hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
集束強力超音波による高温癌治療システムの開発

集束強力超音波を用いた非侵襲的高温度癌治療システムを構築する目的で、本法の生体への影響を検討し、至適な加熱条件が得られるように超音波発生装置の改良を行った。超音波源には直径約10cmのピエゾ素子をもちいた。従来からの単一周波数の連続波を単回用いると400W以上では臓器の種類を問わず、約1秒以内に焦点部は80100°Cに加熱することができ、組織学的には焦点に一致して組織構築がたもたれた凝固壊死巣とこれを囲む組織構築のみだれた輪状の領域があり、正常部分とは明瞭に区別できた。しかし、連続して複数回の加熱を行うと超音波伝達路に生じたキャビテーションにより焦点の温度上昇は不良となり、変性領域は音源側にシフトして計画通りの加熱が不能であった。このため、発生したキャビテーションに対し周波数変調した波形を加えることで消去する技術(Cavitation Suppression Technique(CAST))を考案した。この方法により連続複数回の加熱でも予定通りの加熱領域が得られた。実際にマウス皮下腫瘍や、家兎の膀胱後壁の腫瘍に対して治療実験を行い、キャビテーション発生しやすい条件でも有効な加熱が可能であることが証明できた。しかし、これらの照射方法では非常に焦点が絞られており、大きな腫瘍を治療することは容易でない。また、焦点が絞られていることは短時間で焦点部を加熱できる利点はあるが、焦点強度が強いため、肝、腎で突沸による組織の空洞形成が認められた。これらの問題を解決するため、新たに振動子を12の部分に分割し、隣接する振動子を2グループに分け、超音波の位相をずらす位相差駆動法を導入し、横径約10mmの焦点領域を得ることができるようになった。本駆動法は肝のような脆弱な臓器では有用と考えられる。腫瘍の治療実験では、腫瘍モデルの関係でいまだ検討途中であるが、加熱により微小動脈も閉塞するとの観察から、腫瘍周囲から加熱することが有効と考えられた。また、本法の腫瘍免疫的な優位性について検索すべく、組織学的な検討を続行している。1.集束強力超音波発生装置の開発に関して超音波発生装置のピエゾ素子の周波数に関して500kHzから1.65MHzの間でexvivo、invivoで検討したところ、周波数が低いと集束経路にキャビテーション気泡が大量に発生し、焦点における発熱が充分に得られなかったため、1.65MHzの素子を採用した。腫瘍の加熱に際しては一定体積以上の領域を複数回の照射を要するが、前位置を加熱する場合この際に生じたキャビテーションが隣接する領域の加熱の際の超音波を減衰させると言う問題が生じた。これに対し加熱用の超音波を発生のインターバルに周波数変調をかけた超音波を照射することにより気泡を減少させることに成功した(CASTと呼ぶ)。2.加熱領域の生体組織変化犬または家兎の正常組織、マウスまたは家兎に移植した腫瘍を用いて検討し、750kW以上の照射電力を用いれば0.5秒程度で焦点部に7X2.5mm程度の変性領域を再現性よく作ることができた。加熱領域の組織学的変化加熱領域にきわめて限局しており、該当領域の出血もきわめて少なかった。意図的に大血管、消化管等に対して加熱を行ったがこれらが短期的に破綻出血するというようなことはなかった。3.担癌動物を用いた治療実験マウス、あるいは家兎を用いて移植した癌組織の治療実験を行った。

腫瘍の増殖抑制効果は明らかであったが、腫瘍周辺からの腫瘍の再増殖が認められ、対容積照射の技術的面と加熱組織内の再発様式の両面から検討中である。4.MRIによる被加熱組織の温度変化測定プロトンの共鳴周波数の温度依存性を用いて測定し、熱伝対で測定した結果と良く一致した。1.集束強力超音波発生装置の改良これまでの超音波加熱装置の加熱効率に関して最も問題となる点は、焦点までの超音波伝播経路に発生するキャビテーションによって、超音波が減衰し焦点領域における組織内温度の上昇が充分に得られないこと、焦点形状が不整形化すること、途中の組織の温度を上昇させてしまうこと、焦点領域が幾何学的に予測される場所からずれることなどが上げられる。これらの問題を解決しないと正確かつ安全な加熱はできないわけであるが、我々は加熱用の超音波を発生のインターバルに周波数変調をかけた超音波を照射することにより気泡を減少させることにより、この問題を解決した。この技術をCAVITATIONsuppression technique(CAST)とよぶ。本技術の有用性を食肉中、寒天中で確認した。2. CASTの有用性のin vivoでの確認CASTは膀胱のように超音波伝達経路に尿のような液体が存在する場合、また、ある容量を加熱する場合(即ち加熱により変性した組織の隣の組織を更に次々と加熱し、大きな領域を加熱する場合)などに、非常に効果があることを組織学的に確認した。3.抗腫瘍効果の確認坦癌マウス、ラットを用いて腫瘍治療実験を行った。マウスを用いた実験では動物が小さいため、全身状態に対する影響が強く長期的な経過を観察できない問題点があるため、ラットを用いた実験系を確立し、現在検討を継続している。4.副作用、安全性に関する検討超音波加熱の治療後早期の合併症として最も危惧されるものは大血管に対する影響であるが、犬、兎の大動脈、大腿動静脈等を用いた検討ではこれらの動静脈が照射後早期に破綻することはなく、これらの周囲のリンパ節等に対する治療の可能性が得られ、進行病期症例に対する非侵襲的治療の可能性が得られた。球殻状の超音波発振子を用いて高出力の超音波を生体内で集束させると、短時間に約100°Cに加熱が可能である。この方法(集束強力超音波)を用いて、体外から体内の組織を加熱し、壊死させる効果を癌治療に応用するため、前年度に引き続き、以下の検討を行った。1.キャビテーション抑制技術を用いた集束強力超音波発生装置平成8年度までの検討で、単一周波数の集束超音波を用いた場合、超音波の発生直後から焦点領域から振動子までの超音波伝搬経路の水中あるいは生体組織中に多数のキャビテーションが発生することが明らかになっている。この現象により焦点領域の温度温度上昇が不十分になったり、最高温となる点が音源側に移動するため、実際の治療に於いてある程度以上の容量を有する腫瘍を治療する場合の障害となることが明らかになった。この解決法として、高出力の超音波の直後に周波数変調をかけた超音波を照射して発生した気泡を減少させる技術cavitation suppression technique(CAST)を開発し、この問題を解決した。今年度に於いては、本技術を基礎として、焦点以上の容量を有する腫瘍を効果的に治療するため、多数点を連続的に加熱する容量加熱に重点をおいて検討した。
極限磁気分解能をもつ走査型顕微鏡による異方的超伝導体の研究

本年度は、分子線エピタキシー法で作製した重い電子系化合物CeCoIn_5および反強磁性転移を示すCeRhIn_5のエピタキシャル薄膜を用いて、超伝導や量子臨界点に関する研究を行った。具体的には、1空間反転対称性の破れを人工的に導入したCeCoIn_5/YbCoIn_5超格子を作製し、その低温物性から空間反転対称性の破れと超伝導の関連性について評価を行った。また、2CeRhIn_5とYbRhIn_5を交互に積層した超格子を作製することで、CeRhIn_5で観測されている反強磁性秩序が低次元化によってどのような振る舞いを示すかを調べた。1の実験では、従来の人工超格子CeCoIn_5/YbCoIn_5におけるYbCoIn_5層に空間変調を加えた「変調型超格子」を作製することで、空間反転対称性の破れを人工的に導入することに成功した。また、YbCoIn_5層の空間変調の度合いを制御することで、空間反転対称性の破れの大きさをコントロールすることにも成功した。さらに、このような系の上部臨界磁場の角度依存性と温度依存性を詳細に測定し、空間反転対称性の破れによって新奇超伝導状態が引き起こされている可能性も示した。2の実験では、CeRhIn_5/YbRhIn_5超格子構造を用いてCeRhIn_5を2次元面に閉じ込めることで反強磁性相が消失し、CeRhIn_5で観測されていたフェルミ液体の描像が破綻して非フェルミ液体的な挙動を示すことが分かった。これらの結果は、CeRhIn_5が低次元化によって量子臨界点に近づいていることを示唆している。(抄録なし)本年度は、分子線エピタキシー法で作製した重い電子系化合物CeCoIn_5エピタキシャル薄膜を用いて、その物性研究をおこなった。具体的には、(1)Ce_<1-x>Yb_xCoIn_5エピタキシャル薄膜の作製およびその物性評価、(2)CeCoIn_5エピタキシャル薄膜を用いたトンネル接合の作製をおこなった。(1)の実験では最適条件を探し出すことで、均一で原子層レベルの平坦性を持つCe_<1-x>Yb_xCoIn_5エピタキシャル薄膜の作製に成功した。この薄膜を用いた物性評価から、Ce_<1-x>Yb_xCoIn_5に価数揺らぎの効果が存在したとしても、価数揺らぎがその超伝導状態や常伝導状態に重要な役割を果たしていないことが分かった。これは、各グループごとに相反する結果が得られているバルク試料とは異なる結果である。本研究の薄膜が均一であることを考慮に入れると、分子線エピタキシー法を用いた固溶体の実験が有用であることを示した。またこの実験を通して、「トンネル接合」の実験で重要となる平坦性の良い薄膜の作製技術も確立することができた。(2)の実験では、基板表面に人工的なポテンシャルを形成することで、CeCoIn_5エピタキシャル薄膜を作製する際に生じる析出物を試料表面から除去することに成功した。これにより、試料表面に敏感なトンネル接合の作製が大きく進捗した。この成果は、本来の目的でありトンネル接合の発展型といわれる「π接合」の作製に大きな役割を果たすと考えている。現在は、このクリーンな表面を持つCeCoIn_5エピタキシャル薄膜を用いてトンネル接合の作製に取り組んでおり、トンネル接合が完成するまであと少しのところまで来ている。本年度も、分子線エピタキシー法で作製した重い電子系化合物CeCoIn_5エピタキシャル薄膜を用いて、超伝導状態の研究を行った。具体的には、(1)人工的にグローバルな空間反転対称性の破れを導入したCeCoIn_5/YbCoIn_5超格子の作製、およびそれを用いた空間反転対称性の破れと超伝導状態に関する研究、(2)薄膜の利点を生かして重い電子系化合物CeCoIn_5同士のポイントコンタクトの作製をおこなった。(1)の実験では、従来の人工超格子CeCoIn_5/YbCoIn_5におけるYbCoIn_5の層数に空間変調を加えることで、グローバルな空間反転対称性の破れを導入した人工超格子(変調型超格子)の作製に成功した。低温測定から変調型超格子でも超伝導の存在が確認された。また、グローバルな空間反転対称性の破れがある一定以上に増大すると、上部臨界磁場の角度依存性に異常な振る舞いが現れることが分かった。さらに、上部臨界磁場の温度依存性にも、空間反転対称性の破れが増大することでカスプ構造が観測される。これらの結果は、グローバルな空間反転対称性の破れによる効果で新奇超伝導相が実現していることを示唆している。(2)の実験では、CeCoIn_5エピタキシャル薄膜を用いたbow-tie junctionの作製に取り組んでいる。このbow-tie junctionは試料表面の平坦性には依存しないため、その作製は容易であると考えられる。トンネル接合の加工技術としては、FIBやフォトリソグラフィーなどを駆使した。これまでに、トンネル接合の加工条件をある程度導き出す所まで成功している。

具体的には、1空間反転対称性の破れを人工的に導入したCeCoIn_5/YbCoIn_5超格子を作製し、その低温物性から空間反転対称性の破れと超伝導の関連性について評価を行った。また、2CeRhIn_5とYbRhIn_5を交互に積層した超格子を作製することで、CeRhIn_5で観測されている反強磁性秩序が低次元化によってどのような振る舞いを示すかを調べた。1の実験では、従来の人工超格子CeCoIn_5/YbCoIn_5におけるYbCoIn_5層に空間変調を加えた「変調型超格子」を作製することで、空間反転対称性の破れを人工的に導入することに成功した。また、YbCoIn_5層の空間変調の度合いを制御することで、空間反転対称性の破れの大きさをコントロールすることにも成功した。さらに、このような系の上部臨界磁場の角度依存性と温度依存性を詳細に測定し、空間反転対称性の破れによって新奇超伝導状態が引き起こされている可能性も示した。2の実験では、CeRhIn_5/YbRhIn_5超格子構造を用いてCeRhIn_5を2次元面に閉じ込めることで反強磁性相が消失し、CeRhIn_5で観測されていたフェルミ液体の描像が破綻して非フェルミ液体的な挙動を示すことが分かった。これらの結果は、CeRhIn_5が低次元化によって量子臨界点に近づいていることを示唆している。本年度は、分子線エピタキシー法で作製した重い電子系化合物CeCoIn_5エピタキシャル薄膜を用いて、その物性研究をおこなった。具体的には、(1)Ce_<1-x>Yb_xCoIn_5エピタキシャル薄膜の作製およびその物性評価、(2)CeCoIn_5エピタキシャル薄膜を用いたトンネル接合の作製をおこなった。これら2つの実験から、本来の目的であるπ接合の作製に重要である「均一で原子層レベルの平坦性を持ち、表面に析出物がないCeCoIn_5エピタキシャル薄膜」の作製手法を確立できたと考えている。そのため、研究はおおむね順調に進展していると言える。本年度も、分子線エピタキシー法で作製した重い電子系化合物CeCoIn_5エピタキシャル薄膜を用いて、超伝導状態の研究を行った。具体的には、(1)人工的にグローバルな空間反転対称性の破れを導入したCeCoIn_5/YbCoIn_5超格子の作製とその物性研究、(2)薄膜の利点を生かして重い電子系化合物CeCoIn_5同士のポイントコンタクトの作製をおこなった。(1)の実験によりバルクの系では実現不可能な超伝導状態の創出に成功した。(2)の実験から、薄膜技術を用いたトンネル接合の有効性を示した。これらの結果を踏まえると、研究はおおむね順調に進展していると言える.まず現在取り組んでいるCeCoIn_5のトンネル接合を完成させ、このトンネル接合を用いて特異な超伝導状態であるCeCoIn_5の状態密度を直接的に観測する。次に、トンネル接合の作製技術を生かしてπ接合の作製に取り組み、超伝導のギャップ構造を議論していく予定である。またそれと同時に、さまざまな物質の超薄膜を用いて電界二重層トランジスタ(EDLT)の作製を行うことで、従来まで考えられなかったような新たな電子状態の実現にも取り組む予定である。CeCoIn_5のトンネル接合を完成させ、このトンネル接合を用いてFFLO相の観測に取り組む。次に、トンネル接合の作製技術を生かしてπ接合の作製に取り組み、超伝導電流を評価することで、超伝導対称性の決定を行う予定である。
卵巣摘出動物における神経障害性疼痛の制御機構の解明

女性ホルモンであるエストロゲンの神経障害性疼痛に対する修飾作用を卵巣摘出(OVX)ラットを用いて検討した。行動学的手法により、エストロゲンは神経障害性疼痛の急性炎症期には増悪因子として、慢性期には減弱因子として作用することを明らかにした。本研究では、特に急性炎症期におけるエストロゲンの作用に着目し、研究を行った。具体的には、炎症性疼痛に重要な役割を担うカプサイシン受容体であるTRPV1とANO1の発現量に及ぼすエストロゲンの影響を検討した。その結果、エストロゲンがTRPV1やANO1の発現量を亢進させることで、炎症性疼痛を増悪させることが示唆された。【緒言】これまで卵巣摘出(OVX)ラットの三叉神経第二枝領域に発現させた神経障害性疼痛がβ-Estradiol(Es)によって修飾される可能性を行動学的、免疫組織学的に検討してきた。これに対し当該年度は、OVXラットの三叉神経第一枝領域の角膜へのカプサイシン(Cap)投与による急性侵害刺激で、行動および三叉神経節に発現するc-Fos(疼痛のマーカー)が、Esによって修飾される可能性を追求している。【方法】体重220320 gの雌性SD系ラットの卵巣を摘出(OVX)して更年期様モデルを作製し、OVX 23週後に実験に供する。実験3日前より2日間連続でEs 4 μg(高濃度群;LE)または40 μg(低濃度群;HE)を皮下注し、実験当日のβ-Estradiolの血中濃度は、LE群5.71±4.572 pg/ml、HE群101.8±33.45pg/mlで、Esの侵害受容性疼痛(急性疼痛)に対する影響を検討するためのモデルと考えている。1.免疫組織学的検討;全身麻酔下で、ラットの左眼球角膜上に1 mMCap溶液、10 mMCap溶液のいずれかをマイクロピペットを用いて容量10 μl滴下し、滴下2時間後に潅流固定して通法に従いc-Fos陽性細胞の免疫染色を行っている。対照はCap溶解液(vehicle)である。2.行動学的検討;静穏な環境下で、ラットの左眼球角膜上に1 mMCap溶液をvehicleを対照として、マイクロピペットで滴下し、滴下後5分間で左眼をこする(eye wiping)、または左側閉眼に要する総時間を疼痛関連行動時間として計測している。【現時点での結果・考察】Cap濃度依存性にc-Fos陽性細胞の発現と疼痛関連行動が亢進しHE群でその傾向が強いことから、Esは三叉神経第一枝領域への急性刺激に対する疼痛感受性を修飾する可能性がある。【緒言】昨年度は、OVXラットの角膜へのカプサイシン(Cap)投与による侵害受容性疼痛がEsによって増悪される可能性を明らかにした。今年度はその機序の一つとして、Esがカプサイシン受容体であるTRPV1、TRPV1と共役するANO1といったイオンチャネルの発現を亢進させる可能性を分子生物学的手法を用いて検討した。2.分子生物学的検討(Real-time PCR);ペントバルビタールナトリウム(50mg/kg,ip)麻酔下で断頭後、三叉神経節を摘出した。摘出した組織からtotal RNAを抽出した。その後逆転写反応させ、cDNAを合成した。Real-time PCRは熱変性(95 °Cで2分)、増幅(95 °Cで2分、62 °Cで30秒、40サイクル)の反応条件で行い、TRPV1とANO1のmRNA量を相対定量解析し、β-actinで補正した。【現時点での結果・考察】TRPV1、ANO1いずれのmRNA量もLE群と比べ、HE群の方が有意に増加していた。このことからEsがカプサイシン刺激による侵害受容性疼痛を増悪させる機序の一つとして、TRPV1やANO1といったイオンチャネルの発現を亢進させる可能性が示唆された。1)卵巣摘出(OVX)ラットを用い、三叉神経第2枝部分結紮(pIONL)による神経障害性疼痛に対するβ-エストラジオール(E2)の効果を、von Frey testによる痛覚閾値の経時的な変化より解析した。その結果、pIONL後の急性炎症期(結紮後37日)ではovx+E2群で有意に閾値が低下した。一方、神経障害性疼痛と考えられる結紮後2128日ではovx群で最も閾値が低下し、ovx+E2群では結紮後2128日で閾値の上昇傾向を認めた。以上より、E2は急性炎症に対しては増悪因子として、また神経障害性疼痛に対しては寛解因子として作用すると考えられた。2)1)の結果より、まずは急性炎症期におけるE2の作用機序を解明するために、行動学的・免疫組織学的検討を行った。動物モデルは卵巣摘出後、E2を2日間皮下投与(高容量群HE群:40μg、低容量群LE群:20μg)したラットを用いた。左側眼球へのカプサイシン(Cap)刺激により誘発される疼痛関連行動時間、三叉神経脊髄路核でのc-Fos陽性細胞数をHE群とLE群で比較検討した。

その結果、HE群の方がCap刺激により惹起された疼痛関連行動時間が有意に延長し、さらに三叉神経脊髄路核尾側亜核・頸髄境界部(Vc/C1)でc-Fos陽性細胞が有意に多かった。以上より、E2はカプサイシン刺激による急性痛の増悪因子であり、その作用部位はVc/C1または一次感覚ニューロンであることが示唆された。3)2)の結果より、一次感覚ニューロンに対するE2の作用を検討するため、カプサイシン受容体であるTransient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1)とTRPV1と共役するとされるAnoctamin1(ANO1)の三叉神経節でのmRNA発現量をHE群とLE群で比較検討した。その結果、いずれのmRNA発現量もHE群の方が有意に多かった。以上より、E2はTRPV1やANO1といった侵害受容器の発現を亢進させることで、Cap刺激により惹起された侵害受容性疼痛を亢進させることが示唆された。女性ホルモンであるエストロゲンの神経障害性疼痛に対する修飾作用を卵巣摘出(OVX)ラットを用いて検討した。行動学的手法により、エストロゲンは神経障害性疼痛の急性炎症期には増悪因子として、慢性期には減弱因子として作用することを明らかにした。本研究では、特に急性炎症期におけるエストロゲンの作用に着目し、研究を行った。具体的には、炎症性疼痛に重要な役割を担うカプサイシン受容体であるTRPV1とANO1の発現量に及ぼすエストロゲンの影響を検討した。その結果、エストロゲンがTRPV1やANO1の発現量を亢進させることで、炎症性疼痛を増悪させることが示唆された。(理由)あと1年の研究期間で、確認実験を残すのみであり、概ね順調に進行している。歯科麻酔1)免疫染色やウエスタンブロッティングを用いてTRPV1,ANO1のタンパクレベルでの修飾作用を検討する。2)三叉神経節のEs受容体にはEsα、Esβ、GPR30が存在することが知られているが、TRPV1とANO1の発現がいずれの受容体を介して修飾されるのかを検討する。方法として、細胞培養を行い、siRNAにより各受容体をノックダウンし、TRPV1とANO1のmRNAやタンパクの発現の違いを検討する。神経障害性疼痛(慢性痛)に加え侵害受容性疼痛(急性痛)について、口腔顔面痛(今回は三叉神経第一枝領域がターゲット)という範疇で広く捉えて、女性の更年期における疼痛感受性へのβ-Estradiol(Es)の修飾作用を検討している。カプサイシン刺激によるc-Fos(疼痛マーカー)発現の亢進がEsによって修飾されることが明らかになりつつあるが、カプサイシンをリガンドとするTRPV1受容体発現の解明を急ぎたい。本件解明のための手法が若干難しいため、目下、予備調査を鋭意進めている。当初より進行が速く、H27年度分から前倒し支払を行ったため。【現在までの達成度】で述べたとおり、カプサイシンをリガンドとするTRPV1受容体発現の解明、そしてそれを実施するための再現性のある手法の確認を急ぎたい。現時点では当初、口腔顔面領域(三叉神経第二枝)に生じる神経障害性疼痛へのβ-Estradiol(Es)の修飾作用の解明に焦点を当てていたが、自由行動活性およびvon Freytest(触刺激)による疼痛反応など行動学的手法に軸足をおいた成果を概ね出せたと判断し、今後は侵害受容性疼痛を第一枝領域に発現させEsの修飾作用の検討を進めたい。免疫染色やウエスタンブロッティングを用い、オーガンカルチャーや細胞培養におけるTRPV1、ANO1のmRNAやタンパクの発現がエストロゲンによってどのように修飾されるのかを検討する。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため、当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく前年度の研究費も含めて当初予定通りの計画を進めていく。
極限条件下での表面活性吸着種の選択的反応

平成8年度は遷移金属上の吸着COを対象に、表面移動に関わるポテンシャルエネルギー面の実験的検討とCO分子の吸着過程に関する研究を推進した。初期のサイト占有率は、吸着過程における入射CO分子から基板へのエネルギー散逸のダイナミクスにつながる情報を含んでいる。気相から飛来したCO分子は表面に接近すると、まず回転状態が励起され、次いで吸着状態に移行する過程で振動状態も励起される。この間、表面に衝突した分子は1回の衝突で表面に捕捉されず、何回か跳ねる過程で吸着エネルギーに相当する運動エネルギーを散逸し、表面にトラップされる。ポテンシャルエネルギー面の底から見ると、高励起状態の分子が衝突してくることになる。入射分子は徐々に運動エネルギーを失いながら、ポテンシャル面を移動し、ついにはサイト間のエネルギー障壁を越えられなくなり、最終的なサイトに捕獲されると考えられる。もし、励起分子からエネルギー移動の効率が、ターミナルサイト、ブリッジサイトのいずれも同等であるとすると、二つのサイト間で、障壁が高いほうのサイトへの占有確率が高い可能性がある。Ni(100)およびPt(111)の二つの表面ではいずれもポテンシャルエネルギーの底の深いサイトへの捕獲確率が大きくなっている。固体表面における吸着分子と気相から飛来する分子との間の相互作用は固体表面での化学反応を理解するうえで重要な因子である。
摂食時血糖調節機構におけるGLPー1の生理的及び病態生理的意義に関する研究

1.GLPー1の生物学的作用に関する研究:GEPー1(7ー36)amideの薬理量を非麻酔下健常雑犬にbalus投与し,血中インスリン値の上昇とそれに伴う低血糖,及びその低血糖に対するグルカゴン分泌増加の欠如を観察した。また,GLPー1持続注入下にブドウ糖を持阪的に静脈内投与した際の血中インスリン値及び血糖値の増加度をGLPー1非注入対照実験と比較することにより,GLPー1がインクレチン作用を有することをin vivo実験で示しえた(論文4)。2.糖尿病状態でのインクレチン作用に関する研究:ストレプトゾントシン投与インスリン非依存型糖尿病モデルラットの膵潅流実験を行い,GLPー1のインスリン分泌刺激作用の特色であるブドウ糖濃度依存性が糖尿病状態では消失すること,及びこの異常がインスリンによる糖尿病治療により改善しえないことを明らかにした。即ち,インスリン非依存型糖尿病の病態にインクレチンに対するB細胞の機能異常が関与していることを明らかにしえた(論文3)。3.GLPー1と他のインクレチン(GIP,CCKー8)の相互作用に関する研究:ラット潅流膵からのインスリン分泌を指標に,GLPー1とGIPは相乗的に,GLPー1とCCKー8は相加的にインスリン分泌を刺激することを明らかにした。この結果は摂食時のGLPー1及びGIPの血中濃度の増加が比較的小さいにもかかわらず,大きなインクレチン作用が得られる原因を示す結果となった(論文6)。4.GLPー1の構造活性相関に関する研究:種々のGLPー1関連ペプチド及びグルカゴンセクレチンファミリ-ペプチド(グルカゴン,GIP,VIP,セクレチン,GRF,PHI)のインスリン分泌刺激活性を検討し,7位,10位,15位,17位のアミノ酸が活性に極めて重要な役割を荷っていることを明らかにし,この結果をもとにアンタゴニストの開発を試みた(論文1,5)。平成元年度の研究においては、GLP-1をイヌに投与した際の生物活性、GLP-1の糖尿病状態での役割、GLP-1の各種フラグメント及びアナロ-グの生物活性、GLP-1の肝臓への作用を明らかにすることが出来た。1)覚醒犬での研究:truncated GLP-1の薬理量bolus投与では血中インスリン値の上昇、それに伴う低血糖、及びその低血糖に対するグルカゴン分泌増加の欠如を観察した。一方、生理量を持続注入した場合、これらの作用はみられなかったが、GLP-1注入下にブドウ糖を持続的に静脈内投与した際の血糖上昇が対照実験に比較して低いことより、摂食時の血糖調節機能へのtruncated GLP-1の役割を示す結果と考えた(文献6)。2)GLP-1糖尿病状態での役割に関する研究:ストレプトゾトシン投与により作成したインスリン非依存型糖尿病モデルラットを用いて検討を行い、GLP-1のインスリン分泌刺激作用の特色である血糖依存性が糖尿病状態では消失することと、及びこの異常が糖尿病治療により余り改善しえないことを明らかにした。即ち、インスリン非依存型糖尿病の病態における消化管ペプチドの役割を示しえた(文献5)。3)GLP-1フラグメント及びそのアナロ-グに関する研究:工技院大箸信一博士との共同研究により、種々のGLP-1関連ペプチドを合成し、そのインスリン分泌刺激活性について膵灌流実験及び覚醒犬への投与実験を行い構造活性相関を検討、7位のヒスチジンの重要性とC端側アミノ酸残基の役割を明らかにした(文献3)。さらにこの結果をもとにアンタゴニストの開発を行っている。

一方、truncated GLP-1はグルカゴンと異なり肝臓での糖新生及びケトン体合成さらには脂肪細胞せの中性脂肪分解は、促進しなかった(文献4、6)。平成元年度の研究にひきつづき,GLPー1のインクレチンとしての役割及びGLPー1の生理的役割を解明するためのアンタゴニストの開発を行ない以下の成果をあげた。1.非麻酔犬での研究:GLPー1注入下にブドウ糖を持続的に静脈内投与した際の血中インスリン値及び血糖値の増加度をGLPー1の溶解液(0.2%牛血清アルブミン添加生理的食塩水)注入下での増加度とを比較することにより,GLPー1がインクレチン作用(摂食時の血糖上昇をインスリン分泌を刺激することにより抑える作用)を有することをin vivo実験で示しえた(論文2)。2.GLPー1と他のインクレチン作用をもつホルモン(GIP,CCKー8)との相互作用に関する研究:ラット潅流膵からのインスリン分泌を指標に,GLPー1とGIPは相乗的にインスリン分泌を刺激するのに対し,GLPー1とCCKー8は相加的にそれを刺激することを明らかにした。この結果は,摂食時のGLPー1及びGIPの血中濃度が比較的低いにもかかわらず,大きなインスリン分泌刺激作用(インクレチン作用)が得られる原因を示すこととなった(論文4)。3.GLPー1のアンタゴニストの開発:GLPー1のアンタゴニストを開発するための基礎実験として,グルカゴンファミリ-ペプチドのインスリン分泌刺激作用の比較を行ない(1990年度グルカゴン研究会にて発表)その結果にもとずきGLPー1 analogueを作成,それらのインスリン分泌刺激作用及びGLPー1(7ー36)amideのインスリン分泌刺激作用の阻害について検討を行った(論文3,5)。この問題については,現在,GLPー1受容体との関係を含めさらに検討中である。
トキソプラズマ症に対するシャペロン遺伝子ワクチンの開発

本研究ではさらに、トキソプラズマ感染感受性C57BL/6マウスおよび抵抗性BALB/cマウスのプロフェショナル抗原提示細胞(皮膚ランゲルハンス細胞(LC)・樹状細胞(DC))に遺伝子銃を用いてトキソプラズマ分子シャペロンおよびSAG1遺伝子を直接遺伝子導入した上で、この遺伝子ワクチン化皮膚片を移植して効率良く防御免疫を誘導する遺伝子ワクチン法の開発を進めた。その結果、(1)SAG1遺伝子導入C57BL/6およびBALB/cマウスの皮膚片を(C57BL/6xBALB/c)F1マウスに移植すると、Donor皮膚片の遺伝子導入LC/DCがRecipientの局在リンパ節に遊走してSAG1遺伝子導入C57BL/6皮膚片の移植を受けたF1マウスに抗SAG1抗体産生が優位に誘導されることが示され、さらに(2)BALB/c皮膚片の移植を受けたF1マウスには防御免疫が誘導されることを明らかにし報告した(Vaccine,in press)。遺伝子ワクチン化皮膚移植により、DonorのLC/DCによってRecipientにワクチン遺伝子産物に対する免疫応答反応を起こさせる方法を確立し、さらに、低応答性であるF1マウスにBALB/cの高応答性を起こさせることに成功した。我々はトキソプラズマ感染細胞によるトキソプラズマ抗原提示機構の解析から、分子シャペロンHSP70がトキソプラズマ感染宿主細胞内における抗原提示機能分子であることを明らかにし、抗原提示機能分子シャペロンの機能増幅による防御免疫誘導機構について研究を進めている。今迄に、トキソプラズマSAG1遺伝子導入抗原提示細胞でマウスを免疫することにより、感染細胞特異的細胞性免疫反応及び防御免疫が誘導されることを報告し(Microbiol.Immunol.43:87-91,1999)、遺伝子ワクチン開発の研究基盤を確立した。また、トキソプラズマHSP70をクローニングし(IXth International Congress of Parasitology,Monduzzi Editore,457-466,1998;Jpn.J.Trop.Med.Hyg.26:305-318,1998)、トキソプラズマ感染マウスがトキソプラズマHSF70をB細胞エピトープとして認識することを明らかにすると共に、トキソプラズマ分子シャペロンHSP70およびHSP30/bag1をワクチン抗原とした宿主防御免疫誘導能を解析し報告した(Microbiol.Immunol.43:471-479,1999)。現在、トキソプラズマ感染感受性C57BL/6マウスおよび抵抗性BALB/cマウスのプロフェショナル抗原提示細胞(皮膚ランゲルハンス細胞(LC)・樹状細胞(DC))に遺伝子銃を用いてトキソプラズマ分子チャペロンおよびSAG1遺伝子を直接遺伝子導入し、遺伝子導入LC/DCによる防御免疫反応誘導を目的とした遺伝子ワクチン開発を進めている。トキソプラズマ感染宿主細胞の抗原提示機構の解析から、分子シャペロンHSP70が抗原提示機能分子として働くことを明らかにし、トキソプラズマ分子シャぺロンおよびSAG1遺伝子をワクチン遺伝子とした遺伝子ワクチン開発を進めている。今迄に、トキソプラズマSAG1遺伝子導入抗原提示細胞による防御免疫の誘導により遺伝子ワクチン開発の研究基盤を確立し、さらに、トキソプラズマHSP70をクローニングし、トキソプラズマ分子シャペロンHSP70およびHSP30/bag1のリコンビナント蛋白をワクチン抗原とした宿主防御免疫誘導能を解析し報告した(IXth International Congress of Parasitology, Monduzzi Editore, 457,1998;Jpn.J.Trop.Med.Hyg.26:305,1998,Microbiol.Immunol.43:471,1999:Cell Stress & Chaperones,5(4):328,2000)。これらの研究成果を基に、トキソプラズマ感染感受性C57BL/6マウスおよび抵抗性BALB/cマウスのプロフェショナル抗原提示細胞(皮膚ランゲルハンス細胞(LC)・樹状細胞(DC))に遺伝子銃を用いてトキソプラズマ分子シャぺロンおよびSAG1遺伝子を直接遺伝子導入した上で、この遺伝子ワクチン化皮膚片を移植して効率良く防御免疫を誘導する遺伝子ワクチン法の開発を進めている。その結果、トキソプラズマSAG1遺伝子をC57BL/6およびBALB/cマウスの皮膚に遺伝子導入し、この遺伝子導入皮膚片を(C57BL/6xBALB/c)

F1マウスに移植すると、1)Donor皮膚片の遺伝子導入LC/DCがRecipientの局在リンパ節に遊走すること、2)C57BL/6皮膚片の移植を受けたF1マウスには抗SAG1抗体産生が優位に誘導され、3)BALB/c皮膚片の移植を受けたF1マウスには防御免疫が誘導されることを解析し、C57BL/6およびBALB/cマウスのLC/DCがF1マウスに異なる宿主防御免疫応答を惹起することを明らかにし報告した(Vaccine,in press)。
海大陸におけるモンスーンコールドサージに伴う日変化降水系の発達過程

冬季アジアモンスーンのコールドサージ発生に伴う海大陸域における日変化降水系の発達過程を明らかにするため、赤道越え北風サージ(CENS)を定義して、その発達環境を分類し、降水量分布との対応関係を調べた。CENSの発生には、南シナ海北部のコールドサージを伴うCSパターン、熱帯季節内振動の対流活発域を伴うMJOパターン、コールドサージと熱帯季節内振動の対流活発域の両方を伴うCS-MJOパターンがみられ、CENSの発生が、海大陸に広く正の降水量偏差をもたらす重要な環境要因であることがわかった。赤道海大陸域におけるコールドサージの実態を把握するため,長期データとして1998年から2009年の再解析データおよび衛星観測データを用いて,気候学的特徴を解析した.特に赤道域における強い北風に注目するために「赤道越え北風サージ」を独自に定義し,「赤道越え北風サージ」発生時の環境場の特徴を明らかにした.これまで主に南シナ海北部で議論されてきたコールドサージに対して,未解明であった赤道上における実態が示された.これまで注目されてきた南シナ海北部のコールドサージと海大陸における対流活動との関係をより具体的に解明する上でも,本研究における「赤道越え北風サージ」の議論は非常に重要であると言える.また,所属機関において2010年1月15日より2010年2月14日の間に実施されたインドネシアにおける集中観測に参加し,高層ラジオゾンデ観測データ,地上気象観測データ,およびドップラーレーダデータを取得した.観測の実施によって,海大陸域の対流活動に伴う大気循環場の応答をより定量的に評価することが可能となり,コールドサージに注目することによって,大気大循環を駆動する熱源として,未解明であった現象別評価の実現も期待される.さらに,観測で得られたレーダーデータと数値モデルを利用して,コールドサージに伴って発達する日変化降水系をシミュレーションし,その発達過程を調べるために,上記の集中観測に合わせて,海大陸域における日変化降水系の予報実験を行った.これは,本課題で実施予定のモデルによる予報実験→観測→モデルへの観測データ同化インパクト実験→観測というサイクルの前半部分であり,観測とモデルの融合による最適な観測システムの開発研究にも貢献する.冬季アジアモンスーンのコールドサージ発生に伴う海大陸域における日変化降水系の発達過程を明らかにするため,本年度は主として,(1)海大陸域における赤道越え北風サージと降水量分布の関係に関する論文の執筆・投稿,(2)ベトナム-フィリピン集中観測の実施,(3)2010年1-2月に実施した海大陸域における日変化降水系の予報実験結果を用いた解析を行った.(2)所属機関において2010年9月2011年1月の間ベトナム,フィリピンにおけるゾンデ集中観測を実施し,現業観測の少ないコールドサージ南下域における観測データを取得した.また,気象庁非静力学モデル(NHM)を用いて,集中観測に同期したフィリピン-ベトナム域の降水予報実験を行うことで,コールドサージの南下域における降水系の発達過程を捉える研究を行った.(3) 2010年1-2月に実施した海大陸域における日変化降水系の予報実験結果と,衛星による降水量データを用いて,赤道越え北風サージ発生時の海大陸域における時刻別降水量分布の変化に関する研究を行った.局地的な日周期現象と大規模現象との関係解明に繋がる重要なテーマである.その他,ベトナム・フィリピンの集中観測で得られたゾンデデータを用いて,観測データ同化インパクト実験を行うためのデータ整備を行った.インパクト実験は2011年4月以降の実施となるが,観測とモデルの融合による最適な観測システムの開発研究に貢献する.
環境保全と社会受容性を踏まえた、「地盤環境基準」の構築と実装のための戦略研究

本研究では,(1)多様な土材料に対して異なる条件で試験を行い,国際標準化に向け各種溶出試験の確立を図り,(2)遮水と吸着を組み合わせた管理/保管/有効利用のシナリオを検討した。(1)に関しては,初期飽和1216時間,通水速度36 mL/hの修正カラム試験法で精度を確保しつつ試験時間を短縮しうること,掘削岩石からの砒素の溶出には浸透路長の増加が影響すること等が明らかとなった。(2)については,粘土ライナーに1 kg/m2のゼオライトを添加すると高いセシウム吸着性能を発揮しうること,比表面積が大きい細粒のCa/Mg系不溶化材の方が長期に渡り高い吸着性を維持しうること等が明らかとなった。本研究は、科学的根拠および社会受容性に基づき、新しい2つの“地盤環境基準"の構築と実装を目指す融合研究であり、(1)科学的根拠に基づく溶出特性評価スキームの構築、(2)管理/保管/有効利用のシナリオ構築と環境安全性の評価、(3)規制影響評価および社会受容性評価の3つのサブテーマで構成される。平成27年度は、汚染土壌からの重金属類の溶出特性を評価するための溶出特性化試験方法であるpH依存性試験、カラム通水試験、シリアルバッチ試験のうち、カラム通水試験に焦点を当て複数機関で各種要因が溶出特性に及ぼす影響を評価した。具体的には、通水溶媒、試料飽和方法、試料の含水状態、充填密度、試料の粒度、カラム径等の各種要因を検討項目とし、個別影響を明らかにした。その結果、1) CO2置換を併用する飽和方法は、充填試料の飽和度を高める手法として有効であるが、測定対象とする土壌や重金属によっては炭酸化が生じ、溶出量に影響する可能性があること、2)飽和に用いる溶媒や静置時間の違いは、フッ素やヒ素の分析結果にほとんど影響を及ぼさないこと、3)充填密度が異なることで溶媒の接触時間や流速が変化するため、支配的な溶出メカニズムの違いによって密度と溶出濃度の関係は元素によって様々であること、4)カラム径が小さくなると充填試料の不均質性による影響が相対的に大きくなること、5)最大粒径が4.75 mm以下の砂質土を対象とする場合には、カラム径の違いが溶出挙動に与える影響は小さいこと等を明らかにした。さらに高さ30cmの10分割カラムを用いて不飽和土壌内での物質移行を評価したところ、土壌への吸着性が低いフッ素は、1mg/L程度の浸出液であれば不飽和層で土壌汚染が発生するリスクは低いものの、カラム通過後の浸出水中には通水したフッ素濃度の95%程度の濃度のフッ素が溶出することが確認された。本研究は、科学的根拠および社会受容性に基づき、“地盤環境基準"の構築と実装を目指す融合研究であり、平成27年度はカラム通水試験により評価を行う上で考慮すべき様々な要因に対して分担して検討を行った。既に溶出特性の体系化に資する多くの定量データを取得できており、申請時の当初計画どおりに順調に推移していると判断できる。さらに研究代表者と研究分担者が委員長、委員として参画し、「社会実装に向けた新しい地盤環境管理と基準に関する研究委員会」を(公社)地盤工学会に立ち上げた。この委員会は産官学の各分野から50余名が参加し、既に計4回の委員会を開催し議論を深めるなど、社会実装の実現に向けた体制も整いつつある。本研究は,科学的根拠と社会受容性に基づき,新たな“地盤環境基準"の構築と実装を目指す融合研究であり,(1)科学的根拠に基づく溶出特性評価スキームの構築,(2)管理/保管/有効利用シナリオの構築と環境安全性の評価,(3)規制影響評価および社会受容性評価の3つのサブテーマで厚生される。平成28年度は,溶出特性評価に関しては,より実現象に近い条件での環境安全性を明らかにするため,降雨浸透を再現した散水型カラム通水試験を実施し,自然由来重金属等を含む異なる土砂材料を用いて中長期的な溶出挙動の評価を行った。その結果,(1)石英閃緑岩のヒ素溶出特性は浸透水と試料の接触時間と浸透路長の影響を受けること,(2)海成堆積物のヒ素の溶出濃度は浸透路長と明確な関係は見られないこと,(3)海水を通水させた場合には還元的な環境となりヒ素の溶出濃度が高くなること,等を明らかにした。また,孔径の異なるメンブレンフィルターを用いて複数種の土質材料に対しバッチ溶出試験を行い,コロイド態として存在する重金属等の影響を定量的に評価した。利用シナリオの評価に関しては,固化材と土材料を混合し構築する吸着層,原位置土とベントナイトを混合して築造するSB鉛直遮水壁,放射性物質の移動抑制を図ったゼオライト添加型粘土ライナーのそれぞれの利用性を室内試験により評価した。その結果,(1)吸着層によるヒ素の吸着メカニズムは,ヒドロヒ酸イオンとカルシウムの形成によると考えられること,(2)SB鉛直遮水壁における拡散輸送の影響は無視できないが,水位管理により濃度上昇を低減しうること,(3)粘土ライナーにゼオライトを添加する場合,ベントナイト層と混合せず複層構造とすることで高い遮水性と吸着性が期待できること,等を明らかにした。平成28年度は,より実現象に近い条件下で溶出特性を評価し,溶出源評価と環境影響評価に必要な多くの科学的知見を集約した。

得られた成果は(公社)地盤工学会内の研究委員会と議論しつつ高度化を図っており,社会実装に向けて順調に進捗している。利用シナリオについても,環境安全性を担保しつつ現地利用可能な複数の技術の性能と有効性を科学的に明らかにしており,溶出特性と利用シナリオの両面で研究成果を着実に上げている。平成29年度は,土質材料の溶出挙動評価のための試験方法の確立と,遮水と吸着を組み合わせた管理/保管/有効利用シナリオの検討を継続して行い,実社会における有効性を検討した。溶出挙動評価においては,石英閃緑岩,花崗閃緑岩,海成堆積物等の自然由来重金属を含有する多様な岩石や土壌を対象とし,バッチ溶出試験とカラム通水試験により溶出源評価するとともに,試料の前処理方法や試験条件が試験結果に及ぼす影響を精査した。その結果,初期飽和時間1216時間,通水速度36 mL/hの修正法で得られた各種物質濃度はISO法(初期飽和時間48時間,通水速度12 mL/h)での結果と累積液固比に関わらずよく一致しており,試験期間を従来の約1/3に短縮しうる可能性が示唆された。また散水間隔を変えた散水型カラム試験より,比較的深部でのAsの溶出は接触時間の差ではなく他の物理的因子や化学的因子により決定されることが明らかとなった。低濃度基準超過土を適切に有効利用するための対策法の検討に関しては,Ca/Mg系不溶化材を混合した吸着層の性能,ベントナイト系遮水材の遮水性能,覆土による降雨浸透抑制効果について主に検討した。その結果,(1) Ca/Mg系不溶化材の吸着性能は溶媒との接触時間に依存するが,流入するAs濃度が低濃度領域の場合には差異が顕著ではないこと,(2) 7日間,28日養生後のセメント改良土を破砕してベントナイト混合土の母材に使用すると透水係数は2オーダーほど上昇すること,(3)キャピラリーバリア効果の発現には,覆土と路体それぞれの飽和透水係数と保水性の両者が影響するが,表面流により浸透抑制を図る覆土設計では,覆土の飽和透水係数のみを考慮すれば良く,飽和透水係数が10-6 m/sオーダーで極端に低くはない砂質土の覆土であっても,ある程度降雨浸透を抑制できること,等を明らかにした。本研究では,(1)多様な土材料に対して異なる条件で試験を行い,国際標準化に向け各種溶出試験の確立を図り,(2)遮水と吸着を組み合わせた管理/保管/有効利用のシナリオを検討した。(1)に関しては,初期飽和1216時間,通水速度36 mL/hの修正カラム試験法で精度を確保しつつ試験時間を短縮しうること,掘削岩石からの砒素の溶出には浸透路長の増加が影響すること等が明らかとなった。(2)については,粘土ライナーに1 kg/m2のゼオライトを添加すると高いセシウム吸着性能を発揮しうること,比表面積が大きい細粒のCa/Mg系不溶化材の方が長期に渡り高い吸着性を維持しうること等が明らかとなった。引き続き複数機関での実験実施と解釈の高度化を行い、pH依存性試験、カラム通水試験、シリアルバッチ試験等の各種溶出特性化試験方法の標準化を目指す。様々な物理化学特性を有する試料を対象に成果を蓄積し、対象土壌の性状と汚染物質種との組み合わせによる溶出パターンを類型化することにより、必要最小限の試験で長期影響評価を行えるスキームを構築する。汚染物質の溶出挙動と、対象汚染物質や試料土質の関係を明らかにし、汚染土壌の溶出特性を類型化することで、今後の循環資源管理における基礎的なデータベースを構築する。得られた成果に基づき、汚染土壌が環境中に存在するときに、水質環境基準や地下水環境基準を遵守できるレベルであるか判定できる二段階評価スキームを提案する。さらに環境安全性を担保し、かつ土木構造物として信頼性の高い有効利用シナリオの構築と管理手法の提案を行う。
確率最適化理論の諸問題

システムモデル化においては,計画数学のオペレーション・リサーチなどの関連分野への利用をみると,研究対象となる客観的指針,一般命題の確立が,数学モデルとして重要な目標である。現在の情報化社会,計算機発展による当該分野への影響を考え,計画数学を中心とした広範囲の分野におけるテーマの相互関係を明示し,その解決をめざすことが急務であった。モデル化という言葉の解釈を,計画数学における理論展開をいかにして,実際の応用問題に適用し,その反映として,新しい問題提起となりえるかということに限定した。この目的のために,さまざまなテーマによる研究発表,討論を経て,問題点の把握,また現場あるいは実務という立場からの見方を含め,さらには,現代数学への寄与という期待も込めて,大いなる計画数学の研究発展を期した。その結果,ここでは,いわゆる統計的逐次決定過程から発した,ベールマンの動的計画法によって,種々の最適化問題を解析した。たとえば,考えられることとして,最適戦略や最適値のもつ数学的性質を関数空間での滑らかさ,あるいは位相の入れかたでのこれらの連続性を明らかにする。また確率的性質として総利得関数の収束の保証,道具として不動点定理などによる特徴づけも考えた。そもそも変分理論からの変分不等式や,偏微分方程式による記述も議論した。本研究のテーマでは,基礎理論と応用との接続関係を明確にし,かつ研究の相互交流を盛んにすることであって,その波及として新しい数学理論はどうあるべきかを考える端緒としたい。
アストロサイト特異的かつ依存的なてんかん原生獲得機構の解明

申請者はこれまでに、ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスを用いて、てんかん原生獲得機構においては、けいれん重積誘発早期に活性化するミクログリアと、活性化ミクログリアが誘導する慢性期の異常活性化アストロサイトの機能異常が重要である可能性を見出している。本年度は、磁気細胞分離法を用いて海馬からアストロサイトを分離しRNAを抽出する系を確立した。また、側頭葉てんかんモデルマウスのアストロサイトからmRNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いたトランスクリプトーム解析を行うことで、てんかん原生型アストロサイトの分子プロファイルを網羅的に解析することができた。また、解析結果からアストロサイト性のてんかん関連候補分子を200遺伝子前後リストアップした。このうち、薬理学・分子生物学的操作が可能である候補遺伝子10遺伝子前後について、qRT-PCR法を用いて発現変動の有無について再現性を確認した。次年度以降、候補遺伝子の分子産物についてそれらの薬理学・分子生物学的操作が、アストロサイトのCa2+興奮性及び神経活動に与える影響を、海馬急性スライス標本(ex vivo)を用いて解析する予定である。本研究の目的を達成するには、1ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスのてんかん原生獲得期における活性化アストロサイトの網羅的機能解析、2活性化アストロサイトが神経細胞の過剰同期性興奮(てんかん発作)を引き起こす分子機構を解明することが必要である。本年度では、当初の計画通り、ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスのてんかん原生獲得期における活性化アストロサイトの網羅的機能解析から、てんかん原生獲得に関わる複数の候補遺伝子をピックアップできた。本研究では、てんかん病態時の活性化アストロサイトの異常活動と神経細胞の過剰同期興奮(てんかん発作)との因果関係を分子レベルで明らかにすることを最大の目的としている。つまり、「てんかん原生の分子病態を活性化アストロサイトの視点から明らかにする」ものである。次年度は、当初の計画に沿って、トランスクリプトーム解析により得られた発現変動遺伝子(とその分子産物)に対して、in vivoおよびex vivoでの機能解析を追加検討することで、アストロサイトを標的とした新規抗てんかん薬の候補を探索していく。2016-2017年度の科研費課題(若手研究(B):てんかん原生獲得における活性化ミクログリア機能の解明)の一部を2018年度に繰り越したため、本予算の消費が少なかったため。一方で、当初の想定と比較して、トランスクリプトーム解析により得られた発現変動遺伝子数が多かったため、どの遺伝子に対してより詳細な評価をすべきかの予察的検討を行う必要がある。従って、当初計画を上回る数のqRT-PCRを次年度に行う予定としている。