hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロセス監視と制御のコンカレント構造を有するメモリベース型制御システムの開発

化学プロセスや石油精製プロセスに代表されるプロセス産業界においては,国際競争の激化の煽りを受けて,生産性の向上,省エネルギー・省力化など,品質向上と生産コストの低減が一層進められている。その一方で,プロセス全体の安全性(安定性)の維持や,コントローラパラメータのチューニングが十分でない箇所を特定することを目的として,制御性能を操業データから評価する研究が,近年盛んに行われている。(1)制御性能を評価し,(2)制御性能が十分に発揮されていなければ,所望の制御性が得られるように制御パラメータを調整するといった一連のプロセスが,突際の現場において必要とされている。このような「評価」と「設計」を統合したアプローチは,現在,産業界における大きなニーズとなっている。そこで本研究では,この問題に着目し,プロセス監視と制御のコンカレント構造を有する制御システムを開発した。具体的には,(1)モデリング性能評価に基づいて,モデルの性能が劣化したときにのみパラメータ同定を行い,この結果に基づいてPIDパラメータを調整する制御方法(パフォーマンス・アダプティブPID制御法)。このとき,PIDパラメータ調整に際しては,定常状態における制御性能(制御誤差の分散と制御入力の分散)を考慮して調整する。(2)一般化最小分散制御規範に基づいた制御性能評価法を確立し,この評価値が予め定めた基準値を下回った際にのみ,PIDパラメータが勾配法の考え方に基づいて調整される方法(パフォーマンス駆動型PID制御法)。(3)非線形システムに対して,データ駆動型モデリング手法と上述の(1)の方法とを融合した制御法(データ駆動型パフォーマンス・アダプティブPID制御法)。を開発し,数値例,実システムへの適用を通して,これらの手法の有効性を検証した。本研究は,以下のような3つの内容に分けて捉えられる。(1)メモリベース型制御系の構築(2)制御性能評価手法の確立(3)上記(1)(2)を融合したコンカレント型制御システム(性能評価駆動型制御システム)の構築まず,(1)については,実用性を念頭におき,制御パラメータの修正の際の修正ゲインの汎用的な設定方法,初期データベースの構築方法について考察した。本方法の有効性については,研究協力者であるオムロン株式会社山田隆章氏の協力を得て,実際の温度制御実験を通して検証済みである。本件の内容は,近く広島大学とオムロンとの共願による特許申請の予定である。次に,(2)については,制御性能評価手法の代表的手法であるHarris Indexについて考察をした。とくにメモリベース型制御系との整合性について検討を行った。この研究については,研究協力者であるアルバータ大学Shah教授を訪ね,同教授とのディスカッション,ならびに知識提供によりスムースに行うことができた。(3)については,3月現在において行っているものであるが,(2)で考察したHarris Indexの評価結果に基づいて,(1)でのメモリベース型制御系における制御パラメータを修正する一つの形を作り上げることができた。この一方で,以下にあげる問題点も明らかとなった。(1)Harris Indexによる評価では,通常の制御性能を評価する際,とくに本研究で取り上げているPID制御の制御性能評価値が極めて小さく,評価値の変動が分かりにくい。別途新しいIndexを考える必要がある。(2)実装を考えるとデータベースに必要となるメモリ容量の大きさが障害となる。これを回避するデータベース構築方法,あるいはデータベースに変わる何らかの方法を考察する必要がある。以上のような問題点に対してさらに検討を進め,平成18年度において,より実用性の高いコンカレント構造を有するメモリベース型制御システムを構築する予定である。制御性能評価と制御系設計法とをコンカレントに融合した新しい制御システムを開発した。平成18年度における具体的な研究成果は,以下の通りである。(1)モデリング制御性能評価に基づいて,システム同定とPID制御器の制御パラメータ(PIDパラメータ)を自己調整する方法について考察立した。(2)一般化

最小分散制御法との関連に基づくPID制御器の設計法を,制御性能評価法との関連から眺め,予め設定した制御性能が実現されるように,可調整パラメータ(制御入力項にかかる重み係数)が自動調整される方法について考察した。(3)上記(1)と(2)を融合する「パフォーマンス・アダプティブPID制御法」を確立した。これにより,制御性能が劣化したときのみシステム同定とPIDパラメータ調整が行われるために,従来法であるセルフチューニングPID制御法に比べて,計算コストを大幅に削減し,十分な信頼性(安全性)が期待できる。とくに,本手法は制御性能評価と制御系の再構築(PIDパラメータの再調整)を融合する,ひとつの形を示しており,「Plan・Do・See・Check」を一連とした有用性の高い制御システムとなっている。(4)上述のパフォーマンス・アダプティブPID制御手法の有用性を,空気圧力制御実験により確認した。とくに,システム変動(タンク内の液位の変化)に対する有用性が,従来法に比べて顕著であった。(5)非線形システムに対するパフォーマンス・アダプティブPID制御手法として,上述の方法とメモリベース型制御系とを融合した制御手法について考察した。(6)現場技術者に研究協力者として参画していただき,本手法の実システムにおける有用性について詳細に検討した。その結果,計算コストの削減等により,実用性を高めることができた。今後は,上述の研究成果に基づいて,実システムに対する実装について,引き続き検討を重ねる予定である。
古代から現代の科学技術の楽しさを体験する学習プログラムづくり

児童生徒から理科嫌い(離れ)減らし、次代を担う中学生に科学(理科)の楽しさや追究していくことのおもしろさを継続的に体験するような学習プログラムの開発を目的として実践研究をした。ものづくり大国日本を支えてきたトヨタなどの企業を定年退職した研究者や技術者の協力を得て、中学校の教科理科や選択理科の時間に現代の科学技術を用いた科学的なものづくりを多く取り入れ、楽しく興味深い科学学習のプログラムを作成した。トヨタ中央研究所のOBを中心とした科学技術支援のNPO法人「テクノプロス」の方、「その道の達人事業」や「エネルギーコミュニケーター」の方、地元の電力会社、地域の農林高校の生徒たちと多様な講師による出前授業を行った。この学びを選択理科通信「サイエンス」にて保護者に、学校便りにて全校の保護者に、地域新聞「安城ホームニュース」にて市内の家庭に、中京テレビにて東海地方の家庭に情報発信をすることもできたこの学習で、科学技術の学ぶことの楽しさ、工夫してものを作ることのすばらしさを生徒が身につけることができた。また、地域の人と共に体験活動やものづくりをする中で、地域の人たちと心のふれあいもできた。学区の公民館で毎年開かれている『公民館まつり』にて、科学の体験コーナーを作った。地域の小学生やお年寄りの方に科学のおもしろさを知ってもらったり、楽しんでもらったりすることができた。
SCID-huを用いたIL-6によるヒト生体内T細胞分化機構の解析

1.SCID-huマウスとIL-6遺伝子導入ヒト癌細胞を用いたヒト・生体内キラーT細胞分化機構の解析:レトロウイルス・ベクターpM5Gneoを用いてIL-6cDNAをヒト肺癌細胞,B腫瘍CESS,T腫瘍に導入した。まずアロの系にあたるヒトPBLをSCIDにi・p投与しSCID-huを作製し,これにIL-6遺伝子導入CESSをi・p投与した。その結果,生体内の胛・リンパ節・腹腔滲出細胞内にCESSに対するアロ抗原特異的なヒト・キラー細胞が誘導された。2.さらに,肺癌患者PBLをi・p投与したSCID-huにIL-6遺伝子導入ヒト肺癌細胞(自己癌)を投与すると肺癌に対するヒト・キラー細胞が誘導された。一方,IL-6遺伝子を導入しない元のヒト癌細胞を投与したSCID-huではキラーTの分化は認められなかった。したがってこの系は今まで不明であった生体内におけるヒト・キラーT細胞の分化を解析する新しいモデルとして有用であることが示された。又,IL-6はヒト生体内キラーT分化に必要であることを示した。3.IL-6transgenic SCID-huの確立と,これを用いたヒト・キラー細胞の分化過程の解析;IL-6cDNAを導入したC57BL/6マウスとSCIDを交配して確立し,これにPBLを投与しIL-6transgenic SCID-huを作製した。これにIL-6遺伝子を導入しないCESSや肺癌細胞を投与すると,通常のSCID-huでは誘導されない著明なキラー細胞が分化しえた。4.さらに,C57BL/6 IL-6transgenicマウスに低免疫原性腫瘍を免疫しても極めて強力な腫瘍特異的CD4^-,8^+,Thy1.2^+キラーT細胞が誘導された。これらの結果よりIL-6はT細胞分化に極めて重要な分子であることが示唆された。
複数ｂ値拡散強調像を用いた単純ＭＲＩによる新しい乳腺病変質的診断法の開発

本研究結果により、乳腺腫瘤性病変において、造影ダイナミックMRIの信号変化率と拡散強調像灌流パラメータとの間に関連がある可能性が示唆され、特に浸潤性乳管癌でその可能性が示唆された。本研究の目的は、乳腺病変において、毛細血管血流を反映しているとされる低いb値を用いたMRI拡散強調像と、造影ダイナミックMRIの解析値の間に相関があるかどうかを明らかにし、非造影MRIでの乳腺病変質的診断能の向上を目指すことである。初年度から継続して、複数b値を用いた拡散強調像とダイナミックMRIの各パラメータの関係についての基礎的検討を行うため臨床症例の蓄積を継続した。MRIは当院に設置されている1.5テスラの装置を用い、また自作のブレストホルダーと既存の4チャンネルコイルを使用。複数b値を用いた拡散強調像とダイナミックMRIを装置と撮像シーケンスを一定にし、臨床症例を蓄積した。症例の蓄積は終了し、当初予定していたADC値の測定に変わり、近年着目されている、水分子拡散と毛細血管灌流に関する情報を合わせて取得できる複数b値拡散強調像解析手法(Intravovel incoherent motion (IVIM))を検討することとした。この手法を用いることで、より具体的な拡散強調像の毛細血管灌流に関するパラメータの算出が可能となり、詳細なダイナミックMRIから得られる造影パターンとの対比が可能となると考えた。手持ちの解析ソフトを用いて拡散強調像IVIM解析を行い、ダイナミックMRIのパラメータとの対比を行ったところ、浸潤性乳管癌において、ダイナミックMRIにおける造影信号変化率とIVIM毛細血管灌流パラメータに一定の相関関係が見られる傾向がわかった。乳腺病変において、ダイナミックMRIの信号変化率(Kinetic pattern)の評価は良悪の鑑別に重要な指標であり、拡散強調像IVIMからその評価ができれば、造影剤非使用で評価できる可能性があり臨床的意義は高い。今後は蓄積したデータをさらに詳細に解析していく予定である。初年度(本年度)では、まず複数b値を用いた拡散強調像とダイナミックMRIの各パラメータの関係についての基礎的検討を行うため、臨床症例の蓄積を行った。MRIは当院に設置されている1.5テスラの装置を用い、また既存のMRI用コイルを使用。複数b値を用いた拡散強調像とダイナミックMRIを含め、装置と撮像シーケンスを新たに一定にし、臨床症例を蓄積した。なお現在も同一のシーケンスで臨床症例蓄積を継続中である。次に得られた拡散強調像のパラメータ解析に最適な方法を模索した。当初予定していたADC値の測定に加えて、近年着目されている、水分子拡散と毛細血管灌流に関する情報を合わせて取得できる複数b値拡散強調像解析手法(Intravovel incoherent motion (IVIM))に着目した。この手法を用いることで、より具体的な拡散強調像の毛細血管灌流に関するパラメータの算出が可能となり、詳細なダイナミックMRIから得られる造影パターンとの対比が可能となると考えられた。試験的に手持ちの解析ソフトを用いて拡散強調像IVIM解析を行い、ダイナミックMRIのパラメータとの対比を行ったところ、ダイナミックMRIにおける後期相造影washout率とIVIM毛細血管灌流パラメータに相関関係が見られた。乳腺病変においては、ダイナミックMRI後期相のwashoutは重要な悪性病変の指標の1つであり特異度が高い。今回の結果より、複数b値を用いた拡散強調像の解析により、乳腺悪性病変の重要な指標の1つであるwashoutを非造影で推定できる可能性が示唆された。本研究の目的は、乳腺病変において、毛細血管血流を反映しているとされる低いb値を用いたMRI拡散強調像と、造影ダイナミックMRIの解析値の間に相関があるかどうかを明らかにし、非造影MRIでの乳腺病変質的診断能の向上を目指すことであった。本研究により、単純MRIで乳腺病変の血流評価(造影剤動態)の評価が可能であるということが示唆できれば、非造影MRIでの乳腺病変の質的評価の新たな手法を模索することができ、臨床的に有用と考えられた。本年度は蓄積した臨床症例のMRI画像データより、引き続き手持ちの解析ソフトを利用し、水分子拡散と毛細血管灌流に関する情報を合わせて取得できる複数b値拡散強調像解析手法(Intravoxel incoherent motion:IVIM)を検討した。またダイナミックMRIの画像データから、造影剤投与後の乳腺病変信号変化率を測定し、拡散強調像IVIM毛細血管灌流に関するパラメータとの関連を検討した。昨年度の検討においては、浸潤性乳管癌において、ダイナミックMRIにおける造影信号変化率と拡散強調像IVIM毛細血管灌流に関するパラメータに相関が認められた。しかし本年度さらに症例を蓄積し解析した結果、相関は認められるものの弱い相関にとどまり、IVIM毛細血管灌流パラメータを用いた拡散強調像による血流解析が、ダイナミックMRIの追加情報となるという結果は得られなかった。弱い相関が認められるに留まった本研究の問題点としては、1IVIM毛細血管灌流に関するパラメータの測定不安定性と低い再現性

2ダイナミックMRIの信号値解析は半定量解析であり、厳密な組織内造影剤動態を反映していない可能性がある、といった点が考えられた。放射線医学MRIデータ蓄積は順調に進捗しているが、新たな拡散強調像解析手法を加えたことにより、データ解析に遅延が生じている。また医師としての通常業務が多忙を極め、本研究に割けるエフォートが著しく低下しているため。概ね順調に進捗しているが、新たな拡散強調像解析手法を加えたことにより、当初の計画よりデータ解析にやや遅延が生じている。データ蓄積は前年度で終了。今年度は蓄積した画像データのより詳細な解析と論文作成を目指す。引き続き臨床症例の蓄積を行いデータ解析を継続する。また次年度は可能であれば病理組織像との対比を行う。医師としての通常業務が多忙となり、研究に割くことのできるエフォートが低下。このため研究の進捗に大幅な遅れが生じた。蓄積したデータ解析に必要な物品の購入、研究成果発表のための出張旅費及び学会参加費、また論文発表のための費用に使用する予定である。今回、初期検討として拡散強調像のIVIMパラメータ解析に手持ちのソフトウェアを使用したが、データ解析の信頼性の担保のためには、汎用されており論文発表の実績があるソフトウェアの導入が必要と考えられる。MRI装置やコイルは既存のもので症例蓄積が可能であったため、次年度には可能であればIVIMパラメータ解析用の汎用ソフトウェア導入に費用を当てたいと考えている。その他引き続き関連学会参加と発表、論文作成における諸費用、他雑費等を中心に研究費を使用する予定である。
新規合成バイオカップリング剤を応用した歯槽骨再生療法の開発

骨の再生療法に使用される補てん材と親和性の高い表面処理剤を新たに開発・合成し,骨芽細胞の接着性,骨形成能力を向上させる目的で研究を行った結果,新規の表面処理剤5種類の合成に成功し,すべての処理剤で細胞の接着性を向上させることができ,細胞の分化誘導も促進することを確認した。これらをもとにマウスを用いた移植実験を行い骨形成能の評価したところ,細胞の増殖は確認できたが,骨を再生するには至らなかった。歯周組織の再建療法は,現在,一部健康保険の適応となり一般的になりつつあるが,臨床適応は限られている。特に,歯周病により歯牙が喪失すると歯槽骨の吸収が著しく,その後の欠損補綴治療も困難となる。一方で,整形外科領域ではスキャホールドを用いた骨再建が一般的におこなわれており,歯槽骨でも同様の技術で再建されることが望まれている。本研究では,スキャホールドに用いられるハイドロキシアパタイトやβ-TCP表面と骨芽細胞の親和性を高める表面処理剤(バイオカップリング剤)を新規に合成し,骨芽細胞の細胞接着性と骨再生誘導能力を検討することを目的とし実験を行った。昨年度までに新規バイオカップリング剤5種(1,3-DAU6M,MI3M,AB6M,DI6M,TI9M)の合成に成功したので,今年度はこれらを用いてin vitroによる細胞接着性の評価とin vivoによる骨形成能の評価を行った。バイオカップリング剤で表面を改質したガラス板を用いて細胞の付着性をルシフェラーゼアッセイにより評価したところ未改質群と比較しすべてのバイオカップリング剤処理群で有意に高い細胞の付着性を確認した。また1,3-DAU6MとAB6Mが特に高い細胞接着性が得られた。さらに,ディッシュ表面をバイオカップリング剤で処理したガラス製細胞培養用ディッシュを用いて,石灰化誘導培地でマウス骨芽細胞を培養し,ノジュール形成を評価したところ,AB6Mは短期間にノジュールが形成され,細胞の分化誘導能を促進した。続いて,表面改質したβ-TCPを用いてマウス骨芽細胞ーβ-TCP複合材料を形成し,この試料を免疫不全マウスの皮下へ移植し,同細胞の骨形成を組織学的に検討したところ,β-TCP内に細胞浸潤は認められるが骨様組織の形成は認められず,線維種様の増殖が観察されたことから,細胞の癌化に伴い骨芽細胞能が失われた可能性が考えられた。本研究では,スキャホールドに用いられるハイドロキシアパタイトやβ-TCP表面と骨芽細胞の親和性を高める表面処理剤(バイオカップリング剤)を新規に合成し,骨芽細胞の細胞接着性と骨再生誘導能力を検討することを目的とした。今年度は,数種類の新規のバイオカップリング剤の合成を試みた。各出発物質から溶媒にテトラヒドロフラン,触媒に塩化白金(IV)酸テトラヒドロフラン溶液を加え,トリメトキシシランを攪拌しながら徐々に加えた。その後,20時間環流し,減圧留去後,減圧蒸留し最終生成物である各種新規バイオカップリング剤が得られた。その結果,1,3-ジアリル尿素から1,3-DAU6Mを,マレイミドからMI3Mを,アロマバルビタールからAB6Mを,イソシアヌル酸ジアリルからDI6Mを,イソシアヌル酸トリアリルからTI9Mをそれぞれ得ることに成功した。得られた生成物の同定は1H-NMR,FT-IRおよびMassの各スペクトルにより行った。以上より,ハイドロキシアパタイト表面を改質し骨芽細胞の細胞接着性が期待できる新規のバイオカップリング剤を合成することができた。今後はin vitroによる細胞接着性の評価とin vivoによる骨形成能の評価を行う。当初の予定では,今年度中に新規バイオカップリング剤の合成と同定を終え,合成されたバイオカップリング剤の基礎的評価を進める予定であった。新規バイオカップリング剤は5種類合成が終わり,現在,継続して基礎的評価を行っている。よって概ね研究計画通りに順調に進展している。現在のところ,研究計画通りに概ね進んでいるので次年度も予定通りに進めて行く。in vivoによる骨形性能の評価は,移植実験を行うため十分に余裕をもって実験を行う予定である。今年度備品購入を予定していた器材が新旧入れ替えのため当初予算額より費用を抑えて購入できたため次年度繰越金が発生した。このため次年度では,概ね計画通りに研究が進行しているので,研究計画されている免疫不全マウスを用いた実験を余裕をもって進めることができる。移植実験用マウスの頭数を増やし,in vivoの試料数を多くすることにより信頼の得られる実験データを出すことを考えている。
大動脈解離のバイオマーカーの探索とその臨床応用

解離性大動脈瘤の低侵襲治療として導入されたステントグラフト治療は、極めて有用な術式であると同時に問題点も指摘されており、大動脈壁の解離した組織状態をより鋭敏に反映する新たなるバイオマーカーの開発が急がれている。本研究は、近年各種疾患において、その生理学的意義が報告されているmicroRNA(miRNA)について、大動脈解離に関連したmiRNAの発現を網羅的に解析し、大動脈解離に対する新たな病態バイオマーカーの開発及びその臨床応用を行うことを目的とした。初年度には、「大動脈解離で特異的に高発現しているmiRNAの機能解析」について、予定以上の症例数を蓄積し、解析を行うことができた。結果、大動脈解離に特異的に発現するmiRNAを同定することに成功した。「target miRNAの大動脈解離に関する基礎的研究」については、ノックアウトマウスの作成が非常に困難であったため、臨床検体での免疫染色像、タンパク解析を用いてmiRNAの相関性を解析する予定であった。「大動脈解離モデルイヌを用いたアンチセンスオリゴヌクレオチド及びmiRNA mimicsの有効性の検討」については、target miRNAを絞り込み、アンチセンスオリゴヌクレオチド及びmiRNA mimicsを作成し、イヌモデルに投与する計画であった。研究計画に少々遅れが生じていたものの、最終年度(平成26年度)には、miRNAの相関性の解析を完了し、またアンチセンスオリゴヌクレオチド及びmiRNA mimicsを作成するための試薬等を準備し、作成されたmiRNAをイヌモデルに投与、検証する予定であった。年度当初に退職が決まったため、研究を完了することが不可能になったが、大動脈解離に関連したmiRNAの機能解析について、今後の臨床応用へつながる一定の成果を挙げることができたと考える。これまでに、急性大動脈解離にて緊急手術を行った10例の解離大動脈組織と術前後の血清、急性大動脈解離にて保存的加療を行った10例の血清、ならびに正常人10例の血清、大動脈疾患を有さない心臓移植症例の大動脈を5例採取、冷凍保存した。また、解離発症からの時期によるmiRNAの相違の検討をするために、慢性期解離大動脈組織を5例採取し、検討に加えた。まず、解離大動脈組織および心移植症例の正常大動脈組織より切片を作成し、組織学的に検討したところ、解離大動脈組織には、正常大動脈に比し炎症細胞の浸潤、線維芽細胞の集積と活性化が見られた。また、慢性期解離大動脈組織は急性期の組織に比し、壁の肥厚を認めており、増生した壁は線維化が高度で細胞密度が低かった。組織よりRNAを抽出し、解離大動脈壁特異的に発現するmicroRNAをMicro RNA arrayを用いて網羅的に探索した。結果、急性期vs慢性期でmiR-10a, 21, 25等、急性期vs正常大動脈でmiR-9, 10b, 18a, 18b等、慢性期vs正常大動脈でmiR-10b, 18a, 21, 31等のmiRNAに2倍以上の相違を認めた。近年、これらmicroRNAの役割が徐々に判明しているため、発現と、組織学的変化、予後などとの相関を検討中である。続いて、血清よりRNAを抽出し、上記検討にて大動脈解離特異的に発現していると考えられたmicroRNAにつき、Real-time PCR法にて血清中での経時的変化、群間の差を定量化した。また、イヌ大動脈解離モデルの作成に取りかかっている。HBD犬雌10匹に対して、全身麻酔下に後腹膜を切開することで、腹部大動脈から下行大動脈を露出し、放射線ガイド下にワイヤー操作を行う手技を行ったところ、全匹生存した。本研究は、大動脈解離におけるmiRNAの役割をin vivo及びin vitroで解明するとともに、臨床応用可能な新たなる大動脈解離病態バイオマーカーの開発を目的とする。これまでに、急性大動脈解離にて緊急手術を行った5例の解離大動脈組織と術前後の血清、急性大動脈解離にて保存的加療を行った9例の血清、ならびに正常人5例の血清、大動脈疾患を有さない心臓移植症例の大動脈を採取、冷凍保存した。同部よりRNAを抽出し、解離大動脈壁特異的に発現するmicroRNAをMicro RNA arrayを用いて網羅的に探索し、正常組織より2倍以上発現していたmicroRNAにつきReal-time PCRにて定量的に検討した。現在、これらmicroRNAの発現と、組織学的変化、予後などとの相関を検討中である。続いて血清よりRNAを抽出し、上記検討にて大動脈解離特異的に発現していると考えられたmicroRNAにつき、Real-time PCR法にて血清中での経時的変化、群間の差を定量化した。現在、正常対照と対比させながら検討中である。これらの結果を本年度に専門学術集会にて発表する予定である。HBD犬雌5匹に対して、全身麻酔下に後腹膜を切開することで、腹部大動脈から下行大動脈を露出し、放射線ガイド下にワイヤー操作を行う手技を行ったところ、全匹生存した。

解離性大動脈瘤の低侵襲治療として導入されたステントグラフト治療は、極めて有用な術式であると同時に問題点も指摘されており、大動脈壁の解離した組織状態をより鋭敏に反映する新たなるバイオマーカーの開発が急がれている。本研究は、近年各種疾患において、その生理学的意義が報告されているmicroRNA(miRNA)について、大動脈解離に関連したmiRNAの発現を網羅的に解析し、大動脈解離に対する新たな病態バイオマーカーの開発及びその臨床応用を行うことを目的とした。初年度には、「大動脈解離で特異的に高発現しているmiRNAの機能解析」について、予定以上の症例数を蓄積し、解析を行うことができた。結果、大動脈解離に特異的に発現するmiRNAを同定することに成功した。「target miRNAの大動脈解離に関する基礎的研究」については、ノックアウトマウスの作成が非常に困難であったため、臨床検体での免疫染色像、タンパク解析を用いてmiRNAの相関性を解析する予定であった。「大動脈解離モデルイヌを用いたアンチセンスオリゴヌクレオチド及びmiRNA mimicsの有効性の検討」については、target miRNAを絞り込み、アンチセンスオリゴヌクレオチド及びmiRNA mimicsを作成し、イヌモデルに投与する計画であった。研究計画に少々遅れが生じていたものの、最終年度(平成26年度)には、miRNAの相関性の解析を完了し、またアンチセンスオリゴヌクレオチド及びmiRNA mimicsを作成するための試薬等を準備し、作成されたmiRNAをイヌモデルに投与、検証する予定であった。年度当初に退職が決まったため、研究を完了することが不可能になったが、大動脈解離に関連したmiRNAの機能解析について、今後の臨床応用へつながる一定の成果を挙げることができたと考える。平成24から25年度にかけて行う予定であった、「大動脈解離で特異的に高発現しているmiRNAの機能解析」については、徐々に症例数を蓄積し、予定通りの解析を行うことが出来ている。結果、大動脈解離特異的に発現するmiRNA候補を同定することに成功した。今後、専門学術集会にて発表し検討を重ねる予定である。平成24年度後半に行う予定であった、「target miRNAの大動脈解離に関する基礎的研究」については、前年度の報告書にも記載した通り、ノックアウトマウスの作成が非常に困難であったため、前年度の報告書で述べた通り、臨床検体の免疫染色像、タンパク解析を用いてmiRNAとの相関性を解析中である。また、microdissection法、digital PCR等は施行したものの、有意な結果は得られなかった。平成25年度に行う予定であった、「大動脈解離モデルイヌを用いたアンチセンスオリゴヌクレオチド及びmiRNA mimicsの有効性の検討」に関してはHBD犬の全身麻酔、大動脈の露出、ワイヤー操作、手術からの回復、大動脈解離の状態の評価に成功しているものの、アンチセンスオリゴヌクレオチドやmiRNA mimicsを使用した検討をどのmiRNAに対して行うかなどに関しては予算の関係上、絞り込む必要があり、今後も検討が必要と考えている。平成24年度前半に行う予定であった、「大動脈解離で特異的に高発現しているmiRNAの機能解析」については、予定していた以上の症例数を蓄積し、予定通りの解析を行うことが出来た。
巨大災害時における看護職員の人事管理システムの構築に向けた基礎的研究

1.傷病者管理システム作成と評価本研究は、東京湾北部を震源地としたM7.3の地震が、冬早朝5時、12時、18時それぞれの時間帯に発生したという、東京都が示した大田区の被害想定をもとにシステムを構築し追加修正した。また、このシステムに対する意見を聴取した。2017年度は、大田区にある5つの災害拠点病院が掌握する地域別の重傷者数を町丁目別に推計し、それらをマップ上に展開して、時系毎に表示するシステムを構築した。2018年度は軽症者数も算出し、大田区で避難所の設置がどの地域にどの程度必要であるのかを検討した。このシステムに対する行政を含む関係者の反応は、避難所の計画的な配置計画に役立つほか、火災や家屋の倒壊などを改善した場合の重傷者数・軽症者数の推計が算出できるため防災計画に役立つという意見が出された。2.看護職員の人事管理体制案の評価看護部および診療部とともに傷病者数に連動する災害時看護職員シフト管理の原案に対する関係者の意見を聴取した。災害時は、傷病者が殺到することから、災害時に応じた組織編成とチーム編成を行い、チームごとのシフト管理で対応することが望ましい。本研究では、災害時の対応能力をを3段階で評価し、それぞれのレベルの看護師を均等に割り振った災害時の看護チームを編成し、チームごとにシフト管理をする方法を検討した。その結果、チーム編成では、すでにあるラダー制度を活用した方がチーム編成がしやすいことがわかり、既存のラダーを活用した編成を考えた。平成28年度の研究計画の概要は、地震などの巨大災害時における傷病者の管理および看護職員の人事管理(勤怠管理・シフト管理)システムの構築に向けた基盤を整備することである。具体的には、災害拠点病院である東邦大学医療センター大森病院がある大田区の被災状況と災害時に来院する傷病者数と看護必要度の予測調査である。大田区(行政)によれば、大田区の京浜急行線から東側にかけての海岸による低地及び南側の区境を流れる多摩川の谷間の河川低地は地盤が悪く、地震による影響を強く受け、液状化現象の恐れもある地域が広がっている。また、東北大震災のような津波が発生すれば、海水が河川を遡上し、堤防の低い地域は河川が氾濫する恐れがあることも分かった。人口約69万人が住む大田区の被害想定は、最悪の場合で1228人が死亡、12184人が負傷し、48835棟が全壊・焼失するとされ、避難所避難者数は260,174人にのぼることが分かった。災害拠点病院である大森病院には重傷者が運ばれてくることが予想されるが、収容人数には限りがあるため、入院中の患者の移動・移送が必要となる。また、広範囲で患者情報を共有し、トリアージによって適切な病院への負傷者の搬送も必要になることが予測された。超急性期から亜急性期(1ヶ月)の看護職員は、自らも被災しながら、許容範囲を超えた慣れない業務に追われることが予想できた。このような状況を踏まえ、傷病者の管理ではトリアージと患者情報の共有が重要なポイントとなり、看護師の人事管理の成否が病院機能の維持に大きな影響を及ぼすことが明らかになった。研究協力者である東邦大学医療センター大森病院の吉原副院長は、広範囲の医療施設で災害時の患者情報を共有する仕組みを開発中である。次年度は患者情報の共有化を進めるとともに受け入れる患者情報と連動する看護師の人事管理システムの試作を検討する。平成28年度は大田区の被災状況や傷病者の実情をつかむことができ、被災時の病院が置かれるであろう状況を捉えることができた。東邦大学医療センター大森病院でも、被災時の対応として、入院中の患者の移動・移送を想定した対応を考えていることも把握できた。さらに、大田区全体で医療救護の対応が考えられつつあり、行政・医師会・薬剤師会・消防など複数の職種が連携して準備している状況も捉えることができた。患者の情報管理(電子カルテに相当するもの)の開発については、専門的な知識・技術だけでなく、資金・時間などコストがかかることが分かった一方で、災害時の患者情報管理システムの開発はすでに進められており、独自に開発するよりは、そうした開発組織と連携しながら進めていくほうが、効率的・経済的であると考えられた。しかし、そうした研究開発組織との連携するにあたり仲介者がいないことや大学の業務が多忙であることから、やや計画が遅れている。また、患者の情報をもとに看護必要度を算出し、看護師の人事管理に連動させる手がかりをつかみたかったが、それも遅れている。本研究の目的は、地震などの巨大災害時における看護職員の人事管理システムの構築に向けた基盤を整備することである。1.傷病者管理システム作成に向けた調査とデータベースの作成本研究は、東京湾北部を震源地としたM7.3の地震が、冬早朝5時、12時、18時それぞれの時間帯に発生したという、東京都が示した大田区の被害想定をもとに、町丁目別の危険度、人口、重傷者数を推計し、データデータベースを作成した。続いて大田区にある5つの災害拠点病院が掌握する地域別の傷病者数の算出し、それらをマップ上に展開して、時系列に変化する傷病者を視覚的にもイメージしやすいシステムを構築した。2.看護職員の人事管理システムの検討看護部および診療部とともに傷病者数に連動する災害時看護職員シフト管理の原案を作成した。

災害時は、傷病者が殺到することから、災害時に応じた組織編成とチーム編成を行い、チームごとのシフト管理で対応することが望ましいことが専門家からのアドバイスでわかった。このことを踏まえて、本研究では、災害時の対応能力をを3段階で評価し、それぞれのレベルの看護師を均等に割り振った災害時の看護チームを編成し、チームごとにシフト管理をする方法を思検討した。また、発災直後から6時間までは重傷者の来院数は少ないことが予測されるため、発災から6時間は6時間勤務、重傷者の来院数が増える6時間から27時間までは、3時間交代勤務としてシフト管理する方法を考えた。参集可能な看護師は654名(68%)であることから、この看護師を先ほどのチームを編成し対応する案を検討中である。当初の予定では、研究フィールドの病院のみの傷病者管理システムであったが、東京都が発表した被害想定を元に、大田区の5つの災害拠点病院が掌握する地域の傷病者管理システムの構築に範囲を拡大することができた。しかも、そのシステムは傷病者の推移を地図上に展開するものであるため、利用する病院関係者もイメージしやすくなり、使いやすいのではないか考える。また、災害時における看護師のシフト管理は、フェーズごとにある程度、来院する重傷者がわかったことで、対応策が立てやすくなった。さらに、チームごとにシフト管理する方法に変えたことにより、より使いやすいシステムになったと考えたからである。1.傷病者管理システム作成と評価本研究は、東京湾北部を震源地としたM7.3の地震が、冬早朝5時、12時、18時それぞれの時間帯に発生したという、東京都が示した大田区の被害想定をもとにシステムを構築し追加修正した。また、このシステムに対する意見を聴取した。2017年度は、大田区にある5つの災害拠点病院が掌握する地域別の重傷者数を町丁目別に推計し、それらをマップ上に展開して、時系毎に表示するシステムを構築した。2018年度は軽症者数も算出し、大田区で避難所の設置がどの地域にどの程度必要であるのかを検討した。このシステムに対する行政を含む関係者の反応は、避難所の計画的な配置計画に役立つほか、火災や家屋の倒壊などを改善した場合の重傷者数・軽症者数の推計が算出できるため防災計画に役立つという意見が出された。2.看護職員の人事管理体制案の評価看護部および診療部とともに傷病者数に連動する災害時看護職員シフト管理の原案に対する関係者の意見を聴取した。災害時は、傷病者が殺到することから、災害時に応じた組織編成とチーム編成を行い、チームごとのシフト管理で対応することが望ましい。本研究では、災害時の対応能力をを3段階で評価し、それぞれのレベルの看護師を均等に割り振った災害時の看護チームを編成し、チームごとにシフト管理をする方法を検討した。その結果、チーム編成では、すでにあるラダー制度を活用した方がチーム編成がしやすいことがわかり、既存のラダーを活用した編成を考えた。平成29年度は、災害時傷病者管理システムの検討をさらに進める。研究協力者から研究開発組織を紹介してもらうと同時に、自らも東北大学などの研究機関との連携を図り、災害時の患者情報管理システムを作成し、リアルタイムで傷病者の全体像が災害対策本部で把握できるようにする。災害時の傷病者の看護必要度を算出し、災害時看護職員勤怠管理システムに生かす研究を進める。勤怠管理では、すでに稼働しているシステムがあり、これが災害時でも利用可能把握する。
光電子放出顕微鏡によるアルミナ表面電子放出領域の観測

真空中で高電圧を扱う機器で絶縁物として広く使用されているアルミナについて,機器の小型・高性能化を図る上で障害となっている沿面放電を誘発する原因となっている電子放出現象を,光電子放出顕微鏡により観測した.アルミナ試料に真空紫外光を照射し,光電効果により放出される光電子を静電レンズ系により集束し,電子放出点を拡大して観測した.照射真空紫外光の最大エネルギーは11eVであり,その光路にはフィルタが設けられ,照射エネルギーが選択できるようになっている.得られた光電子放出像から,アルミナ表面上の電子放出点は,真空紫外光照射領域の全面にわたって存在しているのではなく,数μm以下の局在した複数の領域(点)であることが明らかにされた.また,これらの電子放出点は,電子放出・放出停止・電子放出を繰り返し,連続的に電子を放出しているのではないことも明らかにされた.これらの電子放出特性は,光照射領域すべてにわたり連続的に電子を放出する金属の場合の光電子放出特性とは明らかに異なっているものである.さらに,照射光のエネルギーを,フィルタを用いて9eV(アルミナのバンドギャップ)以下とした場合でも,光電子放出が確認された.このことから,バンドギャップ内に,結晶格子欠陥等の不完全性による電子のトラップ準位が形成されていることも確認された.今後,このような金属からの光電子放出とは異なる絶縁物からの電子放出特性の原因を,絶縁物の帯電,及び局在している点の物性(存在する原子h,エネルギー状態等)から,明らかにすることが課題として明確化された.真空中で高電圧を扱う機器で絶縁物として広く使用されているアルミナについて,機器の小型・高性能化を図る上で障害となっている沿面放電を誘発する原因となっている電子放出現象を,光電子放出顕微鏡により観測した.アルミナ試料に真空紫外光を照射し,光電効果により放出される光電子を静電レンズ系により集束し,電子放出点を拡大して観測した.照射真空紫外光の最大エネルギーは11eVであり,その光路にはフィルタが設けられ,照射エネルギーが選択できるようになっている.得られた光電子放出像から,アルミナ表面上の電子放出点は,真空紫外光照射領域の全面にわたって存在しているのではなく,数μm以下の局在した複数の領域(点)であることが明らかにされた.また,これらの電子放出点は,電子放出・放出停止・電子放出を繰り返し,連続的に電子を放出しているのではないことも明らかにされた.これらの電子放出特性は,光照射領域すべてにわたり連続的に電子を放出する金属の場合の光電子放出特性とは明らかに異なっているものである.さらに,照射光のエネルギーを,フィルタを用いて9eV(アルミナのバンドギャップ)以下とした場合でも,光電子放出が確認された.このことから,バンドギャップ内に,結晶格子欠陥等の不完全性による電子のトラップ準位が形成されていることも確認された.今後,このような金属からの光電子放出とは異なる絶縁物からの電子放出特性の原因を,絶縁物の帯電,及び局在している点の物性(存在する原子h,エネルギー状態等)から,明らかにすることが課題として明確化された.導体を保持,固定するには絶縁体(誘電体)が必要であるが,その表面に沿って生ずる放電は,同一距離のギャップよりも低い電圧で発生するため,機器の小型化・高信頼化の障害となっている.この沿面放電を誘発する電子放出現象をミクロな立場から研究する第一歩として,アルミナ表面における電子放出領域を明らかにすることを目的として本研究が開始された.本年度は,重水素ランプを用いた真空紫外光源を用意し,平成9年度の科研費で整備された放出型電子顕微鏡と組み合わせることにより,光電子放出像が得られることを目標に実験を行った.その結果,アルミナに重水素ランプからの真空紫外光を照射すると,光電子放出が励起され,放出型電子顕微鏡により像を得ることができるようになった.その電子放出の様相から,誘電体からの電子放出は,紫外線照射の間連続的に生じているのではなく,電子放出点が一瞬生じたかと思うとその点での電子放出が消滅し,次に別の点で電子放出が生ずることが判明した.このことは,電子放出によりその点が帯電する結果,そこでの電子放出が停止し,新たな点で電子放出が起こることを表している.従って,誘電体からの電子放出の様相は,金属からのものとは異なるものであることが明らかに刷ることができた.このような誘電体からの電子放出現象を可視化し,観測することは本装置により可能となった.これらの成果及び結果は,2000年9月に英国,グラスゴーで開催される13th Int.Conf. on Gas Discharges and their Applicationにおいて発表することになっている.来年度は,その電子放出点が,アルミナの結晶粒に存在するものであるか,あるいは結晶粒界に存在するものであるかを明らかにしたいと考えている.真空中で高電圧を扱う機器で絶縁物として広く使用されているアルミナについて,機器の小型・高性能化を図る上で障害となっている沿面放電を誘発する原因となっている電子放出現象を光電子放出顕微鏡により観測した.アルミナ試料に真空紫外光を照射し,光電効果により放出される光電子を静電レンズ系により集束し,電子放出点を拡大して観測した.照射真空紫外光の最大エネルギーは11eVであり,その光路にはフィルタが設けられ,照射エネルギーが選択できるようになっている.

得られた光電子放出像から,アルミナ表面上の電子放出点は,真空紫外光照射領域の全面にわたって存在しているのではなく,数μm以下の局在した複数の領域(点)であることが明らかにされた.また,これらの電子放出点は,電子放出・放出停止・電子放出を繰り返し,連続的に電子を放出しているのではないことも明らかにされた.これらの電子放出特性は,光照射領域すべてにわたり連続的に電子を放出する金属の場合の光電子放出特性とは明らかに異なっているものである.さらに,照射光のエネルギーを,フィルタを用いて9eV(アルミナのバンドギャップ)以下とした場合でも,光電子放出が確認された.このことから,バンドギャップ内に,結晶格子欠陥等の不完全性による電子のトラップ準位が形成されていることも確認された.今後,このような金属からの光電子放出とは異なる絶縁物からの電子放出特性の原因を,絶縁物の帯電,及び局在している点の物性(存在する原子,エネルギー状態等)から,明らかにすることが課題として明確化された.
無機ナノフィルトレーション膜の開発と有機溶媒中の溶質分離への応用

ゾル-ゲル法により逆浸透膜と限外濾過膜の中間の分画分子量を有する無機ナノ濾過膜(分画分子量2001000)を開発し,無機材料の耐溶剤性を生かした有機溶媒中の低・中分子量物質のナノ濾過分離を行うことを研究目的とする。まず,シリカ-ジルコニアコロイドゾルの調整条件の検討を行い,5100nmの範囲で粒径のそろったゾルの調整方法を確立した。多孔質α-アルミナ管(孔径1μm)を支持管とし,種々の粒径のコロイドゾルを段階的にホットコーティングし,乾燥・焼成することで分離機能性を有するセラミック薄膜の製膜を行なった。溶媒として種々の分子サイズのアルコール(メタノール,エタノール,プロパノール,ブタノール)を選定し,種々の細孔径(1, 2, 3, 8, 70nm)のシリカ-ジルコニア膜の溶媒単成分の透過実験を2060°Cの範囲で行った。細孔径70nmの膜の透過流速は,粘度の逆数に対して直線となる粘性流れを示したのに対して,18nmの膜は直線とはならず,粘性流れに従わないことを明らかとした。また,溶媒分子径が大きなほど,細孔径が小さくなるなど,溶媒透過の活性化エネルギーは増加したが,これは細孔との相互作用(分子ふるい性,吸着など)に依存していると考えられる。低・中分子量物質のモデル溶質として,分子量2002000のポリエチレングリコールを用い,メタノール溶媒中での透過実験を行った。細孔径1, 2, 3nmの膜の分画分子量は300, 600, 1000であり,有機溶媒ナノ濾過膜の開発に成功した。また,2nmの膜を用い,エタノールおよびメタノール中での溶質阻止性を検討した結果,大きくは阻止率は変わらないものの,溶媒種に依存していることが示唆された。
小児中枢神経疾患に対するアデノ随伴ウィルスベクターを用いた遺伝子治療の開発

AADC欠損症はドパミン・セロトニン合成に必須の酵素AADCが先天的に欠損し、典型例は乳児期から運動発達が得られない常染色体劣性遺伝性疾患である。当科ではAADC欠損症に対してアデノ随伴ウィルス2型(AAV2)ベクターを定位脳手術により両側被殻へ注入する遺伝子治療を2015年から臨床研究として行っており、2018年度は遺伝子治療によりAADC欠損症患者の運動機能及び認知機能が著しく改善した治療効果について論文報告した(Kojima, et al, Brain 2019)。本研究は現行のAADC欠損症遺伝子治療及び診断をより低侵襲・高効率とする方法の開発、遺伝子治療効果による器質的・機能的な変化の解析、他の遺伝性小児神経疾患に対する遺伝子治療の開発が目的である。2018年度の研究は、1AADC欠損症に対する遺伝子治療臨床研究の実施継続と認知機能の改善を中心とした評価として、治療後2年以上経過した患者のMRI-DTI画像を用い、ドパミン神経投射線維を治療前後で比較した解析で器質的改善について評価した。また、AADC欠損症の早期診断・早期治療を目指した2早期診断スクリーニングシステムの開発として、LC-MS/MSを用いた、乾燥ろ紙血での3-O MD測定系は樹立され、パイロット研究として保護者より同意を得た院内出生新生児のろ紙血を収集し、検査を開始している。3AADC欠損症の新たな治療法の開発、4他の神経疾患: Gaucher病に対する遺伝子治療法開発研究についてもAAVを用いて共同研究者と新たな治療ベクターを作成中である。1AADC欠損症に対する遺伝子治療臨床研究の実施継続と認知機能の改善を中心とした評価:治療後2年以上経過した患者が複数名おり、MRI-DTI画像を用い、ドパミン神経投射線維を治療前後で比較した解析で器質的改善について評価している。また、認知機能評価のために、アイトラッキングを用いた検査を治療前後で試行しており、データ解析中である。2早期診断スクリーニングシステムの開発:LC-MS/MSによる、ろ紙血での3-O MD測定系を用いて、院内出生新生児のろ紙血を収集し検査をするパイロットスタディは開始されており、今後は検体収集・輸送システムについて検討の上、協力施設を募り広く展開する。3AADC欠損症の新たな治療法の開発、4他の神経疾患: Gaucher病に対する遺伝子治療法開発研究についてもAAVを用いて共同研究者と新たな治療ベクターを設計・作成中であり、マウスへの投与に向けて準備を行っている。1AADC欠損症遺伝子治療の評価:解析すべき治療前後のMRI-DTI画像、認知機能評価のためのアイトラッキング検査データはすでに蓄積され、今後もデータが増加するため随時解析を行っていく。2早期診断スクリーニングシステムの開発:現行のパイロット研究をもとに、協力施設募集及び検体収集システムを構築する。3AADC欠損症の新たな治療法の開発:治療用AAV2ベクターは作成済みであるが、AAV9ベクターを作製し、マウスへ静注・髄注し、治療効果の解析・ベクター発現範囲の同定を行い、ベクター投与経路の低侵襲化を目指す。4他の神経疾患: Gaucher病に対する遺伝子治療法開発研究: AAV9にGBA1遺伝子を挿入したベクターをGaucher病モデルマウスに投与し、グルコセレブロシド測定、病理学的解析、行動解析等による治療効果を解析する。

3AADC欠損症の新たな治療法の開発、4他の神経疾患: Gaucher病に対する遺伝子治療法開発研究についてもAAVを用いて共同研究者と新たな治療ベクターを設計・作成中であり、マウスへの投与に向けて準備を行っている。1AADC欠損症遺伝子治療の評価:解析すべき治療前後のMRI-DTI画像、認知機能評価のためのアイトラッキング検査データはすでに蓄積され、今後もデータが増加するため随時解析を行っていく。2早期診断スクリーニングシステムの開発:現行のパイロット研究をもとに、協力施設募集及び検体収集システムを構築する。3AADC欠損症の新たな治療法の開発:治療用AAV2ベクターは作成済みであるが、AAV9ベクターを作製し、マウスへ静注・髄注し、治療効果の解析・ベクター発現範囲の同定を行い、ベクター投与経路の低侵襲化を目指す。4他の神経疾患: Gaucher病に対する遺伝子治療法開発研究: AAV9にGBA1遺伝子を挿入したベクターをGaucher病モデルマウスに投与し、グルコセレブロシド測定、病理学的解析、行動解析等による治療効果を解析する。マウスを用いた実験は次年度以降に計画したため、マウス購入・飼育、組織学的解析試薬等の購入を次年度へ変更したため、次年度使用額が生じた。
GVHDとGVL/Tのケモカインを標的とした差別化

移植片対宿主病(GVHD)に伴う骨髄抑制は、同種造血幹細胞移植(allo-HSCT)後の死因の約30%を占める感染症や出血の原因となりうる。我々は最近、骨髄抑制がドナーCD4 T細胞による造血ニッチとしての骨芽細胞障害に起因することを明らかにした(骨髄GVHD)。骨髄GVHDを誘導するCD4 T細胞の骨髄浸潤に関与するケモカイン受容体が、骨髄GVHDの治療標的になると考え、各種ケモカイン受容体欠損マウスを用いてその同定を試みた。CCR5, CXCR3, CXCR6などのエフェクターT細胞に発現するケモカイン受容体に加え、これまでに白血球の骨髄遊走への関与が報告されているCXCR4の骨髄GVHDへの関与を検討したところ、Cxcr4^<-1->CD4 T細胞の部分的な骨髄浸潤抑制を認めたが、一方で骨髄GVHDの指標としたB細胞の再構築抑制は解除されなかった。これらの結果から、CD4 T細胞の骨髄浸潤は部分的にCXCR4依存的であるが、CXCR4以外のケモカイン受容体も関与していること、またCXCR4の阻害では骨髄GVHDの予防に十分では無いことが明らかとなった。また、骨芽細胞障害機序について、前処置として行うX線照射の影響を検討したところ、X線照射による細胞種非特異的な機序と、CD4 T細胞による骨芽細胞特異的な機序が相乗に働くことで、重度の骨芽細胞障害が誘導されることが明らかになった。また、骨髄GVHDを発症した骨髄における間葉系細胞の構成をコロニーフォーミングアッセイにより解析したところ、骨芽細胞の指標であるCFU-OBのみならず、間葉系幹細胞の指標であるCFU-Fも減少しており、骨芽細胞障害の予防・治療には間葉系幹細胞の障害予防/回復促進が必要であることが示唆された。1.マウスGVHDモデルの確立と免疫学的治療効果判定基準の設定臨床的allo-HSCTのモデルとして、B6マウス由来骨髄細胞を致死量X線照射BDF1マウスに移植し(BMT群)、GVHD誘導の際は同様に調整した骨髄細胞と脾臓T細胞を同時に移植した(GVHD群)。同モデルにおける血球系細胞の動態を解析したところ、GVHD群では移植後早期にドナーT細胞の増殖が認められ、またドナー骨髄幹細胞由来の造血、特にT、B細胞の再構築が抑制されることが明らかになった。この造血抑制はドナーT細胞による骨髄間質細胞の障害に起因する事も示唆されている。これらの結果から、今後ドナーT細胞の増殖、骨髄間質の再構築、T,B細胞の再構築を指標にMSCの治療効果を検討する予定である。2.MSC培養系の樹立GVHDマウスの治療に用いるMSCとして、B6およびBDF1マウスの骨髄および骨付着画分よりMSCを調整した。表面抗原の発現から、これらの細胞が血球系細胞(CD45^+細胞)を含まない不均一な間質系細胞ある事を確認した。現在MSCに含まれる亜集団、培養の再現性、継代に伴う含まれる変化について検討を行っている。GVHDに伴う骨髄抑制は、同種造血幹細胞移植(allo-HSCT)後の死因の約30%を占める感染症や出血といった合併症の原因となる。我々はこれまでにマウスGVHDモデルの解析により、ドナーCD4^+T細胞が、造血ニッチとして働く骨髄骨芽細胞を障害することにより、allo-HSCT後に遷延する造血障害を引き起こし、感染症や出血の原因となる事を見いだした。H21年度はGVHDに伴う骨髄間質系細胞障害の詳細についてさらなる検討を行った。1.移植後の骨芽細胞数の推移を組織学的に解析し、ドナーCD4^+T細胞が骨髄浸潤を始める4日目から7日目にかけて、骨芽細胞が急速に消失することを明らかにした。2.GVHD発症時に、間葉系幹細胞から骨芽細胞への分化過程のどの段階が阻害されるのかを明らかにするため、Real-time RT-PCRにより移植後の骨髄における骨芽細胞の分化マーカー発現を解析した。Runx2,Twistなど、骨芽細胞分化の早期から発現する転写因子が低下しており、GVHD発症時には骨芽細胞分化が早期より阻害されることが明らかになった。3.GVHD発症マウスの骨形成を定量したところ、骨芽細胞が完全に消失する移植後14日目では、骨形成が完全に抑制されることを明らかにした。4.ドナーCD4^+T細胞による骨芽細胞の障害機序について、免疫組織染色および骨髄キメラマウスをレシピエントに用いた移植により検討し、骨芽細胞が発現するMHC class IIは骨芽細胞障害に不要であることを明らかにした。臨床病態を含めたさらなる解析により、骨髄GVHD発症の分子機序に基づく予防法・治療法の開発に繋がると期待される。

CCR5, CXCR3, CXCR6などのエフェクターT細胞に発現するケモカイン受容体に加え、これまでに白血球の骨髄遊走への関与が報告されているCXCR4の骨髄GVHDへの関与を検討したところ、Cxcr4^<-1->CD4 T細胞の部分的な骨髄浸潤抑制を認めたが、一方で骨髄GVHDの指標としたB細胞の再構築抑制は解除されなかった。これらの結果から、CD4 T細胞の骨髄浸潤は部分的にCXCR4依存的であるが、CXCR4以外のケモカイン受容体も関与していること、またCXCR4の阻害では骨髄GVHDの予防に十分では無いことが明らかとなった。また、骨芽細胞障害機序について、前処置として行うX線照射の影響を検討したところ、X線照射による細胞種非特異的な機序と、CD4 T細胞による骨芽細胞特異的な機序が相乗に働くことで、重度の骨芽細胞障害が誘導されることが明らかになった。また、骨髄GVHDを発症した骨髄における間葉系細胞の構成をコロニーフォーミングアッセイにより解析したところ、骨芽細胞の指標であるCFU-OBのみならず、間葉系幹細胞の指標であるCFU-Fも減少しており、骨芽細胞障害の予防・治療には間葉系幹細胞の障害予防/回復促進が必要であることが示唆された。