hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
味覚中枢における味情報符号化の神経基盤の解明

味覚情報処理機構を解明するために超高磁場MRIと光イメージングを使用し,大脳味覚領域のネットワークと血管網と味覚刺激に対する活動パターンの計測を行った。味覚刺激によりラット左右両半球島皮質にある中大脳動脈と嗅静脈の交点付近に活動パターンが見られた。その応答は基本味により重なりが見られた。MRIの血管造影によりそれら血管の交点は左右半球で非対称な位置に存在することが分かった。つまり,左右半球の大脳味覚野はその交点付近に存在し,また大脳味覚野が左右半球で非対称な位置にあることが明らかになった。本研究は、基本味に対する大脳味覚野での空間的な活動パターンや大脳味覚野への軸索投射の形態的・機能的なネットワークを検討し、味覚中枢情報処理機構の解明を目的としています。齧歯類の大脳味覚野は側頭部にある島皮質の一部であり、中大脳動脈の吻側と尾側および嗅静脈の背側に位置すると考えられています。光イメージングを用いた実験では、その領域に味刺激による応答を観測しています。従って、中大脳動脈と嗅静脈の交差位置は大脳味覚野の指標となります。左右半球における血管の交差位置を詳細に調べることで、大脳味覚野の左右対称性を検討しました。光イメージングを用いた場合、頭蓋骨を開けるために各々の半球の交差位置を明瞭に観察できます。しかし、両半球の側頭部にある交差位置を観察するにはラットの体を回転させる必要があり、両半球の交差位置を正確に測定することはできませんでした。そこで、MRIを用いて血管撮像を行いました。通常の血管造影には3次元血管撮像法が用いられ、動脈などの速い流速の血管を選択的に撮像します。しかし、交差位置を調べるには静脈側の血管撮像も必要なため、画像に対して垂直に流入する血管を強調できる2次元血管撮像法を用いました。しかし、嗅静脈の観察はできましたが、交差位置は明瞭に観察できませんでした。そこで、血流速度を増加し血管をより強調できるように、ラットに炭酸ガスを吸入させ、血管撮像を行ったところ、両半球の交差位置を明瞭に観察することが可能となりました。その結果、左半球の交差位置は、右半球の交差位置よりも吻側にあることが明らかになりました。光イメージングでは、味刺激による中大脳動脈付近の応答は、左右半球で同程度でした。これらの結果は、fMRIで得られた左右半球非対称な応答結果と一致しています。本研究は、実験動物(ラットやマウス)を対象とし、超高磁場(7テスラ)磁気共鳴画像法(MRI)および光イメージングを利用して、基本味に対する大脳味覚野での空間的な活動パターンや大脳味覚野への軸索投射の形態的・機能的なネットワークを検討し、味覚中枢情報処理機構の解明を目的としています。光イメージング法では、左右大脳味覚野の活動パターンを測定できる実験系の確立を行いました。測定対象のラット大脳味覚野は側頭部にあるため、同一の実験動物で左右大脳味覚野を測定するには体軸回りで回転させる必要があります。また、大脳味覚野は頭頂部から深い位置にあるため、光イメージングを用いて測定するにはラットを実体顕微鏡下において、頭部を傾けて測定する必要があります。実際には、ラットが真横になる程度(ほぼ90度)まで傾けないと測定できず、また、その状態まで左右回転させるので、そのスペースを必要とすることが分かりました。今年度は、実体顕微鏡下で回転できるスペースを確保すると共に、実験動物頭部固定器の改良を行いました。それにより、味覚刺激に対する大脳味覚野における応答の測定を可能としました。また、コンピュータ制御のバルブコントロールシステムを使用することにより、画像の取り込みと味覚刺激を同期させ、大脳味覚野の応答を正確なタイミングで測定できるようにしました。MRIでは、大脳味覚野の左右対称性を確かめるために、その周囲の大脳血管網の走行パターンを検討しました。通常MRIで行われる血管造影法は主に流れの速い動脈を描出するため、比較的流れの遅い静脈を描出できません。そこで、異なる吸入ガスを使用することで血中の酸素飽和度と血流速度を変化させ、その差から静脈の描出に成功しました。それにより、大脳味覚野の基準点である中大脳動脈と嗅静脈の交点の観察に成功しました。これにより、基準点の左右差が明らかとなりました。本研究は、基本味に対する大脳味覚野の空間活動パターン,大脳味覚野付近の大脳血管網や軸索投射の形態的・機能的なネットワークを包括的に検討し、味覚中枢情報処理機構の解明を目的とする。今年度は,大脳味覚野への軸索投射の形態的・機能的ネットワークを検討するために,超高磁場MRIの拡散強調画像法による神経線維束の走行や安静時MRIによる機能的なネットワークの計測を試みた。

そのために,ラット大脳全体の拡散強調画像やEPI画像を取得するための撮像条件の設定を行った。また,それらのデータを解析するにあたり,脳機能形態解析ソフトのセットアップを行った。しかし,in vivo測定ではラットの生理状態(主に呼吸による体動)および撮像条件や使用できるコイルの問題により,詳細な検討を行うまでには至らなかった。研究期間全体を通じた成果として(1)光イメージングを用いてラットに味覚刺激を行ったところ,左右両半球の島皮質付近にある嗅静脈の背側と中大脳動脈の吻側と尾側に活動が得られた。つまり,嗅静脈と中大脳動脈の交点は大脳味覚野の指標となる。(2)この交点の位置を詳しく検討するために,MRIの血管造影法により測定を行った。その結果、左半球の交差位置は、右半球の交差位置よりも0.4mm程度吻側にあることが明らかとなった。以上の成果から,ラット大脳味覚野の位置が左右半球で非対称に位置することが推測される。左右半球の機能差はヒトではよく知られていることであるが,齧歯類にも左右半球機能の非対称性が存在すると示唆される。これまでの味覚研究では,頭蓋骨の縫合部を基準として島皮質に微小電極を刺入し味覚刺激時の神経活動を測定する。本研究成果から,大脳外部に電極刺入の基準点を設けた位置設定では,左右半球で異なる機能をもった位置に電極を刺入することになり,異なる活動を得る可能性があることを示している。総合領域脳神経科学MRIによる血管撮像法により大脳味覚野の基準となる血管交差位置を同定し、左右半球で大脳味覚野は非対称な位置にあることを明らかにしました。また、大脳味覚野での味刺激による応答は中大脳動脈の吻側と尾側および嗅静脈の背側で見られ、左右半球で同程度であることを明らかにしました。現在では、扁桃体や側坐核などから大脳味覚野への神経軸索の投射とConnectivityの左右半球の対称性を検討するため、MRIによるdiffusiontensor imagingおよびresting fMRIの計測に着手しています。平成24年度の研究実施計画は、ほぼ達成することができました。光イメージングを用いた大脳味覚野の測定では、予想以上にラット頭部を傾ける必要があったため、頭部固定器の改良に時間を要しました。また、両側大脳味覚野の測定には、手術の迅速化と正確性が必須であり、その習得に時間を要しました。しかし、最終的には、味覚刺激に対する大脳味覚野の応答を測定することができ、今年度の目標を達成しました。MRIでは、血管造影に用いられるTime-of-flight法によって、注目する部位を造影できると期待しましたが、流れの遅い静脈側の描出は思った以上に困難でした。そこで、撮像パラメータの最適化とラット呼吸状態を変化させることで静脈の描出に成功し、血管網つまり大脳味覚野の左右対称性を明らかにし、目標を達成できました。平成25年度と同様に、研究実施計画を達成できるように研究を推進します。昨年度に確立した血管撮像法を用いて左右半球での血管分布を明らかにし、それを基準として扁桃体や側坐核との白質線維束ネットワークおよびそれらの領域とのConnectivityを測定します。それらの関係を検討し、左右半球の大脳味覚野の対称性を明らかにする予定です。平成24年度と同様に、研究実施計画を達成できるように研究を推進します。
フラクタル構造メタマテリアルによるテラヘルツ電磁波の制御

当初の計画にしたがって研究を遂行し以下の成果を得た。(1)スプリットリング共振器メタマテリアルの試作とテラヘルツ波伝播特性の解明(2)三次元H型フラクタル構造メタマテリアルの試作(3)メタルホールアレイのテラヘルツ波透過特性の解明(4) H型フラクタル光伝導アンテナの設計試作と発振特性の解析(5)金属開口アレイの電磁波局在機構の解明(6)強誘電体のメタマテリアルの可能性の探求メタマテリアルと呼ばれる人工物質では誘電率と透磁率が同時に負となり、物質の屈折率は負の実数となり、光は物質内へ侵入することが可能となる。このような物質内の光は、従来の正の屈折率を持つ物質の場合とは全く異なった振る舞いをする。本研究では、我々がこれまでに蓄積してきたテラヘルツ光領域でのフォトニック結品などの微細人工構造物における電磁波局在等の光学現象に関する知識と測定技術に基づき、新規光学現象を発現するメタマテリアルの創製とその起源を解明することを目的とする。(1)スプリットリング共振器メタマテリアルの試作とテラヘルツ波伝播特性の解明(2)三次元H型フラクタル構造メタマテリアルの試作(3)メタルホールアレイのテラヘルツ波透過特性の解明(4) H型フラクタル光伝導アンテナの設計試作と発振特性の解析(5)金属開口アレイの電磁波局在機構の解明(6)強誘電体のメタマテリアルの可能性の探求本年度は下記課題について研究を実施した。『新規メタマテリアル構造の設計・作製と電磁波局在機構の解明』(1)二次元H型フラクタル構造メタマテリアルのテラヘルツ波伝播特性解析H型フラクタルの予備実験の結果に基づいて、誘電率及び透磁率の変調に不可欠な強い誘電共鳴及び磁気共鳴が得られる構造を追求した。(2)スプリットリング共振器メタマテリアルの設計・試作とテラヘルツ波伝播特性解析高分子材料PET基板に金属メッキによりスプリットリング共振器アレイを形成し、フレキシブルなメタマテリアルを作製した。テラヘルツ時間領域分光法により透過特性の詳細をしらべ、三次元メタマテリアルの可能性を示した。(3)三次元H型フラクタル構造メタマテリアルの設計・試作テラヘルツ領域で透明なセラミック基板に三次元微細加工により、三次元H型フラクタル構造を持つメタマテリアルを作製した。テラヘルツ時間領域分光法により透過特性を測定中。(4)メタルホールアレイのテラヘルツ波透過特性の解明メタルホールアレイの実験結果の詳細な解析により、伝播特性を解明した。(発表論文1)『メタマテリアル構造アンテナの設計試作と発振特性の解析』(5) H型フラクタル光伝導アンテナの設計試作と発振特性の解析金蒸着によりGaAs基板上にH型フラクタル構造を持つアンテナを作製し、そのテラヘルツ波発振特性を調べた。また、FDTDにより局在モードを解析し、共鳴効果と発振特性を考察した。平成21年度は下記の研究課題を実施した。『新規メタマテリアル構造の設計・作製と電磁波局在機構の解明』(1)スプリットリング共振器メタマテリアルの設計・試作とテラヘルツ波伝播特性解析高分子材料PET基板に金属メッキによりスプリットリング共振器アレイを形成し、これを積層して三次元メタマテリアルを作製した。テラヘルツ時間領域分光法により透過特性の詳細をしらべ、その電磁波伝播特性を議論した。透過及び反射スペクトルには磁気および電気共鳴に対応する位置に異常ピーク及びディップを確認した。電磁波の入射方向依存性からこれらのモードの伝播特性を議論した。(発表論文1&5)(2)三次元H型フラクタル構造メタマテリアルの設計・試作テラヘルツ領域で透明なセラミック基板に三次元微細加工により、三次元H型フラクタル構造を持つメタマテリアルを作製した。テラヘルツ時間領域分光法により透過特性し、FDTDにより局在モードを解析中である。(3)メタルホールアレイのテラヘルツ波透過特性の解明メタルホールアレイの実験結果の詳細な解析により、伝播特性を解明した。局在モードの電場及び磁場の空間分布をFDTDにより数値解析した。さらに、メタルホールアレイ表面に高分子化合物膜を張りアレイ表面の誘電率を変化させ、異常透過ピーク振動数の誘電率依存性の詳細を調べ、センシングの可能性を議論した。(発表論文2&4)『メタマテリアル構造アンテナの設計試作と発振特性の解析』(4)H型フラクタル光伝導アンテナの設計試作と発振特性の解析金蒸着によりGaAs基板上に対称性の異なる数種類のH型フラクタル構造を持つアンテナを作製し、そのテラヘルツ波発振特性を調べた。これにより、点対称及び鏡面対称性を崩した場合にテラヘルツ波の発信特性が高まることを見出した。(発表論文3)平成22年度は下記の研究課題を実施した。『新規メタマテリアル構造の設計・作製と電磁波局在機構の解明』(1)スプリットリング共振器メタマテリアルの設計・試作とテラヘルツ波伝播特性解析高抵抗シリコン基板に金属メッキによりスプリットリング共振器アレイを形成し、二次元メタマテリアルを作製した。(発表論文1&5)

(2)三次元H型フラクタル構造メタマテリアルの設計・試作テラヘルツ領域で透明なセラミック基板に三次元微細加工により、三次元H型フラクタル構造を持つメタマテリアルを作製した。テラヘルツ時間領域分光法により透過特性し、FDTDにより局在モードを特定した。(発表論文5)(3)メタルホールアレイのテラヘルツ波透過特性の解明メタルホールアレイの実験結果の詳細な解析により、伝播特性を解明した。局在モードの電場及び磁場の空間分布をFDTDにより数値解析した。さらに、メタルホールアレイ表面に高分子化合物膜を張りアレイ表面の誘電率を変化させ、異常透過ピーク振動数の誘電率依存性の詳細を調べ、センシングの可能性を議論した。(発表論文2,3&6)『メタマテリアル構造アンテナの設計試作と発振特性の解析』(4)H型フラクタル光伝導アンテナの設計試作と発振特性の解析金蒸着によりGaAs基板上に対称性の異なる数種類のH型フラクタル構造を持つアンテナを作製し、そのテラヘルツ波発振特性を調べた。また、FDTDにより局在モードを解析し、共鳴効果と発振特性を考察した。これにより点対称及び鏡面対称性を崩した場合にテラヘルツ波の発信特性が高まることを見出した。(発表論文4)最終年度の本年度は下記の課題について研究を実施するとともに4年間の総括を行った。『三次元H型フラクタルの設計・作製と電磁波局在機構の解明』本年度は、三次元H型フラクタルの電磁波局在機構の解明に加えて、金属開口アレイ-誘電体多層膜におけるテラヘルツ電磁波伝搬機構の解明を行った。理論シミュレーション(FDTD法)によって特性を把握し、ハイパーレンズの可能性を見出した。『H型フラクタル構造光伝導アンテナの設計・作製とテラヘルツ波発振機構の解明』昨年度までは、二次元H型フラクタル構造を持った光伝導アンテナを作製し、テラヘルツ時間領域パルス分光装置を用いて発振スペクトルの詳細を測定解析した。本年度は、スプリットリング型メタアトムを装荷した伝導アンテナを設計試作しテラヘルツ波の発振を制御できることを見出した。『新規フラクタル構造メタマテリアルの設計・作製とテラヘルツ波伝播特性の解明』テラヘルツ波領域用ワイヤーグリッドのフェムト秒レーザーを利用した作製と特性評価及び金属チェッカーボードパターンにおけるサブ波長構造の影響を実施した。また、半導体表面の屈折率変化によるメタマテリアルの共振周波数変化の可能性た着目し、新しい原理の周波数変換を実証した。金属開口アレイの電磁波局在機構についてスプーフ型表面プラズモンが本質的であることを籠目格子において実証した。さらに、強誘電体のソフトフォノンに着目し、テラヘルツ領域で新しいメタマテリアルの可能性を探索した。
電算機利用による『蛮書』等記載「華南諸民族習俗語彙」のデータ化に関する基礎研究

1.対比資料の補充基準資料としては当初の計画どおり、樊綽(唐)の『蛮書』(10巻)を採択することに問題はなかったが、それを補完する対比資料については綿密な史料考証を試みたところ、当初上位にランクされた楊慎(明)の『南詔野史』(2巻)その他には、それぞれ民族資料として不備・欠陥があることが判明した。そこで別途関連資料を渉猟した結果、『蛮書』に関する校勘文献としては、正史『新唐書』「南蛮伝」、および宋代類書の白眉『太平御覧』「南蛮」の記述内容が当研究課題にとって、むしろ資料的価値が高いことがわかった。そこでこの2文献を『蛮書』の第一義的対比資料として、追加することにした。2.『新唐書』によるシミュレーションの効果上記追加2文献のうち、『新唐書』については昭和60年度の科学研究費「一般研究〔C〕」(課題番号:60510155)によって、すでに電算機処理が完了しているので、『蛮書』自体のデータ作成に先立って、若干の習俗語彙に関して実験的な検索シミュレーションを試みた。その結果、たとえば『蛮書』巻8「蛮夷風俗」中に見える「婦人一切不施粉黛」という語句と、それに続く「貴者以綾錦為裙襦」という語句との間には、元来「以蘇沢髪」という語句が介在したであろうことが、『新唐書』の端末検索によってほぼ確認できた。したがって『蛮書』全文の入力が完了した暁には、かねて指摘されている現行本の欠落箇所の補填や錯簡の校訂が、格段に容易かつ効率的に行なえるようになろう。3.今後の研究の展開以上の研究成果を踏まえて、次年度以降も新構想のもとに漢籍資料のデータ化を進めていく予定である。
ガストンネル型プラズマ溶射による傾斜機能ジルコニアコーティングの作製

本研究では、高エネルギー溶射であるガストンネル型プラズマ溶射により傾斜機能ジルコニアコーティングを作製し、その性質を材料工学的に解明するとともに、その作製プロセスを検討し、以下の結果を得た。1.ガストンネル型プラズマ溶射により、アルミナコーティングと同様、高硬度ジルコニアコーティングが得られる。この場合、コーティング表面層のビッカース硬度は、溶射距離が小さくなるにつれ上昇し、L=30mmではHv=1100の高硬度となる。この高硬度層におけるジルコニアコーティングの摩耗量は非常に小さいが、硬度特性と反対に、溶射距離の増加にともなって増加する。ガストンネル型プラズマ溶射によるジルコニアコーティングの断面組織の緻密性を気孔(欠陥)などの測定結果から検討するとともに、断面におけるビッカーズ硬度分布の測定を行い、コーティングの構造、及び、硬度について、コーティングの厚さ方向の傾斜機能性を明らかにした。3.ジルコニアコーティングの断面厚さ方向の摩耗特性について調べ、表面層の高硬度層の摩耗量が小さくコーティングの内部へ行くほど大きくなることを明らかにし、硬度と同様、耐摩耗性についての断面厚さ方向の傾斜機能を明らかにした。4.ガストンネル型プラズマ溶射によるジルコニアコーティングの作製プロセスを理論的に考察し、コンピューターによりコーティング形成過程を解析し、本研究のジルコニアコーティングの断面厚さ方向の傾斜機能性を理論的に説明した。本研究では、ガストンネル型プラズマ溶射を、特に従来の大気圧中のプラズマ溶射法では高品質皮膜作製が因難である高融点セラミックス、ジルコニアの溶射に適用し、新溶射法における特徴を実験的に解明するとともに、これを傾斜機能ジルコニアコーティングの作製に適用し、以下の結果を得ている。1.ガストンネル型プラズマジェットを用いて、現有の溶射チャンバー中においてジルコニア粉末のプラズマ溶射を行い、高品質ジルコニアコーティングが得られる最適のトーチ形状および溶射条件を決定した。また、溶射条件を変化させて高品質ジルコニアコーティングの試料を作製している。2.この場合、皮膜のビッカース硬度は、溶射距離が小さくなるにつれ上昇し、L=30mmではHv=935の高硬度となる。このジルコニアコーティングの摩耗量は非常に小さいが、硬度特性と反対に、溶射距離の増加にともなって増加する。これらの結果から、ジルコニア皮膜のビッカース硬度と摩耗量の関係が一意的に得られた。3.ガストンネル型プラズマ溶射法により得られたジルコニアコーティングの断面組織を顕微鏡で観察し、気孔(欠陥)、結晶粒径などを測定するとともに、ビッカース硬度、及び摩耗量の測定を行い皮膜の構造の断面深さ方向の傾斜機能性を明らかにした。以上のように、ジルコニアコーティングの傾斜機能性については、その断面組織観察、及び硬度測定、摩耗量の測定により明らかになっているが、今後、その性質を皮膜形成過程から検討するとともに、電気的特性などその他の特性についても解明する予定である。本研究は、ガストンネル型プラズマ溶射を、傾斜機能ジルコニアコーティングの作製に適用し、その基本的特徴を明らかにする研究を行っている。本年度に得られた結果は、以下のとおりである。1.前年度に引き続き、ガストンネル型プラズマジェットを用いて、ジルコニア粉末のプラズマ溶射を行い、プラズマ入力P=2030kW、溶射距離L2050mmにおいて、傾斜機能ジルコニアコーティングが得られた。2.典型的な傾斜機能ジルコニアコーティングとして、P=26kW、L=40mmでは表面硬度Hv=1130が得られている。この場合、コーティング厚さは160μmであるが、基材近くではHv=600700となり通常の溶射皮膜と同様のビッカース硬度の値となる。3.ガストンネル型プラズマ溶射法により得られたジルコニアコーティングの断面深さ方向の摩耗特性についてより詳しく調べ、このジルコニアコーティングの摩耗量の傾斜機能性を、硬度特性と関連づけて明らかにした。4.ガストンネル型プラズマ溶射によるジルコニアコーティングの作製プロセスを検討し、溶射中のコーティング表面温度を考慮し、コンピューターを用いた数値計算による皮膜形成過程を解明し、コーティングの断面深さ方向の傾斜機能性を理論的に説明した。

以上のように、ジルコニアコーティングの傾斜機能性について、その断面組織、及び硬度、耐摩耗性から明らかにしたが、今後、より効果的な傾斜機能ジルコニアコーティングの作製について、また新しい機能性コーティングへの応用についての研究を展開する予定である。
幼若骨髄単核球移植による、老齢マウスでの脳虚血保護効果

成人末梢血中に存在する骨髄由来のCD34陽性が、血管内皮前駆細胞であることが明らかとなった。そしてこの血管内皮前駆細胞が加齢に伴い減少すると、心血管傷害も増悪することが明らかとなってきた。そこで、本研究では幼年期のマウスより採取した骨髄単核球が、脳虚血障害を軽減させる効果があるかどうかを老齢マウス脳虚血モデルを用いて検討した。脳虚血1ヶ月前に骨髄単核球を移植した場合には幼若骨髄単核球移植群で有意に保護効果を認めた。更にCD34陽性細胞を除外した骨髄単核球を移植してもやはり有意に保護効果を認めた。従って幼若骨髄単核球移植による脳虚血保護効果はCD34陽性細胞以外の幹細胞による可能性が考えられた。自己骨髄単核球を用いた移植治療が、虚血性心疾患や末梢動脈閉塞症患者に対する新たな再生療法として確立されてきている。例えば急性期心筋梗塞患者に自己骨髄単核球を投与した臨床試験では、血管系を介する自己修復機構の促進により、慢性期に心機能が向上し、死亡率が低下することが報告されている。一方虚血性脳血管障害に対しても、骨髄単核球移植が有効な可能性が示唆されている。骨髄単核球には血管内皮前駆細胞や造血幹細胞等の種々の幹細胞を含むと考えられ、これらの骨髄系幹細胞を移植すると、虚血領域での血管発生(vasculogenesis)効果や、サイトカインや増殖因子の分泌による血管新生(angiogenesis)効果(即ち、既存の血管内皮細胞の増殖・遊走を促進する効果)、及び組織再生効果があることが確認されている。更に骨髄単核球は加齢とともに、細胞数が減少し、その機能も低下することが知られている。そこで本研究では虚血性脳血管障害に対しても、骨髄単核球移植が有用かどうかを検討するため、幼年期のマウスより採取した骨髄単核球が、脳虚血障害を軽減させる効果があるかどうかを老齢マウス脳虚血モデルを用いて検討した。昨年度の結果では脳虚血後に骨髄単核球移植を行っても明らかな治療効果を認めなかった。そこで本年度は脳虚血前に老齢マウスに若年骨髄単核球移植を行うことにより、治療効果の有無を検討した。具体的には、生後1年の老齢マウスの中大脳動脈を閉塞1ヶ月前に、生後1ヶ月の幼若マウスと生後1年の老齢マウスより採取した骨髄単核球を移植し、移植1ヶ月目の脳梗塞量を検討した。その結果両郡の脳梗塞量に統計的には有意ではないが、幼若マウスの単核球移植群で梗塞量の減少傾向を認めた。実験動物の匹数が少ないためと考えられ(現時点で各群n=4)、現在匹数を増やして確認を行っている。自己骨髄単核球を用いた再生療法は虚血性心疾患や末梢動脈閉塞症での有用性が報告されると共に、他の虚血性疾患へ適応が拡大している。骨髄単核球による虚血改善効果は移植する幹細胞の数に依存することが知られている。そして加齢と共に幹細胞の数が減少しているだけでなく、その細胞機能も低下していることが知られている。そこで本研究では幼年期のマウスより採取した幼若な骨髄単核球を用いた細胞治療が脳虚血障害を軽減させる効果があるかどうかを、老齢マウス脳虚血モデルを用いて検討した。前年度までの研究結果では脳虚血後に骨髄単核球移植を行っても明らかな治療効果を認めなかった。従って脳虚血後に骨髄単核球を用いた再生治療は有効でないことが明らかとなった。そこで老齢マウスに若年骨髄単核球移植を行い、一ヶ月後に中大脳動脈を閉塞させたところ、明らかに脳虚血改善効果を認めた。次いで骨髄単核球のうちどの成分が有用なのかを検討するため、磁気細胞分離法によりCD34を除去した骨髄単核球を用いて、同様の検討をおこなったが有意な差を認めなかった。この結果はマウス骨髄単核球中のCD34には脳虚血保護効果がない可能性が示唆された。但し当初CD34が陰性でも、後にCD34陽性となる細胞もあるため、この結果だけでCD34陽性骨髄単核球には脳虚血保護効果はないと結論ずけるにはデータが不十分と考えられた。現在CD31などの別の遺伝子にも注目し、磁気細胞分離法によりCD31などを除去した若年骨髄単核球の移植を行い、脳虚血保護効果の有無を検討している。

例えば急性期心筋梗塞患者に自己骨髄単核球を投与した臨床試験では、血管系を介する自己修復機構の促進により、慢性期に心機能が向上し、死亡率が低下することが報告されている。一方虚血性脳血管障害に対しても、骨髄単核球移植が有効な可能性が示唆されている。骨髄単核球には血管内皮前駆細胞や造血幹細胞等の種々の幹細胞を含むと考えられ、これらの骨髄系幹細胞を移植すると、虚血領域での血管発生(vasculogenesis)効果や、サイトカインや増殖因子の分泌による血管新生(angiogenesis)効果(即ち、既存の血管内皮細胞の増殖・遊走を促進する効果)、及び組織再生効果があることが確認されている。更に骨髄単核球は加齢とともに、細胞数が減少し、その機能も低下することが知られている。そこで本研究では虚血性脳血管障害に対しても、骨髄単核球移植が有用かどうかを検討するため、幼年期のマウスより採取した骨髄単核球が、脳虚血障害を軽減させる効果があるかどうかを老齢マウス脳虚血モデルを用いて検討した。本年度は生後1年の老齢マウスの中大脳動脈を閉塞後1週間目に、生後1ヶ月の幼若マウスと生後1年の老齢マウスより採取した骨髄単核球を移植し、移植1ヶ月目の脳梗塞量を検討した。その結果両郡の脳梗塞量に有意な差を認めなかった。また脳虚血後の各種サイトカイン(TNF-alpha, IL-6, MCP-1等)量の定量をELISAで行ったが、単核球移植一週間後での脳虚血半球でのこれらのサイトカイン量にも両郡間で差を認めなかった。6月に代表研究者の秦が愛媛大学医学部から藤田保健衛生大学医学部へ移動したため、研究に遅れを生じている。次年度はその分を取り返す様に研究を強力に推進していく予定。初期の研究計画に基づき研究を継続している。前年度は、6月に代表研究者の秦が愛媛大学医学部から藤田保健衛生大学医学部へ移動したため、研究に遅れを生じた。本年度はその遅れを取り返すように研究を進めていく。特に幼若骨髄単核球移植による脳虚血保護効果の分子機構に焦点をあてて研究を進めていく。初年度の実験結果では、脳虚血後に骨髄単核球移植を行っても明らかな治療効果を認めなかった。そこで本年度は脳虚血前に老齢マウスに若年骨髄単核球移植を行うことにより、治療効果の有無を検討する。1)幼若骨髄単核球移植と老齢骨髄単核球移植が脳虚血に及ぼす効果の検討:生後1ヶ月目の幼若マウスと生後1年の老齢マウスより骨髄単核球を採取し、老齢マウスの骨髄に移植する。その後中大脳動脈を閉塞し、幼若骨髄単核球移植による脳虚血保護効果の有無を検討し、その分子機構を解明する。2)CD34やCD31を除去した骨髄単核球移植が脳虚血に及ぼす効果の検討:生後1ヶ月目の幼若マウスより採取した骨髄単核球から、磁気細胞分離法によりCD31、CD34及びCD133陽性細胞を除去した骨髄単核球を移植する。これにより骨髄単核球のうちどの幹細胞が最も重要な脳虚血保護効果を持つかを検討する。
構成的並列分散プログラミング・システムの数理科学的研究

並列分散プログラミングについては、まずπ-計算と線形論理の実験ツールRits Concur-rency Workbenchに対し、線形論理自動証明システムのプロトタイプを試作した。また並列計算のホモトピー・モデルによる並列性解析では、その最終版と言える理論を完成させることができた。計算機代数については、集合制約ソルバー・システムの大幅な高速化に加えて、従来並列化が不可能と考えられていた集合制約解消アルゴリズムのBoolean Grobner基底アルゴリズムの並列化に成功し、並列論理型言語KLICと、数式処理言語Asirの両方によって実装することができた。また、このアイディアの発展として、体の直積構造という観点からみてBool環の拡張と考えられるvon neumann正則環を係数とした多項式環に対して、Grobner基底アルゴリズムの拡張を試みた。さらに、集合制約のグラフィカルユーザインタフェースを実現するモジュールの試作も行った。計算機代数と並列分散プログラミングの関連分野に関しては、プログラム構造のモデル化に重要な役割を果たすposet(partially ordered set)に関連して、組合せ論的可換環論と位相幾何学的方法を駆使することにより、単体的複体に含まれるグラフの組合せ論的構造から単体的複体のCohen-Macaulay性を判定する方法を与えることに成功し、さらに計算機実験により関連する興味深い具体例を発見した。既に基本部分の開発を終えたπ計算と線形論理の実験ツールConcurrency Workbenchについては、線形論理プルーバのプロトタイプを試作し、若干の実験を行った。線形論理プルーバのプロトタイプは、計算機科学の他の分野への応用も考慮して、古典一階命題論理のシーケント計算の自動証明システムとして設計し、その基本部分と自動生成された証明木を表示するグラフィカル・ユーザインタフェースを実現したものである。また、並列計算のホモトピー・モデルによる並列性解析理論については、その最終版とも呼べるものを完成させ、英文論文を学会誌に投稿した。また計算機代数については、既に基本部分の開発を終えていた集合制約ソルバー・システムの改良を行い、大幅に高速化し、従来メモリ容量も含めた計算能力の不足から行えなかった種々の実験結果を得る事ができた。これらの成果は国際会議にて発表した。さらに、集合制約を視覚的にとらえて入出力できるグラフィカル・ユーザインタフェースを開発した。これにより、より多くの研究者がこのシステムを使って実験を行う環境が得られた。最後に、構成的並列分散プログラミング・システムの応用領域として、種々の数学アルゴリズムが考えられるが、より高い立場から、境界条件を持った熱伝導方程式の基本解の問題と、整数論における保形関数論の問題についての検討を行いそれぞれ学会誌等で発表を行った。また、確率解析において現れる有限グラフの構造決定問題という組合せ論的問題についても一部検討を行った。並列分散プログラミングに関しては、プログラム構造のモデル化に重要な役割を果たすposet(partially ordered set)に関連して、組合せ論的可換環論と位相幾何学的方法を駆使することにより、単体的複体に含まれるグラフの組合せ論的構造から単体的複体のCohen-Macaulay性を判定する方法を与えることに成功し、さらに計算機実験により関連する興味深い具体例を発見した。計算機代数に関しては、Bool環が体の直積と同型な構造を持つことに着目して、Boolean Grobner basisアルゴリズムの並列化に成功した。このアルゴリズムは並列論理型言語KLICと、数式処理言語Asirの両方によって行われ、いくつかの典型的な問題を使って性能実験を行った。その結果、従来の逐次型アルゴリズムに比べて数倍から10数倍の高速化が実現できることが確かめられた。Bool環が体の直積と同型な構造を持つことに着目して、Boolean Grobner basisアルゴリズムの並列化に成功した。また、体の直積構造という観点からみてBool環の拡張と考えられるvon neumann正則環を係数とした多項式環に対して、Grobner基底アルゴリズムの拡張を試みた。
テレビ・コンテンツ分析の情報記号論的研究とハイパー・アーカイブの制作

テレビ番組に関する「意味の知」を構造化して「TVアーカイブ学」を体系化し、番組デジタル・アーカイブの理想的な構想と構築に役立てる研究である。情報技術(IT)をメディア研究に組み込むことをめざす<情報記号論Information Semiotics>の新しい展開であり、研究成果は次の三つの次元からなる。(1)情報記号論にもとづく「テレビ・アーカイブ学」の体系化;(2) TV番組のハイパー・アーカイブ・プラットフォーム「Hyper PLATEAU」の制作;(3)日本のテレビの第一世代をつくった「放送人」たちの証言ビデオを使った、TVアーカイブ研究と日本テレビ史の実証研究。情報記号論の知識の構造化、テレビ・アーカイブ学の体系化を行う本研究の第一年度は以下のとおり実行されて以下の成果を上げた。1)「理論体系化」:「情報記号論」の基礎理論項目の理論事典の作成作業は、海外共同研究者で著名なメディア哲学者B.Stieglerを共同研究者に毎月1回行われる定例ビデオ会議研究会の組織と、記号論関連研究文献・知見のデータベース化により開始された。2)「システム開発」:「テレビ・アーカイブ学のためのハイパー・アーカイブ・プラットフォームArcheoPLATEAU」を構成する「TVアーカイブの発掘の道具」モジュールの開発を行う「システム開発班」は、連携先の仏IRIおよび日立ソリューションズ社シニアエンジニアで東大客員研究員の三分一を連携研究者に知識ベースの拡充作業を行い、IRIのソフトMetadataPlayerおよび知識ネットワーク可視化ツールRenkanと連携する「発掘の道具」の共同制作を開始した。3)「アーカイブ研究」:「TVドキュメンタリーの考古学調査」をテーマに、「日本の素顔」から「NHKスペシャル」にいたるNHKのドキュメンタリー番組のメディア成層の分類を作成し分析調査を開始。さらに今野勉を連携研究者に「放送人の会」の証言ビデオ百数十件を対象に、証言ビデオの書き起こしとTV番組映像とオーラルヒストリー映像とのリンク付けによるアーカイブ実証研究の基礎作業を完了した。TVメディアのコンテンツの分析にIT技術を活用し、メディア記号論に情報記号論の新しい地平を開き、ハイパーメディア・アーカイブあり方を提示する本研究の最終年度は、「情報記号論の知識の構造化、テレビ・アーカイブ学の体系化」の3年間の研究としての以下の成果を上げた。1)理論的成果:「情報記号論」の基礎理論の研究は、著名なフランスのメディア哲学者B.Stieglerのフランス・ポンピドゥーセンターIRIを共同研究パートナーにDigital Studiesの理論概念事典の体系化を完了し2013年11月のフランス・リヨンでの国際シンポジウムで発表、国際理論グループDigitalStudiesを立ち上げ(http://digital-studies.org/wp/)出版および国際的学会形成の活動を軌道にのせた。2)システム研究開発:「テレビ・アーカイブ学のためのハイパー・アーカイブ・プラットフォームHyperPLATEAU」の制作を完了し、2013年11月にパリ・ポンピドゥーセンターIRI研究所でデモを実施、さらに2012年に東京大学で韓国高麗大学校応用文化研究所との国際共同ワークショップを実施して研究成果を提示した。3)アーカイブ研究:「TVドキュメンタリーの考古学調査」をテーマに、NHK放送文化研究所・一般社団法人「放送人の会」と連携して「放送人の会」の証言ビデオ百数十件を対象に、証言ビデオの文字データ集を完成、TV番組映像とオーラルヒストリー映像とのリンク付けによるアーカイブ実証研究による「放送人の会」との成果発表共同シンポジウムを2014年2月に実施してテレビ・アーカイブ研究の実践的成果を提示した。TVメディアのコンテンツの分析にIT技術を活用し、メディア記号論に情報記号論の新しい地平を開き、ハイパーメディア・アーカイブあり方を提示する本研究の第二年目は、「情報記号論の知識の構造化、テレビ・アーカイブ学の体系化」の研究としての成果を上げた。1)理論的成果:「情報記号論」の基礎理論の研究は、フランス・ポンピドゥーセンターIRIを共同研究パートナーに「用語集」としてIRIのサイト上で理論成果を共有し2012年12月には世界の先端的研究者が集うDigital Studiesの理論シンポジウムの開催に参画して理論的知見の発信を行った。2)システム研究開発:「テレビ・アーカイブ学のためのハイパー・アーカイブ・プラットフォームHyperPLATEAU」の試作を開始。、IRIのソフトMetadataPlayerおよび知識ネットワーク可視化ツールRenkanとを連携させる「発掘の道具」の共同制作実験を実施した。3)アーカイブ研究:「TVドキュメンタリーの考古学調査」をテーマに、NHK放送文化研究所・一般社団法人「放送人の会」と連携して「放送人の会」の証言ビデオ百数十件を対象に、証言ビデオの書き起こしを進め、上記2)の成果と組み合わせてTV番組映像とオーラルヒストリー映像とのリンク付けによるアーカイブ実証研究の体制が整った。国際連携組織であるフランスポンピドゥーセンターIRIとの有機的連携およびソフトウエア研究開発の作業、「法相人の会」との証言書き起こしとタグ付け作業など、組織的連携がスムーズに立ち上がり、おおむね順調に研究の初期段階を実現できている。25年度が最終年度であるため、記入しない。

理論的研究はデジタル人文学のなかでも「デジタル・スタディーズ」という先端的動向を主導するイニシアティブを発揮している。テレビ・コンテンツをITを活用して研究する方法を次世代アーカイブの構築に結びつける展望が「HyperPlateau」プラットフォームの制作によって確実になった。「放送人の会」のテレビ制作者の証言ビデオの書き起こし作業が進行して、文字データを映像データと結びつけてメタデータ付与を行い、番組検索に活用する見通しが立った。今後は、システム開発のパートナーであるフランスポンピドゥーセンターIRIとの共同開発によるハイパー・アーカイブ・プラットフォームの実現のために研究スタッフの双方派遣やソフトの実証実験とワークショップ、また「放送人の会」の証言ビデオの書き起こし作業の完成を2年目には成し遂げ、具体的な言及番組とのリンク付けや試作アーカイブのデモ、ワークショップの開催などに入っていくことになる。国際シンポや教育の場での研究成果の発表も二年目にはさらに活発化させる。25年度が最終年度であるため、記入しない。完成年である2013年度の理論研究はテレビ・コンテンツ分析をアーカイブ学として体系化するための「情報記号論」の基礎理論の体系化である。記号論関連研究文献・知見を研究代表者らが随時引き出しデータベース化することによって実行される。システム開発研究は、を構成するモジュールの開発、知識ベースの拡充作業を行い実験プラットフォーム「HyperPLATEAU」の制作を完成させる。アーカイブ研究は、「TV番組の考古学調査」をテーマに、ドキュメンタリー番組やTVドラマのメディア成層の分類を作成し分析調査を取りまとめ、放送人のオーラルヒストリーを「放送人の会」の証言ビデオを素材としてTV番組アーカイブとの連動による次世代アーカイブの提案を行う。研究連携先のNHK放送文化研究所、放送人の会との研究協働会を組織してシンポジウムを開催。メディアの情報記号論研究の成果を国際学会において公表する。
顎口腔系における力学刺激下での運動器制御機構の解明

咀嚼機能の低下は筋量と顎骨の骨密度の両方を低下させ、咀嚼機能の増強は筋量を増加させるとともに骨形態にも影響することが知られている。しかし、骨と筋の組織の量や強度の制御を同調させるメカニズムは不明である。咀嚼強化が顎口腔系に与える影響を解析するために新規咀嚼強化マウスモデルの作製に取り組んだ。硬度が通常飼料の3倍の高硬度飼料を作製しマウスに摂取させたところ、咀嚼運動の増加が認められた。この際、咀嚼筋の一つ咬筋の幅径が増大し大脳皮質運動野の活性化を認めた。以上のとおり、この新規高硬度試料を用いた咀嚼強化モデルが構築された。咀嚼強化モデルマウスの顎骨をマイクロCTにて解析したところ、咀嚼力の強いヒトの場合と同様に、顎角部の突出、下顎枝の短縮、臼歯の舌側傾斜を認めた。また、このような変化は顎骨に生じる応力を緩和することが示唆された。顎角部の組織学的解析の結果、咬筋の腱付着部における骨芽細胞の増加と骨形成の亢進を認めた。さらに詳細な解析の結果、同部の骨細胞ではIGF-1の発現が上昇し、スクレロスチンの発現は低下していた。培養細胞を用いた検討により、骨細胞由来のIGF-1が腱由来細胞の骨芽細胞分化を促進することが明らかになった。以上より、咀嚼による力学負荷は顎骨の骨細胞におけるサイトカイン産生バランスを変化させることにより骨の形態を変化させ、負荷に適応していると考えられる。咀嚼強化モデルマウスの筋組織における遺伝子発現を解析したところ、IGF-1の受容体の発現上昇を認め、咬筋の肥大にIGF-1が関与することが示唆された。以上の研究成果をScientific Reports誌に報告した。運動器構成細胞が力学刺激に応答して産生する因子を網羅的に解析するために、培養骨細胞および筋細胞の伸展培養系の確立に取り組んだ。前培養や伸展に際して剥離しない条件を絞り込み良好な結果が得られている。本研究課題は咀嚼強化モデルマウスの解析、伸展培養した運動器構成細胞の解析を通じて力学刺激応答性の運動器制御因子を解明することを目的としている。本年度は咀嚼強化モデルマウスを確立できた。解析の結果、高硬度試料を摂取することにより咀嚼筋顎骨は力学負荷により生じた応力を緩和するように形態が変化した。分子メカニズムの検討により、咀嚼強化によって顎骨骨細胞でIGF-1の産生が上昇することが見出された。また、咬筋におけるIGF-1シグナルの増強を示唆する所見が得られた。以上より、IGF-1が本研究で同定を試みている力学刺激下で骨と筋の組織量や強度を同調させる因子の一つである可能性が示された。運動器構成細胞の伸展培養を行うため、細胞が伸展用のチャンバーから剥離しない条件の検討を行った。チャンバーのコーティング材料、前培養の期間、伸展率、伸展期間などを検討し、良好な結果を得ている。培養骨細胞を伸展し、遺伝子発現を検討したところ、IGF-1遺伝子の発現が上昇しており、in vivoの結果との一致が見られた。したがって、今後この伸展培養系を用いた遺伝子発現の網羅的解析の実施が可能となる。以上より、進捗状況は概ね順調であるといえる。In vivoの検討として、確立した新規咀嚼強化モデルマウスの咬筋や顎骨における遺伝子発現解析を行う。また、in vitroの検討として、培養骨細胞や培養筋細胞の伸展培養を行い、遺伝子発現解析を行う。これらの解析を通じて、IGF-1以外の骨と筋の組織量や強度を同調させる因子を探索する。未知の制御因子を探索するために、必要に応じて網羅的解析を行い候補因子を選抜する。候補因子の絞り込みが困難である場合は、トレッドミルや尾部懸垂による全身運動の増加/低下モデルにおける遺伝子発現プロファイルや公共のデータベースなどを利用して候補を絞る。選抜された候補因子が骨や筋の制御にどのように関わるかを明らかにするために、培養細胞における候補因子のノックダウンや過剰発現、阻害剤の添加を行う。同様に、in vivoでも候補因子のノックアウトや阻害剤の投与を行い、候補因子の機能を生体レベルで検討する。以上により、咀嚼による力学刺激下で骨と筋の組織の量や強度の制御を同調させるメカニズムを細胞および分子レベルで明らかにする。咀嚼強化

モデルマウスの顎骨をマイクロCTにて解析したところ、咀嚼力の強いヒトの場合と同様に、顎角部の突出、下顎枝の短縮、臼歯の舌側傾斜を認めた。また、このような変化は顎骨に生じる応力を緩和することが示唆された。顎角部の組織学的解析の結果、咬筋の腱付着部における骨芽細胞の増加と骨形成の亢進を認めた。さらに詳細な解析の結果、同部の骨細胞ではIGF-1の発現が上昇し、スクレロスチンの発現は低下していた。培養細胞を用いた検討により、骨細胞由来のIGF-1が腱由来細胞の骨芽細胞分化を促進することが明らかになった。以上より、咀嚼による力学負荷は顎骨の骨細胞におけるサイトカイン産生バランスを変化させることにより骨の形態を変化させ、負荷に適応していると考えられる。咀嚼強化モデルマウスの筋組織における遺伝子発現を解析したところ、IGF-1の受容体の発現上昇を認め、咬筋の肥大にIGF-1が関与することが示唆された。以上の研究成果をScientific Reports誌に報告した。運動器構成細胞が力学刺激に応答して産生する因子を網羅的に解析するために、培養骨細胞および筋細胞の伸展培養系の確立に取り組んだ。前培養や伸展に際して剥離しない条件を絞り込み良好な結果が得られている。本研究課題は咀嚼強化モデルマウスの解析、伸展培養した運動器構成細胞の解析を通じて力学刺激応答性の運動器制御因子を解明することを目的としている。本年度は咀嚼強化モデルマウスを確立できた。解析の結果、高硬度試料を摂取することにより咀嚼筋顎骨は力学負荷により生じた応力を緩和するように形態が変化した。分子メカニズムの検討により、咀嚼強化によって顎骨骨細胞でIGF-1の産生が上昇することが見出された。また、咬筋におけるIGF-1シグナルの増強を示唆する所見が得られた。以上より、IGF-1が本研究で同定を試みている力学刺激下で骨と筋の組織量や強度を同調させる因子の一つである可能性が示された。運動器構成細胞の伸展培養を行うため、細胞が伸展用のチャンバーから剥離しない条件の検討を行った。チャンバーのコーティング材料、前培養の期間、伸展率、伸展期間などを検討し、良好な結果を得ている。培養骨細胞を伸展し、遺伝子発現を検討したところ、IGF-1遺伝子の発現が上昇しており、in vivoの結果との一致が見られた。したがって、今後この伸展培養系を用いた遺伝子発現の網羅的解析の実施が可能となる。以上より、進捗状況は概ね順調であるといえる。In vivoの検討として、確立した新規咀嚼強化モデルマウスの咬筋や顎骨における遺伝子発現解析を行う。また、in vitroの検討として、培養骨細胞や培養筋細胞の伸展培養を行い、遺伝子発現解析を行う。これらの解析を通じて、IGF-1以外の骨と筋の組織量や強度を同調させる因子を探索する。未知の制御因子を探索するために、必要に応じて網羅的解析を行い候補因子を選抜する。候補因子の絞り込みが困難である場合は、トレッドミルや尾部懸垂による全身運動の増加/低下モデルにおける遺伝子発現プロファイルや公共のデータベースなどを利用して候補を絞る。選抜された候補因子が骨や筋の制御にどのように関わるかを明らかにするために、培養細胞における候補因子のノックダウンや過剰発現、阻害剤の添加を行う。同様に、in vivoでも候補因子のノックアウトや阻害剤の投与を行い、候補因子の機能を生体レベルで検討する。以上により、咀嚼による力学刺激下で骨と筋の組織の量や強度の制御を同調させるメカニズムを細胞および分子レベルで明らかにする。
線維芽細胞増殖因子受容体を標的としたがんの質的診断用イメージングプローブの開発

本研究の目的は、繊維芽細胞増殖因子受容体(Fibroblast Growth Factor Receptor, FGFR)に着目し乳がんや肺がん、膀胱がんの治療方針設定に資する質的診断用PET/SPECT分子イメージングプローブを開発し、さらに開発したプローブを用いがん化のメカニズム、薬剤耐性へのメカニズムを解明し、遺伝子情報を含んだ新規核医学診断法の開発、さらに分子標的薬の開発への効率的なワークフローを構築することにある。FGFRはFGFR1FGFR4までのサブタイプがあり、様々ながんでの変異や過剰発現がみられている。合成した化合物AのFGFR1への親和性を評価したところ、IC50値として94±31.0 (nM)と高い値を示した。一方、FGFR2、FGFR3 (K650E)、FGFR4への親和性は高くなく、化合物AはFGFR1への選択性が高いことが分かった。次に、化合物AのF-18標識化を試みたところ、低収率ながら目的の化合物を得ることができた。しかしながら、これ以上評価を進めることは困難と判断し、新しい化合物の開発に着手した。反応の進行が悪い理由として、母格であるAZD4547のピペラジン環の2つのメチル基が標識の際、立体障害となっていると考えた。そこで、この2つのメチル基を取り除いたSPECT用イメージングプローブとしてI-123を導入した化合物Bを設計・合成した。化合物BのFGFR1阻害活性(IC50=252 nM)は低下したものの、FGFR2に対しての阻害活性は向上した(IC50=59 nM)したことから、FGFR2が過剰発現しているとされる胃がん、乳がん、大腸がんをターゲットとしたイメージングプローブ開発へとつなげられる可能性が示唆された。化合物Bの標識化を検討したところ、放射化学的収率は27.1%で目的の化合物が得られた。化合物Aの開発は中断したものの、その後化合物Bの合成に成功しており、現在in vivo評価を進めている。また、薬剤設計を効率的に行うために計算化学を導入し、さらに精密な薬剤設計を実施した。ドッキングシュミレーションの結果から化合物の最適化を行い、現在新規の化合物の合成と評価を進めている。インビトロの評価系は既に確立済みであり、担がんマウスの作製に関しては、FGFR1高発現肺がん由来細胞であるH520細胞の担がんマウスの作製に成功しており、現在そのモデル動物を用いて分子イメージングプローブの集積量を評価している。合成した化合物のFGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4への親和性と選択性の評価を行う。有望な化合物であれば、標識化を行いin vivo評価へと進める。PET, SPECTプローブの両方の開発を進めるために、F-18, I-123を導入した化合物の合成と評価を進める。進め方としては、正常マウスにプローブを投与して経時的に屠殺し、各臓器の重量および集積した放射能を測定する。非特異的な集積の有無を確認すると共に、プローブ候補化合物の基礎薬物動態解析を行う。この時点で動態の観点から望ましくない化合物であれば、再度薬剤設計からやり直す。創製した分子プローブについて、実験腫瘍細胞を移植したヌードマウスに投与し体内分布実験を実施する。腫瘍への集積性、血液腫瘍比、腫瘍肺比、腫瘍筋肉比、腫瘍肝臓比、腫瘍腎臓比を指標にプローブの選別を行う。さらに、非特異的な臓器への集積も評価する。投与後腫瘍肺比は2倍以上、その他の周辺臓器(筋肉・腎臓・血液など)比は3倍以上を目指す。また、標的部位に結合する既知の化合物あるいはプローブの非標識体を投与してインビボブロッキング実験も行い、腫瘍に集積した放射能の標的特異性について検討する。前述の検討で、腫瘍に特異的集積が示されたプローブについて、担癌モデル動物に投与して経時的にPETあるいはSPECTでイメージングを行い、腫瘍が描出可能かどうかを検討する。撮像が終わった後に動物を屠殺して臓器を摘出・集積した放射能を測定し、画像のシグナル強度と放射能集積の相関を調べる。本学に導入されたSPECT/CT装置を有効活用し、研究を加速するためにインビボSPECTスクリーニング法を先行して行うことも検討する。

そこで、この2つのメチル基を取り除いたSPECT用イメージングプローブとしてI-123を導入した化合物Bを設計・合成した。化合物BのFGFR1阻害活性(IC50=252 nM)は低下したものの、FGFR2に対しての阻害活性は向上した(IC50=59 nM)したことから、FGFR2が過剰発現しているとされる胃がん、乳がん、大腸がんをターゲットとしたイメージングプローブ開発へとつなげられる可能性が示唆された。化合物Bの標識化を検討したところ、放射化学的収率は27.1%で目的の化合物が得られた。化合物Aの開発は中断したものの、その後化合物Bの合成に成功しており、現在in vivo評価を進めている。また、薬剤設計を効率的に行うために計算化学を導入し、さらに精密な薬剤設計を実施した。ドッキングシュミレーションの結果から化合物の最適化を行い、現在新規の化合物の合成と評価を進めている。インビトロの評価系は既に確立済みであり、担がんマウスの作製に関しては、FGFR1高発現肺がん由来細胞であるH520細胞の担がんマウスの作製に成功しており、現在そのモデル動物を用いて分子イメージングプローブの集積量を評価している。本研究の目的は、繊維芽細胞増殖因子受容体(Fibroblast Growth Factor Receptor, FGFR)に着目し乳がんや肺がん、膀胱がんの治療方針設定に資する質的診断用PET/SPECT分子イメージングプローブを開発し、さらに開発したプローブを用いがん化のメカニズム、薬剤耐性へのメカニズムを解明し、遺伝子情報を含んだ新規核医学診断法の開発、さらに分子標的薬の開発への効率的なワークフローを構築することにある。FGFRはFGFR1FGFR4までのサブタイプがあり、様々ながんでの変異や過剰発現がみられている。代表例の一つとして、肺扁平上皮がんではFGFR1が過剰発現していると言われている。本研究では、FGFR1を標的としたPET/SPECT用分子イメージングプローブを開発することとした。合成した化合物AのFGFR1への親和性を評価したところ、IC50値として94±31.0 (nM)と高い値を示した。一方、FGFR2、FGFR3 (K650E)、FGFR4への親和性は高くなく、化合物AはFGFR1への選択性が高いことが分かった。次に、化合物AのF-18標識化を試みたところ、低収率ながら目的の化合物を得ることができた。しかしながら、これ以上評価を進めることは困難と判断し、現在は新しい化合物の開発に着手している。プローブの開発と並行し、モデル動物の作製を検討した。先ず、MDA-MB-134-VI細胞(FGFR1過剰発現乳がん細胞)のFGFR1の発現をウェスタンブロットで確認した。次にこの細胞をBALB/c Slc-nu/nuマウスの乳腺に移植することで担癌マウスの作製を検討したが、がん細胞が生着しなかった。現在はエストラジオール投与下でMDA-MB-134-VI細胞の生着を観察している。化合物Aの開発は中断したものの、その後2種類の化合物B,Cの合成に成功しており、現在in vitro評価を進めている。また、薬剤設計を効率的に行うために、計算化学を導入した設計を行っている。PETプローブだけでなく、SPECTプローブの開発にも着手した。