hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非侵襲超音波痛み評価・治療統合システム

臨床におけるHIFU治療結果について報告した。多くの患者に対して何らかの痛み症状の緩和がみられ,なおかつ痛みのためにこれまで全く歩けなかった患者がその日のうちに歩けるようになったケースもみられた。このことはHIFU治療の可能性を強く期待させる本研究プロジェクトの成果といえる。これを踏まえて,HIFUの照射条件(周波数や出力)と組織の温度変化,関節支配神経や局所の傷害及び有痛部位周囲の炎症性神経ペプチド等の分布の変化,骨関節の変化を評価することを目的とする非侵襲超音波痛み評価・治療統合システムのプロトタイプを開発し,動物モデルに対する照射実験によりシステムの有効性を確認した。本研究の目的は,医療技能の技術化・デジタル化により,非侵襲超音波痛み評価・治療統合システムの構築法を確立することである。本研究で提案する非侵襲超音波痛み評価・治療統合システムとは,患者が感じる痛みをオンおよびオフラインで計測・評価すると同時に痛みの発生源(患部)を抽出・追従・モニタリングしながら,超音波を集束させてピンポイントに照射することにより,患部の痛み緩和を非侵襲かつ低負担で行なおうとするものである。このうち,研究期間内に,腰痛を対象に痛みのメカニズムを明らかにし,これを評価・治療するシステムの構築法を確立するとともに動物実験レベルでのシステムの有効性および安全性を実証する。具体的に,本年度は疼痛軽減効果のメカニズムを解明するために,小動物(マウス)を対象とする痛み評価・治療実験用システムのプロトタイプを構築した.構築したシステムは,(1)並進3軸の位置決め機構を有する.(2)ステレオのレーザポインタを利用した強力集束超音波の高精度焦点位置決めシステムを構築し,マウスの膝関節の任意の位置にピンポイントで強力集束超音波を照射することを容易化した.(3)照射用超音波トランスデューサは実験条件に応じて交換可能なものとし,側面窓を配置するなど,メンテナンスを容易化した.痛みの評価系においては,(4)マイクロCTにより観察するシステムを構築した.照射実験の結果,集束超音波照射後,2週間目ではマイクロCTによる観察において変化が認められなかったにもかかわらず,照射2ヶ月後では患部の変形が認められた.これは成長軟骨の壊死によって生じるものと推察しており,今後,どのような集束超音波照射条件で壊死が発生するかを同定できれば,痛み治療システムの安全性の向上に資するものと期待している.臨床におけるHIFU治療結果について報告した。日本国内の腰痛患者数は約1000万人であり,今後,増加する傾向にある。当該年度は,下記の3点の研究を遂行した:(1)医療技能を機能として抽出・構造化:腰痛の痛み評価・治療における医療技能を機能として抽出した。つぎに,抽出された機能を実装に際して分類・整理することにより,機能の構造化を行なった。(2)機能を実現するためのパラメータ解析:上記で構造化された機能を実現するための各種パラメータを明らかにし,これに要求される軌道・精度を明らかにした。(3)機能の設計指針化:上記の作業により構造化され,パラメータ解析された要求機能をもとに,機能の設計指針を導出した。具体的に当該研究期間に得られた主要な成果は下記の3点である:(i)非侵襲超音波診断治療統合システムにおいて,治療機能を搭載するために医師の手技を解析し,必要な自由度構成を抽出することで設計指針を導出した。(ii)上記設計指針にもとづいて,以下を実現した:1肋骨を避ける方向から患部を追従。2ヒトの患部追従精度の向上を目的とし,追従のための超音波画像の質が高くなる方向からリアルタイム撮像。(iii)肋骨入りファントムモデル実験系を構築。本研究の目的は,医療技能の技術化・デジタル化により,非侵襲超音波痛み評価・治療統合システムの構築法を確立することであり,研究期間内に,腰痛を対象に痛みのメカニズムを明らかにし,これを評価・治療するシステムの構築法を確立するとともに動物実験レベルでのシステムの有効性および安全性を実証することであった。

この研究目的を達成するために,下記の5つの作業手順を順次遂行することで,医療技能を機能として抽出,構造化し,関数としてシステムの機構・制御上に実装(医療技能の技術化・デジタル化:医デジ化)した。診断・治療支援の対象:腰痛の痛み評価・治療,作業手順:(1)医療評価・治療技能を機能として抽出・構造化,(2)機能におけるパラメータ解析,(3)機能の設計指針化,(4)機能の実装,(5)基礎実験による機能の評価・改良。具体的に,直動3軸を有する痛み評価のための高精度集束超音波照射系を構築し,マウスを対象とするHIFU照射実験を行ない,システムの有効性を確認した。本研究に関連する成果として,2014年度日本設計工学会The Most Interesting Readings賞を受賞,Intuitive Surgical社の研究者によるReview Articleにおいて医療ロボットの体動補償研究のパイオニアかつ中核的な研究としてわれわれの研究が大きく取り上げられるなど,学会をはじめ,国内外の企業・研究者から大きな着目を集めるとともに研究が高く評価されている。医療ロボット我々の研究グループでは,MRI画像誘導のHIFU治療器(MRgHIFU)を用いたがん性疼痛に対する治療として有痛性骨転移の疼痛緩和治療のみならず,非がん性の疼痛治療を対象として椎間関節性腰痛の疼痛治療や変形性膝関節症の疼痛の治療としての有効性と安全性に関する極めて先進的な臨床研究を施行してきた.具体的には,各疼痛性疾患に対して治療を実施し,疼痛の軽減の有効性および安全性を検証・報告してきた.この有効性は,疼痛の発生源に超音波を集束することで非侵襲的に骨表面の組織温度を上昇させ,痛み刺激の受容器や神経線維の機械的破壊および蛋白変性により疼痛が軽減されることによるものと考えている.上記の疼痛軽減効果のメカニズムを解明するために,本研究ではこれまでに小動物(マウス)を対象とする痛み評価・治療実験用システムのプロトタイプを構築した.構築したシステムは,(1)並進3軸の位置決め機構を有する.(2)ステレオのレーザポインタを利用した強力集束超音波の高精度焦点位置決めシステムを構築し,マウスの膝関節の任意の位置にピンポイントで強力集束超音波を照射することを容易化した.(3)照射用超音波トランスデューサは実験条件に応じて交換可能なものとし,側面窓を配置するなど,メンテナンスを容易化した.痛みの評価系においては,(4)マイクロCTにより観察するシステムを構築した.照射実験の結果,集束超音波照射後,2週間目ではマイクロCTによる観察において変化が認められなかったにもかかわらず,照射2ヶ月後では患部の変形が認められた.これは成長軟骨の壊死によって生じるものと推察しており,今後,どのような集束超音波照射条件で壊死が発生するかを同定できれば,痛み治療システムの安全性の向上に資するものと期待している.本研究では,超音波医療診断・治療支援システムを構築するにあたって医療技能の技術化・デジタル化という,システム構築の方法論を確立する.医療技能の技術化・デジタル化とは,医療診断・治療における技能を機能として抽出,分解・再構築(構造化)し,これを定量的に解析し,さらに関数としてシステムの機構・制御・画像処理アルゴリズム上に実装することで,医療支援システムの開発に利用しようとするものである.本研究で世界にさきがけて開発・蓄積しつつある上記のコア(核)
マーモセットを用いた正常眼圧緑内障の病態解明と篩状板に注目した神経保護・再生治療

日本人最大の中途失明原因である緑内障は網膜神経節細胞の変性によって引き起こされる神経変性疾患であるが、外側膝状体や第一次視覚野などの高次視覚中枢まで変性が波及することが知られている。また、緑内障の発症原因には多くの因子が関与するとされるが、眼球以外の因子の詳細はいまだに解明されていない。そこで本年度は、自然発症した正常眼圧緑内障マーモセット群と老齢コントロール群において頭部・Magnetic Resonance Imaging(MRI)を撮影し、Voxel Based Morphometry法(VBM)によって灰白質の体積を比較したところ、第一次視覚野領域における有意な差を見出した。この結果に基づき、外側膝状体や第一次視覚野領域の組織学的検討を行ったところ、外側膝状体のM細胞層と、第一次視覚野の4C領域における有意な細胞数減少が認められたが、外側膝状体のP細胞層には有意な差がなかった。また、眼球網膜を用いた免疫染色による組織学的検討では、網膜内層と視神経乳頭部において脳由来神経栄養因子(BDNF)とその受容体であるTrkBの発現が正常眼圧緑内障群で有意に減少していることを見出した。また、採取した血液を用いて酸化ストレスの指標である4-HNEをウエスタン・ブロッティング法で調べたところ、正常眼圧緑内障群で有意に上昇していることがわかった。これらの所見から、マーモセットに発症した正常眼圧緑内障はヒト緑内障に酷似した病態を示し、その発症メカニズムにBDNFとその受容体の性状、および全身の酸化ストレスが関与する可能性を見出した。正常眼圧緑内障マーモセットの頭蓋内変化だけでなく、血液サンプルの解析と検討が順調に終了し、多面的な解析を行うことができている。マーモセットにおける眼や脳のIn vivoライブイメージング法が確立されているので、今後は篩状板部に直接作用する薬剤の探索と、Dock3や転写活性因子の調整をおこなうことによって、網膜神経節細胞軸索の再生治療を確立する。本年度は、マーモセットにおけるIn vivoライブイメージング法の確立、自然発症の正常眼圧緑内障マーモセットの発症メカニズムの探索を主に行った。マーモセット用に光学系を調節した眼底写真や光干渉断層計による前眼部、後眼部の経時的変化を撮影可能にし、多局所網膜電図による網膜機能の電気生理学的評価も可能にした。これらの手法を用いて、現在までに11頭の若年個体と、36頭の老齢マーモセットの撮影と精査を終了し、緑内障を自然発症したと思われるマーモセット個体の眼球において、ヒト緑内障と酷似した変化が複数個体で確認されている。視神経乳頭の陥凹に限らず、視神経乳頭部の篩状板や網膜内層の菲薄化、網膜内層視覚反応の低下が認められた。組織学的検討を行うことが出来たいくつかの個体では、今回検討を行ったin vivoライブイメージングと組織学的な所見の一致を確認した。また、1年程度の長期にわたり経過観察することができた緑内障個体もあり、緑内障の発症と進行に関するいくつかの所見も得られた。加えて、通常老齢個体と比較して緑内障発症個体では、脳脊髄圧の低下、脳脊髄液中の神経栄養因子の低下が複数個体で共通して起こっていることがわかった。今まで、検査の侵襲からヒトの脳脊髄液の性状を多数例解析することは困難であったが、これらの緑内障マーモセットの所見から、今まで詳細は不明であったヒト正常眼圧緑内障の発症メカニズムに脳脊髄液の性状が関わる可能性を見出した。老齢マーモセット個体の中に、正常眼圧緑内障を発症している個体を複数匹確認している。また、その変化がin vivoで経時的に観察することが可能となっている。当初の計画通り、実験動物中央研究所などの他施設からも多くの研究サポートを受けており、連携も順調である。

正常眼圧緑内障マーモセットの頭蓋内変化だけでなく、血液サンプルの解析と検討が順調に終了し、多面的な解析を行うことができている。今後、眼球だけではなく、脳などの高次中枢の解析や、血液や血流などの全身的要因も複数の緑内障個体において解析予定である。マーモセットにおける眼や脳のIn vivoライブイメージング法が確立されているので、今後は篩状板部に直接作用する薬剤の探索と、Dock3や転写活性因子の調整をおこなうことによって、網膜神経節細胞軸索の再生治療を確立する。試薬の節約が出来た為、物品費の支出が予定より少なかった。次年度の試薬等に使用する予定である。また、国際学会などの大きな学会発表はまだ行っていないため、旅費の支出が少なかった。緑内障個体から得られたデータの状況に応じて、順次海外学会などでも発表予定である。実験に使用する消耗品など、購入に関して可能な限り節約を行ったため。次年度と合わせて主に試薬類などの消耗品に使用する予定である。
複製開始におけるMCMヘリカーゼ複合体の活性化制御機構

本研究では、MCM(mini chromosome maintenance)ヘリカーゼの活性化制御機構を生化学的に調べることにより、ゲノム複製開始とその制御の機構を明らかにする。MCMは6個[MCM2-7]の構造的に類似したタンパク質からなる複合体で、複製開始に必須である。MCM4-6-7複合体はDNAヘリカーゼ活性を有することから、MCMは複製フォークにおけるDNAヘリカーゼの一部として機能すると考えられている。我々はこれまでMCMヘリカーゼ活性に影響を与える種々の条件を検討し、鋳型DNA上のT-rich一本鎖DNAがヘリカーゼ活性を活性化することを報告した。また、複製開始領域をmimicするバブル構造において、Mcm4/6/7複合体はダブルヘキサマーとして左右対称に両分岐点の5'側に隣接している25ヌクレオチドの一本鎖領域に結合することを明らかにした。片方strandのチミン残基を欠損するとDNA unwinding効力はかなり減少されることから、double-hexameric Mcm4/6/7が同時双方向にフォークを効率的に解くことを示した。ヘリカーゼ活性が3'tailのチミンの含量に関与し、最大のレベルは50%以上のチミンがあることによって達成されます。さらに、活性化されたMcm4/6/7複合体のヘリカーゼ活性がGC-richな二本鎖DNAによって阻害されることを明らかにした。一方、MCMのクロマチン結合にはCdt1タンパク質が重要な役割を果たすことが知られている。Cdt1タンパク質は、酵母から動物細胞まで保存され、複製前複合体の形成に重要な役割を果たすことが知られている。我々は、Cdt1はMCM複合体と共免疫沈降し、特にMCM2、MCM4-6と相互作用すること、Cdt1の存在下では、Mcm4-6-7とMcm2-7複合体のDNA結合活性が促進されることを見出した。MCM4/6/7ヘリカーゼの活性はATP存在下でCdt1によって促進される。この条件下で、MCMとCdt1は分子量700kDa以上の高分子量の複合体を形成した。ATPの非存在下では、一部のCdt1はMCMと相互作用したが、その分子量は、もともとのMCM複合体と大きな違いがなかった。以上の事実は、Cdt1は大腸菌ヘリカーゼDnaBのloading因子であるDnaCと類似な機能を持つことを示す。本研究では、Mcm4,6,7ヘリカーゼの活性化制御機構を生化学的に調べることにより、ゲノム複製開始とその制御の機構を明らかにする。すでに、Mcm4/6/7ヘリカーゼがTの連続配列により特異的に活性化されることを見出した。DNA複製開始部位には多くの場合、AT-richな配列が存在することが示唆された。この結果から、我々は、T-rich配列によるMCMヘリカーゼの活性化が、複製開始領域を決定するという仮説を提出した(You et al. EMBO J.2003)。すなわち、Mcm4/6/7複合体は二量体として複製起点領域に選択的に結合し、複製フォークで効率よいヘリカーゼとして二本鎖DNAの巻き戻しを行なう可能性を示唆する。

本年度は、複製開始領域をmimicするバブル構造において、Mcm4/6/7複合体はダブルヘキサマーとして左右対称に両分岐点の5'側に隣接している25ヌクレオチドの一本鎖領域に結合することを明らかにした。片方strandのチミン残基を欠損するとDNA unwinding効力はかなり減少されることから、double-hexameric Mcm4/6/7が同時双方向にフォークを効率的に解くことを示した。また、ヘリカーゼ活性が3'tailのチミンの含量に関与し、最大のレベルは50%以上のチミンがあることによって達成されます。さらに、活性化されたMcm4/6/7複合体のヘリカーゼ活性がGC-richな二本鎖DNAによって阻害されることを明らかにした(You & Masai, NAR 2005)。Cdt1タンパク質はMcmのクロマチン結合に重要な役割を果たしていることがよく知られている。Cdt1はMcm複合体と共免疫沈降し、特にMcm2、Mcm4/6と相互作用することが明らかとなった。また、Cdt1の存在下では、Mcm4/6/7とMcm27複合体のDNA結合活性が促進される。さらに、Cdt1と相互作用するgemininは、Mcm-Cdt1-DNA複合体からCdt1を除去するが、Mcm複合体はDNAに結合したまま残る。これは、Cdt1はpre-RC形成の後にクロマチンから解離するという事実と合致している。一方、Mcm4/6/7ヘリカーゼの活性は高ATP濃度下でCdt1によって促進される。また、Cdt1タンパク質がATP結合蛋白であることが明らかになった。ATP結合能のKdは約30μMである。ATP結合していないCdt1タンパク質が過剰存在すると逆にMcmヘリカーゼの活性を阻害するが、同量なATP結合したCdt1タンパク質がMcmのヘリカーゼ活性に強く促進することが見出した。以上の事実は、Cdt1は大腸菌ヘリカーゼDnaBのloading因子であるDnaCと類似な機能を持つことを示す。現在、Cdt1のATP結合能変異体を作製し、Cdt1によるMCMヘリカーゼ活性の制御と調節機構を明らかにする。MCM(minichromosome maintenance)は6個[MCM2-7]の構造的に類似したタンパク質からなる複合体で、複製ライセンス因子の本体であり、複製開始に必須である。また、複製開始後、何らかの機構で不活性化され、再複製の抑制に関与する。MCM4-6-7複合体はDNAヘリカーゼ活性を有することから、MCMは複製フォークにおけるDNAヘリカーゼの一部として機能すると考えられている。我々はこれまでMCMヘリカーゼ活性に影響を与える種々の条件を検討し、鋳型DNA上のT-rich-本鎖DNAがヘリカーゼ活性を活性化することを報告した。しかし、MCMのヘリカーゼ活性は他の複製ヘリカーゼに比較してやや弱いことから、何らかの他の因子により、より強力なヘリカーゼ複合体へと変換される可能性が示唆されている。MCMのクロマチン結合にはCdt1タンパク質が重要な役割を果たすことが知られている。Cdt1タンパク質は、酵母から動物細胞まで保存され、複製前複合体の形成に重要な役割を果たすことが知られている。
ダウン症候群iPS細胞およびES細胞を用いた白血病発症機序解明と新規治療法の開発

OCT3/4, SOX2, KLFの3遺伝子、それらにc-MYCを加えた4遺伝子を導入することにより樹立されたダウン症候群患者由来iPS細胞を用いて、AGM-3細胞との共培養法により血球分化させた後、フローサイトメトリーによるヒトCD45+細胞の比率及び血液コロニー形成法による造血細胞活性を検討したところ、CD45+細胞の比率、血液コロニー形成数が健常人由来iPS細胞の23倍であった。また網羅的遺伝子発現解析により発現が上昇している造血関連遺伝子は21番染色体に含まれる遺伝子で18あり、その中に含まれるGATA-1、RUNX1については定量的RT-PCRにおいてもその発現上昇が確認された。21番染色体のトリソミーに起因するダウン症候群の患者では、出生後も白血病、低身長、特徴的肥満など、中胚葉を起源とする組織・細胞に様々な合併症を発症する頻度が高い。しかし、これらの合併症の発症機序と21番染色体上の遺伝子過剰の関係についてはほとんど解明されていないため、その発症予防法も確立されていない。そこで我々は、ダウン症候群患者由来iPS細胞(DS-iPS細胞)および21番染色体を導入されたヒトES細胞から造血・血液細胞や間葉系細胞を分化誘導し、それらを細胞生物学的および分子生物学的に解析することにより、これらの合併症の発症機序の分子基盤を解明することを計画した。結果、DS-iPS細胞および健常人由来iPS細胞を造血・血液細胞に分化誘導した後、血液細胞コロニー法を用いて造血・血液細胞への分化能を比較検討したところ、DS-iPS細胞からの分化誘導系においては健常人由来iPS細胞からのそれと比較して全血球系において造血の亢進が認められた。さらにDS-iPS細胞と健常人由来iPS細胞から造血・血液細胞への分化過程における遺伝子発現解析ではRUNX1を含む21番染色体上の複数の遺伝子発現の亢進が確認され、これを標的とするダウン症候群における造血障害に対する新規治療法の可能性が示唆された。さらに、ダウン症候群および健常人臍帯由来のiPS細胞を樹立し検討を行ったところ、同様の結果が再現されたことから、ダウン症候群患者の造血障害には21番染色体トリソミーによる遺伝子の過剰発現、特にRUNX1の発現亢進が深く関与している可能性が強く示唆された。現在、ダウン症候群患者臍帯より分離・培養した間葉系幹細胞と、同じくダウン症候群由来臍帯より樹立したDS-iPS細胞との共培養法による血液分化誘導を行い、ダウン症患者の生態環境に近い条件下での解析を計画中である。医歯薬学
物理的刺激下における培養細胞を用いた骨再生に関する研究

最近の研究により超音波刺激による骨形成促進効果が明らかとなり、周知の通り臨床応用に至っている。これらのうち、骨細胞は早くから研究がすすめられており、欠損部位の修復を目的とした人工骨の臨床応用が始まりつつある。今回われわれは間葉系幹細胞(MSC)を骨細胞および軟骨細胞へ分化誘導した細胞を用いて、メカニカルストレスが細胞機能におよぼす影響を検索し、人工骨・人工軟骨作製のための有用性を明らかにした。またこれらの概念より、新規注入型マトリックスの開発やその人工材料によるティッシュエンジニアリングの可能性についても研究を行った。われわれはMSCの骨・軟骨形成促進を目的として、培養中に超音波を応用してきた。すなわち、骨・軟骨芽細胞様細胞に分化したMSCについて超音波刺激を加え、アルカリフォスファターゼ、細胞内カルシウム量、オステオカルシン、オステオポンチン、オステオネクチンまたはアグリカン、タイプ2コラーゲンなどの各種分化マーカーを指標として細胞の骨・軟骨形成能の変化を観察した。また、超音波刺激によるこれら細胞変化をもたらすメカニズムの一因を明らかにするために、NF-kB, Ik-Bの活性化について検討を行った。また骨芽細胞様細胞に分化したMSCに酸化ストレス発生剤を加えた時の、分化促進効果について、超音波刺激群と比較、検討を行った。その結果、超音波刺激を酸化刺激についてはいくつかの共通点がみられ、超音波のもたらす骨形成促進メネニズム解明に有用な情報となると考えている。伸展ストレスおよび低出力超音波パルス(US)は骨形成能を有する細胞など、多くの細胞に対して機械的刺激として認識され、機能変化を誘導する結果を得ている。今回われわれは骨髄から採取した未分化間葉系幹細胞(MSC)を骨細胞へ分化誘導した細胞を用いて、伸展ストレスおよびUSの細胞機能におよぼす影響を検索し、人工骨作製のための物理刺激の有用性を明らかにすることを目的として実験を行った。MSCに関して、10%の細胞進展ストレス刺激、または15mW/cm^2の強さによる超音波ストレス(US)を7日間持続的に行い、これらに対する細胞の反応性を評価した。伸展刺激およびUSを付加したものは対照群と比較してALP活性、細胞内カルシウム蓄積量、各種骨基質マーカー(オステオポンチン、オステオネクチン、type I collagen等)(Western blott)が1.52倍上昇しており、骨芽細胞へ分化傾向にある細胞にとって、伸展刺激およびUSが何らかの影響により分化を促進する効果がある事が示唆された。一方MSCを骨に分化させていない群においては、物理刺激の効果がなかったことにより、物理刺激は分化過程を促進するが、その刺激自身には分化させる能力がないことが明らかとなった。これらの研究を通じて、物理刺激がより高度な骨形成を期待しうる細胞組込型人工骨の作製を示唆し、さらに、これら作製過程において物理刺激の有用性を示唆したといえる。来年度も引き続き詳細な検討を行う予定であり、骨分化過程に及ぼす物理刺激の影響についてメカニズムを検討していきたいと考えている。本年度に行った研究については、(1)骨髄由来未分化間葉系幹細胞(MSC)のin-vitroにおける変化を観察した。さらにその変化についてメカニズムの検討を行うとともに、酸化ストレスとの関連を調べた。(2)刺激付与未分化間葉系幹細胞を移植することを目的として、各所移植基質を開発し、その評価を行った。(3)実際に刺激付与細胞を動物へと移植し、その後の変化について形態学的評価を行った。以下にその詳細を述べる。(1)出力15mW/cm2の低出力超音波パルスを用いて細胞を刺激し、その後のALPおよび細胞内カルシウムの蓄積に加え、各種骨基質マーカーについてウエスタンブロッティング法にて比較検討した。その結果、低出力超音波パルス刺激によって、各種骨基質マーカー(オステオネクチン、オステオカルシン、I型コラーゲンなど)産生が1.5倍程度増加し、MSCから分化した骨芽細胞の機能発現を促進することが示された。さらに、伸展刺激など別の物理刺激を加えたものも同様に行った結果、類似の変化が観察できた。

加えて、これら細胞の物理的刺激に対する変化について、同時に、NF-kBの活性化が見られ、リン酸化IkBの変動なども証明できたことより、メカニカルストレスによる分化促進効果のメカニズムにおける一因を証明することができた。(2)各種ハイドロゲルおよびカルシウムを用いた無機材料による骨形成材料特性を評価した。その結果、Fibrin glueおよび多血小板血漿(PRP)を用いることでMSCの骨形成能を誘発でき、以後の実験およびこれらの臨床応用への可能性が広がった。(3)各種物理刺激を加えたMSCを実際に動物へと移植し、その骨形成能について非刺激群と比較検討した結果、刺激群では移植後早期(3週)より骨形成が認められる所見を得た。さらに、移植後12週ではより成熟した骨形成を認め、移植前の細胞への刺激が、移植後に影響を与えうるものであることが明らかとなった。最近の研究により超音波刺激による骨形成促進作用が明らかとなり、周知の通り臨床応用に至っている。われわれも顎顔面領域における仮骨延長法に超音波刺激(LIPUS)を応用し、早期の骨形成を促している。今回われわれは未分化間葉系幹細胞(MSC)を骨細胞および軟骨細胞へ分化誘導した細胞を用いて、メカニカルストレスが細胞機能におよぼす影響を検索し、人工骨・人工軟骨作製のための有用性を明らかにした。またこれらの概念より、新規注入型マトリックスの開発やその人工材料によるティッシュエンジニアリングの可能性についても研究を行った。再生軟骨作製に関わる、組織マトリックスの検討や実際の臨床応用を視野に入れた検討を行った。今年度に行った研究については、MSCをペレット培養法で軟骨細胞へ分化誘導時に、低出力超音波刺激(LIPUS)を加えたときの、軟骨マーカーの変動について検討を行った。ペレット中のタンパク量、DNA、細胞数などに、LIPUSの影響はなかったものの、軟骨染色性に優れ(アリューシャンブルー染色)、軟骨基質アグリカン量(ELISA)の増加が見られた。これらのことから、より軟骨分化が成熟された軟骨塊を作成することに成功した。MSCから軟骨細胞への分化過程に超音波を当てることにより軟骨分化誘導を促進することが明らかになった。現在超音波による細胞内シグナル伝達経路を解析中である。これらの研究により、MSCを骨または軟骨誘導した細胞の早期の分化誘導が可能になる事が示唆され、ティッシュエンジニアリングによる、培養人工骨および軟骨作製時において、超音波刺激および伸展ストレスによる分誘導促進の効果を明らかにした。
ディジタル移動通信における信号伝送レ-トの高速化に関する研究

これまでの3年間に、移動通信チャネルにおいて周波数選択性フェ-ジングによる波形歪みの影響を受けるような高速伝送を実現する目的で行った研究の主なテ-マは以下に示すようなものであった。(1)従来から知られている定包絡線変調方式の多重波干渉特性を明らかにする。この目的のためにGMSK変調を取り上げ受診帯域制限(位相直線ガウス型検波前フィルタを導入)をした場合の誤り率解析を行った。(2)我々が提案しているπ/2-TFSK変調-遅延検波方式の多重波干渉特性を明らかにし、GMSKとの差異を明らかにする。本テ-マは位相連続FSKでしかもMSKより多重波干渉特性の優れている方式の存在を示すことである。(3)900MHz帯におけるシミュレ-ション実験を行い解析の正当性を示す。(4)実際のシステムにおいて再生タイミング・クロックの同期確立状態を解明する。本テ-マは後述する適応等化の係数収束の実際と密接に関係している。(5)テ-マ(4)の基礎資料を得るためサンプル・タイミングを変数とした場合の多重波干渉特性の解析を行う。(6)総合特性の改善のための適応等化方式の検討を行う。適応等化アルゴリズム選択の基準は高速追従性と出来るだけ大きな遅延時間をもつ干渉波の等化能力である。GMSKの多重波干渉特性は送信帯域制限の厳しさと共に急激に悪化する。このタイプの多重波干渉特性ではMSKが最も良いが、新たに行た地域制限のある場合についても、π/2-TFSKの誤り率特性が優れていることが示された。特に遅延干渉波のレベルが増大するときこの特性の差が明瞭になることが明らかとなり、高速伝送時での適用に向いている。サンプル点を変数とした誤り率特性の解析により、多重波干渉時の誤り率の大きな劣化ほ判定のための標本時点が最適に選ばれていないことが要因の一つとなっていることが明らかとなった。62年度の研究では以下の4項目について基礎検討を行った.(1)送信帯域制限を行ったCPFSKの多重波干渉伝搬路における誤り率の理論解析(2)耐多重波変調方式Π/2-TFSKのシミュレーション測定装置の製作及び基礎特性の検討(3)多重波干渉時における誤り率と判定標本時との間の関連抽出(4)適応等化器の変調信号への適用に関する方式検討.以下において各項目についての成果概要を順次記述してゆく.1.位相連続FSKは一般に多重波干渉に対して弱いと言われているため,最適な受信帯域を含めた誤り率の劣化特性を理論的に解析した.これはスタンダードな評価指標を得る目的で行ったものである.変調方式としては最も一般的な(ヨーロッパにおける次期システムにおいてもノミネートされている)GMSKを対象とした.解析結果は学会における発表を予定している.2.第一段階として64Kbpsの直交変調器を800MHz帯にて製作した.位相の遷移時間toを可変するため装置化には予想以上の時間を必要とした.周波数一様伝搬路における特性測定を満足する受信機は従来の設計指標で製作可能であるがフェージング,多重波干渉時における特性を議論するためには検波器の特性を高める必要があることが明らかとなった.これらの新たな知見も学会にて報告する予定である.3.多重波干渉時におけるクロック再注は4.の等化の際にも重要となる基本事項である.遅延時間差の異なる各種の信号波が干渉した場合に最適

サンプルタイミングと誤り系列の間にどのような関係が存在するかを検討することを目的とした.新たな知見はギャップ長の特性抽出により最適タイミングのコントロールへの展望が開けつつあると云うことである.4.変調信号への適応等化方式としてデシジョン・フィードバック・イコライザの特性検討を進行中である.63年度の研究では以下の項目について理論的及び実験的検討を行いシステム全体に対する可能性の問題点を明らかにした。(1)GMSKの多重波干渉伝搬路における誤り率の理論的解析(2)耐多重波変調方式π/2-TFSKのシミュレーション測定装置の製作及び耐多重波干渉特性の測定(3)適応等化器の変調信号への適応に関するアルゴリズム間の特性比較検討。以下において各項目についての成果概要を順次記述してゆく。1.位相連続FSKは多重波干渉に対して弱いことを、我々すでに示した。そこでこの方式の代表的変調方式であるGMSKを採りあげ、最適な受信機帯域幅を含めた誤り率の劣化特性を理論的に解析した。これはスタンダードな評価指標を得る目的で行ったものである。解析結果はIEEE、Truns.VTに発表予定である。2.昨年度製したデータ伝送レート64Kbpsの直交変調器を用いて多重波干渉特性を測定し、MSKに比べて1桁以上の誤り率の改善が可能であることを確認した。現在稼動中の変調器は動作の安定性に問題があるため、改良を加えることにより一層の改善を見込んでいる。周波数一様フェージング伝搬路において満足できる特性を有する受信機は従来の設計指標で製作可能であるが、多重波干渉時における特性を議論するためには検波器の位相分解能を更に高め、検波後のLPFにも工夫をすることが必要であることが明らかとなった。3.変調記号への適応等化方式としてはデシジョンフィードにクイコラザ(DFE)の等化特性を検討した。今年度は高速フェージングの影響を無視して、希望波と遅延波との定常2波による多重波干渉の等化特性に限定して調べた。その結果、4ビットの遅延波までは比較的簡単なイコライザ構成とこれまで知られているアルゴリズムにより等化可能であることが分った。平成元年度に行った本テ-マに関する研究の主な項目は以下に示すものである。(1)当研究所にて提案している変調方式π/2-TFSKの多重波干渉特性を2-bit遅延検波方式を適用した場合について明らかにする。昨年までの研究では送信帯域制限を無視した理想的なチャンネルを仮定して基本的な特性の解明を試みてMSKタイプの多重波干渉特性に優っていることを明らかにしたが、本年の研究では実際のチャンネル条件においてどのくらい改善されるかを理論的に明らかにしようとするものである。(2)上記システムの装置製作を行い理論的な検討の妥当性を確認する。これまで送信帯域制限を行わない条件での変調器の製作を伝送レ-ト64kbpsにて行い、誤り率特性の測定を実施してきた。この結果受信帯域制限を嫁しても相当の誤り率の改善が可能であることの確証を得た。このため送信帯域制限を嫁した場合にも改善が可能であるかを88MHz帯におけるシミュレ-ションにて明らかにすることを目的とした。(3)本研究での第二の検討テ-マである適応等化方式の適応性を高速追従性の面から検討を行う。この目的のために係数更新の評価基準として二乗誤差の瞬時値を用いた。
風俗画を中心とした桃山時代狩野派絵師の総合的研究

今年度は、実地調査に基づいて、初期洛中洛外図屏風として重要な作品であるにもかかわらず、従来筆者や制作年代が未確定だった、歴博乙本<洛中洛外図>の筆者と制作年代を確定する研究を中心に行った。初期洛中洛外図屏風の内、歴博乙本のみに特徴的な描法を選び出し、それらを狩野派の基礎を築いた狩野元信・1560年代から1590年頃の時期に活動していた狩野松栄・永徳・宗秀の各工房による、小画面のものを含む現存するすべての洛中洛外図と比較検討した。その過程で、元信・松栄・永徳・宗秀の、洛中洛外図を中心とする具体的な作品研究を行い、それぞれの描法の特徴を抽出した。そして、歴博乙本に特徴的な描法が、各工房による洛中洛外図の内、宗秀の洛中洛外図にのみ顕著に共通するものであることを示した上で、それらの描法の歴史的な位置付けを考察し、それらの描法が元信・松栄・永徳にはいまだなく、宗秀世代の登場と共に初めて明確に現れたものであることを明らかにし、これが作品の編年に用い得る指標であることを指摘した。また、松栄工房から宗秀工房への絵師の移動があった可能性を示し、両工房で粉本に強く依拠して再生産するという洛中洛外図の制作姿勢が共通することも指摘し、桃山時代狩野派の各絵師及びその工房の活動内容と、彼ら同士の関係の一端を明らかにした。結論として、歴博乙本は、松栄工房で画法を学んだ後、宗秀工房の初期からその中で活動した絵師により、1570年代半ば前後から後半頃までの間に制作されたちのと確定した。以上の研究は、「歴博乙本<洛中洛外図>の筆者・制作年代再考」と題し、2003年1月に美術史学会東支部例会で口頭発表を行った。また、今年度の調査研究を行う中で、狩野派の風俗画とも密接な関わりを持つ、江戸時代の円山応挙筆<難福図巻>が『観音経』の内容やそれらを絵画化した絵を参照して構想されたことを新たに発見し、論文にまとめた。
植物フラボノイドの生体内抗酸化性と食事因子としての評価

生体内でフリーラジカルを生成する鉄ニトリロ三酢酸(Fe-NTA)によるマウス腎発癌モデルを利用してフラボノイドの生体内抗酸化性を、1)Fe-NTA投与後の腎臓中の脂質過酸化物(TBARS)量、2)腎近位尿細管細胞の核の形態的変化、3)生残率等を指標として検討し、フラボノイド投与群と対照群を比較した。その結果、フラボノイドが生体内で抗酸化性を示し、Fe-NTAの腎毒性を軽減すること、また、フラボノイドの血中濃度と生体内抗酸化性が相関することを明らかにした。代表的な野菜、果物、および茶の凍結乾燥物を塩酸-メタノール中で加水分解後、ケルセチン、ケンフェロール、ミリセチン、フィセチン、ルテオリン量をUV-HPLC法により測定し、総和量を全フラボノイド量として換算したところ、試料により分布が異なること、ケルセチンとケンフェロールが比較的どの試料にも含まれていること、また、茶葉中には多くのフラボノイドが含まれており、供給源として重要であることがわかった。また、ヒトのフラボノイド摂取量については、集団給食の調理実習を利用し、各献立に含まれるフラボノイド量をUV-HPLC法により測定したところ、約数mgから30mg含まれていることがわかった。ヒト血中のフラボノイドレベルについては、3人のボランティアにケルセチン60.8mgとケンフェロール11.4mgを含む食事をしてもらい、一定時間後に採血を行い、血中含量をUV-HPLC法により測定した。その結果、ケルセチンとほぼ同じ保持時間のピークが検出され、ケルセチンとして換算すると、その濃度は0.1μg/ml plasma以下であり、12時間後に最大となり、その後減少することがわかった。これらの結果より、5種のフラボノイドについては、我々が日常約1090mgを摂取していること、吸収されたフラボノイドが血中に存在することが明らかとなった。毎食時に、植物性食品を摂取して、フラボノイドの血中レベルを維持することが、生体内抗酸化性に寄与することが示唆された。フラボノイドの生体内抗酸化性を検討するために,まず,マウスおよびヒトの血しょう中のフラボノイド濃度を測定するHPLC法を確立し,血中動態を明かにした.そして,生体内でフリーラジカルを生成する鉄ニトリロ酢酸(Fe-NTA)によるマウス腎発癌モデルを利用して,フラボノイドの腎組織中の脂質過酸化および腎近位尿細管細胞の形態的変化,亜急性毒性に対する影響を調べた.水に難溶性のルテオリンやリチンとグルコースを酵素反応により付加したα-G-ルチンの血中動態を比較したところ,ルテオリンやルチンは投与6時間後に血中濃度が最大となり,徐々に吸収されたが,α-G-ルチンは30分後に最大となりその後速やかに血中より消失し,吸収が非常に早いことがわかった.そこで,一過的に血中濃度が高まるαG-ルチンを用いる方が生体内における作用機序を解析しやすいと考え,本フラボノイドを用いて以下の実験を行なった.

Fenton試薬(Fe^<2+>/H_2O_2)およびFe-NTA/H_2O_2を用いてリノール酸メチルの過酸化試験を行い,α-G-ルチンがルテオリンより弱いものの抗酸化性を示すことを確認した.Fe-NTAをマウスに腹腔内投与すると1時間後に腎組織中の脂質過酸化度(TBARS)が最大となるが,α-G-ルチンをFe-NTA投与30分後に経口投与すると,有意に脂質過酸化が抑制された.Fe-NTA投与30分前あるいは投与1時間後にα-G-ルチンを投与しても有意な抑制作用は見られず,脂質過酸化の抑制とα-G-ルチンの血中レベルが相関することが示唆された.また,Fe-NTA連続投与を行なうと異型細胞が出現するが、α-G-ルチン経口投与により出現頻度が減少することもわかった.一方,ESRスピントラッピング法によりラジカル消去作用を,UV吸収により鉄イオンとのキレート作用をα-G-ルチンが有することを確認した.これらの結果は投与されたα-G-ルチンがマウス生体内で,レキ-ト作用あるいはラジカル捕捉作用によりFe-NTAにより腎組織中で生じたラジカルを消去して抗酸化性を発揮していることを示唆するものであった.昨年までに、生体内でフリーラジカルを生成する鉄ニトリロ三酢酸(Fe-NTA)によるマウス腎発癌モデルを利用してフラボノイドの生体内抗酸化性を、1) Fe-NTA投与後の腎臓中の脂質過酸化物(チオバルビツール酸反応物)量、2)腎近位尿細管細胞の核の形態的変化、3)生残率等を指標として検討し、フラボノイド投与群と対照群を比較し、フラボノイドが生体内で抗酸化性を示し、鉄ニトリロ三酢酸(Fe-NTA)の腎毒性を軽減すること、また、フラボノイドの血中濃度と生体内抗酸化性が相関することを明らかにした。本年度はフラボノイドをヒトの食事因子として評価するにあたり、1)野菜、果物、茶中の代表的なフラボノイド含量とヒトの摂取量、2)フラボノイド含量の高い野菜や果物を含む食事後のヒト血中フラボノイドレベルについて検討し、以下の結果を得た。(1)代表的な野菜、果物および茶を酸加水分解後、ケルセチン、ケンフェロール、ミリセチン、ルテオリン量をHPLC法により測定し、総和量を全フラボノイド量として換算したところ、試料により分布が異なること、ケルセチンとケンフェロールが比較的どの試料にも多く含まれていること、タマネギには4種のフラボノイドがそれぞれ33.7、14.09、2.95、1.91μg/g含まれていることがわかった。また、茶葉中には多くのフラボノイドが含まれていることがわかり、フラボノイドの供給源として茶が重要であることもわかった。(2)ヒトのフラボノイド摂取量については、集団給食の調理実習を利用し、各献立に含まれるフラボノイド量をHPLC法により(1)と同様に測定したところ、約数mgから30mg含まれていた。(3)ヒト血中のフラボノイドレベルについては、3人のボランティアにケルセチンとケンフェロールを含む食事をしてもらい、一定時間後に採血を行い血中の含量をHPLC法により測定し、摂取量と血中レベルを比較した。血中からはケルセチンのみが検出され、その血中濃度は12時間後に最大となり(濃度は0.1μg/ml plasma以下)、その後時間経過とともに減少した。これらの結果より、4種のフラボノイドについては、我々が日常約30mgを摂取し、吸収されたフラボノイドが血中に存在することが明らかになった。また、フラボノイドの血中レベルを維持するには、毎食、植物性食品を摂取することが望ましく、供給源として茶が有用であることも明らかになった。
運動・栄養指導による血液量増加を介した高齢者の循環・体温調節機能改善とその機構

若年者において、下肢温浴による受動加温時の全身の温熱感覚は、通常体温時に比べて高体温時に有意に上昇し、高体温時には仰臥位に比べて椅座位で有意に高値を示すこと、また、皮膚冷覚閾値は椅座位時のみ通常体温時に比べて高体温時に有意に低下することを示唆した。次に、高体温時の全身の温熱感覚の上昇や皮膚冷覚閾値の変化は、若年者に比べて高齢者で有意に低かった。さらに、高齢者において2ヶ月間の持久性トレーニングを実施した結果、トレーニング後に血液量の増加した高齢者では最大酸素摂取量および一回拍出量が増加し、体温調節応答および深部温変化に対する全身の温熱感覚、皮膚冷覚閾値の感受性が向上する傾向にあった。本年度の研究の目的は、「加齢に伴う体温調節機能の低下は、血液量低下に起因した心臓の形態・機能、血圧受容器反射の感受性、皮膚温度感覚の感受性の低下によって引き起こされる」という仮説を検証することである。まず、若年者2名を被検者とし、研究実施計画に沿った傾斜ベッドおよび水循環スーツを用いた測定を実施した結果、皮膚温度感覚の測定時に皮膚温が変化し、それが測定値に影響することを確認した。そのため、次に、若年者12名を被検者とし、下腿温浴(42°C)による受動加温前(通常体温、約36.6°C)および後(高体温時、約37.3°C)に、椅座位(背もたれ角度11O度)、仰臥位(同180度)、および、仰臥位+持続陰圧呼吸(20cm水柱陰圧)を各15分ランダムに行う方法を実施した。その間、心拍数、動脈血圧、心拍出量、呼吸数・深度、食道温・皮膚温、胸部・前腕の皮膚血流量および局所発汗量を連続測定した。また、各ステージで全身の温熱感覚および胸部・前腕の皮膚温・冷感覚閾値、左心室形態および機能を測定した。その結果、全身の温熱感覚は通常体温時に比べて高体温時に有意に上昇し、高体温時には仰臥位に比べて椅座位で有意に高値を示した。皮膚温覚閾値は各ステージで変化しなかったが、皮膚冷覚閾値は通常体温時に比べて高体温時に有意に低下し、高体温時には仰臥位に比べて椅座位で有意に低値を示した。これらの結果は、姿勢変化による中心血液量の上昇/低下が、心肺圧受容器反射を介して全身および皮膚の温度感覚を上昇/低下させることを初めて示す結果であり、仮説が一部支持された。また、中高年者に対する同様の測定を開始した。さらに、中高年者45名を対象とした6ヶ月間の運動トレーニングを実施し、速歩トレーニングによって最高酸素摂取量が約10%増加することを確認した。これらの成果から、高齢者の熱中症や心血管系疾患の予防のための、科学的根拠に基づいた安全で効果的な運動・栄養指導方法が開発されることが期待できる。本研究の目的は、「加齢に伴う暑熱環境下の自律性体温調節機能の低下は、血液量低下に起因した心臓の形態・機能の劣化によって引き起こされる」という仮説を検証すること、さらに、「高齢者でも持久性トレーニングによる血液量増加によって、心臓の形態・機能の改善を介して、体温調節機能が改善する」ことを実証することである。本年度は、まず、年齢(研究1)および体力(研究2)に関する横断的研究を実施した。若年者(17名)および高齢者(15名)を対象とし、下腿温浴(42°C)による受動加温前(通常体温時)および後(高体温時)に、仰臥位および受動的頭部挙上(チルト)時の測定を実施した。心拍数、動脈血圧、一回拍出量、食道温・皮膚温、胸部・前腕の皮膚血管コンダクタンスおよび局所発汗量を連続測定し、各ステージにおいて全身の温熱感覚および胸部・前腕の皮膚温・冷覚閾値を測定した。また、最大酸素摂取量(VO2max)を測定した。その結果、若年者に比べて高齢者では、高体温時およびチルト時の全身の温熱感覚の上昇および皮膚冷覚閾値の鈍化が低い傾向を認めた。さらに、若年者および高齢者の両者において、VO2max高値群に比べてVO2max低値群では、各ステージにおける一回拍出量が低く、皮膚温覚閾値は有意に高値(鈍化)を示した。さらに、高齢者において持久性トレーニング(VO2maxの6075%強度、60分/回、3回/週、2ヶ月間)を実施し、その前後に同様の測定を実施した(研究3)。その結果、トレーニング後に血液量が増加し、それに伴いVO2maxおよび一回拍出量が増加することを確認した。

これらの結果は、深部温および皮膚温変化に対する温度感覚の感受性の低下が、加齢に伴う体温調節機能の低下に関与し、持久性トレーニングによる血液量増加によって、高齢者においても体温調節機能の改善と熱中症予防が期待できる事を示唆する。本年度は、1)加齢に伴う体温調節機能の低下は持久性体力レベルおよび血液量の低下に起因した心臓の形態・機能、温度感覚の感受性の低下によって引き起こされる、2)これらの変化は持久性体力レベルや血液量の低い者で顕著である、という2つの仮説を検証した。若年者13名および中高齢者10名を対象とし、下腿温浴(42°C)による受動加温前(通常体温時、平均食道温36.7°C)および後(高体温時、平均食道温37.3°C)に、仰臥位および受動的頭部挙上(チルト)時の測定を実施した。心拍数、動脈血圧、一回拍出量・心拍出量、食道温・皮膚温、胸部・前腕の皮膚血管コンダクタンスおよび局所発汗量を連続測定し、各ステージにおいて全身の温熱感覚および胸部・前腕の皮膚温・冷覚閾値を測定した。また、多段階漸増負荷試験によって最大酸素摂取量(VO2max)を測定した。その結果、両群において、全身の温熱感覚は通常体温時に比べて高体温時に有意に上昇し、高体温時には仰臥位に比べてチルト時で有意に高値を示した。また、皮膚冷覚閾値は通常体温時に比べて高体温時に有意に低下(鈍化)し、高体温時には仰臥位に比べてチルト時で有意に低値(鈍化)を示した。これらの応答は、若年者に比べて中高齢者で低い傾向にあった。若年者13名において、低体力者(6名、平均VO2max=40.3±3.1ml/kg/分)と高体力者(7名、平均VO2max=59.6ml/kg/分)を比較すると、前者は後者に比べて各ステージにおける一回拍出量は有意に低く、皮膚温覚閾値は有意に高値(鈍化)を示した。これらの結果は、深部温および皮膚温変化に対する温度感覚の感受性の低下が体温調節機能の低下に関与し、それは持久性体力レベルの低い者で顕著であることを示唆する。熱中症予防のための科学的根拠に基づいた安全で効果的な運動・栄養指導方法の開発に向け、その根幹となる成果を得た。本研究の目的は、「加齢に伴う暑熱環境下の自律性体温調節機能の低下は、血液量低下に起因した心臓の形態・機能の劣化によって引き起こされる」という仮説を検証すること、さらに、「高齢者でも持久性トレーニングと栄養摂取を用いた血液量増加によって、心臓の形態・機能の改善を介して、体温調節機能が改善する」ことを実証することである。本年度の研究目的は、「血液量の加齢に伴う低下、および、持久性トレーニングによる増加、さらに、血液量の変化に起因する心臓の形態・機能の変化を介した体温調節機能の改善には大きな個人差が認められ、それはアルブミン合成遺伝子の一塩基多型に関与する」という仮説を検証した。これまでの研究で、23ヶ月間のトレーニングに参加した高齢男性12名を対象とした。トレーニング後に血液量増加反応の大きい6名、小さい6名の2群に分け、最高運動量、下肢温浴時の自律性体温調節応答および温度感覚、心臓の形態・機能の測定について解析し、比較検討した。また、椅座位安静時に肘正中静脈より採血し、ヘマトクリット、ヘモグロビン濃度、血漿アルブミンおよび総蛋白濃度、血漿浸透圧を測定した。その結果、トレーニング後に血液量増加反応の大きい6名では、小さい6名に比べて、トレーニング後に最高運動量、下肢温浴時の自律性体温調節応答が大きい傾向が認められた。血液量の増加と血漿アルブミン総量および蛋白総量(それぞれ、血漿量×血漿アルブミン濃度および総蛋白濃度)は正の相関関係にあり、アルブミン合成が高い被験者ほど血液量の増加が大きいことが確認できた。この結果は、血液量の変化に起因する心臓の形態・機能の変化を介した体温調節機能の改善はアルブミン合成遺伝子の一塩基多型に関与することを支持する。26年度が最終年度であるため、記入しない。
生体機能二分子膜および高分子膜を反応場とする電子・イオン伝達系の構築と解析

本研究では、選択的イオン透過能や情報交換能などを有する生体関連機能性材料の開発を行うことを目的とした。その材料開発に必要とされる基礎的知見を得るために高分子薄膜もしくは二分子膜から成る種々の電子・イオン伝達系を水晶振動子電極基板上に構築し、その酸化還元に伴う電子・物質移動過程の詳細な解析を行った。1.呼吸鎖電子伝達系において重要な役割を果たしているユギヒノン(CoQ_<10>性を、電解重合法やLangmuir-Blodgett(LB)法により薄膜として固定化することができた。またこれらの薄膜が、酸素やアスコルビン酸の電極反応に対して電極触媒として作用することを見いだした。2.ビオロゲン二分子膜系では、その酸化還元反応に伴い移動するイオンの種類が測定溶液の電解質濃度に支配されていることが明らかになり、この薄膜系がイオンの選択透過性を電気化学的に制御できる材料として有用であることがわかった。また、その酸化還元反応は電子・物質移動のみならず薄膜の物性変化を引き起こすことが見いだされた。3.フラビン酵素に対して優れた電子媒体作用を示すフェロセン修飾シロキサンポリマー(PSF)は、溶媒和しにくいアニオン(CIO_2,BF_4など)を電解質として用いた場合に安定な酸化還元応答を示し、他方、塩素イオンやリン酸イオンを用いた場合にはその応答が抑制されることが明らかになった。即ち、PSF膜と膜内に挿入された溶存アニオンとの疎水性相互作用が、膜の安定性を維持する上で重要である。4.熱応答ゲル特性を有するN-イソプロピルアクリルアミドとビニルフェロセンの共重合体の酸化還元に伴う物質移動過程が、相転移温度を境にして変化すること、また、その相転移温度は膜の酸化・還元状態で異なることを見いだした。この結果から、このポリマーが熱的情報と電気化学的情報とを相互変換できる材料の機能を有することがわかった。