hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ファージディスプレイ法によるモノクローナル自己抗体の作成と、その病態生理的機能

一方、VLも3クローン中2クローンがまったく同一(V_κ3ファミリーに属するL6由来)であることが判明した。このように抗体遺伝子の解析から3クローンのVH,VLの使用はきわめて限定されていることが推定された。以上の結果は、この患者の唾液腺浸潤リンパ球中の抗SS-A/Ro抗体産生クローンがオリゴクローナルであることを推測させる。以上の実験結果よりファージディスプレイ法により、自己抗体産生細胞を含むheterogeneousな末梢リンパ組織から直接mRNAを抽出して、ファージ抗体ライブラリーを作成し、パンニングにより目的の自己抗体を分離できることがわかり、この方法が自己抗体研究の強力な方法になりうることが明らかになった。抗DNA抗体高値のSLE患者から、抗二本鎖DNA抗体の分離を行い、反応性、遺伝子解析を試みた。活動期SLE患者より末梢血リンパ球を分離し、mRNAの抽出、cDNA合成後、同様の方法でFab-ファージライブラリーを作成した。固相化DNAとパンニングを行い、DNAに結合したFab-ファージを大腸菌に再感染させ、再びパンニングを行い、DNAに結合するFab-ファージを濃縮した。合計5回のパンニングを行った後、大腸菌に導入してクローン化したのち、リコンビナント可溶性Fabを産生させた。100以上のFabクローンについて調べた結果、固相化DNAに結合する8個のクローンが得られた。これらのクローンについて、二本鎖DNAに特異的に結合するかどうかを、クリチジアアッセイで調べた。その結果、8個のうち6個のFabクローンはクリチジアに反応し、抗二本鎖DNA抗体であることが証明された。Fab濃度を100ng/mlに合わせ、希釈列を作ってクリチジアへの反応性を調べたところ、3個のクローンは1000倍希釈でも明らかに陽性であり、高親和性の抗二本鎖DNA抗体であることが証明された。これらの8個のFabクローンの抗体遺伝子の解析を行ったところ、軽鎖可変部遺伝子は様々なgermline遺伝子に由来していたが、重鎖可変部遺伝子(VH)はすべてVH26由来であり、CDR3も良く似ていた。これらの結果か、一個のVDJ再構成を経たB細胞から、体細胞突然変異の結果、8個のFabクローンが生じた可能性が示された。クローンの系統樹では、一個のB細胞から3つのグループに別れ、同じグループでは、変異の進んだクローンほどDNA結合活性が高いことが示された。また、今回の結果から、このSLE患者の抗DNA抗体産生細胞は非常に限定されたクローンから発生していることを示唆している。
70年代以降の英国における政党制の変容ともう一つのサッチャー政権評価-政治意識論

97年度から98年度にかけての研究において以下のことがわかった。1、1970年代における英国において、政党制が変容しただけではなく、それを支える有権者の意識も変化してきたということである。ただ、それは、70年代以後、急速に台頭してくる第三政党の支持者に直接結びついたわけではないが、それまでの政治意識全体を変えることに、よって、サッチャー政権の登場や英国自民党などの進出をもたらした。2、また、英国政治において指摘されてきた“戦後コンセンサス"のあり方も、70年代を境いに変容しており、保守党と労働党をめぐる政策のあり方も変化した。具体的には、サッチャー政権期までのケインズ主義的福祉国家を軸とした二大政党間のコンセンサスも、サッチャー政権期をへて変容し、今日のブレア政権の時点では,ケインズ主義を拒否した福祉国家の再編へのコンセンサスへと変わっている。ただ、まだ、その再編の具体的内容に関しては、今もなお試みが為されている最中である。3、戦後コンセンサスの議論をめぐっては、有権者の意識のあり方が軽視され、英国本国も含めてあまり研究されてこなかった。この点を解明することが本研究の課題であるが、その課題は現在継続中である。70年代以降の英国政党制の変遷を追う中で、今期は二つの方向で成果を結実させつつある。一つは、保守党と労働党という二大政党の間で基本政策にほぼ一致が見られているという指摘の検討である。これは英国政治史においては、戦後コンセンサスと呼ばれているが、この戦後コンセンサスのあり方を、とりわけ政治意識の点から考察しようとしている。この作業に関しては、「英国政治における戦後コンセンサスと政治意識」『立命館法学』(1996年第6号)として、現在もなお連載中である。もう一つの方向は、そうした戦後英国の政党制の検討の延長線上において、現在政権を担当しているブレア労働党政権をいかに評価するかということである。これに関しては、「1997年英国総選挙に関する一考察」『立命館法学』(1997年第3号)としてまとめた。ブレア政権も、それ以前の保守党サッチャー政権やメ-ジャー政権の基本政策を踏襲している点で、戦後コンセンサスの枠内にあるといえるが、NHS改革や地方分権などの点では独自性を出しつつあるというのが、拙論の基本的評価である。
室町期禅林の文芸活動の展開過程とその基盤

本研究では、中世史研究と禅宗史とくに五山文学研究を有機的に結合すべく、漢詩と絵画の二つの情報をもつ渡唐天神説話を中心に、禅林文芸の展開について考察する。今年度の研究概要は以下のとおりである。(1)史料調査では、前年度から渡唐天神像賛・禅僧の束帯天神像賛などの詩文・語録史料を対象とし、今後も新出資料は想定されるが、収集データは約200件を上回った。とくに今年度は未翻刻文献だけでなく個人蒐集家を訪ね未紹介絵画も収集できた。更に既刊史料や入力済データのうち、文意不通や疑問のある場合は関係諸機関で原本確認を行った。また調査により、現存最古とされた渡唐天神像が模写で所蔵先にも誤りを発見した。同説話の年代を議論する上で重大な問題点である。上記(1)をふまえ、(2)応永年間の渡唐天神像の展開を、同時代画像や関連文献とくに難解な五山側史料を積極的に読みとき、当時の室町殿や守護・五山での贈答・交流を社会構造・具体的場面に即して論じた(投稿中)。同説話は多分野で論及されるが、その性格や本質論はまちまちで分野間は交差していない。そこで本研究は(1)のデータに基づき、詩のモチーフ分類・数値化により、客観的視点から拡散した議論の整理を図り、連歌会席での渡唐天神像の機能論も加えてその展開を考察した。なお2010年末には日本史研究会(京都)にて、室町期に増える五山への社会的な作詩依頼の構造について、歌人・時衆・都市民等との関係や文芸空間とからめ口頭報告した。(3)昨年3月末の報告を論文化した(掲載決定)。慶長年間の女人図の製作過程について、會津八一記念博物館等での調査をふまえ分析し、大徳寺三長老から以心崇伝・足利学校岸主に到る着賛過程を克明に復元し、中近世移行期の禅林や社会情勢との関連性、室町文芸との連続性を論じた。また中世禅僧の熊野参詣史料についても発表予定である。本研究の主眼は、中世史研究と禅宗史とくに五山文学研究を有機的に結合すべく、禅林文芸の展開という動態的側面の解明にある。とくに漢詩と絵画の二つの情報をもつ渡唐天神説話を素材に、今年度はおもに室町期禅林の文芸関係の資料調査・収集作業に努めた。(1)史料調査では足利学校、国立公文書館、蓬左文庫、鎌倉国宝館、金沢文庫などに出張し、未翻刻史料や公刊図録類を収集した。対象資料は、渡唐天神図像賛・禅僧の束帯天神像賛などの詩文・画賛資料を中心に収集作業を行い、現段階で約180件に上ったが、今後も新出資料が見込まれる。この他、周辺領域となる禅僧と武家の文芸交流、和歌・連歌関係資料も収集した。(2)収集史料の整理作業として翻刻・訓注・データ化を積み重ね、既往の研究が持て余してきた禅宗関係史料の正確かつ多角的な読解に資する基礎的作業を行った。以上の作業は、引き続き来年度も適宜継続する。なお、史料収集・整理の過程で、禅僧への作詩依頼の社会構造や、学芸をめぐる禅林と博士家の関係についても知見を得た。(3)研究成果の公表として、論文「渡唐天神図像賛を読む-東福寺・与可心交賛の再検討-」を発表し、賛詩読解を再検討して既往の作品鑑賞論を批判し、同図が14世紀末の日本と中国江南の文芸交流に北野天神が介在した出来事を前提に展開したことを解明した。2009年12月末には大阪歴史学会(西宮)にて、上記の収集作業をふまえ、室町後期の禅林と守護・国人層の地域間交流や、禅僧の連歌壇進出などの実態解明につき口頭報告した。2010年3月末には、禅林文芸の転換点を中近世移行期の政治状況とからめ展望し、海外の美術史研究者を交えた百人規模の国際シンポジウムで報告した。

そこで本研究は(1)のデータに基づき、詩のモチーフ分類・数値化により、客観的視点から拡散した議論の整理を図り、連歌会席での渡唐天神像の機能論も加えてその展開を考察した。なお2010年末には日本史研究会(京都)にて、室町期に増える五山への社会的な作詩依頼の構造について、歌人・時衆・都市民等との関係や文芸空間とからめ口頭報告した。(3)昨年3月末の報告を論文化した(掲載決定)。慶長年間の女人図の製作過程について、會津八一記念博物館等での調査をふまえ分析し、大徳寺三長老から以心崇伝・足利学校岸主に到る着賛過程を克明に復元し、中近世移行期の禅林や社会情勢との関連性、室町文芸との連続性を論じた。また中世禅僧の熊野参詣史料についても発表予定である。
S.mutansのGbpC結合ドメインを用いた齲蝕免疫システムの構築

齲蝕の主要な病原細菌であるStreptococcus mutansの菌体表層には、グルカン結合タンパクC (GbpC)が存在し、齲蝕原性との強い関連性が報告されている。我々はこれまでに、バイオインフォマティクスの手法を用いてアミノ酸配列からタンパクの高次構造を構築し、ループを形成する部分を5カ所抽出し、GbpCのグルカン結合領域の特定を行った。さらに、この結合ドメインをターゲットとする抗体を作製し、抗ペプチド抗体の作用について検討したところ、唾液タンパクのリゾチームとGbpCタンパクの結合を阻害することが明らかとなった。また、ELISA法を用いて同様の実験を行ったところ、リゾチームが抗ペプチド抗体と直接結合していることがわかった。これらのことから、このような結合ドメインはGbpCと同様に他の高分子タンパクにも存在する可能性が示唆された。また、結合ドメインを欠失させたS. mutansのヒト上皮細胞への付着を蛍光イメージングを用いて測定したところ、付着能が著しく低下した。このことから、ラット動物実験系において、抗ペプチド抗体をラット口腔内へ投与することで齲蝕の発生を抑制する可能性が示唆された。本研究の目的は、抗ペプチド抗体をラットに直接投与するだけではなく、この結合ドメインと同じアミノ酸配列であるペプチドに誘導されたラット粘膜免疫誘導システムにおける有効性を示すことである。本研究を通じて、ペプチドによる粘膜免疫系を確立し、新たな齲蝕抑制物質の1つとして齲蝕ワクチンの開発に繋げていきたいと考えている。ラット免疫誘導システムを構築するために、はじめにバイオインフォマティクスの手法を用いて特定されたグルカン結合ドメインの抗ペプチド抗体を作製した。決定されたグルカン結合領域のペプチドを作製決定された結合領域のアミノ酸配列より、Life Technology社に依頼し、アミノ酸の合成ペプチドを得た。ウサギ(ニュージーランドホワイト種;1.5 kg)に上記の合成ペプチドを免疫することにより血清を得た。上記で得られた抗血清の抗体価をELISA法およびウェスタンブロッティングによって確認し、実験に供試した。しかしながら、抗体の準備に予想以上に時間が掛かったことにより実験の進捗状況がやや遅れている。また、産前、産後および育児休暇のため、進捗状況がやや遅れている。動物実験における予備実験から得られたデータを検討し、投与形態および投与日数等を決定しする。実験動物として、ラットの雄を使用し、得られたペプチドを経口摂取あるいは鼻粘膜への投与により免疫応答反応を誘発した状態で、口腔内に供試菌を定着させ、齲蝕を誘発させる。飼育後、顎骨を無菌的に摘出する。上顎の歯牙をエリスロシンを用いて染色し、プラークスコアを求め、さらに上下顎臼歯の齲蝕スコアを算出し、ペプチドによる齲蝕抑制効果を検討する。さらに、下顎からの供試菌の回収量を調べ、S. mutans菌株のラットの口腔内における歯牙への定着について検討する。実験期間中には、免疫前と免疫後の血清と唾液の採取を行う。採取した血清と唾液中の抗体価を測定し、ペプチドによる免疫誘導を検討する。また、引き続き他のドメインを探索し分析を行う。これまでに得られたデータにより作製したペプチドの効果が明らかとなった場合には、最も高い効果が得られた条件の探索を行う予定である。ラット動物実験については、これまで行っており予定通り実施できる。我々は、Streptococcus mutansのグルカン結合タンパクC (GbpC)のアミノ酸配列から推定される3次構造を構築し、バイオインフォマティクスの手法を用いてグルカン結合ドメインを決定した。本研究の目的は、この結合ドメインの機能を抑制することによる齲蝕の発症に対する影響を検討することである。特定されたGbpCのグルカン結合ドメインのアミノ酸配列を用いて、Life Technology社に依頼し合成ペプチドを得た。ウサギにこの合成ペプチドを免疫することにより血清を得た後、血清の抗体価を一次抗体を血清、二次抗体を抗ウサギIgG抗体ーペルオキシダーゼを用いてEnzyme-Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA法)によって確認した。さらに血清を一次抗体として、S. mutans菌体をサンプルとしてウェスタンブロッティング法を行い、GbpCの分子量である75 kDaの位置にバンドを確認した。これによりこの血清をGbpCの抗ペプチド抗体として実験に供試した。はじめにラット齲蝕実験モデルを用いて抗ペプチド抗体の齲蝕抑制効果を検討することとした。生後15日齢のラットに無菌処理を行なった後、生後18日目から22日までの連続5日間、ラットの口腔内にS. mutansを感染させると同時に抗ペプチド抗体を1/10、1/100、1/1000に希釈したものをラットに強制的に摂取させた。また、感染と同時に、飼料としてスクロースを56%含む齲蝕誘発性飼料を与え自由に摂取させ、55日間飼育した。感染後1週間ごとに口腔内スワブによりS. mutansの菌数を調べたところ、全ての濃度でコントロールと比較して顕著に低下していることが明らかとなった。このことから抗ペプチド抗体の投与によって齲蝕の発症が抑制される可能性が示唆された。

上記で得られた抗血清の抗体価をELISA法およびウェスタンブロッティングによって確認し、実験に供試した。次に結合ドメインの欠失変異株用いて上皮細胞へのS. mutansの付着効果を検討した。細胞は、human umbilical vein endothelial cells(HUVEC)を使用した。HUVECを24ウェル平底培養用プレートに播種し、24時間培養した。その後、S. mutans MT8148株または結合ドメイン欠失変異株をプレートに加えた。その後、菌体の付着した細胞を剥離し洗浄した液を15%スクロースおよびバシトラシン含有Mitis-Salivarius (MSB)寒天培地に播種し、嫌気下にて48時間37°Cで播種し培養した。その後、コロニーカウントを行い、菌数を測定し付着能の検討を行った。また、得られた抗体の粘膜免疫誘導能について検討するために、動物齲蝕実験の予備実験を行った。実験動物として、ラットの雄を使用し、得られた抗ペプチド抗体を経口摂取し、免疫応答反応を誘発した状態で、口腔内に供試菌を定着させ、齲蝕を誘発させた。飼育後、顎骨を無菌的に摘出を行なった。上顎の歯牙をエリスロシンを用いて染色し、プラークスコアを求めた。さらに、供試菌の下顎からの回収量を調べ、S. mutans菌株のラットの口腔内における歯牙への定着について検討を行なった。齲蝕の主要な病原細菌であるStreptococcus mutansの菌体表層には、グルカン結合タンパクC (GbpC)が存在し、齲蝕原性との強い関連性が報告されている。我々はこれまでに、バイオインフォマティクスの手法を用いてアミノ酸配列からタンパクの高次構造を構築し、ループを形成する部分を5カ所抽出し、GbpCのグルカン結合領域の特定を行った。さらに、この結合ドメインをターゲットとする抗体を作製し、抗ペプチド抗体の作用について検討したところ、唾液タンパクのリゾチームとGbpCタンパクの結合を阻害することが明らかとなった。また、ELISA法を用いて同様の実験を行ったところ、リゾチームが抗ペプチド抗体と直接結合していることがわかった。これらのことから、このような結合ドメインはGbpCと同様に他の高分子タンパクにも存在する可能性が示唆された。また、結合ドメインを欠失させたS. mutansのヒト上皮細胞への付着を蛍光イメージングを用いて測定したところ、付着能が著しく低下した。このことから、ラット動物実験系において、抗ペプチド抗体をラット口腔内へ投与することで齲蝕の発生を抑制する可能性が示唆された。本研究の目的は、抗ペプチド抗体をラットに直接投与するだけではなく、この結合ドメインと同じアミノ酸配列であるペプチドに誘導されたラット粘膜免疫誘導システムにおける有効性を示すことである。本研究を通じて、ペプチドによる粘膜免疫系を確立し、新たな齲蝕抑制物質の1つとして齲蝕ワクチンの開発に繋げていきたいと考えている。
素子小型化を目指したナノ熱電性能サイズ・結晶方位依存性の解明

これまでに、電子状態に比べフォノン状態に大きな異方性がある材料や、フォノンの平均自由行程より小さいサイズの材料で高い熱電性能が得られることが指摘されている。しかしながら、電極間に熱電材料の薄膜やワイヤーを担持して熱電性能を測定する従来の方法は、熱リークや熱電材料と電極の接触状態などに課題があると言われている。本研究では、局所的な熱起電力を測定できる走査型熱電顕微鏡をヒントに、透過型電子顕微鏡その場計測法を用いて、熱電材料のポイントコンタクトを形成し、I-V計測からそのサイズや結晶方位による熱電性能の違いを明らかにする。熱やフォノンを利用したナノスイッチング素子の開発にもつながる。
運動後のコンプレッションウェアの着用が筋機能の回復や筋損傷に及ぼす影響の解明

本研究では、運動終了後におけるコンプレッションウェア(CG)の着用が筋力、筋パワーや持久力などの運動パフォーマンスの回復、主観的疲労感や筋痛、筋損傷などの炎症反応に及ぼす影響を検討することを目的とした。また、運動後におけるCGの着用を他のトリートメント(筋の冷却)と組み合わせた効果についても検討した。その結果、持久性運動後におけるCGの着用は筋パワーの回復を促進させるが、この効果は運動に伴う筋損傷の大きい場合に限られること、高強度運動後におけるCGの着用と筋の冷却の併用は筋損傷の軽減に有効である可能性のあることが明らかになった。平成27年度は、持久性運動後におけるコンプレッションウェアの着用の効果を検討した。まず研究1では、活動的な男性10名を対象に、下り勾配(-10%)での30分間のランニング(最大酸素摂取量の70%強度)を実施した。運動終了直後24時間後まで着圧を施したコンプレッションウェア(CG条件)または着圧を施さない通常のスポーツウェア(CON条件)のいずれかを着用し、筋機能や筋損傷・炎症反応の変化の動態を比較した。その結果、いずれの条件においても運動後に垂直跳び跳躍高の有意な低下がみられたが、運動24時間後の時点においては、CG条件がCON条件に比較して有意に高値を示した。一方、血清ミオグロビン、クレアチンキナーゼ、高感度CRP濃度など、筋損傷・炎症反応に関わる血液指標の変化の動態に条件間で差はみられなかった。次に研究2では、男性8名を対象に、勾配なしの水平面での30分間のランニングを用いて、同様の実験を実施した。その結果、研究1に比較して、30分間のランニング運動に伴う筋機能の低下や筋損傷の程度はいずれも軽度であった。また、CG条件とCON条件の間では、いずれの項目においても運動後における変化の動態に有意差は認められなかった。以上の結果から、持久性運動後におけるコンプレッションウェアの着用は筋パワーの回復促進に有効であること、この効果は特に、運動に伴う筋損傷・炎症反応の大きい場合に認められることが明らかになった。当初の予定通り、2つの研究を完遂することができた。また、概ね仮説通りの結果が得られ、これらの成果を国内外における学会やシンポジウムにおいて発表することができた。さらに、原著論文を国際誌に投稿し、International Journal of Sports Medicineへの掲載が決定をした。主要国際誌への論文掲載は平成28年度を想定していたが、予想以上の早期に研究成果をあげることができた。以上の諸点から、研究の進捗は「当初の計画以上に進展している」と評価することができる。研究1:上肢筋群に対する高強度でのレジスタンス運動後におけるコンプレッションウェアの着用が筋機能の回復に及ぼす影響を検討した。活動的な男性9名を対象に、上半身の筋群に対する高強度でのレジスタンス運動後にコンプレッションウェア(CG条件)または通常のスポーツウェア(CON条件)を48時間にわたり着用させた。運動前、運動直後、1時間後、3時間後、24時間後、48時間後に最大筋力の指標としてチェストプレスにおける最大挙上重量(1RM)、ベンチプレス(40%1RM)での挙上時における発揮パワー、上肢筋群(上腕二頭筋、上腕三頭筋)における筋厚および周囲長、主観的筋痛などを測定した。その結果、運動後に最大筋力や筋パワー、筋厚および主観的筋痛はいずれも有意に変化したが、これらの変化の動態には条件間で差はみられなかった。研究2:下肢筋群に対する高強度での運動後におけるコンプレッションウェアの着用と筋の冷却(クライオセラピー)の併用が筋機能の回復や筋損傷に及ぼす影響を検討した。活動的な男性6名を対象に、片脚での最大努力による等速性最大膝伸展運動(角速度60度/秒)を60回(6回×10セット)を実施させた。運動終了後に、CG条件では下肢筋群を15°Cの冷水の15分間浸水させた後にコンプレッションウェアを着用させた。一方、CON条件では下肢筋群の冷却やコンプレッションウェアの着用は行わず、安静状態を維持させた。その結果、運動24時間までの最大筋力の変化の動態に条件間で差はみられれなかったが、CG条件では運動後における血清ミオグロビン濃度の上昇(筋損傷の間接指標)がCON条件に比較して有意に軽減された。以上の結果から、高強度運動後にコンプレッションウェアの着用と下肢筋群の冷却を併用することで、運動誘発性筋損傷を軽減できる可能性が示された。交付申請書への記載の内容に沿って、平成28年度も研究を推進する。平成27年度の成果を挙げることができるように、早期に実験開始の準備に取りかかりたい。スポーツ科学当初の予定通り研究が進行し、次年度の研究実施のために予算を施行することが適切であると判断したため。当該予算は次年度の研究実施に必要な消耗品の購入に使用する。
フォリスタチンのラジオイムノアッセイの開発とその臨床応用

雄家兎をrh-follistatin(50mug/rabbit)とFreund's adjuvantの混合物を用いて免疫し、抗follistatinポリクローナル抗体を作製した。抗体価の検定はELISAで行った。当初、このポリクローナル抗体を用いて、競合法によるラジオイムノアッセイの開発を試みたが、免疫活性を保持した^<125>I標識follistatinの作製が困難であったため、同時期に作製した抗follistatinマウスモノクローナル抗体と組み合わせたイムノラジオメトリックアッセイ(IRMA)を開発した。IRMAの操作方法は、抗follistatinマウスモノクローナル抗体(4-6D9)を固相化したスターチューブをブロッキングした後、標準品またはサンプルに抗follistatinウサギポリクローナル抗体を加え、さらに^<125>I-抗ウサギIgGヤギ抗体を加えてインキュベートし、洗浄後、チューブの放射活性を測定した。基礎的検討の結果、follistatinのIRMAは0.05-25ng/mlの範囲で良好な用量反応性を示し、アッセイの変動係数は10%以下で、アクチビン・インヒビンとの交差率は0.1%以下であった。各種生体試料の測定では、ブタ卵胞液、ヒト羊水およびヒト血清の希釈曲線は標準曲線に平行し、ブタ卵胞液中には5.6mug/mlと高いfollistatin免疫活性が認められた。正常成人の血清follistatin免疫活性は13.5±4.6ng/ml(mean±SD,n=60)で、男女ともに加歳とともにむしろ増加する傾向が認められた。Follistatinの詳細な組織濃度や卵胞液・血清中での存在様式については現在さらに検討中である。
共通並列計算電磁流体・粒子コードによる太陽風磁気圏電離圏ダイナミックスの研究

世界最高速の性能を誇る国産の新世代並列型スーパーコンピュータを用い、スペースプラズマ現象を効率よく並列計算できる共通コンピュータ言語を用いた電磁流体コード、粒子コード、およびハイブリッドコードを作成して、世界に先駆けた大規模シミュレーションとそれらのコードを組み合わせた連携大規模シミュレーションから太陽風磁気圏電離圏ダイナミックスを調べ、スペースプラズマの非線形物理に新しい知見をもたらすのが本研究の目的であった。近年主流となってきたスカラー並列機で高効率を実現するためには、キャッシュのヒット率を上げることと3次元領域分割を行って通信量を減らすことが重要なので、MPI(Message Passing Interface)で書いた新しい1、2、3次元領域分割3次元Fortran MHDコードなどを開発してPRIMEPOWER HPC2500などのスカラー並列機で実行し、その有効性を実証した。MHD/流体コードの開発は主に名古屋大学と愛媛大学が、粒子コードは京都大学と東京大学が、ハイブリッドコードは東京工業大学が担当してベクトル並列機からスカラー並列機へ移植し、キャッシュのヒット率の高い高効率並列計算コードの作成に成功した。即ち、最新の電磁流体/ハイブリッド/粒子コードを共通コンピュータ言語(MPI)で並列化/ベクトル化効率を十分に出せるように書き換えて、磁気圏構造やスペースプラズマの波動粒子相互作用などの非線形現象に適用し、衝撃波やプラズマ境界層や磁気リコネクションでのプラズマや粒子の加速・加熱機構が解明できた。国内の新世代並列型スーパーコンピュータ上で大規模シミュレーションを実行して、太陽風磁気圏電離圏相互作用、磁気リコネクションのダイナミックスと粒子効果など、宇宙プラズマにおける非線形物理の解明に新しい展開をもたらす点においては一定の成果を挙げることができるようになった。世界最高速の性能を誇る国産の新世代並列型スーパーコンピュータ、富士通VPP5000、日立SR8000、NECSX-6及びそれらのファミリーコンピュータを用い、スペースプラズマ現象を効率よく並列計算できる、High Performance Fortran(HPF)とMessage Passing Interface(MPI)の共通コンピュータ言語を用いた電磁流体コード、粒子コード、及びハイブリッドコードを作成して、世界に先駆けた大規模シミュレーションとそれらのコードを連携した大規模シミュレーションから太陽風磁気圏電離圏ダイナミックスを調べ、スペースプラズマの非線形物理に新しい知見をもたらすのが本研究の目的であった。このために、先ず、研究機関の異なる研究グループが協力して各グループで開発されてきた、最新の電磁流体/ハイブリッド/粒子コードを共通コンピュータ言語(HPFとMPI)で、並列化/ベクトル化効率を十分に出せるように短期間で集中して順次書き換えることを行った。大規模スペースシミュレーションの実行は名古屋大学情報連携基盤センターの並列型スーパーコンピュータ、富士通VPP5000/64を主に用いて行い、更に国立極地研究所(日立)と京都大学宙空電波科学研究センター(NEC)の並列型コンピュータを有機的に利用する研究協力を行う。主な経費として、名古屋大学情報連携基盤センターを利用して大規模スペースシミュレーションを実行するために1,000千円の計算機利用料金を計上し、本年度に6つの大学でネットワーク経由でスーパーコンピュータを利用し、大量計算データを取得・保管して可視化などの解析するためのPCクラスターなどのコンピュータを導入した。こうして、開発した共通電磁流体コード、粒子コード、及びハイブリッドコードを用いて、太陽風磁気圏電離圏相互作用、磁気リコネクションのダイナミックスと粒子効果、及び宇宙プラズマにおける非線形物理の解明のシミュレーションを開始した。世界最高速の性能を誇る国産の並列型スーパーコンピュータ、富士通VPP5000、日立SR8000、NECSX-6及びそれらのファミリーコンピュータを用い、スペースプラズマ現象を効率よく並列計算できる、High Performance Fortran(HPF)とMessage Passing Interface(MPI)の共通コンピュータ言語と手法を用いた電磁流体コード、粒子コード、及びハイブリッドコードを作成して、世界に先駆けた大規模シミュレーションとそれらのコードを連携した大規模シミュレーションから太陽風磁気圏電離圏ダイナミックスを調べ、スペースプラズマの非線形物理に新しい知見をもたらすのが本研究の目的である。

このために、異なる研究機関の研究グループが各グループで開発されてきた、最新の電磁流体/ハイブリッド/粒子コードを共通コンピュータ言語(HPFとMPI)で、並列化/ベクトル化効率を十分に出せるように協力して書き換え、スペースプラズマのマクロとミクロ過程を各々のシミュレーションから調べた。大規模スペースシミュレーションの実行は名古屋大学情報連携基盤センターの並列型スーパーコンピュータ、富士通VPP5000/64を主に用い、更に国立極地研究所(日立)と京都大学宙空電波科学研究センター(NEC)の並列型コンピュータを有機的に利用した。主な経費として、名古屋大学情報連携基盤センターを利用して大規模スペースシミュレーションを実行するために1,000千円の計算機利用料金を計上し、大量計算データを取得・保管するための外付けハードディスクなどを導入した。今年度の成果としては、地球磁気圏ダイナミックスに於いて、新たに地球の磁気軸の傾きとIMF(惑星間磁場)の全成分の効果が明確になったことと、今後急速に普及するスカラー並列機で高効率の共通並列計算電磁流体コードの開発(世界でトップの計算速度を達成)に成功したことである。複数の研究機関に跨る研究グループが協力して、共通コンピュータ言語(HPF : High Performance FortranとMPI : Massage Passaing Interface)を用いて、世界最高速の性能を誇る国産の並列型スーパーコンピュータ、富士通VPP5000、日立SR8000、NEC SX-6及びそれらのファミリーコンピュータのいずれでも効率よくシミュレーションできる「共通並列計算電磁流体コード、粒子コード、及びハイブリッドコード」の基本プログラムを開発してきた。今年度はこれらの新開発の電磁流体/ハイブリッド/粒子コードを用いて、組織的なスペースプラズマのシミュレーション研究を開始した。大規模スペースシミュレーションの実行は名古屋大学情報連携基盤センターの並列型スーパーコンピュータ、富士通VPP5000/64を主に用いて行い、更に国立極地研究所(日立)と京都大学生存圏研究所の並列型コンピュータを有機的に利用する研究協力を行った。
ボンディング材の重合特性改善によるコンポジットレジンの接着耐久性の向上

この研究の目的は空気中もしくはアルゴンガス雰囲気中で重合されたセルフエッチングボンディングシステムの重合阻害層の厚みおよび象牙質に対する接着強さへ与える影響について調べることにある。アルゴンガス雰囲気中で重合させたボンディングシステムは有意に重合阻害層の厚みを減少させ、象牙質に対する接着強さを長期間有意に向上させることが明かとなった。[目的]コンポジットレジン修復に用いられるボンディングシステムの多くは、酸素による重合阻害を受けるため、この影響を排除することにより、短期的な接着性能のみならず、長期的な接着耐久性を向上できる可能性がある。今回の研究目的はこうした酸素による重合阻害を受けているボンディングシステムの接着がどのような影響を受けているかを調べることを目的とする。[実験方法]1.種々のボンディングシステムの酸素による重合阻害の程度を調べるためにガラス板間に封入して円板状としたレジンモノマーを大気中およびアルゴンガスを用いた不活性ガス雰囲気中で重合させる。大気中重合後の円板状レジンポリマー外周部分は外気に接しているために、酸素による重合阻害により未重合部分層が残存する。この未重合部分層の厚みを測定し、アルゴンガス雰囲気中での結果と比較する。2.大気中もしくは不活性ガス雰囲気中で抜去歯象牙質表面に、コンポジットレジンを重合阻害の程度が異なる3種のボンディングシステムを介して接着させ、24時間後の引っ張り接着強さを測定する。[結果]大気中で重合させたボンディングシステムの酸素による重合阻害層の厚みは、アルゴンガス雰囲気中で重合させることにより、有意に減少した。一方、接着強さはアルゴンガス雰囲気中で重合させることにより有意に向上した。このことによりボンディングシステムの重合特性の改善が、接着の向上に有効であることが示された。2.大気中もしくは不活性ガス雰囲気中で抜去歯象牙質表面に、コンポジットレジンを重合阻害の程度が異なる3種のボンディングシステムを介して接着させ、24時間後および5年経過後の引っ張り接着強さを測定する。一方、接着強さはアルゴンガス雰囲気中で重合させることにより24時間後および5年後のいずれでも有意に向上していた。このことによりボンディングシステムの重合特性の改善が、接着の質と耐久性の向上に有効であることが示された。[実験方法]1.光照射器の長時間使用による光量低下があれば、実験結果に重大な影響を与えるため、照射光量の低下の有無について調べた。2.種々のボンディングシステムの酸素による重合阻害の程度を調べるためにガラス板間に封入して円板状としたレジンモノマーを大気中およびアルゴンガスを用いた不活性ガス雰囲気中で重合させる。4.大気中もしくは不活性ガス雰囲気中で抜去歯象牙質表面に、コンポジットレジンを重合阻害の程度が異なる3種のボンディングシステムを介して接着させ、24時間後および5年経過後の引っ張り接着強さを測定する。[結果]1.ハロゲンタイプで438時間まで、LEDタイプで315時間まで照射光量の変化について測定し、光照射器の長時間使用による光量の低下は認められなかった。2.大気中で重合させたボンディングシステムの酸素による重合阻害層の厚みは、アルゴンガス雰囲気中で重合させることにより、有意に減少した。3.接着強さはアルゴンガス雰囲気中で重合させることにより24時間後および5年後のいずれでも有意に向上していた。

大気中で接着・重合させた試験群と不活性ガス中で接着・重合させた試験群の5年後の比較を行い、ボンディングシステムの重合特性の改善が、短期的な効果にとどまらず、長期的にも有効であることが示された。24年度が最終年度であるため、記入しない。不活性ガス中でレジンを接着・重合させた試験群において修復物と窩壁適合性に改善が認められるかどうかについて検討し、窩壁適合性と接着強さの関連性についても検討する。
バナジュウム酸化物セラミックス系での新超伝導物質の探索

バナジュウム酸化物セラミックス系で未知の特徴を示す物質を開発するべく研究を行なった。現在まで得られた結果は下記の二項目である。1.マイクロ波による高感度超伝導等相転移検出装置の開発9GH_2の高周波磁化率を高感度で測定する装置を作製した。特に超伝導体Bi-Sr-Ca-Cn-O系で超伝導遷移におけるマイスナ-磁化率及びその磁場依存性を測定した。その結果、この系のHcは今までの報告例よりも大きいという結果を得た。又この装置を用いて、CuVO_3、BiVO_4等で未発見の相転移の存在を明らかにした。2.バナジュウム酸化物セラミックス系での新超伝導物質の探索(i)擬一次元系Littleの提唱したエキシトニック超伝導の可能性を探る物質系として、Cu_<2+x>V_4O_<11>系を開発した。この系では、Cuイオンが一次元配列をして金属鎖を作ること。V_4O_<11>の格子ではV(2)とV(3)位置にのみ3d電子が占有して電子の偏極が存在することを磁気共鳴により明らかにした。しかしこの系は一次元性が強く「Anderson局在」のため超伝導は実現しなかった。高密度バイポ-ラロン系として、PbxV_2O_5、Tl_<0.5>V_2O_5等についても研究を行なった。(ii)二次元系(iii)三次元系スピネル相LixZn_<1-x>V_2O_4について、磁性と金属-非金属遷移の機構をNMRを用いて研究し、3d電子の状態が近接の陽イオンの配置により大きな影響をうけることを明らかにした。マイクロ波空胴摂動法による相転移の高感度検出装置の開発マイクロ波周波数カウンタ及び附属品を購入して、空胴摂動法による物性測定装置を開発した。その結果、試料空胴の共鳴周波数変化△^W/_WとQ値の変化△(^I/_Q)を同時に試料に接点をつけることなく温度の関数として高い精度で検出することが可能となった。(投稿準備中)2.超伝導遷移の検出3.各種バナジュウム酸化物セラミックス系の相転移の検出1)強弾性体BiVO_4において、150Kと250K近傍に今まで報告されていない1次の相転移の存在を見出した。(投稿準備中)2)擬一次元導体Cu_2+xV_4O_<11>系で200K近傍での電荷揺動の異常を伴う相転移、及び300K近傍での金属一非金属異常を検出した。3)正方晶系Cu_3VO_4での125Kでの構造相転移の存在を見出した。この相転移温度以下では、非磁性状態から磁気的状態になるのを見た。4.新しいV^<4+>イオンを含む2次元伝導体MVnO_2n┣D2+┣D21┫D2系の作製と物性M=Sr、Caについて、試料作製と予備的な測定を行った。SrV_3O_7では、V^<4+>イオンのうち^2/_3は非磁性的状態を基底状態にもち、^1/_3は局在スピン状態にあることを見出した。結晶構造の特徴を考慮すると^2/_3の非磁性状態はバイボーラロンとは考えられる磁化率の温度変化を示し、^<51>V核のNMRの結果は、スピンのゆらぎの存在を示唆している。これ等の物質はS=^1/_2の2次元スピン系であることよりRVBモデルの立場から見直すことも必要と思われる。SrをLaに、CaをYに一部置換して、電子をドーブした系でも研究を進めつつある。

バナジュウム酸化物セラミックス系で未知の特徴を示す物質を開発するべく研究を行なった。現在まで得られた結果は下記の二項目である。1・マイクロ波による高感度超伝導等相転移検出装置の開発9GH_2の高周波磁化率を高感度で測定する装置を作製した。特に超伝導体Bi-Sr-Ca-Cn-O系で超伝導遷移におけるマイスナ-磁化率及びその磁場依存性を測定した。その結果、この系のHcは今までの報告例によりも大きいという結果を得た。又この装置を用いて、CuVO_3,BiVO_4等で未発見の相転移の存在を明らかにした。2.バナジュウム酸化物セラミックス系での新超伝導物質の探索(i)擬一次元系Littleの提唱したエキシトニック超伝導の可能性を探る物質系として、Cu_<2+x>V_4O_<11>系を開発した。この系では、Cuイオンが一次元配列をして金属鎖を作ること。V_4O_<11>の格子ではV(2)とV(3)位置にのみ3d電子が占有して電子の偏極が存在することを磁気共鳴により明らかにした。しかしこの系は一次元性が強く「Anderson局在」のため超伝導は実現しなかった。高密度バイポ-ラロン系として、PbxV_2O_5、Tl_<0.5>V_2O_5等についても研究を行なった。(ii)二次元系(iii)三次元系スピネル相LixZn_<1-x>V_2O_4系について、磁性と金属-非金属遷移の機構とNMRを用いて研究し、3d電子の状態が近接の陽イオンの配置により大きな影響をうけることを明らかにした。
低酸素ストレスに対するシステミックな生体応答機構の解明

赤血球は酸素を全身の各臓器に配分する重要な役割を担っており、貧血は全身性に低酸素状態を惹起する。これまでに、赤血球増殖因子エリスロポエチンを十分量産生することができない遺伝子改変マウスを慢性全身性低酸素状態のモデルマウスとして解析を進めてきた。また、エリスロポエチン不足による赤血球造血不全は、ヘモグロビンにおける鉄利用を停滞させるために、鉄過剰状態を引き起こすことを明らかにした。今回、腎臓におけるエリスロポエチン産生制御系と貧血による鉄過剰状態の関係について研究を行った。その結果、慢性貧血による鉄過剰状態は、腎臓のエリスロポエチン産生細胞への鉄蓄積を促進することがわかった。また、Epo遺伝子の主要な転写活性化因子である低酸素誘導性因子(HIF2)に対して、エリスロポエチン産生細胞に蓄積した鉄が抑制的に作用することを見出した。腎臓が障害を受けると、腎エリスロポエチン産生細胞においてHIF2が恒常的に不活性化されるため、エリスロポエチン産生が著しく低下することを報告してきたが、その分子基盤を解析するために、腎エリスロポエチン産生細胞の細胞株を樹立した。この細胞株の解析の結果、炎症などの環境下では、腎エリスロポエチン産生細胞はエピジェネティック修飾によりHIF2の遺伝子発現を喪失し、HIF2を介した低酸素応答ができなくなっていることを明らかにした。また、腎障害で生じる腎臓線維化には、腎エリスロポエチン産生細胞における細胞自律的なTGFbシグナルが関わっていることを見出した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。酸素は生体がエネルギーを得るために必須であり、組織への酸素供給量の低下は、生命の存続を脅かす危険な「低酸素ストレス」状態を惹起する。低酸素ストレスは、貧血による酸素供給不足や腫瘍内の血管低形成などによって発生し、病態と深く関連する。本研究では、低酸素ストレスに対する生体防御系である赤血球増産による酸素供給能亢進の分子メカニズム解明を試みている。初年度は、赤血球増殖因子エリスロポエチンの産生機構について、遺伝子改変マウスを用いた解析を行った。その結果、低酸素誘導性転写因子のひとつであるHIF2aが肝臓および腎臓における低酸素誘導性のエリスロポエチン産生において必須であることが明らかとなった。また、HIF2aの抑制因子であるPHDが肝臓と腎臓では異なるメカニズムでエリスロポエチン遺伝子の転写を制御していることを明らかにした。さらに、エリスロポエチン産生能が著しく低下した慢性貧血マウスを用いて、造血における鉄代謝制御系について解析を進めた。本マウスでは、造血活性が低下しており、鉄利用を抑制するホルモンであるヘプシジンが肝臓から大量に分泌されており、貯蔵鉄が蓄積していた。この鉄蓄積とヘプシジン産生亢進は、エリスロポエチン製剤を本マウスに投与することにより、速やかに改善された。以上の結果から、低酸素によるエリスロポエチン産生誘導の分子機序が明らかとなり、造血制御と鉄代謝系が密接に関係していることが理解された。動物個体において、各臓器への酸素供給は赤血球を介して営まれることから、赤血球産生量の調節は微小環境への酸素供給量の変動に直結する。骨髄における赤血球の分化増殖は、腎臓由来の造血因子エリスロポエチン(Epo)により促進されるが、肝臓を中心とした鉄代謝系にも大きな影響を及ぼす。本研究では、低酸素誘導性の赤血球産生系が多臓器における複数の生体調節機構が連携したシステミックな制御系であることに着目し、その分子メカニズム解明を目指している。そのために、(1)エリスロポエチン遺伝子の発現制御機構の解析、(2)慢性貧血マウスを用いた低酸素適応機構の解析、(3)エリスロポエチンによる造血誘導機構の解析の3点について研究を展開してきた。平成27年度の研究では、エリスロポエチン遺伝子の腎臓特異的な制御領域が転写開始点上流域に広範囲にわたって散在することを明らかにした。この結果をもとに、腎臓におけるエリスロポエチン産生能が著しく低下した遺伝子改変マウスの作出を試みたところ、期待通りに成獣で重篤な貧血を呈するマウスを得た(論文投稿準備中)。また、腎臓におけるエリスロポエチン遺伝子の発現制御機構を明らかにするために低酸素応答系因子群の遺伝子改変マウスの解析を行い、PHD2-HIF2経路の重要性を明らかにした(Souma et al, J Am Soc Nephrol)。この成果によって、PHD阻害剤による腎性貧血治療が有効であることを示すことができた。さらに、エリスロポエチン欠乏性貧血マウスの解析を行い、現在利用されている造血刺激製剤(ESA)の個体レベルでの作用機序を明らかにした(論文投稿中)。(1)エリスロポエチン遺伝子の発現制御機構の解析では、腎臓におけるエリスロポエチン遺伝子の制御領域を明らかにし、その機能解析まで行うことができた。また、制御因子の解析も行い、病態との関連を明らかにした。(2)慢性貧血マウスを用いた低酸素適応機構の解析では、腎臓、骨格筋および肝臓における代謝産物と転写産物の網羅的解析を行い、とくに肝臓において特徴的な遺伝子発現様式を同定した。(3)エリスロポエチンによる造血誘導機構の解析では、ESAの作用機序を詳細に解析することができた。また、赤芽球におけるエリスロポエチンの標的遺伝子を網羅的に明らかにした。

動物個体において、各臓器への酸素供給は赤血球を介して営まれることから、赤血球産生量の調節は微小環境への酸素供給量の変動に直結する。骨髄における赤血球の分化増殖は、腎臓由来の造血因子エリスロポエチン(Epo)により促進されるが、肝臓を中心とした鉄代謝系にも大きな影響を及ぼす。本研究では、Epo遺伝子が低酸素誘導的に発現する際の分子機序および低酸素誘導性の赤血球産生系について、多臓器における複数の生体調節機構が連携したシステミックな制御系として捉え、その分子機構の解明を目指している。これまでに、遺伝子改変マウスを用いて、主要なEpo産生細胞であるREP(Renal Epo producing)細胞における低酸素誘導的Epo遺伝子発現制御機構の解析を行い、PHD2-HIF2α経路が重要であることを見出した。慢性腎臓病ではREP細胞がEpo産生能を失うため、高頻度に貧血を併発するが、REP細胞のPHD2を不活性化することにより、Epo産生能を回復させることが可能であった。また、Epo遺伝子の制御領域解析から、転写開始点から10 kb程離れた上流域にREP細胞で機能する低酸素応答性の制御領域が散在することを明らかにした。一方、第2のEpo産生部位である肝臓では、3つのPHDアイソフォームが相補的に機能していた。また、腎臓と同様に、HIF2αが肝Epo遺伝子発現誘導を担うが、HIF2αはHIF3αの発現も誘導する。HIF3αの役割を検証したところ、過剰なEpo産生を回避するために、HIF2αの活性を抑えることを明らかにした。この成果により、適切な酸素環境を維持するための抑制性の制御機構の重要性を認識した。さらに、REP細胞は鉄蓄積による酸化ストレス障害を受けやすい細胞であり、REP細胞における酸化ストレス障害は腎臓病を増悪化させることを明らかにした。Epo遺伝子のREP細胞における発現制御機構について、低酸素センサー、転写因子、制御領域の3点を明らかにすることができ、低酸素に応じたEpo産生のシグナルカスケードの全貌を明らかにすることができた(Souma et al, J Am Soc Nephrol 2016; Hirano etal. Mol Cell Biol 2017)。この成果により、腎性貧血の分子機構が明らかとなり、現在臨床試験が進められているEpo産生促進薬の作用機序を解明することができた。また、虚血再灌流による腎障害の進展メカニズムに酸化ストレスが深く関与することを明らかにし、酸化ストレス防御因子である転写因子Nrf2の活性化剤が腎障害を軽減させることを見出した。Nrf2の活性化剤も臨床試験が進められており、その作用機序を裏付ける結果となった。いずれの研究についても、論文発表時にプレスリリースを行った。赤血球は各臓器への酸素供給を担う重要な細胞であることから、動物個体の酸素環境は赤血球の循環量によって規定されている。赤血球造血は主に造血因子エリスロポエチンにより促進されるので、エリスロポエチン産生制御系が個体レベルの酸素供給制御の基盤となっている。これまでにエリスロポエチンの産生制御機構を解明してきたが、本年度には、腎臓のエリスロポエチン産生細胞(REP細胞)におけるエリスロポエチン遺伝子発現が鉄によって抑制されること見出した。
^<13>C-グルコース呼気試験によるインスリン抵抗性簡易診断法の開発

本研究では、^<13>C-グルコース負荷/^<13>CO_2呼気試験を、生体におけるグルコース代謝とインスリン抵抗性評価法として利用するための基礎的検討、および臨床的検討を行った。肝臓モデル(ミニ肝臓)で検討したところ^<13>CO_2産生の変化は、グルコース消費量で評価するより鋭敏であった。健常人で^<13>C-グルコース負荷試験を行ったところ、6時間までの^<13>CO_2産生の動態を簡便迅速に観察できた。本研究では、13C-glucose負荷/13CO_2呼気試験を、生体におけるグルコース代謝とインスリン抵抗性評価法として利用するための基礎的検討、および臨床的検討を行った。基礎的検討として、13C-glucoseの肝臓、筋肉での代謝を検討するため、バイオ人工臓器モデルを用いて、各臓器のグルコースの代謝シミュレーションを行った。バイオ人工肝臓では、13C-glucoseを培養液に添加し、一定の循環速度で還流し、経時的に排気中の13CO_2を測定した。13CO_2は鋭敏にバイオ人工肝臓の糖代謝を反映し、薬剤の影響をとらえることができた。また、筋肉でのグルコース代謝評価のため、マウス不死化筋原細胞を樹立し、人工筋肉の作製に着手した。臨床的には、被験者同意のもと、ヒトに経口的に100mgの13C-glucoseを投与して、呼気中の13CO_2を測定したところ、インスリンが放出されていない空腹時と、食事を投与したインスリン放出時で、異なる呼気13CO_2の動態を示した。空腹時では、インスリンの基礎分泌が定常状態での、肝臓、筋肉を中心としたグルコース代謝が反映される。この条件では、グルコースは肝臓グリコーゲンから供給される。また、食事によるグルコース負荷によって、インスリン分泌が誘導される条件でのグルコース代謝は、食事内のグルコースは多量であるため、インスリン分泌促進下で処理され、吸収され血液内に入ったグルコースは筋肉や脳で消費されるとともに、肝臓にグリコーゲンとして蓄えられる。実際に、食事の影響によって、13C-glucose代謝は、空腹時のeuglycemic条件と比較し遅くなり、呼気13CO_2のピークは食事負荷よって遅延し、ピーク値も空腹時より低くなった。インスリン抵抗性であれば、13CO_2のピーク時間は健常人より遅くなると考えられ、メタボリックシンドローム症例と健常例を今後比較検討する。本研究では、^<13>C-glucose負荷/^<13>CO_2呼気試験が、生体におけるグルコース代謝とインスリン抵抗性評価法として利用するための基礎的検討、および臨床的検討を行った。基礎的検討としては、まず、3次元培養装置ラジアルフロー型バイオリアクター(RFB)システムを用いて、マウス不死化肝細胞、内皮細胞、伊東細胞を共培養して、肝臓モデル(ミニ肝臓)を作成した。^<13>C-glucose負荷/^<13>CO_2呼気試験を行ったところ、ミニ肝臓はインスリンに対するレスポンスが悪く、通常の培養条件下ではインスリン抵抗性と考えられた。培養液にインスリン抵抗性改善薬(メトホスミド塩酸塩)を添加したところ、インスリン投与下グルコース代謝物である^<13>CO_2産生は増加した。この変化は、グルコース消費量で評価するより鋭敏であった。臨床的検討としては、糖尿病をもたない被験者に本人の文書による同意のも^<13>C-glucose負荷試験を行った。空腹時に、経口で100mgの^<13>C-glucoseを投与したところ、呼気の^<13>CO_2を測定でき、6時間までの動態を観察できた。^<13>CO_2動態曲線のArea Under Curve(AUC)では、HbAlcに異常のない個体でもAUCが低値で、肝臓のインスリン抵抗性を反映する空腹時糖代謝の低い例があることが判明した。^<13>C-glucose負荷/^<13>CO_2呼気試験は患者の苦痛を伴わない、鋭敏な検査法である。今後、正常者と糖尿病や肝臓病症例など、耐糖能障害のある被験者での^<13>CO_2の動態を検討し、代謝シミュレーションでの判定法を確立する。