hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
X線小角散乱法による無機非晶質ゲルのメゾ細孔形成過程の解析

数種の水溶性有機高分子、あるいは部分的に加水分解を受けた後重縮合するシリカと親和性の低い極性溶媒の共存下において、珪素アルコキシドを加水分解することにより、ゾル-ゲル転移とスピノ-ダル分解を並行して誘起し、溶媒置換操作に好適なマイクロメートル領域の絡み合い多孔構造を持つシリカゲルを得た。所定の組成においてゾル-ゲル反応および熟成後、湿潤状態のゲルを様々なpHを持つ水溶液に浸漬して溶媒置換を行った。まず、十分平衡な構造が得られる浸漬時間を決定し、続いて適切な時間間隔毎に、溶媒置換中のゲルのX線小角散乱を湿潤状態のままで測定した。散乱データをPorodプロットし、散乱プロファイルの傾きからフラクタル構造の変化を見積もったところ、弱酸性および中性条件では検出し得るほどの構造変化は認められなかった。塩基性条件下での置換においては、湿潤状態では次数約2の体積フラクタル的構造であったものが、浸漬後数時間で、細かい構造から順に表面フラクタルの構造へと変化してゆくことが明らかになった。浸潤状態でのフラクタル次元は、出発組成や共存高分子の種類によって差異が認められたが、塩基性溶液中での溶媒置換によってほぼ同等のメゾ細孔構造を得ることが可能であった。最終状態の細孔構造は、置換溶媒のpHと置換時の温度によって一義的に決まるが、置換溶媒の量が少ない場合には、最終構造に至るまでの構造変化は緩慢に起こることが明らかになった。これは構造変化の律速段階が溶出過程であることを示唆していた。
熱弾性逆問題に対するロバスト計算手法の開発とその応用

温度分布や変位の計測結果をもとに弾性固体中に生じている熱応力等を推定する逆問題は,高温環境下で使用されている種々のプラントの安全性を診断するうえで極めて重要である.本研究では,この逆問題をパラメータ(または関数)同定の逆問題としてモデル化し,それに熱弾性問題の有限要素(または境界要素)解析と最適動的フィルタ理論を適用してロバストな逆解析手法を開発してきた.平成16年は最終年度であり,計算手法のさらなる高精度化と高速度化を目標に,一連の研究成果を得て国際会議等で発表し,著名な国際学術誌にも投稿中である.その概要を次に示す.熱プラントの故障診断をイメージして,高温の流体が厚肉円管内を流動していている場合を取り上げ,厚肉円管内の流体の温度が時間的及び場所的に変動する場合の逆問題に対するロバストな逆解析手法の開発を行った.そして,厚肉円管外部の表面温度を幾つかの点で計測しているデータをもとに,高温流体の温度の時間変動を推定する逆問題を詳しく調べた.有限要素法の解析技術とフィルタ理論を結合した反復解法をまず確立し,それを用いて逆解析を行なった.温度の場所的な変化の推定には,外部表面の温度測定位置と内部温度の補間の仕方で,推定精度がかなり変化することを明らかにした.この結論は,境界要素法を用いても大きく変わらなかった.さらに,異方性材料や温度依存性材料の熱弾性問題に対する高精度な境界要素解析手法の開発に取り組み,3次元問題の解析では既存の手法を上回る効率的で高精度な解析ソフトウェアを完成した.内燃エンジンの特性評価を目的にして複雑な3次元問題の解析を行い有益な知見を得た。研究成果は国際学術誌に投稿を準備中である.温度分布や変位の計測結果をもとに弾性固体中に生じている熱応力等を推定する逆問題は,高温環境下で使用されている種々のプラントの安全性を診断するうえで極めて重要である.本研究では,この逆問題をパラメータ(または関数)同定の逆問題としてモデル化し,それに熱弾性問題の有限要素(または境界要素)解析と最適動的フィルタ理論を適用してロバストな逆解析手法を開発してきた.平成16年は最終年度であり,計算手法のさらなる高精度化と高速度化を目標に,一連の研究成果を得て国際会議等で発表し,著名な国際学術誌にも投稿中である.その概要を次に示す.熱プラントの故障診断をイメージして,高温の流体が厚肉円管内を流動していている場合を取り上げ,厚肉円管内の流体の温度が時間的及び場所的に変動する場合の逆問題に対するロバストな逆解析手法の開発を行った.そして,厚肉円管外部の表面温度を幾つかの点で計測しているデータをもとに,高温流体の温度の時間変動を推定する逆問題を詳しく調べた.有限要素法の解析技術とフィルタ理論を結合した反復解法をまず確立し,それを用いて逆解析を行なった.温度の場所的な変化の推定には,外部表面の温度測定位置と内部温度の補間の仕方で,推定精度がかなり変化することを明らかにした.この結論は,境界要素法を用いても大きく変わらなかった.さらに,異方性材料や温度依存性材料の熱弾性問題に対する高精度な境界要素解析手法の開発に取り組み,3次元問題の解析では既存の手法を上回る効率的で高精度な解析ソフトウェアを完成した.内燃エンジンの特性評価を目的にして複雑な3次元問題の解析を行い有益な知見を得た。研究成果は国際学術誌に投稿を準備中である.
エクソソームによる新規上皮―間葉相互作用の概念とその応用

歯の発生過程は大きく分けて2種類の異なる起源の細胞である歯原性上皮細胞と歯原性間葉細胞が関わっている。この2種類の細胞による歯の構築過程は上皮ー間葉の相互作用と呼ばれ,お互いで協調し合うことによって厳密な制御機構が働いていると考えられている。しなしながら,そのメカニズムについては不明な点が多い。われわれはバイオインフォマティカル解析を行い歯に特異的に発現する分子の同定を行っいる。この度,エクソソームの主要構成成分であるテトラスパニンファミリーに属するCd9が歯の発生過程で強く発現していることを見出し,歯の発生過程でエクソソームが上皮ー間葉相互作用の情報伝達に重要な役割があることが示唆された。CD9は分子量24kDa単鎖糖タンパクで、テトラスパニンスーパーファミリーに属する。テトラスパニンは生体内に広く存在し、膜4回貫通型タンパク質で、生体内における機能解析は不明な点が多く存在しているが、テトラスパニンが他のタンパク質と会合して複合体を形成することによって、細胞間の接着やシグナル伝達、細胞の運動に関与しているとして注目されている。我々は、バイオインフォマティカル解析法を用いて、歯の発生過程においてCD9が有意に発現していることを見いだした。そこで、新生マウス臼歯歯胚およびラット由来歯原性上皮細胞株よりmRNAを抽出し、RT-PCR法を用いて、テトラスパニンファミリーの発現解析を行ったところ、Cd9、Cd81、Cd82、Cd151、Tspan8の発現を認めた。また、歯原性上皮細胞株を神経栄養因子NTー4を用いてAmbn遺伝子の発現を誘導したところ、Cd9遺伝子の発現は減少し、一方、Cd81、Cd151のそれぞれの遺伝子は発現が上昇することを見いだした。実際、歯胚の発生段階におけるCd9の発現を免疫組織学的に検討を行ったところ、歯堤内部の中間層の細胞でCd9の発現が見られるが、外エナメル上皮および分化が進んだ内エナメル上皮ではCd9の発現が観察されなかった。このことからテトラスパニンファミリーは歯の発生に深く関わっており、発生段階におけるそれぞれの役割が示唆され、特にCd9においては、歯原性上皮細胞の分化に抑制的に働く因子であることが考えられた。歯の発生過程において、口腔上皮から歯原性上皮へと分化していく基底細胞においてテトラスパニンファミリーに属するCD9の発現が消失することを見いだした。テトラスパニンは、新規細胞間情報伝達物質および経路として注目されている小型膜小胞のエクソソームの主要構成成分であることから、歯の発生段階におけるテトラスパニンの発現を明らかにし、これまでテトラスパニンファミリーに属する、Cd9の他、Cd81、Cd82、Cd151、Tspan8が発現することを見出した。歯胚および歯原性細胞から、分化段階毎のエクソソームを抽出し、エクソソーム内に存在する分子を解析することによって、新規の歯原性細胞分化因子を探索し、エクソソームを用いた新規の歯原性細胞分化誘導法の開発を試みることを目的としている。歯は口腔上皮細胞のある特定の領域の細胞が、歯原性細胞へと分化し、その発生が始まるが、この口腔上皮細胞から歯原性上皮細胞へと変わる分子制御学的機構については、不明な点が多い。我々は、バイオインフォマティカル解析法を用いて、歯の発生過程においてCD9が有意に発現していることを見出した。さらに、非常に興味深いことに、このCD9の発現を歯の発生過程において免疫組織学的に観察したところ、口腔上皮から歯原性上皮へと分化が移行したと考えられる基底細胞において、このCD9の発現が消失することがわかった。このことは歯の発生の初期においてデンタルプラコードの形成にテトラスパニンが関与していることを示唆する。実際、その他のテトラスパニンについて発現を検討したところ、Cd81、Cd82、Cd151、Tspan8も発現が観察された。これらテトラスパニンファミリーは細胞から分泌されるエクソソームのマーカーとして知られている。エクソソームは細胞内の小胞輸送を介して細胞外へ放出される直径30100nmほどの細胞外小胞の一種であり、内部にはタンパク質、脂質、核酸などが含まれている。これらは細胞外に分泌された後に、細胞外液を通じて隣接する組織に取り込まれ、細胞間情報伝達の担い手として機能している。つまり、歯の発生における上皮間葉相互作用の役割を担っている可能性が示唆された。

エクソソームの抽出が安定していないため、より回収方法の工夫と改良が必要である。小児歯科学分野エクソソームの抽出に関する情報収集を進め、エクソソーム抽出法を改善していきたい。エクソソームの抽出方法について、安定性にかけるため、より工夫と改良が必要である。また、Cd9発現安定細胞株の作成に手間取っていることがある。これらの要因として、異動に伴い実験環境が本研究申請時と大きく変わったため、研究環境の立ち上げにやや時間を要している。平成25年度計画で遅れている部分も今年度は挽回し進めていきたい。月毎に研究進捗状況を整理し、評価を行っていきたい。平成26年3月に納品となり支払いが完了していないため、次年度使用額が生じた。平成26年度4月に支払い完了予定である。
変形性関節症の新規治療法開発を目指したＮｏｔｃｈシグナルの網羅的解析

Notchシグナルにおいては隣接する細胞表面に存在するリガンドが受容体(Notch1-4)に結合すると細胞内ドメイン(ICD)が核内移行して転写抑制因子Rbpjと結合し、転写促進複合体としてHes/Heyなどの標的転写因子を誘導する。Notch1,2はマウス・ヒト関節軟骨細胞に発現し、軟骨変性に伴ってICDが核内移行していたことから、タモキシフェン誘導性軟骨特異的Creマウスを用いて成長後にRbpjをノックアウトして変形性関節症(OA)モデルを作成したところ、OAの進行は抑制された。さらにHes1-floxマウスを用いて同様の解析を行ったところ、OAの進行は抑制された。Notchシグナル関連分子として、受容体Notch1,2,3,4,リガンドDelta-like1,3,4,Jagged1,2、切断酵素ADAM10,17、下流のHes,Heyファミリーの発現を正常関節軟骨、変性関節軟骨において免疫組織染色にて調べたところ、Notch1,2の発現が強く、関節軟骨の変性に従って核内に移行していることが判明した。リガンドではJagged1の発現が関節軟骨の変性に従って増強しており、下流ではHes1が唯一強く発現が検出された。ADAM10,17の発現はともに強く検出された。次にNotchシグナルの核内共役分子Rbpjを軟骨特異的かつ薬剤誘導性にノックアウトして変形性関節症モデルを作成したところ、軟骨変性が有意に抑制された。組織切片において免疫組織染色を行ったところ、MMP13などの軟骨変性を惹起する分子がRbpjのノックアウトによって発現低下していることが分かった。次に軟骨系細胞株ATDC5にレトロウイルスを用いてNotch1細胞内ドメインを強制発現させたところ、Hes1のほか、MMP13、VEGFなどの分子が強く誘導されることが明らかとなった。またこれらの軟骨変性分子の誘導は、siRNAによるHes1の発現抑制を行うことによってキャンセルされることも明らかとなった。またNotchシグナルの阻害剤であるDAPTを培養関節軟骨に投与して変性負荷をかけたところ、変性は有意に抑制され、Hes1のほか、MMP13、VEGFなどの発現も有意に抑制された。Notchシグナルは隣接細胞間でシグナルを伝達する機構であり、隣接する細胞表面に存在するリガンド(Dll1, 3, 4, Jag1, 2)が受容体(Notch1-4)に結合するとAdam10やγセクレターゼにより受容体が切断され、その細胞内ドメイン(ICD)が核内移行して転写抑制因子Rbpjと結合し、転写促進複合体としてHes/Heyなどの標的転写因子を誘導する、という経路が広く知られている。我々は前年度までにNotch1, 2がマウス胎児の四肢軟骨細胞に広く発現し、それらのICDが肥大軟骨層で核内移行すること、培養軟骨細胞にてNotch1-ICDがMmp13などの肥大軟骨マーカーを強く誘導することを突き止め、さらにRbpj-floxマウスを用いたin vivoの解析を行ったところ、軟骨前駆細胞でのノックアウトにより肥大層の延長を伴う成長障害が確認された。同様にNotch1,2はマウス・ヒト関節軟骨細胞にも発現し、軟骨変性に伴ってICDが核内移行していたことから、タモキシフェン誘導性軟骨特異的Creマウスを用いて成長後にRbpjをノックアウトして変形性関節症(OA)モデルを作成したところ、OAの進行は抑制されMmp13などの発現も抑制された。さらにγセクレターゼ阻害剤のマウス膝関節内投与でも同様にOAの進行や変性マーカーの発現は抑制された。さらにその制御機構の詳細を調べるため、Notchシグナルの転写標的として軟骨細胞で唯一豊富に誘導されるHes1に注目し、Hes1-floxマウスを用いて同様の解析を行ったところ、成長障害は見られなかったがOAの進行は抑制された。Hes1に対してクロマチン免疫沈降法にて、複数のcatabolic factorを同定し、さらにHes1が転写促進に作用する際の共役分子も同定した。Notchシグナル関連分子として、Notch受容体, Notchリガンド、切断酵素ADAM10,17、下流のHes, Heyファミリーの発現を正常関節軟骨、変性関節軟骨において免疫組織染色にて調べたところ、Notch1, 2の発現が強く、関節軟骨の変性に従って核内移行していた。リガンドではJagged1の発現のほか、Ccn3, Magp2などのnon-canonicalなリガンドの発現も確認されたが、関節軟骨の変性に従って増強するものはJagged1だけであった。下流ではHes1が唯一強く発現が検出された。

組織切片において免疫組織染色を行ったところ、MMP13などの軟骨変性を惹起する分子がRbpjのノックアウトによって発現低下していることが分かった。次に軟骨系細胞株ATDC5にレトロウイルスを用いてNotch1細胞内ドメインを強制発現させたところ、Hes1のほか、MMP13、VEGFなどの分子が強く誘導されることが明らかとなった。またこれらの軟骨変性分子の誘導は、siRNAによるHes1の発現抑制を行うことによってキャンセルされることも明らかとなった。さらにNotchシグナルの阻害剤であるDAPTを培養関節軟骨に投与して変性負荷をかけたところ、変性は有意に抑制され、Hes1のほか、MMP13、VEGFなどの発現も有意に抑制された。ここまでの成果をまとめて論文に公表した。薬剤誘導性のコンディショナルノックアウトマウスを用いた解析で明らかな差が認められ、その前後で活性化している分子群を初年度に同定することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。薬剤誘導性のコンディショナルノックアウトマウスを用いた解析で著明な表現型を確認し、メカニズムを解析し、そのシグナルを薬剤で阻害することによって変形性関節症の進行を抑制することにも成功した。コンディショナルトランスジェニックマウスを用いた解析や、さらなるNotchシグナルの標的分子の探索を継続していく。コンディショナルトランスジェニックマウスを用いた解析や、さらなるNotchシグナルの標的分子Hes1に焦点を当てた研究を継続していく。
緑膿菌感染症における抗生物質の体内動態と抗菌力の関係解析に基づく投与設計法の構築

重篤な術後感染症の治療に繁用される濃度依存型のアミノグリコシド系と時間依存型のカルバペネム系あるいはグリコペプチド系の各抗生物質を対象として、トラフあるいはピーク血中濃度と治療効果との関係を解析し、至適投与設計に向けた指針を得ることを目的とした。炎症反応マーカーであるCRP値を指標として、メロペネム(MEPM)の有効血中濃度を探索した結果、有効症例の平均トラフ血中濃度7.5μg/mLが得られた。このときのピーク血中濃度には有効症例と不良症例の間で有意な関係は認められず、時間依存的殺菌作用を有するMEPMの臨床効果はトラフ血中濃度によって規定されることが示された。このトラフ血中濃度を得るためには、比較的良好な腎機能を有する症例に対しては、1回0.5gを6時間ごとに投与する方法が妥当と考えられた。血液透析症例12例を対象に解析した結果、3回/週の透析前後で約70%のMEPMが除去されるものの、MEPM1回0.5gを12時間24時間間隔で投与することで透析直前の平均血中濃度は7.5μg/mLと有効水準を保つことが明確となった。一方、アルベカシン(ABK)、アミカシン(AMK)およびトブラマイシン(TOB)に焦点を当て、それらの用法用量と血中濃度および治療効果との関係をTDMが実施された症例についてretrospectiveに解析した。添付文書記載の用法用量に相当する1回用量(AMK:約3.5mg/kg、TOB:約1.5mg/kg)では、ほとんどの症例で有効なピーク血中濃度(AMK:20-30μg/mL、TOB:6-10μg/mL)に到達せず、奏効率(10%)も乏しいこと、上記用量のほぼ倍の用量でほぼ全例がピーク血中濃度に到達するとともに奏効率(80%)も飛躍的に高まることが確認された。これらの知見は、重症感染症に対する抗生物質の至適投与法の構築に有用と考えられる。本研究は、重篤な術後感染症の治療に繁用される濃度依存型あるいは時間依存型の各抗生物質を対象として、トラフあるいはピーク血中濃度と感受性試験成績(MIC)との関係を解析し、治療開始期の投与設計に向けた指針を得ることを目的とする。本年度は、カルバペネム系抗生物質であるメロペネム(MEPM)について、重症感染症例を対象としてMEPMの時間依存的殺菌作用の特性を考慮した用法用量のあり方を探索した。重症発熱患者でMEPMが投与された血液培養陽性例のうち、投与期間中にMEPMの血中濃度モニタリングを実施し得た18症例(平均年齢=63.4歳)を対象とした。投与開始後37日の間に点滴静注終了時(ピーク)と次回投与直前(トラフ)の2点で採血した試料についてMEPMの血中濃度をHPLC法で測定した。これら血中濃度と患者容体推移の指標であるCRP値との関係を解析したほか、このうちの10症例からの分離菌株について感受性試験を実施し、血中濃度とMIC値との関係を解析した。CRPの低下率を指標として、MEPMの奏効性能と用法との関係を解析した結果、1回0.51gを12時間間隔またはそれ以上の時間をあけて投与した場合(有効率25%)に比べ、1回0.250.5gを6時間間隔で投与した場合(有効率60%)の方が良好な奏効性能を示した。

このときの血中トラフ濃度には6時間間隔(平均6.0μg/ml)>12時間以上の投与間隔(平均2.6μg/ml)の関係が見出され、有効例と無効例の間にはトラフ濃度/MIC値の比に有意差を認めた。一方、ピーク濃度には上記のいずれとも有意な関係は認められなかった。以上より、MEPMは1回0.250.5gの6時間間隔の投与で有効なトラフ血中濃度を保ち得るものと考えられ、現在広く用いられている1回0.51gの12時間間隔での投与法は、再考すべきことが示唆された。重篤な術後感染症の治療に繁用される濃度依存型のアミノグリコシド系と時間依存型のカルバペネム系の各抗生物質を対象として、トラフあるいはピーク血中濃度と治療効果との関係を解析し、至適投与設計に向けた指針を得ることを目的とした。昨年度に明確化したカルバペネム系抗生物質・メロペネム(MEPM)の有効トラフ血中濃度(6μg/mL以上)を指標として、本年度は血液透析症例に焦点を当て、透析前後での除去率のほか、その血中動態と治療効果との関係を解析した。また、重症感染症例に対して投与されたアミノグリコシド系のアミカシン(AMK)およびトブラマイシン(TOB)に焦点を当て、それらの用法用量と血中濃度および治療効果との関係をretrospectiveに解析した。MEPM1回O.5gを12時間もしくは24時間問隔で投与された透析症例10症例(透析回数:3回/週)の場合、透析前後で約70%のMEPMが除去されるものの、透析直前の平均血中濃度は10.7μg/mLと有効水準を保っていた。非透析症例の場合、MEPMは1回0.250.5gを6時間間隔での投与が有効性を保つ上で有用であった(昨年度に報告)が、透析症例の場合には1回0.5gを1224時間間隔で投与することで有効血中トラフ濃度を保つことができるものと考えられた。一方、AMKあるいはTOBの薬物血中濃度モニタリングが実施された55症例を対象に解析した結果、添付文書記載の用法用量に相当する1回用量(AMK:約3.5mg/kg、TOB:約1.5mg/kg)では、ほとんどの症例で有効なピーク血中濃度(AMK:20-30μg/mL、TOB:6-10μg/mL)に到達せず、奏効率(10%)も乏しいこと、上記用量のほぼ倍の用量で投与することにより、ほぼ全例がピーク血中濃度に到達するとともに奏効率(80%)も飛躍的に高まることが確認された。
プローブ顕微鏡下の1分子技術による分子間相互作用のイメージング

生体分子の分子構造解明を目的として、生体分子1個を活性を保持したまま捕まえ操作する新しい技術を開発した。水溶液中で分子1個を蛍光顕微鏡により直接観察するために、対物レンズ型全反射照明による蛍光1分子イメージング法を開発した。タンパク質を活性を保持したまま表面に固定するため、アビジン・ビオチン系を使う方法を確率した。化学修飾できる先鋭な探針先端として、先端の曲率半径が約17nmのZnOウィスカーを用いた。この方法で微小ガラス針先端に捕捉したミオシン頭部1分子が、アクチン・フィラメントと相互作用して進む様子を直接計測することができた。ATP存在下での相互作用により台形状の変位が引き起こされるが、この立ち上がり部分を解析したところ、ミオシン頭部がステップ状にアクチン上を動くのが発見された。ATP濃度や温度を変えても、ステップ状の変位が観察された。統計的に解析したところ、ステップの大きさは平均5.3mmであった。わずかではあるが、逆向きステップも確認された。1変位あたり15回のステップを踏んでいて、平均で2.5ステップしていることがわかった。ステップの時間間隔の平均は、1μMATPで5ms、0.1μMの時3msとなって誤差の範囲で一致し、ATP濃度に対して依存性がなかった。また、台形状変位とATP分解が1:1に対応すると仮定すると、台形状変位の継続時間と、溶液中で測定されたアクチン・ミオシンとATP結合の2次の反応定数が一致した。このことから、ミオシン頭部1分子が,1回のATP加水分解中に複数回の力学的ステップを行うことが結論づけられた。この新しい1分子捕捉計測技術は、分子間相互作用を1分子で直接計測するものであり、分子機構解明のための画期的な計測法である。また当研究の結果は、確率的な分子機構であるルースカップリング説の直接証拠を、初めて提示するものである。生体分子モーターの分子レベルでの機構解明を目的として、生体分子1個を生きたまま捕まえ操作する新しい技術を開発した。生体分子間の相互作用は、ピコニュートンのオーダーであるので、サブピコニュートン分解能の力計測が要求された。サブピコニュートン分解能は、0.lpN/nmの超高感度カンチレバーを製作する事により実現した。これは、市販のAFM(原子間力顕微鏡)の約100倍以上の高感度である。また、水溶液中で、分子1個を蛍光顕微鏡を使って直接観察するために、対物レンズ型全反射照明による蛍光1分子イメージング法を開発した。全反射により生ずるエバネッセント場(表面からの深さ約150nmの局所領域のみを照明する)で蛍光を励起する為、非常に良いコントラストの蛍光像が得られる。当方法は、光学系が比較的簡単である、落射照明との切り替えが極めて簡単である、試料厚みに制限が無い、プローブ顕微鏡で初めて蛍光1分子イメージングが可能となったという特長を持つ。汎用的な方法であり、今後の広い使用が期待されている。アビジン・ビオチン系を使って、タンパク質を生きたまま表面に固定する方法を確立し、先端の曲率半径が約17nmのZn0ウィスカーをプローブとして使い、タンパク質1分子の捕捉を実現した。この方法で捕捉したミオシン頭部1分子が、ATP存在下でアクチンと相互作用して発生する力を計測する事に成功した。分子サイズ(20nm)を越えるスパイク状の変位が観測された。しかも、この大きな変位は、1個のATP加水分解中に5.3nmのステップが複数回起こって実現している事が発見された。

この新しい技術の開発は、分子間相互作用を1分子で直接計測でき、生体分子モーターのみならず様々な生体分子の分子機構を解明するうえで、画期的なものである。新しく開発した1分子捕捉操作技術により,ミオシン頭部1分子を微小ガラス針先端に捕捉し、アクチン・フィラメントと相互作用して進む様子を直接計測することが可能となった.ATP存在下での相互作用により台形状の変位が引き起こされるが、ミオシン頭部がアクチン上を動くのは,台形状変位の立ち上がり部分である.この立ち上がり部分を詳細に解析したところ,ステップ状(階段状)の変位が発見された.ATP濃度(0.1μMまたは1μM)や温度(20°Cまたは27°C)を変えても,ステップ状の変位が観察された.このステップに大きさの周期性があるかどうかを統計的に解析したところ,約5.3nmの単位周期があることがわかった.また,わずかではあるが,逆向きステップも確認された.1回の変位で何回のステップが起こるのかを数えると,1変位あたり15回のステッフを踏んでいて,平均で2.5ステップしていることがわかった.ステップの時間間隔の平均は,1μMATPで5ms,0.1μMの時3msとなって誤差の範囲で一致し,ATP濃度に対して依存性がなかった.また,台形状変位とATP分解が1:1に対応すると仮定すると,台形状変位の継続時間と,溶液中で測定されたアクチン・ミオシンとATP結合の2次の反応定数が一致した.このことから,ミオシン頭部1分子が,1回のATP加水分解中に複数回の力学的ステップを行うことが結論づけられた.この結果は,確率的な分子機構であるルースカップリング説の初めての直接証拠である.
新規分子標的治療法による歯周病菌の増殖抑制とその抗歯周病薬としての可能性の追求

歯周疾患の原因菌に対し、アンチセンス法を応用した研究はまだない。そこで本研究ではRNaseの影響を受けない人工核酸であるPNAを用い、歯周疾患の原因菌に対して有効かどうかを検討した。歯周疾患の一つである歯周炎の原因菌であるPorphyromonas gingivalisにアンチセンスPNAを作用させたところ、その強いペプチダーゼ活性によって膜透過誘導タンパクあるいはPNA本体が分解されてしまったため、期待されたアンチセンス効果は得られなかった。一方、齲蝕の原因菌であるStreptococcus mutansに対してアンチセンスPNAを作用させたところ、標的としたgtfB遺伝子の発現が抑制される傾向が認められたものの有意差がなかった。今後はアンチセンスPNAの取り込み効率的にする膜透過誘導タンパクの探索や標的遺伝子の発現抑制を効率にする配列を検討する必要があると考えられた。これまで歯周炎や齲蝕といった歯周疾患の予防に関する研究はワクチンなどの応用が考えられてきた。しかし,口腔領域は粘膜免疫により分泌型のIgAを誘導しなければならないという特殊性からこれまで実現していない。そこで本研究では発想を変え,病原因子の発現を分子レベルで抑制すれば,これらの疾患の原因菌の定着・増殖を抑制できると考え,本研究ではペプチド核酸(PNA)を用いたアンチセンス法の応用を行った。本年度は実験実施計画に従い,膜透過型ペプチドを付与したアンチセンスPNAの設計と構築を行い,これが対象となる疾患の原因菌に取り込まれるかどうかを検証した。歯周炎の原因菌であるPorphyromonas gingivalisに対し,膜透過型ペプチド付与アンチセンスPNAの取り込み実験を行ったところ,効率よくP.gingivalisに取り込ませることが出来なかった。これは付与したペプチド鎖がP.gingivalisの有するプロテアーゼ活性により分解されたためと考えられた。今後はプロテアーゼ活性も含めた取り込みに関する条件を検討する必要があると考えられる。一方,歯周炎と並ぶ歯周疾患の一つである齲蝕の原因菌Streptococcus mutansに対して膜透過型ペプチド付与アンチセンスPNAの取り込み実験を行ったところ,取り込まれている像がコンフォーカル顕微鏡で確認された。今後は対象遺伝子の発現抑制効果があるかどうかをリアルタイムRT-PCRで検討する予定である。またその一方で,これまで行われてきたワクチン研究の有効性を再検証するために齲蝕病原因子のエピトープ解析を行い,ワクチンを作製するには新規のエピトープを標的とする必要があることを明らかにし,ワクチン開発が困難であることを示唆した。この結果は第47回日本小児歯科学会大会で報告を行った。平成21年度は実験実施計画に従い,膜透過型ペプチドを付与したアンチセンスPNAの設計と構築を行い,これがPorphyromonas gingivalisに取り込まれるかどうかを検証したが,効率よくP.gingivalisに取り込ませることが出来なかった。そこで平成22年度は,歯周炎と並ぶ歯周疾患の一つである齲蝕の原因菌Streptococcus mutansに対して膜透過型ペプチド付与アンチセンスPNAの取り込み実験を行ったところ,取り込まれている像をコンフォーカル顕微鏡で確認した。現在対象遺伝子の発現抑制効果についてリアルタイムRT-PCRで検討中である。その一方で,これまで行われてきたワクチン研究の有効性を再検証するために齲蝕病原因子のエピトープ解析を行い,ワクチンを作製するには新規のエピトープを標的とする必要があることを明らかにし,ワクチン開発が困難であることを示唆し、論文作成を行い、Clinical and vaccine Immunology誌に投稿中である。さらに,P.gingivalisと並び歯周炎の原因菌とされるAggregatibacter actinomycetemcomitansのロイコトキシン遺伝子を標的とし,同様の系が応用できないか検討中である。しかし,口腔領域は粘膜免疫という特殊性から意図する免疫の誘導が困難である。

そこで本研究では発想を変え,病原因子の発現を分子レベルで抑制すれば,原因菌の定着・増殖を抑制できると考え,本研究ではペプチド核酸(PNA)を用いたアンチセンス法の応用を行った。まずPorphyromonas gingivalisに対するアンチセンスPNAの設計と構築を行い,取り込み実験を行ったが,殆どが分解し期待した結果が得られず,これはP.gingivalisの有する強いプロテアーゼ活性によるものと考えられた。そこで歯周炎と並ぶ歯周疾患の一つである齲蝕の原因菌Streptococcus mutansに標的細菌を変え、膜透過型ペプチド付与アンヂセンスPNAの取り込み実験を行ったところ,コンフォーカル顕微鏡によって取り込まれていることが確認できた。そこで平成23年度はデンタルバイオフィルムの基本構造となるグルカンを合成する酵素グルコシルトランスフェラーゼ(GTFB)を抑制したい標的遺伝子とし、これをコードするgtfB遺伝子のPNAによる発現抑制効果についてリアルタイムRT-PCRで検討した。しかし発現の抑制は認められるものの再現性がなく、取り込み条件によって結果が異なっている様なので、その条件の検討を現在も継続して行っている。その一方で,GTFBの抑制がバイオフィルムの形成阻害に繋がることを明確にするため,これに対するDNAワクチンを作製し,Clinical and Vaccine Immunology誌に発表した。また,S.mutansの口腔内定着による細菌叢への影響を明らかにし、International Journal of Paediatric Dentistry誌に発表した。
過剰適応者のための自己への思いやりの視点を重視したロールレタリングの開発

従来の過剰適応研究では,その緩和の重要性が指摘されてきたものの,実証的な介入研究は散見されるに過ぎなかった。特に,過剰適応者の内的適応を高めることに着目した介入法がほぼ皆無である現状を鑑み,本研究では,過剰適応の内的適応の低下といった要因に着目し,自己への思いやりの視点を導入したRLという手法によって,簡便かつ安価で,過剰適応者が自らの健康を損ねることなく社会的適応を保つことができるための具体的方策を提示することを目指す。
往来物出版を基軸とした言語文化史と地域性に関する研究

本研究は、日本語史資料として注目されてこなかった往来物を活用し、海域文化交流という視点から、地域間相互の影響関係、日本語変遷とその要因、言語文化の受容と伝播を解明することである。補助事業期間には、山陰地域の往来物に焦点を絞って、書誌文献学的調査を実施し、目的別・出版地域別に分類整理する。鳥取、島根、山口の地域ごとの偏在状況の把握、言語生活の実態、教育環境、社会基盤等の文化形成過程を究明し、共通性や相違性、諸特徴を明らかにし、他地域との影響関係を分析する。実施済みの東北地域、北陸地域との調査結果との比較検討を経て、言語文化の受容と伝播、日本語変遷とその要因の解明へとつなげる。
多様なメタロホスフィンキレートの合成法の開発と配位子としての機能の解明

キレート骨格に遷移金属錯体が入ったメタロキレートリン配位子には,有機合成のための新しい金属錯体触媒を開発するための補助配位子として大きな期待が掛かっている.本研究では,1)キレート鎖に4族金属錯体を組み込んだジホスフィンキレートを合成し,これをPdに配位させた金属錯体を用いて,多重結合へのP-H結合付加触媒反応をおこなった.2)フェロセンをキレート骨格に組み込んだ大環状リン配位子の合成を行った.キレート骨格に遷移金属錯体が入ったメタロキレートリン配位子には,有機合成のための新しい金属錯体触媒を開発するための補助配位子として大きな期待が掛かっている.本研究では,1)キレート鎖に4族金属錯体を組み込んだジホスフィンキレートを合成し,これをPdに配位させた金属錯体を用いて,多重結合へのP-H結合付加触媒反応をおこなった.2)フェロセンをキレート骨格に組み込んだ大環状リン配位子の合成を行った.キレート骨格に遷移金属が入ったメタロキレートは注目を集めているが、大部分がNとOが配位原子となったキレート配位子であり、リンが配位原子となったものは圧倒的に少ないのが現状である。本研究では、メタロホスフィンキレートの潜在的な触媒補助配位子としての能力と研究例の少なさに鑑み、単純なキレートタイプから大環状化合物および多座配位子まで幅広い構造的特徴をもつメタロキレートホスフィンを研究の対象とする。これら、合成したリン配位子は有機合成における金属錯体触媒の補助配位子として用い、新たな触媒反応の開発や新たな機能をもつリン配位子の開発を目的とする。メタラジホスフィンキレート配位子Cp_2M(OPR_2)_2(M=Ti,Zr,Hf)をメタロキレートしてPd(II)に配位させたものは、Ph_2P(0)-Hのアルキンへのダブルヒドロホスフィニレーション反応の触媒となることを見出した。この反応の特徴は、キレートの一部が基質として反応に関与するところにある。触媒反応性は、Ti<Zr<Hfの順に向上した。さらに、反応系中にホスフィンを添加すると顕著な反応加速効果が観測された。また、反応機構の解明にに関して鍵となる触媒中間体を単離同定した。リンメタラサイクルには、多くの報告例があるが、その殆どは3価のリンが金属に結合したものであり、5価のリンとなったものは、1例しかない。本研究では、歪んだ5価ホスファ4員環化合物P(=E)(N^iPr_2)(naph)(E=S,O;naph=1,8-naphthylene)に対して0価パラジウムPd(PPh_3)_4を反応させることにより、P-C結合にPd(PPh_3)フラグメントが挿入した5員環ホスファパラダサイクル[Pd{K^2P,C-μ_2-PE-P(=E)(N^iPr_2)(naph)}(PPh_3)]_2を合成した。この生成物において、P(V)-メタラサイクルは、メタロリガンドとして、Eを介して、Pdに配位し、2量体構造を形成していた。また、このメタラサイクルのリン中心は、不斉であるので、2量体にはメソ体とラセミ体が存在したが、熱力学的には、2枚貝に似た構造をもつラセミ体が安定であった。Pdに配位したE配位子は、dppeを加えると容易に解離し、単核の錯体を与えた。一方、単座のリン配位子を加えた場合は、E配位子はPdから解離せず、2核構造を保持したまま、PPh_3のみの交換が起こった。このようにして得られたいくつかの2枚貝構造の開口角は、Pdに結合した単座リン配位子の立体的嵩高さに応じて変化した。最も嵩高いPCy_3では、最大となり、最も小さなPMe_3では、開口部が閉じて、Pd-Pd結合が生じるほど接近した。一連のP(V)-メタラサイクルのうち、PPh_3の結合したものについては、スチレンとPhIとのHeck反応に対する触媒活性も調べた。その結果、約90時間後に触媒に対して7万当量のPhCH=CHPhを与え、既報の触媒に比べて中程度の活性が見られた。水銀テストによりこの反応の活性種は、パラダサイクルから生じたPdナノ粒子であることが示唆された。2つのリン配位子をフェロセンで2重に架橋したリン架橋[1.1]フェロセノファンを用い,このユニット同士をビスフェノールAをリンカーとして環状に結ぶことにより内包空間が大きな大環状フェロセノホスフィンを合成した.得られた大環状配位子に対する金属の配位様式を明らかにするためにAg(I)を用いて錯形成反応を行った.その結果,期待どおり2つのAgフラグメントが互いに向かい合ってP原子に配位していることが確かめられた.また,2つのAgイオンで挟まれた空間には,溶媒として用いたアセトニトリルが4分子取り込まれていた.次に,触媒に多用されているPt錯体との反応を試みた.Pt(II)フラグメントとしてPtCl_2(cod)を用いた反応では,不溶性の沈殿が生成した.そこで,拡散法により配位子とPtCI_2(cod)を徐々に反応させると良好な単結晶が得られた.

この結晶構造を調べると期待どおり2つのPtCl_2フラグメントが環内に取り込まれていた.さらに,Pt(O)錯体としてPt(PPh3)_4やPt(PPh_3)_2(PhC≡CPh)などを用いて大環状配位子との反応を行っても,Pt(L)(L=PPh3, PhC≡CPh)が2ユニット取り込まれた生成物が得られた.PhC≡CPhが配位したもののX線結晶構造解析の結果,各々のP-Pキレートの配位平面が互いに傾けるように,配位子の構造が変化することで,嵩高いジフェニルアセチレンを含むPtフラグメントでも大環状配位子の空間に収容できることが確かめられた.このことから,今回合成に成功した大環状リン配位子は,フェロセンユニットの嵩高さの割には,その構造を変化させるだけの柔軟性を持っていることが明らかになった.
噴流攪拌固液分離槽と上向流バイオフィルタ-を組み合わせた高効率下水処理システム

(1)噴流攪拌固液分離槽による下水処理長さ240cm,幅30cm,深さ85cmの長方形水路に板の半面に直径8mmの小孔を48個空けた多孔板を,孔面が交互になるように5cm20cm間隔に配置した装置を用いた。実験は都市下水処理場の最初沈殿池流出水を原水として行った。分離槽流入部に凝集剤としてポリ塩化アルミニウムをAlとして10,5,2.5ppm添加した。実験結果をまとめると以下の通りである。(a)分離槽内で凝集と沈殿が同時に生ずる条件として,噴流速度10cm1秒程度,多孔板間隔20cm,水理学的滞留時間45分程度が最適である。(b)最適条件においてAl添加濃度を10ppmとすると,濁度とSSの除去率は90%以上,リン除去率は90%以上,TOC除去率は50%程度であった。(C)分離槽では0.1μm以上の寸法を持つ汚濁物はほとんど除去された。(2)上向流バイオフィルタ-による下水処理高さ200cm,幅50cm×50cmの中型装置と,高さ85cm,幅23cm×23cmの小型装置を用いた。中型装置ではシラス多孔質ガラス(SPG)管曝気装置により槽外で曝気した。装置内には目開き1.2mmのステンレス網を流れに垂直に配置した。網に形成された生物膜により下水を浄化した。実験結果より,流入下水量の2倍程度の曝気量で水理学的滞留時間5時間程度とするとBODとSSの除去率は90%程度となった。(3)噴流攪拌固液分離槽と上向流バイオフィルタ-を組合せた下水処理前処理としての噴流攪拌固液分離槽で0.1μm以上の汚濁物を分離し,残余の汚濁物を上向流バイオフィルタ-で生物膜により吸着・生物酸化する実験を行った。前処理を行った結果,バイオフィルタ-の水理学的滞留時間は2時間程度に短縮できた。本年度は,(1)噴流攪拌固液分離槽(JMS)の操作条件と下水処理効率の関係,(2)上向流バイオフィルタ-(UBF)の下水処理効率,(3)JMSとUBFを組み合わせた下水処理システムによる下水処理効率,について検討した。都市下水を原水とする実験を行い次のような結果を得た。(1)について:長さ240cm,巾30cm,深さ85cmの装置による実験を行った。水面積負荷26m/日,多孔板間隔20cm,噴流速度7.5cm/秒の操作条件において以下のような処理効率を得た。Al添加率10ppmの場合;TOC除去率=60%,SS除去率=90%,全リン酸除去率=90%,Al添加率5ppmの場合;TOC除去率=40%,SS除去率=70%,全リン酸除去率=60%。(2)について:高さ85cm,底面積23×23cm^2のUBFによる実験を行った。水理学的滞留時間を5時間に固定し,通気量を流入下水量に対して,1倍とした。この場合,槽内のDO濃度は1.52ppmとなり,以下のような処理水質を得た。

TOC=15ppm,DOC=10ppm,濁度=25ppm。この操作条件では硝化はほとんど生じなかった。(3)について:JMSとUBFを直列に連結した実験を行い,以下のような結果を得た。JMSは水面積負荷26m/日,多孔,間隔20cmとして操作した。JMSへのAl添加率を5ppmとし,UBFへの通気量を流入下水量の1倍,水理学的滞留時間を5時間とした場合,UBF内のDO濃度は約4ppmとなった。TOC濃度もJMS流入水で約90ppmであったが,JMS流出水では約40ppm,UBF流出水では約20ppmとなった。濁度,とSSについては,UBF流出水では10ppm以下となった。(1)噴流攪拌固液分離槽による下水処理:長さ240cm,幅30cm,深さ85cmの長方形水路に板の半面に直径8mmの小孔を48個空けた多孔板を孔面が交互になるように5cm20cm間隔に配置した装置を用いた。実験は都市下水処理場の最初沈殿池流出水を原水として行った。分離槽流入部に凝集剤としてポリ塩化アルミニウムをAlとして10,5,2.5ppm添加した。実験結果をまとめると以下のようである。(a)分離槽内で凝集と沈殿が同時に生ずる条件として,噴流速度10cm/分程度,多孔板間隔20cm,水理学的滞留時間45分程度が最適である。(b)最適条件においてAl添加濃度を10ppmとすると,濁度とSS除去率は90%以上,リン除去率は90%程度,TOC除去率は50%程度であった。(c)分離槽では0.1μm以上の寸法を持つ汚濁物はほとんど除去された。(2)上向流バイオフィルタ-による下水処理:高さ200cm,幅50cm×50cmの中型装置と高さ85cm,幅23cm×23cmの小型装置を用いた。中型装置ではシラス多孔質ガラス(SPG)管曝気装置により槽外で流入下水を曝気し,小型装置では多孔板曝気装置により槽内で曝気した。装置内には目開き1.2mmのステンレス網を流れた垂直に配置しそこに形成された生物膜により下水を浄化した。実験結果から流入下水量の2倍程度の曝気量で水理学的滞留時間5時間程度とするとBODとSSの除去率は90%程度となった。(3)噴流攪拌固液分離槽と上向流バイオフィルタ-を組み合わせた下水処理:前処理としての噴流攪拌固液分離槽で0.1μm以上の汚濁物を分離し,残余の汚濁物を上向流バイオフィルタ-で生物膜により吸着・生物酸化する実験を行った。前処理を行った結果,バイオフィルタ-の水理学的滞留時間は2時間程度に短縮できた。
低次元非線形力学系の構造と分岐

非線形写像の力学系としての構造と分岐を研究するために、その最も単純なモデルとしてのHenon mapの性質を解明する...というのがこの研究の目的である.特に、Henon mapの分岐構造を調べるため、周期点曲面という代数多様体を導入し、その幾何学的な構造を調べてみようというのがひとつのテーマであった.具体的には,その周期点曲面の1-dimensional partとhyperbolic partとがどのように結合しているのかを表現するような、記号列に関する自然な十分条件をすでに得ていたわけだが,その必要性を示すのがひとつの課題であった.これについては,多変数複素関数論,多変数ポテンシャル論の観点から代数多様体の位相的性質を調べ,ある種の極小性を証明しようとする方向性で現在研究中であるが,今のところ具体的な成果は出ていない.面積を保存するHenon familyはKAM理論的分岐を示すことはよく知られているが、パラメーターを大きくしてゆくとhorse shoe mapとなり,2-symbolのfull shiftと同型となる.その意味で,KAM理論的分岐で発生する周期点やinvariant circleなどが,どのようにsymbolic dynamicsの中に埋めこまれているのかは興味深い問題である.これについては,Biham-Wenzelの方法によって得られるいくつかの周期点について,計算機による数値実験で得られた結果と,理論的な解析によって得られるrotation numberなどの不変量との比較等を行なっている.現在のところ,興味深いデータが得られつつあるが,まとまった理論的結果とするためには,さらなる研究が必要である。
水素化物による二酸化炭素のメタン化とその機構解明

水素化物中のHδーとCO2中のCδ+の静電相互作用に着目して、水素化物M(BH4)nとCO2の化学反応を詳細に調査した。LiBH4とα-Mg(BH4)2では、1 MPaのCO2中において、120°Cまで加熱しないと反応が進行しないのに対して、ナノポーラス構造を有するγ-Mg(BH4)2では、室温でも1気圧のCO2と反応することを明らかにした。また、KBH4とCO2との化学反応において、主な固相生成物はK[HxB(OCHO)4-x](x =1ー3)であることが同定され、水素以外に、COとメタノールの生成が確認された。すなわち、触媒を用いなくても、KBH4によるCO2の還元が可能であると示唆される。今年度では、水素化物による二酸化炭素のメタン化を目指して、まずはアルカリ金属からなるボロハイドライドMBH4 (M = Li, K)と二酸化炭素との化学反応を詳細に調査した。1)室温で二酸化炭素の圧力を1MPaまで増加させても、LiBH4は二酸化炭素と反応しないことがin-situラマン分光分析よりわかった。さらに、反応温度を120°C(相変態温度は約110°C)まで加熱した場合は、C-Hに帰属できる振動モードがin-situラマン分光分析より確認された。このことから、LiBH4と二酸化炭素の化学反応はLiBH4の結晶構造に関連すると考えられる。2)KBH4と二酸化炭素との化学反応は、室温のボールミリング処理や昇温加熱処理のいずれにおいても進行し、主な固相生成物はK[HxB(OCHO)4-x](x = 1-3)であることが確認された。また、KBH4と二酸化炭素の昇温加熱反応では、水素、メタノールおよび一酸化炭素の生成が質量分析と赤外分光分析より確認された。このことから、触媒を用いなくても、KBH4による二酸化炭素の還元が可能であると示唆される。今年度では、LiBH4やKBH4と二酸化炭素との化学反応の圧力と温度などの依存性を詳細に調査し、水素化物による二酸化炭素の還元の可能性を確認した。特に、KBH4と二酸化炭素の化学反応によりメタノールやK[HxB(OCHO)4-x]の生成が確認され、触媒を用いなくても、KBH4による二酸化炭素の再資源化が可能であると示唆される。これらの研究成果から、今年度の研究はおおむね順調に進展していると判断する。今年度では、マグネシウムボロハイドライド(Mg(BH4)2)と二酸化炭素との化学反応を理論と実験の両面から詳細に評価解析した。1.Mg(BH4)2における二酸化炭素の吸着サイトや安定性を密度汎関数法より計算した。ナノポーラス構造を有するγ- Mg(BH4)2において、二酸化炭素の再安定吸着サイトはナノ細孔の中心となり、その吸着エネルギーは1.336eVとなった。この値はα- Mg(BH4)2の表面吸着エネルギーよりも高いことが分かった。また、電子状態密度(DOS)および部分状態密度(PDOS)解析により算出された吸着前後におけるエネルギー変化において、CO2の非結合性p軌道が左側へシフトし、フェルミレベル以下の軌道が増加したことが分かった。2.ナノポーラス構造を有するγ- Mg(BH4)2では、室温でも1気圧の二酸化炭素と反応することがin-situレーザーラマン分光分析より明らかにした。すなわち、室温でも化学反応によって生成したCーH結合が確認された。さらに、二酸化炭素の圧力増加および反応時間の延長に伴い反応が促進され、特に圧力が5気圧以上まで増加すると、2300cm-1付近でB-H結合に帰属できるピークの強度が急激に減少した。他方、α-Mg(BH4)2において、120°C以上にならないと化学反応が進行しないことを判明した。これらのことから、Mg(BH4)2)と二酸化炭素との化学反応において、ナノ細孔による二酸化炭素の吸着が大きく寄与したと考えられる。今後は、水素化物と二酸化炭素との化学反応性と水素化物の結晶構造や陽イオン、陰イオンなどとの相関を詳細に調査する。水素化物と二酸化炭素との化学反応の生成物を同定し、その化学反応の過程およびメカニズムを明らかにする。材料工学、水素化物今年度では、高純度試薬の購入は予定より若干少なかったこと、および初年度ということもあり、研究成果が学会発表の水準にまだ達していなかった部分があり、学会などへの出張旅費が少なかったこともあったため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は高純度試薬やガスと反応容器等の消耗品の購入、研究打合せと成果発表の旅費、および実験補助のための人件費等に使用する。
上顎骨延長法における牽引力と軟組織変化のモニタリングシステムの開発

【目的】研究代表者らはこれまでに上顎骨延長法システムを用いた臨床研究を行ってきた。しかし、治療過程においてリアルタイムで上顎骨を評価できる方法がなく、患者に随時、側面頭部エックス線写真の撮影を余儀なくしている。そこで、反対咬合を呈する小児患者において高精度超音波距離測定装置を応用し、上顎骨前方牽引直後の位置をリアルタイムで計測するシステムを開発することを目指す。本研究は、牽引力や方向などの上顎骨移動様相への影響を検討するモニタリングシステムを開発し、チェアーサイドで牽引の効果などを随時判定することを可能にし、側面頭部エックス線写真の撮影を頻回にすることなく保定に移行する時期を的確に判断することで後戻りの減少を図り、さらに、患者の被爆量を軽減することを目的としている。【方法・結果】1.上顎骨前方牽引装置モニタリングシステムの開発;研究発案当初、高精度超音波センサを用いるはずであったが、研究段階においてレーザーの方が安定性および操作性に優れていたためレーザーでの作製を開始した。そして、人体近似性の高いPVA素材のファントムモデルを用いて上顎骨前方牽引装置装着中のモニタリングに必要な上顎骨の移動様相をダイレクトかつリアルタイムに解析・記録するシステムの基礎的な設定レーザー装置の開発ができた。2.上中顔面表層モニタリングシステムの臨床応用;対象患者は、骨格性反対咬合(上顎裂成長)と診断され、上顎骨の発育がある成長期の患者とした。年齢としては、6歳前後から女子の場合は10歳前後まで、男子の場合は12歳前後までを対象とした。また、口唇口蓋裂を含む先天性疾患患者も対象とした。計測部位として、N, PRN, SN, sA, Ls, TUL, Stm, TLL, Liuを設定した。現在、2人の対象患者で前述の計測部位での計測を開始した。昨年度までは、モニタリングシステムの装置開発に時間を要したが、レーザー装置を開発することにより実際の臨床患者での計測に入り、計画当初の予定に追いついた。患者数を増やして、臨床的問題点を洗い直し、設定の調整を行う。そして、計測結果をもとに、エラスティックスによる牽引力との相関性を解析しモニタリングシステムの確立および、より効果的な上顎骨牽引法の検討を行う。【方法・結果】1.上顎骨前方牽引装置モニタリングシステムの開発;人体近似性の高いPVA素材のファントムモデルを用いて上顎骨前方牽引装置装着中のモニタリングに必要な上顎骨の移動様相をダイレクトかつリアルタイムに解析・記録するシステムの基礎的な設定や、計測誤差について調査し、研究し、現在、装置開発に向けてキーエンス社と連携し作製段階まできた。当初高精度超音波センサを用いるはずであったが、研究段階においてレーザーの方が安定性および操作性に優れていたためレーザーでの作製を行っている。装置の開発に至るまでの基礎的な設定、設計、高精度超音波やレーザーの比較など、初期の時点で予想以上に詳細な部分で時間を大幅に要した。そのため、当初の計画であった上顎骨前方牽引装置モニタリングシステムの開発の完成まで行えていない。