hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラット肝臓移植モデルを用いた移植肝臓の免疫寛容獲得の機序とバイオマーカーの同定

DA-Lewラット間の肝臓移植では移植肝臓内に進行性の急性T細胞性拒絶反応と抗体関連型拒絶反応により移植臓器は11日程度で機能廃絶に陥った。DA-PVGラット間の移植では7日から14日目には拒絶反応と同様の炎症細胞浸潤を認めるがT細胞とマクロファージが少なく、多くのFoxp3+ Tregが含まれていた。21日目には炎症細胞の消退がみられ100日目には移植臓器の生着を認めた。長期生着臓器にはTh1 < Th2サイトカインの環境で、炎症に関わるmiRNAsの増減も認められた。移植臓器の拒絶反応や長期臓器生着の免疫応答には炎症性サイトカインやmiRNAsの制御が関連していることを明らかにした。本研究は、ラットの肝臓移植モデルを用いて、肝臓移植における免疫寛容の獲得の機序や免疫応答の特異性を明らかにする。免疫寛容の獲得過程や獲得後の臓器内や末梢血中のバイオマーカーの同定を進める。解明された免疫寛容獲得の機序を応用して、新しい拒絶反応の治療や臓器移植の移植導入療法を開発することを目的にしている。今年度は、はじめに免疫寛容導入におけるラット肝臓移植モデルの解析に前に、コントロールになるDAからLewラットへの急性抗体関連型およびT細胞型拒絶反応により11日程度で臓器廃絶に陥るラット肝臓移植モデルを用いて、移植臓器内での免疫応答を制御するmicroRNA(miRNA)の特徴を網羅的に検討した。拒絶反応の過程で、193個のmiRMAsに増減がみられ、炎症に関連することが知られているmiR-146b、miR-223、miR-181、miR-34a、miR-326、miR-21の増加と、miR-150、miR-125b、miR-20aの減少が認められ、肝臓移植の拒絶反応には炎症に関わるmiRNAsが関与していることを明らかにた。現在、論文を作成中である。また、DAからPVGラットへの免疫寛容を獲得する肝臓移植モデルも進めており、DAラット皮膚移植の生着から、このモデルでは移植肝臓により免疫寛容状態を獲得していることを確認した。また、このモデルで移植肝臓が免疫寛容を獲得する際にみられる炎症細胞浸潤の特徴について、Tregの動態を含め検討している。ラット肝臓移植モデル動物の作成を進めており、肝臓移植後の免疫寛容獲得の機序の解明と、末梢血中にみられるバイオマーカーの探索を進めるための検体を集めている。本研究は、確立されたラットの肝臓移植モデルを用いて、移植後の免疫応答の病理免疫学的特徴の解析を進め、移植肝臓内でみられている免疫寛容の獲得過程に特異的な免疫応答を明らかにし、急性および慢性のT細胞性拒絶反応や抗体関連型拒絶反応と比較検討する。また、末梢血や移植臓器内での免疫応答の評価が可能なバイオマーカーの同定を進めることを目的にしている。ラット肝臓移植動物の作成は順調に進められており、解析のための検体採取が順調に行われている。それぞれ、DA-Lewラット間肝臓移植による急性T細胞性および抗体型関連拒絶反応におけるmicroRNAの変化を観察しバイオマーカー探索への応用を行っている。その結果を踏まえDA-PVGラット間肝臓移植による免疫寛容の獲得に関連する移植肝臓内のmiRNAの検討を進めている。また、DA-Lewラット間肝臓移植の拒絶反応およびDA-PVGラット間肝臓移植による免疫寛容の獲得に関連する蛋白について遺伝子発現の変化をアレイを用いて網羅的な解析を進めている。手術も安定して行われ、解析のための検体採取も順調で、おおむね順調に解析が進められている。本研究は、ラットの肝臓移植モデルを用いて、肝臓移植における免疫寛容の獲得の機序や免疫応答の特異性を明らかにすることを目的に研究を進めている。今年度は、DAラットからPVGラットへの移植後長期間移植肝臓が生着するモデルを用いて、コントロールとしての急性抗体関連型およびT細胞型拒絶反応により11日程度で臓器廃絶に陥るDAラットからLewラットへのモデルの移植肝臓と比較し、移植後長期間生着する移植肝臓の免疫病理学的な特徴を検討した。PVGラットに移植されたDAラットの移植肝臓内でも、移植後7日目には門脈の血管内膜炎や細胆管炎を伴う急性T細胞性拒絶反応に類似した炎症細胞浸潤を認めた。しかし、移植後21日目にはわずかな炎症細胞を残して炎症細胞浸潤は消退、急性T細胞性拒絶反応の病理所見も減弱し、移植肝臓は100日以上の長期生着を認めた。移植後11日目に臓器廃絶に陥るDA-Lewラット間の移植肝臓に比較し、PVG-DAラット間の移植肝で認められる炎症細胞は、ともにT細胞性急性拒絶反応の病理所見を呈しているが、CD3陽性T細胞とED-1陽性マクロファージが少なく、T細胞のPCNA陽性の増生がわずかで、門脈や細胆管、肝小葉内のT細胞性拒絶反応の病理所見も軽度であった。また、移植肝臓内のIL-12, IFN-γ, TNF-αのTh1サイトカインの産生が少なく、IL-4やIL-10のTh2サイトカインの産生増強が認められた。さらに、拒絶反応に類似しているCD3陽性T細胞やED1陽性マクロファージの炎症細胞内に多くのFoxp3陽性のTregが認められた。免疫寛容が進展している移植肝臓内では、一過性の炎症細胞浸潤が認められるが、進行性に減少する炎症細胞浸潤、移植臓器内のTh2サイトカイン環境、多く浸潤しているTregが免疫寛容の誘導に関連していると考えられた。

DA-Lewラット間の肝臓移植では移植肝臓内に進行性の急性T細胞性拒絶反応と抗体関連型拒絶反応により移植臓器は11日程度で機能廃絶に陥った。DA-PVGラット間の移植では7日から14日目には拒絶反応と同様の炎症細胞浸潤を認めるがT細胞とマクロファージが少なく、多くのFoxp3+ Tregが含まれていた。21日目には炎症細胞の消退がみられ100日目には移植臓器の生着を認めた。長期生着臓器にはTh1 < Th2サイトカインの環境で、炎症に関わるmiRNAsの増減も認められた。移植臓器の拒絶反応や長期臓器生着の免疫応答には炎症性サイトカインやmiRNAsの制御が関連していることを明らかにした。本研究は、確立されたラットの肝臓移植モデルを用いて、肝臓移植後の免疫応答の病理免疫学的特徴の解析を進め、移植肝臓内にみられる急性および慢性のT細胞性拒絶反応や抗体関連型拒絶反応、免疫寛容の免疫応答を検討する。また、末梢血や移植臓器内での免疫応答の評価が可能なバイオマーカーの同定を進めることを目的にしている。ラット肝臓移植動物の作成は順調に進められており、解析のための検体採取が順調に行われている。それぞれ、DA-LEWラット間肝臓移植による急性T細胞性および抗体型関連拒絶反応におけるmicroRNAの変化によるバイオマーカー探索への応用、DA-PVGラット間肝臓移植によるT細胞性拒絶反応後の免疫寛容が獲得されるモデル間の移植実験が進められている。手術も安定して行われ、解析のための検体採取が順調に行われ、解析が始められている。免疫抑制薬を使用せずに免疫寛容の獲得が可能なモデルを用いて解析を行うため、自然でより確実な免疫寛容獲得プロセスの解析が可能になる。現在までに進めたDA-Lewラット間の拒絶反応により臓器廃絶に陥る過程でのmicroRNAの結果と、現在進めているDA-PVGラット間での移植肝臓の免疫寛容獲得過程でのmicroRNAを比較検討し、拒絶反応に特異的なmicroRNAと免疫寛容に関連するmicroRNAを同定する。それらのmicroRNAが拒絶反応、もしくは免疫寛容の過程のバイオマーカーになりうるかを確認する。microRNAに加えてDA-Lewラット間の肝臓移植にみられる拒絶反応とDA-PVGラット間の肝臓移植で進展する免疫寛容の獲得に関連している蛋白について、アレイを用いて遺伝子発現の網羅的な解析を進め、そこで同定された免疫寛容の獲得に関連する候補蛋白について、Real-Time PCRやWestern blotを用いて明らかにする。それらの蛋白を応用して、免疫寛容による新しい治療戦略の開発を目指す。外科学一般免疫抑制薬を使用せずに免疫寛容の獲得が可能なモデルを用いて解析を行うため、自然でより確実な免疫寛容獲得プロセスの解析が可能になる。すでに初めているDA-PVGラット間での肝臓移植モデルでのTregを含めた免疫応答の特徴を、移植臓器内でのサイトカイン環境を含め検討を進める。また、昨年度に進めたコントロールでのmicroRNAの結果を、DA-PVGラット間での肝臓移植モデルに応用する。DA-PVGラット間での肝臓移植モデルでは移植後1週目から3週目までの2週間で炎症細胞浸潤が急速に消退するという、短期間で劇的な変化で特徴づけられている。
腎Na/ミオイノシトール輸送体の遺伝子解析

1.SMIT分子内部の他の蛋白と類似性が極めて低い配列51残基ペプチドを抗原とした抗SMIT抗体を用いてラット腎内のSMITを検索した.2.抗SMIT抗体は蛋白を4種検出した.76kDaと57kDaのものが細胞表面膜に、66kDaと47kDaのものがミトコンドリアと可溶分画に存在していた.66kDa蛋白が特に多く、極めて少ない76kDa蛋白は表面膜に局在していない考えられた.3.腎に存在する3種の水チャンネル(WCH-CD、MIWC、AQP3)について、抗ペプチド抗体を作成し、抗原チャンネルを検索した.WCH-CDについては47kDa、MIWCについては46kDa、AQP3については31kDaの蛋白がそれぞれ検出された.この値はAQP3を除いてはcDNAからの推定値より14-18kDa大きい.3種ともミトコンドリア分画に検出され、表面膜分画にはほとんど検出されなかった.4.腎に存在する2種のCl^-チャンネル(ClC-K1とpICln)について、抗ペプチド抗体を作成し、抗原チャンネルを検索した.ClC-K1については36kDa、pIClnについては50kDaの蛋白が検出され、この値はcDNAから推定値と著しく異なった.ClC-K1はミトコンドリア、細胞表面膜、可溶分画の全てに検出され、可溶分画が最多であった.pIClnはミトコンドリアと細胞表面の双方に検出されたが、主にミトコンドリア分画に存在し細胞表面には微量した存在しなかった.5.以上の結果は各輸送体、チャンネルについてmRNA翻訳後の著しい修飾・加工の存在を強く示唆し、同時にミトコンドリア内外での浸透圧差拡大に対するミオイノシトール、水、Cl^-の輸送の存在を示唆した。細胞は高浸透圧下にさらされた時、細胞内にosmolydes(ミオイノシトール、ソルビトール、グリセロホスホコリンなど)を蓄積して水分の漏出を防ぐ。糖尿病において高血圧→浸透圧上昇の現象下で、ミオイノシトールが減少し、ソルビトールの過剰蓄積が起きる。その結果、イノシトール代謝の乱れ→細胞内シグナリング異常が起きて糖尿病二次障害(糖尿病性腎症など)が発生する。以上の概略のもとに実験は進行し、以下の成果を挙げつつある。(1)Na/ミオイノシトール輸送体のcDNAをラット腎からクローニングした。(2)その全塩基配列の決定は目下進行中だが、既知のMDCK細胞由来のcDNAと少々の差違が認められた。(3)ラットを2%食塩水と普通食餌で飼育すると、当輸送体が増量していることがイムノ・ブロット法で認められた。(4)細胞下分画で当輸送体の分布を見ると、膜分画にMDCK細胞などで固定されたものより約20,000小さい類似タンパクを検出した。(5)MDCK細胞を高浸透圧下にさらし、当輸送体増加の経時変化に対する。高グルコースの影響を観察しつつある。当輸送体の合成と細胞内輸送に密接に関与しているHSPsについて多くの研究結果を発表した。当輸送体遺伝子のエンハンサー領域の解析と、細胞外広浸透から遺伝子に至るシグナリングの分析に鋭意研究を進めている。1.SMIT分子内部の他の蛋白と類似性が極めて低い配列51残基ペプチドを抗原とした抗SMIT抗体を用いてラット腎内のSMITを検索した.

抗SMIT抗体は蛋白を4種検出した.76kDaと57kDaのものが細胞表面膜に、66kDaと47kDaのものがミトコンドリアと可溶分画に存在していた.66kDa蛋白が特に多く、極めて少ない76kDa蛋白は表面膜に局在していないと考えられた.3.腎に存在する3種の水チャンネル(WCH-CD、MIWC、AQP3)について、抗ペプチド抗体を作成し、抗原チャンネルを検索した.WCH-CDについては47kDa、MIWCについては46kDa、AQP3については31kDaの蛋白がそれぞれ検出された.この値はAQP3を除いてはcDNAからの推定値より14-18kDa大きい.3種ともミトコンドリア分画に検出され、表面膜分画にほとんど検出されなかった.4.腎に存在する2種のC1^-チャンネル(C1C-K1とpIC1n)について、抗ペプチド抗体を作成し、抗原チャンネルを検索した.C1C-K1については36kDa、pIC1nについては50kDaの蛋白が検出され、この値はcDNAから推定値と著しく異なった.C1C-K1はミトコンドリア、細胞表面膜、可溶分画の全てに検出され、可溶分画が最多であった.pIC1nはミトコンドリアと細胞表面の双方に検出されたが、主にミトコンドリア分画に存在し細胞表面には微量しか存在しなかった.以上の結果は各輸送体、チャンネルについてmRNA翻訳後の著しい修飾・加工の存在を強く示唆し、同時にミトコンドリア内外での浸透圧差拡大に対するミオイノシトール、水、C1^-の輸送の存在を示唆した.
アジア型のリサイクルループの構築可能性に関する考察

本研究の主な目的は、低所得国であるフィリピンと急激な経済成長を成し遂げている中国を研究対象とし、今までの研究成果から得られた知見と日本の廃棄物リサイクル実態を総合的に分析した上、アジア型リサイクルループのあり方について基礎的な考察を行うことである。当初、本研究では、アジアにおけるリサイクルループの構築可能性について考察を続けていたが、持続的な国際資源循環のループ構築よりは、各国における資源確保の動きが目立ち始めている。特に中国の場合、国内の環境汚染対策を強めており、廃棄物資源の野焼き、不適切な処理、不法投棄などは大幅に減少してきた。しかし、資源確保の動きが非常に強まっており、廃棄物資源の輸入には積極的な姿勢を見せているものの、加工された資源輸出には消極的である。今後、ますます厳しくなると思われる韓国の資源確保の競争、廃棄物をはじめとする環境汚染の越境問題を解決し、アジアにおける資源の循環システムを構築するためには、まず、国内法の再整備が必要であろう。国際的な資源循環を見据えたリサイクル法制度を整備しながら、資源循環部門の技術協力(ハード及びソフト面)・政策支援を行いながら、国内外における資源循環及び再加工資源循環リサイクルループの構想を固めていく必要がある。一方、中国、フィリピンなどのアジア諸国は、コミュニティベースのリサイクル政策を構築していく必要がある。また、大都市と地方都市間の地域格差を十分考慮しながら、国家のリサイクル制度を導入・整備していく必要がある。各自治体は、地域の特徴(市民組織、民間企業、NGOなどの潜在能力)を利用し、総合的な廃棄物管理政策を確立していく必要がある。その際、国際協力及び支援の視点が重要であり、廃棄物の輸出入・資源循環などハード面のリサイクルループだけではなく、リサイクル技術支援、人的交流、廃棄物リサイクル及び排出権取引などとの組み合わせによるソフト面のリサイクルループを構築していくべきであろう。本年度は、中国、フィリピンを対象に各国の廃棄物リサイクル政策の基本方針、処理方法について基礎的な調査を行った。また、日本の現状を分析し、その比較を試みた。特に本年度は中国上海市、フィリピンマニラ市の現地調査を行い、両都市のゴミ清掃工場、埋立地、廃棄物行政、環境NGO、研究機関のフィールド調査とともに関係者のヒアリング調査を行った。近年、廃棄物資源に対する需要が急増し、各国の国内における廃棄物資源市場が拡大しているものの、日本や韓国などからの廃棄物資源輸入が増加しているよりは、国内廃棄物の処理やその有効利用に注目していることが分かった。結局、将来的にアジアのリサイクルループを構築するのは、廃棄物資源の国際循環というよりは、国際的な協力や支援によるリサイクルループの構築が望ましいことが分かった。また、各国の廃棄物政策が異なることは言うまでもなく、それぞれの特徴があることを注意しなければならない。例えば、中国は中央政府の強い力を活かして、様々な廃棄物リサイクル政策が講じられており、廃棄物資源の価格上昇により、大きな問題はないように見える。しかし、需要の少ない廃プラスチックの処理問題、大都市から排出される廃棄物(生活系、家電、自動車など)が大都市周辺地域や中西部地域に流れるなど解決すべき問題が山積している。フィリピンでは、基本的に廃棄物行政の予算が少なく、外国の支援を求めている部分も多い。しかし、廃プラスチック(テトラパック)を再利用して製品(バック、リュック、アクセサリなど)を製造し、地域コミュニティを支援する方法、埋立地のWaste Pickerを組織的に管理し、Junk Shopを活性化させる方法など、地域に根ざして廃棄物行政のあり方もあるようにみえる。一方、CDMの一環として埋立地のメタンガスを回収し、電力を生産するなど、新たな国際協力のあり方を定量的に分析することができた。次年度はこれらの特徴をより詳細に分析しつつ、地方都市との関係を明確にしていく必要があろう。

本年度は、廃プラスチックを中心に日韓の環境政策の運用実態を考察しながら、主にフィリピンを対象に、コミュニティベースの廃棄物リサイクルのあり方を調査・分析した。目韓は、拡大生産者責任制度にもとづいて、様々な廃棄物リサイクル政策を導入しているが、中国を中心に再生資源の需要が高まっており、廃棄物の越境が大きな問題となっている。これらの問題については国立環境研究所の研究グループで詳細な研究を行っており、今年は、これらの成果を参考にしつつ、低所得国であり、リサイクル技術水準の低いフィリピンの廃棄物行政、コミュニティ中心のリサイクル及び地域の福祉厚生支援プロジェクトを分析した。特に、マニラ市とラプラプ市のヒアリング調査、廃プラスチックのリサイクルを取り組んでいるコミュニティへのインタビューを実施した。近年、廃棄物資源に対する需要が急増し、各国における廃棄物資源市場が拡大しているものの、日本や韓国などからの廃棄物資源輸入が増加しているよりは、アジア各国は国内におけるリサイクル、資源の有効利用が注目されている。結局、廃棄物資源の国際循環という視点も重要であるが、国際的な協力や支援による各国に適するリサイクルループ構築、廃棄物政策の導入が望ましい。また、日韓のリサイクル政策・廃棄物の発生と処理動向は、アジア諸国に様々な影響を与えている。例えば、日本は、最新のリサイクル技術及び制度を導入しているが、これらの妥当性を明確に分析する必要がある。一方、フィリピンの一部の地域では、少ない予算と低技術レベルでも、地域住民の雇用や福利厚生に役立つ廃プラスチックのリサイクルネットワークが構築されている。さらに、エネルギー回収、再生資源の再利用・リサイクルを組み合わせることによって、総合的な廃棄物管理及びリサイクル政策の構築可能性を見出すこともできる。最終年度には、これらの調査分析の結果をまとめて、アジア型のリサイクルループの構築可能性に関する政策提言をまとめる。本年度は、フィリピンの廃プラスチックの再利用及びリサイクル事例を対象に、総合的な廃棄物管理政策のあり方について考察し、日・中のリサイクル実態との比較分析を試み光。フィリピンKILUSにおける女性中心めNGO活動が、政府主導め廃棄物管理政策を上回る成果が出ていることは興味深い。一方、日本のプラスチック製容器包装リサイクルめ現状をみると、分別、収集、運搬、リサイクルプロセスにおいて非効率的な要素が多い。高度のリサイクル技術を,有するにもかかわらず、わかりにくい制度設計(分別・取集・リサイクル技術の指定)、複雑なリサイクルシステムが効率のよい資源循環を妨げている。また、プラスチックごみの組成を分析してみると、リサイクルに適しないごみの割合が高く、単一物質が効率よくリサイクルできるような制度設計の見直しが必要である。つまり、政策決定のプロセスに政府、企業、住民とのコミュニケーションがうまくとれていないと考える。
交通基盤整備および関連開発・整備による複合効果の計測とその起源分離

都市交通基盤が整備されるときは,一般に,単独で整備されることは少なく,駅前広場や土地区画整理などの関連した施設,基盤や民間の商業施設も同時に整備される.これらは,それぞれ周辺に効果や不効果を及ぼす.既存の方法では,それらを計測できたとしても,その中に様々な事業の効果が混在し,どの事業に起源を持つかは必ずしも明確にできない.このため,効果の起源を明確にし,起源ごとの効果を計測する必要がある.本研究では,この目的に即した手法としてヘドニックアプローチを採用し,実際の仙台市における地下鉄事業を対象に,便益の起源分離を行った.その際,該当する説明変数を積の形で表現するように関数形を変えることによって,関連開発との相乗的な便益が存在すること,複数の施設による利便性をログサム変数として総合的に評価することにより説明力があがることを確認し,計測した.また,同アプローチの計測値が真値であるためには,いくつかの前提条件が成立することが必要であるが,このうち,住人の同質性条件を特にとりあげ,地下鉄選好者と非選好者の2種類の住人を想定し,地下鉄整備後の価格体系で評価した場合の理論的定式化を行い,選好者が地下鉄駅周辺に偏って居住した場合に同アプローチが過小評価を与えることを証明した.さらに,仙台市営地下鉄事業に適用し,同アプローチが与える過小評価が約13%程度であることを示した.また,対象と都市間道路と治水施設に拡張し,他地域一般均衡モデルを用いて相乗効果を測った.このケースの場合は,わずかに0.3%程度の相乗効果であったが,その存在を確認した.都市交通基盤が整備されるときは、一般に、それのみが整備されることは少なく、駅前広場や土地区画整理などの関連した施設・基盤も同時に整備される。また、そのような公的整備に伴って、民間の商業施設開発や業務ビル開発なども進められる。このような整備・開発は、それぞれ周辺に便益や不便益を及ぼす。既存の方法では、その便益・不便益を計測できたとしても、その中に様々な事業の便益が混在し、どの事業に起源を持つかは必ずしも明確にできない。このため、便益起源を明確にし、起源ごとの便益値を計測する必要がある。本研究では、この目的に即した手法としてヘドニックアプローチを採用し、実際の仙台市における地下鉄事業を対象に、便益の起源分離を行った。その際、該当する説明変数を積の形で表現するように関数形を変えることによって、関連開発との相乗的な便益が存在することを確認し、計測した。また、同アプローチの計測値が真値であるためには、いくつかの前提条件が成立することが必要であるが、このうち、最も大きな誤差をもたらすとされる住民の同質性条件について考慮した。地下鉄選好者と非選好者の2種類の住民を想定し、地下鉄整備後の価格体系で評価した場合の理論的定式化を行い、選好者が地下鉄駅周辺に偏って居住した場合に同アプローチが過小評価を与えることを証明した。さらに、仙台市営地下鉄事業に適用し、同アプローチが与える過小評価が約10%程度であることを示した。都市交通基盤が整備されるときは,一般に,単独で整備されることは少なく,駅前広場や土地区画整理などの関連した施設,基盤や民間の商業施設も同時に整備される.これらは,それぞれ周辺に効果や不効果を及ぼす.既存の方法では,それらを計測できたとしても,その中に様々な事業の効果が混在し,どの事業に起源を持つかは必ずしも明確にできない.このため,効果の起源を明確にし,起源ごとの効果を計測する必要がある.本研究では,この目的に即した手法としてヘドニックアプローチを採用し,実際の仙台市における地下鉄事業を対象に,便益の起源分離を行った.その際,該当する説明変数を積の形で表現するように関数形を変えることによって,関連開発との相乗的な便益が存在すること,複数の施設による利便性をログサム変数として総合的に評価することにより説明力があがることを確認し,計測した.また,同アプローチの計測値が真値であるためには,いくつかの前提条件が成立することが必要であるが,このうち,住人の同質性条件を特にとりあげ,地下鉄選好者と非選好者の2種類の住人を想定し,地下鉄整備後の価格体系で評価した場合の理論的定式化を行い,選好者が地下鉄駅周辺に偏って居住した場合に同アプローチが過小評価を与えることを証明した.さらに,仙台市営地下鉄事業に適用し,同アプローチが与える過小評価が約13%程度であることを示した.また,対象と都市間道路と治水施設に拡張し,他地域一般均衡モデルを用いて相乗効果を測った.このケースの場合は,わずかに0.3%程度の相乗効果であったが,その存在を確認した.都市交通基盤が整備されるときは,一般に,単独で整備されることは少なく,駅前広場や土地区画整理などの関連した施設・基盤や民間の商業施設も同時に整備される.これらは,それぞれ周辺に効果や不効果を及ぼす.既存の方法では,それらを計測できたとしても,その中に様々な事業の効果が混在し,どの事業に起源を持つかは必ずしも明確にできない.このため,効果の起源を明確にし,起源ごとの効果を計測する必要がある.本研究では,この目的に即した手法としてヘドニックアプローチを採用し,実際の仙台市における地下鉄事業を対象に,便益の起源分離を行った.

その際,該当する説明変数を積の形で表現するように関数形を変えることによって,関連開発との相乗的な便益が存在すること,複数の施設による利便性をログサム変数として総合的に評価することにより説明力があがることを確認し,計測した.また,同アプローチの計測値が真値であるためには,いくつかの前提条件が成立することが必要であるが,このうち,住人の同質性条件を特にとりあげ,地下鉄選好者と非選好者の2種類の住人を想定し,地下鉄整備後の価格体系で評価した場合の理論的定式化を行い,選好者が地下鉄駅周辺に偏って居住した場合に同アプローチが過小評価を与えることを証明した.さらに,仙台市営地下鉄事業に適用し,同アプローチが与える過小評価が約13%程度であることを示した.また,対象と都市間道路と治水施設に拡張し,他地域一般均衡モデルを用いて相乗効果を測った.このケースの場合は,わずかに0.3%程度の相乗効果であったが,その存在を確認した.
細菌の産生する細胞溶解毒の分子遺伝解析と作用機構

本研究では分担者相互の協力により、それぞれが次のような成果を得た。篠田はVibrio vnlnificusの溶血毒の精製を行ってその性状を調べ、動物種による感受性の差が赤血球膜への結合性の差と赤血球自身の対浸透圧性の差に起因することを明らかにした。また、種々の株の溶血毒を調べ、免疫学的に異なる溶血毒の産生株などを見出した。また、腸炎ビブリオのレシチン依存性溶血毒がユニ-クなPhospholipase活性をを持つことを示した。加藤と野田はブドウ球菌α毒素およびロイコシジンの作用機構について検討し、ともにADPーリボシルトランスフェラ-ゼ活性を持ちこれが膜孔形成への情報伝達に関与していることを示し、ロイコシジンのS成分とF成分の作用をさらに明確した。櫻井はウェルシュ菌α毒素の溶血作用がPhospholipase C作用などの他の生物活性とは別の作用部位に基づくことを見いだし、溶血作用や血管平滑筋収縮作用でのリン脂質代謝の変化を示した。本田は腸炎ビブリオ耐熱性溶血毒(TDH)の作用機構研究のため非溶血性変異株から溶血性のない変異毒素を調製し、アミノ酸配列を調べて90番目のグリシンがアスパラギンに置換されていることを示し、このグリシンが活性発現に重要であると推定し、他のビブリオのTDHとの異同を明かにした。水口は同じ腸炎ビブリオの遺伝子を大腸菌でクロ-ニングし、腸炎ビブリオ自身では通常の培養で発現していないが、大腸菌で発現する溶血素遺伝子を見出し、その産物である溶血素の精製を試み、病原性発現での役割を考察した。中澤はPseudomonas cepatiaがタンパク以外の成分からなる耐熱性溶血素を産生していることを見出してその性状の検討を行ない精製を進め、抗真菌作用などの生物作用を示し、さらにその遺伝子のクロ-ニングを行った。以上のように各菌の多様な細胞溶解毒について個々に進展が見られ、細胞溶解毒素の全体像の把握に有益な情報を提供することができた。本年度は初年度であるので、基本的に従来から各分担者が行っている方法にしたがって検討を行い、その成果を年度末の班会議で検討しあい、次年度で有機的協力を図ることにした。篠田はVibrio vulnificusの溶血毒の動物種による感受性の差が赤血球膜への結合性の差と赤血球自身の対浸透圧性の差に起因することを明らかにした。また、患者あるいは環境から種々の株を分離して溶血毒産生性を調べ、免疫学的に異なる溶血毒の産生株、溶血性はないが免疫学的には溶血毒と交差反応するタンパクを産生する株などを見出した。しかし、直接反応では免疫学的に共通性のない溶血毒も活性剤処理などにより反応性が現われ、本菌の溶血毒分子が多様性に富むことが示された。加藤はブドウ球菌α毒素の作用機構についてさらに検討し、α毒素がADP-リボシルトランスフェラ-ゼ活性を持ちこれが膜孔形成への情報伝達に関与していることを示した。櫻井はウェルシュ菌α毒素の溶血作用がホスフォリパ-ゼC作用などの他の生物活性とは別の作用部位に基づくこと、リン脂質代謝を亢進させることなどを見出した。

本田は腸炎ビブリオ耐熱性溶血毒の作用機構研究のため非溶血性変異株から溶血性のない変異毒素を調製し、アミノ酸配列を調べて90番目のグリシンがアスパラギンに置換されていることを示し、このグリシンが活性発現に重要であることを示した。水口は同じ腸炎ビブリオの遺伝子を大腸菌でクロ-ニングし、腸炎ビブリオ自身では通常の培養で発現していないが、大腸菌で発現する溶血素遺伝子を見出し、その産物である溶血素の精製を試みた。中澤はPseudomonas cepatiaがタンパク以外の成分からなる耐熱性溶血素を産生していることを見出してその性状の検討を行い精製を進めた。以上のように各菌の多様な細胞溶解毒について個々に進展が見られたので、次年度はそれぞれの分担者の得意な手法で他の分担者に協力を行うことにした。最終年度であるので、前年度の成果を受けてまとめを行った。篠田は前年度の<Vibrio>___ー<vulnificus>___ーの溶血毒(VVH)の検討を継続し、精製法の改良を行い、種々の株での抗原性の比較を行った。さらに、腸炎ビブリオの易熱性レシチン依存性溶血毒の精製を行って、分子量が極めて近接した2種の分子が存在することを示し、N末端アミノ酸の比較により、両者の分子サイズの相違が片方の分子の13アミノ酸残基の欠落で説明できることを示した。また、当初この溶血毒はPhospholipase A_2と考えていたが、Phospholipase Bの1種であることが示された。腸炎ビブリオの溶血毒に関しては本田により耐熱性溶血毒(TDH)および関連毒素、水口により新しい溶血毒としてのδーVPHの検討が行われた。TDHについては溶血機構が明かにされ、VVHと同様に浸透圧溶血を起こすが、若干異なる機構が働くことが示された。また、構造と機能に関して遺伝学的なアプロ-チが行われた。δーVPHに関しては、本毒素が腸炎ビブリオ自身で発現している直接的証拠はまだ得られていないが、モデル動物系で強い消化器症状を示すこと、調べた全ての株がこの遺伝子を持つことなどが明かとなり、下痢毒素としての可能性が示された。中澤は<Pseudomonas>___ー<cepatia>___ーが産生する低分子の耐熱性溶血毒について検討を進め、分子量が1000以下の水に不溶の物質であり、Amphotericin Bに匹敵する抗真菌作用を持つことを示し、遺伝子のクロ-ニングを行った。野田と加藤は黄色ブドウ球菌ロイコシジンおよびα毒素の作用機構の検討を継続し、既に見いだしていたロイコシジンのS成分とF成分の作用をさらに明確にすると共に、ADPリボシル化が両毒素の作用にじゅうようであることを示した。櫻井はウエルシュ菌α毒素の血管平滑筋収縮作用発現および溶血作用におけるリン脂質代謝の変化を明らかにした。これらは細胞溶解毒素の全体像の把握に有益な情報を提供しているものと思われる。
リン酸化TRAP法を用いた視床下部によるビタミンB群の新規恒常性制御機構の解明

脳の基底に存在する視床下部は炭水化物や脂質などの主要栄養素成分を脳内で最初に感知し、摂食行動や全身のエネルギー代謝を調節する。一方、微量必須栄養素のうち体外に排出されやすいBやCなど水溶性ビタミンを生体がどのように感知しているのかは不明である。そこで、研究代表者らはビタミンB群が解糖系を構成する複数の酵素の補酵素としてエネルギー産生に重要な役割を果たすこと・脳内での消費が多いことに注目し、ビタミンB群の恒常性維持を司る神経メカニズムが存在するという仮説を立てた。主要栄養素の感知を担う神経は栄養素依存的に活性化することに注目し、活性化した神経細胞の分子特性を調べるために、リン酸化TRAP法を用いることにした。この手法では、活性化した神経細胞においてリボソームの一部のサブユニットがリン酸化されることを利用し、抗リン酸化抗体を用いて免疫沈降を行い、その神経でつくられるmRNAとリボソームの複合体を精製する。その後、RNA seq解析を実施し、活性化した神経の遺伝子プロファイルを明らかにする。今年度は、この手法の予備実験として主要栄養素(ショ糖)を投与したマウスの90分後の脳切片を作製し、神経活動マーカーとして良く知られるc-fosの発現とリボソームのリン酸化を抗体染色により評価した。その結果、扁桃体の神経細胞において神経活動マーカーc-foの発現とリボソームのリン酸化の両方が見られるのに対し、視床下部の一部の神経ではc-fosとリボソームのリン酸化は必ずしも重ならず、一方のみが観察されることが分かった。栄養素刺激によってリボソームのリン酸化が再現よく確認することが出来たため。ビタミンB1を欠乏したマウス、またはビタミンB1を摂取したマウスでリン酸化リボソームの分布を抗体染色により確認後、免疫沈降を行う部位を特定し、リン酸化TRAPの実験を実施する。2018年度は予備実験として条件検討を実施したため、予算の使用が限定的になった。2019年度はリン酸化TRAP法を実施後のRNA seq解析やマウスの飼育・維持費の割合が増えるため、こちらで重点的に予算を使用する計画である。
カメムシ類の分散多型性に関する個体群生物学的研究

カメムシ類について翅多型性及び関連する生活史形質についての個体群生物学的研究を実施した。その結果は以下のように要約される。1.カンシャコバネナガカメムシの雌雄間での翅型と相対翅長に関する遺伝相関が推定された。その結果、長翅率と平均相対翅長の両方において雌雄間には有意な正の遺伝相関があることが分かった。しかし、長翅型の出現を促進する条件下で、長翅の出現率は雌より雄ではるかに少ない傾向が認められた。したがって、雄と雌それぞれにおける短翅化の適応度上の利益および雌雄間の遺伝相関が、本種の翅多型性の進化に影響しているものと考えられた。2.亜熱帯の冬季におけるカンシャコバネナガカメムシの繁殖と卵休眠を、その翅多型性と関連させて研究した。秋季に沖縄本島南部から採集した長翅雌は、短翅に比べて、産卵開始が遅延し、産卵初期での産卵数も少なかったが、寿命ははるかに長かった。その結果、総産卵数では翅型間に有意な差はなかった。短翅雌の産下した休眠卵は、高温に対して日和見的に反応し、休眠が打破されやすい傾向にあった。このことは、長翅雌の産下卵の方が、短翅雌のそれに比してより強い休眠性を示すことを示唆した。3.フタモンホシカメムシに見られる翅長変異を野外個体群から採集した成虫を用いて調べた。また、翅長変異に関与するさまざまな環境要因について実験室内で調べた。その結果、野外採集虫の後翅長の変異は、連続的ではあるが、二山型を示すことが分かった。室内実験の結果、中間的な密度、高温および短日といった環境条件下で後翅が長くなる傾向があることが分かった。以下の3種のカメムシ類の翅多型性や他の生活史形質に関する生態遺伝学的研究を遂行した。1.カンシャコバネナガカメムシについては、まず翅多型性と卵休眠との関連について調べられた。その結果、本種の卵休眠は25°C以上の高温に反応して休眠が打破される、いわゆる日和見性を示すが、その程度は短翅型の産下卵の方でより強いことが分かった。このことは、移動性と休眠性といった2つの重要な生活史形質が互いに独立ではなく、何らかの相関をもって進化してきたことを示唆している。次に本種では、翅多型性において雌雄間に正の遺伝相関が存在することが明らかとなった。しかし、雌雄ともに短翅化には性的成熟が早まるなどの適応度上の利益が存在するので、本種の翅多型性の進化は、それぞれの性における適応度上の利益と互いの遺伝相関が関与した、かなり複雑なものであることが推察された。2.ホソヘリカメムシについては、主に卵サイズと成虫体サイズの変異の適応的意義について研究した。その結果、大卵由来の幼虫は発育が早い上に羽化率も高く、かつ大きな成虫になることが分かった。また、体サイズに関する選抜を行ったところ、選抜に対してよく反応するだけでなく、体が大きな系統で産卵数が増えたり、産卵前期間が短縮するなど、他の生活史形質の相関反応も存在することが明らかとなった。今後は、体サイズと移動性との遺伝相関について調べる必要がある。3.フタモンホシカメムシについては、相対翅長を長くする環境要因として、こみ合い、高温、及び短日が関与していることが分かった。このことの適応的意義や遺伝的要因に関する研究は今後の課題である。以下のカメムシ類について翅多型性及び関連する生活史形質についての個体群生物学的研究を実施した。1.カンシャコバネナガカメムシについては、まず翅型と飛翔筋の発達度合との関係について調べた。

その結果、短翅型はほとんど全く飛翔筋を発達させていないのに対し、長翅型は発達させている個体が多いことが分かった。ただし、長翅型でも飛翔筋が未発達の個体がいたことは、長翅型でも全てが飛翔できるわけではないことを示しており、大変興味深い。また、飛翔筋の発達度合は不連続で、発達しているかいないかのいずれかであった。すなわち、本種の翅型は多少とも連続的な多型性であるのに対し、飛翔筋は二型性であることが判明した。本種の卵休眠についても研究されたが、成虫の休眠卵産下性の誘起要因である短日の感受期は、成虫期のみならず幼虫期も該当することが分かった。また、休眠卵産下性の打破要因としては長日と高温の両方が関与していること、長翅型が産下した休眠卵の方が短翅型のそれに比べて休眠が打破されにくいことが分かった。2.フタモンホシカメムシについては、野外調査の結果、9月から10月にかけての秋季に長翅型が生産されやすいことが分かった。このことは、長日よりも短日に反応して長翅型が生産されやすいという、実験室内での結果とほぼ対応しているものと考えられた。
電磁波デバイスを対象としたマルチスケールトポロジー最適化

本研究では,新しい機能をもつ,あるいは高機能をもつ革新的な電磁波デバイスの構造創成を目的に,デバイスを構成する材料構造であるミクロ構造と,デバイス自身の構造であるマクロ構造の構造設計を同時に,かつ有機的に実施することが可能な,両スケールの構造創成設計を統合化したマルチスケールにおける構造創成設計法を,トポロジー最適化に基づき構築した.すなわち,所望の有効透磁率あるいは有効誘電率を示す電磁材料のミクロ構造を設計する手法,およびマクロ構造の最適設計として,電磁クローキング,導波管等の最適設計手法を開発し,してそれらの方法論の統合化を図った.本研究では,新しい機能をもつ,あるいは高機能をもつ革新的な電磁波デバイスの構造創成を目的に,デバイスを構成する材料構造であるミクロ構造と,デバイス自身の構造であるマクロ構造の構造設計を同時に,かつ有機的に実施することが可能な,両スケールの構造創成設計を統合化したマルチスケールにおける構造創成設計法を,トポロジー最適化に基づき構築した.すなわち,所望の有効透磁率あるいは有効誘電率を示す電磁材料のミクロ構造を設計する手法,およびマクロ構造の最適設計として,電磁クローキング,導波管等の最適設計手法を開発し,してそれらの方法論の統合化を図った.本研究では,新しい機能をもつ,あるいは高機能をもつ革新的な電磁波デバイスの構造創成を目的に,デバイスを構成する材料構造であるミクロ構造と,デバイス自身の構造であるマクロ構造の構造設計を同時に,かつ有機的に実施することが可能な,両スケールの構造創成設計を統合化したマルチスケールにおける構造創成設計法を,トポロジー最適化に基づき構築する.この方法が確立されれば,数学的および力学的見地に基づき高機能なリモートセンシングデバイスやフェーズドアレーアンテナなどの構造設計が可能となる.本年度では,透磁率の数値計算法についてこの基礎的検討を行った.透磁率の数値計算法には2つの方法がある.1つ目の方法は,Sパラメータから推定するS parameter Retrieval法であり,2つ目の方法は,透磁率がDrudeモデルに従うとして求める方法である.これらの方法の比較検討を行った.しかしながら,数値計算的に不安定であることから,特にロバストに推定する方法としてChenら2004が提案しているS parameter Retrieval法を用いることの有用性について検討を行った.また,誘電率と透磁率が同時に負となるようなメタマテリアル設計について調査を行い,2種類以上の大きさの立方体を適切に配置すると同じ周波数で両者を同時に実現できることがわかった.さらに,金属を用いたメタマテリアル設計についても同時に検討を進めた.その結果,メタマテリアル特性の形状に対する感度が非常に大きいことを確認した本研究では,新しい機能をもつ,あるいは高機能をもつ革新的な電磁波デバイスの構造創成を目的に,デバイスを構成する材料構造であるミクロ構造と,デバイス自身の構造であるマクロ構造の構造設計を同時に,かつ有機的に実施することが可能な,両スケールの構造創成設計を統合化したマルチスケールにおける構造創成設計法を,トポロジー最適化に基づき構築する.この方法が確立されれば,数学的および力学的見地に基づき高機能なリモートセンシングデバイスやフェーズドアレーアンテナなどの構造設計が可能となる.前年度には,電磁波領域のメタマテリアルをトポロジー最適化法に基づき創成するための課題を検討し,基礎的なアルゴリズムの構築を行うことができた.本年度は,ミクロ構造の構造最適化手法の開発においては,境界上の電磁波の反射により,不規則で物理的な不適当な構造を創出する問題点を解決するため,周期境界条件を確保しながら,境界近傍の特性値に相応して変化可能な吸収境界法を検討した.さらにその方法を,誘電体メタマテリアル等の構造設計に適用し,その有効性を検証した.また,電磁波伝搬問題を対象としたマルチスケール解析が可能な方法論の構築の一環として,マクロスケールのトポロジー最適化の方法論を構築し,その方法をパッチアンテナの最適設計法に適用し,その有効性を確認した.さらに,上述のミクロ構造の最適化とマクロ構造の最適化の統合化について,基礎検討を行った.本研究では,新しい機能をもつ,あるいは高機能をもつ革新的な電磁波デバイスの構造創成を目的に,デバイスを構成する材料構造であるミクロ構造と,デバイス自身の構造であるマクロ構造の構造設計を同時に,かつ有機的に実施することが可能な,両スケールの構造創成設計を統合化したマルチスケールにおける構造創成設計法を,トポロジー最適化に基づき構築した.本研究では,まず最初に,ミクロ構造とマクロ構造のトポロジー最適化手法の開発を,それぞれ個々に具体的な構造設計問題を対象に行った.すなわち,ミクロ構造のポロジー最適化手法の開発については,誘電体メタマテリアルの最適構造設計を対象に,負の有効透磁率を示す構造が得られる方法論を構築するとともに,簡単な設計例によりその有効性を検証した.さらに,ミクロ構造のトポロジー最適化手法の開発の展開として,音響メタマテリアルの最適構造設計を構築し,簡単な設計例によりその有効性を検証した.他方,マクロスケールのトポロジー最適化手法の開発においては,パッチアンテナ,金属導波管,クローキングデバイスなどの電磁波デバイスを対象に方法論を構築し,簡単な設計例により,その有効性を検証するともに,高機能なデバイスが設計可能なことを明らかにした.そして,これらの検討結果をもとに,ミクロ構造とマクロ構造のトポロジー最適化手法の統合化を進めた.すなわち,ミクロ構造のトポロジー最適化手法から得られる材料構造を用いて,マクロ構造たる電磁波デバイスの最適構造設計を行う,ミクロ構造とマクロ構造の同時最適化の方法について,ハイパーレンズの構造設計を対象に開発を行ってきた.

現在,ミクロ構造とマクロ構造の階層性を表現可能な方法の基礎検討は終了しており,具体的なハイパーレンズ構造設計を対象に,同時最適化の方法,アルゴリズムを構築していく予定である.本研究では,新しい機能をもつ,あるいは高機能をもつ革新的な電磁波デバイスの構造創成を目的に,デバイスを構成する材料構造であるミクロ構造と,デバイス自身の構造であるマクロ構造の構造設計を同時に,かつ有機的に実施することが可能な,両スケールの構造創成設計を統合化したマルチスケールにおける構造創成設計法を,トポロジー最適化に基づき構築する.この方法が確立されれば,数学的および力学的見地に基づき高機能なリモートセンシングデバイスやフェーズドアレーアンテナなどの構造設計が可能となる.昨年度には,ミクロ構造のトポロジー最適化手法の開発の一環として,誘電体メタマテリアル最適構造設計を対象に方法論を構築するとともに,簡単な設計例により,その有効性を検証した.また,マクロスケールのトポロジー最適化手法の方法論を構築し,その方法をパッチアンテナの最適設計法に適用し,その有効性を確認した.さらに,上述のミクロ構造の最適化とマクロ構造の最適化の統合化について,基礎検討を行った.本年度は,前年度に引き続き,誘電体メタマテリアル最適構造設計を対象に,より現実的な構造設計を可能とするため,製造要件等の幾何条件を考慮可能なようにミクロ構造のトポロジー最適化手法を見直すとともに,方法論の改善を行うための検討を行ってきた.併せて,誘電体メタマテリアルの大量生産可能とするため射出成形法を利用した製造法の検討を行った.他方,マクロ構造のトポロジー最適化手法については,方法論を,フェライト材料の特性を考慮可能な方法に拡張し,さらに開発した方法を金属導波管とクローキングデバイスの最適構造設計に適用し,その有効性を検証した.また,前年度に引き続き,ミクロ構造の最適化とマクロ構造の最適化の統合化手法の開発の一環として,誘電体メタマテリアルを用いた電磁波デバイスのトポロジー最適化手法の開発を検討した.研究分担者,研究協力者のご支援,ご指導により,当初計画通りに,研究が進められている.25年度が最終年度であるため、記入しない。研究分担者,研究協力者のご支援,ご指導により,当初計画通りに,研究が進められている.本年度も,研究分担者,研究協力者と密な連携を図りながり,研究計画則して進めていく予定である.また,さらなる展開を期待して,海外の研究者との連携も積極的にはかっていきたい.25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度も,研究分担者,研究協力者と密な連携を図りながり,研究計画則して進めていく予定である.また,さらなる展開を期待して,海外の研究者との連携も積極的にはかっていきたい.
放射線治療補助固定具を3Dプリンターで自動作成する造形技術開発に向けた基礎研究

ヒト頭頸部模型をCT撮像したデータをソフトウェア上で加工し、3次元(3D)プリンターに転送して頭頸部固定具を作製した。比較対照として、放射線治療用固定具として実用化されている熱可塑性素材を用いて従来法(手作業)により頭頸部固定具を作成した。3Dプリンターで作製した頭頸部ファントムの固定具は、固定精度と線量特性の点で、従来法で作成した固定具と同等の性能を示し、臨床上、実用化できる可能性が示唆された。然しながら、CT撮像からデータを加工する迄に約2時間、3Dプリンターで出力するまでに約100時間程度の時間を要しており、今後の課題として、固定具の作成過程を効率的に短縮する必要があることが分かった。放射線治療の固定精度を担保する患者補助固定具は主に手作業で作成されており、其の固定精度や工程時間は作成者の技術習熟度に依存する部分が多い。本研究では、患者補助固定具を3次元(以下、3D)プリンターによって可急的且つ精密に自動作成する造形技術の基礎研究を行い、特に使用頻度の高く、形状や凹凸度の個人差の大きな人体の頭頸部表面に適切にフィットさせる固定具を作成する為の課題探索とそれらの解決に向けた調査を行うことを目的としている。本研究の成果を発展させ、従来の手作業である作成工程を短時間で効率良く自動作成することによって、1)従来の補助固定具作成時の一定時間の体位保持等の患者側の負担を減らし、2)本邦の放射線治療従事者の人員不足問題を解消し、3)高精度放射線治療のより的確な応用へも道を開くことが最終的な目標である。ワークステーションを使用し、既に撮像済であった健常ボランティア人の頭頸部CTデータを3D出力変換する為にソフトウェア上でのデータ加工を試みた。CTデータ加工の際は、寝台に接地する頭部をサポートする枕に相当する部分を含めて制作した。現状では既に枕部分が既製品として市販されているが、枕表面に頭部後面が十分接地しない為に固定精度低下が懸念される場合も時々散見される為である。初回3D出力した固定具は、特別な加工を必要とせずに健常ボランティアの頭頸部に苦痛無くフィットさせて固定することが可能であった。次に、この3D出力した固定具と従来の手作業により作成した同じ健常ボランティアの頭頸部固定具の固定精度を、MRIを用いて比較検討した。各々一断面のみの比較ではあったが、矢状断像と冠状断像における固定精度を検討した所、日本放射線腫瘍学会推奨の固定精度を各々の固定具が遵守出来ており、且つ3D出力した固定具は従来法による固定具と精度上、殆ど遜色の無い結果が得られたことが分かった。本研究の目的は、患者補助固定具を3次元(以下、3D)プリンターによって可急的且つ精密に自動作成する造形技術の基礎研究を行い、特に使用頻度の高く、形状や凹凸度の個人差の大きな人体の頭頸部表面に適切にフィットさせる固定具を作成する為の課題探索とそれらの解決に向けた調査を行うことである。昨年度までの成果を応用し、本年度は、実際の放射線治療で使用している位置照合透視装置による固定精度評価、また照射装置による線量特性について、従来の頭頸部固定具と比較することを目標とした。ヒト頭頸部ファントムをCT撮像したDigital Imaging and COmmunication in Medicineデータを基にワークステーション上で3Dモデリングを行い、同データから頭頸部固定具を3Dプリンターで出力した。比較対照のため、同一の頭頸部ファントムを用いて従来の手作業により頭頸部固定具を作成した。それら二つの固定具間で、固定精度、並びに線量特性の比較を行った所、3Dプリントした頭頸部固定具は、従来法により作成した頭頸部固定具と遜色無い固定精度を示し、日本放射線腫瘍学会推奨の固定精度を遵守できていた。また、線量特性に関しては、5cm深の線量については両者の間に殆ど線量差はみられなかったが、1mm深では3Dプリンティングした固定具において若干の線量増加が観察された。その後、厚さを同一として3Dプリンターで作製した板状造形物と、マスク状に加工する前の従来品(板状)の線量特性を比較した所、前者の方が1mm深の線量低下が認められ、皮膚線量を軽減できる可能性があることが判明した。昨年度に引き続き、ヒト頭頸部ファントムのCT撮像DICOMデータを用いて新たに3Dモデリングをし直し、3Dプリンターによる頭頸部固定具の再出力を行った。その3Dプリントした固定具との比較対照を目的とし、同一のヒト頭頸部ファントムを用いて従来の手作業により頭頸部固定具を作成した。それら二つの頭頸部固定具間で、固定精度、並びに線量特性の比較を行った結果、3Dプリントした固定具は従来法による固定具と遜色無い固定精度を示し、且つ日本放射線腫瘍学会推奨の固定精度を遵守していた結果が得られた。また、線量特性に関しては、5cm深の線量については両者の間に殆ど線量差はみられなかったが、1mm深では3Dプリンティングした固定具においてが若干の線量増加が観察された。

その後、厚さを同一として3Dプリンターで作製した板状造形物と、マスク状に加工する前の従来品(板状)の線量特性を比較した所、前者の方が1mm深の線量低下が認められ、皮膚線量を軽減できる可能性があることが分かった。放射線治療の固定精度を担保する患者補助固定具は主に手作業で作成されており、其の固定精度や工程時間は作成者の技術習熟度に依存する部分が多い。本研究の目的は、患者補助固定具を3次元(以下、3D)プリンターによって可急的且つ精密に自動作成する造形技術の基礎研究を行い、特に使用頻度の高く、形状の個人差の大きな頭頸部表面に適切にフィットさせる固定具を作成する為の課題探索とそれらの解決に向けた調査を行うことである。昨年度まで以下の研究を行った。ヒト頭頸部ファントムをCT撮像したDICOMデータを基にワークステーション上で3Dモデリングを行い、同データからABS樹脂を用いて3Dプリンターで出力した。比較のため、同一のファントムを用いて従来の手作業により頭頸部固定具を作成した。それら二つの固定具間で、実際の放射線治療で使用している位置照合透視装置による固定精度と線量特性について比較検討した。3Dプリントした頭頸部固定具は、従来法により作成した頭頸部固定具と遜色無い固定精度を示し、日本放射線腫瘍学会推奨の固定精度を遵守できていた。線量特性に関しては、5cm深の線量については両者の間に殆ど線量差はみられなかったが、1mm深では3Dプリントした固定具で若干の線量増加が観察された。その後、厚さを同一として3Dプリントした板状造形品と、マスク状に加工する前の従来品の線量特性を比較した所、前者で1mm深の線量低下を認め、皮膚線量を軽減できる可能性があることが判明した。以上の成果につき、今年度の第72回日本放射線技術学会総会学術大会と欧州放射線腫瘍学会総会第35回学術大会で報告し、日本放射線技術学会雑誌に論文報告を行った。また、ABS樹脂に比べて価格の安価なPLA樹脂を用いて3Dプリンターによる出力を試みたが、内面の滑らかな造形や出力後のサポート材の剥離が困難である等の課題が明らかとなった。ヒト頭頸部模型をCT撮像したデータをソフトウェア上で加工し、3次元(3D)プリンターに転送して頭頸部固定具を作製した。比較対照として、放射線治療用固定具として実用化されている熱可塑性素材を用いて従来法(手作業)により頭頸部固定具を作成した。3Dプリンターで作製した頭頸部ファントムの固定具は、固定精度と線量特性の点で、従来法で作成した固定具と同等の性能を示し、臨床上、実用化できる可能性が示唆された。然しながら、CT撮像からデータを加工する迄に約2時間、3Dプリンターで出力するまでに約100時間程度の時間を要しており、今後の課題として、固定具の作成過程を効率的に短縮する必要があることが分かった。ヒト型ファントムを用いて固定具を3Dプリンターにより出力した報告はあるが、実際のヒトの頭頸部固定具を3Dプリンターによって出力した報告は現時点で未だ無い。上述した様に、健常ボランティアの頭頸部固定具の初回3D出力は成功した。従来の手作業による固定具も同時に用手的に作成し、MRI(放射線被曝が無い)による両者における固定精度の比較を行った。限られた撮像面での比較ではあったが、単回固定中の固定精度については、従来の固定具と遜色の無い結果が得られ、日本放射線腫瘍学会で推奨している頭頸部固定具の固定精度も遵守出来る結果が得られた。以上より、撮像CTデータから頭頸部体表面の3D出力設計データへの変換フローの確認と、同データを用いて、枕を含む頭頸部固定具を3Dプリンターによって出力することが不可能ではないことが検証出来た。