hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
覆髄剤貼付による壊死層形成の役割－３Ｄ培養によるアラーミンの硬組織誘導の解析－

本研究において、マウス象牙芽細胞にアラーミンの一つであるHMGB-1を直接投与したところ、象牙芽細胞の石灰化は確認されなかった。そこでラットの歯髄細胞を培養し、この培地にHMGB-1を投与してsi培養上清を回収し、この培養上清を象牙芽細胞系統の株細胞の培地に添加したところ、象牙芽細胞の増殖と石灰化がみられた。以上の結果より、歯髄の中にアラーミンに反応して象牙芽細胞の石灰化誘導因子を出す細胞が存在することが示唆された。水酸化カルシウムを歯髄組織に直接貼付すると「デンティンブリッジ」と呼ばれる硬組織が生じるが、その形成のメカニズムは不明な点が多い。一方、近年、組織内においては、壊死細胞から周辺細胞に向けて放出される「アラーミン」が自然免疫誘導や組織修復に関わることが明らかになってきている。本研究はアラーミンが硬組織形成にどのように関わるかを、生体を模した3D培養にて明らかにすることを最終目的としている。本年度は、マウス象牙芽細胞を用いて、アラーミンのひとつであるHMGB-1の投与実験をおこない、象牙芽細胞の石灰化が誘導されるかを調べた。0.0110 μg/mlのHMGB-1で11日間象牙芽細胞を刺激した後、Alizarin Red染色をおこなったが、石灰化は確認されなかった。3D培養については、マウス象牙芽細胞を用いて予備実験をおこない、コラーゲンゲル中にて象牙芽細胞に特徴的な突起様の形態とマーカー遺伝子の発現が確認された。水酸化カルシウムを歯髄組織に直接貼付すると「デンティンブリッジ」と呼ばれる硬組織が生じるが、その形成メカニズムは不明な点が多い。昨年度、マウス象牙芽細胞にアラーミンのひとつであるHMGB1を直接投与したところ石灰化は確認されなかったことから、今年度は象牙芽細胞に分化することが報告されているヒト骨髄由来の間葉系幹細胞にHMGB1を投与し、石灰化の有無を調べた。石灰化は確認できなかったが、HMGB1投与により細胞増殖を示唆する結果が得られた。当初想定していたHMGB1投与による直接的な象牙芽細胞の石灰化や、骨髄由来間葉系幹細胞の石灰化が確認されなかったため。水酸化カルシウムを歯髄組織に直接貼付すると、水酸化カルシウム直下に壊死層が認められ、後に壊死層直下に「デンティンブリッジ」と呼ばれる硬組織が生じるが、その形成メカニズムは不明な点が多い。3D培養については、マウス象牙芽細胞を用いた実験で、コラーゲンゲル中にて象牙芽細胞に特徴的な突起様の形態とマーカー遺伝子の発現を確認した。次にマウス象牙芽細胞にアラーミンの一つであるHMGB-1を直接投与したところ、石灰化は確認されなかったことから、象牙芽細胞に分化することが報告されているヒト骨髄由来の間葉系幹細胞にHMGB-1を投与し、石灰化の有無を調べた。石灰化は確認できなかったが、HMGB-1投与により細胞増殖を示唆する結果が得られた。そこで、歯髄の中にアラーミンに反応して象牙芽細胞の石灰化誘導因子を出す細胞が存在する可能性を考え、ラットの歯髄細胞を初代培養し、この培地にHMGB-1を投与して一定日数をおいた後、培養上清を回収した。この培養上清を象牙芽細胞系統の株細胞の培地に添加したところ、石灰化誘導がみられた。以上の結果より、アラーミンは象牙芽細胞に対して石灰化を直接的に誘導することはできないものの、歯髄の中にアラーミンに反応して象牙芽細胞の石灰化誘導因子を出す細胞が存在する可能性が示唆された。象牙芽細胞を用いた3D培養の手法についてはほぼ確立されたが、当初想定していたHMGB-1による直接的な象牙芽細胞の石灰化が確認されなかったため。3D培養を用いてHMGB1の局所投与実験をおこない、直接的な石灰化誘導以外に何らかの影響を象牙芽細胞や歯髄細胞に与えるかを検討する。歯科保存学当初想定していたHMGB-1以外のアラーミンを用いて、象牙芽細胞において石灰化が誘導されるか確認を行う。また3D培養でHMGB-1の局所投与実験をおこない、直接的な石灰化誘導以外に何らかの影響を象牙芽細胞に与えるか検討する。

その際、象牙芽細胞に対して石灰化誘導の働きが確認されているBMP-2との比較検討も行う。HMGB1で直接的な石灰化誘導が確認されなかったため、当初予定していた動物実験が次年度へ持越しとなったため。HMGB-1で直接的な石灰化誘導が確認されなかったため、当初予定していた動物実験が次年度へ持越しとなったため。HMGB1が象牙芽細胞に対して直接石灰化を誘導できないことから、石灰化には他の細胞の関与が考えられる。そこで動物実験を行い、歯髄の中にHMGB1に反応して石灰化誘導因子を出す細胞が存在することを確かめて、この石灰化誘導因子を同定することとする。HMGB-1以外のアラーミンの投与実験もおこない、石灰化誘導能を有するか確認する。また、HMGB-1についてはRT-PCR等を行い、石灰化以外の作用を有するか検討する。
地域在住高齢者のオーラルフレイルの実態調査と口腔・嚥下・咳嗽機能向上の介入の試み

オーラルフレイル(口腔機能の虚弱)は、高齢者が誤嚥性肺炎を発症するメカニズムに大きく関与する。誤嚥性肺炎の予防のためには、食塊を嚥下できる大きさまで咀嚼し、それを嚥下して食道に送り込み、誤って気管や肺に吸入してしまった場合は咳嗽反射により気道外に排出する機能を維持する必要がある。本研究では、高齢者の肺炎予防に向けて、オーラルフレイルの概念に着目し、咀嚼機能・嚥下機能・咳嗽機能の維持向上に効果的な予防的介入を展開し、評価することを目的としている。1.研究初年度である今年度は、要介護未認定者のオーラルフレイル有症率調査に向けて、対象地区を選定し、その地区の高齢者サロン代表者に研究実施について協力が得られるか打診した。2.調査会場の下見を行い、広さや高齢者が集まりやすい環境であるかの確認を行った。3.咳嗽機能等を測定するための機器を購入し、測定の準備と、測定方法のマニュアル作成に取り掛かった。また、オーラルフレイルに関する質問紙の作成に着手した。4.オーラルフレイルに関する書籍等を購入し、最新の知見を得るよう努めた。要介護未認定者のオーラルフレイル有症率調査を実施する計画としていたが、対象地区の選定に時間を要した。また高齢者向けの質問紙作成にあたって、項目の再検討をする必要性が生じたために、年度内に調査を実施することができなかった。次年度早々にフィールドとの調整を進め、調査を実施する予定である。対象地区が概ね定まったため、オーラルフレイル有症率調査を実施するための研究倫理申請を行い、調査を実施する。オーラルフレイル有症率調査を実施する予定であったが、年度内の調査実施に至らなかったため、データ収集のために必要であった物品費の余剰が生じた。今後、データ収集・入力のための人件費、及び物品費に余剰額を使用する予定である。
チョウの翅の過剰黒色化における低温ショックと蚕休眠ホルモンの役割

初年度においては、キチョウ蛹への低温処理(0-0.5°C)による前翅表の過剰が有効であり、さらに局所的低温処理実験により、低温はホルモン系を介してでは黒色化への影響を調べたところ、翅の過剰黒色化は蛹化直後の蛹への低温処理なく、翅組織に直接的に作用していることが示唆された。今年度は翅の黒色化にメラニン合成のキー酵素である、ドーパ脱炭酸酵素(DDC)が関与しているか、さらにはその酵素発現は低温処理によって変更されか否かを、抗DDC抗体を用いて免疫染色を行なった。その結果、翅の予定黒色化部位の鱗粉細胞において陽性反応がみられ、予定黄色部位の鱗粉細胞は陰性であった。さらに、低温処理により過剰に黒色化する翅では、黄色域においても陽性反応が認められた。このことはキチョウの翅の黒色化にはDDC酵素の発現が関与しており、それはその発現は低温処理により変更されることが明らかとなった。しかし、低温効果によるDDC遺伝子発現の変更の仕組みを解明することが残された課題である。一方、初年度の研究において、予想に反して蚕休眠ホルモンの投与によっては翅の過剰黒色化が起こらないことが確認され、さらに2種の休眠ホルモン抗体によりキチョウの中枢神経系を染色したところ、C末抗体では陽性細胞が検出されたが、N末抗体では陽性細胞は検出されなかった。それゆえ、今年度は休眠ホルモンの免疫染色だけではなく、休眠ホルモン遺伝子自体の発現をキチョウの中枢神経系において調べた。カイコガの蝋では確かに休眠ホルモン遺伝しかし、休眠ホルモン類似のペプチドを生産する細胞群はキチョウでも検出されており、このペプチド機能の解明は今後の課題である。キチョウ類における翅過剰黒色化(翅背面)のしくみを明らかにする目的で、脱皮直後の蛹への、低温(0°C)処理、蚕休眠ホルモン(DH)投与細胞内情報伝達撹乱薬品(タングステン酸ナトリウム)投与の影響を調べた。1.0°Cおよび4-8°Cの低温で2時間処理したところ、0°Cの低温処理が有効であった。2.蛹の左側または右側のみを部分的に2時間低温処理したところ、過剰黒色化は処理側の翅において高い頻度で発現した。3.本研究の申請段階において、蛹への休眠ホルモン投与が翅の過剰黒色化を誘起することを述べた。そこで、低温麻酔ではなく、エーテル麻酔した蛹にDHを投与したところ、意外にも黒色化は生じなかった。4.DH抗体(N末及びC末抗体)により幼虫及び蛹の脳-食道下神経節、および腹部神経節を免疫染色したところ、N末抗体には反応しなかったが、C末抗体には強く反応した。反応細胞はカイコガのDH産生細胞の部位に対応していた。しかし、低温処理により免疫染色強度に差はなかった。5.一方、タングステン酸ナトリウムは翅腹面の黒色パターンに影響したが、その発現パターンは低温処理の場合とは異なっていた。6.低温ショックはまた、翅サイズ(特に、後翅サイズ)の顕著な減少を引き起こした。7.これらの結果は、(1)低温ショックは最初の予想とは異なり、DHを介さずに直接翅の色素発現に影響していること、(2)それは薬品による黒色化とは異なるシステムによることを示唆する。8.翅のメラニン色素形成の過程やドーパ脱炭素酵素遺伝子の発現解析は現在進行中、または今後予定している。さらに、翅サイズ減少のしくみの解析も今後行ってゆきたい。
アレルギー抑制性受容体アラジン－１のリガンド同定とその機能解明

Allergin-1は免疫グロブリンスーパーファミリーに属する膜型受容体で肥満細胞に強く発現しており、IgE受容体のシグナルを抑制し、in vivoではIgE依存性全身性アナフィラキシーを抑制するアレルギー抑制分子である。Allergin-1のリガンドを同定するため、Allergin-1の細胞外領域とヒトIgG1Fc領域を融合したキメラタンパク質(Allergin-1Fc)をプローブとして用いてAllergin-1が結合する分子を解析したところ、イノシトールリン脂質がヒトおよびマウスAllergin-1Fcに結合し、試験管内の機能解析で肥満細胞からの脱顆粒反応を抑制することを明らかにした。I型アレルギーはアレルゲン特異的IgE抗体と高親和性IgE受容体(FcεRI)を介したシグナルが発症の要因となるため、このシグナル経路はアレルギー疾患の治療戦略の標的となる。Allergin-1は免疫グロブリンスーパーファミリーに属する膜型受容体で細胞内領域に有するITIM配列を介してFcεRIシグナルを抑制する。申請者はAllergin-1の生理的役割を明らかにするため、Allergin-1リガンドの同定を試みた結果、分子XがAllergin-1と結合することを見出した。さらに、この分子Xで骨髄由来培養肥満細胞を刺激すると、IgE依存性の脱顆粒反応を抑制することを見出した。このことから、分子XがAllergin-1リガンドであると結論づけた。本申請課題においては本年度は、Allergin-1リガンドの生理的役割を明らかにするため、Allergin-1リガンドの発現局在の解析を行った。その結果、Allergin-1リガンドは肥満細胞に発現し、さらに肥満細胞から放出されるエクソソーム上に発現することを明らかにした。平成27年度では生理的条件下におけるAllergin-1リガンドの発現局在の解析を計画していた。計画1では、肥満細胞および組織におけるAllergin-1の発現局在の解析を計画しており、肥満細胞でAllergin-1リガンドが発現していることを明らかにした。組織における局在についてはポジティブデータが得られていないため、これは平成28年度に引き続き解析を行う。さらに、計画2では、エクソソームにおけるAllergin-1リガンドの発現解析を計画しており、予想通りにエクソソーム上でAllergin-1リガンドを発現を明らかにした。以上より、概ね順調に進展していると評価した。I型アレルギーはアレルゲン特異的IgE抗体と高親和性IgE受容体を介したシグナルが発症の原因となる為、このシグナル経路はアレルギー疾患の治療戦略の標的となる。Allergin-1は免疫グロブリンスーパーファミリーに属する膜型受容体で肥満細胞に強く発現しており、細胞内領域には抑制性シグナルを伝達するITIM配列を有する。Allergin-1はIgE受容体のシグナルを抑制し、in vivoではIgE依存性全身性アナフィラキシーを抑制するアレルギー抑制分子である。Allergin-1の生理的機能を明らかにする為、本研究課題ではAllergin-1リガンドの同定を試みた。Allergin-1の細胞外領域とヒトIgG1Fc領域を融合したキメラタンパク質(Allergin-1Fc)をプローブとして用いてAllergin-1が結合する分子を解析したところ、イノシトールリン脂質のPtdIns(3)P (PI3P)がヒトおよびマウスAllergin-1Fcに結合することを見出した。PI3Pをリポソーム化して骨髄細胞由来培養肥満細胞(BMMC)を刺激するとIgE刺激による脱顆粒反応が抑制され、さらに、PI3Pリポソームを局所性アナフィラキシーモデルに投与するとIgE抗体に感作された耳介の血管透過性が抑制されることを見出した。PI3Pが生理的にもAllergin-1リガンドとして機能するのか明らかにする為、PI3Pの発現局在を解析したが、仮説として提唱した、エクソソームや肥満細胞または耳介組織における発現は確認できなかった。また、PI3P結合能をもつFYVEまたはPXドメインを有するバイオセンサーであるPEPP1またはp40Phox蛋白がAllergin-1とPI3Pの結合を阻害しなかったことから、in vivoにおけるPI3PとAllergin-1の会合を証明するに至らなかった。さらに、PI3Pリポソームの治療効果について慢性アレルギー疾患である喘息モデルに投与して検証したが、陰性コントロールとして用いたフォスファチジルコリン(PC)リポソーム自体が喘息の治療効果を示してしまい、有意な治療効果を認めなかった。平成28年度ではアレルギー疾患モデルにおけるAllergin-1リガンドの機能解析を計画している。具体的には、IgE依存性局所アナフィラキシー(Passive Cutaneous Anaphylaxis; PCA)モデルにAllergin-1リガンドを外来的に投与することでアナフィラキシー症状が抑えることができるのか明らかにする。29年度が最終年度であるため、記入しない。免疫学29年度が最終年度であるため、記入しない。
聴覚障害者のプログラミングにおける抽象概念の習得方法に関する研究

プログラミング言語Cの初学者である聴覚障害学生に対して、計算機命令の逐次実行、条件分岐、(while文による)繰り返しなどの基本制御構造の理解状況を把握するためのテスト方法を考案し、筑波技術短期大学の学生(聴覚障害者)および一般の短大生(健聴者)を被験者としてテストを実施した。その結果、聴覚障害学生は、プログラミング言語そのものについての理解が不十分であるだけでなく、題材をモデル化する能力が欠如していることがわかった。さらに、学習過程で提示された構文パターンをそのまま記憶する傾向が強く、制御構造そのものについての理解が必ずしも深まっていないことが確認された。以上のように、聴覚障害者がプログラミングのための抽象概念を習得する際のメンタルモデルに関する知見の一端が得られた。これにより、聴覚障害者へのプログラミング教育におけるより適切・効率的な学習方法を開発することが可能になると期待される。さらに、聴覚障害者特有の思考方法の一端が明らかになり、高度の抽象概念の習得が必要な数学などの他の高等教育についてもより良い学習方法を提案できることが見込まれよう。また、実験に用いられるプログラミング言語Hyperlogoに関しては、以下のような再構築を行った。まず、関数型言語の最新の研究成果を参考に構文を再設計し、これによりアルゴリズム記述性、プログラムの可読性が高まった。新しい構文に合わせて表示的意味論に基づくHyperlogoの数学的計算モデルを新たに考察し得た。厳密な計算モデルを持つことで、Hyperlogoプログラムの正当性の検証やプログラム変換による実行時最適化の実現が期待される。こうして改良されたHyperlogo言語は、数学的意味論に裏打ちされた高階性を持ち、プログラミングの抽象概念の学習に十分に適用可能な構文の豊かさ・実行速度を持った学習用プログラミング言語となり得た。聴覚障害学生がプログラミングに関して学習する際の学習方略についての仮説を構築するために、筑波技術短期大学で行われている聴覚障害者に対するプログラミング言語教育の現場において、教員が与える教材に対する学生の反応を観察した。この結果、聴覚障害学生が学習の際に直面している問題として、条件分岐や繰り返しなどの基本制御構造の記述方法、変数の型の概念などのプログラミング言語そのものについての理解が不十分であるだけでなく、プログラミングのためにモデル化する能力が欠如していることがわかった。一方、学習実験に用いる予定で現在開発中の、関数性を高めた言語Hyperlogoであるが、本研究における実験を行うに当たり,情報を提示しその反応を収集する為に,グラフィカル・インターフェイスの充実を必要としている.この目的の為に,操作性に優れたタートル・グラフィックスを言語内の仕様拡張として実現し,グラフィックス・ウインドウによる情報提示機能を実装した.グラフィックスの実現に当たっては,可能な限りHyperlogo言語自身で機能を記述し(上位レベル),計算機上での具体的な描画レベル(下位レベル)でのプログラムを最少化している.グラフィックス機能の記述レベルとユーザの適用プログラム記述レベルを同じとする事により,必要とする操作の実現を透明化し,かつ容易に改変できる処理構造が得られ,本研究の道具として有用性を増し得た.昨年度に引き続き、聴覚障害学生がプログラミングに関して学習する際の学習方略についての仮説を構築するための先行実験及び基礎的な検討を行った。プログラミング言語Cの初学者である聴覚障害学生に対して、計算機に対する命令の逐次実行、条件分岐、(while文による)繰り返しなどの基本制御構造の理解状況を把握するためのデスト方法を考案し、筑波技術短期大学の学生(聴覚障害者)および一般の短大生(健聴者)を被験者としてテストを実施した。その結果、聴覚障害学生は、学習過程で提示された構文パターンをそのまま記憶する傾向が強く、制御構造そのものについての理解が必ずしも深まっていないことが確認された。本成果については、平成17年4月にCanterbury大学(ニュージーランド)で行われる国際学会Canterbury Conference on Communication Disordersに受理され,発表予定である。

また、学習実験に用いる予定で現在開発中の、関数性を高めたプログラミング言語Hyperlogoであるが,より抽象度の高い記述を自然な形で行うために、メタ記述の能力を追加した。この能力により,機能オブジェクトの生成や,データ的受け渡し,遅延評価,動的作成手続きの実行等,高階性を前提としたアルゴリズム記述能力を向上し得た.更にGUIの機能として,良く知られているタートル・グラフィックスを採用し,上述オブジェクトによる実装を行った.本成果については、平成17年7月にラスベガス(アメリカ)で行われる国際学会HCI2005に受理され,発表予定である。昨年度に引き続き、プログラミング言語Cの初学者である聴覚障害学生に対して、プログラムにおける基本的抽象概念のうち、計算機に対する命令の逐次実行、条件分岐、(while文による)繰り返しなどの基本制御構造の理解状況を把握するためのテストを行ない、基礎データを拡充した。また、他の基本的抽象概念、例えば変数や型、関数によるモジュール性などについてもテスト問題について検討を行い、プログラミングに関する抽象概念習得における聴覚障害者のメンタルモデルに関して基礎的なモデルを構築した。上記基礎データを元に得た知見を、実際の教育現場に効率よくフィードバックするための技法についての検討を行い、その成果を日本教育メディア学会にて発表を行った。実験用言語Hyperlogoに関しては、昨年度までの成果であるメタ記述機能と、機能オブジェクトによるタートルグラフィックス機能の実装を含めた言語構造について、ヒューマンインターフェースに関する国際学会であるHCI2005にて成果発表を行った。また、引き続き処理系のWindows環境上での機能の吟味およびチューニングを行うと同時に、メタ記述能力を利用した、遅延評価や動的作成手続きの実行などの高階性に基づくアルゴリズム記述能力の向上に関する検討を行った。また、Hyperlogoの数理的基礎の一部として、プログラム検証のための論理体系の一つであるCTL^*の相対的完全性についての研究を行い、計算理論に関する国際学会CATS2005でその成果を発表した。最後に、3年間の研究成果を報告書としてまとめた。
環境変化に対する沿岸生態系・物質循環の応答機構の解明

外洋に面した沿岸域のモデルとして瀬戸内海の豊後水道に注目し、環境変化に対する生態系・物質循環の応答機構の解明を目的に研究を行った。そして、次の2つの劇的な環境変化に対する生態系応答機構が明らかとなった。1外洋域中層水が沿岸域底層へ突発的に進入する「底入り潮」現象により、外洋中層から沿岸底層へと大量の栄養塩が供給され、大型ケイ藻が優占する豊かな生態系へと生態系構造が劇的にシフトすることが明らかになった。22012年夏季の歴史的豪雨により、低塩分・低密度水が海洋表層を覆い、急潮と呼ばれる沿岸域の汚濁を洗い流す清浄作用を持つ黒潮系表層水の進入を妨げ、大規模赤潮に繋がった可能性が示唆された。本研究は、外洋域の影響を強く受ける開放的な陸棚域(世界のほとんどの沿岸域が該当)において、様々な環境変化に対する生態系・物質循環の応答機構を明らかにし、その応答予測につなげることを目的とする。具体的には、瀬戸内海を対象海域とし、現実に則した生態系・物質循環を再現可能な数値モデルの開発と現場観測を組み合わせることにより、外洋擾乱(外洋水の突発的進入現象等)・地球温暖化などに起因する気象擾乱(突発的な集中豪雨や長期間の梅雨、勢力が極めて強い台風等)、環境規制などに対する生態系影響評価を行う。この知見は、世界の多くの沿岸域に応用することができ、気候変動や人為的な環境変化に対する沿岸生態系の応答予測につながる。本年度の主な研究実績は以下のとおりである。海底を浮遊生態系から供給された粒状有機物の分解の場として、また、水柱への栄養塩の供給の場としてシンプルにパラメタライズした底層・物質循環モデルを開発し、水柱の浮遊生態系・物質循環モデルと結合させ、沿岸域の生態系・物質循環像の再現を推進した。また、西部瀬戸内海の豊後水道と伊予灘において、晩春から初秋にかけて高頻度・広域の現場観測を実施し、昨年夏季の歴史的な豪雨に伴う沿岸域の海洋低次生態系の応答を捉えることに成功した。その結果、豪雨に伴い大量の河川水が西部瀬戸内海に流入したことにより、低塩分の低密度水が豊後水道の海洋表層を覆い、急潮と呼ばれ沿岸域の汚濁を洗い流す作用を持つ外洋域からの清浄な黒潮系表層水の進入を妨げていた可能性が高い。また、同時に豊予海峡を河口域とみなしたエスチュアリー循環が強化され、底層では外洋域から富栄養な黒潮系亜表層水が底入り潮として進入し、外洋域から沿岸域に栄養塩が大量に供給されていたことが示唆された。これらは、昨年夏季に豊後水道愛媛県沿岸域で発生した史上最悪のカレニア赤潮現象と関連性が高いと思われる。これまでに開発してきた生態系・物質循環モデルを用いて、モデル中の各種生物の振る舞いが様々に変化したときに、生態系・物質循環の動態にどのような影響を及ぼすかについて感度実験を行うことにより調べた。その結果、動物プランクトンの死亡特性が生態系全体に及ぼす影響が大きいことがわかった。特に、カイアシ類などメソ動物プランクトンの死亡速度の変化が、栄養塩濃度・植物プランクトン現存量・動物プランクトン現存量に及ぼす影響が大きいことが明らかとなった。また、これら生態系・物質循環動態への影響力が大きい生理パラメータについて、応用数学的な手法である遺伝的アルゴリズムを用いたパラメータ最適値推定を推進した。具体的には、瀬戸内海を対象海域とし、現実に則した生態系・物質循環を再現可能な数値モデルの開発と現場観測を組み合わせることにより、外洋擾乱(外洋水の突発的進入現象等)・地球温暖化・環境規制などに対する生態系影響評価を行う。

この知見は、世界の多くの沿岸域に応用することができ、気候変動や人為的な環境変化に対する沿岸生態系の応答予測につながる。本年度の主な研究実績は以下の3点である。1.生態系・物質循環モデルの改良・開発これまで開発してきた外洋域から沿岸域にかけての多様な海水中の生態系・物質循環を取り扱う海洋生態系・物質循環モデルの改良を行うと共に、沿岸域の物質循環に大きな影響を及ぼしている「海底の底生生態系」と「底泥の化学的環境」を取り扱う底生生態系・物質循環モデルの開発に着手した。2.豊後水道・伊予灘における現場観測沿岸と外洋の境界領域にまたがる豊後水道において、外洋水の突発的進入現象が生態系・物質循環に及ぼす影響に注目した多項目・広域・高頻度観測を実施した。その結果、従来重要視されていた外洋水が表層から進入する「急潮」現象よりも、外洋水が底層から進入する「底入り潮」現象により外洋域中層から沿岸域底層へと栄養塩が供給され、それらが大潮期の潮汐混合により沿岸域の表層にもたらされ大型ケイ藻が優占する豊かな生態系へと生態系構造が劇的にシフトすることが明らかとなった。3.既報観測データの収集・解析豊後水道・伊予灘の既報観測データについて、愛媛大CMESと愛媛県水研センターに蓄積されている観測データを収集・整理し、最新データを加え生態系構造・栄養塩の時空間分布の解析に着手した。本年度予定していた生態系モデルの開発・結合、モデルによる生態系・物質循環の再現について、それぞれほぼ計画通りに進んでいるため、順調に進展しているといえる。また、当初想定していなかった突発的な大きな環境変化である歴史的な豪雨に伴う海洋生態系・物質循環の応答を現場観測により捉えることに成功した。本年度予定していた生態系モデルの開発、海洋現場観測、既報データの収集について、それぞれほぼ計画通りに進んでいるため、順調に進展しているといえる。研究はおおむね順調に進んでいるため、研究の推進方策を大きく変更する予定はない。特に、今年度に観測された地球温暖化などに伴う突発的な気象擾乱が沿岸域の生態系に与える影響について、生態系・物質循環モデルを用いて詳細なプロセスやメカニズムについて解析を行う。ただし、何点か今年度に積み残したものに関しては、次年度に実施する予定である。具体的には、未分析の植物プランクトンサンプルの分析に関わる費用、生態系モデルシミュレーションの高速化に必要な計算機購入費用などである。具体的には、学内業務と日程が重なったため取りやめた国際学会の外国旅費、東京大学での微量分析のための出張旅費および消耗品費、微小動物プランクトン分析委託費などである。今年度に残した研究費に関しては次年度に使用する予定である。具体的には、国際学会参加のための外国旅費、他機関での微量分析のための出張旅費および消耗品費、微小動物プランクトン分析委託費などに使用する。
パーソナルデータの経済分析：経済価値と制度的対応

本研究では、パーソナルデータの経済的価値について、企業、消費者の両面から分析を試みたが、とくに、消費者側の分析について成果を得ることができた。本研究では、とくに、インターネットの利用におけるパーソナルデータの漏えいに関して消費者が求めるWTPやWTAが、どのような感情・気持ちに影響を受ける可能性があるかについて分析を行った。分析の結果、消費者は同じパーソナルデータの漏えいであっても、例えば検索サービスを利用しているときと、動画サービスを利用しているときでは漏えい時の感情・気持ちが異なるなど、経済価値の認識に影響を与えることがあきらかとなった。当該年度は、研究目的のひとつである「パーソナルデータの提供者である消費者の提供に対する認識の分析」について研究を進めた。当初は、この目的と「企業におけるビッグデータとしてのパーソナルデータの価値の解明」についての研究を並行的に進める計画であった。しかしながら、消費者に関する研究を進める中で、消費者のパーソナルデータの価値に対する認識が、必ずしも合理性に従うものではなく、複雑な状況にあることが明らかになってきた。そこで、はじめにこの点について深く分析することとした。消費者に関する分析の結果、消費者のパーソナルデータの価値に対する認識は、必ずしもパーソナルデータの量と比例しないことが明らかとなった。消費者においてパーソナルデータの価値を決定する要因には、データの量のみならず、そのパーソナルデータがどのような過程で表出するか、また、どのような活用のされ方をするか、といった点も含まれることが示された。当該年度の研究は、パーソナルデータと消費者の関わりが、純粋な経済合理性や、人間の合理的行動だけでは説明できないことを示した。これは、今後のパーソナルデータの利活用に関する政策立案に置いて、きわめて重要な点であると考えられる。次年度以降は、この点にいっそう着目し、その詳細を明らかにすることが必要であると考えている。研究計画の一部に変更が生じたが、変更の結果、当初想定した研究内容よりも深い点について分析が実施できた。このことから、全体的にはおおむね順調に進展していると考えられる。当該年度は、研究目的のひとつである「パーソナルデータの提供者である消費者の提供に対する認識」について研究を進めた。昨年度の研究において、消費者に関する分析を進める中で、消費者のパーソナルデータの価値に対する認識が、必ずしも合理性に従うものではなく、複雑な状況にあることが明らかになってきた。そこで、当初、研究全体の計画時には企業側の研究と消費者側の研究を同等に分析する予定であったが、当該年度以降、より消費者に焦点を当てた分析を進めることとした。当該年度の消費者に関する分析の結果、消費者のパーソナルデータの漏えいに対する補償意思額(価値認識)に関しては、必ずしもパーソナルデータの量と比例しないことが明らかとなった。同時に、漏えい時の消費者自身の認知、感情に影響を受けることがわかった。当該年度の研究は、昨年度の分析をさらに詳細に進めたものであり、結果として、パーソナルデータと消費者の関わりが、価値を有するパーソナルデータの量にもとづく意思決定(純粋な経済合理性にもとづく意思決定)や、人間の合理的行動だけでは説明できないことを一層示すこととなった。この研究結果は、昨今の個人情報保護法の改正、パーソナルデータ利活用に関わる情報銀行、パーソナルデータストア等の制度議論といった政策立案、形成において、きわめて重要な点であると考えられる。次年度は、研究全体の最終年度として、消費者に対する分析を取りまとめ、今後に向けた課題を抽出したい。昨年度以降の分析によって、当初の計画よりも消費者に対する分析について取り組むべき課題が多いことがわかり、計画を修正し、消費者分析に注力することとなった。したがって、当初計画よりも企業を対象とした分析が進まなくなってしまった。企業側の計画に届かない点と消費者側の計画以上の研究の進展を踏まえ、総合的にこのように判断した。当該年度は、昨年度から実施している当該研究の目的のひとつである「パーソナルデータの提供者である消費者の、自身のパーソナルデータの経済価値に対する認識」について研究を進めた。昨年度の研究において、パーソナルデータと消費者の関りが、価値を有するパーソナルデータの量にもとづく意思決定(純粋な経済合理性にもとづく意思決定)や、人間の合理的行動だけでは説明できないことを示した。今年度は、消費者のいかなる要素が価値認識に影響を与えるかについて分析を行い、結果として個人の感情、認知が影響を与えている可能性を示唆した。具体的には、自身のパーソナルデータの漏えい時を想定すると、その時に生じる感情のうち、不安や怒りは漏えいに対する補償額を相対的に増大させ、一方で、自身のインターネット利用の内容等に後ろめたさがあると、求める補償額を相対的に減少させる可能性が示された。また、今年度は、当該研究課題の最終年度であることから、研究全体のとりまとめを行った。当該研究課題はパーソナルデータの経済価値について企業、消費者の両面から分析することであったが、とくに消費者からみた経済価値について、必ずしも経済合理性にもとづかない意思決定が行われる可能性があることが研究全体から示すことができた。

分析の結果、消費者は同じパーソナルデータの漏えいであっても、例えば検索サービスを利用しているときと、動画サービスを利用しているときでは漏えい時の感情・気持ちが異なるなど、経済価値の認識に影響を与えることがあきらかとなった。当該年度の研究により、パーソナルデータの経済価値に関して、消費者の認識は当初の予想よりもはるかに複雑な様相を呈していることが明らかとなった。当初の計画では、消費者と企業の両者を同等に並行的に分析する予定であったが、今後は消費者分析に比重を置くことも検討する。これまで継続的に研究を進める中で、消費者(パーソナルデータを提供する個人)の自身のパーソナルデータに対する価値認識が、個人属性に加え、提供状況、環境、感情、認知等、さまざまな要因の影響を受けることが明らかとなってきた。来年度は最終年度であり、消費者の価値認識に対する特性を可能な限り明らかにするとともに、今後解明すべき課題を明確にしていきたい。情報通信経済学、経済学当該年度は、当初予定よりも研究対象を絞ったため、複数の研究対象に支出予定であった一部が次年度へ繰り越された。当該年度まで、当初計画していたアンケート調査等について、研究計画の修正等の理由から実施できなかった。当該年度の研究成果によって、次年度詳細な分析のための新たな支出が生じる予定であるので、当該年度の繰り越し分をその支出に充当したい。次年度は最終年度であることから、これまでの成果を踏まえたアンケート調査の実施、また成果の国際学会等での積極的な公表を進めるために使用していきたい。
アグロフォレストリーのための統合ボクセルモデルの構築

自然界の各種物理量を三次元で表現するボクセルモデルは,これからの社会基盤データとなりうる.本研究は,高知工科大学が管理運営している山林・農地・古民家を実証フィールドとし,植生・地形・地質・土壌・地中水・気象などに関する物理量を統合ボクセルモデルに入力することで,自然環境の変化を詳細に予測するための基盤を構築する.そのデータ基盤をもとに,山林での土地被覆の改変が,微気象と有用植物栽培の適地性にどのように影響するのか,検討するものである.植生ボクセルモデルは,まずUAVによる空撮画像より,樹冠モデルを生成した.さらに,地上での写真測量により,幹・枝・葉の樹木モデルを生成した.葉と枝との分類は,RGBの値を用いる手法を開発したが,撮影条件によって精度にばらつきが生じたため,RGBをHSVに変換することで分類精度が向上した.しかし,位置精度が不均質であることが分かり,レーザー計測も同時並行して行うことが必要とされた.地中ボクセルモデルは,ボーリング調査を行うとともに,地温探査による地下水脈分布モデルを生成した.地温探査は,水路からの漏水の影響を受けていることも考えられたため,排水処理後の計測も必要とされた.気象ボクセルモデルは,拠点に気象ステーションを設置するとともに,IoTを利用した気象観測機器を購入し,計測実験を行った.林内においては,電源と通信の確保が困難なため,省電力でデータロガー付きの省電力の専用機器の利用が必要とされた.微気象のシミュレーションは,ボクセルモデルをサーフェスモデルに変換して,流体解析を行った.サーフェスモデルに変換する際,1mのボクセルサイズだと,ボクセルの形がそのまま表現されてしまい,微気象に影響を与えることが判明した.今後は変換の際,空間内挿や曲面の当てはめが必要とされた.植生ボクセルモデルは,葉と枝の分類精度と位置精度が,まだ要求精度に達っしていない.分類精度については,撮影条件を絞り込んで撮影し,一精度については,写真測量をレーザー測量に変更することで,達成できると考えている.地中ボクセルモデルは,ボーリング調査も予定通り実施し,地下水脈分布が得られ,順調に進んでいる.今後は精度検証が重要な項目となる.気象ボクセルモデルは,拠点に気象ステーションを設置し,そこでの計測は順調であるが,林内での定常的な計測に至っていない.気象シミュレーションは,1mのボクセルサイズだと,ボクセルモデルをそのまま流体解析に使うことができなかった.そこで,空間内挿により対応する予定である.ボクセルモデルの構築は,現地計測は人手が必要で,データ処理もノイズ除去には人手が必要なので,今年度は大学院生を動員して作業を行う予定である.高知工科大学大学院の授業「社会システム工学論」では,班編成をし,班ごとにテーマを決めて,計測・データ処理・データ解析・考察を行っている.この授業の中でボクセルモデル構築を取り上げ,本研究を推進していく予定である.自然界の各種物理量を三次元で表現するボクセルモデルは,これからの社会基盤データとなりうる.本研究は,高知工科大学が管理運営している山林・農地・古民家を実証フィールドとし,植生・地形・地質・土壌・地中水・気象などに関する物理量を統合ボクセルモデルに入力することで,自然環境の変化を詳細に予測するための基盤を構築する.そのデータ基盤をもとに,山林での土地被覆の改変が,微気象と有用植物栽培の適地性にどのように影響するのか,検討するものである.植生ボクセルモデルは,まずUAVによる空撮画像より,樹冠モデルを生成した.さらに,地上での写真測量により,幹・枝・葉の樹木モデルを生成した.葉と枝との分類は,RGBの値を用いる手法を開発したが,撮影条件によって精度にばらつきが生じたため,RGBをHSVに変換することで分類精度が向上した.しかし,位置精度が不均質であることが分かり,レーザー計測も同時並行して行うことが必要とされた.地中ボクセルモデルは,ボーリング調査を行うとともに,地温探査による地下水脈分布モデルを生成した.地温探査は,水路からの漏水の影響を受けていることも考えられたため,排水処理後の計測も必要とされた.気象ボクセルモデルは,拠点に気象ステーションを設置するとともに,IoTを利用した気象観測機器を購入し,計測実験を行った.林内においては,電源と通信の確保が困難なため,省電力でデータロガー付きの省電力の専用機器の利用が必要とされた.微気象のシミュレーションは,ボクセルモデルをサーフェスモデルに変換して,流体解析を行った.サーフェスモデルに変換する際,1mのボクセルサイズだと,ボクセルの形がそのまま表現されてしまい,微気象に影響を与えることが判明した.今後は変換の際,空間内挿や曲面の当てはめが必要とされた.植生ボクセルモデルは,葉と枝の分類精度と位置精度が,まだ要求精度に達っしていない.分類精度については,撮影条件を絞り込んで撮影し,一精度については,写真測量をレーザー測量に変更することで,達成できると考えている.地中ボクセルモデルは,ボーリング調査も予定通り実施し,地下水脈分布が得られ,順調に進んでいる.今後は精度検証が重要な項目となる.気象ボクセルモデルは,拠点に気象ステーションを設置し,そこでの計測は順調であるが,林内での定常的な計測に至っていない.気象シミュレーションは,1mのボクセルサイズだと,ボクセルモデルをそのまま流体解析に使うことができなかった.そこで,空間内挿により対応する予定である.

ボクセルモデルの構築は,現地計測は人手が必要で,データ処理もノイズ除去には人手が必要なので,今年度は大学院生を動員して作業を行う予定である.高知工科大学大学院の授業「社会システム工学論」では,班編成をし,班ごとにテーマを決めて,計測・データ処理・データ解析・考察を行っている.この授業の中でボクセルモデル構築を取り上げ,本研究を推進していく予定である.
燃料の分子構造が微粒子の生成機構におよぼす影響

本研究は燃料の分子構造ならびに分子量の違いが、その分解、重縮合過程に及ぼす影響を調べ、燃料の分解成分から環状化、多環化の過程を経て固体状の微粒子に至る過程、ならびに生成された微粒子の微細構造を明らかにし、微粒子の低減策を求めることを目的としたものである。パラフィン系の燃料は、加熱すると一旦低沸点成分に分解され、その後、脱水素、重縮合反応等により環状化する。一方、アロマチック系燃料は分解せずに重合、縮合等により多環化が進行し、燃料の分子構造により分解、重縮合過程は異なることが明らかになった。含酸素燃料であるアルコ-ルは、比較的低い温度から分解、重縮合反応が進行し、ベンゼン環を生成するが、加熱温度が高くなると環状成分は多環化せずに減少する傾向を示す。また、燃料を酸素・窒素の混合雰囲気中で熱分解を行なうと、より低い温度から熱分解が開始し、環状成分も比較的低い温度から生成されるが、高温度域になると、その生成量は窒素雰囲気中に比較して抑制されている。また、酸素濃度を高めると、分解開始温度は低くなるが、高温域においては低沸点炭化水素、ならびに芳香族成分の生成量は減少する傾向を示す。これは酸素濃度を増すことにより、燃料成分の一部が酸化され、重縮合過程が抑制されたものと考えられる。反応流動管装置を使用してパラフィン系燃料の分解成分であるC_1C_2の低沸点成分を用いて重縮合過程を調べた結果、微粒子の生成開始温度は、燃料分子の構造、分子量により異なるが、概して、微粒子の生成開始温度の低い燃料ほど生成量も多くなる。また、実際の燃料過程として、ディ-ゼル機関の燃焼室内における微粒子の生成過程を調べた結果、基礎実験とほぼ同様の結果が得られた。このとき生成される微粒子の構造観察から、微粒子生成の核は液滴状の縮合多環芳香族成分であると推測された。燃料の多様化によりいろいろな燃料が止揚されるようになってきたが多様化する燃料の分子構造、ならびに分子量の違いが微粒子の生成機構に及ぼす影響を明らかにするために、各種燃料の分解、重縮合過程を調べた。熱分解装置を用いて熱分解を行う場合、市販の装置では加熱温度が不足なこと、熱分解雰囲気変えられないなどを考慮し、熱分解炉にゴ-ルドイメ-ジ炉を用い、また、熱分解雰囲気を変化させるための流路を試作した。その結果、試料を1300°C程度まで加熱することが可能となった。また、熱分解雰囲気も窒素・酸素の混合雰囲気を任意に設定可能となった。石油計燃料はパラフィン系、フレフィン系、ナフテン系、ならびにアロマチック系の各構造に分類できるが、軽油ならびに各種単体燃料を窒素雰囲気中で熱分解させ、その分解、重縮合過程をガスクロマトグラフを用いて測定を行った。その結果、脂肪族系燃料からの微粒子の生成過程は、一旦、低沸点炭化水素に分解し、脱水素、縮重合反応によって、ベンゼン環が生成される。このベンゼンが直接縮重合して多環化するかあるいはベンゼン環に側鎖が付いてアルキルベンゼンとなりジベンジルスチレン等を介して多環化し微粒子に至ることが明らかになった。また、芳香族系炭化水素からの微粒子の生成過程は、脂肪族系燃料とは異なり、炭素-炭素結合の結合

解離エネルギが脂肪族系の炭素-炭素の単結合に比較して高いため分解しずらく、ベンゼンが直接縮重合して多環化が進行し微粒子に至ると考えられ、脂肪族系燃料と芳香族系の燃料では微粒子の生成経路が異なることが明らかになった。また、芳香族系の燃料は発煙傾向が強いが、これは加熱温度に対する多環化の傾向をみると、ベンゼン環を有する燃料の方が脂肪族系の燃料よりも低い温度から多環化が進行するためと考えられる。前年度試作した高温熱分解装置を用いて加熱時間が燃料の熱分解、縮・重合過程に及ぼす影響について調べた。その結果、アロマチック成分は、あまり加熱時間の影響は見られないが、パラフィン成分は、分解、縮・重合過程は促進されることが明らかになった。また、アルコ-ル系燃料等の含酸素燃料は、微粒子の生成傾向が低いが、この理由を明らかにするために、炭素数ならびに分子構造の異なる各種のアルコ-ル類の窒素雰囲気中における熱分解、縮重合過程を調べた。結果、アルコ-ルを熱分解した場合、第1生成物はアルデヒドであり、比較的低温度から生成される。その後、アルコ-ル、アルデヒド双方から中間オレフィン成分を生成し、これらが比較的低い温度から縮・重合してベンゼン環を生成する。しかし、加熱温度を高くすると、生成された環状成分は多環化せずに減少する傾向を示す。これは燃料中に含まれる酸素によりその一部が酸化されたものと考えられる。また、アルコ-ル系燃料においても、パラフィン系燃料と同様に炭素数が少なくなると中間オレフィンの生成量が少なくなり、縮・重合成分である多環芳香族成分の生成も減少する傾向を示す。また、同一炭素数でも分子構造が異なるとその熱分解過程は大きく異なることが明らかになった。燃料分子から微粒子の前駆物質と考えられる縮合多環芳香族炭化水素に至る過程を明らかにするために、パラフィン系燃料の分解成分であるC_1C_3のガス状燃料を用い、反応流動管で分子構造、ならびに分子量の異なる燃料を加熱し、前駆物質ならびに固体状微粒子に至る過程について調べた結果、低沸点成分は加熱されると脱水素、縮・重合過程を経て環状化、多環化が進行し、PAH成分を生成する。さらに加熱温度が高くなるとPAH成分が減少し、固体状の微粒子が生成されることが電子顕微鏡の観察結果ら明らかになった。前年度は、アルコ-ル系燃料等の含酸素燃料の熱分解過程について調べたが、今年度は、燃料分子中の酸素と雰囲気中の酸素が燃料の熱分解縮・重合渦程に及ぼす影響について検討した。その結果、燃料分子中の酸素と雰囲気中の酸素では熱分解渦程に及ぼす影響は明らかに異なっており、熱分解には分子の結合状態が密接に関連していると考えられる。また、燃料を酸素・窒素の混合雰囲気中で熱分解を行なうと、nーパラフィン系の燃料は、窒素雰囲気中における熱分解過程に比較して、より低い温度から熱分解が開始しており、また、縮・重合成分である芳香族成分も比較的低い温度から生成されているが、高温度域になると生成量は窒素雰囲気中に比較して抑制されている。また、酸素濃度を高めると分解開始温度は低くなるが、高温域においては低沸点炭化水素、ならびに芳香族成分の生成量は減少する傾向を示す。これは酸素濃度を増すことにより、燃料成分の一部が酸化され、縮・重合過程が抑制されたものと考えられる。反応流動管装置を使用してnーパラフィン成分の熱分解成分であるC_1C_3の低沸点成分を用いて縮・重合過程を調べた結果、低沸点炭化水素から固体状微粒子に至る過程としては、加熱温度が高くなると、脱水素、縮・重合反応等により、環状化、多環化が進行し、微粒子の前駆物質としての縮合多環芳香族炭化水素を経て固体状微粒子に至るものと考えられる。また、微粒子の生成開始温度は、燃料分子の構造、分子量により異なるが、概して、微粒子の生成開始温度の低い燃料ほど生成量も多くなる傾向が見られる。
心筋バイオメカニクスにおける活性酸素動態の生理・病態生理連関

高血圧や心臓弁疾患では心筋細胞が常に伸展された状態になっており、それが慢性化すると心不全へと移行する。その変化を引き起こす「悪玉」物質にも実は生理的に必要な機能がある。その理解無しに安易にその物質を抑制する薬を作り出したとしてもその薬剤には副作用が出ることになる。今回の研究では活性酸素といういわゆる「悪玉」物質の伸展に対する生理的に必要な機能と病態における機能との関連の一端が明らかとなり、今後この研究結果が副作用のない心不全予防・治療法開発へと発展していくことが期待される。我々は心筋細胞の急性の伸展刺激(15秒程度)によってミトコンドリアが過分極し、それによって誘発されるNOX活性化によるROS産生、さらにそれによるカルシウムスパークの増加、という一連の流れを明らかにしてきた。本年度はまず急性伸展刺激誘発性のミトコンドリア過分極のメカニズムを詳細に検討した。その結果、FCCPを用いたミトコンドリアの脱共役ではこの反応は抑えられず、電子伝達系複合体IおよびIIIの阻害によって抑制されることが明らかとなった。また亜急性の伸展刺激(5分程度)によって起こる緩やかな張力増加(slow force response: SFR)においてもROSとの関連がこれまで報告されている。本年度はSFRに必要なカルシウム流入経路としてTRPCチャネルが重要な役割を担っているとの仮説を検証するために薬理学的手法およびTRPC3及び6のノックアウトマウスを用いて詳細に検討した結果、TRPCチャネルを介した経路がSFRに大きく関与していることが明らかとなった。前年度までに亜急性の伸展刺激(5分程度)によって起こる緩やかな張力増加(slow force response: SFR)に必要なカルシウム流入経路としてTRPCチャネルが重要な役割を担っていることを薬理学的手法およびTRPC3及び6のノックアウトマウスを用いて明らかにした。本年度はこれをさらに確実な知見とするためにTRPC3チャネルの免疫染色を行い、20%近くのTRPC3が形質膜上に存在することを確認したうえでさらに我々が独自に開発を進めている心筋細胞数理モデルを用いたコンピュータシミュレーション実験を行い、SFRには形質膜上に存在するTRPC3チャネルが大きな役割を担っていることを最終的に結論づけた。また、前年度までに我々は心筋細胞の急性の伸展刺激(15秒程度)によって電子伝達系複合体IおよびIIIを介してミトコンドリアが過分極し、それによって誘発されるNOX活性化によるROS産生が起こることを明らかにしてきた。本年度はこの反応のうちミトコンドリアの過分極からNOX活性化がTRPC3の活性化を介することを明らかにした。さらにこれを不全心モデルで確認するために横行大動脈縮窄術(TAC)マウス作製を開始し、TACによる不全心形成を確認した。予定通り27年度までに急性伸展刺激誘発性のミトコンドリア過分極のメカニズム(電子伝達系の関与)を解明することができ、また予定通り27年度中にTACマウスの作製を開始しており、研究は順調に進んでいる。本研究では、心筋の伸展刺激に対する反応における生理的な活性酸素(ROS)の役割と不全心へとつながる病的なROS機能との関連性を明らかにする。前年度までに我々は伸展に対する生理的な反応としての急性のNOX2によるROS産生にTRPC3チャネルと電子伝達系を介したミトコンドリアの伸展刺激誘発性過分極が関与していることを明らかにした。本年度は不全心での伸展に対する反応とROS機能の関連を明らかにするために、圧負荷モデルとして横行大動脈縮窄術(TAC)による肥大心マウスを、容量負荷モデルとしてドキソルビシン(DOX)投与による拡大心マウスを作製した。その心筋細胞を単離し、伸展刺激誘発性のミトコンドリア過分極およびROS産生を調べた。その結果、TACマウス心筋においては伸展によるミトコンドリア過分極とROS産生増加はともに観察され、コントロール群との差は見られなかった。一方でDOXマウス心筋においては伸展によるミトコンドリア過分極は消失したが、ROS産生増加は観察されたため、DOXマウスではミトコンドリアが障害され、ROS産生はミトコンドリアを介さない別経路のNOX活性化によるものと思われた。また、コントロールマウスでは伸展刺激時と1Hzの電気刺激(ミトコンドリアを刺激)、およびそれらの同時刺激においてもROS産生増加量に差はなかったが、DOXマウスでは同時刺激により有意にROS産生量の増加量が多かった。このことから容量負荷時にはミトコンドリアとNOXのクロストークに異常が生じることが示唆された。本研究課題の申請時に計画した本年度の予定である急性伸展刺激誘発性のミトコンドリア機能変化と持続性伸展刺激によるバイオメカニクス変化とTRPCチャネルの関連に関して十分な研究結果を得られたことから、本年度の研究は順調に進展していると判断される。TACマウスを用いて不全心リモデリングが伸展刺激誘発性のミトコンドリア過分極やROS産生にどのような影響を及ぼしているかを明らかにしていく。

主にTRPC3チャネルとの関わりを中心に研究を進める。さらにその変化がTRPC3欠損、TRPC6欠損、NOX2欠損の各マウス心筋でミトコンドリア動態にどのような影響を及ぼすかを詳細に検討することにより伸展刺激誘発性のミトコンドリア過分極からのROS産生へとつながるメカニズムを解明していく。28年度が最終年度であるため、記入しない。心臓生理学急性伸展刺激に関しては伸展刺激誘発性の電子伝達系の反応がROS産生とどのように関わっていくかを明らかにしていく。亜急性反応に関してはTRPCチャネルを介する反応とROSの関係を明らかにしていく。また、申請書の計画通り、慢性の機械刺激に対する研究の準備を行う。年度末購入予定の遺伝子改変マウスの搬入が遅れて次年度に納品となることが分かり、次年度初めに購入するよう予定を変更したため。物品を予定より安く購入することが出来たため。当初購入予定の遺伝子改変マウスの準備ができ次第購入に使用する。次年度の消耗品等物品購入に使用する。