hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イオンの自発的再配列を利用した次世代有機発光デバイスの開発

電流励起有機半導体レーザーの開発を目的として、イオン液体と発光性ポリマーの混合薄膜を用いた電気化学発光セルについての研究を行った。電気化学ドーピングによってキャリア密度を桁違いに高くすることを実現し、高導電性の発光層を形成することに成功した。パルス駆動によってデバイスを駆動したところ、1 kA/cm2を超える大電流密度の注入が可能であった。またデバイス発光層は光励起によって発光増幅が観測できたため、電気化学発光セルは電流励起レーザーのための基盤デバイスとして極めて有用であると考えられる。平成25年度は、Light-emitting electrochemical cell (LEC)を用いた有機半導体レーザーの実現を目指して、大電流密度下において高効率で発光させることを目指した。前年度までに高分子半導体と高い相溶性を示すイオン液体を見出し、1000 A/cm2に達する大電流密度を実現したが、電流値の上昇に伴い発光効率が低下してしまった(Roll-off現象)。本年度は、この現象が高電圧による膜中でのイオンのゆらぎに起因するものと考え、電圧を印加しながら冷却をしてイオンの動きを凍結するFrozen-junction法を利用してRoll-offを抑制することを検討した。一方で、冷却とともに高分子半導体層の導電性が低下してしまう。これを最小限にするために、比較的融点が高く、かつ高分子半導体と高い相溶性を有するイオン液体を探索したところ、ホスホニウム系イオン液体のアルキル鎖を制御することで融点が16°Cと室温に近いものを見出した。実際のデバイスでは、-20°Cでイオン液体の凍結が出来ることを確認して大電流密度の注入を行った所、1000 A/cm2の大電流密度に至るまで、発光強度と電流密度に直線的な関係を得ることができた。このような特性は有機ELなどの他の有機発光デバイスでは実現が難しく、LECの高導電性と光損失の少ない構造が可能にしたものであると考えられる。以上の結果、および昨年度に達成した薄膜からの光励起による発光増幅の結果は、本研究のLECが有機半導体レーザー実現に向けて極めて優れた素子であることを示している。一方で、本研究では共振器構造の導入が出来ていない。LEC活性層は塗布形成が可能で微細加工も容易なため、ナノインプリント等の手法で共振器構造を導入し、光増幅に必要なしきい値を下げることが求められる。電流励起有機レーザー構築のための基盤デバイスとして、Light-emitting electrochemical cell (LEC)の可能性を検討した。はじめにLECによる電流励起レーザーを検討する妥当性を確認するため、LEC発光層からの光励起による自然放射増幅光(ASE)の観測を試みた。一般的な高分子電解質を用いたLECの発光層からはASEは観察されなかったが、長鎖アルキル基を有するホスホニウム系のイオン液体を電解質とすることで、発光層の平坦性・均一性を改善した結果、光励起によるASEの観測に成功した。電流励起のためのデバイス構造を検討をし、光損失を最小限にできる構造として横型のLECを採用してデバイス作製を行った。電極間距離10ミクロンの金電極を作製後、発光性ポリマーとイオン液体の混合溶液からスピンコートすることによって素子を作製した。電圧印加とともに直線上の発光が電極間に観察された。発光の開始電圧は2.5 Vであり、発光性ポリマーのHOMO-LUMOギャップにほぼ等しかったことから、極めて効率的なキャリア注入とキャリア輸送を実現できていることを示している。電流密度は6 Vで32 A/cm2と高く、一般的な有機ELよりも一桁高い電流密度が低電圧で実現することが出来た。さらに多くの電流密度を実現するために、デバイスのパルス駆動を検討した。LECではイオンの動きが遅いため応答速度が遅く、パルス駆動は行われた例は無かったが、本研究では、ベース電圧によってイオンの再配列を行いながら高電圧パルスを印加する新しい駆動方法を導入することで、1ミリ秒でのパルス駆動を行うことに成功した。電流密度は20 Vで1000 A/cm2に到達し、LECとしてはこれまでにない高電流密度の注入に成功した。本研究では電流注入型有機レーザーの実現を目指している。これまでLECを基盤デバイスとして検討した例は無かったが、光励起によるASEの観測、および電流励起による1000 A/cm2を超える光電流密度の注入は、電流励起型有機レーザーの実現を充分に期待できるという結果を示すことができた。当初の懸念であったイオン液体の狭い電位窓から来る高電圧におけるデバイスの劣化の問題は、パルス駆動をすることによって充分に抑制できることが判明し、差し当たっての問題は無いと考えられる。以上のことから、電流注入型有機レーザー実現という目標に対しては、当初の計画以上のことを実現できたといえる。一方で、想定以上の良好なデバイスが作製できてしまったために、大電流の注入という当初2年目に計画していた研究が先に来てしまった。

このために、当初1年目で行う予定であったデバイスの構成材料の詳細な最適化という面においてはまだ検討の余地がある。まず、LECに特化したイオン液体の開発ができていない。これまでは市販のイオン液体をベースにしてデバイスの作製を行なってきたが、イオン液体の濃度を上げた場合には、発光性ポリマーとの間での相分離と考えられる構造が観察されてしまっている。また、発光性ポリマーについても多くの種類が検討できていない。現状では、有機ELにおいて一般的な発光性ポリマーを用いているが、イオン伝導と電子伝導の両方に優れた材料の検討などは未だ実施できておらず、今後の検討課題である。平成25年度は、平成24年度に実施できなかったデバイスの構成材料の最適化を検討する。イオン液体については、市販のものを検討するだけでなく、新たな材料の検討を行う。これについては、本研究に興味を持って頂いている企業の協力を仰ぎ、新たな設計指針に基づいたイオン液体を提案して合成をお願いしている。また、さらなる大電流密度の注入のためには、イオン液体を凍結させてLECの応答性と安定性を向上させるFrozen-junction法の検討が重要となってくる。このため、イオン液体の融点が-20 °C室温程度にあり、比較的容易に凍結できるようなイオン液体の開発も行なっていく。発光性ポリマーにおいては、イオン伝導と電子伝導の両立できるような分子の検討を開始する。また、電流励起レーザーの実現には高電流密度領域での高い発光効率の実現が必要である。このため、高電流密度パルス駆動時の発光効率を定量的に求めてレーザー実現への可能性を探る。高い発光効率が実現されていた場合には、LECの活性層に共振器構造を導入することによって世界初の電流励起有機レーザーの実現を目指す。共振器構造の導入には、電子線リソグラフィーを用いてシリコンに微細加工を施し、LECの活性層にナノインプリントリソグラフィーをすることによって作製することを検討している。一方、高電流密度領域において、発光効率に減少が見られた場合には、その原因を顕微分光あるいはインピーダンス分光などによって理解し、高効率を実現できるデバイスの作製・駆動方法を検討する。真空中、顕微鏡下で冷却をしながらデバイスを観察する実験系を構築する必要があり、このための予算に80万円を計画している。消耗品では発光性ポリマー、アルカリフリーガラス基板およびシリコン基板を購入する。発光性ポリマーは特に高価であり(1020万円/グラム)、消耗品として30万円ほど購入する必要がある。シリコン基板は20万円、アルカリフリーガラス基板は10万円を必要としている。また代表者が成果発表のため、国内の学会に参加する費用として10万円、論文別刷り代として10万円を積算した。
網膜における視物質の合成と運搬に関する免疫組織化学的研究

イイダコ(軟体動物・頭足類)光受容膜のターンオーバーをロドプシン免疫組織化学的に究明すべく,第一に,電顕的観察のためのよりよい試料の作製法を模索した.その結果,他動物の光受容系において神経伝達物質を検出する場合と異なり,網膜を化学固定してもLRホワイト樹脂に包理すれば,比較的微細構造の保存がよく,さほど免疫反応性が低下しなかったので,暗室作業の困難な急速凍結法を必ずしも要さないことがわかった.免疫染色については, PAP法やBSA法より免疫金法等によって,免疫反応のより微細な局在を観察できた.イイダコ網膜は,抗ウシロドプシンポリクローン抗体(29Ga)では免疫染色されなかった.そこで,抗タコロドプシン抗体産性モノクローン(4D9と3H3)を,本学理学部徳永研から分けてもらい,同眼科学教室で起こし,その培養液(1:100×30)を一次抗体として用いた.光顕的には網膜遠位節が縦縞状に,とくにその遠位部がよく染色され,近位部にも弱い反応が見られた.ところが,反応性は網状層でより強く,限界膜で最も強かった.免疫染色法を慎重に検討しながらくりかえし試みたが,結果は同様であった.免疫電顕法による確認を行ったところ,反応は光受容細胞遠位節間に強く見られ,遠位節自体は反応陰性であった.これは固定時刻にも無関係であった.したがってこれらのモノクローン抗体は,むしろ細胞外物質に対するものであったと言える.そこで新たな抗体の産生を企画実行し,その完成も間近い.すなわちミズダコ網膜から, Kitoの方法を部分的に修正しながらロドプシンを精製し,ポリクローン抗体を産生させるべく, 2匹のウサギに3度目の注射をしたところである.イイダコ(軟体動物・頭足類)光受容膜のターンオーバーをロドプシン免疫組織化学的に究明すべく,第一に,電顕的観察のためのよりよい試料の作製法を模索した.その結果,他動物の光受容系において神経伝達物質を検出する場合と異なり,網膜を化学固定してもLRホワイト樹脂に包理すれば,比較的微細構造の保存がよく,さほど免疫反応性が低下しなかったので,暗室作業の困難な急速凍結法を必ずしも要さないことがわかった.免疫染色については, PAP法やBSA法より免疫金法等によって,免疫反応のより微細な局在を観察できた.イイダコ網膜は,抗ウシロドプシンポリクローン抗体(29Ga)では免疫染色されなかった.そこで,抗タコロドプシン抗体産性モノクローン(4D9と3H3)を,本学理学部徳永研から分けてもらい,同眼科学教室で起こし,その培養液(1:100×30)を一次抗体として用いた.光顕的には網膜遠位節が縦縞状に,とくにその遠位部がよく染色され,近位部にも弱い反応が見られた.ところが,反応性は網状層でより強く,限界膜で最も強かった.免疫染色法を慎重に検討しながらくりかえし試みたが,結果は同様であった.免疫電顕法による確認を行ったところ,反応は光受容細胞遠位節間に強く見られ,遠位節自体は反応陰性であった.これは固定時刻にも無関係であった.したがってこれらのモノクローン抗体は,むしろ細胞外物質に対するものであったと言える.そこで新たな抗体の産生を企画実行し,その完成も間近い.すなわちミズダコ網膜から, Kitoの方法を部分的に修正しながらロドプシンを精製し,ポリクローン抗体を産生させるべく, 2匹のウサギに3度目の注射をしたところである.
魚類光受容器の機能発現・分化に関する免疫細胞化学的研究

1)魚類の網膜桿体細胞におけるタウリンプールの日周性:シラスウナギおよびキンギョ稚魚の網膜について明期および暗期におけるタウリンの局在を免疫細胞化学的に調べ、桿体細胞におけるタウリンプールの日周性を明らかにすることを試みた。桿体細胞の外節には明期に全く免疫陽性反応が認められず、暗期にその形質膜および層板膜に反応が認められた。したがって、光照射により桿体細胞外節から一斉に放出されてタウリンプールは枯渇し、暗期になって再び蓄積され時間経過とともにそのレベルは上昇するものと考えられた。2)ニホンウナギの網膜における桿体細胞の増殖機構:シラスウナギ、淡水ウナギおよび降りウナギの網膜桿体細胞について組織学的に調べ、錐体細胞が外境界膜付近に一列に並ぶのに対し、外顆粒層を占める桿体細胞の核およびその外節がウナギの成長・加齢に伴って顕著に増加することを確かめた。淡水ウナギではPCNA(増殖細胞核抗原)免疫陽性細胞が外顆粒層のみならず内顆粒層にも多数みられた。内顆粒層から派生した前駆細胞が外顆粒層に移動し桿体細胞に成るものと考えられ、ニホンウナギの生涯にわたって網膜桿体細胞は増殖し続けることが示唆された。3)ヒラメの網膜桿体細胞の増殖機構に関する免疫細胞化学的研究:ヒラメ仔魚では変態の頃に網膜桿体細胞は出現し、成魚になると一列に並んだ錐体細胞の上に桿体細胞の厚い外節層がみられるので、着底以降も桿体細胞が増殖し続けるものと考えられる。PCNA免疫陽性細胞は養殖稚魚の網膜外顆粒層に豊富で、強い反応を示す卵円形の核(桿体前駆細胞)が外限界膜近くに一列をなし、反応のやや弱い紡錘形の核(前駆細胞)は外顆粒層全体にわたって散在する。一方、天然成魚の網膜では周縁部胚芽帯付近を除けばPCNA免疫陽性細胞はあまりみられず、桿体細胞の増殖機構に水温や加齢あるいは栄養条件等が影響することが考えられた。2.さらに、京都大学大学院農学研究科竹内壱明博士らにより作製された抗体を用いて、昼・夜すなわち明、暗順応状態でシラスウナギとキンギョの網膜におけるタウリントランスポーターの免疫細胞化学的局在を調べた。タウリンの場合と比較し、両者は桿体細胞に並存することが示唆された。3.アユやニジマスの初期発育過程およびヒラメやウナギのライフサイクルにおける光受容器の機能発現と分化に関する研究成果をまとめ、東京大学海洋研究所シンポジウム「魚類神経科学研究の現状と展望」において(11月21日、22日)「魚類の網膜における光受容細胞の分化と増殖」と題する講演発表を行い、さらにこの分野の優れた研究報告に関する解説を加えて「魚類のニューロサイエンス(仮題)」(恒星社厚生閣より平成13年9月末日発行予定)に掲載予定の原稿を鋭意執筆中である。4.フランクフルト大学医学部にて(3月4日18日)、Korf,Horst-W.教授(海外共同研究者)およびマックスプランク脳研究所Meissl,Hilmar教授と共同で、主に蛍光二重標識法を用いニジマス胚体および仔稚魚における光受容神経内分泌系の機能発現・分化を調べる。

5.現在、ヒラメやウナギのライフサイクルにおける網膜光受容細胞の増殖機構の解明に最も力を注いでいるが、今年度の備品費では落射蛍光顕微鏡が部分的にしか設置できず、未だ蛍光標識法を実行に移すことができない状態なので、上記共同研究では蛍光二重標識法を最優先に用いて実績を上げ来年度にそなえる。2.アユやニジマスの初期発育過程およびヒラメやウナギのライフサイクルにおける光受容器の機能発現と分化に関する研究成果を取りまとめ、さらに魚類網膜におけるニューロン新生に関する総説を加え、東京大学海洋研究所シンポジウム「魚類神経科学研究の現状と展望」(平成12年11月2122日)で行った「魚類の網膜における光受容細胞の分化と増殖」と題する講演に基づいて、「魚類のニューロサイエンス」(恒星社厚生閣、東京、p.106-121、平成14年)に分担執筆を行った。3.フランクフルト大学医学部にて(平成13年3月4日18日)、Korf, H.-W.教授(海外共同研究者)およびその共同研究者らと、ニジマス稚魚における光受容神経内分泌系の情報発現・伝達機構に関わる光受容タンパク、時計遺伝子、神経伝達物質等に関する免疫細胞化学的研究を蛍光標識法とABC法により実施し、その成果を報文にすべく解析を進めている。4.ヒラメやウナギのライフサイクルにおける網膜光受容細胞の増殖機構を明らかにするため、PCNA(増殖細胞核抗原)免疫陽性細胞を指標に、キンギョやグッピー等の稚魚や若魚の網膜と比較しながら解析を進めている。切片作製、実験魚の入手等で未解決の困難な問題があるが、若干の成果を取りまとめ「2、3魚種の網膜桿体細胞の増殖機構に関する免疫細胞化学的研究」と題する講演発表を平成14年度日本水産学会大会(4月1日5日、近畿大学農学部)において行う。本年度は魚類の網膜桿体細胞の増殖機構に関する免疫細胞化学的研究を中心に研究を進め、研究成果は次の2つの項目に要約される。1.ニホンウナギの網膜における桿体細泡の増殖機構解明ニホンウナギのふ化仔魚およびレプトケファルス幼生の網膜では桿体細包が極あて迅速に発達することを既に論文にしているので、今回はシラスウナギ、淡水ウナギおよび降りウナギの網膜桿体細包の増殖機構について組織学的並びに免疫細胞化学的に比較し解析した。1)錐体細胞が外境界膜付近に一列に並ぶのに対し、外顆粒層を占める桿体綱包の核およびその外節がウナギの成長および加齢に伴って顕著に増加する。2)淡水ウナギではPCNA(増殖細胞核抗原)抗体に対する免疫陽性細胞が外顆粒層のみならず内顆粒層にも多数みられ、桿体前駆細胞が内顆粒層から派生している可能性が高い。本結果より、ニホンウナギの生涯にわたって網膜桿体細胞は増殖し続け明暗感覚の感度を高めて、その夜行性の摂餌行動や暗い生息環境に適応させていることが示唆された。2.ヒラメの網膜桿体の増殖機構に関する免疫細胞化学的研究ヒラメの仔魚では桿体細胞は変態の頃になってやっと現れ、成魚の網膜では一列に並んだ錐体細胞の上に桿体の厚い外節層がみられるので、変態・着底以降も桿体細胞が増殖し続けることが考えられる。PCNA免疫陽性細胞は養殖稚魚の網膜層に豊富にみられた:1)強い反応を示す卵円形の核が外限界膜近くに一列をなし、ときどき有糸分裂像も認められ、2)中程度の反応を示す紡錘形の核は外顆粒層全体にわたって散在し、外網状層付近から外限界膜近くへ移動して桿体前駆に加わる。このような増殖細胞の分布の傾向はトルイジン青染色標本や電顕写真でも確認された。一方、天然成魚(冬季に採捕)の網膜では、周縁部胚芽帯付近を除けばPCNA免疫陽性細胞はあまりみられず、桿体細胞の増殖機構に水温や栄養条件等が影響することも示唆された。
公的病院の経営分析

本研究の目的は、経営破綻危機が問題となっている公的病院について、多変量解析による接近によって、経営破綻危機の要因と改善策を明らかすることにある。本研究の主たる結果は以下の通りである。つまり、医師不足によって施設の稼働率が低いために収益を生まない施設の維持費が重荷となって経営が悪化している姿が明らかになった。このことは、人件費を下げることで財務が改善するとしているこれまでの分析結果とは異なる結論が得られており、医療市場の特殊性から単にコストを下げるだけでは問題は解決しないことが明らかになったといえる。本研究は、公的病院の経営状況に関するデータ、ならびに公的病院を運営する自治体に関するデータを用いて分析することになる。そこで、これらのデータをデータベースとして構築する必要がある。平成22年度は、公的病院の経営状況に関するデータは、総務省『公営企業統計年報書』をもとに整備を行った。その際、病院の合併や閉鎖、さらには市町村合併に注意して、連続的な時系列データを作成した。さらに、『公営企業統計年報書』で捉えられていない病院、例えば地方独立行政法人化された病院などは、大阪府についてのみデータの整理を試みた。自治体に関するデータについては、総務省『決算統計』をもとに、これも公的病院と同様に市町村合併に注意しながら、連続的な時系列データを作成した。さらに、平成22年度は、データベース構築に加えて、実際にいくつかの公的病院に赴き、ヒアリングを行った。具体的には、二次医療を行う大学付属病院や先進的な取組を行っている公的病院へのヒアリングを実施した。本研究の平成23年度の具体的内容は、まず平成22年度の整備された公的病院の財務データの精査を行った。同様に平成22年度のヒアリング結果を踏まえ、異常値の確認やゼロを多く含むサンプルは今後の分析に支障をきたす可能性があることから、これらを取り除く作業を行った。さらに、後述する抽出された因子をさらに別の変数で回帰することで要因分析を行うため、その要因となる変数の整備を行った。具体的には、公営企業統計年鑑から得られない、診療科や当該市町村の社会経済データ、財政データである。つぎに、得られたデータをもとに、因子分析、主成分分析を行った。一次的な接近として因子分析、主成分分析を行っており、一部で良好な結果が得られなかったため、再度データの精査を行いながら、分析を進めた。さらに、特に因子分析を行うに当たっては、因子抽出法がいくつか考えられるが、パネルデータを用いた場合における因子抽出法はどのようなものが適切かについての統計学的な検討を行った。これらを踏まえた因子分析はパッケージソフトでは難しいため、独自にプログラムを開発し、その結果の精査を行った。その他、海外の研究会で中間的な研究成果の報告を行い、専門家との意見交換を行ったほか、内部の研究会や他の有識者へのヒアリングを行い、研究成果の精度を高める作業を行った。平成23年度の研究の意義は、最終年度である次年度に研究成果をまとめるための十分な基礎的な作業ができたという点で、大きいものであったといえる。本課題研究については、これまで公立病院の実態調査及び公営企業統計年鑑のデータ整理を行ってきた。今年度は、これまで得られたデータをもとに、統計的な分析を試みた。具体的には、因子分析及び多変量解析によって公的病院の財務分析を行い、経営が悪化する要因を検証した。これらの結果を総合すると、まず医療施設が充実している病院は財務状況が悪い傾向にあることを明らかにしている。これは、病院の増改築や高額医療機器の導入は借入金によって行われるが、その金利負担や減価償却費が財務を急激に悪化させることを示唆している。さらに医療スタッフが不足している病院は財務状況も不健全である傾向が見られた。一般的には、人員を削減することで財務状況が改善すると考えられがちであるが、公的病院は医師不足に悩まされており、そのため施設を稼働させることができず、収益機会を失っている姿が示唆されている。これらの結果は、因子分析によるアプローチ及び多変量解析によるアプローチどちらからも同様の結論が得られており、結果の頑健性が認められる。また、包絡線分析によるアプローチとの結果の比較を行ったが、包絡線分析ではコスト構造を正確にとらえきれていないことが示唆され、本研究で試みたアプローチの有用性が明らかになった。データ整備、分析結果が順調に得られており、学会などにおける成果発表がやや遅れているものの、因子分析については当初計画にはない新たな視点を加えており、おおむね順調に進展しているといえる。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、パネルデータに適した因子抽出法による分析を行う他、抽出された因子の要因分解などの分析などを加えることで、分析結果の精度を高めていく。同時に、得られた成果を学会などで積極的に発表していくほか、学術雑誌への投稿を進めていく。
イオントラックコアによる微視的複雑体系の放射線作用解明研究

放射線と物質の相互作用研究において、PHITSのような汎用放射線輸送計算コードは、マクロな複雑体系における線量評価と共に、ナノスケールの微視的空間内で誘発される放射線作用研究への適用も期待されている。これは、放射線作用自体が物質のミクロな物理現象であるにも関わらず、その主体となる低エネルギー電子の放射線作用が未解明要素を多く含むためである。本研究では、PHITSの飛跡構造解析モードを開発し、微視的複雑体系における放射線作用を計算可能にする。その計算機能を利用し、これまで計算が困難であった低エネルギー電子が作用するDNAの複雑損傷機構解明を目指す。更に、陽子・炭素イオンの飛跡構造解析モードも開発し、本計算機能の波及効果を狙う。平成30年度は、電子の飛跡構造解析モードを実験値と比較することで検証した。PHITSの電子飛跡構造解析モードを利用して、細胞への電子線照射実験により得られた様々な種類のDNA損傷収量を評価することに成功した。さらに、イオン飛跡構造解析モードも開発した。今後は、イオン飛跡構造解析モードのエネルギー適用範囲を大幅に拡張し、イオン照射実験により得られるDNA損傷の種類や収量をシミュレーション予測する予定である。1)放射線DNA損傷の収量評価への適用:これまで開発してきたPHITSにおける電子の飛跡構造解析モードの精度を検証するため、本計算機能の結果を既存の実験データ・計算結果と比較した。本計算結果は既存の結果と十分一致することを確認し、本計算機能の精度を検証した。さらに、計算結果の出力機能として電離や励起が誘発される位置をナノスケールで特定する計算機能も整備した。これにより、細胞への電子線照射実験により得られた様々な種類のDNA損傷収量を、PHITSの電子飛跡構造解析モードを利用して評価することが可能になった。2)PHITSにおけるイオンの飛跡構造解析モードの開発:電子の飛跡構造解析モードは独自に開発した。イオンの飛跡構造解析モード開発に関しては、放射線DNA損傷のシミュレーション予測研究で実績のあるKURBACを実装することで、照射エネルギーの適用範囲が限定されてはいるが、イオンの飛跡構造解析モードの開発にも成功した。これまで開発してきたPHITSにおけるイオン飛跡構造解析モードを拡張し、放射線DNA損傷の収量評価や高エネルギー炭素イオン照射によるゲル線量計の詳細解析を実施する。1)イオン飛跡構造解析モードの拡張:PHITSにおけるイオン飛跡構造解析モードは、利用可能な粒子が陽子と炭素イオンに限定されており、そのエネルギー適用範囲は陽子が300 MeV/u、炭素イオンが10 MeV/uである。粒子線治療で必要となる照射エネルギーは300 MeV/uなので炭素イオンの場合、適用範囲外となる。そこで、簡易式から得られる断面積を利用し、エネルギー適用範囲を大幅に拡張する。2)応用研究:エネルギー適用範囲を拡張した計算コードを利用し、放射線細胞影響研究に貢献するDNA損傷の収量評価を実施し、粒子線ガン治療を支える重要な計測法であるゲル線量計の詳細解析を実施する。この両者の相関を解明すると、医用生体工学の発展に大きく貢献することが期待できる。本研究では、未開発であるPHITSの低エネルギー電子挙動計算機能を開発し、微視的複雑体系における放射線作用を計算可能にする。その計算機能を利用し、これまで計算が困難であったイオン照射によるDNAの複雑損傷機構解明を目指す。更に、様々な物質に対する電子衝突断面積データを開発することで汎用性を拡大させ、本計算機能の波及効果を狙う。平成29年度は、PHITSにおける低エネルギー電子挙動計算機能を、電子密度スケーリングにより様々な物質に適用可能にした。本計算機能は低エネルギー電子の詳細挙動を解析可能であるが、計算時間が膨大になる。そのため、計算負荷の少ない従来の計算機能とエネルギー・空間領域に対する切り替え機能も開発することにより計算時間の短縮も見込めた。これにより、電子線による微視的複雑体系における放射線作用が解析可能になった。本計算機能をイオン照射に拡張するため、イオン飛跡構造解析コードの機能・動作確認を実施し、イオントラックコアにおける放射線作用解明に向けた準備段階にある。1)複雑体系への適用:これまで開発してきた低エネルギー電子挙動計算機能は標的が水のみに適用可能であった。ナノスケールの微視的複雑体系を標的とすると、低エネルギー電子であっても、様々な物質を何度も横断する可能性が高い。電子が異なる物質境界を通過すると、電子と物質の相互作用確率が変化する。PHITSはこのような境界値問題を解決する機能を有する。そこで、電子挙動計算機能においても、PHITSの境界横断機能を対応づけ、簡易的に電子密度スケーリングにより様々な物質へ適用可能にした。これにより、PHITSの低エネルギー電子挙動計算機能を複雑体系へ適用可能にした。2)イオン衝突計算機能との結合:物質にイオンを照射すると、10 keV程度のデルタ線が生成されるほか、10 eV程度の低エネルギー2次電子が無数に生成される。ナノスケールにおける物理現象の主役は、この低エネルギー2次電子であるが、現状のPHITSでは低エネルギー2次電子の発生は無視する。これが原因となり、イオントラックコアの放射線作用を解明できない。

これらの問題を解決するため、PHITSにイオン飛跡構造解析コード(KURBAC)をPHITSに実装することになった。現在、KURBACの計算機能を確認している段階にある。放射線と物質の相互作用研究において、PHITSのような汎用放射線輸送計算コードは、マクロな複雑体系における線量評価と共に、ナノスケールの微視的空間内で誘発される放射線作用研究への適用も期待されている。これは、放射線作用自体が物質のミクロな物理現象であるにも関わらず、その主体となる低エネルギー電子の放射線作用が未解明要素を多く含むためである。本研究では、PHITSの飛跡構造解析モードを開発し、微視的複雑体系における放射線作用を計算可能にする。その計算機能を利用し、これまで計算が困難であった低エネルギー電子が作用するDNAの複雑損傷機構解明を目指す。更に、陽子・炭素イオンの飛跡構造解析モードも開発し、本計算機能の波及効果を狙う。平成30年度は、電子の飛跡構造解析モードを実験値と比較することで検証した。PHITSの電子飛跡構造解析モードを利用して、細胞への電子線照射実験により得られた様々な種類のDNA損傷収量を評価することに成功した。さらに、イオン飛跡構造解析モードも開発した。今後は、イオン飛跡構造解析モードのエネルギー適用範囲を大幅に拡張し、イオン照射実験により得られるDNA損傷の種類や収量をシミュレーション予測する予定である。1)放射線DNA損傷の収量評価への適用:これまで開発してきたPHITSにおける電子の飛跡構造解析モードの精度を検証するため、本計算機能の結果を既存の実験データ・計算結果と比較した。本計算結果は既存の結果と十分一致することを確認し、本計算機能の精度を検証した。さらに、計算結果の出力機能として電離や励起が誘発される位置をナノスケールで特定する計算機能も整備した。これにより、細胞への電子線照射実験により得られた様々な種類のDNA損傷収量を、PHITSの電子飛跡構造解析モードを利用して評価することが可能になった。2)PHITSにおけるイオンの飛跡構造解析モードの開発:電子の飛跡構造解析モードは独自に開発した。イオンの飛跡構造解析モード開発に関しては、放射線DNA損傷のシミュレーション予測研究で実績のあるKURBACを実装することで、照射エネルギーの適用範囲が限定されてはいるが、イオンの飛跡構造解析モードの開発にも成功した。PHITSにイオン飛跡構造解析コード(KURBAC)を実装し、イオン衝突計算機能を開発する。KURBACは標的が水のみに対応しているが、様々な物資にも適用可能にする。1)DNA損傷への適用:PHITSに実装するイオン飛跡構造解析コード(KURBAC)は、放射線DNA損傷研究において多くの研究成果を挙げている。しかしながら、KURBACは任意の複雑体系には対応不可である。
肺癌患者末梢血液中の循環腫瘍細胞(CTC)と上皮間葉移行(EMT)に関する研究

研究目的:循環腫瘍細胞(Circulating Tumor Cell : CTC)は微小遠隔転移の指標とされるが肺癌において検出感度は低く、現在用いられるシステム(CellSearch)では上皮性マーカーを標的にしているため血液中の非上皮性癌細胞は検出困難である。本研究では、肺癌における末梢血液中のCTCとその上皮間葉移行(Epithelial-Mesenchymal Transition : EMT)に関する基礎的検討を行い、遠隔転移に対する治療標的を明らかにするとともに治療効果判定や転移の早期発見につなげることを目的とした。研究方法:まずCTC分離方法の検討と生着能の確認を行った。腫瘍特異的マーカーを標的にして目的細胞を直接分離する方法(positive selection)と、逆に対象外の細胞を除外することによって最終的に目的細胞を含む分画を得る方法(negative selection)について、それぞれの分画に存在する細胞を培養して生着能・増殖能を検討した。そのほか細胞の免疫染色や遺伝子背景を確認した。研究成果:分離法の検討ではCellSearchによる上皮細胞接着因子(EpCAM)陽性細胞の免疫磁気分離、あるいは血液の単核球からCD45陽性細胞を除外することによって目的細胞が含まれる分画を得た。各細胞群を培養し一時的な生着能のある細胞は得られたが増殖能は本条件下では認められなかった。免疫細胞染色については、得られた細胞数が少なく評価困難であった。遺伝子解析について腫瘍特異的遺伝子は認められなかった。
不整地・人混み・対人接触のためのヒューマノイドの実時間変動学習予測制御型行動実現

初年度は実時間変動学習予測制御型行動を実現するための基盤となる、ヒューマノイドがもつ身体の全身運動能力から来る制約と所望のタスクを実現するためにそのタスクの質を決定付けるパラメータとの間における調停を司る行動指標評価機構の構成法の解明及びそれを用いた変動環境での行動最適化についての研究を行った。平地歩行、階段昇降、椅子への着座、椅子からの立ち上がり、未知重量物体の引っ張り行動、未知形状路面の足探り移動行動、変動路面でのバランス維持行動、衝突時の身構え行動、転倒時の踏み換え行動についてそれぞれの行動における身体能力余裕度と運動目標可変性の関係について議論し、行動指標評価機構を構築し、等身大ヒューマノイドを用いた実証実験によって、提案する構成法の有効性を確認した。提案する手法により、異なるヒューマノイドであっても、実現したいタスクとそのタスクにおける可変なパラメータを与えることによって、ヒューマノイドの身体能力に応じた全身行動時系列を自動的に生成することが可能となった。即ち従来行動設計者がアドホックに行っていたハードウェアごとの行動記述制約を定量的に評価することが可能となり、諸制約を満たす行動生成のための試行錯誤に必要とされる時間および手順が短縮されることを示したと言える。これにより上位のアプリケーションによって生成された行動が自身の身体能力を超えて運動を強要する、あるいは安定性が担保されない行動が生成されるという状況を防ぎ、タスクの達成の質を保ったまま実現可能な行動列を生成する道筋を示したといえる。これにより不整地・人混み・対人接触などのシチュエーションにおいて、行動を適応的あるいは学習的に変更していく上で実世界での行動の実現可能性を担保する手法を確立したと言える。
前庭神経節と前庭・半規管末梢受容器間の神経走行に関する超微解剖学的研究

本年度は半規管から前庭神経節に及ぶ求心線維の前庭神経節内における分布状態、加えて受容器間連絡線進の存在の解剖学的証明を目的として研究を行なった。成熟ウシがエルの口唇を麻酔下に開放し、内耳を露出、膜迷路を破ることなく外側半規管膨大部神経を切断し断端部にHRPを注入した。この後6、12、24時間生存させて全迷路を摘出し、前庭神経節から膨大部神栽断端までHRPによる発色を光顕的に検索し、受容器より神経節に到る神経走行と神経節内における分布状態を追求した。結果:末梢膨大部神経より前庭神経幹に亘っての神経走行については明確に同定することはできなかった。この理由として、生存状態動物の極めて微細な神経束に単独に、かつ確実にHRPを注入することが困難であり、HRPがある程度浸透して他の部から軸索内に入った事が挙げられる。外側半規管からの線維の神経幹に至るある程度の神経路の部位的確認は得られた。一方、神経節内における神経細胞体についてはHRPによる発色が見出された。しかしその数は少数であり、全ての支配神経細胞が見出されたとは考え難い結果であった。以上のように不充分な成果ではあるが、全迷路をまず取り出し、フロッグリンゲル液内で各膨大部神経を単一に微細がウス管で吸引、これにHRPをイオントフォレ-ゼで注入すればより緻密な神経走行、神経節内における支配神経細胞のマッピング、加えて受容器間連絡線維の解剖学的証明が可能と考えられる、今後、引き続いて追加研究を行ってゆく予定である。当教室では,内耳,特に前庭器,半規感の感覚受容細胞の微細構造,およびその病態に関しての研究はすでに多くの実績を残している.しかしながら,これらの神経伝達路に関しては未知の部分が多い.私はすでにカエルの前庭神経節の微細構造について,走査電顕による研究を行なってきたが,本年度はこれに加えて正常モルモット,ラットの前庭神経節の光顕的,透過電顕的な微細構造の研究を行なった.これらの正常動物を対象とした研究は,病的状態での前庭神経節の障害性と末梢受容器の障害性の相関を確認するためのものである.また,以上に加えて,耳毒性薬剤であるアミノ酸糖体系抗生剤を投与した際の前庭感覚上皮と,前庭神経節の障害について研究し,その成果をEar Research Japan 18(1987)に発表した.さらに,ある糖の細菌(Mycobacterium fortuitum)が内耳障害を惹起することが言われていたが,この細菌が前庭神経節にどのような影響を及ぼすかについての研究を行なった.この結果,この細菌は末梢前庭感覚細胞のみならず,前庭神経節も早期から直接障害すること,またこの障害性には細菌の菌体成分が関与していることを明らかにした.この成果については,耳鼻と臨床(33)1987へ投稿した.なお,各種の動物(カエル,モルモット,マウス)についての前庭神経節の微細構造,および,薬剤,細菌による障害性についてはA-O-D-O法, Fvam法を応用した走査電顕的研究ならびに透過電顕,光学顕微鏡による研究結果を「前庭神経節の微細立体構造およびその病態」と題して投稿中である.昭和62年度中にはカエル、モルモットの前庭神経節の正常構造を透過電顕、光学顕微鏡的観察したのに加え、走査電顕でその微細構造を立体的に観察してきた。また、これらの基礎的研究による結果をもとに、耳毒性薬物、あるいは細菌の前庭神経節および前庭末梢受容器に及ぼす影響とその病態解明を行ってきた。今年度は未だ不明である前庭、半規管の各末梢受器から前庭神経節に至る神経走行と分布状態を知るために、HRPを利用した研究を行っている。

実験動物にはカエルを用いた。カエルの口蓋部を開放、脳幹部の前庭神経を露出させ、これから分枝する各末梢受容器への神経を切断し(現在は後半規管神経と外側半規管神経の切断に成行している)、その切断部にHRPを注入した。この後23日生存させた後、改めて断頭、前庭神経節を含む前庭神経幹を連続切片として光顕的に観察した。この結果、切断部から前庭神経節に達するHRPの移行が確認されると同時に、後半規管神経を支配する神経細胞の前庭神経節内における存在領域がある程度確認された。今後は全ての半規管、および平衡斑の神経についても同様の実験を行うことによって、前庭神経節内における各末梢受容器支配細胞のマッピングが可能である。一方、受容器間連絡線維に関しては現段階の光顕的観察では確認されていないが、今後透過電顕による詳細な研究を重ねることによってその発見が期待される。当該年度に以下の様な実績を得た。前庭神経節の正常微細構造については、カエル、モルモットを用いて、AODO法で三次元的に示すと同時に、従来の透過型電顕所見との比較対比を行なった。この結果に基づいて、有毒性薬剤(ゲンタマイシン)を投与したモルモットの末梢感覚細胞と、前庭神経節細胞の障害過程とその様式について追及し、薬剤は末梢感覚細胞のみならず、前庭神経細胞をも直接的に障害することを示した。一方、ある種の細菌(Mycobacterium fortuitum)による内耳障害モデルを示した。前庭各受容器からの求心線維の前庭神経節内における分布については、HRP法を応用して研究を行なった。この結果、各受容器からの線維の分布についてはHRP処置法に困難があったため明確な結果を得ることができなかった。しかし、外側半規管神経のHRP処理により、神経節内での神経細胞に染色性(発色)が見出された。このことからHRP処置法に改良を加えれば(例えば、摘出全迷路を用いて、単一半規管膨大部神経のみを選択的にHRP処置を行なう)、各受容器からの求心線維の神経節内における分布状態をマッピングすることが可能と考える。加えて解剖学的には不明である受容器間連結線維についてもその存在を証明することができるものと考えられ、今後も続いて研究を行う予定である。以上の実績に加えて、関連研究として以下の結果を得た。まず、同じ内耳に存在する蝸牛神経節についても三次元的立体構造を示した。また、感覚毛の形態学的維持、および感覚細胞の刺激受容に関与すると思われる感覚毛表面のGlycocalixの微細形態と線毛間結合について微細解剖学的に示した。
利己心の系譜学

本研究は、現代の経済理論が前提としている人間像について、その思想的系譜を解明することを目指して行われた。スコットランド啓蒙における「経済学の成立」から現代の行動経済学・神経経済学へと至るまでの野党な経済学者、理論の分析を通じて、効用や利潤の最大化を図る利己的人間観が登場してきた過程だけではなく、それぞれの経済思想家の主張の背後には、利他性や社会性を含む多様な人間像が含まれていたことが明らかとなった。平成27年度の第1回研究会は6月6日、東京大学本郷キャンパスにて開催された。報告者は研究分担者の一人高橋泰城(北海道大学文学研究科行動システム科学講座)で、報告タイトルは「神経経済学・量子意思決定による利己心へのアプローチ」であった。人々がどのように意思決定をするか、またしたほうがよいかを扱う「行動経済学」と、脳と心の働きの関連を研究する「神経科学」の融合を目指す分野での議論を紹介しつつ、「意志の弱さ」の問題と、時間の認識との関係が主な論題であった。その後、休憩を挟んで、今年度および次年度の研究計画の詳細を議論した。第2回研究会は11月28日および29日に関西大学千里山キャンパスで行なった。初日は20世紀における利己心の語り方について、第1報告の笠井高人(同志社大学:研究協力者)がカール・ポランニーにおける利己心について、第2報告の江頭進(小樽商科大学:研究分担者)が、アダム・スミスの『道徳情操論』における主観主義、メタ認知構造および公共性の関連について報告した。その後、次年度の計画、特に海外からの招聘者のスケジュールを検討した。2日目は19世紀における利己心の語り方について、第1報告の野原慎司(東京大学:研究分担者)がアダム・スミスの利己心について、第2報告の板井広明(お茶の水女子大学:研究分担者)がベンサムにおける利己心について、報告した。さらに平成28年2月13日に東京大学本郷キャンパス経済学研究科学術交流棟・小島ホール一階第一セミナー室において、最終的な成果を英文論集として出版するための会議が行われ、題目や寄稿してもらう外国人研究者の選定について検討した。加えて、平成28年度の研究計画についても決定しており、順調に研究計画を遂行するとともに、着実に成果を挙げている。また以上、個人名の記載については、各位の許可を得ている。平成27年度は、二回の研究会での各分担者・協力者の報告を通じて(平成27年6月6日、平成27年11月28日・29日)、計画書に記した水準での研究の遂行を行うことができた。報告はもとより各メンバーからの活発な質疑が行われ、それぞれの研究のブラッシュアップが行われた。加えて、最終的な成果を国際的に発信するために英文での出版が検討されており、そのための研究計画をさらに練り上げることができた。また次年度の研究計画についても詳細が固まっている。これらを通じて、利己心および利己心の経済思想の発展のみならず、現代経済理論、特に神経経済学や実験経済学の方法論との関係性、また相互の影響についても検討が深まり、それらの研究の国際的水準を担保することにもつながっていると考えている。本年度は学会でのセッション報告並びに3回にわたって遂行された研究会を中心に活動が遂行された。5月21日に開催された経済学史学会第80回大会(東北大学)第一日目のセッション、「利己心の系譜学:ハイエク、ポランニー、神経経済学」を研究代表者である太子堂正称(東洋大学)が組織し報告「ハイエクにおける利己心と制度論」を行うとともに、研究分担者の笠井高人(同志社大学)が「カール・ポランニーの人間像と利己心」、高橋泰城(北海道大学)「神経経済学における利己心」の報告をを行った。第1回目の研究会は、11月12日に東京大学本郷キャンパスでヘルシンキ大学に所属する著名な経済学方法論の研究者であるウスカリ・マキ氏と長津十氏を招聘して、それぞれ経済学方法論に関する英語での報告が行われた。以上、最終的な英文書籍出版に向けて着実に研究は進展している。また個人名の記載については各位の許可を得ている。平成28年度は合計4回にわたる学会でのセッション報告(5月21日)や英語での研究会活動(11月12日・19日、3月6日)での各分担研究者・協力研究者だけではなく、外国人の研究者の招聘を行うことで、計画書に記した水準での研究計画を遂行することができた。それぞれの報告において各メンバーからの積極的な質疑応答が行われることで研究のブラッシュアップを進めることができた。また、最終成果を英文書籍の形で出版するための準備が進められているが、3名の外国人研究者を執筆メンバーに加えることができ、さらにその計画を練り上げることができた。これらの活動を通じて、利己心並びに利他心の経済思想の研究の進展だけではなく、現代の行動経済学や神経経済学、経済学方法論との接合を図ることが可能になったとともに、それぞれに研究の国際的な水準をも担保することができた。本年度は4回にわたって遂行された研究会を中心に活動が推進された。4月1日にPhilippe Steiner氏(Universite Paris-Sorbonne)を招聘し東京大学本郷キャンパスにてフランスにおける利他心・利己心の系譜について報告を行ってもらい、英文出版を目指したプロジェクトに参加することを同意いただいた。

第2回は、5月13・14日に東洋大学白山キャンパスで開催され、それぞれ研究分担者である桑田学氏(福山市立大学)によってノイラート、間宮陽介氏(青山学院大学)によってケインズを中心とした利己心概念、井上義朗氏(中央大学)によりウィックスティード、研究協力者の高橋聡氏(中央大他)によるワルラスの利己心概念についての研究報告が行われた。第3回は、Craig Smith(University of Glasgow)を招聘し、7月23日に東京大学本郷キャンパスにてアダム・スムスとファーガスンについての講演を行ってもらい、プロジェクトへの参加を同意していただいた。第4回は、Christian Schmidt氏(Professeur des Universite:Emeritus)を9月24日から10月2日にかけて招聘し、現代の行動経済学や神経経済学における主体像について東京と京都で計3回の講演を行っていただくとともに、プロジェクトへの参加を同意いただいた。これまでの研究活動と合わせ、以上の研究活動は国際的なメンバーからなる英文書籍として出版されることが決定されており、各メンバーが執筆作業を行うとともに、編集作業が進められている。また個人名の記載については、各氏の同意を得ている。本研究は、現代の経済理論が前提としている人間像について、その思想的系譜を解明することを目指して行われた。スコットランド啓蒙における「経済学の成立」から現代の行動経済学・神経経済学へと至るまでの野党な経済学者、理論の分析を通じて、効用や利潤の最大化を図る利己的人間観が登場してきた過程だけではなく、それぞれの経済思想家の主張の背後には、利他性や社会性を含む多様な人間像が含まれていたことが明らかとなった。平成28年度は、前年度に引き続き、経済思想における利己心・利己心概念の展開ならびに、現代経済学との関連性の検討を行う。各分担者・協力者が、5月21日、22日に経済学史学会研究大会(於東北大学)でのセッション報告(代表者:太子堂)を行い、あわせて海外研究者と研究計画について議論を行う。11月12日と19日には海外の研究者を招聘し、12日には研究報告を行ってもらうとともに、19日には研究分担者の報告についてコメントしてもらう。さらに平成29年2月にも、研究分担者による報告を行う予定である。これらの研究計画は最終的には成果を英文で出版・公表することを念頭において進められている。平成29年度は、これまでの研究活動の成果をもとに、経済学における利己心・利他心概念の分析を進めるとともに、現代の現代の行動経済学や神経経済学、経済学方法論との接合を視野に入れながら、最終的な書籍の出版を目指す。まず4月1日に第二回研究会としてフランス・ソルボンヌ大学の著名な研究者であるフィリップ・スタイナー氏を招聘して利他心概念の思想史についての報告を英語で行ってもらう。また第二回研究会として5月13日・14日に各研究分担者・研究協力者が行う。9月以降にも外国人研究者を招聘して研究会を行うとともに、それぞれの原稿を検討していく。これらによる研究成果は最終的に、英文書籍として出版されることが決まっており、それを念頭に計画が進められている。29年度が最終年度であるため、記入しない。経済思想29年度が最終年度であるため、記入しない。
神経可塑性関連蛋白,ニューロプシン欠損マウスの作成と行動解析

ニューロプシンの機能を明らかにする手だてとして、海馬錐体細胞より行った初代培養にリコンビナントニューロプシンを添加し、その影響を検討した。その結果、ニューロプシンを添加した神経細胞においては、コントロールの神経細胞より、有意に長くブランチングした突起伸展が生じた。このことからニューロプシンが発生における可塑的変化に重要であることが考えられた。さらに詳しくニューロプシン遺伝子の機能を検討する目的でニューロプシン遺伝子欠損マウスの作成を試みている。まずマウスニューロプシン遺伝子上の第1エクソンより第3エクソンすべてを、大腸菌ネオマイシン耐性遺伝子にて置き換えるようにプラスミドを構築した。マウスES細胞にこの遺伝子を導入し、G418およびGANCによるポジティブ/ネガティブスクリーニングによって選別した。PCRおよびゲノミックサザンブロッティングにより、3系統の独立したニューロプシン遺伝子組み替えES細胞クローンを得たことが確認できた。これらの細胞を含む胚盤胞を偽妊娠母体に移植することによりキメラマウスを得、このマウスのバッククロスにより、heterozygoteでニューロプシン遺伝子が欠損したマウスを作成できた。ニューロプシンは皮膚にも発現しているが、heterozygoteマウスは外観からでは皮膚に異常は認められず、またその行動にも異常は認められてはいない。今後はこのマウス同志の交配によりhomozygoteを得る予定である。さらに組織構築、神経可塑的な活動の変化等の検討を加える予定である。
重症心不全に対するｍｉｃｒｏＲＮＡを応用した治療法の開発

慢性心臓疾患のヒト心筋組織におけるMicroRNAの発現に関する報告は少ない。本研究においては、末期的心不全に対して人工心臓植込みを橋渡しとして心臓移植に至った患者の左室心筋、また心房細動に対して外科治療を行った心房組織を用いて、心臓病変や病態とmicroRNAの発現の相関を検討した。末期的心不全患者は人工心臓植込みにより、心機能の向上および心筋血管数の増加が見られた。同時にmiR-23, miR-29bの発現が亢進していた。心房細動においては洞調律に比べて、miR-21およびmiR-208bの発現が亢進しており、特にmiR-21においては心房組織における線維化の程度と有意に相関していた。本研究は、心不全患者の心臓組織の臨床検体を用いてmicroRNAの発現を含めて心臓組織を網羅的に解析し、臨床経過との相関を検討することにより、心不全の発症機序に関わる特異的microRNAを見出すとともに、心不全の核酸バイオマーカーを探索することを目的とした。まず、心不全に至る重要な疾患である慢性心房細動患者の心房組織を採取し、microRNAを抽出するとともに、病理組織学的な検討を加えた。心房細動患者においては、miRNA-21, miRNA-23b, miRNA-199b, and miRNA-208bが特異的に高発現しており、特に心臓組織中のmiRNA-21は心臓組織の線維化と正の相関を示し、血中のmiRNA-21と負の相関を示したことから、miRNA-21が慢性心房細動の発症や進行に関与してしていることが考えられ、それに加えて、miRNA-21が核酸バイオマーカーになり得ることが考えられた。この成果を原著論文として学術誌に投稿し、既に公表されている。さらに、人工心臓装着術及び心臓移植の際に採取した重症不全心の左心室心筋(n=15)よりRNAを抽出し、同一個体における人工心臓装着術および心臓移植術時の心筋のmicroRNA発現をMicroRNA arrayを用いて網羅的に解析した。結果、人工心臓補助中に発現が顕著に変化したmicroRNAを12種(miR-1, 10b, 15a, 15b, 21, 23a, 24, 29b, 199a, 199b, 208a, 208b)見出したため、これをReal-time PCRにて定量的に解析し確認した。これらの心臓組織の線維化率や微小血管数などとの相関を解析し、microRNAが人工心臓補助中の心臓組織の変化に関わりのあることを見出した。現在臨床経過との相関を統計学的に検証中であり、これをもって専門学術誌に投稿する予定である。本研究は、重症心不全左心室の臨床検体を用いてmicroRNAの発現を網羅的に解析し、組織所見や臨床経過との相関を検討することにより、重症心不全の発症機序に関わる特異的microRNAを見出すとともに、重症心不全の核酸バイオマーカーを探索する。さらに重症心不全に特異的に強発現するmicroRNAに対するantagomirを様々な動物モデルに投与しその核酸医薬としての治療効果を検討することを目的としている。人工心臓装着術及び心臓移植の際に採取した重症不全心の左心室心筋(n=15)よりRNAを抽出し、同一個体における人工心臓装着術および心臓移植術時の心筋のmicroRNA発現をMicroRNA arrayを用いて網羅的に解析した。結果、人工心臓補助中に発現が顕著に変化したmicroRNAを12種見出したため、Real-time PCRにて定量的に解析中である。また、重症心不全患者群の血清を採取しRNAを抽出することに成功したものの、血清中に恒常的に発現しているmicroRNAが明らかでないため正常人の血清を用いて対照となりうる血清microRNAを検出することとした。結果miR-16およびU6の発現が向上であることを見出し、これを対照とし重症心不全患者の血清に特異的に発現するmicroRNAを探索中である。開発する核酸医薬の対照となる疾患は遺伝子発現異常が指摘される拡張型心筋症が最もふさわしいものと考えられる。しかしながら拡張型心筋症の動物モデルは限られており、本研究に使えるか検証する必要がある。まずd-sarcroglycanのノックアウトハムスターの自然予後を検討したところ、全ての個体で生後20週より生理学的、組織学的に拡張型心筋症様の病態を呈することがわかった。また、臨床応用を考える上で重要な大動物実験については、d-sarcroglycanノックアウトブタを開発中である。当初の予定では、平成24年度から25年度にかけて、「ヒト左心室検体を用いた重症心不全に関わるmicroRNAの探索」を行う予定であったが、今のところ人工心臓装着術前後のmicroRNA発現の変化を捉えるところまで進んだ。