hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抗癌剤の腫瘍組織へのタ-ゲッティングを目指した組織分布機構の速度論的解明

抗癌剤の多剤耐性に関与することの知られているP糖蛋白が、近年、肝、賢などの正常組織の管腔側膜上に発現していることが明らかとなったことから、P糖蛋白の持つ生理機能の一つとして、生体外異物の排泄における役割が示唆される。今回の研究においては、この仮説を検証するために以下の研究を行った。まず、ビンクリスチン(VCR)を用いて、ATP依存性の取り込みが生じることを、ラット単離胆管側細胞膜を用いて証明した。さらに、生理的な条件下、すなわち血管構造が保持されたラット潅流肝を用いた解析を行った。門脈より、VCRを連続潅流し得られた定常状態において、流出液、胆汁および肝臓中VCR濃度を測定した。肝細胞における細胞内結合および、細胞内が負の膜電位の影響を補正すると、胆汁中では肝臓中の約1000倍の濃縮的胆汁排泄の生じていることが示された。また、P糖蛋白の関与する輸送の阻害剤として知られるベラパミル(VP)を50uMの濃度で潅流液中に存在させると、VCRの胆汁排泄が選択的に阻害された。一方、血管側細胞膜における輸送を反映する肝抽出率には大きな変化は観察されなかった。次に、ラットをフェノチアジン(PTZ)で処理することにより胆管側膜上のP糖蛋白を誘導させることにより、VCRの胆汁排泄がどのような影響を受けるかについて、単離胆管側細胞膜系、胆潅流系、in vivo系において調べた。抗P糖蛋白抗体を用いて膜上のP糖蛋白を定量したところ、PTZ処理により少なくとも5倍の誘導がかかっていることがわかった。また、この誘導に伴って単離膜へのVCRのATP依存性の輸送増大、潅流系、in vivo系におけるVCRの胆汁排泄クリアランスの増大が観察された。以上、VCRの胆汁排泄に関して、(1)濃縮的胆汁排泄の存在、(2)VPによる選択的阻害、(3)PTZ処理によるP糖蛋白の誘導に伴う胆汁排泄の増大という実験結果が得られたことから、P糖蛋白がVCRの胆汁排泄に積極的に関与することが示された。
組織培養技術を利用した植物貯蔵器官の簡易大量供給システムの開発

植物の貯蔵器官を対象とした簡易な培養装置を開発することによって、新たな種苗生産体制の構築をめざした。モデル植物として主にサトイモを用いた。まず、サトイモの大量培養条件を明らかにした。大量培養装置開発に関して、特に強制通気の問題点に注目した。すなわち、強制通気は成育を促進する反面、培養装置の構造や培養の管理作業を複雑化させる。また、植物器官は一般に酸素消費速度が遅いため、強制通気によって酸素供給量を確保する必要がない可能性があった。そこで、実際に、サトイモを液体培地中に沈めた状態で静置培養し、このような酸素供給が制限される条件下でも成育可能であることを確かめた。次に、回転ドラム型培養装置を利用し、強制通気を行わないで大量培養する培養装置を試作した。この培養装置内では、培養物は、培地中に没したり気相中に露出したりすることを繰り返す。この装置を用いて、サトイモ植物体が良好に生育することを確かめた。また、同じ原理でさらに簡易な培養装置を試作し、かつ、培養形態が全く異なる材料のモデルとしてジャガイモを用いて培養した結果、やはり良好な塊茎形成が観察された。本研究の培養条件下で得られたサトイモ植物体の貯蔵物質含量を測定した結果、球茎(貯蔵器官)としては未成熟と考えられた。植物体は、培養後は直ちに順化する必要があった。順化は容易であったが、発根が弱く長期栽培中に枯死する株が目立った。この問題に対し、水、あるいは、ある種の抗酸化剤の水溶液中で短期間培養することによって、発根を促進できることがわかった。以上の研究結果を総合し、簡易培養装置を利用した大量培養を中心とする種苗生産体制を構築する可能性が示唆された。サトイモをモデル植物とした。最初に培養条件を決定した。球茎は、比較的低濃度の糖の存在下でも形成されるので、順化の成功率を指標とした。結果、6%濃度のサッカロースを含む培地中で形成された球茎で最も順化率が高かった。その順化はごく簡単であり、培養終了後洗浄して直ちに土に移植し、直射日光を避けて1週間程度置くだけでよかった。一方、芽数の多さや移植操作のしやすさに注目すると、13%の比較的低濃度の糖を含む培地を用いたほうが良かった。従って、(1)継代維持及び培養装置へ移植する材料の増殖、(2)球茎生産、の2段階からなる増殖方法を採用することにした。現在、この2段階を連続して行った際の増殖効率について観察中である。培養装置については、最終的な方式や形状を決定するには至っていないが、少なくとも、強制通気を行わなくとも球茎生産が可能であることがわかった。例えば、容量10Lのドラム型培養装置内に目の粗いスポンジでできた内筒を設置し、これに植物体を絡み付かせて培養した場合、装置に直径35mmのシリコ栓をしただけの状態でも、球茎は良好に形成された。この方法でも、耕地10a分の苗を生産するのに10Lの培養装置1台を6週間動かせばよいと試算できた。このような強制通気を必要としない培養方法は、将来の技術の普及にとって特に有利と考えられるので、これを基本にさらに実用的な装置の開発を試みる。一方、生理的状態の評価については、特に、球茎の形成が始まった時点を特定することが難しく、想定していたような成果は得られていない。今後は、貯蔵蛋白質の生成を球茎形成の指標とする可能性について検討してみる予定である。前年度の結果を受け、通気を必要としない方式の培養装置をより簡略化することを試みた。

結果、市販の半透明のプラスチック容器(1リットル容)を加工し、この5本をさらに1本の円筒内に固定して一緒に回転させる方法を考案した。この装置を用いてサトイモ球茎の大量培養を試みた結果、10リットル容の培養槽を用いた場合と同様に、良好な増殖が確認された。しかし、一方で、サトイモ球茎の増殖があまりに活発すぎるため、培養後に分割する操作が煩雑になり、かつ、分割時に強い力がかかることになるために球茎が傷み、順化率に悪影響を及ぼす危険性が予想された。そこで、球茎形成段階にホルモンフリーの培地を用いる、培養槽内に固定化せず常にある種のストレスがかかっている状態におく、などの方法を試みている。また、球茎を肥大させるのではなく、茎(5mm以下)を伸長させ、これを外植片として利用することで、移植操作を単純化し、培養装置内に植物体を均一に分布させることが可能と考え、そのための培養条件の検討を行っている。このほか、培養容器内の構造を変更することによって、ジャガイモの塊茎生産が同様の装置で可能であることもわかった。これに対し、培養の進行状況や、器官の生理的状態をモニタリングするための指標の探索に関しては難航している。その原因として、基本的に、サトイモ球茎の形成がいつ始まったのかを正確に判定することが難しいという点がある。研究戦略自体の見直しの必要性をも含め、検討する予定である。培養由来のサトイモのタンパク質含量や澱粉含量、および、レクチン様タンパク質量に注目して、これらの貯蔵物質の蓄積量を測定した。結果、これら代表的な貯蔵物質含量は少なく、培養で得られた球茎は貯蔵器官としての成熟度は低いものと推定された。培養物には休眠がなく、培養後は直ちに順化する必要があったので、このことも、貯蔵器官としての未成熟さを示唆しているものと考える。また、培養物の順化法について検討した。培養物は容易に順化できたが、栽培を続けると枯死する株が徐々に増えた。これは、発根の不良によるものと考えられたので、水処理、IIA処理、および各種抗酸化剤処理による発根促進効果について検討した。結果、いくつかの抗酸化剤に発根促進効果が確認された。この処理は、培養終了後に抗酸化剤入りの水で1週間培養するのみであり、操作も簡単である。また、単に水で培養することにも、発根促進や順化率向上効果があった。なお、水で培養された植物体は、基部組織から取り外しやすくなった。このことは、順化時に植物体を株ごとに分ける時の操作性を高め、かつ、植物体が傷つくことを防止することにも役立つものと期待される。本研究で実際に利用した培養装置はごく小型であるが、これを多数同時に回転させる培養装置を考案した。昨年度までの研究結果と以上の結果とを総合して、簡易培養装置を利用した大量培養を中心とする種苗生産体制を構築する可能性が示唆された。
心筋細胞のミトコンドリア機能:筋小胞体とのcross-talkと細胞障害への関与

Diazoxideの心筋保護作用機構を検討するために、これまで共焦点レーザー顕微鏡を用いて、ラット心室筋細胞においてDiazoxideがミトコンドリア(Mito)のpermeability transition pore (mPTP)を介する[Ca^<2+>]放出を引き起こすことを示した。また、rhod-2/AMを負荷してsaponinで細胞膜をpermeabilizeして[Ca^<2+>]_mを測定することによりMito内のCa^<2+>濃度([Ca^<2+>]_m)の測定法を確立し、Diazoxide(1,10,50μM)が濃度依存性に[Ca^<2+>]_mを減少させることを示した。これらの結果から、Diazoxideは、PTPを介したCa^<2+>放出により[Ca^<2+>]_mを減少させて細胞保護効果を起こすことを明らかにした。今回は、虚血類似状態として高濃度のFCCP作用時における膜電位(ΔΨm)と[Ca^<2+>]_mの関連を検討した。FCCPによりΔΨmは完全にcollapseしたが、[Ca^<2+>]_mはcontrolの44%に低下したのみであったことより、Δψm減少によりCa^<2+> uniporterを介したCa^<2+>流入が減少すること以外の機序が考えられた。mPTPの阻害剤であるcyclosporin Aにより[Ca^<2+>]_mがより低下したことより、mPTPを介してCa^<2+>がMito内へ流入することが示された。一方、細胞質のNa^+濃度を低下させてMitoの主なCa^<2+>排出機構であるNa^+/Ca^<2+>交換機構を抑制すると、[Ca^<2+>]_mが増加した。以上より、虚血類似状態での[Ca^<2+>]_mの調節には、mPTPとNa^+/Ca^<2+>交換機構が関与していることが示唆された。虚血・再灌流心筋障害に対する治療戦略としてmPTPやMitoのNa^+/Ca^<2+>交換機構に作用する薬剤の開発の必要性が示唆された。diazoxideの心筋保護作用機構を検討するために、共焦点レーザー走査顕微鏡を用いて、ラット心室筋細胞のミトコンドリア(Mito)内膜の膜電位(ΔΨm)、Ca^<2+>transient、mPTP(mitochondrial permeability transition pore)を測定した。(1)ΔΨmに対する作用:TMREによって測定したΔΨmは、diazoxide単独投与では変化を認めなかったが、rotenoneの存在下では過分極方向に回復した。(2)細胞質のCa^<2+>transientに対する作用:fluo-4により測定したCa^<2+>transientは、diazoxide投与により上昇した。この上昇は5-HDにより抑制されなかったが、mPTPの阻害剤であるcyclosporin A(CsA)により抑制された。この作用は、thapsigarginとryanodineを前投与しても認められたことから、diazoxideによってMitoからCa^<2+>が放出され、筋小胞体へ取り込まれるという機構が考えられた。CsAによりΔΨmの過分極とCa^

<2+>transientの増大が抑制されたことから、diazoxideがmPTPを介してMitoのCa^<2+>を放出し、Ca^<2+>transientを増大させたことが示唆された。(3)mPTPに対する作用:Mitoに集積したcalceinはmPTPの開口によりMito外へ移行して蛍光強度の減少として観察される。diazoxideの投与により、calceinの蛍光強度は減少し、この作用はCsAにより完全に抑制された。つまり、diazoxideは、mPTPを介するMitoからのCa^<2+>放出をきたして、Mitoの保護作用をきたすことが示唆された。Diazoxidaの心筋保護作用機構を検討するために、これまで共焦点レーザー顕微鏡を用いて、ラット心室筋細胞においてDiazoxideがミトコンドリア(Mito)のpermeability transition pore(mPTP)を介するCa^<2+>放出を引き起こすことを示した。また、rhod-2/AMを負荷してSaponinで細胞膜をpermeabilizeして[Ca^<2+>]_mを測定することによりMito内のCa^<2+>濃度([Ca^<2+>]_m)の測定法を確立し、Diazoxide(1,10,50μM)が濃度依存性に[Ca^<2+>]_mを減少させることを示した。これらの結果から、Diazoxideは、PTPを介したCa^<2+>放出により[Ca^<2+>]_mを減少させて細胞保護効果を起こすことを明らかにした。今回は、虚血類似状態として高濃度のFCCP作用時における膜電位(ΔΨm)と[Ca^<2+>]_mの関連を検討した。FCCPによりΔΨmは完全にcollapseしたが、[Ca^<2+>]_mはcontrolの44%に低下したのみであったことより、ΔΨm減少によりCa^<2+>uniporterを介したCa^<2+>流入が減少すること以外の機序が考えられた。mPTPの阻害剤であるcyclosporin Aにより[Ca^<2+>]_mがより低下したことより、mPTPを介してCa^<2+>がMito内へ流入することが示された。一方、細胞質のNa^+濃度を低下させてMitoの主なCa^<2+>排出機構であるNa^+/Ca^<2+>交換機構を抑制すると、[Ca^<2+>]_mが増加した。以上より、虚血類似状態での[Ca^<2+>]_mの調節には、mPTPとNa^+/Ca^<2+>交換機構が関与していることが示唆された、虚血・再灌流心筋障害に対する治療戦略としてmPTPやMitoのNa^+/Ca^<2+>交換機構に作用する薬剤の開発の必要性が示唆された。
マルチモードオートファジー：多彩な経路と選択性が織り成す自己分解系の理解

多様な経路で実行されるオートファジーやそれらによる選択的基質分解(マルチモードオートファジーと定義)は相互に関連し、細胞の環境適応、恒常性、分化などの幅広い細胞機能を制御すると考えられる。本研究では、マルチモードオートファジー領域における計画研究および公募研究の推進(企画調整)、支援、評価、そして若手研究者の育成、海外研究者との多岐にわたる共同研究のサポートを行い、オートファジー研究を新しいステージへ導き、次世代に発展させる。また同時に、それらの成果を広く社会に発信するための領域ホームページやフォーラムを整備する。
新規IRF-3キナーゼの探索

高等動物細胞は細胞レベルでの、ウイルス感染に対抗する手段を有しており、自然免疫機構として知られている。自然免疫は感染初期に特に重要であり、後期に機能し、抗原受容体を介する、より高度かつ特異的な獲得免疫とともに免疫反応の要として機能している。様々な細胞においてウイルスの複製を感知するセンサーが存在し、それがきっかけとなって下流の一連の反応が引き起こされるものと考えられてきた。長い間センサー分子の詳細は不明であったが、我々はRNAヘリカーゼの一つであるRIG-Iがその実体である事を発見した。RIG-Iはウイルス感染細胞内で生じる二重鎖RNAの受容体として機能している事を明らかにした。我々の解析によりRIG-Iによる自然免疫機構はC型肝炎ウイルスをはじめとして各種のウイルス増殖抑制に重要であることが判明している。RIG-IがC型肝炎ウイルスの増殖を阻害することを示すとともに、同ウイルスのNS3/4A蛋白質がRIG-Iと拮抗する活性を持つことにより自然免疫機構から逃れていることを示した。また、ヒトではRIG-I,MDA5,LGP2という類似したヘリカーゼが存在しており、それらの機能分担を明らかにした。すなわち、RIG-I, MDA5はともに自然免疫の活性化に、LGP2はその反応を抑制し、反応が一過性に起きる事に寄与している事が示唆された。長い間センサー分子の詳細は不明であったが、我々はRNAヘリカーゼの一つであるRIG-Iがその実体である事を発見した(Yoneyama et al.Nature Immunology 7,730,2004)。RIG-Iはウイルス由来の二重鎖RNAを認識するヘリカーゼドメインと下流にシグナルを伝えるCARDドメインからなることが明らかとなっている。ウイルスが感染して複製を開始すると、その過程で生じる2重鎖RNAをヘリカーゼドメインが感知してCARDドメインからシグナルが伝わる。また、このシグナルが細胞増殖の制御にも重要であることが明らかになってきている。RIG-Iはウイルス核酸をリガンドとする酵素であり、リガンドとして機能する分子を探索・開発することにより新規の抗ウイルス、抗癌活性を有する薬剤の開発などへの応用が期待される。
高レイノルズ数乱流中の微粒子の著しい集中促進メカニズム解明のための計算科学

乱流中の微粒子の運動を解析するための高精度かつ効率的な並列プログラムを開発し、大規模な数値シミュレーションを実現することで、高レイノルズ数乱流に特有の渦構造(渦クラスタ)と慣性粒子の運動の関係を調べた。その結果、慣性の大きい粒子は渦クラスタの外部の際に集中する傾向があることを明らかにした。また、慣性の大きい粒子の振る舞いのレイノルズ数依存性を明らかにし、原始惑星系円盤中の微惑星形成過程における乱流の役割について信頼性の高い結果を与えた。本研究では、非線形性が極めて強い高レイノルズ数(Re)乱流による微粒子集中促進のメカニズムの計算科学的な解明を目指している。27年度はスペクトル法を用いた乱流の直接数値計算(Direct Numerical Simulation; DNS)に基づく粒子追跡シミュレーションの並列コードを完成させ、「京」コンピュータやFX100等のスーパーコンピュータ用の高効率化を行った。完成したコードでは、粒子追跡のためのノード間のデータ通信を最小限に抑える並列化技法を用いて3次スプライン補間の高速計算を実現した。その結果、乱流DNSのみの時間発展と大差ない計算時間で最大10の8乗個を超える膨大な数の粒子の高精度な追跡を可能にし、最大格子点数2048の3乗の乱流DNSにおいて8×(256の3乗)個、格子点数1024の3乗の乱流DNSにおいて8×(512の3乗)個の粒子追跡シミュレーションを実現した。得られた乱流場と粒子のデータを用いて、乱流中の特定の渦密集領域の粒子の運動の性質を調べる条件付き統計解析や、渦密集領域と粒子高濃度領域の関係を明らかにする可視化と解析などを実施した。その結果、(i)レイノルズ数が高くなり、乱流の非線形性が強くなるほど慣性の大きい粒子の濃集が促進されることや(ii)慣性の大きい粒子が渦密集領域から排出され渦密集領域の際に集まることなどを明らかにし、米国物理学会流体分科にて発表した。また、粒子に鉛直重力が働く場合の数値シミュレーション、圧縮性乱流中の粒子運動のシミュレーション、電磁流体乱流中の粒子追跡シミュレーションも実施し、鉛直重力、圧縮性や磁場が粒子の濃集集中に与える影響についての解析も行い、得られた結果を天文学会にて発表した。また、一連の研究成果を天文学会の基調講演にて発表した。現在までに乱流の直接数値計算(DNS)に基づく粒子追跡シミュレーションのコード開発及び高効率化が実現した。これにより、格子点数2048の3乗の乱流DNSによる粒子追跡シミュレーションが実現した。また、計算資源が確保できれば格子点数4096の3乗の乱流DNSによる粒子追跡も実現可能となった。また、圧縮性乱流の差分法に基づくDNSコードにおいても粒子追跡を可能にし、予備的な数値計算結果を得た。現在、圧縮性乱流DNSを用いた粒子追跡の大規模数値実験を実現するためのコードの見直しと計算結果の検証を実施している。原始惑星系円盤乱流中の微惑星形成過程の解明を目指した、粒子の衝突付着合体シミュレーションのコード開発も開始した。以上のように、進捗は当初の予定以上に進んでいる。現在、これまでに得られた結果をまとめた論文の執筆と今後の大規模数値実験に向けた準備を行っている。28年度は前年度に開発・高速化した「乱流の直接数値計算(Direct Numerical Simulation; DNS)に基づく微粒子追跡シミュレーションコード」を用いて、最大格子点数2048の3乗の乱流DNS場において8×(512の3乗)個の粒子追跡シミュレーションを実施した。これにより、高Re乱流中の微粒子の運動に関して、より信頼性の高い統計量を得ることに成功した。得られた結果を用いて、粒子の衝突速度や衝突頻度が粒子の慣性(流体運動への追従性)とReに依存してどのように変化するのかについて解析し、特に、慣性の大きい粒子の高Reにおける漸近挙動を数値的に明らかにすることに成功した。また、同じサイズの粒子同士の衝突は異なるサイズの粒子同士の衝突より(1)相対速度のrms値が小さいこと、および、(2)相対速度の動径方向成分の確率分布密度の非ガウス性が強くなること、から、付着限界速度の小さい粒子同士においても付着成長しやすいことがわかった。これは、原始惑星系円盤中の微惑星形成過程における「衝突破壊問題」を解決する鍵が「乱流によるダスト粒子の集積」にある可能性を示唆するものである。これらの知見をライデンのローレンツセンターで開催された国際研究集会「Formation of the Solar System and the Origin of Life」で発表するとともに、論文としてまとめ投稿する準備を進めた。また、圧縮性乱流中のダスト粒子の運動を追跡するコードを完成させ、系統的な数値実験を行い、その結果の検証を行った。得られた知見を数値流体力学シンポジウムおよびモスクワで開催された日露ワークショップで発表した。乱流中のダスト粒子の運動を追跡する高効率な並列計算コードを用いた大規模な数値実験により、粒子数を前年度の8倍とし、粒子の衝突速度と衝突頻度に関して、信頼性の高い統計データを得ることに成功した。また、圧縮性乱流中の粒子追跡コードも完成させ、圧縮性乱流と非圧縮性乱流の両者の乱流統計量を解析・比較することで、圧縮性乱流の差分法に基づく直接数値計算の結果を検証するとともに、圧縮性乱流および圧縮性乱流中の粒子の運動の定量的な性質の理解を深めることに成功した。

さらに、粒子の付着成長シミュレーションコードの開発を進め、予備的な数値実験により、平均相対速度が限界付着速度を超えるような場合においても、付着成長し得る粒子が存在することを確認することができた。その他、乱流中の渦の微細構造と関連するストレイン場の構造を数値的に解析する新しい手法を導入し、乱流中の渦構造のレイノルズ数依存性についての定量的な特徴つけを試みた。本研究では、非線形性が極めて強い高レイノルズ数(Re)乱流による微粒子集中促進のメカニズムの計算科学的な解明を目指した。本研究では、これまでに、非圧縮性乱流の直接数値計算(DNS)に基づく慣性粒子追跡プログラム(並列数値計算コード)の開発と高速化を実施している。最終年度となる29年度は、開発した慣性粒子追跡プログラムを用いて実施した、最大格子点数2048の3乗、追跡粒子数512の3乗(×8)の一連の数値実験で得られた結果をまとめ、天体物理学の専門誌に発表した。そこでは、慣性の大きいダスト粒子の原始惑星系円盤乱流中の衝突に関係する統計量のRe依存性を明らかにし、惑星科学分野における未解決問題の一つである「原始惑星系円盤中の微惑星形成過程における衝突破壊問題」に対して信頼性の高い結果を与え、「乱流」の役割の定量的議論を可能にした。また、乱流の大規模DNSで得られたデータを解析し、Reの増加に伴う乱流中の渦構造の遷移について定量的な結果を得て、論文として発表した(国際共同研究)。その他、圧縮性乱流の高精度高解像度差分法に基づくDNSの結果と非圧縮性乱流のスペクトル法に基づくDNSの結果を比較し、速度場の発散や密度など乱流場の統計的性質が異なる場合でも圧縮性の影響が大きくない場合は粒子の衝突統計に大きな違いが生じないことを定量的に明らかにした。さらに、乱流場のストレインテンソルの固有ベクトルを用いた解析を実施し、乱流中の渦構造と粒子の数密度の関係を定量的に特徴つけることに成功した。これらの成果は学会や研究集会にて発表した。現在、論文としてまとめ投稿準備中である。なお、本研究で開発したコードが基礎となり、ポスト「京」の萌芽課題「太陽系外惑星(第二の地球)の誕生と太陽系内惑星環境変動の解明」の受託研究「原始太陽系におけるダスト成長過程の研究」におけるコード開発へと発展している。乱流中の微粒子の運動を解析するための高精度かつ効率的な並列プログラムを開発し、大規模な数値シミュレーションを実現することで、高レイノルズ数乱流に特有の渦構造(渦クラスタ)と慣性粒子の運動の関係を調べた。その結果、慣性の大きい粒子は渦クラスタの外部の際に集中する傾向があることを明らかにした。また、慣性の大きい粒子の振る舞いのレイノルズ数依存性を明らかにし、原始惑星系円盤中の微惑星形成過程における乱流の役割について信頼性の高い結果を与えた。乱流DNSを用いた粒子追跡実験により、惑星科学分野の未解決問題である「原始惑星系円盤乱流中の微惑星形成過程」について多くの知見が得られることが期待され、その目処がたってきた。今後は、これまでに得られた成果を惑星科学分野の専門誌に発表するとともに、惑星科学分野の専門家と連携を密にして、より具体的な問題に挑戦していきたいと考えている。これまでに得られた結果をまとめ、論文として発表する。
新規フラーレンナノコンポジットの創成と機能化

フラーレンホリマーはエレクトロニクス,エネルギーなどの分野で新規炭素材料の基盤分子として注目を集めている。フラーレンポリマーの合成法として,これまでフラーレンを直接重合させる方法が報告されているが,フラーレンが対象性の高い構造を有していることから,生じてくるポリマーの構造を予め設計することは極めて難しい。近年,ポリマー構造を合成する手法として,可逆的な非共有結合を利用した自己集合が注目されている。この方法は既存の有機合成では成しえないような複雑な分子配列を容易に構築できることから,超分子ポリマーの合成に利用されるようになってきた。我々は非共有結合を基盤とした自己集合が超分子フラーレンポリマーの合成に利用できると考えた。今回,カリックス[5]アレーンとフラーレンの分子間相互作用を利用して,超分子フラーレンポリマーの合成を計画した。具体的に,ダンベル型フラーレン誘導体1とフラーレン結合部位を二つもつテトラキスカリックス[5]アレーン誘導体2を設計した。19年度は固体状態における超分子ポリマーの形態の新たな制御法と溶液中における重合構造について検討を行った。1と2の混合比を変化させることにより,固体状態で形成される超分子ポリマーの形態が制御可能であることを明らかにした。また,溶液中において可逆的結合で生成しているこの超分子ポリマーのサイズを動的光散乱により検討したところ,トルエン中で約1.2マイクロメーター程度の高い重合度をもつポリマーが生成していることがわかった。ポリマーの結合力が非共有結合であることを考えれば,驚くべき結果である。20年度はフラーレンを有するポリマーの超分子架橋反応によるポリマーの物性制御について検討した。フラーレンを含むポリアセチレンにホスト分子1を加えると顕著な分子量の増加を確認した。本研究成果は非共有結合を利用した分子量制御により,ポリマーの巨視的な物性の制御法の新たな指針となると確信するフラーレンポリマーはエレクトロニクス,エネルギーなどの分野で新規炭素材料の基盤分子として注目を集めている。これまでカリックス[5]アレーンがフラーレン類の有効なホスト分子として機能することを明らかにしてきた。1と2の連続的な包接により超分子フラーレンポリマーを合成できると考えた。ガラス表面に1と2の1:1混合溶液から調整した組織をSEMを用いて観察を行った。観察像にはポリマーの生成を示唆する,長さ100mm以上,太さ約250-500nmの繊維状組織を確認することができた。次にマイカ表面に調製したキャストフィルムを,原子間力顕微鏡を用いて観察した。すると,細かい規則性のある均一な組織が確認された。これらの繊維は,高さ1.2nmから1.9nm,幅68nmから90nmの非常に均一な組織を形成していることがわかった。分子計算により得られたオリゴマーの構造では,アルキル鎖の長さが3.5nmとAFMより得られた繊維の高さ1.2nmより大きいことから,アルキル基はマイカ表面と平行に配列していると考えられる。また,カリックス[5]アレーンとフラーレンの包接部分の高さが1.4nmと実測の繊維の高さと非常によく一致することから,マイカ表面上で40-60本の超分子ポリマー鎖がアルキル基を絡めながら,平行に配列したフィルム状の組織が形成されていると現在考えている。フラーレンポリマーはエレクトロニクス,エネルギーなどの分野で新規炭素材料の基盤分子として注目を集めている。今年度は固体状態における超分子ポリマーの形態の新たな制御法と溶液中における重合構造について検討を行った。

また,溶液中において可逆的結合で生成しているこの超分子ポリマーのサイズを動的光散乱により検討したところ,トルエン中で約1.2マイクロメーター程度の高い重合度をもつポリマーが生成していることがわかった。ポリマーの結合力が非共有結合であることを考えれば,驚くべき結果である。この様な結果を踏まえ最終年度となる来年度はこの超分子ポリマーの光および電気化学的特性についてさらに検討を進めたい。フラーレンホリマーはエレクトロニクス,エネルギーなどの分野で新規炭素材料の基盤分子として注目を集めている。フラーレンポリマーの合成法として,これまでフラーレンを直接重合させる方法が報告されているが,フラーレンが対象性の高い構造を有していることから,生じてくるポリマーの構造を予め設計することは極めて難しい。近年,ポリマー構造を合成する手法として,可逆的な非共有結合を利用した自己集合が注目されている。この方法は既存の有機合成では成しえないような複雑な分子配列を容易に構築できることから,超分子ポリマーの合成に利用されるようになってきた。我々は非共有結合を基盤とした自己集合が超分子フラーレンポリマーの合成に利用できると考えた。今回,カリックス[5]アレーンとフラーレンの分子間相互作用を利用して,超分子フラーレンポリマーの合成を計画した。具体的に,ダンベル型フラーレン誘導体1とフラーレン結合部位を二つもつテトラキスカリックス[5]アレーン誘導体2を設計した。19年度は固体状態における超分子ポリマーの形態の新たな制御法と溶液中における重合構造について検討を行った。1と2の混合比を変化させることにより,固体状態で形成される超分子ポリマーの形態が制御可能であることを明らかにした。20年度はフラーレンを有するポリマーの超分子架橋反応によるポリマーの物性制御について検討した。フラーレンを含むポリアセチレンにホスト分子1を加えると顕著な分子量の増加を確認した。本研究成果は非共有結合を利用した分子量制御により,ポリマーの巨視的な物性の制御法の新たな指針となると確信する
電子/プロトン共役輸送機能を有する超分子チャネル構造体の構築

モノイミダゾール置換ポルフィリンのメソーメソホモカップリング反応により、両端末にイミダゾール置換基を有するビスポルフィリンを合成した。これに中心金属としてZnイオンを導入し、モノ、ビス亜鉛錯体を得た。ビス亜鉛錯体はイミダゾールポルフィリンの相補的軸配位により、クロロホルム中で分子量12万に重量平均分子量分布の極大値を有し、50万までの分子量分布を有する巨大ポルフィリン集積体へと自己組織化された。このポルフィリン集積体を原子間力顕微鏡を用いて観測すると、直線からコイル状に伸びた数百ナノメートルの長さの組織体であることが確認された。この自己組織化体の分子長は媒体の極性変化によって、あるいは片方にフリーベースポルフィリンを有するモノ亜鉛錯体を少量添加することによっても可逆的に制御することができた。モノ亜鉛錯体単独では、クロロホルム中で亜鉛ポルフィリン部分のみが配位結合によってスタッキングし、フリーベースポルフィリンを両端に有するビスポルフィリンの2量体錯体が得られた。これによってスペシャルペア系をはさんで2つのフェオフィチンに連結した光合成反応中心系が構築された。これと並行して人口イオンチャネルの構築を進めた。コール酸のジメチルエーテル誘導体を合成し、残る3位のヒドロキシル基を用いてビスウレタン結合により2分子を連結し、膜を貫通し両末端にカルボン酸、及びアンモニウム基を有する化合物を合成した。これら両親媒性物質を平面脂質2分子膜に導入し、シングルイオンチャネル電流を観測した。この際極めて安定な電流が継続して流れ、特に開状態が長時間持続する特性を有し、電流-電圧プロットから伝導度は5-20pSのものが主として観測された。
ショウジョウバエ翅成虫原基の器官サイズを規定する成長「制動」機構の解明

ショウジョウバエ翅成虫原基をモデルとして, [研究課題A]カスパーゼが細胞死非依存的に器官成長を促す機構の解明と[研究課題B]翅成虫原基の最大サイズを規定する分子機構の解明の2つの研究課題に取り組み,器官サイズ制御機構の一端を明らかにすることを目指した.研究課題Aでは,前年度までにカスパーゼの新規基質として発見した紡錘体形成チェックポイント機構構成因子の1つであるDrosophila BubR1に着目し,その切断の生理的意義を検討した.非切断型変異体を作出したところ,当該変異体は正常に発生した.作出した変異体において,細胞分裂に対する影響を翅成虫原基ライブイメージング法により検討した.その結果, tubulin重合阻害剤のコルヒチンで処理すると,野生型に比べて細胞分裂期間の延長を示した.したがって,カスパーゼによるBubR1の切断は,細胞分裂期間の決定に関与することが示唆された.研究課題Bでは,蛹へと変態しない状況では,翅成虫原基が任意のサイズで自発的に成長を停止するということを利用し,翅成虫原基の最大サイズを規定する分子機構の解明を目指した.ハイスループットに実験を行うために,遺伝学を用いて蛹へと変態しない実験条件を構築した.本実験条件において翅成虫原基が任意のサイズで自発的に成長を停止することを確認した.発生の各ステージにおける翅成虫原基のマイクロアレイ解析を行った.その結果,成長停止期では成長期に比べて,タンパク質翻訳制御因子の減少が観察され,さらにはタンパク質分解経路に関して,ユビキチン-プロテアソーム経路の低下とオートファジー-リソソーム経路の亢進がmRNAレベルで観察された.今後は,タンパク異化・同化作用に焦点を当てて解析することで,翅成虫原基の最大サイズを規定する分子機構が解明されることが期待される.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ショウジョウバエ翅成虫原基をモデルとして、[研究課題A]カスパーゼが細胞死非依存的に器官成長を促す機構の解明と[研究課題B]翅成虫原基の最大サイズを規定する分子機構の解明の2つの研究課題に取り組むことで、器官サイズ制御機構の一端を明らかにすることを目指した。研究課題Aでは、既知のカスパーゼ基質の関与の検討と新規カスパーゼ基質の探索の両面から解析を進めた。まず、既知のカスパーゼ基質であるRNA結合タンパク質Acinusに着目した。野生型に比較してカスパーゼ非切断型Acinus変異体は翅サイズの減少を示したことから、カスパーゼが細胞死非依存的に器官成長を促す機構としてAcinusの切断の関与が示唆された。ショウジョウバエにおいてAcinusはオートファジー(タンパク質分解)を亢進することが知られていため、タンパク質分解作用、さらには合成作用に及ぼすカスパーゼの影響を検討した。その結果、ショウジョウバエ培養細胞系において薬剤を用いてカスパーゼ活性を阻害すると、タンパク質翻訳が抑制されることが明らかとなった。一方で、カスパーゼの新規基質として紡錘体形成チェックポイント機構構成因子の1つであるDrosophila BubR1を発見した。研究課題Bでは、特殊な餌を用いた蛹へと変態しない状況では翅成虫原基も任意のサイズで自発的に成長を停止するということを利用し、翅成虫原基の最大サイズを規定する分子機構の解明を目指した。翅成虫原基成長停止期の状態について、ヒストン修飾状態の記述と細胞周期状態の記述を行なった。その結果、ヒストンの修飾状態に関してはH3K27ac修飾が成長停止期に顕著に減弱することが明らかとなった。また、細胞周期に関してはFACS及び細胞周期レポーターを用いた実験から、組織成長停止期でも成長期と比べて細胞周期の全体としての状態はほとんど変化しないことが明らかとなった。研究課題Aに関しては当初の計画以上の進展を、研究課題Bに関しては当初の計画に比して若干の遅れを認めた。以下に理由を詳述する。今年度は特に研究課題Aに注力し、既知のカスパーゼ基質の関与の検討と新規カスパーゼ基質の探索の両面から解析を進めた。その結果、前者の解析からカスパーゼのタンパク質同化作用への関与というこれまでに全くなかった視点を発見できた。また、後者についてもショウジョウバエの新規カスパーゼ基質を発見できた。したがって、研究課題Aに関しては当初の計画以上の進展を認めた。一方で、研究課題Bに関しては翅成虫原基成長停止期の状態について5つの指標を軸とした記述を本年度中に終える予定であったが、5つの指標のうち2つの指標(エピゲノム状態・細胞周期)の記述しか完了しなかった。したがって、研究課題Bに関しては当初の計画に比して若干の遅れを認めた。主な原因として特殊なショウジョウバエ飼育系に問題が生じ、問題解決に時間が取られたこと(既に解決済み)、研究Aに注力するあまり研究Bへの時間を十分に確保できなかったことがあげられる。研究課題Aに関しては当初の計画以上に研究が進展したことから、次年度は研究課題Bに注力できると考えられ、当初の計画通りの進展が期待できと考える。ショウジョウバエ翅成虫原基をモデルとして, [研究課題A]カスパーゼが細胞死非依存的に器官成長を促す機構の解明と[研究課題B]翅成虫原基の最大サイズを規定する分子機構の解明の2つの研究課題に取り組み,器官サイズ制御機構の一端を明らかにすることを目指した.研究課題

Aでは,前年度までにカスパーゼの新規基質として発見した紡錘体形成チェックポイント機構構成因子の1つであるDrosophila BubR1に着目し,その切断の生理的意義を検討した.非切断型変異体を作出したところ,当該変異体は正常に発生した.作出した変異体において,細胞分裂に対する影響を翅成虫原基ライブイメージング法により検討した.その結果, tubulin重合阻害剤のコルヒチンで処理すると,野生型に比べて細胞分裂期間の延長を示した.したがって,カスパーゼによるBubR1の切断は,細胞分裂期間の決定に関与することが示唆された.研究課題Bでは,蛹へと変態しない状況では,翅成虫原基が任意のサイズで自発的に成長を停止するということを利用し,翅成虫原基の最大サイズを規定する分子機構の解明を目指した.ハイスループットに実験を行うために,遺伝学を用いて蛹へと変態しない実験条件を構築した.本実験条件において翅成虫原基が任意のサイズで自発的に成長を停止することを確認した.発生の各ステージにおける翅成虫原基のマイクロアレイ解析を行った.その結果,成長停止期では成長期に比べて,タンパク質翻訳制御因子の減少が観察され,さらにはタンパク質分解経路に関して,ユビキチン-プロテアソーム経路の低下とオートファジー-リソソーム経路の亢進がmRNAレベルで観察された.今後は,タンパク異化・同化作用に焦点を当てて解析することで,翅成虫原基の最大サイズを規定する分子機構が解明されることが期待される.研究課題Aに関しては、引き続き前述の2つの視点からカスパーゼの細胞死非依存的な機能の解析を行う。まず、カスパーゼのタンパク質翻訳への関与の多角的な検討を慎重に行う。特に、培養細胞系で観察された現象が生体内でも同様に確認されるかという点は非常に興味深い。新規カスパーゼ基質Drosophila BubR1に関しては、非切断型BubR1変異体ショウジョウバエをCRISPR/Cas9システムを用いて作出する。その後、その変異体ショウジョウバエが示す表現型を細胞死と非細胞死の両方の観点から解析し、カスパーゼによるBubR1切断の生理的意義について迫りたい。研究課題Bに関しては、本年度明らかとなったヒストン修飾状態の変化から成長期と成長停止期では遺伝子発現状態が異なる可能性が示唆された。そこで、次年度ではマイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析を行いたい。また、研究課題Aを進める際に確立したタンパク合成検出系(SUnSET系)を利用し、タンパク質翻訳という観点を新たに評価指標に加え、引き続き翅成虫原基成長停止期の状態について記述を行っていきたい。その後、記述した状態の操作を主に遺伝学的に行い、翅成虫原基サイズに及ぼす影響を評価したい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
δπ共役を利用する三次元(水車形)共役系構築による高伝導性錯体の合成と物性

有機物と無機物の特性の組み合わせにより、新しい機能性物質を創り出すことができると期待される。本研究は、ロジウムやルテニウムのような第2遷移元素と、テトラチアフルバレン(TTF)のようなπ共役有機化合物を組み合わせることにより高伝導性物質を創ることを目指すものである。合わせて,金属元素混合に伴うクラスター錯体電子構造変化をも検討した。(1)(TTF-)PPh_2(TTF-=tetrathiafulvalenyl)の2分子を軸位にもつ新規ロジウム複核錯体、また、TTFカルボン酸が架橋した新規ロジウム錯体を合成し、両結晶において、TTF骨格が分子間πスタック配置して一次元鎖を構成していた。これら錯体の電気化学的酸化を調べ、錯体分子内における2つのTTF基間の電子的相互作用は余り大きくないことが示された。(2)2-Aminothiazolateを架橋配位子とするルテニウム複核錯体およびその酸化体をそれそれ合成Ru_2^<5+>は(π^*)^3電子配置をもち、その酸化体Ru_2^<6+>錯体は(π^*)^2電子配置をもつことが示された。(3)アセトアミダート架橋ロジウム複核錯体とそのカチオンラジカルからなるヨウ素架橋混合原子価錯体を新しく合成単離した。この錯体は重原子のダイアモンド型配列をもつ。この錯体は乾燥空気下での結晶水脱離と高湿度大気下での結晶水復帰の過程を繰り返すことができ、これに伴って電気伝導度が10万倍の幅で大きく増減する。(4)三つの芳香環が縮合した4-phenanthridinolが架橋したロジウム複核錯体カチオンラジカル塩が半導体であることを見出した。(5)一連のロジウム・コバルト混合三角錯体を合成単離し、それらの構造とフロンティア軌道に対する金属原子混合の効果を調べ、ロジウム原子の導入により、金属原子間の電子的相互作用が大きくなる傾向を見出した。本年度は目的錯体合成と分子的性質の解析を中心に研究を進めた。(1)Trimethyltetrathiafulvalenyldiphenylphosphineを合成し、これと2種類のdirhodium tetracarboxylateとの反応によりこのphosphineの2分子を軸位にもつ新規錯体を合成し構造を決定した。両錯体とも結晶において、TTF骨格が分子間πスタック配置して一次元鎖を構成していた。これら錯体の電気化学的酸化は2段階あり、第1段階は2つのTTF基それぞれ1電子ずつの計2電子1段階酸化、第2段階はロジウム原子間結合の1電子酸化であり、錯体分子内における2つのTTF基間の電子的相互作用は余り大きくないことが示された。(2)2-Aminothiazolateを架橋配位子とするルテニウム複核錯体およびその酸化体をそれそれ合成単離した。Ru_2^<5+>錯体は余り例のない(π^*)^3電子配置をもち、その酸化体Ru_2^<6+>錯体は(π^*)^2電子配置をもつことが示された。

このような特徴的な電子構造が、2-Aminothiazolateの硫黄原子のπ形孤立電子対に由来する特異的に強いπ供与性、およびルテニウム原子間δ^*軌道と架橋配位子π軌道との軌道相互作用によることが示された。(3)Tetrathiafulvalene thiolateを架橋配位子とするロジウムや金の遷移金属複核錯体の合成を様々な反応条件において試みたが、まだ成功していない。有機物と無機物の特性の組み合わせにより、新しい機能性物質を創り出すことができると期待される。本研究は、ロジウムなどの第2遷移元素の多核錯体と、テトラチアフルバレン(TTF)のようなπ共役有機化合物を組み合わせることにより高伝導性物質を創ることを目指すものである。またあわせて、混合原子価状態の複核錯体化合物ならびに混合金属元素から成る多核錯体の電子構造についても調べた。(1)アセトアミダート架橋ロジウム複核錯体とそのカチオンラジカルからなるヨウ素架橋混合原子価錯体を新しく合成単離した。この錯体は重原子のダイアモンド型配列をもつ。この錯体は乾燥空気下での結晶水脱離と高湿度大気下での結晶水復帰の過程を繰り返すことができ、これに伴って電気伝導度が10万倍の幅で大きく増減する。(2)テトラチアフルバレン(TTF)カルボン酸とピバール酸架橋ロジウム複核錯体との反応によりTTFカルボン酸がピバール酸と二つ置換して架橋した新規錯体の結晶においては、TTF同士の分子間πスタックによる一次元鎖形成、この一次元鎖の配列による層構造の形成が見られた。また、二置換錯体の電気化学的酸化は2段階あり、二段階とも2つのTTF基それぞれに1電子ずつの計2電子の関与する酸化過程であることが示された。(3)三つの芳香環が縮合した4-phenanthridinolが架橋したロジウム複核錯体カチオンラジカル塩が半導体であることを見出した。(4)一連のロジウム・コバルト混合三角錯体を合成単離し、それらの構造とフロンティア軌道に対する金属原子混合の効果を調べ、ロジウム原子の導入により、金属原子間の電子的相互作用が大きくなる傾向を見出した。
神経特異的遺伝子BRINPファミリーによる脊髄損傷治療のアプローチ

1)引き続きC57BL/6マウスの脊髄損傷モデルを作成中である。モデル作成後は、脊髄損傷後の急性期・亜急性期・慢性期ごとに脊髄組織を摘出し、定量RT-PCRを用いたBRINPファミリーmRNAの発現推移およびWestern blotを用いたBRINPファミリータンパク質の発現推移を評価する予定。2)マウス海馬初代培養神経細胞に対して、BRINPファミリーの強制発現およびSiRNAによる発現調節により神経細胞の細胞死感受性がどのように変化するかをTime-lapse imagingの手法を用いて評価している。Time-lapse imaging観察中に神経細胞がダメージを受け細胞死を起こし、評価できないという問題は解決しつつあり、引き続き評価を行っている。また、BRINPファミリーの発現調節により細胞死が誘導された場合アポトーシス関連タンパクの発現評価などにより、細胞死誘導のメカニズムも明らかにする。3)マウスES細胞由来神経幹細胞から神経細胞への分化過程におけるBRINPの発現制御の結果を元に強制発現による発現調節手法を用いて、BRINPファミリーを介して神経幹細胞から神経細胞またはグリア細胞に分化調節が可能かどうか直接的な評価を行った。ES細胞由来神経幹細胞にBRINPを強制発現させた場合、細胞周期を抑制させることが明らかとなった。この結果からBRINPは神経幹細胞から神経細胞への分化調節に関与していると考えられた。このことについてはJournal of Neuroscience Researchに掲載予定である。1)C57BL/6マウスの脊髄損傷モデルを作成中である。モデル作成後は、脊髄損傷後の急性期・亜急性期・慢性期ごとに脊髄組織を摘出し、定量RT-PCRを用いたBRINPファミリーmRNAの発現推移およびWestern blotを用いたBRINPファミリータンパク質の発現推移を評価する予定である2)マウス海馬初代培養神経細胞に対して、BRINPファミリーの強制発現およびsiRNAによる発現調節により神経細胞の細胞死感受性がどのように変化するかをTime-lapse imagingの手法を用いて評価している。Time-lapse imaging観察中に神経細胞がダメージを受け細胞死を起こし、評価できない場合があるため、観察の条件検討を行い、引き続き評価を行っている。3)マウスES細胞由来神経幹細胞から神経細胞への分化過程におけるBRINPの発現制御の結果を元に、強制発現およびSiRNAによる発現調節手法を用いて、BRINPファミリーを介して神経幹細胞から神経細胞またはグリア細胞に分化調節が可能かどうか直接的な評価を行った。
局所麻酔の作用機序に関する研究

ケタミンによる全身麻酔下でラットの後頭骨第一頚椎間より持続脊椎麻酔用カテーテル(30ゲージ)をくも膜下腔から腰椎レベルまで挿入して、脊椎麻酔モデルラットを作成した。5日間観察して神経障害を来していないことを確認した後に、自動注入ポンプを用いてリドカイン、ジブカイン、クロルプロマジン、硫酸マグネシウムの水溶液をそれぞれ1μl/minの注入速度で総量80μlをラットのくも膜下腔に投与した。局所麻酔作用発現は運動麻痺や痛み刺激による逃避反応の有無に加え、ニューロメーターCPT(neurotron社)を用いてAβ、Aδ、Cの各知覚線維ごとの遮断効果をそれぞれ局所麻酔薬投与前後で調べた。局所麻酔薬として臨床使用されているりドカイン、ジブカインの場合、濃度依存性に神経遮断効果は増強した。低濃度域でC、Aδ線維が遮断されより高い濃度になってAβ線維が遮断された。クロルプロマジン、硫酸マグネシウムの場合も臨床使用の局所麻酔薬と同様に神経学的所見および行動学的所見から濃度依存性に局所麻酔作用が認められ、知覚線維の遮断効果もほぼ同じような結果が得られた。抗精神病薬クロルプロマジンや単一元素のマグネシウムによっても局所麻酔作用が認められたことは、生体の活動電位を抑制する様々な機序によって神経遮断が生じるのではないかと推測される。局所麻酔作用はナトリウムチャネル機能の可逆的な阻害によって発現すると考えられており、そのチャネル阻害の様式を問わず、薬剤がチャネル蛋白やリン脂質のどこに結合しようと直接的または間接的にナトリウムチャネル阻害が起これば、局所麻酔作用が生じるのではないかと推測される。
脳内ネットワークの多面的解析によるてんかん病態の解明：MRI陰性てんかんへの挑戦

てんかん原性領域の同定に頭蓋内電極留置は有用だが、既存の硬膜下電極は脳溝深部や白質構造の記録が困難で、てんかん病態も複雑なネットワークに基づくことが示唆されている。時間・空間分解能ともに優れた脳磁図を用いて、空間フィルター法で解析することで、時間的・空間的な広がりをもった可視化を行った。さらに、定位的深部脳波(SEEG)を導入して、手法の安全性と有用性を確認したが、位置情報取得に限度があり、誤差の点でも課題が明らかになった。症例数は限定的だが、非侵襲的な脳機能画像だけでなく、侵襲的なネットワーク解析法を確立して、空間フィルター解析法の妥当性と臨床的意義を検証し、てんかん病態の解明に貢献した。近年、てんかんの病態は複雑なネットワークを形成していることが示唆されているが、てんかん原性領域の広がりやその詳細な機構は明らかでない。本研究では「難治性部分てんかん」にかかわるネットワークの統合的研究として、非侵襲的検査で想定されるてんかん原性焦点とその領域間連関に焦点をあてる。術前評価のために必要と考えられる難治性側頭葉てんかん患者を対象として、時間的・空間的分解能に優れた術前MEG検査を施行した。このデータに対して、従来用いられていた等価電流双極子(ECD)法とは異なる空間フィルター法Temporal Spread Image (TSI)解析を行った。これによって、時間的・空間的な広がりを持ったものとして、発作間欠期の脳活動を可視化した。同一症例において、術前評価として行った非侵襲的な糖代謝PET画像の結果と、分布を比較することで、本解析法の妥当性を検証した。十分な記録が得られた、てんかん症例4例に関して、解析で示された空間的分布は両モダリティで整合性が認められた。このような結果から、TSI解析は十分妥当な方法であり、てんかん性放電に関わるネットワーク解明に寄与する知見と判断して、論文作成と投稿を行っている。さらに、このネットワーク解析法の妥当性と臨床的意義を、分布と変容の観点から、頭蓋内電極などの他モダリティと比較して統合的に検証していく。そのためにも、脳深部にてんかん原性を疑われる難治性てんかん症例に対して、定位的深部脳波(SEEG)の導入を準備している。症例数は限られるが、必要な症例に留置された場合、本解析手法の結果を検証することが可能となる。てんかん病態下で変容したネットワークの詳細な理解から、発作時以外の脳活動による焦点検索の可能性を探る。FDG-PETとの比較は、限られた症例数であるが、論文化して投稿した。査読者による指摘に対応するために、解析法の再検討を行ったが、大きな変化がなく、別の雑誌に再投稿を行っている。次の段階としては、侵襲的な手法との比較も検討している。てんかん病態が複雑なネットワークに関連していることが示唆されてきているが、てんかん原性領域の広がりを示した研究は少ない。本研究は「難治性部分てんかん」の広がりを捉える統合的研究として、非侵襲的検査で想定されるてんかん原性焦点と進展様式に焦点をあてるものである。てんかん外科治療の術前評価のために必要と考えられる難治性側頭葉てんかん患者を対象として、時間的・空間的分解能に優れた術前脳磁図(MEG)検査のデータに対して、従来用いられていた等価電流双極子(ECD)法とは異なる空間フィルター法Temporal Spread Image (TSI)解析を行った。さらには、同一症例において施行された非侵襲的な糖代謝PET画像の結果と、分布を比較することで、本解析法の妥当性を検証することで、解析で示された空間的分布は両モダリティで整合性が認められた。このような結果から、開発したTSI解析は十分妥当な方法であり、てんかん性放電に関わるネットワーク解明に寄与したと判断して、論文投稿して掲載された(研究発表で報告する雑誌論文1)。今後は、この解析法の臨床的意義をさらに確立するために、頭蓋内電極などの他モダリティと比較して統合的に検証していくことが必要だと考えている。そのためにも、特に脳深部にてんかん原性を疑われるようなてんかん病態に対する、定位的深部脳波(SEEG)の導入していく。FDG-PETとの比較は、限られた症例数であるが、論文化できた。解析法に関するのみならず、臨床的見地からの学術誌Clinical Neurophysiologyに掲載された(研究発表で報告する雑誌論文1)。これによって、空間フィルター法によるてんかん原性の視覚化の可能性を示すことはできたが、その検証は不十分であると考えられる。次の段階としては、内側側頭葉てんかん症例以外の症例で様々なてんかん病態の症例数を蓄積すること、さらには、侵襲的検査との組み合わせでの検証を検討している。具体的には、頭蓋内電極留置が行われた症例における、発作時・発作間欠期脳波での解析と比較することで、妥当性の検証を行う。特に、空間的な広がりを見る上では、導入予定されている定位的深部脳波(SEEG)との組み合わせも考慮している。てんかん病態は脳内の複雑なネットワークに関連していることが示唆されているが、実際にてんかん原性領域の広がりを示した研究は少ない。本研究は「難治性部分てんかん」の広がりを捉える統合的研究として、非侵襲的検査で想定されるてんかん原性焦点と、その進展様式に主眼をおく。