hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3次元多重解像度表現からの特徴量獲得に関する研究

本研究では、我々が提案しているアクティブバルーンモデルの正則化過程に新しい拘束条件を加える事により、スケールスペース上での単調性を有し、マッチングのための構造木を生成可能な新しい3次元特徴量の獲得に関する研究を行った。得られた成果は次の2つに分類される。・1.(単調性を有する特徴量の生成)アクティブバルーンモデルを拘束条件なしに3次元形状に作用させると、初期形状である球から、徐々に変形しながら最終的には作用させた3次元形状に一致した形状となる。この途中過程の形状は解像度の異なった多重解像度の表現と見なすことができる。つまりアクティブバルーンモデルの構造を決定する接点数(平面数)を、モデルの収縮に応じて変化させることにより、単調性を保証する特徴量を抽出できることを示した。・2.(内部・外部エネルギの制御による収縮過程の安定化)アクティブバルーンモデルを収縮させる外部エネルギとして作用する空間ポテンシャルを、低解像度においてはなだらかな変化を、高解像度になる従って、急激なポテンシャル変化を発生させることをおこなう。これによりモデルの各接点での移動が、低解像度では物体の大局的構造に、高解像度では局所的構造に依存することにより、物体の姿勢、形状変化に左右されない安定した多重解像度表現を得ることが可能となった。さらに内部エネルギの外部エネルギに対する影響も、解像度が高くなるにつれて相対的に小さくすることにより、モデル変形の自由度を上げ、高解像度表現においてはより正確な表現を行うことが可能となった。本研究の初期段階の結果では、すでに3次元画像工学カンファレンス95で発表を行ったが、本研究の重要な特徴である(2)を追加した実験は、現在実験データの詳細な解析を行っている途中であり、まとまり次第電子通信学会論文誌に投稿する予定である。
リハビリ手法の効果を評価しその適用を促進するための可搬型手首筋緊張検査装置の開発

本研究では、脳卒中片麻痺患者を対象として、手首の屈曲伸展運動を他動的に行う装置を構成し、手関節の筋緊張異常を定量的に測れる可搬型検査システムを開発した。筋緊張の異常による抵抗は、他動的な筋の素早い伸長によって顕著に現れる。本装置は、安全性を配慮したうえで屈曲伸展運動の速度を可変とし、ロードセルとエンコーダを用いて抵抗力と手関節の角度を測れるように構成した。150回以上の健常者を対象とした動作試験を経て、鹿児島大学病院臨床研究倫理委員会から臨床研究の承認を得ることができた。6名の脳卒中片麻痺患者を対象とした臨床試験の結果、開発した検査システムの実施可能性を確認することができた。平成26年度は、「可搬型手首筋緊張検査装置の開発と安全性の検討」を主として、以下の項目に沿って研究を遂行した。(a)機構設計:医師や療法士と検討を重ねて、手関節の掌屈と背屈の運動が水平方向になるようにして、検査を受ける被験者に無理な負担が掛らない適切な姿勢を設定した。そして設定した姿勢に合わせて、前腕固定台および稼働する手部固定台を設計し、サーボモータおよび引張圧縮ロードセル(力センサ)の配置を決定した。その際、装置の小型化と本質安全に配慮した機構を設計した。特に、他動運動時に手首を痛めることがないように可動範囲を物理的に制限し調整が可能なストッパーを配置して,機械的な安全装置を設けた。また、医療用装具(スプリントシート)を利用して、前腕部および手部を痛めないように固定する方法を検討した。また、検査装置下部にはキャスターを取り付け、可搬性を備えたコンパクトなサイズとなるように考慮した。特に、被験者が待機する場所へ検査装置を移動させて、容易に検査を実施できるための構造を考案した。なお、サーボモータ駆動時に検査装置全体が揺動しないように、検査装置を椅子に固定する機構を設けた。(b)他動運動のためのモータ制御法:他動運動の実現に際し、運動時の開ループ制御と運動停止時の制御パラメータ調整を組み合わせた手法で、安全性の高いモータ制御手法を考案した。(c)手首の筋力を測る力センサ:引張圧縮ロードセルを手部固定台に装着して、筋の抵抗力を計測する装置を製作した。その際、筋の抵抗力を正しく計測できるようにするために検討を重ねた結果、手部固定台と手部固定装具との間にスライド機構を設けることで、不要な力が働かないようにすることができた。以上の設計・工夫をもとに部分的な試作と改良を重ねた末に、所望の性能が見込める検査装置の試作機を完成することができた。平成27年度は、前年度に試作した可搬型手首筋緊張検査装置において、「検査プログラムの開発と動作試験」を主として、以下の項目に沿って研究を遂行した。(a)ソフトウェアの開発:手首における筋緊張の異常を詳細に検査するため、サーボモータの駆動による他動運動時の抵抗力の測定、手首を固定した静止状態で発揮可能な筋力の測定、およびサーボモータを用いない自動運動時の手首可動域の測定の3種の測定モードを選択して実施できるように、コンピュータソフトウェアを構築した。また合わせて、随意性を調べるために筋電センサを用いて手首の筋肉に関わる表面筋電位の時系列データを記録できるようにした。さらに、医師や療法士がリハビリテーション現場で容易に検査システムを扱えるように、ユーザーインタフェースを工夫して作成した。(b)動作試験と安全性の評価:健康な研究協力者(健常者)を試験の対象者として、容易かつ安全に手関節の筋の抵抗力を測定することができるかを検証するための動作試験を行った。動作試験を開始するに先だってリスク自己点検評価を行い、鹿児島大学大学院理工学研究科倫理委員会に研究計画の審査を申請した結果、研究計画実施の承認を得ることができた。承認後に実施した動作試験では、160回以上の試験において設計どおりの測定機能と安全性を確認した。そして、試作した検査装置の動作試験と安全性の評価に関する研究成果を、平成27年12月に開催された計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演で発表した。以上により、健常者に対する提案する検査装置の安全性能と測定機能を確認することができたので、今後は臨床試験に向けて患者を対象としたパイロットスタディを実施する予定である。平成27年度は、前年度に試作した可搬型手首筋緊張検査装置において、「検査プログラムの開発と動作試験」を主としていた。ソフトウェアの開発については、研究実施計画に沿って研究分担者と検討を重ねることで、おおむね順調に進めることができた。動作試験と安全性の評価についても、健康な研究協力者(健常者)を試験の対象者として、鹿児島大学大学院理工学研究科倫理委員会の承諾のもとで実施した結果、提案する検査装置の安全性能と測定機能を確認することができた。以上の結果をもって、患者を対象とする検査の臨床試験についての研究計画を、鹿児島大学医学部・歯学部附属病院臨床研究倫理委員会に審査を申請したところ、安全性をさらに確認するために、事前に患者を対象としたパイロットスタディを実施する必要がある旨の指摘を受けた。そのため、当初に予定していた患者を対象とする検査についての臨床試験の承認を得るには至らなかった。そこで次年度の早期に、患者を対象とするパイロットスタディの実施について、鹿児島大学医学部・歯学部附属病院臨床研究倫理委員会に審査を申請する予定である。

平成28年度は、前年度の動作試験で見つかった可動域の変更が難しいハードウェア上の問題点と誤操作を誘発するGUIのソフトウェア上の問題点を解決するとともに、開発した検査装置の評価とリハビリテーション医療現場への応用を目指して、以下の項目に沿って研究を遂行した。(a)臨床研究倫理審査の受審:前年度に鹿児島大学理工学研究科研究倫理委員会の承認を得て実施した動作試験と安全性の評価についての研究成果をもとに、鹿児島大学医学部・歯学部附属病院臨床研究倫理委員会へ臨床研究の申請を行った結果、鹿児島大学病院霧島リハビリテーションセンターにて臨床研究を実施することの承認を得ることができた。本臨床試験の情報は、UMIN(大学病院医療情報ネットワーク研究センター)にて公開している。臨床試験を実施するに際して、手部の構造変更による手関節の可動域の拡大や、GUI上の選択操作の自動化による誤操作の防止対策などの改良を施した。また、検査後直ちに手関節の伸展角度に応じた抵抗力の大きさをグラフ化してパソコンモニタに表示するソフトウェアを作成した。(b)臨床試験の実施とリハビリテーション医療現場への展開:霧島リハビリテーションセンターの片麻痺患者6名の協力を得て、検査装置のパイロットスタディとして痙縮による抵抗力の測定機能と動作の安全性について確認を行った。なお、この臨床試験では麻痺側手関節筋緊張評価スケール(MAS)11+の軽度の症状の患者を対象とした。得られた検査データから、6名中4名までは顕著な抵抗力は測定されなかったが、他の2名においては痙縮による抵抗力を測定することができ、医師の所見と概ね一致する結果が得られた。今後はより多くの症例に対して臨床試験を重ねて検査装置の有用性を示すことで、リハビリテーション医療現場で応用されることが期待できる。本研究では、脳卒中片麻痺患者を対象として、手首の屈曲伸展運動を他動的に行う装置を構成し、手関節の筋緊張異常を定量的に測れる可搬型検査システムを開発した。筋緊張の異常による抵抗は、他動的な筋の素早い伸長によって顕著に現れる。本装置は、安全性を配慮したうえで屈曲伸展運動の速度を可変とし、ロードセルとエンコーダを用いて抵抗力と手関節の角度を測れるように構成した。150回以上の健常者を対象とした動作試験を経て、鹿児島大学病院臨床研究倫理委員会から臨床研究の承認を得ることができた。6名の脳卒中片麻痺患者を対象とした臨床試験の結果、開発した検査システムの実施可能性を確認することができた。平成26年度は、「可搬型手首筋緊張検査装置の開発と安全性の検討」を主としていた。研究実施計画に沿って、研究分担者と検討を重ねることで、開発する検査装置の設計を遂行することができた。ただし、前腕固定台に取り付けた前腕固定装具について、当初は3点一列でビス止めすることにしていたが、モータの他動運動で手首を動かした際に、固定した前腕から力を受けて前腕固定装具が揺動してしまい、筋の抵抗力を正しく測定できなくなる可能性があることが判明した。そこで、当初のビス止め箇所を二列に変更することで、この問題を解決することができた。
感光性セルロース誘導体の製造に関する基礎的研究

ケイ皮酸クロリドによるセルロースのエステル化を、次の2種の方法で行った。すなわち、1)ピリジンで膨潤させたのち、50°Cでエステル化する(不均一法)。2)ジメチルアセトアミドと塩化リチウムの系に溶解させ、各種の4級アミンを触媒として60°Cでエステル化する(均一法)。何れの方法によっても三置換体が得られたが、均一法の方が遥かに反応が早く進むこと、均一法でpkaの低いアミン(たとえばジメチルアニリン)を用い、かつ反応時間を限れば、6位の選択的エステル化が可能であることが見出された。メチルセルロース(MC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などのセルロース誘導体に対しては、上記の2つの方法の他に相間移動法も適用した。すなわち、試料の苛性ソーダ水溶液に、ケイ皮酸クロリドのメチルエチルケトン溶液を加え、4級アンモニウム塩を触媒として3°Cで反応を行なった。MC、HECは均一法、不均一法の何れによっても完全にエステル化された。しかし相間移動法では、成績が良かったHECの場合でも、水酸基の80%までしかエステル化が進まなかった。CMCのエステル化は、どの方法によっても不完全であった。光照射によるケイ皮酸エステルの二重結合の消失を、赤外線吸収スペクトルで追跡した。MCのエステルの場合、その消失は極めてゆっくりと進み、しかもレベルオフしてしまうのに対して、HECのエステルでは、ゆっくりとではあるが着実に減少した。セルロースのエステルでは、始めは早く、その後はゆっくりと減少した。セルロースのエステルの光照射物をアルカリでケン化し、生成物をエチルエステルとしてガスクロマトグラフィで分析した。β-トルキシン酸が主生成物であったことから、置換基であるケイ皮酸同志はhead to headで二量体化したことが明らかになった。
プログラミング言語に透明な分散性を与えるトランスレータの生成系に関する研究

研究実施計画に従い、トランスレータの生成系の実装を進めた.本研究の目的は、個々のプログラミング言語に透明な分散性を与えるソースコード・トランスレータを系統的に生成するための生成系を実現することにある.生成されるトランスレータは、透明な分散性をもたない静的に型付けられたプログラミング言語Lがあるとき、Lのポインタ型や関数型を含む任意のデータ型を分散透明に受け渡せるように拡張された言語LDで記述されたプログラムを入力し、Lと分散通信を実現するための実行時ライブラリ呼び出しで書かれたプログラムを生成する.トランスレータ生成系の作成にあたり、まず2つの抽象構文木CAST-LおよびCAST-LDの仕様を、本生成系が適用されるプログラミング言語とは独立に定めた.CAST-LDは言語LDの各構文および各構文に対応する型付け情報を定めたものである.このとき、透明な分散性の導入に関与しない構文は隠蔽され、最後にソースコードを生成するときに再び展開される.CAST-Lは言語Lに対応する抽象構文木である(図参照).LDで記述されたプログラムからCAST-LDで表現された抽象構文木への変換を行うパ-ザの生成は、Yaccなどの既存のパ-ザ生成系を用いることとし、本生成系はパ-ザ仕様記述を簡略化するテンプレートを提供する.CAST-Lで表現された抽象構文木からLプログラムへの変換を行う逆パ-ザも基本的にはユーザが提供することとし、本生成系は逆パ-ザ記述を容易化するテンプレートを提供する.CAST-LDからCAST-Lへ変換するプログラムモジュールは、研究代表者らが既に開発した基本変換アルゴリズムを実装したものである.以上のモジュールを統合してトランスレータ生成系の実装を行った.実装を検証するために言語LをプログラミングPascalとして本トランスレータ生成系を適用し、Pascalに透明な分散性を導入できたことを確認した.研究実施計画に従い、トランスレータの生成系の実装を進めた.本研究の目的は、個々のプログラミング言語に透明な分散性を与えるソースコード・トランスレータを系統的に生成するための生成系を実現することにある.生成されるトランスレータは、透明な分散性をもたない静的に型付けられたプログラミング言語Lがあるとき、Lのポインタ型や関数型を含む任意のデータ型を分散透明に受け渡せるように拡張された言語LDで記述されたプログラムを入力し、Lと分散通信を実現するための実行時ライブラリ呼び出しで書かれたプログラムを生成する.トランスレータ生成系の作成にあたり、まず2つの抽象構文木CAST-LおよびCAST-LDの仕様を、本生成系が適用されるプログラミング言語とは独立に定めた.CAST-LDは言語LDの各構文および各構文に対応する型付け情報を定めたものである.このとき、透明な分散性の導入に関与しない構文は隠蔽され、最後にソースコードを生成するときに再び展開される.CAST-Lは言語Lに対応する抽象構文木である(図参照).LDで記述されたプログラムからCAST-LDで表現された抽象構文木への変換を行うパ-ザの生成は、Yaccなどの既存のパ-ザ生成系を用いることとし、本生成系はパ-ザ仕様記述を簡略化するテンプレートを提供する.CAST-Lで表現された抽象構文木からLプログラムへの変換を行う逆パ-ザも基本的にはユーザが提供することとし、本生成系は逆パ-ザ記述を容易化するテンプレートを提供する.CAST-LDからCAST-Lへ変換するプログラムモジュールは、研究代表者らが既に開発した基本変換アルゴリズムを実装したものである.以上のモジュールを統合してトランスレータ生成系の実装を行った.実装を検証するために言語LをプログラミングPascalとして本トランスレータ生成系を適用し、Pascalに透明な分散性を導入できたことを確認した.
尺度混合分布族に基づく筋電位信号モデルの提案と生体ゆらぎ評価への応用

本研究では,分散分布の概念を導入した尺度混合分布族に基づいて筋電位信号の確率モデルを提案し,筋活動中のゆらぎの定量評価を行なう.また,提案する確率モデルの枠組みを他の生体信号へ応用することで,確率モデルベースドな生体信号中のゆらぎ評価法を確立し,生体信号識別や評価への展開を目指す.本研究員は当該年度,上記の確率モデル構築に関する枠組みの提案と,それに基づき生体信号中の潜在的特徴を解析する理論的研究に従事した.さらに,提案する確率モデルの応用として生体信号識別などの研究を行った.主な成果は以下のとおりである.■尺度混合分布に基づく表面筋電位信号モデルの提案筋電位信号のガウス性が分散のゆらぎによって決定されるという仮説に基づき,尺度混合分布ベースドな筋電位信号の確率モデルを提案した.実験では,提案モデルが実際のデータに対して高い適合度を示したほか,分散の分布のパラメータが筋活動中の潜在的な特徴を反映していることを明らかにした.この研究成果はIEEE TBMEに掲載決定し,現在早期公開中である.また,現在このモデルを用いた筋疲労評価への展開を行なっており,その第一報を国際会議IEEE EMBC 2019で発表予定である.■確率モデルに基づく筋電パターン識別法の提案■当初の計画通り,尺度混合分布に基づく生体信号モデルの枠組みの構築と,その枠組みに基づく筋電位信号の解析実験を行なえたため■当初の予定より早く,パターン識別法への応用を試み,期待以上の精度を実現できたため■筋電位信号のモデルだけでなく,脳波に対するモデルの構築も行なえたため今後は,提案する確率モデルの枠組みを基礎技術とし,実用性のあるシステムの構築や,より幅広い生体信号への応用を進めていく.次年度には,以下の三つに取り組む.■生体信号の時系列的な特性変化を考慮するため,モデル構造またはパラメータ推定式の改良を行なう.これにより,効率的なパラメータ推定を実現するとともに,将来の状態の推定へと繋げる.■昨年度構築した筋電パターン識別法をさらに発展させ,筋活動中のゆらぎを考慮した新たな機械学習アルゴリズムへと応用する.具体的には,識別器をベイズモデルへと展開することで,学習用データから識別器の複雑さを自動的に獲得可能なメカニズムを導入する予定である.■昨年度構築した脳波のプロトタイプモデルについて,実際の計測データに対する解析を通してモデルの有効性を検証し,必要に応じて改良を行なう.解析対象としては,てんかん発作時や睡眠中の脳波を検討している.これにより,てんかん発作の自動検出技術や,睡眠ステージに応じた特徴変化を定量的に評価する技術の開発へと繋げる.本研究では,分散分布の概念を導入した尺度混合分布族に基づいて筋電位信号の確率モデルを提案し,筋活動中のゆらぎの定量評価を行なう.また,提案する確率モデルの枠組みを他の生体信号へ応用することで,確率モデルベースドな生体信号中のゆらぎ評価法を確立し,生体信号識別や評価への展開を目指す.本研究員は当該年度,上記の確率モデル構築に関する枠組みの提案と,それに基づき生体信号中の潜在的特徴を解析する理論的研究に従事した.さらに,提案する確率モデルの応用として生体信号識別などの研究を行った.主な成果は以下のとおりである.■尺度混合分布に基づく表面筋電位信号モデルの提案筋電位信号のガウス性が分散のゆらぎによって決定されるという仮説に基づき,尺度混合分布ベースドな筋電位信号の確率モデルを提案した.実験では,提案モデルが実際のデータに対して高い適合度を示したほか,分散の分布のパラメータが筋活動中の潜在的な特徴を反映していることを明らかにした.この研究成果はIEEE TBMEに掲載決定し,現在早期公開中である.また,現在このモデルを用いた筋疲労評価への展開を行なっており,その第一報を国際会議IEEE EMBC 2019で発表予定である.■確率モデルに基づく筋電パターン識別法の提案■当初の計画通り,尺度混合分布に基づく生体信号モデルの枠組みの構築と,その枠組みに基づく筋電位信号の解析実験を行なえたため■当初の予定より早く,パターン識別法への応用を試み,期待以上の精度を実現できたため■筋電位信号のモデルだけでなく,脳波に対するモデルの構築も行なえたため今後は,提案する確率モデルの枠組みを基礎技術とし,実用性のあるシステムの構築や,より幅広い生体信号への応用を進めていく.次年度には,以下の三つに取り組む.■生体信号の時系列的な特性変化を考慮するため,モデル構造またはパラメータ推定式の改良を行なう.これにより,効率的なパラメータ推定を実現するとともに,将来の状態の推定へと繋げる.■昨年度構築した筋電パターン識別法をさらに発展させ,筋活動中のゆらぎを考慮した新たな機械学習アルゴリズムへと応用する.具体的には,識別器をベイズモデルへと展開することで,学習用データから識別器の複雑さを自動的に獲得可能なメカニズムを導入する予定である.■昨年度構築した脳波のプロトタイプモデルについて,実際の計測データに対する解析を通してモデルの有効性を検証し,必要に応じて改良を行なう.解析対象としては,てんかん発作時や睡眠中の脳波を検討している.これにより,てんかん発作の自動検出技術や,睡眠ステージに応じた特徴変化を定量的に評価する技術の開発へと繋げる.
ホストシフト実験から浮かび上がってきたヒルミミズの不思議な性質

研究目的:得体の知れないヒルミミズHoltodrilus truncatusの生態や、ホストとの関係、エビヤドリツノムシScutariella spp.との相互関係も不明部分が多い。平成19年科研費「ヒルミミズとホストのエビとエビヤドリツノムシの不思議な関係」(19922030)で3者の生態を観察し、次に、ヒルミミズとホストの関係をホストシフト実験で観察した。予想されるヒルミミズの薬理効果がもし認められれば、大量培養が必要となる。その方法の検討など先行的基礎研究を目的とした。研究方法:兵庫県菅生川のホストエビNeocaridina spp.に共生するヒルミミズとスクタリエラの生態を室内観察した。研究結果:3つの発見(I II III)があった。(I)6月18日、東北大学池田博士にDNA解析用ヒルミミズを送る為エビを選別中、3月27日採集のポリバケツを空けようとした。生き残りエビは(1)体長19.0mm(2)体長12.0mm(3)体長11.0mmいずれも未抱卵雌3個体。偶然(1)のエビを見て驚いた。1個体のエビにヒルミミズが実に39個体も付着(最大)。次々にエビが死亡し、おり場を追われ(1)(2)に殺到したと考えられる。(2)にもヒルミミズが付着。しかし、(3)小型エビには全くヒルミミズが付着していなかった。(II)ヒルミミズ付着ホスト最小体長は11.0mm-12.0mmが境目である。(III)スクタリエラは別種の混在の可能性が判明。スクタリエラは大型と小型個体が認められる。卵は大型と中型(少ない)、小型があり、大型卵は楕円立体である。しかし、小型卵には楕円立体の他、球体がある。球体の卵が成長して楕円立体になる事はありえない(西野私信)事から、別種混在の可能性が疑われた。川勝正治博士が専門家ポンセデレオン博士に標本送付した所、小型個体の中に別種の可能性が示唆された(西野私信)。スクタリエラ卵:単一卵でホストの鰓間から見出される。ヒルミミズの卵包よりはるかに小さい。大卵:長径×短径120μ×110μ230μ×210μ小卵:50μ×45μ110μ×100μ(n=300)ヒルミミズ卵包:最大14個体/個体、全てエビの鰓室で発見された。ほぼ球形で直径0.576mm0.758mm、平均:0.636mm:標準偏差±0.05141(n=23)。透明な袋で中の卵は311、孵化が近づくと卵は細長くなり、1頭ずつ孵化する。大卵:長径×短径120μ×110μ230μ×210μ

小卵:50μ×45μ110μ×100μ(n=300)ヒルミミズ卵包:最大14個体/個体、全てエビの鰓室で発見された。ほぼ球形で直径0.576mm0.758mm、平均:0.636mm:標準偏差±0.05141(n=23)。透明な袋で中の卵は311、孵化が近づくと卵は細長くなり、1頭ずつ孵化する。
造血幹細胞及び骨髄間質細胞幹細胞動態よりみた白血病, 再生不良貧血発症の総合的研究

1.実験動物を用いる研究:(1)骨髄性白血病発症機序につき, RFM/MSNrs系マウスはX線3Gy全身照射により24.5%の頻度で発症する.被曝による幹細胞の突然変異により成立した白血病細胞クローンの増大を規制する生体側要因を検討し,体液性,細胞性免疫能でなく,生体のNK細胞活性であることを証明した.(2)上記の発症動物から,白血病細胞を分離し,維代培養をくりかえし,白血病株細胞(M3B)の樹立に成功した.この株細胞に,培養系でr-h-G-CSFを作用させ,一部に分化誘導効果を証明し得た.(3)PGKアイソガイム接合体を持つマウスを照射し,骨髄性白血病を発症させ,白血病細胞アイソガイムアツセイを行って,その細胞起源を検し,白血病が一ケの白血病代幹細胞に由来することを実証した.(4)RFH系マウスにγ線緩照射(8.337.3ラド/日を120日間行ない,持続する多分化能幹細胞(CFU-S),赤血球系幹細胞(BFU-E, CFU-E),骨髄間質細胞幹細胞(CFU-F)の減少を実証し,ヒトの再生不良性貧血に近い病態が成立している事を明らかにした.2.臨床材料を用いる研究に(1)未治療の9例の急性骨髄性白血病患者の骨髄細胞にγ-η-G-CSFを加えて培養し,その白血病細胞分化誘導能を検討した.症例により多少の差異はあるが,液体培養,半団体培養共に分化誘導能は認められなかった.(2)赤血球系幹細胞(BFU-E, CFU-E),骨髄間細胞幹細胞(CFU-E)の同時アツセイを正常者,トロトラスト注入患者,再生不良性貧血患者について行い,赤血球系幹細胞量と骨髄間質細胞幹細胞量が密接な相関関係にあることを実証した.さらに,再生不良性貧血症例で,ステロイドパルス療法前後の変動について検討し,治療が有効な症例では, BFU-E, CFU-Eの増加と共に, CFU-Eの増加もおこる事を見出し,幹細胞増殖と間質細胞の密接な関連を示した.1.実験動物を用いる研究:(1)骨髄性白血病発症機序につき, RFM/MSNrs系マウスはX線3Gy全身照射により24.5%の頻度で発症する.被曝による幹細胞の突然変異により成立した白血病細胞クローンの増大を規制する生体側要因を検討し,体液性,細胞性免疫能でなく,生体のNK細胞活性であることを証明した.(2)上記の発症動物から,白血病細胞を分離し,維代培養をくりかえし,白血病株細胞(M3B)の樹立に成功した.この株細胞に,培養系でr-h-G-CSFを作用させ,一部に分化誘導効果を証明し得た.(3)PGKアイソガイム接合体を持つマウスを照射し,骨髄性白血病を発症させ,白血病細胞アイソガイムアツセイを行って,その細胞起源を検し,白血病が一ケの白血病代幹細胞に由来することを実証した.(4)RFH系マウスにγ線緩照射(8.337.3ラド/日を120日間行ない,持続する多分化能幹細胞(CFU-S),赤血球系幹細胞(BFU-E, CFU-E),骨髄間質細胞幹細胞(CFU-F)の減少を実証し,ヒトの再生不良性貧血に近い病態が成立している事を明らかにした.2.臨床材料を用いる研究に(1)未治療の9例の急性骨髄性白血病患者の骨髄細胞にγ-η-G-CSFを加えて培養し,その白血病細胞分化誘導能を検討した.症例により多少の差異はあるが,液体培養,半団体培養共に分化誘導能は認められなかった.(2)赤血球系幹細胞(BFU-E, CFU-E),骨髄間細胞幹細胞(CFU-E)の同時アツセイを正常者,トロトラスト注入患者,再生不良性貧血患者について行い,赤血球系幹細胞量と骨髄間質細胞幹細胞量が密接な相関関係にあることを実証した.さらに,再生不良性貧血症例で,ステロイドパルス療法前後の変動について検討し,治療が有効な症例では, BFU-E, CFU-Eの増加と共に, CFU-Eの増加もおこる事を見出し,幹細胞増殖と間質細胞の密接な関連を示した.1.実験動物による研究;(1),前年度にひきつづき放射線誘発骨髄性白血病株細胞を一定数宛、X線全身照射、抗Asialo GMI抗体継続投与などの前処置を行ったRFM/MsNrs系マウスに移植し生存率、脾重量変化、白血病細胞増殖度、NK細胞活性、リンパ球刺戟試験などを同時に比較検討した。その結果、白血病細胞の増殖およびそれに基因する死に最も影響を与えるのはNK細胞活性の低下であることが明らかとなった。(2),PGKアイソザイム、ヘラロ接合体を持つマウス250匹にX線全身照射を行い、12例の骨髄性白血病の発症をみた。アイソザイムアツセイの結果、全例が単一細胞起源であることが証明された。新しく開発した微量細胞アイソザイムアツセイ法により白血病発症マウスの赤血球、培養法によるCFU-GM由来のコロニー細胞の検索を行い、白血病個体では正常細胞クローンと白血病細胞クローンが共存していることを実証し得た。(3),従来、動物個体に移植保持していた骨髄性白血病株細胞を液体培養系で継代維持することに成功し、その株細胞を用いてrecombinant-GM-CSFなどの分化誘導因子の効果を検討する実験を開始した。

2.臨床材料による研究;白血病、再生不良性貧血患者骨髄を用い造血幹細胞(CFU-C,CFU-E,BFU-E)と間質細胞幹細胞(CFU-F)の同時アツセイを行いデーターを集積中である。その結果、血液学的正常者では間質細胞幹細胞量を赤血球系幹細胞量の間に密接な相関関係が成立すること、放射性物質であるトロトラスト注射を受けた患者の骨髄間質細胞幹細胞は著しい減少を示すが、上記の赤血球系幹細胞との相関関係は保持されること、再生不良性貧血患者の一部には、間質細胞幹細胞の著しい減少を示すものがあり、このような症例ではステロイドパルス療法が有効であり、良解に入ると共に間質細胞幹細胞量も回復することなどが今までに明らかにされた。以上の各成果は第21回国際血液学会などで発表した。
血管内治療用ロボットの開発

これまで6年間に及ぶ基盤研究の成果として、挿入力測定装置(特許取得、臨床応用中)を開発し、カテーテルとガイドワイヤーの両方を別々に操作できる遠隔操作による操作ロボットに組みこんだ。挿入力測定装置における抵抗力認知の正確性について検証するととともに、安全管理の観点から過大な力がかかった場合にすぐに行為を停止させられるような安全装置をつけ、血管モデルを用いた実証を行った。今回の研究期間内では主として動作再現性の検証を行ったが、今後は、安全かつ正確なカテーテル治療支援ロボットを完成させ、遠隔治療も含めた脳血管内治療の可能性の拡大と、術者負担の軽減のためにロボット治療の臨床での早期実現化を目指す。本研究の目的は、脳血管内治療における術者の被曝を最低限にし、テレメディシンによる遠隔操作を可能にするための安全で正確なロボット手術における操作システムを構築することである。初年度は操作部であるマスターとロボットが操作を再現するスレーブのロボットをそれぞれ開発した。カテーテルとガイドワイヤーは別々に操作する必要があるため、シャフトに対して回転操作時の反力と、軸方向操作時の反力を与えるための二つのモータによる制御と、カテーテルとワイヤーの軸方向と回転方向に操作反力を提示する操作デザインとした.ワイヤーの送り出し方式には小型化に適したローラー式を選定し、ねじり動作を実現するため、ローラー式試験機を回転させる構造とした。カテーテル操作側では,カテーテル先端の位置を瘤内で調整し、ガイドワイヤー操作側は,カテーテルを瘤に導入するためのガイドワイヤーの操作と,瘤内にコイルを充填していくデリバリーワイヤーの操作との両方を行えるようにした。マスター側では,短い長さで順次送るよりも,モータなどで用いて連続的に送った方が,ワイヤーの挿入力が小さくなるため、ワイヤーの送り量をスレーブ側のワイヤーの送り速度として変換することにした.またマスター側のワイヤーは持ちやすくするために,ワイヤーよりも太いシャフトにした。現在マスター側の操作における、操作性、抵抗性、再現性、安定性について評価するとともに、実際の操作に対するスレーブの動作の一致性の確認を行っている。本年度には、デバイスを操作するロボットフィンガーのハードウェアの製作を行う予定であり、この計画についてはほぼ実現されている。術者の持つ疑似デバイス(マスター)の動きを、実際のデバイスを持つロボット(スリーブ)が正確かつ遅滞なく再現できるかどうかを本年度中に検証する予定であったが、まだマスターとスリーブとの動作の接続が完全でないため、正確な評価を行うにいたっていない。本研究の目的は、ロボットによる遠隔操作手術を実現することで、累積被曝の問題解消を目指すための血管内治療ロボットの開発である。これまで、マスター側の動きを忠実に再現するためのスレーブ側の動きの確認をおこなうとともに、ワイヤの押し引き力の計測を行った。具体的なスペックは、1 N以上のワイヤ挿入力を可能とし、センサのセンシング精度も0.05 N以下とした。また、カテーテル治療はワイヤの力覚を伴う繊細な操作が必要であるため、直接な力覚フィードバックでは潜在的に制御系の安定性問題がある。ロボットはワイヤの送り出し時の反力を検出するが、その反力を視覚と聴覚で提示する操作デザインとした。操作部にはアナログスティックを使用することで、アクチュエータの簡易的な操作を可能にした。操作方法としては、スティックを前後に傾けることでローラアクチュエータがワイヤの押し引きを行い、左右に傾けることで本体が左右にねじりを行う構造とした。送り出し機構は、2つのローラでワイヤを挟み込みモータで押し出す形になっている。このローラ駆動部全体を箱で囲み、底にスライドレールを取り付けた。送り出しの時に反力で駆動部全体の箱がスライドをし、後方に設置したフォースセンサで挿入力を測定する。センサ部と駆動部の間には、センサ出力を安定させるために予圧ばねを設置した。操作試験として模擬血管の内部に水を入れた状態でガイドワイヤの挿入試験を行った。ガイドワイヤの先端は湾曲しており、先端の方向を変えることで任意の方向へガイドワイヤの挿入を行うことができた。試作機を用いて挿入力の最大値と測定精度の試験を行った。模擬血管に血管壁に見立てたゴムを詰め、ワイヤの挿入を行った。最大約1.2 Nの挿入力が発生できることを確認した。測定精度試験では、無負荷時に前進後退をしたとき±0.04 Nの誤差であり、最大値および精度とも目標値を満足した。ロボットの動作制御は今年度でかなり正確となったことで、以下の二つの成果が得られ、ほぼ本年度の目標は達成できたと考えている。(1)アナログジョイススティックを用いて模擬血管の分岐移動操作ができることを確認した(2)ワイヤの最大挿入力は最大約1.2 N、その測定誤差は±0.04 Nであり、目標値を達成したこれまで6年間に及ぶ脳血管内治療ロボット開発の基盤研究の成果として、まず挿入力測定装置(特許取得、臨床応用中)を開発し、研究成果として、カテーテルとガイドワイヤーの両方を別々に操作できる遠隔操作による操作ロボットを完成させ、これに挿入力測定装置を組み合わせた。このモデルではYコネクタを固定台に置き,その下に力センサーを配置し、さらに防水構造とした。電子制御回路は,ロボットの土台の中に格納し、力センサーを医師の手側でなく,Yコネクタの下側に設置したことで全長を短くした。この構造を,同じようにガイドワイヤー用のロボットにも適用してある。

今回は挿入力測定装置における抵抗力認知の正確性について検証するととともに、安全管理の観点から、その抵抗を可視化することにより、過大な力がかかった場合にすぐに行為を停止させられるように設定を調整し、血管モデルを用いた実証を行った。今回の研究期間内では主として動作再現性の検証を行ったが、ジョイスティックによるマスター側の操作は忠実に反映されていたものの、スレーブ側の起動に数ミリ秒の遅れが生じることと、動作スピードは慎重な動きを行なうためと、高速操作でのスリップを防ぐため、実際の治療における操作よりはかなり遅く設定せざるを得なかった。また、現在有線でのコントロールとなっているため、ガイドワイヤーの回転角度に制限が生じていること、実臨床において使用するには装置全体がまだ大きく(特にカテーテル駆動部とガイドワイヤー駆動部の位置など)、それぞれの機器の相互作用(反発、追従など)や滅菌方法などまだ改善すべき点が残っている。今後も、安全かつ正確なカテーテル治療支援ロボットを完成させ、遠隔治療も含めた脳血管内治療の可能性の拡大と、術者負担の軽減のためにロボット治療の臨床での早期実現化を目指す。これまで6年間に及ぶ基盤研究の成果として、挿入力測定装置(特許取得、臨床応用中)を開発し、カテーテルとガイドワイヤーの両方を別々に操作できる遠隔操作による操作ロボットに組みこんだ。挿入力測定装置における抵抗力認知の正確性について検証するととともに、安全管理の観点から過大な力がかかった場合にすぐに行為を停止させられるような安全装置をつけ、血管モデルを用いた実証を行った。今回の研究期間内では主として動作再現性の検証を行ったが、今後は、安全かつ正確なカテーテル治療支援ロボットを完成させ、遠隔治療も含めた脳血管内治療の可能性の拡大と、術者負担の軽減のためにロボット治療の臨床での早期実現化を目指す。今後、試験駆動を繰り返し、実験室でのロボット操作の確実な再現を早期に実現する。また、ワイヤーの送り量をスレーブ側のワイヤーの送り速度として変換するシステムが、臨床における術者の指による手技において、カテーテル、ワイヤーの実際の操作との違和感や抵抗感、および安全な制御が可能かどうかを検証する。一方、挿入力検知装置をガイドワイヤー挿入部に取り付け、抵抗感の認知が実際に機能するのかを検証する。平成28年度には、術者とロボットの認知-運動機能の共有化が実現された段階で、実際の血管モデルや動物モデルを用い、操作性をin-vitroに検証する。本体の回転角度が90度を超えたあたりから、フォースセンサの値に約0.1 Nの誤差が出てしまった。原因としては、送り出し機構の機械的な隙間によって発生したと思われる。今後は、この隙間に支持器を設置するなどして埋める必要がある。また、実際の生体を模した血管モデルを用いて、実際の手技のシミュレーションを行う。脳神経外科、神経放射線科、ロボット医学材料の低価格購入が実現できたことと、計画より実行がやや遅れた関係で、特に海外発表の機会がなかったことが、本年度経費が少なくなった理由である。当初の予定より実験が遅れ、精巧なシミュレーションモデルによるテストが実現しなかったため、それに必要な機器の購入が遅れたため。
協同的プラズモニックモードによる微小球レーザーの低対称化と異方的発振

H30年度は、H29年度の研究を踏まえ、以下の3項目を研究した1.多孔質基板を用いたレーザー局所加熱法によるEu3+およびYb3+添加K2O-WO3-TeO2ガラス微小球の作製と光共振特製の評価:Eu3+添加ガラス微小球の作製を行うとともに、得られた微小球を光学顕微鏡下で励起し、発光スペクトルを観察した。ウィスパリングギャラリーモード(WGM)の観察できる、真球度の高い微小球の作製に成功した。研究費は、レーザー局所加熱装置のための光学部品購入・旅費に使用した2.気中溶融法によるTb2O3-Al2O3ガラス微小球の作製と磁気・光学特性の評価:気中溶融法によりこれまでガラス化が困難であったTb2O3-Al2O3ガラス微小球を作製し、Tb3+の4fスピンに起因する磁気光学効果を測定した。大量のTb3+イオンを導入できたことで、大きな磁気光学効果を示すガラスが作製できた。(成果はInternational Congress on Glasses(ICG)annual meetingで報告するとともにJ.Ceram.Soc.Jpnに原著論文として発表した)研究費は、気中溶融法のための消耗品購入・ガラス微小球の組成分析:依頼分析・論文投稿料・旅費(1, 2)に使用した3.アレイ上に塗布した発光層の厚みが発光増強に及ぼす影響の調査Alアレイ上の発光増に関して、膜厚を系統的に変化させ膜厚が発光増強に及ぼす影響を調査した。金属へのエネルギー移動が起こらず、Outcouplingによる発光増強がみられる、最適な発光層厚さがあることが分かった。研究費は、光学測定のための消耗品購入に使用した。(原著論文としてJOSABにて発表した)1年半の研究を通じ、最終目標とする指向性ある微小球レーザーの作製には至らなかったものの、微小球レーザの作製及びアレイ基板の作製と、最終目標に必要な要素の研究を行うことができた。今後研究を継続し、目標達成を試みる。本研究では、プラズモニックアレイと微小球レーザーを組み合わせることで、発光方向を制御したレーザー発振を実現する。アレイの光回折とナノ粒子の表面プラズモン、さらに微小球のWGMの3つの共鳴を同時利用することで、光学設計の自由度を格段に上げることができる。特に、アレイとの接触によって微小球の対称性を異方的・意図的に破り、WGMを面外特定方向への光回折と共鳴させることで、指向性あるレーザー発振を起こすことが目標である。特定方向への発振の集中は必要な方向に光エネルギーを集中できることを意味し、応用の観点からインパクトがある。具体的には、高感度環境センサ(温度・湿度・化学物質・・・)や透明異方性ディスプレイ・表示素子の開発が期待できる。今年度は代表者と分担者の密な議論を行い、実験のデザインを行った。この議論に基づき微小球の共鳴周波数に合わせた高性能アレイを設計・作製するとともに、微小球の設計および試作を行い、両者を組み合わせるための下準備を行った。ナノインプリント技術と反応性イオンエッチングを併せたプロセスを繰り返すことで、再現性良くアレイ構造を作製することに成功した。アレイを構成する材料として採択以前から代表者が開発してきたアルミニウムに加え他の金属・半導体・絶縁体へとバリエーションを拡張した。また並行して励起用レーザー、対物レンズ、光学マウント、光学カメラなど、光学測定・観察用の光学部品をそろえ、測定の準備を整えた。交付時期が遅れたため、当初の実施計画にあった異方性発光の確認にまで至らなかった。

今後研究を継続し、目標達成を試みる。以下の項目を研究する1.単一粒子onアレイ系の光学測定:得られた微小球をアレイに乗せて、光学顕微鏡下で励起し、アレイによる発光スペクトルの変化を観察する。必要に応じて、カソードルミネッセンス測定を併用する。2.複数粒子onアレイ系の光学測定;異方性光源として十分な輝度を得るために複数の微小球をアレイ面内に分散させ、大きなスポットサイズ(直径1mm程度)で励起することで、複数の微小球を同時励起することでマクロな発光の異方性を測定する。直径20umの微小球が単層でランダム充填すると、1650個程度の微小球が当時励起されることになる。微小球の粒径を完全にそろえることは困難なので、ウィスパリングギャラリーモード(WGM)のレーザーピークは平均化され、ブロードバンド、コヒーレントな指向性光源となることが期待される。助成金交付日が想定より遅れたため、当初の計画通りに試料作製が年度内に完結しませんでした。次年度使用額分は試料作製のための費用に用いる予定です。文部科学省「平成30年度科学技術分野の文部科学大臣表彰」若手研究者賞を受賞しました。「プラズモニック構造による次世代光源の創成に関する研究」
気孔装置解析による植物独自の高次情報処理のパラダイム提案

陸上植物の葉緑体の脂質合成には、原核型と真核型の二つの経路があることが知られている。葉緑体包膜に局在する脂質輸送体の欠損により真核型経路が断絶したシロイヌナズナ変異株gles1では、葉肉細胞の葉緑体形成は正常だが、孔辺細胞における葉緑体形成が特異的に損なわれる。この変異体の脂質解析から、孔辺細胞では葉肉細胞と異なり、原核型経路が退化しており、真核型経路が同細胞の葉緑体形成に中心的な役割をしていることを明らかにした(Negi et al. PNAS 2018)。このことは、植物組織の細胞間で、葉緑体形成に携わる脂質合成経路が単一でないことを示唆している。地上部を切除すると根組織が緑化する現象に着目し、この現象にともなって誘導される根細胞の葉緑体形成と脂質合成経路との関係についてgles1変異株を用いて解析した。地上部切除による根の緑化の誘導(葉緑体形成)は、gles1変異によって強く阻害された。このことは、根細胞における葉緑体形成が、孔辺細胞葉緑体形成と同様に、真核型経路で生成する脂質に依存している可能性を示している。最終年度においては、質量分析による脂質分子種の同定から推測した根細胞における脂質合成経路と同細胞での葉緑体形成誘導との関係について検討する予定である。気孔細胞(孔辺細胞)の葉緑体が他の光合成組織の細胞(葉肉細胞)の葉緑体とは異なる独自の脂質代謝バランスを発達させており、植物のCO2感知機構に重要な役割をしていることを初めて明らかにした。孔辺細胞葉緑体が特異的に欠損しているシロイヌナズナ変異体を表皮系細胞の顕微鏡観察のスクリーニングによって単離しており、その中に脂質代謝の異常によらないものを同定した。現在、その変異体の原因遺伝子の同定・解析を進めているところであり、気孔における新たな高次の環境情報処理機構について解析を進める予定である。(1)気孔機能化因子SCAP1転写因子の調節機構の解明:気孔の分化機構は知られているが、分化過程終了後に始まる気孔環境応答能獲得の機構は未解明である。我々はDOF型転写因子SCAP1が気孔を成熟させ、機能化するための司令塔であることを明らかにしたが、その発現調節機構には手つかずであった。そこで、このSCAP1遺伝子のプロモーター領域で発現制御に関与する領域の決定を行った。引き続き酵母ワンハイブリッド系を用いて特異的にSCAP1に作用する転写因子の同定を試みているところである。(2)気孔閉鎖因子SLAC1陰チャネルにおけるABA・CO2情報感知・処理機構の解明:SLAC1の活性化制御に関しては、ABAシグナルによりN末端領域がリン酸化されて活性化するとの報告はあるものの、CO2によるSLAC1の活性化に関しては何ら報告されていない。変異型SLAC1遺伝子を導入した形質転換植物の解析から、SLAC1のCO2シグナル受容部位はそのチャネルタンパク質の膜貫通領域を形成する部分に存在することを明らかにした。さらに、CO2シグナル受容に関与するアミノ酸を同定するため、SLAC1の立体構造モデルを基にリン酸化されうるアミノ酸を選抜し、1アミノ酸置換実験を行った結果、CO2応答に特異的に関与すると思われる2つのアミノ酸残基を同定した。気孔環境応答における高次情報処理を司る因子として、気孔機能化因子SCAP1と気孔閉鎖因子SLAC1チャネルの二つを中心に研究を進めている。どちらも、植物細胞の多元的信号処理の要の因子である可能性が高い。前者においては新規調節因子の同定が進んでおり、後者においては環境刺激の違いを異なる受信部位によって選別していることを明らかにした。研究題目に合致した成果が今後得られることが期待される。サーマルイメージングによって気孔応答をモニターする際の問題として、従来の環境制御チャンバーでは気孔の湿度応答とCO2応答を独立させて測定する環境を作り出すことが困難であった。それを可能にするためには、気孔の湿度応答がサイレントな高湿度環境下で体表面温度測定を行う必要がある。制御項目として温度と相対湿度ではなく、温度と絶対湿度を用いた環境試験機を用いることによって、安定した湿度環境を維持し、乾燥シグナル(ABA)伝達系とCO2シグナル伝達系が相互干渉しないような環境を設定することができるようになった。このような高精度の環境試験機を用いることによって、純粋にCO2シグナル感知・伝達系に限定された変異株を得るための網羅的スクリーニングを行った。気孔開口を駆動するプロトンポンプAHA1の細胞膜への局在化を行う膜交通因子PATROL1の発見により、気孔開閉運動においてAHA1の膜交通を介した新たな制御メカニズムの存在が示唆されている(Hashimoto-Sugimoto et al. 2013)。エキソサイトーシス/エンドサイトーシスに関わる因子、セカンドメッセンジャーなどに対する特異的阻害剤を作用させたときのCO2濃度または光強度変化に伴う気孔応答性を調べた結果、特定のホスホイノシタイド分子種の量的変動がPATROL1機能に関わっていることが分かった。このホスホイノシタイド分子種の合成阻害剤は気孔開閉応答を阻害するが、阻害剤耐性シロイヌナズナ変異株を単離し、その原因遺伝子の同定と機能解析を進めている。2基の同一仕様の精密環境制御人工気象機によって対照反復実験が可能となっている。

サーモグラフィ解析が困難であった高湿度での気孔応答の測定が可能となり、ABAシグナルを人為的でなく遮断した環境下でのスクリーニングに威力を発揮している。すでにこれまでに単離された気孔応答変異株とは異なるカテゴリーの表現型を持つ変異株の単離に成功している。チラコイド膜に含まれる脂質は葉緑体形成に必須であり、葉緑体内で作られる原核型と、小胞体を経由して作られる真核型の2つの脂質代謝経路を介して合成される。葉肉細胞の葉緑体は正常だが、孔辺細胞の葉緑体に異常をもつシロイヌナズナgles1変異の原因遺伝子は、葉緑体の包膜に存在し真核型脂質を葉緑体に輸送するTGD輸送体と関連する遺伝子をコードしており、gles1変異体では、真核型の葉緑体脂質が減少していた。またリピドミクス解析から、気孔細胞は葉肉細胞と比較して原核型の脂質代謝経路が退化しており、真核型の脂質代謝経路が発達しているというユニークな脂質代謝特性を示すことを明らかにした。gles1変異体では、CO2による気孔閉鎖応答が阻害され、気孔閉鎖を駆動するS型陰イオンチャネルの活性制御が損なわれていた。これらの結果は、真核型の脂質代謝経路は気孔の葉緑体形成およびCO2による気孔閉鎖応答に必須であることを示している。シロイヌナズナは原核型と真核型が同程度に機能する16:3植物であるが、気孔という特殊な細胞では真核型優位の18:3植物のように振る舞うことがわかった。気孔細胞における脂質代謝の真核型化は、気孔が開閉機能を調節する上で重要な意味を持っていることが示唆された。気孔閉鎖の鍵因子である孔辺細胞局在型陰イオンチャネルSLAC1タンパク質一次構造上の乾燥(ABA)シグナルとCO2シグナルの受信部位の情報に基づき、昆虫由来のトランスポゾンpiggyBacと相同組み換えを利用したイネのジーンターゲティング法を用いて、内在のSLAC1遺伝子を直接改変を試みている。現在、基本ベクターの整備を終え、変異型SLAC1遺伝子の作製を進めている。表皮系組織で唯一気孔孔辺細胞は葉緑体を保持しているが、この由来や機能については不明の点が多い。今回得られた知見から、この葉緑体が葉肉細胞の葉緑体とは異なる脂質代謝系をもつことが明らかになり、さらに気孔の光やCO2による制御と密接に関係していることが明らかになった。この葉緑体が、謂わば、気孔の環境制御における司令塔の役割を担っていることを示す知見が得られたことになる。陸上植物の葉緑体の脂質合成には、原核型と真核型の二つの経路があることが知られている。葉緑体包膜に局在する脂質輸送体の欠損により真核型経路が断絶したシロイヌナズナ変異株gles1では、葉肉細胞の葉緑体形成は正常だが、孔辺細胞における葉緑体形成が特異的に損なわれる。この変異体の脂質解析から、孔辺細胞では葉肉細胞と異なり、原核型経路が退化しており、真核型経路が同細胞の葉緑体形成に中心的な役割をしていることを明らかにした(Negi et al. PNAS 2018)。このことは、植物組織の細胞間で、葉緑体形成に携わる脂質合成経路が単一でないことを示唆している。地上部を切除すると根組織が緑化する現象に着目し、この現象にともなって誘導される根細胞の葉緑体形成と脂質合成経路との関係についてgles1変異株を用いて解析した。地上部切除による根の緑化の誘導(葉緑体形成)は、gles1変異によって強く阻害された。
味覚リセプタ-構造解明への分子遺伝学的アプロ-チ

3年の研究計画を、1)味覚リセプタ-形成に関与する遺伝子の解明、2)味覚リセプタ-の発現、精製と構造解明、の2つの研究課題に大別し、それぞれの結果について以下にまとめる。1)甘味アミノ酸、Dーフェニルアラニンに対する甘味応答の部分的欠損をもたらす遺伝子型dpa/dpaを有するマウス近交系BALB/cCrSlcにその保有系C57BL/6CrSlcマウスのDpa/Dpa遺伝子型を導入し、dpa遺伝子の周辺遺伝子セグメントはC57BLマウスに等しく、他の遺伝子背景はすべてBALB型になるコンジェニック系(BALB/cCrSlcーDpa/ー)を作製し、dpa遺伝子の機能を調べた。その結果、コンジェニック系はDーフェニルアラニンに対する甘味応答を示すのみではなく、近接した座位に存在するpsr遺伝子の支配するLープロリンに対する甘味高感受性ももたらし、さらに糖、サッカリンに対する応答もC57BLマウスと極めて類似し、高い応答性を示した。このことは甘味の受容サイトは複数個あり、それぞれ異なった遺伝子に支配されるが、それら遺伝子は第四染色体のdpa遺伝子周辺の極めて近接した座位に複合体として存在し、互いに協調して甘味レセプタ-形成に関与していることが考えられる。2)C57BLマウス200匹の有郭乳頭からmRNAを抽出し、cDNAのライブラリ-を作成した。このcDNAをSP6プロモタ-を挿入した発現ベクタ-でクロ-ニングし、In vitroでmRNAを合成させ、アフリカツメガエル卵母細胞にて翻訳、発現タンパクの味刺激にたいする膜電流応答を調べたが、味刺激に特異的な応答を示すクロ-ンはまだ見いだされていない。また、コンジェニック系の舌抽出物を親近交系BALBに注入し、抗体作製を試みているが今のところ高い抗体価をしめす血清は得られていない。しかし、これらの研究は現在継続中であり、今後も行う。本研究は味覚受容機構を遺伝学的手法によって解明するを目的とする。申請研究計画に基づき本年度の研究を遂行し以下の結果を得た。1.D-フェニルアラニン甘味部分欠損系マウスへの甘味応答形質遺伝子の導入(コンジェニック系の確立)D-フェニルアラニン甘味応答を示すC57BL/_6CrSlcマウスとその欠損系BALB/_cCrSIcマウスとの交雑F_1を作り、そのF_1とBALBマウスのもどし交雑を行った。現在F_9(N_8)まで継代している。各世代のマウスの甘味応答系、欠損系の分離比はほぼ1対1となっており単一遺伝子支配であることがさらに確認された。このまま順調に進めば次年度の初めにコンジェニック系が確立され、甘味リセプター抗体の作製を開始することが出来るものと思われる。2.D-フゥニルアラニン甘味リセプターの応答特性の検討。親近交系の単一鼓索神経線維の応答を調べると、C57BLマウスはショ糖感受性線維がD-フェニルアラニンに対して応答を示すのに対して、欠損系のBALBマウスは応答を示さず、同様にD-フェニルアラニンとサッカリンの相乗効果(応答の増大)もC57BLマウスでは認められるがBALBマウスにおいては認められないことが分った。従ってその相乗効果はDーフェニルアラニン甘味リセプターの特徴を示すものと考えられる。現在までのところ0.1MDーフェニルアラニンと0.10.5mMサッカリンとの混合液で最も顕著な相乗効果が得られている。3.味細胞mRNAの抽出とタンパクの発現性の検討。