hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳損傷による老化関連ベータガラクトシダーゼ発現の研究

脳外傷による脳機能障害のメカニズムの解明は、法医学、病理学の実務上非常に重要である。我々は老化細胞のマーカー「老化関連ベータガラクトシダーゼ」(以下β-gal)を基質X-galで染色し、損傷部位直下深部が特異的に染まることを実証した。よってβ-galが脳損傷の診断マーカーとして有用と見込まれる。しかし、脳損傷がなぜβ-galを活性化するかは今までに研究報告がなく、そのメカニズムはわかっていない。我々は細胞老化経路の細胞周期に関する遺伝子の発現を解析し、そのメカニズムを解明したい。実験方法:1.動物実験。1マウスの外傷性脳損傷を作製。2切片標本を作製3RNAを抽出。2.発現解析。1酸性β-gal測定キットを用いてβ-galを染色し、ImageJを用いて半定量解析した。3.免疫染色及びRealtime PCRを用いて細胞周期マーカー及び細胞老化マーカーの発現を半定量解析した。結果:脳損傷マウスでは大脳の損傷側に損傷後4、7、14日目に老化関連酸性β-ガラクトシダーゼの発現が有意に増加した。細胞周期のG1期からS期に発現するCyclin D1およびPCNAは脳損傷後、損傷群損傷側のニューロン、マイクログリアとアストロサイトに発現し、損傷後4日目に有意に増加した。従って、外傷性脳損傷では脳細胞の細胞周期が一旦活性化されることが確認された。細胞周期を抑制し,老化細胞で発現が増加するp16、p21とp53はいずれも脳損傷後4、7、14日目に発現が有意に増加した。従って、損傷4日後、外傷性脳損傷では細胞周期が一旦活性化された脳細胞の細胞周期がアストロサイトはp16経路で、ニューロンとマイクログリアはp53-p21経路によって抑制されることが確認された。外傷性脳損傷では脳細胞に細胞老化が生じていると考えられ、細胞老化の抑制は神経細胞を保護する可能性が示唆された。我々は細胞老化Pathwayの細胞周期に関する遺伝子の発現を解析し、そのメカニズムを解明したい。1.動物実験。1Impact Deviceを用いて、マウスの外傷性脳損傷を作製。損傷後1日、4日、1週間、2週間の処置群とSham群をそれぞれ作製する。何も処置しない群をコントロール群とする。2行動学解析はNeurobehavioral testを行った。3サンプルの処理は脳損傷後所定時間にマウスを深麻酔下、緩衝液を灌流し安楽死させ、4%パラホルムアルデヒド(PFA)灌流固定、脳を摘出し、OCTコンバウンドで包埋、薄切して切片標本を作製。2.発現解析。1酸性β-ガラクトシダーゼ測定キットを用いてβ-galを染色し、ImageJを用いて半定量解析した。結果、脳損傷マウスでは大脳の損傷側に損傷後4日目にβ-galの発現が増加し、7日目に発現はピークとなり、14日目に発現は減少した。2免疫組織化学法で、細胞老化Pathwayの細胞周期を抑制するタンパクp16、p21の抗体を用いて、脳組織に発現を解析した。結果、損傷後4、7、14日目に細胞周期を抑制し、細胞が老化した時に発現が増加するp16が損傷群損傷側のアストロサイトに発現した。損傷後1、4、7、14日目に細胞周期を抑制し、細胞老化を媒介すると機能があるp21が損傷群損傷側のニューロン、マイクログリアに発現した。動物実験及び発現解析の酸性β-ガラクトシダーゼ測定キットを用いて老化関連ベータガラクトシダーゼを染色し予定通り行った。さらに、ImageJを用いて老化関連ベータガラクトシダーゼ発現を半定量解析したことは予想以上に成果を得られたと判断。免疫組織化学法で、細胞老化Pathwayの細胞周期を抑制するタンパクp16、p21の抗体を用いて、脳組織に発現を解析するにあたり、当初の計画では2年目以降行う予定だったが、酸性β-ガラクトシダーゼの発現領域を特定すると共に、実験をスムーズに進展させるため、その領域に細胞老化Pathwayの細胞周期に関する遺伝子の発現を解析した。まだ、終わっていないが、ある程度の結果が得られたので、おおむね順調に進展していると判断。1.動物実験。2.発現解析。

1酸性β-gal測定キットを用いてβ-galを染色し、ImageJを用いて半定量解析した。結果、脳損傷マウスでは大脳の損傷側に損傷後4、7、14日目にβ-galの発現が有意に増加した。2免疫組織化学法で、細胞周期のタンパクCyclin D1、PCNA、細胞老化経路の細胞周期を抑制するタンパクp16、p21の抗体を用いて、脳組織に発現を解析した。結果、損傷後1、4、7、14日目にCyclin D1およびPCNAの発現が、アストロサイト、ニューロンおよびマイクログリアを観察した。損傷後4、7、14日目に細胞が老化した時に発現が増加するp16が損傷群損傷側のアストロサイトに発現した。損傷後1、4、7、14日目に細胞老化を媒介するという機能があるp21が損傷群損傷側のニューロン、マイクログリアに発現した。3Realtime PCRで、脳組織に細胞周期の遺伝子Cyclin D1、PCNA、細胞老化経路の細胞周期を抑制する遺伝子p16、p21のmRNA発現を解析した。結果、損傷後4日目にCyclin D1およびPCNAの発現が有意に増加した。また、p16およびp21の発現は損傷後4、7、14日目に有意に増加した。動物実験及び発現解析の酸性β-ガラクトシダーゼ測定キットを用いて老化関連ベータガラクトシダーゼを染色し予定通り行った。さらに、ImageJを用いて老化関連ベータガラクトシダーゼ発現を半定量解析したことは予想以上に成果を得られたと判断。免疫組織化学法で、細胞老化Pathwayの細胞周期を抑制するタンパクp16、p21の抗体を用いて、脳組織に発現の解析も当初の計画より早く終わった。脳損傷後細胞周期が再活性されると報告があり、2年目で細胞周期のマーカーCyclin D1およびPCNAの抗体を用いて、タンパクの発現解析も行った。さらに、2年目で予定していた二次スクリーニングについて、Reatime PCRを用いて、p16、p21、Cyclin D1およびPCNAのmRNAの発現解析を行った。脳損傷後、まず、脳細胞の細胞周期が活性化され、続いて、老化へ進む可能性が示唆された。おおむね順調に進展していると判断。脳外傷による脳機能障害のメカニズムの解明は、法医学、病理学の実務上非常に重要である。我々は老化細胞のマーカー「老化関連ベータガラクトシダーゼ」(以下β-gal)を基質X-galで染色し、損傷部位直下深部が特異的に染まることを実証した。よってβ-galが脳損傷の診断マーカーとして有用と見込まれる。しかし、脳損傷がなぜβ-galを活性化するかは今までに研究報告がなく、そのメカニズムはわかっていない。我々は細胞老化経路の細胞周期に関する遺伝子の発現を解析し、そのメカニズムを解明したい。実験方法:1.動物実験。1マウスの外傷性脳損傷を作製。2切片標本を作製3RNAを抽出。2.発現解析。3.免疫染色及びRealtime PCRを用いて細胞周期マーカー及び細胞老化マーカーの発現を半定量解析した。
入院高齢者の夜間の排泄と睡眠状態の解析による転倒リスク軽減へのストラテジー

夜間の転倒を減少する方略を探るために、3つの病院における夜間の転倒と夜間頻尿や他の排泄障害および睡眠障害との関係について日中と比較した。さらに、一急性期病院で夜間頻尿のため転倒リスクのある高齢患者の夜間の排泄と睡眠状況を客観的に把握し、転倒との関係を検討した。その結果、排泄と睡眠に関連した転倒は日中より夜間に多かった。夜間頻尿のある高齢患者は夜間の断眠を多く認めた。排尿回数より覚醒回数が多く、尿意以外にも覚醒していることが多いことが明らかとなった。これらを通して、看護師は高齢患者の尿意や排泄動作に伴う夜間の転倒リスクを個別の排泄・睡眠状況から考慮する必要性が示唆された。本研究は入院高齢者の夜間の転倒を減少する方略をさぐるために,夜間の頻尿の実態や排泄行動と睡眠状態について,個別性や多様性をだしながら,客観的に測定・分析して,相互に関連づけることを目的とした3年間にわたるものである。本年度は2年目であり,1昨年施行した3病院における転倒調査の分析をした。さらに,2夜間の転倒を減少する方略を探るために,夜間頻尿のある高齢者の夜間頻尿の実態と睡眠状態について眠りSCANと排尿量・残尿測定には「ゆりりん」を用いて客観的に測定した。その結果,1については,3病院の転倒件数は751件であり,これを分析対象とした。日中(6時から20時)は488件(65%)であり,夜間(21ー5時)は263件(35%)であった。夜間の転倒者は日中に比べて,睡眠薬と下剤・緩下剤の服用者が多かった(p<.5)。転倒が最も多い時間帯は5時台49件(18%)であった。排泄と睡眠に関連した転倒は日中より夜間に多かった(p<.001)。一方,移動や物をとろうとしての転倒は日中に多く見られた(p<.05)。転倒者の排泄状況はおむつ使用が60%を占め,排泄時の移動手段は一部介助が約50%を占めていた。排泄方法は日中と夜間で変化し,排泄場所は日中はトイレが多いが夜間はポーブルトイレが多くなった。2については,4例を実施した。1例を分析した結果,夜間頻尿(4-5回),1回尿量85.3ml,残尿量約20ml,寝つき時間平均54分,夜間覚醒回数7.3回であった。以上から,実態調査から,夜間の転倒に影響する要因として,排泄や睡眠薬は重要であり,客観的測定から頻尿のある高齢者は夜間の覚醒が多いことが明らかになり,転倒との関連が示唆された。本研究は入院高齢者の夜間の転倒を減少する方略を探るために,夜間の頻尿の実態と原因探索および排泄行動と睡眠状態について個別性,多様性を出しながら客観的に測定・分析し,相互に関連したデータを集積し,転倒と関連づけることを目的にした3年間にわたるものである。本年度は初年度であり,1.夜間頻尿と睡眠障害の転倒に関するエビデンスの分析,2.夜間の頻尿と睡眠障害が影響した転倒に関する実態調査,3.高齢患者の夜間の排尿動作のパターン抽出を計画した。その結果,1.については国内外の夜間頻尿や睡眠障害と転倒に関する文献を収集し,整理した。しかし,夜間排尿,睡眠障害,転倒の3つに関連したエビデンスの高いものは少なかった。転倒に関連した睡眠薬に対する有効性のある論文を整理した。2.については本学の倫理審査を経て,石川県の2つの病院でのインシデントレポートを中心に後ろ向きの実態調査に着手し,現在データ収集中である。また東京の1病院で研究協力を得て,これからデータ収集を進める予定である。その際,特に睡眠薬と転倒を詳細に調べることにした。3.については,関連する文献を探したが,どのようにするかについては検討中である。以上から,まず後ろ向き調査ではあるが,複数の病院で夜間の転倒と睡眠薬の種類や排泄の状況を検討することが重要と考え,着手している。今年度は、主として、急性期病院において高齢患者の夜間の転倒リスク軽減を検討するため、夜間頻尿のため転倒リスクのある高齢患者の夜間の排泄と睡眠を調査した。方法:対象者は夜間頻尿のため、転倒リスクのある高齢患者10名(男女各5名、平均年齢81.6±9.6歳)である。排尿状況は看護師が排尿日誌を用いて用いて1回排尿量、1日尿量、夜間尿量、残尿量を約2時間毎に3日間記載した。残尿量はゆりりんUSH-052(ユリケア)を用いて測定した。1回排尿量は、排尿後または定期的なおむつ交換後に排尿量や回収したおむつの重さを計測した。2)睡眠状況眠と覚醒リズム、入眠や睡眠時間、覚醒回数などを眠りSCAN NN-1100(パラマウントベッド)を用いて1週間測定した。結果:排尿量については、排尿回数は日中5.4±1.5回、夜間3.0±0.8回であり、1回尿量は182.6±54.1ml、残尿量は67.9±63.6mlと個人差が大であった。

睡眠状況では、睡眠時間は5.7±1.5(2.5-7.5)時間、覚醒時間は3.3±1.5(1.5-6.5)時間であり、覚醒回数は7.7±1.8(5-10.8)回と断眠であった。これらについて事例ごとでも分析した。考察:夜間頻尿のある高齢患者には断眠を多くみとめた。しかし、排尿回数より覚醒回数が多く、尿意以外にも覚醒していると考える、また事例分析から離床後再び入眠できたA氏の一方、B氏はおむつ交換に関わらず断眠をみとめた(夜間の転倒リスクとして考慮必要)。これらを通して、看護師は高齢患者の尿意や排泄動作に伴う夜間の転倒リスクを個別の排泄・睡眠状況を考慮する必要性が示唆された。また、高齢患者の夜間頻尿と睡眠状況は相互に関連しており、転倒につながる危険性が示唆された。今後より事例検討を重ねていく必要性がある。【目的】今年度は一急性期病院で夜間頻尿のため転倒リスクのある高齢患者の夜間の排泄と睡眠状況を昨年より例数を増やして客観的に把握し、検討した。【方法】対象は夜間頻尿のため、転倒リスクのある高齢者28名(男性8名、女性20名、平均年齢85.4±8.8歳)である。うち昨年度は10名である。主な疾患は脳外科疾患13名、整形外科疾患11名、内科疾患4名であった。1)排尿状況は看護師が排尿日誌を用いて1回排尿量、夜間尿量、残尿量を約2時間毎に3日間測定した。残尿量はゆりりんUSH-052(ユリケア)を用いて測定した。1回排尿量は排尿後または定期的なおむつ交換後に排尿量やおむつの重さを測定した。2)睡眠状況と覚醒リズム、入眠や睡眠時間、覚醒回数などを眠りSCAN NN-1100(パラマウントベッド)を用いて1週間測定した。【結果】1.調査時の排尿方法は、トイレ8人、ポータブルトイレ6人、床上(おむつ、尿器など)は14人であった。排尿回数は日中5.0±1.5回、夜間2.5回±0.9回であり、1回排尿量は1日208.9±85.5mlであり、夜間のみでは224.5±86.5mlであった。2.睡眠時間は5.6±3.4時間、覚醒時間3.2±1.9時間であり、5分以上の覚醒回数は6.4±2.5回であった。離床時間は5.7±12.1分であった。また、日中の在床時間は11.3±2.8時間であった。さらに個々の事例分析も加えた。これらを通して、夜間頻尿のある高齢患者は夜間の断眠を多く認めた。排尿回数より覚醒回数が多く、尿意以外にも覚醒していることが多いことが明らかとなった。以上から、看護師は高齢患者の尿意や排泄動作に伴う夜間の転倒リスクを個別の排泄・睡眠状況から考慮する必要性が示唆された。夜間の転倒を減少する方略を探るために、3つの病院における夜間の転倒と夜間頻尿や他の排泄障害および睡眠障害との関係について日中と比較した。さらに、一急性期病院で夜間頻尿のため転倒リスクのある高齢患者の夜間の排泄と睡眠状況を客観的に把握し、転倒との関係を検討した。その結果、排泄と睡眠に関連した転倒は日中より夜間に多かった。夜間頻尿のある高齢患者は夜間の断眠を多く認めた。これらを通して、看護師は高齢患者の尿意や排泄動作に伴う夜間の転倒リスクを個別の排泄・睡眠状況から考慮する必要性が示唆された。夜間頻尿高齢者の排泄と睡眠のデータ収集に時間を要している。これは病院の研究協力と看護師の力に負うところが大きい。夜間の排尿測定など技術を持った看護師に負うところが大であり、当初はいくつかの病院を予定したが、現在小松市民病院の看護師よるところが大きい。看護部全体で協力してもらっているが、該当患者が少なかったり、看護業務との関係が関与している。老年看護学1年間の延長が許可されたので、病院の許可も得たので、患者数を増やして測定したいと考えている。概ね計画どおりであるが,夜間頻尿のある患者の例数が少ない。
精子幹細胞の老化において精巣支持環境が果たす役割の解明

本研究ではin vitroとin vivoにおける精子幹細胞の老化を比較し、その差異と共通点を明らかにすると共に、老化精巣の支持環境について老化制御因子を探索し、幹細胞への影響を明らかにすることを目指した。平成30年度の研究では、老化モデルであるalfa-Klotho knockoutマウスにBusulfanを投与し内因性精子形成を除去した精巣の遺伝子発現をマイクロアレイ解析により調べ、野生型とホモ個体で発現量が変化する遺伝子を検索した。29年度にWマウス(先天的に内因性精子形成が欠損)精巣のCAGE(Cap Analysis of Gene Expression)法により得られた若い個体と老化個体の遺伝子発現比較のデータと照らし合わせ、共通する遺伝子を精巣の支持環境側の老化関連遺伝子の候補として絞り込んだ。候補遺伝子について、セルトリ細胞にレンチウイルスにて遺伝子操作を行い、精子幹細胞および精子形成におよぼす効果を調べた。また野生型ラットの精子形成の老化による影響を調べた。SD(Sprague-Dawley)系統では24ヶ月齢でも精子形成の変化が乏しかったため、精巣老化が比較的早く進行するとされているBN(Brown Norway)系統について、8週齢と24ヶ月齢の精巣を比較した。24ヶ月齢のBNラット精巣では半分以上の個体で精巣重量や精子形成の低下が認められ、精子形成の老化モデル動物としてBNラットが適していることが分かった。さらに24ヶ月齢のBNラット精巣について免疫染色を行ったところ精細管内における未分化型精原細胞マーカーPLZF,GFRA1の発現細胞の割合は亢進していることが分かった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。精巣における精子幹細胞の数は少ないが、自己複製分裂によりオス個体のほぼ一生に渡って精子を作り続けることができる。これまでの研究で精子幹細胞は試験管内でほぼ無限に増殖することが示され、in vitroでは精子幹細胞は老化抵抗性が高いことが分かった。しかし一方、in vivoの精巣においては高齢化によって産生される精子数が低下することから、精巣の支持環境に生殖細胞の老化を促進する原因があるのではないかと推察される。そこで本研究では(1)in vivoの精子幹細胞の老化の表現型を明らかし、in vitroの場合と比較する、また(2)若いマウスと高齢のマウスの精巣の遺伝子発現を比較し、老化精巣の支持環境について老化制御因子を探索し、幹細胞への影響を明らかにすることを目的に行った。平成29年度の研究では、高齢のマウスや老化モデルマウス(tert/alfa-klothoノックアウトマウス)を用いて長期培養系の老化の表現型がin vivoでも見られるかを、精子幹細胞の分裂の速度や、精巣内移植によるコロニー形成能や分化能など幹細胞活性の老化による推移を調べた。またin vitroで観察された増殖シグナル伝達経路の変化や代謝の変化などがin vivoでも関与しているかを調べた。また、Kit遺伝子の変異により先天的に内因性精子形成の欠損しているWマウスを用いて、若い個体の精巣と老化個体の精巣を摘出してRNAを抽出し、CAGE(Cap Analysis of Gene Expression)法を用いて遺伝子発現の変化を解析した。(1)老化マウスにおける精子幹細胞の頻度および分裂活性の測定:野生型の老化マウス(24ヶ月齢)の精巣にて免疫組織染色を行い、未分化型精原細胞マーカーであるPLZF,GFRA1,CDH1などの発現細胞の頻度およびMKI67・TUNEL染色との共染色により分裂活性および細胞死の頻度を調べたところ、24ヶ月齢ではコントロール(3ヶ月齢)と差異が見られなかった。しかし老化モデルマウスalfa-klothoノックアウトマウス(7-8週齢)では増殖活性の亢進が見られた。In vivoにおける精子幹細胞の自己複製活性を調べるため、内因性精子形成の欠損しているWマウスへ精巣内移植を行い、移植後2ヶ月にて精巣を摘出しコロニー数を測定し、さらに継代移植を行った。また、alfa-klothoノックアウトマウスからGS細胞を樹立したところ、コントロールの野生型細胞に比べ、ホモ欠損細胞の増殖亢進が認められた。増殖亢進と老化による代謝活性の変化の関わりを調べるため、野生型老化マウスもしくはalfa-klothoノックアウトマウスから、抗EPCAM抗体を用いて純化した未分化型精原細胞についてフラックスアナライザーにてミトコンドリア代謝と解糖系への依存度を調べた。(2)環境側のもたらす老化制御因子の検索:環境側の老化制御因子をスクリーニングするため、内因性精子形成の欠損しているWマウスを用いて調べた。若いマウス(約6-8週齢)と高齢のマウス(生後2年)の精巣を摘出し、CAGE(Cap Analysis of Gene Expression)法にて遺伝子発現を比較した。差異の認められた遺伝子についてノックダウンもしくは強制発現が精子形成に及ぼす効果を調べるため、レンチウイルスにて精巣内に直接遺伝子を導入した。29年度にWマウス(先天的に内因性精子形成が欠損)

精巣のCAGE(Cap Analysis of Gene Expression)法により得られた若い個体と老化個体の遺伝子発現比較のデータと照らし合わせ、共通する遺伝子を精巣の支持環境側の老化関連遺伝子の候補として絞り込んだ。候補遺伝子について、セルトリ細胞にレンチウイルスにて遺伝子操作を行い、精子幹細胞および精子形成におよぼす効果を調べた。また野生型ラットの精子形成の老化による影響を調べた。SD(Sprague-Dawley)系統では24ヶ月齢でも精子形成の変化が乏しかったため、精巣老化が比較的早く進行するとされているBN(Brown Norway)系統について、8週齢と24ヶ月齢の精巣を比較した。24ヶ月齢のBNラット精巣では半分以上の個体で精巣重量や精子形成の低下が認められ、精子形成の老化モデル動物としてBNラットが適していることが分かった。さらに24ヶ月齢のBNラット精巣について免疫染色を行ったところ精細管内における未分化型精原細胞マーカーPLZF,GFRA1の発現細胞の割合は亢進していることが分かった。29年度に引き続き、in vivo精子幹細胞老化の表現型を探索する。(1)alfa-klotho欠損GS細胞を用いて、老化関連遺伝子のスクリーニングを行う。精子幹細胞マーカー(CDH1, EPCAM, alfa6/beta1-integrinなど)や、分化型精原細胞マーカー(c-Kit)の発現をフローサイトメトリーにて調べるとともに、マイクロアレイ解析によりホモ変異GS細胞で発現量が変化する遺伝子群のスクリーニングを行う。またヒストン修飾トリメチル化H3K4およびトリメチル化H3K27のChIP-シークエンスによる老化原因遺伝子の網羅的解析を行う。老化原因遺伝子の候補について、レンチウイルスベクターにて強制発現もしくはsiRNA/shRNAを用いてノックダウンを行い、増殖速度やサイトカインへの反応性・遺伝子発現パターン・代謝・移植による幹細胞活性などを調べ、老化表現型との相関を明らかにする。(2)環境側のもたらす老化制御因子の検索を行う。29年度にCAGE法により得られた環境側老化制御因子候補に関して、セルトリ細胞にレンチウイルスにて遺伝子操作を行うとともに、CRISPRライブラリーを用いてノックアウトし、精子幹細胞および精子形成におよぼす効果を定量的に判定する。(3)ラット精子幹細胞の老化の検討を行う。EGFPを発現するSD系統トランスジェニックラットについて、約20ー24ヶ月齢と3ー4ヶ月齢の精巣細胞をヌードマウス精巣に移植する。2ヶ月後に精巣を摘出し、UV照射によりドナー由来コロニー数を測定する。また、老化ラットの精巣にて免疫組織染色を行い、未分化型精原細胞マーカーPLZF,GFRA1,CDH1の発現細胞の頻度およびMKI67・TUNEL染色との共染色により分裂活性と細胞死の頻度を調べる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ナノCMOS VLSI用時間領域アナログ回路の研究

ナノCMOS VLSIで高性能アナログ回路を実現するための時間領域アナログ回路に関して次の成果を得て,特許出願、論文・学界発表を通じて技術移転を行った。(1)逐次比較近似AD変換器で高速性、低消費電力を実現するために時間領域冗長性を用いるアルゴリズムを開発し、シミュレーションおよびチップ実現・測定によりその有効性の検証を行った。(2)時間デジタイザ回路の2つの新アーキテクチャを考案した。2-1)自己校正機能をもち高線形性を確保でき、デバイスの特性ばらつきを積極的に利用して高分解能を実現する、自己校正を行う確率的時間デジタイザ回路2-2)従来のバーニア構成を改良して、低消費電力で高時間分解能を実現する時間デジタイザ回路(3)高時間分解能・低消費電力デジタルPWM回路の新アーキテクチャを考案し、デジタル制御電源回路への応用を検討した。(4)デジタル制御電源でのEMI低減のために、デジタルPWMとPPM方式の組み合わせによる周波数拡散クロックの新アルゴリズムを考案した.(5)時間領域アナログ回路手法を用いた完全デジタルPLL回路のTVチューナへの応用用を検討し、そこで必要な高速に周波数ロックするための新アルゴリズムを考案した。(6)高速高周波時間波形を低ノイズで取得できるサンプリング方式を考案した。時間領域アナログ回路に関して次の3つの成果を得た。(1)デジタル入力に比例した時間幅の信号を出力するデジタルPWM回路を,従来に比べ高高時間分解能、低消費電力、小チップ面積の方式を開発した。デジタル制御電源およびデジタルPWMを用いるパワーエレクトロニクス回路で幅広く用いることができる方式である。(特許出願,国内学会発表)(2)2つのパルス間の時間を高時間分解能で測定しデジタル値として出力する時間テジタル変換回路の新しい方式を考案した。CMOS ICとして実現した場合,従来法式に比べて高い時間分解能、少量ハードウェア、低消費電力、高線形性を実現できる。有効性を検証するために実際にCMOS ICの回路設計、レイアウト設計を行い,試作した。現在評価、測定中である。(特許出願,国内学会発表)(3)時間領域アナログ回路は,振幅離散、時間連続の回路といえるが,その双対の振幅連続、時間離散の回路であるサンプリング回路に関して,高精度広帯域を実現するための最適な回路パラメータの関係を理論的に導出した。これに基づき,新たなサンプリング方式(ストロープサンプリング方式)を考案した。(論文発表)時間領域アナログ回路め研究で下記の成果を得て学会発表、論文発表を行った。(1)時間領域アナログ回路のキーコンポーネントである時間デジタイザ回路の新構成を考案して集積回路として実現。・測定してその有効性を検証し、国際学会発表を行った。従来校正より小規模回路、低消費電力で高時間分解能が達成できる。(2)時間領域アナログ回路を用いる、ADPLL回路(All Digital PLL)のTVチューナーへの応用を検討し、システムレベルでの設計・シミュレーションを行った。従来のADPLLに比べてTVチューナー用への広帯域応用を可能にした構成であり、学会発表では産業界から多くの関心を得た。(3)時間領域アナログ回路のもう一つnキーコンポーネントであるデジタルPWM発生回路の新構成(高時間分解能を小規模回路で得られる)を考案し、デジタル制御電源への応用を検討して国際学会発表、論文発表を行った。また、線形性を向上させるためのダイナミックパッチング手法を考案・検討した。H21年度の主な研究成果は次の2つである。(1)時間領域信号処理で、時間冗長なアルゴリズムを使用して高性能化を図る方式を考案し、シミュレーションで効果を確認した。また実際に集積回路を設計試作・評価して実験でその効果の一部を確認した。具体的には逐次比較近似AD変換器で、時間冗長なアルゴリズムを用いることを考案し、高速化と低消費電力化を実現する構成を検討しその有効性を確認した。(2)時間領域アナログ回路のキーコンポーネントであるタイムデジタイザ回路の新構成を考案した。CMOSプロセスばらつきを積極的に利用して高時間分解能を達成し、またばらつきの影響による非線形特性を自動的に校正して高い線形性を得る。さらに高信頼性能化のために自己テストの機能をもつ。回路、設計、検証、自己校正、テスト、レイアウト全てにおいてデジタル的に行うことができる、微細CMOSでの実現に適した方式である。

効果をシミュレーションにより確認し、特許出願・学会発表準備中である。これらは、微細CMOSトランジスタで実現するLSI内のアナログ回路の実現に適しており、微細化とともに高性能化が期待できる.
遠隔教育における器楽指導の方法に関する研究

遠隔による器楽指導を行う際、指の細部やモニターからは見にくい手の裏側などは角度を変えて、映像をアップにして説明する必要がある。また、身体の使い方を角度や図形など客観的に分かりやすい指標を用いると効果的である。年齢の低い子供には、指示するよりも「一緒に弾く」という真似る方法を取ると有効であり、遠隔と対面式の指導を織り交ぜると良いと思われる。以上の点に留意すると、指導者の少ない離島地域でも遠隔教育システムを用いた器楽指導が可能になるといえる。離島での遠隔教育システムを用いた器楽指導を行うに先立って、2007年9月11日、長崎大学内の第2コンピュータ室と音楽棟7番教室を学内LANで回線を結び、ヴァイオリンの初級段階の遠隔指導実験を行った。被験者は大学生2名と大学院生1名である。実験は成功し、楽器を持つ段階から『キラキラ星』を全曲演奏するという指導目標も達成された。実験を行った結果得られた課題として、対面指導では問題にならない力加減などが遠隔指導になると分かりづらいので言葉による表現の工夫などが必要になる。また弓を持つ右手の親指など、モニター上で死角になる部分があるので、カメラの角度を変えながら、指導を行う必要があることが明らかとなった。今回は大学内のLANを用いたため、回線状態が非常に良好で、遅延なども全く発生しなかったが、離島では回線の状態が良くないため、今後は回線速度を落とした実験、離島での実践、初級の学生だけでなく、中級の学生を対象とした指導など、場面や条件を変えて実験を行い、遠隔教育による器楽指導のシステムを構築していく。(申請当初、モーションキャプチャを用いる予定であったが、当該機器を貸与される予定であった韓国の研究者の協力が得られなくなった。しかし、モーションキャプチャの画像によって、人体を抽象化させるより、モニターによって指導者と被験者を直接映し出す方が、具体的な指導が可能になる。)本研究は、ネットワークを介した弦楽器の実技指導を行い、遠隔教育における器楽指導の可能性と限界について明らかにることを目的とした。平成19年度は、大学内の2地点を学内LANで結び、大学生を被験者としながら、初歩的なヴァイオリンの指導を行った。その結果、力加減の指導が難しいこと、画像からは見えにくい手の裏側などをアップにして映し出す必要性があるという課題が得られたものの、所要時間は1時間23分で、実験としては成功した。平成20年度は、実際、遠隔地において被験者に子供を選んで、同様の実験を行った。協力を得られたのは、沖縄県の中1女子と小1女子であり、回線の種類は大学側は学内LAN、沖縄側はADSLを用いた。中1はピアノ学習歴が長く、音名の知識もあるため、大学生より早い48分で課題を達成することができた。一方、小1は音楽学習歴もなく、年齢が下がると理解力や集中力も劣るため、同様の課題である「キラキラ星」全12小節のうちの2小節を、1回目は74分2回目は55分かかって達成した。1回目は曲として成立しなかったため、指導法を指示する方法から、指導者を真似て「一緒に弾く」方法に切り替えた。すると2回目は1回目よりも、少し改善され演奏できるようになった。研究の結果、遠隔教育における器楽指導は、映像をアップにしたり、一緒に弾く方法を採用して指導法を工夫することによつで、可能になることが明らかとなった。本研究の意義として、離島においても遠隔による器楽指導の実用化を図ることによって、弦楽器の指導者、演奏者のいない地域においても、指導が可能になり、弦楽器の普及に寄与することができるといえる。
格子ゲージ理論を用いた強結合素粒子模型の数値シミュレーション

大きなフレーバー数を持つSU(3)ゲージ理論(QCD)は、(ウォーキング)テクニカラー模型と呼ばれる素粒子標準模型を超えた物理の一つの有力な候補と考えられている。その模型の非摂動的定式化である格子ゲージ理論を用いた第一原理計算を行い、そのハドロンスペクトラムの計算を行った。8, 12フレーバーQCDのフレーバー一重項スカラーの質量の計算結果から、有限フェルミオン質量領域では、擬スカラー中間子と同程度かそれよりも軽いことが明らかとなった。本研究結果は通常のQCDとは大きく異なるものであり、LHCで発見されたヒッグス粒子が複合スカラー粒子として存在できる可能性がある事を示唆する。本研究計画は、格子ゲージ理論を用いたゲージ理論の第一原理計算に基づく数値計算や、対称性等に基づいた場の理論の有効理論を用いた解析を行い、量子色力学(QCD)以外の強結合理論や共形ゲージ理論の低エネルギーダイナミクスの解明を試み、素粒子標準模型を超えた新たな素粒子像の可能性を探索する事である。特に、格子ゲージ理論を用いた手法では、ゲージ理論の数値計算を行い、基本的な格子模型の相構造の準備研究の後、大きな体積を用いた連続理論にも対応する相構造の研究、擬スカラー粒子、スカラー粒子スペクトラム等の低エネルギー物理量の計算を通して、その模型の非摂動論的性質を理解する事を目指す。平成25年度は、ゲージ理論の相構造に関する研究及び、標準模型を超えた物理の解明において重要な様々なハドロンスペクトラムの測定に関する研究を行った。素粒子の現象論的関心としては、近年LHC実験において質量が125GeV程度のHiggs粒子が発見されたのを踏まえ、その性質の解明や背後に存在する新たな物理法則の発見が重要である。特に、標準模型を超えた物理として強結合ゲージ理論を考える事が出来、そのような強結合理論に存在する複合スカラー粒子は、標準模型におけるHiggs粒子に対応すると考えられるため、その質量測定が極めて重要とある。通常のQCDのように擬スカラー粒子が擬南部-Goldstone粒子として振る舞うような状況では、スカラー粒子の測定は困難であるが、共形相近傍と考えられる大きなフレーバー数を持つQCDでは、比較的良い統計精度で質量スペクトラムのシグナルが得られる事が確認された。また、SU(2)ゲージ理論における相構造の解析では、格子ゲージ理論のモンテカルロ数値計算の結果、強結合領域においてPolyakov loop期待値、Plaquette期待値、カイラル凝縮に不連続性が存在する事を見出した。本研究は、格子ゲージ理論の数値計算法による強結合ゲージダイナミクスの非摂動論的計算と、有効場の理論による解析を行い、素粒子標準模型を超えた物理の研究を行うものである。特に電弱対称性の動的な破れを引き起こすテクニカラー模型の具体的な模型である8および12フレーバーQCDと、8フレーバーSU(2)ゲージ理論における格子シミュレーションを行い、低エネルギー領域での共形対称性の有無や、プラケット期待値、カイラル凝縮、ハドロン質量等のスペクトラムを、それぞれの模型において調べた。特に8フレーバーQCDは、先行研究からカイラル対称性の破れた相でありながら、有限フェルミオン質量領域における近似的共形対称性を持つ興味深い理論である可能性がある。また、本年度の研究により、この模型における有限フェルミオン質量でのフレーバー一重項スカラー粒子の質量が、擬スカラー粒子の質量と同程度である事が明らかとなり、これは近年LHCで発見されたヒッグス粒子の質量125GeVを再現する可能性を持ち、近似的共形対称性を持つテクニカラー模型が標準模型を超えた物理の極めて有力な候補である事が分かった。本研究は、今後LHC実験等により更なる検証が行われる事になり、今後も大きな進展が期待される。また、共形対称性のある相であると思われるSU(2)8フレーバー理論における研究では、カイラル凝縮等の計算による相構造の解析を行い、強結合領域における相転移が存在する事を見出し、その相構造の解明を行っている段階である。本研究の目的は、素粒子標準模型を超えた物理の候補と成り得る強結合ゲージ模型に対し、格子ゲージ理論を用いた第一原理に基づく数値計算を行う事で、未知の強結合物理現象や新粒子の質量スペクトラムの性質を明らかにする事である。現在、欧州原子核研究機構CERNの大型ハドロン衝突型加速器において、125GeVのヒッグス粒子の発見と、750GeV近傍に新粒子と思われる兆候が見出されており、そのような粒子が実在する場合、どのような新物理模型が候補となりうるかを見極める事が極めて重要な研究課題である。本研究では強結合ゲージ模型として、大きなフレーバー数を持つゲージ理論によるテクニカラー模型を考えており、複合スカラー、複合擬スカラー粒子がそれぞれ上記粒子に対応する候補となりうるため、その性質の解明が重要である。特に後者の複合擬スカラー粒子の場合は、フレーバー一重項擬スカラー(η')粒子とも関連するため、極めて興味深い粒子である。本年度は、大きなフレーバー数を持つ量子色力学のη'のスペクトラムの格子ゲージ理論を用いた研究を行い、その結果、通常の量子色力学とは異なり、極めて大きな質量を持つ可能性がある事が判明した。これは、大きなフレーバー数のフェルミオンが持つU(1)軸性量子異常の効果が強められた事に起因すると考えられ、ゲージ理論の量子異常の理解につながる極めて興味深い成果である。

本研究の予備的な研究成果は、Lattice 2015国際研究会やアルゴンヌ国立研究所で開かれたLattice for Beyond the Standard Model Physics 2016研究会において発表した。現在、より統計量を増やした精密な計算を実行しており、学術論文の準備を行っている段階である。また、フレーバー一重項スカラー(σ)粒子も含めた質量スペクトラムの性質をまとめた論文も執筆中であり、近い将来その成果を発表する予定である。大きなフレーバー数を持つSU(3)ゲージ理論(QCD)は、(ウォーキング)テクニカラー模型と呼ばれる素粒子標準模型を超えた物理の一つの有力な候補と考えられている。その模型の非摂動的定式化である格子ゲージ理論を用いた第一原理計算を行い、そのハドロンスペクトラムの計算を行った。8, 12フレーバーQCDのフレーバー一重項スカラーの質量の計算結果から、有限フェルミオン質量領域では、擬スカラー中間子と同程度かそれよりも軽いことが明らかとなった。本研究結果は通常のQCDとは大きく異なるものであり、LHCで発見されたヒッグス粒子が複合スカラー粒子として存在できる可能性がある事を示唆する。テクニカラー模型の具体的な候補である8フレーバーQCDにおける、フレーバー一重項スカラー質量の格子理論計算の研究を行い、極めて興味深い結果を得た。本研究成果をもとに、LHC実験における新粒子探索や、有効模型を用いた解析的研究や強結合ゲージ理論を用いた新たな模型の提案などの、素粒子現象論的研究を進める事が出来る。素粒子論これまで培ってきた様々なゲージ理論の格子数値計算の結果を用いて、これまでに行われたLHC実験結果との比較から模型の検証、今度発見される可能性のある新粒子に対する考察などの素粒子現象論的研究を行う。また、強結合ゲージ理論自身の解明のための理論的研究も同時に進行し、特にSU(2)ゲージ理論における相構造の解明、及びバリオン数生成に寄与する電弱対称性の強い一次相転移現象への応用可能性を議論する。また宇宙論や宇宙観測への応用として、テクニカラー模型における暗黒物質の存在と、その直接検出の可能性を議論し、強結合ゲージ理論の応用を引き続き研究する。格子フェルミオン演算子を用いたスカラー粒子測定に関する数値計算法の進展が成され、本研究に応用する準備が進んでいる段階である。また、本研究の対象であるSU(2)ゲージ理論においても、強結合領域における相転移現象と思われる構造を発見する事が出来た。これを元に相転移近傍の性質の解明を進める事が出来る。また本研究で計画している強結合ゲージ理論におけるハドロンスペクトラムの計算やスケーリング法の数値計算データや解析手法の開発も着実に進展している。昨年度からの繰り越し金額が存在したため、次年度使用額が生じた。これまでの研究で培われた格子フェルミオンにおけるハドロンスペクトラム、特にスカラー粒子測定の計算手法を進展させ、本研究の主要な目標であるSU(2)ゲージ理論への応用を視野にいれ、解析手法の改良に取り組んでいる段階である。また、より精度の高い計算結果が得られるよう、引き続き解析に必要なゲージ配位生成を行い、本研究に応用していく予定である。
転写因子Nkx3.2をターゲットとした変形性関節症（OA）治療法の確立

変形性関節症(OA)患者の軟骨でNkx3.2の遺伝子発現は非変性部より変性部において約1/2と低値であった。滑膜細胞を用いた軟骨再生効率を高めるために、Nkx3.2遺伝子を導入したプラスミドを作成して遺伝子導入し、Nkx3.2の遺伝子発現が約9030000倍に、軟骨分化促進因子Sox9の遺伝子発現が約27倍に、軟骨分化誘導後もSox9の遺伝子発現が約2.8倍に増加していた。また滑膜細胞のバンク化による同種移植の可能性を検討するためOA患者と関節リウマチ患者の滑膜細胞をヌードラットの膝関節軟骨欠損部に移植したところ、良好な軟骨再生能を認めたことより、有効な選択肢となる可能性が示された。人工膝関節置換術の際に採取した軟骨において、軟骨分化促進転写因子Nkx3.2の遺伝子発現が変性部において非変性部より低下していることを確認した(n=10)。また、ヒト・マウスNkx3.2遺伝子を導入したプラスミドを作成し、このプラスミドを用いてヒト・ラット膝関節滑膜細胞に遺伝子導入し、Nkx3.2の遺伝子発現が数十数百倍に増加していることを確認した。変形性膝関節症(OA)患者の手術の際に軟骨組織を変性部・非変性部に分けて採取し、軟骨分化促進転写因子Nkx3.2の遺伝子発現が非変性部より変性部において低下していることを確認した。我々は以前より滑膜の間葉系幹細胞を高密度培養し、アスコルビン酸を添加することで細胞外基質を豊富に産生させ、軟骨再生能を有するTissue Engineering Construct(TEC)を開発し、臨床研究を行っている。この軟骨再生効率を高めるために、マウス・ヒトNkx3.2遺伝子を導入したプラスミドを作成して滑膜細胞に遺伝子導入し、Nkx3.2の遺伝子発現が約9030000倍に、軟骨分化促進転写因子Sox9の遺伝子発現が約27倍に増加していることを確認した。この滑膜細胞を用いてTECを作成し、軟骨への分化能を確認したところNkx3.2遺伝子導入群ではSox9の遺伝子発現がコントロール群の約2.8倍に増加していたが、軟骨ペレットや軟骨基質の有意な増大は認められなかった。そこでTECによる軟骨再生の効率を高める新たな方法として、滑膜間葉系幹細胞のバンク化による同種移植の可能性を検討した。手術で豊富に採取可能なOA患者と関節リウマチ(RA)患者の滑膜間葉系幹細胞より作成したTECをヌードラットの膝関節軟骨欠損部に移植したところ、良好な軟骨再生能を認めた。以上よりOA患者やRA患者由来の同種滑膜間葉系幹細胞は軟骨損傷治療の有効な選択肢となる可能性が示された。目的とした遺伝子導入プラスミドの作成とそれによる滑膜細胞への遺伝子導入に成功している。骨・軟骨代謝/関節リウマチNkx3.2遺伝子を導入したヒト・ラット滑膜細胞を用いた体性間葉系幹細胞(MSCs)由来の三次元化人工組織(Tissue Engineered Construct;以下TEC)の作成を目指す。成功すればそれを用いたラット軟骨欠損モデルへの移植により軟骨再生効果を確認する。学会出張の経費を計上していたが、本年度は他の予算で捻出したため。来年度は大規模な動物実験や、遺伝子発現を上昇させる薬剤の購入に予算を使用する予定。
ハイブリッド化臓器再生因子の腎送達システムの構築と次世代型腎疾患治療薬への応用

本研究では、in vivoファージディスプレイ法により独自に見出した腎特異的認識ペプチドを血中滞溜性に富むアルブミンに付加することで、腎送達効率と血中保持能の向上を両立させた革新的ナノキャリアを構築し、これにアルブミン工学を駆使することでハイブリッド型の腎修復/再生因子を結合させたセルフリーな体内誘導型腎臓修復/再生治療剤の創製に初めて成功した。腎病態モデル動物に対する検討から、本ハイブリッド型DDSは、搭載した腎臓修復/再生治療剤を効率良く腎臓に送達する結果、優れた腎保護効果を発揮した。従って、今回作製した革新的なDDS製剤は先制的な腎再生医療に対する治療戦略としての展開が期待される。慢性腎臓病は、高齢化及び生活習慣病の普遍化に伴い罹患率が急増しているが、根本的な治療法が確立していないアンメットメディカルニーズの一つである。この課題の克服には、腎臓自身が有する内在的な修復/再生能力を誘導する因子を効率良く持続的に供給するための腎ターゲティングシステムの確立が必要不可欠である。本研究は、in vivoファージディスプレイ法により独自に見出した腎特異的認識ペプチドを血中滞溜性に富むアルブミンに付加した組換え型融合体により、腎送達効率と血中保持能の向上を両立させた革新的ナノキャリアを構築するとともに、これにハイブリッド型の腎修復/再生因子を結合させたセルフリーな体内誘導型腎臓修復/再生治療剤を創製し、慢性腎疾患治療に応用することを企図した独創的かつ画期的な試みである。これが実現できれば、多様な腎疾患に対する初の抜本的な治療薬となるため、末期腎不全からの透析導入を減少させる結果、ヘルスケアの向上はもとより、医療経済的な貢献も大いに期待できる。なお本研究では、腎修復/再生因子として、骨形成因子の一つであるBMP7と肝細胞増増殖因子(HGF)誘導能を有するONO-1301を用いる。本年度の到達目標は、1)組換え型腎認識ペプチド-HSA-BMP7融合体の設計と作製、2)1)で作製した融合体の構造・機能特性の評価、3)1)で作製した融合体とONO-1301結合体(腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体)の調製と安定性評価であるが、いずれの項目も順調に進捗している。本研究の最終的な到達目標は、腎移行性と血中滞溜性の時間的な制御を可能とする次世代型腎デリバリーシステムを確立し、損傷・線維化腎の修復/再生治療に応用することであり、今回はその基盤情報の構築を目的としている。本年度の到達目標は、1)組換え型腎認識ペプチド-HSA-BMP7融合体の設計と作製、2)1)で作製した融合体の構造・機能特性の評価、3)1)で作製した融合体とONO-1301結合体(腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体)の調製と安定性評価である。1)に関しては、腎認識ペプチド-HSA-BMP7融合体のpDNA作製、続いて酵母発現系における融合体の産生と各種クロマトグラフィーによる精製法を確立することができた。2)に関しては、融合体の立体構造を、各種スペクトル法(蛍光、円二色性、吸収、赤外)及び免疫学的手法で解析したが、融合化に伴う顕著な構造変化は認められなかった。次に、HSAとの融合化がBMP7の活性に及ぼす影響を、線維芽細胞を用いたin vitro実験系により検討したところ、融合化によりBMP7の生物活性の低下が認められた。ただし、この低下の程度は、既存のアルブミン融合体で認められた変化の範囲であった。3)に関しては、融合体とONO-1301を混合するだけで、簡便に調整することができることを確認した。また、このハイブリット体において、融合体及びONO-1301が安定かつ活性を発揮できることをin vitro実験計画で明らかにすることができた。以上の結果から、本年度計画は順調に進捗していると判断した。本研究は、in vivoファージディスプレイ法により独自に見出した腎特異的認識ペプチドを血中滞溜性に富むアルブミンに付加した組換え型融合体により、腎送達効率と血中保持能の向上を両立させた革新的ナノキャリアを構築するとともに、これにハイブリッド型の腎修復/再生因子を結合させたセルフリーな体内誘導型腎臓修復/再生治療剤の創製と、それを慢性腎疾患治療に応用することを企図した独創的かつ画期的な試みである。初年度は、腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体の作製を試みたが、我々が構築したアルブミン融合技術と酵母を用いた発現系により、収率良く均一性の高い融合タンパク質を得ることができた。本融合体はONO-1301に対してHSAと同等の結合親和性を有していたことから、融合体とONO-1301を混合することで、狙いとする腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体の作製に成功した。

また、本複合体の物理化学的、立体構造的特性を解析するとともに、腎保護/修復因子であるBMP7やHGFの活性を保持していることを明らかにすることができた。本研究の目的は、in vivoファージディスプレイ法により独自に見出した腎特異的認識ペプチドを血中滞溜性に富むアルブミンに付加した組換え型融合体により、腎送達効率と血中保持能の向上を両立させた革新的ナノキャリアを構築するとともに、これにハイブリッド型の腎修復/再生因子を結合させたセルフリーな体内誘導型腎臓修復/再生治療剤の創製とその有用性評価である。昨年度は、まず腎不全病態動物(ラット、マウス)の作製を確立し、これらを用いて初年度作製した腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体の体内動態解析を行い、健常動物の結果と比較検討した。その結果、複合体の血中滞留性はHSAよりも30%程度減少していたが、腎臓への分布は有意に増加していた。ヒトFcRn改変マウスを用いた検討では、野生型マウスに比べて、複合体の血中滞留性が大幅に延長したことから、複合体のHSAがヒトFcRn改変に認識されリサイクリングを受けている可能性が示唆された。これらの結果から、腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体は、当初の目論みどおり血中を滞留しながら腎臓へBMP7とONO-1301を送達していることが推察された。また、最終年度に向けて、腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体の腎不全病態動物に対する治療効果の検証実験にも着手しており、病態作製時での予防投与では、腎障害を抑制する結果が得られている。平成27年度に作製した2種類の腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体の薬理効果を、5/6腎摘による慢性腎臓病(CKD)モデルマウス及び片側尿管結さつ処理(UUO)誘発腎線維化モデルマウスを用いて評価した。その結果、腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体は5/6腎摘CKDマウスの腎機能を有意に改善した。また、UUOマウスにおける腎線維化を顕著に抑制した。なお、本実験条件下では、コントロールとして用いたHSA、BMP7、ONO-1301による病態改善効果は認められなかった。また、HSA-BMP7及びHSA-ONO1301投与群でも病態改善効果は認められたものの、その程度は腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体投与群よりも有意に劣っていた。本検討の場合、腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体投与群では、臓器修復・再生因子であるHGFの発現が上昇しており、HGFを介した病態改善効果が示唆された。このことを確認すべく、腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体投与群をHGFの中和抗体で前処理したところ、病態改善効果が一部抑制された。加えて、上述した検討は、病態作製時からの投与による予防効果であったため、次に、腎機能低下や線維化が出現した後に腎認識ペプチド-HSA-BMP7・ONO-1301複合体の投与を開始して病態改善効果を評価した。その結果、本ハイブリッド薬は病態発症後の後投与であっても腎障害や線維化を有意に抑制することが判明した。以上示したように、今回作製したハイブリッド化臓器再生因子の腎送達システムは、次世代型の腎疾患治療薬としての可能性を大いに秘めていることが明らかとなった。
高位電子励起状態の高精度計算に向けた電子論の開発と光化学分子への応用

研究実績は主に2つにある。(1)密度行列繰り込み群(DMRG)と呼ばれる電子状態理論を基盤として、高位励起状態に対する高精度な理論的記述を可能とする方法論および計算法の開発を行い、高性能プログラムを完成させた。(2)その手法を用いて、領域内研究者と協力して、種々のフォトクロミック化合物(ジアリールエテン誘導体等)の励起状態に対する計算を行った。(1)では、電子励起状態の波動関数を高精度に求める理論のフレームワークとして、多参照理論に基づく電子状態理論DMRG-XMS-CASPT2法を開発した。多参照理論では、波動関数は複数の電子配置の量子的重ね合わせとして記述される。CASPT2法は広く用いられている高精度多参照理論であり、計算効率もよく大きな系への適用が期待される。本研究では、このCASPT2法を複数の励起状態を効率よく数値的安定に求めることが可能な拡張理論XMSーCASPT2法の実装を行い、DMRG波動関数を参照関数とする組み合わせを実現した。(2)本手法を用いて、種々のフォトクロミック化合物(ジアリールエテン誘導体等)の励起状態に対する応用計算を行った。応用計算では、領域内の研究者と共同研究を実施した。A03グループの阿部教授らは近年フェノキシル-イミダゾールラジカル化合物(PIC)およびペンタアリルビイミダゾール(PABI)のフォトクロミック分子の開発報告した。本研究では、PICおよびPABIのフォトクロミック分子の機構に関する理論研究を行った。高速分光により反応機構の解明に関する研究は行われてきたが、フォトクロミックの開環反応の具体的反応機構、電子論的理解は不十分であった。そこで本研究では、阿部グループ(A03)および重田グループ(A01)との共同で、高精度電子状態理論に基づく理論解析を行った。28年度が最終年度であるため、記入しない。1.密度行列繰り込み群と呼ばれる電子状態理論を基盤として、高位励起状態に対する高精度な理論的記述を可能とする方法論および計算法の開発を行い、高性能プログラムを完成させた。2.その手法を用いて、領域内研究者と協力して、種々のフォトクロミック化合物の励起状態に対する計算を行った。1.では、電子励起状態の波動関数を高精度に求める理論のフレームワークとして、多参照理論に基づく電子状態理論DMRG-XMS-CASPT2法を開発した。多CASPT2法は広く用いられている高精度多参照理論であり、計算効率もよく大きな系への適用が期待される。2.本手法を用いて、種々のフォトクロミック化合物の励起状態に対する応用計算を行った。特に、開環反応で現れると考えられるラジカル状態を正しく記述するためには、多参照理論を用いる必要があり、1.で開発されたXMS-CASPT2法の適用が重要な役割を担った。本研究の目的は、高位励起状態に対する高精度な理論的記述を可能とする方法論および計算法を開発し、それを種々のフォトクロミック化合物の反応機構の解明に応用することである。研究実績の概要でも示したように、高精度計算法の開発・実装は高いレベルまで達成された。実際に、領域内研究者の対象とする分子の励起状態ポテンシャルを提示することに成功している。反応機構の解明として、A03班の阿部教授およびA01班の重田教授との共同研究が稼働しており、反応機構の特定する一定の成果を得ている。我々の計算結果は実験事実とも良い一致をしており、実験では特定の難しい機構の詳細を解明している。