hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
使用者の操作を必要としない足底力センシングによる立ち座り補助装置の開発

本研究では,床反力を計測して制御を行う立ち座り補助装置の開発を行った。本装置はスイッチ等の操作を必要とせず,下肢で発生する力に合わせて適切で動的な支援を行う。最初に,一次試作機の問題点を検討し,腰の位置でサポートを行う方式に変更することとした。続いて,適切な支持軌道を検討するため,検討用実験装置を開発した。この装置はX,Yの二つの自由度を持ち,床反力の出力に合わせて2つのモータを動かす。被験者実験の結果を基に,5つの候補となる支持軌道を作成し,立ち座り実験を行って最も適切と考えられる軌道を決定し,適切と判断された直線軌道を持つ二次試作機を設計した。最終的に二次試作機のメカニズムを製作した。レバーやスイッチ操作の必要のない,立ち上がり支援装置の設計開発に必要なデータを収集する,実験装置を作成し,被験者実験を行った。24年度に制作した実験装置の制御プログラムの開発を行い,動作の確認を行った。この過程で,前年度取り付けたモータが出力不足であることが判明し,モータの交換,動作確認を行った。立ち上がり装置の支持軌道の検討を行うために,健常者の立ち上がり実験から得られた腰位置軌道データをもとに,文献を参考にして,制御プログラムに入力する腰位置軌道を5種類作成した。被験者による評価実験方法を検討し,一対比較法による実験を行った。被験者は健常者3名で,通常状態と高齢者疑似装具を装着した状態の2種類の実験を行った。その結果,通常では,上に凸の円弧状軌道が評価が高かったが,高齢者疑似装具を装着した状態では各軌道の差異が小さくなり直線および下に凸の円弧軌道が同点で評価が高かった。また,被験者一名に対し,下肢筋力の筋電を計測し,装置を使用した場合としなかった場合では,装置を使用した場合に筋電の出力が小さくなり,立ち上がり支援の効果があることを確認した。当初の予定に対して,モータの交換を行ったため,被験者実験の準備に移る時期が遅れ,さらに被験者実験中に装置に予想以上の負荷がかかってしまい,部品の交換,プログラムの再検討を行う必要が発生した。そのため,被験者実験が予定通りに行えず,データがそろうのに年度末ぎりぎりになってしまった。そのため被験者の募集の期間が十分取れず3人しか確保できなかったため,来年度も引き続き被験者実験を行う必要がある。レバーやスイッチ等の操作の必要のない,立ち座り支援装置を開発するために,本研究着手前に作成した試作機による成果と問題点を整理し,改良試作機を作成,検討するための実験装置を製作した。開発する立ち座り支援装置は,立ち座り中の床から足底に加わる反力を計測し,その変化に応じた支援力を発生する仕組みである。先行研究で試作した装置では,身体の保持に使用者自身によってバーを保持する方式を用いたため,適切に支援力を身体に伝えることができない恐れがあった。それゆえ,腰部を通じて支援力を身体に伝える方式に変更し,本支援装置の仕組みに最適な支持点の軌道を検討するため,本年度は検討用実験装置の政策を行った。本年度は,検討用実験装置の設計・製作を行い,装置本体を完成させた。6月までに装置の具体的設計は完了し,部品の選定,購入手続きを開始したが,設計を具体化するための部品の選定や基本的機能のテストなどに手間取り,制御プログラムの検討が十分に行えなかった。最終的に部品がそろったのが1月になったので,三月末にハードウェアが完成した。作成した実験装置の基本構造は,経費の削減のため,研究代表者所有の昇降椅子を改良する方法とした。検討の結果,装置付属の上昇モータでは不十分のため,モータを交換し,前後移動の機構およびモータを追加した。モータの制御用にドライバおよびコンピュータとの接続機器を購入し,検討用実験システムを組み立てた。また,実験装置完成後の検討をスムーズに行うため,立ち上がりシミュレーション用のモデルの作成を検討し,基本となるモデルを提案した。このモデルの検討を行い,妥当性を検討中である。今後,製作した実験装置を用いて,被験者実験へ移行する予定である。その結果,本システムでは直線軌道の支援軌道が比較的評価が高く,二次試作機は直線軌道を持つ構造に決定した。ボールネジ機構を用いて,強度や安全性を検討の上,二次試作機を設計・製作した。

25年度に製作した実験装置を用いて,複数の被験者により5つの軌道で実験を行い,その立ち上がりやすさを一対比較法を用いて解析した。通常の状態と,高齢者疑似装具を装着した状態で行い,直線軌道が比較的高評価の結果を得た。直線軌道では装置の設計製作も比較的行いやすいと判断し,他の軌道を選択する特段の理由もなかったので,二次試作機は直線軌道を実現する機器とした。また,筋電を用いて,立ち上がり支援効果を検証した結果,どの軌道においても効果が見られることがわかった。安全性と強度を確保できる二次試作機を設計し,製作した。十分な強度と,立ち上がりのストロークを実現するため,強度や構造を検討したため,やや大型で重量も大きなものとなったが,床反力に応じて動くシステムの検証を行うにはやむを得ないと判断した。設計に基づき実機を製作し,動作することを確認した。福祉工学24年度の遅れに加えて,実験装置の動作検討中にモータの交換が必要になったこと,制御プログラムの作成が予想以上に時間を要したことに加え,被験者実験中の装置への過負荷が原因で,動作への支障がでたため,それらへの対応,部品の交換が生じ,25年中に本格的な被験者実験へ移行できなかった。これらの影響で被験者の募集期間が十分に取れず,3名の被験者でしか実験できなかった。最低限のデータは収集したが,25年度中に完了すべき被験者実験は行えず,最終目標の装置設計はできなかった。当初計画した最低限の実験装置完成まではこぎ着けたが,被験者実験によるデータ収集ができなかった。適切なモータやインターフェースの選定に手間取り,組立が遅れたため,被験者実験の手配や実施を行う時間的余裕がなくなってしまった。様々なトラブルは発生したが,限定的とはいえ25年度に被験者実験を行えたので,26年度は被験者の数を増やし,データの蓄積をはかる。できるだけ早い時期に,採用する腰軌道を決定し,最終目標の装置設計に移る。当初の計画では,最終的な装置により,高齢者などの対象者を含めた被験者実験を行う予定であったが,最終的な装置設計・製作を最低限の目標とし,可能ならば最終的な装置で被験者実験を行う。引き続き,当初の研究計画に沿って,被験者実験→データ収集→試作機の設計→試作機の製作→試作機の評価(被験者実験)の流れで行う予定である。本年度で一つ目の山場である検討用実験装置の製作は完了したので,今後の計画の遂行に関しては,比較的スムーズに行くものとみており,遅れも取り戻せると考えている。被験者実験を行うため,実験装置の調整および被験者実験の準備を5月頃までに完了する。6月より被験者実験を行い,8月までにはデータの収集を完了する。9月10月でデータの解析を行い,11月より最終試作機の設計にあたる。3月末までに必要な部品の選定,動作の検証などを行い,設計を完了する。経費については,被験者謝金および実験装置の調整改良用経費,研究発表等旅費を計上している。何らかの問題で,計画通りに進まない場合は設計を26年度に持ち越す。
１ナノメートルの分子空間を活用した細菌膜傷害性抗菌ペプチドのモデル化研究

本研究では、抗菌ペプチドの活性発現における構造の役割について明らかにし、人工抗菌物質開発へと展開するためにシクロデキストリンを利用したモデル化研究を行った。ペプチドではプラス電荷をもつアミノ基がマイナス電荷を帯びている細菌膜脂質と相互作用し、その後に、疎水性基が細菌膜脂質のアルキル鎖と相互作用することで、細菌膜傷害を引き起こす。そこで、種々のアミノ基と疎水性基をシクロデキストリンに導入する合成法を研究した。そして、これら誘導体の活性を調べて考察した。本研究では、細菌膜を傷害する天然抗菌ペプチドをモデル化する。本年度は細菌膜脂質と相互作用するアミノ基と疎水性基を併せ持つシクロデキストリン誘導体についての研究を行った。グラミシジンSはプラス電荷を帯びるアミノ基を持ち、これが負電荷を帯びた細菌膜状の脂質分子に相互作用する。7個のグルコースが円筒状につながったβシクロデキストリンには、その円筒構造の両側にグルコースの一級ヒドロキシ基7個が集まる部分と二級ヒドロキシ基14個が集まる部分がある。その一級ヒドロキシ基を活性化してアジド基に置換し、そこにクリック反応を利用してアミノ基を導入した。この際、マイクロ波照射を利用することで完了まで10分程度しか要さない高速での反応プロセスを確立した。また、ペプチドの主鎖とアミノ基は3個の炭素で隔てられており、その距離・自由度と活性の関係を調べるために炭素数が異なるアミノ基を3種合成した。まずはクリック反応の試薬として炭素数の異なる保護アミノアルキンを合成し、マイクロ波支援クリック反応を利用して該当するシクロデキストリン誘導体を合成した。そして疎水性基として二級ヒドロキシ基のすべてにアセチル基を導入することに成功した。ここで、グラミシジンSはプロピル基とブチル基の2種の疎水性基を持つ。グラミシジンSに代表されるシート型ペプチドは細菌膜を撹乱・傷害するためには親水性基(陽イオン性アミノ基)と疎水性基のバランスが重要であることが示唆されている。しかし、実際にどのようなバランスが細菌膜傷害に効果的かは、いまだ明確でない。上記で調製した異なる炭素数のアミノ基を持つ誘導体は、親水性基/疎水性基のバランスが異なるため、脂質膜との相互作用とその度合いを精査することで膜傷害の分子機構についての情報を得ることができる。プラス電荷が増えればマイナス電荷を帯びる膜脂質との大きな親和性が期待できる。そこでマイクロ波照射を利用して2個のアミノ部を持つリジン残基を導入することで1分子あたり14個のアミノ部を持つ誘導体を高効率で合成する反応を開発した。また、グラミシジンSに代表されるシート型ペプチドは細菌膜を撹乱・傷害するためには陽イオンになるアミノ基(親水性基)と疎水性基のバランスが重要であることが示唆されている。そこで疎水性基として、まずメチル基を導入した。また、グラミシジンSがイソプロピル基を持つことを参考にシクロデキストリンに導入した。さらに分枝の有無が生理活性への影響を調べるために直鎖プロピル基を導入した誘導体も合成した。これら誘導体の抗菌性を調べることで親水性基/疎水性基のバランスとその構造、および脂質膜との相互作用に関する有用な知見が得られた。本研究では、細菌膜を傷害する天然抗菌ペプチドであるグラミシジンSをモデル化する。まずは細菌膜脂質と相互作用するアミノ基を持つシクロデキストリン誘導体についての研究を行った。グラミシジンSは0.5ナノメートルの距離で隔てられた2個のオルニチンを持ち、この上にプラス電荷を帯びるアミノ基が存在する。これをβシクロデキストリン上に再現することを研究した。そのシクロデキストリン中の隣り合うグルコースの一級ヒドロキシ基の距離が0.5ナノメートルであることを利用した。二級ヒドロキシ基をメチル化したβシクロデキストリンの一級ヒドロキシ基を特異的に2個、スルホン酸エステル化した誘導体を得た。これは反応点を特定することで引き続く反応によってそこにオルニチン側鎖に相当するアミノプロピル基の導入を可能にする。さらにアミノ基距離の異なったシクロデキストリンを合成することを可能にするスルホン酸エステル化されたグルコースの位置が異なる誘導体の合成にも成功した。

これらを用いれば分子上のアミノ基の距離と活性の関係を調べることができる。さらにアミノ基を7個持つシクロデキストリンを合成するための一級ヒドロキシ基の活性化法を研究した。これは分子あたりの相互作用を増幅することで相互作用により生じる情報を大きくして顕著にアミノ基と脂質との相互作用を観測評価するためであり、これにより最適なアミノ基の検討がより容易となる。研究の結果、高収率かつ高効率での活性化法を確立できた。グラミシジンSは平面構造の中にプラス電荷を帯びるアミノプロピル鎖を持つオルニチン残基を2個、疎水性のイソプロピル基、イソブチル基を持つバリンおよびロイシン残基を2個ずつ含む。この構造は細菌膜脂質に近づいた際に、最初にマイナス電荷を持つリン酸部と、引き続いて、疎水性の脂肪酸部分と相互作用する重要な意味を持つ。そこでアミノ基と疎水性基をシクロデキストリン上に備え付けるための合成研究を行った。予定より時間を要したが、上記構造をシクロデキストリン上に再現した誘導体を得ることができ、膜との相互作用実験が可能となった。この成果を踏まえて、引き続き研究を行う。グラミシジンSは平面構造の中に0.5ナノメートルの距離で隔てられたプラス電荷を帯びるオルニチンを2個持つ。この構造は細菌膜脂質に近づいた際に脂質のリン酸部(マイナス電荷)と最初に相互作用する重要な意味を持ち、これをシクロデキストリン上に備え付けるための合成研究を行った。予定より時間を要したが、本年度に得られた誘導体を用いれば上記構造をシクロデキストリン上に再現することが可能となった。抗菌ペプチドであるグラミシジンSは、その平面構造の表側にプラス電荷を帯びるアミノ基を持ち、裏側に疎水性基を持つ両親媒性である。本研究では糖質シクロデキストリン上に、(1)細菌膜に結合するためのアミノ基、(2)それと協同して細菌膜を乱す疎水性基、を合成で備え付け、細菌膜脂質との相互作用、膜傷害性および抗菌性のメカニズムを解明する情報を得ることを目的とする。これまでの成果によりアミノ基と疎水性基を持つシクロデキストリン誘導体を合成する方法は確立した。計画に従い、脂質との相互作用検討、そして天然ペプチドを凌駕するシクロデキストリン誘導体へと研究を進行させる。本年度はアミノ基を導入する方法を研究した。今後は計画に従い、アミノ基と脂質との相互作用検討、アミノ基と疎水性基を持つシクロデキストリン誘導体合成とその脂質との相互作用解析、そしてそれらを踏まえたより高機能な誘導体へと研究を進行させる。
地域住民の内部ルールを考慮した地域通貨流通メカニズムに関する研究

地域住民の内部ルールの影響も含めた地域通貨の流通メカニズムを,ゲーミングとコンピュータシミュレーションの2つの手法を組み合わせることで研究を行った.ゲーミングの結果からは,地域通貨導入によってゲーム参加者の売買行動および地域に対する愛着や助け合いの高まりといった価値観の変容が確認された.こうした変容を実装したコンピュータシミュレーションの実施により,地域重視の価値観,有償ボランティア,地域通貨残高の間にフィードバックループが形成され,地域内での購入割合が上昇するという地域通貨の流通メカニズムを示した.この知見は,内部ルールに働きかける地域通貨の政策の重要性を示唆するものである.本研究は,地域通貨の流通におけるポジティブ&ネガティブフィードバックを同定し,地域通貨の流通メカニズムを解明することを目的とする.法定通貨しか使われていない地域と法定通貨と地域通貨が併用されている地域では,経済的なマクロ現象の変化だけではなく,地域住民の貨幣や地域に対する価値観(内部ルール)や売買行動が異なることがわかっている.平成25年度は,擬似的に財やサービスを売買する地域通貨ゲームを開発し,通貨制度の違いが地域住民の内部ルールと売買行動に与える詳細な影響を,ゲーム前後のアンケート分析と行動分析によって調べた.ゲームの前半では法定通貨のみ使用できることとし,後半で地域通貨を導入し2通貨を併用することとした.ゲーミングの結果から次の2点が明らかとなった.1)地域通貨導入前は,価格の安い域外からの購入が多かったが,導入後には入手した地域通貨を使用するために購入先が域外から域内へシフトした.2)有償ボランティアに対する地域通貨による支払いは,ボランティアの回数を増やし,その行為によって参加者の互酬性の規範や地域への愛着といった認知的ソーシャルキャピタルを高めた.さらにその高まりが次のボランティアの実行を誘発した.この場合,地域通貨は直接の要因ではないものの,人と人とを結びつけ,ボランティアの回数を増やすことに間接的に寄与していると考えられる.つまり,地域通貨が経済的活動と非経済的な活動の双方で使用されることにより,住民の認知的ソーシャルキャピタルが高められ,地域内での地域通貨の円滑な循環を手助けしていることが示唆された.これらの結果は,地域通貨の実証研究では明らかとなっていない,地域住民の内部ルールを変えうる地域通貨のメディア的特性(言語的機能)を一部実証するものと考えられる.本研究の目的は,地域通貨の流通におけるポジティブ&ネガティブフィードバックを同定し,地域住民の内部ルールを含めた地域通貨の流通メカニズムを解明することである.当初の計画通り平成26年度は,域内購入割合が上昇するメカニズムが持続的に働くためにはどのような施策が有効であるかを検討するために,コンピュータによる地域通貨流通モデルを構築し分析を行った.平成25年度に実施したゲーミング実験の結果から,地域通貨を介した有償ボランティアによって参加者の認知的ソーシャルキャピタルが向上することがわかっている.その一方で,貨幣の多様性に関する質問項目ではゲーム前後に有意な差は認められなかった.このことから,地域通貨の使用経験だけでは,法定通貨とは異なる通貨を是認するという地域住民の内部ルールが形成されにくいと考えた.これらの知見を生かし,エージェントモデルには次の2つの設定を導入した.1)ボランティア行動と地域重視の価値観が相互に影響する.2)何かしらの形で地域通貨を受け取ることにより地域通貨の使用機会が増え,貨幣の使用慣習が購買行動に影響する.地域通貨発行主体が実行可能な政策をパラメータとしてシミュレーションを行った結果,プレミアム率や地域通貨による給料の一部支払いといった政策がトリガーとなって,地域通貨による有償ボランティア,地域重視の価値観,地域通貨の使用習慣,地域通貨の残高の間にポジティブフィードバックループが形成され,域内での購入割合が上昇するという地域通貨の流通メカニズムを示した.本研究の知見は,発行主体が持続可能な地域通貨を目指す上で住民の内部ルールに働きかける政策の重要性を示唆するものである.これは,流通メカニズムの解明という学術的意義だけではく,高いコストをかけることなく地域通貨を効果的に流通させられる可能性を示したという社会的意義もある.本研究の目的は,地域通貨の流通におけるポジティブ&ネガティブフィードバックを同定し,地域通貨の流通メカニズムを解明することである.この目的を達成するために平成27年度は,平成26年度までに構築したモデルと得られた結果の妥当性を検証するため,再度ゲーミングの分析を行った.形態の異なる2種類の地域通貨(紙幣型・LETS型)を用いたゲーミング実験から,参加者の意識変容をもたらし,地域通貨の使用に対して好意的かつ積極的であったのは,法定通貨とは異なる形態であるLETS型の地域通貨を用いたグループであった.日常的に使用する法定通貨とは異なるタイプの通貨を使用することで,紙幣型の地域通貨を用いたグループの参加者よりも有意な意識変容がもたらされたと言える.一方で地域通貨の流通金額については,紙幣型の地域通貨を用いたグループの方が流通金額が多くなる傾向となった.これらのことから参加者の意識変容をもたらす通貨形態が地域通貨の流通を必ずしも促進しないことがわかった.これまでに実施した地域通貨の流通シミュレーションの結果からは,ミクロ,メゾ,マクロの各レベル間のポジティブフィードバックループが形成されることで地域通貨を使用する習慣や地域重視の価値観といった内部ルールが住民エージェントに伝播し,地域通貨による購買行動が維持され続けることがわかっていた.しかし,地域通貨の形態が地域住民の内部ルールの形成にどのような違いをもたらし,それによってマクロの購買行動にどのような影響を及ぼすかまではわかっていなかった.ゲーミングから得られた知見によって,ポジティブフィードバックが形成される過程について明らかにすることができた.

今後は通貨の形態の違いをモデルに実装し,それによる内部ルールの変化と地域通貨の流通メカニズムを明らかにする予定である.地域住民の内部ルールが地域通貨の流通経路や流通量にどう影響するのかという本研究の重要課題についてゲーミングを通じてミクロとマクロの両レベルへの影響について明らかにすることができている.得られた研究成果についても平成27年度にシミュレーション&ゲーミングの国際会議と地域通貨研究の国際会議で口頭発表を行い,現在その成果についてまとめた内容を国内ジャーナルに投稿中である.しかし,研究代表者が平成27年度に育児休業を取得したため,本研究の最終的なゴールである地域通貨流通のポジティブ,及びネガティブフィードバックのメカニズムを,既存の実証研究の成果と対応して検討し,そして地域通貨流通の理論的枠組みを構築するところまで達成することができていない.本研究の目的は,地域通貨の流通におけるポジティブ&ネガティブフィードバックを同定し,地域通貨の流通メカニズムを解明することである.この目的を達成するために,平成27年度は,これまでに実施したゲーミングとコンピュータの2つのシミュレーション結果から得られた知見の統合,そして新たに実施した実際の地域通貨の流通ネットワーク分析の結果をもとにして,地域通貨の流通に寄与する現実的な施策の検討を行った.2つのシミュレーション結果からは,地域通貨の流通におけるポジティブフィードバックループの形成に寄与する地域住民の内部ルールとして,「貨幣の多様性」と「地域重視の価値観」が認められたが,これらは地域通貨の発行形態(紙幣型・通帳型)によっては内部ルールとしての定着に差があることが判明した.実際の地域通貨を事例とした流通ネットワーク分析からは,地域通貨の流通条件として次の三点が明らかとなった.1)地域通貨の需要を確認した上で発行する,2)地域通貨をすぐに使用できる場所の設置や発行の原資として地域資源を用いる,3)運営体制として住民や地域団体を巻き込む,である.シミュレーション結果から地域住民が有する地域重視の価値観を高めることが地域通貨のさらなる利用を促進することがわかっていることから,地域通貨の発行原資に地域資源を用いるという方法は,地域内外の利用者の当該地域に対する愛着を高めることにも繋がるため,流通を促進する効果は高いと言える.また,地域通貨を介したボランティアを実行することで地域通貨の利用が広がるというシミュレーション結果からも,ボランティアの受け入れ先,もしくは担い手となる住民や地域団体を運営体制に巻き込むことは,地域通貨の利用促進のみならず流通範囲を拡大するという意味において合理的な施策と結論づける.地域住民の内部ルールの影響も含めた地域通貨の流通メカニズムを,ゲーミングとコンピュータシミュレーションの2つの手法を組み合わせることで研究を行った.
脳機能の統合的研究

この特定領域研究は平成16年度-21年度に実施され、「脳の機能を理解するために、多次元において行われる脳研究を推進すると共に、次元の異なる研究の連携を進め、統合的脳研究の展開をはかる」という観点から、研究企画・調整を行うと共に、統合的脳研究を育成し、研究実現のための支援を扱う組織を結成することを目的として設けられた。他方、統合的研究の遂行自体を目的とした計画及び公募研究も包含しており、統合的研究を先駆的に実行した。その成果は多岐にわたり、豊富かつ膨大な内容を含むものである。脳の分子、脳細胞、神経回路、脳のシステムというレベルの異なった研究に携わる研究者が、個々の研究を展開するのみならず、相互理解を進め、分野を超えた視点に基づいた、統合的な研究協力の態勢を確立することができた。第二に次元の異なった研究分野の連携による学際的共同研究を実現させた。第三に、統合的脳理解をめざし、学際的アプローチを駆使した次世代の脳研究を主体的に遂行する研究者を育成するためのプログラムを実行した。以上の成果をまとめるにあたり、まず成果取りまとめ委員会を設置して協議し、その方針に従って成果に関する資料を収集・整理した。成果取りまとめの内容と形式を審議するために6回にわたり、検討会を実施した。その審議と検討を踏まえ、研究成果及び総括班活動・支援班活動を取りまとめ、「研究成果報告書」として発行した。この報告書ならびに、適宜開催した講演会・シンポジウムによって、6年間の研究活動による多大な成果の内容を公開し、脳科学分野の研究者のみならず、広汎な学術研究・教育の組織、さらには国の関係省庁や報道関係などに情報を提供することにより、脳に関する知識を社会に還元し、統合的脳研究のあり方を提案する事が出来た。脳機能理解を全体的視点から統合的に進めるために、脳研究を多面的に推進するのみならず次元の異なる研究の連携を進め、統合的脳研究の育成と展開をはかる活動を総括班主導のもとに行った。支援班は、統合的脳研究を支援するために必要なバイオリソースの開発と供給、及び脳計測に関する新技術開発の支援を実現した。他方計画研究では統合的アプローチによる脳研究を先導的に遂行し、多分野集約的な公募研究とともに成果を挙げた。脳機能の統合的解明のために、国内における多次元の脳研究をバランス良く進め、優れた研究を推進し、かつ有機的に結びつける目的で、以下の研究活動を実施した。まず総括班会議ならびに企画調整委員会を3回にわたり開催し、「統合脳」5領域全体としての研究プロジェクトの目的と特徴を踏まえて、全体的構想を再確認し、全体計画を審議した。さらに5領域の目標と研究の見通しと実現性を再検討し、プロジェクトの実現方策について詳細に検討した上で、包括的な研究目標と活動計画を策定した。さらに、総括班としての具体的活動計画を立案した。総括班の企画行事として、以下を実施した。(1)公開シンポジウム「統合的脳研究への新展開-新特定領域研究の発足にあたって」を開催した。国内における従来の脳研究の特性と問題点を考察し、脳に関する大型プロジェクト研究の経緯を検討し、今後の研究推進方策を考察し、議論した後に、わが国を代表する脳研究の紹介を行った。(2)脳活動計測新技術ユーザー検討会を開催した。7名のパネラーの報告をもとに、脳活動計測のための先進的な新技術の必要性と具体的新技術開発のFeasibilityを議論し検討した。(3)企画研究会「高次脳機能研究の新展開」を開催した。15名の演者がそれぞれ脳の高次機能に関する研究の現状と将来計画を発表し、研究の今後の展開を検討した。(4)市民公開講座「脳科学の集い」を開催した。2名のゲストスピーカーにより脳研究の意義と今後の展開、そして脳研究の社会に対する貢献と期待に関する解説が行われた。次いで「先端的脳研究」プロジェクトの総括と研究内容の報告があり、さらに「統合脳」プロジェクトの意義と研究計画を紹介する解説講演を行った。さらに研究支援班会議を開催し、「統合脳」プロジェクトにおける研究支援の趣旨と基本的戦略を審議し、具体的な支援方策について、大綱的計画を策定した。この領域の最重要課題は統合的脳研究の育成・支援であるという認識のもとに、総括班会議により「統合脳」領域全体の研究活動の企画・調整と、4領域(高次脳機能学、神経回路機能、分子脳科学、病態脳)を含めた研究交流と統合的脳研究の推進計画を策定し、脳研究領域全体の研究の方向性と、それを実現する組織および具体策を決めた。研究者育成・支援委員会では、統合的・学際的観点から脳研究者を育成するための方策を検討し、研究者育成支援活動を開始した。対外委員会においては、研究成果の一般公開・広報および社会との接点形成の方策を検討し、読売新聞社との協力により、「脳の世界」展を企画した。他方支援班は、まず脳活動計測新技術ユーザー検討会において、世界における脳研究手法の動向を検討し、新技術の可能性と必要性を討議した。研究リソース委員会の議を経て研究リソース提案11件の推進を決めた。領域発足にあたり、シンポジウム「統合的脳研究への新展開-新特定領域研究の発足にあたって」、市民公開講座「脳科学の集い」を開催した。5領域全体の行事として、夏のワークショップ及びサテライトシンポジウムを開催し、統合的脳研究推進の趣旨に基づいた招待講演、領域研究者による研究発表及びポスター発表を行い、研究交流の場を設定した。冬には研究成果発表を目的とした一般公開シンポジウムを開催した。

52件の公募研究を統括し、研究班会議を開催して研究内容の検討を行い、研究推進を図った。また計画研究については、(1)分子生物学的研究と神経回路機能研究の統合による大脳視覚野の臨界期の解明、(2)細胞生理学的研究と分子生物学的研究の統合による大脳の運動制御系の可塑性の解明、(3)神経回路解析とシステム的脳機能解析による大脳皮質-基底核連関の解明、及び(4)生理学、神経心理学及び計算論の統合による大脳の高次機能研究について、それぞれ研究を開始し予定通り研究を進めている。計画研究3年度を迎え、まず総括班会議を開催し統合的脳研究の推進と研究交流計画を策定した。「統合脳」領域全体の方向性と、それを実現する組織および具体策を再検討した。研究者育成・支援委員会では、統合的・学際的観点から脳研究者を育成するための方策も再検討し、研究者育成支援活動を実施した。支援班は、まず脳活動計測新技術ユーザー検討会において、世界における脳研究手法の動向を検討し、新技術の可能性と必要性を討議した。研究リソース委員会の議を経て研究リソース提案11件を推進した。対外委員会においては、研究成果の一般公開・広報および社会との接点形成の方策を検討し、他方、読売新聞社との協力により、"脳の世界"展を開催した。各地で開催した展示会場においては、一般参加者を対象とする講演会を企画・実施した。5領域全体の行事として、夏のワークショップ及びサテライトシンポジウムを開催した。統合的脳研究推進の趣旨に基づいた招待講演及び領域研究者による研究発表及びポスター発表を行い、研究交流の場を設定した。冬には研究成果発表を目的とした一般公開シンポジウムを開催し、分子脳科学、脳の神経回路、脳のシステム、脳の病態及び統合的脳研究の研究成果を発表した。55件の公募研究を統括し、研究班会議を開催して研究内容の検討を行い、研究推進を図った。また計画研究については、(1)大脳視覚野の臨界期のメカニズム解明のための分子生物学的・神経回路機能学的統合的研究で成果を得、また(2)細胞生理学的研究と分子生物学的研究の統合による大脳の運動制御系の可塑性の解明、及び(3)神経回路解析とシステム的脳機能解析による大脳皮質・基底核連関の解明についても研究成果を得た。他方、(4)行動の選択に関与する大脳の高次機能研究について、生理学、神経心理学及び計算論の観点から統合的に研究を進め、研究成果が得られた。特に行動の概念形成について顕著な成果を得た。計画研究4年度目にあたり、まず総括班会議を開催し統合的脳研究の推進と研究交流計画を策定した。「統合脳」領域全体の方向性とそれを実現する組織および具体策を再検討した。対外委員会においては、研究成果の一般公開・広報および社会との接点形成の方策を検討し、"脳の世界"展を開催し、一般参加者を対象とする講演会を企画・実施した。他方、地域巡回シンポジウムを福岡及び山口にて開催した。
抗PDGFレセプター抗体を標的とした膠原病性肺高血圧症発症メカニズムの解明

本研究は、膠原病患者血清中の自己抗体が膠原病合併肺動脈性肺高血圧症の発症に関与するかを解明することで、その自己抗体が膠原病合併肺動脈性肺高血圧症発症の予測マーカーとなりうるかを検討することを目的としておこなったものである。その結果、膠原病患者血清より精製した抗体成分が主に反応する肺動脈の細胞の蛋白分子を、解析したところ、PDGFレセプターよりむしろエノラーゼ1に反応していることがわかった。血清中の抗エノラーゼ1抗体の抗体価は、膠原病合併肺動脈性肺高血圧症患者の血清で、健常者より有意に高値であることがわかった。今後は本抗体が膠原病合併肺動脈性肺高血圧症の発症に関与するかさらに検討を続ける。膠原病患者が肺動脈性肺高血圧症(PAH)を発症すると、予後は極めて不良となる。しかし、PAHの発症を予測しうるバイオマーカーは存在しない。近年、膠原病患者血清中から自己抗体「抗PDGFレセプター抗体」が発見された。PDGFレセプターの作用から、この抗体がPAH発症と関連することが推察されるが、まだ検討はなされていない。そこで本研究では、ヒト肺動脈平滑筋細胞を用いて、膠原病患者血清中の抗PDGFレセプター抗体の存在の確認と、PAH発症に対する役割の解明をおこなうことで、抗PDGFレセプター抗体が膠原病におけるPAH発症の予測マーカーとなりうるかを検討することを目的とし、研究を開始した。26年度は、まず、ヒト肺動脈平滑筋細胞を用いて、肺高血圧発症に重要である、増殖能、遊走能、浸潤能に及ぼす自己抗体の影響を検討した。その結果、抗PDGF抗体の存在が疑われる膠原病患者血清中のIgGが、ヒト肺動脈平滑筋細胞の増殖能および遊走能を有意に増加させることを見い出した。その成果は、第9回日本臨床検査学教育学会学術大会にて報告し、研究協力者は学生優秀発表賞を受賞した。さらに、ヒト肺動脈平滑筋細胞の増殖能および遊走能を促進するメカニズムを明らかにするため、これらの制御に関わる細胞内カルシウム濃度の変動ついての検討をおこなっており、現在も検討中である。また、質量分析法を用いて、新たな自己抗体のターゲットを検索し、新たな肺高血圧症に関与する自己抗体の検索も行った。本研究では、ヒト肺動脈平滑筋細胞を用いて、膠原病患者血清中の抗PDGFレセプター抗体を検索し、その作用が膠原病合併肺動脈性肺高血圧症の発症に関与するかを解明することで、抗PDGFレセプター抗体が膠原病合併肺動脈性肺高血圧症発症の予測マーカーとなりうるかを検討することを目的とし検討をおこなった。まず、患者血清より、IgG成分を精製し、その添加が肺動脈平滑筋細胞にどのような作用を及ぼすか検討した。その結果、患者血清より精製したIgGは、肺高血圧症の病態に重要なヒト肺動脈平滑筋細胞の増殖能や遊走能を亢進させることが明らかとなった。さらに、細胞内カルシウム濃度を上昇させることも明らかにした。続いて、この作用がPDGFレセプターを介しているか明らかにするため、PDGFレセプターの阻害剤を用いて、その作用が阻害されるかを確認したところ、細胞の増殖においては有意な低下が見られたが、遊走には変化がなかった。PDGFは平滑筋細胞の強力な走化性因子であることから、これらの作用が抗PDGFレセプター抗体によるものではない可能性が生じた。そこで、患者血清より精製したIgGが主に反応する肺動脈血管平滑筋細胞の蛋白分子を、質量分析法にて解析したところ、エノラーゼ1であることがわかった。エノラーゼ1は様々な細胞の遊走に関与していると報告されている。そこで、ELISAを用いて、血清中の抗エノラーゼ1抗体の抗体価を測定したところ、膠原病合併肺動脈性肺高血圧症患者の血清中の抗体価は健常者より有意に高値であることがわかった。そこで現在は、ターゲットを抗エノラーゼ1抗体に変更し、膠原病合併肺動脈性肺高血圧症の病態に関わる作用を引き続き解析しており、この抗エノラーゼ1抗体が原病合併肺動脈性肺高血圧症発症の予測マーカーとなりうるかを検討している。26年度に実施を予定していた「膠原病患者血清からのポリクローナルIgGの精製」「肺動脈平滑筋細胞を用いたIgG刺激による増殖能および遊走能の測定」「PDGFレセプター阻害剤を用いた増殖能および遊走能の測定」に関しては、学会にて中間報告がおこなえたうえ、次年度に予定していた細胞内カルシウム濃度の検討も始めることができた。しかし、症例数が予定より集まっておらず、今後も追加実験の必要がある。

免疫検査学また、PDGFレセプターの下流でカルシウムを介した増殖・遊走に関わる分子(PLCγ、IP3など)の活性化を、分子生化学的・病理学的手法で検出し、IgG刺激により細胞増殖・遊走を促進する分子メカニズムを明らかにする。さらに、質量分析法により発見した、新たな自己抗体のターゲットに関して、ヒト外動脈平滑筋細胞における働きを検討し、肺高血圧発症との関連を模索する。購入したい物品が、残金より高額であったため、次年度交付金と合わせて購入する必要があるため。次年度交付金と合わせて、試薬を購入する
成人Ｔ細胞性白血病／リンパ腫における皮疹治療の統計学的検討と抗腫瘍効果

成人T細胞性白血病/リンパ腫(ATLL)は約50%程度に様々な皮膚病変を生じるが、その治療は、皮膚T細胞リンパ腫で行われている治療が踏襲されているが、それらが有効であるかを検討されたことがなかった。皮膚病変に対するくすぶり型ATLLの治療について、皮膚ターゲット治療群、エトポシド内服単独群、両者を併用した併用療法群の3つに分けて、後ろ向き研究を行った。Kaplan-Meier法並びに多変量解析では、併用療法群が最も予後良好であり、エトポシド内服群が最も予後不良という成績であった。以上の結果から、皮疹型並びに治療反応性などの因子を考慮して皮膚病変の治療を行うことが重要であることが示唆された。成人T細胞性白血病/リンパ腫(ATLL)は約50%程度に様々な皮膚病変を生じ、その主な皮疹型は,紅斑型,局面型,多発丘疹型,結節腫瘤型,紅皮症型,紫斑型の6つであり、これらの皮疹型は独立した予後因子である。ATLLの皮膚病変に対する治療は、皮膚T細胞リンパ腫で行われている治療が踏襲されているが、それらが有効であるかを検討されたことがなかった。今回我々は、皮膚病変に対するくすぶり型ATLL 62例の治療について、皮膚ターゲット治療群、エトポシド内服単独群、両者を併用した併用療法群の3つに分けて、後ろ向き研究を行った。また、治療反応性が生存率と関連するか検討した結果、治療反応性は生存率に影響を与えた。本研究では、皮膚病変に対するくすぶり型ATLL 62例の治療について、skin targeted therapy群、oral etoposide群、両者を併用したcombination therapy群の3つに分けて、後ろ向き研究を行った。Kaplan-Meier法並びに多変量解析では、combination therapy群が最も予後良好であり、oral etoposide群が最も予後不良という成績であった。また、治療による反応性と予後が関連するか検討した結果、治療反応性は予後に影響を与えることが判明した。さらに、治療群別に治療反応性について検討を行うと、最も治療反応性が良好であったのはcombination therapy群であり、oral etoposide群が最も不良であった。以上の結果から、後ろ向き研究ではあるが、皮疹型並びに治療反応性などの因子を考慮して皮膚病変の治療を行うことが重要であることが示唆された。当該年度に行うべき統計学的な治療成績の検討については、すでに論文として発表されているため。平成25年度は主に治療における腫瘍細胞の変化をとらへ、細胞レベルでの皮疹治療の有効性について検討を行う。平成25年度は免疫組織学的検討ならびに末梢血リンパ球プロファイルをフローサイトメトリを用いて検討するため、それらの試薬購入の主に使用する。
単結晶グラフェンテンプレートを用いた大面積ゲルマネン合成

まず従来の転写条件では大面積のSCGに剥離と破れが生じやすく、転写法の改善が必要であることが分かった。具体的な改善策として、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)溶液の濃度とスピンコート条件を変更し、SCG支持用のPMMA膜厚を従来より厚膜(約1μm)にすることでSCGの剥離と破れが低減されることが分かった。転写法の改善により、SCG/Au/Ag/Ge/Si構造の作製に成功した。続いてSCG直下へのGe析出について調べた。加熱したSCG/Au/Ag/Ge/Siの深さ分析の結果から、SCG直下にGe析出が起こることと、Au/Ag/Geは合金層へと変化していることが分かった。その場加熱XPSにより表面のGe/Auの組成比の温度依存性を調べることで、SCG直下でもGeの析出がグラフェン無しと同様に起こることが分かった。Ge3dのピーク形状から金属的なGeが主に析出していることが分かったが、分光器のエネルギー分解能の限界のため、析出したGeが2次元的なゲルマネンか3次元的なGe結晶かは不明であった。また、ラマン散乱分光からはGe由来となるピークが観察されなかった。本課題は最終年度であるが、放射光を使った光電子分光や波長の異なるレーザーを用いたラマン散乱分光により、析出したGeがゲルマネンかどうかを今後明らかにする。ゲルマネンは大気中で容易に酸化するが、SCG界面に析出したGeは少なくとも25日間の大気暴露後でも金属的であり、SCGが保護膜として機能することを明らかにした。初年度はSi基板上に堆積させたAu、Ag、およびAu/Ag薄膜からGeを析出させ、原子層レベルの極薄膜を制御して析出させることとと、ゲルマネン形成の検出方法の検討を行った。まず、AuとAg薄膜からのGe析出を検討した。Si基板上に真空蒸着でAg/GeまたはAu/Ge薄膜を堆積させ、Ge析出基板とした。Ag/Ge薄膜ではレーザー照射(532 nm)により、Au/Ge薄膜では加熱によりGeの表面析出と結晶化が起こることが分かった。Au/Ge薄膜の加熱の方が容易かつ均一にGe結晶化が起こることが分かったため、Au/Geで表面のGe結晶化が起こる加熱温度と加熱時間の依存性を調べた。続いて極薄膜のGeを析出する手法を検討した。X線光電子分光(XPS)の結果から、Au/Ge薄膜では室温でもGeが表面へ拡散することが分かった。室温での拡散は蒸着装置の真空層から大気へ取り出す際にGeの酸化を引き起こすため望ましくない。そこで、AgのGe固溶度がAuよりも高いことに着目し、薄膜の構成をAu/Ag/Geへ変更した。XPSにより蒸着後の表面を元素分析したところ、Au/Ag/Ge薄膜では室温での表面へのGe拡散が抑制されることが分かった。このAu/Ag/Ge薄膜を用い、Ge膜厚を1nm以下に薄くすることで、14原子層程度の範囲で極薄のGe析出が可能であることを明らかにした。また、表面に析出したGeがゲルマネンか、ダイヤモンド格子の結晶かを調べるために、XPS、ラマン散乱分光、チップ増強ラマン散乱分光による測定を行ってきたが、現状ではゲルマネンを識別する有効な測定手法が見つかっていない。ゲルマネン形成を明らかにするため、走査型トンネル顕微鏡による直接観察や、放射光設備の利用、角度分解光電子分光などの測定に取り組むことを検討している。ゲルマネンの検出手法としてラマン散乱分光、およびチップ増強ラマン散乱が有効だと期待していたが、実際に析出したGe結晶とバルクのGe結晶のラマンピーク位置の違いは僅か(23 cm-1)であり、ゲルマネン形成の判別が難しいことが分かった。また、その場加熱XPSによる測定を詳細に行ってきたが、現状ではゲルマネン形成を示す明確なピーク位置の化学シフトは確認できていない。以上のように、ゲルマネン形成の判別法が確立できていないため、進捗状況に遅れが生じている。

本課題は最終年度であるが、放射光を使った光電子分光や波長の異なるレーザーを用いたラマン散乱分光により、析出したGeがゲルマネンかどうかを今後明らかにする。ゲルマネンは大気中で容易に酸化するが、SCG界面に析出したGeは少なくとも25日間の大気暴露後でも金属的であり、SCGが保護膜として機能することを明らかにした。前述のように、ゲルマネン形成の判別が難しいという課題があるが、詳細なその場加熱XPSの結果から、14原子層程度の範囲でのGeの析出量制御が可能になった。今後はGe析出量を単層2層程度の範囲に限定してゲルマネン形成の判別を行っていくことで遅れを取り戻す。また、走査型トンネル顕微鏡や、放射光設備、角度分解光電子分光などの測定も取り入れるとともに、ゲルマネン形成がうまくいかない場合は当初の計画通り、CuやAlなど別種の金属を薄膜を用いた析出に取り組む。次年度の消耗品購入に充当する。
難治性頭頸部癌硼素中性子捕捉療法と併用療法上乗せ効果の研究

筑波大学において再発難治性頭頸部癌症例に対してBNCTを行い,照射4週間後から各組織型に応じた化学療法や分子標的治療を補助療法として追加した.その結果,4例の生存期間平均値が12ヶ月と,従来の同様の報告と比べやや長い結果となった.症例数が少ないため統計学的な解析はできなかったが,頭頸部癌に対するBNCTは,照射後に症例に応じた補助療法を加えることで,生命予後が延長される可能性が示唆された.硼素中性子捕捉療法は硼素(10B)と中性子との核反応で生じる高LETのα粒子を用いる癌の放射線治療であり,腫瘍細胞に選択的に取り込まれる硼素化合物であるp-boronophenylalanineを用いて腫瘍細胞のみ選択的に破壊する事のできる放射線治療である.再発/進行頭頸部癌に対して我々は2003年から同治療の臨床研究を行ってきたが,その結果局所の治療効果は奏効率80%以上と高いものの,多くの症例が4週間以後に局所または遠隔転移を来たし,結果的に他治療の報告と比べて生命予後延長効果は認められなかった1).本研究では,進行/再発頭頸部癌症例に対し従来の研究に沿った治療方として本治療を行い,治療後早期に補助療法を加えることで,生命予後延長効果が認められるかを明らかにする事を目的とする.現在京都大学原子炉が休止中であり,当初予定された症例数の照射が出来ていない.それ以外の従来からの原子炉照射を行った症例のBNCT治療効果の予測因子解析は進んでおり,全体的に若干の遅れが生じている.頭頸部領域は機能上・美容上その温存が大変重要であり,現在の頭頸部癌治療の主流である外科的治療,放射線治療,抗癌剤治療の3者を至適に組み合わせる方法で治療が行われている.しかし,放射線や抗癌剤治療に対する治療効果が確立されていない非扁平上皮癌疾患や,進行/再発頭頸部癌では腫瘍の拡大全摘手術が根治を目指す主な治療法であり,患者は生命予後と引き替えに,治療後の美容的かつ機能的なQOLの大幅な低下を来している.このような,従来の治療法では制御困難と思われる病巣を,最低限の侵襲で正常臓器を損なうことなく制御できれば,患者の負荷は勿論のこと治療後の高いQOLが期待できる.このような問題を解決するために我々が開発している硼素中性子捕捉療法は,硼素(10B)と中性子との核反応で生じる高LETのα粒子を用いる癌の放射線治療であり,腫瘍細胞に選択的に取り込まれる硼素化合物であるp-boronophenylalanineを用いて腫瘍細胞のみ選択的に破壊する事のできる放射線治療である.我々は頭頸部癌に対するBNCTを行ってきた症例に対して,治療効果の予測因子として,BPA-PETの腫瘍/正常組織BPA集積比(T/N比)の腫瘍内集積の比率の低いものは治療効果が低いこと,また,BNCT治療を行う前治療と腫瘍の局在が照射後の致死的合併症に関連が高いことを本研究で証明した.前日のT/N比の低い症例に対しての照射後補助療法の効果を引き続き検討する.現在京大原子炉実験所の医療用原子炉が休止中であり,当初予定された症例数の治療が行えていない.それまでの期間に従来原子炉で治療を行った症例の解析は順調に進んでおり,全体的には若干の遅れが生じている.我々は2003年から頭頸部癌に対してBNCTの臨床研究を行い,局所奏効率は80%以上,放射線抵感受性癌にも治療効果があることを証明した.BNCTの治療効果は18FでラベルしたBPAである18F-BPAを用いたPET検査(18F-BPA-PET)の18F-BPA腫瘍組織内放射性活性から組織内BPA濃度を推測する事で予測が可能で,我々は再発頭頸部扁平上皮癌10症例の臨床研究の結果から,18F-BPA-PET検査はBNCTの治療効果予測となる可能性を示唆した.一方,平成29年度日本硼素中性子捕捉療法学会学術集会において,藤本らは18F-BPA-PET検査の18F-BPA集積性と治療効果との関連がない癌腫を報告し,BNCTの抗腫瘍効果には腫瘍細胞のLAT1レセプターが関わっている可能性を示唆した.BNCTで使用される薬剤であるBPAは,18Fでラベルした18F-BPAを用いたPET検査を行う事で,治療前に硼素薬剤の腫瘍内集積性を予測することができる(Imahoriら,1998).従来のBNCT臨床研究では,この18F-BPA-PET検査の腫瘍内硼素集積性を数値化した上で治療適応及び治療効果予測を行ってきた.我々は18F-BPA-PET検査の結果が,放射線照射後再発扁平上皮癌症例におけるBNCTの治療効果予測に有効である可能性を示した.また,2015年に筑波大学において再発難治性頭頸部癌4症例に対してBNCTを行い,照射4週間後から各組織型に応じた化学療法や分子標的治療を補助療法として追加した.その結果,4例の生存期間平均値が12ヶ月と,従来の同様の報告と比べやや長い結果となった.症例数が少ないため統計学的な解析はできなかったが,頭頸部癌に対するBNCTは,照射後に症例に応じた補助療法を加えることで,生命予後が延長される可能性が示唆された.筑波大学において再発難治性頭頸部癌症例に対してBNCTを行い,照射4週間後から各組織型に応じた化学療法や分子標的治療を補助療法として追加した.

その結果,4例の生存期間平均値が12ヶ月と,従来の同様の報告と比べやや長い結果となった.症例数が少ないため統計学的な解析はできなかったが,頭頸部癌に対するBNCTは,照射後に症例に応じた補助療法を加えることで,生命予後が延長される可能性が示唆された.今年度で京大原子炉再開に対して原子力規制庁の許可が下りたため,京大原子炉の再開に合わせて予定通りの症例数の照射を行う.その結果と従来からの原子炉照射を行った症例の治療効果予測因子解析とを比較して,補助療法の有無による上乗せ効果の有無を検討する.現在京大原子炉の医療用原子炉の再開待ちである.その間に筑波大学が所有するBNCT用加速器中性子源の研究開発が進んでおり,京大原子炉の再開が遅れる場合は加速器中性子源への変更を検討し,研究を継続する予定である.頭頸部癌京大原子炉稼働停止のため,BNCT照射が予定数行えなかったため.原子炉休止により,予定症例数の治療が行えなかったため.前年度の繰り越しで,本年度の照射数が増える事が予想されるため,その患者移動に使用予定.繰り越し金額を含めて予定症例の治療を行う.
多段シントロフィーによるアミノ酸・分枝鎖脂肪酸分解微生物群の動態解明

酸素が存在しない嫌気環境におけるアミノ酸の分解、特に分解の過程でイソ酪酸等の分岐鎖脂肪酸を生じる分岐鎖アミノ酸(バリン、ロイシン、イソロイシン)を分解する微生物の実体を解明するため、アミノ酸含有食品系廃水を浄化処理するリアクター内部の微生物群を対象とし、最先端のオミクス技術を駆使してそれらの代謝機能を解析した。その結果、リアクターの内部では多種多様な微生物が有する各種代謝機能が多段的に機能することで分岐鎖アミノ酸やタンパク質の分解を遂行していることが明らかとなった。今年度は、代表的な嫌気環境である汚泥消化プロセスから汚泥試料を70種程度採取し、汚泥を構成する微生物群の組成を、MiSeqシークエンサーを用いた16S rRNA遺伝子プロファイリングにより解明した。その結果、Deltaproteobacteria綱に属する嫌気共生細菌の一群、Methanoculleus属やMethanospirillum属等の水素利用メタン生成アーキア、Methanosaeta属等の酢酸利用メタン生成アーキア、Bacteroidetes、Chloroflexi、Spirochaetes、Synergistetes、Thermotogae等の既知の門に属する微生物群、さらに“Ca. Cloacimonetes" (WWE1グループ)、“Ca. Marinimicrobia" (SAR406グループ)、“Ca. Aminicenantes"(OP8グループ)等の未知・未培養門に属する微生物群が高頻度で存在することが明らかとなった。また、アミノ酸を高濃度に含む食品系工場廃水を処理する嫌気性リアクターから汚泥を採取し、ロイシン、イソロイシン、バリン等の各種アミノ酸、および2-メチル酪酸、イソ酪酸、イソ吉草酸等の分子鎖脂肪酸を唯一の基質とした集積培養物を構築し、アミノ酸・分枝鎖脂肪酸を分解可能な高密度集積培養物の構築を開始した。さらに、分子鎖脂肪酸の一種である2-メチル酪酸を分解する嫌気性共生細菌であるSyntrophomonas wolfei subsp. methylbutyraticaのゲノム解析を実施し、2-メチル酪酸分解に関連する代謝経路を遺伝子レベルで特定した。嫌気環境のモデルとして汚泥消化プロセスに焦点を絞り、アミノ酸および分枝鎖脂肪酸の分解を担う微生物群集構造の基盤的な知見を得ることができた。また、アミノ酸を高濃度に含む食品系工場廃水を処理する嫌気性リアクターを保有する研究者の協力を得ることができ、アミノ酸や分枝鎖脂肪酸を効率的に分解する微生物群の集積に着手することができた。これらの集積培養物からはメタンガスの発生が確認されているため、アミノ酸や分枝鎖脂肪酸を分解可能な微生物コミュニティーが構築されつつあると考えている。また、アメリカ合衆国イリノイ大学の研究協力者を連携して2-メチル酪酸を分解する嫌気性共生細菌のゲノム解析を実施することで、ゲノム解析プラットフォームを構築することができた。今年度は、様々なアミノ酸を高濃度に含む食品系工場廃水を処理する嫌気性リアクターから汚泥試料を採取し、その汚泥に含まれる微生物群の多様性を、MiSeqシークエンサーを用いた16S rRNA遺伝子プロファイリングにより解析した。その結果、Firmicutes門に属するSyntrophomonas属とPelotomaculum属、およびDeltaproteobacteria綱のSyntrophorhabdus属に近縁の嫌気共生細菌の一群、Methanobacterium属やMethanospirillum属等の水素利用メタン生成アーキア、Methanosaeta属やMethanosarcina属等の酢酸利用メタン生成アーキア、Bacteroidetes、Synergistetes、Chloroflexi、Thermotogae等の既知の門に属する微生物群が高頻度で検出されることが明らかとなった。また、これらの優占微生物群の代謝機能を解明することを目的としたメタゲノムショットガンシークエンスを実施し、各種バイオインフォマティクス系ソフトウェアを用いて遺伝子リードのアセンブルと、得られたコンティグのビニングを行い、約25個の微生物ドラフトゲノムを再構築することに成功した。さらに、アノテーション解析を実施して各ドラフトゲノムに含まれる機能遺伝子から代謝機能の推定を試みたところ、Syntrophomonas属に近縁の微生物が、分枝鎖アミノ酸(ロイシン、イソロイシン、バリン)の分解から生じるイソ酪酸、イソ吉草酸、2-メチル酪酸の酸化分解能力を有しており、Methanobacterium属やMethanospirillum属等の水素利用メタン生成アーキアとのシントロフィーにおいて重要な役割を果たしていることが示唆された。嫌気エコシステムのモデルとしてアミノ酸を高濃度に含む食品系工場廃水を処理する嫌気性リアクターに着目し、アミノ酸、およびその分解過程で生じる分枝鎖脂肪酸の分解を担う微生物の多様性に関する基盤的な知見を得ることができた。また、当該リアクターから採取した汚泥試料を対象としたメタゲノム解析に着手し、その遺伝子データからリアクター内部に生息する主要な微生物群のドラフトゲノム情報を獲得することができた。さらに、前年度までに実施したSyntrophomonas属細菌のゲノム解析で得られた知見を基盤とし、リアクター内でイソ酪酸、イソ吉草酸、2-メチル酪酸等の分枝鎖脂肪酸を分解する微生物を特定し、その代謝機能を比較ゲノム解析により明らかにすることができた。また、アミノ酸や分枝鎖脂肪酸を高効率に分解する集積培養物の構築に関しても昨年度から引き続き実験を続けており、最終年度に予定している各種実験に向けた準備が整いつつある。また、アメリカ合衆国イリノイ大学の研究協力者と連携してゲノム・メタゲノム解析を効率的に実施することができた。