hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
近似症例検索エンジンを用いた放射線治療計画支援システムの開発

体幹部定位照射を施行したI期肺癌患者81名を過去症例の対象とした。まず、治療計画用CT画像から病変の特徴量を算出し治療計画症例データベースを構築した。次に、新規症例の特徴量から、近似する過去症例を自動的に検索して過去の治療計画が提示される放射線治療計画支援システムを開発した。次に4人の放射線治療医が新規8症例に対して本システムを用いた場合と用いない場合の治療計画に要する時間を計測し、作成した計画の線量指標も比較した。結果はシステムを用いない場合が平均878秒であったのに対して、システムを用いた場合は平均563秒と所要時間の短縮が得られ、線量指標はほぼ同等であり、システムの有用性が証明できた。放射線治療患者数の増加に伴い、放射線治療医の不足、地域や医療施設間での質のバラつきが、重大な問題となってきている。放射線治療業務の中で、医師の経験と時間を必要とし、かつ重要な部分に放射線治療計画があるが、放射線治療医の経験と技量のみに委ねられており、治療医の経験によるばらつきが生じ、さらには治療計画に膨大な時間を要し、過重労働の原因ともなっている。また、指導医のいる施設で直接的な教育を長期間受けないと独り立ちできないことも、放射線治療医不足の原因ともなっている。これらの問題点を解決する方法として、短時間に高品質の放射線治療計画を立案するためのサポート、若手放射線治療医の効率的な教育が必要と考えられる。本研究では、放射線治療の均てん化と安全管理を目的として、過去の近似した症例を自動的に抽出し、新規治療計画に応用するシステムの構築を企画した。まずはI期肺がんを対象として、「病変認識システム」を開発した。治療計画用CT画像において、肺腫瘍の大まかな位置を指示すると、病変および肺野領域を抽出し、病変の特徴量として「病変部の位置情報」、「病変部から危険臓器への距離情報」を算出し、「治療計画症例データベース」を構築可能とした。次に、病変の肺野における位置、危険臓器(脊髄、食道、大血管など)との位置関係、病変サイズなどの情報を利用し、対象病変と近似した症例を過去症例データベースから複数検索し、その治療計画データが参照できるような、「近似症例検索エンジン」を開発した。また、これと平行して、臨床的にI期肺癌と診断された患者の定位放射線治療の成績について論文化した。放射線治療患者数の増加に伴い、放射線治療医の不足、地域や医療施設間での質のばらつき等、重大な問題が多く発生している。放射線治療業務の中で、医師の経験と時間を必要とし、かつ重要な部分に、放射線治療計画があるが、放射線治療医の経験と技量のみに委ねられており、治療医の経験によるばらつきが生じ、さらには治療計画に膨大な時間を要し、過重労働の原因ともなっている。本研究では、放射線治療の均てん化と安全管理を目的として、過去の近似した症例を自動的に抽出し、新規治療計画に応用するシステム構築を企画した。平成26年度はI期肺癌を対象として、「病変認識システム」を開発した。治療計画要CT画像において、肺腫瘍の大まかな位置を指示すると病変及び肺野領域を抽出し、病変の特徴量として「病変部の位置情報」、「病変部から危険臓器への距離情報」を算出し、「治療計画症例データベース」を構築可能とした。次に病変の肺野における位置、危険臓器(脊髄、食道、大血管など)との位置関係、病変サイズなどの情報を利用し、対象病変と近似した症例を過去症例データベースから複数検索し、その治療計画データが参照できるような「近似症例検索エンジン」を開発した。今年度は「治療計画症例データベース」から「近似症例検索エンジン」により、目的とする「新規治療対象」と近似した過去症例を抽出し、過去症例の照射情報(線量、照射角度、門数など)を、新規の該当治療患者の治療計画にインポートする機能を追加し、治療計画の作成業務全体をスムーズにサポートすることが可能となった。「病変認識システム」、「近似症例検索エンジン」の開発はおおむね順調に進展しているが、治療計画症例データベースの構築とその評価が遅れている。放射線治療業務の中で、医師の経験と時間を必要とし、かつ重要な部分に放射線治療計画があるが、放射線治療医の経験と技量のみに委ねられており、治療位の経験によるばらつきが生じ、更には治療計画に膨大な時間を要し、過重労働の原因ともなっている。また、指導医のいる施設で直接的な教育を長時間受けないと独り立ちできないことも、放射線治療医不足の原因ともなっている。治療計画用CT画像において、肺腫瘍の大まかな位置を指示すると病変及び肺野領域を抽出し、病変の特徴量として「病変部の位置情報」、「病変部から危険臓器への距離情報」、「病変サイズ」を算出し、「治療計画症例データベース」を構築した。次にこれらの情報を利用し、対象病変と近似した症例を過去症例データベースから複数検索できるような「近似症例検索エンジン」を開発した。

平成27年度は、「治療計画症例データベース」から「近似症例検索エンジン」により、目的とする新規治療対象と近似した過去症例を抽出し、過去症例の照射情報(線量、照射角度、門数等)を、新規の該当治療患者の治療計画に適応する機能を追加した。平成28年度は、作成した「近似症例検索エンジンを用いた治療計画支援システム」の有用性の検証実験を行った。4人の放射線治療医が8症例に対して本システムを用いた場合と用いない場合の治療計画に要する時間を計測し、作成した治療計画の線量指標も比較した。結果はシステムを用いない場合が平均878秒であったのに対して、システムを用いた場合は平均563秒と治療計画に要する時間の短縮が得られ、線量指標の評価でもほぼ同等の結果であり、システムの有用性が証明できた。体幹部定位照射を施行したI期肺癌患者81名を過去症例の対象とした。まず、治療計画用CT画像から病変の特徴量を算出し治療計画症例データベースを構築した。次に、新規症例の特徴量から、近似する過去症例を自動的に検索して過去の治療計画が提示される放射線治療計画支援システムを開発した。次に4人の放射線治療医が新規8症例に対して本システムを用いた場合と用いない場合の治療計画に要する時間を計測し、作成した計画の線量指標も比較した。結果はシステムを用いない場合が平均878秒であったのに対して、システムを用いた場合は平均563秒と所要時間の短縮が得られ、線量指標はほぼ同等であり、システムの有用性が証明できた。当初予定していた、「病変認識システム」、「近似症例検索エンジン」の開発を進めることができた。開発した「病変認識システム」で算出された様々な特徴量での検索の対象として、過去の「治療計画症例データベース」を構築する。また治療計画情報に加えて、治療後の経過情報もデータベース化し、自壊治療方法選択の際の情報の一つとする。構築した「治療計画症例データベース」にて「近似症例検索エンジン」を用いた治療計画支援の有用性について評価を行う。放射線治療開発した「病変認識システム」で算出された様々な特徴量での検索の対象として、過去の「治療計画症例データベース」を構築する。また、治療計画情報に加えて、治療後の経過情報もデータベース化し、次回治療方法選択の際の情報の一つとする。構築したデータベースを用いた「近似症例検索エンジン」による、近似症例検索の有効性について評価を行う。この膨大な数の「治療計画症例データベース」から「近似症例検索エンジン」により、目的とする「新規治療対象」と近似した過去症例を抽出し、過去症例の照射情報(線量、照射角度、門数など)を、新規の該当治療患者の治療計画にインポートして、編集する機能など、参考症例の治療計画情報を、新規患者の治療計画に利活用する仕組みを開発し、治療計画の作成業務全体をサポートすることを目的としたシステムへの展開を目指す。今年度は機材購入やデータベース入力などを施行することができず、物品費や人件費・謝金が繰越となった。得られた結果の学会発表が間に合わなかったため、次年度に旅費の繰越が生じた。また、人件費・謝金に関しても、データ入力などが次年度に延期になったため、繰越となった。次年度は必要機材やソフトウェアの購入、データ入力による人件費計上を予定している。今年度は、国内、海外の学会発表を予定しており、旅費の使用を計画している。
アパタイト・ポリマー傾斜材料による人工歯・骨の開発研究

本年度は、すでに作製したハイドロキシアパタイト・セルロース複合材料に対して動物実験により長期の機能性、安全性試験を行った。また、既に作製した多孔質ハイドロキシアパタイト・Bis-GMA複合材料に対して、生物学的安全性試験を行った。さらに、新たにハイドロキシアパタイト微粉末を医療用シリコーンゴムの複合材料を作製し、その力学的特性及び、イヌ皮下での組織反応を調べた。ハイドロキシアパタイト・セルロース複合材料は、ハイドロキシアパタイト単体と同様、長期にわたり生体親和性を示し、さらに著しく容易な操作性を示すことが明らかになった。また、ハイドロキシアパタイト・Bis-GMA複合材料では、L細胞を用いた細胞学的安全性試験の結果Bis-GMA単体に対する細胞増殖率に比べ、複合材料に対する細胞増殖率は高く、生物学的安全性が向上することを明らかとした。また、合成ハイドロキシアパタイト微粉末・医療用シリコーンゴム複合材料の引っ張り強さはハイドロキシアパタイト添加量増加にともない低下し、30wt%添加では、35kgf/cm^2となった。硬度はハイドロキシアパタイト添加量増加にともない1次関数的に増加し、30wt%添加では、80kgf/cm^2となった。引き裂き強さは添加量増加にともない増加したが、25kgf/cm^2でほぼ一定となった。合成ハイドロキシアパタイト微粉末・医療用シリコーンゴム複合材料のイヌ皮下での組織反応観察では、埋入1ヵ月後までには炎症反応が見られたが、その後緩やかに炎症が収まることが明らかとなった。複合材料周囲に形成された繊維状被膜は医療用シリコーンゴムのみの場合と比べ薄かった。埋入6ヵ月後での被膜の厚さは、ハイドロキシアパタイト添加15wt%で最も薄くなることが明らかとなった。アパタイト・ポリマ-の傾斜材料を製造するに当たり、まずハイドロキシアパタイトゲルを合成した。このハイドロキシアパタイトゲルは、水酸化カルシウムを水中に分散し、希釈したオルトリン酸を滴下して得た。得られたゲルの濃度は10wt%程度であった。また、このゲル中のリンに対するカルシウムのモル比は、1.67であった。このゲルを透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、一次粒子径は0.1μm、二次粒子は100μmであった。二次粒子の大きさを変化させるため、ハイドロキシアパタイトゲルの合成過程で、ホモジナイザ-を用い、粒子の分散を試みた。その結果、種々の二次粒子径のハイドロキシアパタイトゲルを得ることができた。一方、生物学的安全性試験を行うための、細胞培養および検査設備を構築した。本年度はこの装置を用いて試験的に、多孔質ハイドロキシアパタイトとポリマ-の複合体を作成し、その生体安全性をネズミの皮下細胞(L細胞)を用いて調べた。得られた上記のハイドロキシアパタイトゲルをもとに、今後、ポリマ-との傾斜複合材を作成し、培養細胞・動物実験により、その複合材の安全性試験を行う。本年度は、合成した多孔質ハイドロキシアパタイト焼結体にBis-GMAを含浸させた複合材料の合成を行った。得られた複合材料の強度測定及び界面の微構造や組成を電子顕微鏡法やX線回折法により調べた。さらに培養細胞を用いて生物学的安全性試験を行った。多孔質アパタイトは、湿式法により得られた粉末を800°Cで仮焼し、5wt%PVAと混練後10%NaOH処理したポリウレタンスポンジに含浸させ、1200°Cで焼結し得た。Bis-GMAは架橋材にアクリルエステル3EDを用い、重合開始材にBPOを用いて作製した。

この際、Bis-GMAに対する架橋材の混合比を30%と40%の2種類を用意した。多孔質アパタイト(気孔率80%)単体、Bis-GMA(3ED30%)・多孔質アパタイト複合材料及びBis-GMA(3ED40%)・多孔質アパタイト複合材料に対し、3点曲げ強度および圧縮強度を測定した結果、複合材料(3ED30%)の曲げ強度は単体の2倍以上(12.5MPa)、複合材料(3ED40%)では単体の4倍以上(23.1MPa)であった。圧縮強度は、多孔質アパタイト単体では測定不能であったが、複合材料では58MPaまで向上した。Bis-GMA・多孔質アパタイト複合材料界面の電子顕微鏡像観察の結果、界面にクラックが見られるものの連続して接触している部分も見られた。X線回折パターンには、ハイドロキシアパタイト相の他に、カルシウム・メタクリレイトの相が存在していた。L細胞を用いた生物学的安全性試験の結果、Bis-GMA単体に対する細胞増殖率に比べ、複合材料に対する細胞増殖率は多く、生物学的安全性が向上した。ハイドロキシアパタイトと各種ポリマーによる複合材料の開発を行い、これらの材料の力学的特性を明らかにするとともに、動物や細胞を用いた生物学的安全性試験を行った。開発した複合材料は、ハイドロキシアパタイト・セルロース複合材料、多孔質ハイドロキシアパタイト・Bis-GMA複合材料、ハイドロキシアパタイト微粉末・医療用シリコーンゴム複合材料の3種類である。また、複合材料作製のための基礎的研究として、ハイドロキシアパタイトとアミノ酸、薬剤の吸着特性を調べた。ハイドロキシアパタイトとアミノ酸の吸着と不斉認識能を調べた結果、親水性に富むアミノ酸はよく吸着し、L体を吸着しやすいことを明らかにした。これは、薬剤に対しても認められ、さらに、薬剤吸着ハイドロキシアパタイトは、DDSへの応用が可能であることを明らかにした。また、ハイドロキシアパタイト・セルロース複合材料は、著しく容易な操作性を示し、イヌ下顎骨埋入試験の結果、ハイドロキシアパタイト単体と同様、長期にわたり生体親和性を示すことが明らかになった。ハイドロキシアパタイト・Bis-GMA複合材料では、L細胞を用いた細胞学的安全性試験の結果Bis-GMA複合材料単体に対する細胞増殖率に比べ、複合材料に対する細胞増殖率は高く、生物学的安全性が向上することを明かとした。合成ハイドロキシアパタイト微粉末・医療用シリコーンゴム複合材料の引っ張り強さはハイドロキシアパタイト添加量増加にともない低下した。イヌ皮下での組織反応観察では、埋入1ヵ月後までには炎症反応が見られたが、その後緩やかに炎症が収まり、埋入6ヵ月後での被膜の厚さは、ハイドロキシアパタイト添加15wt%で最も薄くなることが明かとなった。開発した複合傾斜材料はいずれもハイドロキシアパタイト単体と同様の生体親和性を示し、ハイドロキシアパタイト単体の欠点である操作性の難点、破壊靭性の低さを補いうるものであった。
筋弛緩拮抗薬投与後の再クラーレ化危険因子とそのメカニズム解明に関する研究

筋弛緩拮抗薬スガマデクス使用後も、術後筋弛緩残存や再クラーレ化のため重篤な合併症を生じたとする症例報告は多く存在するが、危険因子やメカニズムは明らかではない。申請者は少量のスガマデクス投与による再クラーレ化を全身麻酔中に再現する研究モデルを構築し、高齢者がそのリスク群であることを明らかとしたが、そのメカニズムは未解明である。本研究では、この再クラーレ化再現モデルを用いて、肥満患者で再クラーレが生じやすいこと、薬物動態/薬力学(PK/PD)的に想定される5つの再クラーレ化メカニズムのどの関与が大きいかを明らかにする。
地域社会の変動に伴う祭祀組織の変化について

都市化や情報化に伴う社会変動によって地方の町と祭礼がどのような状態になっているのかに関して、香川県琴平町の氏子祭を調査対象に選んで実証的に研究してみた。平成元年8月から10月にかけて数回の現地調査を実施し、多くの資料と情報を得ることできた。金刀比羅宮の大祭に関する研究論文は多数発表されているのに対して氏子祭という住民の祭りに関する研究報告はほとんどなく、その点でも解明されていなかった問題点を明らかにし、ある程度の答えを提出することができた。今回の調査で解明できた点は次の通りである。・金刀比羅宮の儀礼システムを構成する最も活力のある儀礼が氏子祭である。・氏子祭は町の自治会、子供会、住民組織を基盤として祭祀組織が形成されており、氏子祭と地域生活はかなり密接に関連している。・地域の共同生活の実情は氏子祭に現れており、祭りの活気のある様子から共同生活の活力の高さを想定できる。上記の3点を含めて調査結果を、約60ペ-ジの小冊子に中間報告という形でまとめてみた。その報告書には今回の調査研究によって得られた資料や写真、並びに分析結果の論文を掲載した。もちろん、収集した情報と資料の量が多いために、また新しい疑問点も出て来たために、これからも本研究の完成を目指して進まなければならない。琴平に限らず社会変動の厳しさに対処している地方の住民の生活実態の一端を解明できたと思っている。
液晶性リチウムイオン伝導体の開発

リチウムイオン電池は、代表的な高性能蓄電デバイスであり、現在盛んに研究されている。安全でかつ高性能なリチウムイオン電池を開発するために、新たな高機能電解質が求められている。中でも液晶電解質は、一次元から三次元のイオン伝導パスを形成し、イオンを効率的に輸送するため、大きな注目を集めている。本研究では、液晶電解質の更なる機能化のために、リチウムイオンを効率的に輸送する液晶電解質の開発を目指している。前年度の研究で、環状カーボネート基を有するイオン伝導性スメクチック液晶がリチウムイオン電池に応用できることが分かったため、更なる性能向上に向けた材料設計を行った。電気化学的安定性を改善するために、脂肪族系のメソゲン骨格とカーボネート基を有する液晶分子を設計、合成した。この分子とリチウム塩の複合体はスメクチック液晶相を発現した。エチレンカーボネートを加えることにより、液晶電解質の伝導度を高められることが分かった。この液晶分子、エチレンカーボネート、リチウム塩からなる電解質が、高い電気化学的安定性を有することがサイクリックボルタンメトリー測定により示された。また、イオン性部位の体積比率が高い液晶ナノ構造を利用した液晶電解質の開発を行った。周縁部に複数のイオン部位を有する扇形分子を設計、合成した。分子はカラムナー液晶相およびミセルキュービック液晶相を示すことが分かった。イオン伝導度測定により、イオンが伝導する領域がポリドメイン状態においても三次元的に接続されており、効率的にイオンが輸送されていることが分かった。以上のように本研究では、リチウムイオンを伝導する高機能な液晶電解質の開発を目指し、電解質の電気化学的安定性やイオン伝導性を高めるための材料設計を行った。これらの研究から得られた知見は電解質材料の開発のみならず、材料化学や超分子化学の分野の進展にも貢献すると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。リチウムイオン電池は、高出力密度、高エネルギー密度を有するため、現在盛んに研究されている。このリチウムイオン電池の高性能化や、安全性、信頼性の向上という観点から、新たな高機能電解質の開発は極めて重要である。中でも、種々のイオン伝導体に液晶性を付与することで得られる液晶電解質は、イオンを効率的に輸送するイオン伝導パスを自己組織的に形成するため、大きな注目を集めている。本研究では、液晶電解質の更なる高機能化のために、目的のイオン、すなわちリチウムイオンの伝導に注目し、リチウムイオンを効率的に輸送する液晶電解質の開発を目指している。まず液晶電解質を高性能化するための基礎的な知見を得るために、イオン液体部位を有するイオン性液晶と、イオン液体の複合化による高イオン伝導性の液晶電解質の開発を行った。イミダゾリウム塩構造にメソゲンを導入したイオン性液晶と、イミダゾリウムイオン液体の複合体はスメクチック液晶相を発現し、二次元のイオン伝導パスを形成した。イオン液体との複合化によりイオン伝導度は高くなり、イオン性液晶単体に比べて10倍の伝導度向上に成功した。また本研究で用いた、イオン性液晶とイオン液体の複合化という方法を用いれば、アニオン種に依らず様々なイミダゾリウムイオン液体を液晶構造に組織化できることが分かった。このように本研究で、従来よりも広い範囲のイオン液体を液晶構造に組織化する方法が見出され、更に高い特性を有する液晶電解質の開発につながるものと期待される。更に、本研究で得られる液晶電解質はリチウム塩を溶解し、スメクチック液晶相を発現する。このことから、本研究で得られた知見がリチウムイオン伝導性の液晶電解質の開発につながるものと考えられる。リチウムイオン電池は、高出力密度、高エネルギー密度を有する蓄電デバイスとして、現在盛んに研究されている。リチウムイオン電池の高性能化や、安全性、信頼性の向上という観点から、新たな高機能電解質の開発が重要である。イオン伝導体に液晶性を付与することで得られる液晶電解質は、一次元から三次元のイオン伝導パスを自己組織的に形成し、イオンの効率的な輸送を可能にするため、新しい電解質材料として注目を集めている。本研究では、液晶電解質をさらに高機能化するために、目的のイオン、すなわちリチウムイオンの伝導に注目し、リチウムイオンを効率的に輸送する液晶電解質の開発を目指している。液晶電解質に関する材料設計指針を得るために、環状カーボネート基とメソゲン骨格を有する棒状分子を新たに設計、合成した。この分子とリチウム塩の複合体はスメクチック液晶相を発現し、二次元のイオン伝導パスを形成することが分かった。イオン伝導度測定を行ったところ、伝導パス方向に効率的なイオン伝導が起こっていることが示された。また、過去に当研究室で開発した環状カーボネート基を有するカラムナー液晶に比べて伝導度が大幅に向上した。さらに各種電気化学測定の結果、今回得られた液晶電解質はリチウムイオン電池の電解質として応用できることが分かった。カーボネート基を有するイオン伝導性液晶に関して得られたこれらの知見は、リチウムイオン伝導性の高機能な液晶電解質の開発につながるものと考えられる。

前年度の研究で、環状カーボネート基を有するイオン伝導性スメクチック液晶がリチウムイオン電池に応用できることが分かったため、更なる性能向上に向けた材料設計を行った。電気化学的安定性を改善するために、脂肪族系のメソゲン骨格とカーボネート基を有する液晶分子を設計、合成した。この分子とリチウム塩の複合体はスメクチック液晶相を発現した。エチレンカーボネートを加えることにより、液晶電解質の伝導度を高められることが分かった。この液晶分子、エチレンカーボネート、リチウム塩からなる電解質が、高い電気化学的安定性を有することがサイクリックボルタンメトリー測定により示された。また、イオン性部位の体積比率が高い液晶ナノ構造を利用した液晶電解質の開発を行った。周縁部に複数のイオン部位を有する扇形分子を設計、合成した。分子はカラムナー液晶相およびミセルキュービック液晶相を示すことが分かった。イオン伝導度測定により、イオンが伝導する領域がポリドメイン状態においても三次元的に接続されており、効率的にイオンが輸送されていることが分かった。以上のように本研究では、リチウムイオンを伝導する高機能な液晶電解質の開発を目指し、電解質の電気化学的安定性やイオン伝導性を高めるための材料設計を行った。これらの研究から得られた知見は電解質材料の開発のみならず、材料化学や超分子化学の分野の進展にも貢献すると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。H24年度の研究により、高イオン伝導性の液晶電解質を得るためのアプローチを見出すことができた。このことは液晶電解質を実用に供するために極めて重要である。また、今回得られたイオン性液晶とイオン液体の複合体はリチウム塩を溶解し、リチウムイオンを伝導する。この知見が本研究の目的である、リチウムイオン伝導性液晶の開発に寄与すると考えられる。以上のことから、H24年度の研究はおおむね順調に進展していると言える。平成25年度の研究により、カーボネート基を有するイオン伝導性スメクチック液晶の開発に成功した。この材料はリチウムイオン電池の電解質として良好な特性を示すことが分かっており、リチウムィオン伝導性の高機能な液晶電解質の開発に向けて、重要な知見が得られたと考えられる。以上のことから、平成25年度の研究はおおむね順調に進展していると言える。新規リチウム塩の設計、合成を行い、種々のイオン伝導性液晶との複合化を行う。アニオンを液晶構造に組織化するような分子デザインをすることで、リチウムイオンを効率的、選択的に伝導させることを目指す。得られた液晶電解質については液晶性の評価を行う。また、電気化学的手法によりイオン伝導性、電気化学的安定性、リチウムイオン輸率の評価を行い、最終的には液晶電解質を用いた電池特性評価を行っていく。新たなイオン伝導性液晶分子の設計、合成、特性の評価を行うことで、リチウムイオン電池への応用が可能な液晶電解質の開発に向けた知見の集積を行う。
野生型K-ras大腸がんの発育・進展におけるpprγの意義について

1)獨協医科大学(人体分子)に診断依頼がなされた大腸がん検体につき再度検鏡して,再評価し,コンピュータ上でファイルした。2)パラフィン包埋検体からがん部、非がん部でのppar・遺伝子異常およびK-ras遺伝子異常を以前に報告した方法(Tomita S, et al. Int J Mol Med9(5):485-488)で検索した。検索した10症例(男/女:10/0;平均年齢:57歳)の進行大腸がん症例(組織型:Wel4,Mod5,Por1)を対象とした.pparγ多型はPro/Pro9例,Pro/Ala0例,Ala/Ala1例であった.K-ras codon12遺伝子の状態は野生型7例,変異型3例であった.また以前に報告した結果と同様にAla/Ala1例の組織型は低分化腺癌であった.3)今回はそれぞれの遺伝子に共通した標的蛋白であるCyclin D1,COX2に対する免疫組織学的検討を施行した.昨年度までの予備実験では従来使用していたCyclin D1抗体の精度(染色態度等)に問題であった.そこで今回はCyclin D1遺伝子異常有陽性コントロールであるマントル細胞性悪性リンパ腫を対象とした検討をした.その結果,従来使用していたDako社,MBL社でなくLAB VISION社製の抗体(clone SP4)で核内陽性所見となる的確な条件設定を確認した.今回確定した至適条件でCyclin D1の核内陽性像を全例で認めた.COX-2は4例で陽性であった.4)pparγ遺伝子多型およびK-ras遺伝子異常とそれぞれの標的蛋白発現との問に優位な相関は認められなかった.またパラフィン検体でのmRNA発現条件設定が困難であり免疫組織学的検討結果との関係は確認出来なかったしかし遺伝子異常と正常粘膜およびがん周囲粘膜でのCyclin DI染色態度において差異を認めた.5)今後さらなる検討を施行しているところである.1)獨協医科大学(人体分子)に診断依頼がなされた大腸がん検体につき再度検鏡して,再評価し,コンピュータ上でファイルした。検索した10症例(男/女:10/0;平均年齢:57歳)の進行大腸がん症例(組織型:Wel4,Mod5,Por1)を対象とした.pparγ多型はPro/Pro9例,Pro/Ala0例,Ala/Ala1例であった.K-ras codon12遺伝子の状態は野生型7例,変異型3例であった.また以前に報告した結果と同様にAla/Ala1例の組織型は低分化腺癌であった.3)今回はそれぞれの遺伝子に共通した標的蛋白であるCyclin D1,COX2に対する免疫組織学的検討を施行した.昨年度までの予備実験では従来使用していたCyclin D1抗体の精度(染色態度等)に問題であった.そこで今回はCyclin D1遺伝子異常有陽性コントロールであるマントル細胞性悪性リンパ腫を対象とした検討をした.その結果,従来使用していたDako社,MBL社でなくLAB VISION社製の抗体(clone SP4)で核内陽性所見となる的確な条件設定を確認した.今回確定した至適条件でCyclin D1の核内陽性像を全例で認めた.COX-2は4例で陽性であった.4)pparγ遺伝子多型およびK-ras遺伝子異常とそれぞれの標的蛋白発現との問に優位な相関は認められなかった.またパラフィン検体でのmRNA発現条件設定が困難であり免疫組織学的検討結果との関係は確認出来なかったしかし遺伝子異常と正常粘膜およびがん周囲粘膜でのCyclin DI染色態度において差異を認めた.5)今後さらなる検討を施行しているところである.今までの大腸がんにおける多くの遺伝子異常の検索から,大腸腫瘍の発育・進展上では初期にK-ras遺伝子異常が高頻度に関与する腺腫・癌相関が知られている.しかし,約50%の大腸がんには遺伝子異常が確認されない野生型K-ras遺伝子であることが報告されている.この野生型K-ras遺伝子含有大腸がんにおける発育・進展について,最近大腸がんを含め多くのがんで発現し,がん抑制遺伝子の候補として注目されているPeroxisome Peoliferative Activated Receptor γ(ppar γ)に注目して検索した.1)まず獨協医科大学(人体分子)に診断依頼がなされた大腸がん検体につき再度検鏡して,再評価した.また,組織学的分化度については前立腺腺がんで汎用されているGleason分類を利用し再分類した.その他臨床病理学的因子については診療録を参考にして収集した.以上の結果を整理し,コンピュータ上でファイルした.3)今回はK-ras, ppar γ双方の遺伝子の標的蛋白との関係を検索することが主な目的である,対象とするCyclinD1,COX2についてのmRNA発現および免疫組織学的検討方法については部分的には完了した.しかし,Cyclin D1の免疫組織学的検討方法については不安定であることが判明したため,Cyclin D1陽性であるマントル細胞性リンパ腫を陽性コントロールとした検討を施行後,来年度で検討することとした.

4)上記の内容に関してH17年度の癌学会および消化器病週間に発表予定である.今回はppar γ遺伝子多型およびK-ras遺伝子異常とppar γ遺伝子およびK-ras遺伝子の標的蛋白であるCyclin D1およびcyclooxygenase 2(COX2)発現について検討した.また以前に報告した結果と同様にAla/Ala 1例の組織型は低分化腺癌であった.2)今回はそれぞれの遺伝子に共通した標的蛋白であるCyclin D1, COX2に対する免疫組織学的検討を施行した.昨年度までの予備実験では従来使用していたCyclin D1抗体の精度(染色態度等)に問題であった.そこで今回はCyclin D1遺伝子異常有陽性コントロールであるマントル細胞性悪性リンパ腫を対象とした検討をした.その結果,従来使用していたDako社,MBL社でなくLAB VISION社製の抗体(clone SP4)で核内陽性所見となる的確な条件設定を確認した.今回確定した至適条件でCyclin D1の核内陽性像を全例で認めた.COX-2は4例で陽性であった.3)ppar γ遺伝子多型およびK-ras遺伝子異常とそれぞれの標的蛋白発現との間に優位な相関は認められなかった.またパラフィン検体でのmRNA発現条件設定が困難であり免疫組織学的検討結果との関係は確認出来なかったしかし遺伝子異常と正常粘膜およびがん周囲粘膜でのCyclin D1染色態度において差異を認めた.4)現在さらにこの差異について統計的有意差の有無を確認すべく,腺腫を合併した大腸癌症例や低分化腺癌症例を含む70症例での追試を施行している.5)上記内容についてH18年度の日本病理学会およびDDW JAPAN 2006で発表する予定である.
和歌・和文から見た琉球・日本の文化交流

本研究は、琉球の人々が記した和歌・和文、それらに関する記述のある古文書・古記録を主な研究対象とし、和歌・和文から見た琉球・日本の交流の在り方を考察するものである。薩摩による侵攻を受けた琉球では、薩摩役人との交流の影響もあり、和歌・和文を作る士族が増える。18世紀に盛んになる和歌・和文の内容を読み解き、琉球の人々の和歌・和文の習得の過程を明らかにすることで、近世における琉球と日本の外交や文化交流の在り方への理解を深めることができると考える。
免疫不全マウス再構成皮膚における培養毛乳頭細胞による毛包形成の誘導と関連因子

ヒト線維芽細胞をI型コラーゲン中に懸濁させ、上に表皮細胞(初代培養)を重層させComposite graftを作製した。数日後ゲルは収縮しnu-SCIDマウスの皮下に移植した。3週間後に再構成皮膚を観察したところヒト皮膚類似の構造が形成された。表皮細胞に混入したメラノサイトは再構成表皮の下層に分布した。コラーゲンのかわりにマトリゲルをもちいたが、Composite graftの作成はできなかった。血管内皮細胞および毛乳頭細胞を線維芽細胞の代りに用いてgraftを作製しマウス皮下に移植したが血管内皮細胞を用いた移植片ではゲル中で拘縮せず、皮膚様の構造は形成されなかった。さらに線維芽細胞の代りにヒト頭髪由来の毛乳頭細胞による再構成皮膚組織を作成しH-E染色、メラニン染色、DOPA反応、電顕的観察を行なった。毛乳頭細胞を用いた場合には表皮突起の延長が比較的著明であったが明かな毛包様構造の形成はなかった。しかし表皮層以外に真皮層へもメラニン顆粒の滴落やメラノサイトが認められ、電顕的観察によってもメラノソームを含有したメラノサイトがコラーゲンと線維芽細胞の間に確認された。これは線維芽細胞の再構成皮膚では認められないので毛乳頭細胞の作用によりメラノサイトが真皮へ遊走した可能性がある。ELISAにより培養毛乳頭細胞からSCFの産生を認めたので、コラーゲンゲル中に坑SCF抗体やr-SCFを添加したが、再構成皮膚の組織には明かな変化はなかった。今後、新しい毛乳頭細胞由来のメラノサイト遊走因子の検討が必要である。また、ヒト毛包から単離した毛乳頭組織を実体顕微鏡下にコラーゲンゲル中に注入し、再構成皮膚の形成を観察した。ゲルの中に埋没させた毛乳頭組織はわずかに残存していたが、その上方の被覆表皮からの表皮の下方への延長や毛包構造の形成は確認できなかった。線維芽細胞と表皮細胞からなるComposite graftは移植後3週目に開窓した時点では、組織上、数層の表皮細胞の層とコラーゲンゲル中に紡錘状の線維芽細胞が散在する真皮が形成されており、いわゆるヒト皮膚の構造を呈していた。また使用した表皮細胞は初代培養であるため混入したメラノサイトが表皮基底層に分布しており、肉眼的にも再構成された皮膚面には黒褐色色素沈着の所見が確認された。血管内皮細胞を用いた移植片は移植後3週目には開窓時に皮膚様の構造が形成されておらず、少量の細胞残骸物とコラーゲン基質のみがマウス皮下に残存しているにすぎなかった。これは血管内皮細胞はコラーゲンゲル中において拘縮せずゲル組織を十分に支持することができなかったものと思われた。毛乳頭細胞により作製したComposite graftのマウス移植片では、開窓時に肉眼的には線維芽細胞による場合とほぼ同様の再構成皮膚の形成が確認された。しかし組織学的には毛乳頭細胞を使用した場合と線維芽細胞の場合ではメラノサイトの分布やメラニン顆粒の沈着の点で大きな差異が認められた。フォンタナ・マッソン染色やDOPA反応を施行したところ、コラーゲン中に線維芽細胞を混じた場合ではメラニン顆粒やDOPA陽性メラノサイトは表皮細胞層の最下端にのみ存在するのに対して、毛乳頭細胞による再構成皮膚では表皮層のみならず真皮(コラーゲン層)へもメラニン顆粒やメラノサイトが著明に認められた。実体顕微鏡下にヒト

毛包から単離した毛乳頭組織を直接的に線維芽細胞と表皮細胞を用いて作製したComposite graftのコラーゲンゲル中に注入した。開窓後に組織学的に検討した結果、コラーゲンゲルの中に毛乳頭組織は残存していたが、その被覆表皮細胞や周辺の線維芽細胞にはとくに組織学的には変化を認めなかった。コラーゲンゲル中にヒト線雑芽細胞と表皮細胞を混入して培養したComPossie graftをnu-scidマウス背部に移植すると数週後には表皮細胞層と真皮層が形成され,ヒト皮膚類似の構造が形成された.初代培養の表皮細胞に少数混入したメラノサイトは再構成された表皮の基底層に分布した.線雑芽細胞の代9にヒト頭髪由来の毛乳頭細胞により作製したComposite graftを用いた再構成皮膚組織に対してH-E染色、フォンタナ・マッソン染色、DOPA反応および電子顕微鏡的観察を行なった.その結果、毛乳頭細胞を用いた再構成皮膚では表皮層のみならず真皮層へもメラニン顆粒の滴落やメラノサイト自身の遊走が認められた.われわれはELISAアッセイにより培養ヒト毛乳頭細胞からのSCF産生を確認したので、この再構成皮膚にみられたメラノサイトの変化が毛乳頭細胞から分泌されるSCFに起因するものではないかと考え、毛乳頭細胞により作製したComposite graftのコラーゲンゲル中に抗SCF抗体を加えて同様に移植したが、再構成皮膚にはとくに変化はみられなかった.またヒト線雑芽細胞によるComposite graftのコラーゲンゲル中にヒトr-SCF(100μg/well)を添加して同様に再構成皮膚の組織像を検討したが変化はみられなかった.いずれも添加濃度の設定を検討中である.実体顕微鏡下にヒト頭髪由来の毛包から単離した毛乳頭組織34個を線雑芽細胞と表皮細胞によるCompoite graftのコラーゲンゲル中へ注入した.マウス背部に移植後、組織学的に検討したところコラーゲンゲルの中に埋没させた毛乳頭組織はわずかに残存していたが、その周辺には毛包構造の増数が認められた.これは周辺のマウス表皮から誘導された可能性もあるが、埋没した毛乳頭組織由来の成長因子やサイトカインの影響も考えられた.免疫不全マウスを用いた再構成皮膚の作成技術はほぼ確立された。コラーゲンゲル中にヒト線維芽細胞を混入し、その上に表皮細胞を層状に培養して作成したComposite graftをnu-scidマウス背部に移植するとヒト皮膚類似の構造が形成された。初代培養の表皮細胞のなかには少数混入したメラノサイトが存在するが、これらは再構成された表皮の基底層に分布した。コラーゲンのかわりに基底膜成分ゲル(マトリゲル)をもちいて線維芽細胞を培養したが、ゲル収縮は起こらずComposite graftの作成はできなかった。線維芽細胞の代りにヒト頭髪由来の毛乳頭細胞により作製したComposite graftを用いた再構成皮膚組織に対しH-E染色、メラニン染色、DOPA反応および電顕的観察を行なった。その結果、毛乳頭細胞を用いた再構成皮膚では表皮突起の延長が比較的著明であったが、明かな毛包様構造の形成はなかった。しかし表皮層のみならず真皮層へもメラニン顆粒の滴落やメラノサイトが認められ、電顕的観察によりメラノソームを含有したメラノサイトがコラーゲンゲルと線維芽細胞よりなる人工真皮中に少数ながら確認された。この変化は線維芽細胞での再構築
ヌクレオシド系テロメラーゼ阻害剤の分子設計

生殖細胞およびトランスホームした細胞に活性が高く、複製に際してその末端部分を合成するテロメラーゼに着目し、その阻害剤の分子設計を行った。酵素としては、逆転写活性を有することでウイルス由来のそれとの比較は重要であり、生物寿命との関連、がんとの関連で注目されているにもかかわらず、酵素学的解析はほとんど行われていない。そこで、Stretch PCR法の条件を詳しく検討した結果、ヌクレオシドと関連する阻害剤候補物質のLineweaver-Burkプロットなどを用いた反応速度論的解析が可能となった。我々の研究室ですでに保有するL-dGTPおよびL-dTTPの阻害能をこの系で評価したところ、HIV逆転写酵素と比較してエナンチオ選択性が高いことが明らかとなった。我々が合成したdUTP類似体についてその5位に疎水性スチリル基を導入すると親和性が高まり、一方、HIV逆転写酵素を強く阻害することで有名なHEPT誘導体はテロメラーゼを全く阻害しないことも明らかとなった。以上の知見に基づいて、塩基部では、かさ高さ、疎水性、親水性、電気陰性度などを指標とした置換メチル基を有するアラUTP誘導体、糖部では、既に有効なアラビノース、ジデオキシリボースとの比較において従来全く試みられていないリキソースヌクレオシド誘導体を設計、合成した。今回ヒトHeLa細胞テロメラーゼを用いて検討したが、さらなる素材としてサクラマス精巣に高いテロメラーゼ活性を有することを見出したのでこれは今後の蛋白質化学的解析に発展することが期待される。本年度研究計画に基づいて以下のように、テロメラーゼ阻害候補物質の設計および、合成を実施した。まず、従来、DNAポリメラーゼ群に対してもその挙動が不明であったβ-D-lyxofuranosylnucleotide類を合成する手順を検討した。すなわち、最も入手が容易な5炭糖であるD-xyloseより出発し6行程をへて合成できるl-0-acctyl-2′,3',5′-tri-0-benzoyl-D-xylofuranoseをTMS化したチミンとルイス酸触媒下縮合し、脱保護後、3',5'位をイソプロピリデン化、2'位をメシル化した。ついで、アルカリ処理、脱保護により、1-β-D-lyxofuranosylthymineを好収率で得た。オキシ塩化りんを用いてモノりん酸化後、ホスホロイミダゾリデート法によりトリりん酸へと誘導した。同様にxylofuranosyladenineをへて、3',5'-イソプロピリデン化、2'位のトリフリル化、アセトキシ反転、脱保護を経てlyxofuranosyladenineへ到達した。一方、アデニンまたはチミンリボヌクレオシドより出発したヒドリドシフト法によって、対応するデオキシ体とそのトリりん酸体も合成する事が出来た。これらを検定する系については、HeLa細胞テロメラーゼを用いて行うべく、上記合成課題と並行して検定系を確立した。す々わち,活性測定は、石川らのstrech PCRにより、基質50μM存在下行った結果、十分な再現性が得られ、既にテロメラーゼ阻害能の報告されている、araGTP,ddGTPを指標とし、我々の研究室で、HIV-RTに対して強い阻害作用を示すことを報告している、5-スチリルddUTPとL-dTTPにつき検討した。結果としてこの両化合物はともに上記既知阻害剤と同等の阻害を示すことが明らかとなった。ここに確立された検定系において、現在上述の新規化合物の阻害能を検定しつつある。HeLa細胞のテロメラーゼ活性検定法については、Strech法に基づき前年度にすでに確立し、いくつかの既知阻害剤を指標としてその妥当性を証明したが、HIV-逆転写酵素を含むDNAポリメラーゼ群において既に可能な鎖伸長反応を応用する酵素動力学的解析には至らなかった。今年度PCRとイメージアナライザーを組み合わせ測定法を改良したところ、その解析が可能となった。

そこで、従来全くなされていなかったL-エナンチオマーにつきその阻害活性を検討したところ、酵素に内蔵されているRNA鋳型の組成を反映し、L-dGTPとL-dTTPに強い阻害活性が見出されたのに対して、L-dATPとL-dCTPはほとんど阻害を示さないことが明らかとなった。その機構を精査したところ、阻害を示すアナログは各々基質に対して、Gでは拮抗阻害、Tでは混合型阻害を示すことも証明できた。このことは、従来なされ得なかった解析を可能としたことを意味する。一方、新規の阻害剤候補物質の分子設計と合成もすすみ、すでに効果を示しているaraTTPの5位メチル基の水素を水酸基、アミノ基、アジド基、メトキシ基に置換して、アナログの親水性と疎水性、中性と塩基性と阻害能の相関を吟味するため、ウリジンから3行程を経て好収率で得た5'-O-トリチルアラビノシルウラシルの5位をヒドロキシメチル化し、その水酸基をトシル化して活性化したのち、アジ化リチウムによりアジドメチル体、ナトリウムメトキシドによりメトキシメチル体へと誘導した。これらの3'位の保護、5'位の脱保護、りん酸化を経て5'-トリりん酸とした。アミノメチル体はアジド体を還元して合成した。それらのポリメラ-ゼ阻害効果を検討したところ、その認識に顕著な相違を見出したので上記テロメラーゼ検定系においてその有用性を解析する予定てある。
固体-水相互作用の下での金属含水酸化物の沈殿・結晶化の速度機構

金属含水酸化物の非晶質から結晶への熟成、結晶化の速度機構を解明するために、Fe(III)およびSi(IV)の含水酸化物について以下の実験を行い、それぞれに述べるような知見を得た。(1)熱重量分析による結晶化速度の評価非晶質水酸化鉄のゲータイト(α-FeOOH)への転移速度(ここでは結晶化速度と呼称する)の検討のため、固体中の非晶質水酸化物とゲータイトの分率を熱重量分析曲線より評価する方法を提案した。この方法は、非晶質水酸化物とゲータイトの熱重量曲線の違いに着目し、微分熱重量曲線を用いて結晶化度(固相全体に占めるゲータイトの分率)を求めるもので、FT-IRによる方法に比較して再現性を得やすい。(2)非晶質水酸化鉄からゲータイトへの結晶化速度上記熱重量分析曲線による方法を用いて、溶液条件(pHおよび温度)を変えて含水酸化物を調製し、非晶質水酸化鉄からゲータイトへの結晶化速度を求めた。その結果、結晶化速度は、固体中の非晶質水酸化鉄の分率に1次、pHに約0.5次の依存性を示し、その活性化エネルギーは約57kJ/molであることを見出した。生成する溶液条件を把握した。Si(IV)の析出についての検討を行い、Fe(III)の沈殿の形態との比較を行った。過飽和となったSi(IV)について、溶液中に予め固相がある場合とない場合の析出形態の比較により、沈殿生成時の過飽和度と沈殿微粒子の界面過剰エネルギーのバランスに依存することが示唆された。このことは、Fe(III)の含水酸化物が、大略として、NH_4OH溶液から沈殿を得る場合には非晶質水酸化鉄が生じ、NaOH溶液より沈殿を得る場合にはゲータイトが生成するという結果に調和的である。金属含水酸化物の非晶質から結晶への熟成、結晶化の速度機構を解明するために、これまでにFe(III)の含水酸化物について以下の実験を行い、それぞれに述べるような知見を得た。(1)Fe(III)の含水酸化物の沈殿生成:溶液条件(pH,イオン強度)を変えて含水酸化物を調整し、非晶質水酸化物またはゲータイト(α・FeOOH)の生成する溶液条件を把握した。この結果は、沈殿の形態が、沈殿生成時の過飽和度と沈殿微粒子の界面過剰エネルギーのバランスによって決まっていると考えることによってうまく説明できる。(2)固相のキャラクタリゼーション:調製した含水酸化物をX線回折、熱重量・示差熱分析を用いて同定した。さらに非晶質水酸化物とゲータイトの熱重量曲線の違いに着目し、微分熱重量曲線を用いて結晶化度(固相全体に占めるゲータイトの分率)を求める手法を確立した。(3)Fe(III)の含水酸化物の熟成と結晶化・pH9のアンモニア溶液から得た非晶質含水酸化鉄をpH13の溶液中で熟成して、そのゲータイトへの転移速度を、(2)のように定義した結晶化度を尺度として、温度を変えて測定した。転移速度は固相中の非晶含水酸化鉄の分率の1次に比例し、温度の上昇と共に大きくなる。この結晶化の速度機構としては、含水酸化鉄の溶解過程や溶解した鉄イオンの析出過程などが律速段階として可能性が高いが、これを明らかにするには更に詳しい検討が必要である。(3)Si(IV)の沈殿生成Si(IV)の析出についての検討を行い、Fe(III)の沈殿の形態との比較を行った。
マウス胎生中期の大動脈血液細胞塊に生じる造血幹細胞の発生・成熟・維持機構の解明

大動脈に生じる造血幹細胞を含む血液細胞塊について分化状態と関連を認める細胞の位置に注目して、造血幹細胞の発生、成熟、および維持機構を明らかするために、本年度は以下の実験を行った。1)ホールマウント蛍光免疫染色と共焦点顕微鏡による観察の結果、血液細胞塊を構成する細胞において、NF-kappaB (p65)の発現が細胞質に認められる細胞と核内に認められる細胞が存在した。そこで、NF-kappaBの上流に存在する3つの受容体TNFRII、IL-1R、TLR4について、胎生10.5日目の血液細胞塊の構成細胞で未分化性の高いCD45<low>c-Kit<high>細胞における発現を解析したところ、それぞれの受容体の発現を認めた。さらに、このCD45<low>c-Kit<high>細胞集団についてTNFRII陽性細胞が陰性細胞と比べて、in vitroでの造血能が高いことを示した。同様に、IL-1R陽性細胞と陰性細胞、TLR4陽性細胞と陰性細胞についても、受容体陽性細胞の方がin vitroでの造血能を保持していた。加えて、血液細胞塊においてTNFRIIが発現しており、血液細胞塊におけるNF-kappaBシグナルの重要性を示した。2)ホールマウント免疫染色およびRT-PCRによる準備研究から、脱メチル化に関与する酵素Tet1タンパク質が血管内皮細胞に比べ血液細胞塊で高発現することを見出していた。そこで、In situハイブリダイゼーションによる血液細胞塊Tet1の発現を調べたところ、やはり大動脈の血管内皮細胞と血液細胞塊において発現を認めた。さらに、Tet1により生じる5メチルシトシン(5mC)の存在について免疫染色により検討を行うと、血液細胞塊において大動脈内にある血液細胞と比較して5mCが多く認めた。平成30年度に計画していた実験内容について、血液細胞塊におけるNF-kappaBシグナルの重要性および脱メチル化に関与する酵素Tet1の関与について示すことが出来た。現在、血液細胞塊において未分化性に寄与する転写因子Sox17のプロモーター制御下でGFPタンパク質を発現するマウス胎仔を用いてSox17の下流で機能する遺伝子の探索を行うと共に、Sox17導入細胞におけるTet1の未分化性に対する影響について研究を行っている。
光音響トモグラフィのための光音響特性解析モデルの構築

本研究は、光音響効果を利用した生体可視化技術の理論的基盤の整備を目的としており、生体組織の光音響特性値の高精度な定量評価を可能にする新しい解析モデルの構築を目指している。平成30年度は、光吸収体を含む液体中において、音響散乱体として存在する気泡の振動が、光音響波の伝播に及ぼす影響の調査に主眼をおき、以下に示す理論解析を実施した:1.光音響波を生じる液体中に存在する複数の気泡の膨張・収縮を記述する数理モデルの構築を実施した。本数理モデルでは、相互作用する複数の球形気泡の振動が、気泡周囲において生じる光音響波によって誘起される問題を想定している。このため、平成29年度に研究代表者が解析した気泡群の運動方程式(e.g., Kawahara et al., J. Phys.: Conf. Ser., 2015)とは異なり、本数理モデルにおける圧力の関係式では、気泡間の相互作用による圧力変動項のみならず、光音響波による圧力変動項が付加される。2.上記1の解析結果を踏まえ、光吸収体及び音響散乱体としての気泡が存在する液体中における光音響波の伝播を記述する数理モデルの構築を実施した。本数理モデルでは、光の伝播を輻射輸送方程式、光音響波の伝播を光音響波動方程式によって記述する。本数理モデルにおける熱膨張方程式では、気泡の体積変化を考慮する。このため、本数理モデルにおける光音響波動方程式では、気泡の体積変化に関する項が付加される。平成30年度においては、おおむね計画通りに光音響波に関する数理モデルの構築を実施した。令和元年度は、平成30年度に構築した数理モデルの検証を進める。1.平成30年度に得られた数理モデルの検証に注力する。2.平成30年度までに得られた研究成果の公表に向けた準備を進める。平成29年度は、連続媒質中の散乱体の存在が音響波の伝播に及ぼす影響の調査に主眼をおき、以下に示す理論解析と数値解析を実施した:1.連続媒質中に離散的に存在する散乱体が音響波の伝播に及ぼす影響を調べるため、水中に分散する気泡と圧力波の干渉を解析した。本研究では、散乱体として初期静止状態にある複数の球形気泡を想定しており、それらの気泡の振動が平面進行波によって誘起される問題について理論解析と数値解析を実施した。解析においては、相互作用しながら振動する多数の球形気泡の運動方程式を用いており、気泡振動によって生じる圧力波が入射波の位相に及ぼす影響を調べた。また、気泡振動の影響を受けながら伝播する圧力波の位相速度を数値的に解析した(川原ら、日本流体力学会年会2017)。解析結果から、モノポール音源として離散的に存在する複数の気泡が、その周囲に連続的な音響特性を作り出すメカニズムを解明するに至った。2.上記1の解析結果を踏まえて、光の吸収によって熱膨張し、音響波を放射する光吸収体の解析モデルの検討を行った。本研究では、相互作用する多数の気泡の振動理論のアナロジーを用いて、複数の光吸収体間における相互作用の取り扱いを可能にする解析モデルの構築に取り組んでいる。平成29年度においては、離散的に存在する散乱体がその周囲に連続的な音響特性を作り出すメカニズムを解明したことが大きな成果であった。光吸収体の解析モデルの構築については、平成30年度も引き続き検討を進める。1.平成29年度に引き続き、光吸収体の解析モデルの構築に注力する。2.平成29年度に得られた研究成果の公表に向けた準備を進める。

使用計画の一部変更により、大規模計算用ワークステーションの購入が延期となったため、次年度使用額が生じた。平成30年度に当該ワークステーションを購入する予定である。使用計画の一部変更により、数理モデル解析用ワークステーションの購入が延期となったため、次年度使用額が生じた。令和元年度に当該ワークステーションを購入する予定である。