hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
専用ハードウェアを用いたデータストリーム管理システムの開発

ストリームデータ処理の主要演算として集約演算と結合演算を対象とし,それらを実行するための専用ハードウェアを設計し,FPGAに実装した.また,ユーザがビッグデータ処理アプリケーションで使用するクエリプランをSQLで入力し,FPGAで実行するためのハードウェア構成情報を出力するクエリコンパイラと,ネットワーク結合した複数のFPGA搭載ホスト計算機を活用するためのシステムソフトウェアを試作した.FPGAボードを搭載する4ノード計算システムを用いた実験の結果,ウィンドウサイズ4096タプル/ノードの場合,ソフトウェアに比べて約9.2倍の結合演算スループット,58.8倍の電力当たり性能を達成した.平成26年度の研究成果は,以下の通りである.1.高速・低電力なストリームデータ処理用ハードウェアの開発:ストリームデータ処理用ハードウェアとして,ユーザがSQL言語で記述したクエリを実行するConfigurable Query Processing Hardware (以下,CQPHと呼ぶ)を開発し,FPGAに実装した.CQPHは,グループ毎の集約演算クエリを1タプル/クロックサイクルで実行可能である.また,CQPHは実行するクエリを低コストで変更可能なことに特徴がある.2.CQPH用クエリコンパイラの開発:ユーザがSQL言語で記述したクエリをCQPHで実行するためのクエリコンパイラを開発し,実験により正しく動作することを確認した.CQPHコンパイラは,ユーザによって与えられるクエリをパース/コンパイルし,CQPH専用のクエリ構成情報を生成する.クエリ構成情報は,コンフィギュレーション・タプルと呼ぶ単位に分割し,CQPHへストリーム転送することによってCQPHの動的な設定を実現する.3.ストリームデータ処理アプリケーション実験:入力ストリームデータに対してグループ毎に集約演算クエリを実行するアプリケーションの性能評価を行った.入力ストリームデータとして,NASDAQ25種銘柄のログデータを実験用に<Simbol, Price, Volume, Time>の4つのフィールド(各32ビット)のタプル(4x32-bit=128-bit)にフォーマットし,100万タプル/秒程度の入力スループットでCQPHに入力した.実験により,CQPHはグループ毎の集約演算クエリをソフトウェアに比べて10100倍の高スループットで実行することを確認した.以上の研究成果は,現在国内特許出願中,米国学会論文誌に投稿中である.平成27年度の研究成果は以下の通りである.1.高速・低電力なストリームデータ処理用ハードウェアの改良: 26年度はアバールデータ社製FPGAボードAXP880を用いてCQPH(Configurable Query Processing Hardware)を実装していたが,さらなる性能向上とストレージ有効活用のため同社製AXP7142を使用してCQPHの実装を行った.また,AXP7142からSSD(ソリッドステートドライブ)を接続するためのSATAコアを実装した.2.クエリ・コンパイラの改良:ユーザがビッグデータ処理等のアプリケーションで使用するクエリ・プランを入力し,CQPHに入力するハードウェア設定情報を出力するクエリ・コンパイラについて,上記1のハードウェア変更に伴う改良を行った.3.ストリームデータ処理アプリケーションの実験:データストリーム処理システム(DSMS)における重要な演算の一つであるスライディングウィンドウを用いた結合演算をKintex-7 XC7K325TFPGAボードに実装し,性能評価を行った.ウィンドウサイズを512とした場合,結合演算スループットはFPGA上に実装するjoinコア数にほぼ比例し28個のjoinコアで約7百万タプル/秒,平均遅延約400ナノ秒を達成した.これは,PC上のソフトウェアで同一の結合演算を実行する場合に比べて約100倍のスループットと約1/100の遅延に相当する.研究実績の概要欄に記載した1の高速・低電力なストリームデータ処理用ハードウェアの改良について,当初予想していたよりもハードウェア実装に時間を要した.これは,SATAコアのFPGAへの実装を研究室で実施したためである.なお,SATAコアについては市販のIPコアも購入も検討したが,見積が約300万円で予算オーバーなため断念した.平成28年度の研究成果は以下の通りである.1.高速・低電力なストリーム処理用ハードウェア開発: 27年度までにFPGA実装したスライディングウィンドウを用いた結合演算処理ハードウェアを複数FPGAボード対応に拡張した.2.クエリコンパイラの開発:ユーザがビッグデータ処理アプリケーションで使用するクエリプランをSQLで入力し,これをFPGAで実行するためのハードウェア設計情報を出力するためのクエリコンパイラを開発し,実験用クエリTPC-Hへ対応した.3.マルチノード支援ソフトウェア開発:ネットワーク結合した複数FPGAボード搭載ホストでストリーム処理を実行支援するためのシステムソフトウェアTAMAMOを開発した.TAMAMOは,各ホスト上にデーモンプロセスを常駐し,FPGAボード間のデータ通信やデータ通信経路上のFPGAでの演算を指示する関数を提供する.4.結合演算性能:上記1で開発した結合演算ハードウェアモジュールを搭載するアバールデータ社製APX7142FPGAボードを実装したホストを4ノードネットワーク結合し,ストリームデータ結合演算の性能を測定した.ウィンドウサイズを4096タプル/ノードとした場合,開発したハードウェアはソフトウェア実行した場合に比べて約9.2倍のスループット,58倍の電力当たり性能を達成した.また,電力当たり性能はノード数を増やす程大きくなることが分かった.5.集約演算性能:開発した集約演算ハードウェアモジュールをAPX7142FPGAボードに実装してストリームデータ集約演算の性能を測定した.FPGA実行は,ウィンドウサイズを大きくしても約63.5メガタプル/秒のスループットを維持することを確認した.一方,ソフトウェア実行では,通信プロトコル処理がボトルネックとなり1メガタプル/秒未満の性能となった.

ストリームデータ処理の主要演算として集約演算と結合演算を対象とし,それらを実行するための専用ハードウェアを設計し,FPGAに実装した.また,ユーザがビッグデータ処理アプリケーションで使用するクエリプランをSQLで入力し,FPGAで実行するためのハードウェア構成情報を出力するクエリコンパイラと,ネットワーク結合した複数のFPGA搭載ホスト計算機を活用するためのシステムソフトウェアを試作した.FPGAボードを搭載する4ノード計算システムを用いた実験の結果,ウィンドウサイズ4096タプル/ノードの場合,ソフトウェアに比べて約9.2倍の結合演算スループット,58.8倍の電力当たり性能を達成した.交付申請書の研究目的に記載した下記1と2については,概ね順調に進んでいる.ただし,研究成果の特許出願と論文誌への投稿のため,27年度に予定していたこれらのチューニング,個別評価を26年度に前倒して実施した.このため,下記3に関わる実アプリケーションの開発にやや遅れが出ている.1.高速・低電力なストリームデータ処理用ハードウェアの開発2.上記専用ハードウェア用クエリコンパイラの開発3.上記1と2を用いたデータストリーム管理システム(DSMS)の構築とストリームデータ処理の実アプリケーションを用いた有効性検証26年度の実施報告書の「今後の推進方策」欄に記載したスライディングウィンドウを用いた結合演算については予定通り実施し,学会発表も行った.今後は,より大きなウィンドウ・サイズの結合演算と集約演算に対応できるように,複数のFPGAボードをネットワーク結合したストリームデータ処理用ハードウェア環境への拡張を実施する.リコンフィギャラブルシステム上記【現在までの達成度】に記載の通り,既に27年度実施計画の一部を先行して進めており,ここまでの成果は外部から良好な反響を得ている.実アプリケーションの開発と評価は,企業等との共同研究が必要なことから引き続きその可能性を探る.また,26年度に実施したストリームデータ処理における集約演算に対する良好な研究成果から,他のデータベース演算に対する本研究手法の有効性の見通しを得ており,27年度はそれに関しても探求する予定である.具体的には,ストリームデータ処理におけるスライディングウィンドウ内の結合演算について,同様なアプローチにより高スループット,低レイテンシ,低電力なクエリ実行エンジンの実現に取り組む.専用ハードウェア開発におけるSATAコアの独自実装に予想以上の時間を必要としたため,複数のFPGAボードへの拡張やその上でのストリームデータ処理実験がやや遅れている.
19世紀パリの音楽雑誌におけるピアノ音楽に関する言説

本研究の目的は、音楽雑誌に掲載されたピアノ作品批評から、19世紀前期のパリにおけるピアノ作品受容のあり方を明らかにすることである。より具体的には、批評家がピアノ愛好家に対して作品の価値を説明する際の評価の観点を詳らかにし、ピアノ音楽が「芸術作品」として受容されるようになるプロセスを、明確にすることである。平成22年度は、前年度の成果を踏まえて調査を継続し、1830年代に『ルヴュ・エ・ガゼット・ミュジカル・ド・パリ』誌(『ガゼット』誌)に掲載されたショパン作品批評が、19世紀フランスのピアノ音楽の受容者にとっていかなる意味を持つものであったのかという点を、考察した。まず、19世紀初期のフランスの音楽雑誌の調査した結果、『ガゼット』誌以前の音楽雑誌のピアノ作品レビューは、商品解説としての性格が強いものであったことが明らかになった。次に、『ガゼット』誌のピアノ作品レビュー欄全体の状況を調査したところ、1830年代にはショパンの作品数が極めて多いことが確認された。したがって、創刊直後の『ガゼット』誌においてショパン作品レビューは重要な位置にあり、そのレビューのあり方-すなわち、「流行」と「芸術」の違いを強調し、作品全体の「統一性」という点から芸術性を解説するような評価方法-は、歴史的に見て新しいピアノ作品レビューのスタイルであることが明確になった。それらのレビューは、1830年代のフランスでドイツ器楽の受容に貢献したフランソワ・シュテーペルという批評家が執筆したものである可能性が高い。ショパン作品のレビューにも、作品を作曲家の精神の顕現として捉えるようなドイツ的な器楽観が反映を確認することができた。以上、19世紀前期のフランスのピアノ作品受容において、『ガゼット』誌のショパン作品の批評が、娯楽のための商品としてではなく「芸術作品」としての受容のあり方を促すうえで、重要な役割を果たしたことが明らかになった。本研究の目的は、19世紀前期のパリの音楽雑誌に掲載されたピアノ作品の批評を対象に、当時のピアノ愛好家たちに対して作品の価値がどのような観点から示されたかについて調査を行い、ピアノ作品の評価に「芸術音楽」の理念が持ち込まれるプロセスを詳らかにすることである。考察の中心とするのは、楽譜出版者モーリス・シュレザンジェMaurice Schlesingerが刊行していた音楽雑誌、『ルヴュ・エ・ガゼット・ミュジカル・ド・パリRevue Gazette et Musicale de Paris』(1834年創刊、以下『ガゼット』と略記)である。本研究では、『ガゼット』誌のピアノ作品批評を、シュレザンジェの楽譜出版業における販売戦略の一環として読み解き、ピアノ音楽の受容史におけるその位置付けを検討することによって、西洋近代の「芸術音楽」という文化産業の成立の一端を描出することを目指す。平成21年度は、まず、シュレザンジェ社が楽譜を出版していたフレデリック・ショパンFrederic Chopinの作品を中心に、1830年代のピアノ作品批評の調査を行った。パリで刊行されていた14誌を比較した結果、ショパン作品の批評を掲載した雑誌は3誌であり、なかでも『ガゼット』誌において、「芸術作品」というイメージが強く打ち出されていることが判った。そして、『ガゼット』誌のショパン批評を読解したところ、ショパン作品が、その当時流行していたヴィルトゥオーソ音楽との差異によって価値付けられ、「知識人層が好む音楽」として説明されていることが確認された。そこで、代表的なヴィルトゥオーソ・ピアニストであるアンリ・エルツHenri Herzの作品批評との比較を行った。その結果、両者の作品を評価する際に、「多様性の統一」が基準として持ち出されていることが明らかになった。
ぼたを活用した環境負荷軽減型埋め立て技術の開発

ぼたとは石炭の採掘に伴って地中から掘り出される砕屑物の総称であり,これらはぼた山として集積され,現在九州地方に集積量にして約3億m3存在する.近年,環境保全に対する社会意識の高まりを背景に,ぼた山周辺の地下水汚染などのぼたによる環境被害がとりざたされ,廃棄物処理の観点からぼたの有効かつ大量な利用が望まれている.本研究では,ぼたを利用する方法として分級処理を考え,環境負荷低減型の埋立材としての有効利用について検討した.まず,ぼたの粗粒分および細粒分の物理化学特性および力学特性を明らかにするために,溶出試験,アルカリ吸着試験,圧密試験,スレーキング試験および三軸圧縮試験を行った.さらに,その特徴を生かしたぼたの地盤材料としての有効利用法について考察を行った.その結果,以下のことが明らかとなった.1)ぼたは水浸し細粒化した場合でも礫分を質量百分率で約40%含有することから礫分と細粒分に分級し,それぞれを利用することが有効である.2)ぼたからの溶出は主にその細粒分に起因し,硫酸イオンについては細粒分カットによる溶出の低減が確認された.3)三軸圧縮試験(CD試験)で得られたぼた礫分のせん断抵抗角は35°であり,溶出特性,透水性とあわせてSCPの中詰め材としての利用が期待される.4)標準圧密試験により求めたぼたの透水係数は1^<-8>10^<-9>(cm/s)のオーダーであり,十分な遮水効果が期待される.5)バッチ平衡試験結果よりぼたの細粒分は有明粘土,ベントナイトと同等の高い吸着能力を有しており,ぼたの細粒分は廃棄物処分場などに用いる粘土バリアーとして有効である.ぼたとは石炭の採掘に伴って地中から掘り出される砕屑物の総称であり,これらはぼた山として集積され,現在九州地方に集積量にして約3億m^3存在する.これまでもぼたの地盤材料としての利用に関する研究が進められてきたが,問題点として降雨による細粒化やぼたの含有物である硫酸塩の溶出によるコンクリート劣化崩壊などが報告されている.近年,環境保全に対する社会意識の高まりを背景に,ぼた山周辺の地下水汚染などのぼたによる環境被害がとりざたされ,廃棄物処理の観点からぼたの有効かつ大量な利用が望まれている.本研究では,ぼたを利用する方法として分級処理を考え,それぞれの工学的特性を実験的に明らかにし,その物理化学的特性および力学的特性を考慮した有効利用法について検討した.得られた結果は以下の通りである.1)ぼたは水浸すると著しく細粒化するが,その場合でも礫分の割合が質量比で約40%を占めている.また,粘土分を約20%も含有している.よって,礫分と細粒分に分級し,それぞれを利用することが有効と考えられる.2)ぼたからの溶出による水質汚染は主としてその細粒分に起因し,溶出成分で特に問題とされる硫酸イオンについては細粒分カットによる溶出量の低減が確認された.また,三軸試験より得られたぼた礫分は内部摩擦角が約35度であり,溶出特性,強度特性の面でサンドコンパクションの中詰め材としての利用が期待される.3)圧密試験により求めたぼたの細粒分の透水係数は10^<-8>10^<-9>(cm/s)のオーダーであり,十分な遮水効果が期待され,バッチ平衡試験の結果よりぼたは高い吸着能力を有していることが確認された.以上よりぼたの細粒分は廃棄物埋立処分場などに用いる粘土バリアーとして有効であるといえる.ぼたとは石炭の採掘に伴って地中から掘り出される砕屑物の総称であり,これらはぼた山として集積され,現在九州地方に集積量にして約3億m3存在する.近年,環境保全に対する社会意識の高まりを背景に,ぼた山周辺の地下水汚染などのぼたによる環境被害がとりざたされ,廃棄物処理の観点からぼたの有効かつ大量な利用が望まれている.本研究では,ぼたを利用する方法として分級処理を考え,環境負荷低減型の埋立材としての有効利用について検討した.まず,ぼたの粗粒分および細粒分の物理化学特性および力学特性を明らかにするために,溶出試験,アルカリ吸着試験,圧密試験,スレーキング試験および三軸圧縮試験を行った.さらに,その特徴を生かしたぼたの地盤材料としての有効利用法について考察を行った.その結果,以下のことが明らかとなった.1)ぼたは水浸し細粒化した場合でも礫分を質量百分率で約40%含有することから礫分と細粒分に分級し,それぞれを利用することが有効である.2)ぼたからの溶出は主にその細粒分に起因し,硫酸イオンについては細粒分カットによる溶出の低減が確認された.3)三軸圧縮試験(CD試験)で得られたぼた礫分のせん断抵抗角は35°であり,溶出特性,透水性とあわせてSCPの中詰め材としての利用が期待される.4)標準圧密試験により求めたぼたの透水係数は1^<-8>10^<-9>(cm/s)のオーダーであり,十分な遮水効果が期待される.5)バッチ平衡試験結果よりぼたの細粒分は有明粘土,ベントナイトと同等の高い吸着能力を有しており,ぼたの細粒分は廃棄物処分場などに用いる粘土バリアーとして有効である.
サメ類雌の精子貯蔵に関する研究

試魚として卵生種のヤモリザメ64個体、ニホンヤモリザメ47個体、卵黄依存型胎生種のラプカ90個体、ユメザメ31個体、ヘラツノザメ16個体、サガミザメ56個体、ヨロイザメ7個体を用いた。これらの標本は全て成熟しており、卵生種の2種は卵発達中、排卵直前、卵殻形成中、卵殻保持、卵殻産出後の各発達段階にあり、また胎生種の5種の卵発達中、排卵直前、排卵中、排卵終了、妊娠前期、妊娠後期、出産後の各段階をほぼ網羅した標本である。卵生種2種とラブカでは卵殻腺のアルブミン分泌域と卵殻分泌域の境界部分に精子が観察されたが、他の4種では同じ部位に精子は観察されなかった。また、これら4種の生殖輸管を詳細に調べ、精子の貯蔵部位を検査したが、精子は確認できなかった。卵生種2種における精子の発見率は排卵直前の段階で最も高く卵殻形成中の段階で最も低かった。これら2種はほぼ周年にわたり数週間に1回の割合で産卵を行っており、精子の貯蔵期間はある程度長いと考えられるが、その精子量の減少状態から自然界では23ヶ月に1回ぐらいの割合で交尾を行っていると考えられる。卵黄依存型胎生種で唯一精子が確認できたラブカでは排卵直前と排卵中の段階の個体はすべて精子を持っており、精子量は排卵直前、卵発達中、排卵中の順で多かった。また、妊娠前期の個体の60%は精子を持っていたが、妊娠後期では35%の個体で精子を確認できた。ラプカの出生全長は約550mmであるが、全長356mmの胎仔を持つ個体でも精子が確認できたことから、精子の貯蔵期間はかなり長いと考えられた。電子顕微鏡での観察では精子と管状腺を形成する細胞との結び付きは見られなかった。繁殖様式が同じの卵黄依存型胎生種5種のうち、ツメザメ目に属する4種において排卵直前、排卵中の段階にある標本でさえ精子が確認できなかった。このことが精子を貯蔵しないことを意味しているのか今後解明する必要がある。
酵素・メディエーターを用いた天然ゴムおよび合成ゴムの新規分解システムの構築

本研究では、環境低負荷型ゴム処理システムの構築を目的として、「酵素・メディエーターシステム」によるゴムの分解にとりくんだ。前年度はゴムの分解に対して有効な二つの酵素・メディエーターシステム、西洋わさびペルオキシダーゼ・1-hydroxybenzotriazole(HRP/1-HBT)とリポキシゲナーゼ・リノール酸(LPO/LH)の反応系を確立し、これらの反応系が天然ゴム製品、およびシス型とトランス型の1,4-ポリイソプレンの分解に有効であることを見出した。また、HRP/1-HBTのみがシス-1,4-ポリブタジエンを低分子量化した。本年度はこの結果を受けて、1、酵素・メディエーターシステムによる1,4-ポリイソプレンとシス-1,4-ポリブタジエンの処理後の官能基分析、2、HRP/1-HBTによるトランス-1,4-ポリブタジエンの分解、および3.低分子モデル化合物を用いた分解生成物の分析を行った。まず1、の結果、各ポリマー中に水酸基とカルボニル基が生じていた。しかし、1,4-ポリブタジエンの酵素・メディエーターによる低分子量化は1,4-ポリイソプレンに比べるとかなり遅く、酸化の進行は必ずしも主鎖の酸化的開裂を導かないことがわかった。次に2、の実験では、HRP/1-HBT処理によって、懸濁状態のトランス型はシス型と同様に低分子量化したが、フィルム状のトランス型はほとんど分解しなかった。この結果から、HRP/1-HBT系はシス型とトランス型の両方を分解するが、結晶領域の分解は遅いといえる。3、の研究では、低分子モデル化合物中のポリブタジエン構造の酸化が、ポリイソプレン型構造に比べて著しく遅いことが示され、1,4-ポリイソプレンと1,4-ポリブタジエンにみられた分解速度の違いは、モノマーユニットの化学構造に由来していることが示唆された。まず、ゴム類の分解に対して有効な複数の「酵素・メディエーター」システムの確立について検討した。ゴム試料として合成ゴムであるイソプレンゴムと、天然ゴムの加硫された成型製品である天然ゴムラテックス手袋を用いた。イソプレンゴムと天然ゴムの化学構造はいずれもシス-1,4-ポリイソプレンである。また、比較検討のために合成のトランス-1,4-ポリイソプレンも分解実験に供した。この結果、3つの分解系、(1)リポキシゲナーゼ・リノール酸、(2)ホースラディッシュペルオキシダーゼ(西洋わさびペルオキシダーゼ)・1-Hydroxybenzotriazole、(3)ラッカーゼ・1-Hydroxybenzotriazoleが、シス型およびトランス型の1,4-ポリイソプレンの低分子量化にも有効であることが、処理後の試料のゲル濾過クロマトグラフィーから明らかとなった。とくに(1)(2)の反応系は天然ゴムラテックス手袋の分解に有効であり、さらに(1)の系はトランス-1,4-ポリイソプレンのフィルムおよび単結晶をも分解する強力な系であることが、走査型電子顕微鏡を用いた表面観察によって示された。また、他の代表的な合成ゴムであるシス-1,4-ポリブタジエンを上記(1)(2)の分解系に供したところ、(2)の系では低分子量化することがわかった。比較のためにトランス型の1,4-ポリブタジエンの分解を行ったが、結果はシス型と同じく(2)のみ効果があった。このことは酵素・メディエーターシステムが1,4-ポリイソプレンだけでなく1,4-ポリブタジエンの分解にも有効であることを示唆するとともに、反応系が異なれば、分解できる対象も異なることを示している。

3、の研究では、低分子モデル化合物中のポリブタジエン構造の酸化が、ポリイソプレン型構造に比べて著しく遅いことが示され、1,4-ポリイソプレンと1,4-ポリブタジエンにみられた分解速度の違いは、モノマーユニットの化学構造に由来していることが示唆された。
着床における凝固線溶系の関与とその調節機序に関する研究

着床には受精卵と子宮内膜の凝固線溶系が関与することが示唆されているがその詳細は不明である.本研究では受精卵と子宮内膜のプラスミノゲンアクチベータ(PA)活性を正常妊娠マウス,片側卵管結紮マウス,着床遅延マウス(プロゲステロン及びエストロゲンにより着床時期を人為的にコントロール)を用いて測定し,さらに凝固線溶系変動薬剤投与などの方法を用いて着床における凝固線溶系の関与とその調節機序を解析した.1)マウス受精卵のPA活性は,受精後72時間の胞胚期でピークを示し,着床直前(day4)にはPAインヒビターを放出することが明らかとなった.すなわち,受精卵の発育・成熟に線溶系が密接に関与することが示された.2)子宮内膜のPA活性は受精卵が存在しない場合はday4でピークとなるが受精卵の存在により,そのピークは消失することが示された.すなわち,受精卵と子宮内膜の線溶系の相互作用が卵の初期接着に重要であることが示された.3)遅延着床マウスにおいて性ホルモンが線溶系に与える効果を検討したところ,プロゲステロン投与によって子宮内膜PA活性は低下して受精卵は着床せず,エストロゲン投与によって子宮内膜PA活性は上昇し,受精卵の着床が誘導されることが明らかとなった.すなわち,性ホルモンによる子宮内膜のPA活性の変化が着床機序に重要な意義を有することが明らかとなった.4)着床時に凝固線溶系変動薬剤を投与し,卵の配列及び発育を検討したところ,線溶抑制剤により卵の子宮内輸送が妨げられ,線溶亢進剤により卵の配列が乱れ,凝固亢進剤により卵の発育障害が認められた.すなわち,着床時子宮内膜の凝固線溶系は卵の輸送,配列及び着床後の卵の発育に関与していることが示された.着床には受精卵と子宮内膜の凝固線溶系が関与することが示唆されているがその詳細は不明である.本研究では受精卵と子宮内膜のプラスミノゲンアクチベータ(PA)活性を正常妊娠マウス,片側卵管結紮マウス,着床遅延マウス(プロゲステロン及びエストロゲンにより着床時期を人為的にコントロール)を用いて測定し,さらに凝固線溶系変動薬剤投与などの方法を用いて着床における凝固線溶系の関与とその調節機序を解析した.1)マウス受精卵のPA活性は,受精後72時間の胞胚期でピークを示し,着床直前(day4)にはPAインヒビターを放出することが明らかとなった.すなわち,受精卵の発育・成熟に線溶系が密接に関与することが示された.2)子宮内膜のPA活性は受精卵が存在しない場合はday4でピークとなるが受精卵の存在により,そのピークは消失することが示された.すなわち,受精卵と子宮内膜の線溶系の相互作用が卵の初期接着に重要であることが示された.3)遅延着床マウスにおいて性ホルモンが線溶系に与える効果を検討したところ,プロゲステロン投与によって子宮内膜PA活性は低下して受精卵は着床せず,エストロゲン投与によって子宮内膜PA活性は上昇し,受精卵の着床が誘導されることが明らかとなった.すなわち,性ホルモンによる子宮内膜のPA活性の変化が着床機序に重要な意義を有することが明らかとなった.4)着床時に凝固線溶系変動薬剤を投与し,卵の配列及び発育を検討したところ,線溶抑制剤により卵の子宮内輸送が妨げられ,線溶亢進剤により卵の配列が乱れ,凝固亢進剤により卵の発育障害が認められた.すなわち,着床時子宮内膜の凝固線溶系は卵の輸送,配列及び着床後の卵の発育に関与していることが示された.着床における凝固線溶系の関与とその調節機序解明のため、以下の実験を行った。1)着床モデルの動物実験において、凝固線溶系変動薬剤(トロンビン,ウロキナーゼ,FOYなど)投与が着床および受精卵の発育におよぼす効果の検討。2)遅延着床マウスにおいてプロゲステロン,エストロゲンが子宮内膜の凝固線溶系におよぼす効果と着床との関連性の検討。〔成績〕1)凝固線溶系変動薬剤を着床時に投与すると、トロンビン(凝固亢進)では受精卵の発育は用量依存性に抑制され、子宮内膜での血栓形成による発育抑制が示唆された。ウロキナーゼ(線溶亢進)ではある一定濃度以上で着床配列が不規則になり、受精卵の発育も軽度に抑制された。FOY(凝固・線溶・キニン系抑制)では受精卵の発育は抑制されなかったが、子宮角に受精卵が集中して着床し、受精卵の移動が抑制されることが示された。すなわち凝固線溶系変動薬剤の着床時投与は受精卵の発育および着床配列に影響をおよぼすことが示された。2)遅延着床マウスにおける子宮内膜のプラスミノゲンアクチベーター(PA)活性はプロゲステロン投与によって遅延着床を維持している期間は子宮内膜PA活性は低下し、エストロゲンによる着床刺激時に子宮内膜PA活性は一過性に急速に上昇した。また卵巣摘出非妊娠マウスの子宮内膜PA活性もプロゲステロン投与にて低下、エスノロゲン投与により上昇することが示された。これらの成績より、性ホルモンが子宮内膜PA活性に影響を与え、着床を制御していることが示唆された。
シクロデキイストリンによる-電子還元および電子移動反応の制御

シクロデキストリン(CD)は、水溶液においてその疎水性空洞内に有機化合物を取り込み、包接錯体を形成する事が知られている。本研究では、芳香族電解質水溶液のパルスラジオリシスをCD存在下で行い、水和電子による一電子還元反応および還元体からの電子移動反応の包接錯体形成による制御ならびに会合状態の検討と会合定数の測定を試みた。4-ビフェニルカルボン酸および4-ビフェニル酢酸はβ-CDと1:1包接錯体を形成し、一電子還元反応の速度定数は顕著に減少した。また、前者はα-CDと1:2錯体を形成するが、後者はメチレンによる立体障害により1:2錯体を形成しない事が明らかとなった。1-ピレンスルホン酸およびカルボン酸とγ-CDとの2:2包接錯体の還元体は不安定であり、速やかに1:1錯体に解離あるいは構造変化する事が過渡吸収スペクトルより明らかとなった。ビフェニルおよびピレン誘導体の混合溶液では、β-およびγ-CDの添加により選択的な一電子還元反応が可能となった。ビフェニル誘導体の還元体からのピレン誘導体への電子移動反応の速度定数はγ-CDの添加により一桁以上低下した。この錯体形成による反応速度の変化を利用して、ビフェニル誘導体とβ-CDとの1:1包接錯体の会合定数を決定した。以上の結果から、CDは種々の芳香族電解質の一電子還元反応や電子移動反応を効果的に制御し、その結果を用いてCD包接錯体の会合定数の測定が可能である事が明らかとなった。さらに、過渡吸収スペクトルの測定により、CD包接錯体の還元体の安定性についても知見が得られた。シクロデキストリン(CD)は、水溶液においてその疎水性空洞内に有機化合物を取り込み、包接錯体を形成することが知られている。本研究では、芳香族電解質水溶液のパルスラジオリシスを行い、CDの添加効果より水和電子による一電水子還元反応および還元体の電子移動反応のCD包接錯体形成による制御を試みる。本年度は、1-ピレンスルホン酸、4-ビフェニルスルホン酸塩、およびそれらのカルボン酸について水和電子による芳香族部位の一電子還元反応の速度定数を測定し、α-,β-,およびγ-CDの添加効果を明らかにした。4-ビフェニルスルホン酸およびカルボン酸はβ-CDと包接錯体を形成し、その一電子還元反応の速度定数は、解離した電解質のそれより一桁減少した。この錯体形成による反応速度の変化を利用して、包接錯体の解離定数を決定した。CD包接錯体の解離定数は、主として、吸収および蛍光スペクトルの錯体形成による変化により求めらていれるが、これらのビフェニル誘導体についてはスペクトルの変化が小さく決定されていない。また、1-ピレンスルホン酸およびカルボン酸はγ-CDと包接錯体を形成し、その一電子還元反応に対する効果はビフェニル誘導体の場合と同じ程度となった。ビフェニル誘導体の還元体からのピレン誘導体への電子移動反応の速度定数もγ-CDの添加により一桁低下した。一方、最も小さい空洞を持つα-CDはビフェニルおよびピレン誘導体の双方について全く効果を示さなかった。以上の結果から、CDは種々の芳香属電解質の一電子還元反応や電子移動反応を効果的に制御する事が示唆された。パラスラジオリシスにより芳香族電解質のシクロデキストリン(CD)包接錯体の形成と一電子還元および電子移動反応の制御ついて研究を進めている。本年度は、4-ビフェニルカルボン酸(BPC)と4-ビフェニル酢酸(BPA)について、α-およびβ-CDと錯体形成における特異性の検討と包接錯体の会合定数の決定を行った。

BPCあるいはBPAのアルゴン飽和水溶液のパラスラジオリシスでは、水和電子により溶質が一電子還元される。α-およびβ-CDの添加による反応速度の変化より錯体形成に関する知見が得られる。BPCおよびBPAは、ともにβ-CDとの1:1錯体を形成し、一電子還元反応の速度定数が顕著に減少する。BPCはα-CDと1:2錯体を形成するが、BPAはメチレンによる立体障害により1:2錯体を形成しない事が明らかとなった。BPCのα-CDとの1:2錯体では、一電子還元反応の速度の減少がβ-CDとの1:1錯体に比べて著しく、CD二分子の空洞内にビフェニリル基が効果的に取り込まれている事が示唆された。また、この反応抑制効果は強アルカリ性では見られない。包接錯体形成による反応速度の変化を利用して、β-CDとの1:1錯体の会合定数を決定した。BPAの会合定数は、BPCのそれより一桁大きく、この結果はBPAのビフェニリル基が親水性のカルボキシル基よりメチレンによって隔てられている事によると考えられる。4-ビフェニルスルホン酸(BPS)についても同様の検討を行った。BPSでは、親水性基が直接ビフェニリル基に結合したBPCと類似した結果が得られ、包接錯体の会合状態に対するゲスト分子の構造の効果が明らかになった。
ショウジョウバエの腸管において腸内細菌の違いを感知する新規メカニズムの解明

研究代表者は、ショウジョウバエ腸管における腸内細菌と宿主の相互作用について解析を進めている。本研究では、ショウジョウバエを完全に無菌化することを試みた。これは、特定の細菌のみを定着させて解析を行なうために必要な重要な技術であるが、これまでに真に無菌のショウジョウバエを確立して数世代にわたって維持することは困難であった。そこで研究代表者は、無菌マウス維持に利用される無菌アイソレータを用い、無菌ショウジョウバエの維持・作成のための方法を確立した。すなわち、完全に微生物フリーのショウジョウバエを安定して飼育することが可能になった。「内なる外」と呼ばれる腸管は,体内にありながら外界と接している特徴的な器官である.腸管内には摂取した食物や腸内常在菌,外から侵入した病原性細菌などが存在している.侵入した病原性細菌は,宿主の免疫応答により腸管から排除される必要があるが,宿主にとって有益な働きをする腸内常在菌は適切に維持されている.病原性細菌と腸内常在菌とを区別して認識し,腸管免疫応答を制御することは宿主にとって非常に重要である.なぜならば,この機構が破綻すると炎症性腸疾患などの発症につながるからである.しかし,病原性細菌と有益な常在菌を見分け適切に制御する分子機構はまだ良く分かっていない.申請者らは,グラム陽性菌経口感染後の腸管での遺伝子発現変化をDNAマイクロアレイ解析により調べたところ,味覚受容体や嗅覚受容体といった低分子化合物の受容体の発現量が経口感染により変化することを見出した.そこで,これらの低分子化合物が病原性細菌や腸内常在菌に特有の低分子化合物を認識し,腸管での免疫応答を制御しているのではないかという仮説をたて検証を行うこととした.本年度は,様々な低分子化合物受容体の欠損ショウジョウバエの作成を行った.また,ショウジョウバエ野生型個体や自然免疫経路の変異体における腸内細菌叢の違いを,次世代シーケンサーを用いたメタ16S解析により調べ,腸内細菌の単離を行った.さらに,ショウジョウバエを完全に無菌化し特定の細菌のみを定着させて解析を行なうために必要な,無菌アイソレータを用いた無菌ショウジョウバエの作成を行った.当初は,グラム陽性菌感染の認識に関わる因子を探索し同定することを通じ,常在菌が適切に維持される機構にせまることを計画していた.しかし,腸管特異的なRNAi法によるノックダウン後の生存率測定が予期していたより不安定であったため,別のアプローチを考え,低分子化合物受容体の欠損ショウジョウバエの作成を行い,順調に欠損体の作成が成功した.また,メタ16S解析が予想より順調に進んだ.以上から,本研究の目的は同一であるが,アプローチを変更が功を奏し,順調に研究が進展していると判断している.申請者はこれまでに、Imd経路を介したストレス応答因子などの発現誘導が、ショウジョウバエにグラム陽性菌を経口感染させた時の防御応答に重要な役割を果たしていることを示した。そこで本研究では、ショウジョウバエの腸管においてグラム陽性菌の感染を認識する因子を同定し、その因子がImd経路をどのように活性化するのかを明らかにすることを目指して研究を行った。そのためには、無菌化したショウジョウバエの作成が重要である。そこで本プロジェクトにおいては、真に無菌のショウジョウバエを作成することを主眼として研究を推進した。そして、ショウジョウバエを完全に無菌化し、特定の細菌のみを定着させて解析を行なうために必要な、無菌アイソレーターを用いた、無菌ショウジョウバエの作成のための方法を確立した。このような、完全に微生物が存在しないショウジョウバエを作成して安定して維持することができたのは、これまでに報告がない。この無菌ショウジョウバエには通常の腸内細菌がいる場合には定着できない細菌が定着する可能性が示唆された。並行して、ショウジョウバエ野生型個体や自然免疫経路の変異体における腸内細菌叢の違いを、次世代シーケンサーを用いたメタ16S解析により調べた。エサや飼育環境の違いが腸内細菌叢に大きく影響を及ぼすことが示唆された。また、腸管で低分子化合物受容体の発現量が高い腸管内分泌細胞のレポーターショウジョウバエを、様々な低分子化合物受容体の欠損バックグラウンドで作出した。本研究により得られた新技術やショウジョウバエ系統を利用し、今後の研究の発展が期待される。無菌アイソレータを用いて特定の細菌のみを定着させたノトバイオートショウジョウバエを作成し,腸管で低分子化合物受容体の発現量が高い内分泌細胞での遺伝子発現変化をRNAseqにより調べる.腸管の内分泌細胞をFACSによりsortingし,RNAseqを行なうための実験系を現在検討中である.腸管免疫学
イネの雑種花粉不稔遺伝子S19のポジショナルクローニング

当初研究計画ではO.sativa/O.glaberrima交雑後代に見出されたF1花粉不稔遺伝子座S19の単離を目指していたが、Giao氏滞在期間中の単離の困難さ、および国際的な生殖的隔離研究の動向を見極め、重複遺伝子の機能喪失モデルによって説明可能なO,sativa/O.rufipogon交雑後代のF1花粉不稔遺伝子座5器5およびSK36の単離に研究テーマを変更して実験を行った。Giao氏は、SK35/SK36のアリルの機能性に関して全容を解明するため、PG1_SK35-T65+,PG1c_SK36-niv+,PGld_SK36-niv+,PGle_SK36-niv+ゲノミックコンストラクトをSK35花粉半不稔個体およびSK36花粉半不稔個体に形質転換し、計8組み合わせにおいて、T1あるいはT2におけるSK35/SK36の遺伝子型頻度を調査した。いずれのコピーも機能性を有している事が明らかとなった。二細胞期、三細胞期における発現をRT-qPCRにて解析したところ、SK35半不稔個体およびSK36半不稔個体はT65と比べて発現量が半減している事が明らかとなった。以上の内容について原著論文の原稿を作成し、投稿直前まで準備を行ったが、形質転換実験のコントロール区について不明瞭な結果が得られたため、投稿を行うことができなかった。コントロール区に関する実験データが得られ次第、論文投稿を行うことでGiao氏とのコンセンサスを得た。日本型栽培イネO.sativaと西アフリカ原産の栽培イネO.glaberrima交雑後代にはF1花粉不稔がしばしば観察され、両種間の主要な生殖的隔離障壁として働いている。F_1花粉不稔の分子機構を明らかにする事で、種分化に寄与した重要な変異を明らかにすることができる。本研究では、染色体3に座乗するF_1花粉不稔遺伝子S19の単離に向けて、O.glaberrima由来のBACクローンのゲノム断片を用いた相補性検定を行っている。当該領域は100kbにわたるが、花粉形成に関連した遺伝子が見出されないため、(実験1)候補領域をカバーする平均30kb程度の大きな断片長を持つクローンライブラリーを作成し、(2)順次相補性検定を行い、原因遺伝子の同定を図る。BACクローン抽出、NotI部分消化断片の作成およびパルスフィールド電気泳動の条件設定の実験を行い、おおよそ30kb以上の断片長からなるゲノムDNAを切り出すことができた。さらに、これを比較的大きなゲノム断片をクローニングできるバイナリーベクターpYLTAC7にクローニングし、大腸菌のクローンを1000個以上得た。候補領域をカバーするPCRマーカーを作成し、クローンの同定を行っている段階である。大きなゲノム断片がクローニングされたクローンは一つしか得られていないので、ライゲーション反応の条件設定が必要であると考えられた。実験3の発現解析については、遺伝子の同定以後の実験であるので、現段階では遺伝子予測等を行い、プライマーの設計を行った。当初研究計画ではO. sativa/O. glaberrima交雑後代に見出されたF_1花粉不稔遺伝子座S19の単離を目指していたが、Giao氏滞在期間中の単離の困難さ、および国際的な生殖的隔離研究の動向を見極め、重複遺伝子の機能喪失モデルによって説明可能なO. sativa/O.rufipogon交雑後代のF_1花粉不稔遺伝子座SK35およびSK36の単離に研究テーマを変更して実験を行っている。Giao氏はSK35およびSK36の候補遺伝子を含むゲノムコンストラクトを用いて、花粉半不稔を示す個体への形質転換を行い、T_0およびT_1世代における相補性検定を行った。トランスジーンを1コピーのみ保有する遺伝子の後代T_1集団における遺伝子型の分離にもとづき、T_0における不稔花粉の稔性の獲得を確認し、原因遺伝子がPG1である事を特定した。その後Giao氏はRACE法およびRT-PCR法により、機能型対立遺伝子であるSK35-T65^+およびSK36-niv^+対立遺伝子の構造を明らかにし、両者のコード配列領域は同一であることを示した。その後、発現解析を行い、RT-PCR法では、葉、葉鞘、根、葯におけるPG1遺伝子の発現を観察した。一方、SK35-T65対立遺伝子由来プロモーターとGUS遺伝子の融合コンストラクトを用いたpromoter-GUSアッセイでは、葯のみにおいて弱いGUSシグナルを観察し、葉、葉鞘、根では発現を観察することができなかった。Promoter-GUS解析では観察できない程度の低い発現量であると考えられるが、現在、プロモーター部位を一部再クローニングしなおし、異なるコンストラクトを用いての再確認実験を行っている。また、PG1の酵母オーソログはtRNAなどの小分子RNAの転写に関与していることが知られているので、正常個体および花粉半不稔個体の花粉粒から抽出したtRNAを対象としたQRT-PCRに着手した。さらに、酵母でのPG1オーソログが欠損した系統にイネ由来cDNA導入する事でPG1遺伝子の機能の証明を行うため、酵母突然変異系統のヘテロ接合体を入手した。当初研究計画ではO.sativa/O.glaberrima交雑

後代に見出されたF1花粉不稔遺伝子座S19の単離を目指していたが、Giao氏滞在期間中の単離の困難さ、および国際的な生殖的隔離研究の動向を見極め、重複遺伝子の機能喪失モデルによって説明可能なO,sativa/O.rufipogon交雑後代のF1花粉不稔遺伝子座5器5およびSK36の単離に研究テーマを変更して実験を行った。Giao氏は、SK35/SK36のアリルの機能性に関して全容を解明するため、PG1_SK35-T65+,PG1c_SK36-niv+,PGld_SK36-niv+,PGle_SK36-niv+ゲノミックコンストラクトをSK35花粉半不稔個体およびSK36花粉半不稔個体に形質転換し、計8組み合わせにおいて、T1あるいはT2におけるSK35/SK36の遺伝子型頻度を調査した。いずれのコピーも機能性を有している事が明らかとなった。二細胞期、三細胞期における発現をRT-qPCRにて解析したところ、SK35半不稔個体およびSK36半不稔個体はT65と比べて発現量が半減している事が明らかとなった。以上の内容について原著論文の原稿を作成し、投稿直前まで準備を行ったが、形質転換実験のコントロール区について不明瞭な結果が得られたため、投稿を行うことができなかった。コントロール区に関する実験データが得られ次第、論文投稿を行うことでGiao氏とのコンセンサスを得た。遺伝子単離に成功し、発現解析に着手しているが、RT-PCRとGUS解析に少し遅れが生じている。機能解析では酵母突然変異系統の候補系統を既に取り寄せており、現在半数体細胞の単離を行っており、うまく行けば機能解析は順調に終了させることができると考えている。滞在期間中での論文公表を考えており、実験が終了している箇所については論文執筆をスタートさせ、順次論文化を図っている。Promoter-GUS解析について新規コンストラクトを導入したT_0個体は既に得られており、出穂時に、GUSアッセイを行う。RT-PCRについてはtRNAおよびPG1遺伝子のQRT-PCRを順次進める。酵母突然変異体の単離については、現在ヘテロ接合体系統を得ているので、胞子形成を促して、半数体系統の確立を目指す。確立後は、既に作製済みのイネcDNA発現コンストラクトを導入し、表現型解析を進める。以上のデータを論文に記載し、投稿を行う。
iPS細胞由来神経堤細胞が軸索再生に及ぼす効果と作用機序の解明

損傷末梢神経再生に対するシュワン細胞移植の有効性が報告されるが、シュワン細胞を採取するには神経組織の摘出と大量培養が必要となる。そこで、本研究では末梢神経再生に有効な細胞ソースとして神経堤細胞に着目し、ヒトiPS細胞から誘導される神経堤細胞が有するシュワン細胞への分化能と軸索再生効果を検討した。iPS細胞を神経堤細胞へ分化誘導したところ、誘導された細胞は神経堤細胞マーカーを発現した。また、in vitroでGFAPおよびS-100βに陽性を示すシュワン細胞への分化能を示した。これらにより、iPS細胞から神経堤細胞へ分化誘導された細胞は、神経堤細胞の特性を有することを確認した。次に、下歯槽神経損傷モデルとしてラット下歯槽神経に長さ4mmの欠損部を作成し、中空性担体内壁に播種した神経堤細胞を欠損部へ移植した。なお、ラットシュワン細胞をポジティブコントロールとした。移植後、下唇の侵害機械刺激に対する逃避反射閾値を測定した結果、移植13日目には両細胞群とも同程度まで閾値が低下した。移植14日目における担体中央部横断切片の組織学的解析で、両細胞群共に担体内部で軸索再生を認めた。そして神経堤細胞移植群の切片ではヒトミトコンドリアおよびS-100βに共陽性の細胞を認めた。ニューロフィラメント200陽性線維数は両細胞群で有意差はなかった。またin vitroで神経堤細胞由来シュワン細胞の分化誘導を続けると、Myelin P2陽性が蛍光抗体法で検出された。これらの結果より、神経堤細胞は移植部で生着して損傷末梢神経の軸索再生を誘導し、シュワン細胞と同等に感覚機能の回復に寄与した可能性が示唆される。また、移植細胞のトラッキングを可能にするために神経堤細胞へZsGreen1遺伝子を導入した。導入7日目の神経堤細胞では、Nestin陽性が蛍光抗体法で検出され、細胞特性は変化していないと考えられる。口腔外科領域では、外傷や手術により末梢神経が損傷されることも少なくない。本研究では、人工多能性幹細胞(iPS細胞)から分化誘導された神経堤細胞を末梢神経損傷部へ移植することで、末梢神経再生への効果と作用機序を解明することを目的とした。はじめに、Bajpaiらの方法を応用し、ヒトiPS細胞から神経堤細胞へと分化誘導させ、その細胞学的特性を検討した。誘導された細胞は神経堤細胞マーカー遺伝子(PAX3, P75, SLUG, SNAILおよびSOX9)を発現し、それらはiPS細胞と比較して有意に高かった。蛍光抗体法で、神経堤細胞マーカーであるAP2-α、NESTINおよびP75に陽性、未分化マーカーであるSSEA-4には陰性を示した。加えて細胞表面抗原解析でも、P75は97.5%,HNK-1は27.3%が陽性、23.8%がP75/HNK-1共陽性を示し、SSEA-4には陰性を示した。また、誘導された細胞はコロニーを形成し、自己複製能を有した。次に、誘導された細胞をin vitroで骨芽細胞およびシュワン細胞へ分化誘導したところ、これらの系譜への分化が認められた。さらに、誘導された細胞をブタ歯胚上皮と組み合わせてヌードラットへ移植し、in vivoでの組織形成能を検討したところ、骨および軟骨組織が観察された。これらの組織切片を免疫組織化学で検討したところ、骨芽細胞、骨細胞および軟骨細胞は抗ヒト核抗体に陽性を示した。これまでの結果より、ヒトiPS細胞から神経堤細胞へと分化誘導された細胞は神経堤細胞の特性を有することがわかった。また、移植実験の足場となる中空性担体には細胞が生着することを確認しており、ラット下歯槽神経切除モデル作製の手技も確立できた。ヒトiPS細胞由来神経堤細胞が末梢神経再生にどのような影響を及ぼすのか、今後の移植実験結果が期待される。移植細胞として使用するヒトiPS細胞から分化誘導した神経堤細胞の評価は、当初、神経堤細胞マーカーの免疫抗体法および細胞表面抗原解析の2種を実施する予定であった。しかし、神経堤細胞は本研究課題の核となるため、さらに詳細な細胞学的特性の検討が必要であると判断した。そこで上記2種の解析以外にも、リアルタイムPCRによる神経堤細胞マーカーの遺伝子発現解析、細胞増殖能、コロニー形成能および多分化能解析を実施した。その結果、誘導された細胞は神経堤細胞の特性を有することが示された。計画以上の検討を実施したため、in vitroでのラットシュワン細胞と神経堤細胞との共培養実験は次年度に繰り越すこととなったが、ヒトiPS細胞から分化誘導した神経堤細胞の細胞学的特性をInduction of neural crest cellsfrom human dental pulp-derived induced pluripotent stem cells. Biomed Res. 2017 in pressとして論文にまとめることができた。また、次年度以降に移植実験で使用する予定であるラット下歯槽神経切除モデル作製の手技も確立できた。以上のことより、おおむね順調に進展していると判断した。末梢神経損傷後にはシュワン細胞が軸索伸長や再髄鞘化に関与するため、末梢神経再生に対するシュワン細胞移植の有効性が報告されている。しかし、シュワン細胞を得るには、正常な神経組織の採取と大量培養が必要となり、自家におけるシュワン細胞の供給には限界がある。

そこで、シュワン細胞は神経堤細胞に由来することから、iPS細胞から誘導される神経堤細胞に着目し、ラット下歯槽神経損傷モデルへ移植することで感覚機能の回復と軸索再生への有用性を検討する目的で研究を進めた。理化学研究所より購入したヒトiPS細胞(253G1)をBajapaiらの方法により神経堤細胞へ誘導し、中空性担体の内壁に1.0 ×10*6個播種して2日間培養した。動物実験モデルには7週齢の雄性SDラットを用い、全身麻酔後、右側顔面皮膚および咬筋を切開して下顎骨を露出し、ラウンドバーで骨を一層開削し、下歯槽神経を明示した。下歯槽神経に長さ4mmの欠損部を作成し、細胞を播種した中空性担体を埋入した。なお、ラット坐骨神経から採取したシュワン細胞をコントロールとした。移植後、下唇への侵害機械刺激に対する逃避反射閾値を経日的に測定した結果、神経堤細胞移植群では移植3日目に、シュワン細胞移植群では7日目に閾値の低下を認めた。なお移植13日目には両細胞群とも同程度の閾値を示した。また移植14日目にラットを安楽死させ、担体中央部横断切片の組織学的および免疫組織化学的解析を行った。両細胞群で担体内部に軸索の再生を認め、神経堤細胞移植群の担体中央部横断切片では、ヒトミトコンドリアおよびS-100βに共陽性の細胞を認めた。また、ニューロフィラメント200陽性線維数は両細胞群で有意差はなかった。本研究の結果よりヒトiPS細胞由来神経堤細胞は移植部で生着し、損傷した末梢神経の軸索再生を誘導し、感覚機能の回復に有用である可能性が示唆された。研究計画では、今年度次年度にかけてiPS細胞から誘導した神経堤細胞をラット下歯槽神経損傷モデルへ移植して逃避反射閾値の測定と組織学的および免疫組織化学的解析を行なう予定であった。本研究では下歯槽神経損傷部位に神経堤細胞を移植すると、ポジティブコントロールのシュワン細胞よりも早い時期に逃避反射閾値が低下し、移植14日目の担体中央部横断切片ではニューロフィラメント200陽性線維数がシュワン細胞と同程度に認めた。また同切片では、ヒトミトコンドリアおよびS-100βに共陽性の細胞を認めたことから、移植した神経堤細胞は移植部で生着していることを確認し、感覚機能の回復と損傷末梢神経の軸索再生に関与している可能性を示唆することができた。なお、ラットシュワン細胞は当初購入する予定であったが、Wang HBら(2012)の方法を参考に、ラット坐骨神経からシュワン細胞を採取して本研究に使用した。ラットシュワン細胞はS-100βおよびGFAPに陽性を示すことを確認している。またin vitroの実験において、ラットシュワン細胞の培養上清で神経堤細胞を培養し、軸索誘導に関連する遺伝子発現解析をプライマーアレイにて実施した。神経堤細胞の培養液をコントロールとし、ラット坐骨神経より採取したシュワン細胞をコンフルエントになるまで培養し、無血清のシュワン細胞培地に変えて3日間培養した上清(シュワン上清)をテストとして用いた。1.0×10*6個の神経堤細胞を2日間培養後、神経堤細胞培地およびシュワン上清で3日間培養した細胞の遺伝子発現パターンを比較した結果、シュワン上清で培養したシュワン細胞には軸索反発に関連する遺伝子に変動がみられ、現在データを解析中である。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展していると思われる。
界面活性剤ミセルによる導電性高分子膜の構造制御とエネルギー貯蔵デバイスへの応用

1.研究実績スルホン酸系界面活性剤を電解質としたピロールモノマー水溶液中で、アルミニウム電極を陽極酸化することにより、Al_2O_3/ポリピロール(PPy)膜が同時生成することを我々は見出しており、生成膜の評価とコンデンサ特性を検討してきた。本年度の研究で、タンタル電極上においても同様に界面活性剤を使用することでTa_2O_5/PPyおよびTa_2O_5/ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDT)の同時生成が可能であることが判明した。そこで生成膜の特性を評価し、タンタルコンデンサヘの応用を検討した。0.1Mn-ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム(SDBS)と0.01MのPyあるいはEDTモノマー水溶液中でTa箔を陽極酸化した際の通電荷量(Q)と化成電圧(V_f)の関係より、Ta_2O_5と導電性高分子の生成挙動を比較すると、いずれも電解初期に高分子の生成が優先しその後Ta_2O_5の生成が優先する傾向にあることが確認された。ただし、ピロールの場合にはブレイクダウンまでの電圧上昇が緩やかでありPPyの生成比率が高いのに対して、EDTでは最初のQが100mQ以下の時点でPEDTの生成はほぼ終わり、その後Ta_2O_5の生成が優先していると考えられた。また同時生成によるPEDTについて電気伝導度を測定した結果、20Scm^<-1>以上の値を示したことから、PEDTについてもPPyと同等の優れたコンデンサ特性を得ることが期待できる。2.今後の展望界面活性剤であるスルホン酸類の構造やその濃度を変化させたときのTa_2O_5およびPEDTの成長に及ぼす影響を調べ、上記メカニズムを検証していきたい。また本法により作製されるTa/Ta_2O_5/PPyの層構造はタンタル電解コンデンサ素子そのものであり、新しいコンデンサ素子作製法としても期待される。さらに生成したTa_2O_5膜の誘電率やその周波数特性にも興味が持たれる。