hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳腫瘍のマルチモーダル画像解析のための３次元病理画像構築およびＭＲ画像との融合

医用画像におけるマルチスケール解析のために,高精度な画像位置合わせ手法が必要となるが,解像度が100倍以上異なる場合,相互情報量などの従来の評価指標では高精度化が難しい.本研究では病理画像に対してテクスチャ解析を行うことにより,ダウンスケール後の病理画像において組織間の違いが明瞭に描出できるかを検討した.ブタ脳を対象に撮影実験を行い,提案手法を適用した.その結果,灰白質と白質の違いが強調可能であることを確認した.また,MR画像との位置合わせを実行し,良好な位置合わせ結果が得られた.さらに,本研究では切り出した組織表面の光学像を仲介とした位置合わせ手法を考案した良好な結果を得た.病理画像の3次元構築については,独自に病理標本を作れる環境を構築しノウハウを蓄積した点で,当初以上の進展であった.さらに,MR画像との関連付けについては高磁場MRIが必要となるが,近隣の放射線医学総合研究所の高磁場MRIを利用できるよう調整し,現在では必要に応じて撮影が可能となった.これにより十分に研究を進めることができた.医用画像工学病理像と光学的マクロ像を位置合わせするにあたり,空間分解能が大きく異なり,画像特徴なども異なる病理像とマクロ画像とを的確に位置合わせするために,病理像からはテクスチャー特徴を抽出したり,光学的マクロ画像は波長特性を撮影したりなどにより,位置合わせのための工夫を加えていく.病理像とMR画像との対応付けでは,複数の光学的マクロ画像と3次元MRIとを用いて初期位置合わせを行うなど,位置合わせ精度の向上を目指す.当初の予定した計画では,病理画像の位置合わせ方法の開発が中心であるが,これは順調に進んだ.病理画像とMR画像の位置合わせについては26年度の課題としているが,25年度中に一部は進行しており,予定以上の進展である.一方,25年度に予定していたデータの表現方法開発については,保留にしており,これから着手する.以上,トータルに見ると,「概ね順調」との判断となる.病理画像を合成・変形してマクロ画像との合わせこみを行うが,不自然に変形してしまうことがある.これらを解決するための評価関数の修正などを行う.また,変形量の正解値を知って精度確認などを行うために,独自の標本を用いることも検討する.
ポリADP-リボース合成酵素の遺伝子構造の解明

ポリADP-リボース合成酵素はクロマチンに存在し、種々の核蛋白上にポリADP-リボースを合成する酵素である。近年本酵素はDNAの修復に重要な役割を果たすことが示唆されて以来、発癌との関連が注目を集めている。我々は本酵素の遺伝子構造の解明を目指す研究の第一歩を開始して以下の知見を得た。1)ヒト胎盤から酵素を精製して均一標品を得て、この酵素がDNA結合ドメイン(44Κ)、自己修飾ドメイン(22K)、基質結合ドメイン(54Κ)の3つの異なったドメインに限定蛋白分解しうることを明らかにした。2) 54Κ(NAD結合ドメイン)に由来する40Κ断片を単離し、このアミノ酸配列を36残基まで決定し、それに対するオリゴヌクレオチドプローブを合成した。3)上記プローブを使ってoligodTcDNA libraryをスクリーニングして約2KbのcDNAクローンを得た。さらにこれをprimer extensionによってcDNA鎖を延長し、互いにoverlapする合計8個のクローンを得た。なお各クローンを用いてNorthern hybridizationを行ない、本酵素のmRNAが約4.9Kbの単一バンドから成ることを示した。4)各クローンの塩基配列を決定し、3Kbにわたるcodingregionを明らかにした。5)塩基配列から明らかにされた推定アミノ酸一次構造の各ドメインの特性を明らかにすると同時に、本酵素のcDNAがmurine c-mybおよびhuman interleukin【I】precursorなどと若干のアミノ酸配列の相同性を持つことを示した。以上の結果に基づき、現在cDNAをプローブとして用いgenomic DNAを分離し、その特性を解析中である。
グローバル・シティ・リージョンズとしての日本都市の現状と可能性に関する研究

資本主義世界経済の転換の下で,各国の都市政策には,グローバル・シティ・リージョンズなどの議論にみられるように,国境を越えて結びつき,成長地域を形成していくことが求められている.本研究では,日本の都市と都市政策において,そのような動きがどの程度具体的に進んでいるかを検証した.検討の結果,1970年代以降そのような必要に駆られた欧米と比べると,日本においてそのような戦略が求められるのは90年代後半以降の比較的最近のことであって,そのためかそのような成長戦略の必要性がまだ十分には認識されていないことが明らかになった.この点は現在の日本経済を考える上でも,興味深い点であり,さらなる検討が求められる.資本主義世界経済の転換の下で,各国の都市政策には,グローバル・シティ・リージョンズなどの議論にみられるように,国境を越えて結びつき,成長地域を形成していくことが求められている.本研究では,日本の都市と都市政策において,そのような動きがどの程度具体的に進んでいるかを検証した.検討の結果,1970年代以降そのような必要に駆られた欧米と比べると,日本においてそのような戦略が求められるのは90年代後半以降の比較的最近のことであって,そのためかそのような成長戦略の必要性がまだ十分には認識されていないことが明らかになった.この点は現在の日本経済を考える上でも,興味深い点であり,さらなる検討が求められる.まず,関東圏,中京圏,関西圏の3つの大都市地域に関する社会地区分析の結果,やはり大阪の停滞と東京における産業構造の転換が確認された.興味深いのは豊田を中心とした名古屋の堅調さで,グローバル企業であるトヨタとそれを支える地元産業の連関が非常に重要であることが改めて確認されたといえる.これにたいして東京の変化は,これまでの城東や城南の工業地帯の集積にもとづいていた製造業の比重が急激に低下し,港区を中心に渋谷・新宿へと連なる情報・メディア・サービス産業の集積が目立っている点である.しかしながら,その基盤となっているのは大阪との比較によって明らかなように,国内の放送・新聞などのマス・メディアが東京に集中しているためであり,かつてのような,製造業の集積にもとづき,ソニーや富士通などのグローバル企業によって世界都市としての展開を図るというほどのところまではいっていないと判断できる.そのことは東京都や特別区などの自治体レベルでの政策の内実を確認することによっても知ることができる.確かに東京都では,デザイン・アニメ関係の振興が謳われてはいるが,まだまだ都内に多数存在する中小の製造業へのこれまで通りの支援策が中心である.情報産業の集積が顕著に見られた渋谷区や新宿区においても,事情は同じで,政策的な課題としては取り上げられていても,その内実は旧態依然としたもので,重点的かつ本格的にそのような方向が打ち出されているわけではないことが確認された,初年度の研究によって明らかにされた中京圏の堅調さを東京圏と比較するために,豊田市周辺の現地視察を行った.その結果,やはり中小企業の集積がまだ維持されており,これと比較すると東京圏の大田区ではかなりそれが失われていることがわかってきた.グローバル企業との連接が産業地域の維持にとってきわめて重要であることが改めて確認された.この点で東京圏においては政策的なてこ入れが急務と判断されたので,改めて経産省ならびに港区の政策動向を確認した.その結果,いずれもようやく1990年代の中頃からグローバル化を意識した本格的な政策の転換が図られつつあることが確認できた.また,ごく最近の東京都の政策実行プログラムにおいても,若干の重点の移行が見られることが確認できた.以上の検討から,欧米では1980年代から本格化していったグローバル・シティ・リージョンズなどと関連する都市政策が,日本ではかなり遅れてようやく展開しつつあるという時期の違いのあることが明らかになった.この点は国際比較および国際発信という点で重要な知見である.他方,これらのグローバルな展開が都市の具体的なコミュニティにどのような影響を及ぼしているかを明らかにするための戦略的な検討課題と対象地域の探索という本研究の目的を達成するために,東京圏の大田区と墨田区に焦点を絞って,行政資料等の収集と分析を進めた.その結果,特に大田区において製造業の集積が急速に失われつつあることへの危機感と,羽田空港の国際化を意識した政策の展開が見られることが確認できた.とりわけまちづくり条例を制定して住民参加による地域計画を推進することで,工業用地と住宅地の調整を図り,工業用地の集約と住宅地の整備を進めようとする政策的な意図が見受けられた.この点については,実際の動きがどの程度進んでいるかはまだ不明であるが,戦略的な事例を探索するうえでは非常に重要な発見であると考えられる.過去2年度にわたって検討してきた大都市圏の動向や都市政策の実情をふまえて,最終年度ではそこで明らかにされた課題をコミュニティのレベルでとらえることのできる問題事例の探索と,これまでの研究成果をまとめた報告書の作成を行った.事例の探索については,前年度までの検討から,大田区に焦点を絞って,行政の計画担当部局にたいする聞き取り調査を実施した.その結果,当初予想していたような住宅地との調整による工業地区の集約化などの取り組みはまだ実質的な課題とはなっていないことがわかったが,羽田空港の跡地開発をめぐっては,大田区の産業振興という視点から東京都との計画調整が今後重要な課題になることが明らかになった.

他方,報告書の作成にむけて,東京都の最新の政策動向を確認することによって,東京都が最近になってアジアの諸都市との競争を意識しながら,外資系企業の投資や誘致に取り組み始めたことが明らかになった.同時にそのような構想との関連で羽田空港の国際化が取り上げられ,今後跡地開発に関する計画の策定に取り組んでいくことが明言されていた.したがって,羽田空港の跡地開発をめぐる東京都の政策立案とそれにたいする大田区の対応が,今後東京の世界都市戦略と大田区の産業コミュニティとしての課題が交錯する問題領域として,きわめて興味深い事例となることが確認できた.しかしながら,3年間の研究成果を報告書としてまとめるにあたって,日本においてはグローバル市場をリードするような創造的で革新的な科学技術にもとづく商品開発などの必要性や,それを実現することのできる特定地域への重点的な支援,ならびに国家の領域には拘泥しない人材や資金の交流などの都市政策は,いまだその意義が広く認められる状況にはないことが改めて確認された.この意味で羽田空港の跡地開発についても,もう少し長い目でその帰趨を見守る必要があり,今後の課題としたい.当初計画していた社会地区分析,自治体政策の現状分析を初年度予定通り完了し,今年度は現地視察,政策分析の補充とコミュニティレベルへのブレークダウンを達成し,対象とする基礎自治体を絞り込むことができた.ほぼ計画通りの進捗状況であるから.24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度においては東京都大田区に焦点を絞って,担当部局への聞き取り調査も含めてより詳細な現状把握に努める予定である,その結果,どの程度の知見が得られるかはわからないが,次の機会に行う本格的な事例研究の対象地や課題を明らかにしたいと考えている.その状況にかかわらず,本研究のまとめとして,これまでの成果を報告書にまとめる予定である.そのことによって次に必要とされる事例研究の位置づけと解明すべき課題を明らかにしたいと思う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
核内受容体を介した農薬類の内分泌撹乱作用の機構解明・リスク評価

2,4-dichlorophenoxyacetic acid(2,4-D)を投与したmale miceにおいて、(1)serum and testicular testosterone levelsの低下(2)精細管上皮組織の障害(3)Sertoli cellsの空胞化が生じることが発見された。peroxisome proliferator-activated receptor α(PPARα)knockout miceではtestosterone levelの更なる低下は認められず、これらの病理的変化は軽微であった。よって、これらの変化は主にPPARαのactivationを介して生じるものと判断された。これらの現象の機構解明のため、Leydig cellsにおけるcholesterol量の変化および(a)cholesterolの取り込み(b)cholesterol de novo synthesis,そして(c)testosterone synthesisに関わる主なproteinsの発現について解析した。2,4-D投与により、testosteron合成能力それ自体はあまり変化しないが、precursorであるchoelsterol量の減少がtestosterone合成量の低下を生じ、そのことがseminiferous epithelimやSerotoli cellにおける病理的変化の主な原因のひとつであると判断された。野生型および芳香族炭化水素所様態(AhR)ノックアウトマウスを用いて、ペンタクロロフェノール(PCP)による甲状腺ホルモン(T4)の低下のメカニズムを解析した。野生型マウスにおいてAhR-mRNAはPCPにより増加したが、ノックアウトマウスでは増加は認められず、PCPがAhRに配位することが明らかとなった。PCPは野生型マウス肝のUGT-グルクロン酸抱合酵素(UGT)1A1と,1A6のmRNAを増大させた。さらにUGT1A1の基質として、ビリルビンを、1A6の基質として1-ナフトールを用いて酵素活性を測定したところ、1-ナフトールの活性はPCP投与により増大していることが判明した。AhRノックアウトマウスではmRNAでも酵素活性でも野生型マウスのような現象は観察されなかった。これらの結果から、PCPはAhRを介してUGT1A6を誘導することが明らかとなった。予想に反して、PCPは全遺伝子型マウス(野生型、AhRノックアウトマウス)においてT4を減少させた。PCPの甲状腺への作用にAhRが関与していないことが判明した。2,4-dichlorophenoxyacetic acid(2,4-D)は広く使用されている除草剤であり、内分泌攪乱作用を有する可能性が指摘されている。2,4-Dを投与した雄マウスにおいて、(1)テストステロンの低下(2)精細管上皮組織の障害(3)セルトリ細胞の空胞化が生じることが発見された。peroxisomeProliferator-activated receptor α(PPARα)-nullマウスではテストステロンの更なる低下は認められず、形態学的変化は軽微であった。よって、これらの変化は主にPPARαの活性化を介して生じるものと判断された。これらの現象の機構解明のため、Leydig cellsにおけるコレステロール量の変化および(a)コレステロールの取り込み(b)コレステロールde novo合成、(c)テストステロン合成に関わる主な蛋白の発現について解析した。

2,4-D投与により、HMG-CoA reductaseとHMG-CoA synthase mRNAの発現がPPARα依存的に著しく低下し、多分それが主たる原因となり、Leydig cells内のコレステロール,特にコレステロールエステル量が激減したものと思われた。2,4-D投与により、テストステロン合成能力それ自体はあまり変化しないが、precursorであるコレステロール量の減少がテストステロン合成量の低下を生じたものと思われる。一方、constitutive conditionにおけるPPARα-nullマウスでは、テストステロンがかなり低いことがわかった。この低下は、Leydig cellsにおける少なくとも4種のテストステロン合成系の酵素の発現がかなり低いことに由来すると判断された。加えて、HMG-CoA reductaseやHMG-CoAsynthaseの発現もかなり低いことがわかった。これらの発見は、PPARαがLeydig cellsにおけるコレステロールおよびテストステロン合成のconstitutive regulationに関与するという新たな生理機能を明らかにした点で重要である。種々の外因性内分泌攪乱化学物質が血清のテストステロン濃度に影響を与える事は報告されているが、その機序は十分解明されたとはいえない。そこでマウスLeydig腫瘍細胞を用いて2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4-D)のテストステロン合成系への影響を検討した。テストステロンの合成は、テストステロンの基質である内因性コレステロールの合成に関する項目、HMG-CoA synthase (HMGS)、HMG-CoA reductase (HMGR)、ミトコンドリアへの輸送に関する項目、steroidogenic acuteregulatory protein (StAR)、peripheral-type benzodiazepine receptor (PER)、cytochrome P450scc (CYP11A)、テストステロン合成に関する項目cytochrome P45017α(CYP17)、17β-hydroxysteroid dehydrogenase (17β-HSD)、3 β-hydroxysteroid dehydrogenase (3β-HSD)に分け、これらのテストステロン合成に関わる酵素、キャリア蛋白、受容体のmRNA発現に対するMEHPの影響を定量リアルタイムPCR法によって検討した。同時にMEHPのPPAEα-mRNAへの影響も検討した。
高速水噴流の流動特性と最適なノズル形状に関する研究

定圧駆動による水中の高速水噴流(吐出圧力50-200【MPa】,ノズル径0.155[mm])と衝撃圧駆動による大気中の高速水噴流(流速約500[m/s],ノズル径2[mm])について,流動特性と破壊加工作用に関する実験と数値解析を行い,加工に効果的なノズル形状について考察した.主な結果を要約すると以下のように述べられる.(1)密度と音速の大きく異なる気液界面や不連続変化を含む高速水噴流の数値解析にはCIP法が有効である.(2)水中の高速水噴流で加工を行う場合,ノズル出口からのスタンドオフ距離は物体の穴あけ,掘削,切断などにはノズル出口直後にとるのがよく,洗浄,表面改質などには吐出圧に応じて一定の距離をとった方が良い.これは前者が主に噴流の運動量の作用によるもので,後者がキャビテーションの作用によるためである.どちらの場合にもノズルキャップの出口平行部は短いほどよく,内径も小さい方が良い.(3)大気中の単発型超音速水噴流は空気の抵抗,噴流同士の衝突により噴流途中にこぶ状あるいは傘状の噴流が形成される.そのような流動特性は物体への衝突圧力に影響をおよぼす.そのためテーパノズルの形状,初期水量の設定位置,物体のスタンドオフ距離などのパラメータの影響を検討する必要がある.本研究によりその手掛かりが得られた.以上の結論は主としてマクロな流動に関するものである。今後はメゾスケールあるいはミクロな現象を解明し,議論を精密化する必要がある.そのためには,キャビテーションと液滴の微粒化の計算モデル,3次元解析,乱流モデルの導入が避けて通れない課題である.定圧駆動による水中の高速水噴流(吐出圧力50-200【MPa】,ノズル径0.155[mm])と衝撃圧駆動による大気中の高速水噴流(流速約500[m/s],ノズル径2[mm])について,流動特性と破壊加工作用に関する実験と数値解析を行い,加工に効果的なノズル形状について考察した.主な結果を要約すると以下のように述べられる.(1)密度と音速の大きく異なる気液界面や不連続変化を含む高速水噴流の数値解析にはCIP法が有効である.(2)水中の高速水噴流で加工を行う場合,ノズル出口からのスタンドオフ距離は物体の穴あけ,掘削,切断などにはノズル出口直後にとるのがよく,洗浄,表面改質などには吐出圧に応じて一定の距離をとった方が良い.これは前者が主に噴流の運動量の作用によるもので,後者がキャビテーションの作用によるためである.どちらの場合にもノズルキャップの出口平行部は短いほどよく,内径も小さい方が良い.(3)大気中の単発型超音速水噴流は空気の抵抗,噴流同士の衝突により噴流途中にこぶ状あるいは傘状の噴流が形成される.そのような流動特性は物体への衝突圧力に影響をおよぼす.そのためテーパノズルの形状,初期水量の設定位置,物体のスタンドオフ距離などのパラメータの影響を検討する必要がある.本研究によりその手掛かりが得られた.以上の結論は主としてマクロな流動に関するものである。今後はメゾスケールあるいはミクロな現象を解明し,議論を精密化する必要がある.そのためには,キャビテーションと液滴の微粒化の計算モデル,3次元解析,乱流モデルの導入が避けて通れない課題である.本年度の研究計画に沿って,水中の高速ウォータージェットと大気中の超高速パルス形ウォータージェットについてそれぞれ以下のような実験と数値解析を実施した.(1)キャビテーションジェット高速キャビテーションジェットの加工能力におよぼすノズルキャップ形状の影響を調べるため,穴径0.155mmのオリフィス形ノズル出口に内径4mm,長さ5-40mmのノズルキャップを取り付け,吐出圧200MPa,噴射時間1200sでアルミニューム試験片による壊食実験を行った.また,キャビテーションジェットの流動特性を理論的に解明するため,大気圧下の静止水中に一定速度の水噴流を噴射したとき生じるノズル出口近傍の流れ場を非圧縮性粘性流れとして数値計算した.その結果,(1)質量欠損はノズルキャップ長さが10mm以上で急激に減少する,(2)キャビテーションによる試験片表面の損傷面積はキャップ出口からの距離が30mmを過ぎると,キャップ長さの増加と共に小さくなる,(3)円筒座標系でHSMAC法を適用し,噴流速度として実験値を与えると高周波の渦発生が認められたが,計算格子点に擬似的なキャビテーション気泡を配置すると著しく低下する,こと等が分かった.(2)超高速パルス形ウォータージェット流速500m/s級の大気中高速パルス形ウオータージェットを2次元直角座標系でCIP法により数値解析し,シュリーレン法による噴流写真などと比較した。その結果,(1)CIP法は高速な気中水噴流の挙動解析に有用なスキームである,(2)気液界面及び気中衝撃波などの不連続面においては1次精度の風上差分を一部併用することで,数値振動や数値拡散を容易に抑制できる,(3)ノズル出口の流速を一定とするとCumulation方式に,ノズル出口の流速を急激に増加させるとImpact-Extrusion方式に近い噴流が得られる,こと等が分かった.水中の高速水噴流と大気中の単発型超音速水噴流について,それぞれ実験と数値解析により以下の成果を得た.

(1)水中の高速水噴流キャビテーションジェットの加工能力におよぼすノズルキャップ形状の影響を調べるため,穴径0.155mmのオリフィス形ノズル出口に内径4mm,長さ5-40mmのノズルキャップを取り付け,吐出圧50MPa,100MPaの2ケースについて噴射時間1200sでアルミニューム試験片による壊食実験を行い,これまでの200MPaの結果と比較した.また,キャビテーションジェットの流動特性を解明するため,ノズル出口近傍の流れ場を圧縮性粘性流れとして数値計算した.2次元デカルト座標系でCIP法を適用し,ノズル入口で境界条件として実験値の吐出圧を,またキャビテーション噴流を模擬するため水と蒸気泡の気液二相流を設定した.その結果,(1)試験片の壊食量は吐出圧200MPaではノズルキャップ長さが短いほど大きくなったが,50-100MPaではその長さが10mm付近で最大となること,(2)一方キャビテーションによる試験片表面の損傷面積はキャップ長さが短いほど大きいこと,(3)噴流は高周波の渦発生によって対称性が崩れ,蒸気泡の存在によって著しい渦中心の圧力低下が緩和されること,等が分かった.(2)大気中の単発形超音速水噴流流速500m/s級の大気中の単発形水噴流を2次元デカルト座標系でCIP法により数値計算し,実験結果と比較した.まずCIP法が高速な気中水噴流の数値解析に有用なスキームであることを確認し,本年度は数値解の安定性や精度におよぼす計算順序の影響,剛体壁面への衝突圧力などを調べた.その結果,(1)フラクショナルステップ法の計算順序は,移流項,拡散項,音響項の順が最も良好な結果を与えること,(2)剛体壁面への衝突圧力の最大値は150MPaに達しこれは水撃圧の約2割に相当すること,等が分かった.水中の高速水噴流と大気中の単発型超音速水噴流について,それぞれ実験と数値解析により以下の成果を得た.(1)水中の高速水噴流の加工能力と流動特性キャビテーションジェットの加工能力におよぼすノズルキャップ形状の影響を調べるため,穴径0.155mmのオリフィス形ノズルチップ出口に内径4mm,長さ5-40mmのキャップを取り付け,吐出圧を50-200MPaに設定し,噴射時間1200sでアルミニューム試験片に噴流を照射して壊食曲線および試験片表面の損傷領域の大きさを測定した.その結果,壊食量は一般にキャップ長さが長いほど減少する傾向があるが,低い吐出圧ではキャップ長さ5mmより10mmの方が増加することがある,一方損傷領域はキャップ長さが長いほど小さくなる,ことが分かった.また,上記の水中水噴流の流動特性を解明するため,ノズルチップ出口近傍の流れ場を圧縮性粘性流れとして,CIP法により数値計算した.ノズルチップ出口で境界条件として50,200MPaの吐出圧に対応する速度を与え,高速水噴流と周囲の静止水との混合過程を識別するため密度関数を導入した.その結果,流れ場は噴流により複雑な渦構造を有し,噴流はノズル出口形状の影響により著しく蛇行する,渦は吐出圧が高いほど強くなる,噴流は非定常性が強いのでその流動特性を明らかにするには長時間の計算とキャビテーションのモデル化が不可欠である,などの知見を得た.(2)大気中の単発形超音速水噴流の流動特性流速500m/s級の大気中の単発形水噴流をCIP法により数値計算し,実験結果と比較した.本年度は特にエネルギー式を導入し,大気中の噴流挙動および剛体壁面への衝突圧力などを調べた.その結果,流れの対称性が顕著となり,安定した衝突噴流が得られる,剛体壁面への衝突圧力は150MPaに達し金属を破壊することができる,などが分かった.
歯科インプラント治療の確実性を高める多機能メンブレンの開発

歯を失った患者に対する歯科補綴治療の中で、歯科インプラント治療は非常に有効な手段であるが、骨量の不足した部位には、インプラント体を支持するに十分な骨補填材を補填する必要がある。確実な骨増生手術を行うためにはメンブレンの併用が有効であり、いろいろな材質、特徴を持つメンブレンの開発が活発に行われている。我々は、常に感染に曝されている口腔内という特殊な環境下においても、骨増生を確実に行うために有効な機能性メンブレンの開発を行うことを目的として実験を行った。まず、これまでの徐放機能を有する骨補填材開発などの方法を応用させて、骨形成能を有する薬剤を封入したPLGAメンブレンの材料設計、作製、そして物性評価を行った。PLGAメンブレンに内包させる薬剤としては、骨形成促進に有効であるシンバスタチンを選択した。メンブレンの調製にはブロースピニング法を採用した。作製したメンブレンについて溶出試験を行ったところ、28日間かけてゆるやかな薬剤徐放が確認された。つまり、約1ヶ月間をかけて、患部に対して薬剤を効果的に作用させることが可能となった。次に、本法により調製された機能性PLGAメンブレンを、ラットを用いた動物実験を行うことにより機能性の評価を行った。実験材料として、インプラント治療の際一般的に用いられているハイドロキシアパタイト系骨補填材(ネオボーン)と、PLGAメンブレン(コントロール群)、シンバスタチン封入PLGAメンブレン(テスト群)を使用した。術後、0、1、4、8、12週後にマイクロCTを使用し骨形成能を確認したところ、4週以降において、テスト群に有意に多くの骨形成量がみられた。本法により調整されたメンブレンは、動物実験においても良好な結果が得られ、またその際のハンドリングや血液とのなじみも問題のないものであったため、機能性メンブレンとして有用であると考えられた。平成28年度はこれまでの徐放機能を有する骨補填材開発などの方法を応用させて、骨形成能を有する薬剤を封入したPLGAメンブレンの材料設計、作製、そして物性評価を行った。まず、シリコン板にポリビニルアルコール(PVA)をコーティングし、その上にスプレーガンを用いて、薬剤と混合したPLGAとアセトン溶液を吹き付けた。乾燥後、PLGA層の上からPVAをキャストし、PVA-PLGA-PVAの層となったサンドイッチ状のメンブレンを得た。このサンドイッチ状メンブレンをシリコン板から剥離し、純水に浸漬することで、PVA層のみが徐々に純水中に溶解し、PLGAのメンブレンが水中に浮遊した状態で回収することができた。シンバスタチン封入メンブレンはSEM像から均質でムラのないものであることが確認できた。また、作製したメンブレンを37±0.5°CでMWCO 12,000-14,000の透析膜中に入れて溶出試験を行った。溶出試験溶液として、50 mLの0.1 w/v%ポリソルベートPBS溶液を用意し、これに透析膜内に1 mgのマイクロ粒子、もしくはナノ粒子と溶出試験溶液1 mLを入れ、サンプル瓶内で250 rpmで攪拌した。測定は、浸漬後1、2、4、7、9、14、21、28日後に行った。PBS溶液はそれぞれのタイムポイントで交換した。28日間かけてゆるやかな薬剤徐放が確認された。ハンドリング、血液とのなじみも問題ないものと考えられるため、次年度は骨欠損部への埋植試験を行う予定である。研究計画に記載した通りの計画でおおむね実験は進行している。初年度は計画通り、骨形成能促進効果のある薬剤を内包したメンブレンを作製し、その物性について評価することができた。平成29年度は、前年度基礎実験を繰り返し、現段階で最適と考えられる比率で、PLGAメンブレンに内包させる骨形成促進に有効であるシンバスタチンを、ブロースピニング法による調製にて配分し製作した、機能性PLGAメンブレンを、動物実験を行うことにより機能性の評価を行った。動物実験の予備実験として、3匹のラットを用いて骨形成能の評価を行った。頭蓋骨を、5ミリのトレフィンバーで骨を削除し、埋入窩を左右に2か所形成した。左右形成窩に、ネオボーンを填塞し、テスト群、コントロール群メンブレンを被覆し、縫合した。術後、0、1、4、8、12週後にマイクロCT(SkyScan 1176, Bruker microCT, Kontich, Belgium)による撮影を行い、骨形成能を確認したところ、4週以降のタイムポイントで、テスト群に有意に多くの骨形成量がみられた。研究計画に記載した通りの計画でおおむね実験は進行しており、次年度は、ラットのn数を増やし、より多くのタイムポイントで評価し、本材料の骨形成能に対する影響の詳細を調べる予定である。

歯を失った患者に対する歯科補綴治療の中で、歯科インプラント治療は非常に有効な手段であるが、骨量の不足した部位には、インプラント体を支持するに十分な骨補填材を補填する必要がある。確実な骨増生手術を行うためにはメンブレンの併用が有効であり、いろいろな材質、特徴を持つメンブレンの開発が活発に行われている。我々は、常に感染に曝されている口腔内という特殊な環境下においても、骨増生を確実に行うために有効な機能性メンブレンの開発を行うことを目的として実験を行った。まず、これまでの徐放機能を有する骨補填材開発などの方法を応用させて、骨形成能を有する薬剤を封入したPLGAメンブレンの材料設計、作製、そして物性評価を行った。PLGAメンブレンに内包させる薬剤としては、骨形成促進に有効であるシンバスタチンを選択した。メンブレンの調製にはブロースピニング法を採用した。作製したメンブレンについて溶出試験を行ったところ、28日間かけてゆるやかな薬剤徐放が確認された。つまり、約1ヶ月間をかけて、患部に対して薬剤を効果的に作用させることが可能となった。次に、本法により調製された機能性PLGAメンブレンを、ラットを用いた動物実験を行うことにより機能性の評価を行った。実験材料として、インプラント治療の際一般的に用いられているハイドロキシアパタイト系骨補填材(ネオボーン)と、PLGAメンブレン(コントロール群)、シンバスタチン封入PLGAメンブレン(テスト群)を使用した。術後、0、1、4、8、12週後にマイクロCTを使用し骨形成能を確認したところ、4週以降において、テスト群に有意に多くの骨形成量がみられた。本法により調整されたメンブレンは、動物実験においても良好な結果が得られ、またその際のハンドリングや血液とのなじみも問題のないものであったため、機能性メンブレンとして有用であると考えられた。来年度はラットの頭蓋冠に骨欠損を作成し、骨補填材と、本法にて作製したメンブレンを埋植し、マイクロCTや組織切片による組織学的な評価を行い、本法による機能性メンブレンの有用性を評価する。来年度は、より詳細な条件設定での動物実験を行い、本法にて作製した機能性メンブレンの有用性を評価する。つまり、より多くのタイムポイントを設定(術後、1、2、4、8、12、36週)し、各タイムポイントにおいて、ラットを8匹使用し、1匹はマイクロCTによる骨形成能の評価を、残り7匹は組織切片を作製し新生骨面積や、補填物周囲の骨接触率等の評価も併せて行っていく。さらには、将来的にはヒトへの応用を想定した、大型動物の口腔内における実験系を構築する。メンブレンの作製、材料物性評価が予想よりうまく進行し、予定していたポリ乳酸グリコール酸重合体の購入が不要となったため。予備実験での骨形成能評価方法の最適化に思ったよりも時間を要したため、数匹のラットのみを使用した動物実験にとどまった。次年度は、ラットのn数を増やし、より多くのタイムポイントで評価し、本材料の骨形成能に対する影響の詳細を調べる予定である。次年度の動物実験に使用する手術機材の購入に充てる。
筋萎縮性側索硬化症の細胞群別の分子病態の網羅的解明

マイクロアレイを用いてALS患者の脊髄で変動している173個の遺伝子を抽出した。脊髄を構成する細胞種の相対的mRNA発現レベルがわかるトランスクリプトームの作成により、脊髄のmRNAの変動が、主にどの細胞種の関与によるものかを推定することが可能となった。ALS患者で変動している173遺伝子のうち約半数はミクログリア又はアストロサイトにより豊富に発現する遺伝子であった。それらの多くは、ALSモデルマウスでも変動していた。さらに免疫染色にて遺伝子の変動を確認した。本研究により多様な細胞集団である脊髄全体を用いたマイクロアレイデータから、構成細胞種を考慮したより詳細で有用な解析方法を提示した。孤発性ALS患者脊髄(n=4)とコントロール脊髄(n=5)からmRNAを抽出し、DNAマイクロアレイ(Affymetrix社Human Genome U133 Plus_2.0 Array)を用いてALS患者で変動している遺伝子を抽出した。変動遺伝子の抽出に当たっては、バックグラウンドシグナルに近い低発現遺伝子を除去して1.8倍以上の変動示す遺伝子を抽出した後、t検定により孤発性ALSの脊髄で有意(p<0.05,多重検定補正あり)に変動している197個の遺伝子を選び出した。この段階では変動遺伝子が脊髄を構成する細胞種(主なものとして神経細胞、アストロサイト、マイクログリア、オリゴデンドロサイト)のうち、どの細胞種によく発現していてmRNAの変動がどの細胞種の関与によるかは明らかではないため、同じ哺乳類であるマウスのorthologueの細胞種ごとの相対的発現レベルがわかるトランスクリプトームを一部データベースを利用して作成した。解析に用いるAgilent社のGeneSpring_GXによりマウスとヒト間での相同遺伝子の変換が可能なため、トランスクリプトームを用いることにより、ALS患者脊髄のmRNAの変動が、主にどの細胞種の関与によるものかを推定することが可能となった。その結果孤発性ALSの脊髄で変動している197遺伝子のうち、対応するマウスのorthologueがない24遺伝子を除いた173遺伝子のうち61遺伝子はミクログリアに、22遺伝子はアストロサイトにより豊富に発現する遺伝子であることが判明した。ミクログリアで豊富に発現する変動61遺伝子をIngenuity Pathway Analysisにより解析を行うと、免疫系・パターン認識受容体等のpathwayが有意に変動していることが判明した。変動遺伝子の抽出に当たっては、バックグラウンドシグナルに近い低発現遺伝子(測定誤差が大きく見かけ上変動しているように見えやすい)を除去して1.8倍以上の変動示す遺伝子を抽出した後、t検定により孤発性ALSの脊髄で有意(p<0.05,多重検定補正あり)に変動している197個の遺伝子を選び出した。その結果孤発性ALSの脊髄で変動している197遺伝子のうち、対応するマウスのorthologueがない24遺伝子を除いた173遺伝子の変動のうち61遺伝子はミクログリアの、22遺伝子はアストロサイトにより豊富に発現する遺伝子であることが判明した。孤発性ALS患者脊髄(n=4)とコントロール脊髄(n=5)からmRNAを抽出し、マイクロアレイを用いてALS患者の変動遺伝子を抽出した。低発現遺伝子を除去して1.8倍以上の変動を示す遺伝子を抽出した後、t検定により孤発性ALSの脊髄で有意(p<0.05,多重検定補正あり)に変動している197個の遺伝子を同定した。この段階では変動遺伝子が脊髄を構成する細胞種(主に、神経細胞、アストロサイト、ミクログリア、オリゴデンドロサイト)のうち、mRNAの変動がどの細胞種の関与によるかは不明である。マウスの全遺伝子の細胞種ごとの相対的発現レベルがわかるトランスクリプトームを一部データベースを利用して作成してGeneSpring_GX(Agilent社)によりマウスとヒト間での相同遺伝子の変換することにより、ALS患者脊髄のmRNAの変動が、主にどの細胞種の関与によるものかを推定することが可能となった。その結果、孤発性ALS脊髄で変動している197遺伝子のうち約半数はミクログリア又はアストロサイトのグリア系細胞により豊富に発現する遺伝子であることが判明した。

ALS患者脊髄で変動している遺伝子でミクログリアに発現が多いものから、ALS病態との関連で機能的に興味深いCLEC7A、GPR65、NOX2について、ALSモデルマウス脊髄の免疫染色により、主に発現している細胞種がミクログリアであることと発現の増加をタンパク質レベルでも確認した。また、ALS患者脊髄で変動している遺伝子でアストロサイトに発現が多いものからは、CHI3L1、OSMR、CEBPD、CNN3について同様に免疫染色により、主に発現している細胞種がアストロサイトであることと発現の増加を確認した。本研究では、ヘテロな細胞集団である脊髄全体を用いたマイクロアレイデータから、構成細胞種を考慮した、より詳細で有用な解析方法を提示できた。臨床神経学ALSとコントロール患者の脊髄を用いてマイクロアレイを行い、病巣において有意に変動しているpathwayの解析が終了した。解析結果をもとに、自然免疫に関与する鍵分子の遺伝子改変マウスを用いた実験を施行中である。初年度の目標である、ALSとコントロール患者の脊髄を用いてマイクロアレイを行い、神経細胞、アストロサイト、マイクログリア、オリゴデンドロサイトのマウストランスクリプトームを用いて、変動遺伝子がどの細胞種により豊富に発現しているか予測が出来たため。マイクロアレイ解析により判明したALS患者で重要と考えられるpathwayにつき、自然免疫に関与する鍵分子の遺伝子改変マウスを用いて、SOD1マウス(ALSモデルマウス)との交配実験によりin vivoでの生物学的意義を解明する。ALS患者脊髄で発現レベルが変動している遺伝子のうち重要と考えられるものについて、ALSモデルマウスを用いて脊髄の免疫染色により蛋白発現の変動とその細胞種についての確認を免疫組織化学的に行う。ALS治療のグリア細胞での標的として有望であり、遺伝子改変マウスが入手可能な場合には、変異SOD1発現マウスとの交配実験により治療効果をin vivoで検証する。研究に要する試薬代、解析ソフトライセンス代等に使用予定である。
非結合性相互作用を機軸とする新反応メディアの構築とその応用研究

われわれは新反応及び新規不斉誘導反応の開発並びに創薬研究過程で、各種非結合性相互作用(S...O、S...N、S...S、S...π、π...π、CH...π、CH...O)を見い出し報告してきた。アンジオテンシンII受容体拮抗剤及びカルバペネム系抗生物質ピアペネムの分子内における非結合性S...O相互作用の発見を契機に、積極的に新規モデル化合物を合成しX線結晶構造解析及びab initio MO計算を駆使してイオウ原子が介在する各種非結合性相互作用を証明している。このような非結合性相互作用を分子認識の手段として複合的に採用した医薬品設計、有機反応設計、反応メデイア設計等を行い、独創的な新戦略に基づき新反応開発及び医薬品開発を実施展開している。チアゾリジンチオンの酸化的脱硫二量化反応生成物分子内においてS...S相互作用を見い出した。最近、新規な各種オルトハロゲンフェニル置換アシルイミノチアジアゾリン誘導体を合成開発し、始めてO...S...X(X=F、Cl、Br)非結合性相互作用の存在をX線結晶構造解析及びab initio MO計算によって証明した。さらに、医薬品や電子伝達機能性材料開発を指向して、各種モノー、ビー、トリチアゾール誘導体ならびにホタルルシフェリン類似化合物を合成し、X線結晶構造解析及びモデル化合物のab initio MO計算によりそれらの分子内非結合性S...X(X=O、N、S、Br)相互作用を実証した。合成化合物のなかには、抗腫瘍活性を示すものも確認された。また、反応メデイアとしてのアミド系溶媒とキラルスルフォキシド体との分子間非結合性S...O相互作用を活用する高化学選択的及び高立体選択的不斉Pummerer反応の開発に成功した。分子内非結合性S...O相互作用を有するアシルイミノチアジアゾリンをペンダント分子とする新規なカルバペネム系抗生物質の合成開発も達成した。われわれは一連の新反応及び新規不斉誘導反応の過程で各種非結合性相互作用(S...O、S...S、S...N、S...ハロゲン、S...π等の相互作用、C=OとC=S間の双極子-双極子反発、芳香環同志の分子内π...π相互作用、CH...O相互作用、CH...π相互作用、C^+...π相互作用)を見出した。そこで、このような非結合性相互作用現象を分子認識の手段として複合的に採用した有機反応設計や反応メディア(または医薬品)設計を有機反応や医薬品開発における独自の新戦略として本研究に着手した。先ずアンジオテンシンII受容体拮抗剤のモデル分子として各種アシルアミノチアジアゾール誘導体、ヌクレオシド類似のテトラヒドロフロイルアミノチアジアゾール誘導体を合成し、X線結晶構造解析やラジカル分子存在下における^1H-NMR分析に付したところ、それらは分子内非結合性S...O相互作用と分子間水素結合による二量体構造であることが明らかとなった。ついで、3種の新規オルトハロフェニルアシルイミノチアジアゾリン誘導体を合成しX線結晶構造解析に付したところ、新規な分子内非結合性O...S...X(X=F、Cl、Br)相互作用の存在を明らかにすることに成功した。

さらに、反応メディアや医薬品合成開発に有用な各種モノ-、ビ-、トリ-、テトラ-チアゾール誘導体を合成し、X線結晶構造解析やab initio MO計算により各種非結合性S...X(X=O、N、S、Br)を確認証明した。新反応及び新規不斉誘導反応の開発研究過程で、われわれは各種非結合性相互作用(S...O、S...N、S...S、S...π、π...π、CH...π、CH...O)を見い出し報告してきた。さらに、積極的に新規モデル化合物を合成しX線結晶構造解析及びab initio MO計算を駆使してイオウ原子が介在する各種非結合性相互作用を証明している。このような非結合性相互作用を分子認識の手段として複合的に採用した医薬品設計、有機反応設計、反応メデイア設計等を行い、独創的な新戦略に基づき新反応開発及び医薬品開発を実施展開している。最近、新規な各種オルトハロゲンフェニル置換アシルイミノチアジアゾリン誘導体を合成開発し、全く新しいタイプのO...S...X(X=F、Cl、Br)非結合性相互作用の存在をX線結晶構造解析及びab initio MO計算によって証明した。さらに、電子伝達機能性材料や医薬品開発を指向して、各種モノー、ビー、トリー、テトラーチアゾール誘導体ならびにホタルルシフェリン類似化合物を合成し、X線結晶構造解析及びモデル化合物ab initio MO計算によりそれらの分子内非結合性S...X(X=O、N、S、Br)相互作用を実証した。合成した化合物のなかには、腫瘍細胞に対して抗腫瘍活性を示すものも確認された。また、反応メデイアとしてのアミド系溶媒とキラルスルフォキシド体との分子間非結合性S...O相互作用を活用する高化学選択的及び高立体選択的不斉Pummerer反応の開発に成功した。分子内非結合性S...O相互作用を有するアシルイミノチアジアゾリンをペンダント分子とする新規なカルバペネム系抗生物質の合成開発も達成した。
酸性雨の斜面崩壊に及ぼす影響

1、新潟県下の降水の酸性物質の状況:新潟大学積雪地域災害研究センターで行った降水の化学分析結果、新潟県衛生公害研究所の発表した資料を整理し、酸性物質の降下状況を把握した。新潟県の山間部には35g/m^2の硫酸イオンと12gの硝酸イオンが降下している。硫酸イオンは冬の降雪期に多い特徴がある。雪の中の酸性物質は積雪期の温暖な日に流出する。2、沢水・湧水・河川水の変化:沢水・湧水の調査は花崗岩地帯で過去に分析結果のある丹沢湖の周辺で行った。現段階では、沢水・湧水に酸性降下物の影響は見られなかった。新潟県下の沢水の連続観測の機器は現在雪の下で、データ解析は今後のこととなる。河川の水の分析結果を、小林純が行った20年以上前の河川の分析データと比較した。分析誤差範囲内で両者は一致し、新潟県下の河川の流域では平均的な意味では、酸性降下物の影響で化学風化が活発になったとは見えない。3、土壌の酸性化調査:花崗岩地帯の土壌のpHは56の範囲で普通の酸性の褐色森林土壌よりpHが高い。花崗岩地帯の崩壊地の土壌のpHが過去に測定された例は見あたらない。比較の対象がないので、酸性化したかどうかは今回の調査からは結論を出すことができなかった。4、まとめ:チェコ、ポーランド、ドイツでは酸性雨の影響で土壌が荒廃し、崩壊が起こっていると報告されているが、わが国では今回の調査ではその証拠はつかめなかった。おそらくわが国では影響が見られないのは、降水量が多いこと、地形が急峻で水が長時間とどまらないこと等が影響している。
アモルファス構造における熱伝導現象の解明と制御

二次元の不均一固体系における分子動力学シミュレーションを構築した.これは,三次元に比べて計算負荷が軽いため大規模化が容易で,なおかつ振動モードの可視化が容易であるためである.特に簡単のため,原子ごとに質量差を与えることによって不均一系を構築した.ここで,不均一な系としてはこれまで質量差のものとアモルファス構造のものは同一であることが知られている.構築した分子動力学法によるシミュレーションと従来から主に純結晶に対して用いられている手法(Normal Mode Decomposition法)を用いて,無数に存在する格子振動モードごとのエネルギーの時間発展を逐一計算する枠組みを構築した.この手法では,格子動力学法によって格子振動の固有値及び固有ベクトルを得,それ等を用いて分子動力学法によって得られた分子の速度と変位を射影することによって,モードごとに分解されたエネルギーを得ることができる.さらに,得られたエネルギーの相関を計算することで,格子振動モード間のエネルギーの相関の強さを得ることに成功した.一方で,計算時間が十分でないため,まだ定量的な評価にまでは至っていない.また,格子動力学法を用い格子振動モードの挙動を求めることで,不均一系において格子振動モードの一部が局在化することを可視化し確認した.特に,周波数が高いほど局在化の度合いが強くなる傾向を確認した.これによって,振動モードの相関と,モードの局在性の強さがどのようになるかを定量的に評価する枠組みを完成することができた.本年度中に二回の研究機関の移動があったため,研究環境の構築などにより,予定よりは研究の進捗は遅れている.各格子振動モードが他のモードにどのようにエネルギーを伝達していくかを評価していく.また系の不均一性を変化させることで,それらがどのように変化するかを定量的に評価していく.二次元の不均一固体系における分子動力学シミュレーションを構築した.これは,三次元に比べて計算負荷が軽いため大規模化が容易で,なおかつ振動モードの可視化が容易であるためである.特に簡単のため,原子ごとに質量差を与えることによって不均一系を構築した.ここで,不均一な系としてはこれまで質量差のものとアモルファス構造のものは同一であることが知られている.構築した分子動力学法によるシミュレーションと従来から主に純結晶に対して用いられている手法(Normal Mode Decomposition法)を用いて,無数に存在する格子振動モードごとのエネルギーの時間発展を逐一計算する枠組みを構築した.この手法では,格子動力学法によって格子振動の固有値及び固有ベクトルを得,それ等を用いて分子動力学法によって得られた分子の速度と変位を射影することによって,モードごとに分解されたエネルギーを得ることができる.さらに,得られたエネルギーの相関を計算することで,格子振動モード間のエネルギーの相関の強さを得ることに成功した.一方で,計算時間が十分でないため,まだ定量的な評価にまでは至っていない.また,格子動力学法を用い格子振動モードの挙動を求めることで,不均一系において格子振動モードの一部が局在化することを可視化し確認した.特に,周波数が高いほど局在化の度合いが強くなる傾向を確認した.これによって,振動モードの相関と,モードの局在性の強さがどのようになるかを定量的に評価する枠組みを完成することができた.本年度中に二回の研究機関の移動があったため,研究環境の構築などにより,予定よりは研究の進捗は遅れている.各格子振動モードが他のモードにどのようにエネルギーを伝達していくかを評価していく.また系の不均一性を変化させることで,それらがどのように変化するかを定量的に評価していく.
患者心筋線維芽細胞を用いた拘束型心筋症の病態解明と新たな治療ターゲットの同定

拘束型心筋症(RCM)は非常に予後が悪い心筋症である。現在まで心室拡張障害に対する確立された有効な治療法はなく、唯一心臓移植のみが救命手段である。これまでいくつかの遺伝子異常が報告されているが、どのようにして拡張障害が発症するのか、そのメカニズムは不明である。近年、心不全病態において心筋細胞だけではなく心筋線維芽細胞も重要な役割を果たしていることが報告されている。本研究では、患者心筋線維芽細胞と、そこから誘導したiPS細胞由来の心筋細胞において、細胞生物学特性を検証し網羅的な発現解析を行う。さらに、RCM心筋線維芽細胞と心筋細胞と共培養することで、主体的に病態形成に関わっているのか検証する。