hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
積雪寒冷地における歩行空間のユニバーサルデザイン化に関する研究

わが国では,道路は高度経済成長を支える重要な社会基盤施設として位置づけられ,急ピッチで整備が進められてきたが,その際,歩道は車道の付加構造物として設計,施工される傾向にあり,歩行者の安全性や快適性が強く意識され出したのは昨今のことである.そのため,歩道には,未だ,急勾配や段差といった車いす使用者にとって移動の妨げとなる交通バリアが多く存在している.段差や勾配が車いすの移動に及ぼす影響について研究され始めたのは,1990年代以降である.現在では,これらの先行研究をもとに,交通バリアとなる段差や勾配の構造基準である「道路の移動円滑化整備ガイドライン」が作成された.しかしながら,この構造基準は,車いすによる通行が可能か不可能かを示すだけであり,車いす使用者の快適性を表わしているとは言えない.歩道に交通バリアが存在すると,車いすによる移動が困難になることから,歩道のバリアフリー整備では,対象地域のすべての交通バリアを解消することが最も望ましいが,これは,財政的に難しいことであるため,歩道を段階的に整備することが必要不可欠となる.しかし,現状では,クレームによる局所的な補修や交差点部などの部分的な改修が多く,歩道の連続性や車いす使用者の利便性や快適性を考慮した面的な整備が行われていない.また,大都市では,様々なまちづくり計画が存在し,整備予定路線が錯綜していることから,歩道を段階的に整備するために必要な路線の重要度が不明確となっている.本研究では,まず,車いす移動負荷を定量的に評価する方法を開発した後,交通バリアと車いす移動負荷量などの情報を一元管理し,車いす使用者と道路管理者に対して有用な情報を提供することができる「歩道のバリアフリー化支援システム」を開発した.さらに,札幌市都心部において,歩道を段階的に整備するためのバリアフリー整備計画を立案し,それに対する本システムの有用性について検証した.わが国では,道路は高度経済成長を支える重要な社会基盤施設として位置づけられ,急ピッチで整備が進められてきたが,その際,歩道は車道の付加構造物として設計,施工される傾向にあり,歩行者の安全性や快適性が強く意識され出したのは昨今のことである.そのため,歩道には,未だ,急勾配や段差といった車いす使用者にとって移動の妨げとなる交通バリアが多く存在している.段差や勾配が車いすの移動に及ぼす影響について研究され始めたのは,1990年代以降である.現在では,これらの先行研究をもとに,交通バリアとなる段差や勾配の構造基準である「道路の移動円滑化整備ガイドライン」が作成された.しかしながら,この構造基準は,車いすによる通行が可能か不可能かを示すだけであり,車いす使用者の快適性を表わしているとは言えない.歩道に交通バリアが存在すると,車いすによる移動が困難になることから,歩道のバリアフリー整備では,対象地域のすべての交通バリアを解消することが最も望ましいが,これは,財政的に難しいことであるため,歩道を段階的に整備することが必要不可欠となる.しかし,現状では,クレームによる局所的な補修や交差点部などの部分的な改修が多く,歩道の連続性や車いす使用者の利便性や快適性を考慮した面的な整備が行われていない.また,大都市では,様々なまちづくり計画が存在し,整備予定路線が錯綜していることから,歩道を段階的に整備するために必要な路線の重要度が不明確となっている.本研究では,まず,車いす移動負荷を定量的に評価する方法を開発した後,交通バリアと車いす移動負荷量などの情報を一元管理し,車いす使用者と道路管理者に対して有用な情報を提供することができる「歩道のバリアフリー化支援システム」を開発した.さらに,札幌市都心部において,歩道を段階的に整備するためのバリアフリー整備計画を立案し,それに対する本システムの有用性について検証した.以下に,本研究における平成15年度の研究実績を記す.(1)積雪寒冷地における歩行空間のユニバーサルデザインに関する情報収集国内外問わず,積雪寒冷地域での歩行空間の計画や管理基準および管理手法についての情報を収集し,バリアフリーやユニバーサルデザインに関する動向を把握し,有用なデータの蓄積ができた.(2)北海道内主要都市における降雪パターンのモデル化積雪寒冷環境下での歩道の積雪や凍結状況を整理するために,過去10年分の降雪データを用いて,降雪パターンのモデル化を試みた.結果,降雪量および圧雪量を単純化した地域別のモデルが提案できた.また,歩道上の圧雪厚さから凍結深さの予測を可能とした.(3)歩道のプロファイル測定と復元方法の検討歩道の平坦性を指標化するために,歩道用小型プロファイラ(4機種)を用いて,歩道の凹凸測定および調査を行い,各プロファイラが高精度に歩道プロファイルの復元を可能とする推定方法の確立をした.また,歩道を定量的に評価するために歩道内の段差と勾配から歩道の平担性を評価する指標を確立した.(4)車椅子負荷量測定装置の開発と歩道の負荷量測定歩道の平坦性が車椅子の走行に与える影響を明確にするために,車椅子にトルク計を取り付けた車椅子負荷量測定装置の開発を行い,供用されている歩道において,精度検証を実施し,歩道の縦断勾配と負荷量の関係を明確にした.(5)車椅子負荷量と歩道のプロファイルの関係車椅子負荷量と歩道のプロファイルの関係を明確にするために,無積雪期および積雪期の屋外における歩道のプロファイル測定と負荷量測定を行った.また,凍上による影響を受けた平坦性の低い歩道においても測定を実施した.結果,車椅子負荷量測定装置は,反復性能が高く,歩道の縦断勾配と累積電圧に強い相関があることがわかった.

今後,情報収集した歩道の積雪や凍結状況とプロファイルとの関係についても検討する予定である.以下に,本研究における平成16年度の研究実績を記す.(1)札幌市都心部における歩道のプロファイル測定の実施札幌市都心部を対象として,歩道の縦断プロファイルの測定と復元を実施した.歩道の縦断プロファイルは,昨年度の研究でその精度が立証されている歩道用小型プロファイラを使用しておこなった.(2)GISを用いた「歩道基盤データベース」の構築GISを用いて,札幌都心部の歩道プロファイルデータを整理した,これらのデータベースは,定量的に裏付けされた交通バリアの分布状況を視覚的に把握でき,地理的に位置付けられた交通バリアの詳細な実態を現場写真や歩道プロファイルデータによって視覚的に表現することが可能である「歩道基盤データベース」として,構築した.(3)累積負荷高さから車椅子走行推進力の推定車椅子走行トルク測定装置を用いて,車椅子を一定速度で走行させるために要する後輪軸のトルクから路面の平坦度に起因する車椅子の走行に要する推進力を測定した.また,車椅子の走行に要する推進力と歩道の縦断プロファイルの関係から車椅子走行負荷量を求める方法を定量化した.(4)まちづくりと連動した歩道のバリアフリー整備札幌市都心部を対象として,得られたプロファイルデータからGISを用いて交通バリアの抽出をおこなった.これらの交通バリアの地理的分布状況とまちづくりの視点から整備の優先順位を提案し,その整備手法の考え方を整理した.平成17年度は,平担性測定装置(以後,小型プロファイラと称す)と車椅子走行トルク測定装置を用いて,歩道の平坦性を定量的に把握できる新手法と歩道の平坦性評価手法の確立を行った.また,札幌市都心部を対象に平坦性調査を実施し,得られたデータを用いて歩道のバリアフリーに関するデータベース(以後,歩道基盤データベースと称す)の構築を行い,GISを活用し,歩道のバリアフリー化支援システムを構築した.本システムは,車いす使用者のための最適経路探索システムを開発し,付加している.以下に,本研究における平成17年度の研究テーマ毎の成果を記す.(1)歩道の平担性評価手法と平担性指標の確立(苫米地,亀山):H17.10歩道のプロファイルから得られる累積負荷高さと車いす移動負荷量の関係分析および官能試験を実施した結果,車いす移動負荷量と車いす使用者の「つらさ」は,高い相関関係を示し,車いす移動負荷量は,歩道の平担性指標として有効であることが明らかとなった.(2)歩道の平担性調査(川端):H17.8H17.2札幌市都心部において,無雪期と積雪期の歩道のプロファイル測定を実施し,通年の歩道路面状況を把握した.その他にも冬期における歩道のバリアフリー施策や積雪による交通バリアの抽出を行った.これらの調査データは,開発したGISの「歩道のバリアフリー化支援システム」に格納した.(3)バリアフリー整備計画と最適経路探索システムの開発(石田,細川):H17.5H18.2札幌市都心部において,歩道の縦断プロファイル測定から得られたデータを用いて,車いす移動負荷量を推定した.
グルタミン酸神経毒性における血小板活性化因子(PAF)の関与

1.細胞内PAFacetylhydrolase発現アデノウイルスアデノウイルスベクターを用いて神経細胞にモルモット血漿型PAFacetylhydrolaseをoverexpressionすると、アポトーシスが抑制された。同時にTBA法により脂質過酸化の程度が低下しており、MTT法でミトコンドリアの機能が保持されていることが分かった。PAFacetylhydrolaseによる酸化脂質の分解によってミトコンドリア機能が守られることがアポトーシス減少に関与している可能性が示唆された。この結果はBrain Res(885:128-132,2000)に発表した。単量体のPAFacetylhydrolaseは細胞内にも存在する。細胞内PAFacetylhydrolase発現アデノウイルスを作成し、グルタミン酸神経毒性の防御に関する効果について、血漿型PAFacetylhydrolaseと比較することを現在試みているが今回の報告書に結果を示すことができなかった。2.クモ膜下出血(SAH)後の脳血管攣縮予防に対する抗PAF受容体拮抗薬の応用(臨床研究)PAF受容体拮抗薬E5880のSAH後の脳血管攣縮及びこれに伴う脳虚血症状に対する前期臨床第II相試験を行った。日本国内の11の脳神経外科施設で参加したSAH患者は71例であった。安全性と有効性が示された。この結果は論文として発表した。2.抗PAF受容体拮抗薬の慢性硬膜下血腫の再発予防効果抗不安薬であるetizolamは抗PAF受容体拮抗薬としての作用も有する。慢性硬膜下血腫の手術後にetizolamを投与した群と投与しなかった群をprospectiveに再発の症状、頭部CT上の残存血腫体積を比較し、etizolamが慢性硬膜下血腫再発を予防することを初めて示した。これらの結果は、学会、論文として発表した。1.グルタミン酸による神経細胞死1mMグルタミン酸60分負荷された培養神経細胞の傷害は観察48時間以内ではアポトーシスの主である事が分かった。Shimizu et al.(Cancer Res 56,1996)の方法、電顕、TUNEL法、アガロース電気泳動等の方法で証明した。また、1mMグルタミン酸60分負荷後細胞内ICE-、CPP34-like protease活性は増加し、6時間以内にピークを示して、その後徐々に低下した。また各グルタミン酸受容体agonistや阻害剤を用いた結果から、アポトーシスの割合と投与後6時間のICE-、CPP34-like protease活性が相関した。2.モルモット血漿型PAFacetylhydrolase遺伝子導入によるグルタミン酸神経毒性の防御アデノウイルスベクターを用いて神経細胞にPAFacetylhydrolaseをoverexpressionすると、アポトーシスが抑制された。1.モルモット血漿型PAFacetylhydrolase遺伝子導入によるグルタミン酸神経毒性の防御アデノウイルスベクターを用いて神経細胞にモルモット血漿型PAFacetylhydrolaseをoverexpressionすると、アポトーシスが抑制された。

この結果はBrain Res(885:128-132, 2000)に発表した。アデノウイルスベクターを用いて神経細胞に人血漿型PAFacetylhydrolaseと組織型PAFacetylhydrolaseを発現し、抗酸化作用の比較、アポトーシス減少に関する効果を比較するため、本年度は両遺伝子を含む組み換えアデノウイルス作成に成功している。1.細胞内PAFacetylhydrolase発現アデノウイルスアデノウイルスベクターを用いて神経細胞にモルモット血漿型PAFacetylhydrolaseをoverexpressionすると、アポトーシスが抑制された。同時にTBA法により脂質過酸化の程度が低下しており、MTT法でミトコンドリアの機能が保持されていることが分かった。PAFacelylhydrolaseによる酸化脂質の分解によってミトコンドリア機能が守られることがアポトーシス減少に関与している可能性が示唆された。この結果はBrain Res(885:128-132,2000)に発表した。単量体のPAFacetylhydrolaseは細胞内にも存在する。細胞内PAFacetylhydrolase発現アデノウイルスを作成し、グルタミン酸神経毒性の防御に関する効果について、血漿型PAFacetylhydrolaseと比較することを平成13年度に試みたが、細胞内PAFacetylhydrolase発現アデノウイルスを作成の作成に問題があり、結果を出すことができなかった。今年度はこのPAFacetylhydrolase発現アデノウイルスを作成をもう一度再検討し、作成に成功した。現在、血漿型PAFacetylhydrolaseとのアポトーシス抑制の機能の比較を行っている。2.抗PAF受容体拮抗薬の慢性硬膜下血腫の再発防止効果抗不安薬であるetizolamは抗PAF受容体拮抗薬としての作用も有する。慢性硬膜下血腫の手術後にetizolamを投与した群と投与しなかった群をprospectiveに再発の症状、頭部CT上の残存血腫体積を比較し、etizolamが慢性硬膜下血腫再発を予防することを初めて示した。これらの結果は、学会、論文として発表した。
無限次元代数と頂点作用素代数

頂点作用素代数はモンスター有限単純群とモジュラー関数との間の神秘的な関係を説明するムーンシャイン予想の解として構成されたムーンシャイン頂点作用素代数が出発点であるが,以後の研究により、物理における弦理論などで注目されている2次元共形場理論の厳密な数学的定義であることが分かっている。この頂点作用素代数は通常の代数とは異なり,無限個の演算を持つものであり,色々な代数を内部に含む複雑な構造を持っている。さらに、無限個の積を与える頂点作用素の成分全体は非常に大きな代数(カイラル代数)を構成している。本研究は、このカイラル代数の立場から頂点作用素代数を考察した。特に、研究実施計画に従って、宮本が2元線形コードから構成した頂点作用素代数(コード頂点作用素代数)について、そのカイラル代数としての表現を考察し、新しい概念である誘導表現を導入した。この誘導表現は一般の誘導表現の拡張であるが、頂点作用素代数においては、一般には役に立つような定義が難しく、コード頂点作用素代数のように、うまく行く例は少ない。コード頂点作用素代数は共形場理論として良く研究されているイジング模型のテンソル積として理解できるため、扱いやすく、その上、共形場理論として複雑であるラティス型の頂点作用素代数の多くをコード頂点作用素代数から構成できるなどの利点がある事などが本研究によって分かった。この様なラティス型の頂点作用素代数を与えるコードの研究は分担者の木村が行い。誘導表現を与える群の表現の研究は飯寄が行った。また、この研究の進展にはミシガン大学教授のグライス氏からの助言、および、千葉大の北詰氏、大阪大学の永友氏などとの研究連絡が大きな役割を果たした。
マウス大脳皮質から霊長類型大脳皮質への人為的進化

大脳皮質は高次脳機能を担う場であり、大脳皮質を構成する細胞数は、高次脳機能の質を規定すると予想されている。本研究では、細胞周期離脱を人為的に遅らせて、ニューロン数の飛躍的増加を試みる。そして「大脳皮質のニューロン数が高次機能を規定している」という仮説を検証する。大脳皮質を構成するニューロン数を増加させることができるのか?「細胞周期離脱を遅延させることにより、ニューロン数を増加させることができる」という原理が実証された場合、脳の進化を考える上で意義は大きい。RP58を欠落させることにより、細胞周期離脱を抑制し、マウスでも霊長類型の前駆細胞層を形成させるために、適当なタイミングでRP58の発現を停止/再開する。人為的な遺伝子の発現制御ができるFASTシステム(Tanaka et al., 2010)を用いる。神経前駆細胞でトランスサイレンサー(tTS)を発現するマウス(Mlc1-tTSマウス)を理化学研究所より導入し、すでに作製済のtTSの結合部位(tetO)をRP58の上流に持つ、tetO-RP58マウスとMlc1-tTSマウスを交配させた。その結果、前駆細胞においてRP58を欠落させ、OSVZ様構造を作製させる。OSVZ用構造作製後ドキシサイクリンでtTSの作用を阻害することにより、RP58の発現を再開させる予定である。現在RP58の上流にtetO配列を挿入したマウスとMcl1-tTS発現マウスを交配し、その子孫の行動解析を行なっている。オープンフィールドテスト(30分)の結果は、Mcl1-tTS、tetO homoは、多動であり馴化しない。むしろ徐々に行動量が増える傾向がある。これは、想定通り、前駆細胞でRP58の発現が低下していることをし察している。行動解析ののち、固定、切片作成し、組織の解析を行う。特にOSVZの拡大がされているか否かを検討する。また、ドキシサイクリンをE16に投与し、OSVZからニューロン分化を促し、脳拡大するか否か、検討する。遺伝子組み換えマウスの行動解析までできたが、その後の組織解析が次年度に回ったので、その分を翌年度分と合わせて組織解析に使用する。
緑内障眼における構造と機能の関連の解明

緑内障は主に眼圧の影響を受け、視神経の委縮が生じその結果視野の欠損が生じ、何も治療を加えない状態で経過すると徐々に欠損が拡大して、そのまま放置すると最終的には欠損が全視野に及んで視力を失う疾患である。緑内障で生じた視神経の障害は、眼底の網膜にある網膜神経線維層の厚みの減少と視野検査による視野の欠損で診断するが、視野検査は自覚的に光を感じたか否かで判断する検査であり、客観性に欠ける。今回の研究において、視野検査に代わる機能検査として、視神経乳頭血流および網膜電図が有望であり、特に視神経乳頭血流は、視野検査検査結果と強い関連のあることが判明した。本研究の目標は、緑内障における網膜、視神経乳頭の構造変化と視機能変化との関連を解明し、現在は眼圧と視野測定による経過観察が主体である緑内障治療評価を、構造変化の評価とより客観性のある視機能変化評価法をサロゲートとした新しい緑内障治療評価法を確立することにある。この目標に関連して、我々はこれまで、緑内障経過開始時の網膜神経線維層厚(RNFL)および黄斑部網膜神経節細胞複合体体(GCC)厚をもとに将来の緑内障の進行を予測できること、眼圧下降治療により構造変化の改善が認められ緑内障治療効果判定に構造評価が有効であることを確認してきた。ただ、黄斑部GCC厚変化は、強度近視眼でも生じることが分かっており、近視眼におけるGCC変化と緑内障眼におけるGCC変化の分別が問題の1つとなっている。今回我々は、正視から強度近視を含む正常ボランティア74名を対象として、GCC厚、網膜全層厚、眼軸長との関連を解析した。その結果、GCC厚と網膜全層厚は眼軸長と有意に相関し、眼軸長が長い眼、すなわち近視が強い眼ほど、GCC厚と網膜全体の厚は薄くなることを再確認した。しかしながら、GCC厚と網膜全層厚の比、およびGCC厚と網膜外層厚の比は、眼軸長と相関はみられなかった。このことから、近視眼において緑内障を診断する場合、GCC厚そのもので評価するより、網膜厚との比で評価することがよりよいことを解明した。一方、乳頭周囲の脈絡網膜萎縮(以下、PPA)は、視神経乳頭部の眼血流に影響を受けるファクターと考えられている。我々は、PPAとRNFLおよび視野障害との関連を解析した。その結果、初期緑内障では、PPAはRNFLとのみ相関し、中・後期になると視野障害とも関連することが判明した。この結果、緑内障視神経乳頭はより早期から血流障害の影響を受ける可能性が示唆され、今後の課題と考えた。本研究の目標は、緑内障における網膜、視神経乳頭の構造変化と視機能障害との関連を解明し、現在は眼圧と視野測定による経過観察が主体である緑内障治療評価を、構造変化の評価とより客観性のある視機能評価法を主体としたものに変換することをめざすものである。その目標の第1歩として、スペクトラルドメイン光干渉断層計(SD-OCT)で測定されたベースライン時の乳頭周囲網膜神経線維層(RNFL)厚および黄斑部網膜神経節細胞複合体(GCC)厚が原発開放隅角緑内障(POAG)の視野進行の予測因子になるか、35例35眼を対象に検討した。2年以上の経過観察で5回以上測定されたハンフリー視野障害指数のMDスロープが-0.4dB/年を越えるものを視野障害進行とすると、7眼が視野進行と判定された。視野非進行と判定された残り28眼と比較すると、経過観察開始時の下方NFL厚の平均値、下方GCC厚の平均値は、進行眼では、非進行眼と比較して有意に薄かった。従って、ベースライン時の下方のRNFL厚およびGCC厚が薄いものは視野進行が早い可能性が示された。このことにより、緑内障治療開始時の構造変化に注目することにより、将来の予後予測が可能であり、治療方針を立案する上で、重要なデーターが提供されることが判明した。一方、緑内障の手術治療前後で、乳頭構造と網膜構造がどのような変化を生じるか、検討した。その結果、術前後で平均眼圧が21.3±10.1から12.9±2.3mmHgに変化したの伴い、術後測定時点で眼圧下降率が20%以上であった8眼に限ってみると陥凹パラメーターに有意な変化はみられなかったが、RNFL厚では、術後に有意な増加がみられた。このことは、緑内障治療により眼底構造は変化しうることを示し、緑内障の治療効果を評価する上で、構造変化と視機能変化との関連を詳細に解析することの重要性があらためて判明した。

これまで我々は、現在眼圧と視野測定による経過観察が主体となっている緑内障治療評価を、構造変化の評価と視野検査に比べより客観性のある視機能変化評価法をサロゲートとした新しい緑内障治療評価法の確立をめざしてきた。この目標に関連して、今回我々は、視神経乳頭部の眼血流に影響を受けるファクターと考えられている乳頭周囲の脈絡網膜萎縮(以下、PPA)と視神経乳頭血流の関連を解析した。対象を治療開始前の正常眼圧緑内障患者とし、乳頭血流はレーザースペックルフローグラフィー(以下、SLDF)にて測定し、合わせて、視野測定結果との関連を解析した。その結果、PPAは乳頭部血流とよく相関し、また乳頭部血流は視野結果とよく相関することが判明した。一方、SLDFを用いて測定した乳頭部血流が、乳頭周囲の網膜神経線維層厚と乳頭より離れた部位にある黄斑部神経節細胞複合体厚とどのように関連するかを、治療開始前の正常眼圧緑内障患者を対象として検討したところ、これらは互いによく関連しあうことが確認された。以上の結果から、乳頭部の血流の測定は緑内障眼における機能変化をよく反映しているファクターであることが判明した。これらに加え、視神経乳頭の大きさと網膜神経線維層厚および黄斑部神経節細胞複合体厚との関連を緑内障眼において解析したところ、乳頭の大きさが小さな緑内障眼ほど、黄斑部網膜神経節細胞複合体厚は薄く、大きいほど厚いことが判明した。緑内障眼の視機能を検討するうえで、乳頭のサイズを考慮に入れる必要性が判明した。眼科学これまで、緑内障眼における眼底の構造変化と視機能との関連につき、ベースライン時の構造変化が将来の緑内障進行の予測に役立つこと、強度近視眼における緑内障判定は、網膜全体が薄くなる正常強度近視とGCC厚がさらに薄くなる強度近視性緑内障眼の弁別法として、GCCと網膜全体厚の比が重要であることが判明するなど、順調に成果を上げている。また、眼底血流変化や網膜電位図を用いた緑内障診断の可能性に関連した臨床研究に関するIRB承認を取得し、対象患者の登録も順調に伸びており、その研究成果を次年度の国際学会で発表できるめどが立っている。遅れとしては、動物実験の準備がまだ完全には整っておらず、次年度中には実験系の確立を行うことを目標としている。本研究の大きな目的は、緑内障の診断・経過観察に、黄斑部網膜神経節細胞複合体厚(網膜内層部分)の評価が重要であることを証明し、黄斑ERGや眼底血流変化等、視野に変わる客観的視機能評価法を確立し、それとGCC厚の関連を解明することである。その第一歩として、経過観察開始時のベースラインGCC厚が、その後の視野進行の予後予測に非常に重要な意味を持つことが判明した。また、視野障害、NFL厚、GCC厚と乳頭部血流との関連および緑内障治療薬の効果を解明するべく、施設IRBの承認も得られ、順調に症例数を伸ばしており、研究開始1年目の状況としては、概ね順調な研究ペースであると自己点検する。緑内障眼における、眼底構造変化、視野変化(視機能変化)、血流変化、網膜電気生理的検査の変化に関する臨床研究の環境が整い、今後はいよいよこれら4要素の統合を行うことにより、緑内障早期発見、治療効果確認に関し、どの検査あるいはどの検査の組み合わせがより効率的かを詳細に解析していく。そのため、研究参加患者の登録をさらに推進していく。また、動物実験として、ラットに対する線維柱帯切除術の技術の確立、光干渉断層計による眼底観察、網膜電位図取得の技術を高めていく。本年度は、黄斑部網膜内層構造と視野を中心とする機能変化との関連を解析し、黄斑部網膜内層の構造変化が緑内障の予後予測に有用である可能性が示された。今後、さらに緑内障における構造と機能との関連を解明するべく、視神経乳頭部の組織血流変化と黄斑部局所網膜電図(ERG)変化と構造変化との関連を本格的に進めていく。
微細マニピュレータ及び画像誘導機能を有する半自立動作性内視鏡システムの開発

本研究の目的は半自立型駆動機構と内視鏡や単孔式手術に使用可能な微細マニュピュレータを開発することである。1半自立型駆動機構の開発において、吹き戻し型のエアーアクチュエータにより駆動力を得る自走式大腸内視鏡の開発を行った。2微細内視鏡用マニュピュレータの開発では、駆動系の細径化を行うことで軟性内視鏡に搭載し、精密手術を行うマニュピュレータの開発を行った。微細加工技術とワイヤ機構を融合した2.8mmの超細径能動鉗子を開発し、ブタESDモデルにて実証実験を行った。3これまでのトレーニングセミナーのデータから、医療者ニーズを拾い出し、より有効な教育をおこなうための腸管縫合シュミレータの開発を行った。本研究では、自律移動が可能な小型の大腸内視鏡の開発に取り組んでいる。平成25年度は、大腸内視鏡のための移動機構について検討した。大腸内視鏡検査において最も危険な合併症は穿孔である。そこで、移動機構の検討に際しては、穿孔リスクを最小化することを最優先事項とした。このような方針にもとづいてまず、動力源の選定を行った。選定に際しては、電気アクチュエータ、空気圧・水圧アクチュエータ、伝達機構を介した体外のアクチュエータからの動力伝達の3種類が候補にあがった。そして穿孔リスクを低減するには駆動機構自体に柔軟性を持たせることが有効との考えにもとづき、空気圧・水圧アクチュエータを採用した。次に、空気圧・水圧を動力に変換する手法について検討を行った。ここでは、イソギンチャクなどの海洋生物に見られる水力学的骨格に注目し、柔軟性を持つ素材で構成された軟骨格に空気または液体を注入することで、軟骨格の剛性と形状を変化させ、動力として取り出す手法を用いることとした。このような考えにもとづき、空気圧で軟骨格を動作させて動力をとりだす機構を試作した。試作した機構を用いて実験を行ったところ、この機構によって発生される動力を特定の方向への推力として利用する場合、いくつかの問題が発生することが明らかとなった。軟骨格は、圧力が低い状態において空気の注入量に対する形状の変化に再現性がないため、推力を発生させる方向が定まらない。そこで、圧力が低い状態において形状が変化する方向を拘束するための力学的機構が必要であることが判明した。このような考えにもとづき、圧力が低い状態において形状の変形を拘束する機構を試作し、軟骨格に統合したところ、軟骨格の変形を特定の方向への推力としてとりだすことに成功した。最終年度の平成26年度、この機構の内視鏡への実装・報告に取り組む。平成24年度は、大腸内視鏡のための移動機構について検討した。平成25年度以降、この機構の内視鏡への実装に取り組む。Computer assisted diagnosis(CAD)およびコンピュータナビゲーションシステムを搭載した内視鏡手術システムの開発を可能にするため、H26年度は、1)能動内視鏡マニピュレータ、2)大腸検査支援マニピュレータの開発を行い、以下の結果を得た。

1)能動内視鏡マニピュレータの開発:単孔式内視鏡下手術における術中の視点・視野の操作を目的に,汎用保持マニピュレータと外套管マニピュレータからなる能動内視鏡マニピュレータの開発を行った.外套管には圧縮コイルばねを用いて屈曲の2自由度を実現し,体内で自由に位置・姿勢が操作可能な計6自由度の構成とした。動作検証により,位置移動,屈曲動作ができるものとし、ブタの胃にて粘膜剥離手術(ESD)が可能なシステムを構築した。また、内視鏡は小型化されたステレオ視をもつもので、対象物を3次元立体画像復元が可能なものを新たに開発した。2)大腸内視鏡検査に有用な自走式大腸内視鏡ロボットの開発:より安全な自走式大腸内視鏡ロボットの作成のため、我々は体内での駆動部分には空気アクチュエータを搭載し、空気駆動にて推進力を得る吹き戻し式自走内視鏡ロボットを開発した。屈曲の部分を安全に推進するために、姿勢制御をより細かく行えるように空気アクチュエータは任意にその駆動を行えるようにした。大腸内視鏡検査トレーニング用の大腸モデルにこの自走式ロボットを挿入してその有用性を検証することができ、臨床応用の可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。医工学、外科学26年度が最終年度であるため、記入しない。Computer assisted diagnosis(CAD)およびコンピュータナビゲーションシステムを搭載した内視鏡手術システムの開発を可能にするため、本年度は1)能動内視鏡マニピュレータ、2)大腸検査支援マニピュレータの開発を行い、以下の結果を得た。1)能動内視鏡マニピュレータの開発:単孔式内視鏡下手術における術中の視点・視野の操作を目的に、汎用保持マニピュレータと外套管マニピュレータからなる能動内視鏡マニピュレータの開発を行った。外套管には圧縮コイルばねを用いて屈曲の2自由度を実現し、体内で自由に位置・姿勢が操作可能な計6自由度の構成とした。ジョイスティックによる動作検証により、位置移動、屈曲動作が可能であることが確認された。今後は術具マニピュレータとの統合によるin vivo実験を行い、システム全体の評価および改善を図っていく予定である。2)大腸内視鏡検査における腸管短縮手技を支援するマニピュレータの開発:このマニピュレータは、4個のDCモータとそれによって駆動される4自由度リンク機構からなり、内視鏡先端に取り付けて使用する。駆動部は体外に設置され、ワイヤとアウターチューブを介して、マニピュレータを動作させる。マニピュレータの動作は、画像処理と強化学習を統合した制御系によって、自律的に最適化される。大腸内視鏡検査トレーニング用の大腸モデルにこのマニピュレータを挿入してその有用性を検証することができ、臨床応用の可能性が示唆された。
ヒトの走行動作における運動記憶の人為的操作

ヒトの走行動作におけるトレーニング効果(運動記憶)について、脳の運動関連領域に対する電気刺激を用いて、記憶を系統的に操作することを目的としている。走行のトレーニング(運動記憶の獲得)として、左右分離型トレッドミルを用いて、左右のベルト速度が互いに異なる特殊な力学的環境下での走行課題を行う。同時に、大脳皮質の運動野に対して経頭蓋直流電気刺激を与え、刺激電極の直下における脳の興奮性を変化させる。走行のトレーニングは、実験により2種類の異なる力学的環境下のいずれかで行い、各々のトレーニング条件に対応した異なる運動記憶が形成されることが見込まれる。一方で、トレーニング時の脳への電気刺激についても、実験により、「陽極刺激」と「陰極刺激」の2種類の刺激のうちのいずれかが課され、刺激条件により異なる脳の興奮性が惹起されることが見込まれる。実験では、異なる運動記憶の形成が見込まれる2種類のトレーニング条件と、異なる脳状態を作り出す2種類の電気刺激条件における様々な組み合わせによりトレーニングを行う。トレーニング後、通常の力学的環境下において、脳に対する陽極刺激か陰極刺激のいずれかを行う。この際、事前のトレーニング時における力学的環境と刺激条件の関係性を反映した運動記憶が想起されることが見込まれ、すなわち、脳への電気刺激によって運動記憶が操作的に変更される可能性について検討するものである。当該年度については、電気刺激における最適な刺激条件について探索する一方で、トレッドミル上での走行時において、より簡易に脳の運動関連領域の興奮性を修飾することが見込まれる、被験者の身体前方および後方からの体幹部への牽引を用いた課題を予備計測として行った。当該年度は4年計画の1年目であり、まずは、トレーニング時の脳に与える経頭蓋直流電気刺激における刺激条件の探索を行ってきたが、現状ではまだ、計測で使用する刺激条件の確定には至っていないため、引き続き検討が必要である。一方で、走行中の体幹部に対して前方または後方からの力場を課す方法では、力場の種類に依存した運動記憶の形成が起こっている可能性について一定の結果を示すことができた。トレーニングの脳に与える経頭蓋直流電気刺激における刺激条件について引き続き検討を重ねて確定することで、早期に本計測へと移行すべきと考えている。一方で、本計測では50名から70名程度を計測対象とする予定であることから、被験者を効率的に迎え入れるためのリクルーティング方法の検討や、また、取得したデータについて順次、正確かつ効率的に解析を進めるためのプログラムの作成にも並行して取り組む予定である。翌年度分として請求した助成金と合わせて、実験用機器を購入する予定である。
超低摩擦アモルファス膜の終端原子制御を利用した極低溶着性工具の開発

本年度は,アモルファスSiC薄膜による極低溶着性工具の開発を更に進める目的で以下の通り実施した.(1)超硬K10種工具を表面粗さが1nmRa程度となるように研磨し,これにヘリコンスパッタ法によりSiC-2.6%TiをPVD被覆したもの及びDLC被覆したものを,原子間力顕微鏡により観察した.その結果,アモルファスSiC皮膜は1.1nmRa程度であるのに対してDLC皮膜の粗さは3.8nmRa程度と大きく,アモルファスSiC薄膜が極めて平滑なものであることがわかった.(2)(1)で作成した工具を用いてオイルミスト潤滑下でAl-Mg-Si系熱処理型アルミニウム合金展伸材の旋削実験を行ったところ,昨年度の結果と同様に大きな凝着抑制効果が得られたが,表面を研磨しなかった工具に被覆した場合に比べ,凝着抑制効果は小さいものであった.(3)アモルファスSiC被覆工具,DLC被覆工具及び未被覆工具を用いて旋削実験を行ったところ,コーティングによる凝着抑制効果はオイルミスト供給による凝着抑制効果よりも小さいことがわかった.特に工具表面未研磨品ではこれらの差が大きく,工具表面の凹凸による切り屑-工具すくい面接触界面の隙間(マイクロチャネル)にオイルミストが侵入し潤滑効果が発現されることがわかった.(4)摩擦試験を実施したところ,DLC被覆工具では表面研磨品に被覆した場合の方が研磨しない場合に比べ被覆の密着強度が高く,これに対してアモルファスSiC被覆工具では研磨しないほうが皮膜のはく離が生じにくかった.このことからアモルファスSiC薄膜と超硬工具とアンカー効果により接着されていると推察される.以上のことから,アモルファスSiC被覆工具は,ある程度の工具表面粗さを維持したものに被覆し,オイルミスト潤滑を併用することにより凝着低減効果を最大限に引き出すことができると考えられる.本年度は,アモルファスSiC薄膜による極低溶着性工具の開発を更に進める目的で以下の通り実施した.(1)超硬K10種工具を表面粗さが1nmRa程度となるように研磨し,これにヘリコンスパッタ法によりSiC-2.6%TiをPVD被覆したもの及びDLC被覆したものを,原子間力顕微鏡により観察した.その結果,アモルファスSiC皮膜は1.1nmRa程度であるのに対してDLC皮膜の粗さは3.8nmRa程度と大きく,アモルファスSiC薄膜が極めて平滑なものであることがわかった.(2)(1)で作成した工具を用いてオイルミスト潤滑下でAl-Mg-Si系熱処理型アルミニウム合金展伸材の旋削実験を行ったところ,昨年度の結果と同様に大きな凝着抑制効果が得られたが,表面を研磨しなかった工具に被覆した場合に比べ,凝着抑制効果は小さいものであった.(3)アモルファスSiC被覆工具,DLC被覆工具及び未被覆工具を用いて旋削実験を行ったところ,コーティングによる凝着抑制効果はオイルミスト供給による凝着抑制効果よりも小さいことがわかった.特に工具表面未研磨品ではこれらの差が大きく,工具表面の凹凸による切り屑-工具すくい面接触界面の隙間(マイクロチャネル)にオイルミストが侵入し潤滑効果が発現されることがわかった.(4)摩擦試験を実施したところ,DLC被覆工具では表面研磨品に被覆した場合の方が研磨しない場合に比べ被覆の密着強度が高く,これに対してアモルファスSiC被覆工具では研磨しないほうが皮膜のはく離が生じにくかった.このことからアモルファスSiC薄膜と超硬工具とアンカー効果により接着されていると推察される.以上のことから,アモルファスSiC被覆工具は,ある程度の工具表面粗さを維持したものに被覆し,オイルミスト潤滑を併用することにより凝着低減効果を最大限に引き出すことができると考えられる.
脳細胞傷害における低温と神経細胞保護薬の併用効果の基礎的研究-プロスタサイクリン、グリオスタチン、リポコルチン1の作用機構の解明-

1、ヒトニューロプラストーマ細胞株を用いた神経細胞傷害モデルの確立申請者は、ミトコンドリア毒性のあるオリゴマイシン投与をニューロプラストーマTGWに行った.オリゴマイシンは1μg/mLの投与が細胞傷害モデルとして良い結果を得ることを,細胞増殖数、及びLDHの測定により確認し確立した。同様に、0%酸素負荷、1%酸素負荷それぞれの低酸素負荷による細胞傷害モデルを細胞増殖数、及びLDHの測定により確認した.0%酸素負荷については8時間負荷で、約半数の細胞が死にいたり,12時間負荷でほぼ100%死に至る.1%酸素負荷では12時間負荷で約3割が,そして18時間負荷で約5割,24時間で約8割が死に至る.低酸素負荷の細胞障害を確立した。さらにこれらのネクローシスとアポトーシスを比較しながら、よりレスキューしやすいと考えられるアポトーシスのモデルについて、低酸素負荷の時間などにつき検討中である。さらに、より臨床的なモデルと考えられるリオキシゲネイションのモデルにつき検討中である。2、低温、プロスタサイクリン、グリオスタチン、リポコルチン1の神経細胞保護作用の確認上記モデルのオリゴマイシン投与モデルにおいてリポコルチン1の神経細胞保護について確認した。また、32度における低温下の条件での神経細胞とアストロサイトの保護効果を確認した。また、脳ウオーターチャネルaquaporinの発現を調べた。さらに、低酸素モデルにつきカスペース3活性測定を行いアポトーシスに対するリポコルチン1の細胞保護効果につき検討中である。低温、プロスタサイクリン、グリオスタチンの細胞保護効果についても検討中である。1、ヒトニューロブラストーマ細胞株を用いた神経細胞傷害モデルの確立申請者は、ミトコンドリア毒性のあるオリゴマイシン投与をニューロブラストーマTGWに行った.オリゴマイシンは1μg/mLの投与が細胞傷害モデルとして良い結果を得ることを,細胞増殖数、及びLDHの測定により確認し確立した。同様に、0%酸素負荷、1%酸素負荷それぞれの低酸素負荷による細胞傷害モデルを細胞増殖数、及びLDHの測定により確認した.0%酸素負荷については8時間負荷で、約半数の細胞が死にいたり,12時間負荷でほぼ100%死に至る.1%酸素負荷では12時間負荷で約3割が,そして18時間負荷で約5割,24時間で約8割が死に至る.低酸素負荷の細胞傷害を確立した。また低酸素モデルにつきカスペース3活性測定を行いアポトーシスに対するリポコルチン1の細胞保護効果につき検討中である。
心筋細胞への経皮経冠動脈的遺伝子導入

1、ラット心筋細胞へのin vino遺伝子導入法を模索して、まずはHVJ liposomeを用いて、経冠動脈的、経頚静脈的、心膜腔内注入により、リポ-タプラスミドpSV-βgalの発現を検討したが、いずれにおいても有意な発現を確認するに至らなかった.続いてリポフェクションの変法として最近注目されているDIMRIE-Cを用いて、Green Fluorescence Protein(p-Green Lantern)を経頚静脈的、左室腔内直接注入、心膜腔内注入により導入を試みている.導入手術後一週間の時点で、肝臓や肺に比べ、心筋でより強い螢光がみられるようである.現在定量中である.2、ラット心筋細胞へのSR Ca^<2+>ATPase導入の前段階として同遺伝子のラット圧負荷モデルの発現調節について検討している.SR Ca^<2+>ATPaseのpromoterにluciferaseをfusionしたconstructを手術的にラット左室心尖部に筋肉注入し、同時に上行大動脈狭窄を作製し、一週間後の発現を比較した.上行大動脈狭窄による急性圧負荷心不全モデルにおいてSR Ca^<2+>ATPaseの発現レベルが低下するが、この調節に-1110-1810bpに存するpositive regulatory elementの関与が重要であることが認められた.1、ラット心筋細胞へのin vino遺伝子導入法を模索して、まずはHVJ liposomeを用いて、経冠動脈的、経頚静脈的、心膜腔内注入により、リポ-タプラスミドpSV-βgalの発現を検討したが、いずれにおいても有意な発現を確認するに至らなかった.続いてリポフェクションの変法として最近注目されているDIMRIE-Cを用いて、Green Fluorescence Protein(p-Green Lantern)を経頚静脈的、左室腔内直接注入、心膜腔内注入により導入を試みている.導入手術後一週間の時点で、肝臓や肺に比べ、心筋でより強い螢光がみられるようである.現在定量中である.2、ラット心筋細胞へのSR Ca^<2+>ATPase導入の前段階として同遺伝子のラット圧負荷モデルの発現調節について検討している.SR Ca^<2+>ATPaseのpromoterにluciferaseをfusionしたconstructを手術的にラット左室心尖部に筋肉注入し、同時に上行大動脈狭窄を作製し、一週間後の発現を比較した.上行大動脈狭窄による急性圧負荷心不全モデルにおいてSR Ca^<2+>ATPaseの発現レベルが低下するが、この調節に-1110-1810bpに存するpositive regulatory elementの関与が重要であることが認められた.
嚥下誘発における末梢性入力と上位脳の相互関係

嚥下は栄養摂取という生余維持に重要な基本的な機能であり、その運動は延髄にある嚥下中枢により制御されている。この嚥下中枢は気道と食塊の通路の共通路である咽頭を食塊の通過に合わせて変形させるため、嚥下関連筋に協調した運動パターンを送り出す。この中枢は主に2つの部位(神経細胞群)で構成されると考えられている。そのうちの一つは、延髄の尾側に位置する神経細胞群で構成され、末梢性感覚入力を受ける。もう一方は延髄の腹側にある運動核を含む神経細胞群で、嚥下関連筋を支配している三叉神経・顔面神経・舌咽神経・迷走神経・舌下神経の各神経核が構成要素として含まれる。嚥下中枢は呼吸中枢・咀嚼中枢・上位中枢から入力を受けることが知られているが、それぞれどのような制御がなされるかは明確になっていない。本研究は3つの中枢の相互関係を明確にすることを目的に慢性ウサギを使って実施された。食物摂取に伴う自然嚥下と、上喉頭神経を電気刺激することで誘発される誘発嚥下の筋放電パターン・下顎運動軌跡を記録・比較した。その結果、1.嚥下中枢は咀嚼中枢の完全な制御下にあるわけではなく、嚥下は咀嚼周期のいずれの相にも誘発しうるが、嚥下誘発に際し咀嚼周期と同期するための制御が行われている。2.反対に、嚥下中枢は咀嚼リズムをリセットすることで下顎の運動速度を低下させ、次の咀嚼周期を開口相の特定部位より開始させている。3.脳幹より上位の脳部位は嚥下中枢に持続的な促通効果を持ち、その活動を維持していると考えられる。4.上喉頭神経刺激により誘発される嚥下は、自然刺激により誘発される嚥下と相同であると結論できる。3年の研究期間には上記の結果だけでなく嚥下に関連した多くの研究成果をあげることができた。11年度は、長期間にわたり無麻酔・無拘束の動物において上喉頭神経の電気刺激による反射性嚥下を誘発・記録できる実験系の確立を試みた。この際問題となったのは上喉頭神経に慢性的に装着する電極の開発であった。上喉頭神経の走行部位は嚥下時、喉頭挙上に伴う動きの影響を非常に受けやすい部位にある。当初、通常用いられているカフ式双極電極の神経装着部を小型・軽量化したものを刺激電極として用いる予定であった。しかし、製作した電極を慢性的に上喉頭神経に装着し、刺激による反射誘発効果を経時的に調べたところ早い場合には翌日、長くとも1週間後には反射誘発効果が消失してしまった。原因を調べたところ1)短期的には組織液、長期的には結合組織が神経と電極の間に侵入することによって陽極と陰極の短絡が生じた、2)電極の神経装着部付近を神経周囲組織に固定せざるを得なかったため、喉頭挙上時に喉頭に引かれて電極が動いてしまい神経が傷害されてしまった、の2点が考えられた。そこでこれら2点を解決するために、1)神経は単極性に電気刺激することとし、もう一方の電極は神経周囲結合組織に装着することとした。

2)喉頭の動きの影響を避けるために電極固定部を神経から10mm離した部位に設け、神経装着部との間を細いチューブで被覆した軽量の刺激電極を新たに開発した。その結果、最長では1ヶ月間にわたって慢性刺激電極を介する刺激によって反射性嚥下を誘発することが可能となった。自由行動下のウサギの咀嚼時に刺激により誘発される反射性嚥下が変調をうけるか否かを調べたところ、誘発される嚥下の回数は安静時と比較して有意な変化は認められなかった。今後刺激のパラメータを変えることで反射潜時に変化が認められるかを調べていく予定である。同時に12年度は上位脳からの下行性制御を調べるための手法として考えている、覚醒動物における大脳皮質冷却実験系の確立に着手する。自由行動下のウサギを実験モデルに「嚥下誘発における咀嚼中枢および上位中枢の関与」に関して電気生理学的に検索した。嚥下は上喉頭神経(SLN)を電気刺激することで誘発する計画を立てた。そして、昨年度は慢性埋め込み電極の開発に重点を置いた。今年度はその成果をもとに自由行動下にSLN刺激で誘発される嚥下反射が、果たして自然咀嚼時に食塊によって誘発される嚥下反射(自然嚥下と相同であるか否かを検証した。自由行動下では1分あたり安静時には0.4回、固形飼料咀嚼時には10.8回観察された自然嚥下が、嚥下誘発閾値の1.5TでSLNを連続刺激(30Hz)すると、それそれ13.6回(34倍)、22.8回(2.1倍)と増加する。SLN刺激を行った際の嚥下パターンは自然嚥下と電気刺激誘発性嚥下の混合したものと考えられるが、嚥下関連筋(顎舌骨筋・甲状舌骨筋)の発火パターンや下顎運動軌跡を詳細に調べた結果、いずれの嚥下もそのパターンはほとんど同じであることが分かった。すなわち、SLNは喉頭の感覚受容器を支配することから、自然嚥下のモデルとして適切でないとの議論があったが、無麻酔・無拘束下に実施された今回の実験でもSLN刺激により誘発される嚥下反射は自然嚥下のモデルとして有効かつ効率的であることが確認された。また、嚥下のパターンは刺激のあるなしで変化はなかったことから、「咀嚼中枢は嚥下中枢に対して一定のタイミングで介入を許す機構が存在する」と結論できよう。一方、安静時と咀嚼時のSLNの刺激効果は増加した嚥下回数の実数はいずれの場合も一分あたり約13回であり、嚥下中枢が咀嚼中枢に促通効果も抑制効果も及ぼさないと考えられる。しかし、咀嚼運動は嚥下運動に続けてスムーズに再開したことから、嚥下中枢は咀嚼リズムを一過性に止めていると結論した。嚥下中枢は咀嚼中枢や呼吸中枢、脳幹より上位の中枢と高度な協調関係のもとに、嚥下を遂行している。しかし、今までの実験は麻酔動物を用いた実験がほとんどで、嚥下中枢と上位中枢との相互作用については不明な点が多い。本研究では自由行動下のウサギを用いて、嚥下中枢・咀嚼中枢・上位中枢の相互作用について調べた。上喉頭神経(SLN)刺激により嚥下を誘発し、咬筋・顎舌骨筋・甲状舌骨筋から筋電図を、磁気システムにて顎運動を記録し、30秒間の嚥下回数と咀嚼回数を測定・比較した。また嚥下周期を閉口相に起こるものと開口相に起こるものに分け、顎運動と甲状舌骨筋発火の時間的関係について検討した。上位中枢と嚥下中枢の相互関係に関しては、丘間除脳を行い同様の実験を行った。自由行動下の動物においても麻酔動物と同様、SLN刺激により嚥下が誘発できた。この刺激により誘発された嚥下は、顎運動の垂直成分と甲状舌骨筋発火との時間的パターンの比較において、自然嚥下と差が認められないことから、咀嚼時にSLN刺激により誘発された嚥下は食塊により誘発される嚥下のモデルになることが示唆された。咀嚼時と安静時におけるSLN刺激による嚥下の増加を検討した結果、末梢から嚥下中枢に対する入力は咀嚼中枢の興奮レベルとは関係なく、末梢からの入力と咀嚼中枢からの嚥下中枢に対する入力はそれぞれ独立し、嚥下時には嚥下中枢が咀嚼中枢を制御し、反対に咀嚼中枢は嚥下中枢を制御し嚥下の発生を制御していることが示唆された。この相互関係は嚥下中枢と咀嚼中枢それぞれのリズム発生器間にあると思われる。
Cathepsin Kの癌骨転移と腫瘍進展における役割

CatKは骨転移の際に破骨細胞や腫瘍細胞、腫瘍周囲にあるマクロファージや線維芽細胞から産生され、骨基質破壊において重要な役割を担うと考えられている。今回我々はマウス骨転移モデルを作製するために、MDA-MB-231乳癌細胞とLewis肺癌細胞をマウスの脛骨に注射して、脛骨に溶骨性病変が形成されるのを確認した。2週間と4週間目にレントゲン撮影を行い、骨破壊が2週間で進行した。組織を採取して組織染色を行ったが優位な差はみられなかった。カテプシン類の発現をみるため、ヒト変形性股関節症(OA)の軟骨と滑膜における発現を調べた。OAでは明らかにCatK発現の上昇が確認された。本研究の目的は、破骨細胞から産生される蛋白分解酵素であるCathepsin K(Ctsk)が乳癌や肺癌で骨病巣形成や拡大過程に果たす役割を詳細に解析することにより、Cathepsin Kを標的とした新規骨転移治療法の開発における基礎的データを蓄積することであります。乳癌・肺癌骨転移マウスモデルの作製のためCtsk欠損マウスと野生型マウスを用い、肺癌細胞を右脛骨内に注射し骨転移モデルを作成しました。両群での腫瘍の大きさと骨破壊の程度を評価しました。骨転移部位の評価を軟X線にて右脛骨に溶骨性転移巣が形成されたことを確認し、1週間ごとに撮影し溶骨部の大きさを測定しました。組織学的検討は還流固定後、パラフィン切片にてCtsk, RANKL, RANKなどの免疫染色、TRAPによる破骨細胞染色を行いました。その後、光学顕微鏡を使用し細胞の局在や形態変化、細胞数や比率を解析し、TRAP陽性破骨細胞数や形態などを解析しました。本研究の目的は、破骨細胞から産生される蛋白分解酵素であるCathepsin K(Ctsk)が乳癌や肺癌で骨病巣形成や拡大過程に果たす役割を詳細に解析することにより、Cathepsin Kを標的とした新規骨転移治療法の開発における基礎的データを蓄積することである。乳癌・肺癌骨転移マウスモデルの作製のためCtsk欠損マウスと野生型マウスを用い、肺癌細胞を右脛骨内に注射し骨転移モデルを作成した。また、両群での腫瘍の大きさと骨破壊の程度を評価した。骨転移部位の評価を軟X線にて右脛骨に溶骨性転移巣が形成されたことを確認し、1週間ごとに撮影して溶骨部の大きさを測定した。組織学的検討は還流固定後、パラフィン切片にてCtsk, RANKL, RANKなどの免疫染色、TRAPによる破骨細胞染色を行った。その後、光学顕微鏡を使用し細胞の局在や形態変化、細胞数や比率を解析し、TRAP陽性破骨細胞数や形態などを解析した。両群での腫瘍の大きさと骨破壊の程度を評価した。骨転移部位の評価を軟X線にて右脛骨に溶骨性転移巣が形成されたことを確認し、1週間ごとに撮影し溶骨部の大きさを測定した。Cathepsin Kが動脈硬化や変形性関節症などの疾患へ関与することも報告されており、Cathepsin Kの幅広い範囲での作用が知られてきている。また、ヒトの軟骨細胞と滑膜細胞におけるCathepsin Kをはじめ、ほかのCathepsin類の発現についても調べ、関節の変形に関与するか調べた。平成25年度は肺癌と乳癌細胞を使用して骨転移マウスモデルを作製し、破骨細胞や腫瘍細胞から産生されるCtskの役割を明らかにした。810週齢の雌のCtsk欠損マウスと野生型マウスを供給することが、比較的困難な時期があった。脛骨内に注射し骨転移モデルを作製したが、肺癌細胞の成長が早く、ある程度骨破壊が進行し、骨内腫瘍周囲環境を観察するために最適な時期を設定してモデルをつくることが困難であった。免疫染色に様々な抗体を使用するため、たくさんの検体を必要とした。