hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
薬物による血糖値異常の速度論モデルの構築と評価

薬物により引き起こされる高血糖や低血糖は重大な副作用である。本研究では、各種薬物による血糖値異常のメカニズムを検討するとともに、血清薬物濃度と血糖値変化の関係をラットを用いて検討した。ラットにペンタミジンを静注すると、用量依存的な血糖値上昇を示し、血清ペンタミジン濃度と血糖値変化に相関を認めた。モキシフロキサシンによる高血糖はヒスタミン遊離作用によるエピネフリン濃度の上昇に基づくことを示した。オランザピンの単回静脈内投与は、投与量依存的に血糖値を上昇させ、その過程にエピネフリンの関与が示唆された。薬物による血糖値異常のメカニズムを解明し、安全な薬物投与設計法の確立を目指すために、以下の検討を行った。ニューキノロン系抗菌薬のモキシフロキサシンをラットに単回静脈内投与すると、75mg/kgの投与量では血糖値の変化を認めないが、100mg/kgでは投与後5分から30分で血糖値の有意な上昇が認められ、投与後15分で140mg/dLの最大値を示した。モキシフロキサシン100mg/kgの投与により、血清中のヒスタミン濃度とエピネフリン濃度も上昇し、ヒスタミンは5分、エピネフリンは15分で最大値を示した。一方、モキシフロキサシン75mg/kgの投与では血清ヒスタミン濃度とエピネフリン濃度に有意な変化は認められなかった。これらの結果から、モキシフロキサシンはすでに検討したガチフロキサシンやレボフロキサシンと同様に、静脈内投与後にヒスタミンの遊離を引き起こし、ヒスタミンによるエピネフリン分泌が血糖値上昇の原因と推察された。また、ヒスタミン遊離作用の強さはヒスタミン遊離を引き起こす薬物血中濃度から判断すると、ガチフロキサシン>モキシフロキサシン>レボフロキサシンの順であった。他の2種のニューキノロン系抗菌薬とは異なり、モキシフロキサシンは今回検討した用量範囲においてインスリン濃度の上昇を示さなかった。さらに、非定型抗精神病薬のオランザピンをラットに静脈内投与すると、5mg/kgの用量において血糖値の有意な上昇を認めたことから、今後その血糖値上昇のメカニズムについて検討する予定である。カリニ肺炎治療等に用いられるペンタミジンによる血糖値異常について、ラットを用いて検討した。無麻酔下でラットにペンタミジン7.5もしくは15mg/kgを20分かけて静脈内投与すると、7.5mg/kgでは血糖値に変化を認めないのに対し、15mg/kgでは投与終了時から30分間血糖値が有意に上昇した。この時、血清中ヒスタミン濃度の上昇は認められず、キノロン系抗菌薬による血糖値上昇とは異なる機構と推察された。ペンタミジンは腎臓から有機カチオン輸送体を介して排泄されることから、OCTsやMATEsの阻害剤であるシメチジンの併用効果を検討した。ペンタミジン投与開始5分前にシメチジン50mg/kgを静脈内投与すると、ペンタミジン7.5もしくは15mg/kg単独投与に比し有意な血糖値の上昇が認められた。シメチジンの併用により、ペンタミジンのクリアランスは低下し、ペンタミジンの血清中濃度や肝臓中濃度の上昇が観察された。ペンタミジン投与開始30分後の薬物血清中濃度と血糖値増加には有意な相関が認められ、ペンタミジンによる血糖値上昇が薬物濃度に依存し、シメチジンの併用により血糖値上昇が促進されることが明らかとなった。これらの結果は、ペンタミジンの投与に際してシメチジンのように腎排泄を阻害する可能性の薬剤の併用には注意が必要であることを示唆している。また、ニューキノロン系抗菌薬であるモキシフロキサシンをラットに静脈内投与すると、100mg/kgの投与量で血糖値の上昇を認めるのに対し、インスリン濃度には系統的な変化を認めなかった。薬物による血糖値異常のメカニズムを解明し、安全な薬物投与設計法の確立を目指すために、ニューキノロン系抗菌薬、カリニ肺炎等の治療に用いるペンタミジン、非定型抗精神病薬オランザピン(OLZ)投与による血糖値変化をラットを用いて検討した。研究計画最終年度は特にOLZによる血糖値上昇について検討した。Wistar系雄性ラット(8週齢)を一晩絶食し、ペントバルビタール麻酔下で頸動脈および頸静脈にカニュレーションを施した。覚醒後、ラットの頚静脈よりOLZを2.5、5または10 mg/kg投与し、経時的に採血した。対照群には生理食塩水のみを投与した。また、β遮断薬であるプロプラノロールをOLZ投与30分前に投与し、OLZ単独投与群と比較検討した。OLZ、エピネフリン、コルチコステロンおよびヒスタミンの血清中濃度はHPLC法、グルカゴンおよびインスリンの血清中濃度はELISA法、血糖値はムタロターゼ・GOD法によって測定した。

その結果、ラットにOLZを単回静脈内投与することにより、投与量依存的に血糖値およびインスリンが上昇した。また、エピネフリンは、OLZ投与により投与量依存的な上昇傾向が認められた。さらに、プロプラノロールを前投与することで、OLZ投与による血糖値の上昇は抑制された。コルチコステロンはOLZ投与群で上昇傾向が見られたが、投与量依存性は認められなかった。グルカゴンおよびヒスタミンはOLZ投与群と対照群との間で有意差は認められなかった。以上の結果より、OLZ単回投与による血糖値上昇にはエピネフリンの関与が示唆された。これらの結果は、ヒスタミン遊離を介して高血糖を呈するニューキノロン系抗菌薬とOLZでは血糖値上昇の機序が異なることを示し、薬物による血糖値異常の予防に向けて有用な基礎的知見と考えられる。医療薬剤学薬物による血糖値異常の中でも高血糖について、ニューキノロン系抗菌薬、ペンタミジン、オランザピンの3種の薬剤について検討を進めることができた。ニューキノロン系抗菌薬の中でも、今回検討したモキシフロキサシンはガチフロキサシンやレボフロキサシンとは異なり、インスリン濃度の上昇を引き起こすことなく、ヒスタミン遊離からエピネフリンを介した血糖値上昇を生じており、血糖値の制御モデルを構築する上で有用なデータとなるものと考えられる。非定型抗精神病薬のオランザピンは、これまでに高血糖、糖尿病性ケトアシドーシス、糖尿病性昏睡などの重篤な副作用が知られ、緊急安全性情報が出された薬物である。今回、ニューキノロン系抗菌薬やペンタミジンと同様な実験系において、ラットに高血糖を引き起こすことが認められたことから、今後他剤との比較検討により、高血糖の作用メカニズムやリスクファクターについての解明が期待される。ペンタミジンを投与された患者では、高血糖や低血糖の副作用が知られている。本研究では、無麻酔下のラットにペンタミジンを単回静脈内投与することにより血糖値の上昇が起こすモデル系を確立することができた。本モデルにより、ペンタミジンによる血糖値上昇のメカニズムや併用薬の影響を検討することが可能となった。モキシフロキサシンについてもこれまで検討したニューキノロン系抗菌薬とは異なる特性が窺え、今後の展開が期待される。我々はすでに、抗不整脈薬シベンゾリンによる低血糖に関する速度論モデルを発表している。ニューキノロン系抗菌薬について、インスリン濃度が変化しないモキシフロキサシンとインスリン濃度の上昇を伴うガチフロキサシン、レボフロキサシンについて、区別して速度論モデルの構築を進める。臨床的に高血糖が問題となるオランザピンについて、ラットの実験モデルが利用可能となったことから、ニューキノロン系抗菌薬やペンタミジン、シベンゾリンなどの検討結果と比較しつつ、高血糖のメカニズムとリスクファクターの解明を進める。我々はすでに、シベンゾリンによる低血糖に関する速度論モデルを発表している。ニューキノロン系抗菌薬とペンタミジンによる高血糖について、薬物濃度と生体の血糖制御系との相互作用を説明できる速度論モデルの構築を目指す。次年度においては、ヒスタミン分泌を介して高血糖を引き起こすニューキノロン系抗菌薬について、薬物の投与速度と血糖値変化の関係について動物実験により検討する。ペンタミジンによる血糖値上昇については、シメチジンとの薬物間相互作用を説明できる薬物動態ー薬力学(PK/PD)モデルの構築を試みる。事務手続き上、次年度の使用額になった事が理由として挙げられる。
ネコの筋骨格と運動制御を規範とした高運動性能小型四脚ロボットの研究開発

本研究は,ネコ科の動物の筋骨格構造と運動制御を参考とした脚式ロボットの開発を目的とする.生物の身体のしなやかさに着目したロボットの機構設計と,それを前提とした運動制御によって,従来のロボットでは困難であった俊敏な動作の実現する.昨年度までに,ネコの後肢下腿に備わる特に重要な二関節間の筋腱複合体を搭載した脚機構を開発して,実証実験を行うための試作機を開発した.また試作機の動力学モデルに基づく運動軌道生成手法の基盤を開発した.そこで本年度はこの軌道生成手法を用いて,特に動的な運動の一例として垂直跳躍運動を取り上げて軌道の生成を行った.軌道生成にあたり受動機構やアクチュエータの動特性を含む動力学モデルを構築し,跳躍高さ最大化を目的とした最適化問題に置き換えて非線形最適化手法を用いることで,強い非線形性を有するロボットの跳躍軌道を生成することができた.この結果として得られた運動は,弾性要素を含む生物規範機構を活用した軌道になっており,開発した脚機構の効果が確認できた.また,生成された軌道を用いて,試作機で垂直跳躍実験を行った結果,シミュレーションのように生物規範機構の弾性要素が効果を発揮し,跳躍運動を実現することができた.さらに,ネコの後肢の上腿やつま先周辺の二関節間の筋腱複合体が脚のダイナミックな運動に寄与していることから,それぞれについて同様の機能を実現するワイヤ・プーリ機構と弾性要素を用いた機構を開発した.シミュレーションと実機実験を通してそれらの有用性を示した.脊椎まで含めた四脚ロボットの開発には至らなかったが,これまでに開発した生物規範型の脚機構と運動軌道生成手法を用いることで,従来のロボットを越える運動能力を持つ四脚ロボットの実現可能性が示せた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,生物の筋骨格構造と運動制御技能をロボットに導入することにより運動性能の高い小型四脚ロボットの開発を目的とする.生物の中でも特に運動能力の高いネコ科の動物の筋骨格に備わる柔軟性を工学的にロボットに導入し,それを有効的に活用できる運動制御をロボットに実装することで,跳躍や走行といった高度な運動を実現する.本年度は,運動への寄与が最も大きいと考えられる後肢の筋骨格構造を導入したロボット脚の設計・開発を行った.生物の走行や跳躍運動といったダイナミック運動は,全身の筋や腱へのエネルギー蓄積・再利用と,関節間の動力学的な干渉駆動が前提に成り立つ.これらを可能にするために,低減速比の減速機構と電磁モータで構成される新たな関節アクチュエータを開発しロボットに搭載した.また,能動・受動駆動要素が複雑に影響しあう生物模倣脚ロボットのための運動生成手法を開発した.例として前述の脚ロボットモデルを用いて跳躍高さ最大化を目的とした跳躍運動の生成を行い,機構に導入した弾性要素を活用した運動の生成に成功した.生成された運動軌道に基づいた運動制御を二脚ロボットに実装し,跳躍運動を実現した.この運動生成手法はロボットの構成が変わっても適用可能であるだけでなく,機構設計と運動制御を同時に最適化することが可能であり,将来の研究でも使用可能な汎用的なものとなった.また,四脚ロボットへの統合に向けて異なる部位の機構設計に着手した.一連の高速走行運動内の着地時の大きな衝撃を吸収し,そのエネルギーを胴体の推進に活用できる前脚機構を提案し,動力学シミュレーションを用いて機構設計と簡単な運動制御を行い,機構が走行に効果的に働く可能性を示した.本年度は生物規範機構の活用を可能にする後脚機構を完成させ,機構の活用を目的とした運動生成手法を確立できた.生物規範機構を全身に搭載する四脚ロボットの完成には至らなかったものの,四脚ロボットの前脚部についても検討を進めることができ,着実に研究を進めることができた.運動生成手法はモデルや目的の運動が変わっても利用可能であるため,今後の研究をスムーズに進める事ができると期待できる.本研究は,ネコ科の動物の筋骨格構造と運動制御を参考とした脚式ロボットの開発を目的とする.生物の身体のしなやかさに着目したロボットの機構設計と,それを前提とした運動制御によって,従来のロボットでは困難であった俊敏な動作の実現する.昨年度までに,ネコの後肢下腿に備わる特に重要な二関節間の筋腱複合体を搭載した脚機構を開発して,実証実験を行うための試作機を開発した.また試作機の動力学モデルに基づく運動軌道生成手法の基盤を開発した.そこで本年度はこの軌道生成手法を用いて,特に動的な運動の一例として垂直跳躍運動を取り上げて軌道の生成を行った.軌道生成にあたり受動機構やアクチュエータの動特性を含む動力学モデルを構築し,跳躍高さ最大化を目的とした最適化問題に置き換えて非線形最適化手法を用いることで,強い非線形性を有するロボットの跳躍軌道を生成することができた.この結果として得られた運動は,弾性要素を含む生物規範機構を活用した軌道になっており,開発した脚機構の効果が確認できた.また,生成された軌道を用いて,試作機で垂直跳躍実験を行った結果,シミュレーションのように生物規範機構の弾性要素が効果を発揮し,跳躍運動を実現することができた.さらに,ネコの後肢の上腿やつま先周辺の二関節間の筋腱複合体が脚のダイナミックな運動に寄与していることから,それぞれについて同様の機能を実現するワイヤ・プーリ機構と弾性要素を用いた機構を開発した.シミュレーションと実機実験を通してそれらの有用性を示した.

脊椎まで含めた四脚ロボットの開発には至らなかったが,これまでに開発した生物規範型の脚機構と運動軌道生成手法を用いることで,従来のロボットを越える運動能力を持つ四脚ロボットの実現可能性が示せた.生物を規範とした脊椎機構の開発と,四脚ロボットへの統合を行い,生物規範型四脚ロボットを完成させる.また前年度に開発した運動生成手法を四脚ロボットモデルに適用し,全身を使った跳躍運動や走行運動の生成を行う.生成された運動に基づき,実機実験による評価を行う.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
生体時計と骨代謝:新規時計転写因子による骨軟骨形成の促進

骨格の成長には概日リズムがあること、軟骨細胞のDNA合成、アグリカン合成、II型コラーゲン合成にも概日リズムがあり、このリズムが成長に重要であることが示唆されている。しかし軟骨における概日リズム遺伝子は不明である。そこで、成長板軟骨での概日リズムの分子機構を解明するために、4時間ごとに48時間にわたってラットをと殺して、軟骨からRNAを分離した。それらをアフィメトリックス社のジーンチップにかけて、概日リズムを示す270遺伝子を同定することができた。これらの遺伝子群は、時計遺伝子群のほかは他の組織(肝、SCNなど)で概日リズムを示す遺伝子群とは異なっていた。つまり軟骨には軟骨特異的な概日リズム発現機構が存在した。またアグリカン、II型コラーゲン、プロリン水酸化酵素、コンドロイチン硫酸、硫酸転移酵素のmRNAレベルも概日リズムを示し、その他DEC2を含む興味深い転写因子の遺伝子が概日リズムを示した(軟骨代謝学会発表)。骨、軟骨での時計遺伝子群の発現レベルの日内変動を明らかにするために、48時間まで、夜昼の明暗条件および恒暗条件下で4時間ごとにラットを屠殺して、ラットの肋軟骨の成長板、静止軟骨および大腿骨からRNAを分離した。これらの組織においてPer, DEC1,DEC2の日内リズムが観察された。またこれらのRNAを用いて網羅的に日内リズム遺伝子を同定する実験を開始した。さらにDEC1発現アデノウイルスベクターを用いて、DEC1が軟骨分化を促進するのみならず、少し弱いものの骨芽細胞への分化も促進することを見いだして学会で発表した(分子生物学会シンポジウムなど)。さらにclock遺伝子の変異マウスの視交差上核では、DEC1,DEC2の日内リズムがほとんどなくなることを見いだした(Honma-S et al.2004 in press)。一方、肝臓、筋肉では、DEC1とDEC2のどちらかの日内リズムがなくなったが、片方のリズムあるいは発現は維持された(能城ら、投稿準備中)。DEC1ノックアウトマウスの作成は順調である。またDEC1とDEC2の組織特異的トランスジェニックマウスのライン化も順調に進行しているので、来年度には解析が開始できる。1.DEC1とBMAL1の結合に関わるそれぞれのタンパクドメインをyeastと哺乳類でのツーハイブリッド法で測定した(Sato-F. et al. Eur.J.Biochem.2004)。2.DEC1とDEC2の組織特異的トランスジェニックマウスを作製し、現在CMV-cre-マウスとかけあわせ、TGマウスを増殖飼育させている。3.DEC1とDEC2のノックアウトマウスを作製したが、現在バッククロスして遺伝子のバックグラウンドを一定にする作業をしている。4.成長板から270ケの概日リズム遺伝子を同定した(本田ら、2005年日本軟骨代謝学会で発表)。これらのほとんどは肝臓やSCNでの概日リズム遺伝子と異なっていた。すなわち成長板は独自の概日リズム系を構築していることが判明した。成長板の概日リズム遺伝子には、時計遺伝子(DEC1、DEC2を含む)以外に、新規の転写遺伝子、II型コラーゲン、アグリカン、patchedなど興味深い遺伝子が含まれていた。
笑いのジェームス・ランゲ説の脳内メカニズムの研究

他者の心を理解し、他者と笑いや微笑みを共感することで、人間は社会の成員として社会性を身につけることができる。笑いや微笑みを導く動作や表情、会話、さらにユーモアやジョークの理解は豊かな社会生活を営む際に必要なポジティブな情動を高め、他者と共感を分かち合う基盤ともなる。本研究課題の目的は、この「笑い」がどのような認知メカニズムおよび脳内神経基盤によって成立しているのかを明らかにすることである。平成30年度は、笑いのジェームス・ランゲ説(末梢説)をより直接的に検討するために機能的磁気共鳴画像法(fMRI)実験を実施した。すなわち、笑いが生じるプロセスとして一般に考えられている刺激→情動→身体変化という流れ(キャノン・バード説)に対し、刺激→身体変化→情動という流れが存在すると想定し、身体、特に表情を変化させる(笑う)ことがポジティブな感情を引き起こすかどうかを行動と神経活動の両面から検討した。具体的には被験者に口角を上げた笑顔の表情および、統制条件として口角を上げない無表情を作ってもらい、そのままマンガ刺激を見てもらうことで、その面白さの評価が表情によってどのように変化するか、またその際にどのような神経活動が見られるかを計測した。また、表情を維持するためにストローをくわえるなどの方略を用いた実験も行った。現在、得られたデータの分析を進め、表情による影響を行動的指標およびfMRI解析の結果から比較検討している。平成30年度は、当初の研究計画から多少の変更をしながらも、予定通りに笑いのジェームス・ランゲ説について検討を進めるためfMRI実験を実施した。現在データの分析と方法の調整を進めているところであるが、本研究はおおむね交付申請時に記載した実験計画に従って進んでいるものと考えている。平成30年度はこれまでに実施した実験についてより詳細な分析を行っている。辺縁系、側坐核など大脳基底核近傍の報酬系とかかわる神経活動や眼窩前頭葉皮質も観察可能なfMRIと面白さ評定のためのマンガ評価の行動実験を導入し、笑い発生時の脳神経活動のBOLD信号を解析中である。例えば身体レベルでの変化として笑顔を意図的に作った状態で刺激を呈示された時に、fMRIのBOLD信号の上昇が側坐核や内側前頭前野などの情動領域で観察されるかどうかを検討する実験を計画している。刺激としてはユーモア評価が高得点及び低得点のマンガを用い、刺激呈示中あるいはその前後のBOLD信号値から信号変化率を測定する。本研究課題を通して、最終的には笑い行動の脳内起源領域が前頭葉下部両域と、内側面の辺縁系や側坐核にある事を確認したいと考えている。人間は豊かな社会性を身につけることで、他者の心を理解し、他者と笑いや微笑みを共有することができる。平成28年度は、二者間の自然な対話状況において生じる社会性の笑いが、両者の神経的な同期的活動によって生じる、あるいはそうした同期的活動を引き起こすという可能性について検討するために、対話状況における二者の脳神経活動を機能的近赤外分光法(fNIRS)による複数人同時計測(ハイパースキャニング)によって計測した。得られた二名分のデータから、ウェーブレット・コヒーレンス相関法(WTC)分析によって各チャンネルごとに同期の程度を算出することが可能となる。本実験によって得られたデータは現在詳細な分析を行っているところであるが、一部の測定チャンネルにおいて、対話状況においてそれ以外の場合と比較してより同期的活動を示す可能性が見出されている。分析をさらに進めることによって、二者間で笑いが生じる時間的なプロセスについて明らかとしたい。また、次年度以降に実施する予定である機能的磁気共鳴画像法(fMRI)実験において用いる予定のユーモア刺激の選定も併せて進めている。平成28年度は、当初の研究計画から多少の変更をしながらも、二者間で生じる社会性の笑いについて、予定どおりに二者の脳神経活動を同時に計測するハイパースキャニングによるイメージング実験を実施した。得られたデータは現在詳細に分析中であるが、本研究はおおむね交付申請時に記載した実験計画に従って進んでいるものと考えている。平成29年度は、昨年度に実施した、二者間の自然な対話状況において生じる社会性の笑いについての機能的近赤外分光法(fNIRS)を用いた複数人同時計測(ハイパースキャニング)実験によって得られたデータの分析を引き続き進めるとともに、笑いのジェームス・ランゲ説(末梢説)をより直接的に検討するための予備的な機能的磁気共鳴画像法(fMRI)実験を実施した。

具体的には被験者に口角を上げた笑顔の表情を作ってもらい、そのままマンガ刺激を見てもらうことで、その面白さの評価がどのように変化するか、またその際にどのような神経活動が見られるかを計測した。現在、得られたデータの分析と手続きの調整を進めている。平成29年度は、当初の研究計画から多少の変更をしながらも、予定通りに笑いのジェームス・ランゲ説について直接的に検討を進めるための予備的なfMRI実験を実施した。現在データの分析と方法の調整を進めているところであるが、本研究はおおむね交付申請時に記載した実験計画に従って進んでいるものと考えている。他者の心を理解し、他者と笑いや微笑みを共感することで、人間は社会の成員として社会性を身につけることができる。笑いや微笑みを導く動作や表情、会話、さらにユーモアやジョークの理解は豊かな社会生活を営む際に必要なポジティブな情動を高め、他者と共感を分かち合う基盤ともなる。本研究課題の目的は、この「笑い」がどのような認知メカニズムおよび脳内神経基盤によって成立しているのかを明らかにすることである。平成30年度は、笑いのジェームス・ランゲ説(末梢説)をより直接的に検討するために機能的磁気共鳴画像法(fMRI)実験を実施した。すなわち、笑いが生じるプロセスとして一般に考えられている刺激→情動→身体変化という流れ(キャノン・バード説)に対し、刺激→身体変化→情動という流れが存在すると想定し、身体、特に表情を変化させる(笑う)ことがポジティブな感情を引き起こすかどうかを行動と神経活動の両面から検討した。具体的には被験者に口角を上げた笑顔の表情および、統制条件として口角を上げない無表情を作ってもらい、そのままマンガ刺激を見てもらうことで、その面白さの評価が表情によってどのように変化するか、またその際にどのような神経活動が見られるかを計測した。また、表情を維持するためにストローをくわえるなどの方略を用いた実験も行った。現在、得られたデータの分析を進め、表情による影響を行動的指標およびfMRI解析の結果から比較検討している。平成30年度は、当初の研究計画から多少の変更をしながらも、予定通りに笑いのジェームス・ランゲ説について検討を進めるためfMRI実験を実施した。平成29年度は平成28年度に実施した実験についてより詳細な分析を行いつつ、辺縁系や側坐核など深部脳の活動も観察可能なfMRIを利用し、笑い発生時の血流動態をBOLD信号から評価する実験を行う。例えばユーモア漫画呈示の場合、刺激呈示の3秒後にfMRIのBOLD信号の上昇が側坐核や内側前頭前野で観察されていることから、同様のブロックデザインを用いた実験を計画している。刺激としては、ユーモア評価が高得点及び低得点の新聞の4コマ漫画を用い、そのBOLD信号値から信号変化率を測定する。
ダイオキシン受容体と核内受容体のネガティブクロストークの解明

シトクロムP450(CYPあるいはP450)は細菌から植物、昆虫、哺乳類までありとあらゆる生物に分布し、生理活性物質の生合成とともに、多くの環境汚染物質を代謝する重要な代謝酵素である。P450の多くは核内受容体によって発現調節を受けており、また、その受容体の多くは、リガンドと構造の似ている汚染物質あるいはその代謝物と結合する。このことが、環境汚染物質が生理的な受容体の活性化経路を撹乱し、毒性を発現する原因の一つであると考えられる。そこで、ダイオキシン類や多環芳香族類と結合し、毒性発現の引き金となっているarylhydrocarbon receptor(AhR)を中心に、キーエンザイムP450とリガンド、およびこれら受容体間のバイオインフォメーションネットワークを解明することを目的とした。クロフィブレートはPPARα(peroxisome proliferator-activated receptors)の典型的リガンドあり、CYP4ファミリーの発現を誘導することが知られている。しかし、本研究により、同時に、クロフィブレートは、CAR(constitutive activated receptor)を解して、CYP2Bサブファミリーの発現も増加させることを明らかにした。また、クロフィブレートによるPXR(pregnan X receptor)の発現増加が間接的にCYP3Aの発現を増加させていることが分かった。一方、FXR(farsenoid X receptor)は、PPARαやCARと同じく核内受容体スーパーファミリーの1つであり、RXRをヘテロダイマーとし、CYP7Aなどの発現を調節して胆汁酸の生合成に関与している。FXRの典型的リガンドであるケノデオキシコール酸(CDCA)が肝細胞でmRNAやタンパク質レベルでもCYP1A1の発現を誘導することがも分かった。そこで、ダイオキシン類や多環芳香族類と結合し、毒性発現の引き金となっているAhRを中心に、キーエンザイムP450とリガンド、およびこれら受容体間のバイオインフォメーションネットワークを解明する。これまでの研究で、化学物質が、AhRを介して、脂肪代謝を調節する核内受容体PPARsのfunctionを阻害することが明らかとなった。また、その研究過程で、AhRはPPARsだけではなく、そのヘテロパートナーであるRXRの発現も抑制することが分かった。核内受容体CARやPXRは、PPAR同様、RXRを同じくパートナーとする。そこで、CAR機能の低下しているラット系統(Wistar Kyoto, WKY)を用いて、CARの発現とその標的遺伝子であるCYP2Bサブファミリーについて、他のラット系統との比較を行ったところ、WKYラットのメスでは、肝臓におけるCARのタンパク質発現レベル、mRNA発現レベル、フェノバルビタール投与後の受容体の核移行レベルは非常に低く、CYP2B1およびCYP2B2の誘導は見られなかった。そこで、in vivoではWKYラット、in vitroではHEK293などにCAR発現ベクターやPBREレポーターベクターをトランスフェクションし、CARについて、AhR、PPARαとのクロストークを明らかにできることが分かった。そこで、ダイオキシン類や多環芳香族類と結合し、毒性発現の引き金となっているarylhydrocarbon receptor(AhR)を中心に、キーエンザイムP450とリガンド、およびこれら受容体間のバイオインフォメーションネットワークを解明する。

また、クロフィブレートによるPXR(pregnan X receptor)の発現増加が間接的にCYP3Aの発現を増加させていることが分かった。一方、FXR(farsenoid X receptor)は、PPARαやCARと同じく核内受容体スーパーファミリーの1つであり、RXRをヘテロダイマーとし、CYP7Aなどの発現を調節して胆汁酸の生合成に関与している。FXRの典型的リガンドであるケノデオキシコール酸(CDCA)が肝細胞でmRNAやタンパク質レベルでもCYP1A1の発現を誘導することがも分かった。
ヒト免疫不全ウィルス感染症の口腔病変に関する電子顕微鏡学的研究

(1)ヒト免疫不全ウィルス感染症患者の口腔毛状白板症におけるEpstein-Barr virusの電子顕微鏡学的検出法に関する研究HIV感染症患者の口腔毛状白板症(HL)舌病変部より擦過標本を採取し、圧縮空気による超遠心分離法を用いたネガティブ染色によりEpstein-Barr(EB)ウィルスの電顕的検出を試みた結果、本法は綿棒による擦過標本で十分なため試料採取法が簡単であること、圧縮空気による超遠心分離とネガティブ染色が比較的簡単に短時間に行えて、しかもより高率(85.9%)にもEBウィルスを検出できることなどの点よりHLの臨床診断にとって有用な検査法であると思われた。また、当科外来でHIV感染症患者に認められたHLの2症例を経験したので、生検を行い、電子顕微鏡学的所見(EBウィルスの検出)をつけて学会誌に報告した。(2)ヒト免疫不全ウィルス感染症患者にみられる口腔カポジ肉腫の電子顕微鏡学的研究口腔カポジ肉腫(KS)5例の電顕的検索を行った結果、patch stageとplaque stageでは血管腔内に突出し、腫大した血管内皮細胞と狭窄した血管腫をもつ血管内皮細胞、紡錘形細胞で未発達な血管腔を有する細胞、血管腔を形成しないが細胞間結合装置、基底幕、Weibel-Palade小体の観察される細胞が認められ、nodular stageでは細胞内小器官に乏しく細胞間結合装置や基底幕を有さない紡錘形の細胞が多数観察された。(1)HIV感染症の口腔カンジダ症に関する走査型電子顕微鏡学的研究HIV感染症患者の口腔カンジダ症病変部より擦過標本を採取し、Candida albicansの培養・同定を行い、その試料を走査型電子顕微鏡で観察し三次元的立体構造の検索を行った結果、Candida albicansの口腔粘膜上皮細胞への定着様式には、酵母形では付着、上皮細胞下付着、陥凹形成があり、菌糸形では侵入の定着様式があることが明らかとなった。(2)HIV感染症の口腔毛状白板症におけるEpstein-Barr virusの電子顕微鏡学的検出法に関する研究HIV感染症患者の口腔毛状白板症の舌病変部から擦過標本を採取し、超遠心分離を行った後にネガティブ染色を行い、Epstein-Barr virusの電子顕微鏡学的検出を行った結果、圧縮空気による超遠心分離を行った後にネガティブ染色を施行し電子顕微鏡で観察すると通常のネガティブ染色より約3倍の高率にEpstein-Barr virusを検出することができた。また、生検材料の超薄切片法による透過型電子顕微鏡による検索では、舌粘膜上皮の棘細胞層上部から角化層にかけての核質内にEpstein-Barr virusのヌクレオ・カプシドが認められ、細胞質内や細胞間隙には成熟したEpstein-Barr virusが多数観察された。今後さらに検索材料数を増やして(1)と(2)について検討しHIV感染症患者の口腔病変とりわけ口腔カンジダ症との口腔毛状白板症に焦点をしぼり電子顕微鏡による両者の鑑別法と発症病変を明らかにしていきたい。(1)ヒト免疫不全ウィルス感染症患者の口腔毛状白板症におけるEpstein-Barrvirusの電子顕微鏡学的検出法に関する研究HIV感染症患者の口腔毛状白板症(HL)舌病変部より擦過標本を採取し、圧縮空気による超遠心分離法を用いたネガテイブ染色によりEpstein-Barr(EB)ウィルスの電顕的検出を試みた結果、本法は綿棒による擦過標本で十分なため試料採取法が簡単であること、圧縮空気による超遠心分離とネガテイブ染色が比較的簡単に短時間に行えて、しかもより高率(85.9%)にもEBウィルスを検出できることなどの点よりHLの臨床診断にとって有用な検査法であると思われた。また、当科外来でHIV感染症患者に認められたHLの2症例を経験をしたので、生検を行い、電子顕微鏡学的所見(EBウィルスの検出)をつけて学会誌に報告した。(2)ヒト免疫不全

ウィルス感染症患者にみられる口腔カポジ肉腫の電子顕微鏡学的研究口腔カポジ肉腫(KS)5例の電顕的検索を行った結果、patch stageとplaque stageでは血管腔内に突出し、腫大した血管内皮細胞と狭窄した血管腫をもつ血管内皮細胞、紡錘形細胞で未発達な血管腔を有する細胞、血管腔を形成しないが細胞間結合装置、基底帯、weibel-palade小体の観察される細胞が認められ、nodular stageでは細胞内小器官に乏しく細胞間結合装置や基底幕を有さない紡錘形の細胞が多数観察された。
非対称構造半導体量子井戸の2次非線形光学特性の研究

1.参照用試料(GaAs)の評価AlGaAs量子井戸の非線形光学特性の評価時に用いるGaAsの非線形光学定数の絶対値を最初に測定した。発振波長1.533μmのDFBレーザを基本波光源としてSHG法によって絶対測定をおこない,d_<36>=119pm/Vという結果を得た。2.電場印加AlGaAs量子井戸の評価バルクGaAsとのSHG相対測定によって電場印加AlGaAs非対称量子井戸の非線形光学定数の測定をおこなった。測定に用いた試料はGaAs(100)基板上に成長した多重量子井戸で,Al_<0.18>Ga_<0.82>As井戸層(井戸幅10nm)とAl_<0.30>Ga_<0.70>As障壁層(障壁層幅5nm)とを47周期積層したものである。基本波光源としてFP型GaInAsPレーザにグレーティングフィードバックをかけた外部共振器型の波長可変半導体レーザを用いて,励起子順位からのdetuning(ΔE=E_<ex>-2hw)と試料に印加する電場(E_<bias>)とをパラメータとして測定をおこなった。測定の結果,ΔE=9.9meV,E_<bias>=59kV/cmで最大d_<15>=16pm/Vというかなり大きな値が得られた。しかしながら,これは単一量子井戸についておこなわれた理論計算の結果(d_<15>=60pm/V)よりも小さく,理論計算で無視していた井戸間の相互作用が影響しているものと考えられる。以上の研究を通じて、非対称構造半導体量子井戸の近赤外域での2次非線形光学特性を初めて定量的に評価することができた。今後は,光通信への応用を念頭に置いて差周波発生の実験をおこなっていきたいと考えている。
新規MR転写共役因子の同定とその機能解析

MRの新規転写共役因子としてp150を同定した。p150はリガンド依存性にMRと相互作用し、co-repressorとして機能する。本態性高血圧症の病態生理において、150が重要な役割を果たしている可能性がある。高血圧は成人人口の3人に1人が罹患し、心血管疾患における最大のリスクファクターである。本態性高血圧発症に関与する遺伝子については、近年ゲノムワイドな大規模SNP解析から複数の遺伝子が明らかにされつつある。しかしながら、これらの遺伝子の分子機能解析については手つかずのままである。アルドステロンはミネラルコルチコイド受容体MRの生体内リガンドであり、腎遠位尿細管および大腸において、ナトリウムの再吸収を介して、血圧上昇をもたらす。本研究で、我々はエピゲノム制御を介したMRによる転写制御機構の解析と高血圧発症メカニズムの解明を目的とした。生化学的手法により、MRによる転写活性を調節する機能未知因子CASZ1を同定した。CASZ1はその遺伝子内に高血圧発症関連SNPが報告されていたが、分子機能は不明であった。ヒト腎臓皮質を用いた検討により、そのSNPがCASZ1発現レベルに影響を及ぼすeSNPであることが示された。また、機能解析の結果、CASZ1はヒストン脱アセチル化活性を有する転写抑制性複合体であるMi-2/NuRD複合体とMRの両者をbridgingするアダプターとして機能し、ヒストン脱アセチル化を介したエピゲノム制御によりMR標的遺伝子ENaCαやSGK1の発現を抑制することを明らかにした。さらに、ヒト腎臓皮質においてCASZ1の発現量とMR標的遺伝子ENaCα、SGK1の発現量に逆相関を認めた。以上、本研究では高血圧関連遺伝子CASZ1の機能をアルドステロンシグナル経路に結び付け、MR転写活性をlimitするエピゲノム制御因子として機能する分子機構を示した。ミネラルコルチコイド受容体(MR)はアルドステロンをリガンドとする核内受容体であり、MRの活性化は腎遠位尿細管におけるナトリウムの再吸収を通じて血圧上昇をもたらす。ところが、MR活性化において、エピゲノムを介した転写制御メカニズムは殆ど未知のままである。この問題を解明するために、293F細胞を大量培養し、生化学的アプローチとLC-MS/MSを用いた同定法により、新規MR相互作用因子の探索を試みた。その結果、新規MR相互作用因子として機能未知因子p150を同定した。P150は共免疫沈降法で、MRとリガンド依存性に相互作用することが確認でき、免疫染色により両者がラット腎遠位尿細管細胞および大腸上皮細胞の核においてMRと共局在することを確認した。P150の過剰発現により、MR転写活性が減少し、p150のRNAiにより、MRの標的遺伝子SGK1、ENaCαのmRNA発現レベルがいずれも上昇することから、p150はMRのco-repressorであると推測された。p150はそれ自体に転写を調節する酵素活性ドメインを有しないことから、蛋白質複合体を形成して機能していることが推測された。そこでp150安定発現293細胞を樹立し、p150相互作用因子の精製、同定を試みたところ、p150は転写抑制性の複合体であるNuRDと相互作用することが判明し、さらなる機能解析の結果、NuRDを介してMR転写活性を抑制していることが判明した。p150は近年特定のSNP変異が高血圧発症と深く相関するとの発表が相次いでいる。そこでSNP部位を解析したところ、SNPがenhancer領域である可能性が示唆された。さらにヒト正常腎組織を用いた解析により、SNPのタイプとp150発現量に有意な相関があることが示された。以上の結果から、p150がMRの転写活性を通じて高血圧発症に重要な役割を果たすことが示された。これまでの結果、MRの新規co-factorの同定が非常に高い精度で成功し、新規因子の機能解析を行ったところ、MRの転写を実際に制御し、高血圧発症への関与が推測される結果が得られたため。これまでの結果から、細胞レベルでp150がMRのco-repressorとして機能し、MRの転写活性化を制御することで、高血圧発症に関わることが示された。今後p150での生体での役割を明らかにするべく、24年度はノックアウトマウスの作出に取り組む。すでに、ターゲティングベクター作出、ES細胞への遺伝子導入などが成功済みであり、現在キメラマウスの作出を行うべく、アグリゲーションを行っている。今後はヘテロノックアウト、ホモのノックアウトマウスおよび遠位尿細管特異的ノックアウトマウスを作出し、その表現型解析を行う。具体的には、8週齢になったノックアウトマウスをコントロール群とともに10匹づつ正常食、減塩食、高塩食で代謝ゲージ内で10日間飼育し、毎日体重を測定し、飲水量および蓄尿にて尿量も測定する。また、毎日非観血血圧測定計にてこれらマウスの血圧を測定する。また、orbital venous plexusから血液を採取する。血液および尿サンプルから血中尿中電解質、各種ホルモン、浸透圧など様々な生理学的パラメータを測定し、GFRや尿中ナトリウム排泄率、TTKGなどを算出する。観察終了後に麻酔下で解剖、臓器摘出を行う。

またスピロノラクトン投与実験では、これら各群のマウスにアルドステロン拮抗薬であるスピロノラクトン5mg/kg・body wtおよびプラセボを7-14日間連続投与し、体重、飲水および尿量を測定のうえ、同様な方法で血液、尿中電解質、各種ホルモン、浸透圧などの測定、血圧の測定などを行う。現在、ノックアウトマウスの作出に取りかかっており、それに関わる必要な試薬および餌などに研究費が必要となる。具体的にはES細胞を維持していくために必要な培地、血清などの試薬、シャーレなどの消耗品、フィーダー細胞の維持代、およびマウスの飼育に必要なケージや餌代、麻酔薬などの各種試薬や解剖用メスなどが必要である。H23年度に繰越金が生じた理由としては、研究者の所属が東京大学から慶應義塾大学に移動となり、移動にかかる期間、研究が不可能になったことによる。H23年度に施行予定であった研究はH24年度に行う予定に変更し、従って、繰越金もH24年に施行変更になった実験に充当する。
ナノ微粒子ダイヤモンド粉末の衝撃焼結とその物性

ダイヤモンドは最も剛性の高い物質であり、塑性変形現象から最もかけ離れた物質と考えられるが、ナノ組織多結晶体であれば粒界の状態や特定によっては、超塑性の可能性も全く否定されるものではないであろう。しかしながら、現状のダイヤモンド多結晶体作成技術では、高温高圧力下での炭素の拡散あるいは金属への溶解析出機構を利用した焼結法によっているために、ダイヤモンドの粒成長を引き起し、ナノ組織多結晶体を得ることは容易ではない。一方、衝撃焼結法では、衝撃圧縮に伴う高温と高圧と熱エネルギー分配機構を利用しているので、原料粉末粒子の粒成長を引き起こすことなく多結晶体を得ることができる。本研究では、ナノメートルサイズのダイヤモンド粉末を用い、衝撃焼結法による多結晶体作成を、試み今後の可能性を検討した。粒径45nmのナノ粒子ダイヤモンド粉末を単体で用いる試料Aと、これを高圧合成ダイヤモンド粉末(粒径0.251mm)を1:3の割合で混合した試料Bとを、カプセルに充填し、予備加圧し、真空熱処理し、火薬銃によって最高71GPaまでの衝撃圧縮処理を施した。回収試料の硬さ測定、組織観察、X線回折等の評価を行った。試料Aは、23GPaと54GPaとの2回の衝撃圧縮を行い、回収試料の相対密度が90%、ビッカース硬さ16GPaであった。試料Bは、71GPaの衝撃圧縮の回収試料は相対密度93%、ビッカーズ硬さ25GPaであった。両者とも部分的な黒鉛化領域を除けば、一様な粒間結合の領域が存在することが示唆される。しかし、バルク全体の硬さや強度との対応は悪く、粉末試料の表面エネルギーの利用などを検討する必要があろうダイヤモンドは最も剛性の高い物質であり、塑性変形現象から最もかけ離れた物質と考えられるが、ナノ組織多結晶体であれば粒界の状態や特定によっては、超塑性の可能性も全く否定されるものではないであろう。しかし、バルク全体の硬さや強度との対応は悪く、粉末試料の表面エネルギーの利用などを検討する必要があろう
S=-2系の基本相互作用の実験的研究

高エネルギー物理学研究所の陽子加速器共同利用実験E248は、本年度1月より1次陽子ビームと液体水素ターゲットによる散乱実験データの収集を開始した。これまでに300時間以上の実験を行い、pp→KKX反応事象候補の実験データを8×10^7イベントあまり取得した。今後更に600時間あまりの実験が予定されている。本研究の最終目的はこれらの事象のうち、pp→KKΛΛ反応のΛΛ終状態相互作用の実験データからΛΛのscattering lengthとeffective rangeを高精度で直接求め、S=-2系のバリオン-バリオン相互作用についての実験的知見を得ることにある。そのためにはGoldberger-Watsonの理論と比較できるよう、取得した実験データを加工・解析しなければならない。本研究経費で購入した計算機をデータ解析専用計算機として使用し、現在ソフトウェアの開発・解析作業を進めており、特に以下の2点を重点的に行っている。(1)ワイヤーチェンバーデータを使ったスペクトロメーター内での粒子の飛跡の決定と運動量の算出、(2)チェレンコフカウンター及びTOFカウンターのデータを用いたπ/K/pの粒子識別。なおこの解析作業以前には実験装置の性能を検討するための各種シミュレーション、実験データ取得用論理回路の検討のためのモンテカルロシミュレーション等を、この計算機を使用して行った。これによりpp→KKX反応事象以外(S=0,-1系)の実験データも3×10^7イベント以上取得することに成功している。
超高感度プログラマブル温度センサーによる1細胞の絶対温度計測

今までの細胞レベルの温度センシング技術の多くは、「劇的な温度変化が起きた際に定性的な温度変化の情報を取得できる」、程度に適用範囲が限定されており、温度計測技術の検出感度・定量性・頑強性の点で、生物学分野で求められているスペックからは大きく乖離している。本申請では、センサー特性の劇的な向上のために、抜本的に方法論を変更した上で、様々な生物種に適用できるように設計された複数の温度センサーを生み出す。
強磁性的相互作用を有する多核金属錯体の合成、構造及び磁性

本研究課題において、以下に示す三つの大きな成果が得られた。1.同種の金属イオンからなる四核クラスタ-に強磁性的相互作用を確認した。構造は、キュ-バン型酸素原子架橋銅(II)又はニッケル(II)である。結晶構造の詳細な検討によって、隣接する配位平面がほぼ直交していることを確認した。この構造的特徴は、反強磁性的相互作用を示す多核金属錯体には見られない、同種金属系で、強磁性的相互作用を生み出す構造的条件の一つと考えられる。2.異種金属イオン間の磁気的性質を系統的に研究した。異種金属錯体を合成するには、分子設計上多くの工夫を必要とするために、系統的金属錯体の合成はごく一部にかぎられていた。先に報告した「金属を含む配位子」を用いて系統的な異種金属系を実現した。ここでは、銅(II)ー金属(II)ー銅(II)の三核錯体系を詳細に検討した。また、クロム(III)ー銅(II)系には、強磁性的相互作用を見い出した。さらに、スピン状態の違いによる磁気的相互作用の逆転を鉄(III)ー銅(II)系で見い出した。すなわち、高スピン鉄(III)ー銅(II)系では、反強磁性的であるのに対して、低スピン鉄(III)ー銅(II)系では強磁性的である。3.多核系を高分子系に拡張して、強磁性体を合成した。クロム(III)ー銅(II)間に働く強磁性的相互作用を、クロム(III)の八面体型構造を拡張するという方法で、三次元的空間に拡大した。強磁性体の確認は、相転移等の磁化測定によった。この研究は、現在続行中であるが、一部は、速報誌に投稿した。
皮質-視床フィードバック係数の脳波による推定

本研究では脳波を用いて皮質-視床フィードバック係数と遅延時間を推定する方法を開発することを目的とした。低周波領域で成り立つ近似を施すことにより、皮質-視床フィードバック係数と遅延時間を頑強にかつ高時間分解能で推定することを可能にした。この方法を睡眠脳波解析に用いたところ、覚醒から睡眠への遷移をフィードバック係数がほとんどゼロへと減少していく過程として理解することが可能になった。また遅延時間については約0.08秒付近に分布する結果となったが、これはその他の方法を用いて推定された結果と整合し、本推定方法の妥当性を確認するものである。脳波による皮質-視床結合係数の推定方法を構築する為、平成27年度は解析アルゴリズムの改良を行った。今までの方法では結合係数の推定時に皮質-視床間の遅れ時間を既知の値として与えており、この値設定がどのように結合係数推定結果に影響するかは不明であった。特に睡眠時に結合係数がほぼゼロになる(皮質-視床間結合のループが開く)という推定が、遅れ時間の設定に依存していることが懸念された。そこで遅れ時間の設定値を想定される範囲で変化させたときの推定結果の変化を数値的に調べた。データは既に得ている52人分の夜間睡眠時脳波データを用いた。すると覚醒時の結合係数推定値は遅れ時間設定値により緩やかな影響を受けるのに対して、睡眠時の結合係数推定値は遅れ時間設定値にほとんどよらずほぼゼロになることが確認された。この結果は睡眠時に皮質-視床間のループが開いているという描像をさらに確かにする。また覚醒時の結合係数推定値の遅れ時間設定値依存性は、真の遅れ時間が90msecであると考えたときの理論曲線に良く一致した。このことは本解析方法の元になっている皮質-視床モデルの妥当性を再確認するものであるが、遅れ時間設定値は従来用いてきた80msecよりも90msecの方が適していることも示している。こららの結果を国際会議および国内学会で発表した。脳波解析アルゴリズムの改良・確証が進み、国際学会および国内学会において発表した。ウェアラブル脳波計の試作・開発についても目途が立っている。前期までに本手法による皮質-視床フィードバック係数の脳波からの推定が覚醒から入眠までの遷移を15secの時間分解能でうまくトラックすることを確認した。今期はその方法を就寝中脳波の全体(約8時間)に適用しポリゾムノグラフィーより判定された睡眠ステージとの関係を調べた。その結果、就寝中入眠後の係数の変化は覚醒からの入眠の時のダイナミックな変化(減少)に比べると小さいが、睡眠が深くなるほど(睡眠ステージが1, 2, 3と変化するにつれて)減少していくこと、またREM(Rapid Eye Movement)睡眠においては睡眠ステージ1とほぼ等しい値になることが分かった。この結果に基づいて皮質-視床モデルに基づいた睡眠中覚醒の確率過程モデルを導出した。このモデルによって再現した睡眠中覚醒の生起パターンは実際観測されるものと酷似しており、入眠時の覚醒から睡眠への遷移だけでなく睡眠中の覚醒への遷移またはその睡眠への回帰が皮質-視床間の結合の揺らぎとして理解できることを示唆する。また脳波解析方法の進展として、アルゴリズムの改良によって皮質-視床フィードバック係数だけでなく、ループの伝達遅れ時間を同時に推定できるようになった(従来は特定の値を仮定していた)。以上の結果について2つの国際会議で発表し、論文化を進めているところである。さらに前年度の解析では、成人女性のみの脳波データに基づいて解析を行ったが、今期はさらに小児のデータについてても解析を行っている。また測定のサンプリング周波数を変えるなどして、本推定法の安定性の確認も進めた。基本原理の確認後ウェアラブル脳波計の試作を行い居眠り(覚醒-睡眠遷移)への実験的研究へと進む計画であったが、方針を変えて睡眠中の短時間覚醒のパターンに関する理論的な検討を先に行い、その成果を得ることができた。今年度は前年度までに構築した皮質-視床フィードバック係数の脳波からの推定手法を夜間睡眠中の睡眠状態遷移(30秒ごと)の複雑性評価に応用展開した。この複雑性については従来、ポリゾムノグラフィー(脳波の他、心拍、呼吸、眼電図なども測定)を用いて特別な訓練を受けた専門家が行う睡眠段階の判定データから解析が試みられており(ウォルシュスペクトラルエントロピー)、例えば新生児の神経疾患のスクリーニングに使える可能性が示唆されている。今回これと類似した複雑性解析を本研究の手法(脳波だけを用いる)で行った。その結果、本研究により評価した複雑性は従来手法で評価した複雑性と良い相関があることが確認できた。このことは大きく2つの意味を持つ。一つは睡眠状態遷移の複雑性の生理学的な起源が皮質-視床フィードバック系の結合強度の変化にあるとの示唆が得られたことである。もう一つは、従来手法では多くの測定機器と専門知識を持った人材を必要としていたが、本手法を用いれば脳波測定データだけからより簡便に、しかも人為的な主観性を排除した形で評価できるということである。この結果を複雑性に関する国際会議(24th International Conference on Noise and Fluctuations)で発表した。今年度は最終年度であるため、今までの成果を英語論文としてまとめ、医学情報の方法論の専門誌(Methods of Information in Medicine)に投稿し受理された。今年度までの研究で本手法の基礎が確立できたので、次年度からはこの結果を受け継ぎより臨床に即した展開を行っていく。

本研究では脳波を用いて皮質-視床フィードバック係数と遅延時間を推定する方法を開発することを目的とした。低周波領域で成り立つ近似を施すことにより、皮質-視床フィードバック係数と遅延時間を頑強にかつ高時間分解能で推定することを可能にした。この方法を睡眠脳波解析に用いたところ、覚醒から睡眠への遷移をフィードバック係数がほとんどゼロへと減少していく過程として理解することが可能になった。また遅延時間については約0.08秒付近に分布する結果となったが、これはその他の方法を用いて推定された結果と整合し、本推定方法の妥当性を確認するものである。当初予定していたウェアルブル脳波計の試作は、既に試作を行っている他研究室と共同開発することに計画修正した。ハード面を他研究室で、またデータ解析部分を当プロジェクトで分担することで、研究コストを下げかつ総合的により競争力のある研究を行うことが可能になると考えている。共同研究先は確定しており、今後の展開に関する具体的な打ち合わせも行っている。居眠り(覚醒-睡眠遷移)検出への本方法の実験的な適用に関しては、脳波だけでなく脈波やアクチグラフなど他の生体信号も用いてフレキシィブルな手法を検討していく。皮質-視床モデルは近年、睡眠だけでなくてんかん発作のメカニズム解明においても有効性が再確認されており、てんかん発作解析へ向けた本研究の拡張も行っていく。生体信号解析ウェアラブル脳波の試作開始を来年度に計画修正したため。実験計画を延期したため人件費を使用しなかったためウェアラブル脳波計の試作費用として使用する。今期延期した実験を実施する際に人件費として使用する
歯根未完成無髄歯のApexification後における創傷治癒に関する実験的研究

歯根未完成の幼若永久歯を有し年齢が2歳前後の出生日の明らかなカニクイザル2頭を実験動物として用いた。実験歯には歯根の形成度が1/2から1/3の上下顎中・側切歯および第二大臼歯を用いた。全身麻酔後、動物を手術台に固定し、ラバ-ダム防湿の無菌的処置の下で歯髄を露出し、歯科用高周波電流装置で歯髄を焼灼することにより、歯根未完成無髄歯モデルを実験的に作製することができた。実験歯は、髄室窩洞内に綿球状を詰め根管を口腔内に開放状態として唾液に一カ月間汚染させる感染群と、髄室内をストッピングで裏層後コンポジットレジン充填を施す非感染群に分けた。その結果、感染例では根尖部相当歯肉に膿瘍形成を判う根尖病巣が成立したが、非感染根管例では根尖歯周組織の著明な破壊はみられなかった。いずれの失活歯も歯髄焼灼一カ月後から感染根管治療を開始し、第一回目に根管内容物の除去、根管洗浄、CP貼薬、仮封を行った。第二回目に根尖を刺激しない範囲で根管壁をファイリングし、根管洗浄後、FCあるいはFRの根管消毒剤を1週間応用し、第三回目に水酸化カルシウム糊剤あるいはFR糊剤で根管充填を行った。根管充填3カ月後、動物を10%ホルマリンで頭頚部潅流固定で屠殺し、歯を顎骨ごと摘出、ぎ酸で脱灰後、パラフィン包埋、約6μmの連続切片の作製、各種染色の後、根尖部組織の創傷治癒形態を光顕的に観察した。その結果、水酸化カルシウム、FR糊剤応用の両者で根尖孔部に根尖孔の完全な閉鎖はみられなかったものの、骨様硬組織形成が開始していた。すなわち、根尖部では根尖セメント質から伸び出すような形で骨性瘢痕治癒が進行し閉鎖傾向を示すアペキシフィケ-ション像がみられた。今後、さらに観察期間の長期例も含めて実験歯を増やし薬剤間の相違や治癒機構の詳細に関して検索していく予定である。