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南海トラフ地震における防災政策と持続可能な都市・住宅政策に関する理論・実証分析

2015年度は,過去2年の研究期間において達成された知見をもとに学術論文,国際ワークショップ,学会報告などにおいて研究成果の公開を中心に行った.代表者(内藤)は,2015年8月に開催された日本都市学会四国支部シンポジウムにおいて,「家賃関数からみる震災リスクの評価」を報告した.また査読誌である九州経済学会年報53巻において研究論文を掲載した.さらに日中韓クウェートの研究者による国際ワークショプを2015年9月に徳島大学で開催し,その研究成果を公開した.分担者の小川と伊ヶ崎も国際会議で報告を行い,当該論文を査読誌に掲載している.本プロジェクトは概ね一定の成果を上げていると判断できる.今年度は,研究計画書に記載どおり,空間経済学モデルならび内生的経済成長モデルを用い,震災リスクを加味した都市の集積・分散モデルの構築を図った.主要な結果としては,将来における震災のリスクが高まるにつれて各家計は当該災害に備えるため,労働期家計の出生行動を抑制してしまうため,定常状態では家計の出生率が低下してしまうことを明らかにした.また,都市・農村間の人口移動についても同モデルで解析を行い,災害発生確率および時期の災害発生確率に対する割引率が大きくなると,都市への一極集中が発生することを明らかにした.また防災マップの配布や避難訓練など公的な防災・災害支出の割合も定常状態における出生率と地域間の人口分布に影響を与えることを明らかにした.これらの研究成果は2013年応用地域学会第27回研究発表大会(京都大学),2014年南部地域科学学会(サンアントニオ)において報告された.第2に,南海トラフ地震が発生した際の津波による予想浸水域データ,緊急避難地域の地理データを地理情報システム(GIS)を用い,徳島県小松島市を対象に分析を行った.主たる分析結果は,相対的に浸水域の高さが高い地区には,高年齢者の居住比率が高く十分な対策が必要とされること,さらには地震発生後到達されると予想されてる津波についても緊急一時避難所(津波タワー)の立地を小松島市の居住特性と浸水予想地域を重ねた地図の上にプロットした結果,小松島市の一部の地域は津波タワーから半径500メートルの領域から外れていることを明らかにした.本研究は2013年度日本地域学会第50回年次大会(徳島大学)で報告され,現在査読誌に投稿中である.最後は,先述した徳島県が公表した南海トラフ地震による徳島県沿岸部の浸水データと住宅情報を用い家賃関数の推定を行った.結果,海岸線から離れるほど家賃が高くなっており,それは築年数1年分に相当することを明らかにした.本年度については,前年度の研究を基盤として自然災害リスクが居住者行動にいかなる影響を与えるについての研究成果をまとめた.具体的には,南海トラフ地震で大きな被害を受けると予想される徳島県東部について家賃関数の推定を行い,賃貸住宅価格において海岸線からに距離,避難所までの距離,標高,建築年数,建築構造がいかなる影響を与えているかについて明らかにした.また,震災のようなリスクに直面した家計の出生行動や移住行動を世代重複モデルを用いたモデルを援用することでその行動を明らかにした.前者の家賃関数の推定によって以下のことが明らかになった.築年数や木造建築物については,将来発生する可能性のある震災リスクが反映されているが,津波の際の避難場所,より具体的には標高や緊急一時避難先からの距離については震災のリスクをとらえることができなかった.また,推定時期の直前に徳島県から公表された南海トラフ地震発生に基づく津波による予想浸水高についても予想浸水高が高い地域の方が家賃が高く,借家人は賃貸物件を選択する際には必ずしもこうした自然災害リスクを加味していないことが明らかになった.また,理論研究においては,将来の自然災害の発生リスクが高まると,将来に備えるために育児に関する支出を減らすインセンティヴが働き,少子化を加速する可能性があることを明らかにした.また将来の賃金格差の発生に伴い,一部の地域への集積が発生する,言い換えれば,人口減少がするむことも明らかにした.2015年度は,過去2年の研究期間において達成された知見をもとに学術論文,国際ワークショップ,学会報告などにおいて研究成果の公開を中心に行った.代表者(内藤)は,2015年8月に開催された日本都市学会四国支部シンポジウムにおいて,「家賃関数からみる震災リスクの評価」を報告した.また査読誌である九州経済学会年報53巻において研究論文を掲載した.さらに日中韓クウェートの研究者による国際ワークショプを2015年9月に徳島大学で開催し,その研究成果を公開した.分担者の小川と伊ヶ崎も国際会議で報告を行い,当該論文を査読誌に掲載している.本プロジェクトは概ね一定の成果を上げていると判断できる.空間経済学今後は最終年度における持続可能な防災政策に関する研究を推進し,過去2年間に行ってきたような研究成果の公開をしかるべき学会あるいは国際会議において報告を行う予定である.言うまでもなく,研究成果の公開は権威ある学術雑誌への公刊であるため,こちらについても同時に投稿をすすめていく予定である.また,本研究は地域社会において公表されることに非常に重要な意義が見出されるため,カンファレンスの実施や冊子の作成など研究者以外の人間にもその研究成果が波及させる予定である.研究課題は概ね順調に進展している.初年度である平成25年度は国内学会2,国際会議1,の3報の論文報告を行った.そのうち,1報は既に査読付き学会誌「地域学研究」に投稿済みで現在審査中である.

平成26年度も関連研究をタイ王国アユタヤで開催される国際地域学会世界大会(Regional Science Association International World Congress)で報告予定である.申請通り,今年度は昨年度の研究で構築したモデルを財政競争モデルへの拡張を図る.財政競争モデルの拡張を図ることで,震災対策に対する租税競争を地域間の人口移動モデルに組み込むことが可能であるため,財政システムの在り方と災害発生の間に存在する問題点が明らかになることが予想される.また実証版では引き続き,ヘドニックアプローチをを利用した家賃関数の推定を行う.ただし,前年度よりもより推定の精度をあげるため,震災関連のデータを推定に使用できるように推定モデルの再構築を行う予定である.これらの研究の過程でできた論文は本プロジェクトの中間発表の位置づけとしてしかるべき学会で報告し,さらに査読誌に投稿を行い国際的な評価を得る予定である.英文校正については,4月に支払いが完了する予定である.また,研究成果の報告も秋以降の学会で報告する予定である.分担者1(小川光)については,物品購入後の差額が一部残ったため,次年度の繰り越した.分担者2(伊ヶ崎大理)については,研究成果の報告を予定したが,次年度の国際会議にそれを行うことを決定したために,海外出張分の金額を次年度に繰り越した.研究計画予定通り遂行されているので,問題ない.
遺伝子治療の最適化を目指した次世代DDS製剤としての細胞内徐放化システムの開発

本研究では、細胞内での薬物動態を時間的・空間的に制御出来る次世代型DDS製剤としての細胞内徐放化システムを開発することを目的とした。この研究の成果として、殆ど全ての動物細胞に対して、マイクロマニピュレーター等を用いることなく、機能性ナノスファーを一挙かつ大量に、多数の細胞の細胞質内へ、直接導入できる技術開発に成功した。本技術は、細胞膜との融合能を有する膜融合リポソームを用い、エンドサイトーシスによる取り込みではなく、細胞膜との融合により内封ナノスファーを直接細胞質内に導入するものである。この技術により、直径500nmのナノスファーをわずか5分間という短い作用時間で10^5個の細胞のうち87%の細胞に導入することができる。また、30分間の作用では94%以上の細胞に導入することができ、導入されているナノ粒子の平均は1細胞あたり約10個であり、26個以上導入されている細胞群も約5%存在した。さらに本技術を用いてオリゴヌクレオチド吸着ナノスファーを細胞質内へ導入し、細胞質内での徐放化を検討した。その結果、導入直後では、オリゴヌクレオチドがナノスフェアー表面に吸着した状態で細胞内に存在していたが、3日間の培養を行うと、オリゴヌクレオチドがナノスファー表面から解離したことを示す像が観察されはじめ、7日後には、その像が細胞質内で数多く観察されるようになった。以上、膜融合リポソームにより細胞質内に導入されたナノスフェアー表面から、経日的にオリゴヌクレオチドが細胞質に放出、即ち細胞質内での薬物徐放を世界で初めて視覚的に確認したものであり、今後は、作用の面において徐放効果を確認する予定である。本研究では次世代の遺伝子治療の最適化を目指し、細胞内での薬物動態を時間的・空間的に制御出来る次世代型DDS製剤としての細胞内徐放化システムを開発することを目的としている。本年度は、徐放化粒子としてのナノスフェアー(NS)を細胞質内へ導入するため、細胞質内物質導入キャリアーとしての膜融合リポソーム(FL)へのNS封入条件を検討した。モデル粒子として蛍光標識したスチレン製NSを用いて検討した結果、凍結乾燥空リポソーム法を用いることで、リポソーム内に粒子径500nmのNSを封入出来ることを明らかにした。さらに、NS封入リポソームとセンダイウイルスを反応させ、ショ糖密度勾配遠心法を利用することで、未反応のNS封入リポソームとセンダイウイルスを取り除き、NSが封入されたFL分画のみを完全に精製することに成功した。このNS封入FLは、粒子径が約750nmで表面にウイルス由来のスパイク状構造を有していることを電子顕微鏡で確認した。一方、アンチセンス核酸を細胞内で徐放させるにあたり、徐放性粒子を検索し、コア-コロナ型NSとしてのポリビニルアミンNSを作製した。このNSの粒子径は308nm、表面電荷は21.8mVであり、粒子表面がカチオン性に帯びた単分散であった。このNS表面に、アニオン性電荷を有するオリゴヌクレオチドを静電気的に吸着させた結果、1粒子のNSあたり約3万分子のオリゴヌクレオチドが吸着することを明らかにした。またNS表面にオリゴヌクレオチドが吸着することにより、粒子径が320nmに増加し、表面電荷9.0mVに変化することを確認した。さらにこのNSを先に記載した方法によりFLに封入することにも成功した。今後は、次世代型DDS製剤としての細胞内徐放化システムの開発を目指し、本年度の知見を基にFLによるNSの細胞質内への導入条件や導入効率等を検討していく予定である。本研究では、細胞内での薬物動態を時間的・空間的に制御出来る次世代型DDS製剤としての細胞内徐放化システムを開発することを目的としている。

本年度は、徐放化ナノパーティクルを細胞質内へ導入するための膜融合リポソームの有用性を評価した。今回モデルとして粒子径500nmの蛍光標識ナノパーティクルを封入した膜融合リポソームをLLCMK2細胞に反応させた後、細胞内に導入されたナノパーティクルを共焦点レーザー顕微鏡により確認した。その結果、膜融合リポソームを作用させた細胞群において、ナノパーティクル由来の粒子状の緑色蛍光が、核が染色されたのと同一断面上で数多く観察された。一方、ナノパーティクル単独や膜融合能を持たない通常のリポソームを作用させた細胞群においては、ナノパーティクルの取り込みはほとんど確認されなかった。さらに細胞内へのナノパーティクルの導入量をFACS法により解析した結果、膜融合リポソーム作用群では、作用させた10^5個の細胞のうち94%の細胞でナノパーティクルの導入が認められた。導入されているナノパーティクルの平均は1細胞あたり約10個であった。さらに、26個以上導入されている細胞群も約5%以上存在した。一方、ナノパーティクル単独作用群ではナノパーティクルの取り込みはほとんど検出されず、リポソーム作用群でも若干の取り込みが確認されたにすぎなかった。また、膜融合リポソームと細胞との作用時間について検討した結果、膜融合リポソームは、5分間という短い作用時間で87%の細胞にナノパーティクルを導入することが可能であった。一般的に5分間の作用において、エンドサイトーシス経路により粒子状物質が細胞に取り込まれることは殆どあり得ないため、膜融合リポソームは、細胞膜との融合により内封したナノパーティクルを細胞質内に直接導入していることが示唆された。今後は、本年度の知見を基に次世代型DDS製剤としての細胞内徐放化システムの開発を目指す。本研究では、細胞内での薬物動態を時間的・空間的に制御出来る次世代型DDS製剤としての細胞内徐放化システムを開発することを目的としている。本年度は、オリゴヌクレオチド吸着ナノパーティクルを膜融合リポソームを用いて細胞質内へ導入し、細胞質内での徐放化を検討した。今回ポリビニルアミンナノスフェアー(粒子径308nm、表面電荷21.8mV)表面に、オリゴヌクレオチドを静電気的に吸着させたところ、ナノスフェアー1粒子あたり約3万分子のオリゴヌクレオチドが吸着した。そこでこのオリゴヌクレオチド吸着ナノスフェアーを封入した膜融合リポソームを作製して細胞に作用させ、細胞内に導入されたオリゴヌクレオチド由来の蛍光を、共焦点レーザー顕微鏡を用いて視覚的に確認した。その結果リポソーム作用群よりも膜融合リポソーム作用群において、数多くオリゴヌクレオチド由来の緑色蛍光が観察された。そこでナノスフェアー表面に吸着しているオリゴヌクレオチドが、細胞内でナノスフェアー表面から経日的に解離するかを観察した。その結果、導入直後では、オリゴヌクレオチドがナノスフェアー表面に吸着した状態で細胞内に存在していたが、3日間の培養を行うと、オリゴヌクレオチドがナノスフェアー表面から解離したことを示す像が観察されはじめ、7日後には、その像が細胞質内で数多く観察されるようになった。以上の結果より、膜融合リポソームにより細胞質内に導入されたナノスフェアー表面から、経日的にオリゴヌクレオチドが細胞質に放出されていることが視覚的に確認された。
北欧の戦後住宅に及ぼした日本建築の影響に関する研究

平成20年2月26日より3月6日にかけてフィンランド、ノルウェイにおける戦後住宅の保存状況、資料蒐集を目的として現地調査を実施した。両国において研究協力者の協力を得て、1950-60年代に建設されたオスロ市内及びヘルシンキ市内等に所在する個人住宅の実査及び所有者インタビューを行った。またナショナルギャラリー(オスロ)及び建築博物館(ヘルシンキ)の付属図書館において各国の建築家協会機関誌を通覧し、日本の伝統建築及びモダニズム建築に関する記事の抽出を網羅的に行った。両国とも首都を中心として1950-70年代に開発された郊外住宅地に、戦後日本の建築家によってデザインされた住宅建築に影響を受けた住宅等が多数遺存すること、この時期の建築雑誌にも日本の戦後住宅や伝統建築の構法、意匠に関する記事がしばしば掲載されていたことが確認できた。ノルウェイにおいては、日本の戦後建築に関する情報が直接的にはデンマークの建築デザイン界における動向を介してもたらされたと考えられること、フィンランドにおいては特に住宅生産における工業化の観点から日本建築の構法に強い関心がもたれていたことなどの知見を得ることができた。今回の調査によって、戦後北欧の住宅建築における日本建築の影響のあり方や系譜、さらには戦後の北欧、日本における住宅デザインの特質の解明等に展望が持てるようになり、今後、蒐集した記事の分析、設計者や発注者への聞き取り、デンマーク等関連国における調査、また実作の追加・詳細調査を進めてゆく所存である。
核医学画像による神経伝達物質・受容体マッピングの基礎的研究

脳内各種受容体の各種侵襲に対する反応を知ることは、生理的自動制御機構や病態を理解するうえで既に実用段階に入った核医学的手法による受容体画像の解釈には不可欠となる。コリン作動性神経はアルツハイマー病患者で減少することが知られ、コリン作動性神経と関連するムスカリン作動性アセチルコリン受容体(muscarinic acetylcholine receptor,mAchR)は痴呆病態の一面を形成していると考えられる。痴呆モデルに対するmAchRの反応を調べるために、ラット中大脳動脈閉塞モデルおよび対照シャム手術モデルを作成し、脳梗塞急性期および慢性期において同一個体にて3種類の脳連続切片画像化を行った。Tc-99mHMPAOによる脳血流、H-3 QNBによるmAchR受容体、およびmAchRで知られているm1からm5のサブタイプ遺伝子のmRNAについて特異的なS-35標識オリゴヌクレオチドを用いた組織内ハイブリダイゼーション法によるmAchR-mRNAの分布画像化を行った。血流、mAchR,mAchR-mRNAでは経時的変化に乖離がみられた。急性期では梗塞部位を中心に血流は著しく減少したが、mAchRに有意な変化はなかった。慢性期では患側視床の血流がほとんど変化しないにもかかわらず、mAchRは減少し、黒質では血流がわずかに増加するにもかかわらずmAchRは減少した。mAchR-mRNAは、尾状核線条体にて急性期から減少が認められ、梗塞部位のコリン作動性神経細胞の受容体合成が早期から低下していることが示唆された。以上のように、血流、受容体、受容体mRNAの各分布を解析し、比較することで、血管性痴呆やアルツハイマー病患者などにおける受容体イメージングを理解する際に重要な血流とムスカリン作動性アセチルコリン受容体分布の関係について新しい知見が得られた。
公益企業における組織とガバナンス構造に関する計量分析

本研究の目的は、公益事業の組織とガバナンスの関係について実証的に分析することである。具体的な研究の柱は大きく3つから成っている。まず第一は、公益事業の効率性に寄与するガバナンス要因を探ることである。そして第二は、公益事業の組織規模をガバナンスの視点から分析することである。最後の第三は、公益事業の組織内部のガバナンスを階層性によるコントロールの視点から分析することである。これらの内容について、1先行研究とデータの収集と整理、2モデル構築、3予備分析、4予備分析結果の解釈と妥当性及び改善案の検討、5データの補完と追加的資料の収集、6本分析、7結果の解釈と検討、8論文執筆、9海外査読付き雑誌への投稿、という9つのステップで実施する。そして、研究二年目である平成30年度は、公益事業の効率性に寄与するガバナンス要因を探ることを中心とした内容の研究を実施した。また、昨年度実施した先行研究の分析整理から、個別の公益事業においての構造分離の要因や関連産業をも含んだ需要サイドの分析も必要であることもわかったので、本年度においてはこのような分析も追加して行った。本年度実施した具体的研究としては、1水道事業を対象にした組織内分業と総費用の間の内生性を考慮した確率費用フロンティアモデルのベイズ推定、2鉄道事業を対象としたガバナンス・組織形態の影響分析、3高等教育産業における学費の決定要因の分析、などである。こういった一連の分析結果について、筆者らはヨーロッパの研究会やワークショップを活用し、国内外の研究者と議論を行ってきた。実際、平成30年度は、リーズ大学(イギリス)、ローマ・ラ・サピエンツア大学(イタリア)、そして中央研究院経済研究所(台湾)などで意見交換を行った。そして、それらの研究成果を国内外の学術誌に投稿する。平成30年度の進捗状況は、「(2)おおむね順調に進展している」、と評価している。先にも述べたように、4年間の全体計画の中で、一連の研究ステップは1先行研究とデータの収集と整理、2モデル構築、3予備分析、4予備分析結果の解釈と妥当性及び改善案の検討、5データの補完と追加的資料の収集、6本分析、7結果の解釈と検討、8論文執筆、9海外査読付き雑誌への投稿、の流れで実施する。そして、2年目以降は、主要な研究テーマ(必要となった追加テーマも含む)を各年度で実施するという計画になっている。平成30年度は、前年度までに行なってきた内容(先行研究やデータの整理し、基本的な先行モデルの構築、予備分析結果)をもとに、特に、効率性とガバナンスの関係について本格的な分析を行なった。これまで(昨年度までに)筆者らが行なってきた研究結果は、『Utilities Policy』、『Empirical Economics』、『国民経済雑誌』に掲載された。また本年度行ってきた分析結果については、リーズ大学(イギリス)、ローマ・ラ・サピエンツア大学(イタリア)、そして中央研究院経済研究所(台湾)などの研究者とワークショップやセミナーを通じて議論を行ってきた。実際、その過程では特に大きな問題は指摘されなかった。そして、これらの知見をもとに研究論文を修正・完成させ、国内外の学術誌に投稿して行く。そして、次年度以降も、本年度得られた知見や内容をも加味した分析を行う。以上のことから、平成30年度は、「おおむね順調に進展している」、という評価となった。三年目である平成31年度は、本研究の第二の目的(公益事業の組織規模をガバナンスの視点)に対応した研究と、これまで分析で重要だとわかった「需要とガバナンスや組織形態の関係」に関して、ステップ5から9(すなわち、5データの補完と追加的資料の収集、6本分析、7結果の解釈と検討、8論文執筆、9海外査読付き雑誌への投稿)までを実施する。また公益事業に関連した産業として高等教育産業においてもガバナンスと関連が深いことがわかったので、この産業の費用構造の分析も追加する。具体的には、公益企業の最適規模に関する研究では、都市人口やネットワーク性などの視点から組織規模を説明するものが多い。第一の目的で明らかにされたガバナンス持つ様々な影響をもとに、公益企業の組織規模の決定メカニズムを明らかにする。ここでは、先行研究における公益企業の最適規模にガバナンスの視点を導入して分析することで公益企業の組織構造に新たな観点を示す。このように、二年目の研究で得られた結果を発展させ、公益事業の組織規模の決定要因をガバナンスの視点から実証的に分析する。さらに、構造分離の要因や需要サイドの分析として鉄道産業を対象に需要とガバナンスや組織形態の関係、公益事業のガバナンスに関連する産業の分析としては大学の費用構造とガバナンスの関係の分析、を行う。なお、このような課題を平成31年度に本格的に取り組むが、前年度と同様に、実証分析に必要となる追加的データや、結果の解釈のために必要となる関連文献の収集を行う。また、分析結果の整理・解釈を改善していくうえで、学会発表を行い当該分野の研究者から知見を得るために、国内外で行われる学会での研究発表を通して、研究内容にフィードバックをかけることとしたい。具体的には、第一に公益事業の効率性に寄与するガバナンス要因を探ること、第二は公益事業の組織規模をガバナンスの視点から分析すること、第三は公益事業の組織内部のガバナンスを階層性によるコントロールの視点から分析すること、である。

全体の研究のステップは、一般に1先行研究の収集と整理、2モデル構築、3予備分析、4予備分析結果の解釈と妥当性及び改善案の検討、5データの補完と追加的資料の収集、6本分析、7結果の解釈と検討、8論文執筆、9海外査読付き雑誌への投稿、の流れで実施する。そして、研究一年目である平成29年度は、主として、ステップのうち1から4までを行なった。すなわち、公益事業の組織のガバナンスに関する先行研究の調査とモデル構築、データの収集を行い、二年目以降に行う本格的な実証研究の予備調査と議論の整理そして予備分析を行った。従来の規制の経済学で議論の中心となっていた規制改革や民営化などに関する先行研究を整理し、ガバナンスの効果を評価するためのベンチマークとする。そして、本研究では主として公益事業における複数の産業を横断的に分析するため、先行研究についても産業横断的に取りまとめる作業を行った。これにより、先行研究で今までに得られている結果を統合し、産業の影響をコントロールしたうえで議論を一般化することが可能になる。こういった一連の作業において、筆者らはヨーロッパの研究会やワークショップを活用し、ヨーロッパの研究者と議論を行ってきた。実際、29年度は、ウイーン経済大学やブタペストビジネススクールなどで意見交換を行った。そして、それらの先行研究をベースに、ガバナンスを導入した場合の効率性、組織規模、組織形態についてのモデルを構築し、二年目以降に実証分析を行う。平成29年度の進捗状況は、「(2)おおむね順調に進展している」、と評価している。先にも述べたように、4年間の全体計画の中で、一連の研究ステップは1先行研究の収集と整理、2モデル構築、3予備分析、4予備分析結果の解釈と妥当性及び改善案の検討、5データの補完と追加的資料の収集、6本分析、7結果の解釈と検討、8論文執筆、9海外査読付き雑誌への投稿、の流れで実施し、そして、2年目以降は、それをもとに具体的な研究目的を各年度で実施する計画である。当初の研究計画通り、規制改革や民営化などに関する先行研究を整理するとともに、データを整理し、基本的な先行モデルの構築作業を行った。また、予備分析結果をもとに、筆者らはウイーン経済大学やブタペストビジネススクールなどのヨーロッパの研究者と議論を行ってきた。実際、筆者らが行った分析(1989年から2015年までの7つの分野の公益事業からの日本企業369社のパネルデータを用いた分析)結果は、『Economia e Politica Indusriale誌』に掲載された。これらの知見を元にさらに発展されたモデルをもとに、二年目以降に実証分析を行う。なお、先行研究の分析整理から、公益事業においては構造分離の要因も重要であることから、こういった要因の影響に関して可能な産業について分析を行う。以上のことから、平成29年度はおおむね順調に進展しているという評価となった。本研究の目的は、公益事業の組織とガバナンスの関係について実証的に分析することである。具体的な研究の柱は大きく3つから成っている。まず第一は、公益事業の効率性に寄与するガバナンス要因を探ることである。そして第二は、公益事業の組織規模をガバナンスの視点から分析することである。
リンパ管可塑性による肝組織修復と制御機構の解明

本研究では、マウス肝虚血再潅流障害モデルを用いて、肝障害後のリンパ管新生が肝修復にはたす役割と、その制御機構に生理活性脂質プロスタグランジンE受容体シグナルが関与することを明らかにすることを目的とする。研究成果を基にして、生理活性脂質シグナルによるリンパ管新生作用を基軸とした肝修復の治療的意義を検討し、新規肝再生治療応用や創薬開発の可能性を探る。
レーザー誘起応力波による難治性神経疾患の遺伝子治療に向けた技術開発

本研究の目的は、光吸収体にレーザーパルスを照射したときに発生する応力波(Laser-induced stresswave;LISW)による物理的遺伝子導入技術を用いて、難治性神経疾患に対する遺伝子治療を実現することである。本年度は特に、ラット脊髄損傷モデルを対象とした遺伝子治療効果の実証と、経カテーテル的遺伝子導入デバイスによるラット脊髄への標的化遺伝子導入の実証に注力し、その成果を英文専門誌および国内外の学術会議で発表した。脊髄損傷後の機能改善には神経軸索の可塑性が重要であるが、損傷後に過剰発現した中間径フィラメントタンパク質(GFAP、vimentin)から形成される瘢痕が神経軸索の再生を阻害する一因となっている。この過剰発現タンパクを抑制するための一つの方法として、特定のタンパク発現に関わる塩基配列をノックアウトしてタンパク発現を抑制する遺伝子、small interfering RNA(siRNA)を神経系細胞に取り込ませる方法が挙げられる。本研究では、脊髄損傷モデルラットを対象として、過剰発現する中間径フィラメントタンパク質を標的としたsiRNA溶液を髄腔内に注入後、LISWを適用し、タンパク発現の抑制効果と運動機能の改善効果を検証した。脊髄損傷から3週間後までの運動機能を評価した結果では、LISW適用群において、脊髄損傷のみの群、siRNA注入のみの群に対して統計学的に有意に高いスコアが得られ、それが神経軸索の顕著な伸長によるものであることを示した。一方、本遺伝子導入法を経カテーテル的に応用するため、先端部の最大外径が2.7mmの遺伝子導入デバイスを作製し、脊髄への遺伝子導入に必要なLISWの圧力特性(レーザーフルエンス1.0 J/cm^2、スポット径1mm、パルス数30)と顕著な遺伝子発現が得られることをラットを対象とした実験で実証した。現在、脊椎内視鏡下手術をはじめとする脊椎と脊髄の疾患の低侵襲外科手術が一般的になり始めているため、柔軟に治療部位を制御できる本デバイスの開発は、臨床現場での脊髄損傷の遺伝子治療に極めて有用となる成果である.光吸収体にパルスレーザーを照射したときに発生する圧力波、レーザー誘起応力波(Laser-induced stresswave ; LISW)による遺伝子導入技術を用いて、脊髄損傷モデルラットの遺伝子治療を試みた。脊髄損傷後の機能改善には神経軸索の可塑性が重要であるが、損傷後に過剰発現した中間径タンパク(GFAP、vimentin)から形成される瘢痕が神経軸索の再生を阻害する一因となっている。この過剰発現タンパクを抑制するための一つの方法として、特定のタンパク発現に関わる塩基配列をノックアウトしてタンパク発現を抑制する遺伝子、small interfering RNA (siRNA)を神経系細胞に取り込ませる方法が挙げられる。本研究では、まず脊髄損傷モデルラットを対象として、髄腔内に蛍光標識siRNA溶液を注入後、レーザーフルエンス0.3J/cm^2、スポット径3mmのLISWを10パルス適用し、その細胞内取り込み効果を検証した。その結果、LISW適用群では蛍光ラベルsiRNAが損傷脊髄内の前索部におけるグリア細胞内に取り込まれていることが確認された。続いて、過剰発現するとされる中間径タンパクの抑制効果を有するsiRNAのデリバリー実験を行い、そのタンパク発現量の変化を調査した。具体的には、GFAPおよびvimentinに対するsiRNAの混合溶液を髄腔内に注入後、蛍光標識siRNAの実験と同様のレーザーパラメータで、LISWをラット損傷脊髄に適用した。その結果、脊髄損傷のみの群、siRNA注入群と比してLISW適用群で中間径タンパクの発現量が減少していることがわかった。さらに、損傷中心部の神経脱落を組織染色(HE染色)により評価したところ、損傷から21日後に前索側の白質部分の回復と組織脱落部分の減少が確認された。これらの結果から、脊髄損傷モデルラットを対象に、LISWによる神経系細胞へのsiRNAデリバリーが達成され、その結果として損傷後の過剰発現タンパクの抑制およびグリア瘢痕の低減ができることを示した。今後、より詳細に機能改善が得られる条件を調査するとともにレーザー遺伝子導入デバイスの開発を進める。本研究の目的は、光吸収体にパルスレーザーを照射したときに発生する圧力波、すなわちレーザー誘起応力波(Laser-induced stresswave;LISW)による物理的遺伝子導入技術を用いて、難治性神経疾患に対する遺伝子治療を実現することである。本年度は特に、「遺伝子導入デバイスの開発」と「遺伝子治療効果の実証」に注力し、その成果を英文専門誌および国内外の学術会議で発表した。レーザーを用いた遺伝子導入法の特長として、光ファイバ適用による遺伝子導入デバイスの経カテーテル化が挙げられる。特に神経疾患の治療では、高度に局所的な遺伝子治療が望まれる。本年度は、外径2.71mmの光ファイバ式LISW発生デバイスを開発し、テストベットとしてのラット皮膚を対象にレポーター遺伝子の導入を成功させ、遺伝子導入デバイスとしての有効性を実証した。脊髄損傷後の機能改善には神経軸索の可塑性が重要であるが、損傷後に過剰発現した中間径フィラメント(GFAP、vimentin)から形成される療痕が神経軸索の再生を阻害する一因となっている。この過剰発現タンパクを抑制するための一つの方法として、特定の塩基配列をノックアウトしてタンパク発現を抑制する遺伝子、simA(small interfering IRNA)を神経系細胞に取り込ませる方法がある。本研究では、脊髄損傷モデルラットを対象として、過剰発現する中間径フィラメントを標的としたsiRNA溶液を髄腔内に注入後、LISWを適用し、タンパク発現の抑制効果と運動機能の改善効果を検証した。その結果、脊髄損傷のみの群に対して、LISW適用群で過剰発現タンパクの著しい抑制効果が認められ、損傷中心部の神経脱落の減少も確認された。

脊髄損傷から3週間後までの運動機能を評価した結果では、LISW適用群において、脊髄損傷のみの群、siRNA注入のみの群に対して統計学的に有意に高いスコアが得られた。3週間後のLISW適用群では脊髄損傷モデルラットの前・後肢に頻繁な協調運動が観察され、本技術を用いた運動機能の改善効果を世界で初めて実証した。本研究の目的は、光吸収体にレーザーパルスを照射したときに発生する応力波(Laser-induced stresswave;LISW)による物理的遺伝子導入技術を用いて、難治性神経疾患に対する遺伝子治療を実現することである。本年度は特に、ラット脊髄損傷モデルを対象とした遺伝子治療効果の実証と、経カテーテル的遺伝子導入デバイスによるラット脊髄への標的化遺伝子導入の実証に注力し、その成果を英文専門誌および国内外の学術会議で発表した。脊髄損傷後の機能改善には神経軸索の可塑性が重要であるが、損傷後に過剰発現した中間径フィラメントタンパク質(GFAP、vimentin)から形成される瘢痕が神経軸索の再生を阻害する一因となっている。この過剰発現タンパクを抑制するための一つの方法として、特定のタンパク発現に関わる塩基配列をノックアウトしてタンパク発現を抑制する遺伝子、small interfering RNA(siRNA)を神経系細胞に取り込ませる方法が挙げられる。本研究では、脊髄損傷モデルラットを対象として、過剰発現する中間径フィラメントタンパク質を標的としたsiRNA溶液を髄腔内に注入後、LISWを適用し、タンパク発現の抑制効果と運動機能の改善効果を検証した。脊髄損傷から3週間後までの運動機能を評価した結果では、LISW適用群において、脊髄損傷のみの群、siRNA注入のみの群に対して統計学的に有意に高いスコアが得られ、それが神経軸索の顕著な伸長によるものであることを示した。一方、本遺伝子導入法を経カテーテル的に応用するため、先端部の最大外径が2.7mmの遺伝子導入デバイスを作製し、脊髄への遺伝子導入に必要なLISWの圧力特性(レーザーフルエンス1.0 J/cm^2、スポット径1mm、パルス数30)と顕著な遺伝子発現が得られることをラットを対象とした実験で実証した。現在、脊椎内視鏡下手術をはじめとする脊椎と脊髄の疾患の低侵襲外科手術が一般的になり始めているため、柔軟に治療部位を制御できる本デバイスの開発は、臨床現場での脊髄損傷の遺伝子治療に極めて有用となる成果である.実験条件の最適化が、当初予想していたよりも順調に進んだため。本研究課題が目的とする遺伝子治療の効果をさらに向上させるため、低強度近赤外光照射による遺伝子発現プロセスの活性化の検討を進めている。低照射強度1mW/cm^<2>5W/cm
ＡＬＭＡで探る遠方宇宙のダスト放射ー銀河形成に残されたフロンティア

宇宙誕生後、水素とヘリウムで構成される原始的なガスから初期の銀河が形成されます。恒星内部の核融合や超新星爆発過程で生み出された重元素は、銀河中心の巨大ブラックホールの活動や超新星爆発を受けて、銀河外へ放出されます。これをoutflowと呼びます。星を作るガスも銀河外へ放出し、星形成を抑制することから、outflowは銀河進化理解にとても重要な物理機構です。一方で、宇宙誕生後数億年後の初期銀河においても、こうしたoutflowが存在しているかは、観測的に確かめられておらず、よくわかっておりませんでした。そこで私は現在公開されている、初期銀河の炭素の微細構造輝線[CII]158umの光を狙ったアルマデータを全て集めました。統一的な解析により18個の初期銀河から[CII]輝線を検出しました。これらの初期銀河から検出した[CII]輝線を干渉計特有の素観測量であるUV平面上で重ね合わせる処理により、実質的に世界最高感度のアルマデータの取得を達成しました。輝線に対してアルマのUV平面上で重ね合わせを行う解析は世界初であり、これは私がこれまでアルマに関する3編の査読論文で地道に積み上げた経験から、初めて生み出した手法により実現しました。これにより、初期銀河の大きさの約5倍に相当する、半径10kpcに広がる[CII]の構造を発見することができました。現在の標準的な銀河形成モデルでは巨大なこの炭素ガス構造は再現されませんでした。またこれは初期銀河におけるoutflowの痕跡を、世界に先駆けて、初めて観測的に捉えたことになりました。これらの結果は初期の銀河形成における重要な結果として、論文にまとめApJ誌に投稿、現在審査中です。また国内外の研究会や国際機関の談話会で多くの発表機会を与えられるだけでなく、海外研究機関からfellowshipのオファーを受けるなど、国際的に高く評価されています。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。私は修士課程においてALMAの公開されたアーカイブデータを利用して、サブミリ・ミリ波長帯で明るいミリ波天体の大規模サンプルを構築した。これにより、これまで見つかってこなかった暗いミリ波天体を数多く集めた。研究実施計画における本年度の目標は、こうして新たに見つかってきた暗いミリ波天体の分光観測と多波長解析であった。これに則り、すばる望遠鏡に研究代表者として提出した観測提案が採択され2016年6月にハワイへ渡航、暗いミリ波天体に対する近赤外分光観測を行った。[OIII]、Hα輝線比より計算されるミリ波天体の金属量を調べ、結果をすばる国際会議にて発表した[実績4]。また修士課程で培った解析技術を生かして、ALMAの公開されたアーカイブデータを精力的に集め続け、世界最大規模のミリ波帯天体サンプルを構築した。この巨大なサンプルを用いてミリ波帯における銀河のサイズと光度の関係、進化に新たな発見をもたらした。成果は以下に述べる3点である。ミリ波帯における銀河サイズは、1)遠赤外帯光度と正の関係をもつこと、2)赤方偏移0から6にかけて小さくなること、3)可視・近赤外帯銀河サイズよりも小さいこと。こちらの成果は天文学会、国際研究会の場で発表を行い、またApJ誌へ投稿した論文は現在査読中である[実績1, 2,6]。その他、すばる超広視野カメラ(HSC)で見つかってきている赤方偏移4から6における原始銀河団のミリ波帯追観測に大きく貢献し、SMA(1本)、JCMT(1本)、ALMA(2本)の計4本の観測提案を研究代表者として提出した。銀河サイズと光度の関係は銀河進化を理解する上で重要である。これまでの静止系紫外-可視における研究では遠方銀河において銀河のサイズと光度に関係があることがわかっていた。一方で、銀河中のダスト放射成分であるミリ波帯(静止系遠赤外帯)でこうしたサイズと光度に関係があるかどうかはよくわかっていなかった。統計の不足や解析手法の違いが原因で、近年のALMAデータを用いてもこれらサイズと光度に関係があるのかわからない状況だったのである。そこで私はALMAの公開されたアーカイブデータを精力的に集め、世界最大規模のミリ波帯銀河サンプルを構築した。検出されたソースの個数は736にのぼる。このサンプルを元に、静止系遠赤外帯銀河サイズー光度に関係があるのかを調べた。またこれまで議論されていなかったサンプルセレクションバイアスや測定バイアスについても詳細なシミュレーション解析を施した。結果、静止系遠赤外帯におけるサイズー光度は99%以上の信頼性で正の相関を持つことを明らかにした。また、この正の傾きはα=0.26±0.06と求められ、静止系紫外ー可視で求められているディスク銀河の値とよく一致したことから、遠方銀河におけるダスト放射起源はディスク銀河の成長過程での放射ではないかという提言も与えた。また赤方偏移毎でサンプルを分けてもこの正の関係が見え、高赤方偏移に従って平均的なサイズが減少する傾向が得られた。またこうして得られた遠赤外帯サイズと紫外ー可視サイズを比較したところ遠赤外帯サイズが統計的にも、個別のケースでも紫外ー可視サイズと比べても小さいことがわかった。これは遠赤外帯に対応するダスト放射が銀河中における非常にコンパクトな領域で起こっていることを示唆する。

以上の結果は、ダスト放射と銀河進化の関係に迫る重要な結果として、論文にまとめApJ誌に投稿、現在審査中である(実績1)。私は、ALMAの公開されたアーカイブデータを継続的に集め、修士・博士課程で培った解析技術を生かして、世界最大規模のsubmm/mm波帯天体サンプルを構築しました。同時に、こうした大量のデータを重ね合わせることで、より深いデータとともに平均的な描像を得るスタッキング解析を進め、遠方銀河の形態学に新たな発見をもたらしました。成果は以下に述べる2点です。1)遠方星形成銀河は静止系可視で見られる銀河円盤の内側には小さいダストに覆われた円盤形状の構造が内包されており、さらに中心部では活動銀河核のコンパクトで明るい構造が見られたこと、2)星形成銀河における星形成分布から星分布の進化過程をおうと、成長後の姿として知られる楕円銀河の形態が再現できなかったこと。以上の結果は、多波長で相補的かつ統一的に遠方銀河の性質を調べることで初めて見えてきた、銀河の形態進化に迫る重要な結果として、論文にまとめAstrophysical Journalに投稿、現在審査中です。また、私はすばる超広視野カメラ(HSC)で見つかってきている赤方偏移4から6における原始銀河団のsubmm/mm波帯追観測に大きく貢献しています。12月には研究代表者として採択されたJCMT/SCUBA2を用いたハワイでの観測業務に臨み、赤方偏移5における原始銀河団に潜む爆発的星形成銀河探査を行いました。無事良質なデータが取れ、現在データ解析中です。また赤方偏移6の原始銀河団に対するsubmm/mm波帯ALMAの観測提案も研究代表者として採択されました。他にも新たに3本のALMA観測提案を研究代表者として提出するなど、精力的に研究に取り組みました。銀河サイズや形態は銀河進化を理解する上で重要です。これまでの静止系紫外-可視における研究では遠方銀河において、星形成銀河とその後の成長段階と考えられる星形成休止銀河では、後者はよりコンパクトで、星分布が中央集中していることがわかっていました。一方で、銀河進化に最も寄与すると考えられる星形成活動が活発なところでは、放出されるダストにより静止系紫外線は吸収され遠赤外帯で再放射されるので、遠赤外帯で銀河の形態を正しくとらえることが必要です。そこで私は、多波長データがそろった有名天域をALMA 1mm帯で広範にわたって均一なマッピングを行うサーベイ(PI:河野孝太郞氏)において、静止系紫外/可視/遠赤外帯それぞれで遠方銀河のサイズや形態を明らかにして、相補的に遠方銀河のサイズ・形態進化を調べるプロジェクトを立ち上げました。我々がALMAのアーカイブデータから構築した、大規模のsubmm/mm波帯銀河サンプルからもこの研究に適したサンプルを抽出しました。結果、世界に先駆けてより明るい銀河から暗い銀河まで網羅的、かつ統一的な手法によって遠方銀河のサイズ・形態進化について研究を進め、以下2点の発見をもたらしました。
軽度認知機能低下者における認知・身体機能向上のための運動介入法の開発

本研究の目的は、軽度認知機能障害(MCI)及び軽度のアルツハイマー型認知症(AD)患者における認知機能の維持・改善に運動介入が有用であるかを検証することである。対象者を無作為に運動介入群とコントロール群に分類し、運動介入群には月に1回の教室型運動介入と歩数計を用いた日々の有酸素運動を6ヶ月間実施した。結果、身体活動量は有意な交互作用を認め運動介入群で増加した(P<0.05)。それ以外の項目では有意な交互作用は認められなかった。これらの結果より、本運動介入では、MCIおよびAD者の病状の進行抑制に有用とは言い切れない結果となった。本研究の目的は、(1)軽度認知機能障害(Mild Cognitive Impairment : MCI)及び認知症患者において脳MRI標準化解析により脳萎縮の定量的評価を行うとともに、運動機能について健常高齢者と比較検討すること、(2)有酸素運動と多重課題下での能力向上を組み合わせた運動介入を行うことにより、認知機能、運動機能への影響をMRIおよびPETを用いて明らかにし、脳実質にどのような変化が生じているのかを三次元的に明らかにすることにより、運動介入の有用性を検証することである。さらに(3)この運動介入が、転倒予防や筋肉減少症(サルコペニア)に対しても有効性があるかどうかを検証することである。我々は運動介入によって特異的に変化する脳領域が存在し、その脳領域と認知機能や運動機能の改善とが関連するという仮説を立てており、その仮説を実証するため本研究を行う。そのためにMCI及び認知症患者における認知機能、運動機能の向上、それに転倒予防に対して、Rhythmic Stepping Exerciseという多重課題を用いた運動介入の有用性を検証する。そしてこの運動介入に効果があった場合、脳実質にどのような変化が生じているのかをMRIおよびPETを用いて検証する。さらにこの介入が、転倒予防や筋肉減少症(サルコペニア)に対しても有効性があるかを検証することにより、介護予防に役立てる。本研究の目的は、軽度認知機能障害(Mild Cognitive Impairment; MCI)及び軽度のアルツハイマー病(Alzheimer disease; AD)患者における認知機能の維持・改善に運動介入が有用であるかを検証することである。40名のMCI者および軽度AD者を無作為に運動介入群とコントロール群に分類し、運動介入群には月に1回の教室型運動介入と歩数計を用いた日々の運動指導を6ヶ月間実施した。アウトカムの指標としては、脳の構造MRI画像、種々の認知機能、運動機能、それに身体活動量とした。結果:身体活動量は有意な交互作用を認め(P<0.05)、運動介入群で約4000歩から5500歩に増加したのに対してコントロール群では不変であった。運動機能では有意な交互作用を認めた項目はなかった。認知機能では論理的記憶(logical memory)の項目において運動介入群で改善傾向が認められた(P=0.06)。脳の構造MRI画像では、分析方法によってやや結果が異なるものの、一致した結果として本介入によって脳容量が増加するという結果には至っていない。これらの結果より、本運動介入(月1回の教室型運動介入と日々の有酸素運動)では、MCIおよびAD者の病状の進行抑制に有用とは言い切れない結果となった。今後は、運動量の増加や運動の種類を変化させることによる効果の検証や、運動介入が有用となるような集団の検証などが必要である。本研究の目的は、1軽度認知機能障害(Mild Cognitive Impairment; MCI)及び認知症患者において脳MRI標準化解析により脳萎縮の定量的評価を行うとともに、運動機能について健常高齢者と比較検討すること、2有酸素運動と多重課題下での能力向上を組み合わせた運動介入を行うことにより、認知機能、運動機能への影響をMRIを用いて明らかにし、脳実質にどのような変化が生じているのかを三次元的に明らかにすることにより、運動介入の有用性を検証することである。さらに3この運動介入が、転倒予防や筋肉減少症(サルコペニア)に対しても有効性があるかどうかを検証することである。そしてこの運動介入に効果があった場合、脳実質にどのような変化が生じているのかをMRIを用いて検証する。

23年度から24年度前半に予定していた高齢者、アルツハイマー病患者のコホート研究についてはデータ収集を終え、解析中である。24年度後半から25年度にかけて予定されていた介入研究については、すでに倫理委員会による承認を得、患者エントリーを開始した。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度にはMCIおよび軽度ADの高齢者(取り込み基準はmini mental state examinationで19点以上)を対象としたコホート研究の分析を実施した。その結果、運動と認知機能には関連性が認められ、運動を実施することで認知機能にポジティブな影響を及ぼす可能性が示唆された。また、MCIおよび軽度ADの高齢者(取り込み基準はmini mental state examinationで19点以上)を対象とした運動介入試験を実施中である。対象者のエントリーは完了した。10月には介入および介入後の機能測定を終える予定である。アルツハイマー病患者のコホート研究については解析を行い、その結果を学会及び論文にて公表予定となっている。MCI、認知症患者を対象ば行う6ヶ月間の運動介入試験により認知・運動機能の向上、転倒予防効果の検証、各脳領域の容量増大効果の検証を行う予定で、すでに患者エントリーを開始した占今年度中に介入を終え、解析をはじめる予定である。進捗はきわめて順調である。MCI、認知症患者を対象に行う6ヶ月間の運動介入試験により認知・運動機能の向上、転倒予防効果の検証、各脳領域の容量増大効果の検証を行う予定で、すでに患者エントリーを終了し、10月に介入を終え、解析をはじめる予定である。
ヒト歯根膜由来カスタマイズドDNAチップの作製とその歯周病病態診断への応用

1.ヒト歯根膜組織遺伝子発現プロファイル解析:ヒト歯根膜から作製したヒト歯根膜3'末端cDNAライブラリでのランダムシークエンス法により、ヒト歯根膜組織遺伝子発現プロファイルを作成、解析し、ヒト歯根膜組織における網羅的な遺伝子発現状況を明らかとした。2.新規の歯根膜特異的遺伝子PLAP-1の同定とその解析:ヒト歯根膜組織遺伝子発現プロファイル解析により、新規プロテオグリカンをコードする遺伝子PLAP-1(periodontal ligament associated protein-1)の同定に成功し、同遺伝子が歯根膜の恒常性維持に重要な役割を担っていることを解明した。3.ヒト歯根膜由来カスタマイズドDNAチップの作製:ヒト歯根膜組織遺伝子発現プロファイルの解析結果をもとに、3'末端cDNAライブラリの約1200個のcDNAを増幅し、スライドガラス上に固定化することにより、ヒト歯根膜由来カスタマイズドDNAチップ(PerioGen Chipと命名)を開発した。4.ヒト歯根膜細胞の分化過程において変化する遺伝子群の解析:ヒト歯根膜細胞を硬組織形成細胞へと細胞分化誘導した際の遺伝子発現変化を、PerioGen Chipを用いて網羅的に解析した結果、細胞分化に伴って経日的にその発現量が変化する遺伝子群の同定に成功した。さらに、同定した遺伝子群の中で、特に高い発現上昇を認めたDAN, Periostin遺伝子について、分子生物学的・細胞生物学的解析を行った結果、同遺伝子は、歯根膜の細胞分化過程を制御していることが明らかとなった。5.歯周病罹患部歯周組織における遺伝子発現解析:歯周病患者から歯周外科手術時に採取した歯周組織と培養歯肉線維芽細胞とにおける遺伝子発現をPerioGen Chipにて解析することにより、PerioGen Chipの歯周病病態診断への応用に向けたin vivoにおける遺伝子発現解析を行った。その結果、歯周病罹患部位で高い発現を示す遺伝子群が同定され、in vivo組織からの微量サンプルを用いた遺伝子発現解析が可能であり、PerioGen Chipの臨床応用への可能性が示された。1.歯根膜申来3'末端cDNAライブラリ作製とヒト歯根膜組織gene expression profile解析:便宜抜去歯の歯根膜組織から抽出したmRNAをもとに、歯根膜組織におけるmRNA構成を忠実に反映する歯根膜由来3'末端cDNAライブラリを構築した。次に、同ライブラリから約2000個のcDNAクローンを無作為に選定しその塩基配列を決定、BLAST検索により遺伝子の機能及び出現頻度を順に列記した歯根膜gene expression profileを作成、解析し、ヒト歯根膜組織におけるin vivoでの合計1318個の遺伝子発現状況を明らかとした。2.新規遺伝子PLAP-1の単離:歯根膜gene expression profileを他の組織・細胞のものと比較検討した結果、ヒト歯根膜で出現頻度7回と高頻度に発現しているにもかかわらず、他の組織ではほとんど発現が認められない未知の3'末端配列を見出した。全長cDNAクローニングの結果、これは382アミノ酸をコードする2.4kbの新規遺伝子であることが明らかとなり、PLAP-1(periodontal ligament associated protein-1)と命名した。BLAST解析の結果、PLAP-1タンパクはプロテオグリカンであるDecorin及びBiglycanと高い相同性を有することが示された。3.ヒト歯根膜由来カスタマイズドDNAチップの作製:歯根膜gene expression profile解析結果をもとに、約1100個の歯根膜遺伝子をライブラリベクター特異的なプライマーを用いたPCRにより増幅した。

これらDNAをスライドガラス上に、スタンプし、ヒト歯根膜由来カスタマイズドDNAチップを作製した。現在、同DNAチップを用いてヒト歯根膜細胞を硬組織形成細胞へと分化誘導した際にその発現量が変化する遺伝子群の同定・解析を進めている。事前に研究の目的・方法等の十分な説明を行いインフォームドコンセントが得られた矯正治療中患者から便宜抜歯された上顎第1小臼歯の歯根表面より、歯根膜組織を採取し、in vitroにてoutgrowthさせることにより、培養ヒト歯根膜細胞(HPDL)を樹立した。同細胞を石灰化誘導培地にて20日間培養した後、アリザリン染色することにより石灰物形成を確認した。さらに、硬組織形成マーカーであるAlkaline Phosphatase活性の測定を行ったところ、その著明な上昇を確認し、樹立したHPDLが硬組織形成細胞への分化能を有することが確認された。2)HPDLの硬組織形成細胞への分化過程において変化する遺伝子群の解析1)にて樹立したHPDLをin vitroにて石灰化誘導培地で20日間長期培養し、硬組織形成細胞へと分化誘導した。経日的に細胞を回収し、それぞれRNAを調製した。逆転写反応により蛍光色素Cy3及びCy5にて標識したプローベDNAを作製し、平成13年度に作製した歯根膜由来カスタマイズドDNAチップ(PerioGen Chipと命名)上にハイブリダイズした。そして各スポットの発光強度をスキャナーにて検出し、遺伝子発現の変化を解析した。その結果、HPDLを硬組織形成細胞へと細胞分化させた際に、経日的にその発現量が変動する遺伝子群が検出された。その中で、硬組織形成細胞の分化マーカーであるAlkaline phosphatase、Osteocalcinや歯根膜シャーピー線維を構成するCollagen type I及びIIIの遺伝子発現の上昇が確認された。さらに、我々が平成13年度においてクローニングした新規の細胞外マトリックスであるPLAP-I遣伝子の著明な発現上昇も認められた。現在、このPerioGen Chipを用いて、歯根膜組織における網羅的な遺伝子発現解析を継続している。1)ヒト歯根膜細胞分化過程において変化する遺伝子群の解析ヒト歯根膜細胞(HPDL)を硬組織形成細胞へと細胞分化誘導させた際に、経日的にその発現量が変化する遺伝子群を歯根膜由来カスタマイズドDNAチップ(PerioGen Chip)にて検出した。これら発現上昇を示したなかで、歯根膜細胞の分化過程における機能がまだわかっていない遺伝子periostinおよびDANに着目してさらなる解析を進めた。