hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模コホートデータによる健康と生産性の最適化を目指す働き方モデルの構築

健康リスク項目のベースラインと2年後・3年後の変化(悪化)が生産性指標の変化量と関連しているかを分析することで、各組織の有効な介入策のあり方を検討した。組織と分析結果に基づき協議を行い、介入対象や介入方策について協議した。さらに、健康保険組合の保有する被保険者・被扶養者データをマッチングしての分析の可能性を探索した。先行研究において従業員の健康や生産性と家族の健康状態を分析した研究はみあたらない。家族の健康が従業員の健康や生産性とどのように関連しているかを検討するため、従業員のデータと従業員の家族のデータを突合した。従業員(被保険者)と家族(被扶養者)のデータを受領し、データを突合し、データ作成プロセスにおける課題や、家族(被扶養者)データの分析枠組みについて検証した。従業員(被保険者)と配偶者(被扶養者)のペアデータにより、生産性や健康に影響を与えると考えられる家族の健康状態との関連を分析した。従業員(被保険者)と被扶養者(配偶者)の医療受診行動、生活習慣と受診状況が関連しており、相互の影響が大きいことが示唆された。健保組合の被扶養者データを活用したが、被扶養者がいる者に限定され、さらにペアデータとするため配偶者のみを扱ったため従業員の全数が対象となっておらず、従業員と家族の健康や生産性の関連の検討については引き続き検討が必要である。予定通り3年間のコホートデータの作成と分析ができていること、さらに当初計画にはなかった従業員のデータのみではなく、従業員の家族のデータを突合し従業員の生産性や健康と家族の健康の関連について分析を試みることができた。一方で、研究成果の発表は1件のみとなり、論文執筆に今年度は着手できなかったため。1組織については、毎年、健診・問診・医療費データ、アンケートデータを統合し、従業員(被保険者)のコホートデータを作成する。さらに、家族(被扶養者)のデータも2年目としてコホートデータを作成し、従業員データと突合したデータを作成する。健康・職場環境と生産性の関連分析は、ベースラインの健康・職場環境が2年後、3年後の生産性に影響をするか、仮説検証を行う。コホートデータの分析により因果関係を検討する。さらに、組織間の比較分析を実施し、組織間の違いの要因を検討する。リール第1大学の研究者らと研究結果を共有し、先行研究と結果を比較しながら分析手法の決定と仮説の検証を行う。組織ごとの介入方策検討として、健康リスク項目のベースラインと2年後・3年後の変化(悪化)が生産性指標の変化量と関連しているかを分析することで、各組織の有効な介入策のあり方を検討する。各組織と分析結果に基づき協議を行い、介入方策の検討を行う。1組織については、毎年、健診・問診・医療費データ、アンケートデータを統合し、従業員(被保険者)の4年間コホートデータを作成する。さらに、家族(被扶養者)のデータも2年目としてコホートデータを作成し、従業員データと突合したデータを作成し、さらなる分析を行う。健康・職場環境と生産性の関連分析は、コホートデータの分析によりベースラインの健康・職場環境が2年後、3年後の生産性に影響をするか、仮説検証を行い、因果関係を検討する。さらに、組織内の部署ごとの比較分析により、部署間の違いの要因を分析し、組織内での介入策の検討をする。これらにより、健康・職場環境と生産性の全体最適化のためのモデル構築を検討する。
超低周波音波の観測による積乱雲中の熱気泡の挙動の研究

1998,1999の2年間に愛知教育大学においてインフラソニック波の連続観測を実施し、全部で1502件の信号を記録した。これらの中で積乱雲との関連が明確に認められたのは1998年8月20日の1件のみであった。この2年間における名古屋の雷日数はそれぞれ16日、25日であり、積乱雲の発生率に対するインフラソニック波の検出率はきわめて低い。このこと自体が積乱雲によるインフラソニック波の重要な特徴であるとも言える。この期間に捉えたシグナルに加えて過去に記録されたシグナルを含めて解析を行った結果、次のことが示された。1.インフラソニック波は積乱雲の雲頂高度がある臨界値(12km程度)に達したときに発生し始め、発生場所は最も発達したセルの頂部にある。2.スペクトルには1つまたは2つのピークがあり、時間と共に少しずつ上方または下方にわずかに移動するのが認められる。音波の発生機構としてはセル頂部において熱気泡が激しく突き上げることによって強い収斂(-divV)が生じ、これによって圧力変動が生ずるものと考えることができる。3.音源高度を16kmとして行ったray tracingによると、音源直下の位置から30km40km程度以上離れるとshadow zoneに入り、音波は検出ができなくなる。一方、最盛期にあるセル直下点の近傍には、通常複数のセルが存在し、その影響で大きな風のノイズにマスクされる。これらにより、積乱雲によるインフラソニック波の観測例が極端に少ないものと説明できる。1.インフラソニック波の定点観測網の整備愛知教育大学に設置されているインフラソニック波観測のための3点観測網は、設置以来15年以上を経過し、信号伝送用のケーブルが接触不良をおこすなど、損傷が甚だしいため、一部のケーブルを張り替え、観測が連続的に行えるように整備した。また、その信号の解析のためのコンピュータを高速のものに取り替え、信号の到来の有無、到来の方向、地面との入射角、スペクトル解析等の演算をリアルタイムで行えるようにした。さらに、各マイクロホンの周波数特性を検定するため、ブラシレスモーターを組みこんだ大型ピストンホーンを製作した。2.インフラソニック波の移動観測設備近くを雷雨が通過する際に、可能な限り雷雨に接近してインフラソニック波の観測を行うことができるよう、車載型の移動観測装置を作成した。データの収録・解析用にはノート型パソコンを利用した。3.重力波観測装置の整備雷雨に伴うインフラソニック波のスペクトルは広帯域であることが知られているが、重力波の発生に関しては観測による確認がほとんどなされていない。そこでインフラソニック波の観測と平行して重力波の連続観測も実施すべく微気圧センサー3台を配備した。4.過去に観測された雷雨によるインフラソニック波の事例解析を行い、主たる発生部位が発達した雷雲の頂部付近にあることが確認された。平成10年度においてはインフラソニック波の観測設備を点検整備し、連続的な観測を実施した。トリパタイトを構成する3台のマイクロホンによってピックアップされた気圧変動を2分ごどに区切ってデジタルに変換し相関解析によって信号到来の有無を確認し、到来した信号についてはハードディスクに記録を残すようにした。平成10年1月1日から12月31日の間にこのようにして観測されたインフラソニック波の件数は1月172件、2月181件、3月54件、4月0件、5月2件、6月0件、7月0件、8月156件、9月96件、10月14件、11月120件、12月150件、合計945件である。途中4月7月の間はケーブルの不調により信号の検出のできない時期があったが、予想外の多数の信号検出が行えた。検出された信号の大半は海洋上の発達した低気圧域で発生するマイクロバロムスであるが、発生源が不明のものも多数含まれている。とりわけ、比較的長周期でV字型をした信号が目立って多く観測されており、その到来方向からして新幹線列車のトンネル突入によって発生した微気圧波が候補として考えられるが、今後は移動観測などを実施してその確認を行う必要がある。この研究の本来の目的である、メンスケールの擾乱に伴ったと見られるものも2例くらいは含まれており、レーダー観測資料との対照を行うなどしてこれらのデータに基づいてこうした信号の発生源の特定と発生条件を調べていくこととする。

音波の発生機構としてはセル頂部において熱気泡が激しく突き上げることによって強い収斂(-divV)が生じ、これによって圧力変動が生ずるものと考えることができる。3.音源高度を16kmとして行ったray tracingによると、音源直下の位置から30km40km程度以上離れるとshadow zoneに入り、音波は検出ができなくなる。一方、最盛期にあるセル直下点の近傍には、通常複数のセルが存在し、その影響で大きな風のノイズにマスクされる。これらにより、積乱雲によるインフラソニック波の観測例が極端に少ないものと説明できる。
多剤耐性小細胞肺がんの分子標的治療

小細胞肺癌の難治性の原因となる多剤耐性化に深く関わる分子として癌細胞上に発現するCD9およびHER2を同定し、これらの阻害が、前者では耐性化に伴い発現するCD9を介した細胞外マトリックスとの接着により増強される細胞生存シグナルを損なうことにより、後者では耐性化に伴い発現する薬剤排泄ポンプ機能を直接的およびHER2阻害により間接的に抑制することで抗癌剤感受性を回復させることにより抗癌剤耐性を克服できることを見出し、これら分子の耐性克服治療標的分子としての可能性を示した。小細胞肺癌(SCLC)患者組織を用いた検討で、治療前にはほとんど見られないCD9の発現が、再発後の組織では原発巣を含めリンパ節や転移巣でも発現が見られた。多剤耐性SCLC細胞株では普遍的かつ経時的にCD9発現が著明に増強していた。耐性株では細胞外マトリックスの主要構成蛋白であるフィブロネクチンに対するインテグリンを介した接着能が著明に亢進し、Time-lapse video microscopyを用いた解析で、CD9発現多剤耐性株の細胞運動能は、有意に低下していた。ケモカインCXCL12で多剤耐性SCLC細胞株を刺激すると、CD9の転写が抑制され細胞運動能が回復した。以上より、CD9はSCLCの多剤耐性化において近年提唱されている細胞接着誘導抗癌剤耐性(CAM-DR)機序の成立に深く関与していることが示唆された。次に、CD9を標的とした多剤耐性克服治療の可能性をin vitroの系で検討した。siRNAによるノックダウンあるいはモノクローナル抗体により、多剤耐性SCLC細胞で選択的にアポトーシスを誘導することができた。現在、実験的転移マウスモデル(IL-2Rβ抗体処理したスキッドマウスの尾静脈よりSCLC細胞を接種)を用い、小分子CXCR4阻害剤やCD9抗体の単独または併用療法による治療効果をin vivoで検討中である。また、抗体はIgGlクラスで抗体依存性細胞障害(ADCC)活性の誘導が期待され、さらにCD9は腫瘍血管新生にも深く関わっていることが最近明らかになっており、ヌードマウス皮下腫瘍モデルではCD9抗体のADCC活性誘導の有無や腫瘍新生血管阻害効果も合わせて評価中である。さらに、プロテオミクス等の手法でHER2とCD44の発現が抗癌剤感受性株よりも多剤耐性株で増強していることを見出した。HER2はSCLCの予後不良因子であるとの報告もあるが、一般にはSCLCにはほとんど発現がないとされていた。しかし、我々の検討では日本人由来SCLC細胞株で高頻度にHER2の発現が見られ、人種間差ではないかと考えている。HER2チロシンキナーゼ阻害剤lapatinib単独では十分な細胞死を誘導できなかったが、抗癌剤と併用すると耐性株の抗癌剤感受性が回復することが判明した。現時点では、これはlapatinibの薬剤排出ポンプに対する阻害作用に起因するものと考え、そのメカニズムを解析中である。また、HER2に対するモノクローナル抗体trastuzumabを用いたマウスでの治療実験も進行中である。一方抗CD44抗体はvitroで著明な抗腫瘍効果を認めており、これもvivoでの効果を検討中である。我々は、小細胞肺癌(SCLC)患者組織で多剤耐性化後にのみ、細胞株でも耐性株でのみCD9が発現することを見出した。CD9発現株では細胞外マトリックス(ECM)への接着能が著明に亢進し、細胞運動能が低下していた。ケモカインCXCL12刺激で耐性株のCD9発現は一過性に低下し運動能が回復した。以上より、CD9はSCLC多剤耐性化における細胞接着誘導抗癌剤耐性(CAM-DR)機序成立に深く関与することが示唆された。次に、CD9を標的とした多剤耐性克服治療の可能性を検討した。siRNAによるノックダウンまたは抗CD9抗体により、耐性株選択的にアポトーシスを誘導できた。以上の成果はCancer Research誌に掲載された(下記)。さらに、CXCR4阻害剤のSCLC細胞のECMへの接着能や運動能抑制効果をin vitroで証明し、現在マウス実験的転移モデルや皮下腫瘍モデルを用い、CXCR4阻害剤やCD9抗体の治療効果を検討中である。CXCL12/CXCR4経路やCD9の血管新生への関与が最近明らかになっており、腫瘍血管新生阻害効果も併せて評価中である。続いて、我々はHER2が日本人由来多剤耐性SCLC株で発現増強していることを見出した。HER2発現はSCLCの予後不良因子の1つであるが、欧米人SCLCにはほとんど発現がなく、人種差の可能性がある。HER2キナーゼ阻害剤lapatinibは単独では耐性株に細胞死を誘導できないが、抗癌剤感受性を回復させた。lapatinibの薬剤排出ポンプ阻害作用によるものと考え、メカニズムを解析中である。

次に、抗HER2抗体(trastuzumab)がHER2直接阻害に加えて強い抗体依存性細胞障害(ADCC)活性を発揮し耐性株にアポトーシスを誘導することをin vitroで証明し、現在進行中のマウスモデルを用いた治療実験でも著明な抗腫瘍効果が得られている。我々は、前年度までに、小細胞肺癌(SCLC)の再発時多剤耐性化における細胞接着誘導抗癌剤耐性(CAM-DR)機序成立に深く関与する分子としてテトラスパニン蛋白CD9を同定し、本分子を標的とした多剤耐性克服治療の有効性を報告した(Cancer Res,2010 Oct 15;70(20):8025-35)。本年度は、ケモカイン受容体CXCR4阻害剤TF14016が、SCLC細胞の間質への接着や運動を抑制すること(in vitro)、およびマウス実験的転移モデルにおいて著明に遠隔臓器への転移を抑制し、癌新生血管の増殖も抑制すること(in vivo)を証明した(論文投稿中)。続いて、我々はHER2が欧米人と比較し日本人のSCLCで多く発現していることを見出した。HER2発現はSCLCの予後不良因子の1つであるが、欧米人SCLCにはほとんど発現がなく、人種差の可能性がある。HER2キナーゼ阻害剤lapatinibは単独では耐性株に細胞死を誘導できないが、一旦耐性化した抗癌剤の感受性を回復させた。SCLCの標準的治療薬であるエトポシド耐性ではABCB1、イリノテカン耐性ではABCG2という薬剤排出ポンプが発現するが、lapatinibはこれらのポンプ機能を阻害することで抗癌剤耐性を克服すること、特にHER2を発現しているエトポシド耐性SCLCにおいては低濃度のlapatinibによるHER2阻害がSrcやcaveolin-1の活性化を介してABCB1のポンプ機能を阻害するメカニズムを発見したCMol Cancer Ther 2012,in press)。次に、抗HER2抗体(trastuzumab)がHER2シグナルの直接阻害ではなくNK細胞やMφによる強い抗体依存性細胞障害(ADCC)活性を介した免疫学的機序によってHER2発現抗癌剤耐性SCLC細胞にアポトーシスを誘導することを証明した。しかし、単にHER2が発現しているだけでは強いADCC活性が誘導できない場合があることも判明し、現在どのような補助経路あるいはそれにかかわるどのような分子が重要であるかを解析中である。また、ヒトSCLC組織は通常のハーセップテストではHER2陽性組織も染まりにくいことが分かったため、高感度で疑陽性の出ない特異性の高い免疫染色法を開発中である。
データマイニングを活用した遺伝子型-表現型解析手法の確立

遺伝性疾患の約85%は、遺伝子中のタンパク質コーディング領域のバリアントが原因であると推察される一方、膨大な候補バリアントの中から真の病因バリアントにたどり着くことは容易ではない。本研究では、これまでに公共のデータベースなどに蓄積されている様々なゲノムデータを活用したデータマイニングにより、ゲノム情報の違いが表現型にどのような影響を及ぼすかといった遺伝子型-表現型相関モデルの構築およびバリアントの病的意義の大きさを定量的に見積もる統計学的手法の開発を目指している。本年度は、昨年度に引き続き、モデル疾患データセット構築、データマイニングの対象とする予測指標の選定、本提案手法(プロトタイプ)によるモデル疾患の遺伝子型-表現型相関モデルの構築・評価を行った。構築した遺伝子型-表現型予測モデルの分類精度は、sensitivity, specificityなどの指標を基に、クロスバリデーションにより評価し、最も分類精度が高くなる各種パラメータ値・予測指標の組合せ等を検証した。これらの成果は、第56回日本生物物理学会年会にて報告した。昨年度の本様式にて、建物の大幅改修・移転による研究室の再立ち上げの影響により、進歩状況を“やや遅れている"とし報告した。本年度については順調に研究を遂行できてはいるが、昨年度の遅れ分までは取り戻せていないため、“やや遅れている"と評した。最終年度となる今年度は、遺伝子型から病的意義の大きさ(表現型)を定量的に見積もる表現型予測モデルの構築・最適化・評価を行う。メンデル遺伝性疾患の約85%は、遺伝子中のタンパク質コーディング領域の変異が原因であると推察されており、次世代シークエンサ(NGS)のさらなる普及と高出力性を利用した全エクソーム解析やターゲットリシークエンス解析による責任遺伝子(病的バリアント)の解明の大幅な進展が期待されている。しかしながら、NGS解析より生み出される膨大な候補バリアントの中から目的とする真の病因であるバリアントにたどり着くことは容易ではない。その一方、ゲノムや分子情報、それ自身を目的別に関連付けした生物学・ゲノム医科学的な様々な知見がデータベースとして蓄積されている。本年度は、解析環境の構築、解析対象とするモデル疾患データセット構築、データマイニングの対象とするゲノムデータベースの選定、本提案手法(プロトタイプ)によるモデル疾患の遺伝子型-表現型相関モデルの構築を行い、今後は構築した遺伝子型-表現型相関モデルを基に、予測因子及び各種パラメータの最適化により疾患の病的意義の大きさを定量的に見積もる表現型予測モデルへと発展させていく予定である。研究室が入居する建物の大幅な改修工事の影響で、本研究課題に関連する研究機器も含めて、研究室すべての研究環境の移転・研究機器の再セットアップを行う必要が生じたため、若干の遅れが生じている。初年度に構築したモデル疾患の遺伝子型-表現型相関モデルを基に、遺伝子型から病的意義の大きさ(表現型)を定量的に見積もる表現型予測モデルの構築・最適化を行う予定である。研究室が入居する建物の大幅な改修工事に伴う研究室の移転の必要性が生じたため、各種サーバーの消耗品交換などを今年度末から次年度にかけてのサーバー移設後の再セットアップ作業時に合わせて実施することとした。従ってそれに係る費用の一部を繰り越し、次年度早々に実施することとした。本年度は、ファイルサーバー等の消耗品交換を実施したが、HDD等が見込み額より安価に購入できたため、支出額が見込み額を下回った。本費用は、最終年度の計算サーバー等の消耗品交換・保守費用に充てる。
繊維強化複合材料積層板の衝撃損傷と衝撃後圧縮特性劣化(CAI)メカニズム

本研究は、有限要素法と基礎実験を通して衝撃損傷発生および圧縮特性劣化のメカニズムを明らかにし、異物衝撃による複合材料積層板の圧縮特性強度(CAI強度)のための基礎理論およびCAI強度評価実験改善のための基礎データを導き、より高性能な複合材料構造設計方法を構築していくための基礎研究である。当初計画通り、損傷累積問題および衝撃損傷後の板の圧縮強度低下に関して、実験および数値解析手法を用いて研究を行った。衝撃損傷累積問題に関しては基礎的なメカニズムを明らかにするために静的な荷重を与えた。さらに実験中に内部損傷進展の挙動を観察することを目的としてあえてガラス繊維強化複合材料積層板を作製した。本実験でも衝撃実験で得られたと類似した損傷システムが得られた。すなわち繊維に平行なトランスバースクラックの発生ののち、層間剥離がトランスバースクラック端から発生したことが確認できる各層間では繊維方向のサイズが大きくなるピーナツ型の剥離が発生し全体ではほぼ円形の損傷になることが確認された。また同時に進めている数値計算結果は実験結果をよく説明できる。今後の衝撃荷重下での損傷累積過程のシミュレーションを行うにあたっての基礎が得られたと考える。圧縮特性劣化に関しては、層間に大きさの次第に大きくなっていく人口剥離を導入し、変位制御による圧縮実験を行った。板厚がCAI実験用の試験片程度に厚くなると座屈後の比較的早い段階で表面に近い最も大きな剥離の伝播が発生することが確認できた。しかし最終破壊は表面剥離の進展ではなく中央面に近い剥離の荷重と直角方向への不安定な伝播が引き金となって発生している。多数の大きさの異なる層間剥離を有する積層板の有限要素モデル化を行い座屈後解析を行った。さらに各荷重ステップで破壊力学的なパラメータであるエネルギー解法率を求めることができた。有限要素解析結果は実験結果を定性的に非常によく説明する。しかし、初期の層間剥離伝播は安定的であり層間剥離伝播開始が最終破壊荷重ではないことが明らかになった。したがって数値計算により最終強度を推定するにはダメージの進展を含んだ解析が必要になることが分かった。この問題は非常に困難な問題であり今後の課題が残された形である。上記課題で研究を行った。当初計画通り,損傷累積問題に関しては、実験および数値解析手法を用いて研究を行った。衝撃損傷後の板の強度低下に関しては数値解析手法を用いて研究を行った。衝撃損傷累積問題を明らかにするための基礎研究として、内部損傷累積状態を観察できるガラス繊維強化複合材料を製作し、これに関して集中荷重を与えて損傷を発生させる実験を行い損傷累積過程を観察した。この結果衝撃損傷過程に関して貴重な知見を得ることができ、理論解析を行うための基礎的なデータを蓄積することができた。また有限要素法による解析で非線形破壊要素を提案し、この要素を用いて損傷累積過程をシミュレートし、理論値との良い一致を得ることができた。このことにより衝撃損傷問題をシミュレートする高能率な解析手法を開発できたと考える。この結果を21st International Symposium on Space Technology and Science(1998年5月)および8th Japan-U.S.Conference on Composite Materials(1998年9月)に発表する予定である。

損傷板の圧縮座屈劣化特性に関しては既存の有限要素解析プログラムを用いて実際の損傷により近い、大きさの異なる層間剥離を持つ圧縮挙動のシミュレーションを行い、剥離サイズの違いに起因する問題点を明らかにすることができた。この結果を米国航空宇宙学会の第36回SDM会議で発表を行う。上記課題で解析および実験的な研究を行った.昨年に引き続き、衝撃荷重の替わりに集中荷重を準静的に与える実験を行いデータの蓄積を行った。本実験により、損傷累積過程に関して興味深い現象を観察することができ解析を行う上で有用な知見を得ることができた。またこの損傷進展メカニズムを明らかにするために破壊力学的なパラメターを考慮し損傷進展を効率よく計算できる手法を開発した。この手法を用いて得られた損傷累積挙動を第8回日米複合材料会議で発表した。さらに本研究はJournal of Plastics and Compositesおよび日本複合材料学会誌に掲載予定である。また衝撃損傷を受けた複合材料積層板のモデルとして板中央部に大きさの異なる剥離を板厚方向に挿入した積層板の圧縮挙動を有限要素法を用いて解析した。昨年度は、解析効率を考えて二次元シェル要素のみを用いた解析を行ったが各成分ごとのエネルギー解放率が精度よく得られないと言う懸念があったので、本年度は剥離していない領域を二次元板要素を用い、剥離部およびその近傍を三次元ブロック要素を用いて定式化した。本方法によって得られる全体的な挙動は、シェル要素のみを用いて得られた結果および三次元要素のみを用いて得られる結果とよく一致した。解析効率および回の精度を考えると本手法が複数個の大きさの異なる剥離を有する複合材料積層板の座屈挙動及び座屈後変形挙動をシミュレートするのに有効であることが示された。また、剥離先端の破壊力学的なパラメタ各成分に関しても荷重増加に伴う増加挙動を明らかにできた。昨年度の結果および本年度結果の一部はAIAAの第39回Structures,Structural Dynamics and Materialsおよび日本航空宇宙学会の構造強度講演会で発表し、AIAA Journalに印刷された。今年度の成果は、次年度の学会等で公表する予定である。本研究は、有限要素法と基礎実験を通して衝撃損傷発生および圧縮特性劣化のメカニズムを明らかにしていく事を目的とした基礎研究である。当初計画通り,損傷累積問題および衝撃損傷後の板の圧縮強度低下に関して、実験および数値解析手法を用いて研究を行った。衝撃損傷累積問題に関しては基礎的なメカニズムを明らかにするために静的な荷重を与えた。さらに、実験中に内部損傷進展の挙動を観察することを目的としてあえてガラス繊維強化複合材料積層板を作製した。本実験でも衝撃実験で得られたと類似した損傷システムが得られた。すなわち繊維に平行なトランスバースクラックの発生ののち、層間剥離がトランスバースクラック端から発生したことが観察できる。各層間では繊維方向のサイズが大きくなるピーナツ型の剥離が発生し全体ではほぼ円形の損傷になることが確認された。
磁気共鳴拡散イメージング法による実験動物の非侵襲的神経画像解析法の確立

拡散MRIを用いた実験小動物の非侵襲的神経画像解析法の確立を目的とした.本課題では,まず正常神経路の描出法としてマンガン造影MRIを最適化し、次いで拡散テンソルMRIによる神経変性の検出について研究した.結果,マンガン造影MRIでは小型霊長類実験動物の正常な網膜神経投射を生体のまま視覚化することに成功し,拡散テンソルMRIでは得られた各種拡散異方性インデックスに神経変性に対する高い検出能を認めた.本研究成果から拡散MRIの非侵襲的神経画像解析法としての有用性が強く示唆された.拡散MRIを用いた実験小動物の非侵襲的神経画像解析法の確立を目的とした.本課題では,まず正常神経路の描出法としてマンガン造影MRIを最適化し、次いで拡散テンソルMRIによる神経変性の検出について研究した.結果,マンガン造影MRIでは小型霊長類実験動物の正常な網膜神経投射を生体のまま視覚化することに成功し,拡散テンソルMRIでは得られた各種拡散異方性インデックスに神経変性に対する高い検出能を認めた.本研究成果から拡散MRIの非侵襲的神経画像解析法としての有用性が強く示唆された.初年度はラット脳を対象とし、臨床用MRI装置でその神経画像解析を実施するために必要な準備実験を実施した。本研究では、臨床において人体を対象に使用される撮像法での神経画像解析の可能性を追求することを目的とし、その基盤となる撮像条件の最適化を中心にラット脳のMRI撮像技術の確立にも取り組んだ。ここでは、本年度交付研究費により購入した実験動物用麻酔装置、ならびに人工呼吸器等を駆使し、手術等の撮像前準備はもとより、撮像時における安定した動物麻酔を実現することができた。この基礎検討により確立されたMR撮像技術により、次年度はラット脳に生じる神経変性を対象として、臨床用MRI装置による神経画像解析研究を実施する。一方、コモンマーモセットを対象としたMRI実験は、高磁場の実験動物専用MRI装置を用いて実施した。まず、マーモセットの正常な視覚伝導路について、MEMRIt tract tracing法による形態解析を実施した。さらに、視覚伝導路に神経変性を生じたモデルを対象に拡散テンソルMRIを実施し、その神経変性について可視化を試みた。次年度は、拡散MRIで描出される神経変性の検証として、その神経病態を病理組織学的に解析し、両者の比較検討を実施する。本年度は、カナダ・トロントでの国際磁気共鳴医学大会に出席し、近年のMRI技術による神経変性の検出について、積極的に学術情報を収集した。特にq-space imagingと呼ばれる手法による微細神経構造の画像解析法は、本研究においても有益な情報であり、次年度の研究に反映させたいと考えている。本年度実施研究の目的は、磁気共鳴画像法(以下、MRI)を神経生理学領域の動物実験に応用し、その最新画像技術である"拡散MRI"を駆使した非侵襲的神経画像解析法を確立することであった。本研究目的の遂行のため、小型霊長類動物を対象に軽度な視神経変性を作製し、対象神経軸索およびその周囲に生じる微細構造の変化についてMRIによる局所水分子拡散異方性の可視化技術とその定量解析法を応用し、臨床においても実用的なMRI神経画像解析の実現を目指した。さらに、それら拡散MRIの検証手段に利用可能な異なる神経画像解析のアプローチとして、ラット脳を対象とした脳内局所神経賦活の可視化に関する方法論の検討を試みた。本研究のうち、拡散テンソルMRIにより得られる物理量"拡散異方性インデックス"を霊長類視神経の変性病態解析に応用し、組織病理学的解析と対比から優れた検出能が明示された結果については、本年度10月に開催された日本磁気共鳴医学会大会(横浜)にてその有用性を発表し、後に同学会座長による論文投稿の推薦を受けた。なお、臨床診断に応用可能なMRIによる神経病態の画像評価スケール構築については、研究代表者が属する施設に設置された臨床用MRI装置において、実験小動物の撮像が実施困難となったため、脳組織マクロ画像上での準備的検討に留まった。これについては、今後も対象となる実験小動物のMRI撮像を他施設等で実施出来るように努め、本研究で得た知見の精度や有用性を高め、当初の目標に向け発展的に検討していきたい。
分子シャペロンによるDNA複製開始蛋白質(RepE)の構造変換桟構

ミニFプラスミドのDNA複製調節に重要な役割を担っている複製開始蛋白質(RepE)は少なくとも2つの機能を持ち、複製開始因子として、また自己転写抑制因子として働く。これらの二つの機能はRepE蛋白質の異なった形態によって担われている。すなわちRepE単量体はoriginに結合し複製開始因子として、RepE二量体はrepE遺伝子のオペレーターに結合して自己転写抑制因子として働く。このRepE二量体から単量体への変換はori2イテロンがなくても分子シャペロン(DnaK,DnaJ,ATP又はDnaK,DnaJ,GrpE,ATP)によって行われる事、又これらのどの1つを欠いてもこの変換は進まないことをin vitroの実験から明らかにした。またこれらの分子機構を理解するうえでRepE蛋白質のドメイン構造の解析は欠かせない。二量体形成ドメインを調べるために、自己転写抑制活性を失った変異体を多数分離し、それらの遺伝学的、生化学的手法にとる解析から、二量体形成ドメインはRepEの93161アミノ酸領域であることを明らかにした(J.M.B.に投稿予定)。一方で、野生型dnaK,dnaJ変異株でのRepEとDnaK,DnaJ,GrpEとの複合体形成能を調べた。複合体の回収率は野生型株からはきわめて少ないが、dnaK,dnaJの変異株では比較的安定であることがわかった。
ベッドサイドモニターのためのミクロバイオセンサシステムの開発

本研究は、ベッドサイドモニターへの応用を念頭に置いたバイオセンサの設計・開発を目的とした針型ミクロセンサの試作と、その特性評価を目的として行った。ミクロセンサとしては、白金黒微粒子を電極表面に電折し、その表面に酵素を吸着させた白金黒型ミクロセンサを採用した。実際には、2種類の実験を平行して行った。第1に、直径5mmのグルコースセンサデバイスを作製し、金魚の眼球摘出後の部位に歯科用セメントで固定後、1日以上連続でグルコースのモニタリングを行った。この場合、組織からしみ出す体液の中のグルコース応答を計測していることになるが、応答電流より電流の減少は認められたが、1日程度のモニタリングできる可能性が示唆された。第2に、針型センサの試作を行った。筋肉への設置を想定した注射針型と、血管中への設置を想定した点滴針型の2種類を試作した。直径0.1mmの被服銅線(ニクロム線)を針内に挿入し、その先端を白金黒型グルコースセンサを形成した。これらの針型センサは、高感度ミクログルコースセンサとして機能することが確かめられた。針型の場合は寒天中、点滴針型の場合はリン酸緩衝液を流したチューブ中で測定を行った結果、ともにグルコースに対する応答が観測され、針型のセンサとして使用可能なことが判明した。今後の展開としては、この針型のセンサを魚やマウスなどの動物の体内のいろいろな部位に挿入し、どの様な部位に挿入すれば長時間安定したセンシングが可能かを明らかにすることが必要である。また、挿入部位によっては生体内でのセンサの寿命を延ばすための生体適合性の検討も必要と考えられる。
多就業農業の存立形態とその農村コミュニティ維持機能に関する地理学的研究

農業と農外就業を家族内で分担する多就業農業の実態とその地域的展開を明らかにすることを目的とした。まず、兼業や多就業農業に関するこれまでの議論と調査研究成果について収集整理した結果、ヨーロッパではこれまで以上に様々な研究分野で、また、地域・農業政策遂行の上で、多就業農業に注目が集まり、とりわけ山間地など条件不利地域で多就業農業が成立していること、さらにその実態把握が要請されていることが明らかとなった。ヨーロッパ、中でもドイツ・バイエルン州農村を取り上げ、農家民宿というかたちで観光を組み込んだ多就業農業が成立していることを示した。この多就業農業は、宅地、耗域、林地と、農家を取り巻く多様な圏域の複合的な利用を前提にしており、逆にまた、多就業農業がこれら圏域の維持に貢献している。日本においても多就業農業が農村社会の維持に貢献していること、多就業農業のタイプとして、平野の「水稲作兼業」、山地・丘陵地における「米畜産の複合と季節労働の組み合わせ」、都市郊外の「野菜の他作物の複合経営と自営兼業の組み合わせ」があることが明らかとなった。また、多就業農業は日本やヨーロッパなど工業化・都市化の進展した地域ばかりでなく世界の広範囲の地域に成立していることも明らかとなった。このように、多就業農業が、農家に対して安定した収入源を提供することで、農村において定住を可能とし、農村コミュニティの維持に繋がっていることが明らかとなった。また、多就業農業が日本やヨーロッパなど工業化・都市化の進展した地域ばかりでなく世界の広範囲の地域に成立していることも明らかとなった。工業化が今日進展しつつあるタイを事例として検討した結果、農外就業の存在が今日のタイ農業を特徴づける重要な要素の一つであること、そして多就業農業がバンコクなど大都市周辺で成立していることが明らかとなった。そこでは農外就業の存在が、現金収入を確保するとともに、農業への資本投下を可能とし、安定した作物収量を維持することに貢献していた。すなわち、多就業農業の採用を通して、農民は農村外へ流出することなく生活を維持することが可能であり、農村コミュニティが持続的に維持されることが示唆された。ここにおいて、工業化・都市化の進展が多就業農業成立の背景として考えられたが、工業化・都市化の進展地域全てにおいて多就業農業が成立しているわけではなく、自然条件や教育水準など他の要素を含んだ地域ポテンシャルを考慮する必要が認識された。工業化・都市化の進展した地域における多就業農業の実態とその地域的展開を明らかにするために、ドイツ・バイエルン州を取り上げ、バイロイト大学とバイエルン州政府における資料収集・討議と、観光を組み合わせて多就業農業を成立させている農村地域において現地調査を行った。その結果、農家に滞在し、農村生活を体験し、自然に触れるタイプの長期滞在型の観光が、この地域の農家にとって主要な農外就業となっていることが明らかとなった。ここにおいて、農家における宿泊施設の改良や提供サービスの質の改善、広告・宣伝において、助成金支払いや指導体制の存在など行政のサポートが重要な役割を果たしていること、また、農業に対する直接助成が収入補填として大きな位置を占めていることも指摘できる。さらに、こうした形態の多就業農業においては、男性構成員が通勤兼業などに従事する一方で、女性構成員が観光と農業部門に主導的な役割を果たしているなど、性による労働分業がみられ、女性の存在と能力の発揮が観光と農業の両立に不可欠であることが示唆された。また、農村コミュニティにおけるこうした女性の組織が情報交換の役割を果たしつつ多就業農業を支えており、逆にまた、こうした活動を通して農村コミュニティの維持がはかられていることも明らかとなった。他地域における多就業農業の展開をみていく上でも、こうした女性のもつ役割に焦点を当てる必要がある。

まず、農業と農外就業を複合させる多就業農業の存在と農村人口の動向との関係を検討した。近年の日本における農業人口の減少には地域的な差異がみられ、北海道や西南日本といった周辺地域と中央高地において減少率が高く、農業労働力においても同様の傾向がみられた。こうした減少率の高い地域では、専業農家率も高く、農業人口減少率と専業農家率には正の相関関係がある。このことから、専業農家率の低い地域、すなわち、多就業農業が成立している地域においては、農業人口の減少率が低いこと、多就業農業が農業人口の減少を抑制し、ひいては農村コミュニティの維持に貢献している可能性があることが示唆される。次に、多就業農業がみられる地域の農業経営と地域的条件から多就業農業の存立形態とその分布を検討した結果、3つの類型の存在が明らかとなった。第1の類型は、日本海沿岸平野の水稲作地域における多就業農業である。ここでは水稲作の機械化の進展と圃場整備により省力が進展し、一方で、モータリゼーションの進展や工場の進出によって就業機会が増加し、農外就業が進展した。農家は農外収入に依存しつつも、水田を維持し、農村景観は維持されている。第2のタイプの多就業農業は水稲作に適さない山地地域にみられる。ここでは有畜農業が営まれ、その低生産性ゆえに林業や建設業、観光などの農外就業に依存せざるを得ない。公共部門や観光業が存在しない限り、この地域の農村人口を維持することは困難である。第3のタイプの多就業農業は、大都市のアーバンフリンジにみられる。ここでは、野菜や花卉などが都市市場向けに栽培される一方で、通勤や不動産経営などの農外就業を取り込んでいる。安定した農外収入を基盤として農業にも投資がおこなわれ、農業と農村コミュニティ、そして農地の維持がなされている。本年度は、農業政策や地域政策が直接的、間接的に多就業農業の維持にどのように寄与しているか評価した。富山県砺波平野においては、水稲作農業に通勤兼業を組み合わせた多就業農業が成立している。その背景には、水稲作における機械化の進展と圃場整備による省力化の進展、ならびにモータリゼーションの進展と農村地域への工場の進出があった。この機械化の進展と圃場整備は、農業政策によって促進されたものであり、同様に農業政策によって推進された農道の整備は、農家にとって就業機会へのアクセスを改善し、また農村地域への工場や商店の進出をもたらした農業の規模拡大と効率化を目指す農業政策が、逆にそしてまた間接的に小規楳な家族経営の多就業農業を持続させる効果をもっていると考えられる。一方、ヨーロッパにおいては農業政策や地域政策においては、とりわけ周辺農山村地域における多就業農業の維持が図られている。観光を組み込んだかたちで多就業農業が成立しているドイツ・バイエルン州において、多就業農業を成立させている条件として、酪農経営や林業経営の存在とそれらによる田園景観とレクリェーション空間の創出や家族内分業における女性の役割の重要性に加え、EUおよび政府による農林業と観光に対する助成か挙げられる。
搗精分級精粒法により得られる小麦粉の製パン性に関する研究

国産小麦農林61号から調製された分級粉では、灰分量、蛋白量、ジアスターゼおよびプロテアーゼ活性は外層部ほど多くなり、湿グルテン量、白度は逆に内層部ほど高い値を示した。また澱粉損傷度は、いずれの分級粉も通常の小麦粉よりも高い値を示した。外国産の硬質小麦の分級粉についても、一般的な組成分析や澱粉損傷度の結果は国産小麦と同じ傾向を示したが、酵素活性は、内層部で高い値を示し国産小麦とは異なる傾向であった。また、製パン試験では分級粉単独の試料ではいずれもパンの比容積を低下させ、良好な製パン性を示さなかった。しかし、N61の一部を分級粉で代替すると、N61単独よりもパンの比容積は若干増加した。さらにヘミセルラーゼ、ペントサナーゼ(PEN)、セルラーゼ(CEL)の添加によりパンの膨らみは明らかに大きくなり、軟らかく、老化抑制効果がみられ、ガスセルの小さなキメの細かいパンとなった。分級粉中の水溶性ペントサン(WISP)および不溶性ペントサン(WSP)は通常粉よりも多量に含まれており、ペントサナーゼ(PEN)の添加は、ドウ中のWISPの加水分解によるWSPの増加により良好なグルテン形成をもたらした。WSPとWISPには共に通常硬質粉Hermesや軟質粉N61由来のものよりも多量のフェルラ酸を含み特に軟質分級粉の中心層30-0%の画分NA-8から得られるWSPは加熱された水溶性蛋白質の泡沫を安定にした。このWSPやWISPを通常硬質粉Hermesに添加すると、Hermes単独の場合よりも製パン性は向上した。国産小麦である農林61号から調製された分級粉では、一般的な組成分析である灰分量、蛋白量は外層部ほど多くなり、湿グルテン量、白度は逆に内層部ほど高い値を示したが、水分量については分級粉間で顕著な差は認められなかった。粒度分析では、100-70%の画分を除き全ての分級粉において通常に製粉された農林61号(N61)よりもパンのクラム粒径は大きくなった。澱粉損傷度の測定については、いずれの分級粉も通常の小麦粉よりも高い値を示した。ジアスターゼおよびプロテアーゼ活性は特に外層部で高い値を示した。また、製パン試験では分級粉単独の試料は、いずれもパンの比容積を低下させ、良好な製パン性を示さなかった。さらにへミセルラーゼの添加によりパンの膨らみは明らかに大きくなり、軟らかく、老化抑制効果がみられ、ガスセルの小さなキメの細かいパンとなった。なお、外国産の硬質小麦の分級粉についても、同様に検討したところ、一般的な組成分析や澱粉損傷度の結果は国産小麦と同じ傾向を示したが、酵素活性については、ジアスターゼおよびプロテアーゼ活性ともに特に内層部で高い値を示し、国産小麦とは異なる傾向であった。しかし、いずれの結果についても国産小麦より外国産小麦によって調製された分級粉の方が顕著に高い値を示し、製粉後強力粉となる硬質小麦の特徴が明らかに認められた。国産小麦農林61号から調製された分級粉と通常に製粉された小麦粉(通常粉)を用い、水溶性ペントサン(WISP)及び不溶性ペントサン(WSP)の分取と精製を行なった。カナダ産硬質通常小麦粉CWへの分級粉とペントサナーゼ(PEN)の添加は、ドウ中のWISPの水解によるWSPの増加により良好なグルテン形成をもたらした。

また全ての分級粉は通常粉よりも多量のWSPとWISPを含んでいた。N61への分級粉の代替はWSPの量を増加させるが、その多糖のAra/Xylは減少する傾向を示した。また、代替粉へのPENとセルラーゼ(CEL)の添加はドウ中のWSPを増加させ、そのAra/Xylを低下させた。軟質分級粉の中心層30-0%の画分NA-8は軟質通常粉のN61よりも、小さいAra/Xylを示すWSPと逆に大きいAra/Xylを示すWISPを含み、WSPとWISPは共にHermesやN61由来のものよりも多量のフェルラ酸を含んでいた。また、NA-8から得られるWSPは加熱により水溶性蛋白質の泡沫を安定にした。このWSPやWISPを通常硬質粉Hermesに添加すると、Hermes単独の場合よりも製パン性は向上した。N61とNA-8から調製したWSPとWISPの製パン効果を比較するとWSPではNA-8由来、WISPではN61由来の方が夫々良好な製パン効果を示した。これらの結果はN61とNA-8に含まれるWSPとWISPの構造の違いが関係することを明らかにした。
未利用海洋生物による有用物質の環境循環型生産に関する研究

これまでの研究で海洋原生生物ヤブレツボカビ類が抗酸化作用のあるカロテノイド色素(βカロチン、アスタキサンチンなど)および高度不飽和脂肪酸のうち有用性の認められているエイコサペンタエン酸(EPAω3)やドコサヘキサエン酸(DHAω3)などを他の生物に比べて高濃度に産生することが分かった。また、高度不飽和脂肪酸のうち、ドコサペンタエン酸(DPAω6)もヤブレツボカビ類によって高濃度に産生することが分かったが、DPAω6は他に高濃度に産生する生物が知られていないので、これをバイオマーカーとして、天然のDPAω6源たるヤブレツボカビ類の分布および量を調べることにし、平成14・15年度に広島大学の練習船「豊潮丸」で採集・保存した瀬戸内海・日向灘および屋久島周辺海域の海水サンプルを用いて、ヤブレツボカビ類を計数し、さらにプランクトン・懸濁物の混合物から脂肪酸を抽出してDPAω6の存在割合をガスクロマトグラフィーおよび質量分析により定量した。その結果、ヤブレツボカビ類の現存量と全脂肪酸におけるDPAω6の存在割合の間には正の相関関係が認められ、ヤブレツボカビ類が海洋におけるDPAω6源であることが示唆された。DPAω6の有用性に関する知見はまだ乏しいが、他の類似の高度不飽和脂肪酸が種々の生理活性作用を有することから、DPAω6もまた何らかの生理作用を有すると考えられるので、近将来にDPAω6の有用性が示された場合、ヤブレツボカビ類による生産・供給は検討に値するだろう。海洋微生物学でこれまであまり研究対象とされなかったバチルス属菌についてタンパク質分解活性を調べたところ、強力なミズクラゲ分解酵素を産することが分かり、さらにあるものはコラーゲン分解活性を有することが明らかになり、産業利用の検討を開始したところである。瀬戸内海の海水・底泥試料からラビリンチュラ類の一グループであるヤブレツボカビ類を分離・培養したところ、Thraustochytrium CHN-1というおそらく新種の菌株をはじめ、十数株を得ることができた。ヤブレツボカビ類は従来見落とされてきたが、近年、浮遊生活的な生態と有用物質生産の観点からにわかに注目されている海洋原生生物である。この新規菌株の有用成分として脂肪酸組成を調べたところ、生理活性を示す不飽和脂肪酸に特徴的なω-3脂肪酸を多く含有し、その大部分をエイコサペンタエン酸(EPA)やドコサヘキサエン酸(DHA)が占めることが分かった。EPAやDHAは有用高度不飽和脂肪酸として知られている。また、この菌株はオレンジ色のコロニーを形成することからその色素成分を調べたところ、アスタキサンチンやカンタキサンチンなどのβ-カロテン類を多く含有し、培養条件によって特定の色素が多く生産されることが分かった。アスタキサンチンやカンタキサンチンは抗酸化剤として利用されており、本研究結果がその大量生産法の開発に寄与できることが期待される。現在、ヤブレツボカビ類の培養株を米糠などの余剰資源で従属栄養的に生育させ、ω-3脂肪酸やβ-カロテン類色素の生産をモニタしているところである。このほかにも、広島大学の練習船「豊潮丸」により今までヤブレツボカビ類が多く分布していた海域を中心に紀伊水道大阪湾播磨灘備後灘燧灘で生態調査および試料採取を行い、現在、新規培養菌株のスクリーニングと純粋培養を行っているところであり、さらに十数株の菌株を獲得できる見込みである。なお、この調査航海には国内関係者の任意団体「ラビリンチュラ研究会」からも参加者があり、関係者で協力し合って試料採取等を行った。瀬戸内海の海水試料から分離・培養したThraustochytrium CHN-1というおそらく新種のヤブレツボカビ(ラビリンチュラ類)について、生理活性を示す不飽和脂肪酸を調べたところ、代表的なw-3脂肪酸であるエイコサペンタエン酸(EPA)やドコサヘキサエン酸(DHA)が多く含まれることが分かった。また、この菌株はオレンジ赤色のコロニーを形成することからその色素成分を、高速液体クロマトグラフィーや円偏光二色性、核磁気共鳴法などにより調べたところ、アスタキサンチンやカンタキサンチンなどのカロチノイド系色素を多く含有し、培養条件によって特定の色素が多く生産されることが分かった。特に産業利用が進んでいるのはアスタキサンチンなので、CHN-1株のアスタキサンチン生産の最適化を検討したところ、温度19°Cでブドウ糖を添加して培養するとアスタキサンチンの生産量が増大することが分かった。

また、高度不飽和脂肪酸のうち、ドコサペンタエン酸(DPAω6)もヤブレツボカビ類によって高濃度に産生することが分かったが、DPAω6は他に高濃度に産生する生物が知られていないので、これをバイオマーカーとして、天然のDPAω6源たるヤブレツボカビ類の分布および量を調べることにし、平成14・15年度に広島大学の練習船「豊潮丸」で採集・保存した瀬戸内海・日向灘および屋久島周辺海域の海水サンプルを用いて、ヤブレツボカビ類を計数し、さらにプランクトン・懸濁物の混合物から脂肪酸を抽出してDPAω6の存在割合をガスクロマトグラフィーおよび質量分析により定量した。その結果、ヤブレツボカビ類の現存量と全脂肪酸におけるDPAω6の存在割合の間には正の相関関係が認められ、ヤブレツボカビ類が海洋におけるDPAω6源であることが示唆された。DPAω6の有用性に関する知見はまだ乏しいが、他の類似の高度不飽和脂肪酸が種々の生理活性作用を有することから、DPAω6もまた何らかの生理作用を有すると考えられるので、近将来にDPAω6の有用性が示された場合、ヤブレツボカビ類による生産・供給は検討に値するだろう。海洋微生物学でこれまであまり研究対象とされなかったバチルス属菌についてタンパク質分解活性を調べたところ、強力なミズクラゲ分解酵素を産することが分かり、さらにあるものはコラーゲン分解活性を有することが明らかになり、産業利用の検討を開始したところである。
脳の左右差が保たれるしくみ

本年度計画である「幼若マウスの左右の海馬から作成したスライスを、CA1野を含む領域(入力側)とCA3野を含む領域(出力側)に切断し、一旦神経連絡を分断する。これを元の形に組み合わせて培養し、神経回路を再構築させる。この神経回路が非対称性を維持しているかを、シナプスNMDA受容体ε2サブユニット阻害剤に対する感受性を指標として確認する」を実施する為、マウス脳海馬スライス培養を試みた。ラットにおいて広く用いられている方法で培養を行ったところ、マウス海馬スライスは順調に培養されず、培養法の改良が必要であった。スライス調製時の溶液及びスライス形態、培養時のインキュベーター温度、交換する培地組成を改良し、安定で良好なマウス海馬スライス培養を可能にした。このスライスをブラインドパッチクランプに供しNMDA応答を記録した。培養日数に応じてNMDA応答は大きくなった。応答のdecay timeは培養日数に応じて短くなり、培養2週目あたりからNMDA受容体構成はε1サブユニットを含む成熟したものになることが示唆された。また、スライスを入力側、出力側に切断し元の形に組み合わせて培養したスライスにおいてもNMDA応答は記録可能であり、神経回路が再構築されていることが示唆された。再構築された神経回路が非対称性を維持しているか検討するため、ε2阻害剤に対する感受性の解析を試みた。しかしながら、培養スライスにおけるNMDA応答は徐々にrundownを起こす性質を有しており、阻害剤を用いた長時間解析には適さないことが分かった。従って、NMDA/AMPA応答の比で非対称性を検討するなどといった短時間解析の実験系構築が必要とされた。この解析に有用と思われるε1KOマウスを新潟大学から分与していただき、幼若マウスの安定な供給ができるよう繁殖を行った。
交感神経活動が咀嚼筋の痛み、分化、機能および神経線維分布に与える影響

難治性の慢性口腔顎顔面疼痛の患者数は増加している。その主体は咀嚼筋などの筋痛であることが多い。筋痛は過度な肉体的、精神的ストレスなどで悪化する。本研究では交感神経活動が慢性の咀嚼筋疼痛などに影響するかを臨床的研究および動物実験で検索した。臨床研究からは頸部にソフトレーザを照射して交感神経活動を抑制することにより咀嚼筋痛の閾値の変化が生じ、痛みを有する患者ほど交感神経の影響が強くでる可能性が示された。動物実験では交感神経切除を行ったウサギでは咀嚼筋の筋線維数の変化や変性が認められ、交感神経活動が咀嚼筋の分化・機能に影響する可能性を示した。1.顎関節構造および筋線維構成がヒトと類似した成長期のウサギを用い、交感神経切除が咬筋および内側翼突筋・外側翼突筋などの組織化学的および形態学的特徴に及ぼす影響について検討した。生後3週齢(離乳期)のウサギの片側の交感神経を切除して、6か月後に咀嚼筋を病理組織学的に検討した。10匹のウサギを用いて交感神経切除群:6例、交感神経切除を行わないコントロール群:4例とした。交感神経刺激群としての寒冷曝露については条件設定が十分できず保留となった。初めに咬筋を採取して浅層と深層に分けて凍結連続切片を作製した。ATPase, NADH-TR染色により、筋線維をタイプ1,2A,2B,2Cに分類、各筋のタイプ1面積率、タイプ別構成比率、筋線維直径を測定した。咬筋浅層、深層とも交感神経群とコントロール群のタイプ1線維が占める面積率に有意差は認めなかった。咬筋浅層では交感神経切除群でタイプ1線維数がコントロール群と比較して有意に減少していた。交感神経切除群とコントロール群の各筋線維の長径に有意差は認めなかった。また切除群でNADH-TRの活性低下が観察された。2.顎顔面疼痛患者の研究:慢性の顎顔面疼痛を有する患者のうち非定型歯痛と診断された22例に関して臨床的研究を行った。交感神経ブロックに類似した効果を有するといわれる頸部の星状神経節に対するソフトレーザー照射を複数回行ったが疼痛軽減の有意な結果は認められなかった。これらの患者に対しては、抗うつ剤や抗不安薬などの薬物療が最終的には効果が認めらることがわかった。また健常ボランティア6例に対して寒冷刺激前後と頸部星状神経節ソフトレーザー照射前後の咀嚼筋圧痛の程度を比較した。寒冷刺激群では圧痛閾値が低下していた。1.家兎を用いた咀嚼筋の筋病理学的研究:生後3週齢の家兎の片側の交感神経を切除して、6か月後に咀嚼筋を摘出して病理組織学的に交感神経が咀嚼筋の成長に与える影響を考察した。平成24年度にN=5で実験を行い、平成25年度までにさらにN=5を追加した。平成25年度は咬筋の病理組織学的検索を行ったが、平成26年度は内側翼突筋および外側翼突筋の筋病理学的検索を行った。「結果」内側翼突筋の病理組織像では咬筋の結果に類似しており、タイプ1線維の面積が減少していた。外側翼突筋においてはタイプ1線維が増加する傾向も認められたが、有意な結果は得られなかった。「結論」交感神経の機能は咬筋のみならず内側・外側翼突筋の筋線維の分化・成長・代謝活性に影響を及ぼしている可能性が示された。2.顎顔面疼痛患者の研究:平成26年度は慢性顎顔面疼痛を有する患者8例に1kgでの咀嚼筋の加圧を行った。コントロール群としてボランティアの学生、職員を用いた(8名)。「結果」咬筋、側頭筋ともに患者群で有意に筋の圧痛を訴える症例が多かった。(7/8 vs, 2/8)「結論」慢性顎顔面疼痛患者では咀嚼筋の疼痛閾値が低下していた。3.顎顔面疼痛患者における交感神経刺激下での疼痛閾値の変化:慢性の顎顔面疼痛を有する5例の患者群と疼痛を有さないボランティア群5例で比較した。下肢を冷水で冷却刺激する前後で咬筋、側頭筋の圧痛の疼痛閾値を比較した(前年度の追加)。「結果」前年度の結果同様に冷却刺激後は咬筋、側頭筋の疼痛閾値が下がる傾向が認められた。[結論」冷却刺激による交感神経系の活性化は咀嚼筋の疼痛閾値が低下していた。またその傾向は慢性顎顎顔面疼痛患者に強く、慢性顎顔面疼痛患者における交感神経の関与を示唆する結果と考えられた。"1.平成2526年度にかけて顎関節構造および筋線維構成がヒトと類似した成長期のウサギを用い、交感神経切除が咬筋および内側翼突筋・外側翼突筋などの組織化学的および形態学的特徴に及ぼす影響について検討した。