hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト細胞の遺伝子のノツクアウトの高効率化への挑戦的研究

真核細胞のDNAは、H2A-H2B二量体とひとつのヒストン(H3-H4)_2四量体からなるヒストン八量体に巻き付き、ヌクレオソーム構造をとる。ヌクレオソーム構造は相同組換え反応を含めた様々なDNA介在反応を負に制御している。従って、相同組換えを利用した遺伝子のノックアウトの高率化において、組換え反応時のヌクレオソームの制御機構を理解し、その原理をノックアウトの高率化に応用することは重要である。申請者は、昨年度の実績としてヒストンのアミノ酸を個々にアラニンに置換した酵母の点突然変異株ライブラリー439株の解析を行ない、相同組換えに欠損がありそうな90株のMMS感受性点変異株を同定していた(GenesCells14,1271-1330,2009)。この中から、MMS感受性を示す、H3-K56A変異株に焦点あてた。H3-K56はアセチル化(H3-K56-Ac)されることが知られていたが、本研究でH3-K56-Acに依存して、相同組換えの一種である姉妹染色分体間の組換え(SCR)が起ることをはじめて見いだした(GEnes Cells 15,945-958,2010)。興味深いことに、DNAヘリカーゼSgslの欠損あるいはヒストンシャペロンCAF-1の欠損により、それぞれSCRが野生株に比べて亢進することを見いだした。さらにCAF-1とSgslの同時欠損酵母細胞ではSCRが相乗的に頻発した。これは、ヒト細胞でCAF-1とSgslの相同遺伝子を同時に低下させることで、ヒト細胞に高効率のノックアウトを実現できる可能性を示したものといえる。本年度の実績を下記に箇条書きする。(1)ヒストンのGLAMP解析;ヌクレオソームはふたつのヒストンH2A-H2B二量体とひとつのヒストン(H3-H4)_2四量体からなるヒストン八量体にDNAが巻き付いた構造をとる。ヌクレオソーム構造は様々なDNA介在反応中に解体され、また再生する。その機構をヒストン-ヒストン分子間、ヒストン-DNA間の相互作用の変化の総体と捉え、このような相互作用領域に存在するヒストンのアミノ酸を個々にアラニンに置換した酵母の点突然変異株ライブラリー119株を樹立した。またヌクレオソームの表面に変異を入れた320株を合わせ、合計339株を解析し、90株のMMS感受性点変異株を同定した(Genes Cells 14,1271-1330,2009)。酵母とヒトのヒストンは90%の相同性があること、これまで解析された相同組換え酵素の欠損はMMS感受性を示すことから、本研究より酵母からヒトまで保存された相同組換え反応におけるヌクレオソーム構造変換機構の共通基盤の解明が期待される。(2)CAF-1とSgs1の欠損は著しい組換えの亢進を導く;H3-K56のアセチル化(H3-K56-Ac)に依存した姉妹染色分体間の組換え(SCR)を解析中に、DNAヘリカーゼSgs1の欠損あるいはヒストンシャペロンCAF-1の欠損により、それぞれSCRが野生株に比べて亢進することを見いだした。さらにCAF-1とSgs1の同時欠損酵母細胞ではSCRが相乗的に頻発した。これは、ヒト細胞でCAF-1とSgs1の相同遺伝子を同時に低下させることで、ヒト細胞に高効率のノックアウトを実現できる可能性を示す。次年度は、その実証に向けた研究を展開する。
遷移金属を含む多重項活性種(ラジカル/クラスター)の物理化学的性質の研究

本研究の目的は、不揮発性の遷移金属原子を含む多重項活性種(ラジカル・クラスター)の物理化学的性質(構造、結合性、電子分布等)の究明である。本年度は第4周期の遷移金属(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)だけでなく、特異な反応性を持つ貴金属類に対する研究も行った。1、電極からの金属原子のスパッタリング:この方法により、さきに報告したFeCl、CrCl、CrFラジカルなどのの生成に加え、さらに今回NiBrのマイクロ波スペクトルをはじめて検出した。Brを含む含遷移金属活性種をスパッタリング法により生成させた例は筆者が知るところではこれまでになく、スパッタリング法の新たな可能性を示すことができた。また本年度は貴金属に対する研究の手始めとしてAuの化合物に対する研究を行った。Auは極めて反応性の低い金属として知られているが、スパッタリング法を用いると極めて容易に反応してAuHやAuFが生成することがわかった。これらの分子種は最も単純な遷移金属化合物として、分子軌道計算の精度の確認によく使われており、本研究で決定した分光学的定数が今後の計算精度の向上に寄与すると考えられる。以上のようにスパッタリング法をマイクロ波分光法と組み合わせて使う手法を、さらに推し進めることができた。2、高温セルの製作:昨年度より製作を行っていた高温セルをほぼ完成させることができた。現在昇温テストを行っており、千度近くまでは容易に加熱することを確認した。また亜鉛などの融点の低い金属については金属蒸気がほぼ予想通りの圧力で生成していることが確かめられた。本年度中には含遷移金属活性種の観測に使用することが出来なかったが、来年度以降は主力の方法として様々な活性種の研究に利用してゆく。以上の方法についてさらに開発を進め、今後はより検出の難しい大きな多重項活性種へ適用して行くつもりである。本年度は第4周期の遷移金属(Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn)を含む活性種についての研究を行った。本年度中にはまだクラスターの検出には至っていないが、小さなラジカルについてはさらに研究を進める事ができた。遷移金属を含む多重項活性種生成の生成法としてために、次の3種の生成法の開発を行った。1、電極からの金属原子のスパッタリング:この方法により、さきに報告したFeCl、CrCl、CrFラジカルなどのの生成に加え、さらに今回NiClのマイクロ波スペクトルをはじめて検出した。Niは宇宙存在量の高い元素であるので、宇宙の化学進化における遷移金属化合物の役割の解明のための基礎データとして役立つ事が期待される。また、CuFとAgFを既報の方法よりも遥かに効率的に生成させることに成功した。これらの分子は最も単純な遷移金属化合物として、分子軌道計算の精度の確認によく使われており、本研究で改善した分光学的定数が今後の計算精度の向上に寄与すると考えられる。以上のようにスパッタリング法をマイクロ波分光法と組み合わせて使う手法を、さらに推し進める事ができた。2、揮発性金属化合物の利用:これまでさほど有効でないと考えられていたこの方法を用いて、FeCラジカルを生成させることに成功した。この方法はスパッタリング反応では生成が比較的難しい炭化物を、効率的に生成させる方法として今後さらに改善してゆくつもりである。3、高温セルの利用:現在製作を進めている。本年度中には完成させることが出来なかったが、今後主力の方法として開発を進めてゆく。以上の方法についてより感度を高め、より検出の難しい大きな多重項活性種へ適用して行くつもりである。
二酸化炭素分子を共有体とする共結晶製造への挑戦

抗菌剤物質として利用されるnorfloxacinに対して,高圧二酸化炭素中で処理することで,結晶構造の変化が確認され,ならびに二酸化炭素分子との共結晶の形成が示唆された.温度30-60°C,圧力5.0-25.0MPaの条件において,粉末状のnorfloxacinを高圧二酸化炭素中において,2時間処理を行った.処理後のnorfloxacin粉末を高圧容器より取り出し,示差熱量計,X線回折法,赤外吸収分光法により評価を行った.示唆熱量計による測定より,温度30-60°Cの処理により,182°C付近にnorfloxacinの融点とは異なる新たな相変化が確認された.また,X線回折法では,温度30-60°Cの処理により,原料のnorfloxacinとは異なる回折パターンが確認された.以上より,高圧二酸化炭素中によりnorfloxacinの結晶構造が変化したことがわかる.さらに,圧力10MPa以上の二酸化炭素中において処理したnorfloxacinについて,赤外吸収分光による測定より,CO結合に寄与する吸収ピークが確認された.これにより,高圧二酸化炭素中での処理により,二酸化炭素分子がnorfloxacinの結晶構造の中に取り込まれ,共結晶を形成していることが示唆された.二酸化炭素処理の圧力が増大するに伴い,二酸化炭素密度が増大することで,norfloxacinの結晶構造へ取り込まれる二酸化炭素分子の数も増大することが考えられる.さらに,高圧二酸化炭素処理を行ったnorfloxacinについて,水に対する溶解度測定を行った.その結果,共結晶の形成が示唆されたnorfloxacinは,未処理のものと比較し,約2.5倍程度に溶解度が向上することが確認された.以上より,本研究課題で目的とした二酸化炭素分子を共有体とする共結晶の形成は,高圧二酸化炭素で処理することで形成可能であることが示唆された.抗菌剤物質として利用されるnorfloxacinに対して,高圧二酸化炭素中で処理することで,結晶構造の変化が確認され,ならびに二酸化炭素分子との共結晶の形成が示唆された.温度30-60°C,圧力5.0-25.0MPaの条件において,粉末状のnorfloxacinを高圧二酸化炭素中において,2時間処理を行った.処理後のnorfloxacin粉末を高圧容器より取り出し,示差熱量計,X線回折法,赤外吸収分光法により評価を行った.示唆熱量計による測定より,温度30-60°Cの処理により,182°C付近にnorfloxacinの融点とは異なる新たな相変化が確認された.また,X線回折法では,温度30-60°Cの処理により,原料のnorfloxacinとは異なる回折パターンが確認された.以上より,高圧二酸化炭素中によりnorfloxacinの結晶構造が変化したことがわかる.さらに,圧力10MPa以上の二酸化炭素中において処理したnorfloxacinについて,赤外吸収分光による測定より,CO結合に寄与する吸収ピークが確認された.これにより,高圧二酸化炭素中での処理により,二酸化炭素分子がnorfloxacinの結晶構造の中に取り込まれ,共結晶を形成していることが示唆された.二酸化炭素処理の圧力が増大するに伴い,二酸化炭素密度が増大することで,norfloxacinの結晶構造へ取り込まれる二酸化炭素分子の数も増大することが考えられる.さらに,高圧二酸化炭素処理を行ったnorfloxacinについて,水に対する溶解度測定を行った.その結果,共結晶の形成が示唆されたnorfloxacinは,未処理のものと比較し,約2.5倍程度に溶解度が向上することが確認された.以上より,本研究課題で目的とした二酸化炭素分子を共有体とする共結晶の形成は,高圧二酸化炭素で処理することで形成可能であることが示唆された.抗菌薬剤として利用されるNorfloxacinの体内での溶解速度の工場を目的とし,二酸化炭素分子を共有体とする共結晶の製造に向けて,水中における二酸化炭素のスイッチ効果を利用した手法を適用した.水中に固体のNorfloxacinを分散させ,二酸化炭素をバブリングさせることで,水中のNorfloxacinがイオン化することで,水に溶解することを確認した.二酸化炭素を30分間バブリングさせた後に,窒素ガスを30分間水中へバブリングさせることでNorfloxacinを再析出させた.再析出したNorfloxacinに対して,X線回折パターン,赤外吸収スペクトルを測定した結果,二酸化炭素分子との共結晶の形成は確認されなかった.これは,Norfloxacinは水中において水和構造を形成し,その水和構造が,共結晶構造よりも安定であったためと考えられる.水中での共結晶製造を回避するために,室温・大気圧化において二酸化炭素ガスをNorfloxacinに接触させる手法により,二酸化炭素分子を共有体とする共結晶の製造を図ったが,X線回折パターン,赤外吸収スペクトルより共結晶の形成は確認されなかった.そこで,高圧状態の超臨界二酸化炭素をNorfloxacinに接触させる手法を用いて,共結晶の形成を試みた.超臨界二酸化炭素による実験では,40°C,20MPaの条件下において,3時間Norfloxacinと接触させた.その結果,示差走査熱量測定,X線回折パターン,赤外吸収スペクトルより,Norfloxacinと二酸化炭素分子との共結晶の形成が確認された.

さらに,超臨界状態の二酸化炭素を大気圧へ減圧する際の減圧速度が,共結晶の形成に影響することも確認された.以上のように,超臨界二酸化炭素中で処理する簡易的な操作により,酸化炭素分子を共有体とするNorfloxacinの共結晶の製造を構築した.本研究課題を提案する上で,水中における二酸化炭素のスイッチ効果を利用した共結晶の製造を試みたが,対象物質の水和構造の安定性に阻害され,水中での共結晶の形成は困難であることが確認された一方で,超臨界二酸化炭素の高い拡散性と浸透性といった特性を利用することで,共結晶の形成が確認されたことは,当初の目的を十分に達成していると判断できる.従来の共結晶の形成においては,対象物質と共有体を一度溶液中に溶解させる手法が主として用いられてきたが,本研究課題で提案する共有体となる二酸化炭素分子を超臨界状態において,対象物質を溶解せずに固体のまま接触させる手法は,従来の共結晶製造過程よりも簡易操作となるため,新規な製造プロセスが期待できる.また,超臨界二酸化炭素を接触させる手法において,接触操作の後の減圧操作が共結晶の形成に影響することを見出したことは,学術的のみならず工業的にも価値ある知見であると考えられる.以上より,本研究課題は,当初の目的に対して順調に進展していると判断できる.二酸化炭素を共有体とする共結晶の製造については,これまでに一切報告例はなく,本研究課題において超臨界状態の二酸化炭素を接触する操作のみで,共結晶の形成を確認したことは,今後の研究推進において有益な知見である.今年度は,超臨界二酸化炭素と対象物質との直接接触と,減圧操作により共結晶の形成を確認するに留まっており,今後は共結晶の形成割合の向上が課題として挙げられる.さらには,形成した共結晶について,体内への溶解速度を定量的に把握することも重要となる.そのため今後は,以下の項目を推進することで,二酸化炭素分子を共有体とする共結晶製造プロセスの構築に取り組んでいく.(1)超臨界二酸化炭素の操作条件,減圧速度と共結晶の形成割合との相関性を明らかにする.(2)二酸化炭素分子を共有体とする共結晶の体内における溶解速度の向上を定量的に把握する.(3)他種の医薬品化合物において,超臨界二酸化炭素と対象物質との直接接触と,減圧操作による共結晶の製造について,適用性を明らかにする.
γ-MnRu反強磁性合金の状態図と熱膨張特性

MnRu系を実用材料として用いるためには他元素添加によりγ相を安定化する必要があるが、添加元素の種類・量によりネール温度が著しく変化し、結晶構造にひずみを生じるため、実用に適したネール温度・結晶構造を得るための指針を得ることが重要である。本年度は前年度までに報告した置換型元素の添加(Rh,Ga)に引き続き、侵入型元素Cの添加を行った。この結果Mn濃度80at.%においてCは3at.%程度まで侵入し、fcc-γ相を安定化する一方、2at.%の少量の添加でもγ相を安定化できることが判った。また、侵入型元素によっても添加元素濃度の低下に伴いfct(c>a)相への格子ひずみを生じることが明らかになった。以上の結果を元に、γ-Mn系合金の状態図を系統的に検討した結果γ-Mn-遷移金属合金では、遷移金属元素の原子番号の増大とともにネール温度の低下が著しく、またfct(c<a)相となる組成範囲が広がり、fco相,fct(c>a)相の存在する組成範囲が狭くなる傾向が周期表上のいずれの周期においても認められる。一方で、非遷移金属添加であり、Mnサイトのd電子数がほとんど変化しないとみなせるγ-MnGa合金はその傾向には従わない。すなわち、γ-Mn不規則相合金における格子ひずみの組成依存性は、Mnサイトのd電子数によって説明されると結論される。また、関連物質として前年度より検討しているγMnIr合金においてX線回折測定より求めた結晶構造相変態温度T_<fct/fcc>と磁化測定より求めた磁気構造相変態温度T_<2Q/3Q>が異なることが確認された。従来、これらの温度は一致すると考えられてきたが、第一原理計算より、必ずしもこの温度が一致しないことが確かめられた。また、fcc相の磁気構造は3Q構造であった。
超軽量架台の精度試験

18年度までに光赤外線用の望遠鏡架台を実験室内にて開発した。その架台は経緯台式で3m程度までの主鏡が搭載でき、全体重量が4.5t(鏡抜き)である。従来の同規模の望遠鏡に比べて1/5以上軽量となる。上記望遠鏡の屋外における駆動試験を行った(本研究課題)。指向精度3.4秒角、追尾精度0.4秒角/10分間追尾を達成した。この架台の性能が実証され、本研究の重要な開発要素に達成の目処が付いた。本研究の開発は18年度でほぼ終了し、19年度は研究成果のまとめ、研究のさらなる拡張を図った。研究成果は現在論文にまとめている。拡張として、京都大学と国立天文台らと協力して3.8mの望遠鏡を開発中である。また本望遠鏡は軽量なため南極などの僻地における実験天文学に最適である。南極に望遠鏡を設置する計画に参画している内外の研究者らとの研究会にて発表し、意見交換をした。また名古屋大学内により適切な実験室を確保した。20年度初頭にそちらに装置を移動し、実験体制を拡張する。17年度までに光赤外線用の望遠鏡架台を実験室内にて開発した。主鏡セルにトラス構造を採用した。これにより、効率よく軽量化を図れる。本望遠鏡の鏡筒構造は鏡を除いて約1tで、従来の同規模の望遠鏡に比べて1/5以上軽量となる。18年度に上記望遠鏡の屋外における駆動試験を行った(本研究課題)。その試験では観測高度35度から85度の全天において指向精度3.4秒角、追尾精度0.4秒角/10分間追尾を達成した。この値は当初の目標をクリアし実用に十分耐えうるものである。しかもこの試験では基礎の傾きなどの基本的な補正パラメータを導入したのみであり,さらに高い精度が期待できる。また、屋外試験では望遠鏡をわずか半日で、室内での解体、運搬、屋外での再組立を行い、その可搬性も実証した。この作業は従来の望遠鏡では一般に2週間以上かかる。この成果は内外の研究グループに注目され、南極などの望遠鏡建設が困難な場所での観測計に応用されている。
格子QCDを用いた核力・原子核の研究

核子間ポテンシャル・核力は、従来現象論的に求められてきたが、これをQCDに基づき、第一原理的に決定することは、言うまでもなく非常に大きな意義を持つ。特に、現代の原子核物理において、三体力の決定は最も重要な課題の一つとなっている。実際、三体力は、少数核子系における引力効果、高密度系における斥力効果など、多彩な性質を持つと考えられている。さらに、超新星爆発や中性子星の性質、さらには元素合成への影響も指摘されるなど、宇宙・天体物理との学際分野でもある。このような重要性に鑑み、本研究では格子QCDによる三体力の第一原理計算を行ってきた。前年度は、三核子系を等距離直線上に配置した場合において、三体力を求めるためのフレームワークを提唱し、実際の計算を行った。今年度は、計算の統計を増やすことで精度を上げると共に、より多くの核子間距離での計算を行うことで、距離依存性をより詳細に決定した。これらから、近距離での三体斥力効果を世界で初めて見出している。これは核物質系や中性子星中心部などでまさに現象論的に必要とされていた重要な効果であり、結果を論文にまとめ、雑誌に投稿中である。さらに、格子計算において、励起状態からの寄与をコントロールするために、ポテンシャルを求める際に用いるシュレーディンガー方程式を、時間非依存型から時間依存型に変更することで、より系統誤差を抑えた解析も行った。また、格子間隔が小さい計算も行うことで、離散化誤差の検証も進展している。ハドロン間ポテンシヤルを格子QCDから第一原理計算で決定することは、原子核物理学に対してQCdからの基礎付けを与えることになる重要な研究である。我々は、核子二体系において、短距離斥力芯、スピン・アイソスピン依存性、テンソルカなど多くの情報を計算してきた。この成功に基づき、本年度、私は特に三体系への拡張・三体力の計算について研究を行った。三体力は、少数原子核系における理論・実験の食い違いを説明するために必要とされており、また核物質の飽和特性や、中性子星の状態方程式、さらには核図におけるdrip lineの位置などにも重要な役割を果たすことが指摘されている。しかし、三体力の具体的な形は良く解っておらず、まさにQCDからの決定が求められている。格子QCD計算の手法としては、三体系のBS波動関数を計算して三体力を求めることが考えられるが、これを全木次元空間で計算するのは計算資源の制約から不可能である。そこで、三体系における有効二体相互作用に着目することを提唱した。具体的には、三体系としてtritonを考え、その中での有効二体相互作用の計算を行った。この計算を行うにあたり、Wick contractionの自動計算プログラムなど、様々なプログラミング開発を行った。(これは一般のflavor空間・一般N体計算にも使える汎用性の高いもので、現在、ハイペロン間力の計算などの基盤となっている。)これにより比較的重いクォーク質量領域で計算を行った結果、三体系でもきちんとシグナルを取ることに成功した。得られた有効二体相互作用は、真の二体相互作用と誤差の範囲で一致しており、三体力の効果についてのupper boundを求めるという成果を得た。ハドロン間の相互作用は、従来現象論的に求められてきたが、近年の理論的ブレークスルーにより、格子計算を用いてQCDより第一原理的に決定することが可能になりつつある。特に、現代の原子核物理においては、三体力の理解は最も重要な課題の一つとなっており、第一原理計算の意義は非常に大きなものがある。実際、三体力は、少数核子系における引力効果、対称核物質系における斥力効果など、多彩な性質を持つと考えられており、さらに近年では、超新星爆発や中性子星の性質に及ぼす影響や、中性子過剰核の性質への影響も指摘されるなど、宇宙・天体物理との学際分野でもある。前年度は、三体系における有効二体相互作用というアプローチを開発・計算実行してきたが、この場合、三体力には間接的にしかアクセスできない。そこで、本年度は、三体粒子の座標について固定した配置の計算を行うことで、三体力を直接計算する手法を開発した。具体的には、三粒子が等距離間隔一直線上に並んだ配置での性質を調べ、この場合、三体力を不定性無く取り出すことが出来ることを示した。実際の計算は、二体力、あるいは有効二体力の計算に比べおよそ10-100倍にも達する非常に大変な、ものであるが、アルゴリズムの工夫やプログラムチューニングなどにより、計算を実行可能なものとし、結果として、近距離での三体斥力効果を見出すことに成功した。今後、系統誤差のより詳細な評価が必要であるが、これは核物質系や中性子星中心部などでまさに現象論的に必要とされていた効果であり、非常に意義深い成果と考える。

前年度は、三核子系を等距離直線上に配置した場合において、三体力を求めるためのフレームワークを提唱し、実際の計算を行った。今年度は、計算の統計を増やすことで精度を上げると共に、より多くの核子間距離での計算を行うことで、距離依存性をより詳細に決定した。これらから、近距離での三体斥力効果を世界で初めて見出している。これは核物質系や中性子星中心部などでまさに現象論的に必要とされていた重要な効果であり、結果を論文にまとめ、雑誌に投稿中である。さらに、格子計算において、励起状態からの寄与をコントロールするために、ポテンシャルを求める際に用いるシュレーディンガー方程式を、時間非依存型から時間依存型に変更することで、より系統誤差を抑えた解析も行った。また、格子間隔が小さい計算も行うことで、離散化誤差の検証も進展している。
睡眠呼吸障害をもつ心不全患者に対する酸素投与法の検討

睡眠時無呼吸症候群は,夜間の睡眠時に無呼吸・低呼吸による低酸素血症を頻回に繰り返す睡眠呼吸障害であり,とくに心不全患者の場合,予後が悪化するうえに心房細動が誘発される可能性も指摘されている.睡眠時無呼吸症候群の治療法としては持続気道陽圧療法が有効であるが,心不全患者では使用感が悪く次善の策である一定流量での酸素投与が行われるが,酸素飽和度の低下を十分に制御できない.そこで,本研究では,睡眠呼吸障害をもつ心不全患者の酸素飽和度を適切なレベルに維持する制御システムを構成することを目的として,睡眠時無呼吸症候群の心血管系への影響についての調査,酸素投与時の患者の血圧,心拍数,呼吸運動,酸素飽和度等の測定データに基づく酸素飽和度変化のモデル化,および構成モデルを利用した酸素投与法の検討を行った.まず,睡眠呼吸障害の心血管系への影響については,閉塞性睡眠時無呼吸患者に対して経鼻持続気道陽圧療法を1日3時間行うことにより拡張期血圧が有意に低下すること,および心拍数が有意に低下することが確認でき,酸素飽和度制御の際には酸素飽和度を90%以上に維持する必要があることがわかった.また,酸素投与時の測定データに基づいて酸素飽和度変化をモデル化した結果,従来指摘されていた心拍数の酸素飽和度への影響はほとんどないこと,有呼吸時と無呼吸時のモデルがそれぞれむだ時間を除いて2次の状態方程式で記述できること,心不全の影響とみられる酸素飽和度の低下が頻回に起こらない場合にはモデルの応答と測定値がほぼ一致することがわかった.さらに,ゲインおよび時定数の個人差はおおむね3倍程度以内であることがわかった.さらに,酸素投与に対する応答にはむだ時間が含まれるので,状態予測制御系を構成し,目標値を93.5%としてシミュレーションを行った結果,無呼吸状態が長時間継続しない場合には酸素飽和度を90%以上に維持できることが確認できた.睡眠時無呼吸症候群は,夜間の睡眠時に無呼吸・低呼吸による低酸素血症を頻回に繰り返す睡眠呼吸障害であり,とくに心不全患者の場合,予後が悪化するうえに心房細動が誘発される可能性も指摘されている.睡眠時無呼吸症候群の治療法としては持続気道陽圧療法が有効であるが,心不全患者では使用感が悪く次善の策である一定流量での酸素投与が行われるが,酸素飽和度の低下を十分に制御できない.そこで,本研究では,睡眠呼吸障害をもつ心不全患者の酸素飽和度を適切なレベルに維持する制御システムを構成することを目的として,睡眠時無呼吸症候群の心血管系への影響についての調査,酸素投与時の患者の血圧,心拍数,呼吸運動,酸素飽和度等の測定データに基づく酸素飽和度変化のモデル化,および構成モデルを利用した酸素投与法の検討を行った.まず,睡眠呼吸障害の心血管系への影響については,閉塞性睡眠時無呼吸患者に対して経鼻持続気道陽圧療法を1日3時間行うことにより拡張期血圧が有意に低下すること,および心拍数が有意に低下することが確認でき,酸素飽和度制御の際には酸素飽和度を90%以上に維持する必要があることがわかった.また,酸素投与時の測定データに基づいて酸素飽和度変化をモデル化した結果,従来指摘されていた心拍数の酸素飽和度への影響はほとんどないこと,有呼吸時と無呼吸時のモデルがそれぞれむだ時間を除いて2次の状態方程式で記述できること,心不全の影響とみられる酸素飽和度の低下が頻回に起こらない場合にはモデルの応答と測定値がほぼ一致することがわかった.さらに,ゲインおよび時定数の個人差はおおむね3倍程度以内であることがわかった.さらに,酸素投与に対する応答にはむだ時間が含まれるので,状態予測制御系を構成し,目標値を93.5%としてシミュレーションを行った結果,無呼吸状態が長時間継続しない場合には酸素飽和度を90%以上に維持できることが確認できた.睡眠時無呼吸症候群は,夜間の睡眠時に無呼吸あるいは低呼吸による低酸素血症を頻回に繰り返す睡眠呼吸障害であり,近年健康に及ぼす影響が注目されるようになってきた.とくに,心不全患者の場合,睡眠時無呼吸症候群を合併している患者が数割以上にのぼり,予後が悪化するうえに心房細動が誘発される可能性も指摘されている.睡眠時無呼吸症候群の治療法としては,持続気道陽圧療法が有効であると報告されているが,心不全患者に多い中枢性睡眠時無呼吸では使用感が悪いため実際には適用されず,また次善の策として行われる一定流量での酸素投与では酸素飽和度の低下を十分に制御できない.そこで本研究では,睡眠呼吸障害をもつ心不全患者の酸素飽和度を適切なレベルに維持するための酸素投与法の確立を目的として,酸素投与に対する酸素飽和度変化のモデル化を行った.モデル化のため,酸素投与が必要であると判断された心不全患者の酸素飽和度,心拍数,血圧,脳波,いびきの回数,胸部・腹部の動き,気流に対応する換気圧を3日間測定した.ただし,1日目と3日目は酸素投与を行わず,2日目にまず1L/minで酸素投与を行い,状態が安定してから投与速度を3L/minに変更して2時間程度維持し,その後1L/minに戻してデータの測定を行った.このようなデータに基づくモデルの検討により,以下の結果が得られた.

・従来の研究で指摘されていた酸素飽和度への心拍数の影響を検討したが,酸素飽和度と心拍数の間にはほとんど相関がなかった.・換気圧に基づく気流データから無呼吸時間を検出し,有呼吸時と無呼吸時についてそれぞれモデルを作成することにより,酸素投与時の酸素飽和度変化をほぼ表せるモデルが得られた.・より正確なモデル化のためには,心不全による酸素飽和度等への影響を詳細に検討する必要がある.睡眠時無呼吸症候群は,夜間の睡眠時に無呼吸・低呼吸による低酸素血症を頻回に繰り返す睡眠呼吸障害であり,とくに心不全患者の場合,予後が悪化するうえに心房細動が誘発される可能性も指摘されている.睡眠時無呼吸症候群の治療法としては,持続陽圧呼吸療法が有効であるが,心不全患者に多い中枢性睡眠時無呼吸では使用感が悪いため実際には適用されず,また次善の策である一定流量での酸素投与では酸素飽和度の低下を十分に制御できない.そこで本研究では,睡眠呼吸障害をもつ心不全患者の酸素飽和度を適切なレベルに維持するための酸素投与法の確立を目的として,昨年度構成した酸素投与に対する酸素飽和度変化のモデルの検証を行うとともに,シミュレーションに基づいて酸素飽和度の制御法について検討を行った.まず,昨年度モデル化に用いたデータに加えて,酸素投与が必要とされる心不全患者の酸素飽和度,心拍数,血圧,脳波,いびきの回数,胸部・腹部の動き,気流に対応する換気圧を,酸素非投与時と1L/minで酸素投与中に2時間だけ3L/minで投与した場合の測定データを用いて,モデルの検証を行った.その結果,換気圧により有呼吸時と無呼吸時を分離し,それぞれモデル化を行う方法により得られたモデルは,心不全の影響と考えられる酸素飽和度の急激な変化がない場合には,酸素投与による酸素飽和度の変化を表せるが,心不全の影響を適切に考慮することは現在の測定データのみからでは困難であることがわかった.また,得られたモデルを利用した酸素飽和度の制御法については,有呼吸時には通常のフィードバック制御による酸素投与速度の調整で酸素飽和度の調整が可能であるが,無呼吸時にはまず有呼吸にする必要があり,現在のモデルでは十分な検討が行えなかった.持続陽圧呼吸療法と同様の酸素投与速度変化による呼吸状態の変化を何らかの形でモデル化する必要があると考えられる.睡眠時無呼吸症候群は,夜間の睡眠時に無呼吸・低呼吸による低酸素血症を頻回に繰り返す睡眠呼吸障害であり,とくに心不全患者の場合,予後が悪化するうえに心房細動が誘発される可能性も指摘されている.睡眠時無呼吸症候群の治療法としては,持続気道陽圧療法が有効であるが,心不全患者に多い中枢性睡眠時無呼吸では使用感が悪いため実際には適用されず,また次善の策である一定流量での酸素投与では酸素飽和度の低下を十分に制御できない.本研究では,睡眠呼吸障害の心血管系への影響の検討を行うとともに,睡眠呼吸障害をもつ心不全患者の酸素飽和度を適切なレベルに維持するための酸素投与法の確立を目的として,酸素投与に対する酸素飽和度変化のモデルパラメータの個人差の検討,および酸素飽和度の制御法についての検討を行った.まず,睡眠呼吸障害の心血管系への影響については,閉塞性睡眠時無呼吸患者に対して経鼻持続気道陽圧療法を1日3時間行うことにより拡張期血圧が有意に低下すること,および心拍数が有意に低下することが確認できた.とくに心拍数の低下は睡眠中だけでなく日中も有意であり,睡眠中の酸素飽和度が90%以上を占める時間の割合との相関が認められた.よって,酸素飽和度制御の際には酸素飽和度を90%以上に維持する必要があると考えられる.酸素投与に対する酸素飽和度変化のモデルのゲインと時定数の個人差は,心不全の影響とみられる酸素飽和度変化を除くとおおむね3倍程度以内であることがわかった.
バンコマイシン低感受性黄色ブドウ球菌の遺伝子変異部位の同定および迅速診断法の開発

【背景・目的】MRSAのVCMに対する耐性化は、遺伝子変異を伴った転写調節系の異常によって細胞壁合成系の亢進によって起こることが報告されており、VCM高度耐性黄色ブドウ球菌(VRSA)ではMRSAがvanA遺伝子を持つことで耐性化することが明らかになっている。一方、VCM低感受性黄色ブドウ球菌(hVISA、VISA)の出現については、感受性テスト(ポピュレーション解析)および遺伝子解析により、コアグラーゼII型および二成分制御系因子であるvraSR変異が関与している可能性が報告されているが、臨床分離hVISA、VISA株において未だ証明されてない。また、臨床において、通常、VCMのMRSAに対するMICの測定で使用されている微量液体希釈法は高感度感受性テストであるポピュレーション解析に比べ、hVISAの検出率が低く、正確性に欠ける。そこで、MRSA遺伝子のコアグラーゼ型の分類、vraSRの変異部位を検出し、その遺伝子変異部位と、ポピュレーション解析により算出されたVCMのMRSAに対するPAP-AUCの相関を調べ、hVISA、VISAになり得る遺伝子変異部位を同定した。【結果・考察】コアグラーゼII型、III型、無型はそれぞれ84.8%(39/46)、10.9%(5/46)、4.3%(2/46)であった。今回、二成分制御系因子であるvraSR変異が関与している報告からある特定の変異部位について検討した結果、vraSRの変異を有する株は認められなかった。今後、さらに他のvraSRの遺伝子変異部位について検討を行う予定である。一方、微量液体希釈法によるMIC_<50>は1.0μg/mL、MIC_<90>は1.5μg/mLであった。また、hVISA、VISAに相当するMIC値は算出されなかった。ポピュレーション解析によるPAP-AUC値は0.290.92であり、VISAは検出されなかったものの、hVISAが10.9%(5/46)検出された。本研究より、ポピュレーション解析ではhVISAを高感度で検出できることが分かり、MRSA感染症治療薬を選択する際に、有用であることが示された。
アトピー性皮膚炎患者におけるスフィンゴミエリン代謝異常に関する研究

アトピー性皮膚炎(AD)患者での角層セラミド低下の要因として、表皮でスフィンゴミエリンデアシラーゼの活性が異常亢進し、セラミドの代わりにスフィンゴシルフォスフォリルコリン(SPC)が生成される説を提唱し、平成12年度に検討し、すでに報告した。平成13年度は、AD患者での角層セラミド低下の要因として言われているもう一説、細菌由来セラミダーゼの説について検討した。皮表細菌数を測定し、同部位でのセラミダーゼ活性とスフィンゴシン量からセラミド減少への細菌の関与をみたところ、その結果、細菌数はAD患者で増加していたが、セラミダーゼ活性は健常者に比し上昇を認めず、また、スフィンゴシン量は有意に低下し、セラミダーゼの関与は弱いことが示唆された。アトピー性皮膚炎(AD)患者の表皮でスフィンゴミエリンデアシラーゼの活性が異常亢進し、セラミドの代わりにスフィンゴシルフォスフォリルコリン(SPC)が生成されることを検証するため健常者、AD患者の無疹部、皮疹部につき採取した角層から脂質を抽出し、HPTLCにより分離し、標準SPCと泳動度の一致する部分を掻き取って高速液体クロマトグラフィー/質量分析を行い、まず、角層内にSPCが存在することを確認した。次に、角層中のSPCを[^<14>C]-C2-スフィンゴミエリンに変換させた後、HPTLCにて分離し、オートラジオグラフィーにより[^<14>C]-C2-スフィンゴミエリンの放射活性を測定することで角層内SPCを定量した。このほかに角層内セラミドも定量した。この結果、健常者ではSPCが相対的に高い人はセラミド量は低い傾向を示し、AD患者の場合、皮疹部では健常者に比べてSPCは有意な増加を示したが無疹部では有意差はなかった。一方、セラミド量は健常者・AD無疹部・AD皮疹部の順に減少した。これは予想した通りの結果であり、今後はさらにスフィンゴシンの定量も行い、セラミドが黄色ブドウ球菌の有するセラミダーゼによりスフィンゴシンに分解されてセラミドの減少に関与しているのか否かを検証したい。
南琉球諸方言要地アクセントの緊急調査研究

与那国島方言の名詞と動詞活用形のアクセント体系を明らかにし,多数の資料を提示した。基本的に3型アクセント体系であるが,複合名詞においては前部要素のアクセントが保存されず,動詞活用形でも同じ系列で一貫することは見られないことが分かった。次に,北琉球の喜界島諸方言のアクセント体系について,アクセント核と語声調が一つの体系内に併存しているとする新解釈を示し,かつそのアクセント史も明らかにした。本年度は,南琉球でお願いしている方言話者のうちで最も高齢で,できるだけ早い調査が期待される与那国方言を集中的に調べた。まず,この方言が基本的に3型アクセントであるという先行研究の結果を確認するとともに,その間に世代間の音調変化が生じており,2つの型は文節末音節が軽音節では区別がつかなくなっていて,次に続く文節の音調で区別が現われることを明らかにし,その成果を論文として発表した(「与那国方言のアクセントと世代間変化」)。次に,先行研究ではアクセントを対象外としてきた活用形のアクセントを詳しく調べ,約100語について約20の活用形のアクセントを明らかにした(そのうちの約半分については資料集「与那国方言動詞活用形のアクセント資料」として公刊した)。その結果,A型を基本形とするものは活用形においてもA型を保持するものの,B型とC型についてはそれぞれにC型,B型が混じるという現象が見られ,系列の一貫性は見られないことが明らかになった。同じ現象は本土方言の3型アクセントである隠岐島方言の活用形にも見られる。隠岐島方言の場合,その非一貫性は本土方言の祖形から規則的アクセント変化をした結果として生じたことがすでに分かっているが,与那国方言の場合の通時的な理由は,今後さらに検討を進めていかなければならない。しかしながら,その経緯とは無関係に,活用形における系列の一貫性がN型アクセントの共時的な一般特性とは言えないことは明らかになった。これは九州の2型アクセントの考察だけからでは明らかにできない事柄である。その他,長い複合名詞には3型の枠に納まらないものもあり,それらの共時的な解釈についても考察を進めた。今期も,南琉球諸方言の内で,話者が90歳を越えており,その意味でも調査が急がれる与那国島方言を中心に調査研究を行なった。特に,これまで終止形以外は研究のなかった動詞の活用形アクセントを精査した。今期最初の発表物-アクセント資料(2)-では,150の動詞について26の活用形を取り上げてそのアクセントを示した。動詞も体言と同様に3型アクセントであるが,そのパターンは下記の合計6つに分類されることが明らかになった。具体的に述べると,終止形がA型の動詞はすべての活用形がA型で一貫する。1例しか見つかっていない終止形C型の動詞もC型でほぼ一貫するものの,一部にB型が主に併用で出て来る。それに対してB型は,すべてB型で一貫するタイプの他に,その中で段階的にC型の数が増える3つの下位タイプが存在する。すなわち,N型アクセントの一つではあるが,全体として活用形における型の一貫性は守られていないこと,その中にあっては,A型は一貫しているのに対して,B型が4種類に分かれることが特徴である。これが意味することについては,琉球方言のアクセント史全体の中で,さらに考えていく必要がある。続く報告の(3)では,活用形を主要な7つに搾り,逆に語数を300語強に増やした資料を提示した。これで主要な活用形のアクセントについては,ほぼ調査を終えたと言って良いと思われる。ただし,B型の中の下位分類の条件は今後詰めなければならない。また,数例を調べただけではあるが,複合動詞が非常に興味深い振る舞いをする点があるので,それも今後の調査で明らかにして行きたい。その他については,宮古島方言なども調べて問題点が明らかになってきたので,最後の1年は,与那国方言の他に,その周辺方言の調査も進展させたいと考えている。南琉球諸方言のアクセント調査は,与那国島方言に力を注いだ。調査の意義を理解して協力してくれる話者が1919年生まれの高齢で調査が急がれる状況だったためである。用言の活用形では,今回も300語強について7つの活用形のアクセント資料を提示した。それとは別に,未発表であった体言語彙のアクセントのまとめも行なった。報告したのは,金田一語彙のほとんどとそれに関連する複合名詞,および1拍から6拍までの補充語彙である。これらの報告で主要な資料はかなり揃い,少なくとも1単位形であることが確実な単語においては3型アクセントであることがはっきりした。一方で,同一語の活用形におけるアクセント系列の一貫性も,複合名詞とその前部要素との間のアクセントの複合保存も成り立たないことが明らかになった。今後の一番の課題は,3型に納まらないように見える複合語のアクセントをどう認定するかという問題である(1単位形か2単位形か,後者の場合にその後部要素の型をどのように認定するかなど)。

北琉球方言では喜界島方言をあらためて詳しく調査し,中南部の6方言について最新の解釈案を示すとともに,それらの間の歴史的変化も明らかにした。理論的に重要な点は,二型アクセント体系の中で語声調と昇り核が共存していること,そして,撥音に特徴があって語声調の上昇は担えるのに昇り核は担えないという特異性があることである。次に,特異な三型アクセントである同島北部の佐手久方言は,以前の報告を補訂して新しい考えを述べた。日本語のアクセントの捉え方について,下げ核,昇り核,上げ核の3つのアクセント核を設定するという動的な音調観を英語で発表し,併せて,昇り核と上げ核は上昇と下降が左から右にずれる変化によって下げ核から生じたとする考えも述べた。この考え方を朝鮮語にも適用し,慶尚道方言と中期語との関係が通説とは反対になるとの新説も述べた。与那国方言については順調で,予定通り,ないしはそれ以上に進展している。一方で,他の島の調査は予定よりも遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。全体のバランスから言うと,これまでは与那国島方言に集中し過ぎた感が無きにしもあらずかもしれないが,毎回お願いをしている話者が高齢であり,これ以上に協力的でかつ方言アクセントを保存している方が見つかるとは考えにくいので,賢明な選択であったと判断している。今期も,可能な限り,その調査を進めていく予定である。ただし,その分,他の島の調査が遅れているので,今期はできるだけそちらにも時間を割くように努めたい。
グリコアルブミン・HbA1c比を用いた新たな個別血糖管理指標aA1cの確立

ヘモグロビンA1c(HbA1c)は、糖尿病患者さんの合併症予防の目安だが、同じHbA1c値でも合併症の起こり易さと低血糖の多さには差がある。この個人差を反映した指標が、HbA1cとも一つの血糖管理指標であるグリコアルブミンとの比(GA/HbA1c比)である。このGA/HbA1c比は、患者さん毎固有の値である。HbA1cとGA/HbA1c比とから個人差の要素を取り入れた患者さん個人で測れる新しい平均血糖指標(adjusted HbA1c,aA1c)を作成したい。そして、aA1cが日本人1型糖尿病患者の細小血管・大血管合併症、低血糖の予測指標としてHbA1cより優れていることを明らかにしたい。
優れた臨床指導医の形成プロセス解明に関する探索的研究

臨床指導医及び初期研修医がどのような経過をたどり"指導医"としてされて成長していくのかを明らかにする質的研究を実施した。研修医は模倣欲求が生じる際に、対象者(指導医)への「憧れ」を基盤としてモデリングが生じていた。指導医からは、研修医時代に指導をうけた指導医が、その後指導する際のロールモデルとして機能していた。また指導を受けた経験に加えて、その後指導医としての経験を元に再構築されていた。両者からはモデリング現象が指導医としての形成過程に重要な役割を果たしていることを示していた。初期研修医6名に対し、手本となる指導医とその影響について、パイロットインタビューを実施した。研修医は、複数の指導医をお手本としていたが、全てではなく指導医のある要素について注目していた。その要素から、研修医は自分にはできていないことの“憧れ"と同時にできるようになりたいという内的モチベーションを惹起していた。所属講座の教員が異動となり、一人で学内業務を遂行する必要が生じたため。その要素から、研修医は自分には出来ていないことの"憧れ"と同時にできるようになりたいという内的モチベーションを惹起していた。優れた指導医を抽出するための評価表の信頼性を検証した。2013年6月から2015年11月の間、全国の16の大学病院および臨床研修指定病院において、初期臨床研修医が匿名でローテーション終了時前後1週間で、指導を受けた指導医(6年目以上)を評価した。先行研究でModified Delphi法を用いて内容妥当性を担保した指導医評価表(25項目)を使用した。探索索的因子分析(最尤法、Promax rotation)で因子を抽出し、その後、共分散構造分析にて確定的因子分析を行い、評価表の内部構造を検証した。一般化可能性理論を用いて、信頼性を担保するために研修医からの評価が何枚必要かを検証した。16臨床研修病院(1大学病院、15市中病院)から304名の指導医評価を行い、計1368評価表を集めた。結果、132名の指導医が4回以上の評価を受けていた。(計1093評価表)日本における妥当性(内部構造)が検証された臨床指導医評価表(JaCTES)を開発した。文献を確認する範囲で、アジア初の内容妥当性、内部構造(信頼性)の検証された臨床指導医評価表である。(Medical Teacher in Press)H28年度前半は所属講座の教員が異動で、一人で学内業務を遂行する必要が生じたため。また、指導医評価表の妥当性信頼性検証に多くの時間を要した。ただしこの過程は、評価表の精度を上げるためであるため重要な成果が得られた。・指導医評価表の開発研究日本における妥当性(内部構造)が検証された臨床指導医評価表(JaCTES)を開発した。文献を確認する範囲で、アジア初の内容妥当性、内部構造(信頼性)の検証された臨床指導医評価表を開発し、論文化した。・臨床指導医の指導医観に関する研究臨床指導医6名を対象にインタビュー調査を行った。平均臨床経験25年(21年29年)、男性5名、女性1名、インタビュー時間は平均40分。現在の指導医としての価値観は、それまで指導を受けた経験に加えて、その後指導医としての経験を元に再構築されていた。また、研修医時代に指導をうけた指導医は、その後指導する際のロールモデルとして機能していた。モデリングには2つの側面があり、ポジティブな側面(積極的に模倣をしたいと思う場合)と、ネガティブな側面(模倣をしたくないと思う場合)があった。前者は、指導への真剣さ、自己効力感、いつでも相談に乗ってもらえるという保証に大きく関連し、後者は、自分や他職種への叱責と関連していた。指導医になって初期の段階では、ロールモデルとしている指導医の模倣を意識した指導をする傾向があるが、指導経験を積むにつれて、自分の価値や考えで指導をしてみたいう意識も生じていた。指導経験により指導医としての自己概念の変化も生じていた。今後、さらにインタビューを重ねて指導医観の形成を明らかにしていく。研究協力者を募り、推進体制を強化する。今後、卒後15年以上の指導医について、自らの指導医観の形成についてインタビューを実施していく。医学教育講座教員体制の減少で研究業務に支障がでたため。講座人員体制の減少で研究業務に支障がでたため研究協力者を募り研究体制を強化する。研究協力者を募り研究体制を強化する
再生医療の第四の要素としての再生リハビリテーションの開発

現状における再生医療を構成する三大要素は、細胞、足場材料、栄養である。これらは細胞や組織再生という単位に主眼が置かれているが、移植を受ける宿主個体や移植部位といった一つ上の階層には対応できていない。そこで本研究においては細胞移植時の個体や臓器の最適環境化のためにリハビリテーションの手法を用いる事の有用性を検討することを目的とした。関節軟骨欠損モデルを作成して、間葉幹細胞移植に加えてエクササイズや物理療法を行った際に、間葉系幹細胞単独移植と比較して良好な軟骨再生を認めることができた。これらのリハビリテーションプログラムをメソッド化することで再生医療の効果を高める可能性が示唆された。本研究は細胞強化、細胞訓化、組織共鳴リハビリテーションの3プロジェクトで推進することからそれぞれについての実績を記す。1.細胞強化リハビリテーション間葉系幹細胞の増殖、分化能力に関するスクリーニングを完了し、温熱を主体とした物理刺激の効果を検証し(Ito A 2014)報告を行った。2.細胞訓化リハビリテーションラットの変形性膝関節症モデルを用いた実験系である。軟骨下骨の性状が初期において変化することを明らかにし(Iijima H 2014)、至適な運動刺激により軟骨下骨のリモデリングを促進することを見出し、現在投稿中である。3.細胞共鳴リハビリテーションラット膝関節内に間葉系幹細胞を注入し、周辺組織との訓化を検証している。移植した間葉系幹細胞のラベリングに難渋しているが、XY染色体の免疫染色で実施可能である可能性が示され、現在実施中である。1.細胞強化リハビリテーション軟骨細胞培養中の温度を変化させることで細胞のmRNA発現が変化することを明らか(Ito A. PLOS ONE 2015)にし、至適培養温度に関する研究が促進した。間葉系幹細胞の形態変化を促す目的で細胞培養における足場形状を設計することで細胞形態が変化することを明らかにした(Zhang X. Biomed Microdevices. 2015)。このことにより分化誘導したい細胞に有効な細胞骨格の構築の可能性が示唆され、細胞強化の第一歩となった。2.細胞訓化リハビリテーションラット膝関節軟骨欠損モデルに間葉系幹細胞を関節内注入を行い、運動刺激により関節軟骨への分化が促進されることが明らかになり、論文発表を行った(Yamaguchi S. PLOS ONE 2016)。また運動療法の際の運動負荷量により軟骨変性程度が変わることを明らかにし、至適運動量を決定するための基礎資料となった(Iijima H. Osteoarthritis Cartilage 2015)。3.細胞共鳴リハビリテーションラット膝関節軟骨欠損モデルに間葉系幹細胞を関節内注入を行い、運動刺激を加えた際の、細胞のintegrationについて確認を行った(Yamaguchi S. PLOS ONE 2016)。実施計画通りに進行している。予定していた物理刺激、運動刺激についてはその効果をそれぞれ示すことができていることから、今後はその至適強度を決定していく段階である。現状における再生医療を構成する三大要素は細胞、足場材料、栄養である。これらは細胞や組織の再生という単位に主眼が置かれているが、固体や臓器といった単位に働きかけるという視点に乏しい。そこで細胞移植時の固体や臓器の最適環境化を目的としてリハビリテーションを第四の要素として加える事の有効性を本研究の目的とした。本研究は基礎研究によるエビデンス化に加え、世界的に再生医療におけるリハビリテーションプログラムの調査を行う事で現状把握を行った。(1)関節軟骨再生をモチーフにしたリハビリテーションプログラム開発:関節軟骨は定常状態では損傷を受けた際に再生は困難である。そこで間葉系幹細胞や軟骨細胞を移植する再生医療が盛んに試みられている。そこでラットの膝関節に直径5mmの骨軟骨欠損を作成し、膝関節内に間葉系幹細胞を移植注入した。その後にトレッドミルエクササイズを行い、その効果を組織化学染色、免疫化学染色にて評価した結果、細胞移植単独よりエクササイズ付加した方が良好な関節軟骨形成を認めた。また同様にラット膝関節骨軟骨欠損モデルに間葉系幹細胞を注入し、物理治療器の中でも用いられている低周波超音波治療器を用いて関節軟骨の刺激を行い、細胞移植単独よりも良好な関節軟骨再生を認めた。(2)再生医療におけるリハビリテーションプログラムのシステマティックレビュー:再生医療はいくつかの領域では既に臨床応用が成されているが、そのリハビリテーションの実態については明らかにされていない。そこで本研究の副次的目的として、再生医療におけるリハビリテーションプログラムのシステマティックレビューを行い、現状の把握を行った。その結果、リハビリテーションプログラムに関する報告は現状ではほとんどなく今後のプログラム開発の必要性が明らかになった。平成26年度は主に実験手法の選定、スクリーニングを行い、予定通りの結果を得ることができた。

また平成27年3月末に開催した再生リハビリテーションワークショップでは、米国から再生リハビリテーションの第一人者であるFabrisia Ambrosia氏を招へいし、ワークショップを実施すると共に、現在の研究計画についても意見交換を行った。これらの結果から平成27年度にはより具体化した研究計画を立案し、実施することとする。平成26年、27年度においては予定通り、物理刺激(温度、足場、重力)による細胞への影響、細胞の分化、統合に対する運動刺激(トレッドミル)の有効性を明らかにする事ができた。最終年度にあたる平成28年度においては、それら物理刺激(温度、足場、重力)、運動刺激(トレッドミル)の至適強度の検討を行う予定である。内容としては細胞強化、細胞訓化、細胞共鳴の3つのカテゴリに分けて検証を行うが、それらの領域をまたいで検証し、最終年度の集大成とする予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。再生医学1.細胞強化リハビリテーション温度、超音波、重力などの物理刺激を予め間葉系幹細胞に加えておき、ラット変形性膝関節症モデルに移植を行い、細胞のviability、分化能を確認する。2.細胞訓化リハビリテーション間葉系細胞をラット変形性膝関節症モデルに移植後に超音波刺激、運動負荷を行い、細胞のviability、分化能を確認する。3.細胞共鳴リハビリテーションラット膝関節液を採取し、物理刺激、運動負荷後のサイトカインの発現を確認する。研究計画が予定通り進行したため、最終年度の前期に実験を実施すると共に成果発表を行い、研究まとめと行うため。繰越金を含めて、前期に重点的に予算を使用し、最終年度終了時までに成果(国際学会発表、国際誌発表)を出す予定である。