3,CD4,HLA-DRの組み合わせでFITC,PE及びPER-CPで標識した抗ヒトマウスモノクロナール抗体で三重染色を行い,フローサイトメトリーにて解析した.T細胞の活性化率としてHLA-DR^+CD3^+%/CD3^+%及びHLA-DR^+CD4^+/CD4^+%を検討した.髄液中のIL-2,IL-4,IL-6及びINF-γ濃度はELISA法で測定した.髄液中のHLA-DR^+CD3^+%/CD3^+%はAlzheimer型痴呆患者で41±6%と対照群(22±9%)に比べて有意に高値を示した.髄液中のHLA-DR^+CD4^+%/CD4^+%も29±6%と対照群(17±7%)と比べ有意に高値を示した.髄液中サイトカイン濃度はAlzheimer型痴呆患者ではIL-2,INF-γが1例で測定できた以外は全例測定感度以下であり,髄液中全T細胞及びCD4^+T細胞のHLA-DR抗原発現率との関連は認めなかった.Alzheimer型痴呆において髄液中T細胞が活性化されており,中枢神経内の変化にT細胞が関与している可能性が示唆された.
テキスト構造の読解を自らの考えの構築に活かす力を育成する国語科単元開発

●研究目的PISA誠査の結果等を踏まえた新学習指導要領で求められている,テキストをもとに自分の考えを構築することまでを含んだ読解力を育成するための単元を開発した。●研究方法生活場面を想定した多様なテキストを教材化するとともに,テキストの読解が,自分の考えを構築するための手段として機能するための単元を構想した。主に,説明的文章の段落構成を活用して,自分の考えを表現する授業において,単元の試案を作成し,試行,評価した。●研究成果小学校国語科の授業「自分が気に入っている給食のおいしさを言葉で表現するための方法」を理解する単元において,説明的文章「すがたをかえる大豆」(光村図書,3年下)を提示し,大豆の調理方法の説明順序について検討する活動を設定した。従来の読解学習では,テキストの内容を理解することを目的にした読解が多いが,自分が表現したい味覚を言語化するための方法を,テキストから取り出すという学習方法をとったため,子どもが自分の課題に合わせてテキストの段落の順序性を説明し合う姿が見られた。内容理解に主眼を置かず,表現形式の理解に目を向けさせることで,筆者の意図を推測しながら読解し,自らの意図と比較しながら表現形式の効果を検討することができた。そのためには,子ども自身が表現の主体となり,表現形式を必要とする立場に立たせることが重要であり,単元導入において,教師が提示するテキストを読解する意味を理解させることが必要である。これらの成果については,第25回国語科総合単元学習授業研究発表会(参会者は全国から約140名)において授業公開及び要項(指導案集)として配布することで,小学校の実践者に紹介することができた。
アネキシンＡ５の妊娠維持機構

カルシウム依存性リン脂質結合タンパク質であるアネキシンA5の生理機能は不明のままだった。申請者は、アネキシンA5ノックアウトマウス(Anxa5KO)を調べ、アネキシンA5が無いと胎盤内に血栓が出来易くなり、胎児死の起こることを明らかにした。これは、ヒトの疾病につながるアネキシンA5の機能を初めて実証した結果である。この知見を発展させ、Anxa5KO胎盤のジャンクショナルゾーンに血小板血栓の出来ることを明らかにした。更に、ヘパリンの投与によって胎児数の減少が改善されることを示し、血小板血栓の形成にフィブリン析出の関与することも明らかにした。本研究の最初の成果をを2012年に論文として報告した。カルシウム依存性リン脂質結合タンパク質であるアネキシンA5は、アポトーシス検出キットに用いられることで有名になったが、その本来の生理機能は不明のままだった。申請者は最近、アネキシンA5ノックアウトマウス(Anxa5KO)を調べ、アネキシンA5が無いと胎盤内に血栓が出来易くなり、胎児死の起こることを明らかにした。Anxa5KOの知見を2012年に論文として報告した。Anxa5KOを用いた血小板機能に及ぼすアネキシンA5の影響を様々な用法で調べた。1)LPS投与の産子数減少に及ぼす影響:LPSを妊娠マウスに投与して妊娠維持に対する影響を調べた。統計的に有意な差のある結果は得られなかったが、Anxa5KOでLPS投与群の妊娠障害効果の大きい傾向が認められた。興味深いことに分娩後の産子の生存性にもLPSが影響した。2)血小板のマーカーとなるCD61の免疫組織化学をAnxa5KOとwildの様々な組織で行った。肺、脾臓、腎臓、下垂体で有意な免疫反応が得られなかった。3)採血血液の塗抹標本を用いた血小板凝集の観察。採血後すぐにスライドガラス上に血液を塗布し、顕微鏡下で観察を続けた。Anxa5KOから採取した血液で血小板凝集が多く観察された。但し、wildの血液でも血小板凝集が観察された。カルシウム依存性リン脂質結合タンパク質であるアネキシンA5は、アポトーシス検出キットに用いられることで有名になったが、その本来の生理機能は不明のままである。申請者は最近、アネキシンA5ノックアウトマウスを調べ、アネキシンA5が無いと胎盤内に血栓が出来易くなり、胎児死の起こることを観察した。この知見を発展させ新規の診断法、治療法開発につなげる生理学的研究が是非必要である。アネキシンA5ノックアウトマウスの胎児胎盤を様々な染色法で調べ、junctional zoneの大血管に血小板血栓の形成されること、フィブリン析出は特に促進されていないことを明らかにした。ヘパリンの投与によって胎児数の減少が改善されることを明らかにしたことから、血小板凝集にフィブリンの存在が必要であることも確かめられた。従来、抗リン脂質症候群ではフィブリン血栓の過形成が想定されてきたので、ノックアウトマウスの結果は新たな研究の視点を提供するものである。母胎血中のアネキシンA5がどのような機序で血小板活性化を防いでいるのか、実験法を含めて検討を続けている。なお、ノックアウトマウスでの知見を2012年にScientific Reportsに報告した。本研究では、1)母体のアネキシンA5が如何にして胎盤内に移送されるのか、2)アネキシンA5の胎盤における膜修復機能の実態、3)凝固カスケードに対するアネキシンA5の作用機序を明らかにすることを当初計画で掲げた。1)については、子宮胎盤を広範囲に免疫染色し脱落膜からアネキシンA5の発現していることを確認した。2)胎盤内のアネキシンA5の分布を調べることで、母胎から供給されるアネキシンA5が広く血管内皮の表面を覆うことを明らかにした。3)当初、フィブリン析出カスケードの促進が起こっているという作業仮説で研究を始めたが、実はフィブリン析出に変化はなく、血小板活性化と凝集が血流を妨げていることが明らかになった。

以上のごとく、当初の研究計画に概ね沿った成果を上げており、順調に進展していると評価した。現在までに得られた成果を進展させるとともに、アネキシンA5と血小板活性化の関連について特に解析を進める。ワイルドマウスとノックアウトマウスから血小板を分取し、その活性化過程と活性化に及ぼす外生的アネキシンA5の作用、血小板内のシグナルトランスダクションについて解析する。但し、これらは当初計画から派生した研究計画であり、実験法の確立や機器や試薬類の調達が新たに必要である。また計画調書に記載した国外研究者との情報交換も昨年は諸般の事情で出来なかったので、本年度の出来るだけ早い時期に行い、計画達成に寄与させたく考えている。消耗品費で生じた繰越額110,547円のうち71,340円はすでに学会参加の旅費として支出している。残金の39,207円を次年度の消耗品費に充当して支出する。
巨視的弾性条件下の疲労き裂発生・伝播寿命推定システムの確立に関する研究

本研究では、まず巨視的な降伏状態に至る以前の巨視的弾性応力状態で発生する塑性変形を各種条件下で計測した。次に、計測された応力-ひずみ関係を予測可能なモデルを構築した。さらに、このモデルにおける塑性仕事の蓄積値に関するパラメータと疲労き裂発生時期の相関に注目して、疲労き裂発生規準のプロトタイプを完成した。従来の設計手法に基づいて設計された構造物が、想定寿命以前に破損にいたる事例がしばしば報告され、その破損事例の多くは「疲労」に起因していると言われている。特に我々が対象とする船体構造の長寿命化には、複雑かつ多岐にわたる過酷な外力作用下での疲労現象の把握および設計への考慮が不可欠である。そこで本研究では、材料に蓄積される塑性仕事と疲労き裂発生時期の相関に注目して、疲労き裂発生規準を確立し、最新のき裂進展理論に提案モデルを導入することにより、疲労き裂発生から伝播までの寿命予測システムを開発するための拡張弾塑性モデルの確立を目的としている。なお本研究は構造物の安全性を確保しつつ、合理的かつ経済的な設計を可能にするための先進的な研究であり、新規構造物に限らず、既存構造物の余寿命の診断にも適用できるため、合理的な保守点検・メンテナンス計画の策定にも多大に寄与すると期待される。まず本研究では、巨視的弾性を含む任意の繰返し応力下での疲労き裂の発生と、その後の伝播挙動を高精度に予測可能な疲労寿命推定システムの確立を目的として、任意の巨視的弾性繰返し応力下で計測される疲労現象を予測可能な構成式のプロトタイプを構築した。本構成式は、単調載荷挙動及び巨視的塑性状態の非弾性変形のみならず、巨視的降伏以前の応力状態でも微小な塑性変形を予測可能なものである。なお、実験結果との照査により、その適用性の高さを確認することができた。本年度は、まず前年度までに開発した任意の巨視的弾性繰返し応力下で計測される疲労現象を予測可能な構成式のプロトタイプを拡張することを目的とした。具体的には、二段変動荷重下における応力ひずみ挙動を予測し得るように加工硬化則およびダメージ則を改良し、その適用範囲の拡大をはかった。また、巨視的弾性を含む任意の繰返し応力下での疲労き裂の発生と、その後の伝播挙動を予測可能な寿命推定システムの確立を目的として、巨視的降伏以前の応力(巨視的弾性)状態で発生する塑性ひずみを各種条件下で計測した。また、材料に蓄積される塑性仕事と疲労き裂発生時期の相関に注目して、疲労き裂発生規準を確立することにより、疲労き裂発生までの寿命予測システムの確立を目的として研究を行っているが、そのプロトタイプの適用範囲を大幅に改良できた。さらに、巨視的弾性条件下での塑性ひずみ成長挙動および塑性ひずみ顕在化のメカニズムの解明を目的として、bcc結晶塑性モデルを導入した繰返し載荷条件下でのFE解析を行った。これにより、巨視的弾性条件下の一定荷重下でも微細な塑性ひずみが発生および累積し、巨視的な塑性状態へ移行する現象が予測された。本解析により、金属材料の軟化挙動発現のメカニズム解明の糸口が得られたと考えている。今後は、より多くの条件下での塑性ひずみ顕在化現象を高精度に計測し、さらに結晶塑性FE解析結果との比較を通じて、そのメカニズムを解明することにより、疲労寿命予測システムの高精度確立を行うことが望まれる。なお、本研究は構造物の安全性を確保しつつ、合理的かつ経済的な設計を可能にするための先進的な研究であり、新規構造物に限らず、既存構造物の余寿命の診断にも適用できることを目的に行っている。