hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抑揚情報を利用した対話音声理解モデル構築のための基礎的研究

抑揚情報を利用した対話音声言語理解モデル化の基本検討を行った。(1)対話音声解析の為の設備の整備・前年度収集対話音声データの再現性ある解析可能な記憶装置の整備を行った。(2)対話音声の談話構造の解析・前年度に収集した対話音声データの構造解析を行った。確率的予測を行うことにより対話の予測制御を1/3乃至1/5に効率化出来る可能性が見いだされた。(3)対話音声データの抑揚解析・前年度に収集した対話音声データの抑揚情報と(1)の構造解析の結果から、対話音声における抑揚情報のモデル化の検討を行った。その結果、対数ピッチ周波数を実時間で折れ線近似し符号か符号化する男女共用モデルを提案した。(4)抑揚情報利用対話音声理解モデルの基礎検討・(2)、(3)及び前年度実施した手話との比較基礎検討の結果に基づき、抑揚情報を活用した対話音声言語理解手法の基本検討を行い、そのモデル化を試みた。抑揚情報により発話の終了/継続の推定、および言い直しの位置推定を行うモデルである。
マスト細胞における分泌顆粒の『不均質性』とアレルギー応答の『多様性』に関する研究

アレルギー疾患は、発症部位、病態、重症度など疾患症状は多様性に富んでいる。アレルギー疾患の発症には、マスト細胞の分泌顆粒に含まれる様々な炎症性メディエータが刺激特異的に分泌されることによって惹起される。本研究では、マスト細胞の個々の分泌顆粒の特質や分泌メカニズムについて明らかにし、アレルギー疾患が示す多様性の原因を追究する。
網膜疾患治療薬送達に向けた血液網膜関門カチオン性薬物輸送機構の解明とその実証

本研究は網膜疾患治療に対しポテンシャルを有するカチオン性薬物を網膜へ効率的に送達することを目標とし、循環血液と網膜とを隔てる血液網膜関門に存在する輸送機構の詳細解明に取り組んだ。血液網膜関門モデル細胞及び正常及び遺伝子欠損ラットを用いた解析から、血液網膜関門には有機カチオン性薬物を循環血液中から網膜へと促進的に供給する機構の存在が実証され、その特性について一部明らかとなった。また、サルを用いた解析において、有機カチオン性薬物の一つ、ベラパミルについて、網膜への移行性は脳への移行性と比して高いことが示され、本取り込み輸送機構は網膜へと選択的に薬物を送り込むルートになり得ると期待される。本研究は血液網膜関門(BRB)に存在するベラパミルを認識する有機カチオン化合物促進的輸送機構を応用し、網膜への選択的かつ効率的な薬物送達法実現を目的としている。平成25年度はその実施に向け、BRBを構成する関門の一つ、内側血液網膜関門(inner BRB)における有機カチオン輸送特性を明らかにするため、ラットinner BRBモデル細胞であるTR-iBRB2細胞を用い、ベラパミルなどの有機カチオン性薬物の輸送を解析した。カチオン性薬物として、ベラパミルに加え、プロプラノロールやピリラミンのTR-iBRB2細胞への取り込みは担体介在型であり、その輸送は既知カチオン輸送担体(OCT・OCTN・MATE・PMAT)の基質では阻害されず、それらの基質ではない有機カチオン性薬物によって阻害された。さらに、ベラパミルとプロプラノロールについて、in vivoラットBRBを介した循環血液から網膜への移行特性をラットretinal uptake index(RUI)にて評価した結果、TR-iBRB2細胞にて阻害が示された薬物の共存にて、網膜へのベラパミルとプロプラノロール移行性が減弱した。従って、inner BRBにおけるベラパミル・プロプラノロール輸送機構は、循環血液中から網膜への有機カチオン性薬物の輸送に寄与する可能性が高い。このInner BRBにおける輸送機構の薬物認識特性を明らかにするため、プロプラノロールの輸送に対する各種カチオン性薬物の阻害効果を検証した。その結果、多くの薬物について、プロプラノロール輸送に対する阻害効果(阻害強度・IC50値)と、阻害剤の水-オクタノール分配係数の対数値(log DC)と相関が示された。一方、その結果から外れた薬物・化合物も存在し、今後それらについて輸送特性の同一性と相違を詳細に明らかにすることで、その輸送機構解明に迫る予定である。本研究は血液網膜関門(BRB)に存在するベラパミル認識型促進的輸送機構を明らかにし、さらに本機構を応用することで脳へと移行させず、網膜へと選択的かつ効率的な薬物送達を実現させることを目的としている。ベラパミルはP-糖タンパク質(P-gp)の輸送基質であり、このP-gpはBRB及び循環血液と脳とを隔てる血液脳関門(BBB)に発現し、網膜及び脳への薬物移行を制限することが報告されている。本年度はP-gpを欠損しているMdr1aノックアウトラットを用いたin vivo透過解析にて、BRBベラパミル輸送へのP-gpの影響を明らかにすることを目的とした。総頸動脈投与法にてP-gp欠損ラットにおける循環血液から網膜への化合物移行を評価した結果、受動拡散透過型化合物の移行性は野生型と比較し大きく変化しなかったことから、P-gp欠損によるBRBの構造的破綻は無いことが示唆された。ベラパミルに加え、P-gpの基質として報告されているキニジン及びジゴキシンの網膜移行性について、ジゴキシンについてはP-gp欠損マウスにおいて網膜移行性が野生型と比較し上昇したものの、ベラパミルとキニジンについて変化は観察されなかった。一方、脳移行性を同様に評価したところ、上記3化合物すべてについて野生型と比較し、P-gp欠損ラットにおいて移行性の上昇が観察された。本結果はBBBにおいてP-gpはこれら薬物の移行性に影響を与えるものの、BRBに発現するP-gpはベラパミルとキニジンの網膜移行性に影響を大きく与えないことを示唆している。さらに、P-gp欠損ラット網膜へのRI標識ベラパミル移行は非標識ベラパミル及びビンブラスチンによって低下したことから、循環血液からBRBを介した網膜へのベラパミル移行にinflux輸送担体が関与することが示唆され、本influx機構解明の重要性が示唆された。本研究は申請者が独自に見出した、血液網膜関門(BRB)カチオン性薬物認識型輸送システムの薬物認識特性を解明すると共に、それを利用した網膜への薬物輸送の有用性を齧歯動物と霊長類両面から実証し、網膜への効率的な薬物デリバリーを実現するための基盤構築を目的としている。霊長類における網膜への薬物到達へのBBB有機カチオン化合物促進輸送の有意性評価のため、アカゲザルへのR-[11C]ベラパミル投与実験を実施した。Positron emission tomography(PET)によって、R-[11C]ベラパミル静脈内投与後の網膜移行性を組織学的に評価した結果、投与2.5分後に網膜においてR-[11C]ベラパミル由来のシグナルが観察され、シグナル強度を定量化した結果、網膜蓄積量はAdultサルにおいて1.1 mL/cm3 retinaであった。さらに、他組織のR-[11C]ベラパミル蓄積量と比較すると、網膜への蓄積量は脳と比較し約1.4倍(脳, 0.8 mL/cm3 brain)であった。

従って、アカゲザルにおいてもまた、中枢神経系組織の中で網膜において促進的に移行することが実証され、霊長類におけるベラパミル輸送系の網膜疾患治療薬送達への有用性が示唆された。また、カチオン性薬物・化合物認識特性解明について、典型的有機カチオン性化合物である1-methyl-4-phenylpyridiniumを用いた輸送特性解明に加え、両性イオン型構造を有しつつ比較的カチオン帯電性を有するアミノ酸であるL-オルニチンをモデル基質として、血液網膜関門を介した輸送機能をin vivo/in vitro両面から評価した。その結果、L-オルニチンの網膜供給にはCAT1の寄与が示唆された。今後本分子の薬物認識性解明によって、本分子の網膜への薬物デリバリーへの応用が期待される。本研究は網膜疾患治療に対しポテンシャルを有するカチオン性薬物を網膜へ効率的に送達することを目標とし、循環血液と網膜とを隔てる血液網膜関門に存在する輸送機構の詳細解明に取り組んだ。血液網膜関門モデル細胞及び正常及び遺伝子欠損ラットを用いた解析から、血液網膜関門には有機カチオン性薬物を循環血液中から網膜へと促進的に供給する機構の存在が実証され、その特性について一部明らかとなった。また、サルを用いた解析において、有機カチオン性薬物の一つ、ベラパミルについて、網膜への移行性は脳への移行性と比して高いことが示され、本取り込み輸送機構は網膜へと選択的に薬物を送り込むルートになり得ると期待される。ベラパミルを含めたカチオン性薬物輸送機能についての詳細を昨年度までに明らかにし、今年度は一般に中枢神経系組織におけるカチオン性薬物への移行を妨げるP-gpの影響を解明したという点で、計画通りに研究は遂行されてきている。平成27年度は、(1)霊長類におけるBRBベラパミル認識型輸送機構の存在を検証、(2)このinflux輸送担体の分子実体の特定を計画しており、これらについても予備的検討と分子実体特定に向けた分子ライブラリー構築も進めており、最終年度までにはこれらについても一定の成果が望めるものと期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。医療系薬学研究推進方策として、現状として大きく研究計画を変更せざるを得ない事象は発生していないことから、当初の計画通りに研究を遂行する。具体的には以下の2点を平成27年度には取り組む。(1)霊長類における網膜への薬物到達へのベラパミル輸送機能の有意性評価アカゲザルへ[11C]ベラパミル(プローブ薬物)と共に薬物物性クライテリアを満たした薬物を投与し、後眼部への移行性に与える影響を評価する。一部の薬物について、[11C]及び[18F]標識が現実的であれば、投与後の網膜移行性を評価する。薬物投与後の静脈内濃度も並行して測定し、「薬物静脈内濃度」と「[11C]ベラパミル網膜移行性」を各種薬物について標準化し、ラットの検討にて明らかにした、物性クライテリアが霊長類においても適応するか検証する。(2) BRB有機カチオン輸送システムのクローニング及び本分子を用いた薬物選定系の確立申請者が見いだした分子、そしてそのサブタイプのopenreading frameを単離し、候補分子を発現したアフリカツメガエル卵母細胞(翻訳後修飾等の影響を加味する必要が考えられた際にはHeLa細胞等の哺乳類細胞)を構築する。本細胞を用い、[3H]
人工呼吸における肺循環血流特性の解明と最適換気条件の探索

人工呼吸時の肺循環特性を把握するため,実験とシミュレーションの両面から研究を進め,以下に示す成果を得た。1.ヘパリン処理後屠殺した白色家兎を用いて,肺動脈側を一定の静水圧に保持し,肺に一定ガス圧力を負荷したときの肺血流量を測定した。その結果,負荷したガス圧力が低い範囲では,肺血流量はガス圧力の増加にともない線形的に減少するが,ガス圧力が肺動脈圧近傍になるとその減少率が大きくなることがわかった。2.分岐構造を有する肺動脈および肺静脈血管系,およびネットワーク構造を有する肺胞毛細血管系の血液流れを表す肺循環モデルを用いて,上記の実験条件を設定したシミュレーションを行った。その結果,実験結果と同様の肺血流量の減少傾向が再現され,肺循環モデルの妥当性が示された。また,肺胞毛細血網の下流側の部分が虚脱し始めると肺血流量が顕著に減少することがわかった。3.血管が圧迫されると血流抵抗し血流量は減少するが,血圧が上昇するため毛細血管が完全に虚脱するのが防止されることが,シミュレーション結果から示唆された。このように,詳細な力学モデルに基づくシミュレーションを通じて,外部から測定される実験結果から,肺内部の力学状態を予測できることを示した。4.シミュレーションを通じて人工呼吸時の肺血流量を検討した結果,通常の人工呼吸で設定されている吸入圧力により,肺血流量が約1割減少することがわかった。5.血管の分岐構造の非対称性が肺循環特性に与える影響を調べるため,血管分岐構造の非対称性を考慮した肺動脈および肺静脈血管系の血流モデルを構築し,肺循環血流モデルを拡張した。
非線形プラズマ波動粒子相互作用による地球放射線帯の形成・消失過程の研究

内部磁気圏に注入される高エネルギー電子の一部は、ホイッスラーモード・コーラス波による非線形波動捕過程によって効率的に相対論的エネルギー(MeV)にまで加速されて地球放射線外帯を形成し、また放射線外帯のMeV電子は電磁イオンサイクロトロン波による非線形波動ピッチ角散乱によって極域大気へと降下し、数分の短時間で放射線帯の一部を消失させることが可能であることを計算機シミュレーションにより検証した。地球周辺のジオスペースでは地球磁場に捕捉された相対論的な速度をもつ高エネルギー電子からなる放射線帯が形成されている。最近の衛星観測により、この地球放射線帯の形成・消失過程には、ホイッスラーモード・コーラス放射および電磁イオンサイクロトン(EMIC)トリガード放射という周波数が変動する電磁波動が深く関与していることが分ってきた。従来は波動粒子相互作用の効果は準線形拡散モデルで評価されてきたが、これらの波動では非線形過程が本質的に重要な働きをしていることから、本研究では、テスト粒子計算により相対論的電子の非線形ダイナミックスを明らかにすると同時に、数値グリーン関数法という新しいモデリングの手法を開発し、放射線帯変動の非線形物理の解明と定量的評価を目指す。コーラス放射による相対論的電子フラックスの形成過程について、周波数および振幅が時間空間で変動するホイッスラーモード・コーラス波を仮定して、大規模テスト粒子シミュレーションを行い、一つの典型的なパラメータについて数値グリーン関数を計算し、上記の数値グリーン関数法を使って放射線帯の相対論的電子フラックスの形成過程を再現することに成功し、現在論文執筆中である。一方、コーラス放射と同様に周波数および振幅が大きく変動するEMIC波を想定して相対論的電子のテスト粒子シミュレーションを行い、相対論的電子が極めて効率よくピッチ角散乱されて、数秒以下の短時間で極域大気へと降下することを定量的に示した。この成果については論文投稿済みである。コーラス放射と関連して、プラズマ圏ヒスによる放射線帯電子のピッチ角散乱についても検討するため、Van Allen Probesのデータを解析してプラズマ圏ヒスの特性を解明し、論文発表した。また、斜め伝搬のコーラス放射で問題となる非線形静電波動の特性について流体モデルと粒子モデルの比較を行い論文発表した。コーラス放射による相対論的電子フラックスの形成過程について数値グリーン関数法を使って再現することに成功し、その詳細な過程を解析して論文を出版した。初期分布として10ー30keVのエネルギーと10ー90度までの赤道ピッチ各で一様な電子フラックスが継続的に磁気圏に注入されると想定して、10keVから6MeVまでのグリーン関数との畳み込み積分により、その時間発展を追跡する。数MeVレンジにおけるURAによる加速は、ピッチ各を下げる方向に作用し、位相空間での速度分布関数はダンベル型、あるいはバタフライ型の形状となることが分かり、衛星観測とも良い一致を見た。一方、EMIC波による放射線帯の相対論的電子のピッチ角散乱過程について、新しい知見を得ることができた。ロスコーン付近の低ピッチ角の電子について、非線形トラッピングの条件を計算したところ、非線形トラッピングではなく、運動方程式におけるもう一つの非線形項によって有効なピッチ角散乱が起こってロスコーンに降下することが判明したさらに、EMIC波が発生している経度範囲を10度に限定して、その部分のピッチ角散乱によって放射線帯全体の電子分布がどのように変化するかを調べ、SLPAと合わせて学術誌に論文投稿を行った。コーラスと高エネルギー電子の相互作用の研究では、従来では外部磁場に平行に伝搬するモードのみを想定して行われてきたが、新たに斜め伝搬の相互作用について理論と数値モデルを作成して、これまで考えていなかった共鳴過程が有効に起こることを示した。この論文を学術誌に発表した。順調に研究が進んだ上に、新たな物理過程に対する知見を得ることができた。国際共同研究も活発に行い、本研究に関する研究成果をまとめた主論文4編、および関連論文を4編発表することができたため、当初の計画以上の進展を見ることができたと自己評価する。コーラスの発生領域が特定の緯度範囲に限定された現実的なモデルを想定して、数値グリーン関数を求めて、畳込み積分を繰り返すことにより、数10keVの電子が数MeVのエネルギーにまで効率よく加速されることを再現することに成功した。また放射線外帯のMeV電子は電磁イオンサイクロトロン波による非線形波動ピッチ角散乱によって極域大気へと降下し、数分の短時間で放射線帯の一部を消失させることが可能であることを計算機シミュレーションにより検証した。。赤道付近で励起されたコーラス放射は磁力線に平行な伝搬ベクトルをもっているが、高緯度に伝搬する過程で次第に斜め伝搬となってゆく。平行伝搬においてはサイクロトロン共鳴しか起こらないが、斜め伝搬においては、サイクロトロン共鳴に加えて波の位相速度と電子の平行速度とが一致するランダウ共鳴が発生し、共鳴電子の一部が波のポテンシャルにトラップされて、効率よく加速されることが分かった。斜め伝搬の波との波動粒子相互作用を記述することができる理論を構築し、さらにその理論式の有効性をテスト粒子シミュレーションによって検証した。プラズマポーズの外側と内側で発生するプラズマ波動の特性に大きな変化が現れる。

コーラス放射はプラズマポーズの外側で多く発生するが、プラズマポーズの内側で背景電子密度の高い領域では、ヒス呼ばれる広帯域のホイッスラーモード波が観測される。この波動に対して高時間分解能のスペクトル解析を行った結果、ヒスがコーヒーレントな波動であり、スペクトルには周波数が変動する微細構造が存在していることが明らかになった。この微細構造を形成するコーヒーレントな波動は、コーラス放射と同じ非線形波動粒子相互作用によって励起されていることが理論とデータ解析によって明らかになった。内部磁気圏に注入される高エネルギー電子の一部は、ホイッスラーモード・コーラス波による非線形波動捕過程によって効率的に相対論的エネルギー(MeV)にまで加速されて地球放射線外帯を形成し、また放射線外帯のMeV電子は電磁イオンサイクロトロン波による非線形波動ピッチ角散乱によって極域大気へと降下し、数分の短時間で放射線帯の一部を消失させることが可能であることを計算機シミュレーションにより検証した。ホイッスラーモード波による放射線帯電子加速過程を再現する数値グリーン関数法の開発がほぼ完成した。EMIC波による放射線帯電子のピッチ角散乱過程のテスト粒子シミュレーションに成功し、非線形理論の予測を検証することができた。プラズマ圏ヒスの解析に取り組み、ヒスが微細構造を持っており、その発生過程が本質的にはコーラス放射と同じ非線形過程であることを発見することができた。これは当初想定していなかった研究の展開である。(1)斜め伝搬ホイッスラーモード波による加熱・ピッチ角散乱過程の解明:前年度の行った平行伝搬コーラスのモデルを拡張して、コーラス放射が赤道域から次第に外部磁場に対して斜め伝搬となるように波動のモデルを設定し、斜め伝搬によって起こるランダウ共鳴による粒子加速およびピッチ角散乱の素過程を解析し、加えて数値グリーン関数を計算することにより放射線帯の形成過程を定量的に追跡する。(2)EMICトリガード放射による相対論的電子のピッチ角散乱過程:電磁イオンサイクロトロン(EMIC)波のライジングトーン放射によって極めて効率的に相対論的電子のピッチ角散乱が起こることがこれまでの研究で分かっているが、放射線帯電子が極域大気に降下して、放射線帯電子フラックスが減少する過程を、EMIC波の経度分布を含めてテスト粒子シミュレーションにより再現する。(3)コーラスおよびEMIC波のサブパケットによる電子加熱効果の評価:コーラス放射およびEMIC波のライジングトーン放射がサブパケット構造を持っていることが分かってきた。サブパケット構造を持つ波動をモデルにして、コーラスによる線形成過程に加えてEMIC波のピッチ角散乱による放射線消失過程を含めて数値グリーン関数法を実行し、放射線帯の長時間変動のモデルを構築することを検討する。(4)準線形拡散モデルと数値グリーン関数法の比較:放射線帯変動のモデリングにおいて準線形拡散モデルが多く使われているが、本研究で開発する数値グリーン関数法によるモデリングと準線形拡散モデルを比較して、本研究の手法の方が観測結果をより正確に再現できることを示す。
素粒子的宇宙像の総合的研究

本研究は重点領域研究(1)の素粒子的宇宙像の総括班として、計画研究及び公募研究を有機的に推進し、領域全体としての調和をとりつつ、領域研究の発展を促すことを目的としている。本年度は研究期間の中間年度にあたり、研究進捗の把握と目標の徹底を各研究班毎に行った。このため次の様な日程と目的で総括班会議を持った:7/13総括班会議(高エネルギ-研)...「研究進捗の把握と領域研究の進め方」;9/12総括班会議(高エネルギ-研)...「今年度領域研究の進め方、成果のまとめ方、行事、長期的研究の推進方策」;10/17総括班会議(東大原子核研究所)...「今年度、次年度の研究領域の進め方」;2/23総括班会議(高エネルギ-研)...「今年度研究成果のまとめ」;3/1評価班会議(高エネルギ-研)...「研究成果の検討、次年度の研究推進の方法」.以上の総括班、評価班の作業により領域全体の研究は順調に進んでいる。特に今年度は実験的に研究において大きな成果があった。神岡地下実験は太陽ニュ-トリノの検出に成功し、持ち前の高性能測定器の特徴を生かして、太陽ニュ-トリノ問題解明に向けてデ-タ収集を行っている。ニュ-トリノ質量の直接測定グル-プは、質量の上限値<11eVというWorld recordを達成した。その他のグル-プも次年度本格実験に向けて準備をしている。本研究領域推進において実験・理論家の共同研究は不可欠であるが、総括班は年一回シンポジウムを開催して、研究発展の境を持っている。今年度も昨年度に引き続き素粒子的宇宙像シンポジウムを館山国民休暇村で行い、多数の参加者により活発な論議が行われた。昨年度のシンポジウム報告集は既に刊行され、今年分も56月を目標に準備中である。
ウオータージェットによる無農薬・物理的精密除草システムの研究

現状の除草作業には解決すべき課題がある。本研究では、除草剤を使わない精密除草システムを提案し,環境に負荷を与えることなく雑草防除管理を行い以下に挙げるような目的を持って持続的生物生産に貢献しようとするものである。(1)除草剤を使わない除草作業体系の提案(2)雑草発生初期除草作業による早期雑草防除法の確立(3)ウオータージェット高速ビーム水噴流を用いる雑草生長点破壊による雑草抑制・駆除装置の製作(4)マニピュレータを用いた精密除草ロボットシステムの開発本年度は最終年度であり、切断条件の実験及びまとめを行った。1.ポンプ圧力が切断効果に及ぼす影響ポンプ圧力は高いほど切断はよく行われる。また、切断位置はポンプ圧力ごとにも適した範囲が存在し、その範囲は高圧ほどノズルに近く、低圧になるほど遠ざかる傾向にある。2.最適な切断角度の検討切断実験の結果、切断角度もまた重要なパラメータであることがわかった。供試体に対し30°45°の範囲からの切断が効果が高いことがわかった。3.ノズルの移動速度植物とノズルの相対速度を変化させた実験では切断効果に影響は認められなかった。これは切断が瞬時に行われるためと推測された。(1)除草剤を使わない除草作業体系の提案(2)雑草発生初期除草作業による早期雑草防除法の確立(3)ウオータージェット高速ビーム水噴流を用いる雑草生長点破壊による雑草抑制・駆除装置の製作(4)マニピュレータを用いた精密除草ロボットシステムの開発本年度はまず数種のウオータージェットノズルを供して高圧ポンプによる切断実験を行いその特性を調べた。高圧水発生装置として3連プランジャーポンプを用いた。このポンプの最大圧力は40MPaである。噴射ノズルはストレートノズルを使用した。今回の実験ではリニアアクチュエータに切断台を固定し、直線的に一定の速度で移動させることで材料の切断を行ない、その際パラメータが切断能力に与える影響を調べた。なお、ウォータージェットの切断能力は切断した深さとして評価した。供試材料として厚さ10mmのスチレンボードを用いた。今回設定した4つのパラメータ(ノズル出口圧力・ノズル径・移動速度・ノズルと対象物との間隔)を検証した結果、切断能力に大きく影響を与えるのはノズル出口圧力とノズル径であることがわかった。予備試験としてバレイショ、カイワレ大根および雑草としてエノコログサを供し、切断試験を行い、ノズルロ径0.5mm、噴射圧力5Mpa以下で切断可能であった。(1)除草剤を使わない除草作業体系の提案(2)雑草発生初期除草作業による早期雑草防除法の確立(3)ウオータージェット高速ビーム水噴流を用いる雑草生長点破壊による雑草抑制・駆除装置の製作(4)マニピュレータを用いた精密除草ロボットシステムの開発本年度は、2種類の実験を実施した。1.ウオータージェットの衝突荷重ポンプ圧力の上昇とともに衝突荷重も増加した。また、ノズルと衝突対象物との距離の影響は少ないことが認められた。2.ウオータージェットによる植物の切断水田雑草ではイネ科のヒエなどを想定して、供試植物として入手の容易な田植え機用移植苗を用いた.切断対象とノズルとの距離が離れると全体的に切断状況が悪化することがわかった。また、切断可能領域までにも距離があり、高圧では近くに低圧になるほど遠くに現れる。切断割合は高圧では高く、低圧になるにつれて減少する。

本研究では、除草剤を使わない精密除草システムを提案し,環境に負荷を与えることなく雑草防除管理を行い以下に挙げるような目的を持って持続的生物生産に貢献しようとするものである。(1)除草剤を使わない除草作業体系の提案(2)雑草発生初期除草作業による早期雑草防除法の確立(3)ウオータージェット高速ビーム水噴流を用いる雑草生長点破壊による雑草抑制・駆除装置の製作(4)マニピュレータを用いた精密除草ロボットシステムの開発本年度は最終年度であり、切断条件の実験及びまとめを行った。1.ポンプ圧力が切断効果に及ぼす影響ポンプ圧力は高いほど切断はよく行われる。また、切断位置はポンプ圧力ごとにも適した範囲が存在し、その範囲は高圧ほどノズルに近く、低圧になるほど遠ざかる傾向にある。2.最適な切断角度の検討切断実験の結果、切断角度もまた重要なパラメータであることがわかった。供試体に対し30°45°の範囲からの切断が効果が高いことがわかった。3.ノズルの移動速度植物とノズルの相対速度を変化させた実験では切断効果に影響は認められなかった。これは切断が瞬時に行われるためと推測された。
β-アクチン変異株を用いた非筋細胞における運動機構の解析

我々は,これまでに細胞運動における非筋アクチンの役割りを明らかにする目的で, Fアクチンの伸長端に結合し,その伸長を阻害することが知られているサイトカシンBを用いてアクチン変異株を分離し,その性状を解析して来た.この変異株は他のサイトカラシンに交叉耐性を示し,サイトカラシン結合能が低下していた.また,この変異株ではβ-アクチンが消失し,代りに等電点が酸性側に移行したβ ́-アクチンが見られる.このアクチンはβ-アクチンが合成後に修飾されたものではなく遺伝子の一次生産物であることも, polyA^+-RNAを用いた実験から明らかにされている.本研究は,この変異株のβ ́-アクチンがサイトカラシンに抵抗性となっているかどうかを,精製アクチンを用いて直接しらべることを第一の目的として計画された. KB細胞およびCyt変異株からDEAE-セルローズを用いたイオン交換クロマトグラフィ,重合と脱重合, Sephadex G150を用いたゲル濾過法によりアクチンを精製し,その重合に及ぼすサイトカラシンBの作用をしらべた.Cyt細胞のアクチンの重合は明らかにサイトカラシンBに抵抗性であること,および,この抵抗性はCyt-アクチンがサイトカラシンBに対する結合親和性の低下によることが明らかとなった.更に,これらのアクチンからβ-, β ́-, γ-アクチンをハイドロキシアパタイトを用いたカラムクロマトグラフィで精製し,それぞれの重合に及ぼすサイトカラシンBの阻害を見ると, β ́-アクチンのみが抵抗性を示した.以上の結果は, Cyt変異株のβ ́-アクチンがサイトカラシン抵抗性を担っていることを明確に示し,サイトカラシンの細胞における作用点がアクチンであることを,ほヾ証明したと言って良い.我々は,これまでに細胞運動における非筋アクチンの役割りを明らかにする目的で, Fアクチンの伸長端に結合し,その伸長を阻害することが知られているサイトカシンBを用いてアクチン変異株を分離し,その性状を解析して来た.この変異株は他のサイトカラシンに交叉耐性を示し,サイトカラシン結合能が低下していた.また,この変異株ではβ-アクチンが消失し,代りに等電点が酸性側に移行したβ ́-アクチンが見られる.このアクチンはβ-アクチンが合成後に修飾されたものではなく遺伝子の一次生産物であることも, polyA^+-RNAを用いた実験から明らかにされている.本研究は,この変異株のβ ́-アクチンがサイトカラシンに抵抗性となっているかどうかを,精製アクチンを用いて直接しらべることを第一の目的として計画された. KB細胞およびCyt変異株からDEAE-セルローズを用いたイオン交換クロマトグラフィ,重合と脱重合, Sephadex G150を用いたゲル濾過法によりアクチンを精製し,その重合に及ぼすサイトカラシンBの作用をしらべた.Cyt細胞のアクチンの重合は明らかにサイトカラシンBに抵抗性であること,および,この抵抗性はCyt-アクチンがサイトカラシンBに対する結合親和性の低下によることが明らかとなった.更に,これらのアクチンからβ-, β ́-, γ-アクチンをハイドロキシアパタイトを用いたカラムクロマトグラフィで精製し,それぞれの重合に及ぼすサイトカラシンBの阻害を見ると, β ́-アクチンのみが抵抗性を示した.以上の結果は, Cyt変異株のβ ́-アクチンがサイトカラシン抵抗性を担っていることを明確に示し,サイトカラシンの細胞における作用点がアクチンであることを,ほヾ証明したと言って良い.我我はこれまでにF-アクチンの伸長端に結合してその伸長を阻害すると考えられているサイトカラシンBを用いてアクチン変異株を分離する方法を確立した。この方法で得られたCyt変異株はアクチンの構造変化に起因すると考えられる。この変異株のアクチンが機能的に変化しているかどうかを調べる目的で、親株のKB細胞とCyt変異株からアクチンの精製を試みた。浮遊培養で集めた細胞の抽出液からDEAE-セルローズカラムクロマトグラフィー、およびセファデックスG150によるゲル濾過法、および重合ー脱重合法を用いて99%以上の精製度のアクチンを得た。このアクチン標品は野性型のKB細胞では65%のβーアクチン、35%のγーアクチンを含み、Cyt細胞では65%のβ'ーアクチン、35%のγーアクチンを含んでいた。これらのアクチン標品についてその重合に及ぼすサイトカラシンの阻害効果を見た。結果は予想した通り、Cyt細胞のアクチンはサイトカラシンBのアクチン重合阻害作用に対し明らかな低抗性を示した。Fアクチンに対するサイトカラシンBの結合を3Hーサイトカラシンを用いて調べると、CytアクチンにはKB細胞のアクチンと同じ結合定数を示すアクチンと、これより低いアクチンを含むことが示された。これらはγーアクチン、β'ーアクチンとそれぞれ対応するものと考えられる。野性型およびCyt変異株から抽出液を調整し、このゲル化に及ぼすサイトカラシンBの効果を見ると、Cyt変異株の抽出液のゲル化能はサイトカラシンBに抵抗性を示した。以上の結果はCyt変異株のアクチン(β'ーアクチン)の変化がサイトカラシン抵抗性の原因であることを明確に示している。
経路積分法を応用した非線形応答の極値分布の推定法に関する研究

本研究の目的はガウス過程の入力に対する入出力系の非線形の応答を確率論的に取り扱い、極値分布の近似解法を開発することにある。その第一段階は外力を、ガウス過程を入力とする形の確率微分方程式で記述することである。そしてその確率微分方程式と応答の運動方程式から全体の状態方程式を立てる。外力はレーレー過程による展開で記述される。このとき展開の初項が2項目以降よりも大きいことから、当初は外力を一つのレーレー過程だけで近似し、その確率微分方程式より応答の状態方程式を立てる予定であった。しかし外力を詳細に検討した結果、多くの場合について一つのレーレー過程の項だけでは完全に記述することは難しく、一般的な解法を確立するのは難しいことが分かった。そこで私が以前に開発したガンマ分布近似法と組み合わせ、外力をガンマ過程で近似して応答の状態方程式を記述する方法を開発した。そしてこれに対するフォッカー-プランク方程式を経路積分法により解いて遷移確率密度関数を求め、チャップマン-コルモゴロフ方程式より結合確率密度関数と極値分布を求めた。この方法によって、極値分布を精度良く求めることができた。しかしこの方法の欠点は、解の収束を良くするためには計算機に膨大な容量を必要とすることである。そこで今後は実用的な計算法を確立するために、解の精度と収束性を悪化させることなく、計算容量と計算時間を小さくするアルゴリズムを開発することが重要である。なお、成果の公表は本年度秋の学会にて行う予定である。
遠隔モニタリングを利用した在宅酸素療法の訪問看護に対する有用性の検討

在宅酸素療法(home oxygen therapy: HOT)は慢性呼吸不全患者の予後を改善させる重要な治療法である.一方,患者が自宅で使用していなかったり,不適切な吸入酸素流量の設定などが臨床的な問題点として残されていた.本研究は,2018年4月から診療報酬が適用され正式な医療技術として認められたHOTの遠隔モニタリングを慢性呼吸不全患者に実施して,これらの残された臨床的問題点を解決することが目的である.特に訪問看護に応用すれば,利点が大きいと思われる. 2018年度は,主に以下の内容を研究した.1昨年度の研究を継続して,健康関連QOL票(SF-36)を用いてHOTを受けている患者の遠隔モニタリング介入前と介入3ヶ月後の尺度の変化を調べた.有意な健康関連QOL尺度の改善が認められた.これらの結果は,英文論文で報告予定である.2訪問看護時の指導効率向上のため,訪問看護のためのマニュアルを改訂した.また,医師向けに詳細な「診療のための操作マニュアル」を作成した.これらのマニュアルは研究代表者の鰤岡研究室ホームページ,http://www.chukai.ne.jp/nburioka/にPDFとしてリンクして,自由に利用できるように公開している.HOTの遠隔モニタリング普及のため,研究会を開催して,看護師,医師に概要の説明を行いマニュアルを配布した.鳥取大学医学部内に“在宅医療推進支援室“があり,先進的訪問看護師の養成を行っているが,参加している訪問看護師に対して講義を行い普及に努めた.3経皮的二酸化炭素分圧,酸素飽和度を利用した二系統フィードバック機構を有する吸入酸素流量自動決定装置を開発した。II型・慢性呼吸不全患者の安静覚醒時と睡眠時の安全な吸入酸素流量を決定することができた.客観的に高炭酸ガス血症の抑制を期待できる吸入酸素流量をHOTに反映できることを確認した.本研究は,情報通信技術を用いた遠隔モニタリング対応の在宅酸素療法システムを使用することにより,以下の3点を主に調査研究することを目的としている.(1)患者側の健康関連QOL尺度の改善の有無.(2)訪問看護時の指導効率の向上.「遠隔モニタリングを利用した在宅酸素療法の訪問看護マニュアル」を作成.(3)経皮的二酸化炭素分圧,酸素飽和度を利用して二系統フィードバック機構を有する吸入酸素流量自動決定装置の開発と臨床応用.2018年度は健康関連QOL調査の症例数を増やした.訪問看護時の指導効率向上のためのマニュアルを改訂した.加えて医師向けの詳細なマニュアルを作成した.これらは,自らのホームページから自由にダウンロードできるようにしている.実用に応用可能な二系統フィードバック機構を有する吸入酸素流量自動決定装置の開発を行った.少数例の検討であるが臨床応用も可能であった.2018年度に得られた結果を英文論文として報告予定である.2018年度から在宅酸素療法の遠隔モニタリングが診療報酬で認められ,遠隔モニタリング加算が算定できることになった.訪問看護においても利用機会が増すと思われる.実際の訪問看護師に問題点を指摘してもらい,「遠隔モニタリングを用いた在宅酸素療法.訪問看護のためのマニュアル」を再改訂予定である.医師向けの操作マニュアルも改訂予定である.作成したマニュアルはホームページに公開する.Internet of Things (IoT)対応の酸素濃縮器の遠隔モニタリング機能を利用して解析した結果,処方吸入酸素流量が不足していると考えられる症例を認めた.このような症例に対して,客観的に吸入酸素流量を決めるため,経皮的二酸化炭素分圧と経皮的酸素飽和度を用い至適な吸入酸素流量を決定可能な二系統フィードバック機構を有する装置の改良と臨床応用をすすめる.遠隔モニタリング可能な酸素濃縮器を製造している企業に協力して,使用しやすいように改良していく.また,2018年度から在宅酸素療法の遠隔モニタリングに診療報酬加算が認められたが,全国における実施状況は低調である.理由として在宅酸素療法を受けている慢性呼吸不全患者に対して,医療機関側が隔月の受診をためらう点と遠隔モニタリングに対する診療報酬加算が低い点がある.今後もマニュアル配布や関連学会における発表,遠隔モニタリングに関する総説を学術雑誌に発表することを通じてHOTの遠隔モニタリングを普及させたい.自験例では遠隔モニタリング実施によって隔月の対面受診が可能になった患者の満足度は高かった.訪問看護師に意見を伺うと,訪問看護に協力してもらっている医療機関の認識がまだ不十分な部分もあり,どのように協力してもらえるのか検討が必要である.説明文書の作成などが有用な可能性もあり,今後の課題として残っている.本研究の目的は,在宅酸素療法を受けている慢性呼吸不全患者に,より良い療養生活を送ってもらうため,インターネット接続機能を持たせた遠隔モニタリングに対応した酸素濃縮器を用いて訪問看護による指導効果を高めることにある.平成29年度は,遠隔モニタリング対応の酸素濃縮器を用いることによって,医師が臨床的問題点を抽出し客観的に酸素吸入量などの設定を変更した.多くの患者において酸素濃縮器の使用時間や処方酸素流量に問題点が認められた.評価のため,健康関連QOL票(SF-36)を用いて在宅酸素療法を受けている患者の遠隔モニタリング介入前と介入3ヶ月後の尺度の変化を調べた.遠隔モニタリングを用いて,1酸素濃縮器を使用しているかどうか,2処方された吸入酸素流量の過不足の確認,3低酸素血症状態の有無,4吸入酸素流量ごとの自己測定・酸素飽和度と脈拍数の散布図表示など多面的解析を行い詳細な指導が実施でき,有意な健康関連QOL尺度の改善が認められた.

これらの結果は,英文論文で報告予定である.訪問看護時の指導効率向上のため,「遠隔モニタリングを用いた在宅酸素療法.訪問看護のためのマニュアル(初版)」を作成した.本マニュアルは研究代表者の鰤岡研究室ホームページ,http://www.chukai.ne.jp/nburioka/にPDFとしてリンクして,誰でも利用できるように公開している.平成29年度・厚生労働省事業・遠隔医療従事者研修事業(大阪)において,看護師,医師,関連企業担当者に配布して説明した.今後の研究結果に従い,改定を行う予定である.遠隔モニタリングの解析によって,処方酸素流量が不足していると考えられる症例に対して客観的に吸入酸素流量を決めるため,経皮的二酸化炭素分圧,酸素飽和度を利用して自動で至適な吸入酸素流量を決定可能な二系統フィードバック機構を有する装置の開発を並行して行った.本研究は,情報通信技術を用いた遠隔モニタリング対応の在宅酸素療法システムを使用することにより,以下の3点を主に調査研究することを目的としている.(1)患者側の健康関連QOL尺度の改善の有無.(2)訪問看護時の指導効率の向上.(3)「遠隔モニタリングを利用した在宅酸素療法の訪問看護マニュアル」を作成.現時点で上記の目的を当初の予定通り行えている.在宅酸素療法(home oxygen therapy: HOT)は慢性呼吸不全患者の予後を改善させる重要な治療法である.一方,患者が自宅で使用していなかったり,不適切な吸入酸素流量の設定などが臨床的な問題点として残されていた.本研究は,2018年4月から診療報酬が適用され正式な医療技術として認められたHOTの遠隔モニタリングを慢性呼吸不全患者に実施して,これらの残された臨床的問題点を解決することが目的である.特に訪問看護に応用すれば,利点が大きいと思われる. 2018年度は,主に以下の内容を研究した.1昨年度の研究を継続して,健康関連QOL票(SF-36)を用いてHOTを受けている患者の遠隔モニタリング介入前と介入3ヶ月後の尺度の変化を調べた.有意な健康関連QOL尺度の改善が認められた.これらの結果は,英文論文で報告予定である.2訪問看護時の指導効率向上のため,訪問看護のためのマニュアルを改訂した.また,医師向けに詳細な「診療のための操作マニュアル」を作成した.これらのマニュアルは研究代表者の鰤岡研究室ホームページ,http://www.chukai.ne.jp/nburioka/にPDFとしてリンクして,自由に利用できるように公開している.HOTの遠隔モニタリング普及のため,研究会を開催して,看護師,医師に概要の説明を行いマニュアルを配布した.鳥取大学医学部内に“在宅医療推進支援室“があり,先進的訪問看護師の養成を行っているが,参加している訪問看護師に対して講義を行い普及に努めた.3経皮的二酸化炭素分圧,酸素飽和度を利用した二系統フィードバック機構を有する吸入酸素流量自動決定装置を開発した。II型・慢性呼吸不全患者の安静覚醒時と睡眠時の安全な吸入酸素流量を決定することができた.客観的に高炭酸ガス血症の抑制を期待できる吸入酸素流量をHOTに反映できることを確認した.
唾液由来鎮痛物質による新たな顎顔面領域の慢性痛制御理論の確立

最近、非定型歯痛、舌痛症および顎関節症などの慢性痛患者は増加傾向にあり社会問題となっている。しかしながら、慢性痛に対する治療法は確立されておらず、診断および治療法の開発は急務であり責務である。近年、パスツール研究所の研究員により、ラット唾液からモルヒネの約36倍の鎮痛効果があるシアロルフィンが発見された。しかしながら、いまだこれら唾液由来の鎮痛物質が慢性痛にどのような効果をもたらすかについては明らかにされていない。また、これらの鎮痛効果の評価はラットの行動薬理学的評価であり、疼痛そのものを評価していない等の問題があるため、シアロルフィンを臨床に応用するためには、鎮痛効果の判定(定量)が不可欠である。そこで本研究では、我々が痛みストレスマーカーになることを発見した視床下部CRH(Corticotropin Releasing Hormone)遺伝子、下垂体POMC(proopiomelanocortin)遺伝子(以上、ストレス関連遺伝子)、三叉神経節P2×4レセプター遺伝子(慢性疼痛原因遺伝子)を指標としてシアロルフィンの鎮痛効果を定量的に評価することを目的とした。H23年度はマウス頬部へホルマリン注射することにより疼痛刺激を与え、その疼痛モデルに対しシアロルフィンを投与しその鎮痛効果について疼痛行動回数を指標として検討した。その結果、シアロルフィン投与マウスの方がコントロールより疼痛行動回数が少なかった。また、シアロルフィンを投与したラットと生食を投与したラットで疼痛行動の回数の差が大きいのは5-10分と30-35分の時間帯であった。以上より、シアロルフィンが前者の時間帯はホルマリンによる第1相の疼痛を後者の時間帯は第2相の疼痛を抑制していることを示唆した。さらに、2006年11月、ヒト唾液内からシアロルフィンと同様の鎮痛作用を持つオピオルフィンが発見された。また、これらの鎮痛効果の評価はラットの行動薬理学的評価であり、疼痛そのものを評価していない等の問題があるため、シアロルフィンおよびオピオルフィンを臨床に応用するためには、鎮痛効果の判定(定量)が不可欠である。そこで本研究では、我々が痛みストレスマーカーになることを発見した視床下部CRH(Corticotropin Releasing Hormone)遺伝子、下垂体POMC(proopiomelanocortin)遺伝子(以上、ストレス関連遺伝子)、三叉神経節P2X4レセプター遺伝子(慢性疼痛原因遺伝子)を指標としてシアロルフィンとオピオルフィンの鎮痛効果を定量的に評価することを目的とした。平成22年度は、慢性痛モデル作製を重点的に行った。すなわち、ラットの三叉神経第II枝を露出後、Chromic gutにて結紮した神経結紮モデル(CCI:Chronic constriction Injury)とラットの三叉神経第III枝を露出後、切断し神経切断モデルの閾値の変化を結紮したモデルを用い、三叉神経第II枝領域の逃避閾値をタッチテストフィラメント(Von Frey刺激測定器)で評価した。その結果、結紮および切断後3日以降に有意な閾値低下が確認された。
個体群密度の光合成source-sink機構を通じての物質生産過程の制御

高密度区のダイズ植物は相互遮蔽状態にあり、植物個体間で互いに光要因に対して競争状態にあった。これに対して、低密度区のダイズ植物は孤立個体状態で存在し、個々の葉は常に充分な光を受け光合成を行える条件にあった。そして、高密度区の植物の上層部の充分な光を受けている葉の光合成速度は午後も午前と同様な高い光合成速度を維持していた。しかし、低密度区の植物の午前の光合成速度は高密度区と同様に高かったが、午後には大きく低下する傾向が認められた。以上の結果から、高密度区の植物は個体全体として制限された光条件下にあり、個体として充分な光合成生産を行う事が出来ずにsource能がsink能よりも低下(source-limit)していたために、群落上部の充分な光条件下に有った葉は常に高い光合成能を維持していたものと考えられる。これに対して、低密度区の植物の全ての葉は常に充分な光条件下で光合成生産を行う事が可能であった。それにも係わらず、午前に比べ、午後の平均の光合成速度が大きく低下した理由は低密度区の植物においては、source能がsink能に比べて大きかった(sink-limit)事によると考えられる。また、高密度区に比べて、低密度区の植物の平均のsucrose含量が高かったこと、RuBPcaseのInitial activityが低かったこと、RuBP含量が高かった事は、これまでの研究において、ダイズ初生葉から作られたsource-sinkモデル植物をsink-limit状態に置いた場合に認められた実験結果と一致した(Sawada et al,1986,1987,1989,1990,1992,1995a,b)。しかしながら、光合成速度、RuBPcase活性およびsucrose,RuBP含量の個々の値には大きな固体差が認められた。また、これらの個々の値の間の相互関係についてみると、これまでsink-limit状態に置いたモデル植物において認められたこれらの値の相互関係とは必ずしも一致しなかった。これらの理由として、次の事項が考えられる。1)この種の実験には、全日晴天の日が数日つずくことが必要である。2)植物体の生長が均一であることが必要である。3)光合成速度その他の測定及び葉の含有物を定量する葉のage、および植物とその葉の置かれた環境条件が均一であることが必要である。以上の点を充分に配慮してこの種の実験を継続する事を考えている。本研究の目的は、実験圃場に植物を孤立個体及び群落状態で生育させ、光合成のsource-sinkのバランスを変化させた場合にも、これまでに我々がsource-sinkモデル植物において明らかにしているsource-sink調節機構(Sawda et al.1986,1987,1989,1990,1992)が同様に機能しているかを検証することである。

その為に、孤立個体及び群落状態で生育させた両植物について、物質生産的要素(生産構造、葉面積指数、群落内相対照度、非光合成器官重/光合成器官重比、葉重/葉面積比、果実生産量、光合成速度、蒸散速度等)、光合成炭酸固定からsucrose合成までの中間代謝産物(特にsucrose,RuBP,全リン酸、リン酸エステル量)およびRuBPcase活性、加えて、微環境要因(光量、気温、葉温、湿度、地温、土壌含水量、風速等)も生育段階に応じて測定することにした。これらの各要素間の動的関係を解析し、孤立個体及び群落状態での植物の物質生産過程におけるsource-sink能の関係について検討する。ダイズ(Glycine max Mer.cv.Wasesuzunari)種子を化学肥料(N:P:K,8:8:8)と石灰をそれぞれ20kg/300m^2に元肥した弘前大学の農学部圃場に播種した。播種密度は低密度(孤立個体)では1.56plants/m^2,高密度区(群落個体)では20plants/m^2であった。各生育段階において、除草、土寄せ、追肥そして病虫害防除のための薬剤散布を適時に行なった。実験は平成5年8月25,26,30日および9月4,12日に行なった。しかしながら、本年度の東北地方、特に北東北地方の夏期の天候は極めて不順であり、実験材料の植物の生長は極めて悪かった。実験を行なった5日間の天候も実験に充分に適しているとはいえない状態であった。現在、これら5日間に集めたデータの解析及び資料の分析を行なっている段階である。本研究の目的は、実験圃場に植物を孤立個体及び群落状態で生育させ、光合成のsource-sinkのバランスを変化させた場合にも、これまでに我々がsource-sinkモデル植物において明らかにしているsource-sink調節機構(Sawada et al. 1986,1987,1989,1992)が同様に機能しているかを検証することである。その為に、孤立個体及び群落状態で生育させた両植物について、物質生産的要素(生産構造、葉面積指数、群落内相対照度、非光合成器官重/光合成器官重比、葉重/葉面積比、果実生産量、光合成速度、蒸散速度等)、光合成炭酸固定からsucrose合成までの中間代謝産物(特にsucrose、RuBP、全リン酸、リン酸エステル量)及びRuBPCase活性、加えて、微環境要因(光量、気温、葉温、湿度、地温、土壌含水量、風速等)も生育段階に応じて測定することにした。ダイズ(Glycine max Mer. cv. Wasesuzunari)種子を化学肥料(N: P: K、8: 8: 8)と石炭をそれぞれ20Kg/300m^2に元肥として施肥した弘前大学の農学部圃場に播種密度は低密度(孤立個体)では1.56plants/m^2、高密度区(群落個体)では20plants/m^2であった。各生育段階において、除草、土寄せ、追肥そして病虫害防除のための薬剤散布を適時におこなった。実験は平成6年8月24日、9月3日、6日及び9日に行なった。現在、これら4日間に集めたデータの解析及び資料の分析を行なっている段階である。
心臓のイオンチャネルに作用する薬物の作用機構解明と薬物誘発性不整脈リスク評価

hERGチャネルは心筋細胞の活動電位において再分極相を形成する電流を担っており、薬物のhERGチャネルへの作用は活動電位へも影響するため重要である。ファシリテーション作用は薬物と脱分極によって惹起されるhERGチャネル活性増強作用であり、これまでに一部のhERGチャネル阻害薬がこの作用を有することが分かっている。最終年度である今年度は、昨年度に明らかにしたファシリテーション作用薬群に共通する構造的特性の理解を目指し以下の研究を行った。ファシリテーション作用薬の構造情報と実験から得られた活性情報を用いて構造活性相関解析を行い、ファシリテーション活性に関わる構造特徴(ファーマコフォア)から構成されるファーマコフォアモデルの構築を行った。モデルは1つの陽イオンチャージ領域と3つの疎水基から構成され、ファシリテーション活性の高い薬物はこれら特徴を全てまたは3つ持ち、活性の低い薬物は2つまたは1つしか持たないことが分かった。モデルに薬物を適合させファシリテーション活性値を算出すると、実測活性値と近い値が算出されたことから、本モデルは薬物のファシリテーション活性に関わる構造特徴を抽出した妥当なモデルと考えられた。またhERGチャネル阻害薬の多くはファシリテーション作用を持つことが観察されている。そこで、ファシリテーションと阻害のファーマコフォアモデルの比較を行うと、同じ構造特徴が抽出されていたが各特徴の空間的配置が異なっていることが分かった。ファシリテーションと阻害作用は薬物の同じ構造的特徴を相互作用部位とし、異なる薬物-チャネル相互作用で起きていることが示唆された。本研究全体の成果から、ファシリテーション作用時の電流量の増加は電位依存性が異なるチャネル集団の出現によって観察されること、薬物の4つの構造特徴がチャネルとの相互作用に関与していること、阻害作用とは異なるメカニズムで起きていること等が明らかになった。本研究の目的は、心臓のイオンチャネルに作用する薬物の作用機構解明である。初年度は、心臓に発現するイオンチャネルの中でもhERGチャネルを解析対象として、薬物によるhERGチャネル活性の増強作用(facilitation作用)の理解を目指し以下の手順で研究を行った。初めに、hERGチャネル阻害薬を対象にfacilitation作用の解析を行った。その結果、フルオキセチンやハロペリドールなどの中枢神経系作用薬、またクロルフェニラミンなどの抗ヒスタミン薬がfacilitation作用を持つことが分かった。これまでfacilitation作用は抗不整脈薬を用いて解析が行われてきたが、今回の結果からfacilitation作用は薬理作用に関わらずhERGチャネルを阻害する薬物の一部において起こる作用ということが示された。次に、変異hERGチャネルを用いてfacilitation作用に関わるアミノ酸残基の特定を行った。その結果、アミオダロンのfacilitation作用にはチャネル透過孔内のTyr652とPhe656が重要であることが示された。この結果は既に報告されているニフェカラントの結果と同様であり、この2薬物においてはfacilitation作用に関わるとアミノ酸残基が共通している可能性が示された。次に、facilitation作用を持つ薬物の共通する構造的特徴を理解するためにファーマコフォア解析を行った。初めにfacilitation作用の有無が分かっている20種類の薬物を用いてファーマコフォアの抽出を試みた。しかし全ての薬物に共通するファーマコフォアの抽出は困難であった。そこで予め統計的解析手法を用いて薬物特性に基づく薬物のクラスタ分類を行い、クラスタ分類された薬物群事にファーマコフォアの抽出を行う手法を用いた。その結果、facilitation作用を持つ一部の薬物に共通するファーマコフォアと考えられるモデルを得ることができた。今後解析を進める予定である。