hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ＴＨｚ波帯金属表面局在電場の３次元分光イメージング

本研究は、THz波帯の電磁波を対象に、波長と構造寸法が同程度のいわゆる共鳴領域において特徴的に振る舞う金属周期開口の特性を、その表面に局在する電場の3次元イメージングにより実験的に明らかにし、局在電場モニタ型の物質センサへの応用の道を開拓することを目的としていた。THz電場の振幅と位相を同時に低擾乱で測定する手法を新たに確立し、ホーンアンテナから放射されるTHz電磁波(125 GHz)と金属周期開口の近傍界の振幅と位相の空間分布の可視化に初めて成功した。金属周期開口の近傍界が共鳴からのずれによって敏感に変化することを実験的に明らかにし、物質センシングへの応用の端緒をつけた。本研究は、THz波(100 GHz-10 THz)帯の電磁波を対象に、波長と構造寸法が同程度のいわゆる共鳴領域において特徴的に振る舞う金属周期開口の特性を、その表面に局在する電場の3次元イメージングにより実験的に明らかにし、局在電場モニタ型の物質センサへの応用の道を開拓することを目的としていた。計画ではホモダイン型の従来技術に基づき研究を遂行する予定であったが、計測精度等に問題があることが明らかとなった。そこで、高精度に振幅・位相測定を可能とする(1)自己ヘテロダイン法を提案・完成させ、THz電場の位相と振幅の3次元分布イメージングを達成した。自己ヘテロダイン型であるため、光源の位相雑音はキャンセルされる特長を有する。本手法によりフリーランニングレーザを用いた手法でも高精度かつ高速に位相計測が可能となった。2台のフリーランニングレーザを用いて発生されるTHz波(125GHz)に対して、アンテナ直近から50mmまでの伝搬の様子を可視化した結果、位相計測の標準誤差は0.18 radであることが明らかとなった。本成果は、発生と検出に光技術を用いるTHz連続波計測システムに初めてヘテロダイン検出を導入するもので、電界センシングだけにとどまらず、周波数領域THz分光システム等へも応用が可能で波及効果が大きい。また、(2)前年度までにマイクロ波帯で実証した新しい電界センシングの手法がTHz波帯でも動作することを確認した。さらに、(3)分光イメージング計測に必須となるTHz電磁波の周波数校正法を新たに考案し実証した。(1)から(3)の成果により、高精度・高速にTHz波電場の振幅と位相が計測可能な分光3次元イメージングシステムが完成した。そこで、H24年度までに、自己ヘテロダイン型の新しい計測方法を提案し、金属近傍のTHz電場の振幅と位相を同時に低擾乱で測定する系を確立した。H24年度までに確立した計測手法では、THz電場の情報をプローブ光の偏光状態から読み取る手法としていたが、この従来手法では検出感度がプローブ光の偏光状態によって変動する問題があった。金属周期開口近傍の電場をファイバマウント型センサを移動させて計測する際、プローブ光の偏光状態が変動する。H25年度の前半では、この新たに生じた問題の解決に取り組んだ。具体的には、THz電場によってプローブ光に生成された変調サイドバンドの光領域でのコヒーレント受信を原理とする我々が提案する新しい計測手法を自己ヘテロダイン型計測システムに組み込んだ。これにより、感度変動なく、プローブを移動させながら高速に(ステージの移動速度に制限されるまで)ショット雑音限界に迫る計測が可能となり、その結果、THz電場の位相発展を測定することに成功した。H25年度後半には、新たに構築したシステムにより、金属周期開口近傍電場の分光特性を計測し、様々な現象を実験的に観測した。例えば、ホーンアンテナから放射された曲率を持つ波面で金属周期開口を励起した場合でも、透過THz波はコリメートされる現象を発見した。本研究は、THz波(100 GHz-10 THz)帯の電磁波を対象に、波長と構造寸法が同程度のいわゆる共鳴領域において特徴的に振る舞う金属周期開口の特性を、その表面に局在する電場の3次元イメージングにより実験的に明らかにし、局在電場モニタ型の物質センサへの応用の道を開拓することを目的としている。

当初、共鳴領域において金属表面開口の特性は電磁波の波長に非常に敏感に変化するため、精密に周波数制御された連続波(CW波)を用い、ホモダイン型とすることで位相も含めた高分解能分光計測システムを実現することを目指していたが、従来手法では精密な位相測定のためにはレーザの周波数制御が不可欠であることが判明した。そこで当該年度では、光の干渉計と光周波数シフタを組み合わせたヘテロダイン型の電界計測の手法を考案し、その基本的動作を実験的に確認した。考案の手法により、フリーランニングレーザを用いても高精度位相計測が可能となる。本手法は、マイクロ波帯からTHz波帯に亘る広い周波数領域でのコヒーレント電界計測一般に応用できるため非常にインパクトが大きく、現在特許出願準備中、論文執筆中である。また、従来の偏光変調方式による電界センシングの場合は、プローブ光を導波させる偏波保持ファイバへの応力変化や、電界センサとして用いる電気光学結晶の複屈折揺らぎにより、測定精度が劣化する問題があったが、このような影響を受けない新しい計測方法を考案し、これをマイクロ波帯で実証した。この成果は公開された(Hisatake etal, Appl. Phys. Express, vol. 5, 012701 )。このように、平成23年度は、当初目的を達成するために障害となる問題を解決するための新しい手法を2つ考案した。なお、これと並行してサンプルを操作するためのステージを含む計測システムの構築も完了させた。計画ではホモダイン型の従来技術に基づき研究を遂行する予定であったが、計測精度等に問題があることが明らかとなった。従来手法の延長では問題解決が困難と判断し、目的を達成するために新しい計測手法を提案・実証したため、当初計画から少し進捗が遅れている。当初目的を達成するために障害となる2つの問題点が浮き彫りとなったが、両問題とも新しい手法に基づき解決することができることが明らかとなった。また、計測システムの構築もほぼ完了しており、概ね研究は順調に進んでいる。これまでに完成した3次元イメージングシステムを用いて、メタルホールアレイの近傍電界の振幅と位相分布をイメージングし、局在電場モニタ型の物質センサへの応用を検討する。当初の予定の通り、平成23年度中に計測システムを概ね確立した。平成24年度は、まず平成23年度に考案し、マイクロ波帯で実証した新しい電界検出手法をTHz波帯へ拡張し、これを実証する。実証に成功すれば、本新しい手法に基づき、当初の計画通り、メタルホールアレイの近傍電界をイメージングし、提案のようにセンサーへの応用を目指す。提案の新手法に問題があれば(SNRなど)、従来の偏光変調方式に基づき当初の目的を達成する。H24年度までにシステムが完成した。H25年度には、メタルホールアレイを作製し共鳴領域での近接場の振る舞いを実際に計測する。実験で用いるTHz波の波長はmmオーダであるため、現有の工作機械により容易にメタルホールアレイが作製可能となる。繰り越しした研究経費は若干の光学系のアップデートとサンプルの用意、学会・論文等での研究成果の発表のために活用する予定である。計画では、近傍電界計測のための光学部品とサンプル購入が主な研究費の使用計画であった。平成23年度は概ね順調に研究が進んだためこの計画にそって研究費を使用する予定である。但し、上に記したように新しい電界検出手法の実証のために、次年度に繰り越した研究費を充当する予定である。
日本語母語話者による英語のメトニミー表現解釈において文脈と既存の知識が果たす役割

最終年度は、英語メトニミー表現の日本語母語話者による解釈と、その語によって想起されるイメージとの関係についての研究成果(2017年度)を基に、実際に日本語母語話者がどのように英語メトニミー表現を解釈しているか、インタビューに基づく分析を行った。2017年度の研究では、外国語のメトニミー表現の解釈には、当該項目に関する知識が当然必要だが、それ以上に文脈的手がかりが重要な役割を果たすことを示した。そこで最終年度は、日本語母語話者がメトニミー表現をどのように解釈しているかということから進んで、どのように「適切な解釈」を導くかを明らかにするために、日本語母語話者が協力して15のメトニミー表現を解釈するプロセスを観察し、文脈的手がかりによる知識の想起や解釈の修正が実際に行われていることを明らかにした。またこの調査では、メトニミー表現の解釈において、前年度の調査で明らかになった文脈的手がかりが効果を発揮することや当該項目がイメージしやすいものであることだけでなく、他者と話し合いながら解釈を行うことによって解釈が促進されるケースが、複数回観察された。Littlemore(2004)は、教室内という特定の環境で、学習者同士の協力や教員の介入により、外国語のメタファー表現の解釈が成功するケースを示しており、本研究はこのことが外国語のメトニミー解釈においても当てはまることを示した。本研究については、最終年度中、研究担当者の再度の入院手術などにより年度内の出版が叶わなかったが、2019年度中に出版予定の論文集に投稿済みである。なお、2017年度の研究成果の収録が決定し、2018年度中にくろしお出版より刊行予定であった書籍『認知言語学の新領域開拓研究ー英語・日本語・アジア諸語を中心としてー(仮題)』については、諸般の事情により刊行が遅れているが、編者による確認を終え、初校待ちの段階である。28年度は、申請者が第2執筆者となっているLittlemore, Arizono and May (2016)における日本語母語話者による英語のメトニミー表現の解釈データを基に、新たに日本語母語話者に対して英語の名詞転換動詞として用いられる語のイメージ調査を行い、当該表現に対して持つ知識が適切な解釈をどのように促進し、あるいは抑制しているかについて観察を行い、2016年9月に開催された京都言語学コロキアム第12回年次大会にて発表を行った。Littlemore et al. (2016)では、日本語母語話者による英語の名詞転換動詞を解釈する際に、実際に指示される行為が元の名詞の意味からすぐに想起される場合には解釈を行いやすいが、反対に、その名詞によって複数の行為が同等に喚起される場合、文脈に合致するものを選択しなければならず、正答率は相対的に低くなる可能性があるとした。そこで、今回は特に当該の名詞に対して持つイメージが名詞転換動詞の解釈に与える影響を調査するために、イギリスの大学院を修了した12名の日本語母語話者を対象に、名詞転換動詞として用いられる7つの名詞を単独で(文脈から独立して)提示し、各語について連想する行為を、辞書などを参照せずに記入してもらうアンケート調査(複数回答可)を行った。結果として、当該項目の適切な解釈を導くための知識(母語話者と同様のもの)を持っていなければそもそも解釈はできないが、適切な知識を持っているだけでは不十分であり、「それが当該項目の意味として文脈と矛盾しないかを判断する」、また、もし矛盾があった場合には「別の知識を喚起する手掛かりを文脈に求める」ということが、解釈プロセスにおいてより重要な部分であることが分かった。これを基に、29年度は解釈の際に当該項目の背景知識を促進・抑制すると思われる言語文脈について研究を行う。平成28年度中に、英国バーミンガム大学での実験実施に関する調整をJeannette Littlemore博士と行い、29年度中にイギリスに2週間程度滞在し、実験を行う予定であった。しかし、特に倫理承認のプロセスの厳格化に伴い先方の受け入れ状況が変わったとのことで、29年度中でのバーミンガム大学での実施が難しくなってしまった。一方で、予定している日本語母語話者による英語表現の解釈テストに関して、小学館大規模コーパスのBritish National Corpusを用いた実験資料の選定と、実験の際に必要な各種書類(「英語学習の背景に関する調査書」、「実験説明書」、「参加同意書」等)の作成は28年度中に完了しており、被験者が確定し次第、実施できるようになっている。さらに28年度中は、「名詞転換動詞として用いられる英語の名詞に対するイメージアンケートを日本語母語話者を対象に行い、これまでの研究結果と照らし合わせることで、日本語母語話者による名詞転換動詞の解釈に対するイメージの関与について、9月に京都大学において行われた第12回京都言語学コロキアムにて発表を行った。以上、出願時に計画していた解釈テストの実施について、資料選定や調査書類等の準備は完了しているが、肝心の被験者確保については難航しているため、進捗状況としては「やや遅れている」とした。平成29年度中は、28年度に関西言語学コロキアム第12回年次大会にて行った研究発表を基に、メトニミー表現の解釈とその語によって想起されるイメージとの関係について論文にまとめた。

そこでは、当該の名詞に対して持つイメージが解釈に与える影響を調査するために、イギリスの大学院を修了した12名の日本語母語話者を対象に、名詞転換動詞として用いられる7つの名詞を単独で(文脈から独立して)提示し、各語について連想する行為を、辞書などを参照せずに記入してもらうアンケート調査(複数回答可)を行っており、結果として、当該項目の適切な解釈を導くための知識(母語話者と同様のもの)を持っていなければそもそも解釈はできないが、適切な知識を持っているだけでは不十分であり、「それが当該項目の意味として文脈と矛盾しないかを判断する」、また、もし矛盾があった場合には「別の知識を喚起する手掛かりを文脈に求める」ということが、解釈プロセスにおいてより重要な部分であることを示している。当該の論文は平成29年9月末日に執筆を終え、くろしお出版より刊行予定である書籍「認知言語学の新領域開拓研究ー英語・日本語・アジア諸語を中心としてー(仮題)」に収録される予定である。現在は編者による確認の段階にあり、それを受けて今後修正、校正の作業に入っていく。また、それと並行して、平成29年度は8月までに44名の日本語母語話者を対象に、英語の名詞転換動詞の解釈テストを行った。本年度はこのデータをもとに、外国語のメトニミー解釈に対する言語文脈およびイメージの関与についてまとめる。平成29年度の夏季休暇中に、持病の治療のための入院手術を受けたため、当初計画の遅延があった。手術に伴う入院期間は2週間弱であり、退院後もさらに2週間以上の自宅療養が必要であったため、特に研究の進展が見込まれる期間中に、約一カ月の研究の停止を余儀なくされた。また入院手術はその一年前に決定しており、夏季休暇中に開催される学会での発表等にも応募が叶わなかった。一方で、平成28年度の段階で、倫理承認のプロセスの厳格化に伴い当初予定していた解釈テストの実施機関(イギリスのバーミンガム大学)での実施が困難になっていたが、平成29年度は計画を変更し、研究代表者の所属大学の学生と、TOEICやTOEFLテストでの高得点取得を目指す英語スクールの講師およびMBAプログラムの修了生の全44名を対象に、出願時に計画していた解釈テストを実施した。以上、出願時に計画していた解釈テストを行いデータも収集しているが、その成果報告については今年度の課題となるため、進捗状況としては「やや遅れている」とした。最終年度は、英語メトニミー表現の日本語母語話者による解釈と、その語によって想起されるイメージとの関係についての研究成果(2017年度)を基に、実際に日本語母語話者がどのように英語メトニミー表現を解釈しているか、インタビューに基づく分析を行った。2017年度の研究では、外国語のメトニミー表現の解釈には、当該項目に関する知識が当然必要だが、それ以上に文脈的手がかりが重要な役割を果たすことを示した。そこで最終年度は、日本語母語話者がメトニミー表現をどのように解釈しているかということから進んで、どのように「適切な解釈」を導くかを明らかにするために、日本語母語話者が協力して15のメトニミー表現を解釈するプロセスを観察し、文脈的手がかりによる知識の想起や解釈の修正が実際に行われていることを明らかにした。またこの調査では、メトニミー表現の解釈において、前年度の調査で明らかになった文脈的手がかりが効果を発揮することや当該項目がイメージしやすいものであることだけでなく、他者と話し合いながら解釈を行うことによって解釈が促進されるケースが、複数回観察された。
肝インスリン分解の影響を受けにくい新規インスリン抵抗性指標の開発

2型糖尿病は主要な生活習慣病の一つであり、その予防、治療は我が国にとっても大変重要なテーマである。我々はこれまでの研究で、食事負荷試験、グルコースクランプ試験を施行し、CPR-IR=1080/(空腹時血中Cペプチド×空腹時血糖)はグルコースクランプ試験のインスリン抵抗性指数GIRと非常に強い相関を示し、HOMA-IRよりも強い相関を認め、その原因が肝インスリン分解にある事を推定した。本研究の目標は、CPR-IRが肝インスリン分解の影響を受けない事を明らかにし、CPR-IRの臨床的応用である。肝インスリン分解の影響を受けにくい新規インスリン抵抗性指標の開発のため、2型糖尿病患者、非糖尿病ボランティアにグルコースクランプ試験、食事負荷試験を行った。非糖尿病ボランティアでは、血中のインスリン値を用いたインスリン抵抗性指標、HOMA-IR、Insulin Sensitivity Index(ISI)と、血中Cペプチド、血糖値を用いた新規インスリン抵抗性指標CPR-IRはグルコースクランプ法の結果と同等の相関であった。しかし、2型糖尿病患者で、肝インスリン分解の強い患者ではHOMA-IR、ISIはグルコースクランプの結果と相関が低かったが、CPR-IRは良好な相関を認めた。肝インスリン分解の強い患者の背景では、食後血糖が高い患者が肝インスリン分解が強い傾向があった。これらの結果から、糖尿病状態で、食後血糖が高値である患者では肝インスリン分解が亢進し、血中インスリン値を使用したインスリン抵抗性指標がグルコースクランプ試験の結果と相関が低いと考えられた。これに対して、肝臓でほとんど代謝されない血中Cペプチドを用いた場合、肝インスリン分解の影響を受けにくく、グルコースクランプ試験の結果と良好な相関を認めると考えられた。新規インスリン抵抗性指標CPR-IRは糖尿病状態でも有効なインスリン抵抗性指標と考えられ、今後の臨床研究、疫学研究などにも応用可能な有効な新規インスリン抵抗性指標と考えられる。また、本研究中、血中の糖終末化産物が高値であるとインスリン分泌が低下していることをJournal of Diabetes Research誌に掲載予定となった。2型糖尿病患者、非糖尿病ボランティア20例ずつ、計40例の検査が終了している。期間中に50例が目標であるため、概ね順調に進行している。2型糖尿病患者20名、非糖尿病ボランティア21名にグルコースクランプ法を行った。食後CペプチドAUC/食後インスリンAUCモル比で肝インスリン分解を求めた。肝インスリン分解の強い患者ではインスリン値を用いたHOMA-IRよりもCペプチドを用いたCPR-IRがグルコースクランプ試験のインスリン抵抗性指数と強く相関する事を見出した。現在英語論文として投稿中である。研究タイトルの新規インスリン抵抗性指標に関する論文は投稿中であるが、本研究中に得られた結果でインスリン抵抗性に関するFABP4の論文と、糖終末化産物がインスリン分泌を低下させる論文を掲載している。2型糖尿病患者、非糖尿病ボランティア20例ずつ、計40例の結果で論文投稿しているが、100例程度を目標とするように指摘されることが多い。さらに症例数を増やしていく。論文投稿中にインスリン抵抗性指標の研究ではグルコースクランプ法で100例を要求される事があり、さらなる症例のエントリーを行う。検査を予定していた2型糖尿病患者の病状が検査に不適な状態となり、検査キャンセルとなったため、助成金の残金が生じた。年度内に使い切るべき別助成金があり、次年度使用額が生じた。翌年度は最終年度であり、優先的に予算執行する。引き続き2型糖尿病患者、非糖尿病ボランティアにグルコースクランプ試験、食事負荷試験などを行う。
血行力学因子がもたらす脳血管の病的リモデリングと動脈瘤成長メカニズムの解明

脳動脈における複雑な血流とそれに対する血管壁のリモデリングを考慮した計算力学シミュレーションにより,動脈瘤の形成過程を再現した.これにより,嚢状の動脈瘤の形成には,受動的な変形を引き起こす血管壁の材料特性の変化だけでなく,能動的な血管壁の拡張や成長が必要であることを示した.また,これらの応答を引き起こす血管構成細胞の力学特性を調べるために様々な細胞力学実験を行い,細胞骨格が重要な役割を果たしていることを明らかにした.脳動脈における複雑な血流とそれに対する血管壁のリモデリングを考慮した計算力学シミュレーションにより,動脈瘤の形成過程を再現した.これにより,嚢状の動脈瘤の形成には,受動的な変形を引き起こす血管壁の材料特性の変化だけでなく,能動的な血管壁の拡張や成長が必要であることを示した.また,これらの応答を引き起こす血管構成細胞の力学特性を調べるために様々な細胞力学実験を行い,細胞骨格が重要な役割を果たしていることを明らかにした.本年度は計算力学的アプローチにより,脳動脈瘤が発症し,進行していく血行力学的メカニズムの解明を試みた.ここでは,脳動脈瘤は動脈の分岐股部や湾曲外側など,壁せん断応力が局所的に高くなる部位に好発することが知られていることから,血流計算によって得られる壁せん断応力がある閾値以上となる部位で,血管壁の弾性係数が減少するという仮説のもとで解析を行った.具体的には,血管湾曲部や分岐部など,脳動脈を想定した様々な形状の血管に対し,この仮説に基づいて血流解析と血管の構造解析を交互に行い,徐々に血管形状を変化させていくことにより,動脈瘤が発症・進行していく様子を計算力学シミュレーションで再現した.その結果,動脈瘤が成長して血管が拡張すると,瘤内部は低壁せん断応力になるが,形成された瘤の周囲には新たに高壁せん断応力部位が生じ,それによって瘤全体が成長していくことがわかった.また,真直ぐな血管より湾曲部に発生した瘤の方が成長しやすいことや,瘤の成長が停止したり,進行し続けたりする血行力学的条件が存在することが示された.このように,動脈瘤の進行にともなう血管形状の変化により,新しい血行力学状態を生み出され,その反復的プロセスの中で瘤の進行度合いが決定されることがわかった.また,脳動脈瘤の診断に用いられるシネ位相コントラストMRI法(PC-MRI)による血流計測を行い,数値流体解析と組み合わせることにより,動脈内の詳細な血行力学的因子の評価を試みた.その結果,血管形状だけでなく,PC-MRIによって得られる血流速度分布を血流解析の境界条件として用いれば,詳細な動脈内の血流動態がコンピュータシミュレーションにより再現できることを示した.血行力学因子に対する血管壁のリモデリングを統合させた計算力学シミュレーションにより,脳血管に発症した動脈瘤が拡大進行していく様子を再現するために,血管壁に作用させるリモデリングモデルについて検討を行った.ここでは,血管壁の成長によって血管が能動的に拡張した場合を想定し,その結果として生じる血管形状の変化をコンピュータシミュレーションで調べた.コンピュータシミュレーションでは,座屈を伴う血管壁の大変形を表現するために,血管壁の面内変形に対しては弾性体モデル,曲げ変形に対しては離散バネモデルで表すハイブリッドモデルを採用した.ここでは,脳血管の湾曲部を想定して解析領域を微小な三角形要素に分割し,生理的な一定血圧を負荷した状態で,血管壁の一部が等方的に成長する場合,軸方向または周方向に異方的に成長する場合について解析を行った.その結果,起始部にくびれを有する嚢状動脈瘤が形成されるためには,血管壁の周方向の拡張だけでなく,軸方向の能動的な拡張が必須であることがわかった.一方,こうした力学的負荷に対する血管壁のリモデリングを生じさせる細胞レベルの特性を実験的に明らかにするために,血管平滑筋細胞の骨格構造と力学特性との関係について調べた.ここでは原子間力顕微鏡を用いて,細胞骨格の一つである微小管を薬剤処理によって破壊した場合の平滑筋細胞の形態観察と局所的スティフネスの計測を行った.その結果,細胞内部への力学的刺激の伝達には,アクチンフイラメントだけでなく微小管も重要な役割を果たしており,各種細胞骨格の力学的バランスにより細胞内の力学状態が保たれていることが明らかとなった.複雑な血流ダイナミクスとそれに対する血管壁の生物学的応答を統合する計算力学的アプローチにより,動脈瘤の形成過程の再現を試みた.血行力学因子による血管壁の組織構造の変化は,血管壁の材料特性を変化させるだけでなく,局所的な血管壁の拡張あるいは成長を引き起こすことから,本年度はこの両者が血管形状の変化に及ぼす影響について詳細に検討した.その結果,嚢状動脈瘤の形成には局所的な血管壁の材料特性の変化だけでなく,永久変形を伴う血管壁の拡張や成長が必要不可欠であることを示した.また,こうして形成された動脈瘤は血管内圧を除去しても残存することから,in vivoの状態で計測された動脈瘤の形状と,摘出された動脈瘤の形状から,動脈瘤の形成にともなう血管壁の拡張および成長の程度を分析できることを示した.また,画像計測により得られた実形状の動脈モデルに,血管壁の病的リモデリングモデルを適用し,動脈瘤の成長過程の再現を試みた.その結果,初期形状における高壁せん断応力部位を局所的に成長させ続けると嚢状動脈瘤が形成されるが,実際に動脈瘤が観察される部位と異なる場合があることがわかった.このことから,経時的に変化する血管形状の変化を考慮した解析が必要であることがわかり,そのための解析コードを開発した.

さらに,シミュレーションにより推測された血行力学因子に対する血管構成細胞の応答を調べるための細胞力学実験を行い,細胞骨格が細胞の力学特性やリモデリングに重要な役割を果たしていることを明らかにした.本研究では,動脈内の血流と血管壁の弾性変形および血行力学因子に対する血管壁のリモデリングを連立させた計算力学シミュレーションにより,動脈に発症した動脈瘤が拡大進行していく様子を再現し,そのメカニズムを明らかにすることを目的としている。動脈瘤が形成されると血管形状は変化し,それに伴って血流動態が変化するので,血行力学因子も影響を受ける.そこで今年度は,動脈瘤の成長に伴って変化する血流動態を考慮した動脈瘤の成長シミュレーションを試みた.そこではMRI画像から構築した動脈の実形状モデルを用い,壁せん断応力に応じて血管壁を局所的に拡張させたり,弾性特性を変化させるリモデリングモデルを仮定し,それに基づいて得られる動脈瘤の形状を調べた.その結果嚢状の動脈瘤の形成には,これまでに考えてきたように,血管壁のひずみ成長や剛性の低下など血管壁を局所的に拡張させる作用だけでなく,その周囲に併発する動脈硬化による血管壁の剛性の増加も考慮する必要があることがわかった.また,こうした力学的刺激に対する血管壁の力学特性の変化を明らかにするために,細胞膜,細胞骨格および細胞核を考慮した細胞の力学モデルの構築し,細胞の引張や圧縮試験,AFM計測で得られる細胞の力学特性を再現するとともに,組織中に埋め込まれた細胞の変形特性を解析した.これにより,これまでに行ってきた動脈瘤の成長シミュレーションのなかで,力学負荷に応答する細胞および組織レベルの特性を表現することのできる力学モデルの基盤を築いた.
音響化学的アポトーシス誘導作用を有する薬物を利用した選択的がん治療法の開発

本研究では薬物の音響化学的抗腫瘍活性化によるアポトーシス誘導を応用したがん治療法の開発を目的とした。超音波と併用することによりアポトーシスが誘発を増強するポルフィリン誘導体をスクリ-ニングを行った結果、ポルフィーマーナトリウム、ATX-70, ATX-S10, NPe6, DCPH-Naなどのポルフィリン誘導体がアポトーシス誘導することが確認された。また、これら薬物と超音波との併用処置においてカスパーゼ3の活性化、DNAラダーの形成および活性酸素種の生成増加も認められた。一重項酸素の消去剤であるヒスチジンによるアポトーシス誘導の阻害から、アポトーシス誘導機序における一重項酸素の関与を確認した。がん細胞ではアポトーシス誘導能が、消失あるいは減弱しているために異常増殖すると考えられている。組織深部到達性に優れる超音波によって腫瘍集積性薬物を抗腫瘍活性化する音響化学療法によって腫瘍組織に局在的にアポトーシスを誘導することが可能であれば、ネクローシスを経由しない副作用の少ないがん治療が期待される。本研究では、これまでの技術では困難であった腫瘍組織に選択的にアポトーシスを誘導することを目的に、超音波照射により音響化学的に活性化しアポトーシスを誘導する薬物を用い腫瘍選択性を備えた新規がん治療法の開発を目指す。昨年度までに、超音波単独、またはポルフィリン誘導体との併用による抗腫瘍効果を、培養細胞で確認する。超音波と併用することにより殺細胞効果が発現、または増強されるポルフィリン誘導体をスクリ-ニングを行った。ATX-S10、ポルフィーマーナトリウム、レザフィリン及新規ポルフィリン誘導DCPHなどのポルフィリン誘導体が殺細胞効果を発現、または増強することが確認された。次に超音波と併用することによりアポトーシスが誘発を増強するポルフィリン誘導体をスクリ-ニングを行った。アポトーシスの誘発の判定は,形態観察およびDNAラダーの検出により行い、ATX-S10、ポルフィーマーナトリウム、レザフィリン及新規ポルフィリン誘導DCPHなどのポルフィリン誘導体がアポトーシス誘導することの確認と電子スピン共鳴(ESR)によって音響化学的抗腫瘍効果に関与する活性酸素種の同定を行った。本研究では、これまでの技術では困難であった腫瘍組織に選択的にアポトーシスを誘導することを目的に、超音波照射により音響化学的に活性化しアポトーシスを誘導する薬物を用い新規がん治療法の開発を目的とする。昨年度までに、超音波と併用することによりアポトーシスの誘発を増強するポルフィリン誘導体のスクリーニングを行い、ATX-S10、ポルフィーマーナトリウム、レザフィリン及新規ポルフィリン誘導DCPHなどのポルフィリン誘導体がアポトーシス誘導することの確認と電子スピン共鳴(ESR)によって音響化学的抗腫瘍効果に関与する活性酸素種を推定した。今年度は、アポトーシス誘導におけるシグナル経路の同定を行う目的でイニシエーターおよびエフェクターカスパーゼであるカスパーゼ-3、8および9の活性化を経時的に測定した。これに加え、活性酸素種消去剤添加のアポトーシス誘導、カスパーゼ-3、8および9の活性化に対する影響を検討した。OHラジカルの消去剤であるマンニトールとスパーオキサイドラジカルの消去剤であるSODの添加は併用によるカスパーゼ-3、8および9の活性化に対し有意な抑制作用を示さなかったのに対し、一重項酸素の消去剤であるヒスチジンの添加が、超音波とポルフィリン誘導体併用処置のアポトーシス誘導、カスパーゼ-3、8および9の活性化を著しく抑制することを認め、アポトーシス誘導機序における一重項酸素の関与を確認した。最初に、超音波単独、またはポルフィリン誘導体との併用による抗腫瘍効果を、培養細胞で確認する。

次に超音波と併用することによりアポトーシスが誘発を増強するポルフィリン誘導体をスクリ-ニングを行った。アポトーシスの誘発の判定は,形態観察およびDNAラダーの検出により行い、ATX-S10、ポルフィーマーナトリウム、レザフィリン及新規ポルフィリン誘導DCPHなどのポルフィリン誘導体がアポトーシス誘導することが確認された。次年度は、音響化学的抗腫瘍効果に関与する活性酸素種の同定を行う。電子スピン共鳴(ESR)でポルフィリン誘導体の水溶液に超音波を照射したときのOHラジカル,ス-パ-オキサイドラジカル、一重項酸素などの活性酸素種の産生を測定する。さらに活性酸素種に特異的なスカベンジャ-によるアポトーシス誘導に対する阻害効果によりそれら寄与を確認する。超音波と併用することによりアポトーシスが誘発を増強するポルフィリン誘導体をスクリ-ニングを行った。超音波の作用には物理作用と、キャビテ-ションを介して発生する活性酸素種による化学作用とがあると推定されるため、活性酸素種消去剤添加のアポトーシス誘導に対する影響を検討した。OHラジカルの消去剤であるマンにトールとスパーオキサイドラジカルの消去剤であるSODの添加は併用によるアポトーシス誘導に対し有意な抑制作用を示さなかったのに対し、一重項酸素の消去剤であるヒスチジンの添加が、超音波とポルフィリン誘導体併用処置のアポトーシス誘導を著しく抑制することを認め、アポトーシス誘導機序における一重項酸素の関与を確認した。次にアポトーシス誘導におけるシグナル経路の同定を行う目的でイニシエーター・カスパーゼであるカスパーゼ-3の活性化を経時的に測定した。超音波単独、またはポルフィリン誘導体との併用による抗腫瘍効果を、培養細胞で確認する。超音波と併用することにより殺細胞効果が発現、または増強されるポルフィリン誘導体をスクリ-ニングを行った。ATX-S10、ポルフィーマーナトリウム、レザフィリン及新規ポルフィリン誘導DCPH-Pなどのポルフィリン誘導体が殺細胞効果を発現、または増強することが確認された。
神経幹細胞特異的遺伝子発現アデノウイルスベクターによる脊髄損傷治療

(1)脊髄損傷後の脊髄中心管の上衣細胞(神経幹細胞)の動態を調べるために螢光色素DiIをラット側脳室内に投与し、上衣細胞を標識した後、脊髄損傷モデルを作製した。脊髄損傷モデルは、脊髄後索を中心にmicroscissorsで切断することにより作製した。脊髄損傷5日後、標識された細胞は中心管から脊髄白質を中心に広く分布していた。(2)上記脊髄損傷モデルを作製し、経時的に灌流固定を行ない、中間径フィラメントであるネスチンの抗体を用いて免疫染色を行った。脊髄損傷後、損傷部位を中心にネスチンの発現が増加していた。(3)ネスチン蛋白のpromoter enhancerを用いて、神経幹細胞に特異的に感染するアデノウイルスベクターを作製した。さらに遺伝子発現を増強するためにcre/LoxP on/off Switchingsystemを組み合わせた。このアデノウイルスベクターを正常ラットの側脳室へ注入し、脳室および脊髄中心管の上衣細胞に広く感染させることを試みた。Adultラットの側脳室に上記ベクターを109pfu注入し、脊髄をとり出し、LacZ染色を行なった。脊髄中心管の上衣細胞が青く染まり、アデノウイルスベクターが同細胞に感染したことを確認した。
平均曲率流方程式に対する境界値問題と比較定理

平均曲率流方程式は保存系でない非線形偏微分方程式であり、そのために弱解の概念としては、超関数ではなく粘性解の理論が有効であることがL.C.Evans & J.Spruckや我々の研究によって明らかになった。粘性解の理論を適用するためには、比較定理が重要な役割を果たす。しかし、Dirichlet型の境界値問題では、粘性解の連続性と比較定理が一般には両立せず、これまでは領域の凸性を利用した評価を用いて古典的な手法でこの困難を解決していた。本研究の目的は、非凸領域の場合にも一意的かつ時間大域的な粘性解を構成することである。必要な評価を得るためには都合のよい比較関数を構成すればよい。これまでは、H.M.Sonerらによる距離関数を用いた方法を検討していたが、全ての条件を満足するものは得られなかった。そこで本研究では、たとえば円環領域で球対称な解があったとして、その具体的な挙動を、対応する常微分方程式から調べることをこころみた。(数値解析によって解の挙動を調べることも予定していたが、準備不足のため実際には行なわなかった。)次の段階は、このようしにて得られた比較関数を含む関数たちに対して石井=Perron型の存在定理や比較定理を証明することであるが、まだ不完全である。従って、本年度は論文による研究成果の公表はない。
大学図書館における深い学びを促進する学習支援の枠組みをデザインする

本研究の目的は、高大を接続する「確かな学力」における知識・技能を活用して、自ら課題を発見しその解決に向けて探究するために必要な思考力の育成と、その探究過程で学生が主体的に取り組むために重要な学習意欲を引き出す学習支援モデルの枠組みを設計することによって、学生の深い学びを促進することにある。本研究ではまず、1)ARCSモデルとそれに関連するインストラクショナルデザインに関する文献調査を行う。そのうえで、2)問いをつくるスパイラルモデルを基に、ARCSモデルを用いてインストラクショナルデザインを試みる。そして、3)2)の試作結果について、IFLA大会でのポスター参加、日本図書館情報学会などへの報告を行うことで、専門的な知見からの意見やアドバイスをもらい、モチベーション(学習意欲)を引き出し維持するための学習モデルとその枠組みへの改良を試みる。本研究は、図書館における情報リテラシー教育や学習支援において、モチベーション(学習意欲)という視点から現行の「問いをつくるスパイラル」モデルの再構成を行うと共に、高校では探究学習のテキストとして、大学では、大学に入学した学生のためのテキストとして使用されていることから、学習者が学習の意欲を向上させるためのカリキュラムを設計する枠組みを検討した。そこで、ARCSモデルアプローチ(John M. Keller)でのインストラクショナルデザインを行った結果、スパイラルモデルをカリキュラムに統合し、学習のモチベーションを向上させるための新しいフレームワークを試作した。このモデルでは、学習のモチベーションを設計するためのワークシート10枚と動機づけチェックリストを新たに追加し、そのフレームワークを8月20日、21日にポーランド、ブロツワフで開催されたIFLA World Library and Information Congress : 83rd IFLA General Conference and Assemblyでポスター発表した。ここで各国の図書館員や大学教員、図書館情報学に関連する専門職約30名から、枠組みを改良するための意見を収集し、その結果を反映した「深い学びを促進する学習支援フレームワーク」を再構築した。新しいフレームワークでは、学習意欲をひき出すために重要な、注意を引きつけ、関連性を理解し、満足感を自信につなげることに特化したワークシートの作成や授業設計を行うことを可能とした。
林床性多年生草本オオバナノエンレイソウの繁殖生態と交配様式の進化

北海道のオオバナノエンレイソウ13個体群を対象として、花のディスプレイ戦略を比較した。これまでの性配分(sex allocation)理論は、性配分様式が交配様式の影響を受けることを予測している。ここではより広い視野から、花のディスプレイを決定する要因として(1)花の大きさと数とのトレードオフ(2)花への資源配分量(3)花内での資源(性)配分のパタンとトレードオフ(4)個体サイズと花数との関係の4項目に着目した。実験は各個体群において、花を1つ持つ個体と2つ持つ個体をそれぞれ採集し、各器官の乾燥重量を測定することによって行った。個体群は3つの地理的グループ(北部・南部・東部)に分けられ、また交配様式にも違いが見られる(自家和合性と自家不和合性を示す)。得られた主な結果は以下の通りである。(1)花の大きさと数との間には明瞭なトレードオフが見られた。(2)花への資源配分比は南部の個体群で小さかった。(3)花内での資源配分パタンは、主に自家不和合性を示す東部の個体群で花弁への配分比が大きく、逆に雌蕊への配分比が小さい傾向が認められた。(4)東部の個体群では、個体サイズのレンジが花数が1つのもの、2つのもの共に他地域よりも大きかった。これらの分化パタンは、地理的グループとの間に明瞭な対応関係を示した。グループ間では遺伝的分化が認められるため、各ディスプレイ戦略は遺伝的基盤を持つと推測される。主に自家不和合性を示す東部の個体群では、どのディスプレイ戦略も常に花弁サイズが大きくなるように働いていたが、必ずしも交配様式との間に対応関係を示すものではなかった。観察された分化パタンを生み出す背景には、個体群の交配様式に加えて、その分布や分化史が複雑に関与していると考えられる。
累積多層膜中における励起エネルギー移動とその機構

LB膜はある程度配向のそろった2次元系の分子集合体であり、膜中に取り込まれた発色団は溶液などの均一分散系とは異なった光特性を示すことが知られている。本研究では、発色団としてナフタレン、アントラセンやペリレンを含んだLB膜を作製し、時間分解蛍光分光法を用いて、膜中における芳香族分子の分布および励起エネルギー緩和過程について検討した。1.ペリレンLB膜ペリレンLB膜の蛍光スペクトル(定常光励起、時間分解)には、溶液中で測定されるようなモノマー発光と、2種類のブロードな発光が現れる。低濃度においては主成分はモノマー発光であり、時間後期にのみブロードな発光が確認される。一方濃度が高くなると、時間初期から3つの成分がすべて現れるが、時間とともに長波長にピークを持つ成分が支配的となる。3成分の相対強度はペリレン濃度に依存し、各濃度における会合体形成や励起エネルギーの緩和過程を反映している。例えば、高濃度では、結晶中のような2量体を形成し、これが最終的なエネルギーアクセプターとして作用していることがわかった。2.ナフタレンLB膜α位に長鎖カルボン酸を導入したナフタレン誘導体は安定な膜を形成しにくいこと、また、ナフタレンはアントラセンやペリレンと比較して会合体を形成しにくいことがわかった。これは、ナフタレン間に斥力的相互作用が働いているか、α位に長鎖が導入されたことによる立体障害によるものと考えられる。現在、β位に長鎖カルボン酸を導入したナフタレン誘導体について研究を行っているところである。
ナノ粒子技術による新規マイクロパターン機能材料の合成と応用

本研究期間中に得られた主な成果を以下に記す。1)Si基板上へのBaTiO_3ナノ結晶薄膜の作製2)モールドを用いないITO透明電極上へのBaTiO_3ナノ結晶マイクロパターンの形成ITO基板上に厚さ5μmのホトレジスト膜を作製し、リソグラフィ技術を用いて種々のパターン電極を形成した。このITOパターン電極とPt/Siなど、任意の導電基板を5μmのホトレジスト膜を挟んで対向させこのギャップ中にBaTiO_3ナノ粒子サスペンションを注入した後、EPD法により任意の導電電極上にITOパターン電極のパターンを転写したBaTiO_3ナノ粒子パターンを作製することに成功した。このモールドレスパターン技術はナノ結晶デバイスの新規作製法として期待される。(J. Electroceramicsに投稿中)3)逆オパール中へのBaTiO_3ナノ結晶へのEPD充填本研究の目的は、モールドを用いないモールドレスナノ結晶マイクロパターンの新規合成法の確立である。具体的には、リソグラフ技術を用いメソポーラスSiO_2薄膜基板上にパターニングした導電性高分子膜を形成し、そのパターン化された導電性高分子膜上にBaTiO_3ナノ結晶をEPDにより堆積させ(同じパターン構造を持つ上部電極を用いることにより、モールドを必要としない粒子堆積技術を確立する)、ナノ結晶マイクロパターンを作製する。このマイクロ構造体を焼成し、高分子膜を焼失させることにより、低屈折率メソポーラス薄膜をクラッド層とするマイクロパターン(例えば、2次元強誘電体PC)の作製が可能になる。この手法を用い、様々な高屈折率ナノ結晶から成る2次元PCの作製を行い、それらの電子・光学特性の評価を行う。また、本研究では高密度ナノ結晶構造体の作製を目指し、導電性高分子を被覆した導電性ナノ結晶粒子を用いた全く新しいEPD法の開発も同時に行う。本年度(平成17年12月平成18年3月)は3ヶ月と短いため、受入研究員がこれまでに確立してきた高濃度ゾル-ゲル法を用いたナノ結晶合成法と特別研究員の持つ導電性高分子膜のマイクロパターニング技術を組み合わせた、新しいナノ結晶EPDマイクロパターン技術の確立のための基礎研究として、以下の実験項目を実施した。1.高濃度ゾル-ゲル法を用いたBaTiO_3ナノ結晶の合成とナノ結晶サスペンションの作製2.ポリピロール、ポリアニリン導電性高分子薄膜の合成と導電性評価3.EPDによるBaTiO_3ナノ結晶薄膜の作製とXRD及びSEMによる組織の評価上記の実験項目に対して、1及び3については完全に初期の目標を達成したが、2の実験項目については現在遂行中である。得られた研究内容を今後学術誌に発表していく予定である。本研究の目的は、モールドを用いないモールドレスナノ結晶マイクロパターンの新規合成法の確立である。具体的には、SiやITO透明電極基板上にパターン化された導電性高分子膜を形成し、その上にBaTiO_3ナノ結晶をEPDにより堆積させ(同じパターン構造を持つ上部電極を用いることにより、モールドを必要としない粒子堆積技術を確立する)、ナノ結晶マイクロパターンを作製する方法を確立することを目的としている。特別研究員は平成18年度の研究において、以下の実験項目を遂行し、所期の目的を達する成果を得た。1.Si及びITO基板上へのポリアニリン導電性高分子薄膜の作製と導電性評価:特別研究員独自の手法により、Si及びITO基板上にポリアニリン導電性高分子薄膜の作製を行い、EPD電極として十分使用可能な導電性を有することを確認した。2.ポリアニリン導電性高分子薄膜上へのBaTiO_3ナノ粒子のEPD薄膜の形成と誘電性評価:0.1μmおよび10nm BaTiO_3粒子のサスペンションを用い、ポリアニリン導電性高分子薄膜上に1-10μm厚さのBaTiO_3薄膜を作製し、誘電率の評価を行った。(論文1報、投稿中)3.レジストモールドを用いたポリアニリン導電性高分子パターン薄膜の作製と導電性評価:Si基板上にレジスト膜を形成し、電子描画装置によりサブミクロンサイズのパターンを作製し、EPD用パターン電極の作製を試みた。4.逆オパール中へのBaTiO_3ナノ結晶へのEPD充填(他の特別研究員との共同研究):ポリスチレン球を充填して作製したオパールフォトニック結晶の間隙に、10nmBaTiO_3粒子をEPD法により充填し、強誘電体逆オパールの作製を試みた。(論文2報、投稿中)本研究期間中に得られた主な成果を以下に記す。(J. Electroceramicsに投稿中)3)逆オパール中へのBaTiO_3ナノ結晶へのEPD充填
ビタミンD依存性Ca結合蛋白質の構造と機能

ビタミンD依存性Ca結合蛋白質28Kダルトンが小腸粘膜、腎、小脳に存在することはわかっていたが、小脳においてはその精製が行われていなかった。我々の研究室で開発したSDSPAGEをニトロセルロース膜にトランスファーしてから【^(45)Ca】にインキュベートしてオートラジオグラフィによってCa結合蛋白質を検出する方法は容易にかつ迅速にCa結合蛋白質をとらえられる有効な方法であった。この方法を駆使して我々は牛小脳から28KビタミンD依存性Ca結合蛋白質を精製することに成功した。精製された28K蛋白質のアミノ酸一次構造決定をエドマン分解して通常の方式に従って行った。全決定したところ280個のアミノ酸から成り、N端はアセチル化していた。真の分子量は29851で28Kより大きかった。EFハンド公式からみてCa結合位は6個あると考えられるが、2位と6位の場所は一部の酸性アミノ酸の置換が生じている為、真のCa結合位としては機能していないと考えられる。ホモロジィ・マトリックスを描かせてみると2位も6位も腸管のものと良いホモロジィを描けるので、進化の過程で機能的に落ちていったものと考えられる。分子量9KのビタミンD依存性Cの結合蛋白質とのホモロジィは見出せなかった。すでに小腸のものはDNAから一次構造が決定されているので比較してみると分子量はむしろ少く、アミノ酸残基は小腸の方が2個多く、ホモロジィは約78%であることがわかった。この差は臓器差か、動物差(cDNAは鶏のもの)かという問題が残るが、現在牛の腎のものを調べてみると牛の小脳と殆んど同じなのでむしろ種差が大きいと思われる。この機能については細胞骨格蛋白質との相互作用などを現在検討中である。
積分作用素の基礎的・応用的研究

フーリェ積分作用素の諸性質を研究し、それを用いて弱双曲型方程式の解の特異性等の研究を行ない、ジェブレイクラスに係数を持つ微分方程式の解のジェブレイ波面集合を明確にした。結果は次の通りである。1.弱双曲型方程式のコーシー問題の基本解の波面集合は低階項の影響を受ける。本研究では、ジェブレイクラスを対象とする波面集合まで拡げて考えなければならない例について、きっちりした形で基本解を構成し、そのジェブレイ波面集合を調べた。これにより、弱双曲型方程式のコーシー問題に対する解の波面集合は分岐することが解明された。これには常微分方程式におけるストークス係数に関する結果が用いられた。この事実により弱双曲型方程式のコーシー問題に対する解のジェブレイ波面集合の分岐現象は、無限回微分可能な場合の考察と同様、常微分方程式におけるストークス現象と深くかかわっていることがわかった。2.ジェブレイクラスに係数を持つ微分方程式の解の特異性を基本解を用いて調べるには、フーリェ積分作用素及び擬微分作用素の多重積を必要とする。本研究では、ジェブレイクラスに表象を持つフーリェ積分作用素と擬微分作用素の多重積に関する精密な評価を出し、それを弱双曲型方程式の基本解の構成と退化微分作用素のジェブレイ準楕円性に応用した。これには振動積分の微細な取扱いが必要となる。
遺伝子発現に基づくCD38+CD43+B細胞を標的とするSLEの新規治療法の開発

本研究は健常人、SLE患者のB細胞サブセットの遺伝子発現プロファイルを比較することにより、SLEにおいて活性化されている遺伝子群の抽出を行い、SLEに対する新たな治療法の開発を目指した。健常人に比べて、SLE患者由来の各B細胞分画においてI型インターフェロン(IFN)誘導遺伝子群の有意な上昇を、SLE由来形質芽細胞に細胞分裂関連遺伝子群の有意な上昇を認め、in vitroの実験においてIFNαによるプライミングがB細胞刺激の閾値を下げることを示した。全身性エリテマトーデス(SLE)は抗2本鎖DNA抗体に代表される自己抗体介在性に引き起こされる全身の炎症性疾患である。これらの病原性抗体は主に骨髄に存在する形質細胞により産生されている。末梢のリンパ組織で活性化されたB細胞は、形質芽細胞として血中を移動し骨髄にホーミングする。その後長期にわたって抗体を産生しうる形質細胞へと分化する。その各々の分化と活性化段階において、種々のサイトカインによる刺激や転写因子の発現が重要であるが、その各々の分子や経路がSLEにおける治療標的となりうる。形質芽細胞は抗体産生能と細胞分裂能を有しており、その前駆細胞であるB細胞や次の分化段階である形質細胞とは遺伝子発現と比較して特有であると考えられる。申請者はSLE患者の末梢血において形質芽細胞であるD20+CD27+CD43+CD19+ B細胞が増加していることに着目した。健常人とSLE患者末梢血よりこれらの形質芽細胞、ナイーブB細胞、メモリーB細胞を分離し、その遺伝子発現プロファイルをマイクロアレイで解析、比較することにより、B細胞から形質芽細胞への分化段階におけるより効果的な治療標的とSLE患者形質芽細胞に特異的に発現されている分子の探索を行う。また、このように同定された分子をSLEにおける新たな治療標的分子の候補として、ループスモデルマウスにこれらの分子を標的とする薬剤を投与することによりその治療効果判定を行い、SLEにおける新たな治療法の開発を目指す。SLE患者4名、健常人4名の末梢血より形質芽細胞/ナイーブB細胞/メモリーB細胞を分離し、その遺伝子発現プロファイルを比較した。形質芽細胞への分化に重要な転写因子の候補、SLE由来形質芽細胞に特異的に多く発現されている膜蛋白分子を抽出することができた。全身性エリテマトーデス(SLE)は、抗2本鎖DNA抗体に代表される自己抗体が全身の組織に沈着することにより引き起こされる慢性の炎症性疾患である。病原性抗体は主として骨髄に存在する形質細胞により産生されているが、その前駆段階である形質芽細胞(CD19+CD27+CD43+)は末梢血中に存在しており、フォローサイトメトリーにより定量、分離可能である。申請者はSLE患者末梢血中に形質芽細胞が増加していることに着目し、B細胞→形質芽細胞→形質細胞に分化するのに必要な因子、特異的な膜表面分子を探索することにより、新たな治療標的としての可能性を追求している。平成27年度は健常人とSLE患者末梢血よりナイーブB細胞、メモリーB細胞、形質芽細胞の遺伝子発現プロファイルをマイクロアレイにより解析し、SLE患者の形質芽細胞に細胞分裂、type I IFN関連遺伝子の発現が有意に上昇していることを見出した。平成28年度はtype I IFNであるIFN-αの細胞分裂における効果、IFN-αに誘導される膜表面分子であるIFITM1のB細胞上での発現をフローサイトメトリーで検討した。In vitroにてB細胞をIFN-αで刺激することによりB細胞刺激後のB細胞の分裂が有意に上昇した。また、未治療SLE患者末梢血中に形質芽細胞(CD19+CD27+CD43+)が有意に増加していることにに加えて、IFIM1を細胞表面上に発現しているB細胞が存在していることを見出した。マイクロアレイのデータ解析からIFNαがB細胞分裂に関与している可能性が示唆されたが、in vitroにてIFN-αがB細胞の分裂を直接促進するという結果が得られた。また、IFN誘導遺伝子の一つであるIFITM1の細胞表面への発現をSLE患者B細胞上で確認できた。本研究は健常人、SLE患者の形質芽細胞、ナイーブB細胞、メモリーB細胞の遺伝子発現プロファイルを比較することにより、SLEに特有の分子の発現、活性化されているパスウェイの抽出を行い、SLEに対する新たな治療法の開発を目指すものである。前年度までに、上記の遺伝子発現プロファイルの解析を終えており、SLE患者由来の形質芽細胞、ナイーブB細胞、メモリーB細胞の各細胞分画において、健常人に比べて1I型インターフェロン(IFN)誘導遺伝子群の有意な上昇、2細胞分裂関連遺伝子群の有意な上昇を認めた。これらの知見を基に、1. I型IFNのB細胞の活性化における役割、2. I型IFNに誘導される膜表面分子のB細胞表面の発現、についての解析を行った。1.分離したB細胞をIFNα添加あるいは未添加の条件で24時間培養し、その後、抗IgG/M抗体、CpG、IL2, IL-21で刺激した。IFNαでプライミングすることにより、刺激後に引き続いて起こるB細胞の分裂回数が有意に増加することが示された。このことはIFN誘導性の遺伝子がB細胞刺激の閾値を調節している可能性があり、SLEにおけるI型IFNの病的意義の機序の一つである可能性がある。

2. IFITM1(interferon induced transmembrane 1)はI型IFNにより誘導される遺伝子であり、CD19分子に会合する膜蛋白をコードしていることが報告されている。抗IFITM1抗体を用いてSLE患者の末梢血B細胞におけるIFITM1の発現解析を行ったところ、一部のSLE患者において、1-2%のB細胞表面にIFITM1の発現が認められた。このことは、IFITM1がIFNで刺激を受けている細胞を同定するためのマーカーとなりうる可能性がある。本研究は健常人、SLE患者のB細胞サブセットの遺伝子発現プロファイルを比較することにより、SLEにおいて活性化されている遺伝子群の抽出を行い、SLEに対する新たな治療法の開発を目指した。健常人に比べて、SLE患者由来の各B細胞分画においてI型インターフェロン(IFN)誘導遺伝子群の有意な上昇を、SLE由来形質芽細胞に細胞分裂関連遺伝子群の有意な上昇を認め、in vitroの実験においてIFNαによるプライミングがB細胞刺激の閾値を下げることを示した。遺伝子発現プロファイルの比較で抽出できた転写因子の、B細胞→形質芽細胞への分化における役割をin vitroでのB細胞分化系を用いて解析する。SLE形質芽細胞特異的な細胞表面分子の候補の発現をフローサイトメトリーで解析する。膠原病物品の納品の遅延によって生じたものである物品納品に必要な経費として平成28年度請求額と合わせて使用する予定である