hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代AE解析装置の開発と極限環境での損傷評価への応用

平成19年度から引き続き、AE波形の連続計測および解析装置Continuous Wave Memory(CWM)の開発と並行して、これを用いた極限環境における損傷評価を行った。まず、大気圧プラズマ溶射によるセラミック皮膜の成膜中に発生するき裂を検出した。本プロセスは高温であり、かつ非常に大きな音響的ノイズが発生する極限環境であるため、AE法によるモニタリングが必要とされながらも実現が非常に困難であった。しかし、本研究ではCWMを用いたことで数種類のノイズを効果的に低減することができ、S/N比-20dB程度の計測波形からき裂のAEを検出することに成功した。さらに、このAEの位置標定と皮膜断面の観察結果を照合することにより、溶射中には試料上を走査するプラズマによって発生するトップコート内部の局所的な温度差がき裂の原因になっていることが分かった。また、CWMを利用したいという提案を複数頂き、共同研究などの形で材料やプロセスの評価を行った。例えば、塩化物液滴から発生するSUS304の応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracks,SCC)のAE計測では、CWMを用いたことにより連続AE波形の観察結果に基づいてノイズを低減することができたため、より微小なAE事象が検出でき、新たな知見を得ることができた。また、AE法だけでなく、超音波疲労試験における連続モニタリングなどにもCWMが利用された。このように、CWMによって様々な材料とプロセスのモニタリングが可能になり、さらに現在も複数のプロジェクトでCWMの利用が実施あるいは提案されている。また、例えばSedlakによる高精度AE位置標定など、AEに関する諸研究の成果をCWMの機能として融合させる提案もあり、さらなる機能拡張と応用範囲の拡大が期待されている。研究計画段階では平成19年度は装置開発を行い、平成20年は完成した装置を用いて極限環境におけるレーザAE計測を行うとしていた。しかし、開発が予想より早く進行し、また計測装置として実用性を高めるためには、実際の計測に供用することで得られる情報を利用する方が望ましいという判断から、平成19年7月より開発と計測を並行して進めた。計測対象の極限環境として、プラズマ溶射によるセラミックコーティングの製膜プロセスを選択した。従来の研究から本プロセスでは溶射後の冷却中に熱応力によってコーティング内にき裂が発生し、その方向(コーティングの厚さ方向に平行なDe-lamination crackであるか、垂直なSegmentation Crackであるか)と密度がコーティングの信頼性を大きく左右することが知られている。しかし、溶射過程そのものについては、き裂生成に大きな影響を及ぼす、あるいは既に溶射中にき裂が発生することが予想されるものの、試料温度が約800°Cに達し、また機械的・電気的ノイズが大きい環境であるため、従来は圧電素子・レーザ干渉計いずれのセンサを用いてもAE計測が不可能であり、in-situに情報を得ることができなかった。しかし、本研究で開発した連続AE波形計測および解析装置Continuous Wave Memory(CWM)を用いることによって、連続AE波形全体に対して短時間フーリエ変換法などを適用して時間-周波数特性を求め、この結果を元にノイズの効果的な低減が可能になり、定常的に発生している機械振動の影響を排除することができた。さらに、飛散する粉末の影響によってレーザが撹乱を受けることによる非定常的なノイズも除去することで、溶射中にコーティング内で発生した損傷によると思われるAE信号の抽出に成功し、溶射中に皮膜内部でき裂が発生していることを示すことができた平成19年度から引き続き、AE波形の連続計測および解析装置Continuous Wave Memory(CWM)の開発と並行して、これを用いた極限環境における損傷評価を行った。
Egr-1により誘導される癌抑制遺伝子の網羅的探索と癌化に伴う発現低下の原因解明

肺癌細胞にEgr-1を強制発現させることにより、IGFBP-4, IGFBP-2, NGFI-A binding protein-2(NAB2), Vascular Endothelial Growth Factor-A (VEGF-A)が誘導された。それぞれの遺伝子プロモーターに存在するCpGアイランドのメチル化状態について肺癌組織を用いて検討したところ、IGFBP-4遺伝子およびIGFBP-2遺伝子プロモーターのメチル化に伴いその発現が減弱していることが明らかになった。一方、Egr-1, NAB2, VEGF-A遺伝子プロモーターには全くメチル化が認められなかった。更に、VEGF-Aプロモーターの下流域に存在するEgr-1結合サイトにEgr-1が直接結合すること、肺癌細胞におけるVEGF-Aの発現はEgr-1とNAB2の発現バランスにより制御されていることも本研究により明らかになった。以上より、Egr-1により誘導される分子には癌化によるエピジェネティックな変化を受け発現量が変化するもの、及び癌化によるエピジェネティックな影響を全く受けずNAB2との発現バランスにより発現制御されているものが存在することが判明した肺癌細胞にEgr-1を強制発現させることにより、IGFBP-4, IGFBP-2, NGFI-A binding protein-2(NAB2), Vascular Endothelial Growth Factor-A (VEGF-A)が誘導された。以上より、Egr-1により誘導される分子には癌化によるエピジェネティックな変化を受け発現量が変化するもの、及び癌化によるエピジェネティックな影響を全く受けずNAB2との発現バランスにより発現制御されているものが存在することが判明したEgr-1の強制発現により活性化される遺伝子を同定するため、ます培養肺上皮細胞および肺癌細胞に対し、レトロウィルスベクターを用いてEgr-1遺伝子の導入を試みた。しかし、複数回の施行にもかかわらず、Egr-1を安定発現する細胞を得ることはできなかった。この結果は当初の予測に合致したものであり、Egr-1の発現により複数の癌抑制遺伝子が活性化している可能性が強く示唆された。そこで我々はtet-on systemを使用できるように改変を行ったレトロウィルス系を構築し、これを用いてEgr-1遺伝子導入を試みた。その結果、tetracycline添加時にのみEgr-1を発現する細胞を得ることに成功した。これらの細胞を用い、tetracycline添加に伴うEgr-1発現を経時的に見てみると、誘導後2時間で蛋白レベルの良好は発現が見られた。そこで、Egr-1誘導後12時間後にRNAを抽出し、このサンプルを用いて発現亢進した遺伝子をGeneChip法により解析した。現時点ではまた解析途中であるが、IGFBP-4,IGFBP-2の他、plasminogen activator inhibitor,NAB2遺伝子等の発現が亢進してくることが明らかとなっている。Egr-1プロモーターにはIGFBP-4やIGFBP-2と同様にCpGアイランドが存在しているが、検討した20種以上の肺癌細胞において全くメチル化は見られなかった。また肺癌組織におけるEgr-1,NAB2の発現状態について検討を行い、肺癌細胞には豊富なEgr-1,NAB2の発現が見られることが明らかになった。このことから、Egr-1およびその機能調節因子であるNAB2の発現は癌化した肺上皮においても保たれていることが示唆され、エピジェネティック変化はEgr-1に発現制御される更に下流の因子に起こっている可能性が考えられた。肺癌細胞にEgr-1を強制発現させることにより、IGFBP-4,IGFBP-2,NGFI-Abinding protein-2(NAB2),Vascular Endothelial Growth Factor-A(VEGF-A)が誘導された。それぞれの分子はそのpromoterにCpGアイランドを有していることから、種々の肺癌培養細胞および肺癌組織を用い、その発現態度とpromoterのメチル化との関連性について検索した。その結果、IGFBP-4/-2の発現性は肺癌の進行とともに減弱し、それと逆相関するようにIGFBP-4/-2promoterのメチル化が高頻度に起こっていることが判明した。またIGFBP-4/-2promoterのメチル化により発現低下が見られていた肺癌培養細胞にDNAメチル化酵素阻害剤を添加することにより、IGFBP-4/-2の発現は顕著に改善した。一方、前年度の検討により、肺癌培養細胞株においてEgr-1promoterは全くメチル化されていないことが判明していたが、NAB2およびVEGF-A promoterについても更に検索を進めたところ、肺癌培養細胞においてNAB2およびVEGF-Apromoterには全くメチル化が検出されず、さらにEgr-1、NAB2、VEGF-A遺伝子promoterはin vivoにおいても全くメチル化されていないことが判明した。肺癌組織におけるEgr-

1、NAB2、VEGF-Aの発現態度を見ると、Egr-1はいずれの症例においても肺癌細胞に高発現しているのに対し、VEGF-Aの発現はNAB2の発現が減弱した癌細胞に強く見られる傾向があった。VEGF-Aの誘導因子として知られているHypoxia-inducible factor-1α(HIF-1α)の発現は検索した肺癌組織内には殆どみられないことから、肺癌細胞におけるVEGF-Aの発現はEgr-1とNAB2により制御されていることが強く示唆された。
光波による複素係数信号処理と超高速光ネットワーク論理回路

微弱なエネルギーを単位とするフォトンを介した信号処理は、超高速化、波長多重による大容量化と低消費電力化の点で優れており、通信システムに大きな技術進歩をもたらす可能性がある。本研究では、情報通信サービスの膨大な通信需要に対応できる新しい通信網構築技術の基礎なる光リンクや光ノード処理に適用可能な超高速光ネットワークのための光信号処理と光論理機能の基礎研究開発を行った。具体的な研究内容としては、コヒーレントな光信号を利用した複素係数信号処理による変復調相互変換技術と、将来の超高速ネットワークに用いる論理機能の提案とその性能評価を行った。微弱なエネルギーを単位とするフォトンを介した信号処理は,超高速化,波長多重による大容量化と低消費電力化の点で優れており,通信システムの大きな技術進歩をもたらす可能性がある.本研究では,映像,データベースなど,情報通信サービスの膨大な通信需要に対応できる新しい通信網構築技術の基礎となる光リンクや光ノード処理に適用可能な超高速光ネットワークのための光信号処理と光論理回路の基礎研究開発を行う.研究内容としては,コヒーレントな光信号を利用した複素係数信号処理による変復調相互変換技術により,基本要素技術を確立し,実装に向けたモデル化を行う.次に,将来の演算・記憶・伝達機能の集積化を想定したネットワークチップの可能性を探索する.初年度の本年は,光波信号処理による光変復調技術を中心に研究を実施した.光によるヒルベルト変換法とその振幅特性制御によるピーク対平均電力比の改善効果と,光ファイバ伝送劣化の関係を明らかにした.また,光トランスポートネットワークスイッチ規模低減のための光信号粒度に関する研究を実施した.また,両側波帯変調および単側波帯変調における変調相互変換のために,位相感応光増幅器を用いる方法を提案し,理論的な検討を行った.研究の進捗は,交付申請書記載の通りに概ね推移しており,順調である.微弱なエネルギーを単位とするフォトンを介した信号処理は,超高速,波長多重による大容量化と低消費電力化の点で優れており,通信システムの大きな技術進歩をもたらす可能性がある.本研究では,映像,データベースなど,情報通信サービスの膨大な通信需要に対応できる新しい通信網構築技術の基礎となる光リンクや光ノード処理に適用可能な超高速光ネットワークのための光信号処理と光論理回路の基礎研究開発を行う.研究内容としては,コヒーレントな光信号を利用した複素係数信号処理による変復調相互変換技術により,基本要素技術を確立し,実装に向けたモデル化を行う.次に,将来の演算・記憶・伝送機能の集積化を想定したネットワークチップの可能性を探索する.2年目の本年は,光波信号処理による光変復調技術を中心に研究を実施した.その第一は,光ファイバ伝送中の非線形光学現象を回避できる光単側波帯変調のために,キャリアの有無の検討と,ヒルベルト変換処理の振幅特性を高域通過型にしてその遮断周波数により側波帯抑圧比および非線形光学現象の発生閾値入力強度の検討を行った.パラメータに検討を行った.第二には,これらの処理を実装して行くための検討として,幾つかの窓関数に対して必要となるタップ数を側波帯抑圧比を評価関数として検討した.第三には,変調および変調変換処理を周波数領域で実施する場合の処理の効率化に関して検討した.の処理方法について検討した.その他に,光ネットワークノードへの応用を念頭に,逆多重化光ネットワークにおける遅延時間の検討を実施した.進捗は,交付申請書記載の通りに概ね推移しており,順調である.ただし,外部発表の機会が年度末投稿となり,研究期間の延長を申請し,承認されている.微弱なエネルギーを単位とするフォトンを介した信号処理は,超高速,波長多重による大容量化と低消費電力化の点で優れており,通信システムの大きな技術進歩をもたらす可能性がある.本研究では,映像,データベースなど,情報通信サービスの膨大な通信需要に対応できる新しい通信網構築技術の基盤となる光リンクや光ノード処理に適用可能な超高速光ネットワークのための光信号処理と光論理回路の基礎研究開発を行う.研究内容としては,コヒーレントな光信号を利用した複素係数信号処理による変復調相互変換技術により,基本要素技術を確立し,実装に向けたモデル化を行う.次に,将来の演算・記憶・伝送機能の集積化を想定したネットワークチップの可能性を探索する.本年は,申請期間最終年度の昨年度末に外部発表として投稿した研究成果の発表を国際会議で実施した.当該の国際会議は東京開催のThe 24th Congress of the International Commission for Opticsである.歴史ある国際会議で,先進国だけでなく,発展途上国からも多くの参加者が集い,開会式では天皇・皇后両陛下のご臨席があった.発表のセッションは光通信のセッションで,聴衆は30名ほど.発表した成果は,光単側波帯変調信号の光電界複素振幅が時間的に描く軌跡を実験的に観測したこと.ほぼ理論どおりの楕円に類する軌跡を描くことが実験的に立証された.質疑応答を通じて,研究の次の課題や展開に見通しを持つことができた.微弱なエネルギーを単位とするフォトンを介した信号処理は、超高速化、波長多重による大容量化と低消費電力化の点で優れており、通信システムに大きな技術進歩をもたらす可能性がある。

変復調変換技術およびヒルベルト変換方位について,電気的な方法を参照しながら光波信号処理方式の提案につなげることでより一層の研究の発展が期待できると考えられる.またベース光回路・導波露の機能性についても,遅延と分散のみならず非線形応答も視野に入れることで可能性が増すと期待できる.本年までが当初の研究期間であり,年度末に成果発表投稿がずれ込んだ.そのため,翌年度は,その投稿を踏まえた研究成果を実施する.その上で,成果の総括を行う.通信工学研究の進捗に合わせた予算の執行の結果,購入予定が次年度に繰越されたものがあるため.研究成果を取りまとめた論文および国際会議論文投稿が当初研究計画期間の終了間際となり,その出版費用ならびに国際会議参加費用が次年度に生じるため.当初計画の執行計画とあわせて,次年度使用額は,前年度の研究の進捗により得られた知見を利用した仕様による物品購入を行う予定である.国際会議参加費と旅費に充当する.
温暖化がもたらす時間的隠れ家の増大によるカイガラムシのエスケープの検証

カイガラムシの大発生と温暖化との関連を解明する目的で、シミュレーション実験を行った。その結果、カイガラムシとその主要な天敵である寄生蜂について、特に盛夏の高温条件における発育限界温度が異なるとき、温暖化によってカイガラムシと寄生蜂の成長速度がずれ、カイガラムシの大発生が引き起こされる可能性が示唆された。また、温暖化が進行した場合のカイガラムシの分布を予測し、樹幹注入による対策法を確立した。温暖化がもたらす影響は、生物によって異なる。この影響の相違は、生物間相互作用に働き、系の動態を変化させる可能性がある。このような現象は、寄主と、それに生活史を同期させている寄生者の間で起こりやすく、特に、寄主の特定の発育段階しか利用できない単食性の捕食寄生者に対して致命的に作用すると考えられる。現在、このような機構によって天敵寄生蜂の個体群成長が阻害され、寄主であるカイガラムシの大発生を引き起こしたと思われる事例が、東日本の里山地域を中心に起こっている。申請研究では、温暖化が種間相互作用に影響を与え害虫を大発生させる機構について考察し、理論研究と実証研究を組み合わせて解明することを目的としている。I.カツラマルカイガラムシと寄生蜂Pteroptrix sp.の基礎的な生活史特性の解明1)温度が発育と生存に及ぼす影響の解明カツラマルカイガラムシと寄生蜂の飼育系を確立する。その後、人工気象器を用いて20°C28°Cまでの5段階の異なる温度条件を設定し、カイガラムシとその寄生蜂を飼育する。各条件における発育時間から発育ゼロ点T0と有効積算温度Kを求める。2)増殖率・寄生率・性比の解明各温度条件下でのカイガラムシと寄生蜂の増殖過程を解明する。ここでは、カツラマルカイガラムシの増殖率、寄生蜂の寿命と1雌あたり産卵数、性比などの生活史特性及び、寄生蜂の行動や寄主との遭遇率なども明らかにし、寄主と寄生蜂の種間相互作用の詳細を解明する。これらの基本的パラメーターにより、理論モデルによるシミュレーションの精度を高める。II.カツラマルカイガラムシの理論モデルの構築カツラマルカイガラムシの大発生における温暖化や寄生蜂の影響を解明するため理論モデルを作成し、パラメーターを操作して、大発生の機構を解明する。モデルは、矢野(1990)のレスリー行列モデルを骨格としたプログラミングモデルを採用する。このモデルは、個体群成長モデルに齢構成を組み込んだもので、齢に依存する増殖率や死亡率をもつ種の個体数変化を表現するのに適している。すなわち、時間的隠れ家などの発育段階における特性を扱う申請研究に都合がよい。しかし、レスリー行列モデルは、温度や日長によって次の齢へ移行する時間が変化する変温動物に対しては扱いが難しい。そこで、プログラミングを用いることよって、次の発育段階に進むまでの時間を温度や日長に従属させる。申請研究では、温暖化が種間相互作用に影響を与え害虫を大発生させる機構について考察し、理論研究と実証研究を組み合わせて解明することを研究課題の最終目的としている。平成23年度は以下の研究成果を得た。I.カツラマルカイガラムシ及び寄生蜂Pteroptrix sp.の基礎的な生活史特性及び寄生行動の解明1)分布・増殖率・寄生率・性比の解明カツラマルカイガラムシは、寄主の窪んだ場所などに集中的に分布する傾向があることが明らかになった。この理由としては、寄生蜂からの寄生回避も考えられた。また、寄生蜂のカイガラムシへの寄生行動を解析し、カイガラムシが若齢の時は寄生が容易であるが、老齢になりカイガラを形成すると寄生は困難となることが明らかとなった。これは、寄生蜂による生物防除に寄主への寄生時期が重要であることを示唆している。II.カツラマルカイガラムシの理論モデルの構築カツラマルカイガラムシの大発生における温暖化や寄生蜂の影響を解明するため理論モデルを作成する第一段階として、日本の各地域の平均気温を入力すると、カツラマルカイガラムシの1年の化性と発育段階を予測するモデルを作成した。このモデルにより、地域によって1年に2化と部分的には3化する個体群が存在する可能性が示唆された。温暖化がもたらす影響は生物によって異なるとされ、その影響の相違は、種間相互作用を変化させる可能性がある。例えば、昆虫等の変温動物において、温度は成長速度を決定する重要な要因であるため、温暖化は2種の成長速度に異なる変化を与えることになる。

このような現象が、寄主の特定の発育段階しか利用できない捕食寄生者とその寄主の間で起こった場合、捕食寄生者は自身が利用できない発育段階(時間的隠れ家)の寄主に晒される機会が増大し、寄主は捕食寄生者からエスケープすることが可能となる。本研究では、このような機構によって引き起こされたと考えられる東日本の里山地域におけるカイガラムシの大発生について、実証研究と理論研究の両面から考察した。その結果、理論上カイガラムシは温暖化によって大発生することが明らかになった。当初、昆虫の温度に対する反応を決定するパラメータとして、発育ゼロ点および有効積算温度に注目していたが、これらは温暖化による生活史のずれを再現する上でそれほど重要なパラメータではなかった。一方で、発育上限温度が種間で異なる場合、温暖化は2種の成長速度に大きなずれをもたらす可能性が示唆された。温暖化は一般的に昆虫の成長を促進するが、盛夏の高温条件においては逆に昆虫の成長を抑制し、種間相互作用を変化させた。過去の気象データの分析によれば被害地において温暖化は着実に進行しており、最高気温が30°C以上になる日の出現頻度も増加しているため、寄生バチとカイガラムシの発育上限温度の差によって時間的隠れ家が増大した可能性は高い。また、野外調査ではカイガラムシや寄生バチの分布・個体数調査に留まらず、樹幹注入によるカイガラムシの防除法を確立し、被害の低減に貢献した。さらに、本研究では温暖化が進んだ場合におけるカイガラムシのハザードマップも作成しており、今後の温暖化の進行をふまえて引き続き注視していく予定である。温暖化がもたらす影響は、生物によって異なる。この影響の相違は、生物間相互作用に働き、系の動態を変化させる可能性がある。このような現象は、寄主と、それに生活史を同期させている寄生者の間で起こりやすく、特に、寄主の特定の発育段階しか利用できない単食性の捕食寄生者に対して致命的に作用すると考えられる。現在、このような機構によって天敵寄生蜂の個体群成長が阻害され、寄主であるカイガラムシの大発生を引き起こしたと思われる事例が、東日本の里山地域を中心に起こっている。申請研究では、温暖化が種間相互作用に影響を与え害虫を大発生させる機構について考察し、理論研究と実証研究を組み合わせて解明することを研究課題の最終目的としている。平成24年度は以下の研究成果を得た。I.カツラマルカイガラムシ及び寄生蜂Pteroptrix sp.の基礎的な生活史特性及び寄生行動の解明カイガラムシの若齢の分布様式について調査した。その結果、カイガラムシの定着場所としては、直径が1cmから1.5cmの枝を好んで定着する傾向があった。一方、垂直分布に関しては地表面から40cmから50cmの部位を好んで定着していた。このような生息場所の選択性の要因を検討中である。II.カツラマルカイガラムシの理論モデルの構築昨年、日本の各地域の平均気温を入力すると、カイガラムシの1年の化性と発育段階を予測するモデルを作成した。このモデルをもとに日本各地域でのカイガラムシの分布拡大に関するシュミレーション実験を行った。現在、この結果を解析し、カイガラムシの分布拡大と温度との関係を考察している。
ヒトiPS細胞とオプトジェネティクスによる運動機能再建と横隔膜ペーシングへの応用

神経損傷や運動ニューロン疾患による運動麻痺への有用な治療法が求められている。当グループでは、胎児由来運動神経細胞、またはマウスES細胞・ヒトiPS細胞由来運動神経前駆細胞を損傷末梢神経内に移植し、脱神経筋の再支配による運動機能再建と電気刺激による制御が可能である事を示してきた。本研究では光感受性チャネルロドプシンを導入したヒトiPS細胞由来運動神経細胞を坐骨神経損傷モデルに移植し、運動機能再建および光刺激による骨格筋の制御を行う。また、高位脊髄損傷やALSなどの難治性神経変性疾患における呼吸筋麻痺を標的とし、横隔神経損傷モデルに同細胞を移植し、光制御可能な横隔膜ペーシング技術を開発する。(1)光感受性チャネルロドプシン(ChR2(H134R))を発現するヒトiPS細胞由来運動ニューロンの作成ヒトiPS細胞由来運動ニューロンに、レンチウイルスベクター(pLenti-Synapsin-hChR2(H134R)-EYFP-WPRE)を用いてChR2(H134R)を導入した。ヒトiPS細胞由来運動ニューロンでChR2(H134R)が発現していることを、免疫染色とWestern-blottingで確認した。ChR2(H134R)を導入した運動ニューロンで青色光の照射により活動電位が誘発されることを多電極アレイ(Multi electrode array:MEA)を用いて確認した。光刺激により低侵襲に、しかも細胞種特異的に刺激するという本研究の臨床応用に向けた課題において、光刺激により活動電位が誘発される運動ニューロンの作成は、重要性が高いと考える。ラット坐骨神経切断モデルに、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンを移植した。in vivo bioluminescence imaging(BLI)で移植細胞のイメージングを行い、細胞の生着を観察した。電気刺激で、約半数の動物で筋収縮と筋活動電位が確認された。現在詳細な解析を進めている。ヒトiPS細胞由来運動ニューロンの移植により脱神経筋の再支配が可能であることを示しており、重要な結果であると考える。現在、ChR2(H134R)を導入した運動ニューロンを移植し、光刺激による筋収縮を得るための条件を検討している。ヒトiPS細胞由来運動ニューロンにChR2(H134R)を導入し、光刺激により活動電位を誘発する事に成功している。また、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンをラット坐骨神経切断モデルに移植し、生着することを確認した。また電気刺激による筋収縮と筋活動電位を確認している。ラット坐骨神経切断モデルをおいて、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンの移植により、脱神経筋を再支配し、光刺激による筋収縮を確認すること。その後、大型モデル動物であるミニブタの横隔神経損傷モデルに、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンを移植する。移植部位に青色光を照射し、横隔膜の筋収縮を評価し、組織学的評価も行う。

また、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンをラット坐骨神経切断モデルに移植し、生着することを確認した。また電気刺激による筋収縮と筋活動電位を確認している。ラット坐骨神経切断モデルをおいて、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンの移植により、脱神経筋を再支配し、光刺激による筋収縮を確認すること。その後、大型モデル動物であるミニブタの横隔神経損傷モデルに、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンを移植する。移植部位に青色光を照射し、横隔膜の筋収縮を評価し、組織学的評価も行う。
理論と実験の結合による新規反強誘電性層状酸化物の開拓と結晶化学的チューニング

反強誘電体に電場を印加すると、反並行に整列していた電気双極子が同じ向きに揃う。この特徴的な挙動を活かして、パワーデバイスや電気エネルギー貯蔵材料への応用が期待されている。こうした応用には、用途毎に特性をチューニングする必要があるが、現状ではそれが可能な反強誘電体の設計指針が確立されているとは言えない。本研究では、層状ペロブスカイト酸化物の化学組成のバリエーションの豊富さと、層状構造の本質ともいえる層間のデカップリングに着目し、高いチューナビリティを実現する新規反強誘電体を開拓することを目的とする。第一原理計算によるスクリーニングを行った後、候補物質の合成・構造解析・誘電特性評価を行い、反強誘電性および相転移温度・電場の組成依存性を実験的に評価する。その結果を結晶化学的に理解することにより、自在な特性チューニングの指針を確立するとともに、層状物質における構造物性相関の学理の構築に繋げる。本年度はまず、第一原理計算を用いてDion-Jacobsen型層状ペロブスカイトCsNdNb2O7およびRbNdNb2O7の最安定構造を探索し、その化合物の合成とキャラクタリゼーションを行なった。第一原理計算から、これらの物質では反極性構造と極性構造の全エネルギーが計算誤差の範囲内で一致し、反強誘電体になりうることが予想された。これらの物質を固相反応法により合成し、放射光X線回折による結晶構造解析、光第二高調波測定、および電気特性評価を行なった。結果として、強誘電性を示すことがわかった。第一原理計算を用いて、Dion-Jacobsen型層状ペロブスカイト酸化物CsNdNb2O7およびRbNdNb2O7の最安定構造を探索した。まずは八面体回転をもたない母構造モデル(空間群:P4/mmm)を作成し、その格子定数および原子位置を十分に緩和させた後、フォノン周波数を計算し、虚数振動数をもつ不安定モードを追跡していくことで安定構造を探索した。その結果、反極性構造と極性構造の全エネルギーが計算誤差の範囲内で一致することがわかった。このことは、これらの物質が反強誘電体になりうる可能性を示唆する。続いて、これらの物質の合成、構造解析、誘電特性評価を行った。固相反応法により単相の試料を得ることができた。次に、放射光X線回折測定を行い、リートベルト法を用いて精密構造解析を行った。その結果、いずれの物質の結晶構造も極性空間群に属することがわかった。また、光第二高調波測定により中心対称性が消失していることがわかった。P-E測定の結果からこれらの物質が強誘電性を示すことがわかった。このように、まだ反強誘電体を合成するところには至っていないものの、反強誘電体になりうる物質群の検討がついたと言える。これまで取り扱ってきたDion-Jacobsen型層状ペロブスカイト酸化物CsNdNb2O7およびRbNdNb2O7は反強誘電体に近いところにある。よって、この組成の近辺を元素置換や固溶体合成により探索する。また、別の層状ペロブスカイトであるRuddlesden-Popper型A2A'B2O7についても、第一原理計算を用いて安定構造探索を行い、反強誘電体になりうるかを検討する。

このことは、これらの物質が反強誘電体になりうる可能性を示唆する。続いて、これらの物質の合成、構造解析、誘電特性評価を行った。固相反応法により単相の試料を得ることができた。次に、放射光X線回折測定を行い、リートベルト法を用いて精密構造解析を行った。その結果、いずれの物質の結晶構造も極性空間群に属することがわかった。また、光第二高調波測定により中心対称性が消失していることがわかった。P-E測定の結果からこれらの物質が強誘電性を示すことがわかった。このように、まだ反強誘電体を合成するところには至っていないものの、反強誘電体になりうる物質群の検討がついたと言える。これまで取り扱ってきたDion-Jacobsen型層状ペロブスカイト酸化物CsNdNb2O7およびRbNdNb2O7は反強誘電体に近いところにある。よって、この組成の近辺を元素置換や固溶体合成により探索する。また、別の層状ペロブスカイトであるRuddlesden-Popper型A2A'B2O7についても、第一原理計算を用いて安定構造探索を行い、反強誘電体になりうるかを検討する。
中枢神経系特異的MINT遺伝子欠損マウスの解析

1)MINT遺伝子に対するコンディショナル・ノックアウトマウスの作成(1)MINT遺伝子の全長を含むBACクローンを同定し、G418耐性遺伝子を含むターゲティング・ベクターを構築した。(2)ES細胞TT2株にエレクトロポレーション法にてターゲティング・ベクターを導入、G418存在下で培養することで相同組換え体の候補となる細胞株を単離、PCR法、サザンブロット法を用いて相同組換え体であることを確認した。(3)Creリコンビナーゼを発現するアデノウイルスを用いてG418耐性遺伝子を欠失させた細胞株を単離、PCR法、サザンブロット法を用いて相同組換え体であることを確認した。(4)相同組換え体をマウス胚に注入してキメラ・マウスを作成した。今後、得られたキメラ・マウスを野生型C57BL/6マウスに交配してコンディショナル・ノックアウト・マウスを樹立予定。MINT mRNAは脳、精巣、胸腺、脾臓に発現が確認されているが脳内における微細な発現部位は明らかにされていない。In situ hybridization法に用いることができるプローブを作成し、予備的ではあるが、脊髄、後根神経節、大脳皮質等に発現を確認した。3)抗MINTポリクローナル抗体の作成大腸菌を用いてGST融合タンパク質としてマウスMINT蛋白の一部を大量発現した。今後、ラビットに免疫することでポリクローナル抗体を作成する。
マウス新規ヘツジホツグ受容体;パッチ2の胚発生、及び成体での機能解析

平成13年度に設けた研究実施計画の成果は以下の通りである。(A)PTCH2のマウス胚発生過程での機能解析遺伝子ターゲッティングによりPtch2遺伝子を破壊した。Ptch2ヘテロマウスは顕著な異常を示さず、ヘテロマウス同士を交配しホモ胚を作成した。その結果、ホモ胚は正常に出生すること、出生後も野生型個体と変わらず成長、加齢を示すことがわかった。Northern analysisの結果からPtch2の正常なmRNAは産生されていないことを確認した。PTCH2蛋白質が失われたかどうかを確認するため、PTCH2特異的な抗体を用いて引き続き検討中である。(B)Ptch2の変異と癌の発症との関係ヒトの癌組織からPtch2遺伝子の変異が発見されPtch2も癌抑制遺伝子であることが示唆されている。我々はPtch2遺伝子産物の癌抑制効果を検討するためにヘテロマウスとホモマウス集団について発癌頻度をモニター中であるが、現在までの観察によりヘテロおよびホモマウス集団からは有意な発癌率の向上は観察されない。しかしホモマウス集団中に脱毛を伴う皮膚の異常を示す個体が多く観察された。我々は毛嚢でのPtch2遺伝子の高い発現を報告している。最近、成体の毛嚢でもPtch2遺伝子が発現していることを確認した。現在その異常について、発症頻度の雌雄の別、週齢、発症部位、組織学的所見について詳細な検討を行っている。同時に皮膚の裂傷治癒過程に障害がある可能性があり、皮膚再生過程におけるPtch2の機能についても検討している。平成12年度に設けた研究実施計画の成果は以下の通りである。(A)PTCH2のマウス胚発生過程での機能解析遺伝子ターゲッテイングによりPtch2遺伝子を破壊した。実際に遺伝子破壊によりPTCH2蛋白質が失われたかどうかを確認するため、PTCH2特異的な抗体を用いて検討中である。(B)Ptch2の変異と癌の発症との関係ヒト及びマウスのPtch1遺伝子は癌抑制遺伝子である。そのことはPtch1遺伝子の欠損マウスで癌が多発することからも示された。我々はPtch2遺伝子産物の癌抑制効果を検討するためにヘテロマウスとホモマウス集団について発癌頻度をモニター中である。現在までの観察によりヘテロマウス集団からは有意な発癌率の向上は観察されない。しかしホモマウス集団中に皮膚に異常を示す個体が多く観察された。ホモマウス集団中で観察された皮膚の異常はPtch2遺伝子の欠損が原因であることが示唆される。現在その異常について、腫瘍であるかどうか、発症頻度の雌雄の別、週齢、発症部位、組織学的所見について詳細な検討を行っている。
細胞内情報伝達は単なる一方通行？

大腸菌は外環境シグナルを走化性受容体によって認識し受容体に結合したCheAの自己リン酸化活性が調整される。CheAのリン酸基は速やかにCheYに転移されべん毛モーターに結合してモーターの回転方向をCCW回転CW回転へと転換する。本研究では情報伝達フィードバック機構の有無を検証した.同一菌体中有の2個のべん毛モーターの片方のモーターの強制回転停止実験を行なった.その結果,回転停止直後に,片方のモーターのCW biasが徐々に上昇する傾向が見られた。これは、片方のべん毛モーターを強制的に回転停止することにより受容体が活性化し、もう片方のモーターのCW回転の割合を上昇させた可能性が考えられる。大腸菌における情報伝達におけるアウトプットはモーターの回転方向の転換である.そこで,回転自体を回転電場を与えることにより制御させることで,細胞内の情報伝達におけるフィードバック機構を明らかにする.回転電場により積極的に外部からの力学刺激を加えることにより,モーター基部体へのシグナル分子の結合数の変化などを捉える.モーターのCW,CCW回転の持続時間の負荷依存性,強制回転中のモーター基部体へのシグナル分子の結合・解離の変化,モーター基部体へのシグナル分子の結合・解離の変化と負荷との関連性,を探ためのシステム開発を行った.まず,細胞の位置決めシステムの開発も合わせて行った.タングステン電極を用いた電場発生システムの構築のための,微細加工電極の作成,4本の電極の位置決めシステムの構築,などをくみ上げた.このシステムを用いて電極の位置,電圧,周波数などが発生トルクにどう影響するかの検証を行った.また,菌体ごとに大きさが異なるために,サイズを考慮した粘性抵抗係数を推定し,回転速度と発生トルクとの関係を検討した.今後は,電極の距離依存性,印加電圧との関係など基礎データを収集し,最適な回転速度を与えるシステムを構築する.また発生トルクが一定でも菌体ごとに回転周波数が異なってしまうため,菌体のサイズをオンタイムで取得し,最適なトルクを与えられるようなシステムの構築も検討している.今後は,このシステムに蛍光イメージングシステムを融合し,強制回転とモーター基部体への蛍光融合タンパク質の結合・解離とのイメージングの同時計測を構築させていきたい.発生トルクは印加電圧の二乗に比例することがわかり,この結果は,別の研究者との結果と一致した.まだ,印加周波数との関連,電極との距離依存性が確認できておらず,今後の課題となる.大腸菌は外環境刺激に応じてべん毛モーターの回転方向を制御し、自身にとってより好ましい環境へと移動する走化性を有している。外環境シグナル(誘引物質や忌避物質)は細胞極に局在する走化性受容体によって認識され、受容体に結合したCheAの自己リン酸化活性が調整される。CheAのリン酸基は速やかにCheYに転移され、リン酸化CheYはシグナル伝達分子として細胞質を伝わり、べん毛モーターに結合してモーターの回転方向をCCW回転CW回転へと転換する。従来の研究では、入力センサーである受容体から走化性システムの出力器官であるべん毛モーターへの一連のシグナル伝達のメカニズムについて詳しく研究されてきた。しかし、先行研究でべん毛モーターへの負荷が走化性応答に影響することがわかってきている。これは外界からの刺激を受けたべん毛モーターが受容体の活性を制御するようなフィードバック機構の存在の可能性を示唆している。そこで、本研究ではべん毛モーターからの情報伝達フィードバック機構の有無を、ガラスニードルを用いた方法で検証した。べん毛モーターの強制回転停止実験を行なったところ、回転停止直後に,回転停止させなかったもう片方のモーターで回転方向変換が起きている菌体も観察された。そこで,両方のモーターについて回転停止前・停止中・停止後について時間変化を解析した。その結果,回転停止中に停止していない方のモーターのCW biasが徐々に上昇する傾向が見られた。また、どちらのモーターにおいても回転停止を解除するとCW biasが下降するような傾向が見られた。これは、モーターへの負荷が受容体の活性に影響を与えたことによりCW biasの数値変化に影響を及ぼしたのかもしれない。回転電場の構築は完了した.今後,基礎データの収集,回転速度の最適化,イメージングシステムの構築を行う生物物理学平成28年7月、本研究と研究内容が近い研究者における走化性物質と蛍光融合タンパク質に関する研究成果が発表されたことが判明した。本研究遂行上、当該成果を踏まえて回転電場システムの構築を再検討することになった.本年度は,蛍光イメージングのための励起用レーザーの導入,解析PCの新規導入を考えている
乳幼児期における援助行動および分配行動の発達メカニズムに関する研究

他者の好みに適切に応答する子どもの母親はそうでない子どもの母親に比してやりとりの中で子どもに対する模倣や感情コメントが多く,親の模倣や感情コメントは子どもの心の理解を促す可能性が示唆された。また,日本では母親が愛着恐れ型であるほどその子どもの心の理解の発達は遅れるのに対して,スリランカでは反対に子どもの心の理解の発達が早まることが明らかになり,子どもの心の理解の発達に及ぼす文化的養育背景の違いが問われた。1.研究目的本年度の研究調査では,平成20年度交付申請書の目的1の一部,および目的2の一部について検討した。それは, (1)各種条件における分配行動の発達的変化を把握すること,(2)分配行動の個人差に対する親の関わり方の影響のあり方を検討することである。本年度においては1組の子ども-保護者ペアに対して2回の調査を試みたが, 2回目に参加したペア数は少数で,親子の情動制御パターンの関与を検討できなかった。2.研究方法生後1330ヶ月の子どもとその保護者40組が調査に参加し,学外施設の個室内で親子の心身に負担にならないための予防と対応に配慮して調査を行った。分配行動の場面の録画・観察は平成20年度交付申請書が示すように,好み一致,好み一致・障壁,好み不一致,好み不一致交代条件で実施した。また予備的に,分配行動の観察において,喜び・好み一致/不一致条件および嫌悪・好み一致/不一致条件の4条件での分配行動も観察した。そして親の関わり方については親子の自由遊び場面を録画・観察し, Meins(2003)のMind-mindednessの行動指標に沿って評定した。3.研究成果(1)分配行動の発達:好み一致,好み不一致,好み不一致・交代,好み一致・障壁の4条件と月齢が応答の仕方にどのように影響するのか統計的に検討したところ,特に有意な結果は得られなかった。サンプル数を増やし再度検討することが問われた。(2)母親の各行動と月齢と適切な応答の成否の関連を検討したところ,有意な結果としてまず,嫌悪・一致条件で他者の好みに適切に応答する子どもの母親はそうでない子どもの母親に比べて,子どもの行動を模倣することが多かった。また,嫌悪・不一致条件で他者の好みに適切に応答する子どもの母親はそうでない子どもの母親に比べて,子どもの視線変化の先にある対象を頻繁にまたは長時間見ることが分かった.1.研究目的平成21年度の研究の目的は,他者の心の理解を反映する分配行動の個人差にいかに親子の情動制御パターンがいかに寄与するかを解明することであった。そこで特に,愛他的動機に基づく分配行動か否かをみる好み一致・障壁条件や,自らの欲求を抑制した分配行動か否かをみる好み不一致・交代条件と,親のかかわり方との関連性を検討した。ただ調査遂行の中で,親の現行のかかわり方よりも親の一貫した特性が子どもの他者の心の理解に大きくかかわる可能性に至り,また,親の特性と心の理解の関連性に関する議論が盛んになっている動向に鑑みて,親の愛着パターンと子どもの心の理解の発達との関連性を検討した。2.研究方法(1)分配行動;生後1330ヶ月の子どもとその保護者が学外施設の個室内での調査に参加した。分配行動場面と親子のかかわり場面は録画され,本研究で定めた行動コーディングに従って子どもおよび保護者の行動を評定した。(2)心の理解:日本およびスリランカの幼稚園や家庭において生後4085ヶ月の子どもにWellman&Liu(2004)の心の理論課題を参考にした課題を実施し,母親に愛着パターンに関する質問紙を実施した。3.研究成果(1)好み一致・障壁条件で,自分も実験者も好まない玩具を渡す子どもの母親よりも自分も実験者も好む玩具を渡す子どもの母親のほうが有意に親の子どもに対する感情コメントが多かった。子どもの愛他的な他者への分配行動促すものとして子どもの感情に対する親の注意・コメントが重要である可能性が示唆された。(2)日本においては,愛着恐れ型の母親ほどその子どもの心の理論発達が遅かった。またそれとは反対にスリランカでは愛着恐れ型やとらわれ型など見捨てられ不安の高い母親ほどその子どもの心の理論発達は早かった。日本とスリランカで子どもの心の理解に対する親の愛着の影響が異なることは今後検討の余地がある。
シームレス情報通信網の設計と性能評価のための通信トラヒック解析

1.移動体通信システムの呼入力制御CDMA方式によるセルラ移動体通信システム上にインターネットトラヒックがあるとき,音声がデータパケットに対してチャネル使用の優先権をもつモデルについて,通話中の強制切断確率を最小にするように音声通話の受け入れを制限する呼入力制御(call admission control)方式を,Markov決定過程を応用して設計した.2.IEEE1394シリアルバスインタフェースの性能解析情報家電端末やCCDカメラをつなぐ高速シリアルバスインタフェースとして製品化が進んでいるIEEE1394プロトコルにおける,等時パケットと非同期パケットの伝送遅延特性を,2次元Markov過程を用いた待ち行列理論モデルとシミュレーションにより解析した.3.波長多重光通信ネットワークにおける波長変換装置の最適配置光通信ネットワークにおいて,波長多重化の効率を高めるために使用される波長変換装置の最適な配置を,遺伝アルゴリズム(genetic algorithm)により高速に決定する方法を開発した.計算の効率と精度を関東地方の実際の電話局の位置から構成したネットワークに対して,全探索による計算と比較して検証した.4.待ち行列モデルの解析通信トラヒックの性能評価の基礎となるいくつかの待ち行列モデルを,確率過程論の応用により解析した.1.移動体通信システムの呼入力制御CDMA方式によるセルラ移動体通信システム上にインターネットトラヒックがあるとき,音声がデータパケットに対してチャネル使用の優先権をもつモデルについて,通話中の強制切断確率を最小にするように音声通話の受け入れを制限する呼入力制御(call admission control)方式を,Markov決定過程を応用して設計した.2.IEEE1394シリアルバスインタフェースの性能解析情報家電端末やCCDカメラをつなぐ高速シリアルバスインタフェースとして製品化が進んでいるIEEE1394プロトコルにおける,等時パケットと非同期パケットの伝送遅延特性を,2次元Markov過程を用いた待ち行列理論モデルとシミュレーションにより解析した.3.波長多重光通信ネットワークにおける波長変換装置の最適配置光通信ネットワークにおいて,波長多重化の効率を高めるために使用される波長変換装置の最適な配置を,遺伝アルゴリズム(genetic algorithm)により高速に決定する方法を開発した.計算の効率と精度を関東地方の実際の電話局の位置から構成したネットワークに対して,全探索による計算と比較して検証した.4.待ち行列モデルの解析通信トラヒックの性能評価の基礎となるいくつかの待ち行列モデルを,確率過程論の応用により解析した.1.マルチメディアトラヒック源のモデル化長記憶性が確認されているマルチメディアトラヒック源のモデルとして,サービス時間が分散をもたないPareto分布に従うときのM/G/∞待ち行列の系内人数の過程を用いる方法の妥当性を,シミュレーションで発生させた時系列の解析により検証した.2.移動体通信システムの性能評価CDMA方式によるセルラ移動体通信システムにおいて,新しく発生する呼が呼損になる確率,通話中のユーザが隣りのセルに移動するときハンドオフができずに強制切断される確率,及び通話が完了する確率を,多次元出生死滅過程モデルの数値計算とシミュレーションで評価した.これらの確率が,周波数分割方式による従来のシステムの場合とどれぐらい違うかを明らかにした.3.IEEE1394シリアルバスインタフェースの性能解析情報家電端末をつなぐ高速シリアルバスインタフェースとして製品化が進んでいるIEEE1394プロトコルにおける,等時パケットと非同期パケットの伝送遅延特性をMarkov過程を用いた理論モデルにより解析した.1.移動体通信システムの呼制御CDMA方式によるセルラ移動体通信システム上にインターネットトラヒックがあるとき,音声がデータパケットに対してチャネル使用の優先権をもつモデルについて,通話中の強制切断確率を最小にするように音声通話の受け入れを制限する呼制御(ca11 admission control)方式を,Markov決定過程を応用して設計した.2.IEEE1394シリアルバスインタフェースの性能解析情報家電端末やCCDカメラをつなぐ高速シリアルバスインタフェースとして製品化が進んでいるIEEE1394プロトコルにおける,等時パケットと非同期パケットの伝送遅延特性を,2次元Markov過程を用いた待ち行列理論モデルとシミュレーションにより解析した.3.波長多重光通信ネットワークにおける最適な波長変換装置の最適配置光通信ネットワークにおいては,波長多重化の効率を高めるために使用される波長変換装置の最適な配置を,遺伝アルゴリズム(genetic algorithm)により高速に決定する方法を開発した.計算の効率と精度を,関東地方の実際の電話局の位置から構成したネットワークに対して,全探索による計算と比較して検証した.
医療診断用超高感度ラマン増強基板の創製

銀超微粒子の表面プラズモン電場増強効果に加えて、鏡面結合型表面プラズモンを結びつけた超ラマン増強(U-SERS)素子を創製し、従来の医療診断用光技術分析法と比べて数百倍以上の感度を有し、微量成分検出が短時間で可能な超高感度メディカルセンサーとしての実用性を実証するとともに、その機構と最適基板構築のための条件を明らかにすることを目的として、1年間の計画的な研究を実施した。銀超微粒子の表面プラズモン電場増強効果に加えて、鏡面結合型表面プラズモンを結びつけた超ラマン増強(U-SERS)素子を創製し、従来の医療診断用光技術分析法と比べて数百倍以上の感度を有し、微量成分検出が短時間で可能な超高感度メディカルセンサーとしての実用性を実証するとともに、その機構と最適基板構築のための条件を明らかにすることを目的として、1年間の計画的な研究を進めた。その主な成果は以下の通りである。1)鏡面結合型素子の最適化:当該の目的に資する銀超微粒子層の作成法として、DCスパッタ法の有用性を改めて確証した。その条件、特にDCスパッタ時の放電条件を適切に選択することにより、鏡面結合型の利点を最大限に活用できる構造を特定した。その結果、1012倍以上の集団平均SERS増強率の実現という究極の目標達成には至らなかったものの、従来SERS基板の平均的な増強率(104106)を大きく上回る、1010倍以上の増強率が実現できることがわかった。2)実用素子としての新たな課題の抽出とその解決法:一方、メディカルセンサーとしての利用を図る上で、当該素子が極めて深刻な課題を抱えることもその後明らかになった。すなわち、医学・生物化学分析で常用される生理食塩水という環境に銀超微粒子が直接接触すると、ハロゲン化物イオンとの反応により銀超微粒子が即座に侵されて増強機能を失うという問題である。その解決法として、表面プラズモン増強電場を全く減衰させずに、その最表面に担持された検体分子のラマン信号を大きく増強する革新的な保護膜の開発に成功した。これにより銀超微粒子層の化学的・物理的な耐久性を十分確保した上で、最大108倍を超える実用素子を構築する道が開かれた。実際にこの素子を用いて、試験用色素分子のみならず、生体組織や細胞膜などの増強ラマン信号の検出にも成功した。
5-HT3受容体陽性細胞を標的とする過活動膀胱の新規治療法開発にむけた基礎的研究

本研究はセロトニン受容体の1つである5-HT3受容体の、膀胱機能における役割を明らかにすることを目的とした。発現解析により5-HT3受容体が排尿反射経路に豊富に存在することが分かった。この過程で膀胱筋層内に5-HT3受容体陽性細胞が散在することを発見したが、この細胞は副交感神経節後神経節の神経細胞と考えられた。これらの結果から5-HT3受容体は膀胱機能に何らかの役割を有していると考えられた。次に機能解析を行った。マウスに5-HT3受容体作動薬を投与すると頻尿状態となり、ヒトの過活動膀胱と類似した変化が認められることが分かった。5-HT3受容体は過活動膀胱の病態に関与している可能性が示唆される。本研究は、セロトニン受容体の一つである5-HT3受容体の膀胱機能における役割を明らかにすることを目的とした研究である。まず、5-HT3受容体陽性細胞がEGFPを発現するHtr3a-EGFP遺伝子改変マウスを用いて、膀胱、一次求心性神経、脊髄、遠心性神経といった排尿反射経路における5-HT3受容体の発現分布を検討した。5-HT3受容体は、一次求心性神経に豊富に発現し、その末梢枝と中枢枝がそれぞれ膀胱の粘膜下層や筋層と脊髄の後角や深層に分布していることが分かった。また、5-HT3受容体は、副交感神経節後神経節である骨盤神経節の神経細胞にも豊富に分布していることも分かった。この発現解析の過程で、膀胱筋層に5-HT3受容体陽性の細胞のような構造物が散在することが明らかとなった。当初この構造物は細胞であはないかと考えていたが、様々な膀胱切片を作成し詳細に解析した結果、その多くは5-HT3受容体陽性の神経線維の束であることが判明した。しかしながら、その一部は5-HT3受容体陽性の細胞であることも分かった。この細胞については免疫組織化学的な検討を行い、この細胞がc-Kit陰性、αSMA陰性、PGP9.5陽性、ChAT陽性であることが分かった。これらの免疫組織化学的検討の結果から、この細胞は副交感神経節後神経節の神経細胞の一部ではないかと考えられた。以上のように、5-HT3受容体は排尿反射経路に豊富に存在しており、膀胱機能において何らかの機能的役割を有している可能性が示唆された。当初、膀胱5-HT3受容体は豊富に存在すると考えていたが、詳細な形態解析の結果、それらは神経線維の束であることが分かり、膀胱5-HT3受容体陽性細胞はそれほど多くないことが判明したため。本研究は5-HT3受容体の膀胱における機能的役割を解明することを目的とした。まず排尿反射経路での5-HT3受容体の分布を検討した。Htr3a-EGFP遺伝子改変マウスを用いて膀胱や一次求心性神経、脊髄、遠心性神経での5-HT3受容体の分布を解析した。その結果5-HT3受容体が一次求心性神経に豊富に発現していること、その末梢枝が膀胱の粘膜下層と筋層に、その中枢枝が脊髄の後角や深層に分布していることが分かった。また5-HT3受容体が副交感神経節後神経節である骨盤神経節の神経細胞に豊富に発現していることも明らかにした。この過程で、膀胱筋層内に5-HT3受容体陽性の構造物が散在することを発見した。当初この構造物は細胞ではないかと考えたが、詳細な解析の結果、その多くは神経線維の束であった。しかしながら、一部は5-HT3受容体陽性の細胞であった。この細胞は免疫組織化学的検討によりc-Kit陰性、αSMA陰性、PGP9.5陽性、ChAT陽性であった。この結果から、この細胞は副交感神経節後神経節の神経細胞の一種ではないかと考えられた。5-HT3受容体は排尿反射経路に豊富に分布しており、膀胱において何らかの機能的役割を有している可能性が示唆された。マウスに5-HT3受容体作動薬を投与すると、頻尿状態となることが分かった。一方、5-HT3受容体のノックアウトマウスの膀胱機能は野生型マウスと明らかな差が無いことも分かった。5-HT3受容体は正常状態では機能しておらず、何らかの病的状態において頻尿となる病態に関与していると考えられた。また、マウスに5-HT3受容体作動薬を投与すると、最大膀胱容量が減少するとともに残尿量も減少することが分かった。最大膀胱容量の減少は求心性神経の5-HT3受容体、残尿量の減少は遠心性神経の5-HT3受容体の活性化によるものではないかと考えられた。