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熱ショックタンパク質誘導剤を用いた生物学的覆髄法の確立

生物学的覆髄を可能とする治療法の確立を目指して、新規覆髄システムの検討を行った。まず覆髄時に必須の歯髄組織の耐性向上に果たすHSP70の重要性を確認し、HSP70誘導剤による覆髄法の可能性を示した。また歯髄細胞の炎症応答時の挙動の解析を行った上で、新規歯髄消炎剤の開発とその可能性について解析した。さらに覆髄後、歯髄活性を保ちながら咬合圧に耐え、十分な封鎖性を維持できる質および量の象牙質様硬組織の形成誘導法について検討し、ヒト多血小板血漿や生体活性ガラスの応用について重要な知見を得ることができた。以上より歯髄の有する自然な象牙質ー歯髄複合体の発生・修復過程を再現する覆髄法確立に重要な知見を得た。熱ショックタンパク質誘導剤を用いた新規の生物学的覆髄法を確立することを目的に、本年度は熱ショックタンパク質(HSP)の発現誘導における歯髄細胞の熱耐性能向上を、in vitro研究により明らかにした。また並行して新規薬剤の基剤として利用可能な無機材料の開発を進めた。1)HSP発現誘導と歯髄細胞の耐熱性の向上ラット歯髄由来象牙芽細胞様株細胞に41°Cの軽度熱刺激を加えると、各種のHSPs(HSP25, HSP70およびHSP90)の細胞内蓄積量が12時間後まで増加した。この時点で致死的な49°C、10分間の熱刺激を細胞に加えたところ、細胞数は一過性に減少したものの再び増殖能を示した。これらの生存細胞では象牙芽細胞の分化マーカーである象牙質シアロタンパクと象牙質基質タンパク-1の発現が認められ、機能的にも象牙芽細胞様細胞の特徴を保持し続けていることが確認された。以上の結果より、HSPの発現誘導により歯髄由来細胞の熱耐性能を向上させることが可能なことを明らかにし、報告した。2)ストロンチウム置換生体活性ガラスの象牙質誘導能熱ショックタンパク質は歯髄細胞の保護に加え細胞増殖や血管誘導への関与が報告されているが、直接的な象牙質形成誘導能については報告がない。熱ショックタンパク質誘導剤とともに象牙質形成誘導能を有する材料を基剤として適用することで、象牙質ー歯髄複合体の修復・再生が有利になるため、骨補填剤として臨床応用されている生体活性ガラスの象牙質形成誘導能を確認した。in vitro研究の結果、生体活性ガラスは有意に象牙芽細胞分化を誘導する一方、細胞毒性は示さなかった。さらに、生体活性ガラスに含まれる成分のうち酸化カルシウムを酸化ストロンチウムに置換したストロンチウム置換生体活性ガラスでは、ストロンチウム含有量が増加するにつれて象牙芽細胞分化誘導能が高まることを確認し報告した。熱ショックタンパク質誘導剤を用いた安全かつ効果の高い新規の生物学的覆髄法の確立を目的とし、本年度は致死的熱刺激から細胞を保護するに十分な量の熱ショックタンパク質発現を歯髄由来細胞に誘導するのに適した条件の検索と、その際の細胞保護機構の解明について研究を行った。そして41°C、12時間の軽度熱刺激は致死的な熱刺激に対する耐性を歯髄由来細胞に誘導するに必要十分な量の各種熱ショックタンパク質を細胞質内に蓄積し、これらの分子シャペロンとしての機能による直接的な細胞保護効果に加え、熱ショックタンパク質により誘導される一過性の細胞周期の停止による間接的な細胞保護効果も同時に機能していることを明らかにした。一方、39°Cの熱刺激では熱ショックタンパク質の細胞内での増加は確認されるものの41°Cに比べて有意に低く、細胞周期の停止は確認されず、歯髄由来細胞の致死的な刺激に対する耐性能は向上しなかった。以上の結果より、熱ショックタンパク質による歯髄細胞の耐性向上メカニズムについて明らかにすると共に、致死的な刺激より歯髄細胞を保護するためには必要十分な量の熱ショックタンパク質群を細胞内に蓄積する必要があることが明らかになった。上記の研究と平行して、本年度は覆髄法を成功させる上で不可欠な歯髄組織の炎症応答をコントロールする上で解明すべき炎症応答時の歯髄由来細胞の挙動メカニズムを明らかにするため、in vitro研究により炎症性サイトカインであるIL-1βおよびTNF-α刺激に対する歯髄由来細胞の応答について分子生物学的手法を用いて検証した。その結果、IL-1βおよびTNF-αは象牙芽細胞様細胞の象牙質基質タンパク質の産生量を増加させ、さらにIFN-γを投与するとこれらの発現を著しく抑制することが確認された。本年度は熱ショックタンパク質誘導剤による新規生物学的覆髄法を臨床の場で応用するために必要な各種の知見を得るため、以下の研究を行った。初めに炎症が象牙質形成に与える影響について確認するため、炎症性サイトカインであるIL-1βおよびINF-γ刺激による象牙芽細胞様細胞の分化および象牙質形成能への影響を確認した。その結果、INF-γは象牙芽細胞分化マーカーであるDMP-1の発現を低下させアルカリフォスファターゼ活性を抑制し、象牙質形成阻害作用が確認された。一方、この阻害作用はIL-1βを同時に作用させることで低下することが確認され、これらの炎症性サイトカインは象牙質形成に拮抗的な作用を示すことが示唆された。続いて、歯髄組織の炎症制御を目的とした研究を行った。覆髄処置が必要とされる歯の歯髄は炎症状態にあり、早急に適切な炎症制御がなされなければ重篤化し歯髄壊死が引き起こされ、覆髄の適用が不可能となる。

Macromolecular Translocation Inhibitor II(MTI-II)は酸性の核タンパク質であり、炎症応答において主要な役割を果たすNF-κBを阻害する。本年度の研究結果から、MTI-IIはTNF-αにより象牙芽細胞様細胞に誘導されたNF-κBの転写活性を阻害し、歯髄炎の制御に有用であることが確認された。さらに神経細胞生存維持機能を有するGDNFが象牙芽細胞様細胞の生存維持、増殖に有効であることも確認した。次に、覆髄後に創傷治癒を促進し適切な量と緻密で質の高い象牙質の形成を誘導するために、様々な成長因子を高濃度に含む多血小板血漿(PRP)の応用を検討した。その結果、PRPは象牙芽細胞様細胞の分化および石灰化能の亢進を誘導することが示唆された。以上の研究から、これまでに明らかにした熱ショックタンパク質発現による象牙芽細胞様細胞の耐性向上に加え炎症制御、象牙質形成促進を組み合わせた新規の生物学的覆髄法を確立するための知見を得ることができた。生物学的覆髄を可能とする治療法の確立を目指して、新規覆髄システムの検討を行った。まず覆髄時に必須の歯髄組織の耐性向上に果たすHSP70の重要性を確認し、HSP70誘導剤による覆髄法の可能性を示した。また歯髄細胞の炎症応答時の挙動の解析を行った上で、新規歯髄消炎剤の開発とその可能性について解析した。さらに覆髄後、歯髄活性を保ちながら咬合圧に耐え、十分な封鎖性を維持できる質および量の象牙質様硬組織の形成誘導法について検討し、ヒト多血小板血漿や生体活性ガラスの応用について重要な知見を得ることができた。以上より歯髄の有する自然な象牙質ー歯髄複合体の発生・修復過程を再現する覆髄法確立に重要な知見を得た。熱ショックタンパク質による歯髄由来細胞への耐性能向上メカニズムについて、詳細に解析を行い国際学術雑誌上で報告することができた。また当初の計画には含めてはいなかったが、覆髄が必要となる歯の歯髄では歯髄炎が惹起されており、歯髄保存や第三象牙質形成において炎症のコントロールが覆髄法の成否に大きく関与する。そのため、in vitro研究により炎症性サイトカインやIFN-γの歯髄由来細胞への影響についても検証が必要であるため、これらについても検証をスタートすることができ、象牙質基質産生への影響について解析することができた。さらに前年度より計画よりも先行して実施しているストロンチウム置換生体活性ガラスを用いた象牙芽細胞分化誘導能を有する無機材料の開発も継続して進行中である。一方、動物実験による至適HSP70誘導剤投与量の検討は当初計画より遅れている。以上それぞれの研究を統合すると、おおむね研究は順調に伸展していると考える。歯科保存学次年度は、以下についての研究を遂行する予定である。1)in vivo研究による至適HSP70誘導剤投与量および投与方法の検討:ラットを用いた動物実験により、歯髄の刺激耐性誘導に必要十分な量のHSP70誘導剤の投与量と、投与方法について確認する。投与方法については注射器による腹腔内投与と経口シリンジを用いた経口投与について確認する。また、耐性誘導効果発現までに要する時間についても検討する。各投与方法によりHSP70誘導剤を投与後に免疫化学的手法を用いて歯髄におけるHSP70発現について確認する。
リグニン分解酵素の固体培養生産システムの開発

固体培養における酵素の生産能力で選定した菌株を用いて、リグニン分解酵素の生産系について検討した。選定した菌株のリグニン分解酵素の生産量を高める因子が数種判明し、固体培養におけるリグニン分解酵素の生産量を高めることができた。また、選定した菌株により生産されるリグニン分解酵素の精製を試み、部分精製段階では、多機能型のリグニン分解酵素である可能性が示唆された。木質バイオマスは循環利用できる資源として注目されており、様々な変換利用のプロセスが検討されている。木質バイオマスを酵素糖化して変換利用する際には、多糖類の回りに存在するリグニンが妨げとなり、効率的に変換するためには何らかの前処理が必要となる。白色腐朽菌は、他の生物にはみられない特殊なリグニン分解能力を有し、リグニンを対象とした前処理への応用が期待されている。しかし、産業利用にむけて分解速度が遅いことが欠点である。この原因の1つとしてリグニン分解の鍵となる分解酵素の生産性が低いことが考えられる。白色腐朽菌のリグニン分解は、菌体外で行われることからリグニン分解関連因子を特定し、大量に生産することで人工的に分解系を再構築することができれば菌の遅い生育とリグニン分解因子生産から切り離すことができ、リグニン分解の効率を格段に上昇させることが可能と考えられる。最終年度は、リグニン分解酵素の生産量を増大させる効果が認められた物質を用いて培養系の拡大と生産期間を短縮する試験に取り組んだ。培地拡大前に得られた培養期間を短縮するには至らなかったが、酵素の生産量を落とさずに培養系を拡大できる結果を得た。また、液体培地と比較して固体培養の欠点である生産物の取扱性を改善するために、回収条件を検討した。広いpH域で酵素が回収でき回収後も急激な失活などが認められず安定した酵素の回収が可能であることが判明した。本研究では、リグニン分解の律速因子と考えられる白色腐朽菌の低い分解酵素の生産性を人工的に補うべく、固体培養から選定した酵素生産能力の高い菌株を用いて、固体培養でリグニン分解酵素を大量に生産し回収する系の開発を目的とした。固体培養は生産物の取扱いについて液体培養に劣る部分もあるが、培地と菌体の割合が一定な均一系を作ることができ、菌体に悪影響を与えずにスケールアップできる可能性が高い基礎データを得た。本研究では、リグニン分解の律速因子と考えられる白色腐朽菌の低いリグニン分解酵素の生産性を人工的に補うべく、固体培養から選定した酵素生産能力の高い菌株を用いて、固体培養でリグニン分解酵素を大量に生産し回収する系の開発を目的としている。固体培養は生産物の取扱いについて液体培養に劣る部分もあるが、培地と菌体の割合が一定な均一系を作ることができ、菌体に悪影響を与えずにスケールアップできる可能性が高い。前年度は、小規模の培養系において選定菌株のリグニン分解酵素の生産量を増大させることを目的に培地添加物などの培養条件を探索した。培養期間の短縮については、初期段階の6割程度であるが、リグニン分解酵素の生産量を高める因子が数種判明したことからリグニン分解酵素の生産量を高めることに成功した。また、選定菌により生産されるリグニン分解酵素の分離精製を試み、部分精製段階では、多機能型のリグニン分解酵素である可能性が示唆された。前年度の研究計画の主な試験項目である小スケールの固体培養系でリグニン分解酵素の生産量を増大させる添加物や培養条件の試験を行い、酵素生産量を高める因子を数種特定することができた。試験から導き出された条件を用いて、実際の培養系において生産されるリグニン分解酵素量が増大する結果を得ることができている。培養条件や接種方法の検討から特に培養温度が、酵素生産量や培養期間に大きく影響することが分かった。この結果をもとに、次年度、培養のスケールを拡大する試験を行う。培養系検討の基礎となるデータをとることが完了し、選抜菌の酵素生産に大きく影響した培養温度などは、スケールを拡大しても同様の効果を得ることができる可能性が高いと考えている。

また、生産されているリグニン分解酵素の部分精製を試みた結果から固体培養系に生産されているリグニン分解酵素が多機能型のリグニン分解酵素である可能性が高いことがわかり、白色腐朽菌のリグニン分解酵素の研究において、近年発見された多機能型のリグニン分解酵素の生産が固体培養で高まる事例は報告されておらず学術的にも新たな知見が得られる可能性がある結果を得ることができている。液体培地を用いた白色腐朽菌の培養系をスケールアップする従来の研究では、選抜時に得られた小スケールの培養系において観測された培養液当たりの酵素生産量を維持したまま培養系をスケールアップできない場合が多い。この原因である糸状菌の液体培養では菌体が沈み、培養液を循環させると菌体が切れるなど悪影響が発生する問題点を解決するために、本研究では、酵素の生産性に優れた菌株を固体培地から既に選抜を行い、固体培地でリグニン分解酵素生産能力の高い菌株を試験に用いている。固体培地は、液体培地と異なり、培地と菌体の割合を一定にすることが可能であり、菌体に悪影響を与えずにスケールアップできる可能性が高いことから、前年度、小スケールの固体培養系における研究から導き出すことができた培地添加物と培養条件の結果をもとに、今年度、リグニン分解酵素を大量に生産できる培養系を拡大していける可能性が高いと考えている。また、液体培地と比較して固体培地の劣る点である培地中に生産された生産物である酵素の取扱い性が悪い点を改善するために、固体培地中に生産されたリグニン分解酵素を失活させることなく回収する条件について研究項目としている。前年度の研究から、リグニン分解酵素が菌体外に生産されていることやリグニン分解酵素の部分精製を行い、現在、固体培養系に生産されている酵素の性質が、温度について安定であることが分かってきたので、今年度、リグニン分解酵素の性質にあった回収方法を研究し、リグニン分解酵素の生産系の開発を目指していく方策である。1)酵素生産系のスケールアップについて検討する。前年度決定された培養条件で、酵素生産量を維持したまま培養規模を拡大できる培養規模の検討。培養規模拡大にともなう菌の接種方法を検討し生産期間の短縮化をはかる。また、生産された培地から部分的に酵素の抽出・分離を行い、経時的に酵素活性を測定することで効果を評価するために使用する培養試薬や分析試薬類を購入する。2)固体培地からの抽出条件の検討粗酵素の抽出時に予想される各種条件下でのリグニン分解酵素の活性残存量を測定し、分解酵素の安定性を評価する。拡大した培養系で得られた酵素で、酵素の温度耐性、安定pHについて諸性質を調べ、抽出液に含まれる目的のリグニン分解酵素を効率よく抽出するための条件を決定するために使用する試薬類を購入する。これまでの酵素の濃縮に関しては、温度をかけずに限外濃縮を行うことが多かったが小型の培養系において生産されるリグニン分解酵素は、温度に対して比較的安定であることが確認されたので、エバポレーターによる濃縮を中心に検討する。濃縮後の残存活性から条件を評価するための試薬類を購入する。また、それぞれの培養や測定に用いるガラス容器や樹脂容器についても購入する。さらに2年間で得られた結果について取りまとめ、成果の発表に必要な旅費に使用する計画である。当該研究費が生じた状況(研究経費の残額が生じた理由)所の規程で、銀行振込による支払いしか認められておらず、残金が、振込手数料以下となった時点で年度内に残金の支出が、不可能となった。
鉄道貨物輸送市場の競争促進による物流効率化施策の構築

わが国の鉄道貨物輸送においては、モーダルシフトを推進すべくインフラ整備が進展しており、またJR貨物が独占している地域間輸送に新規参入を検討する事業者が存在する等、鉄道運行事業者間の線路上での競争の導入を検討すべき段階にある。しかし広く競争が導入されている欧州の事例研究から、競争が機能するためには事業者間での線路使用権の配分が公平であること、新規参入にともなうサンクコスト・リスクを回避し得る鉄道車両リース事業が存在すること等の条件が満たさなければならない。わが国においても、線路使用権配分の公平性と新規参入にともなうサンクコスト・リスクを回避し得る制度設計が必要である。(論文)福田晴仁「鉄道貨物輸送の活性化に関する考察新規参入の促進による荷主ニーズ対応力向上の必要性」『流通ネットワーキング』第280号、平成25年11月わが国の地域間鉄道貨物輸送を担う全国唯一の事業者である日本貨物鉄道(以下、JR貨物という)は、東海道線、山陽線等の主要幹線に経営資源を集中させる一方、多くの線区において貨物輸送を廃止している。これは、JR貨物が長距離高速輸送という鉄道の特性を発揮し得る市場に経営資源を集中させ、市場の縮小を必死で回避する方策と考えられる。とはいえ、JR貨物が休廃止した輸送サービスであっても、荷主企業に鉄道輸送のニーズがある場合には、JR貨物以外の鉄道事業者(臨海鉄道、民営鉄道等)による新規参入によって、鉄道輸送の存続を図ることが望ましい。(学会発表)山本雄吾、水谷淳「ドイツにおける線路使用権の配分方式鉄道貨物輸送競争促進の視点から」平成26年5月2日、日本交通学会関西部会、於都市交通研究所欧州諸国では、線路インフラの維持・管理主体と列車運行主体を分離する「上下分離」と、線路インフラを複数の列車運行主体に開放する「オープンアクセス」が導入された。この結果、自らは線路インフラを保有せず、線路保有会社に線路使用料を支払い既存の線路上で列車運行を行う「鉄道オペレータ」が登場し、単一の線路を使用して複数の鉄道事業者が其々独自にサービスを提供する競争市場が形成されている。ドイツでは、鉄道オペレータが線路保有会社(DB Netz)に支払う線路使用料は列車種別により差別化されており、複数の鉄道オペレータ間で線路使用希望が競合した場合は、高額の線路使用料を支払う列車が優先される。この結果、線路使用権の配分に価格メカニズムが機能し、希少な線路容量の配分効率の改善が志向されるシステムとなっている。(論文)山本雄吾、水谷淳「ドイツにおける線路使用権の配分方式」『物流学会誌』第22号、平成26年5月今世紀に入り、多くの欧州諸国では線路インフラの維持・管理主体と列車運行主体を分離する「上下分離」と、線路インフラを複数の列車運行主体に開放する「オープンアクセス」が導入された。ドイツでは、複数の鉄道オペレータ間で線路使用希望が競合した場合は、高額の線路使用料を支払う列車が優先される。わが国においても、旅客列車と貨物列車の間の線路使用権の配分に価格メカニズムを導入すれば、貨物列車の増発が可能となり、モーダルシフトの推進に資する可能性があろう。(共著書)福田晴仁「鉄道貨物輸送のインフラ整備」長峯純一編著『公共インフラと地域振興』中央経済社、82-97頁、平成27年3月鉄道貨物の輸送力増強はモーダルシフトを促進する施策であり、社会的費用の抑制等、政策課題の解決に資するものである。しかしながら、わが国の鉄道は主要幹線において旅客輸送の需要が大きく、既存の設備を活用するのみでは、貨物輸送力の増強は困難である。このため、主要幹線において鉄道貨物インフラ整備が近年実施されている。鉄道貨物需要が最も大きく、線路容量に余裕の少ない首都圏・福岡間においてインフラ整備を推進したことは妥当と考えられる。一方で、インフラ整備の効果が長距離に及ぶ性質を有しているにもかかわらず、整備に長期間を要していること、インフラ整備による輸送力の増強量が1列車あたりコンテナ貨車2両分という小規模にとどまっていることが問題点として挙げられる。何らかの公的支援を拡充することでインフラ整備に必要な当面の資金を確保し、需要が大きい首都圏・福岡間について輸送力のさらなる増強を図るべきである。(論文)山本雄吾「オーストリアにおける線路使用権の配分方式鉄道市場競争促進の視点から」『名城論叢』第15巻4号、平成27年03月欧州の鉄道では上下分離とオープンアクセス施策の結果、単一の線路インフラを使用して複数の鉄道事業者が其々独自にサービスを提供する競争市場が形成されている。本稿ではオーストリアにおける線路使用権の配分方式を紹介し、鉄道市場の競争促進施策について考察した。(論文)山本雄吾、水谷淳「欧州の鉄道車両リース事業鉄道市場競争の視点から」『運輸政策研究』第18巻3号、平成27年10月貨物鉄道事業の参入障壁はトラック運送事業に比べてはるかに高い。このような状況下で、欧州で現実に多くの新規参入が結果している大きな要因として、サンクコストとリスクを転移できる鉄道車両リース事業の存在が挙げられる。本稿では、欧州最大手の機関車リース事業者であるMitsui Rail Capital Europe B.V.の事例を中心に、鉄道市場競争促進施策における鉄道車両リース事業の役割を紹介した。(論文)

福田晴仁「紀勢本線定期貨物列車廃止に見る鉄道貨物の未来」『鉄道ジャーナル』第589号、平成27年11月JR貨物は発足以来、主要幹線に経営資源を集中させており、紀勢本線のような他の路線では輸送サービスを休廃止する傾向にある。しかし荷主企業には鉄道輸送のニーズがあるので、JR貨物以外の鉄道事業者が第2種鉄道事業として新規参入し、荷主企業のニーズに対応すべきである。わが国の鉄道貨物輸送においては、モーダルシフトを推進すべくインフラ整備が進展しており、またJR貨物が独占している地域間輸送に新規参入を検討する事業者が存在する等、鉄道運行事業者間の線路上での競争の導入を検討すべき段階にある。しかし広く競争が導入されている欧州の事例研究から、競争が機能するためには事業者間での線路使用権の配分が公平であること、新規参入にともなうサンクコスト・リスクを回避し得る鉄道車両リース事業が存在すること等の条件が満たさなければならない。わが国においても、線路使用権配分の公平性と新規参入にともなうサンクコスト・リスクを回避し得る制度設計が必要である。今年度(平成26年度)は1わが国の鉄道貨物市場への潜在的新規参入者の状況および鉄道貨物インフラの現状を明らかにすること、および2欧州諸国における鉄道貨物市場競争促進施策について、前年度の研究成果の一部を発表したうえで、より一層の理解を深めること、を目標としている。1のうち、前者については先行研究の分析および潜在的新規参入者と考えられる事業者(名古屋臨海鉄道、西濃鉄道)へのヒアリングを実施した。後者についても先行研究の分析および日本貨物鉄道へのヒアリングを実施し、その成果の一部として研究代表者(福田晴仁)が共著書(長峯純一編著)『公共インフラと地域振興』中央経済社の第5章「鉄道貨物輸送のインフラ整備」を執筆した。2については、前年度の成果の一部として研究分担者(山本雄吾、水谷淳)が論文「ドイツにおける線路使用権の配分方式」を『物流学会誌』第22号に寄稿した。ついで諸外国における鉄道貨物事業についての知見を得るため、小澤茂樹氏(大同大学)および藤田崇義氏(交通評論家)より専門的知識を供与される機会を得た。また前年度に引き続き、欧州諸国における貨物列車運行事業者へのヒアリング調査を実施した。ヒアリング先はDB Schenker Rail Deutschland AGである。研究目的は当初予定したとおり進展しており、おおむね順調と評価できる。社会科学初年度(平成25年度)および第2年度(平成26年度)における調査・研究を踏まえて、鉄道貨物市場競争促進施策についての提言案の作成、再検討、修正を行い最終的な提言を取りまとめる予定である。初年度および第2年度における調査・研究によって得られた資料・知見を整理し、鉄道貨物市場競争促進施策についての提言案を作成する。そのうえで、研究代表者(福田晴仁)および研究分担者(山本雄吾、水谷淳)による研究の打ち合わせを実施し、提言案の再検討、修正を行い、本研究の最終的な成果として提言を公表することを目標としている。初年度(平成25年度)は、まずわが国の現在の鉄道貨物事業が、荷主および社会のニーズに十分対応できていない構造的要因を明らかにすることを目標としている。
荒瀬ダム撤去が流れ、土砂動態および河川環境に与える影響に関する研究

河川横断構造物であるダムが河川下流域の物理環境,具体的には河道形状,河床材料,流砂,流況に与える影響について不明な点が多く,また,礫床上への微細土砂の堆積実態については十分に研究されていない.本研究では,熊本県南部を流れる球磨川において河口より約20km上流の荒瀬ダム直下流において発生した砂州の特性と砂州によって生じた本流路および副流路を流れる平水時の流れの特性について検討した.更に室内実験では静的平衡河床を対象に,開口部を有する堰において相対越流水深が堰下流の河床変動に与える影響および堰下流域に発達した砂州の基本特性および河床上の流れの三次元構造について検討した.1)1954年2012年の間に荒瀬ダムが砂州動態に与えた影響荒瀬ダムから約4km下流、球磨川河口から16Km上流の下代の瀬は、地元漁協の聞き取り調査からアユの産卵場所として好適であることが指摘されている。そのため、先行研究として、1947年2006年の間に取られた航空写真から砂州を画像解析し、砂州の発達・減衰を統計的に検討している。更に、荒瀬ダム遙拝堰までの10km間に発達した代表的砂州面積について、荒瀬ダム、洪水流量、ダム湖の堆砂量、ダム湖の除去砂量との関係性を明らかにした。2)礫床上における微細土砂の堆積機構礫上の微細土砂の採取は荒瀬ダムおよび瀬戸石ダムの直下流で実施する。選定された礫はほぼ同一の形状・大きさとする。礫上の微細土砂は実験室に持ち帰り、粒度分布を求めると共に、炉乾燥の後、表面乾燥重量を計測した。また、礫の大きさは現地で取られた写真を画像解析により求めた。3)水理実験によりダムの部分撤去が流れおよび河床変動に与える影響本研究では,荒瀬ダムの堤体が河床から15m以下の11mであるために定義上は堰であることから堰の部分撤去として検討を進めている.特に,堰に開口部を設け移動床実験において流れおよび河床変動の実験を進めた.4)荒瀬ダムの直上流および直下流における流れおよび土砂動態の現地調査によりダム撤去が河道に与える影響流れの測定は,水深が浅い場所では各側線にロープを張り,側線に対して平行にStream ProADCP(2MHz)を移動させ,曳航観測した.本研究では,静的平衡河床を対象に開口部を有する堰が下流の河床変動に与える影響および堰下流域に発達した砂州上の流れの三次元性について検討した.得られた主要な結果は以下の通りである.1)開口部を有する堰周辺の洗掘は,開口部周辺に集中し,洗掘の面的広がりおよび深さは相対越流水深の増加に従って小さくなる.2)最大洗掘深および最大堆積厚は,静的平衡河床においては相対越流水深の増大に伴って指数関数的に減少する.3)堰直上流における洗掘の横断形状は, W字形状で類似し,堰先端で極大洗掘深を示し,開口部中央で盛り上がり,相対越流水深の増大に伴い洗掘傾向は弱まっている.4)堰下流において最大堆積厚が発生した位置の横断形状は,相対越流水深0.22-0.83の範囲では,y=0cm,y=±12cmの3カ所の近傍で峰部が見られ,y= ±6cm近傍では谷部に当たることが分かる.5)堰上流域では堰開口部近傍において強い下降流が現れ,堰下流域では砂州との位置関係が強く,砂州上では上昇流,砂州間の谷部において収束する下降流が認めらた.6)堰前面で発生した横断方向に軸を持つ馬蹄形渦は堰開口部を流下するに従って流下方向に軸を持つ縦渦に向きを変え,その外側には逆回転の縦渦が形成された.1)水理模型実験によりダム撤去がダム直上流および直下流における流れおよび土砂動態に与える影響荒瀬ダムの撤去は,撤去中の治水安全度や河川環境への悪影響を極力小さくするために6年間に亘る世界でも稀な6段階施工が取られている.そのため施工段階毎に堤体形状が変化するが,各段階に応じた堤体が流れや土砂動態に与える影響について実証的検討は成されていない.本研究では,荒瀬ダム上流域において大量の土砂が浚渫され,そのために出水によるダム下流域における土砂堆積を予測することが困難となった.そのため,ダムあるいは堰に開口部を伴う場合の河床変動および流れの三次元構造について検討を行い,その結果を査読付論文(和文)に纏め,現在,英文を纏めつつある.また,現地調査は継続して実施している.球磨川の河口より約20km上流の八代市坂本町地先にある発電用の荒瀬ダムは,2012年度より段階的な部分撤去法が適用された.そのため熊本県企業局ではダム撤去が河床変動,河川環境に与える影響を検討している.なお,荒瀬ダムにおいては2010年3月31日よりゲートが開放され,河床からダムクレスト部までの高さが約11.3mであることから,実質的には堰撤去の領域に入る.みお筋が形成された右岸近傍に開口部を設けることで荒瀬ダムの直上流および直下流部においては急激な河床変動が生じると共に,下流には大規模な砂州が形成され,河床形状,河床材料,流れの変化等の物理環境の多様性から生物環境の改善が認められた.現地調査では,荒瀬ダム直下流において発生した砂州の特性と砂州によって生じた本流路および副流路を流れる平水時の流れの特性について明らかにした.

更に室内実験では動的河床の前に静的平衡河床を対象に,開口部を有する堰において相対越流水深が堰下流の河床変動に与える影響および堰下流域に発達した砂州の基本特性および河床上の流れの三次元構造について検討した.室内実験では,静的平衡河床を対象に開口部を有する堰が下流の河床変動に与える影響および堰下流域に発達した砂州上の流れの三次元性について検討した.その結果,1)開口部を有する堰周辺の洗掘は,開口部周辺に集中し,洗掘の面的広がりおよび深さは相対越流水深の増加に従って小さくなる.2)堰上流域では堰開口部近傍において強い下降流が現れ,堰下流域では砂州との位置関係が強く,砂州上では上昇流,砂州間の谷部において収束する下降流が認められた.3)堰前面で発生した横断方向に軸を持つ馬蹄形渦は堰開口部を流下するに従って流下方向に軸を持つ縦渦に向きを変え,その外側には逆回転の縦渦が形成された.堰開口部が,流れおよび河床変動に与える影響について基礎的知見が得られた.河川横断構造物であるダムが河川下流域の物理環境,具体的には河道形状,河床材料,流砂,流況に与える影響について不明な点が多く,また,礫床上への微細土砂の堆積実態については十分に研究されていない.本研究では,熊本県南部を流れる球磨川において河口より約20km上流の荒瀬ダム直下流において発生した砂州の特性と砂州によって生じた本流路および副流路を流れる平水時の流れの特性について検討した.更に室内実験では静的平衡河床を対象に,開口部を有する堰において相対越流水深が堰下流の河床変動に与える影響および堰下流域に発達した砂州の基本特性および河床上の流れの三次元構造について検討した.1)荒瀬ダム直下流における砂州面積は,ダム年間最大放流量との相関は弱く,ダム湖に堆積した土砂の除去量からの影響が強いことが明らかとなった.2)直線河道の水際部における礫上の微細土砂の堆積は,河川敷端部から急激に水深が深くなる境界部において極大値20mg/cm2を示し,河道中央部に向かって急減していることが認められた.3)直線河道の水際部における礫上の微細土砂はシルトが大半を占めており,その中央粒径d50についても横断方向に変化が見られ,河川敷端部から急激に水深が深くなる境界部において極小値357μmを示し,河道中央部に向かって若干増大することが認められた.4)直線河道の水際部における流れは,顕著な流れの三次元構造を有していた.すなわち河川敷端部から急激に水深が深くなる境界部において主流速は極小値を示し,鉛直方向流速成分から上昇流が発生することが見出された.これらのことから,この領域における二次流セル群によって微細土砂の堆積が規定されていることを明らかにした.1)荒瀬ダムの直上流および直下流における流れおよび土砂動態の現地調査によりダム撤去が河道に与える影響2)水理模型実験によりダム撤去がダム直上流および直下流における流れおよび土砂動態に与える影響本研究では,静的平衡河床および動的河床を対象に,開口部を有する横断構造物において相対越流水深が堰下流の河床変動に与える影響および堰下流域に発達した砂州の基本特性および河床上の流れの三次元構造について検討した.工学1)水理実験によりダムの部分撤去が流れおよび河床変動に与える影響荒瀬ダムの堤体が河床から15m以下の11mであるために定義上は堰であることから堰の部分撤去として検討を進めている.特に,堰に開口部を設け移動床実験において堰越流水深が流れおよび河床変動の実験を系統的に進める予定である.2)荒瀬ダムの直上流および直下流における流れおよび土砂動態の現地調査によりダム撤去が河道に与える影響当初,荒瀬ダムの模型を想定していたが,熊本県企業局により荒瀬ダム上流および下流において大量の土砂浚渫を実施したため模型実験による再現が困難と成った.
チベット伝来梵文仏典写本を用いたインド・チベット文化交渉史の総合的解明

インド・チベット間の文化交渉史において従来顧みられなかった側面を究明するにあたり、本課題は梵文写本の果たした役割に注目する。特に1チベットに伝存する梵文写本の由来、2それら写本がチベットに請来された目的、3梵文写本がチベット文化に与えた影響、以上三点について逐次解明を試みた。1由来は、写本奥書の網羅的調査により主に西北及び東インド、ネパールに辿られた。2請来目的は、梵文写本の訳出と学習とを目指していた点確認した。3梵文写本がチベット文化に与えた影響は、信仰と教育研究との両面で確認した。人々は梵文写本を信仰のよりどころ(スンテン)とし、碩学たちは訳文改訂の底本として用いた点、明らかにした。[研究目的]本課題はチベット伝来梵文写本を巡って織りなされたインド・チベット間の文化交渉史という視座から、写本および付随する事象を総合的に解き明かそうとするものである。すなわち(A)チベット伝来の梵文仏典写本の由来、(B)インドからチベットへの梵文仏典写本の流伝の様相、(C)梵文仏典写本がチベット文化に与えた影響、という三点から逐次解明をめざす。[研究実施状況]本年度は(B)について研究を行った。特にチベット仏教の礎を築いたアティシャが、インドからチベットへと将来した私蔵の梵文写本集成の存在をつきとめ、さらにそのいくつかがいまなおチベットに残っていることを明かした。詳細は下記論文に発表した。「アティシャに由来するレティン寺旧蔵の梵文写本ー1934年のチベットにおける梵本調査を起点としてー」(『インド論理学研究IV』、2012年。123-161頁)。また(A)のうち昨年度未解決のまま残したカシュミール由来のチベット伝存写本については、新たに80枚以上からなるシャーラダー書体の断簡集の存在が判明し、その中に新出のテクスト含め、15以上の作品が収録されている点、明らかになった。連関研究班の活動として2012年8月7日19日、チベット自治区寺院調査を敢行し数点の梵文写本を披見(ラサ、シガツェ、サキャ、チョナンプンツォクリン訪問)。[海外学会・研究会]2012年5月19日、ハンブルグ大学のアイザクソン教授を訪ね梵文写本読解の共同研究。2012年6月8日9日、高野山密教研究会にて口頭発表(6月8日発表)。2012年8月1日6日、北京国際チベット学会参加(於北京中国蔵学研究中心)。2012年9月3日7日、神戸国際若手チベット学会発表(9月4日発表)。2013年1月17日、高野山大学密教文化研究所研究会口頭発表。2013年3月6日12日、北京において梵文写本共同研究。[研究実施状況]本年度は(B)(C)について研究を行った。前年度に行ったアティシャがチベットに将来した梵文写本について補充調査をし、チベットでの借覧状況を附加し改訂版を英訳した。成果はCarmen Meinert (Ed.): Periphery as CentreーTransfer of Buddhisms between Hubs in Eastern Central Asia (9th to 13th Centuries), Brill, 2014に収録予定。またカシュミールに由来しチベットに伝世する仏典梵文写本の調査を継続。その一つ、1057年書写の密教儀礼集成本にはジュニャーナパーダの『普賢成就法』本文が含まれている点確認し、『密教学研究』に投稿。さらに11-12世紀ころに記された15点以上の作品を含む仏典集成本について、李学竹、葉少勇両氏と共同研究を行い、共著論文を刊行。[海外学会・研究会]2013年8月1630日、中国蔵学研究中心の李学竹副研究員を京都に招聘、『牟尼意趣荘厳』の梵文校訂作業を行う。2013年8月31日9日1日、日本印度学仏教学会(於松江)で研究発表。2013年9月4日16日、ハンブルグでIsaacson教授らと共同研究、およびナポリ東洋大学プロチダ校でManuscript Buddhica Workshopに参加。2014年2月14日19日、カトマンドゥで国立公文書館の梵文写本調査。

人々は梵文写本を信仰のよりどころ(スンテン)とし、碩学たちは訳文改訂の底本として用いた点、明らかにした。[研究目的]チベット伝来梵文写本の解読研究が着手されて以来80年あまりが経過し、その学術価値は近年ますます注目されつつあるが、それら写本を巡って織りなされたインド・チベット間の文化交渉史を、総合的視点から明かそうとする研究はいまだない。本課題は、いつどこで写本が作成され、いかなる写本が何の目的でチベットに請来され、さらにそれがチベット文化にいかなる影響を与えたかを明かし、インド・チベット間の文化交渉史を、従来顧みられなかった観点から総合的に究明する。すなわち(A)チベット伝来の梵文仏典写本の由来、(B)インドからチベットへの梵文仏典写本の流伝の様相、(C)梵文仏典写本がチベット文化に与えた影響、という三点から逐次解明をめざす。[研究実施状況]本年度は(A)について調査を遂行。サーンリティヤーヤンによるチベット伝存梵文写本目録を精査し、奥書に筆写時代・地域が記される写本を抜き出し、時代順に配列したリストを作成。またヴィクラマシーラ寺院で書写された写本を特定しえた。それらが筆写された場所を地図上にトレースすると、東インドおよびネパール由来の写本が多い。これはインド人亡命僧及びチベット人留学僧達がもたらしたものである。一方カシュミールからの将来写本が少ないのは、西チベットの諸寺院の衰退及び梵本を蔵していたトリン寺の焼失が関連していると予想される。[海外学会・研究会]2011年5月26日、ナポリ東洋大学プロチダ校舎で開催されたManuscripta Buddhica Workshop(Sferra教授主催)において研究発表。2011年8月、ドイツ、ハンブルグ大学、ミュンヘン大学を訪問し、写本の共同研究。2011年2月、パリ、ギメ美術館を訪ね、梵文写本調査。2012年2月713日、ローマのアフリカ・東洋研究所(IsIAO)およびナポリ東洋大学にて写本調査・文献講読。[研究目的]本課題はチベット伝来梵文写本を巡って織りなされたインド・チベット間の文化交渉史という視座から、写本および付随する事象を総合的に解き明かそうとするものである。[研究実施状況]本年度はこれまで個別的に検討した(A-C)の三点について総合的な視点から総括した。特に、チベット伝存梵本の表紙頁などにメモ書きされるチベット語による写本所有者の記述を網羅的に回収することによって、都合16の梵文写本についてその伝播のルートを追究しえた。また『宝性論』のチベット訳六種について精査し、チベット仏教における梵本研究の歴史の一面を詳らかにした。さらに『四讃歌注』、『阿闍世王経』佚文、『牟尼意趣荘厳』の梵文写本の翻刻をすすめ、カシュミールおよび東インドからチベットに伝わった仏教を思想面からも検討しえた。これらをもって梵文写本を通じ、インド・チベット文化交流史について、思想、地理、文物の観点から検討するという当初の課題を達成することができた。[海外学会・研究会]2014年8月、ウィーン大学で開催された国際仏教学会(IABS)に参加し、その折に葉少勇氏(北京大学)とカシュミール由来の梵文写本の共同研究を行った。
生命システム解明を目指したNMRによる生体分子間相互作用解析法の開発

研究代表者らが開発した交差飽和法は、タンパク質複合体の相互作用界面を、これまでにない精度で決定することが可能な手法であるが、その適用にあたっては、高分子量蛋白質複合体におけるスピン拡散を抑制するために、リガンド蛋白質を高度に重水素化することがポイントとなる。しかしながら、これは測定感度の低下を引き起こすことになり、網羅的な相互作用解析に適しているとはいい難かった。本研究では、側鎖メチルプロトンを利用することで、交差飽和法における問題点を克服することを試みた。はじめに、交差飽和実験の計算プログラムを作成し、メチル基の交差飽和実験のシミュレーションを行った。その結果、メチル基特有の回転運動に起因するメチルプロトンのT1が短いという特徴により、交差飽和実験結果に悪影響を与える分子内スピン拡散効果は軽減されることが明らかとなった。実験のモデル系としては、複合体分子量164KのFB-マウスIgG1の系を利用した。メチル基選択的な安定同位体標識は、Kayらにより提案されているILV標識法で行った。照射領域の検討を行い、250ミリ秒の短い照射時間でも相互作用界面に存在するメチルプロトンに、交差飽和による顕著な強度減少が見られたことから、分子間飽和移動の効率は極めて高いことが明らかとなった。さらに、メチルプロトンの短いT1により、繰り返し時間を短縮することが可能であり、アミドプロトン検出(90%重水溶媒条件)の場合に比べ、圧倒的に検出感度は高くなった。特に高分子量蛋白質において、メチルプロトン検出は、TROSYを利用したアミドプロトン検出以上に感度が良いことが知られていることから、本法は高分子量蛋白質複合体の相互作用残基の決定において極めて有効な方法になると考えられる。
全４塩基遺伝暗号翻訳システムの開発と超多様化ペプチド創薬への応用

本研究では、申請者がこれまで研究を進めてきた4塩基への遺伝暗号拡張を発展させて、4塩基コドンのみからなる無細胞翻訳システムを構築し、さらにそれを遺伝情報連結型ペプチドセレクション技術と組み合わせることで、多様性を飛躍的に向上させたペプチドの取得技術に応用することを目的として実施している。30年度は、まずArg由来のコドンを4塩基コドンに拡張して、非天然アミノ酸を導入したペプチドを無細胞翻訳系で発現させて、その検出を行う一連の実験系の構築を進めた。その結果、開始コドンとHisタグ配列と4塩基コドンからなる遺伝子を用いて、4塩基コドンに対して蛍光標識非天然アミノ酸を導入することで、目的のペプチドを発現させてSDS-PAGEの蛍光イメージ測定により検出できることを確認した。また、通常の無細胞翻訳系を用いた場合は、Argによる3塩基としての翻訳が競合するために、限られた種類の4塩基コドンのみが翻訳されるに留まっていたが、アミノ酸を含まない再構成無細胞翻訳系を用いてMetとHisのみを添加した場合には、Argによる3塩基としての翻訳が回避されて、ほとんどの種類の4塩基コドンが効率良く翻訳されることも確認された。さらに、Hisタグに対する精製を行った後に質量分析を行うことで、目的ペプチドの検出が可能であることも確認できた。一方で、質量分析の結果から予想外の副生成物の生成も観察され、4塩基コドンの翻訳において、3塩基による天然アミノ酸への翻訳以外に、新たな競合過程の存在も示唆された。Arg由来のコドンを4塩基コドンに拡張することで、多種類の4塩基コドンが効率良く翻訳可能であることを確認することができた。また、その実験を通じて、非天然アミノ酸導入ペプチドを再構成無細胞翻訳系で発現させて、迅速に検出する手法を確立でき、2年目以降の研究の基盤を確立することができた。一方で、実験方法の確立に比較的時間を要してしまい、初年度は学会等の外部発表には至らなかった。今後は継続して、すべての3塩基コドンについて4塩基コドンへの拡張を試み、独立に翻訳可能な4塩基コドンを網羅的に探索する。既に、Argのコドンについては、4塩基コドンへ拡張した場合に、Argを添加していない再構成無細胞翻訳系において効率良く4塩基コドンの翻訳が起こることを確認している。そこで他のコドンについても、対応するアミノ酸の添加・非添加による4塩基コドン翻訳の効率を確認する。また、非天然アミノ酸導入ペプチドの検出方法としては、SDS-PAGEの蛍光検出、および、Hisタグに対する精製を行った後の質量分析が有効であることが確認できたため、今後も同様の方法で行う。また、4塩基目の読み分けについて、1塩基ミスマッチを含む4塩基アンチコドンを持つtRNAを用いて翻訳を行うことで、互いに独立して翻訳可能か検証する。加えて、複数の4塩基コドンを並列させた遺伝子から、複数の非天然アミノ酸が導入されたペプチドの発現が可能かどうか検証して、4塩基コドンのみからなる翻訳の可能性を探る。

また、非天然アミノ酸導入ペプチドの検出方法としては、SDS-PAGEの蛍光検出、および、Hisタグに対する精製を行った後の質量分析が有効であることが確認できたため、今後も同様の方法で行う。また、4塩基目の読み分けについて、1塩基ミスマッチを含む4塩基アンチコドンを持つtRNAを用いて翻訳を行うことで、互いに独立して翻訳可能か検証する。加えて、複数の4塩基コドンを並列させた遺伝子から、複数の非天然アミノ酸が導入されたペプチドの発現が可能かどうか検証して、4塩基コドンのみからなる翻訳の可能性を探る。
生体組織・細胞の機能的適応制御と再構築のマイクロバイオメカニクスと統合的解析

1.動脈壁の力学特性と組織に及ぼす加齢と血圧上昇の影響加齢に伴ってラット総頸動脈壁の弾性が高まること,中膜のコラーゲン/エラスチン比の増加がその原因の一つであることがわかった。異なる週齢のラットに慢性高血圧を発症させると,週齢を問わず壁の周方向応力は正常レベルとなること,力学的特性は高齢の方が早く正常レベルになることがわかった。2.治癒腱の力学的特性に及ぼす欠損サイズおよび力学的負荷の影響家兎膝蓋腱中央部に欠損を作成し,欠損サイズおよび治癒期問中の力学的負荷が治癒腱の引張特性に及ぼす影響を調べたところ,術後早期には欠損サイズの影響が見られるが,治癒期間の経過とともにその影響は緩和されること,負荷が大きいほど形成される組織の強度は向上するが,術後早期には負荷軽減を行うことが好ましいことがわかった。3.力学的負荷が海綿骨の形態および力学的特性に及ぼす影響ラットの両下肢を胴体に固定して大腿骨に作用する負荷を減少させて飼育した後に,通常状態に戻して負荷を回復させ,さらに15週間飼育した。この間の大腿骨頸部の海綿骨の面積と骨梁の硬さの変化を調べたところ,いずれも負荷減少によって減少,低下し,負荷回復によって回復することがわかった。4.成長による膝蓋腱コラーゲン線維の力学的特性の変化家兎膝蓋腱から摘出した直径1μm以下のコラーゲン線維の引張特性は,家兎の成長とともに向上し,その変化の傾向は,上位構造である線維束や膝蓋腱と同様であることがわかった。5.繰り返しひずみの周波数がマクロファージの泡沫化に及ぼす影響1Hzと5Hzの周波数の繰り返しひずみを作用させながらマクロファージを培養して,ひずみの周波数が酸化LDL取り込みに及ぼす影響を調べたところ,いずれもマクロファージの酸化LDLの取り込みを促進させるが,5Hzの方が細胞1個当たりの取り込み量が少ないことがわかった。1.高血圧下で血流量の変化が動脈壁再構築に及ぼす影響高血圧ラットの頸動脈を低血流量状態にして動脈壁の反応を調べたところ,壁の円周方向応力と力学的特性は血流変化の影響を受けないが,内壁剪断応力は8週以内には正常レベルに戻らないこと,動脈壁の反応には平滑筋細胞の働きが不可欠なこと等がわかった。2.腱・靭帯治癒組織の回復に及ぼす応力負荷効果中央の一部を除去した家兎膝蓋腱を自然状態及び除荷状態で治癒させると,3週後の治癒組織の引張強度は,除荷治癒では自然治癒の場合の約15%であり,治癒には適度な負荷が必要なことがわかった。3.負荷変化が骨の強度と形態に及ぼす影響ラット下肢に作用する負荷を運動で増大させたり下肢固定で減少させて飼育した後に通常状態に戻し,脛骨皮質骨及び海面骨の構造や強度等の変化を調べたところ,皮質骨は負荷増大に対しては構造特性や材料特性を増大及び向上させ,また負荷減少に対してはこれらを減少及び低下させて力学的要請に応じて強度を変化させるが,海面骨は運動負荷及びその後の運動停止における過程では,力学的要請とは相反する構造変化をすること等がわかった。4.培養コラーゲン線維束の繰り返し負荷応力に対する反応周波数と1日当たりの負荷時間を様々に設定した繰り返し負荷応力を作用させながら膝蓋腱コラーゲン線維束を培養したところ,同じ負荷時間ならば周波数が高い方が強度維持に有効であるが,周波数が高くても負荷時間が短ければ強度は低下することなど,線維束の強度は負荷応力の周波数と負荷時間に依存することがわかった。5繰り返しひずみがマクロファージの泡沫化に及ぼす影響

周期的ひずみ作用下で細胞培養が可能な装置を製作し,これを用いて繰り返しひずみ負荷がマクロファージの泡沫化に及ぼず影響を調べたところ,繰り返しひずみはマクロファージの泡沫化を促進させることがわかった。1.静脈壁の力学的特性と血圧上昇が及ぼす影響家兎大静脈,頸静脈,大腿静脈壁の力学的特性を詳細に調べたところ,部位によって力学的特性と平滑筋細胞の収縮能が大きく異なることがわかった。また,家兎大腿静脈の血圧を上昇させて飼育し,静脈壁の反応を調べたところ,壁の円周方向応力と力学的特性が正常レベルに維持されること,血圧上昇が平滑筋細胞の活性化を引き起こすことなどがわかった。2.腱・靭帯治癒組織の回復に及ぼす負荷の影響家兎膝蓋腱中央部に作成した欠損部に形成される治癒再生組織の力学的特性は,期間の経過とともに向上するが,治癒の途中で過負荷状態にすると治癒再生組織と残存膝蓋腱組織の強度が一時的に大きく低下することがわかった。3.負荷変化が骨の強度と形態に及ぼす影響ラットの左下肢を胴体に固定して大腿骨に作用する負荷を減少させて飼育した後に,通常状態に戻して15週間後までの大腿骨骨幹部の力学的特性と大体骨頸部の形態の変化を調べたところ,骨幹部の破断荷重は固定開始後に低下し,固定解除後も小さいままであること,骨幹部の硬さおよび大腿骨頸部の皮質骨面と海綿骨面積は固定開始後に小さくなり,固定解除後も小さいまま推移するが,最終的には正常レベルに近づくことがわかった。4.膝蓋腱の除荷がコラーゲン線維の力学的特性に及ぼす影響除荷操作を施した家免膝蓋腱から直径1μm以下のコラーゲン線維を摘出して引張試験を行ったところ,線維の引張強度と破断ひずみは除荷操作後徐々に低下するが,3週後に回復することがわかった。5繰り返しひずみの大きさがマクロファージの泡沫化に及ぼす影響5%と10%の振幅の繰り返しひずみを作用させながらマクロファージを培養して,ひずみの大きさが泡沫化に及ぼす影響を調べたところ,いずれもマクロファージの泡沫化を促進させるが,5%と10%の振幅の違いは泡沫化の程度に影響を及ぼさないことがわかった。1.動脈壁の力学特性と組織に及ぼす加齢と血圧上昇の影響加齢に伴ってラット総頸動脈壁の弾性が高まること,中膜のコラーゲン/エラスチン比の増加がその原因の一つであることがわかった。異なる週齢のラットに慢性高血圧を発症させると,週齢を問わず壁の周方向応力は正常レベルとなること,力学的特性は高齢の方が早く正常レベルになることがわかった。2.治癒腱の力学的特性に及ぼす欠損サイズおよび力学的負荷の影響家兎膝蓋腱中央部に欠損を作成し,欠損サイズおよび治癒期間中の力学的負荷が冶癒腱の引張特性に及ぼす影響を調べたところ,術後早期には欠損サイズの影響が見られるが,治癒期間の経過とともにその影響は緩和されること,負荷が大きいほど形成される組織の強度は向上するが,術後早期には負荷軽減を行うことが好ましいことがわかった。3.力学的負荷が海綿骨の形態および力学的特性に及ぼす影響ラットの両下肢を胴体に固定して大腿骨に作用する負荷を減少させて飼育した後に,通常状態に戻して負荷を回復させ,さらに15週間飼育した。この間の大腿骨頸部の海綿骨の面積と骨梁の硬さの変化を調べたところ,いずれも負荷減少によって減少,低下し,負荷回復によって回復することがわかった。4.成長による膝蓋腱コラーゲン線維の力学的特性の変化。