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コンドロイチン硫酸プロテオグリカンによる神経幹細胞の機能制御

本研究の目的は、胎児期の大脳形成過程においてコンドロイチン硫酸プロテオグリカンが神経幹細胞に対してどう機能しているかを個体レベルで明らかにし、胎児・新生児期における脳障害治療へ応用することである。コンドロイチン硫酸合成酵素(Chondroitin Sulfate Synthase,CSS)はコンドロイチン硫酸鎖の合成を担っている酵素であり、糖鎖の機能を探るためにはこの合成酵素をノックアウトすることが一番シンプルであると考えられる。マウスのCSS-3はまだクローニングされていなかったことから、まずクローニングを行い、ついでノックアウトマウスを作成して、その表現系についての解析を行い、この動物から得られた神経幹細胞の性質についての検討を行うことで臨床応用の方法を探ることとした。(1)CSS-3のクローニングを試みたが、行っている途中で他研究室からクローニングの報告があったので、その報告に基づきノックアウトマウスの作製準備を進めている。(2)コンドロイチン硫酸合成酵素(CSS-1、CSS-2)およびプロテオグリカン(ニューロカン、ホスファカン)のsiRNAを用いて神経幹細胞初代培養系に対してin vitro RNAiを行ったが、細胞の増殖能や分化能に変化は見られなかった。しかしながら最近、コンドロイチン硫酸エピトープ473HDが神経幹細胞に特異的に発現していることが報告され、FGF等の増殖因子の結合配列と473HDエピトープがオーバーラップしていることを考えると、FGFとの結合に重要であると考えられている硫酸基を付加する硫酸転移酵素が神経幹細胞の機能制御に重要な役割を果たしていることが考えられた。したがって、コンドロイチン硫酸合成酵素と硫酸転移酵素のsiRNAを複数組み合わせて初代培養系やin vivoでRNAiを行うことで神経幹細胞の機能解析が可能になることが期待される。本年は、子宮外発生系および子宮内発生系を用いたin vivoの解析を行った。(1)コンドロイチン硫酸分解酵素を胎生15日ラット胎仔脳室内に投与し、子宮外で生育した胎生17日以降の胎仔の大脳形成における影響を調べたところ、脳重量、細胞数、神経細胞への分化、L1・TAG-1陽性神経線維の走行は対照群と同様であった。胎生後期にコンドロイチン硫酸の発現は急速に増加し、酵素により一時的に消失するものの胎生19日には糖鎖の発現は回復していたことから、一過性な糖鎖の消失は大脳形成に影響を与えないことが分かった。(2)各プロテオグリカン(ニューロカン、ホスファカン、ニューログリカンC(NGC))に対する抗体を子宮外発生系の胎生15日ラット脳室内に投与して(1)と同様に大脳を解析したが、対照群との違いは見られなかった。(3)NGCについて、胎生14日マウス脳室内にshRNA発現ベクターおよびGFP発現ベクターを共投与し、子宮内発生系と電気穿孔法により脳室層細胞(神経幹細胞)に対してin vivo RNAiを行った。胎生18日の大脳において、GFP発現細胞(NGC発現抑制細胞)は細胞の移動に関して影響を受けていなかった。培養系における分化能にも差は見られなかった。以上より、胎生初期においてNGCは大脳の形成に影響を及ぼさないことが示された。しかしながら(3)の方法は(1)、(2)と比較して細胞レベルでin vivoでの詳細な解析が可能であり、神経突起の形などの詳細な解析や、他のプロテオグリカンのコアタンパク質、糖鎖合成酵素および硫酸転移酵素についても今後の解析が期待できる。
電着で光発電層と蓄電層を積層した光蓄電フィルムの開発

本研究の最終目標である「蓄電機能を持つ太陽電池:光蓄電池」に対し,4つの具体的目標「1)発電層となるp型酸化銅/n型酸化亜鉛の連続電着による積層,2)蓄電層となるTP(チタニア/ポリアニリン複合多孔体)電極の高性能化,3) AZO中間電極の電着による形成,4)発電層と蓄電層の積層テストと光蓄電池プロトタイプの作製」を設定した.これらに対し年次毎に実施項目を「2018年度:1a)酸化銅と酸化亜鉛の連続電着による電気化学的エピタキシャル積層膜の形成,2a)ポリアニリンの改質による蓄電部の高エネルギー密度化,2b) TP電極の3次元化による高エネルギー密度と高速充放電の両立,3a)AZO(AlドープZnO)膜の電着による中間電極作製の基礎研究」とした.その結果,1aについて,n型酸化亜鉛上にp型酸化銅を連続的に電着し,良好な整流特性を有する電気化学的エピタキシャル接合を得た.しかしながら,ベースとなる酸化亜鉛結晶を稠密に形成できず接合面積が狭く,十分な光発電性能が得られなかった.さらに,酸化銅層の抵抗率が高く,この上部の集電極による集電効率が著しく低下することが明らかになった.次に2aでは,ポリアニリンの電着液のpHとアニリン濃度を調整して15%程度,蓄電容量を増加できた.また,この過程でTP電極の形成メカニズムを明らかにすることができた.さらに2bについて,種々の3D構造を有するTP蓄電池を作製し性能評価することで,鉛蓄電池程度のエネルギー密度ではあるが,電気化学キャパシタに匹敵する充放電速度を有する蓄電池を開発できた.3aについては未着手.さらに,当初の実施項目に加えて,酸化銅/酸化亜鉛の発電層の代わりにシリコン系太陽電池とTP蓄電層を組み合わせた模擬光蓄電池にて,電気的な動作点の解析を行い,TP蓄電層は光蓄電池の蓄電層として有望であることを確認した.前項の概要で述べたように,2018年度:1a)酸化銅と酸化亜鉛の連続電着による電気化学的エピタキシャル積層膜の形成では,それぞれの層の電着条件の最適化と連続電着による良好な接合面を有する発電層を形成できた.しかしながら,その発電量は目標値の1/100程度で,その原因が「酸化亜鉛膜が稠密でなく接合面積が狭いこと」と「酸化銅部が高抵抗のため集電効率が著しく低いこと」にあることを明らかにした.2a)ポリアニリンの改質による蓄電部の高エネルギー密度化については,想定通りに研究が進んだが,現状のままでは,高エネルギー密度化の伸びしろが15%しかなく,さらに性能を上げるには,ポリアニリンに代わる材料の開発が必要であることが示唆された.さらに2b) TP電極の3次元化による高エネルギー密度と高速充放電の両立について,TP電極を用いた3D蓄電池を作製し,鉛蓄電池程度のエネルギー密度で電気化学キャパシタに匹敵する充放電速度を有する蓄電池を開発できた.これは,レーザー加工による3D構造化の成果であるが,さらなる高エネルギー密度化には,レーザー加工の精度を上げることが課題となった.3aのAZO膜については未着手であったが,このベースとなるZnO電着の最適化の過程で,さらに電着電流の変調により結晶品質や成長方向を制御できることが示唆されたため,この知見を生かしたAZO膜の形成が有望と考えている.このように当初に設定した目標に対し、計画に沿って研究に取り組み、ほとんどの項目で想定した成果を得た。これに伴い問題点や課題も明らかになったが、それらの解決案も提示できており、「おおむね順調」と判断した.当初の研究計画では「2019年度:1b)酸化銅/酸化亜鉛積層膜の後処理による光電変換効率の向上,2a)ポリアニリンの改質による蓄電部の高エネルギー密度化(前年度から継続),3b)AZO膜の蓄電層もしくは発電層上への積層,4b)図4の積層構造の構築」と設定していた.これに対して,2018年度進捗を加味し,1bについて,まず酸化亜鉛膜の稠密化に取り組む.そのために電着電流をパルス電流とすることで,電解質中のイオン輸送を制御し,膜横方向の成長を促進する.それにより稠密かつ配向した酸化亜鉛膜を作製する.さらに,酸化銅膜の低抵抗化で集電効率を向上させるために,ドーピングによる低抵抗層を電着する技術を獲得する.これによって,発電用の純粋な酸化銅層→ドープされた低抵抗層の連続電着形成することを狙う.これに加え,集電極として導電ペーストをサブミリ幅程度で直接描画する装置を作製し,集電効率の向上を狙う.その上で,従来の研究計画にあった発電効率の効率向上方法としてあげていた後アニールに取り組む.2aについては,現状のポリアニリンのままでは15%程度の向上しか期待できないため,他の導電性高分子等の検討をすべきであるが,そのためには多くの手間が必要なため,本研究課題の期間はポリアニリンを用いることとする.次に3bのAZO層の形成については,1bのパルス電着がAZO層電着にも有効であり,これで高伝導率のAZOを形成する.さらに,これと平行してチタニア多孔体の上にAZOナノ粒子を塗布焼成したAZO導電層の形成に取り組む.

最後に4bの積層構造の構築には,まずチタニア多孔体中に集電極を形成する技術と精度向上が必要となる.このために現状で連続光半導体レーザーを用いているが,パルス電源駆動して数十kHzまでの変調して,レーザーエネルギーを調整し,精度加工精度の向上を狙う予定である.本研究の最終目標である「蓄電機能を持つ太陽電池:光蓄電池」に対し,4つの具体的目標「1)発電層となるp型酸化銅/n型酸化亜鉛の連続電着による積層,2)蓄電層となるTP(チタニア/ポリアニリン複合多孔体)電極の高性能化,3) AZO中間電極の電着による形成,4)発電層と蓄電層の積層テストと光蓄電池プロトタイプの作製」を設定した.これらに対し年次毎に実施項目を「2018年度:1a)酸化銅と酸化亜鉛の連続電着による電気化学的エピタキシャル積層膜の形成,2a)ポリアニリンの改質による蓄電部の高エネルギー密度化,2b) TP電極の3次元化による高エネルギー密度と高速充放電の両立,3a)AZO(AlドープZnO)膜の電着による中間電極作製の基礎研究」とした.その結果,1aについて,n型酸化亜鉛上にp型酸化銅を連続的に電着し,良好な整流特性を有する電気化学的エピタキシャル接合を得た.しかしながら,ベースとなる酸化亜鉛結晶を稠密に形成できず接合面積が狭く,十分な光発電性能が得られなかった.さらに,酸化銅層の抵抗率が高く,この上部の集電極による集電効率が著しく低下することが明らかになった.次に2aでは,ポリアニリンの電着液のpHとアニリン濃度を調整して15%程度,蓄電容量を増加できた.また,この過程でTP電極の形成メカニズムを明らかにすることができた.さらに2bについて,種々の3D構造を有するTP蓄電池を作製し性能評価することで,鉛蓄電池程度のエネルギー密度ではあるが,電気化学キャパシタに匹敵する充放電速度を有する蓄電池を開発できた.3aについては未着手.さらに,当初の実施項目に加えて,酸化銅/酸化亜鉛の発電層の代わりにシリコン系太陽電池とTP蓄電層を組み合わせた模擬光蓄電池にて,電気的な動作点の解析を行い,TP蓄電層は光蓄電池の蓄電層として有望であることを確認した.前項の概要で述べたように,2018年度:1a)酸化銅と酸化亜鉛の連続電着による電気化学的エピタキシャル積層膜の形成では,それぞれの層の電着条件の最適化と連続電着による良好な接合面を有する発電層を形成できた.しかしながら,その発電量は目標値の1/100程度で,その原因が「酸化亜鉛膜が稠密でなく接合面積が狭いこと」と「酸化銅部が高抵抗のため集電効率が著しく低いこと」にあることを明らかにした.2a)ポリアニリンの改質による蓄電部の高エネルギー密度化については,想定通りに研究が進んだが,現状のままでは,高エネルギー密度化の伸びしろが15%しかなく,さらに性能を上げるには,ポリアニリンに代わる材料の開発が必要であることが示唆された.さらに2b) TP電極の3次元化による高エネルギー密度と高速充放電の両立について,TP電極を用いた3D蓄電池を作製し,鉛蓄電池程度のエネルギー密度で電気化学キャパシタに匹敵する充放電速度を有する蓄電池を開発できた.これは,レーザー加工による3D構造化の成果であるが,さらなる高エネルギー密度化には,レーザー加工の精度を上げることが課題となった.3aのAZO膜については未着手であったが,このベースとなるZnO電着の最適化の過程で,さらに電着電流の変調により結晶品質や成長方向を制御できることが示唆されたため,この知見を生かしたAZO膜の形成が有望と考えている.このように当初に設定した目標に対し、計画に沿って研究に取り組み、ほとんどの項目で想定した成果を得た。
実リー群の許容表現に関する一般型球関数とモジュラー多様体の実ホッジ構造

実冪零余随伴軌道との対応による実半単純リー群の導来函手加群の研究ー保型形式の幾何的性質との関連の興味から実2次シンプレクティック群、および符号(2,2)のユニタリ群の導来函手加群たちを対象にして研究を行った。これらの表現に関する極大過剰決定微分方程式系の特性多様体や、それと関連の深いリー環内の実冪零余随伴軌道の計算を行い、これを基に、これまで本研究で行ってきた表現の一般型ホイタッカー実現の研究成果と重ね併せることによって、(リー群に関する)川中予想が肯定的に成立すること、さらにいくつかの詳細な性質、を明示的に観察することが出来、論文にまとめた。これは保型形式の見方でいえば、拡張されたケッヒャー原理の定式化とその明示的な観察が得られたということであり、フーリエ級数展開を通した幾何的保型形式の研究の基本的な命題のひとつになると考える。一般の実半単純リー群の最高ウエイト加群についての山下博氏のごく最近の研究成果などを発展させて、上の定式化が正しいことを広範囲の導来函手加群にも拡張して示すことが近く解決すべき課題としてあげられると考える。またこのような研究成果を他のこれまで知られている事実に照らしあわせたとき、次数2の齋藤・黒川による正則保型形式と類似の性質を持つと考えられるジーゲル保型形式の構成について、いくつかこれを肯定的に指示すると思われる予備的事実が正しく成立していることを確認した。p進的なシンプレクティック群に関して、その冪単位における軌道積分の計算をあるテスト関数に対して考え、いくつか計算可能であることを確認した。関連事項について情報収集する必要があると思う。実シンプレクティック群の許容表現に関する球関数ー主偏極アーベル多様体のモジュライ上の実調和的微分形式に対応する保型形式というのが存在する。これはいわゆる正則なジーゲル保型形式を含み、幾何的に見ても標準的なクラスをなすと考えられる。実際の実調和性は実シンプレクテイック群の導来函手加群の性質によって記述されることが、松島・村上理論としてボレル、ズッカーマン、ボーガンなどの研究を経て明らかになってきた。このような表現の性質を保型形式の研究に応用するために、表現のさまざまな球関数空間への実現を決定することは有効な研究方向である。筆者は今年度の研究において、シンプレクティック群のホイタッカー球関数実現に関して詳しく調べ、その実現の有無・性質について、それぞれの導来函手加群に対して具体的な結果を得ることが出来た。特に、群の表現論における一つの研究指針:表現とリー環の冪零軌道との対応原理、にしたがって、ホイタッカー球関数実現の存在性などを特徴付けたいという試みがあるが、これについて、2次のシンプレクティック群という一個のみの対象についてではあるが、表現に対して定義される波面集合という冪零軌道によって、よい実現の存在性が特徴づけられるという結果を得た。この主張の記述自体は、一般の半単純群の表現に関する自然な概念を用いてなされるものであり、そのまま予想として定式化して差し支えないものと考えている。またこの結果を得るに至った方法は、定性的記述には群を特定する必要はほとんどないと思われるので、必要な定性的な点のみを抽出して十分に記述する方法をつくることが望まれると考えている。
分散型異常診断システムの実用化に関する研究

(1)対象プラントの測定値を正常値と異常値に区別できると仮定した場合に,サブシステム間の情報交換なしに異常の原因の探索ができる対象領域(セグメント)に分割する方法を開発した。(2)発熱反応を行う反応器を模擬するタンクとジャケットを含むミニプラントについて符号付有向グラフを作成し,上記の方法に従ってセグメントに分割し,それぞれに対応する分散型異常診断システムを作成した。(3)ミニプラントに人工的に22種類の異常を発生させて,分散型異常診断システムの性能を(a)診断速度(b)診断精度(c)診断確度の観点から評価した。また,異常診断法として,次の3つを用いて,診断法による性能の違いも検討した。(1)単純な符号付有向グラフを用いる診断法(2)異常の伝搬遅れを利用する診断法(3)因果関係の成立する条件を考慮した診断法(1)対象プラントの測定値を正常値と異常値に区別できると仮定した場合に,サブシステム間の情報交換なしに異常の原因の探索ができる対象領域(セグメント)に分割する方法を開発した。(1)単純な符号付有向グラフを用いる診断法(2)異常の伝搬遅れを利用する診断法(3)因果関係の成立する条件を考慮した診断法(1)対象プラントの測定値を正常値と異常値に区別できると仮定した場合に,サブシステム間の情報交換なしに異常の原因の探索ができる対象領域に分割するプログラムを,大規模な対象プラントに関する計算を行うためにエンジニアリングワークステーション上で開発した。(2)アルデヒド法酢酸製造プロセスの酸化反応工程の異常診断用モデルとして,状態変数を点で,状態変数間の因果関係を有向枝で表し,さらに,関係が「助長」か「抑制」かを有向枝に「+」,「-」の符号を与えることにより表現する符号付有向グラフを採用した。アルデヒド法酢酸製造プロセスの酸化反応工程の符号付有向グラフを作成し,上記のプログラムを用いて,対象領域に分割した。(3)(2)で求めたそれぞれの対象領域の異常診断を行う異常診断システムをパーソナル・コンピュータ上に作成した。さらに,それらの異常診断システム間で情報交換を行って,診断確度,診断精度の向上を計る分散型異常診断システムを,個々の異常診断システムを格納したパーソナル・コンピュータをネットワークで結合することにより実現した。(4)アルデヒド法酢酸製造プロセスの酸化反応工程の動的シミュレータをエンジニアリングワークステーション上で作成したが,異常時のシミュレーションにおける数値的安定性に問題が残っており,来年度において解決する予定である。(1)異常状態のシミュレーションにより、測定値に含まれる誤差としきい値、異常診断サブシステムが情報を交換しなくても診断が可能になるまでの時間、および、そのときの診断精度の関係を調べた。(2)アルデヒド法酢酸製造プロセスの酸化反応工程を例に取り、発生する可能性のある異常原因を分類した。(3)平成7年度の研究により決定した各部分対象システム内の異常原因の中で、安全に関する損害が予想され、かつ、損害の発生までの余裕時間の短いものを識別できるハイブリッド型異常診断システムを作成した。(4)シミュレータの測定値のサンプリング周期の10倍100倍の周期で異常診断サブシステム間の情報の交換を許すように設計したとき、測定値に含まれる誤差の大きさ、しきい値、診断が可能になるまでの時間、および、そのときの診断精度との関係を調べた。(1)発熱反応を行う反応器を模擬するタンクとジャケットを含むミニプラントについて符号付有向グラフを作成した。(2)ミニプラントおよびそのモデルである符号付有向グラフを設計法に従ってセグメントに分割し,それぞれに対応する分散型異常診断システムを作成した。(1)単純な符号付有向グラフを用いる診断法(2)異常の伝搬遅れを利用する診断法(3)因果関係の成立する条件を考慮した診断法
哺乳動物における必須微量元素セレンの運搬・代謝機構の解明

本年度は、前年度に報告したグルタチオン(GSH)依存的な細胞外へのセレン排出がどのような経路で行われているかを、マウス肝細胞由来の培養細胞株であるHepa1-6細胞を用いて解析した。GSH抱合体の多くはATP依存的にGSXポンプよって細胞外へ排出される。そのため、グルタチオン依存的なセレンの排出も同様の経路で行われていることが考えられた。そこで、GSXポンプの基質として知られる蛍光分子GS-bimaneを細胞内で生成させ、亜セレン酸添加によってその排出量がどのように変化するかを解析した。その結果、亜セレン酸添加によって有意に細胞外へのGS-bimane排出量が減少し、セレンが同様のトランスポーターにより排出されているために競合が起きたことが示唆された。これにより、亜セレン酸由来のセレンの排出がGSXポンプを介して行われている可能性が考えられた。一方で、前年度に報告したセレノシステイン特異的な化学反応を更に詳しく調べ、改良を重ねることで、セレノール(R-SeH)およびセレニド(Se^<2->)の選択的かつ実用的な検出法開発に至った。セレンタンパク質を含むセレノールやセレニドは、生体内でも特に重要な形態のセレンであるものの、実用的な検出法がなくその開発が望まれていた。本手法を用いることでこれまでに報告例のない、細胞内のセレノールおよびセレニドの亜セレン酸依存的な増加を捉えることに成功した。また、グルタチオンレダクターゼ依存的なNADPHによる亜セレン酸還元反応により、セレニドが生成することを本手法により実証した。本手法は今後、セレンの運搬・代謝機構の解明に大きく貢献することが予想される。セレノシステインリアーゼ(SCL)ノックダウン細胞(マウス肝細胞由来の培養細胞株であるHepal-6細胞に、SCLノックダウン用のshRNAベクターを導入したもので、既に作製していたもの)およびHepal-6細胞を、アルブミンや血清を含まない培養液中で培養し、亜セレン酸をセレン源とした際に細胞外に分泌されるセレン化合物を2,3-DAN法により分析した。その結果、細胞外へ分泌されたセレンの化学形態を高分子、低分子、亜セレン酸の3種に分けてその比率を調べたところ、大部分が亜セレン酸以外の低分子であることが判明し、細胞外へのグルタチオン分泌も観察された。そこで細胞内のグルタチオンをグルタチオン合成酵素阻害剤を用いて枯渇させたところ、この低分子由来セレンの分泌が有意に抑制され、肝細胞におけるセレン分泌にグルタチオンが関与しているという新しい知見を見いだすに至った。さらに、細胞内のATP産生阻害を行うと、同様に低分子由来セレンの分泌が有意に抑制されたことから、グルタチオン抱合体の分泌に関わるATP依存的なトランスポーターの関与が示唆された。細胞外に分泌されたセレン含有高分子の中にアルブミンが含まれていないかを放射性同位体亜セレン酸を用いてさらに詳しく解析することは今後の課題である。一方、現在、放射性同位体亜セレン酸の入手には多くの時間とコストが必要であり、安価で迅速なセレン含有タンパク質の検出法開発が研究課題遂行に必須と考え、その開発も行った。その結果、セレンタンパク質の安価で迅速な新しい検出法開発に応用可能なセレノシステイン特異的な化学反応を見いだした。
酸化物ナノホールアレイによるエネルギー変換デバイスの創生

本研究では、酸化物ナノホールアレイの創製、およびその光触媒材料への応用展開について検討を行った。酸化物ナノホールアレイは、チタン・錫・鉄の三種類に関してえられ、その孔径は約100nm250nmであった。チタニアナノホールアレイの結晶構造は、作成直後はアモルファスであったが、773Kで焼鈍することによりアナターゼとなった。また、1373Kで焼鈍することでナノホールアレイの構造が壊れてしまったが、その温度までではアナターゼ・ルチルの相変態は起こらなかった。ナノホールアレイの構造・孔径は、反応条件を調整することで制御することが出来た。ナノホールアレイには、ネットワーク型と呼ばれる構造を有するものがあり、これは、処理溶液中にホウ酸を加えることで作成することができた。酸化物ナノロッドは、比較的高い温度で反応させることにより得られた。酸化物ナノホールアレイの光触媒活性は、アセトアルデヒドの分解性能・メチレンブルーの分解性能という二種類の方法で評価した。光触媒活性の焼鈍温度依存性は、どちらの方法でも同じものが得られ、1173Kで焼鈍した時に最高の活性を得た。この結果は、チタニアナノホールアレイの比表面積が、焼鈍ではあまり変わらないことに起因していると考えられる。チタニアナノホールアレイの光触媒活性は、孔径が200nm・250nmのときに最高の活性をえることができた。また、Sn/Ti層状酸化物ナノホールアレイは、チタニアナノホールアレイよりも高い活性をえることが出来た。これは、層状にすることで電子の移動を起こすことができたため、電子・ホール対の再結合が抑えられたためであると考えられる。本研究は、我々のグループが独自に開発した「酸化物ナノホールアレイ」を、エネルギー変換デバイス材料へ応用しようとするものである。「酸化物ナノホールアレイ」は、直径約200nm、厚さ約50μmのナノホール貫通孔が、数cm2の面積にわたり規則的に配列するもので、様々な酸化物で同様の構造が創製できるという特徴を持つ。非常に簡単な手法で短時間で再現性良く作成できるうえに、作成費用が安いという利点も持つ。本研究ではこの「酸化物ナノホールアレイ」を、エネルギー変換デバイス材料に応用すべく、1酸化物ナノホールアレイの構造を自由に制御するための手法を確立すること、2各種酸化物ナノホールアレイのエネルギー変換特性を評価し、光触蝶材料・湿式太陽電池・リチウムイオンバッテリー・熱電変換材料への応用を検討すること、の2点を目標に定め、研究を進めてきた。「チタニアナノホールアレイ」の作成経験をもとに、孔径を制御した各種酸化物ナノホールアレイの作成を試みた。結果、ナノホールの壁面の厚さ、つまり内径を制御することに成功した。現在、ナノホールの外径ならびにホール深さの制御手法確立を目指し、研究をすすめている。次に、作成した各種酸化物ナノホールアレイの同定を行った。FE-SEMによる表面観察、EDXによる元素分析、X線回折による結晶構造の同定等を実施した。最後に、チタニアナノホールアレイについて、光触媒特性を評価した。結果、チタニアナノホールアレイおよびチタニアとスズ酸化物が積層した構造をもつナノホールアレイについて、光触媒活性の存在を確認した。現在アセトアルデヒド等の分解特性を評価中である。

また、1373Kで焼鈍することでナノホールアレイの構造が壊れてしまったが、その温度までではアナターゼ・ルチルの相変態は起こらなかった。ナノホールアレイの構造・孔径は、反応条件を調整することで制御することが出来た。ナノホールアレイには、ネットワーク型と呼ばれる構造を有するものがあり、これは、処理溶液中にホウ酸を加えることで作成することができた。酸化物ナノロッドは、比較的高い温度で反応させることにより得られた。酸化物ナノホールアレイの光触媒活性は、アセトアルデヒドの分解性能・メチレンブルーの分解性能という二種類の方法で評価した。光触媒活性の焼鈍温度依存性は、どちらの方法でも同じものが得られ、1173Kで焼鈍した時に最高の活性を得た。この結果は、チタニアナノホールアレイの比表面積が、焼鈍ではあまり変わらないことに起因していると考えられる。チタニアナノホールアレイの光触媒活性は、孔径が200nm・250nmのときに最高の活性をえることができた。また、Sn/Ti層状酸化物ナノホールアレイは、チタニアナノホールアレイよりも高い活性をえることが出来た。これは、層状にすることで電子の移動を起こすことができたため、電子・ホール対の再結合が抑えられたためであると考えらる。
電磁駆動弁制御間欠休筒運転による低燃費エンジンの開発

エンジンの簡潔構造の新コンセプトによる三種の吸排気用電磁駆動弁を考案し,その試作実験によってその作動特性を検証した.また,気筒休止運転モード等を制御できるマイコン制御ソフトウエアと電子制御回路を構築し,気筒休止運転モードにもとづく電磁駆動バルブおよび燃料噴射などのエンジン制御システムを構築した.さらに,電磁駆動バルブ搭載のガソリンエンジンやディ-ゼルエンジンを改造設計試作し,検証した.エンジンの簡潔構造の新コンセプトによる三種の吸排気用電磁駆動弁を考案し,その試作実験によってその作動特性を検証した.また,気筒休止運転モード等を制御できるマイコン制御ソフトウエアと電子制御回路を構築し,気筒休止運転モードにもとづく電磁駆動バルブおよび燃料噴射などのエンジン制御システムを構築した.さらに,電磁駆動バルブ搭載のガソリンエンジンやディ-ゼルエンジンを改造設計試作し,検証した.燃費低減策のひとつとして,気筒休止エンジンがある.休筒運転の効果を飛躍的に向上させる方法として,電磁駆動弁制御間欠休筒運転による低燃費エンジンを開発する.本研究では電磁駆動弁制御技術を確立すべく,基礎的な弁駆動実験を行うとともに,これを実用自動車用エンジンに搭載すべく設計・製作を行った.各種の電磁駆動弁について予備実験を行った結果,従来の電磁駆動弁は電力消費が多いことと,制御の困難さから実用性がないことが判明した.そこで,リニアアクチュエータ型に注目し,試行錯誤の結果,新リニアアクチュエータ型の電磁駆動弁を考案した.その作動実験の結果,簡単な電子制御回路にて弁制御が可能なことを明らかにした.しかしながら,温度上昇による不安定要素が明らかとなり,電磁駆動コイルおよびマグネットの冷却の必要性と弁リフト測定によるフィードバック制御の確立が必要なことが明らかになった.これらの成果にもとづいて,電磁駆動バルブ搭載の実用エンジン開発を目的として,自動車用4気筒ガソリンエンジンに搭載可能な16バルブ電磁駆動弁を試作・製作するとともに,これを搭載すべくシリンダヘッドの改造を行った.その結果,シリンダヘッドのレイアウトが極めて簡潔となった.この結果をもとに,従来の機械式動弁機構と電磁駆動弁とを比較し,その優位性を種々の角度から検証を行った.さらに,電磁駆動弁搭載電子制御燃料噴射ディーゼルエンジンの設計・製作を行い,ほぼ満足すべきエンジンが完成しつつある.燃費低減策のひとつとして,気筒休止エンジンがある.休筒運転の効果を飛躍的に向上させる方法として,内燃機関における吸排気用電磁駆動弁による間欠休筒運転が有効である.そこで,電磁駆動バルブシステムと,これを搭載したエンジン開発を実施した.従来,研究されている電磁駆動バルブは,バルブ復帰ばねが使用されており,大きな電磁力を必要とし,消費電力が大きく,体格も大きい.本年度では,復帰ばねのない簡潔な二種の電磁駆動バルブを考案・試作し,その作動特性を実験によって検証した.これらの電磁駆動バルブは,1)可動強磁性体・永久磁石バイアス型電磁駆動バルブ,2)ソレノイド式電磁駆動バルブ,について試作・実験を実施した.1)の電磁駆動バルブは良好なバルブ運動を示したが,時間経過とともに,コイル温度の上昇とともに,永久磁石が高温になって減磁し,不安定になった.2)の電磁駆動バルブは永久磁石がないが,バルブ静止時に電磁駆動コイルで保持制御するため,通電時間が長くなり,コイル温度が上昇した.これらの結果から,簡潔構造の電磁駆動バルブを構築できたが,冷却システムを確立する必要があることが示された.電磁駆動バルブの制御はパソコンによる制御ソフトウエアを構築し,マイコンから試作電子制御回路を介して制御できるシステムを構築できた.また,ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに,これらの電磁駆動バルブを搭載した結果,極めて簡潔なシリンダヘッド配置を構築できた.今後,冷却システムが確立されれば,従来にない安価で簡潔構造の新電磁駆動バルブを構成でき,エンジン燃費の低減やCO2削減に寄与できるものと思われる.
電子増倍素子を用いた精密高速測定技術の開発

本研究は、電子間相互作用による非平衡電子の緩和過程を利用して、半導体基板中で電流を増幅する雪崩式“電子増倍素子"を開発することを目的とした。電子増倍素子を試作し、パラメータを調節することによって、入力電流が低い場合に増幅率9を得た。この素子をうまく利用すると、将来的には伝搬する電子を1個単位で捉えられる可能性がある。その応用を見越して、電子波干渉計の出力電流を増幅するための埋め込み技術の開発も進めた。本研究では、電子-電子相互作用による非平衡電子の緩和過程を利用して、半導体基板中で電流を増幅する“電子増倍素子"を開発することを目的としている。本年度は、まず試料の設計と試料作成技術の開発を行った。具体的には、電子増倍素子を2経路干渉計の出口に組み込むことにより、干渉の読み出しを精密、高速化することを試みた。ただし、これには2経路干渉計に架橋構造が必要があり、その技術開発を並行して進めた。また、電子増倍素子におけるエネルギー緩和によって発生する音響フォノンが干渉に影響を与えないように、音響フォノンの進行方向である(110)と(1-10)方向に干渉計が重ならないように試料を設計した。一方で、従来の干渉計試料においてフェルミ面よりも高いエネルギーを持つ非平衡電子をトンネルバリアを介して送った場合に、増幅率が5を超えることを確認した。しかし、測定系にやや問題を抱えていて多数の試料を用いた系統的な測定ができなかったため、電子増倍装置の最適なデザインを決定するには至らなかった。そのため、測定系の改良を進めた。本研究では、電子ー電子相互作用による非平衡電子の緩和過程を利用して半導体基板中で電流を増幅する"電子増倍素子"を開発することを目的とした。前年度に、電子増倍素子を2経路干渉計に埋め込むための試料作成技術の開発とセットアップを終了したことを踏まえ、本年度は異なる長さの電子増倍素子の作成と評価を行った。増倍素子をゲート電圧で調整することにより、先行研究よりも高い9倍程度の増幅率が得られた。1桁程度の電流増幅を本研究の目標としていたので、これはほぼ達成されたと言える。また、電子ー電子相互作用の物理を反映して、増倍素子の最適な長さがあること、非平衡電子の直進性を高めるためのゲート電圧によって増幅率を改善できることなどが新たな知見として得られた。高い増幅率はエミッタ電流が十分に低い場合に得られたので、2経路干渉計の低電流測定に特に適していることが確認された。しかし、時間の都合上、干渉計の出力電流の増幅には至らなかった。また、開発した電流増倍素子を用いたQPC電流の増幅も試みたが、電流を電流増倍素子のエミッタに集中させることができなかった。ただし、問題点は明らかになったので、これに関しては試料デザインの工夫によって改善する余地がある。本研究で得られた成果については、論文投稿を予定している。低温電子物性本年度は、電子増倍素子の増幅率を最大にするための指針を得ることを目標としていたが、それには至らなかった。ただし、初めから干渉計に組み込むという計画に変更したこと、それに向けた測定系のセットアップを前倒しして終えたこと、そして既にそれなりに高い増幅率を得ていることを考慮すると、おおむね順調と言える。ここまでの研究で、基本的なセットアップと技術開発がほぼ完了したので、電子増倍装置を2経路干渉計に埋め込んで、その動作を確認する。そして、非平衡エネルギーや緩和領域の試料形状に対する増幅の依存性を調べ、電子緩和の物理の詳細を明らかにする。また、これらが順調に動作した場合には、量子ドット中の電子数の検出に使用される量子ポイントコンタクトにも電子増倍装置を取り付け、高速単一電荷測定を目指す。
抗がん剤誘発筋萎縮作用の多角的解析

C2C12筋芽細胞および筋管細胞を用いて種々の抗がん薬処置によるMuRF1ならびにAtrogin-1の発現を比較検討したところ、シスプラチンは両者ともにMuRF1ならびにAtrogin-1の発現亢進作用がみられ、パクリタキセルにおいては、C2C12筋芽細胞において発現亢進が観察された。シスプラチンによるマウス筋萎縮時の大腿四頭筋におけるDNA microarrayにより、proteasome degradation経路の発現亢進、横紋筋収縮経路因子の発現低下が引き起こされていた。また、シスプラチンによる筋萎縮、MuRF1およびAtrogin-1の発現亢進は運動負荷により抑制された。抗がん剤の副作用の1つである疲労感/倦怠感は、治療中だけでなく治療が終了したあとでも長期間持続し、患者のquality oflife (QOL)を著しく低下させる。しかしながら、抗がん剤による疲労感/倦怠感の発症機序は未だ解明されていない。申請者らはこれまで、主要な抗がん剤の1つであるシスプラチンによる疲労感/倦怠感の発現に骨格筋萎縮が関与することを明らかにした。そこで本研究では、臨床上問題となる疲労感/倦怠感を発症する抗がん剤のシスプラチン、パクリタキセル、イリノテカン等による筋萎縮作用に焦点をあて、検討を行っている。本年度は、シスプラチンによる筋萎縮時におけるgene expression profilingをDNA microarrayにて解析した結果、筋萎縮原因遺伝子であるMuRF1およびAtrogin-1 (MAFbx)だけでなくpathway解析の結果、proteasome degradation pathwayの一部である26s proteasomeの構成分子(Psma1, Psma3, Psma4, Psma5, Psma7, Psmb4, Psmc2, Psmc4, Psmc6, Psmd3等)の遺伝子発現増加、ならびに、横紋筋収縮pathway因子であるtropomyosin3、tropomyosin-T1、troponin-I1、alpha-actin1および2、myosin light chain2, 3等の遺伝子発現低下が引き起こされていることを明らかにした。したがって、シスプラチンンは、骨格筋細胞内においてMuRF1ならびにAtrogin-1 (muscle-specific E3 ligase)を介した26s proteasomeによるタンパク質分解機序の亢進および横紋筋収縮因子の発現低下が引き起こされ、この状況を介して疲労感/倦怠感を惹起している可能性が示唆できた。現在、シスプラチンによる筋萎縮時のgene expression profilingが終了したが、倦怠感を頻発する抗がん剤であるパクリタキセル、シタラビン、イリノテカンのgene expression profilingを行い、比較検討する必要がある。抗がん剤の副作用の疲労感/倦怠感は、患者のquality of life (QOL)を著しく低下させる。さらに、がん患者における骨格筋量の減少は予後不良因子であることが知られている。申請者らはこれまで、主要な抗がん薬であるシスプラチンにより骨格筋萎縮が引き起こされ、疲労感/倦怠感の一因である可能性を示唆している。本研究では、シスプラチンによる筋萎縮時におけるgene expression profilingならびにpathway解析を行った結果、筋萎縮原因遺伝子であるMuRF1およびAtrogin-1 (両者共にmuscle-specific E3 ligase)だけでなく、proteasome degradation pathwayの26s proteasomeの構成分子の遺伝子発現増加、横紋筋収縮pathway因子の遺伝子発現低下が引き起こされていた。したがって、タンパク質分解機序の亢進および横紋筋収縮因子の発現低下が引き起こされ、この状況を介して疲労感/倦怠感を惹起している可能性が示唆できた。また、C2C12 myoblastおよびC2C12 myotubeを用いてシスプラチン、パクリタキセル、イリノテカン、5-フルオロウラシル処置によるMuRF1ならびにAtrogin-1の発現を比較検討したところ、シスプラチンはC2C12 myoblastおよびC2C12 myotubeともにMuRF1ならびにAtrogin-1の発現亢進作用がみられ、パクリタキセルにおいては、C2C12 myoblastにおいて発現亢進が観察された。以上の結果より、抗がん薬であるパクリタキセルも筋芽細胞においてMuRF1ならびにAtrogin-1の発現亢進を介した筋萎縮を引き起こす可能性を見いだせた。平成28年度より、パクリタキセル、シタラビン、イリノテカン等の投与によりマウス骨格筋に萎縮作用を示すのか、さらには、MuRF1やMAFbx/Atrogin-1の様な筋萎縮の原因遺伝子においてどのような影響を与えるのかを検討し、シスプラチン以外の抗がん剤による筋萎縮作用を検討する。また、この筋萎縮時におけるgene expressin frofillingをDNA microarrayにて検討、さらにはMuRF1やMAFbx/Atrogin-1の発現に関するエピジェネティック変化の解析を行う予定である。

現在、C2C12cellおよびC2C12 myotubeにおけるこれらの抗がん剤による作用を検討しているため、細胞ならびに筋管細胞からのアプローチも視野に入れている。また、来年度より、この抗がん剤による筋萎縮を抑制できる治療薬探索ならびに運動療法の効果を検討する予定である。薬理学
患者由来乳歯幹細胞を用いた肝疾患病因解析と幹細胞治療

胆道閉鎖症患者由来乳歯幹細胞(BA-SHED)における胆管上皮細胞分化能の解析のために、マトリゲルを用いた三次元培養法を取り入れた分化誘導を行い、色素取り込みを伴う胆管上皮細胞様細胞による管状構造の形成に成功した。特異的なケラチンタンパク質であるCK19の遺伝子発現は誘導終了時に低下していたが、免疫蛍光染色にてタンパク質の局在が認められた。これまでの研究で、BA-SHEDにおけるHNF6の過剰発現を明らかにした。さらに、健常SHEDと比較して、BA-SHEDのHNF6プロモータ領域におけるクロマチンアクセシビリティ上昇を明らかにした。また、健常SHEDをTNF-alphaおよびIFN-gammaにて共刺激すると、BA-SHEDと同様のクロマチンアクセシビリティを示すことを明らかにした。これらの結果から、炎症性の刺激によりBA-SHEDのHNF6発現に対する病的なエピジェネティック制御が生じている可能性が示唆される。加えて、BA-SHEDでは、胆道上皮細胞の分化において重要であるTGFBR2の遺伝子発現が低下していることを明らかにした。TGFBR2の発現はHNF6により制御されることが知られており、BA-SHEDにおいてHNF6発現上昇がTGFBR2の発現を制御している可能性がある。また疾患モデルとして、CRISPR-dCas9システムを用いてHNF6遺伝子を過剰発現させた健常SHEDの作成に成功した。さらに、BA-SHEDの正常化とその解析を行った。プレドニゾロン処理による炎症性のシグナル阻害では、BA-SHEDの正常化は認められなかった。一方、siRNAにより、BA-SHEDのHNF6遺伝子発現を抑制し、HNF6タンパク発現の抑制を確認した。従って、siRNAによるHNF6発現抑制によるBA-SHEDの正常化が有効であると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。胆道閉鎖症患者由来乳歯幹細胞(BA-SHED)を用いて「疾患モデル解析」と「幹細胞の機能改善」を行うことで、1)幹細胞を介した病因の解明、2)患者由来幹細胞の医療応用適格化、3)疾患本態に対する新規治療標的の提示、を成果として得ることを目的として研究を実施した。まず、胆管上皮細胞分化誘導系を確立すべく、健常児由来乳歯幹細胞(健常SHED)を用いて分化誘導を行った。定量的PCR解析にて、分化度の評価を行った。分化マーカーであるSOX9遺伝子ならびにCK7遺伝子の発現を示す分化系が得られた。今後さらに、成熟胆道上皮細胞のマーカーであるCK19のタンパク質局在を解析する必要がある。胆道閉鎖症の病因解析のために、未分化状態の健常SHEDならびにBA-SHEDの遺伝子発現解析およびタンパク質発現解析を実施し、BA-SHEDにおけるHNF6の発現上昇を明らかにした。遺伝子発現レベルでHNF6の高発現が維持されていたため、エピジェネティックな制御を疑い、HNF6のプロモータ領域のエピジェネティック解析を行った。CpGアイランドのDNAメチル化には有意な差が認められなかった。一方で、未分化の健常SHEDと比較して、BA-SHEDのHNF6プロモータ領域ではクロマチンアクセシビリティーが上昇していた。さらに、健常SHEDをTNF-αおよびIFN-γにて共刺激すると、BA-SHEDと同様のクロマチンアクセシビリティーを示した。また、ChIPアッセイにて、健常SHEDと比較して、BA-SHEDのHNF6プロモータ領域でクロマチンリモデリングタンパク質であるBRMおよび転写因子のp65ならびにp50が高頻度に結合していた。これらの結果から、炎症性の刺激により、HNF6発現に対する病的なエピジェネティック制御が生じている可能性が示唆され、病因ならびに治療標的の有力な候補であると考えられた。検討した分化系では、SOX9ならびにCK7遺伝子の発現上昇が認められた一方で、分化誘導終了時に成熟した胆道上皮細胞の特異的マーカーであるCK19遺伝子の発現が上昇しなかった。CK19は、分化誘導終了時に高い遺伝子発現が認められない場合も、タンパク質の局在を認めることが報告されている。未分化状態の健常SHEDでは、ヒト肝臓由来total RNAと比較しても、CK19遺伝子が高く発現しており、分化誘導終了時に十分なタンパク質が局在している可能性が考えられる。したがって、今後の分化誘導系の評価において、CK19のタンパク質局在の解析を行う必要がある。BA-SHEDを用いた胆道閉鎖症の病因の解析において、当初DNAメチル化による遺伝子発現制御が原因ではないかと考えた。しかし、Pyrosequencingを用いたバイサルファイトシークエンス法により、HNF6のプロモータ領域に存在するCpGアイランドを定量的に解析したところ、健常SHEDとBA-SHEDの間に有意な差は認められなかった。したがって、他の制御機構が働いているものと考え、プロモーター領域のクロマチンアクセシビリティーを解析した。未分化の健常SHEDと比較して、BA-SHEDのHNF6プロモータ領域ではクロマチンアクセシビリティーが上昇している事を明らかにした。さらに、健常SHEDをTNF-αおよびIFN-γによる共刺激および、BRMならびにp65、p50に対するChIPアッセイにて、炎症性刺激によるHNF6発現に対する病的エピジェネティック制御が生じている可能性が示唆された。今後、この機構が病因であると考え、BA-SHEDの医療応用適格化および治療標的としての提示を目指し、病的エピジェネティック制御の正常化を試みる。

胆道閉鎖症患者由来乳歯幹細胞(BA-SHED)における胆管上皮細胞分化能の解析のために、マトリゲルを用いた三次元培養法を取り入れた分化誘導を行い、色素取り込みを伴う胆管上皮細胞様細胞による管状構造の形成に成功した。特異的なケラチンタンパク質であるCK19の遺伝子発現は誘導終了時に低下していたが、免疫蛍光染色にてタンパク質の局在が認められた。これまでの研究で、BA-SHEDにおけるHNF6の過剰発現を明らかにした。さらに、健常SHEDと比較して、BA-SHEDのHNF6プロモータ領域におけるクロマチンアクセシビリティ上昇を明らかにした。また、健常SHEDをTNF-alphaおよびIFN-gammaにて共刺激すると、BA-SHEDと同様のクロマチンアクセシビリティを示すことを明らかにした。これらの結果から、炎症性の刺激によりBA-SHEDのHNF6発現に対する病的なエピジェネティック制御が生じている可能性が示唆される。加えて、BA-SHEDでは、胆道上皮細胞の分化において重要であるTGFBR2の遺伝子発現が低下していることを明らかにした。TGFBR2の発現はHNF6により制御されることが知られており、BA-SHEDにおいてHNF6発現上昇がTGFBR2の発現を制御している可能性がある。また疾患モデルとして、CRISPR-dCas9システムを用いてHNF6遺伝子を過剰発現させた健常SHEDの作成に成功した。さらに、BA-SHEDの正常化とその解析を行った。プレドニゾロン処理による炎症性のシグナル阻害では、BA-SHEDの正常化は認められなかった。一方、siRNAにより、BA-SHEDのHNF6遺伝子発現を抑制し、HNF6タンパク発現の抑制を確認した。従って、siRNAによるHNF6発現抑制によるBA-SHEDの正常化が有効であると考えられる。今後、培養系をタンパク質発現解析にて精査し、健常SHEDとBA-SHEDの分化能力の違いを明らかにする。HNF6は胆道上皮細胞への分化初期に発現することで、分化を抑制することが報告されており、病的エピジェネティック制御によりHNF6を高発現しているBA-SHEDは、胆道上皮細胞への分化に異常をきたすことが予想される。すなわち、病的エピジェネティック制御の正常化によりこの分化能力を改善することで、BA-SHEDの肝組織再生能力を医療応用に適格なレベルへ回復しうると考えられる。確立したin vitro胆道上皮細胞分化培養系によって分化度を解析し、BA-SHEDの病的エピジェネティック制御の正常化を評価する。これまでの研究で、BA-SHEDにおけるHNF6の病的エピジェネティック制御を明らかにした。今後、胆道閉鎖症の病因を解析するために、TNF-αおよびIFN-γ共刺激、またはCRISPR-dCas9システムを用いてHNF6遺伝子の過剰発現させた健常SHEDを疾患モデルとし、胆道上皮細胞分化能解析および移植治療効果の判定を行う。炎症性刺激による要因が示唆された。また、この病的エピジェネティック制御について、炎症性刺激が要因である可能性が示唆された。
心電図QT延長を伴う重症不整脈の発生機序に関する研究

心電図QT延長をきたす各種病態のうち、薬物中毒と甲状腺機能低下症をとりあげ、心電図波形変化、並びに心室不整脈発現の成立機序について、家兎を用いた動物実験により検討した。1.家兎Langendorff灌流心の右室中隔面からガラス微小電極を用いて膜活動電位波形を記録するとともに、不関電極を関電極の近傍に置いた単極誘導法(modified bipolar electrode,MBE)を用いて細胞外電位を記録した。この細胞外電位波形のQ波は膜活動電位波形の立ち上り相と、T波の頂点(aT)は活動電位の再分極終了時点と良く一致しており、MBEの波形から心室各部の脱分極と再分極時点の判定が可能であることが判明した。2.家兎灌流心の心室後面2030点からMBEを記録し、抗不整脈薬(bepridil quinidine)の作用を観察した。薬物添加後、心室後面各部のQーaT間隔(活動電位持続時間を反映)が延長するとともに、QーaTの空間的不均一性(△QーaT)が増加した。高濃度の薬物作用下では、△QーaTの増加に興奮伝播の遅延が加わり、心室各部における再分極終了時点の不均一性(△RT)が著しく増大した。この△RT増大が、これらの薬物のリエントリー不整脈誘発作用な主な原因であることが示唆された。3.甲状腺切除46週後の家兎より右室乳頭筋を切り出し、種々のモードの電気刺激下で膜活動電位波形と等尺性張力を記録して、対照群(甲状腺非切除群)と比較した。その結果、甲状腺機能低下症に伴う心室筋活動電位持続時間の延長が、心筋小胞体のCa取り込み、放出機能の障害と密接に関連する現象であることが示唆された。1.細胞外電位による心室局所脱分極,再分極時点の判定家兎Langendorff灌流心の房室結節下部を結紮して人工的に房室ブロックを作成し, His束上に置いた近接双極電極に電気刺激を加えて心室を駆動した.右室自由壁を切開し,中隔面からガラス微小電極を用いて膜活動電位波形を記録するとともに,不関電極を関電極の近傍に置いた単極誘導法(極間距離1mmのmodified bipolar electrode,MBE)を用いて細胞外電位を記録した.この細胞外電位波形のQ波は膜活動電位波形の立ち上り相と, T波の頂点(aT)は活動電位の再分極終了時点と良く一致しており(相関係数, 0.98), MBEの細胞外電位波形から,心室各部の脱分極と再分極を判定することが可能であることが判明した.2.抗不整脈薬による心室再分極過程の変化家兎灌流心の心室後面2030点から1HzのHis束刺激下でMBEを記録し,波形をPCM方式のデータ収録装置(NF, RP-880)を介してビデオテープレコーダー(National AG-6300)に入力し解析した.心電図QT時間を延長させる抗不整脈薬(bebridil,quinidine)を投与すると,心室後面各部のQ-aT間隔が延長するとともに, Q-aTの空間的不均一性(△Q-aT)が増加した.高濃度の薬物作用下では△Q-aTの増加に興奮伝幡の遅延が加わり,心室各部における再分極終了時点の不均一性(△RT)が著しく増大した.この△RTの増大が,これらの薬物の重大な副作用であるリエントリー不整脈発生の主な原因であることが示唆された.

本年度は心電図QT延長をきたす病態のうち、甲状腺機能低下症に対象を絞り、甲状腺切除が心室再分極に及ぼす影響を家兎を用いた動物実験により検討した。1.方法:家兎の甲状腺を麻酔下で切除し、46週間後に心臓を摘出した。右室より乳頭筋を切り出し、表面潅流下で膜活動電位波形と等尺性張力を記録した。標本作成時の静脈血中甲状腺ホルモンT_4は対照群の約1/3に低下していた。2.結果:甲状腺切除群(Hypo)では非切除群(Control)に比べて、活動電位持続時間(APD)と興奮開始から最大張力(DT)発現までの時間(tPT)が有意に延長していた。これらの変化は標本の刺激頻度が低い程著しく、0.10.25HzではHypo群のAPD(OmV)とtPTがControl群の1.72.2倍にまで延長した。Hypo群のDTはControl群よりも僅かに小さかった。静止膜電位、活動電位振幅、活動電位最大立ち上り速度については両群間に有意差を認めなかった。標本に対する電気刺激を中断し、1060秒後に刺激を再開すると、Control群では第一拍目(B_1)に定常状態の収縮(Bss)を大巾に上回る大きなDTが得られた。DTは第二拍目(B_2)で最小となり、ついで徐々に回復してBssに至った。Hypo群ではこの休止期後の収縮力増強(postーrest potentiation,PRP)が消失し、B_1がB_2と同等か、それよりも小さいDTを示した。Control群の標本に、筋小胞体からのCa放出を抑制するryanodineやcaffeinを添加した場合にもPRPの消失が観察された。3.結論:今回の実験結果から、甲状腺機能低下時には、心筋小胞体のCa取り込み、放出機構の障害があり、それに伴う細胞内Ca動態の変化がAPD延長と心電図QT延長に密接に関連していることが示唆された。