hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ATP合成酵素VoV1内の2つの回転分子モーターの連動－駆動力伝達の仕組み－

このように、研究計画とは少し異なったアプローチを行ったが、予想外の面白い結果が得られた。この方向性で進めていけば、少なくともV1側の分子内弾性については明らかになると考えている。ATP合成酵素(VoV1)は、水溶性のV1モーター(ATP合成/分解)と膜内在性のVoモーター(膜内外のプロトン透過/輸送)の2つのモーターが共通の回転棒で連結されている。そのため、VoとV1は独立に動くこと働くことはなく、必ず連動して機能を産み出す。例えばV1がATP加水分解によって回転するとき、Voではその駆動力によってプロトン輸送が行われるが、そのとき、ATP加水分解の素過程(ATP結合・分解・解離など)とプロトン輸送の素過程(プロトンの結合・分子内移動・解離など)は、それぞれ必ず対応付けられる。モーター間の駆動力(トルク)伝達において、回転棒が剛体として働けば、これらの対応は厳密にならざるを得ないが、回転棒が弾性体であればいくらか遊びの角度が生じるのかもしれない。モーター間の駆動力の伝達に分子内弾性が寄与しているか否かを、1分子観察で明らかにすることが本研究の目的である。昨年度から、V1分子内の回転軸の弾性やねじれに狙いを絞った。V1と高い構造類似性を持ち、かつ詳細な回転メカニズムが分かっているF1を対象にし、回転軸を途中から削除した変異体を作成し、その影響を調べたところ、化学イベントと角度の対応付けが野生型からずれても正しい方向に回転できるという予想外の結果を得た。本年度は、これらの結果を踏まえ、回転軸を途中から削除した変異体に、削除した回転軸部分を戻した「回転軸を途中で切断した変異体」を作成した。この変異体は、野生型と比較して、構造はほぼ同じだが、回転軸が途中で自由連結している。回転軸を削除しただけの変異体では、分子内の協調性とトルク伝達の両方を欠如させてしまうが、今回の変異体は、トルク伝達だけを欠如させることが可能になる。回転軸に弾性体の性質がない場合(トルク伝達できない場合)、回転速度や回転方向、トルク発生の制御にどの程度影響を与えるのかが分かりそうである。VoV1のツイスト運動だけを調べていては、分子内弾性について定性的な議論しかできないと考え、昨年からはF1(V1と高い構造類似性を持ち、詳細な回転メカニズムが分かっている)内の回転軸に的を絞って、その弾性的性質を調べている。概要で述べたように、弾性を持たない回転軸を持つ変異体を作成した。本研究の主な測定法は、蛋白質1分子の動きをレーザー暗視野照明によって光学顕微鏡下で高速撮影することである。しかし、その測定法の根幹をなすレーザー装置が老朽化で故障したため、測定を休止せざるを得なくなった。代替機の選定(デモによる性能確認を含む)や購入資金の確保に手間取り、本年度はほとんど1分子の測定はできなかった。しかし、切断部分の位置を変えたり、自由連結の方法を変えたりと、変異体の種類を増やすことができた。ATP合成酵素(VoV1またはFoF1)は、水溶性のV1(またはF1)モーター(ATP合成/分解)と膜内在性のVo(またはFo)モーター(膜内外のプロトン透過/輸送)の2つのモーターが共通の回転棒で連結されている。そのため、これら2つのモーターは独立には回転できず、必ず連動して機能を産み出す。つまり、ATP加水分解の素過程(ATP結合・分解・解離など)とプロトン輸送の素過程(プロトンの結合・分子内移動・解離など)は、それぞれ必ず対応付けられる。
強震動および津波の予測と破壊能評価に関する研究

わが国の中枢都市に災害をもたらすおそれのある巨大地震を想定し,大地震による強震動の解析的再現と予測手法の系統化および津波の波高・流速の予測手法の開発を行って,強振動および津波の破壊能評価に資するとともに,精度の高い津波数値予報の手法確立を目的とする.研究は, a)強震動の解析的再現と予測手法, b)強震動の破壊能評価, c)津波の数値予報,の3つの分担課題により3ヶ年計画て行われる.強震動観測:不規則構造の規模に応じた観測綱の拡がりと密度を確保するため,既存の観測綱に新規購入の地震計システムを付加し,かつ,課題(a), (b)の分担者が協力して強震観測を実施することにより効率化を図っている.(a)強震動の解析的再現と予測手法:3つの異なる強震動予測手法の長所・短所を比較検討した,すなわち,「厳密手法」,「移動震源確率モデルに基づく手法」,「経験的グリーン関数に基づく手法」のそれぞれを関東地方に想定される中規模地震に適用した.その結果,実記録に認められる強震動の等方化が理論予測の,そして地震の規模法則の確立が経験的予測の問題点であることが明らかとなった.(b)強震動の破壊能評価:不規則構造の応答に関する理論的研究では,境界積分方程式理論と離散的波数積分理論による結果を比較検討し,短周期地震波に対する後者の方法の限界を明らかにした.(c)津波の数値予報:比較的近地の観測点の強震動継続時間を利用することにより,断層パラメターの即時的決定が可能であることを示した.津波の高速・高精度数値計算プログラムも開発され,数値予報の迅速性に応えられる見通しがついた.さらに1854年と1944年の東南海地震の津波資料も新たに収集・解析され,その結果は理論計算結果との対比に今後使用される.わが国の中枢都市に災害をもたらすおそれのある巨大地震を想定し,大地震による強震動の解析的再現と予測手法の系統化および津波の波高・流速の予測手法の開発を行って,強振動および津波の破壊能評価に資するとともに,精度の高い津波数値予報の手法確立を目的とする.研究は, a)強震動の解析的再現と予測手法, b)強震動の破壊能評価, c)津波の数値予報,の3つの分担課題により3ヶ年計画て行われる.強震動観測:不規則構造の規模に応じた観測綱の拡がりと密度を確保するため,既存の観測綱に新規購入の地震計システムを付加し,かつ,課題(a), (b)の分担者が協力して強震観測を実施することにより効率化を図っている.(a)強震動の解析的再現と予測手法:3つの異なる強震動予測手法の長所・短所を比較検討した,すなわち,「厳密手法」,「移動震源確率モデルに基づく手法」,「経験的グリーン関数に基づく手法」のそれぞれを関東地方に想定される中規模地震に適用した.その結果,実記録に認められる強震動の等方化が理論予測の,そして地震の規模法則の確立が経験的予測の問題点であることが明らかとなった.(b)強震動の破壊能評価:不規則構造の応答に関する理論的研究では,境界積分方程式理論と離散的波数積分理論による結果を比較検討し,短周期地震波に対する後者の方法の限界を明らかにした.(c)津波の数値予報:比較的近地の観測点の強震動継続時間を利用することにより,断層パラメターの即時的決定が可能であることを示した.津波の高速・高精度数値計算プログラムも開発され,数値予報の迅速性に応えられる見通しがついた.さらに1854年と1944年の東南海地震の津波資料も新たに収集・解析され,その結果は理論計算結果との対比に今後使用される.
貿易自由化と技術的貿易措置の多面的分析－消費者安全と経済発展のための制度デザイン

今日貿易の自由化が進展するなかで、技術的貿易基準(安全基準、品質・性能基準、環境基準など)が非関税貿易障壁としてクローズアップされるようになってきている。本研究では貿易データ及び技術的貿易措置のデータの構築や多国間、市場、企業、消費者レベルで実証分析を行い、技術的貿易措置としての残留農薬・動物医薬品基準により食品貿易が低下することや、国際基準としてのISO基準を採用することで企業の技術水準や輸出が増加すること、及び消費者が国産食品やより高い残留農薬・動物医薬品基準を求めることを実証した。平成22年度においては研究の目的及び実施計画に沿って、定量的及び記述的な技術的貿易措置のデータを収集し実態への理解を深め、さらに種々の技術的貿易措置が多国間の貿易フローに与える影響(貿易障壁効果)を実証手法を用いて推定した。一方、当初計画にあった輸入食品に安全基準対する消費者の価値付けのアンケート調査は調査内容の変更の必要性が生じたため23年度に繰越しを行い、24年3月までに調査を完了した。データについては、日本の農林水産省が公表している残留農薬及び動物医薬品として規定されている化学物質の上限値の過去15年のデータを収集し、その変化を視覚化したり分散を求め正規化するなどし、傾向を分析した。また、他国の研究機関と協力し10カ国プラスEU25カ国の上限値データを収集し比較を行うなどした。アンケートにおいてはコンジョイント分析というStated Preferenceに基づく価値評価の手法を念頭に質問を構成した。調査を行うに当たって、手法に関する先行研究をレビューし最適な方法を特定した。コンジョイント質問票ではCBC方式を用い、また個人の年齢や性別、家族構成及び食品安全に関する姿勢を分かるような質問を用意した。実施に当たってはインテージ(株)によりインターネットアンケートを用いた。事前に学生に対してパイロット調査を実施し、それに基づき改良を行った。インテージとも10回ほどのやりとりを通じてアンケートの効率的な実施を目指した改良を行った。調査は24年3月17日に開始し、26日に終了し、データが29日に納品された。平成23年度においては研究の目的及び実施計画に沿って、ミクロレベルで輸出国企業のコンプライアンスの決定要因や結果として得られるメリット、輸入国消費者のコンプライアンスに対する追加的価値付けを、とりわけ国際規格ISO9000、ISO14000(工業製品)に着目し推定し、ワーキングペーパー及び査読付国際学術雑誌に投稿・掲載した。本論文においては、ISO規格への準拠は途上国企業の輸出力を有意に高めることが確かめられた、また、全要素生産性への正の効果についても確認することができた。さらに、技術的貿易措置が貿易国経済の財市場に与える影響をグラビティモデルで推定し欧州委員会のFP7プロジェクトのワーキングペーパ}として出版するとともに、査読付国際学術雑誌へ投稿し採択された。本研究においては、分析を行うに当たって、最新の手法を取り入れるべく、精緻かつ高度な分析手法を採用しまた分析ソフトでのプログラミングを行った。また消費者の視点から、安全基準や品質基準がどのように評価され需要に反映されるかを分析し、多面的、総合的な技術的貿易措置の経済に対する影響を評価した。本研究では、欧州委員会のFP7プロジェクトのワーキングペーパ7、及び学内ワーキングペーパーとして出版した。さらに、査読付国際学術雑誌への投稿すべく準備中である。本研究においても、新しい分析アプローチを用い、最新の知識をもとに、精緻かつ高度な分析手法を採用しまた分析ソフトでのプログラミングを行っている。平成25年度においては、研究の目的及び実施計画に沿って1、消費者の食品安全意識アンケートデータによるコンジョイント分析、2、日本の生産告別の鶏肉の需要システム分析の精緻化、3、南アジアにおける技術的貿易措置及び貿易円滑化の計量・ケース分析、4、ベトナム企業データによる技術的貿易措置の輸出・生産への影響の分析、5、ベトナム企業データによる参入・退出と規制・FDI等の効果の分析、6、輸出バスケットの高品質化である輸出洗練化(export sophistication)と経済成長のVAR分析を行った。1については、鶏肉においては鳥インフルエンザ罹患国や放射能汚染地域の生産に対する負の支払意思額、動物医薬品基準の準拠に対しては正の支払意思額が観察された。2については鶏肉禁輸措置の影響の取り扱いに工夫を加え、その結果を他大学のセミナーで報告した。3については学術論文として完成し国際査読雑誌に掲載した。4についてはRoHSなど化学物質安全基準の輸出促進効果、費用引き上げ効果の両方が観察されアジア経済研究所のディスカッションペーパー(DP)として出版、5についてはFDIや政府の効率性が企業の存続効果に与える正の効果が観察されOSIPPのDPへの出版及び国際査読雑誌への投稿を行った。6については輸出財の高い品質基準を満たす輸出洗練化、一人あたりGDP及びFDIの動学的関係を特定し、今までの研究では過程により固定化されていたこれらの因果関係を解明した。結果は論文としてまとめ日本経済学会の報告論文として投稿した。平成24年度においては研究の目的及び実施計画に沿って、1、消費者に対する食品安全意識アンケート調査の実施、及び同データの整理・集計。

2、細品目レベルの貿易データと食品安全規制データによるAIDS需要システムモデルによる日本の農薬・動物医薬品基準の食肉輸入需要への影響の分析。3、技術的貿易措置を含む国際的な貿易円滑化のグラビティモデル分析及び制度設計のためのシミュレーション分析を行った。3はとりわけ貿易関連の規制や自由化が未熟な南アジア地域について国別の政策シミュレーションを行い、具体的な政策提言に結びつけた。さらに、当初計画外の新たな研究として、4、ベトナムでの技術的貿易措置やその他の品質基準に対する対応の仕方や技術進歩への外資の影響などに対する計量分析プロジェクトを立ち上げ、ベトナム統計局から過去11年間の企業サーベイデータを購入し、データの整理・集計を進めた。データは従業員10名以上の全ての企業から採取されたものであるため、ベトナムの産業全体の生産活動や技術進歩を観察でき、またサプライチェーンに着眼し輸出向けのサプライチェーンほど海外の技術基準や国際基準への準拠や研究開発活動が盛んかどうか、また、FDIの導入がさかんかどうかなど分析することができると思われる。5、直接貿易をテーマとして扱うものではないが、集計データを用いながら企業の品目別技術進歩を推定する新しい手法に関する論文を仕上げた。また、24年5月から8月にかけて米国ワシントンの世界銀行の開発リサーチ部門で在外研究を行い、そこで、上記研究における専門家の貴重な情報やアドバイスを得ることができたため、研究の質を高めることができた。消費者アンケートについては22年度に生じた遅れを23年度に取り返すことができ、24年度に入り分析が順調に進んでいる。その他の研究についても、計画通りに進んでおり研究成果もワーキングペーパーや論文として刊行・投稿ができており、研究は順調に進展していると考えられる。25年度が最終年度であるため、記入しない。上記研究実績の概要15の進展については以下のとおりである。1については食品安全意識アンケート1000家計分のデータの収集は完了したが、データの整理・集計に多くの時間がかかってしまい、本格的なデータ分析を行えなかった。2は需要システムの分析方法を改善し結果をまとめた。論文として仕上げの段階にある。3は査読中であったが24年度内にSouth Asian Journal of Global Business Researchに刊行が決定された。4は研究に必要な企業の個票を入手し加工可能なデータ形式に変換した。しかしデータがベトナム語で記載されており、また膨大なためデータの整理がまだ進行中である。5は技術進歩の推定手順、応用例を示した論文がEmpirical Economicsに刊行が決定した。
唾液シスタチンの骨吸収抑制活性とホルモン応答

ラット唾液シスタチン(以下シスタチンと略記)に関して以下の知見を得た。1.シスタチンの雄性ホルモン応答ラット(雌)に雄性ホルモンのテストステロンを投与した後、顎下腺唾液中のシスタチン含量を酵素免疫測定法によって、またシスタチンの局在性を免疫組織化学的に検討した。(1)メソキサミン刺激顎下腺唾液のシスタチン量はテストステロン7日間投与によって有意に増加し、約10倍に達した。また、Western-blottingによってもシスタチンの誘導が確認できた。(2)顎下腺顆粒管細胞のシスタチンの染色性はテストステロン投与によって増強された。2.骨吸収抑制活性ラット(雄、4週令)に低カルシウム食を1週間与え、システインプロテイナーゼインヒビターのE-64およびシスタチンを投与し、3および6時間後の血中カルシウム(Ca)濃度をOCPC法により測定し、骨吸収活性を判定した。(1)E-64を5および2.5mg/100g体重の割合で腹腔内に投与したところ、血中Ca濃度は減少傾向を示したが、有意差は得られなかった。また、0.5mg/100g体重の割合で静脈内投与をしたが血中Ca濃度に変化は認められなかった。(2)シスタチンを8mg/100g体重の割合で腹腔内に投与し検討したところ、血中Ca濃度は減少傾向を示したが、有意差は得られなかった。血中Ca濃度から骨吸収活性を判定しようとしたが微妙であった。最近、骨吸収のマーカーとしてコラーゲンの特異的な分解産物であるピリジノリンおよびデオキシピリジノリンが注目されており、これらの尿中排泄量を測定することにより骨吸収を判定することが最良であると考えられ今後検討したい。(まとめ)顎下腺顆粒管細胞のシスタチンは雄性ホルモンによって調節されている可能性が示唆された。また、ラット唾液シスタチンの骨吸収抑制活性についてははっきりとした結果は得られなかった。
マヒ誘発性白血病ウイルスに対する宿主の感受性遺伝子の研究

ラットにマヒを誘発するPVC441ウイルスをNFS、BALB/c、DBA/2、C57Bl/6マウスの新生児に接種した。NFSマウスは離乳期頃より振戦またはマヒ症状を示すが、他3系統は症状を示さず抵抗性を示した。NFSを中心にして他3系統のマウスと遺伝子的交配を行い症状の発現を調べたところ、DBA/2に単一遺伝子仮設に合致する優性の抵抗性遺伝子が存在することが示唆された。他方マウス体内でのウイルス増殖を調べてみると、C57Bl/6マウスにのみウイルス増殖を制御する劣性の抵抗性遺伝子の存在が示唆された。組織病理学的検索の結果、NFSとBALB/cの脊髄に空胞性の変性像が観察され、DBA/2とC57Bl/6マウスには観察されなかった。以上の結果から、BALB/cマウスの抵抗性については今のところ解釈できないが、少くとも2種類の抵抗性遺伝子が存在することが明らかになった。現在DBA/2マウスの抵抗性遺伝子をNFSマウスに導入する作業(コンジェニックマウスの作成)に着手している。またC57Bl/6マウスの抵抗性遺伝子が単一遺伝子仮設に合致するか否かの実験を進めている。他方バーティカルローターの購入によって遅れているPVCウイルスゲノム解析の技術的基盤が確立されつつある。
ゼブラフィッシュにおける簡便な遺伝子破壊法の開発と脳機能解析への展開

本研究では、潤沢なゼブラフィッシュGAL4系統を生かし、GAL4/UASシステムとCRISPR/Cas9系を組み合わせてCas9およびgRNAの発現を時空間制御することにより、簡便なコンディショナルノックアウト系を確立することを目指す。さらに、この系を用いて視床下部領域に存在する様々な神経細胞のアイデンティティを規定する仕組み、さらにはその生理機能を分子解剖することを目指す。
１方向正面動画像による歩行異常の定量化

本研究では,1方向正面動画による動作解析方法を提案し,その方法の精度などを検討するとともに異常動作の検出や下肢アライメント評価を行った.その結果,本方法では正面動画で誤差は含むものの,定性的な歩行動作の検討は可能であると考えられた.また,本方法によりOA患者で重心の上下振幅の減少や膝関節スラストに伴うアライメント変化を捉えることができた.よって本方法により歩行動作の異常を検討することも可能と考えられた.本研究では,1方向正面動画による簡易動作解析方法を確立し,その方法により異常動作の検出を行うことを目的とし,以下の点について検討した.・1方向正面動画による動作解析方法の検証ー1方向正面動画を用いた動作解析のために上前腸骨棘間距離を基準として記録対象の倍率補正する方法について1方向正面動画撮影と3次元動作解析システムの測定を同時に行うことにより,本補正方法の精度および1方向カメラの設置におけるカメラ位置および傾きによる結果への影響を検討した.その結果,1方向正面動画による結果は3次元動作解析システムによる結果と定性的に一致しており,1方向正面動画でも定量的な誤差はあるが,異常歩行の検出は可能だと考えられた.・1方向正面動画による下肢疾患患者の異常歩行解析ー1方向正面動画による歩行解析から前額面上での体幹の図心を算出し,その左右,上下の動揺および体幹の傾きを健常者およびOA,TKA患者にて検討した.その結果,下肢にOAなどの疾患を有する場合,健常者に比べて上体図心の上下動揺が小さく,左右動揺および体幹の傾きは大きくなる傾向があった.片脚OA膝の場合はOA側で振幅が反対の脚よりも小さくなる傾向が歩行異常として認められた.よって定性的ではあるが,疾患患者の歩行異常を検出することができた.・1方向正面動画による歩行時のアライメント評価の検討ー健常者およびOA,TKA患者において撮影した正面歩行動画から各下肢関節の関節中心を算出し,それにより大腿と下腿のアライメントと下肢荷重線の評価を行った.その結果,1方向正面動画を用いた測定方法により,歩行中の前額面下肢アライメントの評価は可能であり,OA患者ではスラスト現象に伴う変化として,荷重応答期における膝内反角度増加と膝関節外顆の外側変位が確認でき,1方向正面動画による膝関節スラストの評価は可能であると考えられた.本研究では,1方向正面動画による動作解析方法を提案し,その方法の精度などを検討するとともに異常動作の検出や下肢アライメント評価を行った.その結果,本方法では正面動画で誤差は含むものの,定性的な歩行動作の検討は可能であると考えられた.また,本方法によりOA患者で重心の上下振幅の減少や膝関節スラストに伴うアライメント変化を捉えることができた.よって本方法により歩行動作の異常を検討することも可能と考えられた.本研究では,1方向正面動画による簡易動作解析方法を確立し,異常動作の検出や正常動作と異常動作の比較を行うことを目的とし,以下の点について検討した.・1方向正面動画による動作解析方法および体幹動揺解析の検討1方向正面動画を用いた動作解析のために上前腸骨棘間距離を基準として記録対象の倍率補正する方法について1方向正面動画撮影と3次元動作解析システムの測定を同時に行うことにより,本補正方法の精度および1方向カメラの設置におけるカメラ位置および傾きによる結果への影響を検討した.その結果,1方向正面動画による結果は3次元動作解析システムによる結果と定性的に一致しており,1方向正面動画でも定量的な誤差はあるが,歩行解析は可能だと考えられた.また,医師などが観察により異常歩行と判断できるのは,体幹の動揺が大きく影響していると考え,1方向正面動画による歩行解析から前額面上での体幹の図心を算出し,その左右,上下の動揺および体幹の傾きを健常者にて検討した.その結果,図心動揺では左右動揺の周期が上下動揺の周期に比べて平均1.94倍であり,過去の報告と一致していた.また,体幹の傾きについては健常者では約±3°程度であった.この結果より,正面動画において健常者の体幹動揺が捉えられたことから,異常歩行の検出も可能であると考えられた.・1方向正面動画による歩行時のアライメント評価の検討正面より見た大腿と下腿の角度を計測し,下肢に作用する荷重や下肢の変形を評価するものである.健常者を被験者として撮影した正面歩行動画から各下肢関節の関節中心を算出し,それにより大腿と下腿のアライメントと下肢荷重線の評価を行った.1方向正面動画を用いた測定方法により,歩行中の前額面下肢アライメントの評価は可能であり,膝関節スラストなどを定量的に評価することができる可能性が示唆された.整形外科分野の臨床診断やリハビリテーションでは,医師や理学療法士による客観的な動作観察に基づく診断もしくは異常動作の把握が大きな役割を担っている.このような動作を定量化する場合,光学式の皮膚マーカを用いた2次元または3次元動作解析が広く行われている.しかし,現在の運動解析では高額なシステムやそのための大面積スペース,解析のための専門知識などが必要であり,とても通常の臨床現場で行えるものではない.そこで本研究では,一般的なビデオカメラ1台により医師や理学療法士などが観察により得ている動作の異常を定量化する簡易動作解析方法について検討する.

平成24年度では,1方向正面動画を用いた動作解析のために上前腸骨棘間距離を基準として記録対象の倍率補正する方法について1方向正面動画撮影と3次元動作解析システムの測定を同時に行うことにより,本補正方法の精度および1方向カメラの設置におけるカメラ位置および傾きによる結果への影響を検討し,その結果,1方向正面動画による結果は3次元動作解析システムによる結果と定性的に一致しており,1方向正面動画でも定量的な誤差はあるが,歩行解析は可能であることを確認した.また,本方法において健常者の体幹動揺が評価できることも確認した.以上の進行度は,研究計画通りに進んでおり,おおむね順調に進んでいると判断する.平成25年度においては,病院において患者の歩行解析時,あるいは外来受診時に本人の了承の基,正面ビデオ撮影を行う.撮影協力は新潟医療福祉センターもしくは函館整形外科クリニックに協力をお願いする.対象動作はカメラに向かって歩く歩行動作とする.本方法を用いて実際の下肢疾患患者のビデオ画像において倍率補正により得られた結果から前額面上での体幹の図心を算出し,その左右,上下の動揺を健常者と比較して,異常歩行を検出可能であるかを検討する.また,1方向正面動画により下肢アライメントの評価が可能であったことから,実際に膝関節スラストを有する患者の動画から本方法において膝関節スラストが検出できるか検討する.また,本方法における下肢アライメント評価が,前十字靱帯損傷のリスクであるknee-inの評価に適用できないか検討する.実際には,健常者においてスクワット動作時の下肢アライメントを本方法において計測し,下肢荷重線と膝関節中心の位置関係からknee-inの評価が可能であるか検討する.「次年度使用額」が発生したのは,当初年度末に本研究に協力や助言をいただいている新潟大学医学部との打合せを予定しており,そのための旅費を確保していたためである.しかし,双方の都合がどうしても調整できずに年度を超えてしまったため,次年度に繰り越すこととなった.平成25年度の当該研究費の使用計画としては,協力いただく新潟の病院や大学との研究打合せや実際の計測のための旅費,その他ビデオ撮影に必要なカメラや三脚,マーカなどに使用する予定である.
SPECT画像精度管理を目的とした心筋ファントムおよび画像解析評価システムの開発

核医学画像はCTやMRIと異なり,画像を構築する技師(技術者)や医師の施設間差が大きく,施設間で診断が異なる場合も存在することから,心筋SPECT専用の画像精度管理と画像標準化を目的としたファントムおよび解析評価ツールの必要性が求められている。今回,開発したシステムの大きな特徴は心筋病変部の広さと深さを簡便に同時評価できる心筋ファントムの構築と画像の自動解析評価ツールの構築の2点であり,実用化に向けて必要なファントム作成技術および撮像システムの研究開発を試みた。心筋画像専用の画像精度管理および画像標準化を目的に,画像評価用心筋ファントムの構築および各施設で撮像したこれらの画像を同一画像解析プログラムで視覚的・定量的評価を行なうことで,基準画像の作成と同時に画像を構築する技師(技術者)や医師の技術氷準の向上が可能となると考え,本研究を計画した。平成22年度は画像評価用心筋ファントムの構築に着手した。本心筋ファントムは内容器と外容器から成り,胸部を想定した外容器に心筋を想定した内容器を人体の心臓と同様,左前部分に挿入した。外容器は長径300mm,短径220mm,高さ223mmの楕円形透明アクリル製であり,一方の底面には内容器の挿入および水溶液の注入ができる開口部を,開口部のふたには気泡を排除するための空気だめを備えた。内部には心筋部以外に肺,縦隔および骨と同じ吸収値を持つタフラング,タフウォーター,タフボーンの物質を封入している。内容器は感度測定用と空間分解能測定用から成り,外容器内の所定の位置へ正確に装着でき,容易に着脱できる構造とした。感度測定用は心筋部欠損の深さの測定を目的とし,欠損部のアクリルの深さは10,7.5,5,2.5mmの4段階を配置し,高さ30mm広さは20mmとした。空間分解能測定用は心筋部欠損の広さの測定を目的とし,欠損のアクリルの広さは5,10,15,20mmの4段階を配置し,高さは30mm,深さは10mmとした。この欠損の広さと深さは対照に配置しており,前壁と下壁または側壁と中隔壁の比較が可能となる。心筋画像専用の画像精度管理および画像標準化を目的に,画像評価用心筋ファントムの構築および各施設で撮像したこれらの画像を同一画像解析プログラムで視覚的・定量的評価を行なうことで,基準画像の作成と同時に画像を構築する技師(技術者)や医師の技術水準の向上が可能となると考え,本研究を計画した。平成23年度では前年度に構築した画像評価用心筋ファントムをSPECT装置で撮像し,そのSPECT画像データをほぼ自動で解析し評価するプログラムを開発した。このプログラムは心筋SPECT画像の精度管理および標準化を目的とし,得られた断層像から種々の測定値(定量値)を算出することができる。以下に,本プログラムの解析評価の流れを示す。画像解析評価プログラムはOS Windows上で起動するよう設計した。主な解析評価機能として,SPECT画像の展開図と心筋プロファイルカーブを作成し心筋部欠損の広さおよび厚さ(深さ)を定量的に自動評価した。最終的には画像評価用心筋ファントムのMRI画像をテンプレートとし,各施設の心筋SPECT検査の撮像条件で収集した画像からデータを標準化処理した後,心筋部欠損の広さおよび厚さを解析することで各指標のデータベースを蓄積した。その基準画像および基準指標をもとに,各施設の画質および心筋欠損の広さ・厚さ(深さ)の検出能を判定した。処理手順を以下に示す。1)SPECT画像とMRI画像(またはX線CT画像)のテンプレート画像との位置合わせ2)位置合わせした画像の展開図を作成3)SPECT画像の展開図からプロファイルカーブを作成4)SPECT画像で得られた各心筋部欠損の広さと厚さ(深さ)の展開図およびプロファイルカーブから最大値を算出し,その値を直線近似して自動評価した。心筋SPECT画像を対象とし,技術者の技能水準向上と画質標準化に向けて施設間差を無くすことを目的にthe evaluation system of myocardial image based on technical grounds(以下,EMIT)ファントムおよび画像解析評価プログラムが開発された。今回,本システムを用いて,全国19施設(計56画像)で心筋SPECTを施行し,得られた画像を定量的に解析後,標準化となる画像の指標値を比較,検討した。方法:EMITファントムは胸部を想定した外容器と心筋を想定した内容器で構成され,内容器は感度測定用(欠損の深さ:2.5,5,7.5,10mm)と空間分解能測定用(欠損の広さ:20,15,10,5mm )から成る。本検討では前壁に欠損の深さ,下壁に欠損の広さとなるように外容器に装着した.内容器の心筋部にはTc-99m溶液約20MBqを充填し,360度および180度(または208度)収集を含む各施設の臨床収集条件と,予め指定した収集条件で撮像した。

解析は視覚的評価と定量的評価として本解析評価プログラムの指標値である微分均一性,広さ10mmの%count,コントラスト直線性およびコントラスト精度を算出,評価した。結果:広さ10mmの%countが60.3%以下かつ,微分均一性が3.56以下のエリアで良好な画像となった(46/56画像)。また,コントラスト直線性およびコントラスト精度は0.33および0.97であった。4種類の指標値を用いたレーダーチャートによる表示では,欠損描出能が優れた画像でバランスの良い形を示した。結論:画像解析評価プログラムにより,心筋SPECT画像の標準化に有効な指標が明らかとなった。今後,画像標準化に向けた具体的な改善用フローチャートの作成に取り組む予定である。プログラムの構築,および検証が当初の計画通り順調に進んでいる。さらに,多施設のメーカの異なるSPECT画像データの読み込みも問題なく,解析,処理結果も妥当であると評価する。24年度が最終年度であるため、記入しない。本プログラムの検証,および全国の約20施設において,各施設の心筋SPECT検査の撮像条件およびチャンピオンデータ用の撮像条件で画像評価用心筋ファントムを収集し,画像解析評価プログラムで本システムを検証する。さらに,約20施設のチャンピオンデータから基準画像となり得るデータベースの構築を図り,データベースと各施設の指標比較から各施設の画像を客観的に判定する。
視床下部における新たな神経核の同定とその機能の解明

各分子マーカを用いた免疫組織学的検証によって、新たに同定した神経核(SGN)においてガストリン放出ペプチド、ヒスタミン受容体(H1)、substancePRの局在を認めた。これらの分子は、中枢における生理機能の維持において重要な役割を担う分子であり、近年、摂食、覚醒機能調整への関与が注目されている。とりわけ、H1およびsubstancePRは膜上に発現する受容体であり、これらの膜受容体の局在を確かめたことで、機能破壊実験等を進める上で重要なツールとしての有用性を見出すことが出来た。H1については、隣接するVMH領域においても発現が認められた。さらに雌のVMH領域ではH1発現量が血中のエストロゲン濃度の変化によって増減することを見出した。SGNにおけるERαもエストロゲンへの感受性を持つことから、VMHとSGNの両神経核の関連および両者へのステロイドホルモンの関与について検証を進めている。SGNの機能解明に関しても、レンチウィルスベクターに組み込んだERαに対するsiRNAのラット脳内への導入、あるいはH1およびsubstance PRを発現しているSGNニューロンへのサポリン毒素導入を用いた方法、微小電極を用いた方法でのアプローチが出来た。SGNは神経内分泌学的に重要な脳領域に位置していることから、性特異的な生体機能や行動発現の制御への関与が見込まれる。本研究では、SGNニューロンのcharacterizationすなわち、解剖学的側面と生理機能的側面の両側面から検証を進め、成果を得ることが出来た。<目的>ラット視床下部領域内で構造的な性差を示す神経核を見出し、Sagittalis Nucleus of the hypothalamus(SGN)と名付けた。SGNは高濃度のエストロゲン受容体(ERα)を発現しており、形態的な性差があり、神経内分泌学的に重要な脳領域に位置していることから、性特異的な生体機能や行動発現の制御への関与が見込まれる。本研究の目的は、成体ラットにおけるSGNの働きを明らかにすることである。研究実施状況(現在進行中の実験)1.SGNのcharacterization(分子マーカを用いた免疫組織学的検証)。SGNにおいてガストリン放出ペプチド、ヒスタミン受容体、substancePRの局在を認めた。これらは、摂食、覚醒機能調整に深く関与している分子である。膜上に発現する受容体の局在を確かめたことで、今後機能破壊実験などを進める上で重要なツールとしての有用性が見出せた。2.SGNの機能破壊実験(siRNAw用いた方法およびサポリン毒性を用いた方法)。レンチウィルスベクターに組み込んだERαに対するsiRNAのラット脳内への導入による機能破壊実験、およびサポリン毒性を利用したSGN神経細胞破壊実験を行っている。前者はSGNに発現しているcalbindinD28kを、後者はヒスタミン受容体およびsubstancePRをエージェントとして利用し、SGNの局所破壊を行っている。
３Ｔ―ＭＲ撮影対応型非磁性血管内ステントおよび脳血管クリップの実用化

生体とほぼ等しい磁化率を有する生体内合金の開発を行い、Au-Pt-Nbの3元系の合金でニオブが8%のとき、白金が2530%でほぼ等しい磁化率が得られることが確認された。その合金を用いて市販の脳動脈瘤クリップと同じ形状のクリップの製作を行った。このクリップのMR撮影における影響を調べた。スピンエコー法では、クリップの形状が明瞭に観察できた。またグラジエントエコー法においてもほとんどアーティファクトは見られなかった。さらにtime of flight法による非造影MRアンギオグラフィにおいても、市販されている2種類のクリップでは隣接する水流が欠損したが、このクリップでは、なんの影響もなかった。金・白金・ニオブ合金作製後、脳動脈瘤クリップの同様な大きさ、形状をもつ、プロトタイプのクリップを作製した。本クリップを専用のクリップ把持用の工具でクリップとしての把持力を確認したところ、数回の試行では問題ないことが判明した。その後、3TのMR機器を用いて、撮影を行った。最初は、通常の条件である高速スピンエコー系シークエンスによるT1強調画像と、グラジエントエコー系シークエンスによるT1強調画像で、特注の円柱ファントム内に水を満たした状態で撮影を行った。また比較のために、現在流通している2種類の素材の脳動脈瘤クリップ(エルジロイとチタン系)の撮影も同様なシークエンスにて行った。さらに、実際の患者では、血管内の血液の流れも問題となることから、血管ファントムの作製を行った。このファントムは、水が満たされたボックス内に血管を模擬したシリコンチューブを種々な方向の状態が確認できるように配置したもので、正確な流速を知るために、MR専用の造影剤注入器に接続して、血流を模擬するような構造になっている。このファントムを用いて、シリコンチューブにそれぞれのクリップをはりつけ、流れを描出することができるシークエンス(Time of flight)によって撮影を行った。撮影後の画像では、高速スピンエコーおよびグラジエントエコーの両者ともに、T1強調画像で新合金によるクリップの周囲には明らかなアーチファクトは認められなかった。一方チタンではクリップ周囲に明らかな無信号領域のアーチファクトがみられ、エルジロイクリップでは、かなり大きな無信号アーチファクトが出現した。同様に、TOFの画像においても同様な結果、すなわち新合金クリップでは、模擬血管が明瞭に確認できたが、多のクリップでは、模擬血管に断裂像が認められた。すなわち、新合金によるクリップは、血管の走行の診断に影響を与えないないことが示唆された。前年度に行った、MRアンギオグラフィー(Time of Flight法)の評価をさらに詳細に検討を行った。その評価方法は他の研究にも応用可能であることがわかり、歯科用矯正プラケットのMRアンギオグラフィーへの影響をみるための評価法として適用した。その結果、従来、均一であると考えられていたブラケットでも、ロットによりアーティファクトに明らかな差が認められ、微小な差を同方法により評価できることが判明した。現在、この評価法および結果に関して、論文を投稿中である。この方法を利用し、さらに新しいAu-Pt-Nb合金による脳動脈瘤クリップ、市販され現在も流通している、チタン合金のクリップとCo-Cr-Fe-Ni合金のエルジロイの再評価を行った。けその結果、チタン合金クリップとエルジロイ合金クリップは、以前の方法同様に明らかなアーティファクトによる部分的な血管消失像が認められたが、新しいクリップでは、詳細に実験を行っても、一切のアーティファクトの出現が認められなかった。現在、前述した論文が採択されしだい、この結果を論文投稿する予定である。クリップの機械的な特性に関しては、試作品がまだ2つしかないため、破損を考慮して行われていない。論文投稿時に、機械的特性に関しての質問があったならば、そのとき、破損を覚悟して測定刷る予定である。また、現在試作品の数を増やすことを検討している。血管内ステントに関しては、ステント内を流れる血流を模擬したMRアンギオグラフィーの評価方法の検討を行っている。最初に行われた方法では、作製したステントに合金の不均一性が出現し、特定の部分にアーティファクトが出現したために、あらたなステントの作製を検討している。現在は、Au-Pt-Nbn3元の合金を用いているが、第4の物質の添加により、機械的特性の向上がえられないか否かの検討も引き続き行っている。脳動脈瘤クリップに関しては、機械的特性の測定(とくに、把持力と維持力)がまだ行われていない。クリップの作製は、非常に高度な技術を要することから、大学ではできなく、企業にまかせている。現在、試作品の数が2つしかないことから、クリップとしての使用による破損を考慮して、画像での影響の実験を進めているために、なかなか進まない。画像での評価方法は、矯正用金属のMRアンギオグラフィーでの影響を調べる評価法を確立し、論文投稿中であり、この方法が認められれば、現在行った、脳動脈瘤クリップの評価に関して、論文を投稿する準備がほぼ整っている。一方、血管内ステントに関しては、他大学との共同研究の末に、申請していた特許(塞栓形成用コイル)が特許公報(B2)(特許番号、特許第5899864号、P5899864)に、公開された。これは、私たちが最初に行っていた金ー白金の2元合金を基にしたものである。これらのことから、ステントに関しては、実用化に向けて、かなり進んでいると、しかし、脳動脈瘤クリップっは、進行が遅いと判断されることから、総合的に、おおむね重畳に進展していると判断した。

Au,Pt,Nbの3元合金で脳動脈瘤用クリップを作製した。市販のクリップと同等な形状とすることができた。その後、3Tの臨床用MR撮影によりアーチファクトの評価を行った。スピンエコー系とグラジエントエコー系シークエンスの撮影では、診断に支障を及ぼすアーチファクトの出現はみられなかった。エンコード方向、実験日をかえてもアーチファクトの出現は認められなかった。血管系を模擬するためのファントムの開発も行った。シリコンチューブを水槽内に沈め、造影剤注入器に接続することで、一定速度の水を流すことができた。ファントムのチューブに前述の新合金によるクリップ、市販のチタン製クリップとCo-Cr系(Elgiloy)製クリップを貼り付け、MRA(magnetic resonance angiography)の撮影によるアーティファクトの出現を調べた。新合金では水流にまったく影響を及ばさずに、その有用性が期待できたが、通常のクリップ材料と比較して、弾性率の有意な低下がみられた。弾性率の向上をめざし、第4の金属の添加を行い実験をしたが、現在のところ磁化率とトレードオフの関係となり適切な金属と含有率の確定には至っていない。一方、弾性率がそれほど必要のない、血管内ステント材料としてパイプの形状を有する試作品の作製を行った。ステントでは内部に血流が通るので、血流ファントムの改善を行った。シリコンチューブ内にパイプを留置し、中を水が流れるようなファントムを作製した。基本合金であるAu,Ptの2元系の合金作製を行い、基礎データを取得した。その結果、厚さ0.1mm、長さ10mm程度のパイプでは、MRA画像でパイプ内に流れる水からの高信号が得られた。この所見は、金属内からの信号は取得できないという常識を覆す結果であると考えられ、さらなる実験によりステント内の血流の様相がMRで診断できる合金開発のめどがついた。生体とほぼ等しい磁化率を有する生体内合金の開発を行い、Au-Pt-Nbの3元系の合金でニオブが8%のとき、白金が2530%でほぼ等しい磁化率が得られることが確認された。その合金を用いて市販の脳動脈瘤クリップと同じ形状のクリップの製作を行った。このクリップのMR撮影における影響を調べた。スピンエコー法では、クリップの形状が明瞭に観察できた。またグラジエントエコー法においてもほとんどアーティファクトは見られなかった。さらにtime of flight法による非造影MRアンギオグラフィにおいても、市販されている2種類のクリップでは隣接する水流が欠損したが、このクリップでは、なんの影響もなかった。新合金による脳動脈瘤クリップと同様な形状と大きさを有するプロトタイプを作製することができた。このプロトタイプのクリップと、現在流通している脳動脈瘤クリップとの、3TMR装置による撮影時のアーチファクトの程度を比較したところ、ルーティン検査で行われている、T1強調画像や血管走行を描出するTime of flight画像において、明らかな優位性が示されたことから、将来性が非常に期待されると考えている。
高度侵襲時における腸管機能不全の免疫学的機序解明と新規治療法の開発

手術・外傷時などで、患者に発生することがある腸管機能不全に対し、自然免疫細胞(新しく発見されたγδT細胞のアクセサリー細胞であるCD56brightCD11cpositive細胞を中心に)の血液細胞の解析を行うことによる、機序解明・新規治療法の開発を目指して研究を行った。健常成人男性をコントロールとして担癌患者の血液検体を用い、IL-18、ゾレドロネート刺激によるCD56brightCD11cpositive細胞およびγδT細胞の細胞数を解析した。担癌患者においては、刺激前より細胞数が増加している場合もあり、侵襲による血中細胞数の増加が考えられた。手術・外傷時など、高度侵襲時の患者に発生することがある腸管機能不全に対して、自然免疫細胞解析(新しく発見されたアクセサリー細胞を中心に)、消化管細胞の機能解析を行うことで、新規治療法を開発を目指して研究を行った。本年度は、ヒト検体の解析を行った。成人男性健常人をコントロールとして、悪性腫瘍手術前患者において、自然免疫細胞γδT細胞のアクセサリー細胞であるCD56brightCD11c+細胞、γδT細胞の細胞数、及び培養時の両細胞の増殖能についてフローサイトメトリー法で解析した。コントロールでは、リンパ球全体に対してCD56brightCD11c+細胞の割合は極めて少なく、IL-18,ゾレドロネートの存在下で非存在下と比較して有意に増殖割合が増えた。手術前患者では、コントロールと有意差を認めない症例が多かったが、血液採取時よりCD56brightCD11c+細胞数が多い患者も複数含まれ、悪性腫瘍存在下で増えている可能性が示唆された。また、IL-18、ゾレドロネートでの刺激に対して、反応が乏しい症例もあり、すでに増殖刺激が加わっている可能性も示唆された。今後は、同一患者の術後検体との比較、腸管切除を伴う患者検体の解析を行っていく計画である。また、顕微鏡下で同一細胞を追跡をにより、アクセサリー細胞が及ぼすγδT細胞の機能変化(亢進、抑制など)を解析することを目指し、画像解析ソフトを開発中である。γδT細胞のアクセサリー細胞である、新奇免疫細胞;CD56brightCD11c+細胞の解析および高度侵襲時における腸管でのCD56brightCD11c+の影響の解析を行っている。正常腸管ではγδT細胞が多く存在し、腸管の細胞のturn overに関与していると言われている。しかし、重症患者では、腸管よりの出血や腸管機能不全が認められることがあるため、我々は、この腸管機能不全が腸管免疫細胞によるturn overの異常亢進によるものと考え、γδT細胞の増殖に深く関わっているCD56brightCD11c+が関与している可能性を検討している。この機序が解明できれば、高度侵襲時の治療法として寄与できるものと考えられる。現在、高度侵襲マウスモデルを用いた解析および正常ヒト検体を用いた解析を行っている。○高度侵襲マウスモデルを作成した。マウス腹腔内にLipopolysaccharideを投与したマウスより血液、全腸管を採取した。血液中の免疫細胞分画の解析、サイトカインの定量などを行う予定である。全腸管は免疫染色法による組織解析を行う予定であり、組織内での免疫細胞の分布、CD56brightCD11c+細胞の同定を試み、併せて腸管細胞のアポトーシスも検索する。○正常ヒト検体の解析;正常ヒトの採血検体中のCD56brightCD11c+の比率の解析、および、培養下での増殖、およびNK細胞の増殖に与える影響の評価を行っている。フローサイトメーター法による正常ヒト血液内でのCD56brightCD11c+の比率は、通常数%と極めて少ないが、ゾレドロネート、IL-18存在下での増殖は亢進する。この増殖率は、年齢などとも逆相関する可能性があることが分かったため、今後この点についても解析していく。侵襲を受けたサンプルの解析では、手術を受けた患者のサンプルを使用することも新たに予定した。高度侵襲マウスモデルの作製およびγδT細胞と腸管組織破壊の解析および高度侵襲マウス腸管における“CD56brightCD11c+細胞ーγδT細胞制御系"の解析;マウスにLipopolysaccharideを腹腔内投与し、採血、全腸管採取を行い、現在解析を行っている。○腸管機能不全・出血を起こした患者検体の解析;現在、正常ヒトの解析を行っている。○マウスモデルを用いた“CD56brightCD11c+細胞ーγδT細胞制御系"の解析について、高度侵襲マウスより採取した血液、全腸管の解析を行う。全腸管は、H-E染色、免疫組織染色法を用いて腸管組織破壊、腸管上皮粘膜のアポトーシスや免疫細胞の分布の検索を行う。

○ヒト検体を用いた検索;現在、正常ヒト検体を用いたコントロールを解析中である。今後、侵襲を受けた患者検体を用いた検索を行う予定である。フローサイトメータ法による解析を行うため、抗体各種が必要である。また、培養試薬および増殖促進物質(ゾレドロネートおよびIL-18)の購入も予定している。免疫組織染色法による解析において、染色用の抗体、試薬を購入予定である。また、共同研究者との打ち合わせのため、旅費にも使用する予定である。
圧縮応力下での時間依存型脆性破壊に関するマイクロメカニックス

高い拘束圧縮応力下にある脆性材料の破壊現象は、地震予知、地熱エネルギー開発、高レベル原子力廃棄物の地層処分場立地のような深い岩盤への関心とともに、急速に高まっている。地下深部での空洞開削を可能にする技術の確立は、喫緊の課題であるが、特に、空洞周辺のクリープ破壊危険性の予知は、安全性確保の観点からも極めて重要である。本研究は、深部岩盤の時間依存挙動、特に、空洞周辺の安定問題を具体的な課題として取り組んだものであり、主な成果を要約すれば以下の通りである。1)マイクロクラックの進展は、クラックテンソルの増分によって十分記述できる。このことを踏まえ、高温(200°C)・高圧(180MPa)下でのクリープ試験を行い、クリープ破壊をクラックテンソルの不変量で定式化した。また、数値解析に必要な入力パラメータの決定法を確立し、数値実験の信頼性について、実験的に検証した。2)マイクロメカニックスの方法により、クラックの進展を追跡でき数値解析手法を提案している。この数値解析手法を、クリープ挙動の数値解析法として拡張し、地下深部空洞の安定問題に適用した。数値解析結果は、実験結果と照合した結果によると、花崗岩のクリープの巨視的挙動のみならず、クラック進展などの微視的な挙動についても、ある程度説明できることが示された。更に実測結果との照合を積み上げることによって、本解析手法が地下深部トンネルのクリープ破壊の危険性予知に活用できることが示された。大深度での地下空洞の掘削はその周辺岩盤の応力再配分や間隙水圧の変動により新たなクラックを形成することが知られている。そのような周辺岩盤の力学特性により、応力再配分は掘削損傷領域(EDZ)と呼ばれる非弾性領域を形成する原因となる。例えば放射性廃棄物の処分場のような構造物の安全性を議論する際の重要な課題の一つとして、EDZでの透水係数の変化があげられる。このようなマイクロクラッキングを評価する上で微視的情報は重要である。花崗岩の時間依存性を微視的な視点から調べるために連続体モデルが提案されている。提案されているモデルは、クリープ状態下でのEDZのような損傷領域の進展に使われている。これに関連していくつかの実験が行われている(例えば、円孔を持つ稲田花崗岩のクリープ試験)。数値計算の結果は、稲田花崗岩を用いた実験とよく一致した。数値計算でのモデルと実験ともに二軸応力下でのクリープでは円孔の両側で主にダメージの進展が起こることを示した。また、数値計算から円孔まわりの領域での圧縮応力の増加が顕著であったことを示している。提案したモデルを使って、ダメージの進展を考慮した透水係数の定式化をすることができる。そのためにOda(1982)により提案されたクラックテンソル理論を使う。
緑内障の視神経細胞死の病態機構解明と新しい治療法の確立に関する細胞生物学的研究

興奮性アミノ酸であるグルタミン酸、特にそのNMDA型受容体が緑内障における細胞死に関与していると考えられている。細胞死におけるこれらサブユニットの役割について評価するため、NMDA型受容体のサブユニットNR2AおよびNR2Bをノックアウトしたマウスに対して眼球内圧を120mmHgまで上昇させた一過性虚血モデルを作製した。野生型マウスは虚血語4日後にすべての網膜神経節細胞の脱落や内顆粒層の細胞数の減少、内網状層の非薄化が認められた。しかしNR2Aノックアウトマウスは虚血後もほぼ正常な形態を維持し、NR2BノックアウトマウスではNR2Aノックアウトマウスよりは少ないが虚血に対する保護効果を認めた。この結果は一過性虚血モデルでの網膜細胞死の過程にこれらのサブユニットが直接的に関与していることを示唆した。ラット慢性眼圧上昇モデルを用いて、網膜における脳由来神経栄養因子(以下BDNF)発現量を蛋白レベルで定量的に解析し新たな知見を得た。当教室Ueda ey al.(1998)の方法に準じ、ラット片眼に慢性眼圧上昇モデルを作成、僚眼は対照眼として無処置とした。眼圧測定にはpneumatonometerを使用した。眼圧>22mmHgを1週、2週、4週及び12週にわたり負荷したラット実験眼及び僚眼網膜を摘出、蛋白を抽出しBDNF含量をELISA法を用いて定量的に測定した。その結果、実験眼の対照眼に対するBDNF含量は高眼圧負荷後1週後においては277%、2週後では102%、4週後では59%そして12週後では24%と大きく変動していた。本研究によって眼圧上昇ラット眼網膜でBDNFが大きく挙動していることが明らかにされた。興奮性アミノ酸であるグルタミン酸と、高いカルシウム透過性を持つNMDA型グルタミン酸受容体が緑内障眼における網膜神経節細胞の消失に関与していることを直接明らかにするために、この受容体を構成するサブユニットを遺伝子的にノックアウトしたマウスを用いて虚血・再灌流モデルを作製した。網膜、特に神経節細胞にはε1、ε2及びζ1サブユニットが発現している。全身麻酔を施したε1サブユニットノックアウトマウスを固定し、その片眼の前房内に刺入した針より約120mmHgの眼圧を負荷した。1時間後に負荷を解除し、3,7,14日後に網膜の組織学的変化を評価した。対照として、遺伝子背景を同一にする野生型マウスを用いた。その結果、ε1サブユニットノックアウトマウスは野生型マウスに対して、有意に神経節細胞が保護されていた。次に、ε2サブユニットノックアウトマウスに対して同様の実験を行った。しかし、ε2サブユニットは完全に発現が消失すると生後24時間以内に死亡してしまう為、発現量が半減するヘテロタイプのノックアウトマウスを用いた。対照として、ε1サブユニットのヘテロタイプのノックアウトマウス及び野生型マウスを用いた。その結果、ε2サブユニットノックアウトマウスは、野生型マウスより神経節細胞の保護効果が認められたが、ε1サブユニットノックアウトマウスよりは明らかに保護作用が減弱していた。また、ε1サブユニットにおいても、発現が半量残っているヘテロタイプでは完全にノックアウトした群に比して保護作用が減少していた。以上のことから、少なくとも、虚血・再灌流モデルにおける網膜神経節細胞死の過程でNMDA型受容体のε1サブユニットが重要な役割を果たしていることが明らかになった。現在、ε1サブユニットの選択的阻害剤は存在しないが、その開発により将来的に緑内障における網膜神経細胞の保護への臨床応用の可能性が見込まれる。