hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
インテグリンスプライシングバリアントの機能を利用した新規抗体医薬の創出

SFα9結合分子の解析を行った結果、薬物代謝に関わる酵素を同定することができた。当該酵素の阻害剤は既に利用可能であったことから、その酵素阻害剤によるα9インテグリン機能への影響を検討した結果、α9インテグリンを介する細胞接着を抑制できることが分かった。α9インテグリンは関節リウマチモデルや多発性硬化症EAEモデルの発症、増悪化に関与することから、得られた酵素阻害剤によるこれら自己免疫疾患モデルに与える影響を検討した結果、ほぼ完全に自己免疫疾患モデルの発症と増悪化を抑制できることが分かった。得られた酵素阻害剤は、自己免疫疾患を標的とした医薬への発展性を期待できる。申請者はマウスα4インテグリンスプラインシングバリアントα4Bの同定にも成功している。α4B自身は、細胞内配列が野生型α4インテグリンと全く異なる変異体である。α4Bは、野生型α4インテグリンリガンドに対して細胞接着能を有さないが、野生型α4インテグリンと共発現させることでα4インテグリンリガンドに対する細胞接着を抑制できることが分かった。α4Bによるα4インテグリン機能抑制は、α4インテグリンの発現抑制によるものではないことが、新たに作製したα4インテグリンを特異的に認識するモノクローナル抗体の作製により分かった。また、α4Bの細胞内領域欠損変異体を用いることで、α4Bによるα4インテグリン機能抑制は、α4Bの細胞内シグナル伝達を介したα4インテグリン活性化抑制によるものであることを見出した。本研究からα4Bは、内在性α4インテグリン機能阻害因子であることが分かった。本研究成果はJ Biol Chem. 289:16389-16398, 2014.として論文に報告した。医歯薬学ヒトα9インテグリンのスプライシング変異体SFα9に関しては、本研究で作製した抗SFα9抗体が乳がんの進展を増悪化させることが分かった。予想としては、抑制的に働くと考えていたことから、逆の機能を示した。この原因は不明であるが、最近の我々の研究により、SFα9は分泌型になりうることが分かった。SFα9結合分子を質量分析で数種の興味深い分子の同定に成功し、SFα9との結合活性を確認することができた。SFα9のリガンドは未知であったが、リガンドと予想できる分子をも同定することができた。また、マウスSFα9の同定にも成功した。マウスα4インテグリン変異体α4Bに関しては、野生型α4インテグリンを特異的に認識する抗体作製を進め、一種類のモノクローナル抗体を作製することに成功した。α4Bの研究に関しては、おおよそ終了し現在、論文投稿を行っている。SFα9に関しては、結合タンパク質をLC-MS/MS解析を行うことによって複数同定することができた。さらに特異的なモノクローナル抗体を8クローン作製することに成功した。また、マウスα4インテグリン変異体に関しては、野生型α4インテグリンとの共発現細胞が、α4インテグリン依存性細胞接着を抑制したことから、マウスα4インテグリン変異体は野生型α4インテグリン抑制分子であることが分かった。さらにin vivoでマウスα4インテグリン変異体機能をマウスメラノーマ細胞株B16細胞で検討した。B16細胞はマウスα4インテグリン変異体と野生型α4インテグリンを共発現している。マウスα4インテグリン変異体のユニークな3'端cDNA
鼻粘膜薬物吸収におけるトランスポーターの役割に関する研究

平成11年度においては、ヒト下甲介鼻粘膜におけるトランスポーターの局在について検討した。検討したトランスポーターはL-typeアミノ酸トランスポーター1及び2(LAT1,LAT2)、4F2hcと有機陰イオントランスポーター1、3、4(OAT1,3,4)である。それぞれのトランスポーターについて抗体を作成し、抗体に色素を標識して組織化学的に観察した。その結果、鼻粘膜における最も特異的な所見は鼻腺に認められた。LAT1はductに明瞭に認められたが、serous typeの腺細胞にはわずかに、mucous typeの腺にはほとんど認めることはできなかった。一方、LAT2はduct及びいずれの腺細胞にも認められなかった。4F2hcの分布はLAT1の分布とほぼ一致していた。L-typeアミノ酸トランスポーターについては、4F2hcと結びついてはじめて機能が発現することが過去の研究で明らかになっており、この結果はLAT1及びLAT2の局所が鼻腺組織において意味を持つものであることが強く示唆している。OAT1については、ductには認められず、serous typeの腺組織にのみdiffuseに認められた。OAT3,OAT4については、鼻腺には認められなかった。平成10年度においては、ヒト下甲介鼻粘膜にトランスポーターが存在するかどうかについてのスクリーニングを行った。多くの組織に存在することがすでに確認されているモノカルボン酸トランスポーターと、腎においてその存在が確認されそのアミノ酸配列およびDNAの塩基配列が決定されている多選択性有機アニオントランスポーターについての検討が行われた。手術時に採取された鼻粘膜一部を用い、ISOGENによってtotal RNAを抽出し、さらにOligotex-dT30(super)を用いてPoly(A)mRNAを生成した。そして、ClontecのAdvantage RT-for-PCR kitを用いてcDNAを合成し、templateとした。次いで、ヒト多選択性有機アニオントランスポーター(human OAT1)とモノカルボン酸トランスポーター(MCT1)のプライマーを用いて、PCRを行ないPCR産物を電気泳動した。今回の検討では、MCT1のバンドは得られたが、human OAT1のバンドはMTC1のバンド程明瞭には認められなかった。今回の研究に使用された鼻粘膜組織はアレルギー性鼻炎の病的粘膜であり、明瞭なバンドが得られなかったのは、そのためである可能性もある。平成10年度においては、安定した検出しやすい実験条件が設定された。平成10年度においては次年度のRT-PCR法によるPCR産物の単利にむけての基礎固めが行なわれた。
ローカル・マシニング・ステーション方式による精密加工

本発研究では、大型工作物に対する局所加工において加工精度を向上させるための加工システムを検討し、μmオーダの加工精度を得る多自由度加工システムであるローカル・マシニング・ステーション(LMS)を開発することを目的とする。平成78年度に、伸縮可能な3本の脚から構成されるパラレルメカニズムを試作してその基本性能を検討するとともに、加工実験を行った。(1)パラレルメカニズム部の構成3本の脚を持つLMSを試作した。本装置は、被加工物に吸着したときには、パラレルメカニズムとして働く。脚には送りねじと電磁モータより構成される直動機構を用いた。各アームの伸縮量の測定にはリニアポテンショメータを用いた。これらの出力をフィードバックすることでPI位置制御を行う。(2)局所座標内で移動する小型工作機械ベースプレートにステッピングモータで駆動される小型のxyステージを搭載し、これを加工の際の移動面として用いることにした。このステージ上には、被加工面との距離を測定するためのレーザ式変位計とペンシルサイズ放電加工機を搭載した。(3)運動性能の評価試作したLMSの運動性能を評価した。脚の伸縮を測定するためのポテンショメータの精度が10μmオーダであるため、全体の位置決め精度も10μmオーダとなった。レーザ式変位計の分解能は数10μmオーダであり、LMSは精度よく位置決めできていたと言える。(4)被加工物の形状を基準とした加工被加工物上のあらかじめ加工されている2個の穴を基準として被加工物上に座標系を設定し、その座標系の上で加工を行った。穴の位置誤差は、20μm以下であった。組立用ロボットを用いた加工より、穴の位置精度が高かった。本研究では、大型工作物に対する局所加工において加工精度を向上させるための加工システムを検討し、μmオーダの加工精度を得る多自由度加工システムであるローカル・マシニング・ステーション(LMS)を開発することを目的とする。平成7年度は、伸縮可能な3本のアームから構成されるパラレルリンクメカニズム(PLM)を試作して、その基本性能を以下の項目について検討した。(1)パラレルリンクメカニズム部の構成3個の圧電素子からなるインチワ-ム機構により1本のアームを構成これを3組製作したPLMとした。各アームの伸縮量の計測には、リニアポテンショメータを採用し、この信号を用いてフィードバック制御を実行した。また、重力の影響を考慮して負論理クランプとした。これにより、電源を切断した場合にも姿勢を保持することが可能である。(2)局所座標内の位置決め装置PLMの各アームの取り付けプレートに、モータで駆動される小型のxyステージを搭載し、これを加工の際の移動基準面としてLMSを構成した。(3)運動性能の評価試作したLMSを市販のNC加工機上に装着して、システム全体の運動性能を評価した。位置決め精度の検討には多面体校正法による機上計測法を適用した。3本のアームからなるPLMの運動性能は、それぞれのアームとなるインチワ-ム機構のバランスに依存していることが明らかになった。各インチワ-ム機構の性能は、クランブ部における摩擦の程度によって左右される。今後、この摩擦力を安定に保つ工夫が必要であると考えられる。(4)位置決め性能PLMと移動基準面とから構成されるLMSの加工物に対する位置決め精度は、リニアポテンショメータの精度および信号ノイズによって決まり、その値は30μm程度であった。したがって、移動基準面状に非接触変位計を装着して精度の向上を図る必要がある。

本研究では、大型工作物に対する局所加工において加工精度を向上させるための加工システムを検討し、μmオーダの加工精度を得る多自由度加工システムであるローカル・マシニング・ステーション(LMS)を開発することを目的とする。平成8年度は、伸縮可能な3本の脚から構成されるパラレルメカニズムを試作してその基本性能を検討するとともに、加工実験を行った。(1)パラレルメカニズム部の構成3本の脚を持つLMSを試作した。昨年度は、脚にはインチワ-ム機構を用いていたが、クランプ部の摩擦力により駆動力が制限されるため、駆動力が十分でないことが明らかになった。そこで、本年度は脚には送りねじと電磁モータより構成される直動機構を用いた。各アームの伸縮量の測定にはリニアポテンショメータを用いた。これらの出力をフイ-ドバックすることでPI位置制御を行う。(2)局所座標内で移動する小型工作機械ベースプレートにステッピングモータで駆動される小型のxyステージを搭載し、これを加工の際の移動面として用いることにした。このステージ上には、被加工面との距離を測定するためのレーザ式変位計とペンシルサイズ放電加工機を搭載した。(3)運動性能の評価試作したLMSの運動性能を評価した。脚の伸縮を測定するためのポテンショメータの精度が10μmオーダであるため、全体の位置決め精度も10μmオーダとなった。レーザ式変位計の分解能は数10μmオーダであり、LMSは精度よく位置決めできていたと言える。(4)被加工物の形状を基準とした加工被加工物上にあらかじめ加工されている2個の穴を基準として被加工物上に座標系を設定し、その座標系の上で加工を行った。穴の位置誤差は、20μm程度であった。
出産が回避されるジェンダー要因および技術的要因に関する研究

今日の少子化の原因は、女性の社会参加、高学歴化、性別役割分業、保育施設の不備などと指摘されてきた。このような見方を否定するものではないが、出産を回避する他にもさまざまにある。本研究では、今まであまり問われることのなかった助産システムにおけるジェンダーおよび技術的要因が出産回避の遠因にあるのではないかという仮説の下に、調査研究を行った。調査対象者は看護師、助産師、保健師である。本調査研究を通じて、もっとも明らかとなったことは、戦後日本の助産システムがアメリカ的システムへと転換されたことにより、助産技術が低下したと考えられることである。つまり、戦前から1960年代まで助産を担ってきた助産師に代わり産科医による病院出産が増大した結果、病院勤務の助産師の技術の低下を招いたことが第一の原因である。さらに、今日の医療化されたシステムにおいては、「産む人」が主体でなく、医療者主導で出産が行われる。このような状況は、「子産み」ばかりか子どもの「育成力」の低下を招く原因ともなっていると考えられた。研究初年度は、調査に協力頂く開業助産師の発掘、聞き取り調査をスムーズにするための人間関係の形成に先ずつとめた。渡邊は環境的に秋田県の助産師との関係作りに成果をあげた。浅井は、少子化の著しい町村(現時点では、調査対象の地名・固有名詞の公表はできない)、かつて助産婦をしていた人、また現役で助産師をしている人を訪ねた。かつての助産婦たちは、人間関係ができないと聞き取り調査になかなか応じてくれないことがわかった。また、聞き取りに応じても、公式的な話しかしないことが多く、産婦との細かな人間関係や機微についてつっこんだコメントは取りにくいことが経験された。助産の技術的問題では、逆子や会陰保護などについてよりも、産婦の心構えや日常生活の指導など広範囲にわたって産婦教育を実践してきた様子がうかがえた。来年度以降は、今年度の予備的調査をふまえて、つっこんだ聞き取り調査ができるようにしたいと考えている。施設助産師への調査では、調査表の内容検討をおこなった。とりわけ、病院での血管確保やモニタリング、会陰切開、剃毛などの必要性をどう認識しているのかを答えてもらえるような内容にした。また、昨今の新しいお産のスタイルについてどのような取り入れられ方をしているのかを探るための項目も付け加えた。これは、少子化の現在、産婦に選ばれる出産施設・出産の仕方など取り入れられているのではないかと考えられるからである。研究2年目は、実際に調査協力してくださる病院、開業助産師へのプレ調査および聞き取り調査を継続して行った。とくに、昨年度の聞き取り調査では、元助産婦さんたちとの人間関係ができていない、つまり、信頼関係を築けていない状況であったため、表面的な聞き取りしかできなかった。今年度は、この点をふまえ、時間をかけて人間関係を築くことに主眼をおいた。その結果、少しずつではあるが、お産の技術をどのように修得し、どのような出産介助をしてきたのか、貴重な話を聞くことができた。また、質問紙による調査では、プレ調査を広く行った結果、質問の不備が多々みつかった。そのため、質問項目、質問内容の大幅な見直しを余儀なくされた。とくに、今日の病院出産において介助する助産師は、独立して出産にかかわるすべてをこなしているわけではなく、病院によって介助することが異なっていることが明らかになった。そのため、本調査では、それが反映されるように質問形態を変えることにした。また、今日の現役の助産師は看護資格をもっているため、より医療的な助産への傾向が伺えた。つまり、産婦への「血管確保」や「会陰切開」への疑問などがあまりないことが浮き彫りになった。そこで、助産と医療的看護のどちらを重視するかについて質問項目を増やすこととした。これと関連して、お産をどのように位置づけているのかを明らかにしたいと考えている。それは、助産師が、お産を医療的できごとが人生のライフイベント(家族、夫婦のできごと)のどちらに重きを置いているかを聞く項目によって明らかにしたいと考えている。さらに最近の「新しいお産」をどの程度注目しているかなどの質問を増やし、助産技術の工場への意欲を問う質問項目を増やした。新たに質問項目が増えたため、やや不要と思われる質問項目を削除せざるをえないことになり、それは残念であるが、次の調査において明らかにしていきたい。

以上のように、聞き取り調査、質問紙による調査、いずれも満足のいく形で進行している。研究最終年度にあたり、アンケート調査を広く実施することができた。結果の詳細は報告書に譲るが、調査結果の主な成果を記したい。今日、日本における助産はほぼアメリカ的な医療システムのなかで行われており、そのシステムへの疑義は少ないことが理解された。しかし、その助産技術に対する満足度は低く、分娩前処置(剃毛、洗腸)、血管確保やモニタリングなどは不要と認識されていることがわかった。さらに、会陰切開については助産師が不要と考えている比率が高かった。開業助産師が激減している現在、助産師といえども病院勤務者であり、その助産技術は産科医に近い。つまり、自然分娩における助産技術が明らかに低下していることを伺わせる。医療機器や薬に依存しないお産はまれである。また、分娩台が仰臥であることから仰臥位を強制されてきたのが日本の病院分娩である。したがって、仰臥位に対する違和感はないものの、それが産みやすい体位かどうかにはやはり疑問があるようであった。助産師は明らかに仰臥位以外の体位への選択が多かった。本来、仰臥位は助産者(助産婦。産科医)にとって都合のよい体位であり、産婦にとってはもっともいきみにくく、母胎、胎児にとって抑圧的体位である。医療機関での分娩体位が産婦の選択できるものであるよう改善される必要があるだろう。助産者のジェンダーについては、やはり男性助産者への抵抗があった。しかし、専門性が高くなるほど、助産者のジェンダーへのこだわりが減少することがわかった。つまり、助産師は「女性」が望ましく、産科医のジェンダーは問われないということになる。本研究を通じて、もっとも明らかになったことは、戦後日本に助産システムのアメリカ的転換は、助産婦によって担われてきた助産技術の低下をもたらしたことである。さらに、今日の医療化されたシステムにおいては、「産む人」が主体でなく、医療者主導で出産が行われている。このような状況は、「子産み」ばかりか子どもの「育成力」の低下を招くことになるのではないかと危惧される。
高次相対論項とＱＥＤ補正を含んだ電子相関理論に基づく電磁気分子物性の高精度計算

相対論効果が本質となる物理化学現象として、昨年度に電子EDMと相互作用する分子の内部電場について研究を進めた。これに関しては本年度に論文2報を投稿し採択された。本年度は核EDM(核シッフ効果)について検討を進めてきた。この現象は電子EDMと同様にCP対称性非保存の原因のひとつと考えられている。核近傍を精密に表現する基底関数の検討した。この検討の過程で、従来から使われているシッフ効果を表現する式の近似が荒すぎるため、計算精度が不安定であることを発見した。我々は、より近似オーダーを上げた式を提案し、シッフ効果のファクターを安定して精度良く計算することに成功した。相対論効果が重要となる現象として、上述以外に、同位体交換反応における同位体分別係数の解析に取り組んできた。本プロジェクト以前に、同位体分別係数の実験値が存在する簡単なウラン化合物でテスト計算を実施して、計算方法の妥当性を検証し、相対論効果が極めて重要であることを示した。。本プロジェクトでは、地質学的な研究をサポートすることを目的として、ウラン錯体のウラン同位体分別を対象とし、微生物の生命活動によるウラン濃縮と、無機的化学反応によるウラン濃縮の違いについて検討した。詳細な結果は他所に譲るが、生物的反応と無機的反応の有意な差が、計算によっても再現された。NMR化学シフトの解析方法を検討し、局在化自然摂動軌道を用いる方法を提案した。単なる局在化軌道による解析では化学シフトと軌道エネルギー差との相関を考察できない。局在化と軌道エネルギーの両者の利点を兼ね備えた局所化自然摂動軌道を開発しプログラミングを終え、従来からの解析例が存在するベンゼン化合物への応用計算を実施し、従来の解析法と比べて優位性を示した。核EDMと内部電場との相互作用の計算では、quinyらの従来式での計算が不安定であり、基底関数の選択によって計算結果が大きく異なった。このために半年間をロスした。結果的には、従来式の近似オーダーを上げることで解決した。ウランの同位体交換反応に於ける同位体分別係数の計算では、幾つかのモデルの検証が残っている。重要な課題としては、完全な化学平衡状態を仮定するか、反応速度論的な効果を取り込むかを検討する必要があろう。高次相対論においてGIAOを使う方法について検討してきたので、その計算を進めている。また、NMRのQED補正については積分の計算プログラムを作製中であり、検証などに時間が掛かっており、当初の計画よりも進展は遅れている。最終年度に予定通りに終えることは可能であろうと考えている。(1)QED積分を完成し摂動的なレベルで相対論的なNMR法にQED補正を加えた計算を実施する予定である。(2)NMR化学シフトの解析法として開発した局所化自然摂動軌道はNMR化学シフト以外にも利用可能であるので、光増強ラマンの解析に適用する。(3)電子EDM及び核EDMと内部電場との相互作用の計算を種々の系で実施し、実験研究者に対する提案を実施する。(4)ウランの同位体交換反応について、「現在までの進捗状況」で述べた点を改善して再計算を実施して最終的な結果を得る。。

高次相対論においてGIAOを使う方法について検討してきたので、その計算を進めている。また、NMRのQED補正については積分の計算プログラムを作製中であり、検証などに時間が掛かっており、当初の計画よりも進展は遅れている。最終年度に予定通りに終えることは可能であろうと考えている。電子EDMと分子の内部電場との相互作用エネルギーの観測が鋭意進められている。この内部電場は非相対論ではその期待値がゼロとなるため、相対論的形式が本質となる量である。我々はDirac-CCSD法を用いてHgX(Xはハロゲン)などの二原子分子について内部電場の計算を実施している。更に種々の二原子分子について、内部電場が発生する機構を軌道相関などを使って解析し、どの分子に於いて内部電場が増大するかを簡単に予測する方法を提案した。この結果は従来の物理的な解釈とは異なる新規な結果である。外部磁場が存在しない条件下でのスピン副準位M_S = -S,...,+Sのエネルギー分裂はゼロ磁場分裂(zero-field splitting, ZFS)と呼ばれ、全スピンをSとして項S・D・Sで表される。近年、量子化学計算によってDを計算することは一般的になりつつあるが、励起状態を含む多様な電子状態について精度の高い計算を行うことはDFTでは困難であり、そうした要請がある場合にはCASSCF法が多用されるが、活性空間の選択は容易ではない。我々はSAC-CI法をDの計算に適用する方法の開発を進め、SAC-CI法に於けるDの計算法を検討し、結合異方性関数の分子オービタル表現を求めた。式の詳細は原論文などを参照して頂きたい。基底状態からの励起演算子を最大二電子とするSAC-CI SD-R法の枠組み内では,計算量の形式的なスケーリングは系の大きさの6乗である.SAC-CI法によるほかの物性と同じく,考慮すべき重要な演算子をあらかじめ選択しておくことで実際の計算量を低減することもできる.実装については現在進行中である.電子EDMの計算については、種々の分子での計算や解析を進めてはいるが、精度検証も必要である。ひとつには、分子の内部電場のための厳密な表式と近似的なDAS式との数値的な差を検討する必要がある。この検討を実施するためのプログラミングを追加で実施することにしている。QED補正については積分の定式化やプログラミングの作業を進めているが、現在のところ数値的な計算結果は出ていない。ゼロ磁場分裂の計算では計算量が分子サイズの6乗になるため、本格的なプログラミングの前に計算量を減らす工夫が必要である。このための追加的な検討を進めているが、概ねは想定の範囲内である。配置選択等これまでに実施してきた計算量削減の方法を適用し、精度との兼ね合いを検討する予定である。(1)QED積分を完成し摂動的なレベルで相対論的なNMR法にQED補正を加えた計算を実施する予定である。(2)NMR化学シフトの解析法として開発した局所化自然摂動軌道はNMR化学シフト以外にも利用可能であるので、光増強ラマンの解析に適用する。(3)電子EDM及び核EDMと内部電場との相互作用の計算を種々の系で実施し、実験研究者に対する提案を実施する。
北極域の氷河暗色化と融解促進理解の新たなアプローチ．鉱物・微生物プロセスの研究

氷河上の鉱物ダストは雪氷藻類の栄養塩源として利用され,その微生物活動によって形成される暗色不純物(クリオコナイト)の生成量や表面アルベドの低下に影響している可能性がある.本研究では鉱物ダスト由来の栄養塩成分に着目し,その氷河内分布や動態が微生物生産やアルベド低下に及ぼす影響を評価することで北極域の氷河表面暗色化拡大メカニズムを解明する.さらに,暗色域のクリオコナイト形成には過去に氷床に飛来したダストが大きく寄与している可能性があることから,氷床コアを用いて今後暗色域への供給が予想される時代の鉱物の分析を行うことで暗色化拡大の将来予測を試みる.氷河上の鉱物ダストは雪氷藻類の栄養塩源として利用され,その微生物活動によって形成される暗色不純物(クリオコナイト)の生成量や表面アルベドの低下に影響している可能性がある.本研究では鉱物ダスト由来の栄養塩成分に着目し,その氷河内分布や動態が微生物生産やアルベド低下に及ぼす影響を評価することで北極域の氷河表面暗色化拡大メカニズムを解明する.さらに,暗色域のクリオコナイト形成には過去に氷床に飛来したダストが大きく寄与している可能性があることから,氷床コアを用いて今後暗色域への供給が予想される時代の鉱物の分析を行うことで暗色化拡大の将来予測を試みる.
圧電薄膜駆動型マイクロ超音波振動子アレイの開発

本研究では、圧電薄膜型小型超音波トランスデューサアレイを実現し超音波ビームの形成を目指した。エピタキシャルPZT/SrRuO3(SRO)/Pt/γ-Al2O3/Si構造を用いたアニュラーアレイを設計・製作し有限要素解析結果との比較検討を行った。同心円(を模した六角形)状に形成したpMUTアレイを同時駆動することで、超音波ビームが形成され駆動する素子数に応じた送信音圧の向上および指向性が発生することが確認できた。これらの実測結果は、有限要素解析とのよい一致を見せ、pMUTアレイの設計が解析をベースに行えることもわかった。今後の小型pMUTアレイによる送受信素子の実現への展望を得た。超音波診断装置(エコー)は、2次元断層像を非侵襲かつリアルタイムで取得できる医療診断技術である。近年、循環器系疾患の早期発見、治療のために内視鏡による血管内の超音波診断の需要が高まっている。本提案では、微細加工に適したLSI用Si基板上にガンマアルミナ薄膜結晶をバッファ層として用い圧電材料であるPZT薄膜による超小型超音波3次元イメージング用プローブチップによる超音波指向性制御を実現する。27年度は超音波ビーム形成に向けた振動子の配置レイアウトの検討を行う。様々なレイアウトにおける超音波ビーム形成の様子をシミュレーションにより解析し、その結果を元にチップを製作し実際に形成される超音波ビームを観察しシミュレーションとの比較から最適な振動子配置を導く。内視鏡用途を念頭にチップ前方5mm地点で直径1mm以下のビーム形成を目標とした。これまでリニアアレイにて行っていた解析を同心円状に配置した2次元アレイ(アニュラーアレイ)へ拡張し解析を行った。解析には直径100umのマイクロ超音波振動子を1個から207個用いたアレイを設計し、振動子個数の違いによる音圧分布の様子を確認した。配置した振動子の個数に応じて、音圧が向上し素子数57個以下においてチップ前方5mm地点で直径1mm程度に超音波が収束される様子が見られた。このときの音圧は、振動子1個の場合の約20倍であり、送信用振動子として十分な値が得られた。これにより、アニュラーアレイによる超音波ビーム指向性制御が期待できる。計画していた、超音波ビーム形成に向けた振動子の配置レイアウトの検討を行った。様々なレイアウトにおける超音波ビーム形成の様子をシミュレーションにより解析し、アニュラーアレイにより予定の性能が得られることを確認できた。27年度は超音波ビーム形成に向けた振動子の配置レイアウトの検討を行い、超音波ビーム形成に向けた振動子の配置レイアウトの検討を行った。28年度は前年度に得られた振動子配置レイアウトを元に、超音波ビーム指向性制御の検討を行った。同時駆動するアニュラーアレイの数を変化させることで、ビーム径が制御可能であることが確認できた。アレイ中の素子数を50素子以上とすることで、アレイ前方への超音波のフォーカシングが現れ、素子数の増加に伴い遠方にてフォーカスされることが確認できた。また、距離1cmにおけるビーム径を半値幅で6mmとできることがわかったが、今回作製した素子のフォーカスポイントはチップ前方数mmの距離であるため、今後フォーカス距離を最適化することでさらに半値幅を小さくすることが可能と思われる。また、並行して振動子性能の改善を目的に素子構造の検討と製造プロセスの改善を行い、素子へダメージを与えるプラズマプロセスを1工程削減するプロセスを開発した。これらの成果より超小型超音波3次元イメージング用プローブチップによる超音波指向性制御への目処が得られた。前年度に得られた振動子配置レイアウトを元に、超音波ビーム指向性制御の検討を行う。主に印加信号の位相差および振幅制御により実現する予定である。これら印加信号の制御については、複数の信号源を用いた初期検討を行った後、電子回路の組み込みによる制御を行う予定である。チップ前方5mmで直径1cm(チップサイズと同等)以上の領域をカバーできる指向性制御を目標とする。

また、並行して振動子性能の改善を目的に素子構造の検討と製造プロセスの改善を行う。半導体デバイス消耗品購入および旅費について別予算での手当ができたため。27年度末から一部機器に不調が生じているため、修理部品購入等に充当する。
分子シミュレーションで探るヘテロ2量体ABCトランスポーターの非対称ダイナミクス

ABCトランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離エネルギーを用いて様々な物質を輸送する大きな膜タンパク質スーパーファミリーの一つであり、細菌からヒトまですべての生物に存在し、多剤耐性の原因など創薬ターゲットとしても現在大変注目されている。約50種あるヒトABCトランスポーターの約半数が2ヶ所あるATP結合ポケットの一方が非加水分解型となっているヘテロ2量体ABCトランスポーターである。これらヘテロ2量体ABCトランスポーターにおける原子レベルでの構造変化メカニズムおよびその基質輸送サイクルの詳細は未だ明らかになっていない。そこで、本研究では、ヘテロ2量体ABCトランスポーターTM287/288およびCFTRを対象として、分子シミュレーションを用いた構造ダイナミクスの解明を行うことを目的とした。ABCトランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離エネルギーを用いて、薬剤、イオン、ペプチドなど様々な物質を輸送する膜タンパク質である。細菌からヒトまですべての生物に存在し、多剤耐性の原因(創薬ターゲット)として大変注目されている。中でも2ヶ所あるATP結合ポケットの一方が非加水分解型となっているヘテロ2量体ABCトランスポーターにおける原子レベルでの構造変化メカニズムおよびその基質輸送サイクルの詳細は未だ明らかになっていない。そこで、本研究では、ヘテロ2量体ABCトランスポーターの中から近年結晶構造解析された細菌のTM287/288および構造未知のヒトCFTRを対象として、ATP・基質の結合・非結合状態の分子シミュレーションを実行することにより、統一的な視点からその構造に関する非対称ダイナミクスの解明を行うことを目的とする。本年度は、まずTM287/288に関してATP結合状態に着目した解析を行った。結晶構造では一方のATP結合ポケット(ABP1)にのみATPアナログが結合しており、この構造を基に異なるATP結合状態での複数のシミュレーションを実行した。その結果、ATPが両方のポケットに結合した状態ではABP2側でNBDsが閉じ、ABPの形成が観測された。一方、ABP1のみATPがある系やapo状態の系では、ABPの形成は観測されなかった。ABP1のみATPがある系は、結晶構造に相当し構造変化は小さく安定であった。そして、apo状態の系は、NBD二量体形成とは異なる、サブドメインの接近が観測された。このapo状態において観測されたNBDsが少しシフトする運動は、ヘテロ2量体ABCトランスポーターでのATP結合前状態に関する重要な知見であると思われる。当初の計画であるTM287/288に関する解析を進め、主にATP結合に伴う構造変化(ABPの形成)に関する結果を得ると共に、apo状態においてATP結合前状態に関する重要な知見も得られたため。ABCトランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離エネルギーを用いて様々な物質を輸送する膜タンパク質であり、細菌からヒトまですべての生物に存在する。現在、多剤耐性の原因(創薬ターゲット)としても大変注目されている。そこで、本研究では、ヘテロ2量体ABCトランスポーターTM287/288およびCFTRを対象として、分子シミュレーションを用いた構造ダイナミクスの解明を行うことを目的とする。本年度は、さらにTM287/288に関する解析を進め、論文[Furuta et al., Biochemistry 55, 6730-6738 (2016)]として出版することができた。本論文では、ATP分子2つがATP結合ドメイン(NBDs)に結合することによりATP結合ポケット2(ABP2)の形成およびNBD二量体化が起こること、またATP分子が1つもしくは無い場合はこれらの過程は起こらないことを示した。さらに、apo状態において、NBDsのαヘリカルサブドメインが近づきATP結合のコア部分が露出したATP結合に適した構造が観測され、この新規な構造を"Core-Exposed"モデルとして提唱した。本研究で得られたこれらの知見は、ABCトランスポーターの構造ダイナミクスに重要な洞察を提供するであろう。TM287/288に関する分子シミュレーション研究が無事論文へと結びつき、ABCトランスポーターの構造ダイナミクスに関する重要な知見が得られたため。約50種あるヒトABCトランスポーターの20種以上が2ヶ所あるATP結合ポケットの一方が非加水分解型となっているヘテロ2量体ABCトランスポーターである。これら非対称なヘテロ2量体ABCトランスポーターにおける原子レベルでの構造変化メカニズムおよびその基質輸送サイクルの詳細は未だ明らかになっていない。本年度は、当初の予定であるCFTRを対象とし、重篤な疾患であるΔF508変異に関する解析を進め、論文[Odera et al., Biophys. Physicobiol. 15, 33-44 (2018)]として出版することができた。CFTRの遺伝性変異は、嚢胞性繊維症(CF)の原因であり、中でもΔF508はCF患者の90%を占める最も有名な変異である。

天然体とΔF508変異体の分子シミュレーションによる比較の結果、変異によりATP結合ドメイン(NBD1)と細胞内側ループ(ICL4)との間の疎水性クラスターが崩壊することおよびATP結合ドメイン間(NBD1-NBD2)の界面にも影響することが判明した。本研究で得られたこれらの知見は、ABCトランスポーターの構造ダイナミクスに重要な洞察を提供するであろう。CFTRの重要な変異に関する研究成果が無事出版され、ABCトランスポーターの構造ダイナミクスに関する重要な知見が得られたため。ABCトランスポーターは、ATPの結合・加水分解・解離エネルギーを用いて様々な物質を輸送する大きな膜タンパク質スーパーファミリーの一つであり、細菌からヒトまですべての生物に存在し、多剤耐性の原因など創薬ターゲットとしても現在大変注目されている。約50種あるヒトABCトランスポーターの約半数が2ヶ所あるATP結合ポケットの一方が非加水分解型となっているヘテロ2量体ABCトランスポーターである。これらヘテロ2量体ABCトランスポーターにおける原子レベルでの構造変化メカニズムおよびその基質輸送サイクルの詳細は未だ明らかになっていない。そこで、本研究では、ヘテロ2量体ABCトランスポーターTM287/288およびCFTRを対象として、分子シミュレーションを用いた構造ダイナミクスの解明を行うことを目的とした。さらにTM287/288に関する解析を進めると共に、当初の計画にあるヒトCFTRに関する基質輸送メカニズムに関する解析を行う予定である。当初の計画における第二のターゲットとしてのCFTRにおける、疾患における変異などにも着目した基質輸送メカニズムに関する解析を進めて行く予定である。これまではCFTRの構造が実験的には得られていかったためモデル構造での計算を進めてきたが、最近、CFTRのCryo-EM構造がATP結合状態およびapo状態で得られた。そこで、さらなる基質輸送サイクルの解明に向け、これら最新の構造を基に解析を進める予定である。当初の計画の解析が概ね進んだことにより計算機利用費の一部を次年度へと繰り越したため、および物品購入を次年度へと変更したため。昨年の使用計画通り新たに解析用PCを購入し物品費に関してはほぼ予定通りであったものの、一昨年の繰り越しに続き今年度も解析が概ね進んだことから計算機利用費の一部を次年度へと繰り越したため、および今年度の国際会議参加を見送ったため。本研究の遂行には、計算機(スーパーコンピュータ)の利用が必須である。しかしながら、今年度中旬に本学スーパーコンピュータがTSUBAME2.5からTSUBAME3.0へと大幅に変更され、移行における一定期間の中断や安定な稼働等に数か月を要した。よって、今年度予定の一定部分を次年度へと移行することになった。
ガンマ線バーストの新しい観測的分類手法とその統一理論の構築

24年度までに前年度までにこれまで一つの種族からなると思われていた長いガンマ線バーストにガンマ線放射の輝き初めから終わりまで激しく光る区間と中休みの区間を繰り返しながら光る種族(I型と呼んでいる)と光度が最大に達した後に単調に暗くなる種族(II型と呼んでいる)がいると考えることで今まで一つの分散の大きな相関と思われていたガンマ線バーストの距離指標が非常に精度のよい二つ独立した相関となることを発見した。これまでの研究では即時放射と呼ばれる最初のガンマ線放射に着目し、その光度曲線の違いから分類していたが、X線残光と呼ばれる即時放射に続く放射の振る舞いについて研究を進めた。結果として我々がI型と呼ぶ長いガンマ線バーストは、即時放射の後に時間の-3 -5乗で急激に減光すること、またII型と呼ぶ長いガンマ線バーストは時間の-2乗程度の比較的緩やかな減光をすることを発見した。この性質とこれまでに発見した即時放射の性質はI型の長いガンマ線バーストは中心エンジンがブラックホールと降着円盤からなる系で、II型の長いガンマ線バーストは強磁場中性子星であると考えることにより其々の性質が綺麗に説明出来るということを世界で初めて指摘した。さらにII型の長いガンマ線バーストのX線残光の振る舞いは非常に均一な振る舞いをしており、綺麗な相似則を持っているということを発見した。またI型とII型で振る舞いの異なるのは最初の数1000秒くらいの間であり、後期のX線残光の振る舞いは両方のクラスで共通であり、その物理的な起源は中心エンジンに由来するものではなく、星周物質と物質流の相互作用からくるものである可能性が高いということが分かった。これまで一つの種族からなると思われていた継続時間の長いガンマ線バースト(LGRB)が実は、光度が最大に達した後徐々に暗くなって行く種族と、輝き初めから最後まで変動しつつもほぼ一定の明るさで輝く種族の二つの異なる種族に分離出来るということを世界で初めて発見した。この新しい分類に基づくと、それまで一つの分散の大きな関係式と思われていたLGRBのνFνスペクトルに山の見られるエネルギー(Ep)と明るさが最大になる時の光度(Lp)の間の経験則が実は非常に分散の小さな二つの異なる関係式であったということが判明した。新しいそれぞれの関係式の周りのデータのバラツキは明るさで10%ほどしかなく、これは良く知られているセファイド型変光星の周期-光度関係やIa型超新星の減光率ー最大光度関係の周りのバラツキと同じ程度である。ガンマ線バーストはこれらの天体よりも遥かに明るく、従って遠方にあっても観測可能であるため、この関係式を用いればこれまで距離を直接測ることの出来なかった深宇宙においてもLGRBを用いて10%程度の精度で距離を測ることが可能である。早速新しく発見した、この関係式を用いて、超新星の観測することが難しい100億光年より先の宇宙のLGRBに対して距離を求めて、今後LGRBがダークエネルギーという今世紀の物理学最大の難問に対する制限を与える上でこれまでにない強力な道具となりうることを世界で初めて指摘した。本研究の課題の一つである、ガンマ線バーストの新しい分類手法の構築に向けてほぼ計画通りの成果が得られた。今年度は主にガンマ線バーストの即時放射のデータを用いて研究を行った。この研究は計画通り進んだので、次年度からは用いるデータを即時放射のみから、X線残光、可視残光にまで広げて、其々の種族における光度曲線の振る舞いがどうなっているのかを見て行く。観測的に正しく分類することが出来るようになり、それらの種族がどのような共通点と相違点を理解することにより、将来の理論研究への見通しが良くなるであろう。該当なし
脳神経性骨縫合部成長の力学的負荷に対する遺伝子変化についての研究

頭蓋顎顔面骨縫合部癒合についての研究は、頭蓋骨早期癒合症の治療を行うために各縫合部の癒合の形態が解明され始めている。同症状が発症している場合、殆どが顎顔面領域における変形を併発し、上顎骨複合体あるいは下顎骨に至ることが多い。同症状に対する治療法は、脳発達障害予防としての対症療法として骨再建術や骨延長術が用いられている。しかし、早期癒合による顎顔面の変形をなくすための根治療法として「縫合部を早期に癒合させない」予防的治療は、未だ解決されていない。そこで本研究では、前年度行った、全頭部マイクロCT画像解析結果から、顎顔面領域の中でも歯科矯正治療による改善が必要なことが多い正中口蓋縫合部成長の縫合部癒合調節機構に与える遺伝子の特定と、その発現部位・量的変化を細胞レベルにて解析することを目的とした。本年度研究では、昨年行ったラット頭蓋骨縫合部(前頭縫合,矢状縫合)に加え、マウス胎生期の正中口蓋癒合に影響を与えていると考えられている鼻中隔軟骨切片から、マイクロダイセクション法にて正中口蓋縫合に接した鼻中隔と離れた部位の鼻中隔とに部位分けし、ターゲット細胞を採取することに成功した。共同研究者Dr.Lynne A.Opperman(ベイラー歯科大学生物医科学教室)が既に発表した、鼻中隔軟骨全体に存在するTgf-B2,-B3,Fgf-8,-9そして、最近、軟骨細胞に存在するといわれはじめているNgfについて、RT-PCR(real-time PCR)法を用い、各々を定量し、部位別の機能を解析した。結果、鼻中隔軟骨下端1/3に発現したTgf-B2が、中央1/3でははつげんせず、存在する遺伝子発現が異なることがわかった。このことから、同じ鼻中隔でも、その周辺組織に及ぼす影響は、部位別に違うことが示唆された。現在は、生後の成長期マウスの正中口蓋縫合部をマウス用拡大装置にて拡大し、その力学的負荷が縫合部成長に及ぼす影響を遺伝子レベルで同様に解析する予定である。頭蓋骨縫合部癒合についての研究は、頭蓋骨早期癒合症の治療を行うために各縫合部の癒合の形態が解明されてきている。同症状を持つ場合、殆どが顎顔面領域における変形を併発し、上顎骨複合体あるいは下顎骨に至ることが殆どである。同症状に対する治療は、脳発達を障害することに対する対症療法としての骨再建術、また最近では骨延長術が広く用いられてきている。しかし、同症状に対する根治療法"早期癒合の予防"を行い、癒合による顎顔面の変形なしに、"成長"を従来のレールのままに誘導することは未だ解決されていない。そこで本研究では、成長に伴う頭蓋骨全体の3次元的形態変化による顎顔面バイオメカニクスの変化が、力学的負荷として、縫合性成長において重要な役割を持つといわれる脳硬膜からの神経性骨新生を司る遺伝子による縫合部癒合調節機構に与える遺伝子の特定とその発現部位・量変化を、細胞レベルにて解析することを目的とした。本研究では、今まで行われていなかった、頭蓋骨縫合部(Interfrontal suture;前頭縫合,Sagittal suture;矢状縫合)切片からレーザーマイクロダイセクション法を用いた、縫合部断端の数個の細胞を摘出することに成功した。また、ベイラー歯科大学生物医科学教室(研究代表者留学校)との共同研究により、頭蓋骨拡大装置を作成、その強度試験を終了した。さらに、試験的に、縫合部を含む頭蓋骨をマイクロCTを用いて3次元的形態観察を行った。次年度では、本年度得られた頭蓋骨縫合部の細胞の遺伝子解析や、頭蓋骨縫合部拡大による細胞の力学的負荷に対するリアクションを解析する予定である。

このことから、同じ鼻中隔でも、その周辺組織に及ぼす影響は、部位別に違うことが示唆された。現在は、生後の成長期マウスの正中口蓋縫合部をマウス用拡大装置にて拡大し、その力学的負荷が縫合部成長に及ぼす影響を遺伝子レベルで同様に解析する予定である。
セラミックスや粉末冶金材料に重点を置いたナノ粒子合成法の開発

ナノ粒子は、従来にない機能を持った材料として注目される。しかしながら、未だ大量合成法が確立されていないため、セラミックスや粉末冶金分野への応用はあまり進んでいない。我々は、粘性の高いゲル化合物を前駆体とする新しいナノ粒子合成法を開発し、高濃度で比較的粒子径のそろったナノ粒子の合成に成功した。また多元系ナノ粒子の結晶多形の発現機構を明らかにした。I-III族チオラート、遷移金属カルボン酸およびTiチオラートの合成を行い、I-III-VI_2(CuInS_2(CIS)、AgInS_2(AIS))ナノ粒子、遷移金属複合酸化物(NiCr_2O_4)およびTiS_2ナノ粒子の合成を試みた。【I-III-VI_2】Cu-Inチオラートの熱分解により、粒子サイズがおよそ2nm程度のカルコパイライト型CISナノ粒子を得ることが出来た。Cu-Inチオラートに配位力の強いアミンを添加することで、wurtzite構造を持つCISナノ粒子の合成が可能であった。一方、Ag-Inチオラートの熱分解では、Agコアの周りにデンドライド状のAISが析出したAg/AIS複合粒子が生じた。【遷移金属複合酸化物】Ni-Cr-オクタン酸塩は、200°C付近から分解反応がはじまり560°C以上でNiOおよびCr_2O_3が生じ、反応温度の増加とともにNiCr_2O_4の回折線ピーク強度が増加していった。オクタン酸塩の焼成により数十数百nmオーダーのNiCr_2O_4微粒子を得ることが可能であった。不純物カーボン濃度を測定した結果、0.008%程度と高純度な酸化物粉末を得ることができた。【TiS_2】TiCl_4およびイオウを混合することで、Tiチオラートを合成し熱分解を行った。この結果、褐色の析出物が得られたがXRDパターンからTiO_2と同定された。本方法により高品質なナノ粒子の大量合成が可能であることが示された。I-III-VI_2系では、結晶構造の制御や異相構造を持つナノ粒子の合成が可能であり、これは光電変換材料として非常に有望である。また遷移金属複合酸化物ナノ粒子は高純度であり焼結性も優れていた。希土類およびチタン系はチオラート化合物が不安定であり、安定化させることで希土類硫化物やTiS_2の合成が可能になると考えられる。電気・光学物性は、結晶構造に敏感であり、この制御はきわめて重要である。今回我々は、チオラート錯体を用いたI-III-VI族ナノ粒子合成において、結晶多形が存在することを見いだした。I-III-VI族は、カルコパイライト構造をとることが知られているが、今回、ウルツ鉱型CuInS_2および斜方晶型AgInS_2ナノ粒子の合成を確認した。共存配位子や金属原料をかえて、ナノ粒子の結晶構造にどのような影響を与えるか検討したところ。結晶構造は共存配位子および金属塩により影響を受けることを見いだした。例えば、オレイルアミンやジオクチルアミンなどの強い配位子を添加した場合、ナノ粒子の結晶構造は非カルコパイライト型となった。また、金属塩化物を原料とした場合も同様に非カルコパイライト型に変化した。これらの結果から、非カルコパイライト型ナノ粒子が出現する条件では、アンミン錯体が共存していると推察される。非カルコパイライト型構造は、準安定構造であると考えられるので、結晶の成長速度が速い場合に出現しやすく、アミン錯体が共存するという過程と矛盾する。寺部らは、Ag_2SやCu_2Sがイオン超伝導体であると報告している。また、Cu_2SおよびAg_2Sは、六方晶系および斜方晶系に属する。以上の事実から、反応初期段階にモノサルファイドが発生し、カチオン交換により3元系ナノ粒子に転化され、最終的な構造は初期のモノサルファイドの構造に由来すると考えた。この過程を確かめるべく構造の異なるCu_<2-x>Sナノ粒子を合成し、カチオンエクスチェンジを行った。この結果、モノサルファイドの構造が最終的なI-III-VI族ナノ粒子の構造に影響を与えることを確認した。これは、多元系ナノ粒子の結晶構造制御法や新奇な構造を持つナノ粒子合成法の開発につながると考えられる。
体外増幅赤芽球を用いた血管新生治療の基礎研究と臨床治験

骨髄細胞移植による血管再生治療が行われている。本治療では患者から全身麻酔下に500-1,000mLの自己骨髄を採取する必要があり、患者に大きな苦痛を強いる。より洗練された細胞治療の開発を目指して、本研究を行った。最初に骨髄細胞移植による血管再生の作用機序に関する研究を行った。我々は骨髄における恒常的な血管の再構築が当該治療によって骨髄外で再現されたものと考えた。骨髄細胞のうち、血管増殖因子を強力に分泌している細胞は赤芽球であった。体外での血管新生培養を用いた共培養実験では、造血幹細胞から得られた赤芽球コロニーに強い血管新生作用があったが、白血球コロニーには血管新生作用がなかった。マウス下肢虚血モデルを用いた骨髄細胞移植による治療実験では、赤芽球が血管再生の主役であることがわかった。エリスロポエチンには赤芽球に対する生存因子作用があるが、骨髄細胞移植にエリスロポエチンを併用することで血管再生効果が向上した。つぎに、強力な血管新生作用のある赤芽球を、少量の患者骨髄を資源として体外培養によって効率よく増幅する技術の開発を行った。その結果、わずか1mLの骨髄細胞を各種造血因子のカクテルを用いて体外で2週間培養し、500-1,000mLの自己骨髄に匹敵する血管新生能を有する赤芽球浮遊液を収穫する培養条件を確立した。マウス下肢虚血を用いた治療実験でも、本法によって得られる体外増幅自己赤芽球が骨髄細胞移植に匹敵する血管新生能を有することが示された。本治療法は、「重症下肢虚血患者に対する体外増幅赤芽球移植療法の第1・2相試験」として、当施設に設置の倫理委員会の承認、およびIRBの承認を受けており、適応患者の発生を待って、当施設に設置のGMPグレード細胞培養センター(CPC)を用いて実施される予定である。1.骨髄細胞移植による血管新生の機序が、移植された骨髄細胞中に含まれる赤芽球が分泌する血管内皮細胞増殖因子や胎盤増殖因子などの血管増殖因子群によることを明らかにした。また骨髄細胞移植にエリスロポエチンの同時投与を併用すると、エリスロポエチンが移植された赤芽球の髄外での生存を誘導することで、血管新生を増強することを明らかにした(JMCC,206,in press)。2.エリスロポエチン投与による多血症や高血圧などの副作用を軽減することを目的として、エリスロポエチンの誘導体を開発した。この糖鎖改変エリスロポエチンは、マウスのin vivo投与での造血作用が自然型エリスロポエチンと比して約1/100に減少し、一方の血管新生作用が数倍に高まることを発見した(雑誌未発表)。3.骨髄細胞移植は患者自身から全身麻酔下に大量の骨髄を採取するため、侵襲の大きな治療法である。侵襲の小さな治療法として、患者末梢血からリューカフェレーシスによって採取した造血幹細胞を体外で増幅し、得られた未熟な赤芽球を移植することで血管新生を行う治療モデルを考案した。ヒト骨髄中に含まれる赤芽球は成熟するに従ってヘモグロビン合成とともに細胞比重が増大する。赤芽球を比重によって数分画に分けたところ、比重1.070以下の未熟な赤芽球(前赤芽球から好塩基性赤芽球)が最も活発な血管増殖因子の産生と分泌を行っていることがわかった。精製したCD34陽性細胞からこのような未熟赤芽球を体外で増幅する培養条件を検討した。

本治療では患者から全身麻酔下に500-1,000mLの自己骨髄を採取する必要があり、患者に大きな苦痛を強いる。より洗練された細胞治療の開発を目指して、本研究を行った。最初に骨髄細胞移植による血管再生の作用機序に関する研究を行った。我々は骨髄における恒常的な血管の再構築が当該治療によって骨髄外で再現されたものと考えた。骨髄細胞のうち、血管増殖因子を強力に分泌している細胞は赤芽球であった。体外での血管新生培養を用いた共培養実験では、造血幹細胞から得られた赤芽球コロニーに強い血管新生作用があったが、白血球コロニーには血管新生作用がなかった。マウス下肢虚血モデルを用いた骨髄細胞移植による治療実験では、赤芽球が血管再生の主役であることがわかった。エリスロポエチンには赤芽球に対する生存因子作用があるが、骨髄細胞移植にエリスロポエチンを併用することで血管再生効果が向上した。つぎに、強力な血管新生作用のある赤芽球を、少量の患者骨髄を資源として体外培養によって効率よく増幅する技術の開発を行った。その結果、わずか1mLの骨髄細胞を各種造血因子のカクテルを用いて体外で2週間培養し、500-1,000mLの自己骨髄に匹敵する血管新生能を有する赤芽球浮遊液を収穫する培養条件を確立した。マウス下肢虚血を用いた治療実験でも、本法によって得られる体外増幅自己赤芽球が骨髄細胞移植に匹敵する血管新生能を有することが示された。本治療法は、「重症下肢虚血患者に対する体外増幅赤芽球移植療法の第1・2相試験」として、当施設に設置の倫理委員会の承認、およびIRBの承認を受けており、適応患者の発生を待って、当施設に設置のGMPグレード細胞培養センター(CPC)を用いて実施される予定である。