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二酸化炭素を含む未利用天然ガスから石油化学原料への直接変換触媒の開発

天然ガスの主成分はCH_4であるが、20%以上のCO_2を含む中小ガス田が存在し膨大な埋蔵量を有する。このような低品位天然ガスはLNG化に適さないため未利用の状態にあるので、本研究では、このような未利用天然ガス中のCH_4とCO_2を分離せずにそのまま原料に用い、高付加価値の石油化学原料であるC_2炭化水素(C_2H_4・C_2H_6)を直接製造できる触媒の開発を目指した。酸化還元能を持つMn酸化物と塩基性のアルカリ土類酸化物を組み合わせた複合酸化物触媒では、C_2選択率はCa-Mn<Ba-Mn<Sr-Mnの順で大きくなり、Sr-Mn上のC_2選択率は、最大で80%と従来のCa-CeやCa-Crより高く、かつ、Ca系複合酸化物とは異なりCO_2濃度依存性をほとんど示さないことが明らかとなった。この差異は、Transient-Kinetics法による反応直後の触媒表面の解析結果に基づき、触媒活性種の構造とC_2生成機構に起因するものと結論された。複合酸化物の高表面積化を意図し、従来のアモルファスシリカ(SiO_2)より大きな表面積(880m^2/g)と細孔容積(1.9cm^3/g)を持つメソポーラスモレキュラーシーブ(SBA-15)を合成して担体に用いたところ、いずれの酸化物もメソ細孔(7.4nm)内にナノ微粒子として保持され、C_2選択率は未担持の場合と同様にMn系複合酸化物で大きくなったが、C_2炭化水素の空時収量はBa-MnよりCa-Ceで約2倍となった。さらに、実際的観点から、SBA-15より表面積は小さいが熱安定性の高いアモルファスシリカ2種に複合酸化物を共担持したところ、C_2選択率はSBA-15担体で最も高かったが、一方、C_2空時収量は、表面積が最も小さなSiO_2(300m^2/g)に担持したCa-Ce触媒で最大となり、安定な性能を発揮した。Ca-Ce/SiO_2触媒上のC_2選択率の向上が今後のおもな検討課題と考えられる。現在利用されている大規模な天然ガス田は、平均的に10%前後のCO_2を随伴し、一方、さらに多くのCO_2を含む低品位天然ガスは、膨大な埋蔵量を持つにもかかわらず、大部分が未利用の状態にある。そこで、本研究では、随伴CO_2、を分離せずに酸化剤として用いて、天然ガスの主成分であるCH_4、を直接変換し、石油化学の主原料であるC_2H_4・C_2H_6を高収率で合成できる触媒の開発を目指している。本年度は、アルカリ土類金属-マンガン複合酸化物を使用し、高表面積を可能にする調製法で作成した酸化物触媒の性能を検討した。

Mn酸化物粉末をアルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba)塩の水溶液に含浸したのち、特殊な処理を施した複合酸化物触媒を調製し、石英製固定床流通式反応管を用いて、CO_2を含む天然ガスをシミュレートしたガスを反応させ、生成物(C_2H_4、C_2H_6、CO)をマイクロGCでオンライン分析した。その結果、Sr-Mn触媒はCa-Mn触媒より高いC_2炭化水素(C_2H_4、C_2H_6)選択性を示した。C_2選択率はSr/Mn原子比に依存しほぼ1で最大値(80%)を与えた。供給ガス中のCO_2濃度とC_2選択率の関係を調べたところ、Sr-Mn触媒は、Ca-Mn触媒とは対照的に、ほとんど濃度依存性を示さないことが明らかとなった。このような違いを調べるために、Transient Kinetics法を用いて、反応直後の触媒表面を解析した結果、Sr-Mn触媒では、SrMnO_<2.5>が反応過程で生成し、この中間体がCH_4を活性化していることが強く示唆された。また、触媒粒子をさらに微細にするため、均一なナノスペースを与えるメソポーラスシリカを合成し、複合酸化物のナノ微粒子化を現在進めている。20%以上のCO_2を含む低品位天然ガスは、LNG化に適さないため、膨大な埋蔵量にもかかわらず未利用の状態にある。そこで、本研究では、随伴CO_2を酸化剤に用い、天然ガス(CH_4)を石油化学原料(C_2H_4・C_2H_6)に直接変換できる触媒の開発を目指している。昨年度は、アルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba)とMnO_2からなる二元系酸化物の触媒性能を調べ、Sr-MnやBa-MnはCa-Mnより高いC_2選択率を示し、C_2生成機構は両者で異なることを明らかにした。本年度は、2種類の担体(シリカ、活性炭)を用いて、複合酸化物触媒の高表面積化を目指した。シリカには、通常のSiO_2より大きな表面積を持つメソポーラスモレキュラーシーブ(SBA-15)を合成して使用した。N_2吸着測定結果によると、SBA-5の平均細孔径は7.2nmで、BET表面積は880m^2/gと非常に大きかった。次に、Ca、Sr、Ba硝酸塩をエタノール水溶液より含浸担持後焼成した試料のXRD測定を行ったところ、これらの化学種による回折線は全く観測されず、メソ細孔内にナノ微粒子として存在することが示唆された。一方、Ceを担持した場合には、平均細孔径と同程度の結晶子径を持つCeO_2の回折ピークが認められた。昨年度と同様に、石英製流通式反応装置を用い、CH_4とCO_2の混合ガスを反応させ、C_2H_4、C_2H_6、COをマイクロGCでオンライン分析した。その結果、触媒量基準のC_2炭化水素(C_2H_4、C_2H_6)生成量はCa-Ce二元系よりCe単独の場合に高くなるのに対して、C_2選択率は両者であまり変わらず、また、C_2量はCa-Ce触媒量にほとんど依存しなかった。本系で得られたC_2生成量(触媒量基準)は担体を使用しない場合と同程度であり、担体を用いることで触媒成分を低減できることが明らかとなった。活性炭を担体とした場合の触媒性能についても、検討中である。天然ガスの主成分はCH_4であるが、20%以上のCO_2を含む中小ガス田が存在し膨大な埋蔵量を有する。このような低品位天然ガスはLNG化に適さないため未利用の状態にあるので、本研究では、CH_4とCO_2を分離せずに両者を原料に用い、高付加価値の石油化学原料(C_2H_4・C_2H_6)を直接製造できる触媒の開発を目指した。昨年度は、高表面積(880m^2/g)のメソポーラスモレキュラーシーブ(SBA-15)担体を用いると、C_2炭化水素生成量(触媒量基準)は未担持と同程度になることから、触媒成分の低減に有効であることを明らかにした。本年度は、SBA-15より熱安定性の高いアモルファスシリカ2種を担体に使用するとともに、酸化還元能を持つ褐鉄鉱(α-FeOOH)と塩基性を示す石灰水(Ca(OH)_2)より成る安価なFe/Ca触媒系に着目し、C_2生成量の飛躍的向上を図った。昨年度と同様に石英製流通式反応装置を用い、CH_4とCO_2の混合ガスを流通し、生成物(C_2H_4、C_2H_6、CO)をマイクロGCで分析した。
7回膜貫通G蛋白質共役型受容体のパルミトイルトランスフェラーゼの解析

哺乳類に約千種類存在する7回膜貫通G蛋白質共役型受容体(GPCR)は,特異的なリガンドによる刺激を受け取ることで,細胞内へシグナルを伝達する。GPCRのパルミトイル化は受容体の細胞膜発現や,シグナル伝達活性,脱感作過程などを制御することが知られているが,GPCRのパルミトイル化を担う酵素は未だ不明である。近年,DHHCシステインリッチドメインをもつ蛋白質(DHHC蛋白質)がパルミトイルトランスフェラーゼ(PAT)であることが明らかとなってきたことから,本研究ではDHHC蛋白質によるGPCRへのPAT活性の解析,GPCRの機能制御機構解明を目的とした。前年度では,酵母DHHC遺伝子欠損株の解析から,酵母に発現させたヒトDHHC蛋白質が正常に機能し,PAT活性を持つことを明らかにしたが,ヒトDHHC蛋白質による特定の基質へのパルミトイル化の検出まで進展していなかった。そこで本年度ではまず,GPCRと類似したパルミトイル化パターンをもつ酵母蛋白質Agp1に対するヒトDHHC蛋白質のPAT活性を解析した。その結果,酵母DHHC遺伝子akr1, erf2の二重欠損株ではAgp1のパルミトイル化が消失していたが,この株にDHHC-2,-3,-7,-15,-20,-21を導入した株ではAgp1のパルミトイル化が野生株と同程度起こり,DHHC-5,-6,-8,-10,-14,-18を導入した株ではパルミトイル化が中程度起こることを見出した。また,シナプス後膜においてシグナル因子集積の足場蛋白質として機能するPSD-95は,DHHC-2,-3,-7,-15によりパルミトイル化されることが報告されているが,本研究における酵母を用いた系においても同様のPAT活性が確認できたことから,酵母を用いた系のヒトDHHC蛋白質の機能解明への有用性が示された。このアッセイ系を用い,GPCRのPATの同定及びGPCRに対するDHHC蛋白質の基質特異性の解明を今後も継続していきたいと考えている。7回膜貫通G蛋白質共役型受容体(GPCR)は翻訳後にシステイン残基を介してパルミチン酸が付加されるパルミトイル化を受けている。GPCRのパルミトイル化は細胞膜発現やシグナル伝達,脱感作に重要であることが報告されているものの,GPCRのパルミトイル化を担う酵素は未だ不明である。近年,DHHCシステインリッチドメインを持つ蛋白質(DHHC蛋白質)ファミリーがパルミトイルトランスフェラーゼ(PAT)であることが明らかとなってきた。そこで本研究では,DHHC蛋白質のよるGPCRのパルミトイル化を解析し,GPCRに対するPATの基質特異性,PATによるGPCRの機能制御機構を明らかにすることを目指して研究を行った。我々は,これまでに解析を行ってきたスフィンゴシン1-リン酸(S1P)の受容体(GPCRでありS1P_1-S1P_5の5種類が存在)のうちS1P_1についてはパルミトイル化の有無とその部位の特定,S1P_1のパルミトイル化がシグナル伝達や脱感作に重要であることを明らかにしていたが,今回新たにS1P_1-S1P_5もパルミトイル化を受けることを[^3H]パルミチン酸ラベル実験及びアシルビオチン交換法により明らかにした。DHHC蛋白質はパルミトイル化を触媒する過程で,DHHC蛋白質自身がパルミトイル化された中間体を形成する。この中間体を検出することで,23種類ある哺乳類DHHC蛋白質のそれぞれのPAT活性を予測することを試みた。精製した各DHHC蛋白質と[^3H]パルミトイルCoAとの結合性を調べたところ,DHHC-2,-6,-10,-15がパルミトイルCoAとの結合性が高かった。このことから,これらはPAT活性を強く持っていることが示唆された。また,NMDA受容体依存的なセリンラセマーゼの細胞膜への移行にO-アシル化か関与することを明らかにした。哺乳類に約千種類存在する7回膜貫通G蛋白質共役型受容体(GPCR)は,様々な特異的なリガンドによる刺激を受け取ることで,細胞内ヘシグナルを伝達する。多くのGPCRは翻訳後にパルミチン酸による修飾(パルミトイル化)を受け,受容体の細胞膜への発現や,シグナル伝達活性,脱感作過程などが制御されているが,GPCRのパルミトイル化を担う酵素は未だ不明である。DHHCシステインリッチドメインをもつ蛋白質(DHHC蛋白質)ファミリーがパルミトイルトランスフェラーゼ(PAT)であることが近年明らかとなってきたことから,本研究ではGPCRに対するDHHC蛋白質の基質特異性,GPCRの機能制御機構解明を目的とした。前年度においてDHHC21がS1P_1のパルミトイル化を行っている可能性を示唆したが,哺乳類細胞に内在するDHHC蛋白質の機能の重複性からその解析は困難であった。そこで,遺伝子操作が容易であり,かつDHHC遺伝子を7種しか持たない酵母を実験モデル細胞として用いることで,DHHC蛋白質の基質特異性の解析を試みた。まず,DHHC遺伝子の単独欠損株,酵母DHHC蛋白質のなかで最も生育に重要であるakr1と他の6種の二重欠損株,およびakr1以外の6種を欠損させた六重変異株を作成した。

akr1欠損株は温度感受性を示したが,ヒトDHHC蛋白質を導入し高温での生育の相補能を調べたところ,23種中14種のDHHCを導入したものではその生育が相補された。このことから,酵母に発現させたヒトDHHC蛋白質が正常に機能し,PAT活性を持つことが明らかとなった。そこで,これらの酵母を用い,ヒト由来の様々なGPCRとDHHC蛋白質を酵母に発現させることで,GPCRのPATの同定及びGPCRに対するDHHC蛋白質の基質特異性を解明していきたいと考えている。哺乳類に約千種類存在する7回膜貫通G蛋白質共役型受容体(GPCR)は,特異的なリガンドによる刺激を受け取ることで,細胞内へシグナルを伝達する。GPCRのパルミトイル化は受容体の細胞膜発現や,シグナル伝達活性,脱感作過程などを制御することが知られているが,GPCRのパルミトイル化を担う酵素は未だ不明である。近年,DHHCシステインリッチドメインをもつ蛋白質(DHHC蛋白質)がパルミトイルトランスフェラーゼ(PAT)であることが明らかとなってきたことから,本研究ではDHHC蛋白質によるGPCRへのPAT活性の解析,GPCRの機能制御機構解明を目的とした。前年度では,酵母DHHC遺伝子欠損株の解析から,酵母に発現させたヒトDHHC蛋白質が正常に機能し,PAT活性を持つことを明らかにしたが,ヒトDHHC蛋白質による特定の基質へのパルミトイル化の検出まで進展していなかった。そこで本年度ではまず,GPCRと類似したパルミトイル化パターンをもつ酵母蛋白質Agp1に対するヒトDHHC蛋白質のPAT活性を解析した。その結果,酵母DHHC遺伝子akr1, erf2の二重欠損株ではAgp1のパルミトイル化が消失していたが,この株にDHHC-2,-3,-7,-15,-20,-21を導入した株ではAgp1のパルミトイル化が野生株と同程度起こり,DHHC-5,-6,-8,-10,-14,-18を導入した株ではパルミトイル化が中程度起こることを見出した。また,シナプス後膜においてシグナル因子集積の足場蛋白質として機能するPSD-95は,DHHC-2,-3,-7,-15によりパルミトイル化されることが報告されているが,本研究における酵母を用いた系においても同様のPAT活性が確認できたことから,酵母を用いた系のヒトDHHC蛋白質の機能解明への有用性が示された。このアッセイ系を用い,GPCRのPATの同定及びGPCRに対するDHHC蛋白質の基質特異性の解明を今後も継続していきたいと考えている。
古代日本列島北部地域における文化集団の移動に関する基礎研究

この研究では、次のことを明らかにした。北海道では、8世紀初頭を画期として続縄文文化の土壙墓とは異なる末期古墳が築造され、土器組成が東北地方土師器文化と同様のものになる。これらのことは、東北地方土師器文化集団が北海道に移動したことを示すものと考えられる。8世紀ころは、続縄文文化と東北地方土師器文化との人的、文化的な接触により、東北地方土師器文化の墓制・葬送や土器組成、住居形態などの文化要素が続縄文文化に受け入れられ、擦文文化が成立していく文化変容の画期である。本研究の目的は、古代における本州東北地方北部から北海道への文化集団の移動を明らかにすることにある。実施計画は、第一に「比較考古学的手法」により、日本列島北部の末期古墳と周辺集落の住居址について、その構造(特性)、出土遺物の比較検討を行う。第二に、北海道の末期古墳および周辺集落の住居址と、続縄文文化あるいはオホーツク文化の墳墓・住居址について、その構造(特性)、出土遺物の比較検討を実施する。第三に、「文献史学的手法」により文化集団の移動に関連する記述からの比較検討を行うものである。これらの計画により総合的な研究を実施し、古代における本州東北地方北部から北海道への文化集団の移動を解明する。平成25年度の研究は、研究目的にそって次のとおり実施した。(1)北海道中央部(江別市、恵庭市、千歳市)を中心に末期古墳と周辺集落(住居址)の構造(特性)、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(2)北海道中央部(恵庭市、千歳市、厚真町)を中心に続縄文文化の墳墓と周辺集落(住居址)の構造(特性)、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(3)北海道東部(根室市)を中心にオホーツク文化の墳墓と周辺集落(住居址)の構造(特性)、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(4)岩手県北部(盛岡市、宮古市、山田町)、青森県(平川市、青森市、弘前市)を中心に末期古墳と周辺集落(住居址)の構造(特性)、出土遺物の調査・データ集積を実施した。II文献史学的調査(1)刊行資料を中心に古代の文化集団の移動に関連する文献史料の集成作業を実施した。(2)岩手県北部(盛岡市)、青森県(青森市)、静岡県(静岡市、浜松市)、愛知県(知多市、田原市)を中心に古代の文化集団の移動に関連する木簡、墨書・刻書土器など文字資料の調査・集成作業を実施した。実施計画は、第一に「比較考古学的手法」により、日本列島北部地域の末期古墳と周辺集落の住居址について、その構造(特性)、出土遺物の比較検討を行う。平成26年度の研究は、研究目的にそって次のとおり実施した。I比較考古学的調査(1)北海道中央部(札幌市、江別市、恵庭市)を中心に末期古墳と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(2)北海道中央部(厚真町、札幌市、恵庭市)を中心に続縄文文化の墳墓と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(3)北海道北部(浜頓別町)を中心にオホーツク文化の墳墓と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(4)岩手県(久慈市、野田村)、青森県(八戸市)を中心に東北地方北部の末期古墳と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。II文献史学的調査(1)刊行史料を中心に古代の文化集団の移動に関連する記述等の集成作業を実施した。(2)岩手県(盛岡市)、青森県(八戸市)を中心に古代の文化集団の移動に関連する木簡、墨書・刻書土器など文字資料の調査・データ集積を実施した。(3)北海道東部(北方四島・国後島)を中心にオホーツク文化の集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。

(4)秋田県、青森県を中心に東北地方北部の末期古墳と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。II文献史学的調査(1)刊行史料を中心に古代の文化集団の移動に関連する記述等の集成作業を実施した。(2)京都府、神奈川県(鎌倉市)を中心に古代の文化集団の移動に関連する木簡、墨書・刻書土器など文字資料の調査・データ集積を実施した。I比較考古学的調査北海道の末期古墳と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積は昨年に引き続き、計画どおり実施することができた。続縄文文化の墳墓と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積は、北海道中央部について重点的に進めることができた。オホーツク文化の墳墓と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積は、北海道東部(北方四島)を中心に進めることができた。しかし、上記以外の地域の続縄文文化、オホーツク文化の墳墓と周辺集落ついては、調査対象が膨大であることや、業務多忙のため調査・データ集積が遅れている状況にある。東北地方北部の末期古墳と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積については、秋田県、青森県を中心に概ね計画どおり進めることができた。II文献史学的調査古代の文化集団の移動に関連する記述等の集成作業は刊行史料を中心に概ね順調に進めることができた。古代の文化集団の移動に関連する木簡、墨書・刻書土器など文字資料の調査・データ集積は、京都府、神奈川県(鎌倉市)を中心に実施することができたが、集成作業は遅れている。研究会は実施することができなかったが、秋田県(大館市)で研究協力者との打合せを実施した。本研究の目的は、古代における本州東北地方北部から北海道への文化集団の移動を明らかにすることにある。実施計画は、第一に「比較考古学的手法」により、日本列島北部地域の末期古墳と周辺集落の住居址について、その構造(特性)、出土遺物の比較検討を行う。第二に北海道の末期古墳および周辺集落の住居址と、続縄文文化あるいはオホーツク文化の墳墓・住居址について、その構造(特性)、出土遺物の比較検討を実施する。第三に「文献史学的手法」により文化集団の移動に関連する記述からの比較検討を行うものである。これらの計画により、研究目的に沿って平成2528年度の期間に次のとおり調査・研究を実施した。I比較考古学的調査(1)北海道中央部(最終年度は恵庭市、千歳市)を中心に末期古墳と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(2)北海道中央部(最終年度は恵庭市、千歳市、苫小牧市)、北海道東部(最終年度は北方四島の択捉島・国後島)を中心に続縄文文化の墳墓と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(3)北海道東部(最終年度は北方四島の択捉島・国後島)を中心にオホーツク文化の墳墓と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(4)青森県、岩手県(最終年度は宮古市、山田町)を中心に東北地方北部の末期古墳と周辺集落の立地環境、出土遺物の調査・データ集積を実施した。(2)青森県、岩手県、静岡県、愛知県、京都府、神奈川県、最終年度は奈良県(橿原市、明日香村)、岡山県(岡山市)、広島県(福山市)を中心に古代の文化集団の移動に関連する木簡、墨書・刻書土器など文字資料の調査を実施した。
真皮線維芽細胞から部位特異的に分泌される蛋白の機能解析

皮膚は体の部位により様々に異なる生化学的特性や組織学的構造を呈している。近年、真皮線維芽細胞が体の部位により、その形質を変化させ、体の部位毎の皮膚の違いに影響を与えていることが明らかとなってきている。これまでに私が同定した口腔粘膜の線維芽細胞に特異的に発現するEGFL6 (MAEG)について検討を進めた。口腔粘膜の線維芽細胞に特異的に発現するEGFL6の表皮角化細胞への直接的な作用を確認するため、表皮角化細胞にEGFL6を強制発現させることにより、オートクリンでの作用を解析した。一時的な遺伝子導入ではケラチン13などの分化型ケラチンをわずかに誘導することが確認されたが、恒常的に強制発現させた場合は分化はむしろ抑制され、増殖能亢進に作用した。また、胎生期マウス皮膚ではEGFL6は毛包を除く周囲の基底膜部に沈着していることから、EGFL6が口腔粘膜に発現していることで毛包の発生を抑制している可能性を考え、毛包発生に関与する因子について検討した。恒常的にEGFL6を強制発現させた表皮角化細胞ではFoxn1の発現が亢進し、BMP2, hairless homologの発現が減弱していた。口腔粘膜は皮膚に比べ、創傷治癒速度が速いことが知られている。口腔粘膜では線維芽細胞から分泌されるEGFL6により角化細胞の増殖が亢進され、創傷治癒が促進されると考えられる。また、hairless homologは、ヒトでの変異により先天性無毛症を生じることが知られており、EGFL6によりその発現が減弱されることは、口腔粘膜において毛包の発生を抑制している可能性がある。これらの結果より、EGFL6は線維芽細胞から分泌されることにより、口腔粘膜において、その形態維持に重要な役割を果たしていることが示唆された。これまでにサブトラクション法やマイクロアレイ法を用いて、躯幹や掌蹠、口腔粘膜の線維芽細胞における遺伝子発現の違いを解析し、各々の線維芽細胞から部位特異的に、あるいは優位に発現する因子を同定してきた。その中で、シグナルペプチド、表皮成長因子(EGF)モチーフを有し、掌蹠と口腔粘膜各々に特異的に発現する2つの因子について検討を進めた。これら2つの蛋白は未だ機能が明らかになっていないが、真皮線維芽細胞から部位特異的に分泌されることで、表皮の分化や付属器の発生などに関与する可能性があり、その機能解析は部位毎の皮膚の構造の違いを生み出す機序を明らかにするとともに、部位特異的に生じる皮膚疾患の病態解明や部位による創傷治癒の違い・癌の制御など実際の医療の現場に多大な貢献をもたらすと考えられる。掌蹠に特異的に発現する因子についてはポリクローナル抗体を作成し、蛋白レベルにおいても、掌蹠線維芽細胞で特異的に発現していることをウェスタンブロット法で確認した。現在、表皮角化細胞に各々の因子を強制発現させることにより、リアルタイムPCR法やウェスタンブロット法、免役組織化学法などを用いて、その機能を解析している。これまでに私が同定した口腔粘膜の線維芽細胞に特異的に発現するEGFL6(MAEG)について検討を進めた。

口腔粘膜の線維芽細胞に特異的に発現するEGFL6の表皮角化細胞への直接的な作用を確認するため、表皮角化細胞にEGFL6を強制発現させることにより、オートクリンでの作用を解析した。一時的な遺伝子導入ではケラチン13などの分化型ケラチンをわずかに誘導することが確認されたが、恒常的に強制発現させた場合は分化はむしろ抑制され、増殖能亢進に作用した。また、胎生期マウス皮膚ではEGFL6は毛包を除く周囲の基底膜部に沈着していることから、EGFL6が口腔粘膜に発現していることで毛包の発生を抑制している可能性を考え、毛包発生に関与する因子について検討した。恒常的にEGFL6を強制発現させた表皮角化細胞ではFoxn1の発現が亢進し、BMP2, hairless homologの発現が減弱していた。口腔粘膜は皮膚に比べ、創傷治癒速度が速いことが知られている。口腔粘膜では線維芽細胞から分泌されるEGFL6により角化細胞の増殖が亢進され、創傷治癒が促進されると考えられる。また、hairless homologは、ヒトでの変異により先天性無毛症を生じることが知られており、EGFL6によりその発現が減弱されることは、口腔粘膜において毛包の発生を抑制している可能性がある。これらの結果より、EGFL6は線維芽細胞から分泌されることにより、口腔粘膜において、その形態維持に重要な役割を果たしていることが示唆された。
REDD事業におけるコンセッション保有企業と地域住民の土地権をめぐる相克

昨年9月にインドネシアで最初に登録された生態系修復コンセッションの「ハラパン熱帯林再生プロジェクト」を視察した。コンセッション保有企業PT REKIとともに周辺のコミュニティをいくつか訪問しインタビューを行なった。当該研究がおもな対象とするリアウ州のカンパール半島の場合、泥炭湿地という特異な環境を基盤に生業を行う、比較的居住歴の新しいコミュニティが形成されているが、ハラパン熱帯林では、豊かな森林に依存する先住民のバティン・スンビラン、中央政府の国内移住政策による移住者を出自にもつ後世代のアブラヤシ農民や新規入植者など多様なアクターたちがプロジェクト地の周辺に分布する。こうした多様で多元的な周辺住民たちとのあいだで土地権をはじめとする様々な軋轢を抱えるREDD+プロジェクトを実地レベルで検証できたことは、カンパール半島における生態系修復コンセッションと住民基盤の森林保全管理の関わりを今後、探求してくうえで有効な視座を提供してくれると思われる。なお、ハラパン視察はつぎのレポートにまとめた。REDD+を離脱した生態系修復コンセッションーハラパン熱帯林プロジェクトの土地権をめぐる抗争ー(http://www.jatan.org/archives/4773)今年の3月にはカンパール半島で2回目の視察をおこなった。SG村では「村落林」の管理委員会メンバー4名、また「村落林」に隣接する植林企業コンセッション内で自然林の管理を担当している社員2名とともに実地検証した。両者のあいだの利害対立や協働の可能性について率直な意見交換をした。一方、SR村では「村落林」周辺でのトラの出没情報が相次いだため、実地検証を断念した。両村とも、「村落林」と直接的な関わりをもたない村の構成員にインタビューをおこない、コミュニティの「森」への依存度やパースペクティブについて多層的な理解を試みた。「村落林」に関しては、森林依存度の高い多くのコミュニティを対象に精力的なファシリテーションを進めるNGOでヒアリングを行う一方、現地レベルでの調査を2回に渡り複数村訪問し限られた短期滞在の中で多くのコミュニティメンバーからインタビューによる意見を聞くことができた。SG村では「村落林」管理メンバーおよび「村落林」に隣接するパルプ材植林企業の社員とともに実際に「村落林」周辺を実地視察した。パカンバルにて環境・林業省の出先機関である森林管理ユニット(Kesatuan Pengelolaan Hutan)のオフィスを訪問し、カンパール半島のREDD+プロジェクトなどを管理する担当官と会合を行い、活動進捗の状況を聞いた。現在までの調査でおおよそ把握できたことは、住民が一元的な管理を担う「村落林」の場合、持続的に管理・運営を進めるための法的・財政的な手当てがほとんどされていないのではないかということである。実態を見極めるために「村落林」の制度自体の検証とともに、現地レベルでも広くステークホルダーを対象にさらなる調査が必要である。ERC(生態系修復コンセッション)の管理企業であるPT. Gemilang Cipta Nusantara (GCN)の担当者と数回アクセスを試みたが依然、実現できずにいる。REDD+の遂行と住民自身による森林管理の相克という状況をなるべく多層的に理解する上で、管理企業とのインタビューは欠かすことができないと考えるので、次回の視察時にはぜひ、実現したい。カンパール半島では住民による木材需要が潜在的に存在する。単なる商業利用ではなく、伝統的な生業と関係している需要もあると見られるが、ERCや「村落林」など、政府による形式的な保全政策ではこうしたローカルコモンズの利用法が十分に構築できていない懸念がある。住民側に軸足を置いた検証を引き続き行なっていきたい。また、リアウ州とジャンビ州では、新規ERCの発効ともに、コミュニティとの土地権が増えている。新しい知見を広げるために次回以降、リアウ州北部とジャンビ州を視察したい。

一方、SR村では「村落林」周辺でのトラの出没情報が相次いだため、実地検証を断念した。両村とも、「村落林」と直接的な関わりをもたない村の構成員にインタビューをおこない、コミュニティの「森」への依存度やパースペクティブについて多層的な理解を試みた。「村落林」に関しては、森林依存度の高い多くのコミュニティを対象に精力的なファシリテーションを進めるNGOでヒアリングを行う一方、現地レベルでの調査を2回に渡り複数村訪問し限られた短期滞在の中で多くのコミュニティメンバーからインタビューによる意見を聞くことができた。SG村では「村落林」管理メンバーおよび「村落林」に隣接するパルプ材植林企業の社員とともに実際に「村落林」周辺を実地視察した。パカンバルにて環境・林業省の出先機関である森林管理ユニット(Kesatuan Pengelolaan Hutan)のオフィスを訪問し、カンパール半島のREDD+プロジェクトなどを管理する担当官と会合を行い、活動進捗の状況を聞いた。現在までの調査でおおよそ把握できたことは、住民が一元的な管理を担う「村落林」の場合、持続的に管理・運営を進めるための法的・財政的な手当てがほとんどされていないのではないかということである。実態を見極めるために「村落林」の制度自体の検証とともに、現地レベルでも広くステークホルダーを対象にさらなる調査が必要である。ERC(生態系修復コンセッション)の管理企業であるPT. Gemilang Cipta Nusantara (GCN)の担当者と数回アクセスを試みたが依然、実現できずにいる。REDD+の遂行と住民自身による森林管理の相克という状況をなるべく多層的に理解する上で、管理企業とのインタビューは欠かすことができないと考えるので、次回の視察時にはぜひ、実現したい。カンパール半島では住民による木材需要が潜在的に存在する。単なる商業利用ではなく、伝統的な生業と関係している需要もあると見られるが、ERCや「村落林」など、政府による形式的な保全政策ではこうしたローカルコモンズの利用法が十分に構築できていない懸念がある。住民側に軸足を置いた検証を引き続き行なっていきたい。また、リアウ州とジャンビ州では、新規ERCの発効ともに、コミュニティとの土地権が増えている。新しい知見を広げるために次回以降、リアウ州北部とジャンビ州を視察したい。助成の初年度にあたる昨年度は、現地視察が9月の一度に限られたため、2年目の今年度は、都合三回の実地視察を計画している。
患者体内中の実線量分布推定技術による革新的陽子線治療法の研究

陽子線を用いた放射線治療ではがん病巣へのピンポイント照射が期待される。ただし、体内の陽子線を直接目で見ることはできないため、実際に計画通りの照射が行えたかどうかを確認することは困難である。本研究では陽子線治療時に得られるPET画像を用いて体内の実照射線量を推定するアルゴリズムを開発する。また、作成した線量推定アルゴリズムを陽子線治療とPET撮影を同時に行った過去の臨床データに適用することで陽子線の実照射線量が治療結果に及ぼす影響を評価する。
プラスミド様2本鎖RNAレプリコンの起源と進化

私たちは、1990年代から、宿主植物に対して病徴を示さず、宿主細胞に一定量存在し、垂直(種子)伝播するといったプラスミド様の性質をもち自己複製する2本鎖RNAレプリコンが種々の植物から検出されることを報告してきた。さらに、菌類、原生生物、昆虫からも同様な性質を示す2本鎖RNAが検出される。本研究では、植物だけでなく菌類、昆虫から検出される2本鎖RNAについて、塩基配列を中心とした分子構造を明らかにし、プラスミド様2本鎖RNAレプリコンの普遍性について明らかにした。植物病原菌Alternalia alternate EGS35-193株からは、3.6-1.5kbpの4成分の2本鎖RNAが検出される。L鎖(3.6kbp)を鋳型としてcDNAクローニングをおこない全長の塩基配列を決定したところ、L鎖はTotivirusとChrysovirusのRNA依存RNA合成酵素(複製酵素)に相同性を示すタンパク質をコードするが、その相同性は低く、新規な2本鎖RNAウイルスに分類されうる可能性が示された。昆虫ヤマヨツボシオオアリ(Camponotus yamaokai)からは、約6.3kbpの2本鎖RNAが検出される。この2本鎖RNAを鋳型にcDNAクローニングをおこない、約5kbpの塩基配列を決定・解析したところ、この2本鎖RNAは、TotivirusのRNA依存RNA合成酵素に相同性を示すタンパク質をコードすることが分かった。この結果は、昆虫に存在するプラスミド様2本鎖レプリコンから得られた初めての塩基配列情報である。また、Totivirusは、植物、原生生物、菌類から検出されていることから、動物(昆虫)も含めて、真核生物全般に分布するプラスミド様の性質を示す2本鎖RNAレプリコン(ウイルス)であることが示された。種々の植物には、宿主植物に対して病徴を示さず、宿主細胞に一定量存在し、垂直(種子)伝播するといったプラスミド様の性質の自己複製する2本鎖RNAレプリコンが存在する。さらに、菌類、原生生物、昆虫からも、同様な性質を示す2本鎖RNAが検出される。我々は、イネより検出される約14kbpのプラスミド様2本鎖RNAレプリコンが、新たなウイルス(Endornavirus)に分類されることを示した。本研究では、植物病原菌である紫紋羽病菌(Helicobasidium monpa)からも約15kbpの高分子2本鎖RNAが検出され、この2本鎖RNAの部分塩基配列を決定したところ植物のEndornavirusと近縁であることが示された。これらの結果から、高分子プラスミド様2本鎖RNAレプリコン(Endornavirus)は、植物のみならず菌類にも分布し、菌類が媒介し広範囲の植物に分布した可能性が示唆された。また、植物病原菌Alternalia alternataから検出される2本鎖RNAについてもcDNAクローニングおよび塩基配列解析を進めた結果、この2本鎖RNAは、プラスミド様の性質を示す2本鎖RNAウイルスであるTotivirusのRNA依存RNA合成酵素(複製酵素)に相同性を示すタンパク質をコードするが、その相同性は低く、新規なRNAウイルスに分類されうる可能性を示した。さらに、プラスミド様2本鎖RNAレプリコンが広い範囲の生物に分布する普遍的なRNAレプリコンであることを示すために、昆虫(アリ)に存在する2本鎖RNAの単離とcDNAクローニング、および哺乳類細胞(ヒト培養細胞)からの2本鎖RNAの検出を試みた。
男性不妊症における精子卵結合異常の研究

我々は精子卵結合異常による不妊症という新たな疾患単位の研究において、ヒトにおける臨床的研究とマウスにおける基礎的研究の両面からアプローチを試み、平成8、9年度においてはともに完全に計画通りの成果を得ることができた。1)ヒト精子CD46のクローニングCD46は各臓器特異的なバリアントが多くあるが、精子CD46は糖鎖をもたない非常に特徴的な構造をしており、小胞体の相同器官であるアクロゾームに局在している。我々はそのクローニングに成功し、他のCD46とは異なる特徴的な細胞内ドメインを持つことを示した。それをCHO細胞に強制発現させたところ糖鎖を持たない分子が小胞体内に限局して見られた。さらにその精子卵結合における機能をヒトの精子卵結合のモデルであるハムスターテストを用いて体細胞のCD46と比較したところ有意に高い結合が見られた。つまり、ヒト精子CD46においてはその細胞内ドメインに翻訳後の修飾に関する情報があり、それにより精子卵結合における機能への特化が起こるものと思われた(Immunology in press)。2)マウスCD46のクローニングヒト、モルモット等との遺伝子配列の比較により相同領域を推定し、そのプライマーを用いてPolymerase Chain Reactionを行ない717bpのバンドを得、これをprobeにしてマウス精巣のcDNA libraryより1.2kbのcDNA全長のクローニングに成功した。Northern blotting,ペプチド抗体を用いたWestern blottingにてマウスCD46は精巣特異的に発現していることが明かになった。これは生殖系と免疫系の関係を考えるうえで非常に興味深く、現在その補体制御能などの機能的解析終了後投稿予定である。またそのノックアウトマウスは生殖系に限定した機能解析ができることが期待されるため、このcDNAを用いてgenomeの解析を開始している。平成8年度の当初の計画にしたがい、大阪大学医学部泌尿器科不妊外来を中心に精子卵結合の異常を疑わせる計63名の患者精子を用い、Acrobeads testで7名の陰性症例を得た。これらに対してさらに大阪府立成人病センターより提供を受けた3種類の抗CD46モノクローナル抗体でImmuno blottingを行ない、3名の患者精子にCD46の異常を見い出した。うち2名はどの抗体に対しても反応が得られず、他の一名ではあるエピトープにのみ反応が得られた。ところが、どの症例もリンパ球上のCD46には異常がみられなかった。このCD46の精子特異的な発現異常は精子独特のpost-translational modificationを考えるうえで非常に興味深い。また、臨床的にもこの3例は精子卵結合の異常による不妊という新しい不妊症の概念を提唱するものであると考えられる。以上の結果は第22回アメリカアンドロロジー学会にて報告(Journal of Andrology 1997 sup.50)し、Journal of Reproductive Immunologyに投稿、in pressとなっている。また、当初平成9年度施行予定であった精子CD46のクローニングはすでに開始され、部分的にそのアミノ酸配列が得られている。これによると精子CD46は体細胞のCD46と異なる特異的な細胞内ドメインをもつようである。現在その機能的解析をすべく全長のクローニングをすすめている。

我々はそのクローニングに成功し、他のCD46とは異なる特徴的な細胞内ドメインを持つことを示した。それをCHO細胞に強制発現させたところ糖鎖を持たない分子が小胞体内に限局して見られた。さらにその精子卵結合における機能をヒトの精子卵結合のモデルであるハムスターテストを用いて体細胞のCD46と比較したところ有意に高い結合が見られた。つまり、ヒト精子CD46においてはその細胞内ドメインに翻訳後の修飾に関する情報があり、それにより精子卵結合における機能への特化が起こるものと思われた(Immunology in press)。2)マウスCD46のクローニングヒト、モルモット等との遺伝子配列の比較により相同領域を推定し、そのプライマーを用いてPolymerase Chain Reactionを行ない717bpのバンドを得、これをprobeにしてマウス精巣のcDNA libraryより1.2kbのcDNA全長のクローニングに成功した。Northern blotting,ペプチド抗体を用いたWestern blottingにてマウスCD46は精巣特異的に発現していることが明かになった。これは生殖系と免疫系の関係を考えるうえで非常に興味深く、現在その補体制御能などの機能的解析終了後投稿予定である。また、そのノックアウトマウスは生殖系に限定した機能解析ができることが期待されるため、このcDNAを用いてgenomeの解析を開始している。
電子線・レーザー逐次照射法による微細加工用高分子の新規放射線増感反応の探索

レジスト材料の感度増加を目指すため、電子線とレーザーまたはXe光を同時または逐次的に照射する新規プロセスについて研究を行った。電子加速器からの電子線とNd:YAGレーザーを逐次的に照射する「パルスラジオリシスーレーザーフォトリシス法」による光吸収分光実験により、レジスト分子の電子線誘起中間体の光分解反応が起こることを明らかにした。さらに、電子線とXeランプの可視光域の同時照射を行い、レジスト感度が増加することを示し、本プロセスの有効性を明らかにした。現在半導体製造リソグラフィプロセスには、露光源として主にレーザーを利用した手法が用いられている。加工寸法の縮小に伴い、電子線や極端紫外光(EUV)が次世代の露光源として有望視され開発が行われているが、現状では実現のために特にその生産性の改善が問題となっている。本研究では、レジスト材料の感度増加を目指す、電子線とレーザーをマイクロ秒以内のタイミングで逐次的にレジスト材料に照射する新規プロセスについて研究を行った。従来研究を行ってきた、レジスト材料やそのモデル有機化合物の放射線・光化学の研究をより発展させ、逐次量子ビーム誘起による新規な増感反応機構の詳細を明らかにすることが本研究の目的である。本年度は、レジストおよびその誘導体を対象として評価を行った。北大45 MeV電子加速器からの電子線と同期させる励起用のレーザーとしては、Nd:YAGレーザーの発振波長である1064 nmおよび第二、第三高調波(それぞれ532 nmおよび355 nm)を使用し、照射を行った。電子線とレーザーを逐次的に照射することによる、放射線・光反応機構を調べるため、「パルスラジオリシスーレーザーフォトリシス法」の適用可能性ならびにレジスト高感度化について、以下の項目について明らかにした。1.レジスト高分子の放射線誘起中間体であるラジカルカチオンおよびフェノキシラジカルの過渡吸収ならびに基礎吸収スペクトルの評価を行い、適用できるレーザー波長について明らかにした。2.レーザー照射によるイオン化反応の影響を考えると、中間体の吸収極大波長域(460 nm)のレーザー照射がよりレジスト高感度効果が大きいことが明らかとなった。3.レジスト感度評価に必要となる45 MeV電子線1shotあたりの吸収線量を、ポリ(4-ヒドロキシスチレン)薄膜をサンプルとして生成する酸収量から求めた。1shotあたりの吸収線量は約100 Gyと評価した。次世代の半導体加工プロセスであるリソグラフィ技術として用いられる電子線や極端紫外線では、レジストにおいて放射線化学反応が誘起される。本研究では、数十MeVの電子線で生成した短寿命活性種を2次的なエネルギーを加えることで、分解反応を促進させる新規増感反応について明らかにし、半導体リソグラフィ技術へ向けた応用を目指す。前年度の「パルスラジオリシスーレーザーフォトリシス」法によるレジスト溶液の過渡吸収スペクトル測定によって、電子線照射で生じた短寿命活性種のレーザー光による分解に基づく過渡吸収の減少(フォトブリーチ)を、いくつかの条件で行うことに成功した。ただし、レーザー照射によるイオン化反応の影響を考えると、ラジカルカチオンの吸収ピーク波長域(460 nm付近)のレーザー照射が好ましいとの結論が得られた。本年度は、2次照射による分解の対象となるラジカルカチオンの吸収極大波長である460 nmのエネルギー帯のレーザーの導入が困難であったため、2次照射の励起波長を幅広く用いることのできるXeフラッシュランプからの白色光を二次照射源として用いて、感度への影響について調べた。実施は大阪大学産業科学研究所にて既存のナノ秒パルスラジオリシスの光学系を利用して照射を行った。その結果、現像後のパターン面積は逐次/同時照射によって、二次露光なしの場合と比較して大きくなったことから、本手法のレジスト増感反応への有効性が明らかとなった。現在、先端半導体製造リソグラフィプロセスには、露光源としてエキシマレーザーが主として用いられ、30 nm以下の最小加工寸法が実現されている。今後、最小加工寸法が10 nm以下の世代においては、極端紫外光(EUV)や電子線など、レジスト材料の電離を誘起する露光源の使用が有望視されている。しかしながら、現状ではその導入においては、特にその生産性の改善に関して問題となっている。本研究は、露光源として電子線を照射すると共に、レーザーやキセノン光をマイクロ秒以内のタイミングで逐次的または同時にレジスト材料に照射を行う、新規プロセスでの放射線化学ならびにレジスト材料の感度増加等のリソグラフィ性能を明らかにすることが目的である。前年度までに電子線とレーザーを逐次的に照射を行うことを吸収分光法により測定を行う「パルスラジオリシスーレーザーフォトリシス」法により、電子線照射により生成したレジスト高分子のラジカルカチオンが波長355 nmのYAGレーザーの二次照射により分解することが明らかとなった。そして既存の加速器からの電子線を使用したナノ秒パルスラジオリシスの光学系を用いた化学増幅型レジスト薄膜への露光法として適用を行った。しかし加速器からの電子線はレジスト照射時において、サンプルに対する均一エネルギー照射が困難であることから、本年度は、低エネルギー(<100 keV)電子線露光装置にキセノン光源を組み合わせることにより、本手法を用いてレジスト感度に対する評価を行った。ヒドロキシスチレンーアクリレート型の化学増幅型レジストを用いた結果、感度が増加することが分かり、本手法が電子線やEUVレジストの感度増加に有効であることが明らかとなった。

電子加速器からの電子線とNd:YAGレーザーを逐次的に照射する「パルスラジオリシスーレーザーフォトリシス法」による光吸収分光実験により、レジスト分子の電子線誘起中間体の光分解反応が起こることを明らかにした。さらに、電子線とXeランプの可視光域の同時照射を行い、レジスト感度が増加することを示し、本プロセスの有効性を明らかにした。本研究の研究目的である逐次照射法について、電子線とレーザーならびにキセノンフラッシュランプを使用した体系を構築し、想定した通りレジストに本露光法を適用した照射を行うことによる感度増加について明らかにすることができた。原子力学引き続き電子線と二次露光源の逐次照射による研究を進める。今年度は電子線源として、加速器からの数十MeVの電子線に替えて、100 keV以下の電子線と組みわせた体系を構築し、レジストへの感度の影響についてより詳細に検討を行っていく。本研究の目的であるレジストの増感反応について、計画通り感度評価の手法を確立することができた。また増感に必要な分子組成を明らかにすることができた。さらに、理論的な解釈について、分子軌道計算等を組み合わせることにより、次年度以降行えるようになった。同時露光実験の消耗品について、北海道大学における施設利用実験が困難になったため、想定より減少した。また、旅費については、LCCを積極的に利用したことにより減少した。加速器からの電子線とレーザーを逐次照射を行うパルスラジオリシスーレーザーフォトリシス法を、北海道大学で行うとともに、新たに大阪大学での波長可変レーザーを用いたシステムによって遂行し、レジストの増感反応の高性能化を目指す。また並行して理論的なアプローチを積極的に進めるとともに電子線パルスラジオリシスによるサンプル中での放射線化学反応を明らかにしていく。消耗品:レジストならびに現像液等を主に購入する。旅費等:本研究で得られた成果を発信するための、学会発表の旅費ならびに論文投稿費用について計上している。
感染経路となるマスク、アイガードの不適正使用を抑止するための研究

予備実験として、診療前後のマスク、アイガード、診療着を対象にATP+AMPふき取り検査を実施し、測定した汚染度より測定場所のプロトコルを作成した。このプロトコルに基づきマスク、アイガード、診療着の汚染度の調査およびその使用状況を調査するため、所属機関の倫理委員会の承認を得た。現在は、診療時のマスク、アイガード、診療着への手指の接触状況について、各施設の外来においてビデオカメラの設置位置の確認を行っている。予備実験として、東京歯科大学水道橋病院、千葉歯科医療センターにおいて診療前後のマスク、アイガード、診療着を対象にATP+AMPふき取り検査を実施し、汚染度を測定した。これによりハイリスク領域の洗い出しを行い、測定場所のプロトコルを作成した。このプロトコルに基づき、マスク、アイガード、診療着の汚染度の調査およびその使用状況を調査するため、所属機関の倫理委員会の承認を得た。今後はこれらをもとにマスク、アイガード、診療着の汚染度および使用状況について調査を行っていく予定である。(理由)協力施設との旅費を必要とする打合せ回数が,当初予定より少なかったため。(計画)協力施設での測定を行うにあたり、現場での打合せをより緊密に行う必要があるため、その旅費として計上する。
随意運動に関わる脊髄神経機構に可塑性を促す神経リハビリテーション法の開発

本研究は、脊髄障害後、脊髄神経系の退行抑制を促し、運動機能の再建を担う詳細な神経基盤の理解とその方法論の開発を念頭におき、研究を行った。特に、脳から脊髄へのわずかな運動指令でも運動発現できる方法論と訓練法について開発し、具体的には、被験者が脳内で運動をイメージするだけで、反射性に自由な運動を表出するシステムを構築した。さらに、これらのトレーニングを継続すると、実際の随意運動の軌跡動揺がスムーズになることが観察された。当該トレーニングは、運動イメージのみで訓練するが、興味深いことに、運動を繰り返し行う運動トレーニングと同等の効果が得られることがわかった。平成26年度は、運動機能や脊髄神経回路の再学習を妨げる“痙縮"を制御する方法論とその可塑性について検討し、神経リハビリテーション遂行前に、反射回路の過剰亢進を制御できる方法論の確立を目的とした。痙縮の一つの要因として、脊髄伸張反射回路の異常亢進が挙げられる。そこで報告者は、脊髄単シナプス反射であるHoffmann反射(H反射)を被験者自ら、制御するという反射学習モデルを立案し、脊髄反射の学習効果を効率的かつ迅速に獲得することができるかについて着眼した。今回、異なる足関節の運動課題中(持続的に筋収縮を行っている課題とランプ型運動課題)に、ヒラメ筋H反射による単収縮張力を被験者にフィードバックし、自らその単収縮張力を増減させるスキルを獲得できるかについて検討を行った。その結果、持続的に筋収縮を行っている間、被験者が試行錯誤を繰り返すうちに、100試行中(H反射を誘発させるための神経刺激の試行回数。5秒に1回の頻度で刺激を行う)、50試行付近から背景筋活動を変化することなく、反射振幅を減弱させることが可能となった。しかしながら、反射振幅を増大させる制御は、獲得されなかった。一方、ランプ型に足関節底屈運動を行っている間では、わずか10-20回程度の試行で、背景筋活動を変化させることなく、反射振幅を増大および減少させることができるようになった。これらの結果は、1)被験者自ら、脊髄反射を制御することが可能であること、2)そのスキル獲得は、運動課題に依存すること、が本研究から明らかとなった。今までの脊髄反射学習効果は、1-2か月程度のトレーニング期間が必要であると考えられているが、本研究では、運動課題を工夫することで、十数回程度の試行によって、そのスキルを獲得できる可能性がある。このことは、不全脊髄損傷者における痙縮制御に役立つ基礎データになりうると考えられた。本年度(平成27年度)は、随意運動に関わる脊髄神経回路網の活動を励起し、上位中枢からのわずかな指令においても、運動発現できる方法論とその訓練法について検討した。随意運動に関わる脊髄神経システムは、脊髄反射回路の大部分とその回路を共有し、円滑な運動を再現する。そこで我々は、末梢神経刺激(group Ia刺激)によって、あらかじめ脊髄神経回路網を賦活化させ、その間、脳内の運動想起(イメージ)によって、円滑な運動を再現できるのか、について検討を行った。低強度の電気刺激(運動閾値の0.5-0.7倍程度、3 Hz)を脛骨神経(膝窩部)に与えると、極めて小さい、ヒラメ筋単シナプス性反射の単収縮力の連続[最大随意収縮力(MVC)の0.2-0.5%程度]が観察できる。その間、被験者は、眼前のモニターに示されているランプ型ビームを標的に、足関節底屈運動を脳内で想起する(イメージする)という課題を繰り返す(100回のトレーニング)。その結果、トレーニングの初期段階(0-30回)において、被験者はその運動を発現させることができなかった。しかし、その後、運動イメージの試行錯誤を繰り返すと、トレーニング終盤(80-100回)、標的レベルに近い反射性運動を生起できるようになった。ただし、この段階での運動は、決して円滑なものではなく、いわゆる“単収縮の連続が漸増していく"力の軌跡を示していた。その後、この運動を“滑らかにする"という教示のもと、さらに課題を繰り返すと(100回程度)、その軌跡は、標的ビームとほぼ近い様相(ランプ型)を呈するようになった。これらの結果は、末梢神経等刺激により、脊髄神経回路をあらかじめ賦活させておくと、微弱な下行路入力(運動イメージ)でも、随意運動に近い反射性運動を発現・制御できるようになるというものである。今後、この訓練法が実際の運動発現に対して、どのような影響を及ぼすのかについて検討予定である。申請時から計画していた研究内容をほぼ計画通りこなせており、来年度(28年度)に向けた良いデータが得られたと感じている。我々は、27年度までに、1.末梢神経刺激(Ia群線維への連続刺激)によってあらかじめ脊髄神経回路網を賦活化し、2.その間、脳内で運動イメージを想起するだけで、円滑な反射性運動を発現させる運動訓練法を開発した。そこで、本年度(28年度)は、当該訓練後、実際の随意運動発現に対し、どのような変化を及ぼすのか、について検討を加えた。低強度の電気刺激(運動閾値の0.5-0.7倍、3 Hz)を脛骨神経に与えると、極めて小さいヒラメ筋単シナプス性反射の単収縮力の連続が観察できる。その間、被験者は、眼前のランプ型視覚フィードバックを手掛かりに、足関節運動を脳内でイメージする(100試行を繰り返すトレーニング課題)。