hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
共進化多目的リアクティブスケジューリングによる情物一体化製造環境の動的管理

研究代表者は,これまでに,遺伝的アルゴリズムの手法を用いて,状況の変化に対し,生産活動と並行して,生産スケジュールを迅速に改善する“リアクティブスケジューリング"の研究を行ってきた.本研究では,生物の共進化の機構を用いた多目的リアクティブスケジューリング手法の提案を行うとともに,リアクティブスケジューリングシステムのプロトタイプを開発し,提案手法の有効性を検証する.研究代表者は,これまでに,遺伝的アルゴリズムの手法を用いて,状況の変化に対し,生産活動と並行して,生産スケジュールを迅速に改善する“リアクティブスケジューリング"の研究を行ってきた.本研究では,生物の共進化の機構を用いた多目的リアクティブスケジューリング手法の提案を行うとともに,リアクティブスケジューリングシステムのプロトタイプを開発し,提案手法の有効性を検証する.生産活動中に,作業の遅延や機械の故障など,生産現場の状況が変化した場合,あらかじめ作成した最適な生産スケジュール通りに生産活動を行うことができない.そこで,状況の変化に応じて適切な生産スケジュールを生成する動的なスケジューリング手法が必要とされている.著者はこれまでに,遺伝的アルゴリズムの手法を用いて,状況の変化に対し,生産活動を停止しないで,生産スケジュールを改善する"リアクティブスケジューリング(Re-active scheduling)"の研究を行ってきた.本研究では,生物の共進化の機構を用いて,多目的共進化リアクティブスケジューリングの手法を提案するとともに,情物一体化製造環境のプロトタイプを構築し,提案したリアクティブスケジューリング手法の製造現場における有効性を検証することを目的としている.平成18年度は,総納期遅れ時間および総滞留時間を目的関数とした二目的のリアクティブスケジューリング手法を提案した.さらに,リアクティブスケジューリングシステムのプロトタイプを開発し,計算機実験を行った.具体的な手順を以下に示す.(1)多目的リアクティブスケジューリングにおける交叉法の改良既存のリアクティブスケジューリング手法において,総納期遅れ時間および滞留時間に対する遺伝子の優位性を考慮した交叉法を提案した.この手法は,交叉の際に,遺伝子1つずつに対して目的関数における優位性を評価し,優れた遺伝子を子個体へ継承するとともに,劣った遺伝子のみを取り替える.これにより,優れた親個体の特質を子個体に継承することができる.(2)スケジューリングシステムの開発上記(1)のアルゴリズムに基づき,これまでに開発したリアクティブスケジューリングシステムの機能を拡張した.計算機実験の結果,従来の手法よりも生産スケジュールをより改善できることを確認した.生産活動中に,作業の遅延や機械の故障など,生産現場の状況が変化した場合,あらかじめ作成した最適な生産スケジュール通りに生産活動を行うことができない.そこで,状況の変化に応じて適切な生産スケジュールを生成する動的なスケジューリング手法が必要とされている.著者はこれまでに,遺伝的アルゴリズムの手法を用いて,状況の変化に対し,生産活動と並行して,生産スケジュールを迅速に改善する"リアクティブスケジューリング(Re-active scheduling)"の研究を行ってきた.本研究では,生物の共進化の機構を用いて,既存のリアクティブスケジューリング手法を拡張することを目的としている.平成19年度は,共進化リアクティブスケジューリングのアルゴリズムを構築するとともに,計算機を用いて,リアクティブスケジューリングシステムのプロトタイプを構築し,提案したリアクティブスケジューリング手法の有効性を検証した.具体的には以下の手順で研究を行った.(1)共進化リアクティブスケジューリングアルゴリズムの構築生産工程(リソースの順序)と生産スケジュール(ジョブの順序)の情報を表す2種類の個体モデルを定義した.一方の個体の進化が,他方の個体の進化に影響を与えることで,互いの個体群が協調的に進化する共進化アルゴリズムを提案した.これにより,大規模な解空間を効率的に探索することができる.(2)スケジューリングシステムの開発上記(1)のアルゴリズムに基づき,これまでに開発したリアクティブスケジューリングシステムの機能を拡張した.計算機実験により,最適な生産工程と生産スケジュールを効率的に探索することができることを示した.著者は,これまでに,作業の遅延や機械の故障など,生産現場の状況の変化に応じて適切な生産スケジュールを生成する動的なスケジューリング手法として,遺伝的アルゴリズムを用いた"リアクティブスケジューリング(Reactive scheduling)"の研究を行ってきた.本研究では,生物の共進化の機構を用いて,既存のリアクティブスケジューリング手法を拡張することを目的としている.これまでに,生産工程(リソースの順序)と生産スケジュール(ジョブの順序)の情報を表す2種類の個体モデルを定義し,一方の個体の進化が,他方の個体の進化に影響を与えることで,互いの個体群が協調的に進化する共進化アルゴリズムを提案した.これにより,大規模な解空間を効率的に探索することができる.平成20年度は,これまでに開発した共進化リアクティブスケジューリングシステムのプロトタイプを用いて,異なる手法との比較実験を行い,提案したリアクティブスケジューリング手法の有効性を検証した.ここでは,生産活動中に発生した作業の遅延に対して,生産活動と並行して,生産スケジュールを迅速に改善する.具体的には,以下の計算機実験を行った.(1)既存のリアクティブスケジューリング手法との比較(2)単品種の連続的な最適化を2段階に分けた最適化プロセスとの比較(3)環境選択においてエリート個体を選択する手法との比較以上の計算機実験により,提案手法は,最適な生産工程と生産スケジュールを効率的に探索することができることを検証した.
血液浄化療法中のトラブル「ゼロ」への挑戦～新規ダブルルーメン・カテーテルの開発～

本研究ではカテーテルの先端部分を改良し研究を進めている。特にカテーテルの先端部分の構造の違いがカテーテルの血管壁吸引に影響を及ぼしやすいことが分かったため、カテーテルの先端部分の横に穴を開けてカテーテルを改良した。その結果、側孔に開けた穴が3つのカテーテルが血管壁の吸引が発生しにくいことが分かった。更に血液浄化用装置を用いて血管壁の吸引が改善しないか取り組みを開始した。KM8700などのKMシリーズに搭載されている圧力連動制御機能(以下圧力連動)を利用することで血管壁の吸引が改善する可能性があるからだ。この圧力連動は本来、回路内に急激な陰圧が発生した際に溶血を防止するための機能である。しかし、それだけでなく血管壁の吸引も同様に回路内に急激な陰圧を発生するため、この圧力連動は本研究においても有効に機能すると考えられる。血管壁吸引時の圧力連動の動作原理を以下に示す。脱血孔が血管壁を吸引した際、回路内圧が急激に陰圧を呈する。するとピローが陰圧を検出し制御機能が血流量(Qb)を制御し、5mL/min/sずつ減速する。減速中に血管壁の吸引が改善し回路内圧が元に戻ればQbが徐々に増加し元のQbに戻る。圧力連動がない場合は、回路内圧が陰圧になった時点でQbは0mL/minとなり治療が中断されてしまう。よって、圧力連動は有効に働くと考えられる。本研究は、AKI&CRRT国際学会、日本透析医学会、日本臨床工学会、日本急性血液浄化学会、新潟県臨床工学会において研究実績を報告した。なおRenal Replacement Therapy、日本急性血液浄化学会誌において、原著論文を投稿しそのうちRenal Replacement Therapyは2018年の5月2日に採択となった。日本急性血液浄化学会誌には2018年12月1日に採択となった。本研究では、ブタ血管を使用して臨床的な研究に近似させて検証するものである。動物愛護の観点から血管だけを使用する理由で、ブタを殺処分することは行っておらず、新潟市食肉センターよりブタ血管を譲り受けている。安定した血管の調達が困難であるため、予定よりやや遅れている。全体的な流れとして、臨床研究に使用できるカテーテルの研究を検討していたが、商品化にするためのカテーテルの開発着手に遅れが出た場合は、それが困難となる可能性がある。その際は動物実験をすることで対応する準備がある。安定したブタ血管の取得が見込めないことを考えながら、状況をみてほかの施設からのブタ血管の取得を考慮する。さらに今後は、あらかじめ冷凍保存するなどして静脈血管の確保に努めたい。腎不全患者に適応となる血液透析治療は、血液を体内から体外へ送ることと血液を体外から体内に送ることを同時に行うため、血液透析治療に必須である。その際に起こるトラブルとしてカテーテルの先端が血管壁を吸引することで、治療ができなるなることがある。このトラブルを改善するために、本研究ではカテーテルの先端部分を改良し研究を進めている。側孔を開けたカテーテルは、20種類程度あげた案のうち最もトラブルを改善できる可能性のある5種類を採用して検証した。一つ目は側孔を1つだけ追加したカテーテル、二つ目は側孔を2つ追加したカテーテル、三つ目は側孔を3つにしたカテーテル、四つ目はエンドホールの形状を縮小、5つ目はエンドホールの形状を拡大した。しかし、完全に血管壁の吸引を改善できたわけではない。日本急性血液浄化学会誌には近日中に採択となる見込みである。安定した血管の調達が困難であるため、予定通りに進行していない。

血管壁吸引時の圧力連動の動作原理を以下に示す。脱血孔が血管壁を吸引した際、回路内圧が急激に陰圧を呈する。するとピローが陰圧を検出し制御機能が血流量(Qb)を制御し、5mL/min/sずつ減速する。減速中に血管壁の吸引が改善し回路内圧が元に戻ればQbが徐々に増加し元のQbに戻る。圧力連動がない場合は、回路内圧が陰圧になった時点でQbは0mL/minとなり治療が中断されてしまう。よって、圧力連動は有効に働くと考えられる。本研究は、AKI&CRRT国際学会、日本透析医学会、日本臨床工学会、日本急性血液浄化学会、新潟県臨床工学会において研究実績を報告した。なおRenal Replacement Therapy、日本急性血液浄化学会誌において、原著論文を投稿しそのうちRenal Replacement Therapyは2018年の5月2日に採択となった。日本急性血液浄化学会誌には2018年12月1日に採択となった。本研究では、ブタ血管を使用して臨床的な研究に近似させて検証するものである。動物愛護の観点から血管だけを使用する理由で、ブタを殺処分することは行っておらず、新潟市食肉センターよりブタ血管を譲り受けている。安定した血管の調達が困難であるため、予定よりやや遅れている。全体的な流れとして、臨床研究に使用できるカテーテルの研究を検討していたが、商品化にするためにカテーテルに遅れが出た場合は、それが困難となる可能性がある。その際は動物実験をすることで対策としなければならない。安定したブタ血管の取得が見込めないことを考えながら、状況をみてほかの施設からのブタ血管の取得を考慮する。全体的な流れとして、臨床研究に使用できるカテーテルの研究を検討していたが、商品化にするためのカテーテルの開発着手に遅れが出た場合は、それが困難となる可能性がある。その際は動物実験をすることで対応する準備がある。さらに今後は、あらかじめ冷凍保存するなどして静脈血管の確保に努めたい。安定した血管の調達が困難であるため、予定通りに進行していない。使用計画については、今後安定した血管を取り寄せることができるようにほかの施設から取り寄せることを検討する予定である。さらには冷凍保存するなどして在庫の確保に努める。
精子競争関連形質の量的遺伝学〜交尾器進化のパラドックス解決に向けて〜

動物の交尾器形態は他の形質と比べて種間変異が大きく,速く進化することが示唆されている.しかし,このような進化を可能とする,遺伝的基盤には不明な点が多い.本研究では,交尾器形態の遺伝的基盤を皿的遺伝学の手法で明らかにし(小進化過程),また交尾器の構成要素の数やその左右性といった基本構造の進化についても研究を実施した(大進化過程).今年度は,主に下に挙げる2つの新たな課題について知見を得るとともに,前年度までに得られた成果の誌上発表をおこなった.Journal of Morphology誌に発表された論文については,Nature誌(vo1. X14:689-692)に紹介されている.体長に匹敵するほどに長い雄交尾器をもつコバネハサミムシについて,雄交尾器長の量的遺伝学的解析をおこなった.半兄弟作成法によって検討した結果,狭義の遺伝率は0.45となり(P<0.0054)となり,この値は体サイズ(前胸背板幅を指標)のそれに匹敵した.交尾器長は比較的小さい分散(負の相対成長)にもかかわらず,選択に反応できる遺伝的変異を有していることを示している.この現象に対する説明としては,弱い安定化選択または相関した形質に対する逆方向選択圧による制約が挙げられる.どちらが原因であるかは決定に至らなかったが,交尾器長と発生時間の問に正の相関が認められるため,時間的制約が働いている可能性がある.交尾器進化の理論に発生上の制約という新たな観点の重要性を示唆する結果となった.また,ショウジョウバエ属における交尾器形態の進化に関する研究を開始し,新たな知見を得た.フタクシショウジョウバエ種複合体では,近縁種における精子移送器官であるaedcagusが退化し,basal processが,メスの生殖口付近の体壁を突き破ることによって,精子を渡すことを発見した.動物の交尾器の形態は(1)種内ではサイズ等がほぼ一定で安定しているが,(2)種間では他の形質と比べて変異が大きく,速く進化することが示唆されている.このような急速な進化には,精子競争を含む交尾成立後に作用する性選択の役割が重要視されているが,そのような作用を「受ける側」である交尾器形態の遺伝的基盤には不明な点が多く,その解明は「種内では安定,種間では急速に進化」という交尾器進化のパラドックスを解決につながると期待される.本研究では,雌雄交尾器の遺伝的基盤を量的遺伝学の手法で明らかにし,その結果を組み込んだ交尾器の進化の数理モデルの構築を目指している.材料として昆虫類,特に交尾器形態に著しい多様性が観察されるハサミムシ類(革翅目)を選択し,平成16年度は以下のような成果が得られた.交尾器形態の大きく異なるハサミムシ類の2種コバネハサミムシEuborelliaplebeja(マルムネハサミムシ科),スジハサミムシProreus simulans(テブクロハサミムシ科)について,量的遺伝学的手法(半兄弟作成)により交尾器形態およびその他の繁殖成功に影響する形質の遺伝的基盤を調査した.前者の種類については,解析を終了しており,雄の繁殖成功の重要な決定要因である雄の体サイズについて,有意な相加的遺伝分散を検出した(現在,論文投稿中).その他,オオハサミムシLabidura riparia・ヒメカメノコテントウPropyrea japonica(甲虫目:テントウムシ科)についても,実験室内での飼育方法を確立し,来年度には実験を開始できる見込みである.各種昆虫の交尾器形態の進化を,正しく比較検討するためには,その相同性に関する知見が不可欠である,放射線育種学的手法(ガンマ線照射による突然変異誘発)を用いて,各種ハサミムシ類の多様な交尾器形態の相同性に関する検討をあわせておこなっている.動物の交尾器の形態は(1)種内ではサイズ等がほぼ一定で安定しているが,(2)種間では他の形質と比べて変異が大きく,速く進化することが示唆されている.しかし,このような進化を可能とする,遺伝的基盤には不明な点が多い.本研究では,雌雄交尾器の遺伝的基盤を量的遺伝学の手法で明らかにし、その結果を組み込んだ交尾器の進化の数理モデルの構築を目指している(小進化過程の研究).また,交尾器の構成要素の数や,その左右性といった基本構造の進化についても,放射線育種学・比較形態学・比較行動学の手法を用いて研究をおこなっている(大進化過程の研究).材料として昆虫類,特に交尾器形態に著しい多様性が観察されるハサミムシ類を選択している.平成17年度は,所属の異動により,小進化研究材料の継続飼育が一部困難となり,大進化過程について重点的に研究を進めた.オオハサミムシは,2本の形態的に相同な挿入器を持つが,その使用パターンには個体群によらず著しい「右利き」の傾向があることがわかった.このような,行動的左右非対称性は,他種では報告がなく,姉妹群における左側の挿入器の退化現象を考える際に興味深い.「利き」の発生過程について記載をおこない,現在,その適応的意義について調査中である.各種昆虫の交尾器形態の進化を,正しく比較検討するためには,その相同性に関する知見が不可欠である.ガンマ線照射による変異誘発を用いて,ハサミムシ類の交尾器形熊の相同性に関する検討をおこなった.

その結果,メスの受精嚢の形態に関して,より派生的な状態(盲管状)から,より祖先的な状態(分岐状・複数個)へと,様々な途中段階を含む「先祖返り」の人為的誘発に成功し,これまで不明であったこの器官の相同性について,新しい知見を得ることができた.また,研究の過程で,幼虫が不明であったハサミムシ類数種について,その形態を明らかにし,簡単な記載をおこなった.動物の交尾器形態は他の形質と比べて種間変異が大きく,速く進化することが示唆されている.しかし,このような進化を可能とする,遺伝的基盤には不明な点が多い.本研究では,交尾器形態の遺伝的基盤を皿的遺伝学の手法で明らかにし(小進化過程),また交尾器の構成要素の数やその左右性といった基本構造の進化についても研究を実施した(大進化過程).今年度は,主に下に挙げる2つの新たな課題について知見を得るとともに,前年度までに得られた成果の誌上発表をおこなった.Journal of Morphology誌に発表された論文については,Nature誌(vo1. X14:689-692)に紹介されている.体長に匹敵するほどに長い雄交尾器をもつコバネハサミムシについて,雄交尾器長の量的遺伝学的解析をおこなった.半兄弟作成法によって検討した結果,狭義の遺伝率は0.45となり(P<0.0054)となり,この値は体サイズ(前胸背板幅を指標)のそれに匹敵した.交尾器長は比較的小さい分散(負の相対成長)にもかかわらず,選択に反応できる遺伝的変異を有していることを示している.この現象に対する説明としては,弱い安定化選択または相関した形質に対する逆方向選択圧による制約が挙げられる.どちらが原因であるかは決定に至らなかったが,交尾器長と発生時間の問に正の相関が認められるため,時間的制約が働いている可能性がある.交尾器進化の理論に発生上の制約という新たな観点の重要性を示唆する結果となった.また,ショウジョウバエ属における交尾器形態の進化に関する研究を開始し,新たな知見を得た.フタクシショウジョウバエ種複合体では,近縁種における精子移送器官であるaedcagusが退化し,basal processが,メスの生殖口付近の体壁を突き破ることによって,精子を渡すことを発見した.
トータルダイエット調査法を利用したＤ－アミノ酸の一日摂取量に関する研究

本研究は、トータルダイエット調査法を利用し、調理食材中に含まれる遊離Dーアミノ酸量を測定することでDーアミノ酸一日摂取量の推定を目的とした。試料として、国民健康・栄養調査食品群別表に基づく17食品群を調製した。Dーアミノ酸は、(S)-NIFEで誘導体化した後、液体クロマトグラフィータンデム質量分析計によって分析を行った。18種のDーアミノ酸を分離することができたが、実試料中ではD/L体の存在比が大きく異なっており、同一条件でD/L体を同時に定量することは困難であった。結果として、摂取量推定に必要な全食品群中Dーアミノ酸量を定量することはできなかった。本研究では、トータルダイエット調査法を利用し、調理後の食材に含まれる遊離D-アミノ酸を測定することにより、日常生活で想定される遊離D-アミノ酸一日摂取量の推定を目的としている。昨年度検討した蛍光誘導体化法によるD-アミノ酸の液体クロマトグラフ(LC)分析では、長時間の分析において誘導体化試薬の不安定性が分析に大きく影響した。そのため、本年度はまず内標準物質の検討を行うこととした。その結果、ホモフェニルアラニンを内標準物質として用いることで、より安定した分析結果を得ることができた。また、液体クロマトグラフ-タンデム質量分析計(LC/MS/MS)を利用した分析法の検討も行った。(S)-NIFEで誘導体化した後、ODSカラムで分離することにより、LC分析では検出できなかったプロリンやシステインの分析も可能となった。食品試料の分析では試料由来の夾雑物が分析に影響し、解析を困難にする場合もあるが、現段階では添加回収試験において概ね高い回収率を得ている。引き続き、LCおよびLC/MS/MSを用いた分析法で各食品群の分析を行う予定である。さらに、昨年度に引き続き、平成25年度の食品試料として、国民健康・栄養調査食品群別表に基づいた17食品群を調製した。本研究では、トータルダイエット調査法を利用し、調理後の食材に含まれる遊離D-アミノ酸量を測定することにより、日常生活で想定される遊離D-アミノ酸一日摂取量の推定を目的としている。当該年度の研究実施計画は分析法の確立と妥当性評価であった。D-アミノ酸の分析方法として、オルトフタルジアルデヒド(OPA)/N-アセチル-L-システイン、OPA/N-イソブチリル-L, D-システイン(IBLC, IBDC)によって蛍光誘導体化したものを高速液体クロマトグラフィー(LC)で分析する方法を検討し、分析には数種のC18 ODSカラムを検討した。その結果、OPA/IBLCおよびOPA/IBDCを用いることでシステイン、プロリンを除く35種のL/D-アミノ酸を分離することができた。分析の検出感度および誘導体の安定性は各アミノ酸によって異なっていたが、概ね検出限界は0.1-0.5 pmol/μl、定量限界は0.5-1.0 pmol/μlの範囲であった。L/D-Lysは誘導体が不安定であり、分析感度が低かった。また、摂取量推定に用いる食品試料として、国民健康・栄養調査食品群別表に基づいた17食品群を調整した。本試料はそれぞれの食形態に従い、そのまま食するものは生で、必要に応じて焼く・煮る等の調理を行い、食品群ごとに混合・均質化したものを調整した。食品試料からの遊離アミノ酸抽出法としてエタノール/塩酸混合液による抽出が、非常に簡便かつ分析における妨害物質(タンパク質など)の除去に有効であることを確認した。ガスクロマトグラフィーおよび質量分析計(GC-MS)による分析も検討したが、LCと比較して試料抽出後の誘導体化操作が煩雑であることから、分析はLCで行う方が良いと判断した。本研究では、トータルダイエット調査法を利用し、調理後食材に含まれる遊離Dーアミノ酸を測定することにより、日常生活で想定される遊離Dーアミノ酸1日摂取量の推定を目的とした。昨年度に引き続き、平成26年度の食品試料として、国民健康・栄養調査食品群別表に基づいた17食品群を調製した。食品混合試料からの塩酸抽出液を(S)-NIFEで誘導体化し、液体クロマトグラフィータンデム質量分析計(LC/MS/MS)を利用してL体とD体のアミノ酸を分析した。その結果、アミノ酸を多く含む食品群のLC/MS/MSによる分析では、高濃度に含まれるLーアミノ酸のピークによって低濃度のDーアミノ酸を解析するのが困難であり、アミノ酸存在比の大きな違いから、両異性体量をLC/MS/MSで同時に測定することは困難と判断した。これまでの結果から、LCでL体とD体のアミノ酸を分離した際にも各ピーク成分を同定することが困難であったため、今年度はL体とD体のアミノ酸合計量をLCで分析することを検討した。

OPA/MPA(オルトフタルアルデヒド/3ーメルカプトプロピオン酸)で蛍光誘導体化し、ODSカラムで分離することにより約40分で18種のアミノ酸を分離することができた。しかしながら、LCでの蛍光誘導体化法による分析はオンラインでの誘導体化ステップを含むため、特定の分析機器を利用して分析する必要性が生じた。調製した各17食品群中に存在するDーアミノ酸の分布を知ることはできたが、調製したすべての食品群を厳密に解析・定量することはできなかった。食品化学LCの故障により食品試料の分析が遅れてしまった。LCの故障期間中にLC/MS/MSを利用した分析法の検討を行うことができたのだが、現有機器の数に限りもあるため、機器の運転・使用状況等に今後も影響を受ける可能性がある。D-アミノ酸を高速液体クロマトグラフィー(LC)で分析することにしたが、分析における誘導体化法や分析カラムの検討に時間をかけてしまったため、食品試料の遊離D-アミノ酸量をあまり分析できなかった。そのため、当該年度の計画としていた分析法の妥当性評価を行うまでに至らなかった。一方、数種の誘導体化法について時間をかけて検討した結果、自動誘導体化法を用いることで非常に安定した分析を行えることが分かった。LCおよびLC/MS/MSによる分析が可能となったため、食品試料中のD-アミノ酸分析を両分析機器で併行して行い、摂取量の推定を行う。また、本研究の実施計画に基づき、平成26年度分のトータルダイエット調査法用食品試料を調製し、分析に用いる。当該年度の研究によってD-アミノ酸の分析方法を確立することができた。そのため、次年度は食品試料を実際に分析・測定し、当該年度に調整した食品試料からD-アミノ酸摂取量の推定を行う。さらに、平成25年度の研究実施計画に従い、新たな食品試料を調整し、確立された方法で分析、摂取量の推定を行う。また、高速液体クロマトグラフィー(LC)と蛍光検出器を用いた分析は、質量分析計(MS)を用いた場合と比べ、選択性・感度ともに低い。そのため、LC/MS/MSを用いた分析法の検討も行い、より高感度の分析系確立を試みる。機器の故障に伴う研究の進行状況の遅れにより、消耗品等の購入が抑えられたため。機器分析に必要な試薬、消耗品および食品試料を購入する。また、学会参加および聴講のための旅費として使用する予定である。次年度はLC/MS/MSを用いたD-アミノ酸分析法を検討するため、必要なカラムおよび誘導体化試薬を購入する。また、情報提供および情報収集のために学会参加あるいは学会聴講を積極的に行う予定であり、そのための旅費としても考えている。
身体運動による脳機能向上を目指す運動強度依存的な知覚・認知機能調節の神経機構解明

高齢化社会の現代では健康寿命延伸が緊要であり、それには脳の適切な機能発現が必須である。認知症にも用いられる適度な運動によっても脳機能は亢進するが、これはノルアドレナリンによる働きであると考えられている。しかしながら、ノルアドレナリンによる脳機能調節作用は未だ不明な点が多く、それ故運動による脳機能亢進効果の神経基盤は明らかにはなっていない。そこで本研究は、これまでの研究で明らかになっていた、ノルアドレナリンはβ受容体を介して視覚刺激検出能を知覚レベルで向上させるという行動薬理実験の知見を基に(Mizuyama et al., 2016)、その神経基盤を解明することを目的として行った。上記目的達成の為、当該年度(平成30年度)においては、様々なコントラストの視覚刺激に対する、ラット一次視覚野ニューロンの応答を電気生理学的手法によって記録し、その応答に対するβ阻害薬の効果を検討した。その結果、視覚刺激コントラスト-神経応答曲線の上方シフトがβ阻害薬投与によって引き起こされることを明らかにした。これは、β受容体の阻害により、視覚刺激の提示を伴わない神経活動である自発発火頻度(ノイズ)が増強し、その結果として相対的な神経応答(シグナル)の強度、シグナル/ノイズ(S/N)比が低下するということを示唆する結果が得られた。神経応答におけるS/N比の低下は、知覚における視覚刺激検出能の低下の原因となるため、本研究は内因性のノルアドレナリンが、β受容体を介して神経応答のS/N比を向上させることで、視覚刺激検出能を向上させていることを示唆している。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
レーザビームの透過光方式によるスピンドル熱変位の直交3成分実時間同時評価システム

工作機械スピンドル部の三次元的熱変形挙動を光学的かつ定量的に計測・評価できるシステムを開発することを目的として本研究を遂行し,以下の成果を得た.1.測定治具としてスピンドル部に装着したテストバ-の変位を,小径レーザビームの透過光方式を応用し,運転中にリアルタイムで直交三成分同時に評価する方法を考案した.2.軸方向の変位測定には小球と楕円断面形状ビームを用いた.この結果,テストバ-が半径方向に±30μm程度移動しても,軸方向の測定精度には影響を及ぼさなかった.3.開発システムの測定精度は環境温度の影響を考慮しない場合,軸方向が2μm,半径方向が3μm程度であった.4.測定中環境温度の影響を受けるので,測定精度を高めるためにはレーザ発振器の温度制御を行うなどの方法を用いて,レーザ出力を長時間にわたって安定させることと,熱膨張の小さな装置構造にする必要がある.5.パーソナルコンピュータと本測定装置をオンライン接続する自動測定システムを構築した結果,長時間に及ぶ熱変位を機械運転中無人かつリアルタイムに測定・評価できた.6.出力安定性を高め,熱膨張に強い対称構造とした改良型システムの通常環境中での性能は,測定精度1μm,測定範囲0.4mm,光学系の熱安定性0.2μm/°Cであった.7.開発システムで測定実験を行った結果,スピンドル部の熱変位の時定数と強制冷却の効果を同定することができた.したがって,本システムを用いて熱変位を補正するためのフィードフォワード冷却システムを構築することが可能になると思われる.以上のことより,本研究で開発した熱変位評価システムは十分な実用性を有していることが確認できた.工作機械スピンドル部の三次元的熱変形挙動を光学的かつ定量的に計測・評価できるシステムを開発することを目的として本研究を遂行し,以下の成果を得た.1.測定治具としてスピンドル部に装着したテストバ-の変位を,小径レーザビームの透過光方式を応用し,運転中にリアルタイムで直交三成分同時に評価する方法を考案した.2.軸方向の変位測定には小球と楕円断面形状ビームを用いた.この結果,テストバ-が半径方向に±30μm程度移動しても,軸方向の測定精度には影響を及ぼさなかった.3.開発システムの測定精度は環境温度の影響を考慮しない場合,軸方向が2μm,半径方向が3μm程度であった.4.測定中環境温度の影響を受けるので,測定精度を高めるためにはレーザ発振器の温度制御を行うなどの方法を用いて,レーザ出力を長時間にわたって安定させることと,熱膨張の小さな装置構造にする必要がある.5.パーソナルコンピュータと本測定装置をオンライン接続する自動測定システムを構築した結果,長時間に及ぶ熱変位を機械運転中無人かつリアルタイムに測定・評価できた.6.出力安定性を高め,熱膨張に強い対称構造とした改良型システムの通常環境中での性能は,測定精度1μm,測定範囲0.4mm,光学系の熱安定性0.2μm/°Cであった.7.開発システムで測定実験を行った結果,スピンドル部の熱変位の時定数と強制冷却の効果を同定することができた.したがって,本システムを用いて熱変位を補正するためのフィードフォワード冷却システムを構築することが可能になると思われる.以上のことより,本研究で開発した熱変位評価システムは十分な実用性を有していることが確認できた.
順応機能を持った知的ビジョンチップの開発

本研究の目的は,空間的な解像度を変化させることができる順応型ビジョンチップを制作することである.本年度は当初の計画に従って以下の結果を得た.1.脊椎動物網膜の視細胞,水平細胞,双極細胞が成す神経回路網を,並列抵抗回路網モデルにより記述した.このモデルには,実際の神経回路網に存在する空間解像度の変化の機構を組み入れてある.この機構は,外界の明るさに応じて順応的に働くものであると考えている.2.抵抗回路網モデルの物理的エネルギーを導き,これを標準正則化問題として定式化した場合の初期視覚における評価関数と対応させた.その結果,上記神経回路網が,ラプラシアン・ガウシアンフィルターを近似実現する回路であることが分かった.またこの定式化により,回路のパラメータをどのように変化させれば,空間解像度の調節を適切に実行できるかが分かった.3.モデルにおいて,本研究目的達成のカギと考えられる空間解像度の調節部をCMOSトランジスタで構成するアーキテクチャを考案し,モデルの入出力特性をシミュレーションソフト解析した.4.上記のCMOSトランジスタのアーキテクチャに基づき,市販のディスクリート素子を使って,電子回路による一次元のビジョンチップモデルを制作した.5.制作した電子回路から,回路パラメータ変更の手続き,素子のばらつきの影響に関するデータが得られた.本研究の目的は,空間的な解像度を変化させることができる順応型ビジョンチップを制作することである.本年度は当初の計画に従って以下の結果を得た.1.脊椎動物網膜の視細胞,水平細胞,双極細胞が成す神経回路網を,並列抵抗回路網モデルにより記述した.このモデルには,実際の神経回路網に存在する空間解像度の変化の機構を組み入れてある.この機構は,外界の明るさに応じて順応的に働くものであると考えている.2.抵抗回路網モデルの物理的エネルギーを導き,これを標準正則化問題として定式化した場合の初期視覚における評価関数と対応させた.その結果,上記神経回路網が,ラプラシアン・ガウシアンフィルターを近似実現する回路であることが分かった.またこの定式化により,回路のパラメータをどのように変化させれば,空間解像度の調節を適切に実行できるかが分かった.3.モデルにおいて,本研究目的達成のカギと考えられる空間解像度の調節部をCMOSトランジスタで構成するアーキテクチャを考案し,モデルの入出力特性をシミュレーションソフト解析した.4.上記のCMOSトランジスタのアーキテクチャに基づき,市販のディスクリート素子を使って,電子回路による一次元のビジョンチップモデルを制作した.5.制作した電子回路から,回路パラメータ変更の手続き,素子のばらつきの影響に関するデータが得られた.
非等方性乱流場における熱・質量輸送問題の解法の開発

本研究の目的は、従来多く用いられてきた等方性乱流モデルを改良するとともに、非等方性乱流場における熱・質量輸送問題の解決を開発することである。本年度はその第一段階として、既存の等方性乱流モデルを搭載する計算コードを拡張し、船尾縦渦の予測精度が重要となる肥大船周りの非等方性乱流場を計算する手法を構築した。対象とした船型は船尾バルブを有しない2種のタンカー船型である。既存のゼロ方程式等方性乱流モデルを拡張し、非等方性影響を考慮したゼロ方程式乱流モデルの検討を行った。計算値を詳細に評価した結果、平均流速場に関しては実験値が示す定性的傾向を良く捉えることが分かった。乱流場の情報に関しては、オーダー的には満足できる結果が得られたものの、実験値が示す詳細な挙動を予測するには至っていなかった。また2レイヤーk-εモデルを搭載した計算手法を上記の2船型に応用し、計算精度の評価を行った。計算値を詳細に評価した結果、上述の乱流モデルの場合と同様、平均流速場に関しては実験値が示す定性的傾向を良く捉えていたが、実験値が示す詳細な情報は捉えられていなかった。この乱流モデルは将来代数応力モデルやレイノルズ応力モデルに拡張することができ、本年度ではその定式化までを完了した。さらに将来高次乱流モデルの性能を評価することを踏まえ、斜航回転楕円体およびwing-body junctionの周囲粘性流場を計算する手法を構築した。今後の課題としては、現在の乱流モデルの高次乱流モデルへの拡張、およびその応用計算が残されているが、本研究の所期の目的はほぼ達成されたものと考えられる。
抗癌剤誘発性の卵巣機能不全に対するテストステロンを用いた予防法確立に向けた検討

ヒト顆粒膜細胞種株(COV434)を用い、シクロフォスファミド(CTX)による細胞障害とテストステロン(Ts)による保護効果を検討するために、細胞増殖、アポトーシスへの影響を比較した。Balb/c雌マウスにCTXを静脈注射し卵巣機能不全モデルマウスを作成し、Ts皮下注射を行なったのち1週間後に安楽死させ卵巣の卵胞数を計測した。CTXによるCOV434のアポトーシスはTs存在下で抑制され、アポトーシスの抑制と生存シグナルの増強を確認した。CTX投与マウスでは原始卵胞と成長卵胞が著明に減少していたが、Tsにより改善していた。CTXによる卵巣毒性はTsにより軽減される可能性が示唆された。アルキル化剤(シクロフォスファミド:CPA)が及ぼす卵巣毒性の作用機序とテストステロン(Ts)による短期的卵巣保護作用の検討をおこなった。【方法】週令6週のBalb/cメスマウスにCPA100mg/kgを3回/週腹腔内投与し、抗癌剤治療モデルを作成し、Ts4mg/kgを4回/週皮下投与併用群と比較した。14日目に安楽死ののち解剖し、卵巣を固定後スライドを作成し、HE染色にて各種成長段階の卵胞数カウントを行なた。また心臓から採血を行ない、血清AMH値を測定した。【結果】CPA投与マウスでは原始卵胞数の有意な減少、閉鎖卵胞数の有意な増加、および血清AMH値の有意な減少を認めたが、Ts併用によりその卵巣毒性は改善されていた。また、血清AMH値はCPA投与群で有意に減少していたが、Ts投与により改善されていた。マウスにおける成果が認められている。アルキル化剤(シクロフォスファミド: CPA)が及ぼす卵巣毒性の作用機序と、テストステロン(Ts)による卵巣保護作用のメカニズムを明らかにするために、本年度はヒト顆粒膜細胞株COV434を用い以下の検討を行なった。【方法】1)COV434が卵巣顆粒膜細胞のモデルとして適切かどうか、androgen receptor (AR), FSH receptor (FSHR)のmRNAの発現をRT-PCR法にて、蛋白の発現をWestern blotting法にて検討した。さらに、estradiolからTsへの変換能について、培地のTs濃度をELISAで測定した。2)CPAの顆粒膜細胞毒性と、Tsによる保護作用を明らかにするために、MTS assayを用いてcell vaiablityを検討した。3)CPAによる細胞毒性のTsによる改善作用がapotosis抑制であることを確認するため、BimEL, Caspase 3-cleavedの蛋白発現をWestern blotting法で検討した【結果】1)COV434において、mRNA、蛋白レベルでAR, FSHRの発現を認めた。さらにEstradiolを培地に添加することで、時間依存的にTs分泌が上昇した。よってCOV434は生体における卵巣顆粒膜細胞のモデルとして適切であると判断した。2)CPA濃度依存性にCOV434のcell vaiabilityは低下し、1000 uMではほぼ死滅したが、Ts濃度依存的に改善を示した。3)CPA添加によりBimEL, Caspase 3-cleaved蛋白発現が増加したが、Ts濃度依存的に減少し、そのapoptosis抑制作用は抗AR剤の添加により阻害された。【結論】CPAによる顆粒膜細胞のapoptosisはTsで抑制されることが分かった。昨年はマウスを用いたin vivoの検討を、そして今年は顆粒膜細胞株を用いたin vitroでの検討が進み、成果を得ている。本研究は、小児がん治療に使用される代表的なアルキル化剤系抗がん剤(シクロフォスファミド:CPA)が及ぼす卵巣毒性と、テストステロン(Ts)による卵巣保護作用のメカニズムを明らかにることを目的とした。【方法】1)COV434細胞株が卵巣顆粒膜細胞のモデルとして適しているかどうか、androgen receptor(AR), FSH receptor(FSHR)のmRNA、蛋白の発現を確認した。また、estradiol含有培地中のTs濃度をELISAで測定した。2)CPAの顆粒膜細胞毒性とTsによる細胞保護作用は、MTS assayを用いてcell viablityで検討した。3)Tsのアポトーシス抑制は、BimEL, Caspase 3-cleavedの蛋白発現を確認した。4)週令6週のBalb/cメスマウスにCPA 100mg/kgを3回/週腹腔内投与し、Ts 4mg/kgを4回/週皮下投与した。14日目に安楽死後に解剖し卵巣を固定後スライドを作成し、HE染色にて卵胞数カウントを行なった。心臓採血を行ない、血清AMH値を測定した。【結果】1)COA434においてAR, FSHRの発現を認めた。estradiolを培地に添加すると、時間依存的にTs分泌が上昇したため、COV434は顆粒膜細胞のモデルとして適切であると判断した。2)CPA濃度依存性にCOV434のcell vaiabilityは低下したがTs濃度依存的に改善した。3)CPAにてBimEL, Caspase 3-cleaved蛋白発現が増加したが、Ts濃度依存的に減少した。

4)CPA投与マウスでは原始卵胞数の有意な減少、閉鎖卵胞数の有意な増加、および血清AMHの有意な減少を認めたが、Ts併用により改善した。【結論】CPAによる卵巣毒性はTs投与により改善できる可能性が示唆された。現在論文作成中である。ヒト顆粒膜細胞種株(COV434)を用い、シクロフォスファミド(CTX)による細胞障害とテストステロン(Ts)による保護効果を検討するために、細胞増殖、アポトーシスへの影響を比較した。Balb/c雌マウスにCTXを静脈注射し卵巣機能不全モデルマウスを作成し、Ts皮下注射を行なったのち1週間後に安楽死させ卵巣の卵胞数を計測した。CTXによるCOV434のアポトーシスはTs存在下で抑制され、アポトーシスの抑制と生存シグナルの増強を確認した。CTX投与マウスでは原始卵胞と成長卵胞が著明に減少していたが、Tsにより改善していた。CTXによる卵巣毒性はTsにより軽減される可能性が示唆された。今後はin vitroモデルにより、テストステロンの卵巣保護作用についてさらに検討を深める予定である。これまでの研究結果を踏まえ、論文作成に向けて論点整理を行なう予定である。女性内分泌
固型製剤中に現れる分子間相互作用の解析

製剤操作による薬品結晶状態の変化あるいは固体製剤中に現れる薬品と添加剤との分子間相互作用について検討した。我々はシクロデキストリン包接化合物の新規調製法として、薬品とシクロデキストリンの結晶をガラスアンプルに密封して加熱する「密封加熱法」を見いだした。この方法は溶媒を用いないため、種々の利点が考えられる。今回、密封加熱条件と分子挙動の関係についてその詳細を検討し、温度の他にシクロデキストリンの結晶性や系中の水分量が重要な要因であることを明らかにした。また、ジメリル-β-シクロデキストリンにナフタレンやアダマンタノールをゲストとして含んだ系では、共沈法で得られた包接化合物とは構造の異なる複合体が得られることが明らかとなった。これは、複合体結晶の形成過程の違いにより準安定状態が出現したものと考えられた。コール酸類の結晶は単独で粉砕すると非晶質となるが、薬品を混合して粉砕することにより結晶性の試料が得られた。粉末X線回折測定・熱分析・各種スペクトル測定の結果から、種々の系において混合粉砕により薬品とコール酸類は包接化合物結晶を形成することが明らかとなり、薬品の構造や混合モル比の影響について明らかにした。光学活性医薬品のラセミ混合物に粉砕や調湿などの操作を加えたときの物理化学的変化について検討を行った。ラセミ化合物の形成のし易さは、融解温度の差や結晶中に存在する水素結合の強さなどに関連していることが明らかとなった。多孔性セルロースや多孔性ガラスと薬品結晶を混合すると、薬品は容易に非晶質化し分解安定性などが変化する。これは、薬品分子が気相を介して粉体細孔内に吸着をおこすという現象に由来することが明らかとなり、そのメカニズムについていくつかの興味ある知見が得られた。1.二酸化ケイ素を主成分とするFloriteと医薬品との混合により、医薬品の非晶質化、塩生成、複合体生成がすでに観察されていたが、粉末X線回折、熱測定による検討の結果、安息香酸および、フルフェナム酸との混合系中では、薬品の非晶質化、カルシウム塩の形成が観察された。さらに、これら、混合系からの医薬品の溶出は非常に速いことが確認された。2.製剤添加剤の細孔中或いは錠剤細孔中に存在する医薬品の分子状態および細孔部分への医薬品分子の移動現象について、固体蛍光法によりナフタレンをプローブとして検討した結果、細孔表面への薬品吸着後において、吸着薬品の表面拡散現象が明らかとなった。3.ジメチル、トリメチルCDと安息香酸を混合し圧縮するとIRスペクトルに有意な変化が認められた。この圧縮時におこる相互作用は、安息香酸分子のプロトン移動であることが明らかとなった。4.著者等により開発された密封加熱によるシクロデキストリン包接化合物の調製においては、ゲスト分子がどのようにシクロデキストリン空孔に包接してゆくのか多くの検討課題を残している。今回の研究では、アダマンノールおよびナフタレンとジメチルβシクロデキストリンの系において、密封加熱物を調製し、生成物の物理化学的性質について検討を行った。その結果、今までに知られていなかった準安定形複合体の存在が推察された。これら結果をふまえて今年度は、薬品のシクロデキストリンへの包接化機構について、いかなるゲスト分子が適しているのか、包接前の混合状態の影響、熱分析に現れる異常ピークの解析等に重点を置いて進める必要がある。

この方法は溶媒を用いないため、種々の利点が考えられる。今回、密封加熱条件と分子挙動の関係についてその詳細を検討し、温度の他にシクロデキストリンの結晶性や系中の水分量が重要な要因であることを明らかにした。また、ジメチル-β-シクロデキストリンにナフタレンやアダマンタノールをゲストとして含んだ系では、共沈法で得られた包接化合物とは構造の異なる複合体が得られることが明らかとなった。これは、複合体結晶の形成過程の違いにより準安定状態が出現したものと考えられた。コール酸類の結晶は単独で粉砕すると非晶質となるが、薬品を混合して粉砕することにより結晶性の試料が得られた。粉末X線回折測定・熱分析・各種スペクトル測定の結果から、種々の系において混合粉砕により薬品とコール酸類は包接化合物結晶を形成することが明らかとなり、薬品の構造や混合モル比の影響について明らかにした。光学活性医薬品のラセミ混合物に粉砕や調湿などの操作を加えたときの物理化学的変化について検討を行った。ラセミ化合物の形成のし易さは、融解温度の差や結晶中に存在する水素結合の強さなどに関連していることが明らかとなった。多孔性セルロースや多孔性ガラスと薬品結晶を混合すると、薬品は容易に非晶質化し分解安定性などが変化する。これは、薬品分子が気相を介して粉体細孔内に吸着をおこすという現象に由来することが明らかとなり、そのメカニズムについていくつかの興味ある知見が得られた。
生下後の心筋分化誘導因子の同定：インビトロ心筋最終分化誘導法の開発

本研究では,心筋細胞の最終分化誘導因子を,in vivoで同定することを目的とし、H30年度には種々の増殖因子・ホルモン・サイトカインの阻害薬の心室筋細胞分化度に与える効果を解析する計画を立てた。我々は、これまでにAT1アンジオテンシン受容体阻害薬カンデサルタン、FGF, VEGF, PDGF受容体阻害薬ニンテダニブ、カージオトロピン受容体阻害薬SC144、甲状腺ホルモン受容体阻害薬DBD、グルココルチコイド受容体阻害薬ミフェプリストンの効果を検討し終えた。その結果、ニンテダニブとSC144が、定量的な違いは有るものの、類似した顕著な心筋細胞分化抑制効果を有することを見出した。具体的には、これらの薬物をP0-30の間連日投与したマウスでは、心筋細胞の興奮収縮連関の要であるL型Ca2+チャネル電流の生下後の発達が約10日遅れ、そのためP30の時点で対照群よりも有意に活動電位に伴う細胞内Ca2+濃度上昇と左心室収縮能が低下した。またやはり、興奮収縮連関の要である左心室筋のT菅の生下後の発達は抑制されなかったが、対照群と比較してその構造が有意に乱れた。しかし、左心室の拡張は認められず拡張型心筋症にはならなかった。心筋の組織像はほぼ正常で、心筋細胞の肥大、委縮、壊死、アポプトーシス、炎症細胞浸潤、繊維化などは認められなかった。またこれらの薬物を与えたマウスのP30における血液生化学的検査はほぼ正常であり、少なくとも見かけ上、これらの薬物の他臓器への毒性は確認できなかった。これらの結果は、FGF, VEGF, PDGF,カージオトロピンのいずれかが、生下後の心筋細胞の最終分化に必要であることを示唆している。したがって、来年度以降、各因子受容体を心臓特異的にノックダウンすることにより、より詳細に生下後の心筋細胞の最終分化の分子機構が解明されるものと期待される。上述のように、我々は当初H30年度に計画していた実験計画をほぼ完全に実施し、来年度につながる有意な成果を得た。来年度は、FGF, VEGF, PDGF,カージオトロピンの受容体をアデノ随伴ウィルスベクターにより、心筋細胞特異的にノックダウンし、生下後の心筋細胞の最終分化に起こる変化を検討する予定である。この目的のため、我々は今年度、特殊な遺伝子改変マウス(LSL-Cマウス)を購入している。このマウスは、遺伝子にloxp-Sto-loxp-Cas9-GFPという配列がノックインされている。このマウスに、gRNA1-gRNA2-cTNT promoter-Cre(gRNA:ガイドRNA; cTNT:心筋トロポニンT)とい配列を持ったアデノ随伴ウィルスを感染させると、心臓特異的に標的遺伝子をノックダウンできる。またアデノ随伴ウィルスのタイターを調整することにより、一部の心筋細胞のみで遺伝子をノックアウトすることができるので、非特異的心筋細胞変化を生じる心不全を誘導することなく、特定遺伝子の心筋細胞最終分化への効果を検討できると期待している。

このマウスは、遺伝子にloxp-Sto-loxp-Cas9-GFPという配列がノックインされている。このマウスに、gRNA1-gRNA2-cTNT promoter-Cre(gRNA:ガイドRNA; cTNT:心筋トロポニンT)とい配列を持ったアデノ随伴ウィルスを感染させると、心臓特異的に標的遺伝子をノックダウンできる。またアデノ随伴ウィルスのタイターを調整することにより、一部の心筋細胞のみで遺伝子をノックアウトすることができるので、非特異的心筋細胞変化を生じる心不全を誘導することなく、特定遺伝子の心筋細胞最終分化への効果を検討できると期待している。
筋肥大時に骨格筋の成長ホルモンに対する反応性は低下するのか

本研究課題は、従来より多く検討されてきている、運動時の内分泌ホルモンによる運動適応の調節機構において、中枢性、あるいは抹消で生じるリガンドレベルの変化が運動適応に関与するメカニズムに対して、組織側の受容体の発現レベルが調節を受けて、リガンドに対する反応性の変化を介して運動適応に貢献する可能性をさぐるというものである。本研究で対象としてる成長ホルモンは、運動時に生じる急性分泌については骨格筋組織の同化作用への貢献は低いと考えられているが、骨格筋組織の同化因子であるIGF-1の発現調節能を持つことから、IGF-1の発現調節を介した作用に注目が集まっている。我々は以前の研究において、ラットの代償性肥大モデルで骨格筋において肥大初期(2&#12316;4日)の時点でGH受容体の遺伝子発現が低下する減少を観察したが、GH受容体発現を低下させるメカニズムや、その生理的意義、筋肥大への貢献については未だ明らかとなっていない。本年度の研究では、GH受容体が筋肥大時に急性の調節を受ける因子として骨格筋の収縮活動を想定し、麻酔下での電気刺激による収縮活動後の骨格筋におけるGH受容体遺伝子発現の変化を課題としていた。しかしながら、本年度については収縮実験の準備が整わず、本実験を実施することができなかった。現状は予備的な分析として、同様の筋収縮モデルによって筋収縮を処置した後の骨格筋サンプルの提供を受け、その分析にとりかかっているところである。本研究課題の進捗状況については自己点検において「遅れている」との評価とした。2018年度内に実施予定であった急性の高強度筋収縮モデルを用いたGH受容体遺伝子発現の急性調節の可能性の検討については、実験自体を実施することができなかった。自身で実験動物を購入しての実験の実施ができなかった理由については、本実験を実施するための人員の配置の都合が様々な理由でつけることができなかったことが大きいが、今年度については、この点については全て解消済みである。ゆえに今年度の実験予定については、本来、今年度に検討する予定であった、下垂体摘除ラットに対する片脚の代償性筋肥大モデルを用いたGH投与に対する反応性の実験とともに、昨年度実施できなかった筋収縮モデルの実験についても実施する予定である。現在の実験のための準備状況としては、実験手法の確立、分析のための試薬、備品の準備や、遺伝子発現の解析方法についての準備状況については完了しており、必要な試薬等の購入も昨年度の予算で完了している。ただ、筋収縮実験においては、処置する収縮強度と、遺伝子発現が変化するタイムコースの2つの変数を確定する必要があること、また、代償性肥大モデルに対するGH投与実験においては、これまでの検討では少し肥大の程度が低かったことから、より確実な代償性肥大処置を行うための情報収集の必要があること、以上のことについては予備試験の必要がある可能性がある。今年度の実施計画については、昨年度、実施することができなかった急性の高強度の骨格筋収縮活動後の時間経過において、収縮筋におけるGH受容体遺伝子の発現レベルが調整されるか否かを確認する実験を実施する。実験は麻酔下で行い、片脚をコントロール脚として、反対側の脚の腓腹筋に電極を設置し、電気刺激装置を用いて腓腹筋に収縮活動を惹起する。刺激後、遺伝子発現の変化が生じる可能性のある経過時間ごとに筋をサンプリングし、GH受容体mRNAの発現レベルの変化を評価する。加えて、本年度に実施予定となっていた片脚の腓腹筋の腱切除による足底筋、ヒラメ筋に対する代償性肥大モデルを用いたGH投与時のIGF-1発現の変化モデルの実験を実施する。内因性のGHの作用や他の下垂体ホルモンの作用を排除するために下垂体を外科的に切除したラットを使用し、これまでの研究で明らかになっている外科手術処置後4日の時点でGHを投与し、その後の時間経過において筋サンプルの採取を行い、骨格筋でのIGF-1の遺伝子発現を評価し、筋肥大時のGH受容体発現レベルの低下が、骨格筋のGHに対する反応性に貢献している可能性について検討をおこなう。現状で課題となっているのは筋収縮実験においては、処置する収縮強度と、遺伝子発現が変化するタイムコースの2つの変数を確定する必要があることで、これらの点については予備試験が必要である。代償性肥大モデルに対するGH投与実験においては、これまでの検討では少し肥大の程度が低かったことから、より確実な代償性肥大処置を行うための情報収集の必要がある。