hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規半導体レーザ用材料:希土類添加III-V族半導体の原子レベル制御成長と高品質化

本研究では、高品質な希土類元素添加III-V族半導体の作製を目指して、これまでに掌握している有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)法を用いたIII-V族半導体への希土類元素添加技術を再点検し、高い発光効率を示すように設計された希土類原子周辺局所構造を選択的に作り込む、原子レベル制御不純物添加技術に発展させることを第一の目的とする。さらに、キャリアと光の閉じこめ機能を有するレーザ構造を作製し、「光励起」および「電流注入」による希土類元素発光の観測/高効率化を行うことを第二の目的とする。Er添加GaAsとGaInPからなるダブルヘテロ(DH)構造において以下の知見を得た。1.GaAs/GaInPヘテロ構造はAs/P界面を有することから、急峻な界面構造を得ることが困難な材料系として知られている。原料ガスフローを物理的に分離する反応管構造や、界面形成を550°C以下で行う成長温度シーケンスを用いることにより、原子レベルで急峻な界面構造を得ることに成功した。2.ErとOを共添加することにより、Er発光中心がEr-2O発光中心に単一化され、発光強度が2桁程度増大することを確認した。また、Er発光強度には成長雰囲気中のOが重要な役割を果たしており、その添加量の最適化が重要である。3.pn制御を施したDH構造において、室温でErに起因する電流注入発光を観測した。そのスペクトル形状はEr-2O発光中心のものと一致していることから、電流注入によりEr-2O発光中心が効果的に励起されていることを明らかにした。4.その発光強度の注入電流密度依存性や、発光の立ち上がり/立ち下がり時間の解析を通じてEr励起断面積を見積もったところ、今日、実用化されているEr添加光ファイバ増幅器のものと比較して、56桁高い値が得られた。本研究では、「電流注入による希土類元素発光の誘導放出(レーザ発振)」を最終目標とする。そのために、高品質な希土類元素添加III-V族半導体の作製を目指して、これまでに掌握している有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)法を用いたIII-V族半導体への希土類元素添加技術を再点検し、高い発光効率を示すように設計された希土類原子周辺局所構造を選択的に作り込む、原子レベル制御不純物添加技術に発展させることを第一の目的とする。その際、新規希土類原料の設計および合成技術や、蛍光EXAFS法やX線CTR散乱法といったミクロ構造評価技術との有機的連携は不可欠である。さらに、キャリアと光の閉じこめ機能を有するレーザ構造を作製し、「光励起」および「電流注入」による希土類元素発光準位を介する誘導放出の観測/高効率化を世界に先駆けて行うことを第二の目的とする。現在のところ、Er添加GaAsとGaInPからなるダブルヘテロ(DH)構造を取り上げ、Er添加条件および構造の最適化に取り組んでいる。これまでの研究において、以下の知見を得ている。1.ErとOを共添加することにより、Er発光中心がEr-20発光中心に単一化され、発光強度が2桁程度増大することを確認した。2.pn制御を施したDH構造において、室温でErに起因する電流注入発光を観測した。そのスペクトル形状はEr-20発光中心のものと一致していることから、電流注入によりEr-20発光中心が効果的に励起されていることを明らかにした。現在、電流狭窄層の形成や劈開による共振器の作製に取り組んでおり、Er発光強度の注入電流密度依存性と併せて検討を行っている。

本研究では、「電流注入による希土類元素発光の誘導放出(レーザ発振)」を最終目標とする。そのために、高品質な希土類元素添加III-V族半導体の作製を目指して、これまでに掌握している有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)法を用いたIII-V族半導体への希土類元素添加技術を再点検し、高い発光効率を示すように設計された希土類原子周辺局所構造を選択的に作り込む、原子レベル制御不純物添加技術に発展させることを第一の目的とする。その際、新規希土類原料の設計および合成技術や、蛍光EXAFS法やX線CTR散乱法といったミクロ構造評価技術との有機的連携は不可欠である。さらに、キャリアと光の閉じこめ機能を有するレーザ構造を作製し、「光励起」および「電流注入」による希土類元素発光準位を介する誘導放出の観測/高効率化を世界に先駆けて行うことを第二の目的とする。現在のところ、Er添加GaAsとGaInPからなるダブルヘテロ(DH)構造を取り上げ、Er添加条件および構造の最適化に取り組んでいる。これまでの研究において、以下の知見を得ている。1.GaAs/GaInPヘテロ構造はAs/P界面を有することから、急峻な界面構造を得ることが困難な材料系として知られている。原料ガスフローを物理的に分離する反応管構造や、界面形成を550°C以下で行う成長温度シーケンスを用いることにより、原子レベルで急峻な界面構造を得ることに成功した。(特許出願:2件)2.pn制御を施したDH構造において、室温においてErに起因する電流注入発光を観測した。その発光強度の注入電流密度依存性や、発光の立ち上がり/立ち下がり時間の解析を通じてErの励起断面積を見積もったところ、今日、実用化されているEr添加光ファイバ増幅器のものと比較して、56桁高い値が得られた。このことは物理的な素子サイズが極めて小さい固体光増幅器の実現可能性を示唆している。(特許出願:1件)本研究では、「電流注入による希土類元素発光の誘導放出(レーザ発振)」を最終目標とする。今年度は、Er添加GaAsとGaInPからなるダブルヘテロ(DH)構造を取り上げ、室温においてErに起因する電流注入発光をプローブとして、Er励起断面積を評価し、Er添加GaAs活性層厚に対する依存性を調べた。1.観測されるEr励起断面積は実用化されているEr添加光ファイバ増幅器のものと比較して、56桁高い。2.Er添加GaAs活性層厚の増加とともに、指数関数的に減少する。このことはEr励起プロセスがクラッド層から注入される電子および正孔の拡散長により律速されていることを示唆している。
多環芳香族炭化水素類(PAHs)およびその光反応生成物の大気・水環境中での動態

PAHs(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons;多環芳香族炭化水素類)は、晴天時に地表面に堆積し,雨天時に水系に流出することによって水系汚染を引き起こす重要な面源汚染物質の一つである.PAHsにはbenzo(a)pyreneをはじめとする発癌性を持つものや,それ自体は発癌性のないものでも環境中での反応によって発癌性をもつ誘導体を生じるものもあり,その対策が重要視されつつある.PAHsの環境動態は,その主要な経路としては自動車排気など化石燃料の燃焼によって粉塵に付着する形で大気へ排出され乾性,湿性沈着によって地表面へ堆積し,雨天時に水系へ流出すると考えられている.本研究ではPAHsの起源(ディーゼル,ガソリン,タイヤ,アスファルト),大気中,降下粉塵(乾性降下物,湿性降下物)中,底質中の負荷量,含有量およびそのパターンを現地観測および文献調査によって明らかにした.またそれらの結果に基づきCMB(Chemical Mass Balance)法を用いてPAHsの起源および大気・水環境中での動態を評価した.大気中のPAHsはSPM(suspected Particulate Mater)の粒径によって起源が異なり,小径粒子に付着しているPAHsの主な起源はガソリン車由来であり,大径粒子に付着しているPAHsの主な起源はディーゼル車由来であることが分かった.また,底質に付着しているPAHsの主な起源は湿性降下物によるものだと示唆された.大気・水環境中におけるPAHsとその毒性の環境動態の総体的な把握を目的とし以下の検討を行い,成果を得た.(1)PAHsの乾性沈着の新規測定法の開発PAHsの大気中の移動に関して、下向き方向のフラックス測定値と上向き方向のフラックスの測定値の差分をネットフラックスとし、その測定方法を確立した.(2)PAHsのネットフラックスの定点観測の実施郊外地域において一年をおよそのタイムスケールとして、大気中のPAHs濃度、雨天時降下量とあわせ継続的に実施し,さまざまな環境因子(気温、風速、日射量、湿度など)との関連について考察した.結果として,降下粉塵については下向きフラックスとネットフラックスには大きな差はないものの,PAHsに関しては、大きな差があることを明らかにした,下向きフラックス,ネットフラックスともに風速へ依存しているが,その依存性はお互いに異なることがわかった.(3)ニトロ化PAHsの測定方法の確立PAHsと挙動が相互に関連すると考えられる,ニトロ化PAHsの測定方法を確立し,さまざまな環境サンプル(大気粉塵,ディーゼル粒子,降下粉塵,海域の底泥など)の測定を行った.PAHs(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons;多環芳香族炭化水素類)は、晴天時に地表面に堆積し,雨天時に水系に流出することによって水系汚染を引き起こす重要な面源汚染物質の一つである.PAHsにはbenzo(a)pyreneをはじめとする発癌性を持つものや,それ自体は発癌性のないものでも環境中での反応によって発癌性をもつ誘導体を生じるものもあり,その対策が重要視されつつある.PAHsの環境動態は,その主要な経路としては自動車排気など化石燃料の燃焼によって粉塵に付着する形で大気へ排出され乾性,湿性沈着によって地表面へ堆積し,雨天時に水系へ流出すると考えられている.本研究ではPAHsの起源(ディーゼル,ガソリン,タイヤ,アスファルト),大気中,降下粉塵(乾性降下物,湿性降下物)中,底質中の負荷量,含有量およびそのパターンを現地観測および文献調査によって明らかにした.またそれらの結果に基づきCMB(Chemical Mass Balance)法を用いてPAHsの起源および大気・水環境中での動態を評価した.大気中のPAHsはSPM(suspected Particulate Mater)の粒径によって起源が異なり,小径粒子に付着しているPAHsの主な起源はガソリン車由来であり,大径粒子に付着しているPAHsの主な起源はディーゼル車由来であることが分かった.また,底質に付着しているPAHsの主な起源は湿性降下物によるものだと示唆された.
重度の上肢麻痺に対するニューロフィードバックを併用した複合的CI療法の開発

今年度は対象となる患者のリクルートおよび、研究環境の整備と予備的研究の推進に務めた.研究環境の整備としては、要所の計画通り上肢リハビリテーション支援ロボット(ReoGo-J)の購入と設置、実際の稼働テストおよび安全性の確認を行い、重度の上肢麻痺患者に対してもロボットリハビリテーションを実施できる体制を整えた.予備的研究として、対象患者を当院に通院中の患者より抽出し、実際に重度上肢麻痺の対象患者に対して、ロボットリハビリテーションを併用した修正版CI療法(Constraint-induced movement therapy)を適用したところ、上肢機能の改善を得たため、実用的な治療法として実施可能であることを確認した.CI療法をはじめとした課題指向型訓練の難易度調整による運動学習効果の機序の解明について、近赤外線分光法を用いた脳機能の観点から解明し、効率的に脳可塑性を誘導できるニューロフィードバックシステムの開発を行うため、CI療法前後の近赤外線分光法を用いた脳機能測定を実施し、今年度は数例の患者に実施することができた.CI療法による麻痺側上肢機能の長期的な改善効果の機序の解明に関しては研究計画を変更し、より簡便かつ実用的に麻痺側上肢の使用状況をモニターできる簡便な方法として、超小型加速度センサーにより活動量を測定する計画に切り替え、今後対象患者に対して実際に適用し、麻痺側上肢機能と活動量との関連性を検討する予定である.CI療法(Constraint-induced movement therapy)をはじめとした課題指向型訓練の難易度調整による運動学習効果の機序の解明に関して、課題の難易度と近赤外線分光法による脳賦活部位の関連を近赤外光脳機能イメージング装置(島津製作所製SMARTNIRS)により解析することを当初計画していた.しかしながら、当初計画していた予算より交付金額が少なかったため、同装置のチャンネル増設用送受光ファイバおよびモジュールが購入不可能であり、現在保有する16チャンネルのみでの研究遂行を余儀なくされているため、限られた脳領域のみの解析に留まっており、解析に時間を要する可能性がある.CI療法による麻痺側上肢機能の長期的な改善効果の機序の解明に関して、MRI拡散テンソル画像のFractional Anisotropy(FA)値を用いた連合線維の残存率と、血液中の脳由来神経栄養因子により検証することを当初計画していた.しかしながら、交付金額および研究環境の関係で研究計画の変更を行い、より簡便かつ実用的に麻痺側上肢の使用状況をモニターできる簡便な方法として、超小型加速度センサー(アクチグラフ社製GT3X-BTシステム)により活動量を測定し、麻痺側上肢機能の長期的な改善効果を解明する研究計画に変更したため、研究環境の整備にやや時間を要した.CI療法(Constraint-induced movement therapy)をはじめとした課題指向型訓練の難易度調整による運動学習効果の機序の解明に関する研究に関しては、近赤外光脳機能イメージング装置のチャネル数の問題により、限られた脳領域のみの測定しかできないため、解析に時間を要する可能性はあるが、遂行自体は問題なく可能であり、引き続きCI療法の治療前後において脳賦活領域の変化を解析し、課題の難易度が運動学習効果に与える影響を検証する.CI療法による麻痺側上肢機能の長期的な改善効果の機序を解明する研究に関しては、従来より簡便かつ実用的に麻痺側上肢の使用状況をモニターできる超小型加速度センサー(アクチグラフ社製GT3X-BTシステム)を使用して麻痺側上肢の活動量を長期的かつ定量的に評価する研究計画に変更した.超小型加速度センサーは麻痺側上肢、非麻痺側上肢、体幹に装着し、各々の活動量を計測、分析を行うことで、代償運動も含めた実生活での身体の活動量をモニターする.これにより麻痺側上肢の使用頻度と麻痺側上肢機能の長期的な改善効果の関連性が解明できると考えられる.今年度は対象となる患者のリクルートおよび、研究環境の整備と予備的研究の推進に務めた.研究環境の整備としては、要所の計画通り上肢リハビリテーション支援ロボット(ReoGo-J)の購入と設置、実際の稼働テストおよび安全性の確認を行い、重度の上肢麻痺患者に対してもロボットリハビリテーションを実施できる体制を整えた.予備的研究として、対象患者を当院に通院中の患者より抽出し、実際に重度上肢麻痺の対象患者に対して、ロボットリハビリテーションを併用した修正版CI療法(Constraint-induced movement therapy)を適用したところ、上肢機能の改善を得たため、実用的な治療法として実施可能であることを確認した.CI療法をはじめとした課題指向型訓練の難易度調整による運動学習効果の機序の解明について、近赤外線分光法を用いた脳機能の観点から解明し、効率的に脳可塑性を誘導できるニューロフィードバックシステムの開発を行うため、CI療法前後の近赤外線分光法を用いた脳機能測定を実施し、今年度は数例の患者に実施することができた.CI療法による麻痺側上肢機能の長期的な改善効果の機序の解明に関しては研究計画を変更し、より簡便かつ実用的に麻痺側上肢の使用状況をモニターできる簡便な方法として、超小型加速度センサーにより活動量を測定する計画に切り替え、今後対象患者に対して実際に適用し、麻痺側上肢機能と活動量との関連性を検討する予定である.

CI療法(Constraint-induced movement therapy)をはじめとした課題指向型訓練の難易度調整による運動学習効果の機序の解明に関して、課題の難易度と近赤外線分光法による脳賦活部位の関連を近赤外光脳機能イメージング装置(島津製作所製SMARTNIRS)により解析することを当初計画していた.しかしながら、当初計画していた予算より交付金額が少なかったため、同装置のチャンネル増設用送受光ファイバおよびモジュールが購入不可能であり、現在保有する16チャンネルのみでの研究遂行を余儀なくされているため、限られた脳領域のみの解析に留まっており、解析に時間を要する可能性がある.CI療法による麻痺側上肢機能の長期的な改善効果の機序の解明に関して、MRI拡散テンソル画像のFractional Anisotropy(FA)値を用いた連合線維の残存率と、血液中の脳由来神経栄養因子により検証することを当初計画していた.しかしながら、交付金額および研究環境の関係で研究計画の変更を行い、より簡便かつ実用的に麻痺側上肢の使用状況をモニターできる簡便な方法として、超小型加速度センサー(アクチグラフ社製GT3X-BTシステム)により活動量を測定し、麻痺側上肢機能の長期的な改善効果を解明する研究計画に変更したため、研究環境の整備にやや時間を要した.CI療法(Constraint-induced movement therapy)をはじめとした課題指向型訓練の難易度調整による運動学習効果の機序の解明に関する研究に関しては、近赤外光脳機能イメージング装置のチャネル数の問題により、限られた脳領域のみの測定しかできないため、解析に時間を要する可能性はあるが、遂行自体は問題なく可能であり、引き続きCI療法の治療前後において脳賦活領域の変化を解析し、課題の難易度が運動学習効果に与える影響を検証する.CI療法による麻痺側上肢機能の長期的な改善効果の機序を解明する研究に関しては、従来より簡便かつ実用的に麻痺側上肢の使用状況をモニターできる超小型加速度センサー(アクチグラフ社製GT3X-BTシステム)を使用して麻痺側上肢の活動量を長期的かつ定量的に評価する研究計画に変更した.超小型加速度センサーは麻痺側上肢、非麻痺側上肢、体幹に装着し、各々の活動量を計測、分析を行うことで、代償運動も含めた実生活での身体の活動量をモニターする.これにより麻痺側上肢の使用頻度と麻痺側上肢機能の長期的な改善効果の関連性が解明できると考えられる.
ヒト免疫不全ウイルスプロテアーゼによる自然免疫回避機構の解明

HIV-1のプロテアーゼにより切断される感染細胞内の蛋白質として、自然免疫応答において中心的に働くTBK1を新たに同定した。HIV-1プロテアーゼによりTBK1はin vitro, in vivoにおいてTBK1のC末端領域において切断されることが確認された。また、切断型のTBK1は野生型と比較して活性が低かった。HIV-1のコードするプロテアーゼにはTBK1を切断し宿主自然免疫機構を低く抑える機能があることが示唆されたHIV-1のプロテアーゼにより切断される感染細胞内の蛋白質として、自然免疫応答において中心的に働くTBK1を新たに同定した。HIV-1のコードするプロテアーゼにはTBK1を切断し宿主自然免疫機構を低く抑える機能があることが示唆されたHIV-1の増殖は感染細胞内における宿主細胞因子とウイルス由来産物との複雑な拮抗関係により成立している。宿主細胞が本来備えているストレス応答や自然免疫といったウイルスに不利に作用するシグナル伝達について、HIV-1はそれを相殺できると論じられてはきたがそれを証明した報告は少ない。そこで本件家優課題では、コムギ無細胞蛋白質合成系を用いた宿主蛋白質リンさkな酵素のライブラリー作成を行い、網羅的ウイルス蛋白質との相互作用をスクリーニングすることで、HIV-1プロテアーゼに切断される宿主由来の新規標的の同定を行っている。自然目ねきにおいて主要な役割を担う宿主蛋白質の分解に焦点を当て、ウイルス感染や病態との関連について詳細に検討を行い、これまでウイルス中心であった治療薬開発に宿主が本来もつ防御作用を視野に入れた新しいアプローチを提案するを本課題のゴールとする。1)HIV-1プロテアーゼによる蛋白質リン酸化酵素切断の検討Alphaスクリーンに結果よりTBK1を新規の標的因子候補としていたが、TBK1deletion変異体シリーズを作成し、HIV-1により切断される部位を同定できた。また切断型TBK1は野生型に比べ活性が低く、HIV-1プロテアーゼはTBK1を切断することで自然免疫応答に影響を与えることが示唆された。2)TBK1活性化にHIV-1プロテアーゼが与える影響の検討TBK1は本来二本鎖DNA(またはRNA)の刺激により活性化される蛋白質リン酸化酵素である。活性化されたTBK1はIRF3のリン酸化を通してINFβの産生を促すことが分かっている。そこで細胞に二本鎖DNA刺激を与えTBK1を活性化しINFβプロモータ活性をルシフェラーゼアッセイによりモニタする系を作りそこでHIV-1プロテアーゼ存在下または非存在下におけるTBK1の活性の変化を観察した。興味深いことにHIV-1Gag-Po1を細胞内に入れるとTBK1を強活性化することが明らかとなった。本研究課題ではHIV-1プロテアーゼにより切断される宿主蛋白質リン酸化酵素としてTBK1を網羅的解析により同定した。そこで、HIV-1感染系における自然免疫活性化とTBK1切断機構の意義について、平成24年度はより詳細な解析を試みた。遺伝子導入法による刺激で自然免疫経路を活性化する可能性を排除するため、実験系にTetシステムを導入したGag-Pol野生型とGag-Pol(D25N)プロテアーゼ失活型の二つの細胞株(HeLa細胞由来、THP1細胞由来)を樹立し、実験に用いた。その結果、Gag-Pol(D25N)プロテアーゼ失活型ではGag-Pol野生型の2倍にTBK1の活性化が認められた。また、Gag-Pol野生型においてHIV-1プロテアーゼ阻害剤であるダルナビルを添加し、HIV-1プロテアーゼ活性を抑制した場合もTBK1が活性化された。このことから、Gag-Pol存在下でTBK1が活性化するが、プロテアーゼが活性化しTBK1を切断することでこの活性を抑えていることが示唆された。HIV-1プロテアーゼによってTBK1はC末端領域を失うことが切断産物の質量分析解析により明らかとなった。TBK1C末欠損型はWTと比較して活性が10倍以上低かったことから、HIV-1感染時においてHIV-1プロテアーゼがTBK1を切断することにより、自然免疫経路の活性化を抑制していることが示唆された。次に臨床分離株である多剤耐性のHIVモレキュラークローンを用いてTBK1の活性を野生型NL4-3ウイルスと比較した。すると、野生型ではTBK1の切断が起きるが多剤耐性クローンは感染時のTBK1切断が認められず、INFβのプロモーター活性も高いことが分かった。このことは、変異の蓄積が起きたHIV1ウイルス株では感染細胞内において自然免疫応答を誘発し免疫を攪乱している可能性を示唆している。HIV-1プロテアーゼがTBK1を切断する部位の同定に成功し、また切断されたTBK1の活性をINF-βのプロモーター活性としてルシフェラーゼアッセイで比較したところ、野生型TBK1に比べ切断されたTBK1の活性が低く抑えられていることが明らかとなった。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の推進方策として大きく2点に重点を置く。(1)実際のHIV-1ウイルス感染状態におけるプロテーゼとTBK1との相互作用の役割について。Monocyte細胞株であるMonoMac6を用い、HIV-1感染細胞におけるTBK1の状態(切断状態や発現状態の経時的変化)や活性(IRF3の核内移行と活性測定、INFβのプロモーター解析など)の変化を検討する。

また、各病期の患者から単離したHIV-1モレキュラークローン株を用いて同様の解析を行う。(1)HIV-1プロテアーゼがTBK1の細胞内での活性に与える影響をより詳細に解明する。Tetシステム発現系にHIV-1プロテアーゼを組み込み、HIV-1プロテアーゼがTBK1活性に与える影響を検討する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
新しい昇圧ホルモンとしての副腎androgenに関する研究

我々は,副腎androgenの1つである19ーhydroxyandrostenedione(19ーOHーAD)には,アルドステロンのミネラルコルテコイド活性に対する増幅作用のあることを,副腎摘出ラットを用いたKagawaのバイオアツセイの検討成績から報告して来た。更に,19ーOHーADがアルドステロンの昇圧作用も増強するか否か検討したところ,19ーOHーADはアルドステロンの昇圧作用も著明に増強することが判明した。次の検討課題は,増幅機序の解明である。そこで,先ず,19ーOHーAD及びアルドステロン同時投与ラットの右房内ANP(心房性ナトリウム利尿ペプチド)顕粒量を電子顕微鏡にて検討したところ,19ーOHーAD単独投与ラット,アルドステロン単独投与ラットでは,対照との間に有意差を認めなかったが,同時投与ラットでは,著明な減少を認めた。そこで,次に,各群の血中ANP濃度をRIAにて測定したところ,同時投与群及び19ーOHーAD投与群で低値が認められた。その結果は,19ーOHーADが,右房内でのANPの産生を抑制した結果,血中ANP値が低下し,その結果として,アルドステロンの作用を増強している可能性が考えられる。19ーOHーADの作用機序としてANPとの接点が判明したことが,本年度の大きな収穫である。更に増幅機序を詳細に検討するため,ANP遺伝子からのmRNA発現に対する19ーOHーADの影響を検討する予定で,目下準備中である。もし,19ーOHーADがANPmRNAの発現を抑制している所見が得られれば,この実験を用いて,19ーOHーAD拮抗物質のスクリ-ニングを施行する予定である。
流体・構造・制御の異分野融合による可変翼モデリング法の確立

次世代航空機は飛行中に折り畳み展開する可変翼の搭載が期待されている.この可変翼の設計開発に必須となる「構造空力連成モデリング法の確立」に向け,以下の3項目に取り組んだ.(1)構造モデルの三次元化・高効率化:絶対節点座標法(ANCF)に基づいた新たな3次元梁要素を開発し,従来困難であった可変挙動・柔軟変形する翼の三次元構造モデリング・シミュレーションを可能とした.ANCFは全体座標で表現されたベクトルのみを変数とし,大変形・大移動する構造物をモデリングできる手法である.しかし,大半の構造物で非支配的となる梁断面の伸縮やせん断を強制的に考慮してしまうため,計算が発散しやすい上に,航空機翼のような複雑断面構造物には適用できないという問題があった.本研究では,ジョイント拘束を取り扱うマルチボディダイナミクス理論を導入し,これら非支配的な断面変形を拘束することで,3次元ANCF梁要素を航空機翼に適用できるように拡張した.(2)空力モデルの高精度化:昨年度までは,初期検討として流体の三次元効果を無視する二次元空力モデルを使用していた.しかし,折り畳み展開する可変翼はスパンが大きく変化するので,流れの三次元効果は無視できなくなることが昨年度の風洞実験で判明した.今回,流れの三次元効果を考慮した三次元空力モデルを提案する構造モデルと連成させることに成功し,シミュレーションと実験はより良好な一致を示した.(3)風洞内変形実験の高精度測定:構築したモデルの精度を実証するために,東北大学・流体科学研究所で可変翼の展開実験を行った.可変翼実験装置の展開機構を電動化することで,よりバラツキの小さい実験データの取得に成功した.さらに,近距離高精度レーザー変位計を導入し,昨年度から使用していた高速度カメラと合わせることで,可変翼の大きな剛体運動と弾性変形を高精度で捉えることが可能となった.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。制御系設計への適用を念頭に置いた上で,可変翼の流体構造連成モデリング法の基礎理論構築と,提案手法の高精度化・三次元解析への拡張を行った.さらに,本モデルを用いた数値解析の妥当性実証のための実験系を構築した.まず,ヒンジジョイントから成る可変機構を有した翼の挙動を表現するために,マルチボディダイナミクス(MBD)に着目した.MBDはヒンジジョイントなどで結合された構造物のモデルを機械的な手順で導出できる理論である.しかし,MBDで最も良く用いられる微分代数方程式表現のモデルは,冗長な変数とラグランジュの未定乗数を陽に含むため,制御系設計と相性が悪い.そこで速度変換法という別種のMBD理論を導入することで,冗長な変数とラグランジュの未定乗数を含まない数式表現のモデル構築を行った.この結果,モデルサイズが小さくなり,制御系設計との相性の良さに加えて,周波数領域でのフラッタ解析および計算時間の低減にも成功した.可変翼の大変形挙動を表現するために非線形有限要素法:絶対節点座標法(ANCF)に着目した.ANCFは全体座標で記述されたベクトルのみで,構造物の挙動を表現する.この結果,可変翼の大変形・大回転の表現がとなる.しかし,ねじりが複雑なベクトルの組み合わせで記述されてしまうため,空力モデルとの連成には不適であった.そこで,可変翼の各部材のねじり変形は小さく,微小と仮定できることに着目した.これによって,ANCFの利点を損なわずに,ねじり角を表現でき,空力モデルとの連成を可能とした.以上のように構築した可変翼モデルを用いた解析の妥当性を実証するための,翼の変形実験を行った.計測された可変翼の挙動は解析値と良好な一致を示した.また,提案する可変翼モデルに適用可能な制御則に関して幅広い学術調査を実施した.2017年度は計画していた「マルチボディダイナミクスと流体構造連成を融合した理論に,新たな近似仮定を設ける事で,線形運動方程式で表すことができる可変翼のモデリング法を構築すること」「線形運動方程式に対する周波数解析で,フラッタ発生速度の計算を行うこと」「変形挙動シミュレーションを繰り返し,提案するモデリング法の改善と精度向上を行うこと」を達成した.当初,流体構造連成に伴う計算時間の増大を懸念して,スーパーコンピュータの使用も計画していた.しかし,構築したモデルの計算効率・精度は良好であり,汎用デスクトップコンピュータの使用で十分な成果を得ることができた.また,計画していた「構築したモデルと制御理論を組み合わせ,可変機構制御系を設計すること」の代わりに,次年度実施予定だった「東北大学・流体科学研究所の風洞で変形実験を行い,モデルの妥当性を実証すること」を達成した.加えて,当初は計画になかった「モデルの高精度化と三次元解析への適用」を可能とし,この研究成果をアメリカ航空学会誌AIAAJournalおよびアメリカ航空学会が主催する航空宇宙分野で世界最大規模の国際会議SciTechで公表できた.以上の計画通りの進捗と計画以上の研究成果を踏まえて「当初の計画以上に進展している」といえる.次世代航空機は飛行中に折り畳み展開する可変翼の搭載が期待されている.この可変翼の設計開発に必須となる「構造空力連成モデリング法の確立」に向け,以下の3項目に取り組んだ.(1)構造モデルの三次元化・高効率化:絶対節点座標法(ANCF)に基づいた新たな3次元梁要素を開発し,従来困難であった可変挙動・柔軟変形する翼の三次元構造モデリング・シミュレーションを可能とした.

ANCFは全体座標で表現されたベクトルのみを変数とし,大変形・大移動する構造物をモデリングできる手法である.しかし,大半の構造物で非支配的となる梁断面の伸縮やせん断を強制的に考慮してしまうため,計算が発散しやすい上に,航空機翼のような複雑断面構造物には適用できないという問題があった.本研究では,ジョイント拘束を取り扱うマルチボディダイナミクス理論を導入し,これら非支配的な断面変形を拘束することで,3次元ANCF梁要素を航空機翼に適用できるように拡張した.(2)空力モデルの高精度化:昨年度までは,初期検討として流体の三次元効果を無視する二次元空力モデルを使用していた.しかし,折り畳み展開する可変翼はスパンが大きく変化するので,流れの三次元効果は無視できなくなることが昨年度の風洞実験で判明した.今回,流れの三次元効果を考慮した三次元空力モデルを提案する構造モデルと連成させることに成功し,シミュレーションと実験はより良好な一致を示した.(3)風洞内変形実験の高精度測定:構築したモデルの精度を実証するために,東北大学・流体科学研究所で可変翼の展開実験を行った.可変翼実験装置の展開機構を電動化することで,よりバラツキの小さい実験データの取得に成功した.さらに,近距離高精度レーザー変位計を導入し,昨年度から使用していた高速度カメラと合わせることで,可変翼の大きな剛体運動と弾性変形を高精度で捉えることが可能となった.2018年度は「空力モデルの高精度化」「風洞内翼変形実験の高精度測定」「構築したモデルと制御理論を組み合わせ,可変機構制御系を設計」の3つを行う.第一に,計算コストと変数の増大を避けつつ,「空力モデルの高精度化」を行う.特に可変翼はスパンの長さが大きく変化するので,流れの三次元効果の影響が大きくなる.この三次元効果を考慮できるような空力モデルへと発展させる.第二に,「風洞実験の高精度測定」を行う.風洞内で翼が大きく変形するような実験を実施したのは2017年度が初であった.このため,実験機器の運用や測定値の処理に改善の余地があると考えている.次回は2018年9月に東北大学・流体科学研究所で風洞実験を実施することになっている.本実験に向けて同施設所属の風洞実験の専門家との共同研究の下,実験の改善・向上に取り組むことを計画している.第三に,「構築したモデルと制御理論を組み合わせ,可変機構制御系の設計」を行う.2017年度の学術調査結果を元に,基礎的検討を目的として,比較的変数が少なくて済む二次元問題を対象に実施する予定である.この際,航空機制御の専門家である国際共同研究者のアドバイスを有効活用する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
小児歯科診療時のストレスが副腎カテコールアミン合成に及ぼす影響に関する実験的研究

結果1.尿中カテコールアミンのうちAd,NAdは濃度が低く,代謝物であるVMA,HVA,NMNなどが多く存在していた。2.治療の前後で,尿中カテコールアミンはNAdとAdが,また代謝物ではNMNが有意の増加を示した。3.尿中に高濃度に含まれる最終代謝産物であるVMAやHVAをはじめ,NAd,AdやNMN以外の物質では一定の変化はみられなかった。以上の結果より,尿中カテコールアミンであるNAd,Adと中間代謝産物であるNMNの治療前後における濃度変化が歯科診療時のストレス評価の指標になる可能性が示唆された。
TGF-βによる水晶体上皮細胞の上皮間葉系移行におけるRhoキナーゼの役割

水晶体上皮細胞の上皮間葉系転換は前嚢下白内障などをもたらす。これには、TGF-βが関与し、その細胞内シグナル伝達系としてRhoが関与することを我々は報告してきた。今回は、Rhoキナーゼを選択的阻害剤(Y-27632)でブロックし、上皮間葉系転換への影響を検討した。その結果、Y-27632は、I型コラーゲン産生、α平滑筋線維アクチン発現、細胞収縮能促進を抑制し、生体内では前嚢下白内障形成を抑制し、Rock阻害剤が、上皮間葉系転換の抑制薬として可能性があることが示唆された。ブタ水晶体を摘出し、初代培養から継代し、コラーゲンゲル培養、PCR用の細胞を作製した。上記に対し、TGFーβ5-10ng/mlの濃度で投与し、コラーゲンゲルが有意に収縮することを認めた。さらにPCRにて、TGFーβ5-10ng/mlの濃度で、α平滑筋線維アクチンならびにコラーゲンI型の産生が48、72時間で有意に上昇すること、さらに12、24時間では有意な上昇は認められないことを認めた。これらによって、基本的な培養モデルは、得られたので、これらに対し、選択制Rock阻害剤(Y-27632)を用いてゲル収縮、コラーゲン、α平滑筋線維アクチンの発現に対する影響を観察した。コラーゲンゲルに対しては、10μM Y-27632は、有意にTGFーβによるゲル収縮促進を抑制した(P<0.0001).この収縮にMLCKが関与しているか、実験を繰り返している段階であるが、大きな関与がないと思われる。また、コラーゲン、α平滑筋線維アクチンの産生に対する影響も、予備実験を終え、最終確認している段階である。上記のデータは、まだ一部最終確認が必要なものの、TGFーβによる水晶体上皮細胞の上皮間葉系移行(EMT)に対し、選択制Rock阻害剤(Y-27632)が抑制的に働くことを示唆していると思われた。ブタ水晶体上皮細胞を培養し、コラーゲンゲル培養、α平滑筋アクチン、コラーゲンI型のPCRの実験を進めた。その結果、5-10ng/ml TGF-β2によって、コラーゲンゲルの収縮は、促進され、α平滑筋アクチン、コラーゲンI型の産生は、PCRにより産生が亢進されていることが明らかとなった。これらの、コラーゲンゲル収縮促進、並びに、α平滑筋アクチン、コラーゲンI型の産生亢進は、選択的ROCK阻害剤であるY-27632によって有意に阻害された。以上の結果によりTGF-β2によってもたらされる水晶体上皮細胞の上皮間葉系移行は、選択的ROCK阻害剤であるY-27632によって有意に抑制されることが明らかとなった。さらに26年度では、これらの現象が、人眼水晶体上皮細胞でも同様になっているかを調べ、TGF-β2によって、α平滑筋アクチン、コラーゲンI型の産生は、PCRにより産生が亢進されていること、これらの産生亢進は、選択的ROCK阻害剤であるY-27632によって有意に阻害されることを明らかにした。また、Rho-ROCK系の下流にあるMRTF-SRF系が関与しているかを明らかにする目的で、ブタ水晶体上皮細胞におけるTGF-β2によるコラーゲンゲル収縮促進に対する、選択的MRTF阻害剤の効果を検証したところ、有意に阻害されることが分かった。以上より水晶体上皮細胞のTGF-β2による上皮間葉系移行には、Rho-ROCK系、さらにはその下流であるMRTF-SRF系が関与していることが明らかとなった。Y-27632のin vivoにおける水晶体上皮細胞の上皮間葉系移行への影響を検討する目的で、前嚢下白内障をUV照射により惹起するモデルを用いて、Y-27632点眼剤の効果を検討した。その結果、Y-27632を点眼投与した群では、対照群(生食点眼群)に比べ、前嚢下白内障の混濁面積が有意に少なく、Y-27632によるin vivoでの水晶体上皮細胞の上皮間葉系移行を抑制できることが明らかとなった。また、Y-27632は、細胞骨格に影響を与えるため、細胞の遊走能に影響を与える可能性が考えられる。そこで、豚水晶体上皮細胞を用い、スクラッチテストを行って検討を行った。豚眼水晶体上皮細胞をサブコンフルエントの状態で擦過した。10%血清のみ(コントロール群(C群))、Y-27632(10μM)添加群(Y群)で、投与前に比較してC群は66.6±12.3%、Y群は3.1±5.3%まで擦過部の面積が縮小していた。以上の結果より、水晶体上皮細胞の遊走においてRho-キナーゼ阻害剤であるY- 27632は遊走を促進し、TGF-β2は抑制しうることが示された。同様の遊走実験をMRTF阻害剤について行った。この結果、コントロール群6.14±3.3%、CCG群13.3±3.0%まで縮小していた。コントロール群CCG群において有意な差は認めなかった。

以上より、Rho-MRTFの系においては、水晶体上皮細胞遊走において、Rho阻害剤は遊走促進的に働くが、MRTF阻害剤であるCCG-203971は影響は与えないと思われた。水晶体上皮細胞の上皮間葉系転換は前嚢下白内障などをもたらす。これには、TGF-βが関与し、その細胞内シグナル伝達系としてRhoが関与することを我々は報告してきた。今回は、Rhoキナーゼを選択的阻害剤(Y-27632)でブロックし、上皮間葉系転換への影響を検討した。その結果、Y-27632は、I型コラーゲン産生、α平滑筋線維アクチン発現、細胞収縮能促進を抑制し、生体内では前嚢下白内障形成を抑制し、Rock阻害剤が、上皮間葉系転換の抑制薬として可能性があることが示唆された。当初の予定のようにおおむね順調に進展していると思われる眼科学今後は、人水晶体上皮細胞のTGF-β2によるコラーゲンゲル収縮に対してもRho-ROCK系の下流にあるMRTF-SRF系が関与しているかを明らかにすること、さらに、in vivoにおいてもRho-ROCK系が水晶体上皮細胞の上皮間葉系移行に関与しているか明らかにしていきたい。上皮間葉系移行にあっては、PCRでの条件設定にやや時間を要し、追試実験が完了していない(平成26年3月終了予定)が、約3か月遅れで、平成26年6月頃に終了する予定である。この遅れは、大学院生の新規入学に伴い、実験手順が不慣れで安定した成績が出なかったことによるが、26年1月以降は、ほぼ安定してきたので、今後は順調に経過するものと思われる。細胞培養が順調に進んだため。今後は、PCRによるコラーゲンゲル、α平滑筋線維アクチンの産生に対するY-27632の効果を確定する。コラーゲンゲルについては、MLCKの関与が少ないことを確かめるとともに、最近、この分野では、Rhoシグナルの下流での様々な知見が得られ、従来考えられていたSMAD系よりもむしろ、MRTF-SRFなどの働きが重要であるとの報告が他の細胞でなされている。従って、今後は、MRTF-SRFが水晶体上皮細胞における上皮間葉系移行に関与するかどうかを明らかかにするとともに、こららの阻害剤がTGF-βによる上皮間葉系移行の抑制に有効に作用するか検討する予定である。人細胞での検証を進めるとともに、In vivoでの実験を行いたい研究進行が多少遅れたために、未使用額が生じた。遅れた部分については、平成26年度に追加で実施する予定であり、さらに、研究体制が整ったことにより、研究を迅速に進め、当初の予定のように平成26年度の実験も行うようにしたい。
サブナノ秒パルスパワーを用いた無痛癌治療装置の研究

サブナノ秒パルスパワーをがん細胞に印加すると、がん細胞がアポトーシスにより死滅することが分かっている。この新しい反応を用いて、無痛がん治療装置を開発することを目的とする。目的を達成するため、下記の実験を行う。(a)楕円面反射鏡の第一焦点にアンテナを置き第二焦点での電界計測、(b)第二焦点にがん細胞を置きアポトーシスが起こることの確認、(c)マウスのがん組織を第二焦点におきがんへの効果。第二焦点での電界計測を試みたが、コンピュータシミュレーション結果より小さい値となった昨年度の研究成果を受けて、今年度は、半分の楕円面反射鏡から楕円面反射鏡の長さを伸ばして、最終的には全面の楕円面反射鏡で電界計測を行った。また、第二焦点にがん細胞をおき影響を調べた。得られた研究成果は下記のようである。1.全面の楕円面反射鏡を用いると、第一焦点に置かれたアンテナから放射されたバースト電磁波が、第二焦点に波長程度の広がりで収束した。軸方向及び径方向の電界分布は、コンピュータシミュレーション結果と一致した。2.人の子宮頸がんを第二焦点に置き、バースト電磁波のがん細胞への影響を調べた。基礎実験において得られた、アポトーシスの起こる電界の閾値以下であったため、フローサイトメーターを用いた計測で変化はなかった。3.マウスを楕円面反射鏡第二焦点におく装置を開発したが、バースト電磁波の強度が不十分であったため、今後、電界強度を増加するための研究が必要である。サブナノ秒パルスパワーを癌細胞に印加すると、癌細胞がアポトーシスにより死滅することがこれまでの研究で明らかとなっている。この新しい反応を用いて、無痛癌治療装置を開発することを目的としている。癌細胞に弱い高周波電磁界を印加して加熱することによる癌治療の研究は行われているが、本研究は加熱を用いず、直接DNAに作用させることによるアポトーシス誘発であり、画期的・独創的である。安価に製作ができるパルスパワー方式無痛癌治療装置が実現されれば、外科ではなく内科でも物理的癌治療が手軽に行えるようになり、その波及効果は大きい。目的を達成するため、1.楕円面反射鏡の第一焦点にアンテナを置き第二焦点での電界計測、2.第二焦点に癌細胞を置きアポトーシスが起こることの確認、3.マウスの癌組織を第二焦点におき癌への効果の調査を行う。今年度は、楕円面反射鏡の第一焦点にアンテナを置き第二焦点での電界計測を行うための装置開発を目標とした。長さが数十cmの小型マルクス発生装置(容量940pF、10段構成で、最大充電電圧30kV)を製作し、出力230kVを発生できた。楕円面反射鏡の第一焦点に作成したホイップアンテナを置き、小型マルクス発生装置の出力を、ホイップアンテナに接続し、電磁波を発生した。人体での反射を抑えて体内にパルス電界を伝搬させるため、楕円面反射鏡は水中に置いた。また、本システムのコンピュータシミュレーションを実施し、第二焦点において、100kV/cmのパルス電界が発生することを確認した。昨年度は、サブナノ秒パルス電界発生装置の開発、及び第二焦点での電界計測を試みた。具体的な研究成果は下記のようである。サブナノ秒パルスパワー発生装置を開発した。この装置の充電電源として、すでに開発済みの磁気パルス圧縮方式パルスパワー発生装置を用いた。楕円面反射鏡の第一焦点にアンテナを取り付け、サブナノ秒パルスパワーを印加し、第二焦点での電界計測を行った。コンピュータシミュレーション結果より電界強度が小さくなった。楕円面反射鏡は軸方向半分の大きさであるため、カットしたエッジでの反射波の振る舞いや、水の減衰率、光用の反射鏡を用いた影響等、平成21年度の宿題となって残った。

基礎実験において得られた、アポトーシスの起こる電界の閾値以下であったため、フローサイトメーターを用いた計測で変化はなかった。3.マウスを楕円面反射鏡第二焦点におく装置を開発したが、バースト電磁波の強度が不十分であったため、今後、電界強度を増加するための研究が必要である。
卵巣癌の腹膜転移形成における細胞膜型アミノペプチダーゼの役割と遺伝子治療への応用

今年度は主として細胞表面ペプチド分解酵素としてアミノペプチダーゼN(APN/CD13)の卵巣癌における発現と機能解析を行った。研究計画にあるように手術検体や細胞株におけるAPN/CD13の発現を免疫組織染色にて確認した。その結果、高APN/CD13発現細胞では線維芽細胞様形態が強く高浸潤性、低DPPIV/CD26発現であった。逆に低APN/CD13発現細胞では逆に上皮細胞様形態が強く低浸潤性、高DPPIV/CD26であることが確認できた。すなわち同じ細胞膜型アミノペプチダーゼでありながらAPN/CD13とDPPIV/CD26が細胞形態、細胞骨格、及び浸潤性の獲得で全く正反対の機能を有しているのは興味深い事柄である。さらに特筆すべきことは、低DPPIV/CD26高APN/CD13発現株(SKOV-3)へDPPIV/CD26を過剰発現させると興味深いことながらDPPIV/CD26発現の増加と共にAPN/CD13発現は著明に減少し線維芽細胞様形態から上皮細胞様に形態シフトし(EMT ; epithelia-mesenchymal transition)、かつEカドヘリンの発現増強が認められた。逆に低DPPIV/CD26高APN/CD13発現株(ES-2)のAPN/CD13をsmall interfering RNA (siRNA)を用いて抑制すると細胞形態において線維芽細胞様から上皮細胞様へとスイッチが認められた(MET ; mesenchymal-epithelial transition)。さらにsi-CD13-ES-2細胞ではコントロール細胞に比較して増殖能、浸潤能、および運動能などが減弱していた。さらに初代培養した中皮細胞との接着をみたadhesion assayにおいてもコントロール細胞に比較して有意にsi-CD13-ES-2細胞では接着が減弱していた。このことからDPPIV/CD26とAPN/CD13は細胞内でEMTあるいはMETに関連しながら密接にリンクしながら転移・浸潤性の獲得に影響していることが示唆された。1)卵巣癌細胞SKOV3の細胞形態がDPPIVの遺伝子導入によって線維芽細胞様から上皮細胞様、敷石状に変化するというエビデンスからE型カドヘリンなどの細胞内接着分子の発現にDPPIVが関与していることが想定された。しかるに、まず種々の卵巣癌細胞株におけるDPPIVとE型カドヘリン、および【○!R】カテニンの発現レベルを調べたところ、正の相関にあった。また、SKOV3細胞にDPPIVを遺伝子導入するとE型カドヘリン、および【○!R】カテニンの発現はベクターのみの導入株に比較して有意に低下していた。また、DPPIVによって細胞浸潤能が低下するというエビデンスから、種々のマトリックスメタロプロテアーゼ(以下、MMPs)やTissue inhibitors of MMPs (TIMPs)の発現にDPPIVの発現が影響を及ぼしていると考えられた。よって、同様にDPPIV過剰発現SKOV3細胞においてTIMP-1,2の発現を調べるとベクターのみの導入株に比較して著明に増加していた。また、DPPIVの導入によってMMP-2の活性と発現は減少していた。これらの結果によって、DPPIVはE型カドヘリンやMMP-2などの細胞内分子の発現に影響を及ぼし、卵巣癌の腹膜進展に抑制的に機能している可能性が示唆された。次いでSKOV3細胞の野生株、ベクターのみの導入株、及びDPPIV導入株における細胞内シグナル伝達系の変化を調べた。上記細胞をserum starvation後にserum刺激を加えると、MAP kinaseの一つであるextracellular regulated kinase (ERK)のリン酸化がDPPIV導入株において減弱していた。よってERKはDPPIVによって抑制的支配を受けるシグナルの一つであり、浸潤能が低下する一種のメカニズムであるといえる。2)NEPに関してはまず、卵巣癌の各種組織型において免疫染色を行い、その発現レベルと局在を確認した。NEPは卵巣癌の癌細胞部分に局在するもの、間質に存在するものに大別されたが、後者の発現がメインであった。DPPIVと同様にNEP低発現であるSKOV3細胞に遺伝子導入を行い、野生株、ベクターのみの導入株、およびNEP導入株における増殖能(MTT Assay)、および浸潤能(Matrigel Invasion Assay)にて調べた。NEP導入株においてはベクターのみの導入株に比較して増殖能、浸潤能、及びexogenousなエンドセリン-1の分泌は有意に抑制された。エンドセリンー1は卵巣癌細胞の増殖や浸潤を亢進するという報告がある。このようにNEPなどの細胞表面ペプチダーゼは、酵素活性を介した基質ペプチドの分解を通して、癌の増殖や進展などに抑制的に関与していると考えられる。以前の研究においてCD26の遺伝子導入細胞は親細胞やmock細胞と比較してヌードマウスにおいて腹膜播種が減少し、その作用機序としてEカドヘリン-βカテニンシステムの亢進とマトリックスメタロプロテアーゼ系の転移促進酵素が減弱していることを見出した。今年度は卵巣癌細胞におけるCD26の抗癌剤感受性に与える影響について検討した。われわれの施設ではCD26の発現レベルがさまざまな8種類の卵巣癌細胞株を有している。

それらのCD26発現レベルとMTTアッセイにおける、パクリタキセル(PAC)感受性レベル(IC50値)の比較検討を行ったところ、CD26の発現と細胞のIC50値は正の相関にあった。さらに低CD26発現であるSKOV-3にCD26遺伝子を過剰発現させた株では、感受性がコントロール(mock)と比較してパクリタキセル感受性が亢進した。この感受性の増加を細胞周期において検討したところ、CD26過剰発現株ではmockに比較してG2/M期の割合が有意に増加していた。これはCD26の発現がG2/M arrestを誘導したことを意味した。またこれらの感受性上昇がアポトーシスの増加によるということが、Annexin-VアッセイやBAX, BAD,およびBc1-2などのアポトーシス関連蛋白の発現レベルの変化を通して示された。さらに、ヌードマウスの皮下にCD26過剰発現株あるいはコントロール細胞(mock)を移植し腫瘍を形成させた後にPACを腹腔内投与するという系を作成した。PAC非投与下においては両群の腫瘍形成に有意差を認めなかったが、PAC投与下においてはmock群に比較してCD26群では有意に皮下腫瘍形成が抑制されin vivoのレベルでの抗癌剤に対する感受性の増強が示唆された。今年度は主として細胞表面ペプチド分解酵素としてアミノペプチダーゼN(APN/CD13)の卵巣癌における発現と機能解析を行った。研究計画にあるように手術検体や細胞株におけるAPN/CD13の発現を免疫組織染色にて確認した。その結果、高APN/CD13発現細胞では線維芽細胞様形態が強く高浸潤性、低DPPIV/CD26発現であった。逆に低APN/CD13発現細胞では逆に上皮細胞様形態が強く低浸潤性、高DPPIV/CD26であることが確認できた。すなわち同じ細胞膜型アミノペプチダーゼでありながらAPN/CD13とDPPIV/CD26が細胞形態、細胞骨格、及び浸潤性の獲得で全く正反対の機能を有しているのは興味深い事柄である。さらに特筆すべきことは、低DPPIV/CD26高APN/CD13発現株(SKOV-3)へDPPIV/CD26を過剰発現させると興味深いことながらDPPIV/CD26発現の増加と共にAPN/CD13発現は著明に減少し線維芽細胞様形態から上皮細胞様に形態シフトし(EMT ; epithelia-mesenchymal transition)、かつEカドヘリンの発現増強が認められた。逆に低DPPIV/CD26高APN/CD13発現株(ES-2)のAPN/CD13をsmall interfering RNA (siRNA)を用いて抑制すると細胞形態において線維芽細胞様から上皮細胞様へとスイッチが認められた(MET ; mesenchymal-epithelial transition)。さらにsi-CD13-ES-2細胞ではコントロール細胞に比較して増殖能、浸潤能、および運動能などが減弱していた。さらに初代培養した中皮細胞との接着をみたadhesion assayにおいてもコントロール細胞に比較して有意にsi-CD13-ES-2細胞では接着が減弱していた。