関数解析学の応用に関する研究

(1)

【理工学研究部】

関数解析学の応用に関する研究

応用関数解析チーム（課題番号：０９５００２）

研究期間：平成２１年４月１日〜平成２４年３月３１日

研究代表者：黒瀬秀樹研究員：井上淳、高倉真由美、中岡史絵

上記研究課題の下で行った調査・研究の内容を以下に述べる。

１．ウェーブレットと

Cuntz

環の関係について研究を行った。実数の集合

R

上の二乗可積分関数全体のなすヒルベルト空間

L^２

（R）において、スケーリング数

N

のスケーリングユニタリ作用素

U

を考える。スケーリング数

N

のウェーブレットによる任意の多重解像度解析に対して、Cuntz 環

ON

の２つの表現｛（S

i

），l （N

^２０

）｝と｛（V

i

），L （T）

^２

｝が存在して、スケーリング作用素

U

は（S

i

）と（V

i*

）のテンソル積に分解できる。ここで、N

０

は０以上の整数の集合、T は１次元トーラス

R/Z

である。

２．ある種のフラクタル図形については、ウェーブレットと関連があり、それに付随するヒルベルト空間と多重解像度解析を構成できることがわかっている。これについても、スケーリングユニタリ作用素

を

Cuntz

環

ON

の２つの表現のテンソル積の形に表

すことができる。カントール集合

C

を例にしてこれを述べると、C + N 上のハウスドルフ測度に関して二乗可積分である関数全体のなすヒルベルト空間

H

において、スケーリングユニタリ作用素

U:f→２^１／２ f（３・）はCuntz

環

O３

の２つの表現（S

i

）と（V

i*

）のテンソル積に分解できることがわかる。また、それに付随してウェーブレットによるヒルベルト空間

H

の正規直交基底が構成できる。

３．ウェーブレット関数については、マルチウェーブレット等新しいものが定義され、いろいろな応用のされかたをしている。新しいウェーブレットを構成する方法に関する研究も重要である。この方向で次のような研究を行った。スケーリング関数

s

とウェーブレット関数

w

に対して、R 上の可積分関

数

f

がある条件を満たすとき、f による合成積

s^＊f，

w^＊f

は新しいスケーリング関数とウェーブレット関数を定める。可積分関数

f

を変えることで構成されるウェーブレット関数の性質についても調べた。

４．フラクタル図形の重要なクラスに、縮小変換の族から構成される自己相似集合がある。その一般化である部分自己相似集合について研究をすすめた。

部分自己相似集合

K

は有限個の部分集合

Ki

に分解され、それらのミニチュアで

K

が構成されるものである。部分自己相似集合に対して、ある種のグラフを対応させることで、その構成法を調べた。また、

部分自己相似集合のいくつかの例で、付随するグラフを用いてハウスドルフ次元の計算を行った。

５．C

^＊

‐代数の非可換微分構造については、Blacka-

dar

と

Cuntz

が

differential seminorm

の概念を定義し、

l^１

‐

summability

の仮定の下での研究がすでにあった。

井上等は

l^１

‐

summability

の仮定なしで、微分ノルムによって定義された微分

Fréchet

代数のスムーズ性について調べ、非可換スムーズ部分代数のクラスを構成し、非可換微分構造（スペクトラル不変性、

func- tuinal calculus、K

‐理論等）を研究した。さらに、非可換微分幾何学に現れる

Arveson

の極限代数と

Connes

の極限代数の構造を調べた。またこれとは

別に、量子物理で考えられている

commutation rela- tion

の一般化である

weak commutation relations

の概念を定義し、それらのスペクトル等を研究した。

【研究業績】

１．F. Bagarello, A. Inoue and C. Trapani, Weak com-

mutation relations of unbounded operators and ap- plications, to appear in J. Mathematical Physics

２．M. Fragoulopoulou, A. Inoue and M. Weigt, Tensor

―２６―

(2)

products of unbounded operator algebras, to appear in Rockey Moun. J. Math.

３．S-J. Bhatt, A. Inoue and H. Ogi, Differential struc-

tures in C*-algebras, J. Operator Theory, Vol 66, 2011, 301-334

―２７―

(3)

【理工学研究部】

微生物を用いた環境汚染物質分解技術の開発研究

バイオレメディエーション研究チーム（課題番号：０９５００５）

研究期間：平成２１年４月１日〜平成２４年３月３１日

研究代表者：鈴木慎也研究員：平田修

【研究成果】

本研究チームは、かつて除草剤が使用されていた水田土壌およびその跡地を対象に、物理化学的処理と比較して安価なバイオレメディエーション（生物的修復）という技術に注目し、土壌中のダイオキシン類分解技術の開発を目指すものである。ダイオキシン類は、その強い毒性や環境中での蓄積性などから社会的関心の高い物質である。その化学構造の安定性から一度環境中に拡散すると土壌や底質へ蓄積されるなど、長期に亘る環境汚染をもたらす物質の一つであり、生体内で蓄積したダイオキシン類は濃縮され、催奇形生や発癌性などの慢性毒性があることが知られている。残存しているダイオキシン類の多くは焼却由来のものだけでなく、むしろ１９６０年代から１９７０年代にかけて除草剤として使用された

PCP

や

CNP

に含まれるダイオキシン不純物が占める割合の方が高いと考えられている。本研究では、

白色腐朽菌

Phlebia brevispora TMIC

３３９２９を用いたバイオレメディエーションによるダイオキシン類の有効な浄化法の確立を目指した。

既往の研究結果により、黒ぼく土をはじめとする有機質土壌には何らかの阻害成分が含まれており、

それが

Kirk

液体培地と呼ばれる栄養源培地によって抽出され、結果として著しく分解率が低下することが課題として挙げられていた。本研究チームでは、

阻害成分の特定及び阻害メカニズムについてまだ解明出来ていない現状を踏まえ、以下の検討を行った。

なお、阻害の種類としては、吸着阻害、競合阻害、

増殖阻害等が考えられるが、本研究では「増殖阻害」

に注目し、検討を進めた。

１）まず、塩素置換数による分解率の違いを明らかにした。２，７‐

DCDD

を対象とした分解実験では、土壌成分を添加しない液相培養条件下に

おいて、１４日間で７１．３％の分解率に対し、黒ぼく土を添加した固相培養条件下では、３６．８％に低下することが確認された。ただし、

１，３，６，８‐

TCDD

を対象とした場合、液相培養条件下において３０日間培養を行っても分解率は３１．８％に過ぎず、黒ぼく土を添加すると分解率１．１％と、著しく分解が阻害されることが確認された。

２）続いて液固比の設定条件による阻害影響を明らかにした。微生物は一般に含水率の高い環境条件において高い活性を有する。特に、水分添加量を増加させることで生物利用性（バイオアベイラビリティー）を向上させることが可能である。水分添加量を増加させ、その分解促進効果を明らかにした。水分添加量の低い条件下においては、土壌成分による阻害影響を大きく受け、

著しく分解率が低下することが確認された。ただし、その要因には酵素分解活性の低下、土壌成分による吸着阻害、腐朽菌の増殖阻害など、

多くのメカニズムが推測され、必ずしも阻害影響の詳細を把握できていなかった。

３）そこで、対象土壌である黒ぼく土に対し、予め

Kirk

液体培地、純水による前洗浄処理を施し、

その「抽出液」を添加した上で分解実験に供した。前洗浄としては、各種溶媒を用いて液固比６で２４時間の振とう処理を施し、３，０００

rpm、

１０分間で遠心分離に供したのち、ろ液を添加した。その結果、Kirk 液体培地のみならず、純水による抽出液についても分解に対する阻害作用があること、分解率と低下と同程度の菌体増殖抑制作用があることが確認された。各実験条件に対し、菌体量あたりの分解率を確認したところ、土壌添加のない液相培養条件を含め、全てにおいて２００（ng ‐２，７‐

DCDD／!

‐

Fungi）

―２８―

(4)

程度の分解量を示していることから、純水によって抽出される阻害成分には、菌体に対して増殖阻害を引き起こすものであることが確認された。また、黒ぼく土に含まれる成分が菌体増殖に対し阻害的に作用するのは、全阻害要因のうち５割程度の寄与率を示すことが明らかになった。

４）さらに、Sep ‐

Pak Plus CSP

‐ ８００を用いて、抽出液の分画を行った。CSP ‐ ８００（Waters 社製）は、

三菱化成製

MIC

ゲル

CSP

‐ ８００樹脂をカートリッジに充填しており、極性が非常に高い物質以外の幅広い有機物を効率的に吸着するものである。この

CSP

‐ ８００を用いて抽出液を無機物を主体とする溶解性成分、有機物を主体とする不溶解性成分に分画した。その結果、阻害作用が見られるのは、主に溶解性成分によるものが主体であることが明らかになりつつある。溶解性成分には無機物のみならず溶解性の有機物も含有している可能性があり、これら阻害成分の性状等を分析していくことが今後の課題である。

【研究業績】

１）Shinya Suzuki, Ayako Tachifuji, and Yasushi Mat-

sufuji: Growth inhibition by soil components for degradation of dioxins using white rot fungus, Pro- ceedings, Sardinia 2011. Thirteenth International Waste Management and Landfill Symposium, CD- ROM, Oct. 2011.

２）河島弘治・鈴木慎也・松藤康司・立藤綾子：ダイオキシン類の微生物分解に及ぼす土壌成分の阻害影響、平成２３年度廃棄物資源循環学会九州支部研究ポスター発表会、２０１１年５月。

３）尾形裕・鈴木慎也・松藤康司・立藤綾子：ダイオキシン類の微生物分解に及ぼす土壌成分の阻害影響、平成２３年度廃棄物資源循環学会九州支部研究ポスター発表会、２０１０年５月。

４）小拂美穂・鈴木慎也・松藤康司・立藤綾子・近藤隆一郎・森智夫：ダイオキシン類の微生物分解に及ぼす土壌成分の影響、第２１回廃棄物資源循環学会研究発表会講演論文集、pp．６０９ ‐ ６１０，２０１０年１１月。

５）Miho Kobarai, Shinya Suzuki, Yasushi Matsufuji,

Ayako Tachifuji, Toshio Mori, Ryuichiro Kondo:

Remediation of Dioxin-Contaminated Soil using White Rot Fungus, Proceedings of The 12th Korea- Japan Joint International Session, Korea Society of Waste Management, pp.125-127, 2010.

―２９―

(5)

【理工学研究部】

口腔外科における高精度で実用的な術後評価方法の提案と手術の最適化

口腔外科手術の最適化チーム（課題番号：０９５００６）

研究期間：平成２１年４月１日〜平成２４年３月３１日

研究代表者：森山茂章研究員：古田治彦（平成２３年３月３１日まで）、喜多涼介・吉村一朗（平成２２年４月１４日から）、金孝鎮・瀬戸美夏（平成２３年４月１日から）、坂本裕紀（平成２２年３月３１日まで）

【はじめに】

歯科口腔外科における顎変形症治療には、術前後の骨格形態や骨格安定性の評価が不可欠であり、術前計画や術後評価に通常は二次元の頭部

X

線規格写真によるセファロ分析が行われている。近年

CT

などの三次元画像を用いて評価する試みがなされているが、セファロ分析のように一般的な評価方法には至っていない。そこで、二次元のセファロ分析の手順と同様に三次元画像において座標系を設定し、

術前後の画像を自動で重ね合わせる手法を提案するとともに、臨床画像の解析を試みた。

【方法】

下顎非対称を伴う下顎前突、開咬症に対し、両側下顎枝矢状分割術を施行した１症例を対象とし、撮影条件を一定として、術前および術後３月後、術後１年後の三次元画像を取得した。これらの画像から対象とする領域を抽出し、骨の

CT

値で二値化した。

骨の三次元的な状態を表現するためには、３方向の位置および３つの回転角の合計６変数が必要となる。

そこで三次元画像を重ね合わせる手法として、術後の三次元画像に対して、全６変数をそれぞれに変化させ、術前画像に重ね合わせを行う全探索法を採用した。この探索法は、術後の画像を６自由度（位置３自由度および姿勢３自由度）それぞれを変化させながら、術前画像と術後画像が最も重なる状態を探索するものである。実際の重ね合わせは計算時間を考慮して、探索ピッチを４

!

、４°から探索を開始し、最も重なった位置および姿勢において探索ピッチを半減し、０．１２５

!、０．

１２５°まで探索し、術前画像と術後画像を重ね合わせた。座標系の設定は、基準となる頭蓋においては、左右の骨耳孔上縁の中点

と左右の眼窩縁最下点から設定した。

【結果】

図１に術前画像に術後の下顎体を重ねた画像を示す。ここで下顎体において３方向の移動と軸まわりの回転を定量することが可能であった。対象とした症例が下顎非対称を伴う下顎前突、開咬症例であったため、下顎体において上方および側方への変位が認められ、また、下顎頭は、全方向に対して変位はほとんどなく、近位骨片が復位されていたが、大き

図１術前画像と術後画像の重ね合わせ

図２術後の骨の形状変化

―３０―

(6)

な回転と、ねじれが生じていた。図２に術後３ヶ月と１年後の画像を重ね合わせた結果を示す。全ての部位で術後３月における骨片の移動量とは逆向きに移動、回転しており、後戻りが確認された。

【考察】

顎変形症の治療における顎矯正手術において、頭部

X

線規格写真を用いた二次元的セファロ分析が多く行われている。しかし、実際の手術は骨の三次元的移動である。三次元空間上の剛体は６自由度を有し、その状態を表現するためには、位置３変数と回転３変数の６変数が必要となり、画像の重ね合わせを手作業で行うことは困難である。そこで、術前および術後の画像において座標系を設定し、この座標系を一致させることにより重ね合わせを行う手法が考えられるが、術前後の画像を正確に重ね合わせることはできないため、三次元画像を正確に重ね合わせられるよう６自由度に対する全探索法を考案した。これは、術後画像を変位および回転の全６変数に対してそれぞれ座標変換し、術前後の骨の重なりを全ての位置および回転で調べる手法である。手動での重ね合わせや設定した座標系を重ねる方法と比較して、術前後画像の重なり状態を全探索しているため、正確な評価が可能な手法であると考えられる。

しかし、三次元画像を全て座標変換しているため計算時間が長く、すべての位置および回転評価に要求されるピッチで探索することは困難である。そこで実際には、４!、４°という大きなピッチから探索を行い、もっとも重なった状態の周辺においてピッチを半減させた。探索ピッチが大きい場合は重なった画素の割合は低いが、探索ピッチを半減すると重なった割合は増加するが、０．５

!

、０．５°以下の探索ピッチでは、この割合の変化は小さくなり、術前後の画像の重なりの程度は向上しなくなる。これは、

CT

画像の画素よりも小さな探索ピッチで６自由度全探索を行ったため、得られた結果以上に術前後の画像が重なった状態は存在しないと考えられる。

CT

画像の画素の大きさが０．５

!

であることを考慮すると、原理的に画素の大きさよりも高い精度は期待できないため、本手法で術前後の三次元画像の重ね合わせが可能であると考えられた。本手法において必要となる作業は、術前および術後の座標系の設定で

ある。術後の座標系は探索の初期値のみに影響を与え、最終的な結果には影響を及ぼさないため、本手法は術前の座標系の設定のみで自動的に評価でき、

撮影時の頭位の変化にも対応できた。また、本手法は術後の骨形状の変化を測定することができ、術後の経過において重要な後戻りの評価も可能となった。

以上より、本手法は歯科口腔外科における顎変形症治療の骨格形態および骨格安定性の三次元評価に有用であることが確認された。

【関連業績】

論文

１）Three lateral osteotomy designs for bilateral split os-

teotomy:biomechanical evaluation with three−di- mensional finite element analysis, Hiromasa Taka- hashi, Shigeaki Moriyama, Haruhiko Furuta, Hisao Matsunaga, Yuki Sakamoto, Toshihiro Kikuta, Head

& Face Medicine, 2010, 6/4

２）Assessment of Three Bilateral Sagittal Split Osteot-

omy Techniques with Respect to Mandibular Biomechanical Stability by Experimental Study and Finite Element Analysis Simulation, Hiromasa Takahashi, Haruhiko Furuta, Shigeaki Moriyama, Yuki Sakamoto, Hisao Matsunaga, Toshihiro Kikuta，

福岡大学医学紀要，２００９，３６／３，１８１ ‐ １９２３）骨切り術における

CT

画像の三次元的評価喜

多涼介、森山茂章、岩崎泰晃、田中祥継、中村好成、内藤正俊、喜久田利弘、福岡大学医学紀要、２０１２、３９／１、５‐ １１

―３１―

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【生命科学研究部】

膵癌治療成績改善に関する研究

膵癌治療成績改善研究チーム（課題番号：０９６００２）

研究期間：平成２１年４月１日〜平成２４年３月３１日

研究代表者：佐々木隆光研究員：山内靖

【はじめに】

膵癌は悪性度の高い癌の一つであり、わが国では、

毎年２６，０００人以上が膵癌で死亡しており、癌関連死の第５位である。切除が唯一の根治療法であるが、

早期診断が困難であり、診断時に根治手術を受けられるのは、全体の１０〜２０％程度である。日本膵臓学会膵癌登録による通常型膵癌全症例の５年生存率は１１．６％と消化器癌のなかで最も予後不良である。したがって、早急な治療戦略を確立することが望まれている。

このような現状の膵癌治療の成績を改善するために、治癒切除（R０，R１）が行われた膵癌に対す

る

gemcitabine

を用いた術後補助化学療法の有効性

と毒性を評価する臨床試験（CONKO ‐ ００１）がおこなわれ、gemcitabine 投与群は無治療観察に比べ有意に膵癌術後の再発を減少させた。

近年では、切除術が行われるものの、術後早期に局所再発と転移を起こす、いわゆる

Borderline resectable

膵癌に対しても術前化学療法として

gemcit-

abine

が用いられるようになってきている。

Gemcitabine

は膵癌化学療法の標準治療となり、

長期生存例も散見されるようになってきたが、その薬剤感受性はさまざまである。特に

Borderline re-

sectable

膵癌の術前化学療法として用いる場合には、

その症例に対する感受性は非常に重要になってくる。

今回我々は、膵癌に対する

Gemcitabine

の感受性を検討した。

【研究方法】

６種類の膵癌細胞株を用意した。各々の膵癌細胞株を

IC

５０値の濃度の

Gemcitabine

で６ヶ月間培養をおこない、そのなかで、Gemcitabine に対する耐性取得した耐性株を作成し親株と耐性株の表現型、増殖能、浸潤能の検討をおこなった。また、親株と耐

性株を

DNA microarray

を用いて比較検討した。

【結果】

６種類の膵癌細胞株（Mia-Paca２，Panc１，SUIT ２，KP２，KP４，KP８）を

IC

５０値の濃度の

Gem-

citabine

で６ヶ月間培養をおこなったところ、Mia-

Paca２のみがGemcitabine

に対して耐性を取得した。

Mia-Paca２耐性株の表現型は親株と比して、紡錐

形を呈していた。Mia-Paca２耐性株の増殖能は親株の５１．７％であった。しかしマトリゲルを用いた浸潤能は

IC５濃度Gemcitabine

添加下でおよそ７倍を示した。

Mia-Paca２耐性株と親株をDNA Microarray

で比較検討すると、耐性株において

MAST４が５

３３倍強発現していることがわかった。

【考察】

膵癌に対する化学療法は

Gemcitabine

を用いたものが標準治療となった。特に術後補助化学療法に用いられるようになり、生存期間を観察群と比べ９％

から２１％へ改善され、また非切除例に対しても２年を超える長期生存例が散見されるようになった。

しかし、Borderline resectable 膵癌に術前化学療法

として

Gemcitabine

を用いる場合は、膵癌の悪性度

を考慮した場合、不成功例は容易に切除不能になるため、その投与は慎重になる。したがって、個々の症例に対する感受性を知ることは今後の集学的膵癌治療の戦略を立てるとき非常に重要になってくる。

今回、われわれは膵癌細胞株を用いて、Gemcit-

abine

に対する感受性の検討をおこなった。まず、

Gemcitabine

添加の６ヶ月間長期培養で、emcitabine 耐性膵癌細胞株を樹立した。その、表現型は紡錐形を呈していたおり、増殖能は低下していた。しかしながら、浸潤能はおよそ７倍に増加していた。DNA

―３２―

(8)

Microarray

の検討で強発現していた

MAST４はその

機能についての報告はほとんどないが、tube forma-

tion

にかかわる遺伝子であることはわかっている。

近年、抗癌剤耐性に

cancer stem cell

あるいは

Epithelial-Mesenchymal Transition（EMT；上皮間葉

移行）（癌細胞の浸潤との関連も示唆されている上皮細胞が間葉系様細胞に形態変化する現象）の関与が報告されている。我々が樹立した

Gemcitabine

耐性膵癌細胞株の親株と比して増殖能は低下してる点、

浸潤能が増加している点、表現型が紡錐形でより間質細胞様に変化している所見より、EMT 様変化を示した可能性があると思われる。

今後

Gemcitabine

耐性と

cancer stem cell

あるいは

Epithelial-Mesenchymal Transition

とのかかわりは検討が必要と思われる。今後、さらに検討を加え、集学的膵癌治療の戦略をたて、治療成績の向上を目指したい。

―３３―

(9)

【生命科学研究部】

VRE 院内感染防止対策システムの確立

Establishment of infection control system against VRE（EICAV）

福岡大学感染対策チーム（課題番号：０９６００５）

研究期間：平成２１年４月１日〜平成２４年３月３１日

研究代表者：大城知子研究員：藤田昌樹、志村英生、高田徹、田中美紀、尾畑由美子

【研究概要】

１）背景と目的

バンコマイシン耐性腸球菌（VRE）は、多くの抗菌薬に耐性を獲得し国際的に問題となっている。米国では、ICU 入室患者の約半数から

VRE

が検出されたという報告もある。

VRE

は本来常在菌である腸球菌が耐性化したもので、腸管内保菌状態で存在し、VRE 自身では下痢などの消化器症状は伴わない。しかし免疫力が低下している状態では、心内膜炎や敗血症、尿路感染症などを引き起こす可能性が指摘されている。近年では、市販されている食品中から

VRE

が検出されており、多くの人が腸管内に保菌していることも予測される。しかし、スクリーニング方法は一定でなく、便培養による

VRE

スクリーニング法は感度が６割程度と不良で、保菌者を見逃す可能性が高い。

保菌者が入院し病気の治療のために抗菌薬を長期に投与された場合、菌交代によって

VRE

が検出される可能性が指摘されている。便検査を行い

VRE

スクリーニングしなければ、発見されることはないため、一人の患者から検出された時にはすでにかなりの範囲で感染が拡大していることがある。このような集団感染が発生した場合、施設は経済的にも社会的にも多大な損失を被る。

福岡大学病院では、２００７年１０月から２００８年３月までに、１９名の患者検体より

VRE

が検出されアウトブレイクと認知された。調査によりこの集団には、

患者から環境や医療器具、医療従事者の手指などを介して患者間で伝播した集団と検体採取から検査までのどこかで

VRE

が混入したと推測される集団とに分かれた。しかし、この事例においても、入院前から保菌していた患者も含まれていた可能性も考えられる。

本研究は、病院や施設において

VRE

を早期に発見し、交差感染を未然に防ぐシステム作りを視野に入れ、研究を行った。

【研究成果】

１．福岡大学病院における２００４−２００８年の

VRE

検出状況と検出患者のリスク要因の検討

福岡大学病院では１９９９年より、入院患者の便培養検査時にバンコマイシン耐性腸球菌（VRE）スクリーニング培地を用い、VRE の積極的なモニタリングを行ってきた。そこでまず最初に、保存されている検出株について、VRE のタイプと耐性遺伝子型について検討した。その後、VRE が検出された患者がどのような背景を持ち、何が

VRE

保菌のリスク要因となっているかを検討した。

２００４年１月までは

vanA、vanB

の耐性遺伝子を持つ腸球菌（VRE）は検出されなかったが、それ以降２００８年１２月までに５４名、５６検体から

VRE

が検出された。VRE の種類は、E.feacium vanA：３２検体、E.

feacium vanB

：２検体、E.faecalis vanA：１１検体、E.

feacalis vanB

：３検体、E. avium vanA：５検体、E.

gallinnarumA&C

１：３検体であった。

また、１９９９年１月より２００８年１２月まで

VRE

が検出された患者５４名のうち、コンタミネーションによると考えられた７名を除く４７名を対象に多変量解析を行い、リスク要因の検討を行った。その結果、抗菌薬の投与なしを

Reference

にした時、「グリコペプチド系抗菌薬投与あり」はオッズ比が７９．０９（p＝

０．００１）、「経管栄養あり」は１５．７８（p＝０．０１）、「喀痰吸引あり」は５．９１（p＝０．００４）、「中心静脈カテーテルあり」は５．７１（p＜０．０００１）、「リハビリテーションあり」は５．１５（p＝０．００４）であった。

VRE

伝播のリスク因子として、ADL の不良やオ

―３４―

(10)

ムツ装着や下痢を伴う例に対する濃厚な治療・看護や共通の器具使用の他、グリコペプチド系抗菌薬の使用が明らかとなった。この結果を元に、その後、

入院時とグリコぺプチド系抗菌薬などの抗菌薬を１週間以上使用した患者に対し、VRE の積極的スクリーニングを継続し、結果を感染対策に役立てている。

２．LAMP 法を用いた

Vancomycin Resistance Entero-

coccus

（VRE）迅速検出法の試み

Van A

は、バンコマイシン（以下

VCM）とテイ

コプラニン（以下

TEIC）に高度耐性を示し、Van B

は

VCM

のみ耐性を示し

TEIC

には感受性があるといわれている。また、Van C は

VCM

には軽度耐性を示し

TEIC

には感受性を示すと言われている。そのため、治療決定する上では、Van A か否かの鑑別は重要である。しかし、遺伝子解析は、DNA 増幅に約４時間、電気泳動で

TAE buffer

を使用し３時間と時間、手間、使用器具が必要で容易に検査ができないのが現状である。

一方

LAMP（Loop-mediated isothermal amplifica- tion）法は、栄研化学が発明した方法で、標的遺伝

子の６つの領域に４種類のプライマーを設定し鎖置換反応を利用し一定温度で反応させる事で迅速、簡便、精確な遺伝子増幅法ができる。そこで、今回臨床の細菌株を使用し

LAMP

法による迅速診断法の開発を試みた。

LAMP

法では

VanA

のプライマーを使用し増幅を行った。今回は臨床分離株２株から

Van A

遺伝子の検出をすることができ、LAMP 法が応用できることが確認できた。今後、遺伝子タイプの違う

VRE

を複数株に増やし同様の結果が得られるか確認を行う予定である。

３．新たなる

VRE

スクリーニング法の開発

便培養による

VRE

スクリーニング法は感度が６割程度と不良で、保菌者を見逃す可能性が高いことが指摘されている。簡易的に

VRE

を検出することができることから、臨床的には

VRE

スクリーニング培地が広く使用されている。現在は、このスクリーニング法を用い検出されなかった場合には、「保菌していない」とみなされている。検出率が低い原因

の一つに、便中の

VRE

菌量が少ないことや抗菌薬を使用しない状況下で耐性度が低下することなどが考えられる。そこで、現在行われている

VRE

スクリーニング培地を用いた場合に、未検出になる条件について検討を行った。

その結果、VRE スクリーニング培地を用いた場合、１ml 中１００コロニー以下の条件では検出できないにくいことが分かった。また、VanA 遺伝子を持つ株は２４時間で判定が可能なのに対し、VanB 遺伝子をもつ株は２４時間では全く発育せず、判定には少なくとも４８時間を要することが分かり、VRE の保有する遺伝子タイプによって検出判定の時間を考慮する必要があることが分かった。

この結果から、市販の

VRE

スクリーニング培地を用いず、液体培地を用いて

VRE

を検出することができないか検討を行った。VRE の菌量が少なくなるほど、VCM による発育阻止濃度は低くなることが分かったが、肉眼的に混濁はみられず発育が阻止されていると判定される濃度でも、培地で確認すると菌が生息することが分かった。しかし、この工程は

VRE

スクリーニング培地を用いた時と比較すると判定までのステップが複雑になる難点も明らかになった。

近年では、VRE は食物などからも検出されており、経口で人体に容易に取り込まれ、生体内に長く生息するうちに常在細菌が優勢となり、増殖が抑制されていることが考えられる。液体培地を用い、便中の

VRE

を増菌させ検出感度を上げ、さらに簡便で臨床的に応用可能な方法について検討を重ねている。便中の

VRE

のみを増菌させることができれば、

LAMP

法を用いた検出にも貢献できると考えられる。

４．福岡大学病院における

VRE

の

MLST

によるタイピングの検討

DNA

配列を解析しタイピングする

multilocus se-

quence typing（MLST）法は、複数の遺伝子領域の

塩基配列を解析し、各遺伝子配列の差異によってタイピングする方法である。そこで、MLST 法を用いて福岡大学病院での流行株と世界的な流行株との比較を行った。

福岡大学病院の臨床分離株である

VRE

株より

―３５―

(11)

領域についてプライマーを設計し、PCR 法を用いて遺伝子を増幅させ、増幅した遺伝子を用いてサイクルシーケンスを行い塩基配列を解析をおこなった。

現在、この遺伝子タイプを解析中である。

【謝辞】

最後に、本研究を遂行するにあたってご協力いただきました福岡大学医学部畝博教授、佐賀大学病院臨床検査部永沢善三氏、福岡大学臨床検査部吉村尚江氏、株式会社キューリン．村谷哲郎氏に感謝申し上げます。

【研究業績】

福岡大学病院における

VRE

検出状況と病院感染についての考察

日本医療マネジメント学会第９回佐賀支部学術集会２０１０，２

大城知子高田徹橋本丈代藤田昌樹志村英生田中美紀田中正利

福岡大学病院における２００４ ‐ ２００８年の

VRE

検出状況と検出患者のリスク要因の検討

著書第８４回日本感染症学会総会・学術集会２０１０，４大城知子、高田徹、橋本丈代、

藤田昌樹、志村英生、田中美紀、田中正利

VRE

スクリーニング法の検討第２８回日本環境感染学会総会・学術集会（発表予定）

大城知子、高田徹、橋本丈代、藤田昌樹、

志村英生、田中美紀、田中正利

―３６―

(12)

研究チーム報告

【生命科学研究部】

蚊媒介性新興・再興ウイルス感染症に対する防疫拠点の形成

ウイルス感染症対策チーム（課題番号：０９６０１０）

研究期間：平成２１年４月１日〜平成２４年３月３１日

研究代表者：鹿志毛信広研究員：見明史雄、三島健司、佐藤朝光（平成２３年３月３１日まで）

【研究成果】

我が国には、日本脳炎ウイルスのように蚊によって媒介され、ヒトに重篤な疾病を引き起こす

RNA

ウイルスが存在している。また、近年の地球温暖化による蚊の生態の変化により、東南アジアなどの都市部を中心に脅威となっている蚊媒介性のデングウイルス（DENV）などが、我が国へ侵入する可能性が示唆されている。一方、２０００種以上が存在する蚊は、種によって媒介する

RNA

ウイルスが異なり、

それぞれの蚊の種によって特徴的な生態行動を行う。

したがって、DENV のようなワクチンが存在しない蚊媒介性の

RNA

ウイルスの流行を抑えるためには、感染症発生の初期段階において、RNA ウイルスを迅速に同定すると同時に、殺虫剤などを使用した蚊の防除を実施するために、蚊の生態を知ることが必要となる。このような状況の中、蚊の生態に関する研究が数多く行われているにもかかわらず、蚊媒介性の

RNA

ウイルスの研究はあまりなく、いまだ未知の

RNA

ウイルスが存在していることが予想されている。近年、重症急性呼吸器症候群ウイルスが示すように、未知の

RNA

ウイルスが、突然変異などによりヒトに対する病原性を獲得し、世界規模で流行する事象が頻繁に報告されるようになった。

この事象は、蚊媒介性の

RNA

ウイルスを迅速に同定するためにも、我々が、未知の蚊媒介性の

RNA

ウイルスを知ることの重要性を示している。

２００７年、水谷らは、未知の

RNA

ウイルスを網羅的に検出するための方法として、特異的な抗体やプライマーを必要としない

Rapid determination of viral RNA sequences（RDV）法を考案した。我々は、こ

の

RDV

法を改良し（RDV 法

ver

４．０）、タイのバンコク郊外にて野外採取されたネッタイシマカの幼虫からイネ縞葉枯ウイルスに高い相同性を持つ、ブニヤウイルス科に属する新しい

RNA

ウイルスを発見

し、Phasi Charoen virus（PhaV）と名付けた。そして、以前の領域別研究チームの研究成果として報告した。その後、PhaV の感染率に関する野外調査を行った結果、タイで採取されたネッタイシマカの成虫雌の２０％以上から

PhaV

が検出され、PhaV は、

ネッタイシマカにひじょうに高い感染率を持つ

RNA

ウイルスであることが示された（Sayama et. al.,

J Parasitol. Vector biol. 2011）

。

以上の成果は、未知の蚊媒介性の

RNA

ウイルスの検出に

RDV

法

ver

４．０が有効な方法であることを示している。したがって、国内に生息する未知の蚊媒介性

RNA

ウイルスを発見することを目的として、

国内で捕集された蚊から

RDV

法

ver

４．０による

RNA

ウイルスの検出を行った。その結果、秋田県雄物川流域と東京港野鳥公園で捕集されたイナトミシオカより、Penaeid shrimp infectious myonecrosis virus の

RNA-dependent RNA polymerase（RdRp）と相同性の

高い配列を検出した（Isawa et. al.,Virus Res. 2011）。このウイルスの完全長

RNA genome

配列を決定したところ、７．６

kb

の二本鎖

RNA

を有するウイルスであることが示され、Omono River virus（OMRV）と名付けた。また、この

RNA genome

上には、２つの重なった

open reading frames

（ORF１および

ORF２）

が存在していた。そして、ORF１と

ORF２は、カ

プシドタンパク質と

RdRp

などをそれぞれコードしていることが示された。さらに、RdRp 配列を用いた系統樹は、

OMRV

が、

penaeid shrimp infectious myo-

necrosis virus

およびトティウイルスに相同性が高く、

トティウイルス科に属する新しいウイルスであることを示した。

一方、Universiti Sains Malaysia の

Abu Hassan Ahu- mad

所長および

Hamady Dieng

准教授らと、マレーシアのペナン島における蚊媒介性の

RNA

ウイルスの

RDV

法

ver

４．０を用いた検出を実施する中、屋外

―３７―

(13)

て吸血行動をとる生態的変化を起こしていることを示した（Satho T. et al. J. Parasitol. Vector Biol. 2009, Di-

eng H. et al. J. Parasitol. Vector Biol. 2010, Dieng H. et al. PLoS ONE 2010）

。対照的に、一般的に屋内にて吸血行動をとるネッタイシマカは、屋外において吸血行動をとるこが示された（Saifur RG. et al. PLoS

ONE 2012）

。

これまで研究成果は、未知の蚊媒介性の

RNA

ウイルスが数多く存在していることを示した。そして、

RDV

法

ver

４．０は、既知の蚊媒介性の

RNA

ウイルスだけでなく、未知の蚊媒介性の

RNA

ウイルスの検出に有効な方法であることを実証した。この実証から、今後、RDV 法

ver

４．０が、国内における蚊媒介性の

RNA

ウイルスの流行に対する検疫体制の強化に貢献することを期待している。

【研究業績】

１）Satho T. et al. Fluorescence can be used to trace the

fate of exogenous micro-organisms inside the ali- mentary tract of mosquitoes.

J. Parasitol. Vector Biol. 2009; 1(2)13-18

２）Dieng H. et al. Lactobacillus infection related to

midgut protein synthesis in the dengue vector Aedes albopictus: platform of non-symbiont bacteria for the control of Aedes vectors.

J. Parasitol. Vector Biol.2010; 2(2)14-21

３）Dieng H. et al. Indoor-Breeding of Aedes albopictus

in Northern Peninsular Malaysia and Its Potential Epidemiological Implications

PLoS ONE 2010; 5(7) e 11790

４）Isawa H. et al. Identification and molecular charac-

terization of a new nonsegmented double-stranded RNA virus isolated from Culex mosquitoes in Japan Virus Research 2011; 155(1)147-155

５）Sayama Y et al. Prevalence of Phasi Charoen virus

in female mosquitoes

J. Parasitol. Vector Biol. 2011; 3(1)19-21

６）Saifur RG. et al. Changing Domesticity of Aedes

Aegypti in Northern Peninsular Malaysia: Repro- ductive Consequences and Potential Epidemiologi- cal Implications

―３８―

(14)

研究チーム報告

【生命科学研究部】

動作の力学的・運動学的熟練度研究

動作の熟練度研究チーム（課題番号：０９６０１４）

研究期間：平成２１年４月１日〜平成２４年３月３１日

研究代表者：田口正公研究員：田口晴康、柿本真弓、田場昭一郎、田原亮二

【研究概要】

ヒトの動作を評価するための指標として効率が用いられるが、これはスポーツにおけるパフォーマンスを適正に評価しているとは言いがたい。なぜなら筋によって行われた力学的仕事とパフォーマンスの間には、技術が介在するからである。したがって真の意味での効率的な動作を考えるためには、動作のポイントを明示的に認識し、運動目的の成就にどれだけ貢献したかという観点で個々の動きを評価する力学的熟練度を見る必要がある。

本研究は個人種目、採点種目、表現種目における動作を運動形態的手法（映像の自己観察法、客観観察法）およびバイオメカ二クス手法（加速度分析法、

流体力学的分析法、力量的分析法）を用いて運動学的、力学的熟練度の種目特性を検討するとともに効率的動作獲得の要因を明らかにすることを目的として実施した。

【研究成果】

１．器械運動における動作の熟練度

器械運動におけるマット運動の「後方倒立回転とび」を取り上げ、先行研究における直接幇助の改良を中心に行った。そこでは、大学生１００名を対象に約１時間１０分程度の短時間で９１名（先行研究の８２％

から９０％に実施率が上昇）の学生に対し幇助なしの自力で後転とびを発生させるに至った。一方、「前方倒立回転とび」に関し、大学生を対象にフィジオロール用具を用いて新たな練習段階の構築と幇助方法を考案し発表した。そこでは、４０名中２８名が腰の高い位置による着地ができるようになり、しゃがみ立ちが９名で、合計３７名の学生が粗形態および精形態獲得に成功した。

体操競技におけるゆか運動の「反転跳躍技」を取り上げ、その運動構造体系を整理し、習熟度を増す

ための間接指導方法について運動形態学的視点から明らかにしていった。そこでは、反転跳躍技の創発、

促発活動においてウレタンマットの使用がうまく機能した場合とそうでない場合を比較検討した。結果として、間接幇助において指導者は、技の遂行を容易にすることや、学習者の安全性の確保や動感交信を頼りに学習者に適した場の設定を模索する必要性を指摘した。一方、つり輪の倒立、鉄棒の手放し技を取り上げ、その運動構造を明らかにし、技術的解明を試みた。そこでは、習熟者と未習熟者に対し動感地平の視点から運動形態学的に比較分析するとともに、習熟度を高めるための肩から腕の筋肉の使い方、肩に乗せる、上に伸びあがる操作感覚づくりの練習を提示した。また、理想像を身につけるための動感アナロゴンを持つ動きに関し、トランポリンを利用した練習方法について指摘した。

２．高齢者の音楽体操による習熟と生活動作への効 果

本研究は高齢者における音楽体操のもたらす効果についてアンケート調査を行った。体操教室の参加者は８０代７名、７０代１７名、６０代２名の健康な女性２７名であった。教室は月２回の頻度で８年間継続してきた。

体操のねらいは、!正しい骨盤の位置とその動かし方を理解する。

"

股関節の可動域を広げる。

#

下肢の筋肉と体幹を強化する。$リズム感を良くすることであった。具体的には、骨盤と股関節を意識したストレッチや柔軟はスローテンポの曲を用い、下肢と体幹のトレーニングにはテンポの良い曲を用いた。さらに、リズム感を良くするためにいろいろな曲調に合わせた一連の動きを繰り返し練習した。

調査内容は、音楽体操を継続してきた結果、日常生活における身体的・精神的変化についてであった。

―３９―

(15)

た、階段の登りなどで息切れが少なくなったなど身体的改善の傾向が見られた。また、気分がスッキリしていることが多くなった、くよくよと考えなくなった、外出する（人に会う）ことが億劫ではなくなったなど精神面においても改善の傾向が認められた。主観的に見ても、入会当時よりも姿勢が良くなり、若く見えるようになった。筋力トレーニングは回数を増やしていき、様々な動きを組み合わせた一連の動きは、複雑な内容になっていった。

今後は得られた成果を、指導に反映させ、ひいては生活の質の向上に繋がるよう継続していく予定である。

３．新体操競技における手具交換動作の特徴

本研究は新体操競技における手具を用いた演技の投動作の特徴を定量的に示し、内省評価を基に動作の比較を行い、その相違を明らかにすることを目的とした。新体操競技大学女子選手を対象として、団体演技中の投げによる手具の交換を想定し、体育館内に敷設した競技用フロアマット上で、被験者背面方向約１０

!

の位置にいる受け手に向かって手具を投げさせた。試技は２台のビデオカメラで、被験者左右前方から撮影し、DLT 法を用いて身体の運動学的変量を算出した。試技終了直後に被験者本人に１０段階での内省評価を行わせた。各被験者で１０試技を試行させ、内省評価の最も高かった試技と、最も低かった試技を分析対象とした。手具をリリースする局面において、内省評価の高かった試技は肘関節および肩関節が、内省評価が低かった試技よりも伸展している特徴が認められた。また、身体重心が最も低くなる局面において、内省評価の低かった試技は股関節および膝関節が、内省評価が高かった試技よりも伸展している特徴が認められた。これらの結果から、手具を投げる前の準備局面での沈みこみ（タメ）の不足が、早急な身体の伸び上がりを誘発したことが推察される。さらにこのことが、腕部の伸展が不完全な状態でのリリースへと起因し、主観的感覚に基づく評価が悪くなったことにつながったと考えられる。

４．ボール方向の転換を伴うサッカーのトラップ動

本研究ではサッカーの試合において頻繁に用いられる、ボール方向の転換を伴うトラップ動作に関して、身体各部の運動学的変量から動作のメカニズムを明らかにすることを目的とした。熟練度の異なる被験者を対象として、５

!

の距離から３段階のスピードで蹴り出されたパスを、パス方向に対して４５

（deg）の角度にコントロールして止める課題を行わせた。各被験者によるトラップ動作およびボールの挙動を２台のカメラで撮影し、DLT 法を用いて運動学的変量を算出した。熟練者群は非熟練者群と比較して、ボール接触前後で股関節の伸展および外転角度の変化が小さく、膝関節の外旋角度の変化が大きかった。また、トラップ後のボール速度は熟練者群が有意に低かった。このことよりボール方向の転換を伴うトラップ動作においては、股関節を中心とした動作よりも、膝関節を中心とした動作が有効であることが示唆された。

５．競泳選手のトレーニング効果の検証と熟練度

本研究は、競泳女子長距離選手を対象に、泳速度増加に伴うプル泳中の心拍数と筋電図による２つの実験を行った。被験者はレース中のストローク数が減少し、さらにベスト記録を大幅に更新した。その背景にはプル泳によるレジスタンストレーニングを意図した部分的強化が影響しているものと推察される。そこで異なるパドルサイズと水着着用時の泳速度増加に伴う心拍数と筋放電分析を実施した。実験１は２種類のパドルと２種類の水着を着用した時の４００

!

プル泳を３段階で泳いだ時の心拍数を観察し、

実験２は３種類のパドルとパドルなし、そして２種類の水着を着用し３段階のストロークテンポで泳いだ時の上肢（尺側手根屈筋、上腕二頭筋、上腕三頭筋、三角筋、大胸筋、僧帽筋、広背筋）の筋活動を観察した。実験１の４００

!

プル泳中の全ての試技における平均心拍数は被験者の最大心拍数の８０％以下を示し、また試技直後の血中乳酸値も１．２８±０．６

mmol/l

であった。このことからプル泳ではパドル

サイズや水着を変えることは有効ではあるが、心肺機能への負荷は低く、さらに強度設定を高く設定し、

スイムに近いストローク頻度で泳ぐ必要があることが示唆された。また泳速度増加に伴いパドルサイズ

―４０―

(16)

が小さい方が心拍数は増加し、抵抗タイプ水着を着用する事で心拍数が高くなる事が示唆された。また実験２の２５

"

プル泳中の筋放電分析からは、最大ストロークテンポ時の筋放電積分値はパドルサイズの増大に伴い低下する傾向を示し、また同じストロークテンポにおけるパドルサイズの増大に伴いストロークの主働筋である上腕二頭筋の筋放電の増加は見られなかった。

６．競泳選手のスタートにおける熟練度

ルール改定によりスタート台にバックプレートが採用された。このバックプレートを用いたスタートの有無がスタートパフォーマンスに影響するかどうかを運動学的変量から比較検討した。被験者は大学女子競泳選手１０名、大学男子競泳選手１１名を対象とした。

その結果、女子競泳選手ではバックプレートを用いたキックスタートは用いないトラックスタートより跳びだし速度が平均０．１０

"／#向上し、ブロック

タイムが平均０．０２

#

、１５

"

通過時間が０．１１

#

短縮し、

男子競泳選手では跳びだし速度が０．１２

"／#向上し、

ブロックタイムが０．０４

#

、１５

"

通過タイムが０．１４

#

短縮しており、いずれも有意な差が認められた。これは後方脚の進展動作が床反力を高め台上動作の短縮になったものと考えられる。男女間に有意な差は認められず、バックプレートはスタート局面のパフォーマンス向上に貢献することが明らかになった。

【研究業績】

１．吉本忠弘、田口晴康：「間接幇助法」における指導者の役割。福岡大学スポーツ科学研究４０巻１号、２００９。

２．吉本忠弘、田口晴康：ゆか運動の「反転跳躍技」

に関する構造体系論的研究。スポーツ運動学研究２２、２００９。

３．田口晴康他：つり輪の倒立の決めに関する現状分析。福岡大学スポーツ科学研究４０巻１号、２０１０。

４．柳浩二郎、田口晴康他：鉄棒における「後ろ振りあがり伸身とびこしひねり懸垂」の練習方法に関するモルフォロギー的考察。福岡大学スポーツ科学研究４０巻１号、２０１０。

５．田口晴康他：器械運動における後方倒立回転と

びのうごきの発生。福岡大学スポーツ科学研究４２巻１号、２０１０。

６．田口晴康他：つり輪の倒立に関する動感地平分析。スポーツ運動学研究２３、２０１０。

７．柿本真弓他：高齢者における音楽体操のもたらす効果。福岡大学スポーツ科学部第４２号第２号２０１２年３月

８．田原亮二、田口正公、柿本真弓：新体操競技における投げによる手具交換動作の特徴。第２３回日本トレーニング科学会大会、２０１０。

９．Tahara,R., Shimonagata,S., Taguchi,M.: ACCEL-

ERATIONS OF THE FOOT DURING INSIDE TRAPPING．!th World Congress on Science &

Football, 2011.

１０．田場昭一郎、田口正公他：女子自由形長距離選手のトレーニング効果について。第３回日本トレーニング科学会大会、２０１０。

１１．尾関一将、桜井伸二、田口正公：バックスタートを用いたスタート方法はスタート局面時間を短縮するか−キックスタートとトラックスタートの比較−日本水泳・水中運動学会２０１０年次大会

１２．尾関一将、桜井伸二、田口正公他：バックスタートを用いたスタート方法はスタート局面時間を短縮するか−大学女子選手を対象として−日本水泳・水中運動学会２０１１年次大会

―４１―

関数解析学の応用に関する研究

【理工学研究部】