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矯正的歯の移動速度に対するHSPA1Aの影響の解明

本研究の目的は、熱ショックたんぱく質A1A(HSPA1A)の矯正学的歯の移動速度に対する影響を調べることである。初めに、培養したヒト歯根膜線維芽細胞に対するHSPA1Aの影響を検討したところ、HSPA1Aは、歯の移動に重要な役割を担うIL6,IL8やTNFαなどの炎症性サイトカインを誘導することが明らかになった。次に、HSPA1Aの機能抑制剤を投与したラットにおいて歯の移動実験を行ったところ、抑制していない群に対して抑制群の歯の移動量は有意に減少した。以上より、矯正的歯の移動にはHSPA1Aが関与する可能性が示唆された。平成26年度の研究は、1HSPA1Aの歯根膜線維芽細胞に対する影響(in vitro)を検討すること、2HSPA1Aの機能抑制を行った際の矯正的歯の移動の条件検討(in vivo)を行うことであった。1ヒト歯根膜線維芽細胞を10%FBS含有の培養液(DMEM)で培養し、HSPA1Aのリコンビナントタンパク(hrHSPA1A)を添加したところ、3時間後に濃度依存的にIL6,IL8 mRNAの発現が誘導された。一方、RANKL,CSF1, TNFα,IL1βの発現に変化は認められなかった。さらにELISAより、IL6とIL8は24時間後にタンパクレベルでも増加することが明らかになった。次に、この発現機序を分子レベルで明らかにするため、歯根膜線維芽細胞の細胞膜に存在するToll様受容体4の下流のシグナル分子であるNFκB p65のリン酸化をウエスタンブロットにより解析したところ、hrHSPA1A添加後15分で著しく亢進する所見が得られた。そこで、Toll様受容体4の選択的阻害剤であるTAK-242を添加し、同様の解析を行ったところ、NFκB p65のリン酸化は抑制され、IL6およびIL8の発現がmRNAおよびタンパクレベルで抑制された。以上の結果から、HSPA1Aは歯根膜線維芽細胞の膜上に存在するToll様受容体4に作用し、NFκB p65のリン酸化を介してIL6およびIL8の発現を誘導する可能性が示唆された。2In vivoの検討は平成27年7月より開始予定である。平成27年度の研究は、平成26年度の研究に引き続き1.HSPA1Aの歯根膜線維芽細胞に対する影響(in vitro)を検討すること。2.HSPA1Aの機能抑制を行った際の矯正学的歯の移動に対する影響の解明を行うこと。1.培養ヒト歯根膜線維芽細胞にリコンビナントHSPA1A(rhHSPA1A;300ng/ml)を添加したところ、IL6,IL8およびTNFαのmRNA発現量が3時間後に著しく増加し、24時間後にタンパクレベルで有意に増加した。Toll様受容体4(TLR4)の選択的抑制剤であるTAK242を添加して同様の検討を行ったところ、rhHSPA1AによるIL6,IL8およびTNFαの発現誘導は抑制された。この際、TLR4の細胞内シグナルであるNFκB p65のリン酸化も抑制された。以上の結果より、細胞外のHSPA1Aは歯根膜線維芽細胞のTLR4に作用し、NFκB p65のリン酸化を介してIL6,IL8やTNFαなどの炎症性サイトカインの発現を誘導する可能性が示唆された。2.12週齢Wistar系雄性ラット(n=12)の上顎第一臼歯をNiTiクローズドコイルスプリング(10g)にて近心に移動した。実験群にはHSPA1Aの選択的阻害分子であるPifthrin-μ(3mg/kg)を、対照群には偽薬をそれぞれ実験開始時から2日おきに腹腔内に投与した。1週間および2週間の歯の移動量をそれぞれマイクロCTにより計測したところ、いずれも実験群で有意に移動距離が少なかった。現在は組織学的検討およびTRAP染色により、破骨細胞数の計測を行っている。In vitroの実験では、再現実験でも同様の結果が得られたため、現在論文を執筆中である。In vivoの研究は、予備実験で予想していた結果が得られたため、現在、本実験に向けて最終的な条件を協議中である。1.細胞外のHSPA1Aは培養ヒト歯根膜線維芽細胞のToll様受容体4に結合し、細胞内シグナル分子であるNFκB p65のリン酸化を介してIL6,IL8およびTNF-αなどの炎症性サイトカインの発現を誘導する可能性が示唆された。本研究結果は、第74回日本矯正歯科学会大会で発表した。2.12週齢Wistar系雄性ラット(n=12)の上顎第一臼歯をニッケルチタン製のスプリングを用いて10gの力で移動した。実験群には移動開始前日にHSPA1Aの機能抑制分子であるPifithrin-μ(3mg/kg)を、対照群には偽薬を腹腔内に投与した。移動開始1週、2週にマイクロCTを撮影し、移動距離の計測を行った。結果として、実験群では歯の移動距離が有意に減少することが明らかになった。平成28年度は、上記1の実験について、複数回の再現実験を行った後に論文を執筆し、現在海外誌に投稿中である。2について、上顎骨を脱灰後、パラフィン包埋を行い、薄切切片を作製、HE染色およびTRAP染色を行い、形態観察及び破骨細胞数の計測を行った。

また、同様の手法で、歯の移動開始から6時間後および24時間後の試料を作製し、IL6,IL8およびTNF-αの発現を、免疫染色を行い、現在に至るまで評価を行っている。本研究の目的は、熱ショックたんぱく質A1A(HSPA1A)の矯正学的歯の移動速度に対する影響を調べることである。初めに、培養したヒト歯根膜線維芽細胞に対するHSPA1Aの影響を検討したところ、HSPA1Aは、歯の移動に重要な役割を担うIL6,IL8やTNFαなどの炎症性サイトカインを誘導することが明らかになった。次に、HSPA1Aの機能抑制剤を投与したラットにおいて歯の移動実験を行ったところ、抑制していない群に対して抑制群の歯の移動量は有意に減少した。以上より、矯正的歯の移動にはHSPA1Aが関与する可能性が示唆された。In vitroの研究について、本年度の研究ではHSPA1Aの機能抑制因子であるPifthrin-μの添加を行い、歯根膜線維芽細胞が発現する破骨細胞分化調整因子へのHSPA1Aの影響について、mRNAおよびタンパクレベルで検討する予定であった。その後の検討において、Pifthrin-μではなく、Toll様受容体4の選択的阻害剤であるTAK-242を用い、その影響を検討し、HSPA1Aが歯根膜線維芽細胞の膜上に存在するToll様受容体4に作用し、NFκB p65のリン酸化を介してIL6およびIL8の発現を誘導することを明らかにした。以上のことから、実験内容に一部変更はあったものの、in vitroの研究ではほぼ当初の予定を達成することができた。In vivoの研究は、当初の予定より開始が遅れているが、方法や手技についてはすでに確立されているため、倫理審査委員会の決定をもって開始する段階である。1.In vitroの研究:これまで行った研究結果より、HSPA1Aが歯根膜線維芽細胞のTLR4に作用して炎症性サイトカインの発現を誘導することが明らかになった。しかしながら、歯根膜線維芽細胞自身が発現するHSPA1Aが炎症性サイトカインを誘導するかは不明である。また、歯根膜線維芽細胞が発現する炎症性サイトカインが、破骨細胞の分化促進因子であるRANKLなどの因子の発現を誘導するかは不明である。そこで今後は、1歯根膜線維芽細胞にストレスを与えてHSPA1Aの発現を誘導した後に壊死を起こさせ、細胞外に放出したHSPA1Aが正常歯根膜線維芽細胞に作用して炎症性サイトカインの発現を誘導するか、2歯根膜線維芽細胞が発現する炎症性サイトカインが、骨芽細胞に作用してRANKLの発現を誘導するか検討する。2.In vivoの研究:これまでの研究で、HSPA1Aの機能抑制を行ったラットにおいて、矯正学的歯の移動量が抑制される結果を得た。今後は、同様の条件でHSPA1Aの機能抑制を行い、圧迫側歯根膜の炎症性サイトカインの発現が低下するか、また、破骨細胞数にどのような影響があるかを検討する。歯科矯正学1.In vitroの研究:培養ヒト歯根膜線維芽細胞にHSPA1Aのリコンビナントタンパク(hrHSPA1A)を添加し、24時間後に培養上清を回収する。培養を行ったヒト骨芽細胞に培養上清を添加し、RANKLやM-CSFなどの破骨細胞の発現や分化に関与する因子への影響をmRNAおよびタンパクレベルで検討する。2.In vivoの研究:1強い矯正力の圧迫側歯根膜に対するHSPA1Aの影響の解明:実験動物はWistar系雄性ラットを使用。
国際研究ネットワークによる人体寄生裂頭条虫症に関する基礎的・疫学的・生態学的研究

(1)人体寄生裂頭条虫症全国症例疫学調査(18822001年)日本における人体寄生裂頭条虫症症例、日本海裂頭条虫症1,753例、大複殖門条虫症269例、マンソン孤虫症436例、マンソン裂頭条虫成虫寄生例16例について、疫学的寄生虫学的解析を行い、感染動向、感染源、診断、治療、予防対策を明らかにした。(2)国内症例収集検索調査(20002003)国内大学、病院の協力を得て日本海裂頭条虫2000年9例、2001年8例、2002年2例、2003年1例、計20例、大複殖門条虫2000年1例、2001年2例、2002年1例、2003年0例、計4例の収集、同定を行った。また、ガストログラフィンによる駆虫例の駆虫機序について検討した。(3)渡り鳥寄生状況調査日本海裂頭条虫の感染源宿主として海鳥が疑われているため、ロシアから斐伊川に飛来してくるキンクロハジロ10羽を検索した。条虫寄生はみられなかった。(4)外国との共同調査韓国との共同研究により韓国で発生している人体寄生裂頭条虫症は、日本と同様、日本海裂頭条虫と大複殖門条虫であり、感染源はサクラマス、海産魚のサシミ、オードブルであった。今年度もモンゴル及び中国の感染調査では、感染事例を得ることが出来なかった。ロシアとの共同調査を検討中である。(5)海洋哺乳類の腸管寄生裂頭条虫調査全国の水族館36館に回収条虫虫体の検査協力を要請し、6館から条虫虫体を得ることができた。現在、虫種同定を継続中である。(6)寄生虫考古学的研究出雲市青木遺跡で発見された弥生時代の人骨2体の骨盤内土壌について寄生虫検出を行ったが、寄生虫卵は認められなかった。(7)国際研究ネットワークによる人体寄生裂頭条虫症の基礎的・疫学的・生態学的総括を行い、レビュー、論文にまとめた。(1)人体寄生裂頭条虫症全国症例疫学調査(18821999年)日本における人体寄生裂頭条虫症症例、日本海裂頭条虫症1,733例、大複殖門条虫症267例、マンソン孤虫症422例、マンソン裂頭条虫成虫寄生例16例について、疫学的寄生虫学的解析を行い、感染動向、感染源、診断、治療、予防対策を明らかにした。(2)国内症例収集検索調査(20002001)国内大学、病院の協力を得て日本海裂頭条虫2000年9例、2001年8例、計17例、大複殖門条虫2000年1例、2001年2例、計3例の収集、同定を行った。(3)渡り鳥寄生状況調査日本海裂頭条虫の感染源宿主として海鳥が疑われているため、ロシアから斐伊川に飛来してくるキンクロハジロ18羽を検索した。雌の腸管から1匹、条虫プレロセルコイドを発見したが、日本海裂頭条虫と異なる条虫種であった。現在、標本作製し同定中である。(6)人体寄生裂頭条虫種同定マニュアル第一線医師、検査技師の条虫同定を支援するため、イギリス自然誌博物館と協力し、標本写真収集を進めるとともに、国内症例の裂頭条虫類の虫卵走査電顕像による計測指標の検討を進めている。

今年度もモンゴル及び中国の感染調査では、感染事例を得ることが出来なかった。ロシアとの共同調査を検討中である。(5)海洋哺乳類の腸管寄生裂頭条虫調査全国の水族館36館に回収条虫虫体の検査協力を要請し、6館から条虫虫体を得ることができた。現在、虫種同定を継続中である。(6)寄生虫考古学的研究出雲市青木遺跡で発見された弥生時代の人骨2体の骨盤内土壌について寄生虫検出を行ったが、寄生虫卵は認められなかった。(7)国際研究ネットワークによる人体寄生裂頭条虫症の基礎的・疫学的・生態学的総括を行い、レビュー、論文にまとめた。(1)人体寄生裂頭条虫症全国症例疫学調査(18822001年)日本における人体寄生裂頭条虫症症例、日本海裂頭条虫症1,753例、大複殖門条虫症269例、マンソン孤虫症436例、マンソン裂頭条虫成虫寄生例16例について、疫学的寄生虫学的解析を行い、感染動向、感染源、診断、治療、予防対策を明らかにした。(2)国内症例収集検索調査(20002002)国内大学、病院の協力を得て日本海裂頭条虫2000年9例、2001年8例、2002年2例、計19例、大複殖門条虫2000年1例、2001年2例、2002年1例、計4例の収集・同定を行った。また、ガストログラフィンによる駆虫例の駆虫機序について検討した。(3)渡り鳥寄生状況調査日本海裂頭条虫の感染源宿主として海鳥が疑われているため、ロシアから斐伊川に飛来してくるキンクロハジロ18羽を検索した。雌の腸管から1匹、条虫プレロセルコイドを発見したが、日本海裂頭条虫と異なる条虫種であった。引き続き、カモ、ウミネコなどへの感染調査継続中である。(4)外国との共同調査韓国との共同研究により韓国で発生している人体寄生裂頭条虫症は、日本と同様、日本海裂頭条虫と大複殖門条虫であり、感染源はサクラマス、海産魚のサシミ、オードブルであった。モンゴル及び中国の感染調査では、感染事例を得ることが出来なかった。(6)裂頭条虫の電子顕微鏡的機能形態学的研究裂頭条虫の幼虫虫体表面の分析電子顕微鏡による微量元素の動態を把握し宿主寄生虫相互関係における意義を検討した。(7)寄生虫考古学的研究出雲市青木遺跡で発見された弥生時代の人骨2体の骨盤内土壌について寄生虫検出を現在継続中である。(2)国内症例収集検索調査(20002003)国内大学、病院の協力を得て日本海裂頭条虫2000年9例、2001年8例、2002年2例,年1例、計20例、大複殖門条虫2000年1例、2001年2例、2002年1例、2003年0例、計4例の収集、同定を行った。(3)渡り鳥寄生状況調査日本海裂頭条虫の感染源宿主として海鳥が疑われているため、ロシアから斐伊川に飛来してくるキンクロハジロ10羽を検索した。条虫寄生はみられなかった。(5)海洋哺乳類の腸管寄生裂頭条虫調査全国の水族館36館に回収
空気モードナノビーム共振器を用いた単一カーボンナノチューブレーザー

光通信や将来の量子情報処理に向けて、Si上に集積可能な発光素子が近年求められている。本研究では、直径1 nm程度とごく微細な材料として知られるカーボンナノチューブを発光材料として用いたレーザーの実現を目指す。具体的には、特別に設計した空気モードナノビーム共振器と呼ばれる光共振器をSi基板上に微細加工することで作り、カーボンナノチューブをその上に直接合成することで発光を共振器中に取り込む。カーボンナノチューブはSiに直接触れていると発光効率が落ちることが知られているため、この問題を抑制するため構造の改善などにも取り組む。
ACイオントフォレーシスによる治療システムの開発

東京医科歯科大学歯学部附属病院ペインクリニックに来院した患者(研究内容について十分な説明を行い、同意を得た)を対象にACイオントフォレーシスを実施した。対象疾患は術後疼痛、外傷後疼痛、下歯槽神経麻痺に伴うparesthesia、帯状疱疹後神経痛などのニューロパシックペインとした。通電装置は医用機器の認可を得ているLasper^<TM>(三共電子工業社製)を用い、50Hzの双方向パルス波を通電した。通電強度は患者が不快感を訴えない範囲での最高強度とした。電極は化粧用コットンとアルミニウムフォイルを用いて自作した。薬剤は外用の4%キシロカインを用いた。通電時間は1時間から始め、十分な鎮痛効果が得られる範囲で徐々に短縮していった。鎮痛効果を判定するために通電前後でVASによって疼痛強度を評価した。さらに、鎮痛効果がどれぐらい持続したかを次回来院時に患者に対して確認した。同時に通電後の皮膚の状態を観察し、通電による電気的火傷、発赤あるいは薬剤や金属によるアレルギー反応が生じていないことを確認した。通電開始後約20分にはほぼ全患者が通電による刺激強度の減弱を訴えた。そこで、刺激が弱まったという患者の訴えに対して出力を上昇させて残りの時間の通電を行った。所定時間の通電終了後には、ほぼ全患者において疼痛の消失あるいは疼痛の緩和が得られた。塩酸リドカインの効果持続時間は数時問であるが、顎顔面外傷後、帯状疱疹後神経痛、術後疼痛を訴える患者では24時間以上持続する和痛効果が認められた。これに反して智歯抜去あるいはデンタルインプラント埋入による疼痛患者では、和痛効果はほぼ塩酸リドカインの効果持続時間しか続かなかった。ACイオントフォレーシスによる治療システムが神経因性疼痛の治療として安全かつ有効であることが確認され,実働段階に至った。まず、ラットの坐骨神経を用いて予備実験を行った。坐骨神経にパルス刺激用電極、交流刺激用電極、記録用電極を取り付け、バックグラウンドに弱い交流刺激を与え続けた環境でパルス刺激を行い、感覚神経の応答を記録した。交流刺激は、波形として正弦波、矩形波、三角波、鋸波を用い、周波数は100Hzおよび1kHzの2種類を用いた。パルス刺激に伴ってAδおよびC線維の活動電位が記録されるが、それらの振幅は交流刺激によって抑制されることが観察された。しかも、抑制の度合いは波形によって異なることが明らかになった。次に直列型ガラスセル内のドナー側リドカインを、リセプター側に超純水を満たし、セロファン膜を通してイオンを拡散させる実験を行った。拡散速度はリセプターセル内に設置したインピーダンスプローブを用いて測定した。白金電極をセルの両端に設置し、正弦波を通電することにより拡散速度が向上するが、通電の有効性が通電周波数に依存するか否かを調べた。周波数は300Hzから100kHzまでの5種類を用いた。通電電圧を一定に保った場合、リドカインイオンの拡散速度は周波数には依存しないことが明らかになった。上記と同じガラスセルとセロファン膜を用いて通電電圧とリドカインイオンの拡散効率との関係を検索した。波形は正弦波を用い、周波数は1kHzとした。一定の周波数のもとでは拡散効率は電圧の上昇にしたがって増加することが明らかになった。

ファンクションジェネレーターを用いて正弦波、三角波、矩形波、パルス波を発生させ、アンプで増幅した電流を健常成人の前腕皮膚にソフトツボ電極(三共電子工業製)を介して通電した。痛みや不快感を覚えずに通電可能な最大電圧をそれぞれの波形間で比較し、パルス波の通電可能閾値が高いことが明らかになった。また、正弦波を通電した際にどのような種類の感覚が生じるかをMcGillの疼痛質問表を用いて被験者に選ばせた。10kHz以下の低周波数では電圧を上げるとピリピリした痛みを感じる被験者が多かったのに対し、100kHz以上の高周波数では熱感として刺激を認識する被験者が多かった。この事実と対応して、正弦波を通電した場合の通電可能最大電圧は10kHz以下の低周波数よりも100kHz以上の高周波数の方が高かった。この実験を通じて前腕皮膚に発赤、電気的火傷などの有害事象は1例も生じなかった。電極は、顔面皮膚に貼付できること、薬液が蒸発しにくいこと、皮膚に対する為害作用がないことという条件を満たすために金属箔と綿花を用いて製作した。この電極を用いて、ニューロパシックペインを訴える患者(研究内容について十分な説明を行い、同意を得た)に対して、ACイオントフォレーシスを実施した。通電装置は医療機器としての認可を受けている低周波治療器であるLASPER(三共電子工業製)を用いた。波形は双方向のパルス波、繰り返し周波数は50Hz、通電時間は1時間とした。通電強度は患者が不快感を覚えない範囲で最大電圧を用いた。薬液は4%、塩酸リドカインを用いた。この治療の直後、殆どの患者は痛みが消失した、あるいは軽減したと述べた。また、効果の持続時間は薬剤の効果持続時間より長く、数時間から数日間であった。以上のようにニューロパシックペインに対するACイオントフォレーシスによる治療システムが実働段階に至った。東京医料歯科大学歯学部附属病院ペインクリニックにおいて、慢性疼痛に苦しむ患者に対してACイオントフォレーシスを臨床応用した。対象疾患は顎顔面外傷後のニューロパシックペイン、帯状疱疹後神経痛、口腔外科手術による術後疼痛、智歯抜去あるいはデンタルインプラント埋入によるニューロパシックペインとした。実施目的について患者に十分説明を行い、患者の同意を得たうえで患者が疼痛を訴えている顔面部皮膚に2から4枚の電極を貼付し、ACパルス電流を作用させた。電極はコットンパフとアルミフォイルを用いて自作した。電極には局所麻酔薬である4%塩酸リドカイン溶液を1枚あたり3mlしみ込ませた。通電電流は繰返し周期50Hzのパルス波をもちいた。これは、従来の鍼通電療法に用いたものと同一であり、安全性は保証されている。通電強度は患者が不快を感じない範囲で最高出力に調整した。通電時間は40分から60分とした。通電開始後約20分にはほぼ全患者が通電による刺激強度の減弱を訴えた。これは塩酸リドカインが経皮的に浸透し、電極直下の末梢神経が麻酔されたことを示すと判断できる。そこで、刺激が弱まったという患者の訴えに対して出力を上昇させて残りの時間の通電を行った。所定時間の通電終了後には、ほぼ全患者において疼痛の消失あるいは疼痛の緩和が得られた。
光学的流動知覚の発達的変容が移動行動の成熟に及ぼす影響の解明

移動行動の制御の主要な視覚手がかりの1つである、放射状の光学的流動(以下、放射運動)に対する視線パタンの発達を検討した。その結果、成人では放射運動の焦点(中心)付近に視線が集中する傾向が見られた一方で、生後1歳前後までは成人とは異なり、放射運動の焦点部分ではなく周辺部分に視線が集中しやすく、成人と類似の焦点付近への視線の集中が観察され始めるまでには生後5、6年かかること、さらに焦点付近への視線の絶対量(注視時間)に至っては11、12歳になって初めて成人と同水準になることが明らかになった。移動行動と視覚機能の間の相互作用は、少なくとも児童期の後期まで、ゆっくりと変化する可能性がある。ヒトを含む動物一般にとって、移動行動は、環境内に点在する様々な情報を探索し、その情報に基づいて適応的な行為を選択、遂行するために不可欠な能力である。ヒトの移動行動の制御は、視覚的な運動パタン(光学的流動)の知覚と密接にリンクしており、例えば、一般的に前方への移動時には、視野上に放射状に拡大する光学的流動(放射運動)が生じ、その放射運動の中心(焦点)は観察者自身の移動方向に対応する。これを利用して、ヒト成人の視覚系は、放射運動とその焦点位置の情報に基づいて移動行動の制御を行っている。本研究の目的は、乳幼児期から児童期までの幅広い発達段階において、放射運動処理に代表される運動視機能と移動行動の成熟の間にどのような関連があるかを実験的に検討することである。平成26年度は、生後312ヵ月児と、比較群として成人を対象とした実験を実施した。前後方向への移動時に視野上に生じる放射運動を簡易なCGで再現し、乳児に呈示した。それらの運動の焦点部分と、それ以外の周辺部に対して乳児がどのような注視特性を示すかを、視線計測装置を用いて記録、分析した。その結果、いずれの月齢においても、放射運動の焦点部位よりも周辺部を長く注視する傾向がみられた。またその傾向は後退時に対応した放射運動に対してよりも、前進時に対応した放射運動に対してより顕著であった。一方成人では、放射運動の焦点部位に注視が偏向する傾向が認められた。これらの結果は、乳児と成人とでは、放射運動の視覚的な処理特性が異なる可能性を示す。また、こうした処理特性の差異は、乳児と成人では移動行動の様式や経験の多寡が大きく異なることを反映している可能性がある。また、乳児期において運動視と形態視の機能がどのように相互作用しうるかを実験的に検討し、生後4、5ヵ月までに、それらの機能間に相補的な処理が生じうることを示した。環境内を自在に動き回る機能、すなわち移動行動は、私たちヒトを含む動物一般にとって基本的かつ重要な能力であるといえる。ヒトでは移動行動の制御には、視覚的な運動パタン(光学的流動)の知覚が重要な役割を果たしていることが知られている。例えば、一般的に前方への移動時には、視野上の景色は放射状に拡大運動する。その放射状の拡大運動の中心(焦点)は観察者自身の移動方向に対応しており、これを利用して私たちは自身の移動方向をリアルタイムに認識、制御することができる。本研究計画では、乳幼児期から児童期までの幅広い発達段階において、放射運動知覚に代表される運動視機能と移動行動の成熟間の関連について実験的に検討することを目的としている。前年度(平成26年度)の成果から、生後12ヵ月までの乳児では成人と比べて放射運動の焦点よりも周辺部に視線を集中する傾向が明らかになった。これらの結果を受けて、今年度は(1)より年長の乳児では放射運動に対する視線の動かし方はどう変化するのか、(2)生後12ヵ月以下の乳児において、放射運動に対する視線パタンと移動行動の発達との間に体系的な関連があるのかを検討した。その結果、(1)生後1318ヵ月までの乳児は、生後12ヵ月以下の乳児に比べれば放射運動の焦点に視線を向ける頻度が上昇するものの、成人のそれと比べると頻度は著しく低いことが明らかになった。また(2)生後12ヵ月以下の乳児を自律的な移動行動の可、不可によって群分けした場合でも、両群間に放射運動に対する視線パタンに有意な差は認められなかった。これらの結果は、放射運動に対する視線パタンは乳児期(1歳半まで)を通して大きく変化する一方で、乳児期の終期においても成人とは全く異なる傾向を示すこと、そうした発達的変化には移動行動経験の有無は有意に影響しないことを示すものである。平成27年度は年度当初の予定通り、放射運動の焦点に対する視線パタンを乳児期全般において検討し、かつそれらの視線パタンと移動行動の発達との関連についても実証的なデータを取得することができた。また来年度以降に向けた予備実験として、児童期の子どもを対象とした実験も開始した。したがって、現在までの進捗状況はおおむね順調であるといえる。なお、乳幼児を対象とした実験の成果については現在論文を執筆中であり、次年度内(平成28年度)に学術論文として公表することを目指している。環境内を自律的に移動する能力、すなわち移動行動は、ヒトをはじめとした動物一般にとって基本的で重要な機能である。ヒトの成人では、移動行動の制御に視覚的な動きのパタン(光学的流動)の検出、知覚が大きな貢献を果たしていることが報告されている。例えば前方への移動時には、視野上に放射状にひろがる動きのパタンが典型的に生じるが、その放射状の動きの焦点(中心)の視野上における位置は、観察者自身の環境内での移動方向と一致する。

したがって、放射状の拡大運動の焦点を検出することで、私達ヒトの成人は自身の移動方向をリアルタイムにモニタリングし、適宜移動行動に関連した身体運動を制御することが可能である。本研究は、そうした視覚的な動きの検出、知覚機能、すなわち運動視と移動行動の相互作用について、乳幼児期から児童期にかけての幅広い年齢層における発達段階を明らかにすることを目的としている。平成27年度までに、生後12ヶ月未満児は放射状の光学的流動パタン観察時にパタンの焦点部分ではなく周辺部分に視線が集中しやすく、成人とは正反対の視線パタンの傾向を生じること、そうした乳児期特有の視線パタンは生後18ヶ月までに減少していくが、依然として成人と同様の水準には達さないことを見出した。また、そうした知見を受けて平成28年度は、310歳までの幼児、児童を対象に放射状の光学的流動パタン観察時の視線を測定した。その結果、およそ56歳前後から成人と類似した視線パタンの傾向が観察されることが明らかになった。一方10歳児においてさえ、放射状の光学的流動パタンの焦点付近への視線の絶対量(注視時間)は成人とくらべて有意に少ないことも示された。したがって放射状の光学的流動パタン観察時の視線パタンは、就学期前後に成人と類似の傾向が顕著になるものの、少なくとも児童期後期以降、ゆっくりと成人の水準へと達する可能性が示された。当初の予定どおり平成28年度は、放射運動の焦点に対する視線パタンを幼児期児童期中期頃までの参加者を対象に測定した。その結果、成人と類似の視線パタンが生じ始める時期が就学期前後であること、その一方で、視線量の絶対値は少なくとも10歳の段階では成人にくらべ小さいことが明らかになるなど、平成29年度の計画につながる研究成果をあげることができた。また、生後18ヶ月までの乳幼児を対象とした平成27年度までの実験研究の成果について、国際学術誌上で公刊するなど、研究成果のアウトプットにおいても一定の成果を得ることができた。環境内を自律的に移動する能力、すなわち移動行動は、ヒトをはじめとした動物一般にとって基本的で重要な機能である。ヒトの成人では、移動行動の制御に視覚的な動きのパタン(光学的流動)の検出、知覚が大きな貢献を果たしていることが報告されている。例えば前方への移動時には、視野上に放射状にひろがる動きのパタンが典型的に生じるが、その放射状の動きの焦点(中心)の視野上における位置は、観察者自身の環境内での移動方向と一致する。本研究は、運動視(視覚的な動きを検出、知覚する機能)と移動行動の相互作用について、乳幼児期から児童期にかけての幅広い年齢層における発達段階を明らかにすることを目的としている。前年度までに、(1)生後12ヶ月未満児は放射状の光学的流動パタンの観察時に、パタンの焦点部分ではなく周辺部分に視線が集中しやすいという、成人とは正反対の視線パタンを生じること、(2)そうした乳児期特有の視線パタンは生後18ヶ月までに減少していき、さらに、およそ56歳前後から成人と類似した視線パタンの傾向が観察されることが明らかになった。今年度は、12歳までの子どもを対象に、それらの知見を拡張することを試みた。
負の屈折率メタマテリアルによるコヒーレント放射光源研究開発

本研究では、従来の電子ビーム放射を用いた電磁波放射の手法に、新たに登場したメタマテリアルを導入し、新型光源を開発する基礎研究を行った。小型電磁波放射源における電子ビームと電磁波との相互作用について、従来の理論と異なる物理の本質を正しく反映した厳密な理論を確立した。また、負の屈折率メタマテリアルにおける電磁波の特性を研究して電磁モードの存在条件を解明した。その上で、低エネルギーの電子ビームと相互作用できるような電磁波モードを発見し、外部の反射機構が不要で新型チェレンコフ電磁波放射発振器を提案した。さらに、負の屈折率を有するメタマテリアルを設計した。真空と誘電体との境界面に沿って伝搬する表面電磁波は、チェレンコフ型の電磁波放射源の開発に重要な役割を果たすことはよく知られていることである。一定の速度で誘電体表面を移動する電子ビームは、電子の速度と同期した位相速度をもつ表面電磁波と相互作用し、また、発振条件を満足させれば、電磁波が増幅されて空間に放出される。そのため、表面電磁波の研究は小型の電磁波放射源の開発に重要であり、特に、大出力テラヘルツ波源への応用研究が活発に行われている。アメリカの研究者らは、異なる材料の界面で励起される電磁現象を研究し、負の屈折率媒質の表面に電磁波が存在する条件を導出した。しかしながら、その条件は誘電率と透磁率への要求が厳しすぎるので、負の屈折率媒質は数十keVの電子ビームによる小型電磁波放射源の開発には適用できないとがわかった。この問題を解決するために、我々は媒質平板の下に完全導体の基板を使う発想を提案した。完全導体の基板を利用すると、電磁界の境界条件が変わり、それにより誘電率と透磁率への制限を緩めることが可能と考えられる。理論解析により表面電磁波の分散方程式を導出し、数値計算の手法を用いて分散方程式を解き、分散関係を求めた。また、電磁界ソフトにより理論解析結果を評価した。それにより、完全導体基板を使うことで、従来の誘電率と透磁率への制限を突破することが明らかになり、表面電磁モードが存在できる条件が明らかとなった。それにより、反射機構を持たないチェレンコフ型電磁波放射共振器を提案した。有限厚さのメタマテリアル平板の表面に存在する電磁モードについて理論解析を行った。それに基づいて反射の境界条件を改善するために、平板底部に金属板を置く発想を具体的に解析した。正の屈折率と負の屈折率をそれぞれ設定して数値計算の手法で導出された分散方程式を解く、電磁モード分散関係を明らかにした。メタマテリアル平板の底部に金属板を置くと、表面波が存在するための誘電率と透磁率に対する制限を緩めることが判明された。正の屈折率メタマテリアルにより、負の屈折率の方が電磁モードが多くなり、それを活用すれば、放射源の放射帯域を広げる可能性があると分かった。理論解析を評価するために、particle-in-cellシミュレーションを実行し、理論解析の結果はシミュレーションの結果に一致すると分かった。更に、負の屈折率平板によるチェレンコフ放射の特徴、物理メカニズム、放射の条件などを明らかにした。メタマテリアルによるチェレンコフ型放射に対する理解を深め、グレーティングによる放射の研究に繋げることになる。グレーティングの表面波と電子ビームとの相互作用については、従来の理論解析は実験とシミュレーションの結果に一致しないので、問題になった。それを解決するために、従来の理論と異なった、物理の本質を正しく反映した厳密な理論を構築した。particle-in-cellシミュレーションの手法で新理論を評価した。この研究ではグレーティングをベースにして放射理論を築くことを目的にしているが、その理論は、例えば、進行波管、後進波管、メタマテリアル新電磁材料などのあらゆる周期構造体と電子ビームとの相互作用に応用できる。今後は、新理論を用いてメタマテリアルによる電子ビームからの放射を解析する。メタマテリアルの導入によりチェレンコフやスミス-パーセル放射を用いた電磁波放射源を対象として、理論解析とシミュレーションとの手法で、放射メカニズムを明らかにし、新たな放射機構を提案した。研究実績の概要は以下に記す。あ)電子ビームと周期構造体との相互作用の解析には、1950年にJ.R. Pierceが築いた理論を利用するのは一般的であるが、我々はそれらの理論の中にミスを見出し、実際の物理的メカニズムを正しく表すことができないことを指摘した。そのうえ、従来の理論と異なる考えを提案し、物理の本質を正しく反映した厳密な理論システムを確立した。い)負の屈折率メタマテリアルにおける電磁波の特徴を研究し、表面モードの位相速度、群速度、エネルギー流れ速度などの伝搬特性を解明した。

負の屈折率の場合は、電磁波の群速度とエネルギー速度は特異性を有し、その特徴の屈折率依存性を明らかにした。う)低エネルギーの電子ビームと相互作用できるような電磁波モードを発見した。この電磁波モードは負の屈折率物質に対してのみ現れるモードで、正の屈折率物質に対しては存在しないものである。この電磁波モードの特徴は、従来の誘電体や周期的な溝の構造体などの表面に存在する電磁波モードと異なり、構造体の表面を進行波のように伝播する一方、構造体内部では後進波のように伝播する。これを基づく、外部の反射機構が不要で、新型チェレンコフ電磁波放射発振器を提案した。え)誘電率と透磁率をコントロールできるような人工材料を研究した。金属分割リングで透磁率をコントロールして金属棒で誘電率をコントロールする方法があり、分割リングと棒を周期的に配列することで放射機構用の構造体を作ることができ、一次元、二次元、三次元の構造体を設計した。ビーム放射、テラヘルツ工学研究計画に従い、屈折率が負のメタマテリアルからなる媒質について、表面電磁波の存在条件とその電磁的性質、及びその物理メカニズムを解明した。理論解析とparticle-in-cellシミュレーションにより、表面電磁波の存在条件、即ち、誘電率と透磁率への制限、更にその物理の詳細を明らかにした。その上で、電磁波の群速度とエネルギー速度の特異性、およびその分散関係と屈折率との関係を解明し、メタマテリアルにおける電磁波の伝搬特性とその特異な電磁的性質を理解した。研究計画の通り、メタマテリアル平板の表面波の特徴、表面波の位相速度、群速度、エネルギー流れ速度などの伝搬特性を理論解析の手法で明らかにした。メタマテリアル平板の底部に金属板を置いて境界条件を改善する考えで、メタマテリアルを透過した電磁波は金属板で反射し、その反射された電磁波を利用することにより、表面波が存在するための誘電率と透磁率に対する制限を緩めることが判明された。更に、理論解析とparticle-in-cellシミュレーションを併用して調べ、表面波の存在には、誘電率と透磁率に制限があり、その物理の詳細を明らかにした。また、屈折率が負の場合は、電磁波の群速度とエネルギー速度に特異性が現れるので、その性質の屈折率依存性を明らかにした。これらの結果より、メタマテリアルにおける電磁波の伝搬特性とその特異な電磁的性質が理解された。その上、電子ビームと周期構造体との相互作用に於ける、従来の解析的理論は実験結果や電磁界ソフトを用いたシミュレーション結果を説明できないことが明らかとなった。それら種々の理論の中に欠陥やミスなどを見出し、正しい結果が得られない理由を指摘した。メタマテリアルによるコヒーレント放射源を開発するには、電子ビームと電磁波との相互作用を効率よく生じさせる必要があり、そのためには、その放射機構を正しく物理的に表現し、厳密で正確な理論を構築した。メタマテリアル回折格子による、スミス・パーセル放射並びにコヒーレント放射の物理の基礎を明らかにする。
Itm2ファミリー膜タンパク質のエンドソームにおける機能と痴呆症への関与

遺伝性痴呆症の原因遺伝子産物であるItm2タンパク質が細胞内小器官であるエンドソームに局在するタンパク質複合体Hrs-STAMと結合することから、エンドソーム機能の痴呆症発症への関与が示唆されている。本研究では、エンドソームでHrs-STAM複合体と結合するItm2タンパク質および脱ユビキチン化酵素UBPYとAMSHの解析を行い、1) Itm2タンパク質がエンドソームで働くこと、2) UBPYとAMSHが細胞質分裂においても重要な役割を果たすこと、そして3) AMSHの酵素活性の基質特異性の構造的基盤、を解明した。Itm2タンパク質は、初期エンドソームにおいてユビキチン化されたタンパク質を選別するHrs-STAM複合体と相互作用する一方で、その主な細胞内局在部位は後期エンドソームである。初期エンドソームでHrs-STAM複合体に選別されたユビキチン化タンパク質はその後、後期エンドソームにおいてESCRT-IIIというタンパク質複合体のはたらきにより、リソソームへの輸送経路に入っていく。酵母two-hybrid法を用い、これまでにHrs-STAM複合体と相互作用することが知られていた脱ユビキチン化酵素UBPYがESCRT-IIIの構成タンパク質CHMP4と結合することを見出した。CHMP4を過剰発現させた細胞では、後期エンドソームの肥大化とそこへのユビキチン化タンパク質の異常蓄積が見られ、また上皮細胞増殖因子EGFで刺激した細胞におけるEGF受容体のユビキチン化レベルの上昇が観察された。そこで、CHMP4がUBPYの脱ユビキチン化酵素活性を阻害するかどうかをin vitroの実験により検討した。精製したUBPYのポリユビキチン鎖に対する切断活性は、精製CHMP4を添加することによって強く阻害された。しかし、UBPYのN末端領域に存在するMITドメインを欠失させた変異体の酵素活性は、CHMP4によって阻害されなかった。以上の結果から、UBPYはMITドメインを介したESCRT-IIIとの相互作用により、後期エンドソーム上で酵素活性の抑制をうけることが示唆された。この活性阻害の意義の解明が今後の課題である。Itm2ファミリー(Itm2 A-C)は遺伝性の痴呆症を引き起こすタンパク質である。その分子機能は不明であるが、エンドソームにおいてユビキチン化された膜タンパク質のリソソームへの選別輸送を担うESCRT目的とし、ESCRT複合体と相互作用する脱ユビキチン化酵素UBPYとAMSHの機能解析を行い、以下の結果を得た。1. UBPYとAMSHが細胞質分裂期に中央紡錘体に時空間的に異なるパターンで局在し、効率良い細胞質分裂に必須の役割を果たしていることを見出した。またこれらの脱ユビキチン化酵素の局在化に先立ち、2. AMSHとLys63結合型ポリユビキチン鎖のX線結晶構造を解明し、この脱ユビキチン化酵素のLys63結合型ポリユビキチン鎖に対する基質特異性の構造的基盤を解明した。この研究は、世界で始めて脱ユビキチン化酵素の基質特異性発現のメカニズムを明らかにしたものである。3.薬物排出トランスポーターABCG2が、増殖因子受容体と同様にユビキチン化依存的なりソソームでの分解を受けることを見出した。この発見は、ユビキチン化によるリソソームでめ会解が様々な細胞膜タンパク質に共通のシステムであることを示唆するものである。
糖鎖遺伝子による細胞リモデリング

N-グリカンにbisectingGlcNAcを導入する糖転移酵素、GnT-IIIを導入した細胞ではEGFレセプターのエンドサイトーシスが亢進していること、またEGF刺激によるβ-カテニンのリン酸化が低下していることを見い出した。ドリコールリン酸マンノース合成酵素を制御するDPM2が、GPIアンカー合成の初期酵素をも制御することを見いだし、N型糖鎖とGPIアンカーの合成が連動していることを示した。細胞接着分子L-セレクチンの特異的リガンドと同定したシアリル6-スルホルイスxが、大腸上皮細胞に発現し、細胞の悪性化に伴って陰性化する傾向を有する事を見出した。これと対照的に、細胞が悪性化すると硫酸基を持たないシアリルルイスxの発現が増大する。正常大腸上皮細胞では、シアル酸の環状化によってセレクチンとの結合活性が調節されているが、悪性細胞ではこの調節機構が失われていることも判明した。ガングリオシド糖鎖合成に働く新しいシアル酸転移酵素遺伝子(ST6GalNAcV、VI)、およびグロボ系糖脂質合成に働くGb3合成酵素、Gb4合成酵素遺伝子を単離して機能を明らかにした。また、GM2/GD2合成酵素遺伝子ノックアウト、GD3合成酵素遺伝子ノックアウトマウスを用いて、複合型およびβ系列ガングリオシドが神経系維持と修復に必須なことを明らかにした。マウスシアル酸転移酵素のゲノム構造解析などのデータをまとめた。第3の新規Gal:→3硫酸転移酵素のcDNAクローニングを行い、O-結合型糖鎖のcore1鎖(Galβ1→3GalNAcα1→)に特異的に作用することを明らかにした。さらに基質特異性が既知のものとは異なる第4の酵素であるGal:→3硫酸転移酵素をブタ大腸から精製し、酵素学的性状を明らかにした。糖脂質硫酸転移酵素遺伝子のノックアウトマウスは、神経機能障害と精子形成障害をきたしたことから、硫酸化糖脂質のスルファチドとセミノリピドは、それぞれミエリン機能と精母細胞の分化に必須の分子であることが明らかとなった。白血球系細胞においては、シアリルルイスxがセレクチンの主要なリガンドであり、これがフコシルトランスフェラーゼVIIによって発現が調節されること、また細胞の悪性化や刺激に際して、この酵素遺伝子の転写が活性化されることを明らかにした。一方、固形癌細胞、特に消化門癌では、シアリルルイスaがシアリルルイスxと並んで重要なセレクチンのリガンドとして機能し、その発現が癌の血行性転移および患者の予後と深く関連することを明らかにした。リンパ節へのリンパ球のホーミングを媒介するL-セレクチンリガンドが、シアリル6-スルホルイスxであることを明らかにした。GM2/GD2合成酵素遺伝子、GD3合成酵素遺伝子のノックアウトマウスを作成し、その神経系、免疫系、生殖系の異常につき解析し報告した。GPIアンカーの生合成とタンパク質への転移に関与する遺伝子のうち、ドリコールリン酸マンノースを合成する酵素の遺伝子であるDPM1と、DPM2はそれぞれ触媒サブユニットと制御サブユニットをコードすることを証明した。Neuro2a細胞に誘導可能な形で導入したGD3合成酵素cDNAの発現により新たに発現してくる幾つかの遺伝子をDifferential display法により検索した結果、DAP-群であることが明らかになった。神経系や初期胚でLexを合成する酵素は、過去にクローンされたFUT3-7のいずれでもなく、新たにクローン化したFuc-TIXであることがわかった。Fuc-TIXの配列は種を越えてきわめてよく保存されており、発生的に重要な機能をはたしていることが予想された。NeuGcの発現を律速支配している酵素CMP-NeuAc水酸化酵素を精製し、クローニングした。ヒトではNeuGcは発現していないが、その原因が本酵素遺伝子の92bp配列の欠失であることをを明らかにした。遺伝子座はマウスで13A3、ヒトで6p22に存在すること、赤毛ザルはヒトで見られる欠失は起きていないことを確認した。Nアセチルグルコサミン転移酵素トランスジェニックマウスを作製し、解析した結果、この酵素の異所性発現によりよりリポ蛋白質の分泌が障害を受け、肝に脂質が蓄積することを見い出した。GPIアンカーの生合成とタンパク質への転移に関与する遺伝子のうちDPM3サブユニットの遺伝子をクローニングし、これがDPM1とDPM2の仲立ちをしている制御サブユニットであることを証明した。固形癌細胞、特に消化器癌では、シアリルルイスaがシアリルルイスxと並ぶ重要なセレクチンのリガンドとして機能し、その発現が癌の血行性転移および患者の予後と深く関連することを明らかにした。白血球系細胞におけるセレクチンのリガンドであるシアリルルイスsの発現が、フコシルトランスフェラーゼVIIによって調節され、細胞の悪性化や刺激に際してこの酵素遺伝子の転写が活性化されることを明らかにした。NeuGcの発現を律速支配している酵素CMP-NeuAc水酸化酵素を精製・クローニングした。またa-1、6-GlcNAc転移酵素遺伝子導入マウスを用いた解析より約100kbpの遺伝子断片が転写を制御していることを明らかにした。GM2/GD2合成酵素遺伝子ノックアウトマウスを用いた解析により、当酵素は神経組織の構築維持と損傷時の修復・再生にとって重要であることが示された。また新規シアル酸転移酵素遺伝子のクローニングと機能解析を行った。GD3合成酵素

遺伝子を誘導する系を用いて当酵素の発現によって新たに発現する遺伝子をDfferential display法により探索したところDAP群を発見した。新たにクローニングしたFUT9は既知のal,3フコース転移酵素と比較してルイスx合成活性が強いという特徴をもっていることがわかった。GlcNAc-6-硫酸特異的bl、4GalTを同定、精製した。また大腸粘液癌特異的GcNAc1,6SulTを同定した。硫酸化糖脂質生合成のキー酵素であるCSTノックアウトマウスを作成・解析したところ生後6週より下肢の対麻痺が出現し、精巣も野性型の5分の1程度であることが観察された。N-グリカンにbisectingGlcNAcを導入する糖転移酵素、GnT-IIIを導入した細胞ではEGFレセプターのエンドサイトーシスが亢進していること、またEGF刺激によるβ-カテニンのリン酸化が低下していることを見い出した。ドリコールリン酸マンノース合成酵素を制御するDPM2が、GPIアンカー合成の初期酵素をも制御することを見いだし、N型糖鎖とGPIアンカーの合成が連動していることを示した。細胞接着分子L-セレクチンの特異的リガンドと同定したシアリル6-スルホルイスxが、大腸上皮細胞に発現し、細胞の悪性化に伴って陰性化する傾向を有する事を見出した。これと対照的に、細胞が悪性化すると硫酸基を持たないシアリルルイスxの発現が増大する。正常大腸上皮細胞では、シアル酸の環状化によってセレクチンとの結合活性が調節されているが、悪性細胞ではこの調節機構が失われていることも判明した。ガングリオシド糖鎖合成に働く新しいシアル酸転移酵素遺伝子(ST6GalNAcV、VI)、およびグロボ系糖脂質合成に働くGb3合成酵素、Gb4合成酵素遺伝子を単離して機能を明らかにした。また、GM2/GD2合成酵素遺伝子ノックアウト、GD3合成酵素遺伝子ノックアウトマウスを用いて、複合型およびβ系列ガングリオシドが神経系維持と修復に必須なことを明らかにした。マウスシアル酸転移酵素のゲノム構造解析などのデータをまとめた。第3の新規Gal:→3硫酸転移酵素のcDNAクローニングを行い、O-結合型糖鎖のcore1鎖(Galβ1→3GalNAcα1→)に特異的に作用することを明らかにした。さらに基質特異性が既知のものとは異なる第4の酵素であるGal:→3硫酸転移酵素をブタ大腸から精製し、酵素学的性状を明らかにした。糖脂質硫酸転移酵素遺伝子のノックアウトマウスは、神経機能障害と精子形成障害をきたしたことから、硫酸化糖脂質のスルファチドとセミノリピドは、それぞれミエリン機能と精母細胞の分化に必須の分子であることが明らかとなった。
単一ニューロンの興奮により引き起こされる視覚野神経興奮伝播の解析

本研究では、単一神経細胞の興奮により引き起こされる大脳皮質視覚野における神経興奮伝播を可視化する試みを、新しい高感度の電位感受性色素を開発し用いることによって行った。従来用いられてきた電位感受性色素の膜電位感受性のメカニズムには2つの考え方がある。(1)細胞膜に取り込まれた色素が膜電位変化に応答してその配向を変化させることがひきがねとなって、色素が互いに結合するという考え方と、(2)膜電位の変化により引き起こされる色素分子内の電子分布状態の変化が蛍光波長のシフトを引き起こすという考え方である。本研究では、前者のメカニズムを持つと考えられる色素について、配向の変化の情報を蛍光エネルギー移動を利用することによって増幅することを試みた。膜内で配向を変化させる色素としてメロシアニン540を用い、この色素にエネルギーを与える蛍光色素としてフルオレセインを用いた。両者を適当な長さの炭化水素鎖でつなぎ、2つの色素間のエネルギー移動が両者の距離に依存するので、メロシアニンの配向の変化を蛍光エネルギー移動量としてとらえらえることが期待される。MolecularDynamicsの計算から2つの色素間の炭化水素鎖の最適な長さがn=7であることがわかったので、それに基づいて色素の合成を行った。一方、ラット大脳皮質視覚野の脳切片の単一神経細胞をスライスパッチクランプ法によって補足し、電気刺激を与える技術を確立した。現在、開発した色素によって染色した脳切片を用いて実際の神経興奮伝播の検出を試みている。
唐辛子添加食品による加齢性の嚥下機能低下予防法の検証

加齢性に高齢者の嚥下機能は低下する。介入前の高齢者は若年者に比べ嚥下機能の予備力が低下していた。しかし、製造過程でトウガラシを使用する白菜漬けを高齢者と若年者に20日間摂取してもらうと、両者ともに嚥下機能が改善し、両者間で嚥下機能に差がなくなった。けれども7日間トウガラシ添加食品を摂取しないと高齢者の機能は摂取前に近い状態に低下した。高齢者は改善した機能を維持する力も衰えている可能性がある。そのため摂取間隔は7日以上あけないほうが良いと考えられた。若いころから機能維持行動がとれるような保健指導が必要である。本研究目的は、高齢者の嚥下反射の低下予防、改善のために効果的な唐辛子添加食品の摂取方法を明らかにすることである。本年度は「嚥下反射惹起時間に関する唐辛子添加食品の継続摂取の効果の検証」について明らかにすることを目標とした。研究実績は次のとおりである。1.摂取すべき食品の特定:高速液体クロマトグラフ法による分析結果から白菜の浅漬けを介入媒体とした。2.嚥下反射惹起時間に関する唐辛子添加食品の継続摂取の効果の検証:対象;健康若年者10名、嚥下反射惹起時間正常高齢者(以下、高齢者正常群)10名、嚥下反射惹起時間遅延高齢者(以下、高齢者遅延群)7名。方法:浅漬けの摂取期間は毎食直前、20日間とした。嚥下反射誘発テストは浅漬けの摂取開始前日、摂取期間終了翌日、その1週間後(唐辛子添加食品の摂取を控える期間後)に行い、それぞれ対応のあるt検定(p<0.05)にて分析した。結果;若年層における嚥下反射惹起時間は浅漬け摂取前に比べ摂取後は有意に短縮したが、1週間後には摂取前の時間に近づく傾向であった。高齢者正常群では、摂取前、摂取後、1週間後では有意な関連はみられなかった。しかし、高齢者正常群全体の嚥下反射惹起時間の平均は、摂取前と摂取後では短縮傾向を示し、1週間後には摂取前の時間に近づく傾向を示した。さらに高齢者遅延群は、摂取前、摂取後、1週間後で有意な関連はみられなかったが、高齢者遅延群全体の嚥下反射惹起時間の平均は、摂取前に比べ摂取後の時間が短縮する傾向を示し、1週間後はさらに摂取後よりも反射惹起時間が短縮する傾向を示した。結論;唐辛子添加食品の20日間の継続摂取は、嚥下反射惹起時間の改善に効果がある可能性が示唆された。ただし、高齢者になってからの介入では改善効果が出にくく、若年者から予防行為を行う必要性が示唆された。研究目的:加齢性の嚥下反射機能の低下予防、改善のために効果的な唐辛子添加食品の摂取方法を明らかにすることである。対象:健康若年者10名、嚥下障害のない自力で経口食事摂取可能な高齢者16名とした。方法:介入媒体は、カプサイシンの含有濃度を分析した結果、白菜の浅漬け(浅漬け)とした。浅漬けの摂取期間は1日3食直前、20日間とし、その後7日間は確認可能な範囲で唐辛子添加食品を摂取しない期間(未摂取期間)とした。簡易嚥下反射誘発テスト東大法(S-SPT)にて嚥下反射潜時(LTSR)を測定し、LTSRの短縮により嚥下反射機能の改善とした。測定は浅漬けの摂取開始前日に実施し、20日間摂取した翌日(開始21日目)、未摂取期間を経た翌日(開始28日目)に実施した。分析:若年者群と高齢者群それぞれの浅漬け摂取前後のLTSRの変化、および未摂取期間後のLTSRの変化を比較した。結果・考察:若年者群と高齢者群の介入前のLTSRの平均は、S-SPTの判定基準である3秒は超えなかったものの、高齢者は若年者よりもLTSRの平均が延長しており、加齢性の機能低下が示唆された。これに対して、開始21日目の高齢者群と若年者群のLTSRの平均は、摂取前に比べて有意に短縮した(p<0.05)。開始21日目のS-SPTは、最終の浅漬け摂取が前日の夕食時になるため、唐辛子添加食品摂取直後の効果ではなく20日間の摂取による嚥下反射機能の効果を反映していると考えた。つまり、20日間の唐辛子添加食品摂取は、嚥下機能を改善させ、低下予防につながる可能性が示唆された。さらに、未摂取期間が7日続くと高齢者群ではLTSRが介入前の値に戻り、若年者群では開始21日目の状態が維持された。このことから、若年層からの取組みによってより効果は維持されやすく、介入頻度も少なくなる可能性が示唆された。