hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小胞体ストレス応答における環境変化認識メカニズムの解明

私の目的は、小胞体ストレスセンサー蛋白質Ire1の活性制御メカニズムを解明することである。そのために本研究で私は、出芽酵母BiP遺伝子変異株の、詳細な表現型解析を行った。BiPは、小胞体内在性のHSP70ファミリー分子シャペロンである。以前に私は、非ストレス条件下で培養された出芽酵母細胞内では、BiPとIre1は会合しており、小胞体ストレスを与えると、それが解離することを見いだしている。今回の研究では、用いた5個のBiP遺伝子変異株は、その表現型に応じて、2種類に分類できることが分かった。3個のBiP遺伝子変異株では、小胞体ストレス状態においても、BiPとIre1の解離が認められず、かつ、Ire1は活性化しなかった。一方、残り2個のBiP遺伝子変異株では、非ストレス条件下でもBiPとIre1の会合は弱く、Ire1は常に活性化していた。これらの知見は、BiPとIre1の物理的な相互作用が、Ire1の活性を制御していることを示している。また私は、シャペロン基質となるモデル折り畳み不全タンパク質とBiPとの結合状態を、上記のBiP遺伝子変異株で調べた。その結果と、上述のBiP-Ire1の会合/解離の異常を比べることにより、モデル折り畳み不全タンパク質とIre1は、同一の様式でBiPと物理的相互作用することが示唆された。このことは、構造異常タンパク質とIre1が、BiPとの結合を巡って競合することを意味する。小胞体ストレス条件下では、小胞体に蓄積した大量の構造異常タンパク質がBipに結合し、その結果、BiPと結合出来なくなったIre1が活性型となり、小胞体ストレス応答を引き起こすと考えられる。Ire1ファミリーは小胞体に局在するI型膜蛋白質であり、小胞体ストレス応答において、異常/変性蛋白質蓄積という情報を、小胞体から細胞質/核に伝達する役割を担っている。Ire1が小胞体内の異常蛋白質を認識する機構として、我々は、「Ire1-BiP結合/解離モデル」を提唱してきた。このモデルでは、直接に異常蛋白質のセンサーとなるのは、小胞体内在性HSP70ファミリー分子シャペロンBiPである。通常時では、BiPはIre1に結合しており、Ire1の活性化を抑えている。一方、異常蛋白質が蓄積すると、BiPはそれらに結合するために、Ire1は自由になり活性化する。今回の研究で我々は、出芽酵母BiP遺伝子であるKAR2の変異細胞5種類を用いて、このモデルを検証した。基質(異常蛋白質)との結合に異常があると考えられるペプチド結合ドメイン変異Kar2のみを発現する細胞では、Ire1とBiPは常に解離しており、小胞体ストレスを与えなくてもIre1から下流にシグナルが伝達されていた。一方、基質との解離に異常があると考えられるATPaseドメイン変異Kar2のみを発現する細胞では、小胞体ストレスを与えてもIre1とBiPは解離せず、Ire1は活性化しなかった。これらの知見は、我々のモデルを支持するとともに、BiPがIre1を基質として認識して結合する可能性を示す。Ire1は、BiPとの結合をめぐって、小胞体ストレスで生じる異常蛋白質と競合しているのかもしれない。
平滑筋細胞の分化におけるMEF2関連因子・新規転写因子の単離と解析

本年度は平滑筋ミオシン重鎖遺伝子の発現制御に関わると報告されているが特異な発現パターンを示すMEF2B遺伝子を中心に検討した。すなわち、マウスMEF2B遺伝子の発現制御機構の解析、MEF2Bの遺伝子ターゲティング、平滑筋に発現するMEF2B関連遺伝子の探索を行った。まず、マウスMEF2B遺伝子のゲノムDNAを単離し、ルシフェラーゼ遺伝子をレポーターとして含むベクターを構築し、種々の細胞に遺伝子導入を行って転写活性を検討した。マウスMBF2B遺伝子はCAATボックスが胚性細胞における高い転写活性に関与しており、また、上流約3kbに転写活性の増加をもたらすエンハンサーを認めた。また、遺伝子ターゲティングついてはMEF2B遺伝子欠損ホモマウスを得たが、MEF2B欠損ホモマウスはMEF2C欠損マウスとは異なり胎生致死とはならず、大きな異常は認めていない。さらに、抗MEF2B抗体を用いて平滑筋その他に発現するMEF2関連因子を探索し、cDNAライブラリーのスクリーニングを行った。抗MEF2B抗体を用いた検討で、MEF2B cDNAの大きさに相当する50kDaの蛋白は骨格筋細胞で認められるが胚性細胞では検出されず、胚性細胞では別の120kDaの蛋白が検出され、その蛋白は平滑筋細胞では増殖型細胞で検出されるが収縮型への分化に伴い発現は低下していた。一方、平滑筋cDNAライブラリースクリーニングではMEF2B遺伝子は単離されず、proline glutamine rich nuclear protein及びいくつかの機能不明な遺伝子が単離され、現在解析中である。今後、MEF2B遺伝子についての詳細な解析、また、平滑筋、胚性細胞において発現するMEF2B関連遺伝子についての詳細な検討が必要である。
呈色反応を用いたカチノン系薬物の位置異性体識別法の検討

○研究目的2-アミノ-1-フェニル-プロパン-1-オンを基本骨格とするカチノン系薬物にはフェニル基に置換基が導入されたものが数多く存在する。しかしながらオルト、メタ、パラといった位置異性体の違いにより指定される法律が異なることもあり、これを正確に識別できなければ誤認逮捕につながりかねない。薬物分析で用いられるガスクロマトグラフ質量分析においては、位置異性体の識別が困難な場合が多く、他の分析法を併用する必要がある。そこで芳香族置換基の位置異性体を識別する方法として呈色反応に着目した。○研究方法今回、検討した薬物はα-PVP及びそのフェニル基に置換基(メチル基、メトキシ基、メチレンジオキシ基)を導入した化合物8種類の計9種類である。メチル基、メトキシ基が導入されたものについては当研究所で合成した。またメチレンジオキシ基が導入されたものについては当研究所保有の薬物を使用した。これらの薬物の溶液を呈色板に滴下し、風乾後、呈色試薬を滴下し室温で5分反応させた後、色の変化を観察した。呈色反応に使用した試薬は、マルキス試薬はじめ21種類の試薬を検討した。○研究成果メチル基が導入された薬物についてはいずれの呈色試薬を用いてもオルト、メタ、パラの異性体を識別することは困難であった。メトキシ基のものでは硫酸がオルトのみを呈色し、マルキス試薬がオルト及びメタを呈色することからこれらの呈色試薬を組み合わせることで異性体の識別は可能であった。メチレンジオキシ基のものではマルキス試薬で2, 3-体と3, 4-体を識別することが可能であった。カチノン系薬物はカルボニル基の電子吸引性により芳香環の反応性が低下しているため、電子供与性置換基が導入されている薬物については呈色反応による位置異性体の識別は可能であると考えられる。
外部場誘起構造変化を利用した無機-有機ハイブリッドゲル膜の表面高機能化

TiO_2系同様に、ZnO、SnO_2およびWO_3ゲル膜に対しても、温水処理が有効な低温結晶化手法であることを確認した。また、ZrO_2およびBaZrO_3ゲル膜が、塩基性の温水に浸漬することによって、低温結晶化することを明らかにした。また、温水処理によって作製したアナターゼナノ微結晶分散薄膜が、色素増感太陽電池の光電極として機能することや、Pd光電着によってオプティカル水素センサとして実用レベルの優れた特性を示すことを実証した。無機有機ハイブリッドゲル膜は、フェニル基含量が増大するほど、室温インプリント特性が向上し、ビニル基やチタニアの添加によって光硬化性が増大することなどがわかった。また、TiO_2を多量に含むAg/AgCl-RSiO_<3/2>-TiO_2系ハイブリッド膜が、青色光照射と熱処理によって可逆的に光学物性が変化し、ホログラム記録に有望であることがわかった。また、アゾベンゼンを含む無機有機ハイブリッド膜が、紫外・可視光照射による光異性化によって可逆的に吸光度変化を示すことなどを明らかにした。【液相からの機能性酸化物薄膜の作製とキャラクタリゼーション】SiO_2-TiO_2系ゲル膜に対する振動温水処理を様々な条件で行い、チタン酸ナノシート微結晶の生成・成長メカニズムについて検討を行った。その結果、粒状の微結晶が生成し、互いに接着することによってナノシート結晶が成長することがわかった。また、アルカリ条件下で温水処理することによって化学的安定性が高いZrO_2ゲル膜の低温結晶化に成功した。【ハイブリッド膜の圧子力学-マイクロパターニングへの適用】光重合性有機官能基を有するCH_2=CHSiO_<3/2>およびCH_2=CHCH_2SiO_<3/2>ハイブリッドゲル膜の紫外光照射に伴う力学物性の変化をナノインデンテーション試験によって詳細に調べた。その結果、紫外光照射によってC=C結合か開裂し、C-C架橋構造が形成することによって硬度や弾性率が増大し、その変化は有機鎖の短いビニル基の方がアリル基よりも大きいことがわかった。また、膜の硬度の増大には光照射の積算エネルギーが強く関与していることが定量的に示された。【ゾル-ゲル法による光感応性無機-有機複合体膜の作製と機能性評価】光記録材料への応用を目的として、種々のAg/AgX-RSiO_<3/2>-TiO_2系ハイブリッドゲル膜を作製し、光照射と熱処理による光学物性の変化を調べた。その結果、AgBrをドープしたグリシドキシ基を有する膜が、青色光に感応性を示す非常に重要な結果を得た。【液相からの機能性酸化物薄膜の作製とキャラクタリゼーション】ZrO_2ゲル膜が、塩基性の温水に浸漬することによって、低温で結晶化することを見出している。水酸化ナトリウム水溶液による温水処理によって正方晶ZrO_2が優先的に析出することがわかった。機能発現を目指して、ZrO_2へのNbおよびBaの添加に関する検討を開始した。また、ZnOおよびWO_3ゲル膜に対しても温水処理が有効な低温結晶化手法であることを確認した。【ハイブリッド膜の圧子力学-マイクロパターニングへの適用】インデンテーション過程において、荷重と変位と接触投影面積をその場観察できる「顕微インデンター」を開発し、ゾルーゲルハイブリッド膜を始め様々な材料の基礎データを収集した。また、マイクロパターニングへの応用を目指して、フェニル基とメチル基を有する無機有機ハイブリッドゲル膜の力学物性とインプリント特性の関係について調べ、フェニル基含量が増大するほど室温インプリント特性が向上することがわかった。【ゾルーゲル法による光感応性無機-有機複合体膜の作製と機能性評価】青色光に感度を有するAg/AgX-RSiO_<3/2>-TiO_2系ハイブリッドゲル膜を作製し、二光束干渉露光法によるホログラム記録に成功した。また、ハロゲンに塩素(Cl)を選択し、TiO_2含量を増大させることで青色光照射と熱処理によって、可逆的に光学物性が変化することを見出した。さらに、芳香族色素を含む無機有機ハイブリッドの作製と特性評価を開始した。【液相からの機能性酸化物薄膜の作製とキャラクタリゼーション】

ZrO_2およびBaZrO_3ゲル膜が、塩基性の温水に浸漬することによって、低温結晶化することを今回明らかにした。また、ZnOおよびWO_3ゲル膜に対しても、温水処理が有効な低温結晶化手法であることを確認した。温水処理によって作製したアナターゼナノ微結晶分散薄膜が、色素増感太陽電池の光電極として機能することや、Pd光電着によってオプティカル水素センサとして実用レベルの優れた特性を示すことを実証した。【ハイブリッド膜の圧子力学-マイクロパターニングへの適用】マイクロパターニングへの応用を目指して、フェニル基、メチル基、ビニル基などを有する無機有機ハイブリッドゲル膜の力学物性と、さらに酸化チタンを加えて紫外線照射を行った場合の影響について検討を行った。フェニル基含量が増大するほど室温インプリント特性が向上し、ビニル基やチタニアの添加によって光硬化性が増大することなどがわかった。【ゾル-ゲル法による光感応性無機-有機複合体膜の作製と機能性評価】Ag/Agx-RSiO_<3/2>-TiO_2系ハイブリッド膜および芳香族色素を含む無機有機ハイブリッド膜の光感応性評価を実施した。膜中に存在する塩化物イオンによってTiO_2を多量に含むAg/AgCl-RSiO_<3/2>-TiO_2系ハイブリッド膜が、青色光照射と熱処理によって可逆的に光学物性が変化することがわかった。また、アゾベンゼンを含む無機有機ハイブリッド膜が、紫外・可視光照射による光異性化によって可逆的に吸光度変化を示すことなどを明らかにした。また、ポリアニリン-チタニア複合体が、可視光に対する光触媒活性を有することを見出した。
異常翻訳に起因する品質管理機構におけるリボソームのユビキチン化制御

異常翻訳時に惹起される品質管理機構として、RQC (Ribosome-associated Quality Control)及び18S NRD (Nonfunctional Ribosomal RNA Decay)が知られている。これらは、リボソームの停滞に起因して惹起されることが報告されているが、その後どのような分子機構で異常産物の分解が誘導されるかは明らかになっていない。近年、申請者らはこれらがリボソームのユビキチン化により惹起されることを明らかにしており、今後、これらの反応に必須な因子の同定、分子基盤の確立、ユビキチン鎖の形成が生体にもたらす影響等を明らかにする。
無限組合せ論とその応用

本研究の主要な成果は,weak Freese-Nation property(以下WFNと略)を持つ半順序集合の理論を確立することができたことである.WFNの研究は,1996年のFuchino,Koppelberg,Shelahによる論文で始められたが,この概念が集合論的に非常に興味深い性質であることが,続くFuchino,Soukupの1997年の仕事により明らかになった.本研究ではFuchino-Soukupで未解決問題として残されていた問題のすべてと,研究を進めてゆく過程で生じた自然な問題の多くについて解決を与えることに成功した.ここで得られた独立命題のうちいくつかは巨大基数の仮定のもとで証明されているが,これらの命題の正確なequiconsistencyを決定するという問題は残された課題であろう.ただしこれらの結果はinner model theoryの確立していないような巨大な巨大基数のconsistency strengthを出発点としているため,equiconsistencyの決定は現時点では不可能に近い問題であるように思える.本研究を通じて明らかになったことの一つは,(P(ω),⊆)がWFNを持っという命題が,Cohen modelで成り立つ無限組合せ論的性質の多くを導くものとなっている,ということであった.一方,ごく最近,lstvan JuhaszとKenneth Kunenは,やはりCohen modelの一側面を公理化することが知られていた,CH^*や(P(ω),⊆)のWFNを一般化し,Juhasz,Soukup,SzentmiklossyによるC^s(κ)や,Fuchino,BrendleによるHP(κ)とのこれらの公理の関係にも新しい光をあてるSEPという性質について幾つかの新しい結果を得ている.Juasz-Kunenの仕事は幾つかの新しい自然な問題を示唆しているように思え,SEPやこの概念の変形一般化を考慮した新しい視点からの研究の可能性が開かれているようにように思える.以上の研究結果以外にも,Ρ_κ(λ)の組合せ論,set-theoretic analysis,実数の集合論などでの各トピックでの結果が得られている.本研究の主要な成果は,weak Freese-Nation property(以下WFNと略)を持つ半順序集合の理論を確立することができたことである.WFNの研究は,1996年のFuchino,Koppelberg,Shelahによる論文で始められたが,この概念が集合論的に非常に興味深い性質であることが,続くFuchino,Soukupの1997年の仕事により明らかになった.本研究ではFuchino-Soukupで未解決問題として残されていた問題のすべてと,研究を進めてゆく過程で生じた自然な問題の多くについて解決を与えることに成功した.ここで得られた独立命題のうちいくつかは巨大基数の仮定のもとで証明されているが,これらの命題の正確なequiconsistencyを決定するという問題は残された課題であろう.ただしこれらの結果はinner model theoryの確立していないような巨大な巨大基数のconsistency strengthを出発点としているため,equiconsistencyの決定は現時点では不可能に近い問題であるように思える.本研究を通じて明らかになったことの一つは,(P(ω),⊆)がWFNを持っという命題が,Cohen modelで成り立つ無限組合せ論的性質の多くを導くものとなっている,ということであった.一方,ごく最近,lstvan JuhaszとKenneth Kunenは,やはりCohen modelの一側面を公理化することが知られていた,CH^*や(P(ω),⊆)のWFNを一般化し,Juhasz,Soukup,SzentmiklossyによるC^s(κ)や,Fuchino,BrendleによるHP(κ)とのこれらの公理の関係にも新しい光をあてるSEPという性質について幾つかの新しい結果を得ている.Juasz-Kunenの仕事は幾つかの新しい自然な問題を示唆しているように思え,SEPやこの概念の変形一般化を考慮した新しい視点からの研究の可能性が開かれているようにように思える.Cohen modelでの無限組合せ論の研究では,神戸大学自然科学研究科のJ.Brendleとハンガリー科学アカデミー(現在JSPS Fellowとして北見工業大学に滞在)L.Soukupとのディスカッションから幾つかの新しい結果が得られたが,このテーマに関するpreprint[1]にこれらの結果をさらに加えたものを三人の共著として準備中である.Weak Freese-Nation propertyに関しては,P(ω)がweak Freese-Nation propertyを持つ,という仮定を組み合せ論的原理として見るというアプローチにより,Cohen modelでの様々な現象がこの仮定から帰結できることが示せた.特にCichon's diagramでのcardinal invariantsの値はすべてこの原理からCohen modelでと同じように決定されることの証明が得られた.これらの結果はL.Soukupとベルリン自由大学のS.Geschkeとの共著論文[3]にまとめられている.またL.Soukupとの共著の[2]でopen problemsとして述べたいくつかの問題に対する解が得られたが,これについては,準備中の[4]で発表される予定である.また,渕野昌はA.Kanamori著の[5]を訳出した.このモノグラフに関連した巨大基数の集合論での問題について研究分担者の阿部吉弘らとディスカッションを何回か行っている.この研究ではまだ具体的な結果が得られるには至っていないが,今後の進展が期待される.参考文献1.Countable Chain Conditionを満たす完備プール代数に関し,S.FuchinoとL.Souknpにより得られていたbox principleの弱いversionの下でのweak Freese-Nation propertyの特徴付けから得られるいくつかの結果が最良のものとなっていることを示す様々な例を構成することができた.

これらの例は,いずれもある巨大基数の存在,あるいは巨大基数のconsistency strengthを仮定して得られる集合論のモデルから出発して構成されているが,これらの例のequi-consistencyについては未解決である.2.Cohen modelで成り立つ組合せ論を公理化する,実数による基数のcoloringのhomogeneityに関する幾つかの原理を考察し,これらの関係に関する結果を得た.またこれらの原理がCohen modelのみでなく,ある種のside-by-side productとなっているようなp.o.によるgeneric-拡大で成り立つことを示した.4.Open Coloring Axiomと弱いforcingaxiomsとの関係についての研究を行った.特に,TodorcevicおよびBaumgartnerの結果で,これまでexplicitな証明が発表されていなかった,Open Coloring AxiomのZFCからの無矛盾性,および,PFA(Axiom A)のweakly compact cardinalとのequi-consistencyのself-containedな証明を与えた.このうちPFA(Axiom A)に関するものはWoodinのfast function forcingを用いる別証となっている.本研究は現在まだ基礎調査の段階である.最近,P^<max>の理論などの進展により,集合論の変革の兆しが見えているが,本研究の今後の展開が,このような大きな文脈の中で意味をもつものになってゆくことが期待される.5.上記の他,研究代表者,研究分担者によりΡ_κ(λ)の組合せ論,set-theoretic analysis,実数の集合論,ブール代数のなどの分野においても,幾つかの研究結果が得られた.
DNAM-1による樹状細胞の活性化とTh1/Th2バランスの制御機構

【目的】DNAM-1は私達の研究室で同定した免疫グロブリンスーパーファミリーに属する免疫系受容体である。本研究では、免疫監視システムの一翼を担うTh1/Th2細胞のバランス制御における免疫系受容体の役割を解明することを目的どして、特にDNAM-1を中心に解析を行った。【成果】1,DNAM-1遺伝子欠損マウスの作製BACシステムを用いてDNAM-1遺伝子欠損マウスを作製した。2,樹状細胞におけるDNAM-1の発現樹状細胞におけるDNAM-1の発現を解析した結果、DNAM-1が樹状細胞のサブセットのうちCD8α陽性樹状細胞に特異的に発現していることを観察した。3,樹状細胞上DNAM-1の機能とTh1分化に及ぼす影響CD8α陽性樹状細胞をDNAM-1に対する特異抗体で刺激した結果も抗原提示能が充進した。さらに、DNAM-1で刺激したCD8□陽性樹状細胞にて抗原提示されたCD4陽性ナイーブT細胞ではTh1細胞への分化が促進されていた。一方、DNAM-1遺伝子欠損マウス由来のCD8α陽性樹状細胞では、IL-12の産生が低下しており、このCD8α陽性樹状細胞にて抗原提示されたCD4陽性ナイーブT細胞ではTh1細胞への分化が阻害されていた。以上のことより、CD8α陽性樹状細胞上のDNAM-1が樹状細胞を活性化し、Th1分化を促進することが明らかになった。4,DNAM-1シグナルによる腫瘍拒絶腫瘍拒絶時の免疫応答では、生体内においてはTh1細胞がCTLの活性化を促進することが知られている。私達は生体内におけるDNAM-1とTh1分化の関係ならびに免疫監視機構への役割を解析する目的で、DNAM-1リガンドを強制発現した腫瘍をマウスに接種し、解析を行った。その結果、DNAM-1リガンドを強制発現した腫瘍を接種すると、腫瘍抗原特異的なCTLが誘導され、腫瘍の拒絶が促進された。【目的】生体内のTh1/Th2細胞のバランス制御は、外界から侵入した異物に対して適切な免疫反応をすみやかに惹起する重要な免疫監視システムのひとつである。DNAM-1は免疫グロブリンスーパーファミリーに属する接着分子である。申請者らは、これまでにT細胞上のDNAM-1が、LFA-1と複合体を形成し(Immunity 1999)、Th1分化誘導シグナルの伝達に関与することを明らかにした(J.Exp.Med. 2003)。さらに、申請者は先頃DNAM-1が樹状細胞のサブセットのうちCD8α^+樹状細胞に特異的に発現していることを観察した。【結果】(1)DNAM-1による樹状細胞の活性化CD8α^+樹状細胞上のDNAM-1を刺激することにより、costimulatory moleculeの発現が上昇し、抗原提示能が亢進した。また、DNAM-1で刺激したCD8α^+樹状細胞にて抗原提示されたCD4^+ナイーブT細胞ではTh1細胞への分化が促進されていた。(2)DNAM-1の生体内Th1/Th2バランスにおける役割(A)DNAM-1シグナルによる腫瘍拒絶腫瘍にDNAM-1リガンドを強制発現すると、腫瘍抗原特異的なCTLが誘導され、腫瘍の拒絶が促進された(Blood. 107:1491-1496. 2006)。(B)DNAM-1遺伝子欠損マウスの作製BACを用いたシステムにより、DNAM-1遺伝子欠損マウスの作製を試み、ヘテロ個体を得た。【考察】DNAM-1はT細胞上においてTh1分化を促進するばかりではなく、樹状細胞を活性化し、2次的にTh1分化を促進することが明らかになった。また、生体内では、DNAM-1とDNAM-1リガンドの結合が腫瘍特異的CTLを誘導し、腫瘍拒絶を促進することを明らかにした。CTLはTh1細胞によって活性化されることが知られているが、本実験系においてもDNAM-1のシグナルにより生体内のTh1反応が促進していた可能性が考えられる。【平成18年度の目標】本年度DNAM-1遺伝子欠損マウスのヘテロ個体を得た。平成18年度では、早急にホモ個体を得、DNAM-1の生体内における機能を特にTh1分化に着目して解析する予定である。

一方、DNAM-1遺伝子欠損マウス由来のCD8α陽性樹状細胞では、IL-12の産生が低下しており、このCD8α陽性樹状細胞にて抗原提示されたCD4陽性ナイーブT細胞ではTh1細胞への分化が阻害されていた。以上のことより、CD8α陽性樹状細胞上のDNAM-1が樹状細胞を活性化し、Th1分化を促進することが明らかになった。4,DNAM-1シグナルによる腫瘍拒絶腫瘍拒絶時の免疫応答では、生体内においてはTh1細胞がCTLの活性化を促進することが知られている。私達は生体内におけるDNAM-1とTh1分化の関係ならびに免疫監視機構への役割を解析する目的で、DNAM-1リガンドを強制発現した腫瘍をマウスに接種し、解析を行った。その結果、DNAM-1リガンドを強制発現した腫瘍を接種すると、腫瘍抗原特異的なCTLが誘導され、腫瘍の拒絶が促進された。
環境とのやりとりにより運動制御を獲得するニューラルネットワーク

本年度は,モデレーショニズムの検証とそれに基づいた学習アルゴリズムの提案,計算機シミュレーションによる検討を行った.まず,ワークステーションを利用した人工的な環境を作り,2人の人間がそれに如何に順応していくかを調べた.この心理物理実験は,多層神経回路に対して有効な学習アルゴリズムの手がかりを与える.ここで,環境は人間の指の動きに従って,振動刺激を与えるものであり,人間と環境はシリアルに繋がれたループをなす系を形成する.結果として,各々の人間はその出力をモデレートにするものの,全体としては意味のある系を形成しなかった.このことは,回路網全体を統括する評価関数の存在を示唆している.その結果を踏まえて,回路網の入出力を評価関数とする教師なし学習アルゴリズムを提案した.これは,システムの安定状態での評価関数を最小化する単純なものであるが,変動する環境には適応するが,変動しない環境には適応しないと言う注目すべき性質を持つ.変動しない環境は,人工腕の針が全く動かないことに対応する.このことは,動かない針を避ける必要はない意味で現実的である.シミュレーションでは,3層神経回路を含む人工腕と2つの状態を持つ人工腕を取り上げ,反射弓の形成を試みた.これらの結果から,環境の変動の効果,多層神経回路での動作が理論通りであり,反射弓を形成できることが確認できた.また,2つの状態を持つ人工腕のような多層回路の非線形性を要求する課題に対しても,本アルゴリズムが有効に機能することが確認できた.本アルゴリズムは,環境に特別な教師としての機能がない場合に,運動パターンの生成が可能な学習法として機能しており,モデレーショニズムの概念の妥当性と有効性を示している.本年度は,モデレーショニズムの検証とそれに基づいた学習アルゴリズムの提案,計算機シミュレーションによる検討を行った.まず,ワークステーションを利用した人工的な環境を作り,2人の人間がそれに如何に順応していくかを調べた.この心理物理実験は,多層神経回路に対して有効な学習アルゴリズムの手がかりを与える.ここで,環境は人間の指の動きに従って,振動刺激を与えるものであり,人間と環境はシリアルに繋がれたループをなす系を形成する.結果として,各々の人間はその出力をモデレートにするものの,全体としては意味のある系を形成しなかった.このことは,回路網全体を統括する評価関数の存在を示唆している.その結果を踏まえて,回路網の入出力を評価関数とする教師なし学習アルゴリズムを提案した.これは,システムの安定状態での評価関数を最小化する単純なものであるが,変動する環境には適応するが,変動しない環境には適応しないと言う注目すべき性質を持つ.変動しない環境は,人工腕の針が全く動かないことに対応する.このことは,動かない針を避ける必要はない意味で現実的である.シミュレーションでは,3層神経回路を含む人工腕と2つの状態を持つ人工腕を取り上げ,反射弓の形成を試みた.これらの結果から,環境の変動の効果,多層神経回路での動作が理論通りであり,反射弓を形成できることが確認できた.また,2つの状態を持つ人工腕のような多層回路の非線形性を要求する課題に対しても,本アルゴリズムが有効に機能することが確認できた.本アルゴリズムは,環境に特別な教師としての機能がない場合に,運動パターンの生成が可能な学習法として機能しており,モデレーショニズムの概念の妥当性と有効性を示している.
犬輪部由来上皮細胞株の増殖維持機構の解明と他家移植による角膜再生療法への応用

今年度はまず、犬角膜上皮細胞の増殖能維持機構の探索を行った。犬角膜上皮初代培養細胞および本研究で樹立した犬角膜上皮細胞株の培養上清をウサギ角膜上皮細胞に添加したところ、増殖を促進する傾向を認めた。一方、ウサギ角膜上皮細胞の培養上清を犬角膜上皮細胞(第1継代細胞)および細胞株に添加したところ、増殖が有意に抑制された。また遺伝子発現解析では、犬角膜上皮初代培養細胞と細胞株で角膜上皮の増殖促進作用を有する複数のEGF受容体リガンドが高発現していた。一方、ウサギ角膜上皮初代培養細胞では増殖抑制作用を有するCTGFとTGF-β2の高発現を認めた。以上より犬角膜上皮細胞の増殖能維持機構として、増殖促進因子の自己分泌もしくは増殖抑制因子の低分泌が示唆された。また、犬膜上皮細胞株から作製した細胞シートを犬角膜損傷モデルへ他家移植し、移植の安全性と有効性を検討した。シートは無縫合で移植し、対照群では損傷作製のみ行った。術後、移植群では早期の上皮化が得られたが、その後、上皮のターンオーバーが原因と考えられるシートの縮小とシート周囲のフルオレセイン陽性領域を認めた。対照群と比較し、移植群では角膜混濁が軽度であった。移植後7日目に角膜組織を採材し、病理組織学的評価に供した。細胞シート中の上皮の配列は不正であったが、移植部直下の角膜実質では、対照群と比較し炎症細胞の浸潤、角膜混濁の原因となる筋線維芽細胞の増殖が軽度であった。細胞シートへの明らかな拒絶反応所見は認められなかった。安全性についてはより長期の観察が必要であるが、細胞株由来シートの移植は、上皮組織の早期再建や角膜混濁の軽減が期待され、角膜再生療法として有用であると考えられた。29年度が最終年度であるため、記入しない。はじめに犬の輪部由来角膜上皮細胞が増殖能の維持に優れていることを示すため、ウサギの細胞との増殖能の比較を行った。犬とウサギの輪部由来角膜上皮細胞を、増殖因子およびフィーダー細胞を用いない細胞増殖に不利な条件下で培養したところ、犬の細胞はウサギの細胞に比べ有意に細胞数が多く、また細胞増殖マーカーであるKi67陽性細胞率も有意に高かった。両動物種の細胞を同じく増殖因子およびフィーダー細胞を用いない条件下で連続継代に供したところ、ウサギでは全ての細胞が初代培養もしくは第1継代で増殖停止したのに対し、犬では約半数(47.8%)の細胞で10継代以上の維持が可能であった。以上より、犬輪部由来角膜上皮細胞は増殖能の維持に優れ、何らかの自己増殖能維持メカニズムを有することが示唆された。次に、先ほどの条件下で100継代以上維持した犬輪部由来角膜上皮細胞の性状解析を実施した。初代培養から第100継代まで細胞形態に大きな変化はなく、この間角膜上皮幹・前駆細胞マーカーであるp63およびK15の発現が維持されていた。また100継代以上の細胞ではp63とK15、角膜上皮細胞マーカーであるK3の発現が認められた。染色体数は78本(犬の正常数)から82本まで分布しており異数性を示したものの、他動物種における長期培養と比較して非常に安定していた。さらに100継代以上の細胞を用いて35層に重層化した細胞シートの作製が可能であり、シート基底層にp63とK15、中間層から表層にK3の発現が認められ、これは第1継代細胞で作製した細胞シートと同様の発現パターンであった。以上より、100継代以上の細胞においても角膜上皮前駆細胞の性質が維持されていることが明らかとなり、他家移植のセルソースとして利用可能な犬輪部由来角膜上皮細胞株の樹立に成功したと考えられた。細胞株を用いたシート作製方法の条件検討に時間を要したため、本年度中に開始する予定であった犬角膜損傷モデルへのシート移植が次年度に持ち越しとなった。またモデル動物の作製手技は確立できたが、移植実験の予備的検討を行っている段階である。本年度はまず、犬輪部由来角膜上皮細胞株の性状解析の継続として、コロニー形成効率および足場非依存性増殖能の評価を行った。本細胞株は初代培養細胞よりも高いコロニー形成能を有しており、一方軟寒天ゲル上ではコロニーの形成はなく、足場非依存性の増殖は認められなかった。前年度までの結果と合わせ、本細胞株が角膜上皮前駆細胞の性質を維持していること、また腫瘍性を認めず細胞シートの作製が可能であることから、角膜損傷をはじめとする眼表面疾患に対する移植材料として本細胞株を利用できると考えられた。次に、犬輪部由来角膜上皮細胞の自己増殖能維持機構を探るため、液性因子に着目した検討を行った。細胞増殖に関与する液性因子の自己分泌能を評価するため、犬輪部由来角膜上皮細胞株および初代培養細胞の培養上清をウサギ輪部由来角膜上皮細胞に添加して培養し、ウサギの細胞数を計測したところ、犬細胞株の培養上清添加でウサギの細胞の増殖が有意に促進され、犬初代培養細胞の培養上清でも増殖促進傾向が認められた。同様の評価を、ウサギの細胞の培養上清を犬の細胞に添加した場合でも行ったところ、犬の細胞の増殖が抑制された。

以上より、犬輪部由来角膜上皮細胞が増殖促進因子を自己分泌している可能性、あるいは増殖抑制因子の自己分泌を欠如している可能性が考えられた。続いてcDNAマイクロアレイによる、犬およびウサギの輪部由来角膜上皮初代培養細胞の網羅的遺伝子発現解析を行った。発現量の差が2倍以上ある液性因子を抽出したところ、犬では22遺伝子、ウサギでは12遺伝子が該当した。犬で高発現していた因子にはNRG1、HBEGF、EREG、EPGNといったEGF受容体ファミリーのリガンドが含まれており、HBEGFとEREGには角膜上皮細胞の増殖促進作用が報告されていることから、これらの因子による増殖能維持への関与が示唆された。犬輪部由来角膜上皮細胞の増殖能維持機構に関わると考えられる候補因子が明らかとなり、研究は計画通り進展している。一方、犬角膜損傷モデルへの細胞シート移植は、移植手技確立のための予備的検討に時間がかかり、やや遅れが生じている。今年度はまず、犬角膜上皮細胞の増殖能維持機構の探索を行った。犬角膜上皮初代培養細胞および本研究で樹立した犬角膜上皮細胞株の培養上清をウサギ角膜上皮細胞に添加したところ、増殖を促進する傾向を認めた。一方、ウサギ角膜上皮細胞の培養上清を犬角膜上皮細胞(第1継代細胞)および細胞株に添加したところ、増殖が有意に抑制された。また遺伝子発現解析では、犬角膜上皮初代培養細胞と細胞株で角膜上皮の増殖促進作用を有する複数のEGF受容体リガンドが高発現していた。一方、ウサギ角膜上皮初代培養細胞では増殖抑制作用を有するCTGFとTGF-β2の高発現を認めた。以上より犬角膜上皮細胞の増殖能維持機構として、増殖促進因子の自己分泌もしくは増殖抑制因子の低分泌が示唆された。また、犬膜上皮細胞株から作製した細胞シートを犬角膜損傷モデルへ他家移植し、移植の安全性と有効性を検討した。シートは無縫合で移植し、対照群では損傷作製のみ行った。術後、移植群では早期の上皮化が得られたが、その後、上皮のターンオーバーが原因と考えられるシートの縮小とシート周囲のフルオレセイン陽性領域を認めた。対照群と比較し、移植群では角膜混濁が軽度であった。移植後7日目に角膜組織を採材し、病理組織学的評価に供した。細胞シート中の上皮の配列は不正であったが、移植部直下の角膜実質では、対照群と比較し炎症細胞の浸潤、角膜混濁の原因となる筋線維芽細胞の増殖が軽度であった。細胞シートへの明らかな拒絶反応所見は認められなかった。安全性についてはより長期の観察が必要であるが、細胞株由来シートの移植は、上皮組織の早期再建や角膜混濁の軽減が期待され、角膜再生療法として有用であると考えられた。現在、細胞株の性状解析の追加としてコロニー形成能および足場非依存性増殖能の評価、また自己増殖能維持メカニズム解明のため犬角膜上皮細胞が自己分泌している因子による増殖促進作用の有無に関する検討を進めている。さらに犬角膜損傷モデルに対する細胞株由来の角膜上皮細胞シートの移植による安全性・治療効果の検討を開始する予定である。現在、qPCRによるcDNAマイクロアレイ結果の検証を進めており、今後、阻害薬やRNAiを利用したEGF受容体リガンドの抑制による細胞増殖への影響について評価を行う予定である。また犬角膜損傷モデルに対する細胞株由来の角膜上皮細胞シートの移植についても、無縫合による移植手技を確立し、現在実験を進めている。29年度が最終年度であるため、記入しない。
歪みエンジニアリングによるフォノンダイナミクス制御とデバイス展開

熱は古くから我々の身近に存在するにもかかわらず、特に微小スケールにおける熱伝導については完全には明らかになっていない。本研究では、結晶の構造欠陥や歪みによる熱伝導への影響を明らかにするため、二次元材料のグラフェンをモデル材料として、熱伝導を正確に評価し熱伝導制御の正確な理解につなげる。またこれを利用して、熱ダイオードや熱スイッチ、熱レンズなど、熱伝導を自在に操ることが可能な熱デバイス開発につなげていく。
大正・昭和前期における知識人のネットワーク―一匡社『社会及国家』を中心に

1946年、戦後初となる衆議院議員総選挙の実施に際し、文部省を中心として女性を含む新有権者を対象に公民啓発運動とよばれる選挙啓発運動が行われた。本研究は、同省社会教育局長としてこの運動の推進にあたった関口泰の思想に着目し同運動の思想的背景を明かにするとともに、これを1930年代の選挙粛正運動から1950年代以降の公明選挙運動へといたる選挙啓発運動の潮流の中に位置づけることで、選挙啓発という側面から近現代日本における民主主義の可能性を探るものである。その際、関口が加入していた東京帝大同窓生による結社「一匡社」での活動を通じて形成された知識人のネットワークが彼の思想と行動に与えた影響を重視する。
カルシウムチャネルを介した植物のストレス応答・増殖・死制御ネットワークの分子機構

イネ培養細胞の細胞質内カルシウムイオン濃度変化や活性酸素種(ROS)生成のリアルタイム測定系を確立し、植物のストレス応答情報伝達ネットワークの分子機構の解明を進めた。植物病原菌由来のシグナル分子を認識し、プログラム細胞死を含む感染防御応答を誘導する初期過程では、ROS生成やMAPキナーゼの活性化に先立ち、細胞質のカルシウムイオン濃度が上昇することが明らかとなり、この過程の上流、下流での制御機構と、機能する複数の因子を同定した。イネの膜電位依存性Ca^<2+>チャネル候補遺伝子OsTPC1のレトロトランスポゾンTos17の挿入による機能破壊株では、タンパク質性エリシターTvXによりイネ培養細胞に誘導される過敏感細胞死の誘導やMAPキナーゼの活性化が抑制された。Ostpc1機能破壊株を用いて、TvXエリシター応答性遺伝子のトランスクリプトーム解析を行い、感染防御応答における機能解析を進めた。Ostpc1機能破壊株では、TvXにより発現が誘導される遺伝子群の一部について、発現の顕著な抑制が観察された。OsTPC1依存的にTvXにより急激に発現誘導を受ける遺伝子として、Ca^<2+>制御型プロテインキナーゼOsCIPKを同定した。RNAi法による発現抑制株を作成し解析した結果、TvXにより誘導される細胞死や防御遺伝子の発現誘導の抑制が観察された。Ostpc1機能破壊株やOsCIPKの発現抑制株においてTvX誘導性の発現誘導が抑制されていた遺伝子の中には、ファイトアレキシンの生合成に関与する遺伝子群が含まれており、OsTPC1,OsCIPKが、生体防御応答の過程で誘導される過敏感細胞死や抗菌性物質の合成の制御に関与する可能性が示唆された。一方タバコのCa^<2+>チャネル候補遺伝子NtTPC1Bの過剰発現培養細胞では、植物病原菌由来の感染シグナル分子により誘導される過敏感細胞死と、酸化ストレスに対する細胞の耐性が共に亢進されたことから、NtTPC1Bは、感染シグナル、酸化ストレスの双方に対する防御応答の制御に関与する可能性が示唆された。イネ培養細胞における[Ca^<2+>]_<cyt>変化や活性酸素種(ROS)生成のリアルタイム測定系を確立し、糸状菌由来の種々のエリシター処理直後に誘導される初期応答を経時的に解析した。その結果、ROS生成やMAPキナーゼの活性化に先立ち、[Ca^<2+>]_<cyt>が上昇すること、エリシターシグナルの受容後1分以内に、感染防御応答に特異的なタンパク質リン酸化反応を介した制御系により、Ca^<2+>動員が負のフィードバック制御を受ける可能性が示された。一方、タンパク質性エリシターTvXにより誘導される過敏感細胞死は、電位依存性Ca^<2+>チャネル候補OsTPC1の機能破壊株(Ostpcl)において顕著に抑制される。そこでOstpcl株の[Ca^<2+>]_<cyt>測定系を確立し、様々なストレス誘導性[Ca^<2+>]_<cyt>変化を解析した結果、TvXにより誘導されるOsTPC1がTvX誘導性Ca^<2+>動員に関与する可能性が示唆された。機械刺激に応答したCa^<2+>動員の制御候補因子OsMCA1を同定した。OsMCA1は、酵母の機械刺激作動性Ca^<2+>チャネル候補Mid1の変異株を部分的に相補した。OsMCA1の発現は、植物体の広範な組織で見られた。OsMCA1発現抑制株では生育遅延・穂軸の短化等の表現型が見られた.OsMCA1発現抑制株の[Ca^<2+>]_<cyt>測定系を確立し、種々の刺激に対するCa^<2+>動態の変化を解析した。低浸透圧刺激により細胞膜を介した細胞質へのCa^<2+>流入を含む細胞質への一過性のCa^<2+>動員の抑制が見られた。イネの2種のプロテインキナーゼOsCIPK14/15は、エリシター処理により急速に発現が誘導されるが、Ostpc1破壊株では発現誘導が顕著に抑制された。OsCIPK14/15は、FISLモチーフを介してCa^<2+>センサータンパク質OsCBL4と強く相互作用した。RNAi法によるOsCIPK14/15発現抑制株では、TvXにより誘導される過敏感細胞死、PBZ1等の防御遺伝子の発現誘導などの応答は顕著に抑制された。逆にOsCIPK14/15過剰発現株では、TvX誘導性の過敏感細胞死が亢進された。こうした結果は、イネの感染防御応答やプログラム細胞死の制御に、Ca^<2+>制御型プロテインキナーゼOsCIPK14/15が関与する可能性を示唆する。
ユスリカ成虫の大量飛来が住民生活に与える影響と新たな防除方法確立のための基礎実験

1.諏訪湖沿岸域より発生する水生昆虫類の動態:諏訪湖東岸にある信州大学山地水環境教育研究センターにライトトラップを設置し、4月11月の間、湖から発生する水生昆虫類の種類組成、捕獲数を毎日モニタリング調査した。その結果、アカムシュスリカの場合、2004年は湖からの発生開始日が10月24日、発生終了日が11月19日、発生期間は27日間であった。発生期間は2000年が23日間、2001年が19日間、2002年が27日間、2003年が37日間であったので、これまでの平均的な値であった。モニタリングを始めた2000年以来で発生量や発生開始日を比較検討すると、本年は2001年とよく似ており、発生終了日は2003年並み、5年間の周期を見ると近年ではやや多く発生した年となった(経年変化のモニタリング調査)。一方、同一期間に、異なる湖岸タイプに同型のライトトラップを設置し、捕獲されるユスリカ種、捕獲数を調査した。春、夏、秋の年3回、各々710日間調査を行い、飛来分布図を作成した。湖岸のタイプがユスリカ成虫飛来量に大きく影響を与えており、特に植生の有無により、多様度指数が変動した。自然度の高い湖岸が最も多様度が高く、次いで再自然化湖岸、最も低かったのが人工湖岸であった。植生を豊にすることにより、生息するユスリカ群集の多様度が高くなることと、植物帯に成虫がトラップされ、ヒトの生活圏への飛来量が相対的に減ることが示唆された(湖全域における飛来範囲調査)。2.新型音響トラップの開発とその評価:ユスリカ類の防除対策の一環として、従来型の音響トラップを改良し、実用性の高いトラップを開発した。発振回路、増幅回路、リレー回路を組み合わせ、音響周波数を任意に設定することができ、最大1kHzまで対応可能となり、応用が利くようになった。近年、諏訪湖湖水の浄化が進み、これまで大量発生してきた沖帯に生息する大型ユスリカ類(オオユスリカやアカムシユスリカ)に代わり、新たに沿岸域に生息すると推定される小型のユスリカ類が夏季に大量発生している。これらのユスリカ類について、以下の3点についてその実態を明らかにした。(1)大量発生種の特定と湖からの発生量の季節変化:2002年4月から12月まで、諏訪湖畔に設置したライトトラップに捕獲されるユスリカ類を毎日調査した結果、4亜科55属109種のユスリカ類が記載できた。調査期間中に50000匹程度のユスリカ成虫類が捕獲されたが、捕獲数の多かったものは、オオユスリカ、クロユスリカ、ハイイロユスリカ、アカムシユスリカなどであった。特に、オオユスリカは全体の54.4%を占め、クロユスリカは38.6%を占めた。これらの結果より、沿岸域から発生する近年増加傾向の小型のユスリカ類はクロユスリカであることが明らかとなった。クロユスリカは春(5/13)から初秋(10/1)にかけて捕獲され、最大は7/3の844匹/日であった。(2)成虫の飛来範囲、飛翔時間帯の特定:成虫の飛翔範囲を垂直的に調査した。

湖畔に建つ20mの建物に地上1m、9m、16mにライトトラップを設置し、捕獲される成虫数を比較したところ、9mで最も多く捕獲された。また、飛翔時間帯は日没直後に1日の約8割が捕獲され、昼間はほとんど捕獲されなかった。この傾向は、季節によって変化しなかった。(3)幼虫の湖内生息場の特定:全60の調査地点を湖内に均一に設け、1地点で3回ずつエクマンバージ採泥器により採集を行った。その結果、クロユスリカ類の幼虫は沿岸域の水深2mよりも浅い地点に集中的に分布していた。特に砂地の部分や植物帯に密度が高く、湖東岸の諏訪市側に多かった。近年、諏訪湖湖水の浄化が進み、これまでと異なったユスリカ類の大量発生・大量飛来のパターンが確認されている。1990年代後半から諏訪湖水辺の再自然化事業がスタートし、その地域にあった親水護岸や自然再生プログラムが考案され、本格的な整備が始まった。現在、諏訪湖畔は8つの湖岸タイプに整備されたが、湖岸のタイプにより、沿岸域から発生するユスリカ成虫飛来量が大きく異なることが示唆された。本年度の研究成果においては、以下の3点について実態を明らかにすることができた。(1)湖岸のタイプごとにユスリカ成虫の発生種、ならびに発生量が大きく異なり、捕獲昆虫類の約70%はハエ目(ユスリカやガガンボ)であった。(2)天竜川の流出口付近のみトビケラ類が優占し、他の地点と大きく異なったパターンを示した。(2)天竜川流出口付近は、これまでに、ユスリカ類の大量飛来による被害報告が住民より行政各機関に寄せられていたが、原因生物の実態はユスリカ類ではなく、トビケラ類の可能性が強く示唆された。(3)定点において湖岸へのアカムシユスリカ成虫飛来量、ならびに湖心におけるユスリカ幼虫数の変動を1年間モニタリングし、現状を把握した結果(継続調査)、2003年はここ数年のパターシと少し異なり、発生期間が長くなり、調査期間中の発生量も1,791匹で2000年よりも少なく、2001年よりは多いという結果となった。1990年代初めと比較し、減少傾向であることには間違えないが、ここ数年では比較的多い発生量の年であった。これは、10月下旬から11月中旬にかけて、例年みられる気温の急激な低下が観察されず、暖かな初冬を迎えたため、成虫発生量が増加したためであると推測された。諏訪湖東岸にある信州大学山地水環境教育研究センターにライトトラップを設置し、4月11月の間、湖から発生する水生昆虫類の種類組成、捕獲数を毎日モニタリング調査した。その結果、アカムシユスリカの場合、2004年は湖からの発生開始日が10月24日、発生終了日が11月19日、発生期間は27日間であった。発生期間は2000年が23日間、2001年が19日間、2002年が27日間、2003年が37日間であったので、これまでの平均的な値であった。モニタリングを始めた2000年以来で発生量や発生開始日を比較検討すると、本年は2001年とよく似ており、発生終了日は2003年並み、5年間の周期を見ると近年ではやや多く発生した年となった。一方、同一期間に、異なる湖岸タイプに同型のライトトラップを設置し、捕獲されるユスリカ種、捕獲数を調査した。春、夏、秋の年3回、各々710日間調査を行い、飛来分布図を作成した。湖岸のタイプがユスリカ成虫飛来量に大きく影響を与えており、特に植生の有無により、多様度指数が変動した。自然度の高い湖岸が最も多様度が高く、次いで再自然化湖岸、最も低かったのが人工湖岸であった。植生を豊にすることにより、生息するユスリカ群集の多様度が高くなることと、植物帯に成虫がトラップされ、ヒトの生活圏への飛来量が相対的に減ることが示唆された。ユスリカ類の防除対策の一環として、従来型の音響トラップを改良し、実用性の高いトラップを開発した。
頭頸部癌に対する超選択的動注療法の最適化に関する研究:特にIVR-CTを用いて

研究成果の概要まずIVR-CTシステムを用い、頭頸部癌の血行動態を詳細に評価した。総頸動脈にカテーテルを留置した時点で造影剤を急速に注入してdynamic CTを行い、腫瘍のvascularityなどを把握した。腫瘍部は周囲の正常組織に比較して早期に強く濃染され、腫瘍の深部や周囲の骨などに浸潤した部分を含め腫瘍の進展範囲の評価に有用であった。またマイクロカテーテルを挿入した時点で、シスプラチンとほぼ等比重に調整した希釈造影剤を、動注療法と同じ速度で注入し2分後に腫瘍全体を撮影することにより、CTの優れた濃度分解能を生かし抗がん剤注入時と同じ注入速度で薬剤の分布が評価できた。この方法は多数の動脈が関与する際に特に有用であり、時に動注の方針が変更となることもあった。また多数の栄養動脈がある際には、増強される面積から投与量を決定することができた。リンパ節転移に対する薬剤分布の確認、動注薬剤の量、割合の決定などにも極めて有用であった。さらに、手術施行例において定量的なパラメータと組織学的所見と比較することにより、治療効果の推定が可能であるかどうか評価したところ、いずれの値も組織学的効果とは必ずしも相関していなかった。これはダイナミックCTで評価される腫瘍内灌流の状態のみが動注療法の効果に影響するわけではないことを表していると考えられた。さらに治療後の腫瘍の縮小率と組織学的な治療効果が必ずしも一致しないため、治療前後のMRI所見の検討を検討し治療効果判定におけるMRIの有用性を評価した。その結果、組織学的治療効果は治療前のMRIにおける腫瘍体積とのみ有意な相関を認め、治療前後のMRIにおける視覚的および定量的な腫瘍の変化との間には有意な相関が見られなかった。よって治療直後のMRIで組織学的治療効果を予測することは困難と考えられた。平成13年度は、IVR-CTシステムを用い複雑な血行支配を有する頭頸部癌の血行動態を詳細に評価した。まず総頸動脈にカテーテルを留置した時点で、造影剤を急速に注入し、腫瘍の最大断面で毎秒1枚撮影した(single slice dynamic CT)。これにより腫瘍のvascularityなどを把握した。また従来の色素法のみでは腫瘍深部への薬剤分布が不明であるため、マイクロカテーテルを挿入した時点で、シスプラチンとほぼ等比重に調整した3倍希釈造影剤を、動注療法と同じ速度で注入し2分後に腫瘍全体を撮影した(slow infusion CT)。造影剤を注入する場合と抗がん剤を注入する場合では注入速度が大幅に異なるが、造影剤を緩徐に注入するとDSA上では同定できない。CTの優れた濃度分析能を生かし、抗がん剤注入時と全く同じ注入速度で薬剤の分布が評価できた。この方法は、腫瘍が大きい場合、正中部に存在する場合など、多数の動脈が関与する際に特に有用であり、時に動注の方針が変更となることもあった。またリンパ節転移に対する薬剤分布の確認、動注薬剤の量、割合の決定などにも極めて有用であった。腫瘍の深部や周囲の骨などに浸潤した部分については、従来のいかなる方法でも薬剤の分布を知ることは不可能であったが、本システムにより始めて明らかにすることができた。今後は、手術施行例において組織学的所見を検討し、抗腫瘍効果の判定を大星・下里の分類に従い行う。以上の検討を通じて、抗腫瘍効果が不良な群において、手技的な要因がどの程度影響しているか詳細に知ることができると考えられ、最適な動注療法の手技の確立を目指す。平成14年度も同様の手技を用いさらに症例を蓄積した。

IVR-CTシステムを用いて腫瘍全体の血行動態および薬剤分布を詳細に評価し、手術施行例において組織学的所見と比較することにより、治療効果の推定、効果良好群と不良群の予測が可能であるかどうか評価した。具体的には造影剤動注下にダイナミックCTを行い、増強パターン、最大CT値、ピーク時間、造影剤流入・流出の最大傾き、パトラックプロット法による移行係数存どを定量的に評価した。手術施行例において組織学的所見を検討し、抗腫瘍効果の判定は大星・下里の分類に従った。ダイナミックCTにおいて、腫瘍部は周囲の正常組織に比較して早期に強く濃染され、腫瘍の深部や周囲の骨などに浸潤した部分を含め腫瘍の進展範囲の評価に有用であった。また多数の栄養動脈がある際には、増強される面積から投与量を決定することができた。一方、組織学的効果を良好群と不良群に分け、上記の定量的なパラメータと比較したところ、いずれの値も組織学的効果とは必ずしも相関していなかった。これはダイナミックCTで評価される腫瘍内灌流の状態のみが動注療法の効果に影響するわけではないことを表していると考えられた。さらに治療後の腫瘍の縮小率と組織学的な治療効果が必ずしも一致しないため、治療前後のMRI所見の検討を検討し治療効果判定におけるMRIの有用性を評価した。その結果、組織学的治療効果は治療前のMRIにおける腫瘍体積とのみ有意な相関を認め、治療前後のMRIにおける視覚的および定量的な腫瘍の変化との間には有意な相関が見られなかった。よって治療直後のMRIで組織学的治療効果を予測することは困難と考えられた。