hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖尿病網膜硝子体症の病態解析とその制御

黄斑浮腫を含めた網膜症の病態形成には網膜内の変化ばかりでなく、硝子体の病的変化が重要であると考えられるようになってきており、単に網膜症というより網膜硝子体症という概念が定着しつつあるが、詳細なメカニズムについては不明な部分が多い。我々は硝子体中に存在するマクロファージ系細胞である硝子体細胞ならびに網膜血管内皮細胞に着目し、薬物治療の標的としてRho-kinaseに着目し病態解明と治療法開発に関する検討を行った。今回検討に用いたFasudilは、選択的なRho-kinase阻害剤であり、脳血管攣縮阻害目的にてすでに臨床応用されている薬剤である。我々はFasudilで増殖膜の収縮制御について検討してきたが、今回の検討において新たに、Fasudilは血管新生促進因子である血管内皮増殖因子(vascular endothclial growth factor : VEGF)によって誘導される網膜血管内皮細胞の増殖、遊走、管腔形成という血管新生に関わる作用を阻害しうることを明らかにした。加えてin vivoにおける検討においても、マウス角膜ポケット法にてFasudilがVEGF誘導の血管新生を著明に抑制することを明らかにした(投稿中)。さらに、肝硬変や肺線維症といった線維化を引き起こす疾患において関与が指摘されているサイトカインの一つである結合組織増殖因子(Connective Tissue Growth Factor : CTGF)が眼科領域においても網膜硝子体界面での増殖膜形成に深く関与することを明らかにし(Diabetes, in press)、TGF-betaによって強く誘導されるCTGFの発現をFasudilが有意に抑制することも明らかにした(Diabetes,2007)。すなわち、Fasudilは増殖糖尿病網膜症における増殖膜の形成・瘢痕収縮ならびに血管新生のいずれの病態においても阻害作用を有し、新規治療薬となりうる可能性があることを見いだした。
好中球免疫を利用した肺炎球菌の肺炎重症化メカニズムと制御法の分子検索

計画2年目は前年度に引き続き,まずELISAやLuminex解析を継続した.そして,順次,得られたデータを基にして,以下の実験項目を代表者および分担者がペア院生を教育しながら遂行した.項目:傷害を受けた好中球から漏出する分子のヒト組織為害性の検索(1)初年度に,好中球内部から肺炎球菌により漏出することを同定したサイトカインや傷害マーカー,あるいはプロテアーゼ類をAKTA自動カラムクロマトグラフィー装置で精製した(また別途に,専用のキットにて調整したエクソソームやゲノム断片等も含む).好中球の細胞数が少なく,以降の実験に必要なサイトカインやプロテアーゼ等が精製できない場合は,製品で同等品を購入した.(2)ヒト肺胞上皮細胞株およびヒトのマクロファージ様細胞株に,手順(1)で調整した好中球内部のプロテアーゼ等を添加し,ヒト組織への傷害性ならびに機能抑制能を分析した.細胞傷害はLDH遊離量から算出し,マクロファージ様細胞の機能抑制はpHRodoラベル細菌(MolecularProbe社製品)を貪食させて定量した.(3)バックアップ計画:好中球内部には,病原細菌を捕獲しファゴソーム膜に取り込んだ後に,リソソームから分泌され病原細菌を分解するエラスターゼや細胞膜傷害ペプチドLL-37が存在する.エラスターゼやLL-37は,試薬メーカーから販売されているため,市販のエラスターゼおよびLL-37をヒト肺胞上皮細胞株およびヒトのマクロファージ様細胞株に添加し,組織傷害性等を検索した.本研究では,他の細菌では認められない「肺炎球菌のユニークな特徴である自己溶菌」に着目し,『肺炎球菌が戦略的に好中球を集積・傷害し,好中球内容物を感染拡大や肺炎球菌の増殖と免疫回避に役立てる』と仮説を立て計画した.その仮説機序から,肺炎の重症化を制御するアイデアとして,教科書的にはヒトの防御因子と記載されている好中球の機能を抑制する発案をした.今年度は,順調にこの逆転的で独創的な発案を科学的に証明できた.さらに,次年度の最終年に備え,同定した因子を用いた感染制御法の予備的な実験検索も推進することができている.これらの結果として,申請調書に記した以下の「5点の具体的な目標設定」のうち,(a)肺炎球菌が自己溶菌することで,内部から漏出する病原因子群を同定する.(b)好中球に作用する肺炎球菌の漏出分子を細胞傷害/免疫撹乱/貪食阻害能に分けて調べる.(c)傷害を受けた好中球から漏出する分子群をサイトカイン/プロテアーゼ/傷害マーカーに分け,肺胞上皮細胞およびマクロファージ等への為害性を調べる.の3点までを論文発表することができている.すなわち,Front. Immunol., April Vol. 9,Article 732, eCollection, 2018/Cell. Immunol., 325: 14-22, 2018/Vaccine, 37: 160-168, 2019である.次いで,[2]誤嚥性肺炎の分子制御に向けて,日本歯科評論,ヒョーロン・パブリッシャーズ社,79(5): 156-158, 2019にて,広く歯科医療従事者にも発表した.さらに,新聞やインターネットで研究成果が複数掲載され,専門領域内外の研究者および国民に広く情報発信も行えた.最終年度は,申請調書に従い,以下の計画を推進する.<好中球内部の分子と肺炎球菌由来の病原因子の相互作用解析>(1)肺炎球菌の内部から自己溶菌により漏出した病原因子が,好中球に傷害を及ぼして細胞内部のヒト分子を漏出した後,細菌とヒトの分子同士が結合し,新たな組織傷害能を有する可能性を検索する.具体的には,肺炎球菌の内部に局在するシャペロン分子,およびDNA結合タンパク質を組換え体で作製し,好中球から抽出したゲノムDNAと反応させる.Biacore装置を用いて,複合体形成が確認できれば,複合体をヒト肺胞上皮細胞株およびヒトのマクロファージ様細胞株に添加し,組織傷害性や細胞増殖の阻害能等を検索する.(2)肺炎球菌の内在性タンパク質を作用させ好中球を破壊し(肺炎球菌の細胞傷害毒素をバックアップ分子とする),その内部から得られた画分を肺炎球菌の培養時に添加する.ヒト由来の成分の有無で,肺炎球菌の増殖速度を比較する.(3)手順(2)の際,肺炎球菌が菌体表層にヒト分子を結合させることができれば,ヒト免疫系からの認識を逃れる「分子擬態」を果たす可能性が考えられる.手順(2)のサンプルの一部をマクロファージ様細胞と混和し,未処理の肺炎球菌との貪食回避率の有意差をプレート培養法で比較する.(4)上記(3)までの解析で,好中球内部のプロテアーゼ漏出が肺胞やマクロファージへの傷害を起こすことが示されれば,プロテアーゼ阻害剤をLDH測定の反応系に添加し,組織傷害の軽減割合を観察・測定する.バックアップ計画として:好中球内のエラスターゼは,システインプロテアーゼに分類される.システインプロテアーゼを阻害する臨床薬として,エラスポールやシベルスタットが販売されている.

これら臨床阻害剤を手順(1)に供する.「歯科第三の感染症」とも称される誤嚥性肺炎を含めた肺炎は,耐性菌の出現と高齢社会を迎え増加・重症化している.本研究では,好中球を利用する肺炎球菌の病原機構を詳細解析し,その制御法を最新の多分子同時解析装置等で検索することにした.肺炎球菌が自己溶菌することは,古くから研究され報告されてきた.また,ヒトの肺炎球菌感染部位には,好中球が類縁レンサ球菌と比して多量に浸潤することも,近年の病理診断から明らかになっている.さらに,国内外の感染症の専門臨床医が,好中球に内在するプロテアーゼの阻害剤を投与すると,肺炎重症化を軽減できると報告している.しかし,これらを総合的に捉え分子解明した研究論文は国内外に存在していない.そのため,計画初年度は,肺炎が重症化する分子機序について,肺炎球菌側とヒト好中球側の2方向から明らかにするための以下実験を行った.<自己溶菌した肺炎球菌から漏出する病原分子の同定>.すなわち,病原因子のin silico同定を可能にするため,使用する肺炎球菌は全ゲノム公開株のD39株,R6株およびTIGR4株を選択した.肺炎球菌を細胞培地に血清を添加した条件で培養し,自己溶菌が生じる24時間まで37°Cで静置した.続いて,培養液を遠心とフィルター濾過し,未溶菌の細菌を除去してサンプルとした.SDS-PAGE電気泳動でサンプルを分離後に,MS/MS質量分析を外部受託にて行った.PC上で肺炎球菌のゲノムデータと対合し,漏出タンパク質群をin silico同定した.次に,MS/MSを用いたin silico解析から得られた遺伝子情報を基に,順次,組換えタンパク質を作製した.そして,作製した組換えタンパク質をヒト好中球に添加し,37°Cで1時間反応させた後,顕微鏡下で形態観察とLDH遊離実験で細胞傷害活性を調べ,病原分子を同定した.その成果は,国際学術誌に報告した.申請調書に記載し,計画を立案していた肺炎重症化に関与する新規の病原因子をStreptococcus pneumoniaeから三種類も決定することが出来た.そして,その成果を国際学術誌のCellular Immunology誌から,国内外に向けて発信することも年度末に達成できている.さらには,次年度計画に必要なマウスの肺炎重症化モデルの作出にも,概ねの目処を立てることも出来ている.また,新規病原分子の同定ではないが,先行研究で申請代表者らが報告したStreptococcus pneumoniaeの特異的毒素が,ヒト細胞株やマウス実験系で肺炎の重症化を増悪させるメカニズムを世界初で明らかに出来た.同研究成果の英語論文についても,年度末から本報告書執筆の計画二年目の初頭に,インパクトが高い国際学術雑誌に受理されている.計画2年目は前年度に引き続き,まずELISAやLuminex解析を継続した.そして,順次,得られたデータを基にして,以下の実験項目を代表者および分担者がペア院生を教育しながら遂行した.項目:傷害を受けた好中球から漏出する分子のヒト組織為害性の検索(1)初年度に,好中球内部から肺炎球菌により漏出することを同定したサイトカインや傷害マーカー,あるいはプロテアーゼ類をAKTA自動カラムクロマトグラフィー装置で精製した(また別途に,専用のキットにて調整したエクソソームやゲノム断片等も含む).好中球の細胞数が少なく,以降の実験に必要なサイトカインやプロテアーゼ等が精製できない場合は,製品で同等品を購入した.(2)ヒト肺胞上皮細胞株およびヒトのマクロファージ様細胞株に,手順(1)で調整した好中球内部のプロテアーゼ等を添加し,ヒト組織への傷害性ならびに機能抑制能を分析した.細胞傷害はLDH遊離量から算出し,マクロファージ様細胞の機能抑制はpHRodoラベル細菌(MolecularProbe社製品)を貪食させて定量した.
バクテリアベん毛モーターの無細胞系回転実験と試験管内再構成

バクテリアのべん毛モーターは,生体膜を隔てた電気化学的ポテンシャル差を回転力に変換することのできるナノメートルサイズの膜超分子モーターであるが,そのエネルギー変換機構の詳細は明らかではない。本研究課題は, 30年以上の問題であったべん毛モーターの試験管内再構成を目指した挑戦的研究課題である。グラム陽性菌は外膜をもたないため,膜構造とべん毛構造は比較的簡素であるので,本研究ではグラム陽性細菌を用いてべん毛モーターの解析を行った。べん毛基部体(べん毛モーター回転子)の単離精製とべん毛モーター固定子の単離精製を試みた。また,高温環境から単離された好熱性バシラスを分与いただき,その運動能に関して解析を行った。好熱性バシラスGeobacillus stearothermophilus NBRC 12550株を用いてべん毛基部体の精製を試みた。べん毛繊維を精製することはできたが,べん毛基部体の精製には至らなかった。好熱性バシラスGeobacillus kaustophilus HTA426株のべん毛固定子の遺伝子をクローニングした。その後,タグ配列の挿入などを進めて精製の効率化を企てたが,固定子タンパク質の精製には至らなかった。分与いただいた3菌株について生育と運動能を解析したところ, 2菌株は良好な運動能を示さなかったが,1菌株は良好に運動した。この菌株は50°Cから60°Cにかけて良好な生育を示し, 60°Cで生育した際にもっとも良好に運動能を示した。以上のように,研究環境や実験材料を整え,べん毛基部体とべん毛固定子の精製に向け研究を進めることができた。バクテリアのべん毛モーターは,細胞内へのイオン流入をエネルギー源として回転するナノメートルサイズの分子モーターである。本研究課題は,30年以上の問題であったべん毛モーターの試験管内再構成を目指した挑戦的な研究課題である。本研究が提案する研究手法は古典的な生化学であり,そのために従来のモデル生物を見直すことからはじめる。ゲノム情報が入手可能なバクテリアを選んだ。Bacillus属は外膜をもたないため,べん毛構造も比較的簡素になるので,より解析しやすい材料であると期待できる。同時に,タンパク質の安定性向上を期待して,これまでべん毛モーターの研究があまり行われなかった耐熱性,耐酸性,耐アルカリ性といった特徴を持つバクテリアにも注目した。本研究では,枯草菌Bacillus subtilis168株,生育環境が特徴的な菌として,好アルカリ性菌Bacillus haloduransC-125株,好熱性菌Geobacillus kaustophilus HTA426株,耐酸性の酢酸菌Gluconobacter oxydans 621H株を主に使用し,遊泳能の検討を行った。種々の培養条件を検討した結果,程度に差はあるものの全ての菌株において遊泳を確認した。その上で,枯草菌と好アルカリ性菌を用いてプロトプラスト調製,プロトプラスト化に伴う遊泳能の変化,べん毛の観察を行った。11.5時間かけてプロトプラスト化する条件を見出だし,詳細にプロトプラスト化と遊泳能の推移を観察した結果,プロトプラスト化の進行に伴って,遊泳能を失うことが分かった。このとき,べん毛も観察されなかった。細胞壁を消化することによって,べん毛が抜け落ちやすくなった可能性があるので,プロトプラスト化の条件や使用する菌株を検討する必要がある。また,べん毛モーターの回転に関与するmot遺伝子に着目しクローニングを行った。研究遂行上必要な備品も揃え,次年度に向けた基盤を整えることができた。
感温液晶ステレオ温度・速度同時計測法による乱流ベナール対流の統計量と組織構造

乱流ベナール対流内の熱乱流の統計的性質ならびに組織的構造を明らかにすることを目的とし、感温液晶法による可視化と画像処理を用いた温度・速度の定量計測法を駆使して実験を行った。熱乱流の統計計測では、速度変動ならびに乱流熱流束の直接測定に加えて、散逸の測定を行い、対流層内の乱れエネルギーバランスと温度変動エネルギーバランスを明らかにした。実験結果によると、対流層全領域で浮力による乱れエネルギーの生成と散逸がバランスしており、対流と拡散はあまり大きな影響はないことが、壁面近傍では、生成と散逸の大きさが増加傾向にある。一方、温度変動のバランスを見ると、壁面付近を除く全領域では、対流層内で温度勾配が存在しないため、温度変動の生成、散逸、拡散、対流のすべての量は小さい。しかしながら、壁面近傍では、温度勾配に基く生成が生じるため、それに対応して生成と散逸が増加する傾向にあることが分かった。乱流ベナール対流の組織構造は、当初予定していたスキャニングライトシートを用いた3次元温度・速度計測法に加えて、新たに2断面同時可視化計測法を加えて行った。前者の実験結果によると、時系列的なプルームの発達過程を温度場と速度場の計測結果から良好に理解できた。すなわち、プルームの発達には、周囲流体の対流が強く影響しており、それによるプルーム構造の大きな変化が予期されることが分かった。一方、壁面近傍の微細な組織構造については、複数断面同時可視化法を用いてより高い空間分解能での計測法を導入した。計測結果によると、強い上昇速度は高温プルームの結合領域でしばしば見られるが、低温プルーム構造からも上昇速度は弱いがかなり頻繁に発生することがわかった。このことは、プルームの発達には、低温プルームも含めた構造の解析が必要であることを意味しており、さらに詳しく壁面近傍の組織構造を明らかにすることが重要であることを示唆する。1.対流実験装置高レーリー数の乱流ベナール対流実験装置として、既存のノンペネトレイティブ対流実験装置の装置部(水平断面が400mm×400mmの大きさを有する)の上側境界を改修することで完成させた。すなわち、その上面側の断熱境界を水冷式の装置によって冷却し、下面をヒーターで加熱することで、装置内に高レーリー数のレーリーベナール対流を起こすことに成功した。実験の結果、測定部の健全性が確認された。2.感温液晶PIV計測システムによる統計量とエネルギー収支の計測乱流ベナール対流の乱流統計量計測においては、感温液晶を用いた温度速度同時計測システムを用いた。このシステムは、感温液晶の粒径と速度トレーサの粒径を最適化することによって、可視化断面内の温度・速度を同時に計測することができる。実験では、高レーリー数Ra=1.1×10^8のレーリーベナール対流を対象とした。実験の結果、乱流統計量として、時間平均特性(温度場、速度場)ならびに乱流特性(温度変動、速度変動、レイノルズ応力、乱流熱流束)が初めて明らかとなった。これらの計測結果は、部分的には存在する過去の実験結果ともほぼ一致しており、計測結果の健全性が確認された。これらの結果に加え、散逸を新たに計測することで、速度変動ならびに温度変動のエネルギーバランスの各項を評価することができた。現在のところ、散逸測定に対する空間分解能の影響までは評価していないが、全般的な散逸分布を得ることができた。

実験結果によると、速度バランスについては、生成と散逸が大きい傾向が流体層全域に渡って見られた。一方、温度バランスについては、拡散の計測結果に大きなばらつきが生じており、現時点では最終的結論までは至っていない。以上のように、感温液晶による温度速度同時計測法によって、かなりの程度の定量計測が可能であることを示したが、その成果は大きい。乱流ベナール対流内の速度変動ならびに乱流熱流束の直接測定に加えて、散逸の測定を十分な精度で行うため、2台のCCDカメラを用いた高解像度散逸計測法を提案した。この方法の特徴は、計測の空間分解能を高めることができることにある。本実験結果によると、対流層内の全領域で浮力による乱れエネルギーの生成と散逸がバランスしており、対流と拡散はあまり大きな影響はないことがわかった。また、壁面近傍では、生成と散逸の大きさが増加傾向にある。一方、温度変動のバランスを見ると、壁面付近を除く全領域では、対流層内で温度勾配が存在しないため、温度変動の生成、散逸、拡散、対流のすべての量は小さい。しかしながら、壁面近傍では、温度勾配に基く生成が生じるため、それに対応して生成と散逸が増加する傾向にある。乱流ベナール対流の組織構造は、当初予定していたスキャニングライトシートを用いた3次元温度・速度計測法に加えて、新たに2断面同時可視化計測法を加えて行った。前者の実験結果によると、時系列的なプルームの発達過程を温度場と速度場の計測結果から良好に理解することができた。すなわち、プルームの発達には、周囲流体の対流が強く影響しており、それによるプルーム構造の大きな変化が予期されることが分かった。一方、壁面近傍の微細な組織構造については、複数断面同時可視化法を用いてより高い空間分解能での計測法を導入した。計測結果によると、強い上昇速度は高温プルームの結合領域でしばしば見られるが、低温プルーム構造からも上昇速度は弱いがかなり頻繁に発生することがわかった。このことは、プルームの発達には、低温プルームも含めた構造の解析が必要であることを意味しており、さらに詳しく壁面近傍の組織構造を明らかにすることが重要であることを示唆する。
地形依存特性を考慮した降雨分布構造モデルの構築と水資源変動予測への応用

水防災計画における計画降雨の決定や適切なダム管理・河川管理を行う上で,山岳地域の詳細な降雨情報を得ることは長年の課題であり,山岳地域における降雨の物理的・確率的な構造解明が強く求められている.そこで,本研究では,以下の3点を主要課題として研究に取り組むものとする.(1)地上降雨レーダーおよび人工衛星搭載レーダーによる長期の3次元降雨情報の解析を行うことによって,降雨の物理的・確率的特性の解明・モデル化を行う.(2)メソ気象モデルを用いた数値シミュレーションを行うことによって,降雨-地形関係の確率構造と物理的な降水過程との因果関係やそのメカニズムを明らかにする.(3)気候特性と降雨分布特性との相互関係を解析することによって,降雨分布構造モデルをベースとした全球規模での水資源分布推定モデルの開発を試みる.この中で,本年度は主に(2)の課題に関する研究を行った結果,以下の成果を売ることができた.(1)モデルによって再現された日本の複数地域の降雨分布において,標高依存直線および時間積分過程の概念が成立することを確認するとともに,降雨-地形関係が地域によってどのように異なるかを明らかにした.また,対象地域における山岳スケールの大小によって,同じ解像スケールの地形であっても降雨分布に対して異なった影響を及ぼすことを明らかにし,地形の空間スケールが降雨-地形関係における重要な要素の一つであることを示すことができた.(2)降雨分布の標高依存直線の傾きが水平風速を変数とする1次式で表すことが可能であることを示すとともに,風向により決定される地形性上昇域と多雨域が必ずしも一致しないことを明らかにした.今後は,さらに多くの事例に対してシミュレーションを行い,統計的な観点から降雨-地形関係を明らかにするとともに,仮想条件を用いたシミュレーションによる同関係のメカニズム解明に取り組む予定である.水防災計画における計画降雨の決定や適切なダム管理・河川管理を行う上で,山岳地域の詳細な降雨情報を得ることは長年の課題であり,山岳地域における降雨の物理的・確率的な構造解明が強く求められている.そこで,本研究では,以下の3点を主要課題として研究に取り組むものとする.(1)地上降雨レーダーおよび人工衛星搭載レーダーによる長期の3次元降雨情報の解析を行うことによって,降雨の物理的・確率的特性の解明・モデル化を行う.(2)メソ気象モデルを用いた数値シミュレーションを行うことによって,降雨-地形関係の確率構造と物理的な降水過程との因果関係やそのメカニズムを明らかにする.(3)気候特性と降雨分布特性との相互関係を解析することによって,降雨分布構造モデルをベースとした全球規模での水資源分布推定モデルの開発を試みる.この中で,本年度は主に(2)の課題に関する研究を行った結果,以下の成果を売ることができた.(1)モデルによって再現された日本の複数地域の降雨分布において,標高依存直線および時間積分過程の概念が成立することを確認するとともに,降雨-地形関係が地域によってどのように異なるかを明らかにした.また,対象地域における山岳スケールの大小によって,同じ解像スケールの地形であっても降雨分布に対して異なった影響を及ぼすことを明らかにし,地形の空間スケールが降雨-地形関係における重要な要素の一つであることを示すことができた.(2)降雨分布の標高依存直線の傾きが水平風速を変数とする1次式で表すことが可能であることを示すとともに,風向により決定される地形性上昇域と多雨域が必ずしも一致しないことを明らかにした.今後は,さらに多くの事例に対してシミュレーションを行い,統計的な観点から降雨-地形関係を明らかにするとともに,仮想条件を用いたシミュレーションによる同関係のメカニズム解明に取り組む予定である.
フィリングインに着目した初期視覚メカニズムの実験的および計算論的研究

本研究は,「知覚的フィリングイン」という視覚現象に着目して,心理実験によりその性質を調べるとともに,この現象を説明する計算モデルの構築を通じて,面形成や充填などの初期視覚メカニズムの解明をめざすものである.本研究期間における成果は以下の通りである.まず,左右両眼に独立して広い視野にわたる視覚刺激を提示できる実験環境を構築するとともに,視覚心理実験を効率的に行なう実験用ソフトウェアを開発した.そして,このシステムを用いて,視覚刺激がもつ種々の要因が知覚的フィリングインの生起に及ぼす影響を調べる実験を系統的に行なった.その結果,知覚的フィリングインの起こりやすさが視野の位置に依存して有意に変化すること,視覚刺激のコントラストがフィリングインに影響を与えること,互いに接していない複数の領域においてフィリングインが同期して起こりうることなどを明らかにした.さらに,目標領域の近辺に別の刺激を付置した場合,その刺激の消失に同期して目標領域でのフィリングインが瞬時に生じるという現象を新たに見いだした.この現象は従来のフィリングイン現象と比較してその知覚が顕著であり,通常のフィリングインが生じにくい条件でも高い頻度で生じるという特徴をもつものである.これらの心理実験と並行して,フィリングインを含んだ視覚処理過程の計算モデルとして,面の局所的な特徴量を表現する神経素子が相互作用しながら,3次元物体全体にわたる面構造を形成する神経回路モデルを構築した.また,数値実験により構築したシステムの振舞いを検証し,神経回路モデルの内部状態の安定性が人間が面を安定して知覚できるかどうかによく対応することを明らかにした.以上の研究を通じて,知覚のダイナミクスが初期視覚における情報表現と密接に関係していることを支持する結果が得られた.本研究は,「知覚的フィリングイン」という視覚現象に着目して,心理実験によりその性質を調べるとともに,この現象を説明する計算モデルの構築を通じて,面形成や充填などの初期視覚メカニズムの解明をめざすものである.本研究期間における成果は以下の通りである.まず,左右両眼に独立して広い視野にわたる視覚刺激を提示できる実験環境を構築するとともに,視覚心理実験を効率的に行なう実験用ソフトウェアを開発した.そして,このシステムを用いて,視覚刺激がもつ種々の要因が知覚的フィリングインの生起に及ぼす影響を調べる実験を系統的に行なった.その結果,知覚的フィリングインの起こりやすさが視野の位置に依存して有意に変化すること,視覚刺激のコントラストがフィリングインに影響を与えること,互いに接していない複数の領域においてフィリングインが同期して起こりうることなどを明らかにした.さらに,目標領域の近辺に別の刺激を付置した場合,その刺激の消失に同期して目標領域でのフィリングインが瞬時に生じるという現象を新たに見いだした.この現象は従来のフィリングイン現象と比較してその知覚が顕著であり,通常のフィリングインが生じにくい条件でも高い頻度で生じるという特徴をもつものである.これらの心理実験と並行して,フィリングインを含んだ視覚処理過程の計算モデルとして,面の局所的な特徴量を表現する神経素子が相互作用しながら,3次元物体全体にわたる面構造を形成する神経回路モデルを構築した.また,数値実験により構築したシステムの振舞いを検証し,神経回路モデルの内部状態の安定性が人間が面を安定して知覚できるかどうかによく対応することを明らかにした.以上の研究を通じて,知覚のダイナミクスが初期視覚における情報表現と密接に関係していることを支持する結果が得られた.本研究は,「フィリングイン」という現象に着目し,心理実験によりその性質を調べるとともに,この現象を説明する計算モデルを構成することを通じて初期視覚メカニズムの解明をめざすものである.本年度の成果は以下の通りである.1.これまでの研究で用いていた装置に本年度購入した視覚刺激提示装置を組み合わせ,左右両眼に独立して広い視野に対して視覚刺激を提示できる実験環境を構築した.また,構築した環境で実験を遂行するための実験用ソフトウェアを開発した.2.視覚刺激の強さ(コントラスト)が知覚的フィリングインに与える影響を心理実験により調べた.その結果,充填される目標領域のコントラストがフィリングインの生起時刻に強い影響を与える反面,充填する周辺領域のコントラストは影響を与えないことが明らかになった.3.左右の視覚刺激に視差を与えて,目標領域の奥行きが周辺領域の奥行きと異なる知覚が得られる条件におけるフィリングインの性質について実験を開始した.その他,種々の条件においてフィリングインの性質を調べる予備実験を行なった.4.現在,これらの予備実験を行ないながら,フィリングインが局所的なメカニズムにより生じる現象か,より大域的なメカニズムにより生じる現象であるかを見極めるための実験計画を構築している.来年度以降,この計画に沿って実験をさらに進める予定である.5.計算論的なモデルの構成は,今後の実験結果を見ながらそれに沿って具体化させる計画である.本研究は,「フィリングイン」という錯視現象に着目し,心理実験によりその性質を調べるとともに,この現象を説明する計算モデルの構築を通じて面形成などの初期視覚メカニズムの解明をめざすものである.本年度の成果は以下の通りである.1.昨年度構築した実験環境および実験用ソフトウェアを用いて,知覚的フィリングインに関する心理実験を行なった.具体的には,視覚刺激の強さ(コントラスト)がフィリングインに与える影響や,連結していない複数の領域においてフィリングインが同期しておきる現象の性質を調べる実験を行なった.これらの実験結果については,現在データの分析を進めているところである.2.昨年より実験および解析を行なってきたフィリングインの視野依存性について実験結果をまとめ,成果を論文として公表した.

3.その他,両眼立体視や面形成・充填過程を含む種々の条件において知覚的フィリングインの性質を調べる予備実験を行なった.4.これらの心理実験と並行して,フィリングイン等の初期視覚過程の計算モデルとして,空間的に分布した特徴情報を統合し面全体の性質を生み出すモデルを構成した.5.上記計算モデルのシミュレーション実験を行なうための数値実験用計算機システムを導入し,プログラム開発環境を整備した.現在,構成したモデルの振舞いを調べるプログラムの構築を行なっており,今後,モデルの性質と限界を検証する数値実験を行なう計画である.本研究は,「知覚的フィリングイン」という視覚現象に着目して,心理実験によりその性質を調べるとともに,この現象を説明する計算モデルの構築を通じて,面形成や充填などの初期視覚メカニズムの解明をめざすものである.本年度の成果は以下の通りである.1.初年度に構築した実験環境および実験用ソフトウェアを用いて,知覚的フィリングインに関する心理実験を昨年度に引続き行なった.特に,連結していない複数の領域においてフィリングイン現象が同期しておきる現象について実験を行ない,その性質を明らかにした.2.上記実験の過程で,これまでに報告されていない新たなフィリングイン現象を見いだした.この現象はフィリングインの目標領域の近辺に別の刺激を付置した場合,その付置した刺激が消失するのに同期して目標領域でのフィリングインが生じるというものである.3.2.で述べた現象について系統的に実験を行なった結果,この現象は従来のフィリングインと比較してのそ知覚が顕著であり,通常のフィリングインが生じにくい高コントラストな条件や視野中心に近い領域でも高い頻度で生じることが明らかになった.これらの実験結果を米国神経科学会の例会で報告した.4.以上の心理実験と平行して,フィリングインを含んだ視覚処理過程の計算モデルとして,3次元的な面知覚をもたらす神経回路モデルを構成した。このモデルは,面の局所的な特徴量を表現する神経素子が相互作用しながら3次元物体全体にわたる面構造を形成するものである.5.上記計算モデルの動作を,昨年度導入した数値実験用計算機システムを用いて検証した.その結果,3次元面知覚をもたらす錯視図形を観察した条件において,人間が面を安定して知覚できるかどうかと,モデルの内部状態が安定的になるかカオス的になるかが対応関係にあることが明らかになった.
舌苔と生活習慣および自覚症状との関連性に関する疫学研究

本研究は、舌苔と喫煙等の生活習慣およびストレス、倦怠感等の自覚症状との関連性について科学的に実証し、最終的には歯科健診時の保健指導に応用できるようにすることを目的にした。本年度は、デジタルカメラで陸上自衛隊員男性212名の舌写真を撮影した。質問紙は、生活習慣として、口腔衛生状況、飲食の習慣、喫煙、消化器症状の22項目、全身疾患の18項目を内容に含めた。舌苔の色や厚さは、パソコンの液晶画面上で観察した。舌苔の色は、1(白)あるいは2(黄あるいは茶)にスコア化した。舌を9に区分し、それぞれのセクションの厚さを0から2の範囲でスコア化した(0=苔なし、1=薄い苔、2=厚い苔)。Thickness Score(TS)として、全てのセクションのスコアの合計を算出した。舌の色や厚さと生活習慣、自覚症状、全身疾患との関連性は、カイ二乗検定あるいはフィッシャーの直接法を使用した。TSと消化器症状および全身疾患の合計項目数との関連性は、スピアマンの順位相関を使用した。分析の結果、色に有意な要因であったのは、コーヒーを飲む習慣、全身疾患が有り、高血圧、胃腸疾患であった。厚さに有意な要因は、消化器症状の有り、胸焼けであった。TSは、消化器症状の合計項目数と有意に関連していた。年齢は、舌苔の色と厚さに有意な要因ではなかった。以上より、舌苔の色と厚さは、生活習慣、消化器症状、全身疾患との関連性が認められた。舌苔の色や厚さによって特定の病名を確定することは困難なことではあるが、舌苔を受診者とのコミュニケーションや歯科保健指導に利用することが期待できる。しかしながら、今後舌苔と生活習慣、全身疾患との関連性のデータベースを構築し、生活習慣指導前後の舌苔の変化を検証し、舌苔との因果関係を検討する必要がある。本研究は、舌苔と喫煙等の生活習慣およびストレス、倦怠感等の自覚症状との関連性について、科学的に実証することを目的とした。1年目の研究として、まず、文献の検索を行い、予備検討を行った。調査対象は、某歯科大学の5学年生100名とし、質問紙調査を実施後、デジタルカメラ(NIKKON D70、東京)で舌を撮影した。質問紙の内容は、年齢、性別、歯磨き回数、舌ブラシの使用の有無、喫煙、飲酒、胃腸症状、ストレス、倦怠感であった。撮影した舌のデジタル画像は、キャスマッチ(ベアーメディック、東京)により色調補正し、パソコンの液晶画面上で舌苔を観察した。そして、舌を左、中央、右の3区分、舌尖、中央、舌背の3区分、合計9区分に分割した。舌苔の色の判定は、舌苔の色を黄苔、白苔、なしに分類し、1区分でも黄苔が認められた場合を「黄苔」、黄苔が全く認められなく1区分でも白苔の場合を「白苔」、1区分も黄苔も白苔も全く認められないものを「なし」とした。舌苔の量の判定は、1区分毎に舌苔なし(0点)、薄い舌苔(1点)、厚い舌苔(2点)を判定し、9区分の合計点数(0-18点)を舌苔の量とした。対象者の舌苔の色と量の判定後、舌苔の色、量と質問紙の内容との関連性を統計的手法を用いて検討した。質問紙の回収できなかった者、舌背の部分の撮影ができなかったものを除いた結果、93名(平均年齢24.5±2.4歳)が分析対象者となった。舌苔の色の所有者率は、なし、白苔、黄苔が、それぞれ、4.3%、74.2%、21.5%であった。舌苔の量は、区分毎の平均点数は舌背中央部の1.5点が最も高く、9区分の合計平均点数は5.9点であった。舌苔の色と有意な関連性を持つ質問項目は認められなかった。舌苔の量と有意な関連性が認められた質問項目は、性別、歯磨き、胃腸症状であった。今後、実施方法に改良を加え、大規模な集団における調査を実施していく予定である。

TSは、消化器症状の合計項目数と有意に関連していた。年齢は、舌苔の色と厚さに有意な要因ではなかった。以上より、舌苔の色と厚さは、生活習慣、消化器症状、全身疾患との関連性が認められた。舌苔の色や厚さによって特定の病名を確定することは困難なことではあるが、舌苔を受診者とのコミュニケーションや歯科保健指導に利用することが期待できる。しかしながら、今後舌苔と生活習慣、全身疾患との関連性のデータベースを構築し、生活習慣指導前後の舌苔の変化を検証し、舌苔との因果関係を検討する必要がある。
認知特性を考慮した手話の効率的な動画像通信方式に関する研究

本計画研究では、聴覚障害者の情報通信端末を介したコミュニケーション支援を目指し、工学ならびに認知科学的側面から手話の生成・符号化・通信に必要な基礎的な諸技術の研究開発を推進させることを目的とした。本研究では、3年間を通して得られた各研究過程のテーマに対する主な5項目の成果を下記に示す。(1)言語認知機能として事象関連電位N400による手話理解機構解析では、手話母語者において文脈の意味的逸脱が刺激となりN400が誘発することを確認した。(2)画像通信の第一段階では、デジタル符号化された手話動画像の品質評価法では、了解度試験とオピニオン試験より、種々のパラメータ条件化での画像評価手法の妥当性を示した。実際の評価から、手話の読み取りでは、空間解像度より時間解像度が重要であることを示した。(3)画像通信の第二段階では、重要度別に符号化するAdapSync符号化法を提案し、既存の符号化方式と比較してその有効性を示せた。(3)画像通信の第三段階では、映像遅延が手話対話へ及ぼす影響として、様々な対話課題の検討を通して、数値課題の遅延検知が100150msであることを示した。(4)画像通信の第四段階では、メンタルワークロード評価法であるNASA-TLXを基に、日本手話版NASA-TLX評価システムを試作して、その評価の妥当性を示した。(5)研究過程では、手話の言語学的な解析のために手話の実映像、およびモーションキャプチャによる3次元動作による電子データによる手話コーパスの収集を行った。電子データは、BoT3Dエンジンによる手話アニメーションとしてWeb上に公開した。今後の検討課題は、実時間環境下での提案符号化方式の評価実験や手話母語者の視野特性などである。本研究を通して得られた成果は、国際会議をはじめ電子情報通信学会論文誌・学会誌、ヒューマンインタフェース学会論文誌・学会誌などに掲載されている。本計画研究では、聴覚障害者の情報通信端末を介したコミュニケーション支援を目指し、工学ならびに認知科学的側面から手話の生成・符号化・通信に必要な基礎的な諸技術の研究開発を推進させることを目的とする。本年度は、既存コーパスを基に認知科学的解析、手話画像通信、画像・電子・生理コーパスの収集方法について検討を行った。実際の解析は、分析能力の高いろう者やコーダなど複数の協力者と共に共同作業で行った。手話画像通信では、自然な対話を成立させるための画像サイズ、フレーム数について認知的側面から分析を行い、通信画像の評価法について検討を行った。さらに、前年度までのコーパス収集の成果を基に、本特定領域"聴覚班"の他の計画研究や評価用言語コーパスとしての性能をもった実映像による手話コーパスの収集・蓄積方法の検討を行った。以下に本年度得られた主な結果を示す。1)手話通信のための、各種画像の伝送パラメータの関係を手話母語者による評価実験を行なった。手話による画像通信では[時間解像度≫空間解像度]が重要であるという結論を得た。結果はヒューマンインタフェースが学会論文誌に掲載された2)対話の認知メカニズム解析のための映像と電子データと生理データによるコーパスを収集した。また、得られたコーパスを分析することにより音声言語獲得者と手話を母語とするろう者の呼吸パターンの違い、手話母語者と非母語者の頷きリズムの違いを明確にした。3)MS-NMS抑制手話による情報伝達を目的とした対話コーパスの収集を行なった。今年度はこの頷きに関する分析を行なった。4)手話が言語であるための事象関連電位N400観測のための例文集の収集ならびに撮影を行ない、次年度の脳波計測の準備を行なった。

5)対話における伝送路遅延の影響分析のための、装置の設計ならびに科研により特型装置を購入(特型)し、伝送路などの影響による遅延分析を行なうための対話実験方法を検討した。本計画研究では、聴覚障害者の情報通信端末を介したコミュニケーション支援を目指し、工学ならびに認知科学的側面から手話の生成・符号化・通信に必要な基礎的な諸技術の研究開発を推進させることを目的とする。本年度は、昨年度の結果から手話観測者の視線と脳波からの認知的な解析、伝送路などの遅延を考慮した手話画像通信、コーパスの収集について、主に検討を行なった。手話対話の単語抽出などのアノテーション作業には、分析能力の高いろう者やコーダなど複数の協力者により分析基礎データの作成を行なった。さらに、前年度と同様にコーパス収集を行い、本特定領域"聴覚班"の他の計画研究や評価用言語コーパスとしての性能をもった実映像による手話映像と電子データの収集・蓄積方法の検討を行った。以下に本年度得られた主な結果を示す。1)映像の遅れが対話に及ぼす影響を考察するための実験に用いる9種類のタスクの検討では、「カテゴリ合わせ」や「穴埋め加算」による遅延映像による対話分析を行なった。その結果、複雑な課題では、1秒前後の遅延まで遅延時間の増加にもかかわらず対話自体は破綻せずに進行することがわかった。音声対話と比較して、手話は遅延に関して寛容であることがわかった。2)手話通信における符号化では、前年度の結果を基に新しい符号化手法の提案を行った。その結果は、電子情報通信学会論文誌に掲載された。3)MS-NMS制御手話の解析では、話者交替現象に注目し解析を行なった。次年度に向け、非抑制手話との相違を分析するアノテーション作業を行なった。4)言語認知では、事象関連電位N400計測に基づいた意味処理過程解析の検討を行った。手話動画による意味的逸脱文刺激による実験を行なった。また手話・文字による意味的逸脱単語、無意味語を収集し、刺激呈示を行いその事象関連電位を収集した。その結果、手話・文字による意味的逸脱単語でN400が観察され電位は文字刺激で大きいことがわかり、呈示モダリティによって処理過程の違いを示した。本年度は、伝送路などの遅延を考慮した手話画像通信、コーパスの収集について、主に検討を行なった。1)手話単語の弁別的特徴、形態素分析を通して生成や認識のための記述法の検討を行ない、sGINDEX V3へ反映させた。2)手話通信のための、遅延の影響の評価手法の検討を行い、NASA-TLXによる心的負荷を計測するシステムを構築し、その有効性を示した。3)手話の認知メカニズム解析のための事象
多元環の整数論

Dedekind domain Rの商体K上のcentral division algebra Dについて、Eichler型の強近似定理を一般化することを従来からの目標にしている。係数体が一般のときは代数関数体の場合でも、SL_1(D)についてEichler cond.がみたされても強近似性が成り立たない例に気づいた。しかし、SL_1(D)の代わりに交換子群[D^X,D^X]を考えたら、Eichler型強近似定理の一般化はなお可能性がある。Kが任意係数の代数関数体の場合でも、Eichler型強近似定理の逆、すなわち「強近似性⇒Eichler cond.」は一般に成立する。証明のアウトラインは、「Eichler cond.の否定⇒[D^X,D^X]は(イデール群の中で)離散的⇒強近似性の否定]となっている。Eichler型強近似定理が一般に成立するためには「この二つの⇒がどちらも逆も正しい」ことを要する。言い換えればどちらかでも反例が見つかれば、それは順定理の反例にもなる。このように強近似定理の一般化は二つの部分に分けられて、それぞれが独立なconjectureであることが分かる。特に後半のformulationは、Dedekind domainの商体の場合にも一般化できる,問題をこのように整理できたにも今年度の進展である。またnon-central単純性に基づく議論によって、三つの強近似性(a)(a")の同値性の証明に成功した。以上の成果は論文の形で発表すべく原稿執筆中である。[1]強近似の不成立例と、Eichler型強近似定理の定式化代数的数体上の多元環について知られているEichler型強近似定理を、一般の体について考察することが目標である。PlatonovはSL_1(D)が弱近似性をもたぬような体Kを作っている。筆者の研究により、この反例がEichler型強近似定理の反例にもなっていることが確かめられ、このままでは一般化できないことが分かった。一方明らかに交換子群[D^x,D^x]はつねに弱近似性をみたすので、これについて強近似性の成否を問うことは意味が残っている。そこで一般の係数体の場合は、強近似定理はSL_1(D)に対してではなく[D^x,D^x]について問題にすべきであると、筆者は問題を定式化しなおした後、その研究を続けている。[D^x,D^x]に対して強近似定理の成立例しか知られていないが、これが成立しない例があれば見つけること、それが見つかったとき、よりゆるい条件(a′)や(a′′)なら成り立つかを問題として追求している。[2]円分数の素因数分解著書「円分数の素因数分解(その4)」において円分数の素因数分解の計算結果をまとめ、あわせて論説をつけた。その結果は「奇数の完全数はない」との有名な予想の検証(10^<300>以下)に役立つ。単なるルーチン化された計算ではなくケースに応じていろいろ工夫が必要であり、可成りの習熟を要する。
油汚染土壌における界面活性剤で促進した生物浄化のモデル化

種々の事業所敷地内における油汚染が日本各地あるいはベトナムで深刻な問題となりつつある。安価な処理法として原位置浄化技術が期待されている。油汚染では、高濃度で有効な洗浄処理と低濃度で有効な生物浄化技術を組み合わせた効率的な処理が求められている。しかし、組合せ技術に対するシミュレーションモデルが得られていないため最適化が難しい。本研究では、その組合せ技術の最適化シミュレーションモデルを構築することを目的とする。本研究は、平成13年11月から平成15年11月までの2年間の研究プロジェクトである。洗浄処理技術と生物浄化処理技術を組み合わせたシミュレーションモデルを構築することを目的とし、平成15年度は、構築した理論モデルのカラムを用いた実験室レベルでの実証試験を行った。対象モデル汚染化合物として、油成分中で難分解のフェナントレン(多環芳香族炭化水素)を、また、油分解菌としてSphingomonas paucimobilis EPA505株を用いた。界面活性剤としては、低毒性のTween80を用いた。飽和多孔体内の流れ場におけるフェナントレンの移流、分散、溶解、吸着、分解の各項からなる理論モデルを構築した。次に、それに必要な生物的パラメータ(増殖収率、増殖速度、土壌への付着率など)を、[9-^<14>C]フェナントレンを用いた回分試験によって求めた。これらのパラメータを用い、有限差分法および有限要素法によるシミュレーションプログラムをPASCALおよびFORTRANで作成した。シミュレーションプログラムによる各パラメータの感度試験の結果を元に、現在、実証のためのガラスビーズを多孔体とするカラム試験を設計した。フェナントレンの溶解速度を表す物質移動係数とSphingomonasのガラスビーズへの捕捉と解放係数を求め、最終的にカラム内における界面活性剤共存下でのフェナントレン生物分解試験を行ったところ、モデルに良く一致した。また、多孔体条件によっては、一致しない場合があることが明らかとなった。今後、更にカラム設計の改善が必要と考えられる。油汚染では高濃度域から低濃度域まで含むため、高濃度で有効な洗浄処理と低濃度で有効な生物浄化技術を組み合わせた効率的な処理が求められている。しかし、この種の組合せ技術に対するシミュレーションモデルが得られていないため最適化が難しく、実用化には至っていない。本研究では、その組合せ技術の最適化シミユレーションモデルを構築することを目的とする。洗浄処理技術と生物浄化処理技術を組み合わせたシミュレーションモデルを構築することを目的とし、(1)理論モデルの構第(2)回分試験による各種パラメータの測定、(3)カラムを用いた実験室レベルでの実証試験の3段階からなっている。現在までに2段階まで終了した。界面活性剤としては、当初は合成化学物質のSapogenatT300を用いる予定であった、Tween80の方が使用菌株に対してより低毒性であることがわかったので、Tween80を用いることにした。これらのパラメータを用い、有限差分法および有限要素法によるシミュレーションプログラムをPASCALで作成した。シミュレーションプログラムによる各パラメータの感度試験の結果を元に、現在、実証のためのカラム試験を設計している,今後は、カラム実験とシミュレーションの結果から、モデルの正当性を証明する予定である。

シミュレーションプログラムによる各パラメータの感度試験の結果を元に、現在、実証のためのガラスビーズを多孔体とするカラム試験を設計した。フェナントレンの溶解速度を表す物質移動係数とSphingomonasのガラスビーズへの捕捉と解放係数を求め、最終的にカラム内における界面活性剤共存下でのフェナントレン生物分解試験を行ったところ、モデルに良く一致した。また、多孔体条件によっては、一致しない場合があることが明らかとなった。今後、更にカラム設計の改善が必要と考えられる。
COPDの発症機序：SASPからみた肺線維症との相違点

COPDと肺線維症における細胞老化とsenescence-associated secretory phenotype (SASP)の違いを明らかにするために、COPD(肺気腫)、肺線維症(特発性肺線維症、膠原病関連間質性肺炎、気腫合併肺線維症)および対照患者の肺組織を用いて免疫組織染色を行った。その結果、1)肺線維症とCOPDにおいて上皮細胞の細胞老化が生じているが、その程度は肺線維症のほうがCOPDよりも高度なこと、2)特発性肺線維症は膠原病関連間質性肺炎よりも細胞老化が高度に生じていること、3)老化細胞あたりのSASP発現率は肺線維症とCOPDにおいて同等であることが明らかにされた。老化関連疾患である肺気腫と肺線維症との相違点を細胞老化とsenescence-associated phenotype(SASP)の観点から明らかにするために、肺癌手術時に採取されたCOPD、特発性肺線維症(IPF)および対照患者のパラフィン包埋肺組織から薄切切片を作成し、免疫組織染色を行った。細胞老化のマーカーとしては、抗p16とp21抗体を用い、SASPのマーカーとしては抗phospho-NF-kB抗体を用いた。各症例について500個の肺胞上皮細胞および気腔上皮細胞を観察し、p16とp21陽性率、二重染色後のp16陽性細胞中またはp16陰性細胞中のphospho-NF-kB陽性率を算出した。6例の特発性肺線維症、3例の膠原病関連間質性肺炎、4例の気腫合併肺線維症、6例のCOPD、6例の対照肺組織を検討した結果、いずれの疾患群においても対照群に比べてp16またはp21陽性の老化上皮細胞が増加していたが、その程度は特発性肺線維症の方がCOPDに比べて高度であった。また特発性肺線維症の上皮細胞のp16陽性率は膠原病関連間質性肺炎よりも高値であった。p16陽性上皮細胞中のphospho-NF-kB陽性率はp16陰性上皮細胞中の陽性率に比べていずれの疾患群においても増加していた。以上の結果から、特発性肺線維症はCOPDに比べて細胞老化が促進していること、また特発性肺線維症とCOPDのいずれにおいても老化細胞ではSASPが生じていることが示唆された。初年度の研究成果として、COPD、特発性肺線維症、膠原病関連間質性肺炎、気腫合併肺線維のいずれにおいても肺胞上皮細胞の老化が認められ、老化細胞ではsenescence-associated secretory phenotype (SASP)の表現型を有していることが示された。老化関連疾患である肺気腫と肺線維症との相違点を細胞老化とsenescence-associated phenotype(SASP)の観点から明らかにするために、肺癌手術時に採取されたCOPD (肺気腫)、特発性肺線維症、膠原病関連間質性肺炎、気腫合併肺線維症および対照患者のパラフィン包埋肺組織から薄切切片を作成し、免疫組織染色を行った。昨年度の研究においては特発性肺線維症ではCOPDに比べて細胞老化(抗p16、p21抗体陽性細胞数)が促進していること、また特発性肺線維症とCOPDのいずれにおいても老化細胞ではSASPが生じていること(phospho-NF-kB陽性率)が示されたが、今年度の研究においては、特発性肺線維症においては低酸素刺激で発現するcarbonic anhydrase IX (CA IX)陽性の上皮細胞および間質細胞が多数認められた。CA IX陽性細胞は、COPDや健常肺組織では認められず、肺の線維化の成因に特異的に関与している可能性が考えられたため、既存のブレオマイシン肺線維症マウスモデルの肺組織を用いて検討したところ、ヒトの特発性肺線維症と同様に間葉系細胞および一部の上皮細胞にCA IXの発現が認められた。そこでさらにCA IX阻害薬であるU-104をマウスの腹腔内に投与したところ、ブレオマイシンによる肺線維化のマーカーである肺ヒドロキシプロリンの減少と肺機能(エラスタンス、コンプライアンス、組織エラスタンス)の改善が観察された。以上の結果から、肺気腫と特発性肺線維症の相違点として肺線維症における低酸素刺激による細胞の活性化が考えられ、特にCA IXが肺線維症に対する治療標的になる可能性が考えられた。本年度の研究成果として、特発性肺線維症の肺組織では上皮細胞と間葉系細胞にcarbonic anhydrase IX (CA IX)の発現を認めた。CA IXの発現はCOPD(肺気腫)や健常肺組織では認められなかった。この結果は研究当初には予期していなかったことであるが、ブレオマイシン肺線維症モデルでもCA IXの発現が観察されたこと、さらにCA IX阻害薬によりブレオマイシン肺線維症が抑制されたことから、肺線維症の発症機序に低酸素によるCA IXの発現が関与している可能性が考えられた。老化関連疾患である肺気腫と肺線維症との相違点を細胞老化とsenescence-associated phenotype(SASP)の観点から明らかにするために、肺癌手術時に採取されたCOPD(肺気腫)、肺線維症(特発性肺線維症、膠原病関連間質性肺炎、気腫合併肺線維症)および対照患者のパラフィン包埋肺組織から薄切切片を作成し、免疫組織染色を行った。