hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウォーターミストによる火災とガス爆発の防止に関する研究

実験的研究においては、対向流拡散火炎の消炎に関して、ミスト流の単位質量あたりのミストの表面積を表す、面積パラメータが消炎に大きな影響を与えることが明らかになり、消炎限界に及ぼす面積パラメータの影響が定量的に明らかになった。また、温度分布測定により消炎時の火炎温度はミスト量には依存せず、消炎は化学反応速度の低下により生ずることが示された。同軸流拡散火炎では、消炎現象は火炎基部に形成される予混合火炎の安定性に支配され、付着限界、リフト限界および再付着限界はミスト量増加に伴い狭くなりことが明らかになり、ミスト蒸発時間と滞留時間の比つまりミストダムケラー数によって議論できることが示された。また、火炎基部の流れ場の形態によって拡散火炎の安定性は大きく変わることが明らかになった。予混合火炎については燃焼速度に及ぼすウォーターミストの影響も明らかにされた。よどみ流のように予混合気流れが急激に減速されたり加速されたりすると、ウォーターミストは流れに追従できず、局所的にミスト数密度が高い領域が発生し、その部分の燃焼速度が低下する現象が確認された。その結果、実際の消火ではミストの導入方法が消炎効果に大きな影響を与えることが示唆された。一方、数値解析では、気相に対する準一次元オイラー型支配方程式とミストに対するラグランジュ型支配方程式を組み合わせ、詳細化学反応機構を用いて、対向流拡散火炎の消炎に及ぼすミストの影響を明らかにした。火炎温度には実験との差があるものの、消炎限界速度勾配はよく一致し、消炎にはミストの気化熱による効果が大きいことが示された。またミストの蒸発過程が予混合火炎の消炎に及ぼす影響も数値解析により定量的に明らかにされ、ウォーターミストは他の汎用消火剤よりも燃焼速度低減効果が大きいことが示された。対向流拡散火炎の研究では、面積パラメータを用いることで、ミストの粒径や数密度の消炎に及ぼす影響が明らかになり、ほぼ所期の目的を達成できた。また同軸流拡散火炎の研究では、火炎基部に形成される再循環領域が付着火炎の安定性に及ぼす影響が明らかにされ、計画通りに研究が進んでいる。またよどみ流予混合火炎の研究でも、層流燃焼速度に及ぼすミストの粒径および数密度の影響が明らかになり、この研究も所期の目的は達成できている。数値シミュレーションでは、まだ実験結果と一致する計算結果は得られていないが、数値モデルの改良が行われ、計算が実施できる状態に達している。24年度が最終年度であるため、記入しない。対向流拡散火炎の研究では、ウォーターミストの諸特性を変化させ消炎に最適な条件を見い出し、最適条件の物理的な意味を明らかにする。同軸流拡散火炎の研究では、付着火炎後流に形成されるリフト火炎の安定性に及ぼすウォーターミストの影響を調べる。またよどみ流予混合火炎の研究では、ミスト流束と層流燃焼速度の関係を解明する。一方、数値シミュレーションでは、円筒前方のよどみ領域内に形成される対向流拡散火炎のミストによる消炎現象に関する数値計算を行う。本年度は最終年度のため、これらの結果を整理統合して検討し、ウォーターミストによる火災の消火に関する一般的な法則を導き出す。また成果を学会発表する。
高濃度酸素性肺傷害マウスにおけるピルビン酸脱水素酵素の重要性

ルームエアまたは高濃度酸素に暴露した新生仔および成獣肺から抽出した代謝産物についてメタボローム解析を用いて解析した。4つの群(1ルームエアー新生仔、2高濃度酸素ー新生仔、3ルームエアー成獣、4高濃度酸素ー成獣)により異なる代謝産物のパターンが示された。全代謝経路の中で、解糖系代謝経路に注目し、新生仔肺と比較して、成獣肺では、高濃度酸素暴露後、3-ホスホグリセリン酸(Phosphoglyceric acid、PG)、2-PG、ホスホエノールピルビン酸(phosphoenolpyruvate、PEP)、乳酸の値が増加した。一方で、新生仔肺では高濃度酸素暴露の有無で解糖系代謝産物量に有意な変化は認めなかった。上記で示した高濃度酸素暴露後の新生仔肺と成獣肺内の代謝産物量の違いはPDH活性の違いによるものであるとの仮説のもと、マウス肺内のPDH活性とPDHを負に制御するPDK4のmRNA発現レベルを定量した。高濃度酸素暴露により、成獣マウス肺ではPDH活性が抑制された。一方、新生仔肺では高濃度酸素暴露によるPDH活性の変化は認めなかった。高濃度酸素暴露後の新生仔肺と比較して暴露後成獣肺では、PDK4 mRNA発現レベルが有意に高かった。新生仔肺と比較して、成獣肺では、高濃度酸素暴露によりPDK4 mRNA発現が増加することにより、PDH酵素活性が負に制御され、その結果、その上流の代謝産物である3-PG、2-PG、PEP、乳酸が蓄積することが示唆された。新生仔マウス肺と比較して、成獣肺では高濃度酸素暴露によりPDK4 mRNA発現が増加することによりPDH酵素活性が低下することから生じることが示唆され、このことが新生仔と成獣マウス間の高濃度酸素に対する耐性の差の一因である可能性があると結論付けた。全くトラブルなく、当初の研究計画通り順調に進展している。今後はジクロロ酢酸投与またはPDK4ノックアウトマウスを利用して、PDK4を抑制することにより高濃度酸素性肺傷害を回避することを示し、新生児慢性肺疾患や急性呼吸窮迫症候群等の新規治療法の開発へと推進していく予定である。本研究は、研究計画通りおおむね予定通り順調に進行し、使用額も予定通りで、生じた次年度使用額はわずかである。来年度も研究計画通り、支出していく予定である。
脳内セロトニン低下を伴う拡張型心筋症モデルマウスの心不全発症メカニズムの解明

トリプトファン脱水酵素2遺伝子多型により脳内セロトニン合成能に差をもつ2系統の拡張型心筋症モデルマウスを使って、心不全発症における脳セロトニン機能の役割を検討した。正常な5-HT量をもつC57Bl/6系統は心不全を発症しないのに対して、セロトニン合成能が低下したBALB/c系統はすべて心不全死し、脳セロトニン機能改善薬はその心不全発症を防ぐことができた。うつ病モデルとしても用いられるBALB/c系統マウスで得られた本研究の成果は、うつ病などを引き起こす先天的あるいは後天的セロトニン機能低下が心不全発症において重要な役割を果たしていることを示唆している。心不全発症に圧受容器反射の脳内セロトニンによる調節メカニズムの破綻が関与しているという仮説を検証することを最終目的に、トリプトファン水酸化酵素2の遺伝子変異により脳内セロトニンレベルが低下しているBALB/c系統マウスに拡張型心筋症(DCM)を引き起こす心筋トロポニンT遺伝子の突然変異ΔK210を導入して作製した心不全発症ノックインマウスの病態の詳細なキャラクタリゼーションを行った。覚醒下におけるMモード心エコー測定および血圧測定により、BALB/c遺伝的背景のDCMノックインマウスの心臓収縮機能は、明らかな心不全症状を示さない代償性心不全モデルであるC57BL/6遺伝的背景のDCMマウスに比べて有意に低下していることが明らかになった。また、BALB/c遺伝的背景DCMマウスでは、C57BL/6遺伝的背景DCMマウス比べてより高度な心筋線維化がみられるとともに、心不全バイオマーカーであるBNP発現レベルの顕著な増加がみられた。さらに、BALB/c遺伝的背景DCMマウスでは肺重量の顕著な増加とともに、ヒト末期重症心不全患者の心臓において発現レベルが低下していることが知られているSERCA2aの発現レベルの劇的な低下が確認された。以上の結果は、BALB/c遺伝的背景DCMノックインマウスが、重篤な心不全を発症する同遺伝子変異によるヒトDCMに対する疾患モデルマウスとして有用であることを示すとともに、心不全発症と脳セロトニン機能との関係を解明する上で非常に有用なモデルマウスであることを示している。拡張型心筋症患者(DCM)は、うっ血性心不全(CHF)を発症後に死亡するケースから心不全を発症せず突然死するケースまで様々な疾患表現型を示すことが知られている。このことは、環境要因か遺伝的要因あるいは両者がその疾患表現型を修飾している可能性を示唆している。本研究では、単一遺伝子病であるヒトの遺伝性DCMの疾患表現型を修飾する未知の遺伝的要因の探索を試みた。心筋トロポニンTをコードしている内在遺伝子にDCMを引き起こす突然変異を導入したノックインマウスをBALB/cとC57Bl/6の遺伝的背景上に作製した。BALB/c背景DCMマウスは心拡大と収縮機能不全を示し、重篤なCHFを発症したのち死亡するが、C57Bl/6背景DCMマウスは心拡大と収縮機能不全を示すにもかかわらず、心不全を発症することなく突然死することが明らかになった。BALB/cマウスは、トリプトファン脱水酵素2(TPH2)遺伝子における一塩基多型によって脳セロトニン機能障害を持っており、そのためうつ病と不安障害関連行動を示すことが知られている。うつ病は、心不全患者によく見られ予後の悪化への関連が示されていることから、抗うつ薬パロキセチンと抗不安薬ブスピロンの治療効果をこれらのマウスを用いて検討した。どちらの薬も、BALB/c背景DCMマウスの心拡大を減少させ収縮機能不全と重篤なCHF症状を改善したことから、脳セロトニン機能障害に関わる遺伝的要因がDCMにおけるCHF発症に重要な役割を果たしていることが示唆された。本研究ではさらに、心不全発症における脳セロトニン機能障害の関与を証明するため、BALB/cとC57Bl/6系統間でTPH2遺伝子のみを入れ替えたDCMノックインマウスの作製をスピードコンジェニック法によって行い、ほぼ完了することができた。今後それらの疾患表現型の解析を行っていく予定である。昨年度の研究から、トリプトファン水酸化酵素2(Tph2)の遺伝子変異により脳内セロトニンレベルが低下しているBALB/c系統マウスに拡張型心筋症(DCM)を引き起こす心筋トロポニンT遺伝子の突然変異ΔK210を導入して作製した心不全発症ノックインマウスが、重篤な心不全を発症する同遺伝子変異によるヒトDCMに対する疾患モデルマウスとして有用であるとともに、心不全発症と脳セロトニン機能との関係を解明する上で非常に有用なモデルマウスであることが示された。本年度は、このモデルマウスに対して脳セロトニン機能を改善することが明らかにされている抗うつ薬パロキセチンと抗うつ薬バスピロンの効果を検討した。

両薬とも、1ヶ月間の腹腔内投与によって用量依存的に心拡大、心機能低下、心筋線維化を有意に抑制し、それぞれ心筋細胞の生理的肥大と病的肥大に関係するAktとp38MAPKシグナリング活性化レベルの低下をもたらした。さらに、両薬投与により心不全の指標であるSERCA2aとBNP発現レベルが正常化し、呼吸困難、自発運動低下、毛並みの悪化、肺うっ血といった心不全症状が改善することが証明された。また、心電図RR間隔の呼吸性変動の解析から、このモデルマウスで低下している脳から心臓への副交感神経アウトフローの低下が両薬によって改善されることが証明された。以上の結果から、圧受容器反射の脳内セロトニンによる調節メカニズムの破綻が心不全の発症に関与していることが強く示唆された。本年度は追加採択であったこともあり、心室内圧や薬物投与による治療効果に関する十分なデータは得られなかった。しかし、本研究で使用するBALB/c遺伝的背景DCMマウスが「心不全発症に対する圧受容器反射の脳内セロトニンによる調節メカニズムの破綻の関与」を解明するために非常に重要な心不全モデルマウスであることが確認されたことから、本年度における研究目的の達成度としては概ね順調であると考えられる。25年度が最終年度であるため、記入しない。技術的な理由で計画していた心室内圧に関する十分なデータは得られなかった。しかし、その他のデータでは心不全発症に関わる脳セロトニン機能の関与を強く示唆する結果が得られたことから、本年度における研究目的の達成度としては概ね順調であったと考えられる。研究計画に沿って、BALB/c遺伝的背景DCMマウスの心内圧-容積カーブ測定と心電図測定等によってさらに詳細な心不全病態のキャラクタリゼーションを行うとともに、パロキセチン、バスピロン等の薬物投与とその効果の評価を行い、心不全発症における脳セロトニン機能障害の役割を明らかにしていく。技術的困難を克服し心室内圧に関する十分なデータを得る。また、心不全発症における脳セロトニン機能障害の関与を証明するためには、スピードコンジェニック法によりBALB/cとC57Bl/6間でTph2遺伝子のみを入れ替えたDCMノックインマウスを作製し解析することによってさらに決定的な証拠を得る必要があることが明らかになった。今後その作製を進めるとともに、その過程でTph2遺伝子以外に心不全に関わる遺伝子の存在が疑われる場合には、BALB/cとC57Bl/6の遺伝子をさまざまな割合で持つマウスのマイクロサテライト解析を行いその遺伝子を明らかにする。
吸啜障害の解明と診断指標の確立:超音波断層法とDLTによる3次元動作解析を用いて

哺乳困難の原因として、低出生体重児や障害児に見られる吸啜機能の未熟性や、早期に人工乳首を与えられてしまうために起こるnipple confusion:乳頭混乱の問題が注目されるようになってきた。母乳哺育は以前にも増して重要性が叫ばれる一方、母乳率は依然、低迷している現状の中で顎・口腔機能への悪影響も指摘されており、我々がこれまで様々な角度から吸啜行動を観察してきた中から、吸啜機能が未熟な低出生体重児や吸啜障害が予測される乳児と正常児との吸啜行動の差違、人工哺乳と母乳における吸啜行動の差違が明らかになってきた。本研究では乳児の吸啜運動の動的変化を超音波診断装置を用いて計測し、その動きを時系列的に定量化することにより吸啜障害の病態(特に舌癒着症児の吸啜運動の特徴)を明らかにし、舌癒着症手術前後の運動の変化について明らかにした.哺乳困難の原因として、低出生体重児や障害児に見られる吸啜機能の未熟性や、早期に人工乳首を与えられてしまうために起こるnipple confusion:乳頭混乱の問題が注目されるようになってきた。本研究では乳児の吸啜運動の動的変化を超音波診断装置を用いて計測し、その動きを時系列的に定量化することにより吸啜障害の病態(特に舌癒着症児の吸啜運動の特徴)を明らかにし、舌癒着症手術前後の運動の変化について明らかにした.我々はこれまで、人工乳首と母乳の吸啜パターンを比較するために、さまざまな角度から乳児の吸啜運動を解析してきた。本研究では、それらの知見を総括しつつ、超音波断層法及び3次元動作解析法を用いて吸啜障害の病態とその原因を明らかにする事を目的としている。【目的】平成17年度は、nipple confusion(人工乳首の使用を原因とする吸啜障害)の病態を明らかにすることを目的として、母乳と人工乳首の吸啜運動に相違があるか否か、あるとすればどのような相違があるのかを検討する。【方法】超音波断層法及び画像解析法を用いて乳児の吸啜行動を撮影し、運動解析ソフトを用いて画像分析を行った。1)吸啜リズム乳児の吸啜リズムを詳細に分析するため、3次元動作解析システムDLT : Direct Linear Transformation法を用いて吸啜周期、吸啜持続時間、吸啜休止時間を計測し、母乳と人工乳首における吸啜リズムの相違を検討した。さらに、経時的な運動リズムの変化をみるために吸啜周期の周波数分析をおこなった。2)吸啜時の運動量およびその変化外面から肉眼的に捉えられる吸啜運動として、吸啜時における下顎の上下運動を撮影し、DLT法によってその3次元軌跡を描出、2次元化し、運動量、及びその経時的変化をみた。それと同時に、口腔内面から捉えた吸啜運動として、超音波断層法を用いて舌運動の側面映像を撮影し、舌各部の上下方向の変位量、及びその経時的変化をみた。【結果】(1)母乳の吸啜持続回数は緩やかなカーブで漸減するのに比し、人工乳首Mでは吸啜開始時に直母の2倍と多く以後急激に減少し、内容物がなくなることによって吸啜は突然終了を迎えた。単位時間あたりの哺乳量がM乳首に比して少ないN乳首の吸啜持続回数は、直母と人工乳首Mの中間あたりを推移し、哺乳時間は延長していた。人工乳首Mは、吸乳・嚥下量の多さを反映して母乳の場合よりも吸啜周期が長かった。(2)母乳の場合、吸啜時の舌上下運動の幅は大きく、哺乳窩への接触面積も広かった。人工乳首の場合、舌の上下運動の幅および哺乳窩への接触面積は小さかった。母乳吸啜時の舌の動きはレトルト袋から内容物を効率よく搾り出す動作に類似していた。(3)哺乳時の舌変位量は乳首の形状や硬さによって差違が認められた。【考察】乳児は、乳首の硬さや形状などにより、適合的に舌運動を変化させていると推察された。母乳と人工乳首の吸啜運動には、明瞭な差異が見られ、これらの相違が乳頭混乱を引き起こす要因に関連しているのではないかと推察された。1.乳児の哺乳行動の観察方法の検討正常乳児の哺乳行動の観察について、超音波診断装置を用いて、その舌の動きを観察する方法を提案し、撮影した画像から動作を抽出する方法について検討した。その結果、動画より抽出した静止画の特徴点に注目してトレースすることにより、その動作を理解・評価できることを確認した。平成18年度に購入した運動解析ソフト(DIPP Motion)を用いてデータ解析を実施する方法も検討したが、特徴点の抽出が困難であり、今回は採用しないこととなった。

2.乳児の哺乳行動の解析8名の乳児の哺乳動作を観察し、上記方法により抽出した舌の移動データをもとに哺乳動作の1サイクルについて各乳児の哺乳行動を解析して、その特徴を明らかにした。その結果、動作には個体差が大きいことが確認された。3.舌癒着児の哺乳行動観察の準備舌癒着児の哺乳動作を解析して、正常乳児の哺乳動作と比較するため、舌癒着児の哺乳行動観察方法について検討を行った。その結果、正常乳児の観察と同様の方法で観察することとし、これに母親へのアンケートを加えること、舌癒着手術前後の哺乳動作を観察することとした。哺乳困難の原因として、低出生体重児や障害児に見られる吸啜機能の未熟性や、早期に人工乳首を与えられてしまうために起こるnipple confusion:乳頭混乱の問題が注目されるようになってきた。母乳哺育は以前にも増して重要性が叫ばれる一方、母乳率は依然、低迷している現状の中で顎・口腔機能への悪影響も指摘されており、我々がこれまで様々な角度から吸啜行動を観察してきた中から、吸啜機能が未熟な低出生体重児や吸啜障害が予測される乳児と正常児との吸啜行動の差違、人工哺乳と母乳における吸啜行動の差違が明らかになってきた。本研究では乳児の吸啜運動の動的変化を超音波診断装置を用いて計測し、その動きを時系列的に定量化することにより吸啜障害の病態(特に舌癒着症児の吸啜運動の特徴)を明らかにし、舌癒着症手術前後の運動の変化について明らかにした.
腸内細菌学の明日を切り開く新規シンビオジェニック因子の探索

「食餌成分の一部が特定の腸内細菌を生育させる」という仮説のもと、サツマイモを摂取したイヌの糞便中の腸内細菌をサツマイモを添加した培地を用いてスクリーニングしたところ、Fusobacterium varium JCM6320と16S rDNAが97%一致する腸内細菌が得られた。また、「腸内細菌の代謝産物がコレステロール輸送ABCトランスポーターの活性に影響を与える」という仮説のもと、腸内常在菌優勢種の培養上清をスクリーニングしたところ、複数の腸内細菌由来成分がABCトランスポーターによるコレステロール排出を促進すること、マクロファージにおける炎症応答を抑制することを見出した。ヒトのコレステロール代謝に影響を与える腸内細菌由来のシンビオジェニック因子に関しては、末梢細胞からコレステロールを排出する役割を有するABCA1およびABCG1を発現させたBHK細胞に対して腸内細菌代謝物を添加し、コレステロール排出に与える影響を調べた。コレステロールはコレステロールオキシダーゼによって生じた過酸化水素をペルオキシダーゼによって蛍光発光させた。その結果、ある種の乳酸菌の代謝物中に、ABCAG1からの排出を促す作用があることが明らかとなった。現在、再現実験を行うと共に、THP-1細胞を使用して二次スクリーニングを行っている。ヒト由来で腸内細菌の生育に影響を与えるシンビオジェニック因子のスクリーニングに関しは、未加熱の糞便および未加熱の母乳を用いて、GAM培地との混合培地およびフィルター重層培地(腸内細菌を接種する面にはGAM培地を使用)を作成し、乳児由来糞便から培養法にてスクリーニングを行った。生育したコロニーから特徴的なものを選抜し、画線により純化した40種類のクローンについて16S rDNAシーケンス法により菌種の推定を行った。この結果、Bifidobacterium longum、Streptococcus salivarius、Bifidobacterium breve、Staphylococcus epidermidis、Staphylococcus hominisが同定されたが、新規腸内細菌を得ることは出来なかった。腸内細菌とそのホストであるヒトとの間の共生にはヒトから腸内細菌へ、あるいは腸内細菌からヒトへと受け渡され、共生を支える低分子化合物が関わっている。我々はこの低分子化合物を「シンビオジェニック因子」と命名し研究を行っている。本研究では新規シンビオジェニック因子をスクリーニング、同定し、その作用機序を解析することを目的として研究を行った。腸内細菌は既存の培地では難培養なものが多く、ホスト由来の成分として牛ルーメン液などを添加した培地を用いることがこれまでに行われており、この中にホスト由来のシンビオジェニック因子が存在すると考えられる。本研究では食事成分の一部が特定の腸内細菌を生育させているという仮説を立て、サツマイモを摂取させた犬の糞便中の腸内細菌をサツマイモを添加した培地を用いて生育させ、得られたコロニーを16S rDNA配列を決定する手法によりその菌種を推定した。この結果、Fusobacterium varium JCM 6320と16S rDNA配列が97%が一致する腸内細菌がスクリーニングされた。しかしながら、本菌は安定的に培養をすることが出来ず、以後の実験を行うことが出来なかった。ヒトにとって余剰のコレステロールは肝臓から十二指腸に排出され、小腸から再吸収される。このため、小腸からの再吸収を阻害することはコレステロール摂取を抑制するのに有効であり、この部分をターゲットとした薬剤も開発されている。本研究では「腸内細菌の代謝産物がシンビオジェニック因子として働き、コレステロール輸送ABCトランスポーターの活性に影響を与える」という仮説のもとスクリーニングを行った。この結果、複数の腸内細菌由来成分がABCトランスポーターによるコレステロール排出を促進すること、マクロファージにおける炎症応答を抑制することを見出した。二名の共同研究者の異動に伴う研究の遅れが予想されたが、研究は大きな影響を受けずに進捗したと考えられる。現状のところ新規腸内細菌を得られてはいないが、新規腸内細菌の分離源である乳児糞便の収集は完了している。今後はスクリーニング数を増やす、培養細胞の培養上清、ヒト母乳オリゴ糖を添加した培地を用いるなど、培地を改善することで解決可能であると考えられる。応用微生物学ヒトのコレステロール代謝に影響を与える腸内細菌由来のシンビオジェニック因子に関しては、引き続きスクリーニングを続ける。新規腸内細菌分離については、実験を行う際の嫌気度をさらに上げる、スクリーニングするコロニー数を増やす、培地のバリエーションを増やすなど、現状の実験方法から改善を行うことで、新規腸内細菌分離を目指す。腸内細菌培養用の培地の使用量が予定よりも少なかったため。次年度は新規腸内細菌を同定することを目的としたスクリーニング回数を増やすことを予定しているため、予定よりも多い培地購入費用に充てる予定である。
直下地震の地震動特性と設計地震荷重に関する研究

本研究による成果を列挙すれば、以下のようである。1)19981996年の気象庁87型強震計記録を用いて、地震の断層面の大きさを考慮した最大地動及び応答スペクトルの経験的推定式を提案した。第1近似的には支持基盤での地震動を予測する式として用いることが可能である。2)加速度応答スペクトルを、従来式からの予測値と1995年兵庫県南部地震の強震記録からのものとで比較検討を行った。その結果、震源近傍では兵庫県南部地震の加速度応答スペクトルの方が大きく、震央距離が大きい地点ではその逆の傾向が見られた。3)震源が互いに近い大地震と小地震とで比較すると、応力降下量一定のω^<-2>モデルを仮定して大地震の合成を行う場合、短周期成分が不足することが判明した。よって経験的グリーン関数法の使用に際しては、先ずスペクトル比に関する経験則が必要である。4)3次元波動伝播解析によって堆積盆地の地震動に影響を及ぼす主要な因子を抽出し、これらを用いれば比較的簡単に地震動予測が可能であることを示した。5)確定論的な運動学的断層モデルと確率論的方法とを組み合わせ、長周期から短周期をカバーする強震動加速度波形の作成方法を開発し、1966年パークフィールド地震(M5.5)による断層近傍での加速度記録を再現した。6)神戸市のポートアイランドと六甲アイランドの2つの埋立地盤での約2年間の強震記録をもとに、軟弱地盤の非線形増幅特性について検討を行った。また、東神戸大橋における1995年兵庫県南部地震の強震記録を入力として、3次元動的相互作用解析を実施し、観測応答値との比較検討も行った。更に、この地震で飛躍した淡路島一宮町の最明寺鐘楼の振動特性を現地実験により解明した。兵庫県南部地震における強震記録の収集と解析、および阪神・淡路大震災における被害の原因と波及状況などの調査を重点的に実施した。従来、日本では直下地震による強震記録が少なく、とりわけ本研究で対象とするような強烈な強さを示す記録はほとんど皆無であったが、本地震による多数の強震記録が得られ公開されたことから、本研究は当初の予想以上に順調に進展している。本年度に得られた新たな知見を挙げれば、以下のようになる。1)構造物の耐震性能の検討に用いる地震動強さとして、活断層による直下地震のように発生確率は低いが極めて激しい地震動も想定する必要がある。2)この極めて激しい地震動強さに対して構造物が保有すべき耐震性能は、その構造物の重要度に応じて決定される必要がある。3)従来の耐震設計では地震荷重にたいして弾性範囲内の挙動のみを許容する傾向があったが、構造系の弾性領域を越える変形性能に注目する必要がある。4)地下鉄駅舎やRCラーメン橋脚、同単柱橋脚、鋼製橋脚などで発生した激しい被害、液状化等による地盤の水平変位と構造物基礎との相互作用による構造物被害などについては、徹底的に原因究明を行い耐震設計基準の見直しを含めて、早急に対策を講じる必要がある。上記のほか、1994年ノースリッジ地震(米国)で震源近傍において記録された極めて強烈な地震動についても、解析を行っている。本地震は強烈な地震動にもかかわらず、構造物被害が比較的軽微にとどまった事例もあり、直下地震による地震荷重を過小評価し構造物の耐震性を過大評価する風潮を生んでいたものである。これらと阪神・淡路大震災での惨状を対比して、実証的で実用的な説得力のある研究成果をあげることを目指している。直下地震を想定した設計用入力地震動、とりわけレベル2地震動と呼ばれる極めて強い入力地震動を合理的に設定する手順や方法などを検討した。

これは、阪神淡路大震災で多種多様の土木構造物が深刻な被害を受けたことに鑑みて出された土木学会の提言の中で、レベル2地震動に対する耐震性能の重要性が指摘されているものの、それを設定する手順や方法が触れられておらず混乱があるためである。本研究で検討した手順は、概略、次のようである。まず活断層や歴史地震などのデータベースを構築し、それをもとに各地点で想定すべき地震(震源断層)を抽出する。次に、断層モデルおよび対象地点での地盤構造モデルを決定し、これらをもとに地震動を算定する。現存の地震動算定手法は、経験的手法、半経験的手法、理論的手法に大別されるが、各手法は主対象となる周期によって適用範囲に制限があるとともに、算定に必要なデータも異なるので、目的や対象に適した手法を選定する必要がある。現状では、活断層、深部地盤構造、断層の破壊過程など重要な要素の不確定性が強く、早急な解明も悲観的とさえ言えるが、近年、算定手法が整備されており、レベル2地震動についての大まかな目安となりうる知識の蓄積されている。したがって、上記の一連の過程で最も重要な点は、断層破壊に関する合理的なシナリオづくりであることが判明した。本研究による成果を列挙すれば、以下のようである。1)19981996年の気象庁87型強震計記録を用いて、地震の断層面の大きさを考慮した最大地動及び応答スペクトルの経験的推定式を提案した。第1近似的には支持基盤での地震動を予測する式として用いることが可能である。2)加速度応答スペクトルを、従来式からの予測値と1995年兵庫県南部地震の強震記録からのものとで比較検討を行った。その結果、震源近傍では兵庫県南部地震の加速度応答スペクトルの方が大きく、震央距離が大きい地点ではその逆の傾向が見られた。3)震源が互いに近い大地震と小地震とで比較すると、応力降下量一定のω^<-2>モデルを仮定して大地震の合成を行う場合、短周期成分が不足することが判明した。よって経験的グリーン関数法の使用に際しては、先ずスペクトル比に関する経験則が必要である。4)3次元波動伝播解析によって堆積盆地の地震動に影響を及ぼす主要な因子を抽出し、これらを用いれば比較的簡単に地震動予測が可能であることを示した。5)確定論的な運動学的断層モデルと確率論的方法とを組み合わせ、長周期から短周期をカバーする強震動加速度波形の作成方法を開発し、1966年パークフィールド地震(M5.5)による断層近傍での加速度記録を再現した。6)神戸市のポートアイランドと六甲アイランドの2つの埋立地盤での約2年間の強震記録をもとに、軟弱地盤の非線形増幅特性について検討を行った。また、東神戸大橋における1995年兵庫県南部地震の強震記録を入力として、3次元動的相互作用解析を実施し、観測応答値との比較検討も行った。更に、この地震で跳躍した淡路島一宮町の最明寺鐘楼の振動特性を現地実験により解明した。
細胞内生命金属動態を制御する植物の金属センシング機構

植物は生命金属(金属やメタロイド)を根で土壌から吸収し、体内を輸送して利用する。植物は生命金属の欠乏や過剰を予防するため、細胞内外の生命金属濃度を感知(センシング)し吸収・輸送を制御するしくみを備えている。本研究では、これらのしくみを特に輸送タンパク質(トランスポーター)の構造と細胞内局在・分解の関係に着目して明らかにする。研究成果は、土壌中の限られた生命金属の利用効率や蓄積が高い作物や有害金属を蓄積しない作物の作出につなげる。
大気中の地震波伝播における東西風の影響

計測技術の進歩に伴い地震によって励起される地震音波が観測されるようになった.観測音波を説明するために音波モードを固体,大気を結合した系で計算できるようにした.これにより地震音波も地震波と区別することなく計算できるようになった.しかし大気は固体地球と違い媒体の運動(風)の影響が見られる.音波の伝播における風の影響を見るために,帯状風の影響をモード計算に組み込み,モードの重ね合わせによる地震音波の波形計算を行なった.計測技術の進歩に伴い地震によって励起される地震音波が観測されるようになった.観測音波を説明するために音波モードを固体,大気を結合した系で計算できるようにした.これにより地震音波も地震波と区別することなく計算できるようになった.しかし大気は固体地球と違い媒体の運動(風)の影響が見られる.音波の伝播における風の影響を見るために,帯状風の影響をモード計算に組み込み,モードの重ね合わせによる地震音波の波形計算を行なった.近年,大地震に伴って発生した地震音波を観測したという報告がなきれている.そうした地震音波は大気中を伝搬するが,大気中の風の影響を受けて観測点への到着に遅延が生じたり波形が歪んだりする.この影響を調べるのが本研究課題の目的である.21年度は風速場を一様な鉛直勾配を持つ東西風とした場合について,その風速場の音波の伝搬における影響を調べた.風速場を単純にすることにより,結果の解釈が明確になりより,得られた結果は複雑な系の場合の解釈の基礎となる.その目的のために周期100秒以上の1万2千個程の音波モードを風下に進む場合,風上に進む場合,風と直交して准む音波の場合について計算した.計算した結果,固有周波数は風下に向かう場合が高くなりドップラー効果で説明できることが分った.また,音波のターニングポイントは風速勾配の影響を受け,風下に向かう場合は高度が下がり,風上に向かう場合は高度が上がるという結果を得た.これは大気中の風速場によって音波が曲げられる効果で解釈できる.こうして得られた1万2千個の音波モードを重ね合わせて,地震で励超された大気音波の波形計算を行った.得られた結果はモードの場合と同じく,風下にある観測点では音波が早く到着すること,中間圏で曲げられる音波は風速勾配による屈折で説明できることが分かった.こうした結果は宮城内陸地震の際に発生し夷隅観測点で観測された音波と1次元構造モデルで計算した音波波形の違いについて説明できる可能性を示唆する.計算結果とその解釈についてはAGU Fall meetingで報告をした.近年,大地震に伴って発生した地震音波を観測したという報告がなされている.そうした地震音波は大気中を伝搬するが,大気中の風の影響を受けて観測点への到着に遅延が生じたり波形が歪んだりする.この影響を調べるのが本研究課題の目的である.22年度はこの目的のため計算上必要となる励起係数の定式化の改善をおこなった.境界が自由境界条件の場合,運動エネルギー積分と呼ばれる密度と変位固有関数から計算される積分量に各モードの励起係数は反比例する.しかし上端が放射境界条件の大気を含む系では自由境界条件が成立しないためその影響を考慮した励起係数が必要となる.得られた励起係数が妥当であることを示すために,二つの性質の異なる媒体からなる半無限円筒内の音波について放射境界条件に適合した励起係数を用いてモードの重ね合わせをおこない波形を計算した.この場合,エネルギーの放射があるため固有周波数,固有関数とも複素数となる.したがって個々のモードは減衰波となるが,重ね合わせた結果は不連続面での透過,反射波を良く表し,内側の音速の高い領域,外側の音速の遅い領域とも伝播に伴う減衰は見られず,正しく波動場を表現できていることが確認された.この結果は日本地震学会秋季大会,アメリカ地球物理学会(AGU)のFall meetingで報告した.長年の懸案であった放射境界条件の場合のモードの励起係数の定式化が得られたので,波形計算のプログラムに結果を組み込み,いよいよ実際的な波形計算に取り組む段階にきた.近年,大地震に伴って発生した地震音波を観測したという報告がなされている.そうした地震音波は大気中を伝搬するが,大気中の風の影響を受けて観測点への到着に遅延が生じたり波形が歪んだりする.この影響を調べるのが本研究課題の目的である.22年度に計算上必要となる励起係数の定式化の改善をおこなった.23年度は励起係数の定式化を用い2008年の岩手・宮城岩手内陸地震,2011年3月に起きた東北地方太平洋沖地震による音波の計算をおこなった.2008年の岩手・宮城内陸地震の際には400kmほど離れた夷隅にあるCTBTの観測点で顕著な長周期音波が観測された.この音波波形を再現するために周期10秒以上の音波モードを約百万個計算し,モードの重ね合わせ法によって大気中を伝わる音波波形を計算した.その波形のうち30秒以上の長周期成分に対して観測波形と比較し,音波を使った震源パラメーターの推定も行なった.音波の励起は深さに対して顕著な依存性を持つため,音波を利用すると浅い震源に対するメカニズムの制約に利用できる,震源域を9つに分割し,破壊の伝播に伴いそれぞれの分割領域のモーメント解放による音波の励起を重ね合わせた.無風大気で行なった計算結果は9秒ほどの到着時刻の遅延を除き観測波形と非常に良い一致を示した.

この遅延は平均風速17m/sの風の影響で説明できる,帯状風のモードに与える影響は第一近似としては風速による伝播時刻のずれとして現れるが,観測と理論計算によってその効果を確認した.この成果はJournal of Geophysical Research誌に投稿した.また,2011年3月に東北地方,北関東を襲った大地震が発生した.この大地震は海溝付近に大きな変位を残し,大津波を発生させた.この地震に対し,気象庁のセントロイド解を与え音波の励起を見積もった.得られた結果は観測された気圧変動より有意に大きな気圧変動を示した.観測振幅を説明するには与えたセントロイドの深さより20km深い震源が必要であり,音波の観点ではやや深い地震であることが分った.
革命的脊髄損傷治療法の開発:骨髄細胞あるいは末梢血から中枢神経組織を作る

多分化能を持つマイクログリアの特性決定我々は、マイクログリアを高濃度の血清存在下で培養を続けることにより脱分化させると、多分化能を獲得し、神経細胞やオリゴデンドロサイト、アストロサイトに変化しうることを見いだした。このような分化転換をするのは、NG2コンドロイチン硫酸プロテオグリカンを発現し、ES細胞と同様にアルカリフォスファターゼ活性を有するマイクログリアのサブタイプのみであることが判明した。II中枢神経損傷モデル我々は、成熟ラット脊髄の圧迫損傷モデルと脳の針刺し損傷モデルにおいて、マイクログリアまたはマクロフアージ様細胞が関与する損傷修復機構を詳細に検討した。損傷後早期から損傷部には多数のマイクログリアマーカー陽性細胞が存在し、盛んに増殖していた。これらの細胞の多くは神経系の多能性幹細胞マーカーを発現していた。損傷部よりマイクログリア様細胞を分離し培養すると、神経外胚葉系細胞が高率に発生してくることが判明し、脳の多能性未分化前駆細胞がミクログリア様細胞であることがより明確になった。更に損傷脊髄に注入したマイクログリア由来未分化前駆細胞が、アストロサイトに分化することを確認した。IIIマイクログリアへの遺伝子、タンパク質導入法の開発我々は、ポリアルギニンやポリエチレンイミンなどの陽イオン物質にミクログリア細胞膜透過性があることを見出し、これらの細胞膜通過物質に有用な物質を結合して、ミクログリア内に導入させる方法を開発した。IVマイクログリアに多分化能をもたらす分子の同定DNAアレイにより、マイクログリアに多分化能をもたらす分子の同定を目指した。その結果数個の有望な遺伝子を分離した。これらの多くは、ES細胞での高発現がみられた。IIIで開発した技術とあわせ、患者由来のマクロファージにこれらの遺伝子を導入し、神経前駆細胞として、損傷脊髄の治療に役立て得るものと期待している。様々な脳病理過程において、マイクログリアは活性化し増殖する。脳病理過程が終息すると、マイクログリアの細胞密度はほぼ正常時の状態までに復すると考えられている。しかし、増殖したマロイクログリアが細胞死により数を減少させるという所見はなく、増殖したマイクログリアの数が減少した後には、しばしばアストロサイトーシスが見られる。このような観察は、マイクログリアがアストロサイトへ分化転換する可能性を示唆している。この現象に関連して、我々は、今年度次のような研究成果を得た。1)ラット一次培養マイクログリアに対し、血清を70%含む培養液等で培養した後、無血清培地に移すことで、アストロサイトのみならず、オリゴデンドロサイト、神経細胞にも分化転換できることを見いだした。この結果は、マイクログリアが、脳再生のための未分化細胞であることを示唆している。2)ラット一次培養マイクログリアを10%PCSを含む培養液中で維持した後、高濃度血清存在下で培養すると、Id遺伝子産物を強く発現する未分化細胞(プロマイクログリオブラスト、ProMGB)へと変化する。マイクログリアからProMGBへの脱分化過程における表面マーカーの発現変動を、フローサイトメトリーを用いて調べた。その結果、マイクログリアマーカーであるCD11b(IntegrinαM)の発現は維持されている一方、CD31(PECAM)、CD43(Sialophorin)はProMGBへ移行するにつれて発現が大幅に弱まり、逆に、CD44(H-CAM)は増加した。CD54(ICAM)は、いったん増強した後、減弱した。これらの結果から、マイクログリアが多能性を獲得する過程において、細胞接着因子が関与することを示唆している。これらの結果を基に、現在損傷脊髄内にProMGBを注入し神経外胚葉系細胞に分化させる実験を進めている。
骨軟骨組織における神経反発因子セマフォリン3Aによる血管侵入の制御

ヒト関節症軟骨において神経反発因子であるセマフォリン3Aが発現していることをはじめて証明した。さらに血管新生因子(VEGF)と受容体ニューロピリン1を競合することにより軟骨細胞の遊走能がセマフォリン3Aにより抑制され、その効果がセマフォリン3A阻害剤およびRNAiにより回復することを明らかにした。VEGF(血管新生因子)およびその受容体が変形性関節症(OA)軟骨に発現していることが報告されている。さらにVEGF165と同じニューロピリン-1を受容体にもつ神経反発意思セマフォリン3AがVEGF165と競合的に作用することがneural progenitorで証明されたことから、正常関節軟骨は本来無血管であるはずであるのに変形性関節症の進行に伴い血管が進入することにセマフォリン3Aが関与して以内を検討することを目的とした。正常軟骨と変形性関節症(OA)軟骨からRNAを抽出しTR-PCR法を用いてmRNAの発現を、組織切片を作製し特異的抗体を用いた免疫染色により蛋白質レベルの発現をVEGF,セマフォリン3A,ニューロピリン-1、VEGF-R1、VEGF-2,プレキシンA1について調べた。VEGF,セマフォリン3AはmRNAレベルでは、正常・OA軟骨ともに発現を認めた。ニューロピリン-1のmRNAは正常軟骨では発現していないが、OA軟骨にて発現を認めた。ニューロピリン-1のco-receptorであるプレキシンA1の発現は正常・OAともに発現を認めた。関節軟骨細胞に対するセマフォリン3Aの直接作用を調べるために、関節軟骨から軟骨細胞を単離し単層培養した軟骨細胞に対して、アポトーシス誘導や形態変化は認めなかった。軟骨細胞のmigrationに対する効果については、セマフォリン3A単独投与では、影響はなかったが、VEGFで刺激することにより増強したmigrationをセマフォリン3Aか容量依存性に抑制することがscratch test,Boyden chamberを用いたmigration assayにより判明した。さらにセマフォリン3A阻害剤(SM-216289:Xanthofulvin)によりセマフォリン3Aを阻害すると、VEGFにより亢進した軟骨細胞のmigrationがより増強することが明らかになった。変形性関節軟骨および正常関節軟骨において、神経反発因子セマフォリン3A(Sema3A)が発現していることをmRNAおよび蛋白質レベルで証明した。Sema3Aの受容体であるニューロピリン1のリガンドである血管新生因子(VEGF)も同様に発現をin vivoで確認した。さらに培養軟骨細胞を用いた実験でVEGFにより促進された軟骨細胞の遊走能がSema3Aにより容量依存性に抑制されることを明らかにした。スクラッチテストでの遊走した面積およびBoyden chamberにおける遊走細胞数によって定量化を行った。遊走能の抑制効果は、Sema3A阻害剤およびRNAiにより減弱された。培養軟骨細胞の培養上清のWestern blotによるとSema3Aは4050kbpの大きさであり産生された大きさからプロセシングを受けていることが明らかになった。このSema3AのプロセシングをMMP-1,2,3,7,13が起こし得ることを明らかにしたが、最も寄与しているMMPが何であるかは今後のさらなる研究が必要である。本研究は、関節軟骨に神経反発因子が存在していることをはじめて明らかにし、VEGFとの競合的作用があることを示し、正常軟骨における無血管性の維持、変形性関節症軟骨における軟骨変性・修復に関与している可能性が示唆された。
精巣上体の機能と精子成熟に及ぼすダイオキシンの作用の解析

本特定領域研究においては、哺乳動物の精子の機能的な成熟が起こる最初の場である精巣上体のタンパク質分泌活性に対するダイオキシンの影響を解析してきた。特に、精子成熟に至る一連の反応の起点となっているとされる精子細胞膜のコレステロールレベルの低下を引き起こす16kDaコレステロール結合タンパク質(ChBP)に関しては、ダイオキシン経口投与マウスにおいて精巣上体での発現が低下していること(13年度)、精巣上体での成熟に伴う精子のコレステロールレベルの低下が阻害され、精子内のタンパク質チロシンリン酸化の調節が乱されていること(14年度)を明らかにしてきた。(投稿中)一方、精巣上体尾部の成熟精子は、in vItroでcapacitationが誘起される。fatty acid-freeBSAは精子からの遊離脂質を結合するタンパク質として多くのcapacitation用培養液に加えられているが、精子のコレステロールレベルを低下させる活性においても、また、受精能を付与する作用においてもChBPに置き換えられることが明らかとなった。また、ChBPは、マウスの輸卵管のみならず卵巣や子宮でも発情期をピークとして発情間期には低下するという性周期に依存した発現を繰り返していることが判明した。(投稿準備中)成体マウスへのダイオキシンの経口投与によって発現が低下するChBPが、精子の機能的な成熟、すなわち精巣上体での成熟と輸卵管でのcapacitationにおいて、精子の遊離コレステロールレベルを減少させることを通して中心的な役割を担っていることが明らかとなった。この結果は、ダイオキシンが雌雄の生殖器官での精子の受精能の獲得に重大な影響を及ぼしていることを示唆するものである。本特定領域研究において、精巣上体のタンパク質合成分泌活性に対するダイオキシンの影響を解析しできた。これまでに、ダイオキシン投与マウスにおいて、エストロゲンの支配のもとに精巣上体から合成分泌されて成熟過程の精子の表層に結合するラクトフェリン、および、16kDaコレステロール結合タンパク質(16kDa-ChBP)の分泌活性が低下していることを明らかにした。特に、16kDa-ChBPについては精子成熟やcapacitationにおける精子表層のコレステロールレベルの低下を担うタンパク質であることを示唆する結果を得ており、その発現がダイオキシンによって影響されていることは、ダイオキシンの精子の受精活性に対する作用を考える上で重要であると考えられる。また、精子表層のコレステロールレベルの低下が、精子細胞内の情報伝達系の引き金になっていることが示唆されている。このことは、ダイオキシンによる16kDa-ChBPのレベルの低下が、精子細胞内の情報伝達系にも影響を及ぼしていることを推測させる。そこで、ダイオキシン投与マウスの精巣上体精子のタンパク質リン酸化活性について解析を試みたところ、ダイオキシンの単回経口投与によりマウス精子タンパク質のチロシンリン酸化レベルの低下が認められたが、特に22kDaおよび28kDaタンパク質のリン酸化レベルの低下が著しかった。22kDaタンパク質は、N-末端アミノ酸配列の解析からリン脂質依存性グルタチオンペルオキシダーゼであることが明らかとなった。ダイオキシン投与により精巣上体分泌液内の主要なコレステロール結合タンパク質である16kDa-ChBP発現が滅少し、精巣上体における成熟に伴うマウス精子のコレステロールレベルの低下が阻害されること、ある種のタンパク質のチロシンリン酸化の調節が乱されている可能性があることが明らかになった。
関節リウマチの治療前に患者個別に有効なバイオ製剤を選択し得るマーカーの探索

関節リュウマチの治療は、生物学的製剤によって飛躍的に改善した。しかしながら、開発薬が増加したがゆえに、各患者毎に最も適した薬を選択することが困難となった。そこで、治療開始の血清中のサイトカイン等のマーカーを測定することにより、治療結果を予測するマーカー群を選別し、その選択したマーカー群を用いて、個人毎に寛解、非寛解を予測することを試みた。その結果、LASSO法による統計解析を行い、TNF阻害剤(インフリキシマブ)の場合は予測可能であったが、IL-6阻害(トシリズマブ)の場合は患者数が少なく不明であった。関節リウマチの治療は生物学的製剤の出現で有効性が示されているが、個人毎の治療効果を治療前に予知することは困難である。本研究においては、関節リウマチの病態機序およびサイトカイン阻害機序に基づいたバイオマーカーを探索し、実用性のある、簡便で廉価で、どの施設でも測定でき、治療前に効果を高精度で予測できるマーカーを探索し、患者個別にバイオ製剤を選択可能とすることを目的とした。我々は既にTNF-aの作用における可溶性TNF-aエセプター(sTNF-aR)、特にsTNF-aRIIは抗炎症効果を示し、IL-6における可溶性IL-6(sIL-6R)および可溶性gp130(sgp130)のIL-6による作用解析からsgp130がnatural IL-6 inhibitorであることを示し、これらの可溶性因子が治療効果に関与することをin vitroで明らかにしている(未発表)。従って、今回特に可溶性受容体を測定に組み込むことで新しい知見が得られるものと期待し、sgp130を含む31のバイオマーカーを測定した。その結果から16週後の治療効果(DAS28-CRP)との相関性を検討した。なお、治療はIL-6阻害のトシリズマブとTNF-a阻害のエンブレルを用いた。その結果、トシリズマブの場合、sgp130を含む数種のバイオマーカーによって80-70%の確立で治療前に治療後のDAS28値の予測が可能であることを示した。また、エンブレルの場合、TNF-aRを含む2-3種のマーカーで予測が可能であるが、その確率は25%と低かった(PLoS One,Jul 15;10(7),2015)。この結果を確実なものとするために別施設の患者を対象とし、現在患者の選択を行っている。1予備研究で得られた予測マーカー群以上に確率高く予測可能なマーカーを推定するため、従来用いたBio-Rad社のbio-Plex27以外で可溶性受容体を多く含んだ新しく開発された炎症キットを測定に選んだ。2慶應義塾大学との共同研究のため、慶應義塾大学の倫理委員会に申請し審査中である3慶應義塾大学医学部膠原病・リウマチ内科受診中の患者から対象患者を選出している。トシリズマブ治療、またはインフリキシマブ治療の開始前に保存血清があり、24週後の臨床データーを有している患者を対象とする。関節リウマチ(RA)の分野では生物学的製剤(Bio製剤)治療により、飛躍的に有効性が高まった。しかしBio製剤は高額(数万円/月)であるため、特に高齢低所得者にとっては経済的に困難である。少なくとも投与後無効であってはならない。しかるに近年10ー15種のBio製剤が開発され、治療薬選択を困難にしている。このため個々の患者毎に、治療前にどの治療薬が有効かを予測することが重要となっている。我々は昨年度、トシリズマブ(IL-6阻害Bio製剤)またはエンブレル(TNF-α阻害Bio製剤)治療をうけ、16週後の関節評価(DAS-28)ができた100名弱の患者を対象とした。治療開始前の患者血清中のサイトカイン、ケモカイン、可溶性レセプター等31種のバイオマーカーを測定し、16週後のDAS-28を予測、あるいは寛解導入確立位を予測しうるバイオマーカーを特定した(Plos one)。本年は異なる施設の患者を用いて同様の検討を行った。今回は慶応大学の患者で24週後のDAS-28、及び寛解/非寛解を確認したトシリズマブ使用患者(60名)、インフリキシマブ(TNF-α阻害Bio製剤)使用患者(40名)を対象とした。1予備研究以上に予測確率又は一致率を高めるため、31のマーカーを95マーカーに増加した。従来のサイトカイン、ケモカイン、可溶性レセプター以外に他のRA関連因子、更に患者データベース値、治療法等を加えた。2新規対象施設の慶応大学での倫理委員会の認可が得られ、また研究内容に対する同意を患者全員から得られた。3治療開始前の血清が得られ、また患者診療記録から24週後の関節評価(DAS-28-ESR, CDAI, SDAI)を把握することができた。4血中バイオマーカー値が測定された。5但し、統計解析に従来と同様のMultiple linear及びMultiple logistic法を用いたが、目的変数が多数のため解析不可ということがわかり、現在統計解析法を変更して解析中である。1.緒言関節リウマチ(RA)治療において分子標的治療薬が開発され有効性が示されているが、患者個々の治療効果については不明のため、担当医は治療薬選択が困難で患者に不安を与えている。今や選択薬の治療効果を予め知ることが切望されている。

そこで、治療前に予測可能とするバイオマーカーを見つけ出し、RA分野においても、最適の治療薬の選択を可能にする個別化医療を目指す。2.研究方法と結果1)後向き観察の予備研究RA100余名の患者の治療前血清を用いて31種のバイオマーカーを測定した。マーカーと効果との関連性をMultiple linear analysisで、寛解になる確率をMultiple logistic analysisで求めた。その結果、トシリズマブ(TCZ)治療において8種のマーカーと治療効果との相関がR2=0.646、p<0.0001、寛解となる確率はROCカーブでAUC=0.850、P=0.0004と良好な相関が得られた。以上の結果高い相関性が認められた。2)後向き観察の研究予備研究確認のため別のRA150余名の患者を対象とした。TCZ、インフリキシマブ(IFX)の24週後の治療効果をDAS28(ESR)で判定した。約100項目のマーカーを測定した。統計学的解析は、LASSO法を用いた。その結果TCZの場合10の項目が、IFXの場合68の項目が選択された。選択された項目に両治療群で共通性が乏しかった。24週後の寛解はTCZの場合AUC=0.9、IFXの場合AUC=0.8で、高い確率で予測出来ることが示された。3)前向き観察の研究対象患者が少ないため安定した結果が得られにくいので検体数を増やしている。ただIFXの場合確認できる傾向が示された。3.結語治療前に寛解を予測することが可能であること、またIL-6阻害とTNF-α阻害とでは作用機序が異なることが示唆された。関節リュウマチの治療は、生物学的製剤によって飛躍的に改善した。しかしながら、開発薬が増加したがゆえに、各患者毎に最も適した薬を選択することが困難となった。そこで、治療開始の血清中のサイトカイン等のマーカーを測定することにより、治療結果を予測するマーカー群を選別し、その選択したマーカー群を用いて、個人毎に寛解、非寛解を予測することを試みた。その結果、LASSO法による統計解析を行い、TNF阻害剤(インフリキシマブ)の場合は予測可能であったが、IL-6阻害(トシリズマブ)の場合は患者数が少なく不明であった。1新キットを選定する。2対象患者を100名とし、患者を特定する。3共同研究先の慶應義塾大学倫理委員会の承認後、患者の血清サンプル中のバイオマーカーを測定する。424週後の関節評価が得られた患者を対象とし、観察研究を終了後、統計学的にバイオマーカーと治療効果(DAS28, C-DAI,s-DAI)との関連性を検討する。5Multiple linear analysis, Multiple logistic analysisによる統計解析にて効果予測マーカーを特定する。6上記で得られた特定マーカー群によるDAS28, C-DAI,s-DAI予測値を求める計算式を得る。7続いて、前向き研究を開始する。治療前の患者血清を用いて特定したバイオマーカーを測定し、その結果を計算式にあてはめ予測効果値を求める。この予測値と24週後の実測効果値との一致率を求め、前述の後向き研究の確実さを検証する。8前向き研究の対象患者は、トシリズマブまたはインフリキシマブ患者とする。1新しい統計解析法としてLASSO法を採用し、慶応大学患者のトシリズマブ及びインフリキシマブ治療患者を対象にして解析中である。