hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒトiPS細胞由来3次元培養組織を用いたウイルス大脳感染機序の解析

芽細胞にOCT3/4, SOX2, c-MYC, Klf4を導入し、ヒトiPS細胞を樹立した。樹立後ヒトiPS細胞の未分化マーカーの発現を確認し、現在feeder freeの状態で安定的なiPS細胞培養方法を獲得した。実際のウイルス感染の病理をマウスで解析するために、新生仔マウスを使った血行感染により、ウイルス粒子と感染パターンの詳細な検索をおこなった。しかしヒトiPS細胞から3次元培養脳の作製の条件の確定ができず、計画が遅れている。また以前の科学研究費の計画であった研究成果がAmerican journal of pathologyにpublishされたが、そのacceptまでの作業によって16までの当初の計画に遅れがでている。日本では毎年約1000人の神経障害をもった症候性サイトメガロウイルス(CMV)患者が発生している。ダウン症につぐ大きな先天異常であり毎年膨大な医療費を必要とする。今回の研究ではヒトiPS細胞から3次元大脳組織を作成するという新しい技術を用いて、申請者らが提唱してきたマウス大脳CMV感染モデルをヒトモデルで検証する予定であった。そしてヒトCMV中枢神経感染特有の新たな病理機序の解明や治療法につなげることを目的としていた。実験を進めるにあたって、iPS細胞から3次元大脳培養を成功させることが難しく、当初の計画通りに実験は進まなかった。しかしその過程でCMV血行感染における初期感染モデルの解明が進んだ。マウスモデルを用いたCMV血行感染初期ではCMV陽性細胞は大脳全体にびまん性に拡がる。CMV感染細胞の約7割は血管内皮細胞、約1-2割は血管周皮細胞(pericyte)であり、初期感染部位は主にneurovascular unitであることが確認できた。蛍光CMV粒子で初期感染の分布を確認すると、ほとんどのCMV粒子はBBBによって留められていた。これは感染初期にはBBBがCMV粒子に対して機能的に働いていることを示す結果であった。感染後しばらくするとBBBの破綻を引き起こし血管周囲にウイルス感染が広がることもわかった。血行感染でも神経幹/前駆細胞に感染が及び、胎生中期後期における神経幹/前駆細胞へのCMV感染が細胞増殖・神経新生を抑制し、小頭症を引き起こすことがわかった。大脳透明化にも成功し、血管の分布とウイルス感染の3次元的な分布をコンピュータ画像上にこれらの結果はAmerican Journal of Pathology誌、Journal of Visualized Experiments誌、Pathology International誌に論文を発表した。今回の研究ではヒトCMV中枢神経感染特有の新たな病理機序を研究することを目的としていた。実験を進めるにあたって、iPS細胞から3次元大脳培養組織を作成することが難しく、当初の計画通りに実験は進まなかった。しかしその過程でCMV血行感染における初期感染病理機序の解明が進み、感染初期には血液脳関門がCMV粒子に対して機能的に働き、integrinβ1の分布が大切であることがわかった。
自由視点テレビシステムの研究

(1)多チャンネル動画像の解析昨年度に構築した,カメラに通信機能と計算機能を持たせたイメージセンサを空間内に多数配置したイメージセンサネットワークで,多チャンネルの動画像を撮影して時間的,空間的に解析したところ,カメラの幾何配置を用いて各画像を変換することで,画像に直線構造や正弦波構造などの特別な関係を導き出せることがわかった.(2)多チャンネル動画像の圧縮符号化方式の研究従来の符号化方式では隣接カメラとの相関は利用してなかったが,上記の知見に基づき,隣接カメラの同一時刻の画像も符号化で利用することにした.その結果,従来の符号化方式に比べて少ない符号で同等の画質を得られる方式を開発できた.(3)イメージセンサネットワークの最適化自由視点画像を生成する処理方法として,全ての画像を1台のPCで処理する方法と,全ての画像を共有させて複数のPCで処理する方法,一部の画像のみを共有させて複数のPCで処理する方法の3種類を考案した。この3種類の手法のどれが最適なのかはシステム条件で決まる.そこで,システム条件から最適な手法を一意に決定する判定アルゴリズムも作成した.また,この判定アルゴリズムを用いて,昨年度に構築したイメージセンサネットワークを実際に最適化して処理時間を1/5にした.(4)自由視点テレビシステムの構築(1)(3)の知見を統合して,リアルタイムに動作する自由視点テレビシステムを構築した.(1)多チャンネル動画像の解析昨年度に構築した,カメラに通信機能と計算機能を持たせたイメージセンサを空間内に多数配置したイメージセンサネットワークで,多チャンネルの動画像を撮影して時間的,空間的に解析したところ,カメラの幾何配置を用いて各画像を変換することで,画像に直線構造や正弦波構造などの特別な関係を導き出せることがわかった.(2)多チャンネル動画像の圧縮符号化方式の研究従来の符号化方式では隣接カメラとの相関は利用してなかったが,上記の知見に基づき,隣接カメラの同一時刻の画像も符号化で利用することにした.その結果,従来の符号化方式に比べて少ない符号で同等の画質を得られる方式を開発できた.(3)イメージセンサネットワークの最適化自由視点画像を生成する処理方法として,全ての画像を1台のPCで処理する方法と,全ての画像を共有させて複数のPCで処理する方法,一部の画像のみを共有させて複数のPCで処理する方法の3種類を考案した。この3種類の手法のどれが最適なのかはシステム条件で決まる.そこで,システム条件から最適な手法を一意に決定する判定アルゴリズムも作成した.また,この判定アルゴリズムを用いて,昨年度に構築したイメージセンサネットワークを実際に最適化して処理時間を1/5にした.(4)自由視点テレビシステムの構築(1)(3)の知見を統合して,リアルタイムに動作する自由視点テレビシステムを構築した.平成15年度の目標は「空間情報入力装置の構築と自由視点映像生成アルゴリズムの研究」であった.研究計画に従って研究を遂行し,以下の成果を得た.1.通信機能と演算機能を有したイメージセンサノードの構築小型CCDカメラ,イメージグラバボード,汎用PC,ネットワークカードを組み合わせ,イメージセンサノードを構築した.これらをイーサネットで接続することで通信機能を実現し,またOSにLinuxを採用することにより柔軟なソフトウェア開発を可能とした.これらを32台接続して,イメージセンサネットワークを構築した.また,高解像度画像が取得可能で,かつノード間で数μsec以内の同期が可能な新しいイメージセンサノードの設計を行い,3ノードのプロトタイプシステム開発およびソフトウェア(API)開発を行った.2.自由視点映像生成アルゴリズムの検討自由視点映像生成アルゴリズムは,当研究グループの成果である「光線空間法」を基本とした.上記の多数のイメージセンサノードの映像情報から密な光線空間を補間生成する手法を研究し,適応フィルタ法とテーブルルックアップ法の提案および性能評価を行った.適応フィルタ法では生成画像のSNRは高いものの視覚的にぼけた画像となり,一方テーブルルックアップ法では,その逆の性質があることが分かった.3.多視点映像の情報圧縮の検討多視点映像に対し,空間方向と時間方向の多方向予測を組み合わせることで予測効率を上げる手法を研究した.この多方向予測法は,特に空間方向と時間方向の冗長性がほぼ等しい場合において,予測効率を高める効果があることを確認した.4.イメージセンサネットワークの最適化イメージセンサネットワークにおける分散処理を用いて自由視点映像を生成する場合,複数のノード間で各ノードの映像情報の一部だけを共有する方式,全部の画像を共有する方式を検討し,各ノード間の通信量,自由視点映像生成に要する時間,自由視点映像の品質の観点から評価を行った.通信時間および補間時間が与えられた元での分散処理に用いるノード数の最適化を行い,最適ノード数を求める一般式を導出した.さらに,ノードの分布が一様でない場合についても最適ノード数を導出できるシミュレーションプログラムを開発した.(1)多チャンネル動画像の解析昨年度に構築した,カメラに通信機能と計算機能を持たせたイメージセンサを空間内に多数配置したイメージセンサネットワークで,多チャンネルの動画像を撮影して時間的,空間的に解析したところ,カメラの幾何配置を用いて各画像を変換することで,画像に直線構造や正弦波構造などの特別な関係を導き出せることがわかった.(2)多チャンネル動画像の圧縮符号化方式の研究従来の符号化方式では隣接カメラとの相関は利用してなかったが,上記の知見に基づき,隣接カメラの同一時刻の画像も符号化で利用することにした.その結果,従来の符号化方式に比べて少ない符号で同等の画質を得られる方式を開発できた.

(3)イメージセンサネットワークの最適化自由視点画像を生成する処理方法として,全ての画像を1台のPCで処理する方法と,全ての画像を共有させて複数のPCで処理する方法,一部の画像のみを共有させて複数のPCで処理する方法の3種類を考案した.この3種類の手法のどれが最適なのかはシステム条件で決まる.そこで,システム条件から最適な手法を一意に決定する判定アルゴリズムも作成した.また,この判定アルゴリズムを用いて,昨年度に構築したイメージセンサネットワークを実際に最逼化して処理時間を1/5にした.(4)自由視点テレビシステムの構築(1)(3)の知見を統合して,リアルタイムに動作する自由視点テレビシステムを構築した.
蛍光計測による環境ストレスを受けた海苔の劣化初期段階の診断技術の開発

環境ストレスを受けた海苔の劣化初期段階の診断技術の確立を目指して、蛍光スペクトル測定、蛍光寿命測定による海苔診断技術の開発を行った。まず、蛍光寿命測定を行い、初期のあかぐされ病においてより感度の高い測定法であることを明らかにした。次に、葉体各部位での蛍光測定を行い、蛍光スペクトルおよび蛍光寿命の海苔葉体内での分布を明らかにした。さらに、励起蛍光マトリックス(EEM)の測定を行い、正常なスサビノリおよびあかぐされ病に感染したスサビノリなどのEEMを明らかにした。今年度は蛍光寿命計測によるスサビノリの生育診断を検討した。まず、時間分解能の高い測定を行うため、パルスレーザを用いて蛍光寿命測定を行い、平均寿命を計算したところ、正常なスサビノリの平均寿命は580 nmの蛍光ピークの場合で0.12 ns0.19 ns、660 nmの蛍光ピークの場合で0.15 ns0.17 ns、685 nmの蛍光ピークの場合で0.21 ns0.22 ns、720 nmの蛍光ピークの場合で0.12 ns0.13 nsとなった。次に、あかぐされ病に感染したスサビノリの蛍光寿命を測定したところ、あかぐされ病が進行するにつれて、平均蛍光寿命が長くなることがわかった。また、蛍光スペクトルではほとんど変化が見られないような初期のあかぐされ病の場合でも、平均蛍光寿命は大きく変化しており、蛍光寿命測定が蛍光スペクトル測定より感度の高い生育診断法であることがわかった。また、蛍光寿命への淡水の影響を検討した。淡水にスサビノリを浸した場合にも、蛍光スペクトルは変化し、淡水に浸してから数十秒から100秒程度で580 nmのピーク強度が増加し、淡水から海水へ試料を戻すと580 nmのピーク強度が減少してスペクトル形状は正常なスペクトルに戻ることがわかっている。淡水に15分間浸したスサビノリの各蛍光ピークの蛍光寿命を測定したところ、各蛍光ピークの寿命が正常な場合に比べて増加していることがわかった。また、特に580 nmの蛍光寿命が長くなっていることがわかった。今年度はスサビノリの劣化初期段階の診断に有効と考えられる励起蛍光マトリックス(EEM: Excitation Emission Matrix)測定を行った。淡水の影響、あかぐされ病の影響を検討したところ、正常なスサビノリでは励起波長450 nm以上で蛍光波長650 nm、720 nm付近に強いピークが見られるが、スサビノリを淡水に浸したとき、およびあかぐされ病のものでは、蛍光波長580 nm付近に強いピークが観測された。また、強度比F580/F685が励起波長430 nmで極小をとることがわかった。これは、クロロフィルaの吸収ピークと一致する。クロロフィルaによる吸収と関係して、クロロフィルaによる波長685 nmの蛍光強度が大きくなるため、強度比は最小となると考えられる。また、淡水に浸したもの、あかぐされ病のものは、全体的に生海苔よりも強度比が大きいという特徴が見られた。これは、ストレス下にあるスサビノリでは、波長580 nmの発光起源であるフィコエリスリンによるエネルギー移動が阻害されているためだと考えられる。さらに、蛍光スペクトルの温度特性を検討した。液体窒素温度に近づくにつれてクロロフィルaに起因する720 nmのピーク強度は非常に強くなった。詳細に検討すると、温度が下がるについて強度比F580/F720が一度低下したのち-40°C程度で上昇し、その後再び急激に減少した。これはまず-40°C程度でフィコエリスリンからクロロフィルへのエネルギー移動も妨げられはじめてフィコエリスリンの蛍光強度が増加し、さらに低温にすると光合成が妨げられるためにクロロフィル蛍光の強度が増加したものと考えられる。蛍光計測によるスサビノリの劣化初期段階の診断を検討しており、これまでに蛍光寿命および励起蛍光マトリックスの測定により目視では測定困難な劣化初期段階での診断が可能ではないかとの見通しを得ている。このため、おおむね順調に進展していると判断した。今年度はまず、液体窒素温度における蛍光寿命測定を試みた。浜松ホトニクス製の小型蛍光寿命測定装置(Quantaurus-Tau)を使用した。励起光には波長483 nmのパルスレーザを用いた。この波長の光は主としてフィコエリスリンで吸収される。蛍光スペクトルでは液体窒素温度ではクロロフィルaに起因する720 nmのピーク強度は非常に強くなることが明らかになっている。フィコエリスリンに起因すると思われる蛍光波長の580 nmのピークの平均蛍光寿命は常温のとき約0.03nsに対して液体窒素温度では0.26 nsと大きくなった。また、クロロフィルaに起因する720 nmのピークの蛍光寿命は常温のとき約0.39nsに対して液体窒素温度では1.7 nsと大幅に増加した。液体窒素温度ではクロロフィルaに起因する720 nmの蛍光強度が大幅に強くなり、720 nmのピークの蛍光寿命が増加したことから、液体窒素温度において、フィコエリスリンからクロロフィルaへのエネルギー移動はスムーズに行われているが、クロロフィルaでの活性が低いことが示唆される。また、光合成活性の評価と併せて、成分分析を行うための振動遷移測定の準備実験として、スサビノリのラマンスペクトル測定を試みた。

励起波長532nmから633nmでは蛍光が強くラマン散乱によるピークが観測されなかったが、励起波長785nmの場合には蛍光強度が弱くなり、蛍光に重畳して1150 cm-1、1300 cm-1、1500 cm-1、1600 cm-1付近にラマン散乱によるピークが観測された。環境ストレスを受けた海苔の劣化初期段階の診断技術の確立を目指して、蛍光スペクトル測定、蛍光寿命測定による海苔診断技術の開発を行った。まず、蛍光寿命測定を行い、初期のあかぐされ病においてより感度の高い測定法であることを明らかにした。次に、葉体各部位での蛍光測定を行い、蛍光スペクトルおよび蛍光寿命の海苔葉体内での分布を明らかにした。さらに、励起蛍光マトリックス(EEM)の測定を行い、正常なスサビノリおよびあかぐされ病に感染したスサビノリなどのEEMを明らかにした。海苔の生育診断において、可視判断ができる状態以前の早期の段階で診断する技術の開発を目的としており、初年度は蛍光寿命計測による生育診断を検討した。あかぐされ病などのストレス下で蛍光寿命の変化が観測された。特に、蛍光スペクトルではほとんど変化が見られないような初期のあかぐされ病の場合でも、平均蛍光寿命は大きく変化していることが明らかにでき、蛍光寿命測定が蛍光スペクトル測定より感度の高い生育診断法であることを明らかにできた。そのため、おおむね順調に進展していると判断した。スサビノリの劣化初期段階の診断方法として蛍光スペクトル計測に加えて、蛍光寿命測定、励起蛍光マトリックス測定が有効であると考えられる。これらの計測技術を確立するために、メカニズムの解明などが今後の課題である。特に励起蛍光マトリックスは多くの情報を含んでいるが、まだ定性的な解釈のみが行えている段階であり、定量的に解析をする手法を確立することが重要であると考えている。これ以外に蛍光分布の計測なども有効であると考えられる。蛍光分布測定技術を確立することも今後の課題である。光計測今後は、今年度導入した蛍光寿命測定用極低温冷却システムを利用して、低温での蛍光計測および蛍光寿命測定を実施し、蛍光メカニズムの検討をさらに進める予定である。また、励起波長をある範囲で変化させて、それぞれの励起波長に対する蛍光スペクトルを測定する励起蛍光マトリックス(EEM)の測定を行う予定である。励起光の波長が変化すると、光吸収する光合成色素が変化し、結果としてエネルギー移行の過程が変化することになる。そのため、EEMには多くの情報が含まれ、海苔の劣化初期段階の診断に有効であると期待できる。ラマン散乱分光など新しい光学的な計測を行う必要が生じ、次年度以降に他の研究機関における研究打ち合わせ等で旅費が必要なため。次年度に、成果報告のための旅費が当初計画より増加する予定のため。研究打ち合わせ旅費に使用。次年度に照明学会全国大会(福井)、電気学会東京支部千葉支所研究発表会(山梨)で研究成果発表を行う予定のため、当初より旅費が増加する。
その場結晶成長・粒子配向を利用した排ガス浄化用セラミック多孔材の材料開発

異方性のある結晶構造を有し、耐食性、熱的・機械的特性に優れるムライト及び炭化ケイ素を候補材として、焼成中あるいは熱処理中において、気孔内部や焼結体表面等の焼成面での「その場」結晶成長やその配向・形態制御により、排ガス浄化用フィルターへの応用を目指した高性能セラミック多孔材の創製に関する基礎的研究を行ったところ、気孔径分布が制御された特異な微構造を有するムライト及び炭化ケイ素多孔材の創製に成功した。本研究では,異方性のある結晶構造を有し,耐食性,熱的・機械的特性に優れるムライト及び炭化ケイ素を候補材として,焼成中あるいは熱処理中において,気孔内部や焼結体表面等の焼成面での「その場」結晶成長やその配向・形態制御により,排ガス浄化用フィルターへの応用を目指した高性能セラミック多孔材の創製に関する基礎研究を行うことを目的とし,平成21年度はムライト及び炭化ケイ素に関して,焼結性向上及び気孔形成の観点から気孔径制御手法について検討するとともに,これらの結晶成長・配向制御に関して検討し,多孔体焼成面での「その場」結晶成長・粒子配向に関して基礎的知見を得ることを目的とした.ムライト原料に酸化鉄を6または11wt%添加し,焼結したところ,酸化鉄の添加により焼結性が著しく向上し,柱状粒子が発達した組織となった.また,添加した鉄はムライト結晶内に固溶していることを明らかにした.球状ポリマーを造孔材として用いてムライト多孔体を作製したところ,酸化鉄を添加することにより焼結性が向上し,気孔径分布が制御されることを見出した.炭化ケイ素原料にアルミニウム,ホウ素及び炭素を焼結助剤として添加し,常圧焼結したところ,アルミニウムの添加量の増加に伴い,炭化ケイ素の板状粒子が成長した.特に,アルミニウム源として硝酸アルミニウムを用いることにより,少ない添加量で炭化ケイ素の板状粒子が成長することを明らかにした.球状ポリマーを造孔材として炭化ケイ素多孔体を作製したところ,気孔径分布は2極化しており,小さい気孔径分布は板状粒子間の隙間,大きな気孔径は造孔材により形成された気孔であることがわかった.また,得られた炭化ケイ素多孔体の弾性率を超音波パルス法(本申請で購入)により測定したところ,140250GPaであり,これらの値はその気孔率に依存していた.本研究では,異方性のある結晶構造を有し,耐食性,熱的・機械的特性に優れるムライト及び炭化ケイ素を候補材として,焼成中あるいは熱処理中において,気孔内部や焼結体表面等の焼成面での「その場」結晶成長やその配向・形態制御により,排ガス浄化用フィルターへの応用を目指した高性能セラミック多孔材の創製に関する基礎研究を行うことを目的とし,平成22年度はムライト及び炭化ケイ素の「その場」結晶成長・粒子配向に関する基礎研究をさらに進めるとともに,焼成面での「その場」結晶成長・粒子配向したセラミック多孔体の創製,キャラクタリゼーション及び特性評価を行い,プロセス・微構造の最適化を図ることを目的とした.酸化鉄添加ムライトの粒成長及び焼結挙動を検討したところ,鉄はムライト結晶構造内に固溶するが,添加した酸化鉄の一部は原料中に含まれるシリカと反応して液相を生成し,ムライトの粒成長及び焼結を促進するものと考えられた.また,酸化鉄添加ムライトの熱伝導率は,酸化鉄無添加ムライトの値とほぼ等しい値を示した.熱衝撃試験を行ったところ,ΔT=200°Cまでは熱衝撃の影響はほとんどなく,熱衝撃前の曲げ強度を維持していた.また,酸化鉄添加ムライト多孔体に関して,これまでの知見を基に作製プロセスを検討したところ,ムライト原料に酸化鉄被覆ポリマー気孔形成材を添加する,あるいはあらかじめ鉄固溶ムライト粉末を合成し,この粉末を原料として用いることにより,特異な構造を有するムライト多孔体の作製に成功した.また,「その場」結晶成長・粒子配向制御したアルミニウム添加炭化ケイ素多孔体の圧縮強度は1367MPaであり,これらの値は気孔率と微構造に強く依存した,以上の結果から,その場結晶成長・粒子配向制御したムライト及び炭化ケイ素多孔体の創製に関して基礎的知見を得ることができた.
Siベース・スピントロニクス素子の電子状態とスピン依存伝導現象の理論

本研究の目的は,スケーリング則の枠を超えた新機能デバイスとして,半導体べース・スピントロニクス素子(スピンMOSFET,スピントランジスタ)を開発することである。これらの素子は,既存の半導体テクノロジーでは実現不可能なデバイス(再構成可能な論理回路や高密度不揮発性メモリ等)への応用が期待されている。本年度は,Fe/半導体(100)接合および強磁性シリサイド/Ge(111)接合について,電子状態・磁性およびスピン依存伝導現象を調べた。得られた主な成果は以下の通りである。1.Fe/半導体(100)接合:Fe/Si接合について第一原理計算により電子状態を調べた。シリサイドが形成されないエピタキシャルな接合の場合には,界面Feは1.5から2.8[ボーア磁子/原子]の磁気モーメントを持つことが明らかとなった。また,得られた電子状態を用いてFe/n-Si接合の電流を計算したところ,高スピン偏極電流が得られた。また,この結果はFe/MgOトンネル接合の場合と同様に,ブロッホ波の対称性(Δ1バンド)によって理解できることも明らかとなった。2.強磁性シリサイド/Ge(111)接合:DO3型構造のFe3SiおよびCo3Siに対して電子状態を計算した。(111)配向の接合を考えた場合,Geの伝導帯下端はΛ1バンドである。Fe3Siの場合には,Λ1バンドはハーフメタル的な電子状態にはなっていない。一方,Co3Siの場合には,Λ1バンドはほぼハーフメタル的となっていることがわかった。このことから,エピタキシャルなCo3Si/Ge(111)接合を作成することができれば,Fe3Siを用いた場合よりも,より高いスピン偏極率の電流,あるいはより大きな磁気抵抗効果が得られると予想される。
磁気共鳴断層装置を用いた生体内圧力分布の画像表示

心臓が収縮拡張を行なう弾性体の一つと考えた場合に,心筋梗塞を起こしていない正常心筋部位と比較して心筋梗塞部位は比較的硬く、弾力性が正常と異なるために,梗塞部位と正常部位との境界では歪みが発生する.この歪みによる応力で心筋梗塞が進行するといわれている。そこで、MR装置により生体内の圧力を定量して画像表示する技術を開発するにあたり、In vitro実験でその可能性について検討した。マイクロバブル造影剤を封入した混濁液を加圧して撮影した場合の、圧力と信号強度との関係について検討した。非常に小さな気泡(マイクロバブル)を封入した液体に対して陽の圧力をかけると気泡の容積が小さくなり、結果としてMR I信号の大きさも変化するという現象を利用するために、撮影シーケンスおよびパラメータはT2強調を主体にして実験をおこなった。臨床用MR装置を用いて、以下のような結果が得られた。(1)造影剤を調整後の時間経過と信号強度との関係造影剤の調整後、時間経過とともに信号強度が増加した。信号強度が増加した原因は、マイクロバブルが時間の経過とともに壊れた為に起きたと思われる。圧力が大きいほど、マイクロバブルが速く壊れる傾向がある。しかし、この造影剤を超音波装置で使用する場合と比較して、MR装置ではマイクロバブルが長時間保たれる事が理解された。(2)圧力とT2値との関係試験管内の圧力を高くすると、T2値が短縮傾向を示した.(3)圧力と信号強度との関係圧力を増加すると信号強度は低下傾向を示した。以上の結果を第27回日本磁気共鳴医学会大会および第85回北米放射線学会で報告した.この研究成果が日本磁気共鳴医学会において高く評価され、大会長賞を受賞した.生体内圧力の可視化に対する基礎研究として、本年度は主としてファントム実験を行った。任意の圧力に可変可能な圧力試験管を作成し、マイクロバブル造影剤と磁気共鳴信号強度との関係について検討した。結果は0mmHgと200mmHgとで15%の信号強度の差がみられた。試験管内の圧力を高くすると、T2値が短縮傾向を示した。なぜT2値が短縮するのかということについては、我々は理解できなかった。したがって、この問題については、引き続き究明する必要があると思われる。造影剤の調整後、時間経過とともに信号強度が増加した。しかし、この造影剤を超音波装置で使用する場合と比較して、磁気共鳴装置ではマイクロバブルが長時間保たれる事が理解された。圧力を増加すると信号強度は低下傾向を示した。これにより磁気共鳴装置を用いて圧力分布を得る可能性が高いことが理解された。生体内で発生している圧力を非侵襲的に画像化することが可能になれば、現在まで予後の予測が困難であった心疾患領域でも、有用な情報に成り得ると我々は期待している。次年度からは動物を用いて生体内圧力の可視化実験を行う予定である。本研究結果は9月に東京で開催された磁気共鳴医学会にて発表し、大会長賞を受賞するに到った。また、12月に米国で開催された北米放射線学会においても演題が採択され発表を行った。以上の結果を第27回日本磁気共鳴医学会大会および第85回北米放射線学会で報告した.この研究成果が日本磁気共鳴医学会において高く評価され、大会長賞を受賞した.
炭化水素転化反応の形状選択性に関する触媒化学的研究

アルカリ金属-グラファイト層間化合物は、アルカリ金属とグラファイト層の間に電荷移動が起こるため、もとの構成成分物質がもたない化学的特性を有するという特徴がある。また層間に挿入したアルカリ金属が層間ピラーとなって新たな物理的特性である分子篩機能を有するという特徴もある。本研究は、これらの特徴が触媒としてどのように発揮されるかを調べる目的で行った。脂肪族オレフィンの異性化反応では、以下のことが見いだされた。直鎖オレフィンの異性化反応速度は炭素数が多くなると大となるが、メチル基置換した分枝オレフィンはむしろ小さくなる。この点に着目して1-ブテンと3-メチル-1-ブテンの競争異性化反応に焦点を絞り、グラファイト層間化合物の層間距離をポリマー修飾して変化させ、反応選択性との相関について調べたところ、層間距離を小さくすることによって反応分子の最小径の大きい分子の反応性が著しく低下することが見いだされた。この結果は、ポリマー修飾により分子篩効果に基づく選択性を改良することができることを示唆している。芳香族化合物、すなわち、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼンのオレフィンによるアルキル化反応においては、以下のことが見いだされた。ベンゼンではアルキル化は起こらず、トルエン及びエチルベンゼンでは、側鎖アルキル化が起こり、トルエンの方がアルキル化され易い。さらにトルエンとエチレンの反応に焦点を絞り反応速度に対する圧依存性を調べたところ、反応速度は、エチレン圧に関してほぼ1次、トルエン圧に関してほぼマイナス1次であった。これは、6種類のアルカリ金属-グラファイト層間化合物上の反応速度はKC_8>RbC_8>KC_<24>>CsC_8>RbC_<24>>CsC_<24>の順であり、ゲストのアルカリ金属で比較すると、K>Rb>Csの順であることが見いだされた。
岩澤理論の研究

有限次代数体kのガロア拡大K/kのガロア群がp進整数環(p:素数)II_pの加法群に同型であるときK/kをII_p-拡大という。II_p拡大K/kに対しその中間体の列k=k_0Ck_1C・・・CK,k_n/kはp^n次巡回拡大、が唯一つ定まる。k_nのイデアル類群のp-シ-ロ-群の位数をp^<en>とすれば、ある番号より大きいすべてのnに対してe_n=λn+μp^n+Vとなる整数の定数λ(≧0)、μ(≧0)、Vが定まる(岩澤類数公式)λ、μをII_p-拡大K/kに対する岩澤不変量という有限次代数体kに1のpベキ乗根すべてを添加した体k_∞はkのII_p-拡大体となり、k_∞/kをとくに円分II_p拡大とよぶ。岩澤不変量λ、μの研究は代数的整数論における中心的課題の一つであり、とくに円分II_p-拡大に対するλ、μの研究は重要かつ興味あるものである。本研究ではとくに円分II_p拡大に対するλについて考察した。すなわち、研究代表者藤崎はkが有理数体(1)のあるガロア拡大(ガロア群が(2,2)型のアーベル群、四元数群など)であるとき、(kの円分II_p-拡大に対する)λについてある結果(kの部分体のλとの関係)を得た。また特別なpについて計算例を集めた。一方、藤崎は雑誌数理科学に岩澤理論についての解説を執筆した。すなわち、その発生から現在までの発展を代数体のII_p拡大の理論、p進L函数の理論および両者を結びつける画期的な岩澤の主予想について解説し岩澤の主予想の解決(ある場合の)が円分体論において著しい結果を導いたことを説明した。岩澤の主予想の一般の場合の解決は今後の重要な問題である。研究分担者落合は有限位相に対応する行列上のある位相不変量の直和に関する等式を証明した。研究分担者北川は3次元単位球面内のflat torusの微分幾何学的性質を研究して、S^3に埋め込まれたflat torusはS^3の対蹠写像により不変であることを証明した。分担者木村寛は数学教育において授業に関する一つの知見を加えた。
逆問題のための数値解析とウェイヴレット解析の応用

1.データ解析や数値計算へのウェイヴレット解析の応用まず、函数(信号・画像)のウェイヴレット展開に現れる二重級数にたいし弱1pノルムを研究した。また、データの評価に弱ノルムが適合していることを論じ、有限集合について和の順序交換における定量的評価を示した。次に、ウェイヴレット解析におけるCoifmanのスケーリング関数を用いれば、選点法によって精密な関数近似を行える、という結果を精密化し、非線形偏微分方程式の解の高速かつ高精度な数値計算に応用した。最後に、ウェイヴレット展開による半離散近似を適用し、変分法で得られる一般の偏微分方程式をハミルトン系に帰着できることを証明した。2.偏微分方程式の数値解析まず、降旗氏らによる、エネルギーにあたる量の離散版を保存量とする数値解法を、非線形偏微分方程式の数値解の研究に応用し、有効性を確認した。特に解の爆発に関する藤田問題や、分散なし戸田方程式の衝撃波の数値解析的研究に応用した。また、数値実験も行った。次に、応用でよく使われているスプライン関数による関数近似の研究の新たな可能性に気づき、その数学解析の理論面と応用面における研究に着手することができた。(1)散乱波逆問題の数値解析:今年度は関連した研究会に参加し、また、研究集会を開催することにより準備を固めた。理論面は、特に中村が散乱問題について研究し、成果をあげている。また、岡田は林と、部分観測の状況で、確率を考慮した逆像復元について研究をしている。(2)データ解析や数値計算のためのウェイヴレット解析の整備:原像の規則性・フラクタル性と、そのウェイヴレット展開係数との関連を岡田が調べている。その展開係数の、弱ノルムに関する二重和については古典的なフビニの定理が成り立たないが、共同研究者の協力を得て定量的評価を発見した。(3)数理ファイナンス:森本は岡田との共同研究に続き、ハミルトン-ヤコビーベルマン方程式を解くことにより、時間平均費用を最小化する生産計画問題を解決した。また、確率制御理論の側面から、岡田の学生と共に、効用函数についての最適政策を決定する投資・消費問題を解明した。(4)自然現象の自由境界問題:特に2相ステファン問題の自由境界問題について、現象に忠実な、保存則をみたす離散モデル式を導出するのに成功した。厳密解と離散解の比較検討や、数値実験の研究が岡田と若手研究者らとにより進展中である。(5)血流ソリトンの伝播現象:非線形分岐LC回路におけるソリトン波形は分岐を越えて回復されるという数値実験は、小澤、廣田と岡田により既に発表されているが、分岐を考慮した血管モデルで脈波ソリトンのモデル化を試みた。1.データ解析や数値計算のためのウェイヴレット解析の研究:函数(信号・画像)のウェイヴレット展開に現れる二重級数にたいして弱lpノルムを研究した。具体的には、データの評価には、以前カルデロンが関数の場合に研究したような弱ノルムが適合していることを述べて、その性質を研究した。特に、定量的評価を示して、フビニの定理にあたることが有限集合については、どうなるのか、解明した。2.双曲型偏微分方程式の数値解析(1)分岐した非線型LC回路において典型的な非線型波動である1-ソリトン波を入射したとき、分岐点を越えてゆく孤立波の安定性について、長時間の数値シミュレーションを行うことができ、それが果たして安定なソリトン波に成形してゆくことを確認した。(2)多くの偏微分方程式について、エネルギーにあたる量の離散版が数値シミュレーションのための数値解法においても有効であるということが、日本においては降旗氏らの研究で解明されつつある。我々は離散変分導関数の考え方を一般化エネルギー積分の場合に応用し、対応する様々な差分スキームを導いた。また、それを、分散なしの戸田方程式の数値解法に応用した。数値実験は弱解の存在も示唆している。1.偏微分方程式の数値解析(1)多くの偏微分方程式について、エネルギーにあたる量の離散版を保存量とする数値解法の研究が近年盛んになっている。とくに降旗氏らの整備した離散変分導関数の考え方による差分スキームの安定性に着目し、非線形の偏微分方程式の数値解の研究に応用し、有効性を確認した。

特に解の爆発に関する藤田問題や、強い非線形性を持っている分散なし戸田方程式の衝撃波の数値解析的研究に応用した。また、数値実験も行った。(2)ウェイヴレットで作られる正規直交基底を用いた展開による半離散近似を適用すれば、変分法で得られるタイプの一般の偏微分方程式がハミルトン系に帰着できることを証明した。これは1970年代のガードナーの重要な結果の拡張となっている。2.計算調和解析(1)ウェイヴレット解析におけるCoifmanのスケーリング関数を用いれば、選点法によって精密な関数近似を行える、という最近のWellsによる結果を改良し、非線形偏微分方程式の解の高速かつ高精度な数値計算に応用した。そのための数学的正当化も研究の見通しが立ってきた。(2)応用でよく使われているスプライン関数による関数近似の研究の新たな可能性に気づき、その数学解析の理論面と応用面における研究に着手することができた。これは計算調和解析、応用数学、統計数学などの様々の観点からも重要となるであろう。
快適温熱条件選択行動に及ぼす年齢の影響

6373歳の女子高齢者10名(高齢群)と1927歳の女子若年者10名(若年群)を対象に、暑熱曝露された後の快適温度選択行動及び快適温度を被検者が快適となるように制御する方法で調査した。着衣条件は一定にした(0.35clo)。実験は、常温室(25°C,60%)に10分間、その後30分間、常温もしくは暑熱(35°C,60%)に曝露させ、再び常温室に戻り90分間滞在させた。その間、室温制御を手元のスイッチで行なわせた。なお自己制御開始時の気温は25°Cであるが、0.4°C/分で徐々に低下していくように設定した。少しでも不感を感じたらスイッチを逆の方向に倒し、室温を0.4°C/分で上昇させた。実験中、定期的に、直腸温、8部位に皮膚温、口腔温、血圧、心拍数等の生理反応を測定し、同時に温冷感,快適感等の心理反応の申告を受けた。自己選択中にみられた最高温度は,常温曝露および暑熱曝露でも両群ともほぼ同じ値であった。高齢群,若年群ともに常温後にくらべ,暑熱後の方が個人差が大きく、特に高齢群では著しかった。自己制御中にみられた最低温度は、両曝露条件とも両群間に有意な差は認められなかったが、高齢群は若年群にくらべ,低温であった。最高温度と最低温度との差である温度幅は,常温後,暑熱後とも高齢群の方が幅が広い。本研究では,暑熱曝露後の冷房温選択行動として夏季の実生活に即して実験を行った。今回行った限りでは,高齢群は若年群にくらべ温度選択機能がやや劣る程度であった。しかし、高齢群では個人差が大きく,高齢者の生理機能の低下については各人により,かなり異なり適切に室温を制御し得なかった例もあった。高齢者では,その様な人の存在を考慮した対応が必要であろう。
超原子価結合特性を活用した大環状化合物の新合成法の一般化とその応用

本研究では課題研究について検討し、次のことを明らかにした。1)超原子価硫黄をもつテトラアザチアペンタレン誘導体(1)と剛直なp-キシリレンジイソチオシアナートとの反応では分子間交換反応が起こり、ペンタレン環を2個もつ大環状化合物(2)が高収率で得られた。2)分子内に2個のテトラアザチアペンタレン環をもつ化合物(3)とp-キシリレンジイソチオシアナートとの反応ではペンタレン環を4個もつ積層型大環状化合物(4)が得られた。3)化合物3と柔軟な構造をもつ長鎖のエーテル結合をもつジイソチオシアナート類との反応では、分子間反応、つづいて分子内交換反応が起こり、ペンタレン環とエーテル鎖を併せもつ大環状化合物(5)が得られた。4)合成した化合物2、4および5を水素化ホウ素ナトリウムで還元すると、超原子価硫黄が脱離し、複数のチオ尿素部位をもつ大環状化合物(6)、(7)および(8)がそれぞれ、高収率で得られた。5)大環状化合物2、4および5のアルカリ加水分解反応ではペンタレン環のC=S^<IV>部位が選択的に脱離し、数多くの尿素部位をもつ大環状化合物(9)、(10)および(11)が得られた。これまでの大環状化合物の合成法は高度希釈法や鋳型反応を用いて行われ、かつ収率も著しく低い。本反応は超原子価結合特性を用いたものであり、これまでの合成手法と全く異なり、しかも収率がよいのが特徴である。本研究で合成した大環状化合物9-11はアニオンレセプターとして機能することがわかった。本研究で開発した合成手法は構造を考慮したスペーサーをもつジソチオシアナート類を用いれば多くの有用な大環状化合物への展開が期待される。本研究では以下のことを明らかにした。1)超原子価硫黄をもつテトラアザチアペンタレン誘導体(1)と諸種の剛直なジイソチオシアナート類との反応では、分子間反応により、種々のスペーサーとペンタレン環2個をもつ大環状化合物(2)が高収率で得られた。2)1)の方法で合成した2個のペンタレン環と2個のピレン環をもつピレノファンはピレン環に基ずく典型的なエキシマー発光が観測された。3)大環状化合物2を水素化ホウ素ナトリウムで還元すると、超原子価硫黄が脱離し、尿素部位をもつ大環状化合物(3)が高収率で得られた。また、この大環状化合物の構造はX線結晶構造解析により決定した。4)化合物2のアルカリ加水分解ではC=S^<IV>の脱離を伴ってチオ尿素部位を4固もつ大環状化合物(4)を高収率で与えた。5)化合物3および4を用いて酢酸アニオンとリン酸アニオンの分子認識能についてしらべた。その結果、P-キシりレン基をもつ大環状化合物は酢酸アニオンと1:2錯体を、またリン酸アニオンとは、1:2錯体を形成することがわかった。6)スペーサーとしてアゾベンゼン官能基をもつトランス大環状化合物では酢酸アニオンに対して1:1の錯形成をすることがわかった。しかし、シス体では全く認識をしなかった。7)化合物1とエーテル鎖をもつ長鎖ジイソチオシアナート類との反応では、分子内交換反応によりエーテル鎖とペンタレン環を併せもつ大環状化合物が得られ上述の3)や4)の反応を行う事によりアニオンやカチオンを取り込む新規大環状化合物を得ることができた。

1)超原子価硫黄をもつテトラアザチアペンタレン誘導体(1)と剛直なp-キシリレンジイソチオシアナートとの反応では分子間交換反応が起こり、ペンタレン環を2個もつ大環状化合物(2)が高収率で得られた。2)分子内に2個のテトラアザチアペンタレン誘導体をもつ化合物(3)とp-キシリレンジイソチオシアナートとの反応では1)で述べた同様の反応が進行し、ペンタレン環を4個もつ積層型大環状化合物(4)が得られた。3)化合物1と柔軟な構造をもつ長鎖のエーテル結合をもつジイソチオシアナート類との反応では、分子間反応、つづいて分子内交換反応が起こり、ペンタレン環を1個もつ大環状化合物(5)が得られた。4)1)-3)で合成した化合物2、4および5を水素化ホウ素ナトリウムで還元すると、超原子価硫黄が脱離し、複数のチオ尿素部位をもつ大環状化合物がそれぞれ、高収率で得られた。5)ペンタレン環をもつ大環状化合物のアルカリ加水分解反応ではペンタレン環のC=S^<IV>部位が選択的に開列し、数多くの尿素部位をもつ大環状化合物に高収率で変換された。これまでの大環状化合物の合成法は高度希釈法や鋳型反応を用いて行われ、かつ収率も著しく低い。本反応は超原子価結合特性を用いたものであり、これまでの合成手法と全く異なり、しかも収率がよいのが特徴である。本研究で合成した大環状化合物はアニオンレセプターとして、有用であり、また金属錯体のリガンドとして期待大である。本研究で開発した合成手法は構造を考慮したスペーサーをもつジソチオシアナート類を用いれば多くの有用な大環状化合物への展開が期待される。
光合成生物であるらん藻の突然変異の分子レベルでの特異性

酸素は生物の生存にとって不可欠な元素だが、同時にDNA、タンパク質、脂質などの生体高分子はその攻撃に曝されることになった。自然突然変異や発がん老化には反応性の高い活性酸素が原因の1つといわれる。本研究では、活性酸素の大量発生系のモデルとしてのラン藻における活性酸素誘発変異の特異性を明らかにすることを目的として、培養や遺伝子導入回収及び変異クローン収集の技術的開発検討、DNA修復能力の解析などをおこなった。また、あらかじめ活性酸素誘発変異の特徴を知る目的で、代表的酸素傷害である8-oxoGを特異的に生成するリボフラビン光増感反応誘発変異について検討した。1.培養には通気が重要で、特に平板培地では密封しないで外科用サージカルテープが効果的である。2.ラシ藻大腸菌の双方で複製できるプラスミドpUC303での形質転換では対数期初期の細胞が効果的で、また抗生物質感受性が高くSm/Cmに対しては0.5-0.7μg/mlが区別できる濃度であった。3.変異検出用のプラスミドとしてpUC303に大腸菌crp遺伝子を組み込んだプラスミドpUCRPk6を作成し、ラン藻への導入安定性と回収率を調べたのち変異収集を試みたが、これについては形質転換効率改良の必要がある。4.野生型大腸菌に比べて短波長紫外線には10倍以上耐性であるが、,紫外線照射したpUCRPk6の宿主回復試験では大腸菌に比べて除去修復能力が小さい。DNA修復に関しては光回復の寄与が大きいものと考えられる。5.8-oxoGはAとミスマッチするのでGC→TA塩基置換が予想されたが、実際に高頻度で起こることを確認した。6.野生型mutM変異株では他にGC→CGがみられたmutY株では皆無であったが、光増感後時間をおくとmutY株でGC→CGが増えることから、経時的酸化反応で未知傷害が増えそれがMutYタンパクの基質になりうることが示唆された。[目的]酸素は地球上のほとんどの生物にとって不可欠の元素であるが、一方で活牲酸素として生体高分子などに傷害をもたらす。自然突然変異は生体内の活性酸素が主な原因と考えられ、その蓄積ががんや老化の引き起こすといわれる。植物は光合成の結果酸素を発生するので、supreoxideやhydroxyl radicalのような活性酸素が細胞内により多く存在すると予想される。突然変異は微生物や動物細胞では分子レベルで調べられているが、高等植物においては解析システムがない。そこで、高等植物とほとんど同じ光合成系をもちプラスミドの導入抽出が可能なラン藻Synecbococcus PCC7942の変異特異性を調べることを最終最終として、変異解析系の開発に先立って主として培養法の確立を目指した。[研究進展状況]ラン藻に関するほかの研究と異なり本研究では独立変異クローンを集める必要から、多数の培養を効率よく行いかつ寒天平板培地で単離できうるコロニー形成が必要である。また、形質転換細胞の選別のために適当な抗生物質濃度を求める必要がある。小型三角フラスコに通気性のよいシリコを用い穏やかに震とうすることで充分に使用できることを見いだした。外来DNAの導入(形質転換)は大腸菌より効率は悪く細胞数が多いと非形質転換細胞との区別が出来ない。種々検討の結果1m1cultureで△A=0.3程度の細胞数が最も効率的であった。単一クロ一ン単離のためのコロニー形成では4x106程度が適当であった。形質転換細胞の選別には適当な抗生物質濃度を決める必要がある。ラン藻は抗生物質に対して感受性が高い。

ストレプトマイシン(Sm)とクロラムフェニコール耐性遺伝子(Cm)をもつプラスミドpUC303を導入したものとそうでないものを区別できる濃度は0.5-0,7μg/m1であった。ラン藻の環境変異現感受性やDNA修復能力については無論、変異の特性についても全く知られていない。本年度は、昨年度得られた技術的基盤をものに、変異研究用プラスミドの作成、紫外線感受性、DNA修復能力、活性酸素傷害誘発変異の特性について検討した。pUC303は大腸菌とSynechococcusの双方で複製できるシャトルベクターである。ラン藻で起こったDNAの変異を大腸菌でアッセイするために、これに大腸菌のcrp遺伝子を組み込むことに成功した(pUCRPk6)。次にラン藻に導入して複製させた後プラスミドの回収を試みたが、収量が極めて悪いこと、不純物が多く制限酵素処理ができないことが分かり、一旦recA大腸菌に入れてサニタリングする必要のあることが分かり、これで得られたプラスミドをアッセイ用crp欠損大腸菌に入れて糖代謝の有無を調べた。ラン藻への導入効率が悪く10^<-4>程度と推定される変異を得るには、改良が今後の課題である。紫外線感受性は野生型大腸菌に比べて著しく抵抗性であった。しかしこれは修復の結果よりも色素による紫外線吸収と考えられる。紫外線照射したpUCRPk6をラン藻と野生型大腸菌に導入してコロニー形成率で修復の程度をみたところ、ラン藻の方が100倍程度小さかった。ラン藻の除去修復能力は小さく主として光回復に依存しているのかもしれない。活性酸素によるDNA傷害は全ての生物の老化や死の原因といわれる。8-oxoGはしぜん変異のさらには発がんや老化の原因と言われる。酸素毒性のモデルとしてこれを特異的に生成するリボフラビン光増感反応による変異を調べた。塩基配列解析の結果、GC to TA塩基置換が最も多く観察され、8-oxoGが原因損傷と考えられる。他にGC to CGがみられ、G:X対合する別のG損傷の存在が示唆された。また、Xは酸化的条件で時間とともに増加すること、MutYタンパク質の基質になりうることことが推定された。
カビの二次代謝産物アフラトキシンの生産制御機構の解明

アフラトキシンは特定のカビが生産する二次代謝産物であり、アフラトキシンに関与するほとんどの酵素遺伝子は70kbに及ぶ遺伝子クラスターを構成し、遺伝子クラスター上の制御遺伝子aflRの発現によってポジティブに制御されている。そこで、本研究は、環境変化がどのようにaflRの発現を制御するかを解明することが目的である。18年度は、17年度に構築したaflR-aflJ-β-glucuronidase(GUS)レポーター遺伝子を、アフラトキシン生産菌Aspergillus parasiticusのゲノム上のaflR-aflJ領域に導入した。ピリチアミン耐性で選抜後、選抜した変異株についてPCRで遺伝子構造を調べて目的の形質転換体を選択した。GUS活性を調べたところ、マイクロタイタープレートを利用するGUS活性測定法では、GUS活性の指標となる青色色素生産は培地特異性を示し、アフラトキシン生産誘導条件または非誘導条件で活性が顕著に異なることが確認できた。アフラトキシンは特定のカビが生産する二次代謝産物であり、自然界で最も強力な発癌性を示すとともに強力な急性毒をしめす。アフラトキシン生産は環境に適応した敏感な制御を受けている。アフラトキシンに関与するほとんどの酵素遺伝子は70kbに及ぶ遺伝子クラスターを構成し、遺伝子クラスター上の制御遺伝子aflRの発現によってポジティブに制御されている。環境とアフラトキシン制御遺伝子aflRの発現の間に関与する情報伝達機構を解明するため、17年度は、aflRのプロモーター遺伝子領域とやはり制御遺伝子と考えられているaflJ遺伝子領域、更にaflR遺伝子の発現によって発現が誘導される遺伝子のプロモーター領域の下流にβ-glucuronidase(GUS)レポーター遺伝子領域を含んだ発現ベクターを構築した。一方、アフラトキシン遺伝子クラスター領域を欠失したカビからプロトプラストを調製し、発現ベクターで形質転換した。複数の形質転換体が得られ、GUSの基質を培地に加えて培養する事で青色を示す変異株が得られ、酵素が菌体内で有意に活性を示すことが確認された。培養条件の違いとレポーター遺伝子の発現の関係を調べるため、アフラトキシン生産培地又は非生産培地で形質転換体を培養し、青色の生産を指標に酵素活性を検討した。その結果、酵素活性はいずれの培地でも有意な活性が得られた。今年度はランダム導入による検討を行ったため、ベクターはアフラトキシン遺伝子クラスターとは異なる部位に入った可能性が極めて高い。従って、aflR遺伝子領域を含んでいても染色体上遺伝子クラスターとは離れた領域に導入された場合には異なる制御を受け、つまりアフラトキシン遺伝子クラスターの発現には染色体上の局在が大きく関わっている可能性が示唆された。
関節リウマチ患者由来の滑膜、軟骨細胞における活性酸素種産生と関節破壊機序の解明

【背景】IL-6受容体抗体であるトシリズマブ(TCZ)は投与直後から炎症反応を強力に抑制するが、実際の患者の症状との間に乖離が見られることがある。平成30年度は、TCZを投与中の関節リウマチ患者の血液検体を用いて、血中酸化ストレスの指標となるreactive oxygen metabolites (ROM)が、投与1年(52週)後の臨床的寛解予測に有用なバイオマーカーとなるかどうかを検証した。【方法】対象はTCZ・ナイーブ32例、他剤からTCZのスイッチ14例の計46例であり、開始時年齢60.1 (21-83)歳、罹病期間8.1 (1-52)年である。TCZ開始後4, 12週の血中ROM, CRP, MMP-3と52週の臨床的寛解(DAS28-ESR, CDAI, SDAI, Boolean)の関連を検討した。各寛解基準を用いて52週の寛解、非寛解群に分け、4, 12週における上記の因子について統計学的解析を行い、有意差のあった因子をROC解析により、そのカットオフ値を求めた。本研究課題の内、患者血液を用いた臨床研究に関しては研究実績の概要に示した通り、概ね順調に進行していると判断した。もう一つの課題である滑膜細胞、軟骨細胞を用いた酸化ストレスの産生機序と骨軟骨破壊に関する基礎研究に関してはプレリミナリーなデータしか得られておらず、やや遅れていると判断した。手術時に得られたヒト由来の滑膜、軟骨細胞を用いているため、データが安定しないことが一因と考えている。臨床研究に関しては、関節リウマチ患者の血中ROM値測定の意義として、生物学的製剤中止の指標となりうるかどうかを検討したい。生物学的製剤による治療を開始し臨床的寛解を達成後に生物学的製剤を中止した患者の血中ROM値を解析し、中止後36か月でも寛解を維持できた患者と再燃した患者のデータから中止の目安となるROMのカットオフ値を求める予定である。基礎研究に関しては、滑膜細胞、軟骨細胞を用いた酸化ストレスの産生機序と骨軟骨破壊に関する基礎研究に関する実験を進めていく。患者由来の細胞を用いているためどうしてもデータにバラつきが生じてしまうが、サンプル数を増やすことで傾向をつかみたい。コントロールとしてヒト由来の軟骨細胞株、線維芽細胞株を用いた酸化ストレスの産生機序に関する実験も検討する。平成29年度は、生物学的製剤を投与中の関節リウマチ患者の血液検体を用いて、血中酸化ストレスの指標となるreactive oxygen metabolites (ROM)が、投与1年(52週)後の臨床的寛解予測に有用なバイオマーカーとなりうるかどうかを検証した。対象は生物学的製剤・ナイーブ54例(男性12例、女性42例)、年齢: 59.8±13.6 (21-76)歳、罹病期間: 7.26±10.8 (1-52)年である。バイオ開始後12週の血中ROM, CRP, MMP-3, HAQ, DAS28-ESR, CDAI, SDAIと52週の全ての臨床的寛解(DAS28-ESR, CDAI, SDAI, Boolean)の関連を検討した。各寛解基準を用いて52週の寛解、非寛解群に分け、12週における上記の因子について単変量解析を行い、有意差(p<0.05)のあった因子を多重ロジスティック回帰分析(強制投入法)で検討した。さらにROC解析によってそのカットオフ値を求めた。感度は低いものの、バイオ開始後12週のROMは52週のSDAIおよびBoolean寛解の予測因子であった。血中ROM値は早期寛解を目指した治療戦略における有用なバイオマーカーになりうる。本研究は最終的に科学誌に投稿中であり、おおむね順調に進展していると判断した。しかしながら、培養細胞を使った研究は遅れており、次年度以降に進行させていく必要がある。手術時に得られたヒト