hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運動学習に伴う局所神経回路の変化

生物は、外部の刺激を知覚・認知して、特定の運動をすることを学習する。学習後、外部の刺激は多少変化しても、同一の運動をすることができ、脳内では柔軟な情報処理が行われると考えられる。本研究では、ラットに縦縞でレバーを押し、横縞で引くという視覚弁別誘発性の運動課題を学習させた。その後、縦縞/横縞のコントラストを変えた課題を遂行するときの神経活動を記録した。この結果、視覚野において、高コントラストで強い応答を示す細胞に加えて、低コントラストで強い応答を示す細胞も観察された。この低コントラスト選択性の細胞は、麻酔下ではほとんど観察されなかったことから、トップダウン入力が重要な働きをしていると考えられた。学習に伴って、どのように機能的神経回路が形成されていくのかについては、あまり理解されていない。本研究では、学習過程で、同期的に活動する一つ一つの細胞ペア、およびそれらから成る神経細胞集団はどのように変化していくのかを明らかにする。さらに、ここで観察された変化は、脳領域によって異なるのか、課題の難易度、学習成績に応じて異なるかどうかについても検討する。まず、行動実験系の確立を行った。頭部を固定したラット個体動物に、特定の視覚刺激Aを提示したときには、レバーを押し、特定の視覚刺激Bを提示したときにはレバーを引くということを学習させた。二種類の視覚弁別刺激に対応して、二種類の運動出力を行わせた。あらかじめ、押すと引くの二種類の運動があることを学習させておくと、弁別開始から10日間近くで、視覚弁別誘発性の運動課題の学習が達成された。この学習達成後、視覚弁別刺激の難易度を上げると、それに応じて正答率が30%程度のふれ幅をとることが確認された。2時間で平均450試行程度、課題遂行した。また、このとき、視覚刺激提示から運動開始までの時間(反応時間)についての検討を行うと、弁別の難易度に応じて、有意に反応時間の増大が観察された。さらに、この課題遂行時に、シリコンプローブを用いて、一次視覚野、高次運動野から、多細胞の神経活動をマルチユニット記録した。まだ、課題の学習達成後しか、神経活動記録を行っていないが、電極の抜き差しをして、1週間以上にもわたる記録にも成功しており、今後、学習過程での連続した記録も可能であることが期待される。本研究では、学習過程で、同期的に活動する一つ一つの細胞ペア、およびそれらから成る神経細胞集団は、どのように機能的に変化していくのかを明らかにすることを目指している。前年度までに実験系の確立を行った行動課題を、当該年度も引き続き、頭部を固定したラット個体動物に行わせた。特定の視覚刺激(縦縞)を提示したときには、レバーを押し、特定の視覚刺激(横縞)を提示したときには、レバーを引くということを関連づける、視覚弁別誘発性の運動課題を行わせた。コントラスト100%で、ラットに見えやすい視覚刺激を用いて弁別を行わせるだけでなく、コントラストを変えることによって、ラットに見えにくい刺激にした。この視覚弁別誘発性の運動課題を遂行するラットの一次視覚野、高次運動野から多細胞の神経活動を一斉にマルチユニット記録した。一次視覚野の神経細胞は、基本的にはコントラストが上昇して、弁別の難易度が低くなるにつれて、神経活動が大きい。だが、中には、難易度に関わらず、ほとんど神経活動の大きさを変えないもの、逆に難易度が高くなるにつれて、神経活動が大きくなる細胞も存在していた。また、興味深いことに、視覚刺激提示から時間が経つにつれて、神経活動が大きくなるものも存在した。そして、学習が成立する前と後とで、同じ個体動物から課題遂行中の神経活動を記録することに成功している。学習の前後で神経活動にどのような違いがあるのかについて、今後、解析を進める予定である。視覚弁別誘発性の運動課題を遂行するラット個体動物の、一次視覚野、高次運動野からの神経活動データは、当該年度に、数多く集めることができた。また、これらのデータ解析も進めており、視覚刺激のコントラストと、神経活動を対応づけ、およその傾向をつかむことに成功した。本年度は、特に、学習後における、一次視覚野の神経活動の特徴を詳細に解析した。頭部固定のラットに、縦縞が提示されるとレバーを押し、横縞ではレバーを引くという視覚弁別誘発性の運動課題を学習させた後、視覚刺激のコントラストを下げて、弁別難易度を高くした刺激も提示した。この課題遂行中のラットの一次視覚野の深層の発火活動を、同時に数十個程度の細胞からマルチユニット記録した。この発火活動は、スパイクの形から、単一の細胞由来の発火活動に分離され、さらに、主に興奮性のRS細胞と、主に抑制性のFS細胞に分類された。このRS細胞、FS細胞、いずれにおいても、視覚刺激のコントラストを低くすると、応答が減少する細胞が観察された。さらに、このような単純な入力と出力の関係を示す、高コントラスト選択性の細胞に加えて、視覚刺激のコントラストを低くすると、逆に応答が増加する細胞も観察された。このような、逆相関の入力と出力の関係を示す、低コントラスト選択性の細胞は、課題を遂行するラットからはよく観察されるが、同じラットの麻酔下では、ほとんど観察されなかった。このことから、高次の皮質領域からのトップダウン入力の関与が示唆された。

また、この低コントラスト選択性の細胞は、低コントラストの刺激を用いた、難しい弁別課題を正解するときに、不正解のときに比べて強く応答する傾向があることがわかった。一方、高コントラスト選択性の細胞は、課題の正誤と関連した応答は示さなかった。このことから、低コントラスト選択性の細胞は、強度が弱くてあいまいな視覚刺激を弁別するのに貢献していると考えられた。このように、学習後には、外界の入力情報が多少変化してもなお、柔軟な神経活動を示して、特定の運動出力をすることができる。この知覚・運動連関には、特に、視覚弁別時にダイナミックに働くトップダウン入力が重要であると考えられた。生物は、外部の刺激を知覚・認知して、特定の運動をすることを学習する。学習後、外部の刺激は多少変化しても、同一の運動をすることができ、脳内では柔軟な情報処理が行われると考えられる。本研究では、ラットに縦縞でレバーを押し、横縞で引くという視覚弁別誘発性の運動課題を学習させた。その後、縦縞/横縞のコントラストを変えた課題を遂行するときの神経活動を記録した。この結果、視覚野において、高コントラストで強い応答を示す細胞に加えて、低コントラストで強い応答を示す細胞も観察された。この低コントラスト選択性の細胞は、麻酔下ではほとんど観察されなかったことから、トップダウン入力が重要な働きをしていると考えられた。二種類の視覚弁別刺激と二種類の運動を組み合わせた、比較的高難度の行動実験系の確立を行うことに成功した。さらには、課題の難易度に応じた、行動レベルの変化も観察することができた。また、一次視覚野と高次運動野から多細胞の神経活動を行うこともできた。視覚刺激、神経活動、運動の三者間の関係性をより詳細に解析していく。また、学習前後の神経活動の比較を行う。これによって、学習過程で、同期的に活動する一つ一つの細胞ペア、およびそれらから成る神経細胞集団はどのように機能的に変化していくのかを明らかにする。神経生理学現在、すでに記録した、課題遂行中の神経活動のデータ解析を行っているところである。今後、さらに解析を進めて、特に、二細胞間の同期的な活動やこれらの集合体に注目して、課題の難易度に応じた局所神経回路の変化を明らかにする予定である。また、学習過程での神経活動記録のデータも集めて、解析も行っていく。これによって、学習による局所神経回路の変化を調べ、課題の成績等を参考にして、どのような変化が大事なのかについての予測を立てる。この予測に応じて、特定の神経細胞集団にチャネルロドプシン2を発現させるなどして、人為的に神経活動を操作し、予測の検証を行う。ラット個体動物に行動課題を学習させる期間が長く、実験データを取得するのに時間がかかってしまっている。このため、実験を行っていく頻度が低くなり、当初、想定していたよりも、支出金額が少なくなった。実験系立ち上げに伴う機器の購入をする必要があったため、当初計画よりも多くの研究経費が必要であると考え、前倒し支払請求を行った。しかし、その申請を行った後、節約に努めた結果、残金を生じることができたため。上記のように、学習させる期間が長いこと、また、実験のセットアップに時間を要したことなどから補助事業期間を1年間延長した。
超流動ヘリウム混相流の管内不安定流動に関する研究

本研究は、超流動ヘリウムの液体超流動相、液体常流動相および気相からなる混相流動現象を工学的見地から熱・流動力学的に究明し、極低温機器の性能向上や機器運用の際に問題となる混相流化に起因する管内不安定流動現象を実験的、理論的に解明することを目的としている。本年度は、前年度に整備された超流動ヘリウム流動試験装置の問題点を改良した。このような極低温流体を取り扱う実験では外部からの熱侵入が極低温流体の相変化を引き起こし、それが流動特性の変化、脈動、熱振動につながるため外部からの熱侵入を極力抑えることが高精度での計測を行う上で重要である。この熱侵入を抑えるためこの装置の真空断熱層に加えて上流および下流のタンク部分に液体窒素を充填するシールド層を加え、かつ流動配管の周囲には液体窒素及び供試流体の温度に維持される銅シールド板を2層設置した。このように改良された装置により極低温流体の気液二相流れを可視化部で発生させレイノルズ数とキャビテーション数の関係をデータとして取得した。その結果、レイノルズ数が増加するにつれてキャビテーション数が減少していく傾向が確認された。またこれらの現象を数値解析から明らかにした。二相流はバブルキャビテーションを想定し、常流動成分と超流動成分の連続の式、運動量保存式、エネルギー保存式を満たすように支配方程式を構築した。この支配方程式をSMAC法を用いて解き、ノズル部での流動状態を解析した。その結果、ブローダウン後、ノズル部で急激な圧力降下がおこり、スロート下流で渦が生成し、圧力が低下してボイド率が高くなる領域が発生することが明らかとなった。またスロート部前縁で境界層剥離が起こっていることが明らかとなった。本研究は、超流動ヘリウムの液体超流動相、液体常流動相および気相からなる混相流動現象を工学的見地から熱・流動力学的に究明し、極低温機器の性能向上や機器運用の際に問題となる混相流化に起因する管内不安定流動現象を実験的、理論的に解明することを目的にする。配管中の絞り部通過時に誘発される超流動ヘリウム管内混相流の発生・流動状態を可視化画像計測するため、加圧ブローダウン方式による超流動ヘリウム流動試験装置の整備を進めた。今年度は、真空断熱層と液体窒素熱シールド層を有する超流動ヘリウム加圧槽を構築した。本加圧槽は、充填された常流動液体ヘリウムの蒸気相を真空ポンプで減圧し、液体をλ点以下にまで冷却することにより超流動ヘリウムを製造する。槽内には溶接ベローズ側壁を有する加圧室が設けられており、槽外からのモータ駆動により加圧室容積を制御する。ニードル弁を介して加圧室に導入された超流動ヘリウムは、ニードル弁閉塞後に加圧室を圧縮することで、可視化部を有する配管中に加圧供給される。現有装置を用いて常流動液体ヘリウムならびに液体窒素を作動流体とした極低温可視化流動試験を行い、画像データと圧力・温度データとをサブミリセックオーダーで比較検討することにより液体ヘリウム管内気液二相流れの特異性をより定量的に把握した。また、超流動ヘリウム試験装置の可視化部を設計・製作する上で必要となる基礎資料を取得した。数値解析に関しては、気液二相流の非定常ドリフトフラックスモデルに基づく基礎方程式系を用いて数値解析を行い、液体ヘリウム超流動相が気液二相流動場に及ぼす影響を調べるとともに、気泡流モデルに基づく新たな数値解析手法の検討を進めた。本研究は、超流動ヘリウムの液体超流動相、液体常流動相および気相からなる混相流動現象を工学的見地から熱・流動力学的に究明し、極低温機器の性能向上は機器運用の際に問題となる混相流化に起因する管内不安定流動現象を実験的、理論的に解明することを目指す。

配管中の絞り部通過時に生じる圧力降下で誘発される超流動ヘリウム管内混相流の発生・移流状態を可視画像計測するため、加圧流動方式による超流動ヘリウム流動試験装置の整備を進めた。今年度は、昨年度整備した超流動ヘリウム加圧槽から流体の供給を受け絞り部で発生する混相流動状態を可視観察する観測部と、観測部を通過した供試流体を受け取りプールする受液槽とから構成される超流動ヘリウム観測装置を試作した。観測部は高真空断熱層中に液体窒素温度および液体ヘリウム温度の熱シールド板を有し、また受液槽は真空断熱されており、内圧は真空ポンプで減圧することにより液体ヘリウムの超流動状態での流動を可能としている。上記観測部に装着するために試作した2次元オリフィス形状のスロート部を有する透視管を用い、既存の装置による常流動液体ヘリウムならびに液体窒素の加圧ブローダウン試験を行った。その結果、液体窒素ではオリフィス前縁はく離部で気泡群が初生し下流に進展するのに対して、液体ヘリウムでは供給流体のサブクール状態の相違により、前縁はく離部で初生する場合とオリフィス出口噴流部から初生する場合とが存在することが判明した。数値解析については、非定常・熱的非平衡多流体モデルに基づく基礎方程式系を用いて液体ヘリウム管内気液二相流れを数値解析し、二相流状態に及ぼす超流動の効果を明らかにした。本研究は、超流動ヘリウムの液体超流動相、液体常流動相および気相からなる混相流動現象を工学的見地から熱・流動力学的に究明し、極低温機器の性能向上や機器運用の際に問題となる混相流化に起因する管内不安定流動現象を実験的、理論的に解明することを目的としている。本年度は、前年度に整備された超流動ヘリウム流動試験装置の問題点を改良した。このような極低温流体を取り扱う実験では外部からの熱侵入が極低温流体の相変化を引き起こし、それが流動特性の変化、脈動、熱振動につながるため外部からの熱侵入を極力抑えることが高精度での計測を行う上で重要である。この熱侵入を抑えるためこの装置の真空断熱層に加えて上流および下流のタンク部分に液体窒素を充填するシールド層を加え、かつ流動配管の周囲には液体窒素及び供試流体の温度に維持される銅シールド板を2層設置した。このように改良された装置により極低温流体の気液二相流れを可視化部で発生させレイノルズ数とキャビテーション数の関係をデータとして取得した。その結果、レイノルズ数が増加するにつれてキャビテーション数が減少していく傾向が確認された。またこれらの現象を数値解析から明らかにした。二相流はバブルキャビテーションを想定し、常流動成分と超流動成分の連続の式、運動量保存式、エネルギー保存式を満たすように支配方程式を構築した。この支配方程式をSMAC法を用いて解き、ノズル部での流動状態を解析した。その結果、ブローダウン後、ノズル部で急激な圧力降下がおこり、スロート下流で渦が生成し、圧力が低下してボイド率が高くなる領域が発生することが明らかとなった。またスロート部前縁で境界層剥離が起こっていることが明らかとなった。
日本社会における外国人と日本人の異文化相互理解に関する質的実証研究

今年度は、1留学生の日本留学観、2留学生の日本のサブカルチャー観、3留学生の日本社会における異文化観、4日本人学生の韓国留学観について調べ、論文発表6件、学会発表1件の成果を上げた。1留学生の日本留学観:日韓プログラム14期生を対象にした韓国人の日本留学観の変化では、来日前に抱いていた自然災害、異文化適応問題、言葉や文化の違いによる不安感などが留学後には解消され、日本社会に適応していく様子が窺えた。中国人の日本留学観では、日本留学が日本語能力の向上と達成感と将来の進路や進学につながると捉えていることがわかった。2留学生の日本のサブカルチャー観:東南アジア出身留学生の日本のサブカルチャー観では、出身地域によりサブカルチャー観が異なる可能性は低く、サブカルチャーと伝統文化を総合的に見つめている様子が窺えた。中国人留学生のサブカルチャー観においては、サブカルャーと若者文化を同類のものとして捉えること、サブカルチャーと日本の伝統文化は特徴が異なると捉えること、漫画・アニメが日本語学習や日本留学の動機になっていることなどが示された。3留学生の日本社会における異文化観:韓国人留学生の異文化観では、「ルールが守られている社会」、「安心・安全な社会」などは先行研究の結果と一致しており、「日本人の個人主義」は来日後にネガティブなイメージからポジティブなイメージに変化したと感じていることがわかった。4日本人学生の韓国留学観:日本人学生の韓国留学観では、渡韓直後は「人と人との距離が近い」、「一人で行動(ご飯)しにくい」、「酒文化」などが共通点として表れた。5ヶ月後の2回目の調査では「韓国の文化に慣れた」、「韓国語に限らず韓国に関わる仕事したい(将来の選択肢が増えた)」などの共通点がみられた。帰国直前の3回目の調査では日韓の違いを意識しなくなったと考えていることがわかった。上述のように今年度は、1留学生の日本留学観、2留学生の日本のサブカルチャー観、3留学生の日本社会における異文化観4日本人学生の韓国留学観についてそれぞれ論文発表をし、いくつか興味深い知見が得られた。特に、留学生の日本のサブカルチャー観を調べることにより、外国人の対日観をより多角的に検討することができた。そのため、研究がおおむね順調に進展していると判断される。次年度はPAC分析法を用いて日本における外国人の仕事観、日本人学生の海外留学観及びその変化について調査し論文発表をする予定である。また、これまで得られた外国人の対日観に関するPAC分析法よる研究成果(質的研究)を活かし、質問紙調査(量的研究)による分析を試みる。本研究の目的は、日本社会における「外国人」と「日本人」の異文化相互理解の実態とその特徴について質的に検証し、外国人と日本人の相互理解と相互交流の課題と問題点を明らかにすることである。研究1年目の今年度は、本研究で採用したPAC分析法の調査方法及び分析方法について打ち合わせを実施し研究メンバー間の情報共有を図った。また、留学生の異文化理解に関する調査を実施し、論文4編を発表した。英語圏交換留学生の異文化理解においては、日本社会での共生を模索していることが示され、留学生と支援者のPAC分析結果共有によって、留学生の日本社会における共生の質を高めていけることが示唆された。2)中国人交換留学生の異文化理解では、日本の社会に対しては日本での経験からイメージを得ているが、日本留学前に形成されたステレオタイプ的日本像を持っていた者もいることがわかった。3)東南アジア出身交換留学生の異文化理解においては、日常的に外国人と積極的に関わりを持つ日本人と外国人に対して消極的な日本人との間の行動のギャップに戸惑いを感じていること、日本留学中に置かれた環境や知り合った日本人によって日本社会や日本人に対する評価が大きく異なる可能性があることが示された。留学生の留学観においては、欧州出身短期留学生(ロシア人、キルギス人、ハンガリー人、ブルガリア人)を対象に1年間の日本留学を終え帰国する直前に彼らの日本留学観について調べた。その結果、1日本留学については、日本の大学生は外国人に無関心だと感じている一方で、日本で知り合った留学生を通して日本以外の国にも興味を持つようになったこと、留学生と日本人との交流については、日本人は外国人との交流は消極的だが、外国人に親切で困った時には助けてくれるという、複雑な日本人像を有していることがわかった。上述のように、今年度は本研究で採用しているPAC分析法の調査方法及び分析方法について研究メンバー間で情報共有を図った。また、英語圏、中国人、東南アジア出身の留学生を対象に日本人と外国人との相互理解について、それぞれ論文発表をし、いくつか興味深い結果が得られた。さらに、欧州出身短期留学生の日本留学観においては、日本人の外国人との接し方について複雑に捉えていることがわかった。以上、今年度は英語圏出身者、アジア圏出身者、欧州出身者を対象に日本社会における異文化及び留学観について調べ、4編の論文発表しており、おおむね順調に研究が進展していると判断される。

2留学生の日本のサブカルチャー観:東南アジア出身留学生の日本のサブカルチャー観では、出身地域によりサブカルチャー観が異なる可能性は低く、サブカルチャーと伝統文化を総合的に見つめている様子が窺えた。中国人留学生のサブカルチャー観においては、サブカルャーと若者文化を同類のものとして捉えること、サブカルチャーと日本の伝統文化は特徴が異なると捉えること、漫画・アニメが日本語学習や日本留学の動機になっていることなどが示された。3留学生の日本社会における異文化観:韓国人留学生の異文化観では、「ルールが守られている社会」、「安心・安全な社会」などは先行研究の結果と一致しており、「日本人の個人主義」は来日後にネガティブなイメージからポジティブなイメージに変化したと感じていることがわかった。4日本人学生の韓国留学観:日本人学生の韓国留学観では、渡韓直後は「人と人との距離が近い」、「一人で行動(ご飯)しにくい」、「酒文化」などが共通点として表れた。5ヶ月後の2回目の調査では「韓国の文化に慣れた」、「韓国語に限らず韓国に関わる仕事したい(将来の選択肢が増えた)」などの共通点がみられた。帰国直前の3回目の調査では日韓の違いを意識しなくなったと考えていることがわかった。上述のように今年度は、1留学生の日本留学観、2留学生の日本のサブカルチャー観、3留学生の日本社会における異文化観4日本人学生の韓国留学観についてそれぞれ論文発表をし、いくつか興味深い知見が得られた。特に、留学生の日本のサブカルチャー観を調べることにより、外国人の対日観をより多角的に検討することができた。そのため、研究がおおむね順調に進展していると判断される。次年度は、外国人の異文化観及び日本留学観について事例を増やし、これまでの研究結果との比較検討を行うとともに、外国人の調査対象を一般の外国人に広げ、彼らが捉えている日本社会における異文化について調査する予定である。また、海外留学経験を持つ日本人学生の異文化観及び留学観を調査、分析し、論文発表を行う予定である。次年度はPAC分析法を用いて日本における外国人の仕事観、日本人学生の海外留学観及びその変化について調査し論文発表をする予定である。また、これまで得られた外国人の対日観に関するPAC分析法よる研究成果(質的研究)を活かし、質問紙調査(量的研究)による分析を試みる。今年度は、研究代表者及び研究分担者の勤務校周辺に在住する被調査者のデータを収集できたため、出張費の旅費が当初の計画より少なかった。次年度は、研究対象を広げ、研究分担者の勤務校以外の被調査者のデータ収集(国内・海外)を予定しており、それに今年度の繰越額を執行する予定である。今年度は、研究代表者及び研究分担者の勤務校で主にデータ収集を行ったため、当初の計画より旅費の支出が少なかった。また、学会発表においては主催者側が旅費を負担したため、当初の計画より使用額が少なかった。以上の理由により次年度使用額が生じたが、次年度は国内・国外の調査対象を広げて研究データの収集を予定しており、それに今年度までの未使用額を充てる予定である。
マルチスライス CT による複雑心奇形評価と軟性ウレタン樹脂光造形による心模型の開発

マルチスライスCT (MSCT)から得られた3次元画像情報から心室容積を計測し、仮想手術シミュレーションによる術後心形態を評価したところMSCTによる術前シミュレーションは高い有効性を示した。また大血管再建術における術前検討にも有効性が示唆された。光造形技術を用いて硬性エポキシ樹脂により作成した複雑心奇形模型は解剖学的再現性は高く、外科手術シミュレーションへの応用性も認められた。また研修医師や学生の教育、患者説明において高い有効性が示された。また軟性ウレタン樹脂により作成した心模型は再現性という点においては不十分であるものの切開や縫合などの外科手術シミュレーションへ応用の可能性は示唆された。複雑心奇形を有する新生児や乳児に対し、低侵襲的な心電図非同期条件下において施行したマルチスライスCTから得られた3次元画像情報を用いて心臓カテーテル検査に代わる心室容積の計測が可能か、また収縮拡張を繰り返す複雑な心内構造判定に用いることが可能か検討した。マルチスライスCTから得られた3次元volume dataを立体画像処理することにより、術前に心室内rerouting、左心低形成における大動脈肺動脈再建、大動脈離断における大動脈再建、主要体肺側副血行における肺動脈再建などの心臓外科手術シミュレーションをprospectiveに行い、複雑心奇形に対する手術術式の決定や心臓・血管およびその周囲組織の位置関係を把握することにより手術リスクの軽減、手術時間の短縮など心臓手術の低侵襲化への有効性を検討した。さらに得られた3次元立体画像を研修医師・医学生への教育、患者さんへの説明などへ応用し、臨床・医学教育へのフィードバックを図ることにより社会的有効性について検討した。マルチスライスCTより得られた3次元画像情報をもとにして、光造形法(stereolithography)の技術を応用して、複雑先天性心奇形の解剖学的異常を正確に反映した軟性ウレタン樹脂による心模型レプリカの作成が可能か検討した。複雑心奇形を有する新生児や乳児に対し、低侵襲的な心電図非同期条件下において施行したマルチスライスCTから得られた画像情報を用いて作成した心臓の3次元立体画像をもとに非侵襲的に正確でかつ3次元の先天性心疾患の形態的および心機能診断を行い、複雑心奇形に対する手術術式の術前検討、および実際の手術術式との相違や手術時間短縮効果など心臓手術の低侵襲化、手術リスク軽減効果への有効性を評価、検討した。また患者家族への手術説明時に使用し、手術術式やリスクの理解に寄与するかどうか、また研修医師・医学生教育、新しい外科手術の開発、医療事故の防止など臨床・教育へのフィードバック効果についても評価、検討した。マルチスライスCTの3次元画像情報より光造形技術(Stereolithography)を用いて硬性エポキシ樹脂および軟性ウレタン樹脂素材の解剖学的異常を正確に反映した心奇形模型レプリカの作成についてその方法や技術、再現性について検討評価した。複雑心奇形を有する新生児や乳児に対し、心電図非同期マルチスライスCT(MSCT)から得られた3次元volume dataを用いて非侵襲的に正確でかつ3次元の先天性心疾患の形態的および心機能診断を行った。この立体的画像情報をもとに行った心臓外科手術術前シミュレーションと実際の手術で観察された心臓形態および術式を比較し、臨床へのフィードバックの有効性について評価検討した。また3次元画像情報をもとに光造形技術(Stereolithogr aphy)を用いて硬性エポキシ樹脂素材および軟性ウレタン樹脂素材の解剖学的異常を正確に反映した心奇形模型レプリカを試作し、その再現性について評価すると共に患者さんへの説明や研修医師・医学生教育、外科手術シミュレーションや新しい術式の開発、医療事故の防止など臨床・教育へのフィードバックが有効かどうか評価、検討した。光造形技術(Stereolithography)による硬性エポキシ樹脂および軟性ウレタン樹脂素材の心模型レプリカの作成技術については近年進歩がみられ、研究や臨床への応用もすすみつつあるが、そのほとんどは成人心臓をモデルとしたもので、新生児や乳児の複雑心奇形を有する心臓はサイズが小さいためにその方法や解剖学的異常に対する再現性について未だ問題点がある。24年度が最終年度であるため、記入しない。実際の臨床・教育へフィードバックが可能な高度の解剖学的異常の再現性を伴う光造形心模型を作成するためにはマルチスライスCTの撮影方法や条件、あるいは先天性心疾患の疾患別特異性等についてさらなる検討を行う必要がある。
代数曲線の有理点とその整数論への応用

本研究は、代数曲線の有理点の研究を、フェルマー曲線と楕円曲線という二つの曲線を中心におこなった。フェルマー曲線に対しては、そのゼータ関数に現れるヤコビ和とその生成元であるガウス和について純粋性問題を取り上げ考察した。その中で、純粋性問題についてそれまで知られていた事実のある一般化を行った。さらに新しい予想を提出し、特別な場合についてそれを証明することに成功した。楕円曲線としては特に、合同数問題と深く関連するある楕円曲線を例に取り上げ、そのセルマー群を考察した。このセルマー群は2-descentと呼ばれる、楕円曲線論では標準的な方法において現れる群であり、基本的かつ重要なものである。この群は古くから多くの人々により研究されてきたが、その位数を与える一般的な公式を与える文献は存在しないようである。本研究において、その一般的な公式を求めることに成功した。その証明において、局所体上の楕円曲線の有理点のなす群は、ある形式群を指数有限な部分群としてもつことと、その楕円曲線が加法的な悪い還元を持つとき、その部分群による剰余群は比較的単純な構造を持つという事実を利用して、悪い素点における局所体上の有理点を完全に決定した。さらに、テイト・シャファレヴィッチ群のある部分群に制限したカッセルズ対が、比較的簡単に計算可能になることを示した。これら二つの事柄を合わせて、セルマー群の位数を具体的に計算する公式を導いた。また、その応用として、セルマー群の位数に関するパリティー予想を考察した。今年度は代数体のイデアル類群と代数曲線の有理点の間の関係を研究した。その中で代表的な例として、代数体としては円分体を、代数曲線としては、フェルマ-曲線を中心に考察した。円分体のイデアル類群の構造は、ガウス和あるいはヤコビ和と深く関係していることが古く知らしられていて、それらの和の算術的性質は重要なテーマである。一方、代数曲線の有理点の情報はそのゼ-ダ関数に含まれていると予想されている。フェルマ-曲線の場合、ゼ-ダ関数はヤコビ和で表されている。論文「On the purity problem of,Gauss sums and Jacobi smus over finite fields」において、それらの和の純粋性問題と呼ばれる問題について研究をした。その中で、いくつかの新しい事実を証明し、その結果と、計算機による数値計算のデータを元に、純粋問題についての新しいタイプの予想を提出した。この予想の証明は次年度以降の研究主題の一つである。今年度は、楕円曲線を中心に代数曲線の有理点の研究をおこなった。その証明において、二つの事柄が重要な役割を演じた。一つは、局所体上の有理点の研究である。一般に、局所体上の楕円曲線の有理点のなす群は、ある形式群を指数有限な部分群としてもつ。さらに、その楕円曲線が加法的な悪い還元を持つとき、その部分群による剰余群は比較的単純な構造を持つ。この事実を利用して、本研究で取り上げた楕円曲線に対し、その悪い素点における局所体上の有理点を完全に決定することができた。もう一つは、カッセルズ対の計算である。一般には、テイト・シャファレヴィッチ群全体においてのカッセルズ対の計算は容易ではない。本研究では、カッセルズ対は、テイト・シャファレヴィッチ群のある部分群に制限すると、比較的簡単に計算可能になることを示した。
非放射性試薬による消化管SGLT活性測定法の開発と肥満による影響の解析

肥満・糖尿病の発症過程を調べるために各臓器の糖・脂質代謝変化を測定することは、肥満・糖尿病の発症メカニズム、治療法、治療薬の開発に重要である。現在、各臓器及び細胞における糖・脂質代謝速度の測定には、放射性化合物(RI)が用いられている。その利用には、多くの制約がある。そこで、非RI試薬を用いた糖・脂質代謝測定法の開発に取組んでいる。近年、ナトリウムイオン依存性グルコース輸送体(SGLT)活性を阻害すると尿糖として糖が排出され、2型糖尿病を改善することが明らかとなり、腎臓に主に発現するSGLT2の役割が注目されている。一方、消化管におけるグルコース取り込みは、主にSGLT1を介して行われる。消化管におけるSGLT1のグルコース取り込みを非RIで測定することは、多数のSGLT1阻害剤候補化合物のスクリーニングを可能にし、肥満及び糖尿病の治療薬開発につながる。そこで非RI試薬によるマウス消化管SGLTを介したin vivoにおけるグルコース取り込み測定法の確立をめざした。SGLTのグルコース取込み測定は、α-methylglucoside(AMG)を用い、非RI標識AMGを酵素によりグルコースに変換し、生成したグルコースを定量することで、AMGを定量した(特願2017-093141号)。本年は、本法を用いてマウス消化管におけるAMGの取込みを測定した。AMGを経口よりマウスに投与し、一定時間後に消化管を上部(空腸)、下部(空腸、回腸)に分けて採取し、小腸上皮細胞に取り込まれたAMG量を測定した。採取した組織を十分に洗うことで細胞外グルコース、二糖類を除いた後、腸管上皮細胞を回収した。酵素測定は、測定溶液の適度な希釈とアルカリ熱処理により、内因性グルコースとグルコース6リン酸を除去し、細胞内に取り込まれたAMG量を測定した。AMGの投与量による取り込み量変化、AMG投与後の時間経過による取り込み量変化について検討した。AMGの投与濃度を増加することにより、取り込み量が増加した。投与後20分の取り込みが一番高く、以後消化管におけるAMGの蓄積量が低下した。肥満・糖尿病マウスにおいて取込みの低下が見られた。血液中のAMGを測定したところ、AMGが血液中に移行することを確認した。今後は、肥満マウスにおける実験数を増やし、消化管粘膜、血液中のAMG濃度変化を調べるとともに、SGLT阻害剤の投与効果を調べたい。
振動流中におけるブラフな断面物体の流力特性に関する実験及び数値シミュレーション

本研究では、U字管形振動流発生装置による振動流中に平板、円柱、正方形そして矩形断面形状及び平板等のブラフな2次元物体を設置してカーペンター数を080(160)の範囲で変え、ストークス数を95として振動方向及び直角方向流体力の同時測定と流れの可視化観察を行い、断面形状、迎え角、カーペンター数などの影響について詳細に調べた。次に、カーペンター数を030の範囲で変え、ストークス数を95とし、主として円柱及び矩形柱断面まわりの流れを直接法による3次元計算領域における差分法による数値シミュレーションを行い、実験結果と計算結果に対して総括を行った。一連のU字管形振動流発生装置を用いた実験による主な研究成果は、(1)振動流による非定常な流れの剥離、渦形成、渦放出に注目して、種々な物体断面の振動流中の流体力と一様流中の流体力を詳細に比較することによって、振動流固有の流力的特性を明確にするとともに、矩形柱特有の「中口ピーク」の発生メカニズムにおける流れの非定常性の視点から新たな考察を行った。(2)種々な迎え角を付けた平板まわりの流れについて、振動流中における迎え角の影響を明らかにした。振動流特有の経時的に変化する剥離流れと流体力の両者の対応、特に、失速角付近の流力特性を流れの剥離の非定常性の視点から考察した。次に、数値シミュレーションによる主な研究成果は、(3)円柱及び角柱周りの3次元数値シミュレーションを行い、低いカーペンター数で生ずる振動流方向に軸を持ち、スパン(軸)方向に一定のピッチで形成される渦(Longitudinal Vortex)を数値シミュレーションで始めて再現した。さらにスパン方向の境界条件の結果に与える影響を明らかにした。(4)角柱周りにも「LongitudinaI Vortex」が生じることを数値シミュレーションで始めて再現した。さらに、シミュレーション結果を実験結果と比較し、特に3次元数値シミュレーション結果が実験によく一致することを示した。研究成果は国内外で10回の口頭発表を行い、4編の論文として公表した。本研究では、実験データ量の比較的少ない高いカ-ペンター数領域を含む広い範囲のカ-ペンター数領域を対象とし、U字管形振動流発生装置内の振動流中に固定された円形および正方形形状の2次元物体に作用する振動方向及び直角方向流体力の同時測定と、さらに数値シミュレーションを行い、断面形状、迎え角、ストークス数などの影響について調べた。具体的に、振動流中におけるブラフな断面物体の流力特性に関する実験及び数値シミュレーションの研究は、既設の振動流発生装置(テストセクション部断面500×500×長さ1500mm)に種々な断面形状の供試模型を設置して流体力測定、データ解析を行い、さらに、流れの数値シミュレーションは、カ-ペンター数を030、ストークス数を95で、直接法による3次元の計算領域で差分法によって行った。主な成果は、(1)振動流による流れの剥離、渦形成、渦放出に関連し、物体断面形状の相違による流体力の仮想質量(Vertual Mass)成分と流れパターン変化に注目し、仮想質量の流力的特質を明らかにした。(2)また、測定された流体力を種々な解析法により分析し、カ-ペンター数に強く依存して現れる振動流特有の渦パターンと流体力の両者の経時的対応や渦パターン発生メカニズムを明らかにした。(3)同時に、直接法による3次元数値シミュレーションを行い、実験と比較し、計算結果は実験結果とよく一致した。

また、計算結果から渦形成の詳細なメカニズムに言及し、物体近傍の2次流れの挙動を明らかにした。研究成果は3編の論文として公表した。本研究では、引き続き、U字管形振動流発生装置による振動流中に平板、円柱、正方形そして矩形断面形状のブラフな2次元物体を配置して振動方向及び直角方向流体力の同時測定を行い、断面形状、迎え角、カ-ペンター数などの影響について詳細に調べた。次に、カ-ペンター数を0-30の範囲で、ストークス数を95で、主として円柱断面まわりの流れを直接法による2次元および3次元の計算領域で差分法による数値シミュレーションを行った。まず、実験による主な研究成果は、(1)振動流による非定常な流れの剥離、渦形成、渦放出に注目して、種々な物体断面の振動流中の流体力と一様流中の流体力を詳細に比較することによって、振動流固有の流力的特性を明確にするとともに、矩形柱特有の「中口ピーク」の発生メカニズムについて、流れの非定常法の視点から新たな考察を行った。(2)種々な迎え角を付けた平板まわりの流れについて、振動流中における迎え角の影響を明らかにした。振動流特有の経時的に変化する剥離流れと流体力の両者の対応、特に、失速角付近の流力特性を流れの剥離の非定常性の視点から考察した。次に、数値シミュレーションによる主な研究成果は、(3)主として円柱周りの3次元数値シミュレーションを行った。特に、低いカ-ペンター数で生ずる振動流方向に軸を持ち、円柱スパン(軸)方向に一定のピッチで形成される渦(Longitudinal Vortex)を数値シミュレーションで始めて再現した。さらにスパン方向の境界条件の結果に与える影響を明らかにした。(4)さらに、シミュレーション結果を実験結果と比較し、特に3次元数値シミュレーション結果が実験によく一致することを示した。研究成果は6編の論文として公表した。本研究では、U字管形振動流発生装置による振動流中に平板、角柱そして矩形断面柱等のグラフな2次元物体を設置してカーペンター数を0約100の範囲で変え、ストークス数を95として振動方向及び直角方向流体力の同時測定と流れの可視化観察を行い、断面形状、迎え角、カーペンター数などの影響について、引き続いて実験を行った。次に、カーペンター数を030の範囲で変え、ストークス数を95とし、角柱まわりの流れを直接法による3次元計算領域における差分法による数値シュミレーションを行い、実験結果と計算結果に対しての総括を行った。U字管形振動流発生装置を用いた実験による主な研究成果は、(1)振動流による非定常な流れの剥離、渦形成、渦放出に注目して、種多な物体断面の振動流中の流体力と一様流中の流体力を詳細に比較することによって、振動流固有の流力的特性を明確にするとともに、矩形柱特有の「中口ピーク」の発生メカニズムにおける流れの非定常性の視点から新たな考察を行った。(2)また、種々な迎え角を付けた平板まわりの流れについて、振動流中における迎え角の影響を明らかにした。振動流特有の経時的に変化する剥離流れと流体力の両者の対応を非定常性の視点から考察した。
p/n型有機二重層フィルムを用いた高活性固/液界面の構築に関する研究

p/n型の有機二重層フィルムは広範な可視光エネルギーに応答する液相利用型の光電極材料として機能する.高出力化を図る観点から,新規材料の探索に加えて, p/n型有機フィルムの作製方法を検討し,動的な視点に立脚して光電極特性の評価を行った.固/固界面構造を制御する方法で,固/液界面における反応速度を向上させることも可能であることが明らかとなった.p/n型の有機二重層フィルムは広範な可視光エネルギーに応答する液相利用型の光電極材料として機能する.高出力化を図る観点から,新規材料の探索に加えて, p/n型有機フィルムの作製方法を検討し,動的な視点に立脚して光電極特性の評価を行った.固/固界面構造を制御する方法で,固/液界面における反応速度を向上させることも可能であることが明らかとなった.光エネルギー変換系では,太陽光エネルギーのより効率的な利用を図る観点から,利用波長域の長波長化に関する検討が活発に行われている.本研究代表者はp/n型有機二重層フィルムが広範な可視光に応答する光機能界面となることをこれまでに見いだしており,それを踏まえて,高効率固/液界面の創出に関する検討を行った.有機半導体材料を探索する一環として,高分子半導体であるポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT,p型半導体)を,フェニル-C_61-酪酸メチルエステル(PCBM,n型半導体)と組み合わせて用いた.スピンコート法により調製したフィルムは光アノードとして顕著な特性を示した.フィルム作製後に加温を施したり,さらに,フィルム表面に分子触媒を結合する方法で,より効率的な固/液界面に改良できることが明らかとなった.また,ペリレン誘導体(PTCBI,n型半導体)/無金属フタロシアニン(H_2Pc,p型半導体)系(光アノード)においては,1×10^<-3>Pa程度の真空度及び120°Cの条件を採用して蒸着フィルムの作製を行うと,固/液界面における酸化反応速度がこれまでの結果に比べて約2倍程度向上した.上記のPTCBI/H_2Pc系は,一般に固/液界面における電荷授受過程が律速段階であるが,それとは異なり,フラーレン(C_<60>,n型半導体)/H_2Pc系(光アノード)は,照射光量により律速段階が変化することが明らかとなった(低光量条件ではキャリア発生過程(固/固界面),高光量条件では電荷授受過程(固/液界面)).現時点では,真空度々基板温度の制御による固/液界面の高効率化は明らかとなっていないが,特に50°Cの条件で作製したフィルムは固/固界面の改良により室温条件で作製したものと比較して,約2.5倍程度量子収率(52%;測定波長,500nm;照射光量,0.64μWcm^<-2>(低光量条件))が向上した.本研究代表者はp/n型有機二重層フィルムが広範な可視光に応答する光機能界面となることをこれまでに見いだしており,それを踏まえて,本年度は高効率固/液界面の創出に向けての研究を中心に行った.ペリレン誘導体(PTCBI, n型半導体)/無金属フタロシアニン(H_2Pc, p型半導体)系フィルムを電極化し,それを水中で光電極として用いると, H_2Pc/水界面で酸化反応が起こる.蒸着フィルム作製時に加温条件を採用することにより,室温条件で作製したものに比べて酸化反応速度が向上することが昨年度の研究から明らかとなっている.詳細にフィルム作製方法や条件を検討したところ,上述の加温条件下でフィルム作製後,(1)室温条件下でH_2Pcをさらに積層したり,(2) H_2Pc表面に金粒子を担持する方法で飛躍的に酸化反応速度が向上し,従来の室温条件で作製したものに比べて,約510倍程度となることが明らかとなった.加温条件下でフィルムを作製すると,多孔性を有するフィルムとなるために脆さが見られたが, (1)の方法により脆弱性を解消・補強でき, (2)の方法により金粒子がホールトラップサイトとして働くため,活性の向上に寄与したものと考察された. PTCBI/H_2Pc系は,一般に固/液界面における電荷授受過程が律速段階であるが, PTCBI/H_2Pcを担持する基板の種類やpH条件を変更しても,大きさも含めて動的特性に影響がないことも明らかとなった.光エネルギー変換系では,太陽光エネルギーのより効率的な利用を図る観点から,利用波長域の長波長化に関する検討が活発に行われており, PTCBI/H_2Pc系を含めてp/n型の有機二重層フィルムは必要条件を備えている有望な材料である. p/n型有機二重層フィルムが光化学変換系にも適用出来る手がかりも得られており,基礎的な知見を蓄積しながら,水の分解システムの創出に向けて検討を重ねでいく予定である.
バイオマーカーとしてのMCT4定量系構築への試みとその制御因子の解明

Monocarboxylatetransporter(MCT) 4のC末端を認識する抗MCT4ポリクローナル抗体、並びにMCT4中間部のアミノ酸配列の合成ペプチドを抗原として作成された抗MCT4ポリクローナル抗体を調整し、単抗体enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA)法、およびサンドイッチELISA法を用いた測定系を構築した。MCT4の発現に影響を及ぼす可能性のある様々な因子と、バイオマーカーとしての有用性についての両者の検討を行うに当たって、最も重要な要素がMCT4を認識する抗体であることから、平成21年度においては、次年度に予定されていた抗体作製を先行して行うとともに、標準試薬としての機能を持つことが予想されているMCT4蛋白の作製に向けた遺伝子の調整準備を行った。現存する抗MCT4抗体の多くは、N末端やC末端に近い部位を認識することから、バイオマーカーとしての有用性を評価するシステムの構築に当たっては、分子を最も的確に認識することが出来る抗体を選択する必要があると考えられる。このため本研究計画では、多様な部位を認識するポリクローナル抗体の作製を目指して、分子内の様々な部位の蛋白組成を持つ新たなペプチドを作製して家兎に免疫を行い、血清を分離して抗体を得た。予備実験の結果では、抗原として使用したペプチドに対する抗体価は極めて高く、今後本研究計画で作製が予定されているMCT4蛋白を用いてさらにこれらの有用性について検討を行う予定である。一方上述のごとく、MCT4蛋白の作製はMCT4濃度測定システムの構築に当たっての標準蛋白となると共に、作製した抗体の評価を行うに当たっても重要であることから、本年度は実験計画のごとくヒト骨格筋細胞を用いてMCT4のmRNAを精製し、これを元に作製したcDNAよりPCRを用いて予想されるサイズを持つDNAを増幅した。以上の結果を受けて次年度では、分離したPCR産物のDNA配列確認や、蛋白合成などの作業、並びにMCT4の発現制御因子の動向についても検討を行うことを計画している。平成22年度においては、まず平成21年度において作成した抗MCT4抗体の反応性について、ヒト培養骨格筋細胞を用いてドットブロット法並びにウエスタンブロット法を用いて検討を行った。その結果、異なるエピトープを認識する抗体はいずれもMCT4との反応性を有しており、実験系の構築に使用可能である可能性が高いと判断された。一方、MCT4蛋白の作製はMCT4濃度測定システムの構築に当たっての標準蛋白となると共に、作製した抗体の評価を行うに当たっても重要であることから、本年度はヒト骨格筋細胞を用いて平成21年度に分離したmRNAを元に作製したMCT4のcDNAを作成したが、さらにこれに加えてすでにベクターに挿入されている既存のMCT4 c DNAを準備して、より確度の高い蛋白のin vitro合成を試みた。今後は作成された蛋白の反応性について、上述の抗体を用いて検証を行う事を計画している。当該年度における今ひとつの実験計画に基づき、MCT4蛋白の挙動を制御する分子について検討を行った。これまでの報告から、MCT4は骨格筋細胞の膜上に単体で存在するのではなく、CD147との2量体を形成していることが明らかにされている。またCD147はMCT4の細胞膜上での安定性に関与している可能性があることから、ウエスタンブロットを中心とする方法を用いて運動負荷環境を擬似的に再現した環境でCD147の変化を検討したところ、細胞膜を含む細胞内CD147が圧力の負荷によって比較的短時間に変動を示す可能性が明らかになり、MCT4の細胞膜からの遊離メカニズムとの関連を含めてその詳細について次年度にさらなる検討を行う事を計画している。平成23年度においては、過年度で作成した抗MCT4抗体の反応性についてヒト培養骨格筋細胞を用いてドットブロット法並びにウエスタンブロット法を用いて再検討を行い、異なるエピトープを認識する抗体はいずれもMCT4との反応性を有しており、実験系の構築に使用可能であると判断された。一方、MCT4蛋白の作製はMCT4濃度測定システムの構築に当たっての標準蛋白となると共に、作製した抗体の評価を行うに当たっても重要であることから、本年度はヒト骨格筋細胞を用いて平成21年度に分離したmRNAを元に作製したMCT4のcDNAの作成を試みたが、蛋白質発現系での作動が思わしくなかったため、すでにベクターに挿入されている既存のMCT4cDNAを準備して、MCT4蛋白のin vitro合成を試みた。この蛋白について、再びドットブロット法並びにウエスタンブロット法を用いて検討を行った結果、複数の抗体でシングルバンドでのMCT4が検出され、MCT4蛋白が作製されたことを確認した。その後、このMCT4蛋白を用いて希釈系列を作製し、これを検量線として用いることで、MCT4に対する単ELISA並びにサンドイッチELISAの作製を試み、頭書の目的に合致した検量線の作製を行うことができた。当該年度における今ひとつの実験計画に基づき、MCT4蛋白の挙動関与する分子について検討を行った。

前年度に引き続いてCD147の変化を検討したが、実験条件や抗体との反応性から最終的な結論を得るためにはさらなる検討が望ましいと考えられ、これまでに得られた細胞膜を含む細胞内CD147が圧力の負荷によって比較的短時間に変動を示す可能性について、さらなる検討を行う事を計画している。
過活動膀胱発症におけるプロスタグランジン受容体サブタイプＥＰ４の役割

1正常膀胱にはほとんど発現していないEP4受容体が、閉塞膀胱の上皮および平滑筋に明瞭に発現する。2閉塞膀胱によって頻尿を呈したラットの膀胱内にEP受容体刺激薬を還流することによって、排尿間隔が延長して膀胱容量が増大する。3閉塞膀胱の切片の収縮はEP4受容体刺激薬によって弛緩する。23の作用は正常膀胱においては認められなかった。以上より、閉塞膀胱における過活動膀胱の発症にEP4受容体が関与することが示唆された。膀胱切片を弛緩させる濃度よりも低濃度の薬剤で膀胱容量が増大したことより、EP4受容体は主に上皮からの知覚神経伝達を抑制することによって過活動膀胱の発症に対して抑制的に作用すると考えられた。本研究の目的は,過活動膀胱発症におけるプロスタグランジンEP4受容体の役割とその作用メカニズムを解明することである。本研究の成果によって,膀胱知覚神経路におけるEP4受容体の役割が解明され,新たな過活動膀胱治療薬の開発に繋がるものと期待される。以上の実験結果は,尿道閉塞に伴う過活動膀胱の発症にEP4受容体が関与していることを示唆しており,EP4は主に上皮からの知覚神経伝達を抑制することによって過活動膀胱の発症に対して抑制的に作用すると考えられた。以上の実験結果は,尿道閉塞に伴う過活動膀胱の発症にEP4受容体が関与している可能性を示唆しており,EP4は過活動膀胱の発症に対して反作用的(拮抗作用)に働く可能性が考えられた。本研究の目的は、過活動膀胱発症におけるプロスタグランジンEP4受容体の役割とその作用メカニズムを解明することである。本研究の成果によって、膀胱知覚神経路におけるEP4受容体の役割が解明され、新たな過活動膀胱治療薬の開発に繋がるものと期待される。これまでの実験により、1)正常膀胱にはほとんど発現していないEP4受容体が、尿道部分閉塞を伴う膀胱の上皮および平滑筋に明瞭に発現するすることが証明された。2)尿道部分閉塞によって排尿間隔が短縮した(頻尿を呈した)ラットのin vivo膀胱内圧測定において、EP受容体刺激薬(10 microM)を膀胱内に還流することによって、排尿間隔が延長して膀胱容量が増大することが証明された。3)尿道部分閉塞を伴う膀胱から取り出した膀胱切片の高カリウム溶液による収縮はEP4受容体刺激薬(100 microM)によって弛緩することをin vitro等尺性張力実験により証明した。この弛緩反応は正常膀胱切片では認められなかった。排尿学EP4が過活動膀胱発症に深く関与しており、主に膀胱知覚神経に対して抑制的に作用することにより抑制的に作用することが明らかとなり、本研究の仮説がほぼ証明された。しかしながら、本年度の計画にあったその細胞学的メカニズムの詳細についてはまだ未解明な部分がある。本年度の計画であった1)遺伝子・蛋白発現実験2)in vivo機能実験(持続膀胱内圧測定)3)in vitro機能実験(膀胱切片における等尺性張力実験)をほぼ終了し,膀胱におけるEP4受容体の役割について新しい知見を得ることができた。前年度に未解明であった1.知覚神経におけるEP4の役割および2.上皮からのATP放出機構に対する関与メカニズムについて詳細に検討する。1.正常および部分尿道閉塞ラットにおける知覚神経でのEP受容体の発現。1)膀胱を支配している後根神経節細胞:L6-S1後根神経節におけるEP4の発現と下部尿路閉塞による発現変化を検討する(real-time RT-PCR,免疫組織化学,ウエスタン・ブロッテイング)。また,色素(DiI)をラット膀胱壁に注入して膀胱を支配している後根神経節の知覚神経細胞を逆行性に標識する。L6-S1後根神経節を摘出して,抗EP4抗体にて二重免疫蛍光染色する。このことにより、逆行性に同定された膀胱を支配する後根神経節細胞におけるEP4の発現が確認できる。2)膀胱上皮直下の知覚神経終末:知覚神経終末における発現を検討するため、抗EP4抗体および抗CGRP抗体など知覚神経(C線維)に特異的な抗体を使用して膀胱粘膜層の二重免疫蛍光染色を行い、膀胱上皮直下の知覚神経終末におけるEP4蛋白の存在を確認する(免疫組織化学,confocal laser microscope)。2.正常および部分尿道閉塞ラットの膀胱上皮における伸展刺激によるATP放出に対するEP4受容体の役割。1)VNUTによる膀胱上皮からのATP放出機構におけるEP4の関与メカニズムの解明。