hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水平地動を受ける水の入った円筒タンクにおける非線形振動応答の研究

水平振動外力を受ける円筒タンクの定常応答にある条件の下で、強烈な応答を示す1/2倍分数調波振動や1/3倍分数調波振動が分岐する。これらの分数調波振動が発生のメカニズムは解明されていない。円筒シェルタンクの供試体を作成し、内部に入れる水の量をパラメータとして変化させ、30Hzから540Hz程度までの正弦波で駆動させた水平振動台に載せて応答を測定し、基本振動成分、外力振動数の1/3倍、1/2倍、および3/2倍の分数調波振動成分、それに2倍、および3倍の高調波振動成分と周方向フーリエ級数展開次数n=0,1,・・,8のモードとを組み合わせた振動モードの応答曲線を分析し、各振動モードの固有振動数、不安定領域における応答の振動モードの大きさ等を分析した。不安定領域の外力振動数と、この領域内において大きな振幅を示す応答振動モードの関係を分析した。この結果、周方向展開次数n=0,4,5,6を有する振動モードに対応する固有振動数の2倍の外力振動数近傍、およびこれらの任意のふたつの異なる振動モードに対応する固有振動数の和の外力振動数近傍において、1/2倍分数調波振動成分が分岐すること等が判った。これらの不安定領域で分岐した振動成分が大きな振幅になると、1/3倍分数調波振動成分が発生し易くなることが示された。すなわち、1/2倍分数調波振動成分等の発生のメカニズムが解明され、分数調波振動が分岐する不安定領域を予測することを可能とした。また、過去の実験に同じように作製された円筒タンク供試体において、この不安定領域の出現に大きな相違が見られる応答を観測した。この相違の発生要因を明らかにした。さらに、非線形振動はふたつ以上の振動モードの固有振動数の大きさの組み合わせで生起するため、発生の条件が線形振動と比較すると、複雑な発生条件となることを示した。水の入った円筒タンクを水平振動台に設置して、正弦波を作用させると、ある領域で外力振動の1/2倍、および1/3倍を有する強烈な振動応答が分岐することが知られている。この振動の発生のメカニズムを検討するための実験的な研究を遂行している。円筒タンク供試体(直径84mm、高さ200mm)を、正弦波を作用させた水平振動台の上に設置し、3個のパラメータ水高(0mm-190mmまでおおよそ20mmで変化)、振動台の外力振動数(30Hz-720Hz)、および加速度(0.5g、1.5g、2.0g)を変化させた実験を行い、応答を測定した。応答を分析し、円筒の周方向のフーリエ級数展開次数0-7波までの振動モードと外力振動数の応答曲線を描いた。振動の成分は外力振動数と同一の振動数を有する基本振動成分、外力振動数の1/3倍、1/2倍の振動数を有する分数調波振動、および外力振動数の3倍、2倍の振動数を有する高調波振動に分析し、それぞれの振動数に対応する各展開次数の応答曲線に分解した。従来、利用していた測定システムで、AD変換ボードの変換速度が遅かったので、外力振動数が510Hz程度までしか測定ができなかった。新しい測定システムを利用して、外力振動数500-600Hzの下で、展開次数N=8を有する振動モードが関係する分数調波振動の分岐が生起することが分かった。既往の実験応答と照合して、分数調波振動が生起する要因が一段と明確になってきた。

今までの研究ではこの振動が発生する振動数領域の例が少なかった。今回、新たな振動数領域で分数調波振動が発生することが確認されたので、この応答が分岐する条件が推察し易くなったからだ。水の入った円筒タンクを水平振動台に設置して、正弦波を作用させると、ある領域で外力振動の1/2倍、および1/3倍を有する強烈な振動応答が分岐することが知られている。この振動の発生のメカニズムを検討するための実験的な研究を遂行している。円筒タンク供試体(直径84mm、高さ200mm)を、正弦波を作用させた水平振動台の上に設置し、3個のパラメータ水高(0mm-190mmまでおおよそ20mmで変化)、振動台の外力振動数(30Hz-720Hz)、および加速度(0.5g、1.5g、2.0g)を変化させた実験を行い、応答を測定した。応答を分析し、円筒の周方向のフーリエ級数展開次数0-7波までの振動モードと外力振動数の応答曲線を描いた。振動の成分は外力振動数と同一の振動数を有する基本振動成分、外力振動数の1/3倍、1/2倍の振動数を有する分数調波振動、および外力振動数の3倍、2倍の振動数を有する高調波振動に分析し、それぞれの振動数に対応する各展開次数の応答曲線に分解した。従来、利用していた測定システムはAD変換ボードの変換速度が遅かったので、外力振動数が510Hz程度までしか測定ができなかった。新しい測定システムを利用して、外力振動数500-550Hzの下で、円筒シェルの周方向に17枚のひずみゲージを貼付し、周方向のフーリエ展開次数N=8を有する振動モードが関係する分数調波振動の分岐の生起を今年度の研究で初めて計測した。既往の実験応答と照合して、分数調波振動が生起する要因が一段と明確になってきた。しかしながら、今年度の供試体において、この展開次数N=8を有する振動モードが関係するものと思われる分数調波振動が生起する不安定領域は顕著ではなかったようである。新しい供試体を作製して、さらに実験を遂行する必要があると判断している。水の入った円筒タンクを水平振動台に設置して、正弦波を作用させると、ある外力振動数領域で外力振動の1/2倍、および1/3倍を有する強烈な振動応答が分岐することが知られている。この振動の発生するメカニズムを検討するための実験的な研究を遂行している。高速のAD変換ボードを装備した新しい測定システムを利用して、外力振動数500-550Hzの下で、円筒シェルの周方向に17枚のひずみゲージを貼付し、周方向のフーリエ展開次数N=8を有する振動モードが関係する分数調波振動の分岐を計測した。従来の実験応答では、外力振動数が510Hz以下の応答しか測定できなかった。新測定システムを用いた応答データを用い、分数調波振動が生起する要因が一段と明確になってきた。新しい供試体作成して行った実験を用い、展開次数N=8を有する振動モードが関係する分数調波振動が生起する不安定領域を特定した。3年間の研究成果を近くまとめる予定である。
食餌中の脂質が慢性腎臓病における異所性脂肪蓄積に及ぼす影響

本研究は、食餌中の脂質が慢性腎臓病における異所性脂肪の蓄積に与える影響を基礎的に解明することを目的としている。昨年度は、過食により糖尿病を発症し、腎症を合併する糖尿病性腎症モデルラットを用いて、エイコサペンタエン酸(EPA)の摂取が腎臓の脂肪蓄積および腎機能に与える影響を検討した。これまでに本研究において飽和脂肪酸を多く含む高脂肪食を糖尿病性腎症モデルラットに与えると腎臓の脂肪が蓄積し、腎機能が低下することが確認されている。さらに高脂肪食にEPAを加えて与えると、血中の中性脂肪濃度を低下させ、さらには腎臓中の脂肪蓄積を減少させることを確認した。しかしながら、当該年度にEPAの腎機能に与える影響を検討したが、高脂肪食にEPAを加えて摂取させても糖尿病性腎症モデルラットの腎機能低下を抑制することはできなかった。これらの結果から食餌中の脂肪の量が腎機能の低下に関与していることが考えられた。また、腎組織中の酸化ストレスマーカーを測定したが、EPAにより腎臓中の脂肪蓄積が、低下していたにもかかわらず、高脂肪食を与えた糖尿病性腎症モデルラットでは、酸化ストレスマーカーがEPA摂取により低下しなかった。このことから、EPAは高脂肪食摂取による腎組織中の酸化ストレスを低下させることができないため、腎機能の低下が抑制できなかったと考えられる。また、本研究の結果からは脂肪蓄積だけでは腎機能の低下に直接関係しているわけではないことが明らかとなった。おおむね予定していた研究は終えることができたが、エイコサペンタエン酸により腎臓の脂肪蓄積が抑制できたにもかかわらず、腎機能の低下を抑制できなかったという当初想定していた結果と異なる結果を得た。そのため、追加試験が必要であるため、やや遅れているとした。本研究では予想外の結果を得たため、今後、腎臓中の脂肪酸の組成の検討およびその機序として脂肪酸代謝についてさらに詳細に検討をする。また、本年度中に論文として海外の学術誌にて結果を報告する予定である。本研究は、食餌中の脂質が慢性腎臓病(CKD)における異所性脂肪の蓄積に与える影響を基礎的に解明することを目的としている。これまでにCKDモデルラットでは、腎臓に異所性脂肪が蓄積することが知られている。また、糖尿病により腎機能が低下した糖尿病性腎症モデルラットでは、高脂肪食を与えることにより腎臓の脂肪蓄積がさらに顕著に見られるため、食餌中の脂質が腎臓の脂肪蓄積および腎機能に影響していることが考えられる。初年度は、糖尿病性腎症モデルラットを用いて、糖尿病の重症度や食餌中の脂質が腎臓の脂肪蓄積および腎機能にどのような影響を与えるか検討した。その結果、軽症の糖尿病モデルラットでは重症の糖尿病性腎症モデルラットで見られた腎臓の脂肪蓄積がほとんど見られなかった。しかし、軽症の糖尿病モデルラットに高脂肪食を与えると一部のラットで腎臓の脂肪蓄積を認めた。これらの結果から、糖尿病の重症度が腎臓の脂肪蓄積に関与し、さらに高脂肪食を摂取することで腎臓の脂肪蓄積が顕著に増加することが明らかになった。一方、軽症の糖尿病モデルラットにおいて高脂肪食は炭水化物の多い高炭水化物食よりも血糖コントロールを改善する傾向が見られた。高脂肪食は血糖コントロールに有効である可能性が考えられるが、腎機能の低下に関係する腎臓の脂肪蓄積を誘発することから、長期的な摂取には注意が必要と考えられる。以上のことから、食餌中の脂質は腎臓の脂肪蓄積に直接影響している可能性が考えられた。そのため、今後は血中脂質と腎組織中の脂質の組成について検討し、食餌中の脂質が腎臓の脂肪蓄積への影響を明らかにする予定である。初年度は計画されていた糖尿病性腎症モデルラットを用いて腎臓の脂肪蓄積と糖尿病の重症度および高脂肪食の影響を検討した。現在、血中および腎組織中の脂質プロファイルを検討中であり、おおむね順調に進んでいると判断した。本年度は、過食により糖尿病を発症し腎症を合併する糖尿病性腎症モデルラットを用いて、高脂肪食により腎臓に中性脂肪が蓄積するメカニズムを検討した。最初に、高脂肪食を与えた糖尿病性腎症モデルラットの腎臓に異所性脂肪の蓄積を確認した。その後、腎組織中の脂肪酸合成や脂肪酸のβ酸化に関連する酵素の遺伝子発現量を調べた。高脂肪食を摂取した糖尿病性腎症モデルラットでは、脂肪酸合成に関連する遺伝子の発現は低下し、脂肪酸のβ酸化に関与する遺伝子発現量は増加傾向を示した。一方、脂肪酸の取り込みに関与するレセプターの遺伝子発現量は、コントロール群よりも増加していた。これらの結果から、腎組織中の異所性脂肪の蓄積には、腎組織中への脂肪酸取り込みの増加が関与することが考えられた。そこで、血中中性脂肪低下作用があるn-3系多価不飽和脂肪酸のエイコサペンタ塩酸(EPA)を高脂肪食に混ぜて糖尿病性腎症モデルラットに与えたところ、EPAは血中中性脂肪を有意に低下させ、さらに腎臓の脂肪蓄積も顕著に低下させた。また、腎臓の脂肪酸組成を調べたところ、高脂肪食を摂取した糖尿病性腎症モデルラットでは飽和脂肪酸が多かったが、EPAを摂取したラットでは飽和脂肪酸が減少した。これらのことから、糖尿病性腎症において、高脂肪食の摂取による腎臓の脂肪蓄積には、血中脂質の増加と腎組織中への脂肪酸取り込みの増加が関与することが示唆された。また、EPAは糖尿病性腎症による腎臓の脂肪蓄積抑制に有用であることが示唆された。

今後はEPA摂取による腎臓の脂肪蓄積抑制が腎機能に及ぼす影響を検討する予定である。当該年度予定していた糖尿病性腎症モデルラットを用いたEPA摂取による実験は順調に実施できたためおおむね順調に進展していると判断した。本研究は、食餌中の脂質が慢性腎臓病における異所性脂肪の蓄積に与える影響を基礎的に解明することを目的としている。昨年度は、過食により糖尿病を発症し、腎症を合併する糖尿病性腎症モデルラットを用いて、エイコサペンタエン酸(EPA)の摂取が腎臓の脂肪蓄積および腎機能に与える影響を検討した。これまでに本研究において飽和脂肪酸を多く含む高脂肪食を糖尿病性腎症モデルラットに与えると腎臓の脂肪が蓄積し、腎機能が低下することが確認されている。さらに高脂肪食にEPAを加えて与えると、血中の中性脂肪濃度を低下させ、さらには腎臓中の脂肪蓄積を減少させることを確認した。しかしながら、当該年度にEPAの腎機能に与える影響を検討したが、高脂肪食にEPAを加えて摂取させても糖尿病性腎症モデルラットの腎機能低下を抑制することはできなかった。これらの結果から食餌中の脂肪の量が腎機能の低下に関与していることが考えられた。また、腎組織中の酸化ストレスマーカーを測定したが、EPAにより腎臓中の脂肪蓄積が、低下していたにもかかわらず、高脂肪食を与えた糖尿病性腎症モデルラットでは、酸化ストレスマーカーがEPA摂取により低下しなかった。このことから、EPAは高脂肪食摂取による腎組織中の酸化ストレスを低下させることができないため、腎機能の低下が抑制できなかったと考えられる。また、本研究の結果からは脂肪蓄積だけでは腎機能の低下に直接関係しているわけではないことが明らかとなった。おおむね予定していた研究は終えることができたが、エイコサペンタエン酸により腎臓の脂肪蓄積が抑制できたにもかかわらず、腎機能の低下を抑制できなかったという当初想定していた結果と異なる結果を得た。そのため、追加試験が必要であるため、やや遅れているとした。平成29年度は初年度に採取した検体を用いて血中および腎組織中の脂質プロファイルを検討する。また、食餌中の脂肪酸の質が腎臓の脂肪蓄積および腎機能にどのような影響を与えるか検討するため高脂肪食にn-3系多価不飽和脂肪酸を含有した食餌を糖尿病性腎症モデルラットに与え腎組織および腎機能の評価を行う。糖尿病性腎症モデルラットにおいて、エイコサペンタエン酸が腎臓の脂肪蓄積を低下させたことが明らかになった。今後は腎臓の脂肪蓄積と腎機能の関係について実験を行い、研究成果を学会発表する。また、これまで得られた結果を論文としてまとめる予定である。本研究では予想外の結果を得たため、今後、腎臓中の脂肪酸の組成の検討およびその機序として脂肪酸代謝についてさらに詳細に検討をする。また、本年度中に論文として海外の学術誌にて結果を報告する予定である。当初予定していた研究結果とは異なる結果を得たため、その詳細な機序を検討する必要が発生したため、次年度に助成金を持ち越した。また、結果を論文にして発表するため、追加の実験と論文投稿のために助成金を使用する。
熱拡散反応場を利用したメタン脱水素カップリングにおける炭素棒発熱体の表面修飾効果

分離膜を必要としない反応分離プロセスに対する触媒の有効利用法として,管型反応器の半径方向に温度勾配を付与し熱拡散効果を利用して省エネルギー操作で反応分離を行うための発熱体触媒の開発を行った。ステンレス製熱拡散反応管の発熱体として触媒無担持の炭素棒を用いた場合,メタン転化率が10%以上を達成するためには1200K以上の高温が必要である。この温度領域では発熱体表面にカーボンが析出し発熱体の劣化を招く。本研究では発熱体の劣化を抑制する手法として,Pt触媒を炭素棒発熱体に担持した場合の操作条件が反応温度の低減化,生成物の性状に及ぼす影響について検討を行った。[1]Pt担持炭素棒を用いた場合のメタン脱水素カップリング活性発熱体表面温度が1173Kでは,メタン転化率10.5%,エタン選択率89.5%,油状物選択率9.6%でありエチレンは生成しなかった。メタンの見かけ接触時間を8倍増加した場合,メタン転化率は約2倍,オイル収率は約3倍増大した。[2]触媒担持による表面修飾効果触媒無担持の場合にメタン転化率10%を達成するには1240Kの表面温度が必要である。したがってPt触媒の担持により表面温度が70K(投入エネルギー換算では35%)の低減化が達成された。1240Kにおける触媒無担持の場合の生成物選択率はエタン19.2%,エチレン60.1%,アセチレン10.3%,油状物4.2%,カーボン6.3%である。Ptを担持した場合はカーボン生成はほとんど認められなかった。以上より発熱体の表面修飾により発熱体近傍でのエチレン,アセチレンの水素化ならびに生成した油状物の低温領域への拡散分離が促進されると考えられる。[3]油状生成物の性状元素分析,^1H-NMR測定およびFT-IR測定の結果を総合的に判断し,主成分は炭素数が19-30程度の脂肪族化合物であることが明らかとなった。すなわち主成分として芳香族化合物が得られる触媒無担持の場合とは明らかに異なる結果が得られた。
PET診断の基盤研究:ヒト生組織のスライスPETから得られる情報の利用

ポジトロン断層撮像法(PET)は脳疾患の診断に有用である。しかし、PET診断は様々な生体内の要因によって影響を受ける。PETで診ていたものは何か、PETのvalidationを目的として、フルオロデオキシグルコース(FDG)-PETにより術前に診断したてんかん患者の病巣部位から作成した脳生スライスを、FDGを用いたオートラジオグラフィをダイナミックに解析「バイオラジオグラフィ」する実験系を開発した。最終年度までに、脳生スライス-バイオラジオグラフィとPETの比較が可能な症例が7例蓄積した。High K^+/basal比で表したFDG-バイオラジオグラフィと病巣と対側部位と病巣と小脳比で表したFDG-PETを比較した結果、バイオラジオグラフィで評価した脳組織の糖代謝はFDG-PETのそれを良く反映した。FDG-PETで糖代謝の低下が認められなかった患者より摘出した脳組織スライス(正常脳組織に近い)の灰白質の糖代謝は神経細胞賦活剤であるHigh K^+によって著しく亢進したが、白質の糖代謝は亢進されなかった。一方、FDG-PETで糖代謝が低下を示した患者より摘出した脳組織スライスの糖代謝はHigh K^+に反応せず、神経細胞の変質、脱落と呼応した。本実験系は、PETで診ているものの意義を検証することのできる有用な方法論となる。てんかん病巣や癌病巣のPET診断のvalidationに応用できると期待される。(1)FDGと[^<15>O]酸素を、虚血による神経細胞傷害にミトコンドリアの機能低下とグルタミン酸放出と糖代謝との関係について検討した。無酸素・低酸素処理により、脳切片の[^<15>O]酸素摂取量は減少した。無酸素・低酸素処理により、脳切片のFDG取り込み量は有意に増加した。グルタミン酸添加処理において、脳切片のFDG取り込み量は増加する傾向が見られた。グルタミン酸アンタゴニスト処理により無酸素時に見られた脳切片のFDG取り込み量の増加が抑制された。一方、低酸素時に見られた増加はほとんど抑制されなかった。無酸素時、脳切片が放出するグルタミン酸量は有意に増加した。以上の結果から、酸素欠乏時における脳糖代謝の増大は、ミトコンドリア機能低下により減少したATP産生を代償する機構であると考えられた。(2)出願中の特許「ポジトロンリアルタイムイメージング法」を装置化して具現化を図った。さらに、近年、発展の著しい「バイオイメージング法」との融合に取組み、PET放射能計測による糖代謝と化学発光計測による活性酸素の発生との関係を明らかにした。これにより、虚血-再灌流過程における活性酸素の生成と糖代謝の関係を検討した結果、活性酸素は虚血後の再酸素供給時に亢進することが明らかになった。糖代謝は活性酸素の発生の亢進に先立ち、無酸素時に代謝が亢進することが分かった。また、脳内の活性酸素の発生には局在があることも明らかになった。(3)本年までに、ヒト生切片を対象とした検討は7例のデータが蓄積した。事前に実施したFDG-PET、MRIに検討結果との関係を比較検討した。FDG-PETから評価した糖代謝は、生理的条件下の摘出脳切片における糖代謝率と負の相関を、高カリウムによる脱分極刺激時の糖代謝率とは正の相関を示した。この結果から、FDG-PETの評価にインビトロにおける本実験系が有用であることを証明した。また、てんかん病巣のFDG-PETによる糖代謝に組織の質的変化が反映されることが示された。出願中の特許「リアルタイムバイオラジオグラフィ」を装置化して具現化する過程で装置の性能向上の必要性が生じた。今年度は性能向上のための検討を試み、以下の成果を得た。(1)空間分解能の向上新たに分解能評価用線源を開発した。これを用い、異なる観察視野における分解能の評価を試みた。この検討から、微細な領域における放射能動態を評価するためには観察視野を狭める必要があることがわかった。

(2)放射線検出計数の向上シンチレータを選定することにより放射能検出感度向上を試みた。検討したシンチレータ(CaF_2、NaI、CsI)の内、CaF_2が感度とバックグラウンド対試料比で優れていることがわかった。(3)空間感度分布の均一化同装置の空間感度分布には不均一性が認められた。カメラの画素毎のゲインを調整する根本的対応と試料とカメラとのジオメトリーを一定として事前に感度分布画像を作成しておき、画像収集後にノーマライズすることでこの問題を解決できることがわかった。(4)化学発光計測との同時計測放射線によりシンチレータ内で発生した微弱光を捉えるのが本法の基本原理である。同じく微弱光を捉える化学発光計測にも本測定法は応用が可能である。鏡面シンチレータを用いることで化学発光と放射能分布を同一試料で行えることが示された。1)リアルタイムバイオラジオグラフィ法の開発研究標記の性能評価向上のため、当研究所と都産技研、アロカ(株)との共同研究契約に基づき、空間分解能評価用流体チップを開発した。この成果として、化学発光、放射線の空間分解能をミクロン単位で評価することができ、装置の性能向上に貢献した。2)リアルタイムバイオラジオグラフィ法を用いた応用研究ポジトロン断層撮像法(PET)は脳疾患の診断に有用である。しかし、PET診断は様々な生体内の要因によって影響を受ける。PETで診ていたものは何か、PETの評価を目的として、ブドウ糖類似物質(FDG)-PETにより術前に診断したてんかん患者の病巣部位から作成した脳生スライスを、FDGを用いたオートラジオグラフィをダイナミックに解析「バイオラジオグラフィ」する実験系を開発した。これまでの研究により、FDG-PETとバイオラジオグラフィで評価した脳組織の糖代謝の組み合わせが7例蓄積した。FDG-PETバイオラジオグラフィで評価した脳組織の糖代謝はFDG-PETのそれを良く反映した。FDG-PETで糖代謝の低下が認められなかった患者より摘出した脳組織スライス(正常脳組織に近い)の灰白質の糖代謝は神経細胞賦活剤であるHigh K^+によって著しく亢進したが、白質の糖代謝は亢進されなかった。一方、FDG-PETで糖代謝が低下を示した患者より摘出した脳組織スライスの糖代謝はHigh K^+に反応せず、神経細胞の変質、脱落と呼応した。本実験系は、PETで診ているものの意義を検証することのできる有用な方法論となる。てんかん病巣や癌病巣のPET診断の評価に応用できると期待される。
ウェーブレットに基づく非線形統計モデリングの研究

局所適応性に優れるウェーブレット及び、情報量とベイズ理論の観点から導出されるモデル選択基準について研究し、これらに基づくモデリング手法を、ロジスティック判別問題をはじめとする関数データ解析に応用した。互いに異なる観測時点列をもつ複数個体の高次元データ集合に対してウェーブレットと関数データ解析を融合した新しいモデリング手法を提唱した。局所適応性に優れるウェーブレット及びモデル選択基準について研究し、データ適応的かっ信頼性の高い統計的モデリングの手法を開発し、複雑な非線形構造を内包する高次元データに基づく現象解明に有効に機能するものへと発展させることを目指し、本年度は以下のことを行った。1研究の初年度にあたり、必要な計算機やソフトウェアなどの研究環境の整備を行い、データ分析や数値実験を通じた開発手法の有効性、特徴、問題点の検証のための便宜を図った。2関数データ集合に基づくモデリング手法を一般化線形モデル、正則化法およびモデル評価の枠組みで表現することで、より複雑な非線形構造を有するデータおよび判別、分類、予測、制御など様々な問題設定ならびに解析目的に対して汎用的かつ統一的な手法を提唱した。3一定区間内の互いに異なる観測時点列からなる複数個体のデータ集合に対し、個体間に共通の基底関数集合による関数化表現を求める方法(関数データ化)において、情報量およびベイズ理論に基づくモデル評価基準、ならびに観測時点が等間隔でない場合のウェーブレット多重解像度解析に基づく非線形回帰推定の手法を応用し関数データ集合を前提とする、2.のモデリング手法に結びつけることを可能とした。今後さらに研究を推進し、成果を英文論文誌に投稿することを目標とする。データ適応的かつ信頼性の高い統計的モデリングの手法を開発し、複雑な非線形構造を内包する高次元データに基づく現象解明に有効に機能するものへと発展させることを目指し、本年度は3つ以上の異なる群に分類される高次元データの特徴を、個々のデータに内在する関数構造として抽出し、既存のデータ集合からそれらの特徴を学習することにより将来得られるデータの効率的な判別を行う問題に焦点を当てた。局所適応性に優れるウェーブレットに基づく関数表現と多群を識別するロジススティックモデルを組み合わせることでこの問題を定式化できた。また提案する手法の特徴としては次が挙げられる。1判別問題の対象となる高次元データとして、一定区間内の互いに異なる観測時点列からなる複数個体のデータ集合を考えており、ここに観測時点が等間隔でない問題に対するウェーブレット多重解像度解析に基づく非線形回帰推定の手法を応用している。2データの関数化表現を求める段階と、関数化されたデータ集合に対するロジスティック判別モデルを推定する段階の2段階で行なう方法を提唱しており、さらに関数化データの複雑さの決定および判別モデルの予測性能向上のために情報量およびベイズ理論に基づくモデル評価基準を提唱している。この手法を数値実験および発音データの識別に適用した結果、B-splineやFourier級数による関数データ化ならびに他の判別手法と比較して高い予測性能が得られた。この結果を論文としてまとめ、現在投稿中である。今後さらに応用研究を推進し、学会等で発表することを目標とする。本研究テーマの大きな目的は、局所適応性に優れるウェーブレットに基づいて、諸科学に於ける複雑現象解明に寄与する非線形統計モデリングの手法を開発することである。本年度は、前年度に続き多群に分類される高次元の離散データに対する判別性能の高い手法の開発を目指し、これにウェーブレットに基づく非線形回帰推定による連続的な関数構造の抽出と関数型のロジスティックモデルの適用を行ってきた。具体的には以下のことを行っている。1データの関数化表現を求める段階と、関数化されたデータ集合に対するロジスティック判別モデルを推定する段階の2段階で行なう方法を提唱しており、さらに関数化データの複雑さの決定および判別モデルの予測性能向上のために情報量およびベイズ理論に基づくモデル評価基準を提唱している。2 3種類の異なる位置に不連続点を持つ関数構造からノイズを含んだランダムな間隔におけるデータを発生させ、元の関数構造の推定と3群判別をシミュレーションし、他の手法に優る結果を得ている。3 5種類の単語の発音に基づく256次元の音素データに対して提案手法を適用し、従来の手法に優る予測性能を確認している。本研究の内容を現在投稿中であり、掲載に向けて可能な限り数値実験や実データへの適用例を充実させる予定である。本研究により得られた結果を今後さらに活かし、データ適応的かつ信頼性の高い統計的モデリングの手法を開発するとともに、複雑な非線形構造を内包する高次元データに基づく現象解明に有効に機能するものへと発展させることを目指す。
微量ヘモグロビンの触媒化学発光ピコフォトセンシングによる単体赤血球溶血条件の定量

1)赤血球破断ひずみ:赤血球を顕微鏡下にて単体で引張り試験を行った.破断ひずみは,平均で34程度であり,最大で5.32であった.2)赤血球引張り試験の把持位置が破断ひずみに与える影響:赤血球を正対する位置から把持する場合に比べて,ずらして把持した場合では,膜面上の最大第一主ひずみは3倍以上大きくなり,赤血球の中央以外に応力集中することがわかった.3)溶血の可視化:赤血球をルミノール溶液中で破壊した.光をEM-CCDカメラで捉えたところ,赤血球の位置と発光位置が重なった.これにより,EM-CCDカメラによりルミノール反応から溶血発生位置を検知することができることを明らかにした.溶血とは,赤血球の膜破断によるヘモグロビンの漏出である.赤血球の膜破断ひずみを定量化できれば,赤血球の計算力学モデルを用いて,その時の赤血球膜面上の局所的なひずみを解析的に同定することも可能である.本年度は膜破断条件の定量化に向けて,赤血球に対して引張試験を行う方法を検討し,確立することを目的とした.そのために,まず,赤血球把持用のマイクロピペットの作製法の検討し,決定した.これにより,赤血球を吸引により把持する際,赤血球をピペット内部に吸い込まず,かつ陰圧と陽圧の調整が可能なピペットを作成することができるようになった.次に,赤血球接着試験を行い,接着条件を検討した.これにより,30分硬化型のエポキシ樹脂は赤血球の接着には不向きであることがわかった.一方,ウレタン樹脂を用いた場合では,空気中での乾燥時間を調整することで赤血球を固定することが可能となったものの,赤血球が破断するまで伸張することはできなかった.最後に,赤血球接着試験を踏まえて,粒子法によるシミュレーションにより赤血球を把持する位置が膜面の力学状態に及ぼす影響について検討した.これにより,把持位置によって赤血球膜面上最大ひずみは50%程度変化しうる可能性があることが判明した.依然として,より強固な接着法の模索が求められるものの,赤血球引張試験を行うための基礎的条件について明らかにした.来年度は,引き続き,赤血球の固定方法について探索を行うとともに,他の変形方法についても検討を進める.その中で,赤血球の膜破断を実現させ,膜破断条件の定量化を図る.溶血とは赤血球からのヘモグロビン漏出である.溶血は高血圧や血栓症の要因であることから,医療機器開発においてその低減は喫緊の課題とされる.従来,溶血評価においては,せん断応力などの流体力学的条件が重視され,それに基づく溶血予測法が主流であった.しかし,その予測法では精度に問題があり,実用に耐えない.原点に戻れば,溶血とは赤血球の過度伸張による膜破壊(裂孔生成)である.そこで,本研究では,赤血球の引張試験をルミノール溶液中で行うことにより,膜の裂孔から漏出するピコグラムレベルのヘモグロビンを化学蛍光法により検出すると共に,計算力学を援用し,溶血が生じる材料力学的条件を赤血球単体にて定量化する.研究期間内においては、以下の3つのことについて主に明らかにした。1)赤血球破断ひずみ:赤血球を顕微鏡下にて単体で引張り試験を行うことにより、膜破断ひずみを調べた。破断ひずみは、平均で34程度であり、最大で5.32であった。2)赤血球引張り試験の把持位置が破断ひずみに与える影響:引張り試験時には把持位置を精確に調整することが困難であった。そこで、把持位置が赤血球膜のひずみに与える影響をシミュレーションにより調べた。結果として、赤血球を正対する位置から把持する場合に比べて、ずらして把持した場合において、赤血球を1.5場合に伸ばしたとき、膜面上の最大第一主ひずみは3倍以上大きくなり、赤血球の中央以外に応力集中することがわかった。3)溶血の可視化:赤血球をルミノール溶液中で破壊した。これによって生じる光をEM-CCDカメラで捉えたところ、赤血球の位置と発光位置が重なることがあきらかとなった。これにより、EM-CCDカメラにより二次元的であるが、ルミノール反応により溶血発生位置を検知することができることがあきらかとなった。1)赤血球破断ひずみ:赤血球を顕微鏡下にて単体で引張り試験を行った.破断ひずみは,平均で34程度であり,最大で5.32であった.2)赤血球引張り試験の把持位置が破断ひずみに与える影響:赤血球を正対する位置から把持する場合に比べて,ずらして把持した場合では,膜面上の最大第一主ひずみは3倍以上大きくなり,赤血球の中央以外に応力集中することがわかった.3)溶血の可視化:赤血球をルミノール溶液中で破壊した.光をEM-CCDカメラで捉えたところ,赤血球の位置と発光位置が重なった.これにより,EM-CCDカメラによりルミノール反応から溶血発生位置を検知することができることを明らかにした.昨年度、赤血球の引張り試験を行ったところ、赤血球が完全に破断する前に、引張り用の治具から外れてしまった。これについて、赤血球と治具との間の接着剤の種類や接着方法、治具の形状などをいろいろ試してみたが、未だ、赤血球の完全破断にはいたっていない。

研究申請時には、平成26年度までに膜を破断させるところまでできる予定であったが、赤血球の弾性力が想定していたよりも大きく、これまで他の細胞に対して適用できていた引張り方法では難しいことがわかり、引張り方法の見直しに時間を要しており、当初予定よりやや遅れた結果となった。バイオメカニクス今後の方針としては、引張り試験中に赤血球をどのように固定するのかという方法について検討することが、喫緊の課題である。現在の考えとしては、赤血球の把持方法を変更することである。これまで、赤血球と引張り用の治具とは、ウレタンおよびエポキシ樹脂で接着固定していたが、これでは引張り試験中に生じる赤血球の弾性力に負けてしまい、赤血球が剥離してしまう。そこで、赤血球をマイクロピペットに一部から三分の一程度吸引し、その状態で引張ることを考えている。また,治具の片側をマイクロニードルとして用いていたが、そちら側もマイクロピペットにすることで、両側から一部を吸い込んだ状態で、赤血球を引張ることとする。その際、マイクロピペット内にはあらかじめ、上記した接着剤を塗布しておくことで、より強固な把持を目指す。もし、上記の方法でうまくいかない場合については、研究計画を変更し、赤血球を把持しない方法により赤血球を伸張変形させて破断させる。現在、有している考えとしては、マイクロ流路を用いた方法であり、流体力学的な力を赤血球に瞬間的に作用させる。この方法についても平成27年度に試す。赤血球の破断に成功した際には、試験サンプル数を増やすことにより、赤血球膜破断ひずみおよび破断応力の同定を目指す。赤血球の弾性特性は、赤血球の加齢度によっても変化するという報告があるため、それによる膜は断ひずみの違いについても検討する。研究計画に遅れが生じ、打ち合わせが延期になったため、旅費が次年度に持ち越しとなった。赤血球引っ張り試験に関する打ち合わせの旅費として使用する。
新SNAデータの改善と多目的利用に関する多目的総合統計データバンクの開発

今年度は、新SNAデータを中心とする多目的利用の総合統計データ・バンクを実際に作成する方法およびデータ・バンクの作成を中心として作業が進められた。その結果は以下の5点に集約される。すなわち、1.NMFCプログラムの作成:磁気テープに収録された新SNAデータおよび資金循環データをマイクロコンピュータ用のフロッピーディスクに転送し、さらにこのデータファイルをマイコン用の計量経済分析プログラムMTSPのためのデータファイルに変換・収納するプログラムを開発した。MTSPはその作成者山田光男によってMS-DOS上で操作可能なものに発展させられた。2.DMRCプログラムの作成:磁気テープに収録された大量のデータをフロッピーディスクに転送しMTSP用データファイルに変換する前にデータの部分的更新、差し換えなどをおこなうことができる極めて効率の高い作業用プログラムを開発した。3.発生ベース所得の推計:新SNAの制度部門別所得支出勘定および資本調達勘定における実物的資金と金融的資金の収支バランスをより整合的にするための一つの接近法として現金ベースの所得と発生ベースの所得およびこの両者の差を求める方法が考えられ実際に主な要素所得について推定された。4.MTSPによるデータバンクの作成:新SNAの制度部門別所得支出勘定、資本調達勘定、資金循環勘定およびマクロ経済モデル用の関連データがMTSPデータファイルKOMH86としてフロッピーディスクに収納された。これにより日本経済の金融・実物総合モデルを作成する基礎および推定・シミュレーションのプログラムパッケージが整備された。この他に、北海道道央圏のマクロ・産業・エコロジー計量予測モデルのシミュレーションパッケージも準備された。5.貨幣市場と戝政のマクロ経済学的基礎の検討:以上のマクロ計量分析に対する理論的基礎の研究が一応のまとまりを得るに至った。
超弦理論の非摂動論的定式化の研究

1.ホログラフィー的くりこみ群の高次元化:AdS/CFT対応により、漸近的に反ド・ジッター(AdS)の時空を持つ(d+1)次元古典重力は、その境界においてd次元の場の量子論を記述する。我々は、こうした系を解析する上で有用なHamilton-Jacobi方程式について、それを系統的に解析する方法を開発し、さらに任意の次元でワイル・アノマリーを計算する処方箋を与えた。(酒井氏(京大基研)・松浦氏(京大基研)との共同研究)2.ホログラフィー的ワイル・アノマリーの任意性:AdS/CFT対応を用いてワイル・アノマリーを計算すると、local counter termのとり方によって結果が変わりうる事が知られていた。我々は、その任意性がワイル・アノマリーにおいて常に全微分項としてしか現れず、物理的な影響を与えない事を証明した。我々はさらに、その任意性を考慮せずにすむ計算法を開発した。(酒井氏(京大基研)・松浦氏(京大基研)との共同研究)3.AdS/CFT対応における高階微分の影響:ホログラフィー的くりこみ群はこれまで弦理論の立場からは、弦の最低次(ゼロモード)の有効作用を用いて議論されていた。我々は、弦の高次補正が入った場合について考察し、高次補正の影響が境界上ではhighly irrelevantな演算子の摂動を加える事に対応する事を示した。また、その演算子の影響について積分する処方箋を開発し、高階微分が入った場合でもホログラフィー的くりこみ群の構造が存在する事を示した。(酒井氏(京大基研)・松浦氏(京大基研)との共同研究)1.Ramond-Ramaond.ポテンシャルのT-duality群における変換性:10次元typeII超弦理論をd次元トーラスにコンパクト化したものは、T-duality群SO(d,d;Z)のもとで不変である事が期待されているが、これまで、Neveu-Schwarz 2-formがnonzeroで存在する場合のRamond-Ramondポテンシャルの具体的な変換性については、よく分っていなかった。我々は、Ramond-RamondポテンシャルとNeveu-Schwarz 2-formを混合した新しい場を導入し、それが、SO(d,d;Z)のもとでMajorana-Weylspinorとして変換する事を、一般的に証明した。さらに、その新しい場がmaximal supersymmetryを持つ(10-d)次元supergravityの有効作用を著しく簡単化する事を発見した。(酒井氏(京大基研)・松浦氏(京大基研)との共同研究)
進化生物学、発生生物学、ゲノム情報による複合的な形態形成研究

これまでのニワトリを使った研究から、Tbx5遺伝子が左心室に、Tbx20遺伝子が右心室に明瞭な境界をもって発現していることが明らかとなった。また、この境界部に心室中隔が形成され、肺循環と体循環に二分されることも明らかとなり、Tbx5遺伝子を右心室側に強制発現させることによって心室中隔の右心室側への移動や、完全な心室中隔欠損を起こすこともわかった。これは、マウスでも同様であることtransgenic mouseを用いた解析から明らかとなった。ニワトリやマウスが2心房2心室であるのに対して、魚類(ゼブラフィッシュ)では1心房1心室である。この形態の相違とTbx5、Tbx20両遺伝子の発現パターンがどのように関連しているかを検討した結果、ゼブラフィッシュでは両遺伝子は明瞭な境界を作らず、Tbx5は心房心室境界を中心に、Tbx20はbulbus arteriosisを中心に相補的に発現していることも見いだされた。これは、進化の過程でTbx5、Tbx20遺伝子の発現の変化が心臓形態の差を生んできたことを物語っている。一方、Tbx5、Tbx20は鳥類、哺乳類では心房にも強く発現するのに対し、ゼブラフィッシュでは全く発現が認められなず、種間によってかなりの隔たりがあることも明確になった。おそらく、Tbx5、Tbx20遺伝子の発現調節部位の変化によってこのような発現パターンの相違が生まれると考えられる。これに対し、Tbx5の強制発現はTbx20を抑制し、Tbx20もTbx5を抑制することがわかり、両遺伝子の間には相互拮抗関係があり、これはゼブラフィッシュでもニワトリでも同様であった。このほか、Tbx5、Tbx20蛋白はその転写調節能において、GATA4との相互作用があることも見いだされた。このような結果は心臓形態の進化がTbx5、Tbx20発現調節領域の進化と深く連関していることを示唆しており、きわめて重要な知見となった。
食環境がヒトの消化管活動に及ぼす影響

人工環境での生活が進み、生活習慣病の増加が危惧される今、消化吸収能力の個体内変動に着目し、食環境がヒトの消化管活動に及ぼす影響を明らかにすることは、SAD(Seasonal Affective Disorder)の予防や症状改善への貢献が期待できるだけでなく、肥満やメタボリックシンドロームの予防や改善策を立てるためにも重要である。本研究ではGSS(Global Seasonality Score)を用い気分や行動の季節変動と消化吸収能力の個体内変動から食環境がヒト消化管活動に及ぼす影響を明らかにするための基礎的知見を得ることを目的とした。昨年度は被験者の選出および測定方法の検討をし、20名の健康な大学生を対象に夏季(7月8月)に呼気中水素ガステストおよび胃の電気的活動の測定を行った。本年度は昨年度と同一被験者を対象に秋季(10月11月)冬季(1月2月)の2つの季節で呼気中水素ガステストによる糖質の口から盲腸までの通過時間と糖質の消化吸収効率の測定、胃の電気的活動の測定を行った。また各季節での食事摂取状況についてはBDHQを用い調査を行った。GSSにより被験者をHigh Seasonality GroupとLow Seasonality Groupに分類し、消化吸収能力や消化管活動、食生活状況の群間比較を行った。データの一部は現在解析中であり、季節間の変動幅が個人間でどの程度異なるのか、またどのような要因によってこれらの差が生まれるのかを今後検討する予定である。今日、人類は高度に人工化された環境で生活するようになり、生活環境や生活習慣に起因する疾病の急増が問題となっている。人が健康な生活を営むためには適切な栄養素の摂取、消化・吸収能力の維持が必須であり、食環境がヒト消化管活動に及ぼす影響を明らかにする事は人が健康を保つ上で重要な役割を果たす。本研究では、気分や行動の季節変動と消化吸収能力の個体内変動から食環境がヒト消化管活動に及ぼす影響を明らかにするための基礎的知見を得ることを目的とした。健康な大学生217名を対象にアンケート調査を行い、GSS(Global Seasonality Score)によって被験者をHigh Seasonality GroupとLow Seasonality Groupに分類した。この中から27名を対象に予備実験を行い、20名の被験者を選出した。決定した被験者20名を対象に消化管活動の測定とBDHQによる食事摂取状況調査を行った。消化管活動の測定には呼気中水素ガステストによる糖質の口から盲腸までの通過時間と糖質の消化吸収効率の測定、胃電測定による胃の電気的活動の測定用いた。本年度は夏季(7月8月)に測定を行ったが、来年度は今年度と同一被験者を対象に同じ方法で秋季(10月11月)冬季(1月2月)の2つの季節において測定を行い、消化管活動の季節変動と個体内変動について検証する。
サステナブル建築のための圧着型プレストレストコンクリート骨組に関する基礎研究

サステナブル建築の観点から見た現在の喫緊の課題である、(1)低強度鉄筋コンクリートに対する耐震補強工法、ならびに(2)プレキャストプレストレストコンクリート工法による高強度・長寿命建物において、不可欠な基本技術であるPC圧着工法に関する研究を行い、低強度高強度コンクリートの支圧強度、圧着接合面における摩擦係数とそれに及ぼすコンクリート強度の影響を明確にすると同時に、せん断力伝達試験体接合面の破壊モードに及ぼす圧着力、シアスパン比、鋼材グラウトの有無の影響などを明らかにした。本研究は、申請者らがサステナブル建築への適用可能性を実証した・アンボンドPC圧着工法と新たに開発した剥離性目地を組み倉わせた、プレストレストコンクリート(PC)骨組に関するものである。本年度は、サステナブルの観点における現在の喫緊の課題である、低強度鉄筋コンクリートに対するPC圧着型耐震補強工法の基礎知見である、既存と新設コンクリートの接合面に関するせん断力伝達性能に関する研究を行い、以下のような結果を得た。(1)低強度コンクリートのせん断強度時のずれ変形は極めて小さく、すべりはないと判断でき、従来と同様、ずれ変形を認めないとする設計手法が適用出来る。また、摩擦係数におよぼす圧着力の影響は既存コンクリート強度(Fce)が小さい範囲で若干認められたが、摩擦係数はばらつきの下限値を0.5として、導入力の増大によって減少し、Fceにかかわらず平均値として約0.8の一定値に漸近した。さらに摩擦係数は、せん断応力度-ずれ変形関係および、接合面、目地モルタル厚さの影響を殆ど受けないことが分かった。(2)新設耐震補強架構をモデル化した試験体の最大耐力に対し、現行外付けマニュアル計算例で例示された方法による推定耐力は、実験値に対して3以上の余裕率を示した。また、試験体の曲げ・回転変形によるPC鋼材の張力増分は、初期導入力に対し116%程度であった。さらに、最大耐力時において、実験値を増分も考慮したPC鋼材張力で除して摩擦係数を求めると、試験体No.14でそれぞれ、0.99、0.80、0.78、0.77であった。サステナブル建築への適用可能性を実証されているプレストレストコンクリート(以下PCと略記する),とくにプレキャストPC構造において、PC圧着工法は不可欠な基本技術の一つである。本研究は,これまで十分に明らかにされてこなかったコンクリート強度に対するPC圧着工法の適用性、具体的には低強度から高強度コンクリートにPC圧着工法を適用する際のキーポイントとなる支圧強度およびせん断強度を調べる基礎研究を行い、以下のような結果を得た。本研究で得られた主な結果を以下に示す。1.建築学会PC規準における現行支圧強度推定式は高強度コンクリートに対し危険側の評価を与える。2.コンクリートの引張強度に基づく,低強度から高強度コンクリートにまで適用できる支圧強度推定式を導いた。3.圧着接合面のせん断耐力はクーロンの摩擦理論で仮定できること,ならびに摩擦係数のコンクリート強度依存性を示した。4.PC鋼材用のグラウトとコンクリート間の強度・剛性相対関係で,圧着接合面のせん断耐力,破壊モードが変化する。
アラクノイドバリアー上皮細胞を実体とする血液脳脊髄液関門の輸送機構解明

神経変性疾患などの中枢病態では、タンパク質性の脳内老廃物が、脳内に過剰に蓄積することで神経障害をもたらす。近年、脳内老廃物は脳実質内から脳脊髄液(CSF)へ恒常的に排泄されるとするGlymphatic systemの概念が提唱されている。そこで、CSF中へ移行した老廃物が脳外へ排泄される機構を明らかにすることは、老廃物の脳内蓄積を回避する方法を確立するうえで重要である。そこで本研究では、パーキンソン病において脳内に蓄積するα-synuclein (α-syn)のCSF内動態に着目し、「α-synはCSFから血液くも膜関門(Blood-Arachnoid Barrier, BAB)の輸送系を介して消失する」という仮説を実証することを目的とした。CSFからの消失過程におけるBABの寄与を解析するため、α-synとbulk flowマーカーとしてFITC-inulinの混合液を、大槽内投与法でラットに投与後、経時的にCSF中濃度を測定した。ラット軟髄膜から調製した細胞膜画分を用いて、輸送体のタンパク質発現量を、標的絶対定量プロテオミクス(QTAP)を用いて定量した。FITC-Inulinは20 minまでに、CSF中からの消失が見られなかった一方で、α-synは、大槽内投与後のCSF消失クリアランスは4.0 μL/minであった。さらに阻害剤として、LDL Receptor-Related Protein(LRP1)の基質となる活性型α2-macroglobulin共存下での、CSF中α-syn濃度を測定した結果、α-synのCSF濃度が有意に上昇した。QTAP解析から、ラット脳軟髄膜におけるLRP1のタンパク質発現量が算出された。以上の結果から、α-synは輸送系が関与する排出機構でCSFから消失し、少なくとも一部にBABのLRP1が関与していることが示唆された。循環血液と脳脊髄液(CSF)間の物質交換は、血液脳脊髄液関門(Blood-CSF Barrier, BCSFB)に発現する輸送体によって制御されている。BCSFBの解剖学的実体は、脳室内に存在する脈絡叢上皮細胞とされてきた。一方で、プロスタグランジンD2のCSF中からの消失クリアランスは、脈絡叢取り込みクリアランスとCSF bulk flowでは、27.9 %しか説明できないことをラットで明らかにしており(J Pharmacol Exp Ther 343:608-16, 2012)、未知の排出経路の存在が示唆されている。そこで、本研究では、循環血液間とCSFに位置し密着結合を形成するクモ膜上皮細胞が、血液クモ膜関門(Blood-Arachnoid barrier; BAB)としてCSF中物質の制御に関与していると仮説を立て、その仮説を実証することを目的とした。CSF消失過程における脈絡叢の寄与を排除するために、有機アニオン性蛍光プローブであるsulforhodamine-101(SR-101)をラット大槽内に投与し、CSF中からの排出過程を解析した。SR-101のCSF消失クリアランスはbulk flowマーカーとして大槽内に同時投与したFITC-inulinの4倍以上だった。その消失過程は、有機アニオン輸送担体oatpの基質であるtaurocholate及びdigoxinによって有意に阻害された。脊髄組織切片において、SR-101の蛍光は脊髄クモ膜に限局したが、阻害剤存在下では脊髄実質内でも検出された。以上の結果から、BABには有機アニオン輸送機構が存在し、CSF中有機アニオン性薬物の消失動態に寄与することが示唆された。当初計画の通り、血液くも膜関門の輸送機構を解析するための大槽内投与法の確立、血液くも膜関門のCSF動態における寄与の機能的解明、輸送体の発現解析を実施することができた。脳脊髄液(CSF)中の薬物動態を制御する機構を解明することは、中枢創薬やCSF中薬物濃度が治療効果を左右する細菌性髄膜炎などの薬物治療において重要である。本研究では、クモ膜上皮細胞を実体とする血液クモ膜関門(Blood-Arachnoid barrier; BAB)に輸送担体が発現し、CSF中物質動態のダイナミックな制御機構として機能していると仮説を立て、その仮説を実証することを目的とした。ラットから、くも膜を含む軟髄膜を単離して細胞膜画分を調整し、51種類の輸送体のタンパク質発現量を標的絶対定量プロテオミクス(Quantitative Targeted Absolute Proteomics, QTAP)のLC-MS/MS Parallel reaction monitoring (PRM) modeで算出した。ラット軟髄膜において、主要な薬物排出トランスポーターであるMdr1a及びBcrpや、有機アニオン性薬物トランスポーター(Oatp, Oat)など、合計22種類の輸送体のタンパク質発現量が決定された。さらに、BABにおける輸送体を介したCSF動態制御機構を実証するため、高発現量を示したOat1に着目した。具体的には、脈絡叢の影響が回避可能な大槽内投与法を用いて、基質であるパラアミノ馬尿酸(PAH)のCSF中からの消失に対するOat1の関与をin vivoで解析した。その結果、大槽内に投与したPAHはCSF中から時間依存的に消失し、消失クリアランスは26.5 microL/minと算出された。阻害剤を用いた解析から、PAHのCSFからの排出輸送に対するOat1の寄与は約80%であった。

以上の結果から、BABにはOat1を介したCSFからの薬物排出輸送機構が存在し、クモ膜下腔CSFからの薬物の消失経路として機能していることが示唆された。当初計画通り、くも膜における輸送体タンパク質の発現及び機能解明を行い、学会発表及び論文発表を行った。神経変性疾患などの中枢病態では、タンパク質性の脳内老廃物が、脳内に過剰に蓄積することで神経障害をもたらす。近年、脳内老廃物は脳実質内から脳脊髄液(CSF)へ恒常的に排泄されるとするGlymphatic systemの概念が提唱されている。そこで、CSF中へ移行した老廃物が脳外へ排泄される機構を明らかにすることは、老廃物の脳内蓄積を回避する方法を確立するうえで重要である。そこで本研究では、パーキンソン病において脳内に蓄積するα-synuclein (α-syn)のCSF内動態に着目し、「α-synはCSFから血液くも膜関門(Blood-Arachnoid Barrier, BAB)の輸送系を介して消失する」という仮説を実証することを目的とした。CSFからの消失過程におけるBABの寄与を解析するため、α-synとbulk flowマーカーとしてFITC-inulinの混合液を、大槽内投与法でラットに投与後、経時的にCSF中濃度を測定した。ラット軟髄膜から調製した細胞膜画分を用いて、輸送体のタンパク質発現量を、標的絶対定量プロテオミクス(QTAP)を用いて定量した。FITC-Inulinは20 minまでに、CSF中からの消失が見られなかった一方で、α-synは、大槽内投与後のCSF消失クリアランスは4.0 μL/minであった。さらに阻害剤として、LDL Receptor-Related Protein(LRP1)の基質となる活性型α2-macroglobulin共存下での、CSF中α-syn濃度を測定した結果、α-synのCSF濃度が有意に上昇した。QTAP解析から、ラット脳軟髄膜におけるLRP1のタンパク質発現量が算出された。以上の結果から、α-synは輸送系が関与する排出機構でCSFから消失し、少なくとも一部にBABのLRP1が関与していることが示唆された。薬物を中心とした血液くも膜関門の輸送機構の解明及びタンパク質絶対定量法を用いたくも膜における輸送体のプロファイリングを実施予定である。血液脳関門(Blood-brain barrier, BBB)や脈絡叢を実態とする血液脳脊髄液関門との機能的類似性と相違性を解明することで、血液くも膜関門の機能的位置づけを明確化する。最終年度は、病態生理学的意義を解明するため、病態モデル動物を用いて脳脊髄液中薬物動態における血液くも膜関門の機能的役割を実証する。輸送体タンパク質定量のための、サンプル調整の一部を次年度に実施予定としたため。当初予定していた輸送体の機能的関与を示す阻害実験を、2018年度に繰り越して実施予定としたため。機能実験のための、阻害剤の購入に使用する。サンプル調整のための消耗品購入に利用する。