hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水熱プロセスを利用する高機能性ポリマー材料の新規構造解析システムの開発

超(亜)臨界水を反応媒体に用いる水熱プロセスを利用して、一連の高機能性ポリマー材料の精密な分子構造を解析できる、新規の計測システムを開発した。この方法を応用して、紫外線硬化樹脂の架橋点部分の分子構造や連鎖長などを、初めて明らかにすることができた。さらに、特異な化学反応場とガスクロマトグラフィーを連結した計測手法の開発を通じて、ポリマー材料の水熱分解物を迅速かつ簡便に解析できる、実用的な分析法を構築することにも成功した。最初に、高分子材料の予備分解や誘導体化反応などの前処理に適した、バッチ型水熱反応システムを試作した。本システムでは、反応管の一端を圧力計に直結することにより、水熱反応時の圧力を常時観測できるようにした。このシステムの使用により、各種高分子試料の水熱反応を、最高温度450°Cおよび最大圧35MPaの条件下まで圧力を観測しながら実施できるようになった。次に、試作した反応システムを用いて、実際の高分子試料の水熱分解実験を行った。ここでは、架橋高分子の分析のための基礎検討として、分子内にエステル結合を有するポリエチレンテレフタレート(PET)を選択し、水熱条件下での当該結合の開裂に注目して、その分解挙動を追跡した。PET試料と水の入った反応管を250-300°Cの温度下で30分加熱して水熱実験を実施した。その後、生じた分解物を高速液体クロマトグラフィー測定に供した。まず、250°Cでの分解物試料のクロマトグラム上には、PETのモノマー単位であるテレフタル酸に加えて、一連のオリゴマーに由来するピークも明瞭に認められた。さらに、テレフタル酸のピーク強度からその回収率を算出したところ、48.9%という値が得られ、当該温度下ではエステル結合の選択的分解は十分に進行しないことが示唆された。これに対して、300°Cにおいて水熱分解した試料のクロマトグラムでは、オリゴマー類のピークは一切認められず、テレフタル酸のピークのみがかなり強い強度で観測された。当該ピーク強度からテレフタル酸の回収率を算出したところ、70.4%という比較的高い値が得られた。これらの結果から、300°C下での水熱プロセスでは、PET中のエステル結合が選択的に開裂し、モノマー成分であるテレフタル酸へと高効率に分解反応が進行することが分かった。従って、エステル結合を含有する架橋ポリマーに水熱プロセスを応用すれば、当該結合のみを選択的に開裂するといった、分析用の試料分解処理が容易に行えることが期待できる。前年度に開発した水熱分解システムを応用して、実際の架橋高分子材料のネットワーク構造解析を試みた。試料には、アクリル系モノマーと光開始剤から紫外線照射を介して重合および硬化が進行する、紫外線硬化樹脂を用いた。まず、分解温度および添加剤の種類などに注目して、樹脂試料の水熱分解条件について最適化を行った。その結果、添加剤として有機アルカリの一種である水酸化テトラメチルアンモニウムを共存させ、260°Cにおいて樹脂試料を水熱分解することにより、樹脂中の架橋部分をアクリル酸単位の連鎖として、効率よく切り出せることを見出した。そこで、得られた水熱分解物試料を、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析(MALDI-MS)測定に供し、当該樹脂の架橋部分の構造解析を行った。ここでは、ポリアクリル酸標準試料を用いて測定諸条件を適正化した結果、マトリックス試薬およびイオン化助剤として、それぞれインドールアクリル酸およびヨウ化ナトリウムを用いることにした。この条件下で得られたMALDI質量スペクトル上には、紫外線硬化樹脂における架橋点を反映した、ポリアクリル酸に由来するイオンピークが明瞭に観測された。これらのピークのm/z値から、当該樹脂試料における架橋点の最大連鎖長は約35単位であることが明らかになるなど、架橋部分の詳細な分子構造を解明できた。さらに、この水熱プロセスを発展的に応用することにより、1)廃棄木材中に含まれる縮合型タンニンの迅速クリーン抽出システムや、2)ワンステップメチル化GCによるポリエチレンテレフタレートの水熱モノマー回収率の簡易評価法などを開発することに成功した。
テラヘルツデバイスへ向けたストイキオメトリ制御高誘電率酸化物分子層堆積

1.高比誘電率100、低リーク電流密度10^<-5>A/cm^2、高絶縁破壊電圧0.5MV/cmのTiOxゲート絶縁膜を実現(一部論文発表及び新規論文準備中)2. TiOxゲート絶縁膜による、ソース・ドレイン間隔4ナノメーター(電気的に10ナノメーター)極微小MISゲートトランジスタのE/D動作を実現(一部論文発表及び新規論文準備中)2. TiOxゲート絶縁膜による、ソース・ドレイン間隔4ナノメーター(電気的に10ナノメーター)極微小MISゲートトランジスタのE/D動作を実現(一部論文発表及び新規論文準備中)3.フォトキャパシタンス法によるTiOx及びSrTiOx絶縁膜中のノンストイキオメトリ欠陥電子準位を解明(一部論文発表及び新規論文準備中)1.高比誘電率100、低リーク電流密度10^<-5>A/cm^2、高絶縁破壊電圧0.5MV/cmのTiOxゲート絶縁膜を実現(一部論文発表及び新規論文準備中)2. TiOxゲート絶縁膜による、ソース・ドレイン間隔4ナノメーター(電気的に10ナノメーター)極微小MISゲートトランジスタのE/D動作を実現(一部論文発表及び新規論文準備中)2. TiOxゲート絶縁膜による、ソース・ドレイン間隔4ナノメーター(電気的に10ナノメーター)極微小MISゲートトランジスタのE/D動作を実現(一部論文発表及び新規論文準備中)3.フォトキャパシタンス法によるTiOx及びSrTiOx絶縁膜中のノンストイキオメトリ欠陥電子準位を解明(一部論文発表及び新規論文準備中)(1)ストイキオメトリ制御による高誘電率酸化物の高品質薄膜・界面創成既存超高真空堆積装置を本課題の酸化物堆積へ向け改造を行った。改造はチタンソースガス及び酸素ガスラインの増設である。チタンソースガスとしては、Ti(i-OC_3H_7)_4を採用した。改造後、シリコン基板結晶上への予備的な堆積実験を行い、300°Cの低温でTiOx薄膜の堆積を確認することが出来た。TiOx薄膜堆積に先立ち、当初計画通りTiO_2をソースとした酸素雰囲気中電子ビーム蒸着によるGaAs基板結晶上へのTiOx薄膜堆積実験と評価を進めた。その結果、ほぼ最適な堆積条件範囲を把握することが出来た。SIMSやXRD等を用いた構造評価とともに、評価用デバイスとしてMISダイオード構造を試作し、高周波CV測定結果から比誘電率100に達する結果が得られた。この比誘電率はバルク状TiO_2の130にほぼ匹敵する。しかし、フラットバンドシフト量から見積もられる界面欠陥準位密度はほぼ10^<12>cm^<-2>と高く、この点が改良すべき点であることも分かった。(2)フォトキャパシタンス法による酸化物のノンストイキオメトリ欠陥解明テラヘルツ帯トランジスタのチャネル部分に用いられるGaAs及び畑化合物半導体を用いて、電気的特性評価用MISダイオード構造を試作し、独自のフォトキャパシタンス法を適用して、TiOx薄膜中の欠陥評価を行なった。その結果、基板の種類に関係なく伝導帯の下1.16eVに主要なディープドナー欠陥準位が形成されることが分かった。堆積したTiOx薄膜の光学的バンドギャップがほぼEg=2.1eV程度であることも判明した。(3)高誘電率酸化膜を適用したテラヘルツデバイスプロセス本研究課題の高誘電率酸化膜を最終的に適用するS/D=10nmクラスの極短チャネル静電誘導トランジスタ構造の最適化を行なうため、電子線リソグラフィー工程を採用した、短チャネルnpn構造の試作を行ない、JV特性から障壁構造を確認した。(1)と(2)の結果の一部は、化合物半導体国際会議等で発表した。(1)ストイキオメトリ制御による高誘電率酸化物の高品質薄膜・界面創成有機チタンソースガスを用いて、300°Cの低温で種々の面方位を持つシリコン基板結晶上のTiOx薄膜堆積を行い、種々の手法で分析した結果、薄膜組成が均一であることが分かった。堆積されたTiOx薄膜は所望のアモルファス母層が主要であるが、微小な結晶相が存在することが分かった。X線反射率測定の結果から酸化膜と基板結晶の平坦性と密度の均一性を評価した。シリコン結晶上に堆積したTiOx薄膜を用いたMISダイオードの電気的測定(CV測定)から、その比誘電率は70と高い値を示した。しかし、やや大きなリーク電流が課題であることも分かり、その低減のため、詳細な電流・電圧特性の測定を行ない、リーク電流発生メカニズムに対する検討を行なった。更に高い誘電率が期待されるSrTiOxについて、当初予定通り、シリコン及びGaAs化合物半導体結晶上に堆積を行ない、構造・組成分析と、評価用MISダイオード構造の試作を行なった。(2)フォトキャパシタンス法による酸化物のノンストイキオメトリ欠陥解明昨年度に引き続き、GaAs及びInP化合物半導体に加え、シリコン上のTiOx薄膜中の欠陥準位の計測を継続した。(3)高誘電率酸化膜を適用したテラヘルツデバイスプロセス本研究課題の高誘電率酸化膜を最終的に適用するS/D=10nmクラスの極短チャネル静電誘導トランジスタ構造の最適化を行なうため、電子線リソグラフィー工程を採用した、短チャネルnpn構造の試作を継続した。

(1)「(2)の結果の一部は、英文誌と日本金属学会で発表し、現在、投稿論文を準備中である。(1)ストイキオメトリ制御による高誘電率酸化物の高品質薄膜・界面創成これまでのTiOxに加え、SrTiOx薄膜をGaAs基板結晶上に堆積し、その特性の熱処理温度依存性を調べた。二次イオン質量分析計等種々の手法で分析した結果、薄膜組成が均一であることが分かった。堆積されたSrTiOx薄膜は所望のアモルファス母層が主要であることが分かった。p型GaAs結晶上に堆積したSrTiOx薄膜を用いたMISダイオードの電気的測定(CV測定)から、その比誘電率は100と高い値を示した。また明確な低周波反転CV特性を示しており、良好な絶縁膜/半導体界面が形成されていることを示唆している。p型GaAs基板結晶を用いた理由は、高速動作nチャネルトランジスタ構造に適用することを目的としているためである。リーク電流密度も10^<-5>A/cm^2から10^<-6>A/cm^2程度が得られ良好であった。更にリーク電流を低減するため、詳細な電流・電圧特性の測定を行ない、リーク電流発生メカニズムに対する検討を行なった。(2)フォトキャパシタンス法による酸化物のノンストイキオメトリ欠陥解明昨年度に引き続き、GaAs及びInP化合物半導体に加え、シリコン上のTiOx薄膜中の欠陥準位の計測を継続した。本年度はTiox薄膜に加えて、SrTiox薄膜のMIS構造を試作し、フォトキャパシタンス法により、ディープレベルの計測を行い、絶縁膜中の電子準位を電子的に初めて検出した。上記(1)及び(2)の結果について2編の投稿論文を準備中である。
水環境における腸球菌の薬剤耐性獲得・伝播メカニズムの解明

本年度は、都市河川流域を対象とした腸球菌の薬剤耐性と遺伝子解析、in vitro伝達実験を用いた水環境における耐性遺伝子の伝播ポテンシャルの評価を実施した。河川流域を対象とした腸球菌の薬剤耐性と遺伝子解析では、単離した腸球菌について主要なvan遺伝子(vanAとvanB、vanC1、およびvanC2/C3)の保有の有無を調査した結果、vanC2/C3を保有するVREが全調査地点から検出された。さらに、パルスフィールドゲル電気泳動法を用いて101株のvanC2/C3型VRE株の遺伝子型を解析した結果、同一の遺伝子型を有する菌株においても薬剤耐性プロファイルが異なることを見出した。これは、実際の薬剤耐性遺伝子の伝播がヒト消化器官内・水環境中のいずれかで生じたのかは明らかではないものの、水環境中で耐性遺伝子の伝播を示唆する重要な発見であった。本研究成果は、国際オープンジャーナルWaterに掲載された。in vitro伝達実験では、Filter mating法を用いて異なる3種の腸球菌株に対するvanA遺伝子の伝播率を評価した結果、10-710-10の程度で受容菌にvanA遺伝子が伝播した。その一方で、液体培地や河川水中といった液相では、vanA遺伝子の伝播は確認されなかった。注目すべき点は、環境条件の中でも、河川底質と活性汚泥の条件においてvanA遺伝子の伝播が、1種の受容菌にのみ確認された点である(河川底質:10-7 T/R、活性汚泥:10-8 T/R)。ここで、河川底質と活性汚泥の腸球菌数はそれぞれ2.6×104 CFU 100g-1と2.1×1010 CFU 100g-1であり、環境中の腸球菌数から推察すると、菌体密度の極めて高い実際の下水処理施設の活性汚泥中において、耐性遺伝子が伝播する可能性があることを示した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、水環境に広範囲で分布する腸球菌をターゲットとし、中規模都市「宮崎」を経由する都市河川を対象として、薬剤耐性腸球菌の拡散と分布を調査する。中でも、院内感染原因菌であるバンコマイシン耐性腸球菌(VRE)の水環境中での存在と拡散実態を明らかにすることである。また、水環境中を模擬したin vitro伝達実験を実施し、薬剤耐性遺伝子の伝播する可能性とそのメカニズムを解明することである。薬剤耐性腸球菌の拡散と分布調査は、宮崎市内を流下する都市河川である八重川を対象として実施した。腸球菌選択培地から単離した700株について菌種同定試験を実施し、333株が腸球菌と同定された。同定した腸球菌株について薬剤感受性試験を実施した結果、河川流域からVREが0.9%の割合で検出された。次に、PCR法によって、主要なvan遺伝子の保有を調査した結果、vanC1とvanC2/C3遺伝子を保有する腸球菌が検出され、vanC2/C3を保有するVREは全ての調査地点から検出された。さらに、エリスロマイシン、シプロフロキサシン、およびテトラサイクリンといった汎用性の高い抗菌薬に耐性を示す腸球菌株が高い割合で検出された。日本の地方都市河川において、VREや薬剤耐性腸球菌の存在が明らかとなった。水環境中における耐性遺伝子の伝播実験は、伝播する可能性(伝播ポテンシャル)の評価方法の基礎的検討を実施した。伝播ポテンシャルは、薬剤耐性株(供与菌)から薬剤非耐性株(受容菌)に耐性遺伝子が伝播し、受容菌が耐性を有した株(接合完了体)を計数することで評価した。本年度は、供与菌株と受容菌株の選定、受容菌株の作成、ならびに臨床分野で実施されている伝播実験(Filter mating法、Broth mating法)を実施している。薬剤耐性腸球菌の拡散と分布調査は、宮崎市内を流下する一級河川の八重川の上流から下流に至る3地点を対象として、計3回実施した。同定した腸球菌株について薬剤感受性試験を実施した結果、河川流域においてVREが0.9%の割合で存在した。さらに、パルスフィールドゲル電気泳動法を使用して菌株の遺伝子バンドパターンの類似度を評価した結果、vanC型のVREは非常に多様化しており、複数の汚染源から流入していることが示唆された。その他にエリスロマイシン、シプロフロキサシン、およびテトラサイクリンに耐性を示す腸球菌株がそれぞれ、62%、56%、および13%の割合で存在した。耐性遺伝子の伝播ポテンシャルの評価方法の基礎的検討を行った。供与菌は、外国産食肉から単離したvanAを保有したVREを使用した。受容菌は、水環境から単離した3種の薬剤感受性腸球菌株に、薬剤耐性マーカーを導入した突然変異株を作製した。伝播実験は、Filter mating法とBroth mating法で実施した。伝播率は、受容菌に対する接合完了体の比によって評価した。Filter mating法を用いて異なる3種の腸球菌株に対するvanAの伝播率は、10-710-10であった。

水環境に存在する腸球菌に対してvanAの伝播が確認された。Broth mating法を用いたバンコマイシン耐性遺伝子の伝播実験では、全ての腸球菌種において伝播は確認されず、液相で菌体が分散している状況では、本研究で用いたVREのvanAが伝播する可能性は低いと考えられた。本年度は、都市河川流域を対象とした腸球菌の薬剤耐性と遺伝子解析、in vitro伝達実験を用いた水環境における耐性遺伝子の伝播ポテンシャルの評価を実施した。河川流域を対象とした腸球菌の薬剤耐性と遺伝子解析では、単離した腸球菌について主要なvan遺伝子(vanAとvanB、vanC1、およびvanC2/C3)の保有の有無を調査した結果、vanC2/C3を保有するVREが全調査地点から検出された。さらに、パルスフィールドゲル電気泳動法を用いて101株のvanC2/C3型VRE株の遺伝子型を解析した結果、同一の遺伝子型を有する菌株においても薬剤耐性プロファイルが異なることを見出した。これは、実際の薬剤耐性遺伝子の伝播がヒト消化器官内・水環境中のいずれかで生じたのかは明らかではないものの、水環境中で耐性遺伝子の伝播を示唆する重要な発見であった。本研究成果は、国際オープンジャーナルWaterに掲載された。in vitro伝達実験では、Filter mating法を用いて異なる3種の腸球菌株に対するvanA遺伝子の伝播率を評価した結果、10-710-10の程度で受容菌にvanA遺伝子が伝播した。その一方で、液体培地や河川水中といった液相では、vanA遺伝子の伝播は確認されなかった。注目すべき点は、環境条件の中でも、河川底質と活性汚泥の条件においてvanA遺伝子の伝播が、1種の受容菌にのみ確認された点である(河川底質:10-7 T/R、活性汚泥:10-8 T/R)。ここで、河川底質と活性汚泥の腸球菌数はそれぞれ2.6×104 CFU 100g-1と2.1×1010 CFU 100g-1であり、環境中の腸球菌数から推察すると、菌体密度の極めて高い実際の下水処理施設の活性汚泥中において、耐性遺伝子が伝播する可能性があることを示した。本年度(2年目)は、主にVREのゲノム解析と水環境を模擬した伝播ポテンシャルの評価を実施する。都市河川流域を対象とした薬剤耐性腸球菌の拡散と分布調査については、当初目的とした内容を達成する状況にある。これまで得られた研究成果は、国際雑誌Water Researchへの投稿に向け、準備段階である。VREのゲノム解析については、供与菌として使用したVRE株の全ゲノム解析を実施する予定である。昨年度にVREの全ゲノムデータを次世代シーケンサで取得しており、本年度はゲノム解析を実施する。ゲノム情報に加え、プラスミドやトランスポゾンなどの伝播機構に関する情報の取得や薬剤耐性遺伝子のコード領域の探査を行う。加えて、河川から単離した多剤耐性腸球菌も同様に行う予定である。また、受容菌として使用したE. faecalisとE. faeciumについても、ゲノムデータを取得済みであり、今後解析する予定である。耐性遺伝子の伝播ポテンシャルの評価方法を確立し、様々な水環境を模擬した実験を実施する予定である。環境中での伝播を明らかにするため、滅菌した河川水、活性汚泥、河川底泥など曝露条件を変化させ、伝播ポテンシャルを推定する。
微小光散乱測定による非晶質半導体の構造揺らぎの研究

非晶質半導体は長距離には無秩序であるが、原子間結合長や結合角のような短距離には秩序が保たれており、その間の中間的な数10nm程度の距離にわたる中距離構造が重要である。たとえば光結晶化は光照射により直ちに起こるのではなく、光照射中のある潜伏期間をおいてから結晶化が進行する。おそらく、潜伏期間には比較的大きな秩序構造が発達し、大きな揺らぎが非晶質の中に生じているはずである。本研究は光結晶化過程の初期に非晶質の中にある中距離構造の揺らぎ、フラクタル性、といった局所的な個性の存在を検知することを目的とする。本年度はそのための実験装置の作成と測定を行った。顕微光学系を用いたレーリー散乱測定では、サブミクロンオーダーの空間分解能ではアモルファス物質の個性を検知することが困難であった。一つには電子状態の広がりが構造揺らぎより広いためと思われる。そこで光学系をラマン散乱測定が可能なように改造し、ネットワーク振動を測定できるようにした。さらに液体ヘリウム温度での測定も可能となるように顕微測定用のクライオスタットと組み合わせた装置を作成した。本年度はそのための実験装置の制作を行った。マイクロレンズ(ソリッドイマ-ジョンレンズ)と近接場光学を用いた顕微光学系を設計、製作し、それに既存の分光器を組み合わせ、光散乱測定が行えるようにした。現在レーリー散乱測定の予備実験を行っている。
自立リハビリテーション訓練システムの開発

リハビリテーション用インタフェースの開発において、SPIDARというハプティックデバイスを用いて、患者の手に装着が容易で、動きが簡単に計測でき、課題に応じて力が加わるシステムを試作し、位置と力が正しく計測できる新しいグリップの形を構築した。さらに、遠隔で計測されたデータをクラウドサービスにアップデートするシステムを構築した。モデルパラメータの解析のため、手首の計算機シミュレーションを行った。シミュレーションが推定した各筋肉のパターンは動物実験などで観測された多くの特徴を再現することができた。H23年度は,筋骨格系モデルを用いて平衡位置とスティフネスから関節トルクを精度よく推定し制御する方法を開発した.推定したトルクを直接用いて手首を動作させると振動的になることを確認し,スティフネスだけを増加させることでトルクをアシストする新しい方法を開発し,論文発表を行った.可動範囲は-30度から30度程度の範囲であれば,精度よく制御できること,また,スティフネスを変化させてトルクをアシストする場合は,ボールを受け取るような環境との相互作用がある条件であっても,少ない回数の学習により自然な状態で受け取れるようになることも確認した.トルクを直接用いて同様のタスクを行わせた場合は,筋肉の使い方が変化していき,これまでとは異なった方法で受け取るようになることも併せて確認した.また,運動データから筋活動を推定するために,手首運動を生成する計算論的モデルを用いて,2点間の運動を再現し,起動だけでなく,筋活動の様々な特徴がヒトやサルで調べられている結果と同様であることを確認した.また,順モデルや逆モデルなどのモデルの構成要素と筋骨格系の特性とのどちらが筋活動に影響を与えるかなど,定量的に解析した.研究成果は国際会議で発表を行った.さらに,在宅でのリハビリテーションを支援するために,データなどを転送できるcloudシステムの構築も行った.iPhoneやAndroid携帯などのスマートフォンや家庭のPCからデータ転送実験を行い,相互にデータをやりとりできることを確認した.筋活動からの運動推定においては、手首の筋骨格系モデルを構築し、計算機シミュレーションにより2次元の運動をトルクだけでなく、関節の釣り合い位置、関節の剛性も同時に推定するモデルを構築した。さらに、モデルを構成する複数のモジュールの出力信号を削除したり、ノイズを加えたりすることで、運動系の一部が損傷した様子を模擬することができることを確認した。たとえば、小脳疾患の患者の軌跡がシミュレーションの結果に近ければ、小脳でどのような情報が計算されているのかを議論することができる。前記手首の計算機シミュレーションにおいて、機械学習の技術を用いて手首のダイナミクスモデルや制御のためのフィードバックコントローラ、また、姿勢から筋活動を直接予測するモデルの構築を行った。シミュレーションが推定した各筋肉のパターンは運動方向に従って次第に変化するパターンがみられ、動物実験などで観測された多くの特徴を再現することができた。そして、軌道の特性がヒトと同じであること、さらに、筋活動の特徴として、それぞれの筋肉の活動が運動方向により変化し、その変化の仕方が三角関数で近似できることも確認した。リハビリテーション用インタフェースの開発においては、SPIDARというハプティックデバイスを用いて、患者の手に装着が容易で、動きが簡単に計測でき、課題に応じて力が加わるシステムを試作した。手を固定する器具について改良を重ね、位置と力が正しく計測できる新しいグリップの形を構築した。タブレットやノートパソコンのデータをクラウド上にアップデートし、遠隔にいる医者の端末でその情報をダウンロードし解析することが可能となった。本研究は、リハビリ対象者の運動データの科学的・定量的な計測や解析に基づく「根拠のあるリハビリ」の提案と、それを用いて対象者が一人でもリハビリができる自立したリハビリシステムの構築に必要な要素技術開発を通して、生涯健康で暮らせる社会づくりへの貢献を目指す。そして、新たなリハビリテーション(リハビリ)システムの提案により、高齢者や障害者などのリハビリ対象者のQOL(生活の質)向上だけでなく、医療従事者の負担の軽減を通して、生涯健康で暮らせる社会づくりへの貢献を目指す。平成22年度の診療報酬改定では、医療の再建や医療従事者の負担軽減などが、医療に関する重点課題として掲げられている。具体的には、医療の透明化と患者一人一人の生活の質への配慮を求めるものであり、さらに、在宅医療や訪問介護など医療と介護の連携を推進するものである。本提案は、リハビリ対象者自身の運動データを用いて、脳科学と工学の併用による計算論的モデルによって解析したデータを、リハビリの効果やプログラムの判断基準にしようというものであり、言わば理論+データ的アプローチを目指すものといえる。このアプローチは、リハビリの効果が対象者にもデータとして把握できるという点において医療の透明化を促すと考えられる。また、医師と対象者の相互の連携によって対象者が自立してリハビリができるようになれば、在宅医療の促進を通して医療費の軽減および対象者の生活の質への配慮が実現するといえる。最終的には、在宅で自立してリハビリができるシステムへの改革として、運動療法における定量的データの収集と解析、さらには、それに基づくリハビリプログラムのアップデートが遠隔でも行えるシステムの構築を計画している。H23年度の目標であった.

筋骨格系モデルを用いたトルク推定について,新しい制御方法を提案し論文が採択されたことや,運動データだけでなく,筋活動の推定も,これまで知られている様々な特徴が再現できたことにより国際会議での発表を行うことができたため.25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の達成目標は、筋電信号からの運動推定、運動データから患者にあった筋活動の推定、「自立リハビリテーション訓練システム」の開発の3点から成る。平成24年度までに、筋活動からの運動推定および、筋活動の推定を行ってきた。筋活動からの運動推定においては、手首の筋骨格系モデルを構築し、計算機シミュレーションにより2次元の運動をトルクだけでなく、関節の釣り合い位置、関節の剛性も同時に推定するモデルを構築した。また、このモデルを用いて、機械学習の技術を用いて、手首のダイナミクスモデルや制御のためのフィードバックコントローラ、また、姿勢から筋活動を直接予測するモデルの構築を行った。そして、軌道の特性がヒトと同じであること、さらに、筋活動の特徴として、それぞれの筋肉の活動が運動方向により変化し、その変化の仕方が三角関数で近似できることを確認した。さらに、モデルの一部を取り除くことにより、遺伝子組み換え動物の脳の疾患モデルのように、運動系の一部が損傷した様子を模擬することができる。提案モデルにおいては、ダイナミクスモデルやフィードバックコントローラなどがうまく働かないときの様子を計算機上で計算できるようになった。その結果を患者の運動データと比較することができれば、疾患の原因をモデルから説明できる可能性がある。これにより、当初の目標であった、筋電信号からの運動推定、運動データから患者にあった筋活動の推定は、計画通り実施することができた。リハビリテーション用インタフェースの開発においては、SPIDARというハプティックデバイスを用いて、患者の手に装着が容易で、動きが簡単に計測でき、課題に応じて力が加わるシステムを試作した。手を固定する器具について改良を重ね、位置と力が正しく計測できる新しいグリップの形を構築した。最終年度の在宅で自立してリハビリができるシステムの構築の準備が整った。これまでは,インピーダンス特性のうちスティフネスを中心に推定してきたが,運動を行う場合は,粘性特性も重要であるため,粘性の推定も行っていく予定である.さらに,筋活動の推定については,論文発表を行う予定である.H24年度は,リハビリテーション用インタフェースを開発するために,ハプティックデバイスだけでなくiPadのような携帯端末についても積極的に利用していこうと考えている.
地震による地下水変動の解析と地下水帯の推定について

地震による地下水位変動と地下水帯の水理定数の解明のため、国・県・市の観測井での資料および実験と数値計算によって、以下の成果が得られた。1.被圧地下水帯の短期的な荷重変化として、気圧・潮汐・降雨について検討した結果、気圧が最も水位変動に敏感な要因であって、潮汐によるものは海岸寄りに限定されること、さらに降雨が地下水帯への上載荷重として水位上昇に果す効果は微少であることが分った。2.過去の地震によると、観測井の水位計は、マグニチュードの大きい地震はほとんど感知するが、近地地震には鈍感であることが分った。すなわち、遠地地震では周期の長い表面波が卓越していることから、地下水帯はローパスフィルターの周波数特性を持つこと、さらに水位変動は地動に較べて100倍以上もの高感度センサーの働きをすることが明らかになった。3.水位計の地震時記録によると、地下水位は周期20秒1分の変動をして、震後もほぼ同じ周期の自由振動を数分数10分間続けることから、地下水帯はある閉鎖領域を構成していることが考えられる。このことを実証するため、地下水帯モデルを作成し、これの一端を起振器で加振し、他端での水位計の変動を観測した結果、前述のローパスフィルターの特性を確認した。4.そこで、熊本市域の地下で特に割れ目の多い安山岩系の大地下水帯に対して、水の圧縮性と空隙変化を考慮した波動方程式を導き、これを有限要素法によってモデル化して数値計算を行った。その結果、震動を受けると、2,3と同様の特性によって、周期数10秒の水位変動が生じることが見出された。5.上記の地下水帯の有限要素モデルに、地震の卓越周期を持つ正弦波を各要素節点に負荷し、地震時の地下水位変動に適うような間隙水の見かけの波速、さらには貯留係数を逆推定したところ、別の調査による推定値と同程度の値が得られ、地下水帯の水理定数の推定法としての目途が立った。
心と世界の根源としての経験の可能性に関する研究

本研究は観念的な世界観が、外界の存在を前提とする世界観や自然主義的な世界観に対して持ち得る権利を確認することから始められた。イギリス経験論のバークリに見られるような観念論的な世界観は、それが外界の存在という私たちの当然の前提にそぐわない不自然さをその根本に持っていると考えられる。しかし反対に外界の実在から始める立場も、認識の基本単位となる観念がどこから生じたかという問題を根本に持っていることが確認された。これらはそれぞれの世界観における体系の全体が根本に所持している前提に関わる問題である。しかしそれぞれの問題は体系の持つ欠陥というよりも、あらゆる体系が必然的に所持する問われない前提という観点から問い直される必要があると考えられた。これはふたつの研究方向を導いた。第一は物質と観念、外界と内界という区別を前提にした出発点そのものを問い直す方向。第二は、どんな説明の体系であれ、それが所持する問われない前提というものがあり、いかにしてその問われなさが成り立っているのかを究明する方向である。第一の方向においては観念論対外界の実在論という構図を、中立一元論的な観点から問い直すことで、それぞれの立場がどちらにも還元されない形で保管し合えることを確認した。また第二の方向においては、ある説明の体系がその前提を隠し持つ構造を、ウィトゲンシュタインの規則や西田の場所の理論から問い直し、ある体系の根拠は、問われないがゆえにその体系を成立させる仕組みを持つことを確認した。しかもこの根拠は観念論でも外界実在論でも同様に所持するものであり、したがってこの根拠があるためにどちらか一方の立論だけが退けられることもないことが結論づけられた。平成18年度の中心的課題は、現在まで継続してきたW.ジェイムズにおける「経験」の概念をまとめ、その物でも心でもなく、私でも他者でもない存在論的な中立性を、意識内在領域に対する外界領域という問題の解決方法として応用させて行くことであった。それは私や内部領域という考え方が生じる根拠の方を問い直し、そこに「経験」概念の新たな可能性を開く試みである。ジェイムズ的な「経験」の特徴は、原初的にこの「経験」があって、副次的に主観と客観が生じたという順序をとる所にある。それに対してイギリス経験論的な考えでは、観念と観念の原因としての外部を最初に区別する。これは内在領域に第一の実在性を認める立場であり、それは「我考う」を原初的な明証領域としてアプリオリに区画づけたことに由来する。この結果、観念ならざる外部は不可知とされ、さらには存在しない領域と見なされるに到る。例えばバークリのように知覚されない領域の非存在を説く立場も、内部と外部とをまず明確に区別し、その上で内部のみに実在性を局在させたために生じている。それに対して「経験」を原初とする立場では、内部と外部、明証と不可知という区分がアプリオリには成立しない。つまりこれらの区別とは、私たちによって便宜的に設けられた枠による産物なのであり、従ってこの区別から生じる問題も、事物の側にあるのではなく私たちの認識手段の側にあるということになる。この枠以前の「経験」からすれば、外部は存在しないのではなく、内部と外部、そして存在と非存在という区別までもが、原初的には成り立たないのである。さらにこのとき、世界とは区別された認識主観は存在しない。世界を機械論的に見る立場も、その世界を認識する主観の問題は無視している。それに対して「経験」の立場は、心を明確な語り得る存在とするのでもなく、反対に物を第一義として心の実在根拠剥奪もしない、中立的な実在論の立場となる。平成十九年度の研究活動では第一に、バークリ流の観念論の最も理解し難い点である、対象の存在根拠までも知覚が担うという主張を、ジェイムズの純粋経験から逆照射し、この現代的な意義と論駁不可能性について検討した。

対象が知覚とは別に存在するという考えは、知覚するものが生じた起源について問題にせず、加えて私がいなくなれば世界も消滅し得るという観念論の最も本質的な部分を不問にすることを前提にしていることを確認した。第二に、この観念論における心の存在を、現代の心の哲学における物質から意識が生じることの謎に照らして再解釈することを試みた。それは観察者を物質的世界の例外とする考え方を問い直し、むしろこの考え方が意識と物質との断絶を生じさせているとの知見から、意識の原初的状態に戻って物質世界を再解釈する試みである。そこではパース、ホワイトヘッドも参照された。第三に、こうした物質と意識、もしくは観察者と対象という私たちの思考の前提にある区分をすでに実在の副次的な産物と見なしつつ、この区分以前の根源の存在論的権利を、西田の場所論を参照しつつ考察した。これらの区分は私たちにとって思考の最も基本的なものであるため、それ以前を考えようとすることは必然的に思考の外に出ざるを得ないという矛盾を所持する。よってここで、実在はその根底において逆説的側面を所持してしまうことが見出された。平成19年度以前でイギリス経験論的な観念説に対比させて、ジェイムズ的な純粋経験の特色を探求したが、20年度ではこうした観念や経験というそれぞれの根本概念の根拠について考察した。これはイギリス経験論が、観念の存在や外界の存在を無条件に与えられたものとして扱っていることへの反省を含み、哲学的な世界観が持つ根本的な前提の問題を扱うものである。実際、ロックやヒュームでは外界の実在性は当然のものとされていてそれ以上は問われないという形をとるのに対して、バークリでは意識の存在が第一の実在性を持っていることからしても、何がアプリオリとされるかは哲学的なスタンスの違いによって正反対にまで異なってくることが理解できる。それ以上の根拠が問われない領域を、哲学も持つのである。そこで20年度は哲学的な問いの出発点の問われなさという側面から、心の哲学を捉えなおした。心の唯物論的な理解は、その体系の整合性に、自らの正しさの根拠を持っている。他方ジェイムズの純粋経験も、それが彼の意識の説明体系を整合的にしていることで成り立っている。しかしそれは特定の述語によって説明が不可能なことを特徴とする。その意味で物質または心を自明の前提とする立場より、体系の外の領域の語られなさを、自らの体系の内に引き受けてしまっている。こうした問われない根拠の構造は、ウィトゲンシュタインの根拠なき規則において、この規則に従っているという意識なく規則が成立している性質、もしくは西田の場所が、主語とはならず、それ以上の述語づけがなされない性質にも共通している。ジェイムズの純粋経験は意識論であると同時に、もはや性質づけることが不可能な論理上の限界点という側面から考察されるベきであり、この論理上の限界点は、ロック、バークリ、および唯物論的な心の哲学や、反対にデカルト的な自我論の中にも見出すことができる。本年度の最後にこの限界点の特徴を究明した。
バラ棘形成に関わる遺伝子群の構造・機能解析と新奇バラ創製

バラ品種`The Fairy'とテリハノイバラの雑種のF1交雑集団を用いたQTL解析により、棘密度に関する2つの主要QTLを見出した。バラに近縁なイチゴゲノム情報を基に、QTL内もしくは近傍に座乗するATHB-15、WRKY-44、RoPHAN、RoKN1をバラ棘形成原因候補遺伝子とした。発現解析結果からRoKN1が棘形成を負に制御している可能性が示唆され、F1交雑集団のRoKN1遺伝子型解析から、RoKN1-1アリルをホモに持つと1節あたりの平均棘数が少なくなることを明らかにした。バラでのALSVベクターを用いたVIGSに初めて成功したが、RoKN1発現抑制体の作出までには至らなかった。ノイバラより単離したRKN遺伝子(Class1 Knotted-like homeoboxホモログ)の花序における発現解析を行ない、棘の発生しない花序第3節では、野生株、棘無し変異株A, Bともに高い発現レベルにあることを確認した。これに対し、花序第1節では、棘無し変異株Aは、花序第3節の野生株、棘無し変異株A, Bと同等の高い発現レベルを示したが、棘の発生する野生株では発現レベルが1/10程度にまで抑えられていた。棘無し変異株Bの花序第1節における発現解析を含め、より多くの系統での発現解析が必要ではあるが、RKN1が棘形成に抑制的に働いている可能性が考えられた。前年度にバラ品種'The Fairy'より2種類のRKN(RKN1-1, RKN1-3)、テリハノイバラより2種類のRKN(RKN1-1, RKN1-2)、合計3種類の対立遺伝子を単離し、塩基置換を含んだ配列情報を基にdCAPSマーカーを開発して、'The Fairy'とテリハノイバラ交雑集団のRKN遺伝子型を予備的に決定した。本年度は、さらに多くの交雑集団個体を用いた連鎖解析からRKN遺伝子がバラ第3連鎖群の棘密度を司るQTLに座乗していることを確認した。前年度までにリンゴ小球型潜在ウイルス(ALSV)がバラに感染すること、病徴を示さないこと、成長に影響を与えないことを明らかにした。本年度は、ノイバラから単離したカロテノイド生合成系に関わるPDS遺伝子をALSVベクターに導入して組換えウイルスPDS-ALSVを作製し、ハマナスおよびノイバラに接種して白化個体の作出に成功した。さらに効率的なバラにおけるALSV誘導ジーンサイレンシング系の確立に向けて研究を進めている。ノイバラより単離したRKN遺伝子(ClassI knotted-like homeoboxホモログ)の花序における発現解析を、昨年度に引き続き、異なる変異体を用いて行い、棘の発生しない花序第3節では、野生株、棘無し変異体A, B, C, D株いずれも高い発現レベルにあることを確認した。これに対し、花序第1節では、棘無し変異体B, C, Dは高い発現レベルを示したが、棘の発生する野生株と変異体Aでは、発現レベルが有為に抑えられていた。棘無し変異体Aでの発現レベル低下の原因は不明であるが、昨年度と同様、RKN1が棘形成に抑制的に働いている可能性が考えられた。前年度、バラ品種`The Fairy'とテリハノイバラのF1交雑集団個体を用いた連鎖解析からRKN遺伝子がバラ第3連鎖群の棘密度を司るQTLに座乗していることを確認したが、本年度は、F1 96個体のRKN1遺伝子型を決定し、RKN1-1をホモで持つと棘数が少なくなることを明らかにした。また、RKN遺伝子をALSVベクターに導入して、組換えウイルスRKN-ALSVを作製し、ノイバラ棘無し変異体に接種したところ、棘形成する個体が出現した。本結果からも、RKN1は棘形成を抑制していることが強く示唆された。ノイバラより単離した葉原基形成に関わるROPHAN遺伝子(AS1ホモログ)をカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター配列に連結したキメラ遺伝子を作製した。現在シロイヌナズナへ導入して遺伝子の機能解析を行っている。ROPHAN遺伝子のノイバラ各器官別発現解析を行い、棘発生部位である節、節間に加え、葉、花芽での発現を確認した。また、棘が発生する前のノイバラ野生型新芽と棘無し変異体でのROPHAN発現量を比較したところ、棘無し変異体での高い(7倍8倍)発現を確認し、棘形質との関連が示唆された。バラ交雑集団の両親からROPHANの対立遺伝子と思われる塩基置換を含んだ2種類の配列を単離し、配列情報を基にdCAPSマーカーを開発して交雑集団のROPHAN遺伝子型を決定した。

連鎖解析からROPHAN遺伝子がバラ第3連鎖群の比較的弱い棘密度QTLの近傍に座乗していることを明らかにした。ノイバラよりClass1 KNOXホモログを単離しRKNと命名した。RKNは棘無し変異体で発現レベルが低い傾向にあった。また、ROPHAN遺伝子と同様の手法によりRKN遺伝子がバラ第3連鎖群の強い棘密度QTL内に座乗していることを示唆するデータを得た。リンゴ小球型潜在ウイルス(ALSV)がバラに感染すること、病徴を示さないこと、成長に影響を与えないことを明らかにした。ノイバラからカロテノイド生合成系に関わるPDS遺伝子を単離し、ALSVベクターに導入して組換えウイルスPDS-ALSVを作製した。PDS-ALSVをバラに接種し、バラにおけるALSV誘導ジーンサイレンシング系の確立を進めている。なお、モッコウバラでは正確な棘発生部位同定と十分なF1集団を得ることが困難であった。これまでに、バラ品種`The Fairy'とテリハノイバラ(Rosa wichurana)の雑種のF1交雑集団から、棘密度に関するQTLを見出した。このQTL内に座乗する棘形成原因候補遺伝子についてイチゴゲノム情報を活用して探索し、新たにATHB-15(gene25646)とWRKY-44(gene18152)遺伝子を見出すことに成功した。しかしながら、発現解析結果からはATHB-15とWRKY-44遺伝子に棘形成の有無との相関は見られなかった。一方、前年度棘形成に抑制的に働くことが示唆されたRoKN1(旧RKN)は、棘形成しないノイバラ花序での発現が有為に高く、棘形成を負に制御している結果が支持された。また、F1交雑集団のRoKN1遺伝子型解析から、RoKN1-1アリルを持つと1節あたりの平均棘数が少ない傾向も確認された。前年度、組換えウイルスRoKN-ALSVを作製してノイバラ棘無し変異体に接種し、棘形成する個体群を確認したが、いずれの個体からもRoKN1配列が抜け落ちたALSVしか検出されなかった。得られた棘形成個体は形質の分離による可能性が考えられ、バラでのALSVベクターを用いたVIGS系の確立には成功したものの、RoKN1発現抑制体の作出までには至らなかった。成果を、園芸学会平成26年度秋季大会(9月28日、佐賀大学)において「バラのトゲ形成に関わる遺伝子の探索と解析」の題目にて口頭発表した。園芸学現在までに、葉原基形成に関わるROPHAN遺伝子(AS1ホモログ)をノイバラから単離することに成功し、遺伝子発現解析から、棘形質との関連を示唆するデータを得るとともに。連鎖解析から本遺伝子がバラ第3連鎖群の比較的弱い棘密度QTL近傍に座乗していることを明らかにしている。本年度は、ノイバラより単離したRKN遺伝子(Class 1 KNOXホモログ)の発現解析を行ない、棘形質との関連を示唆するデータを新たに得た。特に、リンゴ小球型潜在ウイルス(ALSV)誘導ジーンサイレンシングの系を用いてのこれら遺伝子の機能解析ならびに新奇バラ創製に向けての具体的道筋が立てられたことから、研究計画はおおむね順調に伸展している。現在までに、葉原基形成に関わるROPHAN遺伝子(AS1ホモログ)とRKN1遺伝子(Class 1 KNOXホモログ)をノイバラから単離することに成功し、遺伝子発現解析ならびに棘形質分離集団を用いた連鎖解析から、本遺伝子群が、バラ棘密度QTL内もしくはその近傍に座乗していることを明らかにしている。
太陽光エネルギー変換の高度化に向けた革新的MHD発電の実現

次世代のクリーンエネルギー源としての太陽光エネルギーの高度利用を念頭に置いた[太陽光/太陽光励起レーザー/電気]エネルギー変換コンセプトを提言し、これを可能とする革新的な電磁流体力学(MHD)発電の実現を目的とした。大気圧条件下で生成されるレーザー誘起プラズマの特性を把握することは、レーザー駆動MHD発電機を実現するために極めて重要である。しかしながら、従来、その物理化学特性の詳細を知ることは容易ではなかった。これは、作動ガス(主にヘリウム・アルゴンなどの希ガス)に微量の大気成分が混入するためである。この問題の解決に取り組み、平成22年度より欧米研究機関[Queens University Belfast(英)・Trinity College Dublin(アイルランド)・Wesleyan University(米)]とのレーザー生成プラズマに関する共同研究を推進している。本年度は、特に、パルスレーザー誘起大気圧プラズマを対象としたシミュレーション研究を行った。実験研究成果を鑑みたモデリングを行い、ヘリウムガス・湿潤空気の混在する実環境における極めて豊富な化学種の挙動およびその複合化学反応過程を明らかにした。特に、ナノミリ秒スケールで変化する電子温度・電子数密度・準安定種密度・電気伝導度・輸送係数等の物理量を把握した。このことは、レーザー駆動MHD発電機を実現する上で極めて意義深い。また、ここで開発した数値計算コードは、レーザープラズマのみならず、広く大気圧プラズマ等の特性シミュレーションにも利用できるという汎用性を有している。平成22年度は、日本学術振興会平成21年度優秀若手研究者海外派遣事業の支援を受け、英国北アイルランドクイーンズ大学ベルファストプラズマ物理学センター客員シニアリサーチフェローとして、特に、レーザー誘起プラズマ、大気圧プラズマの物理化学特性を明らかにする理論的・実験的・数値計算的研究を行った。主なテーマは「ナノパルスレーザープラズマのアフターグロー挙動の解明」「磁気レンズをカップリングしたパルスレーザープラズマの電磁流体現象の解明」「バイオメディカル応用を念頭においた気相/液相プラズマの物理化学」「MHD発電機における発電流路形状の最適化」である。この問題の解決に取り組み、わずか1ppmの空気(湿度をもつ通常の空気)を含む大気圧プラズマの物理化学特性を明らかにする数値計算コードを開発した。このため、バイオメディカル応用を念頭においたプラズマ理工学研究への貢献も行った。
酵素による硝子体融解処理を応用した新しい網膜硝子体疾患治療の開発

プラスミンを用いた硝子体手術法の確立:一昨年7月に倫理委員会に申請を行い、昨年よりプラスミンを用いた硝子体手術を開始した。現時点で4例6眼に施行し、手術中の補助薬剤としての有用性を確信するに至った。またこれまでの症例を元に糖尿病網膜症、未熟児網膜症に対する有用性を発表した。ベバシズマブ眼内投与との併用効果:現在臨床応用に向け申請中であるが,現在ラット眼を用いベバシズマブ投与後の脈絡膜毛細血管のfenestrae構造の変化について検討中であるが,投与後約1週間はfenestraeの減少が見られ,今後臨床応用に際する留意点として有用であることがわかった。セプラフィルムを用いた硝子体手術法の確立:現在家兎眼に対し意図的網膜剥離を作製しプラスミンとの併用効果を検討中である。本研究ではenzymatic vitreolysisの概念を応用し、(1)nonvitrectomized vitreous surgeryの開発をガスとの併用により行う、(2)網膜パッチとしてのヒアルロン酸とカルボキシメチルセルロースの合成フィルムの網膜接着性の向上による網膜剥離復位治療への応用、(3)網膜神経保護治療薬の網膜内移行の向上、を目指す。プラスミンの精製正常ボランティアより、30-40mlの静脈血を採取し、アフィニティクロマトグラフィを行う。プラスミノゲンはε-アミノカプロイン酸にて抽出する。メンブレンフィルターにて透析し、さらに1mlに濃縮した精製プラスミノゲンに2500IUのウロキナーゼを加え、0.22μmのフィルタにてろ過する。実験モデルを用いたプラスミン単独のenzymatic vitreolysisの確認白色家兎を用い、精製したプラスミンを硝子体内に注入した。硝子体の液化、後部硝子体剥離の有無の再評価を行った。従来の報告と同様プラスミン注入により高率に後部硝子体剥離が誘導され、網膜表面の硝子体線維の残存はわずかであった。プラスミンと他の酵素群、ガス注入併用によるenzymatic vitreolysisの相乗効果の検証新鮮豚眼を用いプラスミン注入の際airを注入した群を作製し、プラスミン単独群とで後部硝子体剥離の促進効果の違いを検討した。上記のごとく精製したプラスミンを輪部より2mm離れた部位より30-ゲージ針にて、0.1mlを硝子体内に注入し、10分間待機の後airを注入し、30分待機の後固定液にて灌流し、網膜表面の観察を行った。air注入を併用することでプラスミン単独群より高率に後部硝子体剥離を誘導できることが明らかとなった。ベバシズマブ眼内投与との併用効果:現在臨床応用に向け申請中であるが、現在ラット眼を用いベバシズマブ投与後の脈絡膜毛細血管のfenestrae構造の変化について検討中であるが、投与後約1週問はfenestraeの減少が見られ、今後臨床応用に際する留意点として有用であることがわかった。
新たな遺伝子発現抑制法を用いた難治性疼痛発症機序解明(遺伝子治療に向けて)

16年度In vitro実験系でノックダウンが確認(報告)されたsiRNA(Qiagen : Control Library siRNA)をin vivo神経系に導入するべく、ポジティブコントロールにmouse MAPK1 siRNAを、ネガティブコントロールにnegative control siRNAを採用した。17年度siRNAの投与は様々な濃度(最高3μmol/3μL)を用いて脊髄くも膜下腔内投与を行い、組織取りだしは投与後12時間から72時間の間で行ったが、ノックダウンの確認はできなかった。ノックダウン成否の確認には、脊髄腰膨大部組織よりRNA(5μg)を抽出し、MAPK1の発現をリアルタイムRT-PCRにて行った。さらに脊髄凍結切片から脊髄後角組織を顕微鏡下に微少抽出(レーザーマイグロダイセクション法)して同様にRT-PCR法を用いて発現の変化を検討した。脊髄くも膜下腔内投与でノックダウンが確認できなかったので現在は脊髄に直接注入する方法を検討した。さらに、吸入麻酔下に脊椎椎弓切除をして脊髄を露出し、33G針を用いてマイクロインジェクションする方法を考案した。染色液を用いて脊髄投与法を検証し、麻酔覚醒後の運動神経、疼痛行動の変化も併せて観察した。まず、準備段階として、マウスを麻酔後、脊髄くも膜下腔内に3μLのインドシアニンブルー染色液をマイクロシリンジを用いて投与し、その後脊髄を取りだし、確実に脊髄くも膜下腔内に投与できていることを確認した。In vivo神経系でのsiRNA効果を前実験段階として確認するべく、次の実験を実施した。siRNAの配列は培養細胞を用いた系ですでにノックダウンが確認(報告)されたものを購入(Qiagen : Control Library siRNA)した。ポジティブコントロールにmouse MAPK1 siRNAを、ネガティブコントロールにnegative control siRNAを採用した。0.3nmol/3μLのポジティブおよびネガティブコントロールsiRNAの脊髄くも膜下腔内投与を行った。投与3日後、両剤投与マウスは明らかな運動障害等の異常は認めなかった。ノックダウン成否の確認に、脊髄腰膨大部組織よりRNA(5μg)を抽出し(Qiagen)、MAPK1の発現をリアルタイムRT-PCR(ABI Prism7700)およびTaqMan*Gene Expression Assays(ABI)にて行った。その結果、今回用いた濃度のsiRNAではMAPK1の発現の抑制は認められないことがわかった。今後は、さらに高濃度のsiRNAを投与する予定である。さらに、それでも発現抑制が認められなかった場合、脊髄に直接注入する方法を検討する。