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行列模型を用いた弦理論の非摂動的解析

平成24年度は近年注目を集めている局所化という方法を用いて、行列模型の分配関数の計算を行った。当初は数値的な計算を行う予定であったが、この方法を適用すれば、あるクラスの物理量を解析的に、且つ非摂動的に計算することが出来る。本研究では弦理論を記述すると予想されている行列模型や、場の理論の次元簡約によって得られる行列模型に対して、この局所化の方法を適用することで、理論の分配関数やある演算子の期待値を計算した。その結果、私は以下の結果を得た。まず、場の理論から次元簡約で得られる行列模型の分配関数や期待値が、large-N極限においては元の場の理論のものと等しくなることを示した。これはよく知られているlarge-N reductionとよばれる現象であり、私の結果はそれを非摂動的に示した例を与えている。また、弦理論と関係する行列模型においては、弦理論にあらわれるD-braneやNS5-braneといった物体を記述する極限が存在することを、局所化の結果を用いて証明した。これは行列模型が弦理論を確かに記述していることの強い証拠を与えている。当初の計画とは異なり、数値的アプローチでなく、解析的なアプローチに変更を行った。これにより計算可能な物理量のクラスは限られたが、数値のエラーや符号問題等に悩まされることなく計算が可能であった。これらのことから、本研究はおおむね順調に進展していると言える。私は京都大学基礎物理学研究所の特任助教として、平成25年4月1日から採用されました。それに伴い、平成24年3月31日付で学振の特別研究員を辞退しており、本研究課題は24年度が最終年度となります。
微生物による銀回収プロセスに関する生理学的研究

本研究の対象バクテリアEnterobacter sp.AGR7株について、種の同定を行い、生理学的試験からEn.cloacaeであると判定できた。また、このバクテリアのライソザイムライゼイトより細胞質遺伝因子pAGR7を検出した。検出した細胞質遺伝因子は、分子量20Mdal以上と推定される大きなものであった。En.cloacae AGR7よりpAGR7を抽出・調製し、大腸菌Escherichia coli C600-1を形質転換した。形質転換により、銀耐性濃度は<20mg/lから1,600mg/lへと80倍以上上昇し、銀耐性能および銀蓄積能の形質を与えることができた。また、En.cloacae AGR7のDNA断片をpUC18とライゲーションし、E.coli JM109を形質転換した。確認した約15,000個のコロニーより、66個のコロニーが200mg/lの銀を含むプレート上で生育した。これらはすべて、銀40mg/lを含む液体培地では増殖することはなく、インタクトなpAGR7による形質転換体での銀耐性発現とは、その効率が異なっていた。種々の条件で培養・調製したEn.cloacae AGR7細胞を圧力10,000psiのフレンチプレスで破砕し、超遠心分離で細胞質画分を分取し、ゲル濾過カラムを用いた高速液体クロマトグラフィーでさらに分画した。溶出画分それぞれについてUV280nmでペプチドを、またUV254nmで核酸をモニターした。また、溶出液を誘導型発光プラズマ分析器または原子吸光分析器に導き、銀を測定した。その結果、銀イオン投与後2時間の細胞質画分においてUV254nmで十分モニターできる程度のRNAの増加が観察でき、核酸レベルでの誘導が確認できた。銀蓄積能に関しては逆に、誘導による減少が別途明らかとなった。また、分子量約7,000でメルカプト基に富む点で、真核生物で知られているメタロチオネインと類似の短鎖ペプチドを確認した。本研究の対象バクテリアEnterobacter sp.AGR7株について,種の同定を行い, E.cloacaeであると生理学的試験から判定できた.また, E.cloacae AGR7株のライゾザイムライゼイトより細胞質遺伝因子pAGR7を検出した.この細胞質遺伝因子DNA.を用い,大腸菌Escherichia coli HB101株並びにC600-1株を形質転換したところ,大腸菌にAGR7株の銀耐性および蓄積能の形質を与えることができた.この細胞質遺伝因子は,例えば制限酵素HindIIIにより8断片以上に分解され,分子量20Mdal以上と推定される大きなものであった.また,昭和63年度の研究計画に,大腸菌の系を用いて,発見した細胞質遺伝因子の遺伝子工学的解析と,目的の銀包接短鎖ペプチド発現の遺伝的調節に関する検討を組み入れるほうが望ましいと判断できた.種々の条件で培養,調製したE.cloacae AGR7株細胞を10,000psiフレンチプレスで破砕し,超遠心分離(170,000×g)のす溶化(細胞質)画分を分取し,カラムにTSK G3000SWXL及びAsahipack GST520を用いた高速液体クロマトグラフィーで,さらに分画した.

溶出画分それぞれについてUV280nmでペプチドを,またUV254nmで核酸をモニターした.また,溶出液を誘導型発光プラズマ分析器または原子吸光分析器に導き,銀を測定した.溶出液を前者に導く場合には, S, P, Cd, Cu, Feなどの元素も同時測定した.その結果,銀イオン投与後2時間の細胞質画分においてUV254nmで十分モニターできる程度の, RNAの増加が観察でき,核酸レベルでの誘導が確認できた.また,分子量約7,000のSH基に富む短鎖ペプチドを確認した.それは銀イオンよりも銅イオンを多く包接していた.銀イオンと特異的結合を示すペプチドは,分子量約50,000程度の溶出画分にも検出でき,その画分は, 65°C, 10minの熱処理に対して,比較的安定であった.
発話調査・聞き取り調査に基づく首都圏東部域音調の研究

本研究は、東京東北部(江戸川区・葛飾区・足立区)や埼玉東部・千葉西部といった首都圏東部域に広くみられる「あいまいアクセント」の実態を、発話調査・聞き取り調査に基づき明らかにすることを目的としている。この「あいまいアクセント」には、発話する度にアクセントがゆれる、話者の発話が聞き取りにくい、話者自身でもどのような発話をしたのかよく認識していない、といった「あいまい性」がみられると指摘されてきた。本研究では複数の調査を実施し、アクセントの「あいまい性」を多角的に明らかにすることを試み、「明瞭アクセント」との比較からアクセントの「あいまい性」と「明瞭性」の関係性についても考察を加えていく。
腫瘍細胞の分化誘導と放射線療法の併用による治療効果改善の実験的検討

多くの分化誘導物質が報告されてきたが、そのメカニズムは様々であり、その効果も一定しているとは言えない。よって、これまで行われてきた治療法と同様で、分化誘導療法も単独で腫瘍を根治させることは困難であろう。他の治療法との併用の必要性が示唆される。放射線療法は多くの腫瘍に対して、腫瘍縮小効果を示し、根治させることが可能である。しかし、再発も日常経験され、その大きな原因の1つに、治療期間中の腫瘍細胞の再増殖があげられている。本研究は、各種ヒト悪性腫瘍由来培養細胞に各種の分化誘導物質を作用させ、細胞増殖速度を抑制できる組合わせを明らかにし、分割照射による放射線治療効果改善に及ぼす影響を検討する。ヒト悪性腫瘍から作成された培養細胞25種を(食道癌由来扁平上皮癌6種、子宮頚癌由来細胞扁平上皮癌4種、子宮体内膜腺癌5種、卵巣癌由来腺癌4種、神経芽細胞腫3種、子宮肉腫由来平滑筋肉腫1種、子宮絨毛上皮腫1種、悪性黒色腫1種)を用いて、放射線感受性テストは予定の細胞総てに遂行でき、目的を達成した。生存曲線上は悪性黒色由来の細胞は極めて放射線感受性が低かったが、多くの細胞は類似した生存曲線を示した。ヒト由来の細胞は動物由来細胞V79等と比較すると、一般的に放射線感受性が高く、また、小線量照射時に生存曲線上見られる"肩"も小さかった。放射線感受性は腺癌と扁平上皮癌由来細胞の間に差はみられなかった。腫瘍細胞に及ぼす薬剤濃度の影響を検討するため、単層培養細胞の培養液に10^<-6>10^<-10>Mの各種レチレイン酸(オールトランスRA)を混和し、腫瘍細胞の増殖曲線により、細胞増殖に薬剤が影響を及ぼさない最大濃度を求めた。10^<-8>Mのレチレイン酸を加えた培地中で培養した細胞に放射線照射を行ったが、薬剤処理を行わない細胞と同様の放射線感受性で、分化誘導の効果が不明であった。
発がんにおける「細胞競合」の意義の解明

がんの超初期段階を模倣するため、正常上皮細胞層内にごく少数の変異細胞(がん遺伝子Rasの恒常活性化型タンパク質過剰発現細胞など)を生じさせると、変異細胞が正常細胞に囲まれたときにのみ変異細胞が細胞層の頂端側へ排除される様子が観察される。この排除現象は変異細胞単独で培養した場合には起こらないことから、細胞競合現象(二種の細胞が存在した場合に、一方が競合的に排除され、もう一方が競合的に生き残る現象)に分類されると同時に正常上皮細胞に備えられた「変異に対する防御機構」の一種ではないかと提唱されている。しかしながら、このような防御機構の存在にもかかわらず発がんは引き起こされてしまう。細胞競合が発がん防御機構として働くなら、発がんは細胞競合現象から逸脱した細胞によって引き起こされるのだろうか。この現象の発がん防御機構としての側面にはさらなる検証が求められている。本研究では細胞競合マウスモデルを用いた実験により、個体環境レベルでの発がんリスク因子が細胞競合現象に与える影響を検討した。その結果の1つとして、さまざまながんリスク因子として知られる肥満が細胞競合モデルマウスの腸管上皮組織および膵管上皮組織において細胞競合発生頻度を低下させることを示した。また、肥満による慢性炎症および組織内での脂質代謝異常が細胞競合を抑制していることも明らかとした。本研究成果は、外的環境要因が細胞競合に影響を与えることを示唆している。さらに、細胞競合の抑制が発がんにつながるかどうかを調べる目的で、肥満した細胞競合モデルマウスを長期飼育したところ、変異細胞塊の形成が促進された。この結果は、細胞競合現象の発がん防御機構としての側面を支持するものである。本研究員はこれらの研究成果を筆頭筆者として「Cell Reports誌」に報告した。29年度が最終年度であるため、記入しない。がんの極初期段階を模倣するため、正常上皮細胞層内にごく少数の変異細胞(がん遺伝子Rasの恒常活性化型タンパク質過剰発現細胞など)を生じさせると、変異細胞が正常細胞に囲まれたときにのみ、変異細胞が細胞層の頂端側へ排除される様子が観察される。この排除現象は変異細胞単独で培養した場合には起こらないことから、細胞競合現象(2種の細胞が存在した場合に、一方が競合的に排除され、もう一方が生き残る現象)に分類されると同時に、正常上皮細胞層に備えられた「変異に対する防御機構」の一種ではないかと提唱されている。しかしながら、このような防御機構の存在にも関わらず発がんしてしまうのはなぜなのか、実際の生体内においてどのような頻度で発がんを防いでいる現象なのか、これらの疑問についてはまだあまり明らかとされていない。そこで、この疑問に対し、「細胞競合の発生頻度に影響を与える環境因子を見つけ、この因子と発がんの関係を調べることで、細胞競合と発がんの本質的な関係性にアプローチできるのではないか」との考えのもと、所属研究室にて開発した細胞競合マウスモデルを用いた実験を試みている。採用初年度である本年度は「細胞競合マウスモデルを用いた細胞競合破綻条件の探索」を行うため、(1)高脂肪食投与による肥満モデル、(2)抗生物質による腸内細菌除去モデル、(3)インドメタシンを用いた腸炎モデル、という3条件が細胞競合に与える影響を検討した。その結果、特に(1)のモデルにより肥満が細胞競合による変異細胞の排除を抑制することが示唆された。(2),(3)のモデルについては条件の最適化を終了し、現在解析中である。本研究計画では、細胞競合による変異細胞の正常上皮細胞層からの排除が、実際に発がん抑制に関わるかどうかを検討する目的で、初年度に「細胞競合による変異細胞の排除が抑制される環境因子の同定」を行い、次年度以降に「細胞競合を破綻させる環境因子のメカニズム解明」を行う予定としていた。採用初年度である本年度は、「細胞競合による変異細胞の排除が抑制される環境因子の同定」として、すでに確立された細胞競合モデルを用い、これに(1)高脂肪食による肥満モデル、あるいは(2)抗生物質投与による腸内細菌除去モデル、(3)インドメタシン投与による腸炎モデル、を合わせることで、肥満、腸内細菌、腸炎という3条件と細胞競合との関連を検討した。その結果、肥満が細胞競合による変異細胞の排除を抑制することが示唆された。肥満は、大腸がんにおける環境因子の一つとして考えられており、本研究はこのことに細胞競合という新たな観点を与える可能性があると考えている。(2)、(3)に関しては実験条件の検討を終え、現在解析中である。以上のことから、「細胞競合による変異細胞の排除の抑制環境因子」の一つとして肥満を同定し、本研究課題はおおむね順調に遂行できていると考えている。がんの超初期段階を模倣するため、正常上皮細胞層内にごく少数の変異細胞(がん遺伝子Rasの恒常活性化型タンパク質過剰発現細胞など)を生じさせると、変異細胞が正常細胞に囲まれたときにのみ、変異細胞が細胞層の頂端側へ排除される様子が観察される。しかしながら、このような防御機構の存在にも関わらず発がんは引き起こされてしまう。細胞競合が発がん防御機構として働くならば、発がんは細胞競合現象から逸脱した細胞によって引き起こされるのであろうか。

この現象の発がん防御機構としての側面にはさらなる検証が求められている。本研究では細胞競合マウスモデルを用いた実験により、個体環境レベルでの発がんリスク因子が細胞競合に与える影響を検討した。その結果の一つとして、様々ながんのリスク因子として知られる肥満が、細胞競合モデルマウスの腸管上皮組織および膵管上皮組織において細胞競合発生頻度を低下させることが示された。一方で肺上皮組織では細胞競合発生頻度に影響を与えなかった。肥満が細胞競合を抑制したという結果は、外的環境要因が細胞競合現象に影響を与え得ることを示唆しており、これまでにこういった報告はほとんどなく、興味深い結果である。また、細胞競合による発がん防御機構が肥満によって阻害されることが、肥満による発がん誘発メカニズムの一つである可能性を示唆していると考えている。最終年度の次年度は、肥満による細胞競合抑制メカニズムを解明し、発がんへの寄与を評価することによって細胞競合現象の「発がん防御機構」としての側面にアプローチしていく。本研究計画では、細胞競合による変異細胞の正常上皮細胞層からの排除が、実際に発がん抑制に関わるかどうかを検討する目的で、初年度に「細胞競合による変異細胞の排除が抑制される環境因子の同定」として(1)高脂肪食による肥満(2)腸内細菌叢の変化(3)炎症、が細胞競合を抑制するかどうかを検討した。評価はin vivoマウスモデルシステムを用い、腸上皮細胞における細胞競合発生頻度の割合を定量化することにより行っている。その結果、特に(1)高脂肪食による肥満が細胞競合を抑制するということを明らかにした。この結果をうけて本年度は、(1)高脂肪食による肥満についてのプロジェクトに集中し、肥満がどのように細胞競合を抑制するかというメカニズムの解明に着手した。その一助となるであろう結果として、腸上皮組織以外の上皮組織での肥満と細胞競合との関連を検討した。その結果、マウス膵導管上皮組織においては腸上皮組織と同様に、肥満によって細胞競合が抑制されることが確認された。一方で肺上皮組織においては、肥満は細胞競合の発生に影響を与えないという結果を得ている。また、より詳しいメカニズムの解明を行うため、in vitroシステムを用いた解析も現在進めている。解析途中ではあるが、飽和脂肪酸であるパルミチン酸を培養上清に加えることで、細胞競合の発生頻度が低下するという結果を得ている。がんの超初期段階を模倣するため、正常上皮細胞層内にごく少数の変異細胞(がん遺伝子Rasの恒常活性化型タンパク質過剰発現細胞など)を生じさせると、変異細胞が正常細胞に囲まれたときにのみ変異細胞が細胞層の頂端側へ排除される様子が観察される。この排除現象は変異細胞単独で培養した場合には起こらないことから、細胞競合現象(二種の細胞が存在した場合に、一方が競合的に排除され、もう一方が競合的に生き残る現象)に分類されると同時に正常上皮細胞に備えられた「変異に対する防御機構」の一種ではないかと提唱されている。しかしながら、このような防御機構の存在にもかかわらず発がんは引き起こされてしまう。細胞競合が発がん防御機構として働くなら、発がんは細胞競合現象から逸脱した細胞によって引き起こされるのだろうか。
3次元空間で操作可能な3Dタッチパネルの開発

本研究の目的は、ディスプレイ上の3次元空間にて近接(非接触)における指の位置検出、接触における接触位置及び押圧が検出可能な3Dタッチパネルの開発である。そのために近接測定が可能な分離型静電容量センサとLCDモニタの4隅に取り付け可能な平行平板型静電容量圧力センサで構成されるセンサを提案した。試作センサにより対象の近接測定及び接触における圧力とその中心位置の検出が可能であることを示した。更に、モニタ上の近接及び圧力の3次元空間における3D操作法を提案し、LCDモニタに取り付けられた試作センサにより指の近接位置に合わせた画像のズームや押圧による操作が可能であることを実験により示した。本研究は、ディスプレイ上の3次元空間にて近接(非接触)における指の位置検出、接触における接触位置及び押圧が検出可能な3Dタッチパネルの開発を目指すものである。それにより3D画像に合わせた操作や指を近づけることによる2D画像のズームや押圧の変化による操作が可能となり、タッチパネルの操作性が向上すると考える。申請者は近接における検出感度を高めるための手法として、指の位置に合わせ電極を変化させる手法を提案し、本手法の有用性を確認するために申請前の予備実験にて手作業で加工を行った電極を用いその可能性について確認を行ったが、手作業で加工しておりその精度は十分ではなかった。本年度は、提案した手法を用いた電極を基板加工機により銅箔張り基板で作製し、同様の方法で作製した従来の電極との比較実験を行った。また、これらの電極にて測定を行うための検出回路の作製及びこれらを制御するためのプログラムの作成を行った。その結果、従来電極に比べ近接におけるZ軸方向の検出感度が高いことを示せた。更に、これまでに提案されている電極を結合し近接の測定感度を高める手法との比較を行い、同じ電極面積の場合、提案手法の方が近接における検出感度が高いことを確認した。なお、X-Y座標における分解能の比較も行い、これまでに提案されている電極を結合する手法と同等の分解能であることを確認した。更に、上記電極の四隅に圧力センサを取り付け、接触時の圧力及びその中心位置検出の可能性を確認した。今後は、透明な導電性膜(ITO等)により提案したパターン電極を外注し研究を進める予定である。今年度は試作センサの作製及び従来電極との比較を行い、その結果を学会にて発表を行った。しかしながら、当初計画の透明な導電性膜(ITO等)によるパターン電極の作製(外注)までは至っていないことから「やや遅れている」と自己評価した。それにより3D画像に合わせた操作、指を近づけることによる2D画像のズームや押圧の変化による操作が可能となり、タッチパネルの操作性が向上すると考える。本年度は、前年に行った提案センサによる研究成果をもとに、透明なITO電極によりセンサを試作することでタッチパネルとして提案センサが利用可能であることの検証を行った。まず、試作したタッチパネルでの測定のために検出回路の作製及びこれらを制御するためのプログラムの作成を行った。その結果、指の近接位置検出が可能であることを実験により示しえた。しかしながら、前年度に試作した銅電極のセンサに比べ、ITO電極の抵抗が高くノイズの影響を受けやすいため測定精度に課題が残った。次に近接から接触、接触から押圧を検出するために銅電極のセンサの四隅に圧力センサを取り付け、接触状態の測定を行った。前年度に行った圧力検出の実験では市販の圧力センサを用いていたが、上記近接センサと測定方法が異なる課題があった。そこで、近接センサと同じ静電容量測定で圧力を検出可能な平行平板型静電容量センサを作製した。また、近接センサと平行平板型静電容量センサを連続測定するための検出回路の作製及びこれらを制御するためのプログラムの作成を行った。その結果、近接測定に加え接触時の押圧及びその中心位置の検出が可能であることを実験で示しえた。今後、試作した透明なセンサを用いディスプレイ上にて近接から接触、接触から圧力の検出を行う予定である。試作したセンサにより近接から接触、接触から圧力の検出が可能であることを示しえたので「おおむね順調に進展している」と自己評価した。本年度は、前年度の成果をもとに、試作した透明なITO電極を用いた提案タッチパネルをLCDモニタに取り付けた。更にLCDモニタの画像に影響を与えない位置で接触状態を検出するためLCDモニタの四隅に試作した平行平板型静電容量圧力センサを取り付けた。上記タッチパネルと静電容量圧力センサを制御するためのプログラム作成及び測定のための回路の作製を行い、近接から接触における指の測定を連続的に行った。更に近接における指の検出位置における誤差を低減するため、算出したZ座標によりX-Y座標を補正する方法を考案した。指のモデルとして用いた接地した導体を対象として、ロボットアームに取り付け対象とセンサの位置を正確に設定し、近接における対象のX-Y-Z座標及び接触における圧力とその位置の算出を行った。その結果、LCDモニタ上の近接における対象の位置の検出及び接触時の圧力及びその中心位置の検出が可能であることを実験で示しえた。更に、試作したセンサを用いた3D操作法について提案した。

指を近づけることによる画像のズームや押圧の変化による操作のためのプログラムを作成し、実験によりその可能性を示した。これらのことより、提案センサの有用性を示しえた。本研究の目的は、ディスプレイ上の3次元空間にて近接(非接触)における指の位置検出、接触における接触位置及び押圧が検出可能な3Dタッチパネルの開発である。そのために近接測定が可能な分離型静電容量センサとLCDモニタの4隅に取り付け可能な平行平板型静電容量圧力センサで構成されるセンサを提案した。試作センサにより対象の近接測定及び接触における圧力とその中心位置の検出が可能であることを示した。更に、モニタ上の近接及び圧力の3次元空間における3D操作法を提案し、LCDモニタに取り付けられた試作センサにより指の近接位置に合わせた画像のズームや押圧による操作が可能であることを実験により示した。前年度の実施を予定していた透明な導電性膜(ITO等)によるパターン電極の作製を行い、近接における測定を行う予定である。更に圧力及びその中心位置を検出するセンサの作製を行い、これらを制御するためのプログラムの作成と回路の作製を行う。これらの結果をもとに近接センサと接触センサを組み合わせ測定を行う予定である。試作した透明なセンサを用いディスプレイ上にて近接から接触、接触から圧力の検出を行う予定である計測工学透明な導電性膜(ITO等)により提案したパターン電極の作製が遅れたため。旅費が予定より節約できたため。透明な導電性膜(ITO等)により提案したパターン電極の作製(外注)に使用。試作センサ及び検出回路作製のための物品費として使用する。
全身性炎症反応時におけるオートファジーの役割の検討とその制御法の開発について

急性全身性炎症反応症候群においてオートファジーが誘導されることが示された。このオートファジーの誘導は全身性炎症反応症候群における臓器傷害に深く関与している可能性が示唆された。一方、全身性炎症反応症候群時において適切な栄養管理はオートファジーを減弱させ臓器傷害等の改善に寄与できるかもしれない。臓器障害とオートファジーの関与が言われており、本年度は、研究遂行のはじめとしてLPS投与全身性炎症モデルにおいてオートファジーの関与があるかについて検討した。炎症反応の指標としては、High mobility group box 1 (HMGBl)および血清サイトカインを用いた。Wistar系雄性ラット(体重250-300g)に、エンドトキシン(LPS10mg/kg)を静注することで全身性炎症モデルを作成。次の各群に対して検討を行った。a)正常コントロール群エンドトキシン投与後の経時的な血清中サイトカイン濃度およびHMGBl濃度の検討並びに12時間後にセボフルレン吸入麻酔下で、犠死させ肝組織を摘出。各群間におけるラットの肝組織標本、肝組織中HMGBl濃度を検討した。はじめに、LPS投与後の炎症反応を検討した結果、LPS投与により、血清中の炎症性サイトカインや欄GB1といった蛋白の有意な上昇を認めた。さらに、LPS投与における肝臓への影響を検討するため、肝組織における炎症像を評価(壊死、出血、炎症細胞浸潤、浮腫)した。この結果、LPS投与12時間後に肝小葉構造の破壊や炎症細胞の浸潤などを認め、これらの変化は正常コントロール群に比べて有意に悪化することが明らかになった。この際の、肝臓におけるオートファジーの発現について検討すると、電子顕微鏡写真にて正常コントロール群に比べて、増加していること像を捉えることが出来た。また、発現の変化を定量化するために、免疫染色およびImmuno blotting法による検討を施行し、オートファジー発現の指標であるLC-IIやAtg7の発現増加を認めた。これらの事実より、炎症反応時に生じる肝障害の原因のひとつに、オートファジーが関与していることが示唆された。臓器障害とオートファジーの関与が言われており、昨年度は、LPS投与全身性炎症モデルにおいてオートファジーの関与があることを明らかにした。そこで、本年度はその制御法の一つとしてグルコース投与による影響を検討した。Wistar系雄性ラット(体重250-300g)に、エンドトキシン(LPS 10mg/kg)を静注することで全身性炎症モデルを作成。a)正常コントロール群b)LPS+生食持続投与群c)LPS+5%グルコース持続投与群エンドトキシン投与後の経時的な血清中サイトカイン濃度およびHMGB1濃度の検討並びに12時間後にセボフルレン吸入麻酔下で、犠死させ肝組織を摘出。各群間におけるラットの肝組織標本、肝組織中HMGB1濃度を検討した。LPS投与により、血清中の炎症性サイトカインやHMGB1といった蛋白の有意な上昇を認めた。さらに、LPS投与12時間後に肝小葉構造の破壊や炎症細胞の浸潤などを認め、この際の、肝臓におけるオートファジーの発現について検討すると、電子顕微鏡写真にて正常コントロール群に比べて、増加していた。一方、5%グルコース持続投与により血清中サイトカイン濃度およびHMGB1濃度の低下やオートファジーの減少をとらえることが出来た。これらの事実より、炎症反応時に生じる肝障害の原因のひとつに、オートファジーが関与しており、エネルギー供与がこれらの病態改善に役立つ可能性が示唆された。昨年度は、LPS投与全身性炎症モデルにおいてオートファジーの新たな制御方法として糖の負荷があることを明らかにした。そこで、本年度は更なる制御方法の開発として、アミノ酸投与による影響を検討した。昨年同様にWistar系雄性ラット(体重250-300g)を使用した。エンドトキシン(LPS 10mg/kg)を静注することで全身性炎症モデルを作成。a)正常コントロール群b)LPS+生食持続投与群c)LPS+アミノ酸持続投与群昨年と同様に、エンドトキシン投与後の経時的な血清中サイトカイン濃度およびHMGB1濃度の検討並びに12時間後にセボフルレン吸入麻酔下で、犠死させ肝組織を摘出。更に、NF-kBを中心とした炎症反応に関連した核内タンパク質の発現量変化についても検討を加えた。LPS投与により、血清中の炎症性サイトカインやHMGB1といった蛋白の有意な上昇を認め、NF-kBを中心とした炎症関連の核内タンパク質のリン酸化が生じるが、アミノ酸の持続投与によりこれらの炎症反応が抑制された。さらに、LPS投与12時間後に肝小葉構造の破壊や炎症細胞の浸潤などの肝組織障害を認めたが、アミノ酸投与群では肝障害の程度が軽減されていた。この時の、肝臓におけるオートファジーの発現について検討すると、電子顕微鏡写真にてLPS投与群では、正常コントロール群に比べて、増加していたのに対して、アミノ酸持続投与によりオートファジーの減少をとらえることが出来た。

これらの事実より、炎症反応時に生じる肝障害の原因のひとつに、オートファジーが関与しており、アミノ酸のようなエネルギー供与がこれらの病態改善に役立つ可能性が示唆された。
単結晶形状記憶合金大型部材の力学

1.結晶方位依存性の検討:新しく開発中の銅系(CuーAlーMn)形状記憶合金単結晶部材を対象に、弾性剛性や変形回復性能に加え、塑性変形能力と破壊モードに関して、結晶方位依存性を調査した。その結果,特定の結晶方位では極めて高い靭性(100%に近い伸び)を持つことを見出した。また、その原因について考察を行い、国際専門誌に投稿予定の論文原稿を執筆中である。2.疲労特性の検討:CuーAlーMn合金のサイクル熱処理による異常粒成長により、結晶粒径十数ミリのバンブー結晶、サイクル熱処理回数を増やすことで径16mm、長さ100mmの単結晶の棒材を作製し、疲労特性の比較検討を行った。比粒径0.2以下の多結晶は超弾性の初期特性が良好ではないが、比粒径ほぼ2のバンブー結晶と単結晶は良好な超弾性であった。繰返し引張サイクル疲労特性は結晶粒界間の拘束力により生じる転位が影響するため、小さい結晶粒界が集まっている多結晶は疲労特性が最も悪かった。結晶粒界の大きいバンブー結晶は、初期特性は良好であったが、繰返し変形による劣化が促進された。単結晶の劣化因子はほぼ残留マルテンサイト相のため、最も疲労特性が良好という結果が得られた。以上の成果を銅学会で発表し、査読付き論文を投稿し採択された。単結晶形状記憶合金大型棒材の力学特性の方位依存性を調べるための引張実験と,実験結果を評価するための微細組織分析と破断面観察に想定以上の時間を要したため。方位依存性の論文を完成させ、国際専門誌に投稿する。1.結晶方位依存性の検討新しく開発中の銅系(CuーAlーMn)形状記憶合金単結晶部材を対象に,弾性剛性,変形回復性能や温度依存性と結晶方位の関係を検討した。その結果,これらの特性が,結晶方位に依存することを明らかにするとともに,これらの依存性が熱力学に基づく理論式により予測できる可能性を示唆する実験結果を得た。2.大型部材の試作と性能評価最大で径30mmまでの大型部材の試作と引張試験による性能評価を実施した。径20mmまでの部材では,良好な変形回復性能が得られる製造技術を確立するとともに,引張試験を通して疲労特性の評価を実施した。一方,径30mmの部材では比較的早期にクラックが発生する結果を得た。こちらについては,微細組織の観察による原因の推定を実施中である。新しく開発中の銅系(CuーAlーMn)形状記憶合金単結晶部材の特性の結晶方位依存性を明確にすることができたため。単結晶形状記憶合金の大型棒材の作成に予定よりも時間がかかったため。引張実験は既に終了したが,実験後の試験体の微細組織分析と破断面観察は,次年度も継続して実施する必要がある。また,次年度に,これらの研究成果を論文にして取りまとめて投稿する必要がある。
鞭毛軸糸ダイニンによる微小振動素子の構築

真核生物の鞭毛・繊毛は、9本の2連微小管が円筒状に並んだ構造を取っており、モーター蛋白質のダイニンが発生させる滑り力を駆動源として波動運動を行う。私は本研究において、微小管とダイニンから運動システムを構築するという方法で、波動運動発生のメカニズムの解明を目指している。前年度までの研究から、運動システムの基本骨格となる微小管配列を作製できるようになった。また、その微小管配列にダイニンを付与した上で、微小管結合蛋白質のMAPを使って微小管を束化することによって、低頻度ではあるものの鞭毛運動のような屈曲の繰り返し運動を発生させることに成功した。本年度は、その振動的屈曲運動をより安定して発生させるための研究を行った。運動が起こりにくい一つの大きな原因は、MAPの電気的な性質によって微小管がガラス基板表面に張り付いてしまうことであったため、基板表面を長鎖の不活性分子であるポリエチレングリコールで化学的にコートすることを試みた。これによって、微小管の基板表面への張り付きはほぼ完全になくなり、スムーズな運動を発生させられるようになった。また、微小管間の架橋の強さの最適化によって屈曲運動発生率を上げるため、いくつかのMAP濃度条件で運動を発生させる実験を行い、MAPの濃度を3μM程度にしたときに目的とする屈曲運動が発生しやすいことを明らかにした。実験と並行して運動の解析も行い、屈曲が微小管の束の根本(固定端)から先端へとわずかに伝播していることを発見した。屈曲の伝播は鞭毛運動の特徴であり、最低限の運動要素からなるシンプルな系においてこの現象が見られたことは驚きである。本研究の結果は、微小管の束の中におけるダイニン活性の自己制御が鞭毛運動の本質である可能性を示しており、鞭毛の運動メカニズムを解明する上で重要な知見になると考えている。(抄録なし)真核生物の鞭毛は、規則正しく配列した複数の微小管を基本骨格とし、モーター蛋白質のダイニンの発生する力で運動していることが知られている。しかし、その運動メカニズムは未だに分かっていない。私は、微小管とダイニンを他の構造と共に組み合わせることで鞭毛特有の運動を人工的に作り出し、それによって鞭毛運動の仕組みを明らかにしたいと考えている。鞭毛運動を作り出すに当たって、まず骨格となる微小管の配列を作る必要がある。本研究では、微細加工技術を使って一方の塞がったトンネル状構造をガラス基板上に作り、キネシンの運動性を利用して、そこに微小管を引き込んだ。その微小管からさらに微小管を重合させることで、方向の揃った微小管配列を作ることに成功した。次に、作製した微小管に鞭毛ダイニンを結合させ、運動性の有無を確認したところ、不規則ながらも微小管間で振動的運動が見られた。ただし、この系ではダイニンと微小管の相互作用の方向がランダムなため、厳密に方向付けがなされている実際の鞭毛内の系を再現できているとは言い難い。そこで、鞭毛内の系と同じように、ダイニンの微小管への結合の方向性を揃えて運動を発生させる試みを行った。ダイニンを結合させた微小管を別に用意しておき、それをトンネル構造に引き込んで配列させた微小管と相互作用させた。そうしたところ、微小管間において高い再現性で結合・解離の繰り返し運動が見られた。このようにして、鞭毛内の微小管・ダイニン配置を再現し、それによって安定して運動を作り出せることを示した。真核生物の鞭毛・繊毛は9本の2連微小管が束になった構造を取っており、モーター蛋白質のダイニンが発生させる滑り力を駆動源として波動運動を行う。この鞭毛特有の波動運動の発生メカニズムの詳細、すなわちどのように滑り運動が周期的屈曲運動に変換されるか、については未だに良くわかっていない。私は本研究において、微小管とダイニンから運動システムを構築するという方法でこの謎の解決を目指している。前年度は、人工的に製作した微細構造を利用して、運動システムの骨格となる微小管配列の構築を行った。本年度は、実際の鞭毛構造と同じように配列微小管を互いに架橋し、そこにダイニンを加えて力発生させることで、鞭毛らしい屈曲運動を発生させることを目指した。微小管間の架橋はMAP4と呼ばれる微小管結合蛋白質を用いて行った。この蛋白質はそれだけで微小管を束化させることが知られている。その束化させた微小管にダイニンを結合させてATPを加え、その微小管の束が屈曲運動を発生するかどうかを確かめた。そうしたところ、不規則的ではあるが微小管の束において屈曲運動の発生が見られた。一方で微小管を架橋しない場合は、ダイニンに力発生させても屈曲運動にはならずに微小管同士が解離してしまうので、微小管間の架橋が屈曲運動発生のための一つの鍵であることを実験的に示すことができた。この結果によって、単に鞭毛の運動メカニズムの一端を明らかにしただけでなく、構築的な実験手法が多分子からなる生体システムの機能を知る上で有効に使えることも示すことができた。本研究で行ったような分子システム構築手順は、鞭毛運動に限らず、様々な多分子システムの研究に役立てることができると思われる。

私は本研究において、微小管とダイニンから運動システムを構築するという方法で、波動運動発生のメカニズムの解明を目指している。前年度までの研究から、運動システムの基本骨格となる微小管配列を作製できるようになった。また、その微小管配列にダイニンを付与した上で、微小管結合蛋白質のMAPを使って微小管を束化することによって、低頻度ではあるものの鞭毛運動のような屈曲の繰り返し運動を発生させることに成功した。本年度は、その振動的屈曲運動をより安定して発生させるための研究を行った。運動が起こりにくい一つの大きな原因は、MAPの電気的な性質によって微小管がガラス基板表面に張り付いてしまうことであったため、基板表面を長鎖の不活性分子であるポリエチレングリコールで化学的にコートすることを試みた。これによって、微小管の基板表面への張り付きはほぼ完全になくなり、スムーズな運動を発生させられるようになった。また、微小管間の架橋の強さの最適化によって屈曲運動発生率を上げるため、いくつかのMAP濃度条件で運動を発生させる実験を行い、MAPの濃度を3μM程度にしたときに目的とする屈曲運動が発生しやすいことを明らかにした。実験と並行して運動の解析も行い、屈曲が微小管の束の根本(固定端)から先端へとわずかに伝播していることを発見した。屈曲の伝播は鞭毛運動の特徴であり、最低限の運動要素からなるシンプルな系においてこの現象が見られたことは驚きである。本研究の結果は、微小管の束の中におけるダイニン活性の自己制御が鞭毛運動の本質である可能性を示しており、鞭毛の運動メカニズムを解明する上で重要な知見になると考えている。23年度の計画は、微小管の配列方法を確立させることが中心であったため、順調に進展していると言える。作製した微小管配列にダイニン組み合わせて運動性を調べ、この微小管配列が今後の研究においても有効に使えることを確かめられたのは良かった。計画では、2年度目には微小管間を架橋して完全な屈曲運動を発生させるところまで進める予定であったので、十分とは言えないが最低限のラインまでは到達できた。最初は架橋蛋白質として別の蛋白質(タイチンと特異的結合タグとの融合蛋白質)を用いており、それが上手くいかず多少の遅れを生じてしまった。大きな遅れではないため、研究全体としては問題ない範囲である。実際の鞭毛では、微小管同士が大きく解離しないように、それらの間が伸縮性のある蛋白質で繋がれていることが知られている。それによってダイニンの発生する運動が屈曲に変換されていると考えられている。このことを実証するため、作製した微小管配列において微小管間をゆるく繋ぎ、結合解離運動を屈曲運動に変換させることに挑戦したいと考えている。来年度は1年度目の結果と2年度目の結果を組み合わせて運動システムをさらに洗練することを考えている。単にダイニンを微小管の束に加えるのではなく、ダイニン付きの微小管を微小管配列に加えてから架橋することで実際の鞭毛構造のようにダイニンに方向性を付けたり、微小管配列をコントロールできる利点を生かして相互作用する微小管の本数を変えたりして、微小管束の動きを見る予定である。鞭毛運動の発生にはどこが特に重要なのかをはっきりさせて研究をまとめていきたい。(抄録なし)
脊椎動物の脳内光受容機構と季節性測時機構の解明

動物は四季の環境の変化により良く適応するために、日長の変化を読み取り、様々な生理機能を調節している。このメカニズムの解明は生物学に残された大きな謎の一つであるとともに、家畜、家禽、魚類等の生産性の向上にも直結していることから、応用研究としても大きな波及効果をもたらすことが期待されている。ウズラとマウスを使ったこれまでの研究において、日長の情報が下垂体隆起葉において合成される甲状腺刺激ホルモン(TSH)を介して視床下部に伝達されることを明らかにしている。本年度はウズラが脳内で光を受容してから下垂体隆起葉においてTSHが誘導されるメカニズムの解明を目指した。哺乳類以外の脊椎動物は脳内に存在する脳深部光受容器によって日長の変化を感知することが古くから知られていたが、脳深部光受容器の実体は謎に包まれていた。そこで、本研究では視物質(ロドプシン類)の網羅的な発現解析を行った結果、ウズラの脳深部に発現する新規な視物質「オプシン5」を同定することに成功した。オプシン5の局在を詳細に検討した結果、発生過程の視細胞と類似した形態を持つ髄液接触ニューロンに発現し、「春ホルモン」TSHを産生する下垂体隆起葉に投射していることが明らかになった。さらにアフリカツメガエル卵母細胞を用いてオプシン5の機能解析を行った結果、オプシン5は紫色光に最も高い感受性を示し、紫外線から青色光までの短波長光に反応し、精巣の発達を促す脳深部光受容器であることが明らかになった。動物は四季の環境の変化により良く適応するために季節に応じて繁殖、換羽(毛)、代謝、渡り、冬眠などの生理機能や行動を積極的に変化させている。動物は日長(光周期)の情報をカレンダーとして利用しているため、これらの現象は光周性と呼ばれている。しかし「動物がどこで光を感じ、日の長さを測っているのか」という光周性の本質的な謎は未解明であったため、この全容の解明を目的とした。(1)鳥類の光周性を制御する遺伝子カスケードの解明DNAチップを用いたゲノムスケールの発現解析により、ウズラの光周性を制御する遺伝子カスケードを明らかにした。(2)哺乳類の光周性の制御機構の解明鳥類で明らかにした日長情報の伝達機構が、哺乳類にも幅広くあてはまることをマウスをモデル動物として証明した。(3)鳥類の脳内光受容器の同定哺乳類以外の脊椎動物は脳内で光を受容し、光周性を制御することが知られている。そこでウズラの脳深部に存在する脳内光受容器の同定を試みた。(4)光周時計の局在の解明日長の測定には概日時計が関与しているため、光周性を制御する概日時計の局在を明らかにした。(5)鳥類の日長測定機構の解明光周性を制御するマスターコントロール因子、TSHの下垂体隆起葉における時刻依存的な光誘導機構が概日時計によってどのように制御されているか(日長測定機構)を解明することを目的とした。四季の環境の変化に適応できるか否かは生物にとって死活問題である。したがって動物は日長の変化に応じて繁殖、換羽(毛)、代謝、渡り、冬眠などの生理機能や行動を積極的に変化させながら環境の変化に適応しており、これを光周性という。ウズラは様々な動物種の中で光周性研究の最も優れたモデルであることが知られていた。研究代表者らはウズラを用いた従来の研究において光周性を制御する鍵遺伝子(DIO2)を同定し、視床下部内側基底部(MBH)における甲状腺ホルモンの局所的な活性化が光周性の制御に重要であることを明らかにした(Yoshimura et al., Nature 2003)。本研究ではゲノムスケールの包括的遺伝子発現解析により、ウズラの光周性を制御する遺伝子ネットワークを明らかにした。つまり、日長(明期)の延長によって、まず下垂体隆起葉(pars tuberalis)において甲状腺刺激ホルモン(TSH)が合成、分泌されることが明らかになった。さらに下垂体隆起葉から分泌されたTSHはMBHに存在するTSH受容体に結合すると、cAMPシグナル伝達経路を介してDIO2の発現を制御することが明らかになった。TSHは下垂体前葉から血中へ分泌されるホルモンであり、その名が示すように甲状腺に作用し、甲状腺ホルモンの合成や分泌を促すホルモンとして知られていたが、本研究から、下垂体隆起葉で合成されるTSHは脳に作用し、光周性を制御するマスターコントロール因子として働いていることが明らかになった。動物は四季の環境の変化により良く適応するために、繁殖、換羽、渡りなどの行動を毎年特定の季節に行う。動物は日長の情報をカレンダーとして利用している(光周性)ことが知られていたが、その制御機構は謎に包まれていた。研究代表者らは19年度の研究において光周性の最も優れたモデル動物、ウズラを用いて機能ゲノミクス解析を行い、光周性を制御する遺伝子カスケードを明らかにした(Nakao et al., Nature 2008)。すなわち、長日刺激によって下垂体隆起葉において甲状腺刺激ホルモン(TSH)が誘導されると、これが視床下部に作用し、季節繁殖を制御する鍵遺伝子DIO2の発現を誘導することを明らかにしたのである。20年度はこのシグナル伝達経路が鳥類だけでなく、哺乳類においても保存されていることを示すことを明らかにした。

まず、従来季節性を示さないと信じられていたマウスが脳内において日長の変化に反応していることを示した。またTSH受容体(TSHR)を欠損するTSHRノックアウト(KO)マウスが日長の情報を脳内に伝達できないことを示し、TSH-TSHRシグナル伝達系が光周性の制御において必須の役割りを果たしていることを分子遺伝学的に証明した(Ono et al., PNAS 2008)。さらに哺乳類では日長の情報は松果体から夜間分泌されるメラトニンというホルモンが仲介していることが知られていたが、メラトニン受容体のKOマウスを用いた実験により、MT1受容体が担っていることが明らかになった(Yasuo et al., J Neuroscience 2009)。四季の環境の変化に適応できるか否かは生物にとって死活問題である。したがって動物は季節に応じて繁殖、換羽(毛)、代謝、渡り、冬眠などの生理機能や行動を積極的に変化させながら環境の変化に適応している。この際、日長(光周期)の情報が最も重要な役割を果たしているため、これらの現象は光周性(photoperiodism)と呼ばれている。196080年代に様々な動物において光周性に関する生理学的な研究が盛んに行なわれ、光周性の基本的な性質について理解が進んだものの、その分子機構はいかなる生物種においても明らかにされていなかった。光周性の制御には約24時間のリズムを刻む概日時計が関与していることが古くから知られているが、どこに存在する概日時計が光周性を制御しているかは明らかにされていない。そこで、概日時計を制御する時計タンパク質BMAL1に対する抗体を作成し、「光周時計」の局在を明らかにすることを目的とした。その結果、光周性を制御するマスターコントロール因子TSHを合成する下垂体隆起葉(pars tuberalis)に概日時計が存在することが明らかになり、この時計が「光周時計」として働いている可能性が示唆された。今回の研究で光周時計の局在が明らかになったことで、今後この時計がどのように日長を測定しているかを解明するための道筋がつけられた。動物は四季の環境の変化により良く適応するために、日長の変化を読み取り、様々な生理機能を調節している。このメカニズムの解明は生物学に残された大きな謎の一つであるとともに、家畜、家禽、魚類等の生産性の向上にも直結していることから、応用研究としても大きな波及効果をもたらすことが期待されている。ウズラとマウスを使ったこれまでの研究において、日長の情報が下垂体隆起葉において合成される甲状腺刺激ホルモン(TSH)を介して視床下部に伝達されることを明らかにしている。本年度はウズラが脳内で光を受容してから下垂体隆起葉においてTSHが誘導されるメカニズムの解明を目指した。哺乳類以外の脊椎動物は脳内に存在する脳深部光受容器によって日長の変化を感知することが古くから知られていたが、脳深部光受容器の実体は謎に包まれていた。そこで、本研究では視物質(ロドプシン類)の網羅的な発現解析を行った結果、ウズラの脳深部に発現する新規な視物質「オプシン5」を同定することに成功した。オプシン5の局在を詳細に検討した結果、発生過程の視細胞と類似した形態を持つ髄液接触ニューロンに発現し、「春ホルモン」TSHを産生する下垂体隆起葉に投射していることが明らかになった。さらにアフリカツメガエル卵母細胞を用いてオプシン5の機能解析を行った結果、オプシン5は紫色光に最も高い感受性を示し、紫外線から青色光までの短波長光に反応し、精巣の発達を促す脳深部光受容器であることが明らかになった。
運動器軟部組織における新しい造影超音波検査の有用性

運動器疾患のひとつである肩腱板に注目して新しい造影超音波検査の有効性についての検討をした。腱内部は、もともと血流に乏しく、画像を用いた評価は困難であったが、本法により微小血行動態の観察が可能となった。それと同時に、腱板修復術後の腱内部血流の変化についても検討し、腱骨修復過程の客観的評価法のひとつになると考えられた。本研究の目的は造影超音波を用いた運動器軟部組織血流評価のシステムを構築すること、およびこのシステムを用いて肩関節内の腱修復術後の組織治癒過程を微細血行動態から解明することである。H21年度は、第一期研究として本システムの有用性と若年者と高齢者の基準値を設定するために15名の両側肩腱板を対象に造影超音波検査を施行した。この結果、腱内血流は若年者で高齢者より有意に多いことが確認され、正常の腱内血流の基準値を設定できた。一方で腱の周囲にある滑液包は若年者、高齢者ともに腱より有意に高く両者に差はみられなかった。さらに構造的に破たんした組織と正常組織との違いを検討するために同じ年齢の非断裂腱と断裂腱の比較検討を行ったところ、両者に差は認められず、腱が断裂するか否かより年齢の因子が血流低下に大きく関与していることが確認された。本研究は、微小血流を反映させるために、複雑なステップを踏んでおり、超音波の技術と合わせて技術的な修得が要求されるため、検者間の再現性ではなく、同一検者内の再現性のみを検証した。結果はおおむね満足すべき結果であった。現在はこれらの基準値を元に、第二期研究である組織治癒過程における微細血行動態の変化を確認しているところである。これまでの結果は術後1か月で腱内の血流は有意に上昇し、その後2,3か月と経過するにつれて低下していく傾向が確認されている。統計学的な有意差を求めるためにさらなる症例の検討が必要である。現在のところ実験は予定どおりに進行している。本研究の目的は造影超音波を用いた運動器軟部組織血流評価のシステムを構築すること、およびこのシステムを用いて腱修復術後の組織治癒過程を微細血行動態から解明することである。平成21年度は造影超音波をもちいた年齢別の正常組織血流評価を行い本法が有効であることを示した。さらに、各症例の具体的な数値より必要症例数を15名と算出した。平成22年度は、対象患者に対して術前、術後1,2,3カ月での造影超音波による血流を確認し、修復腱内の4か所の関心領域(region of interest : ROI)を周囲組織として2か所のROIを設定し、ついでペルフルブタンを体重当たり0.015ml分計算し静脈内投与し1020秒後、ROIの時間輝度曲線(time intensity curve : TIC)を計測する。コンピューター解析ソフトImage labを用いて造影前のバックグランウンドを差し引いた値を計算する。その結果、腱内での再血流化はおおむね術後1カ月がピークであったこと、腱内での血流分布に差がみられたこと、腱周囲組織(滑膜、骨)が腱内再血流化の供給源になっている可能性が示唆された。本研究は断裂腱が術前から術後まで、どのように再血流化をきたしていくかを示した初めての報告であり、これまで腱のような血管に乏しい組織では非常に困難であった再血流化を確認できたことは非常に重要な報告である。さらに、縫合方法の違いによる血流分布の違いは現在多く行われている力学試験とは全く異なる観点からの生物学的治癒に着目した研究として有効である。今後は、再血流化と組織治癒の関係について動物実験を用いた検討を行う必要がある。
電気生理学的手法と3次元動作分析を用いた素早い移動動作に伴う力の抜きに関する研究

効率的で素早い移動動作には、力の抜き(筋活動の減少)が含まれている可能性が示唆されているが、報告は少ない。そこで本研究ではまず、武道の踏み込み動作をモデルとして、下肢の筋活動と腰部の動きを測定した。踏み込み動作は空手道や剣道競技などにおいて、前方への鋭い踏み込みともに攻撃技を繰り出す際の足運びに含まれ、その速度や力強さは勝敗に影響する。今回は5年以上の継続年数を有する空手道競技者を対象とした。近間、中間、遠間の3つの距離を各自の判断で設定させ、踏み込み動作を伴う攻撃技(刻み突き)を、対人にて自己ペースで行わせた。筋電図の測定は、左右の大腿四頭筋(大腿直筋と外側広筋)、左右の大腿二頭筋、上腕三頭筋を対象として、表面双極法を用いて行われた。モーションキャプチャについては、6台の赤外線カメラを用いて、6箇所(左右の上前腸骨棘、左右の上後腸骨棘、仙骨、刻み突きを行う側の手甲)に装着された反射マーカーに注目し、腰部の移動についての3次元解析を実施した。その結果、踏み込み動作の開始直前に、前脚大腿部筋電図の休止期が得られた。休止期の後に、腰部の垂直方向の変位において下降が開始された。腰部運動は下降のピーク後にその状態をわずかに維持した後にゆるやかな上昇に転じ、その途中で刻み突きのインパクトがあった。以上のことからまず、動作開始前の筋電図休止期が我々の先行研究と同様に得られることが確認された。この休止期がその後の斜め下方向への身体の落下を導くと推察されていたが、腰部運動の3次元的な解析から、落下運動が実際に確認された。さらに、相手との距離が遠くなると、下降の開始から終了までの時間が短くなってスピードが上昇し、筋電図の休止期間は短くなる傾向があった。これらの結果は、相手との距離によって、踏み込み動作直前の筋電図休止期間と身体の落下運動がコントロールされる可能性があることを示唆する。本年度の研究によって、空手道競技者の踏み込み動作において、力の抜きに相当する前脚大腿部筋電図休止期が得られ、その後腰部の落下運動に相当する反射マーカーの下降が確認され、筋電図休止期間と腰部落下運動の関連を示唆する重要な結果が得られた。また、踏み込みの距離によって、筋電図休止期間と身体の落下運動がコントロールされる可能性を示唆する、今後の発展が期待される結果も得られた。これらの成果を学会発表したところ、多くの反響が得られ結果の重要性が確認された。一方で、剣道競技者についても同様の測定を行う予定であったが、モーションキャプチャと無線筋電センサの同期など、測定環境の整備に時間を要したため、これらの内容は次年度以後の研究内容に含めていく予定である。2019年度は、2018年度に得られた研究成果を論文発表できるように被験者数を増やすととともに非熟練者の測定を行って熟練者と非熟練者の比較ができるようにし、また、剣道競技者の踏み込み動作における力の抜きに関する研究も同様に実施する予定である。また、非熟練者を対象に踏み込み動作の習熟方法と関連した測定も行っていく予定である。これまでの実験から、熟練者の踏み込み動作には前脚大腿部の筋活動の減少と腰部の斜め下方向への変位が得られているので、このような動きを習得するために、下り坂の傾斜を利用することを試みる。我々の他の予備的な測定では、適度な傾斜を利用することによって、斜め下方向への腰部の落下と後足の伸展の時間的な連動性が体感しやすい結果を得ている。一定期間この方法を繰り返して動作への習熟方法の有効性を検討すると同時に、習熟前後の筋活動と動作の関連性の変化について言及できるようにしたい。