hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
摘出灌流心を用いたイオンチャネルの細胞膜発現量変化の定量的イメージング法

摘出心において、KCNQ1(心臓の興奮性に対して重要な役割を有するK+チャネル)の細胞膜発現量の変化をリアルタイムで可視化できる系を確立することを目的に研究を行なった。1.pHluorin(pH感受性が高いGFP変異体)とKCNQ1を融合させたコンストラクトを作製し、α1受容体刺激によってKCNQ1のエンドサイトーシスを起こし検討した。エンドサイトーシスによって酸性環境に置かれるため、pHluorinの蛍光が減弱することが期待されたが、顕著な変化は認められなかった。2.よりpH感受性の高い変異体を得る目的で、大腸菌の系を用いてスクリーニングを開始したが、目的の変異体はまだ得られていない。動物摘出灌流心において、KCNQ1(遅延整流性Kチャネルの主サブユニット)の細胞膜発現量の変化をリアルタイムで可視化できるモデルを確立することを目的に検討を行った。1.pHluorin融合KCNQ1の作製と機能確認1pHluorin(pH感受性を有するGFP変異体)を、KCNQ1の第1-第2膜貫通領域をつなぐ細胞外領域に融合させたコンストラクト(pHl-KCNQ1)をPCR法によって作製した。2作製したpHl-KCNQ1を鋳型にin vitroでRNAを合成し、副サブユニットであるKCNE1と共にアフリカツメガエル卵母細胞に発現させた。2電極膜電位固定法を用いて、pHl-KCNQ1/KCNE1を流れる電流を測定したところ、チャネルが正常に機能することが明らかになった。2.pHl-KCNQ1のイメージング1HEK293細胞にpHl-KCNQ1を発現させ、共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察したところ、細胞膜におけるpHl-KCNQ1の発現が確認できた。その細胞に対して、KCNQ1のエンドサイトーシスを起こすことが明らかとなっているα受容体の刺激を行ったが、僅かなpHl-KCNQ1の蛍光量変化しか得ることが出来なかった。2また、アフリカツメガエル卵母細胞にpHl-KCNQ1を発現させ、蛍光実体顕微鏡を用いた検討を行ったが、明らかなpHl-KCNQ1の蛍光は観察することが出来なかった。電流は記録出来ることから、pHl-KCNQ1は細胞膜に発現していると思われたため、pHl-KCNQ1による蛍光を観察出来なかった理由としては、発現量が不十分であった可能性が考えられた。動物摘出灌流心において、KCNQ1(ゆっくりと活性化する遅延整流性Kチャネルの主サブユニット)の細胞膜発現量の変化をリアルタイムで可視化できるモデルを確立することを目的に検討を行った。1. pHluorin融合KCNQ1安定発現細胞株の作製と検討昨年度の結果から、検討対象であるpHl-KCNQ1(pHluorin《pH感受性を有するGFP変異体》を、KCNQ1の細胞外領域に融合させたコンストラクト)の細胞膜発現量が不十分である可能性が考えられたため、pHl-KCNQ1を恒常的に発現するHEK293細胞を作製した。KCNQ1の細胞膜発現量を変化させるために、その細胞にα受容体を発現させ(これまでの検討でα受容体刺激がKCNQ1のエンドサイトーシスを惹起することを確認している)、共焦点レーザー顕微鏡を用いて検討を行ったが、一過性発現の場合と同様、僅かなpHl-KCNQ1の蛍光量変化しか得ることが出来なかった。また、コントロールとして、顕著なエンドサイトーシスが起こることが知られているβ2受容体とpHluorinの融合コンストラクトを用いた検討も行ったが、KCNQ1の場合と同様の結果であった。2.pH感受性GFP変異体に関する検討GFP変異体のpH感受性変化に関して、これまでに知られている情報(アミノ酸の変異部位とpH感受性変化の関係など)をもとに検討を行ったが、細胞レベルにおいても、本研究の目的を達成するのに必要なシグナル変化を得ることは出来なかった。高いpH感受性を有し、pH変化によって大きな蛍光量変化を示すGFP変異体の作製に成功することが、本研究の目的を達成するにあたっての最大のポイントである。研究計画作成段階から、可能性のある一番の障壁は、それに成功するかどうかという点であると考えていたが、現在そこを乗り越えられずにいる。最終目標に到達するまでの道のりは、まだ遠く、進捗状況としては遅れている現状である。動物の摘出灌流心において、KCNQ1(ゆっくりと活性化する遅延整流性Kチャネル(心筋活動電位の再分極に重要な役割を演じている)の主サブユニット)の細胞膜発現量の変化をリアルタイムで可視化できるモデルを確立することを目的に検討を行った。1. pH感受性リガンドを用いた検討pHluorin(酸性環境で蛍光強度が低下するGFP変異体)をKCNQ1の細胞外領域に融合させたコンストラクトを用いた検討で、期待する結果が得られなかったため、市販されているpH感受性Haloリガンド(酸性環境で蛍光が増大する)を用いた検討を行った。これまでに、HaloタグをKCNQ1の細胞外領域に融合させたコンストラクト(Halo-KCNQ1)が、α受容体刺激によってエンドサイトーシスすることは明らかになっている。Halo-KCNQ1をHEK293細胞に発現させ、細胞膜非透過性のpH感受性Haloリガンドを用いて、細胞膜上に発現しているKCNQ1のみをラベルした。その後、α受容体を刺激し、エンドサイトーシス(酸性環境であるエンドソームへの移動)による蛍光の増大が見られるかどうかを、共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察した。

残念ながら、エンドサイトーシスによる蛍光強度の増大を検出することは出来なかった。2.pH感受性GFP変異体に関する検討前年度までの結果を反省材料に、pHluorinをベースにしてアミノ酸変異をランダムに導入することによって、よりpH感受性が高いGFP変異体を得ることを計画した。スクリーニングの系として大腸菌を用いることを考え、大腸菌のペリプラズムに外来遺伝子を発現させるベクターにpHluorinをサブクローニングして、現在細胞外pHの変化がpHluorinの蛍光にどのような影響を与えるかを検討中である。摘出心において、KCNQ1(心臓の興奮性に対して重要な役割を有するK+チャネル)の細胞膜発現量の変化をリアルタイムで可視化できる系を確立することを目的に研究を行なった。1.pHluorin(pH感受性が高いGFP変異体)とKCNQ1を融合させたコンストラクトを作製し、α1受容体刺激によってKCNQ1のエンドサイトーシスを起こし検討した。エンドサイトーシスによって酸性環境に置かれるため、pHluorinの蛍光が減弱することが期待されたが、顕著な変化は認められなかった。2.よりpH感受性の高い変異体を得る目的で、大腸菌の系を用いてスクリーニングを開始したが、目的の変異体はまだ得られていない。平成26年度中に、摘出灌流心臓での検討を始められるだけのpH感受性および蛍光量変化を示す変異GFP融合KCNQ1を作製することが目標であった。しかし、pHluorin以外のGFP変異体を作製して検討することまでは行えなかった。目的とするGFP変異体の作製は理論で進められる訳ではないため、その壁を乗り越えるのにかかる時間の予測が立たず、研究の達成度としては遅れていると言わざるを得ない。GFP変異体のpH感受性について、これまで報告されている情報をもとにした検討だけでは、目的を達成できない可能性がある。今後は、ランダムな変異体の作製を行うことも検討する。目的に叶うようなGFP変異体を手に入れることが出来れば、その先の研究計画の変更は必要ない思われる。循環薬理学本研究の目的を達成するためには、現存するGFP変異体よりも高いpH感受性を示す変異体を作製することが必要である。数多くトライアンドエラーを繰り返さなければならないかも知れないが、そのようなGFP変異体の作製に全力を尽くす。全体として研究計画に変更を加える必要はないと考える。最大の理由は、動物を用いた検討まで進むことが出来なかったことである。平成26年度中に終了する予定であったGFP変異体の作製まで進まなかったことと、それに伴い動物を用いた検討が行えなかったことが理由である。平成27年度に計画されていた研究を進めるために使用したい。平成26年度に計画されていた研究を進めることで、平成27年度分と合わせて使用したい。
診断・治療支援用無拘束計測システムの開発

本研究の成果をまとめると以下の3項目になる。1.微少流量制御回路今後は病院内および在宅医療においてコードレスの方向に向かうことが予想されている。この回路はマイクロテクノロジーを応用してマイクロ・リッターの流量を制御出来、化学成分の分析を体内で行うなど将来の診断の要素技術として有効である。2.超音波による体内電子回路へのエネルギー伝送無電池方式の植込み形電子回路にエネルギーを伝送するには、従来から電磁波が利用されている。しかし、電磁波の指向性をつけ難くエネルギーが分散するので効率が悪い。これに対して超音波は指向性が強くエネルギーを目標個所に収束出来る。実際にこの方式により、温度をモニタする発信器を超音波により駆動することができた。3.診断機能付心電テレメータ送信機現在の心電テレメータシステムは心電波形が正常でも異常でも連続して送り続け、受信側で識別している。これは電波帯域の占有および送信に伴なう電池寿命の短縮にも悪影響を与えている。今回の開発では、送信側に心電波形の異常を検出する機能を持っており、正常の場合は心拍数のみを一定の時間間隔で送り、異常の場合は数波形前から波形を伝送する。異常波形の認識率も実用上問題なく電池の消費量も極めて減少した。本研究は今後必用性が増すと予想されている超小型の体内植込み式生体信号モニタ・システムの基本技術を開発することを目的としている。本年度はこれまでの実績をもとに、主として生体を伝送路として高周波(50-70KHz)信号をのせて信号を送る方式とその回路の開発、およびモニタ回路を小型化するための有力な手法として、計測時に体外からエネルギ(ここでは従来には無い超音波による方式)を開発した。すなわち、100KHzの超音波を利用して体内へエネルギを送る方式を開発し、実用化の可能性を確認した。直径10mmの小型円柱型圧電素子を送信と受信側に使用した。厚さ10mmの寒天または豚肉を人体組織としてみなして用いた結果、約14%のエネルギ伝送を実現した。さらに、超音波受信素子の起電力を直流電圧に変換して2倍圧し、モニタ回路の電源(3V)とした。先ずモニタに温度センサを接続して温度のモニタを行いその動作を確認した。このモニタの消費電力は0.19mWであり、総合伝送効率は1.3%であった。電力の伝送方式には電磁波によるものが一般的であるが、超音波方式によるとモニタの位置情報も同時に得ることが可能である。また、より大きな電力を得たい場合には複数個所から超音波を送信することによって増加出来る。今後は変換素子の材料を検討し効率の向上を計る予定である。本年度の結果は5月に開催される日本エム・イー学会において発表するが、次年度には、マイクロ・センサを適用したものを開発する。次に、多チャンネル化による相互干渉に対しては信号に識別符合を含ませることにより、この問題を解決し得る。また、関連ソフトウエアの開発も開始したが、ハードウエアの全体像が固まる次年度にまとめることとなった。今年度は以下のような要素技術を開発した1.超音波による電子回路エネルギー伝送電子回路を長期に植え込む場合に問題となるのは電源の問題である。電池ではその寿命があり、また電磁波等によるエネルギー伝送は指向性が悪く効率が良くない。ここでは指向性の良い超音波を用いるエネルギー伝送方法を開発した。受信回路に超音波素子を持ち、これに向けて超音波を照射すし起電力を整流して直流を得る。生理食塩水を用いて生体を模型して検討した。電子回路として、温度センサを用いこの電波を受けて温度計測を試み、実用性を確認した。なお、消費電力の大きな回路に対しては、複数方向から超音波エネルギーを送信すれば良い。2.消化管内のカプセルの移動軌跡計測システム消化管用のカプセルの実用化における問題点の一つにその位置検出方法がある。今回開発した手法は、磁場を利用するものであり精度の点からも実用化に有望ある。この方式は、体外に3つのコイルを置きここから異なる周波数の交流磁場を作る。他方、カプセル内には互いに直交するX、Y、Z3個のコイルを持ち、体外からの磁力線による起電力を発生させる。つまり、光の代わりに磁力線を利用した体外からの3角測量と云える。

カプセルの位置は測量と同様に座標計算によりパソコンの表示装置に3次元的に表示される。位置の精度は約1mmであり、カプセルの動きに応じてリアルタイムに表示される。なお、応答速度も腸内での運動を表示出来る。したがって、位置の差を微分することにより移動速度が、さらに微分を行うことにより加速度も得られる。現時点ではカプセル内のコイルに生じた起電力は有線で受信回路に導いているが、3つのコイルに生じる起電力の大きさにより3チャネルの変調器を駆動すれば容易に無線化し得る。
有効飽和度で記述する三相連成有限変形解析手法の開発と不飽和三軸試験によるその検証

昨年度は、間隙空気を「封入空気」と連続した相として存在する「連続空気」に、間隙水を「吸着水」と「自由水」に明確に分けて扱い、新たに有効飽和度を定義し直すとともに、この有効飽和度に基づく「土骨格自由水封入空気連続空気連成有限変形解析手法」の開発に成功した。今年度は、本解析手法の妥当性を確認するために、不飽和シルトを用いた繰返し吸排水履歴に関する三軸試験とその数値シミュレーションを行った。まず、実験で得られた飽和度サクション関係のヒステリシス性を、有効飽和度サクション関係にヒステリシス性を導入することなく、封入空気と連続空気の吸排水に伴う遷移を考慮するだけで表現できることを示した。一般に、不飽和土の水分特性曲線が吸排水時のヒステリシス性を持つ要因として、インク瓶効果、間隙水と土粒子の接触角の影響、空気の封入の影響が挙げられている。本研究により、空気の封入の影響で生じるヒステリシス性を考慮可能となった。次に、実験で観察されたサクションが同じゼロであっても吸排水履歴の違いで飽和度が異なる挙動を表現できることを示した。このようなサクションが同じゼロであっても飽和度が異なる挙動は、水分特性曲線の最大飽和度を材料定数で与える既往の手法では表現不可能である。また、前述した異なる吸排水履歴を与えた供試体に対して実施した非排気・非排水三軸圧縮試験において、一方は軟化、他方は硬化を示す挙動を、本解析手法で表現できることも示した。以上より、今年度研究として当初計画していた「三軸試験による不飽和土の圧縮・せん断挙動の把握」と「弾塑性構成モデルおよび水分特性モデルの高度化・精緻化」に対して、一定の研究成果を挙げることができた。不飽和土の保水性を表す水分特性式は、最大の水分量と最小の水分量の間で定義される有効飽和度とサクションの関係を記述する。水分量として飽和度を用いる場合を考えると、低サクションにおいては間隙水に封入された空気が存在するため、最大の飽和度は100%より低く、高サクションにおいては土粒子表面に吸着水が残留するため、最小の飽和度は0%より高い。本研究では、間隙空気を「封入空気」と連続した相として存在する空気(以後「連続空気」)に、間隙水を「吸着水」と「自由水」に明確に分けて扱い、新たに有効飽和度を定義し直す。その有効飽和度に基づいた不飽和土の有限変形解析手法を開発することを目的とする。また、不飽和三軸試験結果との比較を通じて、本解析手法の妥当性を検証する。本年度の研究計画は、(1)有効飽和度に基づく支配方程式の再定式化とその解析コードの開発と(2)不飽和三軸試験による間隙空気が気泡として水中に取り込まれる挙動の把握であった。(1)に対しては、新たな有効飽和度に基づく土骨格自由水封入空気連続空気連成有限変形解析コードの開発に成功し、既往の実験結果との比較を通じて、特に封入空気を考慮可能であることの有効性(連続空気が封入空気へ遷移できる点と封入空気の圧縮性を表現できる点)を示した。(2)に対しては、間隙空気を水に溶けやすい二酸化炭素に置き換えた実験を新たに実施して、封入空気と連続空気の存在量の把握を試みた。封入空気は土粒子間の拘束を強める表面張力(サクション)としては働かないため、間隙空気を封入空気と連続空気に分けて扱うことは、より精緻な構成モデルを構築する上でも重要である。また、近年、不飽和化による地盤改良がもたらす耐震効果に注目が集まっているが、封入空気の圧縮性を表現可能であり、動的にも対応した本解析コードを用いれば、詳細な耐震性評価も可能となる。前述(1)について、解析コードの開発を終え、妥当性確認も行ったため、当初の計画通りに進んでいる。(2)については、当初計画とは異なり、間隙空気を水に溶けやすい二酸化炭素に置き換える手法を新たに考案・実施した。その結果、空気を用いる場合にはサクションがゼロであっても残留する封入空気が、二酸化炭素を用いる場合には間隙水に溶解するために減少し、飽和度が高くなることを確認し、封入空気と連続空気の存在量を把握する上で一定の成果があった。しかし、実験操作が複雑で、長時間を要するため、多くの結果を得られないという課題が残った。

このようなサクションが同じゼロであっても飽和度が異なる挙動は、水分特性曲線の最大飽和度を材料定数で与える既往の手法では表現不可能である。また、前述した異なる吸排水履歴を与えた供試体に対して実施した非排気・非排水三軸圧縮試験において、一方は軟化、他方は硬化を示す挙動を、本解析手法で表現できることも示した。以上より、今年度研究として当初計画していた「三軸試験による不飽和土の圧縮・せん断挙動の把握」と「弾塑性構成モデルおよび水分特性モデルの高度化・精緻化」に対して、一定の研究成果を挙げることができた。前述(2)に関連して、間隙空気を二酸化炭素に置き換える実験は、結果を得るために長時間を要するため、今後は土試料を非塑性シルトに限定して実験を進める。封入空気と連続空気の存在量がサクション毎に明らかになれば、より精緻なモデルを構築可能となる。その後、各種排気排水せん断試験を実施し、その数値シミュレーションを行うことで、引き続き本解析コードの妥当性確認と更なる高度化を進めていく。
核酸の鏡像異性体合成と、その相互作用の研究

本研究では、(1)天然型核酸の鏡像異性体であるL核酸の合成と、(2)L核酸と天然型のタンパク質あるいは核酸との間の相互作用を定量的に評価することを目的とした。(1)に関しては、出発原料にL-arabinoseを用いて行う合成を予定通り初年度に完了し、L-DNAのホスホロアミダイト体モノマーを得た。このアミダイト体を用いて、通常のD-DNA中にL-DNAを導入した種々のL/Dキメラ型DNAを合成し、(2)を目的とする研究に供した。(2)では、特にL-DNAのアンチセンス核酸としての応用を念頭に置き、検討を行った。まず、L/Dキメラ型DNAとD-DNAとの間で形成される二重鎖を用い、熱力学的安定性を解析した。その結果、キメラ型二重鎖DNAが天然型二重鎖DNAと比較して、ΔΔG°_<37>にして約3.0kcal mol^<-1>の不安定化を示すことと共に、これが主エンタルピーの損失(ΔΔH°にして2030kcal mol^<-1>によるものであることを明らかとした。また、塩基部を持たない核酸誘導体を用いた実験結果と併せて、L-DNAは二重鎖中でスタックするため全体構造を大きく変化させず、不安定化の大きさも37°C条件下でアンチセンス効果に影響を及ぼすほどでないことを示すことができた。次に、鏡像異性体核酸と天然由来のタンパク質との相互作用を解析した。タンパク質にはエクソヌクレアーゼ、ポリヌクレオチドキナーゼ、DNAポリメラーゼ等の酵素を用いた。その結果、L-DNAはヌクレアーゼ耐性が高い一方で、リン酸化反応とポリメラーゼ反応の基質となることが明らかとなった。これらの結果から、L-DNAが生体内に導入された際の挙動をシミュレートする事が可能となり、副作用の少ない新規なアンチセンス分子としてL-DNAを応用することが可能であることを示すことができた。これらの結果は、第25回核酸化学シンポジウム、第9回アンチセンスシンポジウム、日本化学会第76および第78春季年会で発表し、またリストに挙げたものの他二編の論文を投稿している。本研究では、(1)天然型核酸の鏡像異性体であるL核酸の合成と、(2)L核酸と天然型のタンパク質あるいは核酸との間の相互作用を定量的に評価することを目的としている。初年度となる平成16年度には、(1)に関して、出発原料にL-arabinoseを用いて行う合成を予定通り完了し、L-DNAのホスホロアミダイト体モノマーを得た。また(2)に関しては、得られたL-DNAモノマーを用い、鎖長10ヌクレオチドの二重鎖DNAの中央部分に鏡像異性体核酸を導入したL/Dキメラ型DNAを合成し、天然型DNAとの間で形成される二重鎖の熱力学的安定性を解析した。その結果、キメラ型二重鎖DNAは天然型二重鎖DNAと比較して、いずれもΔΔG°_<37>にして約3.0kcal mol^<-1>の不安定化を示すことが明らかとなった。また、この自由エネルギー変化をもたらす要因を検討したところ、キメラ型二重鎖DNAの形成はエントロピー的には天然型二重鎖DNA形成よりも有利であるが、それを上回るエンタルピーの損失(ΔΔH°にして2030kcal mol^<-1>)があることを明らかとすることができた。更に詳細を知るため、核酸塩基を除去したアベーシックヌクレオチドを導入したDNAを合成し、これを相補鎖として熱力学的安定性を求めた。その結果、天然型DNAでは水素結合の消失に伴い、二重鎖形成時のエンタルピー変化と自由エネルギー変化は大きく不安定化したが、L/Dキメラ型DNAではほとんど変化が見られなかった。以上より、鏡像異性体核酸は二重鎖中でスタックした構造を取り、全体構造は大きく変化させないが、水素結合を形成しないために二重鎖を不安定化させることを示すことができた。このことは、キメラ型二重鎖DNAの円偏光二色性が天然型二重鎖DNAとほとんど同じであるという結果とも対応する。これらの結果は、第25回核酸化学シンポジウム(平成10年9月)にて発表し、また主に熱力学的考察に関して日本化学会第76春季年会(平成11年3月)で発表する予定である。その結果、キメラ型二重鎖DNAが天然型二重鎖DNAと比較して、ΔΔG°_<37>にして約3.0kcal mol^<-1>の不安定化を示すことと共に、これが主エンタルピーの損失(ΔΔH°にして2030kcal mol^

<-1>によるものであることを明らかとした。また、塩基部を持たない核酸誘導体を用いた実験結果と併せて、L-DNAは二重鎖中でスタックするため全体構造を大きく変化させず、不安定化の大きさも37°C条件下でアンチセンス効果に影響を及ぼすほどでないことを示すことができた。次に、鏡像異性体核酸と天然由来のタンパク質との相互作用を解析した。タンパク質にはエクソヌクレアーゼ、ポリヌクレオチドキナーゼ、DNAポリメラーゼ等の酵素を用いた。その結果、L-DNAはヌクレアーゼ耐性が高い一方で、リン酸化反応とポリメラーゼ反応の基質となることが明らかとなった。これらの結果から、L-DNAが生体内に導入された際の挙動をシミュレートする事が可能となり、副作用の少ない新規なアンチセンス分子としてL-DNAを応用することが可能であることを示すことができた。これらの結果は、第25回核酸化学シンポジウム、第9回アンチセンスシンポジウム、日本化学会第76および第78春季年会で発表し、またリストに挙げたものの他二編の論文を投稿している。
マイクロ波加熱によるSOFC用電解質膜の生成

環境問題及び資源枯渇問題への対策として高エネルギー変換効率を有する500°C程度で運転する低温固体酸化物燃料電池(Low Temperature Solid Oxide Fuel Cells、LT-SOFCs)を実現するため、本研究では、高い酸化物イオン伝導率を有するランタンガレートLa0.6Sr0.4Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)を、電極材料との間に絶縁性反応相を形成することなく、また、高純度にかつガスリークが生じないよう緻密で結晶性が高く、薄膜化する方法として、RFスパッタリングとマイクロ波誘電加熱を組み合わせる方法の有効性を実証した。電解質薄膜作製は、はじめに1mm以上の厚さを有するNiO-YSZなどから成る積層アノード支持体を形成し、その上にLSGM薄膜をRFスパッタリングで堆積させ、マイクロ波照射誘電加熱及び低温焼結にてLSGMを結晶化した。RFスパッタリングでは、膜の緻密さやスパッタリングされる粒子の大きさなどは、真空度、RFパワーあるいは基板温度などに影響を受け変化したが、いずれの条件においてもSEM観察によって健全である1μm5μmの薄膜が得られた。なお、成膜速度に応じて緻密さが変化した。得られた膜はマイクロ波誘電加熱によって焼結を進め、結晶性の変化、結晶粒の大きさなどの微細構造変化などから十分に焼結が進む事が判明したが、マイクロ波加熱による温度勾配のある環境での作成のため温度の評価ができなかった。そこで、焼結温度を800°C1100°Cまで変化させ、低温における焼結の進行を詳細に調べ対応させた。作成した電解質膜については、インピーダンス測定によって、電解質膜の伝導率を調べるとともに、酸化物イオン輸率を測定し、厚い電解質層に準ずる結果を得、SOFC電解質の大幅な小型化が可能である事が示唆された。
白血病関連因子AML1複合体の機能解析

急性白血病において最も高頻度に変異を受けるAML1複合体を精製し、CBFβの他にヒストンアセチル化酵素p300/CBPやMOZ、前骨髄性白血病タンパク質PML、リン酸化酵素HIPK2が含まれることを見いだした。また、PMLがユビキチンリガーゼSCF複合体の構成因子Fbx3と結合し、SCF^<Fbx3>によるユビキチン-プロテアソーム経路を介する転写コアクチベーターの分解を阻害することを明らかにした。この結果より、PMLはNBで転写因子複合体の形成の足場となるだけではなく、転写因子複合体に含まれる構成因子の安定化を誘導することで、AML1やPU.1などを介した転写を活性化し、顆粒球分化を誘導することが示唆された。一方、PML-RARaはHIPK2を著しく不安定化させ、PU.1やAML1を介した転写を抑制した。AML1遺伝子は、急性白血病において最も高頻度に染色体転座などによる変異を受ける。AML1は成体型造血に必須な転写因子であり、CBFβと二量体を形成して特異的DNAに結合し標的遺伝子の転写を制御する。我々はマウス骨髄前駆細胞よりAML1複合体を精製し、AML1複合体にはCBFβの他にヒストンアセチル化酵素p300/CBPやMOZ、前骨髄性白血病タンパク質PML-1、リン酸化酵素HIPK2が含まれることを見いだした。MOZは、MYST型のヒストンアセチル化酵素で、急性骨髄性白血病でみられる染色体転座により分断され、融合遺伝子を形成する。MOZの造血における役割を解析するため、MOZ欠損マウスを作製したところ、MOZホモ欠損マウスは胎生15.5日までに全ての胎仔が死亡し、胎仔肝臓における成体型造血に顕著な異常が見られることを見出した。胎生14.5日のMOZホモ欠損マウス胎仔肝臓では、造血幹細胞及び造血前駆細胞の広範な減少が見られ、赤血球の最終分化障害、Bリンパ球の減少、骨髄性細胞の増加も見られた。造血幹細胞及び造血前駆細胞の広範な減少はMOZヘテロ欠損マウスでも見られた。造血幹細胞でのMOZの機能を解析するために、MOZホモ欠損マウスの胎児肝細胞(Ly5.2)を野生型競合細胞(Ly5.1)と共に、放射線照射したマウス(Ly5.1/Ly5.2)に移植したところ、MOZホモ欠損マウス由来細胞は、移植後のマウスの末梢血及び胸腺、脾臓、骨髄のどの造血組織にも全く見られなかった。加えてMOZヘテロ欠損マウス由来細胞も、移植マウスにおける割合が野生型マウス由来細胞と比べて減少していた。移植細胞数を増加させるとMOZヘテロ欠損細胞の骨髄再構築能の減少は回復したが、MOZホモ欠損細胞の骨髄再構築能は全く回復しなかった。これらの結果から、MOZは造血幹細胞の形成・維持に必須であることが示された。ヒストンアセチル化酵素をコードするMOZ遺伝子は、急性骨髄性白血病(AML)でみられるいくつかの染色体転座により融合遺伝子を生じる。MOZは転写因子AML1、PU.1及びc-MYBと結合して、これらの標的遺伝子の転写を制御することを明らかした。AML1、PU.1及びc-Mybは造血幹細胞の形成維持に必要であることから、MOZはこれらの転写因子を介して造血幹細胞を制御していることが示唆された。また、MOZ欠損マウス肝臓のLin陰性Sca-1陽性細胞では造血幹細胞の形成維持や増殖に重要なHoxA9,c-kit, c-mpl (TPO受容体)の発現が低下していたことから、MOZはこれらの発現制御を介して造血幹細胞を制御している可能性が考えられた。一方、AMLで見られるinv(16)染色体転座の結果生じるMOZ-TIF2遺伝子をc-kit陽性マウス骨髄性細胞に導入し放射線照射したマウスに移植したところ、移植後120日前後にAMLを発症した。この白血病発症マウスの骨髄細胞をさらに別のマウスに移植すると移植後50日前後で白血病を発症することから、白血病発症マウスの骨髄中には移植可能な自己複製能力を持っ白血病幹細胞が存在することが示唆された。白血病発症マウス骨髄では、Mac1及びM-CSFR陽性の単球の増加が見られる他に、Lin陰性・c-kit弱陽性・Sca-1陰性・CD34陰性・CD16/32陽性の芽球が異常増殖していた。同様な単球及び芽球の増加はMOZ欠損マウス胎仔

肝臓でも見られることから、MOZ-TIF2は正常なMOZの機能に影響していることが予想された。HoxA9の発現はMOZ及びMOZ-TIF2により活性化される一方で、c-kitの発現はMOZにより活性化されMOZ-TIF2により抑制されることから、MOZとMOZ-TIF2の作用は標的遺伝子により異なると考えられた。MOZ融合タンパク質はMOZと同様にAML1及びPU.1と結合しPU.1依存的にM-CSF受容体の発現を誘導した。PU.1の発現を低下させた変異マウスではAMLが発症することやヒト白血病でAML1の変異が高頻度に見られることから、MOZ-TIF2による白血病発症にはPU.1やAML1の機能異常が関与する可能性が示唆される。ヒト白血病では特異的な染色体転座が見られ,その結果生じる融合遺伝子産物の発現やがん遺伝子の発現異常が発症に関与する。PML遺伝子は,急性骨髄性白血病において高頻度に見られるt(15;17)染色体転座によりRARa遺伝子と融合し,PML-RARa融合遺伝子産物が発現する。この転座が見られる急性骨髄性白血病はEAB分類M3サブタイプに分類され,好中球分化に異常が見られる。我々は,PMLが転写因子PU.1及びC/EBPeと結合してその転写を活性化すること及びC/EBPeによる転写を活性化した。マウス骨髄性前駆細胞にメタロチオネインプロモーターに連結したPU.1又はC/EBPeを導入しZn添加により発現を誘導するといずれも好中球へ分化するが,これらの細胞にレトロウイルスベクターによりPMLを導入すると分化がさらに促進されることが示された。また,白血病で発現するPML-RARaは,PU.1及びC/EBPeによる転写活性化を阻害し,好中球への分化を阻害した。これらの結果からPMLはPU.1及びC/EBPeによる転写を活性化することにより好中球分化を促進し,PML-RARaは正常PMLの機能を阻害して好中球分化を阻害することにより白血病を誘導することが示唆された。また,PMLのSPドメインにリン酸化部位を4カ所同定し,これらのリン酸化部位がPMLによるPU.1及びC/Eを新たに見出した。7種類のPMLのアイソフオームのうちPMLIVのみがPU.1BPeによる転写活性化と好中球分化促進に重要であることが示された。ヒト白血病では特異的な染色体転座が見られ、その結果生じる融合遺伝子産物の発現やがん遺伝子の発現異常が発症に関与する。マウス骨髄から単離した造血幹細胞に急性骨髄性白血病で見られる融合遺伝子MOZ-TIF2をレトロウイルスベクターにより導入し、これを放射線照射した野生型マウスに骨髄移植することにより白血病が発症する白血病マウスモデルから、セルソーターを用いて細胞集団を分画して再移植することにより白血病誘導活性を調べ、M-CSF受容体の発現が高い細胞が白血病幹細胞であることを見出した。免疫沈降実験およびレポーターアッセイによりMOZ融合遺伝子産物が転写因子PU.1と結合してM-CSFRプロモーターを強く活性化することを明らかにした。PU.1及びM-CSFR遺伝子改変マウスではMOZ-TIF2による白血病発症がみられないことから、PU.1及びM-CSFRが白血病発症に必須であることを示した。M-CSFRプロモーター制御下にアポトーシス誘導遺伝子を導入したトランスジェニックマウスの骨髄細胞にMOZ-TIF2を導入して発症したマウスを用いて、M-CSFRを発現する細胞にアポトーシスを誘導すると白血病細胞が消失し、発症が抑制されることを明らかにした。
Crohn病腸粘膜T細胞レセプター遺伝子の塩基配列決定とSCIDモデルマウスの作成

(1)クローン病腸粘膜T細胞レセプター遺伝子のclonalityの検討:クローン病患者の腸粘膜で、病変部・非病変部を問わず高率に発現しているVβ2,12,13T細胞はoligoclonalで、各ファミリーとも数個の限定されたcloneの増加が認められ、何らかの抗原に対して、数個の特定cloneが反応していることが示唆された。そこで、これらの限定されたcloneの増加が、特異的なものか否かをさらに検討した。各症例の小腸・大腸間のcloneを比較したところ、同一症例では小腸でも大腸でも増加しているcloneは同じであった。正常コントロール群でも各ファミリーはoligoclonalであるが、増加しているcloneの数は多く、同一ドナーでの小腸・大腸間のcloneは異なることより、クローン病では数種の特定T細胞cloneが、病因に関与しているものと思われた。また、同じVβファミリーが増加することより、当初Superantigenの関与も疑われたが、各症例間の限定されたcloneは異なり、MHC拘束性を有すると考えられることから、これらはConventional antigenの関与を示唆するものと思われた。(2)増加しているT細胞cloneの由来の検討:上記解析は、分離・培養による修飾を避けるため、直接腸粘膜生検から抽出したRNAを材料としたが、上皮細胞間リンパ球と粘膜固有層リンパ球に分けて解析したところ、限定された数個のcloneは後者に存在する傾向にあった。(3)Crohn病患者T細胞のSCIDマウスへの移入実験:(i)放射線照射した抗原提示細胞と患者腸粘膜抽出物とで培養した患者末梢血リンパ球、(ii)Superantigenで人工的にVβ2,12,13T細胞を増やした患者末梢血リンパ球、(iii)患者腸粘膜固有層リンパ球をSCIDマウスに移入しヒトCrohn病のモデルを作る試みは現在進行中である。(4)in situ hybridizationによるサイトカインの局在:クローン病腸粘膜病変部炎症細胞にTNFαmRNAの強い発現がみられ、抗TNFα抗体の有効性の報告からも病変の増悪に関与するものと思われた。ただ同じ炎症性サイトカインでもIL-6は腸管漿膜側の血管内皮細胞に強い発現がみられることから、病変形成に2つのサイトカインの異なった関与が示唆された。
量子群の表現による量子情報理論の研究

2018年度において本研究課題は極めて大きく前進した.我々は以下に述べるように多くの結果を得て,それらのプレプリントを作成した.(1) Richard Cleve, Li Liu, Vern Paulsenとの共同研究: self embezzlementは可換作用素の枠組みであるか,従来のヒルベルト空間のテンソル積の枠組みで起こるかによって大きく異なる振る舞いをすることを示した.この問題に対して,可換作用素モデルでの異なる振る舞いはすでに確認はされていたが,従来のモデルで任意の精度で近似可能な範囲内であった.我々の論文では,従来のモデルでは任意の精度で近似できないような可換作用素モデルに対して示した点が重要である.(2)大坂, Sapraとの共同研究:新しい系統的な量子情報理論に応用をもつ正値写像だが完全正値写像でない写像の構成方法を見出した.(3) Ivan Bardet, Gunjan Sapraとの共同研究:有限次元行列代数間の同値線形写像をChoi行列の観点から特徴づけて,ある同値性をもつクラスの特徴づけを行い,そのChoi行列のグラフィカル表現などを与え,それをエンタングルメント検出に応用した.(4) Michael Brannan, HunHee Lee, Sang Gyun Younとの共同研究:Michael Brannnanと研究代表者により導入した自由直交量子群から作られた3つのパラメータを持つ量子チャンネルのキャパシティについてより深い研究をした.これまで手の届かなかったdegradability(分解性)などの性質を明らかにした.当初予定していた研究計画よりもスムーズに研究計画が進行している.実際,当初予定していたよりも多くのプロジェクトが達成されている.まず,次に行うべき研究はYounとの共同研究の遂行である.無限次元における非ランダムな量子チャンネルで加法性の破れを起こすもの得ることができており, Haagerupの不等式を用いてそれらの正則化エントロピーの評価を得ることができる.これらを得るのに自由確率論が極めて重要となっている.別のプロジェクトとして, SU(2)の表現論的性質をテンソル積の正値性の問題の研究に応用する研究プロジェクトがある.これについてMuller-Hermesとオスロで議論を開始した.またBardetやSapraとAl Nuwairanとの量子チャンネルとエンタングルメント検出のための群対称性についての共同研究を継続して進めていく.そして,さらにラマヌジャングラフの量子情報理論への活用を続けて模索していく.並行して、自由確率論や量子群のテクニックを用いて量子情報理論の他の重要な問題(bound entanglementやPPT-square、entanglementの判定の問題など)の研究を現在進めている。研究代表者は愛知教育大学の佐久間紀佳と北海道大学の長谷部高広といくつかの部分的改良を得た。また、國立中山大学のHao-WeiHuangはこの自由確率論の技法を用いた量子情報理論研究に興味を示し、今後、共同研究を進めていく予定である。また北海道大学の植田優基とこれらの問題についてパリで議論を行った。順調に計画は進んでいる。この方向での進行中の論文は少なくとも2本ある。また研究代表者の博士課程学生Sapraは、アンリ・ポアンカレ研究所の博士研究員であるBardetと一緒にこの問題の一部にも取り組んでいる。2018年度において本研究課題は極めて大きく前進した.我々は以下に述べるように多くの結果を得て,それらのプレプリントを作成した.(1) Richard Cleve, Li Liu, Vern Paulsenとの共同研究: self embezzlementは可換作用素の枠組みであるか,従来のヒルベルト空間のテンソル積の枠組みで起こるかによって大きく異なる振る舞いをすることを示した.この問題に対して,可換作用素モデルでの異なる振る舞いはすでに確認はされていたが,従来のモデルで任意の精度で近似可能な範囲内であった.我々の論文では,従来のモデルでは任意の精度で近似できないような可換作用素モデルに対して示した点が重要である.(2)大坂, Sapraとの共同研究:新しい系統的な量子情報理論に応用をもつ正値写像だが完全正値写像でない写像の構成方法を見出した.(3) Ivan Bardet, Gunjan Sapraとの共同研究:有限次元行列代数間の同値線形写像をChoi行列の観点から特徴づけて,ある同値性をもつクラスの特徴づけを行い,そのChoi行列のグラフィカル表現などを与え,それをエンタングルメント検出に応用した.(4) Michael Brannan, HunHee Lee, Sang Gyun Younとの共同研究:Michael Brannnanと研究代表者により導入した自由直交量子群から作られた3つのパラメータを持つ量子チャンネルのキャパシティについてより深い研究をした.これまで手の届かなかったdegradability(分解性)などの性質を明らかにした.当初予定していた研究計画よりもスムーズに研究計画が進行している.実際,当初予定していたよりも多くのプロジェクトが達成されている.研究代表者は佐久間と長谷部との議論を継続する。また、自由確率論の研究を継続して行っている名古屋大学の植田好道と協力して、量子情報理論への応用を目指した自由確率論のための研究会等を開催しようと考えている。また、植田好道氏も量子群にも精通しているので、氏とともに今後共同研究を始められないか模索している。また、メインとなるBrannanとの共同研究では、2人の韓国人の研究者(ソウル国立大学のHun Hee LeeとSang-Gyun Youn)が加わって共同研究を進めている。この研究においては自由量子群から生成される量子チャンネルの研究を継続している。平成30年度は、容量と分解性の面を研究していく予定である。

最後に、テキサス農工大のPisierによって発案された、対称群の漸近表現のいくつかの点をよりよく理解するための重要な問題について、ポーランド科学アカデミーのPiotr Sniadyとあたらしい共同研究を開始する予定である。研究代表者はこの研究課題を進めるために、平成30年5月と12月にOberwolfachを訪問、平成31年1月にノルウェーを訪問する予定である。まず,次に行うべき研究はYounとの共同研究の遂行である.無限次元における非ランダムな量子チャンネルで加法性の破れを起こすもの得ることができており, Haagerupの不等式を用いてそれらの正則化エントロピーの評価を得ることができる.これらを得るのに自由確率論が極めて重要となっている.別のプロジェクトとして, SU(2)の表現論的性質をテンソル積の正値性の問題の研究に応用する研究プロジェクトがある.これについてMuller-Hermesとオスロで議論を開始した.またBardetやSapraとAl Nuwairanとの量子チャンネルとエンタングルメント検出のための群対称性についての共同研究を継続して進めていく.そして,さらにラマヌジャングラフの量子情報理論への活用を続けて模索していく.カナダ・モントリオールに本研究課題にかかる研究打ち合わせで訪問予定だったが,次年度に関連する別の大きな研究集会が行われることになったので,それに合わせて出張し,より効率的に研究を進めることとしたため.
卵子提供による非配偶者間生殖補助医療における家族形成支援研究

本研究は、卵子提供による非配偶者間生殖補助医療(以下、「本医療」)の立法化議論が停滞するなか、日本における本医療の家族形成支援に向けた課題を考察することを目的としている。本医療を受ける意思決定と生まれてくる子との家族形成への決意について、治療前の当事者の語りを分析した結果、生まれてくる子は自分の子であり、出自について早い時期に子どもに伝えたいことが明らかになった。このような決意に至るまで、カウンセリングを受けながら熟慮期間を経て治療に望んでいた。告知への重要性・必要性を理解するだけでなく、子には提供者の助けによって存在していること、望まれて生まれてきたことを伝え、支え合いながら家族になりたいと考えており、それが親となる決意を強めている。子どもの福祉について考える機会をもつことが本医療にとって重要である。もっとも出産後、子どもへの告知に少なからず不安を抱えていることも示されていた。治療後においても相談できるよう家族形成への支援の必要性があることを確認することができた。海外で本医療をうけ出産した家族にも告知の問題はある。台湾は、人工生殖法の下、国の管理監督で本医療が実施されている。匿名化・提供者は1組の夫婦のみとする制限・近親婚を防ぐための実施機関による報告の徹底、国の実施機関ごとの実施状況及び成果の公表、生まれた子どもを嫡出子とする等が保障されている。しかし、子どもへの福祉について配慮となる親として子の出自を知る権利について治療前より熟慮するよう求められることはない。育ての親こそ尊重されるべきとする社会の認識により告知を認めることには消極的である。告知は子どもの福祉をどう考えどう支えるかという問題である。家族形成への支援という課題が残されるなか、実施機関が行っている出産後の親同士の交流の場を設ける取り組みは支援の機会になりうることが示唆された。本研究は、非配偶者間生殖補助医療(以下、「本医療」)の立法化議論の停滞するなか、日本における本医療による支援課題について考察することを目的としている。それぞれの専門的知見を活かし、資料収集、文献レビューを行い、3回の研究会を開催し、情報及び知見の共有を図っている。日本における本医療の現状については、確認することができており、親子形成に当たっては、出自を知る権利を保障するよう求めた論文が多いが、ほとんどが精子提供によるものであり、卵子提供にあたっての提言は他国の状況によるものが多い。まず、日本において本医療を受けることを決心した当事者の判断過程を振り返るとして、当事者が治療を受ける際に受審している倫理審査委員会のなかでの語りをデータとして分析している。研究着手に当たっては、研究機関および本医療の実施施設の倫理審査を受け、当事者の意思確認、プライバシー保護、データ取扱いの配慮等、高度な注意を行いながら対応するよう詳細に計画をすることで承認をえることができた。その計画に則り、データ抽出をおえ、分析を行っているところである。対象者は、15ケース程度。データ抽出においては、被提供者とその配偶者による、本医療を受けるに至った考え、子供の養育に関する思い、出自を知る権利の保障についてという3点について行っている。また、今年度、現地調査を行う予定である台湾の2施設については、すでに実施機関の長と面談をし、協力を得ることが確認できた。詳細な計画とインタビューガイドを検討するに至っている。当初予定より、倫理審査に時間を要しはしたが、研究者間での情報共有、専門的知見によって、進めることができている。また、今年度実施を行う現地調査に関しては、それぞれの施設の院長が来日する際に、直接面談する機会を持つことができ、その際に得られた情報も加えながら計画を立案する段取りができている。本研究は、卵子提供による非配偶者間生殖補助医療(以下、「本医療」)の立法化議論が停滞するなか、日本における本医療による家族形成支援に向けた課題を考察することを目的としている。1年目の文献レビューおよびデータ分析を踏まえ、生まれてくる子への告知を含めた家族形成と本医療への意思決定に課題を定め支援のあり方について検討している。本年度は、本医療によって出産に至った14組を対象に、本医療前の施設内倫理審査委員会の匿名化情報となる記録内容をデータ化し分析を行っている。これらデータを「本医療を受けるに至った心境」、「出自を知る権利の保障への具体的な計画とその思い」「子どもの養育に関する思い」に整理し分析を行うことで課題内容を特定した。本研究の対象はほとんど姉妹間での卵子提供であるため、提供への強制力はないとされつつも、出産後に想定される被提供者と提供者との関係、子どもを含めた複雑な家族形成が想定されている。データ分析結果では、提供者は本医療の理解と協力の意思とともに複雑な思いがあることが示されており、その支援のあり方についてさらなる検討が必要である。告知に関しては、本医療前のカウンセリングを経ており、告知の意義と必要性についての理解が深まっていること、告知への決意と具体的な思いが示されている反面、時期決定の困難感や子どもの理解の程度周囲の反応等子どもが生まれる前の実感のない状況であることへの不安がある。課題検討において素材となる匿名で実施し、告知問題を生じさせない方法をとることで本医療を進めている台湾の施設への調査では、提供者の提供の意思が経済的支援だけでないこと、被提供者に対する施設側のフォローアップ体制への取り組みについて教示を得た。さらに文献・資料等で検討を重ねることで、家族支援について考察を続ける。なお研究遂行にあたっては、本学研究倫理審査委員会の承認を得て行っている。

台湾での現地調査を終え、データ整理と行っている。全体の考察に向け、これまでの日本でのデータ整理はほぼ終えることができた。研究班での会議や意見交換、スーパーバイズ、研究協力を受け、順調に進んでいる。本研究は、卵子提供による非配偶者間生殖補助医療(以下、「本医療」)の立法化議論が停滞するなか、日本における本医療の家族形成支援に向けた課題を考察することを目的としている。本医療を受ける意思決定と生まれてくる子との家族形成への決意について、治療前の当事者の語りを分析した結果、生まれてくる子は自分の子であり、出自について早い時期に子どもに伝えたいことが明らかになった。このような決意に至るまで、カウンセリングを受けながら熟慮期間を経て治療に望んでいた。告知への重要性・必要性を理解するだけでなく、子には提供者の助けによって存在していること、望まれて生まれてきたことを伝え、支え合いながら家族になりたいと考えており、それが親となる決意を強めている。子どもの福祉について考える機会をもつことが本医療にとって重要である。もっとも出産後、子どもへの告知に少なからず不安を抱えていることも示されていた。治療後においても相談できるよう家族形成への支援の必要性があることを確認することができた。海外で本医療をうけ出産した家族にも告知の問題はある。台湾は、人工生殖法の下、国の管理監督で本医療が実施されている。匿名化・提供者は1組の夫婦のみとする制限・近親婚を防ぐための実施機関による報告の徹底、国の実施機関ごとの実施状況及び成果の公表、生まれた子どもを嫡出子とする等が保障されている。しかし、子どもへの福祉について配慮となる親として子の出自を知る権利について治療前より熟慮するよう求められることはない。育ての親こそ尊重されるべきとする社会の認識により告知を認めることには消極的である。告知は子どもの福祉をどう考えどう支えるかという問題である。家族形成への支援という課題が残されるなか、実施機関が行っている出産後の親同士の交流の場を設ける取り組みは支援の機会になりうることが示唆された。日本での当事者の意思決定過程の分析を行いながら、日本と台湾での差異について、検討すべき課題を明確にし、現地調査を行いたい。このことで、日本での親子支援について明確な示唆が得られると考える。計画通り進め、昨年度発表分は論文化に、また台湾でのデータ整理を行ない学会発表を行う予定である。毎年、勉強会として予定されている研究会の日程が4月に開催となり、その予算として計上していた分が4月上旬で使用することとなったため。研究関連の最新情報を得るため、大阪開催の日本遺伝子カウンセリング学会に参加をしたが、非会員・当日参加であったため、予定額をこえてしまった。今年度の研究遂行においては、予算内で実施可能な状況である。最新の知見を収集するための研究会参加であり、計画自体にはほとんど影響することはない。
左室Volume reduction therapyの心収縮力改善効果に関する研究

拡張型心筋症などの難治性心不全に対して、左室容積減少手術などの外科的な処置が有効であると報告されている。本研究は理論的な見地から本術式の左室壁ストレス軽減の効果について実験的に検討することを目的とする。家兎の摘出心をKrebs-Henseleit液によりLangendorff潅流し、左室内バルーンを挿入し左室内外膜側に超音波クリスタルを1対づつ留置する。バルーンにより前負荷を正常範囲200%まで増加させて左室圧、冠潅流量、酸素分圧、左室直径の変化などを検討した。さらに、バルーンの容積を変化させることにより、左室壁の張力と心筋の負荷の程度について検討したところ、左室容積が正常の1.4倍までは左室の酸素消費量の著明な上昇を認めず、左室の運動効率として炉ゆこうと考えられた。このことから、左室容量減少の目安として正常左室容量の1.4倍までの減少が効果的であると考えられた。拡張型心筋症の外科治療法として開発された左室容積減少手術(Batista手術)のコンセプトは、非可逆的に拡張した左室心筋を外科的に切除することにより左室のwall stressを減少させることとされるが、詳細な病態生理学的検討はなされていない。この研究では、家兎の摘出心を用いて拡大左室心をシミュレーションし、wall stress、酸素消費量、血行動態等の面から検討する。第1段階:家兎の摘出心をKrebs-Henseleit液よりLangendorff灌流し、左室内にバルーンを挿入、左室心内外膜側に超音波クリスタルを1対ずつ留置する。バルーンにより前負荷を正常範囲の200%まで増加させていき安定化させ、左室圧、冠灌流量、酸素分圧、左室直径および壁厚の変化をreal timeに測定する。再びバルーンを収縮させ各前負荷におけるこれらの変化を測定することにより、血行動態、左室心筋酸素消費量、wall stressの変化おび相互関係を知る。第2段階:拍動心をGIK液により心停止させ46時間保存することにより虚血傷害心を作成、同様の実験を施行し、正常心の結果と比較して、各因子に対する虚血負荷の修飾効果を知る。第3段階:家兎にadriamycin 1mg/Kg、1回/2週を6週間投与することにより左心不全心家兎を作成する。摘出心をLangendorff灌流して測定し、GIK液で心停止後に回路よりはずして実際にBatista手術を施行する。再びLangendorff灌流して測定し、各因子の変化をみる。現在第1段階で、酸素消費量の変化を検討ちゅうであるが、正常心拡張状態からバルーンをやや収縮させた場合は酸素消費量が著明に減少するが、ある程度以上収縮させてもあまり変化しない傾向にあることが分かった。超音波クリスタルによる測定は現在進行中である。また第3段階の家兎は作成途上である。本研究は家兎の摘出心を用いた独自のモデルを用い,過度の容量負荷をきたした左室の容量の縮小過程における病態生理を左室酸素消費量及びwall stressの面から検討をおこなった。。[方法]体重3-4Kgの家兎の心臓を摘出し,Langendorff装置にて37°C酸素化Krebs-Henseleit液を用い灌流し,non-working modeとした。左室容積の変化をシミュレーションするため,左室内にバルーンを留置した。まずEDPが5-10mmHgを示す状態にバルーンを拡張させコントロールとした。バルーンをコントロールでの容積の200%まで拡張させ,次にバルーンを約30%ずつ縮小させ,最終的にコントロールまで戻した。各段階では血行動態が安定するまで5-10分間定常状態においた。左室内バルーンによってEnd-diastolic pressure,Systolic pressure,Heart rateを測定した。また超音波素子を1対左室壁を挟むように壁内外に留置して左室壁厚を測定,もう1対を左室全体をその最大径で挟むように外壁に留置して左室径を測定した。なおバルーンが留置されていると直接左室に素子を留置しても超音波が阻害されるため,間接的に変化を伝える装置を考案した。これらをポリグラフを用いてreal timeに同時記録した。また灌流前後の流入液,流出液を採取してそれぞれのoxygen contentを測定し,流出量よりcoronaey flowを測定した。これらの測定値を用いてdouble product, oxygen consumption,end-systolicwall stressを計算した。oxygen consumptionは灌流前後のoxygen contentにcoronary flowを乗じて乾燥重量あたりで求め,end-systolic