hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
再構成可能システムとGPUによる複合型高性能計算プラットフォーム

・FPGAとGPUを連携させた多重複合型計算ノード上でGPUとFPGAの両デバイス間の直接データ転送をFPGA主導でCPUの助けなしに実施するモジュールの開発を行ない、FPGA間直接光通信モジュールの開発を行った。宇宙物理学分野の重要アプリケーションである宇宙初期天体形成における輻射輸送問題をFPGA上に実装し、GPUより高い性能を得ることを確認した。対象問題が大きい場合はFPGAとGPUの性能はほぼ等しいが、並列度を上げて1デバイス当たりの対象問題を小さくした場合、GPUの性能はCPUと大きな差がないくらいまで低下するが、FPGAではほぼ一定の性能が問題サイズに関わらずに得られることを示した。・FPGAとGPUから構成される大規模なシステムにより、数値計算プログラムを高速化する場合に、実行前に実行性能を簡単に評価するためのツールを構築した。また、FPGAによる現実的なプログラムの加速についていくつかのアプリケーションに対してケーススタディを行った。・対向FPGAにおける40Gbps光通信、PCIe Gen3 x8経由での通信実験を行ない、開発した基礎モジュールの動作確認を行った。次に、PCIeパケットのカプセル化とルーティング情報の付加により、光通信とPCIe通信が混在するネットワーク下でのFPGA通信について提案し、パケットが問題なく伝達されることを確認した。・これまでに開発したデータフローコンパイラの拡張、特に、対象アプリケーションに適した数値フォーマットによるハードウェア処理について検討を行い、その実施に着手した。・FPGAによるアクセラレータの実現として,これまで用いられてきたPCIeに加え,キャッシュコヒーレントなFPGA接続技術としてQPI,CAPIおよびOpenCAPIについて検討した。・GPUとFPGAの連携部分、FPGA間直接光通信システムについては開発した上で性能評価、論文化も行い、成果を出すことができた。・対向FPGAにおける40Gbps光通信、PCIe Gen3 x8経由での通信実験を行ない、開発した基礎モジュールが機能的・性能的に正しく動作することがわかった。・FPGAとGPUから構成される大規模なシステムにより、数値計算プログラムを高速化する場合に、実行前に実行性能を簡単に評価するためのツールを構築することができた。・これまで開発してきたデータフローコンパイラの拡張を行い、対象アプリケーションに適した数値フォーマットによるハードウェア処理の実施に着手した。・キャッシュコヒーレントなFPGA接続技術としてQPI,CAPIおよびOpenCAPIについて検討を進め、それに対応した開発フレームワークとしてOPAE,SNAPをベースにOpenCLによる実装の検討が終わった。申請時に想定していた計画に従い,残り2年の研究を遂行できる見込みである。特に、筑波大学計算科学研究センターに導入されたCygnusスーパーコンピュータは、本研究のコンセプトに合致した新型のスーパーコンピュータであり、各計算ノードにGPUとFPGが混載されている。2019年度以降は、このプラットフォームを積極的に用いることで研究を大幅に進捗させることが可能と見込まれる。同システムの運用を行う筑波大学学際共同利用プログラムに本プロジェクトでの利用を申請し、採択されている。FPGAを効率的に利用する部分再構成、データフローを意識したコンパイラの実装については計画通りに開発を進め、筑波大学ののCygnusシステム上での実装を進める。FPGAによる高速ネットワークスイッチ実装については、最新のFPGA上の通信性能を活かすための研究を継続する。

特に、筑波大学計算科学研究センターに導入されたCygnusスーパーコンピュータは、本研究のコンセプトに合致した新型のスーパーコンピュータであり、各計算ノードにGPUとFPGが混載されている。2019年度以降は、このプラットフォームを積極的に用いることで研究を大幅に進捗させることが可能と見込まれる。同システムの運用を行う筑波大学学際共同利用プログラムに本プロジェクトでの利用を申請し、採択されている。FPGAを効率的に利用する部分再構成、データフローを意識したコンパイラの実装については計画通りに開発を進め、筑波大学ののCygnusシステム上での実装を進める。FPGAによる高速ネットワークスイッチ実装については、最新のFPGA上の通信性能を活かすための研究を継続する。
高感度質量分析法を用いた尿ペプチドミクスによる前立腺癌の新規標的分子の探索

MALDI-TOF/MSを用いた直腸診後尿のペプチド解析では前立腺癌患者尿中に有意なピークを複数認め、その一つとして新規PSA C末断片(アミノ酸配列:YTKVVHYRKWIKDTIVANP)(以降2331Daペプチド)を同定した。本研究ではMALDI-TOF/MSによる2331Daペプチドの定量分析系の再構築を行った。さらに2331Daペプチドの癌組織および細胞内発現をドットプロット法にて確認した。また尿中去勢低抵抗性癌のマーカー探索の基盤としてアンドロゲン依存性前立腺癌細胞株と非依存性亜株を用いた解析では、神経突起の発生や酸化還元反応に関与するタンパク質の発現変化を認めた。2)前立腺マッサージ後尿中にMALDI-TOF/MS法でPSA C末断片m/z2332を検出し得た症例の前立腺全摘組織からPSA C末断片m/z2332特異的抗体を用いたDot Blot法でPSA C末断片m/z2332を検出できた。従って、前立腺組織でPSA C末断片m/z2332が発現していることが強く示唆された。上記の通りの結果が得られている。前立腺マッサージ後尿中のPSA C末断片m/z2332を臨床応用するために某企業との共同研究にてより簡便で高感度な抗原抗体反応で検出するシステムを構築している。PSA C末断片m/z2332がお互いに重合しやすい性質を有しており、その構築にすこし難渋している。また汎用性MALDI機器をもちいた定量解析法を構築しており、この測定法との相関性を検討中である。前年度、前立腺マッサージ後尿(前立腺がん5例、前立腺肥大症5例)からDifferential Solubilization法で抽出したタンパク質・ペプチドを二次元電気泳動法にて網羅的な解析を行ったところ前立腺がん患者のみに見られるスポットを検出したが、今年度は現在、前立腺マッサージ後尿(前立腺がん5例、前立腺肥大症5例)を用いた多重アミン特異的同位体(iTRAQ)試薬による網羅的な相対解析にてより前立腺がん特異的なペプチド・タンパク質の同定を試みた。去勢抵抗性前立腺癌の診断に有用なマーカー候補を尿中分泌タンパク質から同定する目的で、アンドロゲン依存性前立腺癌細胞株とそのアンドロゲン非依存性の亜株の培養上清液を用いて多重アミン特異的同位体(iTRAQ)試薬による網羅的な解析を行い、ターゲット候補を絞った。その結果、低酸素ストレスなどに関わるタンパク質が多数同定された。現在、去勢抵抗性前立腺癌患者の尿を収集し、多重アミン特異的同位体(iTRAQ)試薬による網羅的な相対解析を進めている。解析に時間を要しているため。前立腺がん患者および前立腺肥大症患者の前立腺マッサージ後尿を検体としMALDI-TOF/MSを用いて網羅的ペプチド解析を実施したところ、前立腺がん患者尿において有意にシグナル強度を認めるピークシグナルを複数認め、その一つとしてPSA C末断片m/z2332を同定した。本研究では汎用性MALDI機器を用いたPSA C末断片m/z2332の定量解析法を構築した。臨床応用可能かつ簡便で高感度な抗原抗体反応によるPSAC末断片m/z2332の検出系の開発も試みたが、PSA C末断片m/z2332の易凝集性能のためmonoclonal抗体を用いたPSA C末断片の検出は確立することに未だに至っていない。今後の更なる検討が必要となっている。また、前立腺マッサージ後尿(前立腺がん5例、前立腺肥大症5例)を用いた多重アミン特異的同位体(iTRAQ)試薬による網羅的な相対解析を行い、癌特異的なタンパク質・ペプチドの同定を試みたが、こちらも再現性に乏しい結果となった。これらの課題には、前立腺マッサージ後尿に含まれる特有の阻害要因が想定されるが、その因子の特定・同定には至っていない。今後、生理学的な観点から、本因子の特定・同定が必要となっている。また、去勢抵抗性前立腺癌の診断に有用なマーカー候補を尿中分泌タンパク質から同定する目的で、アンドロゲン依存性前立腺癌細胞株とそのアンドロゲン非依存性の亜株の培養上清液を用いてiTRAQ試薬による網羅的な解析を行ったところ、酸化ストレスに関わるタンパク質が同定された。抽出されたタンパク質の発現や機能を調査し、新たな実験計画の立案を開始している。前立腺マッサージ後尿(前立腺がん5例、前立腺肥大症5例)からDifferential Solubilization法で抽出したタンパク質・ペプチドを二次元電気泳動法にて網羅的な解析を行ったところ前立腺がん患者のみに見られるスポットを検出した。現在、多重アミン特異的同位体(iTRAQ)試薬を用いた網羅的な相対解析にてより前立腺がん特異的なペプチド・タンパク質の同定を試みている。

また、現在PSA C末断片m/z2332に対する特異的な抗体を用いた臨床応用可能な検出系の開発を企業と行っており、多検体を用いた同断片の有用性の検討を行う準備をしている。また前立腺全摘標本から作製したtissue microarrayを作成済みでこれを用いた免疫染色による発現検討も行う予定である。汎用性MALDI機器をもちいたPSA C末断片m/z2332定量解析法を構築しており、この測定法とPSA C末断片m/z2332を臨床応用するためのより簡便で高感度な抗原抗体反応で検出するシステムとの相関性を検討予定である。前立腺マッサージ後尿(前立腺がん5例、前立腺肥大症5例)を用いた多重アミン特異的同位体(iTRAQ)試薬による網羅的な相対解析を施行中であり、癌特異的なタンパク質・ペプチドの同定を試みる予定である。さらには去勢抵抗性前立腺癌患者の尿を収集し、多重アミン特異的同位体(iTRAQ)試薬による網羅的な相対解析を進め、去勢抵抗性癌の分子マーカーの同定と変異機序に関わる分子の探索を試みる予定である。前立腺癌
位置情報に対する細胞集団の向きを変換する機構

平面内細胞極性の形成過程において、非典型的カドヘリンDachsous(Ds)の勾配は方向情報として機能し、個々の細胞の極性の担い手である7回膜貫通型受容体Frizzled(Fz)などの非対称局在の向きを制御する。しかしながら、ショウジョウバエの翅と複眼で、Ds勾配に対するFz局在の向きは反対になっており、Ds勾配とFz局在を繋ぐ機構には不明な点が多い。我々は、実験と数理モデルを融合した研究を実施し、Prickle(Pk)とそのアイソフォームであるSpiny-legs(Sple)の発現比の違いにより、Ds勾配に対するFz局在の向きが変換される分子機構を明らかにした。組織を構成する細胞は、組織全体におよぶ“位置情報"を読み取ることにより、ある特定の軸に沿って極性化することが知られている。この現象は平面内細胞極性(planar cell polarity, PCP)と呼ばれ、上皮細胞の頂底軸(apico-basal軸)に直交する極性として定義される。PCPの形成過程において、非典型的カドヘリンDachsous(Ds)の勾配は位置情報として機能し、個々の細胞の極性の担い手である7回膜貫通型受容体Frizzled(Fz)などの非対称局在を制御する。しかしながら、ショウジョウバエの翅と複眼で、Ds勾配に対するFz局在の向きは逆になっており、Ds勾配とFz局在を繋ぐ機構には不明な点が多い。これまでに申請者は、「Prickle(Pk)とそのアイソフォームであるSpiny-legs(Sple)の発現比」と「両分子の細胞内局在の違い」がこの謎を解く鍵となることを見出している。我々は、PkまたはSpleの機能と細胞内局在の違いを明らかにすることを目的とし、PkまたはSpleに結合する分子の探索を行った。その結果、Spleアイソフォーム特異的なN末端領域(Sple-N)が非典型的カドヘリンであるDsの細胞内領域(Ds-ICD)と相互作用することを見出した。また、Sple-NとDs-ICDの様々な欠失変異体を作製し、それぞれの結合領域を決定した。PkとSpleの両方と相互作用する分子を同定することに成功しており、両Pkアイソフォームとこの結合分子との間に遺伝学的相互作用があることも見出している。上述の生化学的解析に加え、これまでに独自に作成したPCPの数理モデルを改良することにより、新たなPCPの数理モデルを構築した(北海道大学秋山正和博士との共同研究)。平面内細胞極性(planar cell polarity, PCP)の形成過程において、非典型的カドヘリンDachsous(Ds)の勾配は位置情報として機能し、個々の細胞の極性の担い手である7回膜貫通型受容体Frizzled(Fz)などの非対称局在を制御する。しかしながら、ショウジョウバエの翅と複眼で、Ds勾配に対するFz局在の向きは反転しており、Ds勾配とFz局在を繋ぐ機構には不明な点が多い。これまでに我々は、「Prickle(Pk)とそのアイソフォームであるSpiny-legs(Sple)の発現比」と「両分子の細胞内局在の違い」がこの謎を解く鍵となることを見出している。我々は、PkおよびSpleと相互作用する分子として非典型的ミオシンDachsを見出している。DachsのSple結合領域を探索したところ、Dachsの中央に位置するMyosin domainがSpleとの相互作用に重要であることが明らかとなった。また、発生過程におけるSpleの非対称局在はDsのみならずDachsにも依存することが明らかとなった。上述の実験に加えて、北海道大学秋山正和博士との共同研究により数理モデルを用いた解析を行った。ショウジョウバエ翅の様々な発生段階においてSpleの過剰発現を行うと、異なるPCP表現型(翅毛の配向性の異常)が観察される。我々は、実験とシミュレーションの相互検証により、Spleの非対称局在が幼虫期(蛹期の前段階)において既に観察されること、さらに幼虫期または蛹期の初期(蛹化後20時間以前)におけるコアグループの僅かな偏りの違いが上述のPCP表現型の違いの原因であることを明らかにした。また、実験で得られる様々なPCP表現型をシミュレーションにおいて再現できることを確認した。これまでに我々は、ショウジョウバエ翅において、Spleの非対称局在は非典型的カドヘリンDachsous(Ds)と非典型的ミオシンDachsに依存すること、さらに、このSpleの非対称局在は蛹期のみならず幼虫期においても観察されることを見出している。Spleの局在化機構およびDsの発現パターンに関する研究を実施し、以下の結果を得た。(1)翅成虫原基におけるSpleの非対称局在は、コアグループ遺伝子の欠失またはノックダウンによる影響を受けなかった。翅成虫原基におけるSpleの非対称局在は、コアグループに依存しないことが明らかとなった。(2)SpleのN末端領域(Ds結合領域)にEGFPを融合させた分子(EGFP-Sple-N)の細胞内局在を解析した。EGFP-Sple-Nは、幼虫期の翅成虫原基では細胞膜に局在するのに対し、蛹期の翅では主に細胞質に局在した。幼虫期と蛹期において、Spleの局在制御機構が異なる可能性が示唆された。(3)SpleのN末端領域のアミノ酸

配列解析から、Spleと物理的に相互作用することが予想される分子群をピックアップし、これらの分子とSpleとの遺伝学的相互作用を解析した。(4)我々は、中胸背板におけるSple過剰発現により、中胸背板の後部領域においてのみPCP(背毛の向き)の逆転が起きることを見出している。翅成虫原基の将来中胸背板となる領域におけるDs発現パターンを解析したところ、前部と後部の境界において最も高い発現が観察された。これは、上述の実験結果から導き出された我々の仮説を支持するものであった。平面内細胞極性の形成過程において、非典型的カドヘリンDachsous(Ds)の勾配は方向情報として機能し、個々の細胞の極性の担い手である7回膜貫通型受容体Frizzled(Fz)などの非対称局在の向きを制御する。しかしながら、ショウジョウバエの翅と複眼で、Ds勾配に対するFz局在の向きは反対になっており、Ds勾配とFz局在を繋ぐ機構には不明な点が多い。我々は、実験と数理モデルを融合した研究を実施し、Prickle(Pk)とそのアイソフォームであるSpiny-legs(Sple)の発現比の違いにより、Ds勾配に対するFz局在の向きが変換される分子機構を明らかにした。ほぼ予定通りに研究が進行しており、目標の達成に充分な成果を得ているため。27年度が最終年度であるため、記入しない。発生生物学昨年度、成果の一部を論文として報告した。今後、これまでに得た知見を基に、残りの研究課題について解析を進める。特に、PkとSpleを介したPCP形成の分子機構とPCPの数理モデルに関する研究を中心に進める。ほぼ予定通りに研究が進行し、研究目的を達成するに充分な実験結果を得ているため。研究の関係上、数理モデルを駆使した実験を前倒しで進めたため、より多くの消耗品等の購入が必要な一部の実験を本年度に実施することとしたため。昨年度、ほぼ当初予定していた通りに研究が進行し、Pkアイソフォームと相互作用する分子を複数同定することができた。今後、これらの知見を基に、PCPの分子機構の解析を引き続き行うと共に、独自に作成した数理モデルを駆使したシミュレーション実験も行う。本年度の経費とあわせて研究を効率よく進める。実験の関係上、平成26年度施行予定であった数理モデルの構築を前倒しする形で平成25年度の途中から開始し、代わりに消耗品等の購入が必要な(平成25年度実施を計画していた)一部の実験を本年度(平成26年度)実施することにしたため。研究は、ほぼ予定通り進展している。申請書の計画に従った形で研究を効率よく進める。
体節分節とかたちづくり

初期発生過程にみられる体節中胚葉の規則正しい分節は、脊椎動物をもっとも特徴づけている発生現象のひとつである。ひと続きの体節中胚葉は、その前方から一対ずつの分節体節を作り出す。このような規則正しいパターンがどのようにして生まれるのかについて解明するのが本研究の目的である。これまでに、形態的分節がある特定の細胞集団からの誘導作用(セグメンターと名付けた)によって引き起こされることなどを見いだしてきた。今年度はセグメンター活性の分子機構について研究を行った。本来の分節化に伴って、L-Fringeは分節境界に沿って発現する。そこでニワトリ胚へのエレクトロポレーション法を用いてL-fringeを強制発現させ、さらに移植操作と組み合わせてこの遺伝子の発現境界を人工的につくったところ、その部位において異所的な分節がつくられた。L-fringeはNotch受容体の糖鎖転移酵素であることがわかっていたので、次に活性型Notch分子を用いて同様の操作を行ったところ、L-Fringeの場合と同様に異所分節が認められた。これらのことから、形態的分節を誘導する細胞群においては、NotchがL-fringeによって糖鎖修飾をうけることによって活性化し、その結果、隣接する細胞に何らかのシグナルを放出することにより、分節化を引き起こしていることが明らかとなった。
唾液腺ならびに歯原性腫瘍の分子病理学的診断

形態のみでは診断確定の困難な症例がまれではない歯原性ならびに唾液腺腫瘍を対象として,客観性のある,精度の高い診断の実施と普及を目指し,形態と特異的な遺伝子やタンパク発現の変化を組み合わせた検討を行っている.歯原性腫瘍では,硬化性歯原性癌の定型的組織像に加えてエナメル上皮腫,明細胞性歯原性癌の組織像を併せ持つ2症例について遺伝子解析を行い,エナメル上皮腫で報告されているBRAFV600E mutation,明細胞性歯原性癌に特異的とされるEWSR1rearrangementのいずれも検出されなかったことから,硬化性歯原性癌は,独立した腫瘍型であり,これまで認識されているよりも多彩な組織像を示し得ることを確認した.新しい腫瘍型である原始性歯原性腫瘍に関しては,多くのエナメルタンパク関連遺伝子を発現しているにもかかわらず,bglapの発現はほとんどなく,象牙質形成異常のために硬組織が産生されないことが示唆された.唾液腺腫瘍では,多くの腫瘍型との鑑別が問題となる多型腺癌を対象として形態ならびに免疫組織化学的特徴をまとめるのに加えて,PRKD1遺伝子のミスセンス変異を確認した.乳頭嚢胞状構造を共通する特徴とし,鑑別が問題となる乳頭状唾液腺腺腫,導管内乳頭腫,嚢胞腺腫/腺癌,乳頭状粘液腫瘍を対象として組織学的特徴と遺伝子変異について検討した.その結果,乳頭状唾液腺腺腫の2/3以上の症例で共通して生じている変異を明らかにし,また,乳頭状粘液腫瘍でも80%以上に別の特異的な遺伝子変異が明らかとなった.両側耳下腺に典型的なWarthin腫瘍が存在し,片側には組織学的に粘表皮癌も発生していることが疑われた症例については,CRTC1-MAML2融合遺伝子を同定し,粘表皮癌の同時発生を確定した.唾液腺腫瘍,歯原性腫瘍ともに前年度から継続している課題に加えて,新たな腫瘍型を対象とした検討を行い,論文作成,学会発表などを行うことができた.一方で,当初計画していた腫瘍型間での検討は,結果を得るまでには至っていない.昨年度までの検討を継続して行う.また,腺扁平上皮癌と粘表皮癌,多形腺腫と上皮筋上皮癌,腺様嚢胞癌,明細胞癌と明細胞型粘表皮癌などの鑑別については,症例数を増やし,免疫染色との対応も含めて結果をまとめる.歯原性腫瘍に関しても,腫瘍特異的な遺伝子変化を検討し,組織所見との対応を図り,最終的なまとめを行う.組織像が多彩で,異なる腫瘍型間に共通する組織像の存在や炎症による修飾のため,形態のみによる確定診断が困難な症例がまれではない唾液腺ならびに歯原性腫瘍を対象に,客観性のある,精度の高い病理診断の実施を目指し,形態とタンパク発現に融合遺伝子などの遺伝子を対象とした検討を行っている.平成29年度は,これまでの知見を実際の症例に応用し,論文作成と学会発表を行った.形態学な共通性の多い腺性歯原性嚢胞と顎骨中心性粘表皮癌についてPCRによるCRTC3-MAML2の検出とFISHによるMAML2再構成の確認により,腺性歯原性嚢胞から粘表皮癌が発生したことを証明した.また,腺上皮と筋上皮細胞からなり,細胞異型に乏しく,被膜で囲まれて良性腫瘍を思わせる唾液腺腫瘍についてMYB再構成をFISHで確認し,腺様嚢胞癌の診断を確定した.WHO2017で新規に採択された原始性歯原性腫瘍について形態学的な特徴をタンパク発現も加えて検討し,論文とした.この症例を含めた複数例の遺伝子解析は他施設で実施中である.エナメル上皮腫については,BRAFV600Eの発現とそれを標的とした分子標的治療の可能性を検討するため,まず,培養細胞を樹立し,その特性を解析した.融合遺伝子の形成によるタンパク発現の異常を対象とした免疫染色所見が診断補助として有用であるかを検討するため,2つの腫瘍型について検討した.CRTC1-MAML2の下流に位置するamphiregulinの発現を融合遺伝子陽性と陰性の粘表皮癌症例を対象として検討した結果,CRTC1-MAML2陽性5症例では4例でamphiregulinの過剰発現を認め,一方、陰性8例では過剰発現は1例のみであった.ETV6-NTRK3融合遺伝子の存在が特徴である分泌癌についてはリン酸化STAT5の発現を検討し,分泌癌2例は陽性,腺房細胞癌,多形腺腫,粘表皮癌10症例は,いずれも陰性であった.実際の症例に対して融合遺伝子の検索により診断を確定することができた.遺伝子異常によるタンパク発現を用いることによる診断の補助についても検討を行っている、形態のみでは診断確定の困難な症例がまれではない歯原性ならびに唾液腺腫瘍を対象として,客観性のある,精度の高い診断の実施と普及を目指し,形態と特異的な遺伝子やタンパク発現の変化を組み合わせた検討を行っている.歯原性腫瘍では,硬化性歯原性癌の定型的組織像に加えてエナメル上皮腫,明細胞性歯原性癌の組織像を併せ持つ2症例について遺伝子解析を行い,エナメル上皮腫で報告されているBRAFV600E mutation,明細胞性歯原性癌に特異的とされるEWSR1rearrangementのいずれも検出されなかったことから,硬化性歯原性癌は,独立した腫瘍型であり,これまで認識されているよりも多彩な組織像を示し得ることを確認した.新しい腫瘍型である原始性歯原性腫瘍に関しては,多くのエナメルタンパク

関連遺伝子を発現しているにもかかわらず,bglapの発現はほとんどなく,象牙質形成異常のために硬組織が産生されないことが示唆された.唾液腺腫瘍では,多くの腫瘍型との鑑別が問題となる多型腺癌を対象として形態ならびに免疫組織化学的特徴をまとめるのに加えて,PRKD1遺伝子のミスセンス変異を確認した.乳頭嚢胞状構造を共通する特徴とし,鑑別が問題となる乳頭状唾液腺腺腫,導管内乳頭腫,嚢胞腺腫/腺癌,乳頭状粘液腫瘍を対象として組織学的特徴と遺伝子変異について検討した.その結果,乳頭状唾液腺腺腫の2/3以上の症例で共通して生じている変異を明らかにし,また,乳頭状粘液腫瘍でも80%以上に別の特異的な遺伝子変異が明らかとなった.両側耳下腺に典型的なWarthin腫瘍が存在し,片側には組織学的に粘表皮癌も発生していることが疑われた症例については,CRTC1-MAML2融合遺伝子を同定し,粘表皮癌の同時発生を確定した.唾液腺腫瘍,歯原性腫瘍ともに前年度から継続している課題に加えて,新たな腫瘍型を対象とした検討を行い,論文作成,学会発表などを行うことができた.一方で,当初計画していた腫瘍型間での検討は,結果を得るまでには至っていない.引き続き,非特異的な組織像を呈し,鑑別の困難な腫瘍症例を収集して実際の症例への応用を増やすのに加えて,歯原性腫瘍については,本年度に準備をしているエナメル上皮腫や原始性歯原性腫瘍の遺伝子異常について検討を進める.また,タンパク発現に関しても,腫瘍型,症例数を増やして検討を進める.昨年度までの検討を継続して行う.また,腺扁平上皮癌と粘表皮癌,多形腺腫と上皮筋上皮癌,腺様嚢胞癌,明細胞癌と明細胞型粘表皮癌などの鑑別については,症例数を増やし,免疫染色との対応も含めて結果をまとめる.歯原性腫瘍に関しても,腫瘍特異的な遺伝子変化を検討し,組織所見との対応を図り,最終的なまとめを行う.適切な抗体などの検討と購入に時間を要したためである.平成30年度に予定している抗体などを購入する.抗体やFISHに用いる試薬について検討と購入に時間を要したためである.2019年度に予定している試薬などの購入に使用する.
遠隔制御型植物育成システムを利用した理科実験プログラムの開発と その実践

離れた場所から遠隔操作ができるインターネット制御型植物育成システム(アイテラリウム)を利用して,初等・中等理科教育における理科実験教材の開発とその指導プログラムを考案した。ファストプランツの要素欠除試験,アサガオの短日栽培,光合成のデンプン生成におけるヨウ素デンプン反応の量的可視化,キアゲハの生育などの教材化を行い,そのうち,要素欠除試験については高校生にアンケートを行い,植物の長期栽培における生徒の意識を構造方程式モデリングで表わし,その教育的効果を検証した。本研究の目的は,学校の理科授業で敬遠されがちな生物の長期観察を支援する試みとして,遠隔制御型植物育成システム「アイテラリウム」を利用して,その教育的効果を検証しようとするものである。アイテラリウムは,インターネットを通じて,日照,温度,土壌水分含量などを自由に制御でき,かつウエブカメラを装備していることから,携帯電話等から遠隔操作で管理,画像の撮影,蓄積などが容易にでき,理科授業の新たな一手法として,その試みは価値が高いと考えられる。そこでまず理科の授業において,植物の長期観察に関する実験を検討するとともに,昆虫などの小動物の観察をも手軽に行うことができる理科実験プログラムを作成することとした。平成22年度は,アイテラリウムを利用した植物に関する理科実験の検討として,ファストプランツを用いた植物の要素欠除試験に取り組んだ。大学における予備実験ののち,東京都内の高等学校において,N,P,K,Ca,Mg,Feなどを欠いた培養液を用いファストプランツを水耕栽培し,植物体にどのような症状が現れるのかを遠隔操作によって経時的に観察し,記録を取らせた。その結果,生徒は放課後や帰宅後の時間を利用して,自由に都合の良い時間に,高校の理科室に設置されたアイテラリウム内のファストプランツを観察し,ウエブカメラを操作することにより,完全区との比較を行い,欠除区の様子を画像として保存することができ,長期にわたる観察においても,大きな負担を感じることなく栽培,実験を行なうことが可能であった。また,大学構内で採卵したキアゲハをアイテラリウム内で飼育し,モンシロチョウに替わる長期飼育の生物教材としての可能性を検討した。キアゲハは,北海道では2化性であるが,孵化,蛹化,羽化率が高く,糞の処理も容易であることから,アイテラリウムを利用した長期観察には好都合であることが確認された。今年度は,昨年度に引き続いて,アイテラリウムを利用した植物に関する理科実験の検討として,ファストプランツを用いた植物の要素欠除試験に取り組んだ。大学において,N,P,K,Ca,Mg,Feなどを欠いた培養液を用いファストプランツを水耕栽培し,植物体にどのような症状が現れるのかを遠隔操作によって経時的に観察し,記録を取った。その結果,昨年度と同様の結果が得られ,本システムを利用しての理科実験プログラムの有効性が確認できた。この成果は,昨年度の結果と合わせて,日本理科教育学会の「理科教育学研究」に投稿し受理された。更に,今年度は高等学校生物の教科書に必ず掲載されている,植物の日長(短日・長日処理)に関する実験をアサガオを用いて行い,本システムを利用することによって,短日処理の効果を容易に確認することができた。また,大学生にICT機器と生物の長期観察に関する意識調査を行い,将来,教員志望の学生の意識を探った。アンケート調査の結果を因子分析した結果,「動植物の育成への興味・関心」,「理科の授業においてのICT機器の活用」,「理科においての栽培・飼育の重要性」,「生物育成システムの有効性」の4つの因子を抽出することができた。今年度は,小・中学校の生物分野における観察・実験として定番である植物の光合成によるデンプンの生成に焦点を当てる。この実験はアルコール検出法やたたき染め方が一般的であるが,デンプンの生成量を量的に示すところまでには至っていない。そこで今回,アイテラリウムを利用して,この実験を検討することととした。

2台のアイテラリウムで照度を変えた条件でアサガオを生育し,20分毎に葉を採取し,アルコール抽出法でヨウ素デンプン反応を調べ,青紫色に呈色した葉をデジタル処理し,呈色した面積をソフトで測定し量的に示した。その結果,照射開始後,徐々にデンプンの生成が確認され,照射1時間後の9:00,10:00の黒比率は79.98%,83.87%となった。11:00以降,光を照射して3時間でほぼ葉全体にデンプンができることがわかった。このように,アイテラリウムを使用することで安定的な光の照射とともに,教師の長期栽培の管理の省力化を図ることもでき,本システムを利用しての理科実験プログラムの有効性が確認できた。この成果は,日本科学教育学会の全国大会(東京理科大学)および北海道・東北支部大会にて発表を行った。平成23年度は,アイテラリウムを利用して,植物のみならず小動物(昆虫)の長期飼育の実験を行う予定であったが,植物だけの実験を行うにとどまり,小動物の長期飼育には至らなかった。しかしながら,24年度に計画していた生物の長期観察に関する意識調査を,今年度,大学生に対して行うことができた。そのため,ICT機器を生物の長期栽培・飼育に用いる際の意識を探ることができ,当初の予定は,おおむね達成できていると評価した。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに,数種類の生物を長期的に栽培・飼育したことで,アイテラリウムを教育現場で活用する可能性が示唆された。そこで,最終年度である24年は,中学生や高校生を対象として,大学に設置したアイテラリウムを使用して,遠隔栽培を実施し,本実験システムと作成した授業プログラムの有効性を検証する。
スワールブレ-カによる旋回失速のアクティブコントロール

案内羽根無し、あるいは案内羽根付きディフューザ内で発生する旋回失速は、ポンプや送風機、圧縮機の安定的な運転可能範囲を狭めるだけでなく、それにより生じる非軸対称な流体力が軸受けにも深刻な損傷を与える。そのため、これまでに多くの研究が行われ、この不安定現象を抑制するための方法が探求され提案されてきた。しかしながら、これまでに提案された方法のほとんどが複雑なメカニズムを必要としているため、ターボ機械の全体効率を減少させてしまっている。そこで本研究では羽根付き、および羽根無しディフューザ内の旋回失速を受動的に制御し抑制するために、浅い放射状の溝を用いた新しい機構であるスワールブレ-カを提案し、これをディフューザ壁面上に設けた場合の旋回失速に及ぼす効果を明らかにすることを目的としている。まず始めに、内外径比の異なる2種類の羽根無し平行壁ディフューザについて、旋回失速の基本的特性を実験的に解明している。その後、これにスワールブレ-カを取り付け、その効果を確認した。その結果、ほとんど全ての流量範囲で、3mmの深さのスワールブレ-カを片側の側壁に取り付けた場合には、羽根無しおよび羽根付きディフューザの旋回失速を完全に抑制できることが明らかとなった。また両側壁上わずか1mmの深さのスワールブレ-カを取り付けた場合でも、旋回失速を抑えることができた。放射状の溝のこのような強い効果の原因としては、主流と溝内を通過した流れの混合による周方向速度の大幅な低下と、溝内の逆流による半径方向速度の著しい増加の2つが考えられることを理論的に示した。また、スワールブレ-カによる水力損失の増加量も実験により確認している。ターボ形流体機械の運転範囲の拡大に伴い、部分流量運転時に発生する旋回失速が大きな問題になっている。ポンプや送風機、圧縮機に旋回失速が生じると回転系の異常振動や騒音を発生させ、軸受けが損傷を受けたり運転不能に陥ったりする。本年は、羽根無しディフューザに生じる旋回失速を対象とし、ロケットポンプで開発されたスワールブレ-カ技術を応用して、旋回失速を抑制する方法について検討した。先ず、中心に旋回流を起こすために遠心送風機を設けた内外径比r_1/r_2が4.8で流路幅が0.03r_2の軸対称平行壁羽根無しディフューザについて、旋回失速の発生状況を明らかにした。周方向に位置を変えた壁面圧力を半導体圧力変換器により、また内部の流速を熱線流速計により非定常測定することで内部の流れ状態を明らかにした。その結果、流れ角αが722°の範囲ではディフューザ外周付近に中心を持つ異なる向きの2組の渦が主流に重なり比較的高速に回転するセル数2の旋回失速を起こすことが分かった。また310°の範囲では羽根車の1箇所から半径方向に流体が噴出し、ディフューザ内を貫流する伝播回転速度の遅いセル数1の流れが主流に重なっていることが明らかになった。そこで、ディフューザの片面に深さ3mmの溝を放射状に設けた場合について、この旋回失速の低減効果を調べた。その結果、溝幅が0.017r_2で溝数8本以上ではセル数2の旋回失速を低減し、流れを定常軸対称の状態に改善できる事が分かった。さらにディフューザ入口に直径5mmの円柱を軸と平行に取り付けた場合も試みた。やはりセル数2の旋回失速が低減出来たが、円柱の下流には固定した失速域を生じた。そこで、今後はより損失の少ない効果的な旋回失速抑制方法を明らかにしていく予定である。初めに内外径比の異なる2種類の平行壁羽根無しディフューザについて、流量を変えることにより入口流れ角を変化させ、旋回失速の発生とその状況を明らかにした。

内外径比が2.0のディフューザでは、平均流れ角が15°よりも小さい範囲で旋回失速を起こし、その中でも角度の大きな領域ではセル数が2、角度の小さな範囲ではセル数が3の旋回失速が確認された。内外径比が4.78の出口径が大きなディフューザでは、流れ角が25°よりも小さな領域で旋回失速が発生した。その中でも角度の大きな領域では、セル数の2の旋回失速が表れ、小さな領域ではセル数1が表れた。また、その中間の角度の領域では、両者が混在する遷移領域が存在した。この2種類のディフューザにスワールブレ-カを取り付け、旋回失速かどうか変化するかを調べた。スワールブレ-カはディフューザ内壁面に幅10mm、深さ3mmの溝を放射状に設けたもので、溝の本数と長さを変えた数種類について調べた、。内外径比が2.0のディフューザに、入口から出口かで上下両壁面に16本ずつ調べた場合には入口流れ角の大きな領域で見られたセル数2の旋回失速がほぼ完全に抑制された。セル数3の旋回失速についても、その静圧波形の変動の減少から旋回失速が抑制されていることが分かった。次に内外径比が4.78のディフューザにスワールブレ-カを設けた。スワールブレ-カの溝本数を増やすにつれ、旋回失速に伴う圧力脈動は直線的に低下し、上下に22本以上設けることにより、脈動が無くなり、旋回失速が完全に抑制されることが予測できた。また、スワールブレ-カを取り付けることにより、ディフューザ内の流れ角が増加した。さらに、この際のディフューザの損失はディフューザを通過する距離が短くなるため減少することなどを明らかにした。案内羽根無し、あるいは案内羽根付きディフューザ内で発生する旋回失速は、ポンプや送風機、圧縮機の安定的な運転可能範囲を狭めるだけでなく、それにより生じる非軸対称な流体力が軸受けにも深刻な損傷を与える。そのため、これまでに多くの研究が行われ、この不安定現象を抑制するための方法が探求され提案されてきた。しかしながら、これまでに提案された方法のほとんどが複雑なメカニズムを必要としているため、ターボ機械の全体効率を減少させてしまっている。そこで本研究では羽根付き、および羽根無しディフューザ内の旋回失速を受動的に制御し抑制するために、浅い放射状の溝を用いた新しい機構であるスワールブレ-カを提案し、これをディフューザ壁面上に設けた場合の旋回失速に及ぼす効果を明らかにすることを目的としている。まず始めに、内外径比の異なる2種類の羽根無し平行壁ディフューザについて、旋回失速の基本的特性を実験的に解明している。その後、これにスワールブレ-カを取り付け、その効果を確認した。その結果、ほとんど全ての流量範囲で、3mmの深さのスワールブレ-カを片側の側壁に取り付けた場合には、羽根無しおよび羽根付きディフューザの旋回失速を完全に制御できることが明らかとなった。また両側壁上にわずか1mmの深さのスワールブレ-カを取り付けた場合でも、旋回失速を抑えることができた。放射状の溝のこのような強い効果の原因としては、主流と溝内を通過した流れの混合による周方向速度の大幅な低下と、溝内の逆流による半径方向速度の著しい増加の2つが考えられることを理論的に示した。また、スワールブレ-カによる水力損失の増加量も実験により確認している。
ヒト第11番染色体上の放射線感受性遺伝子の同定

ATM遺伝子は放射線高感受性を特徴とするヒト劣性遺伝病アタキシア・テランジェクタシア(AT)の原因遺伝子である。本研究は11番染色体の種々の異なる11q22-23領域を含む放射線ハイブリドパネルを作成し、これをA-T細胞に導入してA-Tの放射線高感受性を正常化する11番染色体上の領域とATM遺伝子を含む領域とが一致するかどうかを実験的に検討するとともに、ATM遺伝子を対象として-T患者における突然変異の解析とヒトゲノム内でATMとの類似配列の探索を行うことである。ヒトのX/11転座染色体を用いて23個から成る11q22-23放射線ハイブリドパネルを作成し、ATM座位近傍に切断点を持つ6個のクローンを同定した。その1つであるM3.6クローンを用いて、これをA-T細胞株に導入する実験を行った。放射線抵抗性を獲得した12クローンは1例を除き、D1S1343D11S144領域を保持しATM領域と一致したが、1例はATM領域を欠いていた。このクローン中のマウスDNAを解析したところ、ヒトATMのマウスホモログAtmがこの放射線抵抗性の原因であることがわかった。これらの結果はATMが放射線感受性遺伝子であることを機能面で裏付けると共に、マウス相同遺伝子が同じ相補活性をもつことを証明した。制限酵素フィンガープリント法で日本人のA-T患者のATM遺伝子を解析した結果、全ての患者で遺伝子変異を見いだし、これが病因変異となっていることを確認した。またATMをプローブにしたサザンブロット解析からは、11番以外のヒト染色体7番、9番、10番染色体上並びに11番染色体上の11q23-ter領域にATMの交雑配列の存在を見いだした。これらはATMと類似の機能をもつ新しい遺伝子である可能性がありその同定に着手している。AT(アタキシア・テランジェクタシア)は放射線高感受性のヒト遺伝病であり、原因遺伝子はヒト11番染色体上にある。染色体11q22-23領域からATの原因遺伝子として単離されたATM遺伝子について、この遺伝子が放射線感受性遺伝子としての特性を有するのかどうかを実験的に検討することを目的とした。ATMを含む5メガベース(Mb)の領域内に0.6-1Mbの間隔で異なる切断点をもったヒト11q22-23染色体断片をもつ5系の放射線ハイブリドクローンのAT相補活性を解析する方法を用いた。以下の結果が得られた。1)供与細胞のうちATM遺伝子を含むM3.6とATMを含まないM12.5から、遺伝的相補性群A群及びC群に属するTAT3BIとTAT5BIに遺伝子導入を行った場合の結果が得られた。2)M3.6を導入した場合には、両細胞株とも放射線抵抗性を獲得し、相補遺伝子がM3.6断片上(GRIA4からD11S351間)に座位することを示し、ATMがその相補遺伝子である可能性高い。3)M12.5を導入した場合、両細胞株において放射線抵抗性を獲得したクローンとそうでないものの両方が観察された。マイクロサテライト座位の多型から、抵抗性株に含まれるヒト染色体断片はATMより500bpテロメア倚りのD11S1818を共通に含んでいた。しかし抵抗性株においてはマウスDNAの同時導入もみられ、なんらかのマウス遺伝子がこの抵抗性に関係する可能性も否定できない。以上、ヒト11番染色体上の放射線感受性遺伝子の位置はATM領域とほぼ一致する知見を得たが、例外クローンについては、これがATM以外のヒト遺伝子かマウス由来の遺伝子かを確定する予定である。

なお購入したミニウエスタンブロットシステムはATM蛋白動態の解析に用いた。細胞の放射線感受性を規定するヒト遺伝子には、齧歯類細胞との種間相補で実験的に得られた8個のXRCC遺伝子群とATM遺伝子がある。ATM遺伝子は放射線高感受性を特徴とするヒト遺伝病アタキシア・テランジェクタシアの病因遺伝子である。ATM遺伝子の座位する第11番染色体上にはこれと類似の機能をもつ遺伝子がある可能性があり、米国での研究でATM座位の近傍に別の放射線感受性遺伝子があることが示唆された。本研究は11番染色体の種々の異なった領域を含む放射線ハイブリドパネルを用いてこの仮説を検討するとともに、A-T患者においてATM遺伝子の突然変異を調べることにより、ATM変異と放射線感受性との遺伝子-表現型解析を行った。用いたハイブリドパネルは我々がX/11転座染色体を用いて作成し、ATM遺伝子の近傍約5メガベース領域内に異なった切断点をもつクローンを選び出したものである。SV40で不死化した2系のA-T細胞株を受容細胞に、総計21の11番微小断片をもつクローンを単離し、放射線感受性、マイクロサテライト法による導入断片マッピングの2つの指標で調べた。放射線抵抗性を獲得した12クローンは1例を除き、D11S144D11S1343を保持しATM領域と一致したが、1例はATM領域を欠失していた。このクローン中のマウスDNAを解析したところ、ヒトATMのマウスホモログAtmがこの相補効果の原因であることがわかった。また日本人A-T患者のATM変異を制限酵素フィンガープリント法で解析し、患者の放射線感受性形質が全てATM上の遺伝子変異に起因することを見出した。本研究でATMが放射線感受性遺伝子であることを確認できたことで、感受性形質を決定する遺伝子変異の特異性を解析する研究に着手している。経費はハイブリド実験のための培養用消耗品とハイブリドクローンおよび変異検出のための薬品、酵素を主とする遺伝子解析用消耗品に用いた。
粒界設計制御に基づく金属間化合物の脆性制御と力学特性の設計制御

将来の高温材料として期待されていながら,その粒界脆性のために開発が遅れている代表的な金属間化合物のNi_3Al多結晶体に対して,Bのような第三元素を添加することなく,材料に含まれる粒界の性格およびその分布(いわゆる,粒界性格分布),粒界の幾何学的配置を設計・制御することにより,粒界脆性が制御しうることが本研究によって確かめられた.Bを含まないNi_3Al(化学量論組成Ni-25at.%Al合金)に対して,帯溶融法を用いた一方向凝固によって作製した多結晶試料.さらにこれを常温圧延加工および焼鈍再結晶させた多結晶試料の力学的特徴と粒界性格分布との関係を調べた.その結果,一方向凝固のままの試料が50%以上の優れた常温延性を示すのに対し,一度常温加工すると延性が急激に低下し,その後の焼鈍再結晶によっても決して脆性が改善されないことが明らかにされた.このような力学的挙動は,一方向凝固試料,加工焼鈍試料の粒界性格分布とよく対応しており,粒界破壊抵抗の大意気低エネルギー粒界の頻度が一方向凝固試料で80%以上になるのに対し,加工後の焼鈍によって急激に低下すること,また粒界クラツクの伝播を阻止しうる低エネルギーのI型粒界三重線の頻度が低エネルギー粒界の頻度低下に伴って低下することによると結論される.本研究の成果は,脆性多結晶材料の粒界脆性制御の基本的原理を与えるものである。
多層化筋線維形成における細胞間ネットワーク解析

心筋は心臓のみに、骨格筋は筋肉に見られる筋線維が網状につながった筋組織である。心臓および骨格筋の発生過程において、筋線維に分化した後ギャップ結合を形成することで、細胞間のネットワークを形成し、最終的に筋組織として同期した拍動を行うと考えられる。発生学的にそのメカニズムの解析は重要であるが、その解析手法がなかった。そこで本研究において、ES細胞から筋線維を分化誘導し、その過程において、筋組織中の単一細胞に、マイクロインジェクション法により種々の物質を導入することで細胞間ネットワーク形成におけるギャップ結合の役割を解析することを究極の目的としている。昨年度までに、マイクロインジェクションに用いるキャピラリーの最適設計、多層化筋線維の拍動パターンを拍動数、拍動の強さに着目して解析した。また、単一筋線維前駆様細胞へEGFP遺伝子を導入し、その後の成長を解析した。そこで、本年度は、単一の筋線維細胞へ種々の物質を導入しギャップ結合を解析することとした。具体的には、拍動が同期している組織中の単一細胞に対して、単一細胞操作支援ロボットを用い、低分子蛍光色素を導入することにより、蛍光を発するエリアと拍動エリアの関係を解析した。その結果、低分子色素の拡散を確認することができた。そこで、種々の大きさの蛍光分子を単一細胞へ導入し、その色素の広がりを解析したところ、デキストランのような高分子(M.W.3.000)の場合では、導入した部位にとどまり色素の拡散は生じなかった。一方、分子量が643のアレクサ488の場合では、色素が広範囲に拡散していく様子が確認された。しかし、拡散の状態は必ずしも一様ではなかったことから、低分子な色素が拡散可能な穴は、常に開いているあるいは閉じている状態というわけではなく、その時の細胞の状態に応じて開いたり閉じたりしているのではないか、と考えられた。心筋は、心臓のみに見られる筋線維が網状につながった筋組織である。心臓の発生過程において、筋線維に分化した後ギャップ結合を形成することで、細胞間のネットワークを形成し、最終的に筋組織として同期した拍動を行うと考えられる。そこで本研究において、ES細胞から筋線維を分化誘導し、その過程において、筋組織中の単一細胞に、マイクロインジェクション法により種々の物質を導入することでギャップ結合を阻害し、細胞間ネットワーク形成におけるギャップ結合の役割を解析することを究極の目的とし、本年度は以下の項目について実施した。1.各種細胞に対するインジェクション用キャピラリーの最適設計マイクロインジェクション法は、扱う細胞の種類により、その細胞に適したキャピラリーを設計する必要がある。そこで、対象とする細胞をES細胞から分化した筋線維細胞として、その細胞に特化したキャピラリーの先端径の太さや形状について最適な設計を行った。2.多層化筋線維の拍動パターン解析スペルミンは拍動率の低下を引き起こすが、ある条件下で作用させると、かなりの高頻度で自律的に収縮運動をする多層筋線維構造を有することを明らかにしている。そこで、発生の各過程における拍動パターンを拍動数(拍動周期)、拍動の強さに着目して解析した。3.単一筋線維前駆細胞への物質注入による筋線維形成の解析多層化筋線維形成の過程において、線総状に細胞が分化する前に球場の細胞が発現することを見出した。この細胞が前駆細胞であることを確認するために、マイクロインジェクション法を用いて球状細胞にEGFP遺伝子を導入し、その後の成長過程を解析した。その結果、球場細胞は培養するにつれて線総状の細胞となり、隣接した細胞と同期して拍動することがわかった。また、線総状の細胞は多核、二股の形状であることから心筋細胞の特徴を有していることがわかった。これらのことから、球状の細胞が筋線維の前駆細胞ではないかと考えられた。

しかし、拡散の状態は必ずしも一様ではなかったことから、低分子な色素が拡散可能な穴は、常に開いているあるいは閉じている状態というわけではなく、その時の細胞の状態に応じて開いたり閉じたりしているのではないか、と考えられた。
COPD増悪に対する間葉系幹細胞を用いた新たな治療法の開発

(1)肺炎球菌感染マウスモデル:8ー10週齢のC57BL/6マウスに対し、血清型6Cの肺炎球菌を経鼻投与した。このモデルは致死的モデルではないが、気管支肺胞洗浄の総細胞数の推移は肺炎球菌投与後12時間と7日目にピークとなる。12時間後は好中球が上昇し、7日後は組織球が上昇する。気管支肺胞洗浄の細菌量は7時間後、肺組織の細菌量は12時間後にピークとなる。(2)マウスに対するMSC投与:マウスMSCは肺炎球菌感染の1時間後に経静脈的に100万個/200μLを投与した。(3)肺炎球菌感染モデルマウスに対するMSC投与:上記の条件で行ったところ、コントロール群に対し、MSC投与群では、24時間後の気管支肺胞洗浄液における総細胞数、好中球数、MPO活性の減少がみられた。また、気管支肺胞洗浄液中のサイトカインを測定したところ、コントロール群に対しMSC投与群では24時間後のTNF-α、IL-6、IFN-γおよび6時間後のGM-CSFが減少していた。さらに、CXCL-1とCXCL-2は24時間後で減少がみられた。また、24時間後の細菌量が減少していた。一方、気管支肺胞洗浄液において、炎症による肺水腫(透過性亢進)の程度を評価するために蛋白量および抗菌蛋白と報告されているlipocalin2の測定をおこなったが、MSC投与群において減少はみられなかった。(4)以上肺炎球菌感染モデルマウスにおける間葉系幹細胞の投与による保護効果を示し、報告した(Cytotherapy, 2018;20:302-313)また、肺気腫モデルに関して、エラスターゼ誘導肺気腫モデルマウスおよび喫煙誘導肺気腫モデルマウスを使用して、肺炎球菌増悪モデルを作成し、間葉系幹細胞の投与効果の検討を試みた。肺炎球菌感染によるCOPD増悪マウスモデルにおいて、間葉系幹細胞(mesenchymal stem cell:MSC)の投与による保護効果を検討するにあたり、下記の検討をおこなった。(4)以上の内容を報告した(Cytotherapy, 2018;20:302-313)(5)肺気腫モデルに関して、(ア)エラスターゼ誘導肺気腫モデル、(イ)喫煙誘導肺気腫モデルを使用するための準備を行っている。肺炎球菌感染モデルマウスに対するMSC投与の系の確立に時間を要したことにより、今年度は(ア)エラスターゼ誘発肺気腫モデルマウス、(イ)喫煙誘発肺気腫モデルマウスの確立およびこれらに対しての肺炎球菌投与、インフルエンザウイルスの経鼻投与による感染、MSCの経静脈投与による系の確立、およびMSCの投与効果による生存率、気管支肺胞洗浄液、肺組織等の検討を行う予定であったが、予定には至らなかった。しかし、エラスターゼ誘発肺気腫モデル、喫煙誘発肺気腫モデル、肺炎球菌の経鼻感染、インフルエンザウイルスの経鼻感染、MSCの取り扱い、MSCの投与、検体の採取それぞれに関しては、遂行可能な準備を整えている。

また、気管支肺胞洗浄液中のサイトカインを測定したところ、コントロール群に対しMSC投与群では24時間後のTNF-α、IL-6、IFN-γおよび6時間後のGM-CSFが減少していた。さらに、CXCL-1とCXCL-2は24時間後で減少がみられた。また、24時間後の細菌量が減少していた。一方、気管支肺胞洗浄液において、炎症による肺水腫(透過性亢進)の程度を評価するために蛋白量および抗菌蛋白と報告されているlipocalin2の測定をおこなったが、MSC投与群において減少はみられなかった。(4)以上肺炎球菌感染モデルマウスにおける間葉系幹細胞の投与による保護効果を示し、報告した(Cytotherapy, 2018;20:302-313)また、肺気腫モデルに関して、エラスターゼ誘導肺気腫モデルマウスおよび喫煙誘導肺気腫モデルマウスを使用して、肺炎球菌増悪モデルを作成し、間葉系幹細胞の投与効果の検討を試みた。前年度の予定を含め、エラスターゼ誘発肺気腫モデル、または喫煙誘導肺気腫モデルに対して、肺炎球菌またはインフルエンザの感染、MSCまたはコントロールとしての線維芽細胞の投与により、MSCの投与効果の検討を行う。また、当初2年目に予定していた、マクロファージや好中球に対して、タバコ抽出液にて刺激後、肺炎球菌及び関連したToll-like receptor (TLR)2, TLR4, TLR9リガンド、あるいはインフルエンザ及び関連したTLR7/8,TLR3, TLR9リガンドを投与しMSCの共培養または培養上清の有無による変化の検討の準備もできており行う。