hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経可塑性のシステム生物学

昨年度に続き、コンピュータシミュレーションを用いたスパイクタイミング依存シナプス可塑性(STDP)による受容野形成メカニズムの解析と、STDPのメカニズムを検証する実験を行なった。〈受容野形成メカニズム〉視覚系神経細胞の受容野が示す特徴の1つとして、方向選択性と呼ばれる性質がある。この性質は、動く物体を認識する際に必要となる性質であり、生後、外界からの視覚刺激を受けることで獲得される。カエルのオタマジャクシを用いた先行研究により、STDPが視蓋ニューロンの方向選択性の獲得に関与することが示唆されている。本研究の目的は、そのメカニズムを、数理モデルを用いて明らかにすることである、本年度は、先行研究の実験結果を詳細に再現するモデルの解析を通して、方向選択性を学習するメカニズムを提案し、国際学術誌に受理された。〈STDPのメカニズム〉我々は、以前、数理モデルを用いたアプローチにより、STDPにはNMDA受容体の新規なアロステリック効果が必要であることを示した。本研究では、その性質を実験によって検証することを目的としている。本年度は、昨年度に続きアロステリック効果の検証を進めたが、現在までのところ、仮説を指示する結果を得ることは出来ていない.しかし、仮説が棄却された訳ではなく、更なる実験を継続する必要がある.記憶や脳の発達機構を理解するためには、スパイクタイミング依存シナプス可塑性(STDP)が神経ネットワーク内で果たす役割を解明することが重要である。網膜視蓋系の神経ネットワークにおいて、ある特異的な視覚刺激を網膜に提示すると、視蓋ニューロンがSTDPによって方向選択性を獲得することが報告されている。しかし、そのメカニズムは明らかではない。本研究は、解剖学や電気生理学の知見に基づいた網膜視蓋系神経ネットワークのシミュレーションモデルを作成し、視蓋ニューロンがSTDPによって方向選択性を獲得するメカニズムを解明することを目的としている。本年度は、網膜視蓋系の神経ネットワークモデルを作成し、そのモデルを解析することで、方向選択性獲得のメカニズムを提案した。具体的には、まず、解剖学や電気生理学の知見に基づいたネットワーク構造を持つ網膜視蓋系の神経ネットワークモデルを構築した。次に、視覚刺激に対する網膜神経節細胞の応答を再現する網膜モデルを上述の神経ネットワークモデルに組み込み、さらに、視蓋の中にある視蓋ニューロンや介在ニューロンの電気刺激に対する応答を、ホジキン・ハクスレー方程式を用いて定式化した。続いて、以前に私の研究室で作成したSTDPを再現する、シグナル伝達のシミュレーションモデルをシナプスに組み込んだ。この神経ネットワークモデルに実験と同様の刺激を与えてシミュレーションを行なったところ、視蓋ニューロンは方向選択性を獲得し、その結果は実験と一致した。この神経ネットワークモデルを解析することで、STDPだけでなく、視蓋ニューロン同士の興奮性のシナプス結合が、方向選択性の獲得に重要な役割を果たすことがわかった。また、私の研究室では、数理モデルを用いてNMDA受容体のアロステリック効果を予測している。本年度は、実験系を立ち上げ、このアロステリック効果の検証実験を開始した。<受容野形成メカニズム>視覚系神経細胞の受容野が示す特徴の1つとして、方向選択性と呼ばれる性質がある。本研究の目的は、そのメカニズムを、数理モデルを用いて明らかにすることである。昨年度までに、文献を基にした実験の知見を基に、数理モデルを構築した。本年度は、パラメータの調整や、モデルの修正を行なうことで、先行研究の実験結果を詳細に再現することに成功した。さらに、そのモデルの解析を通して、方向選択性を学習するメカニズムを提案した。現在、学術誌に投稿すべく準備を進めている。<STDPのメカニズム>我々は、以前、数理モデルを用いたアプローチにより、STDPにはNMDA受容体の新規なアロステリック効果が必要であることを示した。昨年度までに、電気生理学の実験系を立ち上げており、本年度は検証実験を進めた。現在までのところ、仮説を指示する結果を得ることは出来ていない。しかし、仮説が棄却された訳ではなく、更なる実験を継続する必要がある。

本研究では、その性質を実験によって検証することを目的としている。本年度は、昨年度に続きアロステリック効果の検証を進めたが、現在までのところ、仮説を指示する結果を得ることは出来ていない.しかし、仮説が棄却された訳ではなく、更なる実験を継続する必要がある.
超高速および超多重光伝送・光ネットワーク

本研究班での研究実績を以下に示す。伊賀は、長波長帯面発光レーザで、新しい平坦円形埋込みプロセスを用いるとともに、熱伝導に優れたMgO/Si誘電体多層膜を導入して、世界で初めて室温連続動作に成功した。又、半導体レーザと光ファイバ等の光デバイスを接続するために、各コンポーネントの精密位置調整という根本的な問題を解決するために、新しい光結合法「自導光結合法」を提案した。大越は、光ファイバ伝送路における線形複屈折と非線形複屈折とが、パルス伝送に与える影響を考え、これをシュミレートする方法として、複屈折の大きさ及びその主軸の方向を、正規乱数で与える方法を提案した。更にその解析例として、無損失ファイバ伝送路での波形変化を挙げ、比較的小さい線形複屈折は非線形複屈折により相殺され得ること、及び大きい複屈折を持つファイバの伝送特性が、入射偏波状態に対して高い依存性を示すことを明かにした。川上は、光アイソレータや液晶光スイッチなどの高性能なファイバー体型偏波無依存デバイスを製作した。これらを構成する時の基本素子であるコア拡大(TEC)ファイバや積層型偏向分離素子(LPS)についても高性能化を達成した。國分は、高密度立体光配線の基礎技術の開拓を目的として、ARROW型光導波路を積層化した立体光配線構造を提案し、設計・試作した結果、上下導波路間の完全分離と光結合部における上下の光信号の交信を実現した。また、光結合を従来の20分の1に大幅に短縮する新しい構造の開発にも成功した。小柴は、光伝送回路の極限性能解析と高度設計を支援するための光CADの開発を進めるとともに、そのソルバーとして用いる有限要素法の高性能化、多機能化を図り、新しいベクトル有限要素法ならびにスカラ有限要素法の開発を行なった。藤井は、非線形ファイバを用いたソリトン伝搬システム・デバイスの検討を行なった。光ソリトンの波長多重伝送や将来性のある超多重・超高速伝送システム実現の可能性を示した。また、ファイバレーザ、ソリトンレーザについてその動作を解析し、明かにした。堀内は、ソリトン理論の展開により双子ソリトン等、従来見られなかった多様なソリトン現象の可能性を明かにし、双線形形式を用いた系の性質を保存した差分スキームの導出により光ソリトンの各種境界値問題の数値解析が可能であることを示した。また、光ソリトン系に不可能な摂動が加わったときの系のモデリング手法の展開、光ソリトン系の有限要素法などによる数値解析に含まれる誤差を厳密に評価する精度保証付き数値解析手法の開発を行なった。今井は、Nd3+ドープファイバに圧電性高分子(VDF/TrFE)を被覆したファイバ型位相変調器を製作し、その両端にダイクロックミラーを装着して、赤外のレーザ(804nm)でポンピングしてレーザ発振させた(波長1.06mm)。この位相変調器をモード同期させることにより、超短波光パルスの発生が可能になる。本研究班では,特に大量の情報を伝送する次世代光伝送技術と益々広範に適用領域が拡大しつつあるネットワーク光通信や光配線の実現を目指した光回路の並列アレー化,微小高密度化,集積化技術の開拓を目的としている.伊賀は,面発光レーザの集積を考え,単体の性能向上を行った.1.3μm帯の面発光レーザのしきい値電流が,77Kで2.8mA,1.5μm帯では1.7mAの極低しきい値の面発光レーザを製作した.又,平板マイクロレンズや面型機能素子等を積層集積するためのプッチンコネクターを考案した.大越は,光ファイバ増幅器を光ファイバ通信システムに適応した祭に問題となる自然放出光雑音・光ファイバ中の分散/非線形現象,及びそれらの抑圧手法について研究を進め,コヒーレント技術の有効性を示した.川上は,波長1.55μm用のコア拡大(TEC)ファイバにおいてコア径をこれまでにない40μmまで拡大することができた.これを使って,アイソレータなどの光デバイスをレンズフリー・アライメントフリで,ファイバアレーに集積した構造を実現した.國分は,ARROW型導波路を金属分離層を介して垂直方向に積層ARROW型立体光配線構造,及びこの積層構造の金属分離層を一部除去した上下結合部を設計・試作し,上下導波路間での無結合光伝搬と結合部における上下導波路間での光結合に成功し,ARROWを用いた立体光配線を実証した.小柴は,光伝送回路に用いられる光導波路の伝送特性を精密に評価できるベクトル有限要素法を新たに開発するとともに,非線形光導波路のスイッチング・ヒステリシス現象や量子井戸構造の光吸収,屈折率変化を定量的に評価した.藤井は,光ファイバソリトンの非線形伝搬及び能動デバイスへの応用に関して,スパーソリトンの可能性を指摘し,Er光ファイバレーザを試作し,その基本特性を測定し,立上り時の安定性を解析した.堀内は,光ソリトンの伝搬特性を詳細に解析するため非線形光ファイバの基礎方程式である非線形Schradinger方程式の解を解とする差分公式を導き,詳細な解析を行った.更に,数値計算誤差を精度補償できるシュミレーションシステムを構築した.これにより光ソリトンの超高速伝送特性を詳細に解析し,新しい伝送方式の構築のためのCADシステムの基礎部分ができた.

今井は,Naイオンを180ppmwドープした光ファイバに圧電性高分子VDF/TrFEを10μm厚に被覆し,半径方向にポーリングした試料に60MHz域の高周波電圧を印加して光位相変調実験を行った.又,解析モデルによる数値計算から60MHz域での位相シフトの共振ピークを確認した.本研究班での研究実績を以下に示す。伊賀は、長波長帯面発光レーザで、新しい平坦円形埋込みプロセスを用いるとともに、熱伝導に優れたMgO/Si誘電体多層膜を導入して、世界で初めて室温連続動作に成功した。又、半導体レーザと光ファイバ等の光デバイスを接続するために、各コンポーネントの精密位置調整という根本的な問題を解決するために、新しい光結合法「自導光結合法」を提案した。大越は、光ファイバ伝送路における線形複屈折と非線形複屈折とが、パルス伝送に与える影響を考え、これをシュミレートする方法として、複屈折の大きさ及びその主軸の方向を、正規乱数で与える方法を提案した。更にその解析例として、無損失ファイバ伝送路での波形変化を挙げ、比較的小さい線形複屈折は非線形複屈折により相殺され得ること、及び大きい複屈折を持つファイバの伝送特性が、入射偏波状態に対して高い依存性を示すことを明かにした。川上は、光アイソレータや液晶光スイッチなどの高性能なファイバー体型偏波無依存デバイスを製作した。これらを構成する時の基本素子であるコア拡大(TEC)ファイバや積層型偏向分離素子(LPS)についても高性能化を達成した。國分は、高密度立体光配線の基礎技術の開拓を目的として、ARROW型光導波路を積層化した立体光配線構造を提案し、設計・試作した結果、上下導波路間の完全分離と光結合部における上下の光信号の交信を実現した。また、光結合を従来の20分の1に大幅に短縮する新しい構造の開発にも成功した。小柴は、光伝送回路の極限性能解析と高度設計を支援するための光CADの開発を進めるとともに、そのソルバーとして用いる有限要素法の高性能化、多機能化を図り、新しいベクトル有限要素法ならびにスカラ有限要素法の開発を行なった。藤井は、非線形ファイバを用いたソリトン伝搬システム・デバイスの検討を行なった。光ソリトンの波長多重伝送や将来性のある超多重・超高速伝送システム実現の可能性を示した。また、ファイバレーザ、ソリトンレーザについてその動作を解析し、明かにした。堀内は、ソリトン理論の展開により双子ソリトン等、従来見られなかった多様なソリトン現象の可能性を明かにし、双線形形式を用いた系の性質を保存した差分スキームの導出により光ソリトンの各種境界値問題の数値解析が可能であることを示した。また、光ソリトン系に不可能な摂動が加わったときの系のモデリング手法の展開、光ソリトン系の有限要素法などによる数値解析に含まれる誤差を厳密に評価する精度保証付き数値解析手法の開発を行なった。今井は、Nd3+ドープファイバに圧電性高分子(VDF/TrFE)を被覆したファイバ型位相変調器を製作し、その両端にダイクロックミラーを装着して、赤外のレーザ(804nm)でポンピングしてレーザ発振させた(波長1.06mm)。この位相変調器をモード同期させることにより、超短波光パルスの発生が可能になる。
圧刀誘起による高分子結合相関系の相転移と臨界ダイナミクス

温度敏感型で知られるN-イソプロピルアクリルアミド(PNIPA)ゲルを0.1MPa(常圧)から300MPaの静水圧下で調製し、ゲル本来がもつ構造不均一性を静的・動的光散乱法により、調製圧力の関数として定量的に解析した。具体的には、ドイツALV社製キュベット回転・上下ユニットを新たに備えた静的・動的光散乱装置(ALV-5000)を用い、ゲルからの散乱光の光子相関を多数のサンプリングポイントでとる(アンサンブル平均動的光散乱法)。そして、このデータをもとに濃度揺らぎの動的・静的成分の分離を行うことでゲルの非エルゴード性を評価し、不均一度を見積った。その結果、圧力印可により、ゲルの不均一性は上昇し、約170MPa付近で揺らぎは発散し、相分離状態に移行することがわかった。また、光子相関関数の評価より、緩和時間が発散する点(ゲノ化点)と不均一性および、体積相転移との相関関係を議論した。さらにその一方で、光学顕微鏡下で体積相転移現象を時分割観察を行い、ゲルの収縮過程の時系列解析による収縮キネティクスの調製圧力依存性について考察したところ、不均一性と高速収縮性とは密接な関係があることが認められた。これらの成果を12月にメキシコで開催されたPacific Polymer Conferenceの招待講演で発表した。
アフリカツメガエル変態期における赤血球動態の解析

両生類は変態期に多くの組織が幼生型から成体型に作り換えられる。赤血球も、幼生型ヘモグロビンを含む幼生型赤血球から成体型ヘモグロビンを含む成体型赤血球に置き換えられるが、どのような仕組みでこの変化が引き起こされるのかは分かっていない。本研究により、アフリカツメガエルにおいて赤血球の転換を引き起こすのは甲状腺ホルモンではなく、エリスロポエチンである可能性が示唆された。また、変態と赤血球転換が同調しないのはツメガエルに特有であり、多くの成体が陸上生活するカエルでは変態と赤血球転換が同調することが示唆された。両生類の変態は劇的な体の作り換えであり、体内の組織のほぼ全てが幼生型から成体型へ転換する。この時、赤血球も、幼生型から成体型へ転換する。この転換は、幼生型ヘモグロビンを持つ赤血球が成体型ヘモグロビンを持つ赤血球に置き換えられることによって生じる。本研究では、アフリカツメガエルを用い、赤血球転換機構を明らかにするため解析を行った。平成22年度は、ツメガエル赤血球における1細胞レベルのRT-PCRについて、技術の確立を試みた。Brady and Iscove(Methods Enzymol., 225,611(1993))を参考にしつつ、彼らの記載した1/2量の反応スケールで、また用いる逆転写酵素の種類も1種類で行えるような条件を確立し、この条件下で、1細胞でのグロビン遺伝子の発現の成功に検出した。次に、この赤血球の転換を制御する因子を探るため、甲状腺ホルモン受容体(TR)とエリスロポエチン受容体(EpoR)の発現をこの手法で解析した。しかし、いずれの遺伝子も発現が認められず、また、増殖マーカーであるサイクリンDの発現も検出できなかった。そこで細胞数を50個まで増やして解析したが、やはり仔ガエルでも変態中の動物でも、これらの遺伝子は発現していなかった。そこで、変態中の動物に貧血を誘導し、その回復期に末梢血に放出される前駆細胞を採血し、50個の赤血球を用いて発現を解析した。すると、強いEpoRの発現が認められたが、TRの発現は検出されなかった。また、これらの細胞はサイクリンD1を発現し、増殖していることが示唆された。今後は、幼生型と成体型、どちらの前駆細胞がこれらの受容体を発現しているか解析を行う。また、甲状腺ホルモンは赤血球転換に直接的な影響を与えていないことが示唆された。赤血球や前駆細胞の培養系を用いて、このことを確認する予定である。末梢血全体を用いて遺伝子発現を解析すると、赤血球系以外の細胞の影響が無視できなくなる可能性がある。そこで、末梢血を100個だけ分取し、これを用いてRT-PCRにより遺伝子発現を解析した。その結果、甲状腺ホルモン合成が始まる前のステージ48で成体型グロビンを持つ赤血球が出現しはじめ、このタイミングとエリスロポエチン受容体発現のタイミングが一致することが明らかになった。このことから、成体型赤血球増殖の引き金を引いているのはエリスロポエチンである可能性が示唆された。また、甲状腺ホルモン受容体は変態の前後を通じて赤血球で発現せず、貧血誘導によって末梢に出現する血球前駆細胞でも発現が検出されなかった。このことから、甲状腺ホルモンは赤血球の転換に直接的な影響を与えていないことが示唆された。また、Percollの密度勾配によって、変態期であるステージ59の個体の末梢血を異なる分画に分離することができた。PCNA抗体を用いたウエスタンブロットを行ったところ、密度の小さい赤血球集団が増殖細胞の集団であることが分かった。一方、密度の小さい集団も密度の大きい集団も幼生型グロビンと成体型グロビンをほぼ同じ割合で含むことが分かり、成体型赤血球のみが選択的に増殖するわけではないことが示唆された。これらの結果から、「甲状腺ホルモンによる幼生型細胞の死と、成体型細胞の増殖・分化」という図式では必ずしも両生類の変態をとらえることができないことが示された。
背弧海盆を伴う島弧海溝系の上部マントルに至る地質断面の地球科学的研究

本計画は、大型研究船舶を運航して、遠洋海域での観測研究を実施することを大きな特色としている。計画1年度目(平成14年度)は実験器具・観測装置の立ち上げ、整備等の準備を行った。計画2年度目(平成15年度)の11月に東京大学海洋研究所研究船"白鳳丸"(3987トン)を18日間運航してフィリピン海南部及び中部の海溝・島弧・背弧海盆系の海底地質観測を行った。南部マリアナ海溝内側斜面のドレッジ観測等による、マントル橄欖岩他の産状解析から、モホ面及び大規模なスラストの存在が確認された。更に、海底地震探査により、小笠原前弧域の母島海山の主体は蛇紋岩であることが示唆された。更に計画3年度目(平成16年度)の11-12月に研究船"淡青丸"(610トン)の13日間に渡る研究航海によりフィリピン海中部海域(小笠原前弧の母島海山)で、ドレッジ観測により、山頂部における、オフィオライト層序の存在を確認した。更に、現在までに入手した両海域の海底地質観測のデータ及び、海底地質試料の分析、解析、まとめを行った。本研究は南部マリアナの大断層崖上、及び母島海山でマントルに至る地質断面構成岩石の系統的採集と地質学的・岩石学的解析と地球物理学的観測を行い、両者の観測を有機的に結合させ、従来より分解能が数段高い、マントルに至る地質断面を構築、提出し、フィリピン海の海洋底の発達史を明らかにすることを目的とし、着実に成果をあげることが出来た。尚、平成15年2月27・28日「フィリピン海の地質・岩石・地球物理・テクトニクス」を中心としたシンポジウムを東京大学海洋研究所共同利用研究集会として開催し、その研究発表を196頁の論文集として公表した。更に、本計画の最終年にあたり、平成17年3月7・8日「フィリピン海の海底基盤岩と東北日本弧のマントル構造とマグマの比較研究」を主題とした、同様な研究集会を開催した(今秋出版予定)。具体的には、計画2年度目(平成15年度)に東京大学海洋研究所研究船"白鳳丸"(3987トン)を18日間運航してフィリピン海南部の海溝・島弧・背弧海盆系の海底地質観測航海を行う予定である。本研究は南部マリアナの大断層崖上での地質条件の異なる各々のin sisu岩石の層序に沿った系統的岩石採集と地質学的・岩石学的解析と地球物理学的観測を行う。そして両者の観測を有機的に結合させ、従来より分解能が数段高いマントルに至る地質断面を提出し、フィリピン海の海洋底の発達史を明らかにする。計画初年度にあたる本年度は、現在までに入手した同海域の海底地質観測の基礎的データのまとめ、海底地質試料の観察、分析、解析及び実験設備や観測用機材の購入整備など、主として次年度の研究航海の準備にあてた。即ち、深海曳航観測装置やプロトン・三成分磁力計等の観測装置の整備・調整及び、音響ピンガーを含むドレッジシステムの整備・調整を行った。陸上設備備品として、クリーンベンチと純水製造装置を購入・設置し、分析試料の前処理に供し、更に陸上分析装置(EPMA・XRF)の整備、既採集海底地質試料の分析、データの解析を行った。

フィリピン海南部地域の海底地質観測データの収集処理を行い、それらのデータに基づき、研究及び観測実施に係わる検討を行った。2003年1月6日から25日の20日間、海洋科学センターの研究船"かいれい"KR03-1航海に参加しパレスベラ海盆の海底地質調査を行い、巨大メガムリオンの精査、マントル橄欖岩を主とする構成岩石の採集等を行い現在解析中である。2003年2月27・28日フィリピン海の地質・岩石・地球物理・テクトニクスを中心とした公開シンポジウムを海洋研共同利用研究集会として開催し、研究発表と討論を行った。本計画は、大型研究船舶を運航して、遠洋海域での観測研究を実施することを大きな特色としている。具体的には、計画2年度目(平成15年度)の11月に東京大学海洋研究所研究船"白鳳丸"(3987トン)を18日間運航してフィリピン海南部の海溝・島弧・背弧海盆系の海底地質観測航海を行った。本研究は南部マリアナの大断層崖上での地質条件の異なる各々のin sisu岩石の層序に沿った系統的岩石採集と地質学的・岩石学的解析と地球物理学的観測を行い、両者の観測を有機的に結合させ、従来より分解能が数段高いマントルに至る地質断面を提出し、フィリピン海の海洋底の発達史を明らかにすることを目的としている。計画2年度にあたる本年度は、現在までに入手した同海域の海底地質観測の基礎的データのまとめ、海底地質試料の観察、分析、解析及び実験設備や観測用機材の購入整備など、主として2年度末(11月)の研究航海の準備にあてた。即ち、プロトン・三成分磁力計等の観測装置の整備・調整及び、音響ピンガーを含むドレッジシステムの整備・調整を行った。陸上設備備品として、クリーンベンチと純水製造装置を購入・設置し、分析試料の前処理に供し、更に陸上分析装置(EPMA・XRF)の整備、既採集海底地質試料の分析、データの解析を行った。2003年11月11日から28日の18日、白鳳丸KH03-3研究航海に主席研究員として乗船・南部マリアナ海溝内側斜面他の海底地質調査を行い、マントル橄欖岩を主とする構成岩石の採集等を行い現在解析中である。尚、2003年2月27・28日フィリピン海の地質・岩石・地球物理・テクトニクスを中心とした公開シンポジウムを海洋研共同利用研究集会として開催し、その研究発表を論文集として公表した。具体的には、計画2年度目(平成15年度)の11月に東京大学海洋研究所研究船"白鳳丸"(3987トン)を18日間運航してフィリピン海南部及び中部(小笠原前弧域)の海溝・島弧・背弧海盆系の海底地質観測を行った。南部マリアナ海溝内側斜面のマントル橄欖岩の産状から、モホ面及び大規模なスラストの存在が確認された。更に計画3年度目(平成16年度)の11-12月に研究船"淡青丸"(610トン)の13日間に渡る研究航海によりフィリピン海中部海域(小笠原前弧の母島海山)でオフィオライト層序の存在を確認した。計画3年度にあたる本年度は、現在までに入手した同海域の海底地質観測のデータ及び、海底地質試料の分析、解析を行った。本研究は南部マリアナの大断層崖上、及び母島海山でマントルに至る地質断面構成岩石の系統的採集と地質学的・岩石学的解析と地球物理学的観測を行い、両者の観測を有機的に結合させ、従来より分解能が数段高い、マントルに至る地質断面を提出し、フィリピン海の海洋底の発達史を明らかにすることを目的とし、着実に成果をあげることが出来た。
移植臓器の拒絶反応を抑制する免疫制御細胞を誘導する既存薬剤の探索とその機序の解明

MMFとラバマイシンが免疫制御細胞を誘導した.また、免疫抑制剤ではない通常薬剤ではウルソデオキシコール酸、ラジカット、塩酸サルポグレラート、柴苓湯が免疫制御細胞を誘導した。マウスの心臓移植モデルを用いて実験を行った。ドナーはC57BL/10,レシピエントはCBAでフルミスマッチの組み合わせである。無処置ではCBAマウスはC57BL/10の移植心を8日で拒絶した。移植7日前にドナーの脾細胞を気管内に投与すると、移植心の生着は中央値が70日に延長する。免疫制御細胞の存在を確かめるためにドナー脾細胞投与7日後、心臓移植を行うべき日に、心移植を行わず、脾臓を取り出し、脾細胞を別の無処置マウスに投与し、そのマウスにC57BL/10の心臓を移植すると、中央値は70日と延長した。このことは、移入した脾細胞の中に免疫制御細胞が存在することを示す。そこで、まず従来型の免疫抑制剤(アザチオプリン、サイクロスポリン、FK506,MMF,ラパマイシン)が免疫制御細胞の誘導にどのように働くかを気管内投与モデルにて調べた。するとMMF,ラパマイシンで免疫制御細胞が誘導できた。漢方薬の一部、H2ブロッカー、ウロソデオキシコール酸だども免疫制御細胞を誘導した。骨髄から常時新しい細胞が供給される通常の状態では、免疫寛容をうるためにアナジーやディレーションによれば、終生薬剤の投与が必要になる。ところが、免疫制御細胞を誘導するレギュレーションを樹立すれば、その時点で薬剤の投与は不要になる。臨床では免疫制御細胞の誘導を導けば、少なくとも従来型の免疫抑制剤の量を軽減でき、副作用を回避できる。急性期は今まで通りのプロとコールで移植心の拒絶反応を防止し、慢性期には免疫制御細胞が誘導できる薬剤に適宜変更することで、上記が達成できる。臨床応用するためには、すでに日常臨床で使用されている薬剤が望ましい。更なる既存薬剤の解析と漢方薬の免疫制御細胞誘導の可能性を来年度も調べる。急性期は今まで通りのプロトコールで移植心の拒絶反応を防止し、慢性期には免疫制御細胞が誘導できる薬剤に適宜変更することで、上記が達成できる。更なる既存薬剤の解析と漢方薬の免疫制御細胞誘導の可能性を調べた。無処置CBAマウスでC57BL/10の移植心を7日で拒絶した。移植7日前にドナーの脾細胞を気管内に投与すると、移植心の生着は中央値が70日に延長した。そして従来型の薬を、移植抗原の気管内投与後より7日間連続で投与した。そして、7日後に脾細胞をセカンドレシピエントに移入し、心臓移植を行った。その薬剤が免疫制御細胞の誘導を阻害すれば、移植心は70日以下で拒絶され、免疫制御細胞の誘導を促せば、70日以上生着は延長する。まず従来型の免疫抑制剤(アザチオプリン、サイクロスポリン、FK506,MMF,ラパマイシン)が免疫制御細胞の誘導にどのように働くかを気管内投与モデルにて調べた。MMFとラパマイシンが免疫制御細胞を誘導した。つぎに、漢方薬の一部、H2プロッカー、ウロソデオキシコール酸などを用いて、免疫制御細胞の誘導を調べた。ウルソデオキシコール酸、ラジカット、塩酸サルポグレラートが免疫制御細胞を誘導した。
口腔内へ移植した遊離皮弁における生体防御機構:樹状細胞とケモカインシステム

Macrophage-derived chemokine(MDC/CCL22)はケモカインレセプターであるCCR4に対応するケモカインリガンドで、EBI1 ligand chemokine(ELC/CCL19)はもう一つのケモカインレセプターであるCCR7に対応するケモカインリガンドである。本研究はCCL22/CCR4とCCL19/CCR7ケモカインシステムの発現を、口腔内へ移植した遊離皮弁における生体防御機構の動態を知る目的で、移植皮弁の炎症病態と所属リンパ節において比較解析を行った。CCR4およびMDCに対するRT-PCRを実施したところ、正常皮膚では、CCR4およびMDCのmRNAは検出されなかったが、移植皮膚とリンパ節ではそのmRNAが検出された。一方、CCL19とCCR7のmRNAはリンパ節では検出されたが、移植皮膚では検出されなかった。Anti-CCR4抗体とanti-MDCを用いて免疫染色を行ったところ、CCR4陽性のリンパ球が移植皮膚の真皮に多数観察され、MDC陽性の大型単核球と接触していた。同様の関係がリンパ節のTcell areaでも観察された。移植皮膚ではCCR4陽性細胞はほとんどがCD4陽性のヘルパーTリンパ球であった。また、CD4陽性のヘルパーTリンパ球の約1/3がCCR4を発現していた。一方、リンパ節のT cell areaではDC-Lamp陽性の成熟樹状細胞がCCL19を発現し、CCR7陽性のリンパ球に取り囲まれていたが、移植皮膚ではDC-Lamp陽性の成熟樹状細胞はCCL19を発現せず、周囲のリンパ球もCCR7を発現していなかった。これらの結果は、成熟樹細胞の機能がリンパ節と移植皮膚では異なることを示唆した。CCR4は一群のケモカインレセプターのひとつであり、Macrophage-derived chemokine(MDC)およびThymus activation-related chemokine(TARC)はこれに対応するケモカインリガンドである。本研究はMDC/TARC-CCR4ケモカインシステムの発現を移植皮弁の炎症病態と所属リンパ節において解析を行った。CCR4、MDCおよびTARCに対するRT-PCRを実施したところ、正常皮膚では、CCR4、MDCおよびTARCのmRNAは検出されなかったが、移植皮膚とリンパ節でmRNAが検出された。Anti-CCR4抗体とanti-MDCおよびanti-TARC抗体を用いて免疫染色を行ったところ、CCR4陽性のリンパ球が移植皮膚の真皮に多数観察され、MDC陽性の大型単核球と接触していた。TARC陽性細胞は移植皮膚とリンパ節の双方でも観察されなかった。CCR4およびMDCと樹状細胞マーカー(CD1a,CD83)、およびT cellマーカー(CD4,CD8)との蛍光二重染色を行い、共焦点レーザー顕微鏡にて観察し、CCR4,MDCおよびTARCを発現する細胞の細胞同定を行った。CD8陽性リンパ球はCCR4リンパ球を発現していなかった。移植皮膚の上皮においてCD1a陽性の樹状細胞の一部がCCR4を発現していた。CCR4とCCR7はケモカインレセプターであり、Macrophage-derived chemokine(MDC/CCL22)はCCR4に対応するケモカインリガンドでEBI1 ligand chemokine(ELC/CCL19)はCCR7に対応するケモカインリガンドである。本研究はCCL22/CCR4とCCL19/CCR7ケモカインシステムの発現を移植皮弁の炎症病態と所属リンパ節において解析を行った。

CCR4およびMDCに対するRT-PCRを実施したところ、正常皮膚では、CCR4およびMDCのmRNAは検出されなかったが、移植皮膚とリンパ節ではそのmRNAが検出された。一方、CCL19とCCR7のmRNAはリンパ節では検出されたが、移植皮膚では検出されなかった。Anti-CCR4抗体とanti-MDCを用いて免疫染色を行ったところ、CCR4陽性のリンパ球が移植皮膚の真皮に多数観察され、MDC陽性の大型単核球と接触していた。同様の関係がリンパ節のTcell areaでも観察された。移植皮膚ではCCR4陽性細胞はほとんどがCD4陽性のヘルパーTリンパ球であった。また、CD4陽性のヘルパーTリンパ球の約1/3がCCR4を発現していた。一方、リンパ節のT cell areaではDC-Lamp陽性の成熟樹状細胞がCCL19を発現し、CCR7陽性のリンパ球に取り囲まれていたが、移植皮膚ではDC-Lamp陽性の成熟樹状細胞はCCL19を発現せず、周囲のリンパ球もCCR7を発現していなかった。これらの結果は、成熟樹細胞の機能がリンパ節と移植皮膚では異なることを示唆した。
誤差１度以内を目指した脳内深部温度無侵襲計測用マイクロ波ラジオメータシステム

出産時の酸素不足に伴う死亡や脳後遺症を軽減するために脳低体温療法が試みられているが、脳深部温度を無侵襲で計測する装置はなく、臨床からは表面から5 cmの深さで1 °C以内の誤差で測定できる装置の開発が求められている。本研究では室温で動作する新生児脳深部温度無侵襲計測用5周波マイクロ波ラジオメータシステムの開発を行っており、アンテナケーブルを含むシステム全体の温度対策、循環冷却水中の気泡除去対策などを工夫した結果、誤差0.44 °C、信頼区間約1.3 °Cを実現した。今後は個別部品で製作している回路を専用の集積回路で構成することで、臨床現場での試験機を製作することが課題である。新生児脳低体温療法用の五周波マイクロ波ラジオメータ装置を開発している.本装置は脳組織から自然発生している熱雑音電磁波を頭皮上に置いたアンテナで受信,増幅して物理温度を求めるものであるが,その対象とする(雑音)電力が極微弱であり,携帯電話,自動車,冷蔵庫,及び各種電子装置等が発する電磁雑音によって大きな影響を受ける.また,装置自体の温度変化も計測誤差の原因となる.そのため,装置の熱絶縁対策,電磁雑音対策が重要であり,今まで各種の対策を行ってきた.昨年度は温度分布ファントムを用いた測定実験で,表面から5 cmの位置で誤差0.4 °C,信頼区間(測定温度分解能)1.03 °Cでの測定が可能であることを示したが,常に誤差を1 °C以内にすること,信頼区間を常に1 °C未満にすることなど,測定結果の再現性に問題のあることが判明した.従って本年度は,測定結果の再現性を阻む要因を調査することとし,温度分布ファントム,装置全体の温度安定性等に焦点を絞って検討した.その結果,測定中の(測定は数時間連続することを想定)装置の温度変動が2 °C前後あること,温度分布ファントムで用いるボーラスを想定した冷却水中の微小気泡が必ずしも安定して除去されていない可能性があること,温度分布ファントムで用いる水槽の深さが足りないこと等が疑われた.そこでまず冷却水中の気泡が測定結果に与える影響を電磁界シミュレーションを行って検討したところ,気泡の層が50μmの場合に約0.4 °C,100μmで約1 °C,150μmで約1.4 °C,200μmで約1.67 °C影響を与えている可能性のあることが分かった.また,水槽の深さが十分でないために測定中に温度ファントム自体の温度が変動している可能性も考えなければならないことが分かった.本研究は出産時の低酸素虚血症に起因する新生児の死亡、或いは脳後遺症を予防する低体温療法で用いる脳深部温度無侵襲装置を開発している。装置は1.2、1.65、2.3、3.0及び3.6 GHzを中心周波数とする5台のマイクロ波受信機から構成されており、現在までに水槽を使った温度分布ファントム測定実験によって、表面から5 cmの位置において約0.4 °Cの誤差と約1 °Cの信頼区間で測定できることを示した。今年度は臨床での応用を念頭に長時間の連続測定実験を行い、装置の安定性を検証した。5時間程度の連続測定実験の結果、温度推定値が時間と共に次第に減少し、数時間で数度(3-10 °C)低下することが判明した。このとき、5台の受信機の出力電圧も時間と共に減少していた。この出力低下の原因はまだ全て明らかになってはいないが、(1)アンテナケーブル直上、アンテナ筐体付近及びアンテナ周囲部分、及び測定装置付近の室温が最大で約2 °Cの幅で変動、(2)温度分布ファントム水槽内部壁付近の水温が最大で約1 °C上昇(測定位置での温度は一定)、(3)水槽水面から蒸発した水分がアンテナ、アンテナ-ケーブル接合部に付着、等の現象が起こっていることが判明した。また、現在使用しているアンテナケーブルの経年変化、アンテナケーブルに沿った温度勾配も出力変動の大きな要因と考えられた。今後はアンテナケーブルを最新のものに入れ替える、水を使わない温度分布ファントム(肉と脂肪で構成)を作成し、測定実験を行う予定である。出産時の新生児低酸素虚血症による死や脳機能後遺症を抑制するために、仮死状態からの蘇生後数時間から数10時間に亘って脳内温度を低下させ、その状態を維持する低体温療法が提唱されており、動物実験ではその効果が実証されている。初期の試験的な臨床応用もいくつかなされているが、脳内深部の温度計測技術が未発達なため適切な冷却温度の維持、判定が困難になっている。治療効果を適切に評価し臨床応用を成功させるには、脳内、特に脳深部の連続的な温度管理が重要である。

本研究の最終目標は、五周波マイクロ波ラジオメトリ技術により頭部表面から5 cmの深さの位置において誤差及び温度分解能共に1 °C以内の測定を実現する事である。この目標を実現する為に開発中のシステムの昨年(2010年)までの性能は、誤差約2 °C、温度分解能約0.7 °Cであった。本研究における今年度(2011年度)の計画は、(1)誤差の主たる原因が使用している温度分布ファントムの水中の微小気泡であると推定し、水中の気泡を除去するバブルカッターを循環回路に挿入してその効果を確認する事、(2)動作が不安定な1.2 GHz帯のラジオメータ受信機を新しく作る事、(3)水を使わない脳内温度分布ファントムを製作すること、であった。(1)の計画に関してバブルカッター(佐藤樹脂工業社製)を循環回路に挿入し、従来のシステム校正実験及び温度測定実験を実施した処、ファントム表面から5 cmの深さ(脳深部を想定)において誤差は0.4 °C、温度分解能は1.03°Cであり、本装置開発依頼初めて1 °C以内の誤差を実現することができた。温度分解能が1 °Cをやや上回っている原因は不明であるが、システム全体の安定性に問題があると推定している。なお、今年度計画の、(2)に関しては必要な部品を手に入れることが出来ず、(3)は現段階ではまだ着手するに至っていない。本研究は、低体温療法での使用を念頭にした、新生児脳内深部温度無侵襲測定用5周波マイクロ波ラジオメータ装置と関連するアルゴリズムの開発、である。本方法は、生体組織から自然に発生している熱輻射雑音電力を補足しそれを脳内温度分布として再構成するものであり、基本的に雑音を測定する為、測定中の環境雑音電力や装置自体から発生する熱雑音電力に埋もれた雑音電力を測定することになる。したがって、測定中の外来雑音やシステム全体の温度安定性を維持すること等が重要になり、現在までにさまざまな対策を施して来た。新生児の脳中心部を頭部表面から5 cmと仮定すると、研究開始時点の本装置の性能は正確度(accuracy)は約2 °C、測定の信頼区間に関係する分解能(presicion)は約0.5 °Cであった。後者は臨床現場の要求を満たしているが、前者は誤差がまだ満たしていない。また、この誤差の原因の一つとして測定中にアンテナ開口面に付着する循環冷却水中の微小気泡が疑われていた。そこで、今年度はその対策として気泡除去装置を新たに導入すると共にアンテナケーブル、システム全体の熱絶縁対策、電磁雑音対策等をすすめた結果、表面から5 cmの位置における測定誤差は約0.5 °C、分解能は約1.3 °Cであった。臨床現場からの要求は両方ともに1 °C以内であるので、本研究の結果、ほぼその要求を満たすことができたと考えている。今後の課題は回路を集積化することでより小さな装置を製作することである。医用電子工学本申請の目的は、脳内深部温度無侵襲計測装置の測定精度を誤差、信頼区間(温度分解能)共に1 °C以内にすること、である。温度分布ファントムを用いた測定実験により、表面から深さ5 cmの位置において、誤差0.4 °C、信頼区間1.03 °Cで測定できることを示した。このことから、本装置の目的とする測定性能は実現可能であると考える。しかしながらこの測定精度の再現性(安定性)の問題点を種々検討した結果、この安定性に影響を与えている要因として、(1)装置自体の温度安定性、(2)温度分布ファントムの温度安定性、(3)潅流冷却水中(ボーラス中)への気泡の混入等がそれぞれ独立要因として存在することが判明した。
空隙媒体による水中爆発環境の緩和効果の解明

自然災害,爆発事故によって生じる衝撃波の被害は甚大であり,被害予測,対策,減災と損傷規模縮小は重要な安全管理項目である.本研究は,水中爆発で発生した衝撃波,水流ジェット,爆発生成ガス運動を可変空隙媒体によって抑制し,過剰圧,衝撃力の減衰と物体損傷規模の縮小にかかる軽減効果の解明である.本研究期間で得られた結果は,空隙フォームを設置した場合,水流ジェットと二次衝撃波の過剰圧の最大値が99%まで減衰される.空隙フォームではポリウレタンフォームの弾性変形の影響によって,剛体壁と逆向き(下向き)の水流ジェットが発生する.剛体面,ゴム面,凹凸ゴム面とオープンセル型ポリウレタンフォームを設置し,物体表面から下方35mmの位置で水中爆発を起こし,水中衝撃波と爆発ガスの変形挙動の可視化と数値解析を行い,次の結果を得た.1.水中爆発によって生じる爆発ガスの変形挙動および水流ジェットの詳細を実験と計算との両面から明らかにすることができた.2.凹凸ゴム壁面は,凹凸剛体壁面に対して水流ジェットを発生させた後の移動速度が遅いため,2回目の水流ジェットの発生が壁面から離れた位置で発生する.凹凸ゴム壁面は凹凸剛体壁面に対して,反射衝撃波の強さを減衰する.3.フォーム様な空隙を有する媒体を用いると,95%以上の衝撃圧とインパルスの減衰効果とフォームによる水流ジェットの軽減から水中爆発の軽減効果を得る事ができた.4.緻密なフォームほど,フォーム骨格固体の非定常抵抗により衝撃圧と水流ジェットがフォーム後端では弱くなり減衰する.フォーム骨格固体の非定常抵抗によって,衝撃波からのキャビテーション発生が多くなり,水流ジェットが減衰し,爆発生成ガスが物体より離れていく事が明らかになった.5.数値解析は,実験結果をほぼシミュレートすることが出来た.水中爆発で発生した衝撃波,水流ジェット,爆発ガス運動を各種形状の空隙媒体によって抑制し,過剰圧,衝撃力の減衰と物体損傷規模の縮小にかかる軽減効果の解明するために,水面近傍に凹凸形状の剛体壁と空隙フォームを模擬構造体と見立てて設置し,水中爆発によって出来る衝撃波の伝播・反射・回折や爆発ガスの変形挙動が構造体に及ぼす影響を調べ,以下の結果を得た.1.凹凸剛体壁と凹凸空隙フォームのガスバブルの最大直径を比較すると,縦:7.6%,横:5.2%小さくなり,ポリウレタンフォームはガスバブルの膨張を抑制する.2.凹凸空隙フォームではポリウレタンフォームの音響インピーダンスの影響によって,剛体壁と逆向き(下向き)の水流ジェットが発生する.フォーム面で反射した波は,媒体の音響インピーダンスによって,膨張波はガスバブル内で圧縮波に変わる.このことがガスバブルの膨張抑制に関係した.3.凹凸空隙フォームを設置した場合,水流ジェットと二次衝撃波の過剰圧の最大値が減衰される.自然災害,火山噴火,爆発事故,テロによって生じる衝撃波の被害は甚大であり,被害予測,対策,減災と損傷規模縮小は重要な安全管理項目である.現在,水中衝撃波の理工医学利用や海底掘削技術への技術応用,水中爆発で発生する気泡運動の数値解析,燃料タンク内で発生した爆発の過剰圧減衰効果の調査研究や物体近傍の爆発ガスの変形挙動も調査されている.本研究目的は,水中爆発で発生した衝撃波,水流ジェット,爆発生成ガス運動を可変空隙媒体によって抑制し,過剰圧,衝撃力の減衰と物体損傷規模の縮小にかかる軽減効果の解明である.本研究では,水面近傍に凹凸形状の剛体壁と空隙フォームを模擬構造体と見立てて設置し,水中爆発によって出来る衝撃波の伝播・反射・回折や爆発ガスの変形挙動が構造体に及ぼす影響を調べ,以下の結果を得た.1.凹凸剛体壁と凹凸空隙フォームのガスバブルの最大直径を比較すると,縦:3.4%,横:4.5%小さくなり,半円形状は凹凸形状に比べ爆発生成ガスの膨張を抑制する.2.爆発生成ガスとフォーム表面で繰り返し衝撃波が反射するため爆発生成ガス上面に連続して膨張波が干渉するので上面の収縮が速くなった.3.凹凸空隙フォームではポリウレタンフォームの音響インピーダンスの影響によって,剛体壁と逆向き(下向き)の水流ジェットが発生する.フォーム面で反射した波は,媒体の音響インピーダンスによって,膨張波はガスバブル内で圧縮波に変わる.このことがガスバブルの膨張抑制に関係した.4.凹凸空隙フォームを設置した場合,水流ジェットと二次衝撃波の過剰圧の最大値が減衰される.5.PIV計測により半円形状と凹凸形状のFoam80では水流ジェット発生時に約-5m/sの速度が下向きに発生する事を確認した.自然災害,爆発事故によって生じる衝撃波の被害は甚大であり,被害予測,対策,減災と損傷規模縮小は重要な安全管理項目である.本研究は,水中爆発で発生した衝撃波,水流ジェット,爆発生成ガス運動を可変空隙媒体によって抑制し,過剰圧,衝撃力の減衰と物体損傷規模の縮小にかかる軽減効果の解明である.本研究期間で得られた結果は,空隙フォームを設置した場合,水流ジェットと二次衝撃波の過剰圧の最大値が99%まで減衰される.空隙フォームではポリウレタンフォームの弾性変形の影響によって,剛体壁と逆向き(下向き)の水流ジェットが発生する.

1.物体にかかるインパルス緩和効果の評価ー平成25年度から評価方法の確立を目指しており,衝撃波と水中爆発のガス球の可視化結果,過剰圧とバブルパルスの圧力値とインパルスを求める事で緩和効果の評価を行えることが確認できた.2.水流ジェットと衝撃波の衝撃圧減衰法の確立ー平板,凹凸形状,空隙構造などを試し田結果,空隙フォームを用いる事で減衰手法を確立する事が出来た.この衝撃手法のキーは媒体の音響インピーダンスとその形状である.3.数値解析との比較・検証ー2次元軸対称系でのモデルによる計算結果は実験結果をほぼシミュレートしている.3次元計算を開始したが,ガス球の評価が不完全であり,今後改善を行う余地がある.熱流体力学1.数値解析との比較・検証ー水中爆発周りの流れ場のPIV計測によって速度を計測し,数値解析と比較を行う.2.空隙媒体を用いた水中爆発環境の衝撃圧減衰法と水流ジェットの緩和法の確立ー平成25年度・平成26年度の研究結果からもある程度の緩和手法の確立は可能となったが,物体に作用する慣性力を加速度から算出し,微小スケールから実スケールへの評価方法の確立を目指す.1.空隙媒体と水中衝撃波・水流ジェットの衝突干渉の特徴の評価ー凹凸物体,フォーム下面で水中爆発を発生させて,伝播する衝撃波,爆発ガスの発生,爆発ガスの膨張収縮運動と水流ジェットの特性を高速度カメラと水中衝撃波用圧力センサーを使って,特徴の評価を行った.水中爆発によって生じる爆発ガスの変形挙動および水流ジェットの詳細を実験と計算との両面から明らかにすることができた.2.物体にかかるインパルス緩和効果の評価ーフォームの設置によって,爆発生成ガスが物体より離れ,フォーム骨格固体の非定常抵抗によって衝撃圧が減衰する.また,水流ジェットを物体から遠ざける事で,水流ジェットが減衰する事が明らかになった.本年度の結果からおおむね順調に進展している.水中爆発の減衰と軽減の手段は,媒体形状,媒体の物性値や分布の変更による方針が固まりつつある.現在論文執筆の準備を進めている.東北大学において,水中爆発実験を行っているため,本学使用予定のアジ化銀の消費量が少なく済んだため.1.水流ジェットと衝撃波の衝撃圧減衰法の確立ー爆発ガス運動の抑制と空隙構造が持つ非定常抵抗により,衝撃波と水流ジェットを破壊させて,物体にかかる過剰圧力の減衰法を開発する.水中爆発で生じた爆発ガスを空隙のある媒体(ポリウレタンフォーム)にとどめる,または,構造体や船体を模擬した模型表面に複雑媒体を取り付け,複雑媒体の音速の影響,非定常抵抗(幾何学的構造と空隙率の影響)の差異を爆薬の距離(換算距離)のもとで,運動量(インパルス),過剰圧の時間変動,水流ジェットの速度減衰から破壊挙動,インパルスの緩和や衝撃波減衰の条件を検討する.2.数値解析との比較・検証ー水面に剛体壁やポリウレタンフォームなどを設置した場合の衝突干渉の数値解析を進めて行く.数値解析から衝撃波の過剰圧変化,爆発ガスの運動,水流ジェットとバブル衝撃波の様相の詳細を解明し,実験と数値解析の両面から精査し,検証する.数値解析の精度向上のため,水中衝撃波やバブルパルスの波面が捕獲可能な計算格子を準備し,解析を行っていく.研究に必要な消耗品を購入する.東北大学においても,一部水中爆発実験を行ったために,本学で使用予定であったアジ化銀の消費量が少なく済んだため.
多変数超幾何関数の研究

研究実績および今後の研究の展開に関する計画は、次の通りである。3.一複素変数の正則関数におけるケ-ベの定理はそのままでは多複素変数の場合に拡張できないが、像領域が星型の場合には拡張されることが知られている。この星型という条件を強めた「強星型」の場合、強星型を特徴付ける関数σ(ζ,z)に対しc=sup{|σ(ζ,z)|;(ζ,z)∈∂B×B^n}で与えられる定数cを使いケ-ベの定理を改良することが出来た。領域のバーグマン計量を具体的に計算するため、定義領域を拡張すること及び「強星型」の幾何学的意味を明らかにすることは今後の課題である。
細胞外マトリックスタンパク質架橋構造の生合成と機能に関する研究

平成十六年度研究計画『アセトアルデヒドによるタンパク質の架橋化の検証、及び飲酒による架橋形成の評価』飲酒による生体内の代謝過程で生成するアセトアルデヒドは、非常に反応性が高く、タンパク質の求核性アミン酸残基と付加体を形成することが知られている。細胞外マトリックスタンパク質は、代謝回転が非常に遅いためアセトアルデヒドによる修飾のターゲットとなり、アセトアルデヒド付加物生成とその蓄積が予想される。このようなタンパク質の修飾によって主要な細胞外マトリックスタンパク質であるエラスチンやコラーゲンなどの正常な架橋化を妨げると同時に、異常な架橋の形成に関与することが推察される。このような背景から本研究ではin vitroにおいてアセトアルデヒド/タンパク質のモデル反応を行い、アセトアルデヒド付加体の構造の解析を行った。付加体構造を各種クロマトグラフィーによって分取し、MSおよび各種NMRによって分析した結果、リジン残基に4分子のアセトアルデヒドが縮合付加した四級ピリジニウム構造の付加体を同定した。また、このアセトアルデヒド由来のリジン付加体の高速液体クロマトグラフィーによる定量法を確立した。さらに、アセトアルデヒドは、エラスチン中の架橋の前駆分子であるα-aminoadipic semialdehyde残基量を減少させることが明らかになり、その架橋形成への干渉作用が示唆された。現在、アルコール強制投与ラットを作成し、架橋の量的、及び質的変化を測定し病態との関連を検証している。平成十四年度研究計画[リジルオキシダーゼのモデルコファクター、及びポリフェノールによるタンパク質の架橋化反応の評価と生体組織構築への応用]リジルオキシダーゼのコファクターと同一の骨格を持つ化合物であるα-ジカルボニル化合物が同様の反応を引き起こすことを実証した。α-ジカルボニル化合物は、メイラード反応によって形成され、その反応性の高さからタンパク質に結合し、タンパク質の架橋化を引き起こすことが知られているが、本研究においてリジルオキシダーゼと同様の機構によってタンパク質中のリジン残基をアルデヒド(α-aminoadipic-δ-semialdehyde)へと酸化することを見出した。さらに生体内でのその生成を調べるためにメイラード反応由来のα-ジカルボニル化合物が増加することが報告されている糖尿病ラットを作製し、血漿タンパク質中のα-aminoadipic-δ-semialdehyde含量を調べた。その結果、糖尿病ラット中の含量が有意に増加していることを見出した。また、リジルオキシダーゼ由来の架橋であるリジノノルロイシンの合成に成功し、現在、生体試料からの分析法の開発を試みている。アミンオキシダーゼは、一級アミンを酸化的に脱アミノ化しアルデヒドへと変換する酵素である。我々は、ポリフェノールが遷移金属の触媒する自動酸化によってキノンへと酸化され、アミンオキシダーゼ様活性を発現することを明らかにしている。今回、ポリフェノールを高濃度に含有する緑茶、紅茶、及びコーヒーをとりあげ、それぞれの抽出液をベンジルアミンと反応させ、反応産物であるベンズアルデヒドの生成を分析することによりアミンオキシダーゼ様活性を決定した。また、牛血清アルブミンを基質としてタンパク質リジン残基に対するリジルオキシダーゼ様活性を示すこと、さらに架橋化を誘導することも明らかにした。タンパク質中のリジン残基、そしてアルギニン、及びプロリン残基が酸化修飾されることによって生成するα-aminoadipic semialdehyde及びγ-glutamic semialdehyde残基は、異常架橋の形成を誘導すると考えられる。このような背景からこの二種のアルデヒド基を持つアミノ酸残基の蛍光HPLCを用いた高感度で特異性の高い分析法を開発した。そして、α-aminoadipic semialdehyde、及びγ-glutamic semialdehyde基の酸化修飾反応のモデル系における動態の変動を調べ、活性酸素種、及びメイラード反応によって顕著に増加することを見いだした。この結果は、様々な糖尿病などの疾病や老化によりα-aminoadipic semialdehyde及びγ-glutamic semialdehyde残基が増加することを示唆しており、さらに異常な架橋化が進行している可能性を提示している。この様な見地から主要な細胞外マトリックスタンパク質であるエラスチン及びコラーゲンを多く含有する肝臓をターゲットとし、急性肝炎のモデルラットを作成しα-aminoadipic semialdehyde及びγ-glutamic semialdehyde残基の含量の分析を行った。その結果、肝炎モデルラットの肝臓中の二種のアルデヒド残基は健常ラットに比較し顕著に増加していることが明らかになった。このような架橋の前駆体の増加により異常な架橋化が進行し、肝硬変などの病体を招くものと考察された。さらにそれぞれのシッフ塩基架橋である化合物lysinonorleucine、及びlysinonorvalineをリジルオキシダーゼによって合成し、それぞれの蛍光HPLCを用いた分析法を開発し、現在、酸化タンパク質の分析を行っている。

また、このアセトアルデヒド由来のリジン付加体の高速液体クロマトグラフィーによる定量法を確立した。さらに、アセトアルデヒドは、エラスチン中の架橋の前駆分子であるα-aminoadipic semialdehyde残基量を減少させることが明らかになり、その架橋形成への干渉作用が示唆された。現在、アルコール強制投与ラットを作成し、架橋の量的、及び質的変化を測定し病態との関連を検証している。