hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
安全な光治療・光細胞機能操作を可能にするナノ－バイオ界面の創製

(6,4)ナノチューブは半導体性カーボンナノチューブにわずかしか含まれない。そこで存在比が高いが、光線力学効果は低い(6,5)ナノチューブを誘導体化して、(6,4)ナノチューブ化することを試みた。梅山から提供された近赤外色素を(6,5)ナノチューブと混合して、複合体を形成させた後、apoA-Iを添加して、生理的条件下で複合体を分散化させた。ヒドロキシルラジカル生成量を指標として光線力学効果を調べたところ、両者単独では効果を検出できなかったが、複合体ではヒドロキシルラジカルの生成を検出することができた。近赤外色素から(6,5)ナノチューブへの光誘起電子移動が生じたことを示唆している。われわれの研究室では、さまざまなapoA-I欠損変異体を作製している。apoA-Iは11個の両親媒性αヘリックスからなり、そのうちの2つが強い脂質結合性を示す。ナノチューブ分散化においては、これらの脂質結合性αヘリックスが重要な役割を果たすと予想された。そこで各種apoA-I欠損変異体を用いて、半導体性カーボンナノチューブの生理的条件下での分散化を調べた。意外なことに、調べた欠損変異体の中では、脂質結合性αヘリックスを含まない欠損変異体が最もコロイド安定性の高いナノチューブを与えた。金ナノロッドの新しい分散剤として、膜融合性改変型HDLの作製に取り組んだ。われわれは既に、4種類の細胞親和性ペプチドを用いて、細胞膜親和性HDL変異体を作製している。今回、細胞膜接着後の膜融合を促進させるために、HDLの脂質膜を3種類の膜融合性脂質で作製した。FRETを利用するlipid mixing assayの結果、作製した各種変異体の中から、膜融合性リポソームよりも高活性なHDL変異体を見出した(under minor revision)。2018年度は製薬企業から共同研究の打診が複数あり、また実験を担当する2名の博士課程学生のうち1名が、新たに発案した関連研究テーマを携えて、京都大学iPS研究所に3ヶ月間出張実験したため、本研究課題に十分な労力を割くことができなかった。しかし後者に関しては、本研究課題に関する新たな展開(nano-explosiveの作製)を図ることができたと考えている。梅山の近赤外色素と(6,5)ナノチューブ複合体で得られた結果を元に、持続的光線力学効果を示す(6,5)ナノチューブ誘導体を作製する。(6,4)ナノチューブと(6,5)ナノチューブの光線力学効果の差に、励起三重項状態の生成効率が寄与することが、われわれのこれまでの研究で明らかになっている。そこで梅山と共同で、近赤外色素/(6,5)ナノチューブ複合体の過渡吸収測定を行い、そのフォトダイナミクスを明らかにする。この結果を元にして、複合体構造を再設計する。apoA-I欠損変異体/(6,5)ナノチューブの細胞内局在を共焦点顕微鏡で調べる。カーボンナノチューブは汎用される蛍光色素のクエンチャーとして働くため、水溶性の高い蛍光色素を用い、さらにスペーサーを介してapoA-Iに結合させる。(6,5)ナノチューブは近赤外発光を示す。apoA-I欠損変異体で被覆された(6,4)ナノチューブのがん細胞に対する光毒性およびアミロイドに対する光分解活性を調べる。各種活性酸素種消去剤を用いて、活性本体を明らかにする。膜融合性HDLで被覆された金ナノロッドを作製する。まずリポソームにこの複合体が接着することを確かめた上で、lipid mixing assayを行う。さらに近赤外レーザーを照射し、膜融合が増強するかどうか調べる。爆発性化合物をHDL被覆金ナノロッドに搭載させ、光起爆可能なナノ爆薬(nano-explosive)を作製する。Nano-explosiveをエンドサイトーシスで細胞に取り込ませた後、光起爆させ、その衝撃波でエンドソーム膜を破壊できるかどうか調べる。本研究では、半導体性カーボンナノチューブ(s-SWNT)および金ナノロッド(AuNR)は、高比重リポタンパク質(HDL)もしくはその構成成分で被覆される。HDLの作製には、現状では5日間かかるため、サンプル作製を効率化するため、HDL迅速作製法の開発に取り組んだ。その結果、1日で完了し、収率も従来法と同等以上の新しいHDL作製法を確立することができた(学会発表済み)。HDL/AuNR複合体は液体秩序(Lo)相と液体無秩序(Ld)相からなる細胞サイズリポソーム(GUV)に吸着すると、Lo相を固体秩序(So)相に転移させることを見出している。原理的には、GUVのコレステロール(Chol)含量が低下すればこの相転移は可能である。このことから、HDLの生理活性の1つ、細胞膜からのコレステロール引き抜きに注目した。Chol内包HDL/AuNRを作製し、So/Ld混合GUVに作用させると、Lo相が出現したことから、AuNR表面のHDLとGUVとの間のCholのやりとりが脂質相転移を誘導することが強く示唆された(学会発表済み)。s-SWNTの単一成分(6,4)-SWNTは調べた別の2成分に比べて顕著に一重項酸素光生成活性を示すことを見出していた。そこで過渡分光測定により光ダイナミクスを調べたところ、励起三重項寿命に差はなく、系間交差効率が重要な因子であることが示唆された。さらに(6,4)-SWNTはヒドロキシルラジカルも光生成できることがわかった。

この時(6,4)-SWNTはほとんど酸化修飾されなかったことから、極めて高い光安定性も高い光線力学効果の原因であることが明らかになった。予備的にアミロイドペプチド凝集体の(6,4)-SWNTによる光分解活性を調べたところ、有意な活性を検出した(学会発表済み)。平成29年度研究計画のうち、HDL/AuNRの光線温熱効果によるGUV膜構造変化誘導以外は、全て達成できたと考えている。一方で、新規共同研究に基づく学部生派遣があったため、HDL作製法の迅速化研究を行うことができた。今後の研究計画が加速されると考えている。s-SWNT研究は、H29年春に京大修士を修了し富山県立大に入学した博士学生が引き続き中心となって進めてくれた。梅山博士と共同で過渡吸収測定を行って結果を出すだけでなく、ヒドロキシルラジカルの持続的光生成、さらに予備的ではあるがアミロイドペプチド凝集体光分解という重要な結果も出してくれた。後者2つの結果は、医療応用に関する本研究計画の基盤となるものである。(6,4)ナノチューブは半導体性カーボンナノチューブにわずかしか含まれない。そこで存在比が高いが、光線力学効果は低い(6,5)ナノチューブを誘導体化して、(6,4)ナノチューブ化することを試みた。梅山から提供された近赤外色素を(6,5)ナノチューブと混合して、複合体を形成させた後、apoA-Iを添加して、生理的条件下で複合体を分散化させた。ヒドロキシルラジカル生成量を指標として光線力学効果を調べたところ、両者単独では効果を検出できなかったが、複合体ではヒドロキシルラジカルの生成を検出することができた。近赤外色素から(6,5)ナノチューブへの光誘起電子移動が生じたことを示唆している。われわれの研究室では、さまざまなapoA-I欠損変異体を作製している。apoA-Iは11個の両親媒性αヘリックスからなり、そのうちの2つが強い脂質結合性を示す。ナノチューブ分散化においては、これらの脂質結合性αヘリックスが重要な役割を果たすと予想された。そこで各種apoA-I欠損変異体を用いて、半導体性カーボンナノチューブの生理的条件下での分散化を調べた。意外なことに、調べた欠損変異体の中では、脂質結合性αヘリックスを含まない欠損変異体が最もコロイド安定性の高いナノチューブを与えた。金ナノロッドの新しい分散剤として、膜融合性改変型HDLの作製に取り組んだ。われわれは既に、4種類の細胞親和性ペプチドを用いて、細胞膜親和性HDL変異体を作製している。今回、細胞膜接着後の膜融合を促進させるために、HDLの脂質膜を3種類の膜融合性脂質で作製した。FRETを利用するlipid mixing assayの結果、作製した各種変異体の中から、膜融合性リポソームよりも高活性なHDL変異体を見出した(under minor revision)。2018年度は製薬企業から共同研究の打診が複数あり、また実験を担当する2名の博士課程学生のうち1名が、新たに発案した関連研究テーマを携えて、京都大学iPS研究所に3ヶ月間出張実験したため、本研究課題に十分な労力を割くことができなかった。しかし後者に関しては、本研究課題に関する新たな展開(nano-explosiveの作製)を図ることができたと考えている。
骨異方性誘導のための「異方性の材料科学」の構築

骨異方性誘導のための「異方性の材料科学」の構築のため、(1)自発的骨異方性形成(直接的アプローチ)、(2)骨代替異方性インプラント創製(間接的アプローチ)の材料科学・生物科学両側面からのアプローチの融合による解決を目指し研究に取り組んでいる。(1)骨系細胞の織り成す異方性骨形成機構の解明・制御に向け、平成30年度はそれを可能とする動物モデルや解析法の確立を行った。マウスを主とする遺伝子組み換え動物を準備するとともに、材料工学的手法(μXRD、複屈折マッピング法、μCT等)を駆使して、アパタイト、コラーゲンの異方性定量化法確立に成功するとともに、骨関連ホルモン・代謝異常を示す遺伝子(詳細は非公開)が骨異方性形成に深く関与することを明らかにした。(2)人為的骨異方性促進材料・インプラントの創製のため、金属3Dプリンタの自在な構造体化能力を駆使した内部形状制御による低弾性・高靱性化ならびに異方性付与に着手した。加えて、原子配列に基づく弾性率異方性化・極低ヤング率化を目指し、単結晶化を含めた材質制御、それを可能とする造形パラメータの最適化に着手した。特に今年度は異方性骨誘導のための多孔質造形体の創製を目指した原料粉末の準備、粒径制御を行い、スキャンストラテジーを中心とした特殊造形パラメータ探索を開始している。今後は、(1)で得た骨異方性発現メカニズムに関する知見を(2)で可能となる材質・形状制御に基づく造形体の異方性化と融合することで、本課題を加速的に推進する。【研究実績の概要】に記載のとおり、平成30年度に計画していた以下の項目は、一部計画を前倒ししつつ遂行した。以下に、代表的な項目ごとの進捗状況を示す。なお。記号の意味は、◎:当初計画以上に進展、〇:計画通り進展、とする。1遺伝子組み換え動物の準備(〇)、2材料工学的手法を駆使した、アパタイト、コラーゲンの異方性解析(◎:異方性定量化法を確立)、3金属3Dプリンタによる人為的骨異方性促進材料の造形に着手(◎:原料粉末準備・粒径制御を既に確立)、4内部形状制御による異方性多孔質造形体の創製に着手(〇)、5インプラント低弾性・異方性付与のための特殊造形パラメータ探索(◎)以上より、総合的に「当初の計画以上に進展している」と自己評価する。平成30年度に当初計画を上回り研究が進展し、試料確保ならびに解析手法の確立、注目する遺伝子の候補(非公開)の選定が完了したのみならず、金属3Dプリンタによる人為的骨異方性促進材料創製のための造形準備(特殊パラメータを含む造形条件の最適化)を既に開始したことから、直接的・間接的両アプローチの融合による「異方性の材料科学」構築へ向けての研究環境が当初計画をはるかに上回り整備されたといえる。次年度は、今年度の成果を踏まえ、遺伝子組み換え動物骨における異方性変化の起源について遺伝子・分子発現と異方性度を関連づけて解明するとともに、得られた知見は金属3Dプリンタによる異方性骨促進材料の設計に活用し、あたかも生体骨として振舞うような骨代替インプラントの創製へとつなげる。なお。1遺伝子組み換え動物の準備(〇)、2材料工学的手法を駆使した、アパタイト、コラーゲンの異方性解析(◎:異方性定量化法を確立)、3金属3Dプリンタによる人為的骨異方性促進材料の造形に着手(◎:

原料粉末準備・粒径制御を既に確立)、4内部形状制御による異方性多孔質造形体の創製に着手(〇)、5インプラント低弾性・異方性付与のための特殊造形パラメータ探索(◎)以上より、総合的に「当初の計画以上に進展している」と自己評価する。平成30年度に当初計画を上回り研究が進展し、試料確保ならびに解析手法の確立、注目する遺伝子の候補(非公開)の選定が完了したのみならず、金属3Dプリンタによる人為的骨異方性促進材料創製のための造形準備(特殊パラメータを含む造形条件の最適化)を既に開始したことから、直接的・間接的両アプローチの融合による「異方性の材料科学」構築へ向けての研究環境が当初計画をはるかに上回り整備されたといえる。次年度は、今年度の成果を踏まえ、遺伝子組み換え動物骨における異方性変化の起源について遺伝子・分子発現と異方性度を関連づけて解明するとともに、得られた知見は金属3Dプリンタによる異方性骨促進材料の設計に活用し、あたかも生体骨として振舞うような骨代替インプラントの創製へとつなげる。
資源と製品から見た環境対策のプライオリティー

どのような資源・物質の利用、どのような製品・サービスの利用がそのライフサイクルを通じて環境に影響を与えているかを明らかにし、その総合的な評価に基づいて環境対策の優先分野を同定することを試みた。このため、資源・物質利用の環境影響評価手法を開発し、環境影響評価のためのデータベースを構築した。資源・物質利用の観点からは、生物資源利用の環境影響が大きく、金属鉱物資源、化石資源、非金属鉱物資源の順となった。製品・サービス利用の観点からは、例えば、淡水消費量について、食料品や飼料などの農作物の影響が大きかった。全体として、農産物を中心とする生物資源の環境影響を削減する優先度が高いと考えられた。a)資源・物質利用の環境影響評価手法の開発既存研究が対象としている資源・物質と日本のLCAソフトウェアで試算が行える資源・物質を照合するとともに、各資源・物質の生産量・消費量等のデータの入手可能性について調査し、資源のライフサイクルのできるかぎり上流側で対象とする資源・物質を選定した。化石資源、金属鉱物資源、建設用非金属鉱物資源、生物資源について検討し、120の資源・物質が選定された。選定した資源・物質のいくつかについて、そのライフサイクルフローを描き、どのような利用のされ方をしているか把握した。また、資源・物質のライフサイクルフローの中で発生する環境負荷をどのように各資源・物質に配分するかについて基礎的な検討を行った。これらをもとに、LCAソフトウェアを用いて1単位の対象資源・物質の上流側の環境影響を試算した。また、環境影響のダブルカウントの発生状況について事例的に示した。b)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価のためのデータベースの構築重要性およびデータの利用可能性の両面から、対象とする環境負荷物質について検討した。また、LCAソフトウェアのデータベースと産業連関分析に基づくデータベースを比較し、両者の統合に向けた検討を行った。「a)資源・物質利用の環境影響評価手法の開発」に関する作業が想定以上に多く、これを集中的に行ったため「b)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価のためのデータベースの構築」の作業が遅れている。a)資源・物質利用の環境影響評価手法の開発対象資源・物質の網羅性・論理性を高めるため、産業連関表の部門をベースに対象資源・物質を選定し直した。具体的には、産業連関表の部門間の関係を考慮しつつ対象部門を選定した上で、これとIDEA2の財と対応させ、約200資源・物質を選定した。また、これをもとに1単位の対象資源・物質のライフサイクル環境影響を3EID及びIDEA2を用いて試算した。b)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価のためのデータベースの構築産業連関表を用いた分析として、国内・海外の水消費に関わるデータベースを用いて、製品・サービスの水消費原単位を作成した。また、IDEA2を用いた分析として、対象資源・物質に関わるGHG排出量を推計し、国の総GHG排出量と整合的であることを確認した。c)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価と環境対策優先度の検討1単位の対象資源・物質のライフサイクル環境影響に、資源・物質の生産量を乗じて、資源・物質利用の環境影響評価を行った。その結果、日本の資源・物質利用に伴う総環境影響は、1990-2010年の間ほぼ横ばいで推移していると推計された。日本の天然資源等消費量はこの間約4割減少し、資源生産性も向上したが、環境影響の観点からは必ずしも減少の傾向が見られないことが示唆された。また、製品・サービスの水消費原単位に、製品・サービスの需要量を乗じて、製品・サービス利用の水消費への影響評価を行った。その結果、「飲食料品」「対個人サービス」「水道・廃棄物処理」に関わる水消費が大きく、「飲食料品」に関わる水消費のうち、80%は国外での水消費であると推計された。そのうち、アメリカでの水消費が約半分を占めた。本研究は、a)資源・物質利用の環境影響評価手法の開発、b)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価のためのデータベースの構築、c)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価と環境対策優先度の検討で構成されるが、対象環境負荷は限られるものの、2年目でc)まで到達できた。a)資源・物質利用の環境影響評価手法の開発過年度の成果を微修正して、資源・物質利用の環境影響の算定において、論理性・網羅性のある対象資源・物質の選定方法を構築するとともに、ある対象資源・物質が別の対象資源・物質の原材料となる場合の環境影響の配分方法、対象資源・物質が使用される下流側で発生する環境影響の配分方法を提示した。b)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価のためのデータベースの構築資源・物質利用に関わる温室効果ガス排出量を、様々な修正を施したIDEAversion2を用いて推計し、これを日本全体の温室効果ガス排出量と比較してその妥当性を確認した。また、製品・サービス利用の環境影響として、森林減少と窒素排出を取り上げ、日本の最終需要が引き起こす森林減少の原単位、窒素排出の原単位のデータベースを作成した。c)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価と環境対策優先度の検討資源・物質1単位あたりのライフサイクル環境影響に、資源・物質の生産量や消費量を乗じて、資源・物質利用の環境影響評価を行った。その結果、1生物資源に関わる物質利用の影響が全体の約50%で微減傾向、2土地利用の領域の環境影響が全体の50%以上で微減傾向にあると推計された。

生物資源に関わる物質利用の影響が大きく推計されたことは欧州と同傾向であった。3日本の天然資源等消費量は19902010年の間約40%減少したが、日本の資源・物質利用に伴う環境影響はこの間ほぼ横ばいで推移していると推計された。4これらの結果はさらなる検討・検証を要するものの、今後の環境政策の対象を再考する必要性を示唆している。例えば、通常の「資源生産性」よりも「土石系資源投入量を除いた資源生産性」をより重視すること、生物資源の管理をより重視することなどが考えられる。どのような資源・物質の利用、どのような製品・サービスの利用がそのライフサイクルを通じて環境に影響を与えているかを明らかにし、その総合的な評価に基づいて環境対策の優先分野を同定することを試みた。このため、資源・物質利用の環境影響評価手法を開発し、環境影響評価のためのデータベースを構築した。資源・物質利用の観点からは、生物資源利用の環境影響が大きく、金属鉱物資源、化石資源、非金属鉱物資源の順となった。製品・サービス利用の観点からは、例えば、淡水消費量について、食料品や飼料などの農作物の影響が大きかった。全体として、農産物を中心とする生物資源の環境影響を削減する優先度が高いと考えられた。a)資源・物質利用の環境影響評価手法の開発前年度に選定した資源・物質について、引き続いてそれぞれのライフサイクルフローを描き、どのような利用のされ方をしているかを把握しモデル化を行う。また、1単位の対象資源・物質のライフサイクル環境影響について、a)におけるモデル開発とb)におけるデータベース構築の進捗を見極めながら、対象資源・物質を増やして試算する。b)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価のためのデータベースの構築前年度に引き続き、LCAソフトウェアのデータベースと産業連関分析に基づくデータベースの統合について検討するとともに、統合に必要な部門やデータを追加する。c)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価と環境対策優先度の検討aで作成した1単位の資源・物質のライフサイクル環境影響に、資源・物質の生産量や消費量を乗じて、資源・物質利用の環境影響評価を行う。また、循環型社会形成推進基本計画における資源生産性指標(GDP/天然資源等投入量)について、分母を環境影響に置き換えたときの推移についても考察する。合わせて、製品・サービス利用の環境影響評価を行う。a)資源・物質利用の環境影響評価手法の開発1単位の対象資源・物質のライフサイクル環境影響について、a)におけるモデル開発とb)におけるデータベース構築の進捗を見極めながら、対象資源・物質を増やして試算する。b)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価のためのデータベースの構築LCAソフトウェアのデータベースと産業連関分析に基づくデータベースの統合について引き続き検討するとともに、統合に必要な部門やデータを追加する。c)資源・物質利用および製品・サービス利用の環境影響評価と環境対策優先度の検討a、bをもとに資源・物質利用の環境影響評価、製品・サービス利用の環境影響評価を行い、結果をa、bの検討にフィードバックする。
新規膜型マトリックスメタロプロテアーゼの構造および機能解析

マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)は細胞外マトリックスを基質とする一群の酵素であり、その過剰発現は癌の浸潤に関与すると報告されている。近年、MMPのサプタイプとして膜貫通型のMMP(MT-MMP)が5種類クローニングされたが、4番目に発見されたMT4-MMPについては全く情報がない。その理由の一つとして、タンパクに翻訳される全長のcDNA配列が知られていず、酵素の解析が不可能であった事があげられる。そこで我々はまず、MT-4MMPの全長cDNAを取得するところから始めた。また、同時にMT5-MMPの全長cDNAの解析およびそのゲノムマッピングを行った。膜型マトリックスメタロプロテアーゼ(MT-MMP)はそのC末端に膜貫通ドメインを持ち、細胞表層に発現するが、そのアミノ酸配列から、MT1,2,3,5-MMPは膜貫通ドメインの後に細胞質ドメインを持つことがわかる。一方で、MT4-MMPの配列は細胞質ドメインを全く持たない。このような配列はGPIアンカ-型である可能性があり、我々はその是非を検証した。MT4-MMP遺伝子を導入したCOS1細胞を用いて、GPIアンカ-タンパクとしての特徴である、[3H]ethanolamineによるラベリング、また、phosphatidilinositol-specific phospholipase Cによる膜表面からの乖離が、MT4-MMPのC-末端配列依存的に起こることを確認した。また、MT4-MMPはトランスフェクションしたCOS1およびCHO-K1細胞において、可溶型酵素として一部が培養液中に放出された。以上の結果からMT4-MMPがGPIアンカ-型のプロテアーゼであり、その活性制御機構の一部に膜表面からの放出があることが推測された。マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)は、細胞外マトリックスを基質とする一群の酵素であり、その過剰発現は癌の浸潤やリウマチなどの病態で報告されている。近年、MMPのサプタイプとして膜貫通型のMMP(MT-MMP)が4種類クローニングされ、初めにクローニングされたMT1-MMPは、ゼラチナーゼAを活性化することによって癌の浸潤・転移を促進することが明らかになり、注目されている。我々はMT3-MMPのcDNAをプローブとして用い、マウス17日胚脳cDNA libraryから新規のMT-MMPをクローニングすることに成功した。推定されるアミノ酸配列は、MT-MMPに特徴的な膜貫通領域、細胞質ドメイン、プロペプチドと触媒ドメインの間のFurinによる分解を受けるRXKR配列を持っている。さらに、このクローンをプローブにしてhuman kidney cDNA libraryのsreeningと5'RACEにより、アミノ酸配列が、92%相同なヒトクローンを得た。ノーザンブロット解析より、MT5-MMPは、マウス、ヒト成体の小脳およびマウス17日胚から生後すぐの大脳に高い発現が見られる。現在、小脳での発現細胞の特定し、その生理的な役割を推察しようとしている。また、酵素タンパクをE.coliおよびほ乳動物細胞に発現させ、その酵素活性および基質特異性などの生化学的性質を解析している。近年、MMPのサブタイプとして膜貫通型のMMP(MT-MMP)が4種類クローニングされ、初めにクローニングされたMT1-MMPは、ゼラチナーゼAを活性化することによって癌の浸潤・転移を促進することが明らかになり、注目されている。

推定されるアミノ酸配列は、MT-MMPに特徴的な膜貫通領域、細胞質ドメイン、プロペプチドと触媒ドメインの間のFurinによる分解を受けるRXKR配列を持っている。さらに、このクローンをプローブにしてhuman kidney cDNA libraryのsreeningと5'RACEにより、アミノ酸配列が、92%相同なヒトクローンを得た。ノーザンブロット解析より、MT5-MMPは、マウス、ヒト成体の小脳およびマウス17日胚から生後すぐの大脳に高い発現が見られる。MT5-MMPの発現は神経細胞特異的に見られ、神経芽細胞SK-N-SHおよびNeuro2Aをレチノイン酸とNGFで分化させると、神経細胞マーカーであるNeurofilamentとともにその発現が増加する。また、発生段階のマウス脳を特異的抗体により免疫染色すると、その局在は大脳皮質、脊髄、嗅神経、視神経、後根神経節に見られた。脳での特異的な役割はまだ明らかではないが、MT5-MMPはプロテオグリカンの分解能をもっており、この酵素が神経への分化そしてその役割の維持に何らかの役割を担っていることが示唆された。
透過型電子顕微鏡を用いた機能性材料のマルチスケール微細構造解析

本研究では、汎用透過型電子顕微鏡を用いて、電子光学レンズ系の制御により、(1)10-2[rad]から10-7[rad]に及ぶ角度分解能を持つ小角電子回折法の実現、(2)同一領域から小角電子回折図形、ローレンツTEM像および構造的暗視野像を取得できるマルチスケール微細構造観察システムの構築を行った。本光学系では、制限視野絞りにクロスオーバーを形成した条件下でカメラ長は約1300 m(対物レンズオフ)および2500 m(対物レンズ0.36 A)を実現し、外部磁場は約200 mTまで印加可能である。さらに、上段の中間レンズを弱励磁での条件下で、0.8 4.5 mのカメラ長の実現に成功した。ローレンツ顕微鏡法によって磁性材料を観察する手段として主にフレネルl法とフーコ法がある。また、小角電子回折法は数百mものカメラ長を用いて微小な偏向角(μrad程度)の回折や散乱を観測する方法である。本研究では、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、電子光学レンズ系の制御により、同一領域から小角電子回折パターンおよびフーコ像を取得できる微細構造評価法の構築を行うことを目的としている。以下に平成27年度に得られた研究成果を示す。(a)汎用型電子顕微鏡を用いて小角電子回折スポットによるフーコー法を可能とする電子光学系を構築した。本光学系では、対物レンズをオフにし対物ミニレンズと一番上にある中間レンズによって回折パターンを制限視野絞りの位置に作ることによりFoucault法を行う。さらに中間レンズ1の電流値をJust Focusの値からずらすことによりFresnel法が可能である。また中間レンズの値を調整することにより制限視野絞りから上の光線図は同じ状態で無磁場下においてBragg回折(10-2 rad)を観測することに成功した。(b)La1-xSrxMnO3(0.15<x<0.30)単結晶を用いて、ローレンツ顕微鏡観察を行い、無磁場中では各結晶面において、数百nmの周期で規則的に配列したブロッホ磁壁を持つストライプ状180°磁区構造が形成されていることを明らかにした。次に、結晶面に垂直にH = 224 mTの磁場を印加したところ、ストライプ状磁区がランダムに分断された後、楕円状の磁区構造(磁気渦構造)に変化することを見出した。本年度は、LaB6型透過型電子顕微鏡を用いて、対物レンズ、中間レンズおよび投影レンズ系のレンズ電流値を制御することで、小角電子回折スポットによるフーコー法を可能とする電子光学系を構築した。また、本光学系では、対物レンズをオフにし対物ミニレンズと一番上にある中間レンズ(中間レンズ1)によって回折パターンを制限視野絞りの位置に作ることによりFoucault法を行うことができる。中間レンズの値を調整することにより制限視野絞りから上の光線図は同じ状態で無磁場下においてBragg回折(10-2 rad)を観測することに成功した。以上の理由から、研究は順調に進んでいると判断できる。原子の周期的な配列によって特徴づけられる結晶固体では、その構成要素である電子の持つ電荷・軌道・スピンの自由度に起因した複雑な秩序構造が形成される。最近では強相関系物質やらせん磁性体において、スピンがある方向に揃っている単純な磁区構造では理解できない複雑な磁気的微細構造(磁気テクスチャ)が形成することが見出されている。本研究では、10-6[rad]以下の角度分解能をもつ小角電子回折法を実現するとともに、空間分解能の高い実空間観察が同一領域で可能な磁気的微細構造観察システムの構築を行い、本システムを用いてLa1-xSrxMnO3における強磁性における磁場下での磁気テクスチャの直接観察を行った。■成果1:実像と小角電子回折像の同時計測手法の構築透過型電子顕微鏡の電子光学レンズ系の電流値を適切に制御することで、対物レンズが作る磁場をゼロにした状態で、10-6[rad]の角度分解能を持つ小角電子回折法を実現した。[Microscopy 65, 473 (2016)]■成果2:強磁性金属および絶縁相での磁気バブル形成強相関系マンガン酸化物の強磁性状態や相分離状態での磁気的微細構造に関する研究を行ってきた。こうした一連の研究の中で最近、La1-xSrxMnO3 (x=0.1250.175)の強磁性金属相および絶縁相において、無磁場下で図2に示すストライプ状の磁区構造の磁化状態を小角電子回折法により明らかにした。さらに、この磁区構造が磁場印加によって、磁気バブルと呼ばれるナノスケールの磁気渦構造(図2参照)に変化することを見出した。磁化測定結果およびローレンツ顕微鏡像の磁気コントラストから、結晶構造に起因する磁気異方性によって磁気バブル内部でのスピン配列が異なることが考えられる。

さらに、上段の中間レンズを弱励磁での条件下で、0.8 4.5 mのカメラ長の実現に成功した。平成28年度は、小角電子線パターンとフーコ像およびナノビーム回折パターンを取得できる微細構造評価システムを構築する。本手法をらせん磁性体に応用し、磁場下での磁気的微細構造と構造的微細構造観察を行い、強誘電相とらせん磁気相の相共存・相競合状態を明らかにする。(1)室温以上に磁気転移温度を持つ六方晶フェライトBa2-xSrxZn2Fe12O22 (Y型)および関連物質に着目し、磁気的微細構造をローレンツTEM法および小角電子線散乱法により調べる。特に、Y型六方晶フェライトは、磁場下で不整合な周期を持つらせん的磁気構造から整合な周期構造を経てコリニアなフェリ磁性体へと変化することから、これらの磁気構造の変化に伴う磁気的微細構造について精力的に調べる。また、中間相IIIの領域で磁場誘起の強誘電相が出現することから、中間相IIIでの磁気的微細構造と構造的(強誘電)微細構造について明らかにしていく。(2)Y型六方晶フェライトにおいて、Feサイトの一部をAl置換した試料で、弱磁場(10mT)下で強誘電相が出現することから、Al置換によるらせん構造による磁気的微細構造の変化や磁場応答について調べる。また六方晶フェライトには、6種類の結晶構造が異なる物質群が存在する。その中でも、M型六方晶フェライトは、室温において電気磁気効果が発現することから、M型六方晶フェライトでのらせん構造による磁気的微細構造と磁場応答についても調べていく。材料物性
季節予報を用いた作物収量変動の予測可能性と予測制約要因の解明

世界の作況予測の信頼性を評価した。コムギとコメについて、世界の栽培地域の約3割で、生育後期3ヶ月間の気象条件(気温・土壌水分量)と不作との間に、強い統計的な関係が認められた。そこで、気温と土壌水分量の季節予報を、得られた統計式に入力したところ、世界の栽培地域の約2割で、栽培中のコムギとコメの不作(前年に比べて収量が5%以上、減少)を、収穫の3ヶ月前に予測できる可能性が高いことが示された。平成23年度の主要な研究成果は以下の5点である。(1)米国・中国・ブラジル・アルゼンチンのトウモロコシについて、各国の農務省または統計省を通じて州以下(例えば郡)の行政レベルで集計された統計収量データとGeographical Information System(GIS)で使用する行政界データを収集し、全球を等間隔に分割する格子点に割り付け、グリッドデータセットとして整備した。(2)作物統計収量データが得られない国・地域についてリモートセンシングから得られる正規化差植生指数(NDVI)に基づく純一次生産量(NPP)と国連・食糧農業機関(FAO)の国レベルの作物収量統計データとを比較し、NPPが作物収量データの代替指標として使用できることを確認した。(3)独立行政法人海洋研究開発機構(JAMSTEC)が提供する季節予報データを準観測データに相当する全球再解析気象データと比較し、011ヶ月のリードタイム別に予測された気温・降水量の予測スキルを評価した。(4)作物収量変動に大きな影響を及ぼす日射量と飽差が季節予報からは直接的に得られないため、気温日較差から日射量と飽差を推定する経験式を適用し、日射量と飽差の推定精度を全球再解析データに基づいて評価した。また、検証した経験式を季節予報データの気温日較差に適用し、日射量と飽差の予報データを作成し、全球再解析との比較を通じてそれらの気候要素の予報スキルを評価した。(5)気温・飽差・日射量のリードタイム011ヶ月での予報データを用いて生殖生長期間における気候要素の前年差分(ある年の気温の前年の気温に対する差)とNPPの前年差分との回帰分析を行い、収量変動の予測可能性がある地域と、線形回帰モデルの代わりに作物モデルを用いることで収量変動予測スキルの向上が見込まれる国・地域を明らかにした.信頼性の高い作況予測を実現するためには、気候条件と作物収量との関係が強く、かつ収量を制約する気候要因の予測可能性が高いことが条件となる。本研究「季節予報を用いた作物収量変動の予測可能性と予測制約要因の解明」では、主要な4作物(トウモロコシ、ダイズ、コメ、コムギ)を対象に、収量を制約する気候要因と、気候と収量との関係の強さ、収量を制約する気候要因の季節予報による予測可能性を全球で評価した。その結果に基づき、生育期間中盤における作況予測の可能性を4つに区分した。すなわち、(1)可能性が高い、(2)季節予報の信頼性が低く、作況予測の可能性が制約されている、(3)季節予報の信頼性が低く、かつ気候と収量の関係が弱く、作況予測の可能性が現時点ではない、(4)気候と収量の関係が弱く、作況予測の可能性が制約されている、である。解析の結果、世界生産量の24-38%を生産する地域では強い(統計的に有意な)気候と収量の関係が得られた。トウモロコシとダイズの世界生産量のうち、51-59%は土壌水分量により強く規定される地域で生産されており、コメとコムギは世界生産量の47-53%が気温により強く規定される地域で生産されていることが示された。気温の予測可能性は土壌水分量のそれよりも高いため、収量が気温により強く規定され、気温の予測可能性が高い地域で作況予測の可能性は高い。トウモロコシとダイズの作況予測の可能性を上げるためには、北緯30-50°の7-10月と南緯30-40°の2-4月の土壌水分量の予測可能性を向上する必要がある。一方、コメとコムギの作況の予測可能性を向上するためには、北緯20-60°の3-8月の気温の予測可能性を向上することが必要である。本研究で示された作況の予測可能性の評価により、対象とする地域・作物の作況の予測可能性を向上するための研究の方向性について、示唆を得ることが可能である。当初計画ではH24年度に予定だった作物収量変動の予測可能性評価を、広域作物モデルの代わりに簡易な気候と作物の関係を記述する回帰モデルを用いて行った。この点では計画よりも進捗している。しかしながら、H23年度に行う予定だった広域作物モデルのキャリブレーションは、作物統計収量グリッドデータセットの整備状況に依存するため、当初予定よりは進捗がやや遅れている。したがって総合的にはおおむね順調に進捗している。24年度が最終年度であるため、記入しない。

H24年度は、作物統計収量グリッドデータセットおよび全球の灌漑水量・窒素投入量データの整備を完了し、大型計算機を用いた広域作物モデルのキャリブレーションを行う。H23年度に翻訳した季節予報データを広域作物モデルに適用して、より高度な手法で収量変動の予測可能性を評価する。その際、確率モデル(WG)を適用して、季節予報の翻訳に係る不確実性を併せて考慮する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
日本列島および近隣地域の広葉樹食性ヒラタハバチ相の特性とその成立に関する研究

1.比較研究の基礎資料を充実させるため,平成10年6月および7月,平成11年5-6月,平成12年6-7月,ならびに平成13年6月および7月に北海道各地において,また平成11年7-8月,平成12年5月,6月,7月,ならびに平成13年5月に本州中国山地および中部山岳地帯において成虫の研究資料収集を目的とした調査を行った.4年間の調査を通じ未記載種および日本未記録種の標本を含む多くの基礎資料が得られた。2.世界の種を対象として,ヒラタハバチ亜科に分類される属グループならびに種グループタクサのチェックリストを作成し,日本を含む東アジアからの新属Chrysolydaを記載した.これにより同亜科には,これまでに世界で6属160種,東アジアで4属95種,日本で4属47種が知られることが明らかになった.さらにNeurotoma, Onycholyda, Pamphiliusの各属について,種群レベルの再分類をおこなって,これまでに得られている分類学的情報ならびに分布および寄主植物に関する知見を整理した.またそれら6属ならびに最大の属であるPamphiliusに含まれる12の種群について暫定的な系統解析をおこなった.これらの研究を基礎に日本の広葉樹食性ヒラタハバチ相の特性とその成立過程を考察したが,日本以外の東アジア地域のヒラタハバチ相の情報があまりに少なく,満足の行く結論を得るには至らなかった.今後はさらに各東アジア地域,とくに中国のヒラタハバチ相の知見の増大に努める必要がある.3.上記の研究の過程で明らかになった新知見の一部は,13編の論文として学会誌等に発表した.1.比較研究の基礎資料を充実させるため,平成10年6月および7月,平成11年5-6月,平成12年6-7月,ならびに平成13年6月および7月に北海道各地において,また平成11年7-8月,平成12年5月,6月,7月,ならびに平成13年5月に本州中国山地および中部山岳地帯において成虫の研究資料収集を目的とした調査を行った.4年間の調査を通じ未記載種および日本未記録種の標本を含む多くの基礎資料が得られた。2.世界の種を対象として,ヒラタハバチ亜科に分類される属グループならびに種グループタクサのチェックリストを作成し,日本を含む東アジアからの新属Chrysolydaを記載した.これにより同亜科には,これまでに世界で6属160種,東アジアで4属95種,日本で4属47種が知られることが明らかになった.さらにNeurotoma, Onycholyda, Pamphiliusの各属について,種群レベルの再分類をおこなって,これまでに得られている分類学的情報ならびに分布および寄主植物に関する知見を整理した.またそれら6属ならびに最大の属であるPamphiliusに含まれる12の種群について暫定的な系統解析をおこなった.これらの研究を基礎に日本の広葉樹食性ヒラタハバチ相の特性とその成立過程を考察したが,日本以外の東アジア地域のヒラタハバチ相の情報があまりに少なく,満足の行く結論を得るには至らなかった.今後はさらに各東アジア地域,とくに中国のヒラタハバチ相の知見の増大に努める必要がある.3.上記の研究の過程で明らかになった新知見の一部は,13編の論文として学会誌等に発表した.1.平成10年6月18日から6月28日まで,ならびに7月10日から7月20日まで北海道各地で調査をおこない多くの研究材料を得た.2.分類学的研究の基礎資料として,ヒラタハバチ亜科に分類される属グループならびに種グループタクサのチェックリストを作成し,これまでに得られている分類学的情報を整理した(現在投稿準備中).3.次の内容の3論文を発表した.(1)既存の採集記録ならびに新たに得られた資料から,九州に5属18種のヒラタハバチが産することを確認した.このうちPamphiUus属の4種は九州から初めての記録であった.また同属の2種を北海道および四国からそれぞれ初めて記録した.(2)Pamphilius albopictus(Thomson)およびその近縁種を分類学的に再検討し,P.albopictus(ヨーロッパから韓国まで広く分布),P.kamikochensisTakeuchi(日本特産種),P.heecheonparki(新種,東シベリア,韓国)の3種を認めた.基準標本を含む,分布域内の各地から得られた多数の標本の比較研究の結果,オランダから記載されたP.viridipes Achterberg &AartsenがP.albopictusの同物異名であることを確認した.(3)1997年に採集された材料をもとに,3種のOnycholyda属ヒラタハバチを中国陜西省から初めて記録した.このうちの2種は新種として記載命名し,他の1種については,これまで中国の他の省から知られていた標本と比較して,色のパターンなどに若干の違いがみられることを指摘した.1.平成11年5月27日から6月6日まで,ならびに6月17日から6月30日まで北海道各地で,また7月25日から8月1日まで長野県の八ヶ岳および志賀高原において調査をおこない多くの研究材料を得た.2.世界の種を対象として,ヒラタハバチ亜科に分類される属グループならびに種グループタクサのチェックリストを作成し,日本を含む東アジアからの新属Chrysolydaを記載した.これにより同亜科には,これまでに世界で6属157種が知られることが明らかになった.

さらにNeurotoma, Onycholyoda, Pamphiliusの各属について,種群レベルの再分類をおこなって,これまでに得られている分類学的情報を整理した.また6属ならびに最大の属であるPamphiliusに含まれる12の種群について暫定的な系統解析をおこなった(現在フィンランドで出版予定の論文集に投稿中).3.次の内容の3論文を発表した.(1)Pamphilius属のvafer種群に属する2新種を記載した.このうちP.opacusは本州中部山地の日本海側,P.naokoaeは山梨県増富でのみ採集されている.いずれも少数の標本しか知られておらず,生態については未知である.(2)北海道での飼育データに基づいて,Neurotoma属2種,Pamphilius属4種の寄主植物を新たに明らかにした.(3)ヒラタハバチ亜科に近縁のマツヒラタハバチ亜科に属する種のうち,これまで日本から未知であったAcantholyda aglaiaを北海道から初めて記録し,新亜種として記載し,寄主植物(ドイツトウヒ)ならびに生活史の概略を明らかにした.また原名亜種をロシア沿海州から初めて記録し,雄を初めて記載した.1.平成12年5月18日から25日まで広島県ならびに兵庫県において,6月4日から11日まで長野県八ヶ岳ならびに志賀高原において,6月21日から7月4日まで北海道各地で,また7月24日から30日まで長野県の八ヶ岳において調査をおこない多くの研究材料を得た.2.次の内容の5論文を発表した.(1)ヒラタハバチ亜科に近縁のマツヒラタハバチ亜科Acantholyda属のうち,Acantholyda posticalis(Matsumura,1912)に近縁の種を分類学的に再検討し,世界に7種を認めた.このうち,日本,中国ならびに韓国から発見された5種1亜種を新種あるいは新亜種として記載・命名した.(2)パリ国立自然史博物館の所蔵標本に基づいて,Pamphilius norimbergensis Enslin,1917をフランスから初めて記録した.(3)これまで知られていなかったPamphilius basilaris Shinohara,1982の雌を初めて記載し,図示した.(4)パリ国立自然史博物館に所蔵される,今世紀初頭に活躍したフランスの研究者M.Picの記載したヒラタハバチ科のタイプ標本を分類学的に再検討し,1種について後基準標本を指定し,3種について,他の種の新参シノニムであることを新たに確認した.(5)マツヒラタハバチ亜科Acantholyda属の日本産の種を分類学的に再検討し,14種を認めた.このうちいずれも本州からの2種1亜種を新種・新亜種として記載・命名した.また,これまで知られていなかったA.albomaculata Shinohara,1985およびA.iwatai Takeuchi,1938の雄を初めて記載し,後者を四国ならびに九州から初めて記録した.1.平成13年5月24日から30日まで鳥取県大山において,また6月16日から30日ならびに7月10日から17日まで北海道各地で,おもに成虫の採集を目的とした調査をおこない多くの研究材料を得た.
ウエルシュ菌α毒素のリン脂質代謝亢進に関与するGTP結合タンパク質の解析

1)α毒素によるウサギ赤血球膜中でのホスファチジン酸(PA)合成亢進に関与するGTP結合タンパク質(Gタンパク質)の分子種を明らかにするため、ウシ脳ホモジネイトから三量体Gタンパク質の精製を行った。ウシ脳ホモジネイトを遠心して得られる細胞膜をコール酸ナトリウムで可溶化し、この可溶化物を出発材料として、DEAE-セファセル、及び、セファクリルS-300(HR)カラムクロマトグラフィーを行い、[^<35>S]GTPγSに結合能を有するGタンパク質(Gs、Gi)標品を得た。しかしながら、この画分には、若干他のタンパク質の混在が認められたので、さらに精製を進行中である。また、この部分精製標品を用いて、その効果を検討している。2)α毒素によるウサギ赤血球膜PA合成亢進とチロシンキナーゼの関係を明らかにするため、チロシンキナーゼ阻害剤の影響を検討した。メチル2,5-ジヒドロキシシンナメート、及び、RCM-リゾチームは、用量依存的に毒素によるPA合成亢進を阻害することが明らかとなった。3)α毒素のPA合成を増強する赤血球細胞質中の因子の精製を行った。赤血球細胞質に硫安を加え、この硫安画分を出発材料とし、セファクリルS-300(HR),DEAE-セファロース、そして、銅キレートアフィニティーカラムクロマトグフィーを行った。銅キレートアフィニティーカラムで溶出した活性画分は、[^<35>S]GTPγS結合能を有する分子量約24KDa、及び、10KDaのタンパク質を含んでいた。従って、この反応系に関与するこのGタンパク質は、低分子量Gタンパク質であると推察された。次に、他の細胞系において、PA合成系に関与するホスフォリパーゼDをRhoタンパク質(Rho)が活性化することから、RhoのADP-リボシル化酵素として知られているC3ボツリヌス酵素、または、EDINで処理したが、不活性化されなかった。そこで、この増強因子は、ARF様タンパク質と推察されるので、酵母から、PCR法によってARF遺伝子を単離し、大腸菌にトランスフォームした。現在、毒素によるPA合成亢進に対するARFの効果を検討中である。
並列プロセッサによる自律分散的な動画像生成

鳥や魚のように自律的に行動する複数の個体に対して、自然感の高い動画像を実時間で生成するために、以下の研究・開発を行った。1.並列ビジュアルコンピューティングシステムViSA-32の開発32ビットマイクロプロセッサ・Transputer(インモス社製)を32個搭載した並列ビジュアルコンピューティングシステムViSA-32を開発した。各プロセッサが、それぞれ大容量の画像メモリを持つ。システム全体として多層画像メモリが存在するようにみえる、分散マルチレイヤ・アーキテクチャを開発した。2.自律的に行動する複数の個体の動画像生成1固体の行動制御・画像生成を1個のプロセッサに割り当てることは自然である。実際にViSA-32を用いて、それぞれ独立に泳ぐ32匹の金魚画像の実時間生成を行った。汎用並列マイクロプロセッサが、自律的に行動する複数の個体を対象とした自然感の高い画像の実時間生成に有効であることを示した。分散型マルチレイヤ・アーキテクチャにより、並列プロセッサシステムにおいて問題となる複数の個体間の衝突検出・回避に必要な計算コストを低減した。これにより、分散型マルチレイヤ・アーキテクチャの有効性を確認した。3.擬人化エージェントインタフェースへの応用本システムはまた高次ヒューマンインタフェースを実現するため、自然感の高い人間の顔を持つ擬人化エージェント動画像の実時間生成にも用いており、良好な結果を得ている。
障害肝に対する生体内冷却灌流の安全性に関する研究

肝硬変、黄疸を合併した肝細胞癌、胆管細胞癌に対して安全で根治性の高い手術の開発を目的として障害肝に対するV-V bypass,肝冷却灌流の有用性と安全性について豚モデルを用いて検討した。1.子豚を用いたV-V bypass,肝冷却灌流の有用性の検討平成6年までに完成したイヌV-V bypass,肝冷却灌流モデルを子豚に応用し温阻血群に比べ冷却灌流群において有意に肝細胞保護効果を認めた。2.閉塞性黄疸障害肝におけるV-V bypass,肝冷却灌流の有用性の検討子豚の総胆管を結紮して作成した閉塞性黄疸障害肝で1と同様の検討を行った。閉塞性黄疸肝において温阻血障害により著名な肝細胞障害が引き起こされたが、肝冷却灌流は正常肝におけると同様閉塞性黄疸肝においても肝障害を軽減した。3.長時間V-V bypass,肝冷却灌流の可能性の検討同様に子豚を用いて60,120,180分の肝阻血を行い本法の有用性と限界を検討した結果、生体内での物理的冷却は肝阻血障害を軽減させる有効な手段で、灌流液としてUW液を用いることにより180分までの肝阻血が可能である事が判明した。4.PGIの肝細胞保護効果の検討同様のモデルにてPGI2誘導体OP-2507を阻血前投与、灌流液内混和投与しその肝保護効果について検討した結果、PGI2を用いた肝冷却灌流は肝虚血再灌流障害の軽減に有効であった。肝深部温度、直腸温度の検討からこの方法は体温に影響を与えず、体内で肝温度を下げることが可能な方法であることが示された。全身血行動態については120分までの阻血では動脈圧、心拍出量、平均肺動脈圧ともに安定していたが、180分阻血ではUW液を用いた冷却灌流群でのみ安定が得られた。温阻血群では再灌流後120分までに全例が死亡、LR群でも再灌流後に血圧が低下した。再灌流後の門脈血流、肝動脈血流、肝組織酸素飽和度は120分までの阻血においては差は認めないが180分阻血では冷却灌流群でのみ高値で、温阻血群では回復しなかった。エネルギー代謝の点から再灌流後120分の肝組織アデノシン三リン酸(ATP)を測定したが、60分阻血では温阻血、冷却灌流群の間に差はなかった。120分阻血では温阻血群のATPの回復は阻血前の55%までしか回復しなかったが、冷却灌流群では阻血前値の75%まで回復し優位の差を認めた。180分阻血では温阻血群において再灌流後の肝組織ATPは回復せず、全例再灌流後120分以内に死亡した。LR液群でも回復は阻血前値の約50%に止まったが、UW液群では約75%まで回復した(P<0.05)。病理組織学的には冷却灌流群で阻血中その構造が良く保たれているのに温阻血群では出血や肝細胞の破壊、細胞内の小器官の変性など障害が強かった。体内の物理的冷却法は肝阻血障害を軽減させる有効な手段であり、その限界は120分までであることが判明した。1.長時間V-V bypass,肝冷却灌流の可能性の検討豚を用いて60,120,180分の肝阻血を行いhepatic vascular exclusion(以下HVE)の有用性と限界を検討した。肝冷却灌流中、肝深部温度は20°C前後に低下、直腸温は有意な低下は見られず、V-V bypass、肝冷却灌流が体温に影響を与えず体内で肝温度を下げる可能性が示された。

120分肝阻血では温阻血群で再灌流後120分のATP値は既に阻血前の55%しか回復せず、180分肝阻血においてはUW液に灌流に用いた冷却灌流群で再灌流後循環に影響はなかったが温阻血群では再灌流後120分までに全例が死亡した。再灌流後の門脈血流、肝動脈血流、肝組織酸素飽和度は有意に冷却灌流群が良好で、エネルギー代謝の面でもATPは阻血前の75%に回復しており有意の差を認めた。これらの事から生体内での物理的冷却は肝阻血障害を軽減させる有効な手段で、灌流液としてUW液を用いることにより180分までの肝阻血が可能である事が判明した。2.PG12の肝細胞保護効果の検討1と同様のモデルにてPGI2誘導体OP-2507を阻血前投与、灌流液内混和(以下PG群)投与しその肝保護効果について検討した。この結果120分冷却灌流で再灌流後の動脈血圧、肝組織ATP・総アデニンヌクレオチド濃度はPG群がPG非投与群に比べ有意に良好で、また180分冷却灌流では再灌流後の動脈血圧、肝動脈血流、肝組織血流、肝組織酸素飽和度、肝組織ATP・総アデニンヌクレオチド濃度などPG群がPG非投与群に比べ有意に良好であった。以上の事からPGI2を用いた肝冷却灌流は肝虚血再灌流障害の軽減に有効であった。