hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
快・不快情動が操る嗅覚表象の単離脳イメージング：行動解析との融合的アプローチ

異なる情動を引き起こす学習課題が,どのような異なる脳機能変化を引き起こしているのか?といった問題に対し, ex vivo単離脳標本実験系と行動解析との融合的な研究アプローチの可能性に着目した.嗅覚嫌悪学習課題によるモデル動物を作製しつつ,行動の変化が表れそうな脳部位の探索研究を並行して行った.嗅覚嫌悪学習課題を課したモルモットの単離脳からは,期待した脳機能変化を観測することはできなかったが,幼若モルモットへのウレタン麻酔薬の腹腔投与が,発達後の脳機能構造に変化を引き起こすことが確かめられた.このことは,行動実験課題と観測領野の工夫により,脳内表象変化も捉えられる可能性を示唆している.本研究では,“こころの動き"が,知覚感受性や記憶の程度に影響を与える脳内メカニズムを明らかにする事を目的とした.具体的には,報酬や罰を伴う嗅覚学習行動が,辺縁系皮質の神経ネットワークの,どの部位に,どのような機能変化を生じさせるのか,その機能変化は海馬や扁桃体の情報伝達パターンにどのような影響を及ぼすのかという問題を明らかにする為に1条件付け学習モデル動物の単離脳を用いたex vivo脳機能解析システムを新たに構築し,これにより2情動や報酬予測行動を支える嗅覚神経回路の探索と動作機構の解析を行うことを,目指した.平成25年度は,1の課題については,ex vivo脳機能解析システムの再構築を行った.具体的には,脳標本の温度コントローラー用電子回路および電源回路の改良により,多チャンネル電極を用いた誘発電位計測を高S/N条件下で行えるようにした.更に,脳標本を保持する為のチェンバー形状を工夫して,コンパクト化し,薬理学的な実験を効率よく行えるように改良した.2の課題については,脳スライスの膜電位イメージング解析を進展させた.皮質ー海馬脳スライスにおいて繰り返し入力に対する神経応答パターンの解析を行った結果から,40Hzで嗅周囲皮質36野を刺激すると,35野に持続性の神経興奮が誘導されることが明らかとなっているが,新たに行った薬理学的な実験結果から,この35野の神経応答現象には,緩やかに不活性化するカリウム電流が深く関与していることが判明した.本研究では,“こころの動き"が,知覚感受性や記憶の程度に影響を与える脳内メカニズムを明らかにする事を目的とした.具体的には,報酬や罰を伴う嗅覚学習行動が,辺縁系皮質の神経ネットワークの,どの部位に,どのような機能変化を生じさせるのか,その機能変化は海馬や扁桃体の情報伝達パターンにどのような影響を及ぼすのかという問題を明らかにする為に1条件付け学習モデル動物の単離脳を用いたex vivo脳機能解析システムを新たに構築し,これにより2情動や報酬予測行動を支える嗅覚神経回路の探索と動作機構の解析を行うことを,目指した.平成24年度は,1の課題については,行動実験システムの構築に取りかかった.嗅覚学習モデル動物作製にむけて,モルモット用のオペラントチャンバーを試作した.2の課題については,情動を司る扁桃体が海馬周辺皮質への信号伝達へ及ぼす影響についての神経回路機構を明らかにする目的で,脳スライスの膜電位イメージング解析を行った.嗅内皮質を中心とした皮質ー海馬および扁桃体間神経連絡を保持した脳スライスを用いて繰り返し入力に対する応答変化パターンを,膜電位イメージング法により解析した.その結果,40Hzで嗅周囲皮質36野を刺激すると,35野に持続性の神経興奮現象が認められた.持続性の神経興奮現象は,35野において扁桃体からの入力により制御を受ける可能性が過去の研究から示唆されているが,その神経機構の詳細は謎に包まれている.我々は,35野の神経活動伝播制御機構に緩やかに不活性化するカリウム電流が関与するという仮説を立て,その検証を開始した.本研究では,“こころの動き"が,知覚感受性や記憶の程度に影響を与える脳内メカニズムを明らかにする事を目的とした.具体的には,報酬や罰を伴う嗅覚学習行動が,辺縁系皮質の神経ネットワークの,どの部位に,どのような機能変化を生じさせるのか,その機能変化は海馬や扁桃体の情報伝達パターンにどのような影響を及ぼすのかという問題を明らかにする為に1条件付け学習モデル動物の単離脳を用いたex vivo脳機能解析システムを新たに構築し,これにより2情動や報酬予測行動を支える嗅覚神経回路の探索と動作機構の解析を行うことを目指した.平成26年度は,1の課題については,多点電極(16ch)により記録された集合電位記録から電流源密度解析を行うツールをMatlabにより開発した.昨年度,再構築した単離脳実験システムを用いて測定した梨状皮質および扁桃体皮質部位の脳活動の解析に適用し,嗅索への繰り返し刺激が扁桃体皮質の深部領域を新たに活性化させている事が明らかとなった.また,モルモットを用いた嗅覚嫌悪学習課題に取りかかった.2の課題については,昨年度までに,皮質および海馬を含む脳スライスにおいて,嗅周囲皮質36野への繰り返し刺激によって35野に誘導される持続性の神経興奮に,緩やかに不活性化するカリウム電流が関与していることがわかってきた.データを解析した結果,使用する実験動物の週齢差が,本実験結果に与えている可能性が示唆された為,検討した.現時点では実験数が十分では無い状況ではあるものの,幼若な動物ほど,持続性の神経興奮が生じにくいという傾向が得られつつある.

本研究では,“こころの動き"が,知覚感受性や記憶の程度に影響を与える脳内メカニズムを明らかにする事を目的とした.具体的には,報酬や罰を伴う嗅覚学習行動が,辺縁系皮質の神経ネットワークの,どの部位に,どのような機能変化を生じさせるのか,その機能変化は海馬や扁桃体の情報伝達パターンにどのような影響を及ぼすのかという問題を明らかにする為に,1嗅覚学習行動実験系,および2単離脳を用いたex vivo脳機能解析システムを新たに構築し,これらの活用により,情動や報酬予測行動を支える嗅覚神経回路の探索と動作機構の解析を行うことを目指した.本研究のうち,嗅覚行動解析では,新たに構築した実験系を用いて,過去に報告されているラットやマウスだけでなく,モルモットでも,呈示された匂いを塩化リチウムの腹腔投与による胃部不快感と結びつけて記憶できることが明らかになった.また,単離脳電気生理および光計測実験系では,現在までに,動物の学習行動の差を脳機能差として抽出するには至っていない.これは,現在までの実験では,外側嗅索への電気刺激により惹起される神経応答解析しか行えていない事に起因しているのではないかと考えている.一方,生まれて間もないげっ歯類へウレタン麻酔を投与すると,神経変性が生じる可能性が示唆されている.我々はこの知見に着目し,構築した単離脳実験システム系が,この神経変性を評価できるかについて調べた.ウレタン麻酔投与後1週間後の幼若モルモット単離脳において,電気刺激による嗅覚系神経経路の活動パターンを解析した結果,PairedPulse応答に,対照群と比較して有意な変化が観測でき,さらに,この機能変化が抑制系の発達異常による可能性が示唆された.この結果は,神経回路の変性が顕著に生じていれば,我々の構築した系でも,明確な差が見いだせる事を示している.異なる情動を引き起こす学習課題が,どのような異なる脳機能変化を引き起こしているのか?といった問題に対し, ex vivo単離脳標本実験系と行動解析との融合的な研究アプローチの可能性に着目した.嗅覚嫌悪学習課題によるモデル動物を作製しつつ,行動の変化が表れそうな脳部位の探索研究を並行して行った.嗅覚嫌悪学習課題を課したモルモットの単離脳からは,期待した脳機能変化を観測することはできなかったが,幼若モルモットへのウレタン麻酔薬の腹腔投与が,発達後の脳機能構造に変化を引き起こすことが確かめられた.このことは,行動実験課題と観測領野の工夫により,脳内表象変化も捉えられる可能性を示唆している.昨年4月に,産業技術総合研究所から明治大学へ異動した為,当初予定していたようには進める事ができなかった.異動先の実験環境および動物飼育施設環境ともに未だ完全に稼働していない状況である.研究分担者の所属機関(徳島文理大)における研究は,順調に進んだものの,旧所属の産業技術総合研究所での研究スピードが著しく低下してしまった.これが原因と捉えている.神経科学未完成ではあるものの,ようやく異動先での動物実験が行えるように環境が整備されてきたので,昨年までに構築してきた行動実験装置を,新たな環境にあわせて設置しなおし,モルモットを用いた学習行動実験を行う.さらに,電気生理実験を行うにあたって,旧所属機関の設備をお借りするなどして,可能な限り効率的な研究推進を図る.一昨年度の人事異動で遅れた分を取り戻すまでには至っていない為,全体としては当初の目標をクリアできるレベルには至っていない.しかしながら,昨年度のみで言えば,順調に研究が進展し,仮説を裏付ける実験データも収集できつつあると自己評価している.申請時点では,研究業務へエフォートの大部分を割く予定であったが,24年4月1日付人事異動に伴い,研究所の運営業務に時間を割かれることになった.
悪性神経膠腫に対する抗てんかん薬を中心とする新規併用療法の開発と臨床応用

膠芽腫(GBM)に対しては術後のtemozolomide(TMZ)+放射線治療(RT)が標準治療であるが、未だ満足のいく治療成績は得られておらず、著者らは「膠芽腫に対するTMZ抗腫瘍効果を増強する新規併用療法の開発」を継続して行ってきた。本研究の目的は、GBM細胞株に対するTMZと新規抗てんかん薬であるlevetiracetam (LEV)の併用投与による抗腫瘍効果の有用性を評価することである。本研究の目的は、「膠芽腫に対する標準化学療法治療であるtemozolomide(TMZ)の抗腫瘍効果を増強する新規併用療法の開発」である。今年度はTMZ感受性増強の基礎的データとして有害事象の少ない併用薬を用いることによるTMZ治療効果への影響を5種類の膠芽腫細胞株において解析した。遺伝子背景の異なる5種類の膠芽腫細胞株1T98G, 2U138MG, 3U87MG, 4U251MGおよび5A172に対して、各濃度のTMZ、p53を介したO6-MGMT転写抑制によるTMZの作用増強効果が報告される新規抗痙攣薬のレベチラセタム(LEV)、histone deacetylase (HDAC)阻害作用による抗腫瘍効果が示されているバルプロ酸ナトリウム(VAL)、免疫応答に関与し、膠芽腫を含む種々の固形癌細胞に対して細胞障害性を示すヒト末梢血由来γδT細胞、抗酸化作用を有するカルニチン(CAR)、レスベラトロール(RES)を単独および併用添加し、抗腫瘍効果の判定および治療感受性に関する遺伝子変異の解析とともに、premature senescenceの検出を行った。実臨床への応用として、治療感受性に関わる遺伝子のgenetic/epigeneticな変異あるいはsenescenceに関わる遺伝子を解析するために、手術摘出標本における遺伝子解析も行った。結果として、4種の細胞株においてTMZとVPAの負荷で細胞増殖抑制と形態変化がみられたが、LEVの単独負荷に関しては、A172のみ増殖抑制効果がみられたが、他ではLEV単剤では増殖抑制効果はみられなかった。一方、SA-β-galで細胞組織学的に検索したpremature senescenceは、いずれの細胞株においてもTMZ単独・併用いずれにおいてもpremature senescenceの誘導が検出された。また、薬剤感受性に関与する多数の遺伝子変異を網羅的に検索したところ、これらの併用による相乗・相加効果はTMZの感受性に深く関与するMGMTの発現やp53変異などの背景に関わらず、抗腫瘍効果が増強されることが判明した。これらの結果はin vivoの予備実験として超免疫不全NOG mouseにU87MGを皮下移植したモデルでも同様の腫瘍増殖抑制効果が得られた。更に、実臨床に応用するために、手術摘出標本(GBM 47例)における薬剤感受性遺伝子を網羅的に検索し、後ろ向きにTMZとVALあるいはLEV併用症例では遺伝子背景に関わらず有意に生存期間が延長することも見出した。特に、TMZとLEVあるいはVALとの併用による抗腫瘍効果の解析は詳細に行うことができ、論文投稿中である。更に、MDAおよびMTに関してもTMZとの併用効果は主にアポトーシス誘導効果であることも見出し、論文投稿準備に至っている。遺伝子変異の検索が可能であった膠芽腫手術摘出標本(合計62例)に関しても後ろ向きに遺伝子変異と生存期間を検討中である。更に、後ろ向き観察研究ではあるが、膠芽腫60症例においてLEV併用症例では遺伝子背景に関わらず有意に生存期間か延長することも見出した。上記の基礎データも含め膠芽腫症例におけるLEV併用によるTMZ抗腫瘍効果の増強効果を臨床試験として申請するべく準備を進めている。予定した遺伝子背景の異なる6株の膠芽腫細胞のうち5株におけるTMZを単剤投与群と、LEV、VAL、γδT細胞およびCAR、RES併用群を比較検討し、TMZの治療効果を増強することができるかどうか、それぞれの併用下における細胞障害、細胞死あるいはpremature senescence誘導の有無など抗腫瘍効果のメカニズムの違いをgenotypeごとに解析する。各併用薬ともに抗腫瘍効果は、単一因子によって規定されるのではなく、それぞれのメカニズムが作用し、抗腫瘍効果が得られることを見出した。更に申請時点での併用薬以外でもビスホスホネートのミノドロン酸(MDA)の直接的な膠芽腫細胞の増殖抑制効果と、γδT細胞がapoptosis誘導により、増殖抑制効果を増強することも見出した。手術摘出標本における療感受性に関わる遺伝子のgenetic/epigeneticな変異あるいはsenescenceに関わる遺伝子解析は、検索し得る腫瘍組織の60%以上で終了しており、凍結保存された残りの症例とともに、今後手術摘出される症例も解析を進める。また、後療法としてTMZのみを投与された群と、LEVやVALあるいは他の抗痙攣剤などが併用された群における抗腫瘍効果を後ろ後向きの探索研究として検討するために、臨床データの蓄積と解析を行っている。膠芽腫細胞株におけるTMZとLEV、VAL、γδT細胞、MDAおよびMTとの併用療法は特定の遺伝子変異に関わらず抗腫瘍効果を得られることが期待できることから、in vivoでも同様の効果が得られるかを特に細胞株脳内移植モデルを用いて確認する。

現段階では、in vitro、in vivoあるいは後ろ向きの探索臨床研究から得られた安全で実用的なTMZとの併用薬はVALまたはLEVと考えられるが、in vivoと後ろ向きの臨床研究の結果の精度を上げて、最も安全性と抗腫瘍効果が高く実用的な薬剤を同定し、TMZとの併用療法として臨床応用すべく、学内倫理委員会に申し入れ臨床試験の申請・登録を行う。脳腫瘍特定の膠芽腫細胞株におけるTMZとの併用薬として有効性が示されたLEV、VAL、δT細胞、CAR、RES、MDAが、脳内および皮下への細胞株移植免疫不全マウスにおいても同様のメカニズムによって抗腫瘍効果が得られるかどうか検討する。後ろ後向きの探索研究として検討したOS、PFS、抗痙攣効果などが併用薬の有無、検索した遺伝子変異、premature senescenceあるいはmitotic catastrophe誘導と相関するかどうかを解析し、いかなる因子が臨床的に抗腫瘍効果を増強するかを検索する。in vivoの実験、後ろ後向きの探索臨床研究で得られた結果に基づき、最もTMZ抗腫瘍増強作用が強く、安全性の高いものをTMZとの併用療法として臨床応用すべく、学内の倫理委員会に申し入れ臨床試験の申請・登録を行う。近隣での学会発表が中心であったため、旅費の請求を翌年度に繰り越しました。次年度の全国学会や、国際学会での発表回数を増やす予定です。
ダイズの莢先熟発生メカニズムの解明とモデル式の構築

我が国のダイズの作付面積が伸び悩んでいる理由のひとつに収量の不安定があるが,これには成熟期になっても茎葉の枯れ遅れとなる莢先熟の発生が関与している.そこで本研究ではダイズ作の収量安定化を実現するためにダイズ栽培で最も大きな問題となっている莢先熟の発生メカニズムを環境要因と発生に関わる遺伝子の発現及び発生に関与している植物ホルモン量を解析することで明らかにする.上記のような研究目的の中で初年度である平成30年度は日射量や温度を変化させた後,子実肥大期において木部液を採取して,地上部に輸送されるサイトカイニン量を定量し,さらに合成遺伝子(CYP735A1やCYP735A2)の発現量を明らかにしてこれらと莢先熟の発生程度との関係も明らかにする目的で実験を行った.供試した品種は関東南部で6月に播種すると莢先熟を起こしやすいエンレイを用いた.この品種を2018年6月にワグネルポットに播種した.第1実験では莢伸長期以降成熟期まで寒冷紗で遮光を行い、遮光による莢先熟の発生状況を比較した.その結果、遮光の程度が強くなっても子実肥大期に木部液を通じて地上部に輸送されるサイトカイニン量はかわらなかった.さらに、成熟期における莢先熟の発生状況も遮光程度が強くなってもかわらなかった.第2実験では莢伸長期以降に人工気象室に入れ、通常の気温より気温を高くした高温区と低くした低温区並びに自然条件下のもとで育成した対照区の3区を設けた.その結果、対照に比べ高温区では子実肥大期に木部液を通して地上部に運ばれるサイトカイニン量が多く、逆に低温区はサイトカイニン量が少なかった.その結果、成熟期に各区の莢先熟の発生状況を比較したところ、対照区に比べ高温区で発生が著しく、低温区では発生が抑制された.これらのことから、莢先熟の発生に影響をもたらす環境要因は日射量よりも気温の方が大きいと考えられた.これまで、同じ品種でも播種期の違いによってダイズの莢先熟の発生状況が異なることは明らかにされていたが、それがどのような環境要因の変化によるものかは不明であった.今年度の研究により、莢先熟の発生に大きく影響する環境要因が生育後期の光条件より気温であることが明らかになった.実際、莢伸長期以降に光条件を変化させても木部液で地上部に輸送されるサイトカイニン量は変化なかったが、気温を上げるとサイトカイニン量が増え、下げるとサイトカイニン量は減少した.生育後期に地上部にサイトカイニンが輸送されると地上部の老化が妨げられ莢先熟が助長されることから、生育後期に気温が高くなると地上部に輸送されるサイトカイニン量が増加し、莢先熟の発生が促進されることが明らかになり、これまでの研究はほぼ予定通りに進んでいる.ただし、当所の計画にあったサイトカイニン合成遺伝子の発現量が環境の変化によってかわるのかは明らかにすることができなかった.これは主に必要な遺伝情報を解析することはできたが、各区の遺伝子の発現量を明確に区別することができなかったことが原因にある.従って、次年度以降はこの点(サイトカイニン合成遺伝子の発現)についても明らかにして行く必要があると考える.さらに今回の試験では研究圃場でのポット試験であり、実際の農家圃場での結果ではない.このようなことから実際の生産現場でも今回得られたような現象が認められるのかは明らかになっていない.このようなことから、各地のダイズ圃場でもポット試験と同様な傾向があるのか確認する必要がある.平成30年の研究では地上部へのサイトカイニンの輸送量と莢先熟の発生には生育後期の気温の違いが大きく影響することが明らかになったが、今後は気温のうち、夜温と昼温ではどちらがサイトカイニンの輸送量と莢先熟の発生に大きく影響するのか明らかにする.さらに、実際の農家さんの現地圃場で生育後期に木部液を採取して木部液のサイトカイニン量と莢先熟の発生状況の関係について明らかにして、同様のことが現地圃場でも認められるか明確にする.さらに、当初の計画では環境の変化は気温と日射量だけでなく、土壌水分や土壌肥沃度についてもサイトカイニン量や莢先熟の発生状況について明らかにして行く予定であった.つまり、同じ品種を同じ時期に播種しても圃場内で莢先熟の発生状況が異なることがある.これは気温や日射量以外の環境要因も莢先熟の発生に影響している可能性を示すものであると考える.従って、平成31年度以降は今回明らかにした気温や日射量以外の環境要因(例えば、土壌水分、土壌肥沃度、病原菌の有無)の影響についても明らかにする.また、地下部でサイトカイニンの合成を司っている遺伝子の発現が環境の変化によってかわってくるかも未だ明確にはなっていない.そこで、環境を変化させ莢先熟の発生とサイトカイニン輸送量が変化した時に地下部においてサイトカイニン合成遺伝子の発現量も同様に変化するか明らかにする必要がある.これが明らかになることによって、環境の変化、遺伝子の発現、莢先熟発生促進物質の増加、莢先熟の発生の関係が明確になる予定である.我が国のダイズの作付面積が伸び悩んでいる理由のひとつに収量の不安定があるが,これには成熟期になっても茎葉の枯れ遅れとなる莢先熟の発生が関与している.

そこで本研究ではダイズ作の収量安定化を実現するためにダイズ栽培で最も大きな問題となっている莢先熟の発生メカニズムを環境要因と発生に関わる遺伝子の発現及び発生に関与している植物ホルモン量を解析することで明らかにする.上記のような研究目的の中で初年度である平成30年度は日射量や温度を変化させた後,子実肥大期において木部液を採取して,地上部に輸送されるサイトカイニン量を定量し,さらに合成遺伝子(CYP735A1やCYP735A2)の発現量を明らかにしてこれらと莢先熟の発生程度との関係も明らかにする目的で実験を行った.供試した品種は関東南部で6月に播種すると莢先熟を起こしやすいエンレイを用いた.この品種を2018年6月にワグネルポットに播種した.第1実験では莢伸長期以降成熟期まで寒冷紗で遮光を行い、遮光による莢先熟の発生状況を比較した.その結果、遮光の程度が強くなっても子実肥大期に木部液を通じて地上部に輸送されるサイトカイニン量はかわらなかった.さらに、成熟期における莢先熟の発生状況も遮光程度が強くなってもかわらなかった.第2実験では莢伸長期以降に人工気象室に入れ、通常の気温より気温を高くした高温区と低くした低温区並びに自然条件下のもとで育成した対照区の3区を設けた.その結果、対照に比べ高温区では子実肥大期に木部液を通して地上部に運ばれるサイトカイニン量が多く、逆に低温区はサイトカイニン量が少なかった.その結果、成熟期に各区の莢先熟の発生状況を比較したところ、対照区に比べ高温区で発生が著しく、低温区では発生が抑制された.これらのことから、莢先熟の発生に影響をもたらす環境要因は日射量よりも気温の方が大きいと考えられた.これまで、同じ品種でも播種期の違いによってダイズの莢先熟の発生状況が異なることは明らかにされていたが、それがどのような環境要因の変化によるものかは不明であった.今年度の研究により、莢先熟の発生に大きく影響する環境要因が生育後期の光条件より気温であることが明らかになった.実際、莢伸長期以降に光条件を変化させても木部液で地上部に輸送されるサイトカイニン量は変化なかったが、気温を上げるとサイトカイニン量が増え、下げるとサイトカイニン量は減少した.生育後期に地上部にサイトカイニンが輸送されると地上部の老化が妨げられ莢先熟が助長されることから、生育後期に気温が高くなると地上部に輸送されるサイトカイニン量が増加し、莢先熟の発生が促進されることが明らかになり、これまでの研究はほぼ予定通りに進んでいる.ただし、当所の計画にあったサイトカイニン合成遺伝子の発現量が環境の変化によってかわるのかは明らかにすることができなかった.これは主に必要な遺伝情報を解析することはできたが、各区の遺伝子の発現量を明確に区別することができなかったことが原因にある.従って、次年度以降はこの点(サイトカイニン合成遺伝子の発現)についても明らかにして行く必要があると考える.さらに今回の試験では研究圃場でのポット試験であり、実際の農家圃場での結果ではない.このようなことから実際の生産現場でも今回得られたような現象が認められるのかは明らかになっていない.このようなことから、各地のダイズ圃場でもポット試験と同様な傾向があるのか確認する必要がある.平成30年の研究では地上部へのサイトカイニンの輸送量と莢先熟の発生には生育後期の気温の違いが大きく影響することが明らかになったが、今後は気温のうち、夜温と昼温ではどちらがサイトカイニンの輸送量と莢先熟の発生に大きく影響するのか明らかにする.
数値シミュレーション向け並列計算ライブラリの高性能化に関する研究

反復型領域分割法は数100万数億要素の大規模問題に対して有効な並列化手法であり、この並列計算機能をライブラリ化したものを有限要素電磁界解析コードに適用した結果、有効性が示されている。しかし、計算のボトルネックとなる領域間釣り合い問題を求解する共役勾配法(Conjugate Gradient Method : CG法)の収束性は、解析規模が大きくなるほど、また、材料構成が複雑になるほど悪化する。そこで本研究では、反復型領域分割法の領域間釣り合い問題の収束性改善を目指し、反復解法に擬似4倍精度を導入することを提案する。まずはじめに「部分領域問題向け擬似4倍精度ソルバーの開発」として106bitの仮数を実現する手法の擬似4倍精度変数を共役勾配法内の各演算に実装した。次に「領域間釣り合い問題の収束性改善」として部分領域問題の反復解法において擬似4倍精度演算を導入することによる反復型領域分割法における領域間釣り合い問題の反復回数の削減効果を確認するためにPCクラスタ20台(80コア)での評価実験を実施した。さらに「メニーコア計算機環境でのスレッド並列化検討」として、コア数64のメニーコア(Xeon Phi KNL)および96GBのメモリ搭載WSをOS・CentOS7.4で構築し、解析コードの並列化を検証する。KNLのハードウェア特性を検証するために、AVX512対応(SIMD)のコンパイラgcc-4.9.4を使用し、CG法の演算に用いられる内積、DAXPY、行列ベクトル積についてOpenMPによるスレッド並列化効果の検証を実施した。これらの成果として、釣り合い問題の反復解法に渡す各データと、釣り合い問題の反復解法の残差ベクトル計算の精度向上によって収束性改善が示された。また、KNLハードウェア特性検証までは確認できたが、解析コードのスレッド並列化ならびに最適化適用は今後の課題である。
非平衡系における熱力学理論の構築とその応用

本研究は非平衡系の熱力学を構築し、その方法を応用しようというものである。昨年度行った、揺らぎ定理の数学的構造についての研究を受け、本年度は微視的な物理法則である揺らぎ定理から、巨視的理論である熱力学を構築する研究を行った。微視的物理量に対する確率過程論から巨視的物理量のダイナミクスを与える決定論である熱力学を求めるとき、多くの場合は微視的物理量の期待値を用いて巨視的物理量を定義する。しかし、統計物理学が示す知識によれば、熱力学は租視化しスケールを変え、そして系の大きさを大きくする極限(熱力学極限)で現れる理論であった。そこで、私は揺らぎ定理に直接熱力学極限を適用することによって、熱力学第2法則を導出した。結果として、散逸を表す量であるエントロピー生成を熱力学的時間発展からの揺らぎを表す大偏差関数と関係付けることに成功した。また、この様に理論を構成することよって、我々は準安定状態を明確な形で理解することが出来るようになる。準安定状態は相転移と密接に関わる状態であり、その性質を知ることはヒステリシスを持つ系の性質や潜熱を評価する上で非常に重要である。そこで、私は準安定状態の熱力学的な性質を記述する自由エネルギーを測定する方法を考案した。以下で簡単にその方法を述べる。異なる平衡状態間を系が変化するとき、系が受け取った仕事と自由エネルギーの変化の関係はJarzynski恒等式によって表わされることが知られている。また、この恒等式は準静的過程を用いずに自由エネルギーを測定する方法を提示する。この事実を考慮して、準安定状態に対して外界から仕事を行った場合に、その仕事量と自由エネルギーの関係がどの様に表されるかについて研究した。結果としては、外界から仕事を加える手順を適切な方法で限定することによって、Jarzynski恒等式と同型の恒等式で仕事と自由エネルギーが関係づけられることを示した。従って、準安定状態においてもJarzynski恒等式を用いて自由エネルギーを測定できることが明らかになった。以上2つの結果はarXiv上に公表済みであり(15.備考参照)、学会誌へは現在投稿中である本研究は大きく分けると二つの研究課題に分類できる。一つは現在でも明らかにされていない非平衡系における熱力学理論の構築であり。もう一つはそれの他分野(特に生物系)への応用である。昨年度は研究期間の初年度として、特に前者の研究を行った。非平衡系における熱力学を構築するということは、具体的には変動する(時間発展する)多体系において、それを特徴付ける熱力学的量(巨視的スケールの量)を定め、そのダイナミクスまたはその性質を知るということである。近年、Jarzynski恒等式という非平衡仕事(準静的過程でない場合の仕事)と平衡系の熱力学量である自由エネルギーの関係を表わす恒等式が発見された。さらには非平衡定常系では、熱を二つの部分(Excess Heat、Housekeeping Heat)に分け、それぞれの性質を表すHatano-Sasa恒等式、Speck-Seifert恒等式が提唱されている。特に前者は非平衡定常系の熱力学第二法則を導くという意味で重要な恒等式である。これらの恒等式をより一般的な非平衡現象(生物系の現象など)に適応するうえで、これらの恒等式の背後に潜む数学的構造を理解することは不可欠である。この点に注目し、昨年度はこれら三つの恒等式が一つの同じ数学的体系の上に成り立っていることを明らかにし、それら三つの恒等式を理論の中に含む一般的な恒等式を導いた。この恒等式は、非常に一般的なLangevinダイナミクスの下で成り立つため、生物系の現象など確率過程で表される多くの現象に適応されることが期待される。この理論をまとめ出版したものが下記11の論文Extended Jarzynskiequality ingeneral Langevin systemであり、これを学会で発表したものが、Statphys24での発表である。

また、この恒等式は準静的過程を用いずに自由エネルギーを測定する方法を提示する。この事実を考慮して、準安定状態に対して外界から仕事を行った場合に、その仕事量と自由エネルギーの関係がどの様に表されるかについて研究した。結果としては、外界から仕事を加える手順を適切な方法で限定することによって、Jarzynski恒等式と同型の恒等式で仕事と自由エネルギーが関係づけられることを示した。従って、準安定状態においてもJarzynski恒等式を用いて自由エネルギーを測定できることが明らかになった。以上2つの結果はarXiv上に公表済みであり(15.備考参照)、学会誌へは現在投稿中である
髄腔内酸素分圧測定を用いた胸部大動脈手術時の脊髄虚血モニター法の開発

前年度の実験的研究(犬)、すなわち質量分析装置を用いた脊髄髄腔内酸素分圧と脊髄実質酸素分圧の経時的測定により、前者は後者とより高い相関を示すことを明らかにした。この結果を応用し、今年度は髄腔内酸素分圧もニターによる脊髄漕流動脈の同定、およびその同定した動脈を漕流した場合の髄腔内酸素分圧の上昇および誘発脊髄電位の回復の有無などを実験的に検討した。まず、冬肋間・腰動脈から酸素化生食を注入することにより、その注入した肋間・腰動脈が脊髄を漕流している場合には髄腔内酸素分圧はスパイク状の上昇を示し、これにより(0.5mmHg以上のもの)脊髄漕流と同定できうることが判明した。その精度は全体で84.6%であった。次に、先述の方法で同定された肋間・腰動脈を動脈血で漕流することにより、動脈の遮断により低下した髄腔内酸素分圧は遮断前値の45.3±21.4%まで回復することが明らかとなった(非脊髄漕流動脈では4.0±10.6%)。また、この酸素分圧の回復に伴い、脊髄機能の指標である誘発脊髄電位も脊髄漕流動脈を漕流した場合にはN_1で37.0±24.4%(非脊髄漕流動脈では3.9±20.0%)の回復を認め、N_2においても36.0±25.4%(非脊髄漕流動脈では6.4±29.3%)と有意に回復が得られた。以上の結果から、胸部大動脈手術時の大動脈遮断による脊髄虚血下においては、髄腔内酸素分圧測定により、脊髄を漕流する肋間・腰動脈の同定(酸素化生食注入による)、およびその動脈の漕流(酸素化血液による)による脊髄保護が可能であると考えられた。臨床的には大動脈を遮断し、切門した時点で脊髄漕流動脈を同定し、その動脈を酸素化学血液で持続的に漕流すれば脊髄虚血を回避でき、安全に肋間・腰動脈再建と大動脈再建が施行できうることが予測される。脊髄髄腔内酸素分圧測定による脊髄虚血モニター法は今後、胸部大動脈手術時において対麻痺を防ぐ有用かつ実用的な方法となり得る可能性が示唆された。髄腔内酸素分圧による脊髄虚血モニターの意義ならびにその根拠を明らかにするため、大動脈の段階的遮断による、段階的な脊髄虚血を加えた際の、脊髄自体の酸素分圧変化に対する髄腔内酸素分圧の変化を調べた。実験犬9匹の平均では、脊髄実質内酸素分圧変化に対する髄腔内酸素分圧変化の相関係数は0.927±0.060と高い相関係数を示しており、その個々の症例において有意の相関を認めた。一方、その対照として測定した脊髄硬膜外酸素分圧の相関係数は0.847±0.085と良い相関を示したが、髄腔内酸素分圧には及ばず、その指標としては髄腔内酸素分圧を用いた方がよいことが示唆された。以上の研究実績に関しては現在投稿中である。また大動脈手術時の脊髄虚血の原因としては、栄養する肋間・腰動脈の血流が途絶えることにより起きる虚血がその大きな要因を占めている。

そのため前脊髄動脈への血流がどの肋間・腰動脈から供給されているかを同定すれば、その動脈を選択的に灌流することにより大動脈遮断時の脊髄虚血の問題を根本から解消しうることになる。脊髄髄腔内酸素分圧がわずかな脊髄実質の酸素分圧変化にも鋭敏に反応することを確認しており、これを用いて各肋間・腰動脈から酸素化生食を注入する方法で特定の肋間・腰動脈が前脊髄動脈に流入しているかどうかを判断することができるという知見を得た。そこで実験対象の犬における前脊髄動脈およびそこへ流入する肋間・腰動脈の解剖についても検討を加え、左側からの流入が多いこと、また腰分脊髄に流入する大前根動脈とも呼ばれる動脈はL_1からL_4付近からの流入が多いことも判明した。以上のような結果より、今後の計画として髄腔内酸素分圧の低下に対する脊髄の安全限界、髄腔内酸素分圧モニターを利用した酸素化生食注入による脊髄灌流動脈同定方法の精度、およびその同定された動脈の灌流による効果などの研究を進める予定である。前年度の研究実績により、髄腔内酸素分圧と脊髄酸素分圧が高い相関を示すことが判明した。この結果を用い、今年度は髄腔内酸素分圧モニターによる脊髄潅流動脈の同定、およびその同定した動脈を潅流した際に髄腔内酸素分圧の上昇およびESPの回復が得られるかどうかを実験的に検討した。まず第1に、各肋間・腰動脈から酸素化生食を注入することにより、その注入した肋間・腰動脈が脊髄を潅流している場合には髄腔内酸素分圧はスパイク状の上昇を示し、これにより脊髄潅流動脈と同定できうることが判明した。その精度としては全体で84.6%(false negstine;6.3%,false positine;9.1%)であった。第2に、先述の方法で同定された肋間・腰動脈を動脈血で潅流することにより、動脈の遮断により低下した髄腔内酸素分圧は遮断前値の45.3【.+-。】21.4%まで回復することが明らかとなった(非脊髄潅流動脈は4.0【.+-。】10.6%)。また、この酸素分圧の回復に伴い、脊髄潅流動脈を潅流したものはESPN1で37.0【.+-。】24.4%(非脊髄潅流動脈は、3.9【.+-。】20.0%)の回復を認め、ESPN2も36.0【.+-。】25.4%(非脊髄潅流動脈は6.4【.+-。】29.3%)と有意に回復が得られた。以上の結果から、胸部大動脈手術において大動脈の遮断により脊髄虚血が投来した場合でも酸素化生食注入により脊髄を潅流する動脈を同定し、その動脈を酸素化血液で潅流すれば脊髄虚血を回避できうるし、また大動脈を切開した時点で同定を行い、動脈血で持続的に潅流すれば遮断時間を気にすることなく大動脈の再建が可能になると予想される。さらに肋間動脈再建時もどの動脈を再建すればよいか知りうることができると考えられる。上述の研究成果を得たので、現在投稿準備中である。
育児休業制度やマクロの景気要因が女性の結婚の意思決定に及ぼす影響について

本研究では、育児休業制度やマクロの景気要因が女性の結婚の意思決定に及ぼす影響について分析することを目的している。本研究の意義は、出生行動に大きな影響を及ぼすが、あまり研究例のない結婚について分析し、その意思決定の構造をより明らかにしようとする点にある。本年度は昨年度までの研究成果をもとに実証分析を行った。分析に使用したデータは1993年から2005年までの財団法人家計経済研究所の「消費生活に関するパネル調査」である。分析の結果、以下の3点が明らかになった。1点目は、サバイバル分析および変量効果プロビットモデルの推計の結果、育児休業制度が勤務先の企業にあり、かつ、利用資格がある未婚女性ほど結婚時期が早まることがわかった。育児休業制度は結婚を促進している可能性がある。本研究と同じデータを使用した滋野・大日(1998)では育児休業制度が結婚に影響を及ぼさないと言った結論を得ているが、この背景には(1)滋野・大日(1998)ではデータの使用期間が短く、十分な新婚サンプルが得られていなかった、(2)分析に使用した期間だと育児休業法が施行されて間もない時期であり、制度が普及しておらず十分な効果を持っていなかった、といった2つの理由があるのではないかと考えられる。2点目は、結婚意欲をコントロールした結果、育児休業制度の結婚に対する影響が低下することがわかった。この結果から、結婚意欲は育児休業制度が結婚に及ぼす影響を過大に推計させていると考えられる。おそらく、これには結婚に対する意欲が高い女性ほど、結婚や出産後のことも考慮し、育児休業制度などの就業支援策が豊富な企業を選択し、就業しているといった背景があるためではないかと考えられる。3点目は、年齢階級別失業率や学卒時失業率などでマクロの景気変動の影響を見たが、結婚の意思決定に影響を及ぼしていないことがわかった。本研究では、育児休業制度やマクロの景気要因が女性の結婚の意思決定に及ぼす影響について分析することを目的としている。本年度はこの研究を進めるにあたって(1)結婚に関する理論の整理、(2)使用するデータの調査及び(3)データセットの構築といった作業を行った。(1)では、結婚の比較優位に関する理論、結婚市揚におけるサーチ理論、また、結婚の安定割当に関する理論などのサーベイを行った。この結果を用い、分析を進めていく上でどの理論が有望なのかを判断した。その結果、結婚市揚におけるサーチ理論が最も適切であるという結論に至った。この理論では、結婚することによる期待便益やサーチコストを考慮しており、それら便益やコストの部分に育児休業制度やマクロの景気変動による影響が含まれると考えられるからである。(2)では、研究の目的やモデルを実際に検証していくためにはどのようなデータセットが適切であるのかを検討した。候補には慶応義塾大学経商連携グローバルCOEプロジェクトの「慶應義塾家計パネル調査(KHPS)」と財団法人家計経済研究所の「消費生活に関するパネル調査」の2つがあったが、今回は後者のデータを使用することとした。これはKHPSでは分析で必要不可欠となる結婚時点での育児休業制度の有無に関する変数が使用できないとわかったからである。(3)では、「消費生活に関するパネル調査」を用い、分析に適したデータセットなるようデータの整備を行った。ここでは調査初年度に未婚である正規就業についていた女性に限定したデータセットを作成した。
瘢痕声帯における筋線維芽細胞の解析とその活性調節による声帯瘢痕化抑制

特発性肺線維症に対して薬事承認されている抗線維化薬ピルフェニドンに適応拡大できないかまずすでに確立したフェレットの瘢痕声帯を用いて検証した。結果はコラーゲン収縮アッセイによりピルフェニドンの濃度依存性にコラーゲンの収縮抑制が認められ、In vitroにおいて本薬剤が瘢痕声帯形成抑制に働く可能性が示唆された。また免疫染色結果によりピルフェニドンはTGF-bの下流域に存在する転写因子であるpーSMAD2/3の核内移行を阻害することで瘢痕形成抑制に働いている可能性も示唆される結果となった。ピルフェニドンの瘢痕声帯に対する適応拡大の可能性がIn vitro実験により示唆された。オスフェレットの右声帯を電気メスで焼灼し、処置後2週で喉頭を摘出し瘢痕声帯粘膜から線維芽細胞(瘢痕線維芽細胞)を分離培養した。同様に正常の声帯粘膜からも線維芽細胞(正常線維芽細胞)を分離培養した。両者をTGF-βを混和した培養液にピルフェニドンを0mg/ml、0.5mg/ml、1.0mg/mlの濃度条件に分けて添加し48時間培養した。細胞を回収し、線維化の指標となるαSMA、TGF-β、I型コラーゲンのmRNAの発現を定量PCRで評価し、タンパクの発現について免疫染色で評価した。また、コラーゲンゲル収縮アッセイを用いて瘢痕収縮に対する効果も検討した。【結果】正常線維芽細胞、瘢痕繊維芽細胞の両者でαSMAは定量PCRではピルフェニドン濃度0.5mg/mlで発現が上昇していた(p<0.05)が、免疫染色では発現上昇は見られなかった。また、いずれの細胞でもTGF-βのmRNAの発現はピルフェニドン濃度依存性に増加した(p<0.01)。瘢痕繊維芽細胞ではI型コラーゲンの発現は定量PCRでも免疫染色でもピルフェニドン濃度依存的に減少していた(p<0.05)。コラーゲンゲル収縮アッセイではピルフェニドン濃度依存性にゲル収縮の程度が抑制された。これらの結果を学会発表し、論文にまとめているところである。これまでのin vitro研究でピルフェニドンがフェレット瘢痕声帯より分離した線維芽細胞にたいして瘢痕抑制の効果を示された。しかし、当初の仮説とは結果が一致しておらず、ピルフェニドンの瘢痕抑制効果について、その機序についても検証が必要と考えられた。そのため、平成28年度もin vitro研究を継続し、in vitro研究で十分な成果が得られたのちにin vivo研究に移行する予定としている。昨年度来検討しているIn vitroのフェレット瘢痕声帯モデルを用いた、ピルフェニドンの瘢痕声帯に対する抗線維化作用について検討した結果、他の報告と同様にコラーゲンタイプIの産生は抑制するが、TGF-b1とα-SMAの発現を促進することが他の報告の結果と異なっていた。そのため前回の報告書に記載した通り、TGF-bのシグナル伝達系が関与しているか、またSmad系たんぱく質への影響について免疫組織学的に検討した。P-Smad2/3に対する抗体を用いて免疫染色を行うとピルフェニドン濃度を上昇させることで、濃度依存性にP-Smad2/3の核内移行が抑制されることが明らかになった。つまり瘢痕声帯に対しては、ピルフェニドンがP-Smad2/3の核内移行抑制に働くことでSamd系を抑制し、TGF-b1およびα-SMAの上昇を認めてもコラーゲンタイプIの産生は抑制される可能性が示唆された。同時に現在Western blottingを用いても上記の動態を確認しているところである。またピルフェニドンのヒアルロン酸(声帯振動に欠かせない物質)産生能を検証するためヒアルロン酸誘導たんぱくであるHAS-2への影響およびコラーゲン産生抑制に働くMMP-1たんぱく産生への影響についてもreal-time PCRを用いて検証中である。いずれのたんぱくもピルフェニドンの抗線維化抑制および粘弾性増強に働く可能性が示唆されている。現在上記の結果をまとめて論文を執筆し投稿の準備を進めている。また昨年米国喉頭科学会でもポスター演題として発表した。同時にVitroの実験系で用いているフェレット動物モデルのIn vivoの瘢痕声帯モデルを作製し、他の動物での報告結果との比較と、また将来的に臨床応用するうえで声帯注入可能かどうか、動物モデルとしての妥当性を検証している。と同時に、静岡県立大学薬学部との共同研究を立ち上げ、Drug Delivery Systemのノウハウを活用し、より効果的に本薬剤の瘢痕声帯への治療効果を発揮できる工夫を行っている。H29年度は、過去2年間に渡って行ってきたピルフェニドンのIn vitroでの検証結果を米国耳鼻科領域論文誌であるLaryngoscopeに投稿しアクセプトされた。同時にVitroの実験系で用いているフェレット動物モデルのIn vivoの瘢痕声帯モデルを昨年度作製し、他の動物での報告結果との比較と、また将来的に臨床応用するうえで声帯注入可能かどうか、動物モデルとしての妥当性を検証しその結果は米国耳鼻科領域論文誌Ann Otol Rhinol Laryngolに投稿しアクセプトされた。現在静岡県立大学薬学部との共同研究のもと、Drug Delivery Systemのノウハウを活用し、実際声帯注入効果を検証すべく現在実際フェレット声帯瘢痕に対する同薬剤の注入実験を終了し、今後データ解析、論文投稿を行う予定である。

また現在放射線治療後の声帯瘢痕形成についての臨床研究を進めており、現在行っている動物実験によるピルフェニドンの有効性の検証の上、同薬剤の臨床応用に向けての医師主導治験の準備も今後行っていく予定である。特発性肺線維症に対して薬事承認されている抗線維化薬ピルフェニドンに適応拡大できないかまずすでに確立したフェレットの瘢痕声帯を用いて検証した。結果はコラーゲン収縮アッセイによりピルフェニドンの濃度依存性にコラーゲンの収縮抑制が認められ、In vitroにおいて本薬剤が瘢痕声帯形成抑制に働く可能性が示唆された。また免疫染色結果によりピルフェニドンはTGF-bの下流域に存在する転写因子であるpーSMAD2/3の核内移行を阻害することで瘢痕形成抑制に働いている可能性も示唆される結果となった。ピルフェニドンの瘢痕声帯に対する適応拡大の可能性がIn vitro実験により示唆された。ピルフェニドンによるTGF-β、αSMA、コラーゲンの動態のうち、αSMA、TGF-βの動態が仮説と異なっていた。TGF-βの動態とコラーゲンの動態が異なっていることについて、TGF-βのシグナル伝達が関係していると考えられた。TGF-βのシグナル伝達を担うSmad系タンパクの推移について、免疫染色、Western-blottingを行い検討を行う予定としている。In vitro研究で十分な検討を行った後にin vivo研究に移行する予定である。本薬剤の瘢痕声帯に対する臨床応用を目指して、現在そのモデルとしての妥当性を検証しているフェレット瘢痕声帯動物モデルを活用し、静岡県立大学薬学部との共同研究を立ち上げ、Drug Dilivery Systemのノウハウを用いて、より効果的に本薬剤の瘢痕声帯への治療効果を発揮できる注入治療の開発に取り組んでいく。喉頭基礎診療が忙しく、研究時間に確保できなかったため、計画より遅れており、次年度使用額が生じた。消耗品としてキムワイプを購入するのに充てる予定
Ebola virus disease in the Democratic Republic of Congo: Knowledge, Attitudes and Practices

エボラウイルス病(EVD)は、コンゴにおける恒常的な健康問題であり、国際的な安全保障に対する潜在的な脅威となっている。問題点として、コンゴの文化や伝統(埋葬儀式、そして病気の原因としての魔術の認識など)に対する理解が不十分で、大流行の中、EVD制圧の実施に不信感や疑念が生じ解決の障害となる可能性がある。こうしたコンゴの文化についてはEVDの大流行をきっかけに知られるようになってきた。本研究により、EVD拡散の脅威を取り除くため、また社会文化的政策を策定するため、有用なデータを提供すること、さらにEVD患者の治療に従事している海外からの救援活動従事者に実用的な解決策を提案することを期待している。
脂肪肝の虚血再灌流傷害における小胞体ストレス応答の解明と制御に関する研究

MCDDを投与によるNAFLmodelを作成し肝虚血再灌流後の小胞体ストレスマーカー発現を検討した。NAFLmodelでは小胞体ストレスマーカーが高値であり、高ストレス状態であった。また、致死モデルである90%肝切除モデルを用いて、Bevacizumab投与により適切な小胞体ストレス応答を誘導することにより術後肝障害を改善することが可能であった。非アルコール性脂肪肝(NAFL)に対する虚血再灌流傷害は肝臓外科領域においては肝不全の主な危険因子となっている。近年NAFLの様な代謝性疾患の炎症に小胞体ストレスの関与が示唆されているが、NAFLに対する虚血再灌流傷害時の小胞体ストレスの関与に関して依然不明である。本研究ではNAFLに対する虚血再灌流傷害時の小胞体ストレスの関与に関しマウスを用いた実験により明らかにする。1:MCDD投与によるmoderate及びsevere NAFL modelの作成。MCDD投与によるNAFL modelでは4週でsevere modelの作成が可能であることを確認したが、6週齢のWister系ラットに経口投与し肝の組織像より脂肪肝の程度を検討したところ、2、4、6週投与群での肝内脂肪沈着の程度はそれぞれ37.1±6.19%、68.8±3.56%、67.9±5.07%であり、4週以上の投与では脂肪肝の程度に変化は見られないことを確認。また肝障害を確認する為のAST、ALT値測定では、4週及び6週投与群で2週投与群に比して有意に高値であった。2:Severe NAFLmodelと同週齢の正常ラットを用い、小胞体ストレス関連遺伝子mRNA発現をreal time PCRにて測定。正常肝ラット、MCDD4週投与によるNAFLラット及び其々に30分の全肝虚血再灌流(I/R)を行いreal time PCRでCHOP mRNAをGAPDHとの相対値で測定したところ、正常肝ラットではI/R前は0.74±0.11、I/R後は1.36±0.30、NAFLラットではI/R前は0.95±0.30、I/R後は1.73±0.68であった。正常肝modelではI/R前後でCHOP mRNA発現の有意な上昇を認め、NAFL modelではI/R前後でCHOP mRNA発現に有意差は認めなかったが上昇を認めた。〔研究の目的〕非アルコール性脂肪肝(NAFL)に対する虚血再灌流傷害は肝臓外科領域においては肝不全の主な危険因子となっている。近年NAFLのような代謝性疾患の炎症に小胞体ストレスの関与が示唆されているが、NAFLに対する虚血再灌流傷害時の小胞体ストレスの関与に関して依然不明である。〔研究実績の概要〕1. MCDD投与によるmoderateおよびsevere NAFL modelの作成。MCDDを投与によるNAFL modelでは4週でsevere modelの作成が可能であることを確認したが、6週齢のWister系ラットに経口投与し肝の組織像より脂肪肝の程度を検討したところ、2、4、6週投与群での肝内脂肪沈着の程度はそれぞれ37.1±6.19%、68.8±3.56%、67.9±5.07%であり、4週以上の投与では脂肪肝の程度に変化は見られないことを確認。また肝障害を確認するためのAST、ALT値の測定では、4週および6週投与群で2週投与群に比して有意に高値であった。MCDD投与による脂肪肝modelの確立において多種ではあるが安定した供給ができるようになり、虚血再灌流model作成の手技習得はほぼ確立することができた。また研究計画で1年度目末頃を目標としていた小胞体ストレスの1経路であるCHOPの測定を実際に行い、脂肪肝および虚血再灌流が小胞体ストレス応答を介した反応に関与していることをpreliminaryではあるが証明できた。今後マウスを使用したNAFL modelをMCDD投与同様にHFD投与によっても作成し、小胞体ストレス応答の関与を確認するためにCHOPおよびXBP1の発現を検討していく。また関与を確認した後には、本研究の最終目的である脂肪肝虚血再灌流障害と小胞体ストレス応答の関連機序を解明するために、各調節器であるATF6、PERK、IRE1αのそれぞれのノックアウトマウスを使用し、同様のNAFL modelを作成し、いずれの主要調節器が関与しているかを経時的変化も含め解明する。今年度で、マウスでのHFDおよびMCDD投与によるmoderateおよびsevere NAFL modelの作成が完了できた。次年度は、今年度に作成したmoderateおよびsevere NAFLmodelと同週齢の正常マウスを用い、肝障害度および小胞体ストレス応答のダイナミックな変化を捉える指標としての小胞体ストレス関連遺伝子であるCHOPおよびXBP1mRNAの発現量をreal time PCRにて測定し、NAFLにおける小胞体ストレス応答の関与を比較検討する。

検討項目としては、肝障害度の比較(血清ALT、AST、Alb、T-Bil値)、小胞体ストレス応答の関与の評価および比較(CHOPおよびXBP1 mRNA発現量)病理学的比較(小胞体シャペロンおよびCHOP蛋白発現)を行う。さらに、上記で決定した各週数のHFDおよびMCDD投与によるmoderateおよびsevereNAFL modelを用いて、全肝虚血再灌流傷害(高致死群および低致死群を作成)における小胞体ストレスの関与を検討する。検討項目としては、肝障害度の比較(血清ALT、AST値)、炎症の程度の比較(TNF-α、IL-6 mRNA発現量)、小胞体ストレス応答の関与の評価および比較(CHOPおよびXBP1 mRNA発現量)病理学的比較(小胞体シャペロンおよびCHOP蛋白発現)を行う予定である。研究経費は、今年度の上記研究費用、学会発表費用などに使用する予定である。