hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
320列MDCTを用いた局所肺機能評価法の開発に関する研究

320列MDCTを用いた63例の全肺吸呼気CTデータから全肺および肺葉でのエアトラッピングを定量的に評価する新しいCT指標(吸収値容量指数、AVI)を考案し検証した。全肺AVIは、1秒率と良好に相関するとともに、これまでのエアトラッピング指標で問題であった呼気レベルの違いによる影響を除外できる可能性をもつことが示された。AVIは慢性閉塞性肺疾患の局所肺機能評価に有力な指標となると考えられた。平成22年度は、57歳男性の正常ボランティアにおけるCT画像データを用いて、局所肺機能解析法の確立を目指して検討を行った。まず、上肺野および下肺野に分けて、急速呼気時に0.35秒ごとの連続スキャンを行ったが、吸気位および呼気位以外の中間位での画像は動きによるアーチファクトのために正確な肺葉容積およびCT値の計測が難しく、1秒量や1秒率を算出することが困難であることが明らかになった。また、16cmのスキャン範囲では、肺葉全体がカバーできないことも判明した。そこで、ダイナミックCTによる手法を断念し、160列ヘリカルスキャン法によって、吸気と呼気の2相の全肺CT画像を撮像し、その変化から局所肺機能を評価する手法に変更した。当初予定していたVIDAシステムでは、肺葉に分葉不全が存在する場合に測定不能となったために、データを別の市販解析ソフトで計測した。深吸気での全肺容量は6004ml(右上葉1145ml.右中葉603ml,右下葉1507ml,左上葉1425ml,左下葉1324ml)で、深呼気では、全肺容量は2613ml(右上葉513ml.右中葉375ml,右下葉558ml,左上葉677ml,左下葉490ml)となった。容量減少量の吸気肺容量に対する比率は、全肺56.5%(右上葉55.2%.右中葉37.8%,右下葉63.0%,左上葉53.2%,左下葉63.0%)で、肺葉ごとに不均一があることが明らかになった。しかし単位容量減少に対する肺野CT値の変化は、全肺3.06HU(右上葉2.79HU.右中葉2.67HU,右下葉3.38HU,左上葉3.19HU,左下葉3.62HU)と比較的一定の値となった。平成23年度は、正常ボランティアでのデータをもとに正常肺のCT指標のばらつきを検討し、さらに、区域レベルでの解析を行う予定である。平成23年度は、前年度に確立した320列面検出器型MDCTのヘリカルスキャン法による全肺吸呼気CTを用いた局所肺機能評価法の検証を行った。対象は正常ボランティア26例、慢性閉塞性肺疾患(COPD)のGOLD1型9例、GOLD2型あるいは3型12例の計47例である。得られた全肺吸呼気CTデータをワークステーションに転送し、市販の解析ソフト(GE社製)を用いて、全肺および肺葉ごとに新しく考案した吸収値容量指数(attenuation volume index, AVI)を計算し、同時に従来用いられてきたエアトラッピングの指標であるピクセル指数(PI)やエアトラッピング率(ATR)も同時に算出し、比較検討した。また全肺におけるこれらの指標と呼吸機能検査における1秒率や1秒量との相関を検討した。1秒率との相関では、AVI,PI,およびATRのいずれの指標も良好な相関を示した(相関係数0.76,-0.85,および-0.72)。しかし、正常群、GOLD1群、GOLD2/3群で平均値と標準偏差から変動係数(variation coefficient, VC)を求めたところ、各群においてPIはAVIよりVCが大きかった。また、肺葉ごとの指標を求めたところ、6葉中4葉でATRは正常群とGOLD1群の間での有意差はなく、また肺葉に関して一定の傾向もみられず、軽度のCOPD変化の検出に問題がある可能性が示された。これに対して、AVIでは正常人においても上葉と下葉の間に指標の有意差がみられ、生理的な局所肺機能の違いも定量的に評価できる可能性が示された。したがって、AVIは被検者の呼吸努力によらずに局所のエアトラッピングを定量的に評価できる有用な指標と考えられた。今後は、この局所肺機能指標を用いて、各肺葉ごとにAVIと中枢気管支の外径や壁肥厚との関係を検討する予定である。平成24年度は、前年度までに確立した320列面検出器型MDCTのヘリカルスキャン法による全肺吸呼気CTを用いた局所肺機能検査の症例を追加し、全肺での呼吸機能との相関、ならびに肺葉ごとのCT指標に関して検証を行った。検討対象は正常ボランティア26例、慢性閉塞性肺疾患(COPD)のGOLD1型16例、GOLD2型あるいは3型21例の計63例である。

市販の解析ソフト(GE社製)を用いて、全肺および肺葉ごとに新しく考案した吸収値容量指数(attenuation volume index, AVI)と、従来用いられてきたエアトラッピングの指標であるエアトラッピング率(ATR)を同時に算出した。全肺におけるこれらの指標と1秒率との相関を検討するとともに、新しい指標がエアトラッピング評価において大きな課題である呼気レベルの違いを解決できるかどうか検討するために、肺容量減少率に対するCT指標をボランティア群とCOPD群に分けてプロットし、両者の分離が可能か否かを検討した。1秒率との相関では、AVIおよびATRのいずれの指標も良好な相関を示した(相関係数0.77および-0.78)。ATRでは、肺容量減少率に対する両群の回帰直線がほぼ同一となり、正常者の呼気不良とエアトラッピングの区別が困難であることが明らかとなった。これに対して、AVIでは、両群の回帰直線が分離し、とくに肺容量減少率が小さい場合に正常とCOPDが分離できる可能性が示された。さらに肺葉ごとのAVIの解析では、正常人においても上葉と下葉の間に有意差がみられ(2.73±0.46および3.15±0.55)、エアトラッピングばかりでなく生理的な局所虚脱性の違いも定量的に評価できる可能性が示された。したがって、AVIは被検者の呼吸努力によらずに局所のエアトラッピングあるいは肺虚脱率を定量的に評価できる有用な指標と考えられた。当初想定したダイナミックCTを用いた局所1秒率の評価法の確立には失敗したが、吸呼気全肺ヘリカルCTを用いた肺葉ごとの安定した定量的局所肺機能評価法を確立することができ、その有効性に関する検証もできたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、肺葉ごとの機能指標と高分解能CTによる気管支の形態変化との関係を解析し、COPDにおける中枢気道と細気管支の関与に関する検討を行う予定である。
刺激波形制御による標的神経電気刺激法の開発と脳機能イメージングによる実験的検証

本研究の目的は、中枢神経系において細胞外電極と神経線維との距離や神経線維の直径に対し選択的な刺激法を開発することである。これまでに末梢神経系では刺激の時間波形を制御することで選択的刺激が可能であることが示唆されていたが、中枢神経系に適用された例はなかった。もし中枢神経系においても選択的刺激が可能ならば、臨床医学で利用されている電気刺激法において、安全性向上に寄与するものと期待できる。本研究においては、シミュレーションと動物実験からこの問題に取り組んだ。まず、ヒト頭部の一部を模擬した容積導体にヒト有髄神経の数理モデルを埋め込んだモデルを用いて、ディスク型の電極から電気刺激を与えたときの応答をシミュレーションした。刺激波形は双極の陰極性矩形波、および三角波と三つのバースト波から構成される閾値下前刺激を陰極性矩形波に先行して配置した波形とした。この二つの波形について、電極と神経線維との距離に対する選択性、および神経線維の直径に対する選択性を評価した。その結果、閾値下前刺激を配置した場合には、矩形波刺激と比較して距離および直径選択性が同時に高まることを明らかにした。この現象のメカニズムを説明しうるものとして、閾値下前刺激の期間中に神経線維のカリウムチャネルが開口し、もれ電流が増加することを示した。続いてシミュレーションにより予見された閾値下前刺激の効果を検証するために、マウスの視床皮質スライスに陰極性の矩形波および閾値下前刺激を陰極性矩形波に先行して配置した波形を与えたときの大脳皮質の応答を、フラビン蛋白蛍光イメージング法により観察した。その結果、閾値下前刺激を与えたときは、矩形波刺激と比較して大脳皮質の応答が有意に減弱することを明らかにした。これにより中枢神経系でも選択的動員が可能であることをイメージングにより初めて示唆した。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。本研究の目的は,中枢神経系において,細胞外電極ー神経線維間の距離や,神経線維の直径に選択的な刺激法を開発することである.これまでに末梢神経系では刺激の時間波形を制御することで選択的刺激が可能であることが示唆されていたが,中枢神経系に適用されてこなかった.もし中枢神経系においても選択的な刺激が可能であるならば,脳深部刺激療法や,術中の皮質・皮質下マッピングなど臨床医学で利用されている電気刺激法の安全性向上に寄与するものと期待できる.本研究においてはシミュレーションと動物実験からアプローチを試みたので報告する.1.シミュレーションー中枢神経系における標的刺激可能な波形の考案ーヒト大脳皮質を模擬した容積導体にヒト中枢神経の数理モデルを配置し,細胞外電極から電気刺激を与えたときの応答をシミュレーションした.刺激波形は双極の陰極刺激(陽極→陰極の順で極性が変化する,陽極の振幅は陰極の振幅よりも小さく,パルス幅が長い), 2つの指数関数を組み合わせた波形とし,それぞれの電極ー神経線維間距離選択性を評価した.その結果,陰極刺激では電極近傍での神経の興奮が抑圧できず,選択的刺激ができなかった.これに対し2っの指数関数を組み合わせた波形の場合には,電極から少し離れたところにある神経線維を選択的に刺激できた.このことから,電極近傍の神経線維を興奮させることなく選択的刺激を行うには,陽極側の刺激を緩やかに上昇させることが重要であると示唆された.2.実験ーマウス脳組織標本を用いた神経活動イメージングによる検証実験ー標的刺激を実験的に検証するため,マウスの脳組織標本を電気刺激しその際の神経活動を可視化することを試みている.刺激の極性,振幅などといった刺激パラメータの変更に伴って,応答する箇所が変化するかどうか神経活動イメージングにより検証している.本研究の目的は、中枢神経系において細胞外電極と神経線維との距離や神経線維の直径に対し選択的な刺激法を開発することである。

続いてシミュレーションにより予見された閾値下前刺激の効果を検証するために、マウスの視床皮質スライスに陰極性の矩形波および閾値下前刺激を陰極性矩形波に先行して配置した波形を与えたときの大脳皮質の応答を、フラビン蛋白蛍光イメージング法により観察した。その結果、閾値下前刺激を与えたときは、矩形波刺激と比較して大脳皮質の応答が有意に減弱することを明らかにした。これにより中枢神経系でも選択的動員が可能であることをイメージングにより初めて示唆した。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。シミュレーションに関しては,中枢におけるモデルを構築し,考案した波形が従来波形よりも選択性に優れていることを明らかにできた.実験についても,神経活動イメージングを行うための実験系のセットアップを行い,検証実験を随時行うことができた.今後は,選択的刺激の検証実験に注力する予定である.これまでのところ,選択的刺激の効果が認められるような実験データは得られていない.この問題には,構築したモデルを改良し,より選択的な刺激性能の高い刺激波形を考案することで対応していきたい.
近世の朝幕関係と朝廷財政

本研究の課題は、江戸幕府から天皇・朝廷に対して行われた財政的基盤の保障や支援の実態を明らかにし、それを通じて両者の関係(=「朝幕関係」)をより具体的に解明することにある。この点に関する先行研究の蓄積はきわめて薄く、その最大の理由は史料の欠如にあるとされてきた。そこで、本年度はまず、関連する諸史料(財政的基盤でありつづけた諸料地(禁裏料や仙洞料など)や保障・支援に深く関わった武家・公家らの記録など)の調査・閲覧・撮影を重点的に行った。具体的には、東京大学史料編纂所、東京大学総合図書館、宮内庁公文書館、宮内庁書陵部、長崎県島原市本光寺、国立公文書館などに赴いた。対象となった史料を挙げれば、「公武御用記録」・「日申御記」・島原藩松平氏文書・「俊克卿雑記草」・「廻文留」などである。さらに、研究書・史料集の中にも関連するものが一定程度存在することが判明したので、それらの購入も行った。以上によって、少ないといわれてきた当該分野に関する史料を相当数得ることができた。研究基盤の整備が飛躍的に進行したといえる。現在、これらの成果をもとに、「近世中後期の口向役人」(仮題、近世史研究会例会で2012年中に報告予定)などの学会報告や論文の執筆を進めている。なお、申請者は2011年4月1日に日本学術振興会特別研究員(PD)に採用されたが、同年7月1日に、東京大学史料編纂所に就職した。そのため、同年6月30日付でPDを辞退していることを付言しておく。
高齢者のヒト歯髄細胞からｉＰＳ細胞を効率よく樹立するための基礎的検討

本研究では、ヒト歯髄細胞(dental pulp cell;DPC)からiPS細胞誘導を行う過程において、低酸素を限られた期間のみ使用し、その誘導効率を上げることに成功した。この方法は、若年者のDPCのみならず、樹立効率の低い高齢者のDPCにも有用であり、iPS細胞による再生医療を高齢者に用いる上で、自家移植の可能性を高めた。また、この方法は、線維芽細胞を用いた既発表の論文とは低酸素培養の条件(期間)が異なるものであり、細胞により条件の検討が必要であることを示し、iPS細胞研究にも寄与したものと考える。我々は、これまで若年者のヒト智歯から歯髄細胞(Dental Pulp Cell : DPC)を樹立し、DPCが高い増殖・分化能(ステムネス性:幹細胞性)を有し、人工多能性幹細胞(iPS細胞)へ高率に誘導できることを明らかにした。また、高齢者からのDPCは、若年者に比べてはるかに樹立効率が低くステムネス性の維持も困難であったが、低酸素下での培養によりこれらの問題を解決するに至っている。しかし、高齢者から得られたDPCのiPS細胞への誘導効率は極めて低く、再生医療に応用するためには、今後、原因の解明と改善が必要な状況となっている。本研究では、若年者のヒト線維芽細胞からiPS細胞への誘導に特定期間の低酸素培養が有効であったとの報告に注目し、高齢者から得られたDPCで、どの程度の効果が得られるのかを検証するとと伴にiPS細胞化に最適な誘導条件について検討を行い、誘導効率の向上を目指した。昨年度では、DPCからiPS細胞への誘導効率を上昇させる酸素培養条件について検討を行い、従来よりも約47倍のコロニー数を得られる条件を見出した。これは、若年者だけではなく、高齢者にも同様の効果をもたらした。この条件によって得られたiPS細胞は、免疫染色、realtime PCR法、テラトーマ形成、EB形成を行い、従来のiPS細胞と同等の未分化性、多分化能をもつことがわかった。今年度では通常酸素条件と低酸素条件での、iPS誘導における遺伝子変化を探索し、上皮系細胞遺伝子やサイトカイン関連遺伝子の発現量に違いが生じていることが分かった。key遺伝子の同定にまでは至らなかったため、次年度ではメカニズムの更なる探索を行う。これらの研究はiPS誘導、低酸素研究に新たな提言を与えられる可能性がある。本研究では、若年者のヒト線維芽細胞からiPS細胞への誘導に特定期間の低酸素培養が有効であったとの報告に注目し、高齢者から得られたDPCで、どの程度の効果が得られるのかを検証すると伴にiPS細胞化に最適な誘導条件について検討を行い、誘導効率の向上を目指した。一昨年度まででは、DPCからiPS細胞への誘導効率を上昇させる酸素培養条件について検討を行い、従来よりも約47倍のコロニー数を得られる条件を見出した。昨年度では、通常酸素条件と低酸素条件での、iPS誘導における遺伝子変化を探索し、上皮系細胞遺伝子やサイトカイン関連遺伝子の発現量に違いが生じていることが分かった。特にCDH1(E-cadherin)の変化は大きく、これがkey遺伝子の一つではないかと考えられた。今年度は、key遺伝子の更なる探索と、低酸素で作成したiPS細胞の安全性について解析を行う。

しかし、高齢者から得られたDPCのiPS細胞への誘導効率は極めて低く、再生医療に応用するためには、今後、原因の解明と改善が必要な状況となっている。本研究では、若年者のヒト線維芽細胞からiPS細胞への誘導に特定期間の低酸素培養が有効であったとの報告に注目し、高齢者から得られたDPCで、どの程度の効果が得られるのかを検証するとと伴にiPS細胞化に最適な誘導条件について検討を行い、誘導効率の向上を目指した。今年度では、DPCからiPS細胞への誘導効率を上昇させる酸素培養条件について検討を行い、従来よりも約47倍のコロニー数を得られる条件を見出した。これは、若年者だけではなく、高齢者にも同様の効果をもたらした。この条件によって得られたiPS細胞は、免疫染色、realtime PCR法、テラトーマ形成、EB形成を行い、従来のiPS細胞と同等の未分化性、多分化能をもつことがわかった。この結果は高齢者のような少ない細胞数からの樹立に有意義であると考えられる。また、既発表の論文とは異なる条件であるため、低酸素研究に新たな提言を与えられる可能性がある。我々は、これまで若年者のヒト智歯から歯髄細胞(Dental Pulp Cell : DPC)を樹立し、DPCが高い増殖・分化能(ステムネス性:幹細胞性)を有し、人工多能性幹細胞(iPS細胞)へ高率に誘導できることを明らかにした。また、高齢者のDPCは、若年者に比べてはるかに樹立効率が低くステムネス性の維持も困難であったが、低酸素下での培養によりこれらの問題を解決するに至っている。全研究期間を通じて、我々はDPCからiPS細胞への誘導効率を上昇させる酸素培養条件を検討し、従来よりも約47倍のコロニー数を得られる条件を見出した。このメカニズムとして上皮系マーカーであるE-cadherinが関与していた。さらに今年度では、若年者と高齢者のDPCを遺伝子解析し、DPCの未分化性に関与すると思われる遺伝子を見出すに至った。これらの結果は高齢者のような少ない細胞数からの樹立に有意義であると考えられる。口腔外科学歯髄細胞からiPS細胞への誘導に有効な酸素条件を見出すことができ、かつ、それに特徴的な遺伝子変化を見出すことができた。歯髄細胞からのiPS細胞への誘導において、有効な低酸素条件と、そのkey遺伝子となる遺伝子を見出すことができた。さらに、これまでの研究内容を海外科学誌に投稿し、受理、掲載された。iPS細胞への樹立効率を向上させる条件を見出すことができ、主たる目的を達成できつつある。iPS細胞へ樹立効率を向上させたメカニズムについて更なる解析を行う。
繰返し押込み荷重負荷試験によるDLC薄膜の疲労強度の解明

昨年度作成したレーザー変位形を具備した球圧子を用いたインデンテーション試験装置を用い,DLC薄膜を有する単結晶シリコンの押込み荷重-押込み変位関係の測定を行なった.その際,膜厚の影響を調べるために,膜厚の異なる3種のDLC試料を用いた.すべての試料に対して,試験終了後の薄膜と基材の界面状態を調べるために,集束イオンビーム加工装置を用いた試料内部観察を行ない,本試料では薄膜と基材の界面にはく離が生じないことを確かめた.これらの試験結果および観察結果をもとに,有限要素解析を施すことにより,薄膜および界面の強度の解析を行い,き裂は半径方向応力により生じることがわかった.さらに,DLC膜厚が小さいと基材であるシリコンの異方性の影響を受けたき裂が生じ,膜厚が大きくなるとDLCが持つアモルファス構造の影響が顕著となることがわかった.それと同時に,現有のSEAMシステムでは,試験片内部の情報を得るには,精度が十分ではないため,SEAMの電子線照射による試験片からの超音波信号の増幅を行うためのチャージアンプ型増幅回路の作成を行った.SEAMからの超音波信号は非常に微弱で,周波数が高いため,超音波信号検出器であるPZTの信号をトランジスタを用いたヘッドアンプによりインピーダンス変換を行うとともに増幅し,ノイズの影響を受けにくくした.さらに,試料ホルダーと増幅アンプ一体型の信号検出器を作製し,電子線誘起超音波信号の検出精度を向上させた.また,検出した電子線誘起超音波信号を画像化するプログラムを改良することにより,画像の解像度の向上および利便性の向上を行なった.さらに,SEAMの分解能に及ぼす観察条件の検討を行い,電子線断続周波数が高いほど,観察像が鮮明になることがわかった.本年度は,薄膜構造体の強度評価を行うために,球圧子を用いたインデンテーション試験装置の作製を行った.この試験機は,積層圧電セラミックスをアクチュエーターとして採用し,AD/DAボードを介して試験荷重をパソコンから制御できるようにした.また,押込み荷重に対する押込み深さを検出するために,レーザー変位計を取り付け,押込み荷重-変位関係を調べることが出来るようにした.製作した試験機を用いて,ダイヤモンド・ライク・カーボンを蒸着した単結晶シリコンにインデンテーション試験を行い,荷重-変位関係を調べた.その際,薄膜の膜厚の影響を調べるために,膜厚の異なる3種の試料に対して試験を行った.試験終了後の試料に対して,集束イオンビーム(FIB)加工装置により,試料内部の観察を行い,薄膜と基材の界面の様相の観察を行った.その結果,試験に用いたDLC材では,薄膜と基材の界面にはく離が生じないことが確かめられた.試験で得られた荷重-変位関係および薄膜と基材の界面状態の観察をもとに,DLC薄膜構造体の押込み荷重負荷時の応力状態を調べ,薄膜の強度評価を行った.それと同時に,現有のSEAMシステムでは,試験片内部の情報を得るには,精度が十分ではないため,SEAMの電子線照射による試験片からの超音波信号の増幅を行うための増幅回路の試作を行った.SEAMからの超音波信号は非常に微弱で,周波数が高いため,超音波信号検出器であるPZTの信号をトランジスタを用いたヘッドアンプによりインピーダンス変換を行うとともに増幅し,ノイズの影響を受けにくくした.さらに,試料ホルダーと増幅アンプ一体型の信号検出器を作製し,電子線誘起超音波信号の検出精度を向上させた.昨年度作成したレーザー変位形を具備した球圧子を用いたインデンテーション試験装置を用い,DLC薄膜を有する単結晶シリコンの押込み荷重-押込み変位関係の測定を行なった.その際,膜厚の影響を調べるために,膜厚の異なる3種のDLC試料を用いた.すべての試料に対して,試験終了後の薄膜と基材の界面状態を調べるために,集束イオンビーム加工装置を用いた試料内部観察を行ない,本試料では薄膜と基材の界面にはく離が生じないことを確かめた.これらの試験結果および観察結果をもとに,有限要素解析を施すことにより,薄膜および界面の強度の解析を行い,き裂は半径方向応力により生じることがわかった.さらに,DLC膜厚が小さいと基材であるシリコンの異方性の影響を受けたき裂が生じ,膜厚が大きくなるとDLCが持つアモルファス構造の影響が顕著となることがわかった.それと同時に,現有のSEAMシステムでは,試験片内部の情報を得るには,精度が十分ではないため,SEAMの電子線照射による試験片からの超音波信号の増幅を行うためのチャージアンプ型増幅回路の作成を行った.SEAMからの超音波信号は非常に微弱で,周波数が高いため,超音波信号検出器であるPZTの信号をトランジスタを用いたヘッドアンプによりインピーダンス変換を行うとともに増幅し,ノイズの影響を受けにくくした.さらに,試料ホルダーと増幅アンプ一体型の信号検出器を作製し,電子線誘起超音波信号の検出精度を向上させた.また,検出した電子線誘起超音波信号を画像化するプログラムを改良することにより,画像の解像度の向上および利便性の向上を行なった.さらに,SEAMの分解能に及ぼす観察条件の検討を行い,電子線断続周波数が高いほど,観察像が鮮明になることがわかった.
波動場の幾何と解析

非線型波動場の数学的構造の解明を目指し、古典場と量子場に関する様々なモデルについて数学的な研究を行い、自己相似場の数学的理論、ディラック行列の表現の変換と保存量との代数的特徴付け、正準交換変換の弱ワイル表現の構成理論、散乱の順問題と逆問題について新しい理論を構築した。本年度は非線型波動方程式、非線型シュレディンガー方程式、非線型ディラック方程式を主に研究した。非線型波動方程式については、単独冪自己相互作用の下での自己相似解の存在を研究した。Pecher,肥田野のアプローチでは空間次元を高次元化するのは困難な為、重み付きストリッカーズ評価を導入する事で解決を探求した。その結果球対称性の枠組の下で高次元化に成功した。ローレンツ不変な斉次重み付きストリッカーズ型評価は新しいものである。球対称性を外す試みは現在進行中である。非線型シュレディンガー方程式については、積分型相互作用の下での長時間的挙動を研究した。修正散乱作用素の存在については研究代表者が10年前に証明しているが、初期値問題の解については未解決であった。林・ナウムキンの理論を再構成し、論法を縮小写像の方法に集約する方法を提案する事で、解の長時間的挙動を完全に記述する事が出来た。非線型ディラック方程式については、非線型項の効果を消滅させるデータの構造の研究と空間3次元における有限エネルギー解の大域的存在を研究した。前者についてはデータの構造を、ディラック行列の表現論と新しい不変量との関係を見出す事により、明らかにする事が出来た。後者については球面上のソボレフ空間を導入し、末端型ストリッカーズ評価を得る事で、大域解の存在を証明した。本年度は非線型ディラック方程式系、非線型シュレディンガー方程式、非線型波動方程式、非線型クライン・ゴルドン方程式の研究に加えて、ブシネスク系をはじめとする分散型方程式の研究、アロー・ワイスラー方程式の自己相似解や非線型楕円型方程式の解の挙動に関する研究も行なった。非線型ディラック方程式系については、臨界的函数空間における小さなデータによる大域解の一意的存在を証明した。これは従来の劣臨界版を臨界迄改良したものであり、新たに証明した末端型ストリッカーツ評価による所が大きい。反撥型非線型シュレディンガー方程式については、データの大きさに無関係に、散乱解の第二次近似項の記述に成功した。これでストラウス臨界冪とストラウス劣臨界の数学的機構の区別が明確になった。ブシネスク系では改良ブシネスク方程式と一般ブシネスク方程式の小振幅解の大域的存在を研究し、基礎となる函数空間と相互作用の冪の範囲を大幅に拡大し、従来の結果の改良を行う事が出来た。アロー・ワイスラー方程式の自己相似解の輪郭は、ある非線型楕円型方程式の解となるが、その方程式の研究は常微分方程式的方法と変分的方法に分かれているのが現状であった。本研究では、解の指数函数的減衰に焦点を当て、両者の方法論を結びつけて理解する方法論を打ち出す事に成功した。特に臨界冪p=1+4/nの果たす役割(nは空間次元)について、新しい見方を提示する事が出来た。この方法論は非線型シュレディンガー方程式の定在波を記述する非線型楕円型方程式の解の指数函数的減衰を証明するにも役立った。本年度は非線型波動方程式、非線型シュレディンガー方程式、ブシネスク系の研究に加えて、ボゾン星の動力学を記述する半相対論的ハートリー方程式の研究を行った。非線型方程式については、自己相似解の存在と一意性について研究した。一般の空間の次元では、解の球対称性を課すか、相互作用が優共形的であると云う仮定が今迄では必要であったが、時空斉次的な重みを付けた弱ストリッカーズ評価を新たに導入する事により、5次元以下の空間次元において劣共形的優ストラウス的相互作用を持つ非線型波動方程式は必ずしも球対称的でない自己相似解を持つ事を証明した。非線型シュレディンガー方程式については、全電荷と全エネルギーの保存則を、方程式やデータに対する近似操作を経ずに直接証明する方法論を積分方程式の枠組で打ち立てた。ブシネスク系では改良修正ブシネスク方程式とシュレディンガー方程式との相互作用系を研究した。このモデルに対しては空間が2次元の場合、大きな大域解の存在を証明し、3次元の場合には爆発判定条件を見出した。このモデルはザハロフ系の代用モデルなので、ザハロフ系に関する未解決問題を研究する糸口となると期待される。半相対論的ハートリー方程式に対しては,先行するレンズマンの研究成果を空間次元と相互作用ポテンシャルのクラスについて、大幅に一般化する事に成功した。また、質量消滅極限と質量発散極限において、解がどの様に振舞うのか数学的に記述する事が出来た。本年度は非線型波動方程式、非線型シュレディンガー方程式、半相対論的ハートリー方程式、非線型クライン・ゴルドン方程式の研究を行った。非線型波動方程式、半相対論的ハートリー方程式については、その球対称解の滑らかさと散乱理論を研究した。特に球対称性の下でのストリッカーズ評価に関連する不等式が実際は等式となっている事を発見した。

これにより肥田野による不等式の荷重指数が最良である事と、最良定数と荷重指数との関連が明らかになった。更に関連する話題として、球対称函数についてのソボレフの不等式を研究した。ストラウスの不等式の分数冪版を証明し、その最良性を示し、関連する函数空間の埋蔵のコンパクト性を考察した。非線型シュレディンガー方程式については、微分型相互作用をもつ方程式の解の時間大域的存在を研究した。この問題に関して、末端型ストリッカーズ評価を初めて応用する事に成功し、非線型相互作用がポテンシャルで導かれるクラスに対して小振幅解の大域的存在を証明した。これにより、シュレディンガー写像の大域的構成については函数空間の荷重条件が不要である事が明らかとなりKenig等による結果を大幅に拡張する事が出来た。末端型ストリッカーズ評価は2次元では成立しない為、現在2次元の場合について検討している所である。本年度は非線型波動方程式、非線型シュレディンガー方程式、半相対論的ハートリー方程式、非線型クライン・ゴルドン方程式の昨年度迄の研究に引き続き、特別な対称性の下でのソボレフ埋蔵不等式と流体の速度場の滑らかさの研究を行った。非線型クライン・ゴルドン方程式については末端型ストリッカーズ評価の空間2次元の場合を研究した。通常の意味ではこの評価は成立しない為、角度方向の可積分性または滑らかさを考慮した函数空間を新たに導入し末端型ストリッカーズ評価を証明した。これにより二次の相互作用を持つ非線型クライン・ゴルドン方程式の小振幅解の大域的存在を初期データの荷重条件無しで示す事に成功した。また上記末端型ストリッカーズ評価の非相対論的極限として、シュレディンガー方程式に対しても同じ型の末端型ストリッカーズ評価を得た。また、定常波動による未知介在物、空洞、亀裂などの媒質の不連続性や材料係数の同定に関する境界値逆問題と散乱の逆問題の逆解析手法の研究を行った。境界値逆問題については、境界における多重回数の計測データ(即ち多重個のコーシーデータ)より媒質の未知不連続性の同定手続きとして知られるprobe methodとenclosur emethodの改良と完成を目指した。また、その他の同定手続きとして知られるsingular source method, no response testとの関係について研究した。さらにprobe methodの数値実験を行い、その有効性を確認した。また、正準交換関係の既約な弱Weyl表現の(ユニタリ同値を除いての)一意性定理を証明した。離散的固有値をもつハミルトニアンが時間作用素をもつための必要十分条件を確立した。離散スペクトルをもつハミルトニアンの時間作用素について詳しい解析を行った。
プラズマ照射細胞シートとステントの動脈硬化性疾患治療への応用

カーボンナノチューブ(CNT)をコラーゲンスポンジに定着させ、ラット心筋細胞を増殖させると立体状細胞シートを作製することが可能であった。しかしながら、心筋梗塞ラットにおいて、この細胞シートを定着することには成功しなかった。その原因としては、モデルラットを再度開胸して細胞シートを定着する場合に2度目の開胸ではラットの負担が大きいことが示唆された。ステントにCNTとコラーゲンスポンジにラット血管内皮細胞を増殖させた細胞シートを巻き付け増殖させた。この新型ステントを山羊左頸動脈から挿入して1か月後のステントの状態を観察すると血栓などの付着がなく生体適合性が認められた。脳、心筋梗塞などの動脈硬化性疾患治療では、狭窄血管部位を広げるステント留置法があるが、ステント再狭窄の問題などが重要な課題ある。プラズマイオン照射により表面改質処理をしたカーボンナノチューブ(Carbon NanotubeCNT)には通電性があり細胞間連結作用があると考えられる。そこで、脳、心筋梗塞部位再生にCNTを足場にした細胞シートを開発して組織再生とステント表面に表面改質処理CNTを足場にした血管内皮細胞を増殖させたステントを開発を行うことを考えた。本年度は、名城カーボン社製のFH精製タイプ,FHタイプ,APJタイプの三種類のCNTを使用した。分散液は全てH2Oベースとなっている。FHとはFe触媒を使用し,不活性ガスにH2を用いていることから双方の頭文字を取ったものである。APJタイプはArk Plasma Jet法の頭文字が由来である。まず初めに,この三種類のうちどのCNTが最も細胞培養に適しているのか調査を行った。方法は、FH精製タイプ,FHタイプ,APJタイプのCNTをそれぞれ200μlずつカルチャーカバーガラス上に滴下し,ヒータを用いて水分を蒸発させた。その後,スピンコータを用いてエタノール100ulを滴下して風乾させた。この工程は最初の実験操作でCNTが剥離してしまったのでCNTの剥離を抑える目的で追加した。エタノール塗布後,カルチャーカバーガラスを35ml dishの中に入れ,NIH3T3を10000[cells/ml]の濃度で2mlずつ播き込み,定着する様子を観察した。この実験は6回繰り返された。結果は、FH精製タイプのみが確実な細胞の定着が観察された。この結果からFH精製タイプが最も細胞シートあるいはステント表面へ細胞を増殖させるために適していることが明らかとなった。ステント留置法が心筋梗塞などの動脈硬化性疾患治療に施行されているが、梗塞部の組織再生やステント再狭窄の問題などが重要な課題となっている。そのため、26年度にカーボンナノチューブ(Carbon Nanotube、CNT通電性があり細胞間連結作用あり)を使用しステント表面にCNTを足場にした細胞を増殖を検討し増殖効果があることを確認した。今年度は、プラズマを照射することによって親水基を付加し、生体適合性を図るためにプラズマアクテイベーション処理を施したCNTを使用した。カルチャーカバーガラスを35ml dish上の中に入れNIH3T3を10000(cells/ml)の濃度で2mlずつ播きこみ定着する様子を観察した。この実験を6回繰り返したが有意な増殖効果が得られなかった。その原因は、プラズマアクテイベーション処理後のエタノールの使用が原因と考えられた。上記実験を踏まえ、プラズマアクテイベーション処理CNTに優れた細胞接着性をもつコラーゲンスポンジを使用した実験を行ったところ有意な細胞増殖結果が得られた(実験回数1回)。この結果からステント表面に有意な細胞の増殖を行うためには、プラズマアクテイベーション処理CNTとコラーゲンスポンジ使用が有用である結果が明らかとなった。さらに、心筋虚血部位へのプラズマ照射細胞シートの作成を考える上では、プラズマアクテイベーション処理CNTとコラーゲンスポンジ使用が層状のシート状細胞増殖の可能性が得られたので今後も実験回数を増やし、技術的に可能となった心筋梗塞モデルラットを使用し検討する。プラズマを照射することによって親水基を付加し、生体適合性を図るためにプラズマアクテイベーション処理を施したCNTのみの使用による細胞増殖効果は層状増殖(2層以上の厚み)も期待して実験を行ってきたが良好な結果は得られなかった。しかしながら、プラズマアクテイベーション処理CNTに優れた細胞接着性をもつコラーゲンスポンジを使用した実験を行ったところ有意な細胞増殖結果が得られた。今後は、実験回数を増加し検討することが容易であるため。また、コラーゲンスポンジを使用したプラズマ照射細胞シートの心筋梗塞モデルラットへの治療では、心筋梗塞モデルラット作成が困難であったが、ラット解剖学と手術技術の向上によりモデル作成が可能となった。今後は、これまで検討してきたプラズマアクテイベーション処理CNTにコラーゲンスポンジを使用した細胞シートで治療検討が可能であるから。心筋梗塞部位への細胞シート移植、梗塞の原因となる狭窄血管部位を広げるステント留置法が行われてきたが、細胞シートの生着(移植)不良やステント再狭窄問題があるため次世代型の細胞シートあるいは、ステント開発をおこなった。プラズマイオン照射により表面改質処理をしたカーボンナノチューブ(Carbon Nanotube、CNT)には通電性による細胞間連結作用がある。また、円形の多孔質構造を持つコラーゲンスポンジは細胞培養において3次元(立体的)に細胞増殖する培養担体であり親水性が良い。そのため、CNTをコラーゲンスポンジに定着させ、このスポンジにラット心筋細胞を増殖させ立体に状作製することが可能であった。しかしながら、実際の心筋梗塞モデルラットにおいて、この細胞シートを定着することには成功しなかった。

その原因としては、モデルラットを再度開胸して細胞シートを定着する場合に2度目の開胸ではラットの負担が大きすぎることが示唆された。また、プラズマイオン照射により表面改質処理をしたステントを、CNTとコラーゲンスポンジさらに血管内皮細胞を増殖させ立体状にした細胞シートに巻き付けた。このようにして作製した新型ステントを山羊左頸動脈から挿入して1か月後のステントの状態を顕微鏡観察した。結果は、血栓などの付着がなかった。そこで、山羊左頸動脈を緩く結紮して狭窄部位を作成しステント挿入しても血栓付着は認められなかった。プラズマイオン照射により表面改質処理をしたCNTをコラーゲンスポンジに付着すると立体状の細胞シートを作製することが可能であったが、ラット心筋細胞を増殖させたシートでの治療効果を心筋梗塞モデルラットで検討すると、手術負荷が大きすぎ治療効果判定が不可能であった。新型ステント効果では、生体適合性は問題なく狭窄部位での有効な効果が期待できると考えられた。カーボンナノチューブ(CNT)をコラーゲンスポンジに定着させ、ラット心筋細胞を増殖させると立体状細胞シートを作製することが可能であった。しかしながら、心筋梗塞ラットにおいて、この細胞シートを定着することには成功しなかった。その原因としては、モデルラットを再度開胸して細胞シートを定着する場合に2度目の開胸ではラットの負担が大きいことが示唆された。ステントにCNTとコラーゲンスポンジにラット血管内皮細胞を増殖させた細胞シートを巻き付け増殖させた。この新型ステントを山羊左頸動脈から挿入して1か月後のステントの状態を観察すると血栓などの付着がなく生体適合性が認められた。CNTとは黒鉛(グラフェン)やダイヤモンド,フラーレンと同様に炭素の同素体の一種である。円筒構造をとっており、側面はグラフェンを丸めたような形であり,先端はフラーレンの半球で塞がれている。CNTには細胞間連結作用があり、FH精製タイプ、FHタイプ,APJタイプの中で、FH精製タイプが最も適していることが確認された。さらに、まだ2回の実験のみであるが、FH精製タイプCNT上に細胞との親和性を持たせるために、プラズマイオン照射による表面改質処理つまりプラズマアクティベーションを用いた官能基形成を試みて細胞増殖実験を試みた。このプラズマアクティベーション処理は、酸素プラズマ中による酸素イオン照射を行い、CNT表面に生体適合に適している官能基(水酸基:OH、カルボキシル基:COOH)を形成させることであるが、FH精製タイプの時よりもさらなる細胞増殖効果を観察しているので、今後この方法で細胞シート及びステント上で実験を行う基礎的方法を確立したため。コラーゲンスポンジは、細胞の足場として生分解性高分子性足場となる。このコラーゲンスポンジは、培養面積の増加や立体的な構造の構築が期待される。また、CNTは炭素の同素体の一種で機械的特性や化学的安定性に優れ,良好な細胞増殖や強固な細胞接着が期待される。
新書の語彙分析にもとづく特徴の抽出

さまざまなテキストを読んでみると、たとえば、講談社現代新書とブルーバックスではそれぞれに共通な何らかの特徴があり、グループを分けている何らかの特徴があるらしいと直観する。そこで、手はじめに新書を特徴づけている情報は何かを統計的手法を用いて抽出することを試みた。具体的には、次の作業を行った。・講談社現代新書の中の単語の切り出し(材料となるデータは、既に開発されたテキストデータベースに納められているので、本研究では、テキストの磁気データ化の必要はない。)・単語に対する品詞付け・統計分析(汎用コンピユ-タ上のパッケージANALYSTを使用する。○文について文長、1文中の単語数○単語について単語長、頻度表(総単語、品詞別)、品詞の使用割合・分析結果のまとめ分析結果は、グラフ、図表にまとめ、視覚的に特徴をとらえることができるようにした。この結果については、本重点領域研究の報告書に提出した。
半導体及び金属表面の有機単分子層による不動態化

平成19年度の研究開始より、東北大学、熊本大学及び米国スタンフォード大学の共同研究者と協力して、実験を開始した。平成19年度は、資金配賦から装置の発注、納品を含めて、結局年度末までの時間を要した。平成20年度は、ことに軌道放射光を使った実験が成功し、修飾ケイ素表面の「疎水性」の原動力に関る基礎的な発見ができた。また、アルミニウム表面の不動態化の実験は21年度までかけて、かなりの進展をみた。その特許申請も完了した。赤外吸収分光を用いたケイ素表面の評価法の研究は、試料作成がやや困難であったが、測定したい分子超薄膜(厚さ1nm以下)の信号が、従来にない強い感度で測定できることが確認でき、リン脂質分子など、生体関係の水溶液中吸着分子の検出等新しい応用の道が開けたのは望外の成果である。有機合成的技法により、固体表面を不動態化させる有機単分子層の作製技術を展開させ、半導体表面及び金属表面上の有機単分子層の作成法と観測法を開発することを目指して、具体的には、ケイ素単結晶表面上の2個またはそれ以上の表面ケイ素原子に直接共有結合した炭化水素系の吸着種の為す単層"組織層"を作製や、アルミニウム等の金属表面上に有機単分子層を作製を行い、これら単分子層の不動態化特性を評価し、その微視的構造と物性を明らかにするため、既存の実験装置の適合化や、本研究で新規に開発利用する赤外吸収分光装置の準備を進めている。赤外吸収分光装置を新規に購入し、試料周りの装置部分品等を取り揃えて、測定可能な状況となった。特にこれら全ての実験の基本となる、清浄な水素終端ケイ素単結晶表面の作成法に於いては、清浄化のプロセスを詳細に走査トンネル顕微鏡と高分解能電子エネルギー損失分光法によって追跡し、究極的な酸素フリーの表面がどのようなもの確認する事ができた。また、そのような水素終端表面を反応性ガス中で紫外線照射することにより新たな吸着種を作成する方法を探索した。その結果、特に臭化メチルにおいては、ケイ素基板のドーパント極性がn型かp型かにより、それぞれメチル基か臭素原子が排他的に吸着することが見出された。基板の電子状態が化学反応選択性に明白な差異を及ぼす稀有な例として注目に値する。さらに作成されたメチル吸着種を軌道放射光を用いた光電子分光やX線吸収分光で観測し、メチル基の電子軌道の対称性と励起状態寿命が評価され、メチル吸着種は表面化学的に各種の特徴がある注目すべき吸着種であることが示された。有機合成的技法により、固体表面を不動態化させる有機単分子層の作製技術を展開させ、半導体表面及び金属表面上の有機単分子層の作成法と観測法を開発することを目指して、具体的には、ケイ素単結晶表面上の2個またはそれ以上の表面ケイ素原子に直接共有結合した炭化水素系の吸着種の為す単層"組織層"を作製や、アルミニウム等の金属表面上に有機単分子層を作製を行い、これら単分子層の不動態化特性を評価し、その微視的構造と物性を明らかにするため、既存の実験装置の適合化や、本研究で新規に開発利用する赤外吸収分光装置の準備を進めた。本年度は、アルミニウム表面の単分子層による不動態化をめざして、まず清浄表面の作成と清浄表面の酸化プロセス、及び酸化をブロックする表面層の作製を、主としてX線光電子分光法でモニターしながら行っている。イオン化した炭化水素によるボンバードメントで炭素の超薄膜を作製することがでぎた。ケイ素表面の有機単分子層については、各種の軌道放射X線分光によりメチル終端面及びアリルアミン終端面につき、電子状態を介した疎水性の評価が行われ、不動態化の起源を探ることができた。表面の酸化を防止するひとつのアプローチとして、超清浄水素終端ケイ素表面の作製とその初期酸化課程を調べた。不動態化ケイ素ウエハを赤外吸収分光の基板に応用して、生体物質として重要なリン脂質分子の膜内電解反応を振動スペクトルで調べた。これらの成果は実用に結びつく可能性があり、外部発表を一部見合わせて、特許出願を目指している。有機合成的手法により、固体表面を不動態化(化学的に不活性で、実用的に安定に扱える状態にすること)させる有機単分子層の作製技術を進展させ、半導体表面及び金属表面上の有機単分子層の作成法と観測法を開発することを目標として研究を展開した。

昨年度までは、試料作製装置や観測装置の組立て・新規立上げ、要素技術の開発等を行い、一応の完成をみた。そして今年度までに以下の成果をあげることができた。(1)ケイ素表面の単分子組織層の作製:ケイ素ウエハ表面上では、既に数々の種類の有機単分子層が作製できたが、最高安定性の不動態化表面を目指して、吸着種同士のクロスリンキング、即ち組織化された吸着層を作製し、振動スペクトルで構造を確認した。(2)ケイ素表面の有機単分子層疎水性相互作用のメカニズムの研究:軌道放射X線光源を用いたX線吸収分光法により、ケイ素終端メチル基が水分子より異常強度の電子的作用を受け、これが疎水性相互作用のひとつの特質であることを確認した。(3)金属アルミニウム表面の有機単分子層による不動態化の研究:今まで殆ど研究されてこなかったアルミニウム表面上の新しい吸着種を各種探索し、ついにチオール系吸着種をクロスリンキングさせることで酸化防止能のある単分子膜の作製に成功した。(4)不動態化ケイ素ウエハを基板として応用して、生体物質として重要なリン脂質分子の膜内電解反応を赤外吸収振動スペクトルで調べた。その結果、不動態化ケイ素ウエハ基板上に展開されたリン脂質膜は生体中と同様に流動性を維持するだけでなく、細胞膜電位程度の電圧印加によって相転移ともいうべき構造変化を行うことが発見された。
サイトカイン阻害性協調作用による自己抗体産生制御機構の解明

代表的な炎症性自己免疫疾患である膠原病に共通しているのは、自己免疫寛容の破綻であり、自己反応性B細胞による自己成分に対する抗体産生を特徴とする。免疫抑制機構の中心的サイトカインはTGF-βとIL-10の2つであるが、共に免疫に対して促進性にも抑制性にも働くという側面があり、臨床応用への大きなハードルとなっている。本課題において申請者は、TGF-βとIL-10のcombinationによる自己抗体制御機構を解明することを目的とした。平成28年度は、Toll-like receptor(TLR)刺激においてTGF-β、IL-10単独では抗体産生は促進されるが、両サイトカインの共存により抗体産生は完全に抑制されることを示し、解糖系や酸化的リン酸化、アミノ酸代謝など代謝パスウェイに影響のある遺伝子群の抑制および、mTORシグナル伝達系が、TGF-βとIL-10を共添加したLPS刺激B細胞で特異的に抑制されていることを明らかにした。H29年度は、in vitroでもNP-KLH/CFA免疫下におけるTGF-βとIL-10の協調的な液性免疫制御能を検証した。さらにTLR7 agonistであるイミキモドの皮膚への塗布によるSLEモデルマウスにおいても、TGF-βとIL-10は協調して自己抗体産生を著しく抑制した。最終年度である平成30年度は、T細胞特異的TGF-β3コンディショナルノックアウトマウスを用いた検討にて、生体内における液性免疫応答においてもT細胞の産生するTGF-β3が液性免疫制御機構において中心的役割を果たすことをフローサイトメトリーおよび遺伝子発現解析により確認した。さらに、ヒトB細胞においてもTGF-β/IL-10のサイトカインシナジー効果を認めた。以上の検討により、ヒト自己免疫疾患に対するサイトカインコンビネーションセラピーの展開の有用性が示唆された。本課題において申請者は、TGF-βとIL-10のcombinationによる自己抗体制御機構を解明することを目的としている。平成28年度は下記の検討を行った。B細胞に対する各種Toll-like receptor(TLR)シグナルの増強は、多彩な自己抗体産生を特徴とする全身性エリテマトーデス(SLE)の発症に関連することが多く報告されている。申請者らは、LPSによるTLR4の各刺激においてTGF-β、IL-10単独では抗体産生は促進されるが、両サイトカインの共存により抗体産生は完全に抑制されることを同定した。LPS刺激下のB細胞にTGF-β、IL-10を単独または共添加し、RNA-sequencingにより各サイトカインが遺伝子発現に与える影響を網羅的に評価したところ、解糖系や酸化的リン酸化、アミノ酸代謝など代謝パスウェイに影響のある遺伝子群の抑制および、哺乳類ラパマイシン標的タンパク質(mTOR)シグナル伝達系が、TGF-βとIL-10を共添加したLPS刺激B細胞で特異的に抑制されていることが示唆された。ウエスタンブロット法にて確認したところ、ICS条件において4E-BP1を含むmTORC1シグナル伝達系が特異的に抑制されているという結果を得た。このような抑制効果は、mTORC1賦活剤の添加により解除された。これらの結果より、TLR刺激下におけるB細胞活性化をTGF-β3とIL-10が協調的にmTORC1シグナル伝達系制御を介して抑制することが判明した。本年度は、TGF-βおよびIL-10の共存下におけるB細胞への影響および、シグナル伝達経路の同定を目標とした。上述の如く、自然免疫系刺激条件においては、TGF-βまたはIL-10は単独では抗体産生を促進するが、両サイトカインの共存下では強力な抑制効果を認めること、また同経路はmTORC1シグナル伝達系を介することを同定し、当初の目標を達成した。平成28年度は、Toll-like receptor(TLR)刺激においてTGF-β、IL-10単独では抗体産生は促進されるが、両サイトカインの共存により抗体産生は完全に抑制されることを示し、解糖系や酸化的リン酸化、アミノ酸代謝など代謝パスウェイに影響のある遺伝子群の抑制および、哺乳類ラパマイシン標的タンパク質(mTOR)シグナル伝達系が、TGF-βとIL-10を共添加したLPS刺激B細胞で特異的に抑制されていることを明らかにした。H29年度は、pCAGGS-TGFb1, pCAGGS-TGFb3, pCAGGS-IL10プラスミドベクターを作成し、in vivo実験系における機能解析を中心に行った。その結果、NP-KLH/CFA免疫下においては、in vitroの検討結果と同じく、TGF-βとIL-10の協調的な液性免疫制御能が示された。

一方、TGF-βおよびIL-10ブロッキング抗体の投与は抗体産生を増強した。さらにTLR7 agonistであるイミキモドの皮膚への塗布によるSLEモデルマウスにおいても、TGF-βとIL-10は協調して自己抗体産生を著しく抑制した。これらの検討により、ヒト自己免疫疾患に対するサイトカインコンビネーションセラピーの展開の有用性が示唆された。本年度は、TGF-βおよびIL-10の共存による液性免疫免疫制御につき生体内での検証を主眼に置いた。上述の如く、生体内においても自然免疫系刺激条件においては、TGF-βおよびIL-10が共存することが必要であることが示され、SLEモデルマウスにおける自己抗体産生制御機構にも両サイトカインによるシナジー効果が重要であることが明らかとなった。さらに、申請者はTGF-beta3 floxedマウスを独自に作出し、CD4 Creマウスとの交配により、T細胞特異的TGF-β3コンディショナルノックアウトマウスの作成まで完了した。これらの検討により、生体内におけるTGF-βおよびIL-10の機能および治療効果を明らかとし、新たなマウス実験系の構築も行ったことで、当初の目標を達成した。代表的な炎症性自己免疫疾患である膠原病に共通しているのは、自己免疫寛容の破綻であり、自己反応性B細胞による自己成分に対する抗体産生を特徴とする。免疫抑制機構の中心的サイトカインはTGF-βとIL-10の2つであるが、共に免疫に対して促進性にも抑制性にも働くという側面があり、臨床応用への大きなハードルとなっている。本課題において申請者は、TGF-βとIL-10のcombinationによる自己抗体制御機構を解明することを目的とした。平成28年度は、Toll-like receptor(TLR)刺激においてTGF-β、IL-10単独では抗体産生は促進されるが、両サイトカインの共存により抗体産生は完全に抑制されることを示し、解糖系や酸化的リン酸化、アミノ酸代謝など代謝パスウェイに影響のある遺伝子群の抑制および、mTORシグナル伝達系が、TGF-βとIL-10を共添加したLPS刺激B細胞で特異的に抑制されていることを明らかにした。H29年度は、in vitroでもNP-KLH/CFA免疫下におけるTGF-βとIL-10の協調的な液性免疫制御能を検証した。最終年度である平成30年度は、T細胞特異的TGF-β3コンディショナルノックアウトマウスを用いた検討にて、生体内における液性免疫応答においてもT細胞の産生するTGF-β3が液性免疫制御機構において中心的役割を果たすことをフローサイトメトリーおよび遺伝子発現解析により確認した。さらに、ヒトB細胞においてもTGF-β/IL-10のサイトカインシナジー効果を認めた。以上の検討により、ヒト自己免疫疾患に対するサイトカインコンビネーションセラピーの展開の有用性が示唆された。今後は、生体内における機能解析を行う。具体的には、pCAGGS-TGFb1, pCAGGS-TGFb3, pCAGGS-IL10