hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物ウイルスの宿主決定因子に関する分子基礎的研究

本研究は、植物ウイルスゲノムがコードする細胞間移行タンパク質が、植物ウイルスの宿主域を決定する主要な因子であるかどうかを明らかにする目的で行ったものである。(1)リンゴクロロティックリーフスポットウイルス(ACLSV、P-205)ゲノムのORF2領域のcDNAを発現ベクター(pKK223-3)に組み込み、移行タンパク質(50kDaタンパク質,MP)を大腸菌で大量に発現させた。(2)ACLSV-MPに対する抗体(抗50K抗体)を家兎で作製後、ウエスタンブロット分析で感染植物細胞からの検出を行ったところ、移行タンパク質は感染細胞の主に細胞壁画分に存在すること、および感染細胞中でリン酸化され、本来のサイズより大きな52KDaタンパク質として検出されることが明らかになった。(3)ACLSV(P-205)のMPをイムノゴールド法で検出したところ、ゴールド粒子は感染細胞の細胞壁に特異的に結合して観察され、ACLSVのMPは感染細胞の細胞壁に局在していることが明らかになった。(4)長距離移行できない変異株であるACLSVミツバ潜在系(MO-5)のMPは460個のアミノ酸からなり、分子量は50.4kDaであった。P-205のMPと比較するアミノ酸数で3個多く、両系統間の相同性は80.8%であった。感染葉の全タンパク質をウエスタンブロット分析したところ、MO-5系統のMPは56-59Kdaのバンドとして検出された。MO-5のMPは接種後4日の試料で既に検出され、接種後6日目の試料まで増加したが、その後、8日目から12日目まで次第に減少した。感染葉(接種後5日)から調製した各細胞分画中のMPを分析したところ、MO-5のMPは主に細胞壁画分と可溶性画分で検出された。(5)ASGVのニホンナシ分離株(V-3)には2種類のcapillovirus (ASGVとCTLV)が含まれていることが明らかになり、これまで報告されたASGV(リンゴ分離株)とCTLV(ユリ分離株)との間でMPのアミノ酸配列は非常によく保存され、その相同性は94.799.7%の範囲であった。植物ウイルスはそれぞれ独自の宿主域を持つが、何故、あるウイルスが特定の植物にだけ感染できるのかは、植物ウイルス学の重要なテーマの一つである、本研究では、種々の落葉性果樹類の重要な病原ウイルスであるリンゴクロロティックリーフスポットウイルス(ASGV)とリンゴステムグルービングウイルス(ASGV)を材料として用い、植物ウイルスゲノムがコードしているORF2タンパク質(細胞間移行タンパク質)が、植物ウイルスの宿主域を決定する主要な因子であるかどうかを明らかにする。平成6年度の研究概要は以下のとおりである。ACLSVゲノムのORF2領域に相当するcDNAを大腸菌の発現ベクター(pKK223-2)に組み込み、ORF2タンパク質を大腸菌で大量に発現させた。このORF2タンパク質を精製後、家兎に免疫し、ORF2タンパク質に対する抗体を作製した。ACLSV感染Chenopodium quinoa葉の磨砕液を細胞分画法で、細胞壁画分、細胞膜画分、可溶性画分に分画後、作製した抗ORF2タンパク質血清を用いたウエスタンブロット法によりORF2タンパク質の細胞内所在を調べたところ、ORF2タンパク質は細胞壁画分と膜画分で検出された。

また感染葉から検出されるORF2タンパク質は、アミノ酸配列から予想されるサイズ(50キロダルトン)より大きなタンパク質として検出され、感染細胞内で翻訳後にリン酸化されることが明らかになった。本研究は、植物ウイルスゲノムがコードする細胞間移行タンパク質が、植物ウイルスの宿主域を決定する主要な因子であるかどうかを明らかにする目的で行ったものである。本年度は、イムノゴールド法による免疫電子顕微鏡観察によりリンゴクロロティックリーフスポットウイルス(ACLSV)移行タンパク質(MO)の細胞内所在様式を明らかにすると共に、長距離移行できない変異株であるACLSVのミツバ潜在系(MO-5)のMPのアミノ酸配列を決定し、ウエスタンブロット法により感染葉からの検出を行った。また、ニホンナシから分離されたリングステムグルービングウイルス(ASGV,V-3株)についてゲノムの3′末端領域の塩基配列を決定し、リング分離株およびユリ分離株とのMPのアミノ酸配列を比較した。(1)ACLSV(P-205)のMPをイムノゴールド法で検出したところ、ゴールド粒子は感染細胞の細胞壁に特異的に結合して観察され、ACLSVのMPは感染細胞の細胞壁に局在していることが明らかになった。(2)ACLSV(MO-5)のMPは460個のアミノ酸からなり、分子量は50.4kDaであった。P-205と比較するとアミノ酸数で3個多く、両系統間の相同性は80.8%であった。感染葉から調製した全タンパク質をウエスタンブロット分析したところ、MO-5系統のMPは56-59Kdaのバンドとして検出された。MO-5のMPは接種後4日の試料で既に検出され、接種後6日目の試料まで増加したが、その後、8日目から12日目まで次第に減少した。感染葉(接種後5日)から調製した各細胞分画中のMPを分析したところ、MO-5のMPは主に細胞壁画分と可溶性画分で検出された。(3)ASGVのニホンナシ分離株(V-3)には2種類のcapillovirus(ASGVとCTLV)が含まれていることが明らかになり、これまで報告されたASGV(リング分離株)とCTLV(ユリ分離株)との間でMPのアミノ酸配列は非常によく保存され、その相同性は94.799.7%の範囲であった。
モリブデンおよび銅原子を含む硫黄架橋キュバン型金属クラスター錯体の合成と反応

硫黄架橋を含むキュバン型[Mo3CuS4(H2O)10]^<4+>(A)を、既報に従い、^<95>Moを用いて合成し、そのESRスペクトルを測定した。天然存在比のモリブデンを用いて合成したAのESRスペクトルは、g=2.00付近にのみ吸収をもち、S=1/2であることが明らかになった。中央の4本線は銅による超微細分裂であり、その両側に^<95,97>Moによるサテライトが観測された(図1-a)。このサテライト部分と中心部分の強度比は約1:20で、一つのモリブデン核による超微細相互作用によるものとして説明できる。gテンソル軸と、Aテンソル軸を共軸と仮定した計算機シュミレーション(図1-b)よりgx=1.928 gy,gz=1.942Ax(Cu),Ay(Cu)=42MHz,Az(Cu)=86MHzという値を得た。ここで、得られた値がge=2.0023より小さいことと、銅の超微細結合定数が通常のCu(ll)錯体と比べて小さいことなどから、Aの常磁性中心は銅上にないと考えられる。^<95>Moでエンリッチした合成したAのスペクトル(図1-c)は、その両端のサテライト部分の形が図1-aのスペクトルとよく一致している。このことと前述の強度比とをあわせると、不対電子と相互作用するモリブデン核がただ一つであることが明らかになった。スペクトルのシュミレーションは現在のところ完全な一致を得るにいたってないが、相互作用するモリブデン核を一個とし、共鳴軸を仮定することで、Ax(Mo)=190MHz,Ay(Mo),Az(Mo)=80-120MHzの値が得られた。これらの値より、不対電子の約7割が、一つのモリブデン上に局在しているという結果となった。この結果については、分子軌道計算などの方向からの検討も行なって行く予定である。
ヘテロ会合による核酸の高感度検出を目指した新規DNAプローブの開発

DNAを利用した色素会合体は遺伝病の診断に用いるDNA検出プローブや細胞内での核酸の動態を調べる蛍光ラベル化剤などに用いられている。この会合体は、利用するDNAの構造上そのほとんどが色素を垂直に積層させたH会合体を形成する。一般的にH会合体形成は色素の蛍光を抑制するため、これまでの研究では会合に伴う消光現象の利用に主眼が置かれていた。一方、色素間の配向に着目し、それを精密に制御する試みは皆無であった。そこで本研究では、非平面構造の色素を用いることで色素間の配向を変え、H会合体と異なる配向を持つ新たな色素会合体の調製を目指した。もし新たな性能が見出せれば、この色素会合体を利用した様々な応用が可能となるだけでなく、新たな会合体の配向制御法の一つになりえる。非平面な色素としてpseudoisocyanine(PIC)を用いてDNA二重鎖内での色素会合体を調製した。この会合体は吸収スペクトル上では典型的なH会合体の挙動であるにも関わらず、その蛍光は消光されず単量体の蛍光よりも長波長側に観察された。またその蛍光は会合数の増加に伴い長波長シフトし、最大で180nmものストークスシフトを持つことが分かった。さらに蛍光励起スペクトル及び時間分解蛍光スペクトルの結果から、この蛍光は会合体由来の蛍光であり、色素間の配向が通常のH会合体から捻じれているため許容となる禁制遷移発光であることが分かった。しかし、この蛍光は輝度が低くプローブやラベル化剤へ応用するためには蛍光のさらなる増幅が必要であった.そこでこのH会合体の蛍光の増幅にFRETを利用することにした。具体的には、Cy5をFRETのアクセプターとして用いることで、H会合体からのドナー蛍光を増幅した。その結果、Cy5への高効率なFRETにより会合体の蛍光は17倍も増幅され、輝度の増幅に成功した。以上より、PICを用いた蛍光性H会合体の調製に成功した。またこの蛍光はFRETにより増幅可能であり、蛍光性H会合体がDNA検出プローブやラベル化剤などへ応用可能なツールであることが明らかになった。近年、ガンなどの病の早期発見のためDNA検出プローブ(Molecular Beacon:MB)が着目されている。これらには蛍光色素と消光剤のヘテロ会合による消光が利用されており、この消光能の向上がプローブの高感度化に不可欠である。この消光能は色素間の励起子相互作用に依存すると考えられるが、これまで検証されていなかった。私はこれまでの研究でDNA二重鎖を利用したヘテロ会合体を調製し、励起子相互作用の異なる会合体の調製に成功してきた。そこで本研究では、このヘテロ会合体を利用することで励起子相互作用と消光能の関係を調べ、高感度DNAプローブの開発を目指す。本年度では励起子相互作用と消光能の関係を調べ、プローブによる液中でのDNAの高感度検出を目指した。まず、蛍光色素Cy3と消光剤として4種類のアゾ系の色素を組み合わせ、ヘテロ会合体を調製した。これら4種類のヘテロ会合体の吸収及び蛍光スペクトルを比較し、励起子相互作用と消光能の関係を調べた結果、励起子相互作用の増大に伴い消光能が高くなった。そこで、最も励起子相互作用が高い消光剤ニトロメチルレッドを用いてプローブを調製した。その結果、ターゲットの有無による蛍光強度比は最大で70倍となり、液中での高感度検出に成功した。しかし、プローブの感度は色素導入位置やMBのステム部位の配列に大きく依存しており、安定して高感度検出可能なプローブを開発する必要があった。そこで、更なる高感度化のための設計として、蛍光色素に会合させる消光剤の数を増やした。具体的には、蛍光色素1残基に対して消光剤1-5残基を会合させた。その結果、励起子相互作用及び消光能は消光剤2残基で共に最大となった。そこで、この設計を利用した結果、感度は1対1型プローブの28倍から2対1型プローブの68倍と大きく高感度化した。以上より、高感度DNA検出プローブの開発に成功した。

さらに蛍光励起スペクトル及び時間分解蛍光スペクトルの結果から、この蛍光は会合体由来の蛍光であり、色素間の配向が通常のH会合体から捻じれているため許容となる禁制遷移発光であることが分かった。しかし、この蛍光は輝度が低くプローブやラベル化剤へ応用するためには蛍光のさらなる増幅が必要であった.そこでこのH会合体の蛍光の増幅にFRETを利用することにした。具体的には、Cy5をFRETのアクセプターとして用いることで、H会合体からのドナー蛍光を増幅した。その結果、Cy5への高効率なFRETにより会合体の蛍光は17倍も増幅され、輝度の増幅に成功した。以上より、PICを用いた蛍光性H会合体の調製に成功した。またこの蛍光はFRETにより増幅可能であり、蛍光性H会合体がDNA検出プローブやラベル化剤などへ応用可能なツールであることが明らかになった。当初の予定では、モデル系での励起子相互作用と蛍光色素の消光能の関係を調べ、DNAプローブを調製するところまでを一つの目標としていた。しかし本年度では、そこからプローブの更なる高感度化まで達成でき、DNAマイクロアレイ上で用いるのにほぼ十分な検出感度を得ることができた。以上のことから、当初の予定よりも進展していると判断した。最終的にプローブに求められる感度は、DNAマイクロアレイ上での検出では100倍以上必要となる。この観点から言うと、プローブでは感度が100倍へ届かなかったが、linear DNAの系では100倍に到達した。そのためステム部位の配列を最適化すればアレイへ必要な感度は十分達成できると考えられる。そこで、今後はアレイ上でのDNA検出を進める。また、本系で用いた通常のH会合体では必ず会合に伴い蛍光色素が消光するため、発光-消光によるプローブでの用途に限られていた。そこで、今後は同時に励起子相互作用をうまく活用した新たな色素会合体を開発することで新たな応用への可能性も検討する予定である。
介護保険制度改革による市町村への地方分権過程と空間的波及に関する計量分析

2000年に施行した公的介護保険制度は、基礎自治体である市町村を保険者とし、介護保険料の設定や要介護認定の実施など市町村に多くの裁量が与えられ、施行当初から「地方分権の試金石」として注目されているところであるが、近年の法改正による更なる地方分権化によって、その取り組み(施策導入)のスピードや施策内容は、市町村によって、相当の格差(ばらつき)が生じているとされている。本申請研究は、近年の介護保険制度改革による市町村(保険者)への地方分権過程を貴重な「自然実験」と捉え、その過程を経て生じる可能性がある、施策導入のタイムラグやその波及の様子、そして、施策内容の相違などを「時間事象データ(サバイバルデータ)」として収集し、その要因を把握すべく、イベント・ヒストリー分析(生存時間分析)を行う。さらに、包絡分析法(DEA)を用いて地方分権による施策への影響について政策評価を行うこととしている。初年度である2018年度は、いわゆる「政策イノベーション」と呼ばれる新規事業への取組みに関する膨大な先行研究の整理とともに、当該研究に割り当てられる仮説群の精査にあたった。また、市区町村において進められている認知症施策の進捗について、時間事象データ(サバイバルデータ)によるデータベースを構築し、イベント・ヒストリー分析(生存時間分析)の一種である比例ハザードモデルとその拡張モデルによって計量分析を行い、学会での発表に至ることができた。先行研究が他分野に渡るためその整理に時間を要しているが、一部、学会発表に至るまで分析が進んだものもあり、おおむね順調に進展しているといえる。今後は、引き続き、先行研究の整理に努め、計量分析によって見出された推計結果の考察と、計量モデルの拡張に努めることとする。新たな分析対象として市区町村における介護総合事業の分析に取り組み、研究成果の発表につなげることとする。初年度である2018年度に予定していた研究出張が学務との重複により取り消しになるなど、支出面では次年度使用額が生じてしまった。但し、研究の進捗としては概ね順調に進捗しており、初年度に実施できなかった研究出張については2年目の2019年度に実施することとしたい。
NADPH-P450還元酵素の新機能-低酸素における遺伝子発現制御-

癌や心筋梗塞において低酸素状態は重要な因子で、細胞の酸素濃度認識機構の解明は、これらの病気の予防や治療に有用であると考えられる。細胞が低酸素になると、通常はユビキチン化-プロテアゾーム系によって分解されている低酸素感受性因子HIF-1αが蓄積、核内移行して、赤血球増殖因子(エリスロポエチンEPO)や血管内皮細胞増殖因子(VEGF)などの遺伝子を活性化する。ヒト肝癌細胞において、NADPH-P450還元酵素(NPR)をノックダウンすると低酸素におけるHIF-1αの蓄積、核内移行が起こらなくなった。一方、環境ホルモンであるビスフェノールA(BpA)を細胞に投与しても、同様の効果が現れた。本研究は、このメカニズムを明らかにすることで、細胞の酸素濃度認識機構を明らかにしていくことを目的としている。NPRをノックダウンすると低酸素状態でHIF-1αmRNAレベルは変化しなかったが、HIF-1αタンパク質の分解促進が見られ、NPRはHIF-1αタンパク質の安定化に寄与していることが明らかになった。BpAは最初NPRと結合して機能阻害することで同様のHIF-1αの不安定化をもたらしていると考えていたが、BpAはHIF-1αとシャペロンタンパク質であるHSP90の結合を阻害して、HIF-1αタンパク質の分解促進をしているという新知見を得た。さらに、このHIF-1αの分解経路はこれまでのユビキチン化-プロテアゾーム系とは異なる新経路の可能性が示唆された。現在のところNPRとBpAの関係は明らかでないが、two-hybrid法を用いてNPRと相互作用する因子を解析したところ、いくつかの新しい因子を見いだすことができた。本研究によって見いだされた新知見を元にさらに研究を進めれば、細胞の低酸素認識機構について新しいメカニズムが明らかにできるものと考えている。細胞の低酸素状態は、癌、心筋梗塞などの病態時さらには発生過程において重要な因子で、エリスロポエチン(EPO)や血管増殖因子(VEGF)など様々な遺伝子誘導に関わっている。当該研究では、遺伝子の低酸素誘導にNADPH-P450還元酵素(NPR)が関与することを見いだしたことから、NPRの新規機能として、このタンパク質を介した遺伝子の低酸素誘導メカニズムを解明することを目的とする。ヒト肝癌細胞Hep3Bを用いて、EPOの誘導をマーカーにして実験を行ったところ、NPR anti-sense cDNAの導入によるNPR発現抑制実験で、EPOの低酸素による誘導は顕著に抑制された。さらに、細胞の活性酸素量を蛍光色素を用いて調べたところ、NPRの発現抑制に伴ってやはり低下が見られた。一方、NPRを強制的に発現させた細胞では逆にEPOの誘導が亢進された。実際のヒト膀胱癌細胞で調べたところ、NPRの発現の高い細胞はVEGFの発現が高く、よい相関関係が見られた。これらの結果は、EPOやVEGFの低酸素における発現にNPRが関わっていることを示している。さらに、このメカニズムを解明する目的でアフリカツメガエルの卵にヒトNPR mRNAを導入して、VEGFの発現を検討したところVEGFの増加が見られた。一方アフリカツメガエルのNPRをノックダウンしてVEGFの発現をみるため、まだ精製されていないカエルのNPRの精製およびcDNAの単離を検討中である。現在タンパク質の精製には成功している。以上の結果から、NPRがEPOやVEGFの発現に関与していることは明らかになった。メカニズムについては、NPRが産生している活性酸素あるいは従来の働きである何かのタンパク質に電子を伝達することで、EPOやVEGFの発現制御にかかわっているのかもしれない。

細胞の低酸素状態は、癌、心筋梗塞などの病態時さらには発生過程において重要な因子で、エリスロポエチン(EPO)や血管増殖因子(VEGF)など様々な遺伝子誘導に関わっている。当該研究では、遺伝子の低酸素誘導にNADPH-P450還元酵素(NPR)が関与することを見いだしたことから、NPRの新規機能として、このタンパク質を介した遺伝子の低酸素誘導メカニズムを解明することを目的とする。NPRの新規相互作用因子(タンパク質)を解明する目的で、酵母を用いたtwo-hybrid法で、ヒトNPRをおとりとしてヒト心臓ライブラリー(NPRの既知の相互作用タンパク質であるP450の含量が少ない臓器である)を用いて検索を行った。その結果、NPRと相互作用する新しいタンパク質因子を見いだした。この因子は小胞体膜に存在し、酸化ストレスなどのレドックス制御に関わっている可能性が指摘されているタンパク質である。現在、NPRとこの新規因子の相互関係および機能について解析中であるが、昨年の検討で癌細胞のNPRをノックダウンすると活性酸素の生成量が顕著に減少することから、この因子が酸素濃度あるいはNPRからの電子伝達に関与していることが推測される。一方、昨年から継続している発生過程における検討では、アフリカツメガエルの発生過程をモデルとして使用するため、これまで精製されていないNPRの精製に成功し、それの抗体さらにcDNAを単離した。抗体を用いて初期発生過程のNPR発現を検討したところ、すでに受精卵でその発現が見られ、原腸胚、神経胚と発生が進むにつれて徐々に発現量が上昇した。
歩行者膝関節傷害予測のための膝関節せん断特性の生体力学的検討

本研究は,実際の交通事故を模擬した負荷に対する膝関節靭帯の耐性を明らかにし,歩行者下肢傷害シミュレーションモデルの傷害再現精度の向上を図ることを目的とする.平成17年度では,前年度の成果を受け,膝関節有限要素モデルの作成手法および近似手法が傷害予測解析結果に与える影響を検討した.具体的にはウサギ膝関節のCT画像に基づく実形状骨モデルを用い,骨の力学特性の近似,靭帯要素のモデル化精度を種々に変え,ウサギ膝関節せん断実験結果の再現精度を比較した.その結果,骨要素の材料特性を骨密度分布を考慮して設定したモデルと一様な力学特性を与えたモデルでは骨折の様態が異なることがわかった.一様な力学特性の骨モデルによる傷害予測結果は膝関節せん断実験結果と大きく異なり,骨密度分布を考慮したモデルの方が実験結果に近い予測をした.靭帯損傷に関しては骨の材料特性の設定によらず同様の予測結果を示した.一方,骨折発生は骨モデルの力学特性のみならず,骨要素に荷重を伝達する後十字靭帯の特性に依存することがわかった.したがって靭帯要素の高精度な再現が高精度な骨折予測に不可欠であるといえる.さらに軟組織モデル構築方法が解析精度に及ぼす影響を検討した結果,Shell要素で作成した靭帯はSolid要素で作成したものよりも破断しにくい傾向がみられた.また,靭帯Solid要素に関しては要素の分割数を多くすることにより破断変位が大きくなり,靭帯の異常な変形や傷害の発生を押さえられることがわかった.本研究は,実際の交通事故を模擬した負荷に対する膝関節靭帯の耐性を明らかにし,歩行者下肢傷害シミュレーションモデルの傷害再現精度の向上を図ることを目的とする.平成16年度では,家兎大腿骨-前十字靭帯-脛骨複合体(FATC)の下肢長軸方向引張,左右せん断,前後引出し負荷に対する荷重-変位特性を実験的に検討した.下肢長軸方向引張負荷試験を実施した結果,変位速度の増大に伴い破断荷重,破断変位および接線係数は顕著に増加した.左右せん断負荷試験では,破断変位,接線係数は変位速度によらずほぼ一定であった.前後引出し負荷試験では,変位速度が遅い領域で破断荷重と接線係数が変位速度に伴い増加する傾向がみられたが,高変位速度ではその傾向はみられなかった.破断変位は変位速度の影響を受けなかった.前後引出し負荷に対する破断荷重は,他の条件よりも高い強度を示した.これは,前十字靭帯が脛骨の前方逸脱防止に適した配向,付着様態を有しているためであると考えられる.一方,左右せん断負荷に対して最も低い強度であったことから,左右せん断負荷によりACL損傷が発生しやすいと考えられる.これは歩行者事故を模擬した屍体実験の結果と合致する.また破断荷重は変位速度依存性を示したが,左右せん断負荷に比べて,前後引出し負荷の方が変位速度変化による破断荷重の増加率が高かった.従来の歩行者下肢傷害評価シミュレーションモデルの精度向上を図るため,膝関節の形状再現精度,適用する要素,材料モデルの精度が膝関節傷害予測精度に及ぼす影響を検討した.従来モデルの特性の傾向をパラメータスタディにより確認し,実験の再現精度を検証するため,家兎膝関節部の実形状モデルを構築した.今後,実験の境界条件を再現した解析を異なる形状再現精度,要素,材料モデルを用いた解析を実施し,適切な膝関節モデリング方法を検討する.本研究は,実際の交通事故を模擬した負荷に対する膝関節靭帯の耐性を明らかにし,歩行者下肢傷害シミュレーションモデルの傷害再現精度の向上を図ることを目的とする.平成17年度では,前年度の成果を受け,膝関節有限要素モデルの作成手法および近似手法が傷害予測解析結果に与える影響を検討した.具体的にはウサギ膝関節のCT画像に基づく実形状骨モデルを用い,骨の力学特性の近似,靭帯要素のモデル化精度を種々に変え,ウサギ膝関節せん断実験結果の再現精度を比較した.その結果,骨要素の材料特性を骨密度分布を考慮して設定したモデルと一様な力学特性を与えたモデルでは骨折の様態が異なることがわかった.一様な力学特性の骨モデルによる傷害予測結果は膝関節せん断実験結果と大きく異なり,骨密度分布を考慮したモデルの方が実験結果に近い予測をした.靭帯損傷に関しては骨の材料特性の設定によらず同様の予測結果を示した.一方,骨折発生は骨モデルの力学特性のみならず,骨要素に荷重を伝達する後十字靭帯の特性に依存することがわかった.したがって靭帯要素の高精度な再現が高精度な骨折予測に不可欠であるといえる.さらに軟組織モデル構築方法が解析精度に及ぼす影響を検討した結果,Shell要素で作成した靭帯はSolid要素で作成したものよりも破断しにくい傾向がみられた.また,靭帯Solid要素に関しては要素の分割数を多くすることにより破断変位が大きくなり,靭帯の異常な変形や傷害の発生を押さえられることがわかった.
動的および静的超高圧下における地球深部構成物質の構造相転移と化学反応

現在実験室において地球下部マントルから中心核における左力温度条件を実現するに動的圧縮法が最も簡単であるが、この方法のこれまでの研究は、圧力一密度の関係に代表されるマクロスケ-ルな測定が主で、高圧下の相転移や化学反応などのミクロスケ-ルな研究は余り多くない。そこで本研究では、同一試料の動的および静的超高圧下の挙動を調べ、それらを比較することにより、動的超高圧状態の性質を明らかにし、この方法による地球深部の温度圧力条件の実験室における再現を目指した。まず単純な化合物例としてルチル型構造を有するSnO_2,PbO_2およびFeTaO_4の動的超高圧下の挙動をしらべた。このすべての化合物で、αPbO_2型の新しい相を見いだし、さらに単結晶SnO_2では、圧縮方向による異方性を、またPbO_2においては圧力に応じて段階的に環元反応が進むことを見いだした。次にルチル構造関連のTa_2NiO_6およびNb_2NiO_6の動的超高圧下の挙動を調べた。この2種類の化合物は、陽イオンの相対配置はちがってはいるが、その他はよく似た構造をとっている。Ta_2NiO_6の場合は、静的条件で確認された高圧相は、動的条件では見いだされなかったが、Nb_2NiO_6の場合は、静的条件で確認された高圧相が動的条件でも見いだされた。このちがいは、陽イオンの相対配置のちがいと考えられる。このことは、地球関連物質の動的条件による研究の上で考えなければならないファクタ-の1つであろう。
研究者養成型大学院カリキュラムの日米比較研究

本研究は、課程制大学院における伝統的な研究者養成型大学院のカリキュラムについて、日米の比較視点からこれまでの歴史と運用の実態を調査・研究し、わが国における運用改善の条件を提言することを目的とした。結論として、わが国の課程制大学院の発展のためには、次のような改革が求められる。(1)課程制大学院の実質化は、何よりもまず大学院教育の目標の明確化から始めなければならない。研究者養成と専門職養成の差異をはっきりさせ、授与される学位も明確に区別されるべきである。アメリカの大学におけるグラデュエート・スクールとプロフェッショナル・スクールとの明確な区別は、コースワークや論文、学位等において明白なものとなっている。(2)課程制大学院の実質化のためには、現在のような研究科や専攻、コースといった組織的な枠組みを廃止して、修士号や博士号の学位コースによる教育プログラムとして再構築される必要がある。わが国の場合、組織優先で教員所属組織に重点が置かれ、学生の教育や履修、コース選択といった課程あるいはプログラムの観点が軽視され過ぎている。(3)課程制大学院ではコースワークが重視され、カリキュラムの体系化・構造化が図られなければならない。修士課程2年、博士課程5年の標準年限や修了に必要な単位数については新たな見直しが必要である。修士課程でも博士課程でも30単位という規定は、課程制大学院の実質化を妨げるものとなっている。(4)学生の選択的学習による系統的履修の機会とともに集中的学習による学習効果の向上を図る必要がある。具体的には、GPAや履修アドバイス・システムの導入、サマーセッションを含めた学期制の検討などである。本研究は3年計画であり、初年度には日米の大学院制度に関する資料・文献等を収集・整理しながら、主として研究者養成型の研究大学におけるカリキュラム構造の特色を明らかにした。初年度に得られた研究成果あるいは知見は以下のとおりである。(1)日米ともに、大学院の発展の方向は、大学と大学院との明確な機能分化に伴う大学院教育の高度化、多様化であり、大学院教育のカリキュラムはこの高度化や多様化に対応して再編成されてきている。具体的には、学位制度の見直しや新しい学位取得方法の開発が検討され、専攻分野の固定的・閉鎖的性格をなくし、学内外の教育資源を活用しながらカリキュラムの学際化が進められている。(2)日本の研究大学においては、従来の研究者養成に加えて高度専門職業人養成をめざした専門職大学院構想を視野に入れた改革が指向されているが、学内合意形成や調整作業が難しく、また基礎学術と専門学術のカリキュラムの住み分けに難航している状況にある。(3)カリキュラムの体系化や段階的・系統的学習のために、米国の大学では、段階ごとの到達目標を明確にするとともに、大学院教育だけでこれを考えるのではなく、学部教育や卒業後の進路との関係を重視している。科目番号制や履修登録制限制などは、そのシステムの一例である。(4)また、コースワークを重視する大学院教育においては、学生の選択的学習による系統的履修の機会ととともに集中的学習による学習効果の向上を図る工夫がされている。具体的には、GPAや履修アドバイス・システムの採用のほか、サマータイムを含めた学期制の工夫などである。(5)ハーバード大学やスタンフォード大学をはじめ6つの研究大学のカリキュラム構造をみると、学位取得の過程が高度に体系化され、学習や研究のプロセスを重視しそれを適切に評価するようなシステムとなっている。総合試験制を含む審査プロセスや助言・指導体制など、学位制度の効果的運用は示唆的である。本年度は、アメリカのミズーリ大学コロンビア校におけるM.A及びPh.D.プログラムの学位取得要件やカリキュラム構造の実態調査とわが国の主要研究大学の大学院カリキュラムの構造を調査した。その結果、得られた知見は、以下の通りである。

(1)例えば、教育学の修士レベルにおいて、M.A.(Master of Arts)では論文作成が主眼に置かれ、カリキュラムも共通の研究関連科目が多いのに対して、専門職学位であるM.Ed.(Master of Educationでは筆記試験が課せられ、カリキュラムも個々の学生に応じた選択科目が多く配置されている。講座ごとに、一見雑多のように配置されるわが国の場合との違いが明確である。(2)課程制の趣旨が徹底され、研究学位のPh.D.(Doctor of Philosophy)の取得要件は、専門職博士学位と同様に60単位以上が課せられこの中には研究科目12単位、博士論文6単位が含まれている。(3)博士課程では、研究者としてまた教育者としての資質・能力が求められ、それが研究インターンシップと教育インターンシップというプログラムで単位化され、修了要件となっている。わが国では、教育者としてのプログラムがカリキュラム化・単位化されていない。(4)わが国の課程制大学院の発展のためには、学生の選択的学習による系統的履修の機会とともに集中的学習による学習効果の向上を図る必要がある。具体的には、GPAや履修アドバイス・システムの導入、サマータイムを含めた学期制の検討などである。本研究は、課程制大学院における伝統的な研究者養成型大学院のカリキュラムについて、日米の比較視点からこれまでの歴史と運用の実態を調査・研究し、わが国における運用改善の条件を提言することを目的とした。結論として、わが国の課程制大学院の発展のためには、次のような改革が求められる。(1)課程制大学院の実質化、何よりもまず大学院教育の目標の明確化から始めなければならない。研究者養成と専門職養成の差異をはっきりさせ、授与される学位も明確に区別されるべきである。アメリカの大学におけるグラデュエート・スクールとプロフェッショナル・スクールとの明確な区別は、コースワークや論文、学位等において明白なものとなっている。(2)課程制大学院の実質化のためには、現在のような研究科や専攻、コースといった組織的な枠組みを廃止して、修士号や博士号の学位コースによる教育プログラムとして再構築される必要がある。わが国の場合、組織優先で教員所属組織に重点が置かれ、学生の教育や履修、コース選択といった課程あるいはプログラムの観点が軽視され過ぎている。(3)課程制大学院ではコースワークが重視され、カリキュラムの体系化・構造化が図られなければならない。修士課程2年、博士課程5年の標準年限や修了に必要な単位数については新たな見直しが必要である。修士課程でも博士課程でも30単位という規定は、課程制大学院の実質化を妨げるものとなっている。(4)学生の選択的学習による系統的履修の機会とともに集中的学習による学習効果の向上を図る必要がある。
自己駆動ナノマシンの走性と動的相転移で創発する新奇な自走ダイナミクス

本研究では,自己駆動力をもつナノマシンにおいて創発する新奇な自己駆動及び自走現象・有方向性運動について,統計物理学の理論と数値シミュレーションの方法をもとに調べた。一般にナノマシンは分子機械とも呼ばれ,ナノスケールでの直進運動等の機械的動作が可能なように創製された物質系を指すが,本研究で対象としたのは自己駆動力を発生させて,方向性のある自走が可能なナノマシンである。本研究では,このナノマシンにおける単体における自己駆動機構と自走の素過程,及び創発する新奇な自走ダイナミクスについての詳細を理論的に解明した。ナノ固体表面におけるナノ粒子系の自己駆動及び自走現象について,計算機シミュレーションの方法と解析的方法を用いて統計物理学的視点から調べた。ナノ固体表面と粒子系について格子系の理論モデルを検討した。ここで,粒子系はナノ固体表面と相互作用しながら,基板としてのナノ固体表面上を運動できる状態を考えた。粒子系は外部からの電磁波等の励起によって,その平均粒子間隔が時間空間的変調を受けるという方法を採用し,系の外からの一方向的な外力が存在しない場合を考えた。このような駆動の原理と特性の解明は,ナノ界面における自走現象の研究及びナノスケールで機械的動作をするナノマシンの統計物理学的研究において基本的な重要性をもっている。ここで,粒子系の運動が外部からの変調に対して断熱的に追従するかどうか(断熱的または非断熱的)によって,自走速度にロッキング現象が生じるかどうかが決まることが明らかになった。このロッキング速度は時間空間的変調の時間周期及び基板の固体表面の原子レベルでの空間的周期に依存することが確認された。さらに,粒子系の運動が完全に断熱的でなくとも,自走速度のロッキングが生じることが分かった。この状態は準断熱的であると呼ぶことができ,この粒子系における粒子関相互作用に起因した緩和効果に加えて,変調効果が複雑に影響を及ぼしたことが原因であることが明らかになった。このように,断熱的運動かどうかという点に着目することによって,時間空間的変調を受けた粒子系の自走に関する非平衡ダイナミクスを理解することができた。なお,シミュレーションは,主に分子動力学的手法にもとづいており,その計算の高速化のための検討として,アルゴリズムの改善及びプログラム改良等を進めた。まず,ナノ界面系を想定して,そこで自己駆動力を発生して稼働するナノマシンの理論モデルを検討した。ここでは,ナノマシンの物質として外場によって形状変化が可能な分子系を取り上げ,その重要な分子特性を考慮した。そして,マシンを構成する分子系と基板となる物質表面と相互作用,及び電磁波等による分子構造の時間空間変調の効果などを重視したモデルを構築した。また,シミュレーションからデータ解析までを行えるシミュレーション環境を構築した。一部の大規模なシミュレーションは,共同利用機関のスーパーコンピュータを援用した。機器整備と併行して,上記のモデルをもとにした分子動力学シミュレーションのためのプログラム開発を進めた。コンピュータシミュレーションの高速化のためのアルゴリズム等の検討も随時行った。上記のモデルのコンピュータシミュレーションによって,具体的には,次のような成果を得た。まず,上記の時間空間変調効果による自己駆動力の発生を確認し,その物理機構を明らかにした。そして,自己駆動力をもとに固体表面を分子系が方向性を有して自走可能であることを解明した。さらに,ナノマシン内の分子運動の時間発展を解析して,統計物理学的な理論解析を援用して,自己駆動の物理機構・素過程を明らかにした。そして,このナノマシンは多様な自走ダイナミクスを示すことも明らかになり,その基本特性を理解することができた。また,直進及び反転のリエントランスのような新奇な自走状態が系のパラメータ変化に対して複雑に引き起こされる事を見出し,その発生機構と共に,特異な長時間緩和効果の影響などを明らかにした。ナノ固体表面におけるナノマシン系の自己駆動及び自走現象について,統計物理学的観点から理論的に調べた。分子系ナノマシンを想定して,いくつかのタイプのナノ固体表面と分子マシンについて理論モデルを再検討し,モデルの妥当性について確認も行った。なお,ここで分子はナノ固体表面と相互作用しながら,基板としてのナノ固体表面上を表面ポテンシャルを感じながら運動できる状態を考えた。分子は外部からの電磁波印加によって,その平均分子間隔が時間空間的変調を受けるという方法を主に採用した。系の外部からの一方向的な外力が存在しない場合においても,分子系は自己推進力を発現し,ナノマシンとして有方向性運動を行うという現象について,そのある種の普遍性及び物理特性の詳細が明らかになった。特に,マシンの運動が外部からの変調に対して断熱的または非断熱的に追従するかどうかによって,自走ダイナミクスにそれぞれの状態に特徴的な現象が生じることが詳細に明らかになったことは重要であると考えられる。その現象の一つが自走におけるある種のロッキング現象であり,ロッキングにより自走速度は量子化される。

さらに,粒子系の運動が完全に断熱的でなくとも,自走の速度のロッキングが生じ,その状態において準断熱的な特異な自走ダイナミクスとともに,この粒子系における粒子関相互作用に起因した長時間緩和が存在することも明らかになった。これには分子-固体界面における相互作用及び外部からの変調効果の影響が本質的であることが理解された。そして,これらの事をもとに,時間空間的変調を受けた分子ナノマシン系の自走特性のスケーリング解析がなされ,スケーリング則・関係式と自走状態を特徴付ける相図を明らかにすることができた。これらを総括することによって,本研究において取り上げたナノマシン系の自己駆動の素過程及び自走の非平衡ダイナミクスが普遍的に理解された。統計物理学ナノ固体表面上の粒子系において,時間空間的変調という方法で系を励起すると自己駆動効果が発現して固体表面上を自走することが分かり,その普遍性及びそのダイナミクスの新奇な特性の詳細に踏み込んで物理学的な解明ができたためである。特に非平衡物理学の観点から,断熱的,準断熱的効果を明らかにし。これをもとに自走速度についてのある程度深い理解に達しており,これは自己駆動・自走系及びナノマシン系の統計物理学的研究における重要な成果といえる。目的に掲げたとおりに,自己駆動を可能とするナノマシンの理論モデルの構築と,それを解析するための計算機環境の整備を進め,詳細なコンピュータシミュレーションの実行並びに理論解析までを行えた。これらは研究目的及び計画の初年度の内容に沿ったものであり,それらを具体的に達成している。さらに,その成果として,研究実績の概要に記したとおり,ナノマシンにおける自己駆動力の発生機構,自走の素過程と新奇なダイナミクス等が次々と理論的に解明できたことは強調できる。これらをもとに,学会発表,国際会議発表,査読付き論文の掲載を実現して,成果を公表できた。これらの研究成果の内容も,統計物理学的にみて非自明かつ重要な現象及び効果の解明となっている。これらの事から,本研究は順調に進展しているものと判断した。調べてきたナノ界面系の状況を,より一般化して,これまでに確認できた自走現象等がより普遍的な現象として理解できることを明らかにして行く。自走のダイナミクスを粒子系の緩和現象に関して,普遍的な理解を進めるために,統計物理学的な手法として,例えばスケーリング解析などを検討する。自走の関係する重要なテーマとして,ナノマシンの構成及び物理学的な駆動原理に関して様々な形態の可能性を探る。また,系の励起方法として,これまでと異なるタイプの時間空間的変調法及び他の方法について,それによる自己駆動・自走の発現の可否等を明らかにする。これらを経て,自己駆動と自走に関して得られた新奇な物理学的現象及び効果等の統一的理解を進めて研究の総括をする。上記研究遂行に際して,計算機シミュレーションを常時行っていくが,そのシミュレーションプログラム本体及びその周辺のデータ解析プログラムの改良等は随時行う。
ナノ加工によるグラファイト端構造の修飾

電子線リソグラフィーを用いて最小サイズ100nm程度のアンチドット,ライン,ドットなどの形状を持つナノグラフェンの作製に成功した.また,作製した試料の磁場中の電気伝導における量子振動の観察から,ディラック点付近のフェルミ面に対してエッジ状態が影響が確認され,ナノグラフェン端構造とその電子構造との相関を輸送測定を用いて検証した.電子線リソグラフィーを用いて最小サイズ100nm程度のアンチドット,ライン,ドットなどの形状を持つナノグラフェンの作製に成功した.また,作製した試料の磁場中の電気伝導における量子振動の観察から,ディラック点付近のフェルミ面に対してエッジ状態が影響が確認され,ナノグラフェン端構造とその電子構造との相関を輸送測定を用いて検証した.Si/SiO2上に1 nmから6nm程度の(多層)グラフェンを作製し、グラフェン上に電子線リングラフィを用いてCr/Au(5 nm/100 nm)の微細パターンを形成した。これをマスクとして酸素プラズマエッチング(100w,10seem,0.03Torr,10s)を行い、グラフェンの削りだしを行った後、Cr/Auを除去することにより、グラフェンのナノ構造を作製した。作製したグラフェンのナノ構造をAFMにより観察した。線幅100 nm、長さ2μm、厚さ約2nmのグラフェンリボン、厚さ2nmで200nmのアンチドット状の周期構造のグラフェン(穴の一辺は約100nm)が作製されていることを確認した。グラフェンリボンにおいて、その形が歪んで観察されたがこれはマスクを形成した時点での歪みがそのまま転写されたことによるものとみられる。またリボンの近くに小さな斑点パターンも観察されたが、ラインプロファイルからナノグラフェンに帰属された。これは酸素プラズマによるスパッタ効果によりAuが飛び散りその下のグラフェンが削られずに残っているために生じたものと考えられる。また、Cr/Auマスク以外のマスクとしてAIマスクの利用を念頭において無機酸を用いたエッチングも試みたが、AFM観察からグラフェンに対するダメージが著しいことがわかった。さらに得られたグラフェン試料に電極を付けFET構造を作製し、輸送物性の測定を試みたが微細化により電圧電流耐性が落ちていることがわかった。シリコン基板上にへき開法により作製した20μm四方程度の単層数層のグラフェンに対して,電子線リソグラフイーを用いてCr/Auのナノマスクパターンを形成し,酸素プラズマによりエッチングを行うことにより,ナノグラフェンを作製した.形成するマスクパターンの制御により,最小サイズ100nm程度のアンチドット,ライン,ドットなどの形状を持つナノグラフェンの作製に成功した.これらの試料において端部位の炭素原子数のそれ以外の炭素部位に対するの原子数の割合は約1%弱となっており,高い移動度を持つグラフェン試料では電子輸送において十分,端の寄与が期待できることがわかった,現在のところ最小線幅は50nm程度のものが形成できたが,これよりもさらに微細化を進めるにはマスク形成のプロセスのさらなる改良が必要である.また,今年度あらだに作製したナノグラフェン試料の端部位の構造制御法として試料の通電加熱による方法を試行した.これまで行って来た真空チャンバー内での加熱では取り除けなかった酸素含有官能基を取り除くことができた.この方法を採用することにより,磁場中の電気伝導における量子振動の観察から,ディラック点付近のフェルミ面にしてエッジ態が影響が確認され,ナノグラフェン端構造との電子構造との相関を輸送測定を用いて検証することができる試料作製法が確立し,ほぼ当初の研究目的が達成された.今度は端部位の積極的な化学修飾により,ナノグラフェンの電子物性を制御することを試みていく.
Osteogenic protein-1発現遺伝子導入による椎間板変性の修復と髄核に起因する神経因性疼痛の制御

ラットを用いて尾椎に2椎間板を挟んでイリザロフタイプの圧迫装置を装着し、椎間板に慢性機械的圧迫を加え、椎間板変性を作成した。圧迫装置装着8週の髄核組織を摘出し、左側腰部神経根(L4,5)上に留置することにより患側足部に神経因性疼痛の指標である痛覚過敏が一過性に出現した。この痛覚過敏は正常髄核留置に比し、より強く、かつその出現期間がより長期であった。免疫組織化学を用いてこの痛覚過敏増強には髄核内のphospholipaseA_2,interleukin-1β,tumor necrosis factor-αならびにinterleukin-8,monocytechemotactic protein-1などのchemokinefamilyが関与しない可能性があることを示した。圧迫装置装着4、8週間で採取した髄核のpH低下がみられたが、12週圧迫を受けた髄核では正常髄核とpHに差はなかった。圧迫4週、8週のラットでは腰部神経根上への髄核留置でより強い痛覚過敏が出現した。これらの結果は椎間板に慢性機械的圧迫が加わると髄核変性がおこり、変性髄核はより強い疼痛を惹起することを示唆している。この疼痛増強には前述の生理活性物質よりもpH低下のような生化学的変化が関係する可能性がある。一方、ヒトosteogenic protein-1(OP-1)発現遺伝子であるpW24をラット尾椎髄核細胞に導入した。導入後,geneticin(G418)を含む選択培地にて1週間培養した後,遺伝子導入細胞を回収した。導入した髄核を椎間板内に注入することで尾椎の機械的圧迫にても髄核内のプロテオグリカン、コラーゲン、DNA量の変化は少なかった。これらの結果はOP-1遺伝子導入により椎間板の変性が制御可能であることを示唆している。また、OP-1が髄核組織に作用すればpH低下のような椎間板の変性過程を制御し、疼痛を寛解させ得ると考えられた。椎間板変性過程と神経因性疼痛の関係を明確にすることを目的に以下の実験をおこなった。ラット尾椎に機械的圧迫器を装着し、2椎間板に慢性機械的圧迫を加えた。装着8週で椎間板を摘出し、組織学的に観察した結果、減少した髄核細胞は紡錘状に変化し、椎間板変性を示唆した。摘出した髄核を椎弓切除により露出した左側L4、L5腰髄神経根に留置し、運動麻庫の有無、圧・熱刺激に対する足部の痛覚過敏発現の有無を観察した。運動麻痺の発現はなく、熱刺激に対する足部の感受性には左右差は認められなかった。しかし、髄核留置により処置側足部に圧刺激に対する痛覚過敏が観察された。機械的圧迫が加えられた髄核を腰髄神経根上に留置をしたラットでは圧迫を加えなかった髄核を留置したラットに比し、より痛覚過敏は重篤で、長期間で、髄核留置後2週まで一過性に認められた。この機械的圧迫を受けた髄核による痛覚過敏の増強効果の機序を解明する目的で機械的圧迫器装着8週で髄核を免疫組織化学でphospholipase A_2,interleukin-1β,tumor necrosis factor-αを観察した。これらは従来椎間板ヘルニアの坐骨神経痛発現に関与すると報告されている生理活性物質である。

Phospholipase A_2,interleukin-1β,tumor necrosis factor-αの染色性は髄核細胞内の細胞質の機械的圧迫の有無によらず差は観察されなかった。機械的圧迫による変性髄核が疼痛をより増強する可能性があることが判明した。今後、変性髄核による痛覚過敏増強のメカニズムを解明するとともに椎間板へのOP-1作用によりこの痛覚過敏がどのように変化するかを検討する予定である。臨床上、変性椎間板が腰痛・下肢痛を惹起することが示されているが、髓核変性と疼痛の関係についての詳細な基礎的研究はなく、分子生物学的に椎間板変性が修復できれば疼痛発現を制御し得る可能性がある。慢性機械的圧迫により作成した変性髄核がラット腰髄神経根に作用した場合、正常髄核に比し、患側下肢により強い、長期の痛覚過敏が発現することを報告した。4、8週間の慢性機械的圧迫の加わった椎間板では髄核のpH低下がみられた。これらの変性髄核を左側L4、L5脊髄神経根上へ留置することでより強い痛覚過敏が出現した。しかし、12週圧迫を受けた髄核では正常髄核とpHに差はなく、痛覚過敏発現にも有意差はなかった。Osteogenic protein-1(OP-1)は椎間板組織では細胞外基質であるプロテオグリカン、コラーゲンの量を増大させること、変形性関節症では軟骨の修復過程に関与することが報告されている。ヒトOP-1発現遺伝子であるpW24をラット尾椎髄核細胞に導入した。導入後,geneticin (G418)を含む選択培地にて1週間培養した後,遺伝子導入細胞を回収した。導入した髄核を椎間板内に注入することで尾椎の機械的圧迫にても髄核内のプロテオグリカン、コラーゲン、DNA量の変化は少なかった。これらの結果はOP-1遺伝子導入により椎間板の変性が制御可能であることを示唆している。また、OP-1が髄核組織に作用すればpH低下のような椎間板の変性過程を制御し、痛覚過敏を減少させ得ると考えられた。今後はOP-1そのものを注入した場合との比較や変性髄核による痛覚過敏増強因子の検討を行う予定である。
CTスキャンによる脳組織局所酸素代謝諸量と血流量同時測定法の実用化に関する研究

CTスキャンにより、脳組織局所酸素代謝量と血流量を同時に測定する方法の基礎となる原理は、酸素濃度が異なる脳組織においては、キセノンガスの拡散恒数が異なってくるので、その差異をCTスキャンで検出し、その拡散恒数の計算から逆に脳組織内微小コンパートメントの酸素濃度を血流コンパートメント酸素濃度との差として描出するものである。初年度にはin vitroでのキセノンガスの拡席恒数を多種ガス混合状態下に測定した、その結果、1015%のヘリウムガス混合下においてキセノンガスの拡散恒数は、2つの異なった拡散メディア内酸素濃度の差に関連して著しく異なることがわかり、CTスキャン法での測定が可能であるという結論に達した。この実験により得られたデーターを用いて動物実験用のCTスキャンプログラムを作製し、まずウサギの脳率中モデルで使用した。しかし、ウサギの脳が通常の臨床用CTスキャンで十分な分解能を得るにはあまりにも小さすぎることがわかり、次にブタの経眼窩中大脳動脈クリッピングによる脳卒中モデルを作製しCTスキャンで検討した。ブタは全麻下に35%キセノンガスを基礎とした種々の混合比のガスを8分間吸入させ、その前後および吸入中に合計15分間1分おきにスキャンをとり、動物用コンピュータープログラムによりキセノンガス拡散恒数、脳組織酸素濃度、および脳組織血流量の計算と同一微量組織上において行った。まず脳組織血流量の計算の基礎となるキセノンガスの脱飽和曲線のK指数は、ヘリウムガスを含んだ混合ガス吸入時と、コントロールのヘリウムガスを含まないガス吸入時を比べると前者で著しく低くなった。この所見はブタ脳卒中モデルの卒中側および正常脳側においてもみられたが、その低下の度合は脳卒中組織においてより少なかった。測定に使用するコンピュータープログラムは従来の単一のものを数個のプログラムに分割し、実地診療により有用とした。多種ガス拡散原理を基礎として脳の酸素代謝諸量をCTスキャンで測定するためのソフトウエア、及び得られた諸計算値をもちいてCT画像を再構築する画像表示用ソフトウエアの完成のため、以下の動物実験を行った。ブタの頭部を固定してキセノンガスとヘリウムガスを含んだ多ガスを吸入させ、CTスキャンにてCT値を測定し脳組織内のキセノンガスの飽和過程での経時的移行量からキセノンの拡散恒数を求めた。この拡散恒数が動脈血側と脳組織側内での酸素濃度較差により変化することを利用して脳組織酸素濃度を求めた。脳組織血流量は従来のCTスキャン法によりキセノンの脱飽和過程で測定し、CT画像に再構築して表示した。次に、ブタを経眼窩的に一側内頚動脈又は中大脳動脈を遮断して脳虚血巣を作製し、時期をおいてCTスキャンにて虚血部を確認後再度CTスキャン法にて脳組織酸素濃度及び脳組織血流量を測定して、これを画像表示し、虚血巣作製前後及び虚血部とその周辺正常脳組織でのデータを検討した。次に、動物を開頭後CTにて確認した脳虚血部と周辺正常脳組織に白金電極を插入し、血流量測定を水素クリアランス法で、酸素分圧測定はボーラログラフ法にて測定した。これらのデータをCTスキャンを用いた本法の測定結果と比較検討すると、良好な相関を認めた。以上、動物実験においてもCTスキャン法による脳酸素代謝諸量と脳血流量の同時測定法の実用化を支持する結果であったので、今後サーモグラフィ法による脳表データとの比較検討をすすめ、良好な結果が得られれば正常志願者を用いて本法での測定を行い、データの生理的変動や再現性等について検討を行う予定である。1.サーモグラフィーによる脳表血流量の測定法の基礎的検討を終え、臨床例において諸データの細目にわたり調べた。

脳腫瘍患者における術中測定データをまとめて、論文発表予定である。2.多種ガス拡散原理を基礎とした酸素代謝量をCTスキャンで測定するための、動物実験用のGE9800CTスキャナーのコンピューターソフトプログラム作製は完成した。しかし、動脈血液ガス濃度の測定のための採血、および採血された血液をスキャンする手間が臨床例では繁雑であることが判明した。3.志願者の少数例に、CTスキャン法を使用したが、上記の理由で現在プログラムの改良を行っている。4.CTスキャン用コンピューターによる諸データの計算に長時間を要したので、計算時間の短縮を計るため、プログラムの改良を行い、現在も継続中である。5.今後の研究の展開に関する計画(1)脳酸素代謝諸量と血流量の同時測定に際し、上記の如く、動物用で開発したCTスキャンのプログラムをそのまま臨床例に用いることが困難なことが判明したので、頸動脈スキャン用CTプログラムの開発を行う。(2)臨床例の検討を行う。まず志願者において本法を施行し、上記改善プログラムの検討を行い、次に脳虚血患者に本法を使用し、臨床的有用性を検討する。(3)サーモグラフィーによる測定方法のプログラムを再検討し改善を行う。特に計算時間縮小のために、諸種の異なった計算法を開発し比較検討する。(4)最終的に諸データを調べ、本法の有用性や実用化に関する諸問題を総合的に検討する。