hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ネットワーク化された個別見守りによる豚の呼吸器感染症拡散防止システム

一方,低解像度のサーモグラフィーでの計測となるとそれぞれの画素で計測される温度は,豚体領域と背景領域の平均値となってしまい,正確な体温の計測が困難となる。そこで,カメラとの組み合わせ,豚体の輪郭を把握し,移動する豚体面積を利用することにより,低解像度のサーモグラフィーで体温を推定する技術を構築した。また,これに合わせて豚体の姿勢を検出する基礎技術の検討も行った。課題B-1インフルエンザウイルス感染豚体の24時間見守り計測を2週間に渡って行い,遺伝型の異なるAIVを単独感染させた豚の臨床症状のデータ収集,顕在化する症状の検出に取り組んだ。この大規模データは今後,機械学習による自動判別を行い,臨床症状とセンサーデータを連結させる予定である。また,課題A-4組み合わせによる見守りシステムの簡易化の実施も行った。当初計画であった低解像度サーモグラフィーによる豚の運動量計測に加えて,カメラによる豚の行動を自動判別するシステムにも現在取り組んでいる。本年度の研究実績は以下である。課題B-2「インフルエンザウイルスと他の病原体が共感染した豚の見守り計測」については、無菌豚とウィルスの調達の都合上,共感染の見守り計測は実現できていない。その代わりに,B-1に関して、見守り計測を用いて,異なるインフルエンザウィルス株の24時間計測を行った。これまでに4回の延べ3週間程度の長期間計測を行っている。データが数十TBと膨大であるため、現在データを解析中である。並行して膨大なデータを解析する上でハンドリングを良好にするためのデータ形式についても検討を開始した。課題B-3「異なる兆候の発見」については、音響イベント,熱画像イベント等センサーから得られる各種イベントを記録・データベース化し,人工知能的アプローチにより、咳・くしゃみ・発熱など以外の兆候の是非についても検討を行った。具体的には,機械学習に使うためのラベル付きデータを整えるために,人間が各種イベントのラベリングを行う際に使用する支援ソフトウェアの開発を行った。継続的に改善していく予定である。課題A-5「見守りシステムの改善」については、見守りシステムの改善を行った。これまでは単一の豚房において計測された画像付きくしゃみ音のデータセットによる学習であったが,複数の豚房において計測されたくしゃみのデータセットによる機械学習的アプローチで計測が可能となった。また,画像及びサーモグラフィーにおける計測においても一定の成果を上げている。本年度実施予定であった課題B-2インフルエンザウイルスと他の病原体が共感染した豚の見守り計測,課題B-3異なる兆候の発見,課題A-5見守りシステムの改善に関して一定の成果を上げている。ただし,課題B-2に関しては,調達の都合で計測対象の変更を行った。また,次年度実施予定である課題C実際の農場環境における検証に関しては,防疫の関係で調整が難航している。
五大原因疾患の相互影響を考慮した要介護予測ツールの開発:住民コホート17年の追跡

高齢者の生活の質の維持および要介護予防を目的とした大規模住民コホート研究ROADにおいて、コホート参加者に13年目、17年目の追跡調査を実施して、過去の調査結果をリンケージし、17年間のデータの蓄積によって得られた参加者の予後データから要介護の発生率を推定する。さらに、要介護の5大原因疾患である認知症、脳血管障害、高齢による衰弱、転倒・骨折、関節症のそれぞれの前段階であり可逆的状態である軽度認知障害、メタボリック症候群、フレイル、骨粗鬆症、変形性関節症の発生率、自然経過を推定し、これら5大疾患の重積の要介護の発生への影響を解明する。この結果を踏まえて簡便で精度のよい要介護予測ツールを開発する。
神経変性疾患iPS細胞研究の基盤となる老化脳内環境モデルの確立

iPS細胞を用いた神経変性疾患モデル研究は病変部位の採取が困難な神経変性疾患の病態解明と創薬において画期的なツールと考えられているが、短期培養での高齢発症疾患の再現が難しく、患者剖検脳に見られる病態をin vitroで再現することは現状では不可能である。本研究計画の目的は、申請者が確立している1老化を促進させる低分子化合物、2効率的なグリア系細胞への誘導の2つの技術を応用して、平面上に細胞間相互作用と時間軸を考慮した高齢期の脳構造を模倣した新たな神経疾患モデルを確立し、これまで再現できなかった高齢発症神経変性疾患の病態を再現することにより、その病態解析および創薬に応用することを目指す。
精神障害者雇用におけるエビデンスに基づく事業主支援モデルの構築

本研究は、次の3点を目的とした。それらは、(a)「精神障害者雇用に対する事業主の態度尺度評価・改訂版」(ATEPII)の構成概念妥当性の検討、(b)ATEPII-SFの開発、およびその信頼性と妥当性の検証、(c)上記(b)の結果に基づく、精神障害者を新たに雇い入れる事業主の支援に役立つモデルの提案である。ATEPII-SFの確認的因子分析の結果から、ATEPII-SFの構成概念妥当性は受け入れ可能な範囲内であった。さらに、事業主の態度構造間(雇用意欲、信頼、活動制限、および注意配分)の因果分析の結果から、精神障害者に対する事業主の信頼が、事業主の雇用への意欲に影響する可能性が示唆された。障害者の法定雇用率の達成率が最も高い「医療、福祉」の企業4,000社および同達成率が平均域の「サービス業」の企業4,000社に対し、「精神障害者雇用の態度尺度評価・改訂版)」(ATEPII)を実施。「医療、福祉」からは815社から、「サービス業」からは865社から回答が得られた(回収率42%)。「精神障害者雇用に対する事業主の態度尺度評価・改定版」(小澤・菊池, 2009)(以下、ATEP II)の回答に伴う負担軽減と結果の解釈のしやすさの向上を目的として、ATEP IIを医療・福祉およびサービス業の事業主に実施し、その結果を基に「精神障害者雇用に対する態度尺度」(再構成版)〔以下、ATEP II(再構成版))を作成し、信頼性を検証した。ATEP II(再構成版)の回答結果について因子分析した結果、「精神障害者の雇用に対する意欲」」「精神障害者に対する信頼」「精神障害者の活動制限」「精神障害者の注意配分」の4因子が抽出され、α係数の結果から、4因子の内的整合性が検証された。ATEP II(再構成版)は、ATEP IIの9因子から4因子に因子数が減ったため、ATEP IIの構成概念の維持はできなかった。しかしながら、ATEP IIの旧版である「精神障害者に対する事業主の態度測定尺度」(小澤・八重田, 2007)(以下、ATEP)を構成する4因子のうち「精神障害者の雇用に対する意欲」「精神障害者の活動制限」「精神障害者の注意配分」の3因子が再現されたため、これら3因子は構成概念妥当性が検証できたといえる。次年度は、ATEP II(再構成版)の4因子に関して、再検査信頼性の検証、および確認的因子分析による構成概念妥当性の検証を行う。さらに。ATEP II(再構成版)の妥当性検証のための調査を実施する予定である。所属研究機関の部局改編が平成26年度に実施され、旧カリキュラムと進カリキュラムが現在並行状態であるなか、担当する新規の科目が増え、そのための準備が本研究の実施よりも優先されたため。研究1では、「精神障害者雇用に対する事業主の態度尺度評価・改定版」(小澤・菊池, 2009)(以下、ATEP II)の回答に伴う負担軽減と結果の理解しやすさの向上を目的として、調査を実施した。具体的には、法定雇用率達成企業の割合が高い医療・福祉と、その割合がほぼ中央値であるサービス業の事業主に対してATEP IIを実施し、その結果を基に「精神障害者雇用に対する事業主の態度尺度短縮版」(以下、ATEP II-SF)を作成し、信頼性と妥当性の検証を行った。ATEP II-SFの信頼性は、因子分析の結果、「精神障害者の雇用に対する意欲」「精神障害者に対する信頼」「精神障害者の活動制限」「精神障害者の注意配分」の4因子が抽出され、信頼性分析の結果から内的整合性が検証された。また、ATEP II-SFの4因子は、ATEP II-SFの初版である「精神障害者に対する事業主の態度測定尺度」(小澤・八重田, 2007)(以下、ATEP)を構成する4因子のうち3因子(「精神障害者の雇用に対する意欲」「精神障害者の活動制限」「精神障害者の注意配分」)とほぼ同じ内容であったことや、確認的因子分析の結果から、ATEP II-SFの構成概念妥当性は検証された。研究2では、障害者雇用に関心が高い事業主に対象を限定し、障害者に対する態度の背景にある動機づけや感情と、精神障害者の雇用に対するイメージや思いを明らかにし、さらにそれらの関係について明らかにすべく調査を実施した。具体的には、法定雇用率達成企業の割合が高い製造業の事業主を対象に、「障害者に対する態度尺度日本版」(以下、IDP-J)(宮本・Bontje・須山・伊藤,2015)と、ATEPII-SFを実施した。今後は、上記で得られた本研究のエビデンスを基に、精神障害者雇用における事業主支援モデルについて分析をさらに進める予定である。

さらに、事業主の態度構造間(雇用意欲、信頼、活動制限、および注意配分)の因果分析の結果から、精神障害者に対する事業主の信頼が、事業主の雇用への意欲に影響する可能性が示唆された。前年度中に、「医療、福祉」および「サービス業」への調査結果を用いて、ATEPIIの因子的妥当性を検討し、また、ATEPIIの短縮版を作成する予定であったが、他の業務に予想外に時間を要し、未実施であるため。ATEP II(再構成版)の妥当性検証のための調査を実施し、精神障害者を今後新たに採用する事業主の支援に役立つ基礎資料を収集する。職業リハビリテーション・今後は、「医療、福祉」および「サービス業」への調査結果を用いて、ATEPIIの因子的妥当性を検討し、また、ATEPIIの短縮版を作成する。さらに、精神障害者を取り巻く環境要因に関する尺度を新たに作成し、精神障害者を雇用する企業を対象に、同尺度とATEPIIの短縮版を実施し、精神障害者の雇用に関する促進要因を探っていく。・研究実施計画では、個別面接調査の実施を予定していたが、事業主支援モデルの構築のためには、第一段階として量的なエビデンスの収集が必要であると研究の過程で判断されたため、個別面接調査の実施は必要に応じて検討していきたい。所属研究機関の部局改編が平成26年度に実施され、旧カリキュラムと進カリキュラムが現在並行状態であるなか、担当する新規の科目が増え、そのための準備が本研究の実施よりも優先され、ATEP II(再構成版)の妥当性検証のための調査が実施できなかったため。ATEP II(再構成版)の妥当性検証のための調査を実施するために使用予定である。
とまらない院内感染は防止できるか？MRSA撲滅に向けての清掃ガイドライン作成

病院のMRSA感染症患者周囲環境の清掃に関してのインタビュー調査を実施し、問題は医療従事者と非医療従事者とのコミュケーション不足に加え、非医療従事者のMRSA感染症への知識不足という教育の点にあることが明らかになった。実験によりMRSAに汚染された感染症患者病室の高頻度接触面(オーバーテーブル・ベッド柵)における環境整備(ふき取り)の効果を調べたところ、消毒薬含有清拭用クロスによる一定方向(S字状)のふき取りが有効であった。これらの結果を基にMRSA感染症における医療従事者と非医療従事者のいずれにも理解できるMRSA感染症病室の清掃・環境整備の教育用DVD・ガイドラインを作成した。院内感染の予防には環境整備は不可欠であるが、日本では病院の環境整備、清掃方法は業者任せで各病院により異なり、統一された清掃方法ではない。臨床現場での清掃は、一定の清掃ガイドラインの作成が必要である。そこで、環境整備・清掃により院内感染のMRSAの減少のために、清掃のガイドライン作成の目指した研究を行っている。本研究目的は医療施設の清掃現状や問題点を明らかにし、環境表面の汚染除去方法を検討し、清掃基準を示した、清掃のガイドラインを作成することである。平成25年度に実施した研究は、最初に清掃・環境整備についての国内・海外の文献検討を行った。それらをもとに、インタビューガイドを作成し、臨床現場(病院)での実態調査(インタビュー)を現在も実施している。研究成果としては最初に清掃ついての国内外の文献検討を行い、インタビューガイドを作成した。当該の倫理委員会で審査を受け、承認を得られた後に、清掃の実態を明らかにするために院内でMRSAのアウトブレイクの経験・持ち込みなどの経験のある病院に調査を依頼した。研究に承諾の得られた病院から順に、清掃業者・感染管理看護師・感染管理医師の担当者に対して、MRSAの環境整備、清掃方法を具体的なインタビューを行っている。平成25年度は、3月31日までに7病院依頼中4病院の調査を終了している。残りの3病院は、当該病院で倫理審査中および日程調整中である。結果については、現在は分析中であるが、少し明らかになったことは、知識不足、教育の必要性、看護師の環境への意識の低下が挙げられており、ガイドライン作成時に重要な要素として考えた。感染管理者等、清掃管理者へのインタビューを基にMRSA感染症の清掃問題を明らかにすること、MRSAで汚染された患者環境表面の清掃具の種類の違いによるMRSAの拭き取りの効果を検討を目的として、1インタビュー調査、2MRSAに対する清掃方法の検討、高頻度接触面の環境清掃に対する細菌の拭き取りの効果の実験を行った。1インタビュー調査:対象は8病院の感染管理看護師8名とICD2名、清掃業務管理者(委託業者)8名、病棟看護師長8名。データ収集はインタビューを行い、逐語録としてテキスト化した。分析はKH Coderを用いて関連語抽出を行った。結果:清掃業務管理者は誰がMRSA感染症患者か告げられず清掃を行うこと、専門的感染教育をされずMRSA感染症の不安を覚えながら業務する問題が表出。感染管理者は看護師が業者・補助者に清掃を任せ環境整備の意識低下問題、ICDは環境整備を把握していない問題が表出した。考察:感染対策の統一教育や清掃方法を確認する責務が必要である。2MRSA対する清掃の実験方法:オーバーテーブルとベッド柵資材を使用。MRSAは臨床分離株、清掃具はAGの7種を使用した。資材隅にMRSAを10μLを滴下し各種清掃具で一定方向へ10秒間で拭きとりふきふきチェック(栄研)を用い残存する菌を採取した。ベッド柵は、10cm左端に菌液を滴下し,各清掃素材で1回ふき取り残存する菌を採取した。マンニット食塩培地(日水)に滴下し培養し,コロニー数をカウントした。結果:オーバーテーブルは素材7種で清拭後の残存する菌数は、A,B,D,Gの清掃具はFの雑巾に比べ,MRSAの残存菌数は有意に少なかった。消毒薬別では塩化ベンザルコニウム等,素材はマイクロクロスが有効であった。ベッド柵はA,Cの清掃具が残存菌数は有意に少なかった。考察:材質の違いにより,ふき取りの効果も異なる可能性があると考えられる。平成27年度は高頻度接触面における環境整備の効果について、MRSAの臨床株を利用して、平成26年度の実験の成果を基に、拭き取りの効果の再度の検証実験を行った。異なる6種;A(塩化ベンザルコニウム,塩化ジデシルメチルアンモニウムが主成分)、B(過酢酸ナトリウム,テトラアセチルエチレンジアミンが主成分)、C(エタノール80%が主成分)、D(ぺルオキシ硫酸水素ナトリウム,ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムが主成分)、Eぺーパータオル(水含有)、F雑巾(水含有)の環境整備用具を使用して、対象物のオーバーテーブルを10cm×10cmにカットした資材の右隅に菌数を調整したMRSAを10μL滴下した。さらにもう一つの対象物であるベッド柵(資材)については、柵の左端から1cmの部位に菌数を調整したMRSAを10μL滴下し,左から右方向に10cmの長さまでそれぞれの清掃具を用いて拭きとった。1分経過後,ふきふきチェック(栄研)を用い,清掃具でふき取った部分をふき取り、残存する菌を採取した。

採取した検体は生理食塩水で撹拌した後、100μLをマンニット食塩培地(日水)に滴下し,コンラージ棒で塗り広げ,37°Cで48時間培養後生じたコロニー数をカウントした。再度データのまとめを行い、分析した。残存菌数の平均値について,一元配置分散分析および多重比較検定(Dunnet)を行った。結果は、Aを使用した場合はいずれも残存菌の検出はされなかった。水を含有した用具は残存菌が多くみられた。これらの成果を、国内・国外の学会へ勢力的に発表した。その成果を基に平成27年9月以後に清掃のガイドラインの要となる教育用のDVDを作成予定であり試案中であったが、研究代表者が病気療養を余儀なくされたために、DVD作成期間を次年度に延長した。研究代表者の突然診断治療により、長期間の療養に専念したために、予定していたDVD作成、ガイドラインの試案作成ができなかった。【目的】院内感染の予防には環境整備は不可欠である。環境整備、清掃方法は業者任せで各病院により具体的なMRSAに対する統一された清掃方法がなされていない。臨床現場での清掃は、看護師・補助者は委託業者に頼るのではなく、一定の清掃ガイドラインの作成が必要である。そこで、環境整備や清掃により院内感染(MRSA)の減少のために、MRSAに対する清掃基準を示した、清掃のガイドラインを作成する。およびMRSAで汚染された患者環境表面(オーバーテーブル,ベッド柵)のふき取りに用いる環境ワイプの種類の違いによるMRSAの拭き取りの効果の実験を基にして教育DVDやMRSA感染患者に対する清掃のガイドライン作成を目的として実施した。【方法と実績】感染予防について清掃の基準を示したガイドライン作成は、実際の医療現場の方法を統一することにより、感染予防について看護学の発展に大きく寄与する研究が臨床現場のMRSAのみならず他の院内感染予防につながる。そこで、平成27年度に「環境ワイプの種類の違いによるMRSAの拭き取り効果」にベッド柵、オーバーテーブルを対象にMRSA対象に環境整備の実験を基にエビデンスを示した「MRSA感染患者の環境清掃方法」についての看護師・補助者、委託業者対象にしたベッドサイドでの環境ワイプを利用した清掃方法の教育DVD2017年3月14日に作成した。さらに、医療施設と協力し専門的知識が不足している委託業者清掃員や看護補助者やMRSA感染症患者のケアを担当する病棟看護師を対象にしたわかりやすいガイドラインの試案を作成した。病院のMRSA感染症患者周囲環境の清掃に関してのインタビュー調査を実施し、問題は医療従事者と非医療従事者とのコミュケーション不足に加え、非医療従事者のMRSA感染症への知識不足という教育の点にあることが明らかになった。実験によりMRSAに汚染された感染症患者病室の高頻度接触面(オーバーテーブル・ベッド柵)における環境整備(ふき取り)の効果を調べたところ、消毒薬含有清拭用クロスによる一定方向(S字状)のふき取りが有効であった。これらの結果を基にMRSA感染症における医療従事者と非医療従事者のいずれにも理解できるMRSA感染症病室の清掃・環境整備の教育用DVD・ガイドラインを作成した。平成26年度の目標として、インタビュー調査を終了、その後分析し問題点を明らかにすることであった。昨年度に引き続き、合計8病院の調査を行い、データ分析を終え、国内外で発表した。
酵素誘導が有機溶剤の体内動態と毒性に及ぼす影響

1.酵素誘導ラットにおけるトリクロロエチレン(TRI)と1,1,1-トリクロロエタン(1,1,1-TRI)の体内動態Wistar系雄性ラットをエタノール群と対照群の2群に分けた。そして、0,50,500,1000ppmのTRIあるいは1,1,1-TRIを6時間吸入暴露し、母物質の血中濃度および代謝物(TCAとTCE)の尿中濃度を経時的に測定した。エタノール(Low-Km isozymeのCYP2E1を誘導する)による酵素誘導のTRIと1,1,1-TRIの体内動態に及ぼす影響の暴露濃度依存性を検討した。その結果、TRIでは高濃度(500ppm)にならないと酵素誘導の影響が現われないが、1,1,1-TRIでは低濃度(50ppm)でも酵素誘導の影響が現われることが判明した。2.酵素誘導ラットにおけるクロロホルム(CHCl_3)と四塩化炭素(CCl_4)の体内動態と肝毒性同様にエタノール群と対照群のラットの肝ミクロソームを用いてin vitroのCHCl_3とCCl_4の代謝速度および肝グルタチオン(GSH)濃度を測定するとともに、0,50,100,500ppmのCHCl_3あるいはCCl_4を6時間吸入暴露し、母物質の血中濃度を経時的に測定した。吸入暴露開始24時間後に、血漿GOTとGPT活性および肝GSHを測定し、これらを肝毒性の指標とした。また、肝・腎の病理組織学的検索も行った。エタノールによる酵素誘導のCHCl_3とCCl_4の体内動態と毒性に及ぼす影響の暴露濃度依存性を検討した。その結果、CHCl_3では高濃度(500ppm)にならないと酵素誘導の影響が現われないが、CCl_4では低濃度(50ppm)でも酵素誘導の影響が現われることが判明した。*フェノバルビタール(High-Km isozymeのCYP2B1を誘導する)による酵素誘導が、これらの物質の体内動態と毒性に及ぼす影響については、現在検討中である。
培養神経細胞を用いた神経細胞膜機能の老化に伴う変化の研究

胎生期から老年期に至るマウスより後根神経節を摘出し、神経細胞を分離培養する。神経細胞にNaCl濃度を1/2にした低張液を作用させ、その時の神経細胞の形態の変化を位相差顕微鏡で観察し、同時にビデオシステムで録画し、画像を解析した。低張液作用後神経細胞はただちに膨みはじめ、直径が約1.15倍になったところで最大に達し、その後細胞容積が減少しはじめ元の大きさに戻って一定となる。このように神経細胞に細胞容積調節能のあることが判明した。この細胞容積調節は、膜の伸展に伴うイオンの透過性の変化により行われていると考えられる。又細胞容積が増加しはじめてから最大値に達するまでの時間が加齢に伴い長くなっており、その原因の一つとして神経細胞膜の伸展性が加齢に伴い低下していることが考えられる。Elastic Area Compressibility Modulus(EACM)法を用い神経細胞膜の弾性的な性質を測定したところ、3カ月齢の神経細胞では36.5dyn/cm、胎生期の細胞では2.8dyn/cmであった。EACM値の逆数が弾性率を示すことから、加齢に伴って神経細胞膜は硬くなってくるといえる。こうした膜弾性率の低下が、低張液に対する応答の加齢に伴う低下の一因と考えられる。すでに明らかにされている加齢に伴うフィブロネクチン受容蛋白の減少、膜の流動性の低下を合せて考えると、神経細胞膜は環境の変化に適応しながら、年とともに硬化していくと思われる。分離された神経細胞からの突起再生が、加齢にともない遅くなり、in vitroでの神経線維切断端からの再生も遅くなる。その一因として神経細胞膜の硬化をあげることが出来る。神経細胞膜の硬化の原因を究明するとともに、膜の可塑性を高める物質を見いだすことは、老人性痴呆問題解決の一助となるのではないかと期待される。マウスより摘出分離された後根神経節細胞を用いることにより、光学顕微鏡下で低張液作用後の細胞の形態変化を他の組織からの影響を受けることなく詳細に検討することが出来た。低張液作用後神経細胞の直径(細胞の形状は球形に近い)はまず増大し、その後同一の低張液条件下で作用前の大きさに戻る。このように神経細胞は低張液下で細胞容積を調節する能力があることが判明した。次にこうした形態変化に伴う膜の性質の変化を電気生理学的に測定した結果、容積増大に伴う表面積の増大に際し、膜抵抗は減少し、静止電位は510mV脱分極する。しかし、脱分極状態でも活動電位の大きさに大きな変化がみられなかった。細胞膜が拡張されることによりチャンネルが開きやすくなったのではないかと考えられる。以上の現象は、胎生期・3ケ月齢・27ケ月齢のマウスよりそれぞれ取り出された神経細胞に見られたが、容積の増大する時間経過に年齢による違いがみられた。幼若な神経細胞に低張液を作用させた場合、直径が最大値に達するまで60秒かかり、3ケ月齢の神経細胞では、180秒、老化した27ケ月齢の神経細胞では300秒かかった。このように低張液に対する細胞の伸展応答は年と共に低下していくのが明らかとなった。その要因の一つとして膜の弾性的な性質が加齢に伴い低下していくことが考えられる。EACM法により神経細胞膜の弾性率を測定してみると幼若な神経細胞の方が弾性に富み、年と共に低下していくことが判明した。膜の伸展性、弾性的な性質は、細胞内骨格蛋白との係り合いが深いことから、現在微小管・マイクロフィラメントをそれぞれ脱重合させる試薬を用い、膜の裏打ち蛋白との係り合いを明らかにする研究を行っている。

以上の研究の結果は、神経細胞の再生能の加齢に伴う低下と一致しており、膜の物理的な性質と再生との係り合いを今後明らかにしていく計画である。前年度の研究結果、神経細胞に細胞容積調節機能のあること、また細胞容積が増加しはじめてから最大値に達するまでの時間が加齢に伴い長くなってくることが判明した。神経細胞体膜のみでなく、軸索膜においても低張液に対する同様の応答が見られた。神経細胞膜の応答速度が加齢に伴い低下している要因として膜の弾性的な性質の加齢に伴う変化が考えられる。そこでElastic Area Compressibility Modulus(EACM)法を用い神経細胞膜の弾性的な性質を測定したところ、3ヵ月齢の神経細胞では36.5dyn/cm、胎生期の細胞では2.8dyn/cmであった。EACM値の逆数が弾性率を示すことから、加齢に伴って神経細胞膜は硬くなてくるといえる。こうした膜弾性率の低下が低張液に対する応答の年とともに遅くなってくる原因の一つと考えられる。col-chicine,cytochalasin Dを作用させて神経細胞膜の弾性率を測定したとこ、colchicineにより膜の弾性率が増加した。神経細胞膜の伸展性に微小管が関与していることが明らかになった。すでに明らかにされている加齢に伴うフィブロネクチン受容蛋白の減少、膜の流動性の低下を加えて考えると、神経細胞膜は環境の変化に適応しながら、年とともに硬化していくと思われる。分離された神経細胞からの突起再生が加齢に伴い遅くなるだけでなく、in vitroでの神経線維切断端からの再生も遅くなることも見いだされた。その一因として神経細胞膜の硬化をあげることが出来る。細胞内骨格との係わり合いを考慮に入れながら神経細胞膜の硬化の原因を究明し、硬化を防ぐことにより、神経再生能を高め膜の可塑性を高めることが可能になると思われる。こうした研究の成果が老人性痴呆問題解決の一助となるのではないかと期待される。
最古動物胚・幼生化石の高解像度三次元解析法の確立と後生動物初期進化

従来の外観の形態に基づく古生物学研究では、動物卵や胚などの単純な構造や現生生物に見られない形態をもつ生物の起源を調べることは極めて困難である。本研究では、化石の生物種同定や器官の進化を探るために化石の三次元構造や化学組成を解析する手法の確立とエディアカラ紀カンブリア紀初期の最古の後生動物化石への適用を試みた。現生サンゴの動物卵や胚の微量元素分析では、いくつかの元素に生物組織と対応した特徴的な分布が見られた。また、100500ミクロン程度の球状微化石の三次元構造を撮像する技術を確立し、それを地球最古のエディアカラ紀の動物胚やカンブリア紀初期の微小硬骨格化石に適用した。中国陝西省の寛川溝累層にはエディアカラ紀ーカンブリア紀境界のカンブリア紀最初期の地層が産する。特に、この地域には年代を規定する小殻化石(SSF)に加え、卵化石や胚化石が産する。本研究では、それらの胚化石を共同研究者の中国西安市に所在する西北大学と共同で採取した。それらの岩石試料から化石を分離し、特に刺胞動物由来と考えられる胚化石の三次元画像を東北大学のMicro-CTを用いて撮像した。加えて、中国貴州省の瓮安地域には、エディアカラ紀のドウシャンツオ累層が産する。本地域にはエディアカラ紀の藻類化石に加え、胚化石が産する。従来の研究では、本地域にはそれらの胚化石の親種と考えられるものが発見されていないため、それらの胚化石の生物種はいまだ不明である点や比較的大きな400ミクロン程度の胚化石の研究が主にされてきたと言った問題があった。本研究では、後生動物の標準的な卵サイズである100ミクロンサイズの化石を中心に分離し、東北大学のMicro-CTを用いて三次元画像を撮像した。現在、これらの三次元画像を再構成し、解析を進めている。また、陝西省の寛川溝累層の胚化石の内部構造に関する論文を三編投稿した。そのうち、一編は印刷された。南中国貴州省の瓮会、五河、瓮安にて、エディアカラ紀の地層の地質調査と岩石試料採取を行った。瓮会では主にエディアカラ紀の藻類化石の採取、瓮安では後生動物の胚化石に着目し、黒色頁岩やリン酸塩岩の試料採取を行った。五河では当時の大陸斜面に堆積した堆積物をクリオジェニアン紀の南沱層からカンブリア紀のニュウチタン層まで、系統的に採取した。瓮安のリン酸塩岩から後生動物胚化石の分離を行った。瓮安地域のドウシャンツオ累層の中部(エディアカラ紀中期)から海綿動物のgemmuleを発見した。これまでの最古の海綿動物のgemmuleは白亜紀までだったので大幅な更新となる。また、従来の海綿動物の最古の証拠は、バイオマーカーなど不明確なものを除くと、エディアカラ紀後期までしか遡れない。本研究は、最古の海綿動物の明確な証拠を提供する。五河とユアンリンに存在する、当時の大陸斜面や海盆地域に堆積した堆積物中の有機炭質物の窒素と炭素同位体の分析を行なった。その結果、窒素同位体は、浅海と調和的な変動を示すことから、示準化石の存在しないエディアカラ紀で有用な時間軸を与えることを示した。エディアカラ紀の海洋は、浅海のみならず、遠洋域でも硝酸に枯渇していることが分かった。本研究の目的は、エディアカラ紀カンブリア紀初期の後生動物の微化石の三次元構造解析から、後生動物黎明期の胚化石や幼生化石の内部生物組織を研究することである。そのために、放射光X線Micro-CTや通常のMicro-CTを用いて微小化石のX線CT像を撮像する技術の開発とエディアカラ紀やカンブリア紀の微小化石の系統的な撮像を行う。また、現生動物胚や幼生と微化石の微量元素マッピングを行い、化学組成から生物種を特定する手法の開発(化学古生物学)をする。本年度は、SPring-8の放射光X線Micro-CTと東北大学のX線Micro-CTを用いて、約200個の微化石の三次元像を解析した。それらの微化石は、エディアカラ紀中期とカンブリア初期のもので、生物種の特定がされていない胚化石と刺胞動物由来とされる卵・胚化石である。加えて、節足動物とエディアカラ動物の中間的な特徴を持つ微化石や刺胞動物のクラゲ類の幼生化石とされるものについても分析を行った。特に、エディアカラ紀の胚化石は100ミクロン程度の小さなものに着目して、分析・解析を行った。これまでの多くの研究が解像度などの分析技術の問題で、400ミクロン程度のものを分析しているので、その点は新しい技術革新となった。また、100ミクロン程度の卵サイズは節足動物等に相当するのでそれらの卵化石の探索を進めた。また、現生生物のサンゴの卵と胚の微量組成マッピングを行った。その結果、Ba, Pb, Srには卵や胚の外縁部に顕著な元素濃集が見られた。また、Mg, ZnやPは外縁部と中央に元素が濃集する性質が見られた。そして、FeやCuは片側に濃集する傾向が見られた。一般にBは藻類や植物などで細胞膜や壁に濃集するとされるが、動物胚ではそのような特徴は見られなかった。

これらの結果は化学組成を用いて、化石を分類研究する上での指標となることが期待される。従来の外観の形態に基づく古生物学研究では、動物卵や胚などの単純な構造や現生生物に見られない形態をもつ生物の起源を調べることは極めて困難である。本研究では、化石の生物種同定や器官の進化を探るために化石の三次元構造や化学組成を解析する手法の確立とエディアカラ紀カンブリア紀初期の最古の後生動物化石への適用を試みた。現生サンゴの動物卵や胚の微量元素分析では、いくつかの元素に生物組織と対応した特徴的な分布が見られた。また、100500ミクロン程度の球状微化石の三次元構造を撮像する技術を確立し、それを地球最古のエディアカラ紀の動物胚やカンブリア紀初期の微小硬骨格化石に適用した。貴州省瓮安地域のドウシャンツオ累層のエディアカラ紀中期の地層から動物卵や胚化石を多く発見することができた。また、陝西省の寛川溝累層のカンブリア紀地層から動物胚や幼生化石を多数発見することができた。これらの保存の良い化石は、次年度に放射光X線Micro-CT解析を進める上で極めて重要で、その化石を多く発見できたことは今後の研究の進展にとても有用である。また、貴州省瓮安地域のドウシャンツオ累層から最古の海綿動物gemmuleを発見した。これまで最古の海綿動物の証拠とされたバイオマーカー化石が、近年原核生物でも見られることが指摘されたため、このgemmule化石が最古の海綿動物の証拠となる。本研究によって、初めて、エディアカラ紀の遠洋域の窒素同位体変動が得られた。その結果、これまで不可能とされたエディアカラ紀の遠洋堆積物に時間軸を入れることに成功した。その成果は今後のエディアカラ紀の海洋組成変動の研究に重要な貢献となるであろう。地質学、古生物学今年度は、これまでに分離、収集したカンブリア紀初期やエディアカラ紀の微化石(後生動物の卵、胚や幼生化石)の三次元像解析を行う。6月には、SPring-8において、それらの放射光X線Micro-CT像を撮像する。また、東北大学においても、それらの化石のMicro-CT像を撮像する予定である。得られた三次元像解析データをもとに、後生動物の初期進化について考察し、国際誌に報告する。本年度は、これまでに採取した岩石試料を中心に化石の分離を行った。その結果、陝西省寛川溝累層のカンブリア紀の岩石試料と貴州省瓮安ドウシャンツオ累層の岩石試料の両者から胚化石を分離することができた。それらの化石のMicro-CT撮像も東北大学の機器を用いて、十分な解像度で行えている。また、本研究に関して、三編の論文を投稿した。今年度は、45月に南中国で地質調査と岩石試料採取を行い、化石を多く含む大量の試料を収集した。それらの化石試料から、化石を分離することに集中した。その結果、たくさんの胚化石や幼生化石を発見することができた。加えて、最古の海綿動物のgemmuleも発見することができた。また、遠洋域の堆積物に時間軸を入れる必要があるため、その調査で採取した遠洋域の堆積物の窒素同位体分析に集中した。結果として、Micro-CT像解析を行う時間が減り、東北大学やSPring-8に行く旅費が当初予定より少なくなった。今年度は、分析試料を増やし、総合的に解析するために、南中国、貴州省などにおいて、エディアカラ紀カンブリア紀の地層を地質調査し、岩石試料を採取する。そして、それらの岩石試料をから化石を分離し、分析試料を増やし、より総合的に研究を進める。また、採取した化石試料は東北大学などで三次元像解析を行う。次年度は、今年度に収集した化石のMicro-CT像解析を、東北大学やSPring-8で行う。
アディポカインによる腸内細菌叢制御の生活習慣病における病態生理的意義の解明

高脂肪食により生活習慣病が発症するメカニズムを免疫細胞と実質細胞の相互作用レベル、さらに腸内細菌叢、腸内代謝産物にも着目して、解明することを試みた。高脂肪食、アディポネクチンとその受容体AdipoRの低下、AdipoRの活性化、AdipoR欠損マウスの腸内細菌叢の無菌マウスへの移植等の影響の解析を行った。AdipoRの低下で炎症、酸化ストレス等が増加し、腸内細菌叢、腸内代謝産物を変化させ、脂肪肝、NASH、動脈硬化が増悪、逆にAdipoRの活性化で抑制出来る可能性を見出した。高脂肪食は全身で長期的な免疫・代謝の異常を基盤とした生活習慣病を惹起し、心血管疾患等を増加させ、寿命を短縮させる。我々は、代謝と免疫の両方の制御に重要なアディポネクチン受容体(AdipoR)欠損マウスの腸内細菌叢の無菌マウスへの移植が糖・脂質代謝異常、脂肪肝を発症させることを見出した。本研究では、高脂肪食により生活習慣病が発症するメカニズムを免疫細胞-実質細胞相互作用レベル、臓器連関レベルで、特に腸内細菌叢、腸内代謝産物に着目して、解明する。(1)高脂肪食、AdipoR欠損、合成・天然AdipoRアゴニストによる腸内細菌叢と腸内代謝産物の変化の解明:高脂肪食を負荷したマウス、AdipoR欠損マウス、野菜に含まれるが消化・吸収され難いオスモチンを投与したマウス、内服によっても血中濃度が十分に上昇する低分子量AdipoR活性化化合物を経口投与したマウスにおいて、腸内細菌叢と腸内代謝産物の変化を解析した。(2)腸管免疫細胞、腸管上皮細胞、内臓脂肪細胞等におけるAdipoRの病態生理的意義の解明:高脂肪食を負荷したマウス、AdipoR欠損マウス、野菜に含まれるが消化・吸収され難いオスモチンを投与したマウス、内服によっても血中濃度が十分に上昇する低分子量AdipoR活性化化合物を経口投与したマウスの、免疫細胞、上皮細胞、内臓脂肪細胞において、AdipoRやその細胞内シグナル伝達に関わる経路に加えて、酸化ストレスや炎症の制御に関わる経路に関して、解析を行った。(3)脂肪肝、NASH、心血管疾患の発症機構の解明:AdipoR欠損マウスの腸内細菌叢を移植された無菌マウスの、免疫細胞、上皮細胞、内臓脂肪細胞において、AdipoRやその細胞内シグナル伝達に関わる経路に加えて、細胞内ストレスの制御に関わる経路に関して、解析を行った。脂肪肝、NASH、動脈硬化が増加するかどうか解析を開始した。本研究では、高脂肪食により生活習慣病が発症するメカニズムを免疫細胞と実質細胞相互作用レベル、臓器連関レベルで、特に腸内細菌叢、腸内代謝産物に着目して、解明する。(1)高脂肪食を負荷したマウス、AdipoR欠損マウス、野菜に含まれるが消化・吸収され難いオスモチンを経口投与したマウス、内服によっても血中濃度が十分に上昇する低分子量AdipoR活性化化合物を経口投与したマウスにおいて、腸内細菌叢と腸内代謝産物の変化を解析し、それらの病態生理的意義を明らかにすることを試みた。(2)高脂肪食を負荷したマウス、AdipoR欠損マウス、野菜に含まれるが消化・吸収され難いオスモチンを経口投与したマウス、内服によっても血中濃度が十分に上昇する低分子量AdipoR活性化化合物を経口投与したマウスの、腸管免疫細胞、腸管上皮細胞、内臓脂肪細胞において、AdipoRやその細胞内シグナル伝達に関わるAMPK/SIRT1/PPAR経路に加えて、酸化ストレスやインフラマソームの制御に関わる経路に関して解析を行い、その病態生理的意義を明らかにすることを試みた。(3)AdipoR欠損マウスの腸内細菌叢を移植された無菌マウスの、免疫細胞、腸管上皮細胞、脂肪細胞において、AdipoRやその細胞内シグナル伝達に関わるAMPK/SIRT1/PPAR経路に加えて、酸化ストレスやインフラマソームの制御に関わる経路に関して解析を行い、脂肪肝、NASH、動脈硬化における病態生理的意義を明らかにすることを試みた。申請時、予定していた研究項目(1)高脂肪食、AdipoR欠損、合成・天然AdipoRアゴニストによる腸内細菌叢と腸内代謝産物の変化の解明、(2)腸管免疫細胞、上皮細胞、内臓脂肪細胞等におけるAdipoRの病態生理的意義の解明、(3)脂肪肝、NASH、心血管疾患の発症機構の解明のうち、それぞれ平成27年度に予定していた研究内容については、当初の計画通りに進展している。高脂肪食は免疫・代謝の異常を基盤とした生活習慣病を惹起する。我々は代謝と免疫の両方の制御に重要なアディポネクチン受容体(AdipoR)欠損マウスを用いて、高脂肪食により生活習慣病が発症するメカニズムを免疫細胞と実質細胞の相互作用レベル、臓器連関レベルで、特に腸内細菌叢と代謝産物に着目して、解明する。(1)高脂肪食、AdipoR欠損、合成・天然AdipoRアゴニストによる腸内細菌叢と腸内代謝産物の変化の解明:

高脂肪食を負荷したマウス、AdipoR欠損マウス、アディポネクチン欠損マウス、野菜に含まれるが消化・吸収され難いオスモチンを経口投与したマウス、内服によっても血中濃度が十分に上昇する低分子量AdipoR活性化化合物を経口投与したマウスにおいて、腸内細菌叢と腸内代謝産物の変化を網羅的に解析した。(2)腸管免疫細胞、上皮細胞、内臓脂肪細胞等におけるAdipoRの病態生理的意義の解明:高脂肪食を負荷したマウス、AdipoR欠損マウス、アディポネクチン欠損マウス、オスモチンを経口投与したマウス、AdipoR活性化化合物を経口投与したマウスの、腸管免疫細胞、腸管上皮細胞、内臓脂肪細胞において、AdipoRやその細胞内シグナル伝達に関わるAMPK/SIRT1/PPAR経路に加えて、酸化ストレスやインフラマソームの制御に関わる経路、炎症に関して、解析を行った。(3)脂肪肝、NASH、心血管疾患の発症機構の解明:AdipoR欠損マウスの腸内細菌叢を移植された無菌マウスの、腸管免疫細胞、腸管上皮細胞、内臓脂肪細胞において、AdipoRやその細胞内シグナル伝達に関わるAMPK/SIRT1/PPAR経路に加えて、酸化ストレスやインフラマソームの制御に関わる経路、炎症に関して、解析を行った。脂肪肝、NASH、動脈硬化がAdipoRの低下で増加、AdipoRの活性化で抑制出来る可能性を見出した。高脂肪食により生活習慣病が発症するメカニズムを免疫細胞と実質細胞の相互作用レベル、さらに腸内細菌叢、腸内代謝産物にも着目して、解明することを試みた。高脂肪食、アディポネクチンとその受容体AdipoRの低下、AdipoRの活性化、AdipoR欠損マウスの腸内細菌叢の無菌マウスへの移植等の影響の解析を行った。AdipoRの低下で炎症、酸化ストレス等が増加し、腸内細菌叢、腸内代謝産物を変化させ、脂肪肝、NASH、動脈硬化が増悪、逆にAdipoRの活性化で抑制出来る可能性を見出した。申請時、予定していた研究項目(1)高脂肪食、AdipoR欠損、合成・天然AdipoRアゴニストによる腸内細菌叢と腸内代謝産物の変化の解明、(2)腸管免疫細胞、上皮細胞、内臓脂肪細胞等におけるAdipoRの病態生理的意義の解明、(3)脂肪肝、NASH、心血管疾患の発症機構の解明のうち、それぞれ平成26年度に予定していた研究内容については、当初の計画通りに進展している。平成27年度については、当初予定していた計画内容について、ほぼ達成した上、さらに当初の計画通りに進展している。そのため、本研究の推進において、研究体制及び研究計画に大幅な変更の必要性は低いと思われ、当初の計画通り、研究を推進する予定である。本研究課題のさらなる進展・加速を目指すべく、研究連携者を含めた各人の実験の精度とスピードアップをはかり、目的を早期に達成したいと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。代謝学平成26年度については、当初予定していた計画内容について、ほぼ達成した上、さらに当初の計画通りに進展している。
痛み治療のための再生医療の開発：細胞移植技術と徐放製剤を活用した新規アプローチ

本年の研究では多様な実験手法を用いて慢性疼痛治療開発の切り札となりうる下行性抑制メカニズムの解明を試みた。大脳皮質から脊髄後角への局所抑制回路では、脊髄後角I層およびII層外側のGABA系統が重要であるが、II層内側より深部ではグリシンが重要であると報告しているものを再確認した上で、神経障害性疼痛のモデル動物の脊髄、青斑核、その投射系の細胞活動について前年度に引き続き薬理学的に検証した。行動実験:疼痛閾値の測定では、様々な薬剤を投与した上で、Paw-pressureテストを用いラットおよびマウスの実験を行った。機械的侵害刺激を動物の後肢に与え、逃避した時の圧を逃避閾値として算出した。正常ラットの逃避閾値は200g程度であるが、SNLラットでは神経切断後100g前後まで低下する。この実験では、SNLラットの機械的痛覚過敏が薬理学的介入によってどの程度改善するかを観察した。遺伝子改変マウスでの実験につなげる基礎データを得ている。免疫組織学的実験では、薬理学的前処置後、4%PFAにてラットを潅流固定し、脊髄を取り出して形態観察用の切片を作成した。この実験は前年度から継続的に行っている青斑核の投射経路の検索であり、本年度は特に、脊髄後角の抑制性介在ニューロンは主に頭尾側方向に神経突起を伸ばすことの確認作業を行った。厚さ40 μmの矢状断切片を作成し、この切片から共焦点顕微鏡による連続的な写真撮影を行なっている。上記の実験により、末梢神経障害性の痛みでは下行性制御系の活動が重要である事が再確認されている。臨床での薬物使用に準じて、動物実験において三環系抗うつ薬が末梢神経障害後の痛み誘発性鎮痛の減弱を回復させることが確認され、ギャバペンチンやプレギャバリンなどの作用の確認へと進めている。本年度の研究では、青斑核に関する先行研究の結果を踏まえ、神経投射路の活性化により疼痛が減弱するとの結果に関して知見を得る事ができた。また、、そのメカニズムに関して、実験結果と整合性を取るための追加の実験として、本年の研究においては多様なな実験手法を用いた多角的なアプローチを行った結果、このメカニズムの一端が解明できた。特に、当初から関心のある脊髄後角の局所抑制回路に関して、I層およびII層外側ではGABAが重要であるが、II層内側より深部ではグリシンが重要であると報告したものが再確認でき、ノルアドレナリン系やアセチルコリン系との連携に関しても神経障害性疼痛のモデル動物の脊髄、青斑核、その投射系の細胞活動について薬理学的な検証を行った。臨床に準じたの薬剤投与の例として、Paw-pressureテストの実験において、機械的侵害刺激を動物の後肢に与え、逃避した時の圧を逃避閾値として算出することができた。その結果は、正常ラットの逃避閾値は200g程度であるところ、SNLラットでは神経切断後100g前後まで低下するというものであり、この実験でも、SNLラットの機械的痛覚過敏が薬理学的介入によってどの程度改善するかを観察することができた。これは前年までの研究成果と整合するものであった。薬理学的前処置後の免疫組織学的実験では、PFAを用いてラットを潅流固定し、脊髄を取り出して形態観察用の切片を作成する手法を用いたが、それにより、青斑核の投射経路がこれまでより明瞭に検索でき、脊髄後角の抑制性介在ニューロンの役割についても示唆を得た。今回の各種の実験により、末梢神経障害性の痛みでは下行性制御系の活動が重要である事が再確認されたことは痛みメカニズムの解明に寄与したと考えられる。これまでの形態観察に関してはより精度を高め、活動しているニューロンが実際に抑制性介在ニューロンとしての機能を発揮しているかどうかを調べる予定である。あわせて、脊髄は海馬や小脳等の中枢神経と異なり、神経回路網や個々のニューロンの役割については未解明な部分が多いので、再度以下のような工夫をこらした電気生理学的手法を用いて、マウスを用いた先行研究では調べられていない次の二つのことを明らかにする予定である。第1段階として、移植したニューロンが実際にGABAを放出して、周囲のニューロンの興奮を抑制していることを確認する。まず蛍光顕微鏡下にVenusを発現するニューロンの周囲のニューロンを対象としてパッチクランプを完成させる。そして、Venusを発現しているニューロンの細胞体に刺激電極をあて、活動電位を発生させる。更にパッチランプ記録を行っているニューロンから抑制性シナプス後電流(IPSC)が観察され、それがGABA受容体の拮抗薬であるbicuculline(10 μM)によって消失すれば、記録しているニューロンが移植したニューロンからGABA作動性の入力を受けていることが確認できる。第2段階として、GABA作動性の入力が移植したニューロンからの直接的な入力、つまりmonosynapticな入力であることを確認するために、高頻度刺激を行ってfailureが見られるかどうかでmonosynapticな入力とpolysynapticな入力を区別する。移植したニューロンがどのような情報を皮膚から受け取っているか(Aβ繊維を介する触の情報なのか、あるいはAδやC繊維を介する痛みの情報なのか)を調べるために、脊髄後根付きスライス標本を作製する。本年の研究では様々な実験手法を用いた多角的なアプローチでこのメカニズムの解明を試みた。

脊髄後角の局所抑制回路では、I層およびII層外側ではGABAが重要であるが、II層内側より深部ではグリシンが重要であると報告しているものを再確認した上で、神経障害性疼痛のモデル動物の脊髄、青斑核、その投射系の細胞活動について薬理学的に検証した。行動実験:疼痛閾値の測定では、様々な薬剤を投与した上で、Paw-pressureテストを用い他実験を行った。機械的侵害刺激を動物の後肢に与え、逃避した時の圧を逃避閾値として算出した。正常ラットの逃避閾値は200g程度であるが、SNLラットでは神経切断後100g前後まで低下する。この実験では、SNLラットの機械的痛覚過敏が薬理学的介入によってどの程度改善するかを観察した。免疫組織学的実験では、薬理学的前処置後、4%PFAにてラットを潅流固定し、脊髄を取り出して形態観察用の切片を作成した。青斑核の投射経路を検索し、あわせて、脊髄後角の抑制性介在ニューロンは主に頭尾側方向に神経突起を伸ばすので、厚さ40 μmの矢状断切片を作成し、この切片から共焦点顕微鏡による連続的な写真撮影を行なった。これらの実験により、末梢神経障害性の痛みでは下行性制御系の活動が重要である事が確認された。特に、動物実験において三環系抗うつ薬が末梢神経障害後の痛み誘発性鎮痛の減弱を回復させることが確認された。また臨床的研究としてペインクリニック外来を訪れた慢性痛患者を対象として、問診票による神経障害性スコア(painDETECT Questionnaire)とMRI画像での大脳形態(voxel-based morphometry)の相関を検討した。その結果両側前帯状回、右後帯状回との性の相関が認められた。事前計画にある、マウスを使用した先行研究の、MGEから取り出した細胞を移植すれば疼痛が減弱するとの結果に関して知見を得る事ができた。そして、どのようなメカニズムでこの結果が生じたかは不明であったところ、本年の研究において様々な実験手法を用いた多角的なアプローチを行った結果、このメカニズムの一端が解明できた。特に、当初から関心のある脊髄後角の局所抑制回路に関して、I層およびII層外側ではGABAが重要であるが、II層内側より深部ではグリシンが重要であると報告したものが再確認でき、神経障害性疼痛のモデル動物の脊髄、青斑核、その投射系の細胞活動について薬理学的な検証も行えた。実際の薬剤投与の例としては、Paw-pressureテストの実験において、機械的侵害刺激を動物の後肢に与え、逃避した時の圧を逃避閾値として算出することができた。その結果は、正常ラットの逃避閾値は200g程度であるところ、SNLラットでは神経切断後100g前後まで低下するというものであり、この実験でも、SNLラットの機械的痛覚過敏が薬理学的介入によってどの程度改善するかを観察することができた。薬理学的前処置後の免疫組織学的実験では、PFAを用いてラットを潅流固定し、脊髄を取り出して形態観察用の切片を作成する手法を用いたが、それにより、青斑核の投射経路が検索でき、脊髄後角の抑制性介在ニューロンの役割についても示唆を得た。今回の各種の実験により、末梢神経障害性の痛みでは下行性制御系の活動が重要である事が確認されたことは痛みメカニズムの解明に寄与したと考えられる。本年の研究では多様な実験手法を用いて慢性疼痛治療開発の切り札となりうる下行性抑制メカニズムの解明を試みた。
超音波ビーム方向のリアルタイム制御機能を有する医用超音波診断装置の開発研究

(1)本研究者によって独自に開発された新しい計測・解析手法の臨床応用を可能とするため,すでに開発した計測装置に,大振幅で動いている心臓壁の位置をリアルタイムでトラッキングできる機能を設計・付加し,心臓壁上の振幅数ミクロンの微小振動の数百Hzの帯域にわたるリアルタイム計測を可能とした.(2)さらに本研究者によって開発された心筋局所ごとの運動機能評価法に基づき,計測された心臓壁の微小振動から,心筋内局所の厚み変化速度の空間分布を算出し,心筋の運動機能評価を可能とした.(3)水槽実験などにより診断システムの処理の詳細にわたる検討・精度評価の結果を基に診断システムの改良を行ない、計測精度はサブミクロンオーダであることを確認し、十分な精度が得られていることを実験的に確認した。(4)東北大学附属病院第一内科において,上記で構築した診断システムを用いて,健常者・循環器疾患(肥大型心筋症・アドリアマイシン心筋症)の患者の心臓壁・動脈壁の微小振動を計測した.(5)さらに計測収集した振動データを解析して,多数の患者(数十名)と正常者(約十名)の心筋の弾性特性の差異を詳細に比較し,心周期各時相における心筋伸縮特性の変化をもとに,診断に重要となる特徴量を決めた。特に収縮末期において拡張性パルスが存在することを新たに発見し、その周波数スペクトルを用いると心筋症の患者の伸縮特性を評価できることを実験的に示している。これらから従来にはない全く新しい循環器系の定量的精密計測診断法としての見通しをたてた。(6)以上の結果をまとめて本研究を総括し,実用化を進めた.以上、本研究では、心室後壁も含めて広い範囲にわたる心臓壁上の微小運動速度の高精度計測を可能とするリアルタイム計測システムを開発するとともに,その計測装置を東北大学附属病院で実際の患者に適用し,この全く新しい循環器系の定量的計測診断法が,臨床応用可能な心筋のviabilityの評価手法となる見通しをつけた。これらは医用超音波工学・循環器医学における大きな成果と言える。本研究の目的は、本研究者が開発してきた「心臓壁の微小運動の,超音波による非侵襲的高精度計測法」の空間分解能を向上させて動脈壁に適用できるようにし,動脈硬化の全く新しい定量的診断法を開発することにある.そのために、本年度は、以下の研究開発を行なった。(1)動脈壁の各層の微小振動を高い空間分解能で計測するための改造拍動に伴って振幅で動いている動脈壁の位置をトラッキングし,厚み変化を高精度に計測できる装置の基本設計と回路構築を行なった。(2)動脈壁の各層の弾性特性の算出非定常信号の高精度周波数スペクトル解析法を導入し,動脈壁とアテロームの内部組織に関する弾性特性を各周波数ごとに算出できるように改造した.(3)弾性率に関する断層像の描出超音波プローブから送信される超音波ビームの位置制御のための電子回路を設計・製作し、局所ごとに得られた弾性率をもとに断層像を描出した。(4)水槽実験による精度評価水槽内にシリコーンゴムを用いた模擬血管を作成し、以上の手法の精度評価を行なった。(5)多数の健常者の局所血管壁の弾性特性を測定東北電力(株)の「動脈硬化危険因子を有しない」各年齢別の正常者10名ずつ合計50名について,本計測法で局所血管壁の弾性特性を測定し,さらに、算出された動脈弾性値を評価した.