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遺伝子医療の実践に関する民事法的考察-イギリス法・スウェーデン法などの展開に徴して

本研究は、かねてより実施中のイギリス医事法に関する総論的な課題研究に直結させ、民事法的見地から医事法の領域に踏み込み、各論的研究の端緒として、その具体的焦点を「遺伝子医療の実践と民事法」に据える継続的研究である。その研究手順は、患者・医師関係を踏まえ、近時世界的に加速する遺伝医療につき、その民事法上の諸論点を包括的に検証するという本研究の特質に照らし、民事法領域を中心に広く医事法の総体を視野に収め、医事法に関する厖大な文献・資料等の精査・整序作業から鋭意手掛けられた。具体的には、イギリス・スウェーデン医事法に関わる著書・論文、立法資料、判例等の蒐集・分析の場を、国内の諸施設に求めるほか、直接、Cardiff Law School等のイギリスの医事法研究施設等に求めて実施された。右作業等の遂行により、ことに、(1)遺伝医療の推進・規制に向け、ヒト受精・胚研究機構(HFEA)、ヒト遺伝学委員会(HGC)等の機関の活動を通じ、あるべき遺伝医療の法枠組みを模索している近時のイギリス法事情、(2)70年代以降の不法行為法改革を背景に、遺伝医療を含む医療の展開に関する法的支援の枠組みを模索するスウェーデンの法事情のほか、(3)出生前診断等を含む遺云医療の各場面における「遺伝情報の開示」にかかる各国の法事情を追蹤でき、今後さらに推進すべき「遺伝医療の民事法的検討」に関する有益な基本的視点等を獲得することができた。本研究は、「患者-医師関係の法的構造」・「医療被害に対する法的救済制度」という医事法の総論的課題を考究した本研究代表者自らの先行研究に連関させつつ、「遺伝子医療の実践にかかる法的課題」を包括的に抽出したうえ、ことに「遺伝子医療の実践に関する民事法的考察」の基本につき鋭意検討を加えようとする継続的研究である。本年度は初年度として、本研究の基礎的研究作業を遂行することを目途に立案された。まず基本的に、「遺伝子医療」(遺伝子治療・遺伝子研究)の実状や輻輳する問題性等につき、できうる限り広範な内外情報の蒐集・整序作業を持続的に蓄積することから着手され、法的な観点にかかる研究素材としても、民事法的視角に止まらず、広く、「遺伝子医療の実践にかかる法的課題」の総体につき、可及的な情報収集・整序作業が蓄積された。具体的には、人権論的(憲法論)的検討、行政法的検討などをも意識しつつ、遺伝子医療の法的な観点にかかる研究素材の渉猟・収集等を目的として、国立国会図書館(法制資料室)、比較法制国際センター(東京大学)、名古屋大学等での国内調査研究のほか、直接、イギリスに出向いての国外調査研究を遂行した。比較法学研究の調査対象は、本研究代表者が先行研究において手掛けたイギリス法・スウェーデン法を超え、一層網羅的に、オランダ等の大陸法などにも及び、焦点の民事法的考察に集約させる前提作業が手掛けられた。これら一連の整序作業を通じ、民事法的考察にあっても遺伝情報の特殊性が問題の核心であること、イギリスを始め、各国が一定の規制手法の確立を企図すること等、一定の基礎的知見を獲得することができた。これらを基礎に、次年度において、本研究がさらに精緻に展開し、その全体像が完結されることが期待される。本年度は本研究の最終年度として、イギリス医事法及びスウェーデン医事法に関する考究を一層多面的に推進するほか、遺伝医療の展開に関する民事法的知見につき、一定の総括的提示に至ることを目途に立案された。

その研究手順は、患者・医師関係を踏まえ、近時世界的に加速する遺伝医療につき、その民事法上の諸論点を包括的に検証するという本研究の特質に照らし、民事法領域を中心に広く医事法の総体を視野に収め、医事法に関する厖大な文献・資料等の精査・整序作業から鋭意手掛けられた。具体的には、イギリス・スウェーデン医事法に関わる著書・論文、立法資料、判例等の蒐集・分析の場を、国内の諸施設に求めるほか、直接、Cardiff Law School等のイギリスの医事法研究施設等に求めて実施された。右作業等の遂行により、ことに、(1)遺伝医療の推進・規制に向け、ヒト受精・胚研究機構(HFEA)、ヒト遺伝学委員会(HGC)等の機関の活動を通じ、あるべき遺伝医療の法枠組みを模索している近時のイギリス法事情、(2)70年代以降の不法行為法改革を背景に、遺伝医療を含む医療の展開に関する法的支援の枠組みを模索するスウェーデンの法事情のほか、(3)出生前診断等を含む遺伝医療の各場面における「遺伝情報の開示」にかかる各国の法事情を追蹤でき、今後さらに推進すべき「遺伝医療の民事法的検討」に関する有益な基本的視点等を獲得することができた。
遂次凸緩和アルゴリズムの並列実行とその組合せ最適化問題への応用

本年度は以下の研究を行った(1)半正定値計画問題に対するソフトウェアSDPAのさらなる高速化に関する研究.通常SDPAの1反復の中で,最も計算パワーを要する部分は探索方向の計算である.この部分を高速化するために2つのことなった技術について研究した.1つは半正定値行列補完であり,この技術が変数の個数が非常に大きい問題に対して有効であることを計算機実験を通して検証した.もう1つは線形等式条件が多い問題に有効なLagrange双対内点法である.これらの結果については,九州で行われた応用数理学会,および,京都で行われた国際会議NTOC2001で発表した.(2)逐次線形計画緩和の実装とその並列実行実験.この研究課題を始める以前に行っていた逐次半正定値計画緩和は有効な緩和値を計算出来るのであるが,計算時間が多くかかった.これに対して今回の逐次線形計画緩和は緩和値に関しては若干劣るが,計算時間は短いことを検証した.この際,逐次線形計画緩和に特有の問題である"線形計画子問題を解く時間の大きなばらつき"を発見した.このため並列実行する際に線形計画子問題をどのような粒度でサーバー機に受け渡せば良いかが今後の課題として残った.また,逐次線形計画緩和,および,逐次半正定値計画緩和の2つの逐次凸緩和をどのように使い分けるかを詳しく調べる必要もある.(3)分枝限定法と組み合わせた場合に,逐次半正定値計画緩和がどのように有効に働くかについての基礎実験に向けての準備を開始した.本年度は以下の研究を行った(1)半正定値計画問題に対するソフトウェアSDPAのさらなる高速化に関する研究.通常SDPAの1反復の中で,最も計算パワーを要する部分は探索方向の計算である.この部分を高速化するために2つのことなった技術について研究した.1つは半正定値行列補完であり,この技術が変数の個数が非常に大きい問題に対して有効であることを計算機実験を通して検証した.もう1つは線形等式条件が多い問題に有効なLagrange双対内点法である.これらの結果については,九州で行われた応用数理学会,および,京都で行われた国際会議NTOC2001で発表した.(2)逐次線形計画緩和の実装とその並列実行実験.この研究課題を始める以前に行っていた逐次半正定値計画緩和は有効な緩和値を計算出来るのであるが,計算時間が多くかかった.これに対して今回の逐次線形計画緩和は緩和値に関しては若干劣るが,計算時間は短いことを検証した.この際,逐次線形計画緩和に特有の問題である"線形計画子問題を解く時間の大きなばらつき"を発見した.このため並列実行する際に線形計画子問題をどのような粒度でサーバー機に受け渡せば良いかが今後の課題として残った.また,逐次線形計画緩和,および,逐次半正定値計画緩和の2つの逐次凸緩和をどのように使い分けるかを詳しく調べる必要もある.(3)分枝限定法と組み合わせた場合に,逐次半正定値計画緩和がどのように有効に働くかについての基礎実験に向けての準備を開始した.
電磁プローブによるラムダハイパー核の研究

本研究は、ラムダ・ハイパー核を電磁相互作用によって研究し、"奇妙さ"量子数を持つハドロン多体系のユニークな構造、ラムダ核子間相互作用を究明することを目的とする。我々は(π+、K+)反応の特長を生かしたラムダハイパー核実験研究を成功させ、高精度高効率分光研究を確立した。本研究では中間子ビームの対極にある電磁相互作用によるラムダハイパー核生成過程の特長を最大限に生かし、Λハイパー核構造の定量的研究を質的に発展させることを目標とする。(1)既に米国ジェファーソン研究所で高エネルギー連続電子線ビームを用いて(e,e'K+)反応による分解能900keVのラムダ・ハイパー核分光に初めて成功した。この実験の成功をもとに、実験効率を50倍以上、分解能も3-400keVの分光実験を実現するため高分解能K中間子スペクトロメータの建設を本研究の中心プロジェクトとして進めた。本年度は特に、既に完成した大型磁石(QQD)の精密磁場測定およびその詳細な解析をほぼ終了した。また,これらのスペクトロメータ磁石および製作したスペクトロメータの粒子飛行時間測定器,粒子軌跡検出器をジェファーソン研究所に搬入し,現地においての励磁に成功しまもなく実験を開始できるところまで準備を進めた。本スペクトロメータを用いた実験により、重いΛハイパー核束縛状態の構造を精密に測定し核内におけるストレンジクォークの役割を究明する。(2)一方、東北大学原子核理学研究施設1.2GeV周回電子線を用い、標識化光子による1GeV近傍でのストレンジネス生成素過程の研究をすすめ,初めて^<12>Cおよび重水素ターゲットによる中性K中間子生成過程の測定に成功した。この研究は、上記電子線ビームによるΛハイパー核生成過程を解析する上で重要な役割を果たす。現在、詳細な解析が進行中であり、同時に電磁相互作用によるストレンジネス生成過程に関する理論模型との比較を行っている。我々は最近KEKにおいて(π+、K+)反応の特長を生かしたラムダハイパー核研究を成功させ、高精度高効率分光研究を確立した。本研究では中間子ビームの対局にある、電磁相互作用によるハイペロン生成反応によるラムダハイパー核生成過程の特長を最大限に生かし、∧ハイパー核構造の定量的研究を質的に発展させることを目標とする。そのため、1、米国ジェファーソン研究所で高エネルギー高性能電子線ビームを用いた(e,e'K+)反応によって300keVのラムダ・ハイパー核分光を確立する。特に、重い∧ハイパー核束縛状態の構造を精密に測定し核内におけるストレンジクォークの役割を究明するとともに、ラムダ核子相互作用を明らかにする。このため本研究においては(e,e'K+)反応実験を実施するための高分解能K中間子スペクトロメータ建設が最重要である。本年度は、この本研究で明らかにされた新方式の測定法を取り入れたスペクトロメータの基本設計がおこなわれ、一部磁石等の製作を開始した。また、要求性能を満たす粒子飛行時間測定器等の検出器の開発、デザイン、テストが進められた。一方、2、東北大学原子核理学研究施設1.2GeV周回電子線を用い標識化光子による1GeV近傍でのストレンジネス生成素過程を中性K中間子生成反応に着目して究明し、電子線ビームによる∧ハイパー核生成過程解析上必須のデータを確立することも本研究の目的である。このため、K中間子スペクトロメータの検出器系の整備が進められ、平成13年度に行うテスト実験の準備が完了した。本研究では中間子ビ-ムの対局にある、電磁相互作用によるハイペロン生成反応によるラムダハイパー核生成過程の特長を最大限に生かし、Λハイパー核構造の定量的研究を質的に発展させることを目標とする。そのため、(1)まず、米国ジェファーソン研究所で高エネルギー高性能電子線ビームを用いた(e, e'K+)反応によるラムダ・ハイパー核分光に初めて成功した。同時に、実験効率を50倍以上、分解能も3-400keVの分光実験を実現するため高分解能K中間子スペクトロメータの建設が進められた。本年度は特に、2つの四重極磁石に続いて、大型双極磁石および粒子飛行時間測定器等の検出器が建設された。本スペクトロメータを用いた実験により、重いΛハイパ-核束縛状態の構造を精密に測定し核内におけるストレンジクォ-クの役割を究明することを目指している。(2)一方、東北大学原子核理学研究施設1.2GeV周回電子線を用い、標識化光子による1GeV近傍でのストレンジネス生成素過程の研究を、中性K中間子を測定することにより進めている。本年度は、K中間子スペクトロメータが完成し予備的ながら原子核を標的として質の高い中性K中間子の観測に初めて成功した。

現在、詳細な解析が進行中であり、電磁相互作用によるストレンジネス生成過程に関する理論模型との比較が行われる。本研究は、ラムダ・ハイパー核を電磁相互作用によって研究し、"奇妙さ"量子数を持つハドロン多体系のユニークな構造、ラムダ核子間相互作用を究明することを目的とする。我々は最近KEKにおいて(π+、K+)反応の特長を生かしたラムダハイパー核研究を成功させ、高精度高効率分光研究を確立した。本研究では中間子ビームの対局にある、電磁相互作用によるハイペロン生成反応によるラムダハイパー核生成過程の特長を最大限に生かし、Λハイパー核構造の定量的研究を質的に発展させることを目標とする。(1)既に米国ジェファーソン研究所で高エネルギー連続電子線ビームを用いて(e,e'K+)反応による分解能900keVのラムダ・ハイパー核分光に初めて成功した。また、実験効率を50倍以上、分解能も3-400keVの分光実験を実現するため高分解能K中間子スペクトロメータの建設を本研究の中心プロジェクトとして進めている。本年度は特に、既に完成した大型磁石(QQD)の精密磁場測定をほぼ終了した。スペクトロメータの粒子飛行時間測定器,粒子軌跡検出器を製作し,π,K, pビームによるテストを行った上で,ジェファーソン研究所に輸送した。本スペクトロメータを用いた実験により、重いΛハイパー核束縛状態の構造を精密に測定し核内におけるストレンジクォークの役割を究明することを目指している。(2)一方、東北大学原子核理学研究施設1.2GeV周回電子線を用い、標識化光子による1GeV近傍でのストレンジネス生成素過程の研究をすすめ,初めて12Cをターゲットとする準自由反応で生成した中性K中間子の観測に成功した。同時に,重水素ターゲットが製作され最後の調整を行っている。この研究は、上記電子線ビームによるΛハイパー核生成過程を解析する上で重要な役割を果たす。我々は(π+、K+)反応の特長を生かしたラムダハイパー核実験研究を成功させ、高精度高効率分光研究を確立した。本研究では中間子ビームの対極にある電磁相互作用によるラムダハイパー核生成過程の特長を最大限に生かし、Λハイパー核構造の定量的研究を質的に発展させることを目標とする。この実験の成功をもとに、実験効率を50倍以上、分解能も3-400keVの分光実験を実現するため高分解能K中間子スペクトロメータの建設を本研究の中心プロジェクトとして進めた。本年度は特に、既に完成した大型磁石(QQD)の精密磁場測定およびその詳細な解析をほぼ終了した。また,これらのスペクトロメータ磁石および製作したスペクトロメータの粒子飛行時間測定器,粒子軌跡検出器をジェファーソン研究所に搬入し,現地においての励磁に成功しまもなく実験を開始できるところまで準備を進めた。
バキュロウイルスゲノム人工合成系の確立と新規遺伝子解析用ウイルスベクターの開発

本研究の第一の目的は、DNA断片からバキュロウイルスゲノムを人工合成する技術を確立することであり、これは多様な分野で利用されているバキュロウイルスの遺伝子構造を改変して、その有用性を高め、更なる高次利用を展開するためには不可欠な技術である。本研究ではまず、カイコバキュロウイルスゲノムDNA(BmNPV/bacmid)に酵母での複製起点(Yori)を導入し、大腸菌および酵母で複製可能であるBmNPVゲノムを作出した。次に、Yoriを含むBmNPVゲノム全域をカバーする21DNA断片を大腸菌にクローニングし、これらの断片を酵母細胞内に導入して、連結させることに成功した。本研究の第一の目的は、バキュロウイルスの優性を高めるたものウイルスゲノムの操作(改変)性を飛躍的に高めるために、DNA断片からバキュロウイルスゲノムを人工合成する技術を確立することにある。本年度、まず、BmNPVのバクミドに酵母で安定して保持されるための複製起点と2種類の選択遺伝子(栄養要求性に関わる遺伝子と薬剤耐性に関わる遺伝子)を大腸菌内で導入した。この組換えバクミドDNAを酵母に導入したところバクミドDNAが酵母内で安定して保持されることが判明した。また、この酵母で複製したバクミドDNAを昆虫細胞に導入したところ、ウイルスの増殖が確認され、培養液中へのウイルス粒子放出が確認された。加えて、カイコバキュロウイルスゲノムをカバーする38DNA断片のクローニングを完了した。以上の事から、Gibson et al.(2009)の方法を用いて酵母内でウイルス断片をつなぎ合わせ、細胞で増殖可能なウイルスゲノムを得る系を構築するための最重要ステップを終了した。本研究の第一の目的は、DNA断片からバキュロウイルスゲノムを人工合成する技術を確立することであり、これは多様な分野で利用されているバキュロウイルスの有用性を高め、更なる高次利用を展開するために不可欠な技術である。昨年は、カイコバキュロウイルス(BmNPV)ゲノムに酵母の複製起点を導入することに成功すると共に、ゲノム全域をカバーする38DNA断片を大腸菌にクローニングすることが出来た。本年度は、これらの成果を基に、Gibson et al. (2009)の方法を利用したBmNPVゲノムの酵母内人工合成(再構築)を試みた。まず、ウイルスゲノムの一部をカバーする5kbp-10kbpのゲノム断片6個を複製起点を有する断片と共に酵母に導入したところ、酵母内で複製可能な環状DNAを得ることに成功した。そして、PCR等を用いたDNA構造解析の結果、この環状DNAは導入したウイルスゲノム断片が酵母内で期待通り正確に連結したものであることが推定された。そこで、ウイルスゲノム全領域をカバーする5kbp-10kbpの38断片を用いて完全長のウイルスゲノム再構築を試みたが、酵母内で複製可能な環状DNAを得ることは出来なかった。その後、ゲノムDNA断片の精製方法の改善などを行い、最終的にはゲノム全域をカバーする21断片と酵母複製起点を含む断片を酵母細胞に導入することで、酵母内で複製可能なBmNPVゲノムDNAの回収に成功した。得られたDNAの構造を解析した結果、本環状DNAは導入した断片が期待通り連結した構造であることが推定された。応用分子昆虫学本年度中に酵母内でのウイルスゲノムDNA断片の結合実験を終了する予定であったが、BmNPVのバクミドに酵母で安定して保持されるための複製起点と2種類の選択遺伝子を導入する段階での問題克服に手間取り、結合実験には至らなかった。H26年度は、酵母内でのウイルスゲノムDNA断片結合系を確立し、ゲノム改変ウイルスを作製して合成ゲノム由来のウイルス感染性やタンパク質発現能についての解析を行う。
超音波エネルギーを利用した新しい免疫療法の研究

I.新作バブルの作成、最適条件、薬物封入などについて確認した。II.αGALCELによる誘導されたサイトカイン産生における低侵襲性超音波の作用。超音波(0.7MHz)をヌードマウスの脾細胞をαGALCEL存在下で20秒照射し、48時間培養後上清中のIL-2、IL-4、IFNgの産生をELISA法で測定した(n=3)。1、30V、DC70%の場合、照射しない群と比べIL-2、IL-4、IFNgの産生が明らかに増加したが、DC20%、50%の場合減少した。しかし、周波数を変動することによりIFNgの産生が増加したことが認めた。また、DC70%の場合IL-2、IL-4の産生がさらに増加したことも認めた。2、50Vの場合、照射しない群と比べDC20%、50%のみIFNg産生がやや増加したが、周波数を変動することによりDC20%、50%、70%のIFNg(DC70%除き)、IL-2、IL-4の産生が増加したことが認めた。3、70Vの場合、DC20%、50%のIFNg、DC50%のIL-4、DC20%のIL-2の産生がコントロールより増加したが、DC70%の場合いずれも増加してなかった。しかし、周波数を変動することによりIL-2、IL-4の産生はDC20%、50%、70%のいずれも増加したことが認めた。結論:低侵襲性超音波はαGALCELによる誘導されたマウス脾細胞のIL-2、IL-4、IFNgの産生を増加することができ、周波数を変動することによりサイトカインの産生をさらに増加できることを確認された。III.低侵襲性超音波のαGALCELの抗腫瘍効果の増強B6マウスにEL4リンパ腫細胞を皮下接種し、腫瘍の直径が5-6mm大に増殖した時点で治療を始めた。αGALCELを腹腔注射または経尾静脈注射し、その直後に超音波(1MHz、1.0w/cm2、DC10%、2分)をマウス腹部または脾臓部位に2分間照射する(n=3)。結果:4群ともに治療後腫瘍の縮小が認め、4週間観察した結果腫瘍が消失したことが認めた。また、12週間まで観察し、マウスが全部生存していることが認めた。考察:超音波はαGALCELの抗腫瘍効果を減弱しないことが確認された。但し、超音波併用群と併用しない群とは有意差はなかったので、更なる実験が必要すると考えられる。一,低分子薬物,細胞,超音波導入システムが確立された。二,ナノバブルの作成,最適バブルの選択,低分子薬物の封入(検討中)三,低侵襲超音波の条件及びバブルの最適濃度の確認各種バブルを併用した超音波の生細胞率に与える影響及び低分子薬物または遺伝子の導入効果について調べた。この結果は2007年アメリカで開催された国際遺伝子治療学会にてポスター発表した。四,流動細胞への低分子薬物導入の最適条件の確立と導入効果異なる細胞株とバブルを用いて実験した結果,超音波とミクロバブルを利用し流動細胞へ遺伝子導入できることが確認できた。しかし,いずれも導入率が低いことが認められた。五,サイトカイン産生における低侵襲性超音波の作用超音波,また,周波数を変動して出力する超音波はマウス脾細胞のαGALCELによる誘導されたサイトカインIL-2,IL-4,IFNgの産生を増加することが認められた。結果は国際免疫学会に発表する予定。六,抗腫瘍治療における低侵襲性超音波の安全性抗腫瘍治療における低侵襲性超音波の安全性について確認された。この結果は2007年スペインで開催された国際音響学会にて口頭発表した。七,低侵襲性超音波のαGALCELの抗腫瘍効果の増強予備実験では,実験手法や条件などを確認された。また,ミクロバブルと超音波はαGALCELの抗腫瘍効果を増強する可能性について確認された。

しかし、周波数を変動することによりIL-2、IL-4の産生はDC20%、50%、70%のいずれも増加したことが認めた。結論:低侵襲性超音波はαGALCELによる誘導されたマウス脾細胞のIL-2、IL-4、IFNgの産生を増加することができ、周波数を変動することによりサイトカインの産生をさらに増加できることを確認された。III.低侵襲性超音波のαGALCELの抗腫瘍効果の増強B6マウスにEL4リンパ腫細胞を皮下接種し、腫瘍の直径が5-6mm大に増殖した時点で治療を始めた。αGALCELを腹腔注射または経尾静脈注射し、その直後に超音波(1MHz、1.0w/cm2、DC10%、2分)をマウス腹部または脾臓部位に2分間照射する(n=3)。結果:4群ともに治療後腫瘍の縮小が認め、4週間観察した結果腫瘍が消失したことが認めた。また、12週間まで観察し、マウスが全部生存していることが認めた。考察:超音波はαGALCELの抗腫瘍効果を減弱しないことが確認された。但し、超音波併用群と併用しない群とは有意差はなかったので、更なる実験が必要すると考えられる。
生体内光伝播の解析と光CTへの応用

生体組織に近赤外光を照射して,組織内の酸素代謝分布を測定する光CTの試みがなされている.しかし,生体組織は非均質性を有する散乱体であるため,近赤外先は頭皮,頭蓋骨,脳脊髄液,脳などの異なった組織で散乱を受けながら伝播する.とくに,散乱,吸収の小さい脳脊髄液が近赤外先の伝播に大きく影響するため,検出される光が脳脊髄液近傍を伝播することは,平成10年度の本研究から明らかにされている.このことは,光の強度情報のみを利用した場合,酸素代謝の測定が可能なのは脳脊髄液近傍の脳の浅い部位に限定されてしまうことを意味している.平成11年度は,パルス光を用いた時間分解計測法によって,脳深部の情報を検出する可能性について検討をおこなった.モデルは,光伝播に最も影響を与える脳脊髄液を模擬した透明層を散乱体ではさんだ3層モデルとし,新生児と成人の脳を模擬した2つのモデルについて光伝播をシミュレーションした.時間分解計測をおこなった場合,早い時刻に検出された光は,最短距離である光源と検出器を結んだ直線上ではなく,脳脊髄液の近傍を伝播していることがわかった.そして,新生児のモデルでは,検出時刻が遅くなるにつれて,測定領域は脳深部へと分布が広がっていた.このことから,新生児の頭部を対象とした時間分解計測では,早い時刻の検出光から脳表面の酸素代謝,遅い時刻の検出光から脳深部の酸素代謝をそれぞれ分離して測定することが可能であることが示唆された.一方,成人モデルでは,遅い時刻に検出器に到達する光でも脳深部を伝播している割合は小さく,時間分解法を用いても主として測定されるのは脳の皮質近傍の酸素代謝であることがわかった.これらの結果は生体模擬モデルを用いた実験によっても検証された.生体組織を透過した近赤外光の強度変化から吸収情報を求め,組織内の酸素代謝分布を測定する光CTの試みがなされている.しかし,X線などとは異なり,光は生体組織の強い散乱特性の影響を受けて伝播することから,光CTを実現するためには生体組織内における近赤外光の伝播特性を把握する必要がある.本研究は、生体組織の非均質性が頭部における光伝播に与える影響を理論と実験から解析して,光CTへ応用することを目的としている.初年度の研究としては,脳周囲に存在する透明な脳脊髄液が脳内の光伝播に与える影響に関する理論解析結果を検証するため,頭皮,頭蓋骨,脳脊髄液の部分をエポキシ樹脂,脳の部分をイントラリピッド懸濁液で構成した非均質頭部モデルを作成し,イントラリピッド懸濁液(脳)中に吸収体を入れて局所的に吸収変化を起こさせたときの検出光強度変化を測定した.脳表面に相当する部位で吸収変化が起きた場合,透明層(脳脊髄液)が存在するモデルの方が,透明層がないモデルよりも検出光強度の変化が大きくなった.また,脳深部における吸収変化に対する検出光強度の変化は,透明層を有するモデルの方が小さくなった.これらは,透明層がないモデルにおいては,光源と検出器の距離が離れるにしたがって,光が深い部位を伝播するようになるのに対して,透明層を有するモデルでは光は主として透明層近傍の浅い部位を伝播するという理論解析の結果を裏付けるものである.さらに,脳脊髄液に隣接する頭蓋骨の光学特性が脳内の光伝播に与える影響について理論解析を進めた.頭蓋骨中に存在する血液髄を含む板間層が脳内を伝播する光に与える影響をモンテカルロシミュレーションによって解析したところ,板間層の吸収が大きくなると脳内の吸収変化に対する検出光の強度変化が小さくなることがわかった.生体組織に近赤外光を照射して,組織内の酸素代謝分布を測定する光CTの試みがなされている.しかし,生体組織は非均質性を有する散乱体であるため,近赤外先は頭皮,頭蓋骨,脳脊髄液,脳などの異なった組織で散乱を受けながら伝播する.とくに,散乱,吸収の小さい脳脊髄液が近赤外先の伝播に大きく影響するため,検出される光が脳脊髄液近傍を伝播することは,平成10年度の本研究から明らかにされている.このことは,光の強度情報のみを利用した場合,酸素代謝の測定が可能なのは脳脊髄液近傍の脳の浅い部位に限定されてしまうことを意味している.平成11年度は,パルス光を用いた時間分解計測法によって,脳深部の情報を検出する可能性について検討をおこなった.モデルは,光伝播に最も影響を与える脳脊髄液を模擬した透明層を散乱体ではさんだ3層モデルとし,新生児と成人の脳を模擬した2つのモデルについて光伝播をシミュレーションした.時間分解計測をおこなった場合,早い時刻に検出された光は,最短距離である光源と検出器を結んだ直線上ではなく,脳脊髄液の近傍を伝播していることがわかった.そして,新生児のモデルでは,検出時刻が遅くなるにつれて,測定領域は脳深部へと分布が広がっていた.このことから,新生児の頭部を対象とした時間分解計測では,早い時刻の検出光から脳表面の酸素代謝,遅い時刻の検出光から脳深部の酸素代謝をそれぞれ分離して測定することが可能であることが示唆された.一方,成人モデルでは,遅い時刻に検出器に到達する光でも脳深部を伝播している割合は小さく,時間分解法を用いても主として測定されるのは脳の皮質近傍の酸素代謝であることがわかった.これらの結果は生体模擬モデルを用いた実験によっても検証された.
人と共生するパートナーモビリティの開発

本年度は,自律移動が可能なパーソナルモビリティの開発に向けて下記の項目に取り組んだ.(a)見えに基づく自己位置推定とナビゲーション:簡素で頑健な自己位置推定およびナビゲーション手法の実現のため,画像系列を用いた新たなView-based navigation手法を開発した.画像比較に基づく自己位置推定では季節や天候による見えの変化が大きな問題となるが,大域特徴量であるHOGによる特徴記述やDP Matchingによる系列対応付け,マルコフ位置推定等を利用することで,見えの変化に頑健で高精度な位置推定を実現した.また,全方位画像に対する学習画像の走査を導入することで,全方位カメラのみでのナビゲーションシステムを開発した.(b)対象人物への付き添い移動のためのポジショニング:対象人物への適応的な付き添い行動の生成手法を開発した.まず,対象人物の位置姿勢に基づいて状態をwalking, standing, sitting, talkingの4状態に分類し,各状態に対して深層強化学習を用いて事前に訓練された位置取りを行う.深層強化学習学習には,人物情報付き距離変換局所地図を用いることで効果的な学習を実現し,シミュレーションおよび実環境における実験を介し,提案手法の有効性を示した.(c)自己位置同定・地図生成のための単眼SLAM:未知環境における自律移動のため,単眼カメラを用いたVisual SLAM手法を開発した.従来の画像特徴量を利用した特徴点対応を求める方法とは異なり,まず連続する入力画像間の大まかなオプティカルフローを求め,そのフローを初期値とする画像間の極値の対応付けを行うことで,対応点計算の低コスト化および対応点数の向上を図った.また,軽量なBundle adjustment手法を新たに提案し,上記の対応点計算と組み合わせることで,非常に密な3次元復元を実現した.本年度は,モビリティの自律制御に向けた基礎技術開発を中心に行った.特に,自己位置推定やナビゲーションに関して有効な研究成果を得ることができており,今後の自律移動・運転支援システムの開発に向けた基盤を構築出来ている.歩行者の多い街中や商業施設等を想定し,他者の動きを考慮した自律制御に研究の軸を移していく.また,安価なシステムの構築に向け,単眼カメラや全方位カメラを用いた頑健な位置推定や自律制御についても引き続き研究を続ける.本年度は,自律移動が可能なパーソナルモビリティの開発に向けて下記の項目に取り組んだ.(a)見えに基づく自己位置推定とナビゲーション:簡素で頑健な自己位置推定およびナビゲーション手法の実現のため,画像系列を用いた新たなView-based navigation手法を開発した.画像比較に基づく自己位置推定では季節や天候による見えの変化が大きな問題となるが,大域特徴量であるHOGによる特徴記述やDP Matchingによる系列対応付け,マルコフ位置推定等を利用することで,見えの変化に頑健で高精度な位置推定を実現した.また,全方位画像に対する学習画像の走査を導入することで,全方位カメラのみでのナビゲーションシステムを開発した.(b)対象人物への付き添い移動のためのポジショニング:対象人物への適応的な付き添い行動の生成手法を開発した.まず,対象人物の位置姿勢に基づいて状態をwalking, standing, sitting, talkingの4状態に分類し,各状態に対して深層強化学習を用いて事前に訓練された位置取りを行う.深層強化学習学習には,人物情報付き距離変換局所地図を用いることで効果的な学習を実現し,シミュレーションおよび実環境における実験を介し,提案手法の有効性を示した.(c)自己位置同定・地図生成のための単眼SLAM:未知環境における自律移動のため,単眼カメラを用いたVisual SLAM手法を開発した.従来の画像特徴量を利用した特徴点対応を求める方法とは異なり,まず連続する入力画像間の大まかなオプティカルフローを求め,そのフローを初期値とする画像間の極値の対応付けを行うことで,対応点計算の低コスト化および対応点数の向上を図った.また,軽量なBundle adjustment手法を新たに提案し,上記の対応点計算と組み合わせることで,非常に密な3次元復元を実現した.本年度は,モビリティの自律制御に向けた基礎技術開発を中心に行った.特に,自己位置推定やナビゲーションに関して有効な研究成果を得ることができており,今後の自律移動・運転支援システムの開発に向けた基盤を構築出来ている.歩行者の多い街中や商業施設等を想定し,他者の動きを考慮した自律制御に研究の軸を移していく.また,安価なシステムの構築に向け,単眼カメラや全方位カメラを用いた頑健な位置推定や自律制御についても引き続き研究を続ける.今年度は電動車いすをベースとした簡易的なパーソナルモビリティのプロトタイプの開発にとどまっており,今後の研究の進行に伴いどのようなセンサを搭載することが適当か検討し,次年度使用額も含めた予算執行を行う予定である.
大気中人為起源物質による鉱物粒子の変質過程と海洋環境へ与える影響に関する研究

大気から地表面へ沈着する鉱物粒子の粒径分布と粒径別鉱物粒子の鉄溶出率を測定した。大気エアロゾルを海水に抽出して鉄溶出率を測定する手法を確立し、人為起源エアロゾルの鉄溶出率を測定した。1.粒径別鉱物粒子の鉄溶出率2001年3月11日に大規模な黄砂現象を北海道札幌市で観測した。大気境界層上部に位置する手稲山頂で積雪中の黄砂粒子を集めた。黄砂粒子を沈降法で1<D<3〓mと11<D<30〓mに粒度分別した。両粒径の黄砂粒子を遠沈管内で超純水に攪拌して鉄を溶出させた。1<D<3〓mと11<D<30〓mの鉄溶出率は、それぞれ1.3%と3.0%であった。粒径が10倍でも鉄溶出率はそれほど変わらない結果が得られた。2.大気エアロゾルを容器内で攪拌して鉄を抽出するには、(1)溶出した無機鉄が容器壁面へ吸着すること、(2)不溶性粒子が容器壁面へ吸着すること、の両方の吸着損失がある。両者を区別することは原理的に不可能である。インライン式で連続抽出する方法を採用し、両吸着損失の問題を解決した。直径47mm、孔径0.1〓mのヌクレポアフィルターで大気エアロゾルを捕集し、そのフィルターを鉄溶出用のインラインフィルターホルダーにセットする。ペリスターポンプで溶媒をフィルターに滴下・抽出した。ポリエチレン製の容器内に抽出液を回収しpH1酸性で安定化させた後、原子吸光光度計で溶出した鉄量を測定した。黄砂の影響がほとんどない冬季は鉄溶出率が数十%に達した。これは人為起源エアロゾルの鉄溶出率が高いことが影響している。本研究で開発した方法を応用すれば、黄砂粒子と大気中酸性気体の反応が鉄溶出率の変化に及ぼす効果、黄砂粒子が雲過程を経た場合の変化、などを調べることが可能である。1.鉱物粒子の含有水溶性成分濃度の測定人工黄砂エアロゾル試料を溶媒(超純水と酸性溶液)に攪拌し、水溶性成分を抽出した。抽出液中の水溶性イオン成分の濃度をイオンクロマトグラフィーで分析した。抽出液中のナトリウムと塩素の濃度はpHが低下しても変化しなかったが,カルシウムやマグネシウムはpHが低いほど抽出量が増えた。鉱物粒子中の水溶性ナトリウムはNaClとして存在し、カルシウムやマグネシウムは炭酸塩として存在することが反映された。2.鉱物粒子と酸性ガスの反応の現場実験ヌクレポアフィルターに人工黄砂エアロゾル試料を塗布し、都市大気を吸引した。フィルター表面で鉱物粒子と酸性ガスを反応させた。反応後にフィルターを超純水で抽出し、水溶性イオン成分の濃度を測定した。鉱物粒子と反応しやすい酸性ガスは硝酸であることが明らかになった。3.溶解度測定の条件設定海洋大気でエアロゾルが雲過程を経る頻度や雲粒が取り込む酸性物質の量を調査した。鉱物粒子を含む大気塊が雲の領域を通過すると、鉱物粒子と海塩粒子が混合する。これは鉱物粒子が雲過程を経た証拠である。粒径別に捕集したエアロゾル試料中の水溶性イオン成分を測定し、雲過程で鉱物粒子に付着する酸性物質の量を見積もった。4.粒径別エアロゾル試料を捕集し、水を滴下して乾燥させる方法を検討した。ナプロン製シート上に粒径別エアロゾル試料を捕集した。ナフロンシートを細かく切断し、抽出液と共に試料管に入れた。エアロゾル試料を超音波抽出したのち、気密性ボックス内で乾燥させた。乾燥試料に超純水を滴下して金属成分を溶出させた。これらの実験から、黄砂試料と反応する酸性ガスの量を見積もることができた。また、酸性ガス反応によって鉱物粒子から溶け出す金属量の変化を測定する方法を確立した。大気から地球表面に湿性沈着した鉱物粒子(黄砂)の粒度(粒径)分布を測定2004年3月に大規模な黄砂現象が北日本各地で観測された。北海道札幌市の平野部と手稲山頂で降雪とともに沈着した鉱物粒子を集めた。積雪試料中の鉱物粒子の粒径分布と沈着量を測定したところ、手稲山頂と平野部で大きな違いは見い出されなかった。手稲山頂の直上には雪をもたらした積雲の雲底が位置したので、雪が大気境界層内を落下する間に大気中鉱物粒子と衝突して沈着除去した寄与(ウォッシュアウト効果)は少なかった。大気エアロゾル中の鉱物粒子濃度から乾性沈着量を見積もった結果、全沈着量に対する寄与は無視できる程度であった。今回の大規模な黄砂現象で沈着した鉱物粒子の大部分は、雪雲内で氷晶核として働いたものか雲粒と衝突したものである。大気エアロゾル中鉱物粒子の粒径分布は34μmに濃度ピークを示したのに対して、湿性沈着した鉱物粒子の粒径分布の濃度ピークは710μmに位置した。これまで、雨によって湿性沈着した鉱物粒子の粒径分布は大気中鉱物粒子の粒径分布と一致すると考えられていたが、実際にはより大きな粒子が沈着していることが明らかになった。これは、春季、黄砂を運んでくる低気圧の上空では氷晶核によって雲が形成されていることが影響している可能性がある。

西部北太平洋で観測される黄砂粒子の粒径分布から乾性沈着粒子の粒径分布を見積もると、710μmに濃度ピークを示す。黄砂の影響を受け易い西部北太平洋では、乾性・湿性の両沈着によって710μmの鉱物粒子が海洋に沈着していることが示唆された。今後、このような粒径特性を持つ鉱物粒子が海洋表面にどれだけ滞留し、その滞留時間内に海洋へどれだけ微量金属が溶け出すのかを明らかにするのか調べる必要がある。大気から地表面へ沈着する鉱物粒子の粒径分布と粒径別鉱物粒子の鉄溶出率を測定した。大気エアロゾルを海水に抽出して鉄溶出率を測定する手法を確立し、人為起源エアロゾルの鉄溶出率を測定した。1.粒径別鉱物粒子の鉄溶出率2001年3月11日に大規模な黄砂現象を北海道札幌市で観測した。大気境界層上部に位置する手稲山頂で積雪中の黄砂粒子を集めた。黄砂粒子を沈降法で1<D<3〓mと11<D<30〓mに粒度分別した。両粒径の黄砂粒子を遠沈管内で超純水に攪拌して鉄を溶出させた。1<D<3〓mと11<D<30〓mの鉄溶出率は、それぞれ1.3%と3.0%であった。粒径が10倍でも鉄溶出率はそれほど変わらない結果が得られた。2.大気エアロゾルを容器内で攪拌して鉄を抽出するには、(1)溶出した無機鉄が容器壁面へ吸着すること、(2)不溶性粒子が容器壁面へ吸着すること、の両方の吸着損失がある。両者を区別することは原理的に不可能である。インライン式で連続抽出する方法を採用し、両吸着損失の問題を解決した。直径47mm、孔径0.1〓mのヌクレポアフィルターで大気エアロゾルを捕集し、そのフィルターを鉄溶出用のインラインフィルターホルダーにセットする。ペリスターポンプで溶媒をフィルターに滴下・抽出した。ポリエチレン製の容器内に抽出液を回収しpH1酸性で安定化させた後、原子吸光光度計で溶出した鉄量を測定した。黄砂の影響がほとんどない冬季は鉄溶出率が数十%に達した。これは人為起源エアロゾルの鉄溶出率が高いことが影響している。本研究で開発した方法を応用すれば、黄砂粒子と大気中酸性気体の反応が鉄溶出率の変化に及ぼす効果、黄砂粒子が雲過程を経た場合の変化、などを調べることが可能である。
育児の観点からの建築内各部位の安全性の評価方法

育児をする者を対象とした建築の安全性に関する研究を実施した。まずはじめに、子供を抱くなど育児特有の姿勢では、動作が変化することを実証した。具体的には、モーションキャプチャ技術を用いて、例えば障害物をまたぐ場合足運びが安定しなくなることなどを可視化した。また、育児特有の姿勢による動作の変化は動作中の安心感を大きく損ねるため、現行の安全基準が育児の観点からは不十分な場合も多いと想像される。本研究では、一例として、すべりの観点での安全基準をみたしている床であっても、子供を抱いた状態では危険と感じる場合があることを実証した。子供を抱いたり妊娠中に体型が変化することは、日常とは異なる姿勢,視野での動作を強い、事故につながりやすい。ひとたび事故が発生すると、命に関わる大事となる。しかし、様々な建築物に取り入れられている高齢者,要介護者向けの補助器具や子供自身の怪我に対する安全配慮の現状と比較すると、親など育児をする者を対象とした安全対策は著しく立ち後れている。各自治体が発刊している『子育て住宅』に関する設計指針には提案している安全対策に学術的根拠がなく、ハウスメーカによって設計された子育て住宅も安全基準の指標がないため具体的な効果のある提案となっていないのが現状である。本研究では、育児の観点からの建築物内各部位の安全対策のあり方を提示するとともに、安全性の評価方法を確立する。本研究では、第1段階として、育児特有の姿勢,視野による動作の変化やそれに伴う危険性の変化を実験的に明らかにする。続いて、第2段階として、歩行などを行った際の育児者の危険度合いの判断,評価や動作変化を分析することにより、部位ごとの安全性の評価方法を設定する。初年度は、第1段階に関して、検討を進めた。動作の変化の検討にあたっては、一部、モーションキャプチャ技術などを用いた。検討初期においては、実際の幼児や妊婦を被験者として用いたが、安全への配慮と被験者獲得の難度を考慮し、幼児の体格,体重を再現したダミー人形や妊婦体験装具を導入した。また、床のすべりに対する安全性に関して行われた既往の研究と同一の手法で、幼児を抱いた状態で安全評価実験を実施し、幼児を抱いていない健常者と幼児を抱いた状態とで安全基準が大きく変化することを実証した。しかし、様々な建築物に取り入れられている高齢者,要介護者向けの補助器具や子供自身の怪我に対する安全配慮の現状と比較すると、親など育児をする者を対象とした安全対策は著しく立ち遅れている。今年度は、まず、前年度に引き続き育児特有の姿勢,視界での動作の変化を分析した。対象動作は、育児中にやむを得ず行ってしまう場合があるまたぎ動作とした。動荷重の測定は、荷重計を自作して実施した。その結果、子供を抱いた状態や妊婦では、健常者と動作自体が大きく変化するわけではないが、足運びが前後にぶれ障害物に足を引っかけて転倒する可能性が高いことが明らかとなった。また、特に妊婦では動作時間が健常者の倍程度長くなり、片足で全体重を支えている時間が長いことから危険性が増大することもわかった。すなわち、手すりなど視点を増やす補助器具が非常に有用であるといえる。また、すべりの程度が種々異なる床でまたぎ動作を行う官能検査を実施した結果、健常者にとって比較的安全と評価されるすべりの床でも、子供を抱いた状態では危険と判断されることが定量的に明らかになった。すなわち、育児の観点からはより高い安全基準を採用すべきである。【研究実績の概要】で述べたとおり、本研究では目的の達成に関して大きく2段階の計画を立てており、初年度はその第1段階を実施する予定であった。実験の実施にともない新たな課題も見つかったものの、第1段階の計画はほぼ達成できたと考えており、進捗状況は予定通りと評価できる。建築材料第2年次は、歩行などを行った際の育児者の危険度合いの判断,評価や動作変化を分析することにより、部位ごとの安全性の評価方法を設定する。具体的方策は以下のとおりである。1初年度の成果から、確保航路内で育児特有の動作変化が危険性に与える影響の大きい部位や状況を抽出する。さらに、抽出された部位に対する代表的な安全対策を設定する。

その際、対策は、現段階で容易に想定できる手すり,段差解消装置,照明装置,硬軟の変化などし、既往の高齢者,要介護者を対象とした設備,器具の適用も検討する。続いて、設定した安全対策を施したものも含む歩行路を作製する。その際、抽出した危険な状況も適宜再現する。2被験者に1で作製した歩行路を初年度の成果から得られた育児特有の姿勢,視野をとらせたうえで歩行させ、歩行路内の各部位の危険度合いを判断,評価させる実験を行う。これにより、評価指標が構成される。あわせて、危険回避動作や安全対策の使用状況を測定し、これらが安全性の判断,評価に影響するメカニズムを考察する。3各部位の特性の測定装置を、2で得られた危険回避動作や安全対策使用の影響の要因も取り入れたうえで開発する。この装置を用いて1で作製した歩行路内の各部位を測定し、2で得られた官能検査結果と対応する物理量を設定する。これにより、測定方法が確立される。物理量の測定,算出方法は、健常者や高齢者を対象とした多数の既往の研究成果を参考とする。4官能検査結果と物理量の対応関係を示す。これら一連の検討により、評価方法が設定される。当初購入を計画していた荷重計に関し、価格と仕様の兼ね合いが実験計画と合わず、購入を断念したことによる。荷重計に関しては、仕様と実験計画が合致するものを他の研究機関から無償で借用できたため、研究の遂行には支障が生じなかった。次年度の交付額と繰り越した次年度使用額とをあわせて実験計画と仕様の合致する荷重計を購入するか、繰り越した次年度使用額の範囲内で荷重計を自作するか、検討を進めている。
ダイオキシン曝露から毒性発現までの分子経路の解明

水腎症は、腎盂、腎杯の拡張に伴い腎実質が萎縮した病態であり、重症例では実質のほとんどを失い腎機能が喪失する。本研究では、ダイオキシン曝露マウスにおける水腎症を発達時期特異的な毒性現象のモデルと位置づけ、ダイオキシンによる多様な毒性現象の中でも水腎症に焦点を当て、ダイオキシン毒性の発現メカニズムの解明を目的とする。ダイオキシン曝露による水腎症において必須の役割を果たすと報告のあるCOX-2に着目し、1ダイオキシン曝露からCOX-2の発現誘導に至るまでの経路及び、2COX-2の発現誘導から毒性病態の発現に至るまでの経路を明らかにする。このようにCOX-2を軸に水腎症の原因因子を解明することで、曝露から発症に至るまでの道筋を分子レベルで理解することが可能となる。上記目的を達成するために、本年度2COX-2の発現誘導から毒性病態の発現に至るまでの経路に関する研究を行った。COX-2を介して産生されるプロスタノイドのうち、腎臓での最も主要な働きを担うのはPGE2である。そこで本研究では、PGE2受容体であるEP-13のいずれかの遺伝子欠損マウスを用い、それぞれのマウスにおいて水腎症の発症率・重症度を組織学的に解析した。その結果、EP-2およびEP-3マウスではダイオキシン曝露により水腎症が発症したが、EP-1マウスでは水腎症が発症しなかった。このことから、TCDD曝露により過剰産生されたPGE2はEP-1を介して水腎症の発症を引き起こすことを明らかにした。これまでの本研究により、ダイオキシン曝露によりAhRが活性化し核移行した後、cPLA2α、COX-2、mPGES-1といったPGE2合成経路関連酵素を活性化し、過剰産生されたPGE2がEP-1受容体に作用することで水腎症を引き起こすという一連の流れを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトを含む哺乳動物の腎臓発達にとって出生前後は重要な時期であり、この時期が化学物質に対して特に脆弱な時期である。環境汚染化学物質であるダイオキシンは齧歯類の新生仔に水腎症を引き起こすが、この作用は生後数日までの曝露に限られる。ダイオキシン曝露による水腎症において必須の役割を果たすと報告のあるCOX-2に着目し、(1)ダイオキシン曝露からCOX-2の発現誘導に至るまでの経路及び、(2)COX-2の発現誘導から毒性病態の発現に至るまでの経路を明らかにする。このようにCOX_2を軸に水腎症の原因因子を解明することで、曝露から発症に至るまでの道筋を分子レベルで理解することが可能となる。上記目的を達成するために本年度は、COX-2上流に位置するcPLA2のダイオキシン毒性への関与を明らかにすることで、ダイオキシンによる多様な毒性を引き起こす初期的な原因因子を探ることを短期的目標とした。cPLA2群の中でも主要なアラキドン酸合成酵素であるcPLA2αのノックアウトマウスを用い、ダイオキシン曝露実験を行った所、ダイオキシン曝露した野生型マウスでは全てのマウスで水腎症が発症したのに対し、cPLA2αノックアウトマウスでは曝露による水腎症発症率が有意に低下することを見出した。さらに、cPLA2α野生型マウスでは、ダイオキシン曝露によりCOX-2やmPGES-1のmRNA発現量、および尿中PGE2濃度が上昇していたのに対し、cPLA2αノックアウトマウスではそれら変化が消失していた。加えて、ダイオキシン曝露に対するトランスポーター及びチャネルの応答レベルに、野生型マウスとノックアウトマウスとの間で有意な差が見られた。以上の成果は、上記(1)「ダイオキシン曝露からCOX-2発現誘導までの経路」を解明する上で大きな進歩となった。水腎症状、腎盂、腎杯の拡張に伴い腎実質が萎縮した病態であり、重症例では実質のほとんどを失い腎機能が喪失する。ヒトで発症する水腎症の多くは先天性の尿路閉塞症を原疾患とするが、結石、腫瘍等による後天性尿路閉塞や、腎性尿崩症など、原因となる疾患には様々なものが挙げられる。

上記目的を達成するために、本年度は1ダイオキシン曝露からCOX-2発現誘導までの経路に関する研究を重点的に行った。昨年はCOX-2を手掛かりとし、その上流のcPLA2のダイオキシン毒性への関与を明らかにしたことから、本年度は、これまでに解明したCOX-2やcPLA2αが関与する発症経路にAhRの核移行が関与するかどうかを、AhRの核移行機能を欠如するAhRnlsマウスを用い明らかにすることを目標とした。本年度は、AhRの核移行機能を欠如するAhRnlsマウスを用い、COX-2の発現誘導へのAhRの核移行の必要性を検証した。このAhRnlsマウスを用いてダイオキシン曝露実験を行い、水腎症の発症率・重症度を組織学的に解析したところ、AhRnlsマウスでは水腎症が発症しなかった。さらに、AhRの核移行機能が欠損することで、COX-2発現誘導を始めとしたダイオキシン曝露による分子レベルの変化にどのように影響するのか検証した。水腎症は、腎盂、腎杯の拡張に伴い腎実質が萎縮した病態であり、重症例では実質のほとんどを失い腎機能が喪失する。本研究では、ダイオキシン曝露マウスにおける水腎症を発達時期特異的な毒性現象のモデルと位置づけ、ダイオキシンによる多様な毒性現象の中でも水腎症に焦点を当て、ダイオキシン毒性の発現メカニズムの解明を目的とする。ダイオキシン曝露による水腎症において必須の役割を果たすと報告のあるCOX-2に着目し、1ダイオキシン曝露からCOX-2の発現誘導に至るまでの経路及び、2COX-2の発現誘導から毒性病態の発現に至るまでの経路を明らかにする。このようにCOX-2を軸に水腎症の原因因子を解明することで、曝露から発症に至るまでの道筋を分子レベルで理解することが可能となる。上記目的を達成するために、本年度2COX-2の発現誘導から毒性病態の発現に至るまでの経路に関する研究を行った。COX-2を介して産生されるプロスタノイドのうち、腎臓での最も主要な働きを担うのはPGE2である。そこで本研究では、PGE2受容体であるEP-13のいずれかの遺伝子欠損マウスを用い、それぞれのマウスにおいて水腎症の発症率・重症度を組織学的に解析した。その結果、EP-2およびEP-3マウスではダイオキシン曝露により水腎症が発症したが、EP-1マウスでは水腎症が発症しなかった。このことから、TCDD曝露により過剰産生されたPGE2はEP-1を介して水腎症の発症を引き起こすことを明らかにした。これまでの本研究により、ダイオキシン曝露によりAhRが活性化し核移行した後、cPLA2α、COX-2、mPGES-1といったPGE2合成経路関連酵素を活性化し、過剰産生されたPGE2がEP-1受容体に作用することで水腎症を引き起こすという一連の流れを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。cPLA2αノックアウトマウスを用いた曝露実験により、ダイオキシンによる水腎症発症率、遺伝子発現量、尿中プロスタノイドの変化について明らかにできたことから、当初の計画通りの結果が得られている。AhRの核移行機能を欠如するAhRnlsマウスを用いた曝露実験により、ダイオキシンによる水腎症発症率、遺伝子発現量、尿中プロスタノイドの変化について明らかにできたことから、当初の計画通りの結果が得られている。これまでの研究により、COX-2およびcPLA2aがダイオキシン毒性の原因因子であることが明らかになった。
負のプライミング効果の解除に関する実験的研究

本研究においては、親近度が低い刺激に対しては負のプライミング効果が縮小することを発見し、実験的に確認した。負のプライミング効果とは、直前に無視された刺激に対する反応が僅かに遅くなる現象を言う。これは、刺激を無視するために、その刺激に抑制がかかり、その抑制が直後の判断に影響するためであると解釈されている。本研究においては、負のプライミングが生じない場合に注目し、その原因を説明するための仮説を立てて、それを検証するために実験を行なった。日本人を被験者、アルファベットを刺激として、ディスプレイ上に重ねて提示した2つの文字の中から、あらかじめ指定された色で提示されている文字を選択するという実験を行なったところ、米国における同様の実験では明瞭に観察された負のプライミングが殆ど生じなかった。その原因を探るために、アルファベットだけでなく、カタカナも刺激にした実験を行なったところ、カタカナでは明瞭に負のプライミング効果が生じるのに対し、アルファベットでは、やはり殆ど生じないという結果になった。親近度の低い刺激には負のプライミングが生じにくい、という仮説を立て、これを検証するために、正立したカタカナと倒立したカタカナを刺激とする実験を行なったところ、前者では明瞭な負のプライミングが生じ、後者では殆ど生じないという結果になり、仮説が支持された。