hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
白血病幹細胞の増殖機構-特にその分子生物学的機構の解明に関する研究

TNF-αは、白血病細胞に於けるFas,c-kit mRNAの発現を増強し、分化の方向に作用すると見られた。TNF-αとTGF-βの“相反する作用について、シグナル伝達系を含めて、より明確にすることを現在の目標としている。我々は、種々のサイトカインのヒト急性骨髄性白血病(AML)の白血病幹細胞の増殖、AML細胞の種々のproto-oncogeneの発現、アポトーシスの誘導、cell cycleに及ぼす以下のような作用を明らかにした。2.TNF-alphaの作用.TNF-alphaは単独でAML細胞を強力にS期に導入する。しかし、単独では白血病幹細胞の増殖は支持できず、IL-3などの他のサイトカインの存在が必要である。TNF-alphaは、c-kit,c-jun,Fas mRNAの発現を増強し、分化、増殖の方向に作用すると考えられた。TGF-beta_1はこのTNF-alphaの強力な増殖促進作用に拮抗的に作用した。3.AML細胞のアポトーシス誘導.AML細胞を増殖因子非添加で、in vitro増長を行うと、一過性のc-jun,c-fos mRNAの発現がみられ、細胞のS期への移行、アポトーシス誘導が起こった。IL-3などの増殖因子を添加すると、c-junの低下、c-fosの増強が確認され、アポトーシスが阻止された。従って、c-jun/c-fosの比率の低下がアポトーシス阻止と関連していると考えられた。一部の症例では、AML細胞は、S期に入らず、c-junを発現せず、又アポトーシスも認めなかった。今後はさらに、aee cycleとアポトーシスの関係について、より詳細な検討が必要と考えている。
生殖腺の形態形成機構の解明

生殖腺は生殖細胞と体細胞から構成される。生殖細胞の分化、ならびに性分化には、生殖細胞を支える体細胞の存在が不可欠である。生殖腺の原基は中腎の体腔上皮が肥厚しすることで形成される。それが未分化性腺になり、性分化に伴って精巣と卵巣になる。哺乳類と鳥類の生殖腺の形態形成には多くの共通なメカニズムがある。しかしながら、鳥類生殖腺の特殊性としては、右の卵巣は性分化に伴って退縮するという古くから知られている生物学的事実がある。この問題を分子レベルで解明した。生体内において、レチノイン酸(RA)はレチナール脱水素酵素(Radh2)により合成され、チトクロームP-450ファミリーに属するCrp26A1により分解されることで,そのレベルが維持されている。5日胚未分化性腺の皮質と髄質におけるRadh2とCrp26A1の発現を調べたところ、皮質では雌雄差は認められなかったが、Radh2は右側に、Crp26A1は左側に発現していた。髄質では左右差も雌雄差も認められなかった。生殖腺の形成に不可欠な転写因子Ad4BP/SF-1の発現を調べると、皮質ではRAの存在量と逆相関して、左側に発現していた。RAシグナルとの関係を調べるために、RAビーズを左側の未分化性腺に移植するとAd4BP/SF-1発現が阻害された。逆に、RAアンタゴニストビーズを右側の未分化性腺に移植するとAd4BP/SF-1の皮質での発現が誘導され、更に興味深いことに卵巣の萎縮がレスキューされた。6日胚の性腺の髄質では雌に特異的にRaldh2, RARa, RXRaが発現し、雌特異的にRAシグナルが働くことが予想される。髄質は、エストロゲン合成酵素であるAromataseが雌特異的に発現し、空洞化を誘導することがinhibitorを用いた実験が報告されている。RAアンタゴニストビーズを雌の右側の未分化性腺に移植することでAromataseが阻害され、卵巣の萎縮がまぬがれた。またRAビーズを左の雌の未分化性腺に移植するとAromataseが誘導され、萎縮が促進された。逆に雄の未分化性腺にRAビーズを移植したが、Aromataseが誘導されることはなく、髄質が萎縮することもなかった。髄質に対するRAシグナルは、雌特異的にAromataseを誘導することはできるが、雄では更に他の因子を必要とすることが推測される。生殖隆起を誘導するシグナル因子としてのFgf9st18において中腎細管にFgf8,Wnt4が発現している。それに隣接した中腎中胚葉にAd4BP/SF-1が発現し始める。さらに、ショウジョウバエと線虫で性分化に関与する転写因子のニワトリ相同遺伝子であるDmrt-1を同定し、その発現を調べた。Fgf9,Dmrt-1ともst18では発現していないが、st21においてFgf9はネフロンのボーマンズ結節に発現し、同時にDmrt-1は発現する領域と隣接した中腎中胚葉に発現し始めた。この部域はAd4BP/SF-1発現領域の腹側の腹部側のごく一部と重なっていた。発生が進むとAd4BP/SF-1発現領域は背側の領域と腹側の領域に分かれていき、Dmrt-1はこの腹側の領域と一致した。このことは、ニワトリ胚でも副腎・性腺原基から、それぞれ背側と腹側の部域に、別れていき、それぞれから副腎と生殖腺が形成されていくことを示している。さらに、st21でネフロトームの先端部分の細胞に発現するFgf9は生殖腺の形成を誘導するシグナルであると結論した。理由として第一に正常胚における発現は時間的に、空間的に生殖腺に特異的な遺伝子マーカーであるAd4BP/SF-1,cDmrt-1の発現に密接にリンクしている。第二にFgf9の異所性発現により、生殖腺の遺伝子マーカーであるAd4BP/SF-1,cDmrt-1,AMHが誘導される。第三に、異所性に形成された生殖腺の周りにはVASA抗原陽性の始原生殖細胞が移動してくる。第四に、FGF9シグナルを特異的に阻害するように、FGFレセプター阻害剤であるSU5402を染み込ませたビーズを3日胚の体腔上皮側から移植すると腹側のAd4BP/SF-1発現のみがならびにcDmrt-1の生殖腺における発現が阻害される。以上のことは生殖隆起を誘導するシグナルが中腎に存在することを初めて示したもので中腎のもつ生殖腺をつくるという生物学的重要性を示している。

生体内において、レチノイン酸(RA)はレチナール脱水素酵素(Radh2)により合成され、チトクロームP-450ファミリーに属するCrp26A1により分解されることで,そのレベルが維持されている。5日胚未分化性腺の皮質と髄質におけるRadh2とCrp26A1の発現を調べたところ、皮質では雌雄差は認められなかったが、Radh2は右側に、Crp26A1は左側に発現していた。髄質では左右差も雌雄差も認められなかった。生殖腺の形成に不可欠な転写因子Ad4BP/SF-1の発現を調べると、皮質ではRAの存在量と逆相関して、左側に発現していた。RAシグナルとの関係を調べるために、RAビーズを左側の未分化性腺に移植するとAd4BP/SF-1発現が阻害された。逆に、RAアンタゴニストビーズを右側の未分化性腺に移植するとAd4BP/SF-1の皮質での発現が誘導され、更に興味深いことに卵巣の萎縮がレスキューされた。6日胚の性腺の髄質では雌に特異的にRaldh2, RARa, RXRaが発現し、雌特異的にRAシグナルが働くことが予想される。髄質は、エストロゲン合成酵素であるAromataseが雌特異的に発現し、空洞化を誘導することがinhibitorを用いた実験が報告されている。RAアンタゴニストビーズを雌の右側の未分化性腺に移植することでAromataseが阻害され、卵巣の萎縮がまぬがれた。またRAビーズを左の雌の未分化性腺に移植するとAromataseが誘導され、萎縮が促進された。逆に雄の未分化性腺にRAビーズを移植したが、Aromataseが誘導されることはなく、髄質が萎縮することもなかった。髄質に対するRAシグナルは、雌特異的にAromataseを誘導することはできるが、雄では更に他の因子を必要とすることが推測される。
近代日本における産業啓蒙家の研究

本研究は、近代日本における産業啓蒙(行政官・著述家・実務家・教育家・御雇外国人教師など)の人名リストを作成し、これらの産業啓蒙家が日本産業の近代化に果たした役割を解明することを目的とする。本年度は、前年度に続いて、国立国会図書館など在京図書館における資料調査とともに、全国各地の郷土資料館その他の地方資料を収集するため、前年度に残された東北および北海道の2ブロックにおいても現地に調査し、多数の貴重な資料を集めることが出来た。それらをもとに人名リストの作成を進めながら、次の2件の論文を発表した。(1)日本の工学教育の創始者であり、工部官僚として工業化の啓蒙者となった山尾庸三について、国立国会図書館の憲政資料室その他で第一次資料の収集にあたり、その成果を明治学院大学国際学部の紀要『国際学研究』(第3号、1988年12月)に発表した。山尾に関する初めての研究論文であると自負している。(2)その山尾の親友であった槇村正直は、京都府において地域産業の啓蒙家として活躍したが、その際、牧畜・織物・製紙・陶器などの諸部門に外国人教師を雇い入れた。京都府総合資料館や国立公文書館などに所蔵される資料をもとにして、広島大学教育学部紀要に「地方産業の近代化に果たした外国教師の役割-明治初期京都府の場合」(第1部第37号、1989年3月)発表し、22名の外国人教師の業績について記した。本年度になした東北および北海道における地方資料の荵集作業においては、特に3人の外国人教師の役割に注目した。その1は、米沢興譲館の英学教師となったダラスであり、その2は、弘前東奥義塾の英学・理学教師となったイングであり、その3は、開拓使の牧畜教師となったダンである。これらの3人については、新資料を含めて多くの知見を得ることができたので、論文にまとめる予定である。本研究は,近代日本が産業国家として発達した際,西洋の産業に関する知識や技術を奨励したり実践したりする,いわゆる産業啓蒙家の実績について, (1)その総合的な人名リストを作成するとともに, (2)それらの産業啓蒙家が日本の産業の近代化に果たした役割を解明することを,主要な目的とする.第1の課題は,悉皆的調査による一般的傾向の把握を目標にし,第2の課題は,事例的研究による分析の深化を目ざして研究を進めた.本年度は,そのための資料調査を中心的な作業とした.特に東京の図書館(国立公文書館,国立国会図書館,外務省外交史料館,東京大学総合図書館その他)に所蔵される,(1)国政次元の産業啓蒙家の公文資料, (2)府県段階の産業啓蒙家の関係資料,(3)中央および地方で活躍した御雇外国人に関する資料の収集にあたった.当初の予想をはるかに越える資料が所在していたため,その調査と関係部分の書写および複写にかなりの精力を費した.研究経費もまた,東京への出張旅費と資料複写費にかなりの部分を充当した.特に複写費が当初の計画をかなり上回わる結果となった.全国を6ブロックに分けて,府県立・市町村など公立図書館に所蔵される地方での産業啓蒙家の活躍状況に関する資料調査は,上記のように在京の資料調査に手間どったため,十分に所期の目的を果たすことはできなかったため,次年度の課題としたい.本年度は,近畿と関東甲信越の府県立図書館を一巡して,主要な資料の所在を確かめ,関係部分の複写をなした.本年度収集した資料については,その整理を進め,人名カードを作成した必要事項の記載を進めたが,この作業も次年度に継続することになる.目下資料収集の段階であるため,歴史的・理論的な考察は今後の課題となる.本研究は、近代日本における産業啓蒙(行政官・著述家・実務家・教育家・御雇外国人教師など)の人名リストを作成し、これらの産業啓蒙家が日本産業の近代化に果たした役割を解明することを目的とする。

その1は、米沢興譲館の英学教師となったダラスであり、その2は、弘前東奥義塾の英学・理学教師となったイングであり、その3は、開拓使の牧畜教師となったダンである。これらの3人については、新資料を含めて多くの知見を得ることができたので、論文にまとめる予定である。
液体トライボ分子膜のパターニングによるマイクロナノ機構の潤滑特性の制御

マイクロマシンや磁気ディスク装置などのマイクロナノ機構において,ナノ厚さの液体高分子潤滑膜を介した相対運動を精確かつ安定に実現するために,フォトマスクを介した紫外線(UV)照射を利用して,潤滑膜に微細なパターンを形成することにより潤滑特性を制御する方法を提案した.パターニング法として,固体表面にUV照射したのちに,潤滑膜を塗布する方法を新たに提案し,その有効性をシリコン表面と磁気ディスク表面において確認した.また,分子動力学シミュレーションにより,パターンの形成は,照射領域における固体表面と潤滑剤分子との極性相互作用の増加に伴う分子密度の増加に起因することを見出した.さらに,原子間力顕微鏡を用いたフォースカーブ測定により, UV照射時間の増加とともに,凝着力が増加するが,測定プローブと試料間の潤滑膜液架橋が形成されにくくなることを明らかにした.マイクロマシンや磁気ディスク装置などのマイクロナノ機構において,ナノ厚さの液体高分子潤滑膜を介した相対運動を精確かつ安定に実現するために,フォトマスクを介した紫外線(UV)照射を利用して,潤滑膜に微細なパターンを形成することにより潤滑特性を制御する方法を提案した.パターニング法として,固体表面にUV照射したのちに,潤滑膜を塗布する方法を新たに提案し,その有効性をシリコン表面と磁気ディスク表面において確認した.また,分子動力学シミュレーションにより,パターンの形成は,照射領域における固体表面と潤滑剤分子との極性相互作用の増加に伴う分子密度の増加に起因することを見出した.さらに,原子間力顕微鏡を用いたフォースカーブ測定により, UV照射時間の増加とともに,凝着力が増加するが,測定プローブと試料間の潤滑膜液架橋が形成されにくくなることを明らかにした.1.パターニング法の確立分子膜のパターニング法として,固体表面にマスクパターンを介して紫外線(UV)照射したのちに,分子膜を塗布する(固体表面へのUV照射)方法を新たに提案するとともに,その有効性をシリコン表面と磁気ディスク表面において確認した.従来の分子膜へのUV照射法(固体表面に分子膜を塗布したのちに,マスクパターンを介してUV照射する方法)とは異なり,固体表面へのUV照射法は,UV吸収率が低い潤滑剤PFPE ZO3にも適用可能で,潤滑剤の特性に依存しない高い汎用性を有することを明らかにした.2.パターニングのメカニズムの解明UV照射の効果を固体表面と潤滑剤分子末端基の極性相互作用を増強させることによりモデル化するとともに,厚さ2nmの極性高分子液体潤滑膜の分布を分子動力学法を用いて再現した.その結果,局所的なUV照射により,潤滑剤分子が非照射領域から照射領域へ移動し,平衡状態では潤滑膜の凹凸パターンが形成されることを確認した.またエネルギーの計算により,UV照射直後に急激に上昇した潤滑膜の内部エネルギーが,非照射領域から照射領域への分子移動に伴い,安定な状態へ遷移することを明らかにした.3.力学特性の測定走査型プローブ顕微鏡を用いて凝着力を測定した.プローブとしては,先端曲率半径10,100nmの市販プローブ,先端曲率半径を10nmから100nmに磨耗させた自作プローブ,およびチップレスプローブに半径15μmのガラス球を接着した自作プローブの4種類を比較検討し,高精度・高再現性のデータ採取が可能な先端曲率半径100nmの自作プローブを選定した.厚さ2nmの分子膜を塗布したディスク表面にUV照射ありと照射なしの場合を比較評価した結果,凝着力の測定値が理論値と精度よく一致すること,またUV照射により凝着力が約10%低減したことを明らかにした.1.パターニング法の確立磁気ディスク表面に実用されているPFP系高分子潤滑剤のうち,代表的な3種類(紫外線官能型潤滑剤AM3001,極性潤滑剤zdo12000,無極性潤滑剤Z03)を用いて,磁気ディスク表面に厚さ約3.5nmの潤滑膜を形成し,紫外線(UV)照射/非照射領域におけるボンド膜厚と表面エネルギー,また潤滑剤有無の段差状境界からの表面流動(段差境界流動),さらにUV照射/非照射の境界領域の表面流動(照射境界流動)などを測定した.これらの測定結果に基づいて, UV照射による分子潤滑膜とディスク表面との結合のメカニズムや,表面上の存在形態,パターニングの最適条件などを明らかにした.2.パターニングのメカニズムの解明分子動力学法を用いて,固体表面における分子潤滑膜の分布を再現するとともに, UV照射による潤滑剤極性末端基と固体表面との相互作用の増加が潤滑膜の分布に及ぼす影響を評価した.固体表面と潤滑剤分子末端基の極性相互作用の増加とともに,照射/非照射領域の膜厚の差(凹凸構造)が増大することを明らかにした.また凹凸構造の形成は, UV照射領域の分子密度の増加に伴う分子の扁平率の減少に起因することを見出した.3.力学特性の測定UV照射が単分子層潤滑膜の凝着特性に及ぼす効果を,原子間力顕微鏡(AFM)を用いたフォースカーブ測定により評価した.UV照射時間の増加とともに,凝着力が増加したが,測定プローブとディスク間の潤滑膜液架橋が形成されにくくなったことを確認した.
牛白血病ウイルス感染によるB-1a細胞選択的腫瘍化機構の解明

牛白血病ウイルス(BLV)は、地方病性牛白血病の原因ウイルスであり、Bリンパ球の1種のB-1a細胞を選択的に腫瘍化させる。申請者は、BLV特異抗原と活性化サイトカインの共刺激によりB-1a細胞が選択的に腫瘍化するという仮説を立てた。本研究は、BLV感染によるB-1a細胞の牛体内の増殖組織を突き止め、増殖環境におけるB-1a細胞の異常増殖に働くBLV抗原及び活性化サイトカインを同定することにより、B-1a細胞選択的に起こる腫瘍化機構を解明することを目的とする。本研究は、B-1a細胞の特性に着目した体内増殖環境の解析によるBLV研究の新しいアプローチである。
「総合的な学習」の明確化とそのカリキュラム開発力を高めるための「10年次研修」

本研究は,総合的学習に関するカリキュラム開発および総合的学習を担当する教員の力量形成について検討することが目的であった.研究初年度は,総合的学習に関する諸問題点を総点検するために教育現場で総合的学習を担当している教員に対する公聴会を実施し,2年目以降の研究課題を整理した。2年目は初年度の研究成果をもとに総合的学習に関するアンケート調査を実施した。具体的には,茨城県内の小・中学校教員に対するアンケート調査を実施するために,調査項目の検討・精選を行った。本調査は,年間2回に分けて実施し,県内小.中学校約50校の基礎データを回収することができた。調査内容は,(1)「総合的学習の実施時間」「総合的学習の内容」が学年ごとに差が見られるのかという実態に関する調査,および(2)「総合的学習の今後の取り扱い」や「総合的学習を担当する教師に求められる資質・能力」について尋ねた。その結果,県内小・中学校の総合的学習は学校の独自性を発揮して行っているものは少数で,総合的学習の内容や時間数には共通性が多く見られた。3年目は2年目に行った「総合的な学習の時間」に関する実態調査を詳細に分析するとともに,「総合的な学習の時間」をめぐる諸課題に関して研究をすすめ,芸術教科である「音楽と総合的な学習の時間」について,また「特別支援教育と総合的な学習の時間」についてまとめた。研究最終年度には,研究初年度から行ってきたシンポジウム・公聴会・実態調査の結果・芸術教科と特別支援教育からの「総合的な学習の時間」をめぐる諸課題のすべてを研究報告書に掲載し,印刷した。印刷した研究成果報告書は関係者等に配布した。時限付細目の初年度に採択された本研究では、総合的学習の諸問題点を総点検することから始められた。そのために各界で活躍される研究者、実践者をお呼びして、公開シンポジウムと公開座談会を開催した。公開シンポジウムは、平成16年9月4日、茨城県立図書館視聴覚ホールを会場において、久地岡啓一郎氏(茨城大学教育学部附属小学校教諭)、加茂川くるみ氏(ひたちなか市立勝田第一中学校)から実践報告をいただき、藤井千春氏(早稲田大学教授)をコーディネーターに、井戸紀子氏(茨城大学非常勤講師)、仁平良治氏(茨城県教育委員会指導主事)、濱田純氏(秋田大学教育文化学部附属小学校副校長)をパネラーに迎え実施された。総合を苦手とする教師は指導計画からつまずき、ドリルや形式的な読書時間にしてしまう場合もある。管理職も意識をもち、学校として研究体制を確立していくことが大事である(藤井氏)。従来から見かける間違った活動というのは、「活動で何か見つけ、きり絵など決まった表現活動をし、教師はできるだけきれいに見せようとする」といった「パターン化」されたものである。子どもの「立ち止まり」を大切にし、子どもの立場になって学びをつくりあげること、教師間のコミュニケーションをはかり、教師全員が意識改善し全校で動いていくことが大切である(井戸氏)といった指摘があった。公開座談会は、平成16年12月19日、茨城大学教育学部附属教育実践総合センターにおいて、吉田孝氏(弘前大学、元国立教育政策研究所)、神永典郎氏(日立市教育委員会指導主事)、高貫純一氏(水戸市立吉田小学校)、鈴木亮太氏(大洗南中学校)の参加を得て実施された。本研究は,総合的学習に関するカリキュラム開発および総合的学習を担当する教員の力量形成について検討することが目的であった。初年度の昨年度は,総合的学習に関する諸問題を総点検するために教育現場で総合的学習を担当している教員に対する公聴会を実施したが,本年度は昨年度の研究成果をもとに総合的学習に関するアンケート調査を実施した。

本調査は,年間2回に分けて実施し,県内小・中学校約50校の基礎データを回収することができた。調査内容は,(1)「総合的学習の実施時間」「総合的学習の内容」が学年ごとに差が見られるのかという実態に関する調査,および(2)「総合的学習の今後の取り扱い」や「総合的学習を担当する教師に求められる資質・能力」について尋ねた。その結果,県内小・中学校の総合的学習は必ずしも学校の独自性を発揮して行っているものは少数で,総合的学習の内容や時間数には共通性が多く見られた。しかし,総合的学習の取り扱いについては,子どもの学力を底上げするものであるので今後も充実させていくべきであると行った回答と,基礎基本を徹底しなければ総合的学習はうまくいかないといった2つの意見が出された。教師に求められる資質・能力についても,総合的学習は教師の資質向上に貢献するものであると言った肯定的な意見が出される一方で,雑多な業務の中ではこれ以上の負担は負えないといった意見が出されるなど,見解が分かれる結果となった。この調査を受けて,次年度の研究成果報告の方法について会議を重ねた。本研究では,小・中学校の「総合的な学習の時間」の実態を調査し,教師が創造的なカリキュラムを開発していくために必要な資質や専門性について明確化することが課題であった。そして,教師に求められる資質や専門性を教員研修システムにどのように位置づけられるかについて検討することが課題であった。こうした研究課題に対し,研究初年度にはシンポジウム及び座談会を開催し,茨城県内の教員等から「総合的な学習の時間」に関する実態,課題,教師に求められる資質について報告をしてもらった。このときの討論の記録をまとめ,研究成果報告書に記載した。また,シンポジウム及び座談会において析出された研究の視点を調査項目にまとめ,研究2年目に茨城県内の小・中学校にアンケート調査を実施した。2年目に実施したアンケート調査では,茨城県内の「総合的な学習の時間」の週あたりの時間数,教員指導体制,「総合的な学習の時間」で取り扱われているテーマ,教師に求められる資質,「総合的な学習の時間」と学力との関係,「総合的な学習の時間」の今後の課題について調査した。その結果,小学校と中学校の間で「総合的な学習の時間」の実施形態に差が見られたが,教師に求められる資質や専門性について小学校と中学校の間に大きな差は見られなかったことが明らかになった。こうした調査結果を研究最終年度(3年目)に詳細に分析し,研究報告書にまとめ,掲載した。また,研究最終年度には「総合的な学習の時間」をめぐる諸課題とし,芸術教科である「音楽と総合的な学習の時間」について,また「特別支援教育と総合的な学習の時間」についてまとめ,研究報告書に掲載した。
複数の顔をノルムとした新しい矯正診断システムの構築

本研究では、自己組織化マップ(SOM)を用い、単一のノルムに依存しない新しい矯正診断システムの構築を目的とした。方法として、矯正治療後の成人女性109名を対象に、側面セファログラムを資料とし、硬組織19個の計測点の座標値から入力データを作成し、4×4個の計算ユニットを持つSOMで反復学習を行った。1万回の学習後に各ユニットの情報を視覚化したところ、下顎の前後・垂直的位置、上下顎切歯の前後的位置に違いがみられ、特徴の異なる16パターンが視覚化された。これらの硬組織側貌のバーチャルパターンをもとに、初診時の分類を行えることが示唆された。平成20年度に、複数の顔をノルムとする場合の側貌形態のバリエーションを検討するため、自己組織化マップ(SOM)による顔のバリエーションの検討を行った。具体的には、2021歳の106名を対象に、規格撮影された側貌デジタル画像を用い、軟組織を代表する23計測点の座標値を求め、座標値に某づくSOMでの分類を行った。これを実現するため、フランクフルト平面を基準とした座標値の取得およびSOMめ自動学習アルゴリズムをプログラムした。また、結果の表示方法として、計算ユニットに学習された形態を再構築し、視覚的に検討できるようにした。その結果、5×5の計算ユニットのマップを用いた場合に、臨床的にしばしば観察される形態を含む、25個の架空の側貌形態が得られた.マップの大まかな性質としては、鼻の高さやオトガイの突出、上下口唇の突出により領域が特徴付けられていた。次に、SOMによる25個の側貌形態は、バーチャルな形態であるため、実際の側貌形態との比較を視覚的に行った。106個体のあてはめにより、福岡県北九州市八幡東区中央ユニットよりも個体の多くあてはまったU1、U2、U8、U15およびU17を代表形態と考え、U13も含め、学習により得られた架空の側貌形態と実際の形態との比較を行った。各ユニットで実際のデジタル画像を類似度の順に並べた結果、架空の側貌形態に抽出された特徴が実際の形態でも認められ、視覚的に類似していた。以上により、複数の顔をノルムとする場合、代表形態が少なくとも6個以上存在する可能性が示された。平成20年度に行った軟組織側貌形態のバリエーションの検討に続き、平成21年度には複数の顔のノルムとなる硬組織の特徴点を用いたバリエーションの検討を行った。具体的には、矯正治療の終了した成人女性109名を対象に、デジタル撮影された側面頭部エックス線規格写真を資料とし、19個の硬組織の計測点と21個の軟組織の計測点の座標値を取得した。これらのうち、硬組織の座標値をX軸とY軸の順に一列に並べ、38次元の自己組織化マップ(SOM)への入力データとした。これらを4×4個の計算ユニットをもつマップで1万回学習し、各ユニットに硬組織のバーチャルパターンを生成した。また、基準形態として、矯正治療後に骨格と歯軸とに問題のみられなかった成人女子20名について、同様に硬組織および軟組織の計測点の座標値を取得し、各計測点の座標平均値をもとに基準形態を作成し、バーチャルパターンとの比較を行った。その結果、マップの16ユニットの学習結果を視覚化したところ、各パターンで下顎の前後的および垂直的位置、さらには上下顎切歯の位置に違いがみられ、硬組織の特徴の異なる16パターンが視覚化されていた。また、109名をマップへ再帰的に当てはめたところ、5つのユニット(U4,6,10,11,15)に比較的多くの症例の分布を認めた。これら5つのバーチャルパターンには、軟組織側貌形態も含めて類似した実際の症例が分布しており、これらの典型的な硬組織プロファイルをもとにした初診時の分類の行える可能性が示唆された。
クロロフィルAC植物の系統と類縁の解析

クロロフィルac植物の代表群,1)黄金色藻網2)シヌラ藻網3)珪藻網4)黄緑藻網5)真眼点藻網6)褐藻網7)ラフィド藻網8)ハプト藻網およびa)クリプト藻網について、類縁の解析に有力な手掛りを与えると類推される下記の形質について研究した。主な結果を記述する。1.鞭毛装置構造-上記の藻群1)、2)、4)、5)、6)、7)は互に類似し類縁関係の近さが推測できる。8)の藻群は長鞭毛の鞭毛根の一つが時計回りに走行し、微小管形成中心をもち、細胞骨格微小管を生ずるなど、他の群と大きく異なる構造をもつ。9)クリプト藻も他と大きく異る。2.有糸分裂過程-上記8)ハプト藻網6属9種の中、パブロバ属2種を除き、総てが基本的に同じである。鞭毛装置が有糸分裂後半まで分離が起らないこと、紡錘糸微小管は長鞭毛から伸びる繊維性根系に由来する点はパブロバ属の特異形質と考えてよい。3.色素体核-上記藻類は基本的にはリング型色素体核である。そこでAC植物以外にリング型色素体核をもつ単細胞紅藻イデユコゴメM8株の全生活環を調べた結果、コムギ属で知られた中心局在型→リング型→分離型といった発生に伴う色素体核の形状変化は見られなかった。4.光合成色素組成-上記藻類の4)黄緑藻網24株、4)より近年分離独立した5)真眼点藻網8株の色素組成は、前者が例外なくC_1C_2をもつがC_3を欠如に対し、後社は全くCを欠如の結果を得た。両網の分類上の独立性が再確認された。なお知られる限りでは、5)はいずれも単細胞性であり、今回精査した糸状藻はいずれも4)に所属することが判明した。5.グリコール酸酸化酵素-上記藻群の1)、2)、4)、5)、6)、7)の構成種11種はいずれも例外なくグリコール酸オキシダーゼであり、3)珪藻類3種とクリプト藻類2種はいずれもデヒドロゲナーゼであった。陸上植物系列の緑色植物が例外なくオキシダーゼである点と比べ興味が深い。1研究資料の蒐集と生体藻株の保存及び分類の研究黄金色藻・黄緑藻・真眼点藻・珪藻及びクリプト藻について天然より多数の種の藻株を採集し,分離・生体培養保存に成功した.黄緑薄と真眼点藻については海外の培養株保存機関より多数の藻株を購入した.種名の不明な黄金色藻のマロモナス;ファエアステル;パラフインモナス・クリプト藻のクリプトモナス等について多くの藻株を対象に分類学の研究を実施し,夫々種名を同定した.2.生殖・生活史の研究1に記したマロモナス,ファエアステル及び珪藻のディプロネイスについて生殖と生活史について新知見を得た.特に珪藻については有性生殖と接合子より増大胞子形成過程について電顕を用いた詳しい知見を得ることに成功した.これらの知見は今春の専門分野の全国大会で発表の予定である.3.鞭毛製置の研究特にハプト藻のジョウモンリトス・クリソクロムリナ;プラチクリシス;イマントニア,パブロバ等について鞭毛根の数と配列及び鞭毛基却の移行部の構造が研究され新知見が多く得られた.4.細胞分裂の研究分類上の位置が問題視されているパブロバについて細胞分裂過程における微小管の挙動などが詳しく研究された.5.光合成色素組成の研究黄緑藻及び真眼点藻の33種のクロロフィルC及びカロティノイドについて調査した結果,クロロフィルC,βーカロテン,ヴイオラキサンチン等の有無に関し,分類群との対應で顕著な結果を得た.6.葉緑体核と細胞核のDNAの存在様式,葉緑体にガードルラメラをもつ種はリング型核様体をもつことが確認できた.ナンノクロロプシスの細胞核DNA量は僅かに5×10^5BPであり,従来最小量の生物とされてきた酵母の約2/3である.クロロフィルac植物の代表群,1)黄金色藻網2)シヌラ藻網3)珪藻網4)黄緑藻網5)真眼点藻網6)褐藻網7)ラフィド藻網8)ハプト藻網およびa)クリプト藻網について、類縁の解析に有力な手掛りを与えると類推される下記の形質について研究した。主な結果を記述する。

3.色素体核-上記藻類は基本的にはリング型色素体核である。そこでAC植物以外にリング型色素体核をもつ単細胞紅藻イデユコゴメM8株の全生活環を調べた結果、コムギ属で知られた中心局在型→リング型→分離型といった発生に伴う色素体核の形状変化は見られなかった。4.光合成色素組成-上記藻類の4)黄緑藻網24株、4)より近年分離独立した5)真眼点藻網8株の色素組成は、前者が例外なくC_1C_2をもつがC_3を欠如に対し、後社は全くCを欠如の結果を得た。両網の分類上の独立性が再確認された。なお知られる限りでは、5)はいずれも単細胞性であり、今回精査した糸状藻はいずれも4)に所属することが判明した。5.グリコール酸酸化酵素-上記藻群の1)、2)、4)、5)、6)、7)の構成種11種はいずれも例外なくグリコール酸オキシダーゼであり、3)珪藻類3種とクリプト藻類2種はいずれもデヒドロゲナーゼであった。陸上植物系列の緑色植物が例外なくオキシダーゼである点と比べ興味が深い。
脳梁と視床-皮質神経回路形成におけるDraxinシグナルの役割

本研究の目的は、我々が発見した新規ガイダンス分子であるDraxinに着目し、非常に複雑な脳神経回路の形成メカニズムの一端を明らかにする事である。本研究では、Draxinがユニークな役割を果たすと考えられる脳梁形成と視床皮質軸索投射に着目した。視床皮質軸索と皮質視床軸索は内包で直接的に相互作用し、最終的な標的にお互いをガイドする。パイオニア軸索を発するサブプレート神経が視床皮質軸索投射に必須であることが明らかにされているが、その過程に関わるガイダンス分子は報告されていない。我々は、Draxinの機能に関して以下の事を明らかにした。1)Draxinノックアウトマウスの視床皮質軸索は内包までは到達するが、その後大脳新皮質に投射されず、一部は外包に異常に投射する。2)Draxinはサブプレート神経を含む大脳新皮質に強く発現する。3)Draxin-Alkaline Phosphatase (AP)タンパク質は視床皮質軸索に結合する事から、視床皮質神経細胞にDraxin受容体が発現すると考えられる。さらに、Draxinは視床組織片からの神経突起に結合し、その伸長を阻害する。4)Draxinノックアウトマウスにおけるサブプレート神経の形成は正常である。以上の結果から、サブプレート神経を含む大脳新皮質から分泌されるDraxinが視床皮質軸索の内包から大脳新皮質への投射に必須のガイダンス分子であると考えられた。脳梁形成に関しては、Draxinの反発活性を仲介する受容体がdccである事を明らかにした。本研究の目的は、我々が発見した新規ガイダンス分子であるdraxinに着目し、非常に複雑な脳神経回路の形成メカニズムの一端を明らかにする事である。本年度は、皮質視床/視床皮質軸索投射におけるdraxinの役割に着目した。視床皮質軸索と皮質視床軸索はinternal capsuleで直接的に相互作用し、最終的な標的にお互いをガイドする。実際、視床皮質軸索投射には皮質視床軸索が必須であることが多くのノックアウトマウスの解析から明らかになっている。draxinノックアウトマウスにおけるこれらの軸索投射異常を調べるために、蛍光色素DiIを用いたトレース実験を行った結果、以下のことが明らかとなった。1、視床皮質神経軸索はinternal capsuleまでは到達するがその後、大脳皮質に投射されず、一部はexternal capsuleに異常に投射する。2、皮質視床軸索の一部は、internal capsuleに入ることができず、external capsuleに異常に投射する。次に、視床皮質軸索と皮質視床軸索のどちらが最初に投射異常を示すかを調べるために、Tag1(皮質視床軸索のマーカー)とcalretinin(視床皮質軸索のマーカー)の二重染色を行った。E14.5で、皮質視床軸索は正常であるが、視床皮質軸索はinternal capsule内で異常が観察された。このことから、最初の異常は視床皮質軸索に起こり、それに伴い皮質視床軸索の異常が引き起こされると考えられた。draxinはこれらの軸索投射期に大脳皮質や視床等広範囲に発現が観察される。今後、組織片培養系を用いてdraxinが視床皮質軸索にガイダンス活性を持つのか、in vitroの組み合わせ培養系等を用いてどこに発現するdraxinが重要であるのかを検討していきたい。本研究では、draxinがユニークな役割を果たすと考えられる視床皮質軸索投射に着目した。

パイオニア軸索を発するサブプレート神経が視床皮質軸索投射に必須であることが明らかにされているが、その過程に関わるガイダンス分子は報告されていない。我々は、draxinの機能に関して以下の事を明らかにした。1)draxfnノックアウトマウスの視床皮質軸索は内包までは到達するが、その後大脳新皮質に投射されず、一部は外包に異常に投射する。2)draxinはサブプレート神経を含む大脳新皮質に強く発現する。3)draxin-Alkaline Phosphatase (AP)タンパク質は視床皮質軸索に結合する事から、視床皮質神経細胞にdraxin受容体が発現すると考えられる。さらに、draxinは視床組織片からの神経突起に結合し、その伸長を阻害する。4)draxinノックアウトマウスにおけるサブプレート神経の形成は正常である。以上の結果から、サブプレート神経を含む大脳新皮質から分泌されるdraxinが視床皮質軸索の内包から大脳新皮質への投射に必須のガイダンス分子であると考えられた。今後、大脳新皮質特異的なdraxinコンディショナルノックアウトマウスを作製して、この仮説を検証したい。
在宅ヘルスケアのための便器内蔵型光学式尿成分自動計測システムの開発

糖尿病予防を主目的とした家庭用の便器内蔵型の光学式尿成分自動計測システムの具現化を最終目標とし,近赤外吸収スペクトル法とケモメトリクス法を併用することで尿中のグルコース及び尿素の濃度予測が可能であることを確認した。さらにフロースルー型セルとバントバスフィルタから成る簡易分光システムを構築し、上記2成分に加え塩化ナトリウムの濃度予測可能であることを確認するとともに、これら知見を基に便器内蔵型のプロトタイプシステムを開発した。糖尿病予防を主目的とした家庭用のトイレ(便座及び便器)内蔵型尿成分自動計測システムを開発する.尿成分の計測方法としては,従来の市販品のような酵素電極による電気化学的な方法は用いず,近赤外領域の分光学的手法を用いることにより従来品の難点であった電極寿命や高価格化の問題点を解決する.またシステムの簡易化・低廉化のために近赤外光発光ダイオード(LED)アレイを用いた簡易スペクトル計測システムを試作すると共に,これを組み込んだトイレ内蔵型の尿成分自動計測システムを具現化する.糖尿病予防を主目的とした家庭用の便器内蔵型の光学式尿成分自動計測システムの具現化を最終目標とし,近赤外吸収スペクトル法とケモメトリクス法を併用することで尿中のグルコース及び尿素の濃度予測が可能であることを確認した。本研究の最終目標である「家庭用の便器内藏型光学式尿成分自動計測システム」の具現化に当り、今年度はまず分光学的手法による尿中グルコース濃度推定法に関する基礎実験を行った。具体的にはグルコース濃度が0150mg/dlの範囲で、かつ妨害物質としてアルブミンを含む模擬尿溶液を調製し、FT-IR型近赤外分光装置(現有設備)により吸光スペクトルを計測した。その結果、各波長における吸光度とグルコース濃度との間にいわゆるBeer-Lambart則が成り立たず物理モデルの適用が困難であることが判った。そこで得られたスペクトルに対して「ケモメトリクス法」の一手法であるPLS法を用いて検量モデルを構築し、検体のグルコース濃度予測を行ったところ、妨害物質であるアルブミンの存在下においても平均5mg/dl程度の予測誤差でグルコースの濃度予測が可能であることが確認された。次に健常成人男性9名の尿を被検溶液とし,グルコースを加えた様々な濃度別サンプル(1-505mg/dl 443個)を調製し近赤外吸収スペクトルを計測した。得られたグルコース濃度別データ群をモデル構築用と検定評価用に分けPLS法を用いて尿糖濃度予測を行った.その結果、単一被験者に対する平均予測誤差は24.3mg/dl,平均相関係数は0.982となり,本法により尿中グルコース濃度が推定可能であることが確認された.一方、複数被験者のデータを用いてモデル構築した場合(モデル構築用データ332個,濃度予測用データ111個)、平均予測誤差は45mg/dlと単一被験者の結果と比較すると大きくなったが、市販の尿試験紙の測定濃度範囲(最大1,0002,000mg/dl)を考慮すれば十分実用に供し得る計測精度を有しているものと考えられた。本研究の最終目標である「家庭用の便器内蔵型光学式尿成分自動計測システム」の具現化に当り,今年度は妨害物質として尿素がグルコース濃度予測に及ぼす影響を調べるために,尿素濃度を任意に変えた混合溶液で濃度予測を行った.一方,グルコース以外の重要な尿成分としてアルブミンに着目し,これが同時予測可能かを併せて検討した.具体的には,グルコース(52000mg/dl:10種),アルブミン(5300mg/dl:10種),尿素(5002800mg/dl:10種)の3成分混合溶液を合計1000サンプル作成し,昨年度考案した方法,すなわちFT-IR型近赤外分光装置(現有設備)により得たスペクトルに対してケモメトリクスの一手法であるPLS法を適用することによりグルコース及びアルブミンの濃度予測を行った.その結果,グルコース濃度予測における平均予測誤差は60.4mg/dlとグルコース単一成分の結果より高値となり尿素濃度が予測精度に影響することが示唆された.一方,アルブミンの濃度予測については平均予測誤差:18.4mg/dlとなり,市販尿試験紙による半定量計測と同様の使用法を想定した場合には十分実用に供し得る精度を有しているが,定量計測を想定した場合には100mg/dl以下の低濃度での計測精度向上が必要なことが確認された.また実用システムへの移行を考慮してスペクトル計測用のセルに市販のフロースルー型セルを導入したプロトシステムを新たに試作しグルコース濃度予測の可能性を検討した.具体的にはOcean Optics社製のフローセル(光路長:10mm,セル容量:60μl,セル窓材質:UVグレードシリカ),光源(ハロゲンランプ,6.5watt),近赤外分光器(NIR512,スペクトル範囲:8501700nm,波長分解能:約3nm)及び光フアイバを用いて水及びグルコース水溶液のスペクトルを各々計測し,その差分スペクトルに対してPLS法を適用することによりグルコース濃度予測モデルを構築した.その結果,平均予測

誤差:49.0mg/dlという結果を得,フローセルを用いたプロトシステムにより尿糖計測が可能であることを確認した.昨年度構築したフローセル型簡易分光システムを用いて生体尿におけるグルコース濃度予測実験を行った。被験者は健常成人9名(男性、22-23歳)で、早朝尿200mlを採取し濃度範囲0500mg/dlのグルコース添加尿サンプルを調製した。サンプル数は被験者1名あたり33個で、これらを検量線構築用の26個と濃度予測用の7個に分け、各サンプルの近赤外吸収スペクトル(波長範囲:858-1746nm,理論波長分解能:1.73nm)を計測した。これらと予め計測しておいた溶媒(水)の吸収スペクトルから差分吸光度スペクトルを求め、PLS回帰法(潜在変数:15)によりグルコース濃度予測を行った。その結果、平均予測誤差:SEP=57.2mg/dl、相関係数:γ=0.926を得、単一被験者の場合は十分実用可能な精度で尿中グルコース濃度が予測できることが確認された。一方、9名の被験者全員のサンプルを用いて、この中から8名分のデータで検量線を構築し、残り1名のデータで濃度予測したところ、あらゆる組み合わせにおいてSEPは100mg/dl以上、γの値は0.4色7と予測精度が低下した。その原因を精査したところ、尿中の生理的濃度が0数千mg/dlと大幅に変化する『尿素』に起因するものと推定された。そこで測定精度向上には尿素濃度を既知とすることが不可欠と考え、尿中の尿素濃度を計測する波長を種々検討した。その結果、物理モデル(いわゆるLambert-Beer則)が成り立つ波長域を近赤外領域に見出し、尿素水溶液を用いて得た検量線を使って尿中の尿素濃度を予測可能(SEP=516mg/dl,γ=0.904)であることを確認した。以上の結果を受け、尿中グルコース濃度測定のために必要な波長を次の様に選定したく具体的な数値については特許申請準備中のため省略)。グルコース検出用:2種、尿素検出用:1種、規格化用:2種一方、サンプル移送のための流路制御システムについては、小型ローラーポンプ及び制御用の3方電磁弁を含むプロトタイプ回路を作成し基本的な動作確認を行った。最終年度である今年度は光学式尿成分分析システムの具現化に向けて以下に示す各項目を実施した.(1)妨害物質(尿素,NaCl)の影響除去:尿糖(尿中グルコース濃度)の計測精度に影響を及ぼす物質として尿中の尿素及びNaC1が確認され,この影響を除去するために両成分の吸光度変化の大きい波長(1008nm及び1335nm)を見出した.さらにこれら2波長にグルコースの吸光ピークである1637nmを加えた3波長の差分吸光度から,重回帰法により模擬尿中における各成分の濃度予測を行った.その結果,尿素・NaC1・グルコースの各成分に対して相関係数:0.997,0,986,0.812,標準予測誤差[mg/d1]:113.6,91.8,88.9という結果を得た,この知見を基に,次に示す「簡易光学システム」では当該3波長を中心波長とする光学的バンドパスフィルタ(BPF)を用いること,及び尿糖の計測精度向上を期待して長波長側のグルコース吸収ピーク波長(2120nm)を用いることとした.(2)光学的BPFを用いた簡易光学システムの開発:実用システムへ移行すべく,ハロゲンランプによる白色光を上記各波長のBPFにより分光し,試料溶液透過光を赤外センサ(P4638,浜松ホトニクス)で検出する「簡易光学システム」を構築した.
細胞内シグナル応答型遺伝子スイッチの創製と心臓疾患新規遺伝子治療法の開発

ミオシンホスファターゼのRhoキナーゼによるリン酸化部位のアミノ酸配列を元にRhoキナーゼに対する基質ペプチドを設計、合成した。また、CaMKIIに対する基質ペプチドも同様に設計合成した。また、これらに応答する遺伝子キャリヤーの開発のため、Tatやオリゴアルギニンなどを利用して細胞透過型を有すると期待できる種々のペプチドグラフト高分子型キャリヤーを合成して、その細胞透過能を評価した。しかしながら、何れも期待したほどの高効率な細胞透過能は示さなかった。そこで、カプシド法の適用を検討した。すなわち、センダイウイルス由来のカプシドを用い、この中にキャリヤーと遺伝子の複合体を封入して評価したところ、これが良い細胞用可能を有していることが分かった。また、細胞内に導入されたキャリヤーが、標的キナーゼシグナルによる遺伝子調節能を有していることを見出した。ただし、開発したキャリヤーと遺伝子の複合体は、静電相互作用によってのみナノ粒子を形成しているため、サイズの制御が困難であり、また、サイズ分布の時間依存性が見られた。そこで、PEGユニットを導入し、ナノ粒子のサイズ制御が可能なタイプのキャリヤーを設計、合成した。今後、この複合体のカプシドへの封入効率を検討する必要がある。さらに、循環器系疾患における遺伝子投与部位を的確に検出するため、新しい造影剤を開発した。これを単離血管および生きたラットに適用したところ、内皮が傷害を受けた箇所のみを選択的に検出することが可能であった。心臓疾患に関連するRhoキナーゼの基質タンパクのアミノ酸配列データベースからの情報を元に,Rhoキナーゼの基質ペプチド配列を設計する事に成功した。また,Rhoキナーゼの触媒ドメインをコードする遺伝子を発現ベクターに組み込み,大腸菌から発現させる事に成功した。また,キナーゼ応答型遺伝子送達材料の設計と評価のため,Aキナーゼに選択的な基質配列を側鎖に多数組み込んだ,ポリアクリルアミドとポリイソプロピルアクリルアミドを設計,合成した。後者は,遺伝子発現は抑制したが,Aキナーゼシグナルによる遺伝子発現の活性化は起こらなかった。一方,ポリアクリルアミドを基本としたコンジュゲートは,遺伝子と複合体を形成して発現を完全に抑制し,しかも,Aキナーゼシグナルにより発現を完全に回復し,遺伝子スイッチの基礎を確立する事ができた。コンジュゲートと遺伝子の複合体形成比を検討したところ,この発現制御は,荷電比が1以上で起こる事が分かった。さらに,細胞への導入を考え,細胞膜透過型ペプチドであるHIV Tatタンパク由来のアミノ酸配列を有するペプチドを評価した。まず,カスパーゼ-3に応答する基質配列を用い,これにTatペプチドを組み込んだペプチドをポリアクリルアミドに組み込んだところ,遺伝子との複合体を細胞内に導入できる事を見出した。また,遺伝子は,標的とするカスパーゼ-3存在下でのみ発現した。そこで,このtatペプチドをキナーゼ応答型コンジュゲートにも組み込んだが,この場合,組み込めるTatペプチドの量が,荷電比の関係で制限されるため,良好な細胞への導入は観察されなかった。現在,新たなTatペプチドの導入法を検討している。
細胞集団が形成する組織の非線形・非平衡メカニクスと自発生成力の観測

細胞内部環境の力学を、細胞内部に封入した微細なコロイド粒子の揺らぎと応答を解析する(Active/Passive Microrheology)観測システムを開発した。開発したシステムでは、細胞由来の力生成に基づく巨大な揺らぎを包含する非平衡システムにおいて、ピエゾ駆動の試料ステージをフィードバック制御することで、安定的にコロイド粒子を自動追尾しつつ観測を行うことができた。我々は当該手法ををフィードバックマイクロレオロジーと呼ぶ。プローブとしては、他のオルガネラと区別するための蛍光標識と、生体物質吸着を抑制させるための表面処理を施したコロイド粒子を用いた。従来飢餓状態においた細胞にこれらのコロイド粒子を貪食させていたが、特に表面処理されたコロイド粒子の定着率や細胞の生存率に再現性が見られなかった。本年度はgene gunにより加速されたコロイド粒子を強制的に細胞内部に打ち込むことでこれらの問題を解決し、細胞内部環境の非平衡力学を観測した。フィードバックマイクロレオロジーを用いて観測された、生きている細胞内部に打ち込まれたコロイド粒子の揺らぎ応答は、細胞が生み出す力のみならず、人工的に印加されたフィードバック制御に伴う非平衡揺らぎや緩和挙動の影響を受けることが分かった。こうしたフィードバック系における線形応答理論、ことに、非平衡系において揺動散逸定理(の破れ)を拡張して適用するための統計理論を整備することで、フィードバックマイクロレオロジーにより細胞力学を究明するための解析手法を確立した。本成果は、細胞や生体系を初めとする巨大な力生成や自発揺らぎを内在するアクティブマターの非平衡度と力学特性を同時に求められる唯一の手法として意義がある。26年度が最終年度であるため、記入しない。細胞内部に貪食させたコロイド粒子をプローブとしてactive/passive MR計測を行った。前年度までに準備した細胞計測用の計測システムを用いて、ガラスボトムディッシュ上で培養された細胞の観測を行うことができた。(従来は狭小な試料セル中に細胞を封入する必要があったために細胞の状態が短時間のうちに劣化する問題があった。)蛍光微粒子(粒径0.6μm)をプローブとして、他のオルガネラと区別して計測を行うことができた。また、細胞骨格やモータータンパク質、およびその他の構造タンパク質との特異的な結合を避けるために、コロイド粒子の表面はポリエチレングリコール鎖で修飾した。代表者らのActive/PassiveMR計測システムでは、光トラップを用いて生体試料を非熱的に駆動しつつ、試料の非平衡度とその力学物性を同時に計測することができる。しかしながら現実には、生きている細胞中に存在する巨大な非平衡揺らぎのためにプローブ粒子がレーザースポットから逸脱してしまうために測定が困難であった。そこで本研究ではピエゾ駆動の試料ステージを3次元フィードバック制御してプローブ粒子位置をレーザースポット中に維持した。4分割フォトダイオードの出力とピエゾステージの制御電圧(フィードバック信号)から、コロイド粒子の運動を完全に復元することができた。ただし、当該計測系では、光トラップ力と試料中の熱的および非熱的な揺動力がフィードバック機構を介して互いに強く相関する。こうした特殊な力学系に揺動散逸定理とその破れに関する非平衡統計力学を拡張して適用するための統計理論を整備して、細胞の非平衡力学を解析した。得られた結果は現在投稿準備中である。交付申請段階における目標は、表記の通りほぼ達成した。途中、フィードバックが導入された力学系に対して揺動散逸定理の適用法を究明する必要があったが、これもクリアできた。研究経過は順調であるために、今後も概ね当初の研究計画に従って遂行することを目指す。平成26年度からは、3次元培養された細胞集団に対して開発した計測手法を適用することになる。

当初の研究計画では、神経細胞様の細胞株の軸索が伸張する過程における細胞間および細胞ー周囲環境間の力学的な相互作用を解明することを一例として挙げていた。しかしながら本新学術領域グループにおける研究交流から、上皮細胞様細胞株MDCKが形成する細胞集団構造(cyst)や癌細胞(前立腺癌細胞株PC3)が形成するcancer spheloid等がより本研究の目標にてらして、合目的的であることが分かった。これらcystやcancer spheloidは周囲環境を力学的に押しのけて成長するが、有る程度成長したところで片や成長を停止し、片や周囲環境に浸潤してゆく。その際の細胞集団としての周囲環境との力学知覚応答が、組織としての働き・機能にも密接に関連しており、開発した手法の最初の適用系として、さらなる成果が期待できる。
前立腺癌オルガノイドを用いた癌幹細胞性転写超保存領域の探索と治療への応用

前立腺癌オルガノイドを用いて、癌幹細胞特異的T-UCRを同定し、前立腺癌における発現解析および生物学的機能解析を行う。[1]前立腺癌オルガノイドの樹立[2]癌幹細胞特異的T-UCRの同定[3]同定したT-UCRの発現・機能解析1発現解析2幹細胞性の解析3micro RNAとのinteraction4薬剤感受性との関連5関連する遺伝子の網羅的解析前立腺癌オルガノイドを用いて、癌幹細胞特異的T-UCRを同定し、前立腺癌における発現解析および生物学的機能解析を行う。[1]前立腺癌オルガノイドの樹立[2]癌幹細胞特異的T-UCRの同定[3]同定したT-UCRの発現・機能解析1発現解析2幹細胞性の解析3micro RNAとのinteraction4薬剤感受性との関連5関連する遺伝子の網羅的解析