hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
舌の体性感覚神経基盤の解明

遊離前腕皮弁による舌再建術後の感覚回復に関し脳磁図検査を用いて体性感覚誘発磁界:SEFsを明らかにする.舌癌術後患者6名12半球を対象とした.電気刺激装置を使用し両側舌縁を電気刺激した.検出には200チャンネルヘルメット型脳磁計を使用し,加算平均法にて解析した.残存舌電気刺激により6半球全てにおいてcP55m (平均潜時50.1±2.7 ms,電流後向き)を認めた.再建舌電気刺激では,6名3半球にSEFsを認めた(67.5 ±3.4ms).3名3半球には加算平均法では明らかなSEFsを認めなかった.再建舌電気刺激により残存舌に近似した体性機能局在を示すSEFsが確認された.研究テーマとして、「舌の体性感覚神経基盤の解明」にて採用された。本研究の内容であるが、本研究課題では,口腔領域の悪性腫瘍の約60%を占める舌に着目し以下の2つの論点について脳磁図の高い時間・空間解像度を用いて検討している。【論点1】健常人における舌の体性感覚誘発磁界反応について、高齢者および20歳前後の若年成人に違いがあるかを検討する。【論点2】舌癌に対する外科治療後に遊離皮弁による再建手術を受け機能回復を認めた患者を対象に、機能回復した感覚の神経基盤について脳磁図を用いて明らかにする。上記の2つの論点を明らかにするために現在まで、脳磁計を用い、新しい口腔内電気刺激装置を、歯科医師と共同で開発し、患者群8名、健常者群15名の計測が済んでいる。これからも継続して被検者募集を続け、計測を続ける予定である。実験期間は昨年度採用の科研費のため2013年4月から2016年3月の予定であり、十分、当初の目的を達成することができるペースで研究が進んでいると考えている。成果発表であるが、国際専門誌への論文化を目指しており、これまで舌の体性感覚に対する加齢の影響は論文化されておらず,さらに舌がん再建術後に可塑性等,機能評価をした研究はなく,論文になると考える.本研究の成果は、今後の舌癌患者に対する残存機能評価および再建術後の可塑性について証明することができる。この舌癌術後の残存機能および可塑性による機能回復が証明されれば、舌癌が口腔領域の悪性腫瘍における60%を占める事を考えると、一度失われてしまった質感に関し再生医療により新たに得られた機能の神経基盤を明らかにすることで社会認知科学全体にとって大きな意義を持つものと考える。研究テーマとして、「舌の体性感覚神経基盤の解明」にて採用された。本研究の内容であるが、本研究課題では、口腔領域の悪性腫瘍の約60%を占める舌に着目し以下の2つの論点について脳磁図の髙い時間・空間解像度を用いて検討している。【論定1】健常人における舌の体性感覚誘発磁界反応について、高齢書および20歳前後の若年成人に違いがあるかを検討する。上記の2つの論点を明らかにするために現在まで、脳磁計を用い、新しい口腔内電気刺激装置を、歯科医師と共同で開発し、患者群8名、健常者群30名の計測が済んでいる。これからも継続して被験者募集を続け、計測を続ける予定である。実験期間は、採用年度からの科研費のために2013年4月から2016年3月の予定であり、十分、当初の目的を達成することができるペースで研究が進んでいると考えている。成果発表であるが、国際専門誌への論文化を目指しており、これまで舌の体性感覚に対する加齢の影響は論文化されておらず、さらに舌癌再建術後に可塑性等、機能評価をした研究はなく、論文になると考える。本研究の成果は、今後の舌癌患者に対する残存機能評価および再建術後の可塑性について証明することができる。この舌癌術後の残存機能及び可塑性による機能回復が証明されれば、舌癌が口腔領域の悪性腫瘍における60%を占める事を考えると、一度失われてしまった質感に関し再生医療により新たに得られた機能の神経基盤を明らかにすることで社会認知科学全体にとって大きな意義を持ちものと考える。【緒言】口腔癌に関する正確な全国調査は実施されていない。わが国における口腔癌罹患者は全癌の1から2%、全頭頸部癌の約40%を占める。この口腔癌の約60%は舌癌である。これまでは、舌癌に対し遊離前腕皮弁による舌再建術後の感覚回復に関する報告が散見されるが,多くは被験者の主観的報告による。これまで前腕皮弁による再建舌と大脳の機能局在を明らかにした報告はない。本研究では、舌癌に対する外科的治療後に遊離皮弁による再建術を受け機能回復を認めた患者を対象に、機能回復した感覚の神経基盤について脳磁図を用いて再建舌電気刺激による体性感覚誘発磁界反応: SEFsを計測し,術後、機能回復を達成した患者に対しニューロイメージングを用いて明らかにすることを目的とした。【対象・方法】前腕皮弁による再建術を受けた患者6名(男性5名、女性1名、平均年齢60.3歳)、12半球を対象とした。

全ての患者には、事前に東北大学大学院医学系研究科倫理委員会に承認を受けた研究計画書に同意を得ている。舌刺激SEFs方法として、クリップ型電気刺激装置を使用し、残存舌と再建舌のそれぞれの舌刺激SEFsを計測した。解析として刺激対側半球の約50ms後ろ向き電流方向の活動に対し電流双極子モデルを用いにて信号源推定を行い各被験者のMR画像に信号源を投射し評価した。【結果】残存舌電気刺激により6半球全てにおいてSEFsを認めた。再建舌電気刺激では、6名3半球にSEFsを認めた。3名3半球には加算平均法では明らかなSEFsを認めなかった。【結論】再建舌電気刺激により残存舌と同様のSomatotopyを示すSEFsが確認された。本研究成果により、今後の舌癌に対する治療として遊離前腕皮弁による舌再建術が有効で有り、機能の回復が期待されることが示され有意義のある研究成果を出せたと考える。遊離前腕皮弁による舌再建術後の感覚回復に関し脳磁図検査を用いて体性感覚誘発磁界:SEFsを明らかにする.舌癌術後患者6名12半球を対象とした.電気刺激装置を使用し両側舌縁を電気刺激した.検出には200チャンネルヘルメット型脳磁計を使用し,加算平均法にて解析した.残存舌電気刺激により6半球全てにおいてcP55m (平均潜時50.1±2.7 ms,電流後向き)を認めた.再建舌電気刺激では,6名3半球にSEFsを認めた(67.5 ±3.4ms).3名3半球には加算平均法では明らかなSEFsを認めなかった.再建舌電気刺激により残存舌に近似した体性機能局在を示すSEFsが確認された.3年間に2つの脳活動測定を脳磁図を用い行い、上記の論点1と論点2を解決する予定で進めている。実験1として、舌刺激による特異的な脳活動を、高齢者群と若年成人群を対象にマウスピース型多点電気刺激装置を用い脳磁図で誘発脳磁界反応反応を計測し比較する。これによって一次体性感覚野の活動に加齢の影響があるのか【論点1】が明らかになる。実験2では、舌癌に対し遊離皮弁による再建手術を受け、感覚の回復を示した患者を対象に、マウスピース型多点電気刺激装置を用い脳磁図で計測する。回復した感覚が残存舌からの入力によるものか、再建舌からの入力によるものか、さらに大脳皮質の機能局在に変化があるのかが明らかになる【論点2】。これまで、新しい刺激装置の開発を進めながら舌癌患者8名、健常者群30名の計測を行った。今後も刺激装置の開発を進めながら舌癌患者および健常人を募集し研究を進める意向である。脳機能マッピング平成25年度に作成したシステムの電気刺激装置及びアイソレータを用い、計測を継続する。個人毎に最適のマウスピース型多点電気刺激装置がハンドメイドの為時間を要するため、実験1および実験2を平成25年度、平成26年度に引き続き実験を続ける必要がある。マウスピース型刺激装置を多チャンネル化およびランダム刺激を行うことにより、健康な舌と再建手術により新たに作られた舌の機能評価を詳細にすることが可能となる。今後も新しい刺激装置の開発と、同時に舌癌患者で再建手術を受けた方とボランティアを募集し研究を進める意向である。舌癌患者では、再建術後に経過観察として計測が可能であれば経時的に機能評価を行う意向である。さらには、同刺激装置を用い、刺激電流の与え方を変え、電気味覚として機能評価も追加する予定である。3年間に2つの脳活動測定を脳磁図を用い行い、上記の論点1と論点2を解決する予定で進めている。実験1として、舌刺激による特異的な脳活動を、高齢者群と若年成人群を対象にマウスピース型多点電気刺激装置を用い脳磁図で誘発脳磁界反応を計測し比較する。
大規模データにおけるエンコーダ・デコーダモデルの効率的な学習

本研究の目的は逐次的にモデルを更新可能なエンコーダ・デコーダモデルの実現である。具体的には、大量の学習データで学習済みの、高性能なエンコーダ・デコーダについて、学習データが追加された際に、既存の学習データも含めた全データでの学習ではなく、新規に追加された学習データでのみ学習を行ったモデルを用意し、大量のデータで学習したモデルと適切に組み合わせる手法の実現を目指す。本研究において、大量の学習データ、および、追加の学習データのどちらの学習についても、高い性能を達成するエンコーダ・デコーダ、すなわち、高品質なエンコーダ・デコーダモデルは必須である。前年度は主に、言語モデル、すなわち、エンコーダ・デコーダモデルのデコーダ部分に関して、性能向上を目指す研究を行った。具体的には、言語モデルの出力する確率分布について、1つの確率分布ではなく、複数の確率分布を計算し、重み付き和を計算して最終的な確率分布とする、Mixture of Softmaxesという手法を拡張し、複数層のニューラルネットワークの各層から確率分布を計算し、組み合わせる手法を提案した。さらに、部分文字列から高品質な単語の分散表現を計算し、言語モデルに用いる手法を提案した。これらの手法は、言語モデルタスクにおける、標準的なベンチマークデータセットで世界一の性能を達成しており、さらに、エンコーダ・デコーダモデルに組み込んだ際の性能向上も確認した。前年度の成果は、EMNLPとAAAIという、それぞれ、言語処理分野、人工知能分野のトップ会議に採択され、発表を行った。研究実績に記したように、前年度の成果としては、高品質なエンコーダ・デコーダモデルを目指し、言語モデルタスクの標準的なベンチマークデータセットにおいて、最も良い性能を達成すると共に、既存のエンコーダ・デコーダの性能を引き上げる手法を提案した。一方で、本研究の中核である、モデルの組み合わせ手法に関しては探求が芳しくない。近年では、企業が学術論文を発表することがより盛んになっておきており、前年度も、Facebookが既存のエンコーダ・デコーダモデルを高速に学習する手法を提案した。学習の高速化としては、彼らのような、全データでの学習を想定した状況が一般的である。しかしながら、この手法は大量の計算資源を必要とするため、誰しもが再現可能な手法とは言い難い。このため、本研究の目標のように、追加の学習データを用いる際の計算コスト自体を減らす手法が求められる。前年度の高品質なエンコーダ・デコーダモデルを元に、当初の研究計画通り、まず、大量の学習データでの学習を行い、ついで、追加の学習データでの学習を行ったモデルを用意し、この2つのモデルの組み合わせ手法を考える。この組み合わせ手法については、前年度に研究した、確率分布の組み合わせ手法を応用することが考えられる。具体的には、前年度の確率分布を組み合わせる手法は各層からの出力の重みを計算していたが、この、各層の部分を各モデルに変更すれば良いと考えられる。本年度はこの重みを計算するモデルを組み合わせた、エンコーダ・デコーダの探求を行う予定である。

この組み合わせ手法については、前年度に研究した、確率分布の組み合わせ手法を応用することが考えられる。具体的には、前年度の確率分布を組み合わせる手法は各層からの出力の重みを計算していたが、この、各層の部分を各モデルに変更すれば良いと考えられる。本年度はこの重みを計算するモデルを組み合わせた、エンコーダ・デコーダの探求を行う予定である。研究代表者は2018年度に所属を変更しており、前所属では旅費は潤沢だったため、本研究費から支払う必要性がなかったが、現所属では国際会議や国内学会での発表時の旅費も本予算から支払わなければならないケースが考えられる。また、タワー型PCを購入する予定として申請した当初の予算から減額されている。これらにより、当初の予算計画を見直す必要が生じてきた。今年度以降の使用計画としては、まず、当初の予定通り、GPUを搭載したタワー型PCの購入を考えている、ただし、当初は3台を購入予定であったが、これを1台にする予定である。また、近年、GPUの性能の発展は著しいので、購入時期は慎重に考えたい。さらに、当初タワー型PCの購入費として見込んでいたものを国際会議や国内学会での旅費に用いる予定である。
LWE問題の解読計算量評価と格子準同型暗号の安全パラメータ設定法の確立

本研究の目的は、近年暗号分野で非常に注目されているLWE(Learning with Errors)問題ベースの格子暗号の解読計算量を解析すると共に、LWEベースの格子準同型暗号の安全パラメータの抽出を行い、暗号方式の性能評価を行うことである。2018年度の研究実績として、2017年度までに開発した格子基底簡約アルゴリズムを改良し、LWE問題の求解実験を行いその求解時間を元にLWE問題の計算困難性を解析した。また、LWEやその変種であるLWR(Learning with Rounding)問題を効率的に解くことができるModulus Switchingと呼ばれる技術を理論的に解析し、その技術が有効に働くLWEとLWRのパラメータ範囲を明らかにした。さらに、LWE問題を解くための代表的なアルゴリズムである格子点数え上げ(ENUM)アルゴリズムに対して、成功確率を固定したときの計算量の下限を理論的に示した。この理論により、暗号のパラメータ設定がこれまでの計算機実験による外挿を用いたもののみではなく、理論的な解読コストの下限から設定が可能となるため、長期的な安全性を確保することが可能となった。その継続研究として、量子ゲート型計算機上のENUMアルゴリズムおよびその計算量評価を与えた。上記成果と組み合わせることで、量子ENUMアルゴリズムの計算量の下限を計算することが可能となる。これにより、大規模な量子コンピュータが実用化された際にもLWE問題を安全性の根拠とした格子準同型暗号を安全に運用する基礎を与えることができる。一方で、LWEベースの準同型暗号ライブラリであるHElibを用いて、主成分分析や線形回帰などの代表的な統計処理を暗号化したまま効率的に計算する手法を開発し、プライバシー保護利活用技術としてLWE格子準同型暗号が利用可能か判定するための実装結果を与えた。現代の格子暗号の安全性を支えるSVPやLWEなどの格子問題を効率的に解く格子基底簡約や数え上げアルゴリズムを開発すると共に、格子問題に対する求解実験を行うことで求解計算量を解析することができた。また、LWE格子準同型暗号の秘匿統計への応用を行い、格子準同型暗号がプライバシー保護利活用分野でどの程度利用可能か判定するための実装結果を与えることができた。このようにLWEなどの格子問題の計算量評価と格子準同型暗号のプライバシー保護利活用への応用という2つの研究課題に対し、それぞれ当初計画どおり研究を着実に進めることができた。今後の研究課題として、2018年度までに開発した格子基底簡約アルゴリズムの大型計算機上での並列化・最適化を行い、SVPやLWE問題の解読コンテストに挑戦し記録更新に挑戦すると共に、LWE問題の具体的なパラメータに対する解読計算量の精密評価を行う。また、既存暗号と同じ安全性レベルを持つLWEパラメータ範囲の特定を行う。一方で、LWE格子準同型暗号を機械学習などの分野に適用することで、格子準同型暗号がどの程度実社会で利用できるかの性能評価を目指す。格子暗号は準同型暗号などの高機能暗号の構成に適用可能で、欧米を中心に研究が進んでいる。特に、近年提案されたLWE(Learning With Errors)問題ベースの格子暗号は処理性能に優れ、公開鍵暗号の分野で活発に研究されている。格子暗号の安全性は最短ベクトル問題などの計算量困難性に基づくが、これらの問題はNP困難であり現在は漸近的な計算量しか知られていない。しかし、暗号を実用化する上では具体的な鍵長を設定し、その際の解読計算量の評価が必須である。本研究の主な目的は、LWE問題の厳密な解読計算量評価と、LWEベース準同型暗号のプライバシー保護データマイニング分野への応用とその性能評価である。平成28年度には、格子暗号の安全性を支える最短ベクトル問題に対するrandom samplingを利用した最新の解読手法の解析を行い、その解読原理を解明した。また、progressive BKZと呼ばれる最新の格子基底簡約アルゴリズムを用いて、平成28年5月から開始されたLWE解読コンテストの問題を実際に解くことで、LWE解読計算量評価のための基礎実験を開始することができた。さらに、LWE問題と関連が深いSIS問題に関する計算量評価シミュレーター開発・改良を行った。一方で、LWEベース準同型暗号を利用した効率的な行列計算方法を提案し、LWE準同型暗号スキームのプロトタイプ実装による性能評価を行った。格子暗号・LWE問題の計算量評価において、random samplinを利用した最新解読手法の原理を解析することができたとともに、格子基底簡約アルゴリズムを用いてLWE解読コンテストの問題を実際に解読できたことでLWE解読計算量評価のための基礎実験を順調にスタートすることができた。また一方で、LWEベース準同型暗号のプライバシー保護データマイニング分野への応用先として、統計分野などの基礎演算である行列計算に着目し、暗号化したまま行列計算を効率的に処理可能とする手法を開発し、プロトタイプ実装による性能評価まで行うことができた。平成28年度の研究進捗としては、LWE解読計算量評価とLWEベース準同型暗号の応用という2つの研究課題に対して、それぞれ順調にスタートすることができた。2017年度の研究目標は、LWE問題などの格子暗号の安全性を支える数学問題を効率的に解くアルゴリズムの開発を行い、LWE問題の求解実験を開始することである。

2017年度の研究成果として、格子暗号の安全性を支える最短ベクトル問題(Shortest Vector Problem, SVP)を効率的に解く新しい格子基底簡約アルゴリズムの開発を行い、2010年からドイツ・Darmstadt大がWeb上で公開しているSVPチャレンジの102次元から127次元という高い格子次元において、これまでよりも短い格子ベクトルの探索に成功した。さらに、今回開発したアルゴリズムをLWE問題の求解に適用し、既存の解法アルゴリズムよりも高速に解けることを実験的に示すことができた。また、格子問題の解法の1つであるrandom samplingアルゴリズムの正確な解析に成功し、LWEベース暗号を含む格子暗号の解読計算量の上界を評価することが可能となった。さらに、SVPを整数二次計画問題に定式化し、代表的な最適化エンジンであるCPLEXでSVP求解にチャレンジし、50次元程度まで求解可能であることを示すことができた。一方、代表的なLWE準同型暗号スキームを実装し、統計・分析などにおける基礎演算である行列計算を暗号化したまま効率的に計算する手法を開発し、プライバシー保護利活用技術としてLWE格子準同型暗号が利用可能か判定するための準備を整えることができた。格子暗号の安全性を支える根本的な数学問題であるSVPを効率的に解くアルゴリズムのプロトタイプ開発ができたことで、当初のスケジュール通りLWE問題の求解実験を開始することができた。さらに、代表的なLWE格子準同型暗号の実装を行い、秘匿統計処理や秘匿検索などの性能評価を行う準備を整えることができた。本研究の目的は、近年暗号分野で非常に注目されているLWE(Learning with Errors)問題ベースの格子暗号の解読計算量を解析すると共に、LWEベースの格子準同型暗号の安全パラメータの抽出を行い、暗号方式の性能評価を行うことである。2018年度の研究実績として、2017年度までに開発した格子基底簡約アルゴリズムを改良し、LWE問題の求解実験を行いその求解時間を元にLWE問題の計算困難性を解析した。また、LWEやその変種であるLWR(Learning with Rounding)問題を効率的に解くことができるModulus Switchingと呼ばれる技術を理論的に解析し、その技術が有効に働くLWEとLWRのパラメータ範囲を明らかにした。さらに、LWE問題を解くための代表的なアルゴリズムである格子点数え上げ(ENUM)アルゴリズムに対して、成功確率を固定したときの計算量の下限を理論的に示した。この理論により、暗号のパラメータ設定がこれまでの計算機実験による外挿を用いたもののみではなく、理論的な解読コストの下限から設定が可能となるため、長期的な安全性を確保することが可能となった。その継続研究として、量子ゲート型計算機上のENUMアルゴリズムおよびその計算量評価を与えた。上記成果と組み合わせることで、量子ENUMアルゴリズムの計算量の下限を計算することが可能となる。これにより、大規模な量子コンピュータが実用化された際にもLWE問題を安全性の根拠とした格子準同型暗号を安全に運用する基礎を与えることができる。
生体連続磁気刺激における誘導電流の局所化並びにその刺激応答に関する研究

本研究では、生体磁気刺激における刺激電流である誘導電流の拡散性を克服し、各種材料の植込により局所的な生体刺激を実現する為に以下を行った。Visible HumanプロジェクトによるX線CT像断層データ(アメリカ人男性、スライス間隔1mm)に基づき、腰部を中心に臍骨盤程度までの断層像約350層を使用することで、NIH-Image上で体表及び骨の輪郭データを抽出し、光造形法(DENKEN,SLP-5000)により生体モデルを作成した。その際、光造形機の造形可能範囲を考慮し、表皮輪郭で12分割、骨では6分割とモデルを複数に分割して作成した。また1mmの断層間で表面形状が粗くなることを避けるために中間断層像データを作成した。次にこのモデルを生理食塩水で満たし局所化効果を確認した。即ち、刺激コイルには巻数10、インダクタンス6μHの平巻コイルを用い、ファンクションジェネレータにより10kHz、0.2Aの電流で駆動した。モデル外に配置した刺激コイルより発生する変動磁界により生理食塩水中に誘導電流が生じ、その計測の為に微小同軸ケーブルを加工して新たに3次元電流プローブを作成した。誘導電流センサの出力は差動アンプ(MEG-2100日本光電工業株)により増幅された後にオシロスコープにより計測した。以上の実験装置に基づき植込材料を配置する場合としない場合で誘導電流密度の計測を行い、2倍程度の局所化効果を確認した。また連続パルス磁界に対しモデル内部に誘起される誘導電流分布を計測した。更にこの結果を有限要素法(Ansys5.2)に基づき3次元調和磁場解析による誘導電流密度の分布解析を行った結果、実験結果と良好な一致が得られ、誘導電流の局所化の検討に関しては有限要素法によるシミュレーションが有効と考えられた。
ユニバーサル原子間ポテンシャル実現のための物理ベース機械学習モデルの開発

原子の振る舞いを近似的に再現する原子間ポテンシャルは、現状では元素や適用先の構造を限定することで精度を確保しているが、あらゆる元素に適用可能な「ユニバーサル原子間ポテンシャル」が獲得できれば、物理シミュレーションに基づく材料の物性予測や新材料開発へ大きなインパクトを与えると考えられる。本研究では物理モデルの近似として従来発展してきた原子間ポテンシャルを機械学習モデルとして捉え直し、ユニバーサルポテンシャルの基盤技術として物理モデルと対応した深層学習モデルの提案を行う。原子の振る舞いを近似的に再現する原子間ポテンシャルは、現状では元素や適用先の構造を限定することで精度を確保しているが、あらゆる元素に適用可能な究極の「ユニバーサル原子間ポテンシャル」が獲得できれば、物理シミュレーションに基づく材料の物性予測や新材料開発へ大きなインパクトを与えると考えられる。本研究の最終目標は深層学習と物理モデルの統合によるユニバーサル原子間ポテンシャルの作成であり、本研究ではその基礎技術としてモデルを提案することを目的として行われている。本年度は、計画書で提案したユニバーサル原子間ポテンシャルのための機械学習モデルの実装を行った。これには物理モデルの深層学習モデルへの書き換えが必要となるため、式の展開および深層学習で使われるconvolutionとの数式上での対応づけが行われた。またこの際、深層学習用のフレームワーク上への原子間ポテンシャルの実装のため、フレームワーク内での新規な処理の実装に加え、GPUを用いた大規模な計算のための環境の用意、また分子動力学計算のライブラリとの連携などを行った。さらに、学習のための教師データの作成が必要となるため、多様な原子配置を持つ構造の作成およびそれらの第一原理計算を行った。構造の作成は基本的なものとして原子2体系については総当たりで、知られた構造についてはMaterials Projectを利用して作成し、さらに複雑なものについては古典分子動力学計算によりエネルギーの不安定な構造を多数作成した。この作業は今後もさらに規模を増やすことを目指している。本年度は、深層学習フレームワークを用いて原子間ポテンシャルの実装を行った。その際に必要となる新規な関数の実装などを追加して行った。また分子動力学計算として利用するためのグルーコードなども実装した。これらについて、現在利用可能なデータセットに対して動作することを確認した。現在までの結果を論文に執筆中である。前年度で開発を進めた深層学習用のフレームワーク上で実際に原子間ポテンシャルの学習を行い、分子動力学計算に適用することが主な目的となる。具体的な作業としては、GPUを用いた大規模な計算、検証のための分子動力学計算、また追加の第一原理計算が含まれる。教師データは大規模である必要があるため、収集には第一原理計算を用いて半自動的に行う。この際の手法には申請者らの先行研究(https://doi.org/10.1063/1.4965863)を適用する。
赤外ダイオ-ドレ-ザ-吸収法による短寿命種の計測

本研究まプラズマ中の分子種の計測法として、赤外半導体レ-ザ-吸収法を応用する手法の開発をめざし、プラズマ中に生成する分子種、特にラジカルの高分解能スペクトルを赤外半導体レ-ザ-分光法によって検出・測定・解析し、これらの分光学的定数を求めると共に、スペクトル線の同定を確実にし、計測のための基礎固めを行うものである。本年度は、GeH_4プラズマ中に生成するラジカルを主目標として研究を進め、GeHラジカルの赤外ダイオ-ドレ-ザ-スペクトルを初めて同定し、精確な分光学的定数を求めることができた。吸収セルは、長さ約1mのパイレックスガラス管の内部に1対のステンレス製の円筒型電極を配置したものを調用した。電極に高圧の交流を供給して放電を起こさせ、放電のオンオフに同期してロックイン検出した(放電変調)。放電セルにはホワイト型の多重反射光学系を組込み、約15mの有効光路長を得た。GeHラジカルは、GeH_4(10mTorr)、He(1Torr)、H_2(1Torr)の混合物の放電により吸収セル中に直接生成した。H_2の添加によりGeHの信号強度は約3倍になった。最適放電電流は約350mA(pーp)であった。16591897cm^<ー1>の領域において、総数94本の吸収線を、Geの質売数70,72,73,74ないし76に対応するGeHのものと確認し、^2П_<1/2>スピン状態の遷移に帰属した。0.0005cm^<ー1>程度の確度で各吸収線の波数を測定しこれらを最小二乗解析して、^2П_<1/2>スピン状態の分光定数を決定した。5つの同位体種のデ-タは、定数の間に換算質量によるスケ-リング則を仮定して、一括して解析した。
低酸素性がんの悪性化に働く遺伝子群の3D核内配置機構の包括的解析

研究を開始するにあたり、まず、共同研究相手先の海外研究室を訪問して、共同研究者と一緒に大規模なイメージング解析を実施するためのプローブ設計アルゴリズムとデータ解析を行うためのプログラムの利用環境を整備した。また、大規模解析を効率的に実施するための顕微鏡システムの調整を行った。次に、代謝酵素の網羅的な核内配置解析を実施するために、代謝酵素遺伝子を複数の指標に基づき検証し、解析対象とする酵素の絞り込みを行った。さらに、代謝異常を示すがん組織と対照となる正常組織の遺伝子発現データを公共のデータベースより取得して、代謝酵素遺伝子の発現状態を比較解析した。この解析を様々ながん種で大規模に行い、がん細胞における発現パターンが正常細胞と比べて大きく異なり、かつ、その変化がこれまでに知られている当該がん種・がん細胞の代謝様式と合致するものとして、4つのがん細胞を同定した。この中から、まず乳がん細胞株MB231細胞を用いて、通常酸素・低酸素環境での長期培養を行い、大規模解析のための試料を調製した。また、イメージングに必要なプローブを大容量で調製するにあたっての予備的な実験として、6種類の遺伝子に対するプローブを作製・標識して、遺伝子配置の検出実験を行った。プローブの合成手法、プローブ濃度、反応温度の各パラメーターを振りながら、実験条件の至適化を行い、高感度でのイメージング解析が実施できる、実験系の確立までを完了した。大規模解析のための遺伝子群の選抜と、イメージング解析系の確立までを完了することができたため。一年目の研究より選抜したがん種に着目して、代謝酵素遺伝子の網羅的な核内配置情報の解析を実施する。次に、データ解析を進めて、各遺伝子の配置に法則性がないかを検証すると共に、同じような動態を示す遺伝子に関してはグループ化して、それらの機能と核内配置の関連を調べる。さらに、がん細胞と正常細胞を比較しながら、がん細胞において前述のような遺伝子配置の変化が引き起こされる分子機構を、ノックダウン実験を用いて明らかにする。本年度は大規模な遺伝子解析に必要となるプローブを購入するための経費を計上していたが、解析対象とする遺伝子の選抜解析を入念に進め、プローブの購入を次年度に行うこととしたため。
ミュラー細胞の増殖と神経再生を制御する分子的基盤の解明

ラットおよびマウスの視細胞変性モデルにおけるミュラー細胞の増殖制御について解析を行った。マウスでは全く増殖が見られず、ラットではほぼすべてのミュラー細胞が細胞周期へ進入したが、同時にDNA損傷とp53の活性化が起こり、ミュラー細胞の細胞死と細胞数の減少が観察された。すなわち哺乳類網膜ではミュラー細胞の細胞周期進入に伴うDNA損傷が網膜再生を阻害する要因となっていることが示唆されたラットおよびマウスの視細胞変性モデルにおけるミュラー細胞の増殖制御について解析を行った。すなわち哺乳類網膜ではミュラー細胞の細胞周期進入に伴うDNA損傷が網膜再生を阻害する要因となっていることが示唆された哺乳類網膜においてミュラー細胞の増殖および神経再生が抑制されている原因とその分子機構を明らかにするためにマウス視細胞変性モデル(Methyl-nitrosourea投与)を用いてミュラー細胞の増殖に影響を与えうる各種外因性および内因性因子の発現を解析し、以下の結果を得た。1.ミュラー細胞の増殖を活性化する要因としてFGF2、LIF、IGF1、CNTFの発現増加およびその下流と考えられるErk1/2、Stat3の活性化が観察された。p38 MAPKの活性化は逆に抑制されていた。2.ミュラー細胞の増殖を抑制する要因としてTGFbeta1/2の発現増加およびpten、Smad3の活性化が認められた。3.ミュラー細胞の増殖を抑制する因子であるp27kip1のノックアウトマウスに視細胞変性を惹起させた結果、ミュラー細胞の増殖が活性化された。以上の結果より、視細胞変性にともない分泌される種々の細胞増殖因子がErk経路、Jak-Stat経路を活性化し、ミュラー細胞の増殖を正に制御していることがわかった。ところがTGFβの分泌亢進により下流のSmad3が活性化され、またptenの発現によりPI3K/AKT経路が抑制される結果、p27等の細胞周期抑制因子の発現が維持されるためミュラー細胞のS期への進入が阻害されると考えられた。今回の結果からミュラー細胞の増殖を制御しているキー因子の候補が挙がったので、今後各因子の発現を人為的に活性化あるいは抑制することにより、それらの重要性をさらに明らかにしていく予定である。ミュラー細胞の増殖を制御する分子機構を解明することにより、その神経再生能力を活性化する手法を探索し、網膜変性の新規治療法の開発につなげたい。ミュラー細胞の増殖制御因子を探索する目的で、ラット(Wistar)とマウス(C57BL/6)にmethyl nitrosoureaを投与して視細胞変性を惹起させ、ミュラー細胞の増殖および細胞内シグナリング経路の活性化を検討した。その結果、ラットではほぼすべてのミュラー細胞の細胞周期への進入(Ki67、BrdU、MCM6陽性)が見られたが、マウスでは全く見られなかった。またいずれの動物種でもErk、Stat3の活性化が見られたが、ラットでのみAKTの活性化が観察され、AKTの活性化とミュラー細胞の増殖との関連が示唆された。ところが細胞周期への進入にも関わらずミュラー細胞数の有意な増加は認められず、むしろ減少傾向があった。ミュラー細胞の細胞周期への進入と同時にDNA損傷マーカーであるリン酸化H2AXが発現し、p38およびp53の活性化も見られた。以上の結果からラット網膜のミュラー細胞は視細胞変性に伴い細胞周期に進入するが、DNA損傷を起こしてp38やp53経路が活性化され、細胞周期の停止もしくは細胞死を起こすと考えられた。マウスではPI3K/AKT経路の抑制がミュラー細胞の増殖を抑制していると推測し、その可能性をさらに検討するためにPI3K経路の抑制因子であるPtenをミュラー細胞特異的にノックアウトしてPI3K経路を活性化するモデルを作製中である。さらにマイクロアレイを用いて視細胞変性に伴う遺伝子発現の変化をラットとマウスで網羅的に比較し、現在データの解析を行っている。哺乳類網膜においてミュラー細胞による神経再生を困難にしている要因として、細胞周期への進入抑制だけでなく、DNA損傷による細胞周期の停止あるいは細胞死の関与が新たに示唆された。またラットとマウスを比較することで、ミュラー細胞の増殖制御に決定的な役割を果たしている因子を同定できる可能性がある。Methyl Nitrosourea(MNU)投与によりラット視細胞変性モデルを作製し、ミュラー細胞の細胞周期進入とその後の運命を解析した。その結果、MNU投与後2.5日にほとんどのミュラー細胞が細胞周期に進入したが、ほぼ同時にDNA損傷とp53の活性化が見られ、やや遅れてp53の下流にあるp21の発現亢進が見られた。MNU投与後4日以降にはTUNEL陽性ミュラー細胞が出現し、DNA損傷を起こしたミュラー細胞が細胞死に至る過程が観察できた。現在、組織培養したラット網膜にp53の阻害剤を投与することで、ミュラー細胞の細胞死を抑制する実験を行っている。また視細胞変性時にはミュラー細胞においてp38が活性化し、p38の阻害剤の投与によりミュラー細胞の増殖が亢進することから、p38が増殖抑制に関与していることが示唆された。マウスのミュラー細胞はラットと異なり視細胞変性後もほとんど増殖しないが、視細胞変性後の遺伝子発現の変化をラットとマウスで網羅的に比較し、ラットのみで変化する遺伝子、マウスのみで変化する遺伝子が多数確認できた。

今後これらの遺伝子の機能解析を行っていく予定である。またマウスのミュラー細胞の増殖能を活性化する目的で、Glast-CreERマウスを用いてミュラー細胞特異的にPtenをノックアウト(KO)し、またSonic Hedgehog経路の活性化を行った。しかし予想に反していずれの系でもミュラー細胞の増殖活性化は認められなかった。現在、細胞周期抑制因子であるp27とp21のダブルKOマウスを作製し、ミュラー細胞の増殖能の変化を検討している。以上の結果より、哺乳類のミュラー細胞の神経再生が抑制されている分子機序の一部が解明され、今後網膜再生を活性化するための基盤的知識を得ることができた。当初予定したノックアウトマウスの作製は、所属機関の変更等の事情により遅れ気味であるが、その代わりマイクロアレイによる解析等の他の実験を早め、全体の実験計画としては概ね順調に進行している。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在ミュラー細胞特異的に遺伝子発現を制御するトランスジェニックマウスを数種類作製中であり、今後これらの表現型解析をおこなっていく予定である。またマイクロアレイ解析に基づき、いくつか興味深い遺伝子が見つかっており、それらがミュラー細胞の機能制御に果たす役割について検討していきたい。
免疫抑制を併用したライソゾーム蓄積症の効果的酵素補充療法の開発

ライソゾーム蓄積症(LSD)は遺伝的にライソゾーム酵素が欠損し、その基質が臓器に蓄積し、多岐に渡る症状を呈する疾患群である。治療法としては欠損酵素を補充する酵素補充療法(ERT)が行なわれているが、製剤に対する中和抗体の発生、BBBが存在するためLSDの主症状である脳障害への効果がない事が問題である。今回の研究結果として陽性の結果が出たのは(1)抗Blys抗体によりファブリー病のERTにおける免疫応答を抑制でき治療効果も増大させる事(2)BBBを通過可能な大量酵素の投与はムコ多糖症II型の脳の蓄積物質を減少させ、これに抗CD3抗体を投与すると免疫応答が抑えられる事、以上2点であった。先天的に酵素が欠損した個体にとって、治療として投与される酵素は免疫系にとって異物として認識される可能性がある。ライソゾーム病に対する酵素補充療法(ERT)でも、経過中に中和抗体が生じる事が報告されており、中和抗体が治療効果を阻害する可能性が指摘されている。そこで、B細胞の成熟に必須の因子であるBlySに対する抗体である抗BlyS抗体に着目して、酵素に対する抗体産生を抑える安全な免疫抑制方法の検討を行った。ERT中のファブリー病モデルマウスに対して、抗BlyS抗体100μgを2回投与したところ、一過性のB細胞の減少および抗体価の減少が認められた。ERT開始前に抗BlyS抗体を投与した群では、ERT開始後に投与した群に比較してより抗体価減少の期間がより長期間見られたが、最終的にはいずれの群でも抗体価の上昇が観察された。既存の免疫抑制剤との併用効果を検討するため、酵素補充に少量のメトトレキサートを組み合わせたところ、抗BlyS抗体との併用によって長期間にわたり抗体産生を抑制することが可能であった。さらに、抗BlyS抗体を少量(15μg)持続投与したところ、長期間にわたりB細胞の減少が見られたが。20%程度のマウスでは抗体価の上昇が抑えられたが、全体としての抗体価の上昇は抑制されなかった。そこで、強力な外来抗原に対して抗BlyS抗体の作用が不足していると考え、中等量(30μg)および大量(60μg)を持続投与したところ、抗体価の上昇が抑制された。中等量および大量投与によって50%程度のマウスで抗体価の上昇が抑制された。抗体価の上昇が抑制されたマウスの臓器を解析したところ、腎臓での優位な酵素活性の上昇ならびに蓄積物質の減少が見られた。以上の結果より、抗BlyS抗体の持続投与によってERT中の抗体価の上昇が抑制され、結果的に腎臓でのERTの効果が改善されることが示された。B細胞の成熟に必須の因子であるBlySに対する抗体である抗BlyS抗体に着目しての、ファブリー病酵素補充療法において酵素に対する抗体産生を抑制し、治療効果も増大させることが、ファブリー病モデルマウスを使用した実験で明らかとなった。この研究は非常に順調に経緯し、期待通りの結果が得られた。一方、ヒトCD3発現ポンペ病モデルマウスの作成は開始出来なかった。理由としては抗ヒトCD3抗体(otelixizumab)によりワイルドタイプのマウスでの酵素補充療法における酵素製剤に対する抗体産生抑制は、当初、良好な結果が得られていたが、その後の確認実験で十分な再現性が得られなかった。理由としては、本マウスはヒトならびにマウスのCD3を両方発現しているためと思われた。マウスCD3をノックアウトする事も考えたが、それではT細胞は胸腺いおいてマウスのリガンドと結合できないためTcell educationが不能となる。そのため特別な配慮が必要であることが判明した。以前同様の試みをしたケンブリッジ大学のProf Alan Tunnacliffeと現在方策を協議中である。それまで一時的にこのプロジェクトは停止することとした。その代わりのプロジェクトは以下に記載する。今年度は主にライソゾーム病の1つである、ムコ多糖症II型の酵素補充療法で起きる酵素製剤に対する免疫応答を酵素を大量に発現する植物細胞を作成して、これを大量に経口投与することにより、酵素製剤に対する免疫応答を抑制する試みを行なった。当初、ポンペ病を対象に行う予定であったが、先行論文が出た為にムコ多糖症II型を対象に行う事にした。ムコ多糖症II型に対する同様の方法は以前、パイロット的に施行したが、充分な組換え植物細胞が得られず、充分に経口投与出来なかった。今回、充分量の組換え植物細胞を調整した。植物細胞での酵素発現方法はムコ多糖症II型の欠損酵素であり、酵素補充製剤そのものであるIduronete 2-sulfataseのヒトcDNAを植物発現ベクターに挿入し、Agrobacteriumを介して植物細胞に当該遺伝子を導入した。Iduronate 2-sulfataseを高発現する細胞・植物体は、酵素活性を測定して選抜し、大量生産に供した。現在、その植物細胞をカルスの状態でムコ多糖症II型のモデルマウスに経口投与し、酵素補充療法を行なっているところである。以上は酵素製剤を腸溶カプセルにして経口投与し免疫応答を抑制するというプロジェクトとも関連している。あと抗ヒトCD3抗体による免疫応答抑制を行なうプロジェクトは仮説どおりに行かず、中止とした。それと関連して抗CD3抗体が、効果があることは明確なので、その応用を考えた。ムコ多糖症II型ではモデルマウスを使用した実験で大量の酵素製剤を投与すると脳にも効果があることが報告されている。

ただ大量の酵素製剤を投与した場合、強い免疫応答が酵素製剤に対して起こり治療効果を減弱する事が想定される。そこで抗CD3抗体で酵素製剤に対する免疫応答を減弱させ大量の酵素を投与する実験をかいしした。現時点では仮説どおりの結果が出ている。ライソゾーム病では、酵素補充療法が有効であるが、酵素製剤に対する免疫応答(中和抗体の発生等)により、効果が減弱される。申請全体ではその免疫応答を抑制する方法をモデルマウスを用いて3つの方法を試すというものであった。すなわち申請時は(1)抗Blys抗体、(2)抗ヒトCD3抗体、(3)酵素製剤の腸溶カプセルの経口投与によるライソゾーム病酵素補充療法における酵素製剤に対する免疫応答の抑制による効果的ライソゾーム病の酵素補充療法の開発であった。抗Blys抗体による酵素製剤に対する免疫応答の抑制は、当初の仮説通り、免疫応答が導入出来、これは今年度、論文化された。抗ヒトCD3抗体による免疫応答減弱はヒトCD3を発現するモデルマウスの問題により共同研究先とも相談の上、プロジェクト自体を中止とした。それに変り、ライソゾーム病の1つである、ポンペ病に対して植物細胞に発現させた酵素を、植物細胞ごと経口投与することにより経口免疫寛容を導入する事を目標としたが、組換え植物細胞を作成中にコンペティターである研究室より論文発表があった。そこで我々は対象疾患を同じライソゾーム病であるムコ多糖症II型に置き換え実験を開始した。これは以前に検討をしたが充分な組換え酵素発現植物が得られないこともあり、期待される効果が得られなかった。そこで、今回は経口投与する組換え植物細胞の量を増やし、検討を開始した。現時点ではムコ多糖症II型の欠損酵素であるIduronate 2-sulfataseを大量に発現する遺伝子組換え植物細胞が大量に得られたので実験を開始した。現在、まだ実験の途中である。また抗ヒトCD3抗体はマウスの問題によりプロジェクトが中止になったが抗マウスCD3抗体が酵素補充療法における免疫応答抑制に有効であることは判明しているので視点を少し変えて研究を開始した。詳細は今後の研究の推進方策で述べる。ライソゾーム蓄積症はライソゾーム酵素の欠損により基質が細胞内に蓄積する疾患群である。治療法としては欠損する酵素を経静脈的に投与する酵素補充療法(ERT)が開発されているが、酵素に対する抗体が発生しアレルギー反応、効果の減弱などが起きる事が知られている。国外で免疫寛容導入療法(ITI法)が試みられているが、抗原特異的でなく他の免疫機能が低下する事などが懸念される。我々は以前より酵素を経口的に投与したり抗CD3抗体を経静脈的に投与したりする事による抗原特異的ITI法を開発してきたが依然として問題点もあった。昨年までに、それらに代わるITI法として様々は方法を検討し、抗Blys抗体のITIでの有用性を明らかにした。一方、ERTの欠点として脳障害への効果がない事が挙げられる。今年度はライソゾーム病の1つであり、やはり酵素補充療法が行なわれているムコ多糖症II型の脳障害に着目して、酵素の大量投与と、それに伴って起こる免疫応答へのITI法の併用療法の有効性を、モデルマウスを用いて検討した。
人工呼吸管理中の肺保護におけるＧＡＢＡ受容体の役割

ヒト気道上皮細胞株において、タバコ煙抽出液(CSE)曝露後に産生される気道ムチン(MUC5AC)は麻酔薬プロポフォールにより有意に増加した。プロポフォール刺激でp44/42MAPキナーゼのリン酸化がみられ、MEK抑制薬でプロポフォールの作用がブロックされたため、p44/42MAP活性化の関与が示唆された。これらの現象はGABAA抑制薬でブロックされず、GABAA受容体を介さない作用と考えられた。また、麻酔薬セボフルランによるMUC5AC産生量の変化はみられなかった。人工呼吸中の麻酔薬・鎮静薬による気道粘液産生の修飾は喫煙や慢性呼吸器炎症を有する患者の予後に影響を与える可能性が示唆される。培養気道上皮細胞のNCI-H292細胞を継代培養して実験に用いた。気道免疫のfirst stepとなる気道粘液(ムチン)産生は喫煙により増加する。臨床で人工呼吸中に鎮静薬・麻酔薬として頻用されているプロポフォールが喫煙により増加したムチン産生系に影響を及ぼすかを検討した。タバコ煙抽出液を作製し、H292細胞を16時間刺激すると濃度依存性に分泌型ムチンの一種であるMUC5ACの産生・分泌が促進された。その後さらに8時間、プロポフォールで刺激を加えるとプロポフォールは濃度依存性にMUC5AC産生を増強した。タバコ抽出液への暴露を行わない細胞ではプロポフォールによる有意なMUC5AC産生増加はみられなかった。GABAA受容体拮抗薬であるピクロトキシンおよびSR95531で前処置して実験を行ったがプロポフォールによるムチン産生増加はブロックされなかったためGABAA受容体を介さない作用と推察された。ERKはMUC5AC産生にかかわる細胞内シグナルとして知られている。細胞をタバコ煙抽出液で前処置後にプロポフォールで刺激し、ウェスタンブロット法を用いてERKの活性化を測定したところ、プロポフォールはERKを有意に活性化していた。ERK上流に位置するMEK抑制薬がプロポフォールによるMUC5AC産生をブロックしたことから、MUC5AC産生増強作用はERK活性化が関与していると示唆された。気道上皮におけるムチン産生は細菌や異物などの気道への侵入を防ぐ重要な役割を持っている一方で、喫煙者に多い慢性閉塞性呼吸障害ではムチン過剰産生が病状悪化の主因とされている。麻酔薬によるムチン産生の修飾作用とその機序を解明することは人工呼吸中の肺保護に新たな知見をもたらすと思われる。H292細胞をタバコ煙抽出液に16時間曝露させた後、さらに8時間プロポフォールで刺激を加えるとプロポフォールは濃度依存性にMUC5AC産生を増強した。この作用はGABAA、GABAB受容体拮抗薬でブロックされなかったためGABA受容体を介さない作用と推察された。MUC5AC産生にかかわる細胞内シグナルとして知られているERKの活性化を測定したところ、プロポフォールはERKを有意に活性化し、MEK抑制薬がプロポフォールの作用を抑制したことから、MUC5AC産生増強作用はERK活性化が関与していると示唆された。ERKのシグナル上流に位置するEGFRはプロポフォールの刺激によってもリン酸化や活性化はみられなかったことから、プロポフォールはEGFRより下流で作用していることが示唆された。他の麻酔・鎮静薬であるミダゾラムやセボフルランではムチン産生増強作用はみられなかった。喫煙者に多い慢性閉塞性呼吸障害ではムチン過剰産生が病状悪化の主因とされている。このような疾患を持つ患者では、麻酔薬によって術中の気道分泌物量が修飾される可能性があると示唆された。気道免疫のfirst stepとなる気道粘液(ムチン)産生において、人工呼吸管理中に臨床で通常用いる鎮静薬が何らかの影響を及ぼすかを検討した。トランスフォーミング成長因子α(TGFα)を用いてH292細胞を刺激すると濃度依存性に分泌型ムチンの一種であるMUC5ACの分泌が促進された。

代表的鎮静薬であるミダゾラム、デクスメデトミジン、プロポフォール、ケタミンで前処置すると、ミダゾラムのみ濃度依存性にTGFα刺激によるMUC5AC産生を有意に抑制した。プロポフォールの前処置では濃度依存的にMUC5AC産生が増加する傾向にあったが統計学的有意差はなかった。ミダゾラムの作用がベンゾジアゼピン受容体を介したものか検討するために中枢性ベンゾジアゼピン受容体(CBR)拮抗薬であるフルマゼニルで前処置して実験を行ったがミダゾラムによるムチン産生抑制はブロックされなかったためCBRを介さない作用と推察された。一方、末梢性ベンゾジアゼピン受容体(PBR)のリガンドであるPK11195やほかのベンゾジアゼピン系鎮静薬であるジアゼパムでもミダゾラム同様の作用がみられ、ムチン産生抑制にはPBRの関与が示唆された。H292細胞にPBRが発現していることもウェスタンブロット法で証明した。GABA受容体拮抗薬も用いたがGABA受容体の関与は否定的であった。気道上皮におけるムチン産生は細菌や異物などの気道への侵入を防ぐ重要な役割を持っている一方で喘息など慢性呼吸疾患ではムチン過剰産生が病状悪化の主因とされている。鎮静薬によるムチン産生の修飾作用とその機序を解明することは人工呼吸中の肺保護に新たな知見をもたらすと思われる。上記のごとく得られた研究結果を平成25年度のアメリカ麻酔学会で発表するために演題応募中である。さらにMUC5AC産生機序の上流である上皮成長因子受容体(EGFR)の活性化にプロポフォールが作用しているかどうか、現在検討中であり、その結果を加えて論文投稿予定である。上記のごとく得られた研究結果をアメリカ麻酔科学会で発表できた。さらにミダゾラムはじめベンゾジアゼピン系鎮静薬によるムチン産生抑制の機序を解明するために、TGFα刺激によるムチン産生の代表的細胞内シグナルであるp42/44 MAPキナーゼの活性化やp38キナーゼ、Akt、STAT3の活性化についてウェスタンブロット法を用いて検討したが、いずれもミダゾラムによるシグナル抑制はなく、さらに細胞内カルシウム濃度の上昇も蛍光測定法を用いて測定したがミダゾラムの抑制作用はみられなかった。末梢性ベンゾジアゼピン受容体は細胞内ミトコンドリア外膜におもに発現していることから、ミトコンドリア機能抑制によるアポトーシスによりムチン産生が抑制されているのか検討するために細胞生存率やカスパーゼ9の活性化も測定したがとくに変化無く、機序解明にいたらなかった。プロポフォールだけでなく、臨床で麻酔、人工呼吸中の鎮静に用いる吸入麻酔薬、ケタミン、ミダゾラムによるムチン産生への作用と喫煙との影響を検討する。喫煙期間や、禁煙の影響を検討するためにタバコ煙抽出液の暴露時間や麻酔薬刺激前のタバコ煙抽出液のwash out時間を変化させてしてムチン産生への影響があるか検討する。さらにヒト正常気道上皮細胞を培養して同じような結果が得られるかを確認する。ラットを麻酔下に気管切開してさまざまな時間で人工呼吸器に接続した後に固定し、MUC5ACはじめ気道分泌物や炎症性サイトカインの気道上皮での産生と麻酔薬・鎮静薬による影響を検討する。喫煙モデルのラットでも同様の研究を行う。ミダゾラムによるムチン産生抑制機序を探るため、上記で検討した細胞内シグナルのさらに下流である、MUC5AC産生に関与する転写因子の調節に変化がないかを転写因子ELISA法やリポーターアッセイを用いて検討する。また、