hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胚性幹細胞を用いた腎前駆細胞の樹立および腎組織の再構築筑に関する研究

腎前駆細胞の培養法の開発WT-1遺伝子座に緑色蛍光遺伝子EGFPがノックインされたES細胞を樹立した。このES細胞による胚様体の細胞をコラゲナー用いて単離し、胎生13日から胎生16日までの後腎とコラーゲンゲルによる3次元共培養を数日行いEGEPの発現を示す細胞を得ることができた。このEGFPの発現を示す細胞をcell sortingにより分取しマウス腎皮膜下に移植して、2週後に腎組織に分化するか組織学的に解析した。しかしながら、糸球体あるいは尿細管様構造は認められず、形態学的に腎組織と考えられる組織は形成されなかった。EGFPの発現を示す細胞が腎前駆細胞であるならば、どのような分化段階にあるのか調べた。WT-1、Sall-1、Eya-1、Lim-1、Pax-2などの腎発生初期に働く遣伝子群の発現がみられるのみなのか、それとも、かなり分化が進んだ時期のWnt-4、nephrin、synaptopodin、aquaporin-1、aquaporin-2等の腎マーカー遺伝子がすでに発現しているのか、RT-PCRにより調べたところ、WT-1、Pax-2の発現が認められたが、他の遺伝子の発現は認められなかった。この結果腎発生初期に相当する腎前駆細胞の可能性が考えられた。次いで、腎前駆細胞の形質を失わずに継代増殖できる培養法を開発する目的で、Atalaらのウシ後腎細胞の培養法(Lanza RP, et al: Nature Biotech 20:689-696,2002)を参考にして試みたが、途中でWT-1、Pax-2の発現はoffになってしまい、腎前駆細胞の形質を失わずに継代増殖できる培養法を研究期間内に開発することはできなかった。腎前駆細胞の分化能の解析EGFPの発現を示す細胞を4週齢のマウス腎皮質に注入し、4週間後に腎臓を摘出して組織学的解析を行った。この解析では、X-gal染色により青色に染まる細胞は検出されず、EGFPの発現を示す細胞は、糸球体上皮細胞、血管内皮細胞、尿細管細胞などに分化する前に死滅したと考えられた。腎前駆細胞シートを用いたネフロンの再構築および腎組織再生の検討腎前駆細胞の形質を失わずに継代増殖できる培養法を開発できなかったので、この検討は実施できなかった。1.ES細胞の遺伝子改変2.ES細胞から腎前駆細胞への分化誘導法の開発ノックインしたES細胞をレチノイン酸添加培地により培養して胚様体を作成した。胚様体をマウス腎皮膜下に移植したところ、ごく少数の細胞がEGFPとDsRedの両方の発現を示した。しかしながら、頻度が低すぎたので、胚様体の細胞をコラゲナーゼを用いて単離し、胎生13.5日から胎生16.5日までの後腎あるいは腎組織とコラーゲンゲルによる3次元共培養を数日行ったところ、EGFPとDsRedの両方の発現を示す細胞の頻度が高まった。今後、この3次元共培養組織をマウス腎皮膜下に移植して、腎組織に分化するか否か検討を行う。また、EGEPとDsRedの両方の発現を示す細胞をCell sortingにより分取し、マウス腎皮膜下あるいは腎実質に移植して、腎組織に分化するか否か検討を行う予定である。

この解析では、X-gal染色により青色に染まる細胞は検出されず、EGFPの発現を示す細胞は、糸球体上皮細胞、血管内皮細胞、尿細管細胞などに分化する前に死滅したと考えられた。腎前駆細胞シートを用いたネフロンの再構築および腎組織再生の検討腎前駆細胞の形質を失わずに継代増殖できる培養法を開発できなかったので、この検討は実施できなかった。
含フッ素活性型ビタミンD⊇の合成研究

活性型ビタミンDは腎あるいは副甲状腺機能障害に基づく骨疾患治療薬として利用可能であるばかりでなく、最近、細胞分化誘導作用に基づく制がん活性が注目されている。本研究は、担当者らのこれまでの結果を踏えて、より有効な活性型ビダミンDの開発を目的として含フッ素アナログの設計,合成および生理活性の検討を行うものである。既に1,25【(OH)_2】【D_3】の抗代謝アナログである24位あるいは側鎖末端フッ素置換体に高い活性が見い出された。一方、ビタミン【D_3】に比べビタミン【D_2】に関しては化学合成の困難さと相俟って含フッ素アナログの合成と生理活性の検討は報告例がない。担当者らは、活性型ビタミン【D_2】がビタミン【D_3】同様に強いD作用を有する事から含フッ素アナログの合成を検討してきた。本年度は以下の研究実績を挙げる事ができた。1.28,28,-【F_3】-25-OH-【D_2】の合成:昨年度本化合物の合成ルートの確立ができていたが、24位の不斉炭素原子に基づく両エナンチオマーを純粋なものとして合成することが問題点として残されていた。我々はその目的を達成可能するキラルなビルディングブロックの開発を行うことができた。2.26,27-【F_6】-25-OH-【D_2】および28-Nor-26,27-【F_6】-25-OH-【D_2】の合成:側鎖末端にフッ素を導入してその位置での水酸化をブロックした標記化合物の合成に成功した。特に前者の場合に、24位の不斉中心に関しては両エナンチオマーを純粋なものとしてそれぞれ得ている。さらに、24位フッ素置換体合成に利用可能な2,2-ジフルオロ-3-アルケニルエステルの有効な合成法を確立した。本研究の遂行にあたり科学研究費はすべて試薬等消耗品の購入に充当した。担当者は、ここ数年来ビタミン【D_3】関連化合物のフッ素による化学修飾を行ってきた。本研究はこれまでの結果を踏えて、より有効な活性型ビタミンDの開発を目的として含フッ素アナログの合成とその生理活性の検討を行うものである。【D_3】に比較してその研究が遅れていた【D_2】の代謝に関する研究がここ数年間に発展し、活性型【D_2】は第2世代のD作用物質として注目されている。【D_2】の代謝経路に基づいて含フッ素活性型【D_2】の設計と合成についても検討を行った。本年度は以下に述べる研究実績をあげた。1.23,23-【F_2】-1,25【(OH)_2】【D_3】の合成と生理活性:昨年度、23,23-【F_2】-25-OH-【D_3】の合成を完成し発表した。さらに、酵素反応により1位水酸基導入を行って活性型へ変換し、その生理活性について検討した。本化合物のD活性は1,25【(OH)_2】【D_3】よりも若干低いものであったが、【D_3】の代謝における23位水酸化は不活性化の一段階であることを明らかにした。2.28,28,28-【F_3】-25-OH-【D_2】の合成:本化合物は【D_2】の特異的代謝反応の生理的意義の解明を目的として設計された抗代謝アナログである。担当者は本化合物合成に有効な含フッ素合成ブロックの開発を行い、その反応の応用として本化合物を効率よく合成することに成功した。現在その生理活性等生化学的検討を行っている。本研究の遂行にあたり、科学研究費はすべて試薬等消耗品の購入に充当した。

さらに、24位フッ素置換体合成に利用可能な2,2-ジフルオロ-3-アルケニルエステルの有効な合成法を確立した。本研究の遂行にあたり科学研究費はすべて試薬等消耗品の購入に充当した。
人工遺伝子スイッチを用いた遺伝子発現の制御と機構の解明

平成29年度の主な研究成果は以下に示す。(1)DNAナノケージ内部にグアニン四重鎖構造を取り込んだ構造体の構築し、Mao教授の光ピンセット測定による力学的な解析によって、DNAナノケージ内でのDNA高次構造の安定化を確認した。(2)鹿内教授との共同研究としてDNAフレーム内でHoliday Junctionを構築し、DNA組み換えで起きるDNA-タンパク質複合体の挙動を確認した。(3)DNAオリガミによって構築したナノscissor構造体の構築に成功し、光照射によって制御可能な動態を高速AFMによってDietz教授と解析した。(4)タンパク質とRNAを複合したナノデバイスを共同研究として開発し、哺乳類の細胞内環境での機能制御の可能性を確認した。また、(5)iPS細胞からの分化誘導を可能にするDNA配列特異的結合性リガンドの開発を進め、分化の鍵となるSOX2遺伝子の発現を特異的に抑制するPy-Imポリアミドの開発に成功した。(6)HAT阻害剤や、ミトコンドリア組織への親和性を有するペプチドをPy-Imポリアミドに連結させた誘導体を新たに設計、合成し、それらの細胞内の機能性を、次世代シーケンサーやRT-PCR、マイクロアレイ、SPR蛍光顕微鏡等を駆使して解析評価した。(7)DNAの四重鎖構造と二本鎖構造を同時に認識、結合する新規Py-Imポリアミド複合体を開発した。その特異的な結合親和性の解析のために、Phan教授とNMR技術を駆使して共同研究を進めた。(8)DNAをキラル反応場に用いる不斉金属触媒反応の開発を進めた。上記の研究成果をまとめ、論文として報告した。将来的には、これらの研究技術の改良を進めることで、遺伝子発現に関連するヌクレオソーム全体の動態解析、並びに、遺伝子発現機構の解明に繋がると考える。申請者は、Py-Imポリアミドによる遺伝子制御法とDNAフレームを用いた一分子観察法、この二つの側面から、ヌクレオソームや遺伝子発現機構の解明に必要な動的構造変化の観測技術を確立し、その解明を目指している。今年度は、DNAフレームを用いた一分子観察法の研究展開として、Mao教授やDietz教授、京大院理の鹿内教授ら等と、共同研究の形で論文として報告した。加えて、Py-Imポリアミド開発の一環として、iPS細胞から目的とする細胞への分化誘導、ミトコンドリア集積型Py-Imポリアミドの開発等、新しい遺伝子制御法の可能性を拓く検討が大きく進んだ。また、Phan教授とのDNA結合親和性評価に向けたNMR解析による研究成果も出ており、論文として報告している。結果として申請者の合成、評価解析技術を十全に活用し、共同研究を含めて、遺伝子発現機構の解明に向けて進展していると考える。申請者は、原子間力顕微鏡を活用して、一分子のDNAやタンパク質の動きを直接観察可能にする独創的な解析手法の開発を推進している。その研究の一環としてとして、興味深いDNAナノケージ内でのDNA高次構造の動態やHoliday JunctionにおけるDNA組み換えタンパク質の挙動の観察に成功した。また、DNA塩基配列特異性をもつ機能性Py-Imポリアミドの進展により、iPS細胞からの分化誘導やミトコンドリアへの集積が可能になった。将来的に、現在も治療法のない先天性遺伝性疾患に対する治療技術への応用を視野に入れることを考えている。申請者の研究グループは、今後も遺伝子発現機構の解明に向けて、「特定の遺伝子発現を制御可能にする技術」の開発を重点的に進める予定である。本研究提案は、(1)Py-Imポリアミドにエピジェネティックな発現制御機能を付与し、体細胞の初期化やiPS細胞の分化を誘導可能にする機能性Py-Imポリアミドの開発、(2)グアニン四重鎖構造に特異的に結合する機能分子の開発、(3)DNAフレームと高速原子間力顕微鏡(AFM)を使用した遺伝子発現機構の解明と、ヌクレオソームの動的な一分子解析の研究テーマを遂行するものである。2016年度の主な研究成果は以下に示す。(1)HDAC阻害剤として知られているSAHAやヒストンアセチル化転移酵素(HAT)活性化剤であるCTBをPy-Imポリアミドに連結させた誘導体のライブラリー評価に向けて準備を整えた。(2)特定遺伝子群を制御する機能性Py-Imポリアミドの機能評価を、次世代シーケンサーやRT-PCR、マイクロアレイ、SPR解析を駆使して進めた結果を論文として報告した。(3)ヒトテロメア二本鎖構造に対する結合性リガンドのヒトテロメアDNA配列に対する結合性や、配列特異性を、SPRや蛍光顕微鏡等の解析技術を駆使して進め、結果を論文として報告した。(4)次世代シークエンサーの活用によってATRX四重鎖構造形成に関する遺伝子発現を解析した。また、四重鎖結合性リガンドの結合性を網羅的に評価した結果も論文として報告した。(5)DNAナノケージ内部にグアニン四重鎖構造を取り込んだ構造体の構築に成功した。次いで、その構築体に対して、Mao教授の光ピンセット測定による力学的な解析を行った結果、世界で初めてDNAナノケージ内でDNA高次構造が安定化する現象を捕捉した(Nature Nanotech. In press)。遺伝子発現に関連するヌクレオソーム全体の動態解析に向けて、これらの測定解析技術の改良を進め、重要課題である遺伝子発現機構の解明を目指す予定である。申請者は、Py-Imポリアミドによる遺伝子活性化とDNAフレームを用いた一分子観察法、これらを組み合わせることで、遺伝子発現機構の解明に必要な動的構造変化の観測技術を確立し、その発現機構の理解を試みている。

それらの研究の一環として、機能性Py-Imポリアミドによるヒト体細胞の初期化や、iPS細胞から目的とする細胞への分化の誘導への検討が進んでいる。合成した機能性Py-Imポリアミドに対する次世代シーケンサー等のバイオインフォマティクス解析による研究成果も順調に出ており、それらの解析アプローチから得られた結果を論文として報告している。特に、今年度は、Mao教授と共同研究を進めていた光ピンセット技術と組み合わせたDNA構造解析研究を論文の形で報告することにも成功している。結果として申請者の合成、評価解析技術を十全に活用し、研究が遺伝子発現機構の解明に向けて進展したと考える。平成29年度の主な研究成果は以下に示す。(1)DNAナノケージ内部にグアニン四重鎖構造を取り込んだ構造体の構築し、Mao教授の光ピンセット測定による力学的な解析によって、DNAナノケージ内でのDNA高次構造の安定化を確認した。(2)鹿内教授との共同研究としてDNAフレーム内でHoliday Junctionを構築し、DNA組み換えで起きるDNA-タンパク質複合体の挙動を確認した。(3)DNAオリガミによって構築したナノscissor構造体の構築に成功し、光照射によって制御可能な動態を高速AFMによってDietz教授と解析した。(4)タンパク質とRNAを複合したナノデバイスを共同研究として開発し、哺乳類の細胞内環境での機能制御の可能性を確認した。また、(5)iPS細胞からの分化誘導を可能にするDNA配列特異的結合性リガンドの開発を進め、分化の鍵となるSOX2遺伝子の発現を特異的に抑制するPy-Imポリアミドの開発に成功した。(6)HAT阻害剤や、ミトコンドリア組織への親和性を有するペプチドをPy-Imポリアミドに連結させた誘導体を新たに設計、合成し、それらの細胞内の機能性を、次世代シーケンサーやRT-PCR、マイクロアレイ、SPR蛍光顕微鏡等を駆使して解析評価した。(7)DNAの四重鎖構造と二本鎖構造を同時に認識、結合する新規Py-Imポリアミド複合体を開発した。その特異的な結合親和性の解析のために、Phan教授とNMR技術を駆使して共同研究を進めた。(8)DNAをキラル反応場に用いる不斉金属触媒反応の開発を進めた。上記の研究成果をまとめ、論文として報告した。将来的には、これらの研究技術の改良を進めることで、遺伝子発現に関連するヌクレオソーム全体の動態解析、並びに、遺伝子発現機構の解明に繋がると考える。申請者は、Py-Imポリアミドによる遺伝子制御法とDNAフレームを用いた一分子観察法、この二つの側面から、ヌクレオソームや遺伝子発現機構の解明に必要な動的構造変化の観測技術を確立し、その解明を目指している。今年度は、DNAフレームを用いた一分子観察法の研究展開として、Mao教授やDietz教授、京大院理の鹿内教授ら等と、共同研究の形で論文として報告した。加えて、Py-Imポリアミド開発の一環として、iPS細胞から目的とする細胞への分化誘導、ミトコンドリア集積型Py-Imポリアミドの開発等、新しい遺伝子制御法の可能性を拓く検討が大きく進んだ。
痒みを伴う皮膚炎を自然発症するラット系統を用いたアトピー性皮膚炎治療試験系の開発

本研究では、KFRS4ラットをアトピー性皮膚炎のモデルとして確立した。KFRS4は、引掻き行動を伴う皮膚炎を発症し、皮膚病変部には、好酸球、マスト細胞が浸潤していた。また、皮膚炎の発症に伴い血中IgEが上昇し、皮膚バリアの機能障害を呈した。さらに、ヒトのアトピー性皮膚炎の治療に広く用いられているステロイドの塗布により皮膚炎は抑制された。以上のことから、KFRS4を新規のアトピー性皮膚炎モデルとして確立できた。また、本ラットはアトピー性皮膚炎治療薬(とくにステロイド)への反応性が高いことから、新たなアトピー性皮膚炎の治療薬の開発、発症メカニズムの解明に利用できることが示唆された。平成26年度は、臨床、病理、免疫、皮膚バリア機能について、KFRS4/Kyoの自然発症皮膚炎の解析を行い、KFRS4/Kyoのアトピー性皮膚炎モデルとしての位置づけを明らかにすることを目的とした。<臨床症状と掻痒行動>雌雄各8頭のKFRS4ラットを用いた。2ヵ月齢から、4週ごとに、皮膚炎症状のスコア化ならびに10分間の掻痒行動をカウントした。皮膚症状は、4ヵ月齢ごろより下唇や手先の紅斑として現れた。その後、月齢とともに丘疹、痂が頭頸部や臀部の皮膚に出現した。6か月齢頃より皮膚炎は急速に悪化し、水疱やびらんとなった。皮膚炎には性差があり、スコア値は雌で有意に高かった。雌における掻痒行動を測定した。身震いと引っ掻き行動は、5か月齢より観察され、皮膚炎の増悪とともにその回数は増加した。<病理>皮膚病変部には、リンパ細胞が集簇していた。ヒトのアトピー性皮膚炎同様、好酸球の浸潤が顕著であっ。CD4, CD8陽性細胞の浸潤も確認された。さらに、真皮部分にマスト細胞の浸潤も観察された。<免疫>多くのアトピー性皮膚炎患者では、血中のIgE濃度が高い。そこで、KFRS4ラットの血中IgE濃度を測定した。IgE濃度は、皮膚病変の進行に伴い上昇した。つまり、雌で高く、雄で低い。雌では、4ヵ月齢から著しく上昇した。<皮膚バリア機能>アトピー性皮膚炎の発症には、皮膚バリア機能の異常が関与していると考えられている。そこで、KFRS4の皮膚水分蒸発量を測定した。対照系統にくらべ、KFRS4では皮膚水分蒸散量が有意に高かった。以上の結果から、雌のKFRS4ラットは、進行性の痒みをともなう皮膚炎、高IgE値、皮膚バリア機能の異常を示すことが明らかになった。従って、KFRS4ラットは、ヒトアトピー性皮膚炎のモデルとして有用であることが示された。アトピー性皮膚炎に苦しむ多くの患者がいる。優れたモデル動物があれば、治療薬や治療法の開発が格段に進む。研究代表者は、自ら開発したラット系統(KFRS4/Kyo)が、6か月齢以上になると、かゆみを伴う皮膚炎を自然発症し、血中IgEが上昇することを発見し、KFRS4/Kyoを新たなアトピー性皮膚炎のモデルとして樹立した。平成27年度は、KFRS4ラットの薬剤評価への応用性を検討した。具体的には、KFRS4ラットに代表的なアトピー性皮膚炎治療薬であるステロイド軟膏とタクロリムス軟膏を塗布し、皮膚炎の発症、引っかき行動、IgE値、病理検査を実施した。KFRS4ラット(4ヵ月齢、雌)を4群に分け、それぞれ、無処置群(n=8)、ステロイド群(n=8)、タクロリムス群(n=8)、保湿剤群(n=8)とした。薬剤を週に3回、7ヵ月齢まで背頸部に塗布した。4週間ごとに、皮膚炎症状と引っかき行動を観察し、採血した。7ヵ月齢時に、麻酔下で安楽死処分後、採血、リンパ節、皮膚の採取を行った。タクロリムス群、保湿剤群では、皮膚炎症状、引っかき行動とも、改善効果は見られる、無処置群と同等であった。一方、ステロイド群では、皮膚炎症状、引っかき行動とも、顕著な改善効果が見られた。皮膚組織は、タクロリムス群、保湿剤群では、顕著な炎症細胞(リンパ球、好酸球、マスト細胞)の浸潤が観察された。一方、ステロイド群では、これら炎症細胞の浸潤は見られなかった。血中IgEは、ステロイド群で低い傾向にあったが、優位差は得られなかった。以上のことから、KFRS4の皮膚炎はヒトアトピー性皮膚炎と同様、ステロイド感受性であり、KFRS4ラットはステロイド剤の評価系に利用できることが示された。本課題の目的は、痒みを伴う皮膚炎を自然発症するラット(KFRS4ラット)を対象とし、KFRS4/Kyoの皮膚炎の臨床、病理、免疫、皮膚バリア機能の評価を行い、KFRS4/Kyoを新たなアトピー性皮膚炎のモデルとして樹立する。そして、抗炎症剤、皮膚バリア保護剤、かゆみ止めなどのアトピー性皮膚炎治療薬を用いた治療試験を行い、アトピー性皮膚炎の治療試験法を確立する。さらに、感作物質を用いた皮膚炎誘発系を適用し、治療試験法の効率化を目指す。昨年度までに、KFRS4ラットをアトピー性皮膚炎モデルとして樹立し、また、ステロイド軟膏の評価試験系に利用できることを示した。このように本研究課題は、順調に進展している。

優れたモデル動物があれば、治療薬や治療法の開発が格段に進む。研究代表者らは、自ら開発したラット系統(KFRS4/Kyo)が、6か月齢以上になると、かゆみを伴う皮膚炎を自然発症し、血中IgEが上昇することを発見し、KFRS4/Kyoラットを新たなアトピー性皮膚炎のモデルとして樹立した。平成28年度は、KFRS4ラットをより効率的な皮膚炎モデルとして確立することを目的とした。具体的には、ハプテンであるジニクロロベンゼン(DNCB)を耳に塗布し、皮膚炎(浮腫)が効率的に誘発されるか否かを検討した。皮膚炎誘発の方法は、感作として、KFRS4の耳介にDNCBを2回塗布した(day1, 3)。その後、7回DNBCを塗布して(day7, 9, 11, 14, 16, 18, 21)、皮膚炎を誘発した。対照系統としてKFRS4ラットの親系統であるPVGラットを用いた。炎症の程度は、耳介部の厚さを測定することで評価した。最終塗布日に、動物を麻酔下で屠殺し、採血してIgEを測定した。また、耳介部の病理標本を作製し、皮下に浸潤している、好酸球、マスト細胞を観察、定量した。DNCBの塗布により、PVGではday11から、KFRS4ではday16から、耳介に炎症(浮腫)を誘発できた。炎症部位では、KFRS4、PVGとも、マスト細胞が浸潤していた。しかし、浸潤マスト細胞数は、PVGの方がKFRS4よりも多かった。一方、好酸球は両系統ともほとんど浸潤が観察されなかった。血中IgE濃度は、PVGの方が高かった。以上の結果より、KFRS4ラットは、ハプテン誘発皮膚炎に対し、PVGよりも感受性が低いことが判明した。本研究では、KFRS4ラットをアトピー性皮膚炎のモデルとして確立した。KFRS4は、引掻き行動を伴う皮膚炎を発症し、皮膚病変部には、好酸球、マスト細胞が浸潤していた。また、皮膚炎の発症に伴い血中IgEが上昇し、皮膚バリアの機能障害を呈した。さらに、ヒトのアトピー性皮膚炎の治療に広く用いられているステロイドの塗布により皮膚炎は抑制された。以上のことから、KFRS4を新規のアトピー性皮膚炎モデルとして確立できた。また、本ラットはアトピー性皮膚炎治療薬(とくにステロイド)への反応性が高いことから、新たなアトピー性皮膚炎の治療薬の開発、発症メカニズムの解明に利用できることが示唆された。当初の計画通りに実施できたため。KFRS4ラットの皮膚炎は、6ヵ月齢頃から発症しはじめる。そのため、より効果的なアトピー性皮膚炎治療薬の評価系として利用ためには、早期の発症が望まれる。そこで、皮膚炎誘発剤であるジニトロクロロベンゼン(DNCB)を利用して、より効果的な皮膚炎誘発を目指す。また、KFRS4の皮膚炎は雌雄差があり、雌で発症頻度が高い。その原因を探るために、卵巣を摘出を行い、性ホルモンの効果を検討する。さらに、環境の効果を検討するために、KFRS4をSPF化して、皮膚炎が発症するか否かを検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。実験動物学本研究課題の目的の一つに、KFRS4ラットをアトピー性皮膚炎の新規治療薬への評価系として利用することがある。今後は、ステロイドや免疫抑制剤などの既存のアトピー性皮膚炎治療薬、並びに、保湿剤などの皮膚保護剤を用いた、治療試験を行う。
中枢神経回路形成における神経活動の役割:レトロウイルスによるin-vivo解析

中枢神経系では発達初期に過剰なシナプス形成が起こり、発達後期に冗長なシナプスが活動依存的に除去されることにより成熟シナプス回路が完成される。しかし従来の薬理学的・遺伝子学的テクニックによる研究では対象となる脳部位の全てのニューロンの活動性を一斉に変化させるため、個々のニューロンの活動がどのようにシナプス発達に寄与するかは不明であった。本研究ではマウス小脳をモデルとして、トランスジェニック技術を用いて生体内において一部の小脳プルキンエ細胞に内向き整流性K^+チャネル(IRK1)を発現させ、それによって生じた興奮性低下が当該プルキンエ細胞周囲のシナプス回路の発達にどのような影響を与えるかを解析した。tetOpプロモーター(tTA因子依存的プロモーター)制御下にIRK1とGFPの遺伝子を組み込んだコンストラクトを受精卵に注入し、tetOp-IRK1-GFPマウスを作出した。このトランスジェニック・マウスをNSE-tTA B lineマウス(Sakai et al.,2004)と交配した。交配により作出されたマウスでは一部のプルキンエ細胞に限局してtTA因子産生が起こり、IRK1およびGFPが発現すると期待される。生後3週齢2ヶ月齢のマウスの小脳スライスからGFP陽性プルキンエ細胞が観察された。これらマウスのプルキンエ細胞の大部分は正常な形態の細胞体や樹状突起を有していたが、一部の細胞について細胞体がプルキンエ細胞層外に存在する例や、変性脱落している例が観察された。また登上線維を細胞外電気刺激したところ、過剰な登上線維シナプス入力の残存を示す複数の振幅ステップのシナプス後電流を示すものが見つかった。これらの結果は、プルキンエ細胞のシナプス後活動が小脳シナプス回路の発達に重要であることを示唆している。遺伝子ブループリントに沿って構築された哺乳動物中枢神経回路は過剰なシナプスを含んでおり、発達後期の神経活動依存的なシナプス除去により精緻化されてはじめて成熟神経回路となる。従来の薬理学・遺伝子学的手法では細胞特異的な神経活動操作ができないため、個々のニューロンの神経活動が精緻化に与えるインパクトは不明であった。本研究は小脳をモデルとしてこの点の実証的解明を目指しており、本年度は遺伝子学的手法を用いてin vivoでごく少数のプルキンエ細胞の神経活動を任意の時期に操作する技術の開発に取り組んだ。以下の2つのストラテジーでプルキンエ細胞に内向き整流性K^+チャネルIRK1を強制発現させ、その興奮性を抑制することを狙った。IRK1を組み込んだレンチウイルス・ベクターをマウス小脳表面に投与することで投与後約12週間で少数のプルキンエ細胞にIRK1を発現させることができた。一方、テトラサイクリン-tTA依存的プロモーター(tetOp)の制御下でIRK1とGFPをモザイク発現するトランスジェニック・マウスの開発も進めた。tetOp-IRK1-GFPトランスジーンを受精卵注入したマウスをNSE-tTAマウス(Sakaiら,2004)と交配し、NSE-tTA×tetOp-IRK1-GFPマウスを作出した。このマウスでは、少数のプルキンエ細胞でtTA因子が産生され、IRK1とGFPのモザイク発現が起こると期待される。また通常はテトラサイクリン類似物質を餌・水へ添加してIRK1・GFP発現を抑制しておき、添加を中止することで任意の時期にIRK1・GFP発現を促進することができると考えられる。作出したマウスのいくつかの系統で実際にGFP発現が観察された。また発現系において上記トランスジーンがテトラサイクリン類似物質依存的にIRKとGFPを発現させることが確認された。
激変する光環境に応答した光合成ステート遷移によるCO2吸収の制御メカニズム

研究目的:自然環境において、光は強度、質ともに常に変動している。陸生植物をはじめとする光合成生物が、分単位で激変する光環境に応答して“ステート遷移"により光合成明反応を調節していることはよく知られているが、これがどのように光合成効率の維持につながっているか十分には理解されていない。一方で、地球上の光合成のおよそ半分を担う微細藻類の生息する水圏では、光合成基質であるCO2の獲得に“CO2濃縮機構(CCM)"も必須である。申請者は、激変する光環境下では緑藻クラミドモナスのステート遷移欠損変異体の生育が、CCM欠損変異体と同様にCO2欠乏時のみ野生株よりも遅れることを見出した。これは、2つの環境応答機構が密接に関わっていることを示している。一方で、ステート遷移の最重要因子STT7とCO2欠乏誘導性タンパク質の一つであるLHCSR3は、いずれも強光への応答に必要であると報告されている。これらに基づいて、本研究では激変する自然光への光合成生物の適応を理解するために、鍵因子としてSTT7とLHCSR3に注目し、光変動環境下でのこれらの役割を解析した。実施内容:光変動環境を屋外環境測定データに基づいて実験室内のフォトバイオリアクター上で再現し、緑藻クラミドモナスの野生株、STT7欠損株、LHCSR3欠損株をそれぞれ培養した。その結果、定常光環境では生育に大きな差が見られないいずれの欠損株も、明確に野生株よりも生育が阻害された。詳細な解析の結果、LHCSR3欠損株はNPQ(過剰な光エネルギーを熱として捨てるメカニズム)を欠損しているため、日中の強光により光合成装置が大きく損傷を受けることがわかった。一方でSTT7欠損株では、LHCSR3に依存したNPQの活性を適切に調節出来ず、光の弱い時間帯(日没前等)でも光エネルギーが捨てられ光合成効率が大幅に低下していることがわかった。以上により、ステート遷移とCCMをつなぐ因子の機能相関の一端が明らかになった。
生活困窮者自立支援に基づく排除と差別に抗する包摂=連帯型地域社会の可能性

本研究は、地域社会における「連帯」を基調にした生活困窮者自立支援の条件を索出しようとするものである。2015年度施行の生活困窮者自立支援制度を、制度の実施状況や就労支援・学習支援等の個別支援の充実のみに注目するのではなく、社会的排除問題と差別問題の解決を射程にした地域づくりの試金石として捉える。地域社会における「連帯」を基調にした生活困窮者支援モデルの形成過程を示したい。本研究を企画したのは第一に、自治体レベルでの制度の実施について、地域スケールと自治体内部にみられる個々の地域固有の状況を考慮した研究が必要だからである。第二に、同制度による取り組みが最も期待されるのが社会的排除地域であり、その地域特性をふまえた取り組みが必要と考えるからである。第三に、生活困窮者支援は「地域づくり」の課題をふまえ構築される必要があるからである。この視点が重要なのは、旧来からの地域社会の分断状況が、現代社会の個人化の進行も相まって深化している状況を克服していく戦略が必要だからである。社会的排除地域の中には、地域外住民との交渉が乏しい住宅街、地域外住民からの人・土地に対する差別が今なお見られる地域が少なくない。マジョリティ=マイノリティ間の分断を超克する取り組みが、ローカルレベルで進められる必要がある。本研究にあたり,2018年度は九州地方において,ホームレス自立支援施設や野宿経験がある人も利用する作業所が立地する地域において,関係者への取材を行い,それらの施設と地域社会が共存することができている社会的要因を分析した。また,その中間的成果を学会報告した。また,2019年度前半に論文として公表する予定である。おおむね、交付申請書記載の研究実施計画のとおりに進められているが,可能な限り取材地域を増やしていきたい。社会的排除地域における隣保館・社会福祉協議会等を中核とした生活困窮者自立支援について、職員、関係者、生活困窮当事者等へのヒアリング調査を行う。地域の若者・困窮世帯・高齢世帯等の状況、実施体制、地域内外における連携の状況、地域住民の参画、社会資源の利用度、支援活動を通した地域社会の変化などが調査内容となる。これらをもとに,連帯を基調とした包摂型地域社会の形成過程を分析する。当初計画より遠隔地への取材が少なかったこと、文字起こしを研究代表者で行ったことによる。これらを次年度に実施・計上することにした。
衝撃破壊物質における挌子欠陥および発光現象に関する研究

本研究では衝撃など物理的破壊現象とその履歴が固体中の格子欠陥とルミネッセンス特性にどのように及ぶかを実験的に調べることを目的とした。特に衝撃銃、レーザーによる石英、斜長石などの衝撃実験および地震断層による破壊と加熱(アニーリング)の程度をESR,陽電子消滅法およびルミネッセンスなどで調べたほか、花崗岩中の応力変化にともなう電磁気的応答も実験的に調べた。主な結果を記すと1.衝撃実験では、衝撃によるアニーリング効果、衝撃後の対放射線欠陥生成効率の変化が明らかになり、また陽電子消滅法で衝撃破壊物質(石英)の分別ができることを示した。また自然衝撃物(砂岩)の陽電子消滅寿命を測定し人為的衝撃物と比較した。人為的衝撃(30-50GPa)した複数の斜長石(アルバイト)では、衝撃後電子線照射などでNa濃度が減少することが確認された。これをESRで調べると、放射線照射後にNaコロイドの信号が現れることがわかったまたEPMA分析でも衝撃後Naの濃度が減少していることがわかり、衝撃にともなってNaの遊離がおこったことが明らかとなった.さらに1-30 J・パルス幅500psのレーザーでカプセルに封じたγ線照射石英に金属薄板を介して衝撃を与えたとき,金属板は貫通しないにもかかわらず石英表面に損傷が形成され、同時にカプセル内で発光が観察された。この線発光はTLのスペクトルとほぼ一致した。オーストラリアWolfeGreek隕石孔から抽出した格子の歪んだ石英試料のESRを調べたところ,、石英E'中心の温度アニーリングにおける300°C付近での濃度の一時的増大が高温側に明瞭にシフトしていることが見られた。3.このほか、野島断層の地下389.4m地点の断層面における石英粒子の格子欠陥について調べた。本研究では固体への機械的な刺激により発生する摩擦ルミネッセンス、フラクトルミネッセンスや衝撃ルミネッセンスに関して実験を進めている。平成9年度は以下の実験を行った。1)10-30J/pulse、パルス幅500psのガラスレーザ衝撃法を用いたγ線照射済み石英ガラス中の衝撃ルミネッセンス計測を、時間積分スペクトル(ms)およびストリークカメラによる1フレーム4nsの時間発展画像(強度32bit)により行った。衝撃ルミネッセンスは照射レーザー波長(0.53μm)と異なったred域にピークが現れ、いわゆる石英の熱ルミネッセンス発光と類似の発光スペクトルであった。またレーザーの出力の大小により、ルミネッセンス発生の時間的ジッターが発生する。これは固体中に差した光ファイバーでみている観測点に衝撃波が到達する時間が、レーザエネルギーの吸収の大小により前後するためである。このほか、500tプレスまでの岩石破砕実験にともなう、破砕物質のESR測定、および破砕試料の陽電子消滅スペクトルを計測した。さらにプラズマレールガン衝撃実験に関するターゲット、計測機材の準備を行った。本研究では、衝撃など物理的破壊現象とその履歴が固体中の格子欠陥に及ぼす影響について以下の実験、調査を行った。1)花崗岩、石灰岩、石英などに対して高速銃(軽ガス、および電磁レールガン)を用いた衝撃破壊実験を行い、その破片物、溶融物質の放射線格子欠陥の変化と格子欠陥生成効率の変化をESR。、陽電子消滅寿命計測法などで調べた。2)大出力パルスレーザー(30J/500ps)照射による衝撃が物質表面の物性や欠陥におよぼす影響を調べた。実験においては表面上に非晶質、高圧相物質が生成するが、照射された石英において衝撃時に準安定状態の欠陥の再結合に伴う固体内発光が確認できた。

3)衝撃加熱の場合と規模は異なるが、地震断層破砕体の試料から熱履歴を推定するため、断層面かららの格子欠陥濃度から断層運動に伴う摩擦熱を議論した。4)実際の隕石クレータ周辺の試料採取をオーストラリア国立大学の研究者合同で行った。オーストラリア西部のWolfeCreek隕石孔からの試料採取を行い、1999年3月現在解析中である。5)電磁レールガンによる衝撃ルミネッセンス計測は、トリガー系の調整を完成し、1999年中に実験を行う。
上顎顎補綴患者における鼻咽腔ないし咽頭口蓋閉鎖度の定量的評価に関する研究

1.方法:健常男子4名,上顎顎補綴患者7名を被験者とし,差圧トランスデュ-サ-(日本光電社製TPー604T),呼吸用アンプ(日本光電社製ARー601G),熱ペン(日本光電社製6201)を用い,Blowing時の陽圧と,Sucking時の陰圧の圧変化を測定,記録。記録された圧変化曲線の(1)最大圧変化(Pmax)(2)圧変化曲線が安定した状態を持続する時間(T)(3)持続時間Tに示す圧(P)(4)圧変化ゼロから圧Pmaxを示すまでに要する時間(TPmax)(5)圧変化ゼロから時間T開始までの時間(T1)(6)T終了から圧変化ゼロまでに要する時間(T2)(7)総Blowingあるいは総Sucking時間(TB,S=T+T1+T2)を測定。被験患者では次の条件で測定。(1)顎義歯未装着で鼻孔開放状態D(ー)NO(2)顎義歯未装着で鼻孔閉鎖状態D(ー)NC(3)顎義歯装着で鼻孔開放状態D(+)NO,そして,顎義歯栓塞部に粘膜調整材(または光重合型義歯床用レジン(光重合型レジンと略))を介在させ(4)粘膜調整材(光重合型レジン)の未削除,未調整状態(5)粘膜調整材(光重合型レジン)のアンダ-カット部調整後の状態。2.結果と考察健常者では,(1)Pmax,P,T1,T2の値は各被験者ごとに異なった。しかし,同一被験者では測定ごとの値の変動は少なかった。(2)時間Tでの圧Pの経時的減衰傾向は認められず,Tは息の続く限り持続延長が可能であった。被験患者では,(3)D(ー)NCでのPmax,P,T1,T2は健常者と類似した。(4)D(ー)NOでは,Tを認めない場合が多く,またTを認めた場合にもPの減衰傾向が顕著であった。(5)粘膜調整材を用いて顎義歯栓塞部の封鎖性を高めた場合,Pmax,T,P,T2はD(ー)NCでのそれらに類似した。(6)D(+)NOで,時間Tが23秒以上持続,圧PがPmaxに近似すればするほどBlowing,Sucking時の鼻漏が少なかった。(7)光重合型レジンを用いた場合,D(ー)NCでのPmax,T,P,T2を目標基準値として,術式各ステップで口蓋咽頭閉鎖度の調整,改善が可能であった。以上のことから,本測定装置を応用し,各被験患者のD(ー)NCでのPmax,T,P,T2を基準値とし,D(+)NOでのPmax,T,P,T2とそれらと比較することで最終顎義歯装着後の口蓋咽頭閉鎖度の定量的・客観的な評価ができることが明らかとなった。

(6)D(+)NOで,時間Tが23秒以上持続,圧PがPmaxに近似すればするほどBlowing,Sucking時の鼻漏が少なかった。(7)光重合型レジンを用いた場合,D(ー)NCでのPmax,T,P,T2を目標基準値として,術式各ステップで口蓋咽頭閉鎖度の調整,改善が可能であった。以上のことから,本測定装置を応用し,各被験患者のD(ー)NCでのPmax,T,P,T2を基準値とし,D(+)NOでのPmax,T,P,T2とそれらと比較することで最終顎義歯装着後の口蓋咽頭閉鎖度の定量的・客観的な評価ができることが明らかとなった。
成熟社会における学校教育を経由した階層形成メカニズムの比較歴史社会学的解明

本研究は、I.日本パートとII.国際比較パートに分かれ、主に次のような研究作業によって構成されている。日本パートでは、1近現代日本の政治史・経済史の知見の階層形成史の視点による精査、2階層形成史の視点による国勢調査・文部省年報・学校基本調査等各種官庁統計の分析、3階層形成史上重要な時期のマイクロデータのディジタル復元および分析を行う。IIの国際比較パートでは、第二次世界大戦前から戦後の通時的社会構造の把握、ポスト高度成長期の教育改革政策の比較分析、日本の学校概念では自明視されている教育的活動の学校外アクターへの委託状況の整理の作業を行う予定である。
Th17細胞との相互作用は乳癌細胞に増殖シグナルを伝達するか？

腫瘍組織に浸潤するリンパ球は新たながん治療の重要なキーワードである。免疫チェックポイント阻害剤(リンパ球の抗腫瘍免疫活性を賦活化する治療薬)の標的細胞であることは勿論であるが、我々は「腫瘍細胞とリンパ球の相互作用によって増殖シグナルが惹起・伝達される可能性」に着目している。我々は乳癌の増殖促進因子としてCLEC2Dを見出しているが、この蛋白は乳癌組織に浸潤するTh17細胞のCD161分子と相互作用する。本研究ではCLEC2DとCD161の相互作用が乳癌の増殖に寄与する細胞内シグナルを伝達し得るか否かをモデル細胞系で検証するとともに、この相互作用の臨床病理学的意義を明らかにする。
日本語からSignWritingで記述された手話への機械翻訳に関する研究

日本語文を手話文字Sign Writingで書かれた手話文へ自動翻訳するシステムの実現を試みた。手話をテキスト形式で表す表記法を導入することで,システムを日本語テキストから手話テキストへの言語的な変換部と,手話テキストからSignWritingへの表現上の変換部に分割実装した。手話ビデオ教材等から得た対訳例文をもとにシステムを実験的に構築し,手話に特徴的な表現への翻訳, SignWriting表現の生成が可能であることを確認するとともに,現状の問題点を明らかにした。本研究では日本語から手話への機械翻訳を次のようなステップに分けて行っている。1.日本語テキストから日本語を援用した手話表記法による手話テキストへの翻訳(言語的な変換)2.手話テキストからSignWritingへの変換(表現の変換)このうち1.のステップに関しては,手話を母語とする話者による日本手話のビデオ映像から取得した手話文とその日本語訳をもとに,翻訳規則(パターン翻訳規則,機能語翻訳規則,内部表現構造から手話テキストへの線状化関数)のシステムへの組み込みを実験的に行った。その結果,動詞の方向による格関係の表示や非手指動作による文法標識など,手話に特徴的な表現への翻訳が可能であることが確認できた。一方,その過程で,日本語に比べて手話では事柄を具体的に表現することから,手話への翻訳では文中に明示されていない情報を補う仕組みが必要であることなど,いくつかの問題点も明らかになった。2.のステップに関しては,手話テキストをSignWritingへ変換するための語彙辞書の形式について検討を行った。SignWritingはIMWAと呼ばれる図像的な基本記号(アルファベット)を2次元的に配置することにより,手話の動作を記述する。手話単語は文法的な情報や副詞などの語彙的情報を表現するために語形(手の形や位置,動き)が変化する。また,顔の表情や頭の動きなどの非手指要素によっても同様の情報が表現される。現時点ではこれらの変化をあらかじめすべて辞書に用意するのではなく,辞書に登録された基本形から変化形を自動生成することを構想している。SignWriting用語彙辞書に,日本手話の単語の基本形を構成するIMWA記号とその位置情報のほか,語形変化と非手指要素追加のための情報を持たせた。この辞書を用いて,単語の表現位置の変化と顔の表情による文法標識の追加が自動生成できることが確認できた。本研究では日本語から日本手話への機械翻訳の過程を,1)日本語文から,手話の語彙・文法情報の記述に重点を置いた表記法(日本語援用手話表記法)で書かれた手話への言語的な変換と,2)手話の動きを表す手話文字Sign Writingへの表現上の変換とに分割して研究を進めている。日本語から日本語援用手話表記への翻訳に関しては,昨年度に引き続き,日本手話を母語とする話者による手話ビデオ映像とその日本語訳をもとに,翻訳規則(パターン翻訳規則,機能語翻訳規則等)を追加することにより,翻訳可能な日本語文の範囲を拡張した。日本語援用手話表記からSign Writingへの変換に関しては,まず,約220語の日本手話単語の基本形をSign Writingで書き取り,Sign Writing生成用手話語彙辞書を拡充した。また,手話単語の語形変化のうち,格関係を表す動詞の方向変化のSign Writing表現について考察・分類し,制約つきながら4タイプの変化を自動生成できるようにした。動詞の方向変化と名詞の位置変化については昨年度も部分的に実装したが,縦書きへの対応のため,本年度設計の見直しを行った。さらに,変換システムが生成したSWML(XMLベースのテキスト表現)形式のSign Writingをグラフィカルに表示するビューアの試作,および,機械翻訳部との連携処理の実装を行った。これにより,ごく限られた文に対してではあるが,入力された日本語文を手話言語へ翻訳し,それをSign Writing表示するという一連の処理が自動化できるようになった。このほか,Sign Writingの応用に関する情報収集のため,オスナブリュックろう学校(ドイツ)でSign Writingを積極的に取り入れているStefan Wohrmann氏と面談し,ろう児教育における手話文字Sign Writingの活用方法について調査を行った。本研究では日本語から日本手話への機械翻訳の過程を,1)日本語文から,手話の語彙・文法情報の記述に重点を置いた表記法(jjs表記法)で書かれた手話への言語的な変換と,2)手話の動きを表す手話文字SignWritingへの表現上の変換とに分割して研究を進めた。日本語から手話のjjs表記への翻訳に関しては,前年度に引き続き,日本手話を母語とする話者による手話ビデオ映像とその日本語訳をもとに,翻訳規則(パターン翻訳規則,機能語翻訳規則等)を追加することで翻訳システムを構築し,問題点の分析を行った。jjs手話表記からSignWritingへの変換に関しては,手話単語の語形変化のうち,格関係を表す動詞の方向変化のSignWriting表現について考察・分類を進め,単語の基本形から語形変化のタイプを推定することで,単語辞書に語形変化タイプをあらかじめ登録することなく,変化形をある程度自動生成できることを確認した。

これにより,ユーザがSignWriting生成用の単語辞書へ単語を登録する際,単語の語形変化タイプについて知る必要がなくなるため,単語登録作業が容易になる。また,SignWritingの自動生成に必要となる手話単語辞書の拡充を容易にするための辞書編集ツールの実装,および,自動生成されたSignWriting形式の手話文を編集する手話文字編集ソフトウェアの構築を行った。これにより,限られた文に対してではあるが,入力された日本語文を手話言語へ翻訳し,それをSignWriting表示し,さらに,自動生成されたSignWritingを必要に応じて編集するという一連の処理を行うシステムの大枠を構築することができた。
血管内構造の描出を目指した拡散光計測システムの開発

本研究は、人工透析時に造設する内シャント部の血管構造異状を早期に診断可能な血管イメージングシステムの実現を目指して行った。光生体計測の知見に基づき、生体の光拡散特性を積極的に利用することで無侵襲かつコンパクトな装置で血管構造を観察する計測システムを構築した。また血管内構造の描出を目指した画像処理アルゴリズムを開発し、前腕部模擬試料を対象とした計測により有効性を実証した。さらに生体分光技術を組み合わせることで血管性状変化描出の可能性を示した。これにより提案システムの有効性ならびに有用性を示すことが出来た。人工透析を行う際,患者に造設した内シャントは経時的に狭窄や閉塞などの血管異常が多く発生しており,日々の管理による早期発見が重要となる。これに対し当研究室では,光を用いることにより無侵襲かつ小規模で内シャントの状態を観察できるシステムの開発を目指している。本研究では特に内シャントの光透視像から血管内形状変化を抽出することに主眼を置いている。本年度は,昨年度までに改良を重ね最適化してきた計測システムを用い,前腕部血管の構造を模擬した評価ファントムにより血管内形状の描出に向けて計測アルゴリズムの検討と実測による評価を行った。また,前年度に適用の可能性を示した点拡がり関数(PSF)を画質改善アルゴリズムに組み込み,画像の鮮明化を試みるとともにその効果を明らかにした。具体的な研究成果は次のとおりである。・前腕部ファントムに血管構造として血管壁を加え,狭窄や閉塞の過程を模擬できるようにした。この試料を用いることで本計測原理および計測システムの血管内構造変化描出における有用性を評価できた。・光透視像を鮮明化し,血管内径変化を抽出することを目指して,前年度に可能性が示された点拡がり関数(PSF)を利用した散乱抑制法の改良を行った。その結果,従来の高域強調フィルタリングによる手法よりもPSFを用いたほうが光透視画像の画質改善に有効であることを明らかにした。・光散乱抑制後の血管透視像から血管内径の変化を抽出するアルゴリズムを新たに開発し,前腕部ファントムを対象とした計測で有用性を明らかにした。・PSF適用の画質改善効果をより確実にするため,内シャント造設部に既知形状の蛍光マーカを埋め込み,PSFを実測することで血管透視像の評価を行った。その結果,ファントムを対象とした基礎的検討ながら,その有用性を示すことが出来た。腎不全患者が体外循環にて透析を行う際,十分な血流量を確保するために,前腕部に造設した内シャントを用いることが一般的である。しかし頻回の穿刺や乱流によるストレスが原因と考えられる狭窄や閉塞などの血管異常が多く発生しており,日々の管理による早期発見が重要となる。これに対し本研究は無侵襲かつ小規模で内シャントの状態を観察できるシステムの開発を目指すものである。本年度は,シミュレーションに基づく理論解析による最適計測条件の検討,基礎的な計測システムの構築,システムの評価を行うために内シャントを模した評価ファントムの作製を行った。また計測画像の鮮明化を目指した画質改善アルゴリズムについて検討した。1.モンテカルロ法に基づき,前腕の内シャント部を模擬したシミュレーションモデルを構築した。これに生体の光学パラメータを適用し,内シャントの存在する位置や深さ,血管径の変化に伴う検出透過像を評価することで,光源配置や検出条件を見出すことが出来た。2.シミュレーションによる解析から得られた最適な計測条件を基本に,高感度赤外線計測用CCDカメラとLEDアレイ光源,前腕部固定機構および画像処理装置からなる計測システムを構築した。3.計測システムの評価を行うために前腕部内シャントを模擬したファントムを作製し,実測を試みた。結果として一般的な内シャントの存在範囲における血管像取得の可能性を示すことが出来た。4.内シャント透視像の鮮明化を目指して,点拡がり関数(PSF)を用いたデコンボリューション処理による散乱抑制について検討を行った。その結果,実測によるPSF取得の可能性を示すことが出来た。人工透析患者に造設した内シャントには狭窄や閉塞などの血管異常が多く発生しており,日々の管理による早期発見が求められる。これに対し本研究では,近赤外光を用いることで無侵襲かつ小規模で内シャントの状態を観察可能なシステムの開発を目指す一環として,内シャントの光透視像から血管内形状変化を抽出することに主眼を置いて検討した。研究実績の概要を以下に示す。1モンテカルロ法に基づき,前腕の内シャント部を模擬したシミュレーションモデルを構築し解析することで最適計測条件を見出した。2解析結果を基本に,高感度赤外線計測用CCDカメラとLEDアレイ光源等からなる計測システムを構築した。3前腕部内シャントを模擬したファントムにより計測系を評価した結果,血管像取得の可能性を示した。

4内シャント透視像の鮮明化を目指して,点拡がり関数(PSF)を用いた散乱抑制の検討を行い,一般的な高域強調処理よりもPSFを用いたほうが画質改善に有効であることを明らかにした。5血管壁構造を加えたファントムを作製,導入することで,血管内構造変化描出における本手法の有効性を示した。6光散乱抑制後の血管透視像から血管内径の変化を抽出するアルゴリズムを開発し,その有用性を示した。7内シャント造設部に既知形状の蛍光マーカを埋め込み,PSFを実測することでPSF適用の画質改善効果向上を図り,有用性を示すことが出来た。以上の結果を踏まえて本年度は更に以下の検討を行った.1照射光量の不均一性を改善すべく,光源を線状照射のレーザーダイオードに変更するとともに多波長計測システムを構築し有用性を示した。2血管内肥厚の主要因と考えられる血管内脂質の増加を模擬した試料を作製し,病変部性状の特定を目指して多波長計測を行い本計測法の有用性を示した。3血管壁構造を考慮したPSF適用手法を提案し,その有用性を示した.総合領域平成25年度に予定していた研究実施計画のうち,以下の点については概ね計画どおりに実施した。・モンテカルロシミュレーションに基づく前腕部伝播理論解析について,前年度のモデルに血管内構造を加え,実測による検出画像の評価手法について検討した。・血管内構造描出アルゴリズムの検討について,血管透視像から血管内径の経時的変化を描出可能な手法を提案し,その有効性を示唆した。これらの検討過程で以下の点が問題となった。提案手法を臨床に適用する場合,血管内径変化を1mm以下の精度で求めることが望まれる。これは計測条件やシステムのみならず,血管透視像改善アルゴリズムの見直しが必要であった。そのため,当初の計画では十分な期間を予定していなかった,ファントムを用いた基礎実験に重点を置き,他の計画に優先して進めていることが達成度の遅れている主要因である。この点についてはPSFを効果的に用いる手法で改善が見られたことから,今年度は当初の目標を実現すべく計画を進める。現時点では特に以下の点について遅れがある。・多波長光源を組み込んだ計測システムにおいて,複数波長の同時計測は実現できていない。光源のレーザ化を含めて構築を早期に行う予定である。また,内シャントの生理的状態変化と狭窄の構造を模擬できる試料を作成中であり,この試料を対象として様々な患者の状態に即した計測を行い,臨床利用への可能性を高める。研究実施計画に従い、光拡散理論に基づくコンピュータシミュレーションの検討結果に基づいた計測システムの構築と、システム評価のための前腕部模擬試料の作製を行っており,以下の2点は概ね計画どおりに実施した。1.モンテカルロ法を用いた前腕部内シャントのコンピュータシミュレーションモデルの構築と光伝搬解析による光源位置と検出画像の評価。2.3波長のLED光源,高感度CCDカメラを基本とした前腕部内シャント計測システムの構築と前腕部模擬試料を対象とした計測システムの評価。また,以下の2点についてはやや遅れがある。
ウイルス保護材料多角体結晶を用いた新型多孔性材料の合成

今年の研究の進歩状況は、計画通りに進んでいます。私たちの研究グループは、多角体というタンパク質の結晶を用いて、新型の多孔性材料の創成を目指しています。多角体は、cytoplasmic polyhedrosis virusという昆虫ウイルスが感染した昆虫細胞内に合成され、メゾサイズの結晶となります。この結晶は、従来のタンパク質の結晶とは違い、非常に高い安定性を持ち、有機溶媒やpHへの高い耐性があります。また、多角体の結晶は高い対称性を有する集合構造を持ち、固体材料の分子基盤としても有効利用が可能です。私は、多角体結晶を用いて新しい固体材料のテンプレートとするために、遺伝子工学の技術を用いて、多角体に変異を導入しました。この変異は、多角体の単量体のループを短縮し、結晶内部の空間を拡大するものです。それにより、結晶内部に新たなナノスケールのチャネルが形成されると期待できます。このチャネルの存在は、X線結晶構造解析により確認しました。その結果、変異多角体の結晶は小分子の吸着能力が向上すると期待できます。このような多角体変異体を用いて、機能分子を導入することや、タンパク質の吸着材料となり、金属イオンの蓄積やガス分子の吸着することが可能となります。また、多角体結晶には外来タンパク質の導入も可能であり、外来蛋白質としてミオグロビンを導入することに成功し、CO2の結合も確認しました。