hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ロボット訓練と非侵襲脳刺激が脳卒中片麻痺の回復および脳可塑性へ与える影響

本研究は,脳卒中後の片麻痺に対するリハビリテーションに関し,ロボットを用いた訓練・介入による麻痺改善の効果を検証するとともに,脳機能を評価することで麻痺からの回復の経過と脳活動との関連を明らかにするものである.昨年度は,上肢のロボットリハビリテーションの効果を,上肢のリーチング運動をアシストするロボットであるMIT-MANUSを用いて調査した.これまでにロボット単体や電気刺激の併用によりリハビリテーションの効果が報告されているが,患者の感覚障害がロボット・リハビリテーションに与える影響は定かではない.そこで本研究では,ロボットを用いた訓練における,感覚障害の有無と麻痺改善量の関係を明らかにすることを目的とした.具体的には,脳卒中後に片麻痺となった患者に1日1時間,週に5日,2週間のロボット・リハビリテーションを行った.重度の感覚障害を発症した3名の患者(重度片麻痺,中等度片麻痺,軽度片麻痺)と,同じ程度の運動麻痺を生じ感覚障害の少ない患者での比較を行うことで,感覚障害を発症した患者ではロボット・リハビリテーションによる麻痺改善効果が少ないことが示唆された.脳機能計測の側面では,fNIRS計測におけるノイズの問題を解決することを優先させた.具体的には,Spectratech社のfNIRS装置による運動関連領域の測定のため,測定用Probeを安定的に固定するためのヘッドマウントを作成し,これまでに比しノイズを軽減することができた.fNIRSによる脳機能測定を安定的に行うためのシステムの整備,および測定用Probeの作成に,想定以上の時間がかかったため,脳卒中患者の脳機能計測まで着手するに至らなかった.今年度は,脳卒中患者の脳機能計測に着手し,ロボットによるリハビリテーションの効果を,運動機能の側面だけでなく,脳機能の側面から評価可能にする.また,一昨年より進めているロボットリハビリテーションによるRandomized Controlled Trialの結果をまとめ,根拠の質の高い結果としてロボットリハビリテーションの効果を明らかにする.本研究は,脳卒中の運動麻痺に対するリハビリテーションにおいて,ロボット訓練時の脳賦活や脳刺激による介入が麻痺改善および脳可塑性へ与える影響を調査する.脳卒中による片麻痺患者を対象とし,訓練前の麻痺手運動時の脳機能,ロボット訓練時および非侵襲脳刺激時の脳賦活領域,訓練後の運動機能と脳機能を計測し,訓練・刺激による麻痺改善効果および脳機能の変化を検証する.ロボット訓練のRCTをスタートすることはできたが,fNIRS計測において,訓練時の計測Probeと頭部とのずれが無視できないノイズを生じさせているため改良する必要が生じ,脳機能評価の環境整備が遅れている.本研究は,脳卒中後に多くみられる一側性の運動麻痺(片麻痺)に対するリハビリテーション法として近年注目されているロボット・リハビリテーションについて,その効果をより増強するための方法として,電気刺激をはじめとした介入の併用について検討するものである.今年度は,ロボット・リハビリテーションの中でも,特に上肢のリーチング動作のリハビリテーションを目的としたMIT-MANUSを用いた訓練の効果を増強することを目的とした介入研究を行った.今年度の介入では,ロボット・リハビリテーション時に,運動閾値よりもわずかに低い強度での電気刺激を,麻痺側上肢の三角筋前部および上腕三頭筋へ与え,ロボット単体でのリハビリテーションと比較し,麻痺改善などに効果があるかを検討した.結果,1日1時間,週5日,2週間の介入後に,ロボット単体でのリハビリテーションよりもアクティブな関節可動域,および,総合的身体機能評価法のひとつであるFugl-Meyer assessment(FMA)のスコアが増加すること(リハビリテーションの効果が増強したこと)が明らかとなった.電気刺激はロボット・リハビリテーションをはじめ通常の訓練とも併用が容易であることから,脳卒中後のリハビリテーションに有用であると考えられる.今年度の結果は,本研究の最終的な目標である,脳活動を経頭蓋電気刺激や経頭蓋磁気刺激を用いて増強あるいは減弱させる修飾を行い,リハビリテーション効果を増強する試行の前段に位置する.fNIRSによる脳機能計測では,評価結果を左右するほどの,皮膚血流をはじめとしたアーチファクトが重畳するが,このアーチファクトを除去し安定的な評価結果を得るための環境整備に予想以上の時間がかかっているため.本研究は,脳卒中後の片麻痺に対するリハビリテーションに関し,ロボットを用いた訓練・介入による麻痺改善の効果を検証するとともに,脳機能を評価することで麻痺からの回復の経過と脳活動との関連を明らかにするものである.昨年度は,上肢のロボットリハビリテーションの効果を,上肢のリーチング運動をアシストするロボットであるMIT-MANUSを用いて調査した.これまでにロボット単体や電気刺激の併用によりリハビリテーションの効果が報告されているが,患者の感覚障害がロボット・リハビリテーションに与える影響は定かではない.そこで本研究では,ロボットを用いた訓練における,感覚障害の有無と麻痺改善量の関係を明らかにすることを目的とした.具体的には,脳卒中後に片麻痺となった患者に1日1時間,週に5日,2週間のロボット・リハビリテーションを行った.重度の感覚障害を発症した3名の患者(重度片麻痺,中等度片麻痺,軽度片麻痺)と,同じ程度の運動麻痺を生じ感覚障害の少ない患者での比較を行うことで,感覚障害を発症した患者ではロボット・リハビリテーションによる麻痺改善効果が少ないことが示唆された.脳機能計測の側面では,fNIRS計測におけるノイズの問題を解決することを優先させた.具体的には,Spectratech社のfNIRS装置による運動関連領域の測定のため,測定用Probeを安定的に固定するためのヘッドマウントを作成し,これまでに比しノイズを軽減することができた.fNIRSによる脳機能測定を安定的に行うためのシステムの整備,および測定用Probeの作成に,想定以上の時間がかかったため,脳卒中患者の脳機能計測まで着手するに至らなかった.

頭部へ装着するfNIRS装置の計測Probeホルダを自作改良することで安定化を図り,患者の訓練時の脳機能を確実に評価できるよう環境整備を進めていく.脳機能計測環境が整い次第,訓練時および訓練前後の脳機能計測から,ロボット訓練が脳機能マップの変化に与える影響を明らかにする.その後,訓練時の非侵襲脳刺激による訓練効果の向上を試みる.今年度は経頭蓋電気刺激を導入し,脳機能を修飾することによりリハビリテーション訓練の効果が増強されるかを検証する.fNIRSによる脳機能評価が安定的に可能となれば,訓練前後の脳機能評価を元に,経頭蓋電気刺激の刺激部位や電極の極性を調整し,より効果的な介入方法を調査する.今年度は,脳卒中患者の脳機能計測に着手し,ロボットによるリハビリテーションの効果を,運動機能の側面だけでなく,脳機能の側面から評価可能にする.また,一昨年より進めているロボットリハビリテーションによるRandomized Controlled Trialの結果をまとめ,根拠の質の高い結果としてロボットリハビリテーションの効果を明らかにする.
ボーリングコアを用いた理科地学領域の授業改善：野外自然体験学習の代替として

本研究の目的は,小中高等学校の理科地学領域における野外自然体験学習の代替となる機材・方法を開発することである.さまざまな機材・方法で採取された標準ボーリングコアを用意し,それを学校に送付して地学領域の授業で活用してもらう「ボーリングコア貸し出しサービス」と学校に研究者が出向いて半機械式あるいは人力でボーリング掘削する「ボーリング掘削サービス」の2つを確立することである.前者を「教室でコア見せ隊(見せたい)」,後者を「校庭で穴掘り隊(掘りたい)」と称する.平成28年度に茨城県土浦市,平成30年に千葉県千葉市において機械式ボーリング掘削を行い,コアの複数の層凖に絶対年代を入れることによって,沖積層の標準ボーリングコア2本を用意した.「教室でコア見せ隊」は,東京都・千葉県・埼玉県の中高等学校4校と教員免許状更新講習1回を行った.学校に研究者が出向き,生徒に標準ボーリングコアを観察させて,学校のある土地の成り立ちと気候変化・海面変化との関係を探究させる体験授業を行った.「校庭で穴掘り隊」は,東京都・千葉県の中高等学校の2校で行った.学校に研究者が出向き,人力掘削専用の機材を用いて,生徒に校庭の下の地層を採取させる体験授業を行った.「教室でコア見せ隊」は,研究者が実施主体で授業1時間でできること,生徒の反応が良いことから,実施した教員には高評価であった.一方,「教室でコア見せ隊」を,学会や研究会以外のどのような方法で学校の教員に周知するかという広報の課題が残された.「校庭で穴掘り隊」は,掘削場所の選定,事務との調整,授業時間が長くなるなど,学校教員にとって手軽にできないということがわかった.そのため,「校庭で穴掘り隊」は「教室でコア見せ隊」の上位のプログラムとして,通常の1時間の授業ではなく,課題研究や科学部の活動として行うことが適当であると考えられる.本研究の目的は,小中高等学校の理科地学領域における野外自然体験学習の代替となる機材・方法を開発することであり,野外での露頭観察の代替としてボーリングコアを取り上げる.そして,さまざまな機材・方法で採取された標準ボーリングコアを用意し,それを学校に送付して地学領域の授業で活用してもらう「ボーリングコア貸し出しサービス」と,学校に研究者が出向いて半機械式あるいは人力でボーリング掘削する「ボーリング掘削サービス」の2つを確立させることを目指す.平成28年度からの3年間で,さまざまな方法・機材によって標準ボーリングコアを用意し,標準コアを用いた授業実践および学校で独自に採取したボーリングコアを用いた授業実践を行う.そして,ボーリングコアを用いた授業実践のハンドブックを作成し,2つのサービスサービスを開始する.平成28年度は,研究の初年度にあたり,土浦市において機械式ボーリング掘削(ロータリー式ボーリング)を専門業者に委託し,長さ30 mのコアを掘削した,そして,コアの処理と層相観察などを行った結果,深度02.3 mは人工の地層,2.33.3 mは河川の砂,3.36.9 mは海の泥,6.910.5 mは河川の砂礫,10.519.6 mは海の泥,それ以下は川の砂礫であった.このような層相変化は,最終氷期から後氷期における気候・海面の変化と,大きな河川の地形・堆積物の成長過程を反映しており,千葉県東部から茨城県南部にかけての自然の変化を示す標準的なコアになることがわかった.また,半機械式ボーリング掘削機材(パーカッション採土器ボーリング)と人力ボーリング掘削機材(ジオスライサー)を専門業者に特注で作成してもらった.そして,半機械式ボーリング掘削と人力ボーリング掘削の方法を銚子市内で試行し,それらのノウハウを蓄積した.平成28年度には,標準ボーリングコアを用いた授業実践をいくつかの学校で行う予定であった.しかし,標準ボーリングコアを採取する適地を選定するために,既存の公共ボーリングデータを整理したところ,当初の銚子市は不適で土浦市の方が適していることが分かった.そのため,標準ボーリングコアを掘削する場所を選定し直し,地権者との用地交渉や専門業者の掘削機材・人員のやりくりから,ボーリング掘削の実施時期が遅くなり,学校における授業実践を行うことができなかった.また,研究成果の発信のためのブログを解説することができなかった.本研究の目的は,小中高等学校の理科地学領域における野外自然体験学習の代替となる機材・方法を開発することであり,野外での露頭観察の代替としてボーリングコアを取り上げる.そして,さまざまな機材・方法で採取された標準ボーリングコアを用意し,それを学校に送付して地学領域の授業で活用してもらう「ボーリングコア貸し出しサービス」と,学校に研究者が出向いて半機械式あるいは人力でボーリング掘削する「ボーリング掘削サービス」の2つを確立させることを目指す.平成28年度からの3年間で,さまざまな方法・機材によって標準ボーリングコアを用意し,標準コアを用いた授業実践および学校で独自に採取したボーリングコアを用いた授業実践を行う.そして,ボーリングコアを用いた授業実践の模式指導案を作成し,2つのサービスを開始する.平成29年度は研究の2年目にあたり,平成28年度に土浦市において機械式ボーリング掘削(ロータリー式ボーリング)された標準ボーリングコアに放射性炭素同位体年代測定による絶対年代を5点入れた.そして,千葉県東部から茨城県南部にかけての過去5万年間の地形・地層の成長モデルを作り,気候・海面変化との対応を確かめた.

千葉県東部の高校では,別の機械式ボーリング掘削(環境ボーリング)調査とあわせて,パーカッション採土器,ハンドオーガー,検土杖,スコップなどのさまざまな方法・機材を用いて,校庭の地下の地層を採取する授業実践を行った.東京都区部の中学校では,学校所有の土質試料と標準ボーリングコアを用いて,その土地の成り立ちと気候変化・海面変化との関係を探究する授業実践を行った.後者の授業実践からは,標準ボーリングコアとした土浦市のコアは,東京都区部の生徒にはわかりにくく,東京都区部や千葉市周辺で本サービスを行うためには,今後東京湾岸のどこかで標準ボーリングコアを用意する必要があることがわかった.平成29年度には,さまざまな方法・機材を用いた人力掘削の授業実践を高校で,標準ボーリングコアを用いた授業実践を中学校で行ったが,それぞれ1校ずつにとどまった.それは,本サービスを学校教員に広報することが難しかったことと,特に小・中学校では理科の授業で地層を学習する時期とうまくあわなかったことによる.そのため,すでに開設したホームページを充実させること,5月の日本地球惑星科学連合大会の学校教育セッションでポスター発表すること,千葉科学大学の教員免許状更新講習の1講座として本サービスの内容を取り入れることよって,今後,本サービスの広報を行ない,授業実践を増やす予定である.本研究の目的は,小中高等学校の理科地学領域における野外自然体験学習の代替となる機材・方法を開発することである.さまざまな機材・方法で採取された標準ボーリングコアを用意し,それを学校に送付して地学領域の授業で活用してもらう「ボーリングコア貸し出しサービス」と学校に研究者が出向いて半機械式あるいは人力でボーリング掘削する「ボーリング掘削サービス」の2つを確立することである.前者を「教室でコア見せ隊(見せたい)」,後者を「校庭で穴掘り隊(掘りたい)」と称する.平成28年度に茨城県土浦市,平成30年に千葉県千葉市において機械式ボーリング掘削を行い,コアの複数の層凖に絶対年代を入れることによって,沖積層の標準ボーリングコア2本を用意した.「教室でコア見せ隊」は,東京都・千葉県・埼玉県の中高等学校4校と教員免許状更新講習1回を行った.学校に研究者が出向き,生徒に標準ボーリングコアを観察させて,学校のある土地の成り立ちと気候変化・海面変化との関係を探究させる体験授業を行った.「校庭で穴掘り隊」は,東京都・千葉県の中高等学校の2校で行った.学校に研究者が出向き,人力掘削専用の機材を用いて,生徒に校庭の下の地層を採取させる体験授業を行った.「教室でコア見せ隊」は,研究者が実施主体で授業1時間でできること,生徒の反応が良いことから,実施した教員には高評価であった.一方,「教室でコア見せ隊」を,学会や研究会以外のどのような方法で学校の教員に周知するかという広報の課題が残された.「校庭で穴掘り隊」は,掘削場所の選定,事務との調整,授業時間が長くなるなど,学校教員にとって手軽にできないということがわかった.
p波超流動のBCS－BECクロスオーバーにおける強結合効果

本研究の目的は、p波相互作用するフェルミ原子気体において、対形成揺らぎが1粒子状態に与える影響を明らかにすることにある。これまでの研究では、強結合理論を用いて常流動相における1粒子状態の解析を行い、その結果、超流動転移温度付近において、対形成揺らぎが強くなることで擬ギャップ構造と呼ばれる窪みが1粒子スペクトルに生じることを明らかにした。さらに、擬ギャップが現れはじめる温度の相互作用依存性に、従来型のs波相互作用の場合には見られない、非単調な振る舞いが生じることを明らかにした。今年度は、この理論を超流動転移温度以下に拡張し、相図の作成、及び1粒子状態の解析を行った。超流動状態を解析した結果、超流動転移温度から温度を下げていくと、px状態と呼ばれる超流動相から、px+ipy状態と呼ばれる超流動相への相転移が生じることがわかった。このような相転移が生じることは、平均場近似を用いた先行研究によってすでに予言されていたが、本研究では強結合効果を取り入れた解析を行っており、それにより初めて定量的に評価のできる相図を得ることに成功した。さらに、1粒子状態を解析した結果、上記の相転移線付近においては、p波相互作用を構成する3成分のうち、凝縮している1成分から生じる超流動ギャップと凝縮していない2つの成分の揺らぎによって生じる擬ギャップの両方が1粒子スペクトルに現れることを示した。これらの解析により、p波相互作用するフェルミ原子気体における擬ギャップ現象が、すべての温度、相互作用領域において明らかになった。昨年度、私は、本研究の目的のひとつである、「p波相互作用するフェルミ原子気体における強い対揺らぎが与える1粒子状態への影響」を調べるために、超流動転移温度以上における解析を行った。具体的には、従来型s波相互作用の対形成揺らぎの影響をよく表現することで知られているT行列理論をp波相互作用に応用し、状態密度、スペクトル強度の計算を行った。その結果、これらの量に「擬ギャップ」と呼ばれるディップ構造が生じることが明らかにした。さらに、擬ギャップの大きさ及び擬ギャップ温度が非単調な相互作用依存性を示すこと、さらにこの特徴的な振る舞いが、p波相互作用の波数依存性に起因するものであることを示した。この擬ギャップ構造の非単調な相互作用依存性はs波相互作用の場合には現れない現象であるため、この結果は、s波とp波相互作用では現れる強結合効果が質的に異なることを示す重要な結果である。また、擬ギャップ現象が現れる領域は、超流動転移温度よりもかなり高い温度領域に存在していることが明らかになった。現在、冷却原子系ではp波超流動相は実現していないが、それに先駆けてp波相互作用による擬ギャップ現象の観測が期待できると考えている。これらの結果は論文にまとめ現在投稿中である。その後、超流動相における擬ギャップ現象を明らかにするために、理論を超流動転移温度以下に拡張し、p波超流動相における強結合効果の研究に着手した。現在、幅広い相互作用、温度領域において実現する超流動相の決定し、相図の作成を行っている。当初の計画では、超流動転移温度以上における不純物効果を行う予定であったが、より重要性が高いと思われる超流動転移温度以下の解析に切り替えたが、全体としては順調に進展していると考えられる。まず、強結合効果を考慮した理論に基づく相図の作成を行う。その結果を基に、1粒子状態の解析を行い、p波相互作用するフェルミ原子気体における擬ギャップ現象を明らかにする。さらに、磁気トラップの影響を取り入れ擬ギャップ現象を解析し、実験との比較を行う。
極性を持つ上皮細胞における頂部および基底側部細胞膜の膜微小ドメインの解析

我々はヒトアクアポリン2(AQP2)を安定的に発現しているMDCK細胞では、刺激前に細胞内に存在するアクアポリン-2のプールが、刺激に対して、何らからの理由で頂部細胞膜の特定の部位に移動し、細胞内エンドソームに移動する。この研究で、頂部細胞膜にこの蛋白を係留する役割を果たすのはコレステロールの関係する膜微小ドメインのようなカベオリン関連ドメイン成分や糖脂質、特にシアル酸などの成分が関係していることが判明した。我々は、ヒトアクアポリン-2(AQP2)を安定的に発現しているMDCK細胞を用いて研究を行っている。この細胞では、刺激前に細胞内に存在するアクアポリン-2のプールが、刺激に対して、何らかの理由で頂部細胞膜の特定の部位に移動し、刺激除去後、細胞内初期エンドソームに移動する。この研究で、頂部にこの蛋白を係留する役割を果たすのはコレステロールの関係する膜微小ドメインのようなカベオリン関連ドメインであることが判明した。少なくともカベオリン-1を、RNAiを用いてノックダウンするとアクアポリン-2は、細胞刺激後、頂部細胞膜にとどまることができず、そのまま初期エンドソームに移動し、その後、本来のリサイクリングエンドソームとは異なるサイトに移動してしまうことがわかった。頂部細胞膜のドメインはPEG-コレステロールのプローブを用いてことでそのサイトを可視化することができるが、例えばMDCK細胞にシンタキシン-6の変異体を導入すると頂部細胞膜からカベオリン-1の発現が抑制されるが、このときコレステロールは頂部細胞膜にまったくアクセスできなくなる。この時AQP2は頂部には移動できるが、細胞内にエンドサイトーシスできなくなることがわかった。また、カベオリン-1の発現を抑制するカベオリン-3のDGV変異体を導入しても、同様なことが起きてしまうことがわかった。頂部膜の性質を明らかにするために、頂部膜のみを回収する方法を工夫していたこところ、ポリLリジンをコートしたカバーグラスでこれが容易にできることがわかった。我々はヒトアクアポリン2(AQP2)を発現するMDCK細胞を用いて研究を行っている。この細胞では刺激前には、細胞内に存在していたアクアポリン2のプールは刺激に対して何らかの原因で頂部細胞膜に係留され、刺激除去後には細胞内の初期エンドソームに移動し、その後リサイクリングエンドソームに移動することが判っている。本研究ではアクアポリン2が頂部細胞膜に係留されるためには、カベオリンのような脂質膜ラフトドメインに属するような成分が正常に備わっていることが条件であることが判明した。成分のいくつかが欠如すると、アクアポリン2は頂部細胞膜にはほとんど係留されずに初期エンドソームへの自発的に移動することが判明した。例えばRNAiを用いたカベオリン1のノックダウンや、シンタキシン6の細胞質ドメインを過剰発現によるカベオリン発現の抑制、各種の糖脂質の合成経路阻害剤(D-PDMP,NB-DGJ,フモニシンB1)によって、このような現象を再現することが可能であることが分かった。この現象は阻害剤の濃度依存性におこる。特にフモニシンB1の場合その濃度の低い場合には、その作用は明瞭ではないが、刺激に対する反応としてアクアポリン2は頂部膜では無く、側基底部に移動していた。また頂部膜の微小ドメインはカベオリン1の過剰発現や変異体の発現によって変化し、蛍光標識したポリエチレングリコール結合コレステロールやラクトシルセラミドやGM1によってその変化を可視化すること、これらのプローブの一部はカベオリン1に変異を起こさせた場合には、ドメインへのリクルートに支障をきたすことを示すことに成功した。さらにクラスリン依存性エンドサイトーシスと関係する蛋白AP2μ2をノックダウンする方法を用いて、アクアポリン2のエンドサイトーシスは一般的なクラスリン関連エンドサイトーシスでは無いことを証明することができた。MDCK細胞をモデルにした極性を持った上皮細胞のおける頂部膜蛋白であるアクアポリン2蛋白と頂部膜と基底側部膜の両方に存在するカベオリン蛋白を指標に、実験を行い、それらの蛋白がどのような経路で輸送されているのかを検証した。本年度は特にカベオリン1のノックダウンに類似した現象が、糖脂質合成阻害剤で再現できるかについて検討した。特にD-PDMPとNB-DGJについては再現性が高く、さらにD-PDMPは非常に低い濃度で効果があった。この薬品を2日間処理した細胞では、フォルスコリン刺激によって移動したアクアポリン2蛋白は、カベオリン1と共に短い時間で細胞内に取り込まれ、その一部はEEAI陽性の初期エンドソームに移動していた。また残りの蛋白はカテプシンD、Rab7陽性リソソームに移動していることが判明した。D-PDMPを作用させた細胞では、本来頂部細胞膜に存在するフロティリン2-GFPもフォルスコリン刺激で細胞内に移動した。

一方、コレステロール合成阻害剤であるU18666Aを細胞に添加して、アクアポリン2とカベオリン1の局在について検討した結果、両者ともに頂部膜を経由しないでカテプシンD、Rab7陽性のリソソームに直接移動していることが判明した。この経路はカベオリン1のノックダウン時のフォルスコリン刺激後のアクアポリン2とカベオリン1の経路(初期エンドソーム後にはカテプシンD陰性、Rab11陰性の不明のエンドソーム)とは異なった経路をたどっている可能性が示唆された。この経路は本来のクラスリン関連エンドサイトーシスとは異なっている可能性があることから、Rab7やRab5のノックダウンの手法を用いての検討を要する。
病変部位免疫環境のリモデリングを誘導する新規Treg制御法の開発

本研究は、タンパク質ライブラリーを新規手法により作製し、炎症性疾患の病変部位で制御性T細胞(Treg)の機能抑制を引き起こしている因子を同定することや、機能抑制を受けているTregの賦活化を誘導する因子を探索することを目的としている。この新規ライブラリ(in frame directed recombinant protein library: IFDRライブラリ)は、分泌シグナルの下流にcDNAを挿入し、その下流でGFPとIgGのFc部位に連結させるものであり、機能を持つタンパク分子の割合を飛躍的に高めたものである。IFDRライブラリは先行研究で、スモールスケールでの作製に成功しており、30年度の研究では、まず、そのライブラリスケールへの拡大を試みた。その結果、スケールアップにより、ライブラリ遺伝子のサイレンシングによる著明な発現低下が見られたため、下記に示す4つのストラテジーにより改善を試みた。1分泌シグナルペプチドの改良:スモールスケールでの発現では、RGMB分子のシグナルペプチドを使用していたが、さらに強力なIgkシグナルペプチドへの置換を行った。2細胞株の改良:スモールスケールでの発現ではNIH3T3細胞を使用していたが、分泌タンパク作製に実績のあるCHO細胞への変更を行った。CHO細胞は、そのままではレトロウイルスへの感染効率が低いため、レトロウイルス受容体を強制発現させた株を樹立した。3薬剤耐性遺伝子の変更:スモールスケールでの発現ではPuromycinでライブラリーDNA陽性細胞のセレクションと維持を行っていたが、よりサイレンシングに耐性の高いことが報告されているZeocin耐性遺伝子への置換を行った。以上、3点の改良により、IFDRライブラリーのスケールアップに成功した。「研究実績の概要」の項で記述した、IFDRライブラリーのスケールアップは滞りなく進むと予測していたが、上述の通り、発現低下などの問題が生じ、トラブルシューティングに時間がかかった。当初の予定ではIFDRライブラリーを用いたスクリーニングに着手している計画であったため、順調に進展しているとの評価には至らない。しかし、トラブルは解決し、スクリーニングに着手する段階に達したため、やや遅れていると評価が妥当であると判断した。本年度は、前年度の研究でスケールアップに成功したIFDRを用い、病変部位Tregの機能抑制を引き起こす因子、および機能抑制を受けているTregの賦活化因子のスクリーニングを行う。スクリーニングに用いる細胞のソースとして、IFNg-GFPおよびFoxp3-GFPレポーターマウスを入手したため、これらを最大限に活用し、ハイスループットなスクリーニングを試みる。本年度後半からは、スクリーニングにより同定された因子の機能解析および、in vivo疾患モデルでの検討を、それぞれ以下に示す方策により行う。1スクリーニングにより同定された因子の機能解析:スクリーニングで見出された因子の機能を、過剰発現実験、ノックダウン実験、拮抗ペプチドや中和抗体を用いた実験などにより、分子・細胞レベルで検討する。また、本ライブラリはFc融合型のプラットフォームであるため、そのままProtein Gビーズによるpull-down,質量分析に応用することができる。見出された分子の中から3種類程選択し、相互作用因子を同定する。2in vivo疾患モデルでの検討:マウス疾患モデルを用い、Fc融合リコンビナントタンパク、拮抗ペプチド、中和抗体の移入等により、因子の活性をin vivoで正負に制御し、その治療効果を検討する。疾患モデルはEAE,IBDモデル、および腫瘍モデルを用い、それぞれの因子の炎症反応の抑制能または抗腫瘍免疫の賦活化能を検討する。

スクリーニングに用いる細胞のソースとして、IFNg-GFPおよびFoxp3-GFPレポーターマウスを入手したため、これらを最大限に活用し、ハイスループットなスクリーニングを試みる。本年度後半からは、スクリーニングにより同定された因子の機能解析および、in vivo疾患モデルでの検討を、それぞれ以下に示す方策により行う。1スクリーニングにより同定された因子の機能解析:スクリーニングで見出された因子の機能を、過剰発現実験、ノックダウン実験、拮抗ペプチドや中和抗体を用いた実験などにより、分子・細胞レベルで検討する。また、本ライブラリはFc融合型のプラットフォームであるため、そのままProtein Gビーズによるpull-down,質量分析に応用することができる。見出された分子の中から3種類程選択し、相互作用因子を同定する。2in vivo疾患モデルでの検討:マウス疾患モデルを用い、Fc融合リコンビナントタンパク、拮抗ペプチド、中和抗体の移入等により、因子の活性をin vivoで正負に制御し、その治療効果を検討する。疾患モデルはEAE,IBDモデル、および腫瘍モデルを用い、それぞれの因子の炎症反応の抑制能または抗腫瘍免疫の賦活化能を検討する。
陽イオン・陰イオン吸着剤としての天然ゼオライトの応用

鉱物への陰イオン吸着の基礎的研究として、銅および黄鉄鉱クラスター上へのメルカプトベンゾチアゾールの吸着を分子軌道法によって研究した。メルカプトベンゾチアゾールの電子状態はチオカーボニルの硫黄と5員環の窒素に電子が多く分布しそれら原子が大きな負の荷電を帯びるが、5員環中の硫黄は中性に近い。メルカプトベンゾチアゾールから電子が銅及び黄鉄鉱に流れて両者の間に結合を生ずる。その相互作用は銅クラスター表面上の銅原子、黄鉄鉱クラスター表面上の鉄原子がメルカプトベンゾチアゾールの2つの硫黄の間に位置する場合と硫黄と窒素の間に位置する場合とで異なる。前者の場合、2つの硫黄と銅及び鉄原子の間に強い結合を生じ、後者の場合硫黄と窒素各原子と銅及び鉄原子の間に強い結合を生ずる。吸着の安定化エネルギーは前者において大きい。ゼオライトへの水蒸気吸着はゼオライトの乾燥温度が高い程、水のモル吸着熱は大きく、同種、同条件のもとでは水の吸着量が多い程水のモル吸着熱は減少しており、吸着初期の水蒸気程ゼオライトと強いエネルギーで吸着している。天然ゼオライトは合成ゼオライトに比べて一般的に水蒸気吸着熱は小さい。これは前者の吸着サイトの濃度が後者のそれより小さいものと考えられる。天然ゼオライト(石見産、衣川産、蔵王産)のLi,Sr,Ag,Co,NH^<4+>などの陽イオン吸着が検討された。Liに対しては石見産ゼオライトが他のゼオライトより吸着性が優れている。また1M NaCl溶液処理によるNa-ゼオライトはLiの吸着量を1.301.85倍に増加する。Sr,Ag吸着は濃度が高くなるとその吸着量を上昇する傾向を示す。Co吸着量は細孔径が大きくなると増加するが、合成ゼオライトは逆の減少を示した。従って表面積当りの細孔の数も考慮せねばならない。それぞれの陽イオン吸着におけるゼオライトに対する吸着等温線は形式上フレントリッヒ型を示し、不均一表面上の吸着と同じになる。吸着はゼオライト中の陽イオンとの交換と考えられるが必ずしも化学量論的なイオン交換ではない。これら陽イオン中NH^<4+>は天然ゼオライト上に短時間で吸着し、特に石見産ゼオライトが高い吸着性を示す。
抗菌性および分子識別能を有する高機能性配糖高分子錯体の開発

1.ごく最近、申請代表者は一般に酵母が糖質を炭素源としていることに着目し独自に開発してきた配糖錯体の中でアミノ糖のD-グルコサミンとエチレンジアミンとのN-グリコシドを配位子として持つNi(II)配糖錯体がHIVウイルス感染者ならびに免疫抑制剤被投与者の重大な死亡要因の一つである病原性酵母Candida albicansの成育を有効に阻止するという重要な現象を見いだした。本研究ではこの発見を手掛かりに、アミノ糖部分に高分子化可能なモノマー官能基を導入し、それらの配糖錯体を秩序正しく高分子化し、新しいタイプの抗菌性ポリマーの開発を目的としている。2.本年度は、上記のアミノ糖のNi(II)配糖錯体が細胞の代謝系に直接作用していることが示唆されたので、今回細胞壁形成過程におけるキチン分解系に関与する酵素(キチナーゼ)の酵素活性に対する錯体の影響を酵素化学的に詳細に検討した。3.酵素化学的な検討により、配糖錯体が酵母細胞の細胞壁の形成に重要な役割を担っている酵素のキチナーゼを拮抗阻害することが明らかとなった。代表的なキチナーゼの阻害としてallosamidineおよびその誘導体あるいはstyloguanidineが知られているが、例は少なく本研究の知見は金属錯体を素材とする新しいタイプの薬剤の開発にとって有用な情報とみなされ今後の発展が期待される。現在、配糖錯体の高分子化ならびに生体内で重要な役割を担っている亜鉛(II)を中心金属とするD-グルコサミンの配糖錯体の開発を進めている。
フグ卵巣はなぜ伝統的加工法で無毒化されるのか

フグ卵巣は塩漬け・糠漬けすることで毒性が低下した。また、これらのサンプルからTTX及びその類縁体である5,6,11-trideoxytetrotodoxin(TDTTX)が検出された。TTX及びTDTTXは糠漬けに伴い減少することから、TTXは分解されることで毒量が減少することが示唆された。フグ卵巣の糠漬けの菌叢について検討したところ、主要な乳酸菌は、Tetragenococcus muriaticusと同定された。さらに、Bacillus属及びClostridium属の細菌も主要な菌叢であった。これらの細菌のTTX分解への関与については、今後の研究課題として残された。フグ卵巣の塩漬け・糠漬けについてマウス試験法により毒性を評価した結果、フグ卵巣の毒性は貯蔵期間に関わらず、食用可能な10 MU/g以下のものが多く存在ていた。これらの結果は、フグ卵巣の毒性は個体差が大きいことを示唆していた。次いで、フグ毒(テトロドトキシン:TTX)のHPLCによる定量化を試みた。その結果、HPLCにおいて夾雑ピークの除去とTTX保持時間の延長が可能となり、通常のHPLCにおいてもTTXの定量が可能となった。開発されたHPLC法は、簡易に測定できるのみならず、分取も可能であることからTTX類縁体の解析にも利用でき、TTX軽減化への微生物の関与等への活用も期待できる。培養法によるフグ卵巣の塩漬け・糠漬けの存在微生物の菌種同定を行った。その結果、卵巣本体の生菌数においては、予想していたよりも他のサンプルに比べて生菌数が少ない結果となり、糠中が100,00010,000,000程度存在していたのに対し、卵巣中では100100,000程度と若干少ない検出となった。フグ卵巣の糠漬けの糠サンプルから分離した菌種割合の結果より、10% MRS培地からTetragenococcus muriaticusが多く同定された。MRSの塩分非含有培地からはBacillus属細菌が多く単離された。GAMの塩分非含有培地からもBacillus属細菌とClostridium属菌が単離された。塩分含有のPDA培地からは真菌であるPhialosimplex属が多く同定されフグの卵巣の糠漬け中の主要菌の1つである可能性が伺われた。卵巣本体から分離した菌種割合の結果では、Tetragenococcus muriaticusが糠や浸出液の結果と同様に同定された。今年度フグ卵巣の塩漬け・糠漬けの約3年間の熟成を通して経時的にマウスユニットを測定することで、毒量の変動についての知見が得られた。さらに、HPLCにより簡易的にテトロドトキシンを定量できる測定条件を確立した。また、毒量を測定したサンプルに生息する微生物叢についても検討し、培養可能なものについては菌種の同定を行うことができた。本年度は主にテトロドトキシン及びその類縁体の変動及びテトロドトキシンに及ぼす微生物の影響についての検討を行うことになるが、昨年度の研究においてそのための基礎的知見は十分に得られたと判断している。ただ、塩漬け卵巣において毒量が少ないサンプルが多かったので、今年度も、塩漬け卵巣のサンプリングを継続し、正確な毒量の変動についての検討を行う。フグ卵巣(生)のマウス試験において、フグ卵巣の毒量は個体差が大きいことがわかった。LC-TOF-MS分析において、テトロドトキシン(TTX)に加え、いくつかの類縁体と思われるピークが検出され、5,6,11-trideoxytetrodotoxinの存在が同定された。また、LC-TOF-MSとマウス試験両方の結果から、TTX類縁体にも毒性を有することが明らかとなった。このことからTTXだけで毒性を評価することは安全上問題であり、マウス試験と機器分析の両方で評価することの重要性が確認された。次いで、フグ卵巣の糠漬け樽から採取した糠、塩汁及び糠汁中のTTX及び5,6,11-trideoxytetrotodoxinについてLC-TOF-MSにより分析した結果、フグ卵巣(生)同様にTTX及び5,6,11-trideoxytetrotodoxinが検出された。このことは、卵巣中のTTX及び5,6,11-trideoxytetrotodoxinは卵巣から糠、塩汁及び糠汁に移行することが考えられる。また、これらの糠、塩汁及び糠汁のTTX及びその類縁体は、ある一定期間まで増え続けた後に減少することから、さらに異なる類縁体へと変換され、毒性が低減化していくことが示唆された。同様に、塩漬け、その後糠漬けされた卵巣のTTX含量と5,6,11-trideoxytetrotodoxinについて検討を行った結果、糠、塩汁、糠汁の結果と同様、フグ卵巣(生)を塩漬け、その後糠漬けすることで、まずTTXは減少、5,6,11-trideoxytetrotodoxinは増加し、その後5,6,11-trideoxytetrotodoxinも減少することが明らかとなった。フグ卵巣の糠漬け樽から採取した糖、塩汁及び糠汁中のTTX及び5,6,11-trideoxytetrotodoxin濃度はフグ卵巣のそれと比べ顕著に低いことから、TTXからその類縁体への変化は、フグ卵巣中でも進行することが示唆された。

また、これらのサンプルからTTX及びその類縁体である5,6,11-trideoxytetrotodoxin(TDTTX)が検出された。TTX及びTDTTXは糠漬けに伴い減少することから、TTXは分解されることで毒量が減少することが示唆された。フグ卵巣の糠漬けの菌叢について検討したところ、主要な乳酸菌は、Tetragenococcus muriaticusと同定された。さらに、Bacillus属及びClostridium属の細菌も主要な菌叢であった。これらの細菌のTTX分解への関与については、今後の研究課題として残された。HPLC・ELISA測定キット・LC/TOF-MSによるテトロドトキシン及びその類縁体の変動についての検討は、まず、昨年度サンプリングを行ったフグ卵巣塩漬け・糠漬け及び塩・糠・汁からテトロドトキシン及びその類縁体の抽出を行う。次いで、前年度開発した方法により前処理を行った上で、HPLCによるテトロドトキシンの定量を行う。さらに、前処理前のサンプルを用いて市販テトロドトキシンELISA測定キットによるテトロドトキシン及びその類縁体総量について検討する。また、テトロドトキシン及びその類縁体の変動については、上記の前処理サンプルにおいてLC/TOF-MSによる詳細な検討も行う。単離した各種微生物が及びすテトロドトキシンの影響については、各種微生物にテトロドトキシンを添加後培養し、培地中に含まれるテトロドトキシンの消長について、HPLC及びELISA測定キットを用いて検討する。さらに、同様の検討をLC/TOF-MSにより行い、得られた結果を総合的に解析する。昨年度において、培養法によりフグ卵巣塩漬け・糠漬け中に存在する微生物の挙動と同定を行った。しかし、培養できない微生物、あるいはすでに死菌となっている微生物に関する情報は得られていない。そこで、本年度は、次世代シーケンサーを用いた網羅的解析を行い、フグ卵巣塩漬け・糠漬けに伴う微生物叢の変動について詳細な検討を行う。食品化学
高感度分光システム用高速変調光パラメトリック発振器の研究

1.擬似位相整合光パラメトリック発振器非線形光学結晶ニオブ酸リチウムの周期分極反転し,これを波長変換デバイスとする光パラメトリック発振器を作製し,分光対象となる試料ガスの吸収線が多く存在する34μm帯をカバーする光源を実現した。2.光パラメトリック発振器の電界同調光パラメトリック発振器の波長同調は、ニオブ酸リチウムの電気光学効果を利用して、高速な波長同調が可能となるようにした。ニオブ酸リチウム結晶の表面に電極を形成し,結晶に電界を印加できるような装置を作成した結果,1kv/mmの電界を印加することにより光パラメトリック発振器の発振波長を1nm程度変化させられること確認した。最高変調周波数は400Hzであり,従来方法の温度による同調に較べて,非常に高速な変調が可能にした。3.電界同調擬似位相整合光パラメトリック発振器を光源とする微分スペクトロスコピー上述の光源を用いることにより,メタンガスの3.3μm帯の吸収線の分光を行った。分光方法は,直接吸収分光法および,本研究で新たに開発した光源の特長を活かした微分吸収分光法を行い,微分吸収分光法で高い分光感度が得られた。
1型糖尿病・2型糖尿病に共通する遺伝的基盤の同定ならびに機能解析

1型糖尿病と2型糖尿病は異なる機序により発症すると考えられてきたが、1型糖尿病患者の家族に2型糖尿病患者が高率に認められることが報告されており、両者に共通する遺伝基盤の存在が想定される。我々は日本人1型糖尿病、および2型糖尿病の疾患感受性遺伝子、および2型糖尿病モデルマウスにおける疾患感受性遺伝子座を同定することにより、両者共通の遺伝基盤を解析するためのスクリーニングパネルを作製した。さらにヒトおよびマウスにおける1型糖尿病の新規疾患感受性遺伝子を発見し、2型糖尿病との疾患感受性について検討し報告した。1型糖尿病と2型糖尿病の共通の遺伝的基盤の同定を目的とし、SUMO4遺伝子が1型糖尿病(Diabetes,2005)および2型糖尿病(J Clin Endocrinol Metab, 2007)両者に対する共通の疾患感受性遺伝子であることについての報告を邦文総説にて報告した(近畿大学ライフサイエンス研究所年報、2008)。また新たに本邦において自己免疫疾患(関節リウマチ、SLE、自己免疫性甲状腺疾患)との関連が報告されたFCRL3遺伝子の3つの一塩基多型について1型糖尿病疾患感受性との関連解析およびメタ解析をおこない、有意な関連を示さないことを報告した(第45回日本臨床分子医学会学術集会、2008)。したがってFCRL3遺伝子は1型・2型糖尿病の候補遺伝子から除外されると考えられた。また、欧米の全ゲノム関連解析によって同定された1型糖尿病疾患感受性遺伝子のうちIL2RA遺伝子,12p13領域、16p13領域、Vitamin D receptor遺伝子と日本人1型糖尿病との関連解析にて有意な関連を見出し報告した(JCEM[in press],JCEM 2009, J Autoimmun 2008)。今後各遺伝子と2型糖尿病の疾患感受性との関連を検討する予定である。また、1型糖尿病モデルマウスであるNODマウスのコンジェニック解析により、疾患感受性遺伝子座の同定・限局を行いその成果を第23回日本糖尿病・肥満動物学会年次学術集会のワークショップにて報告した。さらに分担研究者である馬場谷が2型糖尿病モデルマウスであるNSYマウスのコンジェニック解析の成果を、第22回国際哺乳動物ゲノム学会および第23回日本糖尿病・肥満動物学会年次学術集会にて発表した。また、2型糖尿病モデル動物Db/Dbマウスの膵β細胞特異的に抗酸化物質であるチオレドキシンを過剰発現したマウスでは糖尿病発症を抑制することを見出し(Antioxid Redox Signal.2008)、1型糖尿病モデル動物であるNODマウスの膵β細胞特異的にチオレドキシンを過剰発現させたモデルにおいて糖尿病発症抑制したこと(Hotta M et al. J Exp Med. 188: 1445-51, 1998)と併せて、1型・2型糖尿病の共通のメカニズムでβ細胞障害が生じている可能性を証明した。1型糖尿病と2型糖尿病の共通の遺伝的基盤の同定を目的とし、まずは欧米の全ゲノム関連解析によって同定された1型糖尿病疾患感受性遺伝子のうちIL2RA遺伝子,12p13領域、16p13領域と日本人1型糖尿病との関連解析にて有意な関連を見出し報告した(JCEM 2009, JCEM 2009)。さらに、急性発症1型糖尿病、緩徐進行型1型糖尿病、劇症型1型糖尿病のそれぞれに対してのHLA疾患感受性ハプロタイプについて解析し、緩徐進行型は急性発症と質的に同等であるが量的に不完全型である点、劇症型は急性発症とは質的にも異なる点を明らかとした(Diabetologia 2009)。また新たに本邦において複数の自己免疫疾患(関節リウマチ、SLE、自己免疫性甲状腺疾患)との関連が報告されたFCRL3遺伝子の3つの一塩基多型について1型糖尿病疾患感受性との関連解析およびメタ解析をおこない、有意な関連を示さないが、甲状腺自己免疫疾患とは有意に関連することを報告した(第7回1型糖尿病研究会、2009、10th International Congress of the Immunology of Diabetes Society, 2009)。また日本人2型糖尿病の全ゲノム解析をおこない、疾患感受性遺伝子を明かとし(Diabetes 2009)、さらにGCK,GCKR,G6PC2-ABCB11、MTNR1B領域がアジア人の空腹時血糖と関連を示すことも明かとした(Diabetologia, 2010)。今後2型糖尿病の全ゲノム解析にて有意なSNPを1型糖尿病のサンプルで解析を加え、共通の遺伝基盤の同定を目指す。
身体性の再構築を前提とした異部位触力覚提示の基盤構築

本研究は2つの着眼点,仮説に基づいており,実施される研究はこの仮説を検証するように行われる.本研究の第一の仮説は,「指先で触れる際の触力覚は,指先に提示される必要はないのではないか」というものである.指先を提示対象としなければ,例えば前腕の大面積に提示装置を配置でき,アクチュエータに課せられる制約は劇的に軽減される.こうした異部位提示は,感覚義手の分野で喪失部位の感覚を残存部位に提示するという形で数多く提案されてきたが,振動・圧迫を記号的に伝えるに過ぎなかった.また他の手指や足裏に提示する提案もあるものの,認識や作業にとってもっとも重要な多自由度の力提示は行われておらず,皮膚感覚の分布提示に留まっていた.そこで本年度は研究の第一段階としてハードウエアの設計,評価を行った.まず人差し指一本に対応して人差し指→前腕触力覚変換を実現した.人差し指でVR空間の物体を垂直・水平方向になぞった際の提示部位と提示方向の最適化を図った.次に親指と人差し指の2指に対象を移し,把持作業を中心として前腕部への力触覚変換を実現した.同時に頭部への提示も検討した.これは頭部搭載型ディスプレイ(HMD)での利用が考えられる.当初の予定では,本年度は研究の2つの段階のうちの第一段階すなわちハードウエア構築であった.結果として,指先の触覚を前腕部および顔面に転移させるシステムを試作し,実験により効果を検証した.システムは本分野のトップカンファレンスの一つであるACM Siggraph Asiaにてデモンストレーション展示を行い,Best Demonstration Awardを受賞した.以上により,当初の予想以上に順調に研究が進んでいると考えられる.本研究は次の2つの段階を踏む.第一段階はハードウエアの設計,評価であり,第二段階は長期利用による評価である.本年度はまず,異部位触力覚提示の新たなバージョンとして背中等の大面積部位への提示を試みる.さらに長期利用によって異部位触力覚提示を自然かつリアルと感じるかどうかを検証する.本研究は2つの着眼点,仮説に基づいており,実施される研究はこの仮説を検証するように行われる.本研究の第一の仮説は,「指先で触れる際の触力覚は,指先に提示される必要はないのではないか」というものである.指先を提示対象としなければ,例えば前腕の大面積に提示装置を配置でき,アクチュエータに課せられる制約は劇的に軽減される.こうした異部位提示は,感覚義手の分野で喪失部位の感覚を残存部位に提示するという形で数多く提案されてきたが,振動・圧迫を記号的に伝えるに過ぎなかった.また他の手指や足裏に提示する提案もあるものの,認識や作業にとってもっとも重要な多自由度の力提示は行われておらず,皮膚感覚の分布提示に留まっていた.そこで本年度は研究の第一段階としてハードウエアの設計,評価を行った.まず人差し指一本に対応して人差し指→前腕触力覚変換を実現した.人差し指でVR空間の物体を垂直・水平方向になぞった際の提示部位と提示方向の最適化を図った.次に親指と人差し指の2指に対象を移し,把持作業を中心として前腕部への力触覚変換を実現した.同時に頭部への提示も検討した.これは頭部搭載型ディスプレイ(HMD)での利用が考えられる.当初の予定では,本年度は研究の2つの段階のうちの第一段階すなわちハードウエア構築であった.結果として,指先の触覚を前腕部および顔面に転移させるシステムを試作し,実験により効果を検証した.システムは本分野のトップカンファレンスの一つであるACM Siggraph Asiaにてデモンストレーション展示を行い,Best Demonstration Awardを受賞した.以上により,当初の予想以上に順調に研究が進んでいると考えられる.本研究は次の2つの段階を踏む.第一段階はハードウエアの設計,評価であり,第二段階は長期利用による評価である.本年度はまず,異部位触力覚提示の新たなバージョンとして背中等の大面積部位への提示を試みる.さらに長期利用によって異部位触力覚提示を自然かつリアルと感じるかどうかを検証する.
明暗・色・運動・奥行き・形態知覚の相互作用と知覚過程の階層的情報処理モデルの研究

視覚第1野までの並列的特徴情報が、視覚第2野以降でどのような相互作用をするかという問題を、輪郭線知覚形成過程に焦点をあてて実験心理学的に検討した。第1に主観的輪郭線の形成に色、明るさ情報、また、Y系とX系情報がどのように関与するのかを分析した。結果は、高次形態知覚過程について次のような示唆を与えた。まず、輪郭線の形成は、多重の特徴検出機構からの信号を調和統合する機構によって行われることである。次に、調和統合機構の時間特性は、高次視覚野のニューロン間でみられる振動反応の同期による信号処理を反映していると考えられる。さらに、輪郭線の形成過程では、かなり大きな時・空間枠内で統合が行われることが示唆され、低次過程の時間・空間加重の独立性とは異質な統合機能を示した。第2に、ネオンカラー現象を分析することによって明るさ情報と色情報の統合・協調過程を検討した。明るさ/暗さの強調効果と色の浸出という2つの現象的側面を持つネオンカラー現象に関して、様々の色彩によって構成されたエーレンシュタイン図形と色のクロス刺激を用いて、閾値測定及び閾上評定を行なった。閾上のネオン・カラー効果の強さの色依存性の結果は、ネオン・カラー効果が丁度見え始める時(閾値)は明るさ系の特徴を示すが、等しいネオン効果の特徴は飽和度曲線と対応した。色情報系は空間解像度の劣っているが、明るさ系による何等かのブロッキング機構によって色情報による形態の表象は明晰性を付与されると考えられる。エーレンシュタイン刺激の隙間ではend-stop機構による明るさの抑制が生じており、ここに色刺激を与えた場合には明るさ系からのブロッキングが機能せず色が浸出することによってネオン・カラー効果が起こると考えられる。
ヒト成体における血管形成機構の解明及び血管内皮前駆細胞の体外増幅法の開発

骨髄微小環境下においてNotchリガンドであるJagged-1はヒト未分化前駆細胞の維持および血管系への増殖・分化を促し、Dll-1は抑制することが示された。本研究で開発されたJagged-1発現骨髄ストローマ細胞を用いて、ヒト血管新生に効率的な細胞を体外増幅することが可能となり、細胞再生医療の新たな発展につながった。EPCの起源は骨髄であり、in vitroで骨髄の場を再現するために骨髄系のストローマ細胞株HESS-5を用いた。HESS-5ストローマ細胞は造血幹細胞の維持・増殖能をもつと報告されているが、Notchリガンドの発現はない。はじめに、これにNotchリガンドであるhJagged-1,hDll-1を導入することにより、Notchシグナル伝達がおこることを確認した。さらに、臍帯血由来CD133陽性細胞をNotchリガンド導入HESS-5上でSCF,FLT-3,TPO,VEGF,IL-6を加えて1週間培養したところ、hJagged-1刺激CD133細胞は、未分化EPCであるCD34+/CD133+細胞や、血管内皮であるCD31+/KDR+細胞が非刺激細胞に比べ1.5倍に増加した。逆にhDll-1刺激細胞のCD31+/KDR+細胞は半分に減少した。これらの相違は、NotchシグナルによるものであることをNotch阻害剤添加により確認した。また、hJagged-1刺激CD133細胞では、hDll-1刺激細胞に比し、血管内皮マーカーであるVE-cadherinやeNOSのmRNA発現が増加し、EPCコロニーアッセイでもより未分化なEPCコロニーを数多く形成する傾向がみられた。以上より、EPCに対するNotchシグナル刺激はそのリガンドにより効果が異なり、hJagged-1ではEPCへの分化増殖が増強され血管新生能が増加するが、hDll-1ではむしろ減少することが示された。hJagged-1によるEPCの刺激は、EPCの体外増幅や血管新生能増強につながり、細胞治療の応用を広げる手段となることが判明した。EPCの起源は骨髄であり、in vitroで骨髄の場を再現するために造血幹細胞の維持・増殖能をもつと報告されている骨髄系のストローマ細胞株HESS-5を用いた。まず、これにNotchリガンドであるhJagged-1, hDIl-1を導入することにより、Notchシグナル発現HESS-5を作成した。次に、臍帯血由来CD133陽性細胞をNotchリガンド導入HESS-5上で7日間培養したところ、hJagged-1刺激CD133細胞は、未分化EPCであるCD34+/CD133+細胞や、血管内皮であるCD31+/KDR+細胞が非刺激細胞に比べ1.5倍に増加した。逆にhD11-1刺激細胞のCD31+/KDR+細胞は半分に減少した。これらの相違は、Notchシグナルによる特異的作用であることをNotch阻害剤添加により確認した。また、hJagged-1刺激CD133細胞では、hD11-1刺激細胞に比し、増殖因子であるVEGF-AののmRNA発現が増加し、EPCコロニーアッセイでもよりEPCコロニーを数多く形成し、そのコロニー形成細胞の遊走能や接着能も優れることが判明した。これら細胞のin vivoでの機能をマウス下肢虚血モデルを用いて検討したところ、hJagged-1刺激CD133細胞では、hD11-1刺激細胞に比し虚血部の血流が有意に改善し、病理学的にも血管密度の増加が認められた。更には、投与した細胞が内皮細胞に分化したことも免疫染色により証明した。以上より、EPCに対するNotchシグナルはリガンドにより効果が異なり、hJagged-1ではEPCへの分化増殖が増強され血管新生能が増加するが、hDll-1では減少することが示された。