hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フラクタル特性を有する仮想ネットワーク構成に基づくIoT情報流通基盤構築手法

昨年度に考案したフラクタル仮想IoT-NW構成手法を発展させ、IoT-NWで扱う実世界の変動に対応しつつリソース制約も考慮してリソースを配置する動的リソース制御手法を考案し、計算機シミュレーションを用いて有効性を評価した。評価では、交通実データを用いてポテンシャル場を形成および更新し、複数のサービス展開によるリソース競合に対する空間的リソース増強が行われることを明らかにした。また、管理型自己組織化による調停により、リソース不足となるエッジルーターの割合が32%低減されることを示した。また、人の脳における機能モジュール同士の接続構造と似た構造を生成するモデルである、EDR(exponential distance rule)モデルを、広範な領域に展開された無線センサーネットワークにおける仮想化シナリオに応用した。Moroneらによるmessage passing approachを拡張し、仮想ネットワークにおいて複数の仮想ノードが物理ノードの資源を共有する状態を解析するモデルを構築した。これにより機能的モジュール同士の相互接続構造において、機能の発現がロバストであること示した。さらに、複数のサービスネットワークが多重化されるNetwork of Networks (NoN)環境において、サービスネットワークの相互接続ノードの選定手法を提案した。提案したノード選定手法はDempster-Shaferの証拠理論にもとづく重要ノード選定手法を発展させ、複数のサービスネットワークの複数の異なる指標を統合して相互接続に用いる最重要ノードを選定する。3種類のサービスネットワークが多重化されたNoNにおいて、2つのノード重要性指標を統合して最重要ノードを選定する数値例を提示した。これにより、フラクタル仮想IoT-NWが相互接続されたNoN環境において、高効率の連携が可能となる。仮想IoT-NWの相互接続手法が構築できており、フラクタル特性を有するIoT情報流通基盤の構築に向けて着実に進捗している。昨年度までの成果を統合しつつ、さらに統合によって多重連携する仮想IoT-NWの数に対するスケーラビリティについても確保できることを確認する。計算リソース共有制約に加え、ネットワークリソース共有制約を考慮した仮想IoT-NWの相互接続モデルの検討を進める。本年度は、フラクタル特性を有する仮想IoT-NW構成手法として、通信ノード間の物理距離を制約条件とする仮想ネットワーク構成法を検討した。IoT環境では莫大な数の機器がネットワークを構成するため、それら全ての接続関係を把握し、また、考慮しながらネットワークを構成することは困難である。そこで、本研究では脳機能ネットワークにおいて観察されるトポロジーのフラクタル性に着目している。本年度は、様々なネットワーク規模において物理距離を考慮することによって、高い通信効率および高い頑健性を備えたフラクタル仮想ネットワークの設計指針を示した。通信効率と頑健性の評価の結果、フラクタル仮想ネットワークは従来と比べて通信効率が30%以上改善されることを確認した。また、IoTのための仮想ネットワーク構成手法として、複数のワイヤレスセンサネットワーク(WSN)が相互接続手法を考案した。考案した手法は、脳の大脳皮質で観察される連結モデルの1つである指数距離ルール則に基づいてネットワーク間リンクを割り当てている。数値計算にもとづいて評価を行った結果、考案手法により通信効率、ロバスト性、およコストの最適な組み合わせを有する仮想WSNトポロジーを構築できることを明らかとなった。当初の計画通り、計算機実験にもとづく検討を進め、高信頼かつスケーラブルなネットワーク構成法を示していることから順調に進展していると考えている。ただしフラクタル特性を有する仮想IoT-NW構成手法では、物理ノードがグリッド上に配置されている場合を対象とした評価を実施しており、今後IoT環境を想定したヘテロジーニアス配置の下での評価を進める必要がある。研究計画に変更はないが、最近は国内外でIoTの活用事例の提案が活発になされており、引き続きアプリケーションの開発動向をウォッチしていく。
血中低比重リポ蛋白の性質と生活習慣・代謝異常・動脈硬化に関する地域疫学研究

本研究は、血中の低比重リポタンパク(low density lipoprotein, LDL)の粒径、ゼータ電位(表面電荷量)、硬さという性質に着目し、一般集団でのその性質の分布、その性質と関連する要因(生活習慣、身体指標、動脈硬化度など)を明らかにすることを目的とする。昨年度から、冷凍保存している検体(血清)の解凍方法などの最適化を検討したうえで、血清からLDL分画を抽出するという測定前処理を行い、以下に挙げたLDLの性質(AC)の測定を進めていた:A.ゼータ電位・粒度分布測定装置によるLDLの粒径、ゼータ電位の測定(約550名分)、B.原子間力顕微鏡によるLDLの粒径の測定(無作為抽出の約60名分)、C.原子間力顕微鏡によるLDLの硬さの測定予定の測定(無作為抽出の約60名分)。概ね測定が終了しつつあるが、一部の検体の測定を終えられなかった。適宜、測定によって得られた一部のデータを使って暫定的なデータ解析を行い、研究者間で結果の検討などを行った。昨年度から進めていた、冷凍保存検体(血清)の解凍方法などの最適化を検討したうえで、血清からのLDL分画の抽出、LDLの粒径、ゼータ電位(表面電荷量)、硬さの測定を今年度末で終える計画であったが、測定機器の故障によって進行に若干遅れが生じ、一部の検体はまだ測定を終えていない。次年度は、まずは残り僅かの未測定検体の測定を進め、次いで一般集団における血中LDLの諸性質の分布、血中LDLの諸性質と動脈硬化度との関連などについてデータ解析を進める予定である。本研究の遂行にあたり、まず研究者の所属機関の倫理審査委員会へ研究実施計画を提出し、その承認を得た。次いで、冷凍保存している検体(血清)の解凍方法などの最適化を検討した。そして、血清からLDL分画を抽出するという測定前処理を行い、以下に挙げたLDLの各性質の測定を始めた。A.ゼータ電位・粒度分布測定装置によるLDLの粒径、ゼータ電位の測定B.原子間力顕微鏡によるLDLの粒径の測定C.原子間力顕微鏡によるLDLの硬さの測定研究者の所属機関の倫理審査委員会の承認を得られ、研究を開始している。冷凍保存検体(血清)の解凍方法などの最適化を検討したうえで、血清からのLDL分画の抽出、LDLの粒径、ゼータ電位(表面電荷量)、硬さの測定を始めた。この測定は今年度と次年度の2年間にわたって行うが、今年度分は計画どおり遂行できた。次年度も測定を継続し、全検体(A.約550名分; B.C.無作為抽出の約60名分)の測定を終了する予定である。
日本人脳による定位脳手術用デジタル脳座標アトラスの開発

日本人脳の形態に特化した脳アトラスを作成し,脳神経疾患のテイラーメイド治療に応用できる脳の座標アトラスを開発する。デジタル画像処理技術を用いて脳疾患のない日本人の脳で完全な連続標本を作成し,全ての可視化脳内構造を3Dマップ化する方法を確立した。これにより日本人のホルマリン脳標本を材料とし,三次元的整合性を持ち,細部に至るまで細胞構築を観察できる本邦初の脳アトラスとなるべき標本が1体分ほぼ完成した。【研究の目的】日本人脳の形態に特化した脳アトラスを作成し、脳神経疾患のテーラーメイド治療に応用できる脳の地球儀"デジタルブレイン"を開発する。【研究実施計画および成果】脳疾患のない成人脳で標本を作製し統計処理により形状を平均化する。スライス前の解剖実習用日本人大脳半球の形状を全方向からレーザースキャンすることにより記録する。次に半球を5x5x 1cm大に平行切断しブロック化する。マイクロスライサーで50μm厚の連続切片を作製し、1mm間隔の切片をニッスル染色や髄鞘染色後、スキャナで記録することで、各切片のデジタル組織画像を得る。標本作製の段階で欠落した部分や作成中に生じた変形は,先に保存した脳形状モデルとスライス画像の相対関係を求め、画像間の構造的整合性を考慮しながら画像を変形させ、データ補完・修正を行う。これにより形状モデルとスライス画像の座標情報を統合することで、標準脳を作成する。初年度は、大脳半球の形状を保ちつつ、正確に完全な連続スライス標本を作成する方法およびデジタル再構築する方法を確立した。【意義と重要性】ヒト脳のような大型臓器から薄切標本を作成する技術は特殊な機材・環境・技術が必要になるため、現在の使用されているヒト脳アトラスは世界でも限られた施設で数十年かけて蓄積された標本中から厳選された脳の一部を用いて作成された。現在まで日本人脳で作成された全脳アトラスはない。そのため定位脳手術では欧米人脳で作成された古典的アトラスに単純な変倍操作を加えることで患者個人の脳に応用されており、その安全性と正確性が疑問視されてきた。本研究により完全な日本人脳アトラスが完成すれば、安全・正確なテーラーメイド脳手術に応用することができる。【研究の目的】日本人脳の形態に特化した脳アトラスを作成し,脳神経疾患のテイラーメイド治療に応用できる脳の座標アトラスを開発する。【研究実施計画および成果】脳疾患のない日本人の脳で完全な連続標本を作成し,全ての可視化脳内構造を3Dマップ化する。これには樹脂包埋を要しない振動刃マイクロスライス技術を用い,一側全脳半球の40個のブロックを作成し,デジタル形状モデルを作成した。また,そのブロックを100μm厚にスライスし、約4400枚のスライス標本を作成した。そのうち1mm間隔でスライスを抽出し,ニッスル染色や髄鞘染色後,スキャナで記録し各切片の組織像を電子化した。その後,脳標本のデジタル組織画像をもとに,線維・神経核・亜核構造の境界をコンピュータで描出し3D化する作業を行っている。同時に正常ボランティア脳の医用画像から,脳表と脳室の輪郭をもとに標準脳モデルを作成ちゅうである。現在作成中の変形アルゴリズムを用いて,標準脳モデルを外郭として組織アトラスを変形し,脳座標アトラスを完成する。【意義と重要性】現在使用可能な脳座標アトラスは西洋人脳しか存在ない。黄色人種を代表し,日本人による全大脳半球のスライス標本作成・染色,および組織画像を完全デジタル化することにより,三次元的に整合性に富み,日本人に特化した,ヒト脳大脳半球座標アトラスが,完成間近となった。本研究により完全な日本人脳アトラスが完成すれば,パーキンソン病などの定位脳手術において安全・正確な脳アトラスとして応用することができる。その後,脳標本のデジタル組織画像をもとに,線維・神経核・亜核構造の境界をコンピュータで描出し3D化する作業を行った。その結果,日本人のホルマリン脳標本を材料とし,三次元的整合性を持ち,細部に至るまで細胞構築を観察できる脳アトラスがほぼ完成した。同時に形状を標準化するために正常ボランティア脳の医用画像から,脳表と脳室の輪郭をもとに標準脳モデルを作成中である。黄色人種を代表し,日本人による全大脳半球のスライス標本作成

・染色および組織画像を完全デジタル化することにより,三次元的に整合性に富み,日本人に特化した,ヒト脳大脳半球座標アトラスが,ほぼ完成した。本研究により完全な日本人脳アトラスが完成すれば,パーキンソン病などの定位脳手術において安全・正確な脳アトラスとして応用することができる。
政策評価の情報的基礎に関する研究

本研究の目的は政策評価ための情報的基礎を拡張させることによって、厚生経済学で指摘されてきた政策評価の問題点克服を試みることである。政策評価の問題点とは、ある政策の評価がその政策がもたらす帰結から享受される人々の効用のみに基づいて判断されるという政策評価の情報的規則の偏狭さである。本研究は政策がもたらす帰結情報だけでなく、帰結の背後に存在する選択機会や選択手続きといった情報も考慮して政策評価を行う方法を提案した。平成22年度に実施した研究は、選択手続きの内在的価値を考慮した分析的枠組みを構築するための予備段階として、選択プロセスを明示的に扱った社会的選択理論の可能性を探求した。選択手続きがある資格関数で与えられたとき、社会的選択問題において実行可能な選択肢の集合が人々の意見を集計することによって内生的に決定される。このモデルの興味深い点は、たとえ2つの実行可能な選択肢の集合が同じだったとしでも、選択手続きによる集計プロセスが異なることがあるため、その情報を利用して最終的な社会的選択集合を異なるものにすることが可能であるということである。このような区別をしないという要請は人々の意見の相違とは独立に社会的選択は実行されなければならないということを含意するので、かなり強い条件である。本年度の研究成果は、この要請がこのモデルにおけるアローの不可能性定理を成立させるための決定的な条件であることを示したことである。さらに、この要請を除いたとき、社会的選択理論にはどの程度の可能性が開かれているのかということを探求するために、選挙における候補者の戦略的撤退というより具体的な文脈でこのモデルを検討した。その結果として、既存の研究で得られていた成果とは肯定的な意味で異なる結果を導くことに成功した。本年度の研究成果は、平成23年度に国内及び海外の学会で報告される予定である。また、論文を改訂し次第、海外学術誌に投稿する予定である。平成23年度に実施した研究は大きく次の2つに分類される。一つは選択機会の内在的価値を考慮した社会評価の分析的枠組みを拡張させたことであり、もう一つは選択手続きの内在的価値を考慮した社会評価の分析的枠組みを発展させたことである。前者については、選択の帰結だけでなく、選択機会の大きさを表す機会集合を選択対象に含めたとき、社会状態を評価するのにどの程度情報が必要になるのか検討した。その結果、選択対象に対する人々の選択態度に類似性がみられるとき、選択対象上の人々の評価のみで社会評価をすることに規範的根拠がありうるが、人々の選択態度に多様性がみられるとき、選択対象上の人々の評価以外の情報を使って社会評価をすることもあり得ることがわかった。後者については、前年度に引き続き、選択プロセスを明示的に扱った社会的選択理論の可能性を探求した。選択手続きがある資格関数で与えられたとき、社会的選択問題において実行可能な選択肢の集合が人々の意見を集計することによって内生的に決定されるモデルを構築した。このモデルの欠点は実行可能な選択肢の集合を決める個人とその中から最終的な選択肢を選ぶ個人が独立していたことである。そこで、2つの役割を兼ねる個人が存在するモデルに拡張する必要があるが、技術的な問題点としてこのような個人が存在する場合には実現可能な選択集合を決める意見とその中から最終的な選択肢を決める選好が独立しないことがある。そこで、この問題を解決する方法を提案し、その提案されたモデルでアローの不可能性定理とギバード=サタースウェイトの定理を一般化した。本年度の研究成果は、平成24年度に国内及び海外の学会で報告される予定である。また、研究成果の一部は現在海外学術誌において査読中であり、残りの研究成果も論文を改訂し次第、海外学術誌に投稿する予定である。本研究は経済の制度的仕組みや経済政策の望ましさを評価する際に、その制度や政策がもたらす帰結から享受される人々の効用情報のみを考慮する伝統的な厚生経済学が抱える諸問題を克服するために、最終的な帰結の背後に存在する選択機会や選択手続きの情報を効用情報に追加的、あるいは代替的に取り入れて社会厚生を評価する分析的枠組みを構築するものである。選択機会の内在的価値を社会厚生評価に導入する分析枠組みでは、社会を構成する人々は最終的な帰結と帰結をもたらす機会集合の組を社会状態とする選択肢を評価する。各人の選択肢上の評価情報のみを利用して社会厚生を判断すれば、伝統的な厚生経済学のように依然として情報節約的な評価方法といえるが、本年度の研究では、これまでの研究成果を大幅に改定した。その結果、選択機会の内在的価値を評価する人が社会に存在すれば、各人の選択肢上の評価情報だけでなく、機会集合の情報も利用しながら社会厚生を評価する方法が存在し、もっと多様な評価方法があり得ることを指摘した。選択手続きの内在的価値を社会厚生評価に導入する分析枠組みでは、主に投票理論において候補者のリストを作成する手続きを内生的に取り入れた社会的選択モデルを構築した。社会的選択は次の二段階の方法で実施される。

第一に候補者のリストがリストを作成する人々の意見を集計することによって決定される。第二に投票者の選好を集計することによって、第一段階で決定された候補者のリストから当選者を選択する。本年度の研究では、このモデルにおけるアローの不可能性定理やギバード=サタースウェイト定理を証明する一方、候補者の選挙への戦略的立候補という文脈において、選挙結果が候補者の戦略的行動から不変であるという公理を提案し、安定的な選挙結果がもたらされる可能性を指摘した。研究を推進する段階で新しい発見をしたり、新たな着想を思いついたりしたため、必ずしも研究計画に沿って研究が進んでいるわけではない。しかし、これは予期せぬ収穫であり、否定的にとらえるべきではない。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究推進方策に問題はないと思われるので、着実に研究成果を出していく。
股関節内転筋群の筋活動に影響を及ぼす要因に関する研究

本研究課題においては、股関節内転筋群の筋活動に影響を及ぼすと考えられる要因のうち、股関節角度、股関節トルク発揮方向、および膝関節筋力発揮について、その影響を検討した。その結果、内転筋群の活動は、股関節角度や股関節トルクの発揮方向に応じて効率の良い活動を行うよう調整が行われている可能性が示唆された。一方で、膝関節の力発揮については顕著な影響は認められなかった。ただし、内転筋群の活動には個人差が大きく、結論に至るためには、被験者の追加を含め、更なる検討が必要であると考えられる。平成26年度は第一に、本研究課題全般において基礎となる表面筋電図法を用いた内転筋群(大内転筋および長内転筋)の筋電図活動導出方法の確認を行った。男子大学生12名を対象として、Bモード超音波法による内転筋各筋の位置確認と電極貼付位置の検討を行った。また、筋力計を用いた股関節筋力発揮、トレッドミル上での歩行・走行、および自転車エルゴメーターを用いた自転車駆動を行い、その際の各筋の筋電図を導出し、ハムストリングを中心とする内転筋群と隣接する筋とのクロストークの有無を確認した。その結果、内転筋群はハムストリングとは異なる筋活動様相を示したことから、表面筋電図法を用いて大内転筋および長内転筋の筋電図活動を導出することが可能であると確認された。また、実験機器の不調および調達時期の影響により、当初計画において平成27年度以降に実施する予定であった研究課題3(膝関節トルク発揮が内転筋群の筋活動に及ぼす影響)の一部を、平成26年度に実施した。男子大学生12名を対象として、膝関節トルク発揮が内転筋群の活動に及ぼす影響を検討したところ、膝関節トルク発揮を伴った場合には、膝関節トルク発揮を伴わない場合と比較して、同等の股関節トルクを発揮した際の内転筋群の活動水準が高くなる傾向が示された。これらの結果から、下肢多関節を同時に使用する運動を用いることで内転筋群のより顕著な活動を誘発できる、あるいは膝関節筋群の活動を抑制することにより股関節内転筋群の活動も抑制することができる可能性が示唆された。平成27年度は、平成26年度に引き続き研究3(膝関節トルク発揮が内転筋群の筋活動に及ぼす影響)を行い、また研究1(股関節屈曲角度が股関節伸展および屈曲トルク発揮時の内転筋群の筋活動に及ぼす影響)の予備実験に着手した。研究3では、男子大学生を対象として、股関節筋力発揮を膝関節筋力発揮の有りおよび無し条件で行った。この際の内転筋群および膝関節筋群の筋電図活動を観察した。またこれに加え、股関節内転筋力発揮時の膝関節伸展筋(外側広筋および内側広筋)の筋形状を、超音波診断装置を用いて計測する付加的な実験も行った。これらの実験からは、膝関節筋力発揮を伴わない場合と比較して、膝関節筋力発揮を伴った場合には、同レベルの股関節筋力の発揮時の内転筋群の筋活動水準が増減する可能性が示された。ただし、この結果には大きな個人差が認められたことや、膝関節伸展筋力発揮時の外側広筋や内側広筋の筋形状は、股関節内転筋群の筋活動の有無の影響を受けないという結果が得られたことから、被験者数の増加も含め、さらなる検討が必要と判断された。また研究1については、男子大学生を対象に、等速性筋力計を用いた動的な股関節屈曲および伸展トルク発揮を行わせ、その際の内転筋群(大内転筋および長内転筋)の筋活動を股関節屈曲角度ごとに検討した。その結果、一般的な傾向として、股関節伸展位では屈曲方向への筋力発揮時、股関節屈曲位では股関節伸展方向への力発揮時に、内転筋群の顕著な筋活動が観察された。ただし、内転筋の顕著な活動が観察される股関節筋力発揮方向が逆転する股関節角度には大きな個人差や筋間差があり、必ずしも各筋の解剖学的な特徴と一致しない可能性が示された。なお、本結果は予備実験で得られたものであり、被験者数の不足が影響している可能性も大きいと考えられる。平成27年度は所属先の変更に伴う実験環境の整備が必要であったが、これに想定以上の時間を要した。また、実験機器の準備にあたって、当初の実験装置作成案を修正する必要が生じ、年度内に機器の準備ができなかった。このため、当初計画と比較して研究推進に遅れが生じた。実験環境が整ってきたため、今後は円滑に研究を進めることができると考えられる。平成28年度は、研究3(膝関節トルク発揮が内転筋群の筋活動に及ぼす影響)の追加実験および、研究1(股関節屈曲角度が股関節伸展および屈曲トルク発揮時の内転筋群の筋活動に及ぼす影響)の実験を行った。

研究1については、男子大学生を対象に、等速性筋力計を用いた動的な股関節屈曲および伸展トルク発揮を行わせ、その際の内転筋群(大内転筋および長内転筋)の筋活動を股関節屈曲角度ごとに検討した。その結果、股関節伸展位では屈曲方向への筋力発揮時、股関節屈曲時には股関節伸展方向への力発揮時に、内転筋群の顕著な筋活動が観察された。しかし、これらの筋活動の特徴は、必ずしも各筋の解剖学的な特徴(股関節角度と筋モーメントアームとの関係)とは一致しなかった。このことから、解剖学的な特徴のみから股関節内転筋各筋の股関節屈曲伸展筋力発揮に対する役割(貢献度)を判断することが出来ない可能性が示唆された。昨年度、所属先異動に伴う実験環境の整備の必要があったことや、当初の予定とは異なる実験機器作成の必要が生じたこと、実験結果に個人差が大きく、当初予定よりも被験者数を増やす必要が生じたことになどにより、本年度も当初計画と比較した大幅な遅れを取りもどすには至らなかった。平成29年度は、研究2(股関節トルク発揮方向が内転筋群の筋活動に及ぼす影響)の実験を行った。本実験は、当初計画を変更して、等速性筋力計を用いて測定することができる方向への力発揮を対象とした。実験の結果、内転を含む筋力発揮時に内転筋群の顕著な筋活動が認められた。また、股関節屈曲・伸展時にも高い筋活動が認められたが、同時に外転の筋力発揮が加わると(伸展外転筋力発揮時)、股関節内転筋群の活動が著しく低下することが観察された。本研究は、期間全体を通して、股関節内転筋群の筋活動に及ぼす、1股関節角度、2股関節力発揮方向、3膝関節力発揮、および4疲労の影響を検討することを目的とした。研究の進捗が遅れたため、4の検討に至ることが出来なかったが、1から3については、以下のことが明らかになった。1股関節伸展位では屈曲方向への筋力発揮時、股関節屈曲時には股関節伸展方向への力発揮時に、内転筋群の顕著な筋活動が観察された。2内転筋群は、内転筋力発揮においてのみならず股関節屈曲・伸展時にも顕著な活動が認められた。ただし屈曲・伸展と同時に外転方向の力が発揮された場合には内転筋に顕著な活動の低下が認められた。このことから、股関節内転筋群の筋活動は股関節の力発揮方向に応じて効率の良い調整がなされている可能性が示唆された。3膝関節筋力発揮を伴わない場合と比較して、膝関節筋力発揮を伴った場合には、同レベルの股関節筋力の発揮時の内転筋群の筋活動水準が増減する可能性が示された。本研究課題においては、股関節内転筋群の筋活動に影響を及ぼすと考えられる要因のうち、股関節角度、股関節トルク発揮方向、および膝関節筋力発揮について、その影響を検討した。その結果、内転筋群の活動は、股関節角度や股関節トルクの発揮方向に応じて効率の良い活動を行うよう調整が行われている可能性が示唆された。一方で、膝関節の力発揮については顕著な影響は認められなかった。ただし、内転筋群の活動には個人差が大きく、結論に至るためには、被験者の追加を含め、更なる検討が必要であると考えられる。当初計画では、平成26年度に研究1および2を行う予定であったが、研究機器に不調が生じたこと、および機器の調達に時間を要したこともあり、研究3の一部を先に実施した。これに伴い、研究課題全体としての達成度はやや遅れていると評価される。研究3の論文を学術誌に投稿するとともに、研究1の本実験、および実験2および4を進める。
老化にともなう血栓傾向および血液流動性維持破綻機構の解明

自然加齢およびKlotho mouseなどの老化モデルマウスでは、血中および組織における血栓溶解阻害因子plasminogenactivator inhibitor-1 (PAI-1)の発現が亢進しており、一部の腎臓に糸球体内フィブリン血栓を認めた。またエンドトキシン投与や拘束ストレス負荷などの血栓形成刺激に対する老化モデルマウスの反応は対照の若年マウスより強く、PAI-1の遺伝子発現増加や腎糸球体内フィブリン血栓形成は高度であった。以上より、老齢個体における易血栓性のメカニズムとして、PAI-1の発現亢進とPAI-1遺伝子応答の増強が関与していることが示唆された。12ヶ月齢、24ヶ月齢の自然老化マウスおよび8週齢の若年マウスに対し、心因性ストレスとして220時間の拘束ストレスを負荷し、血栓溶解阻害因子であるPAI-1 (plasminogen activator inhibitor-1)の血中レベルおよび組織におけるmRNA発現と、組織内微小血栓形成につき検討した。拘束ストレス負荷後の血中PAI-1抗原量および肝臓、腎臓、副腎、脂肪組織等におけるPAI-1 mRNA発現量ともに、若年マウスに比して老化マウスでは著明に増加していた。拘束ストレス負荷後の老化マウス組織において、in situ hybridization法にてPAI-1 mRNAの組織内局在を調べた結果、腎臓の尿細管上皮細胞にて、肝臓では肝細胞にてPAI-1 mRNAの高発現を認めた。さらに老化マウスでは、副腎髄質のクロマフィン親和細胞や傍大動脈交感神経節の神経細胞にてPAI-1 mRNAシグナルの増強を認めた。老化マウスにおいて拘束ストレス負荷後にもっとも顕著なPAI-1 mRNA発現の増強を認めたのは脂肪組織であり、その局在は脂肪細胞に一致していた。一方、拘束ストレス負荷後の老化マウスにおいては腎糸球体内や脂肪組織内に微小血栓沈着を認めたが、若年マウスでは認められなかった。以上の結果より、老化マウスでは心因性ストレスに対するPAI-1産生反応が著明に亢進しており、それが血栓溶解反応を阻害してストレス起因性血栓症の要因のひとつになっていると考えられた。若年マウスに比して老化マウスでは拘束ストレス負荷後の血中TNF-alpha値も著明に増加しており、上記のように認められた老化マウスにおけるストレス反応性のPAI-1産生亢進は、ストレスによるグルココルチコイドや交感神経系の内因性メディエーターの分泌増加、さらにTNF-alphaなど炎症性サイトカインの産生増加を介したものであると推測された。老化モデルマウスとして用いた12ヶ月齢、24ヶ月齢の自然老化マウスでは、血栓溶解阻害因子であるPAI-1 (plasminogen activator inhibitor-1)の血中レベルが若年マウスの数倍に上昇しており、易血栓性を有していると考えられた。自然老化マウスの主要な組織ごとに、PAI-1およびTF (tissue factor) mRNA発現量の定量的解析をreal timeRT-PCR法にて行った結果、腎臓、肝臓、肺など一部の臓器で両遺伝子mRNAの高発現を認めた。一方、自然老化マウスおよび若年マウスに対しエンドトキシンを腹腔内投与して敗血症モデルを作成し、血中PAI-1値および主要組織でのPAI-1およびTF mRNA発現量を測定した。エンドトキシン投与48時間後の自然老化マウスでは、若年マウスに比して著明な血中PAI-1値および血中TNF-alpha値の上昇を認め、腎臓、肝臓などにおけるPAI-1およびTF mRNA量の増加も顕著であった。in situ hybridization法にてPAI-1 mRNAの組織内局在を調べた結果、腎臓では糸球体の血管内皮細胞やメサンギウム細胞にて、肝臓では肝実質細胞にてPAI-1 mRNAの高発現を認めた。また自然老化マウスでは、血中PAI-1値の上昇および臓器内PAI-1 mRNA発現の増加にともなって組織内(主として腎糸球体内や肝類洞内)微小血栓沈着も高度に認められた。以上の結果より、老化マウスにおいては潜在的に血栓傾向が存在し、炎症刺激が加わると臓器における血栓促進因子(PAI-1やTF)の遺伝子発現が一層高度となり、組織内に微小血栓形成をきたして臓器障害が進行しやすくなることが示唆された。また、その発現増強にはTNF-alphaなどの炎症性サイトカインがメディエーターとして関与している可能性が考えられた。老齢個体における易血栓性のメカニズムのひとつとして、血栓溶解阻害因子であるplasminogenactivator inhibitor-1 (PAI-1)の発現異常が関与しているかどうかを解明するため以下の実験を行った。血栓形成刺激としてのエンドトキシン投与および拘束ストレス負荷を、若年齢(8週齢)と老齢(12ヶ月齢)のPAI-1欠乏マウスおよびほぼ同齢の野生型マウスに対して行った。エンドトキシンはそれぞれ50ugを腹腔内投与し、拘束ストレス負荷は20時間で行った。まず、エンドトキシン投与8時間後の各マウスにおいて腎糸球体内および脂肪組織内フィブリン血栓沈着を検索したところ、若年個体、老齢個体いずれにおいても、PAI-1欠乏マウスに比較して野生型マウスで有意に多量のフィブリン沈着を認めた。またPAI-1欠乏マウスと野生型マウス間でのフィブリン沈着量の差は、老齢個体においてより顕著であった。

一方、20時間拘束ストレス負荷後の若年個体では、PAI-1欠乏マウス、野生型マウスのいずれにも腎糸球体内フィブリン沈着をほとんど認めなかったが、老齢個体では、PAI-1欠乏マウスに比較して野生型で有意に多いフィブリン血栓沈着を認めた。以上の結果より、エンドトキシン投与および拘束ストレス負荷後の組織内微小血栓形成には、負荷後のPAI-1発現動態が強く関与していると考えられ、またその関与の程度は加齢依存的に増大することが強く示唆された。老化モデルマウスとして用いたKlotho mouseでは、血栓溶解阻害因子であるPAI-1 (plasminogen activator inhibitor-1)の血中レベルが対照とした若年マウスの数倍に上昇しており、易血栓性を有していると考えられた。Klotho mouseの主要な組織ごとに、PAI-1 mRNA発現量の定量的解析をreal time RT-PCR法にて行った結果、腎臓、肝臓、肺など一部の臓器でPAI-1遺伝子の高発現を認めた。一方、Klotho mouseおよび対照マウスに対し、心因性ストレスとして220時間の拘束ストレスを負荷し、PAI-1の血中抗原レベルおよび組織におけるmRNA発現と、組織内微小血栓形成につき検討した。拘束ストレス負荷後の血中PAI-1抗原量および肝臓、腎臓、肺、副腎等におけるPAI-1 mRNA発現量ともに、対照マウスに比してKlotho mouseでは著明に増加していた。拘束ストレス負荷後のKlotho mouse組織において、in situ hybridization法にてPAI-1 mRNAの組織内局在を調べた結果、種々の臓器の血管内皮細胞や血管平滑筋細胞、心筋細胞、腎尿細管上皮細胞、副腎髄質細胞等にてPAI-1 mRNAの高発現を認めた。また、Klotho mouseの一部の腎糸球体には、フィブリン血栓の沈着を認めた。さらに一部のKlotho mouseでは、長時間の拘束ストレス負荷により、洞性徐脈による突然死が認められた。以上の結果より、老化モデルマウスにおいては潜在的に血栓傾向が存在すること、ストレス刺激などが加わると臓器における血栓促進因子(PAI-1)の発現がいっそう亢進し、組織内に微小血栓を形成して臓器障害が進行しやすくなることが示唆された。自然加齢およびKlotho mouseなどの老化モデルマウスでは、血中および組織における血栓溶解阻害因子plasminogenactivator inhibitor-1 (PAI-1)の発現が亢進しており、一部の腎臓に糸球体内フィブリン血栓を認めた。またエンドトキシン投与や拘束ストレス負荷などの血栓形成刺激に対する老化モデルマウスの反応は対照の若年マウスより強く、PAI-1の遺伝子発現増加や腎糸球体内フィブリン血栓形成は高度であった。以上より、老齢個体における易血栓性のメカニズムとして、PAI-1の発現亢進とPAI-1遺伝子応答の増強が関与していることが示唆された。自然加齢マウスを用いて行った血栓形成誘発実験の結果から、老化個体における血栓準備状態および血液流動性維持破綻機構につき、線溶阻害因子PAI-1の発現亢進を主体とする血栓溶解能の低下が主な原因となっていることが示唆された。
二酸化炭素固定を志向した人工光合成システムの構築と速度論的解析

水(水および電子源)と二酸化炭素(炭素源)から炭化水素を再生するための無機触媒材料の設計・評価を行った。メソ多孔質有機ー無機複合規則構造体を前駆体として600度で焼成することで金属酸化物材料を得、その基礎物性をXRD、FE-SEM、ならびに電気化学測定により評価した。その結果、亜酸化銅による準安定構造が生じていることが分かった。次に、この触媒材料を利用した電気分解実験を二酸化炭素雰囲気下で行ったところ、可逆水素電極(reversible hydrogen electrode (RHE))に対してー0.6 V程度の印加電圧においても炭化水素生成物を安定して生成するとともに、13C-標識二酸化炭素を用いた電解実験及び引き続く核磁気共鳴分光法実験(13C{1H} NMR)により『二酸化炭素が多電子/多プロトン還元を受けることによる炭化水素合成』を確かめた。また、40時間以上の活性を持続する触媒表面の創製をこれまでに達成した。これに並行して酸化セリウムへのランタンイオンの添加による光触媒活性と構造相関についての知見が得られたため、これについても詳細な検討を行った。1200度焼成試料においては、もとのセリア相と上述の均一固溶相両方のX-線ならびに電子線回折が得られており、TEM測定ならびにHAADF-STEM/EDSにより両相の確認ならびに両相界面の観測に成功している。電気化学的測定ならびにRaman測定によって、1200度焼成試料においても両方の相・準位の存在が示唆されている。適宜助触媒を担持した試料の光触媒活性を評価したところ、1200度付近で焼成した試料で顕著な触媒活性が得られた。上述の議論により、2つの相が共存し、両相間で電位差があることからこの勾配を利用した電荷分離が進行し、これにより1200度焼成試料では光触媒活性が顕著であったと考察している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。太陽光の有効利用を行うには、可視光および近赤外光のエネルギーを電気エネルギーへと変換するだけでは不十分であり、水素などの化学結合エネルギーへと変換することで『一時保存』する手法の確立が不可欠である。現在は『一時保存』された化学エネルギーとしての化石燃料を人類は一方的に利用しているが、将来的には太陽光と水(水および電子源)と二酸化炭素(炭素源)から炭素-炭素結合を再生する必要がある。このような背景を受け、本研究では高触媒活性と高耐久性の両立を志向した無機材料の設計・評価と、それを利用した光電気化学的な物質変換系の構築、およびその速度論的解析という3段階の研究課題を設定しており、本年度は無機材料の設計・評価を主に行った。金属酸化物材料を利用した電気化学的な二酸化炭素還元により、40時間以上の活性を持続する触媒表面の創製をこれまでに達成している。可逆水素電極(reversible hydrogen electrode (RHE))に対して-0.6 V程度の印加電圧においても炭化水素生成物を安定して得ているとともに、13C-標識二酸化炭素を用いた電解実験及び引き続く核磁気共鳴分光法実験(13C{1H} NMR)により『二酸化炭素が多電子/多プロトン還元を受けることによる炭化水素合成』を確かめている。他方、窒素分子との相互作用を示す無機材料を発見しており、この相互作用を共鳴ラマン分光法等により裏付けている。可逆水素電極(RHE)に対して-0.6 V程度の印加電圧においても炭化水素生成物を安定して得ているとともに、13C-標識二酸化炭素を用いた電解実験及び引き続く核磁気共鳴分光法実験(13C{1H} NMR)により『二酸化炭素が多電子/多プロトン還元を受けることによる炭化水素合成』を確かめている。

上述の議論により、2つの相が共存し、両相間で電位差があることからこの勾配を利用した電荷分離が進行し、これにより1200度焼成試料では光触媒活性が顕著であったと考察している。触媒活性および耐久性を両立する表面の学理的な解析により、その現象の包括的な理解を期すとともに、これにより得た知見を踏まえてより高活性な触媒材料の設計・創製を行う。そののちに、光電気化学的な物質変換反応の検討・ならびに速度論解析を行う予定である。また、本課題において見出した窒素分子との相互作用を示す無機材料について、物理化学的な理解(熱力学的および速度論的理解)を深めるとともに、適宜、還元的窒素固定反応についても評価・検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
飼育動物および野生動物を用いた環境および健康モニタリング法の検討

野生動物と飼育動物由来試料を用いて、動物の汚染と健康を把握するための指標を作成した。野生動物の腎臓と肝臓中の鉛(Pb)濃度、ウマ血清中サイロキシンとヨウ素(I)、ネコ尿中ケイ素(S)とカルシウム(Ca)濃度などの2変量間の相関や等確率楕円(EPE)を作成した。対照動物の成績は、EPE内に入ったが、Pb汚染があるものは逸脱した。Iが多く含まれるサプリメントを給与されたウマの成績は、他と異なる場所に位置していた。尿石症のネコの尿でのみ、SとCa間に有意な相関(r=0.8020、P<0.01)が観察された。2変量から成る相関やEPEは、動物の汚染と健康状態を把握に有用な指標となる可能性が示唆された。1)試料採取の状況:本研究においては、各種試料の入手が研究を進展させる上で重要なポイントとなると考えられる。従って、平成24年度は、試料の採取のために、試料入手先の模索と試料提供者との打ち合わせを中心に試料収集の仕事を進めた。現在までに、ウマに関しては約70頭分の血清、サルに関しては、約50頭分の体毛試料を入手している。現在までに、試料採取に至っていない案件もあるが、これらは25年度に試料の入手が可能となると考えている。2)具体的な研究内容2-1)健康指標の作成:上記で採取した試料の内、ウマの血清を用いて、ヨウ素(I)とサイロキシンン(T4)濃度を測定した。海藻を含む餌を多給され、甲状腺の腫大が観察されたウマに関しても同様の検討を行い、IとT4濃度の関係が、餌由来のI過剰の有無を判断する指標となることを示唆した(第155回獣医学会で発表、現在投稿中)。この指標は、24時間採取尿を用いることなく対象動物におけるIの過不足を判断できる可能性を持ち、動物にとどまらずヒトにおいても有用な判断基準となる可能性がある。2-2)環境指標の作成:動物の体毛は、非侵襲的に得ることができることから、動物愛護の観点からも重要な試料の一つである。本年度は、過去に分析をした試料を再検討し論文としてまとめた(Bull Envirom Contam Toxicol、下記業績参照)。同時に日本各地から入手したサルの体毛を前処理し分析を行う準備をしている。2-3)その他:2-3-1)前年度に申請したミトコンドリアDNA分析による動物集団のグループ分けに関して、DNAの回収方法に関して時間がかかってしまったが、後半おいてその手法が確立しつつあり、25年度にはなんらかの結果を出し、環境汚染を把握するための新な指標作成に利用したい。2-3-2)現在、何らかの疾患に罹患したウマの血清を入手おり、解析をしている。1)試料採取の状況:有用な試料を集めることが、本研究においては最重要課題である。現在までに、100例を超える家畜由来の試料を得た。また、人の尿試料を70検体近く収集を終えている。従って当初予定していた動物の検討だけにいとどまらず、人との比較もできるような体制が整ってきたと考えられる。2)具体的な研究内容2-1)健康指標:ウマ、ウシの血清に関して、元素分析は、ほぼ終了し、その成績より2報、国際紙に投稿中である。現在、血清の生化学的分析を進めており(外部委託)、元素の成績と合わせて検討をしている。2-2)環境指標:グループ分けされた動物集団の汚染状況を検討するためのカワウのミトコンドリアDNA解析がほぼ終了した。現在、解析中である。1)元素分析に関して:本年度は、震災後の節電要請があったことから大型機器の稼働に支障がでることが懸念された。また、今後集まってくる試料のどの元素に的を絞るかを考察する必要が出てきた。従って、本年度は過去に採取した野鳥とネコの尿の再検討を中心に研究を行った。2)ミトコンドリアDNAによる野鳥の集団分類と汚染との関係に関して:試薬調整などの準備が終了した。今後、分析を進めて元素分析の成績との複合的な解析を行う予定である。3)試料採取:上記の研究と平行して試料採取を行った。新たに収集したウマの蹄および血液、ネコの尿および血液などは現在前処理の段階にある。4)研究成果の発表(学会発表):1)の元素分析に関して第153回獣医学会学術集会にて2題の発表を行った。野生動物を用いた環境モニタリングとして「野鳥の重金属元素汚染に関する疫学調査-11)油汚染を受けたアビ類における元素含量の検討」と飼育動物を用いた健康モニタリング法として「飼育ネコにおける尿中微量元素の分布2)ケイ素濃度の分布と他元素との関係」の発表を行った。これらの研究において、汚染および健康指標の両者に関して新たな指標となる可能性を持つ元素間の動態を把握することができた。5)研究成果の発表(英文雑誌での発表)現在、上記獣医学会学術集会の野鳥に関する発表は、Journal of wildlife disease(USA)に投稿中である。また、ネコに関する論文もすでに作成を終了している状況にある。英文校閲終了後に、海外の雑誌に投稿を行う予定である。その他、助成を受ける以前の研究で本研究と近い内容のものに関して2011年は、海外英文雑誌6報(受理され現在修正中のもの2報を含む)、英文著作4報の実績をあげた(参考:研究発表の頁)。

本年度は、学会発表および雑誌への投稿に関しては、十分な成果として示すことができなかったが、試料採取は順調に進み、以下のことを行った。1)試料採取に関して:非侵襲的に試料を集めることができるとして、研究実施計画にはウマの蹄や動物の尿をあげ、それらの元素分析を行うと記した。ウマに関して、蹄の水分含量の測定がほぼ終了に近づき、乾燥重量決定後元素分析に取り組み、個体の状況を反映するかを調べる。2)動物のストレスを測定できる装置の導入および乳汁中の体細胞数を測定できる装置が研究室に導入された。申請書では元素分析に関しての記述が主であったが、元素分析の成績と上記の装置で得られた成績を合わせることで、動物の健康のための指標を作成したい。第一回の試料採取は終了しており、現在、各種分析を進めている。3)ウマ血清中元素濃度を利用した環境モニタリングに関してまとめ発表準備中(予定では、7月動物看護学会にて)である。その際、健康なウマの成績を用いるために、一般血液性状の検査を外部検査機関に委託した。上記環境モニタリングの研究成果とは別に、これらの成績をまとめることも可能な状況である。ウマの成績は、競走馬のものが多く、乗用馬の成績は少ないことから、動物の健康指標の作成に貢献できると考えらえる。本年度は、環境指標に関して2題、健康指標に関して1題の研究を論文として国際雑誌に発表することができた。環境指標に関しては、馬血清中サイロキシンとヨウ素濃度を解析し、馬が飼育されている地域の違いを把握することができた。また、この論文を作成するにあたり、馬の健康状態を把握する必要があったため一般的な血液生化学の値を求めたが、それを利用して健康指標に関する論文をまとめることができた。この論文では、年齢による変動をサイロキシン、リパーゼなどで得ている。また、ポニーとサラブレッドを比較し、ポニーでは中性脂肪が高く年齢による上昇がみられることを合わせて報告し、品種による飼養管理の重要性を示唆した。また、環境指標ひ関する1題は、2013年に発表した鉛に関する環境指標を用いて、種々な鉛投与条件下のマウスの成績を挿入し、鉛の指標の有用性を実験動物を用いて検証した。以上のように、2015年度は、様々な研究成果を論文としてまとめることができたが、未だ未発表のものがあるので、今後はそれを成果としてまとめていきたい。本助成により、環境汚染に関しては4つ、健康指標に関しては2つの合計6題を論文としてまとめ国際雑誌に掲載することができた。しかし、学科で引っ越しがあったために研究が一時中断され、まだ発表できていないものもあり、その内容を今後の研究の推進方法欄にまとめた。すでに、解析が終了し論文にまとめるだけのものが2題あること、それ以外のものに関しても、今後順調に分析が進むことが予想されるので、研究はおおむね順調に進んでいると考えられる。本申請の研究目的は、飼育動物や野生動物を用いた生物モニタリングであった。研究期間中、種々のモニタリングに関する発表を行った。昨年度、ウマ血清中サイロキシンとヨウ素濃度の地理的な影響(Environ Monitor Assess,188,226,2016)に関して、発表を完了している。この研究成果に関係するものとしてヨウ素と同族元素である臭素を検討した。結果、ヨウ素と拮抗する動態を捉えることができた。臭素は、その必須性が長いこと検討されてきたのにかかわらず、研究によって結果が種々であった元素である。
テラヘルツ光照射に対する細胞応答のマルチフォトニクス・モニタリング

過渡的テラヘルツ光照射に対する細胞応答を観察する手段として利用する非同期光サンプリング式テラヘルツ・ポンプ・プローブ法において、テラヘルツ・スペクトルの広帯域化を実現するため、2台の極超短パルスレーザー(パルス幅10fs)を用いた非同期光サンプリング光源を開発した。また、2台のレーザーのモード同期周波数及び両レーザーのモード同期周波数差の高安定化に取り込み、従来光源と比較して10倍以上の高安定化を達成した。そして、本光源を用いた非同期光サンプリング式テラヘルツ時間領域分光装置で低圧水蒸気ガスのスペクトル計測を行い、本装置のスペクトル分解能が7GHzであることを確認した。テラヘルツ・ポンプ・プローブ法で細胞応答を観察するためにはスペクトル分解能がまだ不足しており、レーザー制御手法を再検討し、さらなる高分解能化をはかる必要がある。定常的テラヘルツ照射に対する細胞内応答の観察のために、アクティブ周波数逓倍器と周波数シンセサイザーを用いた連続発振(CW)テラヘルツ光源を開発し、パワー10mW、スペクトル線幅1Hz以下、周波数安定度10-11、チューニング範囲75GHz110GHzの基本特性を得た。一方、生体SHG(第2高調波発生光)イメージングは細胞内コラーゲン産生に関する情報を抽出するために利用する。今年度は、深部プローブ型SHGイメージング装置(レーザー波長1250nm)及び高分解SHGイメージング装置(レーザー波長800nm)を様々な生体サンプルに適用し、その有用性を評価した。その結果、細胞培養コラーゲンゲル、光老化真皮、心臓弁膜症によるコラーゲン変性、軟骨表層部、などの観察に有用であることが分かった。過渡的テラヘルツ光照射に対する細胞応答を観察する手段としてテラヘルツ・ポンプ・プローブ法を利用する。ここでは、従来の機械式時間遅延走査に代わり、2台のモード同期周波数制御フェムト秒レーザーによる非機械式時間遅延走査が可能な非同期光サンプリング法を用いる。今年度は、実際に開発したシステムを用いて、テラヘルツ帯バンドパスフィルターであるメタルホールアレイ及び低圧水蒸気ガスのスペクトル計測を行い、本システムの基本特性評価を行った。ざらに、2台のレーザーのモード同期周波数安定性とスペクトル分解能・測定SN比との関係に関する考察を行った。その結果、細胞応答観測に必要とされる理論限界スペクトル分解能を達成するためには、さらなるレーザーモード同期周波数の高安定化が必要であることが分かった。一方、生体SHG(第2高調波発生光)イメージングは細胞内コラーゲン産生に関する情報を抽出するために利用するが、モード同期チタン・サファイアレーザー(中心波長800nm)を光源として用いた従来システムでは、発生した生体SHG光(波長400nm)が多重散乱と吸収の影響を強く受けるため、十分な測定可能深度を得ることが困難であった。そこで、今年度は生体透過性の優れたモード同期クロム・フォルステライトレーザー(中心波長1250nm)を光源とした生体SHGイメージングシステムを開発した。その結果、従来システムを大幅に上回る測定可能深度を得ることができた。ざらに、測定時間も1秒以下まで短縮できた。
ライブセル観察と機械学習を用いた細胞表層骨格のダイナミクス解析

がん細胞の中には、細胞表層骨格の制御シグナルに異常を持つものが多い。その原因解明には骨格の分子構造の動的変化に関する解析が必要であるが、電子顕微鏡や蛍光顕微鏡などの従来の観察技術では容易ではない。本研究代表者はこれまでに、生細胞観察に特化した高速原子間力顕微鏡を開発し、表層骨格線維の動態を数秒の時間分解能で可視化するという世界で唯一の技術を確立した。本研究課題では、この膨大な連続画像とシグナル分子の活性情報という多次元・多変数の画像データを、機械学習により統合することで、、ヒトの認知能力の限界を超える新たなデータ解析法の確立する。そして、がんと細胞骨格との新たな関係性を見いだすことを目指す。
視床皮質連結の発達異常とてんかん

本研究では、てんかんモデル動物の脳スライス標本を用いて、脳リズム形成の異常であるてんかん発生機序の分子細胞的メカニズムの解明を目標とする。近年の分子遺伝学等の進歩により分子異常と神経疾患との関連が明らかになりつつあるも、てんかんの発生機序に関する分子・細胞的研究は未開の分野である。脳局所回路リズム異常の発生機序の解明には、従来の研究で行われた巨視的な手法ではなく、特定の細胞の電気的性質とそのシナプス結合を系統的かつ経時的に解析する必要がある。totteringマウスは、P/Q型電位依存性カルシウムチャネルα1Aサブユニット遺伝子に異常も持つマウスであり、小脳失調症と小発作(absence seizure)を神経症状に持つ。totteringマウスの視床皮質スライス標本を用いて、視床刺激により生じる興奮性シナプス後電流(EPSC)と抑制性シナプス後電流(IPSC)を大脳皮質第4層の錐体細胞から記録した。totteringマウスでは、EPSCの中程度の現象が見られたが、IPSCは著減していた。GABAの直接投与および微小IPSCの解析から、IPSCの減少は主にシナプス前性の障害によると考えられる。視床を頻回刺激した場合、正常マウスでは大脳皮質錐体細胞の発火の頻度は、刺激頻度に応じて減少していくが、totteringマウスでは、高頻度刺激にまで対応して錐体細胞が発火した。抑制性シナプスによるFeed forward inhibitionの欠如がabsence seizureの発生に関与していることが考えられる。
胃癌幹細胞による腹膜転移形成と宿主免疫回避機構に関する研究

胃癌細胞株MKN45、MKN74を用いてFACSにてがん幹細胞と報告されているCD44+細胞とCD44-細胞の分画に分け、細胞内サイトカインの発現を調べた。がん幹細胞ではTGF-βの発現が亢進し、IL-10、VEGFの発現も高く、がん幹細胞は高度な免疫回避機構を有すると考えられた。しかし、CD44+細胞で誘導した健常人由来の細胞傷害性T細胞(CTL)はCD44-細胞で誘導したCTLと同様のCTL感受性を示した。したがって、がん幹細胞はそれ自体が免疫治療に抵抗性なのではなく、局所の免疫回避機構によって守られている可能性が示唆された。1.ヒト培養胃癌細胞におけるがん幹細胞の免疫抑制能を調べるため、CD44+細胞ががん幹細胞として報告されているヒト培養胃癌細胞MKN-45、MKN-74を用いて、FACSにてCD44+細胞とCD44-細胞の分画に分け、TGF-β、IL-10、VEGF、MICAなどの免疫抑制因子の発現をFACSにて解析し、CD44+がん幹細胞の免疫抑制能をCD44-細胞と比較した。2.ヒト培養胃癌細胞とDCの細胞融合を行うため、健常成人末梢血からリンパ球濾過後比重遠心法で単球を分離し、未熟型DCを誘導し、TNFαにて成熟させ、FACSにて表面抗原解析し、成熟段階を判定した。その後、50%Polyethylene glycol (PEG)を含むRPMI1640溶液中でヒト培養胃癌細胞MKN-45、MKN-74のCD44+細胞、CD44-細胞のそれぞれとDCを1:1で1分間混合したうえで、細胞融合遺伝子導入装置BTX社ECM2001を用いて腫瘍細胞とDCを細胞融合させることにより、細胞融合効率が向上した。胃癌細胞とDCに蛍光標識し、FACS解析によりCD44+胃癌幹細胞とCD44-細胞でDCとの細胞融合効率の差異を調べた。3. MKN-45、MKN-74のCD44+細胞、CD44-細胞と腫瘍細胞融合DCの細胞表面抗原を解析し、DCの活性化指標、腫瘍マーカー、免疫抑制性膜分子などの発現がCD44+胃癌幹細胞とCD44-細胞の間で差があるかを確認した。胃癌の腹膜播種は最も治療困難な転移のひとつであり、新たな治療法の開発が期待されている。根治的がん治療のためには、放射線療法や抗がん剤に耐性を示すがん幹細胞を根絶することが必要であるが、免疫療法は特異的かつ無害に、静止期細胞を含めて標的にすることができる点で、がん幹細胞治療のアプローチとして優れている。しかし、がん幹細胞が示す免疫回避機構の詳細はいまだ不明であり、その実態を明らかにする必要がある。胃癌腹水中は大量の免疫抑制物質を含み、免疫治療にとって最も困難な環境であることから、腹腔内の胃癌幹細胞に有効な免疫治療として樹状細胞ワクチン療法の開発を試みた。しかし、CD44+細胞で誘導した健常人由来の細胞傷害性T細胞(CTL)はCD44-細胞で誘導したCTLと同様の細胞傷害性を示した。胃癌腹水中のがん細胞を腹水濾過濃縮還元療法(CART)によって濾過フィルター内に回収し、FACSにてCD44+細胞とCD44-細胞の分画を採取した。CD44+細胞はVEGF、TGF-βの発現が強く、腹水中のVEGFの産生に関与している可能性が示唆された。がんに対する樹状細胞ワクチン療法を検討すると、膵癌、胆管癌、非小細胞肺癌などで比較的長い生存期間が認められ、DTH皮内反応が治療効果の予測因子となる可能性が示唆された。今後、胃癌についても治療効果を評価することが重要と考えられた。