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脳底動脈中心枝(穿通枝)の支配領域に関する研究ー脳血管障害の診断、治療に関する臨床解剖学的検討ー

研究代表者は、脳血管障害の診断・治療に重要な脳血管の解剖、特にWillis動脈輪前判部(内頸動脈、中大脳動脈等)の血管および中心枝(穿通枝)について臨床的な見地から検討し報告してきた(米国フロリダ大学およびNIH.Grant 10978ー03)。本研究では、脳底動脈、後交通動脈、後大脳動脈等のWillis動脈輪後半部の中心枝について、その数、親血管から分岐する部位、灌流分布領域、分布の特徴等に関して臨床解剖学的に検討し、諸関連学会で発表してきた(脳卒中の外科シンポジウム、第8回ヨーロッパ脳神経外科学会、第15、16、17回日本神経放射線研究会、第11、12日本脳卒中学会総会、第45、46、47回日本脳神経外科学会総会、第2回国際脳動脈瘤会議)。その結果を要約すると下記の様になる。1.脳底動脈本幹には20本の中心枝が存在し、その直径は、平均0.40mmであった。その内訳は、下方1/3から5本、中1/3から8本、上方1/3から7本が分岐していた。下1/3の枝は盲管、VII、VIII神経、中1/3の分岐は橋正中、内側、外側、V神経に分布した。上1/3の枝は脚間窩、上小脳脚に分布した。2.後交通動脈は8本の分枝を有し、主に灰白隆起(5本)、後者孔質(2本)に分布した。脳下垂体へは、1本以下の枝が分布していた。3.後大脳動脈近位部(Pー1)は、4本の分枝を有し、そのうち3本が穿通枝で脚間窩に、1本が回旋枝で四立体に分布していた。4.これら中心枝の検討の研究成果の一部は、「脳下垂体に分布する動脈の外科解剖(英文)」、「内頸動脈とその分枝の外科解剖」として表出版した。今後の課題としては、脳血管撮影等で確認された中心枝の閉塞例と、MRI検査等により確められた病巣、すなわち分布領域の相関について、多くの臨床例を検討することが必要である。現在までに研究代表者は,内頚動脈中心枝,中大脳動脈分枝についての研究を行ない,その成果を発表してきた(米国フロリダ大学脳神経外科およびNIH, Grant 10978-03).昭和62年度は,脳底動脈,後交通動脈,後大脳動脈の中心枝について,その数,親血管からの分岐する部位,潅流領域,分布の特徴等に関して,諸関連学会で発表してきた(脳卒中の外科国際シンポジウム,第8回ヨーロッパ脳神経外科学会,第15, 16, 17回日本神経放射線研究会,第11, 12回日本脳卒中学会総会,第45回日本脳神経外科学会総会).その結果を要約すると下記の様になる.1.脳底動脈からは20本の中心枝が分岐した.

その内訳は,下方1/3から5本,中1/3から8本,上方1/3から7本であった.下1/3の枝は盲管, VII, VIII神経,中1/3の分枝は矯正中,内側,外側, V神経に分布した.上1/3の枝は脚間窩,上小脳脚に分布した.2.後交通動脈は8本の分枝を有し,主に灰白隆起(5本),後有孔質(2本)に分布した.脳下垂体へは, 1本以下の枝が分布していた.3.後大脳動脈近位部(P-1)は, 4本の分枝を有し,そのうち3本が穿通枝で脚間窩に, 1本が回旋枝で四立体に分布していた.4.これらウィリス動脈輪の中心枝の検討の研究成果の一部は,「脳下垂体に分布する動脈の外科解剖(英文)として発表した.5.昭和63年度は,脳底動脈,後交通動脈,後大脳動脈の各々の分枝の潅流域に関して,注入鋳型標本等の方法を用いて,更に正確かつ詳細に検討したい.研究代表者は、脳血管障害の診断、治療に重要な脳血管の解剖、特にWillis動脈和前半部(内頚動脈、中大脳動脈等)の血管および中心枝(穿通枝)について臨床的な見地から検討し報告してきた(米国フロリダ大学およびNIH、Grant 10978-03)。63年度は、脳底動脈、後交通動脈、後大脳動脈等のWillis動脈輪後半部の中心枝について、その数、親血管から分岐する部位、灌流分布領域、分布の特徴等に関して臨床解剖学的に検討し、諸関連学会で発表してきた(脳卒中の外科シンポジウム、第8回ヨーロッパ脳神経外科学会、第15、16、17回日本神経放射線研究会、第11、12回日本脳卒中学会総会、第45、46回日本脳神経外科学会総会、第2回国際脳動脈瘤会議)。1.脳底動脈本幹には20本の中心枝が存在し、その直径は、平均0.40mmであった。その内訳は、下方1/3から5本、中1/3から8本、上方1/3から7本が分枝していた。下1/3の枝は盲管、VII、VIII神経、中1/3の分枝は橋正中内側、外側、V神経に分布した。上1/3の枝は脚間窩、上小脳脚に分布した。2.後交通動脈は8本の分岐を有し、主に灰白隆起(5本)、後有孔質(2本)に分布した。脳下垂体へは、1本以下の枝が分布していた。3.後大脳動脈近位部(P-1)は、4本の分枝を有し、そのうち3本が穿通枝で脚間窩に、1本が回旋枝で四丘体に分布していた。4.これら中心枝の検討の研究成果の一部は、「脳下垂体に分布する動脈の外科解剖(英文)」、「内頚動脈とその分枝の外科解剖」として、表出版した。今後の課題としては、脳血管撮影等で確認された中心枝の閉塞例と、MRI検査等により確められた病巣、すなわち分布領域の相関について、多くの臨床例を検討することが必要である。
セルフケアを促進する入院前患者準備教育を担う入院支援看護師の創生に関する研究

この研究は,手術患者のセルフケアを促進する入院前教育の効果を明らかにすることを目的とした。調査に回答が得られた全国のDPC/PDPS(Diagnosis Procedure Combination / Per-Diem Payment System)対象病院のうち,術前患者教育の専門部門を設置している病院は6.8%だった。手術患者の入院前教育の専門部門が設置されている病院で働く看護師たちは,患者教育の効果を高く評価し,入院期間の短縮化による患者への影響も少ないと評価していた。手術患者の入院前患者教育は,患者のセルフケアを促進する効果があると示唆された。全国DPC対象病院1447施設を対象とした入院前術前患者準備教育の実施状況についての実態調査の分析を進めた。術前教育を実施している専門部門の責任者および外来師長を対象とした調査では,回収数289(回収率20.0%),うち281を有効回答とした。術前教育の専門部門を設置しているのは39施設(13.9%)だった。平均在院日数は17.2±22.0,入院から手術までの平均日数は2.2±2.5だった。入院期間の短縮化による患者への影響は,5項目中3項目で有意差がみられ,専門部門設置施設の方が影響を低く評価していた。術前教育の効果については,5項目中4項目で有意差がみられ,専門部門設置施設の方が効果を高く評価していた。専門部門施設では入院期間の短縮化による患者のセルフケアの獲得への影響を低く評価しており,手術に対する準備だけでなく術後のセルフケアの獲得にも効果があることが明らかとなった。外科病棟の看護師長を対象とした調査では,回収数571,うち564を有効回答とした。外科291(51.8%),消化器外科106(18.8%),呼吸器外科41(7.3%),循環器外科102(18.1%)だった。平均在院日数は14.4±4.1日で,入院から手術までの日数は,外科1.9±1.4日,消化器外科1.9±1.7日,呼吸器外科2.0±0.9日,循環器外科2.8±1.7日で,循環器外科の日数が長い傾向だった(p<.001)。術前教育の効果については一様に評価が高い一方,入院期間短縮化による影響は「患者の身体的準備」「患者の不安の緩和」「手術についての理解」について呼吸器外科が他の病棟よりも低い評価で,入院期間短縮化の影響を最も受けていないことが明らかとなった。平成22年の年間平均在院日数は,一般病床で全国平均18.2日,最も短い神奈川県は,15.5日となった。手術を受ける患者であっても,入院から手術までの日数は12日が多く,手術についての説明は外来で実施されることが多い。胃がんは消化器のがんでは,罹患率が高く,胃切除術を受ける患者も多い。胃切除術を受けた患者は,術後,小胃症状やダンピング症候群などの胃切除後症候群を予防し,適切な食事摂取方法を身につけることが必要となる。そこで,胃切除術を受ける患者の入院前の看護を提供している外来看護師と入院後の看護を提供している病棟の看護師を対象に,どのような術前患者準備教育が必要かを明らかにする目的で,半構造化面接法による質的研究を実施した。対象施設は,消化器外科外来と入院病棟をもつ400床以上の病院で,4年以上の看護師経験をもち,消化器外科外来および病棟で1年以上勤務している看護師とした。インタビューの内容は、壮年期の胃切除術を受ける患者に対して,術前から食生活のセルフケアに対する準備教育をすることについて,外来でどのような教育を受けていると食事を開始するときに役立つか,それはどのような方法で教育するとよいと考えるかである。胃切除術を受ける患者であっても,手術後の食事についての具体的イメージを持っていないこと,入院中のスケジュールは示されても,患者は何を身に着けなければならないかを理解していないことがわかった。胃の働きや胃切除術についての一般的な内容や具体的な食事内容などについてのパンフレットを外来時から使用すること。本人にしかわからない自覚症状の対処方法を身に着けられるように,患者の症状をきき,アドバイスすることが有用であることが示された。そこで,病院ごとのクリニカルパス食事内容を反映した学習支援ツールを作成している。入院前術前患者準備教育の実態を明らかにする目的で,A県83施設を対象とした術前オリエンテーションの実施状況と外来・病棟との連携について調査を行った。47施設外来看護師122名,病棟看護師380名の回答があった。術前のオリエンテーション実施回数は,外来1.1±0.3回,病棟1.4±0.6回,実施時間は外来19.2±14.2分,病棟21.7±12.4分だった。

実施している内容は,外来・病棟共に入院,手術に必要な物品の説明が最も多く,次いで入院・手術までのスケジュールだった。術前(呼吸)訓練の実施状況は,外来では16.4%,病棟では55.0%だった。病棟と外来のオリエンテーション内容の共有は13.2%で,不足している内容のフィードバックも12.4%しか実施されておらず,外来と病棟との連携は図られていなかった。さらに,全国のDPC対象病院1447施設を対象に入院前術前患者準備教育における専門部門の設置状況および運営体制などについて調査を行った。看護部責任者を対象とした調査は,回収数323(回収率22.3%)だった。外来で術前オリエンテーションを実施しているのは231施設(71.5%)で,術前オリエンテーションを実施する専門部門を設けている施設は22施設(6.8%)だった。専門部門の運営母体は,看護部14(63.6%),手術室3(13.6%),麻酔科1(4.5%)だった。今後専門部門の設置を予定しているのは9施設(2.8%),構想中が38施設(11.8%),必要性は感じているが,具体的な検討はしていない施設が189施設(58.5%),必要性がなく開設予定なし61施設(18.9%)だった。術前患者準備教育を担う看護師の育成の必要性を10段階評価で求めたところ,専門部門を設置している施設の平均点は7.4±2.3,設置していない施設は7.3±2.1とどちらも必要性を高く評価していた。平成24年度は入院支援看護師による入院前患者準備教育のセルフケア促進に対する効果の調査を実施する予定であったが,パンフレットや動画などの教育支援ツールの作成が遅れたために,この調査の実施にいたっていない。平成23年度は,入院前術前患者準備教育の実態を明らかにする実態調査を終えた。さらに術前患者準備教育のための支援ツールの作成として,術前オリエンテーションや術前訓練などのパンフレットや動画を作成中である。さらに胃切除術を受ける患者を対象として,従来法によるセルフケア促進の効果について,調査に着手している。作成したパンフレットや動画などの教育支援ツールを用い,術前患者準備教育が手術や術後のセルフケア獲得にどのような効果をもたらすか,調査を行う。引き続き,入院支援看護師の活動について,調査を実施する。平成23年度に実施した全国のDPC対象病院の術前患者準備教育の実態調査を分析し,どのような教育内容が求められているのか,どのような体制で実施することが可能なのかを考察する。平成24年度は,作成したパンフレットや動画などの教育支援ツールを用い,術前患者準備教育を担う入院支援看護師が教育にかかわった場合の手術や術後のセルフケア獲得の効果を測定し,従来法と比較する。さらに術前患者準備教育を担う入院支援看護師の活動内容調査を実施する。平成25年度の研究費は主として下記の目的のために使用する。1動画視聴環境を整えるためのタブレット端末の購入。2術前患者準備教育の従来法との効果比較調査のデータ分析。3入院支援看護師の活動についての調査とデータ分析。平成24年度の研究費は,主として下記の目的のために使用する。(1)学習支援ツールとしてのパンフレット印刷,動画作成費用。(2)動画視聴環境を整えるためのタブレット端末の購入。(3)術前患者準備教育に関する研修を受講するための研修参加旅費,および研究成果発表のための旅費。(4)術前患者準備教育の従来法との効果比較のアンケート調査のデータ入力の謝金。
虚血再灌流後の肺高血圧危急発生機序に関する研究

昨年度は、肺灌流実験で実際の血管拡張物質(NOxとして測定)と血管収縮物質(endothelin-1, ET-1)についての定量を行った。20分の肺再灌流後、シャム群、シャント群の灌流液中NOxはともに増加したが、シャント群の方が増加量が有意に多かった(21.5±4.7μM vs 37.8±11.3μM, p<0.05)。NO合成酵素であるeNOS蛋白の肺内レベルはシャント群の方が多かった。エンドセリン-1の再灌流20分後の肺灌流液内レベルはシャント群で有意に高値であった(8.1±3.8pg/ml vs 34.2±11.8pg/ml)。ET-1の前駆体であるbig ET-1の肺組織内濃度はシャント群で有意に高値であった(31.8±4.2 vs 5.2±0.5)。シャム群、シャント群ともにNO、ET-1が増加していたが、再灌流時の肺血管抵抗増加はシャント群の肺のみであった。シャント群の肺ではNO産生も有意に増加してたにもかかわらず、再灌流時の肺血管抵抗増加をきたした原因について仮説を立てると、シャント群では容量負荷によるshare stressによる何らかの機構が関与して、肺血管床の再灌流時の酸化ストレスに対する反応性を増強すしているのではないかと考えられた。今後はその機構を容量負荷による肺血管膜脂質の変化による過酸化脂質産生増加が関与している可能性について検討する。予定していたシャントラットの条件設定は終了している。当初、予想していたシャント後4週の時点でのシャントモデルでは、モデル間で肺動脈圧、心重量で有意な差が出ており、まだ肺高血圧に関連する変化を起こしてる最中と考えられた。そのため、さらにシャント後8週モデル、シャント後12週モデルも作成し各郡で比較を行ったところ、シャント後8週のモデルとシャント後12週のモデルとでは、肺動脈圧、心重量で有意な差が認められず、シャント後8週たった時点で、肺への容量負荷がピークに達したと判断し、最終的にシャント後8週のモデルを肺潅流に使用することに決めた。さらに、シャント後8週のモデルではHematoxylin-Eosin染色でも組織学的な変化も認められたため、前述したとおりにこのモデルでの孤立肺潅流実験を行った。孤立肺潅流は、まずは虚血時間の設定のためにシャムモデルを用いて虚血時間を5分、10分、20分、30分、40分に設定して変化をみた。30分を超える虚血を施行した場合に、再灌流時の肺浮腫が有意に増加しており、30分以上の虚血については、肺組織に実質的なダメージを与えるものと考えられた。よって、虚血20分後に再灌流を開始するプロトコールを採用した。これで、シャムラット、シャントラットの両方で、虚血後再灌流実験を行い比較したところ、シャムラットでは再灌流開始後10-20分(平均で15分)で虚血前の肺動脈圧に復帰したが、一方のシャントラットの郡では再灌流後30分、40分経過しても肺動脈圧の高値が持続した。これによって、シャントによる肺容量負荷を加えたラットでは、虚血後再灌流を施行すると、肺動脈圧の上昇が持続することが分かった。予定していたシャントラットの条件設定は終了しており、当初の予想していたシャント後4週では差が出なかったため、さらに8週、12週でも比較を行い、最終的にシャント後8週のモデルを潅流に使用することとした。前述したシャントモデルの条件だしのためにやや時間がかかってしまった。その結果、ET-1、NOxの測定が終了できていないが、こちらも条件だしは完了しており、次年度早々に実測を行うことができる。

もともと予定していた肺潅流液内のET-1並びに肺潅流液内のNOx(NO2, NO3)の測定を行っていく。また、当初の予定であった、PH crisisモデルの確立のために2回の虚血を負荷する虚血後再灌流モデルのプロトコールを施行していく。また、追加の実験として、シャントモデルが細胞膜脂質に影響を与えていないかどうか検討をするための準備を進めていく予定。24年度にはNOxの測定が達成できておらず、まずはその測定のための試薬のの購入に充てる予定。
骨軟部腫瘍転移における自然免疫応答回避の分子メカニズム

本研究では滑膜肉腫が免疫監視機構をすり抜けて肺転移を成立させるメカニズムについて解析を行った。その結果、滑膜肉腫細胞に発現するMICA/BはTwist1の発現、低酸素環境、浮遊培養環境により発現低下し、これによりNK細胞による監視網をくぐり抜けていると考えられた。また、MICA/Bのタンパク質安定化にはN型糖鎖修飾が重要であり、MICA/Bの発現が消失している細胞株ではN型糖鎖修飾に重要な糖転移酵素の発現を伴っていた。滑膜肉腫はMICA/Bの発現を抑制する複数のメカニズムを併用してNK細胞による監視網を欺き転移を成立させていると推測された。本研究課題では滑膜肉腫細胞株を用いて、骨軟部腫瘍の転移を促進する分子メカニズムにフォーカスして解析を行っている。これまでに、Osteosarcomaの肺転移モデルから骨軟部腫瘍の転移を司る重要な因子としてTwist1の発現を見出している。滑膜肉腫細胞株においても転移が顕著に見られた患者から樹立されたYamato-SS株でTwist1は高発現しており、転移の殆ど見られなかった患者から樹立されたAska-SS株でTwist1はほとんど発現していなかった。これらのデータから、Twist1が骨軟部腫瘍の転移能を規定する重要な因子であると考え、その分子機能と生物作用について更に解析を行った。ヒトは免疫システムを持ちその中でNK細胞は腫瘍細胞のクリアランスに重要な働きを持つと考えられている。腫瘍化、放射線障害、化学物質暴露などでダメージを受けた細胞はNK細胞のNKG2Dに認識されるべくMICA/Bを細胞表面に提示する。Twist1をほとんど発現しないAska-SSではMICA/Bは高発言しており、Twist1を高発現しているYamato-SSではほとんど発現していなかった。Aska-SSにTwist1を過剰発現させたところ、MICA/Bの発現は顕著に低下したことから、Twist1はMICA/Bの発現に抑制的に働くと考えられる。更に、Twist1は骨・軟骨の分化過程で需要なSox9の発現を調整し、またSox9は滑膜肉腫においてVEGFの発現調節を担っていると推測される。更にTwist1は細胞運動の調節因子としても機能を有しており、これらのことを総合的に勘案すると、Twist1は免疫システム回避、血管透過性、細胞運動性を制御しながら転移に有利な特性を細胞に付与していると推測している。研究は当初の計画通りに進展している。ただし、2015年度中は日本がん転移学会の学会事務局として半年以上にわたって長時間拘束される日々が続き研究ペースが遅めに推移している。2016年度の前半は研究機関の異動と研究所新設の準備室の仕事があるため、引き続き研究ペースが遅めになることが見込まれている。これらについてはクリティカルな問題ではないが、研究機関の異動が済み次第、回復に努める。骨軟部腫瘍は若年齢層に発症ピークを示し、高頻度に肺転移を生じ、初診時に肺転移が見られた患者の予後は総じて悪い。肺転移の抑制が患者予後の改善に決定的なポイントと考えられるが、現在までに転移を抑制する手立ては見出されていない。当該研究では滑膜肉腫を標的モデルとして、転移を主導する分子の同定とそれらの分子が調節する転移メカニズムの解明に焦点を絞っている。これまでに、滑膜肉腫細胞株Aska-SSとYamato-SSで、Twist1がYamato-SSにのみ強く発現し、Yamato-SS細胞表面にのみ樹状突起が見られ、Yamato-SSのほうが低酸素や浮遊培養により効率的に生存および転移に関わる因子の発現上昇が見られ、それらの少なくとも一部はTwist1により制御されていることが明らかになった。一方、細胞性の自然免疫応答で働くNK細胞は腫瘍化した細胞が提示するMICA/B分子等を認識し、腫瘍細胞に対して細胞傷害性を示すが、Twist1を発現するYamato-SSではMICA/Bが発現しておらず、Twist1の発現が見られないAska-SSではMICA/Bが強く発現していることを見出した。Aska-SSに対して、レンチウイルスによりTwist1を過剰発現させたところMICA/Bの発現を抑制した。このことからTwist1はMICA/Bの発現調節を介して自然免疫監視をエスケープさせていると推測される。本研究ではTwist1の発現は低酸素環境下や浮遊培養環境下で強化されることを見出しており、転移におけるTwist1の様々な機能は一貫して転移成立の方向に作用していると考えられる結果が蓄積している。Twist1の機能抑制が転移抑制への近道であると考え、今後はTwist1の発現制御および薬剤による発現抑制、演繹的に転移抑制の足掛かりを探索したい。研究自体は順調に進んでいるが、平成28年度に大阪府立成人病センター研究所から野崎徳洲会病院附属研究所へと研究拠点が移動し、野崎徳洲会病院附属研究所が実質的に平成28年10月から稼働し始めたため、約半年間のブランクが生じた。骨軟部腫瘍は、発症例数自体は少ないものの若年齢層に好発し、高頻度に肺転移を生じるために予後不良となるケースが少なくない。骨軟部腫瘍が好発する若年齢層は免疫力が最も高まる時期とも重なることから、骨軟部腫瘍の遠隔臓器転移は何らかのメカニズムで免疫監視機構をエスケープしていると推測される。本研究では、滑膜肉腫細胞株を用いて、NK細胞によって認識される腫瘍側細胞表面分子MICA/Bに着目して、免疫監視機構をくぐり抜けるメカニズムについて解析を行った。

その結果、滑膜肉腫細胞のMICA/B分子はTwist1の発現により発現が抑制されること、低酸素環境下で発現が抑制されること、浮遊培養環境下(疑似CTC環境)で発現が抑制されることを見出した。これらの分子や環境要因は転移との関係が知られており、このことから転移促進はMICA/Bの発現を抑制することで免疫監視をすり抜け、遠隔臓器への転移を成立させていると考えられた。一方、MICA/Bの発現維持にはN型糖鎖修飾が重要であることがN型糖鎖修飾阻害剤処理実験から明らかとなった。MICA/Bがほとんど検出されない細胞ではMHC-Iの発現も消失しており、この細胞株ではN型糖鎖修飾に関連する分子の発現が低下していることを見出した。MICA/Bの発現を亢進する薬剤として非常に低濃度のHDAC阻害剤が滑膜肉腫細胞に対して有効であることを明らかにしたが、前述のN型糖鎖修飾分子が低下している細胞株ではmRNAの発現量はMICA/Bを安定的に発現させている細胞株と同程度まで上昇することを確認したがタンパク質としては非常に不安定であった。これらの結果から、滑膜肉腫細胞におけるMICA/Bの安定化にはN型糖鎖修飾が必須であり、糖鎖修飾経路の活性が低下することでMICA/Bの発現が消失し、転移促進に寄与していると推測された。本研究では滑膜肉腫が免疫監視機構をすり抜けて肺転移を成立させるメカニズムについて解析を行った。その結果、滑膜肉腫細胞に発現するMICA/BはTwist1の発現、低酸素環境、浮遊培養環境により発現低下し、これによりNK細胞による監視網をくぐり抜けていると考えられた。また、MICA/Bのタンパク質安定化にはN型糖鎖修飾が重要であり、MICA/Bの発現が消失している細胞株ではN型糖鎖修飾に重要な糖転移酵素の発現を伴っていた。滑膜肉腫はMICA/Bの発現を抑制する複数のメカニズムを併用してNK細胞による監視網を欺き転移を成立させていると推測された。今後の研究課題の推進方策について、予定通りにGain-of-function、Loss-of-functionのアプローチでTwist1の転移における分子基盤を明らかにするとともに、マウスモデルを用いたinvivoモデルでTwsit1によって付加された転移能獲得のための各機能の確認を行う。平行して、明らかにした分子基盤を元に転移抑制に効果が期待される薬剤についてスクリーニングを行い(既存の抗癌剤をはじめとする各種薬剤の転用も含む)、見出された薬剤の転移抑制効果を確認していく。本研究課題は、計画通りに推進するとともに今年度中に論文としてまとめ、投稿まで漕ぎ着けたいと考えている。分子腫瘍学日本がん転移学会の学会事務局としての用務が長時間拘束されたため、実験ペースが遅くなった。そのため当初計画よりも使用する物品などに余裕があったため次年度にくりこして使用することとした。平成28年度に研究拠点が大阪府立成人病センター研究所から野崎徳洲会病院附属研究所へと移動した。野崎徳洲会病院附属研究所は28年度10月より稼働し始めたため、半年間の研究ブランク期間が生じた。主にプラスチックウェアなどの消耗品を購入する予定。計上した予算はほとんどが消耗品関係である。予定通り消耗品関係の購入に当てる予定である。
高等学校における主権者教育に向けた労働法教育教材の開発

研究背景として、高校現場では選挙年齢引き下げを契機とした主権者教育の充実が喫緊の課題となり、また雇用形態など労働環境が激変したことにより、労働法教育も必須の課題となっている。これらに通低するものは、現実の諸課題に対して、生徒が主体的な学びができる教材開発の必要性である。研究の目的は、主権者教育にも資する労働法教材を開発し、それを広く発信・交流することでその教材の質を高め生徒の生きる力を育成するところにある。研究方法としては、政治学・労働法学・教育学に関する専門書購読とともにこれらに関する学会等に参加して作成する教材を学際的な知見に基づくものにした。またいわゆる法教育の手法を取り入れた研究授業(従業員代表制に触発された教材)を実施し、これを学会等で発表して検証することとした。研究成果としては、教室を公共の空間として授業実践する教育力の高さをまずあげることができる。つまり、自己の見解を単に論理的に表現したり他者の見解を批判的に分析したりするだけでなく、公共の空間として熟議したことは、自己の見解とは真逆であっても受容できる資質を育成できるのである。これは民主主義の形成者の資質として重要である。その際に法教育の手法である公平なものの見方、ルール変更手続き等の知見が有効であることも検証された。
GTP結合型低分子量GTPaseの細胞内局在の網羅的解析

各種Rasファミリー、Rhoファミリー分子の多重染色法に関しては、複数の結合ドメインについて異なるタグをもつプーローブを各種用意した。これらを用いてRasが活性化している癌細胞株などにおいて活性化部位の二重染色を行ない、活性化部位の詳細な検討を進めた。本研究で確立した内在性Rac1の活性化部位の可視化技術の組織への応用としては、まず骨格筋細胞におけるインスリン刺激に応答した糖取り込み誘導のシグナル伝達系におけるRac1の機能解析を進めた。昨年度までに未分化筋細胞株L6を用いて解析を進めてきたが、今年度は低血清濃度下で分化誘導した筋管においても、インスリン刺激した際の糖取込みの誘導において、Rac1の活性化が必要十分であることを示した。内在性Rac1の活性化部位の可視化技術を応用して、細胞表面のラッフル膜上でRac1の活性化が起こることを示した。細胞内部位特異的に活性化されたRac1によるトランスフェリン受容体および上皮増殖因子受容体のクラスリン依存性エンドサイトーシスの抑制機構についても昨年度に引き続き解析を進めた。本研究で開発したRac1の活性化部位の検出法を応用して、核周辺領域で活性化されるRac1が、受容体エンドサイトーシスを抑制する機構の解析を行なった。また、Rasファミリーの一種であるRap1を介するリンパ球のインテグリン依存性接着の制御系において機能するグアニンヌクレオチド交換因子(RA-GEF-2)の活性調節機構を検討した。さらに、この分子と類縁のRA-GEF-1が胎生期の血管形成に関与する可能性に関する検討を進め、RA-GEF-1ノックアウトマウスと野生型マウスの尿膜におけるRap1の活性化状態を比較、検討した。まず、活性型Rasを認識するプローブを開発し、このプローブを用いて、大腸癌細胞、肺癌細胞などにおいて、実際に内在性Rasの活性化部位の可視化に成功した。各種Rasファミリー、Rhoファミリー分子の多重染色法に関しては、複数の結合ドメインについて異なるタグをもっプローブを用意し、上記のRasが活性化している癌細胞株においてRac1とRhoAの活性化部位の二重染色を試みた。現在詳細な検討を進めている。一方、本研究で確立した内在性Rac1の活性化部位の可視化技術を骨格筋細胞に応用し、インスリン刺激に応答した糖取り込み誘導のシグナル伝達系におけるRac1の機能解析を行なった。筋細胞株L6をインスリン刺激した際の糖取込みの誘導において、Rac1の活性化が必要十分であることを示した。Rac1が活性化されている細胞内領域を解析したところ、細胞表面のラッフル膜上で起こることが明らかとなった。さらに細胞膜表面でのRac1の活性化を制御するグアニンヌクレオチド交換因子を同定し、その恒常的活性型は、インスリン刺激がなくても細胞膜表面のRac1を特異的に活性化し、単独で糖取り込み誘導に十分であることも示された。次に、細胞内部位特異的に活性化されたRac1によるトランスフェリン受容体および上皮増殖因子受容体のクラスリン依存性エンドサイトーシスの抑制機構についても解析を進めた。本研究で開発したRac1の活性化部位の検出法を応用して、核周辺領域で活性化されるRac1が、受容体エンドサイトーシスの抑制に関与することを示した。また、それを制御するグアニンヌクレオチド交換因子やその結合因子も同定し、詳細な調節機構を解析した。
3次元波浪砕波による波－構造物相互作用を経由した被災メカニズムの解明

本年度は申請者が開発した計測法による砕波水面形状計測をより多くの条件で行い、更なる考察を行った。崩れ波となるケースでは砕波直前の波峰部水面曲率は進行に伴い増加し、水面の限界形状に近づいて不安定が生じ砕波に至る。巻き波となるケースでも進行に伴い水面曲率が増加するが、砕波ごく直前に増加率が減少し限界形状より小さい曲率で砕波する。後者のケースでは砕波直前に波の前面勾配が急激に増加して非対称な波浪形状が発達し、波峰前後での圧力勾配の増加により前方に水塊が噴出する。以上二つの砕波過程は局所形状に起因するものであり、波一波相互作用や波一構造物相互作用を含む多様な環境での統一的な砕波限界の決定につながる重要な知見である。次に砕波後波峰方向に生じる水面変動のスケールを計測した水面形状から抽出した.砕波ジェット着水時に噴出する2次ジェットの高さおよび波長スケールはともに、斜面を駆け上がる波の加速度と重力加速度の比を示すSurf Similarity Parameterと正の相関がある。砕波初期は重力に起因する特殊なせん断場が形成されそれに応じた水面変動を生じるが、ボア形成後は相関がみられず水面変動の支配メカニズムが変化する。次に砕波後に噴出する多数のジェットの岸沖方向および波峰方向長さと岸沖方向速度を抽出し、水面下の渦が支配的で岸沖方向にスケールが大きく変化する大規模ジェットと、表面張力に起因し岸沖方向にほとんどスケールが変化しない小規模ジェットの2種類が形成されることを明らかにした。ジェットを水面に生じる乱れと捉え岸沖方向のスケール遷移をみることで、水面変動の支配メカニズムの遷移を説明可能となる。水面は水面下の流れ場を反映するとともにその圧力場を支配するものであり、砕波後の水面遷移についで本研究で取得した新たな知見は砕波波浪の海岸構造物への波圧特性を評価する上で極めて重要なものである。砕波後に発達する大小様々な渦は水面形状を複雑かつ3次元的に変形させると共に,水面下では流体力を局所的に修正する.砕波波浪が海岸構造物に衝突した際に生じる波圧やその分布の特徴を知るには砕波後に発達する渦のスケールや強度を定量的に評価することが不可欠である.またこれらの渦スケールや強度およびその変動特性は砕波直前の水面形状遷移に依存するものであり,砕波形態を特徴づける水面形状パラメータを決定する必要がある.しかしながら複雑な砕波下の流れ場や水面形状を計測する手法が確立されていないため,十分にその調査が行われこなかった.一方で研究代表者は,プロジェクターから照射するカラーパターンの水面における反射光をデジタルカメラで撮影することで瞬時の3次元水面形状を取得する新たな画像計測法を前年度までに開発済みである.本年度はこの水面形状計測法により初めて取得可能となる砕波水面形状遷移から,砕波前後の水面変形の特徴について定量的に評価を行った.一様な海底勾配を持つ造波水路において規則波の砕波点直前から汀線付近までの砕波水面形状を水路上方に設置したプロジェクターと高速度ビデオカメラで計測した.以下の主要な結果は未解明な点の多い砕波現象について新たな知見を与えると共に,砕波が構造物へ与える波圧やその分布特性の評価につながるものである.1.砕波直前の波峰部水面曲率は崩れ波では時間にほぼ比例して増加する一方,巻き波では砕波に近づくにつれ急速に増加する.水面曲率の変化速度は砕波後のジェット形成速度・規模を表し,その後の乱流形成に大きく関わるものである.2.砕波後,崩れ波では浅い変形が多数初期段階に発生し,これが間隔の広い大きな変形に発達した後徐々に変形が浅くなる.巻き波では着水点から大規模な変形が広い間隔で発生し,繰り返すスプラッシュに伴い変動スケールが上下しながら浅く間隔の狭い変形に遷移する.本年度は申請者が開発した計測法による砕波水面形状計測をより多くの条件で行い、更なる考察を行った。

水面は水面下の流れ場を反映するとともにその圧力場を支配するものであり、砕波後の水面遷移についで本研究で取得した新たな知見は砕波波浪の海岸構造物への波圧特性を評価する上で極めて重要なものである。砕波波浪による海岸構造物の破壊メカニズムを解明する上で必要な砕波による水面変動スケールを実験から計測することに成功しており,砕波形態の異なる複数のケースについて水面変動スケールおよびその変動の特徴を定量的に評価することができている.また砕波形態を特徴づける水面形状パラメータに関する調査も進んでおり,本年度得られたこれらの成果と今後行う数値計算結果を合わせることで砕波波浪による構造物の破壊メカニズムを評価することができる.今後は,現在までに研究代表者の所属する研究グループにおいて開発されている3次元砕波乱流数値シミュレーションコードにAdaptive Mesh Refinement(AMR)を導入する.AMRは動的に計算グリッドを分割・結合し効率よく高解像計算を実行するものであり,これを導入することにより可能となる砕波の高速・高解像計算により詳細に砕波乱流形成過程を再現する.再現計算結果の水面形状と本年度行った砕波水面形状計測の結果を比較することで計算精度の検証を行う.計算により明らかになる砕波下の流れ場および圧力場についてその特徴を評価すると共に,砕波波浪による波力の構造物への作用過程を調査する.
肝炎ウイルスの点突然変異による薬剤耐性獲得の検出系の開発

本研究ではまず、lamivudine耐性B型肝炎ウイルスのpolymerase chain reaction(PCR)を利用した検出方法を開発し、ついで、それを改良した。最初に開発したPCR-RFLPによる検出方法で、耐性株の出現をHBV DNAの上昇よりも3-4ヶ月早期に検出することができた。さらに、YVDDのアミノ酸配列を有する変異株の検出において、野生株との混合状態であるとの誤判断をする可能性があったが、1st PCRのprimerの濃度を下げることにより、この誤判断を回避することが出来るようになった。これらの検出法を利用することにより、YMDD motifにmut ationを有する変異株が1年前後から出現し始めることが明らかとなった。投与開始前の血清からは、YMDD motifの変異株は1例も検出されなかった。初期の検討では、lamivudine耐性株が年々増加し、lamivudine単独投与の治療では限界があると考えられたが、3年目以降は耐性株の出現が認められなくなった。最終的な累積変異株出現率は47.6%、HBV DNAの再上昇率は42.8%、肝炎の再燃率(GPTの再上昇率)は36.7%であり、約半数の症例ではlamivudine単独でも十分な効果がみられることが明らかになった。また、キャリアからの重症化例においては、耐性株が通常の経過例と比較して出現しにくいことも明らかになった。今後さらに、長期投与例や、重症化に対してlamivudineを投与した症例の臨床経過とウイルス学的な変化について検討を重ねてゆく必要がある。また、インターフェロン投与を併用した症例において、YMDDの変異株の出現が抑制されていないかどうかについても検討を加える予定である。平成10年度には、lamivudine耐性B型肝炎ウイルスのpolymerase chain reaction(PCR)を利用した検出方法を開発した。その検出法は、PCRの反応を行う際に、YMDDの変異株が有する配列であるYIDDあるいはYVDDの配列のみに制限酵素認識部位が導入されるようにPCRのprimerをデザインし、PCRの反応後に制限酵素で切断し、そのパターンにより変異株を同定する方法である。さらに、変異株の検出の感度をあげるために、1stPCRにおいて、野生株のみに上記とは別の制限酵素認識部位が導入されるようにprimerをデザインし、1stPCR後にその制限酵素でproductを切断し、変異株のみが特異的の増幅されるように工夫した。この方法によって、変異株の検出率を10-1000倍高めることができた。また、HBV DNAが血中で増加する3-6ヶ月前にすでに変異株が増殖を開始していることを検出することができた。しかし、投与開始前の血清からは、変異株は1例も検出されなかった。この事実が、変異株がlamivudine投与中に点突然変異により生じる可能性を示唆するが、さらに検出感度を上げてみれば、投与前の血清からも検出される可能性もあり、さらに検討を要すると考えられた。現在20例のlamivudine投与例のうち、7例に変異株が検出されており、lamivudine単独投与の治療では限界があることを示していると考えられた。平成10-11年度には、lamivudine耐性B型肝炎ウイルスのpolymerase chain reaction(PCR)を利用した検出方法を開発し、それを改良した。これまで用いていた方法では、YVDDのアミノ酸配列を有する変異株の検出において、野生株との混合状態であるとの誤判断をする可能性があったが、1st PCRのprimerの濃度を下げることにより、この誤判断を回避することが出来る可能性があると考えさらに検討を行っている。これまでに構築した高感度の検出法を利用することにより、YMDD motifにmutationを有する変異株が1年後には20%以上の症例で既に出現していることが明らかになった。

投与開始前の血清からは、YMDD motifの変異株は1例も検出されなかった。さらに検出感度を上げてみれば、投与前の血清からも検出される可能性もあり、このような可能性について、さらに検討を要すると考えられた。現在20例のlamivudine投与例のうち、7例に変異株が検出されており、lamivudine単独投与の治療では限界があることを示していると考えられた。今後さらに、長期投与例や、重症化に対してlamivudineを投与した症例の臨床経過とウイルス学的な変化について検討を重ねてゆく予定である。また、インターフェロン投与を併用した症例において、YMDDの変異株の出現が抑制されていないかどうかについて、検討を加える予定である。本研究ではまず、lamivudine耐性B型肝炎ウイルスのpolymerase chain reaction(PCR)を利用した検出方法を開発し、ついで、それを改良した。最初に開発したPCR-RFLPによる検出方法で、耐性株の出現をHBV DNAの上昇よりも3-4ヶ月早期に検出することができた。さらに、YVDDのアミノ酸配列を有する変異株の検出において、野生株との混合状態であるとの誤判断をする可能性があったが、1st PCRのprimerの濃度を下げることにより、この誤判断を回避することが出来るようになった。これらの検出法を利用することにより、YMDD motifにmut ationを有する変異株が1年前後から出現し始めることが明らかとなった。初期の検討では、lamivudine耐性株が年々増加し、lamivudine単独投与の治療では限界があると考えられたが、3年目以降は耐性株の出現が認められなくなった。最終的な累積変異株出現率は47.6%、HBV DNAの再上昇率は42.8%、肝炎の再燃率(GPTの再上昇率)は36.7%であり、約半数の症例ではlamivudine単独でも十分な効果がみられることが明らかになった。また、キャリアからの重症化例においては、耐性株が通常の経過例と比較して出現しにくいことも明らかになった。今後さらに、長期投与例や、重症化に対してlamivudineを投与した症例の臨床経過とウイルス学的な変化について検討を重ねてゆく必要がある。また、インターフェロン投与を併用した症例において、YMDDの変異株の出現が抑制されていないかどうかについても検討を加える予定である。
グローバルCO_2リサイクルのための新触媒および新電極の創製

本研究は砂漠での太陽エネルギー発電、砂漠最寄りの海岸での海水電解による水素生成、水素とCO_2の反応によるメタン生成、メタン輸送・使用・CO_2回収からなるグローバルCO_2リサイクル・プロジェクト実現のための鍵となる材料である触媒および電極をアモルファス合金を前駆体とする触媒ならびにアモルファス合金および酸化物電極として創製し、その性能と耐久性向上を目指したものである。アモルファスNi-Zr合金リボンを前駆体とした触媒はCO_2のメタン化反応に対して高い活性を示す。これにSmを添加した合金からの触媒は、正方晶ジルコニアが安定化し、表面金属Niの分散度が高くなり、さらに活性の向上が見られた。ガスアトマイズ法により作製したNi-Zr合金急冷凝固粉末から作製した触媒は従来の含浸法触媒よりも高活性を示すが、アモルファスリボン触媒より低活性であった。Smを5at%添加することにより高活性を実現できた。スパッター法で作製したNi-MoおよびCo-Al-Mo合金電極は水素発生反応に対して高い活性を示した。また、下地と堆積膜の密着性が良好なアークイオンプレーティング法により作製したNi-(1020)at%Mo-(510)at%O合金電極は電流密度4×10^3A/m^2での水素過電圧が100mVより低く、耐久性も高かった。アノード電着によりMoを含むMnO_2型酸化物をTiに被覆した電極は100%の酸素発生効率を示すアノード電極の創製に初めて成功した。この電極は6価のモリブデンを固溶したγ-MnO_2構造をとり、化学的に均一なナノ結晶を形成することにより高選択性を示す。また、Moの添加はMnO_2の塩素発生に対する活性を著しく低下させ、さらにMoとWを複合添加することで電極電位の減少と耐久性向上を実現した。アモルファスNi-Zr合金リボンを酸化還元処理して得られるジルコニア担持ニッケル触媒が二酸化炭素のメタン化反応に対して高い活性を示すのは準安定な正方晶ジルコニアの存在によることが明かとなった.そこで,この正方晶ジルコニアを安定化させる効果をもつ希土類元素のサマリウム(Sm)および,希土類元素の混合物であるミッシュメタル(Mm)を添加したアモルファスNi-Zr-Sm,Ni-Zr-Mm合金リボンを作製し触媒特性を評価した.結果,サマリウム含有触媒に大きな活性向上が見られ,これはサマリウム添加により正方品ジルコニアが安定化され,さらにこの反応の活性サイトである表面金属ニッケルの分散度が高くなった為とわかった.ミツシュメタル含有触媒においてもサマリウム含有触媒には劣るもののNi-Zr二元系合金触媒より活性の向上がみられた.スパッター法で作製したNi-MoおよびCo-Al-Mo合金電極は水素発生反応に対して高い活性を有するが、高温濃厚NaOH中でMoの一部をあるいはAlの溶出による比表面積増大により、さらに活性は向上した。IrO_2を被覆したTi上にアノード電着によりMoを含むMnO_2型酸化物を被覆した電極は100%の酸素発生効率を示し、塩素をまったく発生せず酸素のみの発生が可能なアノードの創製に初めて成功した。この電極は6価のマンガンを固溶したγ-MnO_2構造をとり、Mn^<4+>とMo^<6+>が電子的に相互作用を及ぼす化学的に均一なナノ結晶を形成することによって高選択性を示すことがわかった。また、Moの添加はMnO_2の塩素発生に対する活性を著しく低下させる効果があることが明らかになった。これまでに、液体急冷アモルファスNi-Zr合金リボン触媒が高活性であることを見い出している。

そこで今回は大量生産に有効なガスアトマイズ法によりNi-Zr,Ni-Zr-Sm合金急冷凝固粉末を作製し、その触媒能を評価した。Ni-40Zr合金粉末触媒は従来の含浸法触媒よりも高活性を示すが、アモルファスNi-40Zrリボン触媒より低活性であった.これは合金凝固時に生成される強固なジルコニア皮膜によって酸化処理中に酸化が十分に進まず、ジルコニア担持ニッケル触媒が生成されなかったためであった。そこでサマリウム5at%添加することにより酸化を促進させジルコニア担持ニッケル触媒の生成を促し、二酸化炭素のメタン転換率85%の高活性を実現できた.スパッター法で作製したNi-Mo合金は高温濃厚NaOH中で水素発生反応に対し高い活性を有するが、合金層の剥離により耐久性が低下するという問題があった。そこ下地と堆積膜の密着性が良好なアークイオンプレーティング法を用いてニッケル基板上にNi-MoおよびNi-Mo-Oを蒸着させ、電極を作製した。その結果少量の酸素を含むNi-Mo合金電極は高い活性と耐久性を有することが判明した。最適組成はNi-(10-20)at%Mo-(5-10)at%Oであり、電流密度4x10^3A/m^2での水素過電圧は100mVより低い。IrO_2を被覆したTi上にアノード電着によりMoあるいはWを含むMnO_2型酸化物を被覆した電極は塩素をまったく発生せず酸素のみの発生が可能であることを既に見い出しているが、さらに電極電位を減少させたり、耐久性を増大させる必要がある。そのため、MoとWを複合添加しこれらの改善を試みた結果、複合添加が有効であることが分かった。これまでに、液体急冷アモルファスNi-Zr合金リボン触媒が二酸化炭素の水素化によるメタン生成反応に対して高い活性を示すことを見い出し、昨年度は大量生産に有効なガスアトマイズ法によるNi-Zr合金およびNi-Zr-Sm合金の急冷凝固粉末を作製し、それらの触媒能を評価した。その際、Ni-40Zr合金粉末触媒は従来の含浸法触媒よりも高活性を示すが、アモルファスNi-40Zrリボン触媒より低活性である問題が生じた。本年は特にこの問題の解決に必要と考えられる触媒形成過程の機構の基礎的解明に関わるアモルファスNi-Zr合金およびアモルファスNi-Zr-Sm合金の酸化過程の検討を行った。酸化生成物を制御すべく、数種類の組成の合金を作製し、Ni含有量およびSm含有量の関数として酸化挙動を詳細に調べた。Ni-Zr合金の500°Cの大気中における酸化速度はNi含有量の高い合金の方がZr含有量の高い合金より大きく、またSm添加により、酸化速度はさらに上昇した。Ni-Zr合金を酸化した場合は、NiOの他に、準安定相である正方晶ジルコニアと安定相の単斜晶ジルコニアが生じた。正方晶ジルコニアの割合は、合金中のNi含有量の増大と共に増大した。正方晶ジルコニアの結晶粒径は12nmより小さく、正方晶が安定に存在できるサイズであった。Smを5at%以上添加した場合には、単斜晶相は出現しなかった。Niの効果は細かく分散したNiOがジルコニアの結晶粒成長を妨げるものと推察した。また、Smはそれ自身の酸化物によるX線回折は示さないことから、ジルコニア結晶中に固溶し、価数が小さいために、正方晶相を安定化したものとの結論を得た。
3Dプリンティング迅速成形法による組織再生・欠損補填用材料の創製

骨欠損部補填物や骨再生用足場材料としてバイオセラミックが応用されているが,任意の形状の欠損部補填物や足場材料にバイオセラミックスを成型することは容易ではない.より効率的な自由形状の造型法として3D Printingに代表されるRP法は極めて有望である。しかし,市販の3D Printing装置は石こうを材料としておりバイオセラミックの代表であるアパタイト(HAp)の造型は行えない.しかし,石こうは骨欠損部充填材料として用いられ,リン酸アンモニウム処理でHApに転化することも可能である.そこで,市販の3D Printing装置(Z403,ZCorp)を用い,普通石こうを造型粉末として用い,足場材料として応用することを考慮してマクロ孔構造を持つ試料を3DP法によって造型した.そして,それをリン酸アンモニウム処理して,HApへの転化を試み,X線回折により検証を行った.その結果,造形後の石こう二水塩の試料を処理した場合は,そのピークが残り,ほぼHApに転化するのには12時間を要した.一方,造形後加熱処理して半水塩とした石こうでは処理4時間後にはほとんどHApのピークになった.半水塩の溶解度が二水塩より高いことまた、造形体が多孔質であることがHApへの転化を促進したものと考えられる.しかし,造形体圧縮強度は1MPa程度と低かったので,加熱焼結による強度の向上を試みた.1150°Cで3時間焼結したところ,強度が倍の2MPa程度に増加したが,X線回折の結果HApはβ-TCPのピークに変化していた.一方,純粋HApをこの条件で熱処理してもβ-TCPには変態しなかった.これは,試料中に残留したリン酸アンモニウムによりPの濃度が増加し,Ca/P比の低いβ-TCPに変態したためと考えられ,本方法で生分解性の点でHApより優位なβ-TCPに容易に変態させることができることもわかった.骨欠損部補填物や骨再生用足場材料としてバイオセラミックが応用されているが,任意の形状の欠損部補填物や足場材料にバイオセラミックスを成型することは容易ではないが,より効率的な自由形状の造型法として3D Printingに代表されるRP法は極めて有望である.しかし,市販の3D Printing装置は石こうを材料としておりバイオセラミックの代表であるアパタイト(HAp)の造型は行えない.しかし,石こうは骨欠損部充填材料として用いられ、リン酸アンモニウム処理でHApに転化することも可能である.そこで,市販の3D Printing装置(Z403,ZCorp)を用い,石こうにHApを1030%混合した粉末による造型と,熱処理による圧縮強さの改善を試みた.その結果,HApを30%まで添加しても,円柱状の試料を成型することができた.しかし,HApの増加に従い,成型体エッジ部の形状は鈍化した.加熱によって試料は大きな体積収縮を示し,1150°Cでは収縮率は70%程度となった.3D Printing法による成型体が多孔質であるため大きな収縮を示したと考えられる.成型体のX線回折による結晶構造解析ではHApの増加に伴い,CaSO_4・2H_2Oのピークに加えHApのピークが増加し,1150°Cに加熱した試料では,CaSO_4無水塩のピークとHApのピークが見られた.成型体の圧縮強さは造型した状態ではHApの増加とともに低下した.これはバインダーとなる石こうの減少によると考えられる.800°Cに加熱すると試料の圧縮強さは極端に低下した.石こうのCaSO_4無水塩への変化とともに結合力が低下したと思われる.1000°C1150°Cに加熱すると圧縮強さの増加が見られ,HApの濃度10%が最も高かった.これは粉体同士の焼結が始まったこと,およびHApが多すぎると造型時の結合強さが低くなるためと考えられる.これらから1020%程度のHApの添加が強さの増加に有効であると考えられた.骨欠損部補填物や骨再生用足場材料としてバイオセラミックが応用されているが,任意の形状の欠損部補填物や足場材料にバイオセラミックスを成型することは容易ではない.より効率的な自由形状の造型法として3D Printingに代表されるRP法は極めて有望である。しかし,市販の3D Printing装置は石こうを材料としておりバイオセラミックの代表であるアパタイト(HAp)の造型は行えない.しかし,石こうは骨欠損部充填材料として用いられ,リン酸アンモニウム処理でHApに転化することも可能である.そこで,市販の3D Printing装置(Z403,ZCorp)を用い,普通石こうを造型粉末として用い,足場材料として応用することを考慮してマクロ孔構造を持つ試料を3DP法によって造型した.そして,それをリン酸アンモニウム処理して,HApへの転化を試み,X線回折により検証を行った.その結果,造形後の石こう二水塩の試料を処理した場合は,そのピークが残り,ほぼHApに転化するのには12時間を要した.一方,造形後加熱処理して半水塩とした石こうでは処理4時間後にはほとんどHApのピークになった.半水塩の溶解度が二水塩より高いことまた、造形体が多孔質であることがHApへの転化を促進したものと考えられる.しかし,造形体圧縮強度は1MPa程度と低かったので,加熱焼結による強度の向上を試みた.1150°Cで3時間焼結したところ,強度が倍の2MPa程度に増加したが,X線回折の結果HApはβ-TCPのピークに変化していた.

一方,純粋HApをこの条件で熱処理してもβ-TCPには変態しなかった.これは,試料中に残留したリン酸アンモニウムによりPの濃度が増加し,Ca/P比の低いβ-TCPに変態したためと考えられ,本方法で生分解性の点でHApより優位なβ-TCPに容易に変態させることができることもわかった.