hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
変形性顎関節症における下顎頭軟骨吸収の抑制をめざした治療体系の確立

さらに、培養上清中のヒアルロン酸濃度は、時間依存的に増加することが明らかになった。本研究結果より、過度な機械的負荷は滑膜細胞のヒアルロニダーゼ発現を増強させるだけではなく、その活性を増強することによりOA関節滑液中のヒアルロン酸低分子化と密接に関わっていることが強く示唆された。今後は、培養上清中のヒアルロン酸の分子量をHPLCにて解析し、実際に低分子化が生じているかを検討する。さらに、ヒアルロン酸低分子化を制御する可能性があるヒアルロニダーゼ抑制因子であるTSG-6やITI(Inter trypsin inhibitor)の発現にも着目し、滑液中のヒアルロン酸の低分子化のメカニズムを解明するとともに、下顎頭軟骨吸収の抑制のための治療体系の確立をめざす。そこで我々は滑膜や軟骨などの関節組織への過剰な機械的負荷が滑液中のヒアルロン酸代謝に及ぼす影響について検討を行った。前年度の研究では、過剰な機械的負荷がHYAL2発現およびヒアルロニダーゼ活性を増強することを明らかにした。本年度は、HYAL2遺伝子を特異的に抑制するsiRNAを作製し、実験系において添加したところ、siRNAを添加していないコントロールでは機械的負荷によりヒアルロニダーゼ活性が増強したのに対し、HYAL2 siRNA添加群ではピアルロニダーゼ活性がほとんど認められないことが明らかになった。また、培養上清中における低分子量ビアルロン酸の存在を明らかにするために、FACEを行ったが、培養上清中には低分子量のヒアルロン酸は認められなかった。このことは、ヒアルロニダーゼが酸性条件下で活性を有することから、培養下での中性条件ではヒアルロン酸の分解が生じにくい可能性が示唆された。生体における炎症部位でのpHも低いことより、今後、培養上清を酸処理した場合に培養上清中のヒアルロン酸の低分子化が生じるかを検討する必要がある。本研究により、関節組織への過度な機械的負荷により発現が増強したHYAL2がヒアルロニダーゼを合成し、炎症部位における酸性条件によりヒアルロニダーゼの活性化が生じ、結果として滑液中のヒアルロン酸を分解するいうヒアルロン酸の低分子化のメカニズムの1つを解明することができた。今後も引き続き下顎頭軟骨吸収の抑制のための治療体系の確立をめざす。
強相関電子系酸化物強磁性体を用いた室温動作トランジスタの作成

我々は強相関電子系酸化物強磁性体である(La,Ba)MnO3薄膜を用いて磁化変調を伴った室温動作電界効果トランジスタ(FET)の作成に取り組んでいる。このFETの実現のために(La,Ba)MnO3/Pb(Zr,Ti)O3ヘテロ構造を採用した。Pb(Zr,Ti)O3層が生成する残留分極を用いてチャネル層のキャリア濃度を制御する。また、チャネル層の磁化の直接測定を行うため、(La,Ba)MnO3チャネル層が表面に配置される構造を採用している。この研究課題に関して平成17年度は、(1)FET駆動の要であるPb(Zr,Ti)O3薄膜層が大きな残留分極(20μC/cm2以上)を持ち、容易に他の薄膜上に積層、もしくはPb(Zr,Ti)O3薄膜層上に積層できること、(2)本研究で採用したFETの動作原理と半導体のそれとの間に存在する差異を明らかにすることに当てられた。(1)の意義であるが、先述したようにFETの動作に不可欠であり、残留分極によるキャリア濃度変調・磁化変調の直接測定など系統的な研究を行っていくためには不可避のプロセスである。今年度はPb(Zr,Ti)O3薄膜作成時の薄膜成長率と残留分極値の間に相関があることを明らかにした。これにより、残留分極を示すPb(Zr,Ti)O3薄膜を用いてヘテロ構造の作成を行うことが容易になった。(2)に関して、ヘテロ接合界面付近での電子状態を詳しく解析するため、Spring-8で硬X線光電子分光法を行った。今年度はFETの界面状態の直接測定を行うための予備研究として、(La,Ba)MnO3/Sr(Ti,Nb)O3ヘテロ構造を採用した。硬X線光電子分光法を用いることによりヘテロ接合界面付近に生ずる電場の影響を検出することが可能であり、FETの接合界面付近の電子状態の研究に利用できることがわかった。
レプチンが大腸発がんに与える作用およびその分子メカニズムの解明

マウス大腸発がんにおけるレプチンの作用は、レプチン受容体の欠損した正常の大腸上皮および前がん病変ではレプチンシグナルは伝達されず、腫瘍になって初めてレプチン受容体が発現し、レプチンシグナルが伝わるようになりSTAT3が活性化して腫瘍の増大に関与することを解明した。また、腫瘍でレプチン受容体が発現する契機となるイベントがWnt経路の活性化であることを実証した。我が国では食生活の欧米化に伴い大腸がんが増加しており、本疾患が国民生活に与える影響は極めて高くその対策は急務であるが、どのような機序で発がんを促進するのかの詳細はわかっていない。今回の研究ではレプチンの発がん促進へ関与、さらに腫瘍成長にレプチン受容体を介したSTAT3経路が必須であるという機序を明らかにした。食餌性に高レプチン血症をきたすマウス(高脂肪食摂取ワイルドタイプマウス)を用いた大腸発がん実験で、高レプチン血症をきたさないマウス(普通食摂取ワイルタイプマウス)と比べ有意に多数かつ大きな腫瘍を形成し、腺腫のみならず腺癌が形成されることを確認し、さらにレプチン欠損マウスを用いた発がん実験ではマウスは高度な肥満状態を呈するにも関わらず腫瘍は発生するものの非常に微小であることを発見した。このことからレプチンが腫瘍発生ではなく増大に関与していることを証明した。レプチン受容体欠損マウスでも同様に腫瘍形成の顕著な抑制を認め、上記現象がレプチン受容体を介するものであることを確認した。これらを消化器分野の一流ジャーナルGut誌に報告した。さらにレプチン受容体腸管コンディショナルノックアウト(CKO)マウスを用いて発がん実験を施行し、CKOマウスでも腫瘍の増大が抑制されていることを確認した。これはレプチンの全身への作用を除外した腸管への直接作用を確認した点で非常に重要性の高い結果であるといえる。さらにSTAT3についても腸管CKOの発がん実験でも腫瘍増大が抑制されていることを確認した。また腫瘍増大におけるレプチン受容体-STAT3経路の関与を明らかにするため、大腸癌培養細胞のレプチン受容体をノックアウトして、レプチン投与によりSTAT3の活性が抑制されることを確認した。大腸発癌の腫瘍発生の次の過程でレプチン-STAT3経路が腫瘍増大に関与するという全く新しい機序を世界で初めて実証した。我々はこれまでの食餌性に高レプチン血症をきたすマウス(高脂肪食摂取ワイルドタイプマウス)を用いた大腸発がん実験で、これらのマウスが高レプチン血症をきたさないマウス(普通食摂取ワイルタイプマウス)と比べ短期間に有意に多数かつ大きな腫瘍を形成し、しかも腺腫のみならず腺癌が形成されることを確認している点、さらにレプチンが欠損したマウス(ob/obマウス)を用いた発がん実験では、マウスは高度な肥満状態を呈するにも関わらず大腸腫瘍はほとんど形成されず、また形成される腫瘍も非常に微小であることを発見した点、またレプチン受容体欠損マウス(db/dbマウス)でも同様に腫瘍形成の顕著な抑制を認め、上記現象がレプチン受容体を介するものであることを確認した点をまとめ、消化器分野の一流ジャーナルであるGut誌に報告した(Gut 2011;60:1363-71)。さらに昨年度は、他の肥満モデルマウスであるKKAy/KKマウスを使用した大腸発がん実験を施行し、高レプチン状態であるKKAyマウスで著名に発がんが促進されることを確認し、さらにレプチンの重要性を証明することができた。またレプチン受容体の腸管コンディショナルノックアウトマウスを用いて発がん実験を施行した。信憑性を高めるため何度か同様の実験を繰り返し、コンディショナルノックアウトマウスで腫瘍の増大が抑制されていることを確認しており、これはレプチンの全身への作用を除外した腸管への直接作用を確認した点で非常に重要性の高い結果であるといえる。さらにSTAT-3についてもコンディショナルノックアウトマウスを用いて発がん実験をしており、現在結果を解析中である。培養細胞を用いたレプチン受容体の発現の機序解明については、ドミナントネガティブにTCF4の転写活性を抑制した状態の発現を検証しているが、実験方法で難渋しており、試行錯誤中である。大腸発がんにおけるレプチンの重要性について、肥満モデルでないレプチン受容体のコンディショナルノックアウトマウスで証明できた点は非常に意義が大きく、当初2年をかけて研究予定であったものが解析まで到達できており、十分研究がすすんでいることになると考える。これまで肥満と大腸癌の関係を調べる際、目的とするもの(今回はレプチン)以外の肥満ファクターが関与してしまい、腸管(発がん)への直接の関与を調べることは困難であったが、今回コンディショナルノックアウトマウスを用いることで、レプチンが明らかに大腸発がんへ重要な役割を果たしていることが実証された。またこれまでレプチン関連の発がん促進の分子経路としてSTAT3の重要性をつかんでいるが、これについてもSTAT3コンディショナルノックアウトマウスを用いて実験がすすんでいる。

レプチン受容体発現の機序解明については、当初期待していた結果が得られず、実験方法の問題などを考慮し邁進しているが、十分すすんでいるとは言えない。本年度は引き続きコンディショナルノックアウトマウスを用いた発がん実験の検証を継続し、さらにこの腫瘍部の組織やタンパクを用いた分子機序解析にまで研究をすすめる予定である。さらにコンディショナルノックアウトマウスで高脂肪食/普通食に食餌を分けた発がん実験を行い比較検討する。これにより肥満モデルにおけるレプチン/STAT3経路の重要性をさらに確認できる。また人為的なレプチンシグナルのon-offによる腫瘍形成への影響とその分子機序の解明について計画している。以下の計画により大腸発がんにおけるレプチンシグナルの役割を検証する。(1)ob/obマウスにおける発がん実験の途中ポリープができる時期に外因性レプチンの投与で腫瘍が増大するか?(2)ob/obマウスにおける発がん実験の途中ポリープができる時期に外因性レプチンの投与で形成されている微小ポリープにおいてSTAT3の活性化が起きるか?さらに昨年度難渋したレプチン受容体発現の機序についても引き続き研究を進める予定である。以上より得られた結果を取りまとめ、成果の発表を行う。本年度は予定通り物品費に1,300,000円、旅費に300,000円、計1,600,000円使用予定である(直接経費)。
低エネルギー重粒子計測用高速中性粒子観測器の開発

宇宙空間における非熱的中性粒子、特に1keV以下の低エネルギー重粒子の観測は過去にはほとんど行われていない。しかし、これが可能になれば、例えば以下のような点で大きな発展が期待されている。○地球の極域電離圏起源の重イオンの磁気圏への逃散フラックスの空間構造の観測○惑星・月の表面から放出されるスパッタリング粒子の観測本年度は、前年度までの計算機シミュレーションによる観測器形状の最適化の結果を基に、観測器テストモデルの試作を行った。本研究はスウェーデン宇宙科学研究所(IRF)との共同研究であるため、試作したものは日本側が担当する検出器部である。本観測器は飛行時間計測法(TOF法)という粒子の速度を計測する方法で入射粒子の質量分析を行う。このためには検出器(MCP)で発生する信号の出力タイミングを1ns程度の高い時間分解能で決めなくてはならない。真空チェンバーを用いた予備的な試験では、MCPからの出力信号は各アノード(信号取り出し部)に分離して取り出せており、良好な結果を得ている。本検出器は最終的にはスウェーデンに送り、観測器全体を組み上げ、粒子ビームなどを用いた本格的な試験を開始する予定である。地球磁気圏において、高速中性粒子は高エネルギーイオンと周囲の水素大気の間の荷電交換反応によって生成されるが、大気の薄い惑星では地表にまで直接イオンが到達し、表面を構成する粒子をたたきだす(スパッタリング)。たたき出された粒子の組成は惑星表面の組成を反映しており、生成位置は(もし磁気圏が存在していれば)磁気圏プラズマの大規模な構造を反映すると考えられる。本研究では惑星探査機に搭載することを念頭に、スパッタリングによって生成される高速中性粒子、特にNaやKといった重粒子を計測可能な観測器を開発する。本年度は計算機シミュレーションを用いてセンサー形状の最適化を行うとともに、電子回路部の設計を行った。本観測器は複数の検出器(MCP ; MicroChannelPlate)やセンサー極板に高電圧を印加する必要がある。そのため、独立に制御可能な8種類の高電圧出力が必要となっている。また、MCPからの出力信号は総計19個の独立なアノードで捕集する。これは粒子の到来方向を弁別するためと、質量分析の際に用いる飛行時間分析(TOF)法の精度を高めるためである。19個のアノードがあるということは19個の前置増幅回路が必要ということであり、さらにこれらの信号の出現間隔を計測する必要がある(TOF計測)。これらの電子回路について実装・消費電力・搭載性について検討を行い、良好な結果を得た。特に惑星探査を念頭に置く場合、消費電力の低減は観測器の搭載可否を左右する重要なポイントである。現状では3W程度(データ処理部は含まない)と見積もられており、良好である。
タウ蛋白および5-HT1B受容体PETによるアミロイド関連うつ病の病態解明研究

うつ病とアルツハイマー病の両者をつなぐ病態生理としてアミロイド関連うつ病という概念があり、ポジトロン断層撮像法(PET)研究からも脳内アミロイドベータの高集積が認められるうつ病が報告されている。本研究ではアミロイド関連うつ病患者を対象に、アルツハイマー病の症状と関連があると報告されているタウ蛋白の局所集積とうつ病の病態と関連があると報告されているセロトニン(5-HT)1B受容体の障害をタウ蛋白PETと5-HT1B受容体PETを用いて生体内で評価し、アミロイド関連うつ病の病態生理にタウ蛋白の局所神経障害と5-HT1B受容体の機能障害が関与しているかを明らかにすることを目標とする。
複素芳香族化合物の触媒的不斉水素化:多不斉中心の同時立体化学制御

ピロールー2-カルボン酸エステルの水素化が、ルテニウム錯体Ru(methallyl)_2(cod)と不斉配位子PhTRAPから反応系中で調製される不斉触媒存在下で円滑に進行し、最高79%eeの立体選択性で進行することを平成.18年度に見出した。この結果を受け、平成19年度は複数の置換基を持つピロールの触媒的不斉水素化を試みた。まず、3つの置換基を任意の位置に持つ多種多様なN-Bocピロールを合成し、Ru(methallyl)_2(cod)-PhTRAP触媒を用いて、これらの触媒的不斉水素化を試みた。その結果、5位に比較的かさ高い置換基をもつ2,3,5-三置換ピロールを基質として触媒的不斉水素化を行った場合に、90%eeを超える良好な立体選択性で光学活性ピロリジンあるいはジヒドロピロールを与えることがわかった。特筆すべきは2,3,5-トリアリールピロールを基質として用いた場合であり、すべての場合において98%ee以上、最高で99.7%eeで水素化生成物を与えた。次に、2つの置換基を持つピロールの触媒的不斉水素化についても検討した。その結果、2,5-位に2つの置換基を持つ基質の水素化ではアキラルなメソ体の化合物しか得られなかったが、2,4-ジフェニルピロールを基質として用いた揚合、90%eeを超える立体選択性の発現に成功した。しかし、この立体選択性は置換基の種類に大きく依存するため、基質適用範囲の拡大が今後の課題である。現在、触媒的不斉水素化は優れた光学活性化合物の供給法として認識され、実験室レベルのサンプル供給から化学産業における商業的製造まで広範囲に利用されている。しかし、今までにオレフィン、ケトン、イミンの触媒的不斉水素化には数多くの成功例が報告されてきたが、ベンゼンやピリジンのような芳香族性をもつ不飽和官能基の触媒的不斉水素化の研究例は最近までほとんどなかった。そこで、この研究では未だに報告例がない複素芳香族化合物ピロールの触媒的不斉水素化において高いエナンチオ選択性を達成すべく研究を開始した。まず、前年度までに76%eeの立体選択性を達成したピロール-2-カルボン酸メチルの触媒的不斉水素化について更なる反応条件、不斉触媒の検討を実施したところ、Ru(η^3-methallyl)_2(cod)と不斉配位子(S,S)-(R,R)-PhTRAPから反応系中で調製したルテニウム錯体を不斉触媒とし、トリエチルアミンを添加し、2-プロパノール中、水素圧50気圧、反応温度60°Cで反応を実施することにより、鏡像異性体過剰率79%eeで3体のプロリンメチルエステルをほぼ定量的に得ることに成功した。次に、2,3,5-三置換ピロールの触媒的不斉水素化について検討したところ、5位に大きな置換基をもつピロールを基質として用いた場合に最高96%eeで三つの不斉炭素原子をもつ光学活性ピロリジンを単一のジアステレオ異性体として得ることに成功した。この反応では、基質の5位に大きな置換基を配置することが重要であり、2位や3位にしか大きな置換基をもたない基質では最高でも75%ee程度のエナンチオ選択性しか発現しなかった。以上の成果は、ピロールの高エナンチオ選択的触媒的不斉水素化の世界初めての例であり、その学術的意義は極めて大きい。
難治性喘息におけるヘルパーメモリーT細胞の糖鎖性ホーミング分子異常発現機構

1.気管支喘息とアトピー性皮膚炎患者のヘルパーT細胞には「硫酸化糖鎖性ホーミング分子」が健常者より有意に高く発現した。同分子の発現量はアトピー性皮膚炎の症状再燃性と相関する一方、「硫酸化されていない糖鎖性ホーミング分子」は採血時の病勢と相関した。統計学的検証により、硫酸化糖鎖性ホーミング分子の測定は高再燃患者群の検出に有用である可能性が示唆された。1.気管支喘息およびアトピー性皮膚炎患者の末梢血ヘルパーT(Th)細胞に発現する糖鎖性ホーミング分子の量をフローサイトメーターで測定し、健常者と比較した。肺や皮膚にホーミングするCCR4陽性のメモリーTh2細胞や、CCR7陽性のセントラルメモリーTh細胞において、糖鎖性ホーミング分子発現量の有意な変化を認めた。さらに、これらの発現量は,病勢や再燃性を示す臨床的指標と有意に相関する傾向を示した。以上の結果は、Th細胞の糖鎖性ホーミング分子の発現異常が、喘息やアトピー性皮膚炎といったTh2細胞関連疾患の病態と密接に関連している可能性を示唆している。病態解明や新規治療法開発につながる可能性が期待できる点で、意義が大きい。2.シアリル6-スルホルイスXは硫酸基を持つ糖鎖性ホーミング分子の一つで、Th細胞の中ではTh2細胞に特異的に発現する。この硫酸基は6-硫酸基転移酵素ファミリーによって合成されるが、Th細胞に発現する酵素の一つであるHEC-GlcNAc6STの転写調節機構を解明した。HEC-GlcNAc6ST遺伝子はT-bet、GATA-3、Sp1によって転写調節され、GATA-3に関してはprotein kinase A(PKA)を介したリン酸化状態が関与することが示唆された。この結果をさらに発展することで、喘息やアトピー性皮膚炎において硫酸化糖鎖性ホーミング分子の異常発現が生じる機序を解明できる可能性があり、治療標的分子を同定する上で意義が大きい。1.前年度に続き、気管支喘息およびアトピー性皮膚炎患者の末梢血検体を収集・解析した。ヘルパーT(Th)細胞に特異的に発現する「硫酸化糖鎖性ホーミング分子」をフローサイトメーターで定量した。アトピー性皮膚炎患者の解析において、同分子の発現量は症状再燃性と有意に相関した。一方で、「硫酸化されていない糖鎖性ホーミング分子」の発現量は採血時の病勢と有意に相関した。さらに、硫酸化糖鎖性ホーミング分子の測定がアトピー性皮膚炎の高再燃患者群の検出に有効か、ROC曲線(Receiver Operatorating Characteristic curve)を用いて検証した。AUC(Area Under the Curve)は0.9以上の高値を示し、同検査の臨床的有用性が示唆された。2.硫酸化糖鎖の合成に関与する6-硫酸基転移酵素の一つであるHEC-GlcNAc6STが、転写因子T-bet、GATA-3、Sp1によって発現調節されること、PKAによるGATA-3のリン酸化が必要であることを論文報告した。さらに、Th細胞におけるHEC-GlcNAc6STの硫酸化糖鎖合成能をJurkat細胞を用いて検証した。HEC-GlcNAc6STをノックダウンしたところ、最低でもひとつの硫酸化糖鎖構造の発現が減少し、HEC-GlcNAc6STを強制発現したところ同糖鎖の発現が増加した。興味深いことにこの硫酸化糖鎖構造は、B細胞特異的に発現するCD22分子に対するリガンドであることが知られている。以上の結果から、HEC-GlcNAc6STはTh細胞において硫酸化糖鎖性接着分子の合成に関与することが示された。
近赤外分光を用いたヒト脳診断理論の高性能化と実証

筆者等が考案したヒト頭部後方散乱光パルス波形を解析可能なFDTD( finite difference time domain )法を用いて、時間領域拡散光トモグラフィ(Time-Resolved Diffuse Optical Tomography:TRDOT )実現可能性を検証した。ボランティアの頭部からの後方散乱光パルスを時間相関単一フォトンカウンティング法で測定し、FDTD法による理論値との自乗残差最小値を共役勾配法で探索して頭皮、頭蓋骨、灰白質及び白質の光吸収係数及び等価散乱係数を推定した。その結果、TRDOTによりこれら頭部組織の光学パラメータを分離して推定可能なことを明確にした。「近赤外分光を用いたヒト脳診断理論の高性能化と実証」に関して以下の成果を得た。1.現実的なヒト頭部モデルの光伝搬解析・・筆者等が定式化したFDTD法に、脳溝と頭表の屈曲を考慮したヒト頭部モデルの後方散乱光パルス波形(以下光パルス波形と略称する)を解析する機能を付加し以下を明確にした。(1)脳溝の光パルス伝搬特性への影響・・非散乱体である脳髄液で満たされている脳溝中で光は直進するため、脳溝を考慮すると光源・検出器間隔(d)が大きくなるほど遅延時間が減少する。このため、実際は脳溝を考慮することが不可欠なことが判明した。(2)頭部屈曲の光パルス伝搬特性への影響・・実際の頭部は屈曲しており、これは脳髄液を介した頭蓋骨と灰白質間の光結合に大きな影響を及ぼす。このため、光結合の可視距離(lv)を用いて屈曲の影響を解析するFDTD解析プログラムを作成した。2.ヒト頭部光パルス波形測定・・実験内容を説明して募った学内の3人のボランティアの頭部の光パルス波形を時間相関単一フォトンカウンティング法により測定した。測定は光入力の安全基準である10mW以下とした。光パルス波形から算出した平均遅延時間は、3人のボランティアでばらつきが視られた。ボランティアの頭表形状を測定したところ、ばらつきは前項(2)で述べたlvと大きな相関があることが分かった。3.ヒト頭部光パルス波形理論値と実測値の比較・・頭表形状と平均遅延時間の関係が明確に確認された一人のボランティアについて、頭表と脳組織の光吸収及び等価散乱係数を推定した。推定は理論及び実験光パルス波形の自乗残差最小値を探索する共役勾配法を用いた。その結果、時間領域法を用いると頭表と脳組織の光学パラメータを深さ方向に分離して推定可能なことが分かった。このパラメータを用いて推定した光パルス波形の誤差はd=2040mmに亘り誤差は20%以下に留まることを明確にした。1.指数時間ステッピング(ETS)を用いた光拡散方程式のFDTD解析法の高精度化光拡散方程式を用いて光学的に不均一な実際の生体中の光パルス伝搬解析を実現するためには、光拡散方程式の数値解法が必要不可欠である。申請者等が考案した光拡散方程式のFDTD解析は、大きな輸送減衰係数(mtr)を有する散乱体で解にゆらぎが生じるという欠点が有った。このゆらぎは、解析時間短縮のために、Yee格子サイズ(Dz)を大きくすると顕著になる。これを克服するため、光拡散方程式を時間のみに関する微分方程式と見なし、一般解と特解を解析的に求め、空間微分は差分で近似して、物理量を漸化式で計算するETSを用いたFDTD解析法を定式化した。散乱体境界条件もETSに再定義した。ETSを110×110×60 mm3の3次元散乱体の光パルス伝搬解析に適用した。その結果、生体の平均的な値であるmtr =2 (mm-1)の散乱体をDz =2 (mm)で離散化すると、通常の解析では、光源から50mm以上離れた位置では解に大きなゆらぎが発生し、使用不可能なことが分かった。これに対して、ETSを用いるとゆらぎは完全に消失することが判明した。次にETSによる光パルス波形解析精度を検証した。mtr =3 (mm-1)の散乱体をDz =2 (mm)で解析した場合、光パルス波形の解析誤差は相対振幅が10-4以上で1%以下に抑圧可能なことことが分かった。これに対して従来法では、50%以上の誤差を伴う事が判明した。FDTD法を3次元散乱体の光パルス伝搬解析に使用する場合、解析時間はDz4に比例する。このため、従来法のDz =1 (mm)で数十秒要していた解析時間をDz =2(mm)のETSで数秒に短縮可能とした。2.時間相関単一フォトンカウンティング測定系の性能確認ピコ秒光パルスレーザを購入して、測定系の動作確認を行った。

今年度は、ヒト頭部後方散乱光パルス波形の理論値と実測値の比較からヒト脳光学パラメータを推定する時間領域拡散光トモグラフィ(Time Resolved Diffuse Optical Tomography: TRDOT)について、以下13に示す基本的な性能を検証した。光パルス波形理論値は、昨年度までに構築した脳溝と頭表の屈曲を考慮した現実的なヒト頭部モデルのFDTD解析を用いて計算した。また、実測値は、頭表屈曲形状と平均遅延時間の関係が明確に確認された一人のボランティアのものを用いた。1.TRDOTによるヒト脳診断可能性・・光パルス波形理論値と実測値の自乗残差最小値を与えるヒト頭部の光学パラメータを共役勾配法により用いて推定した。その結果、光吸収係数は、頭皮及び頭蓋骨から成る頭表組織と灰白質及び白質から成る脳組織を分離して同定可能なことを明らかにした。また、白質を除く各組織の等価光散乱係数も同時に同定出来ることを明確にした。平均遅延時間や2次モーメントの等の統計量でなく光パルス波形そのものから散乱体と非散乱体が混在して形状が複雑なヒト頭部の光学パラメータを推定した例は他に類を見ない。2.TRDOTにおける光パルス実測値の遅延時間補正誤差許容値・・光パルス実測値の測定系による遅延補正は必須であり、前項の例につきこれを見積もった。その結果、光学パラメータ推定値に±10%の誤差を許容すると、遅延補正誤差許容値は20 (ps)であり、計測器の現状性能を考慮すると容易に実現可能なことが判明した。3.光パルス波形サンプリング間隔(delta_t)と光学パラメータ推定誤差・・delta_tを約20psから80psまで変えても光学パラメータ推定値の劣化は無視出来ることが分かった。delta_tを粗くしても遅延補正は前項の条件を満足出来ることから、この結果は実際のTRDOT装置構成の簡易化の可能性を示す。工学本研究の目的は、筆者等が定式化したFDTD解析で実際のヒト頭部の光パルス波形を予測することにある。現在まで2次元モデルではあるが、脳溝と頭部の屈曲を考慮したFDTD解析と実測値は良い一致を示すことが初めて明らかになった。これにより、本研究のベースとなっている光拡散方程式と光輸送理論を組み合わせたヒト頭部光パルス伝搬理論及び、散乱体と非散乱体境界で新たに考案した境界条件や波源条件、等の妥当性が検証されたと考えられる。光拡散方程式のFDTD解析にETSを適用し、Yee格子サイズ(Dz)を拡大すると顕在化する解のゆらぎを抑圧し、解析精度を向上する上で有効なことを明確にした。これにより、3次元散乱体において、FDTD解析におけるDzを2mm以上に拡大することを可能とした。ヒト頭部は通常の部位と異なり頭蓋骨と灰白質の間に非散乱体である脳髄液が介在し、脳溝形状が複雑なため、Dzを2mmに拡大するには至っていない。現在は、頭表の屈曲がほぼ一様と考えられる側頭葉の光パルス理論値と実測値の良い一致を確認した。今後は、実際の頭部屈曲を考慮した解析法を定式化して、頭部全体に亘り解析可能な理論へと高度化を図る。実際にヒト頭部の後方散乱光パルス波形を測定して、理論波形と比較してその精度を検証する。今後の推進策を以下に示す。1.ヒト頭部の後方散乱光パルス波形測定現有の時間相関単一フォトンカウンティング測定系を用いて、ボランティアを安静な状態で測定できるようにファイバプローブ等に改良を加える。
学内有志勉強会における大学職員の経営企画能力の涵養-人事部への調査から-

・研究目的18歳人口が再び減少に転じる2018年を迎え大学を取り巻く環境は大きく変わってきている。このような外部環境の変化に伴い大学は戦略的な経営を行う必要があり、現場に近い大学職員の経営企画能力の育成は極めて重要となってきている。申請者が2013年度に大学人事部に対して行った調査において、最も望ましい自己啓発として「勉強会」と回答した割合は6割を超えていることが明らかとなった。学内有志の勉強会は、比較的経済的負担も少なく、自主的な学習の場であることから必然的に学習意欲の高い者が集まる場となっており、互いに切磋琢磨していく貴重な機会であると考えられる。上記のような背景から、勉強会の現状を明らかにすることは、職員の能力開発を進めていくうえでは極めて重要である。「有志」からなる、学習意欲の高い職員の自己啓発に対し、大学内の人材育成部署(以下、人事部)がどのように捉え、支援を行っているかを網羅的に明らかにすることは、大学経営人材を養成するためには不可欠な要素であり、その先にある大学改革に資するものと考えられる。・研究方法全国の国公私立大学(771校)の人事部を対象に質問紙法にて「学内勉強会の現状と課題」を問う調査を行った。・研究成果本調査の有効回答数は216校であり、回答率は28.0%であった。調査の結果、学内勉強会を「自己啓発の場として有効」とした回答は全体の71.8%と高いものの、学内勉強会を支援する制度を持つ大学は、22.2%であり、継続的に学内勉強会が開催されている大学は29.2%であった。他方で、継続的に学内勉強会が開催されている大学の内、「今後学内勉強会を自己啓発として奨励していきたい」との回答は85.8%であり、人事部が感じる有用性の高さが推測される。また、「実務への還元があった」との回答も43.0%あり、個人の自己啓発にとどまらず、業務改善さらには大学改革のためのツールとして可能性も示唆された。
前立腺肥大症に対するゲノム薬理学に基づく個別化治療と創薬開発に向けた基礎的研究

前立腺肥大症は、症状に対する対処療法のみならず、病態を理解することによって疾患そのものへの新しい創薬開発が進められることが期待されている。私たちは、新たに前立腺肥大症モデル動物を作成し、各種サイトカイン、増殖因子、ケモカインが、前立腺の増殖過程において重要であることや、筋線維芽細胞が重要な働きを担っていることを明らかにした。また、前立腺肥大症はQOL疾患であり、薬剤の効果と副作用を意識して、効率的な薬物の投与が、オーダーメードに行われることが望まれる。そこで前立腺肥大症患者のゲノムワイド解析を行い、薬物治療の効果との相関を検討し、9つの候補SNPを同定した。ゲノム薬理学とは、薬剤効果に患者個人の遺伝的性質がどのように関与するかを研究する学問領域である。すなわち、薬物療法の至適個別化をし、既存の万人向けの医療ではなくて、患者の個人的体質に合わせた個別化医療(オーダーメード医療)の実現を目標とする。私たちはこれまで個別化医療の実現を目指して研究を行い、前立腺組織の受容体の発現量により薬剤効果が規定されることを明らかにしてきた(文献1-9)。しかし前立腺生検組織を用いた研究は、侵襲を伴うため、良性疾患である前立腺肥大症における患者への実用化は現段階では難しい。今日のオーダーメード医療の中心は、一塩基遺伝子多型(SNP)であり、特に癌領域では臨床応用に至っているものもある。前立腺肥大症においては、これまで薬剤効果とSNPとの関係を検討した報告は散見されるが、α1受容体上に存在するSNPをすべて網羅したものではない。今後α1遮断薬を投与した際の薬物動態・薬剤効果・副作用の個人差に関与するSNPを同定するためのゲノムワイド解析が必要になると考え、本研究の着想に至った。私たちは、前立腺肥大症薬物治療における適正用量および薬剤効果を服薬前に予測する、より詳細なアルゴリズムを作成し、臨床的実用化に向けた基礎的研究を行いたいと考えている。一方、前立腺肥大症に伴う下部尿路症状に対する薬剤は、症状を緩和する薬剤としてα1遮断薬および抗コリン剤、β3刺激薬など役者はそろいつつあるが、前立腺の機械的閉塞する薬剤は5α還元酵素阻害剤のみである。しかし5α還元酵素阻害剤はPSA上昇マスクや前述したハイリスク前立腺癌の問題があり、ホルモン非依存性の前立腺肥大症発症メカニズムの解明とそれに伴う新規治療薬の開発が必要と考え、本研究の着想に至った。前立腺肥大症の発症にFGF、IGF、TGF familyなどの種々の増殖因子やサイトカインが関与している。特にFGF1、FGF2、FGF9などの増殖因子は、上皮もしくは間質で前立腺の増殖分化に重要な役割を果たしている。TGFβは、前立腺の間質の増殖分化に関与しており、特に上皮ー間質相互作用における役割について注目されている。また、上皮より分泌されたIL-1αやIL-8はそれぞれ間質においてFGF7、FGF2を誘導する。また、IL-2、IL-4、IL-17などのサイトカインは前立腺肥大症組織において発現量が増加しており、インターフェロン誘導性の炎症性ケモカインであるCXCL9、CXCL10、CXCL11が前立腺肥大症の移行領域でup-regulationされていることも報告されている。私達が以前確立したヒト前立腺肥大症に病理学的に類似した前立腺肥大症モデル動物においても、これらと重なる、増殖因子、サイトカイン、ケモカインの誘導が確認できた。これらの所見は前立腺肥大症の病態に、慢性炎症やT細胞浸潤が強く関与している可能性を示し、また将来の治療のターゲットになる可能性がある。今日の分子生物学の発達により、前立腺肥大症の病態を遺伝子レベルで捉えようとする試みがなされている。特に、マイクロアレイを用いた網羅的な遺伝子発現情報解析から、さまざまな関連遺伝子の同定がなされている。私たちも、上述した前立腺肥大症モデル動物を用いてマイクロアレイ解析とオントロジー解析を行い、免疫反応に関与する遺伝子の増加が著明であることや、アポトーシスやアンドロゲン関連遺伝子、TGF-βシグナル伝達系、細胞接着因子、コレステロール合成経路関連遺伝子の増減が認められることを証明した。これら網羅的遺伝子解析により、今後新しい創薬の可能性が期待される。昨年まで行ってきた前立腺肥大症モデル動物と用いた網羅的遺伝子解析による新しい創薬開発についての研究をさらに進展させた。胎仔ラットより尿生殖洞(UGS)のみを単離し、7週齢雄性ラットの前立腺被膜下に移植することで、ヒトBPHに類似したBPHモデルラットを作成した。BPH組織、対照として左腹側前立腺をそれぞれ採取し、α-SMA、vimentin陽性の筋線維芽細胞数を、免疫組織化学染色で評価した。また、TGF-β、IGFBP3の発現をWestern blotting、免疫組織化学染色で評価した(各n=4)。続いて、移植から2週、3週、8週後のBPH組織をそれぞれ採取し(各n=4)、経時的に組織学的評価、発現解析を行った。統計学的検定は、un-paired t検定を用い、p<0.05を有意差ありとした。BPH組織(9.2%)では、正常前立腺(4.5%)と比較して、筋線維芽細胞数の優位な増加が認められ、特に線維化の強い領域に豊富に存在していた。また、TGF-β、IGFBP3ともにBPHで優位な発現の増加が認められた。

2週、3週、8週の評価では、筋線維芽細胞数、及びTGF-β、IGFBP3発現の経時的な増加が認められ、特にTGF-β、IGFBPの発現が筋線維芽細胞数の増加に先行して起こっていた。本研究により、BPHの増殖過程において、筋線維芽細胞への分化が活発に行われており、前立腺の線維化に関与してことが考えられた。またその分化に際しては、fibroblast-myofibroblast differentiationの促進因子としての、TGF-β、IGFBP3の発現増加が先行して起こっており、これらがBPH発症に大きく関与していると考えられた。網羅的遺伝子解析により得られた遺伝子解析をさらに詳細に検討することにより、前立腺肥大症発症メカニズムが解明されると期待された。前立腺肥大症は、症状に対する対処療法のみならず、病態を理解することによって疾患そのものへの新しい創薬開発が進められることが期待されている。私たちは、新たに前立腺肥大症モデル動物を作成し、各種サイトカイン、増殖因子、ケモカインが、前立腺の増殖過程において重要であることや、筋線維芽細胞が重要な働きを担っていることを明らかにした。また、前立腺肥大症はQOL疾患であり、薬剤の効果と副作用を意識して、効率的な薬物の投与が、オーダーメードに行われることが望まれる。そこで前立腺肥大症患者のゲノムワイド解析を行い、薬物治療の効果との相関を検討し、9つの候補SNPを同定した。本研究の目的は、網羅的遺伝子解析をしたうえで、前立腺肥大症モデル動物を用いて、前立腺肥大症完成体ではなく細胞増殖期における前立腺肥大に関与する遺伝子を機能解析し、新しい創薬研究に結びつけることである。現在までに、前立腺増殖に関与する遺伝子やその関係が徐々に明らかになってきており、おおむね研究の進行の程度は順調と考える。<前立腺肥大症ゲノム機能解析による個別化医療の実現>前立腺肥大症患者の全ゲノム解析を行い薬剤応答性・耐性責任遺伝子の同定:前立腺肥大症患者を対象として、α1遮断薬を投与した際の、薬物動態、薬剤効果、副作用の個人差に影響を与える遺伝子および遺伝子多型を全ゲノム解析により同定する。<前立腺肥大症モデル動物と用いた網羅的遺伝子解析による新しい創薬開発>前立腺肥大症組織における線維化メカニズムの解明:前立腺肥大症は、進行すると線維成分の割合が増加し、そのような症例は手術療法まで至ることが多い。しかしながら、その線維化の過程については不明な点が多い。一方、他臓器の線維性疾患において、筋線維芽細胞の関与が最近注目されている。そこで、ヒトBPH組織に類似した、間質成分優位な前立腺肥大症モデルラットを用いて、その前立腺組織中の筋線維芽細胞の経時的な変化を評価することで、前立腺の線維化に及ぼす影響の解明を試みる。前立腺肥大症モデルにおける補体活性化経路の検討:これまでの私たちの検討から、本モデルにおいては、補体古典的経路の活性化が起きていることを証明してきた。前立腺肥大症モデル動物においては、その発症に自己免疫反応が関与していると仮定し、前立腺肥大症の発症メカニズムを免疫学的アプローチによって解明していきたい。泌尿器科これまで私たちが行ってきた研究では、本モデル動物において正常前立腺と比較して、507遺伝子の発現上昇と426遺伝子の発現低下が前立腺肥大症に特異的に認められることがわかった。
感圧塗料を用いたマイクロ秒オーダーで変動する非定常圧力場の定量時系列計測法の確立

非定常圧力場の面計測かつ定量計測という二つの目的を実現する方法として、感圧塗料技術がその候補として有効である。しかしながら、感圧塗料でその計測を実現するためには、十分な時間応答性と十分な発光強度を感圧塗料が備えている必要がある。本研究では、例えばソニックブーム現象のようなマイクロ秒オーダーで変動するような非定常圧力場を定量計測可能とするような感圧塗料の開発を目指した。この目的のため、本研究では超高速応答型感圧塗料の改良を目指し、新たな蛍光色素の候補を調査した。その結果、有力な蛍光色素の候補を見出すことができた。本研究は、感圧塗料計測技術と高速度カメラ技術を組み合わせ、衝撃波に代表される音速を超える速度で伝播する高速非定常波動現象を、マイクロ秒間隔という極めて速いオーダーで時系列的かつ定量的に面計測可能とする新たな可視化計測法の確立を目指すものである。本技術の実現及び確立に向け、感圧塗料の高速度撮影計測で課題となる励起光源の発光強度不安定性を、感圧塗料の2色化(複合感圧塗料)技術により解消する。最終的には、超音速で伝播する高速非定常現象が誘起する非定常圧力場を時系列的かつ定量的に可視化計測することで本技術の有用性を実証し、従来までの影写真法などの定性的な光学可視化手法に代わる新たな定量時系列非定常計測手法としての提案を行うことを目的とする。本目的の実現に向け、平成26年度においては、バリスティックレンジを用いて射出される超音速飛行体から生じる衝撃波が物体上に形成する非定常圧力場の感圧塗料計測を実施し、研究目的を実現するうえでの課題点抽出を行った。具体的には、時間応答性を大幅に改善した超高速応答型感圧塗料を用い、上述した非定常圧力場に起因する非定常圧力変動を高速度カメラを用いて光学的に面計測した。また、非定常圧力センサによる計測を同時に実施し、感圧塗料計測結果と非定常圧力センサ計測結果の双方を比較し、圧力波計測に対する感圧塗料計測の有用性の実証試験も併せて行った。結果として、観測面上を超音速で伝播する非定常圧力波を面的および時系列的に捉えることに成功し、感圧塗料計測から想定される圧力波の伝播過程は非定常圧力センサの計測結果と定性的に一致することを示した。また、定量計測実現に向けた基礎データの取得にも成功した。本研究は、感圧塗料計測技術と高速度カメラ技術を組み合わせ、衝撃波に代表される音速を超える速度で伝播する高速非定常波動現象を、マイクロ秒単位という極めて速いオーダーで時系列的に面計測可能とするための新たな可視化計測法の確立を目指すものである。この技術の実現により、最終的には影写真法やシュリーレン法などの定性的な光学可視化手法に代わる新たな時系列可視化手法としてPSP技術を提案することを目的とする。本目的の実現に向け、平成27年度においては、平成26年度に引き続きバリスティックレンジを用いて射出される超音速飛行体から生じる衝撃波が物体上に形成する非定常圧力場の感圧塗料計測を実施した。具体的には、時間応答性を大幅に高めた超高速応答型感圧塗料の試験片を弾道軸の近辺に設置し、飛行体の形成する衝撃波が試験片上を通過した際にタイミングを合わせて励起光を照射し、試験片から発せられる発光を高速度カメラで検出した。また、非定常圧力センサによる計測も同時に行い、感圧塗料の計測結果を非定常圧力センサの結果と比較した。平成27年度においては、従来型のイメージインテンシファイアを用いた計測系に加え、高感度カメラを用いた検出実験も並行して行ったが、本実験の結果として、従来型よりも簡素な実験系による非定常高速度計測が可能であることを実証できた。また、従来型の高速応答型感圧塗料に用いることのできる新たな色素についても特性評価を行い、高速応答型感圧塗料の改良の候補として有望であることを確認した。平成26年度は、研究目的の達成に向け、バリスティックレンジを用いて射出される超音速飛行体から生じる衝撃波が物体上に形成する非定常圧力場の感圧塗料計測を実施し、研究目的を実現するうえでの課題点抽出を実施している。結果として、観測面上を超音速で伝播する非定常圧力波を面的および時系列的に捉えることに成功し、感圧塗料計測から想定される圧力波の伝播過程が非定常圧力センサによる計測結果と定性的に一致することを示し、かつ定量計測実現に向けた基礎データの取得にも成功している。本年度は、上述したバリスティックレンジ実験について、実施のための体制づくりに若干時間を要したため、課題点抽出に向けた実験の実施時期が想定よりも数か月ほど遅れた。そのため、実験による課題点の抽出を行ったうえで実施する予定であった超高速応答型感圧塗料の改良について若干の遅延が生じている。

しかしながら、バリスティックレンジ実験では十分な課題点の抽出と研究目的達成のための基礎データの取得に成功しており、かつ想定していたタイムスケジュールからの遅延は平成27年度に十分挽回可能な範囲であるため、研究達成度としては順調に進展しているとした。高速空気力学平成26年度に実施したバリスティックレンジを用いた非定常圧力場の可視化実験において、超高速応答型感圧塗料と可視化光学系、そしてデータ処理に関する課題点を概ね明らかにすることが出来た。平成27年度においては、これらそれぞれについての研究開発を進める。感圧塗料については、色素・溶媒等の変更により、高速非定常現象に適用するうえで必要となる特性を持つ塗料の開発を引き続き進める。データ処理については、定量計測を行う上で必要となるリファレンス画像の選択アルゴリズムをより妥当なものに改良し、かつ取得画像のノイズ低減も進めることにより、精度向上を進める。可視化光学系については、特にバリスティックレンジ実験を念頭に入れ、平成26年度に用いた可視化光学系に改良を加える予定である。
軟骨・骨組織誘導性ハイブリッド生体材料を用いた新規関節軟骨再建法の開発

本申請課題では、リン酸三カルシウム(TCP)に直線的貫通孔の構造を付与したハニカムTCPを用いて細胞外微小環境を再現することにより、軟骨組織および骨組織がシームレスに誘導可能な軟骨・骨組織誘導性ハイブリッド生体材料を創出し、新規関節軟骨組織再建法を開発することを目的としている。平成30年度は、ハニカムTCPの貫通孔孔径を変化させることにより、特異的に軟骨・骨組織を誘導可能であるメカニズムの解明を行なった。近年の研究において、硬組織形成と血管新生との関連が報告されているため、ハニカムTCPの孔径変化による硬組織形成と孔内の血管新生との相関について実験動動物(ラット)を用いて経時的に組織学的検討を行なった。その結果、細い孔径(75μm)のハニカムTCPでは初期に孔内で血管新生が観察されるが、経時的に血管新生の減弱が観察された。孔径が細い場合には孔内が低酸素状態に陥るため軟骨形成が誘導されると考えられた。また孔径が太いハニカムTCPの場合(300,500μm)では孔内に太い血管侵入を認め、酸素供給が旺盛なため、孔内に骨組織遊動が起こった。このように、軟骨・骨組織が特異的に誘導されるメカニズムを明らかにし、学術論文としてまとめた。また一方で、孔径300μmのハニカムTCPに80μg/mlのBMP-2を充填した試料を、実験動物(ウサギ)の膝関節欠損部に移植した。その結果、膝関節の骨組織相当部に骨組織を、軟骨組織相当部に軟骨組織を誘導することに成功した。平成30年度は動物実験において、ウサギの膝関節軟骨を軟骨・骨組織同時に誘導することに成功している。しかしながら、軟骨組織部分の誘導が未だ不確実である。したがって、より確実性の高い軟骨組織誘導が必要と考えられる。軟骨組織誘導を確実にするため、軟骨誘導因子と言われているTGF-βやGDF-5などの成長因子をTCPに充填し、確実な軟骨組織誘導を目指す。本申請課題ではハニカムTCPを用いて細胞外微小環境を再現することにより、軟骨組織および骨組織がシームレスに誘導可能な軟骨・骨組織誘導性ハイブリッド生体材料を創出し、新規関節軟骨組織再建法を開発することを目的としている。現在までの研究により、ハニカムTCPとBMP-2を用いることで骨髄様構造を有する正常骨組織に類似した骨組織誘導を確認している。しかし、ハニカムTCPの形状とBMP-2濃度の組合せによる軟骨誘導は骨組織誘導に比べ確実性は低く、詳細は不明であった。そこで平成28年度ではハニカムTCPを用いて確実性の高い軟骨組織の特異的誘導形成を行うため、ハニカムTCPの構造、各成長因子の選定、濃度決定に取り組んだ。ハニカムTCPの直線的貫通孔の直径が75、300、500、1600μmの4種類と、BMP-2の含有量を10、20、40、80μgの4濃度の計16の組合せを作製し、ラットに埋入、3週間後に摘出し組織学的に検討を行った。この中で、特異的に軟骨形成を認めたのは、75μmの孔径を有するTCPであり、かつBMP-2含有量が最も少ない10μgの条件であった。この条件におけるハニカムTCPを組織学的に検討を行った結果、TCP孔内を充填するようにトルイジンブルー染色にて青紫色に染色される軟骨組織の形成を認めた。また、より確実性の高い軟骨誘導形成を行うため、軟骨組織誘導因子として用いられるTGF-β1(10、20、40、80μg)、GDF-5(10、20、40、80μg)、これらの複合投与にて各濃度系列を作製し、TCP孔内に充填、ラット筋中に埋入し組織学的検討を行った。孔径75μmのハニカムTCPにTGF-β1を10μg充填したものにおいて軟骨形成を認めたが、軟骨形成の面積は小さかった。平成28年度はハニカムTCPを用いた軟骨組織誘導、軟骨誘導に及ぼす各成長因子の影響、ハニカムTCPの形状が及ぼす影響を明らかにする計画であった。孔口径75μmのハニカムTCPに10μgのBMP-2を添加することにより特異的に軟骨組織が誘導できることを明らかにした。また一般的に軟骨細胞の誘導に用いられているTGF-β1の単独添加では孔口径75μmのハニカムTCP孔内に僅かにしか軟骨組織誘導できなかった。このように軟骨組織の誘導、各成長因子の影響、ハニカムTCPの形状に関してのデータが蓄積できたため、おおむね順調に進展していると判断した。現在までの研究により、ハニカムTCPと80μg/mlのBMP-2を用いることで骨髄様構造を有する正常骨組織に類似した骨組織誘導を確認している。またハニカムTCPと10μg/mlのBMP-2を用いることで、特異的に軟骨形成を認めた。そこで平成29年度ではハニカムTCPを用いて確実性の高い軟骨組織の特異的誘導形成を行うため、ハニカムTCPの構造、各成長因子の選定、濃度決定に取り組んだ。

ハニカムTCPの直線的貫通孔の直径が75μmのものとBMP-2の含有量を10μg/mlのに軟骨組織誘導因子として用いられるTGF-β1(10、20、40、80μg/ml)、GDF-5(10、20、40、80μg/ml)をTCP孔内に充填して、ラット筋中に埋入し組織学的検討を行った。孔径75μmのハニカムTCPにTGF-β1を10μg充填したものにおいて軟骨形成を認めたが、軟骨形成の面積は小さかった。また軟骨形成には低酸素状態が関連していることから、TCP内形成された血管について定量的に解析を行った。その結果、軟骨形成における血管形成にはTCPの幾何学的構造が関与している可能性が示唆された。平成29年度はハニカムTCPを用いた軟骨組織誘導、軟骨誘導に及ぼす各成長因子の影響、ハニカムTCPの形状が及ぼす影響を明らかにする計画であった。孔径75μmのハニカムTCPに10μg/mlのBMP-2とTGF-Βを混合して添加することにより特異的に軟骨組織が誘導できることを明らかにした。また一般的に軟骨形成は低酸素条件が有利であることは知られているが、TCPの幾何学構造が軟骨再生に影響を与えることが、TCP内に形成された血管面積の解析から明らかとなった。このように軟骨組織の誘導、各成長因子の影響、ハニカムTCPの形状に関してのデータが蓄積できたため、おおむね順調に進展していると判断した。本申請課題では、リン酸三カルシウム(TCP)に直線的貫通孔の構造を付与したハニカムTCPを用いて細胞外微小環境を再現することにより、軟骨組織および骨組織がシームレスに誘導可能な軟骨・骨組織誘導性ハイブリッド生体材料を創出し、新規関節軟骨組織再建法を開発することを目的としている。平成30年度は、ハニカムTCPの貫通孔孔径を変化させることにより、特異的に軟骨・骨組織を誘導可能であるメカニズムの解明を行なった。近年の研究において、硬組織形成と血管新生との関連が報告されているため、ハニカムTCPの孔径変化による硬組織形成と孔内の血管新生との相関について実験動動物(ラット)を用いて経時的に組織学的検討を行なった。その結果、細い孔径(75μm)のハニカムTCPでは初期に孔内で血管新生が観察されるが、経時的に血管新生の減弱が観察された。孔径が細い場合には孔内が低酸素状態に陥るため軟骨形成が誘導されると考えられた。また孔径が太いハニカムTCPの場合(300,500μm)では孔内に太い血管侵入を認め、酸素供給が旺盛なため、孔内に骨組織遊動が起こった。このように、軟骨・骨組織が特異的に誘導されるメカニズムを明らかにし、学術論文としてまとめた。また一方で、孔径300μmのハニカムTCPに80μg/mlのBMP-2を充填した試料を、実験動物(ウサギ)の膝関節欠損部に移植した。その結果、膝関節の骨組織相当部に骨組織を、軟骨組織相当部に軟骨組織を誘導することに成功した。平成30年度は動物実験において、ウサギの膝関節軟骨を軟骨・骨組織同時に誘導することに成功している。しかしながら、軟骨組織部分の誘導が未だ不確実である。したがって、より確実性の高い軟骨組織誘導が必要と考えられる。軟骨組織誘導に及ぼす各種成長因子の影響について、10μgと最も少量のBMP-2を添加した時に軟骨組織が誘導された。しかしTGF-β1単独添加ではハニカムTCP孔内に僅かしか軟骨組織形成を認めなかった。そこで平成29年度は最も低量のBMP-2にTGF-β1とGDF-5の複合添加の検討を行い、より効率的な軟骨組織誘導に及ぼす影響因子の選定を行う。