hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人間の操作スキルに基づく自律型移動ロボットの進化的走行制御スキル獲得に関する研究

本研究課題は,環境認識システムとして超音波センサとCCDカメラを用いた自律型移動ロボットに対し,走行制御スキルをファジィ/ニューラルネットワーク複合システムにより進化的に獲得することを目的としている.平成15年度においては研究の第3段階と最終段階として以下の検討を行った.研究の第3段階では,平成14年度に開発した走行制御スキルの進化的獲得手法の有用性について,実験結果の分析および考察により種々の検討を行った.まず,従来のシステムで獲得したオペレータの操作スキルとロボット自身の進化により獲得した走行制御スキルを比較し,その類似性より,本研究課題で提案した動的危険度と静的危険度が,走行制御スキルの進化的獲得において有用な評価基準であることを示した.研究の最終段階では,環境認識システムとして主要設備の一つとして購入したCCDカメラを用いた画像処理装置を実装し,画像情報からオペレータの操作スキルを獲得する手法について検討した.また,ロボットの自己位置推定システムについても検討した.本研究課題において試作した小型自律型移動ロボットは,主要設備の一つとして購入した無線通信ユニットを搭載し,外界センサ(超音波センサとCCDカメラ)から得られる環境情報と制御信号を,ホストコンピュータ間で双方向送信できるようになっている.しかしながら,CCDカメラから得られる原画像情報を直接パソコンレベルでリアルタイム処理するのは困難であったため,ここではオペレータがロボットを操作可能な最低レベルまで画像情報を簡単化(二値化および低解像度化)した.そして,その情報を見ながらオペレータがロボットを操作したときの操作データ(時系列データ)を教師データとして獲得した.さらに,画像情報を入力データとする階層型ニューラルネットワーク(NN)により,オペレータと同様な状況判断を出力するようバックプロバゲーションアルゴリズムにより学習させた.オフライン学習により得られたNNを試作した自律型移動ロボットに実装した結果,良好な障害物回避行動および目標到達行動が実現できることを確認した.また,地磁気と超音波センサを利用した自己位置推定システムを提案し,十分な精度は得られなかったものの,絶対座標系における自己位置もある程度素推定可能であるという見通しを得ることができた.本研究課題に対し,初年度で得られた成果は電気学会論文誌に掲載され,一定の評価を得た.今後は,最終年度に行われた研究成果も同様に学術論文としてまとめる予定である.最後に,本補助金の援助を与えて下さったことに対し謝意を表し,研究成果の報告とする.本研究課題は,超音波センサとCCDカメラを環境認識システムとして用いた自律型移動ロボットに対し,その走行制御スキルをファジィ/ニューラルネットワーク複合システムにより進化的に獲得することを目的としている.平成14年度においては,研究の初期段階として既存の自律型移動ロボットにCCDカメラを用いた画像処理機能を実装するとともに,動的障害物として使用する複数の小型移動ロボットを試作した.試作した小型移動ロボットは,主要設備の一つとして購入した双方向通信可能な無線通信ユニットを搭載しており,ロボット間通信はもちろん,1台のホストコンピュータからすべての移動ロボットを同時に制御することができる.また,研究の第2段階として,オペレータの操作スキルに基づく自律型移動ロボットの走行データを獲得するために,外界センサ(超音波センサとCCDカメラ)から得られる環境情報をコンピュータ上に図示し,それを見ながらオペレータが移動ロボットを操作できるシステムを開発した.このシステムを用いてオペレータの操作データを獲得し,操作時にオペレータが感じる障害物に対する衝突危険度に着目してオペレータの操作スキルを分析した.その結果から,静止している障害物に対する危険度(静的危険度)と,動いている障害物に対する危険度(動的危険度)をファジィルールとして記述した.さらに,それを評価関数として自律型移動ロボットが環境に応じて適切な基本行動パターン(直進,左右旋回,停止など)を選択できるように,ニューラルネットワークを遺伝的アルゴリズムを用いて進化的に学習させた.その結果を用いて実験を行い,外界センサ情報に基づいて静的・動的障害物を回避しながら目的地点まで自律的に走行できることを確認した.本研究課題は,環境認識システムとして超音波センサとCCDカメラを用いた自律型移動ロボットに対し,走行制御スキルをファジィ/ニューラルネットワーク複合システムにより進化的に獲得することを目的としている.平成15年度においては研究の第3段階と最終段階として以下の検討を行った.研究の第3段階では,平成14年度に開発した走行制御スキルの進化的獲得手法の有用性について,実験結果の分析および考察により種々の検討を行った.まず,従来のシステムで獲得したオペレータの操作スキルとロボット自身の進化により獲得した走行制御スキルを比較し,その類似性より,本研究課題で提案した動的危険度と静的危険度が,走行制御スキルの進化的獲得において有用な評価基準であることを示した.研究の最終段階では,環境認識システムとして主要設備の一つとして購入したCCDカメラを用いた画像処理装置を実装し,画像情報からオペレータの操作スキルを獲得する手法について検討した.また,ロボットの自己位置推定システムについても検討した.本研究課題において試作した小型自律型移動ロボットは,主要設備の一つとして購入した無線通信ユニットを搭載し,外界センサ(超音波センサとCCDカメラ)から得られる環境情報と制御信号を,ホストコンピュータ間で双方向送信できるようになっている.しかしながら,CCDカメラから得られる原画像情報を直接パソコンレベルでリアルタイム処理するのは困難であったため,ここではオペレータがロボットを操作可能な最低レベルまで画像情報を簡単化(二値化および低解像度化)した.そして,その情報を見ながらオペレータがロボットを操作したときの操作データ(時系列データ)を教師データとして獲得した.さらに,画像情報を入力データとする階層型ニューラルネットワーク(NN)により,オペレータと同様な状況判断を出力するようバックプロバゲーションアルゴリズムにより学習させた.

オフライン学習により得られたNNを試作した自律型移動ロボットに実装した結果,良好な障害物回避行動および目標到達行動が実現できることを確認した.また,地磁気と超音波センサを利用した自己位置推定システムを提案し,十分な精度は得られなかったものの,絶対座標系における自己位置もある程度素推定可能であるという見通しを得ることができた.本研究課題に対し,初年度で得られた成果は電気学会論文誌に掲載され,一定の評価を得た.今後は,最終年度に行われた研究成果も同様に学術論文としてまとめる予定である.最後に,本補助金の援助を与えて下さったことに対し謝意を表し,研究成果の報告とする.
ヒト特有のリズムを合わせる能力の発達プロセスの解明

他者とリズムを合わせる能力は、集団における協調的行動の基礎である。ヒトとチンパンジーを対象とした比較認知科学研究から、ヒトは進化の過程で正確かつ迅速な「リズムを合わせる能力」を獲得したことが分かった(Yu et al., 2018)。では、我々はこのヒト特有のリズムを合わせる行動特性を、発達の中でいつ・どのように獲得するのだろうか。本研究では、2.5歳以前の乳幼児期の発達過程に焦点を合わせて、他者とリズムを合わせる行動の出現時期を明らかにする。また、リズム合わせ行動の出現に、知覚ー運動協応および社会的認知の発達がどのように関わっているかを実証的に明らかにする。
モヤモヤ病における髄液中の血管新生因子の研究

モヤモヤ病に特徴的な血管病変は、1)頭蓋内動脈の細胞性又は細胞線維性の狭窄性あるいは閉塞性病変と、2)虚血脳に対する広範な側副血行路(trans-parenchymal anastomosis,transdural anastomosis)の形成である。中でも側副血行路の形成は極めて特徴的であり、手術で血管を含んだ組織を脳表に接着する事でも形成される。モヤモヤ病に特徴的なこの様な現象を説明するために、モヤモヤ病では何らかの細胞増殖因子、血管新生因子が関与するのではないかと考えられてきた。塩基性線維芽細胞増殖因子basicfibroblast growthfactor(bFGF)は線維芽細胞、血管平滑筋細胞、血管内皮細胞など中胚葉系の細胞を中心にさまざまな細胞に対して増殖因子として作用し、強力な血管新生作用を有する事が知られている。以上より、モヤモヤ病の成因としてbFGFが関与している可能性が考えられた。モヤモヤ病患者15例の脳表髄液、動脈硬化性の脳主幹動脈閉塞栓症患者11例の脳表髄液、椎間板障害患者8例の腰椎穿刺にて得た髄液中のbFGFをtwo-site sandwitch enzyme immuno assayで測定した。モヤモヤ病では15例中13例にbFGFが検出され、平均101pg/mlであった。動脈硬化性の脳主幹動脈閉塞栓症患者では11例中4例で検出され、平均8pg/mlであった。椎間板障害ではbFGFが検出されなかった。モヤモヤ病で2-3週後に行った対側の手術で得た髄液中にbFGFが検出された。頭蓋内でのbFGFの持続的な産生が、モヤモヤ病患者のクモ膜下腔で生じるWillis輪の狭窄閉塞性変化やtrans-dural anastomosisに関与している可能性が示唆された。
神経難病のリハビリテーションにおけるプラセボ効果の検討とその治療的活用

本研究ではパーキンソン病リハビリテーションにおけるプラセボ効果を検討した。パーキンソン症状はリハビリテーションで有意に改善し、その改善度は患者の全般的認知機能、前頭葉機能、気分に影響されなかった。2回目以降のリハビリテーションにおいても改善度は初回と同等であった。リハビリテーションに対する患者の期待度は高く、パーキンソン病リハビリテーションではプラセボ効果が重要であると考えられた。遺伝性パーキンソン病が疑われた42名の患者に対してパーキンソン病原因遺伝子の解析をおこなった。1症例でParkin遺伝子エクソン3の欠損、2症例でKlokin1遺伝子の新規点変異を認めた。近年、「プラセボ効果」に対する認識が劇的に変化しつつある。すなわち、プラセボ効果は精神生化学的な現象であり、一つの治療法として応用可能であることも指摘されている。特にパーキンソン病患者では著名なプラセボ効果があり、線条体の内因性ドーパミンの分泌増加を伴っていることが明らかになった。プラセボ効果の検討は偽薬の投与や外科的治療について、主に行われてきた。一方、リハビリテーションのプラセボ効果についてはほとんど研究がなされていない。本研究は、プラセボ効果を最大限に活用する、全く新しいリハビリテーションプログラムの構築を目指すことを目的としている。そのために、我々がすでに実施している5週間入院によるパーキンソン病リハビリテーションにおけるプラセボ効果とその関連因子を様々な角度から解析し、この効果をさらに増大させるように実際のプログラムに活用することを計画した。平成25年度は、67名のパーキンソン病患者が、国立病院機構徳島病院において入院リハビリテーションを受けた。平成24年度と合わせて、のべ135名の患者がリハビリテーションを受けたことになる。これらの患者に対して、リハビリテーション開始時(第0週)と終了時(第5週)に、リハビリテーションに対する「期待度」と「満足度」についてのアンケート調査とパーキンソン病の精神機能と運動機能の評価としてMMSE、MoCA-J、FAB、SDSとUPDRSを実施し、データを蓄積した。平成25年に徳島病院神経内科を受診した新規患者の中に、家族性パーキンソン病の疑われた患者が11名含まれていた。これらの患者を対象にPARK2とKlokin1遺伝子の遺伝子解析を行った。その結果、1名の患者でPARK2遺伝子のエクソン3欠損を認めた。平成23年度から24年度の間に、国立病院機構徳島病院において、68名のパーキンソン病患者が5週間の入院リハビリテーションを受けた。これらの患者に対して、リハビリテーション開始時(第0週)と終了時(第5週)に、リハビリテーションに対する「期待度」と「満足度」について5段階評価のアンケート調査を実施中である。また、リハビリテーションによる精神機能と運動機能の改善を定量的に判定するために、同時期に、MMSE、MoCA、FAB、SDSとUPDRSを評価している。上記の68名の患者の中に、家族性パーキンソン病であることが疑われる患者が15名含まれていた。これらの患者を対象にPARK2とKlokin1遺伝子の遺伝子解析を行った結果、1名の患者で新規の遺伝子異常を認めた。パーキンソン病患者では著明なプラセボ効果があり、近年、その効果発現に線条体のおける内因性ドーパミンの分泌亢進を伴っていることが明らかにされた。しかしながらリハビリテーションにおけるプラセボ効果はほとんど研究されていない。本研究ではプラセボ効果を活用する新しいパーキンソン病リハビリテーションプログラムを構築することを第一の目的とした。あわせて、研究に参加した患者に家族性パーキンソン病が疑われた場合にはパーキンソン病原因遺伝子(PARK2、Klokin1)の遺伝子検査をおこなった。平成24年4月から平成27年3月の間に徳島病院で5週間の入院リハビリテーションを受けた113名の患者(男性52名、女性61名、平均年齢69±8.4歳、平均罹病期間7.3±5.6年、Yahr重症度3.2±0.43)を対象とした。

このなかにはリハビリテーションを複数回(24回)受けた患者が43名含まれた。42名の患者で家族性パーキンソン病が疑われた。遺伝子検査の結果、1症例でPARK2遺伝子のエクソン3欠損、2症例でKlokin1遺伝子の新規点変異を認めた。リハビリテーションで、UPDRSパートII(ADLスコア)とパートIII(運動スコア)がいずれも有意に改善した:パートII23±6.0→16±6.4(P<0.05)、パートIII47±10 →35±10(P<0.05)。2回目以降のリハビリテーションにおいてもUPDRS改善度は同等であった。患者の全般的認知機能(MMSE)、前頭葉機能(FAB)、うつ状態(SDS)はUPDRS改善度に影響しなかった。本研究に参加した患者のリハビリテーションに対する期待度は高く、パーキンソン病リハビリテーションにおいてもプラセボ効果が作用する可能性が示唆された。臨床神経学、リハビリテーション医学リハビリテーションを受けた患者からのデータは蓄積されているものの、その統計学的解析が終了していない。また、リハビリテーション前後における脳機能変化を他覚的に計測することを目的としたfMRI、光トポグラフィー検査は、機器のアップグレードやリースに当初予定したよりも多額の費用がかかることが判明し、予定通りに導入出来ていない。家族性パーキンソン病が疑われた患者に対する遺伝子検査は順調に進んでいる。平成24年度は68名のパーキンソン病患者が入院リハビリテーションを受けた。現在の入院予約状況から、平成25年度も24年度と同程度の患者がリハビリテーションを受けると思われる。このように、患者からのデータの蓄積は順調に進んでいる。また、パーキンソン病の運動症状の評価尺度を増やすことを目的として、3軸加速度センサーを導入することも出来た。家族性パーキンソン病患者を対象とした遺伝子検査では、1名の患者で新規の遺伝子異常を認めた。一方で、現時点では、脳機能マッピングを目的としたfMRIと光トポグラフィーの導入は、当初計画したように進んでいない。平成26年度も、前年度と同様に5週間のリハビリテーションを受けるパーキンソン病患者に「期待度」「満足度」に関するアンケート調査と精神・運動機能評価を実施し、データを蓄積する。統計ソフト(IBM SPSS Statistics)を購入し、これらのデータの統計学的解析を出来るだけ速く効率的におこない、患者の「期待度」、「満足度」とリハビリテーションによる症状の改善度の間の相関関係を明らかにする。そして、患者の「期待度」、「満足度」の中で症状の改善と最も強い相関を示した項目に着目し、プラセボ効果を活用した新しいリハビリテーションプログラムを構築する。家族性パーキンソン病が疑われる患者に対するPARK2とKlokin1遺伝子の遺伝子解析を引き続き実施する。平成25年度も、平成24年度と同様に、5週間のリハビリテーションを受けるパーキンソン病患者に「期待度」「満足度」に関するアンケート調査と精神・運動機能評価を実施し、データを蓄積する。
プラズマプロセス用大面積プラズマの生成

大面積で高密度プラズマの生成は、次世代超大規模集積回路や大面積液晶パネルの達成にとって緊急の課題となっている。この目的のため、現在では各種のプラズマ生成法が提案・製作され、実際にプロセス試験を行うことによりその性能が評価されている。しかしながら、均一性、プラズマの大口径化、プラズマ密度の高密度化、さらにラジカル生成など反応の制御性などすべての条件を満足するプラズマ源及びプラズマ生成法はまだ確立されていないのが現状である。プラズマプロセスの大面積化のために、東北大学のグループでは電子サイクロトロン共鳴(ECR)を永久磁石磁場によって起こさせる平面ECRアンテナによるプラズマ生成を提案し、すでに直径40-50cmにわたって均一性±5%程度のプラズマ生成に成功している。また、変形マグネトロン方式を採用した高周波放電を新しく開発し、スパッタリングの少ない大口径均一プラズマを直径40-50cmにわたって生成することに成功している。一方、韓国先端科学技術研究所(KAIST)のグループでは、高密度プラズマ生成法を目指すためにヘリコン波及び誘導結合方式を採用し、高周波プラズマの生成法についての実験を行い、その生成機構についての研究がなされてきた。実際のプロセスに適用するためには、高密度化のみならず大口径化及び高均一性を持つプラズマ分布の達成が研究の課題となっていた。また、ECR方式についても検討し、特に反応性を左右するラジカル種の測定が光プローブ法によって始められていた。このように両者の特徴を生かし現実的な課題解決に対処するために、プラズマの大面積・大口径化の現状及び諸問題についての討論が、「プラズマプロセス用大面積プラズマの生成」に関する第1回セミナーとして、韓国先端科学技術研究所で行われ、日韓両国の研究グループで行われたいくつかのプラズマ生成法の詳細について、最新の研究成果を発表・討論され、合わせて調査・意見交換が行われ、各方法の問題点を明らかにした。また、実験・測定法などの情報交換を行った。主なポイントとしては、1.ヘリコン波プラズマ及びICPプラズマの高密度特性2.ECRプラズマ及びRFプラズマの大面積化法3.大面積化用プラズマシミュレーション法4.プラズマ測定法及び特性評価法両機関の協議の結果、大面積・均一プラズマの生成にはアルゴン等の不活性ガスで得られた電子密度や電子温度、あるいはプラズマ空間電位の均一性が反応性プラズマ中でどの様に変化する化について解明すると共に、表面反応に直接寄与するラジカルなどの反応活性種の一様性及びその種類の選択制が極めて重要であることが指摘された。この問題の具体的な解決のために、まず手始めとして、東北大学で得られた大口径プラズマ中のカジカル分布の均一性について、韓国側で開発された光プローブ法を用いて実際に測定し、プラズマパラメータの均一性とラジカル密度の均一性の関係について明らかにする必要があるとの認識を得た。光プローブ法は発光性ラジカルの分布の計測には有用な測定手段となる。これらの経過を踏まえて、「プラズマプロセス用大面積プラズマの生成」に関する第2回討論会が韓国先端科学技術研究所で行われ、前回報告された一様プラズマ生成法及びその計測法についてのいくつかの問題点に対する意見交換をするとともに、東北大学での共同実験の打ち合わせを目的とした。具体的には、大面積一様プロセスで課題となっているプラズマ中のラジカル活性種の測定を、東北大学にある大口径プロセス反応装置を使って、韓国側が提案した光プローブ計測法を適用して行うために必要な準備及び装置等の打ち合わせをした。また、これと平行して、これまで日韓両国の研究グループで行われたいくつかのプラズマ生成法の詳細について、最新の研究成果の情報交換及び討論した。3月には、韓国側が光プローブを東北大学に持参し、共同実験が開始される。主なポイントとしては、1.ヘリコン波プラズマ及びICPプラズマの高密度特性2.ECRプラズマ及びRFプラズマの大面積化法

3.大面積化用プラズマシミュレーション法4.プラズマ測定法及び特性評価法両機関の協議の結果、大面積・均一プラズマの生成にはアルゴン等の不活性ガスで得られた電子密度や電子温度、あるいはプラズマ空間電位の均一性が反応性プラズマ中でどの様に変化する化について解明すると共に、表面反応に直接寄与するラジカルなどの反応活性種の一様性及びその種類の選択制が極めて重要であることが指摘された。この問題の具体的な解決のために、まず手始めとして、東北大学で得られた大口径プラズマ中のカジカル分布の均一性について、韓国側で開発された光プローブ法を用いて実際に測定し、プラズマパラメータの均一性とラジカル密度の均一性の関係について明らかにする必要があるとの認識を得た。光プローブ法は発光性ラジカルの分布の計測には有用な測定手段となる。これらの経過を踏まえて、「プラズマプロセス用大面積プラズマの生成」に関する第2回討論会が韓国先端科学技術研究所で行われ、前回報告された一様プラズマ生成法及びその計測法についてのいくつかの問題点に対する意見交換をするとともに、東北大学での共同実験の打ち合わせを目的とした。具体的には、大面積一様プロセスで課題となっているプラズマ中のラジカル活性種の測定を、東北大学にある大口径プロセス反応装置を使って、韓国側が提案した光プローブ計測法を適用して行うために必要な準備及び装置等の打ち合わせをした。また、これと平行して、これまで日韓両国の研究グループで行われたいくつかのプラズマ生成法の詳細について、最新の研究成果の情報交換及び討論した。3月には、韓国側が光プローブを東北大学に持参し、共同実験が開始される。
アリグモの種多様性を増大させるアリ擬態効果の解明

熱帯で特に高い種多様性を有するハエトリグモ科アリグモ属では,各種が特定のアリ種に外見をそっくりに似せる特異なアリ擬態が見られる.我々は,この特異なアリ擬態が,擬態モデルのアリ種からの攻撃を回避し,そのなわばり内を生息や採餌場所として利用するための擬態ではないかと考えた.本研究の目的は,この仮説を検証し,アリグモがアリのなわばり内を生息場所とすることが,アリグモの生殖隔離機構として種分化を促進している可能性を検証する足がかりとすることである.本年度は,まず,ボルネオ島ランビルで,アリ類とアリグモ類で,擬態形態のマッチングの組み合わせの違いよる両者の攻撃行動や回避行動の行動生態学解析を行った.実験材料として,ツムギアリとツムギアリ擬態アリグモやトゲアリ擬態アリグモ,さらに,非擬態のハエトリグモを用い,59例の行動観察実験を動画に記録できた.その詳細な解析は,現在進行中であるが,1)アリグモが擬態モデルとしているアリ種とそうでないアリ種を認識して,回避行動を明確に変えていること,2)一方,アリ種でも,自分に擬態しているアリグモ種には積極的な攻撃行動を見せず,別のアリ種に擬態しているアリグモや非擬態のハエトリグモには,すぐに攻撃を加えることが確認できた.これらの結果は,これまで外敵から身を守るための適応現象と考えられてきた擬態に,世界で初めて,擬態モデルからの攻撃回避の効果と意味があることを実際のデータで示したものであり,我々の仮説が正しいことを支持するものである.さらに,1)アリグモが擬態モデルのアリが作るテリトリー内を採餌場所として利用しているのかを検証するための安定同位体分析用サンプルと,2)アリグモの擬態モデル選択が,その種分化を促進しているのかを,種分岐パターンと擬態モデル選択の合致よって検証するための系統解析用DNAサンプルの収集も実施した.これまで,同一研究チームで,アリとアリグモ調査の実績を10年間積み上げてきた.このため,研究に必要な材料収集の方法や分析技術は確立されている.さらに,調査地でのアリ類,アリグモ類,非擬態ハエトリグモ類などの分類整理も,同時に進めてきたことにより,研究対象の種名同定なども可能になっている.これらの実績が既にあるため,本研究計画の進捗状況は概ね順調である.例えば,擬態モデル・アリとアリグモ間の攻撃と回避行動の解析は,本研究計画で,初めて取り組む課題である.そのために今回,新たに行動観察装置を試案したが,それを使って解析使用できるデータを収集することができた.さらに,そのデータの解析手法についても,対象二点間の距離と頭の向きを,記録動画から自動で計測分析するプログラムの開発も進めている.一方,アリグモが擬態モデル・アリのテリトリー内で,主に,餌資源を確保しているのかについては,従来の安定同位体分析だけでは難しい.このため,実験的な操作で,そのことを検証できる手法がないかを検討中で,それが課題である.第二年度でも,調査地としているボルネオ島ランビル・ヒル公園で調査を続行できることになっている.このため,国際紛争など突発的な事態が生じない限り,特に,研究計画の推進方策に変更はない.また,そうした事態が生じた場合には,調査地をタイ国などに変更することで,研究を推進できる.熱帯で特に高い種多様性を有するハエトリグモ科アリグモ属では,各種が特定のアリ種に外見をそっくりに似せる特異なアリ擬態が見られる.我々は,この特異なアリ擬態が,擬態モデルのアリ種からの攻撃を回避し,そのなわばり内を生息や採餌場所として利用するための擬態ではないかと考えた.本研究の目的は,この仮説を検証し,アリグモがアリのなわばり内を生息場所とすることが,アリグモの生殖隔離機構として種分化を促進している可能性を検証する足がかりとすることである.本年度は,まず,ボルネオ島ランビルで,アリ類とアリグモ類で,擬態形態のマッチングの組み合わせの違いよる両者の攻撃行動や回避行動の行動生態学解析を行った.実験材料として,ツムギアリとツムギアリ擬態アリグモやトゲアリ擬態アリグモ,さらに,非擬態のハエトリグモを用い,59例の行動観察実験を動画に記録できた.その詳細な解析は,現在進行中であるが,1)アリグモが擬態モデルとしているアリ種とそうでないアリ種を認識して,回避行動を明確に変えていること,2)一方,アリ種でも,自分に擬態しているアリグモ種には積極的な攻撃行動を見せず,別のアリ種に擬態しているアリグモや非擬態のハエトリグモには,すぐに攻撃を加えることが確認できた.これらの結果は,これまで外敵から身を守るための適応現象と考えられてきた擬態に,世界で初めて,擬態モデルからの攻撃回避の効果と意味があることを実際のデータで示したものであり,我々の仮説が正しいことを支持するものである.さらに,1)アリグモが擬態モデルのアリが作るテリトリー内を採餌場所として利用しているのかを検証するための安定同位体分析用サンプルと,2)アリグモの擬態モデル選択が,その種分化を促進しているのかを,種分岐パターンと擬態モデル選択の合致よって検証するための系統解析用DNAサンプルの収集も実施した.これまで,同一研究チームで,アリとアリグモ調査の実績を10年間積み上げてきた.このため,研究に必要な材料収集の方法や分析技術は確立されている.

さらに,調査地でのアリ類,アリグモ類,非擬態ハエトリグモ類などの分類整理も,同時に進めてきたことにより,研究対象の種名同定なども可能になっている.これらの実績が既にあるため,本研究計画の進捗状況は概ね順調である.例えば,擬態モデル・アリとアリグモ間の攻撃と回避行動の解析は,本研究計画で,初めて取り組む課題である.そのために今回,新たに行動観察装置を試案したが,それを使って解析使用できるデータを収集することができた.さらに,そのデータの解析手法についても,対象二点間の距離と頭の向きを,記録動画から自動で計測分析するプログラムの開発も進めている.一方,アリグモが擬態モデル・アリのテリトリー内で,主に,餌資源を確保しているのかについては,従来の安定同位体分析だけでは難しい.このため,実験的な操作で,そのことを検証できる手法がないかを検討中で,それが課題である.第二年度でも,調査地としているボルネオ島ランビル・ヒル公園で調査を続行できることになっている.このため,国際紛争など突発的な事態が生じない限り,特に,研究計画の推進方策に変更はない.また,そうした事態が生じた場合には,調査地をタイ国などに変更することで,研究を推進できる.航空券の燃料サージなどの変動による差額.次年度の調査旅費に合わせて使用する
古代律令国家体制における辺境(辺要)の成立とその条件ー蝦夷と隼人を対比してー

古代律令国家の統治領域の外辺にあって,南部九州の隼人の居住地域に対応する東北の蝦夷の居住地域は,より未開的,より蛮族的という特性で認識されている。しかし,本研究で得られた成果からすると,そのような認識はきわめて皮相的見方でしかないようである。2.律令国家の形成期・確立期になると,東北地方は蝦夷あるいは俘囚の居住地域とされ蔑視されているが,墨書・刻書土器や漆紙文書などにみられる文字の使用,その地が官衙所在地かその周辺の場合が多いとしても,予想外に広い範囲で認められる。また,その影響は北海道南部にまでみられ,明らかに国家領域の外部にまでおよんでいる。3.89世紀には城柵が各地に築造されたが,その周辺に地方都市が存在したことが確認されつつある。宮城県多賀城市では,多賀城の前面南部に古代都市の形成をうかがわせる条坊区画が検出されている。藤原京・平城京・平安京を除いては,大宰府の条坊が推定されているが,多賀城前面の都市の存在は,古代律令国家の地方統治の実態を考える上で重要である。隼人の地域とは明らかに異なっている。以上のようにみてくると,隼人の地域と蝦夷の地域は,文献上は同じく辺境・辺要とされながらも,その様相はかなり違ったものとなっている。文献中心に形成されてきた夷狄観念による史観は,その実態とかけはなれたものとなってきた。今後は発掘調査によって検出された事実と文献記事を複眼的視点で見直す必要がある。
衝動的選択の適応的意義と神経機構

本研究において、ニワトリ雛が競争採餌を行なっているときの側坐核における餌の予期表現および知覚表現を神経行動学的に調べた。これまで、側坐核ニューロンには餌の予期表現および知覚表現があることがわかっていた(Schultz et al. 1992, Miyazaki et al. 1998, Yanagihara et al. 2001, Cromwell and Schultz 2003, Izawa et al., 2005,Roeschet al. 2009)。しかし、これらのニューロンが他個体のいる社会的文脈においてどのような修飾を受けるのかについての先行研究はなかった。本研究では、ニワトリ雛において、側坐核ニューロンの餌の予期表現、知覚表現が社会的文脈において修飾を受けることを初めて見出した。自由行動下のニワトリ雛の側坐核から神経活動を記録した。刺激提示期、遅延期、報酬期のいずれの時期において活動の変化が見られたかによって、ニューロンを分類した。つづいて、分類したニューロン集団が他個体と一緒に採餌を行なう社会的文脈によって修飾を受けたか集団解析した。その結果、刺激提示期および報酬期において、社会的文脈のもとで神経活動の有意な減弱が見られた。他方、遅延期においては神経活動の有意な減弱は見られなかった。これらのことは、社会的文脈による採餌行動の変化(衝動性の亢進、反応潜時の短縮)を引き起こす神経機構を説明するかもしれない。これまでの研究から、3日間の競争採餌の経験によってヒヨコの衝動的選択が亢進することがわかった。これは競争採餌の長期的な影響を示すものである。しかし、競争採餌によって衝動的選択が亢進する神経メカニズムはまだわかっていない。また、自由行動下の動物において、脳における長期的な変化を調べることは難しい。そこで、神経メカニズムの解明のために、競争採餌の即時的な影響を検証する必要があった。本年度はこの競争採餌の即時的な影響について調べた。すなわち、その場に競争他個体がいるかどうかによって、ヒヨコが速やかに選択を変えるか調べた。ヒヨコに対して競争採餌と単独採餌の両方を経験させた。その後、競争採餌と単独採餌において異時点間選択に違いがあるかをテストした。その結果、ヒヨコは両条件で同程度の衝動的選択を示した。このことから、競争採餌が選択に及ぼす即時的な影響について検出することは難しいことがわかった。しかし、選択をするまでの潜時について着目したところ、競争採餌において明確な短縮が見られた。先行研究において、動物の餌に対するモチベーションが高いとき、潜時の短縮が起こることがわかっている。したがって、競争採餌によって、即時的にヒヨコの餌に対するモチベーションが高まっている可能性がある。このことは、競争採餌が即時的に神経活動の変化を引き起こしていることを示唆している。今後、電気生理実験を行い、競争採餌によって脳においてどのような変化が起こるのかを調べる。前年度の研究成果(ニワトリ雛の競争採餌による衝動性への即時的/長期的影響)を論文にまとめた。この論文は9月にFrontiers in Neuroscience誌に掲載された。システム生理学実験を開始し、自由行動下のニワトリ雛の側坐核から単一ニューロン活動を記録した。78個の報酬関連活動を記録した。そのうち手がかり刺激が提示されてから報酬が出現するまでの遅延期に活動が上昇するニューロンは19個みつかった。また、報酬が出現したあとの報酬期に活動が上昇するニューロンは35個みつかった。さらにそのうち11個のニューロンが競争文脈によって修飾を受けた。側坐核の報酬関連活動が競争文脈によって修飾を受けるという結果は、先行研究(Izawa et al.2005)の結果を支持するとともに、以下の新しい知見を示唆する。1つ目は、競争文脈による神経修飾は即時的に起こっているということである。競争採餌は選択に対して長期的に作用しているが、神経修飾はもっと早い段階で起こっている可能性がある。2つ目は、腹側被蓋野ドーパミン作動性ニューロンによって側坐核の神経修飾が起こっているということである。先行研究(Yanagihara and Hessler 2006)はオスのキンカチョウにおいて腹側被蓋野の神経活動がメス個体の提示によって文脈依存的に活動が上昇することを示した。競争文脈において、腹側被蓋野ドーパミン作動性ニューロンが側坐核の神経活動を修飾している可能性がある。3つ目は側坐核が報酬を評価しており、その評価にもとづいて選択がおこなわれているということである。先行研究(Izawa et al.2003)は側坐核の破壊によって、衝動的選択が亢進することを示した。側坐核の神経修飾が変化することによって、ニワトリ雛の衝動的選択が亢進している可能性がある。

しかし、これらのニューロンが他個体のいる社会的文脈においてどのような修飾を受けるのかについての先行研究はなかった。本研究では、ニワトリ雛において、側坐核ニューロンの餌の予期表現、知覚表現が社会的文脈において修飾を受けることを初めて見出した。自由行動下のニワトリ雛の側坐核から神経活動を記録した。刺激提示期、遅延期、報酬期のいずれの時期において活動の変化が見られたかによって、ニューロンを分類した。つづいて、分類したニューロン集団が他個体と一緒に採餌を行なう社会的文脈によって修飾を受けたか集団解析した。その結果、刺激提示期および報酬期において、社会的文脈のもとで神経活動の有意な減弱が見られた。他方、遅延期においては神経活動の有意な減弱は見られなかった。これらのことは、社会的文脈による採餌行動の変化(衝動性の亢進、反応潜時の短縮)を引き起こす神経機構を説明するかもしれない。当初の計画では2年目に行う予定だった遺伝子発現解析による衝動性に関連した脳部位の同定を行わなかった。その代わり、3年目に行う予定だった側坐核の単一ニューロン活動記録を行った。研究の目的は変更していないが、研究の進め方に関して変更を行った。具体的には、側坐核を中心とした神経ネットワーク(投射領域の特定)、および神経修飾(シナプス可塑性の変化)を調べることにより、競争採餌が衝動的選択を亢進する作用機序を明らかにする。上記のような変更を行ったため、「おおむね順調に進展している」と自己評価した。まず、記録領域を特定するために、免疫組織化学染色を使ってニューロンをラベルする。側坐核はcoreとshellに分かれる(Balint and Csillag 2007)。Calbindinをマーカーにした免染を行うことで、これら小領域を区分することができる。つぎに、記録しているニューロンが腹側被蓋野に投射しているかを調べるために、電気刺激と活動記録を同時に行う。腹側被蓋野に刺激用電極を刺入し、側坐核に記録用電極を刺入する。もし、記録している側坐核ニューロンが腹側被蓋野に投射しているならば、腹側被蓋野の刺激直後に逆行性スパイクが記録できる。さらに、競争文脈により側坐核のシナプス可塑性が変化するか調べるために、マルチユニット記録を用いた相互相関解析を行う。競争文脈の前後において、側坐核ニューロン間の発火タイミングの同期率を比較する。
表面プラズモン共鳴法による潤滑面のその場観察と超低摩擦ナノ複合材料の創製

1.エバネセント波によってプリズムから100ナノメートル以内のコラーゲン線維密度を検出する技術を関節軟骨の摩擦試験における、その場観察に応用した結果、正常軟骨ではコラーゲン線維がプリズムに徐々に接近するのに対して、表面を拭った軟骨では、はじめから存在しており、酵素処理した軟骨では接近が妨げられることを明らかにした。2.軟骨が離れると短時間で水が表面層に吸収されるため、再び負荷されたときには摩擦が低く、界面におけるコラーゲン線維密度が低いが、時間の経過につれて摩擦係数とコラーゲン線維密度が徐々に高くなることを明らかにし、水和潤滑の基礎特性を明らかにした。3.表面プラズモン共鳴を利用して軟骨の摩擦試験中にコラーゲン線維とコンドロイチン硫酸を検出した。その結果、表面を拭った軟骨ではコラーゲン線維の密度が高いのに対して、コラーゲナーゼ処理した軟骨ではコンドロイチン硫酸の濃度が高かった。いずれの場合にも正常な軟骨より摩擦係数が高かったことから、水和潤滑において摩擦係数を低下させるためには、親水性高分子が表面に固定されていなければならないことが明らかになった。4.金属石鹸を混入したポリウレタンとポリエチレンを用いて流動パラフィン中で摩擦試験を行った結果、試験前に試料を潤滑剤に浸しておくと起動摩擦が低いことを明らかにした。また金属石鹸としてステアリン酸リチウムの方がステアリン酸カルシウムより摩擦の低下に有効であることを確かめた。5.金属石鹸の添加量が少ないと効果が少なく、多すぎると表面あらさが大きくなっていずれも摩擦係数が上昇することから、金属石鹸添加量の最適値がわかった。6.高分子材料に添加した金属石鹸は、境界潤滑剤として働き、起動摩擦を低下させるが、定常運転中にはほとんど効果が見られなかった。関節軟骨の潤滑機構を再現するため,親油性材料として金属セッケン(ステアリン酸カルシウム,ステアリン酸リチウム)を用い,ポリウレタン,ニトリルラバー,高密度ポリエチレンに最大8%まで混入した後に成形して低摩擦材料を製造した。この材料では金属セッケンが油を吸着することによって膨潤して表面に露出し,たとえ表面が摩耗しても金属セッケンがなくならないことを期待して流動パラフィン中で摩擦試験を行い,次のことを明らかにした1.ステアリン酸カルシウムよりもステアリン酸リチウムの方が摩擦を低下させる能力が高い。2.摩擦を低下させるためには,試験前に試料を潤滑油(この場合は流動パラフィン)の中に24時間以上浸漬させておく必要がある。3.母材に金属セッケンを含有させることによって,一定時間静止後の起動摩擦が低下するが,定常摩擦はほとんど変わらない。4.ポリウレタンとニトリルラバーの場合には,金属セッケンの混入率が高いほど起動摩擦の減少率が高い。一方,ポリエチレンでは金属セッケンを多量に混入すると起動摩擦,定常摩擦が上昇する。5.摩擦試験前,浸漬後及び摩擦試験後の試料表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果,いずれの場合にも試料表面に金属セッケンが分布していることを確認した。ポリウレタンとニトリルゴムの場合には金属セッケンは均一に分布していたが,ポリエチレンの場合には粒状に集まる傾向があり,これが表面あらさと摩擦の増加する原因であると推定される。6.荷重が増加すると金属セッケンの効果が少ない。これは金属セッケンが油を吸着する能力に限界があるためと思われるので,今後は高分子オイルゲル化剤や脂肪酸アマイドなど,より油との反応性の高い材料を用いることを試みる予定である。
ヘムオキシゲナーゼの結晶解析によるヘム分解反応及び酸素活性化機構の解明

生理的なヘム分解酵素であるヘムオキシゲナーゼ(HO)は、1960年代の半ばに米国のSchmidらによって発見された。以来国内外の数多くの研究者により精力的に研究されてきた。我々は、構造生物学観点からこの酵素の反応機構を追求し、本申請課題において次のような成果をえた。2.酸素・電子滴定装置を用いて、ヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換には、シトクロムP450還元酵素からのe^-の供給は必要とせず、分子状酸素のみで起こることを発表した(J. Biol. Chem. 274, 18196, 1999)。4.ラットHO-1のセレノメチオニン変異酵素を用いて位相の決定し,ラットHO-1の結晶構造を決定した(FEBS Lett. 471, 61, 2000)。6.ヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換には、外部からのe^-の供給は必要とせず、O_2のみで起こることを再確認し,電子要求性についての研究者間の不一致は,結合体の調製方法と用いる還元系(ジチオナイトなど)の違いによることを明らかにした(Eur. J. Biochem. 269, 5231-5239, 2002)。7.ラットHO-1について,アポ型(Biochemistry41,7293-7300, 2002)およびヘム-N_3結合型(J. Biol. Chem.277, 45086-45090, 2002)の結晶構造を明らかにした。ヘムオキシゲナーゼ(HO)はO_2とNADPHの還元力を利用してヘムをα特異的に開裂し、ビリベルジン、鉄、COを生成する。本研究ではC末端の膜結合ドメインを除いた短縮型ラットHO-1の大腸菌での発現系を確立し、昨年度は阪大大学院福山研との共同研究によりヘムとの複合体の結晶構造を決定した。本年度は同共同研究により、ヘムを結合していないapoHOの構造を決定した(投稿中)。apoHOの全体構造はHO-ヘム複合体(HO-heme)と似ているが、ヘムポケットの構造には明確な差異がみられた。apoHOでは、近位ヘリックス(A-helix)はdisorderしており、ヘムポケットの一部を形成しているB-helixはヘムポケット部位にシフトしていた。とりわけ、B-helix中のGln38がHO-hemeでは本来ヘムが位置する部位に移動していたことが注目される。何故なら、HO-hemeにおいて、Gln38はA-helixのC末側に存在するGlu29と水素結合をしており、この水素結合がA-helixとB-helixの角度を決定しているからである。さらに、apoHOでは遠位ヘリックス(F-helix)がrandom coil状となっていた。以上のようなapoHOの構造から、ヘムが結合するとき、A-helixがHis25を介して安定化され、ついでB-helixが大規模な移動する結果Gln38とGlu29との間に水素結合が形成され、最後にF-helixの固定が起こることが推定された。HO反応は3段階の酸素添加反応からなるが、第2ステップのヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換反応については、O_2のみで起こると主張するグループと、O_2に加えて1eの供給が必要であると主張するグループとの対立があった。我々はこの反応がO_2のみで起こり生成されたベルドヘムは2価であることを報告した。これに対して後者から、1eの供給なしでヒドロキシヘムから生成されるものはporphyrinが酸化されたporphyrin(Fe^<3+>)πcation radicalであり、O_2酸化物はNa_2S_2O_4によって再還元されてヒドロキシヘムに戻るという反論が出された。そこで、HOに結合したヒドロキシヘムとベルドヘムのO 2およびNa 2S 2O 4に対する反応性を検討した(投稿中)。ヒドロキシヘム(Fe^<3+>)は当量のO_2によってベルドヘム(Fe^<2+>)に転換される。決してporphyrin(Fe^<3+>)πcation radicalではない。過剰のO 2暴露によってベルドヘム(Fe^<2+>)はさらに酸化されるが、その酸化物は未同定である。一方ベルドヘム(Fe^<2+>)はNa_2S_2O_4によって還元されて、π-neutral radical様の物質に変化する。このものは生理的な還元系であるNADPH-cytochrome P450 reductaseを用いたヘム分解反応ではみられない。よってNa_2S_2O_4は生理的なヘム分解反応を検討する場合、還元剤として使用することは不適当であると結論された。1.ラットHO-1のC末端22アミノ酸残基(膜結合部位)を除いた可溶性酵素(Met1-Pro267)の発現に成功し、10Lの培養液から170mgの精製標品を得るシステムを確立した(Kurume med. J.43,313,1996)。

2.酸素・電子滴定装置を用いて、ヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換には、シトクロムP450還元酵素からのe^-の供給は必要とせず、分子状酸素のみで起こることを発表した(J. Biol. Chem. 274, 18196, 1999)。4.ラットHO-1のセレノメチオニン変異酵素を用いて位相の決定し,ラットHO-1の結晶構造を決定した(FEBS Lett. 471, 61, 2000)。6.ヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換には、外部からのe^-の供給は必要とせず、O_2のみで起こることを再確認し,電子要求性についての研究者間の不一致は,結合体の調製方法と用いる還元系(ジチオナイトなど)の違いによることを明らかにした(Eur. J. Biochem. 269, 5231-5239, 2002)。7.ラットHO-1について,アポ型(Biochemistry41,7293-7300, 2002)およびヘム-N_3結合型(J. Biol. Chem.277, 45086-45090, 2002)の結晶構造を明らかにした。
潰瘍性大腸炎の異型およびがん化に関する遺伝子解析

長期経過観察された潰瘍性大腸炎のがん、およびdysplasia合併例を対象に遺伝子解析を行い、p53の異常がdysplasia合併例症例で高頻度にみられ、がん合併例の早期診断にp53の免疫染色やDNA抽出からのmutationの検出が有効であることが示した。一方、DCCやras遺伝子の異常についてはdysplasia合併例と非合併例で有意差はみられず、dysplasiaの診断という観点からは有効という結果は得られなかった。p53の検出は潰瘍性大腸炎で長期経過例、がん合併を早期に診断することに有効であるという結果はこれらのsurveillanceに今後活用できると思われた。現在、実験発がんにおける炎症の関与について検討中であるが、DMH発がんラットを用い、TNB、カプサイシンといった腸炎を合併させる発がんの相違をみた。TNBやカプサイシンで腸炎を合併させた群では、短期間で進行がんが形成され、いわゆる前がん状態と思われるACFやsevere dysplasiaの多発もみられた。さらに興味深い点は、これら腸炎発がん群では平坦がんの形成がみられたことである。これらの点を遺伝子的に現在解析、投稿予定である。潰瘍性大腸炎に合併する癌の早期診断は形態学的に解析だけでは難しい。また潰瘍性大腸炎の長期経過例にみられる異形成を炎症に伴う異型と区別することも形態診断では難渋することが多い。今回、潰瘍性大腸炎の長期経過例からえられた異形成や癌を合併した手術標本を対象に種々の遺伝子について検討してみた。結果、臨床的には潰瘍性大腸炎に伴う異形成や癌病巣は多発性で表面型を呈し、深部浸潤を伴うことが多いことが分かった。また、形態的に通常の腺腫でみられる異型度診断が適当な場合とそうでない場合があることも明らかになった。即ち、癌に伴うuc-11の異形成は形態的に腺腫構造を採らず再生上皮や基底細胞増殖の形をとり非癌合併のuc-11との識別が難しく、この異型診断に腺腫の異型度診断が当てはまらないことである。ところが、癌抑制遺伝子p53の免疫染色の結果では両者で明らかに異なる所見が得られた。癌合併uc-11では瀰慢性の過剰反応がみられたが非合併例では前例陰性であった。このことから症例によってはこれらの免疫染色が形態診断に応用可能であると考えられた。さらに、ras, DOC, APG遺伝子についても検討し、潰瘍性大腸炎に伴う癌化例では、ras遺伝子の関与が少なく、DOC遺伝子codon201Glyの多型性の占める割合が多いことが分かった。この結果は、spor adicな表面型癌と傾向が似ていた。さらにAPG遺伝子の異常についても検索予定であり、ラットモデルも順調に準備されつつある。潰瘍性大腸炎(UC)の長期経過例には高率に癌が合併することから,UC合併癌(UC-Ca)の前癌病変としてdysplasia(異形成)が重要視され,炎症-異形成-癌といった発癌への一連のシーケンスも想定されている.しかしながら,肉眼形態的に異形成とUC-Caの鑑別は困難であり,病理組織学的には,異型上皮における炎症性・腫瘍性の鑑別,極高分化腺癌の診断がしばしば問題となる.そこで我々は,UC症例を対象に以下の検討を行い,UC-Ca診断における遺伝子工学的手法の有用性について検討した.1)PCR-PFLP法によりK-rasの異常を検討したところ,癌ないし異形成でコドン12の変異が検出されたが,この頻度は一般大腸癌より低かった.2)P53ポリクローナル抗体(CM1)を用いてLSAB法を行い,diffuseないしintermediateの染色性を陽性とした.癌で100%,癌合併症例の異形成で約80%,炎症性異型上皮で約45%と,一般大腸癌に比し高率な陽性像を認めた.癌非合併UCにP53陽性例はみられなかった.3)DCCコドン201にはアルギニンとグリシンの多形性が存在する.PCR-RFLP法では,癌合併の有無に関わらずUC症例大腸組織の約80%にグリシンタイプがみられ,正常人抹消血を用いた対象17%と比して明らかに高率であった.

上記の結果から,サーベイランスの際に,生検組織のP53が陽性であれば癌の存在が疑われるものと考えられた.UCの発癌に際してP53とDCCが有用な遺伝子マーカーとなる可能性が強く示唆されたが,DCCコドン201多型性の関与については,RFLP法の問題点である再現性や検出感度を考慮し,自動シーケンサーによるDNA塩基配列の解析等,より詳細で精度の高い検討を加える必要があるものと思われた.
気管支喘息の発症・難治化におけるHGFの役割解明と再生医療への応用

今回の気管支喘息の発症・難治化における肝細胞増殖因子(hepatocyte growth factor ; HGF)の研究において、喘息発症モデル及び気道リモデリングモデルを作製後、リコンビナントHGF及び抗HGF抗体を投与し気道炎症、気道過敏性、Th2サイトカインやTGF-β等の増殖因子さらに気道上皮細胞、上皮下平滑筋や線維性変化を検討した。その結果、HGFがアレルギ-性気道炎症、気道過敏性の抑制効果のみでなく、すでに形成された気道リモデリングに対しても抑制的に制御することが明らかとなり、HGFは今後極めて有用な重症難治性喘息治療薬として期待される今回の気管支喘息の発症・難治化における肝細胞増殖因子(hepatocyte growth factor ; HGF)の研究において、喘息発症モデル及び気道リモデリングモデルを作製後、リコンビナントHGF及び抗HGF抗体を投与し気道炎症、気道過敏性、Th2サイトカインやTGF-β等の増殖因子さらに気道上皮細胞、上皮下平滑筋や線維性変化を検討した。その結果、HGFがアレルギ-性気道炎症、気道過敏性の抑制効果のみでなく、すでに形成された気道リモデリングに対しても抑制的に制御することが明らかとなり、HGFは今後極めて有用な重症難治性喘息治療薬として期待されるHGFは胎生期において肺上皮組織の成長及びその形態形成を促す"器官形成因子"として、また成体では障害を受けた組織を速やかに修復しその機能を回復させる"器官再生因子"として作用するが、喘息病態における意義は全く不明である。この間葉組織に由来し、上皮系細胞の増殖、遊走、形態形成誘導活性、抗アポトーシス作用を有するHGFが、気道炎症及び気道過敏性、またリモデリングの形成機序にいかに関与しているかを解明し、さらにマウス喘息モデル及びリモデリングモデルにrecombinant HGFあるいはHGF遺伝子導入による遺伝子治療の有効性を検討することは、今後さらに増加すると考えられる喘息の発症及び重症難治化病態をより詳細に把握しかつ制御する上で非常に重要な研究である。今回申請者は、喘息発症モデル及び慢性喘息(リモデリングモデル)を作製後、recombinant HGF及びanti-HGF抗体を投与し気道炎症及び気道過敏性の変化、Th1及びTh2サイトカイン、線維化の中心的増殖因子であるtransforming growth factor-β(TGF-β)とその主たる産生細胞である好酸球と筋線維芽細胞、さらに気道上皮細胞の障害、気道基底膜下結合組織の肥厚などの気道の線維性変化を検討することにより、HGFがアレルギー性気道炎症(BALFおよび肺組織中の炎症細胞浸潤、TGF-β、PDGF、NGF等の増殖因子及びIL-4、IL-5、IL-13等のTh2サイトカイン)、気道過敏性、さらに気道リモデリング(気道上皮細胞の増殖・杯細胞化、上皮下線維増生、気管支平滑筋の増殖・肥大)を抑制的に制御することを明らかにし、世界ではじめてAm J Respir Cell Mol Biolに報告した。HGFは胎生期において肺上皮組織の成長及びその形態形成を促す"器官形成因子"として、また成体では障害を受けた組織を速やかに修復しその機能を回復させる"器官再生因子"として作用するが、喘息病態における意義は全く不明である。また、Humanにおいて、HGFがEotaxinとPGD2によるヒト好酸球のケモタキシスを抑制することをAllergyに報告した。

今回申請者は、喘息発症モデル及び慢性喘息(リモデリングモデル)を作製後、recombinant HGF及びanti-HGF抗体を投与し気道炎症及び気道過敏性の変化、Th1及びTh2サイトカイン、線維化の中心的増殖因子であるtransforming growth factor-β(TGF-β)とその主たる産生細胞である好酸球と筋線維芽細胞、さらに気道上皮細胞の障害、気道基底膜下結合組織の肥厚などの気道の線維性変化を検討することにより、HGFがアレルギー性気道炎症、気道過敏性、さらに気道リモデリングを抑制的に制御することを明らかにし、世界ではじめてAm J Respir Cell Mol Biolに報告した。今回、HGFの作用機序の検討より、HGFがEotaxinとPGD2によるヒト好酸球のケモタキシスを抑制することをAllergyに報告した。またHGF等の増殖因子を経時的に測定し、気道炎症及び気道過敏性充進の機序に非常に重要な役割を果たしていることをInt Arch Allergy Immunolに報告した。