hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
安全な子宮頚癌治療に向けた小線源治療専用の品質管理ツールの開発

高線量率小線源治療は子宮頚癌に対して副作用が少ない治療法として、米粒大のγ線源をがんへ運び線源の停止位置と時間の制御で線量投与する。しかし高い線量率のため線源動作のエラーの見逃しから誤照射事故が起きる可能性がある。治療前の検証で線源をリアルタイムに追跡でき位置と停止時間のエラーが目で見て分かりやすい品質管理ツールの開発が事故の予防に有用と考える。申請者は蛍光体を用いて治療用電子線を可視化する品質管理ツールを開発し、目に見えないγ線をより簡便な蛍光体不要で可視化するため身近な水の発光をカメラによって簡便に撮影するシステムを開発する。実用化に向けて、発光が微弱であるのと、発光特性の解明が課題である。本研究では発光の増幅と撮影感度の向上および発光特性の解明で線源をリアルタイムに追跡し早いエラー発見が可能な品質管理ツールの開発を目的とする。本年度は小線源治療用の線源を用いて水に生じた発光を冷却式CCDカメラで撮影するため小線源治療の実験に適した専用の小型システムを作成し微弱発光の撮影に成功し、またこの発光を簡便な線量分布の測定に応用するため発光の基礎特性を調べ、測定した発光分布を治療計画装置による線量分布やモンテカルロ計算による発光分布の結果と比較した。また治療中に体内へ輸送されるγ線源を追跡するためピンホールイメージングシステムの開発研究を独自に行っている。テンプレートマッチング技術を利用したリアルタイム線源追跡が可能なシステムの開発の成功を国際学術誌に発表し、医療へ応用するための検討をファントム実験により複数展開した。それがシンチレータ発光位置の検出にテンプレートマッチング技術を導入による線源のリアルタイム追跡の成功と、基準範囲と線源位置を表示することで三次元線源位置の可視化できるアプリケーションの開発およびシンチレータ発光点から算出する三次元線源位置のリアルタイム表示である。前年度は、既存のカメラや光学系を用いても、撮影時間を長くすることで比較的良好な画質が得られた。そこで、既存のシステムでできる限り基礎特性のデータ収集を行うことにした。まずシンプルな一点の線源停留に対して、水の発光分布と治療計画装置の線量分布を比較した。発光分布の概形は、線量分布とおおむねよい一致を示し、線源中心以外は、線量分布のよい指標となり得ることが分かった。発光分布を、チェレンコフ光の発生を仮定したモンテカルロ計算の結果と比較し、一致することを確認した。微弱発光の起源はおもにチェレンコフ光で説明できることが分かった。他の高エネルギー帯の先行研究では、チェレンコフ光の発光分布と線量分布が一致せず、補正が必要との報告がある。本研究から、高線量率小線源による水の発光は、補正なしで直接、線量分布を測定できる可能性があり、大きなメリットと考えられる。モンテカルロ計算の結果から、発光分布と線量分布が一致したのは、γ線から生じたコンプトン電子の飛程が短く、発光点とエネルギー付与の点が、本撮影システムの空間分解能の範囲内では、同じと見なせるためであると考えられる。また、ピンホールイメージングシステムの開発においてはシンチレータ発光位置の検出にテンプレートマッチング技術を導入し体内のγ線源をリアルタイムで追跡できることを実証できた。現在の課題は、発光が微弱であり撮影時間が長い点である。本研究では、線源の動きをリアルタイムに追うことができ、簡単に使えて・目で見て分かりやすい、専用の品質管理ツールの開発を目指している。今後、さらに短時間の撮影で同様の画質を得られるよう、より高感度な撮影を行うため、さらに複雑な線量分布の測定へ応用するため、線源を複数点に停留させた場合の測定を含めたカメラおよび光学システムの改善を目指す。また臨床導入に向け、患者の体型に応じたCCDカメラ撮影条件の最適化と各構成部品の幾何学的配置を検討していく。さらに医療機関(北里大学病院)において、システムを導入し線源追跡を行う。そして、開発したピンホールイメージングシステムの線源位置検証における臨床現場での測定時間、費用、および人員などシステム運用に関する課題や臨床データ固有の測定精度への影響を検出してシステム改良を行う。子宮頚癌の治療中にIr-192線源を追跡するためのデュアルピンホールコリメータ、シンチレータ、および電荷結合素子(CCD)カメラで構成されるピンホールイメージングシステムを開発した。CCDカメラは、オンラインで線源位置に対応するシンチレーション光の連続画像を撮影し、テンプレートマッチング技術を応用してシンチレーション発光点を自動で追跡し、三角測量の原理から三次元線源位置座標を測定する。本システムで測定された三次元の線源位置および停留時間は、基準値(装置の設定値)と比較して、それぞれ1.5±0.7mmおよび0.8±0.4秒であった。このシステムは、体内におけるIr-192線源をリアルタイムで追跡する可能性を有し、臨床設定におけるHDR brachytherapyの品質保証(QA)にとって有用なツールとなる可能性が高い。また、一連のCCD画像を積算することにより、シンチレータの発光である画素値からの線源停留時間を算出することも可能となった。線源停溜時間と画素値との相関についての基礎的実験も終了し、強い線形相関(R2>0.99)があり、1Gyを超える線量を投与すれば再現性も十分に高いことも確認している。さらに、より簡便なシンチレータ不要の可視化を進めており、γ線源による人体に近い水ファントムの発光(チェレンコフ光)の撮影に成功、従来よりも高精度に線源位置を測定が可能となっている。

発光特性を調べたところ、線量分布との一致、線量応答の線形性、発光の再現性、線量率への依存性が小さい点など、品質管理ツールとして適していることが分かっている。時間分解能に関してはシンチレータにイメージ・インテンシファイアを併用してチェレンコフ光を高感度に撮影する方法を開発し、CCDカメラ単独では不可能であった0.03秒の撮影時間での発光画像の取得が可能となった。子宮頚癌治療の品質管理における新しいツールとしてシンチレータを用いた手法を開発している。線源停止位置を精度よく把握するためにデュアルピンホールコリメータにシンチレータを併用した方法の開発を進めている。線源停溜時間と画素値に強い線形相関があることも確認しており、位置だけでなく線量も評価できる段階にすすんでいる。一方、時間分解能の精度向上を目指し、イメージ・インテンファイアを併用してチェレンコフ光を高感度に撮影する方法の開発も進めているが現状では未解決の問題があり検討中である。高線量率小線源治療は子宮頚癌に対して副作用が少ない治療法として、米粒大のγ線源をがんへ運び線源の停止位置と時間の制御で線量投与する。しかし高い線量率のため線源動作のエラーの見逃しから誤照射事故が起きる可能性がある。治療前の検証で線源をリアルタイムに追跡でき位置と停止時間のエラーが目で見て分かりやすい品質管理ツールの開発が事故の予防に有用と考える。申請者は蛍光体を用いて治療用電子線を可視化する品質管理ツールを開発し、目に見えないγ線をより簡便な蛍光体不要で可視化するため身近な水の発光をカメラによって簡便に撮影するシステムを開発する。実用化に向けて、発光が微弱であるのと、発光特性の解明が課題である。本研究では発光の増幅と撮影感度の向上および発光特性の解明で線源をリアルタイムに追跡し早いエラー発見が可能な品質管理ツールの開発を目的とする。本年度は小線源治療用の線源を用いて水に生じた発光を冷却式CCDカメラで撮影するため小線源治療の実験に適した専用の小型システムを作成し微弱発光の撮影に成功し、またこの発光を簡便な線量分布の測定に応用するため発光の基礎特性を調べ、測定した発光分布を治療計画装置による線量分布やモンテカルロ計算による発光分布の結果と比較した。また治療中に体内へ輸送されるγ線源を追跡するためピンホールイメージングシステムの開発研究を独自に行っている。テンプレートマッチング技術を利用したリアルタイム線源追跡が可能なシステムの開発の成功を国際学術誌に発表し、医療へ応用するための検討をファントム実験により複数展開した。それがシンチレータ発光位置の検出にテンプレートマッチング技術を導入による線源のリアルタイム追跡の成功と、基準範囲と線源位置を表示することで三次元線源位置の可視化できるアプリケーションの開発およびシンチレータ発光点から算出する三次元線源位置のリアルタイム表示である。前年度は、既存のカメラや光学系を用いても、撮影時間を長くすることで比較的良好な画質が得られた。そこで、既存のシステムでできる限り基礎特性のデータ収集を行うことにした。まずシンプルな一点の線源停留に対して、水の発光分布と治療計画装置の線量分布を比較した。
間葉系幹細胞の免疫調整作用による新規乾癬治療法の開発

1.mASCの乾癬モデルマウスへの治療効果の解析:ASCの乾癬病変に与える影響を確かめるため、TLR7のリガンドであるイミキモドをマウスに連日塗擦、人工的に乾癬病変を作成。培養mASCを静脈投与し乾癬の皮膚症状を経過観察。1-1) mASCの採取、機能解析:1C57BL/6マウス鼠径より脂肪を採取、コラゲナーゼ処理後細胞を回収、培養。2FCM・ソーティングでCD31、CD45陰性、CD90、CD105、Sca1陽性の細胞を回収、mASCとして培養。3培養中の培養液を用い、サイトカイン産生をELISA解析。1-2)乾癬モデルマウスの作成:1C57BL/6背部皮膚にイミキモドを連日外用する。乾癬様紅斑局面が出現する時期を確認、組織学的に乾癬と一致する所見が得られるか確認。2イミキモド外用による乾癬病変を作成、培養mASC(1×106個)を尾静脈から投与。3イミキモド外用を継続しながら、乾癬病変の臨床的な改善度を経時的に観察。414日後、mASC非投与群も含めて皮膚生検を行い、組織学的検討。1-3) mASCの乾癬病変での局在の確認:1培養mASCを生細胞染色キットにて蛍光でマーキング。2イミキモド誘導性乾癬モデルマウスに尾静脈投与、14日後皮膚生検。3蛍光顕微鏡で蛍光mASCの存在を確認。1-4) mASCのTh1、Th17、Tregに与える影響:イミキモドで誘導させた乾癬病変をもつ耳介からリンパ球を収集、Treg、Th1、Th17をソーティングで回収。個別にmASCと共培養し、サイトカイン産生の変化、mASCの細胞接着分子の発現の変化を確認。1-1) mASCの採取、機能解析:1C57BL/6マウス鼠径より脂肪を採取、コラゲナーゼ処理後細胞を回収、培養できた。2FCM・ソーティングでCD31、CD45陰性、CD90、CD105、Sca1陽性の細胞を回収、mASCとして培養した。3培養中の培養液を用い、サイトカイン産生をELISA解析した。乾癬様紅斑局面が出現する時期を確認、組織学的に乾癬と一致する所見が得られるか確認できた。2イミキモド外用による乾癬病変を作成、培養mASC(1×106個)を尾静脈から投与できた。414日後、mASC非投与群も含めて皮膚生検を行い、組織学的に乾癬の組織像を確認した。3蛍光顕微鏡で蛍光mASCの存在を確認できた。個別にmASCと共培養し、サイトカイン産生の変化、mASCの細胞接着分子の発現の変化を確認している。平成30年度計画で十分な成果が得られなかった項目については引き続き検討を行う。ASCの乾癬に対する有効性の評価:乾癬にASC補充療法が有効か、乾癬患者から病変を採取し免疫不全マウスに移植、hASC投与による病変の変化を確認する。1-1)乾癬病変をマウスへ移植、hASC投与:1弘前大学大学院医学研究科倫理委員会の承認を得た後、同意が得られた乾癬患者の病変を切除。2免疫不全マウス背部に乾癬病変を移植。3培養hASCを局所もしくは尾静脈投与。4乾癬の改善度を経時的に観察、適宜皮膚生検を行う。5Th1、Th17、樹状細胞の局在、投与したhASCの生着を、免疫染色、生細胞染色キットにて確認する。本研究では、簡便に採取可能な脂肪由来の間葉系幹細胞(adipose tissue-derived mesenchymal stem cell: ASC)を用いる。ASCは骨髄系幹細胞に比べて、1採取が容易、2細胞の増殖速度が速い、3成長因子の分泌が多い、といったメリットがある。我々は、間葉系幹細胞がもつ1傷害・炎症部位に幹細胞が集まるホーミング効果、2免疫抑制効果、を最大限利用し、炎症性皮膚疾患である乾癬をコントロールする治療法を開発することが研究の目的である。主に、病変に集積する間葉系幹細胞の細胞接着分子の解析、幹細胞から産生されるサイトカインの樹状細胞、リンパ球に与える影響を解明する。臨床応用に展開するための基盤となる研究である。平成29年度に実施予定としていた間葉系幹細胞の免疫抑制作用の解析において、問題なく遂行できており、一定の成果が出ているため。

培養mASCを静脈投与し乾癬の皮膚症状を経過観察。1-1) mASCの採取、機能解析:1C57BL/6マウス鼠径より脂肪を採取、コラゲナーゼ処理後細胞を回収、培養。2FCM・ソーティングでCD31、CD45陰性、CD90、CD105、Sca1陽性の細胞を回収、mASCとして培養。3培養中の培養液を用い、サイトカイン産生をELISA解析。1-2)乾癬モデルマウスの作成:1C57BL/6背部皮膚にイミキモドを連日外用する。乾癬様紅斑局面が出現する時期を確認、組織学的に乾癬と一致する所見が得られるか確認。2イミキモド外用による乾癬病変を作成、培養mASC(1×106個)を尾静脈から投与。3イミキモド外用を継続しながら、乾癬病変の臨床的な改善度を経時的に観察。414日後、mASC非投与群も含めて皮膚生検を行い、組織学的検討。1-3) mASCの乾癬病変での局在の確認:1培養mASCを生細胞染色キットにて蛍光でマーキング。2イミキモド誘導性乾癬モデルマウスに尾静脈投与、14日後皮膚生検。3蛍光顕微鏡で蛍光mASCの存在を確認。1-4) mASCのTh1、Th17、Tregに与える影響:イミキモドで誘導させた乾癬病変をもつ耳介からリンパ球を収集、Treg、Th1、Th17をソーティングで回収。個別にmASCと共培養し、サイトカイン産生の変化、mASCの細胞接着分子の発現の変化を確認。1-1) mASCの採取、機能解析:1C57BL/6マウス鼠径より脂肪を採取、コラゲナーゼ処理後細胞を回収、培養できた。2FCM・ソーティングでCD31、CD45陰性、CD90、CD105、Sca1陽性の細胞を回収、mASCとして培養した。3培養中の培養液を用い、サイトカイン産生をELISA解析した。乾癬様紅斑局面が出現する時期を確認、組織学的に乾癬と一致する所見が得られるか確認できた。2イミキモド外用による乾癬病変を作成、培養mASC(1×106個)を尾静脈から投与できた。414日後、mASC非投与群も含めて皮膚生検を行い、組織学的に乾癬の組織像を確認した。3蛍光顕微鏡で蛍光mASCの存在を確認できた。個別にmASCと共培養し、サイトカイン産生の変化、mASCの細胞接着分子の発現の変化を確認している。ASCの乾癬病変に与える影響を確かめるため、TLR7のリガンドであるイミキモドをマウスに連日塗擦、人工的に乾癬病変を作成する。培養mASCを静脈投与し乾癬の皮膚症状を経過観察する。1) mASCの採取、機能解析:1C57BL/6マウス鼠径より脂肪を採取、コラゲナーゼ処理後細胞を回収、培養。2FCM・ソーティングでCD31、CD45陰性、CD90、CD105、Sca1陽性の細胞を回収、mASCとして培養する。3培養中の培養液を用い、サイトカイン産生をELISA解析する。2)乾癬モデルマウスの作成:1C57BL/6背部皮膚にイミキモドを連日外用する。
3次元有限要素法による音声生成系の音響解析に関する研究

声道形状の簡単化の妥当性を調べるために,成人男性一話者の磁気共鳴画像(MRI)より得られた日本語5母音発声時の声道形状データをもとに,そのデータをできる限りそのまま利用して作成した声道モデルと,その形状を簡単化して作成した近似モデル内の音響特性をそれぞれ求め比較した。音響特性を得るために3次元の有限要素法(3-D FEM)を使用し,その結果から声道伝達特性を求めた。声道の曲がりの省略,および声道断面のだ円近似を声道形状の簡単化として選択した。さらに,声道壁が剛壁すなわち無損失の場合と,舌に相当する音響インピーダンスを持つ軟らかい壁の場合についても調べた。解析結果より,母音によらず,だ円近似モデルのホルマントには第3ホルマント前後からMRIデータをそのまま利用したものとの明確な差が生じ,5kHz以下のホルマントは高域側に存在することが示された。高域側にホルマントが存在するということは,だ円近似モデルの音響的な声道長が短く見えることを意味する。曲がりの省略については,だ円近似モデルに対して曲がりを省略しても,8kHzまではその影響がほとんど無いことが示された。一方,MRIデータをそのまま利用したモデルから曲がりを省略した場合,5kHz前後から曲がりを省略しない場合のものとの一致がほとんど見られなくなった。声道壁を剛壁とした場合,だ円近似モデルに対しては見られない鋭いピークが,MRIデータをそのまま利用したモデルの声道伝達特性に見られた。声道壁を軟らかい壁にしたところ、これらのピークは見られなくなった。これらの結果をふまえると,だ円を近似パラメータとして利用できるのは第2ホルマント周波数程度までで、だ円を近似パラメータとして用いている限り曲がりは省略してかまわないと言える。それ以上の周波数になると声道形状を近似することに問題があるか,別の近似パラメータが必要になると思われる。曲がりをパラメータとして用いるならば,5kHz以上の周波数領域ということになる。声道壁を剛壁とした場合に見られる鋭いピークが,実音声を分析することによって得られた周波数スペクトルには見られないことを考えると,剛壁として仮定することには問題があり,音響インピーダンスをパラメータとして与えなければならないと思われる。3次元声道形状をモデル化するうえで、形状の精密さの必要度を調べる事を目的として、3次元音響管モデルを作成し有限要素法により数値解析を行なった。声道の形状データとして、成人男性の日本語母音/a/発声時のMRIデータを用いた。実験では、オリジナルデータをできる限りそのまま表現した参照用モデルと、次の二つの点について簡単化を施したモデルの比較を行なう事により、形状の精密さの必要度を調べた。まず、声道断面形状の非対称性と簡単化に適した形状を調べるために、声道断面をだ円および矩形で近似して作成される簡単化された音響管モデルを用いて数値解析を行ない、解析結果より得られた声道伝達特性をもとに比較を行なった。次に、声道の曲がりに対する影響を調べるために、上記全てのモデルから曲がりを無くして同様の比較を行なった。声道断面の簡単化に関する実験結果より、5kHz程度までは、断面をだ円で近似したモデルに対する声道伝達特性が参照用モデルのものとよく一致することが示された。従って、5kHz程度までは声道形状の非対称性は無視してもよく、だ円近似で十分であることが伺える。一方、矩形で近似したモデルに対するホルマント周波数は参照用モデルのものよりも低くなる傾向があり、声道断面の簡単化にはだ円近似が適していると考えられる。声道の曲がりの有無に関する実験結果より、曲がりが無くなるとホルマント周波数は参照用モデルのものよりも、5kHz以下の低域でも、すべて低くなる傾向にあることが示された。従って、曲がりの影響は無視できず、曲がりの無いモデルを扱う場合には何らかの補正が必要である事が伺える。5kHz以上の高域では、参照用モデルの声道伝達特性に簡単化されたモデルのものには見られないピークや零点が出現し、声道形状の非対称性が無視できない事が示された。

声道壁を軟らかい壁にしたところ、これらのピークは見られなくなった。これらの結果をふまえると,だ円を近似パラメータとして利用できるのは第2ホルマント周波数程度までで、だ円を近似パラメータとして用いている限り曲がりは省略してかまわないと言える。それ以上の周波数になると声道形状を近似することに問題があるか,別の近似パラメータが必要になると思われる。曲がりをパラメータとして用いるならば,5kHz以上の周波数領域ということになる。声道壁を剛壁とした場合に見られる鋭いピークが,実音声を分析することによって得られた周波数スペクトルには見られないことを考えると,剛壁として仮定することには問題があり,音響インピーダンスをパラメータとして与えなければならないと思われる。
遷移金属化合物における共鳴X線分光の第一原理計算に基づく理論解析

遷移金属やその化合物の中には長周期の電子構造をとるものがある。また、機能性材料となる遷移金属人工多層膜も結晶構造に由来して長周期の電子構造をとる。そのような電子構造を直接観測する手段として遷移金属のL-吸収端共鳴X線散乱を応用した場合、電子構造についてどのような知見が得られるか3d遷移金属を例に第一原理バンド計算を利用して理論的考察を行った。L-吸収端の場合、遷移金属の3d状態の情報が直接的に得られる、X線の波長が長いため長周期構造を見るのに適しているという特徴がある。一方で、高真空中で実験しなければならない、表面の状態に影響されやすいなどの問題点もある。そのため、理論的な考察が必要不可欠である。本研究ではスピン密度波状態をとる金属クロムにおけるL-吸収端共鳴X線散乱スペクトルを考察した。その結果、電荷密度波に対応するブラッグ反射点において体心立方格子の基本ブラッグ反射点における散乱強度に匹敵するほどの非常に強い共鳴散乱強度が観測され得ることが分かった。この散乱強度はCrの3d状態のうち非占有状態の局所部分状態密度の空間変化によって生じているが、その空間変化は主に正弦型スピン密度波に起因する交換ポテンシャルの空間変化によるものであることが結論づけられた。従って、Crの場合には交換ポテンシャルの空間変化が電荷密度波の第一義的な原因になっているとしても、電荷密度波による電荷の空間変化を直接に見ているとは言い難い。一方、螺旋型スピン密度波の場合には、交換ポテンシャルは空間変化しないので、3d状態の局所部分状態密度の空間変化はなくなるのでX線散乱強度は非常に弱くなり、散乱強度のアジマス角依存性も正弦型スピン密度波の場合と異なったものになることが期待される。それ故、スピン密度波が正弦型であるか螺旋型であるかを判定する手段としてL-吸収端共鳴散乱が有効であることが示唆される。本年度は上記研究課題を遂行するために必要な計算プログラムを整備し、準備完了した部分から順次研究を進めた。共鳴磁気散乱の計算を行う部分が最初に完成したため、KCuF3,RbMnF3,NiO,およびスピン密度波状態のCrにおけるX線磁気散乱強度の入射X線エネルギー依存性の由来について研究を遂行した。なおYTiO3およびLaTiO3などのペロブスカイト系化合物の軌道秩序・磁気秩序および結晶歪と共鳴散乱スペクトルの関係については、計算プログラムを準備中である。KCuF3、RbMnF3,NiO,およびスピン密度波状態のCrにおける磁気散乱スペクトルの解析からスペクトル構造の由来に関して知見が深まった。具体的には以下の通りである。共鳴散乱の寄与は双極子遷移過程および四重極子遷移過程まで考慮し、非共鳴散乱の寄与の計算では、電子スピン磁気モーメントによるものをspherical近似で、軌道磁気モーメントによるものをdipolar近似で計算した。RbMnF3を除いてKCuF3,NiO,Crにおいては実験の結果と比較し得る計算結果が得られた。KCuF3,NiOにおけるK-edgeピークは双極子過程によってよく説明することができ、その由来は4p状態のスピン分極と4p軌道のスピン・軌道相互作用によるもので3d状態とは直接には関係のないことがわかった。Pre-K-edge領域での共鳴散乱強度は四重極子過程で生じており3d状態の軌道モーメントと直接関係している。スピン密度波状態にあるCrについてもKCuF3,Nioと同様の計算を行い散乱強度の発現機構を調べた。この計算を遂行するにあたり多層膝系の計算ができるように計算プログラムを改良しまた並列化により高速化を図った。その結果K-edge近傍の共鳴散乱強度は双極子過程により生じており直接的にはCr 4p状態を反映しているのであるが、混成効果を通じてCr 3d状態の軌道モーメントの影響を強く受けていることが判明した。Cr3d状態の軌道モーメントは非常に小さいにもかかわらずこの様な結果になることは大変興味深い。スピン密度波状態にあるCrにおける散乱スペクトルの解析に関しては来年度も続行する。局所密度汎関数近似にもとづいた第一原理バンド計算を用いて、スピン密度波をともなった反強磁性状態をとるクロムのCr K-吸収端共鳴散乱および非共鳴磁気散乱の散乱振幅の解析を行った。この計算では、結晶構造は実験的に知られている格子定数の理想的な体心立方格子を、スピン密度波の波長はスピンフリップ温度付近での値を仮定した。これらの仮定の範囲でバンド計算を行いスピン密度波をともなった反強磁性状態を計算機上で再現することに成功した。得られたスピン密度波をともなった反強磁性状態はこれまでに計算されたものと矛盾しないものであるが、我々はCrの軌道磁気モーメントについて新しい知見を得ることができた。それは、これまで信じられてきたように基底状態のクロムは軌道磁気モーメントを持たない(観測にかからないほど小さい)のであるが、磁気量子数毎の部分状態密度のエネルギー依存性の観点でみると3d軌道が軌道磁気的に著しく分極しているということである。そしてこのことが、X線散乱の実験事実を矛盾なく説明する鍵であることを示すことができた。すなわち、部分状態密度の積分量に磁気量子数を乗じて和をとったものが3d軌道磁気モーメントになるのだけれども、その和がたまたまゼロになるような位置にフェルミレベルが存在するために、3d軌道モーメントが非共鳴磁気散乱では観測できないくらいに小さくなっている。

一方、3d軌道の軌道磁気的な分極自身は立派に存在しており、分極のエネルギー依存性はニッケルやコバルトなどの他の典型的な遷移金属と同程度に激しい。この3d軌道の軌道磁気的な分極と4p軌道が混成することにより4p軌道が軌道磁気的に分極し、そのエネルギー依存性を共鳴X線散乱が捕らえているのである。以上のことを計算機上の実験としてスピン・軌道相互作用を部分的に入れたり切ったりすることで明確に示すことに成功した。遷移金属やその化合物の中には長周期の電子構造をとるものがある。また、機能性材料となる遷移金属人工多層膜も結晶構造に由来して長周期の電子構造をとる。そのような電子構造を直接観測する手段として遷移金属のL-吸収端共鳴X線散乱を応用した場合、電子構造についてどのような知見が得られるか3d遷移金属を例に第一原理バンド計算を利用して理論的考察を行った。L-吸収端の場合、遷移金属の3d状態の情報が直接的に得られる、X線の波長が長いため長周期構造を見るのに適しているという特徴がある。一方で、高真空中で実験しなければならない、表面の状態に影響されやすいなどの問題点もある。そのため、理論的な考察が必要不可欠である。本研究ではスピン密度波状態をとる金属クロムにおけるL-吸収端共鳴X線散乱スペクトルを考察した。その結果、電荷密度波に対応するブラッグ反射点において体心立方格子の基本ブラッグ反射点における散乱強度に匹敵するほどの非常に強い共鳴散乱強度が観測され得ることが分かった。この散乱強度はCrの3d状態のうち非占有状態の局所部分状態密度の空間変化によって生じているが、その空間変化は主に正弦型スピン密度波に起因する交換ポテンシャルの空間変化によるものであることが結論づけられた。従って、Crの場合には交換ポテンシャルの空間変化が電荷密度波の第一義的な原因になっているとしても、電荷密度波による電荷の空間変化を直接に見ているとは言い難い。一方、螺旋型スピン密度波の場合には、交換ポテンシャルは空間変化しないので、3d状態の局所部分状態密度の空間変化はなくなるのでX線散乱強度は非常に弱くなり、散乱強度のアジマス角依存性も正弦型スピン密度波の場合と異なったものになることが期待される。それ故、スピン密度波が正弦型であるか螺旋型であるかを判定する手段としてL-吸収端共鳴散乱が有効であることが示唆される。
分子動力学シミュレーションを用いた冷房空調用の蓄熱媒体の探索

ナノ多孔質体に分子を閉じ込めた系は数10K程度の範囲で融点を調整できる系として蓄熱媒体としての利用が期待されている.本研究では,理論および数値実験によりナノ多孔質体の細孔サイズが融点や結晶化に必要な過冷却度に与える影響を研究した.まず,結晶化するときの自由エネルギー障壁を数値実験により測定し,特定の細孔サイズで自由エネルギー障壁が低くなることを明らかにした[Journal of Chemical Physics, 2014].つぎに,数値実験で予測された融点とGibbs-Thomsonの式から予測される融点を比較し,数値実験で予測された融点の複雑な変化を部分的に説明することができた.ナノ多孔質体に分子を閉じ込めた系は数10K程度の範囲で融点を調整できる系として蓄熱媒体としての利用が期待されている.本研究では,理論および数値実験によりナノ多孔質体の細孔サイズが融点や結晶化に必要な過冷却度に与える影響を研究した.まず,結晶化するときの自由エネルギー障壁を数値実験により測定し,特定の細孔サイズで自由エネルギー障壁が低くなることを明らかにした[Journal of Chemical Physics, 2014].つぎに,数値実験で予測された融点とGibbs-Thomsonの式から予測される融点を比較し,数値実験で予測された融点の複雑な変化を部分的に説明することができた.近年のナノテクノロジーの進歩に伴い分子数個程度のサイズに制御された空間(ナノ細孔)を作成することが可能になり,その中に物質を閉じ込めることでバルクにはない豊かな熱物性が発現することが知られている.そのひとつに固液相転移温度が上昇することが挙げられ,実際に多数の実験で報告されている.本研究課題ではこの性質を冷房空調用の蓄熱媒体に利用することを目指し,ナノ細孔に閉じ込められた水や水和物の相転移を分子動力学シミュレーションにより研究した.具体的には,(i)不純物を添加した水分子集合体,(ii)ナノ細孔中の水分子および水和物,を計算対象としてそれらの熱物性を予測した.まず,(i)に関して,過去の研究で使用した水分子集合体をシミュレーションするプログラムを改良し,不純物を追加した計算ができるようにした.つぎに,(ii)に関して,ナノ細孔中に水分子を閉じ込めた系において,液相中に固相が生成するときに超えるべき自由エネルギー障壁の大きさを計算した.その結果,細孔サイズによってこのエネルギー障壁が変化することを明かにした.このエネルギー障壁は過冷却現象と密接に関係しており,エネルギー障壁が変化する原因を考察することで,物質の融点を調整するうえで有用な知見が得られると期待される.氷に代替する蓄熱媒体として,大きい潜熱を維持したまま作動温度に合わせて融点を制御できる物質が求められている.そこで,数10K程度のオーダーで融点を調整できる物質として期待されているナノメートルサイズの細孔を持つ多孔質体(ナノ多孔質体)に分子を閉じ込めた系に注目した.本研究では,ナノ多孔質体の細孔サイズが融点や結晶化に必要な過冷却度に与える影響を理論および数値実験から研究し,ナノ多孔質体内で融点が変化するメカニズム解明に向けて研究に取り組んだ.まず,結晶化に必要な自由エネルギー障壁を数値実験により定量的に測定し,細孔サイズが結晶化に必要な過冷却度に与える影響を研究した.その結果,特定の細孔サイズでは融点が高いだけでなく,自由エネルギー障壁も低く,小さな過冷却度での結晶化が予想されることを明らかにした.本研究成果を学術雑誌The Journal of Chemical Physicsおよび国際会議9th Liquid Matter Conferenceにて発表した.つぎに,細孔サイズが融点に与える影響を理論的に研究した.過去の数値計算の結果として得られた融点とGibbs-Thomsonの式から予測される融点を比較した.その結果,数値計算で得られたナノ多孔質体に閉じ込められた分子の複雑な融点変化を部分的には熱力学的に説明することができた.本研究成果を国内学会熱工学カンファレンス2014にて発表し,投稿論文として成果をまとめている最中である.26年度が最終年度であるため、記入しない。分子熱流体工学26年度が最終年度であるため、記入しない。おおむね研究は順調に進行している.まず「(i)不純物を添加した水分子集合体の研究」に関して,過去の研究で使用した水分子集合体をシミュレーションするプログラムを改良し,疎水性分子を模擬した様々な特徴を持つ球形分子を追加した計算ができるようにした.コードの妥当性の検証と高速化が今後の課題であるが,このプログラムを使用することで不純物を添加した水分子集合体の比熱曲線や融点の測定などの熱物性の評価ができる.また,「(ii)ナノ細孔中の水分子および水和物」の研究については予定とは異なった方向へ研究が進展した.当初の研究計画では融点や潜熱に注目していたが,予想に反して液相中に固相が生成するときに超えるべき自由エネルギー障壁に特徴的なふるまいを観測することができた.今後,エネルギー障壁が変化する分子論的メカニズムを考察することで,ナノ細孔を利用して物質の融点を調整する方法を模索する.以上のとおり研究計画の変更はあるものの,おおむね順調に進行している.1年目の研究にひきつづき,(i)不純物を添加した水分子集合体,(ii)ナノ細孔中の水分子および水和物を計算対象として分子動力学シミュレーションによる熱物性の評価を行う.

まず,研究(i)に関して,現在開発中の不純物を添加した水分子集合体の融点を計算する分子動力学シミュレーションのコードの妥当性を検証し,上でプログラムの高速化を行う.そして潜熱が大きく融点が高い物質を効率良く探索する.具体的には10 - 100分子程度の水分子集合体にイオンや疎水性分子を模擬した様々な特徴を持つ球形分子を添加し,安定な分子構造を探索するとともに温度の影響を調べて,比熱曲線や内部エネルギーの温度依存性を計算する.拡張アンサンブル法をもとにしたアプローチにより,これらの物理量を精度良く計算する.そして,温度を上げても安定構造が壊れにくく,壊れるときに大きなエネルギー変化を伴なうような不純物の物理化学的特徴を明らかにする.また観測された安定構造を既知の水和構造と比較し,まだ発見されていない水和物の存在が示唆された場合はそこに集中して研究する.つぎに,研究(ii)に関して,昨年度までの研究では特定の条件下のナノ細孔中で大きな過冷却を必要とせずに結晶が生成する可能性を発見した.通常,液体から固体へ相転移するときは相転移温度よりも系を降温させる必要があるが,必要な過冷却度を下げることができれば系の融点を上昇させることと工学的には等価である.そこでこの座標データを解析したうえで,この相転移の分子論的描像を考察し,ナノ細孔中で過冷却度が低下するメカニズムを明らかにする.さらに,研究(i)で提案した不純物をナノ細孔に追加した場合の分子動力学シミュレーションを行い,類似の現象が見られるかどうか検討する.本年度は昨年の成果も含めて国際会議や学術雑誌などに積極的に研究成果を発信していく予定である.
顎顔面領域慢性疼痛時のギャップ結合の役割

オトガイ神経切断によって誘発される異痛症・痛覚過敏の発生機序として、三叉神経脊髄路核における星状膠細胞が分泌するIL-1betaによって誘発される二次ニューロンの感作が示された。また、末梢に加えられた非侵害刺激の伝達には、IL-1betaによる中枢性の感作のみではなく、NMDA受容体も必要であることが示された。1.関連痛モテルの検証眼窩下神経をピンセットで挫滅した実験群ラットに対して、Watanabeら(2005)の方法に準じて疼痛逃避行動テストを実施した。上下口唇、咬筋上皮についてVon Frey(細いナイロンの毛が装着してある)を押し当て、ラットが頭部を振り逃避行動を示せば疼痛を知覚したと判断する。経時的に慢性疼痛の発現部位を詳細に検索した。2.三叉神経脊髄路核における神経膠細胞免疫染色神経因性疼痛痛実験モデルについて、星状膠細胞のマーヵーであるGFAP、小膠細胞のマーカーであるCD11を用いて免疫染色を行い、神経膠細胞の活性化について経時的に確認した。3.コネクシン発現の検討・コネクソンの遺伝子・蛋白発現解析別のラットを用いて、同様に神経因性疼痛痛実験モデルを作製した。経時的にそれぞれラットを断頭してすばやく三叉神経節、脳幹(三叉神経脊髄路核を含む)を取り出した。摘出した組織はドライアイスで凍結して、-80°Cにで保存した。対照群のサンプルも同時に検索した。客凍結試料からRNAを抽出し、プライマーとDNAプローブを用いて、RT-PCR、リアルタイムPCRを行い、各コネクシンの遺伝子発現解析を網羅的に行った。別の凍結試料から蛋白を抽出し、ウェスタンブロットを用いて各コネクシン蛋白の検知・定量化を行った。・三叉神経脊髄路核におけるコネクソン免疫染色増加が認められたコネクソンについて、星状膠細胞と小膠細胞における局在を、免疫蛍光二重染色、免疫電顕により確認した。本研究では、顎顔面領域における神経因性関連疼痛の実験的発症モデルを新たに考案、作製し、モデルの妥当性を検証するとともに、本モデルを用いて神経因性疼痛の発生メカニズムの解明を行う。実験動物として雄SDラット(250-300g)を用いた。1.カルボノキシレン投与後の疼痛逃避行動テスト、神経膠細胞発現の検討実験群ラットに対して閾値が最も低くなる時に、ギャップ結合の非特異的ブロッカーである、カルボノキシレンを髄腔内投与し疼痛逃避行動テストを行い、カルボノキシレンの鎮痛作用を検討した。疼痛逃避行動テスト後、カルボノキシレンの神経膠細胞の活性化に与える影響も検討した。2.アンチセンスオリゴヌクレオチド投与後の疼痛逃避行動テスト、神経膠細胞発現の検討実験群ラットに対して閾値が最も低くなる時に、各コネクシン特異的アンチセンスオリゴヌクレオチドを髄腔内投与し疼痛逃避行動テストを行い、アンチセンスオリゴヌクレオチドの鎮痛作用を検討した。疼痛逃避行動テスト後、アンチセンスオリゴヌクレオチドの神経膠細胞の活性化に与える影響も検討した。神経因性疼痛にはIL-1bが関係していることが明らかとなった。IL-1bは三叉神経脊髄路核と三叉神経節に発現していることを免疫染色で確認している。今後もIL-1b発現細胞を観察し、神経因性疼痛発現とIL-1bの関連性を調べる予定である。
非侵襲的評価法を用いた原発性肩こりの病態解明

肩こりの病態解明をするために、頚部周囲筋の筋硬度を計測した。押し込み式の筋硬度計は、筋以外の影響(皮下脂肪)を大きく受ける。超音波エラストグラフィーは、機械的振動波であるせん断波を組織中に伝播させ、その伝播速度を超音波で測定して組織の弾性を評価する手法(Shear Wave Elastography(SWE))で、超音波装置であるため、「どこの硬さを評価しているかが視覚的にわかるようになったのは大きな進歩」だが、肝臓などの周囲に骨が部位では有用だが、骨への照射で温度上昇が懸念される手法であった。まず、ファントムを用いて、SWEとCD-SWIの伝播速度を計測し、非常に強い相関を認めた。次の僧帽筋の筋力トレーニングメニューである、ダンベルシュラッグによる負荷をかけた時の筋硬度変化を経時的に計測した。負荷前に比べ、負荷後、僧帽筋浅層の伝播速度は有意に上昇し(筋硬度が固くなり)、深層では、伝播速度は有意に低下し(筋硬度が柔らかく)なった。今後は、肩こりの程度との相関を検討する予定である。超音波装置の開発に時間を要したため。脊椎および肩甲帯アライメントの解析および中枢神経の変化をfMRIを用いて検討する予定です。
高校生対象ICレイアウト設計教育システムの開発

本研究は、高校生自らが7セグメントデコーダの論理回路表現とそのレイアウト設計を行い,このデータをもとに,商用IC試作施設を活用して製作したICの動作確認を行う一連の教育システムを実践し,その効果と問題点を検証した.4月6月に,7セグメントデコーダの論理回路表現とそのレイアウト設計実習を行い,7月には,設計データを商用60nmノードプロセスへ転送した.このCMOSプロセスにて,1.8mm×1.8mm口のベアチップを作成後,64pinQFPパッケージ品とした,ICパッケージは,ほぼ3か月を経て,10月に完成した.11月には,7セグメントLEDディスプレイを電子制御するための周辺回路を製作した.QFPの脱着可能なソケットを使用し,各生徒が試〓したICを順次装着,動作確認した.また,製作されたベアチップを電子顕微鏡で観察するとともに,エネルギー分散型X線分析(EDX)により物性分析を実施した.これらの観察および分析により,ICの内部動作の理解とともに,ICの積層立体構造の理解が支援された.実習前後に,5段階アンケート法を用いた生徒による評価を実施し,その結果を統計分析した。これらの実践内容をタイで開かれた関連国際会議で発表し,論理回路の設計と半導体素子の動作を実感できる教育システムとして、普及を目指した,この研究によって開発した教育システムが,生徒にとって,ブラックボックス化したIC内部を,生徒自らがレイアウト設計することや,設計に基づいて製作したICチップを動作確認,SEM観察,EDXすることで,"ホワイトボックス"化し,動作の仕組みや構造をより明らかにできる効果のあることを確認した.本研究は、高校生自らが7セグメントデコーダの論理回路表現とそのレイアウト設計を行い,このデータをもとに,商用IC試作施設を活用して製作したICの動作確認を行う一連の教育システムを実践し,その効果と問題点を検証した.4月6月に,7セグメントデコーダの論理回路表現とそのレイアウト設計実習を行い,7月には,設計データを商用60nmノードプロセスへ転送した.このCMOSプロセスにて,1.8mm×1.8mm口のベアチップを作成後,64pinQFPパッケージ品とした,ICパッケージは,ほぼ3か月を経て,10月に完成した.11月には,7セグメントLEDディスプレイを電子制御するための周辺回路を製作した.QFPの脱着可能なソケットを使用し,各生徒が試〓したICを順次装着,動作確認した.また,製作されたベアチップを電子顕微鏡で観察するとともに,エネルギー分散型X線分析(EDX)により物性分析を実施した.これらの観察および分析により,ICの内部動作の理解とともに,ICの積層立体構造の理解が支援された.実習前後に,5段階アンケート法を用いた生徒による評価を実施し,その結果を統計分析した。これらの実践内容をタイで開かれた関連国際会議で発表し,論理回路の設計と半導体素子の動作を実感できる教育システムとして、普及を目指した,この研究によって開発した教育システムが,生徒にとって,ブラックボックス化したIC内部を,生徒自らがレイアウト設計することや,設計に基づいて製作したICチップを動作確認,SEM観察,EDXすることで,"ホワイトボックス"化し,動作の仕組みや構造をより明らかにできる効果のあることを確認した.
メラニン凝集ホルモン神経の活動操作と運命制御を用いた生理的役割の解明

Bdnf mRNAには複数のisoformが存在し、マウス、ヒトともにexon1、2、4そして6から転写が始まる4つのmRNAが主要なisoformであることが知られている。過去の研究では、exon1およびexon2から生じるisoformのみがマウスの肥満に関与することが示唆されていたが、本研究によりexon4および6由来のisoformも肥満に関与することが明らかとなった。昨年度の報告では、Exon47由来のBdnf mRNAの発現を受精時から抑制したとき、マウスが肥満になることを報告した。しかしながらこの実験だけでは、胎生期のBDNFが生後の成長に影響しているのか、出生後のBDNFの増減が肥満を制御するのかはわからなかった。そこで本年度、Exon47由来のBdnf mRNAの発現を出生後抑制したときにマウスが肥満を呈するのか検討した。結果、ドキシサイクリン含有餌を通常食に変更することで、exon47由来のBDNF mRNAの発現量は1週間後に10%以下まで減少し、それにともなう体重の増加が認められた。このことからBDNFの減少は胎児期においてのみ影響するものではなく、成体期になってからでも肥満を引き起こすのに十分な要因であることが明らかとなった。続いて、肥満に関与するexon47由来のBdnf mRNAの発現部位の特定を試みた。先行研究では、肥満を制御するBDNFの重要な発現部位として視床下部の腹外側部および室傍核が考えられていた。そこで、tTSを発現するアデノ随伴ウイルスの視床下部へのインジェクションを試みた。しかしながら、tetBDNFマウスの視床下部に広くウイルスを発現させた場合でも、マウスは肥満を呈することがなかった。以上の結果から、単純に特定領域のexon47由来のBdnf mRNAが肥満を制御しているわけではないということが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究計画目標は、逆行性神経トレーサーを用いた視床下部-海馬神経ネットワークの探索であった。そこで、下記の2つの方法でこの課題に取り込んだ。まず1つ目は、市販で売られている逆行性のレトロビーズを購入し、それを本プロジェクトの標的となる海馬(今回は背側海馬のCA1)領域に投与した。確かに、背側海馬のCA1へのレトロビーズ投与の実験では、視床下部から海馬領域への神経投射も確認され、標的としているMCH神経からも投射していた。しかしながらレトロビーズのインジェクションでは、幾ら少ない量を局所的に投与したとしても、本当にCA1領域のみの神経由来のシグナルなのか、はたまた、CA3領域の神経も含まれているのか、CA1領域のどの神経にビーズが取り込まれているか等、あまりクリアな実験とは言えなかった。そこで研究者は本年度アデノ随伴ウイルス(AAV)を用いて、より特異的に神経ネットワークを明らかにしようと経トランスシナプストレーサーの作製に取り組んだ。1つはWGAを用いた順行性のシナプスとレーサー、もう1つはTTCを用いた逆行性シナプストレーサーである。これを作製することにより、本研究の最初の目的である視床下部外側野MCH神経が海馬のどの領域に投射しているのかをより詳細に明らかにできる。まず、コントロール実験として既に逆行性にワークすることが知られているCav2-Creウイルスを購入し、AAVウイルスと組み合わせてCre存在下でのたんぱく質発現が可能かどうかを確認した。反対側への投射が知られている運動野の片側にCav2-Creを、もう片側にCre存在下で蛍光タンパクが発現するAAVdj-CMV-FLEX-hrGFPをインジェクションし、hrGFPの発現を確認した。期待通り複数のウイルスを使用することで、目的の神経からの投射をより特異的に示すことが本年度の研究で明らかにされた。採用時一年目は主に逆行性神経トレーサーを用いた視床下部-海馬神経ネットワークの探索に必要なツール作成に尽力していた。逆行性トレーサーを用いた研究では、逆行性トレーサーを背側海馬のCA1領域にインジェクションし、視床下部MCH神経から背側海馬へのある程度の投射があることを確認することを目的として始めた。実際、市販されている逆行性トレーサーであるレトロビーズにより、視床下部のMCH神経から背側海馬のCA1領域に投射があることが観察された。しかしながら、本年度、MCH神経特異的にCre-TTCやCre-WGA等を特異的に発現させ、投射先の細胞を検出するまでには至らなかった。これは、AAVベクターにより目的のタンパクを発現させることができても、順行性もしくは逆行性の輸送をコントロールするまでには至らなかったためである。

そのため当初の目的であったMCH神経から海馬領域へのより詳細な投射領域の特定は未解明である。今後更なるAAVベクターの開発が必要である。本年度は、所属研究室が作製したBDNF遺伝子改変マウスを用いて、視床下部におけるBDNF遺伝子の機能解明に尽力した。メラニン凝集ホルモンを始め、オレキシン、アグーチ関連ペプチド、ニューロペプチドY、α-メラノサイト刺激ホルモン等、視床下部には多くの摂食調節に関与する神経伝達物質が存在する。摂食抑制作用があるとされている脳由来神経栄養因子(BDNF)も視床下部に発現し、前述した神経伝達物質と相互作用していると考えられる。そのBDNFは非常にユニークな転写調節機構を有している。マウスのBDNFには9つのexonが存在するが、9つのexonにはそれぞれ転写開始点がある。各転写開始点から転写されたmRNAは、その後プロセシングを受け、転写が始まったexonおよびexon 9の2つのexonからなるpro-BDNFへと翻訳される。このことより、本研究者は各exon由来のBDNFがそれぞれ異なった脳領域で発現し、異なった機能を有しているのではないかと仮説を立てた。前述したとおり、BDNF mRNAには複数のアイソフォームが存在するが、腹腔内へのカイニン酸投与の実験等から、exon 4由来のmRNAが神経活動依存的に発現誘導されることが知られている。所属研究室では既に、exon 4からexon 7由来のmRNAの転写が抑制されると期待できるBDNF遺伝子改変マウスの作製されていたため、本研究員はリアルタイムPCR法による各アイソフォームのmRNA量の測定、さらにin situ hybridization法による発現解析により、作製されたBDNF遺伝子改変マウスの遺伝子プロファイルを明らかにした。採用二年目となる本年度は、所属研究室で作製されたBDNF遺伝子改変マウスを用いて、視床下部におけるBDNF遺伝子の機能解明に尽力した。研究実績の概要に記したとおり、BDNF mRNAには複数のアイソフォームが存在するが、腹腔内へのカイニン酸投与の実験等から、exon 4由来のmRNAが神経活動依存的に発現誘導されることが知られている。所属研究室では既に、exon4の領域にテトラサイクリンオペレーター配列(tetO配列)を挿入したマウスが作製されていた(tetBDNFマウス)。tetBDNFマウスは、テトラサイクリン調節性転写サイレンサー(tTS)を全身で発現する遺伝子改変マウス(ATSマウス、既に研究室で作製済み)と掛け合わせることにより、exon 4からexon 7由来のmRNAの転写が抑制される(ATS/BDNFマウス)と期待できた。そこで本研究者は、ATS/BDNFマウスが本当にexon 4-7由来のmRNAを発現していないのかどうか、TaqManプローブを用いて定量的リアルタイムPCR法で確認した。主要なアイソフォームとして知られるexon 1, 2, 4, 6およびすべてのアイソフォーム共通の転写領域(total mRNA)にプローブを設計して調べたところ、期待通りexon 4および6由来のmRNAの発現が抑制されていた。また、ATS/BDNF
生物時計による骨格筋機能制御

24時間を1つの周期として構成される概日リズムは、地球上のほとんどの生物種に普遍的に存在する生命現象であり、近年では概日リズム遺伝子の制御異常に伴う生活習慣病や心血管系疾患の発症との関連性が示唆されている。しかしながら、運動器としての骨格筋の収縮制御機構に注目して行われた研究は、これまで全く存在しない。本研究では、特に骨格筋という末梢運動組織における概日リズム制御機構に注目し、概日リズム遺伝子による骨格筋収縮機構の制御メカニズムの解明を目指し、また末梢運動組織の機能制御における個体としての統合的な遺伝子制御機構を理解することで、身体科学およびリハビリテーション医学分野への臨床応用を最終的な目標として設定している。本研究課題の実施状況として、時計遺伝子改変モデルおよび自然発症型高血圧モデル動物を用いた生化学・分子生物学的解析を中心に研究を行った。その中で特に中心的な実験課題として、生活習慣病発症における生物時計システムの関与について検討するため、本態性高血圧モデルであるSpontaneous Hypertensive Rats(SHR)を用いた遺伝子発現解析を行った。本研究による実績として、平成23年度中に2編の原著論文(うち1編は筆頭著者)を発表し、また1編の著書(分担執筆)を出版している。さらに国内学会および国際学会におけるシンポジウムの招待口演をはじめ、積極的な学会発表が行われている。本研究では、末梢運動組織の機能制御における概日リズム遺伝子の関与について明らかにすることを目的とした。本研究課題の遂行に伴い、これまでに計7編の原著論文および総説論文、1編の著書が発表されるなど、研究課題の達成度としては順調に進展している。本研究課題の研究の進展に伴い、遺伝子改変動物のみならず生活習慣病モデル動物を用いた解析も行っており、これは将来的に身体科学およびリハビリテーション医学分野への臨床応用が期待できる研究成果となろう。本研究課題の実施状況として、平成22年4月から平成23年3月までの期間において米国・ケンタッキー大学医学部生理学部門、Dr.Esserの研究室との共同研究を行うために海外渡航を行い、特に時計遺伝子改変モデルおよび自然発症型高血圧モデル動物を用いた生化学・分子生物学的解析を中心に研究を行った。その中で特に中心的な実験課題として、生活習慣病発症における生物時計システムの関与について検討するため、本態性高血圧モデルであるSpontaneous Hypertensive Rats (SHR)を用いた遺伝子発現解析を行った。以上の研究成果を中心として、平成22年度中には、いずれも筆頭著者として2編の原著論文および3編の総説論文が受理・掲載されている。また国内学会および国際学会におけるシンポジウム招待口演をはじめ、積極的な学会発表が行われている。