hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
mTOR経路を標的とする放射線増感剤の開発－膵癌細胞を用いた基礎的検討－

膵臓癌に対する効果的な放射線増感剤の探索を目標として、mTOR経路阻害剤による基礎的検討を行った。ヒト膵臓癌培養細胞に放射線照射と3種類のmTOR経路阻害剤、薬剤と照射併用を行い細胞生存率、アポトーシス分画、細胞周期を測定した。細胞生存率はコロニー形成法(照射)、MTT assay法(薬剤)により測定した。生存率については用量依存性を認めた。アポトーシス分画測定では、薬剤NVP-BEZ235において併用による分画上昇を認めた。セルサイクルについては、照射、薬剤の投与によるG1期細胞比率の低下が軽度見られたが併用による顕著なG2アレストについては観察されなかった。本年度は、ヒト膵臓癌培養細胞に対して、放射線照射(0Gy、2Gy、4Gy、6Gy、8Gy)及び濃度の異なるmTOR経路阻害剤投与をそれぞれ行い、細胞生存率を測定した。照射後の細胞生存率はコロニー形成法、阻害剤はMTT assay法によりそれぞれ測定を行った。コロニー法は、照射から生存率測定までに2-3週間程度時間を要するため、MTT assay法による生存率を測定と平行して行った。代表的なヒト膵臓癌培養細胞としてMiaPaCa2を選択した。mTOR阻害剤は、mTORC1阻害剤の一つであるevelorimusとPI3KとmTORC1のdual inhibitorであるNVP-BEZ235を準備した。当初、両阻害剤とも良好な生存曲線が得られず、所属研究室で使用経験があるメトフォルミン(N'-dimethylbiguanide、ビグアナイド系薬剤に分類される経口の2型糖尿病治療薬)とPI3/Aktの機能阻害剤である低分子化合物LY294002についても追加して検討した。一方、線維芽細胞についての検討は次年度に行うこととした。放射線照射については0Gyを100%として、(2Gy、4Gy、6Gy、8Gy)照射にてそれぞれ平均値で49.7,29.7,11.8,3.8%の生存率であった。2Gyを除き放射線生物学の数学モデルであるLQモデルと矛盾しない結果が得られた。一方、mTOR阻害剤投与による生存率測定では、メトフォルミン(25mM)、NVP-BEZ235(100nM)投与においては一定の濃度を超えると急速に生存率の低下が見られたのに対し、evelorimus(10nM)、LY294002(10μM)については今回の濃度範囲では、生存率が漸減する結果であった。ヒト膵臓癌培養細胞に対する、コロニー形成法を用いた放射線照射(0Gy、2Gy、4Gy、6Gy、8Gy)後の細胞生存率測定では、比較的良好な結果を得ることができた。これに対してMTT assay法によるmTOR経路阻害剤投与後の生存率測定では、予定の薬剤で至適濃度の決定に時間を要した。実験当初は結果のバラつきを生じたためであり、新たな薬剤を用いて膵癌細胞の感受性を確認し、再度薬剤投与量の調整を行った。このため、予定より時間を要したが、研究計画の段階で薬剤を追加して検討することも準備していたため速やかに対応可能であった。まとめとして、本年度目標としていた1放射線照射による細胞生存率測定、2mTOR経路阻害剤投与による細胞生存率測定、3他の薬剤投与による細胞生存率測定を行い、4照射と薬剤併用時の至適用量を検討した。以上より予定の実験をすべて終了していないものの初年度としてはおおむね順調であると考えている。本研究は、膵臓癌に対する効果的な放射線増感剤を探索すること目標として、まず照射と薬剤投与量を決定した。ヒト膵臓癌培養細胞(MiaPaCa2)に放射線照射(0、2、4、6、8Gy)あるいは濃度の異なるmTOR経路阻害剤を投与した。候補薬剤はmTORC1阻害剤の一つであるevelorimusとPI3KとmTORC1のdual inhibitorであるNVP-BEZ235、PI3/Akt阻害剤であるLY294002の3剤を選択した。放射線照射については0Gyを100%として、(2、4、6、8Gy)照射にてそれぞれ平均値で49.7,29.7,11.8,3.8%の生存率と放射線生物学の数学モデルであるLQモデルと矛盾しない結果が得られた。阻害剤投与では、NVP-BEZ235投与においては100nMを超えると急速に生存率の低下が見られたのに対し、evelorimus(10nM)、LY294002(10μM)では生存率が漸減した。次に生存率とアポトーシス細胞の比率発現比率について、Annexin V抗体/ヨウ化プロピジウム用いてをフローサイトメトリー(FACS)で測定(30分後、24時間後、48時間後)した。コントロール、照射単独、薬剤単独、併用の4群で生存率の分画は48時間後に測定した1例として薬剤NVP-BEZ235で96.7、83.2、91.9、71.4%であり、併用群で相加的な生存率低下を認めた。EvelorimusとLY294002においては併用による良好な生存率低下が得られず、照射あるいは薬剤によるmTOR系の活性化による拮抗作用が推測された。セルサイクルについては、照射、薬剤の投与によるG1期細胞比率の低下が軽度見られた。薬剤による差や併用による顕著なG2アレストについては観察されなかった。

膵臓癌に対する効果的な放射線増感剤の探索を目標として、mTOR経路阻害剤による基礎的検討を行った。ヒト膵臓癌培養細胞に放射線照射と3種類のmTOR経路阻害剤、薬剤と照射併用を行い細胞生存率、アポトーシス分画、細胞周期を測定した。細胞生存率はコロニー形成法(照射)、MTT assay法(薬剤)により測定した。生存率については用量依存性を認めた。アポトーシス分画測定では、薬剤NVP-BEZ235において併用による分画上昇を認めた。セルサイクルについては、照射、薬剤の投与によるG1期細胞比率の低下が軽度見られたが併用による顕著なG2アレストについては観察されなかった。次年度は、前年度からの継続である照射と薬剤併用時の至適照射線量、薬剤投与量を決定する。これに続いて、コントロール、mTOR経路阻害剤投与、放射線照射、放射線照射と阻害剤投与からなる4アームを設定し、細胞生存率はコロニー形成法で測定する。コロニー法(2-3週後)と平行して、細胞周期、アポトーシス細胞の比率発現比率について、フローサイトメトリー(FACS)を用いて測定(30分後、24時間後、48時間後)する。アポトーシスの検出はAnnexin V抗体/ヨウ化プロピジウムを使用する。アポトーシス細胞の発現については適宜TUNEL法による確認が可能である。治療処理を行った細胞の一部はmTOR経路に関連するタンパクの発現(4EBP p-4EBP, mTOR, p-mTOR, S6K1, p-S6K1など)をWestern blot法を用いて測定するために別途回収する。DNA損傷に関しては、γH2AX抗体を用いた蛍光顕微鏡による画像化が可能であり、反応の確認に有効であるため、適宜追加検討する。これらの結果より、効果的なmTOR経路の阻害部位を同定し、機序を解明するとともに、本研究の目標である放射線増感効果の高いmTOR経路阻害剤を特定する。医学未使用額の発生は効率的な物品調達を行った結果である。次年度使用額と合わせ、試薬等の物品調達に使用する。
生体眼網膜微小循環の非侵襲的二次元解析機の開発

眼圧カメラに、アルゴンレーザーを組み込み、そのレーザー光を家兎眼底に投射、得られたレーザースペックルパターンを同様にカメラ上部に組み込んだイメージセンサー(100×100pixels)上に結像させ、スペックルパターンのコントラストの変化度をNB値として定量化、更にNB値をカラーコード化して、モニターテレビ上に写し出す事のできる機器を試作する事に成功した。NB値は、網膜組織中の赤血球移動速度(血流速度)に比例するため、任意の測定域内の部位のNB値を別のプログラムにより計算させる事により、網膜内血流速度を得る事ができる。家兎眼における実験では、網膜NB値は、マイクロスフェア法により測定した網膜血流量と、よく相関し、更に眼圧変化に対しては、ほぼ一定に保たれる事がわっかた。この結果は、網膜NB値は、間違いなく網膜血流を測定している物であり、本機が、生体眼における網膜循環の、生理、薬理、及び病理の研究に大変有用である事を示唆した。臨床応用に更に優れたカルシウム拮抗剤の網膜抹消循環に対する効果を検討するためにlong acting Ca channalblockerであるプラニジピンの効果を家兎で検討したところ、既に昨年度に報告した諸剤と同様の(約15%増加)網膜血流増加作用が見られる事を確認した。更にカルシウム拮抗剤投与前後で本機による網膜末梢血流測定値とマイクロフェア法による結果を比較した所両者の値はよく一致し、本機がカルシウム拮抗剤の網膜末梢循環への効果を研究するに極めて有効であることを確認した。昨年度に報告した人眼網膜大血管(静脈)血流量測定法を更に改善し、より太い静脈(経80130μ^)も測定できるように、基礎実験をやりなおし、人眼網膜静脈血流速度を視神経乳頭付近でも測定出来るようにした。又高感度CCDカメラを観察系に組み込み照明なしで被験者に苦痛なく眼底を観察できるシステムを開発した。眼圧カメラに、アルゴンレーザーを組み込み、そのレーザー光を家兎眼底に投射、得られたレーザスペックルパターンを同様にカメラ上部に組み込んだイメージセンサー(100×100pixels)上に結像させ、スペックルパターンのコントラストの変化度をNB値として定量化、更にNB値をカラーコード化して、モニターテレビ上に写し出す事のできる機器を試作することに成功した。NB値は、網膜組織中の赤血球移動速度(血流速度)に比例するため、任意の測定領域内の部位のNB値を別のプログラムにより計算させる事により、網膜内血流速度を得る事ができる。この結果は、網膜NB値は、間違いなく網膜血流を測定しているものであり、本機が、生体眼における網膜循環の、生理、薬理、及び病理の研究に大変有用であることを示唆した。人眼への応用を試みたが、安全許容範囲であってもアルゴンレーザーは大変まぶしく固視が困難であることが分かり、以後動物実験は、家兎眼と猿眼を用いて行った。まず試作装置に、ロジスティクボードを組み込み、又データ処理のソフトウェアを改造し、従来の0.18秒の測定結果を10秒のデータ処理時間を経て画面に表示する方式をかえ、0.125秒毎に連続7秒までの測定を行い、その間の測定結果全て、又は一部を画面に表示する方式とした。本方式により、心拍に同期する末梢血流速度の周期的変化をとらえることができるようになった。

カルシウム-拮抗剤の効果を兎眼で検討した所、ニカルジピン、ニルバジピンは網膜末梢血流量を静注後90分間で約10%前後増加させたに止まったが、セモチアジルは約25%増加、プリモニジンは、両者の中間の値であった。薬剤による差は、各々カルシウムチャンネルに対する作用機序の微妙な差異及び脂溶性等の物理化学的な差によるものと考えられ、網膜循環改善に最適なカルシウム-拮抗剤の選別の可能性が示された。又同試作機に半導体レーザーを組み込み、網膜静脈における血流速度を簡便に測定できることを可能にした。In vitro基礎実験の結果より作製したノモグラムによる、人網膜静脈血流速度(径約50μ)は、約10mm/秒であった。猿眼で抗緑内障薬、チモロール、及びプロスタグランジンF_<2α>誘導体ラタノプロストの一回、及び1週間連続点眼を行った所、両剤とも網膜静脈血流速度及びそれより計算した血流量に変化を与えないことが分かった。臨床応用に更に優れたカルシウム拮抗剤の網膜末梢循環に対する効果を検討するためにlong acting Ca channel blockerであるプラニジピンの効果を家兎で検討したところ、既に昨年度に報告した諸剤と同様の(約15%増加)網膜血流増加作用が見られる事を確認した。更にカルシウム拮抗剤投与前後で本機による網膜末梢血流測定値とマイクロスフェア法による結果を比較した所両者の値はよく一致し、本機がカルシウム拮抗剤の網膜末梢循環への効果を研究するために極めて有効であることを確認した。昨年度に報告した人眼網膜大血管(静脈)血流量測定法を更に改善し、より太い静脈(経80130μ)も測定できるように、基礎実験をやりなおし、人眼網膜静脈血流速度を視神経乳頭付近でも測定出来るようにした。又高感度CCDカメラを観察系に組み込み照明なしで被験者に苦痛なく眼底を観察できるシステムを開発した。
国際関係の視点からみた日本植民地法制度の形成と展開に関する構造的研究

本研究を通じて、帝国法制の二大特徴が明らかとなった。第一の特徴は、東アジア国際秩序の政治的サブシステムとしての日本帝国の法的性格である。これは、日本自身の帝国化が台湾領有とほぼ時を同じくする条約改正によって導かれたことに端を発する。西欧列強が東アジアに形成した「不平等条約」を支えていたところの属人的に本国の法制が居留地に滞在する西洋人に及ぶとする治外法権制度を逆手にとり、台湾全土に属人的な民事・刑事全般の基本法制度を敷いたことが、帝国法制の基本構造を決定することになった。つまり、現地での貿易を可能ならしめる生命と財産の保障を、この種の法制を現地に敷くことで責任を持って実行できるとしたことが、イギリス等に台湾での治外法権廃止を認めさせる契機となったのである。こうした列強の意向を常に考慮しながら植民地化を進めるという傾向は、朝鮮の保護国化と併合においても一貫していた。帝国法制の基本構造は、こうして導入された属人的な法制度を本土法の帝国大の属地的延長施行によって徐々に私法の家族法分野にのみ限定していくベクトルと、本土とは異なる委任立法の枠組みによって作られた「外地」でのみ均一な属地的法制によって属人法を解消しようとするベクトルとのせめぎ合いと理解することができる。第二の特徴は、古典的な公法と私法という区分がゆらぎ、行政法、経済法、社会法という公法と私法の二つの性格を混在化させた法分野が増大する時期に日本帝国は形成されたため、私法分野が公法から独立した領域として確立されるよりは、帝国的膨張や現地社会の同化や開発という目的を支える社会形成の機能を背負った私法体系としての性格を当初から有しており、その分、内地とは異なる外地社会のコントロール技術としての行政法、経済法体系が外地法の中でも拡大したことを指摘できる。更に、そうした新しい法分野を支える社会形成の機能を戸籍や民法が担うようになったため、内地法との統合はますます困難となり、むしろ公式帝国を周辺へと膨張させる機能までも外地法は担うようになった。政治的な国際協調が破綻する一九三○年代以後、政治的なサブシステムとしての帝国は大きく性格を変え、自らを究極の規範とする地域形成へと向かうこととなるのであった。平成13年度においてはテロ事件により予定していたイギリスとアメリカにおける資料収集が出来ないと判断したため、韓国の「政府記録保存所」にある朝鮮総督府資料の存在を知り、この資料の収集と分析に主力を注いだ。併合前後の朝鮮における仁川や釜山の列国共同居留地や日本居留地の警察制度、土地登記簿管理、領事裁判権に関する豊富な資料が利用されないまま埋もれていることがわかり、大きな発見となった。また、東京においては情報公開法による資料請求の成果が実り、外交史料館において、戦前の内務省、拓務省、大東亜省等が保有していた朝鮮・台湾の植民地統治関係資料が公開されたため、公開直後に最初の閲覧者として、大量の資料を複写した。また、台湾からの引揚げに関する重要資料が復刻されたため、備品図書の購入はこれに当て、朝鮮での資料は消耗品の中から必要部分を購入した。他に植民地統治関係図書も消耗品として購入し、研究上の便宜を図った。京都での資料調査に関しては予想した成果は今のところ挙がらなかった。来年度は本年度に収集された資料の分析に主力を注ぐとともに、本年度に行えなかった作業を継続することとする。

政治的な国際協調が破綻する一九三○年代以後、政治的なサブシステムとしての帝国は大きく性格を変え、自らを究極の規範とする地域形成へと向かうこととなるのであった。
区分的線形リヤプノフ関数を用いた制御系の解析・設計に関する研究

主な成果は以下のようにまとめられる.・区分的線形リヤプノフ関数の候補の一般化従来から超平面で対象領域を分割しその超平面を定める線形汎関数の重みつき和を区分的線形リヤプノフ関数の候補としてきたが、これをさらに一般化して、区分的線形超平面で対象領域を分割すること、それによって定まる区分的線形汎関数の重みつき和を一般化された区分的線形リヤプノフ関数の候補とすることを新たに提案した。これにより、区分的線形リヤプノフ関数の構成の高速化や従来の区分的線形リヤプノフ関数の候補では、事実上区分的線形リヤプノフ関数を構成できなかったシステムに対しても区分的線形リヤプノフ関数が構成できるようになった。・非線形サーボ系の設計以前に2次形式リヤプノフ関数を用いた非線形サーボ系の設計を提案したがその方法の保守性を回避すると目的で区分的線形リヤプノフ関数を適用することを検討し、その理論解析とプログラム開発を行った。また、計算機を用いたディジタル制御を行うことを考え、これらの理論を離散時間システムへ適用することを検討したが、離散時間システムでは、リヤプノフ関数のレベルセットが凸であることが必要となることから、凸多面体リヤプノフ関数を用いることと凸多面体リヤプノフ関数の候補の更新に区分的線形リヤプノフ関数の構成法を応用する方法を提案した。・双線形問題の解法の高速化Zoutendijk法を用いる方法、今西進化論に基づいた遺伝的方法、確率的アプローチを適用することの検討を行った。Zoutendijk法は、大域収束性を有していることと探索方向の決定が高速である特長があるが、大域的最適解を得られる保証がないという問題点がある。また、今西進化論に基づいた遺伝的方法、による一方、確率的アプローチでは、計算時間の問題がある。本年度の主な成果は以下のようにまとめられる.・区分的線形リヤプノフ関数の候補の一般化従来から超平面で対象領域を分割しその超平面を定める線形汎関数の重みつき和を区分的線形リヤプノフ関数の候補としてきたが、これをさらに一般化して、区分的線形超平面で対象領域を分割すること、それによって定まる区分的線形汎関数の重みつき和を一般化された区分的線形リヤプノフ関数の候補とすることを新たに提案した。・双線形問題の解法の高速化Zoutendijk法を用いる方法の検討と確率的アプローチを適用することの検討を行った。一方、確率的アプローチでは、計算時間の問題がある。これらの問題については、今後さらに詳細に検討する必要がある。主な成果は以下のようにまとめられる.・区分的線形リヤプノフ関数の候補の一般化

従来から超平面で対象領域を分割しその超平面を定める線形汎関数の重みつき和を区分的線形リヤプノフ関数の候補としてきたが、これをさらに一般化して、区分的線形超平面で対象領域を分割すること、それによって定まる区分的線形汎関数の重みつき和を一般化された区分的線形リヤプノフ関数の候補とすることを新たに提案した。これにより、区分的線形リヤプノフ関数の構成の高速化や従来の区分的線形リヤプノフ関数の候補では、事実上区分的線形リヤプノフ関数を構成できなかったシステムに対しても区分的線形リヤプノフ関数が構成できるようになった。・非線形サーボ系の設計以前に2次形式リヤプノフ関数を用いた非線形サーボ系の設計を提案したがその方法の保守性を回避すると目的で区分的線形リヤプノフ関数を適用することを検討し、その理論解析とプログラム開発を行った。また、計算機を用いたディジタル制御を行うことを考え、これらの理論を離散時間システムへ適用することを検討したが、離散時間システムでは、リヤプノフ関数のレベルセットが凸であることが必要となることから、凸多面体リヤプノフ関数を用いることと凸多面体リヤプノフ関数の候補の更新に区分的線形リヤプノフ関数の構成法を応用する方法を提案した。・双線形問題の解法の高速化Zoutendijk法を用いる方法、今西進化論に基づいた遺伝的方法、確率的アプローチを適用することの検討を行った。Zoutendijk法は、大域収束性を有していることと探索方向の決定が高速である特長があるが、大域的最適解を得られる保証がないという問題点がある。また、今西進化論に基づいた遺伝的方法、による一方、確率的アプローチでは、計算時間の問題がある。
脊椎椎間板変性制御および再生による治療法の確立

背景:炎症を惹起させるIL-1bは、転写因子AP-1を介して軟骨や椎間板を分解する蛋白分解酵素であるMMP3,MMP13やADAMTS4,5の発現を上昇させる。その抑制因子として、我々の研究協力者が作成した低分子化合物であるc-fos/AP-1阻害剤を用いると、椎間板変性抑制が起きる可能性がある。このAP-1候補薬(T5224)はヒトへの投与も可能であり、もし変性抑制が起きれば、社会的貢献度は大きいと考える。目的:臨床応用を目指してこの候補薬(AP-1阻害剤)をマウスに経口投与させ、椎間板穿刺モデルを用いて、椎間板変性抑制が実際に可能かどうかを検討することである。方法:C57BL/6マウス12匹の尾椎に針を刺し、椎間板穿刺モデルを作成する。AP-1阻害薬(T5224)をマウスに経口投与し、実際に椎間板変性が起きるかどうかを単純X線, MRI, Safranin-O染色で偽薬経口投与群と比較して組織学的に比較検討を行う。またT-5224経口投与後のTail flick testを用いた疼痛関連行動解析も行う。結果:X線像では、4週投与ラットにおいて2群間に差を認めなかったが、8週投与ラットにおいてはT5224投与群のほうがプラセボ群に比べて椎間板高減少が有意に抑制された。MRI T2mappingにおいて、4週投与では、貫通で差を認めず、半分穿刺でプラセボ群に比べT5224群では有意にT2値が高かった。また8週投与では、半分穿刺、貫通のどちらも偽薬群に比べT5224群で有意にT2値が高かった。また疼痛関連の行動解析の結果からこのT5224は疼痛の軽減にも関連していると考えられた。考察:今回の結果からT5224は、椎間板の変性抑制効果だけでなく、疼痛改善にも関与していると考えられた。背景:IL-1は、転写因子AP-1を介して椎間板を分解するMMP3,MMP13やADAMTS4,5の発現を上昇させるため、椎間板を分解する。それを抑制する因子として、我々の研究協力者が作成した低分子化合物であるAP-1阻害剤を用いて、in vitroおよびin vivoの系で椎間板変性抑制を試みた。このAP-1候補薬(T5224)はヒトへの投与も可能であり、研究協力者である九州大学別府病院の塩澤俊一教授より既に供与されている(Nature Biotech 26;817, 2008)。目的:臨床応用を目指してこの候補薬(AP-1阻害剤)をラットに経口投与させ、椎間板穿刺モデルを用いて、椎間板変性抑制が実際に可能かどうかを検討することである。方法:ラット12匹の尾椎に針を刺し、椎間板穿刺モデルを作成する。AP-1阻害薬(T5224)をラットに経口投与し、実際に椎間板変性が起きるかどうかを単純X線, MRI, Safranin-O染色で偽薬経口投与群と比較して組織学的に比較検討を行った。Safranin-O染色では、有意にT5224群で椎間板の変性抑制効果が認められた。考察:今回の結果からAP-1阻害剤は非常に有用であると考えられる。今後結果の再現性の確認および椎間板変性抑制効果が、疼痛を改善できるかを検討予定である。T5224の椎間板の変性抑制効果を確認することができたため。【背景】IL-1は、転写因子AP-1を介して椎間板を分解するMMP3,MMP13やADAMTS4,5の発現を上昇させるため、椎間板を分解する。それを抑制する因子として、我々の研究協力者が作成した低分子化合物であるAP-1阻害剤を用いて、in vitroの系で椎間板変性抑制を試みる。【目的】臨床応用を目指してこの候補薬(AP-1阻害剤)をマウスに経口投与させ、椎間板穿刺モデルを用いて、椎間板変性抑制が実際に可能かどうかを検討することである。【方法】C57BL/6マウス12匹の尾椎に針を刺し、椎間板穿刺モデルを作成する。AP-1阻害薬(T5224)をマウスに経口投与し、実際に椎間板変性が起きるかどうかを単純X線, MRI,Safranin-O染色で偽薬経口投与群と比較して組織学的に比較検討を行う。

結果:X線像では、4週投与ラットにおいて2群間に差を認めなかったが、8週投与ラットにおいてはT5224投与群のほうがプラセボ群に比べて椎間板高減少が有意に抑制された。MRI T2mappingにおいて、4週投与では、貫通で差を認めず、半分穿刺でプラセボ群に比べT5224群では有意にT2値が高かった。また8週投与では、半分穿刺、貫通のどちらも偽薬群に比べT5224群で有意にT2値が高かった。また疼痛関連の行動解析の結果からこのT5224は疼痛の軽減にも関連していると考えられた。【考察】今回の結果からT5224は、椎間板の変性抑制効果だけでなく、疼痛改善にも関与していると考えられた。現在のところ、計画は予定通り進行している。研究における準備状況も問題なく、現在のところ実験遂行において明らかな阻害因子はない。背景:炎症を惹起させるIL-1bは、転写因子AP-1を介して軟骨や椎間板を分解する蛋白分解酵素であるMMP3,MMP13やADAMTS4,5の発現を上昇させる。その抑制因子として、我々の研究協力者が作成した低分子化合物であるc-fos/AP-1阻害剤を用いると、椎間板変性抑制が起きる可能性がある。このAP-1候補薬(T5224)はヒトへの投与も可能であり、もし変性抑制が起きれば、社会的貢献度は大きいと考える。目的:臨床応用を目指してこの候補薬(AP-1阻害剤)をマウスに経口投与させ、椎間板穿刺モデルを用いて、椎間板変性抑制が実際に可能かどうかを検討することである。方法:C57BL/6マウス12匹の尾椎に針を刺し、椎間板穿刺モデルを作成する。AP-1阻害薬(T5224)をマウスに経口投与し、実際に椎間板変性が起きるかどうかを単純X線, MRI, Safranin-O染色で偽薬経口投与群と比較して組織学的に比較検討を行う。またT-5224経口投与後のTail flick testを用いた疼痛関連行動解析も行う。考察:今回の結果からT5224は、椎間板の変性抑制効果だけでなく、疼痛改善にも関与していると考えられた。H28年度に確認できたT5224の椎間板変性抑制効果の再現性確認作業および、髄核細胞の遺伝子発現パターンを解析し、髄核細胞の起源を同定する実験を中心に行う。【AP-1阻害薬(T5224)のラット椎間板変性モデルを用いた疼痛関連物質の検索】現在作成しているラット椎間板穿刺モデルにおいて、疼痛関連行動の改善が認められた。その為、ラット尾椎椎間板穿刺後に逆行性ニューロントレーサーであるfluoro-goldを用いて調べたところその支配神経はS領域の後根神経節にあることが明らかになった。そのため、この後根神経節からmRNAを採取しT5224を投与群と偽薬群でマイクロアレイを用いた疼痛関連物質の比較検討を行っている。【AP-1阻害薬(T5224)のラット腰椎椎間板の器官培養における組織学的評価】C57BL/6マウスの腰椎椎間板を顕微鏡下に、軟骨終板・線維輪・髄核を含む椎間板を一塊として摘出した後、器官培養(αMEMに6種類の添加因子を入れて維持培養)を行う。
生体情報の写りこみを防止するバイオメトリックジャマーの研究

高解像度カメラや静脈認証センサの普及により,被撮影者の指紋・掌紋・静脈等の生体情報が意図せず取得され,悪用される可能性が指摘されている.生体認証に用いられる生体情報は終生不変のため,当該情報の漏えいは当事者の生涯に渡り不利益をもたらす危険性がある.本研究では,人間とアルゴリズムによる生体情報の認識の差異に基づいて,指紋等の生体情報のパターン認識を失敗させるジャミングパターンを被撮影者の指表面や手のひらに転写することで,視覚的違和感がなく,利便性を保ちながら,カメラやセンサ経由で取得した生体情報の認識を不能にする手法(バイオメトリックジャマー)を確立する.高解像度カメラや静脈認証センサの普及により,被撮影者の指紋・掌紋・静脈等の生体情報が意図せず取得され,悪用される可能性が指摘されている.生体認証に用いられる生体情報は終生不変のため,当該情報の漏えいは当事者の生涯に渡り不利益をもたらす危険性がある.本研究では,人間とアルゴリズムによる生体情報の認識の差異に基づいて,指紋等の生体情報のパターン認識を失敗させるジャミングパターンを被撮影者の指表面や手のひらに転写することで,視覚的違和感がなく,利便性を保ちながら,カメラやセンサ経由で取得した生体情報の認識を不能にする手法(バイオメトリックジャマー)を確立する.平成28年度は, [目的1]人間とアルゴリズムによる生体情報の認識の差異を利用したバイオメトリックジャマーの原理確立の検討を実施した.この手法の検討にあたっては,視覚的違和感を生じず,利便性を保ちながら,カメラやセンサ経由で取得された生体情報による生体認証を不能にすることが重要である.そこで本研究の課題として下記の2つに取り組んだ.[課題1-1]生体認証アルゴリズムの分析によるジャミングパターンの基本検討:本課題では,視覚的違和感を生じずに,生体認証アルゴリズムが参照する指紋情報の特徴量を変更するために,指紋の生体特徴(端点や分岐点)を模擬したジャミングパターンを指表面や手のひらに重畳することを検討した.[課題1-2]ジャミングパターンの視覚的違和感軽減と認識妨害効果の向上:[課題1-1]で決定したジャミングパターンをリファレンスとして,ジャミングパターンを実際に指表面に転写(印刷)する際に使用する顔料の反射・透過率をパラメータとしてシミュレーターに実装し,上記パラメータを含めた最適な明暗パターンを決定した.検討したジャミングパターンの基本検討に関する国内論文発表(2016年10月)および特許出願を行った.さらに,本研究成果を2017年3月20日24日にドイツ・ハノーバーで開催された国際情報通信見本市「CeBIT 2017」において公開した.平成29年度は,[目的2]自然なコミュニケーションとセキュリティを両立するバイオメトリックジャマーの実現の検討の2つの課題,[課題2-1]バイオメトリックジャマーの基本実装,[課題2-2]バイオメトリックジャマーのコミュニケーション・セキュリティ評価に取り組んだ.具体的には,市販のカメラを使って,3mの距離から撮影した指の画像から,指紋認証に必要な指紋情報の抽出が可能であることを示すとともに,このような抽出を防止する指紋盗撮防止手法(BiometricJammer)の検討および評価実験を行い,国際会議IJCB2017およびIEICE Trans. on Information & Systems(招待論文)にて発表した.BiometricJammerは,指紋の特徴点の検出を妨害するように考えられた模様(ジャミングパターン)をステンシルシートを使って指先に転写する手法で,ジャミングパターンを装着した指先の画像から指紋情報の抽出を防ぐことが可能である.一方,ジャミングパターンを装着したままでも接触式の指紋センサーは正常に指紋を認識可能である.本提案は,The TIMES,Financial Times,Reutersなどの海外メディアをはじめ1,000回以上掲載された.本研究成果は,ドイツで開催された情報通信関連では世界最大級の展示会である国際情報通信技術見本市「CeBIT2017」のジャパンパビリオン内において,「NII-BioSec:サイバー/フィジカル境界における生体情報保護」をテーマとして,日本の大学等では唯一ブースを出展し,期間中3000人を超える参加者が当該ブースを訪れた.高解像度カメラや静脈認証センサの普及により,被撮影者の指紋・掌紋・静脈等の生体情報が意図せず取得され,悪用される可能性が指摘されている.生体認証に用いられる生体情報は終生不変のため,当該情報の漏えいは当事者の生涯に渡り不利益をもたらす危険性がある.本研究では,人間とアルゴリズムによる生体情報の認識の差異に基づいて,指紋等の生体情報のパターン認識を失敗させるジャミングパターンを被撮影者の指表面や手のひらに転写することで,視覚的違和感がなく,利便性を保ちながら,カメラやセンサ経由で取得した生体情報の認識を不能にする手法(バイオメトリックジャマー)を確立する.平成29年度は研究計画の最終年度であるため,遅延がないように進めていく.マルチメディア・データベース平成28年4月に[課題1ー1]生体認証アルゴリズムの分析によるジャミングパターンの基本検討を行ったところ,想定以上にジャミングパターンの模擬数や重畳領域の決定に工数を要したため,[課題1ー2]ジャミングパターンの視覚的違和感軽減と認識妨害効果の向上に関する評価実験の一部を平成29年度に実施する必要が生じた.[課題1ー2]ジャミングパターンの視覚的違和感軽減と認識妨害効果の向上に関する評価実験の一部を平成29年度に実施する必要が生じたが,平成29年度においては,評価実験の効率化を図ることで,全体の計画を遅延なく実施する予定である.
時空の対称性と素粒子

まずマヨラナニュートリノの問題に関しては、PauliおよびGurseyにより昔考えられた変換を任意の個数のニュートリノにgeneralized Pauli-Gursey変換という一般形に定式化するのに成功した。この手法を用いて、マヨラナニュートリノの一般的な定式化を与え、無限個の真空が存在するという描像を用いた論理的に整合性のあるシーソー機構の定式化を与えた。同時にこれまでの定式化の不備な点が解明された。また申請者が過去に提案したBogoliubov変換の相対論的な類似物を用いた定式化との関連も明らかにした。他方、量子計算のアルゴリズムの研究においては、Groverの「探求アルゴリズム」とよばれるものの古典的な極限を、外部要因によるコヒーレンスの消失という観点から研究した。結果としては、予想される古典計算のアルゴリズムと同じ結果になるが、この考察の結果として量子計算のスピードアップは、量子的な可干渉性(コヒーレンス)に基づいており、いわゆるエンタングルメントも呼ばれる効果は主要因で無いことが明らかになった。その他には、ベリー位相と呼ばれる現象の基礎的な側面も考察した。まず磁気モノポール型の特異点の解消を一般的なモデルで示し、その物理的な帰結を考察した。とくに異常交換関係と呼ばれる現象はベリー位相では起こらないことを示した。この一般的な考察をさらに具体的な正確に解ける模型で考察し、トポロジーおよびトポロジー変化の一般的な性質を解明した。とくに、モノポールからダイポールへの転移の過程で半モノポールと呼ぶべき位相的な状態が現われ、これはAharonov-Bohm効果の実験的な検証と密接に関係していることを示した。これらの研究は現在投稿中である。最初の年であり、申請書を書いてからまだ間もないのでニュートリノに関係した研究等では比較的に申請書の内容に沿った研究が進んでいる。また量子計算のアルゴリズムに関する研究も行った。しかし、一部申請書の段階では予想できなかった問題、例えばベリー位相におけるモノポール特異点の解消といった進展もあった。マヨラナニュートリノに関しては、CP対称性を使う方法を現在考えており、この方法だとこれまでの論理的な不整合性は除き得ると同時に、知られている全てのマヨラナニュートリノの模型を統一的に扱うことができる。ベリー位相とトポロジーおよびトポロジー変化に関しては、正確に解ける模型を用いて現在研究が進んでおり、ベリー位相と呼ばれる現象の本質が明確になると期待される。正確に全額使用が難しいので、少額の未消費額が生じた。次年度には、海外交流および国内共同研究を積極的に行いたい。
石炭灰を原料としたアルミノ珪酸塩の水熱合成

火力発電所より発生した石炭灰に対して,浮選による未燃炭素分の除去,磁選による鉄分の除去を行った後,水熱合成によるカオリナイト等のアルミノ珪酸塩を生成する研究を行った。1)浮選による未燃炭素分の除去:未燃炭素分が疎水性であることを利用して,これを浮選除去する試みを行った。石炭灰の未燃炭素分は酸化により疎水性が弱いためケロシンを架橋液体とした。浮選成績はパルプのpHと石炭灰の粉砕に大きく影響を受けることを見いだした。この原因は無機成分の割合が炭素分に比べて圧倒的に多い石炭灰パルプでは無機成分による油の消費の影響が大きいためであると考察した。浮選により未燃炭素分は約3%から0.5%以下に低下した。2)磁選による鉄分の除去:磁選により鉄分は約4%から0.2%に低下した。また,石炭灰中の鉄分の分布を調べ,炭素分と鉄分が一体化した粒子が多く含まれていることを見いだした。そこで浮選に先立って磁選を行うことにより,より少ないケロシン添加で浮選成績の向上を得た。3)精製石炭灰からのカオリナイト合成:水熱合成に先だって石炭灰中の石英をアルカリで分解することによりカオリナイトの合成に成功した。生成物は結晶性が低く,微粒で,比表面積が大きいことから製紙コーティングやセラミクス等への実用面からの要請を満たすものと考えられる。ただし,白色度の低いことが問題として残った。(1)浮選による石炭灰からの未燃炭素分の除去:石炭灰から未燃カーボンを除去するめに最適な条件付け方法及びその理由について検討した結果,石炭灰の粉砕やパルプのpHが分離成績に大きく影響することがわかった。この原因としては,無機成分の割合が炭素分に比べて多い石炭灰パルプでは,無機成分の割合が少ない石炭の脱灰の場合と違って,無機成分による油の消費の影響が大きいためであると考察した。そこで石炭灰からの炭素分除去において油の必要添加量を少なくするために,パルスのpH調整や粉砕時間を短く抑えることで,浮選成績の向上を得た。(2)磁選による石炭灰からの鉄分の除去:磁力選鉱により石炭灰の鉄分を約4%から0.2%にまで減少させた。また,石炭灰中の鉄分の分布を調べ,炭素分と鉄分が一体化した粒子が多く含まれていることを見出した。そこで磁薦で鉄分が多く浮遊しにくい炭素分を除去した後に浮選をすることにより,浮選成績の向上を得た。(3)石炭灰の成分と水熱反応生成物の関係:石炭灰中の不純物が水熱反応によるカオリナイト生成に及ぼす影響を調べた結果,石炭灰に含まれる他の金属イオンの影響はあまり大きくなく,それよりも石炭灰中の石英の構造を破壊して、Alとの反応を容易にすることが必要であることがわった。そこで,酸性条件での水熱合成反応の前に,石炭灰をアルカリ溶液中でオートクレーブにより水熱処理することにより,カオリナイト以外のXRDピークはほとんど認められない生成物を得た。このように石炭灰からのカオリナイトの水熱合成は可能であることがわかったので,次年度は石炭灰のより高度な精製を行い,純度の高いカオリナイトの合成を試みる予定である。未燃炭素分や鉄分の除去を行った精製石炭灰に対して,水熱処理によるカオリナイトの合成を行った。本研究では製紙コーティング材料やセラミックとしての利用に適すると考えられる結晶度が低く白色度の高いカオリナイトの合成を目的として,最適条件の追求及び生成物のキャラクタリゼーションを行った。(1)カオリナイト合成の最適条件前年報告したとおり本研究では試料に共存する石英をアルカリ条件で水熱分解してのち,酸性条件での水熱処理を行った。化学分析から本試料ではAl成分が不足していると見積もられたので,水酸化アルミニウムの添加によりこれを補った。試料を0.1M塩酸に浸漬し,オートクレーブ中にて300°C,24時間の反応により,カオリナイトが生成した。

試料の固体濃度,容器への充填率(反応応力),石炭灰中の不純物等が生成に及ぼす顕著な影響は見られなかった。(2)生成物のキャラクタリゼーション生成物の平均粒径は260nm,BET比表面積は79.6m^2/gと求められた。また生成物のXRD像からその結晶性は低いことがわかった。これらの特性は,製紙コーティングやセラミクス等への実用面からの要請を満たすものと考えられることができる。ただし,生成物のハンター白色度は63.7であり,代表的な天然カオリナイトの白色度が80以上であるのに対しかなり低いという問題があった。
複雑液体と複雑プラズマのシミュレーションによる比較研究

本年度は、これまで行ってきたプラズマの自己組織化の研究をさらに深化させる研究を進めながら、クーロン遠距離相互作用と異なる相互作用によって支配される自己組織化現象を研究対象として拡大し、相互作用の形態と構造形成の関連を明らかにし、自己組織化の普遍的なシナリオの存在を追求する手がかりを得ることを目的とした。その結果,次のような成果を得た。1.高分子鎖の配向秩序構造の形成過程を調べるために、一本の高分子鎖の分子動力学シミュレーションを行った。その結果、高温でランダムコイル状態にある高分子鎖を段階的に冷却することにより、配向秩序構造が形成されること、形成された配向秩序構造においてゴ-シュ状態は折り畳み面に偏っていることを明らかにした。2.ダストプラズマにおけるダストの動的な振る舞いを解析することを目的として、ダストの帯電過程を考慮にいれたダストプラズマの粒子シミュレーションコードを開発した。この帯電モデルでは、電子またはイオンがダストヘ一回衝突する毎に、ダストの電荷量の変化を2次電子の放出も考慮にいれて計算する。衝突の時間間隔、衝突粒子の種類、衝突する粒子のエネルギーを確率的に取り扱った結果、ダストの電荷量がフリップフロップ的にその符号も含めて変化することが明かとなった。の一個一個のダストの電荷量の時間変化は、ダストの集団としての動的な振る舞いに重要な影響を与える。これまでに行ったダストプラズマの粒子シミュレーションのテストランの結果、ダストの結晶化が確認された。
ドイツ基礎学校における教科横断的・総合的学習-教科「事象教授」と環境教育

ドイツ基礎学校においては、教科横断的・総合的学習である「事象教授」(Sachunterricht)が設置され、環境教育のための中核的な教科とみなされている。ドイツでは1980年の文部大臣会議の決議により、環境教育は教科を越えた授業原理として公認された。この決議により、環境教育において児童・生徒が行動することの重要性を明確に示し、加えて教員の現職教育において環境教育を導入する必要性も指摘されたことは注目に値する。その後、学習指導要領や教員養成への環境教育的な観点の導入、学外の専門家の協力など、環境教育のための人的、物的な整備が進んでいることが報告されている。しかし、学校での実践状況は、必ずしも十分ではなかった。環境教育に関する調査から、当初は自然科学諸教科中心の環境教育が行われていたことがわかる。その後、さまざまな教科での取り組みへと変化し、内容やテーマも多様化され、教科横断的な取り扱い、プロジェクト活動の実践などの充実により、質的な改善がみられる。基礎学校においても同様で、事象教授を中心にさまざまな教科の中で環境教育が実施されていることがわかる。一方、環境と積極的な触れ合いが重視されながら、学校園やビオトープなどが十分に活用されていない状況もみられる。教師自身が環境を十分に理解し触れ合う必要性があり、今後ますます体験に根ざした教員養成や現職教育の充実が望まれている。その際に、生態学的に基礎づけられた教員養成と現職教育の実践が必要とされる。ドイツにおいては、基礎学校の段階から、環境を知覚・経験し、主体的に問題解決しながら責任を持って行動することが、児童・生徒に求められ実践されている。環境教育の具体的成果を取り入れ、生態学的に基礎づけられた教員の養成と再教育を行うことは今後ますます重要になってくる。ドイツ基礎学校においては、教科横断的・総合的学習である「事象教授」(Sachunterricht)が設置されている。地球環境問題が世界各国共通の課題となり、その解決へ向けてさまざまな取り組みがなされている中、ドイツでは1980年以降、環境教育は教科を越えた授業原理として公認され、初等段階においてはこの「事象教授」が環境教育のための中核的な教科とみなされている。16州から成り立つ連邦国家ドイツでは、原則的には各州が独自に教育政策を進めているが、連邦レベルの勧告や決議等により、教育改革の全体的なガイドラインの把握が可能である。これから21世紀に向けて行われる基礎学校の学習指導要領改訂の原則を示した、各州の調整機関である常設各州文部大臣会議の決議「基礎学校の活動に関する勧告」(1994年版)において、環境教育や異文化間理解教育等、学際的教育課題への取り組みも求められている。事象教授においては、例えば、学校園、ビオトープ、学校外の施設・機関の利用などにより、地域に根ざした環境テーマを取り扱うことで、そこでの授業は体験的、作業的になり、子どもの調査・探究の能力が育成される。その際に、地域の問題が地球規模の問題とどのようにかかわるのかを考え、意識化することが重要になってくる。今後の研究の展開として、州レベルの取り組みについて、さらに具体的に明らかにしていく計画である。学習形態としては、発見学習や行動的理解、プロジェクト学習やテーマ学習、自由活動や一日・週間計画活動などが挙げられる。学校教育の伝統的枠組みが開放され、授業形態が弾力化されている。基礎学校の子どもたちのための具体的な生活現実の解明や行動的方向づけを一般的に優先させた環境教育は、子どもが具体的に経験できる生活世界がその出発点となっている。環境保護教育、学校園活動、自然体験が事象教授における環境教育の実践を代表している。

ドイツ基礎学校においては、教科横断的・総合的学習である「事象教授」(Sachunterricht)が設置され、環境教育のための中核的な教科とみなされている。ドイツでは1980年の文部大臣会議の決議により、環境教育は教科を越えた授業原理として公認された。この決議により、環境教育において児童・生徒が行動することの重要性を明確に示し、加えて教員の現職教育において環境教育を導入する必要性も指摘されたことは注目に値する。その後、学習指導要領や教員養成への環境教育的な観点の導入、学外の専門家の協力など、環境教育のための人的、物的な整備が進んでいることが報告されている。しかし、学校での実践状況は、必ずしも十分ではなかった。環境教育に関する調査から、当初は自然科学諸教科中心の環境教育が行われていたことがわかる。その後、さまざまな教科での取り組みへと変化し、内容やテーマも多様化され、教科横断的な取り扱い、プロジェクト活動の実践などの充実により、質的な改善がみられる。基礎学校においても同様で、事象教授を中心にさまざまな教科の中で環境教育が実施されていることがわかる。一方、環境との積極的な触れ合いが重視されながら、学校園やビオトープなどが十分に活用されていない状況もみられる、教師自身が環境を十分に理解し、触れ合う必要性があり、今後ますます体験に根ざした教員養成や退職教育の充実が望まれている。その際に、生態学的に基礎づけられた教員養成と現職教育の実践が必要とされる。ドイツにおいては、基礎学校の段階から、環境を知覚・経験し、主体的に問題解決しながら責任を持って行動することが、児童・生徒に求められ実践されている。環境教育の具体的成果を取り入れ、生態学的に基礎づけられた教員の養成と再教育を行うことは今後ますます重要になってくる。
肺高血圧の発症における骨髄由来内皮前駆細胞動態と内科的再生治療への応用

肺高血圧血管病変形成における、骨髄由来細胞の関与を明らかにするため骨髄移植(BMT)モデルを作成し検討を行った。4週齢のgreenfluorescent protein(GFP)トランスジェニックマウスの大腿骨と頸骨から採取し分離した骨髄単核細胞(1-2x 106個)を、致死量放射線照射(9.5Gy)を行った4週齢の野生型マウスに静注しBMTを行った(n=42)。6週後、末梢血にて、骨髄提供マウス細胞の生着を確認し、低気圧性低酸素チャンバー内で飼育し肺高血圧モデルを作成した。さらに21日間の低酸素暴露後、正常酸素に戻し低酸素肺高血圧回復期モデルを作成した。低酸素暴露前、10日後、21日後に、心肺組織を摘出し、右室肥大、肺血管病変を評価した。さらに肺組織におけるGFP陽性骨髄由来細胞を免疫組織染色(酵素抗体法、蛍光抗体法)により標識し、それぞれ、光学顕微鏡、共焦点顕微鏡にて観察した。BMT後6週の末梢血での生着率は88.6%であった。低酸素暴露により、右室肥大、末梢肺動脈の筋性化を伴う血管病変が形成された。低酸素群にて、CD31を発現するGFP陽性細胞が観察されたがコントロール群では認めなかった血管壁にGFP陽性細胞を認めたが、血管平滑筋アクチンは発現せず、多くはCD45陽性血球系細胞であった。さらに、GFP陽性の骨髄由来線維芽細胞も低酸素群で認めた。これらの結果は、骨髄由来血管内皮細胞、線維芽細胞が抑制系ないし増悪系としてマウス低酸素性肺高血圧病変形成に関わることを示し、骨髄由来細胞の動員、分化、定着の制御機構が、肺高血圧の新しい治療標的となる可能性を示す。実験的肺高血圧の発症と骨髄由来細胞の関与を検討する目的で、骨髄移植モデルを作成した。全身の細胞が緑食に発色するeGFP transgenic mouseの骨髄を致死量の放射線照射した野生型マウスに移植し、6週から0.5気圧の低気圧低酸素に暴露する事により肺高血圧モデルを作成した。低酸素暴露期間は、10日、21日でその後10日、21日の通常気圧で飼育した。各点での右室肥大(右室/左室重量比)、肺血管病変の定量的評価(正常で非筋性血管の筋性化率)を評価し、共焦点顕微鏡によりGreenに発色する骨髄由来細胞とCD31(内皮マーカー)、αアクチン(平滑筋)、CD45(白血球系マーカー)の2重染色を行った。結果では、低酸素暴露10日、21日で各々右室肥大、肺血管病変が誘導された。CD31陽性骨髄由来細胞は、種々の太さの肺血管に認められたが、αアクチン陽性骨髄由来細胞は認めず、またCD45陽性骨髄由来細胞は多数認めた。以上から、本モデルにおいて、骨髄由来の平滑筋細胞の関与は認めないが、内皮細胞動態、白血球系細胞動態への関与が証明された。次に一酸化窒素前駆物質L-アルギニン及びプロスタサイクリン製剤ベラプロスト投与の肺高血圧抑制効果が、骨髄由来細胞の肺への取り込みと関連するかを検討した。各々の薬剤は、低酸素暴露21日目で右室肥大と肺血管病変を抑制した。ベラプロスト投与は、肺における骨髄由来内皮細胞、白血球の取込みを変化させなかったが、L-アルギニンは骨髄由来内皮細胞の取込みを増加し、白血球の取込みを現象させ、骨髄由来内皮細胞動態の亢進することが肺高血圧抑制する一つの機序である可能性を示唆した。上記を現在投稿中である。4週齢のgreen

fluorescent protein (GFP)トランスジェニックマウスの大腿骨と頸骨から採取し分離した骨髄単核細胞(1-2x106個)を、致死量放射線照射(9.5Gy)を行った4週齢の野生型マウスに静注しBMTを行った(n=42)。6週後、末梢血にて、骨髄提供マウス細胞の生着を確認し、低気圧性低酸素チャンバー内で飼育し肺高血圧モデルを作成した。さらに21日間の低酸素暴露後、正常酸素に戻し低酸素肺高血圧回復期モデルを作成した。低酸素暴露前、10日後、21日後に、心肺組織を摘出し、右室肥大、肺血管病変を評価した。さらに肺組織におけるGFP陽性骨髄由来細胞を免疫組織染色(酵素抗体法、蛍光抗体法)により標識し、それぞれ、光学顕微鏡、共焦点顕微鏡にて観察した。BMT後6週の末梢血での生着率は88.6%であった。低酸素暴露により、右室肥大、末梢肺動脈の筋性化を伴う血管病変が形成された。低酸素群にて、CD31を発現するGFP陽性細胞が観察されたがコントロール群では認めなかった血管壁にGFP陽性細胞を認めたが、血管平滑筋アクチンは発現せず、多くはCD45陽性血球系細胞であった。さらに、GFP陽性の骨髄由来線維芽細胞も低酸素群で認めた。これらの結果は、骨髄由来血管内皮細胞、線維芽細胞が抑制系ないし増悪系としてマウス低酸素性肺高血圧病変形成に関わることを示し、骨髄由来細胞の動員、分化、定着の制御機構が、肺高血圧の新しい治療標的となる可能性を示す。
心不全治療薬を指向した心筋収縮制御機構の研究

心不全治療薬に対する考え方はここ数年で大きく変わってきたが、決め手になる薬物治療法は存在しない。新世代の薬のターゲットを強く意識して平成10年度から3年間にわたり心不全発症初期の心筋興奮収縮連関におけるカルシウムシグナリング、虚結心筋保護のメカニズム、電位依存性性L型Ca^<2+>チャネルの機能制御機構、βアドレナリン受容体の脱感作機構に関する研究プロジェクトを推進してきた。下記にその主な研究成果をまとめる。1)虚血心筋保護に関連してGタンパク質のうちGiとGoがROS(reactive oxygen species)のターゲット分子であり、ERK(extracellular signal-regulated kinase)を活性化させることを見出した(Nature408,492,2000)。この結果は受容体によってのみ活性化されると信じられてきたGタンパク質活性化の概念を打ち破るものであり、また、毒性の面のみが強調されてきたROSが細胞を保護する経路をも活性化しうることを示した初めての報告である。2)Ca^<2+>チャネルアゴニストがチャネルの開口に直接かかわるセリンの位置を明らかにした。従来、アンタゴニストやアゴニストの結合部位から機能を推定していたが、私たちは、哺乳類のチャネルとホヤやクラゲのチャネルのアミノ酸配列をin silicoで解析し、実験的に確かめるという新手法を薬理学に導入し、成果を挙げた。また、PKAによるL型Ca^<2+>チャネル修飾機構の解明に突破口を開き、L型Ca^<2+>チャネルカルボキシル末端に結合して機能制御に関わる蛋白を見出した。3)ラット冠動脈結紮モデルにおいて、心不全への代償期にはCa^<2+>ハンドリングが亢進しており特にNa^<+->Ca^<2+>交換機構が活性化されることを見出した。4)心不全でβ_1アドレナリン受容体がダウンレギュレーションすることはよく知られている。β_1アドレナリン受容体とβ_2アドレナリン受容体との比較を行い、アゴニスト刺激によりβ_1受容体の細胞内への移行(インターナリゼーション)が起きにくいメカニズムを明らかにした。心不全発症に伴う心筋収縮力制御機構の変化とその分子的機序を明らかにすることを目的として、本年度は以下の3点を検討した。[1]心不全モデルラット作製法の確立と単離心室筋細胞レベルでのCa^<2+>ハンドリング系の変化の検討:ラット冠状動脈結紮による梗塞モデルを作成し、左心室機能をミラーのカテーテル(右頚動脈より挿入)およびエコカルディオグラフにより測定し、組織学的検討も行った。顕著な心肥大を呈する結紮3週間後の心室筋を単離し、フィールド刺激に伴う細胞内Ca^<2+>シグナリングを共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、結紮群ではシャムオペ群に比較してCa^<2+>トランジエントのピークおよびdecayが有意に延長していた。現在、活動電位とCa^<2+>トランジェントの連関を検討中である。[2]L型Ca^<2+>チャネル機能の細胞骨格を介した制御機構:モルモット心室筋細胞においてアクチンフィラメントの脱重合によりL型Ca^<2+>チャネル電流の電位依存性不活性化およびrun-downが促進され、さらに細胞内Ca^<2+>による不活性化が促進された。