hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝組織発生に必要な胚性肝中皮細胞由来の血管発生制御因子群の機能解析

胚性肝の組織は肝芽細胞と間充織細胞群との相互作用によって自律的に形成されるがその理解は再生医学に利用するには不十分である。マウス胚肝臓ではTGF-betaが肝芽細胞と肝中皮層で発現するが各々の細胞系譜における役割は未だ解析されていない。今回、我々はヒトALK5のドミナントネガティブ型(dnALK5)を各々の細胞系譜で条件的に発現させTGF-beta経路の機能解析を行った。dnALK5の肝芽細胞における強制発現は肝上皮の形成不全を誘起した。肝中皮細胞系譜では、肝中皮層とその派生細胞群の形成不全を誘起した。本結果はTGF-beta経路が肝芽細胞索と肝中皮細胞系譜の発生に関与することを示す。本研究は、発生肝臓の構成組織のうち、血管の構成細胞群(類洞内皮細胞、星細胞)の発生に関与することが鳥類胚で予想されたTGF-βとFGF関連遺伝子群のマウス胚を用いた機能解析を目的とする。平成22年度は3種類のTGF-βと18種類のFGFのマウス11.5日胚肝臓における発現様式をin situ hybridizationによって解析した。TGF-β1/3が肝特異的に発現する一方で、TGF-β2の発現は不明瞭であった。またニワトリ胚で肝中皮特異的に発現したFGF18のマウス胚肝中皮における発現は確認できなかった。これらの結果は、胚性肝臓におけるTGF-β群、FGF群の分布様式が種によって異なることを示している。平成23年度は特異抗体を用いた二重蛍光免疫染色により、TGF-β1/2はE10.5の肝上皮とE11.5の肝中皮を含む中胚葉性組織で主に発現し、TGF-β3はE11.5肝中皮で特異的に発現することを見いだした。これらの結果は、胚性肝臓におけるTGF-β群の分布様式が種によって異なること、また発生段階によっても大きく変化することを示している。この発現様式の変化は細胞生物学/発生学的視点から興味深く、研究目的を血管発生から肝上皮へも広げるべきであるという考えに至った。HCV/HBVキャリアが200万人を越える日本人の肝硬変/肝細胞ガンの発生率は今後急上昇することが確実である。従って、肝臓の再生医療の基盤となる肝臓の組織発生過程を理解することは、科学的社会的に極めて重要である。しかしこの肝組織発生に必須である肝血管の「血管由来因子」とその「発生機構」の研究はこれまでほとんど行われていなかった。(成果)我々は、前者がNeurturinとWnt9aであることを世界に先駆けて明らかにした。(着想の経緯)残された重要課題である「肝血管の発生機構」に関して、その制御因子の有力候補(FGF18, TGF-beta2,3)が肝中皮で発現していることを我々は既に見いだしている。(目標)そこで本研究計画では、これらの候補遺伝子群のシグナル伝達を阻害、異所性誘導させることで、肝血管を構成する細胞群におけるシグナルの作用点を明らかにする。「目的」代謝中心である肝臓は肝小葉から構築されている。この肝小葉は肝細胞、胆管上皮細胞、内皮細胞、星細胞などから構成されておりその微細構造は胚発生期に構築されるがその構築機構はあまり理解されていない。iPS細胞を用いた再生医療が現実化しつつある今、この肝臓の自己組織化能を理解することは極めて重要である。なぜなら日本人の肝硬変/肝臓がん発症リスクは極めて高く治療法としての肝組織再構築法の開発が急がれているからである。「計画」肝組織の自己組織化には肝上皮細胞と内皮細胞との相互作用が必要であること、内皮細胞から肝上皮細胞への作用の仲介分子がWnt9aとNeurturinであることが報告されている。しかし肝上皮細胞から内皮細胞への作用を仲介する分子の実体は不明であった。我々はその候補がTGF-beta1,2であることを免疫組織化学により明らかにしている。肝血管構築におけるTGF-betaシグナリングの機能とその作用点を明らかにするために細胞系譜特異的なシグナリング阻害および活性化をin vivoで行う。「意義と重要性」本マウス群は標的細胞におけるTGF-betaシグナルをCre依存的に抑制/活性化し、さらに細胞追跡も可能なため様々な医学/生物学分野で有用である。

(1)肝中皮細胞系譜におけるTGF-betaシグナリング経路の機能解析TGF-betaシグナリング経路を胚性中皮細胞特異的に阻害するために、WT1-CreERT2(+/-); DNAT2(+/-)胚とWT1-CreERT2(+/-); 3tTom(+/-)胚(コントロール)を交配により作成し、E10.5にてタモキシフェン投与によりCreERT2を活性化させdnALK5を胚性中皮細胞特異的に発現させた。E13.5において肝臓における胚性中皮細胞系譜の分布をコントロール胚(WT1-CreERT2(+/-); 3tTom(+/-))と比較・解析したところ、肝中皮の薄層化と肝組織内に分布するはずの血管外壁を構成する細胞集団の低形成が観察された。このことは肝中皮細胞系譜の維持と分化にTGF-betaシグナリング経路が関与していることを示している。(2)肝芽細胞系譜におけるTGF-betaシグナリング経路の機能解析TGF-betaシグナリング経路を肝芽細胞特異的に阻害するために、FoxA2-EGFP-CreER(+/-); DNAT2(+/-)胚を交配により作成し、E8.5にてタモキシフェン投与によりCreERT2を活性化させdnALK5を肝芽細胞特異的に発現させた。E11.5-13.5肝臓における肝芽細胞の分布をコントロール胚(FoxA2-EGFP-CreER(+/-); 3tTom(+/-))と比較・解析したところ、肝芽細胞の分枝の低形成が観察された。また低濃度タモキシフェンの投与によりCreERT2をパッチ状に活性化させ、dnALK5強制発現細胞のクローン解析を行ったところ、dnALK5の強制発現によりE11.5以降における肝芽細胞クローンの拡大が明らかに抑制された。このことは肝芽細胞の形態形成にTGF-betaシグナリング経路が関与していることを示している。26年度が最終年度であるため、記入しない。発生生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画が遅れた理由は、以下に示す4点があげられる。(1)雇用していた実験補助員が年度半ばで休職しそのかわりとなる補助員の養成に6ヶ月がかかったこと。(2)遺伝子工学に必須な解析ソフトウェア(Vector NTI Advanced 11.5)がき,ちんと機能せず、Invitrogenの対応の遅れによりその回復に4ヶ月かかったこと。(3)申請者本人がBACクローンの扱い(BACDNAの抽出、制限酵素マッピング)に習熟しておらず、実験補助員の代替を直ちにおこなうことができなかったこと。(4)targetingvectorをBACへ組込むために当初使用していたRed/ETsystemがうまく機能せず、代替法としてのRecombineerin法の導入に時間がかかったこと。昨年度までに必要なCre driverおよびTGF-beta signalingの作用と細胞系譜追跡を同時に解析するためのreporter/effector系統を確立した。しかしコントロール用系統としてtandem Tomatoのみを発現するreporter系統Ai9-tdTom3の開発の着手が様々な事情により遅れたため、現在、F0キメラマウスが確保できた段階である。また、WT1関連の2系統の繁殖を続けてきたが2代目以降の繁殖がうまく行かない状態(早死、食児)が6ヶ月ほど続きそれによりWT1関連2系統のCre driverマウスの必要数が不足している。
保健行動領域における「電話帳」を用いない電話調査の可能性

20歳以上の大田区居住者を対象にRDD(Random Digit Dialing)法を用いた電話調査によって実施し、178世帯より回答を得た。電話帳の収載状況については160世帯(89.9%)が回答した。このうち、回答者における「電話帳」収載率は66.2%(106世帯)と算出された。回答者は、男女比が0.54(56/103)で女性が回答者の2/3を占め、回答者の平均年齢は47.8歳(2091歳)であり、20歳代が最も多く(21.9%)、次いで50歳代(18.7%)が多くなっていた。電話帳収載の有無で回答者属性(性別,年齢,世帯人員数,電話所有状況,電話共用状況,職種)について検討したところ、年齢・世帯人員数・電話共用状況が「電話帳収載」と関連していた。すなわち、年齢は高年齢ほど「電話帳」収載率は増加し(X^2=26.3,p=0.00)、また世帯人員数が多いほど収載率も高い(X^2=17.5,p=0.00)。また、調査対象電話を家族が共用している世帯で収載率が高い(X^2=5.9,p=0.00)。このとき、従来より言われている性別による収載率の違いには差は見られなかったが、男性で収載率がやや高い傾向が認められた。また、電話の所有数も「電話帳」掲載との関連はなかった。以上の結果は、「電話帳」の収載状況に電話所有者の属性が影響していることを示すものである。「電話帳」収載状況によって回答者を2群に分類し、生活習慣に関する質問票調査結果を比較・検討した結果では、食習慣に関する項目で、収載者と非収載者で有意な差が見られた。この有意差には、各群に属する回答者の属性が大きく影響していることが示唆された。
バイオインフォマティクスによる網羅的な糖鎖構造の解析

本年度はプロジェクトの最終年度として、これまで行ってきた糖鎖構造解析の手法を発展させると共に、糖転移酵素から構造を予測するという新たなアプローチを試みた。・糖鎖構造解析本年度に新たに取り組んだ課題は、多数の糖鎖構造データから頻出する部分構造を高速に抽出する手法を開発することである。この問題は、タンパク質におけるモチーフ抽出に対応する重要な問題であるが、糖鎖構造の複雑さのためにこれまで行われていなかった。この問題に対し、データマイニングの分野で確立された列挙法を拡張し、新たな木構造マイニング法であるα-closed法を開発した。この手法の重要な点は、結果として得られる膨大な数の部分構造を、冗長性を省くことで圧縮できるようにしたこと、及び統計的な検定による順位付けを可能にしたことである。この手法をKEGG GLYCANに登録されている実際の糖鎖構造に適用したところ、Lewis Xなどのよく知られた部分構造や、糖タンパク質、糖脂質のコア構造を高速に抽出することができた。・糖転移酵素の網羅的な解析仮に、ある生物種のゲノム中に存在する糖転移酵素とその基質特異性がすべて明らかになれば、その生物種が合成できる糖鎖を予測することができる。このような考え方に基づき、まず36の真核生物のゲノム中に存在する糖転移酵素のセットを配列解析によって決定した。次に、それらの組み合わせから合成されうる糖鎖構造を予測し、生物種間で比較を行った。その結果、例えばN-glycan前駆体については、多くの原生生物に加えて、一部の藻類も通常より小さい前駆体構造を合成することが予測された。また、O-glycanのコア構造に関しては、動物の合成出来る構造の範囲に比べて、植物や菌類、原生生物が合成できる構造の範囲はかなり小さくなることが示唆された。本年度は糖鎖構造の統計的な解析を行った。そのためにまず、糖鎖構造を学習するアルゴリズムの開発を行った。糖鎖構造は木構造であり、木の構造を学習するアルゴリズムはこれまで複数開発されている。本研究では、マルコフモデルを拡張し、木構造を効率的に学習できるOrdered Tree Markov Model(OTMM)を開発した。このアルゴリズムにより、木構造の親子関係だけでなく兄弟関係を高速に学習できることが可能となった。さらに、必要となるメモリ量も低く抑えている。次のステップとして、我々はこのOTMMをプログラミング言語Javaでコーディングし、これまでに開発されているアルゴリズムであるPSTMM及びHTMMと精度及び速度の比較を行った。比較に利用した木構造は、コンビュータにより自動生成した合成データと、実際の糖鎖データベースKEGG GLYCANから取得したN-glycanのデータを用いた。PSTMMは、精度は高いが計算時間がかかるアルゴリズムであり、一方HTMMは計算量が少なく、高速であるが、精度の低いアルゴリズムである。これらに対して、OTMMは計算精度においてPSTMMと同等の結果を示し、速度に関してはHTMMと同程度に高速であった。アルゴリズムのパフォーマンスが高いことが示されたので、次に、実際の糖鎖データを学習し、その特微を解析した。その結果、マルコフモデルの各状態にN-glycanのコア構造及び、しばしば見られる重要な部分構造が学習されていることを示した。これらの成果は近く、学術誌に投稿予定である。・糖鎖構造解析本年度は、これまでに開発してきた木構造の学習アルゴリズムをプログラムとして実装し、糖鎖構造の学習に応用した。この解析により、提案するアルゴリズムが速度、精度ともに過去の学習手法よりすぐれていることを示した。この結果は学術誌に投稿済である。以上の解析は糖鎖構造の多様性を明らかにする目的で行っているが、本年度はこれと平行して脂肪酸の多様性を明らかにするための研究も進めてきた。・脂肪酸構造解析脂肪酸はすべての真核生物及びバクテリアに存在し、生体膜の主要な構成成分である。その構造には大きな多様性があり、生物種或いは細胞の種類によって存在する種類や比率が異なる。脂肪酸構造の多様性を生み出す酵素の中で鍵となるのはDesaturaseとElongaseである。本研究は、これらの酵素の組合せから、56種の真核生物が合成できる脂肪酸を明らかにすることを目的とした。まず、PSI-BLASTによる探索及びクラスタリング解析から、275個のDesaturase配列と265個のElongase配列を得た。次に系統解析によってDesaturaseは4つの、Elongaseは2つの、機能の異なるサブファミリーに分類できることを明らかにした。さらに、サブファミリー毎に作成した配列プロファイルを用いて、配列情報から機能分類できることを示した。最後に、56生物種の持つサブファミリーのセットを用いて、主要な6つの不飽和脂肪酸について各生物種の合成能力を予測した。その結果、動物、植物、菌類、原生生物の間で合成できる脂肪酸に違いが見られ、加えて近縁種の間でも違いがあることが示唆された。この結果はJournal of Lipid Research誌に発表した。

この手法の重要な点は、結果として得られる膨大な数の部分構造を、冗長性を省くことで圧縮できるようにしたこと、及び統計的な検定による順位付けを可能にしたことである。この手法をKEGG GLYCANに登録されている実際の糖鎖構造に適用したところ、Lewis Xなどのよく知られた部分構造や、糖タンパク質、糖脂質のコア構造を高速に抽出することができた。・糖転移酵素の網羅的な解析仮に、ある生物種のゲノム中に存在する糖転移酵素とその基質特異性がすべて明らかになれば、その生物種が合成できる糖鎖を予測することができる。このような考え方に基づき、まず36の真核生物のゲノム中に存在する糖転移酵素のセットを配列解析によって決定した。次に、それらの組み合わせから合成されうる糖鎖構造を予測し、生物種間で比較を行った。その結果、例えばN-glycan前駆体については、多くの原生生物に加えて、一部の藻類も通常より小さい前駆体構造を合成することが予測された。また、O-glycanのコア構造に関しては、動物の合成出来る構造の範囲に比べて、植物や菌類、原生生物が合成できる構造の範囲はかなり小さくなることが示唆された。
レーザ誘起衝撃波を用いた航空宇宙材料の衝撃破壊に関する研究

本研究の目的は、先進航空宇宙用材料の超高速破壊のメカニズムを明らかにし、今後の航空宇宙機器用構造材料の開発に対して、耐衝撃性向上のための指針を示すことである。高強度パルスレーザーの照射によりAl飛翔体を69km/sまで加速し、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)に衝突させる試験を行った。その際に起こるCFRPターゲットの変形及び破壊の様子を高速フレーミングカメラにより撮影することに成功した。ターゲットの飛翔体衝突裏面は100700m/sの速度で変形していることが観察された。飛翔体衝突面からは、CFRPが吹出している様子が観察された。試験後、CFRPターゲットの飛翔体衝突裏面及び断面の様子を光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、レーザー顕微鏡を用いて詳細に観察した。その結果、飛翔体衝突部分の裏側では、引張開口型(モードI)破面が観察された。飛翔体衝突部分から外れた部分の裏側では、眉間せん断型(モードII)破面が観察された。また、ターゲット断面の観察では、複数の眉間剥離が発見された。以上のことから、CFRPの超高速衝撃下における破壊は、1.スポール破壊によるモードIき裂発生、2.炭素繊維に沿った方向のせん断によるモードIIき裂進展、3.引張りによる最外層炭素繊維の破断という一連のメカニズムにより生じると推定される。レーザーの照射エネルギーが低い場合は、上述の破壊メカニズムにおいて繊維の破断にまで至らない損傷が生じることも確認された。また、三次元衝撃解析ソフトDyna3Dを用いて、超高速衝撃試験のシミュレーションを行った。試験により得られたフレーミング像、破面・断面観察から想定される破壊メカニズムを考慮した衝撃試験を数値解析モデルで表現し、そのモデルを用いてシミュレーションを行った。その結果、スポール破壊を伴うCFRPの衝撃変形が実験結果と定性的に一致することが確認された。先進航空宇宙用材料の超高速破壊のメカニズムを明らかにし、今後の航空宇宙機器用構造材料の開発に対して、耐衝撃性向上のための指針を示すことが本研究の目的である。そのため、高強度レーザを用いた極超短パルスの衝撃負荷下の材料挙動をフレーミング・カメラを用いて観察し、超高速破壊のモデルを構築して、その力学挙動をシミュレーションする手法の開発を行う。また、レーザの照射により加速した飛翔体をターゲット材料に衝突させ、衝撃波伝播過程の観測から先進材料の状態方程式を測定する。これらの実験結果から、先進航空宇宙材料の高速破壊挙動を予測可能にすることが本研究の目標である。本年度は、イメージコンバータ方式の超高速カメラ用光学装置、および、プロジェクタイル等の設計、製造を行った。また、レーザ照射によるアブレーションで発生する超高圧でプロジェクタイルを加速し、ガラス試料に衝突させる基礎実験を行った。最適なプロジェクタイルの加速を得るため、エンジニアリングワークステーションを用いて、衝撃波伝播解析用流体コードで数値シミュレーションを行い、多層構造飛翔体を設計した。このシミュレーション条件としては、レーザのエネルギーを20(J)、パルス幅を1(ns)、照射スポット径を500(μm)、強度を5.1(TW/cm^2)とした。Al-CH-Taという三層構造をもつ飛翔体を考え、Alを0.2μm、CHを20μm、Taを0.57.5μmの膜厚とした。計算で予測されたTaプロジェクタイルの自由表面速度は、Ta膜厚0.5,1.0μmで明確な加速効果が見られ、2.0μm以上ではスポール破壊が加速の途中で起きた。

基礎実験の結果は、シミュレーションの予測とおり、Ta膜厚0.5で明確な加速効果が見られ、この実験条件で加速できる膜厚の閾値は1.0μmであることがわかった。Taプロジェクタイルは、最高13km/sまで加速でき、ガラス試料には衝突面にクレーター、裏面にスポール破壊が観察された。先進航空宇宙用材料の超高速破壊のメカニズムを明らかにし、今後の航空宇宙機器用構造材料の開発に対して、耐衝撃性向上のための指針を示すことが本研究の目的である。そのため、高強度レーザを用いた極超短パルスの衝撃荷重下の材料挙動をフレーミング・カメラを用いて観察し、超高速破壊のモデルを構築して、その力学挙動をシミュレーションする手法の開発を行う。また、レーザの照射により加速した飛翔体をターゲット材料に衝突させ、衝撃波伝播過程の観測から先進材料の状態方程式を測定する。これらの実験結果から、先進航空宇宙用材料の高速破壊挙動を予測可能にする。本年度は、高強度パルスレーザーの照射によりAI単層飛翔体を69km/sまで加速し、CFRP積層材に衝突させる実験を行った。その際に起こるCFRPターゲットの変形及び破壊の様子を超高速フレーミングカメラにより撮影した。その結果、試験片裏面が300700m/sの速度で変形していることが観察された。また、試験後の衝突面には、飛翔体の直径に相当するクレーターが形成された。超高速カメラのフレーミング像からも、ターゲット表面からCFRPが吹き出している様子が観察された。一方、試験片裏面には繊維方向に沿った剥離を伴う大きな損傷が観察された。次に、三次元衝撃解析ソフトDyna3Dを用いて、今回の超高速衝撃試験のシミュレーションを行った。二次元ミクロモデルによる弾塑性流体解析から、飛翔体の衝突により生じる衝撃波はすぐに減衰することがわかった。そこで、試験片裏面の変形の様子から試験片に加わる圧力を見積もり、三次元異方性弾性解析を行った。その結果、試験片裏面最外層では、繊維が破断してもおかしくないほどの応力が発生していることがわかった。本研究の目的は先進航空宇宙用材料の超高速破壊のメカニズムを明らかにし、今後の航空宇宙機器用構造材料の開発に対して、耐衝撃性向上のための指針を示すことである。昨年度は、レーザー加速飛翔体による超高速破壊試験を行い、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の変形過程をフレーミングカメラにより撮影することに成功した。本年度は、試験後のCFRPターゲットの飛翔体衝突裏面および断面を光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、レーザー顕微鏡を用いて詳細に観察した。その結果、飛翔体衝突部分の真裏では、引張開口型(モードI)破面が観察された。飛翔体衝突部分から外れた部分の裏側では、層間せん断型(モードII)破面が観察された。また、ターゲット断面の観察では、複数の層間がはく離しているのが見られた。以上のことから、CFRPの超高速衝撃下における破壊は、1.スポール破壊によるモードIき裂発生、2.炭素繊維に沿った方向のせん断によるモードIIき裂進展、3,引張りによる最外層炭素繊維の破断という一連のメカニズムにより生じると推定される。
生体高分子系複合素材による環境ホルモン類の選択的除去

ダイオキシン類等の内分泌撹乱物質(環境ホルモン)の深刻な影響に対して、今現在行わなければいけない急務の一つは、これらの物質が人類の体にできるだけ入らないようにすることである。我々はDNAやシクロデキストリンを含む複合素材と多くの環境ホルモン類の相互作用を調べた。その結果、DNA系素材はダイオキシン類、PCB類、ベンツピレンなどを、またシクロデキストリン系素材ではビスフェノールA、ノニルフェノール等を選択的に取り込むことが明らかになった。(平成1114年度、基盤研究B2(一般))これらの知見を背景に、本研究では主としてDNAを含有する生体高分子系複合素材を利用した各種環境ホルモン類の選択的濃縮・分離・除去システムの構築を目指している。DNAとダイオキシン等の環境ホルモンの相互作用は、DNAの塩基対間に平面構造をもつ芳香族系の環境ホルモンが入り込む(インターカレーション)現象に基づいている。一方、DNAはそのままでは水溶性で、生分解性も高く素材としての利用が難しい。そこで、次の種々の方法で、この弱点を克服し、環境ホルモン除去素材としての利用を計った。すなわち、1)紫外線照射法による2重らせんDNAの効率的固定法、2)DNA透析法、3)DNA-合成高分子複合体ゲル、4)ゾル-ゲル法によるDNA-シリカコンポジット等による環境ホルモン類選択的除去法、を開発した。また、現在までの研究を応用してDNA含有タバコフィルターや空気清浄機の開発を推進した。内分泌撹乱物質、すなわち環境ホルモンについては、近年、世代を越えだ深刻な影響が指摘され、早急な対応が求められている。このような状況下、今現在行わなければいけない急務の一つは、これらの物質が人類の体にできるだけ入らないようにすることである。その結果、DNA系素材はダイオキシン類PCB類、ベンツピレンなどを、またシクロデキストリン系素材ではビスフェノールA、ノニルフェノール等を選択的に取り込むことが明らかになった。(平成1114年度、基盤研究B2(一般))これらの知見を背景に、本研究ではDNA、環状オリゴ糖、疎水的環状ペプチドなどからなる生体高分子系複合素材を利用した各種環境ホルモン類の選択的濃縮・分離・除去システムを構築することを目的として、本年度は以下の研究を行った。1.DNA含有複合素材による環境ホルモン選択的除去素材の調整紫外線照射法により2重らせんDNAを各種担体に効率的に固定する方法を開発した。担体としては、多孔質ガラスビーズ、不織布に加えて合成高分子系樹脂、HPLC用の樹脂などを用いる。2.DNA含有複合素材による母乳中のダイオキシン選択的除去法の開発DNA素材の環境ホルモン除去作用の高い選択性を利用して、母乳中に許容量の20倍も含まれているとされるダイオキシンを他の栄養分に影響を与えずに除去する素材、方法につき検討した。3.シクロデキストリン-キトサン系複合素材による環境ホルモン選択的除去素材の調整シクロデキストリン系素材を、DNA素材同様、各種担体に効率的に固定する方法を見出し、高い環境ホルモン除去効果を持つ素材を調整する方法を検討した。近年、ダイオキシン類をはじめとする内分泌撹乱物質(環境ホルモン)の深刻な影響について、早急な対応が求められている。このような状況下、今現在行わなければいけない急務の一つは、これらの物質が人類の体にできるたけ入らないようにすることである。昨年度までは、紫外線照射法により2重らせんDNAを各種担体に効率的に固定する方法を開発した。

この際担体としては、多孔質ガラスビーズ、不織布に加えて合成高分子系樹脂、HPLC用の樹脂などを用いた。今年度は、この紫外線照射法に加え、1)DNA透析法によるダイオキシン類の濃縮・分離・除去法の開発2)DNA-合成高分子複合体ゲルによるダイオキシン類除去システムの開発を推進した。ダイオキシン類等の内分泌撹乱物質(環境ホルモン)の深刻な影響に対して、今現在行わなければいけない急務の一つは、これらの物質が人類の体にできるだけ入らないようにすることである。我々はDNAやシクロデキストリンを含む複合素材と多くの環境ホルモン類の相互作用を調べた。その結果、DNA系素材はダイオキシン類、PCB類、ベンツピレンなどを、またシクロデキストリン系素材ではビスフェノールA、ノニルフェノール等を選択的に取り込むことが明らかになった。(平成1114年度、基盤研究B2(一般))これらの知見を背景に、本研究では主としてDNAを含有する生体高分子系複合素材を利用した各種環境ホルモン類の選択的濃縮・分離・除去システムの構築を目指している。昨年度までは、1)紫外線照射法による2重らせんDNAの効率的固定法、2)DNA透析法、3)DNA-合成高分子複合体ゲル等によるダイオキシン類除去システムの開発を推進した。今年度はこれらに加えゾル-ゲル法によるDNA-シリカコンポジット等による環境ホルモン類選択的除去法の開発や、現在までの研究を応用してDNA含有タバコフィルターや空気清浄機の開発を推進した。
分子間エネルギー移動の効率支配機構の解明に基づく高効率光アップコンバーターの創出

太陽光のエネルギーを用いて発電を行う太陽電池や,光合成等の物質変換を行う光触媒等では,各材料に固有な「しきい値波長」より長波長側の部分は未利用であり,エネルギーの損失となっている.これは,材料のバンドギャップエネルギーより低エネルギーの光子群が材料に吸収されないためである.もしこのような未利用な光子群を,変換に利用可能なより高いエネルギーをもつ光子群に変換できれば,この問題を回避できる.このような光子のエネルギーの上方変換を光アップコンバージョン(UC)という.本研究は,UC技術に関し,その効率支配メカニズムの理解を追究し,かつ新規でより高いUC効率を示す材料の探索と開発を行ったものである.本研究は,太陽電池や光触媒等の光エネルギー変換系において,現在未利用な「閾値波長より長波長側の光」を利用可能なより短波長な光に変換する「光アップコンバージョン(UC)」に関する.太陽光のような低強度なランダム偏光光に対して適用可能なUC法として,有機分子の「三重項-三重項消滅(TTA)」という分子間エネルギー過程を利用する方式が注目を集めている.この方式は従来主に有機溶媒を用いて行われてきたが,その可燃性と揮発性が応用上の問題があったのに対し,不揮発・不燃なイオン液体を用いたUC試料を独自に発明している.続く研究から,UC効率のイオン液体種類への依存性がTTA過程に起因していることを突き止め,それに対して仮説を提案している.この点の研究・検証が,UC効率の向上指針を健全な裏づけとともに確立するために重要である.本年度は,本課題の実験に必要な「分子回転ダイナミクス計測システム」の構築に着手,実施した.具体的には,まず,新たに入手した実験室の整備,大型光学台(中古品・無料譲渡)の移転・設置作業を行い,配電系統などのインフラ整備を行った.また,システムの光学系・光検出系・温度制御系に関する物品選定と導入を行った.なお,本システムは独自設計の機械部品群(部品数約40点)からなる大掛かりな機械システムであり,年度初めより3次元CADを駆使して精力的に設計・検討に取り組み,全部品の設計および図面作成が完了したのが12月,外部に製作を委託し,納品されたのが3月であった.その後システムの組み立てを行い,運用開始直前の状態に漕ぎ着けている.これに並行し,新規なタイプの独自UC試料の創製とそのキャラクタリゼーションに取り組んだ(一部特許未出願).例として,イオン液体ゲルを媒体とした光アップコンバーターを創製,その発光の時間分解計測とその結果の解析を通じ,ゲル試料内部における特異な分子輸送特性を明らかにした.本研究は,太陽電池や光触媒等の光エネルギー変換で現在未利用な「閾値波長より長波長側の光」を利用可能な波長の光へ変換する「光アップコンバージョン(UC)」に関する.研究代表者はイオン液体を用いたUC試料を開発し,従来研究での試料における可燃性や揮発性等の問題を解決している.さらに続く研究から,UC効率のイオン液体依存性が生じている過程を発見し,これに対し仮説提案を行っている.本研究は,この点の検証を通じ効率支配メカニズムに関する基礎理解の獲得を行い,高効率で応用に適する形態の光アップコンバーターの創出を行うことを目的としている.本年度はまず,初年度に設計開発を行った「溶質分子回転計測の実験システム」を完成させ,無事,運用開始を実現した.続いて,上記仮説を提案した研究代表者らの論文で用いられた全ての試料について,発光分子の回転ダイナミクスのイオン液体種類および温度への依存性を計測し,解明した.具体的に,UC量子効率と発光分子の回転ダイナミクスとの間に明確な正の相関を発見した.これは提案したメカニズムを支持する結果であり,試料の設計指針について基礎的な理解をもたらす発見といえる.また,交付申請書に記載の通り,本年度は新規試料の探索と創出にも取り組んだ.最も顕著な成果として,応用に不利となる試料の流動性の抑止を達成しながら,試料の光学透明性と不燃性を全く損なわない,かつ,試料内部の溶質分子拡散性を全く犠牲にしない,ゲル形態のUC試料を開発した.本成果は,本年初頭に出版された学術論文(Journal of Physical Chemistry B, vol. 120, pp. 748, 2016)の掲載号の表紙を飾る成果となり,また新聞を含む様々なメディアに取材・公表され,注目を集めるものとなった.以上のように,本年度は本課題の目的と狙いに関して幾つか重要な達成をなすことができた.上の「研究実績の概要」に記載したように,本年度は,本課題の目的と狙いに関する重要な進展が得られた.これにより,課題初年度(H26年度)における当初計画の遅れを十分に取り戻すことができた.すなわち,現在までの進捗状況としては,申請時点からの多少のスケジュール等の修正や変更はあったものの,ほぼ計画通りに進捗している状況と言える.また,新規試料の探索・創出の取り組みについては,本年度(H27年度)から本格化させることができており,下記の「今後の研究の推進方策」に記載した最終年度(H28年度)の実施方針へ繋がってゆける進展状況となっている.

交付申請書に記載した本年度の目標について研究を実施し,以下の実績(1)(2)を得た.(1):本研究で既にイオン液体について見出された法則性とUC効率の向上指針が,イオン液体以外の液体でも成立するかどうかの点の解明を,新規試料の探索と創出とともに研究した.具体的に,実用には十分な熱安定性と難揮発性を有する一部がイオンである液体を用い,系統的な研究を行った.探索は,UCに用いる有機色素分子を必要な高濃度溶解可能なものを見出すことから着手し,その結果,最近報告されたあるカテゴリの液体が条件を満たすことを見出した.その液体をUCの媒体に用いて,世界に先駆けてUC試料の製作に成功し,かつ,従来のイオン液体で作製したUC試料から観測されたUC効率の最大値を上回る高いUC効率を達成した.興味深いことに,UC過程を支配する様々なキネティクスに関し,イオン液体試料のものと反対の傾向を示すものと,同じ傾向を示すものとに分かれることが発見された.具体的に,前者は「三重項-三重項消滅における一重項状態への分岐比」で,後者は「発光分子の三重項寿命」であった.さらに,昨年度から引き続き,時間分解蛍光偏光解消法による発光分子の回転運動特性の解明計測も系統的に実施した.これらの実験結果から有用な知見が得られたとともに,その解釈はUCのメカニズムにより深い理解を与えるもので,学術的に意義深いことに加え,UC試料の設計指針にも寄与するものである.これらの成果と知見は現在論文執筆中で,近日投稿を行う.(2):加えて,新規な発光分子の探索と入手を行った.その一部では,共同研究企業と議論を行い,新規な候補分子を入手,UC試料の作製を行い,基礎的な特性を測定した.論文としてまとめるには一段の慎重かつ系統的なデータの積み上げが必要であるが,このような成果と知見は,材料開発面からUC技術の新規展開に資するものである.太陽光のエネルギーを用いて発電を行う太陽電池や,光合成等の物質変換を行う光触媒等では,各材料に固有な「しきい値波長」より長波長側の部分は未利用であり,エネルギーの損失となっている.これは,材料のバンドギャップエネルギーより低エネルギーの光子群が材料に吸収されないためである.もしこのような未利用な光子群を,変換に利用可能なより高いエネルギーをもつ光子群に変換できれば,この問題を回避できる.このような光子のエネルギーの上方変換を光アップコンバージョン(UC)という.本研究は,UC技術に関し,その効率支配メカニズムの理解を追究し,かつ新規でより高いUC効率を示す材料の探索と開発を行ったものである.交付申請書に記載したH26年度の計画では,年度内に「分子回転ダイナミクス計測システム」の構築を終えた上,実験にも着手する計画であったが,上記「研究実績の概要」中に述べたように,スピード感を持って精力的に取り組んだものの,3次元CADを使用した設計検討の初期段階において,本システムが,当初予想を超える約40点の機械部品群を要する大掛かりなものとなることが判明した事,また,このメカニカルな部品群に対して,光学系(レーザー・レンズ・偏光子・分光器など),光検出系(光電子増倍管)・温度制御系(ペルチェユニットモジュールと温度センサー群),回路保護系(分光器前に設置する,光電子増倍管を過電流損傷から保護するためのから自動動作安全シャッター)を機能的に統合した“システム"としての設計最適化に,交付申請書作成時点で想定したより多くの時間を必要とした事が原因である.また,機械部品群の製作を外部業者に委託したが,その納期に約2ヶ月の時間を要したことも原因である.なお,このことを裏返せば,本課題の目的達成に向けて,望ましい性能を有する実験計測システムが構築できたということである.すなわち,急いで簡単だが不備の多い実験システムを作り,後になってから(精度や制御の面で)
糖脂質の細胞内輸送

平成7年度は神経細胞の分化に伴う細胞表面ガングリオシドの発現の変化について研究を行なった。ガングリオシドに対する抗体は東京都臨床医学総合研究所、田井直先生よりご供与頂いた。初代培養したラット胎仔海馬ニュートンで種々のガングリオシドの細胞表面での発現を間接蛍光抗体法で調べたところ、GD3の強い発現が認められた。GD3は軸索に特異的に認められた。樹状突起に局在するMAP-2との二重標識を行なったところ、GD3とMAP-2とは局在がはっきりと異なっており、GD3が軸索に局在することが確認された。次に神経細胞の分化に伴うGD3の発現の変化について検討を行なうため、培養時間の異なるニューロンについてGD3の細胞表面の分布を測定した。軸索が決定していない培養の初期の段階ではGD3は細胞体に局在する。次いで成長円錐が形成されるとGD3は成長円錐に局在した。さらに軸索の成長に伴い、GD3は軸索全体に分布した。さらに培養を続けるとGD3は細胞から消失した。これらの結果は神経細胞における軸索の形成に、GD3が何らかの役割を果たしていることを示唆するものである。
業務ビルの設備機器類を含む待機電力量調査および電力量ラベリング手法に関する研究

建築物で電力を消費する状態は、通常の「利用」以外に「起動」「待機」に大別される。待機電力の低減は執務環境・利便性の質を下げずに節電出来る。本研究では、業務ビルの実態調査等を行い待機電力の体系的把握を目的としている。モデルオフィスビルにおいて待機電力量抽出プログラムの開発および精度確認を行った。目視との比較により量判定で99%、正誤判定率95%と高い精度であった。また、待機電力量の割合は13%であった。他のオフィスビルでも18 %が待機電力量であった。照明の個別制御が導入されたオフィスビルの待機電力量を示した。また、待機電力量を把握することで電気量データから居住者のライフログ推定に活用出来た。「待機」時の消費電力は、住宅分野で全体の6%と報告があり、業務ビルでも10%前後と予想する。この待機電力の低減は、執務環境・利便性の質を下げずに節電出来る。本研究では、業務ビルの実態調査やメーカーへのアンケート調査等を行い、待機電力の体系的把握を目的としている。照明設備の個別制御システムが導入されたオフィスにて、電力量の調査を行った。待機電力となるシステムのベース電力として230W消費され、これは照明8灯分であった。実証エリア全体で190灯あり、個別制御により44%節電されたため、個別制御導入による待機等の電力量が増加したが、それ以上の節電が図れたため、個別制御システムの有意性を示した。モデルオフィスビル(延床面積2,732m2)として、電力見える化システム(39系統計測)が導入されているビルを選定した。待機電力量抽出プログラムの開発および精度確認を行った。アルゴリズムは、一日の電力量経時変化から、最低値を含みかつ継続的に推移している時間帯を非使用時の待機電力と判断し抽出している。目視との比較検証により量判定で99.4%、正誤判定率95%と高い精度が確認された。また、待機電力量の割合は12.6%で電力量削減余地と考えられた。設備機器メーカーへのアンケート調査を行い待機電力の削減方針等について把握、およびラベル作成を行った。本プログラムを他のオフィスビルデータ(延床面積59,448m2)において実行し、汎用性の検証を行った。その結果、基準階(1026F)の年間データより18 %が待機電力量であると分析出来た。電力量データから待機電力量を除外することにより単身世帯のライフログ推定(在・不在判定)に活用できる事例を提示した。その結果、電気情報により在室起床時間の正解率は63%と示すことが出来た。異常シグナルの検知も有効な手法であると確認出来た。2010年施行の東京都環境確保条例では5年で8%の省エネが義務化された。建築物で電力を消費する設備機器やOA機器類の状態は、通常の「利用」以外に「起動」「待機」に大別される。この待機電力の低減は、執務環境・利便性の質を下げずに節電出来、都条例の対策項目ともなりうる。しかし、ビル用エアコン等の設備機器の待機電力は機器仕様書にも未だ明記はなく、早急に業務ビル用の調査データを整備する必要がある。本研究では、業務ビルの実態調査やメーカーへのアンケート調査を行い、待機電力の体系的把握、及びその電力量ラベリングを目的としている。平成24年度は、照明設備の個別制御システムが導入されたオフィスにて、システムの定格消費電力量の把握、および個別制御による全体の消費電力量の調査を行った。「待機」電力となるシステムのベース電力として230W消費され、これは照明8灯分であった。実証エリア全体で190灯あり、個別制御により44%節電されたため、個別制御導入による「待機」等の電力量が増加したが、それ以上の節電が図れたため、個別制御システムの有意性を示した。次に、モデルオフィスビルの"見える化システム"のデータより消費電力量把握、また各コンセント接続機器の型番・個数の目視調査を行った。具体的な待機電力量の割合などの把握については、現在分析中である。また、同ビルに対しての、設備機器メーカーへのアンケート調査案の作成および電力量ラベリング手法のベースを固めた。平成24年度は、設備機器の中でも消費電力量の割合が高い照明システムの待機電力量の把握が行えた。近年、照明の個別制御システム導入が増加しつつある。

その際に、サーバー等のシステム機器において待機電力が生じることとなり、その評価が精緻に行えた。研究対象とするモデルオフィスビルとしては、「中小規模」かつ「見える化システムの導入」が済んでいる点が必要である。本条件に合致するオフィスビルの選定および先方への主旨説明などを行い、協力体制の構築が行えた。見える化データを受領し、また調査としては、各コンセント接続機器の型番・個数の目視調査を行えた。具体的な待機電力量の割合などの把握については、現在分析中となった。平成25年度の実施に向けて、設備機器メーカーへのアンケートと待機電力量ラベリングの準備は完了出来た。以上より、「おおむね順調に進展している」と考える。平成25年度の研究計画を以下に示す。当該年度は、最終年度であるので、全体計画を完遂する。1ー(1)電気消費量の追加計測として、待機電力量の把握の上で変動が推定できていないスイッチ等の通信設備機器把握を行う。1ー(2)また、追加計測および見える化システムのデータ1年分となる膨大な消費電力量データから待機電力量を抽出するプログラム開発としてソフトウェア構築を行う。以上より、モデルオフィスビルにおける待機電力量の把握を行う。2)大規模な設備機器メーカーへのアンケート調査およびデータベース化を行う。現行機器のデータのみならず、今後の設備機器についての取り組み状況についても確認する。3)待機電力量のラベリング手法の提示を行う。また、実際にモデルオフィスビルへ電力量ラベリングを行い、執務者や管理者へその効果についてヒアリングや簡易アンケートを行う介入調査を行う。1)3)により、業務ビルの実態調査やメーカーへのアンケート調査を行うことで、待機電力の体系的把握、及びその電力量ラベリングを行う。平成24年度は、計測機器の購入を予定していたが、研究の進度に合わせ、来年度行うことになった。平成25年度は、業務ビルの実態調査やメーカーへのアンケート調査を行う上で、以下の研究費使用を計画している。1ー(1)電気消費量の追加計測として、待機電力量の把握の上で変動が推定できていないスイッチ等の通信設備機器の計測センサー設置工事費を見込む。1ー(2)また、追加計測および見える化システムのデータ1年分となる膨大な消費電力量データから待機電力量を抽出するプログラム開発としてソフトウェア構築費を見込む。1ー(3)その分析用パソコンの購入費を見込む。2)大規模な設備機器メーカーへのアンケート調査およびデータベース化を行うための費用を見込む。3)待機電力量のラベリング手法の提示及びモデルオフィスビルへの介入調査費用を見込む。
知識発見・抽出のための動的知識モデルを用いた画像認識法の開発

大規模実世界のデータから事前情報を必要としない動的な知識の発見・抽出のための動的知識モデルを提案した.発見・抽出後であっても,外部からのデータが無くなっても自律的にその確度を高めるように知識構造が変化する動的知識モデルを用いて,事前知識を必要としない画像認識法を開発した.知識発見の過程はゲーム木探索を拡張して実装した.評価実験のため,二つの動画像からの同一標的検出システムの開発した.本研究では,実世界の大規模・多様なデータから知識や法則を自動的に発見・抽出するためには,知識を静的なものとすることは決して有効・効率的なアプローチではない.我々は,大規模実世界のデータから事前情報を必要としない動的な知識の発見・抽出のための動的知識モデルを提案している.動的知識モデルとは,発見・抽出後であっても,外部からのデータが無くなっても自律的にその確度を高めるように知識構造が変化する知識モデルである.本研究では,提案する動的知識モデルの有効性を示すため,このモデルを用いた事前知識を必要としない画像認識法を開発した.最終年度では,昨年度までに開発した動的知識モデルのための一般的な評価関数の設計法を用いて,ストリームデータを入力とし,さらに画像固有な評価とストリームカーネルによる時間相関構造の評価を考慮した,事前知識を必要としない画像認識法のための評価関数を実装した.一方,知識発見の過程は,静止画向けに開発した知識構造の動的更新のためのゲーム木を拡張して,ノードが頻繁に生成・消滅する木構造を持つオーバレイネットワーク上でのリアルタイムストリーミング処理として実装した.ただし,この木構造を持つオーバレイネットワーク自体が一種の自律的にその確度を高めるように知識構造であるため,各ノードが実行する部分シナリオの実行結果により,ノードの生成・消滅は非同期的で,かつ予測困難に起こる.最終年度では,集中的にこの部分への対応を行い,評価実験を可能とする二つの動画像からの同一標的検出システムの開発を行った.さらに,このシステムを用いて実験を行い,提案手法が有効であることを示した.また,標的検出のための各ノードが行うリアルタイムストリーミング処理を実現するために,従来の自由視点映像処理を拡張して,非固定カメラ映像内の多数の静止体の被写体の位置推定方法を,本研究では提案した.大規模実世界のデータから事前情報を必要としない動的な知識の発見・抽出のための動的知識モデルを提案した.発見・抽出後であっても,外部からのデータが無くなっても自律的にその確度を高めるように知識構造が変化する動的知識モデルを用いて,事前知識を必要としない画像認識法を開発した.知識発見の過程はゲーム木探索を拡張して実装した.評価実験のため,二つの動画像からの同一標的検出システムの開発した.本研究では,実世界の大規模・多様なデータから知識や法則を自動的に発見・抽出するためには,知識を静的なものとすることは決して有効・効率的なアプローチではない.我々は,大規模実世界のデータから事前情報を必要としない動的な知識の発見・抽出のための動的知識モデルを提案している.動的知識モデルとは,発見・抽出後であっても,外部からのデータが無くなっても自律的にその確度を高めるように知識構造が変化する知識モデルである.本研究では,提案する動的知識モデルの有効性を示すため,このモデルを用いた事前知識を必要としない画像認識法を開発する.ゲーム探索木の探索の概念を知識構造の動的更新に適用するために,局面を評価する評価関数の設計法が重要である.本年度は,取り組む画像処理固有な知識を用いた評価関数の設計法を明らかにするのではなく,動的知識モデルに基づく一般的な評価関数の設計方法を示した.具体的には,下記の(A)と(B)の要求仕様を満たす設計法を提案し,評価した.(A)評価関数の入力は,スカラー値ではなく,高い汎用性を持つグラフを構造を持ったものとした.特に,実時間での評価を前提しているため,画像としては時間構造を持つデータであるストリームデータを仮定し,データを高次元の特徴空間上へ写像するときに時間相関構造も取り入れた.(B)ノードでの部分シナリオの実行は,データに対する処理となるため,(A)のグラフ構造は,この処理の実行順序に大きく左右される.そのため,特徴空間における内積をデータから直接計算する手段を与えるカーネル法を拡張し,時間構造に関しても内積として評価するために拡張カーネル関数としてストリームカーネルでの評価を提案した.(A)と(B)を評価するために,オーバレイネットワーク上でのリアルタイムストリーミング配信サービスを用いた実験を行い,提案手法が有効であることを示した.本年度の取り組む画像処理固有な知識を用いた評価関数の設計法を明らかにするのではなく,動的知識モデルに基づく一般的な評価関数の設計方法を示したことに関しては,おおむね順調に進展している.一方,事前知識を必要としない画像認識法を開発のためには,実証実験をする必要がある.しかし,この実証実験では動画像処理が必須であるため,膨大な画像データに対する画像処理,統計処理を並列して処理する能力に優れ,かつ長時間安定に動作する計算機環境が必須である.具体的には,シナリオ木の各ノードで,並列的かつ逐次的に動的知識を表現する部分木に対して,画像処理や統計的な情報処理を行う並列処理に優れたプラットホームとしてをGPGPUクラスタを新規に準備する予定であった.

実際,本年度の既存GPGPU機で行った予備的な動作実験の結果を踏まえて,本研究専用のプラットホームとしてはGPGPUクラスタを購入することを当初計画していたが,GPGPUクラスタでのソフトウェア開発環境整備のための既存GPGPU機での動作検証に時間を要したため,本研究専用のGPGPUクラスタの要求仕様が確定せず,購入が遅れている.その影響で,本研究専用のGPGPUクラスタでの予備的な実験が行えなかったため,当初研究計画より,現在までの達成度はやや遅れている.現在,遅れていたGPGPUクラスタの要求仕様が確定したため,次年度にGPGPUクラスタの購入する.GPGPUクラスタ購入後は,当初の研究計画通りにシステムの構築と評価実験を行う予定である.具体的には,前年度に有効性を示した動的知識モデルとシナリオ木,さらにシナリオ木の構成・探索法を用いて,複数のモノクロカメラから同一標的検出システムをGPGPUクラスタ上に構築し,提案する動的知識モデルとそれを応用したアプローチの有効性を示す.次年度の主な研究費の使用計画としては,GPGPUクラスタの購入ならびに,ソフトウェア年間保守料,研究成果発表のための旅費,実験補助のための謝金を予定している.ただし,GPGPUクラスタの購入時期が1年遅れた以外は,当初の研究計画並びに研究費の使用計画からの大きな変更はない.
慢性痛モデルにおける温熱、寒冷療法の血流動態に対する効果

慢性痛モデルの一つであるアジュバント炎症(AI)ラットを用いて、交感神経興奮(SS)による異常な皮膚血流増加反応にどのような作動物質が関与しているかを数種のアンタゴニストを使って解明した。当初、この反応は、α_1受容体とα_2受容体の共同作用が示唆された。しかし、SS時に主に放出されるノルアドレナリン(NE)動注に対するアンタゴニストの効果は、α_1受容体やα_2受容体の単独ブロックで効果があり、SS時の血流増加反応とNE動注に対する血流増加反応のメカニズムに違いがあることが示唆された。そこで、求心神経からの伝達物質であるサブスタンスP(SP)の関与について検討したところ、アンタゴニスト投与により血流増加反応は減少した。以上のことから、SSによる血流増加反応は、NEを介した受動的な反応とSPを介した自動的な反応の混在が示唆された。交感神経節細胞(SG)ではSPを含有する細胞は報告されておらず、SPが病態時に新たに発現したかどうか、現在SG細胞を免疫組織染色中である。また、これと並行して最終目的である慢性痛モデルに温熱療法や寒冷療法を施行し、血流動態、足部の腫脹、疼痛刺激に対する行動に与える影響を探った。その結果、今回われわれが行った温熱刺激は、刺激終了24時間後における足部の浮腫や疼痛行動に影響を与えなかった。寒冷刺激は疼痛行動や浮腫を悪化させる結果となった。また、温熱刺激に対してアジュバント投与側の皮膚血流は、非投与側ほど血流増加が起こらなかった。例数が少なく、今後更なる検討が必要ではあるが、病態時の血管系は、温熱刺激に対し期待する効果を発揮しにくい可能性が示された。今年度は、慢性痛モデルの一つであるアジュバント炎症ラットを用いて、交感神経興奮による異常な血流増加反応にどのような作動物質が関与しているかを数種のアンタゴニストを使って解明した。交感神経興奮時に主に放出されるノルアドレナリン(NE)は、30100ng/kgの濃度を動脈内投与すると、交感神経興奮時と同じような血流増加反応が観察された。このことからカテコールアミンが関与している可能性が示唆された。カテコールアミンα_1受容体は血管収縮に関与しているとされているので、この受容体をブロックした上でα_2受容体の関与を調べた。その結果、α_1受容体をブロックしても血流増加反応は増大しなかったが、重ねてα_2受容体をブロックすると、血流増加反応は小さくなった。一方、α_2受容体のみをブロックしても血流増加反応は残存し、α_1受容体とα_2受容体の共同作用が示唆された。また、求心神経からの伝達物質であるサブスタンスP(SP)の関与についても検討したところ、アンタゴニスト投与により血流増加反応は減少した。交感神経節細胞ではSPを含有する細胞は報告されておらず、交感神経興奮において末端からSPが放出されているとすると、病態時に新たに発現したと考えられる。もしくは交感神経末端から放出されたNEが求心神経系に作用して、求心神経末端からSPを放出させ、血流を増加させた可能性が考えられる。いずれが関与しているかを調べるために、交感神経節細胞でSP含有細胞を免疫組織染色している段階であるが、まだ確定的ではなく、継続していきたい。また、最終目的である慢性痛モデルに温熱療法や寒冷療法を施行し、血流動態、足部の腫脹、疼痛刺激に対する行動に与える影響を探る実験につなげていきたい。昨年度までの研究で、慢性痛モデルであるアジュバント炎症(AI)

ラットにおける交感神経興奮による異常な血流増加反応に、カテコールアミンとサブスタンスP(SP)が関与している可能性が示唆された。しかし、現在までSPは交感神経節細胞(SG)に含有されているという報告はない。今年度は、病態時に交感神経節細胞にSPが新たに発現しているかどうかを、免疫組織染色で確かめた。その結果、後根神経節細胞には当然のことながらSP含有細胞が確認された。SG細胞では、コルヒチン前処置により、SP含有細胞が確認されたが、コントロールラットでも同様に確認され、染色された細胞の数を現在計測している段階である。一方、最終目的である慢性痛モデルに温熱療法や寒冷療法を施行し、血流動態、足部の腫脹、疼痛刺激に対する行動に与える影響を探る実験も並行して行った。AIラットは、起炎剤投与約2週間後に炎症が発現するので、炎症発現が確認されたところで、温熱もしくは寒冷刺激を開始し、刺激終了24時間後に、疼痛刺激に対する行動と足部容積を評価した。温熱刺激は40°Cの湯に足部から遠位を20分浸すこととし、2週間、毎日行った。寒冷刺激は5°Cの庫内に30分入れる方法で、3週間、毎日行った。温熱刺激終了24時間後では足部容積や疼痛閾値は影響を受けなかったが、刺激終了直後の影響については今後調べる必要がある。寒冷刺激開始約2週間後から、疼痛閾値は低下し、足部容積は増加した。このことは、今回与えた寒冷刺激は、疼痛や浮腫に悪影響を及ぼすものであった。これらの実験終了後のAIラット4匹を用いて、温熱および寒冷刺激による血流変化を観察したところ、起炎剤投与側の足底皮膚血流は、温熱刺激に対する反応性が悪い傾向にあった。