hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血中循環がん細胞の検出・解析用デバイス開発

がんの予後や治療の効果判定・予測に利用可能な循環がん細胞(CTC)は、末梢血での検査が可能で有用性は極めて大きい。しかしながら、がん細胞の多様性から正確なCTC検出は難しい。そこで、プラスチック基板上での細胞単層配列と免疫多重染色によりCTCを一細胞レベルで正確に検出・定量化と位置特定化可能なデバイス開発を行う。さらに位置特定化された標的細胞を一細胞レベルで回収可能な細胞用ピンセットを開発し、一細胞レベルの機能解析を行うことで、がん細胞の薬剤耐性など個々のがん情報を得られる解析系を構築する。
歯周病原性細菌が引き起こす炎症性骨吸収におけるIL-32の役割の解明

歯周病原性細菌の一つであるAggregatibacter actinomycetemcomitansの菌体成分であるリポ多糖(LPS)がヒト単球系細胞においてインターロイキン32の発現を誘導するかどうかについて検討した.また,その発現機序について解析した.その結果,Toll様受容体4の下流に存在するNF-kBの阻害剤を用いるとLPSによるIL-32の発現が阻害されたため,LPSによるIL-32の誘導にはNF-kBの活性化が関与する可能性が示唆された.歯周病原性細菌の一つであるAggregatibacter actinomycetemcomitansの菌体成分であるリポ多糖(LPS)がヒト単球系細胞においてインターロイキン32の発現を誘導するかどうかについて検討した.また,その発現機序について解析した.その結果,Toll様受容体4の下流に存在するNF-kBの阻害剤を用いるとLPSによるIL-32の発現が阻害されたため,LPSによるIL-32の誘導にはNF-kBの活性化が関与する可能性が示唆された.歯周病原性細菌が歯周組織に引き起す炎症反応におけるインターロイキン(IL)-32の役割を明らかにするため、IL-32の遺伝子発現の検出系の開発を試みた.まず、DNA・RNA塩基配列データーベースからIL-32遺伝子の情報を取得し、複数のIL-32遺伝子またはtranscript variantの遺伝子解析を行なった.これら遺伝子のBLAST検索を行ったところ、IL-32には、複数のisoformが存在することが明らかとなった.これら遺伝子の検出をPCRおよびリアルタイムPCRでおこなうためのプラーマー配列の設計を行ない、複数のisoformを共通の大きさとして検出できる条件および最も大きなisoformのみを検出できる条件を決定した.また、PCRで複数のisoformを異なる大きさで検出できる条件も開発した.次に、歯周組織において炎症発現に重要な細胞として、マクロファージに着目し、菌体成分をマクロファージに作用させたときにIL-32の発現に影響を及ぼすかどうかを検討した.マクロファージとしてヒト単球様細胞(THP-1細胞)をフォルボールエステルで活性化した後に菌体成分として9つのToll様受容体アゴニストを作用させ、IL-32の発現をPCRで解析した.その結果、9つの成分のうちいくつかはIL-32の発現を上昇させる傾向があった.平成19年度中に再現性を確かめることができなかったため、次年度に再現性を確かめたいと考えている.炎症性サイトカインは,骨芽細胞と破骨細胞に直接あるいは間接的に作用して炎症性の骨破壊を誘導する.そこで本年度は,インターロイキン(IL)-32が,骨代謝にどのような影響を及ぼすかを検討した.まず,骨芽細胞に対する影響を検討するため,マウス骨芽細胞様細胞であるMC3T3-E1細胞を用いて解析した.骨芽細胞様細胞にIL-32を作用させて,細胞増殖に対する影響をWST-8assayによって調べた.また,骨芽細胞の分化に及ぼす影響を解析するため,骨芽細胞の分化の指標とされるアルカリホスファターゼ(ALP)を指標に解析した.しかしながら,IL-32は,骨芽細胞の増殖や分化に対して影響をおよぼさなかった.また,骨芽細胞の破骨細胞形成の支持能としての可能性をRANKL発現を指標に検討した.すなわち,骨芽細胞にIL-32を作用させ,RT-PCRを用いて経時的にRANKL発現を解析したところ,IL-32は骨芽細胞のRANKL発現を誘導し,破骨細胞形成を誘導する可能性が示唆された.一方でIL-32は他の炎症性サイトカインやプロスタグランジンE2の誘導を引き起すことが示唆されているため,骨芽細胞や破骨細胞前駆細胞に対してもこれら発現が誘導されるかをPCRで検討するためのプラーマーの条件を検討した.以上のことからIL-32は,骨芽細胞のRANKL発現の誘導を介して破骨細胞形成を誘導する可能性が示唆された.今までの研究で,歯周病原性細菌の一つであるAggregatibacter actinomycetemcomitansの菌体成分であるリポ多糖(LPS)が,歯周組織での炎症発現に関与するマクロファージに対してIL-32の発現を誘導することが明らかとなった.そこで今年度はA.actinomycetemcomitansのLPSが単球系細胞におけるIL-32発現を誘導する機序について検討した.まず,マクロファージとしてヒト単球様細胞(THP-1細胞)をフォルボールエステルで活性化した後にLPSを作用させ,経時的にRNAを抽出し, IL-32の遺伝子発現をRT-PCR法で検討した.また,LPSの濃度依存的にIL-32の発現を誘導するかを検討した.一方,LPSは,マクロファージの膜上に存在するTo11様受容体4(TLR4)を介してプロスタグランジンE2やIL-1β,腫瘍壊死因子などの炎症性サイトカインの産生を誘導することが知られている.そこで,LPSによるIL-32産生にTLR4が関与するかどうかを検討するために,TLR4の下流に存在する核内転写因子の一つであるNF-kBの阻害剤を作用させた後にLPS刺激を行なった.その結果,NF-kB阻害剤の濃度依存的にLPSによるIL-32発現を阻害した.以上のことから,THP-1細胞におけるLPSによるIL-32発現の誘導にNF-kBの活性化が関与する可能性が示唆された.
自閉症スペクトラム障害幼児における早期対人相互作用の定量解析に基づく発達支援法

1支援の継続と結果分析:a)モーションキャプチャシステムを用いた対人距離の定量的測定:自閉症スペクトラム障害児とセラピスト間の対人距離を、拘束感の弱いマーカー装着方法で計測したモーションキャプチャデータを基に、対人距離の時間変化モデルを構築した。b)ウェアラブル対面計測デバイスを用いたFace to Faceの定量的測定:赤外線通信を利用した対面行動(Face to Face)を計量する頭部装着型デバイスと、ウェアラブルアイトラッカーの同時計測により、対面行動と眼球運動の関係について検討した。また、自動計測に基づく視覚フィードバックが発達障害児の非言語行動へ与える影響についての結果を取りまとめた。c)球体コミュニケーションデバイスを活用したASD児の社会的遊び行動の促進:無線通信技術を活用した球体コミュニケーションデバイスを活用してASD児6名に対し、社会的遊びの介入を行った。デバイスによる視覚・触覚フィードバックがある条件でASD児の球体操作、及び他者が操作している球体への注視がそれぞれ、無い条件と比較して増加することを明らかにした。2発展的な研究:米国フィラデルフィア小児病院・自閉症研究センターでの共同研究:2017年4月から7月まで米国フィラデルフィア小児病院・自閉症研究センターに滞在し、予期的注視を弁別学習成立の指標として用いることを目的とした、アイトラッカーを活用した実験プログラムの開発に従事した。定型発達成人6名と定型発達児3名を対象とした実験の結果、定型発達成人6名中3名、定型発達児3名中2名に単純弁別の成立に予期的注視を活用できることが示唆された。29年度が最終年度であるため、記入しない。1研究参加児の募集:所属研究室及び提携している他大学研究室,病院から応募を募り,生活年齢25歳の自閉症スペクトラム障害児15名をリクルートした。更に,提携保育園から応募を募り,定型発達児40名をリクルートした。2対人相互作用,発達障害・行動,音声言語・模倣・共同注意評価:1)早期対人相互作用への発達支援法の開発:新版K式発達検査2001による全般的な発達評価を, CARS及びPARSによる自閉症重症度評価を,及びCBCLによる行動評価を行った。更に,より複雑な社会的行動評価として,音声言語をJ-CDIs,模倣をMIS,共同注意をESCSによって測定した。2)工学デバイスを用いた対人相互作用の定量解析:自閉症スペクトラム障害児における笑顔の表出をウェアラブルデバイスにより計測する試みを開始した。同時に,対人距離をモーションキャプチャーにより,心臓の活動を心電図により計測する試みも開始した。更に,自然な遊び場面における,支援者と自閉症スペクトラム障害児間の交互交代行動を,球体デバイスによって計測した。3支援の開始:自閉症スペクトラム障害児におけるアイコンタクト,笑顔表出について自然な遊び場面を通した支援を開始した。その結果,「反応に対する時間遅延」「逆模倣」「くすぐり」「ストレンジ・シチュエーション」などの手続きを用いたことにより,参加児のアイコンタクト,及び笑顔表出の頻度が増加した。4第1版支援マニュアルの完成と支援プログラムの運用:第1版支援マニュアルとして,支援者の行動チェックリストを完成させた。それを用いた上で臨床心理士2名に対し講習を実施し,その後,病院内でプログラムを運用した。当該年度の研究計画に沿い,1研究参加児の募集,2対人相互作用,発達障害・行動,音声言語・模倣・共同注意評価,3支援の開始,4第1版支援マニュアルの完成を遂行した。更に,外部施設での支援プログラム運用や,工学デバイスを活用した支援,感情認知研究へと研究内容を発展させた。そしてワークショップを通じ,対人相互作用支援プログラムの成果を広く現場で運用する,という取り組みも開始している。1支援の継続:所属研究室および提携している他大学研究室において、自閉症スペクトラム障害児を対象とし、継続的な支援を実施した。更に、訓練により運動模倣の獲得が促された。2対人相互作用,発達・障害・行動,音声言語・模倣・共同注意評価:工学デバイスを用いた対人相互作用の定量解析:a)モーションキャプチャを用いた対人距離の定量的測定:自閉症スペクトラム障害児4名を対象とし、療育中のセラピストと参加児の位置情報をモーションキャプチャカメラにより計測した。参加児のセラピストに対する接近・回避行動を自動的に算出する手法が提案されたことにより、対人距離が療育中の行動にどのような影響を与えるか、定量的データを元に検討していくことが可能になったb)ウェアラブルECGによる、心電位の測定:自閉症スペクトラム障害児4名を対象とし、療育中の心電位を着衣型のデバイスにより計測し、療育中の活動と心電位の関係性についての検討を開始した。c)ウェアラブル対面計測デバイスによる、Face to Faceの測定:対面(face gaze)行動を検出するデバイスを用いた、机上での会話場面での計測を開始した。3支援者養成講習の開催:連携している保育園に勤務する保育士約10名を対象とし、支援者育成講習会を継続的に実施した。4臨床現場での運用開始:連携している病院内での支援プログラム運用を開始し、第1年目を終えた。支援による保護者のストレス減少、自閉症スペクトラム障害児の発語頻度の増加、及び問題行動の減少が確認された。5発展的な研究:交互交代の定量的評価を行う球体型デバイスの研究成果を展開し、工学デバイスによる即時的な光と振動フィードバックが、自閉症スペクトラム障害児の社会的な遊び行動に、どのような影響を及ぼすかについて検討した。

当該年度の研究計画にに沿い、1支援の継続、2対人相互作用,発達・障害・行動,音声言語・模倣・共同注意評価、3支援者養成講習の開催、4臨床現場での運用開始を遂行した。さらに、発展的な研究として球体型デバイスによる社会的遊び支援の促進を実験的に検討した。また、対人相互作用の高次機能として捉えられる感情認知についての理論的基盤の形成についても研究を進めている。1支援の継続と結果分析:a)モーションキャプチャシステムを用いた対人距離の定量的測定:自閉症スペクトラム障害児とセラピスト間の対人距離を、拘束感の弱いマーカー装着方法で計測したモーションキャプチャデータを基に、対人距離の時間変化モデルを構築した。b)ウェアラブル対面計測デバイスを用いたFace to Faceの定量的測定:赤外線通信を利用した対面行動(Face to Face)を計量する頭部装着型デバイスと、ウェアラブルアイトラッカーの同時計測により、対面行動と眼球運動の関係について検討した。また、自動計測に基づく視覚フィードバックが発達障害児の非言語行動へ与える影響についての結果を取りまとめた。c)球体コミュニケーションデバイスを活用したASD児の社会的遊び行動の促進:無線通信技術を活用した球体コミュニケーションデバイスを活用してASD児6名に対し、社会的遊びの介入を行った。デバイスによる視覚・触覚フィードバックがある条件でASD児の球体操作、及び他者が操作している球体への注視がそれぞれ、無い条件と比較して増加することを明らかにした。2発展的な研究:米国フィラデルフィア小児病院・自閉症研究センターでの共同研究:2017年4月から7月まで米国フィラデルフィア小児病院・自閉症研究センターに滞在し、予期的注視を弁別学習成立の指標として用いることを目的とした、アイトラッカーを活用した実験プログラムの開発に従事した。定型発達成人6名と定型発達児3名を対象とした実験の結果、定型発達成人6名中3名、定型発達児3名中2名に単純弁別の成立に予期的注視を活用できることが示唆された。本研究課題の推進方策として,以下の2点が挙げられる。1.自閉症スペクトラム障害児の対人相互作用における,工学デバイスを用いたフィードバックの効果検証を行っていく。2.本年度,支援プログラムを運用した病院以外にも,保育園,小学校への普及と運用を行っていく。本研究課題の推進方策として、以下の2点が挙げられる。1国際共同研究の推進:国外研究者との共同研究を通じ、国際的な成果を得る。2工学デバイスの効果検証:工学デバイスを活用した支援研究を行い、工学デバイスが自閉症スペクトラム障害児支援にどのような影響を及ぼすか検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
シェーグレン症候群における病因T細胞と腸内細菌叢との関連の解析

SS様病態の発症に関わる自己反応性CD4+ T細胞に焦点を当て、これまで不明であった病因性CD4+ T細胞が認識する自己抗原と臓器特異的集積機構および疾患特異的病因分子を明らかにする。また、マウスモデルの解析結果を軸に、SS患者における病態発症に関わる特異的分子の機能解析を行い、新たな治療標的を見出す。
画像処理問題を解く高速並列アルゴリズムの研究

本研究では、画像処理の基本サブルーチンとして用いられる、(1)リストランキング(2)凸包問題(3)ラウティングを求めるアルゴリズムを開発した。リストランキングとは、頂点数nのリンクリストが与えられた時に、リストの末尾までの距離を求める問題である。本研究では、n×nの再構成メッシュを用いて、O(log^*n)時間でリストランキングを行なうアルゴリズムを示した。また、確率的手法をもちいて、平均O(1)時間でリストランキングを行なうアルゴリズムを示した。本研究では、さらに、凸包を求める効率よいアルゴリズムも示した。凸包とは、平面上のn個の点が与えられた時に、全ての点を含む最小凸多角形を求める問題である。再構成メッシュのプロセッサ台数がn×nのときに、凸包がO((loglog n)^2)時間で求められることを示した。従来、得られているアルゴリズムは、n×nの再構成メッシュを用いて、O((log n)^2)時間で凸包を求めることができた。このアルゴリズムに比べて、本研究で示したアルゴリズムは、極めて高速であり、またアルゴリズムも単純である。ラウティングとは、指定されたプロセッサにデータを配送する問題である。配送するべきデータがn個あり、プロセッサ台数がp個(p【less than or equal】√<n>)、通信可能なチャネルがk個のときに、2n/k+O(√<n>)時間でラウティングを行なうアルゴリズムを示した。従来のアルゴリズムはl0n/k以上の通信時間を必要としており、提案したアルゴリズムは高速である。本研究では、画像処理シミュレータを用いて、白黒画像のユークリッド距離マップを計算する効率良い並列アルゴリズムを開発した。ユークリッド距離マップとは、各白ピクセルから最も近い黒ピクセルまでのユークリッド距離を表す2次元の行列である。√<n>×√<n>の大きさの白黒画像が与えられたときに、n/loglogn台のプロセッサを用いて◯(loglogn)時間でユークリッド距離マップが求められることを示した。従来の並列アルゴリズムは、nloglogn/logn台のプロセッサを用いて、◯(logn/loglogn)時間でユークリッド距離マップを求めることができた。この並列アルゴリズムにくらべて、我々のアルゴリズムはより短い時間でユークリッド距離マップを求めることができる。また、従来のアルゴリズムは、距離のメトリクスがユークリッド距離に限られていたが、我々のアルゴリズムでは、さまざまな距離メトリクスに対して、距離マップが求めることができる。さらに、最大空円を求める並列アルゴリズムも示した。最大空円、内側の全ピクセルが白ピクセルである最大の円である。我々の並列アルゴリズムは、n/loglogn台のプロセッサを用いて◯(loglogn)時間で最大空円を求めることができる。
病的細胞の選択的可視化を指向した低酸素応答性蛍光プローブの開発

酸素濃度の低い細胞(低酸素細胞)は、虚血性疾患や固形がん等の重大な疾病に発生することから、その病的環境を正確かつ迅速に検出する手法が切望されている。本研究では、低酸素細胞の可視化手法の確立を目的として、低酸素細胞内で発光する分子プローブを開発した。平成24年度も引き続きRuthenium(Ru)錯体の発光を活用した低酸素プローブの開発を進めた。Ru錯体が発するりん光は、有酸素条件下では酸素分子へのエネルギー移動により消光されるが、低酸素条件では強く発光する。エネルギー移動は瞬時に進行し、かつ発光・消光は可逆的に起こるため、りん光を用いれば細胞内酸素の増減をリアルタイムに判別し得る。Ru錯体のりん光寿命を長寿命化し、酸素応答性の向上をもたらすピレン基を導入したRu錯体Ru-Pyを合成し、A549細胞に投与したところ、低酸素細胞内でのみ強く発光した。また、酸素濃度を変化させたところ、細胞内からの発光強度は酸素濃度に応じて増減した上、その強度変化は可逆的であった。さらに、右足への結紮により虚血性低酸素領域を作成したマウスにRu-Pyを投与したところ、虚血部で選択的に発光した一方で、結紮を解除したところ、その発光は瞬時に抑制された。これらのことから、Ru-Pyは、in vivoにおいても低酸素環境を可視化でき、かつ酸素濃度の変動に対して可逆的に応答し得ることを明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。固形がん組織に発生する低酸素細胞は、がん治療上の重要な診断標的として認識され、近年低酸素に応答し、シグナルを発信するさまざまな分子プローブが開発されてきた。しかしながら、既存方法の多くは、低酸素条件で進行する不可逆な化学反応や酵素反応を活用しており、刻々と変化する酸素濃度を追跡できないという問題点が指摘されていた。そこで、本研究では、酸素濃度に応答して可逆的に発光が変化するルテニウム錯体に着目し、酸素濃度のリアルタイムイメージングの可能性を検討した。ルテニウム錯体はりん光を発し、その発光は酸素により消光されるため、酸素濃度が低い場合に強く発光する。本年度は、低酸素環境の可視化に加えて、酸素濃度の定量を目指し、レシオメトリックな応答を示す低酸素プローブの開発を試みた。配位子に蛍光団クマリンを含むルテニウム錯体(Ru-Cou)を合成し、その発光挙動を調べたところ、490nm付近にクマリン由来の蛍光と600nm付近にルテニウム錯体由来のりん光が観測された。続いて、酸素濃度を下げると、蛍光強度は変化しなかったが、りん光強度は増大した。また、酸素濃度を繰り返し増減したところ、蛍光は常に強度が一定であったが、りん光強度は可逆的に増減した。さらに、Ru-Couにアルキル基を導入した誘導体をA549細胞に投与したところ、低酸素細胞内でのみ強いりん光を発することを確認した。一方、酸素濃度に拘らず蛍光はほぼ一定の強度であった。以上のように、Ru-Couはレシオメトリックな応答を示す優れた低酸素プローブであることが確認できた。次年度は、本プローブの生化学的な手法を用いた機能評価を進め、生体での低酸素イメージングへ応用していく。計画では、平成23年度に両親媒性化合物の設計と化学的手法による機能評価を終え、平成24年度に細胞や動物を用いた機能評価を進める予定であった。平成23年度はRu-Couの合成と評価を終えることができたため。平成23年度に合成と化学的な手法による性能評価を終えたプローブから順に、生きた細胞を用いて機能評価を行なう。

生体細胞に各プローブを投与した後、低酸素下あるいは有酸素下で培養し、シグナル発信を蛍光顕微鏡によって確認する。得られた知見を再度分子デザインにフィードバックし、システムの最適化を図る。また、細胞実験で優れた機能を示した蛍光プローブについては、がんを担持した実験用小動物(マウス等)を用いたin vivoでの評価実験を進める。
眼部悪性腫瘍におけるメタボローム解析～新たなバイオマーカーの創出

代謝物は低酸素状況等に過敏に反応するため、個々の病態を評価するには最適なツールの一つと考えられる。患者ごとにみられる代謝異常を網羅的に解析し、疾患の特徴を多面的に解析することは、病態の解明や治療の個別化に必須であると考えられる。ヒトから得られた検体を用いた解析のみならず、動物モデルを用いたマルチオミックス解析も行い、代謝異常の原因を追究しつつ、データに基づいた個別化治療に繋がる指標を見い出すことを最大の目標とする。
人工指触覚センサの研究開発

浮動莢を用いる人工の指用触覚センサにおいて重要な浮動莢の変位に関する5つのパラメータを光学的に検出する方法について考察した.また,ばねによる吊持機構の力学的解析を行い,接触する外力の大きさ,方向,位置を抽出する手続きを明らかにし,接触動作のシミュレーションを行ってその妥当性を示した.さらに,外形20mmのサイズの指触覚センサをPSDを用いて設計・製作し,これを小型ロボットに取り付けて指側面と指端面の接触力測定の実験を行った.そして,接触力の大きさ,位置,方向の検出が可能であることを実証すると共に,指動作がハンマリング(連打)のように高速でなければ,ばね端を自在に固定する部分の粘性抵抗がダンピング効果を作りだし,接触動作時の浮動莢機構の振動は,抑えられることを確認した.本センサは,多点で接触する場合,外力の総和を1つの力とみなして処理する.包み込み,当てがい,握り,等を除く接触動作の初期段階では一般に点で接触し,線や面の接触は特殊な場合と考えられるので,検出する接触力の数を1つにするという制限は問題にならないばかりか接触位置を高精度に検出するために利用すべき設定と考えられる.力の最小検出感度をより小さく設計すると5つの変位パラメータの各々は動作範囲の限界に達し易く,各々のパラメータの値をチェックすることで限界か否かが判別される.また,パラメータの値が限界値に達すると浮動莢と対象物との間に滑りが発生することもある.この時,浮動莢の吊持機構に大きな力が作用するが,その力はすべて指本体で受け止められるので浮動莢と指本体が相似形でありさえすれば浮動莢の型崩れや吊持機構の壊離の発生はない.今後,データ入力の時間短縮に向けた発光素子の走査法について検討を重ね,本研究をさらに発展させることを考えている.浮動莢を用いる人工の指用触覚センサにおいて重要な浮動莢の変位に関する5つのパラメータを光学的に検出する方法について考察した.また,ばねによる吊持機構の力学的解析を行い,接触する外力の大きさ,方向,位置を抽出する手続きを明らかにし,接触動作のシミュレーションを行ってその妥当性を示した.さらに,外形20mmのサイズの指触覚センサをPSDを用いて設計・製作し,これを小型ロボットに取り付けて指側面と指端面の接触力測定の実験を行った.そして,接触力の大きさ,位置,方向の検出が可能であることを実証すると共に,指動作がハンマリング(連打)のように高速でなければ,ばね端を自在に固定する部分の粘性抵抗がダンピング効果を作りだし,接触動作時の浮動莢機構の振動は,抑えられることを確認した.本センサは,多点で接触する場合,外力の総和を1つの力とみなして処理する.包み込み,当てがい,握り,等を除く接触動作の初期段階では一般に点で接触し,線や面の接触は特殊な場合と考えられるので,検出する接触力の数を1つにするという制限は問題にならないばかりか接触位置を高精度に検出するために利用すべき設定と考えられる.力の最小検出感度をより小さく設計すると5つの変位パラメータの各々は動作範囲の限界に達し易く,各々のパラメータの値をチェックすることで限界か否かが判別される.また,パラメータの値が限界値に達すると浮動莢と対象物との間に滑りが発生することもある.この時,浮動莢の吊持機構に大きな力が作用するが,その力はすべて指本体で受け止められるので浮動莢と指本体が相似形でありさえすれば浮動莢の型崩れや吊持機構の壊離の発生はない.今後,データ入力の時間短縮に向けた発光素子の走査法について検討を重ね,本研究をさらに発展させることを考えている.浮動莢を用いる人工の指用触覚センサにおいて重要な浮動莢の変位を光学的に計測する装置の構成法について考察した.まず,浮動莢の変位を表現するパラメータとして指の円周方向角β,浮動莢軸が指軸に対して傾く方向角γと傾き角α,そして指の軸方向変位λと半径方向変位ρの5つを定義した.そしてこれらを光の投影逆変換によって一意的に定めるための発光素子,針穴,2次元受光素子の最適配置について検討した.その結果,浮動莢軸中央部分の一断面内に4つの点光源を,しかもどの3つをとっても同一直線上にない様に配置する場合,2次元受光面上の光点位置情報を利用して逆解は一意的に求まることが分かり,算出手続きを明かにした.また,この手続きを用いて投影像の逆変換値が最初に与えた浮動莢の変位を表すパラメータの値に等しくなることを確認した.投影点移動量を大きくすることは浮動莢に関する位置や姿勢の計測精度の向上にもつながる.光源輝度の不揃い,針穴形状のゆがみ,針穴面積の拡大等は投影像の形や大きさを変えるが,このような変化はPSD自体が明点領域の中心位置を出力するので誤差につながることは少ない.一方,一様な精度で測定する観点からすると,光の投影像を利用する限り避け難い精度のばらつき(むらとも言う)が問題となる.このばらつきは光源の変位する領域に依存するため,軸方向変位と半径方向変位の2つに分けて定量的に評価した.指内部は一般に関節を駆動するワイヤ等の案内路として使われるが,そこに占める構成要素(ITS素子)の取り付けスペースは一部に過ぎず,動力の伝達手段を排除するまでには至らない.本構成法は,光学的手段を一箇所に備えるだけで十分で針穴も1つで済むなどから空間の有効利用を図るだけでなく,指の小型化に役立つ等のメリットがある.

浮動莢を用いる人工の指用触覚センサにおいて重要な浮動莢の変位に関する5つのパラメータを光学的に検出する方法について考察した.また,ばねによる吊持機構の力学的解析を行い,接触する外力の大きさ,方向,位置を抽出する手続きを明らかにし,接触動作のシミュレーションを行ってその妥当性を示した.さらに,外形20mmのサイズの指触覚センサをPSDを用いて設計・製作し,これを小型ロボットに取り付けて指側面と指端面の接触力測定の実験を行った.そして,接触力の大きさ,位置,方向の検出が可能であることを実証すると共に,指動作がハンマリング(連打)のように高速でなければ,ばね端を自在に固定する部分の粘性抵抗がダンピング効果を作りだし,接触動作時の浮動莢機構の振動は,抑えられることを確認した.本センサは,多点で接触する場合,外力の総和を1つの力とみなして処理する.包み込み,当てがい,握り,等を除く接触動作の初期段階では一般に点で接触し,線や面の接触は特殊な場合と考えられるので,検出する接触力の数を1つにするという制限は問題にならないばかりか接触位置を高精度に検出するために利用すべき設定と考えられる.力の最小検出感度をより小さく設計すると5つの変位パラメータの各々は動作範囲の限界に達し易く,各々のパラメータの値をチェックすることで限界か否かが判別される.また,パラメータの値が限界値に達すると浮動莢と対象物との間に滑りが発生することもある.この時,浮動莢の吊持機構に大きな力が作用するが,その力はすべて指本体で受け止められるので浮動莢と指本体が相似形でありさえすれば浮動莢の型崩れや吊持機構の壊離の発生はない.今後,データ入力の時間短縮に向けた発光素子の走査法について検討を重ね,本研究をさらに発展させることを考えている.
マルチスケール誘起乱流の構造とスカラー拡散機構の解明および超高効率ミキサーの開発

本研究は,フラクタル形状を有する格子によって生成される“マルチスケール誘起乱流"の構造を風洞および水槽実験とスーパコンピュータを用いた三次元直接数値計算(DNS)により明らかにするとともに,その中でのスカラー(熱と物質)の乱流拡散機構を明らかにすることを目的とした.風洞実験では乱流エネルギ収支式に現れる各項を実測することにより,フラクタル格子乱流におけるエネルギ生成と減衰のメカニズムを明らかにした.また,実験では計測不可能な統計量をDNSにより調べ,フラクタル格子乱流の構造解明に寄与した.さらに,水槽実験により,フラクタル格子乱流中ではスカラーの混合が著しく促進されることを明らかにした.本研究は,フラクタル形状を有する格子によって生成される“マルチスケール誘起乱流"の構造を風洞および水槽実験とスーパコンピュータを用いた三次元直接数値計算(DNS)により明らかにするとともに,その中でのスカラー(熱と物質)の乱流拡散機構を明らかにすることを目的とした.風洞実験では乱流エネルギ収支式に現れる各項を実測することにより,フラクタル格子乱流におけるエネルギ生成と減衰のメカニズムを明らかにした.また,実験では計測不可能な統計量をDNSにより調べ,フラクタル格子乱流の構造解明に寄与した.さらに,水槽実験により,フラクタル格子乱流中ではスカラーの混合が著しく促進されることを明らかにした.水路(流路断面0.1×0.1m2)の入口部に樹脂製のフラクタル格子を設置し,その下流に生成されるマルチスケール誘起乱流の特性とスカラー拡散場を時系列粒子画像流速計(TR-PIV)と平面誘起レーザ蛍光(PLIF)法を用いて計測した.TR-PIVおよびPLIFの計測には,精度を向上させた独自開発のアルゴリズムを用いた.比較実験として,従来から用いられている正方格子についても同様の実験を行った.その結果,マルチスケール誘起乱流では非常に強い乱れが生成され,スカラーの混合が著しく促進されることが明らかとなった.ただし,速度と濃度の同時計測には至っていない.フラクタル格子を用いた風洞実験では,I型熱線プローブを用いた乱流計測により,Mazellier & Vassilicos(Phys.Fluids 2010)の実験データを検証した,様々な乱流統計量を比較した結果,既往研究と同様のデータが得られることがわかった.また,y-z断面計測のための自動トラバース装置を製作し,熱線プローブによる断面多点計測(500点程度)を可能とした.さらに,マルチスケール誘起乱流中でのスカラー拡散に関する三次元直接数値解析(DNS)コードを開発し,スーパーコンピュータを用いて計算を行った.計算時間の制約から,これまでのところ,実験と異なり断面平均された統計量のみしか評価できていないが,過去の実験と定性的に一致する結果が得られた。以上,当初の計画通りに研究が進んでおり,計測システムおよび計算コードが確立されたので,次年度以降のスムーズな研究遂行が期待される.1.平成22年度に引き続き,水路(流路断面0.1×0.1m2)を用いたスカラー混合の実験を行った.水路の入口部に樹脂製のフラクタル格子を設置し,その下流に生成されるマルチスケール誘起乱流の特性とスカラー拡散場を時系列粒子画像流速計(TR-PIV)と平面誘起レーザ蛍光(PLIF)法を用いて計測した.特に,今年度は,従来の格子乱流中でのスカラー混合との違いについて,スカラー散逸率や局所スカラー勾配に関する統計量,混合界面形状のフラクタル次元による考察等を行い,より詳細な検討を行った.さらに,TR-PIVとPLIFを用いた速度と濃度の同時計測のための予備実験を行った.本格的な同時計測は平成24年度に実施予定である.2.平成22年度に引き続き,フラクタル格子を用いた風洞実験を行った.今年度は,前年度に作成した自動トラバース装置とI型およびX型熱線プローブを用いて計測を行った.各種乱流統計量の流れに垂直なy-z断面内分布計測するとともに,乱流エネルギ収支式に現れる各項(対流項、生成項,三次相関項,粘性拡散項,散逸項)を実測した.これによりフラクタル格子乱流におけるエネルギ生成と減衰のメカニズムを明らかした.また,積分長と速度変動強度で構成される乱流の不変量についても考察を行った.その結果,従来の正方格子乱流場ではサフマン乱流に対応する不変量が存在するのに対して,フラクタル格子乱流場においては木変量が存在しないことが示された.3.平成22年度に引き続き,マルチスケール誘起乱流中でのスカラー拡散に関する三次元直接数値解析(DNS)を行った.これまでは断面平均された乱流統計量しか得られていなかったが,今年度の計算で中心軸上分布を得た.これにより,風洞や水路実験結果との比較が可能となった.その結果,速度変動強度に関して,本研究で実行した同じレイノルズ数を有する水路実験結果とDNSの結果がよく一致することが確認された.また,乱流の減衰域において,速度変動強度のみならず,静圧変動強度も指数的に減衰することが初めて明らかになった.本研究では,フラクタル形状を有する格子によって生成される“マルチスケール誘起乱流"の構造を熱線流速計やレーザ計測を駆使した室内実験(風洞実験および水槽実験)およびスーパコンピュータを用いた三次元直接数値計算(DNS)により明らかにするとともに,その中でのスカラー(熱と物質)の乱流拡散機構を明らかにすることを目的としている.本年度は以下の研究を行った.

(1)水路を用いたマルチスケール誘起乱流の乱流構造の実験的解明:速度場とスカラー場の微分統計量やスペクトルを詳細に検討することにより,マルチスケール誘起乱流とスカラー場の構造を明らかにした.計測は時系列PIVと平面レーザ誘起蛍光(PLIF)法を組み合わせることにより,平面内での瞬間速度と瞬間濃度の同時測定を行った.乱流の特性長の下流方向変化や乱流強度の減衰を詳細に調べることにより,非コルモゴロフ乱流の特性を明らかにした.(2)風洞を用いたマルチスケール誘起乱流の乱流構造の実験的解明:I型およびX型熱線プローブを用いて複数の下流方向位置における風洞断面内における乱流計測を行った.さらに,運動エネルギ収支式に現れる各項(移流項,生産項,乱流拡散項,圧力拡散項,粘性拡散項,散逸項)を実験的に評価し,マルチスケール誘起乱流中の乱流エネルギ輸送機構を明らかにした.(3)三次元直接数値計算(DNS)によるマルチスケール誘起乱流の乱流構造の数値的解明:スーパコンピュータを用いてマルチスケール誘起乱流のDNSを行った.特に,これまでは断面平均量で乱流統計量を評価していたが,実験データとの比較のため,中心軸上での乱流統計量を評価した.乱流強度の減衰に加えて,実験では評価が難しい圧力変動の下流方向変化等を数値的に明らかにした.当初の計画通りに研究を遂行し,水路実験,風洞実験,数値計算の全てにおいて新しい知見が得られたことによる.24年度が最終年度であるため、記入しない。水路を用いた混合実験においては,TR-PIVとPLIFを用いた速度と濃度の同時計測を行い,速度変動と濃度変動の結合統計量を評価する.風洞実験では,超小型静圧プローブによる乱流中の瞬時静圧変動計測技術を確立し,その計測精度を確認した後,フラクタル格子乱流中の静圧変動場の計測を試みる.さらに,X型熱線プローブと超小型静圧プローブを組み合わせることにより,乱流中の速度変動と静圧変動の同時計測を行う.数値計算においては,マルチスケール誘起乱流とその中でのスカラー輸送に関するDNSを行い,中心軸上および流れに垂直な断面内での乱流統計量を評価し,実験結果と比較する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
鍼刺激による体幹柔軟性への影響

研究目的:高齢者にとって運動機能の低下は直接日常生活レベルの低下へとつながる恐れがあり、特に体幹の柔軟性を維持することは転倒や障害を防ぐ上では非常に重要と考えられる。鍼灸治療における鍼刺激は、四肢の経穴(ツボ)への簡単な刺激で身体の柔軟性を高める可能性があることが知られているが、刺激方法による効果の違いは明確にされていない。今回の研究では、通常行われる鍼刺激と皮膚及び皮下組織のみを刺激する円皮鍼(鍼長0.3mmの貼付型の鍼)を用いて、上肢・下肢の代表的な経穴への刺激が体幹柔軟性に与える影響を比較した。研究方法:健常成人6名(平均年齢35.3歳)を対象に、1コントロール(無刺激)、2-a.上肢の経穴「合谷」への通常の鍼刺激を10秒間、2-b.下肢の経穴「足三里」への通常の鍼刺激を10秒間、3-a.「合谷」へ円皮鍼を皮膚に貼付、3-b.「足三里」へ円皮鍼を皮膚に貼付、の3パターンの方法を行い、刺激前後の体幹柔軟性の変化を立位体前屈での指床間距離(FFD)で評価した。各方法はそれぞれ別の日に行い、刺激前後にはストレッチ効果を除外するため1時間以上の間隔を空けた。研究成果:コントロールでは、FFDの変化は平均-2mmとほとんど変化しなかったのに対し、通常の鍼刺激と円皮鍼の貼付では、上肢「合谷」においても下肢「足三里」においても共にFFDが平均0.923mm変化し、体幹の柔軟性が高まる傾向が認められた。特に上肢「合谷」の通常の鍼刺激は平均23mmと統計学的に有意なFFDの変化が認められた。今回の結果から鍼刺激は一様に体幹の柔軟性を高める効果が期待出来ると推察され、皮膚及び皮下組織のみへの刺激より通常の鍼刺激がより効果的である可能性が示唆された。しかし、被験者に若年者が多いことと、変化の有無には個体差が大きいことが検討課題と思われた。
インテリジェントセンサを集積化したオンタイム有機光反応システムの開発

本研究では、光反応に適したマイクロフローデバイスの設計・構築を行った。光反応では単にマイクロリアクターを利用するだけでなく、光を効率よく照射するセットアップが重要であることを明らかにするとともに、マイクロリアクター特有のフローモードである交互流(スラグ流)を積極的に用いることで、通常流よりもさらに高効率に反応が進行することを見出した。さらに、不斉光反応をオンタイム計測するためのオンチップ吸光度センサおよび偏光分析CMOSイメージセンサの動作実証を行い、一連の光反応の進行度合いを吸光度並びに旋光度いずれからも追跡することに成功した。本研究では、CMOSインテリジェントセンサを集積化したマイクロフローリアクターを作製し、それを用いたオンタイム有機光反応システムを開発することを目的とし、高速、高収率、高選択的な有機光反応の実現を目指した。この目的の達成のために、本年度は、マイクロフローシステムの有機光反応への適用と、オンチップ偏光センサの試作・改良を行った。まず、マイクローフローシステムの優位性や問題点の解明を目的に、バッチ型光反応系とマイクロフローリアクターを用いた光反応系との比較検討を行った。マレイン酸とイソプリピルアルコールとの光付加環化反応では、バッチ型反応器と比べ、マイクロリアクターとマイクロキャピラリーリアクターのどちらも収率やエネルギー効率で優れた結果を与えた。一方、ブテノリドとシクロペンテンとの[2+2]光付加環化反応においては、フローリアクターの外側に置いた光源から光照射した場合、バッチ型反応器に比べ、反応時間は短縮できたものの、エネルギー効率は劣る結果となった。これらの結果より、エネルギー効率の良い光反応には、光源のエネルギーを無駄なく利用する装置のセットアップが重要であることが明らかとなった。さらに、選択性の向上を目指して様々な反応場での不斉[2+2]光反応を行い、新しい光分解性化合物の光挙動をマイクロリアクターを用いて検討した。オンチップ偏光センサの試作・改良においては、CMOS半導体集積回路技術による専用偏光計測センサを利用したin situ不斉計測システムの構築を目指し、(1)インライン型不斉計測デバイスの小型化と計測機能の向上、(2)超微細半導体プロセスの導入によるセンサ性能向上を行った。現在までにフローセル内圧や特定の溶媒において計測機能が不安定となっている問題点はあるものの、超微細半導体プロセスの導入により、6倍以上の偏光分解能が達成できている。本研究では、CMOSインテリジェントセンサーを集積化したマイクロフローリアクターを作製するとともに、それを利用したオンタイム有機光反応システムを開発することを目的とし、高速、高収率、高選択的な有機光反応の実現を目指している。そのために、本年度は、新たなモデル反応を用いたマイクロフローシステム中での有機光反応の検討と、その反応を利用した反応のオンライン解析に着手した。これまでの検討では、マイクロリアクターを用いることでバッチリアクターに比べて高効率な光反応の進行が可能であることを明らかにしてきた。特に、気液二相系の反応において、キャピラリーリアクター内でスラグ流を形成させることが高効率な反応の進行に非常に効果的であることも示してきた。本年度は、液相一相系で進行する不斉Paterno-Buchi反応をモデル反応に採用し、まずバッチリアクターとキャピラリーリアクターとの比較を行った。その結果、これまでと同様にバッチリアクターに比べキャピラリーリアクター中で高効率な反応の進行が確認された。さらに、これまでの知見を踏まえ、意図的に反応不活性な試薬(窒素あるいは水)を加えて二相系スラグ流を形成させることによる反応性向上を狙った。その結果、水を不活性試薬とするスラグ流において、一相系の結果よりもさらに反応が加速することを見出した。オンライン計測においては、セル構造の改善による圧力・溶媒依存性の低減の改善を行い、光学系の調整技術を確立した。さらに上記のPaterno-Buchi反応をモデル反応としてオンライン測定を実施し、光反応の転化率や立体選択性を直接観測することに初めて成功した。本研究では、CMOSイメージセンサを集積化したマイクロフローリアクターを作製するとともに、それを利用したオンタイム有機光反応システムを開発することを目的とし、高速、高収率、高選択的な有機光反応の実現を目指している。これまでに、液相一相系で進行する不斉Paterno-Buchi反応において、キャピラリーリアクター中でバッチリアクターに比べて高効率な反応が進行することに加え、意図的に反応不活性な試薬(窒素あるいは水)を加えて二相系スラグ流を形成させることで、一相系の結果よりもさらに反応が加速することを見出している。しかしながら、その検討はトルエン中の一例のみであり、反応加速の機構も未解明であった。そこで、本年度は溶媒や温度の詳細な検討を行った。その結果、有機溶媒の屈折率が重要なパラメータであり、水に比べて高い屈折率を有する有機溶媒を用いることで、光を有機溶媒中に閉じ込めることに起因して、反応が劇的に加速することを明らかにした。さらに、この高効率反応はグラムスケールの大量合成にも展開可能であることも明らかにした。オンライン計測においては、偏光計測CMOSイメージセンサ搭載オンライン旋光度計測デバイスに、新たに高性能脱気装置を組み合わせて、スラグ流での旋光度測定機能について評価した。また、計測感度、画素ばらつきを抑制した新たな偏光計測CMOSイメージセンサを設計・試作し、高性能化を実現した。さらに、光学系の改善を行った。

本研究では、CMOSインテリジェントセンサを集積化したマイクロフローリアクターを作製するとともに、それを利用したオンタイム有機光反応システムを開発することを目的とし、高速、高収率、高選択的な有機光反応の実現を目指している。本年度は、前年度に見出したマイクロフローシステム中での高速な有機光反応の詳細な検討を行うとともに、オンライン解析に向けたセンサの改良を行った。これまでの検討において、液相一相系で進行する不斉Paterno-Buchi反応をモデル反応に採用し、意図的に反応不活性な試薬(窒素あるいは水)を加えて二相系スラグ流を形成させると一相系の結果よりもさらに反応が加速することを見出した。今年度はこの理由を解明するために、新たな基質を用いて反応を詳細に検討した。まず、前年度までとは異なる反応系を検討したところ、期待通りに反応の加速が確認され、二相系スラグ流が反応の加速効果を示すという一般性を明らかすることができた。さらに溶媒効果を検討したところ、屈折率の高い溶媒を用いることで反応が最も高速に進行したことから、反応溶液のセグメント内への光閉じ込め効果が大きな影響を及ぼすことが示唆された。また、CMOSセンサについては、画素信号の読み出し経路の再設計を行った結果、低照度における出力線形性が向上し、変更プロファイル測定のひずみを低減するだけでなく、精度向上をもたらした。本研究では、光反応に適したマイクロフローデバイスの設計・構築を行った。光反応では単にマイクロリアクターを利用するだけでなく、光を効率よく照射するセットアップが重要であることを明らかにするとともに、マイクロリアクター特有のフローモードである交互流(スラグ流)を積極的に用いることで、通常流よりもさらに高効率に反応が進行することを見出した。さらに、不斉光反応をオンタイム計測するためのオンチップ吸光度センサおよび偏光分析CMOSイメージセンサの動作実証を行い、一連の光反応の進行度合いを吸光度並びに旋光度いずれからも追跡することに成功した。マイクロリアクターを用いた光反応においては、マイクロリアクター内でのみ形成可能なスラグ流の特性を利用することで「光の閉じ込め」作用が働き、高効率な光反応が達成可能であると共に、その作用には溶媒の屈折率が大きな役割を果たしていることも明らかにした。また、オンライン計測デバイスについても、実反応のオンライン解析において高性能化を実現した。一方で、システム内の反応液混合部内に不具合が生じ、これまでに得られたデータの一部に不連続性が生じた。この点は想定内ではあるものの、速やかに解決する必要があり、次年度の課題として残った。全体を通しては、本課題は予定通りの進捗であると判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。有機光化学これまでの検討において有機光反応の進行にはマイクロフローリアクターが極めて有効であり、とくにスラグ流条件を積極的に利用すると更なる高効率な反応が達成であることを明らかにした。一方で、生産性に視点を向けると、スラグ流条件下では単位時間当たりの基質溶液流量は減少してしまうため、一相系と比較しても同等程度の値しか達成できていない。そこで、条件をさらに精査し、生産性においても優位性を示すことを目指す。
ゴーシェ病における細胞障害への免疫の関与の検討および新しい治療法の開発

ライソゾーム病の神経変性と免疫系の関与については、Krabbe病やTay-Sachs病、Sandhoff病ではモデルマウスにおいて報告されている。Gaucher病に関する免疫系の関与の報告は主に非神経型である1型患者におけるものであり、神経型である2型および3型においては患者血清を用いた検討がわずかになされている。そこで他大学の協力を得て、異なる遺伝子変異をもつ神経型を主としたGaucher病およびその他の神経症状を伴うライソゾーム病患者の皮膚線維芽細胞における培養上清中の炎症性サイトカインについてELISAにより検討した。N188S変異をもつ3型Gaucher病患者およびnt1447(del20)&(insTG)の2型Gaucher病患者においてinterleukin(IL)-8の上昇を認めた。IL-6は3型および2型患者においては明らかな上昇はなく、非神経型の1型患者において上昇していた。患者間での差が大きいため、変異酵素による恒常的な異常ではなく、サイトカイン産生に関する個体差が間接的に病態に関与している可能性が考えられた。変異酵素蛋白を安定化することにより酵素活性を上昇させる低分子基質類似体については多種類の類似体を投与してその活性上昇作用を調べた結果、酵素活性上昇作用と遺伝子型との間に相関性を認めた。Gaucher病以外のライソゾーム病ではGM_1ガングリオシドーシスの一部の患者においてIL-6およびIL-8の著明な増加を認めた。ライソゾーム病の神経変性と免疫系の関与については、Krabbe病やTay-Sachs病、Sandhoff病ではモデルマウスでの報告が、Gaucher病では患者血清での報告がされている。そこでGaucher病患者およびその他のライソゾーム病患者の培養皮膚線維芽細胞における炎症性サイトカイン産生について検討した。対象は日本人Gaucher病患者6名、その他異染性白質変性症、マルチプルスルファターゼ欠損症、krabbe病、GM_1ガングリオシドーシス、Fabry病の患者各1名とし、コントロールとして健常または代謝異常のない人6名を用いた。測定するサイトカインはinterleukin(IL)-1β、IL-6、tumor necrosis factor(TNF)-α、IL-8とした。皮膚線維芽細胞を培養し増殖後期に血清を抜いた培地に交換し、その後2日培養した後に培養上清中のサイトカイン濃度をELISAにより測定した。コントロールと比較してGaucher病患者6名中1名においてIL-6が著明に高値であり、別の1名においてはIL-8が高値であった。またGM_1ガングリオシドーシス患者1名においてIL-6およびIL-8の上昇を認めた。その他のライソゾーム病患者ではIL-6およびIL-8の上昇は認めなかった。またIL-1βおよびTNF-αについては全例で明らかな上昇は認めなかった。Gaucher病とGM_1ガングリオシドーシスの少なくとも一部の患者においてIL-6およびIL-8の増加を認めた。Gaucher病患者ではIL-6とIL-8の値は患者間で差が大きく、恒常的な異常ではなく間接的に病態に関与している可能性が考えられた。IL-6およびIL-8と遺伝子変異、病型または重症度との関係について、症例数を増やした検討を行う予定である。既にGaucher病患者およびその他のライソゾーム病患者の皮膚線維芽細胞における培養上清中の炎症性サイトカインについてELISAにより検討し、Gaucher病とGM_1ガングリオシドーシスの少なくとも一部の患者においてinterleukin(IL)-6およびIL-8の産生増加を認めている。現在、Gaucher病患者、特に異なる遺伝子変異をもつ症例の皮膚線維芽細胞を他大学の協力を得て収集中であり、遺伝子変異、病型または重症度との関係について症例数を増やした検討を実施中である。また遺伝子変異の数が多いGM_1ガングリオシドーシスについても患者培養皮膚線維芽細胞を収集中である。Gaucher病の変異酵素蛋白を安定化することにより酵素活性を上昇させる低分子基質類似体に関しては、患者培養皮膚線維芽細胞を用いて14種類の類似体についてその活性上昇作用を調べ、作用の強い類似体を探し至適投与濃度の検討を行った。その結果を患者皮膚線維芽細胞培養上清中のサイトカイン濃度と比較したところ、サイトカインの上昇パターンが異なる患者間で酵素活性を上昇させる至適類似体および至適投与濃度が異なっていることを発見した。今後、サイトカインが上昇していた遺伝子変異をもつ培養皮膚線維芽細胞に対してその低分子基質類似体を投与し投与前後のサイトカインの変化を検討する予定である。N188S変異をもつ3型Gaucher病患者およびnt1447(del20)&(insTG)の2型Gaucher病

患者においてinterleukin(IL)-8の上昇を認めた。IL-6は3型および2型患者においては明らかな上昇はなく、非神経型の1型患者において上昇していた。患者間での差が大きいため、変異酵素による恒常的な異常ではなく、サイトカイン産生に関する個体差が間接的に病態に関与している可能性が考えられた。変異酵素蛋白を安定化することにより酵素活性を上昇させる低分子基質類似体については多種類の類似体を投与してその活性上昇作用を調べた結果、酵素活性上昇作用と遺伝子型との間に相関性を認めた。Gaucher病以外のライソゾーム病ではGM_1ガングリオシドーシスの一部の患者においてIL-6およびIL-8の著明な増加を認めた。
血管平滑筋の収縮弛緩調節機序

血管平滑筋における所謂latch bridgeの分子機序を研究する目的で、その実験モデルを作製するため、ウサギ大動脈Triton X-100処理スキンドファイばーをCa^<2+>により収縮させた後、ADPを含むph6.0の酸性溶液で30-40分間処理するとミオシン軽鎖LCの高度のリン酸化を伴ったCa^<2+>非依存性持続的張力を発生することを見出し、その特性について昨年度報告した。今年度はその分子機序について引き続き研究した。ウサギ大動脈標本では弾性要素の寄与が大きく、quick-release法による解析はできなかったが、細い腸間膜動脈標本を用いて検討したところ、Ca^<2+>非依存性の持続的張力はactiveな過程により怠起されることが明らかになった。短縮速度はCa^<2+>依存性の場合の約半分であり、これが高度のLCりん酸化によるものなのか、短にpH6.0の溶液で処理したためなのかはさらに検討しなければならない。次に[γ-^<32>P]ATPを用いてLCりん酸化部位を標識し、SDS-PAGE及びelectroblottingにより単離した標識LCをトリプシン限定分解後、標識部位を含むペプチドのマッピングを行うとCa^<2+>による収縮の場合と同様のペプチドマッピングパターンが得られ、酸性ADP溶液処理後のりん酸化はミオシン軽鎖キナーゼ活性によると考えられた。更にCa^<2+>による収縮標本及び酸性ADP溶液処理標本でのりん酸化LCの脱りん酸化速度を測定したところ、後者の場合は前者の約1/20であることが判った。即ち、酸性ADP溶液で処理することによりLCホスファターゼ活性が著しく抑制され、そのために高度りん酸化レベルを伴った持続的張力発生が生じると推定される。一方、平滑筋の収縮弛緩調節機構を再検討する手始めとして、ニワトリ砂嚢よりミオシンBをとり、江橋の方法によりこのミオシンBを脱感作した。この際に取り除かれた成分より脱感作ミオシンBをCa^<2+>感受性にする因子を精製した。この因子はカルモデュリン依存性であること、MLCK活性を示すこと、SDS-PAGE上での移動度はMLCKとほぼ同じであることなどが判った。LCりん酸化は今迄唱えられているように収縮に本質的なのかあるいは単なる随伴現像なのか、多角的に検討して行きたい。