hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幹細胞由来パラクライン因子を応用した新規歯周組織再生治療の開発

破壊された歯周組織を再生させることは、直接的に歯の保存の可能性を拡大し、咀嚼、発音、審美的な機能、状況を改善すると考えられる。我々は歯周組織の再生において重要な役割を果たすことが知られている歯根膜から間葉系幹細胞を単離培養し、この歯根膜幹細胞から得られた液性因子を用いた歯周組織再生治療の開発を研究目的とした。実験動物に実験的に歯周組織欠損を作製し、歯根膜幹細胞から回収した培養上清を濃縮後、コラーゲンスポンジを担体として欠損内へ移植した。移植後4週間で実験動物をトサツし、新生歯槽骨量をマイクロCTを撮影することにより計測した。一方、皮膚由来線維芽細胞から回収した培養上清、あるいは培養液のみをインキュベートしたサンプルを同時に作製し、実験のコントロールとした。同様に実験動物に歯周組織欠損を作製し皮膚線維芽細胞由来培養上清およびコントロール培養上清を移植し、マイクロCTを撮影して再生量を観察した。その結果、術後4週において歯根膜幹細胞由来培養上清を移植した欠損では、皮膚線維芽細胞あるいはコントロール培養上清を移植した欠損と比較して、有意な歯槽骨の新生が観察された。再生を誘導した歯根膜間葉系幹細胞由来培養上清に含まれるタンパク成分をLC-MS/MSあるいはプロテインアレー解析によって広範囲に検討したところ、いくつかの特徴的な成長因子、ケモカイン、サイトカインを見出した。また、歯根膜幹細胞由来培養上清による歯周組織創傷治癒促進のメカニズムを検討する目的で、移植後の術部位局所における遺伝子発現を検討したところ、歯根膜間葉系幹細胞培養上清移植は局所における炎症性サイトカインの遺伝子発現を抑制していた。これらの結果より、歯根膜間葉系幹細胞培養上清によって炎症反応が抑制されている可能性が示唆された。再生現在、研究はおおむね順調に進展していると考えている。幹細胞としてヒト歯根膜幹細胞を用いており、幹細胞が継代により幹細胞性を失う事から、抜去歯からの初代培養細胞を継続的に培養する必要がある点や、動物実験を中心にデータを集めているため移植後4週間の治癒の期間がかかること、一匹の移植手術にかかる時間が長いこと(約3時間)、ある程度以上の実験数(n)が必要である事を考え併せると、実験には相当の時間が掛かるものと予想し計画していたが、実験の進展度は計画通りと考えられる。平成24年度は本研究の初年度にあたるため、まず細胞から得られる培養上清の採取の方法、その後の処理方法についての検討に時間を割いた。この段階は今後2年間にわたる本研究全体を左右する重要なステップと考えられるため、多くの時間が費やされた。培養上清を濃縮するか否か、上清を回収するための培養時間をどれほどの長さに設定するか、培養上清を保持する移植担体には何が適切であるか、について検討を重ね、結果として培養上清を動物モデルに投与する適切な方法を確立することができたと考えている。この方法が確立できたことにより、今後の動物実験を確実かつ迅速に実行することが可能と思われる。確立された方法を用いて培養上清を動物モデルに移植し4週後にマイクロCTを撮影し再生量を評価したところ、歯根膜幹細胞から得られた培養上清が他の培養上清と比較して、歯周組織の再生量を増強していた。この結果は、我々が本研究を立案する際に立てた仮説が部分的に正しいことを示しており、今後の研究を本研究の計画通りに進めることの根拠となると考えられる。
フレキシブルな燃料電池実現のための微細構造制御電極材料の創製

多様な燃料種供給時の固体酸化物形燃料電池の発電特性を調べるために、炭化水素系燃料を対象に検討を行った。まず、模擬バイオガスを直接SOFCに供給した場合、1000°Cという高温作動温度では改質反応も十分に早く、直接バイオガス型のSOFC発電は可能であると考えられる。また、CH_4/CO_2が高く、S/Cが低いアノードガスを供給するほど高い開回路電圧とI-V特性が得られた。電解質膜とアノード中の電解質成分をYSZより導電率の高いSSZに変更したところ、高電流密度域でI-V特性が向上した。また、バイオガス中の代表的な燃料不純物である硫化水素の影響によるセル電圧降下は、水素、外部改質バイオガス、内部改質バイオガスの順で大きくなった。しかし、測定を行ったH_2S濃度においては0.10.2V程度の電圧降下の後にセル電圧が安定することが確認できた。これらの研究から、イオン伝導性に優れるスカンジア添加ジルコニアを用いることによって多様な燃料に対応できる、よりフレキシブルな燃料電池になることを見出した。また、n-DecaneをSOFCに直接供給した場合、反応ガス組成は平衡組成から程遠く、タール等の反応生成物が確認された。一方、Ru/Al_2O_3触媒を用いて外部改質を行って供給した場合には、外部改質触媒層において水蒸気改質が促進され、セル性能劣化が抑制されることが明らかになった。固体酸化物形燃料電池(SOFC)は燃料種選択の自由度の最も高い燃料電池で、炭化水素系ガスなどを直接電極に供給して行う内部改質型発電も比較的容易である。燃料ガスはC、H、Oから主に構成されるために、C-H-O状態図上に燃料ガスの位置が一義的に決まり、完全平衡が成り立つ場合は、炭素析出の有無や理論起電力、ガス分圧を知ることができる。本年度は、アルコールや高級炭化水素を燃料として直接供給した際のSOFCの発電特性を測定評価することを目的とした。まず、灯油を模擬した高級炭化水素燃料および合成灯油を直接SOFCに供給した場合と、外部改質層を介して供給した場合の発電特性および反応ガス組成を比較評価した。それらの結果および中間生成物の分析結果などを基に、性能劣化の原因についても検討した。燃料電池性能の劣化が、触媒表面での炭素析出を伴って起こることが明らかになった。また、アルコールやバイオガスなどのいわゆるバイオエネルギー資源を利用したSOFC発電が可能になれば、再生可能なゼロエミッションエネルギーシステムを構築できるはずである。本研究では、この可能性に着目し、アルコールや模擬バイオガス燃料を供給した際の発電特性を調べ、反応ガスの分析を行った。また、熱力学平衡計算を行って、作動温度における平衡ガス組成を求めて実験結果と比較した。アルコール燃料供給時には、分解改質が容易に起こるので、直接燃料供給型SOFCが実現可能であることがわかった。多様な燃料種供給時の固体酸化物形燃料電池の発電特性を調べるために、今年度は炭化水素系燃料を対象に検討を行った。

また、n-DecaneをSOFCに直接供給した場合、反応ガス組成は平衡組成から程遠く、タール等の反応生成物が確認された。一方、Ru/Al_2O_3触媒を用いて外部改質を行って供給した場合には、外部改質触媒層において水蒸気改質が促進され、セル性能劣化が抑制されることが明らかになった。
「クーデタ後」の政軍関係の比較政治史的研究－イベリア両国を事例として－

本年度は主に以下の3つの作業を行った。第一に、19ー20世紀のスペイン・ポルトガルにおける政軍関係に関する二次文献の渉猟を行った。このテーマに関しては両国において一定の研究の蓄積があり、また英語文献も多く存在する。だが、特にスペイン語・ポルトガル語文献は日本国内の大学図書館に所蔵されていないものも多く、それらに関しては、本年度に2度実施した現地での史料・文献調査(後述)の際に渉猟・収集を行った。第二に、特に本研究が焦点を当てる権威主義体制(フランコ体制、サラザール体制)期の軍に関する一次史料の渉猟である。2018年8月から9月にリスボンの軍史料館(AHM)、また2019年3月にはマドリードの軍史料館(AGMM)などを訪問した。これらの調査は後述する理由もあり、史料の整備・公開状況を知るための予備的作業という性格になったが、来年度以降の作業の基礎を築くことができたと思われる。また、上述の通りこれらの海外調査の際、現地図書館にて二次文献の幅広い渉猟を行うことができた。第三に、本研究の理論的基盤となる、政軍関係に関する比較政治学的研究のレヴューを行った。本年度はこの分野の古典的文献を中心に渉猟したが、同時に近年の比較政治学において活況を呈している権威主義体制研究の成果を、日本における成果も含め幅広く参照した。その過程で、政治的アクターとしての行動を分析・類型化するための理論枠組の構築を進めた。全体として、研究計画に記載した各要素を比較的バランスよく進めることができたと考えている。本年度行った作業のうち、一次史料の渉猟に関してはやや遅れている。その理由として、8月から9月に訪問したリスボンの軍史料館が臨時休館しており(事前に問い合わせた際にもそのような告知はなかった)、当館においては実質的な史料調査を行えなかったことが挙げられる。またスペインに関しては、フランコ体制期の政軍関係に関する史料は、マドリードではなくアビラの軍史料館により多く収蔵されていることが、現地調査の結果判明した。このような事情があり、本年度計画していた一次史料の調査は予定通りに進捗しなかった。スペイン・ポルトガル政治史および政軍関係の理論的考察に関しては、引き続き二次文献の渉猟を進める。他方、両国での史料調査に関しては本年度十分に行えなかった反省を踏まえ、事前に確認した上で確実に遂行できるようにしたい。スペインにおいてはアビラの軍史料館を訪問し、本研究の遂行に必要な史料を調査する予定である。
GATA1因子機能不均衡による多段階白血病発症機構

転写因子GATA1は、複数の標的遺伝子の発現を包括的に制御し、赤血球や巨核球、好酸球、肥満細胞それぞれの分化に重要な役割を担っている。ダウン症患児に好発する一過性骨髄増殖性疾患(TMD)や、その自然寛解後に発症する急性巨核芽球性白血病(AMKL)には、GATA1のN側転写活性化領域欠失変異(GATA1s)が関与していることが分かっている。また、GATA1sの発現量に依存した巨核球分化異常の有無が、TMDから白血病発症の基盤にあることも分かっている。GATA1s変異を有し、周産期にTMD病態を呈する2つのマウス系統(GATA1s-H;GATA1sが高発現で、TMDは離乳までに自然寛解し、白血病を発症しない。GATA1s-M;GATA1s発現量が中等度で、TMDは離乳までに自然寛解するが、成獣時に白血病を発症する。)を用いて、TMD芽球における遺伝子発現の変化を検討し、TMD芽球で発現が変化している遺伝子のプロモーター近傍ではGATA1とE2Fが共局在していること、また、GATA1がRasal1のプロモーター領域に存在するGATA結合配列に結合して、Rasal1の発現を制御していること、その制御の破綻が白血病発症に関与している可能性を見いだしてきた。H30年度は、巨核球系細胞株やダウン症白血病から樹立した細胞株を用いて、巨核球分化の過程でRasシグナルが活性化すること、その活性化にはGATA1の発現が関与していることを見いだした。また、完全長GATA1の機能欠失によるRasシグナルの制御不全は、大量のGATA1sを発現することで部分的に代償できることを見いだした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、GATA1s変異を導入して樹立した、周産期にTMD病態を呈する2つのマウス系統(GATA1s-M;GATA1s発現量が中等度。TMDが自然寛解した後、離乳後に白血病を発症する。GATA1s-H;GATA1sが高発現。TMD寛解後白血病を発症しない。)を用いて、TMD芽球における遺伝子発現の変化を検討し、GATA1s-Mのみで発現が上昇する遺伝子としてRasal1を同定した。また、Rasal1のプロモーター領域には近接した3つのGATA結合配列が存在し、これらのGATA結合配列がRasal1の制御に関与していることを、非血液細胞を用いたルシフェラーゼレポーター実験で明らかにした。Rasal1はGTPase活性化因子として、Rasシグナルを負に制御すること、また、巨核球の分化にはRasシグナルが関与しているという報告もあることから、GATA1s変異によるRasal1遺伝子制御異常が、TMDからAMKL発症に関与している可能性を考えている。TAMからAMKLに関わる重要なGATA1標的遺伝子候補を抽出できた。GATA1s変異を導入して樹立した、周産期にTMD病態を呈する2つのマウス系統(GATA1s-M;GATA1s発現量が中等度。TMD寛解後白血病を発症しない)を用いて、TMD芽球における遺伝子発現の変化を検討し、TMD芽球で発現が変化している遺伝子のプロモーター近傍ではGATA1とE2Fが共局在していることを見いだしている。H28年度は、同領域においてGATA1とE2F転写因子群のクロマチン免疫沈降解析を行い、同領域へのGATA1やE2Fの結合が、GATA1のN末端の有無により影響されないことを見いだした。GATA1sがE2Fの制御因子であるRb分子と結合できないことが分かっているので、この結果を踏まえ、RbによるE2Fの制御が完全長GATA1の欠失により何らかの影響を受けることがTAM芽球での遺伝子発現に影響する可能性を考えている。GATA1と強調して機能する因子としてE2F転写因子を見いだした。

ダウン症患児に好発する一過性骨髄増殖性疾患(TMD)や、その自然寛解後に発症する急性巨核芽球性白血病(AMKL)には、GATA1のN末端側転写活性化領域欠失変異(GATA1s)が関与していることが分かっている。また、GATA1sの発現量に依存した巨核球分化異常の有無が、TMDから白血病発症の基盤にあることも分かっている。GATA1s変異を導入して樹立した、周産期にTMD病態を呈する2つのマウス系統(GATA1s-M;GATA1s発現量が中等度。TMDが自然寛解した後、離乳後に白血病を発症する。GATA1s-H;GATA1sが高発現。TMD寛解後白血病を発症しない)を用いて、TMD芽球における遺伝子発現の変化を検討した。本年度は、GATA1s-MのTAM芽球ではRasal1(RAS Protein Activator Like 1)の発現が高値であるが、GATA1s-Hは野生型同様に低値に保たれていることを見いだした。また、GATA1がRasal1のプロモータ領域に存在するGATA結合配列に結合して、Rasal1の発現を制御していることを見いだした。Rasal1はRas-GTPを抑制してRasシグナルを抑制する。また、巨核球の分化にはRasシグナルが関与していることが分かっている。このことから、白血病発症の有無を決定する要因には、GATA1s発現量により変化するRASシグナル抑制による分化異常が関与している可能性があると考えられる。白血病発症の有無を規定するGATA1の標的遺伝子として、Rasal1を見いだした。転写因子GATA1は、複数の標的遺伝子の発現を包括的に制御し、赤血球や巨核球、好酸球、肥満細胞それぞれの分化に重要な役割を担っている。ダウン症患児に好発する一過性骨髄増殖性疾患(TMD)や、その自然寛解後に発症する急性巨核芽球性白血病(AMKL)には、GATA1のN側転写活性化領域欠失変異(GATA1s)が関与していることが分かっている。GATA1s変異を有し、周産期にTMD病態を呈する2つのマウス系統(GATA1s-H;GATA1sが高発現で、TMDは離乳までに自然寛解し、白血病を発症しない。GATA1s-M;GATA1s発現量が中等度で、TMDは離乳までに自然寛解するが、成獣時に白血病を発症する。)を用いて、TMD芽球における遺伝子発現の変化を検討し、TMD芽球で発現が変化している遺伝子のプロモーター近傍ではGATA1とE2Fが共局在していること、また、GATA1がRasal1のプロモーター領域に存在するGATA結合配列に結合して、Rasal1の発現を制御していること、その制御の破綻が白血病発症に関与している可能性を見いだしてきた。H30年度は、巨核球系細胞株やダウン症白血病から樹立した細胞株を用いて、巨核球分化の過程でRasシグナルが活性化すること、その活性化にはGATA1の発現が関与していることを見いだした。また、完全長GATA1の機能欠失によるRasシグナルの制御不全は、大量のGATA1sを発現することで部分的に代償できることを見いだした。巨核球系細胞におけるRasal1遺伝子制御について、とくにN側転写活性化領域の重要性を中心に解析すると共に、巨核球系分化におけるRasal1の役割を明らかにして、ダウン症関連白血病発症の多段階発がん機構を考察する。GATA1のアミノ末端欠失によりE2Fとの協調作用がどのように障害されるかを、クロマチン免疫沈降解析や遺伝子発現解析を詳細に行って明らかにする。
飽和微小液滴からの溶媒脱離により生成する固体クラスターの光化学

液滴を微小蛍光セルとして利用する発光スペクトル観測法を飽和溶液に適用し,飽和微小液滴からの溶媒脱離により微小固体(固体クラスター)が容易に生成することを見出すと同時に,レーザ励起蛍光分光スペクトルの解析から,固体中での電子励起および基底状態のポテンシャル形状を初めて決定した。市販の加湿器の超音波振動子を利用して,アントラセンのエタノール飽和溶液の微小液滴を発生させ,Nd^<3+>:YAGレーザからの第3高調波(355nm)を照射し,生じる発光を分光器および光電子増倍管で検出した。室温(297K)において,アントラセン/エタノール飽和溶液の微小液滴の発光スペクトルを観測した結果,通常の蛍光セルで観測される溶液の発光スペクトルとほぼ同一のスペクトルを得たが,飽和微小液滴周囲の温度をわずかに上昇(9°C)させて溶媒脱離を起こすと,スペクトルピークおよび強度分布に大きな変化が生じた。この変化は,温度上昇にともなって徐々に起こるのではなく,ほぼ4°Cの温度変化を境に共同現象的に突然現れる。観測したスペクトル変化を溶媒脱離にともなうアントラセン分子の電子励起および基底状態ポテンシャルの変化に関係付け,両ポテンシャル曲線をFranck-Condon解析によって決定した。その結果,固体中では基底状態のv_6(a_g)モードの振動量子エネルギーが255cm^<-1>減少し,電子励起状態との平衡核間距離の差が溶媒中よりも大きいことを明かにした。ポテンシャル形状に関して,1)励起・基底電子状態ともに調和振動子とする,2)発光スペクトルの振動構造に関与する振動を最も寄与の大きい一つのモード(v_6)に限定する,という仮定の下であるにもかかわらず,溶液から固体へ変化した際のスペクトルの振動構造の変化が正確に再現された。以上のように,飽和溶液からの溶媒脱離により,容易に微小固体(固体クラスター)を生成することが可能であり,固体中の電子状態の研究が可能であることを明らかにした。
量子切断効果を利用した近赤外応力発光体の開発とその物性解明

微量な希土類イオンを選択・添加する技術を開発することにより応力発光の発光波長を近赤外領域へ変換することに成功し、明環境下での応力発光計測へ目処をつけた。添加したイオンへのエネルギー伝達効率(量子効率)を定式化し評価した結果、量子効率は最大で30%程度と目標に掲げていた100%以上は達成できなかった。ただしエネルギー共鳴伝搬による量子切断効果が確認できたことから、添加イオンや母体材料を変えることによりさらなる量子効率の改善が期待できる。本研究は、量子切断効果を利用して既存もしくは新規の応力発光体の発光波長を紫外・可視光から近赤外光へダウンコンバージョンすることにより、近赤外発光を有する新しい応力発光体を実現させること、およびその発光機構を解明することを目的とする。本年度は、材料開発と近赤外応力発光・蛍光特性の評価装置の開発に力点をおいて研究を進めた。材料開発に関しては、これまで開発してきた応力発光体の中で実用材料として期待されているSrAl_2O_4:Eu^<2+>を選択し、これにダウンコンバージョンを担う様々な希土類イオンを微量添加することにより近赤外応力発光の有無を評価した。近赤外蛍光の評価には、今回の科研費で新たに導入したHORIBA製FLUOROLOG-NIRで評価した。この装置は近赤外のみならず、紫外可視領域の蛍光分光も可能である。また応力発光評価には、既存の応力発光評価装置の光検出部を近赤外用の光電子倍増管(PMT)に交換し、PMTの前に可視光のカットフィルターを挿入することにより、近赤外成分のみの応力発光強度測定を可能とした。共添加した希土類イオンの中でEr^<3+>、Nd^<3+>を微量添加した試料において応力発光信号が計測出来た。それぞれのイオンの蛍光ピーク波長は1550nm、900nm近傍にあることから観測された近赤外応力発光は蛍光と同様なピークを有するものと考えられる。またSrAl_2O_4にEr^<3+>のみ、Nd^<3+>のみを添加した試料は、SrAl_2O_4:Eu^<2+>の蛍光ピーク(520nm)近傍に大きな吸収ピークを有しており、実際SrAl_2O_4:Eu^<2+>,Er^<3+>およびSrAl_2O_4:Eu^<2+>,Nd^<3+>の可視光領域の蛍光スペクトルを測定すると、ちょうどそれぞれのイオンの吸光ピークにあたる520nm近傍にディップを有する蛍光ピークを観測した。これらの測定結果は、Eu^<2+>イオンに吸収されたエネルギーがそれぞれのイオン(Er^<3+>、Nd^3)にエネルギー共鳴伝搬されたために起こったものと推測される。本研究の目的は、量子切断効果を利用して既存もしくは新規の応力発光体の発光波長を紫外・可視光から近赤外光へ波長変換(ダウンコンバージョン)することにより、近赤外発光を有する新しい応力発光体を実現させること、およびその発光機構を解明することにある。昨年度は、材料開発と近赤外応力発光・蛍光特性の評価装置の開発に力点をおいて研究を進め、SrAl2O4:EuにアクセプターとしてErを共添加することにより、発光波長1550nmを示す応力発光体の開発に成功しダウンコンバージョン効果の有効性を実証した。本年度は昨年度の結果をさらに進めるため、近赤外発光強度の向上とそのエネルギー伝搬メカニズムの解明に取り組んだ。近赤外応力発光強度の改善のため、応力発光母体材料(ドナー)とアクセプターの組み合わせを再検討した。これはドナーであるEuからアクセプターであるErへのエネルギー遷移確率が小さいことに起因して近赤外発光強度が上がらないと考えたからである。ドナー・アクセプター間のエネルギー遷移はフェルスター機構により起こるので、(1)ドナー発光とアクセプター吸収のスペクトルマッチング、(2)アクセプター吸収の遷移確率が重要となってくる。そこでドナーイオンとして4f-5d許容遷移を有するEu2+、アクセプターイオンとして青色領域に大きな吸収バンドを有するCr3+を選択し、既存の応力発光母体の中から高強度青色応力発光体として最近開発したSrMg2(PO4)2:Eu2+を選択した。それぞれの添加量を最適化した結果、近赤外発光強度はフォトン数で換算して約30倍以上に増大させることに成功した。また第一原理計算によるエネルギー状態計算から、母体中に添加されたEu2+の基底状態(4f state)は、価電子帯の約1.7eV上にあり、これまでの応力発光モデルと整合する結果となった。

本年度はプロジェクトの最終年度ということもあり、これまで開発してきた近赤外応力発光体の各電子遷移プロセスの検証とモデルの検討を行った。まずドナーイオンからアクセプターイオンへの電子遷移に起因する発光の量子効率を定式化し、これまで開発した近赤外応力発光体の量子効率を評価した。その結果、SrAl2O4:Eu,Erにおいて、Euの添加量が0.1%と0.5%のときでそれぞれ25%、10%以下という結果となり、期待していた100%以上の量子効率は達成できていないことが判明した。アクセプターイオンへの電子遷移確率を増やすためErの添加量を増やしたが、改善することはなく逆に低下する傾向が見られた。これはErイオンを増やすことにより、逆にエネルギー回遊が生じて無輻射遷移の確率が増加したことに起因しているものと思われる。またドナーイオンからアクセプターイオンへのエネルギー遷移メカニズムを検証するためドナーイオンの蛍光寿命測定測定を行ったところ、Inokuchi-Hirayama理論で予想されていた非指数関数型の減衰曲線が観測された。この結果は、エネルギー遷移が共鳴伝搬機構であることを示唆している。以上の研究成果をまとめると、近赤外発光効率を向上させるための方法として、1ドナーイオンの輻射遷移、アクセプターイオンの吸収・輻射遷移、ドナー・アクセプターイオン間のエネルギー共鳴遷移が許容であること、2ドナーイオンの発光帯とアクセプターイオンの吸収帯に大きな重なりが必要であること、以上のような知見は、今後の応力発光の多色化につながる技術として重要である。昨年度検証したダウンコンバージョンを利用した近赤外発光強度をさらに向上させることに成功し、また第一原理計算により応力発光モデルの構築に係る重要な知見が得られ、おおむね計画通り進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。ドナー発光の蛍光寿命測定からエネルギー共鳴伝達の定量的な評価を行い、最終的には量子切断効果の検証を行う。これまでの応力発光モデルを援用し各データとの整合性を検討して、応力発光プロセスにおけるエネルギー伝達プロセスを明らかにする。
肝内胆汁うっ滞症の原因遺伝子特定と発症メカニズムの解明

胆汁酸トランスポーター(Bsep)の生化学的機能的解析(1)Bsepの胆汁酸輸送活性を測定する系の樹立Bsepは細胞内の胆汁酸を細胞外に排出するトランスポーターであるため、極性を有するMDCKII細胞に胆汁酸を細胞内に取り込む蛋白Ntcpを同時に発現させることにより、Bsepの活性を定量的に測定する系を樹立した。(2)Bsepにおける糖鎖修飾の意義アミノ酸配列から想定される第一細胞外ループに4ヶ所存在する糖鎖修飾部位を欠失した種々の変異体を作製し、糖鎖修飾の意義について検討した。4つの部位はすべて糖鎖修飾を受けており、それ以外に糖鎖修飾部位はないこと、2ヶ所以上の糖鎖修飾がないとBsep蛋白が不安定になり、proteasomeで分解されることを明らかにした。すなわちBsep蛋白の安定な発現には4つのうち少なくとも2つ以上の糖鎖修飾が必要であるという興味深い結果が得られた。現在その機構につき解析中である。(3)胆汁酸トランスポーター(BSEP)の点突然変異によって生じる2つの疾患の分子機構解析BSEPの遺伝子異常によりPFIC2、BRIC2という2つの疾患が生じる。PFIC2は生後まもなく黄疸を発症し、肝移植を必要とするが、BRIC2は何らかのきっかけで黄疸を発症するものの自然に消退する予後良好な疾患である。これら2つの疾患の発症機序、重篤性の違いの原因を明らかにすることを目的として、ラットBsepにPFIC2、BRIC2変異を導入した変異体を作成し、MDCKII細胞に遺伝子導入し、Bsepの胆汁酸輸送活性、細胞内発現量、細胞内局在を解析した。その結果、PFIC2、BRIC2の重篤性の違いは変異Bsep蛋白の安定性の差に起因することを明らかにした。Bsep蛋白を安定化する薬剤が本疾患の治療に有効である可能性を示唆しており、今後そのような薬剤の開発に取り組む予定である。1.肝内胆汁うっ滞症例の集積これまでに5症例を集積した。平成18年度は協力施設からの症例も増加する予定で、何とか目標の50症例に到達したいと考えている。2.トランスポーター活性の測定系樹立本年度は極性を有するMDCKII細胞に胆汁酸を取り込むNtcp(Na^+/taurocholate cotransporting polypeptide)とBsep(bile salt export pump)を同時に遺伝子導入することにより、胆汁酸を方向性をもって輸送するシステムを構築した。Ntcpはbasolateral domain、Bsepはapical domainに局在することを免疫組織化学で確認した。Ntcpは胆汁酸のuptakeに、Bsepは胆汁酸の排出にそれぞれ必須であること明らかとなった。saturation curveから求めたKm, Vmaxは30.2μM,76.9pmol/mg of protein/minで、Ntcp, Bsepの機能を定量的に測定することが可能となった。臨床的に利胆作用のあることが知られているursodeoxycholic acid (UDCA)の作用機序を解析するため本システムにUDCAを添加し、Ntcp, Bsepに対する影響を検討した。その結果、UDCAはNtcpに影響を与えず、Bsepを活性化することにより胆汁分泌を促進することが明らかとなった。我々の開発した胆汁酸輸送システムは胆汁酸トランスポーターであるNtcp, Bsepの機能解析に有用で、本研究で明らかにする予定である肝内胆汁うっ滞症の原因遺伝子の機能解析のための基礎データになると考えられる。1.肝内胆汁うっ滞症例の集積これまでに19症例を集積した。研究協力施設の増加により症例は着実に増加しつつある。

平成19年度に最低30症例を集積し遺伝子解析を開始したい。2.胆汁うっ滞における胆汁酸トランスポーター糖鎖修飾の意義肝硬変症では糖鎖修飾の異常によって糖蛋白の機能障害が生じている可能性が示唆されている。糖蛋白における糖鎖修飾は蛋白のfolding、立体構造の維持、proteolysisからの防御、intracellular traffickingなど細胞内の重要な機能に関与している。肝細胞における主要な胆汁酸トランスポーターであるBsepには想定されるN-linked glycosylation siteがfirst extracellular loopに4ヶ所存在する(Asn^<109>,Asn^<116>,Asn^<122>,Asn^<125>)が、糖鎖修飾の生理的意義は不明である。本研究では想定されるglycosylation siteを欠失した種々のmutantを作製し、平成17年度に開発したMDCKII細胞を用いた実験系を用いて糖鎖修飾の意義について検討した。その結果、4つの想定されるN-linked glycosylation siteはすべて糖鎖修飾を受けており、それ以外には糖鎖修飾部位はないことが明らかになった。また、2ヶ所以上の糖鎖修飾を受けているBsepは野生型Bsepの60%以上の活性を有していたが、糖鎖修飾が0または1つのBsepの活性は10%以下であった。細胞内半減期の解析から活性の低下は糖鎖が欠損することによりfoldingがうまくいかずproteasomeでdegradationされることが原因であることが明らかとなった。以上のことからBsep蛋白の安定な発現には4つのうち少なくとも2つ以上の糖鎖修飾が必要であり、さらに肝硬変症における胆汁うっ滞に糖鎖修飾異常が関与している可能性が示唆された。1.胆汁酸トランスポーター(BSEP)の点突然変異によって生じる2つの疾患の分子機構解析【目的】BSEPの遺伝子異常によりPFIC2、BRIC2という2つの疾患が生じる。PFIC2は生後まもなく黄疸を発症し、肝移植を必要とするが、BRIC2は何らかのきっかけで黄疸を発症するものの自然に経過し、予後良好な疾患である。これら2つの疾患の発症機序、重篤性の違いの原因を明らかにすることを目的とする。【方法】ラットBsepにPFIC2、BRIC2変異を導入したconstructを作成し、極性を有するMDCKII細胞に遺伝子導入し、Bsepの胆汁酸輸送活性、細胞内発現量、細胞内局在を解析した。【成績】PFIC2変異のうち、D482G(482番目めアミノ酸がDからGに替わっている),E297Gは野生型Bsepのそれぞれ30%、10%の活性を有していたが、その他の変異(K461E,G982R,R1153C,R1268Q,3767-3768insC)は宗全に失活していた。BRIC2の2つの変異(A570T,R1050C)は約60%の活性を有していた。細胞内のBsep蛋自発現量は活性値と相関していた。
強誘電体臨界点を利用した誘電チューナブル材料による誘電率制御

誘電チューナブル材料とは、DC電場によって誘電率が大きく変化する材料である。その変化の割合を表す誘電チューナビリティーtは、t={ε(0)-ε(Emax)}/ε(0)で定義される。ここで、ε(0)とε(Emax)はゼロDC電場下と最大DC電場Emax下の誘電率である。スマートフォンでは、現在、700 MHzから2.1 GHzの周波数帯の電波が使用されているので、この周波数帯をカバーするバンドパスフィルター回路では、中心周波数を約3倍変化させる必要がある。もしフィルターにLC回路を用いるならは、電気容量を約10倍変化させる必要があるので、実用化の必要条件は、チューナビリティーが90%以上となる。これまでのチューナブル材料の探索では、ヒステリシスループの角型性が小さいソフト強誘電体材料やリラクサーや複合材料(含人工超格子)のような非線形性の大きな不均一系材料が調べられてきたが、探索に指導原理が無く、経験則による研究が進められていた。申請者の知る限り、申請段階でt = 90%を越える材料は、まだ見つかっていなかった。過去に申請者らは、強誘電体(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3の電場誘起相転移に関する物性研究の中で、強誘電体の臨界点を用いると、臨界温度近傍で大きな誘電チューナビリティーを示すことを実験・理論の両面から明らかにした。これは申請者のオリジナルなアイディアであり、特許(特許第603270)も取得している。本申請研究では、室温付近に相転移を示す材料を探索し、2017年、Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 (PST)単結晶を育成し、室温付近でチューナリティーが90%を越えることを実験的に明らかにした。昨年度は、PSTの基礎的物性に不明な点が多かったので、特に誘電特性の解明を行った。バイアスDC電場によって誘電率が変化する材料を誘電チューナブル材料と呼ぶ。物質にDC電場を印加したとき、誘電率の変化の割合を表す量t={ε(0)-ε(Emax)}/ε(0)を誘電チューナビリティーと呼ぶ。大きなチューナビリティーを示す材料を用いると、バンドパスフィルターの透過周波数を電圧によって制御できる。例えばスマートフォンを考えると、現在使用されている周波数帯は、700 MHzから2.1 GHzであり、周波数比は、約3倍となる。フィルターにLC共振回路を用いると電気容量を約10倍変化させる必要があり、この条件を満たすチューナビリティーはt=90%以上となる。従来、誘電チューナブル材料には、ヒステリシスループの角型性が小さいソフト強誘電体材料、リラクサーや複合材料(含人工超格子)のような不均一系材料が用いられてきたが、材料探索には指導原理は無く、経験則による研究が進められているのが現状であった。申請者の知る限り、スマートフォンの通信に必要なチューナビリティーt =90%以上の材料は、まだ見つかっていない。過去に申請者らは、(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PZN-xPT)強誘電体混晶の電場誘起相転移に関する基礎的研究の中で、強誘電体の臨界点近傍組成の物質を用いると、大きな誘電率変化を示す誘電チューナブル材料として利用できる可能性を見いだした。これは申請者のオリジナルなアイディアである。この事実は、臨界現象が誘電チューナブル材料として応用可能であることを示している。本研究の目的は、将来の新しい実用材料の提案を目指して、強誘電体臨界現象を利用する誘電チューナブル材料の基礎を確立することと、その指導原理に従って、高性能新チューナブル材料の探索を行うことである。研究実績の概要で述べたように、申請者らが提案したPZN-xPTにおける臨界点近傍の誘電チューナビリティーの問題点は臨界温度が室温よりも著しく高い点にあり、室温近傍で臨界現象が発現する材料を探すことが課題であった。初年度、本研究では、PZN-PTの臨界点近傍における誘電チューナビリティーの詳細(温度依存性や周波数依存性)を基礎的な立場から明らかにすることと、実際に室温近傍で臨界現象が発現する材料を探索することを目的に研究を進めた。PZN-PTにおけるチューナビィティーの温度依存性の測定では、大きな誘電チューナビリティーが発現する温度幅や周波数帯域を調べた。その結果、PZN-7%PTにおいて、170oCでt = 93% (最大電場10 kV/cm)が得られ、90%と80%を越えるチューナビリティーが実現する温度幅は、それぞれ、8Kと21 Kであることを明らかにした。これらの結果は、単結晶バルク試料で測定された結果で、もし薄膜で大きな電場が印加できると、チューナビリティーは更に大きくなると考えられる。一方、本研究では、室温付近に強誘電性相転移を示すPb(Sc1/2Ta1/2)O3 (PST)結晶の研究も行った。PSTはペロブスカイト型構造をとり、約14 oCで相転移を起こす強誘電体である。

PSTは、Bサイトイオン(ScとTa)の配置によって、秩序型のもの(O-PST)と無秩序型のもの(DO-PST)が存在し、相転移温度での誘電率のピークの値が両者で異なることが知られている。本研究では、PST単結晶を育成して、電気的な測定を行った。実験結果を基にして、電場誘起相転移を明らかにし、誘電チューナビリティーを評価した。その結果、20oCと25oCにおいて、それぞれ、誘電チューナビリティー92%と88%が得られた。以上の結果から、初年度は概ね研究目標が達成されたと判断した。誘電率がDC電場によって変化する材料を誘電チューナブル材料と呼ぶ。その変化の割合を表す量t={ε(0)-ε(Emax)}/ε(0)を誘電チューナビリティーと呼ぶ。ここで、ε(0)とε(Emax)はゼロDC電場下と最大DC電場Emax下の誘電率である。現在スマートフォンで使用されている電波の周波数帯は、700 MHzから2.1 GHzであり、周波数比は約3倍である。フィルターにLC共振回路を用いると電気容量を約10倍変化させる必要がある。このことは、実用化に対して必要条件は、チューナビリティーが90%となる。従来、誘電チューナブル材料には、ヒステリシスループの角型性が小さいソフト強誘電体材料、リラクサや複合材料(含人工超格子)のような不均一系材料が用いられてきたが、材料探索には指導原理は無く、経験則による研究が進められているのが現状であった。申請者の知る限り、スマートフォンの通信に必要なチューナビリティーt = 90%以上の材料は、まだ見つかっていない。過去に申請者らは、(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PZN-xPT)強誘電体混晶の電場誘起相転移に関する基礎的研究の中で、強誘電体の臨界点近傍組成の物質を用いると、大きな誘電率変化を示す誘電チューナブル材料として利用できる可能性を見いだした。これは申請者のオリジナルなアイディアである。この事実は、臨界現象が誘電チューナブル材料として応用可能であることを示している。2017年度申請者らは、室温で、相転移を示すPb(Sc1/2Ta1/2)O3 (PST)結晶を育成し、室温付近でチューナリティーが90%を越えることを実験的に見出し,本科研費の申請以前に、申請者らはPZN-xPTの臨界点近傍の誘電チューナビリティーが90 %を越える大きな値を示すことを報告した。しかしながら、PZN-xPTの臨界温度は室温よりも高く、室温で大きなチューナビリティーを示さないという問題があった。本科研費では、それを克服するために、室温で臨界点を示す物質を探索して、大きなチューナビリティーが室温で発現することを示すことを目的にした。次年度(2018年度)、本研究では、室温付近に強誘電性相転移を示すPb(Sc1/2Ta1/2)O3 (PST)単晶を育成し、相転移の様子や誘電チューナビリティーを実験的に調べた。PSTはペロブスカイト型構造をとり、約14 oC転移を起こす強誘電体である。実験の結果、20 oCと25 oCにおいて、それぞれ、誘電チューナビリティー92%と88%が得られた。更に、Landau理論を基にした熱力学的考察により、臨界点で現れる現象の割には、広い温度範囲で大きなチューナビリティーを示す可能性を明らかにし、実験的にも裏付けることができた。以上の結果から、次年度は当初の計画以上に進展していると判断した。誘電チューナブル材料とは、DC電場によって誘電率が大きく変化する材料である。
タブレット端末による画像診断の妥当性についての検討

iPadair及び医療用高精細モニタで急性期脳梗塞のMRIにおける正診率についての比較読影実験を行った。iPadair及び医療用高精細モニタで急性期脳梗塞のMRIにおける正診率では、有意差を認めることはなかった。現在の携帯通信網を利用する場合には、通信環境によって生じるネットワーク遅延によるユーザビリティの低下が問題となることが判明し、携帯電話網の発展により改善されることが期待される。タブレット端末を利用した画像参照システム構築は一般化しつつある。急性期脳梗塞を早期診断、治療するため、急性機能梗塞が疑われて当大学病院へ受診した患者を対象とした後ろ向きに収集した臨床画像を用いた読影実験を行い、タブレット端末を読影に用いることへの医学的な信頼性を検討する必要がある。読影実験の準備として、当院にて急性期脳梗塞を疑い頭部MRIを施行した症例の中で、陳旧性脳梗塞を指摘できず、発症から6時間以内に撮像された症例の画像に匿名化を行った。これらの症例について、まず2名の被験者にてiPad,医療用高精細モニタにそれぞれ頭部単純CTにて115症例,MRIにて100症例の読影実験を行い、ROC解析での検証を行った。その結果、今回選別した頭部単純CTでの評価は困難であると判断したため、平成26年度の読影実験はMRIでの評価のみを行うこととした。読影実験は研究協力者として読影実験の読影者を放射線科、神経内科、脳神経外科の各科医師から募集し、10名の読影者を確保した。協力者により、急性期脳梗塞群と健常者群の症例を読影し、病巣のスケッチおよび病巣の有無を確信度スケールで回答して頂いた。医療用高精細モニタ、およびiPadにて、同じ画像を読影し、比較するために、医療用高精細モニタ、およびiPadを用いた読影には、間に2ヶ月以上の期間を設けた。病変と健常の読影の正診率についてROC解析を行った。ROC解析では、医療用モニタ、およびiPadにおけるAUCはそれぞれ0.935, 0.927となった。iPadairおよび医用モニタにおけるMRI画像を用いた急性期虚血性脳血管障害の診断には、有意差を認めなかった。MRIにおけるiPad、および医療用高精細モニタにおける急性期虚血性脳血管障害の診断は、共に高い精度を誇ることが認められた。昨年度、本研究の予備実験として、iPad及び医療用高精細モニタで急性期脳梗塞のMRIにおける正診率についての比較読影実験を行った。読影結果についてROC解析を行ったが、AUCに有意差を認めることはなかった。その結果として、急性期脳梗塞の早期診断、治療を目的として当院でもiPadでの画像参照が開始された。一方で、同時予定していた急性期脳梗塞のCTで画像参照については実施を完了できないでいる。また、iPad専用に作製された画像観察用のシステムは未だに未熟であり、高度な読影に耐える実用性には乏しい。一部のシンクライアントを用いた遠隔読影システムは既に商業化されている。しかしシンクライアントを利用することによる読影結果への影響は考慮されていない。本年度中に、他施設よりシンクライアントを用いた画像参照には、画質の劣化が起こりうることが報告された。本研究の目的は、シンクライアントを利用した環境でタブレット端末上に医用画像を表示した場合に、読影結果に影響があるかを調べることである。シンクライアントシステムを利用することの利点は、セキュアかつ通常の勤務環境に類似した画像参照環境を構築可能な事である。今後、iPadなどのタブレット端末上にシンクライアントを用いた画像参照システムを構築した場合に正診率などに与える影響を明らかにする必要がある。実験環境の構築に遅れが生じている。一作年度前に本研究の予備研究として、iPad及び医療用高精細モニタで急性期脳梗塞のMRIにおける正診率についての比較読影実験を行った。読影結果についてROC解析を行なったが、AUCに有意差を認めることはなかった。その結果として、当院でのiPadを用いた画像参照が開始されている。昨年度はgo-globalおよびcitrix xenappを用いた読影環境の構築をおこなった。これによりiPad上にwindows用のDICOMビューワーを表示する環境を整えることができた。同環境構築に並行して、タブレット端末における画像診断の妥当性を検討するには欠かせない通信環境悪化時のシュミレーションを行った。これは実際の携帯通信網を利用した読影を行うことを想定した実験である。これによりthin clientを介して画像表示を行なった場合には、現在の携帯通信網を利用する場合には、通信速度による制限よりも、通信環境によって生じるネットワーク遅延によるユーザビリティの低下が問題となることが判明した。本研究の目的は、シンクライアントを利用した環境でタブレット端末上に医用画像を表示した場合、読影結果に影響があるかを調べることであるために、このネットワーク遅延について、日本医学放射線学会第161回中部地方会回にて発表を行った。これらの問題を解決するために、画面のγ値の変更が可能であるwindowsタブレット製品で実験を継続するか検討する必要がある。その場合は、WAN高速化機能(UDPアクセラレーション機能)を有する製品の導入を行うことで、ネットワークの遅延にも対応できかを検討する。最終的には、タブレット端末上にシンクライアントを用いた画像参照システムを構築した場合に正診率への影響はどの程度あるかを明らかにする予定である。

当初予定していた急性期脳梗塞のCTの読影実験は実施できていない。理由として、予備実験をおこなった際に試験的な読影実験を行ったものの、結果がわるかった。現在用いているタブレット端末はapple社製のiPadであり、モニタをGSDF(G rayscale Standard Display Function:グレイスケール標準表示関数)にキャリブレーションすることができないためである。これを回避するためにthin client環境上に構築されたwindows環境に、市販のキャリブレーションソフトウェアでのキャリブレーションを試みたが、現段階の製品ではキャリブレーションはできなかった。現時点で判明しているもう一つの問題点としてネットワークの遅延によるユーザビリティの低下が挙げられる。これに対応するためWAN高速化機能(UDPアクセラレーション機能)を有する製品の導入を検討している。タブレット端末を利用した画像参照システム構築は一般化しつつある。iPad及び医療用高精細モニタで急性期脳梗塞のMRIにおける正診率についての比較読影実験を行った。読影結果についてROC解析を行なったが、AUCに有意差を認めることはなかった。その結果として、当院でのiPadを用いた画像参照が開始された。一昨年度はgo-globalおよびcitrix xenappを用いた読影環境の構築をおこなった。これにをもとにiPad上にwindows用のDICOMビューワーを表示する環境を整えることができた。同環境構築に並行して、タブレット端末における画像診断の妥当性を検討するには欠かせない通信環境悪化時のシュミレーションを行った。これは実際の携帯通信網を利用した読影を行うことを想定した実験である。現在の携帯通信網を利用する場合には、通信速度による制限よりも、通信環境によって生じるネットワーク遅延によるユーザビリティの低下が問題となることが判明した。このネットワーク遅延について、日本医学放射線学会第161回中部地方会回にて発表を行った。これらの問題を解決するために、画面のγ値の変更が可能であるwindowsタブレット製品で実験を継続するか検討した。WAN高速化機能を有する製品の導入を検討したが、良好な実験環境構築にいたることができなかった。ネットワークの遅延に関しては今後5Gによる携帯網の構築が想定され問題の一部が改善されることが期待される。また、タブレット端末の液晶パネルについての物理的な検証を行った。医用画像の観察には、液晶パネルの輝度が均一であることが望ましい。垂直方向からの計測において、iPad air、医用モニタともに均一な輝度を示すが、近距離からの輝度色度ユニフォミティ測定器による測定では、輝度の不均一性があることが判明した。現在、これらについて論文投稿中である。iPad air及び医療用高精細モニタで急性期脳梗塞のMRIにおける正診率についての比較読影実験を行った。
日本における近代的工場管理の形成ー鐘淵紡績会社、武藤山治「回章」の分析にもとづいてー

鐘淵紡績会社の武藤山治が、明治30年代半ばから第1次大戦中にかけて各工場長にあてた回章を収集した。本年度はそのうち1900-07年の間の回章に基づいて、同社の工場管理のプロトタイプの形成プロセスを解明した。そして次を析出した。第1明治30年代前半から半ばにかけての鐘紡の不振は、従来武藤が工場長をつとめてきた兵庫工場を除く諸工場、すなわち東京本店工場および、買収により取得した多数の紡績工場の内部の未整理であった。そうした工場の綿糸に対しユーザーの機屋、糸商からおびただしい苦情がもたらされた。武藤は問題の核心をそれら工場の職工の貢献意欲の欠如に見いだした。第2そこでかれは現場労働者の作業実態を完全に掌握できるような組織構造の整備と、そのための職務分析を再三にわたり指示した。第3綿糸は職工の手でつくられる。そうして職工を武藤は人間的存在としてとらえ、彼らの経済的欲求のみならず社会的心理的欲求を充足するための革新的施策を次々と実行していった。その施策には、内外の企業の経験が参考にされた。第4工場の現場組織の改善によって、鐘紡の各工場の綿糸の品質とコストは競争力を持つようになり、内外市場で強固な地位を確立する事が出来るようになった。そして日露戦争後には、そうした生産システムの優位性に基づいて織布兼営をはじめとする大規模な多角化を開始した。今後の課題として、次が確認された。第1、武藤の組織化を分析するための、分析概念の精緻化、明確化すること。第2、1907年以降第一次大戦にかけての鐘紡の工場管理の高度化を、大正初年の科学的管理法の導入、その成果と限界を分析することにより説明すること。そして次を析出した。
情動可塑性の機能とメカニズムを明らかにするシナプス統合モデリング

本年度もまた主に項目B「シグナル伝達の時空間シミュレーションよりGlu, DAシグナルが相互作用する空間範囲を明らかにする」について研究の進捗があった。昨年度までに、2D CNNを用いて電子顕微鏡画像からニューロン細胞膜のセグメンテーションを行い、3次元ニューロン再構築を行ったが、本年度、高性能な3D CNNに基いたセグメンテーション法(FFN)が発表されたため(Januszewski, M. et al. Nat Methods 15, 605-610, 2018)、急遽FFNに切り替えてニューロン細胞膜のセグメンテーションを行っている。また、自動セグメンテーション後のプルーフリード(人手による補正)について、Harvard大学のRhoANA pipelineのプルーフリードソフトDojoに独自の改良を加え、プルーフリードのみならず教師セグメンテーションの作成も行えるようにした。これまでDojoの拡張や2D CNN, FNNの適用等、各種手法を併用しながら電子顕微鏡画像からニューロンの3次元再構築を行うと共に、それを実現するソフトウェアの開発を行ってきたが、同ソフトウェアの蓄積が一定水準を超えたと判断されたため、ソフトウェア論文としてまとめて論文投稿を行った。同ソフトは、Pythonなどのプログラム技術を持たない実験家が、電子顕微鏡画像から3次元再構築を行うために非常に有効なツールとして仕上がっている。また、電子顕微鏡から三次元再構築されたスパイン形状に基づいて、4面体メッシュによるコンパートメント化を行った。さらに、プラットフォームシミュレータSTEPSを用いて細胞内Ca2+の反応拡散シミュレーションを開始した。研究計画当初は、手動によるセグメンテーションを想定していた。しかし、自動セグメンテーション手法が予想を超えた制度に達しつつあり、ソフトウェア論文としてまとめて投稿することができた。また、Glu、DAシグナルの高精度シミュレーションが可能になりつつある。今後は、得られた3次元形状に基づいて、プラットフォームシミュレータSTEPSを用いて細胞内Ca2+の分子の反応拡散シミュレーションを行う予定である。また、DAシグナルについても、モデルシミュレーションを行う環境を整える。本年度は主に項目B「シグナル伝達の時空間シミュレーションよりGlu, DAシグナルが相互作用する空間範囲を明らかにする」について大きな進展があった。まず、共同研究者(順天堂大学医学部)より、線条体の電子顕微鏡二次元スタック像(EM像)をご提供いただいた。さらに、別の共同研究者(ドイツ・Mittweida University of Applied Sciences)より、CNNに基づいた顕微鏡画像の細胞膜の自動グメンテーション手法の新規開発を行って頂いた。そこで、開発した手法を、線条体の二次元スタック像に適用することで、細胞膜の自動セグメンテーションの二次元スタック像を得ることに成功した。さらに、二次元スタック像の細胞膜自動セグメンテーションに基づいて、線条体組織の三次元再構築を行った。第一に、多数の誤りが含まれている自動セグメンテーションのプルーフリード(人手による補正)を行うための環境を整え、実行した。多数のソフトの比較より、Harvard大学のRhoANA pipelineのビューワ・プルーフリードソフトMojoと、ペイントソフトpaint.netの組み合わせが今回の目的に適切であることを見出した。第二に、各スタックにおいてセグメントされたオブジェクトを層間でつなぎ、3次元オブジェクトを構成するためのソフトウエア開発を行った。安定マッチング法とIF-THENルールの組み合わせることで、3次元オブジェクトを構成することができた。これら「プルーフリード」と「3次元オブジェクトの構成」を交互に繰り返して行うことにより、ターゲット領域内(線条体)の樹状突起、軸索、グリアすべてのオブジェクトの再構築、すなわちDense Reconstructionに成功した。すなわち、線条体のGlu, DAシグナル伝達の時空間シミュレーションを高精度で行うための環境を整えることに成功した。しかし、自動セグメンテーションと三次元再構築の成功により、特にDAシグナルの時空間シミュレーションを高精度で行うための道が開かれた。

また、Glu、DAシグナルの高精度シミュレーションが可能になりつつある。今後は、得られた線条体の三次元再構成像(Dense Reconstruction)より、四面体メッシュによるコンパートメント化を行う。さらに、プラットフォームシミュレータSTEPSを用いて細胞内外の分子の反応拡散シミュレーションを行う予定である。今後は、得られた3次元形状に基づいて、プラットフォームシミュレータSTEPSを用いて細胞内Ca2+の分子の反応拡散シミュレーションを行う予定である。また、DAシグナルについても、モデルシミュレーションを行う環境を整える。本年度は、研究者が現在所属する研究室の計算リソースを使用することができたこと、また、Dense Reconstructionが可能になったことは嬉しい誤算ではあるものの、研究自体に時間がかかり外部発表がなかったことなどから、研究費を使用しなかった。しかし、次年度からは、シミュレーションのために必要な、高速なPCクラスタを積極的に購入することにより研究を加速する。本年度は、開発を行ったソフトウェアを公開するために、GUIの整備などを外部のプログラマに委託したが、想定より小さな額であった。また、細胞内Ca2+シミュレーションを開始しているが、また、大規模シミュレーションに至っていないため、当初予定の高速なPCクラスタの購入を見合わせた。ただし、次年度にはより大きな計算資源が必要になるため、PCクラスタを購入する予定である。