hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高齢男性の健康生存期間に対する既存椎体骨折と循環器リスク要因の個別影響と複合影響

地域在住男性高齢者2159人を2011年3月末まで追跡し、骨折のリスク要因を把握すると共に、生存期間への骨折、循環器リスク要因、糖尿病等の影響を評価した。その結果、骨折の予測要因は低骨密度、死亡のそれは加齢、高感度CRP高値、骨折で、中でも骨折は骨折無しを基準に年齢調整ハザード比17.9、多変量調整後も12.9となった。高齢日本人男性では骨折は極めて重要な死亡のリスク要因であった。本研究はこれまで捨て置かれてきた男性骨粗鬆症に光を当てる大規模コホート研究である。骨折、健康関連QOL、介護度、並びに死亡をアウトカムとし、それを防ぐために付加/増強可能な予防要因と除去/低減可能なリスク要因を把握すると共に、それらの複合影響も考慮して、有効で実行可能な男性骨粗鬆症対策、並びに元気高齢者実現対策を提案することを目的とする。baseline調査は平成19-20年に完了しており、得られた血清2043件を用いて、骨強度に関係するホモシステインと高感度CRPの測定を完了し、ペントシジンは22年度も引き続き測定する。骨代謝マーカーとしてはオステオカルシンの測定と血清I型コラーゲンC末端テロペプチド(CTX)測定の予備的検討を完了し、CTXの本測定は22年度にも引き続き行う。baseline調査で骨測定を完遂した者は2012人で、その骨密度の整理とデータベースの構築を完了した。男性では女性と異なり、腰椎骨密度は80歳代でも石灰化や骨棘形成のために低下しなかった。男性の骨粗鬆症の診断には大腿骨近位部を用いるべきことが明らかになった。椎体骨折については専用のソフトウェアを用いて22年度にも引き続き行う。Baseline調査で得られたlifestyle要因と骨密度の関連を調べた結果、喫煙者は骨密度が低く、飲酒者は逆に高く、納豆の習慣的摂取者は骨密度が高いことが明らかになった。これらはいくつかの学会で報告し、出版済み論文1件と投稿中論文2件に結実している。本研究はこれまで十分な対策の執られてこなかった男性骨粗鬆症に関する大規模コホート研究である。健康生存期間をアウトカムとし、それを防ぐために付加/増強可能な予防要因と除去/低減可能なリスク要因を把握すると共に、それらの複合影響も考慮して、有効で実行可能な元気高齢者実現対策、並びに男性骨粗鬆症対策を提案することを目的とする。Baseline調査は平成19-20年に完了し、21年度は基本的属性、骨密度、生活習慣、血液生化学検査と骨代謝指標の測定を完了し、そのdatabase化を行った。22年度は(1)Baseline時の脊椎のデジタル画像解析による椎体骨折の判定、(2)慢性腎臓病(CKD)関連指標、インスリン感受性関連指標の測定、(3)追跡期間中の骨折の発生、並びに死亡の確認を行った。(1) Baseline調査で脊椎の撮影を完了した者は2012人で、2月末現在で約1700人分を解析した。(2) CKDについてはbaselineでのクレアチニン値と年齢から推定糸球体濾過量(eGFR)を算出すると共に、保存血清を用いてシスタチンCを測定してdatabaseに追加した。インスリン感受性関連指標については保存血清を用いてインスリンを測定し、HOMA-IR値を計算した。(3)追跡期間中の臨床骨折をアンケートと電話で調査したところ、対象者の96.4%で確認がとれ、新規に骨折した者は平成20年に9人、平成21年に20名の計29人であった。この間の死亡者は35人であった。以上、本年度に予定していたbaseline時点での骨折、循環器リスク要因の把握、並びにアウトカム指標である骨折と死亡の21年末現在での発生状況を把握した。骨粗鬆症性骨折を防ぐために必要な付加/増強可能な予防要因と除去/低減可能なリスク要因を把握すると共に、循環器疾患や糖尿病との疾病連関も考慮して、有効で包括的な元気高齢者実現対策、並びに男性骨粗鬆症対策を提案することを目的とする。Baseline調査は平成19-20年に完了し、21年度から2159人の追跡を開始し、23年度末までに以下の調査研究を実施した。(1)Baseline時の脊椎のデジタル画像解析による椎体骨折の判定を実施したが、椎体後縁のpointingに問題が見つかり、見直し作業を余儀なくされ、判定は完了しなかった。(2)循環器疾患と骨粗鬆症をつなぐキーとなる要因として、baseline時点の血清を用いてホモシステイン、高感度CRP、ペントシジンを測定した。(3)2153人について平成23年3月末現在での生死が判明し、死亡者は64人であった。

(4)追跡期間中の症候的骨折をアンケートと電話で調査したところ、対象者の96.4%で確認がとれ、平成22年6月末までの新規骨折者は32人であった。(5)骨折と死亡をアウトカムにし、Baselineでの骨密度、CKD、糖尿病、循環器リスク要因の個別影響と複合影響を解析した。以上より、追跡期間中の新規骨折の予測要因は低骨密度だけだったが、死亡には加齢、高感度CRP高値、並びに新規骨折が影響していた。中でも骨折は粗HRで17.9、多変量調整後も12.9の強い影響を持っていた。高齢日本人男性では骨折は極めて重要な死亡のリスク要因であることが明らかになった。
パターン認識受容体を介する腸管免疫調節性プロバイオティクスの食品免疫学的利用性

【研究の目的】本研究は、ヒトモデル系として期待されるブタにおいて、下痢症に関わる免疫パラメータを指標として、イムノバイオティクスの選抜から、その実証研究を行うことを目的としている。本年度は、昨年度までの成果を基礎として、イムノバイオティック機構の解析を進め、選抜イムノバイオティクスの有用性について検討した。【研究成果】1.イムノバイオティクスのPIE細胞における抗炎症シグナル伝達機構:選抜イムノバイオティクスによる細胞内シグナル分子の活性調節について解析したところ、MAPKのリン酸化とIkB分解の抑制が認められ、それらに関連するネガティブ調節因子の発現誘導が見られた。2.腸管パイエル板モデル培養系による抗炎症機能解析:PIE細胞と腸管パイエル板由来免疫担当細胞との共培養系において、抗炎症性発現における細胞間のサイトカインネットワークの特徴が把握できた。これらの結果から、選抜イムノバイオティクスの腸管抗炎症に関わる調節機構の一端が解明できた。今後、インビボ実証試験を続けることにより、選抜イムノバイオティクスの有用性が検証できる。【目的】プロバイオティクスの中でもとくに腸管免疫調節作用を有するものを「イムノバイオティクス」とする新しい概念が提唱され、その応用が期待されている。しかしながら、イムノバイオティクスの腸管免疫調節機構の詳細解明が遅れており、その発展的利用性に課題が残されている。本研究では、ヒトモデル系として期待されるブタにおいて、イムノバイオティクスの機構解明を行うことを目的としている。【研究成果】本年度は、健常ブタ腸管より、乳酸菌ライブラリーを構築し、ブタ腸管由来免疫担当細胞の活性化を指標としてイムノバイオティクス候補を選抜した。(1)離乳前後から12週齢の健常ブタ腸管に付着している乳酸菌を単離し、菌種同定を行った。(2)ブタ腸管パイエル板由来および腸間膜リンパ節由来の免疫担当細胞を調製後、(1)で単離した乳酸菌のリンパ球幼若化活性をラジオアイソトープによるパルスラベル法を用いて測定し、活性菌株をスクリーニングすることができた。本方法は、抗原提示細胞を介する獲得免疫に対する効果を評価できることから、次年度以降の活性評価の基礎となる【研究の目的】本研究は、ヒトモデル系として期待されるブタにおいて、下痢症に関わる免疫パラメータを指標として、イムノバイオティクスの選抜から、その実証研究を行うことを目的としている。本年度は、昨年度構築した乳酸菌ライブラリーより有用なイムノバイオティクスの選抜を継続すると共に、ブタ腸管由来免疫担当細胞の活性化を指標として腸管免疫調節作用に関するin vitroおよびin vivo解析を進めた。【研究成果】1.ブタ腸管からの乳酸菌の分離と抗炎症評価:ブタ腸管より分離した乳酸菌100菌株について、獲得免疫を指標として10菌株程度選抜した。選抜菌体について、ブタ腸管上皮細胞を用いた抗炎症性試験を行い、有用なイムノバイオティック乳酸菌の候補が数菌株選抜できた。2.抗炎症性機構の解明:これまでに選抜したイムノバイオティクスについて、ブタ腸管由来免疫担当細胞に対する抗炎症性発現機構について解析したところ、特徴的な樹状細胞サブセットの活性化を誘導することが明らかとなり、機構解明が飛躍的に進むものと期待された。3.インビボ実証試験の設定:選抜イムノバイオティクスのインビボ実証試験を開始し、抗菌剤無添加の飼料を基礎とした評価系を設定した。
自己組織性有機無機量子井戸を用いたキャビティポラリトンデバイス

1, Squeezed out法による層状ペロブスカイト薄膜を用いたキャビティポラリトンデバイスの設計を光学シミュレーションにより行い、室温でも安定なキャビティポラリトンが形成できることを確認した。現在、この結果に基づきデバイスの作製を行っている。2,より光学的に均質な層状ペロブスカイトLB膜を作製する方法を見出した。具体的には、水槽中に過剰のハロゲンイオンを添加することにより、累積時にペロブスカイト構造形成に相平衡をずらすことにより、通常の垂直浸漬法で簡単に層状ペロブスカイト薄膜を作製できることを明らかとした。3,臭化鉛系ペロブスカイト薄膜において、鉛の一部をストロンチウムで置換することによりその発光強度が大幅に増大することを発見した。さらに、過剰に有機アンモニウムハライドを加える(化学量論比で2倍)ことで、さらに発光効率が高く、またこれまで問題となっていた水分による劣化をも防げることを明らかにした。これにより、発光デバイスへの応用の可能性が示された。4,アントラセン発色団を有する有機アミンを用いることで、その層状ペロブスカイトにおいてハイブリッド励起子を構築できる可能性を示した。臭化鉛系層状ペロブスカイトの有機層にアントラセン発色団を導入することにより、アントラセン発色団のバンド幅の狭い吸収と臭化鉛系層状ペロブスカイトの励起子吸収バンドが正確に重なることがわかった。これまで、有機発色団のバンド幅の広さがハイブリッド励起子形成の問題となっていたが、アントラセン発色団は例外的にバンド幅が狭い。これにより、ハイブリッド励起子形成条件を満たした層状ペロブスカイト量子井戸の作製が可能であることが示された。予定していた、キャビティポラリトンデバイスの設計は終わり、後は作製とその評価が残されているだけある。加えて、より高性能のキャビティポラリトンデバイスが構築可能なLB膜作製法を見出している。発光デバイス関係では、臭化鉛系ペロブスカイトにおいて鉛をストロンチウムで一部置換することにより高効率発光が得られることを見出した。これにより、発光デバイス応用の可能性が高まった。これから有機半導体と組み合わせたデバイス作製・評価を行う予定である。また、新しい展開としてアントラセン発色団を導入した層状ペロブスカイトにおいてハイブリッド励起子形成の可能性が示された。当初の計画通り、LB法や共蒸着法により層状ペロブスカイトを用いたキャビティポラリトンデバイス作製及び評価を行い、そのキャビティポラリトンデバイス応用、特に無閾値レーザーへの応用の可能性を示す。発光デバイスに関しては、本年度見出したストロンチウム置換を用いた発光増強効果を利用し、有機半導体と組み合わせた発光デバイスの作製・評価を行い、発光デバイスへの応用の可能性を示す。また、ハイブリッド励起子系に関しては、より適切な分子設計を行い、ハイブリッド励起子生成の確認を行い、その光学デバイス応用への可能性を探索する。

発光デバイスに関しては、本年度見出したストロンチウム置換を用いた発光増強効果を利用し、有機半導体と組み合わせた発光デバイスの作製・評価を行い、発光デバイスへの応用の可能性を示す。また、ハイブリッド励起子系に関しては、より適切な分子設計を行い、ハイブリッド励起子生成の確認を行い、その光学デバイス応用への可能性を探索する。本年度計上していた海外渡航旅費を使用しなかったため、次年度使用額が生じた。この差額は、次年度に研究成果発表および情報収集のための海外渡航旅費に使用する。
ESRP１を用いた膵癌の治療法開発

膵癌の免疫染色にてESRP1は膵癌細胞の核に発現を認め、高から中分化型腺癌に強い発現を認めた。一方、低分化腺癌ではその発現が減弱していた。FGFR-2 IIIbもESRP1と同様の発現形式を示し、FGFR-2 IIIcは逆の傾向を示した。ESRP1高発現群では、低発現群とくらべ、有意に全生存期間の延長を認めた。しかし、臨床病理学的因子との検討では有意差は見問えなかった。質量分析では、ESRP1過剰発現細胞においてvimentin, 14-3-3 protein epsilon,IQGAP1の発現抑制,perilipin3,filamin alphaの発現亢進がみとめられた。我々は膵癌に対する新たな治療戦略としてESRP1に注目している。ESRP1は上皮間葉転換にかかわる重要なスプライシングレギュレータであり細胞を上皮系に誘導する。悪性腫瘍においてもESRP1が上皮間葉転換を抑えることが報告されている。我々が行った、これまでの実験からESRP1の発現が低い膵癌は優位に生存率が低く、再発率が高いことが分かっている。今年度は、肝胆膵癌の切除標本を用いてESRP1の発現を検討し、予後や再発率との関連を検討している。肝胆膵癌の切除標本を得るために、外科手術を行い、固定された標本に対し免疫染色を行っている。切除標本は50例以上、集積した。免疫染色を行うと同時に臨床経過や血液生化学データーなど様々な臨床情報を集積している。さらに膵癌のみではなく、肝細胞癌、胆道癌に対しても同様の検討を行う予定である。肝細胞癌に対してはESRP1のみならず、肝線維化マーカーであるヒアルロン酸やIV型コラーゲンなども検討を行っている。ヒアルロン酸およびIV型コラーゲンの発現の高い標本では優位に予後が短く、再発率が高いことを示した。今後はESRP1とこれらの線維化マーカーの関連を検討する予定である。胆道癌に対しては切除断端における癌細胞の遺残と予後の関連に対して検討している。免疫染色においては胆管断端の癌陽性群においてKi-67やp53の発現は予後とは関連していないことが分かった。今後さらにこれらのタンパクとESRP1との関連を検討していく予定である。おおむね、計画通りに経過している。膵臓癌および肝胆道癌に対する、ERCPを用いた新たな治療法を開発するために、それぞれの癌に対して行った手術標本を集めた。病理組織はプレパラートで保存した。特に、膵臓胆道癌における切除断端での癌の有無の評価は重要と考えており、同部位で癌遺残を認めた場合に免疫染色を行った。ESRP1以外にもKi67、p53の染色も行った。これまでの検討ではそれらのタンパクの発現よりも組織系および浸潤度が予後を左右すると考えている。これからは膵癌および肝胆道癌のESRP1の発現を確認するとともに癌細胞を用いた実験を行い、ESRP1の過剰発現株および抑制株を作成する予定である。手術標本が予定より集まっておらず、手術症例をさらに検討する必要がるため。膵癌におけるESRP1の役割と新たな治療方針の開発を検討した。当院では膵癌手術を行っており膵癌の切除標本を集めた。集積した膵癌症例の臨床病理学的因子を検討した。さらに周術期の感染症および合併症の症例も検討した。検討段階であるが、ESRP1の低発現群の方が膵癌の文化度が低分化な傾向があり、進行癌が多く、予後も悪かった。周術期の感染症とは関連を認めなかった。膵癌に対する亜全胃温存膵頭十二指腸切除術の術後感染症に関連するのは術前に胆道ドレナージを要し、プラスチックステントを留置したかどうかで、内瘻群において有意に感染症の発症が多いことが分かった。また、感染症群において術後3日目のドレーンアミラーゼの値が有意に高いことが分かった。さらに、術後在院日数が有意に延長することが分かった。膵癌に対する化学療法に関してはESRP1低発現群の方が抵抗性を示したと考えられた。また、膵癌において新たな抗癌剤が保険適応となりゲムシタビンのみでなく、アブラキサン、オキサリプラチン、イリノテカンとの関連を検討するため、症例の集積を行った。また、膵癌以外の癌腫、肝癌および胆道癌でも検討を行った。ESRP1だけでなく、ヒアルロン酸、4型コラーゲンが肝細胞癌の生存率および再発率に関与していることが分かった。また肝臓手術の際には肝血流を遮断するいわゆるプリングルを法を行うが、解除後に肝十二指腸間膜の用手的なマッサージが、門脈血流を改善し、術後のCRPの上昇が抑えられることが分かった。また、胆道癌では手術を施行した際の胆管断端における、p53およびKi-67が予後に関与することが分かった。胆道再建を伴う肝切除においては、胆管空腸吻合の縫合不全の有無が術後のSSIに有意に関連し、術後在院日数を有意に延長させることが分かった。FGFR-2 IIIbもESRP

1と同様の発現形式を示し、FGFR-2 IIIcは逆の傾向を示した。ESRP1高発現群では、低発現群とくらべ、有意に全生存期間の延長を認めた。しかし、臨床病理学的因子との検討では有意差は見問えなかった。質量分析では、ESRP1過剰発現細胞においてvimentin, 14-3-3 protein epsilon,IQGAP1の発現抑制,perilipin3,filamin alphaの発現亢進がみとめられた。今後は、膵癌のみではなく、肝細胞癌、胆道癌に対しても同様の検討を行う予定である。肝細胞癌に対してはESRP1のみならず、肝線維化マーカーであるヒアルロン酸やIV型コラーゲンなども検討を行っている。ヒアルロン酸およびIV型コラーゲンの発現の高い標本では優位に予後が短く、再発率が高いことを示した。今後はESRP1とこれらの線維化マーカーの関連を検討する予定である。胆道癌に対しては切除断端における癌細胞の遺残と予後の関連に対して検討している。免疫染色においては胆管断端の癌陽性群においてKi-67やp53の発現は予後とは関連していないことが分かった。今後さらにこれらのタンパクとESRP1との関連を検討していく予定である。今後は切除標本を引き続き集めるとともに、肝胆膵癌の癌細胞のにESRP1過剰発現株および抑制株を作成し、それらの細胞を用いた様々な実験を行う予定である。肝胆膵外科初年度は計画通りに進んでいるが、国際学会への参加が中止になったため、来年以降に参加することになった。手術症例が予定通り集まらなかったため。免疫染色に用いる抗体を購入予定である。さらに、徐々に出てきた成果を学会にて発表する予定である。手術器具などの購入にあてる。
物理情報システムに対する軽量検証の、オートマトン的技法を用いた実用的発展

本年度前半は、ネットワークで繋がれている組込みシステムなどにおいて、少ない計算リソースで効率的に時間パターンマッチング問題に対する前処理を行なう、ムーアマシンフィルタを提案・実装し、実験を行った。本研究の結果をまとめた論文は国際会議EMSOFT2018に採択され、口頭発表を行い、論文誌IEEETCADに収録されている。本研究については国内学会PPL 2019にも採択され、口頭発表を行った。本年度後半は主にフランス・パリ第13大学のEtienne Andre准教授と共に、時間パターンマッチング問題の、入力の仕様がパラメタを含む場合への拡張である、パラメタ付き時間パターンマッチング問題についての研究を行った。まず、パラメタ付き時間パターンマッチング問題を、パラメタ付き時間オートマトンを用いて定式化し、パラメタ付きモデル検査のツールであるIMITATORを用いてパラメタ付き時間パターンマッチング問題を解く手法を提案、実験を行った。本研究の結果をまとめた論文は国際会議ICECCS 2018に採択され、best paper awardを受賞した。また、(パラメタなし)時間パターンマッチング問題に対する高速化の手法を、パラメタ付き時間パターンマッチング問題へと拡張する研究も行った。この高速化の手法を用いたアルゴリズムにより、より大きな入力に対して現実的な時間で処理することが可能となった。このアルゴリズムを実装・実験し、結果を論文としてまとめ、国際会議NFM 2019に採択された。また、申請者は修士課程在学中に、時間パターンマッチング問題を効率的に解くアルゴリズムをツールMONAAとして実装・公開した。この成果は前年度国際ワークショップMT-CPS 2018に投稿され採択されていたが、その口頭発表が本年度申請者によって行われた。当初の計画について、計画以上の進展が得られた。まず、当初の研究計画にあった「より本質的な情報を抽出」する手法として、上述のAndre氏と共にパラメタ付き時間パターンマッチング問題を定式化及びアルゴリズムの提案を行ない、トップ国際会議の一つであるICECCS'18 (CORE rank A)に採択され,最優秀論文賞を受けた[Andre, Hasuo & Waga, ICECCS'18]。さらに、申請者の以前の研究と組み合わせて更なる高速化も達成することができ、NASAの主催する国際会議に採択された[Waga & Andre, NFM'19, accepted]。また、組込みシステムにおける軽量検証のためのムーアマシンフィルタの提案も行い、組み込みシステム分野のトップ国際会議であるEMSOFT2018(CORE rank A)において発表された。この成果については特許出願も行った。前年度は「より本質的な情報を抽出」する手法として、パラメタ付き時間パターンマッチング問題について取り組んだ。本年度は、パラメタ付き時間パターンマッチング問題を解くツールの公開を行うとともに、更に多くの情報を抽出できるような手法を構築することを主眼において研究を進める。また、組込みシステムにおける軽量検証技術についても引き続き改良を進めていく。

本年度は、パラメタ付き時間パターンマッチング問題を解くツールの公開を行うとともに、更に多くの情報を抽出できるような手法を構築することを主眼において研究を進める。また、組込みシステムにおける軽量検証技術についても引き続き改良を進めていく。
PCSK9 の遺伝子変異及び分子型が生活習慣病に及ぼす影響とその制御機構の解明

コントロールプラスミド(pcDNA3.1)から、PCSK9遺伝子WT、E32K、V4I、I424V変異を有するプラスミドを作製し、ヒト培養胎児腎細胞HEK293に導入し、24時間後に、LDL受容体(LDLR)発現を上昇させるため、リポ蛋白質欠損培地に培地交換し、さらに24時間後に細胞を回収した。PCSK9蛋白質の細胞内発現量・細胞外分泌量は、WTと比し各変異体において差は認められなかった。また、ヒト培養肝細胞HepG2に各プラスミドを導入した場合もPCSK9の発現・分泌量は各変異体間で差はなく、LDLRの細胞内・細胞膜の発現量やLDLの取り込みについても差は認められなかった。このとき、PCSK9遺伝子発現量は、コントロールプラスミドに比較し、それぞれ約80-90倍であった。これらのことから、PCSK9 E32K、V4I、I424Vは、PCSK9 WTと同程度に生成し、細胞外に分泌され、LDLR調節作用を有することが示唆された。2) FH患者におけるPCSK9遺伝子変異分布の検討遺伝子改変マウスの作製・実験を来年度に持ち越しとし、本年度は、PCSK9の遺伝子型や機能解析を中心に行い、論文を作成し、近日中に投稿予定であるため、おおむね順調に進展していると考える。本研究では、PCSK9の遺伝子変異や分子型の違いがFHや生活習慣病の発症及び進行に及ぼす影響とそのメカニズムについて明らかにすること、PCSK9の分子型を制御する因子を明らかにすることを目的とする。今後は、PCSK9変異を有する患者検体を用いた血清PCSK9値の測定、糖尿病との関連を調べるとともに、切断型PCSK9を産生するFurin及びPC5/6Aの発現を上昇させる因子の探索、PCSK9の分解を制御する因子の探索を行う。遺伝子改変マウスの作製・実験を来年度に持ち越し、本年度は、PCSK9の遺伝子型や機能解析を行い、論文を作成したため、次年度使用額が生じた。PCSK9遺伝子変異を有する患者の血清PCSK9値の測定、糖尿病とPCSK9遺伝子変異との関連を調べるとともに、切断型PCSK9を産生するFurin及びPC5/6Aの発現を上昇させる因子の探索、PCSK9の分解を制御する因子の探索を行う。
人工材料表面における血管内皮細胞の増殖動態と細胞機能の新しい評価法

血管内腔を覆う内皮細胞は、血液と周辺組織をへだてる隔壁としてのみならず、種々の血管作働性物質を産生して全身の血行動態を調節するための重要な役割を演じている。この自己調節の機序を解明するための実験系として、培養内皮細胞を用いた灌流実験が多用されているが、その多くは短期の培養実験に基づくものであり、長期培養実験の報告はない。生活習慣病に至る内皮細胞機能の長期的な変化や、経血管治療後の血管機能の障害の発生機序を解析する上からも、安定した培養システムの確立が急務となっている。そこで本研究では、安定した長期連続培養系を流れ条件のもとに作製することを主たる目的とし、内皮細胞の形態と機能に関する評価法の確立を試みるものである。平成9年度は、前年度に作製した灌流培養システムを用いて、細胞傷害の評価とその回復過程に関する計測を主として行った。また、血球との相互作用から内皮細胞機能を評価するための試みとして、円錐-平板型粘度計を改変した装置を用いて、別途計測を行った。実験材料としては、ブタ大動脈から採取した内皮細胞と白血球細胞株を継代培養して使用した。内皮細胞の形態の評価には、ビデオを用いた経時的観察と、培養終了後に回収した細胞の蛍光染色標本に基づく観察とを行った。その結果、経血管治療を摸した圧迫傷害の程度は、圧迫を与えるカテーテルの操作条件を改善することによって大きく軽減しうることが明らかになった。また、内皮細胞表面への白血球の粘着を流れ条件のもとで計測したところ、ずり応力に依存して単球・好中球の粘着が最大値を持つことが明らかになり、血管機能の評価法の一つとして有用であるものと思われた。血管内腔を覆う内皮細胞は、血液と周辺組織をへだてる隔壁としてのみならず、種々の血管作動性物質を産生して全身の血行動態を調節するための重要な役割を演じている。この自己調節の機序を解明するための実験系として、培養内皮細胞を用いた灌流実験が多用されているが、その多くは短期の培養実験に基づくものであり、長期培養実験の報告はほとんどない。粥状硬化など、内皮細胞機能の長期的な変化に関連する疾患の病因を解析する上からも、安定した長期培養システムの確立が急務となっている。そこで本研究では、安定した長期連続培養系を流れ条件のもとに確立することを主たる目的とし、内皮細胞の形態と機能に関して、短期灌流培養(既報)および静置培養実験の結果との比較を行うものである。平成8年度は、細胞培養基材表面を観察するための光学系・撮像系の調整、および、管型の培養装置を用いた内皮細胞の増殖動態の計測を主として行った。実験材料としては、ブタ大動脈から採取した内皮細胞を継代培養して使用した。これを1×10^6cells/mlの細胞懸濁液に調製した後、内径3ミリのガラス管に播種し前培養を行った。その後、120ml/minで培養液を灌流し、48時間の連続培養実験を行った。対照としては、通常の細胞培養用のPetri dishに播種し、静置培養条件下に置いた細胞を用いて、個々の細胞形態・増殖能の両面から比較検討した。内皮細胞の形態を評価するためには、ビデオを用いた経時的観察と、培養終了後に回収した細胞のギムザ染色標本に基づく観察とを行った。さらに、傷害からの回復過程を研究するために、内皮細胞層への圧迫刺激を与え、連続的な観察を行った。圧迫直後に多くの細胞が剥離し、直後の細胞数は10%以下にまで減少することが明らかになり、剥離部位からの血管内皮細胞の増殖は認められなかった。
HPCストリップスを用いた歯周治療の新しい試み

薬剤の局所投与法と全身投与法の効果について検討するため、急性歯周膿瘍を主訴として来院した患者を対象にして、調査した。使用した薬剤は、テトラサイクリン,ミノサイクリンの2種とし、それぞれを、局所投与群と全全投与群にわけた。内訳は、テトラサイクリン局所投与群7名,テトラサイクリン全身投与群9名,ミノサイクリン局所投与群7名,ミノサイクリン全身投与群6名で、計29名だった。診査は、疼痛を主とし、他に、プロービングデプス,ブリーディングオンプロービングについて行なった。疼痛の程度については、初診時と投薬7日目の診査の他に、アンケートにより、投薬後3時間,6時間,9時間,1日後,3日後,6日後についても調べた。プロービングデプスとブリーディングオンプロービングについては初診時と7日目に診査した。その結果、プロービングデプスについては、4群間に有意差はなく、また、初診時と7日目の間にも差は認められなかった。ブリーディングオンプロービングについては、投薬後の消失率に、4群間で差は認められなかった。疼痛の程度については、はじめの1日目までで、著しく改善が認められた。また、その改善の程度については、4群間で有意な差は認められなかった。以上より、局所投与と全身投による臨床症状の改善には、両者間に差は認められず、全身投与量が(テトラサイクリン750mg×3、ミノサイクリン、200mg×3)局所投与量(テトラサイクリン、ミノサイクリン共に、0.31.8mg)と著しく少量ですむことが分かった。このことは、薬物の副作用などを考えると、臨床上、非常に有利なとと思われる。歯周病患者の歯周ポケット中に薬剤を局所投与することにより、歯周ポケット中の細菌叢にどのような変化がおこり、それに伴って臨床症状がどのように改善されるかを実際の患者で調べることが本研究の目的であった。昭和60年度はこれらの目的を遂行すべく、患者の選定と細菌の同定法などの基礎的実験を踏まえて、4mm以上の歯周ポケットを有する患者にHPCストリップスを用いた臨床実験を行った。被験者は全身的疾患を有さず、過去6ケ月間抗生剤などの薬剤を服用したことのない10名とした。HPCストリップスにはテトラサイクリンおよびクロールヘキシジンを含有させ同一患者の異なる部位のポケット内に挿入した。なお、その際コントロールとしては薬剤を含有しない薬剤のみのストリップスを用いた。ストリップスは1日おきに3回各ポケットに挿入し、その後1週ごとにポケットの深さ、ブリーディング、ならびに細菌叢の変化を3週目まで調べた。その結果、まずポケットの深さは、コントロールとクロールヘキシジンを投与した群では実験開始時と3週後で差がみられなかったが、テトラサイクリンを投与した群では3週目にポケットの減少がおこり5%の危険率で有意差がみとめられた。ポケットからのブリーディングについても同じような傾向がみられ、テトラサイクリン投与群において3週目にブリーディングの著しい減少がみとめられた。また、歯肉縁下プラーク中の細菌叢にも大きな変化が観察されたが、特に歯周病原性としての可能性が高いとされているスピロヘータと運動性桿菌がクロールヘキシジンとテトラサイクリンの局所投与によって著しく抑制されていた。これらの結果より、HPCストリップス基剤を用いて薬剤の局所投与を行うという本方法は歯周病の症状および歯肉縁下プラーク中の細菌叢の改善に大きな効果を挙げ得ることが判明した。今後さらに症例を増やしてその効果の確認を追求するつもりである。
五感提示インタフェースの開発とバーチャルリアリティ実習教材への応用に関する研究

本研究の目的は、バーチャルリアリティ制作実習において、学生が同授業に関心を持ち、創造力を発揮してコンテンツを作成する意欲を高めるため、多様な感覚提示手段を開発すると共に、授業への応用を図ることである。具体的には、従来の視覚、聴覚の提示に加えて、嗅覚や触覚を提示する装置を開発すると共に、分かり易い実習教材(コンテンツの雛型)を開発する。また、授業への関心やVRコンテンツ制作への意欲を向上させる手法について調査研究し、教材の改良を図りながら、教授法を確立する。4年間の研究において、以下の成果を得た。(1)嗅覚提示関連;香りの固まりを利用者にピンポイントで提示する空気砲式香り発生装置を試作し、香り付き映像への適用を図った。香りを適切に提示することで臨場感が向上すること、内容理解が進み、記憶に残り易いことなどを明らかにした。(2)嗅覚提示関連;組織内部の様子を超音波映像によって可視化し、組織内部の硬さ分布を触覚提示できるインタフェースを開発した、また、人工筋肉を用いたグローブ型触覚提示装置を試作した。球状物体と映像が干渉する複合現実感VR環境を試作した。(3)視覚提示関連;没入型VR環境(HOLOSTAGE)を用いて、バーチャルな大学キャンパスや街を生成し、ウォークスルーできるソフトウエアを開発した。(4)VR制作授業への応用;3次元インタラクションソフトウエア(WTK)、VC++、3次元可視化ソフト(AVS)、液晶メガネを用いた立体視、サイバーグローブ、力触覚(PhanTom)、及び、没入型VR装置(HOLOSTAGE)を用いたVR実習教材を開発し、授業に導入した。新規開発した感覚提示装置、インタフェースと既存設備を組み合わせ様々なVRコンテンツを制作しつつある。VR制作授業に関する学生の評価は、「知的関心を呼び起こされた」「社会的視野が広がった」「最新技術を理解できた」などの項目で高い評価を得ている。本研究の目的は、学生が各種感覚提示装置を利用して、自らVRコンテンツを作成する能力を身につけることを目標にした教科「バーチャルリアリティ制作」の教授法確立に資するため、感覚提示インタフェースの開発と、教材への応用を研究するものである。本年度は、4年計画の初年度であるため、当初計画に従って主に研究の環境整備を進めた。(1)研究スペースを確保し、視覚、聴覚、力覚の感覚提示装置を用いたVR空間生成研究環境を構築した。教材開発用基本設備として、力覚提示装置(PHANToM)、力覚提示用ソフトウェア、制御用パソコンを導入した。また、サーバ・クライアント型のVR教育システムについて検討するため、機材を導入した。同コンセプトは、Webカメラ情報をサーバに蓄積し、クライアント側で画像を合成して、リアリティのある仮想教育環境を構築するものである。(2)嗅覚提示関連では、微少香料で分な嗅覚刺激の得られる香り発生装置を新規設計し、基本部分を試作し、原理確認した。また、VR環境の中に香りを取り入れる手法についてアイデアを展開した。実験に使用する香料については、香料専門家に依頼し、合成香料、自撚香料、各々数10種を作成した。(3)触覚提示関連では、実習に利用する観点から小型・軽量な触覚提示装置について調査した。また、実習環境の中で、3次元物体の弾性表現をどのようにすれば、効果的かについて検討し、3D物体を小球の集合体として定義し、小球間の摩擦や反発を考慮してリアリティを実現する手法を考案した。(4)教材開発関連では、教員が見本となるVRコンテンツを作成し、当該ソフトウェアを雛型として、学生が応用を考える方法を、実際の授業の中で実施した。

授業終了後、アンケートにより学生の反応を調査し、問題点を抽出した。その結果、本体験型授業は、ねらい通り学生にインパクトを与えたようで、「創造性が刺激された」、「興味が湧いた」等と、回答は概ね好評であった。物理法則を組み込んだVRコンテンツについて、予備検討を行なった。本研究の目的は、学生が各種感覚提示装置を利用して、自らVRコンテンツを作成する能力を身につけることを目標にした教科「バーチャルリアリティ制作」の教授法確立に資するため、感覚提示インタフェースの開発と、教材への応用を研究するものである。授業については、教授法、教材の問題点を抽出し改善を図った。感覚提示インタフェースについては、香り提示装置、触覚提示方法の検討を行った。(1)授業の改善;昨年度(1年目)は実習設備が不足していたため、学生が体験を通じて十分に学習できる環境ではなかったが、本年度は、立体視、3次元可視化、サイバーグローブ、力覚提示の各システムを数名ずつ(班構成)で順次使用できるように設備の充実を図った。補助教員との連携も改善し、実習の指導体制を充実させた。その結果、授業はかなり効率が良くなった。授業後の学生へのアンケート調査では、「先端的で興味が持てる授業だった」など、高い評価を得た。しかし、本教授法が目指す自らVRコンテンツを作成するように動機付けを行うねらいについてはまだ不十分であり、改良を続ける。(2)嗅覚提示関連;人の鼻の位置を検出して、香りの固まりを放出する空気砲式香り提示装置を試作し特性を評価した。数mの範囲で、利用者に香りを提示でき、VRとの相性が良いことを明らかにした。複数の香りを生成する装置について基礎検討を行った。VR空間でどのように香りを提示するとリアリティが向上するのかについて基礎的な実験を行い、新しい香り提示方法を提案した(特許出願中)。昨年試作した各種香料を使用し、映像メディアに香りを付加したときの効果を評価する各種心理物理実験を企画、実施しつつある。(3)触覚提示関連;人体のような柔らかい物体に触れた感覚を擬似的に再現する方法について検討した。超音波診断装置の入力部への応用を一つのモデルとして、望ましいヒューマンインタフェースについて検討した。成果を国内外で発表しつつある。授業については、大学に没入型VR装置(HOLOSTAGE)が導入されたため、学生が作成したコンテンツをHOLOSTAGEで総合評価する内容を設けた。感覚提示インタフェースについては、香り提示装置、触覚提示装置の要素部品の製作を行った。(1)授業の改善;昨年度に引き続き、主に実習内容について教授法の改良を行った。
咀嚼筋支配求心性感覚ニューロンの三叉神経感覚核群への投射

本研究はネコの閉口筋〔咬筋(Ma)、側頭筋(DT)、内側翼突筋(MP)〕及び開口筋〔顎舌骨筋(My)、顎二腹筋(AD)〕を支配する求心性線維の三叉神経節(Vg)、三叉神経中脳路核(Vmes)における分布様式並びにVg、Vmes由来ニューロンの中枢投射をhorseradish peroxidase(HPP)法を用いて明らかにした。次いで、Ma筋紡錘を支配する中脳路核ニューロンの形態学的性質をHRPの軸索内注入法を用い検討した。1.Vg:(1)開口筋支配ニューロンは閉口筋支配ニューロンの外側部に位置していた。(2)各筋支配ニューロンの分布はVgの背腹軸方向に局在配列をなした。(3)咀嚼筋に分布するニューロンは小細胞群に属した。2.Vmes:(1)DT,Ma及びMPは共に三叉神経運動核(Vmo)の高さから上丘の吻側部に至るVmesに分布した。(2)DT、MaはVmesの吻尾軸方向で吻側と尾側にピークを持つ二峰性分布を示し、吻側により多くの細胞が存在した。MPはVmesの吻尾軸に沿って均一な分布を示した。3.Vg由来ニューロンの中枢投射:(1)咀嚼筋求心性線維は全てTSNCの中位核尾側半及び尾側核(Vc)と上頸部脊髄後角に投射した。(2)中位核における投射部位はDTを除き全てその最外側部で互いに重複していた。一方、DTは三叉神経脊髄路の背側に存在するparatrigeminal nucleusに投射した。(2)Vcと上頸部脊髄後角への投射部位は主にI層とV層で、I層における投射は吻尾軸方向において各神経間で異なっていた。DTはVc吻側部からC3に、MaはVcの尾側2/3からC_2に、ADはVc尾側半からC_1に、MyはVc尾側部とC_1にMPはVcの中間1/3に投射した。4.Vmes由来ニューロンの中枢投射:(1)DT、Ma、MPは共に三叉神経運動核(Vmo)の高さではその背外側亜核、三叉神経上核(Vsup)及び間域(Vint)に投射した。(2)Vmoより尾側では、三者共に延髄網様体(Vjux)に終末枝を出しながらProbst路を下行し、その下端はMPは閂に、MaはC_2に、DTはC_3の高さに達していた。

本研究はネコの閉口筋〔咬筋(Ma),側頭筋(DT),内側翼突筋(MP)〕及び開口筋〔顎舌骨筋(My),顎二腹筋(AD)〕を支配する求心性線維の三叉神経筋(Vg),三叉神経中脳路核(Vmes)における分布様式並びにVg, Vmes由来ニューロンの中枢投射をhorseradish peroxidase(HRP)法を用いて明らかにした. Vg:1)開口筋支配ニューロンは閉口筋支配ニューロンの外側部に位置していた.2)各筋支配ニューロンの分布はVgの背腹軸方向に局在配列をなした.3)咀嚼筋に分布するニューロンは小細胞群に属した.Vmes:1)DT, Ma及びMPは共に三叉神経運動核(Vmo)の高さから上丘の吻側部に至るVmesに分布した.2)DT, MaはVmesの吻尾軸方向で吻側と尾側にピークを持つ二峰性分布を示し吻側により多くの細胞が存在した. MPはVmesの吻尾軸に沿って均一な分布を示した. Vg由来ニューロンの中枢投射:1)咀嚼筋求心性線維は全てTSNCの中位核尾側半及び尾側核(Vc)と上頚部脊髄後角に投射した.2)中位核における投射部位はDTを除き全てその最外側部で,互いに重複していた.一方, DTは三叉神経脊髄路の背側に存在するparatrigeminal nucleusに投射した. 3)Vcと上頚部脊髄後角への投射部位は主にI層とV層で, I層における投射は吻尾軸方向において各神経間で異なっていた.DTはVc吻側部からC3に, MaはVcの尾側2/3からC2に, ADはVc尾側半からC_1に, MyはVc尾側部とC_1に, MPはVcの中間1/3に投射した. Vmes由来ニューロンの中枢投射:1)DT, Ma, MPは共に三叉神経運動核の高さではVmOの背外側亜核,三叉神経上域及び間域に投射した.2)Vmoより尾側では三者共に延髄網様体に終末枝を出しながらProbst路を下行し,その下端はMP閂に, MaはC_2に, DTはC3の高さに達していた.本研究の主課題である咀嚼筋求心性感覚ニューロンの三叉神経感覚核群への投射については、昭和62年度にほぼ完了した。63年度は、咀嚼筋のうち閉口筋(主に咬筋)の筋紡錘を支配する中脳路核ニューロンの投射部位をHRP軸索内注入法を用いて検討した。実験は、体重2.53.5kgの成猫10頭を用い、すべてネンブタール麻酔下で行なった。咬筋を支配する中脳路核ニューロンは偽単極性細胞とは異なり、単極性であった。すなわち、細胞体から出る軸索は1本で、中脳路を下行し途中多くの主側副枝を出し、三叉神経運動核の中央から尾側の高さで末梢枝(P fiber)と中枢枝(C fiber)に分かれた。P及びC fiber共に多くの主側副枝を出していた。咬筋筋紡錘支配ニューロンは、それらの中枢投射部位の違いにより二種類に分類することができた。すなわち、そのうちのI型は主側副枝が三叉神経上核、運動核、間域と傍域に投射していたのに対し、2型は三叉神経上核に投射する側副枝がみられなかった。
音響津波流速計の開発

瀬戸内海中央部で、本州側と四国側の防波堤先端に沿岸音響トモグラフィー装置(音響局)を各1台、海中設置し、音響局間で12次のM系列で位相変調した周波数4kHzの音波を510分間隔で送受信した。そして、音波の伝播時間差を、GPSを利用した高精度クロックシステムで精密計測し、本海域を通過する潮汐波が海面下に誘起する潮流を、1cm/sの精度で計測した。流速の計測精度1cm/sは海面変位約2cmに相当するため、非常に弱い潮汐波による海面変位対しても計測可能となる。研究期間中、津波は発生しなかったので、同じ海面重力波である潮汐波を代わりに計測した。本研究により音響津波流速計の有効性を実証できた。2012年2月から2013年8月まで、広島大学が世界に先駆けて開発した沿岸音響トモグラフィー装置を音響津波流速計として、瀬戸内海中央部の安芸灘に設置して、太平洋から瀬戸内海に侵入する津波の計測を試みた。この期間中、津波は発生しなかったため、代わりに潮汐波を計測したことになった。潮汐波も津波と同様に太平洋から瀬戸内海に侵入する海面重力波であるため、潮汐波を計測できれば、津波計測に対して音響津波流速計は有効であることになる。津波は通常、海面の変位として海上保安庁などの検潮所で計測されている。本計測法の最大の特徴は、津波の通過を海面変位ではなく、海中に誘起される振動流の流速でキャッチすることにある。津波の周期は、瀬戸内海内部では、12時間程度で、潮汐の主要周期12時間に比べてかなり短い。そこで、津波の計測は、潮汐波よりも短い時間間隔で実施する必要がある。呉市大崎下島と今治市菊間の防波堤の先端に沿岸音響トモグラフィー装置を各1台、海中設置し、音波装置(音響局)間で12次のM系列(疑似ランダム信号)で位相変調した周波数4kHzの音波を510分間隔で送受信する。そして、音波の伝播時間差を、GPSを利用した高度クロックシステムを利用することにより、本海域を通過する潮汐波が海面下に誘起する潮流を1cm/sの精度で精密計測した。この計測時間間隔は、潮汐波より周期の短い津波に対しても十分有効なものである。また、流速の計測精度1cm/sは海面変位約2cmに相当するため、非常に弱い津波に対しても応用可能であることになる。以上の結果、本研究により音響津波流速計の有効性を実証できたといえる。東日本大震災で発生した大津波で見られるように、外洋で発生し、外洋を伝播する津波の波高はある程度正確に予測できるものの、内湾・内海に侵入する津波高さの予測はそれほど正確にはなされていない。このことは、気象庁による三陸海岸に侵入する津波の波高予測が56mであったのに対して、実際の津波は高さは20mを越えていたことでも理解できる。内湾・内海に侵入する津波は、海岸地形により大きく変形されるので、内湾・内海の入口で、通過する津波を計測することは、湾奥や内海の深部に侵入する津波高さと津波の到達時間を正確に予測するためにどうしても必要となる。津波はいつ発生するか判らないので、津波と同様な海面重力波である潮汐波を利用して音響津波流速計を開発する。その一環として、研究室が世界に先駆けて開発した沿岸音響トモグラフィー装置を瀬戸内海の安芸灘に設置し、安芸灘を通過する潮汐波を連続計測している。瀬戸内海に侵入する津波も潮汐波と同様な海面重力波であるから、潮汐波の下の潮流(流速)変動を沿岸音響トモグラフィー装置で計測できれば、津波も同様に計測できることになる。現在、10分間隔で潮汐波を潮流変動として計測しているが、1分間隔で計測できることも確認しているので、実験海域を波速20m/sで通過する津波を十分にキャッチできる。長波理論を適用して潮流データから潮位変動を推定し、近くの海上保安庁の検潮所潮位データと比較したところ両者の位相は良く対応した。このことからも、沿岸音響トモグラフィーで計測した流速データから、津波の水位変動を計算できることが確認できた。瀬戸内海などの内海・内湾に侵入する津波を流速変動として計測する音響津波流速計の開発が目的である。しかし、津波はいつ発生するか判らないので、津波の代わりに同じような海面重力波である潮汐波を流速変動として計測することにより、音響津波流速計の開発を達成することを目指している。このような津波計測システムを、既に、2012年2月から瀬戸内海安芸灘に設置し、現在に至るまで潮汐波の連続計測に成功している。また、計測した流速データを長波理論を適用して水位変動に変換し、近くの海上保安庁の検潮所水位データと比較した場合、両者は、非常に良く対応することも確認した。

この結果、音響津波流速計の開発には、成功したと考えている。平成24年度に、音響津波流速計の開発に成功しているので、平成25年度(最終年度)は研究成果を、社会に発信することに努めたい。国内学会や国際会議での発表と研究成果報告書の作成・配布などを予定している。平成25年度(最終年度)の研究費は、研究成果発表のための国内旅費、国外旅費および国際誌への論文投稿料に使用する。さらに、研究成果報告集の印刷費に使用する。
3本鎖核酸を用いた画期的核酸医薬の開発

新規開発したペプチド結合3本鎖アンチセンスオリゴヌクレオチド(ASO)の開発を行った。まず、3本鎖ASOの鎖長及び各核酸配列に対する化学修飾の最適化を行った。次に、既報告の後根神経節細胞(DRG)へのデリバリーペプチドを用いて、DRGでの標的遺伝子の抑制を確認した。最後に、3本鎖ASOの静脈投与時にDRGにデリバリーされていることを、蛍光標識体を用いて共焦点顕微鏡で確認し、さらに定量的RT-PCR法でも確認した。13本鎖ASOの鎖長及び各種化学修飾の最適化cRNAについては、両末端にPS及び2'-O-メチル修飾(2'-OMe)を加えているが、核内でRNaseHに認識され、切断されるために中央部のDNAと相補となる部分に化学修飾を加えていない。そのため標的細胞である肝細胞に辿りつくまでに分解されている危険性がある。cRNAの中央部についても各種化学修飾を試み、ホスホロチオエート結合修飾を行なっても有効性に問題ことが判明した。PNAについてはin vivoで解離しない適切な鎖長は9残基で、また、PNAとLNAの間の距離は0でも1残基でも問題ないことを見出した。2中枢神経系へのデリバリーに際して有効な導入ペプチド配列の検討神経系へのデリバリーする導入ペプチドとして、既報告の後根神経節細胞へのデリバリーペプチドを用いて、3本鎖ASOの主鎖の有効な後根神経節細胞へのデリバリーを以下の方法で確認した。さらに、後根神経節細胞での標的遺伝子の抑制が確認できた。3dsASOの生体内分布の確認3本鎖ASO 5'末端を蛍光物質で、3'末端をクエンチャー物質で修飾してマウスに髄腔内投与し、共焦点顕微鏡で後根神経節細胞を観察した。その結果、3本鎖それぞれの後根神経節細胞へのデリバリーを確認した。更に、主鎖の分離は細胞質で行われ、核には主鎖のみが移行している知見を得た。マウスへの静脈投与でも、主鎖のシグナルを弱いながらも観察できた。主鎖核酸の定量方法としてELISAの感度は不十分であったが、定量的RT-PCR方法を開発して、3本鎖ASOの主鎖の有効な後根神経節細胞へのデリバリーを定量的RT-PCRによって確認した。
生物粒子の一次生成における極微小プランクトンの寄与

植物プランクトンの一次生産に寄与するピコプランクトン、特にシアノバクテリア以外の極微小プランクトンの貢献度を明かにするため,東京大学海洋研究所研究船「淡青丸」及び三重大学練習船「勢水丸」の西部北太平洋海域において行われた研究航海に参加し,船上においてピコプランクトン群集の培養実験を行った。「淡青丸」での実験では,ゴ-フロ-採水器をケブラ-ワイヤ-に装着する等の超クリ-ン技術により,微量金属等の汚染を避けつつ海水試料を採集した。直ちに,ポアサイズ2μmのヌクリポアフィルタ-による逆ろ過法によって海水試料中からピコプランクトンの分画を行った。このピコプランクトンを含む海水を船上の水槽内で培養し,シアノバクテリア及び極微小プランクトンの細胞数の経時変化を明らかにし,両者の生長速度を見積った。「勢水丸」の航海では,「淡青丸」の場合と同様にピコプランクトン画分を含む海水試料の培養を行うと同時に,分画を行わない全植物プランクトン群集の培養を行い,シアノバクテリア及び極微小ブランクトンの生長速度を見積った。これらの実験の結果,2μm以上の大型画分を除いた場合,シアノバクテリア及び極微小プランクトンとも活発な生長を示す傾向が得られた。また,ピコプランクトン画分のクロロフィルa濃度の変化には,シアノバクテリアではなく極微小プランクトンの細胞密度変化が寄与することが示唆された。上述の2研究航海の他,重点領域研究「海洋フラックス」計画研究班が企画した東京大学海洋研究所「白鳳丸」の研究航海に参加し,酸素法による植物プランクトン光合成量の測定を行った。さらに,重点領域研究「海洋フラックス」事務局主催のシンポジウム「オ-シャンフラックスー地球圏・生物圏におけるその役割ー」に参加し,「北太平洋海域における植物プランクトンサイズ構造の南北比較」という課題で講演を行った。
色素集積型光合成アンテナの形成機構の解明と光機能デバイスへの応用

クロロゾーム形成の解明を目標とし、クロロゾーム型色素集積体の形成過程のモデル化を研究の目的としている。2-3年次終了時点でクロロゾーム型色素集積体のモデル化を達成する予定であったが、光解離性保護基をクロロフィルに導入した「ケージドクロロフィル」を用いて、光誘発性超分子重合することによって、クロロゾーム型色素集積体が成長していく過程のモデル化(可視化)に成功した。超分子形成に重要なクロロフィルの水酸基に光解離性保護基を導入しエーテルとして保護することによって、一時的に自己集積能を持たない(不活性化した)ケージドクロロフィルを合成した。ケージドクロロフィルのモノマー溶液中に光を照射することによって、ケージドクロロフィル分子が活性化され、自己集積が始まる。従来の自己集積化では高濃度のクロロフィル溶液に貧溶媒を加えることで、色素集積体を調製していた。この手法を用いた形成される色素集積体は、速度論的にトラップされる準安定状態の粒子状の集積体である。しかし、今回の新たな手法を用いた自己集積化は、従来の自己集積化とは異なり、速度論的にトラップされる準安定状態の集積体形成を避け、熱力学的に安定な集積体(チューブ状)を優先的に形成させることが可能である。これはまさに、天然のクロロゾームがクロロフィルを徐々に生合成・集積させている様と同様であり、クロロゾーム型自己集積体の形成過程をモデル化した初めての例である。本研究成果はJ. Am. Chem. Soc.にて報告し、クロロゾームの形成過程の解明だけでなく、新たな超分子形成法としての観点からも非常に興味深く、J. Am. Chem. Soc.の注目論文としても取り上げられた。一年次は光解離性保護基の合成及び保護基を導入したケージドクロロフィルの合成と、分光測定及び光誘発性超分子重合の最適化を行うことを目標とし、二年次からクロロゾーム型集積体の形成過程をAFM等の顕微観察で行う予定であった。しかし、非常に順調に研究が進行したため、2-3年次終了時点で達成するはずであったクロロゾーム型色素集積体の形成過程のモデル化を一年次終了時点で達成した。クロロゾーム型色素集積体の形成過程のモデル化を一年次終了時点で達成したため、二年次はより天然に近い環境下でのクロロゾーム型色素集積体の形成過程のモデル化を行う予定である。今回の研究報告では、クロロゾーム型色素集積体が成長する様をモデル化したものの、有機溶媒系で自己集積化を行った。しかし、天然クロロゾームにおいて有機溶媒環境下はありえないことであるので、二年次は水系での自己集積化を行う。また、光解離性保護基を用いたケージドクロロフィル以外にも、光応答性超分子重合を用いたクロロゾーム型集積体の形成にも挑戦する予定である。その一例としては、スピロピランやアゾベンゼンのようなフォトクロミック分子の導入を検討しており、異性化による特性を利用して自己集積化をコントロールを行う。

しかし、天然クロロゾームにおいて有機溶媒環境下はありえないことであるので、二年次は水系での自己集積化を行う。また、光解離性保護基を用いたケージドクロロフィル以外にも、光応答性超分子重合を用いたクロロゾーム型集積体の形成にも挑戦する予定である。その一例としては、スピロピランやアゾベンゼンのようなフォトクロミック分子の導入を検討しており、異性化による特性を利用して自己集積化をコントロールを行う。