hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
散居村における環境資源としての屋敷林の保在と利用に関する研究

その結果,この地域の住人は富山県砺波地域からの入植者で,出身地の散居や屋敷形態を導入し,屋敷林も仕立てていることを把握した。現在,二・三代目となり,散居形態は変化していないが,高齢化・核家族化による屋敷林の存続は厳しい状況である点を把握した。2.胆沢町小山地区と斐川町4地区において,当地区を代表する屋敷の状況(家屋の配置,屋敷林構成樹木の種類・位置・サイズ,水回りなど)を詳細に測量し,平面図を作成した。さらに個々の家屋や樹木の由来、使用・植栽の目的,管理方法などについて聞き取り調査をおこない,屋敷林の成立・維持にかかわる情報を収集した。3.胆沢町3地区において,(1)散居や屋敷林が地域資源となるか,(2)屋敷林に対する意識,(3)維持する上での問題点,(4)世代間の意識の差異,(5)維持管理を目的とした施策などについて,1500世帯に対してアンケート調査をおこなった。地区により屋敷林の存在様式や意識,価値観は異なっているが,維持する上での問題点は共通していることがわかった。4.これらの基礎調査や既存の調査結果,文献情報に基づき環境学習プログラム(教材を含む)や展示ポスターを作成した。胆沢町役場とNPO組織と連携しながら,屋敷林を素材とする環境学習実践と展示活動をそれぞれ2回実施した。いずれも新聞紙上で取り上げられるなどして,屋敷林の保存と利用にかかわる住民・行政の意識高揚に寄与することができた。
日射影響を受けない新たな地上気温観測手法による気候変動検出精度向上技術の開発

温度計による地上気温観測は膨大なデータの蓄積があり,気候変動検出において重要な役割を果たしているが、測定値は日射の影響を大きく受けており、それを完全に排除することも、その影響程度を絶対的に評価することもこれまで困難であり、気候変動検出に不確かさを生む要因となっている。このため、原理的に日射影響をまったく受けない地上気温観測手法として、大気の赤外放射の温度依存性を利用した、赤外線カメラによる地上気温観測手法を開発し、日射影響を高精度に評価して気候変動検出精度の向上を図ることが本研究の目的である。非冷却型赤外線カメラと干渉フィルターの組み合わせにより、二酸化炭素の15μm吸収帯を観測波長とする赤外線カメラを製作した。野外観測が行えるよう防水防塵仕様とした。ポリエチレン製袋に入れた試験用二酸化炭素の測定などにより、カメラが二酸化炭素の射出する赤外線に十分な感度があることを確認した。カメラを平板黒体や屋外大気の試験的観測を行ったところ、値に数°C以上の誤差が生じていた。二酸化炭素の射出する赤外線のみを捉えるため放射強度が小さくなっており、センサーの温度変化による観測値への影響が増幅されることから、メーカーの通常の校正方法では基準となる地上気温観測に必要な精度を確保することは、現状の構造では困難であると判断した。このため当初計画していた2台目のカメラの製作を中断し、改善対策を検討した。カメラ全体の温度を一定に保つ構造に改修することとし、仕様を決定した。これにより30年度早々に改修を行う。日射影響を受けない基準となる気温観測を行う機器候補の野外相互比較観測の準備を進めた。候補のひとつである超音波風速計について、恒温恒湿槽で気温・湿度に対する校正を行い、十分な精度の気温観測値が得られるよう準備したものを調達した。別の候補である極細熱電対について製作などの準備を行った。カメラの観測精度を確保するため改善対策を検討し、仕様を決定するのに時間を要した。改修した赤外線カメラによりカメラを一定温度に保ち、平板黒体により校正を行う。また赤外線強度の方向別分布を測定して地上気温測定精度の向上を図るため、新たに広角のカメラを製作する。校正後のカメラ・広角カメラと超音波風速温度計、極細熱電対、マイクロ波放射計、現業観測用通風筒などとの野外比較観測を実施する。観測値の特性を地上風速や日射などにより評価し、基準気温観測としての可能性を検討する。野外比較観測の結果をもとに、現業観測用通風筒の気温観測特性を評価し、気候監視への影響を評価して、気候変動検出精度向上技術の改善方策をまとめる。赤外線カメラでの気温観測性能が確認できた場合は、これまで提案されていない地上気温観測方式と考えられることから、特許出願を検討する。カメラのさらなる活用方法として、火山周辺で窒息事故を引き起こす二酸化炭素の監視への活用を検討する。また15μm吸収帯の射出する赤外線を可視化出来るカメラは世界的にも珍しく、二酸化炭素の温室効果を演示するための格好の教材を提供しうることから、これを利用したアウトリーチ活動も検討する。

野外比較観測の結果をもとに、現業観測用通風筒の気温観測特性を評価し、気候監視への影響を評価して、気候変動検出精度向上技術の改善方策をまとめる。赤外線カメラでの気温観測性能が確認できた場合は、これまで提案されていない地上気温観測方式と考えられることから、特許出願を検討する。カメラのさらなる活用方法として、火山周辺で窒息事故を引き起こす二酸化炭素の監視への活用を検討する。また15μm吸収帯の射出する赤外線を可視化出来るカメラは世界的にも珍しく、二酸化炭素の温室効果を演示するための格好の教材を提供しうることから、これを利用したアウトリーチ活動も検討する。カメラの観測精度を確保するため当初計画していた2台目のカメラの製作を中断したため支出額が計画より減少し次年度使用額が生じた。29年度に改善対策を検討し改修仕様を決定したので次年度使用額により30年度カメラの改修を実施する。
非線形偏微分方程式の定性的理論と特異性の解析

本研究では,漸近的手法や無限次元力学系の理論を駆使し,非線形偏微分方程式の解の長時間挙動や安定性,および解に現れる特異性の研究を総合的な立場から行った.具体的には,以下のテーマに重点を置いた.(1)種々の進行波と波面の広がり現象の研究(2)解の漸近挙動に関する定性的考察(3)非線形拡散方程式の特異極限と界面運動の研究これらのテーマには,非線形Stefan問題などの自由境界問題も含まれる.◎【退化拡散方程式の不安定多様体の研究】退化した拡散方程式の解の挙動は,非退化型方程式の解の挙動と大きく異なることはよく知られているが,これまでその違いを力学系の立場から扱った研究は少なかった.本研究では,porous medium型の退化拡散方程式において,不安定平衡解u=0の不安定多様体のハウスドルフ次元が,たとえ有界領域の場合でも常に無限大であることを示した(文献1).◎【拡散方程式の特異極限の研究】Allen-Cahn型非線形拡散方程式においては,方程式内のパラメータを0に近づけた特異極限において不連続な界面が現れ,その運動が平均曲率流に支配されることが知られている.本研究では,古典解をより一般化した粘性解の枠組みでこの問題を論じ,粘性解に対してこれまで知られていた特異極限への収束のオーダーの結果を大幅に改良することに成功した(文献2).◎【平面波の安定性の研究】全空間上のAllen-Cahn型非線形拡散方程式に現れる平面波が,有界ではあるが必ずしも小さくない摂動に対して漸近安定であるかどうかを論じた.本研究では,先行研究の結果を大幅に拡張して,空間的に一意エルゴード的な任意の摂動を受けた界面が,時間の経過とともに平面波に一様収束することを示した(文献3).◎【非線形拡散現象と微視的モデル】舟木は,フェロモンにより自己組織的に集成する生物の挙動を記述する巨視的な交差拡散モデルを提示し,対応する微視的レベルの個体運動モデルを考えた.特異極限と流体力学極限の手法により,巨視的描像と微視的描像のつながりを与えた.この他,平面上で定義された縞状の非一様性をもつ2種類の非線形拡散方程式について,進行波の存在や,周囲に広がる波面の速度について詳しい研究を行った.研究はほぼ完成に近づいており,引き続き研究を行っている.◎【双曲空間上の非線形拡散方程式における波面の伝播】n次元の双曲空間上で定義された非線形拡散方程式に現れる進行波や,遠方に広がっていく波面の速度と形状について研究した.ユークリッド空間上の拡散方程式と比較することにより,双曲空間の幾何学的構造が解の挙動にどのような影響を及ぼすかを調べた.その結果,ユークリッド空間の場合,KPP方程式に代表される単安定型拡散方程式の解は,初期値がどれだけ小さくても時間が経過すると正の定常解に必ず収束するのに対し,双曲空間の場合には,空間の曲率の影響により,初期値がある程度大きくないと解は0に減衰することがわかった.また,ホロ球面波(horospherical wave)という概念を導入し,コンパクトな台から出発した任意の解の波面が,次第にホロ球面波に近づくことを証明した(文献1).◎【KPP方程式における波面の広がり速度を最大化する問題】空間2次元のKPP型拡散方程式で非線形項の係数が空間周期的な縞状の非一様性を有するものを考え,波面の広がり速度を最大化する係数を決定する問題を考察した.その結果,速度を最大化する係数は関数のクラスには存在せず,等間隔に平行に並んだ直線族の上に台をもつ特異速度になることを示した.さらに,広がり波面の長時間経過後の漸近形状についても詳しく調べた(文献2).◎【非線形Stefan問題の解の正則性と漸近挙動】空間多次元KPP型非線形拡散方程式に対する1相Stefan問題の自由境界の正則性と解の漸近挙動を論じた.具体的には,台が有界な初期値から出発した解の自由境界が必ず有限時間で滑らかになること,および,長時間経過後の自由境界が,次第に球面に近づくことを示した(文献3).この他,prey-predator型反応拡散系における波面の広がり現象に関するGiletti氏およびDucrot氏との共同研究は順調に推移しており,現在論文を投稿準備中である.◎【曲線の曲率運動と進行波】境界がノコギリの歯状をした2次元帯状領域における曲線の曲率運動方程式を考え,進行波の性質を調べた.その結果,境界の形状がエルゴード的であれば進行波の平均速度が確定することを示すとともに,平均速度が0の進行波が存在しうることを発見し,この現象を``virtual pinning"と名付けた.これは,研究分担者の中村健一氏,および中国の婁本東氏との共同研究である(文献1).◎【進行テラス解の研究】多くの非線形拡散方程式に進行波が現れることはよく知られているが,多重安定な非線形項をもつ方程式の場合は,解の挙動はずっと複雑になる.本研究では,「進行テラス解」という新しい概念を導入して,非常に一般的な非線形項に対する空間1次元半線形拡散方程式の解の長時間挙動を詳しく分類することに成功した(文献2).◎【遷移層の形状の研究】

Allen-Cahn型非線形拡散方程式の特異極限で現れる不連続界面の運動が平均曲率流に支配されることは,よく知られている.しかし,特異極限の近くで現れる切り立った遷移層の形状が,形式的漸近展開から予想される形状と一致するかどうかは未解決であった.俣野は,フランスのM. Alfaro氏と共同で,この問題を肯定的に解決した(文献3).◎【強順序保存力学系の研究】中村は,強順序保存力学系のあるクラスにおける非有界な全軌道についての研究を行い,それをスパイラル結晶成長のモデルを含む非線形放物型方程式に適用して,時間周期的なプロファイルを持つ非有界な時間大域解の一意存在および漸近安定性を示した(文献4).この他,KPP型拡散方程式にStefan条件を課した自由境界問題についてオーストラリアのY.Du氏らと共同研究を行い,広がっていく自由境界の形状や正則性について成果が得られた(論文投稿中).◎【非局所項をもつ質量保存型方程式の長時間挙動】非局所的な非線形項をもつ質量保存型微分方程式を考察し,解の長時間挙動を論じた(文献1).この方程式は時間微分と空間積分を含んでおり,積分項の非局所性のため漸近挙動の解析が難しいが,質量保存則やリヤプノフ関数などを巧妙に組み合わせて漸近挙動が解明できた.この問題は,質量保存型Allen-Cahn方程式の特異極限問題と密接な関係があり,本研究の成果が特異極限問題の研究に今後役立つと期待される.◎【曲線の曲率運動方程式に対する自由境界問題の研究】上半平面y>0上の駆動項付き曲線短縮流に対する自由境界問題を考えた.曲線の両端点は直線y=0の上を一定の接触角を保ちながら動く.本研究では,曲線の挙動が,非有界,有界大域解,有限時間消滅の3種類に分類されることを示すとともに,それぞれの場合について解の挙動を詳しく解析した(文献2).本研究で扱った自由境界問題に対しては,通常の放物型方程式に対する交点数理論が使えないが,「拡張交点数理論」という新しい考え方を導入して解の定性的性質の解明に役立てた.◎【双曲空間上の非線形拡散方程式における波面の伝播の研究】n次元双曲空間上の非線形拡散方程式に現れる進行波や波面の広がり現象を研究し,ユークリッド空間の場合と比較することで,空間の幾何学的性質が解の挙動にどのような影響を及ぼすかを調べた(文献3).なお,この研究は平成25年度に行われたが,論文が雑誌に発表されたのは平成27年度である.◎【穴の開いた壁を通り抜ける進行波の研究】フランスのH.Berestycki氏らと共同で,穴の開いた壁を通り抜ける進行波の性質を調べた.このテーマは,今後さまざまな方向への発展が期待できるが,本研究ではその第一段階として,壁を通り抜けた後の進行波の挙動を完全に分類することができた(投稿準備中).本研究では,漸近的手法や無限次元力学系の理論を駆使し,非線形偏微分方程式の解の長時間挙動や安定性,および解に現れる特異性の研究を総合的な立場から行った.具体的には,以下のテーマに重点を置いた.(1)種々の進行波と波面の広がり現象の研究(2)解の漸近挙動に関する定性的考察(3)非線形拡散方程式の特異極限と界面運動の研究これらのテーマには,非線形Stefan問題などの自由境界問題も含まれる.27年度が最終年度であるため、記入しない。非線形解析学非線形拡散方程式に現れる進行波や界面運動については,全体的には満足のいく成果が得られている.
新生血管内皮細胞におけるephrinの発現

血管内皮は、血管壁に及ぼす物理的応力のひとつであるshearstressを感知し、さまざまな細胞機能を修飾をおこない、遺伝子の発現を変化させる。最近、神経軸索のガイダンスとして知られているephrinが胎生期のvasclogenesisにおいて、動脈系の内皮細胞には、リガンドが、静脈系の内皮細胞には、受容体が発現していることが報告された。本研究では、shear stressによって、ephrinの発現が変化するという仮説のもとに、血管新生のメカニズム解明にアプローチする。平成12年度は、in vitroでの培養内皮細胞を使った基礎実験を行なった。動脈由来の細胞(HAEC:ヒト大動脈内皮細胞)と静脈由来の細胞(HUVEC:ヒト臍静脈血管内皮細胞)の2種類に、平行平板型流れ負荷装置を使用しAGPC法を用いてtotal RNAを採取し、RT-PCRを用いてephrinのmRNA発現量を測定した。Shear stress(15dyne/cm_2)の流れを24時間、6時間負荷し、コントロール(static)と比較した。HAECでは時間経過で、リガンドのephrinB2の発現がup-regurationし、EphB-4は変化がなかった。平成13年度は、この変化の再現性を確認し、in vivoの高いshearstress負荷シャントモデルで、ephrinB2、EphB-4の組織内での発現について研究する予定である。
高密度培養法を用いた組織モデル(血管、皮膚)の試作と移植に関する研究

溶液中のコラーゲンは24時間以内に細線維となって沈澱する。そのコラーゲン細線維を生分解性のポリ乳酸織布上に集積するとゲル状構造が出来る。その過程に培養細胞を共存させると細胞がちりばめられた1グラム以上の人工組織を作り出すことが出来る。生体細胞や万能細胞など多種の細胞と細胞成長因子をゲル内に組み込むことにより皮膚と血管の構造を再構成した。この結果は再生医療に新たな治療法をもたらすと期待される。平成19年度においてはヒト体細胞を用いた人工皮膚、人工血管及び人工肝臓モデルの作成を試みた。その結果、人工皮膚についてはペプシン抽出I型コラーゲンと線維芽細胞より真皮モデルを作成し、その上にヒト表皮細胞を播種することにより皮膚モデル組織を再構成することが出来た。人工血管は皮膚の場合と同様にI型コラーゲンと線維芽細胞より血管の外膜に相当する結合組織を作成し、ヒト平滑筋細胞を重畳することにより中膜組織を作成できた。さらにI型コラーゲンと線維芽細胞の結合組織層を重ねることにより内膜相当組織を作成することが出来た。人工皮膚モデル作成においては、遺伝子工学的に作成した表皮細胞増殖因子(EGF)とバクテリアのコラーゲン結合蛋白質のキメラ蛋白質を用いることにより、培養表皮細胞の重層化が可能であった。すなわち真皮モデルに不動化したEGFが後から播種した表皮細胞に作用して生体の皮膚に近い構造を1週間以内に再現したものと考えられる。人工血管については血管壁モデルとして結合組織-平滑筋細胞層-結合組織の三層構造を高密度培養装置内に10時間で作成することが出来た。当初の計画では引き続き円筒状の血管モデルを作成する予定であった。しかし当初予定した管状の血管モデル作成用バイオリアクターは開発費の不足により困難となった。そのため管状組織(血管、尿管など)モデル用リアクター開発を目的とした新規の研究費を申請中である。また、同じリアクターを用いて平滑筋細胞の替わりにHepG2細胞(株化した腫瘍性肝細胞)を用いたところ、結合組織-HepG2細胞層-結合組織の三層構造を作成することが出来た。人工組織が肝組織としての機能を発現しているかどうか検索したところ、アルブミン産生と尿素合成能が通常の二次元培養したHepG2細胞に比べ2-3倍に上昇していた。この結果は第40回日本結合組織学会(平成20年5月23日)において発表する予定である。平成20年度は私たちの開発したバイオリアクターにより人工真皮上にヒト表皮細胞を播種して人工皮膚を作成する方法を確立した。この時、表皮細胞と共に人工皮膚モデル作成時に表皮細胞増殖因子(EGF)とバクテリアのコラーゲン結合蛋白質のキメラ蛋白質(EGF-CBD)を作用させることにより、表皮細胞の重層化を惹起する。こうして作成した人工皮膚を形態学的に検索したところ、表皮基底細胞の基底面には部分的に基底板が形成されていた。またフィブリリン線維が基底膜直下に多数観察され、我々が先に報告した人工皮膚の微細形態(2001Exp.Res.)と同様の所見であり、EGF-CBDの表皮形成促進作用を確認した。上記バイオリアクターを用いて肝臓の皮膜に相当する人工結合組織と肝細胞に見立てたHepG2細胞(株化された肝腫瘍由来細胞)と同数の線維芽細胞を含む細胞層、更に人工組織を積層した三層の人工肝臓組織を12時間以内に作成できる。平成20年度においては人工肝臓組織を生化学的に検索したところ肝臓特異蛋白質である血液凝固因子の発現が5倍以上に上昇していた。しかしながら薬剤代謝系酵素の発現は確認できなかった。形態学的に検索したところ、HepG2細胞には粗面小胞体やゴルジ装置は多数観察されたが、薬物代謝系酵素群が局在するとされている滑面小胞体は観察できなかった。これらの結果からHepG2細胞を用いた人工肝臓組織においてはアルブミンや血液凝固因子など分泌性の蛋白質は産生されているが、薬剤代謝系酵素群など非分泌性蛋白の発現は回復していないことが明らかになった。これらの成果は平成21年度において学会発表を行う予定であり、すでに特許申請を済ませたことから3篇の論文として執筆中である。平成21年度は下記のような研究成果を上げることができた。(1)肝前駆細胞からバイオリアクターを用いて人工肝組織を再構成した。(2)線維芽細胞が癌原性発現に重要性であることを示した。(3)細胞成長因子を固相化したコラーゲンゲルは鼓膜穿孔治療に有効であることを示した。コラーゲンなどの細胞外マトリックスと様々な細胞(iPS細胞や前駆細胞)から積層型人工組織を作成することを試みた。肝前駆細胞はマウス門脈の左枝を結紮し、7日後に下大静脈から肝静脈経由でデイスパーゼを含む緩衝液を還流すことにより回収した。

細胞分裂能の高い肝前駆細胞を3次元培養したところ、アルブミンやトランスサイレチンのメッセージ発現が初代培養肝細胞を用いて作成した人工肝組織より有意に上昇し、生存率も高かった。これらの結果から体細胞だけでなく前駆細胞、ES細胞あるいはiPS細胞から短期間内に人工組織を再構成できることを示した。DsRed発現ベクターを導入した線維芽細胞(TIG101)と株化スキルス胃癌細胞(KATOIII)をバイオリアクターにより3次元胃癌組織モデルに再構成した。移植後のスキルス胃癌モデルにおける線維芽細胞の動態を経時的に解析した。線維芽細胞は移植後21日目においても多数移植組織内にとどまっており、スキルス胃癌組織の移植モデル動物を作成するには線維芽細胞と胃癌細胞との共存が重要であることがわかった。クロストリジウム属細菌の持つコラーゲナーゼのコラーゲン結合ドメインと上皮成長因子との融合蛋白(CBD-EGF)を用いた実験から鼓膜穿孔の補修材を開発することができた。バイオリアクターを用いて豚皮由来I型アテロコラーゲンから無細胞性のコラーゲンゲルを作成した。このゲルをCBD-EGF溶液に30分浸漬した後、ラットの実験的鼓膜穿孔部に補修材として用いたところ良好な孔閉鎖が得られた。この結果は近日中に特許として出願する。
組織培養を利用した味覚修飾物質ミラクリンの大量生産に関する研究

本研究では、甘味修飾タンパク質であるミラクリンを発現する組換え植物をバイオリアクター等を使って大量培養し、ミラクリンを安定生産するための基礎技術開発を行った。このために、1)Agroinfiltration法による組換えミラクリン生産の可能性を検討した。2)現有のミラクリン遺伝子導入レタスでは、ミラクリン遺伝子を構成的なプロモーターで駆動しているために、遺伝子不活化が起こった可能性がある。そこで、本研究では葉特異的なプロモーターでミラクリン遺伝子を駆動して、この問題が解決出来ないかどうかについて検討した。3)ミラクリン遺伝子導入トマトでは3世代を経過した現在においても安定してミラクリンを発現している。この組換えトマトを使ってバイオリアクターを使ったミラクリン生産についての研究を行った。その結果、1)については、十分量のミラクリンがレタスで生産出来なかった。2)については、レタスのユビキチンプロモーター及びターミネーターを使ったミラクリン発現形質転換レタスを作成した。作成した組換え体の導入遺伝子の遺伝子安定性を解析した結果、ミラクリンmRNA及びミラクリンタンパク質とも後代において高いレベルで安定発現していた。これにより、従来の35Sプロモーターを用いた際に見られた遺伝子不活化の問題が解決された。3)については、組換えトマトからのカルス誘導条件の検討を行い、バイオリアクターに移植できそうなフライアブルカルスの選抜を行ったが、増殖速度の速い細胞系の選抜が出来なかった。以上、本研究により、組換えレタスでミラクリンを遺伝的に安定して発現する技術開発に成功した。本研究では、甘味修飾タンパク質であるミラクリンを発現する組換え植物をバイオリアクター等を使って大量培養し、ミラクリンを安定生産するための基礎技術開発を行う。このために、1)Agroinfiltration法による組換えミラクリン生産の可能性について検討を行う。そこで、本研究では葉特異的なプロモーターでミラクリン遺伝子を駆動して、この問題が解決出来ないかどうかについて検討する。この組換えトマトを使ってバイオリアクターを使ったミラクリン生産についての研究を行う。本年度は、1)については、2)を優先的に実施するために実施を見送った。2)については、レタスのユビキチンプロモーター及びターミネーターを使った形質転換ベクターを構築しく、レタスに遺伝子導入処理を行い、19個体の形質転換体を作成した。そのうち、12個体についてはミラクリンタンパク質の発現を確認した。現在、従来通り35SプロモーターとNosターミネーターを使って作成した組換え体とのミラクリン発現レベルの比較及び後代での遺伝子発現安定性の解析を行っている。3)については、組換えトマトからのカルス誘導条件の検討を行い、バイオリアクターに移植できそうなフライアブルカルスの選抜を行っている。
膜型マトリックスメタロプロテアーゼによる細胞運動極性 制御機構

がん細胞浸潤は細胞外マトリックス(ECM)分解と方向性を持った細胞運動誘導が協調的に制御され、かつシグナルの連続性が維持されて初めて成立する。がん細胞はECM由来の細胞運動誘導シグナルの連続性を確保するため、ECM分解酵素を用いて細胞外環境を調節している。本研究では膜型マトリックスメタロプロテアーゼ(MT1-MMP)による細胞運動・浸潤時の極性形成と連続性維持への関与とその作用機序をインテグリン/FAK情報伝達経路を中心に解明し、がんの浸潤・転移機構の解明とその阻止に向けた標的分子の同定と薬剤開発を目標とする。イヌ腎上皮MDCK細胞やヒト乳癌MCF-7細胞のコラーゲンゲル培養において、MT1-MMPを発現させることによりFAKとERKのリン酸化が亢進することを明らかにした。このリン酸化の亢進は、MMP阻害剤処理や腫瘍細胞のMT1-MMPをsiRNAを用いてknockdownすることにより抑制された。また、MT1-MMP阻害はインテグリンαvβ3を介したc-Srcの活性化も抑制することも見出した。事実、Src阻害剤処理やsiRNAを用いたc-Srcのknockdownは、MT1-MMP活性に影響を与えずにFAKやERKのリン酸化を抑制した。c-Srcのエフェクター分子を検索したところ、コラーゲンゲル内においてPaxillinのknockdownがERK活性化と細胞増殖を抑制することが判明した。MT1-MMPとPaxillinの共発現はコラーゲンゲル内でのERK活性化を誘導した。MT1-MMPを発現している癌細胞の3次元コラーゲンゲル内増殖にはMT1-MMP活性に加えて、c-Srcの基質であるパキシリンが重要であることが判明した。MT1-MMPによる細胞増殖シグナル活性化の足場としてパキシリンが働いていることが期待される。本年度は、イヌ腎上皮MDCK細胞やヒト乳癌MCF-7細胞のコラーゲンゲル培養において、MT1-MMPを発現させることによりFAKとERKのリン酸化が亢進することを明らかにした。Src阻害剤処理やsiRNAを用いたc-Srcのknockdownは、MT1-MMP活性に影響を与えずにFAKやERKのリン酸化を抑制した。MT1-MMP発現によるFAKやERKのリン酸化亢進とともに、フィブロネクチンの産生が誘導される結果が得られた。MDCK細胞は3次元コラーゲンゲル内で嚢胞周囲にIV型コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニン等からなる基底膜様構造を形成することから、MT1-MMP発現による増殖速度の違いと関連したECM成分をimmunoblottingおよび免疫染色法にて解析中である。

MT1-MMPを発現している癌細胞の3次元コラーゲンゲル内増殖にはMT1-MMP活性に加えて、c-Srcの基質であるパキシリンが重要であることが判明した。MT1-MMPによる細胞増殖シグナル活性化の足場としてパキシリンが働いていることが期待される。
神経ステロイドの合成と作用機構に関する組織化学的、機能形態学的解析

中枢神経系で独自に産生される神経ステロイドの生理的役割を明らかにするため、脈絡叢におけるステロイド合成能について探索した。RT-PCR検索により、脈絡叢でステロイド合成酵素が発現していることを確認した。脳脊髄液中のステロイドは血液より少ないことから、これらの酵素は脳脊髄液中ステロイド濃度の恒常性の維持に関与している可能性がある。また、ストレス負荷による海馬の神経細胞死に対する卵巣摘除の影響を検討した。その結果、卵巣摘除後ストレス負荷により神経細胞は減少するものの、ラットの系統によって差があった。認知症の発症に性ホルモンとストレスが一部起因していること、さらに個体差が関係する可能性が示唆された。1)雄性ラットの脈絡叢についてステロイド合成酵素の局在を調べたところ、脈絡叢の上皮細胞に存在することがわかった。酵素の一つの17β-水酸基脱水素酵素については電顕レベルでの免疫組織化学によって小胞体の膜に存在することも突きとめることができた。また、去勢によって一部の酵素の発現が変化することも判明した。これらの酵素があるにも関わらず脳脊髄液中のステロイドホルモン濃度は大きな変化を示さないことが知られていることから、脈絡叢のステロイド合成酵素は脳脊髄液中に末梢由来のステロイドホルモンが入らないように代謝している可能性が示唆された。脈絡叢には他にも多くの酵素が存在することから、それらについても同じことが言えるかどうか検索する必要がある。この成果は第118回日本解剖学会学術集会(平成25年3月30日、高松市)において発表した。2)雌性のウイスターラットとフィッシャーラットについて、卵巣摘除後にストレスを加えたところ、フィッシャーラットの海馬でのみ顕著な神経細胞の減少が見られた。卵巣摘除のみ、あるいはストレス負荷のみではこのような現象は見られなかった。この結果を人に当てはめると、家系によっては閉経後にストレスがかかると海馬の神経細胞が減少する、すなわち認知症を発症する可能性があることを示唆し、さらに検索が必要である。3)ウイスターラットの海馬において、卵巣摘除によって一過性にエストロゲン合成酵素の発現が増加し、その後対照レベルに戻った。他の酵素にも変化が見られた。海馬の神経細胞のエストロゲン合成能は末梢の性ホルモンの影響を受けることが示唆された。この成果は第14回国際組織細胞化学会(平成24年8月29日、京都市)において発表した。本研究の目的は神経ステロイド、すなわち神経組織そのものが産生するステロイドホルモンの生理的意義を解明することである。平成25年度は、卵巣摘除後のストレス負荷が惹起するラット海馬における神経細胞死について、ステロイド合成酵素およびエストロゲン受容体発現が関与しているかについて免疫組織化学的手法により形態学的解析を行った。雌性のウィスターラットとフィッシャーラットに対し、卵巣摘除後にストレスを負荷し、アロマターゼとエストロゲン受容体の発現について免疫染色を行い比較したところ、系統間、並びにストレス負荷の有無による差は見られず、局在は同様であった。以上のことから、ストレス負荷後海馬で生存している神経細胞は、アロマターゼおよびエストロゲン受容体を発現し、エストロゲンの神経保護作用を受けている可能性を示唆している。本研究ではこれまでに、ウィスターラットの海馬および脈絡叢において、ステロイド合成に関連する酵素が発現しており、性腺除去によりその発現が変動することを見出した。雌性のウィスターラットとフィッシャーラットについて卵巣摘除後にストレスを負荷したところ、フィッシャーラットの海馬でのみ顕著な神経細胞の減少が見られた。以上のことから、脈絡叢のステロイド合成酵素は、脳脊髄液中のステロイドホルモン濃度の恒常性を保つために末梢由来のステロイドホルモンを代謝している可能性が示唆された。また、卵巣摘除後ストレス負荷による海馬の神経細胞の減少は、ラットの系統によって影響の大きさが異なることから、認知症の発症に性ホルモンの減少とストレスの組み合わせが一部起因していることが考えられる。認知症は、閉経後に発症の増加がみられることからステロイドとの関連が示唆されており、治療法のひとつとしてステロイドホルモン補充療法の研究が行われている。中枢神経系では、末梢由来のステロイドとともに神経組織が独自に生合成する神経ステロイドが神経組織に対して様々な作用を発揮すると考えられている。しかし、神経ステロイドの合成制御機構やその作用機序について未だ十分な解明には至っていない。本研究は、神経ステロイドの合成および代謝に関わる諸酵素やホルモン受容体について形態学的並びに生化学的に解析を行うことにより、神経ステロイドの生理的意義を明らかにしようとするものである。本年度は、閉経モデルラットを用いて、海馬におけるステロイドの合成および代謝に関わる諸酵素の局在とその発現動態について検討した。

卵巣摘除後の時間経過とエストロゲン産生に関わる諸酵素の遺伝子発現について解析するため、術後4日、1週間、2週間のラット海馬組織からRNAを抽出してRT-PCRを行い、偽手術を施したラットと比較した。コレステロール側鎖切断酵素、3β-水酸基脱水素酵素、17α-水酸化酵素/C17-20リアーゼ、17β-水酸基脱水素酵素、およびアロマターゼについて解析した結果、コレステロール側鎖切断酵素と17β-水酸基脱水素酵素の発現は術後1週間および2週間で増加していた。3β-水酸基脱水素酵素の発現は術後1週間および2週間で減少していた。17α-水酸化酵素/C17-20リアーゼの発現に変化はなかった。アロマターゼは術後1週間で一過性の増加が認められた。さらに、閉経モデルラットに対する種々のステロイドを投与し、ステロイド合成酵素の発現がどう変動するか検索することにより、神経ステロイドの合成制御機構の解明に発展させていく計画である。本研究は中枢神経系、とりわけ海馬におけるステロイド産生の生理的意義を解明することを目的としている。これまで、海馬の神経細胞にステロイド産生に関わる酵素が存在することを、免疫組織化学的、生化学的に示してきた。また、これらの酵素が去勢などの条件下で変化し、末梢由来の性ステロイドの影響を受けることも示した。今年度特に意義のあった成果は、ラットの系統によって海馬の神経細胞の変化に差があることを見出したことである。従来閉経後の女性に認知症の発症が多い傾向があることが知られていたが、その原因の一つを解明しつつあると考えている。すなわち、エストロゲンの神経保護作用を一部説明可能になったと考える。最終年度にはこれをより確実なものにしていきたいと考えている。以上のことから、本研究は順調に進んでいると言える。卵巣摘除後の時間経過とステロイド合成酵素の発現動態について解析を行った結果、アロマターゼをはじめとするステロイド合成酵素は影響を受けることが確認できた。さらに、卵巣摘除ラットに対してエストロゲンを投与すると、術後1週間にみられたアロマターゼの一過性の発現上昇が抑えられる可能性があるデータを得ている。これらのことから、アロマターゼの発現は末梢由来のエストロゲンの影響を受けていることが示唆された。今後さらにそれ以外のステロイド投与による影響について詳細に検討していく計画である。卵巣摘除によるグルタミン酸受容体の発現動態について検索するため、特異的抗体を入手し免疫組織化学による解析に適しているかを検討している段階である。同時に、RT-PCRによる生化学的解析を実施しているところである。また、老化促進マウスであるSAMP-8マウスについても予備的な解析に着手している。いくつかの月齢のSAMP-8マウスの海馬からRNAを抽出しアロマターゼについてRT-PCRを行っている。上述のように24年度に、卵巣摘除とストレス負荷という同じ組み合わせであっても、ラットの系統によって海馬の神経細胞の示す変化に違いのあることが明らかとなった。
光重合型レジンの重合収縮挙動へのレーザースペックル法の応用

光重合型レジンは,その重合硬化に伴って微細な動きを示すが,これに伴ってスペックルパターンは激しく動き,硬化の進行に伴ってパターンの動きが緩慢になり,やがて停止する。このようなスペックルパターンの変化を検出することによって,ナノセカンド単位で光重合型レジンの重合硬化挙動を検出する測定装置など周辺機器の条件設定とともに重合硬化挙動に関する基礎資料を得ることを目的として本研究を行った。フィラー含有量ならびに粘性の異なる光重合型レジンを用いて,改良型レーザースペックル装置によって重合硬化途次における重合挙動の観察を行った。なお,光重合型レジンを重合硬化させる際に用いる照射器は,その光強度を200あるいは600mW/cm^2に調整して実験に用いた。次いで,レジンペーストが填塞されたガラスモールドを,試料台に静置した。レーザー光を試料底面および側面中央部の2点に照射し,スペックルパターン検出部とする。さらに照射を行い,スペックルパターンの変化を1/1,000秒単位で検出し,光線照射前の状態におけるスペックルパターンの一致率として算出した。その結果,重合反応に伴って生じる局所の移動距離および方向は可視光線の光強度に影響されることが判明した。さらに,粘性の低い光重合型レジンのスペックルパターンの変化はこれが低いものと比較して緩序であった。また,光重合型レジンの重合収縮応力は,粘性の低いもので小さくなる傾向を示したものの,体積重合収縮量ではこれが大きい頃が判明した。以上のように,重合収縮のパラメーターとしてレーザースペックル法を応用することによって,光重合型レジンの重合挙動の一端を解明することが可能であった。
不完全自由化環境下の国際航空市場における政策分析手法に関する研究

本研究は、東アジアにおける国際航空政策による市場への影響を推定するために、ネットワーク均衡モデルを用いた分析手法を提案し、複数の政策シナリオを想定してシミュレーション分析を行った。本研究における分析の結果より、ソウルをはじめとする近距離地点においては、羽田空港の国際路線への容量割当量によって国際航空市場に及ぶ影響が敏感に反応することが示された。さらに本研究は、就航地点選定方法の変化による各国際航空市場への影響の変化についても定量的に推定した。アジアでは、一部で航空自由化へ向けた動きがあるものの、基本的には現在も国際航空市場は規制的環境下にあり、国際路線設定は原則として二国間交渉により決定される.また、アジア地域の国際航空需要は欧米に比べて早いスピードで成長しており、多くの空港で容量制約問題が顕在化しつつある.このように、ネットワークにおける路線設定が不自由かつ空港の容量限界が制約条件となるような環境下における政策評価・分析は新たな社会的要請となっているが、本研究が開発する手法により、こうした課題を分析することが可能となる.本研究で用いる分析手法は、研究分担者である竹林が既構築のモデル(Takebayashi and Kanafani(2005))を基礎とするが、本研究が対象とする航空市場へ適用するためには、理論的枠組みの改良が必要である.既構築のモデルは、航空市場の寡占的性質は反映しているものの、不完全自由化された国際航空市場の特色である、エアラインの国籍条項や空港毎の路線設定制約が考慮されていない.そこで当該年度は、空港容量制約と路線設定制約を考慮した航空市場分析手法へと拡張すべくモデル枠組みの改良を行った.本研究のモデルは、航空旅客の行動を確率的利用者均衡配分(SUE)型モデル(需要サブモデル)として表し、エアラインの行動を寡占市場下における利潤最大化問題(供給サブモデル)として表現したものである.当該モデルを現実の航空輸送市場へ適用するためには、両サブモデルの同定が必要であるため、当該年度は、関数形を特定し定式化を行い、実績データを基に関数のパラメータを推定した.本研究課題は,空港容量制約と路線設定制約を考慮した航空ネットワーク市場分析モデルを構築し,主に極東アジアを適用対象事例として,将来考えられる政策オプションについてのシミュレーション分析を行うことを目的とする.当該年度は,第一に,前年度までに開発したモデルプログラムのアルゴリズム改良を行った.構築したモデルは,従来モデルに比べて制約条件の処理が複雑化し,また,下記でデータを整備する航空ネットワークにモデルを適用すると,従来モデルよりもネットワーク経路数規模が大きくなる.このため,モデルの均衡解計算手法についても,大規模問題に適したアルゴリズムへと変更し,演算プログラムを改良する必要があるためである.また,構築した分析手法を,日本を中心とする極東アジア地域における航空ネットワークへ適用し,政策案シナリオの影響分断を行うために,モデル分析の前提条件となる,当該地域における航空ネットワークデータ,CDデータを入力する必要があるが,市販データおよび無償公表データは,欠損値や異常値の存在のため不完全な状態である.そこで,当該年度の第二の実績として,複数データソースを重ね合わせることにより,航空ネットワークデータとODデータの補完および推定を行った.さらに,空港容量制約や国際協定に基づく運航規制・路線設定制約についても情報を整理し,モデル分析のためのデータを構築した.第三に,最終年度における政策シナリオ分析において計算ケースとして設定する前提条件操作方法の方針について検討した.東アジアにおける国際航空市場は,現在も規制的環境下にあり,かつ,容量制約問題が顕在化している空港があるという状況下にある.こうした環境を鑑み,ここでは,我が国および韓国・中国等近隣諸国において,計画・提案されている国際航空政策案を念頭に置き,空港容量制約に係る政策シナリオと国際航空運航規制変化シナリオに重点を置いて分析シナリオ案を作成した.本研究課題は,空港容量制約と路線設定制約を考慮した航空ネットワーク市場分析モデルを構築し,主に極東アジアを適用対象事例として,将来考えられる政策オプションについてのシミュレーション分析を行うことを目的とする.当該年度は,前年度までにおいて検討した政策分析シナリオについて,本研究で構築した分析手法を適用し政策シナリオ分析を行い,その効果について評価を行った.評価の視点としては,第一に,諸政策によって,エアライン毎航空路線毎の航空需要・運賃・運航頻度に及ぶ影響を推定した.さらに,これらの変化量を基に,航空市場における消費者余剰を計測し,政策効果を推定した.具体的には,羽田空港の再拡張に伴う,国際定期航空路線の乗り入れによって,東アジアにおける航空市場に及ぼされる影響を分析した.分析の結果,ソウルをはじめとする近距離地点においては,羽田空港の国際路線への容量割当量によって国際航空市場に及ぶ影響が敏感に反応することが示された.また,海外のどの都市を就航地として認可するか,そのパターンによって,他都市における空港の需要や就航便数へ及ぶ影響が変化することを,定量的に示した.本研究の成果は,新たな航空市場分析手法の構築という学術的成果ばかりではなく,現在実務的な政策課題となっている,羽田空港における国際航空政策のあり方についそも,種々の政策代替案によって予想されうる効果を詳細に推定することを通じて,政策支援としての実務的貢献を果たしている.
ベイズ推論にもとづく全自動かつ高速なテンソル分解のモデル選択法

テンソル分解によるデータ解析は様々な応用分野で需要が高まっているものの,正確な結果を得るためにはランクと呼ばれるパラメータを正しく設定する必要があり,これまでドメインエキスパートによる調整や長時間の試行錯誤が必要であった.本研究ではこの問題を解決すべく,簡単,高速,かつ信頼性が高いアルゴリズムを開発した.これにより,(1)ドメイン知識が不要で(2)大規模データを高速に処理し(3)性能が理論的に保証された全自動ランク選択が可能となった.将来的には,テンソル分解の応用範囲のさらなる拡大とそれにともなう新しい科学的発見や工学的応用が期待できる.データが多次元配列の構造を持つとき,テンソルと呼ぶ.テンソルデータは高次元であることが多く,解析の際は次元圧縮をうまく使う必要がある.テンソル分解は次元圧縮法の1つであり,実データ解析の際によく用いられる.しかしながら,テンソル分解はデータの次元ごとに圧縮する度合いを決めるハイパーパラメータを持ち,それが解析結果にセンシティブに効いてくるため,これらをうまく選んでやる必要がある.本研究はそれらのハイパーパラメータをFAB推論と呼ばれるベイズ学習法によって選択する枠組みを構築することを狙いとする.27年度は「研究実施計画」に記述した通り,【実施項目1:FAB推論アルゴリズムの連続隠れ変数モデルへの一般化】を達成した.また【実施項目2:主成分分析(PCA)の全自動モデル選択法の開発】についても成功した.これらの成果は合わせて国際会議ICML2015に採録された.「研究実施計画」に記述した目標はすべて達成されたため.本研究は,テンソル分解において重要なハイパーパラメータであるランクの自動決定を行う手法の開発を目的とした.前年度にて【実施項目1:FAB推論アルゴリズムの連続隠れ変数モデルへの一般化】および【実施項目2:主成分分析(PCA)の全自動モデル選択法の開発】を達成し,これを下地として今年度には【実施項目3:Tucker分解の全自動モデル選択法の開発】および【実施項目4:CP分解の全自動モデル選択法の開発】に取り組んだ.しかしながら,研究途中において項目3と4を達成するためには計算アルゴリズムにおけるスケーラビリティの問題が発生することを確認し,それが解決困難であることを認めたため,方向転換を行った.具体的にはベイズ的手法にこだわらず,より基礎的な頻度論に基づくランク決定法を開発した.これは上記のスケーラビリティの問題を解決しており,大規模なテンソルでも十分計算可能な方法となっている.これをもとに項目3を達成する手法を開発し,論文としてまとめ国際会議NIPSへの投稿を行った.また項目4への適用も引き続き行っており,近いうちに論文として発表予定である.研究全体としては,項目1,2に関しては当初の計画通りに進んだ.項目3,4に関しても,上記に述べたような方向転換もありつつ研究手段を変えることによって最終的には研究目的は達成できたといえる.また研究成果に関しても,オープンアクセスが可能な国際会議のプロシーディングスとして公開されており誰でもが閲覧可能となっている.テンソル分解によるデータ解析は様々な応用分野で需要が高まっているものの,正確な結果を得るためにはランクと呼ばれるパラメータを正しく設定する必要があり,これまでドメインエキスパートによる調整や長時間の試行錯誤が必要であった.本研究ではこの問題を解決すべく,簡単,高速,かつ信頼性が高いアルゴリズムを開発した.これにより,(1)ドメイン知識が不要で(2)大規模データを高速に処理し(3)性能が理論的に保証された全自動ランク選択が可能となった.将来的には,テンソル分解の応用範囲のさらなる拡大とそれにともなう新しい科学的発見や工学的応用が期待できる.27年度ではテンソル分解の特殊ケースである行列分解に対して一定の成果がみられた.28年度はこれらの成果を一般化し,テンソル分解への応用に取りくんでいく.機械学習
心肺蘇生後の脳浮腫予防のための複合的な治療戦略

心肺停止・蘇生後に起こる脳浮腫の根本的な治療法は確立されていない。虚血後早期に脳内で増加するNa-K-Cl共輸送体1(NKCC1)は、脳梗塞モデルでは拮抗薬のブメタニドにより浮腫軽減効果が認められているが、全脳虚血では調べられていない。NKCC1はATP依存性チャネルであるため、脳虚血では血流が途絶しATPが枯渇してNKCC1が作動せず水の流入に関与しないかもしれない。マウス心停止モデルを用いて、蘇生後のブメタニド投与が脳浮腫を軽減するか検証した。【方法】マウス(オス、体重20ー28g、C57bl/6)に全身麻酔後、気管挿管し人工換気した。中心静脈からカリウムを注入し心停止を誘発し、心停止時間7分後から人工換気、アドレナリン投与、1分間に300回の心臓マッサージを行い蘇生した。投薬群とコントロール群の2群に分けた。脳水分量は蘇生24時間後に乾燥法を用いて測定した。【結果】過去の報告に準じてブメタニドを30mg/kg投与したが、生存率が低かったため15mg/kgに減量した。マウスの心停止・蘇生後の脳水分量はブメタニド投与により有意にコントロール群より減少したが、生存率や蘇生後の神経行動スコアはコントロール群と同等に悪かった。【結論】蘇生後のブメタニド投与は、その利尿作用により脳水分量をコントロール群より減らしたが、生存率や神経スコアを改善せず、投与量の調整が必要であると考えられた。実験モデル継承のため、若手研究員が動物実験を行った。手技の練習と安定した結果を得るまでに時間を要した。前年度と同様にマウスを用いた心停止モデルを用いる。次年度はブメタニドを減量して静脈内投与、24時間後の脳水分量を測定する。全身麻酔下に脳を摘出し、その水分量を測定する。ブメタニドとNKCC1抑制作用を持つβ遮断薬(ランジオロール)を併用する。ランジオロールは中心静脈カテーテルより0.1mg/kg/minで持続投与(4時間)する。4群必要。蘇生24時間後の生存率は70%程度で蘇生に成功しないものを含めて各群25匹必要、血行動態測定のためのマウス5匹も含めて25×4+5×4で約120匹のマウスが必要となる。虚血後に脳内で発現するスルホニルウレア受容体はNaイオンを細胞内に流入させるため、引き続く水の流入により細胞が膨張して死に至る。拮抗薬であるグリベンクラミドは動物実験で脳梗塞後の浮腫を50%軽減させた。心停止後の脳浮腫に対するグリベンクラミドの効果は調べられていない。マウス心停止モデルを用いて、蘇生後のグリベンクラミド投与が脳浮腫を低体温療法と同等に軽減するという仮説を検証した。中心静脈からカリウムを注入し心停止を誘発し、心停止時間6分後から人工換気、アドレナリン投与、1分間に300回の心臓マッサージを行い蘇生した。治療群を4群に分けた。1蘇生後に体温を36°C以上に保ち生理食塩水(NS)を投与した群(CPR+NS)2蘇生後に体温を36°C以上に保ちグリベンクラミド(G)を投与した群(CPR+G)3蘇生後から2時間体温を33°Cに低下させNSを投与した群(CPR+低)4蘇生後から2時間体温を33°Cに低下させグリベンクラミドを投与した群(CPR G+低)。【結果】マウスの心停止・蘇生後の脳水分量はグリベンクラミドの投与により有意にコントロール群(CPR NS)より減少した。さらに、その脳水分量は低体温療法群と同等であり、脳浮腫の抑制効果が認められた。血糖値は各群で有意差はなかった。【結論】蘇生後のグリベンクラミド投与は脳水分量をコントロール群より減らし、その浮腫抑制効果は低体温療法と同等であった。初年度の到達目標を達成できた。

脳水分量は蘇生24時間後に乾燥法を用いて測定した。【結果】過去の報告に準じてブメタニドを30mg/kg投与したが、生存率が低かったため15mg/kgに減量した。マウスの心停止・蘇生後の脳水分量はブメタニド投与により有意にコントロール群より減少したが、生存率や蘇生後の神経行動スコアはコントロール群と同等に悪かった。【結論】蘇生後のブメタニド投与は、その利尿作用により脳水分量をコントロール群より減らしたが、生存率や神経スコアを改善せず、投与量の調整が必要であると考えられた。実験モデル継承のため、若手研究員が動物実験を行った。手技の練習と安定した結果を得るまでに時間を要した。脳浮腫に関与するもう一つの受容体に関して実験を行う。虚血後早期に脳内で増加するNa-K-Cl共輸送体1(NKCC1)は、脳梗塞モデルでは拮抗薬のブメタニドにより浮腫軽減効果が認められているが、全脳虚血では調べられていない。NKCC1はATP依存性チャネルであるため、全脳虚血では血流が途絶しATPが枯渇してNKCC1が作動せず水の流入に関与しないかもしれない。NKCC1はβ遮断薬によって抑制されることも知られているので、β遮断薬の浮腫抑制効果も合わせて調べる。前年度と同様にマウスを用いた心停止モデルを用いる。次年度はブメタニドを減量して静脈内投与、24時間後の脳水分量を測定する。全身麻酔下に脳を摘出し、その水分量を測定する。ブメタニドとNKCC1抑制作用を持つβ遮断薬(ランジオロール)を併用する。ランジオロールは中心静脈カテーテルより0.1mg/kg/minで持続投与(4時間)する。4群必要。蘇生24時間後の生存率は70%程度で蘇生に成功しないものを含めて各群25匹必要、血行動態測定のためのマウス5匹も含めて25×4+5×4で約120匹のマウスが必要となる。当初計画より順調に経過したため、動物購入数が予定より少なかった。次年度は蘇生30分後にNa-K-Cl共輸送体1の拮抗薬であるブメタニド(30mg/kg)を静脈内投与、24時間後の脳水分量を測定する。ブメタニドに浮腫軽減効果が認められた場合、ブメタニドとNKCC1抑制作用を持つβ遮断薬(ランジオロール)を併用する。4群必要。蘇生24時間後の生存率は90%近いが蘇生に成功しないものを含めて各群20匹必要、血行動態測定のためのマウス5匹も含めて20×4+5×4で約100匹のマウスが必要となる。若手研究員の技術習得のために本実験が進まず、練習用のマウス購入と消耗品の購入のみに留まった。次年度は本実験に使う試薬と脳内タンパクや炎症サイトカインを測定するキットの購入に充てる。高次の脳機能を評価するための行動解析装置(新奇物質探索試験)の拡充も予定している。
粉塵層上の衝撃波の斜め反射に関する研究

平面衝撃波が衝撃波管内の傾斜面上を過ぎる場合,斜め反射が起こることは良く知られている。傾斜面が滑らかなとき,特殊な場合を除き,入射マッハ数・人射角に対し,反射形態・反射角は一意的に決まる。しかし斜面が粉塵などの多孔性媒質で覆われた場合,粉塵の三次元性やその不規則的配置故に反射波は極めて複雑な様相を呈する。我々は数年来この問題に取に組み,1)反射波の波面構造は非定常に変化する,2)三重点近傍の流れ場は非一様である,3)三重点の軌跡角は滑らかな斜面の場合に比べて小さくなる,そのため4)滑らかな斜面ではマッハ反射になる斜面傾斜角でも粉塵層上の場合には正常反射になることもある,などを明らかにしてきた。しかしながら定量的な観測が欠けていた。そこで本研究では,入射角,反射角,偏角等を精密に計測し,反射構造の定量行把握し,(粉塵層がもつ,表面粗さ,浸透性などを考慮した二次元モデルである溝付き板や,三次元モデルである多孔質板を用いた実験結果を比較対照することにより)粉塵層上の衝撃波の反射の力学的構造を解明することにした。この目的を達成するため,1.傾斜型衝撃波管に設置された傾斜面上の粉塵層上,および2.粉塵層をモデル化した(二次元および三次元)モデル傾斜面上における衝撃波の反射を,短い発光時間(170ns)をもつキセノンフラッシュランプを使用したシュリーレン光学系で観測した。パラメタは斜面傾斜角,マッハ数,粉塵粒径である。得られた衝撃波像から入射角,反射角,三重点の座標等を実物投影機にて精密測定を行い,画像忠析装置にて入射角と反射角の関係を調べた。その結果滑り線に三次元構造(滑り線の広がり)を想定し,粉塵層の空隙率を考慮すると妥当な値となることが分かった。しかしながらこの理論では説明のつかない領域の存在することも見つかった。この成果を応用力学連合講演会,Australasian Conf.,衝撃波シンポジウム,JSME lnt.にて発表した。