hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
倍数化による雑種不稔緩和現象の遺伝的基盤解明

イネの異種間交雑により得られる雑種は花粉および種子が不稔となる。この現象は雑種不稔性と呼ばれ、イネにおいては生殖隔離障壁を形成する機構の一つとなっている。生殖隔離障壁は植物の品種改良を行う際の大きな妨げとなるため、この機構を分子遺伝学的に解析することは育種上のメリットが大きい。本研究では、4倍体のイネにおいて雑種不稔性がどのように機能するかを明らかにすることを目的としている。本年度は、4倍体のイネ雑種を作出し、この雑種を純系個体と戻し交配することにより、雑種配偶子に生じる分離の歪みの解析を行った。しかしながら、多くの戻し交配種子において、受精後の退化現象が生じ、正常な種子をほとんど得ることができなかった。現在、配偶子の遺伝子型を直接調査するために、花粉からDNAを抽出し遺伝子型を決定する手法の確立を目指した実験を行っている。並行して、イネの主要な種間雑種不稔遺伝子座であるS1座の原因を特定するために、遺伝子組換え体を作出し、個体の花粉稔性及び種子稔性の調査を行っている。本年度は、これまでに得られた遺伝子発現情報から不稔性への関与が考えられる候補遺伝子(Gene 1)をアジア栽培イネに導入し、表現型の解析を行った。その結果、この遺伝子単独では不稔を引き起こさないことが明らかになった。現在は、他の候補遺伝子(Gene 2)に関して、同様に形質転換体の作出と交配を行っており、今後この遺伝子が雑種不稔性に関与するか調査を行っていく。当初想定していたように4倍体イネを用いた戻し交雑種子を作出することができなかった。そのため、雑種個体に由来する配偶子の遺伝子型頻度の解析が遅れている。一方、何故、交雑種子が得られなかったのかという点については背後に興味深いメカニズムがあるかもしれず、新たな研究のシーズとなる可能性もある。交雑による配偶子の遺伝子型頻度の解析をあきらめ、配偶子を単離することにより、直接遺伝子型を調べる手法の開発を行う。この手法を用いることにより、現在より短時間で大量の解析が可能となると考えている。当初想定していたように戻し交雑による4倍体イネを用いた戻し交雑種子を作出することができなかった。そのため、戻し交雑個体で予定していた遺伝子型解析を行うことができなかった。現在、戻し交雑手法に代わり、配偶子の遺伝子型を直接解析する手法を開発中であり、今年度の繰越額分はこの解析に利用する。
母乳中の成長因子の存在とその生理学的意義に関する検討

新生児の血中フィブロネクチン(Fn)濃度と栄養法との関連、および人乳中Fn産生刺激活性について検討した。対象と方法:新生児69人を対象とした。血中Fn濃度は免疫比濁法にて測定した。人乳中Fn産生刺激活性(FnSA)の測定は、人胎児肺繊維芽細胞(WI38)を用い、試料添加時と非添加時の培養液中Fn濃度比にてFnSAを測定した。培養液中Fn濃度の測定は、EIA法によった。EGF.bFGFはRIA法にて測定した.結果:血中Fn濃度は、在胎週数34週数以下の児において、粉乳栄養群にくらべ人乳群が有意に高値を示した(p〈0.01)。哺乳量の増加にともないその値は上昇した。人乳中にFnSAを認め、特に初乳に高値であった。粉乳中には認められなかった。Gー100を用いたgelーchromatographyの検討では、FnSAは、大きく3つの分画に分れた。そのうちの2つの分画にEGFのRIA活性を認めた。さらに、HPLCによる解析では、母乳成分は7分画に分れ、FnSAはうち4つの蛋白分画に認められた。EGFのRIA活性は、2分画に認められた。Heparin affinity chromatographyによる分析では、2つのFnSA分画を認め、推定分子量は,それぞれ18kDa、10kDaであった。分取した蛋白分画は、濃度に依存性のFnSAおよび細胞増殖活性を示し、HBGFーI、ーIIの可能性が考えられた。bFGFのRIA活性は、その1分画のみに認められ、EGFの存在はみられなかった。考察:人乳にFnSAが存在することが確かめられた。その構成成分は、数種類のものが存在するものと考えられた。低出生体重時の血中Fn濃度は、母乳栄養群で粉乳栄養群に比し有意に高値を示し、栄養法が新生児期の血中Fn濃度に影響をおよぼす可能性が示唆された。試料は、30母体から採取した72検体である。母乳は児出生後11日までの間に採取した。正常児娩出母体は18例、低出生体重児分娩出母体は12例である。IGF-I濃度は、酸エタク-ル摘出を行ったのちにRIA活にて測定し、以下の結果を得た。(2)月令3から11までの期間において、正常児娩出母体と低出生体重児娩出母体の母乳中IGF-I濃度は、群内においても、群間においても有意の差はみられなかった。(3)母乳中IGF-I濃度を在胎児数別に分けても、満期産母体と早期産母体との間に統計学的に有意の差はなく、同群内における有意の変動もみられなかった。(4)母乳にくらべ、牛乳や粉乳ではきわめて低値を示した。(5)母乳中および牛乳や粉乳中には、NPYの存在は認められなかった。以上の結果から、母乳中IGF-Iの生物学的意義については不明なものの、母乳栄養の特徴の一面が明らかにされた。今後は、その生物学的活性の検討や消化管に対する作用についての検討が必要と考えられた。RIAを用いてヒト母乳中のIGFーI濃度を測定した。正常児娩出母体は40例、低出生体重児娩出母体は26例である。

IGFーI濃度は、酸エタノ-ル抽出を行ったのちにRIAにて測定した。また、ラット胃粘膜中のprost aglandin(PG)をRIAにて測定し、新生児期の胃粘膜の特徴について検討した。胃粘膜中のPGについては、PGE_2および6ーketo PG_1αを、日令1,7,14,21および成熱ラットについて検討した。以下の結果は、平均±SDにて、IGFーIはng/mg蛋白量にて、PGはpg/mg組織重量にて表示した。(1)HPLCによる抽出液の各分画におけるIGFーIのRIA活性は、標準IGFーIに一致した。(2)日令0ー4までの期間において、正常児娩出母体と低出生体重児娩出母体の母乳中IGFーI濃度は、それぞれ2.2±0.3,2.4±0.5と有意の差はみられなかった。この傾向は、日令11まで同様に続いた。(3)母乳にくらべ牛乳中のIGFーI濃度は、0.6±0.1と低値を示した。また、粉乳中にはその存在を認めなかった。(4)ラット胃粘膜中のPGE_2は、日令1,7,14,21および成熱ラットにおいてそれぞれ0.7±0.5,14.4±1.3,40.7±10.7,94.2±19.7,257±70と加齢とともに著明に増加した。(5)ラット胃粘膜中の6ーketo PG_1αは、55±15,38±13,333±118,258±72,583±169とPGE_2と同様な結果を示した。(6)化学的胃粘膜障害に対するインドメサシンの効果は、成熱ラットで16%に予防効果を認めたが、幼若ラットでは認められなかった。以上の結果より、母乳中IGFーIは生理学的にも重要な役割を有する可能性が示唆されるとともに、幼若期の消化管自体にも成熱後とは異なった特徴が存在することが明らかになった。
グルタミン酸レセプターmRNA表現型の多様性とRNAエディット

本研究者はグルタミン酸受容体が神経ネットワークにおける可塑性形成にどのようにかかわっているかを研究する目的で受容体mRNA表現型転換に注目して以下のような研究を行った。2種の金魚AMTP受容体GFGR49及びGFGR52をクローニングした。GFGR49クローンはイントロンを残すRNAプロセシングの未熟なままのクローンで、ラットAMPA型C-FLIP型に相当し、GFGR52は同D-FLOP型に相当した。このGFGR52については5'末端部にそのクローンのアルタナティブスプライシングされうるエクソンの一部(60塩基)が逆向き相補的に付加されたDNA再配列産物であり、この相補的配列はRNAエディットにおけるガイドRNAとなりうる可能性を示唆した。一方、金魚網膜と脳視蓋における両受容体のmRNA表現型をRNAaseプロテクション実験で検討したところ、アルタナティブスプライシングされるエクソン領域において期待されるRNAバンドに加え、同程度の発現量で数本新たなバンドが検出され、RNAエディットなどにより、スプライシング部位が変異を受け、二次選択のスプライシング部位がエクソン内に認識されたと推定した。次いで、視神経の圧搾による変性とそれに続く再生時に網膜と脳視蓋でのGFGR49およびGFGR52のmRNA発現の顕著な減少が認められ、シナプス再形成後はmRNA発現の顕著な減少は消失した。一方、GFGR49の3'末端部のRNAaseプロテクション実験では、このシナプス再形成時に特異的に新しいバンドが認められた。こうした事実はRNAエディットなどのmRNA表現型転換機構が神経の変性および再生に伴い対応して変動するという新しい概念の基礎となるなると思われる。
マウス胎仔移植法を用いた成体骨髄細胞の多分化能の解析

マウス胎仔移植法を用いた成体骨髄細胞の多分化能の解析のための基盤技術開発を目的として、マウス胎仔の心腔内への細胞注射法について検討した。胎生10日のマウス胎仔の心腔内へは、比較的容易にAc-LDL-DiIを注射することが可能であった。そこで試みに、本法を用いてマウス胎仔AGM領域における造血発生について解析した。胎生10日のマウス胎仔の心腔内にAc-LDL-DiIを注射した後、ドナー胎仔を全胚培養法を用いて12時間培養した。そうした培養マウス胎仔では、背側大動脈や臍帯動脈にhematopoietic clusterが認められ、末梢血中の一部にはDiI+細胞が存在した。これらのDil+細胞の15%がc-Kit、34.2%がCD31、28.1%がCD34、7.7%がSca-1を発現していた。FACSで分離されたDiI+/c-Kit+細胞は、未分化な芽球細胞とマクロファージから構成され、コロニー培養では混合コロニーを含む種々のコロニーが形成された。また、これらのDiI+/c-Kit+細胞には、新生児マウスの造血再構築能を有する細胞が含まれていた。さらに、3,000-4,000個の末梢血DiI+細胞を胎生10.5日のマウス胎仔の心腔内に注射した後、全胚培養法で4時間培養すると、DiI+細胞は胎仔肝に特異的にcolonizeした。組織学的観察では、DiI+細胞はextra-sinusoidalregionに存在した。以上の結果より、胎生10-10.5日のマウス胎仔のAGM領域で発生する造血の少なくとも一部は内皮由来であり、内皮細胞由来の細胞は胎仔肝にcolonizeし得ることが明かとなり、心腔内注射法はマウス胎仔への細胞移植法として有用であった。本法を用いることにより、マウス胎仔移植法による成体マウス骨髄細胞の多分化能の解析が可能となったと考えられた。
技術開発促進のための新たな統計科学体系とそれに基づく情報システム開発

技術開発加速を目指した統計科学体系整備については、これまでの3年間の組織的研究活動で明確になった課題に対する理念的・統計数理的・情報技術的研究成果を国内外で発表する活動が行われた。平成19年8月には、椿、天坂、山田がアゾレス大学で開催された国際統計協会のサテライトシンポジウム「ビジネス・産業における統計」に招待され、それぞれ本研究班理念班、開発グループの研究成果を報告した。平成19年11月には、京都大学で開催された横断型基幹科学技術研究団体連合主催の第2回横幹コンファレンスを、科研費成果の最終報告会と位置づけ、1日のセッションを企画運営した。平成20年1月には、Springer社から本研究班の成果をとりまとめた査読付論文集"The Grammar of Technology Development"を刊行した。更に、日本品質管理学会誌「品質」において、本科研費の活動成果の最終報告を特集し、理念班、開発グループ、ニーズ探索グループがその成果を報告する解説を平成20年1月に発行した。理念班は、完成させた「技術開発の文法」を統計メタウェアに発展させ、技術開発マネジメント分野、特にリスクマネジメント分野への適用も開始した。技術開発の文法理念は、平成19年6月に行われたISO TC69デンマーク総会において、ISO 3534-3(統計・確率用語)の実験計画用語国際規格改正原案の序章部分に取り込まれると共に、本科研費で構築した概念に沿った「技術開発支援のための統計的方法」標準化のための新SC設立提案を行い、その検討のためのWGが設置され椿が主査に指名され平成20年10月までに新SC設置の国際コンセンサスを得る活動を開始した。また、理念班は、支援情報システムの概念設計に必要な「インテリジェントシステム」の要件を発表し、昨年度採取したボルトネジ締結部破損データ数値解析支援ソフトウェア試作を(株)アドバンストソフトウェアに発注し、その整合性を検証した。この他、開発グループは、実験計画の文法や技術評価技法提唱を引き続き行い、感性に基づく価値選択や通信技術開発への統計科学適用のみならず、新たなコミュニケーション技術や音声認識技術開発への適用も発表された。平成16年5月に名古屋で開催したキックオフシンポジウムでは,数恒シミュレーションの結果を統計解析することによる技術開発の加速の必要性が提起され,関連する研究テーマが包括的に抽出された。特に、デンソーの高橋朗会長から、産業界のニーズと米国研究機関が提唱するシミュレーションのVerificationとValidationへの留意に関する示唆がり、それに基づく研究方針が議論された.その後,課題探索班を名古屋で、課題解決班、理念班を筑波大学東京キャンパスで、原則月1回開催し、研究活動を推進した。理念的成果としては,シミュレーションに基づく技術開発の品質保証体系を整理すると共に、技術開発のプロセスを価値選択,価値の技術モデルへの変換,モデルによる最適化,価値の市場実現の4ステージに分解し,それぞれに必要な統計科学的原理(技術開発の文法)を探索することができた.研究課題探索については,自動車・電気・化学産業界の多様な数値シミュレーションベースの技術開発事例をヒアリングし、その問題点を分析し,数値シミュレーションにおける合わせこみの問題の解決を最重要課題とし,その解決のための新たな実験計画について提唱した.課題解決班も数値シミュレーション最適化ステージにおける実験計画とモデル選択手続きを提唱すると共に、課題探索班から提起された複雑な形状を持つ応答の近似モデルなどの試行的開発に至った.

また,情報システム化班は、現時点での技術開発加速のための情報システムに関するサーベイも,数値最適化システム,数値シミュレーション支援システムなどについて行い,どのような統計科学的方法が商用情報システムで活用されているかをほぼ把握した.以上の研究成果について国際的な研究者と意見交換を行うために,平成17年1月にワークショップを実施した.ここでは,価値発見のためのナレッジマネジメントとその支援手法,QFDによる総合的な品質確保,一様計画,ノンパラメトリックなモデル化による最適化の意義,社会のコミュニケーションに関する構造の計量など多様なテーマが議論された.昨年度に引き続き、技術開発を加速するための系統的方法、「技術開発の文法」の体系化、とりわけ、シミュレーション技術と管理技術との融合を重点課題として、理念、品質保証体系、個別管理技術の開発、最新科学技術に実装すべき統計的原理、現在の支援ソフトウェアの問題などを研究した。特に、昨年度末に行った国際ワークショップ、本年度8月に実施した研究集会での研究成果を山田(課題解決班リーダー)、椿(研究統括)、仁科(課題探索・方法適用班リーダー)がとりまとめ、英文研究論文集の編集を開始した。このため、内外の研究者に特定の研究課題に関する論文執筆を求め(招待論文)、あるいは、投稿論文を公募・審査し、"The Grammar of Technology Development"として、約20報からなる論文集が、ほぼ来年度初めには公刊の予定である。また、理念班を中心に、「実学」としての統計科学概念整備を行う一方、ディジタルエンジニアリング時代の品質保証体系や支援ソフトウェア構築に必要な外部情報について、日野自動車、数理システム、みずほ総研など5社の産業界のヒアリングを進めた。また、ボルト締結部ひび割れという製造業共通的かつ一般的な問題を数値シミュレーションで解決できない原因などについても、ケースとして各社技術者との意見交換を進めた。なお、科学技術開発のリスクマネジメントなどについても独自の研究活動を実施した。なお、特に主要な成果としては、下記のようなものが挙げられる。1)理念班では技術開発プロセスを特徴付ける「価値選択」、「変換」、「最適化」、「価値注入」の4ステージモデルの各段階に従来の管理技術をマッピングしたこと。また、これら価値選択に関わるリスクとチャンスのマネジメント技術について総括的なとりまとめを行い出版を行った。2)課題解決班、課題探索・方法適用班では最適化ステージにおいて、シミュレーション技術をベースとした新たな実験計画法の課題とそれを解決するための「一様計画」、「非ブラックボックス型ネットワークモデル当てはめ」、「田口メソッドと応答曲面法の融合」などについて、一定の方法論を議論し、一部が公表できたこと。さらに、次世代通信技術などの効率を画期的に加速する統計技術の提唱したこと。技術開発加速を目指した統計科学体系整備については、3年目に入りニーズ探索
リングせん断試験による地盤と鋼の動摩擦把握による急曲線シールド機モデルの高精度化

1.急曲線対応シールド機挙動モデルの開発:これまでに申請者が開発した単円形単胴シールド機動力学モデルを拡張し,急曲線対応シールド機動力学モデルを開発した.また,現揚実験を実施したトンネル周辺地盤がトンネル横断方向に傾斜していることが判明したため,さらに,三次元地質構造を考慮できるように改良した.2.リングせん断試験・一面せん断試験による地盤・セグメントとシールド機の動的摩擦特性の把握:改造したリングせん断試験機・改良型一面せん断試験機を用いて,鋼の表面粗さ・介在物(泥水,グリース)・せん断速度・拘束圧を実験因子とする試験を実施し,地盤・セグメントとシールド機の動的摩擦特性を把握した.また,泥水等の液状に近い介在物では,拘束圧が高くなると液漏れが発生し,実験ができなくなることが判明した.3.現揚実験実施:東京都下水道局日本堤シールド工事現場で,中折れ実験・急曲線部セグメント挙動計測を実施した.4.現場実験データによる急曲線対応シールド機挙動モデルの検証:三次元地質構造を考慮できる急曲線対応シールド機動力学モデルを用いて,上記現揚実験データによるシールド機挙動シミュレーションを実施した.その結果,同モデルにより,実際のシールド機の挙動を高い精度でシミュレーションできることが確認された.5.地盤物性値逆解析手法の開発:急曲線対応シールド機動力学モデルを用いて,地盤物性値(静止土圧係数・地盤反力係数等)を逆解析する手法を開発した.この手法を現場実験データに適用し,シールド機挙動モデルに関連する地盤物性値を逆解析したが,安定した結果を得るには至らなかった.これは,逆解析対象物性値の一部に共線性があり,使用する説明変数と目的関数を取捨選択する必要があるためと考えられる.今後,現場実験データを用いた地盤物性値逆解析を行う予定である.1.急曲線対応シールド機挙動モデルの開発:これまでに申請者が開発した単円形単胴シールド機動力学モデルを拡張し,急曲線対応シールド機動力学モデルを開発した.また,現揚実験を実施したトンネル周辺地盤がトンネル横断方向に傾斜していることが判明したため,さらに,三次元地質構造を考慮できるように改良した.2.リングせん断試験・一面せん断試験による地盤・セグメントとシールド機の動的摩擦特性の把握:改造したリングせん断試験機・改良型一面せん断試験機を用いて,鋼の表面粗さ・介在物(泥水,グリース)・せん断速度・拘束圧を実験因子とする試験を実施し,地盤・セグメントとシールド機の動的摩擦特性を把握した.また,泥水等の液状に近い介在物では,拘束圧が高くなると液漏れが発生し,実験ができなくなることが判明した.3.現揚実験実施:東京都下水道局日本堤シールド工事現場で,中折れ実験・急曲線部セグメント挙動計測を実施した.4.現場実験データによる急曲線対応シールド機挙動モデルの検証:三次元地質構造を考慮できる急曲線対応シールド機動力学モデルを用いて,上記現揚実験データによるシールド機挙動シミュレーションを実施した.その結果,同モデルにより,実際のシールド機の挙動を高い精度でシミュレーションできることが確認された.5.地盤物性値逆解析手法の開発:急曲線対応シールド機動力学モデルを用いて,地盤物性値(静止土圧係数・地盤反力係数等)を逆解析する手法を開発した.この手法を現場実験データに適用し,シールド機挙動モデルに関連する地盤物性値を逆解析したが,安定した結果を得るには至らなかった.これは,逆解析対象物性値の一部に共線性があり,使用する説明変数と目的関数を取捨選択する必要があるためと考えられる.今後,現場実験データを用いた地盤物性値逆解析を行う予定である.1.急曲線対応シールド機挙動モデルの開発:これまでに申請者が開発した単円形単胴シールド機動力学モデルを拡張し,急曲線対応シールド機動力学モデルの定式化,プログラム化を完了した.2.地盤物性値逆解析手法の開発:急曲線対応シールド機動力学モデルを用いて,力の釣り合い式の基で,地盤物性値(静止土圧係数・地盤反力係数・シールド機と地盤の動摩擦係数等)を逆解析するアルゴリズムを開発した.プログラム化は来年度行う予定である.3.リングせん断試験による地盤とシールド機の動的摩擦特性の把握:現有のリングせん断試験機を改造(最大せん断速度7.6cm/min,せん断面の鉛直力・せん断トルクを直接計測できるロードセル装備,拘束リングのテフロンコーティング)し,土の種類・鋼の表面粗さ・介在物・せん断速度・拘束圧を実験因子とするリングせん断試験を実施し,地盤とシールド機の動的摩擦特性を把握した.4.現場実験計画:中折れシールド機をロードセルとみなした現場実験実施のための現場実験計画を作成し,東京都下水道局日本堤シールドエ事現場で,現場実験を実施した.現在,計測データの整理中である.5.情報収集:土木学会年次講演会(名古屋),地盤工学会年次講演会(新潟),土木学会トンネル工学研究発表会(東京),東南アジア地盤工学会(タイ)に参加し,研究発表を行うとともに,本研究に関連する情報を収集した.1.地盤物性値逆解析手法の開発昨年度開発した地盤物性値(静止土圧係数・地盤反力係数・シールド機と地盤の動摩擦係数等)を逆解析するアルゴリズムを用いて,プログラムを開発中である.2.リングせん断試験・一面せん断試験によるセグメントとシールド機の動的摩擦特性の把握

昨年度改造したリングせん断試験機と改良型一面せん断試験機を用いて,材料1(グリース,泥水)・材料2(鉄,コンクリート)・鋼の表面粗さ・せん断速度・拘束圧を実験因子とする試験を実施し,セグメントとシールド機の動的摩擦特性を把握した.また,泥水等の液状に近い材料では,リングせん断試験機や改良型一面せん断試験機では,グリース等により止水しても,拘束圧が高くなると液漏れが発生し,実験が出来なくなることが判明した.3.現場実験データ解析・検討昨年度,東京都下水道局日本堤シールド工事現場で実施した現場実験の内,直線部のデータの整理,検討を行うとともに,得られた現場計測データを,昨年度開発した急曲線対応シールド機挙動モデルに適用して,シールド機挙動シミュレーションを実施した.その結果,同モデルを用いることにより,実際のシールド機の挙動を高い精度でシミュレーションできることが確認された.4.情報収集土木学会年次講演会(東京),地盤工学会年次講演会(函館),土木学会トンネル工学研究発表会(東京),国際地盤工学会TC28研究委員会(オランダ)に参加し,本研究に関連する情報を収集した.1.三次元地質構造を考慮できる急曲線対応シールド機挙動モデルの開発:2004年度に実施した現場実験のデータを対象として,昨年度,シールド機挙動シミュレーションを実施した.その結果,当該トンネル周辺地盤がトンネル横断方向に傾斜していることが判明した.そこで,2004年度に開発した急曲線対応シールド機動力学モデルを基に,三次元地質構造を考慮できる急曲線対応シールド機動力学モデルを開発した.2.地盤物性値逆解析手法の開発:2004年度に開発した地盤物性値(静止土圧係数・地盤反力係数等)を逆解析するアルゴリズムを用いて,プログラムを開発した.3.現場実験データ解析・検討:2004年度に実施した現場実験のデータを,「1」で開発した三次元地質構造を考慮できる急曲線対応シールド機動力学モデルに適用して,シールド機挙動シミュレーションを再度実施した.その結果,同モデルにより,実際のシールド機の挙動を高い精度でシミュレーションできることが確認された.4.現場実験データを用いた地盤物性値逆解析:(3)で得られたシールド機に関連する動的摩擦特性と,(2)で開発した地盤物性値逆解析手法を,(4)の現場実験データに適用し,シールド機挙動モデルに関連する地盤物性値を逆解析したが,安定した結果を得るには至らなかった.これは,逆解析対象物性値の一部に共線性があり,使用する説明変数と目的関数を取捨選択する必要があるためと考えられる.本年度は,当該トンネル周辺地盤がトンネル横断方向に傾斜していることが判明し,これに対応するため時間を要した.今後,現場実験データを用いた地盤物性値逆解析を行う予定である.5.情報収集:土木学会年次講演会(大津),地盤工学会年次講演会(鹿児島),土木学会トンネル工学研究発表会(東京)に参加し,本研究に関連する情報を収集した.
ミューラー細胞における代謝型グルタミン酸受容体の局在

われわれは,まず家兎眼の感覚網膜を用いて,ミューラー細胞の初代培養を行った。成熟兎を安楽死させ,眼球を半切し感覚網膜を網膜色素上皮および毛様体無色素上皮が混入しないようにして剥離除去した。その後0.1%トリプシン+0.2%ヒアルロニターゼ+4%チキンシーラム液で感覚網膜を45分インキュベートし,20%FBS+DMEM+HamF12培養液を適量添加したうえで機械的にホモゲネートし,5%CO_2インキュベータ内でミューラー細胞の初代培養を行った。その後,週2回の割りで培養液の交換を行い,培養細胞がコンフルエントに近くなった時点で,0.1%トリプシン処理後細胞を剥離し,継代培養を繰り返した。培養細胞の一部を,70%エタノール固定後にGFAP染色を行い,ミューラー細胞であることを確認した。今後は,この培養ミューラー細胞を用いて,代謝型グルタミン酸受容体のミューラー細胞における局在の有無を調べる予定である。そのために,上記の培養細胞を用いて,DMEMにACPD(代謝型受容体のアゴニスト)単独,NMDA単独,ACPD+NMDAを添加した培養液下で培養を行い,経時的に細胞増殖率を細胞数,BrdU核内取り込み率を計測することで算出する。また,protein kinase CのアゴニストであるPMA,protein kinaseCを介して作用すると考えられるTGF-β_2についてもNMDAとの相互作用を同様の方法にて検討する予定である。
量子常誘電体における動的スケーリング構造とナノスケール強誘電体領域

量子常誘電体(SrTiO_3とKTaO_3)の量子常誘電状態は、母体は正方晶の対称性を持つ常誘電相であるが、その母体中に、動的に強誘電相領域(FER :おそらく斜方晶)が島状に浮かんでいる状態である。そして、FERの大きさが量子常誘電状態を特徴づける長さのスケールを決めていると結論した。さらにSrTiO_3では、この長さのスケールには異方性があり、[001]_c方向が[1-10]_c方向より長いということが判明した。これまで、量子常誘電状態で観測されている格子定数の異常などの起源は強誘電相領域の存在にあると推論できる。量子常誘電体として知られているSrTiO_3(STO)は、040Kの広い温度範囲で、電気分極を揃える双極子・双極子相互作用と、それをバラバラにする量子揺らぎ(ゼロ点振動)が拮抗している臨界領域(量子常誘電状態)が実現されている系である考えている。問題は、臨界領域を特徴づける長さのスケール(LS)が存在するかどうかにある。本年度は、この問題に関連して次のような光散乱実験結果を得た。1. STOの180°光散乱配置で、全散乱強度が2437Kの温度範囲で異常に強くなることを見いだした。この異常はLSが光の波長(100nm)程度になるための臨界蛋白光によるものであると考えられる。また、100nmという長さは、量子常誘電状態で特異的に現れる"ブロード・ダブレット"(BD)の平均自由行程とほぼ一致する。このことは、BDの平均自由行程を調べることにより、逆にLSの情報が得られる可能性を示唆している。2.自由電子をドープしたSTOにおいて、量子常誘電相だけで励起されている"プラズモン-Eu(x,y)LOフォノン結合モード"から求まる平均自由行程の温度依存性はBDのものと極めて類似していることから、量子常誘電状態は単一の長さのスケールで特徴づけられていると結論づけた。昨年度、STOにおいて、全散乱光強度(I_<tot>)が2437Kの温度範囲で異常に強くなることを見いだし、臨界領域を特徴づける長さのスケール(LS)が存在すると結論づけた。本年度は、このLSの異方性について調べた。STOの場合、散乱ベクトルがq//[001]_cのときは3035K、q//[1-10]_cのときには2833Kの温度範囲でI_<tot>が異常を示すことが分かった。また、Nb^<5+>をドープしたSTO(STN)の場合、q//[001]_cのときには2833K、q//[1-10]_cのときには2429Kの温度範囲でI_<tot>が異常を示すことが分かった。この実験事実から、次の2つのことを結論づけた。1. STOでもSTNでも、LSの異方性を立体構造として捉えれば、[001]_c方向に長軸を持つ楕円体となる。2. STNでは量子常誘電状態がSTOに比べ低温で出現する(これまでに報告されている、Nb^<5+>ドープによる強誘電体ソフトモードのハード化現象と矛盾しない)。
酸化剤を必要としない超高効率次世代型アルコール酸化触媒の開発

塩基性層状粘土鉱物の一種であるハイドロタルサイト(HT)に銀を固定化したこの環境調和型触媒(Ag/HT)が、種々のアルコールを効率よく酸化し、従来の反応系よりも極めて高い活性を示すことを見出した。また、実用的製造法の開発を目指し、触媒改良を図った結果、銀に比べより安価かつ汎用性の高い銅ナノ粒子がこのアルコール酸化に高活性を示すことを見出した。さらに、これらの触媒は活性・選択性の低下なく再使用が可能であった。アルコールの酸化反応は、医薬・香料中間体として有用なアルデヒド及びケトンなどのカルボニル化合物を合成する工業にも重要な反応である。しかし、従来のアルコール酸化反応の多くは、反応に必要な酸素の供給源としてクロム酸やマンガン酸塩などの重金属を使っており、反応後に出る大量の廃棄物の管理や処理が大きな環境問題になっていた。本課題研究では、塩基性層状粘土鉱物の一種であるハイドロタルサイト(HT)に銀を固定化したこの環境調和型触媒(Ag/HT)が、種々のアルコールを効率よく酸化し、従来の反応系よりも極めて高い活性を示すことを見出した。[1]さらに、実用的製造法の開発を目指し、触媒改良を図った結果、銀に比べより安価かつ汎用性の高い銅ナノ粒子がこのアルコール酸化に高活性を示すことを見出した。[2]銅ナノ粒子固定化ハイドロタルサイトを用い、従来法では酸化が困難であったアルコールからの選択的カルボニル化合物製造法の開発を検討した結果、銅ナノ粒子固定化ハイドロタルサイトを用いるとシクロヘキサノール酸化がスムーズに進行し、生成物のナイロン原料シクロヘキサノンを収率99%で得ることができることを見出した。本法は、従来の有害な酸化剤を用いた量論アルコール酸化法を一新する、環境に負荷をかけないグリーンかつ高効率なカルボニル化合物合成法であることが実証された。アルコールの酸化反応は、医薬・香料中間体として有用なカルボニル化合物を合成する重要な反応である。しかし、未だに、多くのアルコール酸化反応は量論量以上の重金属酸化剤を使っており、反応後に出る大量の廃棄物の管理や処理が大きな環境問題になっていた。本課題研究では、環境調和型アルコール酸化触媒の開発を目指した。その結果、塩基性層状粘土鉱物の一種であるハイドロタルサイト(HT)に金[1]、銀[2]、銅[3]をそれぞれ固定化した固体触媒が、種々のアルコールを効率よく酸化し、従来の反応系よりも極めて高い活性を示すことを見出した。また、本触媒系を用いるとジオールから効率よくラクトンが合成できることを見出した[4,5]。種々の分光学的手法により、これらの高い触媒活性はHT表面上の強い塩基性と金属ナノ粒子の協奏効果により発現し、ナノ粒子はHT表面上に非常に強固に固定化されているため金属粒子の凝集が起こらず、高い耐久性を示すことがわかった。
溶液錯体化学法による希土類物質のパノスコピック形態制御

平成20年度は、(1)新規水溶性シリコン化合物(WSS)の開発に成功し、これを用いた水溶液プロセスにより様々なシリコン含有蛍光体の水溶液からの合成並びに高輝度化に成功し、また(2)錯体重合法を用いたパラレル合成による新規蛍光体の探索を実施し、(3)硫化物系蛍光体合成ルートの開発に基づき、新たな白色LED用新規蛍光体を発見することができた。具体的な研究成果は以下の通りである。(1)テトラエトキシシラン(TEOS)をプロピレングリコールと反応させることにより、水と任意の割合で混合可能な水溶性シリコン化合物の開発に成功した。WSSを用い、亜鉛シリケート、イットリウムシリケート、カルシウムスカンジウムシリケート等のシリコン含有蛍光体を水溶液から初めて合成することができ、その発光強度は従来法で合成した試料を大きく超えた。(2)平成19年度に開発した錯体重合パラレル合成法を用い、アルカリ土類金属-スズ系酸化物を母体とする一連の希土類賦活蛍光体の同時合成を行った。セリウム賦活カルシウム-スズ系酸化物は極めて良好な発光特性を呈した。また、WSSを導入したパラレル合成により、カルシウムチオガレート/シリカコンポジットが可視光励起にて黄色強発光することを見出した。(3)新たな白色LED用新規蛍光体候補物質として、2価のユーロピウムが賦活されたカルシウム・バリウム・チオシリケートを発見した。この蛍光体は、青色LEDを励起光源に用いることができ、黄色で強.発光する蛍光体であった。WSSを導入した複合無機化学的な手法およびパラレル合成スキームに基づいた物質探索手法の確立は、蛍光体材料分野に大きなインパクトを与えるものであり、本研究の成果の意義は大きい。
糖尿病抑制因子ＧｎＴ―ＩＶａを標的とした新規糖尿病治療薬の開発

膵臓β細胞がもつグルコースセンサー機能の維持に重要な役割を果たす糖転移酵素GnT-IVaに着目し、その生理的な機能制御のメカニズムの解析を通じて新たな糖尿病治療薬開発の基盤研究を実施した。その結果、高脂肪食摂取により誘導される酸化ストレスが引き金となってGnT-IVaの発現を抑制し、β細胞のグルコースセンサー機能を障害し、インスリン分泌が低下することが判明した。また、β細胞でGnT-IVaを強制発現することで、β細胞の機能や糖代謝の保持が可能であることが判明し、GnT-IVaおよび糖鎖が糖尿病治療の標的となる確証を得た。また、GnT-IVaの発現を誘導する化合物探索アッセイ系を確立した。本研究課題では「糖鎖機能を標的とした膵臓β細胞の機能保持・回復のための基盤研究」として、糖鎖異常によるグルコーストランスポーター(GLUT)機能障害の分子メカニズムの解明を重要な目的と位置づけている。H24年度はGLUT2の糖鎖異常が膵臓β細胞膜上でのマイクロドメイン局在に及ぼす影響について解析を行った。これまでの研究からGLUT2のβ細胞表面での発現には自身が持つN-型糖鎖とガレクチン9との結合が不可欠であることを明らかにしてきた。また、GLUT1の糖輸送活性が脂質ラフトに存在するストマチンとの結合により阻害されることが判明している。GLUT1と2の高い相同性から糖鎖異常を介したGLUT2の発現・機能異常に脂質ラフト局在を介したストマチンとの相互作用が関与していると考え解析を行った。その結果、通常GLUT2は非脂質ラフトに局在するが、GnT-IVa欠損マウス膵臓β細胞ではGLUT2が脂質ラフトに移行していることが判明した。また、単離β細胞の培養系にラクトースを添加することで、GLUT2とガレクチン9との結合を阻害するとGLUT2が脂質ラフトへ移行することが観察された。これら脂質ラフトへの移行と一致して、グルコース輸送機能の低下が観察された。また、脂質ラフトの破壊によりグルコース輸送活性やインスリン分泌機能の回復が観察された。このGLUT2の脂質ラフトへの移行と一致して、GLUT2とストマチンの相互作用が観察された。以上の結果は、GLUTの糖鎖修飾が細胞膜上でのGLUTの局在を制御していることを意味しており、糖尿病発症過程における糖鎖形成異常が、グルコースセンサー機能を障害する分子メカニズムの一部であることを示している。本研究成果は本研究課題を推進する上で非常に重要な知見であり、Ohtsubo etal, BBRC, 2013. In pressに掲載された。本研究では糖尿病抑制因子GnT-IVaを標的とした新規糖尿病治療薬開発を究極的な研究目的に掲げ、1)Mgta4a発現調節機構の解析、2)β細胞における多面的なGnT-IVa機能の詳細解析、3)β細胞機能保持による末梢組織への作用の解析といった包括的検討を行い研究基盤の確立を目指した研究を行った。個体レベルでの「Mgat4a Tgマウス末梢組織でのインスリン抵抗性の軽減」の生理学的機作を解明するため、高脂肪食負荷マウスにおける糖代謝解析を行った結果、Mgat4a遺伝子導入により膵臓β細胞におけるグルコースセンサー機能を維持する事で、末梢組織におけるインスリンシグナルを正常に維持できる事を発見した。また、アメリカ・カリフォルニア大学・サンタバーバラ校のJamey Marth博士および、サンディエゴ校のJerroid Olefsky博士、Mark Chen博士との共同研究から、ヒトの2型糖尿病においても同様のメカニズムが存在する事を明らかにした。これらの結果は、本研究が目指す「糖尿病抑制因子GnT-IVaを標的とした新規糖尿病治療薬開発」が現実的であり、実際のヒトの2型糖尿病の治療に直結する事を強く示唆していた。一方、Mgat4a遺伝子プロモーターを有するレポーター導入細胞を用いたMgat4a遺伝子発現調節様式の解析から、Mgat4a遺伝子の発現が細胞の栄養環境により調節されることが判明した。今後、その調節メカニズムの解析を推進するとともに、Mgat4a遺伝子の発現を直接誘導できいる化合物探索実験へと展開していきたい。さらに、GLUT2の糖鎖異常が膵臓β細胞膜上でのマイクロドメイン局在に及ぼす影響について解析を行った結果、通常GLUT2は自身のN型糖鎖を介してガレクチン9と結合しnonlipid-raftに局在しているが、GnT-IVaの発現低下を起因とする糖鎖形成不全によりlipid-raftへと移行し、そこでStomatinと結合することで、糖輸送活性が阻害されることを明らかにした。本研究では糖尿病抑制因子

GnT-IVaを標的とした新規糖尿病治療薬開発を究極的な研究目的に掲げ、1)化合物バンクのスクリーニングによるMgta4a発現誘導化合物の探索、2)β細胞における多面的なGnT-IVa機能の詳細解析、3)β細胞機能保持による末梢組織への作用の解析、といった包括的検討を行い研究開発の基盤を確立する。課題1)の化合物バンクのスクリーニングによるMgta4a発現誘導化合物の探索の実施にはMgat4a遺伝子プロモーター領域を持つレポーター遺伝子の構築およびその組み換え遺伝子を導入した膵臓β細胞株を樹立する必要がある。今年度の研究によりその構築と樹立に成功し、次年度からの化合物の探索の実施を可能とした。また、個体レベルでの薬効評価試験を実施する前提条件として「Mgat4a Tgマウス末梢組織でのインスリン抵抗性の軽減」の生理学的機作を解明することが不可欠である。そこで、高脂肪食負荷Mgat4a Tgマウス末梢組織でのインスリンシグナル伝達経路、インスリン感受性、血糖吸収能等の経時的解析により、β細胞の機能保持と末梢組織でのインスリン感受性の相関関係の解析を実施した。今年度のこれらの研究から膵臓β細胞におけるグルコース刺激によるインスリン分泌機能を維持する事で、末梢組織におけるインスリンシグナルを正常に維持できる事を発見した。また、アメリカ・カリフォルニア大学・サンタバーバラ校のJamey Marth博士および、サンディエゴ校のJerroid Olefsky博士、Mark Chen博士との共同研究から、ヒトの2型糖尿病においても同様のメカニズムが存在する事を発見した。これらの結果は、本研究が目指す「糖尿病抑制因子GnT-IVaを標的とした新規糖尿病治療薬開発」が非常に現実的である事を意味しており、次年度以降の研究の実施に弾みを付けるものである。これまでの本研究課題の実施状況は、[H23年度]には、ヒト糖尿病のメカニズムの解明を目指した共同研究が予想よりも非常に早期に完了し、その成果を得ることができた。しかも、本成果がこれまでの我々の研究結果と非常に一致していることが判明したことから、本研究が目指す「糖尿病抑制因子GnT-IVaを標的とした新規糖尿病治療薬開発」が非常に現実的であり、しかも、本研究成果が実際のヒトの2型糖尿病の治療に直結することを強く示す知見であった。[H24年度]には、糖鎖異常によるグルコーストランスポーター(GLUT)機能障害の分子メカニズムの解明につながる、糖鎖修飾によるGLUT2の細胞膜表面でのマイクロドメイン間移動と、その機能制御の相関を解明することができた。膵臓β細胞膜表面でのGLUT2の局在変化の分子メカニズムはこれまで全く不明であったが、この知見により2型糖尿病発症過程におけるβ細胞機能異常のメカニズムの一部を合理的に説明することができる。背景にある全てのメカニズムの詳細を解明できたわけではないが、本研究課題の目的は概ね達成できている。当初の計画では、膵臓β細胞におけるGnT-IVaの糖鎖機能の解析および糖尿病抑制因子としての意味付けを高脂肪食負荷2型糖尿病マウスをモデルとして行う事を予定していたが、ヒト糖尿病のメカニズムの解明を目指した共同研究の成果が予想よりも早く完了し、しかも、これまでの我々の研究結果と非常に一致していることが判明したことから、本研究が目指す「糖尿病抑制因子
B中間子崩壊のQCDによる研究:QCD因子化のユニバーサルデザインとその予言精度

B中間子の崩壊の理論計算において、スタンダードとされている"崩壊振幅の短距離効果と長距離効果への因子化公式"はまだ完全なものではなく、言わば"途中段階"にある。従来の因子化公式に現れるB中間子の波動関数について、"さらにもう一段階の因子化"を実行し、"ユニバーサルデザイン"に相当する形を導いた。波動関数の振舞いの予言が、従来より高い精度で可能になり、QCDの第一原理からの最も首尾一貫した因子化公式の確立に向けて重要な成果が得られた。B中間子崩壊の理論計算の、最も首尾一貫したQCD因子化の枠組みを新たに提案するための第1ステップとして、B中間子光円錐波動関数を、演算子積展開を用いて係数関数と局所演算子に分離する計算を完了させた。係数関数については1ループ補正を、局所演算子については次元5のものまでを完全に取り入れた。光円錐波動関数のくりこみスケール依存性を支配する発展方程式についても、座標表示での解析的な解の導出に成功した。演算子積展開において、局所演算子行列要素の値には実験からの情報およびQCD和則の評価に基づくものを代入し、また、発展方程式の解を用いて2重対数型のものを含めてスケール依存性を正しく取り入れ、光円錐波動関数の振舞いを、クォーク・反クォーク問の距離の関数として定量的に調べた。従来は無視されていた、次元5の演算子は長距離で大きな寄与を与える。一方、次元5の複数の演算子の間で比較すると、クォーク・反クォーク・グルーオンの3体タイプの演算子の寄与は主要ではないことがわかった。同様なパターンは次元5を超える場合にも期待され、これが成り立つ場合に、長距離領域での高次元演算子の主要な寄与を任意次元まで足し上げる方法も与えた。これらの結果は、研究代表者と分担者により、国内・国際研究集会、およびPoS誌上に発表された。また、2重対数型のくりこみスケール依存性を扱う系統的な手法を発展させるため、B中間子崩壊以外の過程におけるソフトなグルーオン放出の、摂動論の任意次数での"再足し上げ"にも着目してQCDに基づく理論的予言を行い、国内・国際研究集会、およびProgress of Theoretical Physics誌上の招待論文やPhysics Letters B誌上等の論文として発表した。以上の研究推進のため、研究支援者を1名雇用した。B中間子崩壊の理論計算の、最も首尾一貫したQCD因子化の枠組みを構築する研究を進めた。まず、前年度に得られた、B中間子光円錐波動関数の演算子積展開の新しい結果を、詳しく数値計算した。次元5までの局所演算子の全てと、対応する係数関数の1ループ補正を取り入れた、この演算子積展開に基づき、B中間子光円錐波動関数における非摂動効果は、ユニバーサルな長距離効果に対応する3個のパラメータで決定される。これらのパラメータの現存する非摂動的評価を代入し、また、赤外リノーマロンの影響を除くことにより、B中間子光円錐波動関数の世界最高精度の定量的評価を得た。クォーク・反クォーク間の距離についての“短距離展開"に対応する演算子積展開の結果を、距離が大きな領域の振舞いのモデルに“連続につなぐ"ことにより全距離領域に拡張し、B中間子崩壊率の計算への適用の予備的考察も行った。上記3個のパラメータのうちの2個は、次元5のクォーク・反クォーク・グルーオンの3体演算子の効果を表し従来は無視されてきたが、崩壊率の計算値を大きく左右する効果をもたらすことがわかった。以上の結果は、国内・国際研究集会、およびPhysics Letters B誌上に発表された。重要性が示された2個のパラメータについて、QCD和則による従来の非摂動的評価の改良を、研究支援者として雇用した西川哲夫と協力して進め、特に、和則への主要なQCD補正を新しく導出した。これとともに、B→γeν崩壊の新しい因子化公式を求める計算も、1ループ・マッチングで進め、これらについては今後まとめて発表していく。グルーオン放出の摂動再足し上げや非摂動的なグルーオンの効果を考察するモデル・ケースとして、Drell-Yan過程での偏極現象についてQCDに基づく理論的予言を行い、国内・国際研究集会、およびPhysics Letters B誌上等の論文として発表した。
ＭＲＩによる軟骨評価ソフトウェアを用いた変形性股関節症関連因子の解明

本研究では、股関節軟骨の軟骨定量評価用および軟骨質的評価用解析システムを開発し、実臨床に導入した。一方の股関節のみ変化が生じているRA患者20例でdGEMRIC撮像を行い、解析の結果、非荷重部位で正常群と疾患群で差は認められなかったが、荷重部位では正常群と疾患群に有意差を認めた。上述した結果は、Xpにて変化がある荷重部位の軟骨変化を、3次元的に抽出して定量的に求めることが可能になったことを意味している。本年度は開発したソフトウエアの実臨床における運用に成功し、今後の大規模データへのシステムの適用の見通しも立った。本年度は、昨年度開発に成功したMRIによる股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエアを実臨床に導入し、撮像法に関する検討を行った。dGEMRICは造影剤を使用した撮像であるが、T2map法では明らかに出来ない関節リウマチなどでは、同撮像法の使用を検討する必要があるものと考えられる。我々が開発した「股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエア」が完成するまでは、実臨床において多彩な疾患に対応可能な撮像法を検討することさえ出来なかったが、本年度は現実的な利用を想定した検証が成功し、大規模データへのシステムの適応が可能となった。本年度は、昨年度Validationが終了したMRIによる股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエアを実臨床に導入し、軟骨変化の意義に関して検討を行った。dGEMRICではT1 valueが低い際に軟骨破壊が示唆されており、800より上の場合十分なcontent of GAGだと判定する。解析の結果、非荷重部位で正常群と疾患群で差は認められなかったが、荷重部位では正常群のT1値平均は1011、疾患群のT1値平均は730(p<0.0001)と有意差を認めた。我々が開発した「股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエア」が完成するまでは、実臨床において多彩な疾患に対応可能な撮像法を検討することさえ出来なかったが、本年度は開発したソフトウエアの実臨床における運用に成功し、今後の大規模データへのシステムの適用の見通しも立った。研究初年度の本年度は、MRIによる股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエアの開発に成功した。軟骨定量評価用解析ソフトウエアに関しては、軟骨領域抽出を完全に自動化するアルゴリズムを考案した。このアルゴリズムでは、まず任意断面再構成(MPR)法で全スライス上の軟骨と近い信号強度をもつ画素を投影して走査範囲の限定を行い、最大軟骨領域輪郭線からテンプレートを作成した後、連続スライスでMPR法により限定された範囲内の走査を行う方式とした。さらに、走査の際に1スライス毎に適用するテンプレートを緩やかに縮小することにより演算処理を最小限かつ最小範囲にとどめ、軟骨領域自動抽出の高速化を図った。軟骨質的評価用解析ソフトウエアに関しては、T2 map法によるT2計算画像をカラーマップで表示したのみでは、目視によるあいまいな判断にとどまり、軟骨変性の部位・範囲・深度に関する客観的かつ定量的な評価を行うことは出来ないため、本研究ではT2計算画像における軟骨領域抽出後に、軟骨下骨と接する境界線と軟骨表層の境界線の曲率を計算することにより補助線を補完し、軟骨領域をコラーゲン走行が異なる表層・中間層・深層の三層に分割するアルゴリズムを作成した。さらに各層を前後方向で三分割し9領域でのT2値の延長を検討して、軟骨変性の部位・範囲・深度に関する客観的かつ定量的な評価につなげるソフトウエアを開発することに成功した。今後は、われわれが構築した大規模コホートより無作為に抽出した120名に対して両股関節MRI撮影を行い、股関節軟骨の定量的、質的データの年代別、性別基準値を確立するとともに、関連因子を解明する。従来MRI画像解析は軟骨領域抽出に長い処理時間を要していたが、研究初年度に、簡便かつ処理速度の速いソフトウェアの開発に成功したことは大変大きな意義を持つと考えられる。実臨床へ、ソフトウエアが導入できており疾患に応じた検査体系が確立された。今後は、われわれが構築した大規模コホートより無作為に抽出した120名に対して両股関節MRI撮影を行い、股関節軟骨の定量的、質的データの年代別、性別基準値を確立するとともに、軟骨の量的、質的低下に関連する因子を解明するが、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる本研究では、初年度に、MRIによる股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエアの開発し、次年度以降に股関節軟骨の定量的、質的データの年代別、性別基準値を確立するとともに、関連因子を解明する計画となっている。

研究初年度の本年度は、MRIによる股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエアの開発に成功した。軟骨定量評価用解析ソフトウエアに関しては、軟骨領域抽出を完全に自動化するアルゴリズムを考案するとともに、走査の際に1スライス毎に適用するテンプレートを緩やかに縮小することにより演算処理を最小限かつ最小範囲にとどめ、軟骨領域自動抽出の高速化を図った。軟骨質的評価用解析ソフトウエアに関しては、T2 map法によるT2計算画像をカラーマップで表示したのみでは、目視によるあいまいな判断にとどまり、軟骨変性の部位・範囲・深度に関する客観的かつ定量的な評価を行うことは出来ないため、本研究ではT2計算画像における軟骨領域抽出後に、軟骨下骨と接する境界線と軟骨表層の境界線の曲率を計算することにより補助線を補完し、軟骨領域をコラーゲン走行が異なる表層・中間層・深層の三層に分割するアルゴリズムを作成した。さらに各層を前後方向で三分割し9領域でのT2値の延長を検討して、軟骨変性の部位・範囲・深度に関する客観的かつ定量的な評価につなげるソフトウエアを開発することに成功した。今後は、われわれが構築した大規模コホートより無作為に抽出した120名に対して両股関節MRI撮影を行い、股関節軟骨の定量的、質的データの年代別、性別基準値を確立するとともに、軟骨の量的、質的低下に関連する因子を解明するが、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。レントゲン上股関節OAを認めないにもかかわらず股関節痛を訴える患者の数は膨大であり、股関節痛にはレントゲン写真では検知しえない股関節軟骨の微小な変化が関与していることが示唆されているが、評価体系は発展途上にある。われわれはMRIによる股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエアの開発に成功しており、本年度追加したdGEMRICを含めた両股関節MRI撮影を構築した大規模コホート(東京都住民コホートの対象者1,350名より120名を無作為に抽出)にて行う予定である。本研究により客観的な軟骨の定量的かつ定性的診断基準を設けることが可能となるほか、これまでには見いだせなかった新たな関連因子を同定する事が可能であり、変形性股関節症ばかりでなく関節リウマチを含めた治療体系の確立や予防対策に大きく貢献するものと期待される。初年度にMRIによる股関節軟骨の軟骨定量評価用解析ソフトウエアおよび軟骨質的評価用解析ソフトウエアの開発に成功した。今後は、われわれが構築した大規模コホートのうち、東京都住民コホートの対象者1,350名より120名を無作為に抽出して、両股関節MRI撮影を行う。撮像は3TのMRI(Philips 3.0T-MRI)にて下記の要領で行う。軟骨定量評価用シークエンス:3D DESS(double-echo steady-state)法に準じたパルスシークエンスで矢状断撮影を行う。軟骨質的評価用シークエンス:軟骨のT2値はコラーゲン配列の規則性や水分含有量によって変化を来たし、軟骨損傷により上昇すると考えられているため、T2 map法(TR:2700, TE:10-70, FOV=120, section thicknes:3mm, matrix:384×384,撮影時間9分)を用いた軟骨変性評価を行う。蓄積した「MRIによる股関節軟骨の定量/質的評価