hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロ波と分子磁性相互作用の理論・分子動力学研究

マイクロ波による誘電体、磁性体、金属粉体の効率的な加熱の物理機構を、古典・量子力学的分子動力学法、電磁波理論などを用いて研究、これらの加熱がマイクロ波の光子エネルギーを非共鳴的に多周期にわたって蓄積することで発生することを明らかにした。また、磁性体結晶内でのエネルギー緩和過程、時間依存DFT法による物質の電磁波への応答やマイクロ波の化学反応促進効果について、次の段階に繋がる研究を開始した。この研究課題では、マイクロ波が種々の物質を選択的かつ効率的に加熱する特異な物理機構を究明する理論研究を行う。対象物質は、マイクロ波をよく吸収し加熱される誘電体および磁性体である。とくに、磁性金属酸化物、磁性金属に焦点をあてて、マイクロ波による磁気加熱の機構を明らかにする。今年度は物質と電磁波の相互作用に関して、古典分子動力学法(CLMD)および第一原理分子動力学法(Ab initio)を用いて、次の3件の研究を行った、(i)マイクロ波吸収による水・氷・食塩水の加熱過程(CLMD)、(ii)レーザー電場によるフラーレン分子の構造変形(Ab initio)、(iii)グラファイトの化学スパッタリング過程(Ab initio)。第1の研究では、与えた温度の約3000分子の剛体水分子を氷結晶を融解させて生成、そこにマイクロ波電場を印加した。まず、水(300K)の加熱が、電気双極子の回転運動励起と分子間摩擦による非可逆的エネルギー移動の協調により生じることを確かめた。しかし氷状態の水は、強い水素結合で形成された結晶であるため強いマイクロ波(10^6V/cm)でも加熱できない。微量の食塩を加えた水は純水より数倍よく加熱されるが、これはマイクロ波電場による食塩イオンの加速、すなわち「ジュール加熱」が原因であることを分子動力学法により実証した。第2の研究では、レーザー電場によって歪んだ断熱ポテンシャル上の核の動きを第一原理分子動力学計算によって追跡することに成功した。この手法を用いて,高強度近赤外パルスによってどのようにC60の構造が変化するのか、また、どの程度のエネルギーがどの分子振動に注入されるのかを明らかにした。第3の研究では、グラファイトの化学スパッタリングの原因が、多数の水素原子の吸着にあることを示した。すなわち、異なる炭素原子がそれぞれ水素を吸着することでグラファイト表面に原子の起伏が生じ、その結果結合が弱いサイトができて、炭化水素CH_2、CH_3の形成と炭素間の結合切断が生じることを第一原理分子動力学法で示した。これは実験でグラファイトから初めて脱離する分子種がCH_3であることをよく説明している。他方、高温(1000K)では化学スパッタリングの効率は減少することが知られているが、これは熱運動する水素原子がグラファイト表面にとどまりにくいことが原因であることを明らかにした。(1)粉体中へのマイクロ波の浸透過程の、有限要素法コードによる電磁波解析、(2)物質によるマイクロ波吸収過程について、分子動力学および古典スピンモデルによる研究を行った。主要な研究成果(1)について:電磁波は金属表面で反射され内部へ浸透しないが、金属粉体では粒子間空間の存在により、マイクロ波が内部へ1cmのオーダーで浸透できることを示した。金属はマイクロ波の磁気成分により、誘電体は電場成分により加熱される。この加熱効率がもっとも良いのは粒子半径が表皮長の2.5倍のときであり、銅球の場合これは3μm程度である。これらの結果は単体球粒子の場合についてMie理論と比較して非常によい一致を見た。研究成果(2)について:磁性をもつ金属粉体がマイクロ波の磁気成分を高い効率で吸収して加熱される現象(ペンシルバニア州立大学、核融合科学研究所)の機構は謎であった。この問題を、物質の磁性を古典電子スピンの集合として表すハイゼンベルグモデルにより研究した。このモデル計算では、物質の結晶形と交換相互作用係数を基に計算を行う。はじめに、強い磁性をもつ鉄酸化物(マグネタイト)について、フェリ磁性の温度依存性が再現できることを確認した。その上で、マイクロ波磁場を印加したときに生じるエネルギー差(加熱率につながる量)の温度依存性を求め、加熱率が温度とともに増加しキュリー温度でゼロとならず常磁性の領域まで続くことを示した。また、鉄酸化物であるが磁性をもたないヘマタイトがマイクロ波のエネルギーをあまり吸収しないことを示した。これらの結果は、強磁性体がマイクロ波の磁気エネルギーを選択的に吸収するという、上に挙げた実験事実をよく説明している。平成20年度の研究成果は主として、以下の3つの項目に分類される。(1)マイクロ波電場による誘電体の加熱機構(「水、食塩水、食塩氷は加熱、純粋氷は非加熱)」。これはマイクロ波オーブンでの食品加熱・解凍に機構であるが、じつは様態ごとに加熱機構がすべて異なる。

水の加熱はマイクロ波による電気双極子の非共鳴的な回転励起が原因、食塩水は塩イオンのジュール加熱、食塩を添加した氷の加熱(解凍)は塩イオンによる水素結合ネットワークの弱体化が原因である。(2)金属粉体の磁気成分による加熱機構。バルク金属と異なり、マイクロ波は粉体金属中へ10cmのオーダーで浸透することを解析的、および有限要素法を用いた数値計算で示した。誘電性皮膜をもつ場合電場加熱が大きいが、銅のような純金属粉体では渦電流が誘起されジュール加熱が起きる。ただしこの原因は粉体を取り巻くマイクロ波磁場である。(3)磁性体(マグネタイト、酸化チタン)のマイクロ波磁場による加熱機構を、電子スピンに対するハイゼンベルクモデルを用い、モンテカルロ法およびスピン動力学により定量的に明らかにした。この過程は3d軌道にある電子スピンが非共鳴的にマイクロ波に応答することが原因であり、単なるゼーマン項の応答を桁違いに上回る加熱が生じる。この加熱過程はFMR過程とは異なり、外部静磁場なしで広い周波数領域にわたって連続的に発生する。我々の研究は、マイクロ波金属焼結の分野において、世界で初めて唯一の理論研究である。マイクロ波照射による加熱機構と反応促進の研究で、(1)非磁性金属粉体に対して解析理論と数値計算により光学パラメタの導出、(2)時間依存密度汎関数法(TDDFT)による原子レベルでの金属粉体の加熱機構の研究、(3)Diels-Alder反応に代表されるマイクロ波照射による分子内反応促進の効果の研究を行っている。(1)では、波長1cmのマイクロ波によりミクロンサイズの粉末の加熱を3次元理論で扱う工夫がなされている。解析の結果、表皮効果が重要で、金属粉体表面に通常存在する酸化膜(誘電体)のため、半径数10ミクロンの粉末および30GHzを超える周波数領域で加熱効率が数倍変わること、マイクロ波「磁場」で誘起された金属内電流が非磁性金属粉体加熱の原因であることが示された。(2)では、TDDFTとしてOctopusコードの整備を進めているが、UNIXシステム(日立/IBM)がFortran言語仕様の細部において、数値計算の世界で広く利用されているLinuxシステムと異なり、現在も試行錯誤で作業を行っている(構造体とポインターの計算でコンパイラにバグが存在することを指摘し修正に協力)。金属酸化物の平衡状態計算では擬ポテンシャルの選択が重要であるとの結果を得た。(3)については、安息香酸やヒドロキシカルボン酸から派生する分子の分子内Diels-Alder反応に及ぼすマイクロ波効果の実験結果を解析するため、B3LYP/6-31G*やMP2/6-31G*など分子軌道計算によって遷移状態を探索した。実験結果と比較すると、活性化エネルギーが10kcal/mol程度以下の場合には還流法でもマイクロ波でも反応が起きており、活性化エネルギーが10kcal/mol以上の場合は、マイクロ波を照射しないと反応が進まないと言うことが分かった。この反応性の差がマイクロ波効果によるものなのか、分単位の長時間シミュレーションが可能なモデル系を構築して調べる予定である。また、分子間反応で見いだされているマイクロ波効果の有無と双極子モーメントの大きさとの相関はこれらの分子内反応では見いだせておらず、これは、分子内ダイナミクスに及ぼす特異なマイクロ波効果が存在することを示唆している。以上のマイクロ波による加熱機構と反応促進に関する理論研究は来年度も継続して行う。
可搬型3次元環境形状計測装置に関する研究

本研究の目的は、人間が携帯して利用可能な、環境の三次元形状計測システムを構築することである。走査型レーザ測距センサを高速に回転させながら、環境の三次元的な形状を計測する。このセンサシステムを人間が携帯し、最終的には周囲の環境に存在する形状の特徴を抽出し、人間に伝達することを目指す。本研究では、実際に人間が携帯可能な三次元形状計測システムを構築して実験を行い、その実現可能性と有用性を明らかにした。このセンサシステムを人間が携帯し、周囲の環境に存在する形状の特徴を抽出して人間に伝達する。このシステム実現に必要な技術要素は、環境の三次元情報の取得と、三次元特徴情報の抽出である。本研究では、これらの問題について実際にシステムを構築して実験を行い、その実現可能性と有用性を明らかにする。とくに、環境の三次元情報の取得については、どの程度正確な形状を計測可能か、またどの程度の計測時間でデータを取得可能か、という点に主眼を置いて検討する。また、三次元特徴情報の抽出については、多種多様な環境でどの程度の特徴を算出可能かという点を中心に検討する。本年度は、まず三次元環境データ取得のためのセンサ回転装置を製作した。この装置に、システムの三次元的な姿勢を計測するために3Dモーションセンサをシステムに設置した。システムを人間が携帯して移動したときのデータを計測し、その性能を評価した。次に、走査型レーザ測距センサとセンサの回転機構の同期をとるために、専用の回路基板を用いた。また、モーションセンサと同期を取るためのソフトウエアを開発した。そして、製作したシステムを用いて人間が歩行しながら環境形状の計測を行い、システムが正しく動作することを確認した。また、システムによって得られる計測データの精度、誤差等について評価した。本年度は、まず走査型レーザ測距センサの走査回転数を増やして、計測時間を短縮するシステムの試作開発を行った。この構成で、より高速にデータを取得することが可能になり、より現実性のあるシステムを構築することができた。さらに、センサの設置方法を工夫して携帯に適したものとした。次に、製作した高速型センサシステムのためのソフトウエアを開発した。そして、製作した高速型システムの動作を確認するための実験を行って基礎的なデータを収集し、計測される形状の精度、データ取得に要する時間等の構築システムの性能を評価した。本研究では、これらの問題について実際にシステムを構築して実験を行い、その実現可能性と有用性を明らかにすることを目的とした。とくに、環境の三次元情報の取得については、どの程度正確な形状を計測可能か、またどの程度の計測時間でデータを取得可能か、という点に主眼を置いて検討を行うこととした。また、三次元特徴情報の抽出については、多種多様な環境でどの程度の特徴を算出可能かという点を中心に検討することとした。本年度は、三次元計測データからの形状特徴情報の抽出アルゴリズムの構築を行った。これまでに開発したシステムを用いて得られる環境の三次元データから、人間が移動する際に有用となる周囲環境の特徴的な形状情報を抽出するアルゴリズムを検討した。形状特徴としては、下り階段などと地面の境界、上り階段などの段差、地面に置かれた障害物などを取り上げた。そして、屋内の各種環境を対象としたシステムの評価実験を通して、構築したシステム全体の評価を行った。最後に、得られた研究成果をまとめて総合的な評価を行うとともに、報告書の作成を行った。
光反応を用いた高分子傾斜構造の構築とプログラム可能な表面を有する高分子材料の設計

本研究では、高分子とモノマーの混合物に紫外光で重合反応を引き起こして、相分離を誘起した。光が試料を通過する際Lambert-Beerの法則に従うことを利用して、試料の深さ方向に、、共連続構造の傾斜を作製した。さらに、コンピュータ支援光照射(CAI)法を用い、(XY)平面内の共連続傾斜構造を作製できた。光吸収剤を系内に添加することにより、XY平面内と、深さ(Z)方向にも傾斜構造、すなわち、二方向の共連続構造の作製を成功した。(XY)平面内の共連続やドロップレト構造の傾斜を有する表面に対す水滴の形状を測定して、高分子表面の自由エネルギーのマッピングについて検討した。1)光重合系における相分離の光強度依存性:(Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotech. 2013; Soft Matter, submitted, 2013):光強度を増加させると、相分離構造が大きくなる混合系モルフォロジーがドロップレットからサラミ構造、そして共連続のモルフォロジーへ変わることが判明することができた。また、これらの構造が照射光強度の増加によって、途中で固定化されることがわかった。すなわち、光強度の変化に引き起こされる分子量の変化を利用すると生成された様々なモルフォロジーを固定化することができた。2)光進行する方向に沿った一方向(Z)の傾斜構造:(Langmuir、投稿準備中)強い光を試料に照射すると、Lambert-Beer法則により試料のZ方向(光の進行方向)に照射すると、光強度の傾斜により特性長の傾斜を有する高分子ができた。ここで、混合系によって形成された構造の特性長の傾斜が二種あることが判明された。すなわち、正の光強度の傾斜に対して、正の傾斜と負の傾斜を有するモルフォロジーが観測された。正の傾斜とは光強度の増加と共に相構造の特性長が小さくなる傾斜構造であり、また負の傾斜構造の場合はその逆である。この特異的な現象はドロップレット構造、すなわち、核生成・成長の機構に従って相分離が進行した場合のみ見られている。この情報が傾斜構造の設計に重要な知見を与えている。3)光強度分布(XY平面内)の傾斜構造の構築:Z方向の光強度がほとんど変化せず、XY平面内の光強度傾斜を作るためにコンピュータ支援光照射(CAI)法を用い、PSA/MMAの混合系を照射すると、試料の深さ方向に均一の構造ができつつ、XY平面内の傾斜構造を作製することを成功した。現在、そのモルフォロジーの解析を行っている。(Soft Matter、投稿中)傾斜構造を有する高分子材料を構築するために「コンピュータ支援光照射CAI法と光重合誘起相分離を組合せて、種々の条件下で実験を行った。混合系として、ポリ(エチルアクリレート)誘導体/ポリ(メチルメタクリレート)[PEA/PMMA]、ポリスチレン誘導体/ポリ(メチルメタクリレート)[PS/PMMA]、ポリ(ブチルメタクリレート)[PBA/PMMA]を用い、実験を行った。重合反応の動力学をin situ追跡し、重合開始剤にLucirin TPOを用い、405 nmの光照射で重合を起こした。重合の動力学はFT-IRで追跡し、またモルフォロジーの時間発展を共焦点レーザー顕微鏡で追跡した。画像解析は高速Fourier変換(FFT)によって行った。得られて結果は下記の通りである。1)すべての混合系において、一般の傾向を示す:強い光強度で重合を起こして相分離を誘起する場合、混合系がスピノーダル領域に突入し、同一の試料内に共連続構造の周期傾斜が形成させることができた。一方、弱い光照射を用いる場合は、混合系は浅い過冷却度で核生成・成長領域に突入し、直径の傾斜を有するドロップレットのモルフォロジーが得られた。2)重合反応はある照射時間において自己促進効果(Norrish-Trommsdorff効果)を示し、この急激な重合の速度が最大に達してから、相分離過程も次第に停止することが観測された。3)一般に構造の傾斜の特徴として、光強度の高い場所では、モルフォロジーの特性長(周期)が小さく、また弱い強度のところでは大きくなることがわかった。例外として、逆の傾斜も観測された。強い強度下で照射した場合、重合の最中に開始剤が諸費される場合や、高分子成分のガラス転移温度が低いため、系内のモビリティーが大きいため、局所の浸透圧が発生し、過冷却度が反転されると考えられる。平成23年度では、高分子傾斜構造を光誘起相分離を行うために下記の基礎的実験を行い、得られた成果は下記の通りである。1)Poly(ethyl acrylate)を合成し、また分子鎖上に蛍光マーカーであるrhodamine Bを修飾した。Ethyl acrylateモノマーのラジカルの重合法を改良し、比較的に分子量の揃った分散指数を有する線状Poly(ethyl acrylate)が得られた。

(PEAR, Mw =170,000)。2)Rhodamine Bをラベルしたpoly(ethyl acrylate)[PEAR]とmethyl methacrylate (MMA)の混合物の光反応誘起相分離の実験を行った。Lucirin TPOを重合開始剤として365 nmの紫外光の照射で混合系内に(PMMA)を重合した。その重合によってできたPMMAの分子量MPMMAをGPCにより、測定したところ重合反応の自己促進の時間(to)まで、MPMMAがほとんど変化せず、ほぼ一定の値を保っていたが、照射時間が特性時間(to)を超えると重合反応は特異的な自己促進振る舞いを示す。一方、MPMMAは照射時間(to)になると低分子量側以外に新たな高分子量(10倍大きい)の成分が突然に現れ、短い時間内に重合収率と共に高分子量成分の成長も停止することがわかった。すなわち、照射時間が特性時間(to)を過ぎると粘度の急激な上昇と共に相分離過程が停止され、形成されたモルフォロジーが決定されることがわかった。今後、上記した基礎的な実験結果に基づき、試料の深さ(Z)方向や表面(XーY)に光照射により、高分子混合系の傾斜モルフォロジーを制御し、有用な表面やバルクの特性を有する高分子傾斜材料の設計を確立させる。光強度の正の傾斜(空間傾斜)に応じて、モルフォロジーの特性長は正の傾斜を示す混合系と、負(逆)の傾斜を示す混合系が観測されたので、その機構を解明するために、空間的に均一の光強度の照射を行い、比較実験を行った。そのため、論文のまとめが遅れた。現在、わかっているのは光重合でスピノーダル分解過程を経由して生成された共連続構造の傾斜構造には正の傾斜しか見られないが、核生成・成長機構で形成されたドロップレットの場合、負の傾斜を有するモルフォロジーが観測された。この反転現象を明らかにするためには、今後、比重の大きなモノマーを重合して、検討する予定である。1)H23年度に予定したRhodamine-BをラベルしたPoly(ethyl acrylate) (PEAR)の合成を完了した。さらに、重合温度を制御することにより、枝分かれのPEARの生成を抑制し、線状の試料が得られた。2)光重合反応で誘起された相分離において内部構造のないDroplets構造は反応によって混合系は準安定領域内の核生成・成長機構で形成されることがわかった。これは強い光強度で混合系が不安定(スピノーダル)領域へ突入させて、得られた共連続構造と対比している(論文投稿準備中)2)強い光強度を用いて照射する場合、試料内に光強度の傾斜が形成されるが、光強度を変化低強度から高強度へ向かって、相分離によって形成したドロップレットのサイズが小さくなっていくことがわかった。すなわち、ドロップレットの傾斜構造を光照射によって制御できることがわっかた。最後の年度に、比重の異なるモノマーとポリマーの組み合わせを用い、光強度の傾斜と相分離構造の傾斜との相関関係(特性長の正および負の傾斜の発現と、光強度の傾斜との相関関係)を明らかにすると共に、また相分離過程の途中にできたpolymer-richドロップレットの沈降がモルフォロジーの傾斜に及ぼす影響について明らかにする。このように。
耐応力腐食割れ性にすぐれた溶接構造用Al-Zn-Mg合金の開発

本研究は微量合金元素の添加により、溶接熱影響部の応力腐食割れ防止を目指した新しい溶接構造用Al-Zn-Mg合金の開発を目的として実施したものである。Al-Zn-Mg合金の応力腐食割れは腐食溶解型であり、耐食性が良好であれば応力腐食割れ抵抗も大きい。したがって本研究は耐食性に重点を置いて実施した。新合金として、種々の微量元素すなわち0.2%Cr、0.5%Mn、0.05%Tiおよび0.2%Fe-0.1%Siを個々に添加したAl-4.5%Zn-1.2%Mg合金およびさらに耐食性の向上を目指してCr、ZrおよびCuを0.1%から1%まで種々の量添加したAl-4.5%Zn-1.2%Mg合金を作製した。これらの個々の微量元素が溶接部の時効特性および耐食性におよぼす影響を金属組織学および電気化学を基礎に明確にした。なお、耐食性の評価はアノード分極による孔食電位により行った。以下得られた結果を示す。1.Al-4.5%Zn-1.2%Mg合金へのCuおよびCrの添加は孔食電位の増加を生じる。しかしいずれも0.2%以上の添加では孔食が粒界に優先的に生じるため、粒界応力腐食割れを助長する。耐食性および応力腐食割れを考慮すると0.2%Crおよび0.2%Cuの添加が有効である。2.Al-4.5%Zn-1.2%Mg合金への0.05%Ti、0.2%Fe-0.1%Siあるいは0.5%Mnの添加は結晶粒の微細化には効果があり、応力腐食割れ性には効果があるが、孔食電位にはほとんど影響をおよぼさない。3.Al-4.5%Zn-1.2%Mg合金への0.2%までのZrの添加は孔食電位を低下させず、結晶粒の微細化には顕著な効果があるが、0.5%以上添加すると孔食電位を低下させ、耐食性および耐応力腐食割れ性を劣化させる。4.以上の知見から、溶接熱影響部の耐食性および耐応力腐食割れ性を改善した合金として、Al-4.5%Zn-1.2%Mg合金に0.05%Ti、0.2%Cr、0.5%Mn、0.2%Fe-0.1%Si、0.2%Zrおよび0.2%Cuの微量合金元素を添加した合金を開発し、その有用性を実証した。
多臓器不全症の治療(臓器血管内皮細胞をターゲットにした臓器再生療法の開発)

重症感染症または外傷等に引き続く多臓器障害の早期診断と治療法の開発は、急務の課題あるが、本研究においては、血管内皮細胞をターゲットにおいた多臓器障害の病態解析・治療モデルの開発に手がけた。本研究課題の目的は、臓器障害に深く関与する臓器微小血管内皮細胞の障害モデルと細胞障害治療モデルを作成することである。In vitroの研究においては、血管内皮細胞の障害、アポトーシスに関与する因子としては活性化好中球が最も重要であること、その障害の背景にはミトコンドリア障害が関与していることを明らかにした(研究成果を投稿中)。また、In vivoモデルの前段階として、新しい血管内皮細胞の血管腔作成モデル、すなわち、繊維芽細胞と血管内皮細胞をコラーゲンタイプIと共に共培養することによる三次元的血管障害、治療モデルを作成した。この中で、IL-4とbFGFは過酸化酸素による血管腔形成障害に対する治療実験において、血管内皮細胞増殖因子の投与によりある程度障害を軽減できること、すなわち血管内皮細胞によるTube formationの形成阻害を予防できる可能性が示唆された。(この結果については投稿準備中)。In vivo治療モデルでは、マウス腹膜炎モデルにおいて、臓器障害モデルを作成し、血管内皮細胞障害治療により、臓器障害が軽減できるかを検討した。現在のところ血管内皮増殖因子のみでは、肝障害の軽減を誘導する実験結果は得られていない。そこで現在、マウス由来血管内皮増殖因子と骨髄細胞の同時移入により臓器障害を軽減できないかを検討中である。重症細菌感染症、外科手術後の腹腔内膿瘍、重症急性膵炎、多発外傷、重症熱傷、などに引き続いて発症する多臓器障害(MODS;Multiple Organ Dysfunction Syndrome)は高度先進医療に基づく集中治療にも関わらず極めて救命率が低い。本症の発生機序の一つにエンドトキシン、サイトカイン、さらには活性化好中球による活性酸素やプロテアーゼの放出による臓器内血管内皮細胞傷害による臓器微小循環障害の破綻が背景に存在する。本研究の目的は、多臓器不全の背景である臓器内血管内皮細胞の機能破綻、細胞死の機序を解明するとともに、血管内皮細胞の障害抑制、アポトーシスの抑制を図り、既に機能不全や細胞死に陥りかけた血管内皮細胞臓器内微小循環系を再生させ、臓器機能の回復を促す新しい多臓器障害治療法の開発であった。本年度におけるIn vitroの研究において、1;活性酸素による血管内皮細胞傷害過程におけるミトコンドリア傷害と細胞死のkineticsを明らかにした。その結果、ミトコンドリア傷害から細胞死に至るCritical pointは2時間であることが判明し、早期のミトコンドリア傷害予防が必要と考えられた。2;より生体に近い血管内皮傷害モデルとして血管内皮細胞のゲル内三次元培養を確立し、臓器内血管内皮細胞系の組織としての再構築を行い、新しい臓器障害組織傷害の実験系を確立した。次年度は抗酸化剤、血管内皮増殖因子、ミトコンドリア膜傷害予防剤(CyslosporinA等の)等の投与による、In vitro治療実験を行うとともに、マウス臓器障害モデルを用いてのIn vivo臓器血管内皮再生療法について検討したい。本年度の研究において我々は、血管内皮障害におけりミトコンドリア障害の役割を明らかにすると共に、活性酸素による影響についてまず検討した。さらに三次元血管構築モデルを確立し、血管内皮細胞障害過程を三次元的に評価できるシステムの確立に成功した。本法は動物モデルに頼らずできるだけ、できるだけ、In vivoの状態を模倣できるものである。血管内皮細胞をタイプIコラーゲン中で三次元培養することにより、血管腔が構成されてくるが、ここに活性酸素(今回はH2O2)を共存させることにより、Tube formationが著明に抑制されることがわかった。また、血管内皮細胞の三次元培養にて活性酸素にてアポトーシスが誘導されること、この効果が抗酸化剤にて軽減されることがわかった。今年度の最終段階としてマウスにCecal ligationpuncture法によるsepsisモデルを作成し、肝障害を惹起させ、Angiogenic factors投与実験を行っているが、現時点では、この単独投与による肝障害の権限効果はみられていない。
多発性硬化症における、新規治療法開発と個別化医療実現のためのバイオマーカー確立

多発性硬化症(MS)は、中枢神経系の自己免疫疾患である。生涯にわたって神経障害が蓄積する難治性疾患であるが、病態に多様性があり、最適な治療法の選択が難しい。実際に、MSの治療として血液浄化療法が施行されるが、無効例が存在し、事前の効果予測は困難である。本研究では、個別化医療実現のためのバイオマーカー同定、ならびに新規治療標的同定を目指している。2018年度は、免疫吸着療法を施行した症例について解析を行った。MS病態では、T細胞が中心的な役割を担うとされており、治療前後に、末梢血中のヘルパーT細胞(Th細胞)の頻度を解析した。解析対象とした21例中12例で、治療効果を認めた(responder)。Th細胞のうち、病原性を持つとされるTh1細胞頻度は、responder群で有意に高値であった。また、治療直前のTh1細胞頻度に基づいて、治療効果が高精度に予測できることが示唆された(ROC曲線でのArea under the curve (AUC): 0.95)。この成果については、特許を出願済である。治療前後では、Th1細胞頻度に変化を認めなかったが、Th1細胞の機能に重要な遺伝子の発現低下を認めた。すなわち、Th1優位の病態をもつ患者では、Th1細胞の機能変化を通して、免疫吸着療法が効果を示すことが示唆された。他に、responderとnon responderにおける末梢血エクソソーム中のmiRNAを、マイクロアレイを用いて解析し、両者を識別するような候補miRNAを見出した。また、血液中の他の液性因子の解析も行い、免疫グロブリン以外に、治療前後で変化する4つの物質を同定した。これらの成果を応用することで、今後、MSの個別化医療が可能になると期待される。また、詳細な解析を進めることで、MSにおける病態の多様性解明や新規治療標的の同定につながることが期待される。2018年度は、本研究計画の初年度として、主にMSの個別化医療実現のためのマーカー同定を目指して研究を行った。これまで、MSの免疫吸着療法においては、無効例が存在するものの、事前の治療効果予測は困難であった。これまでの研究成果により、血中のTh1細胞の頻度によって、この治療効果を高精度に予測できることが示唆された。さらに詳細な解析を進めることで、臨床応用の可能なバイオマーカーとして確立されると考えられる。これまでの画一的治療では、疾患の多様性があるために、不利益を受ける患者が一定数存在したが、そうした状況を改善する個別化医療につながるものと期待される。また、Th1細胞以外にも、バイオマーカーの候補になるような、エクソソーム内miRNAを同定している。また、エクソソームやエクソソーム内miRNAをターゲットとした治療法開発についても、MSモデルであるEAEマウスを用いて、順調に解析を進めている。上記の通り、これまでの研究成果として、末梢血中のTh1細胞頻度によって、MSにおける血液浄化療法の治療効果が予測できることが示唆された。今後は、この背景機序について解析を進める。具体的には、末梢血中のTh1細胞について、治療前後での機能的変化を解析する。また、その変化に関連した、エクソソーム内miRNAを含めた液性因子の同定を目指す。また、T細胞以外のリンパ球サブセットについても、詳細な解析を進める。また、前述のように、エクソソームやエクソソーム内miRNAをターゲットとした治療法開発についても、MSモデルであるEAEマウスを用いて、解析を継続する。こうした研究により、最終的に、個別化医療のためのバイオマーカー確立とともに、新規治療標的の同定につながることが期待される。

また、詳細な解析を進めることで、MSにおける病態の多様性解明や新規治療標的の同定につながることが期待される。2018年度は、本研究計画の初年度として、主にMSの個別化医療実現のためのマーカー同定を目指して研究を行った。これまで、MSの免疫吸着療法においては、無効例が存在するものの、事前の治療効果予測は困難であった。これまでの研究成果により、血中のTh1細胞の頻度によって、この治療効果を高精度に予測できることが示唆された。さらに詳細な解析を進めることで、臨床応用の可能なバイオマーカーとして確立されると考えられる。この成果については、特許を出願済である。これまでの画一的治療では、疾患の多様性があるために、不利益を受ける患者が一定数存在したが、そうした状況を改善する個別化医療につながるものと期待される。また、Th1細胞以外にも、バイオマーカーの候補になるような、エクソソーム内miRNAを同定している。また、エクソソームやエクソソーム内miRNAをターゲットとした治療法開発についても、MSモデルであるEAEマウスを用いて、順調に解析を進めている。上記の通り、これまでの研究成果として、末梢血中のTh1細胞頻度によって、MSにおける血液浄化療法の治療効果が予測できることが示唆された。今後は、この背景機序について解析を進める。具体的には、末梢血中のTh1細胞について、治療前後での機能的変化を解析する。また、その変化に関連した、エクソソーム内miRNAを含めた液性因子の同定を目指す。また、T細胞以外のリンパ球サブセットについても、詳細な解析を進める。また、前述のように、エクソソームやエクソソーム内miRNAをターゲットとした治療法開発についても、MSモデルであるEAEマウスを用いて、解析を継続する。こうした研究により、最終的に、個別化医療のためのバイオマーカー確立とともに、新規治療標的の同定につながることが期待される。2018年度は、MSの個別化医療実現や新規治療標的同定のための足掛かりとなる実験を重ね、主にフローサイトメトリーや遺伝子発現に関する消耗物品の購入を行った。個別の金額は比較的少額であった。その成果として、有望なリンパ球サブセットを同定しており、今後はex vivo, in vitroを中心に、網羅的解析を進める方針である。フローサイトメトリーや遺伝子発現に関する消耗物品の他、比較的高額なアレイ等の実験も進める方針としており、繰り越し分が合算された予算が必要と考えている。
ホイールローダーによるまき出し作業の自律施工システムの開発

ホイールローダーによってまき出し作業を行う場合、車体の駆動力に限界があり、土砂山が高いと停止してしまう恐れがある。自動運転を行う場合には、排土板に作用する力をリアルタイムに推定できないため、自律的な制御が困難であり、自動運転の支障となっている。本研究では、レーザーによって土砂山の高さや形状を計測し、計測結果とDEM解析から、まき出し作業が可能な排土板高さを解明する。この結果をホイールローダーロボットによる、まき出し作業の自律施工システムに活用することによって、まき出し作業の自律施工が可能であることを明らかにする。
腫瘍血管新生における骨髄由来血管前駆細胞の関与とその役割に関する研究

腫瘍の増殖、転移には血管新生が必須である。従来、血管新生は既存血管から成熟細胞により新たな血管枝が形成(angiogenesis)されるものと考えられていたが、近年、成体内の流血中に骨髄由来の血管前駆細胞が存在し、血管に分化(vasculogenesis)しうることが発見され、腫瘍血管新生への骨髄由来血管前駆細胞の関与が注目されている。LacZマウスの骨髄で骨髄を置換した野生型マウスに癌を接種し、癌を増殖させた。採取した癌を抗CD31抗体および抗LacZ抗体にて免疫蛍光二重染色し、共焦点レーザー顕微鏡にて観察した。新生腫瘍血管内皮がCD31により染色されるが、そのうちLacZにも染色されるものが認められた。すなわち、新生腫瘍血管内皮細胞中には骨髄細胞由来のものがみられた。この結果は骨髄由来血管前駆細胞が腫瘍血管新生に関与していることを直接証明している。骨髄に直接作用する造血系サイトカインG-CSFは末梢血中の骨髄幹細胞を増加させることが知られている。そこで、G-CSFを投与しているマウスに癌を接種したところ、コントロール群と比較して腫瘍増殖、腫瘍血管新生とも促進された。またin vitroにおいてG-CSFには腫瘍細胞増殖に影響を与えなかった。この結果はG-CSFには腫瘍細胞を増殖させる直接作用はないが、骨髄より血管前駆細胞を動員させることにより、腫瘍血管新生ひいては腫瘍増殖を促進させることを示唆しており、腫瘍血管新生における骨髄由来血管前駆細胞の重要性を示している。
水産動物におけるDーアスパラギン酸および関連化合物の代謝と生理機能

1.アメフラシより単離したDーアスパラギン酸(DーAsp)含有新ペプチドの一次配列の決定。アメフラシエキスをPTC化ーHPLC法およびOPAーHPLC法で分析した際、クロマトグラム上、Aspの前に未知ピ-クが認められた。そこで、アメフラシ(4個体)の足筋等の筋肉組識600gより得たエキスをDowex50,Dowexlを用い分画精製し、未知物質を単離した(収量:2.5mg)。本物質は塩酸加水分解により等モルのAspとGlyを与えた。旋光分散スペクトル(負のコットン効果曲線を示す)やOPAーHPLC分析の結果から、DーAspとGlyよりなるジペプチドと考えられた。ここで3種の異性体(αーAspーgly,βーAspーgly,Glyーasp)が考えられるが、Edman法により一次配列分析を行ったところ、アメフラシから単離した新ペプチドはβーDーAspーglyと推定され、合成品との比較により確認した。2.各種水産生物におけるDーアスパラギン酸(DーAsp)およびβーAspーglyの分布。DーAspおよびβーAspーglyはOPAーHPLC法で分析した。DーAspは海綿、腔腸、環形、軟体、節足、棘皮、原索の各動物門に属する海産無脊椎動物類に見出され、しかも全Aspの20ー60%を占める種が多い。脊椎動物の魚類にも痕跡程度のDーAspが認められ、その分布が非常に広いことが明らかになった。βーAspーglyの分布は極めて狭く、軟体動物でもアメフラシ類(アメフラシAplysia kurodai)、アマクサアメフラシA.juliana)に見出されるにすぎない。DーAspの分布とは異なり、アメフラシ類特有の物質の可能性が強くその生理機能に興味がもたれる。3.DーAspの代謝。二枚貝ムラサキイガイの中腸腺にはAspラセマ-ゼやDーAspオキシダ-ゼ活性は確認できなかったが、アラニンーオキザル酢酸トランスアミナ-ゼ活性が検出された。本酵素のアミノ基供与体としてはLーアラニンがもっとも活性が強かった。1.アメフラシより単離したD-アスパラギン酸(D-Asp)含有新ペプチドの一次配列の決定。アメフラシエキスをPTC化-HPLC法およびOPA-HPLC法で分析した際、クロマトグラム上、Aspの前に未知ピ-クが認められた。そこで、アメフラシ(4固体)の足筋等の筋肉組織600gより得たエキスをDowex50,Dowex1を用い分画精製し、未知物質を単離した(収量:2.5mg)。旋光分散スペクトル(負のコットン効果曲線を示す)やOPA-HPLC分析の結果から、D-AspとGlyよりなるジペプチドと考えられた。

ここで3種の異性体(α-Asp-gly,β-Asp-gly,Gly-asp)が考えられるが、Edman法による一次配列分析を行ったところ、アメフラシから単離した新ペプチドはβ-D-Asp-glyと推定され、合成品との比較により確認した。2.各種水産生物におけるD-アスパラギン酸(D-Asp)、N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)、β-D-Asp-glyの分布。D-Asp、β-D-Asp-glyはOPA-HPLC法で、NMDAはPTC-HPLC法で分析した。D-Aspは海綿、腔腸、環形、軟体、節足、棘皮、原索の各動物門に属する海産無脊椎動物類に見出され、しかも全Aspの20-60%を占める種が多い。脊椎動物の魚類にも痕跡程度のD-Aspが認められ、その分布が非常に広いことが明らかになった。NMDAはクロマトグラムで見る限り、軟体、環形、節足動物類に認められるが、二枚貝類を除きその量は少なく、他の方法での確認の必要がある。β-D-Asp-glyは更に分布は狭く、軟体動物でもアメフラシ類(アメフラシ、アマクサアメフラシ)に見出されるにすぎない。D-Aspの分布とは異なり、アメフラシ類特有の物質の可能性が強くその生理機能に興味がもたれる。3.D-Aspおよび関連化合物の生理機能。二枚貝アカガイ、アサリ、ムラサキイガイを強制運動を強いたり、嫌気状態においた場合内蔵組織でD-Aspの割合が増加し、NMDAは逆に減少した。今後分析例を蓄積して解明してゆきたい。1.各種水産生物におけるDーアスパラギン酸(DーAsp)および関連化合物の分布DーAspおよび分子内にDーAspを含むNーメチルーDーアスパラギン酸(NMDA)、さらに新たにアメフラシより単離した新ペプチドβーDーAsp・glyの分布を海綿、腔腸、環形、軟体、節足(甲殻類)、棘皮、原索、脊椎(魚類)の各種動物類、緑藻、褐藻、紅藻の各種海藻類、植物および動物プランクトン類(Chaetoceros salsugineum,Artemia salina)の合計82種について分析した。その結果、DーAspはほぼ全ての無脊椎動物類に検出され、しかも全Aspの20ー60%を占める種が多かった。脊椎動物の魚類にも痕跡程度のDーAspが認められ、その分布が非常に広いことが明らかになった。しかし、海藻類、プランクトンには検出されなかった。海藻類やプランクトンを主餌料としている軟体動物例えばムラサキイガイやアワビのDーAspについては、内因性起源が示唆された。NMDAはHPLCのクロマトグラムで判断する限り、軟体、環形、節足の無脊椎動物に認められるが、二枚貝類を除きその量は少ない。βーDーAsp・glyは更に分布は限られ、軟体動物類でもアメフラシ類(アメフラシ、アマクサアメフラシ)に見出されるにすぎない。2.DーAspおよび関連化合物の代謝DーAspの生成機構をムラサキイガイを用いて調べた。LーAspからDーAspの生成を触媒するアスパラギン酸ラセマ-ゼ活性はいずれの組織でも確認ではなかったが、オキザル酢酸とアミノ酸からトランスアミナ-ゼによるDーAspの生成が確認された。アミノ基供与化合物ではLーアラニンの活性が最も強かった。組織別では筋肉より内臓組織で活性が高かった。このDーAspの生成がDーアスパラギン酸トランスアミナ-ゼによるものなのか、Lーアスパラギン酸トランスアミナ-ゼによる副生成反応によるものなのか不明である。
μ冠頭形証明の計算的意味に関する基礎的研究

論理式を型と解釈する原理(カリ-・ハ-ワード同型)により,μ冠頭形証明に計算的意味(プログラム)を割当てるための基礎的研究として以下のことが明らかになった.(1)シーケントの右側に高々2種類の論理式しか出現することのないμ冠頭形証明の基本的性質について(発表論文2):1-1)古典命題論理における定理に対しては,必ずμ冠頭形証明が存在する;1-3)古典的証明であるμ冠頭形証明から直観主義的証明への埋め込みは容易に与えることができ,これはグリベンコの定理の拡張となっている.(2)μ冠頭形証明のプログラミングへの応用について(発表論文1):2-1)μ冠頭形証明は,型付き関数型言語であるMLの例外処理プログラムに自然に対応付け可能である;2-2)μ冠頭形証明では,シーケントの右側に高々2種類の論理式しか出現することのない.その2種類のうちで,証明図全体に出現している論理式は不変論理式と呼ばれる.その不変論理式は,与えられた定理の構文のみから,“含意"と"かつ"に関してstrictly positiveな部分論理式として特徴付けられる.したがって,シーケント計算における右減規則の適用方法がこの不変論理式により規定できることがわかった.そしてこの不変論理式は,例外処理で外に脱出する値の型に対応していることが解明された.論理式を型と解釈する原理(カリ-・ハ-ワード同型)により,μ冠頭形証明に計算的意味(プログラム)を割当てるための基礎的研究として以下のことが明らかになった.(1)シーケントの右側に高々2種類の論理式しか出現することのないμ冠頭形証明の基本的性質について(発表論文2):1-1)古典命題論理における定理に対しては,必ずμ冠頭形証明が存在する;1-3)古典的証明であるμ冠頭形証明から直観主義的証明への埋め込みは容易に与えることができ,これはグリベンコの定理の拡張となっている.(2)μ冠頭形証明のプログラミングへの応用について(発表論文1):2-1)μ冠頭形証明は,型付き関数型言語であるMLの例外処理プログラムに自然に対応付け可能である;2-2)μ冠頭形証明では,シーケントの右側に高々2種類の論理式しか出現することのない.その2種類のうちで,証明図全体に出現している論理式は不変論理式と呼ばれる.その不変論理式は,与えられた定理の構文のみから,“含意"と"かつ"に関してstrictly positiveな部分論理式として特徴付けられる.したがって,シーケント計算における右減規則の適用方法がこの不変論理式により規定できることがわかった.そしてこの不変論理式は,例外処理で外に脱出する値の型に対応していることが解明された.
単層上皮のシートから成る神経管に多様な形態を形成する機構の解明

本研究では、単調な上皮シートの管から多様な形態を形成する機構の理解を目指し、神経管のくびれ、突出、隆起の形成機構を明らかにすることを目的とする。神経発生の初期に将来の脳の領域予定図が神経上皮には描かれ、区画分けが起こる。この区画を仕切る境界細胞群が存在し、区画間で細胞が入り交じらないように細胞拡散を制限している。我々は境界細胞の形態的特徴を見出し、その形態的特徴を指標に新規の境界細胞を発見した。この新規境界細胞が形成されないHes欠損マウスでは、大脳基底核隆起が低形成であることから、境界細胞は神経上皮シートから隆起構造を形成するのに貢献していることが示唆された。この新規境界細胞は、細胞数個をGFPでラベルする手法により、他の主要な境界細胞と同様に、細胞拡散を制限することが明らかになった。このことから、新規境界細胞は、細胞をある一定区画に留めておくことで隆起した構造を形成することに貢献している可能性が高い。実際に、Hes欠損マウスでは、隆起構造が形成不全でFoxg1陽性の区画の細胞が本来境界細胞がある場所を超えて隣の区画にまで分布していることが明らかになった。この仮説をさらに検証するために、境界細胞を人為的に作製、または崩壊させることを目標に、境界細胞の形成に関わる因子の探索を行った。後脳(ロンボメア)や間脳の境界細胞を取ってきて、周囲の神経上皮シートと遺伝子発現を比較するために、次世代シークエンスを行い、該当の候補因子を複数見つけている。今後は、その解析を行い人為的に境界細胞を操作し、人為的に隆起構造が形成できるか検討し、神経上皮シートの形態形成にはたす境界細胞の普遍的な役割を示す。29年度が最終年度であるため、記入しない。このことから、新規境界細胞は、細胞をある一定区画に留めておくことで隆起した構造を形成することに貢献しているのかもしれない。この仮説をさらに検証するために、境界細胞を人為的に作製、または崩壊させることを目標に、境界細胞の形成に関わる因子の探索を行っている。後脳(ロンボメア)や間脳の境界細胞を取ってきて、周囲の神経上皮シートと遺伝子発現を比較するために、次世代シークエンスを行った。今後は、その解析を行い人為的に境界細胞を操作し、神経上皮シートの形態形成に境界細胞がどのような役割があるのか明らかにする予定である。熊本地震やそれに伴う試料の調達の遅延、機器の不具合があり、研究を中断せざるおえない、もしくは通常より時間がかかる状態にあり研究全体にやや遅延がある。及び出産・産休の影響もある。しかしながら、現時点では研究環境も回復し周囲のサポートもあり、研究を問題なく遂行できるので、遅れを取り戻せるよう努める。新規境界細胞が形成されないHes欠損マウスで、細胞の振る舞いがどうなっているのか明らかにする。

さらに境界細胞の形成に関わる因子の同定、それを用いた境界細胞の人為的操作を行い、神経上皮シートの形態形成における境界細胞の役割を明らかにする。境界細胞による神経上皮シートの様々な形態(くびれ、突出、隆起)の形成の原理を明らかにすることを目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ルネサンス期フィレンツェ東方貿易史―オスマン帝国内における毛織物取引を中心に―

本年度においては、イタリアで調査、収集した史料および文献を利用した研究を行った。具体的には、15世紀から16世紀にかけてフィレンツェがオスマン帝国との間で行っていた貿易活動に関する詳細を検討した。フィレンツェは13世紀に国際金融業を通じてヨーロッパ・地中海世界に広く国際商業ネットワークを構築し、14世紀には毛織物工業、15世紀には絹織物工業を発展させてルネサンス運動を支える経済的基盤を準備した。フィレンツェ商人はコンパニーアや代理人制度、複式簿記、海上保険、為替手形といった様々な商業技術を駆使することによって広範なネットワークの中での経済活動を可能としていた。本研究では、フィレンツェ商人が行ったこのような活動のうち、オスマン帝国を相手として展開したフィレンツェ毛織物および絹織物の販売の諸相を分析した。オスマン帝国は15世紀半ば以降、フィレンツェが確保した重要な繊維製品の販路であった。本研究では、グワンティ毛織物会社およびセッリストーリ金箔会社という二つの会社を取り上げ、両社がオスマン帝国と持った経済的関係を、オスマン市場で販売した製品の種類、価格、顧客、販売までにかかる費用、代金徴収過程などの諸側面から検討した。そしてこれらの検討から、両社をオスマン貿易へ参入させたインセンティヴについて考察し、オスマン貿易が安定した利益をもたらすものであったとの結論を導いた。研究結果の一部は、セッリストーリ金箔会社の絹織物製造・販売およびオスマン市場との関係についてを『西洋中世研究』で、またフィレンツェ・オスマン貿易の制度的枠組みとなっていた両国間の外交関係およびフィレンツェ人領事の役割についてを『東洋文化』で公表した。今年度では、4月から12月までフィレンツェに滞在し、フィレンツェ各古文書館に所蔵されている史料の調査を行いました。具体的には、フィレンツェ国立文書館、フィレンツェ国立中央図書館、フィレンツェ捨児養育院文書館、ハーヴァード大学ベイカー図書館(フィレンツェにてマイクロフィルムを閲覧)の各古文書館に所蔵されている15・16世紀の経営記録を中心とする史料を読み込み、情報をデータ化してコンピュータに入力しました。また、中心的史料として利用する史料は可能な限り写真撮影を依頼し、写真をCD-ROMに保存して持ち帰りました。これにより、日本におけるデータの整理および原史料の確認調査ができるようになりました。帰国後、イタリアでの調査結果をまとめ、「15世紀フィレンツェの織元グワンティ家の成長と毛織物販売-フィレンツェ市場とトルコ市場」と題した論文を執筆しました。この論文では、毛織物製造により家産を成長させたフィレンツェの一家系グワンティ家が経営していた会社を取り上げ、会社がフィレンツェおよびトルコで販売した毛織物の種類や価格などを考察しています。来年度は今年まで収集したデータを基に、これまで明らかにされてこなかった15・16世紀フィレンツェ-オスマン帝国間貿易の実態を、他の商業活動との関連の内に位置付ける作業を行っていきます。この目的のために、今年度時間をかけて綿密に行ったフィレンツェでの史料調査は今後、重要な意味をもってくるものと思われます。
治療不応性虚血性心疾患に対しての逆行性冠静脈骨髄単核細胞移植治療

慢性虚血性心疾患に対し経冠静脈カテーテルを用い骨髄単核球移植治療を行った。自覚症状は、大部分の症例に改善が認められた。骨髄単核球の細胞数の少ない1例では、心筋シンチでの改善は認めなかった。またCD34陽性細胞数と虚血改善効果は心筋シンチの結果では相関することが明らかとなった。治療不応性慢性心筋虚血に対する虚血改善効果が示唆された。しかし治療効果が長期に維持されるのか、予後は改善するかなどについては今後も継続的に検討が必要である。経冠静脈骨髄細胞移植療法を虚血性心疾患患者で、すでにカテーテル治療・冠動脈バイパス手術をうけて、治療不応性の病変と判定された10例のうち、循環器内科外科検討会および心臓細胞移植合同検討会(血液・麻酔・小児科・基礎)を各症例に実施し、承認が得られたものは、3例であった。平成19年度においては経冠静脈骨髄細胞移植療法を3例実施できた。その3例の内訳は平均年齢64歳、全員男性で、重症3枝病変に対し、バイパス術後で心筋SPECTにて左前下行枝領域に虚血を認めていた。手術室において局所麻酔下に側ガイ位で腸骨から50mlを採取した。骨髄液は遠心法にて5mlに濃縮し、骨髄単核球層を分離した。細胞数は10^6個以上を全例で確保した。CD34細胞数も約1%程度含まれていた。骨髄採取後に、心臓カテーテル室で内頚静脈から穿刺し、0.035ガイドワイヤーを先行させ、細胞投与用のGENTカテーテルを前室間静脈に進め、ダブルバルーン拡張を行い18分で投与を終了し、CCUに入室し、1日経過観察を行い、翌日には一般病棟に転出した。全例合併症なく終了し、1週間以内に退院となった。3例とも細胞移植前に比較し、3ヵ月後の臨床症状(胸痛・息切れ)の改善を認めた。うち1例では心筋SPECTに安静時および運動時の血流の改善を認めた。残り2例では心筋SPECT上の変化は認めていない。6ヵ月後の心筋SPECTの結果を再検討する予定であり、現在は経過観察中である。現在2例検討中であり、平成20年度は、さらに5例を実施予定である。今後の症例においては、冠動脈予備能の測定、対象病変外の冠動脈プラークの観察などをさらに実施する予定である。(背景・対象)血管新生療法は、未だ有効な治療法が見いだされていない虚血性心疾患において冠静脈カテーテルを用いた骨髄細胞移植治療の有用性について検討した。日本大学医学部附属板橋病院で対象期間2005年1月1日2007年12月31日CAG2018症例、PCI1040症例、CABG術後PCI42症例、CABG351症例、Re-do CABG4症例、PCI・CABG・薬物療法を最大限に施行してもなお狭心症状が残存し、心筋SPECTにより虚血が残存している(no-option)慢性虚血性心疾患7症例、2008年になり1例追加となり計8例、治療不応性虚血性心疾患8症例のうち、2症例で悪性腫瘍がみつかり、1症例で重度の肺機能障害があり不適切と判断した。5症例に対して最終的に細胞移植治療を施行した。(方法・結果)日本大学で特許を取得しており、産学共同開発プロジェクトによる冠静脈逆行性オクルージョンバルーンカテーテル(GENTカテーテル)を使用し骨髄細胞移植を行った。それぞれ、4週間後・6ヶ月後にRIを施行し、本人の自覚症状およびシンチグラム上の虚血改善が認められた。(考察)慢性虚血性心疾患に対する逆行性冠静脈経由による骨髄単核球移植治療および衝撃波治療による、治療不応性慢性心筋虚血に対する虚血改善効果が示唆された。自覚症状は、大部分の症例に認められた。細胞数の少なかった1例では、シンチでの改善は認めなかった。また、CD34細胞数と虚血改善効果はシンチの結果では相関することが確認された。しかし、治療効果が長期に維持されるのか、予後は改善しているのかなどについては、今後も継続的に検討が必要である。今後、これらの虚血性心疾患に対する再生医療として実用化していく。本件研究は、2008年冠疾患学会シンポジウム、2009年日本循環器学会総会一般演題にて報告し、長期成績をあわせ論文作成、2009年投稿予定である。