hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
材料情報分野におけるインターオペラビリティの検討

3.イオン照射による損傷のカスケードの挙動についてモデリングを行い、シリコン単結晶表面の照射欠陥形成についてSTMによる観測結果の対比により欠陥形成のメカニズムについて知見を得た。今年度は、平成11年度の実装結果を改良するための調査及びメタデータの整備を行った。1.材料に関するミクロ、メゾ、マクロモデルの統合化について、マルチスケールモデリングの現状について調査を行い、分子動力学法及び転位シミュレーションを中心にしたモデル統合のためのセマンテックスについての検討とデータベース化を行った。モデル間の整合性のチェックのために、幾何学的、エネルギー的及び時間的な妥当性を評価するための経験則、理論値群をデータベースとして準備し、自己組織化のための方策を検討した。2.材料を利用者の視点、すなわち機能、特性から見た時の検索式の展開方法についての検討を行い、ライブラリーとして整備した。仮説形成を伴うため、試行錯誤的なアプローチが不可欠であることから、検索式を問題別に準備した静的なライブラリー群としてではなく、求解のプロセスをデータと操作の連鎖によって表現することを試みた。3.以上の準備を基に、発見型の材料データシステムの仕様についての検討を行った。特に、特性・機能空間と構造空間との相関を基台に、順問題としての解析方法のシームレス化、逆問題としての設計解の検討した。前者は情報が不十分な領域の知識の補完法、後者は解空間の発見的な構築が重要であるが、最初は共に膨大な試行錯誤を要するため、自己組織化処理が困難な前段階のデータ処理過程について具体的な検討を行った。検討対象は酸化物及び金属間化合物の設計法である。以上、債種年度の統合化に向けた予備的研究を実施した。国内外の代表的な材料データベースについて調整を行い、材料分類、特性分類、応用分野別分類を行い、材料データベース閲覧のためのホームページを作成した。個々のデータモデルについては、ASTM、NIST、日本材料学会等のデータベースのデータモデルについてのXMLによる記述を検討し、より専門的かつ本格的なデータベースであるLPF(Linus Puling File)についてのデータモデルとの比較結果を加えて、材料設計、材料開発のための材料データモデルの検討を行った。(1)検討に当たっては、以下の4つの視点を導入した。すなわち、同位体比、電子構造、分子構造、結晶構造、ミクロ組織、欠陥構造、非均質性、マクロ組織、形状といった材料の構造的な階層性、(2)物性理論、熱統計力学、構造力学、品質管理等の理論モデル、原データ(データログ、議事メモ他)、加工データ(評価、標準、規格)、情報知識に至るデータ・情報の加工、(3)機械、建物、原子炉、コンピュータ等々、使用環境、応用分野、(4)数値、テキスト、図、写真、動画、プログラムと情報表現の違いを反映した情報モデルである。
自然素材を生かした保育教材の開発に関する事例的研究

本研究では、環境教育の一環として、幼児期における自然素材を生かした教材の開発を行った。対象とした素材は、(1)木素材領域、(2)植物素材領域、(3)土素材領域の3領域である。(1)の領域では、富山県井波町において、欄間製作において排出される不用材を使った教材化を行った。(2)の領域では草木染めに着目し、幼児が日常的に出会う植物をもとにした草木染めの教材化を行った。(3)の領域では、河川の不用土とされる粘土質土に着目し、その粘土質土を用いた保育環境を、「ねんど場(nendoba)」と名付け、その意義と可能性を明らかにした。一連の研究を通じて、(1)日常的に不用とされる自然素材に含まれる保育教材べの可能性、(2)自然素材の値打ちを感じる幼児の感性の豊かさを明らかにすることができた。自然素材を生かした、保育環境への実用化が今後の課題である。現在、主として土素材領域に関しては、富山大学人間発達科学部附属幼稚園(富山市)、同朋幼稚園(滑川市)、藤陰幼稚園(金沢市)に、粘土質の川土を約10t設置することによって広がる土遊びについて、含有水分量の観点から資料収集及び整理をするとともに、泥を使った泥染め、泥遊びの発展としての土粘土を使った素焼き(野焼き)を実施し、教材化に向けての事例的研究を行った。同時に上記2園に関しては、園庭の環境に、先の粘土質の土に加え、赤土、黒土等、色彩の異なる土を約1tずつ配置し、その中で展開される幼児の土遊びに関して事例研究を行った。この保育環境は、子どもたちの予想以上の多彩な遊びが展開され、教材化への多くの示唆を得た。植物素材領域に関しては、下東条中央保育園(兵庫県小野市)を主たる対象園として、苺、コスモス、芋などを利用したジュース、ジャム、クッキーなどの食に関わる染食の原体験が幼児の染色体験を活性化する上で意義深い活動であること、草木染めを使用した手作り遊具が、総合的な遊びへと発展する可能性を持っていることに関する示唆を得た。木素材領域に関しては、主として、山野保育所(南砺市)で取材された不定形木片の資料を、(1)感覚的遊び、(2)想像的遊び、(3)造形遊び、(4)ゲーム的遊び等の内容ごとに整理、分類し、教材化における意義と妥当性に関して検討する作業を進めている。土素材領域においては、滑川市早月川上流、金沢市手取川中流よりそれぞれ採取された粘土質土をサンプリングし、幼児の土遊びが活発になった土環境を、(1)土素材に関する粒度試験、及び(2)含水比試験を実施することによってその特徴を明らかにし、幼児に望ましい土環境についての考察を行った。結果的には、幼児は極めて微量の水分量(数%)を変化させることで多彩な造形的遊びを展開している点が明らかにされた。この点については、今後の幼児の土に関する保育環境を考える上で大きな示唆があらわれたと考えることが出来る。植物素材領域においては、兵庫県における保育園において、身の回りの自然環境に生息する山桃、赤ジソをもとにした色遊び、栽培した藍の生葉や地元の土による土染めによる絞り染め等を行い、子どもたちの反応を観察し、幼児がどのように自然の色彩を受け止めるかを明らかにした。そのことを通じて幼児に望ましい自然環境のあり方について考察した。木素材領域については、不定形木片をもとに展開された遊びの分類を、(1)主として感覚遊び、(2)想像的な遊び、(3)造形遊び、(4)ゲーム的遊びの内容ごとに分類、整理し、不定形木片の教材化をおこなった。
都市空間を生み出す構造の変動と都市計画をめぐる知識・権力の再編に関する研究

最終年度の09年度は、08年度までの調査データの再換討に加え、2000年代東京の都市空間再編の実態解明に重点を置きつつ特に以下の研究を実施した。1)2000年代東京の空間再編と実行者の研究:東京都『建築統計年報』を基に07年度から調査してきた都内の超高層建築物の竣工前後での空間利用変化につき継続調査を行い、全935件のデータを完成させた。特に1990年から2009年に竣工した743ケースをGISでマッピングし、空間分布、建築主・設計者・施工者の関係を分析した。結果:密集市街地・大規模敷地双方で住宅用途の中規模超高層建築物が多数竣工しており、不動産業者による住宅空間の売却益追求と設計者・施工者の大手への寡占化のなかで2000年代東京の空間再編が進行したことが示唆された。成果は日本都市社会学会で報告した。2)都市計画制度の変化と都市計画知識・技術の再編の研究:都市計画知識・技術の布置及び知識・技術の専門性の制度的基盤の変遷をさらに解明すべく、前年度からの継続調査として、都市計画に関わる業界団体や外郭団体、民間資格制度実施団体、日本都市計画学会等を調査した。3)都市計画における専門家-非専門家間関係の研究:専門知識・技術の相対化や専門家-非専門家間の対話・協働を批判的に問う2000年代の科学社会学の成果を検討し、前年度からの継続調査として都市計画に関連する専門的NPOや研究教育機関を調査した。結果:2)3)より、1980年代以降に顕著となる都市計画知識・技術の布置及び専門性基盤に関する構造変動は、専門知識・技術の配分格差の是正に帰結しておらず、都市計画の意思決定制度と専門家の専門性の制度的基盤の総合的再設計が現代的課題であると判明した。成果は科学・技術と社会の会(月例研究会)で報告し論文として発表した。現在の都市空間変容と知識・権力の再編とを相互連関の中で捉えることを目指し、2007年度は以下3点の研究を実施した。1.現在東京で進む空間変容の実態と構造要因の研究:都内の超高層建築物につき、データベースを整備、1990年以降竣工の736件につき住宅地図から空間形態・土地利用の変化を調べた。結果、2000年代以降、低層密集住宅地での中規模再開発で建設される超高層建築物の増加がみてとれた。利害調整手続き等のコストのため従来成立しなかった再開発が可能となる「都市空間を生み出す構造」の形成という仮説を得た。2.都市空間生産に携わる諸アクター間での権力関係の再編の研究:専門家団体主催の関係者向け学習会でのヒアリング、日本都市計画学会による都市計画の専門家対象のアンケート調査(2007年実施)の個票データの二次分析から、専門家の意識・考え方を検討した。結果、行政が一元的に決定を担う都市計画から「市民参加」型都市計画へ転換が図られるなか、都市計画の専門家は、「参加」の在り方・参加する「市民」について独自の理想像を構築していることがわかった。3.都市計画に用いられる専門知識・技術の再編の研究:「都市計画コンサルタント」の業界団体、日本都市計画学会等を対象にヒアリング調査・資料収集を行い、都市空間生産に関わるコンサルテーション業務の大半の発注元が行政であることの制度要因を分析した。結果、行政が一元的に決定を担う都市計画から「市民参加〕型都市計画へ転換が図られるなか、都市計画の専門家は、委託業務を前提に業界内制度を構築し、業務独占を定める国家資格制度の不在のため需要の生じたあらゆる業務への参入を迫られてきたことがわかった。1,2の成果は、2008年度に実施予定の建築主、設計者などの専門家、住民組織など諸アクターの関係の分析と合わせて報告する。3の成果は日本都市社会学会で報告し論文として投稿した。08年度は、都市計画への「参加」手続導入をふまえ、都市空間における諸アクター間の既存の力関係の変革可能性と専門知識・技術との関係に着目し、以下3点の研究をした。1)2000年代東京の都市空間再編と都市空間利用の実態に関する研究。日本学術振興会科学研究費・基盤研究(B)「市民エージェントの構想する新しい都市のかたち」(研究代表者:町村敬志)による「首都圏の市民活動団体に関する調査」データを用い、市民社会組織の空間利用をGISでマッピング、加えて都内の超高層建築物データ・住宅地図より空間再編の実態を調べた。結果、2000年代東京の空間再編の特徴は密集市街地再開発に顕著なこと、こうした空間再編下でも駅頭・大学・公園・集会施設が自由な利用に開かれた空間として重要拠点であると分かった。成果はISA-RC21 International Conferenceで共同報告し、研究成果報告書にまとめた。2)専門知識・技術の配分と都市空間に関わる諸アクターの影響力との関係の研究。「首都圏の市民活動団体に関する調査」データから専門知識・技術の運用可能性と市民社会組織の影響力ポテンシャルとの関係を検証した。結果、専門知識・技術は経済資本と異なる論理で配分され、活動内容の多様さを規定することが分かった。成果は研究成果報告書にまとめた。3)都市計画への「参加」制度の導入に対応した専門知識・技術・業務領域再編に関する研究。STSや住民運動研究の理論を参照しつつ、専門家団体へのヒアリング・資料収集・日本都市計画学会の「プランナー調査」(2007年)データの二次分析等を実施した。

結果、「参加」制度による新たな業務の発生は専門家にとって自らの専門性を揺るがす事態と認識されており、専門知識・技術の配分格差を是正する制度構築を考察する視点も必要であるとわかった。成果は日本社会学会で報告した。最終年度の09年度は、08年度までの調査データの再換討に加え、2000年代東京の都市空間再編の実態解明に重点を置きつつ特に以下の研究を実施した。1)2000年代東京の空間再編と実行者の研究:東京都『建築統計年報』を基に07年度から調査してきた都内の超高層建築物の竣工前後での空間利用変化につき継続調査を行い、全935件のデータを完成させた。特に1990年から2009年に竣工した743ケースをGISでマッピングし、空間分布、建築主・設計者・施工者の関係を分析した。結果:密集市街地・大規模敷地双方で住宅用途の中規模超高層建築物が多数竣工しており、不動産業者による住宅空間の売却益追求と設計者・施工者の大手への寡占化のなかで2000年代東京の空間再編が進行したことが示唆された。成果は日本都市社会学会で報告した。2)都市計画制度の変化と都市計画知識・技術の再編の研究:都市計画知識・技術の布置及び知識・技術の専門性の制度的基盤の変遷をさらに解明すべく、前年度からの継続調査として、都市計画に関わる業界団体や外郭団体、民間資格制度実施団体、日本都市計画学会等を調査した。3)都市計画における専門家-非専門家間関係の研究:専門知識・技術の相対化や専門家-非専門家間の対話・協働を批判的に問う2000年代の科学社会学の成果を検討し、前年度からの継続調査として都市計画に関連する専門的NPOや研究教育機関を調査した。結果:2)3)より、1980年代以降に顕著となる都市計画知識・技術の布置及び専門性基盤に関する構造変動は、専門知識・技術の配分格差の是正に帰結しておらず、都市計画の意思決定制度と専門家の専門性の制度的基盤の総合的再設計が現代的課題であると判明した。成果は科学・技術と社会の会(月例研究会)で報告し論文として発表した。
定量データに立脚した四肢形態形成過程の力学モデルの構築

形態形成過程をシステムとして理解するためには、(I)組織変形動態の解明:器官固有の形態が作られる過程で、いつ・どこで・どの程度、組織が成長・変形したかを数値的に明らかにすること。(II)組織力学の定量解析:物体の変形を引き起こす直接的な原因は力であり、(I)で明らかとなった組織変形動態を引き起こす組織内応力分布・細胞物性の異方性を明らかにすること。が必須であり、(I)と(II)で得られた変形と力に関する全情報を反映した力学モデルを構築し、想定される形態決定機構の検証と予測を行うことによって初めて形態形成メカニズムを定量的に論じることが可能となる。(I)は申請者の先行研究によって四肢発生過程における体積成長と変形異方性の時空間パタンは分かっている。本研究では形態形成メカニズムを理解するために必須となるもう片方の情報である、組織力学情報に焦点を当てる。四肢発生を対象に、実験研究と理論研究の両サイドから以下の研究項目に取り組む。【実験課題1】肢芽上皮組織内の応力異方性と細胞形状の時空間マップ作成;【実験課題2】肢芽上皮細胞の物性異方性の時空間マップ作成;【実験課題3】組織内応力・細胞物性異方性を生み出す分子の探索;【理論課題1】連続体シミュレーションによる組織内応力分布の計算と予測;【理論課題2】体積成長と大変形を伴う超弾性体力学モデルの構築と応用。実験・理論課題ともに概ね順調に進んでいる。理論課題に関しては、力学モデリングに関する結果を昨年論文発表し、今年度は、連携研究者である名古屋大学鈴木孝幸准教授らとともに実験課題1と2を精力的に進め、データを蓄積している(論文投稿準備中)。最終的にデータを反映したモデリングを行い、四肢形態決定機構の本質を明らかにすることを目指す。研究実績の概要で述べたように、今年度は連携研究者である名古屋大学鈴木孝幸准教授らとともに実験課題1と2を精力的に進め、データを蓄積している(論文投稿準備中)。当初の研究計画に対して、おおむね順調に進められている。今後は、実験課題1と2の結果を論文にまとめるとともに、実験データを反映した力学モデリングを行い、四肢形態決定機構の本質を明らかにすることを目標にし、当初の研究計画完遂を目指す。形態形成過程をシステムとして理解するためには、(I)組織変形動態の解明:器官固有の形態が作られる過程で、いつ・どこで・どの程度、組織が成長・変形したか、そのすべてを数値的に明らかにすること。(I)の組織変形動態に関しては、研究代表者と連携研究者(名古屋大学鈴木孝幸講師)らによって、すでに詳細な解析が行われ、脊椎動物四肢発生過程における体積成長の時空間パタンと変形異方性の時空間パタンが明らかとなった。本研究では形態形成メカニズムを理解するために必須となるもう片方の情報である、組織力学情報にフォーカスする。四肢発生を具体的亜対象とし、研究課題名『定量データに立脚した四肢形態形成過程の力学モデルの構築』のもと、実験研究と理論研究の両サイドから以下の研究項目に取り組む。このうち、実験課題1と理論課題1、2に関してはおおむね順調に進んでいる。特に、理論課題2に関しては、得られた研究結果を現在論文にまとめている段階にある[Kida and Morishita, in preparation]。研究実績の概要で述べたように、【実験課題1】肢芽上皮組織内の応力異方性と細胞形状の時空間マップ作成、に関しては、連携研究者である名古屋大学の鈴木孝幸後肢らと共に、ニワトリ胚肢芽を用いた計測が順調に進んでいる。また、【理論課題1】連続体シミュレーションによる組織内応力分布の計算と予測、に関しては、シミュレーションで得られた応力分布とレーザーアブレーションによって計測された上皮にかかる応力異方性の一致を確認した。また、【理論課題2】体積成長と大変形を伴う超弾性体力学モデルの構築と応用、に関しては、モデルの構築に成功し、成果を論文にまとめている段階にある[Kida and Morishita, in preparation]。(II)組織力学の定量解析:物体の変形を引き起こす直接的な原因は力であり、(I)で明らかとなった組織変形動態を引き起こす組織内応力分布

・細胞物性の異方性を明らかにすること。が必須であり、(I)と(II)で得られた変形と力に関する全情報を反映した力学モデルを構築し、想定される形態決定機構の検証と予測を行うことによって初めて形態形成メカニズムを定量的に論じることが可能となる。(I)は申請者の先行研究によって四肢発生過程における体積成長と変形異方性の時空間パタンは分かっている。本研究では形態形成メカニズムを理解するために必須となるもう片方の情報である、組織力学情報に焦点を当てる。四肢発生を対象に、実験研究と理論研究の両サイドから以下の研究項目に取り組む。【実験課題1】肢芽上皮組織内の応力異方性と細胞形状の時空間マップ作成;【実験課題2】肢芽上皮細胞の物性異方性の時空間マップ作成;【実験課題3】組織内応力・細胞物性異方性を生み出す分子の探索;【理論課題1】連続体シミュレーションによる組織内応力分布の計算と予測;【理論課題2】体積成長と大変形を伴う超弾性体力学モデルの構築と応用。実験・理論課題ともに概ね順調に進んでいる。特に理論課題2に関しては、応力依存的な上皮組織の成長を力学モデルに適切に組み込むことで、実際に観察される肢芽形状の経時的変化を良く再現できることに成功した。これは、四肢形態形成の決定に上皮組織の力学応答の重要性を示唆するものである。この結果は[Kidaand Morishita, FiniteElements in Analysis and Design, 2018]に掲載された。研究実績の概要で述べたように、【理論課題2】体積成長と大変形を伴う超弾性体力学モデルの構築と応用、に関しては、モデルの構築に成功し、成果を論文に発表した[Kida and Morishita, FiniteElements in Analysis and Design, 2018]。上皮の力学応答と形態形成の密接な関係が示唆された。【理論課題1】連続体シミュレーションによる組織内応力分布の計算と予測に関してもデータを蓄積しており、【実験課題1】肢芽上皮組織内の応力異方性と細胞形状の時空間マップ作成、で得られた結果と整合性が取れていることもあり、計画通り進んでいる。形態形成過程をシステムとして理解するためには、(I)組織変形動態の解明:器官固有の形態が作られる過程で、いつ・どこで・どの程度、組織が成長・変形したかを数値的に明らかにすること。(II)組織力学の定量解析:物体の変形を引き起こす直接的な原因は力であり、(I)で明らかとなった組織変形動態を引き起こす組織内応力分布・細胞物性の異方性を明らかにすること。
心不全発症における心筋p300に結合する細胞質蛋白の同定とその治療への応用

心不全のより根本的治療を確立するためには、是非この情報伝達の最終到達点である核において共通経路を見出す必要がある。代償から心不全への移行における心筋細胞核内情報伝達機構の解明において、申請者は国際的にこの分野をリードしてきた。心筋エンドセリン-1の発現が代償から心不全への移行において亢進し、その遺伝子発現調節にヒストンアセチル化酵素(Histone Acetyltransferases, HAT)活性を持つ転写コアクチベーターp300とGATA転写因子群の協力(p300/GATA経路)が中心的な役割を果たしていること、p300蛋白によりGATA因子がアセチル化されそのDNA結合能が増大すること、液性因子による肥大刺激が心筋細胞においてGATA因子をアセチル化することを見いだした(Mol Cell Biol 2003;23:3593-606)。さらに心筋梗塞後の左室心筋細胞において核の過剰なアセチル化が認められること、トランスジェニックマウスの作成によりp300蛋白を心筋に過剰発現することによりアセチル化を促進すると、心筋梗塞後のリモデリングが増悪し、その増悪にはp300のHAT活性が必要であることを見出した(国際特許出願中、0Circulation 2006;113:679-90)。我々はp300のヒストンアセチル化酵素活性を阻害するLys-CoAが培養心筋細胞肥大を抑制することを見出した(2004年American Heart Associationにて発表)が、Lys-CoAは細胞膜の透過性が極めて低いことから、医薬品として開発するのは困難と考えれられる。そこで、本申請研究では、医薬品の標的となるようなa)p300の上流・下流のシグナル分子同定を行った。また最近、健康食品として使用され天然物ウコンの成分であるクルクミンがp300の特異的アセチル化阻害作用を持つということが明らかになったが、クルクミンが培養心筋細胞肥大を抑制することも確認した。多くの研究により心筋細胞肥大に伴った特異的遺伝子変化の核内情報伝達にGATA、MEF-2、SRF等のDNA結合転写因子群並びにそのcofacorとしてp300、NFATcが関与することが明らかになっている。p300はまたヒストンアセチルトランスフェラーゼ活性も有し、ヒストンだけでなくDNA結合転写因子のアセチル化も誘導する。我々は最近p300がGATA-4のアセチル化及びそのDNA結合活性を高め、心筋細胞の肥大応答に重要であることを報告した。しかし、vivoにおいて心筋梗塞後の左室リモデリングにおけるp300の役割は不明である。このため心臓でp300を過剰発現するトランスジェニックマウスを作成し12週齢で心筋梗塞もしくはシャム手術を施行した。5週後の心エコーでは、シャム手術群では野生型(WT)とトランスジェニック型(TG)の間で左室サイズや機能に差はみられなかった。一方心筋梗塞群では、TGでWTに比べより左室駆出分画が低下し、左室拡張期及び収縮期径が拡大していた。両群間で梗塞サイズに差はみられなかった。心筋梗塞後にp300/GATA-4経路の下流のターゲットである左室エンドセリンー1濃度がTGでWTに比べより有意に増大していた。以上より、心臓でp300を過剰発現するトランスジェニックマウスにおいて心筋梗塞後慢性期の左室エンドセリンー1濃度は上昇しリモデリングは促進されることが示された。

心筋エンドセリン-1の発現が代償から心不全への移行において亢進し、その遺伝子発現調節にヒストンアセチル化酵素(Histone Acetyltransferases, HAT)活性を持つ転写コアクチベーターp300とGATA転写因子群の協力(p300/GATA経路)が中心的な役割を果たしていること、p300蛋白によりGATA因子がアセチル化されそのDNA結合能が増大すること、液性因子による肥大刺激が心筋細胞においてGATA因子をアセチル化することを見いだした(Mol Cell Biol 2003;23:3593-606)。さらに心筋梗塞後の左室心筋細胞において核の過剰なアセチル化が認められること、トランスジェニックマウスの作成によりp300蛋白を心筋に過剰発現することによりアセチル化を促進すると、心筋梗塞後のリモデリングが増悪し、その増悪にはp300のHAT活性が必要であることを見出した(国際特許出願中、Circulation 2006;113:679-90)。我々はp300のヒストンアセチル化酵素活性を阻害するLys-CoAが培養心筋細胞肥大を抑制することを見出した(2004年American Heart Associationにて発表)が、Lys-CoAは細胞膜の透過性が極めて低いことから、医薬品として開発するのは困難と考えれられる。そこで、本申請研究では、医薬品の標的となるようなa)p300の上流・下流のシグナル分子同定を行った。また最近、健康食品として使用され天然物ウコンの成分であるクルクミンがp300の特異的アセチル化阻害作用を持つということが明らかになったが、クルクミンが培養心筋細胞肥大を抑制することも確認した。
運動制御を担う大脳新皮質出力回路を遺伝子マーカーで切り分ける

哺乳類の大脳新皮質では、第5B層の皮質下投射神経細胞(SCPN)が主要な出力を担い、脊髄や脳幹の橋などへ情報を伝える。我々は特定の遺伝子マーカーを発現したSCPNがどの細胞から入力を受けるか、光遺伝学を用いてマッピングすることに成功した。また、これらのSCPNが大きな入力を同じ細胞から受けるのは、それらが縦に並んだ場合が多いことも明らかにした。これらの結果は大脳皮質の出力を理解する上で重要な知見となる。研究目的1:皮質下投射神経細胞(SCPN)の遺伝子マーカーと投射先の関係【内容】マウス大脳皮質運動野の第5B層のSCPNの遺伝子マーカーと投射先の関係を明らかにするため、逆行性トレーサーの投与と免疫染色法を実施した。すると、(1)一部のマーカーは近隣細胞間で発現量が大きく異なり、第5B層をさらに細かい層にに分けた。(2)マーカー発現量が投射先と相関していた。【意義、重要性】大脳新皮質の出力を担うSCPNにおいて、遺伝子発現プロファイルと投射先が密接に関係していることを明らかにした。運動指令を脊髄に送る主要な経路には、大脳から橋や小脳を介するものと、大脳から直接送るものがある。今後、投射先と発現が強く相関する遺伝子を利用することにより、一方の経路の出力細胞のみに遺伝子を導入できるようになると期待される。これによって、各経路が運ぶ情報を明らかにしたり、運動疾患の治療に応用したりという可能性が考えられる。研究目的2: SCPNの遺伝子マーカーと入力層の関係【内容】(1)上記遺伝子マーカーの1つを発現したSCPNに、第2/3層から入る入力をマッピングすることに成功した。(2)入力マッピング後にSCPNに発現する他の遺伝子を明らかにすることに成功した。【意義、重要性】SCPNは第5 B層の上部と中・下部の間で異なる皮質内回路から入力を受けることが知られている。目的1の結果(1)から遺伝子マーカーと細胞の位置が相関することが明らかになったので、遺伝子マーカーの発現が異なるSCPNは異なる回路から入力を受ける可能性が考えられる。また、マッピング後に複数のマーカーの発現量を調べることにより、遺伝子発現プロファイルと回路の関係を詳細に調べられるようになる。3つの研究目的のうち、当該年度に実施予定だった2つについて記載する。研究目的1:SCPNの遺伝子マーカーと投射先の関係【内容】マウス大脳皮質運動野の第5B層の皮質下投射神経細胞(SCPN)が発現する遺伝子マーカーと投射する部位の関係を明らかにするため、逆行性トレーサーの投与と免疫染色法を実施した。すると、SCPNは遺伝子XまたはYを発現したが、その中でも脊髄まで投射する細胞は遺伝子Xの発現が少なく、遺伝子Yの発現が強かった。この結果から、2つの遺伝子発現の差によって、投射先を高い精度で予測することが可能となった。【意義、重要性】運動野第5B層のSCPNにおいて、遺伝子発現プロファイルと投射先が密接に関係していることを明らかにした。運動指令を脊髄に送る主要な経路には、大脳から橋と小脳を介するものと、大脳から直接送るものがある。今後、XとYの遺伝子の発現パターンを利用することにより、一方の経路を担う特定の大脳の出力細胞のみに遺伝子を導入できると期待される。これによって、経路によって運ばれる情報がどのように異なるかということを明らかにしたり、運動疾患の治療に応用したりという可能性が考えられる。研究目的2:SCPNの遺伝子マーカーと入力層の関係【内容】上記遺伝子Yを発現した第5B層の細胞に第2/3層から入る入力をマッピングすることに成功した。また、全層からの入力を同時にマッピングするための実験装置を組み立てている。【意義、重要性】SCPNは第5B層の上部と中・下部の間で異なる皮質内回路から入力を受けることが知られている。遺伝子XとYは各々上部と中・下部で発現が強いので、これらの発現強度の違いによってSCPNは異なる回路から入力を受ける可能性が考えられる。この可能性を検証する上で、上記の結果は重要な第一歩であるが、Xの発現が強いSCPNへの入力もマッピングする必要がある。マウス運動野SCPNにおいて橋と脊髄という主要な投射先と関連の深い遺伝子X, Yを見出した。これらの発現量の差によって高精度で投射先が予測できるため、「SCPNの遺伝子マーカーと投射先の関係を明らかにする」という当初の目的はほぼ完遂できた。ただし、研究目的3でこれらの遺伝子の発現パターンを利用するので、Yの遺伝子座にCre遺伝子を導入した遺伝子改変マウスを入手することと、Xの遺伝子の発現制御因子(プロモーターやエンハンサー)を同定することが必要である。Yのプロモーターはすでに見出している。2. SCPNの遺伝子マーカーと入力層の関係: 20%大脳皮質の急性スライス標本において第2/3層から遺伝子Yを発現する第5B層

SCPNへの入力をマッピングできているが、その細胞における遺伝子Xの発現量は定量できていない。そのため、その入力をマッピングした細胞が脊髄まで投射しているのか、明瞭ではない。また、第5B層からの入力はまだマッピングできていない。ただし、これらのマッピング実験を効率よく実施するための実験装置がほぼ完成しており、スピードアップする予定である。まず、「SCPNの遺伝子マーカーと入力層の関係を明らかにする」という研究目的2を進める。すでに大脳皮質の第2/3層にチャネルロドプシン(ChR2)を発現させ、そこから遺伝子Yを発現する第5B層細胞への入力をマッピングすることに成功したので、もう一つの主要な入力源である第5B層からの入力も同様の手法でマッピングする。また、遺伝子X陽性細胞への入力もマッピングする。また、マッピングをスピードアップするため、ケージドグルタミン酸を用いた光刺激も実施する。これは大脳皮質全層からの入力を1回の実験で調べられるため高速であり、同時に入力の強さを層間で比べられるというメリットも持つ。そのための装置を組み立てている。当初の予算では新規の高価なレーザーが必要だと計上したが、現行装置の光路を組み替えることで当初計画より高速に実現できることが判明したので、実現を急いでいる。また、「特異的な入出力回路を持ったSCPNが運動に果たす役割を明らかにする」という研究目的3にも取り組む。当初の予定では、目的1で見出した遺伝子のプロモーターを同定する計画のみ立てていたが、2つの遺伝子発現量の差が重要だとわかったので、Yの発現が低くXの発現が高いSCPN,すなわち前肢支配部から橋を介して脊髄まで間接的に投射するSCPNの出力を特異的に抑制する系を立ち上げる。そのために、Yの遺伝子座にCre遺伝子を導入したマウスと、シナプス伝達を阻害するテタヌス毒素をtTAタンパク質依存的に発現するトランスジェニックマウス(TeTXマウス)を入手し、掛け合わせる。さらにXのプロモーターの下流でCre依存的にtTAの発現が止まるプラスミドを運動野前肢支配部に導入することで目的を達成できる。このマウスの運動能力を測定し、間接経路が運動制御に果たす役割を明らかにする。研究目的2:【要旨】当該年度から繰越分の433,729円を、ケージドグルタミン酸の購入に充てる。【詳細】当該年度備品費で上記の実験装置の部品を購入し、組み立てている。しかし、当該年度中に消耗品として計上していた電気生理学試薬分が繰り越されている。この繰越分を用いてケージドグルタミン酸を購入し、SCPNへの入力を高速にマッピングする実験を実施する。研究目的3:【要旨】当初の予定の通り、マウス運動能力測定装置に50万円、実験用動物の入手に30万円を充てる。【詳細】まず、上記の「研究の推進方策」にも記載したように、Yの遺伝子座にCre遺伝子を導入した遺伝子改変マウスを入手することを試みる。このマウスは米国GENSATレポジトリより入手可能である。このマウスをTeTXマウスと掛けあわせ、遺伝子Xのプロモーターの下流でCre依存的にtTAの発現が止まるプラスミドを、運動野前肢支配部に導入する。
超対称性N=1を持つゲージ理論と行列模型の双対性に関する研究

私の大きな研究テーマは超対称N=1ゲージ理論の研究である。この理論はひとつの相として、ノンアーベリアンクーロン相が存在することが知られている。この相では、低エネルギーで共形対称性を持つような理論になることが期待されている。この共形対称性を用いると、理論的制約が強くなり、詳しい物理現象を調べることが可能である。近年この観点から、極めてシンプルな方法で、非摂動的な物理現象を理解できることが、Intriligatorらによって明らかにされた。それは、『a-maximization』と呼ばれるもので、3次関数の極大値を求めるだけで、これまで困難とされてきた、スーパーコンフォーマルU(1)R対称性を決定することが可能となった。大まかに言うと、このU(1)R対称性によって、低エネルギーの物理が支配されているのである。これを知ることは、低エネルギーでの物理現象を定量的に知ることにつながる。私は、この手法を用いて、ADE型CFTをカリフォルニア工科大の奥田氏と共に調べた。特にメソン型のスーパーポテンシャルでのdeformation及びhiggsingを行い、(ある種の想定の元で)低エネルギーで存在する共系固定点を調べつくした。また、現象論的な論点からも注目されているSO(10)群のゲージ理論でスピノル表現をもつモデルについて、プーリオタイプデュアリティーをもとに詳しく共系固定点を調べた。そこで、我々は既に提案されていたa-maximizationの方法には修正すべき点があり、それを考慮すると、より複雑な物理が起こりうることを示した。さらに、低エネルギーで新しい質量のない粒子があらわれることを予言し、論文にまとめた。研究目的は、4次元でN=2の理論を変形してN=1にしたゲージ理論の相構造を、完全に調べつくすことである。これまでの私の研究で、古典群のゲージ理論でフレーバーを含む場合の相構造が明らかになった。デュアリティーチェーンとして知られる、行列模型や、幾何学的な転移との対応関係をもとに、一般的な場合および微妙な場合についても調べ纏め上げた。パラメータを連続的に変えたときに真空がどのように結ばれているのかを完全に調べた。特に共形対称性を持つ点がその中でどのように現れ又、滑らかに移り変わることができるのか?その特別な点は何か分類することができるのか?これらの相構造を明らかにした。Geometric Transitionが適応できないような例があることを示し、その場合には、ある修正を施せば、他の例のようにGeometric Transitionが適応できることを示した。2番目の論文では、主にリーマン面上のone-formが一般的な形の場合を考えていいたが、ひとつのカットの周りでそのone-formを積分したときにその値が、ゼロになる場合または、負になる場合がある。この場合に既存のGeometric Transitionの方法を適応してみると、正しい答えが出ないことを見つけた。その場合における我々の主張は、周回積分がゼロ、又は負になるのカットはGeometric Transitionでは変化せず、トポロジーの変化は起こらないというものである。それをいくつかの具体例で確かめて、さらに一般的な証明も行った。物理的には大変に興味深いことであり、さらに研究する必要がある。
フッ素グループで修飾したポルフィリン金属錯体の構築とその酸素運搬・活性能の評価

o-アミノフェニル基をペリ位にもつポルフィリンを得、このアミノ基を直鎖および環状のペルフルオロアルキル基の導入に成功するとともに、それぞれについて、シスとトランスのアトロプ異性体を分離し、分工学的挙動を明らかにした。さらに、二官能制ペルフルオロ化合物としてヘキサフルオログルタリル酸クロリドを用いて反応を検討したところ、大変興味あることには、ヘキサフルオログルタリル酸クロリドが同一のアミノ基で閉環したイミノ型のポルフィリンが生成することがわかった。得られたポルフィリンのうち、トランス型ペルフルオロアルキルポルフィリンからは、対応するポルフィリン鉄(III)塩化物が比較的容易に得られたが、シス異性体については困難と思われた。しかしながら、二塩化鉄と反応条件を種々検討することにより、鉄で架橋したμ-オキソ二量体を経由する二段階で合成できることを明らかにした。これらのポルフィリン鉄錯体の酸素運搬能を評価する目的で、ポルフィリン鉄(III)塩化物の鉄(II)錯体への還元を試みたが、十分な変換は認められず、今後の検討課題として残った。合成したポルフィリンの分光学的挙動を明らかにしていく中で、ポルフィリンの大変興味あるフォトクロミック性を見い出した。すなわち、ある波長の光を照射すると本来の淡い赤褐色の溶液から黄色の溶液に変化し、さらに、熱によりもとの淡い赤褐色の溶液に戻るというものである。これは、ハロゲン化溶媒あるいはエチレンクロロヒドリン類を用いた時に効果的に起こり、これら溶媒の光分解により発生する塩化水素を介在としたフォトクロミック性の発現であることを明らかにした。光分解に及ぼす効果として、溶媒の種類や波長依存性、さらにポルフィリンの置換基について検討し、最適条件を見い出した。これまでにo-アミノフェニル基をペリ位にもつポルフィリンを得、このアミノ基をかいして直鎖および環状のペルフルオロアルキル基の導入に成功している。それぞれについて、シスとトランスのアトロプ異性体を分離し、分光学的挙動を明らかにした。さらに、二官能性ペルフルオロ化合物とo-アミノフェニルポルフィリンとの反応から、ペルフルオロアルキル基で架橋された、2:2の対面型の二量体を合成した。得られたポルフィリンのうち、トランス型ポリフィリンからは、対応する鉄ポルフィリン錯体が得られたが、シス異性体についてはさらに検討を要すことが判った。今後は鉄の導入法を改良すると共に、これらのポルフィリン錯体の酸素運搬能を評価する。実際には、分光光度計を用いて酸素平衡曲線を測定し解析することにより行い、溶媒の種類、共存させる塩基の種類と濃度、および温度との関係などについて明らかにする予定である。これら合成したポルフィリンの分光学的挙動を明らかにしていく中で、大変興味あるポルフィリンのフォトクロミック性を見い出した。すなわち、ある波長の光を照射すると本来の赤褐色の溶液から黄色の溶液に変化し、さらに、熱によりもとの赤褐色の溶液に戻るというものである。この色の変化は、繰り返し起こることも同時に明らかにした。これらの挙動についても、上記の酸素運搬能の評価と同時に検討していく予定である。昨年度までにo-アミノフェニル基をペリ位にもつポルフィリンを得、このアミノ基を介して直鎖および環状のペルフルオロアルキル基の導入に成功するとともに、それぞれについて、シスとトランスのアトロプ異性体を分離し、分光学的挙動を明らかにした。今年度はさらに、二官能性ペルフルオロ化合物としてヘキサフルオログルタリル酸クロリドを用いて反応を検討したところ、大変興味あることには、ヘキサフルオログルタリル酸クロリドが同一のアミノ基で閉環したイミノ型のポルフィリンが生成することがわかった。

得られたポルフィリンのうち、トランス型ペルフルオロアルキルポルフィリンからは、対応するポルフィリン鉄(III)塩化物が比較的容易に得られることは昨年度報告したが、シス異性体についても、二塩化鉄との反応条件を種々検討することにより、鉄で架橋したμ-オキソ二量体を経由する二段階で合成できることを明らかにした。これらのポルフィリン鉄錯体の酸素運搬能を評価する目的で、ポルフィリン鉄(III)塩化物の鉄(II)錯体への還元を試みたが、十分な変換は認められず、今後の検討課題として残った。合成したポルフィリンの分光学的挙動を明らかにしていく中で、大変興味あるポルフィリンのフォトクロミック性を見い出した。すなわち、ある波長の光を照射すると本来の淡い赤褐色の溶液から黄色の溶液に変化し、さらに、熱によりもとの淡い赤褐色の溶液に戻るというものである。これは、ハロゲン化溶媒あるいはエチレンクロロヒドリン類を用いた時に効果的に起こり、これら溶媒の光分解により発生する塩化水素を介在としたフォトクロミック性の発現であることを明らかにした。光分解に及ぼす効果として、溶媒の種類や波長依存性、さらにポルフィリンの置換基について検討し、最適条件を見い出した。
加齢による動的バランス能力低下に関する神経生理学的機構の解明

不安定姿勢におけるバランス保持能力が加齢により低下する神経生理学的機序の解明に向けて、本年度は、身体を前方へ傾斜させるリーチング動作を行う能力が加齢により低下する要因について検証した。対象は、健常若年者と健常高齢者であった。安静立位時、及び最大前方身体傾斜距離の35%及び75%で傾斜姿勢を保持する課題実施時に、両側の内側腓腹筋とヒラメ筋から筋電図信号を計測し、左右の内側腓腹筋間、左右のヒラメ筋間、一側の内側腓腹筋とヒラメ筋間においてコヒーレンス解析を行なった。具体的には、運動ニューロンプールの同期的活動を反映するdelta帯、皮質脊髄路の活動を反映するbeta帯の筋電図間コヒーレンスについて解析した。その結果、若年者では、最大前方身体傾斜距離の75%で身体傾斜姿勢を保持する際の両側の下腿三頭筋間のdelta帯コヒーレンスが、安静立位時及び35%で身体傾斜姿勢を保持する場合に比べて低かった。また、若年者では、最大前方身体傾斜距離の35%、75%で身体傾斜を保持すると、一側の下腿三頭筋間のbeta帯コヒーレンスが、安静立位時に比べて増大した。これらの結果は、若年者は、身体を支持基底面の端で保持する際に、両側の下腿三頭筋への同期的な神経入力を低下させ、左右それぞれの下腿三頭筋による皮質性制御を増大していることを示唆する。一方、高齢者の下腿三頭筋間のコヒーレンスにおいては、統計学的に有意な変化が見られなかった。すなわち、身体を前方に傾斜した姿勢を保持する際に生じる、両側下腿三頭筋、及び一側下腿三頭筋への神経入力の調整能力は、加齢により低下することが示された。当初の計画通り、不安定姿勢でのバランス保持能力が加齢により低下する神経生理学的機序の解明を試み、下腿三頭筋を協調的に制御する能力の低下が関連することが示された。また、これらの結果については、国際会議や国際的学術雑誌で発表を行った。これらの状況から、本研究課題は概ね計画通りに進展できており、引き続き計画に沿って進めていく。平成29年度、平成30年度の研究より、不安定姿勢におけるバランス保持能力の加齢による低下には、delta帯とbeta帯の神経振動が関わることが明らかとなった。本年度は、これらの神経振動に加齢が与える影響をより詳細に検証することで、高齢者のバランス保持能力改善に有効な運動介入を開発するための基礎データを収集する予定である。本研究の目的は、高度な身体の随意的制御を要する難度の高い立位バランスについて、その能力が加齢により低下する神経生理学的機構を解明し、能力低下に対する新しい運動介入を開発するための基礎的なデータを収集することである。本年度は、片側立位の制御機構について検討した。片側立位時に、重心位置と下腿三頭筋の各筋から筋電図信号を計測し、これら2種類の信号間の位相の揃い具合をコヒーレンス解析を用いて評価した。その結果、2種類の信号は、5Hz以下の低い周波数帯域において位相が揃っていることが示された。また、内側腓腹筋とヒラメ筋は身体の外側への動揺に対して活動し、外側腓腹筋は内側への動揺に対して活動することが分かった。さらに、位相には100ms250ms程度の位相差があり、筋が身体動揺に先行して予測的に活動していることが明らかとなった。すなわち、外側(または内側)へ身体が動揺する前に、内側腓腹筋とヒラメ筋(または外側腓腹筋)が活動していた。さらに、これらの身体動揺と筋活動の関係性は、若年者と比べて高齢者において強いことが明らかとなった。加えて、下腿三頭筋各筋の信号間の協同的活動をコヒーレンス解析を用いて評価した。その結果、両側立位から片側立位に姿勢を変えることにより、1535Hzの周波数帯におけるコヒーレンスが全ての筋電図間(内側腓腹筋と外側腓腹筋、外側腓腹筋とヒラメ筋、内側腓腹筋とヒラメ筋)で増大することが示された。また、5Hz以下の周波数帯におけるコヒーレンスが内側腓腹筋とヒラメ筋の筋電図信号間で増大することが示された。この増大は、他の下腿三頭筋から得られる筋電図信号間では見られなかった。内側腓腹筋とヒラメ筋間のコヒーレンスの増大は高齢者においてその程度が大きく、身体動揺の増大と相関することから、内側腓腹筋とヒラメ筋の協同的な活動が加齢による身体動揺に影響することが示唆された。初年度は片側立位の制御機構に着目し、加齢による影響を検証した。結果については、国際的学術誌に投稿し採択されている。加齢により制御能力が低下するリーチング動作の制御機構の検証もすでに進めており、おおむね順調に進展していると考える。

具体的には、運動ニューロンプールの同期的活動を反映するdelta帯、皮質脊髄路の活動を反映するbeta帯の筋電図間コヒーレンスについて解析した。その結果、若年者では、最大前方身体傾斜距離の75%で身体傾斜姿勢を保持する際の両側の下腿三頭筋間のdelta帯コヒーレンスが、安静立位時及び35%で身体傾斜姿勢を保持する場合に比べて低かった。また、若年者では、最大前方身体傾斜距離の35%、75%で身体傾斜を保持すると、一側の下腿三頭筋間のbeta帯コヒーレンスが、安静立位時に比べて増大した。これらの結果は、若年者は、身体を支持基底面の端で保持する際に、両側の下腿三頭筋への同期的な神経入力を低下させ、左右それぞれの下腿三頭筋による皮質性制御を増大していることを示唆する。一方、高齢者の下腿三頭筋間のコヒーレンスにおいては、統計学的に有意な変化が見られなかった。すなわち、身体を前方に傾斜した姿勢を保持する際に生じる、両側下腿三頭筋、及び一側下腿三頭筋への神経入力の調整能力は、加齢により低下することが示された。当初の計画通り、不安定姿勢でのバランス保持能力が加齢により低下する神経生理学的機序の解明を試み、下腿三頭筋を協調的に制御する能力の低下が関連することが示された。また、これらの結果については、国際会議や国際的学術雑誌で発表を行った。これらの状況から、本研究課題は概ね計画通りに進展できており、引き続き計画に沿って進めていく。身体を随意的に制御して前方に移動するリーチング動作は加齢により困難になる。そのため、転倒リスク評価に用いられることが多い。今後は、このリーチング動作の制御機構に着目して、加齢による影響を検証する予定である。また、加齢による制御能力低下に関わる最も影響力の高い因子を検討する予定である。平成29年度、平成30年度の研究より、不安定姿勢におけるバランス保持能力の加齢による低下には、delta帯とbeta帯の神経振動が関わることが明らかとなった。本年度は、これらの神経振動に加齢が与える影響をより詳細に検証することで、高齢者のバランス保持能力改善に有効な運動介入を開発するための基礎データを収集する予定である。
mRNA導入による生体内アポトーシスシグナル制御とその虚血性疾患治療への展開

虚血性疾患に対して、生存促進因子の遺伝子導入は優れた戦略であり、mRNA医薬は安全性の観点で有望な方法論である。mRNAは投与後、生体内で速やかに酵素分解を受けるが、我々は生体適合性高分子ミセルに内包することでこの課題を克服した。そこで、下肢虚血性疾患のモデルマウスに対して、高分子ミセルを用いて生存促進因子であるmyr-Aktを導入したところ、有意な下肢血流改善効果を認めた。mRNA医薬を用いた生存促進因子導入は虚血性疾患だけでなく、細胞死の亢進が原因となる様々な疾患に対して有望である。本研究は、アポトーシスの亢進が原因となる疾患に対して、抗アポトーシス因子をmRNAの形で投与して、治療することを目的とした。ここでは、下肢虚血マウスを対象にその有効性を確認した。まず、in vitroにおいて、低栄養培地を用いてアポトーシスを誘導した細胞に対して、抗アポトーシス因子発現mRNAの効果を検証した。複数の因子のスクリーニングを行い、高い抗アポトーシス効果が得られる因子を見出した。つづいて、下肢筋肉へのmRNA導入に関して、高いmRNA導入効率が得られるmRNAキャリア組成の最適化を、レポーター(ルシフェラーゼ)発現mRNAを用いて行った。我々は表面がポリエチレングリコール(PEG)で覆われた高分子ナノミセルをmRNAキャリアとして用いているが、そのPEGの鎖長がキャリアの安定性に大きく寄与し、結果的にmRNA導入効率に影響することを見出した。最適化した組成のナノミセルを用いることで、非常に効率的なmRNAからのタンパク質発現が1週間以上にわたってが得られた。そこで、最適な組成のナノミセルを用いて、実際に、下肢虚血マウスに対して治療を行った。大腿動静脈を結紮した虚血モデルマウスを用い、抗アポトーシス因子発現mRNA内包ミセルをハイドロダイナミクス法にて投与した後、超音波ドップラー法を用いて、患側と健側の血流量の差を指標に治療評価を評価した。すると、治療群で、バッファー投与コントロール群と比べて、血流量が改善することがわかった。以上のように、ナノミセルを用いたmRNAデリバリーにより抗アポトーシス因子を導入することで、下肢虚血モデルマウスに対して治療効果が得られることがわかった。平成27年度に行う予定であったin vitro試験による抗アポトーシス因子の機能評価と下肢筋肉へのmRNAデリバリーに適したナノミセル組成の最適化について行った。結果的に、優れた抗アポトーシス効果を持つ因子を同定し、また、高いmRNA導入効率を持つナノミセルの組成を見出すことにも成功した。したがって、当初の計画について達成されている。さらに、上記の実験が順調に進んだことを受け、平成28年度の計画を前倒しして、治療実験も行ったところ、優れた治療効果を得ることにも成功した。このように、平成28年度分の計画についてもある程度優れた結果を得ていることから、当初の計画以上に進展していると考えられる。メッセンジャー(m)RNA導入は、抗アポトーシス因子を安全な手法で持続的に標的組織に発現させる優れた方法論である。一方で、mRNAは生体内で速やかに酵素分解を受けることや、強い免疫原性を有することが問題となるため、表面がポリエチレングリコール(PEG)で覆われた高分子ナノミセルにmRNAを内包させた。本研究では、下肢虚血性疾患モデルマウスに対して、抗アポトーシス因子発現mRNAを搭載したナノミセルを、静水圧を利用した核酸導入法であるハイドロダイナミクス法にて投与することで治療を試みた。まず、ルシフェラーゼmRNAを用いたレポーター試験により、長鎖PEGを持つナノミセルで優れたmRNA導入効率を示すことが明らかとなった。続いて、このミセルにmyr-akt mRNAを搭載して、虚血モデルの治療を行ったところ、超音波ドップラー法における血流量評価において、mRNA導入群で、バッファー導入コントロール群と比べて、有意な血流量の回復効果が観られた。一方で、ハイドロダイナミクス法はやや侵襲的な方法で、将来の臨床応用を目指した場合、経静脈的な全身投与が望まれる。このような全身投与では血液中でのmRNA分解を防ぐために高い安定性を持つナノミセルが必要となる。そこで、ナノミセルを構成するブロック共重合体のポリカチオン部分の組成の最適化や、疎水性官能基の搭載によるナノミセルの安定化を試みたところ、静脈内投与後、優れた血中滞留性を示すナノミセルを開発することに成功した。以上のように、本研究では、下肢虚血モデルマウスに対して、抗アポトーシス因子mRNAを導入することで有意な治療効果が得られることを示した。また、mRNAを低侵襲な手法で導入するための新規ナノミセル開発にも成功した。今後、新たに開発したナノミセルを用いて、静脈内投与による治療を目指す。本研究では、抗アポトーシス因子mRNAを搭載したナノミセルを用いて、虚血性疾患の治療を目指した。実際に、myr-akt mRNA搭載ナノミセルを投与することで、疾患モデルマウスにおいて、血流量を有意に回復させることができたため、当初の計画における目標は達成したと言える。一方で、ここではハイドロダイナミクス法という静水圧を利用した手法を用いmRNAの局所投与を用いた治療を行ったが、この手法はやや侵襲的であり、臨床応用においては、静脈内からの全身投与が好ましい。これに対して、本研究では、ナノミセルの安定性を更に向上させることで、これまで技術的に困難とされていたmRNAの全身投与にも成功した。