hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Escobar症候群の分子病態解明とGFPT1先天性筋無力症候群の治療法開発研究

本方法は先天性筋無力症候群の機能解析として用いることができ、以前に遺伝子解析をおこない同定をした先天性筋無力症患者のCHRNDミスセンス変異においても同様の実験をおこない、その病原性の確認をおこなった。平成28年度に研究エフォートが低下したための遅れがある。本研究でおこなっている実験系は、先天性筋無力症候群の原因となる成人型アセチルコリンレセプターのミスセンス変異に対する機能解析にも用いることができる。本年度、先天性筋無力症候群異おいて同定されたミスセンス変異についても解析を担当した。ヒト筋骨格筋の神経筋接合部に存在するアセチルコリン受容体は4つのサブユニットからなる5量体であり、胎生33週頃にガンマからイプシロンサブユニットに置換される。成人型アセチルコリン受容体の遺伝子変異により先天性筋無力症候群が惹き起こされる。胎児型アセチルコリン受容体に含まれるCHRNG遺伝子は非致死型多発性翼状片症候群であるEscobar症候群の原因遺伝子である。本研究ではEscobar症候群の遺伝子診断と、臨床像の解明、同定した変異の機能解析をおこなった。Escobar症候群2家系3人にCHRNG遺伝子変異を同定し、ミスセンス変異p.Pro143Argが両家系に共通し、他アリルはフレームシフト変異およびナンセンス変異だった。昨年度までにHEK293細胞上へ発現させた野生型および変異型の胎児型アセチルコリン受容体の発現実験をおこない、変異型は野生型のおよそ60%の発現量だった。先天性筋無力症候群のアセチルコリン受容体欠損症では高度の発現量低下を示す。また、ある程度の発現量低下とチャネル動態の異常という複数の病態機構を併せ持つことも想定されている。今年度はMayo Clinicの研究室との共同研究により、p.Pro143Argのチャネル動態解析をおこなった。培養細胞に変異型の胎児型アセチルコリン受容体を発現させパッチクランプ法によりチャネル開口時間を測定したところ開口時間の短縮を認め、本変異が胎児型ファーストチャネル症候群を起こすことを明らかにした。臨床像について情報収集したところ、3人とも手指の手術を要する遠位型の多発関節拘縮持つがEscobar症候群に特徴的とされる翼状片についてはあっても極軽度にとどまっていた。学会発表をおこない最近になり類似症例の紹介を受けた(遺伝子解析準備中)。低下したエフォートについては教育活動のエフォートの増加は変更できないが、診療のエフォートを抑えることである程度の回復がえられると考えている。CHRNG変異の発現実験については、手法は確立しているために繰り返しておこなっていく。イオンチャネル動態の解析については予定通りに研究協力者の協力を得て進めていく。上記が終了したのちに、GFPT1-iPSC由来筋管を用いた実験を進める予定である。Escobar症候群の日本における新規症例の発掘は継続しておこなっていく予定である。CHRNG
血管免疫芽球性T細胞リンパ腫の病態解明と診断・治療法開発をめざす統合的アプローチ

主要なT細胞リンパ腫である血管免疫芽球性T細胞リンパ腫(AITL)について、(1)血清診断法確立による生検前診断、(2)新規ゲノム解析、(3)マウスモデル作製、(4)シグナル異常解明と治療法探索、を目的とする研究である。本年度は以下の成果が得られた。(1) AITL腫瘍組織由来DNAで高頻度(60-70%)に同定されるRHOA遺伝子の一アミノ酸置換変異(G17V RHOA)の診断法について、ddPCR法とPNA-LNA法を比較し、両者の検出感度と特異度が同等であることを示した(Cancer Sci 109:1682-9, 2018)。(2) 32例のAITLまたは類似カテゴリーである末梢性T細胞リンパ腫ー非特定型(PTCL-NOS)の腫瘍サンプルを用いて全エクソンシークエンスを行い、解析中である。結果の一部は、2019年10月に開催される日本血液学会で発表予定である。(3)前年度に確立したマウスAITLモデル(Tet2遺伝子破壊とG17V変異RHOA発現による)のヌードマウスへの移植系を用い、ダサチニブの抗腫瘍効果を示した。この結果については投稿中である。(4)前年度G17V変異RHOAがVAV1のリン酸化亢進を介してT細胞受容体シグナルを増強することを示した(Leukemia 32:6940702, 2018)が、本年度はAITLにおけるVAV1変異あるいは融合遺伝子形成に注目した研究を行なった。これらの変異あるいは融合VAV1をT細胞で発現するマウスを作製し、これらのマウスがT細胞リンパ腫を発症することを観察している。現在本リンパ腫の詳細な解析を行うとともに、本腫瘍由来の細胞株を用いて治療標的を探索中である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。主要なT細胞リンパ腫である血管免疫芽球性T細胞リンパ腫(AITL)について、(1)血清診断法確立、(2)新規ゲノム解析、(3)マウスモデル作製、(4)シグナル異常解明と治療法探索、を目的として研究を行った。それぞれについて以下の成果が得られた。(1) AITL腫瘍組織由来DNAでは、高頻度(60-70%)に、シグナル分子であるRHOAをコードする遺伝子のG17V変異が同定される。G17V RHOA変異陽性患者において、治療前の血清が入手可能であった全例において、血清由来DNAでもG17V RHOA変異が同定された。本変異はAITL特異的であることから、血清検査によりAITLの診断ができる可能性が示された。(2) AITL患者の腫瘍由来RNAの網羅的シークエンスにより、多機能シグナル分子VAV1をコードする遺伝子が融合遺伝子を形成することを見出した。VAV1遺伝子に注目しAITL患者腫瘍由来DNAで変異解析を行ったところ、一部の患者検体でVAV1変異が同定された。VAV1変異/融合はRHOA変異陰性例のみで同定され相互排他的であった。(3) AITLでは、TET2遺伝子にも高頻度(>80%)で機能障害型変異が同定され、G17V RHOA変異は常にTET2変異と共存している。このため、TET2遺伝子を欠失し、G17V RHOAを発現するマウスを作製した。このマウスは、TET2遺伝子欠失操作後40週までに、>80%の個体で患者AITLと組織学的に類似する腫瘍を発症した。AITLモデルマウスが構築された。(4) G17V RHOAがVAV1に特異的に結合し、VAV1の機能を増強することを見出した。このことは、G17V RHOA変異とVAV1変異/融合が相互排他的であることから、両者が類似の細胞内シグナル異常の原因になっていると推定されることとも一致する結果であった。G17VRHOA-VAV1経路が、治療標的になる可能性が示された。(1)AITLの血清診断については、これまでは次世代シークエンサーを用いてG17V RHOA変異解析を行ってきたが、未だ検査室で診断できるようにはなっていない。今後、検査会社と共同で簡便な検出法を開発し、受注できる体制構築が必要である。(2)RHOA変異とVAV1変異/融合はこれまでのところ相互排他的に認められているが、より多数の検体について解析を行い、確認する必要がある。また、RHOA変異もVAV1変異/融合も陰性のケースにおけるゲノム解析を進める必要がある。(3)AITLのマウスモデルが構築できたと考えられるが、発症までの潜時が長いため、解析に困難を伴う。このため、発生した腫瘍細胞を免疫不全マウスに移植してレシピエントマウスでの腫瘍解析ができるようにする必要がある。これにより、多数のマウスで腫瘍の状態を同期させた状態で治療実験を行うこともできるようになる。(4)G17VRHOA変異による新規シグナルの同定を計画していたところ、G17V RHOAとVAV1との特異的結合について明らかにすることができた。すでにVAV1リン酸化に注目し、チロシンキナーゼ阻害剤によるAITL治療の可能性について検討を開始している。。

(5)AITLの腫瘍組織を構成する細胞系列毎のゲノム解析を行い、B細胞の遺伝子変異を同定して論文発表を行った(Blood Cancer J. 2017;7(1):e516 )。しかし、「AITL組織由来B細胞リンパ腫発症機構解明の手がかりを得る」という計画は達成されていない。主要なT細胞リンパ腫である血管免疫芽球性T細胞リンパ腫(AITL)について、(1)血清診断法確立による生検前診断、(2)新規ゲノム解析、(3)マウスモデル作製、(4)シグナル異常解明と治療法探索、を目的とする研究である。本年度は以下の成果が得られた。(1) AITL腫瘍組織由来DNAで高頻度(60-70%)に同定されるRHOA遺伝子の一アミノ酸置換変異(G17V RHOA)について、検査会社と共同で検査商品化し、検査会社はカタログ収載した。G17V RHOA変異陽性AITL患者では血清DNAでG17VRHOA変異が検出可能であることを示して論文化(Ann Hematol, 2017)し、血清DNAを用いた検査商品化の目処をつけた。(2)一部のAITL患者でVAV1遺伝子の変異や融合遺伝子形成を同定していたが、G17V RHOAとVAV1機能との関連を解明した下記(4)項の成果と合わせ、論文発表(Leukemia, 2018)した。(3) AITLでは、TET2遺伝子にも高頻度(>80%)で機能障害型変異が同定され、G17V RHOA変異はTET2変異と共存する。Tet2遺伝子を破壊しG17V RHOAを発現するマウスが、AITLと組織学的に類似する腫瘍を発症することを前年までに明らかにしたが、今年度は本腫瘍が免疫不全マウスに移植可能で、治療モデルが構築できることを確認した。(4) G17V RHOAがVAV1に特異的に結合し、VAV1の機能を増強することを前年までに見出していたが、今年度はG17V RHOA-VAV1経路が、チロシンキナーゼであるダサチニブによる治療標的になることを示し、上記(2)項の成果と合わせ論文発表した。(1)AITLの腫瘍由来DNAを用いたG17VRHOA変異検査を検査会社との共同研究で商品化した。血清DNAを用いた同変異検出について論文化した。(2)ゲノム解析については、RHOA変異とVAV1変異・融合遺伝子形成との排他性について統計的有意差を示して論文化した。(3)AITLのマウスモデルが構築に続き、発生した腫瘍細胞を免疫不全マウスに移植してレシピエントマウスでの腫瘍解析ができるようになった。これにより、多数のマウスで腫瘍の状態を同期させた状態で治療実験が開始できている。(4)G17V RHOAとVAV1との特異的結合、およびこの結合によるVAV1リン酸化亢進を明らかにし、チロシンキナーゼ阻害剤によるAITL治療の可能性について、マウスモデルの実験に加え、臨床試験を開始している。(1) AITL腫瘍組織由来DNAで高頻度(60-70%)に同定されるRHOA
チューブリンを分子標的とした抗腫瘍性植物成分の探索と開発

微小管の重合および脱重合阻害作用をもつ化合物は新しいタイプの抗癌剤として注目されているにもかかわらず、その数および種類は限られている。本研究では、チューブリン重合阻害あるいは微小管脱重合阻害活性を指標としてスクリーニングを行い、新しい抗腫瘍物質の開発を目指して研究を展開した。以下に、本年度の研究成果の概要を報告する。薬用植物の抽出物について、チューブリンを分子標的としたスクリーニングを行った結果、生薬セイソウシCelosia argenteaより3種の新規2環性環状ペプチド(セロゲンチンAC)を、既知関連ペプチド、モロイジンとともに分離し、構造を明らかにした。セロゲンチンCは、ビンクリスチンを上回る顕著なチューブリン重合阻害活性を示した。さらに、活性を指標として微量成分を精査した結果、新たにcelogentin D-HおよびJを単離し、構造を明らかにした。いずれのペプチドもvincristineに匹敵するチューブリン重合阻害活性を示した。これらcelogentin類は、MAPsなどの微小管重合タンパク質を取り除いた、精製チューブリンに対しても、強い重合阻害活性を示した。Celogentin類は、チューブリン重合阻害活性とともに解重合阻害活性も示した。
クラスターを用いた安価な大規模地震動シミュレーション手法に関する研究

これまでに開発してきた不連続格子を用いた差分法による波動伝播シミュレーションプログラムを、8台から16台程度のPCを接続した小中規模のPCクラスター上で効率的に並列計算を行うことができるように拡張することが本研究の目的である。平成16年度には、汎用プログラム(GMS : Ground Motion Simulator)に並列計算機能を実装し、PCクラスター上での差分法シミュレーションプログラムの計算に用いるCPUの数と計算時間の関係を評価し、比較的単純なモデルに関してプログラムのスケーラビリティーを検証した。本年度は、多数の点震源のあるモデルや、大量に計算結果の出力がある場合に関して検討を行い、並列出力を可能とするようシステムを改良した。波動場の空間・時間的変化を把握するためには計算結果を大量に出力する必要があるが、出力に関しても並列化を行わない限り並列度が大きくなると全計算時間に占める出力に要する時間の割合が大きくなり非効率である。昨年度に開発したシステムでは出力データをマスターCPUにメモリー間通信で集めてから出力していた。今年度、各CPUが並列に出力可能なようにシステムを改良した。これにより、メモリー間通信にかかる時間を省ける上、さらに出力データ量自身も少なくなるという二重のメリットがある。これにより出力に要する時間を大幅に短縮でき、出力が多い場合の並列化効率を大幅に向上させることに成功した。また、点震源を並べることで面的な震源を近似するために、数千から1万個以上の震源を必要とする場合があるが、このような場合、単純な空間分割による並列計算では特定のCPUに負荷が集中するため効率が極端に低下することになる。このような問題を解消するため、震源に関する並列計算は別途CPUの割付を行い負荷を平準化するようにシステムを改良した。これによりどの程度効率化されるかはモデル依存性が高いため一概にいえないが、例えば十勝沖地震のシミュレーションを16CPUで並列計算をする場合に一割程度の計算時間が短縮されることが分かった。これまでに開発してきた不連続格子を用いたFDMを、PCクラスター上で並列計算を行うことができるように拡張する。従来は、スーパーコンピュータや比較的規模の大きなワークステーション(EWS)等で計算を行うことが多かったが、実務や研究で導入できる8台から16台程度のPCを接続した小中規模のPCクラスターにより、十分な計算性能が発揮することができることを目標として、シミュレーション手法・プログラムを改良する。研究は、テストプログラムと作成と、汎用プログラム作成の二つのフェーズに分けて行う。平成15年度は、前者のフェーズとして、PCクラスター上でのFDMシミュレーションプログラムの基本的性能や問題点の洗い出しを行い、計算に用いるCPUの数と計算時間の関係を評価し、プログラムのスケーラビリティーを検証した。不連続格子による有限差分法のプログラムの並列化を行い、16台(各2CPU)のPCから成るPCクラスターにより基本的性能や問題点の洗い出しを行い、計算に用いるCPUの数と計算時間の関係を評価した。16台のPCで各1CPUを用いて計算を行った場合、約14.7倍の計算速度が得られ、約92%の効率で並列化が図られており高いスケーラビリティーを示した。ただし、各2CPUを用いた場合には、約76%(32CPUで約64%)と、多少効率が悪くなることが分かったが、これはメモリアクセスの帯域が限られているためであると考えられる。平成15年度に行った、PCクラスター上での差分法(FDM)による波動伝播シミュレーションプログラムの性能評価をふまえ、汎用プログラム(GMS : Ground Motion Simulator)に並列計算機能を実装し、計算に用いるCPUの数と計算時間の関係を評価するとともに、プログラムのスケーラビリティーを検証した。並列版GMSにより、実際の地下構造・震源を反映した約4000万格子のモデルにより、プログラムのスケーラビリティーを検証した。その結果、16台のPCから成るクラスターにおいて1台の場合の約14倍の計算速度を実現し、約87%の効率で並列化が図られた。パラメータ設定の自由度の高い汎用プログラムと、現実的なモデルの組み合わせとしては、非常に高いスケーラビリティーが得られた。また、開発したPCクラスター版の並列計算プログラムを用いて、2003年十勝沖地震の長周期地震動のシミュレーションを行った。北海道の主要部分を含む約400kmx400kmという広い領域をモデル化するために、約1.6億格子の大規模な地下構造モデルを構築した、シミュレーションを行った。シミュレーションにより再現された2003年十勝沖地震の長周期地震動は、北海道の広範囲にわたって観測記録と非常によい一致をみた。

今年度、各CPUが並列に出力可能なようにシステムを改良した。これにより、メモリー間通信にかかる時間を省ける上、さらに出力データ量自身も少なくなるという二重のメリットがある。これにより出力に要する時間を大幅に短縮でき、出力が多い場合の並列化効率を大幅に向上させることに成功した。また、点震源を並べることで面的な震源を近似するために、数千から1万個以上の震源を必要とする場合があるが、このような場合、単純な空間分割による並列計算では特定のCPUに負荷が集中するため効率が極端に低下することになる。このような問題を解消するため、震源に関する並列計算は別途CPUの割付を行い負荷を平準化するようにシステムを改良した。これによりどの程度効率化されるかはモデル依存性が高いため一概にいえないが、例えば十勝沖地震のシミュレーションを16CPUで並列計算をする場合に一割程度の計算時間が短縮されることが分かった。
ニュートリノ振動実験のためのビーム増強とその物理の展開

現在、ニュートリノ振動を検証するためのつくば-神岡間ニュートリノ振動実験K2Kが順調に進行中である。スーパーカミオカンデではKEK起源のニュートリノ事象が56個検出されている。KEK内に設置された前置検出器において検出されたニュートリノ事象の数から推定される検出数は、ニュートリノ振動が起きないと仮定した場合、80.6+・8事象である。実際に検出された事象数は、97%の確率でニュートリノ振動を支持する。最初の実験結果は、2000年7月28日に大阪で行われた第30回高エネルギー物理学国際会議(ICHEP2000)において本研究代表者(作田)、及び実験責任者(西川京大教授)によって初めて報告され、物理の論文にまとめられた。石井ば前置検出器の中でミュー粒子検出器を使ってニュートリノビームの基本的な性質(エネルギー分布、広がり、方向、安定性)を詳しく調べ、論文にまとめた。Δm^2が、0.003(eV)^2より低い場合は、ニュートリノ強度を増強し、低いビームエネルギーに最適化されたK2K実験を性能を改良して続けるのが1つの有効な方法である。本計画はニュートリノ強度の増強のための方法を開発し、また増強したニュートリノビームを用いた新しい物理の可能性を検討することである。物理:ファイバー検出器を含む前置検出器を使って、ニュートリノ振動実験で一番基本的なニュートリノの量とスペクトルを低エネルギに到るまで0.5-3.5GeVに渡って測定した。現在の前置検出器から鉛ガラスを取り去り、ファイバー検出器周りのシンチレーションカウンタでミュー粒子と陽子の分離を強化することで、1GeV以下で、2つの飛跡として見える準弾性反応を5-6倍多く検出することができる。その評価に基き、2001年の夏に鉛ガラス検出器は取り外された。これにより今後2年間で1GeV以下で、2つの飛跡として見える準弾性反応の統計を10倍にすることができ、エネルギー分布と非弾性散乱/弾性散乱の比を各エネルギー(0.5GeV巾)で10%以下の精度で決定する事ができる。そして、SKで検出される事象のニュートリノ振動による数の減少とエネルギー分布の歪みを精密に解析することにより、Δm^2が0.0025(eV)^2以上の領域にあれは、ニュートリノ振動を99%以上の確率で結論できると評価した。加速器:川久保らはK2K実験開始以来、加速器(12GeV-PS)を安定に運転する事に成功し、実験時は、2.2秒隔に5.3x10^<12>個の陽子を標的に安定に供給している。高山らは、さらに運転の最適化と加速効率の向上を行なう事でビーム強度を約20%増加できると評価した。これは、2002年度から実施される。高山は、将来のさらなるビーム増強のため、Intensity Doubler構想のシナリオを提案した。それは、現在の速い取り出しの加速器運転周期2.2秒を1.6秒に短縮するために500MeV蓄積リングを作る事であり(50%増加)、もう一つはスーパーパンチ加速と呼ばれる新しい加速方法を採用することにより、ビームをリングの中に一様に詰めることである(50%増加)。平成12年度からすぐに500MeV蓄積リング用の勾配付き偏向磁石の設計製作が為された。製作結果は、ヨーロッパ加速器会議にて報告された。磁場測定結果を含めた報告はHEACC2001で行われた。スーパーバンチ加速については、2000年のヨーロッパ加速器会議や、2001年のSnowmassの会議にて高山らは新しい加速方式としてJHFや将来のHadron Colliderに有望であることを示し、KEK-PSやFermilab Main Injectorでのニュートリノ実験のビーム増強に応用できることを提案した。このように、本研究は物理、加速器共に十分に目標の成果を達成した。スーパーカミオカンデではKEK起源のニュートリノ事象が28個検出されている。KEK内に設置された前置検出器において検出されたニュートリノ事象の数から推定される検出数は、ニュートリノ振動が起きないと仮定した場合、37.8事象である。実際に検出された事象数28は、ニュートリノ振動が起きないとした推定値より少ない。この結果は、本年7月28日に大阪で行われた第30回高エネルギー物理学国際会議(ICHEP2000)において本研究代表者、及び実験責任者によって初めて報告された。ニュートリノ振動を科学的に99%以上の確率で結論するためには、今後数年間実験を継続することにより結論を下す事を目指す。

さらに飛跡検出器の能力を向上するため、ファイバー検出器を取り囲むシンチレーションカウンタの時間分解能を1μsec巾から100μs巾に広げるべくTDCの開発を行った。この開発成果を踏まえ、本年度は実モジュールを製作する予定である。また、崩壊トンネル中のアルミワイヤー(ハドロニックホース)のシミュレーションを行い、前置検出器で約30%のfluxの向上、スーパーカミオカンデでは5-9%のfluxの向上が得られる事がわかった。ただし、放射線レベルの関係上、崩壊トンネル中で作業することは困難であると分かった。加速器:KEK12GeV-PSのビーム強度を2倍に増強する目的で考えられたIntensity Doubler構想のシナリオに沿って、年度開始からすぐに500MeV蓄積リング用の勾配付き偏向磁石の設計が為された。この設計では、主として計算機コードANSYSを用い、2次元の計算が行われた。設計を基に、以下の手順で1m長のモデル磁石の製作が行われた。(1)永久磁石用フェライト材の製作をメーカーにて製作、(2)このフェライト材をKEKのPS主リング偏向磁石にて着磁、(3)KEK電磁石磁場測定施設にて、永久磁石材全数の磁束を測定、(4)依頼工場にて、磁極用・リターンヨーク用鉄材、その他構造材の製作を行い、(5)永久磁石材のシャフリングを行い、最終的な組み立てを行った。現在、このモデル磁石はKEK電磁石磁場測定施設にて磁場測定中である。途中結果を見る限り、本番にて十分使用可能な磁場分布特性だと考えられるが、温度変化補償材の選択には更なる最適化が必要の様に見える。設計計算結果は、去年のヨーロッパ加速器会議にて報告された。磁場測定結果を含めた報告は来るHEACC2001で行われる予定である。一方、この永久磁石を使用した500MeV蓄積リングの設計の骨格は終了した。以上のように、本年度は研究計画通りに研究を実施した。現在、ニュートリノ振動を検証するためのつくば-神岡間ニュートリノ振動実験K2Kが順調に進行中である。スーパーカミオカンデではKEK起源のニュートリノ事象が56個検出されている。KEK内に設置された前置検出器において検出されたニュートリノ事象の数から推定される検出数は、ニュートリノ振動が起きないと仮定した場合、80.6+・8事象である。実際に検出された事象数は、97%の確率でニュートリノ振動を支持する。最初の実験結果は、2000年7月28日に大阪で行われた第30回高エネルギー物理学国際会議(ICHEP2000)において本研究代表者(作田)、及び実験責任者(西川京大教授)によって初めて報告され、物理の論文にまとめられた。石井ば前置検出器の中でミュー粒子検出器を使ってニュートリノビームの基本的な性質(エネルギー分布、広がり、方向、安定性)を詳しく調べ、論文にまとめた。Δm^2が、0.003(eV)^2より低い場合は、ニュートリノ強度を増強し、低いビームエネルギーに最適化されたK2K実験を性能を改良して続けるのが1つの有効な方法である。本計画はニュートリノ強度の増強のための方法を開発し、また増強したニュートリノビームを用いた新しい物理の可能性を検討することである。物理:ファイバー検出器を含む前置検出器を使って、ニュートリノ振動実験で一番基本的なニュートリノの量とスペクトルを低エネルギに到るまで0.5-3.5GeVに渡って測定した。
ダイレクト・アブイニシオMD法による微視的溶媒和クラスター反応の実時間追尾

微視的溶媒和クラスターは、少数の溶媒分子によって取り囲まれた分子からできるクラスターであり、溶質の周りの溶媒を部分的に切り出したナノスケールの溶液といえる。最近、クラスターサイズを選別したクラスターを任意に生成する実験が可能となってきており、レーザー分光法を組み合わせることによって、その反応ダイナミクスについて、詳細な解明が可能となってきている。これに対し、溶媒和クラスターに関する理論的なアプローチは極めて少ない。本研究課題では、ダイレクト・アブイニシオ分子動力学(AIMD)法を、微視的溶媒和クラスター内での反応ダイナミクスの理論解明に応用した。特に、光照射後の反応を実時間で追尾することにより、微視的溶媒和の効果を理論的に予測した。本年度は、以下の2テーマについて詳細な計算を行った。(1)微視的溶媒和ベンゼンクラスターが超高速デバイスになることを理論予測半導体などの電子材料は通常、たくさんの分子が集まった分子集合体によって構成されている。本研究では、AIMD法により、数個の分子からなるクラスターが高速な分子デバイスとして作用することを理論的に予測した。さらに、このクラスターに水分子(H2O)が一分子付加することによって,この性能が向上することを発見した。(2)微視的溶媒和された二酸化炭素(CO2)が光反応により活性ラジカルになることを理論予測二酸化炭素は不活性な分子であり、その処理について問題になっている。本研究では、水分子に微視的溶媒和された二酸化炭素(CO2)が、光照射によって、活性ラジカル(OHCO2 radical)になることを理論計算により明らかにした。また、(b)「ベンゼンクラスターの微視的溶媒和の効果」の研究が順調に進行し、Scientific Reports誌(ネイチャー・パブリッシング・グループの総合科学論文誌)への公表を行った:[H. Tachikawa et al. Water-accelerated π-Stacking Reaction in Benzene Cluster CationScientific Reports, 9, 2377 (2019) ]。以上のことより、「研究の目的」の達成度として「当初の計画以上に進展している」と判断した。本年度の研究課題として、(1)「SN2反応ダイナミックスへの微視的溶媒和の効果」、および(2)「微視的溶媒和された二酸化炭素(CO2)の光反応の解明」を行う。テーマ1の求核的2分子置換反応(SN2反応)は、有機反応の中の基本反応一つである。しかしながら、その動的なメカニズムについて、ほとんどわかっていない。本研究では、ダイレクト・アブイニシオ分子動力学法により、求核イオンによるSN2反応:SN2反応X- + CH3Cl (X=ハロゲン、および分子)、および、その溶媒を含む反応X-(H2O)+CH3Clを研究する。解明する点は、「微視的溶媒和(水分子、および水クラスター)の存在は、反応ダイナミクスへどのような影響を及ぼすか。たとえば、反応速度が加速するか、減速するか?(抑制効果)を明らかにし、新たな反応を理論的に予測する。これまで、微視的溶媒和された二酸化炭素(CO2)が光反応により活性ラジカルになることを理論的に予測した。具体的には、水分子に微視的溶媒和された二酸化炭素(CO2)が、光照射によって、活性ラジカル(OHCO2 radical)になることを理論計算により明らかにした。本年度は、この研究を発展させ、この活性ラジカルの反応性、および、微視的溶媒和による安定化のメカニズムを解明する。

以上のことより、「研究の目的」の達成度として「当初の計画以上に進展している」と判断した。本年度の研究課題として、(1)「SN2反応ダイナミックスへの微視的溶媒和の効果」、および(2)「微視的溶媒和された二酸化炭素(CO2)の光反応の解明」を行う。テーマ1の求核的2分子置換反応(SN2反応)は、有機反応の中の基本反応一つである。しかしながら、その動的なメカニズムについて、ほとんどわかっていない。本研究では、ダイレクト・アブイニシオ分子動力学法により、求核イオンによるSN2反応:SN2反応X- + CH3Cl (X=ハロゲン、および分子)、および、その溶媒を含む反応X-(H2O)+CH3Clを研究する。解明する点は、「微視的溶媒和(水分子、および水クラスター)の存在は、反応ダイナミクスへどのような影響を及ぼすか。たとえば、反応速度が加速するか、減速するか?(抑制効果)を明らかにし、新たな反応を理論的に予測する。これまで、微視的溶媒和された二酸化炭素(CO2)が光反応により活性ラジカルになることを理論的に予測した。具体的には、水分子に微視的溶媒和された二酸化炭素(CO2)が、光照射によって、活性ラジカル(OHCO2 radical)になることを理論計算により明らかにした。本年度は、この研究を発展させ、この活性ラジカルの反応性、および、微視的溶媒和による安定化のメカニズムを解明する。平成30年度の未使用額は、計算機購入がDELL社の製品販売が遅れているため生じた。本年度は、計算機発売後、すみやかに購入する予定である。
画像処理向け組込みプロセッサのハ-ドウェア/ソフトウェア協調設計手法に関する研究

平成11年度において,画像処理向け組込みプロセッサのためのハードウェア/ソフトウェア協調設計手法を構築するにあたり,専用ソフトウェアプログラム群自動合成手法に関する研究を行った.さらに,構築されたプロセッサハードウェアの自動合成手法およびそのソフトウェア環境を実ハードウェアとして総合的に評価するために,フィールドプロマブルゲートアレイ(FPGA)設計環境を構築し,実際に,いくつかのハードウェアをFPGAチップ上に実現した.1.専用ソフトウェアプログラム群自動合成手法の構築画像処理向け組込みプロセッサのハードウェア/ソフトウェア協調設計では,与えられたアプリケーションプログラムに特化したプロセッサハードウェアとそのプロセッサ上で動作するソフトウェア環境を自動合成する.本年度の研究では,専用ソフトウェア環境として,リターゲッタブルアセンブラならびにリターゲッタブルシミュレータを構築した.これらのアセンブラならびにシミュレータはいずれも,自動合成される画像処理向け組込みプロセッサハードウェアに応じて,その機能を可変とすることができ,その結果,通常のRISC型マイクロプロセッサからDSP型(ディジタル信号処理型)プロセッサに至る広範囲のプロセッサに対応できることを確認した.2.FPGA設計環境の構築とその応用これまでの研究において構築されたプロセッサハードウェアの自動合成手法およびそのソフトウェア環境を実ハードウェア上で評価するために,FPGA設計環境を構築した.FPGA設計環境は,FPGAチップとしてXilinx XC4000シリーズを複数個用いることを可能とし,実現すべきハードウェア規模に応じて,任意の拡張性を持つことに特長がある.実際に,小規模プロセッサあるいはアプリケーションプログラムを,2個のFPGAチップを用いて実現し,その有効性を実証した.本研究では平成10年度において,画像処理向け組込みプロセッサのためのハードウェア/ソフトウェア協調設計手法を構築するにあたり,ハードウェア部分の自動合成に関する研究を行った.特に,画像処理向け組込みプロセッサ内部における画像処理専用ハードウェアユニットに着目し,画像処理アプリケーションプログラム群によって専用ハードウェアユニットをどのように組み合わせ最適な構成を得るかという観点から,以下のようにこれを実現した.1.画像処理向けハードウェアユニットの構築画像処理向け組込みプロセッサに必要な画像処理専用ハードウェアユニットとして,並列アクセス可能複数メモリユニット,シングルサイクル乗加算演算器,アドレッシングユニット,ハードウェアルーピングユニット,ハードウェアリピートユニットを構築した.これらは,いずれもパラメータとしてビット幅,サイズを持ち,画像処理向けプロセッサが必要とするハードウェア構成に応じて,その構造を変化させることができる.2.画像処理向け組込みプロセッサのためのハードウェア/ソフトウェア協調設計環境の構築画像処理アプリケーションプログラム群と1.で挙げた専用ハードウェアユニットの適合性,整合性に関して評価し,その結果から,画像処理向け組込みプロセッサのためのハードウェア/ソフトウェア協調設計環境を考案し,プロセッサハードウェアの自動設計手法を確立した.これは,主に画像処理向け組込みプロセッサ専用コンパイラ系およびハードウェア/ソフトウェア分割系から構成される.本設計環境を計算機上に実現し,画像処理の要素技術となる2次元離散コサイン変換処理,ディジタルフィルタならびに行列計算等に適用した結果,アプリケーションプログラムに応じて,適当な画像処理向け組込みプロセッサのコア部分が合成されることカー認された.平成11年度において,画像処理向け組込みプロセッサのためのハードウェア/ソフトウェア協調設計手法を構築するにあたり,専用ソフトウェアプログラム群自動合成手法に関する研究を行った.さらに,構築されたプロセッサハードウェアの自動合成手法およびそのソフトウェア環境を実ハードウェアとして総合的に評価するために,フィールドプロマブルゲートアレイ(FPGA)設計環境を構築し,実際に,いくつかのハードウェアをFPGAチップ上に実現した.1.専用ソフトウェアプログラム群自動合成手法の構築画像処理向け組込みプロセッサのハードウェア/ソフトウェア協調設計では,与えられたアプリケーションプログラムに特化したプロセッサハードウェアとそのプロセッサ上で動作するソフトウェア環境を自動合成する.本年度の研究では,専用ソフトウェア環境として,リターゲッタブルアセンブラならびにリターゲッタブルシミュレータを構築した.これらのアセンブラならびにシミュレータはいずれも,自動合成される画像処理向け組込みプロセッサハードウェアに応じて,その機能を可変とすることができ,その結果,通常のRISC型マイクロプロセッサからDSP型(ディジタル信号処理型)プロセッサに至る広範囲のプロセッサに対応できることを確認した.2.FPGA設計環境の構築とその応用これまでの研究において構築されたプロセッサハードウェアの自動合成手法およびそのソフトウェア環境を実ハードウェア上で評価するために,FPGA設計環境を構築した.FPGA設計環境は,FPGAチップとしてXilinx XC4000シリーズを複数個用いることを可能とし,実現すべきハードウェア規模に応じて,任意の拡張性を持つことに特長がある.実際に,小規模プロセッサあるいはアプリケーションプログラムを,2個のFPGAチップを用いて実現し,その有効性を実証した.
好中球二次顆粒欠損症の新規Ｃ／ＥＢＰε変異と好中球分化異常に関する研究

好中球二次顆粒欠損症(SGD)は、転写因子C/EBPεの異常により引き起こされる先天性免疫不全症である。我々は新規変異を有する世界第3例目のSGD成人例を報告した。本変異はロイシンジッパー領域に存在する2アミノ酸欠失のインフレーム変異であった。細胞内分布やDNA結合能は障害されないものの、他の転写因子との蛋白質間相互作用の減弱により転写活性化能が消失し、SGDを発症することが判明した。また患者好中球では、CD14などの単球マーカーが異常に発現していた。本研究によりC/EBPε遺伝子のロイシンジッパー領域の重要性、SGD発症の新たな分子メカニズムが明らかにされた。好中球二次顆粒欠損症(SGD)は、転写因子C/EBPεの異常により引き起こされる、稀な常染色体劣性遺伝の先天性免疫不全症である。C/EBPε変異を有するSGDはこれまで世界で2例しか報告されていなかったが、最近、我々は新たなSGDの成人例(55歳女性)を見出した。本例では、C/EBPε遺伝子のロイシンジッパー領域に6塩基欠失(2アミノ酸欠失; ΔRS)がホモ接合性に認められた。本年度は、この新規変異が病的変異であるか否か、どのようなメカニズムでSGDを発症するのかという点について検討した。その結果、ΔRS変異は、培養細胞において安定的に発現すること、G-CSF受容体のプロモーター活性を促進できないことが示された。さらに、ΔRSは、既報のフレームシフト変異と異なり、細胞内分布やDNA結合能は正常に比べ大差ないものの、相互作用することで知られるGata1蛋白やPU.1蛋白への結合が障害されることが明らかにされた。以上より、ΔRSは、2アミノ酸が欠失するのみのインフレーム変異であるにもかかわらず、他の転写因子との蛋白質間相互作用の減弱により転写活性化能が消失し、SGDが引き起こされることが判明した。本症例の臨床的特徴として、フレームシフト変異を有した症例と異なり、重篤な深部感染症を認めずに55歳まで経過している点があげられたが、この発症機序と関連している可能性が考えられた。これらの知見は、C/EBPε遺伝子のロイシンジッパー領域の重要性をあらためて示すと同時に、SGD発症の新たな分子メカニズムを明らかにした点で高く評価され、国際誌J Immunol誌に掲載された(2015;195:80-86.)。なお、本論文は、当該号である7月1日号のIn This Issueにて、「Zippers Hold Neutrophils Together」として取り上げられた。本研究は、我々が見出したSGD症例の新規変異の意義を明らかにすることで、転写因子C/EBPεの好中球・単球分化における役割やSGD発症メカニズムを理解し、稀少疾患SGDの病態生理をさらに解明することを目的としている。現在までに、患者由来の変異蛋白の蛋白発現、転写活性化能、蛋白質間相互作用、DNA結合能の特徴等を分子生物学的手法にて解析し、国際誌J Immunol. 2015;195:80-86.に報告した。当初の予定通り今年度、患者に見出された新規変異の意義を明らかにしたことから、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。好中球二次顆粒欠損症(SGD)は、骨髄系細胞特異的な転写因子であるC/EBPεの異常により引き起こされる先天性免疫不全症である。成熟した好中球が本来有すべきラクトフェリンなどの二次顆粒が欠損し、化膿菌に対し易感染性を示す。2015年に我々は世界で3例目、国内2例目となる新規C/EBPε遺伝子変異を有するSGD症例を報告した。本年度は、患者好中球および単球の異常について解析した。SGD好中球では従来の報告通り、CD16発現が低下していた。CD16の2つのアイソフォームCD16aとCD16bの発現について検討したところ、SGD好中球では、通常の好中球に特異的に発現するCD16bは全く発現しておらず、発現しているCD16はCD16aと考えられた。通常、CD16aは単球やNK細胞に発現し、感染などでその発現が増強するとされる。実際、患者がインフルエンザに罹患した際には、好中球におけるCD16発現の増強が観察された。患者好中球では、通常は発現しないCD14が発現していることと合わせ、SGDにおいて好中球は分化異常に伴い、単球マーカーを異常発現することが明らかになった。今後、SGD好中球および単球を単離し、それぞれの遺伝子発現を検討する予定である。ただし、SGD好中球では二次顆粒が欠損しているため、比重に変化が起き、通常の比重分離法でSGD単球と分離することができない。フローサイトメトリー上、SGD好中球は側方散乱(SSC)が低下しているため単球を避けるゲーティングが難しく、好塩基球の混入が予想異常に多いものの、条件を検討した結果、ソーティング法によりSGD好中球と単球を単離することが可能となった。今後、SGD好中球および単球の異常がより詳細に解明されることが期待される。本研究は、新規C/EBPε遺伝子変異を有するSGD症例の解析を通じて、SGDの病態を解明し、臨床に役立つエビデンスを作ることを目的としている。これまでに、本症例の新しいSGD発症メカニズムやSGD好中球における異常の特徴を明らかにしてきた。

また、一連の研究が評価され、本症例の解析を含めたSGDの総説が、国際誌Crit Rev Immunol. 2016;36:349-358.に掲載された。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。好中球二次顆粒欠損症(SGD)は、稀な常染色体劣性遺伝形式をとる先天性免疫不全症で、骨髄系細胞に特異的に発現する転写因子C/EBPεの異常により発症する。ラクトフェリンやディフェンシンなどの二次顆粒が欠損し、皮膚や肺、中耳などに難治性の反復性化膿性病変をきたすことが臨床上の特徴である。我々は、新規C/EBPε異常を有する世界第3例目のSGD成人例を2015年に報告した。患者好中球は、Pelger-Huet様の核異常や二次顆粒欠損を示し、正常好中球に認められるCD15、CD16b、CD66bの発現が著しく低下していることに加え、通常好中球には認められない単球マーカーCD14を発現していた。このため、SGD患者では好中球と単球を区別することが光学顕微鏡上のみならず表面マーカー解析を用いても容易ではない。通常の比重分離法でも両者は分離することは不可能であった。本年度は患者好中球と単球の本質的な差およびC/EBPε異常による好中球分化異常について解析するため、両者の分離方法を検討した。患者好中球はフローサイトメトリー上、単球領域には属さないが、通常の好中球領域よりは単球寄りの細胞として分離できる可能性が明らかとなった。CD203cを指標に好塩基球の混入を避けながら、ソーティングにより患者好中球および単球と思われる細胞の分離を行ったところ、正常コントロールと異なり、患者好中球は分離操作により側方散乱(SSC)が低下しやすく、より物理的な刺激に脆弱である可能性が示唆された。サイトスピン標本を作成し、形態を観察したところ、患者好中球と単球に違いは認められず、遺伝子発現を検討する必要性があらためて示された。本研究により、SGD好中球の新たな異常性が明らかにされた。好中球二次顆粒欠損症(SGD)は、転写因子C/EBPεの異常により引き起こされる先天性免疫不全症である。我々は新規変異を有する世界第3例目のSGD成人例を報告した。本変異はロイシンジッパー領域に存在する2アミノ酸欠失のインフレーム変異であった。細胞内分布やDNA結合能は障害されないものの、他の転写因子との蛋白質間相互作用の減弱により転写活性化能が消失し、SGDを発症することが判明した。また患者好中球では、CD14などの単球マーカーが異常に発現していた。本研究によりC/EBPε遺伝子のロイシンジッパー領域の重要性、SGD発症の新たな分子メカニズムが明らかにされた。SGD患者は現在も当科外来通院中であり、引き続き、本疾患の臨床像を検討していく。また、患者由来検体を用いた表面マーカー解析等を続け、患者好中球・単球の異常を明らかにする。特に、患者では感染症罹患時に末梢血の白血球分画が単球優位になることが繰返し観察されており、感染症罹患時の各白血球分画の表面抗原の発現も検討する。これまでSGD患者の好酸球については、特徴的な顆粒を持たず、マーカー上も「顆粒球領域のCD16陰性細胞」として認識できないため、好中球と区別することが困難であった。我々は、CD193 (CCR3)とCD294 (CRTH2)に対する抗体を用いることで、SGDの好中球と好酸球の染め分けが可能であること見出しており、SGD好酸球の形態や顆粒遺伝子の発現などを解析する予定である。
ホタルイカの中深海光環境への適応

本研究は中深海の微弱な光環境の変動とそこに棲息する動物の諸行動との関連性を明らかにすることを目標として、次のような測定及び調査を実施した。しかし、本研究計画の初年度に阪神大震災に遭遇し、大半のデータと測定・分析機器を失い、最終年度(平成7年)に新たに実施した研究成果(1、の一部と3、4、)が残った。1、平成6年度に申請した水圏の光環境を測定する装置を改良し、機能テストのため、深部の光環境を測定したところ、水深100mまでS/N比のよい測定結果が得られた。そこで、この測定装置を活用して、富山湾の中深層海域を中心に光環境の測定を実施し、同時に超高感度魚群探知機(古野電気のご好意による貸与機)を用いて水面下の動物行動をモニターした。2、富山湾に面する7漁港と香住、越前の漁湾合わせて9港で一週間毎にホタルイカを採集し、6種の酵素を指標にしてアイソザイム分析を行い、群れの大きさとその動態を調査した。3、富山湾に面する7漁港の日毎の漁獲高を過去十年間分を集計し、ホタルイカの群れの大きさの推定と動態を調査した。4、ホタルイカは生活場所の光環境に対応して体表面の発光器の発光強度を変える。そこで、上記の測定と並行して、ホタルイカの発光機構を探る目的で発光物質の分離・精製を試みた。また、これに平行して、全ての発光器に含まれる結晶様構造体について詳細な分析を行った。以上の結果、ホタルイカは微弱な光変化に反応して、垂直方向の日周期活動をする事を見いだした。日没直後、中深層より浮上を始め、約2時間後には約水深10mに達し、層状の群れを形成する。その後、海岸に向かって移動し、日没後2-3時間で産卵行動に移ることがわかった。また、接岸行動に一定のリズムがあり、五月初旬の満月の日に当該年度の最大接岸・産卵日があり、これを中心に前後1-1.5カ月の間、各満月の日を中心に高頻度で接岸・産卵行動が起きることを見いだした。ホタルイカの発光物質の分離・精製では発光に関与するタンパク質を精製することに成功した。分子量約6万、酸性側で比較的安定な水溶性アポタンパク質で発色団としてセレンテラジンをエステル結合していることを明らかにした。発光器に含まれる結晶様構造体は上記アポタンパク質が色素団とともに結晶化したものであることをX線構造解析や偏光顕微鏡観察により明らかにした。本研究の目標は水圏の中深層の微弱な光環境の変動と動物行動との関連性を明らかにすることを目標として、次のような測定および測定器の改良を実施した。1、平成6年度に申請した水圏の光環境を測定する装置を作成し、深部の光環境を測定したところ、水深100mまでS/N比のよい測定結果が得られた。

この測定器を活用して、富山湾の中深層海域を中心に光環境の測定を実施し、同時に超高感度魚群探知機(古野電気の好意による貸与機)を用いて水面下の動物行動をモニターした。2、富山湾に面する漁港7港と香住、越前の漁港合わせて9港での過去5年間、日ごとの漁獲高を集計し、平成6年度は漁獲高調査に並行して、定期的にホタルイカを採集し、アイソザイム分析により、群れの大きさと、その動態を調べた。5、これらの測定と並行して、ホタルイカの発光機構を探る目的で発光物質の精製をおこない、純度の高い発光物質(タンパク質)の精製に成功した。以上の結果、水圏の光環境測定用分光器を用いて中深層の波長分布を測定することが出来た。富山湾では予想以上に河川水の流入があり、表層部と水深約50mに汚濁層が形成され、光分布を歪めること、水深約30mに植物プランクトンの高密度層が形成されることなどがわかた。また、ホタルイカは微弱な光変化に反応して、日没直後より浮上をはじめ、約2時間後には水深10m程度に達し、一旦、沖合いに層状の群れを形成し、その後、岸に向かって移動することがわかった。これまで、接岸は夜半過ぎから明け方と考えられていたが、接岸時間をもっと早い時期に訂正しなければならない。また、ホタルイカの発光物質の精製では高純度で発光に関与するタンパク質を精製することに成功した。分子量はほぼ6万、酸性側で比較的安定な水溶性タンパク質であることがわかった。現在、高純度のものを大量に得るため、精製法の改良を行っている。平成6年度は上記のような研究を実施し、多くの知見を得たが、先の阪神大震災により、大半のデータと測定機器を失った。本年度、もう一度最初から測定や実験をやり直し、データの集積に努力したい。本研究は中深海の微弱な光環境の変動とそこに棲息する動物の諸行動との関連性を明らかにすることを目標に、次のような測定及び調査を実施し、多くの知見を得た。しかし、本研究計画の初年度に阪神大震災に遭遇し、大半のデータと測定・分析機器を失い、最終年度(平成7年)に新たに実施した研究成果が残った。1、富山湾に面する7漁港の日毎の漁獲高を過去五年間分を集計し、ホタルイカの群れの大きさの推定と動態を調査した。2、ホタルイカは生活場所の光環境に対応して体表面の発光器の発光強度を変える。そこで、上記の測定と並行して、ホタルイカの発光機構を探る目的で発光物質の分離・精製を試みた。また、これに平行して、全ての発光器に含まれる結晶様構造体について詳細な分析を行った。以上の結果、本研究に併せて開発した水圏の光環境測定用分光測光器を用いて中深層の波長分布を明らかにすることができた。富山湾では予想以上に河川水の流入があり、表層部と水深50Mに汚濁層が形成され、光分布を歪める。水深約30mに植物プランクトンの高密度生息層が形成されることなどがわかった。また、ホタルイカは微弱な光変化に反応して、垂直方向の日周期活動をする事を見いだした。日没直後より中深層より浮上を始め、約2時間後には約水深10mに達し、層状の群れを形成する。その後、海岸に向かって移動し、産卵行動に移ることを見いだした。この結果は富山県水産試験所の林による2時間毎に定置網に入網した個体を計測するホタルイカ産卵行動の観察結果とよく一致している。これまで、ホタルイカの産卵のための接岸は夜半過ぎから明け方と考えられてきたが、接岸時間はもっと早い時期(日没後2-3時間以内)であることがわかった。また、接岸行動に一定のリズムがあり、五月初旬の満月の日に当該年度の最大接岸産卵日があり、この日を中心に前後1-1、5カ月の間、各満月の日にあわせて接岸産卵行動が起きることをみいだした。ホタルイカの発光物質の分離・精製では発光に関与するタンパク質を精製することに成功した。
高濃度炭酸水浸漬による深部血流の改善と理学療法への応用可能性

高濃度の二酸化炭素を含むぬるま湯(人工炭酸泉、3235°C)を筋機能の維持・改善に利用する可能性を検討した研究である。断続的な運動(例えば、野球の試合中の投手のような)の途中で、高濃度の二酸化炭素を含む水(人工炭酸泉)に、運動に使われている体部位を10分程度浸すと、同水温の真水に浸した場合と比べ、その後の運動に伴う筋疲労の進行が抑えられる傾向が有った。さらに、その部分の筋を流れる血流も統計学的に意味のある増加を示した。筋血流の有意な増加が筋疲労進行を抑制した可能性があり、理学療法における水治療に人工炭酸泉を用いることで、温度負荷を避けながら筋機能の回復を計る目的に利用可能かもしれない。炭酸泉(CO2濃度≧1g/L)浴では、皮膚血管を拡張させ血流を増加させる効果が知られ、心臓・循環器系疾患の治療に用いられてきた。泉浴部の皮下骨格筋血管の拡張、血流増加の可能性も示唆されたことから、本研究では、炭酸泉浴による筋血管への作用が、筋の活動パフォーマンスへ影響するか否かを検討した。健康成人(男性5名、女性4名)を被験者として左右同時に握力測定した(最大努力の握力発揮6秒間に続いて5秒の休息、これを30回繰り返し1セット)。セット間に10分休息し、3セットの計測を1回とした。被験者は10分の休息中に前腕を腕浴用装置内に置いた(浴槽内は、人工単純CO2泉(A)、または水道水(B)で満たすか、空(C)の状態)。各被験者は1週間以上の間隔をあけ3回の実験(両腕をC、右腕A・左腕B、右腕B・左腕Aの3種類の処理をする実験)に参加した。1回の実験では片側の腕を浸す水は同種とした。室温は2224°C、水温は中性温付近とした。各セット初回の握力に対する、30回目の握力低下の割合は、第2セットで男女とも非利き手の握力が室温下放置における減少度(45.4±2.3%:男、46.5±2.2:女)とくらべ、男性で29.8±5.0(水道水)、31.2±7.2(CO2泉)、女性で39.1±7.8(水道水)、42.7±2.0(CO2泉)と小さかったが、水道水とCO2泉間には差がなかった。第3セットではいずれも差が無かった。筋疲労回復に対するセット間の前腕処理の影響を評価すべく、各セットの初回の測定値の変化を解析した。第3セットでは、室温下放置と比べCO2泉浸漬で第1セットと比べ最も減少度が小さかったが、有意差は検出できなかった(p<0.08)。水道水処理との間の差も検出できなかった。疲労曲線を指数関数で近似し最大減少幅の50%に達するまでの回数を比較すると、CO2泉処理で有意に大きかった。本年度は、一般学生を被験者とした予備実験結果から示唆されたCO2水浸漬による筋疲労の進行抑制と疲労からの回復効果を確認すべく、恒常的に運動を行っている運動部学生11名(女性6名,男性5名)を被験者として左右同時に握力測定(最大努力の握力発揮10秒間に続く5秒の休息、これを25回繰り返し1セット)した。セット間10分休息し、3セット行った。10分の休息中に前腕を腕浴装置内に静置、浴槽内はCO2水(A)または水道水(B)で満たすか、空(C)とした。各被験者は1週間以上の間隔をあけ3条件(両腕をC、右腕A・左腕B、右腕B・左腕A)を行った。両腕の浅指屈筋付近の動脈血流変化を静脈瀉血と近赤外線分光法(NIRS)を併用して計測・算出した。室温は2224°C、水温は中性温付近(3335°C)とした。利き手では、第1セットでCO2水浸漬と水道水浸漬条件間に差が無かったが、第2セット、第3セットではCO2水浸漬後の方が握力減少の程度がそれぞれ有意に小さいか小さい傾向にあった。第3セットでは室温下放置条件と比べ水道水でも有意に減少の程度が小さかった。各セットの初回と2回目の握力平均値を各セット初期値として、セット進行に伴う変化を第1セットの初期値を基準とした割合を算出した。室温下放置、水道水処理の各条件では第3セット初期値が有意に減少、または減少傾向を示したが、CO2水浸漬条件では減少傾向も見られなかった。NIRSによる前腕への動脈血流量は、第1セットを基準として比較すると、第2セットでは全3処理条件で変化が検出されなかった。第3セットでは、室温下放置と水道水条件では変化が検出されなかったが、CO2水浸漬群で約40%の増加傾向が検出された(p=0.065)。結果から筋血流増加とともに筋疲労の進行が抑制、疲労からの回復促進効果が示唆された。被験者実験により、運動負荷の前後における人工の高濃度炭酸水への局所浸漬が筋疲労の進行や筋疲労回復に与える影響を評価中である。