hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
限界集落で暮らし続ける独居高齢者を支える要因の検討

高齢者を比較することの意義を問い、高齢者の生きる力につながる支援の在り方に新たな見解を得ることを目的とする。今後は、調査に先立ち先行研究による関連要因を再度検証し、理論を生成したうえで調査項目の作成を実施していく予定である。平成27年度に引き続き、限界集落の対象選定における関係機関との調整および質問紙調査項目の検討を実施する調査準備および実施期間としていたが、質問紙調査項目の内容に関して検討、調査実施への準備段階であるため。近年、わが国では少子・高齢化が進展し、人口減少社会、過疎化によるコミュニティ機能の衰退が指摘されている。特に社会共同生活の維持を困難とする限界集落の支援のあり方が問われており、高齢者における最も重要な健康課題である。先行研究から示唆されてきた限界集落におけるコミュニティのあり方について着目したい。コミュニティとしての機能を維持・再生することは、住民の生を身体的・精神的・社会的に支えることにつながると考える。特に限界集落におけるコミュニティの機能が消滅に近づく一方で、先行研究のなかでコミュニティのなかで培ってきた住民の生きる力が示唆されてきた。そのことを踏まえて実践へのサジェスチョンにつながる支援のあり方を見出すことが必要である。本研究は、平成22ー25年度に実施した科学研究費(「限界集落における独居高齢者の生と暮らしの持続可能性の探索(研究活動スタート支援)」「限界集落で暮らし続ける独居高齢者の強さとその意味(若手研究B)」)による予備調査にて先行研究で得られた関連要因を用い、信頼性および妥当性について検証することを目的とする。さらに限界集落で暮らし続ける独居高齢者の生を支えるプロセスをコミュニティの関連に着目し、住民の生きる力につながる支援の在り方に新たな見解を得ることを目的とする。平成28年度から平成30年度の期間、研究代表者は休職していたため、研究を中断せざるを得なくなった。また研究を進めていく上で当初予定をしていた調査を実施するにあたり、調査項目を検討するための尺度開発が必要となる。そのためにも本研究につなげる課題を明確にする目的で調査項目の基盤となる先行研究の成果を精査し、概念を明確にすることが求められた。以上のことから、当初の予定より変更する必要性があったため、研究課題の進歩状況はやや遅れていると判断した。平成26年度の計画は、限界集落におけるフィールドの関係機関の調整および質問紙調査項目の検討を実施する調査準備期間としていたが、質問紙調査項目の内容に関して検討を重ねているため。次年度は、対象者の選定およびフィールドの関係機関の調査を実施し、質問紙調査について検討をする。限界集落において後期高齢者を対象に質問紙調査を実施し、独居高齢者と非独居高齢者との比較検討によって先行研究の有効性を検証する予定である。産前産後の休暇および育児休業の取得による研究の中断(平成27年7月21日平成29年3月31日)
イソプレノイド側鎖の修飾が関係している臓器中メナキノン-4生成機構の解明

ラット生体内におけるK_1(フィロキノン=PK)からメナキノン-4(MK-4)への変換に関するトレーサー実験(1)と、各臓器で生成するMK-4の単離・精製と同定に関する実験(2)を行い、以下の結果を得た。(1)PKからMK-4への変換に関するトレーサー実験^<14>C標識PK(側鎖に標識したものとナフトキノン骨格に標識したものを別々に用いた)を用いたin vivoならびにin vitroの実験から、PKからMK-4への変換は各組織において行われることと、PKはそのイソプレン側鎖がはずれて一度K_3になってから別のイソプレン側鎖(ゲラニルゲラニル基)が付加すると考えられる結果が得られた。すなわち、PKのイソプレン側鎖は3カ所が不飽和化されてそのままMK-4になるのではなく、各組織において一度K_3になったものにゲラニルゲラニル基が付加して生成される機構を明らかにすることができた。また、この変換能は肝臓でよりもむしろ他の臓器(膵臓、唾液腺、腎臓、精巣、脳、等)で高いことが示され、MK-4は肝臓における凝固因子としての作用の他に、多くの臓器においてこの他の未知の生理作用を発揮しているものと予測される。(2)の単離・精製と同定に関する実験昨年度の結果からMK-4生成能が最も高いと考えられた膵臓(MK-4を増やすためにK含有固型飼料を8日間与えた)を用いて、HPLCにおけるMK-4の画分を分取し、不純物(他の脂溶性ビタミン類)を取り除いた後、質量分析装置によって物質の同定を試みた。その結果、PKを経口投与後に各臓器において増えるHPLC上でMK-4様物質であると予測された物質は、MK-4であると同定された。【1】K_1投与後の各組織におけるK類の動態成熟したConventionalのWistar系ラットにK欠乏食を9日間与えた後、24時間絶食してからK_1を経口投与(4mg/kg体重)して、時間を追って各組織中に増えたMK-4の動態をみた。その結果、肝臓中や血中でのMK-4の上昇はわずかであったが、むしろその他の組織、すなわち、膵臓、唾液腺、精巣、腎臓、心臓、脳では、MK-4量は大きく上昇した。血中ではこれらの組織における増加に伴った動きが全くみられなかったので、どこか特定の組織でMK-4が生成されて各組織に運ばれたのではなく、それぞれの組織にK_1から由来するMK-4が生成されたものと考えられた。また、凝固因子の生成の場である肝臓では、K_1からMK-4への変換能はかなり低いことがわかり、その他の組織で大きく増加したMK-4は、これまで知られている凝固因子の活性化などのよく知られている生理機能以外の未知の生理機能を有してしるものと推察され、新しい展開をみることができた。【2】生体内におけるK_1からMK-4への変換に関するトレーサー実験この項目については、イソプレノイド側鎖を^3Hで標識した[2,3-^3H]-K_1を用いたトレーサー実験をすでに行い、基本的な結果を得ている。すなわち、MK-4のイソプレノイド側鎖はK_1のイソプレノイド側鎖から由来するものではなくて、全く別のものから由来している可能性が高くなった。しかし、このイソプレノイド側鎖の組織内供給源に関する検討はまだ不充分であり、今後の詳細な検討が必要である。なお、これまで世界的にもまだ証明されていない変換されたMK-4の同定をGC-MSやNMR分析により行い、現在ほぼMK-4であることを同定している。

ラット生体内におけるK_1からメナキノン-4(MK-4)への変換に関するトレーサー実験(1)と、各臓器で生成するMK-4の単離・精製と同定に関する実験(2)を行い、以下の結果を得た。(1)K_1からメナキノン-4(MK-4)への変換に関するトレーサー実験^<14>C標識K_1(側鎖に標識したものとナフトキノン骨格に標識したものを別々に用いた)を用いたin vivoならびにin vitroの実験から、K_1からMK-4への変換は各組織において行われることと、K_1はそのイソプレン側鎖がはずれて一度K_3になってから別のイソプレン側鎖(ゲラニルゲラニル基)が付加すると考えられる結果が得られた。すなわち、K_1のイソプレン側鎖は3ヵ所が不飽和化されてそのままMK-4になるのではなく、各組織において一度K_3になったものにゲラニルゲラニル基が付加して生成される機構を明らかにすることができた。また、この変換能は肝臓でよりもむしろ他の臓器(膵臓、唾液腺、腎臓、精巣、脳、等)で高いことが示され、MK-4は肝臓における凝固因子としての作用の他に、多くの臓器においてこの他の未知の生理作用を発揮しているものと予測される。(2)MK-4の巣離・精製と同定に関する実験昨年度の結果からMK-4生成能が最も高いと考えられた膵臓(MK-4を増やすためにK含有固型飼料を8日間与えた)を用いて、HPLCにおけるMK-4の画分を分取し、不純物(他の脂溶性ビタミン類)を取り除いた後、質量分析装置によって物質の同定を試みた。その結果、K_1を経口投与後に各臓器において増えるHPLC上でMK-4様物質であると予測された物質は、明らかにMK-4であることが初めて確認された。
神経細胞死におけるサイトカインの機構制御と脳神経外科疾患への臨床応用

IL-1βは炎症性サイトカインの一つであり神経細胞死誘導作用を持つと考えられている。一方、インドメタシンは抗炎症薬でありIL-1β、free radical合成制御効果を持つ。我々は脳損傷時におけるIL-1βの働きとインドメタシンの効果、特にIL-1β合成抑制効果と発熱抑制、及び脳圧降下作用に注目し臨床応用へ向けた研究を行った。(方法)まず、海馬の遅発性神経細胞死モデルとしてラット心停止モデル(5分間)を作製し、海馬におけるIL-1βの発現を免疫組織学的手法を用いて経時的(0,3,6,12,24th,1,2,4,7days)に測定する。次にIL-1βの遺伝子欠損マウスを用いた心停止モデルを作成しIL-1βと遅発性神経細胞死誘導との関係を経時的に(0,12,24h,2,4,7days)in vivoにおいて証明する。クモ膜下出血患者、重症頭部外傷患者に対してインドメタシンを投与し持続的脳温・脳圧測定を行い(持続的脳温脳圧モニター:CAMINO社)、髄液内IL-1β濃度を測定する(ELISA法)。(結果)IL-1βは虚血後に海馬CA1領域の反応性マイクログリアに送気より発現していた。IL-1KOマウスではwild typeと比較し海馬CA1領域の遅発性神経細胞死が抑制されていた。インドメタシン投与を行った症例においては脳温下降が見られ脳圧低下が認められた。また、髄液中のIL-1βは脳損傷の重症度に比例して上昇していた。(考案)IL-1βは虚血後早期より発現し神経細胞死誘導作用を持つことが推察された。インドメタシンの神経細胞死制御効果として脳温上昇の抑制効果、脳圧下降効果が考えられた。今後はこの作用機序について次年度の研究を進めていく予定である。
プロスタサイクリンアゴニストONO1301の肺再生治療の可能性

プロスタサイクリンアナログの一種であるONO1301による肺再生治療の可能性について検討した。その結果、マウス肺再生モデルにてONO1301の肺再生効果が示唆された。これは呼吸機能改善のみならず、組織学的にも肺再生の可能性が明らかになった。これはプロスタサイクリンアアナログのII型肺胞上皮に対するHGF遺伝子発現上葉の結果による可能性が示唆された。またONO1301をシートに塗布した貼付法による局所治療の可能性も明らかにした。COPDなど慢性呼吸疾患の患者数は増加の一途を辿っているが、根治的な治療がない。今回我々はprostacyclinアゴニストの一つであるONO1301による肺再生、修復効果にて検討した。肺再生モデルマウスを用いた投与実験では、ONO1301投与群と非投与群での残存肺の再生にばらつきを認めたため、培養細胞を用いて効果をを確認することとした。肺の主な構成要因である細胞(肺胞上皮細胞;A549、繊維芽細胞NF;normal fibroblast)について、細胞株を用いて、直接ONO1301の投与し、その作用を分析してみた。細胞増殖はいずれの細胞株でも有意な増殖作用は認めなかった。しかし培養液中のサイトカインを調べたところHGFの増加とIL-6の低下を認めた。また、mRNAを調べたところHGF,CXCL12において増加傾向を認めた。VEGF,TGF-betaは増加傾向認めるものの、有意差は認めなかった。LPS添加によるIL-6上昇も抑制した。マウスの気道内にLPS吸入させ、急性肺障害モデルにてその肺を取り出しmRNAの発現を調べたところ有意差はないものの、ONO1301投与群でIL-6の低下をまたHGFの上昇の傾向を認めた。モデル動物作成に相当習練を要すること、できたモデルマウスにても表現型にばらつきがあるため、細胞株の実験を追加し、モデルマウスもより簡便で、LPS投与にて簡便にできる急性肺障害モデルを用いた。ONO1301はHGF,VEGFなどの再生促進因子産生亢進の働きを持っているが、具体的に肺のどの細胞に働いているかは不明であり、まずその作用する細胞種を調べることとした。使用した細胞は線維芽細胞(Normal fibroblast;NF)と肺胞上皮細胞(A549),そしてヒト肺微小血管内皮細胞(HPMEC)で、ONO1301を投与した後にmRNAレベルと培地内の各因子の濃度をELISA法にて測定することとした。線維芽細胞ではSDF1とHGFのmRNAがONO1301の濃度依存性(0-10-100nM)に上昇を示し、それに呼応するように培地中のHGFも上昇していた。一方A549ではいずれの遺伝子も有意差は認めなかった。また肺微小血管内皮細胞でも、VEGF,HGFともに明らかな上昇は認めなかった。ONO1301の作用機序は肺組織の支持細胞である線維芽細胞に作用していると考えられた。また動物実験ではLPS吸入による肺障害モデルにてONO1301の障害抑制効果を検討してみた。まずLPSを径気道的に吸入させてみて、その後3時間後、6時間後、9時間後で犠牲死させ、肺を摘出し、IL-6のmRNAを分析してみた。その結果6時間後がピークで9時間になると減少を示していた。予想に反して、非常に短期間にIL-6 mRNAが上昇しその後減少していたため、ONO1301の効果を確認するには、あらかじめONO1301を投与し、その後LPSを投与することが必要と考えた。その結果LPSのみ投与群に比し、ONO1301+LPS群で有意にIL-6が減少していた。より詳細なメカニズムを検討するため次に肺胞上皮細胞株(A549)にLPSを加え遺伝子の変化について調べた。LPS投与にてIL-6 mRNAは著明に上昇示すが、ONO1301投与にて低下を示した。細胞増殖に関してはONO1301は線維芽細胞に作用している可能性が高く、ストレスに対する抑制作用に関しては肺胞上皮細胞に直接作用していると考えられた。細胞株によってONO1301の効果に差があるため、さらに細胞種を増やし検討を要する。ヒト肺微小血管内皮細胞では、もともと培養条件が難しいためか、増殖能が低く条件設定に時間を要した。プロスタサイクリンアナログであるONO1301の肺再生効果を調べるためマウスの代償性肺再生モデルを用いて実験した。マウスを始めてとするげっ歯類では、一定以上の肺切除を行うと、残存肺が代償性に成長することが以前より知られており、それにはHGFやTTF-1が関与されているされている。病理学的には、一旦肺気腫様に肺胞間隔壁が破壊されるが、数日でそれが修復されることもわかっている。このマウスの代償性肺再生モデルを行い、プレチノグラフィと超偏極129XeMRIを用い残存肺の呼吸機能、生理機能測定を測定した。全身麻酔下に片肺切除術を行い、残存肺をONO1301投与群(治療群)と非投与群(コントロール群)について調べた。その結果、ONO1301投与群において肺コンプライアンスの改善と、ガス交換能の改善を認めた。また、残存肺の修復過程を調べるために残存肺を摘出し病理組織像を解析した。cell cycleマーカーのki-67を評価した結果、ONO1301投与群で上昇している傾向があった。

また、肺胞破壊の程度も検討したところONO1301投与群で、肺胞間距離の短縮が認められ、肺胞破壊が軽快、再生していると思われた。さらに臨床治療応用を目指すために、ONO130を全身投与に比べ、少ない副作用が期待される局所投与法を検討した。全身麻酔下、人工呼吸管理下のマウスを開胸後、肺表面にONO301吸収させたアテロコラーゲンシートを貼付し、2週間後犠牲死させ、再開胸し、貼付群の肺と非貼付群の肺を採取,肺組織からmRNAを抽出、HGF、VEGF、TTF-1などの変化をRT-PCRにて分析した。その結果、症例数が少なく有意差はないものの、ONO1301貼付群でHGFの上昇が認められ、TTF-1で高い傾向を認めた。プロスタサイクリンアナログの一種であるONO1301による肺再生治療の可能性について検討した。その結果、マウス肺再生モデルにてONO1301の肺再生効果が示唆された。これは呼吸機能改善のみならず、組織学的にも肺再生の可能性が明らかになった。これはプロスタサイクリンアアナログのII型肺胞上皮に対するHGF遺伝子発現上葉の結果による可能性が示唆された。またONO1301をシートに塗布した貼付法による局所治療の可能性も明らかにした。LPS投与による急性肺障害モデルマウスにてONO1301投与による障害軽減効果を確認することと、肺を構成している各種培養細胞を用いた投与実験にて、主な作用している構成細胞の同定と作用機序を解明する。今回調べた細胞では細胞の種類によってONO1301に反応性の差異を認めた。特に繊維芽細胞ではONO1301に対してよく反応し再生因子生産亢進作用があるように思われた。しかしその他の細胞株として血管内皮細胞であるHUVECを用いてONO1301投与による再生因子(HGF,VEGF)の変化を調べる予定である。またあらたな動物実験としてCOPDモデルであるエラスターゼ投与を行い、ONO1301の再生能力を調べる予定である。投与法として、皮下注射とシート移植を予定している。呼吸器外科学
配糖体の体内動態を制御する促進拡散型トランスポーターの同定

細胞膜を介した配糖体の輸送活性を増幅して検出するために、βグルコシダーゼの一種であるヒトGBA3の哺乳動物細胞用発現ベクターの構築およびその安定発現株の作製を行った。GBA3をHEK293細胞に一過性に発現させ、βグルコシダーゼ活性を測定した結果、その活性は細胞質内だけでなく、培養液中にも認められた。このことから細胞内のGBA3は部分的に分泌されることが示唆された。そこでGBA3を細胞内に留めるために、小胞体局在化シグナルを有するcalnexin、アクチン結合性Lifeactおよびクロマチンの構成成分であるhistoneH2Bを付加したGBA3およびそれらの発現用ベクターを作製した。これらGBA3付加体をHEK293細胞に発現させたところ、いずれも細胞内GBA3活性に対する細胞外GBA3活性が顕著に低いこと示された。calnexin-GBA3およびH2B-GBA3を発現するHEK293細胞安定発現株を作製し、4-methylumbelliferyl β-D-glucopyranoside (4-MU-Glc)を添加したときの加水分解により生成する4-MUの蛍光強度を評価した結果、4-MUの生成量は、GBA3活性だけでなく、4-MU-Glcの細胞膜透過量に依存することが示された。以上より、GBA3付加体を安定発現したHEK293細胞は、配糖体トランスポーターを評価するための遺伝子導入用ホスト細胞として利用できると考えられる。平成30年度は、配糖体の輸送活性を増幅して検出するための評価システムを構築することを目標としており、その主要な項目は達成できたと考えることができるため、現在までの進捗状況はおおむね順調と判断した。平成31年度は、メラノーマ細胞株(A2058、G-361、Mewo)に細胞内局在性GBA3を安定発現させ、4-MU-Glc添加時に生成する4-MUの蛍光強度を定量し、蛍光強度の比活性(対細胞溶解液)が高い細胞株を選定する。配糖体の輸送活性が最も高いメラノーマ細胞において、mRNAの高発現が認められるトランスポーターおよびトランスポーター様遺伝子群を対象に配糖体に対する輸送活性を平成30年度に作製した評価系により検討する(遺伝子をHEK293/GBA3細胞に一過性発現させ、4-MU-Glcの輸送・分解に伴う蛍光強度を指標に配糖体輸送の活性スクリーニングを行う)。
グルタミン酸トランスポーターブロッカーの開発

グルタミン酸トランスポーターはグリア細胞や神経終末に存在し、グルタミン酸による神経伝達を終焉させると共に、シナプス内のグルタミン酸濃度を常に低く保つことで興奮毒性から守っている。我々は基質であるDL-threo-β-ヒドロキシアスパラギン酸(THA)をリードとし、水酸基にかさ高い置換基を導入することにより、ブロッカーとレてトランスポーター電流を遮断できるようになることを見いだした。特にL-TBOA(threo-benzyloxyaspartate)はヒトEAATl,2,3に対して今までで最も強力なブロッカー活性を示した。一方、置換基が小さい場合(メチル基など)には、EAATl,3に対しては基質として、EAAT2に対してはブロッカーとして働くことが、EAATを発現させたアフリカツメガエル卵母細胞を用いた電気生理学的同定により明らかになった。ついで、ブロッカーに機能性を持たせることを検討した。ベンジル基の代わりに蛍光基を導入する経路は、蛍光基が化学的に不安定なことが多く、うまくいかなかった。そこで、TBOAのベンジル基上にアミノ基を導入し、そのアミノ基に置換基を導入することを考えた。パラ位に置換した化合物では、グルタミン酸の取り込み阻害活性は著しく減少したが、メタ位置換体(m-amino-TBOA)では元のTBOAとほぼ同等の活性を示した。またアミノ基をアシルで保護しても、その活性はあまり減少しなかった。トランスポーター蛋白の単離のためのアフィニティーカラムリガンド作成を目標として、m-amino-TBOAとポリスチレン樹脂との結合を検討した。グルタミン酸トランスポーターはダリア細胞や神経終末に存在し、グルタミン酸による神経伝達を終焉させると共に、シナプス内のグルタミン酸濃度を常に低く保つことで興奮毒性から守っている。これらのトランスポーターの役割を調べるためには阻害剤が不可欠であるが、既知阻害剤の多くは競合基質であり、輸送に伴うイオンの流れは止めることができなかった。我々は基質であるDL-threo-β-ヒドロキシアスパラギン酸(THA)をリードとし、水酸基にかさ高い置換基を導入することによりブロッカーとして、トランスポーター電流を遮断できることを見いだした。置換基として化学的に安定なベンジル基を導入したDL-TBOA(threo-benzyloxyaspartate)を合成したところ、ヒトEAAT1,2,3に対して今までで最も強力なブロッカー活性を示した。グルタミン酸トランスポーターはグルタミン酸に対しては高いL-選択性を示すが、アスパラギン酸・THAに対してはD,L-体が共に強い親和性をもつ。TBOAについても立体選択性を調べるために、セリナール誘導体を原料にした光学活性体ヒドロキシアスパラギン酸誘導体の合成経路を開発し、各異性体の活性を調べた。その結果、L-threo体が最も強いものの、D体やerythro体にも取り込み阻害活性が見られた。これらはいずれもブロッカ一として働いた。さらに、置換基の大きさの効果を調べるために、置換基がメチル基・ナフチルメチル基の化合物も合成し、その阻害活性を調べた。これらはいずれも強い阻害活性を有していた。また、これらのTHA誘導体はグルタミン酸受容体にはほとんど作用せずトランスポーターに選択的であり、トランスポーター研究の重要な試薬となることがわかった。現在は置換基の位置を特定することでサブタイプ選択的なブロッカーを開発することを目指している。
東北日本弧プレート境界面の力学特性解明を目指した実験的研究

2011年東北沖地震とその余効変動機構を解明するために、沈み込み帯を構成する岩石類の変形実験を行った。ガス圧試験機による摩擦実験から、石英ガウジの摩擦不安定性は、ガウジ中の内部構造を反映したエネルギー比に依存する。また、蛇紋岩などの破壊伝播速度は、岩石種の摩擦特性と垂直応力に依存するため、スロースリップはプレート境界の物質科学・力学的応力状態を反映している可能性がある。固体圧変形試験機を用いた島弧下部地殻条件を模した変形実験から、長石多結晶体の変形機構および強度は、外部から添加された水の存在によって大きく影響を受ける。さらに、東北日本島弧-海溝系とプレート境界のレオロジーモデルを提案した。沈み込み帯を構成する岩石の摩擦挙動を解明するために、既設のガス圧変形試験の改良を行った。プレテック社製同試験機専用サーボシステム一式(間隙圧兼封圧調整器、油圧装置、ピストン変位・軸力サーボ制御装置、間隙圧・封圧サーボ制御装置)を購入し、サーボ制御化した。これにより、極めて多彩なピストン変位、軸力、封圧、間隙圧の制御を高速・高精度かつ安定的に制御することが可能になった。予察実験には、沈み込み帯を構成する岩石の中で、かんらん岩や蛇紋岩の模擬断層ガウジを用いて摩擦実験を行い、破壊伝播速度が摩擦係数に反比例、垂直応力に比例することを明らかにした。このことは、沈み込み帯深部プレート境界において、脱水により生成した高間隙圧流体の存在と弱い断層物質(蛇紋岩類など)の存在が、ゆっくりとした破壊(スロー地震など)を引き起こす可能性を示唆している(Geologyに投稿査読中)。さらに、石英岩の非晶質化による断層弱化機構の解明を目指し、摩擦の素過程であるアスペリティの剪断運動を模擬した摩擦実験を行った。石英が摩擦によって、SiO4四面体が3もしくは4員環をなす非常に歪んだ構造になり、含水化した非晶質非晶質シリカが生成することで、速度弱化した可能性を指摘した(Geophys. Res. Lett.に掲載)。地震後の余効変動を左右する岩石の粘性挙動における水の効果を明らかにするために、固体圧変形試験機を使って、島弧下部地殻の主要構成鉱物である斜長石の流動に対する水の効果を調べた。添加する水の量および変形速度に応じて、流動強度及び変形特性が変化することから、水の拡散現象が変形挙動を大きく左右する可能性がある。またこれまで報告されている地温構造、地震発生層厚さなどを使い、余効変動解析において重要な東北日本弧島弧ー海溝系の粘性構造を提唱した。沈み込み帯を構成する岩石の摩擦の不安定性に関する実験を行った。石英や蛇紋岩、カンラン岩を使った模擬断層ガウジの実験から、摩擦の不安定性と封圧の関係、ガウジ量の関係を明らかにした。固体圧試験機を用いた実験から下部地殻岩石(長石多結晶体)の変形機構が加えた水に大きく影響することが明らかになった。特に加える水が増加することで、脆性破壊から局所的な塑性変形が卓越し、強度が大きく低下する(無水のものの1/10程度)ことが明らかになった。また電子線後方散乱回折法により長石多結晶体の変形機構を明らかにした。また圧電素子を用いた弾性波速度測定システムの構築を行った。圧電素子をガス圧試験機内に配置し透過法にて速度既知のセラミック試料を用いてシステムの校正を行い、間隙流体存在下での速度測定法を構築した。また東北沖地震後の余効変動において、粘弾性緩和の寄与を評価するために東北日本弧島弧-海溝系のレオロジー構造を提唱した。東北沖地震を引き起こしたプレート境界構成物質の摩擦特性を明らかにするために、ガス圧試験機を用いて摩擦実験を行った。石英ガウジを用いた摩擦実験から、載荷応力緩和中のエネルギー比を求め、これらが一定値を保つこと、エネルギー比の乱れが摩擦の不安定と一致することを明らかにし、断層ガウジの摩擦不安定性をエネルギー比を用いて議論した。また蛇紋岩・カンラン岩ガウジを持ちいた摩擦実験から、封圧とガウジの強度によってラプチャー速度が変化することを明らかにした。余効変動が起こることが想定される下部地殻の主要構成鉱物である斜長石のレオロジーにおける水の効果を定量するために、無水の人工アノーサイト多結晶体に、最大0.5 wt%の水を導入させながら流動特性を調べた。下部地殻条件を再現できる固体圧変形試験機を用いて、メルトを含むものと含まないもの2試料を使い剪断変形実験を行った。メルトを含む・含まない試料とも水を加える事で流動強度が、無水のものの最大20分の1程度まで低くなった。

微細組織観察から軟化した試料には塑性変形が卓越しており、歪の局所化した部分の含水量は周囲よりも高いことが認められた。固体圧試験機における差応力決定精度を向上させるためアセンブリを改良した。強度が封圧に依存しない金属試料を用いて、固体圧試験機とガス圧試験機で得られた様々な温度・封圧・歪速度・歪量の強度を比較することで、固体圧試験機の応力校正則を構築した。またガス圧試験機を持ちいた岩石の弾性波速度測定システムの構築を行い、間隙圧を制御した弾性波速度測定を行い、弾性波速度の有効圧依存性を検討した。さらに東北沖地震を引き起こしたプレート境界断層の特性を知るためレオロジーモデルを構築した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、沈み込み帯での巨大地震を起こしたプレート境界断層の摩擦特性やその後の余効変動が起こるとされる島弧地殻深部の岩石の粘性流動特性を明らかにすることであった。平成25年度は、沈み込み帯を構成する岩石(蛇紋岩、かんらん岩、石英など)の摩擦特性およびその不安定性を明らかにした。また島弧下部地殻を構成する斜長石多結晶体の流動特性における水の効果を解明しつつある。さらに封圧下において、岩石の弾性波速度測定を可能にするシステムの構築を行った。さらに現在起こっている余効変動の解析に資するレオロジーモデルを構築することもできたため、上記と判断した。構造地質学模擬断層ガウジの摩擦不安定性に関する実験を続け、摩擦の不安定性が何に起因するかを明らかにしていく。更に不安定すべりの際の動的挙動(ラプチャー速度や応力降下量)を岩石の種類および封圧などの関数として明らかにする。沈み込み帯を構成する堆積岩類(砂岩・泥岩)や結晶質岩類(斑レイ岩など)を対象に弾性波速度測定を行い、弾性波速度特性(圧力依存性と組織との関係)を明らかにする。また沈み込み帯を構成する岩石試料の変形実験に有用な固体圧塩セルの応力校正実験を行う。さらに島弧下部地殻の代表的鉱物である灰長石多結晶体を用いて、レオロジー特性における流体(メルトや水)などの効果を明らかにする。H24年度は、科研費を使い、東北大学に既設のガス圧式高温高圧変形試験機の改修を行い、載荷システムおよび間隙圧システムのサーボ化を行った。11月末に改修を行ったが、その後、予察的な実験を幾つか行うことができた。予察的な実験として、沈み込み帯を構成する岩石でこれまでにあまりデータの無いカンラン石、蛇紋岩類のガウジを用いた摩擦実験を行った。また固体圧変形試験機による実験では、圧媒体に塩を用いたアセンブリの開発を行い、応力測定精度の向上を計った。予察的な実験として、金属試料を用いた実験を行い、力学測定精度、再現性の確認を行なっている。以上の二点に加え、東北沖での地球物理学的な観測結果から岩石種の推定を行うために、ガス圧変形試験機を用いた岩石の超音波測定システムの構築にも着手した。こちらも高圧室温下での校正を終えることが出来た。以上の観点から、3ヵ年の研究計画において、初年度は概ね順調に研究は進展し、次年度以降の研究計画の見通しがたった。ガス圧変形試験機を用いて、余効すべりの卓越する400度までの様々な温度において、摩擦の速度依存性(すべりの不安定性)への温度の効果を明らかにする。また間隙圧を制御した摩擦実験を行い、高圧間隙流体が断層の摩擦強度及び不安定性に及ぼす影響を明らかにする。
高校段階の海外帰国生徒に最適な異文化体験を生かす日本語基礎教材の開発

帰国生にふさわしい教材とは、その日本語力に応じて不足していた日本語力を補うものであると同時に、発達段階に合い、その思考を深めるものである。日本語力のどの部分が不足しているのかを把握する手段も確立されてはいないが、東京学芸大学附属高等学校大泉校舎における実践から、長期海外滞在者の場合の基礎日本語力の補充をめざして、報告書の「日本人の生活感情」をまとめた。基礎力すなわち文脈の呼応や基本的語彙を補わなければならない帰国生の場合、日本語のことばの背景にある日本人の感情を理解しなければ、そのことばを認識することは難しい。ある程度の日本語力を持ち、一般生活に不自由がないように見える帰国生の場合も、抽象的な内容や日本文化を背景としたものになると、つまづくばかりでなく、拒否反応を示して理解できないこともある。これは、知識を加え、異文化体験で培われた日本文化を客観視する姿勢を発展させることでずいぶん解消される。そこで、日本語を世界の言語の中に位置づけ、その特色を考える教材を開発し、報告書「世界のなかの日本語」にまとめた。日本文化は、古典や中国の文化に支えられている。そこで、古文、漢文の世界にも目を向けさせるように、身のまわりのことばから漢文入門を、絵の世界から古文入門を考える教材を工夫し、報告書の「物語と絵」、「文字とことば」に示した。このように、日本語、日本文化の知識を得、客観的にながめて考えることは、現在日本人として生きる帰国生にとって、かつての異文化体験を相対化し、自分をみつめることにつながる。明治期の異文化体験の記録でもある永井荷風の『新帰朝者日記』を通じて文明批評を行うことは、帰国生の特性を引き出し独自の思考を展開させる教材ともなる。報告書の「文明批評への視点」は、このようなより高度な内容の教材として示した。以上の5章からなる報告書(別に添付)に研究成果をまとめた。1.日本語教材ー外国語を思考のよりどころとしている長期在外生を対象とし,日本語力を考察した応分の教材を以下の3項目に従って開発中である.(1)日常的に使われることばでありながら教科書には出てこないことばの習熟をねらいとする教材.(2)日本語の特色をさまざまな用例を通して理解することをねらいとする教材. (3)ことばの微妙な働きを踏まえて的確な表現活動をすることをねらいとする教材.2.国語表現教材ー帰国生が苦手とする象徴的な表現や微妙な感情表出の理解力をつけ,日本文化論的視点を養うように現代文の教材を開発する中で,表現の基本を身につける学習の必要が出てきた.要約・視点・構成などの項目に従って日本語力に応分でしかも興味関心のもてる教材の開発,およびそれらを基にした一連のカリキュラムを試作し実践中である.3.現代文教材ー種々の教材を実際に授業で試用した結果,海外帰国子女の特性を伸長するためには以下の2項目を考慮する必要があるとの結論に達している.(1)人間のもつ自己中心性を知り,自己の体験を客観的に見つめ直すことのできる教材. (2)さまざまな文の特質を論じた教材などが有効である.今後もこの方針に従って教材の開発を続けていく.4.古文入門教材ー帰国生が身につけていない日本文化の知識を補うとともに,帰国生の感情や思考を発展させられるような配慮をして,以下の2項目の視点から教材開発を進めている.(1)視覚に訴える部分を利用した教材. (2)創作を導入した学習にふさわして教材.幅広いジヤンルや時代を視野に入れながら,入門期の次の段階の教材の開発も試みていこうとしている.以上の1から4の各分野に従って教材の開発,指導法の工夫を試みつつ,実践を繰り返しているところである.帰国生にふさわしい教材とは、その日本語力に応じて不足していた日本語力を補うものであると同時に、発達段階に合い、その思考を深めるものである。

以上の5章からなる報告書(別に添付)に研究成果をまとめた。帰国生徒の場合、日本語力および日本文化に対する知識は、個人差はあるが、不十分であることが多い。この心象を語意テスト・新聞記事の理解度テストなどを通じて調査した。その結果一般生徒に比べ日本語力は確かに不足しており、知識もその生育歴に応じて欠落していることが見出された。しかし、その開きは極端には大きくなく、一般の現代の高校生が持つ傾向を反映しているとも考えられる。こうした帰国生のための教材としては日本語力を補うものが必要であるが、単に平易にしただけではその発達段階に対応できない。その異文化体験を通じて培われた日本語および日本文化を客観に見ることのできる視点を科用して独自の思考を展開させることができないかと考えた。東京学芸大学附属高校大泉校舎では、過去試行錯誤してきた実践をふまえ、教材として効果的と考えられるものを検討した。その中から今回は次の5つの視点をもとにしてまとめ、報告する方針を立てた。1「世界のなかの日本語」(日本語の特色)日本語を客観的に把握し、その特色を知ることで抵抗感を緩和させる。2「日本人の生活感情」(基礎日本語教材)日本語の基礎を充実させるとともに、ことばの裏にある日本人の感覚を知る。3「物語と絵」(古文入門)4「文字とことば」(漢文入門)短いことばや熟語、絵画などの親しみやすい教材で古典の世界へ導入する。5「文明批評への視点」(明治の文学)明治期の異文化体験が示されている明治の文学を通して、日本文化を考えさせる。
生体内増幅アンチセンスRNAを用いる脳機能解析法の開発

本研究の目的は生体の脳内局所においてアンチセンスRNAを増幅させることにより、その脳局所機能を一時的に停止させ、当該脳領域の機能解析を実現することにある。まず、溶液中でのRNAポリメラーゼ増幅反応によるcRNAの増幅を確認した後、バゾプレッシン特異的配列に対するホスホロチオエート化アンチセンス・オリゴヌクレオチドを脳内投与し、バゾプレッシン機能を抑制しうる有望な配列を見いだした。この配列を用いて逆転写酵素およびジゴキシゲニン標識dUTPを含むヌクレオチド基質と共にラットの室傍核に微量投与し、一本鎖cDNAの生成条件を検討した。ラットをかん流固定し、取り出した脳からクリオスタット切片を作製し、抗ジゴキシゲニン抗体を用いて免疫組織化学的に検索した。投与・反応条件の検討によって、一部の神経細胞に淡い染色が観察された。しかし、神経細胞による非特異的な取り込みである可能性を否定できず、さらに検討を重ねる必要がある。一方、より高感度のin situ mRNA検出法確立の目的で、固定切片上でのRNAポリメラーゼ増幅反応法の条件について検討を開始した。各反応ステップについて、至適反応条件を決定すべく検討を続行中である。特異的なmRNAに対するアンチセンスRNAを固定切片上で増幅し、それをセンス・プローブを用いたin situ hybridization法で検出することにより、mRNAの検出感度が飛躍的に増大するものと期待される。この目的の達成のために、平成9年度は下記の基礎実験を行った。1)溶液中でのRNAポリメラーゼ増幅反応(in vitro RNA polymerase reaction):ラットの脳からRNAを抽出し、これとT7プロモーター配列をアダプターに持つポリチミジン・オリゴヌクレオチドを用いてRNAポリメラーゼ反応を行い、cRNAの増幅を確認した。さらにバゾプレッシン特異的配列に対して同様の実験を行い、バゾプレッシン特異的cRNAの増幅を確認した。2)固定切片上でのRNAポリメラーゼ増幅反応(in situ RNA polymcrase reaction):ラット脳を潅流固定し、固定切片上でバゾプレッシン特異的cRNAの増幅を試みた。増幅cRNAの検出にはビオチン標識センスプローブを用いた。現在、各段階の反応条件を検討中である。3)アンチセンス・オリゴヌクレオチドの脳内投与法の検討:バゾプレッシンcRNA配列の4カ所について、T7プロモーター配列をアダプターに持つホスホロチオエ-ト・アンチセンスオリゴを作製した。これをラットの脳室内に投与し尿量の変化を検討した。この検討により、一つの有望な配列を確認した。現在、この配列を用いて、酵素、基質の投与量と投与法を検討中である。昨年度までに、溶液中でのRNAポリメラーゼ増幅反応を行い、cRNAの増幅を確認した。また、バゾプレッシン特異的配列に対するアンチセンス・オリゴヌクレオチドを脳内投与し、バゾプレッシン機能を抑制しうる有望な配列を見いだした。平成10年度は、昨年度までのデータに基づき、下記の実験を行った。1)固定切片上でのRNAポリメラーゼ増幅反応法について、2本鎖cDNA作製のための反応条件を決定した。2)昨年度に見出したバゾプレッシン特異的アンチセンス・オリゴヌクレオチドと逆転写酵素および標識基質を脳内投与し、一本鎖cDNAの生成条件を検討した。現在も検討続行中である。
酸化ガリウム混晶半導体薄膜を用いたヘテロ接合デバイスの開発

本研究はβ-Ga2O3のヘテロ接合デバイス応用に向けた薄膜成長および物性評価を行う研究である.昨年度ではβ-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3ヘテロ接合界面に関する電子構造を明らかにした.また,電気特性評価に向けてβ-Ga2O3基板表面上の不純物の存在が課題であることを明らかにした.これらを踏まえて本年度は下記の3つに取り組んだ.(1)絶縁性MgO基板への導電性β-Ga2O3薄膜の成長(2)不純物除去に向けたβ-Ga2O3基板への表面処理の検討(3)全率固溶β-(AlxGa1-x)2O3薄膜の成長とバンドギャップ評価(1) MgO基板はβ-Ga2O3薄膜成長に用いられる単結晶基板の1つであり,非常に高い絶縁性を有することからβ-Ga2O3薄膜の電気特性評価に有効であると考えられる.そこでMgO基板上への導電性β-Ga2O3薄膜の成長を行ったところ,結晶性・導電性の点からMgO基板はβ-Ga2O3薄膜の成長用基板として有用であることが明らかになった.一方で更なる結晶性向上の必要性が明らかになった.(2) β-Ga2O3基板表面の不純物の除去に向けて,ドライエッチング・ウェットエッチングによる不純物除去の検討を行った.これらの結果,リン酸を用いたウェットエッチングにより基板表面の不純物Siを約1/10まで低減した.一方でリン酸処理後のβ-Ga2O3基板上に成長したβ-Ga2O3薄膜は結晶性が大きな悪化したことから,今後の電気特性評価に向けて表面平坦性・結晶性の改善が必要であることが明らかになった.(3) β-(AlxGa1-x)2O3の更なる電子構造評価に向け全Al組成β-(AlxGa1-x)2O3薄膜の成長を行った.従来の固溶限を超える全Al組成のβ-(AlxGa1-x)2O3薄膜成長を達成するとともに,さらにこれらのバンドギャップ変調を明らかにした.昨年度からの課題であったβ-Ga2O3基板表面の不純物の存在について,本年度ではウェットエッチングが有効であることが明らかにした.これにより不純物除去に向けたプロセス開発の方針が定まった.またこの過程でβ-Ga2O3薄膜の結晶成長技術を確立した.これによりβ-Ga2O3薄膜の更なる高品質化が期待でき,先の不純物除去と合わせて今後の電気特性特性に関する進展が期待できる.また本年度ではβ-(AlxGa1-x)2O3の全率固溶の実現とともにそのバンドギャップエンジニアリングを明らかにした.昨年度明らかにしたβ-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3界面の電子構造と合わせて,β-(AlxGa1-x)2O3系のエネルギーバンド構造に関する基礎物性が明らかになった.これらの結果はデバイス設計に関する重要な知見であり,今後のβ-(AlxGa1-x)2O3系ヘテロ接合デバイスの大きな前進につながると考えている.来年度はβ-Ga2O3基板の表面処理プロセスの確立を目指す.本年度明らかにしたウェットエッチング技術を基に,不純物量・表面平坦性・結晶性などの観点からエッチング条件の再検討を行うとともに,エッチング処理後の二次洗浄などの検討も行う予定である.表面処理プロセスを確立後,β-(AlxGa1-x)2O3薄膜に関する電気特性を行う.Al組成やドーピング濃度に対する電気特性依存性を明らかにするとともに,これまで明らかにしてきたβ-(AlxGa1-x)2O3に関するエネルギーバンド構造に関する知見と合わせて,ドナー準位・活性化率に関する考察を行う予定である.これと並行してヘテロ接合デバイスのための新たなバリア層としてβ-(Ga1-yScy)2O3薄膜の検討を行う.β-(Ga1-yScy)2O3薄膜の成長条件検討に加えバンドギャップエンジニアリングを明らかにする予定である.大電力制御用素子であるパワーデバイスにおいて,高電圧下においても大電流制御が可能な高耐電圧材料を用いることで電力損失の低減が期待できる.β-Ga2O3はその高い耐電圧性能からパワーデバイス応用が期待される半導体材料である.β-Ga2O3とβ-(AlxGa1-x)2O3とのヘテロ接合デバイスはバルク体を超える移動度が期待でき,また通信用途への応用が期待できる.本研究はβ-Ga2O3のヘテロ接合デバイス応用に向けたβ-(AlxGa1-x)2O3薄膜作製と物性評価を目的とする.本研究では酸素ラジカル支援パルスレーザ堆積法によるβ-Ga2O3,β-(AlxGa1-x)2O3薄膜の成長を行った.原料として従来の焼結体に代わり単結晶を用い,また酸素ラジカルの発生条件の検討を行うことで,従来の二桁ほど低い不純物濃度のβ-Ga2O3薄膜の成長を行った.また成長前の基板表面の洗浄・改質法の工夫により初期成長の改善と薄膜の高品質化を行った.一方で不純物濃度測定により基板表面付近の多量の不純物の存在が明らかとなった.β-(AlxGa1-x)

2O3薄膜について,従来の単一原料を用いて薄膜成長を行った場合,薄膜表面に高Al濃度の析出物が生じることが問題となっていた.これに対して打ち分け法を用いることにより,析出物がなく薄膜全体で均一な組成を持つβ-(AlxGa1-x)2O3薄膜の成長を行った.先の成長条件をもとにβ-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3ヘテロ接合界面を作製し,電子分光法による電子構造評価を行った.構造評価の結果,Al組成x = 0.3においてバンドギャップ4.9 eV,伝導帯バンドオフセット0.24 eVが得られた.これはAl2O3混晶化を行ったβ-(AlxGa1-x)2O3薄膜によってヘテロ接合デバイス応用に必要な伝導帯バンドオフセットが得られることを示している.本年度の以下3点を行う計画であった.(1)酸素ラジカル支援パルスレーザ堆積法によるβ-Ga2O3,β-(AlxGa1-x)2O3薄膜の成長.(2) β-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3ヘテロ接合界面の電子構造評価.(3)不純物ドーピングによる導電性β-(AlxGa1-x)2O3薄膜の作製.(1)基板表面処理や薄膜成長法の再検討により,高品質β-Ga2O3,β-(AlxGa1-x)2O3薄膜の成長法を確立した.一方で基板表面付近の多量の不純物の除去が課題となっている.(2)電子分光法を用いることでβ-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3ヘテロ接合界面の電子構造を明らかにした.これについては当初の計画通りである.(3)現在不純物ドーピングによる導電性の発現に着手できていない.この原因について,装置立ち上げの遅れや薄膜の高品質・高純度化や基板表面付近の不純物除去について多くの時間が掛かっている事が挙げられる.本研究はβ-Ga2O3のヘテロ接合デバイス応用に向けた薄膜成長および物性評価を行う研究である.昨年度ではβ-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3ヘテロ接合界面に関する電子構造を明らかにした.また,電気特性評価に向けてβ-Ga2O3基板表面上の不純物の存在が課題であることを明らかにした.これらを踏まえて本年度は下記の3つに取り組んだ.(1)絶縁性MgO基板への導電性β-Ga2O3薄膜の成長(2)不純物除去に向けたβ-Ga2O3基板への表面処理の検討(3)全率固溶β-(AlxGa1-x)2O3薄膜の成長とバンドギャップ評価(1) MgO基板はβ-Ga2O3薄膜成長に用いられる単結晶基板の1つであり,非常に高い絶縁性を有することからβ-Ga2O3薄膜の電気特性評価に有効であると考えられる.そこでMgO基板上への導電性β-Ga2O3薄膜の成長を行ったところ,結晶性・導電性の点からMgO基板はβ-Ga2O3薄膜の成長用基板として有用であることが明らかになった.一方で更なる結晶性向上の必要性が明らかになった.(2) β-Ga2O3基板表面の不純物の除去に向けて,ドライエッチング・ウェットエッチングによる不純物除去の検討を行った.これらの結果,リン酸を用いたウェットエッチングにより基板表面の不純物Siを約1/10まで低減した.一方でリン酸処理後のβ-Ga2O3基板上に成長したβ-Ga2O3薄膜は結晶性が大きな悪化したことから,今後の電気特性評価に向けて表面平坦性・結晶性の改善が必要であることが明らかになった.
柔軟性分子ロータから組み上がる動的ナノ空間による二酸化炭素貯蔵

排出される二酸化炭素(CO2)を高効率・低エネルギーで回収・貯蔵・輸送・再利用を可能とする機能性材料やシステムの開発は、環境・エネルギーに関する諸問題の解決に直結するため、極めて重要な研究課題の一つである。本申請では、多孔性配位高分子に注目し、室温・空気雰囲気下でCO2を貯蔵できるナノ空間の創出を研究目的とする。PCPの柔らかい結晶骨格が持つ熱振動(格子振動)と熱運動(分子の回転運動)に注目し、熱振動・運動を有する配位子(柔軟性分子ロータと呼ぶ)の機械的な噛み合わせを利用した動的ナノ空間を構築することで目的を達成する。
椎間板ヘルニアによる坐骨神経痛発現-TNF-alphaの役割-

当初の研究計画:(1)椎間板髄核に含まれているTNF-alphaを腰神経根上に投与した際の腰髄後角に存在する二次ニューロンの応答の検討。研究から得られた知見:(1)TNF-alphaを腰神経根上に投与すると投与後75分から対照(生食)に比して有意に大きく高頻度の腰髄後角ニューロンにおける異常発射が観察された。また、足底への侵害刺激に対する腰髄後角ニューロンでの有意な応答の増大が観察された。これらの結果は、TNF-alphaが椎間板ヘルニアによる根性坐骨神経痛と関連していることを示唆する。(2)Pinch刺激後のスパイクは,Control群と比べNP群で髄核投与60分以降,その約6倍の増加と持続時間の延長が認められた(P<0.05).抗TNF抗体は,NP群で認められたスパイク後発射の増加をほぼ完全に抑制し,NP群で120分値が630.2±176%であったのに対し,NP+anti-TNF群では103.1±30%であった(P<0.05)(投与前のスパイク数を基準値(100%)として検討).Brush刺激に対しては,髄核投与後,刺激中と刺激後の両者で,スパイク数の変化は認められなかった.抗TNF抗体を椎間板ヘルニアモデルに投与すると、髄核投与によって惹起される腰髄後角ニューロンにおける異常発射が有意に抑制されることが判明した。この結果は、TNF-alphaが椎間板ヘルニアによる根性坐骨神経痛の発痛物質である可能性を示唆する。[目的]椎間板ヘルニアによる坐骨神経痛発現の機序を明らかにするために、椎間板ヘルニア・モデルを用いて実験的研究を行ってきた(Kayama et al.: Spine1996,Yabuki et al.: Spine1998,2001)。近年、炎症性サイトカインのひとつであるTNF-alpha(ヘルニア組織に含まれていることが判明している)を神経根上に設置すると、髄核を設置した場合と類似した疼痛関連行動が惹起されることが報告された(Igarashi et al.: Spine2000)。今回は、TNF-alphaの神経根上への投与が、脊髄後角ニューロンの応答にどのような変化を惹起するかを検討した。[対象と方法]対象は雌のSDラットである。全身麻酔下に、左第5腰神経根と後根神経節(DRG)を展開し、また第5腰髄を展開した。第5腰髄の後角ニューロンから細胞外電位を導出し、WDR(wide dynamic range)ニューロンを選択した。TNF-alphaを神経根上に投与し、WDRニューロンにおける1)自発放電、2)足底侵害刺激に対する反応、および3)DRGにおける組織学的変化、について検討した。[結果]TNF-alphaの神経根上への投与は、1)自発放電を増加させ、2)侵害刺激に対する反応を増強し(異常放電の持続)、および3)DRGにおける炎症性変化を惹起した。[結語]椎間板ヘルニアによって神経根近傍に産生されたTNF-alphaが、一次性求心性線維における異所性放電を惹起し、神経根性疼痛に相当する痛み伝達ニューロンにおける長時間持続する興奮(異常放電)を惹起すると考えられた。【目的】平成15年度は、「椎間板ヘルニアモデルにおける抗TNF-alpha抗体が腰髄後角ニューロンの応答に与える影響」について明らかにすることを目的とした。【方法】Monoclonal anti-rat TNFαantibodyをPBS溶液にて50μg/ml濃度に調整した.尾椎より採取した髄核を神経根上へ投与した後,ゲルフォームに10μlの抗TNF抗体を含ませ髄核を覆うように投与した(NP+anti-TNF群,n=7).

本濃度の抗TNF抗体は,0.01ng/mlのrecombinant TNFαの生物活性をin vitroで少なくとも50%以上中和することが証明されている(L-929 cell line, R&D systems).また,同量のPBSと髄核を投与した群をNP群(n=7),髄核と同質量の術野より採取した筋肉を投与した群を対照群とした(Control群,n=7).上記3群のWDRニューロンについて,pinchingとbrushingを加え,この刺激に対する腰髄後角ニューロン応答の変化を30分間隔で投与後120分まで測定した.それぞれ試料投与前のスパイク数を基準値(100%)とし,抗TNF抗体投与後の変化を検討した.【結果】Pinch刺激後のスパイクは,Control群と比べNP群で髄核投与60分以降,その約6倍の増加と持続時間の延長が認められた(P<0.05).抗TNF抗体は,NP群で認められたスパイク後発射の増加をほぼ完全に抑制し,NP群で120分値が630.2±176%であったのに対し,NP+anti-TNF群では103.1±30%であった(P<0.05).Brush刺激に対しては,髄核投与後,刺激中と刺激後の両者で,スパイク数の変化は認められなかった.【考察と結語】抗TNF抗体を椎間板ヘルニアモデルに投与すると、髄核投与によって惹起される腰髄後角ニューロンにおける異常発射が有意に抑制されることが判明した。この結果は、TNF-alphaが椎間板ヘルニアによる根性坐骨神経痛の発痛物質である可能性を示唆する。