hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血小板ミトコンドリアの呼吸機能とＣａ２＋取り込み能に対する吸入・静脈麻酔薬の影響

ミトコンドリアの呼吸を抑制した濃度は、セボフルランで臨床濃度の20倍、プロポフォールは30倍という高濃度であった。一方、セボフルランの抑制作用は臨床濃度の4倍から認められた。平成24年度研究計画は、全身麻酔が白血球、血小板ミトコンドリア呼吸能に及ぼす影響の検討(採血とミトコンドリア抽出、ミトコンドリア呼吸能解析は野口が、内野とEskilElmerが補佐する)であった。全身麻酔を受けた患者より採血し、血小板を分離後、高感度オキシグラフであるオロボロスTMを用いて、ミトコンドリア呼吸鎖の機能を解析した。麻酔薬が血小板ミトコンドリア呼吸能に及ぼす影響の解析についてはデータ集積を進め、学会発表の準備中である。平成23年度研究計画は、(1)麻酔薬が白血球、血小板ミトコンドリア呼吸能に及ぼす影響の検討および(2)麻酔薬が白血球、血小板ミトコンドリアCa2+取りこみ能に及ぼす影響の検討であった。健康成人ボランティアより採取した血液サンプル(全血)から血小板を分離後、高感度オキシグラフであるオロボロスTMを用いて、ミトコンドリア呼吸鎖の機能を解析した。まず、麻酔薬を暴露しない、日本人のコントロールとなるデータを解析した。麻酔薬が血小板ミトコンドリア呼吸能に及ぼす影響の解析はデータ集積を進め、学会発表の準備中である。麻酔薬が血小板ミトコンドリアCa2+取りこみ能に及ぼす影響および麻酔薬が白血球ミトコンドリア呼吸能、Ca2+取りこみ能に及ぼす影響についてはデータの集積中であるため上記の様な評価とした。平成25年度は、全身麻酔が白血球、血小板ミトコンドリアCa2+取りこみ能に及ぼす影響を検討(採血とミトコンドリア抽出、ミトコンドリアCa2+取りこみ能解析は野口が、内野とEskilElmerが補佐する)する予定である。全身麻酔の白血球、血小板ミトコンドリアCa2+取りこみ能への影響を測定し白血球、血小板ミトコンドリア組織呼吸の観点から麻酔薬の影響の検討を行う。麻酔導入で静脈麻酔薬のミダゾラム(0.04mg/kg,01mg/kg)またはプロポフォール(2mg/kg)、麻酔維持としてプロポフォール(TCI2,4 μg/ml:プロポ群)または吸入麻酔薬のセボフルレン(1,2MAC:セボ群)とイソフルレン(1,2MAC:イソ群)および麻薬性鎮痛薬フェンタニル(50μg,100μg)を用いた全身麻酔を受ける呼吸器外科予定手術で、集中治療室に入室予定の患者のうち、適格基準を全て満たし、かつ除外基準に抵触しない患者より、術前、術中(手術開始2、4時間、終了時、術後第一病日)に採血を行い、白血球、血小板を分離した後、白血球と血小板ミトコンドリア懸濁液に200mMATPと50mMADPおよび1mg/mlのオリゴマイシンを加える。ミトコンドリアのCa2+取りこみ(Calcium Retention Capacity:CRC)は、200nmolCaCl2を10μM/分で持続投与し、蛍光色素のFura6Fを懸濁液に加え509nmで励起して測定を行い、静脈麻酔と吸入麻酔による全身麻酔が白血球と血小板ミトコンドリアCa2+取りこみ能とMPTに与える影響を比較解析し、In vivoにおける各種麻酔薬とMPTに伴うミトコンドリア機能不全との連関を評価する。さらに平成23、24年度のデータを解析し、必要に応じて更にデータの集積に努める。平成24年度は、全身麻酔が血小板ミトコンドリア、白血球呼吸能に及ぼす影響の検討をしていく予定である。麻酔導入で静脈麻酔薬のミダゾラム(0.04mg/kg,01mg/kg)
核における活性酸素調節によるIV型グルタチオンペルオキシダーゼの新規機能の解析

IV型グルタチオンペルオキシダーゼ(PHGPx)にはミトコンドリア型・非ミトコンドリア型PHGPxの二つのタイプが存在する。非ミトコンドリア型PHGPxを高発現させたラット好塩基球系癌細胞株(RBL2H3細胞)では親株に比べて核・細胞質にPHGPxが多く発現していた。平成10年度において、PHGPxが核における過酸化脂質反応であるシクロオキシゲナーゼ活性を抑制し、プロスタグランジンの産生抑制をすることを報告した。またPHGPxは核においてリポキシゲナーゼ活性を抑制すること、細胞内ヒドロペルオキシド量を低下させていることを報告した。本年度はPHGPxの転写調節因子としての新規機能を有するか否かについて、ディファレンシャルディスプレイ法を用いて、PHGPx高発現株において特異的に変動する遺伝子が存在するかについて検討した。その結果、未知遺伝子を含む3つの遺伝子が発現が低下し、4つの遺伝子に発現上昇が見られることを明らかにした。この遺伝子の塩基配列を決定したところ、誘導遺伝子は炎症性シグナルを抑制するMAFA、アルギニン代謝に関与するGAAT、抑制遺伝子の一つはウィルムス腫瘍の抑制遺伝子であるL10であることが明らかとなった。これらの遺伝子の発現にはこれまで全くレッドクスの調節が関与する報告がなかった。実際、過酸化水素や抗酸化物質添加により細胞のレドックスを変化させても遺伝子の発現変動は見られなかった。しかしPHGPx蛋白質の発現を上昇させるセレンの添加により、これらの遺伝子の発現パターンはPHGPx高発現株と同様な変化を示した。またMAFAのプロモーター活性を検討したところ、PHGPx高発現株において有意にプロモーター活性が亢進していた。以上の結果からPHGPxにはレッドクス変動を介さない経路で特定の遺伝子の発現を調節する全く新しい機能を有していること見いだした。IV型グルタチオンペルオキシダーゼ(リン脂質ヒドロペルオキシドグルタチオンベルオキシダーゼ:PHGPx)にはミトコンドリア型、非ミトコンドリア型PHGPxの2つのタイプが存在する。非ミトコンドリア型PHGPxを高発現させた好塩基球癌細胞株では親株に比べ核にPHGPxが多く発現していた。核に存在するPHGPxは核での過酸化反応を引き起とすリポキシゲヂーゼの活性を抑制することを報告したが、今回シクロオキシゲナーゼの活性を抑制するかいなかについて検討した。その結果、A23187刺激およびIgE刺激におけるプロスタグランジンD2産生を抑制し、核においてPHGPxがシクロオキシゲナーゼの活性を抑制することを見いだした。A23187刺激ではCOX-1による活性を、IgE刺激ではCOX-2による活性を抑制することを明らかにした。ロイコトリエンやプロスタグランジンは様々な転写活性化因子の調節因子としても働くことからPHGPxが転写活性化因子の調節因子としての新規機能を有していることが予想された。またPHGPxは転写活性化因子の活性化を引き起こすヒドロペルオキシド量を親株に比べ低く抑えることをフローサイトメトリーを用いた検討から明らかにした。このことは活性酸素シグナルを介しPHGPxが転写レベルを制御できることを示している。そこで次にPHGPx高発現株と親株で実際にmRNAの発現が異なっているかについてディファレンシャルディスプレイ法を用いて検討した。その結果、PHGPx高発現株で発現が上昇している遺伝子を5個、発現が減少している遺伝子を3個見いだした。これらの遺伝子は親株にPHGPxの発現を上昇させる亜セレン酸を添加して培養した細胞株でも同様に発現量が変化した。このことからIV型グルタチオンペルオキシダーゼ(PHGPx)の量的変化が細胞内において遺伝子の転写調節に深く関与していることを見いだした。現在この遺伝子の同定とPHGPxが調節している転写因子の同定を試みPHGPxの転写調節蛋白質としての新規機能の解析を行っている。
レーザー顕微鏡式その場観察システムの改良と金属間化合物の微視破壊現象観察

レーザー顕微鏡の下で引張-圧縮の軸荷重を負荷できる,『小型横置電気油圧サーボ疲労試験機』を製作し,その場観察システムを改良することを第一の目的とした.改良されたシステムの特徴を以下に示す.(1)最大【.+-。】98kNの軸荷重を負荷しながら,試験片表面を大気中で高倍率(最高6000倍)かつリアルタイムで観察できる.(2)荷重ないしは変位制御が可能であり,疲労試験時の加振周波数は0.001Hz数10Hzである.(3)試験機を大型の精密XY自動ステージの上に載せることで,パソコン操作により観察視野は2ミクロンピッチで移動できる.Y(荷重)軸方向の移動は,試験機のピストン変位と同期させることで,試験中でも常に静止した状態で観察できる.(4)特殊な回転治具をセットしているため,試験片の全周を観察できる.本研究の第二の目的は,上記システムを用いて,金属間化合物TiAlの疲労破壊に至る過程を微視的に観察することである.Ti-33.6wt%Alを用いて,応力比R=-1・正弦波荷重下で疲労試験を行いS-N特性を調べるとともに,一部の試験片については表面観察を行った.その結果,常温ではほとんど塑性変形しないTiAlであるが,微視的には結晶粒(γ-TiAl)単位で塑性変形の痕跡であるすべり(単一すべり.二重すべり,双晶変形)が観察された.一部の結晶では,応力繰返し数の増加とともに,すべり変形が進行・累積するのが観察されたことから,TiAlの疲労は通常の金属材料と同様,結晶粒単位の微視的な塑性変形が累積した結果もたらされることがわかった.以上より,今回改良を加えた『レーザー顕微鏡式その場観察システム』は,正常に作動し,材料の微視破壊挙動の直接観察に威力を発揮することが確認できた.今回製作した試験機は将来,環境槽を取り付けられるよう設計されているため,大気中だけでなく水中や高温中でも,その場観察できる.平成6年の研究実績および進捗状況は,以下に示す通りである。◎金属間化合物TiAlを用いて,各種予備試験(室温疲労き裂進展試験・中高温疲労き裂進展試験・応力腐食割れ試験・3次元破面解析)を行い,以下に示す知見を得た。(1)TiAlの室温における疲労挙動は,金属疲労と応力腐食割れの相互作用によりもたらされる。そのため,き裂進展挙動は,通常の金属材料とセラミックス材料の中間的な特性を示す。(2)室温における疲労き裂の成長経路は,微視組織の影響を受ける。特にラメラ組織を有する材料では,その傾向が著しい。また,破面の粗さも大きく,き裂開閉口は,破面粗さ誘起型である。(3)中高温(400°C600°C)域では延性も多少現れるため,疲労き裂進展挙動も一般的な金属材料の挙動に近くなる。また,延性が回復した証拠になる『ストライエーション』模様が,破面で観察された。(4)TiAlは,室温大気中でも応力腐食割れを起こす。水中ではこの現象がさらに加速される。応力腐食割れは,主にγ-TiAl結晶粒の内部で生じる。『改良型その場観察システム』用の小型横置電気油圧サーボ試験機(下図参照)の設計を完了し,製作にとりかかった。◎予備試験結果を踏まえ,『改良型その場観察システム』を用いて行う,TiAlの微視破壊挙動の観察すべき主たる項目を以下のように決めた。(1)TiAlは室温での延性が乏しい。そのため、TiAl構造物の安全性を考える上で,長いき裂の挙動ではなく,微小き裂の発生・成長挙動を詳細に観察する。(2)上記微小き裂の挙動と,TiAlの微視組織(ラメラ組織,γ-TiAl組織)との関連を観察し,強度向上に適した微視構造の指標を模索する。15EA11:(3)微小き裂の成長挙動を支配する力学パラメータを検討する上で必要な,き裂開閉口挙動も測定する。】98kNの軸荷重を負荷しながら,試験片表面を大気中で高倍率(最高6000倍)かつリアルタイムで観察できる.(2)荷重ないしは変位制御が可能であり,疲労試験時の加振周波数は0.001Hz数10Hzである.(3)試験機を大型の精密XY自動ステージの上に載せることで,パソコン操作により観察視野は2ミクロンピッチで移動できる.Y(荷重)軸方向の移動は,試験機のピストン変位と同期させることで,試験中でも常に静止した状態で観察できる.(4)特殊な回転治具をセットしているため,試験片の全周を観察できる.本研究の第二の目的は,上記システムを用いて,金属間化合物TiAlの疲労破壊に至る過程を微視的に観察することである.Ti-33.6wt%Alを用いて,応力比R=-1・正弦波荷重下で疲労試験を行いS-N特性を調べるとともに,一部の試験片については表面観察を行った.その結果,常温ではほとんど塑性変形しないTiAlであるが,微視的には結晶粒(γ-TiAl)単位で塑性変形の痕跡であるすべり(単一すべり.二重すべり,双晶変形)が観察された.

一部の結晶では,応力繰返し数の増加とともに,すべり変形が進行・累積するのが観察されたことから,TiAlの疲労は通常の金属材料と同様,結晶粒単位の微視的な塑性変形が累積した結果もたらされることがわかった.以上より,今回改良を加えた『レーザー顕微鏡式その場観察システム』は,正常に作動し,材料の微視破壊挙動の直接観察に威力を発揮することが確認できた.今回製作した試験機は将来,環境槽を取り付けられるよう設計されているため,大気中だけでなく水中や高温中でも,その場観察できる.前年度製作中であった『小型横置電気油圧サーボ疲労試験機』が完成した.この試験機とレーザー顕微鏡を組み合わせ改良を加えた『その場観察システム』の特徴を如何に示す.(1)最大±98kNの軸荷重を負荷しながら,試験片表面を大気中で高倍率(最高6000倍)かつリアルタイムで観察できる.(2)荷重ないしは変位制御が可能であり,疲労試験時の加振周波数は0.001Hz数10Hzである.(3)試験機を大型の精密XY自動ステージの上に載せることで,パソコン操作により観察視野は2ミクロンピッチで移動できる.Y(荷重)軸方向の移動は,試験機のピストン変位と同期させることで,試験中でも常に静止した状態で観察できる.(4)特殊な回転治具をセットしているため,試験片の全周を観察できる.本研究の第二の目的は,上記システムを用いて,金属間化合物TiAlの疲労破壊に至る過程を微視的に観察することである.Ti-33.6wt%Alを用いて,応力比R=-1・正弦波荷重下で疲労試験を行いS-N特性を調べるとともに,一部の試験片については表面観察を行った.その結果,常温ではほとんど塑性変形しないTiAlであるが,微視的には結晶粒(γ-TiAl)単位で塑性変形の痕跡であるすべり(単一すべり,二重すべり,双晶変形)が観察された.一部の結晶では,応力繰返し数の増加とともに,すべり変形が進行・累積するのが観察されたことから,TiAlの疲労は通常の金属材料と同様,結晶粒単位の微視的な塑性変形が累積した結果もたらされることがわかった.以上より,今回改良を加えた『レーザー顕微鏡式その場観察システム』は、正常に作動し,材料の微視破壊挙動の直接観察に威力を発揮することが確認できた.レーザー顕微鏡その場観察システム
動的計画法に基づくオンライン予測に関する研究

本研究は,オンライン予測モデルに基づく一連の最適化問題のクラスに対し,一般に適用可能なアルゴリズムの設計の指針を与えようとするものである.オンライン予測モデルとは,次のような一般的なスキーマとして述べることができる.各時刻t=1,2,...ごとに,アルゴリズムはエキスパートと呼ばれるn個のオラクルから予測値系列x_t,1,...,x_<t,n>を受け取り,それに基づいて自らの予測値y^^<^>_tを出力する.その後,真のデータy_tを観測する.このとき,ある定められた損失関数Lに基づいて,アルゴリズムは損失L(y_t,y^^<^>_t)を被るとする.アルゴリズムの目標は,損失の総和Σ_tL(y_t,y^^<^>_t)を,最適なエキスパートの損失min_iΣ_tL(y_t,x_<t,i>)と同程度に抑えることである.これまで,さまざまなオンライン予測モデルに対しさまざまなアルゴリズムが提案されているが,いずれも損失の上界はエキスパート数nの対数を用いて与えられることが示されている.これは,nが指数関数的に大きい場合でも損失はそれほど大きくならないことを意味しており,さらに,エキスパートがある特殊な構造を持ち,これらの予測値系列を圧縮して表現できるならば,効率の良いアルゴリズムが存在する可能性を示唆している.HelmboldとSchapireは,決定木の枝刈り問題がこのような構造を持つことを示した.すなわち,すべての枝刈りをエキスパートとみなしたのと同等のデータ構造を線形空間に圧縮して表現することができる.本研究では,枝刈り問題をバッチモデルの下で考えた場合,すなわち,アルゴリズムに観測データy_1,y_2,...が一度に全部与えられるとした場合には,この問題は動的計画法を用いて効率良く解ける構造を持っていることを見い出した.そして,この観測に基づき,オンライン予測アルゴリズムを設計することによって,HelmboldとSchapireと同様の結果を導き出せることを示した.さらに,本研究ではこれを一般化し,問題がバッチモデルの下で動的計画法を用いて効率良く解けるとき,その問題がオンライン予測モデルの下でも効率のよい予測アルゴリズムを持つ条件を与え,そのアルゴリズムの設計指針を与えた.本研究は,オンライン予測モデルに基づく一連の最適化問題のクラスに対し,一般に適用可能なアルゴリズムの設計の指針を与えようとするものである.オンライン予測モデルとは,次のような一般的なスキーマとして述べることができる.各時刻t=1,2,...ごとに,アルゴリズムはエキスパートと呼ばれるn個のオラクルから予測値系列x_t,1,...,x_<t,n>を受け取り,それに基づいて自らの予測値y^^<^>_tを出力する.その後,真のデータy_tを観測する.このとき,ある定められた損失関数Lに基づいて,アルゴリズムは損失L(y_t,y^^<^>_t)を被るとする.アルゴリズムの目標は,損失の総和Σ_tL(y_t,y^^<^>_t)を,最適なエキスパートの損失min_iΣ_tL(y_t,x_<t,i>)と同程度に抑えることである.これまで,さまざまなオンライン予測モデルに対しさまざまなアルゴリズムが提案されているが,いずれも損失の上界はエキスパート数nの対数を用いて与えられることが示されている.これは,nが指数関数的に大きい場合でも損失はそれほど大きくならないことを意味しており,さらに,エキスパートがある特殊な構造を持ち,これらの予測値系列を圧縮して表現できるならば,効率の良いアルゴリズムが存在する可能性を示唆している.HelmboldとSchapireは,決定木の枝刈り問題がこのような構造を持つことを示した.すなわち,すべての枝刈りをエキスパートとみなしたのと同等のデータ構造を線形空間に圧縮して表現することができる.本研究では,枝刈り問題をバッチモデルの下で考えた場合,すなわち,アルゴリズムに観測データy_1,y_2,...が一度に全部与えられるとした場合には,この問題は動的計画法を用いて効率良く解ける構造を持っていることを見い出した.そして,この観測に基づき,オンライン予測アルゴリズムを設計することによって,HelmboldとSchapireと同様の結果を導き出せることを示した.さらに,本研究ではこれを一般化し,問題がバッチモデルの下で動的計画法を用いて効率良く解けるとき,その問題がオンライン予測モデルの下でも効率のよい予測アルゴリズムを持つ条件を与え,そのアルゴリズムの設計指針を与えた.
摩擦低減制御下にある壁面乱流の伝熱特性に関する研究

本研究は、壁面乱流において壁面からの吹出し・吸い込みによる制御を行った場合に壁面摩擦と熱伝達率の減少に非相似な効果が現れることをシミュレーションによって確認することを目的とし、これを達成するため、壁面に向かう流体運動に対しては吹出しを壁面から離れる流体運動に対しては吸い込みを行う制御を伴った2次元チャネル内乱流および温度場の直接シミュレーションコードを作成し、計算を実行した。計算結果は3次元空間の時系列データとしてCD-RあるいはDVD-ramの大容量記憶媒体に記録し、可視化や種々の数値実験が行えるものとしてデータベース化した。このデータベースを利用した数値実験や可視化の結果、以下の知見を得た。(1)制御を加えることによって壁面摩擦係数C_f、スタントン数ともに20%程度減少した。また、両者の比である2St/C_fは約3%上昇した。(2)相対的に流速の大きい流体塊が壁に向かう運動に対して吹出しを行っている領域では流れ方向速度変動と温度変動の相関係数が大きく低下する。(3)吹出し制御領域では2St/C_fが増加するが、吸込み領域がスパン方向に隣接し、ここで2St/C_fが減少する。この現象は縦渦構造の壁に向かう運動と壁から離れる運動に対応している。(4)2St/C_fが増加する吹出し制御領域では大きな逆圧力勾配が生じており、この圧力勾配の効果によって速度場と温度場の非相似性が現れたものと考えられる。なお、本研究で得られた知見は「壁面からの噴出し・吸込みによる摩擦低減制御下にある壁面乱流温度場の直接数値計算」として論文にまとめ、日本機械学会論文集に投稿中である。本研究は、壁面乱流において壁面からの吹出し・吸い込みによる制御を行った場合に壁面摩擦と熱伝達率の減少に比相似な効果が現れることをシミュレーションによって確認することを目的としている。この目的を達成するため、今年度はまず、壁面に向かう流体運動に対しては吹出しを壁面から離れる流体運動に対しては吸い込みを行う制御を伴った2次元チャネル内乱流および温度場の直接シミュレーションコードを作成し、計算を実行した。このデータベースを利用した数値実験や可視化の結果、現時点までに以下の知見を得た。1.吹出し・吸い込みによる能動的制御を行うことによって、摩擦抵抗、熱伝達率ともに減少したがこれらの比である2St/Cfは2%ほど上昇し、摩擦抵抗が減少するほどに熱伝達率が減少しないことが確認できた。2.壁面に流体が向かう運動に対して吹出しを行った領域において2St/Cfが大きく上昇するが、この領域では大きな逆圧力勾配が生じており、この圧力勾配の効果によって速度場と温度場の非相似性が現れた結果であると推測される。3.しかしながら、吹出し部に隣接して比較的強い吸い込み領域が存在し、ここでは2St/Cfが低下する。これらの互いに隣接する領域には壁面近傍の縦渦構造に向かう運動と壁面から離れる運動が対応していることを可視化によって確認した。
川崎病の病因解明:分子遺伝学的解析および血管分子生物学的手法を用いたアプローチ

川崎病は全身中小動脈の血管炎を主体とする乳幼児の熱性・発疹性疾患である。川崎病の現時点での最も大きな問題点は、未だその成因が不明であるということおよび重篤な心血管系の障害を引き起こすことである。しかし川崎病は何らかの微生物の感染を基盤として発症すると考えられるが、病因に関する研究が多数行われているにも関わらず、依然として病原因子は不明のまま残されている。川崎病は、全世界で発症していることからその病因は、特異的なものではなく、コモンな物であることが考えられる。それらの、病因物質がある特定の分子遺伝的基盤を有する個体に対して川崎病を発症させると考えた。以上のことより、川崎病児の遺伝分子学的基盤の解析を行った。Affymetrix社のGene chipシステムを用いて遠隔期川崎病既往児の遺伝子発現を検討した。対象は冠状動脈病変を合併した川崎病既往児8例、冠状動脈病変非合併の川崎病既往児8例、および対照群10例とした。末梢血単核球より得られたRNAサンプルを用いて遺伝子発現プロファイルを解析した。遺伝子発現の差異は1.5倍以上を有意とした。Human gremline lgD chain geneとH. sapiens mRNA for Tcell lerkemia/lymphoma 1が有意差をもって冠状動脈病変を合併した川崎病既往児に多く発現した。Homo sapiens mRNA for KIAA0752proteinも有意差をもって冠状動脈病変を合併した川崎病既往児に多く発現した。Human MHCclass II HLA-DR7とHuman MHCclass II HLA-DRw53は有意差を持って対照群に比し、川崎病既往児で多く発現した。川崎病の病態、冠状動脈瘤発生において遺伝的な要因が関与している可能性が示唆された。また、近年、血管分子生物学的研究の進歩により動脈硬化などの血管病変の発生機序において各種の細胞接着因子の関与や血管リモデリングの際に血管新生因子(Vascular endothelial growth factor : VEGF)が関与することが明らかになった。今回の研究の目的は、1.川崎病患者における冠状動脈発生と細胞接着分子やVEGF産生能の関係を明らかにすること、2.川崎病児の分子遺伝学的基盤とそれら血管生物学的物質(細胞接着分子やVEGFなど)の産生能との関連を明らかにすることである。急性期の血漿中の細胞接着分子であるセレクチンファミリーの血行動態と冠状動脈障害について検討した。川崎病急性期および亜急性期には、P-およびE-セレクチンは慢性期および対照群に比して明らかに上昇していた。また、冠状動脈瘤を生じた例では生じなかった例に比してP-,E-セレクチンが有意に上昇しており冠動脈瘤発生の予測因子となることが示唆された。この結果は、論文にまとめ受理された(Furui J, Ishii M, et al., Acta Paediatr,2002)。血管新生促進因子であるVascular endothelial growthfactor(VEGF)の川崎病急性期の血行動態を35例の川崎病患児において検討した。冠状動脈瘤が形成される症例では有意に高値を示した。この事により川崎病血管障害およびリモデリングにおいてその病態へVEGFが関与している可能性が示唆される。

また、血漿中のVEGFと左冠状動脈血管壁の超音波後方散乱信号にて診断した組織性状には密接な関係があることを証明した。このことよりVEGFが急性期の血管リモデリングにおいて重要な役割を果たしていることが解明された。川崎病児のRNAの発現は極めて類似していた。心血管後遺症無しの患児で発現が低く、心血管後遺症有りの患児群にて発現が高いRNAが3種類同定された。心血管後遺症無しの患児で発現が高く、心血管後遺症有りの患児群にて発現が低いRNAが2種類同定された。現在これらのRNAの役割分析を行っている。また、同胞例を含む5症例のRNA配列を解析中である。川崎病は全身中小動脈の血管炎を主体とする乳幼児の熱性・発疹性疾患である。川崎病の現時点での最も大きな問題点は、未だその成因が不明であるということおよび重篤な心血管系の障害を引き起こすことである。しかし川崎病は何らかの微生物の感染を基盤として発症すると考えられるが、病因に関する研究が多数行われているにも関わらず、依然として病原因子は不明のまま残されている。川崎病は、全世界で発症していることからその病因は、特異的な与のではなく、コモンな物であることが考えられる。それらの、病因物質がある特定の分子遺伝的基盤を有する個体に対して川崎病を発症させると考えた。以上のことより、川崎病児の遺伝分子学的基基盤の解析を行った。Affymetrix社のGene chipシ久テムを用いて遠隔期川崎病既往児の遺伝子発現を検討した。対象は冠状動脈病変を合併した川崎病既往児8例、冠状動脈病変非合併の川崎病既往児8例、および対照群10例とした。末梢血単核球より得られたRNAサンプルを用いて遺伝子発現プロファイルを解析した。遺伝子発現の差異は1.5倍以上を有意とした。Human gremline IgD chaingeneとH.sapiens mRNA for Tcell lerkemia/lymphoma 1が有意差をもって冠状動脈病変を合併した川崎病既往児多く発現した。Homo sapiens mRNA for KIAAO7522proteinも有意差をもって冠状動脈病変を合併した川崎病既往児に多く発現した。Human MHCclass II HLA-DR7とHuman MHCclass II HLA-DRw53は有意差を持って対照群に比し、川崎病既往児で多く発現した。川崎病の病態、冠状動脈瘤発生において遺伝的な要因が関与している可能性が示唆された。
分子のピストン運動から仕事を生み出す分子機能の創成

フォトクロミック化合物の分子構造変化(ピストン運動)から連続的に仕事を取り出すための分子の仕組み(分子クランクシャフト)の開発および機構の解明を目指した。光応答性キラル化合物のうち、新規に合成した大きなねじり力変化を示す化合物を液晶に添加すると、正方向と逆方向の光反応に伴う液晶の運動の間にヒステリシスが生じ、結果的に分子のクランクシャフト効果を達成した。また、ねじり力0のアキラル化合物からキラル化合物を光反応で誘起できる化合物の合成にも成功した。クランクシャフト機能の機構に関しては、逆反応時に光応答性分子の配向がより大きく乱れていることが関与しているとして現象を説明した。液晶中でのより大きなねじり力変化を光異性化反応によって誘起するために、新規光応答性キラル添加剤を合成する方法と新規キラル液晶を開発する方法の2つの方法を検討した。新規光応答キラル添加剤としては、アゾベンゼン部位を環状分子の骨格内に含む面性不斉型のキラル分子を発見し、すでに一定の成果を得ているが、今年度はそれを改良すべく、ヘキシルフェニル基を2つ置換した化合物を合成した。従来の添加剤よりも大きな初期ねじり力を示し、かつ光照射後のねじり力変化もより大きかった。この結果は、アルキル基を含むジフェニルナフタレン部位が液晶に馴染みやすいメソゲンとしての役割を果たして、キラル情報を分子間で良好に伝達したためと説明できる。もう一つの化合物としては置換シクロファン型化合物を検討した。[2.2]シクロファンのベンゼン環をアゾベンゼンの一部として利用した面性不斉型化合物を合成し、そのねじり力と光異性化反応によるねじり力変化を確認した。しかし、ねじり力は、上記環状化合物ほどは大きくないことが判明した。もう一つのキラル液晶の開発としては、ジコレステリルアルカノエートとコレステロールの混合系を新たに見出した。このコレステリック液晶は、ジアルキルアゾベンゼンを添加して光照射することで、可視域の広い波長域でチューニングされた円偏光反射を起こした。さらに、液晶温度からの急冷却によって液晶分子配列を保ったままガラス化することを見出した。今後は得られた新規光応答性キラル液晶の光駆動回転モーターとして特性を評価することを予定している。本年度は、クランクシャフト効果を示す液晶系についてメカニズムの解明し、液晶分子機械の効率のよいエンジン分子となりうる新規光応答性面性不斉化合物の合成をした。メカニズムの研究においては、光異性化反応におけるねじり力変化が大きいジブロモ型面性不斉アゾベンゼンを用いた時に、trans⇒cis光異性化反応(正)時とcis⇒trans光異性化反応(負)時では、現れる液晶テクスチャーがなぜ異なるのかが問題であった。ひとつの仮説として、正反応では、transアゾベンゼン部位が基板表面に平行に配向した状態から液晶分子との相互作用の弱い球状のcisアゾベンゼンに変化するために、光異性化反応はねじり力の減少とらせん軸の平面内での回転のみを誘起するのに対して、負反応では、配向していないcisアゾベンゼンから急に液晶分子と相互作用するtransアゾベンゼンがランダムな配向で発生するために、液晶のらせん軸の方向が乱されて異なるテクスチャーを与えると考えた。2方向の光異性化反応時におけるアゾベンゼン分子の配向方向を吸収スペクトル測定した結果、同じtrans/cis比を示す光異性化段階において正反応時の方が負反応時よりも液晶中で高い吸光度を示し、負反応時はtransアゾベンゼン分子の配向が乱れていることがわかった。新規化合物の合成については、面性不斉分子の候補として[2.2]パラシクロファン骨格を選定し、アゾベンゼン誘導体を合成した。パラシクロファンの2つのベンゼンの同じ側に同一構造のアゾベンゼンを導入し、trans-cis体はキラルで鏡像異性体を有すること、面性不斉のon-offを光と熱で誘起されることを見出した。今後は、この化合物の円偏光光異性化反応によって正負両方向の回転をスイッチしうる液晶分子機械のエンジン分子として応用可能であるかを検討する予定である。本年度は、光反応によってアキラル状態からキラリティを誘起する新規添加剤の合成と機能評価を行った。アゾベンゼンのダイマー型化合物で、両方のアゾベンゼンがトランス体である場合(トランスートランス体)にはアキラルであるが、一方がトランスでもう一方がシスである場合(トランスーシス体)にはキラリティーを有する化合物を合成した。初期状態としては、トランスートランス体(アキラル)として存在するが、溶液中で436nm光を照射するとトランスーシス体が生成した。また、無偏光下ではトランスーシス体は存在比1:1の一対の鏡像異性体として生成しているが、円偏光下では、一方の鏡像異性体がより多く生成することが、得られた溶液の円二色性スペクトルの測定から明らかとなった。

過剰となる鏡像異性体のRとSは、円偏光の左右を変えることで変化した。本化合物は、ねじり力のない状態と右巻きおよび左巻きのねじり力を有する状態の3状態間を光で行き来できる新規な特性を有している。しかし、現在のところ、鏡像異性体過剰率が0.3%程度と小さいことが新規キラル添加剤として使用する上での課題である。期間全体としては、液晶上のミクロ物体の回転運動に関し、クランクシャフト効果を効率よく発現するためのねじり力変化の大きいキラル添加剤や、[2.2]パラシクロファン構造やアゾベンゼンーコレステロールジメソゲン構造を有する新規キラル添加剤、およびアキラル状態からキラリティを誘起できる全く新しい化合物の開発に成功した。さらに、クランクシャフト効果のメカニズムに関しても、光異性化反応過程での液晶中におけるキラル添加材の配向の違いであるという仮説を実験で確かめることに成功した。複合化学初期ねじり力と光反応によるねじり力の変化が従来よりも大きな光応答性キラル添加剤を見出したことは、研究の目的に大きく近づいた。それ以外の研究も概ね順調である。本年度は、分子クランクシャフト効果が現れている液晶分子機械のメカニズムの解明を目標としたが、それをほぼ予定どおり解明しただけでなく、新規な面性不斉型光応答性キラル添加剤を合成することに成功した。本化合物は、液晶分子機械の回転方向を照射する円偏光の右、左により制御しうることから、本研究においても興味深い化合物である。よって計画以上に進展していると自己評価した。最終年度として、環状アゾベンゼン型と[2.2]パラシクロファン型について、分子内のメソゲン(液晶性剛直部位)の有無等によって、光反応前後での分子配向の変化、液晶分子を捻る力の変化、非可逆的テクスチャー変化がいかに影響を受けるかを明らかにする。クランクシャフト機能の確立については、エネルギー変換効率や分子機械としての繰り返し特性の限界を明らかにする。また、より優れたクランクシャフト機能を与える化合物を見出す。光エネルギーを最も効率よく仕事に変換する条件を明らかにするために光応答性キラル添加剤の構造と濃度、液晶の種類、液晶膜の厚み、光照射の角度や強度、温度、ガラスロッドの形態を変化させて、光エネルギーに対する仕事の割合を算出する。現在用いているガラス粒子は、直径5ミクロン、長さ約30ミクロンのロッド状のものであるが、それだけでなく薄膜(700nm)ディスク状(直径100ミクロン前後)のガラス粒子なども回転させてみる。次に、新たな面性不斉型光応答性キラル添加剤として、[2.2]パラシクロファンを母体としてアゾベンゼンを導入した化合物を合成し、その光応答性キラル添加剤としての挙動を調べる。これらの化合物もベンゼンの自由回転が制限されているため、ベンゼン環に条件を満足する位置に置換基を導入した化合物はキラルとなり、一方のベンゼン環がアゾベンゼンの一部を担っているとき、光異性化反応によって大きなねじり力の変化が期待できる。すでに、アミノ基を有する[2.2]パラシクロファンを合成し、ニトロソベンゼンと反応させてアゾベンゼン誘導体が得られることを確認している。RとR'が水素である化合物だけでなく、様々な置換基を導入して誘導体を得る。
女子学生の加熱式タバコの実態、コチニン指標の受動喫煙および口腔内所見の前向き研究

本研究では、受動喫煙の及ぼす歯周組織への影響、特に、口唇や歯肉メラニン色素沈着と尿中コチニン濃度で判定した喫煙や受動喫煙の有無との関連性について、多くの環境因子の影響をあまり受けていない歯科衛生士をめざす女子学生を対象として、入学時から3年間、前向きに検討する。なお、入学時に加熱式タバコも含めた喫煙状況と受動喫煙の実態とその影響を質問票で調査し、禁煙教育・啓発を行い、1年後の臨床実習前の2年生時、2年後の臨床実習時の3年生時に、繰り返し、加熱式タバコも含めた喫煙状況と受動喫煙の影響を評価する。
N-WASPと相互作用する新規蛋白質p55による細胞形態の制御

最初にin vitroにおけるWICH(p55)のN-WASP活性化能について検討するため、WICHの組み換え蛋白質を昆虫細胞にGST融合蛋白質として大量発現させ、精製した。実験に影響を及ぼす可能性のあるGSTはプレシジョンプロテアーゼ処理して除いた。そしてN-WASP、Arp2/3複合体やピレン標識したアクチンも調製し、蛍光分光光度計を使ってアクチン重合実験を行った。その結果、WICH存在下でN-WASPはアクチン重合を促進した。また、N-WASPがアクチン重合を促進するとアクチンコメット形成を促進することが知られているので、そこにおけるWICHの関連性についても検討した。N-WASPをコートしたプラスチックビーズを蛍光標識したアクチンを加えた牛脳細胞抽出液中に入れ、蛍光顕微鏡でビーズを観察した結果、ビーズはWICH存在下で、より長いアクチンコメットを形成して抽出液中を泳いだ。以上よりWICHがN-WASPを活性化し、アクチン重合を促進することが明らかとなった。次にWICH自身がアクチンに及ぼす影響を調べた。まず、精製したWICHとアクチンを使って共沈殿実験を行ったところ、WICHによりアクチンは架橋され高次構造をとっている可能性が示唆された。また蛍光標識したファロイジンを使い、その時のアクチンの形態を蛍光顕微鏡にて観察したところ、束化されたアクチンの存在が認められた。ここでWICHのアクチン束化能について検討するため、WICHにアクチン結合部位が複数存在するか、自身が二量体以上の複合体を形成するかをゲル濾過法など用いての解析を試みた。しかしそれらの方法はWICHの場合には適さず、WICHのアクチン束化能については結論を出すに至っていない。最後にWICHのin vivoでの機能解析を試みた。脳、腸、胃、肺の組織切片を凍結切片法で作製し、免疫蛍光抗体法を用いてWICHの局在を調べたところ、脳では海馬、小脳の顆粒細胞とプルキンエ細胞、腸、胃、肺では平滑筋細胞に高発現が認められた。現在これらの細胞の初代培養を行って機能解析を試みているが未だ新たな知見は得られていない。
経動脈除脳灌流標本を用いた気道確保困難時の病態解析

近年、全身麻酔の安全性向上に伴い、歯科治療を行う上で全身麻酔の選択が多くなってきている。全身麻酔による致死率は極めて低いが、全身麻酔導入時に人工呼吸ができなくなり(Can't Ventilate:CV)かつ、気管挿管ができなくなり、(Can't Intubate: CI)致死的な転帰を辿ることがある。しかしながら、CVCIの病態形成に関わるメカニズムの詳細な解明はされていない。申請者らは、上気道と呼吸運動の協調の乱れを是正する事でCVCIの治療に有効であるとの仮説を立てた。その上で、上気道構成筋群への出力が中枢の化学受容野にてどのように呼吸活動と連動し、修飾されているのかを解明する。
発声機構の解析による自然音声合成に関する研究

自然音声の合成は音声応答システムや発声代行システムの開発において重要な研究課題である.発声には声帯におけるピッチ制御と声道における調音制御の2つの要素がある.アクセントやイントネーションなど言語の自然性はピッチに由来し,声道(舌,口唇,歯,鼻腔など)の巧妙な調音制御の重要性はいうまでもない.われわれは従来,電極による調音運動計測,音声のPARCOR分析,頚部インピーダンスの計測,MRIによる声道断面計測などを行ってきたが,本研究ではとくに後2者について重点的に解析を進めた.(1)頚部インピーダンスの抵抗,容量成分を分離計測する装置を開発し,ピッチとの間の静特性(非線形特性)を関数近似した.この関数を用いて静特性補正したインピーダンスについて,ピッチ変化との動特性を求め,ピッチ変化を逆推定する手法を開発した.単一母音のついて,推定ピッチより合成した音声は原音声に一致した.連続母音では音韻の変化によるインピーダンス変動分を補正することにより推定できる.なお,ピッチ変化は抵抗変化よりも容量変化として検出できる場合があり,発声法に依存した個人性と考えられる.(2)MRIを用いて口腔,鼻腔を含む声道全容の3次元形状計測を行った.とくに水分含有量が少ない歯冠部形状を撮像するために植物油脂製の薄膜歯冠プレートをかぶせて,口腔,鼻腔を同時に撮像する手法を開発した.この画像より濃度補間法により任意の声道断面形状を推定し,3次元表示する手法を開発した.この方法により左右大臼歯間を0.4mm以内の精度で計測できる.つぎに,5母音と歯擦子音/s/,/sh/,/shu/発音時についての3次元MRI画像よりキュービックコンボリューション法を用いて口腔および鼻腔の任意の断面像を推定した.この結果,歯冠部の位置や副鼻腔の容量に個人差があることが明らかになった.自然音声の合成は音声応答システムや発声代行システムの開発において重要な研究課題である.発声には声帯におけるピッチ制御と声道における調音制御の2つの要素がある.アクセントやイントネーションなど言語の自然性はピッチに由来し,声道(舌,口唇,歯,鼻腔など)の巧妙な調音制御の重要性はいうまでもない.われわれは従来,電極による調音運動計測,音声のPARCOR分析,頚部インピーダンスの計測,MRIによる声道断面計測などを行ってきたが,本研究ではとくに後2者について重点的に解析を進めた.(1)頚部インピーダンスの抵抗,容量成分を分離計測する装置を開発し,ピッチとの間の静特性(非線形特性)を関数近似した.この関数を用いて静特性補正したインピーダンスについて,ピッチ変化との動特性を求め,ピッチ変化を逆推定する手法を開発した.単一母音のついて,推定ピッチより合成した音声は原音声に一致した.連続母音では音韻の変化によるインピーダンス変動分を補正することにより推定できる.なお,ピッチ変化は抵抗変化よりも容量変化として検出できる場合があり,発声法に依存した個人性と考えられる.(2)MRIを用いて口腔,鼻腔を含む声道全容の3次元形状計測を行った.とくに水分含有量が少ない歯冠部形状を撮像するために植物油脂製の薄膜歯冠プレートをかぶせて,口腔,鼻腔を同時に撮像する手法を開発した.この画像より濃度補間法により任意の声道断面形状を推定し,3次元表示する手法を開発した.この方法により左右大臼歯間を0.4mm以内の精度で計測できる.つぎに,5母音と歯擦子音/s/,/sh/,/shu/発音時についての3次元MRI画像よりキュービックコンボリューション法を用いて口腔および鼻腔の任意の断面像を推定した.この結果,歯冠部の位置や副鼻腔の容量に個人差があることが明らかになった.自然音声の合成は音声応答システムや発声障害者の発声代行システムの開発において重要な研究課題である.発声には声帯におけるピッチの制御と,口腔,鼻腔等の声道における調音制御の2つの要素がある.調音制御により音韻を合成しても言語らしい滑らかさを与えるにはイントネーション(ピッチ)の制御が不可欠である.また,発声時の口腔,鼻腔の3次元形状を明らかにすることも調音器官による声道調節を知る上で重要である。(1)発声代行システムの音声ピッチ制御を目的として,頚部電気インピーダンス計による音声ピッチ計測装置を開発した.音声ピッチの変化に伴い抵抗変化分は数オーム,容量変化分は数nFの変化を示し,これらのインピーダンス変化の静特性,動特性より音声ピッチ変化を逆推定する方法を開発した.すなわち,まずインピーダンス-ピッチ間の静特性(非線形特性)を関数近似し,静特性を補正したインピーダンスのピッチ変化からの時間遅れを求め,この動特性を補正してピッチ変化を逆推定した.ピッチの上昇,下降について計測と逆推定を行い,インピーダンス変化より音声ピッチ制御が可能であることを示した.(2)最近,発声時の声道のMRI像が解析されているが,歯冠部や鼻腔については明確になっていない.とくに水分含有量が少ない歯冠部形状を撮像するために植物性油脂の歯冠プレートをかぶせて,口腔,鼻腔を同時に撮像し,この画像より声道断面形状を抽出し3次元表示した.まず,石膏模型により撮像精度を求め,左右大臼歯間において0.4mm以内の誤差で計測できることを示した.

つぎに,母音と歯擦子音/s/発音時についての3次元MRI画像より濃度補間を用いて口腔および鼻腔の任意の断面像を推定した.この結果,歯冠部の位置に個人差が見られ,また,副鼻腔の容量に個人差があることも明らかになった.自然音声の合成は音声応答システムや発声障害者の発声代行システムの開発において重要な研究課題である.発声には声帯におけるピッチの制御と,口腔,鼻腔等の声道における調音制御の2つの要素がある.本年度も昨年度に引続き頸部電気インピーダンスによる音声ピッチ(イントネーション)の制御と,発声時の口腔,鼻腔の3次元形状計測の問題について研究を推進した.(1)発声代行システムの音声ピッチ制御を目的として,頸部インピーダンスによる音声ピッチの推定を行った.すなわち,インピーダンス-ピッチ間の静特性(非線形特性)を関数近似し,この関数によって静特性を補正する.つぎに静特性補正後のインピーダンスについてピッチ変化からの時間遅れ(動特性)を求め,この動特性を補正してピッチ変化を逆推定した.昨年は単一母音についてピッチの上昇,下降について推定を行ったが,本年は連続母音について推定を可能にした.すなわち,連続母音では音韻の変化とピッチ変化によるインピーダンス変化が加算されていることを確かめ,音韻の変化によるインピーダンス変化分を補正することによりピッチ変化が推定できることを明らかにした。(2)通電電流40KHzにおいて,音声ピッチ変化に伴う抵抗変化分が数オームであるのに対し,容量変化分は数nFしかなく,頸部インピーダンスの大部分は抵抗変化分であると考えられ,最近まで容量分は殆ど注目していなかった。しかし,音声ピッチと抵抗との間に単調増加関係が見られない発声者において,音声ピッチと容量の間に単調増加関係が見られる場合が多数発見された.この傾向は実験日によらず,発声法に依存した個人性と考えられる.また,容量変化によっても抵抗変化の場合と同様に音声ピッチの推定が可能であることが確かめられ,音声ピッチ推定の適用可能範囲が広がった.自然音声の合成は音声応答システムや発声障害者の発声代行システムの開発において重要な研究課題である.発声には声帯におけるピッチの制御と,口腔,鼻腔等の声道における調音制御の2つの要素がある。本年度も昨年度に引続き頚部電気インピーダンスによる音声ピッチ(イントネーション)の制御と,発声時の口腔,鼻腔の3次元形状計測の問題について研究を推進した.発声代行システムの音声ピッチ制御を目的として,頚部インピーダンスによる音声ピッチの推定を行った.昨年度までは母音発声時のピッチの上昇,下降について解析を行ったが,本年度は子音を含む音声発声時の解析を行った.通常,子音発声の期間,音声は周期性を失い,線形予測分析によってはピッチを検出することができない.しかし,この期間においても声帯は次に発声されるべき母音のピッチに応じた緊張度を形成し始めていると考えられる.一方,インピーダンス計においては、通常ピッチの上昇,下降に伴い抵抗が減少,増加するが,子音発声期間には子音特有の過渡変動(通常抵抗の増加)が重畳する.この子音による抵抗変動を除去することができれば,ピッチに関連した抵抗変化を抽出でき,声帯の緊張度を示す指標が得られる。しかし,ピッチと子音による抵抗変動は単なる加算にはなっていないことが判明した.
吸入麻酔薬による記憶促進効果とグルタメートレセプター分布に関する遺伝薬理学的研究

ddN系、C57BL系の親系統マウスについては、グルタメートレセプター1、2&3、4の免疫組織染色を終了し、目下画像解析を進めている。現在までに判明した点は、(1)海馬CA1領域およびdentate gyrusにおいて、グルタメートレセプター1、2&3の分布密度がddN<C57BLであること、(2)大脳皮質頭頂葉、後頭葉のグルタメートレセプター2&3の分布密度がddN<C57BLであることである。その他の分布部位、線状体、視床下部、脳幹部、脊髄などについてはまだ分析途中である。交雑世代の交配が予定より遅れたため、F1世代の免疫組織染色は現在進行中である。親系統マウス間には予想されたようにグルタメートレセプター分布の系統差が存在した。記憶、学習などとの関連の深い海馬に認められた系統差が、両系統間の吸入麻酔薬による記憶修飾効果に関連している可能性があるが、これについては、F1世代の染色結果を加えた遺伝薬理学的解析によって明らかにしうると考えられる。
電荷揺らぎ分光イメージング法の創出：固体中揺らぎ空間分布構造の探求

物質中で発生する電荷の揺らぎは、固体素子において通常ノイズとして邪魔者扱いされるが、物質の秩序形成や相変化の根幹を担うことがしばしばある。ところがこれまでに、空間・時間・エネルギーから固体中の電荷揺らぎを系統的に調べた研究はきわめて少ない。本研究は、電荷揺らぎの局所的な情報を探求し、固体素子の揺らぎに関係する特徴的な電荷分布形成・ダイナミクスやそれとマクロな物性との関連を解明することを目的として実施された。今年度の成果は以下の通りである。1カーボンナノチューブ素子の非平衡伝導と電磁波応答カーボンナノチューブ薄膜素子の非平衡伝導と電磁波応答について調べた。光吸収によるデバイス内電子伝導の様子を可視化し、電子のエネルギー緩和のダイナミクスと対応した特徴を特定することが可能となった。また、薄膜の厚みに応じた光応答の違いをイメージング観測し、光伝導の測定における有用な情報を得ることができた。2導電性高分子素子の非平衡伝導と電磁波応答導電性高分子の非平衡伝導特性と光応答を調べた(試料は東京工業大学有機・高分子物質専攻道信研究室よりご提供)。電気抵抗の温度依存性を測定したところ、ある低温下で電流ー電圧特性が急激に非線形になり、2つの伝導状態間をスイッチする、双安定な状態が存在することを見出した。この測定から、伝導を特徴づける2種類のエネルギーを見積もることができた。さらに、この温度領域で光を照射したところ、電気伝導度が急激に増大する現象を観測した。このような光をトリガーとした相転移は、2種類の伝導状態間をスイッチする温度のみで生じることが分かった。この測定から、電子の空間分布の変化に基づく伝導モデルを提案した。27年度が最終年度であるため、記入しない。例えば、電子の局在ー非局在状態間遷移、電荷密度波のスライディング、量子極限まで達したショットノイズなどの研究から、電子のダイナミックな性質とそれに関連する物性が明らかにされた報告がいくつかある。ところがこれまでに、空間・時間・エネルギーから電荷揺らぎを系統的に調べた研究はきわめて少ない。これは、電荷揺らぎを多面的に探求するための有効な計測手段がこれまでになかったためである。本研究の目的は、試料全体の平均量でなく、電荷揺らぎの局所的な情報を探求し、揺らぎの空間的構造やその発現の背後にある微視的メカニズムを解明することである。本年度では、導電性有機高分子における非平衡伝導特性について研究を行った。電気伝導の温度依存性を調べたところ、(1)温度200K付近で電気抵抗の温度依存性のべき数が急激に変わる、(2)200Kでの電流ー電圧(I-V)特性が急激に非線形になる、ことを見出した。このような急な非線形は200K付近でしか見られない。低温下(315K)では正の磁気抵抗が観測されたため、ホッピング伝導による機構を示している。したがって、200K付近における温度依存性のべき数変化は、ホッピング伝導を特徴づけるエネルギーや伝導状態が変わることを示唆しており、I-V特性の大きな非線形性はその状態遷移に帰することができる。計測の対象となる非平衡伝導について興味深い結果を得た。特に急激な非線形性は、伝導に必要となる特徴的なエネルギーが移り変わることを示唆しており、来年度に空間構造を調べる上で重要な知見である。また、カーボナノチューブについても同様の研究を行っており、比較しながら進めていくことができる。

平成26年度に見出された現象において、200K付近前後で電子状態の空間分布がどのように変化しているかを可視化することは、非平衡・非線形伝導を解明する上で興味深い。平成27年度では、イメージングシステムの改良(S/N比の改善)に取り組み、局所的な状態のマッピングを行う。27年度が最終年度であるため、記入しない。
生体リズム異常に伴う夜間頻尿発症メカニズムと新規治療法 -足浴の効果とその機序-

高齢社会で大きな問題となる病態に排尿障害があり、特に過活動膀胱は加齢とともに増加し、生活の質の大きく影響します。過活動膀胱発生機序に関してはいまだ不明な点が多いのですが、何故尿意が起こる機序のなかで尿路上皮の役割が重要視されています。そのなかで、TRPイオンチャネル、VNUT、Piezoの重要性に関して報告してきましたが、夜間頻尿の発症機序として、時計遺伝子異常が注目されています。我々の研究によって、時計遺伝子Per2 k/oマウスの排尿行動を調べた結果、明らかな日内変動の消失を認めました。現在、時計遺伝子異常とTRP、VNUT、Piezoとの関連について、研究を進めています。1.本研究に先立って、特に尿路上皮に発現するイオンチャネルであるTRPイオンチャネルファミリーのなかでもTRPV4が伸展刺激に対して強く反応し、さらに求心性伝達機構に重要と考えられるATPの分泌に関与することを証明した。2.ついで、本研究では、ATPの分泌機構のなかで、VNUTの意義について検討した。また、臨床検体を用いてこれらの分子の発現程度と臨床データとの関連を調べた。3.Piezo1はマウス膀胱に発現していることが報告された。そこで我々は、マウス膀胱における新たなmechanically activated cati on channelの候補であるPiezo1の発現とその局在、機械伸展刺激に対する機能について調べた。膀胱全組織標本では上皮にPiezo1の発現を認め、上皮培養細胞においても発現を確認した。KD(knock-down)法により、Piezo1遺伝子は約34%に抑制された。膀胱上皮培養細胞を用いた伸展刺激実験において、control群は細胞内Ca2+濃度の上昇が見られるが、KD群では細胞内Ca2+濃度の上昇は有意に減弱することが示された。またPiezo1阻害薬(非特異的MSc阻害薬)であるGsMTX4処置下でも、細胞内Ca2+濃度の上昇は有意に減弱した。細胞外ATP放出量解析でも、control群に比べ各群の放出量は低下した。膀胱上皮にはPiezo1が発現しており、伸展刺激に応答して細胞内Ca2+濃度調節を行い、情報伝達物質であるATP放出に関与することを実証した。4.以上の研究結果から、Piezo1は膀胱上皮細胞におけるメカノセンサーとして機能し、求心性シグナル伝達のkey-molecularのひとつであると考えられる。3. Piezo1はマウス膀胱に発現していることが報告された。そこで我々は、マウス膀胱における新たなmechanically activated cation channelの候補であるPiezo1の発現とその局在、機械伸展刺激に対する機能について調べた。膀胱上皮にメカノセンサーの候補であるTPRイオンチャネル、Piezo1が発現し、伸展刺激によって伝達物質であるATPを産生することを明らかにした。TRPV4刺激によってATPが分泌されるメカニズムにおいて、新しく発見されたVNUTが重要な役割を果たすことを明らかにした。新しく開発したマウス排尿行動実験用の代謝ケージを用いて、TRPV4 K/Oマウス、VNUT K/Oマウスの排尿行動を調べた結果、マウスレベルではこれらの分子が排尿行動に大きな影響を持つことが明らかとなった。ヒト膀胱上皮組織におけるVNUTの発現と尿流動態機能検査データとの相関を認めた。(1)ヒト