hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バクテリアをテンプレートとする水分解中空光触媒粒子合成法の開発

光触媒粒子のエネルギー変換効率を向上させるには、光照射時に生じる電子と正孔の分離効率を向上させることが重要である。本研究では、微生物細胞をテンプレートとして利用することで、内側に貴金属ナノ粒子を均一・高密度に担持した中空光触媒粒子を合成する新しい手法を提案し、その光触媒活性について検討を行った。その結果、助触媒として白金を担持した酵母をテンプレートとして利用し、中空チタニア粒子の合成に成功した。また、その光触媒活性は、中実粒子に白金を担持したものの約4倍になることが分かった。本研究では、バクテリア細胞をテンプレートとして利用し、内側に貴金属ナノ粒子が均一・高密度に分散した水分解中空光触媒粒子を合成することを主たる目的とする。平成22年度の研究では、中空光触媒粒子を合成する方法として、『(1)テンプレート細胞上に光触媒粒子を不均一核生成により析出させる方法』、『(2)静電相互作用を利用してバクテリア細胞と光触媒微粒子をヘテロ凝集させる方法』、『(3)原料の一部を細胞表層に選択的に吸着させ、細胞表面で析出反応を起こさせる方法』について検討を行った。まず、大腸菌表面へのシリカのコーティングで既に成功している(1)の方法により、ジルコニアのコーティングを試みたところ、細胞濃度、原料濃度、開始剤濃度等を調製することで細胞表面にジルコニアをコーティングできることを確認した。次に、光触媒として酸化亜鉛を選択し、水酸化亜鉛のコーティングを試みたが、種々の操作条件を変化させても、水酸化亜鉛はコーティングされなかった。そこで、溶媒を水からエタノールに変える、尿素により水酸化物イオンを徐々に供給する、原料溶液をゆっくり滴下するなどの方法により反応速度を抑制すると、細胞上に水酸化亜鉛がコーティングされたが十分な膜厚が得られず、焼成すると崩壊することが分かった。(2)の方法では、酸化亜鉛ナノ粒子と微生物細胞を混合することで静電相互作用による酸化亜鉛のコーティングを試みたが、先と同様に十分な膜厚は得られなかった。(3)の方法では、亜鉛イオンを含む溶液に微生物細胞を分散させ、亜鉛イオンを選択的に細胞表面に吸着させた後、水酸化亜鉛粒子の析出を試みたところ、酸性領域において吸着操作を48時間行うと、水酸化亜鉛がコーティングされていることを、自家蛍光を利用した共焦点レーザー顕微鏡観察により確認された。以上より、バイオテンプレート法による中空酸化亜鉛粒子の合成には(3)の方法が有効であることが分かった。本研究では、微生物細胞をテンプレートとして利用し、内側に貴金属ナノ粒子が均一・高密度に分散した水分解中空光触媒粒子を合成することを主たる目的とする。平成23年度の研究では、光触媒としてチタニアを選択し、中空光触媒粒子の合成を試みた。チタニア粒子の合成には、アルコキシド法を用い、原料濃度、菌体濃度、触媒濃度、開始剤濃度、錯化剤濃度の操作条件を検討した結果、テンプレートして酵母を用いることで、中空チタニア粒子の合成に成功した。しかし、白金ナノ粒子が均一・高密度に分散したバクテリアをテンプレートとして用いた場合、均一核生成を抑制できる条件を見出すことができず、中空粒子に加えて中実粒子も多数生成した。そこで、化学還元により助触媒Ptを酵母表面に担持したものをテンプレートとし、内側に貴金属ナノ粒子が分散した中空光触媒粒子を合成し、硫化ナトリウムを犠牲剤として水の分解実験を行った。対照実験として、Pt担持なしの中空粒子、外側にPtを担持した中空粒子、テンプレートなしで合成した中実粒子にPtを担持したものを用いた。それぞれの粒子の光触媒能は水素生成量で評価した。その結果、中空粒子の内側にPt担持したチタニア粒子の光触媒能は、中実粒子にPtを担持したものの約4.0倍、外側にPt担持したものの約1.9倍となることが分かった。なお、Pt担持なしの中空粒子では水素が検出されなかった。以上のことより、本研究で提案する中空粒子の内側にPtを担持した光触媒粒子の有効性が実証された。これは、粒子内部で照射光が多重反射する効果、粒子のシェルに形成される空間電荷層の電位勾配の効果、Ptを内側に担持したことによる酸化サイトと還元サイトの分離効果などによるものと考えられる。
細胞の増殖・分化を支配する情報伝達系ーGTP結合蛋白質とくに百日咳毒素(IAP)標的蛋白質の役割を中心にー

細胞の増殖に関しては、EGFの受容体を過剰に発現しているA431細胞で、この受容体の刺激の結果としての増殖の亢進、抑制とともにG蛋白質を介して行われることを実証した。成熟ラットの肝細胞はα_1アドレナリン作動性受容体のみで交感神経の支配を受けるが、初代培養系に移し、低細胞密度で細胞を増殖させると急速にβ_2受容体が発現してくる。この時β_2受容体刺激はG_sを介してcAMPを産生させ、この情報がG_1期の後期に与えられれば、EGF、インシュリンの存在で細胞はS期に入る。一方、増殖を抑えるために高細胞密度で初代培養を行うとα_1受容体を介する応答が継続する。この時もEGF、インシュリン共存下で、この受容体刺激は多くの細胞をS期に移行させるが、この刺激(G_δを介するホスホリパ-ゼC活性化とそれに続くCa^<2+>動員)はG_0→G_1の初期12時間でよい。細胞の分化に関してはHL60細胞を2時間、単独ではこの細胞を分化させない濃度のビタミンA、活性型ビタミンD_3、グルココルチコイドで核内受容体を刺激すると、同様に単独では細胞を分化させないINFδ、TNFα、PGE_2、PGF_2αに応答して細胞は分化した。これら細胞膜受容体刺激の効果は百日咳毒素によって完全に消失し、G蛋白質の関与が証明された。すなわち、核内受容体を介してある種の遺伝子が発現して、G蛋白質を介する細胞内情報経路が開くと考えられる。事実、これら細胞膜受容体刺激は核内受容体刺激後の細胞に限ってアラキドン酸遊離を惹起した。生物の進化とG蛋白質の関連については、線虫の細胞中にGi、Goの共通配列ペプチドに対して作製した抗体によって認識されるG蛋白質が存在し、一方アデニレ-トシクラ-ゼ活性がGTP結合蛋白質を介して調節されることを見出した。細胞性粘菌ではcAMP受容体がGTP結合蛋白質を介してアデニレ-トシクラ-ゼを活性化する。これら下等生物におけるGTP結合蛋白質の同定が今後の課題である。G蛋白質の多様性ブタ脳の膜画分より分子量25kのいわゆる小分子G蛋白質を精製し、その反応機構を解析した。従来のG蛋白質とは異なり単量体のこの新蛋白質は、Mg存在時にはGTP-GDP交換活性を示さず、IAPによってADPリボシル化されない。3T3繊維芽細胞の増殖におけるG蛋白質の関与swiss 3T3細胞を親株として、EGF、インシュリン、PDBuそれぞれ単独の添加でGo期から脱出してDNA合成を開始できる株を分離した。EGF単独でDNA合成を開始できる株について詳細に解析し、IAP基質G蛋白質とCキナーゼの関与を証明した。細胞周期のGlよりS期への移行に必要なG蛋白質を指名するヒト遺伝子の検索酵母のcdc変異の1つを相補するGST1遺伝子をプローブとして、ヒトKB細胞cDNAライブラリーよりそのホモローグ(GST1-Hs)を分離した。塩基配列を決定し、分子量55kのG蛋白質を指令することを見出した。DNA複製の無細胞モデル系の確立SV40ウイルスのミニクロモソームを用いた無細胞DNA複製系を確立した。一方、ポリオーマウィルスの高分子T抗原とDNAおよびマウス細胞抽出液を混合してポリオーマウィルスDNA複製系を確立した。また高分子T抗原にはDNA2本鎖巻きもどし活性があることを示した。この系を用いて、DNA複製開始に関して見出された種特異性がウイルスT抗原と宿主DNAポリメラーゼα-プライスマーゼとの相互作用によって決定されることを見出した。クロマチン蛋白質のリン酸化マウス細胞より精製したトポイソメラーゼ活性が共存するリン酸酵素によってリン酸化されて上昇することを見出し、リン酸化によるクロマチン高次構造の変換の解析の手掛かりを得た。今年度の研究実績は1.GTP結合蛋白質(以下G蛋白質)研究の新しい展開、2.細胞増殖の機構、3.諸種G蛋白質、の3つの分野に分れる。1.に関しては、(1)G蛋白質の進化について粘菌、線虫にIAP基質G蛋白質の存在を証明した(2)酵母のgst1変異を相補する遺伝子のホモローグがヒトにも存在し、ある種のG蛋白質を指令する。(3)細胞接着レセプター刺激で発現する細胞間相互作用や好中球の貪食がIAPで抑えられることからG蛋白質の関与が推測された。(4)HLー60細胞の分化はINFγやTNFで弱く、ビタミンAで強く誘導される。低濃度のビタミンAで短時間培養してもほとんど分化しないが、このビタミン処理細胞にINFγを添加すると著しく分化し、このINFの作用が特異的にG蛋白質を介する。(5)3T3線維芽細胞では、ブラジキニン受容体がGiー2を介してホスホリパーゼA_2を直接的に活性化する。2.に関しては(1)DNAプライマーゼDNAポリメラーゼα複合体を解離・再構成し、プライマーからDNAへの合成の移行の機構を解析した。(2)マウスFM3A細胞から3種のDNAヘリカーゼを精製した。(3)トポイソメラーゼIIがリン酸化によって活性化された。(4)ヒストンH2Aのユビキチン化がDNA合成に必須である。(5)低濃度

血清存在下、EGFやホルボールエステル単独で増殖する細胞株を分離し、G蛋白質やCキナーゼの役割を見出した。3.については(1)これまで1種といわれていたGoをさらに3つのサブタイプに分離精製した。(2)通常はコレラ毒素の基質とはならないGiがfMLP受容体を介して活性化された時に限ってこの毒素でADPリボシル化される。すなわちコンフォーメーション変化が推測される。(3)ボツリヌス毒素の産生するC3によるrho蛋白質のADPリボシル化を許容する蛋白質を発見した。(4)低分子量G蛋白質の活性化を促進する新しい蛋白質を発見した。(5)疎水性ペプチドがG蛋白質を直接活性化した。受容体蛋白質のモデルである。細胞の増殖に関しては、ポリオ-マウィルスのDNA複製系をモデルとして再構成系を構築し,関与する蛋白質因子を検索した。G蛋白質の関与は,3T3細胞の特定の増殖因子にのみ応答する変異株を多種作成し,G蛋白質を特異的に失活させる百日咳毒素に特に感受性の高いクロ-ンで,検討を続けている。ラット肝臓の初代培養では細胞密度に依存してG_sまたG_pの2種のG蛋白質が別々に介在することを発見し,その機構の解析を行っている。細胞分化については,HL60細胞の分化に2段階の情報が送られることを見出し,後の情報がG蛋白質を介することを証明した。G蛋白質のリン酸化がCキナ-ゼによって行われることは, ^<32>Pで標識した細胞より免疫沈降させたG蛋白質の放射能含量から証明したが,血小板と好中球でリン酸化の効果に違いがあるという興味深い結果が得られている。低分子量(単量体)G蛋白質については,既に得られているGST1ーHs遺伝子をマウスで2種単離した。rho蛋白質をADPリボシル化するボツリヌスC3毒素の作用を増強する蛋白性因子の単離精製中に,内在性ADPリボシル化酵素を見出し精製中である。3量体G蛋白質の活性調節は依然として重要なテ-マであるが,本年はNDP(ヌクレオシドニリン酸)キナ-ゼによるG蛋白質結合GDPの直接のリン酸化を証明した。生理的基質として低分子量G蛋白質が用いられる可能性がある。毒素感受性をG蛋白質の活性化状態の指標とする試みも着々進んでいる。本来コレラ毒素によってADPリボシル化されないGiが,ある活性状態で毒素感受性を示すという顕著な現象は,いくつかの受容体刺激で見出されるようになった。一方,受容体刺激による百日咳毒素感受性低下を,細胞周期の進行(G_0→G_1初期)に結びつける試みは進行中で,この時G蛋白質に一種の化学修飾が起こる可能性を検討している。細胞の増殖に関しては、EGFの受容体を過剰に発現しているA431細胞で、この受容体の刺激の結果としての増殖の亢進、抑制とともにG蛋白質を介して行われることを実証した。成熟ラットの肝細胞はα_1アドレナリン作動性受容体のみで交感神経の支配を受けるが、初代培養系に移し、低細胞密度で細胞を増殖させると急速にβ_2受容体が発現してくる。この時β_2受容体刺激はG_sを介してcAMPを産生させ、この情報がG_1期の後期に与えられれば、EGF、インシュリンの存在で細胞はS期に入る。一方、増殖を抑えるために高細胞密度で初代培養を行うとα_1受容体を介する応答が継続する。この時もEGF、インシュリン共存下で、この受容体刺激は多くの細胞をS期に移行させるが、この刺激(G_δを介するホスホリパ-ゼC活性化とそれに続くCa^<2+>動員)はG_0→G_1の初期12時間でよい。
自閉症者における認知－感情ネットワークの特異性に関する機能的脳画像研究

自閉症スペクトラム障害(ASD)のメカニズムに関して、従来、心の理論や実行機能などの認知機能の障害によって説明を試みる理論が支配的であったが、近年、具体的な教示のもとではASD児者の社会的認知の障害が見られなくなるという報告が相次ぎ、社会的動機づけや認知ー感情相互作用の特異性をASDの中核的要素と位置づける理論が関心を集めている。行動研究においては、ASD児者が、恐怖、嫌悪、怒りなどの“基本感情"よりも、複雑な情報の統合を必要とするユーモア、道徳感情、愛着感情などの“社会的感情"において特異性を示すことが明らかになっているが、ASD児者の社会的感情に関する機能的脳画像研究の報告はほとんどない。本研究は、ASD者における脳内の認知ー感情ネットワークの特異性について、ユーモア感情を切り口として検討を行った。最終年度は、ASD者および定型発達者を対象とした実験データの解析作業を行った。ASD者と定型発達者の間で、ユーモアとその3つの認知的要因に関わる脳領域の活動や相互の構造的・機能的結合性にどのような差異が見られるかを検討した。一般線形モデルに基づき、各認知的要因の操作にともなうBOLD信号の変化を解析し、各プロセスに関わる脳領域を同定した上で、定型発達者とASD者で、これらの脳領域の活動を比較した。ASD者における脳活動や結合性の“低さ"に加え、“高さ"にも着目し、障害を補償するネットワークの存在についても検証した。行動研究においては、ASD児者が、恐怖、嫌悪、怒りなどの“基本感情"よりも、複雑な情報の統合を必要とするユーモア、道徳感情、愛着感情などの“社会的感情"において特異性を示すことが指摘されているが、ASD児者の社会的感情に関する機能的脳画像研究の報告はほとんどない。そこで本研究は、ASD者における脳内の認知ー感情ネットワークの特異性について、複数の社会的感情を切り口として多角的に検討を行う。今年度は、ユーモアに関するfMRI実験を開始し、順次、解析を行っている。当初計画の通り、ユーモアに関する実験を開始し、解析を進めている。本研究は、ASD者における脳内の認知ー感情ネットワークの特異性についてfMRIを用いて検討を行う。ASD者におけるユーモアの神経ネットワークの特異性を検証するため、ASD者15名および定型発達者15名を対象にfMRIを用いた実験を実施した。ASD者については、(1) ASDの診断を受けており、(2) ASDの症状評価のゴールド・スタンダードであるADI-R(改訂版自閉症診断面接)およびADOS(自閉症診断観察スケジュール)による行動症状スコアがカットオフを越え、(3) IQが85を超えた者を対象とした。定型発達者についてはASD群と年齢・性別をマッチングさせた。申請者は以前の研究において、ユーモアの認知的要因を個別に操作することによって、個々のプロセスに関わる脳領域を分離して画像化する手法を開発した。この手法を用いて、定型発達者とASD者における各脳領域の活動と相互の機能的結合性を比較している。ASD者および定型発達者からのデータ収集をおおむね完了し、分析を進めている。本研究は、ASD者における脳内の認知ー感情ネットワークの特異性について、複数の社会的感情を切り口として多角的に検討を行う。今年度は、ASD者および定型発達者を対象としたfMRI実験を完了し、解析作業を行っている。ASD者と定型発達者の間で、ユーモアとその3つの認知的要因に関わる脳領域の活動や相互の構造的・機能的結合性にどのような差異が見られるかを検討する。

さらに、脳活動のパターンによって、どの程度の精度で定型発達者とASD者を識別することができるか、また、ASD群の中で、脳活動や結合性がASDの行動症状とどの程度関連するかを検証し、fMRIを用いた診断補助や症状評価の可能性について検討している。研究機関の異動が決定し、本研究課題とは関係しない引き継ぎなどの業務が増大し、本研究課題へのエフォートが一時的に低下せざるを得なかったため。自閉症スペクトラム障害(ASD)のメカニズムに関して、従来、心の理論や実行機能などの認知機能の障害によって説明を試みる理論が支配的であったが、近年、具体的な教示のもとではASD児者の社会的認知の障害が見られなくなるという報告が相次ぎ、社会的動機づけや認知ー感情相互作用の特異性をASDの中核的要素と位置づける理論が関心を集めている。行動研究においては、ASD児者が、恐怖、嫌悪、怒りなどの“基本感情"よりも、複雑な情報の統合を必要とするユーモア、道徳感情、愛着感情などの“社会的感情"において特異性を示すことが明らかになっているが、ASD児者の社会的感情に関する機能的脳画像研究の報告はほとんどない。本研究は、ASD者における脳内の認知ー感情ネットワークの特異性について、ユーモア感情を切り口として検討を行った。最終年度は、ASD者および定型発達者を対象とした実験データの解析作業を行った。ASD者と定型発達者の間で、ユーモアとその3つの認知的要因に関わる脳領域の活動や相互の構造的・機能的結合性にどのような差異が見られるかを検討した。一般線形モデルに基づき、各認知的要因の操作にともなうBOLD信号の変化を解析し、各プロセスに関わる脳領域を同定した上で、定型発達者とASD者で、これらの脳領域の活動を比較した。ASD者における脳活動や結合性の“低さ"に加え、“高さ"にも着目し、障害を補償するネットワークの存在についても検証した。各脳領域の活動や領域間の機能的結合性などの観点から、定型発達者とASD者のユーモアに関わる神経ネットワークの機能的差異について検証する。その後、道徳感情や愛着感情など、他の社会的感情について検討を進め、感情の種類による結果の差異や共通性を明らかにする。データの分析を完了させ、国内外の学会で発表する。一般線形モデルに基づき、各認知的要因の操作にともなうBOLD信号の変化を解析し、各プロセスに関わる脳領域を同定する。また、全ての要因に共通して変化を示す脳領域ををシード領域として他の脳領域との機能的結合性を算出する。定型発達者とASD者で、これらの脳領域の活動や機能的結合性を比較する。実験補助者への謝金などの支払いが生じなかったため。所属機関の異動が決定し、本務において引き継ぎなどの業務が発生したことにより、本研究課題へのエフォートが一時的に低下せざるを得ず、研究の遂行に遅れが生じたため。必要な物品の購入、成果発表のための旅費、実験参加者への謝礼などに使用する。
ジュリアン・グラックのシュルレアリスム運動との関わりに関する研究

今回の研究では、バタイユ、ブランショ、モヌロ等、戦後の代表的なシュルレアリスム批評家とグラックのシュルレアリスム論との比較を行なった。その結果、グラックがシュルレアリスムの限定的な側面を西洋近代の科学的合理主義等から生じた諸矛盾超克の一手段とみなす論拠に、一般に戦前の「シュルレアリスム第二宣言」期の確執からシュルレアリスムの論敵と認識されているバタイユグループの戦後のシュルレアリスム論との類似性が認められた。その内容については、アンジェ大学(フランス)に1995年12月に提出、発表した拙論Julien Gracg et laguerreにおいて詳述した。研究計画ではシュルレアリスム関連の資料のマイクロフィルム、特に『1947年のシュルレアリスム』展カタログ等を入手し、研究の射程に含める予定でいたが、入手の手続に時間を要し、複写の依頼にとどまったので、今後これらの資料を用いた研究を継続してゆきたい。またそれらを通して、戦後のフランス文学、思想界における実存主義の影響に関するシュルレアリスト側からの批判の論拠の今日的意義を探ってゆきたい。
プロチウム貯蔵合金,特に非平衡相のシミュレーションによる電子論からの特性評価

MgNiならびにMgPd合金について,合金中のプロチウムの占有位置,化学結合状態,物性の変化等を計算し,両合金のプロチウム貯蔵特性の違いの原因を,理論的に明らかにすることを研究目的とし,完全な第一原理計算であるFLAPW法を用いたシミュレーションを行った.プロチウムが固溶する格子間位置としては,格子の<100>方向にプロチウムを動かすことによって,x=0のOsite(4Ni/Pd-2Mg)から種々のTsiteを経て,x=0.5のOsite(4Mg-2Ni/Pd)に至る各格子間位置での計算を行った.いずれの計算においても,結晶格子内の個々の原子の相対位置を固定して,内部エネルギーが最小となる格子定数を求めるとともに,その微分から体積弾性率を評価した.計算により得られたプロチウムを固溶していない格子定数は,実験値に極めて近い値となっているプロチウム吸蔵の化学反応式,MgNi+1/2H_2→MgNiHに伴う内部エネルギー変化を検討した.両合金ともに,最隣接原子として4個のMgを有するOsiteが一番安定な構造となっている.本構造において,MgNiHでは,プロチウム1個あたり-35.9kJ/molの発熱反応である.MgPdにおいては,4個のMgを有するOsiteにおいても,プロチウム吸蔵反応は吸熱反応であり,単体の金属間化合物としては,プロチウム吸蔵の可能性の極めて低いことが,理論的に示された.両合金ともに,内部エネルギー変化が負値に近づくにつれて,体積弾性率は上昇する,プロチウム吸蔵反応が発熱反応の場合には,プロチウム吸蔵後の体積弾性率は上昇し,よりタイトな結合が生成することを示している.プロチウム吸蔵の前後でのDOSの変化をみてみると,合金中へのプロチウムの固溶によって,低エネルギー側にプロチウムに起因した状態密度が出現しているが,プロチウムと金属原子との相互作用がMgNiとMgPdでは異なっていることが明かとなった.合金のプロチウム貯蔵特性は,遷移金属のd電子により大きな違いがあることが明かとなった.MgNiならびにMgPd合金について,合金中のプロチウムの占有位置,化学結合状態,物性の変化等を計算し,両合金のプロチウム貯蔵特性の違いの原因を,理論的に明らかにすることを研究目的とし,完全な第一原理計算であるFLAPW法を用いたシミュレーションを行った.プロチウムが固溶する格子間位置としては,格子の<100>方向にプロチウムを動かすことによって,x=0のOsite(4Ni/Pd-2Mg)から種々のTsiteを経て,x=0.5のOsite(4Mg-2Ni/Pd)に至る各格子間位置での計算を行った.いずれの計算においても,結晶格子内の個々の原子の相対位置を固定して,内部エネルギーが最小となる格子定数を求めるとともに,その微分から体積弾性率を評価した.計算により得られたプロチウムを固溶していない格子定数は,実験値に極めて近い値となっているプロチウム吸蔵の化学反応式,MgNi+1/2H_2→MgNiHに伴う内部エネルギー変化を検討した.両合金ともに,最隣接原子として4個のMgを有するOsiteが一番安定な構造となっている.本構造において,MgNiHでは,プロチウム1個あたり-35.9kJ/molの発熱反応である.MgPdにおいては,4個のMgを有するOsiteにおいても,プロチウム吸蔵反応は吸熱反応であり,単体の金属間化合物としては,プロチウム吸蔵の可能性の極めて低いことが,理論的に示された.両合金ともに,内部エネルギー変化が負値に近づくにつれて,体積弾性率は上昇する,プロチウム吸蔵反応が発熱反応の場合には,プロチウム吸蔵後の体積弾性率は上昇し,よりタイトな結合が生成することを示している.プロチウム吸蔵の前後でのDOSの変化をみてみると,合金中へのプロチウムの固溶によって,低エネルギー側にプロチウムに起因した状態密度が出現しているが,プロチウムと金属原子との相互作用がMgNiとMgPdでは異なっていることが明かとなった.合金のプロチウム貯蔵特性は,遷移金属のd電子により大きな違いがあることが明かとなった.
侵害刺激受容体ＴＲＰＡ１の感受性個体差に関する分子毒性学的研究

生活環境化学物質が原因あるいは増悪因子と考えられる疾患において重要な役割を果たしていると考えられる侵害刺激受容体TRPA1チャネルについて、その感受性個体差に影響を及ぼす遺伝的要因並びに環境要因を明らかにすることを目的として、既知のSNPsを導入した異型TRPA1 5種並びに野生型TRPA1をHEK293細胞で強制発現させて機能変化を明らかにした。また、ヒト気道及び肺組織について、TRPA1 mRNA発現量の差をReal Time RT-PCR法により定量的に解析し、ヒト気道組織においてはTRPA1 mRNAレベルで100倍以上の個体差が認められることを明らかにした。本研究では,生活環境化学物質が原因あるいは増悪因子と考えられる疾患において重要な役割を果たしている侵害刺激受容体TRP (Transient Receptor Potential) A1チャネルについて,その感受性の個体差に影響を及ぼす遺伝的な要因並びに環境要因を明らかにするために,既知のNon-synonymous SNPsを導入した異型TRPA1をHEK293細胞で強制発現させて機能変化を検討するとともに,TRPA1を発現するヒト由来細胞株を用いて生活環境化学物質による感受性亢進の有無を明らかにすることを目的とする.初年度において日本人で比較的高いAllele Frequencyで検出されるSNPsとして,5種類のアミノ酸置換(R3C,R58T,E179K,K186N及びH1018R)を引き起こすSNPsを選定し,哺乳動物細胞においてそれぞれの異型タンパク質を同等に高発現する細胞株樹立用のプラスミドベクターの構築を完了した。本年度はその構築したベクターを用いて異型TRPA1安定発現細胞株を樹立し,野生型ならびに5種変異型TRPA1それぞれ4クローン計24クローンについて典型的なTRPA1アゴニストであるCinnamic aldehyde及び生活環境化学物質で既に著者らによってTRPA1を活性化することが判明しているフタル酸モノエステル類に対する応答性を細胞内カルシウム濃度の変化を指標として検討し,各SNPの影響を明らかにした.生活環境化学物質が原因あるいは増悪因子と考えられる疾患において重要な役割を果たしていると考えられる侵害刺激受容体TRPA1チャネルについて、その感受性個体差に影響を及ぼす遺伝的要因並びに環境要因を明らかにすることを目的として、既知のSNPsを導入した異型TRPA1 5種並びに野生型TRPA1をHEK293細胞で強制発現させて機能変化を明らかにした。本研究では,生活環境化学物質が原因あるいは増悪因子であることが指摘されている疾患において重要な役割を果たしていると考えられる侵害刺激受容体TRP (Transient Receptor Potential)A1チャネルについて,その感受性個体差に影響を及ぼす遺伝的要因並びに環境要因を明らかにすることを目的とする.そのために,既知のNon-synonymous SNPsを導入した異型TRPA1をHEK293細胞で強制発現させて機能変化を検討するとともに,TRPA1を発現するヒト由来細胞株を用いて生活環境化学物質による感受性亢進の有無を明らかにする.初年度の実績として,日本人において比較的高いAllele Frequencyで検出されるSNPsとして,5種類のアミノ酸置換(R3C,R58T,E179K,K186N及びH1018R)を引き起こすSNPsを選定し,哺乳動物細胞においてそれぞれの異型タンパク質を同等に高発現する細胞株樹立用のプラスミドの構築を完了し,細胞に導入した.また,ヒトの呼吸器組織中でのTRPA1チャネルの発現レベルの個体差を明らかにするために,ヒト気道及び肺組織由来のtotal RNA(BioChain社より購入)を用いて,TRPA1 mRNA発現量の差をReal Time RT-PCR法により解析し,ヒト気道においてはTRPA1 mRNAレベルに100倍以上の個体差が認められることを明らかにした.さらに,環境要因の探索に適したin vitro系を構築する目的で,複数のヒト由来培養細胞(ヒト神経芽細胞腫由来IMR-32細胞,ヒト肺癌由来A549細胞,ヒト肺線維芽細胞由来CCD19-Lu細胞,ヒト気道上皮由来BEAS-2B)についてTRPA1発現量をmRNAレベルで比較し,IMR-32<<BEAS-2B<A549<CCD-19Luであることを明らかにした.本研究では,生活環境化学物質が原因あるいは増悪因子と考えられる疾患において重要な役割を果たしている侵害刺激受容体TRP (Transient Receptor Potential) A1チャネルについて,その感受性の個体差に影響を及ぼす遺伝的な要因並びに環境要因を明らかにするために,既知のNon-synonymous SNPsを導入した異型TRPA1をHEK293細胞で強制発現させて機能変化を検討するとともに,TRPA1を発現するヒト由来細胞株を用いて生活環境化学物質による感受性亢進の有無を明らかにすることを目的とする.先ず、日本人で比較的高いAllele Frequencyで検出されるSNPsとして,5種類のアミノ酸置換(R3C,R58T,E179K,K186N及びH1018R)を引き起こすSNPsを選定し,哺乳動物細胞においてそれぞれの異型タンパク質をほぼ同じレベルで高発現する細胞株樹立用のプラスミドベクターを構築した.構築したベクターを用いて異型TRPA1安定発現細胞株を樹立し,野生型ならびに5種変異型TRPA1それぞれ4クローン計24クローンについてタンパク質の発現レベルを確認した.野生型ならびに5種変異型TRPA

1計24クローンについて典型的なTRPA1アゴニストであるCinnamic aldehyde及び生活環境化学物質で既に著者らによってTRPA1を活性化することが判明しているフタル酸モノエステル類に対する応答性を細胞内Ca2+濃度の変化を指標として検討し,各SNPの影響を明らかにした.また、ヒト気道及び肺組織について,TRPA1 mRNA発現量の差をReal Time RT-PCR法により定量的に解析し,ヒト気道においてTRPA1 mRNAレベルで100倍以上の個体差が認められることを明らかにした.衛生化学本研究ではTRPA1の感受性個体差に影響を及ぼす様々な要因を,遺伝的要因と環境要因の両面から検討する.前者のサブテーマでは,本研究の最終年度までに異型TRPA1をHEK293由来細胞株で安定的に発現させて,生活環境化学物質をはじめとするリガンドに対する応答性やタンパク質リン酸化による感受性の亢進に及ぼすSNPsの影響を明らかにすることを目標とする.初年度に構築したベクターを用いて異型TRPA1安定発現細胞株を樹立し,野生型ならびに5種変異型TRPA1それぞれ4クローン計24クローンについて典型的なTRPA1アゴニストで及び生活環境化学物質に対する応答性を評価して,各SNPの影響を明らかにした.また,ヒト気道及び肺組織について,TRPA1 mRNA発現量の差をReal Time RT-PCR法により定量的に解析し,ヒト気道においてTRPA1はmRNAレベルで100倍以上の個体差が認められることを明らかにした.さらに,TRPA1アゴニストの曝露による野生型及び異型TRPA1タンパク質のリン酸化状態解析手法を確立した.後者のサブテーマでは,環境要因の探索に適したin vitro系を構築する目的で,ヒトTRPA1を発現する細胞株を探索し,評価した培養細胞株4種のTRPA1 mRNAレベルは,既に研究代表者らが樹立したヒトTRPA1高発現細胞株に比較して低く,発現の誘導を検討する目的に適していることが示された.本年度においては生活環境化学物質によるTRPA1活性化及びmRNA/タンパク質の誘導を指標とした,TRPA1感受性個体差に影響を及ぼす環境要因探索手法を確立した.以上これまでの研究の進捗状況から,当初の目標を十分達成したと考えられる.本研究ではTRPA1の感受性個体差に影響を及ぼす様々な要因を,遺伝的要因と環境要因の両面から検討する.前者のサブテーマでは,本研究の最終年度までに異型TRPA1をHEK293由来細胞株で安定的に発現させて,生活環境化学物質をはじめとするリガンドに対する応答性やタンパク質リン酸化による感受性の亢進に及ぼすSNPsの影響を明らかにすることを目標とする.
皮膚疾患におけるannexinの役割:細胞生物学的検討

annexineは分子量30-40KDから70-80KDの少なくとも8種類以上のサブタイプを有する蛋白質ファミリーであり、カルシウム依存性に燐脂質やアクチンと結合する。ステロイドにより誘導され、phospholipase A2を抑制し、抗炎症作用を示す。皮膚においては炎症性疾患治癒過程にannexineが関わっていることが推測される。また、Epidermal growth factor receptor、Protein kinase Cの基質になり、燐酸化され、phospholipase A2抑制作用を失う。Epidermal growth factor receptor、Protein kinase Cの基質になるという観点から、シグナル伝達との関わりがあることも考えられる。annexine Iの皮膚における発現は蛋白レベルでは報告により差がある。そこで、正常ヒト表皮,種々の皮膚疾患におけるannexine Iの発現をin situ hybridization法を用いてmRNAレベルで検索し、その細胞生物学的意義について考察した。正常ヒト表皮ではin situ hybridization法によるannexine mRNAの発現は低い。乾癬表皮では病変辺縁部に発現していた。有棘細胞癌では、角化を示す部位に発現している。Darier病では、corps rondなどの角化異常を示す細胞に陽性であった。annexine Iは特異な発現機構を有する蛋白質と考えられた。
積層造形法及び切削造形法を利用したコンピュータ制御による製作の教材化に関する研究

生産のオートメーション化や生産管理など、ものづくりを効率よく進めるためにコンピュータ制御はかかせないものとなっている。オートメーション化された現在の日本のものづくりを顧みたとき、コンピュータ制御によるものづくりは、現実的なものづくりを体感させる上で大変意義深い。そこで、積層造形法による3Dプリンタ及び切削造形法による3D切削加工機を使い、コンピュータ制御によってものが作られていく過程を学習する教材化を目指すこととした。授業実践に向けて、まず、生徒でも利用可能な3Dプリンタ及び切削加工機を調達した。次に、画像データを製作させるための3DCADソフト及び3DCGソフトの選択をした。ただ、中学生でも利用できる、日本語対応のソフトがほとんどなく、選択にかなりの時間がかかった。そして、学習時間や機器類等の性能等を考慮し、実現可能なカリキュラムを作成した。検証授業は3年選択授業を通して行い、その実践をもとに、必修授業での可能性を探っていくこととした。授業では、材料、3Dソフト、使用機器を替えて、3種類の作品を製作させた。切削加工機の材料は薄いアクリル板と厚いケミカルウッド、3Dプリンタの材料はABS樹脂を使った。切削加工機の性能が良くなかったため、ケミカルウッドを使った作品はほとんどできなかったが、アクリル板及びABS樹脂を使った作品はほとんどの生徒が完成させることができた。ただ、コンピュータ制御に重きをおいた授業を予定していたが、結果的に3Dソフトを使った図面の製作が中心となってしまった。また、機器の台数が少なく、製作に多くの時間を費やすので、授業内に完成させることはできなかった。必修授業での教材化に向けて多くの課題が確認されたが、一つ一つ解決して実現化を目指したい。
熱帯熱マラリア原虫の赤血球結合蛋白質の赤血球結合ドメインの同定

マラリア原虫の赤血球侵入型であるメロゾイトの先端部小器官の一つロプトリーに局在するRhopH複合体は、その遺伝子座を破壊した原虫は作製できないことから、原虫の生存に必須の蛋白質であると考えられている。我々は、これまでにRhopH複合体が赤血球への結合能を有することを明らかにしたが、その分子機構の解明は進んでいない。そこで、本研究では、部分的なRhopH複合体の組換え蛋白質を発現させた熱帯熱マラリア原虫を遺伝子導入により作成し、これらの遺伝子導入マラリア原虫で発現した組換え部分RhopH複合体蛋白質の赤血球への結合能を検討することで、熱帯熱マラリア原虫のRhopH複合体の赤血球結合ドメインの同定を試みた。先ず、GFPのみ、GFPと融合したRhopH1の最初の1/3、2/3および全長をロプトリー蛋白プロモーターで発現するコンストラクトによる安定的遺伝子導入熱帯熱マラリア原虫の作成に成功した。ところが、蛋白質の発現を検討したところ、GFPのみおよび最初の1/3とGFPの融合蛋白質を発現する原虫では組換え蛋白質の発現が見られたが、2/3および全長では組換え蛋白質での発現が認められなかった。発現が見られた2種の遺伝子導入マラリア原虫では、メロゾイトの先端部に局在が認められた。興味深いことに、ロプトリー蛋白質のプロモーターとロプトリー蛋白質のシグナル配列から発現されたGFPは、種々の細胞内小器官があるにもかかわらずロプトリーに局在した。最初の1/3とGFPとの融合蛋白質もロプトリーに局在した。RhopH2に対する抗体を用いた免疫沈降法では、。最初の1/3とGFPとの融合蛋白質は共同沈降せず、最初の1/3が複合体形成に寄与していない可能性が示唆された。また、予備的な結果では、最初の1/3の部位には赤血球結合能が見られなかった。そこで、熱帯熱マラリア原虫のRhopH複合体の赤血球結合ドメインの同定をおこなうため、本年度ではまず、部分的なRhopH複合体の組換え蛋白質を発現させた熱帯熱マラリア原虫を遺伝子導入により作成することを目標とした。まず、発現したい蛋白質をロプトリー蛋白のプロモーターにより緑色蛍光蛋白質との融合蛋白として発現する基本エントリー・コンストラクトを構築し、熱帯熱マラリア原虫の遺伝子導入ベクターをゲートウェイ・テクノロジー(Invitrogen社)が利用できるように再構築した。つぎに、RhopH複合体を構成する蛋白質のうち、RhopH1を3つの部位に分け、N末端の1/3、N末端の2/3、全長を発現する3つのコンストラクトを作成した。発現部分の塩基配列が正しいことを確認した後、熱帯熱マラリア原虫に発現コンストラクトを遺伝子導入した。最初に、導入プラスミドを効率的に維持する効果があると考えられていた熱帯熱マラリア原虫rep20配列を加えたコンストラクト4種類を遺伝子導入したマラリア原虫を作成したが、GFPの発現は確認できなかった。

rep20により転写抑制がおきた可能性を考慮し、rep20を除去したコンストラクトを用いて遺伝子導入をやり直したところ、基本コンストラクトについては、GFPの発現が、ロプトリー蛋白プロモーターで予想される時期に特異的に見られた。現在、他のコンストラクトについて、薬剤選択圧下で培養をおこなっている。マラリア原虫の赤血球侵入型であるメロゾイトの先端部小器官の一つロプトリーに局在するRhopH複合体は、その遺伝子座を破壊した原虫は作製できないことから、原虫の生存に必須の蛋白質であると考えられている。我々は、これまでにRhopH複合体が赤血球への結合能を有することを明らかにしたが、その分子機構の解明は進んでいない。そこで、本研究では、部分的なRhopH複合体の組換え蛋白質を発現させた熱帯熱マラリア原虫を遺伝子導入により作成し、これらの遺伝子導入マラリア原虫で発現した組換え部分RhopH複合体蛋白質の赤血球への結合能を検討することで、熱帯熱マラリア原虫のRhopH複合体の赤血球結合ドメインの同定をおこなう。昨年度までにGFPのみ、GFPと融合したRhopH1の最初の1/3、2/3および全長をロプトリー蛋白プロモーターで発現するコンストラクトによる安定的遺伝子導入熱帯熱マラリア原虫の作成に成功した。ところが、蛋白質の発現を検討したところ、GFPのみおよび最初の1/3とGFPの融合蛋白質を発現する原虫では組換え蛋白質の発現が見られたが、2/3および全長では組換え蛋白質での発現が認められなかった。発現が見られた2種の遺伝子導入マラリア原虫では、メロゾイトの先端部に局在が認められた。興味深いことに、ロプトリー蛋白質のプロモーターとロプトリー蛋白質のシグナル配列から発現されたGFPは、種々の細胞内小器官があるにもかかわらずロプトリーに局在した。最初の1/3とGFPとの融合蛋白質もロプトリーに局在した。RhopH2に対する抗体を用いた免疫沈降法では、最初の1/3とGFPとの融合蛋白質は共同沈降せず、最初の1/3が複合体形成に寄与していない可能性が示唆された。また、予備的な結果では、最初の1/3の部位には赤血球結合能が見られなかった。
鉱物の成長形に関する理論的研究

本研究の目的は、地球や惑星を構成する鉱物は成長時に、なぜその形(晶相)を変化させるのかという古くから知られた問題を解く事にある。具体的には、その場に係る原子の振る舞いを記述する事から始めて、マクロな形態の変化を理論的に予測できるようにすることである。本年度は、昨年度に引き続き、晶相変化にとって重要な要因と知られている"不純物効果"について2次元島を対象として基礎理論の構築を図った。昨年度に得た、不純物は結晶化にとって最も重要なキンクサイトでの活性化エネルギーを増加させる事によって晶相に影響を与えるという仮説を、さらに一般化することを行った。また、コンピューターによる数値計算を平行して行い、過飽和度と不純物が晶相に与える影響を定量的に見積もる事に成功した。次に理論を3次元結晶に拡張する事について、昨年度に引き続き議論を行った。転位のない場合には、一定の過飽和度下で不純物濃度の増加と共に晶相が変化する事を2次元の理論の単純な拡張によって理論的に示す事が出来るが、転位が存在した場合には第2隣接以上の原子間の相互作用が重要となり原子の付着によって減少するエネルギーに着目する事で理論的解析ができる事が分かった。本研究の最大の成果は、古くから知られた地球や惑星を構成する鉱物の晶相変化を理解するための、基礎理論を構築した点にあると言える。
プラスチック・ゴムの廃材を原料とするハイブリッドプラスチックの創出

地球環境の保全と省資源を目指したプラスチックのマテリアルリサイクリングの研究の一環として、以下の研究を試みた。PARTIその1「ポリアミド系GF強化ポリマーアロイの直接成形法による再成形リサイクリング」工場内廃棄物のナイロン6に少量のナイロン6イソフタレート・6テレフタレートの非晶性共重合体とをブレンドし、直接成形法によりアロイ化しながら、さらにガラス繊維を55%まで充填した試料を6回まで再成形した結果、ミクロ相構造の大幅な変化は見られず、分子量の低下もわずかであり、マテリアルリサイクリングが有望となった。PARTIその2「フェノール樹脂と廃シリコーンゴムのブレンド」フェノール樹脂のプレポリマーと廃シリコーンゴムに、相溶解剤を選びブレンドした試料を試作して評価した結果、元のフェノール樹脂より表面平滑度と光沢度が向上し、剪断疲労特性が元のフェノール樹脂よりむしろ向上した。その1、その2共にプラスチック成形加工学会秋季大会、平成8年10月に発表した。PETボトルの廃品を洗浄し粉化した廃PETを原料として、これに酸変性した熱可塑性エラストマーとガラス繊維と微量成分を選択して、新材料を試作し、直接射出成形法を適用して実験した。その結果、新品PETのガラス繊維強化品に匹敵するエンジニアリングプラスチックが誕生し、メタロセン系のポリオレフィンエラストマー(POE)を導入した結果、廃PETのアイゾット衝撃値3.9が最高80.7まで向上し、一般物性・ねじり剪断特性・耐環境応力性の評価とモルホロジーの観察を進め、新材料を完成し、マテリアルライフ学会、平成10年成形加工シンポジア'98に発表、成形加工学会誌へ投稿、掲載された。科研費の研究実績の概要1998-3-20大石初年度である平成9年度の研究実績の概要は次の通りである。大別すると次の7項目となる。I:プラスチック・ゴムの廃材を原料とするハイブリットプラスチックの創出の候補となる廃材の探索と選択II:選択した廃材に関して、ハイブリット化の可能性の検討III:実例としてのPET樹脂の選択と、エラストマーを用いた変性によるハイブリット化IV:廃PET変性ハイブリットプラスチックの試作と各種物性の評価V:変性ナイロンの再成形によるリサイクルの可能性の検討VI:ゴムの廃材のリサイクルの可能性の検討として、シリコーンゴムの研摩粉を選定し、これを相溶剤を用いてフェノール樹脂へブレンドした新材料の開発VII:ハイブリットプラスチックによるマテリアルリサイクルの実用性の検討VIII:ハイブリットプラスチックのモルホロジーを調べるための極薄膜試料作成法の検討である。主な成果を次に示す。I:プラスチック・ゴムの廃材は多種多用に存在するが、特にPETボトルは容器リサイクル法が施行されたが、回収後多くは空き地に放置されており、リサイクルが急務となっている。ナイロンは材料価格が高くリサイクルのメリットが大きい。ゴムは材料価格が特に高いシリコーンゴムがコピー機のロールや真空成形の型材として多用され、リサイクルの要請が強い。II:各種廃材の中から、PET樹脂・ナイロン(変性ポリアミド)・シリコーンゴムを選定し、ハイブリットプラスチックの試作を実現した。IIIIV::廃PETボトルの粉体と熱可塑性エラストマーをブレンドしたハイブリットプラスチックの試作に成功し、その各種物性を評価でき、付加価値の高い新エンジニャリングプラスチックとして提案できる。V:変性ナイロンは6回までの再成形による各種物性の低下がわずかであり、工場内リサイクルが可能となった。VI:廃シリコーンゴムとフェノール樹脂へブレンドした新材料が試作できた。PARTIその1「ポリアミド系GF強化ポリマーアロイの直接成形法による再成形リサイクリング」工場内

廃棄物のナイロン6に少量のナイロン6イソフタレート・6テレフタレートの非晶性共重合体とをブレンドし、直接成形法によりアロイ化しながら、さらにガラス繊維を55%まで充填した試料を6回まで再成形した結果、ミクロ相構造の大幅な変化は見られず、分子量の低下もわずかであり、マテリアルリサイクリングが有望となった。PARTIその2「フェノール樹脂と廃シリコーンゴムのブレンド」フェノール樹脂のプレポリマーと廃シリコーンゴムに、相溶解剤を選びブレンドした試料を試作して評価した結果、元のフェノール樹脂より表面平滑度と光沢度が向上し、剪断疲労特性が元のフェノール樹脂よりむしろ向上した。その1、その2共にプラスチック成形加工学会秋季大会、平成8年10月に発表した。PETボトルの廃品を洗浄し粉化した廃PETを原料として、これに酸変性した熱可塑性エラストマーとガラス繊維と微量成分を選択して、新材料を試作し、直接射出成形法を適用して実験した。その結果、新品PETのガラス繊維強化品に匹敵するエンジニアリングプラスチックが誕生し、メタロセン系のポリオレフィンエラストマー(POE)を導入した結果、廃PETのアイゾットへ衝撃値3.9が最高80.7まで向上し、一般物性・ねじり剪断特性・耐環境応力性の評価とモルホロジーの観察を進め、新材料を完成し、マテリアルライフ学会、平成10年成形加エシンポジア'98に発表、成形加工学会誌へ投稿、掲載された。
3D画像を用いた膝関節症発生要因としての回旋不安定性解析

変形性関節症(osteoarthritis: OA)の対策は高齢社会における生活の質を向上させ、介護にかかる医療費を抑制するために極めて重要である。われわれはMRI T2 mappingを用いた初期膝OAの解析から青壮年期の内側半月板後節/後角変性断裂が関節軟骨変性と膝OAの進行に関連することを明らかにしてきた。内側半月板のアンカーの機能を持つ後節は、ストレスを受けやすく、年齢とともに変性して損傷しやすい。後節損傷によってアンカーを失った内側半月板は逸脱し、膝内側コンパートメントの関節ストレスが増加することで、軟骨損傷が進行すると考えられている。また、近年キネマティクス解析から膝OAの膝関節運動が破綻していることが報告されている。現時点で、内側半月板後節損傷に対する治療法は確立されていない。本研究はフルオロスコピーおよびMRIの三次元構築画像を用いて、膝関節運動異常が内側半月板後節断裂および軟骨変性を惹起するという仮説を立証し、膝関節運動是正による壮年期膝OA発生進行予防法(AAE: Adapting Alignment Exercise)開発のデータを蓄積することを目的とする。6か月間の介入後、AAEを実施したグループは、慣習的な筋力エクササイズを実施したグループと比較して、膝関節内転角度の変化量が小さかった。また、MRI T2 mappingによる関節軟骨変性の変化量は、AAE群が慣習的な筋力エクササイズ群よりも小さかった。過去に歩行中の膝内転角度が増加すると軟骨変性が進行することが報告されている。AAEによって、異常な膝キネマティクスが改善し、関節ストレスが軽減することで、軟骨変性の進行を抑制したと考えられる。青壮年期の内側半月板後節/後角変性断裂を伴う膝OA患者に対して、AAEは膝OAの自然経過を改善する治療法となりうる。平成28年度は研究1.膝痛症例のMRIおよびCT 3D画像を収集し顆間窩の形態および骨棘形成を解析する研究2. CTおよびX線透視画像によるRegistration techniqueを応用し下腿回旋キネマティクスを分析する計画であった。研究1に対して保存療法前後にMRIを施行した膝痛症例53名(男性16例、平均年齢56.9歳、Kellgren-Lawrence分類grade0 :12例、grade1: 20例、grade2:15例、grade3:6例)のMRIを収集した。3.0テスラMRIを用い関節軟骨T1ρ緩和時間の計算を行い、改善例・変化無例・悪化例の3群に評価した。冠状断MRI上で顆間窩および顆間隆起の形態を計測した。顆間窩横径、顆間隆起高は悪化例で大きい傾向があり、顆間隆起高は改善例と比較して有意差があった(p<0.05)。顆間窩および顆間隆起が大きい初期膝関節症では軟骨変性が進行する傾向があった。顆間部の骨形態がバイオメカニカルな異常を惹起して膝関節症の病態進行に関与している可能性がありこれらの結果を第45回日本関節病学会で報告した。研究2に対しMRIで内側半月板後節損傷を伴う初期膝関節症と診断された13例(男性2名、女性11名、平均年齢67.9±9.3歳、平均身長155.4±7.1cm、平均体重55.5±10.1kg、平均BMI 23.0±2.4)に対し膝関節キネマティクスの解析を行った。CT画像から作成する3D骨モデル画像とfluoroscopyから得られた透視画像からな3D-to-2D registration techniqueを行った。膝関節キネマティクスと顆間隆起の形状および関節軟骨変性との関連について解析を行っている。内側半月板後節損傷を伴う初期膝関節症の膝関節キネマティクスの解析研究へのエントリーが予定20症例より少ない。変形性膝関節症の病態の基盤は広範囲な関節軟骨変性であり、並行して関節周囲の骨増殖変化を伴うことは従来から認識されている。本年度は骨棘、アライメント、軟骨変性の関連解析では、患健側の膝CTを比較して解析を行った。multi slice CTは、MRIよりもslice thicknessが薄いので、小さな骨棘や僅かなアライメント変化を詳細に捉えられた。膝OA発症直前と直後のCT画像の比較は困難ではあるが、発症直後の膝関節とその健側を比較することは可能である。その結果、早期膝関節症の骨棘好発部位は内側後顆内側と外側,顆間窩内側であることが判明した。骨形態,大腿骨に対する脛骨の外旋角度、外側変位、後方変位量を指標とした膝アライメントに患健側差はなかった。また軟骨のコラーゲン含有量を評価可能なT2 mappingを照合した解析では軟骨変性と骨棘発生に明らかな関連はなかった。これらの部位が脛骨または半月板と接するには、膝関節屈曲位でなければならない。骨棘の発生部位から深屈強が関節症の初期関節症の骨棘形成に関連している可能性が考えられた。一方経過を追跡しえた症例の解析ではT2 mappingによる大腿骨内顆骨棘周囲の異常陰影は変形性膝関節症の進行予測因子である可能性が判明した。内側半月板後節損傷を伴う初期膝関節症の膝関節キネマティクスの解析研究へのエントリーが昨年度20例と少なかったためホームページを開設し広報を工夫し症例数獲得を目指した。今年度までに36例のエントリーを得ることができた。今後は、膝キネマティクスや半月板亜脱臼との関連性を解析していく予定である。荷重による半月板変形の解析をMRIT 2fast spin echoで内外側半月板を撮像する。

三次元構築し荷重による半月板の変形および偏位を定量化する予定であった。しかし提携しているMRIセンターの業務が多忙であり荷重装置の設置が困難となった。変形性関節症(osteoarthritis: OA)の対策は高齢社会における生活の質を向上させ、介護にかかる医療費を抑制するために極めて重要である。われわれはMRI T2 mappingを用いた初期膝OAの解析から青壮年期の内側半月板後節/後角変性断裂が関節軟骨変性と膝OAの進行に関連することを明らかにしてきた。内側半月板のアンカーの機能を持つ後節は、ストレスを受けやすく、年齢とともに変性して損傷しやすい。後節損傷によってアンカーを失った内側半月板は逸脱し、膝内側コンパートメントの関節ストレスが増加することで、軟骨損傷が進行すると考えられている。また、近年キネマティクス解析から膝OAの膝関節運動が破綻していることが報告されている。現時点で、内側半月板後節損傷に対する治療法は確立されていない。本研究はフルオロスコピーおよびMRIの三次元構築画像を用いて、膝関節運動異常が内側半月板後節断裂および軟骨変性を惹起するという仮説を立証し、膝関節運動是正による壮年期膝OA発生進行予防法(AAE: Adapting Alignment Exercise)開発のデータを蓄積することを目的とする。6か月間の介入後、AAEを実施したグループは、慣習的な筋力エクササイズを実施したグループと比較して、膝関節内転角度の変化量が小さかった。また、MRI T2 mappingによる関節軟骨変性の変化量は、AAE群が慣習的な筋力エクササイズ群よりも小さかった。過去に歩行中の膝内転角度が増加すると軟骨変性が進行することが報告されている。AAEによって、異常な膝キネマティクスが改善し、関節ストレスが軽減することで、軟骨変性の進行を抑制したと考えられる。青壮年期の内側半月板後節/後角変性断裂を伴う膝OA患者に対して、AAEは膝OAの自然経過を改善する治療法となりうる。また顆間隆起と軟骨変性の関連解析では、骨棘の描出に感度が高いT2 mappingを組み合わせて解析をすすめていく。キネマティクス解析研究ではホームページの開設など広報を工夫し症例数獲得を目指す。荷重による半月板変形の解析を研究は実現困難であるため、半月板損傷症例のエントリーをさらに増やし、半月板逸脱による軟骨変性、アライメント異常よび骨棘形成の関連について解析していく予定である。今年度は調査費用、情報収集費用を使用せず次年度使用額が生じた。調査費用、情報収集費用、投稿料として使用予定である。