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適正な栄養補助食品の利用に関する研究;ビタミンB6について

食習慣の欧米化に伴い大腸がんが増加しているうえ、日本人の栄養摂取状況においてビタミンB6の摂取不足が明らかになっている。これまでの動物実験や大規模な疫学研究の結果、ビタミンB6の適切な摂取が大腸がんのリスクを低下させることが示されている。その作用機序として、ビタミンB6の血管新生抑制作用が注目されている。そこで、ビタミンB6の血管新生抑制機構について分子細胞レベルで検討した。一方で、食と健康に関する情報が氾濫している現代、このように有益な作用が明らかになると、サプリメントで必要以上に大量摂取することが起きる。しかも、発生時に高濃度ビタミンB6の暴露を受けると、神経系の発達に障害が出ることが知られている。そこで、マウス胚性幹細胞(ES細胞)を用いて、発生時の高濃度ビタミンB6暴露の影響を検討した。ヒト臍帯静脈由来血管内皮細胞(HUVEC)を用いた実験結果から、ビタミンB6は血管内皮細胞の増殖を抑制することにより血管新生抑制作用を示すことが明らかとなった。また、そのターゲット分子がDNA topoisomearse及びDNA polymeraseであることを明らかにした。近年血管新生には体内に存在する幹細胞が血管内皮細胞に分化し関与することが知られている。そこで、マウス胚性幹細胞(ES細胞)からの血管形成への影響について検討した結果、ビタミンB6はES細胞からの血管形成も抑制することが明らかとなった。一方、発生時に高濃度のビタミンB6暴露は神経系の発達に障害を与えることが知られている。そこで、マウスES細胞から神経細胞を分化誘導し、高濃度ビタミンB6の影響を検討した。その結果、高濃度のビタミンB6はES細胞からの神経発生には明確な影響を示さなかった。本研究では、ビタミンB6の血管新生抑制作用機序を明らかにした。また、発生時の高濃度ビタミンB6暴露による神経発生の障害は、血管網形成が阻害され神経網の発達に障害が起こるという可能性が示唆された。ビタミンB6の大腸がんや糖尿病合併症の予防効果が注目されている。がんの成長や糖尿病性網膜症には血管新生が重要な役割を果たしており、我々はビタミンB6には血管新生抑制作用があることを見い出した。一方、個体発生時に高濃度ビタミンB6暴露を受けると神経系に重篤な障害を受けることが報告されている。そこで、本研究では、ビタミンB6を栄養補助食品として利用する際の安全性について研究を行った。本年度は、発生時における高濃度ビタミンB6暴露の影響を検討する系として、マウス胚性幹細胞(ES細胞)を用いた血管発生モデルで検討した。既に開発していたES細胞からの血管形成系を改良し、より効率的な血管形成系を確立した。この方法を用いてビタミンB6の影響を検討した。その結果、主要な活性型ビタミンB6であるピリドキサール5'-リン酸(PLP)は100μM以上で血管形成を抑制した。同一濃度(200μM)でビタミンB6化合物の作用を比較検討した結果、ピリドキサール(PL)はPLPとほぼ同程度の作用を示した。また、最近糖尿病合併症の予防に有効であることが示されたピリドキサミン(PM)がこの系で血管形成抑制作用を示した。PMは既に分化した血管内皮細胞や動脈片を用いた血管新生系で抑制作用を示さないにもかかわらず、幹細胞から血管形成系を抑制したことはPMの糖尿病合併症抑制作用機構の一つとしての血管形成抑制作用を示唆するものである。一方、ピリドキシン(PN)は抑制作用を示さなかった。PLPの血管形成抑制機構として、細胞分化にもその重要性が最近示されたDNAトポイソメラーゼを阻害することを見い出した。今後は、発生系モデルとしてES細胞からの神経形成系の確立を試み、神経系への直接の作用を検討したいと考えている。一方、糖尿病合併症予防効果が示されているPMの作用機構や安全性についても検討する。食習慣の欧米化に伴い、大腸がんが増加している。更に、エネルギー過多による肥満やそれに伴う糖尿病が増加し、深刻な社会問題となっている。適正な栄養摂取により、これらの疾病のリスクを下げる可能性が示唆されている。特に、最新の栄養調査で摂取不足率が大きかったビタミンB6の作用が注目されている。大規模な疫学調査と動物実験により、ビタミンB6には大腸がんや糖尿病合併症予防効果が示されている。これまでの研究では、ビタミンB6に血管新生抑制作用があること、その作用機序としてDNAトポイソメラーゼ阻害作用が関与していることを明らかにしている。更に、血管新生には、幹細胞から分化してくる血管系細胞も関与していることから、マウス胚性幹細胞(ES細胞)を用いた血管発生モデルを用いてビタミンB6の作用を検討した。その結果、幹細胞からの血管形成も抑制することを明らかにした。そこで、本研究では、発生時における高濃度ビタミンB6暴露の影響を検討する系として、マウス胚性幹細胞(ES細胞)を用いた神経発生・分化モデルの確立を試みた。マウス胚性幹細胞(ES細胞)を用いて、神経細胞の分化誘導系の確立。まず、ES細胞をハンギング・ドロップ法により培養して胚様体(embryoid body, EB)を形成させた。このEBをコラーゲン処理した培養プレートに移し、all-transレチノイン酸処理した。その後、培養を続け神経細胞を分化誘導した。神経細胞は、神経細胞特異的抗体を用いて染色し、その分化誘導効率を検討した。

様々な濃度のレチノイン酸処理と培養条件設定で検討を試みたが、神経細胞の分化誘導効率は10-20%程度と低かった。この程度では、ビタミンB6の影響を調べるには適当ではなく、より効率的な分化誘導条件の確立が必要であると考えられる。今後は、ES細胞からより効率的な神経細胞分化誘導系を確立し、神経細胞分化系へのビタミンB6の作用を検討したいと考えている。食習慣の欧米化に伴い大腸がんが増加しているうえ、日本人の栄養摂取状況においてビタミンB6の摂取不足が明らかになっている。これまでの動物実験や大規模な疫学研究の結果、ビタミンB6の適切な摂取が大腸がんのリスクを低下させることが示されている。その作用機序として、ビタミンB6の血管新生抑制作用が注目されている。そこで、ビタミンB6の血管新生抑制機構について分子細胞レベルで検討した。一方で、食と健康に関する情報が氾濫している現代、このように有益な作用が明らかになると、サプリメントで必要以上に大量摂取することが起きる。しかも、発生時に高濃度ビタミンB6の暴露を受けると、神経系の発達に障害が出ることが知られている。そこで、マウス胚性幹細胞(ES細胞)を用いて、発生時の高濃度ビタミンB6暴露の影響を検討した。ヒト臍帯静脈由来血管内皮細胞(HUVEC)を用いた実験結果から、ビタミンB6は血管内皮細胞の増殖を抑制することにより血管新生抑制作用を示すことが明らかとなった。また、そのターゲット分子がDNA topoisomearse及びDNA polymeraseであることを明らかにした。近年血管新生には体内に存在する幹細胞が血管内皮細胞に分化し関与することが知られている。そこで、マウス胚性幹細胞(ES細胞)からの血管形成への影響について検討した結果、ビタミンB6はES細胞からの血管形成も抑制することが明らかとなった。一方、発生時に高濃度のビタミンB6暴露は神経系の発達に障害を与えることが知られている。そこで、マウスES細胞から神経細胞を分化誘導し、高濃度ビタミンB6の影響を検討した。その結果、高濃度のビタミンB6はES細胞からの神経発生には明確な影響を示さなかった。本研究では、ビタミンB6の血管新生抑制作用機序を明らかにした。また、発生時の高濃度ビタミンB6暴露による神経発生の障害は、血管網形成が阻害され神経網の発達に障害が起こるという可能性が示唆された。
組織特異的プロモーターを用いたホルモン抵抗性前立腺がんに対する遺伝子治療の検討

本実験は内分泌療法抵抗性となった前立腺癌に対して、新たな治療法としての遺伝子治療を行うことを目的としている。初年度は前立腺組織特異的PSAプロモーターのクローニングとその改変を行うこととした。前立腺癌細胞株LNCaPからT-RNAを抽出し、クローニングプライマーを用いてPCRを行ったがプロモーター活性を持つPSAプロモーターを得る事が出来なかった。同様に前立腺癌患者血清中よりクローニングを試みたが、活性をもったプロモーターをクローニングすることが出来なかった。横浜市立大学泌尿器科上村博先生より、Long PSAプロモーター(enhancerを含む全長約5.8Kb)を譲渡していただいた。これをまず、enhancer部分を除いたshort PSAプロモーターをPCRで増幅し、レポーター遺伝子(Lucifarase)を下流に持つ既存のpGL3basic plasmidに組み込んだ。Plasmid内部及びPSAプロモーター内部に含まれていない制限酵素配列を用いて、アンドロゲン応答配列をレチノイン酸応答配列に置換することを試みた。これによりPSAプロモーターは、アンドロゲンをリガンドとして下流遺伝子の転写が始まるように、改変プロモーターはレチノイン酸(ビタミンA)をリガンドとして下流の転写が始まるようになると考える。PSAプロモーターはcodon232266と452467のandrogen response regionを含んでいる。この部分の配列をレチノイン酸応答配列に変えるためにPCRで増幅し、ligationを行っている。Plasmidの改変が終われば、レポーター遺伝子が発現することを確認し、前立腺癌細胞株を用いた実験に進む予定である。
阿蘇地域を中心とした古墳時代の九州島における情報伝達・文物交流の実証的研究

平成28年熊本地震の影響により補助事業期間の1年延長を申請したが、本年度がその延長期間に当たる。地震の影響が依然残るなか、関係各位のご協力を得てフィールド調査を実施することができ、あわせて、5年間の調査・研究内容をまとめた総括報告書を出版した。具体的には下記の通りである。1.熊本県阿蘇市下御倉古墳の墳丘測量調査を実施した。これにより墳丘とその周辺地形が初めて図に示されたのだが、その結果、墳丘に大規模な改変が加えられていることが明確となった。そして、これまでの上御倉古墳調査の内容をあわせて考察し、上御倉古墳の石室と別府市鬼ノ岩屋1号墳の石室が構造的に類似していることを確認した。2.熊本県高森町高塚横穴群出土遺物の調査・分析を行った。昨年度までに新たに発見された発掘調査時作成の図面および写真の分析も同時に進め、副葬品の出土状況を明確にした。そして、高塚横穴群は古墳時代中期後葉から後期後葉にかけて営まれたこと、高塚横穴群に築かれた横穴は高千穂地域の横穴と同型式であること、竹田市周辺の横穴とも密接な関係を有していることなどを明らかにした。3.漆生古墳群が立地する豊後大野地域の古墳動向について総括的に考察した。そして、豊後大野地域の前方後円墳は単一の首長墓系譜ではないこと、古墳を造営しない首長が存在した可能性があること、地域首長は相当に自立的な存在であったことなどを指摘した。4.阿蘇地域でサンプリングした赤色顔料(ベンガラ)を分析し、上御倉古墳、下御倉古墳に用いられたベンガラが阿蘇谷西部に産する褐鉄鉱に由来するものでないことを示した。この所見は、古墳時代後期に、阿蘇谷でのベンガラ生産に何らかの変化があったことを示唆する点で重要である。5.以上を総括的にまとめ、今後の研究の展望を示した研究成果報告書を出版した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.阿蘇地域の熊本県側および大分県側の2箇所で古墳の調査を実施した。熊本県側の調査対象は阿蘇市平原古墳群で、6号墳の墳丘および墳頂部の発掘調査、2・3号墳の測量調査、さらに1981年に調査され未報告のままとなっていた1号墳石棺およびその出土遺物についての調査を行った。おもな成果として、6号墳は、主体部構造の確認には至らなかったが、葺石を良好に残す2段築成の円墳(直径3031m)であること、3号墳は方墳の可能性があることが明らかとなった。また6号墳の時期は古墳時代中期前葉から中葉、3号墳は中期後葉と推測できた。他方、大分県側では豊後大野市漆生古墳群の測量・発掘調査を行った。その結果、大久保1号墳は2段築成の前方後円墳(墳頂36m)であること、方墳との指摘のあった城山古墳は削平が著しく、墳形の確定には至らないことなどが示された。また、出土遺物がほとんどないため時期の判定は難しいが、前期に属す古墳群である可能性が指摘された。2.阿蘇地域の古墳関係資料、集落関係資料の収集作業を開始した。その作業を通じて、未報告ながら阿蘇地域の古墳時代を考察するうえで重要と思われる古墳出土資料をいくつかピックアップした。なかでも高森町高塚横穴群出土の武器・武具は、阿蘇地域を介した文物交流を考えるうえで重要と判断されたため、調査・分析の実現の可能性を探ることとなった。また、熊本県地域出土の未報告の古人骨資料についても調査を開始することに決定した。さらに、大分平野の古墳出土埴輪、および弥生時代から古墳時代の赤色顔料(ベンガラ)について、資料の収集と分析を進めた。3.2015年3月15日、大分県豊後大野市中央公民館を会場にして調査研究成果報告会を開催し、それぞれの調査・研究の進捗状況を披露した。この報告会は一般にも公開するかたちで実施し、調査・研究成果の社会への発信に努めた。熊本県側では、昨年度は阿蘇市平原古墳群を調査したが、諸般の事情により今年度は阿蘇市上御倉古墳を調査対象とした。上御倉古墳は後期の円墳で、その内部主体は石屋形を有する横穴式石室である。当該地域・時期においてはきわめて有力な古墳であるが、墳丘、石室の詳細な実測図が作成されていなかった。そこで、今年度は石室の実測および三次元計測を実施した。その結果、石室構造は別府市鬼ノ岩屋古墳1号墳のものと酷似していることが明確となった。また、三次元計測によりオルソ画像も作成したが、これは一般市民への普及・公開活動などにも利用できる成果である。実際、オルソ画像による石室写真は地元の古城小学校にポスター展示された。他方、大分県側では、昨年度に引き続き豊後大野市漆生古墳群の発掘調査を実施した。その結果、大久保2号墳の主体部は石棺蓋土壙墓であること、城山古墳には2つの主体部があり、いずれも箱式石棺であることなどが明らかとなった。2.阿蘇地域の古墳・集落関係資料の調査を行った。古墳関係資料では、昨年度に抽出した高森町高塚横穴群出土資料の調査・分析を開始した。

なかでも短甲は、竹田市扇森山横穴群出土のものに酷似しており、阿蘇地域における首長の交流関係を知るうえできわめて重要な資料とみなされる。また、漆生古墳群の調査に関連し、大分県地域出土の埴輪や刳抜式石棺の資料収集・調査を行った。集落関係資料としては、阿蘇地域に産するベンガラをはじめとする赤色顔料資料の採取・分析を進めた。3.2016年3月13日、阿蘇市阿蘇世界文化遺産推進室会議室を会場にして調査・研究成果報告会を開催し、それぞれの調査・研究の進捗状況を披露した。この報告会は、調査・研究成果の社会への発信も目的としているため一般にも公開するかたちで実施し、30余名の参加者を得た。本研究の目的は、阿蘇地域を介した古墳時代の情報伝達・文物交流のありかたを、具体的な考古資料を通じて明らかににするというものである。その目的を達成するためには、熊本県側および大分県側でのフィールド調査の実施がきわめて重要であるが、若干の予定変更はあったものの順調に調査を実施することが出来た。フィールド調査と並行して、既存の古墳出土資料や集落出土資料の調査・検討も重要な課題であるが、これについても的確な資料を選択し、作業を進めることができた。ただし、鉄鏃実測の進捗状況が、当初の予定よりも若干遅れ気味であるため、上記区分を(2)と判断した。2016年4月に発生した平成28年熊本地震のため、2016年度研究計画のうちフィールド調査については大幅に変更する必要性が生じた。また、熊本大学の施設も被災したため、とくに発災当初は資料の整理・分析作業にも少なくない支障が生じた。そうしたなか、可能な限りの調査・研究を進め、下記のような実績があった。1.阿蘇地域における古墳のフィールド調査に関して、当初予定していた熊本県阿蘇市上御倉古墳の測量調査は中止せざるを得なかった。しかし、大分県豊後大野市漆生古墳群の発掘調査は昨年度に引き続き実施することができた。その結果、大久保3号墳の主体部は石蓋土壙墓であることが明らかとなった。また、蓋石裏面に塗布されていた赤色顔料のサンプルを採取し、分析資料とした。2.阿蘇地域に関連する古墳関係既存資料の調査を行った。昨年度に引き続き、熊本県高森町高塚横穴群出土資料の調査・分析に取り組み、短甲・鉄鏃・馬具の実測図作成を進めた。これに関連し、熊本地震で被災した高塚横穴群調査担当者のご自宅の片付け作業にともない、発掘調査当時作成の遺物出土状況図等が発見されたため、それも合わせて分析を進めることに決定した。また、阿蘇地域に産するベンガラをはじめとする赤色顔料の分析を進めた。3.調査・研究の進捗状況を確認するための共同研究会を7月30日に実施し、熊本地震が本共同研究へ与える影響、および今後の進め方について協議した。当初は冬にも共同研究会を実施する計画であったが、それを実現できなかった点は反省点である。本研究の目的は、阿蘇地域を介した古墳時代の情報伝達・文物交流のあり方を、具体的な考古資料を通じて明らかにするというものである。その目的を達成するためには、熊本県側および大分県側でのフィールド調査の実施がきわめて重要であるが、2016年4月に発生した平成28年熊本地震により熊本県阿蘇市周辺に大きな被害が発生したため、当初予定していた阿蘇市での古墳のフィールド調査を中止せざるを得なかった。本研究推進の中心に据えていた阿蘇市での調査を実施できなかった点は大きな痛手であり、地震被害の復旧・復興の進捗状況をにらみながら、何とか次年度にフィールド調査を再開するべく各種方面との調整をはかっている段階である。
ヘテロジニアス・マルチコア時代の統一的ソフトウェア開発手法に関する研究

本研究では,CPUと描画処理用ユニット(Graphics Processing Unit, GPU)を搭載している一般的なPCを想定し,そのCPUとGPU間での移植性を維持しつつ両者を効果的に利用可能な高級プログラミング言語処理系としてSPRAT(Stream Programming with Runtime Auto-Tuning)を設計・実装・評価した.LU分解および2次元非圧縮流体シミュレーションをアプリケーション例としてSPRAT言語で記述し,PCに搭載されたCPUとGPUの性能差や問題サイズなどの実行時パラメータに応じて,SPRAT実行環境がプロセッサを適切に自動切り替え可能であることを評価実験により示した.また,実行時間が最短になるようにプロセッサを切り替える手法や,アプリケーション実行に要するエネルギ消費を最小にするプロセッサ切り替えなどを試し,SPRAT実行時環境がそれぞれの観点から適切にプロセッサを切り替え可能であることを示した.さらに,高水準のSPRAT言語からGPU向けのCUDAコードを生成する言語処理系(SPRATコンパイラ)に2種類の自動最適化機能を実装し,それらの演算性能への影響を評価した.その結果,自動最適化機能により,SPRATコンパイラによって自動生成されたコードを実行した際の性能を大幅に改善できることが示された.本研究では,CPUと描画処理用ユニット(Graphics Processing Unit, GPU)を搭載している一般的なPCを想定し,そのCPUとGPU間での移植性を維持しつつ両者を効果的に利用可能な高級プログラミング言語処理系としてSPRAT(Stream Programming with Runtime Auto-Tuning)を設計・実装・評価した.LU分解および2次元非圧縮流体シミュレーションをアプリケーション例としてSPRAT言語で記述し,PCに搭載されたCPUとGPUの性能差や問題サイズなどの実行時パラメータに応じて,SPRAT実行環境がプロセッサを適切に自動切り替え可能であることを評価実験により示した.また,実行時間が最短になるようにプロセッサを切り替える手法や,アプリケーション実行に要するエネルギ消費を最小にするプロセッサ切り替えなどを試し,SPRAT実行時環境がそれぞれの観点から適切にプロセッサを切り替え可能であることを示した.さらに,高水準のSPRAT言語からGPU向けのCUDAコードを生成する言語処理系(SPRATコンパイラ)に2種類の自動最適化機能を実装し,それらの演算性能への影響を評価した.その結果,自動最適化機能により,SPRATコンパイラによって自動生成されたコードを実行した際の性能を大幅に改善できることが示された.平成19年度には,CPUと描画処理用ユニット(Graphics Processing Unit, GPU)を搭載している一般的なPCを想定し,そのCPUとGPU間での移植性を維持しつつ両者を効果的に利用可能な高級プログラミング言語処理系としてSPRAT(Stream Programming with Runtime Auto-Tuning)を試作した.現在盛んに行われているGPUコンピューティングでは,NVIDIA社のCUDAなどを用いて,ハードウェア構成を意識した抽象度の低いレベルでのプログラム開発が行われており,GPUの世代間の移植性を考えると現在よりもさらに抽象度の高いプログラム開発環境が求められている.しかしSPRATのようにプログラマが個々のプロセッサの違いを意識しない,ハードウェアが高度に抽象化されたプログラム開発環境の実現を考えた場合,異種複数のプロセッサを搭載するシステムでは各処理を実行するプロセッサを自動選択しなければならない.本研究では,その最適なプロセッサ選択が実行時の様々な要因に依存していることを様々な計算カーネルにおける性能解析により明らかにした.その結果に基づき,実行時性能予測に基づいてプロセッサを自動選択する機能がSPRATの設計段階から考慮されている.LU分解および2次元非圧縮流体シミュレーションをアプリケーション例としてSPRAT言語で記述し,PCに搭載されたCPUとGPUの性能差や問題サイズなどの実行時パラメータに応じて,SPRAT実行環境がプロセッサを適切に自動切り替え可能であることを評価実験により示した.加えて,GPUを利用することによって飛躍的な計算性能向上を達成できることを実証するため,アプリケーション例として交差判定処理の効果的なGPU実装の開発にも取り組んだ.平成20年度には, CPUと描画処理用ユニット(Graphics Processing Unit, GPU)を搭載している一般的なPCを想定し,そのCPUとGPU間での移植性を維持しつつ両者を効果的に利用可能な高級プログラミング言語処理系としてSPRAT(Stream Programming with Runtime Auto-Tuning)を実装・評価した.SPRATのようにプログラマが個々のプロセッサの違いを意識しない,ハードウェアが高度に抽象化されたプログラム開発環境の実現を考えた場合,異種複数のプロセッサを搭載するシステムでは各処理を実行するプロセッサを自動選択しなければならない.平成20年度には,実行時間が最短になるようにプロセッサを切り替える手法や,アプリケーション実行に要するエネルギー消費を最小にするプロセッサ切り替えなどを試し, SPRATによるプロセッサ自動切替の有効性を評価した.その結果, SPRATが問題サイズなどの実行時パラメータに応じて,それぞれの観点から適切にプロセッサを切り替え可能であることが示された.また,高水準のSPRAT言語からGPU向けのCUDAコードを生成する言語処理系(SPRATコンパイラ)に2種類の自動最適化機能を実装し,それらの演算性能への影響を評価した.SPRATコンパイラではデータの再利用性を解析し,再利用性の高いストリームデータをGPUのオンチップメモリへと複製するコードを生成できる.さらに,非効率的なメモリアクセスを2回の効率的なメモリアクセスで置き換える.また, GPUの世代によって異なる最適化技法が求められる場合にも,それを自動的に判断して適切な最適化技法をGPU用のコード生成時に適用できる.これらの自動最適化機能により, SPRATコンパイラによって自動生成されたコードを実行した際の性能を大幅に改善できることが示された.
時間依存性構造解析手法の高精度化と耐久性力学問題への適用

これまでに開発した時間依存型構造解析手法を高精度化するために,若材齢コンクリートと鉄筋間の付着挙動特性を評価するための両引き試験を行った。実験結果を用いて載荷材齢を考慮できる付着応力ーすべり関係を構築し,本解析手法に導入した。耐久性力学問題まで適用できるように,別途実施した若材齢RCはりの曲げ載荷実験の数値シミュレーションにより解析手法の妥当性を検証し,温度解析・湿気移動解析を併用した既往の実験のひび割れ幅解析ならびに初期応力状態下で残存する構造性能を評価した。本研究では,これまでに開発した時間依存型構造解析手法を高精度化するために,硬化過程のコンクリートと異形鉄筋間の付着応力ーすべり関係の材齢変化に関する知見を得るための実験および若材齢鉄筋コンクリートはり部材の曲げ挙動特性に関する実験を実施した。温度応力により発生するひび割れおよびひび割れ幅予測の高精度化には,材齢変化に伴う若材齢時コンクリートと鉄筋間の付着応力ーすべり関係の把握が必要となる。そこで,軟化域に至るまでの付着応力ーすべり関係の材齢による形状変化を評価するために,載荷材齢を変化させた両引き試験を行った。その結果,各材齢の付着強度は,各材齢の圧縮強度と相関がある一方で,各材齢の付着強度時のすべり量は相関が無いこと,材齢1週間程度までの無次元化した付着応力ーすべり関係の形状はほぼ同一であるが,材齢1ヶ月での形状とは異なることなどの知見を得た。温度応力や乾燥収縮によるにひび割れ幅の評価を可能とする解析ツールにおける構成則の更なる高精度化に資するために,若材齢コンクリートはり部材の載荷実験を行った。本研究では,若材齢コンクリートはり部材内の鉄筋とコンクリート間の付着特性,材齢極初期に荷重作用を受けたはり部材の硬化後の挙動および材齢極初期にひび割れ損傷を有するはり部材のクリープ挙動に関する知見を得ることを目的とした。実験の結果,計算上過鉄筋断面であっても曲げ降伏すること,材齢極初期の荷重作用が硬化後の曲げ耐力に大きな影響を及ぼさないこと,短期的なクリープ挙動が外気の湿度変化に影響を受けるなどの知見を得た。コンクリート工学載荷材齢を変化させた両引き試験を実施することで,軟化領域も含めて,若材齢から硬化までに至る付着挙動特性の時間的変化に関する知見を得ることができた。ここでは,別途実施する圧縮試験結果を使用して,若材齢時から硬化に至るまでのコンクリートの強度発現状況と,付着強度,初期剛性ならびに軟化勾配との関係をまとめることができた。しかしながら,付着応力ーすべり関係における付着強度時のすべり量の材齢変化に関する実験データが十分に得られなかったため,今後追加実験を実施したい。載荷材齢と載荷履歴を実験変数としたRCはり部材の載荷実験を通じて,載荷材齢や載荷履歴がはり部材の荷重ー変位関係に及ぼす影響および鉄筋とコンクリート間の付着状況など内部挙動に関する知見を得ることができた。付着応力ーすべり関係における付着強度時のすべり量の材齢変化に関する実験データが十分に得られなかったため,追加実験を実施する。加えて,コンクリート乾燥収縮の付着挙動特性に関する知見を得ることも目的として,新たな実験を実施する。また,RCはり部材の載荷実験においても,より長期間の持続荷重を作用させる実験を実施することで,載荷材齢,周囲環境の変化がクリープ挙動に及ぼす影響に関する知見を得ることを目的とする。これまでに得られた知見を基に,硬化過程のコンクリートと鉄筋間の付着応力ーすべり関係のモデル化およびプログラミングを実施する。構築した解析ツールを用いて,本研究で実施しているRCはり部材の載荷実験の数値解析を実施することで,解析手法の妥当性および改良点の検討を実施する。実験装置の改良が当初の見積額よりも安く実施することができた。この他,参加する学会が近隣で開催されたこと,謝金を支払う必要が無かったことから,次年度使用額が生じた。また,今年度実施した実験を通じて,本研究の目的を達成するためには,コンクリートの乾燥収縮が付着挙動に及ぼす影響を評価する必要性が出たこと,追加実験を実施する必要が生じたことから,これらの実験を遂行する予算として次年度に使用することとした。追加実験を実施するための費用および数値解析用コンピュータの購入費用として使用する。
実代数幾何及び実解析位相幾何の研究

1.なめらかな実代数的集合を、集合としてのみとらえず、その集合間の写像もこめて、すなわちカテゴリーとしてとらえた。それによって一つの理論を組み立てることに成功した。その写像の全体は、従来の多項式写像及び、有理写像を含むが、さらに代数的な、なめらかな写像よりなっている。この様に考える対象を広げることによって、理論が自由な、しかし秩序あるものとなった。多項式写像と有理写像だけでは、あくまで得異な現象しか起らず、理論を組み立てるにはほど遠かった。具体的には近似定理による微分位相幾何の理論への移行と、コンパクト化理論である、コンパクト化は集合のみならず、写像も込めてのそれで、層理論を底空間がコンパクトのみの場合を考えて十分となる。そのため実代数的集合が扱いやすく、明確になった。これは本として、まとめられた。2.代数的研究グループでは、ある正則条件のもとでP一群の正規部分群への移送が、その指数乗写像と合同であること、が証明された。それに基づき、単項化定理の群論への応用として、群のexponentに関する、アルペリークオの結果の著しい拡張も示された。3.確率論的研究グループでは、クラスLに属する時間的一様な独立増分をもち、0から出発する確率過程【X_t】(0【<!-】t<∞)の分布は単峰であることが知られているが、このモードa(t)に対し、tの関数としての性質を論じた。特にt→∞における挙動を、【X_t】が増加過で、そのk関数が無限遠で緩変動のとき、および、安定過程のdomainofattractionに入るときに明らかにした。
知覚学習イノベーション－次世代感覚運動学習法の創出を目指してー

本研究では脳機能イメージング法(磁気共鳴装置,脳磁計,経頭蓋磁気刺激装置,脳波計等)を駆使して,体性感覚機能を客観的に評価するためのバイオマーカーを開発し(プロジェクト1),次に体性感覚機能を向上させるための知覚学習法を開発する(プロジェクト2).その後,知覚学習が運動遂行能に及ぼす影響を明らかにするとともに(プロジェクト3),動物実験を通して知覚学習の神経基盤を明らかにする(プロジェクト4).これらを通して,「知覚の可視化」と「知覚学習法の確立」を達成するとともに,感覚運動連関に焦点をあてた「次世代感覚運動学習法」の創出に向けた基盤を構築する.この研究は、脳機能イメージング法を駆使して体性感覚を客観的に評価するためのバイオマーカーを開発し、体性感覚機能を向上させるための知覚学習法を開発する。また、知覚学習が運動機能に及ぼす影響を明らかにするとともに、動物実験を通して知覚学習の神経基盤を解明しようという計画である。代表を中心としたグループの独自成果を基盤に提案されており,研究方法と実施体制も適切に設定され、幅広いアプローチが統一された目標に向けられている。本研究の遂行により成果が得られれば、学術的に高い到達度と波及効果が期待できる。さらに脳卒中患者に頻発する感覚障害に対する新たな治療法開発に繋がる。本研究では脳機能イメージング法(磁気共鳴装置,脳磁計,経頭蓋磁気刺激装置,脳波計等)を駆使して,体性感覚機能を客観的に評価するためのバイオマーカーを開発し(プロジェクト1),次に体性感覚機能を向上させるための知覚学習法を開発する(プロジェクト2).その後,知覚学習が運動遂行能に及ぼす影響を明らかにするとともに(プロジェクト3),動物実験を通して知覚学習の神経基盤を明らかにする(プロジェクト4).これらを通して,「知覚の可視化」と「知覚学習法の確立」を達成するとともに,感覚運動連関に焦点をあてた「次世代感覚運動学習法」の創出に向けた基盤を構築する.
プラズマ流の安定性解析における特異点と接続問題に関する理論的研究

安定性解析において重要な効果を抽出する手法に、接続法がある。プラズマ流の安定性解析においては特異点の位置が先験的に不明であるため、従来の接続法では特異点解析を行えないことを指摘した。そこで有限幅を持つ内部領域を用いる一般化された接続法を提案し、プラズマ流の接続問題が解けることを示した。当理論に基づいて数値解析を行い、流れの効果が重要となる領域を明らかにした。また、一般化された接続法に基づいて、解析的な分散関係を導出し、プラズマ流の安定性に影響を与える重要な物理量を明らかにした。プラズマ流は核融合実験装置や宇宙・天体環境において観測される普遍的な現象である。プラズマ流の安定性解析は、学術的に興味深い問題であると同時に、流れによるプラズマの安定化は高性能核融合炉の実現に必要であるため、実用上も重要な研究課題である。プラズマ流の安定性において重要となる効果を抽出する手法の一つに、「接続法」と呼ばれる境界層理論がある。接続法を用いる場合、解を接続するために、問題を解く前に全プラズマ領域を「内部層」と「外部領域」に分割する必要がある。内部層は、安定性を決める効果(例えば共鳴)が重要となる領域(共鳴面と呼ぶ)を含むよう設定する必要がある。外部領域は内部層以外の領域を指し、慣性の効果を無視した方程式により支配される。本研究では、プラズマ流の安定性解析においては、流れがない場合に有理面に縮退していた共鳴面(特異点として現れる)が二つに分離し、それらの位置が先験的に分からないという数学的問題があるため、従来の接続法では特異点解析を原理的に行えないことを指摘した。この問題を解決するために、新しい接続法を提案した。内部層の概念を一般化して有限な幅をもつ内部「領域」を用いると、共鳴面を捉えることができ、流れをもつプラズマの接続問題が解けることを示した。更に、当理論に基づいて、円柱プラズマモデルを解析する数値計算コードを開発した。具体的な問題として、抵抗性壁モードの安定性に関し数値解析を行い、流れの効果が重要となる領域を明らかにした。プラズマ流の安定性解析は学術的に興味深い問題であると同時に、流れによるプラズマの安定化が高性能核融合炉の実現に必要であるため、実用上も重要な研究課題である。安定性解析において、重要な物理量を抽出する手法に「接続法」がある。接続法では、支配方程式の特異点(不安定なモードが共鳴を起こす場所)を横切って解を接続する。そのため、特異点の性質を明らかにする必要がある。しかし、プラズマ中に流れがあると、ドップラー効果に加えて、モードが振動するために、特異点の場所が先験的に決まらないという数学的な問題がある。そのため、従来の接続法では、プラズマ流の安定性解析を行えなかった。そこで、昨年度は、先験的に位置が分からない特異点を含むように、有限幅の接続領域を用いた一般化された接続法を提案した。今年度は、一般化された接続法に基づいて、解析的な分散関係を導出し、安定性に影響を与える重要な物理量を明らかにした。まず、支配方程式の特異点近傍を支配する方程式を導出し、解析解(特殊関数で表わされる)を求めた。解析解を用いて、一般化された接続法に基づき分散関係を導出した。得られた分散関係を用いると、特異点におけるプラズマ平衡の情報等を与えれば、モードの成長率及び振動数を計算することができる。得られた分散関係を用いて、高性能核融合炉で重要となる抵抗性壁モードの解析を行った。解析解を調べることで、回転の大きさだけでなく、回転シアと磁気シアが抵抗性壁モードの分散関係に大きく影響を与えることが明らかになった。更に、回転シアが磁気シアより小さい(大きい)場合、回転が抵抗性壁モードを安定化(不安定化)することが明らかになった。以上の結果は、抵抗性壁モード解析においてこれまで着目されてこなかった回転シアが、重要な役割を果たしていることを示している。
プラズマプロセスにおけるフリーラジカルに関する研究

当初の研究計画は、ほぼ達成された。研究成果の概要を以下に列記する。1.分光法による気相中のラジカル計測の研究赤外半導体レーザー吸収法をはじめ、各種レーザー分光法を用いて、種々の方法で励起されたプラズマ中のCF_3,CF_2,CF,CH_3,SiH_3,SiH_2,SiH,Siラジカルを測定し、ラジカルの振る舞いを明らかにした。フロン系プラズマ中のラジカル密度および組成の制御方法を開発した。2.気相および表面におけるラジカル反応素過程の研究プラズマプロセス用の反応性分子への電子衝突によって生じる非発光中性ラジカルの解離生成断面積を測定した。イオンを表面に衝突させたときどのようなイオンラジカルが生じるかを明らかにした。エッチングプラズマプロセスにおけるCF_2ラジカルの表面反応過程を明らかにした。3.プラズマプロセスにおける水素ラジカル計測法の確立とその化学反応過程解明への適用波長205nmの二光子励起レーザー誘起蛍光法により平行平板型RF励起シランプラズマ中の水素ラジカル密度を測定し、その振る舞いを明らかにした。4.プラズマ・固体界面でのラジカルの反応過程の研究多結晶シリコンの低温形成における水素ラジカルの役割を調べ、水素ラジカルが重要な寄与をしていることを明らかにした。高速位相変調FT-IR分光偏光法を開発し、CF_4プラズマに曝されたSi表面の状態を観察した。メタンプラズマ中の炭素微粒子が帯電してクーロン力で結晶格子状に配列成長する現象を観測し、その機構を調べた。5.シランプラズマ中の微粒子成長機構の研究レーザーおよびプローブを用いて高周波シランプラズマ中の微粒子の発生・成長には、SiH_2のような高発生率の短寿命ラジカルが関与していることが分かった。6.プラズマプロセスにおけるラジカルのダイナミックシナジズムのモデリングエッチング、アッシング等で用いられる容量結合型高周波酸素プラズマの構造を時空間分解発光分光法によって測定し、入力とともにシース幅が増加することを見いだし、この現象がO原子とO^-イオンの反応に起因することを明らかにした。1.分光法による気相中のラジカル計測の研究赤外半導体レーザー吸収法はじめ、各種レーザー分光法を用いて、種々の方法で励起されたプラズマ中のCF_3、DF_2、CF、CH_3、SiH_3、SiH_2、SiH、Siラジカルを測定し、ラジカルの振る舞いを明らかにした。気相および表面におけるラジカル反応素過程の研究プラズマプロセス用の反応性分子への電子衝突によって生じる非光中性ラジカルの解離生成断面積を測定した。イオンを表面に衝突させたときどのようなイオンラジカルが生じるかを観測した。CF_4/H_2プラズマ中のCFx/F密度比を制御する方法を見いだした。プラズマプロセスにおける水素ラジカル計測法の確立とその化学反応過程解明への適用波長205nmの二光子励起レーザー誘起蛍光法により平行平板型RF励起シランプラズマ中の水素ラジカル密度を測定し、その振る舞いを明らかにした。

メタンプラズマ中の炭素微粒子が帯電してクローン力で結晶格子状に配列成長する現象を観測し、その機構を調べた。5.シランプラズマ中の微粒子成長機構の研究レーザーおよびプローブを用いて高周波シランプラズマ中の微粒子の発生・成長には、SiH_2のような高発生率の短寿命ラジカルが関与していることが分かった。6.プラズマプロセスにおけるラジカルのダイナミックシナジズムのモデリンエッチング、アッシング等で用いられる容量結合型高周波酸素プラズマの構造を時空間分解発光分光法によって測定し、入力とともにシース幅が増加することを見いだし、このの現象がO原子とO^-イオンの反応に起因することを明らかにした。1.分光法による気相中のラジカル計測の研究赤外半導体レーザー吸収法、レーザー誘起蛍光法など各種レーザー分光法、出現質量分析法および紫外吸収分光法を用いて、種々の方法で励起されたプラズマ中のCF_3、CF_2、CF、CH_3、SiH_3、SiH_2、SiH、Siラジカルを測定しラジカルの振る舞いおよびラジカルの制御法を明らかにした。2.気相および表面におけるラジカル反応素過程の研究プラズマプロセス用の反応性分子(CF_4、CHF_3、SF_6)への電子衝突によって生じるラジカルの解離生成断面積を測定した。炭化水素イオンおよびフッ化炭素イオンを表面に衝突させたときのイオン種の測定と解離過程を明らかにした。ラジカルとフルオロカーボン膜、炭化水素薄膜堆積特性およびエッチング特性との相関関係を明らかにし、重要なラジカル種の決定を行つた。3.プラズマプロセスにおける水素ラジカル計測法の確立とその化学反応過程解明への適用波長205nmの二光子励起レーザー誘起蛍光法により平行平板型RF励起シランプラズマ中の水素ラジカル密度を測定し、その振る舞いを明らかにした。4.プラズマ・固体界面でのラジカルの反応過程の研究高速位相変調FT-IR分光偏光法を開発し、CF_4プラズマに曝されたSi表面の状態を観察した。メタンプラズマ中の炭素微粒子が帯電してクーロン力で結晶格子状に配列成長する現象を観測し、その機構を調べた。高分解能電子エネルギー損失分光法を用いてSi表面の酸化の初期過程を明らかにした。5.シランプラズマ中の微粒子成長機構の研究レーザー散乱法、レーザー吸収分光法、光脱離法を用いて高周波シランプラズマ中の微粒子の発生・成長過程を解明した。さらに、微粒子発生に対するプラズマの周波数依存性を明らかにした。6.プラズマプロセスにおけるラジカルのダイナミックシナジズムのモデリングエッチング、アッシング等で用いられる容量結合型高周波酸素プラズマの構造を時空間分解発光分光法によって測定し、入力とともにシース幅が増加することを見いだした。材料表面のプラズマへの影響についてモデリングから調査し、ラジカルの制御法について検討した。
Notch シグナルを標的とした新規口腔扁平上皮癌治療に関する研究

本研究は口腔扁平上皮癌(以下、OSCC)におけるNotchシグナルの役割とその機序を解明し、新規分子標的治療の可能性を探るものである。OSCCにおいてNotchシグナルが発現・活性化していることを確認し、Notchシグナルを阻害したところ、OSCCの増殖が抑制されることを見出した。また低酸素環境においてNotchシグナルが活性化し、EMT(上皮間葉転換)を誘導された。これらの結果はNotchシグナルがOSCCに対する治療標的になりうることを示唆するものと思われた。引き続き現在は癌の微小環境とNotchの関係に着目し、低酸素環境におけるNotchの発現とその意義を解明すべく研究をすすめており、これまでに以下のことを明らかにしている。1)低酸素下(1%O_2)では正常酸素下(20%O_2)に比べ、OSCC細胞株のNotchシグナル関連分子が強発現を認めた2)低酸素下ではOSCC細胞株の遊走能が亢進した3)GSIを添加しNotchシグナルを阻害したところ、E-カドヘリンの発現が増加し遊走能が低下した以上より、癌の低酸素環境においてNotchシグナルが活性化し、それによってE-カドヘリンの発現が抑制され、細胞の遊走能を亢進していることが示された。これらの結果はNotchシグナルがEMT(上皮間葉移行)に重要な役割を担っていることを示しており、NotchシグナルがOSCCに対する治療標的になりうることをさらに裏付けるものであると思われる。今後さらに実験を重ね、口腔癌の治療向上に貢献したいと考えている。これまでにわれわれは口腔扁平上皮癌(OSCC)において、Notchシグナルが高発現しoncogenicな役割を果たしていることを報告してきた。近年、癌の浸潤・転移における重要なステップとして上皮間葉移行(EMT)が注目されているが、今年度われわれは低酸素環境によるNotchシグナルの活性化がEMTに関与していることを見出した。【材料と方法】ヒトOSCC細胞株HSC-2、HSC-4およびCa9-22をそれぞれ正常酸素環境下(20%O_2:Normaxia)および低酸素環境下(1%O_2:Hypoxia)で培養した後、細胞形態の変化およびwound healing assayにて遊走能を検討した。さらにこれらにNotchシグナル阻害剤(γ-secretase inhibitor : GSI)を添加し遊走能への影響ならびに免疫組織化学にてE-cadherinの発現を評価した。またNotch関連遺伝子(Notch1、2、3、4、Jagged1、2、D114、Hes1、Hey1)および転写因子Snai1の発現をrealtime RT-PCRで解析した。【結果】HypoxiaではNormaxiaに比べ、OSCC細胞株は多角形から紡錘形に変化し、遊走能は亢進した,GSIを添加しNotchシグナルを阻害したところ、E-cadherinの発現が増強し遊走能が低下した。またHypoxiaではNotchシグナル関連分子およびSnai1が高発現していた。【結論】OSCCの低酸素環境によってNotchシグナルが活性化し、snai1の高発現、E-cadherinの発現抑制によるEMTを誘導し、細胞の遊走能を亢進していることが示唆された。以上の結果から、NotchシグナルはOSCCの増殖のみならず、浸潤転移にも影響を与えている可能性があり、今後さらなる検討を行う予定である。われわれはこれまでにOSCC細胞株および患者検体を用いた実験で、両者ともNotchシグナルが発現・活性化していることを確認した。またγ-secretase inhibitor(以下、GSI)によってNotchシグナルを阻害したところ、Notchのターゲット遺伝子であるHes1が有意に減少し、OSCC細胞の増殖が抑制されることを見出した。さらに癌の微小環境とNotchの関係に着目し、低酸素環境におけるNotchの発現とその意義を明らかにした。つまり低酸素環境下(1%O2)では正常酸素下(20%O2)に比べ、OSCC細胞のNotchシグナル関連分子が強発現しており、転写因子Snailの発現増加およびE-cadherinの発現低下を認めた。また低酸素環境下ではOSCC細胞の遊走能および浸潤能が亢進したが、GSIを添加しNotchシグナルを阻害したところ、E-cadherinの発現が増加し遊走能、浸潤能ともに低下した。以上より、低酸素環境においてOSCC細胞はNotchシグナルが活性化し、Snailの強発現およびE-cadherinの発現が抑制され、EMT(上皮間葉転換)を誘導することが示唆された。これらの結果はNotchシグナルがEMTに重要な役割を担っていることを示しており、NotchシグナルがOSCCに対する治療標的になりうることを裏付けるものであると思われた。

口腔扁平上皮癌におけるNotchシグナルの関与が、研究計画当初予想していた癌の増殖だけではなく、浸潤・転移にも影響を与えていることを見出した。24年度が最終年度であるため、記入しない。推進方策:これまで口腔癌細胞株を用いたin vitroの実験系で研究を進めてきたが、今後はヌードマウスの移植実験を主体としたin vivoの実験系を早急に確立する予定である。計画の変更点:これまではNotchシグナル分子をターゲットに実験を進めてきたが、他のシグナル分子との相互作用がOSCCの浸潤・転移に重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。今後は他のシグナル分子にも着目し、本研究を推進したいと考えている。
膵癌・膵前癌病変における神経軸索ガイダンス因子CRMP4の機能の解明

平成30年度は膵前癌病変モデルを用いてCRMP4ノックアウトとCRMP4野生型を比較検討し、CRMP4の膵前癌病変の発生における役割を詳細に解析し、組織学的評価と両群間における比較検討を行った。研究成果の一部は第30回日本肝胆膵外科学会学術集会(平成30年6月、横浜)と第23回日本外科病理学会学術集会(平成30年、横浜)で発表した。同領域の研究者より、講評を得た。現時点で、膵前癌病変マウス18匹、CRMP4ノックアウト膵前癌病変マウス10匹の検討を行った結果、CRMP4ノックアウトの群でPanINが低Gradeになる傾向を確認している。膵前癌病変マウスを作成し、その免疫染色を行っている。現在p53マウス導入に向けて関係各所と調整を行っている。概ね順調である。今後はp53欠損マウスを導入し、膵癌モデルマウスで膵癌が発生することを確認する。またCRMP4ノックアウトマウスとの交配を行い、CRMP4ノックアウト膵癌マウスの作成を行っていく。研究成果の一部を英文論文で作成する予定である。平成29年度は膵前癌病変モデルを用いてCRMP4ノックアウトとCRMP4野生型を比較検討し、CRMP4の膵前癌病変の発生における役割を詳細に解析した。膵臓の採取から、HE染色、免疫染色を行った。両群間における比較検討を行った。研究成果の一部は第118回日本外科学会定期学術集会(平成30年4月7日、東京)で発表した。現時点で、膵前癌病変マウス18匹、CRMP4ノックアウト膵前癌病変マウス8匹の検討を行った結果、CRMP4ノックアウトの群でPanINが低Gradeになる傾向を確認している。概ね順調である。概ね順調である。p53欠損マウスを導入し、現在使用しているマウスとの交配を行い、膵癌マウスの作成を行っていく。
気道腺組織の分化と増殖についての研究

本科学研究費補助金により以下の研究結果を得た。1.ヒト鼻腺細胞をコラーゲンゲル内で無血清培養液を用いて立体(3D)培養に成功した。この結果培養腺細胞は極性を有した腺管構造を示した。2.本培養系を用いて上皮増殖因子(BGF),角質細胞増殖因子(KGF),ビタミンA誘導体(RA)が培養細胞の増殖と分化に及ぼす影響を検討した。この結果EGF, KGFは培養細胞の増殖を増強させるが分化には影響を示さなかった。一方、RAは増殖を抑制し分化は促進させた。気道の慢性炎症ではEGFやKGFなどの成長因子が腺の増殖に強く関与し気道粘液過分泌の一因となっていることが示唆された。今後は本培養系を用いてTGF-βやPDGFなど他の増殖因子についても検討したい。3.ラット気管を摘出し別のラットの皮下に移植する気道粘液産生モデルを用いて薬物の粘液産生に及ぼす影響を検討した。グルココルチコイドや14員環マクロライドを移植されたラットに全身投与することにより、移植気管内の粘液産生量は有意に減少した。今後は本モデルを用いて気道液の過分泌と物性に対する薬物の影響をみたい。4.ラット鼻腔の杯細胞増殖モデルを用いてLPSによる炎症とI型アレルギーでは粘液産生に異なったアラキドン酸代謝物が関与していることが示唆された。5.慢性副鼻腔炎患者鼻汁の粘稠度に及ぼす粘液構成成分の影響を重回帰分析を用いて検討した。この結果局所産生糖蛋白(ムチン)が粘稠な気道液の最も重要な決定因子であることが明らかになった。今後は気道粘液の過分泌のメカニズムをさらに追求するとともに、その制御の方法について検討したい。上気道、下気道の慢性疾患では粘稠な気道液が多量に産生され、これが鼻漏過多、喀痰量の増加となり、本疾患の主要症状の一つを形成している。これらの気道液の産生は主として分泌細胞からで、特に慢性副鼻腔炎では腺の増殖と肥大をみとめる。この腺の増殖と肥大のメカニズムを知るために、鼻腺細胞を単離してコラーゲン内で3D培養することで腺構造を有する腺細胞の培養にこれまで成功してきた。本年度では腺細胞の無血清3D培養に成功したことから次年度からは腺の増殖に及ぼすケモカインとくに増殖因子の影響を検討したい。ラット気管粘液産生モデルの作製に成功した。本モデルでは同種移植したラット気管内に、慢性副鼻腔炎鼻汁や慢性気管支炎喀痰のごとく高い粘稠度を有する粘液を得ることができた。本モデルにステロイドを全身投与した場合粘液の産生は著明に抑制されることから、本モデルは全身投与された薬物の効果を検討するモデルとして有用と考えられた。2年目の平成11年度の研究成果は次の如くである。まず腺細胞の3D培養については現在のところ上皮増殖因子(EGF)、角質細胞増殖因子(KGF)の効果を検討したが、これらの成長因子は腺増殖に大きな影響を示さなかった。今後はトランスホーミング増殖因子-β(TGF-β)や血小板由来増殖因子(PDGF)の腺の増殖に及ぼす効果につき検討する予定である。ラット気管粘液産生モデルについてはラジオアイソトープでラベルした経口14員環マクロライドが本モデルの粘液中に移行するか否かを検討した。

この結果、粘液中のマクロライド濃度は血中のそれより高値を示し、本モデルが経口薬剤の粘液産生や粘液の性状に及ぼす効果をみるのに適したモデルであることが示された。また、ラット鼻腔の杯細胞増生モデルにおいて卵白アルブミンに感作されたアレルギー性鼻炎ラットでは杯細胞の増生があり、この増生はロイコトリエンC_4,D_4,E_4の拮抗薬の全身投与において抑制された。このことよりアレルギー性鼻炎における分泌細胞からの粘液産生にリボキシゲナーゼ代謝物が一役を担っている可能性が示唆された。単離腺細胞を用いた培養系における粘液糖蛋白(ムチン)遺伝子の研究では現在確認されている9種のムチン遺伝子のうち3種類の発現がみられ、この発現はグラム陰性稈菌由来のリポポリサッカライド(LPS)刺激により2種類は発現が増加したが1種類は増加しなかった。現在この意義につき検討中である。3年目の平成12年度の研究成果は次の如くである。まず、腺細胞の3D培養については無血清培地での培養に成功し、この培養条件下での上皮増殖因子(EGF)、角質細胞増殖因子(KGF)、ビタミンA誘導体(RA)の培養細胞の増殖と分化に及ぼす影響を検討した。その結果、EGF,KGFは培養細胞の増殖を増強させるが分化には影響を示さなかった。一方、RAは培養細胞の増殖を抑制するとともに分化は増強させた。このような結果は、気道の慢性炎症においてEGFやKGFなどの成長因子が腺の増殖や分化に強く関与していることを示すものである。今後はトランスホーミング増殖因子-β(TGF-β)や気道のリモデリングに関与することが示唆される血小板由来増殖因子(PDGF)の培養腺細胞に及ぼす効果を検討したい。ラット気管粘液産生モデルにおいては14員環マクロライドの粘液産生に及ぼす効果を検討し、マクロライドは粘液産生量を有意に低下させた。このメカニズムの一つを明らかにするため、本モデルにおける移植気管粘膜のイオン透過性をin vivoで測定する方法を確立した。ラット鼻腔の杯細胞増生モデルにおいてはLPS刺激による杯細胞からの分泌産生にはシクロオキシゲナーゼ系のアラキドン酸代謝を抑制するインドメサシンで抑制されたが、リポキシゲナーゼ系代謝物の一つであるロイコトリエンの拮抗薬では抑制されなかった。これは同モデルを卵白アルブミンで感作したアレルギー性鼻炎ラットにおける粘液産生の結果と全く逆であった。この結果はLPSによる炎症とI型アレルギーでは粘液産生に関与するアラキドン酸代謝物が異なることを示唆するものである。本年度と過去4年間の研究成果の概要を示す。腺細胞の3D培養は無血清倍地での培養に成功し、これを用いて増殖因子(EGF,KGF)およびビタミンA誘導体の培養腺細胞の増殖と分化に及ぼす影響を明らかにした。培養腺細胞のムチン産生についても検討し、LPS刺激によりMUC2,MUC5ACの発現は増強されたがMUC5Bに変化をみなかった。ラット気管粘液産生モデルを用いて薬物の粘液産生量に及ぼす影響を影響を定量的測定し、ステロイド,14員環マクロライドの粘液産生抑制作用を明らかにした。また、鼻・副鼻腔患者における粘液産生に及ぼす影響を検討し、粘液産生が、急性,慢性炎症さらにI型アレルギー反応により産生される場合にいかなる相違が存在するかを検討した。また鼻・副鼻腔の病的状態で産生された粘液がどのような物理学的性質を有しており、その性質は何により決定されるかを明らかにした。結論として鼻・副鼻腔の慢性炎症では主として腺細胞からの粘液産生が亢進しており、この原因は増殖因子による腺の増殖と粘液産生を亢進する種々の炎症産物によるものと考えられる。腺の増殖に関与する因子は他にも存在する可能性があり、今後はさらにこれら因子の検討を行い、臨床において腺の過分泌抑制を可能にしたい。