hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖尿病性腎症での新規MAPキナーゼ、BMK1の役割解明とそれを標的とした分子創薬

1)培養糸球体メサンギウム細胞において、高血糖刺激によってBMK1の活性化がみられ、その細胞内情報伝達機構として、Protein kinase CとSrc tyrosine kinaseの関与が示唆された。優性抑制型MEK5変異体の遺伝子導入実験から、BMK1の活性化は糸球体メサンギウム細胞の増殖を促し、糸球体硬化による糖尿病性腎症の進展に関与している可能性が示唆された。2)2型糖尿病モデルラットのOLETFラットにおいて、糖尿病性腎症が明かとなる52週齢で、腎臓の糸球体でのBMK1活性の上昇がみられた。また食塩感受性高血圧モデルラットのDah1ラットや、アルドステロン負荷腎障害モデルラットでも腎臓皮質組織中のBMK1の活性が上昇していた。3)上記モデルラットにおいて、アンジオテンシンII受容体拮抗薬や抗酸化剤Tempolの投与によって腎症の改善がみられると、BMK1の活性上昇も阻害されていたことから、糖尿病のみならず他の病因による腎症の発症・進展にBMK1の活性化が関与している可能性がある。4)層流の血流刺激は動脈血管において抗動脈硬化性に働くが、血管内皮細胞での炎症性サイトカインのTNF-αによるJNK MAPキナーゼの活性化を層流の血流刺激が抑制した。その細胞内分子機構としてBMK1の活性化によるJNKの活性化阻害が示唆された。1)培養ラット糸球体メサンギウム細胞、PC12細胞での酸化ストレス、浸透圧ストレスによる細胞内情報伝達機構におけるBMK1の役割の解明培養ラットメサンギウム細胞やPC12細胞を用いて、過酸化水素などを用いた酸化ストレスやブドウ糖などの浸透圧ストレスを負荷し、BMK1(Big MAP kinase 1)の活性上昇をin vitro kinase assayにて検討した。これらの細胞で酸化ストレスや浸透圧ストレスによってBMK1は活性化され、その上流にc-Src tyrosine kinaseやprotein kinaseCが関与していることを明らかにした。また、PC12細胞でのBMK1活性化はMEF2C転写因子の活性化を介して細胞生存に、メサンギウム細胞でのBMK1活性化はMEK5を介して細胞増殖に役割を果たしていることが明らかになった。現在、MEK5の優性抑制型変異体遺伝子を導入した細胞を用いて、BMK1活性阻害による培養ラットメサンギウム細胞の増殖抑制効果を解析している。2)モデルラットを用いたBMK1活性化の病理組織学的検討上記のin vitro研究に加えて、BMK1活性化による腎臓の組織リモデリングにおける細胞内情報伝達機構を明らかにする目的で、モデルラットを用いた病理組織学的検討を行った。2型糖尿病を自然発症するOLETFラットでは、18週齢の未だ糖尿病が発症していない早期から、腎臓でのBMK1の活性化がみられた。また、52週齢の糖尿病性腎症が進行した段階では、病理組織学的に腎臓の糸球体硬化の所見が認められ、BMK1の活性の上昇が免疫組織化学的に観察された。前年度の検討で、新しい第4のMitogen-Activated Protein(MAP)キナーゼであるBig MAP kinase 1(BMK1)が、酸化ストレスによって活性化され、細胞死に対して抑制的に作用していることを明らかにした。本年度はBMK1の糖尿病性腎症あるいは高血圧性腎障害における役割について検討した。BMK1は、浸透圧ストレスを引き起こすraffinose投与によっても活性化され、浸透圧感受性のキナーゼともいえる。

また食塩感受性高血圧モデルラットのDahlラットや、アルドステロン負荷腎障害モデルラットでも腎臓皮質組織中のBMK1の活性が上昇していた。3)上記モデルラットにおいて、アンジオテンシンII受容体拮抗薬や抗酸化剤Tempolの投与によって腎症の改善がみられると、BMK1の活性上昇も阻害されていたことから、糖尿病のみならず他の病因による腎症の発症・進展にBMK1の活性化が関与している可能性がある。
単一分子蛍光法を用いた光機能化カーボンナノチューブの評価とバイオセンサーへの応用

ゾルゲル・テンプレート法により合成したチタニアナノチューブ(TNT)はナノスケールの細孔を利用した効率的な光触媒反応が可能であり、これまで多くの研究がなされてきた。しかしながら、本手法により合成されたTNTの光触媒活性は、表面積から期待されるほどには高くないことが知られている。これは、試料の不均一性(チューブ、薄膜、粒子などが混在)に起因していると考えられ、通常のバルク溶液による測定法ではこれら種々の構造を持ったチタニアの集団としての平均の光触媒活性を知ることしかできない。このため、ナノスケールの細孔内に特異的な反応機構は表に現れ難く、理想的には単一チューブレベルでの光触媒活性の検出が望まれる。本研究では、単一分子蛍光法を用い、UV照射された単一のTNT内に生成するヒドロキシルラジカル(^・OH)を蛍光プローブにより単一分子レベル、かつリアルタイムで検出することで、光触媒活性と多孔質構造(マクロ孔およびメソ孔)との関係を単一チューブレベルで明らかにした。その結果、マクロ孔はメソ孔よりも約一桁高い光触媒活性を示した。これは、細孔構造におけるROS濃度の蓄積よりも基質分子の拡散過程の寄与が大きいことを意味しており、光触媒活性における分子拡散の重要性を示している。すなわち、分子拡散が光触媒活性の支配因子であることを明らかにした。本研究で示された、単一分子蛍光分光法を用いた単一チューブにおける反応活性サイトの直接観測は、カーボンナノチューブなどのナノ材料を生体中のバイオセンサーとして応用する上で、非常に重要な知見である。近年、カーボンナノチューブ(CNT)やTiO_2などのナノ材料は光照射により一重項酸素(^1O_2)を生成する可能性があることが報告されている。本研究では、非接触TiO_2光触媒反応において大気中に拡散する1^O_2を芳香環付加反応の観測により単一分子検出を行い、その時空間分布を明らかにした。紫外光(365nm)を照射したTiO_2表面から大気中に拡散する1^O_2と、対面のカバーガラス上にスピンコートした蛍光色素(テリレンジイミド(TDI))の芳香環付加反応を全反射蛍光顕微鏡により単一分子レベルで観察した。TDIは^1O_2の芳香環付加反応によりTDI diepoxideを生成し、蛍光波長の短波長シフトにより蛍光強度が増加する。紫外光照射後、照射領域の周囲に単一分子蛍光強度の増加が観測された。紫外光照射前後の単一分子蛍光スペクトルを測定し比較すると、紫外光照射後の単一分子蛍光強度の増加は蛍光波長の短波長シフトを伴っており、TiO_2表面から拡散した^1O_2によりTDI diepoxideが生成したことを示している。カバーガラス上にスピンコートしたTDIにより^1O_2の単一分子検出が可能であり、観測領域内(70×70μm^2)に最大で1000分子程度の^1O_2を検出した。さらに、膜間距離、紫外光照射の時間依存性からTiO_2表面より拡散する^1O_2の時空間分布を検討した。その結果、TiO_2表面から2000μm以上離れた位置においても、数10分子の^1O_2を検出できることがわかった。ここで示したTDIによる^1O_2プローブは、CNTから生成する^1O_2の検出や、生体中におけるバイオセンサーとして応用が可能であると考えられる。可視光応答型酸化チタン(TiO_2)は太陽光を利用した効率的な光触媒反応への応用が可能であり、多くの研究がなされてきた。可視光励起により大気中に拡散する酸素活性種(ROS)の観測及び同定はその応用上重要であるにも関わらず、生成量が微量であることから、通常の手法では困難であった。本研究では、単一分子蛍光法を用い、紫外または可視光により励起したNドープTiO_2表面から大気中に拡散する酸素活性種について明らかにした。無ドープ、NドープTiO_2のどちらの場合においても、紫外光照射後に蛍光輝点の増加が観察され、OHと1O_2が大気中に拡散していることがわかった。特に、OHは紫外光照射1秒以内にTiO_2表面で生成し、大気中に拡散していることがわかった。一方、可視光励起では1O_2のみが観測された。これらの結果は、波長選択的な大気中酸素活性種の生成を示唆している。さらに、TiO_2表面で生成し、大気中に拡散したOHの時空間分解単一分子検出を行なった。この手法により、大気下におけるOHの時空間分布及び寿命の決定、カバーガラス上の吸着水を介した不均一拡散の観測に成功した。本研究で示された蛍光プローブによるROSの実時間単一分子蛍光イメージングは、カーボンナノチューブなどのナノ材料から生成するROS検出や、生体中におけるバイオセンサーとして応用が可能であると考えられる。

本研究では、単一分子蛍光法を用い、UV照射された単一のTNT内に生成するヒドロキシルラジカル(^・OH)を蛍光プローブにより単一分子レベル、かつリアルタイムで検出することで、光触媒活性と多孔質構造(マクロ孔およびメソ孔)との関係を単一チューブレベルで明らかにした。その結果、マクロ孔はメソ孔よりも約一桁高い光触媒活性を示した。これは、細孔構造におけるROS濃度の蓄積よりも基質分子の拡散過程の寄与が大きいことを意味しており、光触媒活性における分子拡散の重要性を示している。すなわち、分子拡散が光触媒活性の支配因子であることを明らかにした。本研究で示された、単一分子蛍光分光法を用いた単一チューブにおける反応活性サイトの直接観測は、カーボンナノチューブなどのナノ材料を生体中のバイオセンサーとして応用する上で、非常に重要な知見である。
生徒の問題行動に関する日米比較研究:問題行動の促進および抑制要因の解明

福島県(FK)とテネシー州(TN)で中学2年生(8年生)と中学教師を対象に、生徒の問題行動に関するアンケート調査を実施した。家族の機能不全を訴える生徒は両群で30%程度あり、「家族が嫌いで早く家を出たい」という回答はFKに多く23%だった。家族の機能不全は暴力や破壊行動、引きこもりのリスク因子だった。FKの生徒はTNの生徒に比べ、教師や友人と適切な対人関係が結べず孤立し、対人的ストレスを感じている者が多かった。FKでは「思いきり誰かを殴ってみたい」と思うことがあるという回答が44%もあり、TNの36%より多かった。対人的ストレスは破壊・暴力願望やひきこもり願望を有意に高めるが、万引きや薬物乱用などの反社会的行動との関連はなかった。引きこもり願望は無気力や抑うつ気分と関連していた。シンナーや薬物乱用を「悪くない」と肯定する生徒はTNで9%もあり、FKに比べ2.8倍も多かった。両群において、男子であること、暴力的なテレビやゲームの1日1時間以上の視聴は、暴力・攻撃的行動の有意なリスク因子だった。FKでもTNでも教師にとって、対生徒関係がもっとも大きなストレス要因だった。FKにおいて学校単位で生徒と教師のストレス度の平均値を比較したところ、生徒のストレス度と教師のストレス度の間に負の相関が認められた。つまり生徒もしくは教師のストレスの低減は、それに対する教師もしくは生徒のストレスの増加をまねく形になっており、学校システムとして不健康な均衡メカニズムが存在することが示唆された。1.研究課題に関連する内外の論文や報告書を収集し検討した。暴力など攻撃的行動へのリスク因子について、個人的要因、家族的要因、学校・地域・テレビなどの環境的要因等を個別的に論じた研究はあるが、大規模な調査や因果関係の確認が困難なこともあり、有意なリスク因子あるいは防御因子が何であるかに関しては研究者間でも判断が分かれ、明確な寄与率も確定されていない。また、日本で問題になっている不登校や引きこもりなど逃避的行動のリスク因子や防御因子については、十分なサンプル数をもつ実証的な研究は少ない。2.研究の初年度であるため相互に代表を送って、研究の日的・方法・対象、3年間の作業計画・役割分担等につき具体的に協議した。米国の場合、地区により主要言語・経済状況・地域の犯罪率・親や生徒の教育への関心などが大きく異なり、各学校が個性化を進め多様なため、調査校のサンプリング方法について時間をかけ協議した。アンケート調査は、平成15年度に福島市と米国テネシー州ナッシュビル市を調査地区として、中学2年生(8年生)と中学校教師を対象に実施する予定のため、生徒用と教師用のアンケート調査票の日本語版と英語版の初稿を作成した。(生徒用・教師用の英語版・日本語版ともに推敲を重ね、日本では平成15年7月に調査を実施し、学期の違いからテネシー州では数ヶ月遅れて実施する予定)3.日本側代表がテネシー州に訪問した際、現地の小学校・中学校・大学を訪問し、見学と聞き取り調査をおこなった。暴力やドラッグの予防プログラムが一般の教師により授業の一貫として実施されている状況や、学校カウンセラーによる対人スキル教育の実際を見学した。一般教師に対しては、あまりトレーニングを積まなくてもすぐに実践できるように教材が整備され、マニュアルにそって実践されていた。教育学部での教員養成課程では、教師が暴力やドラッグ予防の授業をどう進めるかについて、実践的な講義と実習が行われていた。1.生徒用、教師用の日本語版および英語版のアンケート票を作成し、福島市の中学2年生、米国テネシー州ナッシュビル市の8年生(中学2年生)、および調査対象校の教員にたいするアンケート調査を実施した。福島市では回収およびデータ入力が終わり、これから解析に入る。学期の関係からナッシュビル市での調査は平成16年3月に配布が終わったところで、これから回収およびデータ入力に入る。福島市については、生徒用、教師用アンケートともに予定どおりの回収率を確保できている。

2.アンケート票の作成にさいし、内容の詳細な検討や、日本語、英語表現でのニュアンスの違いを最小にするために対面での協議が不可欠であったため、10月に米国の共同研究者2名を招晴した。その際、「テネシー州における中学生の暴力とその対応」と題する学術講演会を福島大学でおこなった。現職教員や学校カウンセラーを含む150名ちかい参加者があり、活発な討論がおこなわれた。3.10月未から11月上旬にかけ、福島大学側代表2名が共同研究の協力校である米国ミドルテネシー州立大学(MTSU)に出張し、調査の方法や対象校の選定などアンケート調査に関する最終的な詰めの協議をおこない、現地調査や資料収集をおこなった。4.これまでのところ研究計画どおり作業は進行しており、来年度にはデータ解析と報告書の作成に入る。なお、英文での報告書も添えた最終報告書を作成する予定でいる。時間の関係から日米で同時並行的に報告書の原稿作成をおこない、相互に調整しながら完成稿とすることで、MTSU側の共同研究者と合意ができている。福島県(FK)とテネシー州(TN)の中学生と中学教師を対象にアンケート調査を実施した。「自分の家族は常にトラブルを抱え、うまくいっていない」と家族の機能不全を訴える生徒は、ともに3割程度あり、「家族が嫌いで早く家を出たい」という回答はFKに多く23%だった。また、FKの生徒はTNの生徒に比べ、教師や友人との間に適切な対人関係が結べずストレスを感じている者が多く、相談相手もなく孤立していた。「対教師」ストレスは、不登校の有意なリスク因子だった。他人への暴力、公共物の破壊、恐喝などを「悪くない」と肯定する生徒がFKでもTNでも1割前後いた。シンナーや薬物乱用を「悪くない」と肯定する生徒はTNで9%もあり、FKに比べ2.8倍も多かった。FKでは、「思いきり誰かを殴ってみたい」と思うことが「よくある」という回答が16%あり、「時々ある」を含めると44%の生徒が破壊・攻撃的衝動を抱いていることが示唆された。破壊・攻撃性とストレス度は正の相関をしめしたが、「ひきこもり」願望は無気力や抑うつ気分と関連していた。男子であること、暴力的なテレビやゲームの1日1時間以上の視聴は、暴力・攻撃的行動の有意なリスク因子だった。教師用アンケートでは、「落書き」「器物破壊」「ゴミの散乱」など学校の荒れをしめす状況がTNで有意に多かった。TNでもFKでも8割以上の教師が、学習意欲の欠如した生徒の存在を指摘していた。FKでもTNでも教師にとって、対生徒関係がもっとも大きなストレス要因だった。FKにおいて学校単位で生徒と教師のストレス度の平均値を比較したところ、生徒のストレス度と教師のストレス度の間に、いくつかの側面で負の相関が認められた。つまり生徒もしくは教師のストレスの低減は、それに対する教師もしくは生徒のストレスの増加をまねく形になっており、学校システムとして不健康な均衡メカニズムが存在することを示唆する所見として注目された。
眼球と唇の動きを利用したヒューマンインタフェースの研究

(1)はじめに本研究では人間のコミュニケーションにおける情報処理の実体を多元的に解析することを目的として、眼球と唇の運動の情報要素を調べた.眼球の運動については、情報のポインタ(指示器)としての利用の可能性を調べ、唇の運動からは、ことばの理解のための補助手段として利用可能かどうかを調べた.(2)ヒューマンインタフェースとしての応用の成果A.眼球の運動1.眼球の動画像情報から注視方向を求める方法を自動化する効率的な方式を開発した.2.注視方向を求める方法を高速に処理する方式を開発した.3.上記の処理をおこなうソフトウエアを開発した.4.注視による文字ポインタのプロトタイプを完成させた.これは,CCDカメラと光源とパーソナルコンピュータを組み合わせた装置で,判断・制御はソフトウエアで行う.注視による文字入力のテスト実験を行った.この成果は,金沢工業大学修士学位論文にまとめられた.はビデオ画像として記録されており,実演可能である.B.唇の運動1.口唇破裂子音の生成過程をモデル化して,筋収縮の情報から口唇の形状・運動を自動生成する方式を開発した。2.口唇形状・運動と,音声の聴覚的な特徴抽出との関連を実験的に調べ,音の情報を補うための口唇形状の特徴を見い出した.3.これらの成果は,「機械による読唇」の方式開発のために役に立つ.(3)本研究の成果にもとづく展望眼球の動きをポインタとして利用する目的は、たとえば、脳梗塞や脊椎損傷などで、四肢の運動障害や発音障害が起った場合などに、眼球の動きでキーボードのような対象物を指示できるようにすることである.また、唇の動きは、主にいわゆる読唇の目的で利用するものだが、とくにさまざまな子音をどれくらい有効に識別できるかについてかなりの可能性を見い出した.(1)はじめに本研究では人間のコミュニケーションにおける情報処理の実体を多元的に解析することを目的として、眼球と唇の運動の情報要素を調べた.眼球の運動については、情報のポインタ(指示器)としての利用の可能性を調べ、唇の運動からは、ことばの理解のための補助手段として利用可能かどうかを調べた.(2)ヒューマンインタフェースとしての応用の成果A.眼球の運動1.眼球の動画像情報から注視方向を求める方法を自動化する効率的な方式を開発した.2.注視方向を求める方法を高速に処理する方式を開発した.3.上記の処理をおこなうソフトウエアを開発した.4.注視による文字ポインタのプロトタイプを完成させた.これは,CCDカメラと光源とパーソナルコンピュータを組み合わせた装置で,判断・制御はソフトウエアで行う.注視による文字入力のテスト実験を行った.この成果は,金沢工業大学修士学位論文にまとめられた.はビデオ画像として記録されており,実演可能である.B.唇の運動1.口唇破裂子音の生成過程をモデル化して,筋収縮の情報から口唇の形状・運動を自動生成する方式を開発した。2.口唇形状・運動と,音声の聴覚的な特徴抽出との関連を実験的に調べ,音の情報を補うための口唇形状の特徴を見い出した.3.これらの成果は,「機械による読唇」の方式開発のために役に立つ.(3)本研究の成果にもとづく展望眼球の動きをポインタとして利用する目的は、たとえば、脳梗塞や脊椎損傷などで、四肢の運動障害や発音障害が起った場合などに、眼球の動きでキーボードのような対象物を指示できるようにすることである.また、唇の動きは、主にいわゆる読唇の目的で利用するものだが、とくにさまざまな子音をどれくらい有効に識別できるかについてかなりの可能性を見い出した.1.はじめに:本研究では人間のコミュニケ-ションにおける情報処理を多元的に解析して、顔の表情、とくに眠球の運動からは情報のポインタ(指示器)として、また唇の運動からはことばの理解のための補助手段として利用しうるかを調べ、コンピュ-タ-のためのヒュ-マンインタフェ-スとしての可能性を探る。2.装置:設備備品として高性能の画像情報大量蓄積高速処理ボ-ドが入手できた。速度のみでなく、処理効率が飛躍的に向上した。3.唇の動きの特微抽出:日本語のすべての子音(14子音)についてlaCal(C:子音)の環境で発話し、通常のビデオ画像として記録した。つぎに、上下の唇と、歯の先端を画像の視察により抽出し、3つのパラメ-タ(唇の開口部の横幅と上下幅、および上下前歯の開き幅)の時間変化を計測した。パラメ-タのうち、「上下前歯の開き幅」は私たちのオリジナルである。さらに上記の3つのパラメ-タの時間変化のパタ-ンを分類して、子音の特徴を識別する方法を見いだした。4.眠の動きの特徴抽出:注視の対象を5×5のマトリクス状にし、注視する際の眠の画像を通常のビデオ画像として撮影した。つぎに眠球の方向を半自動抽出した。(虹彩周囲のデ-タ点を手で計測し、その後虹彩中心を計算で求めた。)頭部を固定した例では注視位置の区別がうまくできた。頭部を自由にした例では、そのままでは注視位置の再現が困難だったが、目頭と目尻の位置を参照した補正を施すことによって、かなり良好に再現できた。一方、眠球運動をシミュレ-トするコンピュ-タモデルを開発中である。5.まとめ:当初の計画からすこし遅れているが、大筋では良好に進行している。

遅れの最大の理由は、設備備品の入手が遅れたことによる。ただし、入手後は順調に進行している。1.はじめに本研究では,人間のコミニュニケーションにおける情報処理を多元的に解析して,顔の表情,とくに眼球の運動からは情報のポインタ(指示器)として,また唇の運動からはことばの理解のための補助手段(読唇)として利用しうるかをしらべ,コンピューターのためのヒューマンインタフェースとしての可能性を探っている。2.眼球の運動についての実績目で(注視した方向で)なぞるキーボードへの応用を想定して,キーボードへの仕様を検討した。a.キーの数:まず,前年度におこなった基礎データの集積を続行した。得られた結果は,(1)1個の注視点の視野角のばらつきの範囲は35度である。(2)指示器としての応用で,使用に適当な視野の範囲は視野角で約60度(縦・横)(3)その視野内で指定可能なポイントの最大数は(2次元の配列として)約100である。日本語のかなを扱うことができる数である。b.入力方法:文字や文章の入力を想定したとき,キーの配列はどのようにしたらよいかについて調査した。日本では,絵文字のようなキー配列を一部の失語症者などに使っているという情報を入手したが,文字のキーボードの検討は行われていないことがわかった。目下,計量言語学的な観点から,文字の配列を検討中である。3.唇の運動についての実績a.類別実験:前年度は、/aCa/(C:子音)の単独発話についてのみ実験したが,本年度はVCV(C:子音、V:5母音)に対象をひろげ、さらにこの擬単語を“これは...です。"という文章中に挿入した,より自然な発話環境で実験し,3種のパラメータの時間変化をもとに,各母音毎・各子音毎に,音韻の類別を試みた。b.調音のモデル化:唇の筋電図の情報から唇の形状を生成するモデルを構成した。これにより,特定の音韻を発話するときの「生成側」からの重要な特徴を知ることができ,a.の類別結果をうらづけることが可能である。本研究計画では人間のコミュニケーションにおける情報処理の実体を多元的に解析することを目的として、顔の表情からの情報要素を調べた.眼球の運動については、情報のポインタ(指示器)としての利用の可能性を調べ、唇の運動からは、ことばの理解のための補助手段として利用可能かどうかを調べた.眼球の動きをポインタとして利用する目的は、たとえば、脳梗塞や脊髄損傷などで、四肢の運動障害や発音障害が起った場合などに、眼球の動きでキーボードのような対象物を指示できるようにすることである.また、唇の動きは、主にいわゆる読唇の目的で利用するものだが、とくにさまざまな子音をどれくらい有効に識別できるかを目的とした.本年は採集年度であり,ヒューマンインタフェースとしての応用の検討を主目的として,そのためのシステムの性能の強化をおこなった.また,成果のまとめを計画した.◇ヒューマンインタフェースとしての応用の検討A.眼球の運動1.眼球の動画像情報から注視方向を求める方法を自動化する効率的な方式を開発した.2.注視方向を求める方法を高速に処理する方式を開発した.上記の処理をおこなうソフトウエアを開発した.B.唇の運動1.口唇破裂子音の生成過程をモデル化して,筋収縮の情報から口唇の形状・運動を自動生成する方式を開発した。
ＡＩを用いたサービスリテラシー向上の方法に関する研究

本研究では、ボトム・オブ・ザ・ピラミッドが多数を占める国々におけるサービスイノベーションによる社会・経済の発展を最終目標としている。そのために、外国人特別研究員の母国であるバングラディッシュ等における現地調査、システムの設計・試作、および評価を現地のNGO等と共同で行うことを計画している。バングラディシュ等へ渡航費し、現地でのインタビューやアンケートなどフィールドワークをとおして、ボトム・オブ・ザ・ピラミッドにおけるサービスの実状を把握し、AIなど最先端の科学技術が如何にユーザーのサービスリテラシーに影響を与えるのかに関する研究を行う。
中枢神経系の機能分布地図を用いた鰭脚類の行動様式の多様化の解明

本年度の研究では、最古のセイウチPrototaria planicephalaとカリフォルニアの中期中新世から知られるNeotherium mirum(以下化石セイウチ類と略)の脳の印象模型(エンドキャスト)の比較神経解剖学的な記載を行ない、電気神経生理学によって明らかにされている現生食肉類の脳の機能分布との比較に基づいて化石セイウチの機能分布地図を復元した(投稿準備中)。この過程で、化石セイウチと現生セイウチおよび最古の鰭脚類、Enaliarctosmealsiとの解剖学的特徴を比較検討し、とくに各大脳溝および大脳回(いわゆる脳の皺)の相対的な位置と広さについて比較検討を進めた。最古の鰭脚類と化石セイウチ類では、現生鰭脚類に見られるような嗅神経の退縮は認められず、陸上での嗅感覚への依存度は現生鰭脚類よりも極めて高いことが推定された。一方で、大脳からの上顎神経節は極めてよく発達しており、上唇部を中心とした領域の感覚機能はすでに現生鰭脚類と同程度に発達していたことが明らかになった。また、大脳前部の後S字状脳回(顔面の運動機能と関連)や前側頭部の冠状脳回(洞毛の発達と関連)が最初期の鰭脚類ですでに著しく拡大していることから、顔面の運動機能と感覚機能の発達が鰭脚類の進化の初期にはとくに重要であったことが明らかになった。しかしながら、化石セイウチ類と現生セイウチとの間の大脳形態のギャップは大きく、魚食性から貝食性への変化過程については、さらに詳しい大脳表面の解析が必要である。
腫瘍マーカーMat-8の生理機能についての分子生物学的研究

Mat-8はFXYDファミリーに属する推定分子量8kDaのTypeIの膜たんぱく質である.Mat-8については1995年にMorrisonらが乳癌のマーカーとなる可能性を指摘したが,たんぱく質レベルでの研究や生理機能の検討は行われていない.本研究ではFXYDファミリーがP-type ATPaseの機能調節たんぱく質として働くという事例をもとに,Mat-8が胃プロトンポンプの調節たんぱく質として機能する可能性を検討した.1.ヒト各組織におけるMat-8の発現状況を観察したところ,胃,前立腺,結腸,胎盤などにmessageの発現が観察された.2.ヒトの乳がん組織由来の培養細胞のほか,胃腺がん(中分化および低分化腺がん)7例,大腸腺がん5例でMat-8のmessageの発現が観察された.これらの培養細胞や組織では胃プロトンポンプのmessageの発現は観察されなかった,3.Mat-8の推定アミノ酸一次構造をもとにして,細胞内領域,細胞外領域に対するペプチド抗体を作製した.作製した抗体はリコンビナントMat-8やMat-8の融合たんぱく質と特異的に反応したが,組織中のnativeなMat-8を検出できなかった.4.Mat-8とGFPの融合たんぱく質を調製してCHO細胞やHEK-293細胞に発現させると,ERでの発現が観察された.細胞表面に発現するためには何らかの機構や他のたんぱく質との相互作用が必要と考えられる.5.Mat-8と胃プロトンポンプをHEK-293細胞に強制発現させて免疫共沈澱を行ったが,Mat.8と胃プロトンポンプの会合は観察されなかった.以上のようにMat-8のmessageについては上皮組織を中心に発現し,乳がんにおけるマーカーとするには問題がある.Mat-8と胃プロトンポンプが直接に相互作用すると云う考え方を支持する積極的な結果は現在のところ得られていない.Mat-8はFXYDファミリーに属する推定分子量8kDaのTypeIの膜たんぱく質である.Mat-8については1995年にMorrisonらが乳癌のマーカーとなる可能性を指摘したが,たんぱく質レベルでの研究や生理機能の検討は行われていない.本研究ではFXYDファミリーがP-type ATPaseの機能調節たんぱく質として働くという事例をもとに,Mat-8が胃プロトンポンプの調節たんぱく質として機能する可能性を検討した.1.ヒト各組織におけるMat-8の発現状況を観察したところ,胃,前立腺,結腸,胎盤などにmessageの発現が観察された.2.ヒトの乳がん組織由来の培養細胞のほか,胃腺がん(中分化および低分化腺がん)7例,大腸腺がん5例でMat-8のmessageの発現が観察された.これらの培養細胞や組織では胃プロトンポンプのmessageの発現は観察されなかった,3.Mat-8の推定アミノ酸一次構造をもとにして,細胞内領域,細胞外領域に対するペプチド抗体を作製した.作製した抗体はリコンビナントMat-8やMat-8の融合たんぱく質と特異的に反応したが,組織中のnativeなMat-8を検出できなかった.4.Mat-8とGFPの融合たんぱく質を調製してCHO細胞やHEK-293細胞に発現させると,ERでの発現が観察された.細胞表面に発現するためには何らかの機構や他のたんぱく質との相互作用が必要と考えられる.5.Mat-8と胃プロトンポンプをHEK-293細胞に強制発現させて免疫共沈澱を行ったが,Mat.8と胃プロトンポンプの会合は観察されなかった.以上のようにMat-8のmessageについては上皮組織を中心に発現し,乳がんにおけるマーカーとするには問題がある.Mat-8と胃プロトンポンプが直接に相互作用すると云う考え方を支持する積極的な結果は現在のところ得られていない.
地理情報システムを用いた、北海道に現存する船絵馬の保存と活用に向けた試み

北海道沿岸部の寺社には、江戸時代以降に奉納された、船を画題とした絵馬「船絵馬」が現存している。船絵馬には、奉納者の名前や奉納年月日、作者の落款などがしるされており、奉納された地域の歴史や、海運をとおした人や物のつながりを知ることができる。本研究では、積丹半島周辺地域を対象として次のことを行う。1、地理情報システムを用いて、先行研究をデジタルデータベース化する。2、現地調査を行い、先行研究から変化した部分をデータベースに加える。3、研究により得られた成果を、資料紹介や博物館における展示として発信する。この方法により、寺社に現存する船絵馬の現状を把握し、保存・活用につなげることを目指す。
反競争的行為の正当化に関する総合的研究－司法・立法・行政及び経済学の観点から－

第一に、社会公共目的の正当化事由については、米国反トラスト法ではProfessional Engineers事件以来、基本的に非経済的正当化事由を排斥する立場を採ってきた。これに対して、我が国独占禁止法では、最高裁判所は石油価格カルテル事件において非経済的正当化事由を許容する途を開いた。EU競争法では、伝統的には「公共の利益」による正当化を是認してきたが、欧州委員会は、近年、経済的アプローチと呼ばれる立場を採るに至り、CECED事件においては二酸化炭素の排出削減が経済的な効果として分析されている。第二に、効率性の抗弁については、カナダ競争法96条が明示に認める法制を採用しており、反競争的行為を前提として効率性の抗弁を認めたケースとしてSuperior Propane事件がある。効率性の内容として総余剰基準を考える見解も有力であったが、この事件では紆余曲折の上、Balancing Weights基準と呼ばれる総余剰基準と消費者余剰基準の折衷的見解を採用することで決着をみた。立法趣旨からすれば総余剰基準という帰結が素直であるにも関わらず、競争審判所が消費者余剰基準にも一定の配慮をした折衷的見解を採用せざるを得なかったことは、消費者の利益の保護が競争法の重要な目的であることを示唆している。(抄録なし)まず、米国反トラスト法では、立法であるシャーマン法1条は正当化事由について定めていないが、司法(連邦最高裁判所)は、Professional Engineers事件やTrial Lavyers事件以来、基本的に非経済的正当化事由を排斥する立場を採ってきた。また、行政である連邦取引委員会及び司法省の公表したガイドラインにおいても、競争促進的効果を重視した記述が見受けられる。次に、EU競争法では、欧州連合の機能に関する条約101条3項に具体的な定めはないが、司法(欧州裁判所)は、伝統的にはMetropole Television事件をはじめとして「公共の利益」による正当化を是認してきた。しかし、EUの行政である欧州委員会は、近年、経済的アプローチと呼ばれる立場を採るに至り、CECED事件においては二酸化炭素の排出削減が経済的な効果として分析されている。ガイドラインにおいても、競争法の論理が強調されている。最後に、我が国独占禁止法では、立法である2条6項が「公共の利益」という文言を用いるなど、非経済的正当化事由に親和的といえる。我が国の司法である最高裁判所は石油価格カルテル事件において非経済的正当化事由を許容する途を開き、下級審は下関福祉バス事件において考慮される価値が広範にわたることを示した。そして、行政である公正取引委員会の発表したガイドラインにおいても、非経済的正当化事由の許容を示唆している。米国ハーバード大学において長期在外研究の機会に恵まれ、講義やセミナーなどに積極的に参加し、教授や学生とディスカッションを通じて、これまでの研究を練り上げている。具体的には、ハーバード大学において口頭報告を行って研究成果を英語で発表した。さらに、口頭報告におけるディスカッションを踏まえて、英語による論文を公刊する予定でいる(掲載確定)。国際的に極めて重要なテーマを米国、EU、そして我が国の比較を通じて新たな視点を提供することによって、競争法コミュニティに向けて国際的に発信する準備を具体的に進めている。現在のところ当初の計画以上に研究成果が達成されているため、今後においてもこのペースを維持して研究を推進できるように努めたい。具体的な研究の推進方策としては、反競争的行為の正当化事由について判例という司法府の行った判断だけではなく、立法府や行政府の法的資料(立法やガイドラインの制定過程をめぐる資料など)を丹念に分析することによって、米国、EU、そして我が国における議論の全体像を明らかにして比較法的考察を進めるようにしたい。特に、米国ハーバード大学において長期在外研究をしていることを活用して、我が国では手に入りにくい法的資料を収集・分析したり、教授や学生とディスカッションをしたりして、今後の比較法研究を推進して行く予定である。また、米国の司法・行政やEUの行政において競争促進的効果を重視する経済的アプローチと呼ばれる立場が有力となりつつあるが、これが経済学の見地からはどのような具体的意義を持つのかもあわせて検討していきたい。(抄録なし)
曲面形状膜面のらせん折りによる新たな折り畳み技法と展開特性の把握

申請者が考案した曲面形状の膜面の収納技術について、いくつかの取り組みを実施した。(1)パラボラ形状を対象にアンテナとしての用途や収納方法を検討した。(2)膜厚を可変として取り扱うことの特性を生かして、面上敷設物の存在を考慮した収納を実現した。また、パネル状の形状も厚みの考慮により収納可能とした。発展して板状構造物へのミウラ折技法の適用方法を新たに考案した。(3)収納した膜面の展開挙動を力学的な側面より机上検討を可能とした。(4)らせん折と蛇腹折を複合した収納技法を平面および曲面の膜面に対して数学的に定式化して実験により検証した。(5)新たな用途として、絆創膏、エアバックなどへの適用を検討した。曲面らせん折りによる折り畳み方向の検討を実施した.従来と比較し膜面凸部外側への折り畳みを検討し,また,膜面上の敷設素子(太陽電池など)の厚みを膜面に加算した折り畳みを可能であり算出して試作した.試作した膜面は小型人工衛星の収納部へ搭載を試み,伸展部の開放により収納部より射出され展開が可能であることがわかった.収納形状である円筒の直径および高さをパラメータとし,アクチュエータとして配置する超弾性ワイヤの直径もパラメータとして力学的特性の測定装置の改良を改良し実験的に検討し必要な指標を確定した.機能性膜面の設計・製作として,焦点距離1.0m程度となり,膜面直径80cm程度のパラボラアンテナを想定した機能を有する膜面を設計し製作した.膜面を金属片などの剛体板を上図の三角形有限要素形状に細分化して製作した.製作にはレーザーカッター装置を導入し,ワイヤ敷設を可能とする微細孔を設置し活用した.これらをヒンジにより接続し折り畳みを可能とした.剛体片は変形することができないため,折りたたみのための折り目の算出には単なる板厚を考慮するのみではなく収納半径と剛体の寸法に応じた補正を提案し検証した.ワイヤを敷設する個所は試行錯誤により検討したが,シミュレーションを活用した決定法の提案を試みた.多粒子法によるシミュレーションを構築し実験による整合性の確認を試みた.折り目の特性や接触判定を導入し,より精確に整合する状態を確認した.28年度の終了を計画した「曲面らせん折りによる折り畳み」,「力学的特性の測定装置の改良」については,所定の検討を実施し結論を得ている.また,28年度から29年度にわたり実施を計画した「展開実験とシミュレーション」や「機能性膜面の設計・製作」についても第1段階の試みは終了しており,完成に向けた活動を実施しておりおおむね順調に進展していると考える.機能性膜面の設計・製作を目的として、パラボラアンテナを想定した機能を有する膜面を設計し製作した.パラボラアンテナは電波の受信利得を向上するため,焦点に対して電波の反射能力を要する材料の使用が要求される.この材料として,金属片などの剛体板を上図の三角形有限要素形状に細分化する.これらをヒンジを用いて接続し折り畳みを可能とした.剛体片は変形することができないため,折りたたみのための折り目の算出には単なる板厚を考慮するのみではなく収納半径と剛体の寸法に応じた補正を実施し収納に成功した。また,ヒンジで接続された剛体要素で構成されるパラボラ面を展開するためヒンジを敷設する面と反対側にワイヤを接続し張力を付与することにより,複数の剛体片が面を形成するようにした.ワイヤを敷設する個所は試行錯誤により検討することを予定している.ただし,らせん折りの折り目位置の関係から,ワイヤの設置個所を試行錯誤により見出し決定した。このようにワイヤに張力を付与することによるらせん折りによる折り畳み収納されたパラボラアンテナを展開すること検討し,合理的なワイヤの付設箇所,張力の付与を検討した。整合性を確認するために、膜面の展開状況を測定した.静的な実験では,大気中において,ワイヤ張力を指定値に設定し展開半径を測定した.動的な実験では,真空槽において,ワイヤの張力を制御することにより,展開時間,最終形状を計測した.最終形状によるアンテナ性能を電波暗室において測定した.これらの実験により展開動作における力学的特性を明確にする.シミュレーションについては,商用の機構解析ソフトウエアを使用し,計算機モデルを作成する.摺動部の特性は実験結果と整合するように設定することとなるが,場合によっては,基礎実験として,いくつかの部品により張力と剛体面角度の関係を特性として取得した.成果は宇宙分野以外への適用もなされている。29年度は,「展開実験とシミュレーション」や「機能性膜面の設計・製作」を実施予定であり,特に動的な挙動を計測し,机上検討を可能とする.計測装置の借用を円滑に実施することが必要となる.

宇宙工学必要となる消耗品の購入額に達せず,また,緊急性もないため次年度の購入とした実験の実施において必要となるテグス・ワイヤの購入原資とする
二成分混合系における膜・滴混在凝縮の現象解明に関する研究

単成分蒸気は凝縮過程において冷却面との濡れ性により膜状あるいは滴状のどちらかの形態に凝縮し、それら現象は詳細に明らかにされている。しかし、中低位熱エネルギーの高効率利用におけるランキンサイクルやヒートポンプサイクルの効率向上を意図した従来の有機系物質と水のような二成分混合媒体の凝縮は、液相において相互に不溶性でかつ表面張力に差があることから、水は滴状に凝縮しそのまわりを有機物が膜状に流下する膜・滴混在型の複雑な凝縮形態を呈する。また、代替フロンとして注目されるエタノール-水の混合媒体では、凝縮形態は膜状になると予想されたが、実際には擬似滴状の凝縮形態を呈する。このような膜・滴混在型の凝縮を基本とする二成分混合系の凝縮伝熱特性は、これまで、操作条件(蒸気組成・温度,冷却面温度,蒸気流速,系圧力),冷却面(形状,姿勢,寸法,配列,表面構造)および混合蒸気の種類と関連づけのもと、実機への適用を主眼に系統的に追及されてきている。しかし、膜状に流下する液膜流の干渉を伴う他成分凝縮滴の初生-成長-離脱サイクルの詳細,すなわち,液膜上に浮遊する微小滴の付着滴への捕獲効率と付着滴の成長速度,液膜流動に対する付着滴の影響、滴離脱後の液膜厚さなど未だ定量滴に一般性をもって議論されるには到っていない。本研究は、以上の観点から、二成分混合系における膜・滴混在型の複合凝縮の現象について微視的かつ巨視的に解明することを目的に行われた。具体的には、凝縮実験装置を製作し、膜・滴混在凝縮の様相が顕微鏡を用いてVTRに観察・記録され、上記問題が定量的に解明されるためのコンピユ-タによる画像処理法が確立された。また、実験結果に基づき、これら複合凝縮現象のモデル化に関する知見が得られた。
ジャイアントミルワームにおける混み合いによる変態制御機構の解明

一部の昆虫では,混み合い条件では変態(幼虫から蛹を経て成虫へ至る過程)が抑制され,混み合いから解放されると変態する現象が知られる.混み合いと言う環境要因を認識し,発生過程を可塑的に変化させることを可能にする機構はどのようなものだろうか.本研究では混み合いによる変態抑制に関わる発生遺伝学的な機構を明らかにするため,以下の解析を行った.ツヤケシオオゴミムシダマシの幼虫は集団飼育条件では変態しないが,隔離飼育によって変態が促進される.隔離後に集団飼育に移すと変態を抑制できることがわかった.昆虫の変態は幼若ホルモン量の低下と脱皮ホルモンの分泌によって促進される.これらに関連する遺伝子の発現解析を行ったところ,脱皮ホルモン関連の遺伝子が混み合いに移行後に発現が低下していることがわかった.脱皮ホルモン(20-Hydroxyecdysone)の注射によって混み合い条件でも変態が促進されたことも合わせると,混み合いは脱皮ホルモンの上昇を抑制する効果があることがわかった.一方で,混み合い条件における幼若ホルモン関連の遺伝子の発現の上昇に有意な差は見られなかった.しかし,発現は混み合い条件で上昇している傾向にあるため,詳細な解析が必要と考えられる.これまで変態の抑制は幼若ホルモンによる抑制が一般的に知られているが,混み合いによる変態抑制は脱皮ホルモンの制御によって達成されることを示した.混み合いによって発現が変動する遺伝子を探索するため,隔離条件と混み合い条件で飼育した幼虫を用いて,RNAシーケンス解析を行った.その結果,混み合いで発現が上昇もしくは減少する遺伝子を22個見つけた.今後は,これらの遺伝子をRNAiによりノックダウンし,混み合い条件での飼育でも変態してしまう遺伝子かどうかを検証する.初年度は混み合いの効果を検証するための飼育環境の整備や,変態にかかる日数など基礎的な情報を集め,その後RNAシーケンス解析により候補遺伝子の探索と機能解析を行う予定であった.予定通り変態に対する混み合いの効果を観察する飼育実験系を確立できた.これを利用し,遺伝子発現解析やホルモンの操作実験を行えることも検証できた.また,この実験系を利用して,RNAシーケンス解析により混み合いに応答する遺伝子の探索も行うことができた.現在,これらの遺伝子のRNAiによる機能解析を進行させているところである.以上より,順調に研究を進展させることができたと考えている.今後は,明らかにした候補遺伝子の詳細な機能を明らかにするため,RNAiによる機能解析を行う.先ずは,RNAiにより混み合い条件でも変態を促進可能かどうかに関して,注射するdsRNAの濃度,タイミング等を検証する.その後は,目的の遺伝子に対して,変態するかしないかだけでなく,ホルモン関連の遺伝子発現に影響を与えるかどうかなど,発生学的,分子生物学的なアプローチによりRNAiの効果を検証する.変態制御に関わる遺伝子を同定できた場合は,コクヌストモドキ(混み合いにより変態が抑制されない種)を用いて,RNAiによる機能解析を行う.これにより,同定した遺伝子は混み合いによる変態制御に特異的に関わる遺伝子なのかどうかを明らかにする.また,ジャイアントミルワームやコクヌストモドキのような甲虫類だけでなく,キイロショウジョウバエなど様々な分類群の昆虫において,同定した遺伝子の機能の解析を行う.これらの解析を通して,混み合いに応答した変態抑制の進化発生機構を考察する.また,組織特異性を明らかにすることで,混み合い効果はどの器官を介して応答するのかを明らかにする.一部の昆虫では,混み合い条件では変態(幼虫から蛹を経て成虫へ至る過程)が抑制され,混み合いから解放されると変態する現象が知られる.混み合いと言う環境要因を認識し,発生過程を可塑的に変化させることを可能にする機構はどのようなものだろうか.本研究では混み合いによる変態抑制に関わる発生遺伝学的な機構を明らかにするため,以下の解析を行った.ツヤケシオオゴミムシダマシの幼虫は集団飼育条件では変態しないが,隔離飼育によって変態が促進される.隔離後に集団飼育に移すと変態を抑制できることがわかった.昆虫の変態は幼若ホルモン量の低下と脱皮ホルモンの分泌によって促進される.これらに関連する遺伝子の発現解析を行ったところ,脱皮ホルモン関連の遺伝子が混み合いに移行後に発現が低下していることがわかった.脱皮ホルモン(20-Hydroxyecdysone)の注射によって混み合い条件でも変態が促進されたことも合わせると,混み合いは脱皮ホルモンの上昇を抑制する効果があることがわかった.一方で,混み合い条件における幼若ホルモン関連の遺伝子の発現の上昇に有意な差は見られなかった.しかし,発現は混み合い条件で上昇している傾向にあるため,詳細な解析が必要と考えられる.これまで変態の抑制は幼若ホルモンによる抑制が一般的に知られているが,混み合いによる変態抑制は脱皮ホルモンの制御によって達成されることを示した.混み合いによって発現が変動する遺伝子を探索するため,隔離条件と混み合い条件で飼育した幼虫を用いて,RNAシーケンス解析を行った.その結果,混み合いで発現が上昇もしくは減少する遺伝子を22個見つけた.今後は,これらの遺伝子をRNAiによりノックダウンし,混み合い条件での飼育でも変態してしまう遺伝子かどうかを検証する.初年度は混み合いの効果を検証するための飼育環境の整備や,変態にかかる日数など基礎的な情報を集め,その後RNAシーケンス解析により候補遺伝子の探索と機能解析を行う予定であった.予定通り変態に対する混み合いの効果を観察する飼育実験系を確立できた.これを利用し,遺伝子発現解析やホルモンの操作実験を行えることも検証できた.また,この実験系を利用して,RNAシーケンス解析により混み合いに応答する遺伝子の探索も行うことができた.

現在,これらの遺伝子のRNAiによる機能解析を進行させているところである.以上より,順調に研究を進展させることができたと考えている.今後は,明らかにした候補遺伝子の詳細な機能を明らかにするため,RNAiによる機能解析を行う.先ずは,RNAiにより混み合い条件でも変態を促進可能かどうかに関して,注射するdsRNAの濃度,タイミング等を検証する.その後は,目的の遺伝子に対して,変態するかしないかだけでなく,ホルモン関連の遺伝子発現に影響を与えるかどうかなど,発生学的,分子生物学的なアプローチによりRNAiの効果を検証する.変態制御に関わる遺伝子を同定できた場合は,コクヌストモドキ(混み合いにより変態が抑制されない種)を用いて,RNAiによる機能解析を行う.これにより,同定した遺伝子は混み合いによる変態制御に特異的に関わる遺伝子なのかどうかを明らかにする.また,ジャイアントミルワームやコクヌストモドキのような甲虫類だけでなく,キイロショウジョウバエなど様々な分類群の昆虫において,同定した遺伝子の機能の解析を行う.これらの解析を通して,混み合いに応答した変態抑制の進化発生機構を考察する.また,組織特異性を明らかにすることで,混み合い効果はどの器官を介して応答するのかを明らかにする.次世代シーケンサーによるRNAシーケンス解析が,当初の見込みより安く行うことができたため,次年度使用額が生じた..次年度は混み合いに応答して発現が変動する遺伝子について機能解析を行うが,前年度には行わなかった詳細な発現量解析や,発現部位の解析も行う予定である.また,次年度はこれまで用いていなかったコクヌストモドキやキイロショウジョウバエや,他の非モデル昆虫を用いて,混み合いに応答した変態機構に関する進化発生機構を明らかにする.生じた次年度使用額はこれらの研究を遂行するための昆虫購入費用,専用の試薬およびキット類の購入に充てる.また,次年度は混み合いはどの器官を介して応答反応が起こるのかを明らかにする計画であり,次世代シーケンサーを用いたRNAシーケンス解析で網羅的に明らかにする.
自律神経活動変調に起因する心房細動発症機構の解明

心房細動は最も症例の多い心疾患であり,発作性から持続性,永続性へと段階的に進行することが知られているが,早期段階においては器質的な原因が認められない症例(孤立性心房細動)が少なくないことがわかってきた.孤立性心房細動はストレスの持続と相関が高いとされ,自律神経系による心拍制御システムの関与が示唆される.本研究では「自律神経系の可塑性」に焦点を当て,不整脈発症メカニズムを明らかにすることを目的とする.in vitro系に再構成した「自律神経支配を有する心房筋細胞群」に対して,電気刺激により交感神経活動亢進状態を誘起,心筋拍動リズムに不可逆な変調が生じる条件を明らかにし,変調が生じた際に自律神経系に生じる可塑的な変化を検出するという方針で研究を進める.本年度は集積化電極(MicroElectrode-Array; MEA)基板上に実験動物(Wistar rat新生児)から採取した交感神経細胞群,心筋細胞群を播種して共培養系を構築,心筋同期拍動時の活動電位伝搬時空間パターンを評価する手法の確立に注力した.(1)自発拍動について,催不整脈薬(lidocaine)投与時の活動伝搬パターンの可視化を試みた.広範囲(7 mm×7 mm,従来は1.8 mm×1.8 mm)を観測対象とする新たなMEAを製作して計測を行なった結果,一方向に伝搬する正常な拍動伝搬以外に,リエントリ状に継続する異常伝搬パターンが生じる場合があることがわかった.正常/異常拍動間の状態遷移についても定量評価する手法を確立した.(2)ペーシング刺激により誘発される心筋拍動について,その空間伝搬パターンを可視化する手法につき検討した.平面上の64ヶ所の観測点で記録された活動電位について,刺激印加からの時間遅れをプロットして近似的な平面を導出することにより,空間的な伝搬方向の定量化が可能となることがわかった.MEA基板上に構成した自律神経/心筋細胞共培養系を利用して慢性電気刺激により交感神経活動亢進状態を誘起,心拍変動に生じる異常を観測してその発生メカニズムを明らかにすることを目標としている.計画初年度において,実験系の構築および計測信号解析手法の開発が完了した.64電極を集積化したMEA基板上にシリコンゴム(Poly-DiMethyl-Siloxane; PDMS)製のマイクロ細胞培養区画を設置,区画間をトンネル構造で連結した細胞培養皿を設計,製作した.標準デバイスに加えて観測領域を広げたMEAパターンを新たに導入した.実験動物から上頸神経節(Superior Cervical Ganglion; SCG)と心筋組織を採取,これを単離してMEA基板上に共培養系を構築するプロトコルを確立した.標準的なMEAでは培養心筋系の活動のごく一部のみが観測されていたが,今回新たに製作したデバイスにより,ほぼ試料全体の活動を可視化することが可能になり,典型的な不整脈であるリエントリ現象の観測に成功した.さらに,心筋活動パターンの定量評価手法として,誘発応答における時間遅れを指標とする3次元表示を試み,活動伝搬の方向という視点からの評価が可能になった.本年度開発した計測デバイス,解析ツールを利用して,自律神経細胞群に対する長時間の電気刺激により誘導される心拍変動を観測,解析することにより,心房細動発生メカニズムの解明につながる知見を得ることが期待できる.不整脈現象が発生するメカニズムの解明に向けて,心筋細胞群異常興奮伝搬現象の詳細な解析,交感神経活動亢進状態の継続に起因する心拍変動現象の観測,の2つの課題につき検討する.(1)心筋細胞群異常興奮伝搬現象:64電極を有するMEAに比べて多点での電気信号記録が可能なCMOSアレイ(MaxOne, MaxWell Biosystems AG, Switzerland)計測システムを導入,信号伝搬時空間パターンの詳細な解析を行う.各計測点での活動電位観測時刻に基づいて信号伝搬方向のベクトルを定義することにより,正常な同期拍動とリエントリ等異常興奮を定量的に評価する指標を確立する.さらに細胞内Ca2+イオン濃度計測等の手法も併用し,心筋細胞群異常興奮現象が生じる条件を明らかにすることを目指す.(2)交感神経活動亢進状態に起因する心拍変動現象:SCG領域に対する電気刺激が一過性の場合,心筋の拍動数は上昇した後,数分程度で初期状態に復帰すると考えられる.SCG活動亢進状態の継続時間を長くしていくと,いずれかの時点で電気刺激を止めても心拍リズムが不安定になる現象が生じることを想定して実験を行なう.1日ー1週間ー最終的には1ヶ月間の連続刺激,心筋拍動計測を実施,不安定な拍動リズムが現われる条件を明らかにすることを目標とする.自発拍動の間隔だけでなく,空間的な活動伝搬方向も定量評価の指標として利用する.不安定現象が生じた試料について免疫化学染色を適用し,系に含まれる細胞種の定量評価を実施,分化転換現象の寄与につき検討する.上記の課題について得られた実験結果を統合し,今後検討すべき課題の整理と合わせて研究成果の取りまとめを行なう.心房細動は最も症例の多い心疾患であり,発作性から持続性,永続性へと段階的に進行することが知られているが,早期段階においては器質的な原因が認められない症例(孤立性心房細動)が少なくないことがわかってきた.