hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エコエネルギーである風力を利用した電気変換と活用に関する自作体験型教材の開発

本研究では、エコエネルギーである風力を利用した風力発電と発生した電気エネルギーを蓄えて動く車の製作を行った。ものづくり教材の開発のため、風速計(ケストレル3000)、回転計(TM-5000Kライン精機)、送風機(HA)、風力発電機3種類(SMG-1001・wihdy・PR)、DCモーター4種類、ソーラーモーター7種類、電気二重層キャパシタ7種類等を購入した。電圧電流測定にデジタルマルチメータ(CD-731 sanwa)、電源に直流安定化電源(PR18-1.2A KENWOOD)を使用した。まず、各風力発電機の構造を確認し特性を測定した。この結果により、PRを元に風力発電機を製作することにした。製作する発電機の出力電圧はDC2V3V、電流は20mA50mAとした。PRのブレード(8枚羽)を使用し、各モーターの特性を測定した。ブレードは8枚羽を使用することにした。次に、車の製作を行なった。ウチダテクノのコンデンサ自動車キットを参考にした。電気エネルギーを蓄えるのは電気二重層キャパシタを使用し、耐圧は2.5V、容量は3F190Fまで7種類の充放電特性を測定した。キャパシタは4.7Fとし、動力となるモーターはソーラーモーターを使用することにした。簡単なエネルギーのプレゼンテーションを作成した。今回は、キャパシタによる蓄電方法しか試すことが出来なかった。また、車体の製作で動力タイヤに伝える部分をエネルギーロスのない方式を試せなかった。今後、出来なかった充電池による蓄電方法の開発と車体の改良を進め、ブレードの簡単な製作方法を考え、実際の動画を見られるプレゼンテーションを完成させ自作体験教材として実用化を目指す。
トリプルターゲティングによるがん細胞に特異的な核内転写抑制システムの構築

本研究は,生物工学的手法と薬剤学的概念を併用して,特定の遺伝子の転写阻害剤を,特定の細胞の核に特異的に移行させる系を構築することを目的とする.具体的な戦略としては,1)がん細胞に特徴的に発現しており,その増殖に必須の遺伝子の転写阻害剤をデザインし,2)pH-sensitive mechanismを用いて,細胞内での分解過程を回避してサイトソルに放出させ,3)細胞内での動態を制御して,これを核に選択的に濃縮する.という複数のターゲッティング方法を併用して,がん細胞の特異的増殖抑制系を構築することを目標とする.本年度は,トランスフェリンレセプターを標的とし,細胞内へ選択的に導入させることに成功した.最適な表面密度に関しても検討を行い,510%が最適であることが明らかとなった.エンドソーム脱出過程の促進に関しては,pH-依存性に膜融合能を持つペプチドGALAを用いて,エンドソームから細胞質中への放出過程を促進することを検討した.共焦点レーザー顕微鏡による解析の結果,GALAをリポソームの水相に封入しても促進効果は見られなかったが,GALA-脂質誘導体をリポソーム膜に封入したところ,エンドソームから細胞質中への放出過程を促進させることに成功した.本研究は,生物工学的手法と薬剤学的概念を併用して,特定の遺伝子の転写阻害剤を,特定の細胞の核に特異的に移行させる系を構築することを目的とする.具体的な戦略としては,1)がん細胞に特徴的に発現しており,その増殖に必須の遺伝子の転写阻害剤をデザインし,2)pH-sensitive mechanismを用いて,細胞内での分解過程を回避してサイトソルに放出させ,3)細胞内での動態を制御して,これを核に選択的に濃縮する.という複数のターゲッティング方法を併用して,がん細胞の特異的増殖抑制系を構築することを目標とする.本年度は,トランスフェリンレセプターを標的とし,細胞内へ選択的に導入させることに成功した.最適な表面密度に関しても検討を行い,510%が最適であることが明らかとなった.エンドソーム脱出過程の促進に関しては,pH-依存性に膜融合能を持つペプチドGALAを用いて,エンドソームから細胞質中への放出過程を促進することを検討した.共焦点レーザー顕微鏡による解析の結果,GALAをリポソームの水相に封入しても促進効果は見られなかったが,GALA-脂質誘導体をリポソーム膜に封入したところ,エンドソームから細胞質中への放出過程を促進させることに成功した.
糖尿病黄斑浮腫におけるエリスロポエチンの役割の解明と新治療の開発

目的:糖尿病黄斑浮腫(DME)発症には血管内皮増殖因子(VEGF)が主要な役割を果たす。造血因子エリスロポエチン(Epo)は、VEGFとは独立して網膜血管新生に関与する。今回の研究はDME発症へのEpoの関与を検討する事を目的とする。対象と方法:対象は京都大学眼科及び大津日赤病院眼科において硝子体手術を施行したDME患者33例35眼。DME患者の内訳は、非増殖糖尿病網膜症(NPDR)17例18眼、増殖糖尿病網膜症(PDR)16例17眼であった。コントロールは非糖尿病患者(NDM)30例30眼(特発性黄斑円孔18眼、近視性黄斑円孔5眼、黄斑円孔網膜剥離7眼)。硝子体手術時に硝子体を採取し、遠心分離にて細胞成分を除去した後、上澄みを-80°Cで保存、ELISA法及びRIA法にてVEGF濃度及びEpo濃度を測定した。Mann Whitney-U検定、Spearman順位相関にて統計学的解析を行った。結果:DME群がNDM群に比して硝子体中VEGF濃度(中央値364 vs. 2.9pg/ml)及びEpo濃度(220 vs. 34mIU/ml)は有意に高かった(VEGF、EpoともにP<0.001)。DME群のうちPDR群とNPDR群に分類比較すると、VEGF濃度、Epo濃度ともに両群の間に有意差はなかった。DME群ではVEGF濃度とEpo濃度の間には弱い相関関係があった(R=0.37,P<0.05)。DME患者12例とNDM患者17例の血漿中VEGF濃度及びEpo濃度は両群とも上昇をなかった。DME患者12例で硝子体中と血漿中のVEGF濃度及びEpo濃度を比較検討したが、両者共に有意な相関関係はみられなかった。DME群でVEGF濃度及びEpo濃度と相関する全身的因子(年齢、性別、糖尿病歴、HbA1c値、Hb値、Hct値、高血圧、貧血)の検討を行ったが、いずれも有意な相関は示さなかった。NPDR患者13眼で網膜光干渉断層計(OCT)による中心窩網膜厚とVEGF濃度及びEpo濃度の相関を検討したが、Epo濃度と中心窩網膜厚との間に相関する傾向があった(P=0.056)。結論:糖尿病黄斑浮腫の発症には眼局所で産生されるEpoが関与している可能性が示唆された。この研究の成果は平成18年4月14日第110回日本眼科学会総会にて発表した。
衛星情報の複数利用と汎用性が高いデータ同化手法を応用した土壌水分の時空間分布推定

地表面植生水文モデルに汎用性が高いデータ同化手法のひとつである粒子フィルタを導入し,土壌水分の時空間分布を推定するアルゴリズムを構築した.構築したアルゴリズムを水文気象観測値を用いて検証したところ,データ同化に用いる値の時間間隔が数日以上と長くとも一定の効果を有することが確認された.構築したアルゴリズムは地表面植生水文モデルのパラメータを推定する手法にも応用した.地表面植生水文モデルに汎用性が高いデータ同化手法のひとつである粒子フィルタを導入し,土壌水分の時空間分布を推定するアルゴリズムを構築した.構築したアルゴリズムを水文気象観測値を用いて検証したところ,データ同化に用いる値の時間間隔が数日以上と長くとも一定の効果を有することが確認された.構築したアルゴリズムは地表面植生水文モデルのパラメータを推定する手法にも応用した.水循環において重要な役割を果たすことが明らかになりつつある,土壌水分の時空間変動の把握が求められている.しかし,土壌水分の時空間連続的な観測は困難であり,モデル推定値には不確実性が含まれる.そこで,地表面植生水文モデルに汎用性が高いデータ同化手法である粒子フィルタを導入し,土壌水分の最適な時空間分布を推定することを本研究課題の目的としている.当該年度では,申請者らが開発を進めている地表面植生水文モデルSiBUC(Simple Biosphere including Urban Canopy)に,土壌水分を修正対象として,汎用性が高いデータ同化手法である粒子フィルタの実装を進めた.具体的には,モデルを駆動するための入力データ,データ同化手法の有効性を確認するための検証データが高頻度で入手可能な複数の水文気象観測サイトを研究対象地点に設定し,観測値の気象データと土壌パラメータを入力情報,土壌水分を観測情報としたとき,土壌水分推定値が適切に修正されるか,粒子フィルタの挙動を検証した.本研究課題では,データ同化の観測情報として衛星情報を利用し,本研究課題で開発するデータ同化手法を広域に適用する計画である.しかし,土壌水分の衛星観測は密な植生域に適用できない.そこで,比較的高頻度で観測される表面温度を観測情報として与え,土壌水分を修正するデータ同化手法の構築を目指している.当該年度では,衛星情報から推定される表面温度のデータを収集し,その時空間分布の分析に取り組んだ.分析結果からは,2005年4月初旬の華北平原など,年々の偏差が異常に大きくなる領域が存在することが明らかとなった.こうした領域における水・熱循環の理解をいっそう深めるために,地表面水文植生モデルの高度化ならびにデータ同化手法の構築が今後の課題となる.水循環において重要な役割を果たす土壌水分の時空間変動の把握が求められている.しかし,土壌水分の時空間連続的な観測は困難であり,モデル推定値には不確実性が含まれる.そこで,地表面植生水文モデルに汎用性が高いデータ同化手法を導入し,土壌水分の最適な時空間分布を推定することを目的とし,本研究課題を実施した.地表面植生水文モデルに導入するデータ同化の観測情報として衛星観測情報を利用する.ただし,土壌水分の観測頻度は1日に2回であり日周変化を把握できないため,毎時の観測値が得られる表面温度を同時に利用することを検討する.そのため,土壌水分だけでなく表面温度も同時に観測情報として地表面植生水文モデルに与えることのできるデータ同化システムを構築した.構築したシステムを用いてシミュレーションを実施したところ,土壌水分を観測情報とした場合,観測情報が得られる時間間隔が数日以上と長くとも,土壌水分及び潜熱フラックスの推定精度向上に一定の効果がみられた.一方,表面温度を観測情報とした場合には,土壌水分及び潜熱フラックスへの推定精度の向上効果は小さく,効果がみられなかった.したがって,土壌水分の推定精度向上には,数日以上の観測頻度であっても土壌水分の観測値を用いたデータ同化が有効であったが,高頻度で観測される表面温度を用いたデータ同化は期待したほど有効ではなかった.ただし,表面温度を用いたデータ同化は顕熱フラックスなどの熱収支項目には有効であった.地表面植生水文モデルに含まれる不確実性を低減するために,構築したデータ同化システムを用いてモデルで使用されるパラメータの推定手法を提案した.具体的にはパラメータを状態量のように扱い,データ同化時に土壌水分の観測情報が得られる際に.状態量と同時にパラメータも更新するような仕組みを提案した.
培養筋芽細胞を用いたストレッチの最適有効量の決定と効果発現機序の解明

培養筋芽細胞(H9c2細胞株、C2C12細胞株)に機械的に15分間の比較的短い伸展刺激を行い増殖と分化への影響を調べた。また、MyoDファミリー(MyoD,Myogenin,Myf5,MRF4)のRNAの発現量をRT-PCR法でMyogeninタンパク質とMyosinタンパク質の発現量をWesternBlotting法を用いて検討した。その結果、ストレッチ刺激が骨格筋再生過程における筋芽細胞の増殖には悪影響を及ぼさず、分化に好影響を及ぼすことが明らかとなった。これにはMyoDRNA、MyogeninRNA、Myf5RNAとMyogeninタンパク質、Myosinタンパク質の発現が重要な役割を果たしていることが示唆された。機械的伸展刺激が増殖期の筋芽細胞に与える影響を検証した。材料としては骨格筋様細胞の性質を持つラット心臓由来筋芽細胞であるH9C2細胞を用いた。ストレッチ刺激の方法は伸縮可能なシリコン性のチャンバーの底面をコラーゲン膜でコーティングし、細胞が70%confluence(培養細胞が接着面に80%密集して広がった状態)の細胞条件で伸張率は4%の強度で、刺激の頻度は6往復/分、刺激時間15分で培養細胞伸展装置NS-550を用いて行った。ストレッチ刺激の細胞増殖(細胞の分裂)と分化に及ぼす影響を検定するために、各培養プレートに5ヶ所マーキングを施し,経時的(伸展刺激直後,1,2,3日後)に位相差顕微鏡下(200倍)で観察,写真撮影した。筋芽細胞の増殖(分裂)の指標として細胞核の増殖率(伸展刺激後各日の細胞核の数/伸展刺激前の細胞核の数×100(%))を算定した。筋芽細胞から筋管細胞への分化の指標として核の融合率(筋管細胞に取り込まれた核の数/総核数×100(%))を算定した。また0日,3日後の各群3枚のプレートをアルコールで固定後にヘマトキシリン・エオジン(HE)染色を行い,同様に観察した。1.細胞は伸展刺激前で約70%confluence,伸展刺激3日後で約100%confluenceとなった。増殖率は対照群,伸展群ともに同様の増加傾向を示し,伸展刺激1日後,2日後,3日後のいずれにおいても有意差は認められなかった。HE染色後においても同様の傾向が認められた。これは本実験条件での筋芽細胞に対する伸展刺激は増殖に悪影響を及ぼさないことが示唆された。2.伸展刺激2日後では伸展群の核融合率は対照群と比べ10.4%(p<0.05),刺激3日後で23.0%(p<0.01)増加した。このことから,本実験での筋芽細胞対する伸展刺激は細胞分化に好影響を及ぼすことが示唆された。RT-PCR法を用いて伸展刺激後のyoDファミリー(MyoD、Myogenin、Myf5、MRF4)の経時的な発現量を解析した。材料は骨格筋様に分化されることが知られているラット心筋由来のH9c2(2-1)培養細胞を用いた。機械的伸展刺激は培養細胞伸展装置NS-550(スカラテック大阪)を用いた。伸縮可能なシリコン性のチャンバーの底面をコラーゲン膜でコーティングし、約70%confluenceで伸展率4%、刺激の頻度6往復/1分で15分間伸展刺激を行った。total RNAは15分間の刺激終了直後、4、8、12時間後に抽出した。その後、逆転写酵素を用いてcDNAに逆転写し、それを鋳型に我々の設計したMyoD、Myogenin、Myf5、MRF4、GAPDH(内部標準)のprimerを用いてPCRで増幅した。それを2.0%アガロースゲルの各レーンに反応液を注入し電気泳動を行った。泳動終了後ゲルを臭化エチジウムで染色し、UVトランスイルミネーターで紫外線照射し、DNAのバンドを写真撮影した。その結果、GAPDHの発現は刺激直後、4、8、12時間経過後のすべてのサンプルにおいて均等に発現したのに対してMyoDは刺激直後と比較し4、8時間後に発現量の増加を認め、Myogenin、Myf5の発現量は刺激直後に比べ4、8、12時間後に増加が認められた。MRF4は伸展刺激直後を含むいずれの時間においても発現は認められなかった。MyoDはコントロールに比べ4時間後には約2倍の発現量があり、12時間後にはコントロールレベルまで低下した。Myogeninにおいてもコントロールに比べ4時間後には約3倍の発現量があり傾向としてはMyoDとほぼ同様であった。

これらのことより、伸展刺激によりMyoD、Myogenin、Myf5がmRNAの発現量が増加したことによりこれらの遺伝子が筋芽細胞から筋管細胞への分化に重要が役割を果たしていることが示唆された。機械的ストレッチ刺激が骨格筋細胞に及ぼす分化の影響をタンパク質レベルの発現で解析した。すなわち、マウス骨格筋由来のC2C12細胞株へのストレッチ刺激によるMyogeninタンパク質とMyosinタンパク質の発現量を、Western Blotting法と免疫染色法を用いて検討した。Western Blotting法の結果、Myogeninタンパク質の発現量の変化はコントロール群では経時的に増加が見られ、ストレッチ刺激群では刺激24時間後に発現量はピークを示した。Myosinタンパク質の発現量の変化は両群ともに12時間後に減少し、24時間後に増加のピークが認められた。その際、コントロール群に比較しストレッチ刺激群は優位な増加が見られた。Myogeninタンパク質は筋管細胞の分化に、Myosinタンパク質は骨格筋の収縮に必須のタンパク質と言われている。そのためストレッチ刺激はMyogeninタンパク質の発現を誘導し細胞分化に好影響を与え、その結果としてMyosinタンパク質の増加が観察されたことが示唆された。免疫染色法では抗Myogenin抗体の使用でコントロール群とストレッチ刺激群ともにある一定の割合で細胞核での発現が認められた。Western Blotting法で示されたように、Myogeninタンパク質はコントロール群でも一定量の発現が認められたので免疫染色法での識別は困難であったと考えられる。これらから細胞周期依存的にMyogeninタンパク質が細胞核に発現し細胞の分化に関与したことが示唆された。骨格筋様に分化されることが知られているラット心筋由来のH9c2(2-1)培養細胞を用いて機械的ストレッチ刺激後のMyoD,Myogenin,Myf5,瓶F4の4つのmRNAの発現量の経時的な変化をRT-PCR法で同定することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。我々は今までに筋特異的分化調整因子であるMyoDファミリー(MyoD,Myogenin,Myf5,MRF4)遺伝子のmRNAの発現量をRT-PCR法を用いて解析した。本年(24年)度は外的ストレッチ刺激に応答するMyoDファミリー遺伝子とミオシン遺伝子のタンパク質レベルでの発現パターンを明らかにしたい。
NK細胞の標的糖鎖構造の探究

NK細胞による異種グラフトの攻撃に糖鎖構造が関係するかどうかを調べた。ブタ血管内皮細胞のline(SEC)に、N-アセチルグルコサミン転移酵素III(GnT-III),α2,3シアリルトランスフェラーゼ(α2,3ST),α1,2フコシルトランスフェラーゼ(α1,2FT)をトランスフェクションし、それぞれにstableなlineを得た。Parental SECに比しGnT-III,α2,3ST,α1,2FTのtransfectantでは、ヒト血清,α1,3Galactosyl epitopeを認識する1B4レクチンに対して有意に反応性の低下を示した。これらのSECをターゲットとし、ヒト末梢血中のNK細胞(PBL)とNK由来のcell lineを反応させたところ、末梢血中のNK細胞は直接ブタ血管内皮細胞を認識し、細胞傷害を加えた。また、Parental SECに比し、GnT-III,α2,3ST,α1,2FTのtransfectantでは末梢血中NK細胞による有意な細胞障害率に低下を見た。同じくtransfectantではYT細胞(NK細胞)による有意な細胞障害率に低下を見た。このSECに対するNK細胞による細胞傷害活性は1B4レクチンおよびmAb-M86で有意に低下した。ブタからヒトへの異種移植において、NK細胞のターゲットにブタ細胞表面の糖鎖構造、特にα1,3Galactosyl epitopeが関係する事が示唆された。
局所化定理による交叉理論の研究

安定曲線のモジュライのChow環では余次元がg+iのtautological類はi+1個の有理曲線を成分に持つ境界類の線形和で書けることが証明されている。しかし実際に与えられてtautological類を境界類で書き表すことは非常に難しい。本研究ではΦ類とλ類が一種類ずつの掛け算の場合のみについて考察している。次数が1の場合には研究代表者とArcaraによる関係式というものがある。この研究ではこれを任意の次数に拡張するのが目的である。次数2の安定写像を使って得られるtautological環の関係式を計算するアルゴリズムを実行し、次数2の関係式を得た。また、この関係式が種数1の時、既に知られている結果と一致するかを確かめた。今現在は種数2の時にも一致していることを確かめている。また、Bumsig Kim氏との共同研究で異なるn点の配置空間であるFulton-MacPherson空間の相対化空間を構成した。この空間の構成に依って相対安定写像のモジュライやその一般化などのモジュライの構成が簡潔になった。グラスマン多様体におけるSchubert Calculusの類似として1983年にD.Mumfordによって始められた点付き安定曲線のモデュライ空間の数え上げ幾何学について研究を行った。以下のような具体的な成果がある。1つ目としてλ類とψ類の積についての交叉類についての帰納的な公式を局所化定理を使うことによっていくつか得た。これらの公式はMumfordの種数2までの公式を任意種数に一般化したものになっている。2つ目として相対点付き安定写像のモデュライ空間の新しい構成のためにFulton-MacPherson空間のある一般化(相対化)が必要であったためにこれを構成し、さらにこの一般化されたFulton-MacPherson空間のChow Motiveを計算した。このモデュライ空間はLogarithmic Gromov-Witten不変量の構成にも使われた。上記のことをさらに推し進めるために現在、いくつかのプロジェクトを行っている。
リアノジン受容体による、新規な神経細胞自発発火パターン調節機構の統合的解明

大半の中枢系神経細胞は自発的に活動電位を発生させる事が知られており、これは歩行や呼吸などにおける中枢パターン発生など重要な生理学的機能を果たす。しかしながら、自発的活動電位の発生パターンに対して、小胞体膜上のリアノジン受容体によるCa2+誘発性Ca2+放出(CICR)が果たす役割は全く不明である。背側蝸牛神経核に存在するカートホイール細胞はin vitroで外部からのシナプス入力を遮断しても自発的活動電位を発生するという特徴を持つ。そこで、この神経細胞をモデルとして用い、CICRによる自発的活動電位の調節機構を明らかにする事が本研究の目的である。今年度は、CICRにより調節を受けるBKチャネルの生物物理学的特性を解析する事を試みた。シングルチャネルレベルでBKチャネルを通って流れる電流を記録する為に、whole-cell patch clamp法の変法であるnucleated patch clamp法を用いた。Nucleated patch法により、細胞膜の一部のみを神経細胞全体から抜き出す事で、記録対象のBKチャネルの数が少なくなるようにした。その後、細胞膜に脱分極パルスを与えてBKチャネルが活性化するようにしたが、想定に反してBK電流が殆ど観察されなくなった。原因として考えられる事は、細胞膜の一部を細胞体から抜き出す過程で、リアノジン受容体が存在する小胞体と細胞膜で形成される構造が壊れてしまった可能性が考えられる。研究代表者が所属する国立医薬品食品衛生研究所は、平成29年10月平成30年3月に掛けて東京都世田谷区から神奈川県川崎市川崎区へと全面移転した。これに伴って研究所での動物実験を約半年間中断せざるを得なかった。また、移転前後に機器等の搬出・再設置に時間を割く必要があり、本課題のデータ解析などデスクワークが出来ない期間も数ヶ月あった。このような理由で計画が遅延している。これまでの研究で、リアノジン受容体とBKチャネルの距離は100ナノメートル以下であると推定している。しかし、これは細胞内カルシウムをキレート剤でキレートする方法によっており、具体的な距離を算出することが出来ていない。そこでこの推定を組織学的に確かめると同時により具体的な数値を知るために、それぞれのタンパクに対する特異的抗体と超解像顕微鏡を用いて測定する事を計画している。中枢神経細胞の多くは自発発火を示し、これは中枢パターン発生など重要な生理機能を担う。しかし、自発発火パターンに対して、小胞体膜上のリアノジン受容体によるCa2+誘発性Ca2+放出(CICR)が果たす役割は全く不明である。蝸牛神経核に存在する抑制性神経細胞はin vitroでも自発発火を示すので、これをモデル神経細胞とし、CICRによる自発発火パターンの調節メカニズムを解明する事が本研究の目的である。本研究費助成が始まる以前のH27年度に、予備実験として次の実験を行った。C57BL/6マウスから蝸牛神経核を含む脳スライスを作成し、パッチクランプ法により抑制性神経細胞から記録を行い、自発発火活動に対するリアノジン受容体の阻害剤を投与し、その後も記録を行った。また、活動電位発生に伴い後過分極が観察された時にもリアノジン受容体阻害剤やKチャネル阻害剤を投与し、記録を行った。H28年度は上記のデータ解析と文献調査、更には蝸牛神経核におけるリアノジン受容体の発現の有無を遺伝子発現データベースサーチにより行なった。データ解析の結果、自発発火パターンの変化が有意に生じていることが明らかになった。また、リアノジン受容体阻害剤存在下では後過分極が変化すること、更には、この変化はCa2+活性化型Kチャネルか関与していることが分かった。データベースサーチの結果、リアノジン受容体のうち、蝸牛神経核にはRyR1が豊富に発現している事が分かった。H28年度は、それ以前に取得した多くの記録データの解析に研究期間の大半を費やす必要があった。また、データベースサーチや文献調査にもかなりの時間を割く必要があった。それゆえ、研究費を使って実験動物や消耗品などを購入し、新たな実験を実施することが出来なかった。それゆえ、現在までの進捗状況はやや遅れていると思われる。今年度は、生後1624日齢のマウスを用いて脳幹新鮮スライス標本を作製し、この蝸牛神経核に存在する神経細胞からパッチクランプ記録を行い、リアノジン受容体の阻害剤であるルテニウムレッドがCICRで誘発される電流を抑制するか否か、更にはCICRで誘発されるK電流にSKチャネルの活性化による成分が含まれているか否かをSKチャネル特異的な阻害剤アパミンを用いて検討した。これらのデータと昨年度以前のデータを解析した結果は論文投稿の後、米国の神経科学雑誌NERURONに受理された。代表者が所属している国立医薬品食品衛生研究所は、昨年度に東京都世田谷区から神奈川県川崎市に移転した。

移転に伴い、旧研究棟から新研究棟への実験機器の移転とこれに伴う実験中断、更には機器移設後も動物棟が稼働していなかった事もあり、実験が出来ない期間が約4ヶ月も生じた。実験が出来ない期間はデータ解析などを行ったものの、当初の予定通りの実験を部分的に実施出来ていない事もあり、やや遅れていると考えられる。大半の中枢系神経細胞は自発的に活動電位を発生させる事が知られており、これは歩行や呼吸などにおける中枢パターン発生など重要な生理学的機能を果たす。しかしながら、自発的活動電位の発生パターンに対して、小胞体膜上のリアノジン受容体によるCa2+誘発性Ca2+放出(CICR)が果たす役割は全く不明である。背側蝸牛神経核に存在するカートホイール細胞はin vitroで外部からのシナプス入力を遮断しても自発的活動電位を発生するという特徴を持つ。そこで、この神経細胞をモデルとして用い、CICRによる自発的活動電位の調節機構を明らかにする事が本研究の目的である。今年度は、CICRにより調節を受けるBKチャネルの生物物理学的特性を解析する事を試みた。シングルチャネルレベルでBKチャネルを通って流れる電流を記録する為に、whole-cell patch clamp法の変法であるnucleated patch clamp法を用いた。Nucleated patch法により、細胞膜の一部のみを神経細胞全体から抜き出す事で、記録対象のBKチャネルの数が少なくなるようにした。その後、細胞膜に脱分極パルスを与えてBKチャネルが活性化するようにしたが、想定に反してBK電流が殆ど観察されなくなった。原因として考えられる事は、細胞膜の一部を細胞体から抜き出す過程で、リアノジン受容体が存在する小胞体と細胞膜で形成される構造が壊れてしまった可能性が考えられる。研究代表者が所属する国立医薬品食品衛生研究所は、平成29年10月平成30年3月に掛けて東京都世田谷区から神奈川県川崎市川崎区へと全面移転した。これに伴って研究所での動物実験を約半年間中断せざるを得なかった。また、移転前後に機器等の搬出・再設置に時間を割く必要があり、本課題のデータ解析などデスクワークが出来ない期間も数ヶ月あった。このような理由で計画が遅延している。これまで行なったデータ解析により、活動電位パターンの変化はCICRによるCa2+活性化型Kチャネルの活性化によって引き起こされる事を見いだしている。先行研究により、CICRは細胞外からのCa2+流入によって引き起こされる事が知られている。そこで、今年度はCa2+チャネルサブタイプ特異的阻害剤を用いて、CICRを引き起こすCa2+チャネルのサブタイプを同定する。また、Ca2+イメージング法を用いて、神経細胞内のどの部位でCICRが生じているかを絞り込む。更には、リアノジン受容体や、Ca2+活性化型Kチャネルに対する特異的抗体を用いて、これらの局在部位・分布パターンを決定する。可能であれば、研究成果を英文科学雑誌に投稿する事を考えている。これまで背側蝸牛神経核の神経細胞において、CICRが発火パターン形成に重要な役割を果たしていることを見いだした。そこでCICRで中心的な働きをするリアノジン受容体のサブタイプを、サブタイプ特異的抗体やサブタイプ毎に作用する濃度が異なるダントロレンを用いて同定する。
非平衡電流ゆらぎの発生のメカニズムとその抑圧法の研究

熱平衡状態にある系の電流揺らぎ(例:ジョンソン・ナイキスト雑音)は輸送係数と揺動散逸定理によって結ばれているので、揺らぎに関する情報は交流コンダクタンスから得ることができる。ところが、平均値がゼロでない電流が流れている非平衡系では電流揺らぎ(例:ショット雑音、非線形電流揺らぎ)は輸送係数からは得られない情報を含んでいる。このような系の電流揺らぎの起源とその抑圧法の研究は、物理的に興味深いだけでなく単一電子や単一光子を抑制する上でも極めて重要であり、今後、多数の実験事実が積み上げられることが予想される。本年度は、非平衡電流雑音に対するクーロン相互作用の影響を調べた。具体的には、帯電効果を有する多重接合を流れる非平衡電流雑音をモンテカルロシミュレーションによって計算し、N重接合の電流雑音スペクトルが低周波領域で1/Nになることを確認した。また、その周波数依存性を簡単なモデルで解析的に調べた。さらに、対地容量の効果を調べ、これが雑音をさらに抑圧することを見いだした。
成長因子・アポトーシス阻害薬が嗅上皮に及ぼす影響

嗅上皮は常に増殖しターンオーバーを繰り返している。そのため、つねにアポトーシスをおこしていることも知られている。一方嗅覚障害の予後は加齢とともに悪化していくことが知られている。そこでまず加齢とともに嗅上皮のアポトーシスがどのように変化していくかをマウスを用いて調べた。すると老化マウスでは成熟マウスと比較してタネル陽性細胞が嗅上皮基底層を中心に強く発現していることが認められ、老化マウスの嗅上皮においてはアポトーシスが増加している可能性が考えられた。加齢による嗅上皮のアポトーシスの増加が、加齢による嗅覚障害の予後の悪化の一因になっていると思われた。一方嗅覚障害に対するステロイド投与は確立された治療方法であり、その治療成績も良いことは知られている。しかし嗅上皮におけるステロイドの影響を組織学的に調べた報告は少ない。我々はマウス嗅上皮のタネル陽性細胞について、ステロイド投与群と非投与群とを比較検討したところ、ステロイド投与マウスの嗅上皮においてタネル陽性細胞の増加がみられた。このことより、ステロイド投与で嗅上皮においてアポトーシスが増加している可能性がある。実験では日常治療に使用されるステロイド量をはるかに上回る大量ステロイドを使用したので、臨床的にこのようなことが起こることはまずないと考えられるが、大量のステロイド投与には注意が必要である。嗅上皮に傷害を与えたときはアポトーシスが増加する。逆にアポトーシスを抑制、コントロールできれば、嗅上皮の傷害の治療、すなわち嗅覚障害の治療方法に発展させられる可能性がある。今回、アポトーシス抑制薬の一つであるカスパーゼ3抑制薬(DEVD-FMK)の投与によって、嗅上皮障害によって引き起こされるアポトーシスが著明に抑制されたことが判明した。このことは、カスパーゼ3抑制薬が嗅覚障害の治療薬の一つになる可能性があることを示している。アポトーシスが増加していると考えられる高齢者の嗅覚障害においても、効果が期待できると思われる。マウス嗅上皮におけるアポトーシスの検討、特にステロイドの影響について検討した。嗅覚障害におけるステロイド投与は一般的に行われる治療方法であるが、嗅上皮におけるステロイドの影響を組織学的に調べた報告は少ない。我々はマウス嗅上皮のタネル陽性細胞について、ステロイド投与群と非投与群とを比較検討した。30g成熟雄マウス5匹にトリアムシノロン(ケナコルトA)40mg/bodyを1回腹腔内投与し、1週後に4%パラホルムアルデヒドにて経心的に灌流固定を施行、10%EDTAにて脱灰し、その後断頭、パラフイン包埋、4μmの切片を作成した。コントロール群として、未投与の30g成熟マウス5匹を同様にして固定、切片を作製した。作成した切片をタネル法で染色し、2群間のタネル陽性細胞を比較、検討した。タネル陽性細胞は、ステロイド非投与群の嗅上皮にはほとんどみられなかったが、ステロイド投与群においては嗅上皮基底層付近に認められた。ステロイドの投与でアポトーシスは増加するといわれているが、嗅上皮における検討はなされていなかった。今回ステロイド投与マウスの嗅上皮においてタネル陽性細胞がみられたことより、ステロイド投与で嗅上皮においてもアポトーシスが増加している可能性があると考えられる。今後、アポトーシス阻害薬をあわせて投与し、ステロイド誘発アポトーシスの抑制についても検討していきたい。嗅上皮は常に増殖しターンオーバーを操り返している。

そのため、つねにアポトーシスをおこしていることも知られている。とくに嗅上皮に傷害を与えたときはアポトーシスも増加する。逆にアポトーシスを抑制、コントロールできれば、嗅上皮の障害の治療、すなわち嗅覚障害の治療方法に発展させられる可能性がある。今回コルヒチンを投与した傷害マウス嗅上皮にアポトーシス抑制薬の一つであるカスパーゼ3抑制薬(DEVD-FMK)を投与し、アポトーシスの抑制をタネル法、また光学顕微鏡で検討した。生後4週のICR雄マウスにコルヒチン0.04mgを腹空内投与した。これをアポトーシス群とした。2日後に4%パラホルムアルデヒドで還流固定、断頭、10%EDTA液で約1週間脱灰し、パラフィン包埋、0.4μmの切片を作成した。一方、DEVD-FMK0.03mgをコルヒチン投与前日から固定日まで4日間、1日1回腹空内投与し、アポトーシス抑制群とした。以後、固定方法などはアポトーシス群と同じである。アポトーシス群、アポトーシス抑制群をHE染色標本、タネル法で比較検討したところ、HE染色標本において、アポトーシス群のマウスにおいては、嗅上皮の基底層を中心にアポトーシスが多数認められた。一方アポトーシス抑制群のマウスにおいてはアポトーシスはほとんど認められなかった。タネル法では、アポトーシス群のマウスにおいては、嗅上皮の基底層を中心にタネル陽性細胞が多数認められた。一方アポトーシス抑制群のマウスにおいては、タネル陽性細胞はごく少数認められただけであった。アポトーシス抑制薬の一つであるカスパーゼ3抑制薬(DEVD-FMK)の投与によって、アポトーシスが著明に抑制されることが判明し、嗅上皮におけるアポトーシスにはカスパーゼ3が関与していること、カスパーゼ3抑制薬(DEVD-FMK)はカスパーゼ3を抑制することによってアポトーシスを抑制していることが考えられた。
超臨界プラズマクラスタ流体を用いた革新的な材料表面加工テクノロジーの創製

本研究プロジェクトにより以下のような成果を挙げることができた。(1)誘電体バリア放電(DBD)プラズマ法による超臨界二酸化炭素プラズマ、超臨界アルゴンプラズマ、超臨界キセノンプラズマ、超臨界水プラズマなどの生成、および、発光分光、レーザーラマン分光、プローブ測定によるプラズマ診断を多角的に行った。その結果、特に、(1)超臨界中の放電現象において、一般的な現象としての放電低下現象の機構の提案をするとともに、(2)本プラズマ強結合プラズマと考えられること、そして、(3)臨界点付近でのラマン分光スペクトルにおける揺らぎの計測に成功し、本プラズマが、超臨界流体状態、すなわち、今回の研究で提案した、超臨界プラズマクラスタ流体の生成が実現していることを実証した。また、プラズマで生成される電子付着によるラマン強度の増強現象も見出すことに成功した。(2)上記の超臨界流体プラズマを用いた成膜プロセス(カーボンナノマテリアル、Cu薄膜)開発を行い、雰囲気ガス種、雰囲気温度、基板温度、基盤種類、圧力、添加物(触媒)との生成状況の関係を明らかにした。その結果、とりわけ、臨界点近傍でのカーポンナノマテリアルの生成の容易さを見出した。これは本プロセスのプリカーサーとしてのクラスターの役割が期待される。以上の結果は、今回の研究プロジェクトで提案した、超臨界プラズマクラスタ流体プロセスの実現を行うとともに、従来の気体プラズマプロセスが対応する気体プロセスの高速化、低温化を実現したように、環境融和型のプロセスとして期待されている超臨界流体プロセスのさらなる高速化、低温化、非平衡化などへの新しい扉を開いたものである。(1)プロセス診断誘電体バリア放電をベースにしたCO_2およびXe超臨界流体プラズマのな発生を行い、リサージュ測定からその電子密度が10^<18-22>cm^<-3>という超高密度であることを明らかにした。またクラスタリングした活性種の存在を確認するための顕微レーザーラマン分光システム、顕微発光分光システムの構築も行なった。CO_2超臨界プラズマの顕微ラマン分光より、ラマンピークの低波長側へのシフトが見られ、通常考えられる、温度の上昇による効果とは逆のシフトであり、分子の形態の変化が示唆された。クラスターの存在への可能性が期待される。また、増強ラマン分光法の予備実験も始め、水において臨界点近傍での特異的なピークの出現が観測された。現在微視的なクラスターモデルとの対応を進めている。(2)材料表面加工技術への応用カーボン系およびCu系ナノ構造物質合成プロセスへの応用を行った。scCO_2中でのプラズマプロセスにより、臨界点付近で特にCO_2を炭素源としてカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等、多量のカーボン系ナノ構造物質の合成に無触媒で成功し、新たな反応経路を利用した物質合成を実現した。さらに、scCO_2の高い溶解度を生かし、有機金属を利用したプロセスにおいてもCu系膜堆積にも成功し、合わせてプロセスの低温性、高速性、非平衡性などを実証した。最後にナノトレンチ、ナノポーラスマテリアルへのカーボン埋め込みの予備実験にも着手した。(1)プロセス診断ラマン散乱分光法を中心にした各種の分光法によるプラズマ診断を行った。とりわけ、超臨界流体中でのレーザー誘起プラズマにおいて、ラマン散乱光の特異的な増強効果が見出された。この現象は、量子化学計算により超臨界流体中での5ないし6個の分子から構成されるクラスターの存在、および、そのクラスターがプラズマで発生された電子の付着によりラマン強度が1000倍に増強された結果であることが明らかになった。また、超臨界CO2中での誘電体バリア放電(DBD)に対するラマン散乱分光法より、プラズマ中でも密度は、プラズマのない超臨界流体のそれとほぼ同じことが確認された、これは、プラズマ中でもクラスタリングの消失はあまり生じていないこと、すなわち、くらsyたーの維持が推測される。

さらにまた、精密な測定により、従来は、臨界点付近のラマン散乱スペクトルには、超臨界流体に特有の揺らぎ現象は見出されていなかったが、プラズマ発生下、すなわち、電子の付着のあるような状況では、臨界点近傍のラマンスペクトルの波数のシフト量に、明確な、揺らぎの減少が見出された。本研究により、超臨界流体中の放電において、適当な実験条件(おもに、注入した電力)により、超臨界プラズマクラスタ流体が実現していることの有力の知見が得られた。(2)材料表面加工への応用カーボン系およびCu系ナノ構造物質合成プロセス・薄膜堆積プロセス、表面クリーニングプロセスに関する、システマティックな実験を行った。超臨界物質としては、従来のCO2に加え、Xe、Arなどに関しても各種のプロセス条件下で行い、プロセスの低温化、低圧化、高速化などの実証を行った。
非電離放射線被曝モニターの開発

非電離放射線(磁場、電場も含める)の生体影響を評価するためには、元来どのような物理・化学過程に依って電磁波や電場・磁場が生体影響を及ぼすのか、また実際にどの程度職業人や一般人はこれらの非電離放射線の場に被爆しているのであるかということを知ることが必要となる。本研究においては第一段階として核融合研究、加速器建設や磁気浮上列車の開発で一番問題となる磁場の被爆を取り上げたので、上記の問題も磁場に焦点を合わせた。第一年度、第二年度に引き続き本年度も小研究会を通じてそもそも磁場の被爆量をモニターするためには何を測ればよいのか、またその根拠となる磁場と生体の相互作用は何かという根本的なことを議論する会合をもった。第一年度に比べると物事はかなりハッキリしてきたものの、磁場がベクトル量であることに絡んでまだハッキリしないところがある。これについては今後さらに検討を続ける必要がある。モニター本体については第二年度にほぼ開発が終わったが、今年度はこれを用いての核融合研究所の超伝導開発部門でのフィールドテストを行った。測定及び結果の計算機による記憶は的確で満足のいく結果であったが、さらに広範に且つ長時間使用して貰うためにはより一層の小型化と軽量化が必要となることが認識れた。さらに磁場測定素子として三個のホール素子を用いているが、素子間の距離が問題になってきたのでより一層の微小素子化が要請される。これには素子製造にあったっているところの企業の協力が必要であろう。しかしながら本研究三年に依って磁場被爆モニターの開発は緒についたといえる。昨年度は三次元積分磁束計の1号機を完成させたが、その1号機にはいくつかの問題点があった。そこで今年度はその問題点を改良し、実用的な2号機を完成させ、評価のため磁束計の諸特性を測定したり、各種磁界発生装置内の磁束密度や漏洩磁界強度を測定した。その2号機の特徴を次に述べると、オペアンプ等に消費電力の少なく集積度の高いICを大幅に採用した事により1号機と比較して装置の消費電力は1/2.5に減少し、かつ一体構造になったので取扱いが非常に楽になった。又、12bitのA/Dコンバ-タ-の使用により大幅に測定範囲が拡大し、測定精度が向上した。そして交流磁界専用のAC高感度モ-ドの増設により微弱な変圧器や誘導モ-タ等の漏洩磁界の測定が可能となった。主要な仕様(かっこう内はAC高感度モ-ド)を述べると、・測定可能最大磁束密度:20000G(400G)・測定分解能:0.4G(0.008G)・測定磁界:直流および500Hz以内の交流磁界、1000ガウスの強い磁界内にこの磁束計を置き、測定値の安定性を調べたところ、40分間に±1.7ガウスの変化しかなく非常に測定値が安定している事を示した。又、電源であるバッテリ-の電圧を5.2Vから6.6Vまで変化させたが定電圧ICの作用により測定値の変化はほとんど零であった。1500ガウスまで発生可能な交流電磁石内外の磁束密度を本三次元積分磁束計で測定し、メ-カ-製の1次元磁束計で測定した値と比較したところ最大4%の違いはあっもののほぼ一致し、交流磁界強度の測定にも充分使用できる事を示した。又、AC高感度モ-ドで2.5kVAの変圧器の漏洩磁界強度を測定したが、無負荷の時変圧器の外側ケ-ス部で1500mGそして、20cm離れたところで23mGであり、従来測定不可能であった微弱な交流磁界の分布測定が本装置により容易に行う事ができた。ベクトル量である磁場の被曝の積分量をモニタ-するためには三次元積分磁束計が必要になるが、さらにそれを人間が携帯して実際のモニタ-作業を行うためには出来るかぎり小型軽量であることが必要となる。しかも高感度で高精度が要求されることも当然であろう。

昨年度までの努力で一号機モニタ-を完成したが、今年度はさらに小型化を目標とすると共に近年とくに問題となって来ている送電線下での低周波磁場被曝をモニタ-するために時間変化を伴う磁場をも感知しうる二号機を完成した。本機は一年前に開発された一号機にくらベるとIC類の大巾な採用によって電力消費量が極めて少くなり、かつ高精度の12ビットのA/Dコンバ-タの採用によって測定範囲が大巾に増加し、測定精度が向上した。それでも猶全重量が1kgとかなり重くサイズも大きいので長時間の測定には支障を生ずる。この三次元磁場測定モニタ-をもちいて、一次元モニタ-で磁場の最大値をさがした値との比較を超伝導コイルクライオスタットの漏洩磁場の測定について行ってみたが、顕著な差がみとめられた。この理由は現在までのところそれ程明確ではないが、三次元配位のホ-ルプロ-ブが有限のひろがりをもつために生ずることも原因の一つと考えられる。さらに部品の一部に強磁性体がもちいられていることも、特に強磁場の近傍での測定には注意が必要であろう。このモニタ-をもちいての実際の磁場環境の許での測定は現在核融合科学研究所のTPD装置や超伝導コイル開発実験室などで行はれているが、今後さらにデ-タの蓄積を行うと共に、フェライトコアをもちいた発振素子のインダクタンスが磁場により変化することを利用したモニタ-の開発もさらに行い、来年度にとりまとめを行う予定である。非電離放射線(磁場、電場も含める)の生体影響を評価するためには、元来どのような物理・化学過程に依って電磁波や電場・磁場が生体影響を及ぼすのか、また実際にはどの程度職業人や一般人はこれらの非電離放射線の場に被爆しているのであるかということを知ることが必要となる。本研究においては第一段階として核融合研究、加速器建設や磁気浮上列車の開発で一番問題となる磁場の被爆を春り上げたので、上記の問題も磁場に焦点を合わせた。第一年度、第二年度に引き続き本年度も小研究会を通じてそもそも磁場の被爆量をモニターするためには何を測ればよいのか、またその根拠となる磁場と生体の相互作用は何かという根本的なことを議論する会合をもった。第一年度に比べると物事はかなりハッキリしてきたものの、磁場がベクトル量であることに絡んでまだハッキリしないところがある。これについては今後さらに検討を続ける必要がある。モニター本体については第二年度にほぼ開発が終わったが、今年度はこれを用いての核融合研究所の超伝導開発部門でのフィールドテストを行った。測定及び結果の計算機による記憶は的確で満足のいく結果であったが、さらに広範に且つ長時間使用して貰うためにはより一層の小型化と軽量化が必要となることが認識された。さらに磁場測定素子として三個のホール素子を用いているが、素子間の距離が問題になってきたのでより一層の微小素子化が要請される。これには素子製造にあったっているところの企業の協力が必要であろう。しかしながら本研究三年に依って磁場被爆モニターの開発は緒についたといえる。
神経変性疾患治療における神経血管ユニット再生を目的として創薬研究

ST-101による神経血管ユニットの再生と保護作用のメカニズムを明らかにした。ST101に関しては、その標的分子としてT型カルシウムチャネルを同定した。T型カルシウムチャネルを活性化する低分子化合物としては世界初の低分子化合物である。さらに、T型カルシウムチャネルを過剰発現する細胞株を用いて、スクリーニングを行い、さらに活性の強い誘導体SAK3を創製した。致死的な脳虚血に先行して、短時間の非致死的な虚血状態を施行すると神経細胞は脳虚血に対して耐性を形成する。私達は4血管閉塞ラット脳虚血モデルを用いて脳虚血耐性現象の獲得にプロテインキナーゼB(Akt)の活性化が必要であることを明らかにした。本研究では脳虚血後海馬における血流量を7日間に渡って、測定してバナジウム有機錯体VO(OPT)によって誘導される虚血耐性現象の脳血流に対する効果を検討した。4血管閉塞脳虚血施行の3日前にVO(OPT)(25mg(V)/kg)を腹腔内投与して虚血行い、7日間レーザー血流計により海馬での脳血流を測定した。偽手術群に比較して虚血後1日目から血流は低下し、VO(OPT)投与群では3-7日目にかけて有意に脳血流の改善が見られた。さらに、7日目では海馬の血管内皮細胞にエリスロポエチンの誘導が認められた。次に、新規心血管保護薬であるカルモデュリン阻害剤DY-9760eの心不全抑制効果とメカニズムについて検討した。大動脈狭窄モデルマウスに対して術後2週間目から6週間、DY-9760e(10,20mg/kg)を慢性投与した。6週間投与で用量依存性に心肥大は抑制され、心エコーによる心機能測定では、低下した心機能が偽手術群と同程度に改善した。カルモデュリンのターゲットであるジストロフィンの分解と内皮型一酸化窒素合成酵素(eNOS)による酸化ストレス障害を解析した結果、心不全に伴うジストロフィン分解とeNOSによるタンパク質ニトロチロシン化反応も心機能改善に一致して、ほぼ完全に抑制された。以上の結果からVO(OPT)による血管保護作用とDY-9760eによる心筋保護作用のメカニズムの一部が解明された。本研究では脳虚血やアルツハイマー病などの神経変性疾患における神経血管ユニット再生を目的としてシーズを探索し、その血管再生のメカニズムと脳機能改善を目的とした前臨床試験を実施した。最初に、バナジウム有機錯体VO(OPT)の脳血管再生作用のメカニズムを追究した。ラット四血管閉塞脳虚血モデルではVO(OPT)の前処置により、血管再生に重要なサイトカインであるエリスロポエチンとVEGFの発現が有意に上昇した。しかし、培養血管内皮細胞をVO(OPT)で処置してもこれらのサイトカインの誘導は観察されなかった。私達はin vivoの脳虚血モデルでは血管内皮細胞での発現誘導を確認していることから、間接的な作用であると考えて、今後は神経細胞とグリア細胞での誘導因子の探索を行う。次に、米国でアルツハイマー治療薬としての臨床試験が開始されたST101について、作用機序を検討した。その結果、ST101によるマウス大脳皮質のシナプス伝達増強(LTP)の促進とLTP発現に重要なカルシウム/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼII(CaMKIII)の活性化反応がT型カルシウムチャネルの阻害剤で抑制されること。T型カルシウムチャネルを過剰発現したneuro-2A細胞において、パッチクランプ法でカルシウムイオン電流の測定を行い、ST101で増強されることを確認した。さらに、ST101による認知機能改善効果がT型カルシウムチャネル阻害剤で完全に抑制されることを確認した。既存のアルツハイマー治療薬とは異なり、ST101はT型カルシウムチャネルを活性化する新しい作用機序のアルツハイマー治療薬の候補物質である。本研究ではST101が認知機能改善作用に加えて、海馬歯状回における神経新生を促進し、抗うつ効果を発揮することを明らかにした。今後は神経新生作用に対するT型カルシウムチャネルの関与を検討する。アルツハイマー病、筋萎縮性側索硬化症、筋ジストロフィーなどの神経筋変性疾患では根治治療を目指した治療法は確立していない。研究代表者はこれら神経変性疾患において血管再生を標的としたシーズを開発し、根治治療への応用を検討した。24年度はアルツハイマー病治療のシーズであるST101の神経新生促進作用と認知機能改善作用のメカニズムの解明に焦点を絞って解析した。その結果、1)ST101の標的分子として、T型カルシウムチャネルを同定した。2)海馬においてST101はアセチルコリン遊離を促進し、その作用はT型カルシウムチャネル阻害薬で抑制されることを見いだした。3)海馬における神経新生促進作用はニコチン性アセチルコリン受容体阻害薬により消失することを確認した。次にST101によるAbeta産生抑制機構について解析した。老化促進マウスであるSAMP8ではストレスにより、脳内でのAbeta(1-42)の蓄積が亢進した。ST101を慢性投与することにより、Abeta(1-42)の蓄積は阻害された。

しかしながら、既に報告されている17 kDaのアミロイド前駆タンパク質の分解産物は検出されなかった。ST101は米国で臨床治験が継続している。私達は本研究でST101よりも活性の強い誘導体SAK3を開発した。T型カルシウムチャネルの活性化作用はST101よりも強力であり、認知機能改善効果についても確認した。SAK3とその関連薬については国際特許を申請中であり、前臨床試験を開始する予定である。新規アルツハイマー治療薬候補薬であるST101の作用機序を明らかにするために、標的蛋白質としてT型電位依存性カルシウムチャネルを同定した。私達の成果は米国における臨床試験を推進する原動力となった。さらに、万一、臨床試験で副作用が発現したときの予防法や対処法を予測できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在臨床試験の第二相であり、有効性について臨床評価が出る。私達はST101の構造活性相関を検討して、さらに活性の強い誘導体を創製し、特許を申請した。ドネペジルに続く日本初のアルツハイマー治療薬に向けた前臨床試験を加速しなければならない。