hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
空間的広がりを属性に持つ文献データベースを用いた白河の条坊地割の復原的研究

(1)白川の条坊地割りの中核をなす六勝寺の「供養記」や,「中右記」,「山槐記」,「明月記」,「百錬抄」などの平安時代末期から鎌倉時代にかけての古記録から,白河の条坊地割に関連すると思われる寺社,邸宅,御幸,火事,地震などの記事を抽出した。(2)抽出した文献情報が関連する空間の形状や位置を,街区,街路,建物などの種類ごとに分類し,画層を分けてCADに入力した。入力は汎用CADソフトのひとつであるAutoCADに,ディジタイザを用いておこない,図形情報のデータを作成した。同時にデータベース・ソフトのひとつであるdBASEIIIに,文献情報の時期,種類,記事の内容などの属性を入力し,文字情報のデータベースを作成した。(3)AutoCADの機能のひとつで,地理情報システムに類似するASE機能を用いて,(2)の図形情報と文字情報を組み合せ,条件の一致する街区や街路だけを図示したり,図の中で指示した街区や街路の文字情報を表示するなど,文字情報と図形情報の間を双方向に検索できるデータベースを構築し,条坊地割りの復原作業に援用し,空間的広がりを属性にもつデータベースの有効性を確認した。15EA04:(4)白河の条坊地割の復原案の中に,CADの拡大,縮小,画層の重ね合わせ機能などを用いて,広がりを持つ文献情報を参照し,コンピュータの画面の中で重ね合わせて,白河の条坊地割りにおける特定の街路の持つ意味や,ある街区の空間特性などを検証した。一例としてば天皇の法勝寺への御幸路が二条大路末の東行を憚ることから,白河の条坊地割の中に御幸を禁忌とする空間が存在することなどを明らかにした。白河にとどまらず平安京に関するこうしたデータベースの構築は今後の課題である。
人工ヌクレアーゼTALENを用いた遺伝子ノックアウトマダニ感染症モデルの作出

マダニの遺伝子機能の解析ではRNA干渉法による遺伝子破壊が用いられてきたが、ノックアウトやトランスジェニックの技術は導入されていない。そこで、我々はこれらの技術を確立する基盤として遺伝子導入マダニ細胞の作製を行った。プラスミドのマダニ細胞のトランスフェクション効率では、pmiGLO並びにpCAGGS-Lucefearaseが高いルシフェラーゼ活性を示したが、フタトゲチマダニ由来である、アクチンプロモーター並びにフェリチンプロモーターのマダニ細胞でのルシフェラーゼ活性は低かった。将来的にはこれらの研究手法によって、遺伝子ノックアウトやトランスジェニックマダニ作製の突破口となる。TALENベクターの作製とノックアウトマダニの作製にあたって、平成26年度はマダニに恒常的に発現しているアクチンとチュブリンのプロモーター遺伝子領域の配列決定を行った。その結果、これらのプロモーター領域の遺伝子配列の決定することができた。また、本研究で標的としているロンギシンをのRNAi干渉法を行ったが、ロンギシンのノックダウンが認められなかったため、ロンギシンと相同性が高いディフェンシンの同定を行った。この遺伝子についてはRNAi干渉法によって、遺伝子の抑制が観察された。[全体構想]マダニの遺伝子機能の解析ではRNA干渉法による遺伝子破壊が用いられてきたが、ノックアウトの技術は導入されていない。そこで、申請者らは人工ヌクレアーゼに着目し、マダニの標的遺伝子ノックアウト技術の確立を試みることが本研究の主要目的である。[今まで得られた研究成果]平成27年度に同定したアクチンやフェリチンプロモ-ターを用いてルシフェラーゼ活性を調べたが、マダニやマダニ細胞で活性は低かった。しかし、PGKプロモーターを用いてマダニ細胞でのルシフェラーゼ活性を調べたところ、活性は高かった。以上の結果から、PGKプロモーターを利用して外来遺伝子を組み込めば、マダニ体内に外来遺伝子を導入できる可能性が示唆された。ロンギシン遺伝子ののノックダウンの確立が成功しなかったため、新たなディフェンシン分子の同定に時間を要した。そのため、当初の研究の目的の達成が遅れている。節足動物分子工学同定したアクチンのプロモーター領域をルシフェラーゼや緑色蛍光タンパク質を発現するベクターに組込み、昆虫細胞、マダニ細胞、マダニにトンランスフェクションを行う。また新たにチュブリンとフェリチンのプロモーター領域の同定を行う。その後、ルシフェラーゼや緑色蛍光タンパク質遺伝子の発現を確認し、遺伝子ノックアウト・ノックインマダニの作製に向けた基礎データを構築する予定である。平成26年度は当初予定していた研究計画が達成出来なかったため、物品の購入が滞ってしまった。しかし、当初の研究計画を見直したため、平成27年度は研究が計画通り円滑に進むことが予想される。平成27年度の予算使用計画は分子生物学用消耗品が主であり、その他、研究打ち合わせ・研究成果発表のための旅費、人件費・謝金、論文投稿料として使用するつもりである。
磁界源体外設置型人工心臓駆動用磁気式アクチュエータの性能向上と大出力ポンプの開発

人工心臓駆動を目指した磁気式ポンプの試作にあたり,以下の創意工夫や対策を施した設計,製作および試験を実施したことにより,ポンプ出力0.84W,平均流量3.2e/分,最高圧力186mmHgを得ることができた。本研究では,ポンプ構造として従来からある片容積型ではなく,ピストンの両側にシリンダを設けた構造の両容積型とした。その理由は,片容積ポンプではポンプ出力が0.94Wと両容積型に比較して若干大きな値が得られているが,最高圧力が236mmHgにまで達してしまい,人体への適合性が得られないという致命的な欠点があったためである。ポンプ出力をできるだけ維持したまま最高圧力を低減することが平成19年度の最も大きな課題であった。両容積ポンプ構造を提案し,新たに磁石設計から研究を遂行した結果,この課題を克服した成果を得ることができた。3次元磁界解析シミュレーションにより回転および直動磁石の寸法設計を行い,外形が120mmで厚みが15mmのNd-Fe-B磁石を製作した。両容積機構における直動磁石の運動機構を実現するため,片容積機構にしか適応できないスプライン機構をやめ,新たにリニアブッシュを用いた直動機構を提案し,ポンプの設計および製作を行った。圧力および流量測定では水道水を用い,これらの量の時間波形が記録できるよう,電圧出力のトランスデューサー付計器を使用した。これらの波形からポンプの動特性を把握することができた。これらの波形解析をしたところ,逆止弁の動作に課題が残ることなどが明らかとなった。本研究の目的は,人工心臓駆動に必要な仕様を満足する磁気アクチュエータを開発し,それを適用した大出力ポンプを開発することである。3カ年の研究遂行期間の1年目にあたる平成17年度では,以下の成果を得た。(1)3次元磁界解析による金属磁石の形状設計ヒトの安静時の心臓出力仕様である,左心室の拍出量46l/min,一回拍出量6090mlおよび左心室出口の大動脈における平均圧力が約100mmHgであること,さらに,ポンプ内の最大圧力が健常者の最高血圧140mmHg以下となることおよび体内埋め込みを想定したポンプの大きさが1,600cm^3以下であることを考慮し,金属磁石の形状設計を試みた。その結果,磁石間距離に大きく依存する磁石間力をポンプの駆動源とする本システムでは,ポンプ圧力を100140mmHg内で動作させるためには,ピストン動作をする直動磁石のストロークを比較的小さく取らなければならないことが分かった。また,直動磁石を中空とすることで体内埋め込み部の質量が軽減されるので,この中空の大きさについても検討を行った。(2)2室ポンプの考案ポンプの大きさが1,600cm^3以下である条件の下,従来より提案している1室ポンプ(シリンダー部が1室)で上記の仕様を満足するように設計を試みたが,必要な磁石間力の2357%程度しか得られないことが分かった。そこで,シリンダー2室が相補的(complementary)に動作するポンプ構造を提案し試設計したところ,仕様の4664%の磁石間力が得られるまでに向上したが,100%までには至らなかった。(3)ポンプの構造設計2室ポンプの試設計を行った結果,回転磁石の回転数が40rpm時に最大出力0.46Wを期待できることが分かった。このとき,磁石形状は,外径96mm,厚み7.7mmおよび中空径8mmで,ヨーク無しという結果になった。前年度までは,シリンダー部が1つのポンプについて試作検討を行ってきたが,今年度は主として,直動磁石の両サイドをシリンダーとする2室ポンプの設計検討を行った。

出力仕様を満足するためには,2室合わせて6090mlのシリンダー容積となる要件があり,また,ポンプ外形をできるだけ小型化する必要があり,従来より用いていたスプライン構造による直動磁石の回転運動抑制方法では,2室ポンプの構造として適当ではないことが分かった。このため,スプライン構造の代替として,リニアブッシュを3本ないし4本用いて直動磁石の回転運動を抑制する方法を提案し,構造検討を行った。2室ポンプにおける両シリンダーの防水対策として,複数の素材からなる袋形状の人工心室を試作し,これらの防水特性を評価した。また,ポンプ出力端における防水対策についても検討を行った。回転運動磁石と直動運動磁石の間に働く磁石間力を,両者の距離と回転磁石の回転角の関数として定量的に計測するためのジグを開発した。前年度までは,両磁石間の距離の設定および回転磁石の角度の設定に非常に長い時間を要していたが,これらの作業を半自動化することで,磁石間力特性の測定時間の高効率化が実現できた。本ジグは,従来より堅牢に作られており,より強力な磁石間に発生する磁石間力を計測可能にするものである。ポンプ試作には,主にアクリルを用いており,アクリルの加工方法について,専用の溶解性接着剤を調査するなど,ポンプ製作の高効率化に関する検討も多種多様に行った。人工心臓駆動を目指した磁気式ポンプの試作にあたり,平成19年度においては,以下の創意工夫や対策を施した設計,製作および試験を実施したことにより,ポンプ出力0.84W,平均流量3.2μ分,最高圧力186mmHgを得ることができた。本研究では,ポンプ構造として従来からある片容積型ではなく,ピストンの両側にシリンダを設けた構造の両容積型とした。その理由は,片容積ポンプではポンプ出力が0.94Wと両容積型に比較して若干大きな値が得られているが,最高圧力が236mmHgにまで達してしまい,人体への適合性が得られないという致命的な欠点があったためである。ポンプ出力をできるだけ維持したまま最高圧力を低減することが平成19年度の最も大きな課題であった。両容積ポンプ構造を提案し,新たに磁石設計から研究を遂行した結果,この課題を克服した成果を得ることができた。3次元磁界解析シミュレーションにより回転および直動磁石の寸法設計を行い,外形が120mmで厚みが15mmのNdA-Fe-B磁石を製作した。両容積機構における直動磁石の運動機構を実現するため,片容積機構にしか適応できないスプライン機構をやめ,新たにリニアブッシュを用いた直動機構を提案し,ポンプの設計および製作を行った。圧力および流量測定では水道水を用い,これらの量の時間波形が記録できるよう,電圧出力のトランスデューサー付計器を使用した。これらの波形からポンプの動特性を把握することができた。これらの波形解析をしたところ,逆止弁の動作に課題が残ることなどが明らかとなった。
強相関電子系へのフェルミ流体論の拡張

フェルミ流体論を強相関電子系に拡張することを目指した理論的研究を銅酸化物高温超伝導体を対象として行った。常伝導相の理解にはスピンゆらぎ、超伝導相の理解には電荷ゆらぎが重要であることを明らかにした。1.スピンゆらぎによる常伝導相の異常の解明銅酸化物高温超伝導体の常伝導相は「スピン電荷分離」と「スピンギャップ」の2つに要約される異常な物性を示す。これらの異常は、電子系を記述する基本的な理論であるフェルミ流体論の枠組みでは理解し得ないと広く考えられていたが、我々はフェルミ流体論に基づいて銅酸化物に特徴的であるスピンゆらぎの効果を充分に取り入れることにより異常の説明に成功した。この仕事により常伝導相の理解は、ほぼ達成されたと思われる。2.電荷ゆらぎを媒介とした新しい超伝導機構の提唱常伝導相の理解にスピンゆらぎが本質的であることから、超伝導の機構もスピンゆらぎを媒介としたものであると広く考えられているが、我々は核磁気緩和に対する超伝導ゆらぎの効果を解析し、実験事実はスピンゆらぎによる超伝導の帰結と矛盾することを見出した。そこで我々は、この実験事実を説明し得る電荷ゆらぎを媒介とした新しい超伝導機構を提唱した。銅酸化物を記述する標準的なモデルに対し、フェルミ流体論に基づいた繰り込まれた摂動論を用いることによって、この電荷ゆらぎ超伝導が起こり得ることを理論的に示した。現在、実験との整合性についての広汎な研究を進めているところである。
細胞の移動能力を用いた微細構造の自己組織化と細胞内ナノインターフェースへの応用

生体の機能を工学的なシステムと融合さる試みでは,細胞膜電位を数日から数年といった長期間,細胞膜や細胞内の機能計測を維持し続けること必要である.本研究では,長期間細胞内に機能計測が可能なプローブを多数同時に導入することを目的とし,細胞の運動性を利用してナノピラーを細胞内へ自己刺入させるナノ構造を提案してきた.マイクロウェル内に細胞を誘導、接着させ,細胞自らの力で細胞内にナノプローブを導入させる構造を作製した.マウス筋芽細胞株C2C12がナノピラーを細胞内に刺入させ,これが生存していることを確認した.生体の機能を工学的なシステムと融合さる試みでは,細胞膜電位を数日から数年といった長期間,細胞膜や細胞内の機能計測を維持し続けること必要である.本研究では,長期間細胞内に機能計測が可能なプローブを多数同時に導入することを目的とし,細胞の運動性を利用してナノピラーを細胞内へ自己刺入させるナノ構造を提案してきた.マイクロウェル内に細胞を誘導、接着させ,細胞自らの力で細胞内にナノプローブを導入させる構造を作製した.マウス筋芽細胞株C2C12がナノピラーを細胞内に刺入させ,これが生存していることを確認した.生体の機械的な機能や情報処理能力を既存の工学的な駆動システムやコミュニケーションシステムと融合さる試みでは,細胞外あるいは電位感受性,イオン感受性の蛍光試薬,微細なガラス管使用するパッチクランプ法や微小電極の膜への刺入によって行われている.これらの手法は非常に有効な手段であるが,数日から数週間といった長期間,細胞膜や細胞内の機能計測を維持し続けることは困難である.そこで,我々はこれまで長期間細胞内に機能計測が可能なプローブを多数同時に導入することを目的とし,細胞の運動性を利用してナノピラーを細胞内へ自己刺入させるナノ構造を提案してきた.マイクロウェル内に細胞接着物質であるフィブロネクチンを接着させ,ウェル外には非特異的な細胞接着を抑制できる2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)ポリマー1)を修飾した.これによって、マイクロウェル内に細胞を誘導、接着させる構造とした.集束イオンビーム気相化学成長(FIB-CVD)を用いてタングステンのナノピラー(直径80-100[nm],高さ3-7[μm])を作製し,マウス筋芽細胞株C2C12を用い共焦点顕微鏡上の培養装置内で培養・観察した.ナノピラーは細胞に刺入され,これが生存していることを確認した.細胞内のシステムをナノマシンのインフラストラクチャとして使用するイントラセルラーナノロボティクスの提案を行い,技術的な検討を行った.20年度は接着タンパク質の空間的パターンを入力として用いることで,細胞膜の伸展を制御し細胞内へのナノパーツを導入させることが可能であることを示した.21年度は,これらの技術を発展させ,ナノマシンの原動力を生体から取得し,微細な構造をボトムアップ的に組み上げる,自立的なナノマシンを構築することを目標とした.細胞の受容器に対する細胞外基質のタンパク質パターンを入力として構成し,パターンの違いによる細胞運動の違いを観察した.2次元の平面を運動している細胞から3次元の運動を誘起させ,フォトレジストSU-8の三角形状マイクロパーツ(長さ180μm,幅80μm)を細胞運動の力によって自律的に立ち上げることに成功した,1辺100μmの矩形細胞接着性パターンと非接着性パターンが交互に存在する市松模様をガラス基板上にパターンニングしたところ,播種した筋芽細胞C2C12の細胞接着力に非対称性が生じ,仮足を伸ばしながら細胞接着性パターン間を飛び石状に移動した.このとき細胞にマイクロパーツを接着させると,基板上を細胞運動によりマイクロパーツが水平に搬送されるだけではなく,基板から垂直に立ち上がる動作を生成できることを確認した.このとき細胞非接着性パターンをまたぐ細胞の細胞形状に非対称性が生じ,搬送しているマイクレパーツに回転モーメントが与えられたと考えられる.
関東地方における終末期古墳の研究

2年計画の2年目にあたる平成元年度は、初年度に実施した群馬県前橋市宝塔山古墳、栃木県壬三町壬生車塚古墳、千葉県市原市海保大塚古墳の墳丘測量、石室実測調査の成果を整理・検討し、成果図を製図するとともにそれぞれの古墳の構造の復元的研究を行ない、他の類例をも含めて関東地方の終末期大型方・円墳の構造・形態上の特色を追求した。さらにその成果をもとに、これら関東地方の終末期大型古墳のあり方を畿内をはじめとする各地のあり方と比較検討し、その地域的特性を検討した。その結果(1)関東地方の終末期大型古墳の造営年代は、畿内の場合とほとんど変わらず7世紀初頭から後半ないし末葉に及ぶこと、(2)その墳丘がきわめて大規模で畿内に比べても遜色なく畿内以外の他地域ではこのような状況は見られないこと、(3)それら終末期大型古墳は、国造制の国を単位に造営されている可能性が考えられ、7世紀の畿内政権の地方支配組織にあり方と密接な関係をもつらしいこと、などを明確にすることが出来た。また、このことらかこの時期の畿内政権にとって関東地方がきわめて重要な地域であり、両者の間の関係が密接であったこと、さらに畿内の場合と同様、円墳を営んだ地域と方墳を営んだ地域がみられることから、畿内政権の地方支配の構造的特性を追求する重要な手がかりがえられたと言うことが出来よう。なおこれらの成果をとりまとめ、前年度の成果とともに研究成果報告書を作成した。昭和63年度は(1)関東地方各地の終末期古墳に関する資料を収集・整理して問題の所在を明確するとともに、(2)関東地方の代表的な終末期の大型古墳である群馬県前橋市宝塔山古墳、栃木県壬生町壬生車塚古墳、千葉県市原市海保大塚古墳の墳丘の測量及び横穴式石室の実測調査を実施した。また、(3)関東地方の終末期大型方・円墳の年代を明確にするため一部古墳の出土遺跡の検討を行い、さらに(4)近畿地方の同時期の大型方・円墳との比較検討などを実施した。本研究の主要目的は、関東地方の終末期の大型方・円墳の測量・実測調査を実施して、その墳丘や石室の構造・実態を明らかにするとともに、研究の基礎資料としての墳丘測量図・石室実測図を学界に提供しその共有財産とするところにある。その意味で関東地方の代表的な終末期の大型方墳である宝塔山古墳、同じく大型の円墳である壬生車塚古墳の正確な測量・実測図が完成した意義は大きい。また海保大塚古墳は上総地方の終末期の大型古墳と推測されながらもその実態が全く知られていなかったものである。調査の結果については、さらに各地の諸例との比較検討が必要であるが、(a)宝塔山古墳は明らかに三段築成の方墳であり畿内のこの時期の方墳とは異なること、(b)壬生の車塚古墳は従来径60mの方墳とされてきたが実際には径80mあり、さらに周溝と外堤をめぐらせた終末期にかぎれば日本列島最大の円墳であることなどが明らかになった。海保大塚古墳については、第1・2段が六角形、第3段が円形、第4・5段が方形を呈するきわめて特異な墳丘をもつことが知られたが、これが確実に終末期の古墳であるかどうかについてはさらに検討が必要である。次年度は、これらの成果を踏まえて関東地方の終末期大型古墳を西日本各地の諸例と比較し、東国における終末期古墳のあり方の特異性を明確にするとともにその歴史的背景を考察したい。
量子ドットアレイ導波路を用いた広帯域光デバイス開発に関する研究

量子ドットコア層によるMOVPE選択成長アレイ導波路を用いた広帯域光デバイス開発に関する研究を行った。広帯域動作を得るために、アレイ導波路および多層構造の発光波長を独立に変化させる構造をダブルキャップ法とバッファ層の歪制御によって行った。層構造を変えた4種類の3層InAs量子ドットアレイ導波路型LED構造を試作し、その発光スペクトルを比較検討した。発光スペクトルの広帯域化のためには3層の発光波長を適切に制御し、同程度の発光強度を得ることが必要であることを示し、発光半値幅500nm以上、フラットトップスペクトルを持つLEDの開発に成功した。通信トラフィック量の増加に対応すべく大容量光通信システムの通信波長帯域は従来のS,C.Lバンドを超えてさらに拡大することが予想される。本研究はこの広帯域光通信システムに適用可能な数100nm波長帯域で動作する光デバイスを量子ドットアレイ導波路を用いて実現すること、また量子ドット構造の基本的物性値を測定し、光デバイス設計のための知見を得ることを目的とした研究である。量子ドットアレイ導波路は有機金属気相成長法による選択成長を用いたS-K量子ドットのバンド端制御、ダブルキャップ法による量子ドット高さ制御、バッファ層組成変化による歪制御を用いて作製する。広帯域LEDにおいて広帯域動作をするためには、アレイ導波路ごとにまた多層構造において層ごとに発光波長を大きく変化させる構造が必要である。これまで作製した多層構造では短波長側の発光強度が弱く、設計通りの発光半値幅が得られない問題があった。本年度は中心波長を長波長側にずらした設計を行うことによって、発光半値幅500nm超、さらにフラットトップのスペクトル形状を得ることに成功した。この成果は応用物理学会の速報論文として公表され、さらに次年度以降の国際会議にて発表予定である。またこの量子ドットアレイ導波路を波長スイッチに応用するために、量子ドットアレイ導波路内の電気光学効果として、電界印加および電流注入に伴う屈折率変化量、吸収変化量をファブリ・ペローエタロン法による測定を継続して行っている。量子ドットアレイ導波路のバンド端波長に対して入射光波長を変化し、広い波長帯域におけるこれらの変化量を測定し、広帯域動作可能な光スイッチ・波長スイッチへの応用を検討している段階である。量子ドットアレイ導波路は有機金属気相成長法による選択成長を用いたS-K量子ドットのバンド端制御、ダブルキャップ法による量子ドット高さ制御を用いて作製した。広帯域LEDにおいて広帯域動作をするためには、アレイ導波路ごとにまた多層構造において層ごとに発光波長を大きく変化させる構造を作製した。平成24年度の研究において、中心波長を長波長側にずらした設計を行うことによって、発光半値幅500nm超、さらにフラットトップのスペクトル形状を得ることに成功した。発光波長帯域をより広帯域化するために層ごとの発光波長差を広げる方針で設計を行った。平成24年度の層構造は3層構造で、1層目と3層目の発光波長差を310nmで設計したが、平成25年度ではこの発光波長差を400nmとなるように層の設計を行った。その結果、平成24年度のデバイスでは発光半値幅506nmが得られたが、平成25年度では629nmと120nm程度の発光波長帯域の増加が得られた。またこの量子ドットアレイ導波路を波長スイッチに応用するために、量子ドットアレイ導波路内の電流注入に伴う屈折率変化量、吸収変化量をファブリ・ペローエタロン法による測定を行った。量子ドットアレイ導波路の屈折率変化は量子井戸構造と比較して、より低電流で大きな屈折率変化を得られることを測定によって示した。

広帯域発光を得るための量子ドット成長条件として、バッファ層の成長条件である温度、圧力、V/III流量比、層厚の最適化、またダブルキャップ法での第一キャップ層と第二キャップ層の組成変化による歪制御とその広帯域発光条件の把握を行った。また光増幅器をアレイ状に並べて集積し最終的に数100nmの帯域を持つ光増幅器を検討する。量子ドットアレイ導波路を波長スイッチに応用するために、量子ドット構造と量子井戸構造における屈折率変化量を実際に測定、比較し、広帯域動作可能な光スイッチ・波長スイッチへの応用を検討した。非対称マスクを用いた選択成長を用いてS-K成長モードにより量子ドットを成長した。そして量子ドット高さはダブルキャップ法の第一キャップ層の成長時間を変えることによって制御し、またバッファ層の組成を変化することによって量子ドットの発光波長を制御した。研究実績の概要で述べたとおり、量子ドットアレイ導波路を用いたLED素子は、当初の研究計画通り、500nm超の発光帯域を得ることができた。さらに各層からの発光強度が等しくなることによってフラットトップのスペクトル形状を得ることができたことは非常に大きな進展となった。この成果は中心波長を長波長側にずらすことによって得られたものであるが、逆に言うと短波長側の発光強度を増大させることができれば、さらに発光波長帯域を広くすることが可能である。短波長側の発光を得るためには、量子ドット層直下のバッファ層のGa組成を変更して対処してきた。これまでの実験結果よりGa組成が0.47±0.1を超えると発光効率が大幅に減少することを実験的に確認している。そこでGa組成が0.47±0.1を超えても発光効率が低下しないバッファ層の成長条件を最適化する実験を行ってきたが、依然として発光強度が低下しない成長条件を把握していない状況である。一方、量子井戸構造を用いたアレイ導波路型波長選択スイッチにおいては、熱光学効果素子におけるスイッチング動作の低消費電力化の検討、電流注入型素子ではスイッチング動作の確認、電界印加型素子においては、実際に作製した量子井戸層を元に量子閉じ込めシュタルク効果による各アレイ導波路の動作波長における屈折率変化量を理論的に計算し、スイッチング動作の可能性について検討を行った。量子ドットアレイ導波路は非対称マスクを用いた選択成長を用いてS-K成長モードにより量子ドットを成長した。そして量子ドット高さはダブルキャップ法の第一キャップ層の成長時間を変えることによって制御し、またバッファ層の組成を変化することによって量子ドットの歪量を制御した。3層量子ドット構造として、GaInAsバッファ層と第一キャップ層厚を(0.47,2.5nm)、(0.47,0.5nm)、(0.38,4.5nm)の量子ドットアレイ導波路を成長し、LED素子を試作した。電流注入量250mAにおいて半値幅440nmの広帯域発光を確認した。従来得られていたLED素子では半値幅380nm程度であり、層構造の変更により約60nmの広帯域化が得られた。さらに広帯域化のためには、バッファ層のGa組成を変更することが必要不可欠である。
造血幹細胞分化・増殖における細胞骨格蛋白のリン酸化・脱リン酸化反応とその機能解明

2年間における研究の成果としては、4つの項目のうちの一項目、即ち平滑筋ミオシンのLMMの機能ドメインの評価ができたことである。これについては、McAbの認識部位のアミノ酸配列を決めるプロジェクトを進行させている。我々は既に、1987-1988にかけて、平滑筋ミオシンの重鎖のkight meromyosin (LMM)に対するモノクロナル抗体を7 clone作成していたので、今回はこの抗体を用いてLMMのfunctional domainについての解析を進めた。抗LMM抗体7クローンのうち電子顕微鏡でも認識部位が確認できた5クローンのなかで、LMMの中央部位を認識するMM8とC末端付近を認識するMM16およびMM19について、ATPase活性とフィラメント形成への影響を調べた。いずれの抗体もATPase活性には影響しなかった。フィラメント形成に対しては、MM8のほうがMM16、MM19よりも抑制が強かった。したがって、ミオシンのフィラメント形成には少なくともLMMの中央付近のほうがC末端よりも重要であることが示唆された。チオリン酸化ミオシンはすべてIgM抗体であったが実際には非リン酸化ミオシンも同程度に認識(immunoblotting法および超遠心法にて確認)することが判明した。今後もミオシン結合型脱リン酸化酵素に対するモノクロナル抗体やヒト血小板ミオシンよりチオリン酸化ミオシンの抗体を作成することにより多くの蒸発がえられるので、今後も継続したいと考えている。酸化ビメンチンのMcAbはすでに共同研究者の稲垣によって作成されていたので種々の細胞で検討できた。局在は単核の血液細胞では細胞質内にびまん性に局在していた。興味有ることに巨核球および分裂期においては、核の周囲に強く認められた。核分裂および細胞質分裂のある時期に重要であることは推測できた。遺伝子導入に関しては、MLCK、ミオシン重鎖および軽鎖のcDNAおよびそれらのmutant geneの供与を受けているので、今後も進行させたい。細胞分裂時の分裂溝の生じる位置の決定、収縮環の形成と消滅機構については未解決の問題が多い。また、『多核現象』即ち細胞質分裂の静止と核分裂の進行が同期しないというメカニズムの解明を目的として、ミオシン、ビメンチンをprobeとして若干のデータを得た。【1】造血幹細胞ミオシンのリン酸化・脱リン酸化反応の分化に伴うリン酸化パターンの変化の解析。(a)骨髄幹細胞(CD34陽性細胞)は、サイトカイン添加後のミオシン重鎖および軽鎖のリン酸化の有無と程度をurea gelおよびECLで評価したところ、SCF添加によりミオシン軽鎖のリン酸化がみられたが、重鎖のリン酸化はみられなかった。(b)ミオシン結合型脱リン酸化酸素に対するモノクロナル抗体(McAb)の作成を試みたが、IgM抗体しかできないので、ミオシン結合部位のペプタイドに対するMcAbの作成を施行中である。(c)myosinIの関与もあるので、そのMcAbも作成中である。【2】骨髄巨核球および巨核球系分化段階にある白血病細胞株におけるリン酸化・脱リン酸化ミオシンの局在についての検討。ヒト血小板チオリン酸化ミオシンのMcAb作成を試みたが、すべて脱リン酸化ミオシンも認識し、特異的なものは作製出来なかった。【3】造血幹細胞の各細胞周期段階におけるリン酸化ミオシンおよびビメンチンの局在の解明。細胞周期の各stageに同期させたCD34陽性細胞のリン酸化・脱リン酸化ビメンチンの局在を蛍光顕微鏡で調べた結果、G1後期に強く発現、S期で消失した。ミオシンについては検討中である。

細胞分裂時の分裂溝の生じる位置の決定、収縮環の形成と消滅機構については未解決の問題が多い。また、『多核現象』即ち細胞質分裂の静止と核分裂の進行が同期しないというメカニズムの解明を目的として、ミオシン結合型脱リン酸化酵素およびunvonventional myosin(Myosin I)に対するモノクロナル抗体を作成しそれをprobeとして、以下の研究を行った。【1】骨髄巨核球および巨核球系分化段階にある白血病細胞株におけるリン酸化・脱リン酸化ミオシンの局在についての検討。(a)ミオシン結合型脱リン酸化酵素に対するモノクロナル抗体(McAb)の作成。結合部位のN末、中間部位、C末のpeptideを合成し、KLHおよびBSAをconjyugateさせ、免疫を用いた。いままでに、C末peptideに対するMcAbを4クローン得ている。N末に対してはIgM抗体しか出来なかった。(b)myosin Iに対するMcAb作成。牛副腎よりmyosin Iを生成し、免疫後1cloneを得た。(c)(a),(b)により得たMcAbを用いて、巨核球系への分化段階にある白血球細胞株のphosphataseおよびmyosin Iの局在を、現在免疫染色、免疫電顕にて調べている。【2】造血細胞の各細胞周期段階におけるミオシン、myosin Iの局在の解明。細胞分裂時の分裂溝の生じる位置の決定、収縮環の形成と消滅機構について、これらにミオシン(conventionalおよびunconventional myosinの両方)、ミオシン脱リン酸化酵素が関与しているとの作業仮説を証明するために、現在、細胞周期の各stageに同期させた造血細胞のリン酸化・脱リン酸化ミオシンおよびビメンチンの局在を蛍光顕微鏡で調べている(進行中)。
一酸化窒素の磁気リモート制御放出

本研究は、非侵襲的に生体透過能の優れる磁場の特長を活かした全く新しい一酸化窒素(NO)制御放出技術として、熱分解してNOを放出する化合物と磁性ナノ粒子を均一に複合化・適度な大きさとしたナノ複合体から、外部磁場をトリガーとしてNOを放出させる技術の開発をめざした。NO放出化合物のスクリーニング、溶媒蒸発法を用いたナノ複合体合成、NO制御放出実験、および細胞毒性評価試験を行うことにより、交番磁場の印加時のみにNOを放出する低細胞毒性なNO放出ナノ複合体の合成に成功した。今年度は、熱分解してNOを放出する化合物(NO放出化合物)と磁性ナノ粒子を均一に複合化し適度な大きさとすることにより、周囲への熱散逸を低減しつつ、内部の高温度領域のみからNOを放出することができる凝集体の作製を試みた。まず始めに、室温ではNOを放出しないが、室温よりもやや高い温度領域(40-50 oC程度)に加熱することによりNOを放出しうる化合物の探索を行った。その結果、NO放出官能基としてはニトロソ基が最適であることを見いだした。また、ニトロソ化合物の分解温度(=NO放出温度)は、ニトロソ基周辺の分子構造に強く依存することも見いだした。具体的には、ニトロソ基と周辺官能基の共鳴状態がニトロソ基の安定性に大きな影響を及ぼしており、共鳴状態を適切に制御することが必要である。これらの知見に基づいて、分子構造を最適化することにより、室温では安定であるが、室温よりやや高い温度領域でニトロソ基が分解してNOを効率よく放出することができる化合物を合成することに成功した。続いて、得られたNO放出化合物を用いて磁性ナノ粒子と複合化し、NO放出実験を行った。具体的には、ナノ複合体が比較的高濃度(20 mg/ml程度)に分散した水溶液(37 oC)に交流磁場を印加して行った。交流磁場条件は、周囲への熱散逸の目安となる水溶液全体の温度上昇が3 oC以下となるようにする。以上の実験を、磁性ナノ粒子の分率や大きさ等の作製条件を変えて行うことにより、周囲を過剰に加熱することなくNOを放出するナノ複合体を合成することに成功した。予定していた項目をすべて達成できているため。一酸化窒素(NO)は免疫・呼吸器・循環器系等の多くの生体システムの制御に重要な役割を果たす生理活性物質として知られる反面、有毒ガスとしても認知されており、作用させるタイミングや暴露量を誤れば重大な副作用をもたらす。いわば「諸刃の剣」であるNOの医科学的な利活用には、「必要な時」に「必要な分量」だけNOを作用させるNOの制御放出技術の確立が極めて重要となる。本研究は、非侵襲的に生体透過能の優れる磁場の特長を活かした全く新しいNO制御放出技術として、熱分解してNOを放出する化合物と磁性ナノ粒子を均一に複合化・適度な大きさとしたナノ複合体から、外部磁場をトリガーとしてNOを放出させる技術の開発をめざした。従来、「必要な時」に「必要な分量」だけNOを供給できないことが狭心症以外の疾患・障害治療への問題となっていた。磁場をトリガーとするNOの制御放出技術の確立は、NOが実際に作用している生体深部での制御放出実現に向けた画期的なブレイクスルーであり、医科学的見地から極めて重要である。生活習慣病や虚血・再灌流障害をはじめとする既存のNO供与体では対処できない疾患治療に向けた重要なマイルストーンになると期待される。平成27年度の研究にて創製される交流磁場下でNOを放出するナノ複合体を用いて実験を行う。具体的には、交流磁場下で放出されるNOの生理活性を細胞実験で検証するとともに、生体モデルを用いて生体深部におけるNO放出の磁気的制御過程を解明する。ナノ磁性体科学凝集体作成条件のスクリーニングが予想よりも順調に進行したためNO放出体の高性能化のための更なる探索を行うとともに、消耗品類の追加購入による研究の並列化を行い、研究遂行を加速化させる。
細胞培養環境下疲労試験システムの構築と低弾性率生体適合性材料ゴムメタルの実用化

生体適合性材料として期待されるβ型チタン合金ゴムメタルと,高窒素オーステナイト系ステンレス鋼SUS304N2を用い,大気中と3%NaCl水溶液中で疲労試験を行った.その結果,いずれの材料も3%NaCl水溶液中では明瞭な腐食ピットが認められず,生体材料として高い耐食性を有することを明らかにした.次に,試料表面に付着させた細胞を増殖させたところ,いずれの材料も多数の腐食ピットが発生することが判明し,生体材料としての信頼性を確保するためには細胞培養環境下での強度評価が必要であることを示した.生体適合性材料として期待されるβ型チタン合金ゴムメタルと,高窒素オーステナイト系ステンレス鋼SUS304N2を用い,大気中と3%NaCl水溶液中で疲労試験を行った.その結果,いずれの材料も3%NaCl水溶液中では明瞭な腐食ピットが認められず,生体材料として高い耐食性を有することを明らかにした.次に,試料表面に付着させた細胞を増殖させたところ,いずれの材料も多数の腐食ピットが発生することが判明し,生体材料としての信頼性を確保するためには細胞培養環境下での強度評価が必要であることを示した.β型チタン合金のゴムメタルを用いて,大気中における回転曲げ疲労試験を実施し,大気中での疲労破壊機構について検討した.また,汎用的なβ型のチタン合金であるTi-22V-4Al合金の溶体化処理材についても疲労試験を行い,疲労破壊挙動を比較した.その結果,ゴムメタルは明瞭な疲労限度を有さず,その疲労強度は全体的にTi-22V-4AL合金溶体化処理材よりも高いことが判明した.さらに,ゴムメタルの疲労試験片表面を詳細に観察したところ,多数のすべり線を確認し,Ti-22V-4Al合金溶体化処理材と同様に疲労き裂がすべり変形により発生することを明らかにした,さらに,静的な塑性変形挙動を明らかにするため,表面を電解研磨によって鏡面仕上げした試験片を用いて引張試験を実施し,所定のひずみ量で試験を停止して詳細な表面観察を行った.その結果,試験片表面には結晶粒単位の多数のすべり線が確認された.すなわち,静的な塑性変形においても,汎用的なβ型チタン合金と同じくすべりにより塑性変形が進行したと考えられる.ゴムメタルは,巨視的な断層など,すべり以外の機構によって塑性変形が進行するとされているが,本研究ではそのような機構は発現しなかった.ゴムメタルの特性は化学組成や強加工によって発現するとの報告もあり,そのような影響因子についても検討する必要がある.さらに,β型チタン合金の基礎的な腐食疲労特性を把握するため,3%NaCl水溶液中での疲労試験を行った.その結果,大気中とほぼ同程度の疲労強度が得られ,破断試験片には腐食ピットは認められなかった.このような挙動も,汎用的なβ型チタン合金と同じであり,特異な塑性変形挙動の発現による耐食性の低下は生じないことを明らかにした.昨年度のβ型チタン合金ゴムメタルとの比較検討を行うため,ゴムメタルと同様に生体材料として期待される高窒素オーステナイト系ステンレス鋼のSUS304N2を用いて,大気中と3%NaCl水溶液中で疲労試験を行った.その結果大気中では,汎用のオーステナイト系ステンレス鋼SUS304と比較し,SUS304N2は約20%高い疲労限度を有することが判明した.また,3%NaCl水溶液中では,SUS304N2の疲労強度は大気中とほとんど同じであり,明瞭な腐食ピットも認められなかった.すなわち,ゴムメタル同様SUS304N2も,生体材料として高い耐食性を有することを明らかにした.次に,細胞培養環境下の疲労試験システムを構築した.まず,試料表面に付着させた細胞をインキュベータ内で増殖させ,その後試料表面の腐食様相を観察した.3%NaCl水溶液中では腐食ピットが生じなかったゴムメタル,SUS304N2ともに,細胞培養環境下では多数の腐食ピットが発生することが判明した.これは,細胞の生体活動によって生じる活性酸素の影響と考えられる.さらに,試料表面で細胞を増殖させた後,培養液を滴下しながら回転曲げ疲労試験を行う,細胞培養環境下疲労試験を実施した.その結果,ゴムメタル,SUS304N2ともに顕著な疲労強度の低下は認められなかった.これは,繰返し速度19Hzと比較的速い周波数で実験を行っており,腐食の影響が顕在化しなかったためと思われる.人が運動する際に加わる荷重の繰返し速度は12Hz程度であることを考慮すると,デバイス設計に用いる場合には12Hzまで速度を落として試験を行う必要があることを示した.
阪神大震災における木像住宅の破壊モードと入力地震動の関係

兵庫県南部地震における被害を、入力が同一レベルと考えられる森南町を取り上げて被害のモードを取りまとめた。木造軸組構法は甚大な被害を被っていたが、そこにはいくつかの然るべき要因が存在した。耐力壁の不足、無理な平面計画、構造材の腐朽、無計画な増改築、屋根の重さ、などである。それは特に建築年数が経った木造軸組構法に多くみられた。古い建物の棟数が圧倒的に多いことが木造軸組構法の被害が甚大であった要因と考えられる。一方、比較的新しい木造建築には大きな被害はみられず、被害が半壊・軽微でとどまっているものがほとんどである。近年建築された木造住宅は木造軸組構法の変化により耐震性に優れた軸組構法が建てられて来たことがうかがえる。また、腐朽した建物に大きな被害を生じていることから、現存する木造住宅の維持管理が、建物の受ける被害を軽減する1つの手段であると言える。また、阪神大震災で被災した建物を対象として、7つの耐震診断法で診断を行った結果から以下のようなことがわかった。(1)筋かいの情報が得られない方法A(簡筋無)、方法B(簡筋有)の耐震診断では、診断結果にばらつきが大きく、正確な評価を行うことができないことが分かった。(2)現耐震精密診断の方法C(精両壁)は、「品確法」必要壁量を用いた方法E(準品確)、などとの比較から、ある程度の耐震診断は可能だが、精度の高い耐震診断法とはいえない。(3)品確法」必要壁量を用いた方法E(準品確)、方法F(品確法)、方法G(品確改)は、存在壁量の違いから方法G(品確改)の評点が最も高くなった。しかし、3つの相関は高く、大きく違わないことがわかった。以上の結果と、「品確法」壁量規定がより実際の建物の必要性能に近いことを考慮すると、耐震診断法も「品確法」に基づいた方法に改善していく必要があることが分かった。被災度と診断評点との関係では、やはり、方法A(簡筋無)や方法B(簡筋有)では、被災度と有意な点数が得られないことが分かった。少なくとも、耐力壁を個別に考慮し、その他の雑壁を考慮した診断法が必要であることが明らかになった。今年度は、兵庫県南部地震でも被害の特に大きかった神戸市東灘区森南町を地域を限定して分析した。この地域は、研究代表者らが地震直後に集中的に調査した地域の一つで、大半の家屋の被害概要調査データが回収できている。また、建物の詳細な間取りや工法の分かるものが数十棟、データ化されている。また、読売新聞神戸支社が行った被害調査データや、NHKが行った聞き取り調査のデータも入手している。研究では、まず、これらのデータを建物1棟ごとのデータベースとして、コンピュータ入力した。このデータベースをもとに、被害と建物の構造の関係を分析した。たとえば、被害の程度と建物の建築年との関係は、最も有意な関係がみられた。

古いものほど、大きな被害を受けており、特に昭和60年以前の建物に大きな被害を生じていた。また、建物の被災の程度は、居住者の考える被災程度と、建築関係者が行った被災度判定とは、差があり、居住者は、被災の程度を厳しく判定していることが分かった。また、死者の生じた住宅は、昭和55年以前の建物に限られ、昭和30年から40年にかけて建てられた住宅に多いことが明らかになった。また、これらの被害を受けた建物を、最終的に補強して再使用しているのか、あるいは撤去したのかを調べた。その結果、被害が「軽微」と判定された住宅でも、撤去した建物がかなりの量に上っていることが明らかになった。1.被災建物データベースの追加所有する被災建物約300棟の詳細調査データを、建物特性(構法、建築年、平面、各部構法、耐力壁仕様、偏心率、壁量、など)、及び被害状況を整理し、被災建物データベースを作成した。2.文献調査また、文献調査、現地追加調査により収集した,NHKによる調査,読売新聞による調査データをデータベースに追加した。3.入力地震動の推定地震学会、地震工学会などの文献を調査し、個々の被災建物位置での入力地震動の大きさを推定した。4.破壊モードの分類と研究のまとめデータベースの建物について、木造建物の設計用のソフトを用いて、耐震性能を分析した。その結果から、当該建物の弱点を分析した。また、その建物の被害データと対照して、木造住宅の典型的な破壊モードを図化し、建物被害の尺度を作成した。
気道分泌型エクソソームの情報に基づく喘息・COPDの病態解明とバイオマーカー探索

喘息とCOPDにおけるバイオマーカーは,治療が有効な対象を正確に同定し,気道疾患における精密な医療の提供を可能とする。miRNAは細胞外小胞(EV)を介し細胞間コニュニケーションに関係するが,気道炎症おけるEV内のmiRNAの役割は不明であった。本研究は,これらの役割を明らかにすることでEVのmiRNAを気道炎症の管理に役立てることを目的とした。本研究は,アレルゲン刺激でAEV量が増加するが,アレルギーに関係する遺伝子を抑制するmiRNAの遺伝子がAEVで増加し,肺組織中で低下する関係にあった。この結果から,AEV中のmiRNAはアレルギー性気道炎症のバイオマーカーとして役立つことが示された。喘息やCOPDの診療においては、多様性を病態に基づきエンドタイプとして分類することが、薬物への反応や予後を考慮した個別化医療を具体化することにつながるものと考えられる。Exosomeは100 nm前後の細胞外小胞で、内部にタンパク質やRNAを含んでいる。Exosomeは細胞間を移動して、RNAを介して細胞間のコミュニケーションに利用されていると考えられていることから、魅力的なバイオマーカーのソースとして期待されている。マウスのアレルギー性気道炎症モデルを用いて、気道分泌物中、および血液中のexosome内のmicroRNAやmRNAを用いて、気道炎症をモニタリングすることが可能かどうかを検討した。マウスから肺組織と気道分泌物を採取し、DNA microarrayまたは次世代シークエンス法を用いてmicroRNA及びmRNAを解析した。解析の結果、気道炎症とともに気道内にexosomeが積極的に分泌され、その数が約10倍に増加することが観察された。さらに、肺組織におけるmicroRNAとmRNAの変化と気道に分泌されるexosome内のmicroRNAやmRNAの発現の変化には一定の関連性が見出された。Exosome内RNAにはIL-4, IL-13によって制御される遺伝子が多数含まれており、気道に分泌されたexosomeのmicroRNAやmRNAを調べることで、病態をモニタリングできる可能性が示唆された。さらに、気道にLPS投与した好中球性気道炎症モデルを用いてexosome内RNAを解析した。採取したexosome RNAを次世代DNAシーケンサーで解析した結果、exosome RNAは、LPS投与により有意に増加することが観察された。LPS感作マウスの気道分泌液中のexosomeの中では、IL-1β、CCL3(MIP-1α)、CCL4(MIP-1β)、Sod2、Saa3など炎症、酸化ストレスに関与する遺伝子由来RNAは有意に増加していることが観察された。以上の結果から、exosome内RNA情報は好酸球性、好中球性気道炎症のバイオマーカーとして有用な指標となりうる可能性が示唆された。ハウスダストアレルゲンやエンドトキシンを用いた喘息の動物モデルによる実験においては、実験は予定通りに進行しており、仮説を実証する研究結果が得られつつあり、概ね順調に進行している。気管支喘息、COPDを対象にしたヒト検体を用いた検討では、Exosomeを抽出する方法と、技術的な問題はクリアでき、また、臨床検体の取得などは、順調に行われているが、解析を行いデータを取得する部分が計画に比べてやや遅れている。来年度、ヒト検体を用いた検討に注力し、計画通りに研究を進めていく予定である。エクソソームなどを含む細胞外小胞(extracellular vesicles; EVs)は、近年、新たな診断・治療のバイオマーカーとして注目を集めている。EVsは内部にRNAを含有し、細胞間コミュニケーションに利用されていると考えられている。我々は本研究において、気道に分泌されるEVsを気管支肺胞洗浄液から抽出する方法を検討した。ショ糖濃度勾配法で肺胞洗浄液から抽出したEVsからRNAを精製し、次世代シークエンス法によってRNAを分析する方法を、マウス喘息モデルを用いて検討した。ハウスダストダニ(HDM)アレルゲン刺激後の気道に分泌されるEVsにおけるmRNA発現を網羅的に分析したところ、肺胞洗浄液中で刺激後にEVsが増加することが観察された。このEVs中のmRNAを網羅的に解析したところ、IL-33を含む合計235の遺伝子が増加していることが観察され(p <0.05および> 2倍)、この結果のpathway analysisによってIL-4およびIL-13を発現制御の上流分子として同定した。我々の結果は、EVsがアレルゲン刺激による気道炎症におけるTh2型免疫応答を反映した遺伝子情報を内包していることを示唆している。さらに、同モデルにおけるEVs中のmiRNAについても解析を行った。HDM刺激後に、EVsで139個のmiRNAの発現に有意な変化をもたらし、そのうち54個のmiRNAは、HDM刺激後に肺組織でも上昇がみられるものであった。肺胞洗浄液中のEVs内miRNAがTh2免疫を標的とするmiRNAを介して気道粘膜組織におけるmiRNAの変化を推測することができることが示唆された。マウスの気管支肺胞洗浄液から安定的にEVsを分離する方法を確立し、EVs内にある微量のRNAやmiRNAをRNA-seq法を用いて次世代シークエンシングにより安定的に解析する手法を確立することができた。これにより、昨年のエンドトキシン暴露モデルに加えて、喘息モデルにおいてもエクソソーム内のRNA遺伝子の網羅的解析を行い、EV内で喘息病態に関連して増加する特異的な遺伝子を同定することができた。

現在、ヒトの血液や肺胞洗浄液から安定してEVsを抽出する方法を検討中であり、動物実験において得られた知見をヒトのEVsに応用し、新たな分子マーカーを同定する予定である。本研究では、ヒトの血液や肺胞洗浄液からエクソソームを採取し、臨床的に有用な分子標的を同定することをひとつの目的としていたが、動物実験から得られた候補分子を、ヒトの臨床研究でその意義を検証するまでには至らなかった。その原因は、肺胞洗浄液からは局所の炎症を反映したEVsを採取することが可能であることが検討の結果明らかになったが、血液中から局所で分泌されたEVsを選択的に分離することが困難であったことによる。また、血液中のEVsから、局所病変のマーカーとなりうるEVs内分子を同定することができなかったことが挙げられる。喘息は、多様な病態が複合的に絡み合うsyndromeとして捉えられている。これら疾患における多様性をエンドタイプとして分析することは,喘息の発症機構や病態生理に関する理解を深め,薬物への反応や予後を考慮した個別化医療を具体化することにつながるものと考えられる。現在のところエンドタイプを明確に抽出できるバイオマーカーは存在しないため、有用な新たなバイオマーカーの探索が望まれる。エクソソームは100 nm前後の細胞外顆粒で、脂質二重膜に覆われ、顆粒内にタンパク質やRNAを含む。エクソソーム内にはmicroRNA (miRNA)やmRNAが存在し、これが細胞間の情報伝達に利用されるため、生体情報を含む魅力的なバイオマーカーのソースとして期待されている。喘息におけるエクソソームの役割を明らかにするために,ハウスダストダニ(HDM)アレルゲン曝露HDM感受性マウスを用いて,気道に分泌されるエクソソームの役割を明らかにした。気道分泌型EV(AEV)は、コントロールおよびHDMアレルゲン曝露マウスの気管支肺胞洗浄液(BALF)から単離した。miRNAマイクロアレイを用いて、AEVまたはmiRNAおよび肺組織中のmiRNAおよびmRNAの発現をmiRNAマイクロアレイを用いて分析した。DM曝露されたマウスではAEVの量は、コントロールマウスにおいて8.9倍増加した。HDM曝露は、肺組織中では175個のmiRNAおよびAEV内では139個のmiRNAの発現の有意な変化をもたらし、54個のmiRNAは両方で共通であった。興味深いことに,HDM曝露後のAEVおよび肺組織中のmiRNA 54mRNAの発現変化には逆相関が認められた。さらに,エクソソームの分泌を抑制するスフィンゴミエリナーゼ阻害剤GW4869による処置は、BALF中のAEVの量を減少させ,好酸球性の気道炎症を有意に抑制した。これらの結果から、Th2阻害性miRNAを含むAEVが、HDMの曝露後に気道に放出され,アレルギー性気道炎症の病態に寄与している可能性が考えられた。喘息とCOPDにおけるバイオマーカーは,治療が有効な対象を正確に同定し,気道疾患における精密な医療の提供を可能とする。miRNAは細胞外小胞(EV)を介し細胞間コニュニケーションに関係するが,気道炎症おけるEV内のmiRNAの役割は不明であった。