hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
攪拌解繊による植物資源からの均一セルロースナノファイバー製造

ナノ繊維を材料利用する際、長さや形状パラメータが極めて重要である。数μm以上の長いナノ繊維の長さについて、これまで電子顕微鏡や光散乱などが用いられたが、汎用性のある測定方法が存在しなかった。そこで申請者は、ナノ繊維の構造解析の切り口としてコーヒーリングという構造化手法を選んだ。コーヒーリングは、基板上で蒸発する液滴内でコロイドがコンタクトライン近傍に濃縮される現象である。サイズや形態が異なる粒子は、異なるリング幅を示した。リング幅の濃度依存性(プロットの傾き)が、繊維の形を示す形状指数となる。理論構築の結果、リングの体積を近似する事で、コロイドの排除体積が求まった。スギ由来のセルロースナノ繊維は、ランダムコイル形態をとり、軸比の小さい立体(半径632.22nmの球と同体積)に濃度1.08wt%で内包され、代表長さは11.33μm(軸比344)と算出された。コーヒーリング法は、デバイ長が求まる分散系であれば、コロイド種によらず長さ測定・形態の算出が可能であり、系間の相対比較に適し、半定量的な平均値が得られる。束や分岐を持つ多分散の天然繊維の解析に適し、ナノ繊維の平均的サイズ・形状が初めて簡便に比較・評価できるようになった。さらに二次元および三次元における液滴乾燥手法(コーヒーリングおよび噴霧乾燥粒子化)を用い、繊維の形態と自己組織化能の関係を調べた。コーヒーリングの端において棒状セルロースウィスカーはネマチック転移したのに対し、半屈曲性セルロースファイバーは等方性を維持した。この2次元の液滴乾燥手法を3次元の噴霧乾燥(スプレードライ法によるマイクロ粒子化)に拡張した所、いずれの繊維も低濃度噴霧では非常に扁平なマイクロ粒子に乾燥した。特に棒状ウィスカーの粒子では、その縁に分厚い配向層が自己組織的に形成された。繊維の自己組織化能はその形態に大きく影響されたことから、セルロースナノファイバーのコロイド分散状態から高次構造を構築する際には、繊維の形態制御が必要となることが実験的に確認された。当申請の研究目的は、1)植物繊維をブレンダーによってナノ解繊し、繊維の損傷が少なくより均一な幅約15-20nmのセルロースナノファイバーを得ること、2)解繊のパラメータを整理しマップ化すると同時に解繊メカニズムの詳細な観察を行い、解繊を通じて植物細胞の繊維構造解析を行う、という2点である。初年度において、均一なセルロースナノファイバーが簡便に得られる攪拌解繊法を確立し、解繊効率をパラメータごとに整理することが出来た。同時に、植物パルプがバルーン構造を伴って解繊に至るという極めて特徴的な過程が観察された。このバルーン構造を説明するに当たって、セルロースナノファイバーが持つ特異的な性質である親水性ナノ繊維の表面力に着目し、ゼータ電位の測定とコロイド界面化学の側面から明らかにすることで、攪拌解繊におけるメカニズムを具体的に説明することができた。攪拌解繊法は、セルロースナノファイバーの表面力を攪拌によって上手く引き出し、パルプの構造を利用してバルーン化させることで強い反発力を生じさせ、解繊に至らしめる方法であることが分かった。この親水性ナノ繊維は、他の無機有機ナノファイバーにはあまり見られない特徴で、セルロースナノファイバーが応用されるべき出口をより明確に示したと言える。さらに国内外での3件の学会発表(うちFinlandで行われたTAPPI国際会議において優秀ポスター賞第1位を獲得)および国際誌Biomacromoleculesへの投稿受理を経て、この攪拌解繊法は世界に認知されるナノ解繊技術の一つになった。セルロースナノファイバーのポテンシャルをさらに理解し制御できるようになるには、表面力や表面構造への理解が不可欠であり、攪拌解繊法はその大きな一歩と言える。ナノセルロースを材料中で用いる時、繊維表面の状態や表面間相互作用がその機能に対し極めて重要な効果を果たす。高速ブレンダーやグラインダーを用いて製造した木材パルプ由来のNCは、損傷や劣化が少なくヘミセルロースを15 wt%程度含む。さらにセルロースのI型結晶回折を示すことから、ヘミセルロースは主にミクロフィブリル表面に存在すると考えられる。そのため、木材由来のNC表面の性状は実質ヘミセルロースの性状であるが、NC上での基礎的な解析はほとんど為されていなかった。申請者は、このNC表面に着目し、NC上でのヘミセルロースの構造をゼータ電位の時間依存性という手法で解析した。その結果、NC表面の非晶ヘミセルロースが、異なる膨潤挙動を示すことが示唆された。そこでNCの水和挙動をDSCによって測定したところ、置換溶媒の誘電率が低下するほど多くの中間水(束縛水)量が検出された。NC表面からより遠くの自由水が弱くトラップされたことが確認され、ポリマーの膨潤が起こっていることが証明された。さらに表面化学的算出(Poisson-Boltzmann式を解くこと)で、幅20 nmの乾燥NCが、水中に再分散すると最大26 nmまで膨潤することがわかった。さらにNC表面に化学処理によって官能基をグラフトした場合でも、あるいは酸加水分解により得られるナノウィスカーにおいても、表面の非晶のポリマーが膨潤した。一次元のフィブリルのナノ膨潤が具体的に明らかになったことで、高次構造化した材料の動的な基礎付けが得られた。NCの材料応用に際して、予期せぬダイナミクスの防止/制御において重要な基礎的発見が為された。

数μm以上の長いナノ繊維の長さについて、これまで電子顕微鏡や光散乱などが用いられたが、汎用性のある測定方法が存在しなかった。そこで申請者は、ナノ繊維の構造解析の切り口としてコーヒーリングという構造化手法を選んだ。コーヒーリングは、基板上で蒸発する液滴内でコロイドがコンタクトライン近傍に濃縮される現象である。サイズや形態が異なる粒子は、異なるリング幅を示した。リング幅の濃度依存性(プロットの傾き)が、繊維の形を示す形状指数となる。理論構築の結果、リングの体積を近似する事で、コロイドの排除体積が求まった。スギ由来のセルロースナノ繊維は、ランダムコイル形態をとり、軸比の小さい立体(半径632.22nmの球と同体積)に濃度1.08wt%で内包され、代表長さは11.33μm(軸比344)と算出された。コーヒーリング法は、デバイ長が求まる分散系であれば、コロイド種によらず長さ測定・形態の算出が可能であり、系間の相対比較に適し、半定量的な平均値が得られる。束や分岐を持つ多分散の天然繊維の解析に適し、ナノ繊維の平均的サイズ・形状が初めて簡便に比較・評価できるようになった。さらに二次元および三次元における液滴乾燥手法(コーヒーリングおよび噴霧乾燥粒子化)を用い、繊維の形態と自己組織化能の関係を調べた。コーヒーリングの端において棒状セルロースウィスカーはネマチック転移したのに対し、半屈曲性セルロースファイバーは等方性を維持した。この2次元の液滴乾燥手法を3次元の噴霧乾燥(スプレードライ法によるマイクロ粒子化)に拡張した所、いずれの繊維も低濃度噴霧では非常に扁平なマイクロ粒子に乾燥した。特に棒状ウィスカーの粒子では、その縁に分厚い配向層が自己組織的に形成された。繊維の自己組織化能はその形態に大きく影響されたことから、セルロースナノファイバーのコロイド分散状態から高次構造を構築する際には、繊維の形態制御が必要となることが実験的に確認された。昨年度の主な研究成果であるナノセルロース表面ポリマーのナノ膨潤は、申請者が用いた「ゼータ電位の時間依存性」という手段により表面解析を深める事で初めて見出だされた現象である。ゼータ電位の測定自体は汎用的であり、ナノセルロースに関しても目新しいものではないが、その時間依存性という切り口をナノセルロースに適用し、詳細に調査した例は無く、またこの手法を用いる事を当初計画してはいなかった。一方で、表面がナノ膨潤するという結果は、ナノセルロースの認識・材料への理解に対して極めて重要な基礎知見であり、水懸濁液に対するDSC測定など過去に例がない測定を数珠つなぎに行うことで、新しい側面の解析を深められた。これらの結果より、計画以上に研究が進展していることは明白である。研究の意味深さに関して、単なるパラメータを変えて予測の範囲内で結果を予定するのではなく、未知の現象を用いて新しい事実を発見することを今年度も目指す。問題意識としては、これまでナノセルロースが供されてきた材料では、均質構造の一次骨格としてのみその機能を期待され、植物が本来用いているような高次構造・高次機能を発現する余地がない。
様々なNACドメイン転写因子と複合体を形成するVNI2の多面的な生物学的役割

NACドメイン転写因子VNI2は、同じくNACドメイン転写因子であるVND7との相互作用因子として単離された。VNI2はVND7と複合体を形成することで、道管形成を負に制御する。さらに、これまでに研究応募者は、VNI2は30ものNACドメイン転写因子と複合体を形成することを明らかにしている。本研究では、異なったNACドメイン転写因子と複合体を形成することで、様々な生理現象を制御するその意義について明らかにする。また、VNI2-NACドメイン転写因子の作用機構についても解析する。これまでに、ATAF2は老化の制御の鍵因子であるORE1の発現を正に制御すること、またVNI2はATAF2と相互作用し、ATAF2のORE1に対する転写活性能を抑制することを明らかにしている。ORE1は、VNI2と相互作用する因子としても単離されている。そこで、今年度は、VNI2とORE1との作用機構について検証を行った。その結果、VNI2はORE1の転写活性を抑制することが明らかとなった。また、遺伝学的な関係を明らかにするため、vni2変異体とore1変異体を掛け合わせた二重変異体を作出した。今後表現型について解析していく予定である。VNI2がVND7の転写活性能を抑制する作用機構を明らかにするため、VNI2のコーディング領域を断片化したコンストラクトを作出し、一過的発現解析を行った。その結果、VNI2の抑制活性に必要な10アミノ酸の領域が明らかとなった。このVNI2の領域は転写抑制に関わることが知られているERFモチーフとは重なっておらず、これまでに知られていない機構が関与する可能性も考えられる。本研究課題の研究計画のとおり、VNI2とORE1の作用機構について、成果が得られつつある。また、遺伝学的な解析に必要な二重変異体についても完成しており、来年度に向けての準備も進んでいる。VNI2の作用機構に関する成果も、得られてきている。今後の解析を通じて新しい転写抑制機構が明らかになると期待される。基本的には、今年度の成果を踏まえて進めていく。VNI2と相互作用するVND7やATAF2、ORE1以外の転写因子についても、解析対象として広げていきたいと考えている。現在投稿準備中のATAF2の機能解析、およびVNI2-ATAF2の作用機構に関する原稿の投稿料などの経費を繰り越す必要があるため。また、今年度計上していたvni2 ore1二重変異体の発現解析等に必要な試薬類についても来年度に繰り越す必要が生じたため。来年度速やかに執行できるように取り組む予定である。
地方の社会解体的危機に抗する「地域生活文化圏」形成の可能性

日本の地方社会は地域経済の衰退と人口減少、高齢化が進展している。本研究は、地域固有の生活原理である<地域生活イデア>を基底におき、地域住民が自律的・内発的に形成しているサスティナブルな<地域生活文化圏>である、十勝、大崎、綾部、日田圏における調査を通して問題克服の道を構想することにある。本研究では、各圏域の農業を中心とした産業の展開と住民生活や自治体、集落、農協、NPO、企業体などの協業、協働による地域づくり活動の特質を明らかにした。しかし、これらを総括して「社会解体的危機に抗することができる新たな日本社会のあり方を構想する」と言った課題は十分に達成することができず、今後の課題として残った。本研究の目的は、日本社会の構造変容の中で、地域固有のく地域イデア>を内在させながら自律的な地域形成を図っている北海道十勝・帯広地域文化圏(担当:西村、相川)、宮城県大崎地域文化圏(岩崎、藤井)、京都府綾部地域文化圏(鰺坂、河野、松宮)、大分県日田地域文化圏(高野、杉本)の4圏域で展開されてきた住民、自治体、集落、農協、NPO、企業体などの活動を比較分析し、サスティナプルな「地域生活文化圏」の特質を明らかにするとともに、これを通して新たな日本社会のあり方を構想することにある(総括担当:西村)。この研究目的を達成するため、本研究では3年間の研究期間を通して4圏域を対象に、1)統計的データによる圏域構造の分析、2)戦前期の農村自治活動、「農基法農政」や市町村合併への対応をトピックとする地域形成史分析、3)各圏域内の住民、自治体、集落、農協、NPO、企業体による協業、協働の分析、4)住民を対象とする質問紙調査、5)中心都市と圏域自治体や外部社会との関係分析などを行う、という研究計画を立てた。平成26年度は、研究実施の初年度として、各圏域担当者が1)各圏域に関する先行研究の検討、2)調査対象地域の住民、自治体、集落、農協、NPO、企業などに対する聞き取り調査と資料収集を各圏域で複数回実施するとともに、4)統計的データによる圏域構造の分析をおこない、5)これらの成果をもとに三回の研究会を開催し研究メンバー間で調査対象圏域の状況把握を行うとともに、次年度以降の研究計画について議論を重ねた。グローバル化が進展する中、日本の地方(周辺)社会では地域経済の衰退と全般的人口減少、高齢者社会化が進展している。この危機に対応するため政府は「平成の大合併」や「定住自立圏」構想を打ち出しているが、その本質は中心都市の機能強化にポイントを置いた地域生活圏再編に主眼があり、問題解決に向けての十分な方策とはなっていない。本研究の目的は、このような政策動向に対抗し、地域固有の生活原理として示される<地域生活イデア>を基底におき、地域住民が自律的・内発的に形成しているサスティナブルな地域生活圏を<地域生活文化圏>と規定し、この<地域生活文化圏>形成の可能性を十勝・帯広、大崎、綾部、日田4圏域の調査研究を通して明らかにすることにある。このため本研究では1)国勢調査データ、農林業センサスデータなどを用いて各圏域の圏域構造の特質を明らかにするとともに、各圏域で展開されている農業の特質を分析し、1十勝・帯広地区を農協を中心とする大規模個別経営の拡大地区、2大崎地区を借地大規模営農と土地持ち非農家による分業型集落維持地区、3綾部地区を大都市圏周辺工業地域として兼業、新規住民受け入れ型集落維持地区、4日田大山地区を農協を中心とする小規模兼業農家による多品種農作物生産加工兼業型集落維持地区、と性格づけた。この性格付けを前提に、2)戦前期からの農村自治活動、「農基法農政」や「市町村合併」への対応をトピックとする地域形成史分析においては、十勝、日田大山では農協、大崎、綾部では工業化の展開に焦点をあてその中における個別農家の経営、集落構造・機能業の分析を行い、の変容に焦点をあて、分析をおこなっている。さらに、この歴史をふまえて、3)各圏域において現在展開されている住民、自治体、集落、農協、NPO、企業体による協働、協業の分析をおこない、<地域生活文化圏>形成の可能性について検討を加えた。本研究で調査対象としている4地域の調査は、地域課題に応じたかたちで、この2年間着実に実施さてきた。また、調査成果についての全体報告会もあわせて六回実施され、研究分担者相互に調査課題が共有されるとともに、それに基づいた調査遂行が平成28年度に実施されることになっており、これらのとりまとめを通して、調査課題を達せすることは概ね可能と考えている。グローバル化が進展する中、日本の地方(周辺)社会では地域経済の衰退と全般的人口減少、高齢化が進展している。この危機に対応するため政府は地方中心都市の機能強化にポイントを置いた地域生活圏再編策を展開しているが、本研究の目的は、これに対抗し、地域固有の生活原理である<地域生活イデア>を基底におき、地域住民が自律的・内発的に形成しているサスティナブルな<地域生活文化圏>の可能性を十勝・帯広、大崎、綾部、日田圏域の調査研究を通して明らかにすることにある。

このため研究期間を通して4圏域を対象に、1)統計的データによる圏域構造の分析、2)戦前期の農村自治活動、「農基法農政」や「市町村合併」への対応をトピックとする地域形成史分析、3)各圏域の住民、自治体、集落、農協、NPO、企業体による協働、協業の分析、4)住民を対象とする質問紙調査、5)中心都市と圏域自治体や外部社会との関係分析をおこなってきた。平成28年度は、1)前年度から残された研究課題の研究を行い、2)これまでの研究成果を検討、整理し、3)4圏域がいかなるかたちで地域固有の生活原理である<地域生活イデア>を生成してきたかを、農業を中心とした産業の展開と住民生活のあり方、住民と自治体、集落、農協、NPO、企業体などの協業、協働による地域づくり活動の分析を行い、各<地域生活文化圏>の特質を明らかにしてきた。ただ、本年度研究課題として設定していた「地方の社会解体的危機に抗する<地域生活文化圏>形成の意味を明らかにするとともに、社会解体的危機に直面する中でこれに抗することのできる新たな日本社会のあり方を構想する」ことは必ずしも十分に展開できず今後の研究課題として残されており、本年度の科学研究費助成事業(基盤研究(B))に採択された「地方の社会解体的危機に抗する<地域生活文化圏>の形成と展開」においてこの問題を追究していきたい。日本の地方社会は地域経済の衰退と人口減少、高齢化が進展している。本研究は、地域固有の生活原理である<地域生活イデア>を基底におき、地域住民が自律的・内発的に形成しているサスティナブルな<地域生活文化圏>である、十勝、大崎、綾部、日田圏における調査を通して問題克服の道を構想することにある。本研究では、各圏域の農業を中心とした産業の展開と住民生活や自治体、集落、農協、NPO、企業体などの協業、協働による地域づくり活動の特質を明らかにした。しかし、これらを総括して「社会解体的危機に抗することができる新たな日本社会のあり方を構想する」と言った課題は十分に達成することができず、今後の課題として残った。本研究は研究参加メンバーが依拠する地域社会学、都市社会学、農村社会学、福祉社会学などの社会学的な調査方法を用いて、研究目的を達成することを目標としている。今年度は各圏域担当者が上記の方法に依って調査対象地域文化圏を分担して、1)各圏域に関する先行研究の検討、2)調査対象地域の住民、自治体、集落、農協、NPO、企業などに対する聞き取り調査と資料収集を各圏域で複数回実施するとともに、4)統計的データによる圏域構造の分析をおこない、5)これらの成果をもとに三回の研究会を開催し全研究メンバーで調査対象圏域の状況把握を行うとともに、次年度以降の研究計画について議論を重ねた。各地域生活文化圏の聞き取り調査に進展具合のズレはあるものの、各圏域とも研究初年度の目標であった地域概況把握と調査課題の明確化という課題は達成できており、おおむね研究は順調に進展していると考えている。本研究の目的は、日本社会の解体的危機の中で、地域固有の<地域イデア>を内在させながら自律的な地域形成を行っている十勝、大崎、綾部、日田の4圏域で展開されている住民、自治体、集落、農協、NPO、企業体などの活動を比較分析し、サスティナブルな<地域生活文化圏>の特質を明らかにするとともに、社会解体的危機に抗する日本社会のあり方を構想することにある。そこで、平成26年度は、1)各圏域に関する先行研究の検討、2)調査対象地域の住民、自治体、集落、農協、NPO、企業体などへの聞き取り調査、資料収集を各圏域で複数回行い、3)その成果をもとに3回の研究会を開催し、研究メンバーで調査対象地域の概況把握と調査課題の明確化を計った。平成27年度は、前年度の成果をふまえ、1)地域課題に対応したインテンシブな聞き取り調査、資料収集、データ分析を行うとともに、2)各圏域の中心都市と圏域自治体や外部社会との関係分析をおこない、3)これをふまえて3回の研究会を開催し各圏域の地域特性を明らかにした。
精神障害者へのアサーティブ・コミュニティ・トリートメントの評価に関する研究

平成18年度は九州管内の私立K精神病院にて、海外のアサーティブ・トリートメントモデル(以後ACT)が日本の精神障害者を対象として実施できるのかどうか、についてのパイロットテストを行った。GAF35以下、入退院を繰り返すか長期入院の患者で本調査に同意の得られた統合失調症患者5名(介入群)にACTを実施し、その評価を病状、日常生活機能、社会的機能、ケア満足度で行い、また介入内容を記録に残し、介入内容の検討を行った。介入は海外のスタンダードにそって実施し、介入にあたってはスタッフ訓練を行った。これらの結果を対照群5名の結果と比較した。その結果、ACTチームのフィディリティスケールが若干低いこと、地域資源をチームメンバーにいれることが困難であったが、海外のスタンダードにそって介入が可能であることがわかってきた。そこで、平成19年度は、ACTチームを固定化して、介入群10名、対照群10名で介入前後の比較を行った。ACT介入群の病状、日常生活機能、社会的機能は入院時、退院時、退院3か月後と改善し、対照群と有意な差がみられていた。また介入内容については地域での生活を念頭にいれた介入が中心的となっていたが、患者のニーズを中心とした支援より、再燃予防を目的とした介入であることが明らかとなった。今後、病状を含めた患者のニーズを中心とした介入の必要性が示唆された。I.はじめに:今年度は、ACT基準をみたした病院内のACTが長期入院の重症の精神障害者にどのようなに効果があるのかを明らかにし日本文化に適合したプロトコールを作成するため、まずパイロットテストを行った。II.研究方法:1.対象者および調査方法:九州管内の私立K精神病院慢性期病棟に入院し、ACTの介入および調査に同意の得られた統合失調症患者5名(介入群)および類似した機能、病状をもつ統合失調症患者5名(対照群)を対象とした。退院1ヶ月前から退院後3ヶ月まで1ヶ月ごとに、病状、社会的機能、生活機能をBPRS, GAF, LSPを用いて評価し、統計学パッケージHALWIN, VbL5.0を用いて、ピアソンの相関関係、2群間のT検定を行った。また介入内容についてはACT記録を参考にし、質的に分析を行った。2.研究の倫理的配慮:研究への参加は自由意志であること、途中で中断することができること、また本調査の結果は、本研究の目的以外に用いられないことを伝え同意を得た。また本研究の内容については、熊本大学医学薬学研究部ならびにK病院の倫理委員会の倫理委員会で承認を得て実施した。III.結果:対象者5名の平均年齢は39.67才、発症からの期間は22.5年、男性1名、女性4名、単身生活者3名、家族との同居2名だった。退院前のBPRS40.67,LSP86.0,GAF30、退院後3ヶ月まで有意な変化はみられなかったが、LSP, GAFの上昇がややみられていた。退院3ヶ月後までの再入院はみられなかった。ACTのFidelity Scaleは3点、ACTの構造についてはアメリカ合衆国におけるACTの実践基準に従って介入を行った。介入記録の質的分析においては、退院1ヶ月までの訪問回数が平均5.6回、退院1ヶ月をこすと3.5回/週、2.3回/週と減少していた。また訪問以外の電話の件数は退院1ヶ月まで1週間に21,3回、しかし2ヶ月、3ヶ月後には7.4回、3.5回と減少していた。また対照群5名の平均年齢は42歳、発症からの期間は22年、男性2名、女性3名で、単身生活者2名、家族との同居3名だった。介入群の調査実施1ヶ月前はBPRSは、平均42.00、LSP84.11,GAF35,でその後、1ヶ月ごとの3ヶ月間は有意な変化はみられなかった。また介入群と対照群のBPRS, LSPGAFに有意な差はみられなかったが、プログラムへの満足度において、有意な差がみられていた。

さらに、ケアの質的分析において、対照群に最も多く出現していたカテゴリーは<病状の管理><活動と休息のバランスへの介入><孤独と人とのつきあいのバランスへの介入>がもっとも多くみられており、院外におけるリハビリテーションの促進や地域生活の促進を目標とした記録はほとんど出現していなかった。IV.考察:精神病院を中心としたACTに関する評価においては、ACTを実施することでこれまで再入院を繰り返していた重症の精神障害者が退院後3ヶ月間、地域で生活できることが明らかになってきた。またACT開始1ヶ月は、電話、訪問回数が増えるものの、それ以降は危機介入の頻度が減少し、安定した生活が送れているとも考えられた。今回民間の精神病院を中心としたACT実践は、ACTの基準にそって介入していくことで成果をあげることができたといえよう。次年度は対象者数を増やし結果の一般化を試みていく。九州管内のK精神病院においてGAF35以下、入院3年以上、入退院を繰り返してきた精神障害者で調査に同意の得られた統合調症者10名にアサーテイブ・コシュニテイ・トリートメントを実施し、その評価を入院時、退院時、退院3か月後に病状、日常生活機能、会社的機能、ケア満足度の視点から行い、対照群11名との比較を行った、分析は量的、質的両側面から行った。介入群は入院時から退院時、退院後も病状,日常生活機能、会社的機能変化続け、ケア満足も高く、再入院が皆無だった。これに対し、対照群の病状、日常生活機能、会社的機能の変化はみられず、ケアへの満足度変化がなかった。また介入内容を質的に分析し、アクトチームの介入内容の妥当性を検討した。介入内容としては、退院後の生活の場での訓練、危機時の対処方法の確認、社会資源との情報交換、訪問と患者の状態の把握、地域生活へ馴染む事への支援患者の意思決定への支援、訪問看護を中心とした生活支援、に分類できたこれらの結果から、ACTを実施することで、再入院は軽減でき、患者の満足度も若干高まるが、病状や社会的機能、日常生活機能は有意ではないが変化し続けるため、退院後継続した支援が必要であることが明らかとなった。また再入院は医療者の意思によって調整することが可能であることも示唆された。さらに海外においてACTのプロトコールは存在するが、今回、実際の支援内容はかなり異なっており、診療報酬などの設定のない日本においては、対象者の特徴、支援内容もチームによって異なり、患者のニーズを中心とした支援よりも、病状中心の支援であることが明らかとなった。今後対象者数を拡大して研究の一般化をはかるとともに、患者のニーズを中心とした支援見直しと支援の一貫性を検討し続けることがちしの必要性が示唆された。
強化学習を用いた流体混合の最適化

流体混合は多種多様な工学応用上で重要であるにも関わらず,古くから試行錯誤やノウハウに頼っている部分が多く,最適化されているとは言い難い.一方,強化学習の方法は最適な制御法を得るための機械学習法であり,近年著しく発展している.そこで本研究では強化学習を用いて流体混合を最適化する.従来法の単純な応用ではなく,流れの物理(運動方程式)による演繹的な方法と,機械学習による帰納的な方法を組み合わせることで,新しい流体混合手法を確立する.さらに得られた最適な流れの特徴を抽出することで効率的な混合の本質的機構を見出し,撹拌器設計等の工学応用に繋げる.流体混合は多種多様な工学応用上で重要であるにも関わらず,古くから試行錯誤やノウハウに頼っている部分が多く,最適化されているとは言い難い.一方,強化学習の方法は最適な制御法を得るための機械学習法であり,近年著しく発展している.そこで本研究では強化学習を用いて流体混合を最適化する.従来法の単純な応用ではなく,流れの物理(運動方程式)による演繹的な方法と,機械学習による帰納的な方法を組み合わせることで,新しい流体混合手法を確立する.さらに得られた最適な流れの特徴を抽出することで効率的な混合の本質的機構を見出し,撹拌器設計等の工学応用に繋げる.
ミトコンドリア機能による老化調節機構の解明と抗老化食物質の探索

ミトコンドリアで生成したROSは加齢に伴う細胞と組織の恒常性変化に影響する。本研究では、脱アセチル化酵素Sirt3が関与するミトコンドリア機能として主に酸化ストレス制御の分子基盤の解析を行い、Sirt3の下流で機能する因子とその活性調節機構を明らかにした。また、加齢性疾患の基盤病態である慢性炎症がミトコンドリアDNAの変異蓄積と加齢により亢進することや免疫老化の新規機構を明らかにした。これらの分子基盤に基づくアッセイ系とNMRメタボリックプロファイリングを利用し、Sirt3依存的な抗酸化システムと炎症性サイトカイン産生等の老化シグナルを調節する複数の食物質を見出した。本研究は、聴覚神経細胞のアポトーシス促進因子Bakとカロリー制限時にアポトーシス抑制に働くSirt3に焦点を当て、老化・抗老化の分子機構の解明を第一の目的としている。このために、以下のような研究を実施した。(1)Sirt3を介した抗老化機構に関わる候補因子の推定:12月齢の野生型マウス、カロリー制限した野生型及びSirt3ノックアウトマウスについて、DNAマイクロアレイデータを取得した。現在、それらの遺伝子変動の比較解析を進めている。(2)老化調節因子の相互作用ネットワークの解析:Sirt3と相互作用する因子の解析を進め、現在までに、GSRとIdh2に加えて各種の抗酸化酵素が候補因子として挙がっている。一方、他の組織についても検討を進め、特定の免疫細胞においてIL-6の産生が加齢により元進していることを確認した。また、加齢による腸管免疫細胞のマイグレーション能の変化を解析する実験系を構築した。第二の研究目標である老化調節因子を標的とした機能性食物質の同定のために、Sirt3及びBakと相互作用する食物質の探索研究の基盤構築を進めた。(1)化合物のin silicoスクリーニング:統合計算化学システムMOEを利用し、Sirt3(PDB ID:3GLR)の触媒部位とBak(PEB ID:2YV6)のBH3ドメインを標的として化合物データライブラリーのドッキングシミュレーションを行い、相互作用する候補化合物を探索した。(2)相互作用評価系の構築:SPR分子間相互作用解析システムを用いて、Bakとの相互作用評価系を構築した。また天然化合物バンクの化合物アレイスクリーニングを利用するために、検出用タグを融合したBakタンパク質を調製した。以上より、Bakに関して化合物スクリーニングを実施する実験系を構築した。Sirt3を介したカロリー制限応答遺伝子の解析:野生型(WT)マウス、Sirt3ノックアウト(KO)マウスの内耳組織のDNAマイクロアレイデータの比較解析により見出された遺伝子を詳細に検討し、リソソーム構成因子によるリソソームを介した細胞メンテナンス機能の活性化、神経伝達系プロトカドヘリンによる聴覚神経伝達の効率化、金属イオン輸送体によるミトコンドリア抗酸化機能の調節が、カロリー制限時にSirt3を介して制御される可能性が示唆された。老化調節因子の相互作用ネットワーク解析:1カロリー制限マウスの内耳組織のタンパク質発現の変動をLC-MS/MSにより定量比較し、TCAサイクル及び脂肪酸代謝関連酵素群の発現が増加し代謝サイクルが活性化していることが確認された。2内耳組織の主要な老化調節因子と相互作用する因子を解析するために、Sirt3およびBak関連アポトーシス制御因子の調製条件を確立した。3ストローマ細胞による炎症性サイトカイン産生が加齢による炎症亢進に関わる可能性が示された。また、加齢に伴いレチノイン酸(RA)産生やRAに対する反応性が低下し、ケモカインレセプターCCR9の発現が低下することが、腸管免疫においてマイグレーション能が低下する一つの原因となることが示唆された。Sirt3及びBak等の老化調節因子を標的とした食物質の探索及び複合体構造解析:1Bak及び老化関連疾患の標的ヘパトカインと食物質との相互作用スクリーニングにより、標的ヘパトカインに特異的に結合するペプチドを同定した。さらに、標的ヘパトカインの立体構造を決定し、NMRを用いて結合性ペプチドの相互作用部位を解析した。2抗老化食物質のスクリーニングのために、Sirt3及びその標的因子Idh2の活性を指標としたアッセイ系を構築した。33種の食品が加齢により促進された炎症の軽減に効果を示すことを明らかにした。(1)Sirt3を介した抗老化機構に関わる候補因子の推定:12月齢の野生型マウス、カロリー制限した野生型及びSirt3ノックアウトマウスについて取得したDNAマイクロアレイデータの比較解析を行い、カロリー制限によりSirt3を介して転写レベルが増加もしくは低下する遺伝子を各30種類同定した。これらはSirt3の下流でカロリー制限時に機能する候補遺伝子群である。(2)老化調節因子の相互作用ネットワークの解析:脱アセチル化抗体を用いたプロテオーム解析を進め、いくつかの因子のアセチル化レベルが、カロリー制限を模倣した処理により変動することを検出した。これら因子の同定によりSirt3のすぐ下流の経路の理解につながるものと期待される。一方、他の組織についても検討を進め、加齢マウスにおいて、免疫組織の支持細胞におけるIL-6の産生が亢進していることが明らかになった。また、加齢マウスリンパ球において、腸管における免疫調節因子の一つであるレチノイン酸による、マイグレーションに関わる分子の発現誘導が弱いことが示唆された。

第二の研究目的である老化調節因子を標的とした機能性食物質の探索を進めた。分子間相互作用システムを用いたBakの相互作用評価系(初年度に構築)を利用して相互作用解析を実施した。1)ミトコンドリア機能を介した老化調節機構の解析:1老化調節因子の解析では、カロリー制限時にSirt3を介して発現変動するPip4k2bに着目し、それが関わるPI3K/Akt経路のタンパク質発現量と翻訳後修飾を解析した。また、各因子の酸化ストレスやBakの発現誘導等に与える影響を評価するために内耳細胞培養系を構築した。2免疫老化におけるミトコンドリア機能障害の関与と機構の解析では、加齢によるストローマ細胞の炎症性サイトカイン産生亢進機構を解析するための細胞培養系を構築した。2)抗老化食物質の探索と評価:1Sirt3活性評価系を用いた食物質探索により、フラボノイド骨格をもつポリフェノールがSirt3を阻害することが示され、その構造活性相関を解析した。ある種の癌細胞ではSirt3活性の亢進が報告されていることから、同定した食物質による癌細胞抑制の評価を進めた。2免疫老化の食物質による調節機構を解析し、高齢マウスの腸間膜リンパ節において、T細胞の腸管指向性付与に関与するRALDH2の発現が高い樹状細胞サブセットの割合が、若齢マウスと比較して低下していた。また、免疫老化に関与するとされるPD-1を発現するT細胞が増加していた。これらが加齢による腸管免疫の機能低下の一因であることが示唆された。3)老化調節因子の構造解析と食物質の作用機序の解析:イソクエン酸脱水素酵素Idh2の活性に影響するアセチル化修飾部位を同定した。このアセチル化修飾を模倣したIdh2変異体の結晶構造を決定し、アセチル化修飾によるIdh2の活性調節機構が示唆された。また、Sirt3の活性調節に機能するフラボノイド類について、Sirt3との複合体構造解析を進めた。1)ミトコンドリア機能を介した老化調節機構の解析:1老化調節因子の解析では、内耳細胞培養系を用いて、摂取カロリー制限条件下でのSirt3、Bak及び他の老化調節因子の発現量・翻訳後修飾等の変化を解析した。2免疫老化におけるミトコンドリア機能障害の関与と機構の解析では、ストローマ細胞培養株の実験系にて、細胞老化マーカーの発現誘導条件において炎症性サイトカイン産生が増大することが示された。2)抗老化食物質の探索と評価:1Sirt3標的ポリフェノールが癌細胞においてROSを増大させ、癌細胞のアポトーシスを誘導することが示された。加齢により減少する代謝物を線虫に摂食させ寿命延長効果を評価し、新たにプリン代謝系が老化調節に関与することが示唆された。2免疫老化の食物質による調節機構の解析では、高齢マウスに黒ニンニク抽出物を投与することにより、脾臓ストローマ細胞の炎症性サイトカイン産生が低下し、その機構としてNF-κB抑制効果が示された。
ネットワークパフォーマンスに基づくP2Pトラフィック制御の研究開発

今年度は前年度まで遂行してきたP2Pネットワークの効率的な制御やICNにおけるユーザ支援コンテンツ配信等のアイデアを、近年研究が盛んであるNDN (Named Data Networking)において適用可能性についての研究を遂行した。NDNでは、ユーザーやネットワーク記憶装置といったエンティティがコンテンツソースとなりうるため、従来のP2Pネットワークのコンテンツ配信が自然に実現可能できると考えられる。従ってNDNにおいて効果的なP2Pコンテンツ配信を実現することを考える。本研究では、とりわけ以下に重点を置いて、NDNにおける効果的なP2Pスタイルのコンテンツ配信の実現へのアプローチを試みた。(1)ユーザー支援型のコンテンツ配信の実現可能性NDNにユーザーの積極的な参加という概念を取り入れることで、キャッシュ使用頻度やダウンロード完了時間の面で通常のNDNに比較して性能改善が確認された。(2)ユーザー支援型のコンテンツ配信機能のパフォーマンス解析NDNにおいてどのような要因がコンテンツ配信機能に影響するかを研究した。とりわけコンテンツのリクエストやアップロード手法、マルチキャストの効率におけるリクエスト頻度やアップロードのスロット、キャッシュ使用頻度、コンテンツダウンロードの性能を検証した。(3)ユーザーインセンティブメカニズムユーザー支援型のコンテンツ配信の効果的な実現の一つの手段としてNDNには装備されていないユーザーインセンティブメカニズムを評価した。とりわけ、大部分のインセンティブメカニズムに共通する二つの要素、すなわち、直接的・間接的互恵性のある配置とユーザーの情報集約性の実現可能性を検証した。(4)コンテンツ配信機能改善のためのユーザー駆動型のアプローチ従来のNDNでは、主要な機能は、アーキテクチャ上、各ネットワークノードによって実現されているが、トラフィック・ローカライゼーション、マルチキャスト効率、ネットワーク内キャッシュ使用頻度など、ユーザが実装する機能を用いて更にコンテンツ配信機能を向上させる検証を行った。(抄録なし)1)実用的かつ容易に配置可能なBitTorrentのトラフィック制御本研究の目標は、既存のBitTorrentシステムを修正する必要がある従来手法とは異なり、既存のBitTorrentのシステムを変更せずに"実用的かつ容易に配置可能なBitTorrentのトラフィック制御アプローチ"を行うことです。本研究ではBitTorrentの特徴の一つであるTit-for-Tatのメカニズムにおいて、ドメイン間のファイル交換の効率を低下させると、ドメイン間トラフィックをドメイン内トラフィックへと転換ができることを利用し、エッジルータでの遅延を挿入するためのアーキテクチャを設計、シミュレーションを行い、本アプローチがドメイン間のトラフィック量を減少させることを確認しました。また、遅延印加のアプローチに加え、最近のBitTorrentクライアントの95%以上でサポートされるPEXプロトコルにおいて近隣のBitTorrenピアと知り合えば、与えられたネットワークドメイン内に通信を閉じ込めることが可能"となる性質を用い、ドメイン間のトラフィック量を削減する実用的なアプローチを提案しました。Topology-AwarePEX(tPEX)と呼ばれる個々のオンラインの近隣ピアのリストのメッセージ交換が可能なBitTorrentピアを設計、シミュレーションを行い、tPEXで少数のBitTorrentクライアントとのネットワークドメインにドメイン間の交通を減少させることを確認しました。2)インフォメーションセントリックネットワーク(ICN)におけるユーザ支援コンテンツ配信二つのサブトピックに注目しました。まず、ユーザがダウンロードしたコンテンツを公開した時のメリットについてです。シミュレーション結果によると、ユーザの端末を記憶装置として利用することで、ドメイン間のトラフィック量を減らす顕著な効果が得られることがわかりました。次に、ほとんどのユーザは自分のリソースの貢献を最小化したい合理的な振る舞いをすることが期待されるため、コンテンツを共有するようにユーザにインセンティブを与える手法です。私は、ICNのためにユーザインセンティブメカニズムを提案し、それが有効に機能することをシミュレーションにより確認しました。研究目標である、"実用的で容易に配置可能なBitTorrentのトラフィック制御アプローチ"を達成するために、実用的なアプローチを提案しました。さらに、インフォメーションセントリックネットワークにおけるユーザ支援型のコンテンツ配信の研究において著しい進歩を遂げました。

次年度の研究計画では、当初計画していた目標を既に達成したため、他の研究テーマも設定し研究する予定です。つまり、サブトピックとしては以下の3つを次年度遂行する予定です。1)実用的かつ容易に配置可能なBitTorrentのトラフィック制御既にこのサブトピックの目標を達成していますが、まだ未発表の2本の国際会議論文があります。この未発表論文の採択するための活動を予定しています。2)インフォメーションセントリックネットワークにおけるユーザ支援型コンテンツ配信現在このサブトピックに関する2本の論文を提出しています。今後、インフォメーションセントリックネットワークにおけるユーザ支援型コンテンツ配信のモデル化を継続して行う予定です。また、任意のユーザに適用することができる、一般ユーザのためのインセンティブメカニズムを提案する予定です。本研究を進める中で、Bloom-Filterを用いたスペース効率に優れたデータ構造を考案することができ、さらに、シミュレーションを通して、通常のBloom-Filterよりも優れた結果が得られることを確認しました。このアイデアを転送がコンテンツ名に基づいて行われるインフォメーションセントリックネットワークにおけるルータ転送に適用する予定です。(抄録なし)
ＭＶ２プリオンをもつ弧発性クロイツフェルト・ヤコブ病の新分類法

孤発性クロイツフェルト・ヤコブ病(sCJD)の分類でプリオン蛋白のコドン129のアミノ酸と異常プリオン蛋白のタイピングによってMV2という分類がなされている。このMV2のなかで、M分子が異常化した症例とV分子が異常化した症例を分類することに成功した。MV2症例の感染性がVV2プリオンと同じ症例では、V2プリオンによってM分子が異常化したMiプリオンが存在し、我々の作成した抗体でV2プリオンの異常化した症例を検出し、M2プリオンの異常化と鑑別可能であることを報告した。本研究は、プリオン蛋白遺伝子多型コドン129がMetとValを両方持つ、ヘテロのヒトが孤発性CJDを発病した際に、MV1プリオンは臨床的にMM1プリオンと同等と考えられているが、MV2プリオンにはM2CまたはM2Tプリオンが異常化した可能性、そしてV2プリオンが異常化した可能性が存在することからこれらを正確に鑑別する方法を確立することを目的とした。我が国の剖検例を検索する限り、MV2のほとんどの症例は、V2プリオンが異常化した症例であった。M2Cプリオンのみが異常化したと考えられた症例は1例のみで、genetic formのコドン232変異を有するMV2症例(変異は、Metアレル上)を加えるともう1例増える。M2Tプリオンが異常化したと考えられる症例は存在しなかった。V2プリオンが異常化することによって、Metプリオン蛋白にも感染が成立し異常化が起こる。この異常化はタイプ1と2の中間型分子量を示し、Mi(intermediate)と呼んでいるが、V2プリオンの異常化がみられる症例では必ずMiプリオンが検出された。よってウエスタンブロットでMiプリオンの存在を検出しえた症例は、V2プリオンがあることになりウエスタンブロットが鑑別法として優れていることが明らかとなった。また、組織学的検索のみであるが、V2プリオンが証明された症例の中で、1例のみPerivacuolar PrP depositが認められV2プリオンとM2Cプリオンが混在する症例が明らかとなった。V2プリオンが検出された症例では、M2C病変があろうとなかろうとVV2症例と同じ感染性を示し、MV2症例のほとんどはVV2症例と同様の感染性と考えて良いことが示された。M2Cプリオン症例は、現在感染実験中であるがMM2C症例と同じように感染は成立していない。MV2プリオンとして現在分類されているが、理論的には129Metのプリオン蛋白分子が異常化したMV2なのか、129Valのプリオン蛋白が異常化したMV2なのか二通り存在するはずである。さらに129Met分子のタイプ2の異常化には皮質型の異常化と視床型の異常化がある。このMV2の理論的多様性を、病理的に我が国のCJDで検討したところ、ほとんどの症例はアミロイド斑陽性の129Valが異常化したMV2であることが解ったが、2例129Met分子が皮質型の異常化を示したMV2が存在することが明らかとなった。また、アミロイド斑陽性のMV2の症例にもごく一部にMetタイプ2皮質型の異常を認める症例が存在することも明らかとした。現時点で、我が国のCJDを解析した結果、M2C由来のMV2とV2由来のMV2が存在することが示唆された。それでは、この病理像からの異常型の推測が他の検査で証明できるかを検討した。感染実験においてはV2由来のMV2と考えられる症例は129Met/Met, 129Met/Val, 129Val/Valのノックインマウスに対する感染性はVV2と全く同じであった。またM2C由来のMV2は感染実験の準備中である。今年度の最も特筆すべき成果としてV2由来のMV2は、ウエスタンブロットでM2C由来のMV2と区別可能であることを明らかとした点である。V2由来のMV2はPrP83-97ペプチドで認識される中間型(intermediate type, imと略す)のプリオン蛋白が共に存在しており、これは129Met分子がV2プリオンによって異常化したMimであると考えられた。つまりMV2と呼ぶより、MV2/imと分類すべきあり、M2C由来のMV2ではこのimタイプの異常型プリオン蛋白が認められないことを明らかとした。我が国のプリオン病の剖検例で、MV2と診断されている症例の中に明らかにことなる2つの群が存在することを明らかとした。そして、予定通り、感染性での区別が可能かどうか感染実験を行っており順調の進んでいる。また、予想外の結果として、直接感染性を証明せずとも、ウエスタンブロットでMV2の2つのタイプを鑑別できることが今年度明らかとなった。我々の研究は、順調に進んでおり、特に研究計画の変更など問題点はない。感染性の最終結論がでれば、新しいMV2の分類法を提唱できる予定である。
ヒトパピローマウイルスのDNA複製モード切換えの分子機構の解明

子宮頸癌の原因であるヒトパピローマウイルス(HPV)の上皮細胞におけるDNA複製について解析を行った。まず、試験管内で上皮細胞の抽出液とHPVのDNAを用いて、HPVのDNA複製を検出する反応系を作製した。その系を用いて、上皮細胞の抽出液では2つの様式でDNA複製が行われていることを示した。また、このうち1つの様式は胎児腎細胞では抑制されており上皮細胞に特異的であることを示唆した。ヒトパピローマウイルス(HPV)は約8000塩基対の環状二本鎖DNAをゲノムとするウイルスである。HPVは生殖器粘膜の基底細胞に侵入し、そのゲノムは核へと運ばれ一過的に複製して50-200コピーの核内エピソームとなり、ウイルス増殖を起こさない潜伏持続感染となる。基底細胞の分裂時には細胞DNA複製と同調してHPV DNAも複製され、娘細胞に分配されてウイルスゲノムが保持される(潜伏期)。基底層から押し上げられた娘細胞が角化細胞への分化を始めると、HPVゲノムの大規模複製とキャプシドタンパク質の産生が起こり、ウイルス粒子が放出される(増殖期)。このようにHPV DNA複製の頻度は潜伏期と増殖期とで大幅に異なり、HPVはDNA複製モードを分化の前後で切換えている可能性が考えられる。本研究の目的は、「HPVのDNA複製モード切換えの分子機構」を明らかにすることである。まず、二つのDNA複製モードを同時に検出する無細胞HPV DNA複製系の構築を目指した。平成20年度はこの系の構築に必要な基質DNAとDNA複製用の細胞抽出液を作成した。感染細胞が未分化の状態では、HPV DNAはシータ構造を取った複製起点から両方向に複製される。一方、HPV DNAをエピソームとして保持するヒト培養細胞では、細胞が分化を始めるとローリングサークル(RC)型機構で片方向にHPVゲノムが複製されることが報告されている。このことから両モード間の移行にはnickの導入が必須であると考えられ、基質DNAにはnicking enzyme認識配列を導入した。このシステムでは鎖特異的にnickを導入できる。DNA複製用の細胞抽出液は分化誘導後にRC型DNA複製が起こると報告されているW12細胞(16型HPVを安定にもつ)を用い、分化誘導前の抽出液、分化誘導後抽出液を調製した。(1)シータ構造型とRC型の2つのDNA複製モードを同時に検出する無細胞HPV DNA複製系の構築昨年度に調整した基質DNA(HPVの複製起点を含む環状DNA)とDNA複製用に調製したW12細胞(HPV16をエピソームとして維持する上皮細胞)抽出液を用いて複製反応を行ったところ、両モードの複製産物が同時に検出できた。つまり、2つのDNA複製モードを同時に検出する無細胞HPV DNA複製系を構築することができた。この系を用いて(i)上皮細胞の抽出液では分化誘導に関わらず、RC型とシータ構造型の複製産物が生成されること、(ii)基質にnickを導入することで、RC型の複製産物が増加することを見いだした。また、(iii)W12細胞の代わりに胎児腎293細胞の抽出液を用いると、シータ構造型の複製産物のみが生成されることがわかった。(2)DNA複製モード切換えに関わるタンパク質の検索当初の予想に反して、(1)で述べたように、上皮細胞を分化させることでその抽出液におけるRC型複製産物が増加するという結果にはならなかった。しかし、RC型複製産物は上皮細胞抽出液に特異的であったことから、W12細胞抽出液にはシータ型からRC型複製モードへの切換えに関わる分子が存在する可能性、または293細胞ではRC型複製が抑制されている可能性がでてきた。そこで、W12細胞抽出液を用いた(1)の系に293細胞抽出液を加えると、シータ構造型複製産物には変化がみられなかったが、RC型複製産物が減少した。このことから、293細胞にはRC型複製を阻害する因子が存在することが示唆された。
三叉神経痛の慢性化にともなう大脳皮質疼痛応答の変容

疼痛遷延にともなう大脳皮質感覚野応答の変容を記録するためのフラビンタンパク蛍光イメージング実験のセットアップ、モデル動物作成検討を行った。本研究の目的は三叉神経領域における慢性疼痛の大脳皮質応答変容を調べることであるが、マウスにおける同領域は非常に狭小であるため、30年度は一般的な慢性疼痛モデルにおける皮質応答を基礎実験として調べるため、マウス膝関節炎症モデルを作成し、フラビンタンパク蛍光イメージング実験を実施した。マウスに回復が可能な麻酔である塩酸メデトミジン・ミダゾラム・酒石酸ブトルファノールの3種混合麻酔を施し、後肢膝蓋骨直下の皮下(膝関節腔内)に起炎物質であるカラゲニンを注入し、飼育ケージに戻して1週間飼育した。その後ウレタン麻酔下で頭部固定装置に固定、状態で頭蓋の皮膚を切開し、体性感覚野を中心とした大脳皮質直上の頭蓋骨を露出した。その状態で、両側膝関節の皮膚を綿棒の軸でつつく機械的刺激(通常状態であれば非痛覚の強度)を与え、刺激に対する大脳皮質感覚野応答をフラビンタンパクイメージングにより記録した。その結果、カラゲニン注入側を刺激した時のフラビン応答は、生理食塩水を注入した対側刺激による応答に比較して、信号の立ち上がりの早期化および信号強度の増大が観察され、膝関節炎症により大脳皮質の感覚応答の鋭敏化が見いだされた。次年度はこの基礎データをもとに、顔面領域での慢性疼痛モデルを作成し、皮質応答の変容を調べることとする。三叉神経領域の慢性疼痛モデルの作成の技術的困難さに加え、今年度は慢性疼痛状態の動物の大脳皮質感覚野応答のフラビンタンパクイメージングの基礎データ不足を補うための実験を中心に実施したため、本来の研究計画通りに進行していない。三叉神経領域の慢性疼痛モデル作成とフラビンタンパクイメージング実験を行い、顔面領域の慢性疼痛の皮質応答について解明していく。平成28年度の研究実施計画にもとづき、マウスの大脳皮質体性感覚野のフラビン蛋白蛍光イメージング実験のセットアップ、測定条件の検討、フラビン蛋白蛍光イメージングによる体性感覚野のマッピングを行った。実験動物としてマウスを用いた。マウスにウレタン麻酔を施し、頭部固定装置に固定した状態で頭蓋の皮膚を切開し、体性感覚野を中心とした大脳皮質直上の頭蓋骨を露出した。頭蓋骨表面にパラフィンオイルを塗布した後にラップ片をかぶせ、頭蓋骨の乾燥を防いだ。その状態で蛍光顕微鏡下に置き、身体各部の瞬間的な触覚刺激に対する体性感覚野のフラビン蛋白蛍光イメージングを実施した。イメージングの結果、触覚刺激に応じて体性感覚野に局所的なフラビン蛋白蛍光信号の増強が見られた。前肢、後肢、眼周囲、耳、ヒゲ部の皮膚に与えてイメージングを行った結果、蛍光信号の増強部位が刺激部位によって異なり、体性感覚野に皮膚触覚の部位再現(触覚マップ)があることがフラビン蛋白蛍光イメージングでも明らかになった。このマップは先行研究において電気生理学的に観察されたものに類似しており、フラビン蛋白イメージングが十分な空間解像度を有していることが確認できた。経頭蓋によるフラビン蛋白蛍光イメージングの計測条件が整い、基礎データを取ることができる状態になっているため、29年度の実施計画の一部にすでに到達している。当初の28年度計画にある脳表を露出してのフラビン蛋白蛍光イメージングは、今回の頭蓋骨越しのイメージングが成功したことで、必ずしも必要な段階では無いと判断しているが、経頭蓋イメージングと脳露出によるイメージングで感覚マップの違いや信号計測に大きな違いがないことを確認する必要があるため、29年度に確認実験を行う予定である。また三叉神経領域の詳細なマッピング、ウレタンによる深麻酔状態ではなく覚醒状態でのイメージング、経日によるイメージング能の変化についても未実施であるため、同じく29年度に実施予定である。平成29年度の研究実施計画にもとづき、マウスの大脳皮質体性感覚野における複数日に渡るフラビン蛋白蛍光イメージング実験のセットアップ、測定条件の検討を行った。マウスに回復が可能な麻酔である塩酸メデトミジン・ミダゾラム・酒石酸ブトルファノールの3種混合麻酔を施し、頭部固定装置に固定した状態で頭蓋の皮膚を切開し、体性感覚野を中心とした大脳皮質直上の頭蓋骨を露出、頭蓋骨表面に透明のレジンを塗布し、紫外線を照射してレジンを硬化させ、継続的・経日的にフラビンタンパクイメージングが可能なモデルを作成した。モデルを飼育ケージに戻し、翌日に3種混合麻酔施行下にて身体各部の瞬間的な触覚刺激に対する体性感覚野のフラビン蛋白蛍光イメージングを実施した。その結果、触覚刺激に応じて体性感覚野に局所的なフラビン蛋白蛍光信号の増強が見られたものの、ウレタン麻酔下で見られたような体性感覚野の身体部位再現を記録することが出来なかった。ウレタン麻酔に比べて3種混合麻酔の深度がより深い可能性が考えられる。そこで3種混合麻酔は手術時でのみ使用し、手術時に頭蓋骨に金属フレームを固定し、イメージング実験では無麻酔下で金属フレームをクランプ固定する方法を実施した。その結果、複数日に渡ってフラビン蛋白イメージングの記録が可能となり、身体部位再現も観察ができるようになった。現在このモデルに慢性疼痛を生じさせ、疼痛遷延化にともなう大脳皮質感覚野応答の変容を記録する実験を進行中である。麻酔薬の選択や露出頭蓋を保護する方法の選択など、試行錯誤を繰り返す実験が多いため、計画書通りのスケジュールで進んではいない。