hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
反応促進機能を付加した光触媒水処理デバイスの開発

臭素酸イオンの二酸化チタン光触媒反応による還元反応特性、ならびにフェノールの酸化反応特性を調べることにより、水中の光触媒反応の総合的理解を目指した研究を行った。処理方式としては、連続流入式の二酸化チタン光触媒担持膜を開発し、ブラックライトランプを光源として使用した。反応速度の解析にはLangmuir-Hinshelwood式(以下L-H式)を用い、光触媒担持膜の表面反応モデルを構築した。このモデルは酸化反応と還元反応を共に組み込んでおり、中間生成物と吸着競合物質の反応への影響を含めた複合的なモデルである。このモデルによりフェノールの酸化分解反応と臭素酸イオンの還元反応を統一的に説明することができた。また、光触媒による藻類の抑制効果について研究を行った.結果として紫外線と同時に可視光照射を行うことにより,抑制効果が促進されることがわかった。これは,可視光によって生じる藻類の光合成作用が,藻類周辺における溶存酸素の供給を促し,これによって光触媒作用が促進されたものと考えられる。可視光(蛍光灯照度)を10001x程度および紫外線強度を0.5mW/cm2程度にしたときに最も顕著な藻類抑制効果が現れることがわかった。この方法にすれば,藻類のみに著しい不活化効果を与えるため,他の生物系への影響を押さえながら,藻類を抑制する手法として応用することが期待される。紫外線単独の不活化に関する研究を行い、さらに紫外線と光触媒の組み合わせにによる不活化効果の増大効果について調べた。ファージQβを対象として分子生物学的手法の一つであるPCR法により消毒効果を調べた系では、光触媒担持膜においてもPCR法によるQβの検出は可能であり、紫外線と光触媒を組み合わせても遺伝子を消失するまでの不活化は見られなかった。光触媒の水処理への適用を目的として、固定化光触媒に関する研究を行なった。光触媒水処理は、光触媒の高い酸化力を利用して難分解性有機物を水中から取り除くことが期待できるが、物質輸送が律速段階となって水量あたりの反応速度としては小さくなると考えられる。そのため、総括的な反応速度を高くするために反応速度の制御因子を解明し、効率的な反応デバイスを開発する必要がある。ガラス表面に二酸化チタン光触媒をコーティングして表面反応としての光触媒による分解能力を様々な角度から調べ、その反応特性を明らかにした。異なる種類の光触媒担体を用い、固定化光触媒の表面を原子間力顕微鏡によって観察した。表面に特に細孔は見られず、非多孔体であることがわかった。また、20-50nmの凹凸が観察された。また、平板のゼータ電位を様々なpH条件下で測定し、光触媒担体の違いによってゼータ電位が異なることを明らかにした。メチレンブルーを対象物質として用いてその分解特性を調べ、等電点とpHが反応速度に与える影響について、定量的に調べた。その結果、光強度一定、物質輸送速度一定、単位体積単位表面あたりの反応速度は、k=0.4×exp(-0.03ζ)(ただし、kは反応速度係数(μM/min)、ζはゼータ電位(mV))の関係が得られた。対照的に、フェノールを対象物質として用いた実験では、液中のpHが反応速度に大きい影響を与える結果となった。このことは、光触媒反応によって生成されるOHラジカルの発生量がアルカリ条件下で多くなることと関連があると考えられる。発がん性を有する臭素酸イオン(BrO3-)は、臭化物イオン(Br-)を含む原水をオゾン処理すると生成することが知られており、その対策が急務とされる。そのため、WHOは飲料水中の暫定的な水質ガイドラインとして25ug/Lを勧告している。

臭素酸イオンの二酸化チタン光触媒反応による還元反応特性、ならびに反応時の共存有機物の影響を明らかにするための実験を行った。処理方式としては、連続流入式の二酸化チタン光触媒担持膜(二酸化チタン粉末をガラス繊維濾紙上に2mg/cm2担持し、300度にて1時間焼成したもの)を開発し、ブラックライトランプを光源として使用した。一定の光強度・流量で試料を流入させ、透過液中の臭素酸イオン濃度および臭化物イオン濃度をイオンクロマトグラフィーにより測定した。また、共存物質の影響を調べるため、メタノールまたはフェノールを添加した実験も行った。反応速度の解析にはLangmuir-Hinshelwood式(以下L-H式)を用いた。実験の結果、透過液中の臭素酸イオン濃度と臭化物イオン生成量の関係はL-H式に従うことが確認された。その際、臭素酸イオン減少量と臭化物イオン生成量は化学量論的に等しいことが示された。光強度と反応速度係数、および光強度と吸着係数の間には高い相関が見られた。共存有機物濃度と臭化物イオン生成量の関係を調べた実験により、メタノールは25uMにおいて阻害作用を及ぼすことが明らかになった。また、共存メタノール濃度の増加に伴い臭化物イオン生成量が増加した。一方、フェノールは臭素酸イオン還元反応に対して高い阻害作用を及ぼした。臭素酸イオンの還元反応特性を詳細に評価することができた。また、臭素酸イオンの還元反応においてメタノールとフェノールは異なる作用を及ぼしたことから、有機物は複雑な共存影響を及ぼすことが示された。今年度は,光触媒の励起光源となる紫外線ランプについて、波長特性を調べた。特に、幅広い波長の光を放射する中圧紫外線ランプについて、光学フィルターにより波長を分画し、各波長の反応特性について調べる実験系を確立した。また、光触媒による藻類の抑制効果について研究を行った.結果として紫外線と同時に可視光照射を行うことにより,抑制効果が促進されることがわかった。これは,可視光によって生じる藻類の光合成作用が,藻類周辺における溶存酸素の供給を促し,これによって光触媒作用が促進されたものと考えられる。本実験結果によれば,可視光(蛍光灯照度)を10001x程度および紫外線強度を0.5mW/cm2程度にしたときに最も顕著な藻類抑制効果が現れることがわかった。この方法にすれば,藻類のみに著しい不活化効果を与えるため,他の生物系への影響を押さえながら,藻類を抑制する手法として応用することが期待される。
金属ナノワイヤのキャリア制御による動的熱制御技術の確立

本研究では、1次元ナノ材料中のキャリアを精密かつ動的に制御する革新的アイデアに基づき、世界初の熱輸送の動的制御技術の確立を目指す。電気電子工学の世界におけるトランジスタの動作メカニズムを熱輸送の世界に持ち込み、電気的に熱輸送キャリアをアクティブに制御することで熱輸送の超高速・自在制御を目指す。電子工学、熱工学、ナノ材料工学の知見を駆使して実験・計算の両側面から金属ナノワイヤのキャリア変調に真正面から挑戦しつつ、熱輸送の動的制御に関する学理を構築する。研究後半では熱の動的制御技術の学理を社会に還元するために、シート状の大面積デバイスの創製にも挑戦する。
災害時のトリアージをめぐる民法上の問題―義務衝突の民法的意義と緊急時の注意義務

本研究は、災害時におけるトリアージについて、その正当化根拠及び実施時の注意義務の内容を明らかにすることを目的とした。具体的には、トリアージの正当化根拠となるであろう民事上の違法性阻却事由について、民法起草者の立法意思、刑事上のそれとの比較、違法性概念を不要とする民法上の有力説からみた民法722条の位置づけ等を明らかにした。また、緊急事態下での注意義務の内容について、東日本大震災の津波被害に関する裁判例を検討し、そこでは、確かに情報収集義務を媒介として予見可能性の範囲は規範化されているものの、通常の過失の判断の枠組みにより、その状況下で何をすべきであったかが問題とされていることを明らかにした。災害時のトリアージの正当化根拠については、違法性阻却事由と考えられるものの、民法上の違法性阻却事由と刑法上の違法性阻却事由はその内容や要件が異なる。また、当然のことながら、違法性阻却を根拠とする場合には、違法性概念の存在が前提となるが、民法における違法性概念については近年、不要論が有力となり、それを前提とすれば違法性阻由事由についても、その存在から疑問が生じる。本年度は、このような学説の状況を前提に、民法学説における違法性概念の沿革、その内容などをまとめ、それぞれの立場によると違法性阻却事由はどのように扱われるか、について研究した。また、従来から民法上の違法性阻却事由とされるもののうち、緊急避難については、刑法学から、適法行為であるが、賠償(ないし補償)を認めるものであるとの見解が主張されているが、これに関する民法学からの賛否は見られない。そこで、刑法学における違法性の議論、緊急避難の法的性質をめぐる議論、民法上は緊急避難行為となるいわゆる「対物防衛」をめぐる議論を整理し、基礎を固めた。さらに、アメリカ法における「善きサマリア人の法理(Good Samatitan doctrine)」についても、調査を始めている。以上のように、初年度である本年度は、本テーマの目的に即して、その基礎を固めるための基礎研究に従事した。民法学説における違法性概念の沿革及び現状、刑法上の違法性阻却事由との関係については、刑事法学者や実務家が出席する研究会で報告し、議論をした。民法上の違法性概念をめぐる議論は、そのテーマそのものが大きなものであり、歴史的に様々な議論が行われてきたテーマであるため、文献を収集し、それを読み解くだけでもかなりの時間を要した。また、刑法における違法性論についても、同様に様々な議論がなされているテーマであり、専門分野外であることから、資料の取捨選択・資料の読み解きに時間を要した。そのため、本年度に行う予定であったこの範囲の研究成果の公刊にまで至っていない。補助事業期間最終年度の次年度には、効率よく研究を進め、できる限りの研究成果を公刊することとする。本年度は、まず、前年度に研究対象とし、研究会で報告を行った違法性阻却事由をめぐる研究について研究成果としての論文を公刊した。すなわち、他人の行為による危難を避けるためにやむを得ず行った行為によって他人に損害を発生させた場合には、発生した損害が加害者の損害であるか、第三者の損害であるかに関わらず民法720条1項により免責される。しかし、自然災害を避けるために他人に損害を与えた場合(これを「転嫁型緊急避難行為」という。)には、民法上、損害賠償責任は免責されない。この点は、刑事上の緊急避難とは異なる点である。災害時のトリアージの正当化根拠を違法性阻却事由とするならば、このような場合に違法性阻却を認めない民法の規定との平仄を合わすことができるのか。そのような視点から、転嫁型緊急避難行為の免責が否定される理由と意義について、起草時の議論を確認し、その後の学説の変遷を経て、現在の民法上の議論及び、この点について積極的に議論を展開する刑事法研究者の見解を整理し、さらに、違法性概念を認めない学説が通説的な地位を占めつつある民法において、違法性阻却事由の位置づけについて検討を加えた。さらに、本年度は、本研究課題の2つめのテーマである緊急時の注意義務について、特に東日本大震災における津波被害に関する損害賠償請求訴訟に関し、現在出されている判決について、実際に津波被害のあった地域の現地視察を行った上で、判決内容を考察し、研究会で報告した。また、自然災害が発生した際の安全配慮義務違反が問題となった判例は過去数件しかないが、これらの判例においても緊急事態であることが義務違反の判断にどのような影響を与えたのかという点を検討したうえで、最近の津波被害に関する判例の判断を考察した。これらの成果を近く論文として公刊する予定である。

現在、調査を開始している「善きサマリア人の法理(Good Samritan doctrine)」について、カナダ法やアメリカ法における位置づけ(アメリカでは州によって内容が異なる)を整理したいと考えている。そのうえで、同様の場面において、日本での緊急時における過失の認定、その前提となる注意義務の内容や緊急時事務管理の適用との違いを検討する予定である。また、刑法上の義務衝突の概念について、内容や現状の議論をまとめたうえで、民法上の違法性との関係を検討したい。これらの研究は、それぞれがいずれも大きなテーマであるため、アメリカ法や刑法の研究者にも協力をお願いしながら、可能なかぎりで成果を出すよう努力したい。これらと、これまでの研究をまとめた研究成果を公刊することを目標とする。民法次年度使用額が生じたのは、研究が予定よりやや遅れていることによる。また、図書をまとめて購入した際に、相見積もりの結果、当初の予想より価格が抑えられたこと、出張旅費については精算するまで金額が不明なため、当初の予想より誤差が生じたものである。補助事業期間最終年度ということであることから、ヒアリング、情報収集及び研究成果の報告、意見交換が重要となるため、旅費として使用する金額が多い予定である。物品費については、校内のルールにより、手続の煩瑣及び購入までの所要時間が大きいことから、効率性を重視し、すぐに必要な図書などはこれまでどおり公的図書館や近隣図書館から借りるなど工夫することとして、必要最低限の物の購入に使用する予定である。
アルツハイマー型痴呆脳における病態としてのアミロイド・アンギオパチー-脳循環動態からみた血管反応性と組織化学的検討-

アルツハイマー型痴呆では、大脳皮質連合野とくに大脳後半部の側頭頭頂後頭葉での脳循環代謝の低下が見られることが、ポジトロンCTやシングルフォトンエミッションCT(SPECT)による画像診断で確かめられている。これらの部位における脳循環代謝の低下の背景としては、神経細胞の脱落とともに、脳血管そのものの変化も関与しているのではないかと考え、SPECTによる薬剤負荷時の脳血管反応性および剖検脳でのアミロイド・アンギオパチーの分布について検討した。SPECTによる検討では、アルツハイマー型痴呆患者、10例、平均年齢62歳に対して、1)脳血管の化学的調節を介して細い脳血管を拡張させるメイロン点滴負荷前後、および2)脳血管のアセチルコリンの神経性調節を介しての太い脳血管を拡張させる方法として、コリン作動薬であるフィゾスチグミンを経口投与し投与前後、の脳血流量を測定した。その結果、メイロン負荷では、投与前に脳血流量が比較的保たれている前頭葉では、脳血流量の増加がみられ血管反応性は保たれていると考えられたが、投与前の脳血流量の低下が著しい頭頂後頭葉では、反応が乏しかった。また、フィゾスチグミン投与前後の比較では、前頭葉、側頭葉では有意な脳血流量の増加が見られたが、頭頂後頭葉では、殆ど脳血流量の増加はみられなかった。従って、頭頂後頭葉では、化学性、神経性調節ともに障害されている可能性が考えられた。次に、アルツハイマー型痴呆の剖検例3例で、脳血管壁のアミロイドの沈着(アミロイド・アンギオパチー;AA)の程度と分布を検討した。AAは、大脳皮質全般にみられるが、前頭葉ではその程度は軽度で、頭頂後頭葉では高度であることが、一貫してみられた。以上より、アルツハイマー型痴呆では頭頂後頭葉の脳循環の低下の原因として、AAすなわち脳血管そのものの病変が関与していることが明らかにされた。
バーチャルリアリティーを活用した歯科技能教育の完全デジタル化

本研究の最大の目的である技能教育に必要な物的資源、教育経費の削減を実現するために、まずは平成30年度に現在用いている統合型模型の三次元画像の構築を模索した。はじめに利用可能なフリーソフトを用いて、コンピューターに取り込んだ二次元画像を三次元画像に変換し、これに口腔内に近い着色を施すことを試みたが、現実味に乏しく、実際の模型を上回る三次元モデルは構築できなかった。またここで用いたSTLデータは、将来的にSimodontに搭載してハプティックデバイスを用いた切削演習を行うには不適切であった。そこで、Simodontの開発業者に直接接触し、どのようなファイル形式で三次元画像を構築すればこれを搭載することができるかを確認した。ここで指定されたファイル形式のデータを構築し、リアリティーのある口腔内の三次元画像を作成するために、専門の業者に検討を依頼して、CGを含めた三次元モデルの作成に着手することとした。この間東南アジアやヨーロッパの国際学会に出席し、情報収集をすると共に、開発業者とも直接交渉した。しかしながら、この段階でSimodontの開発業者が日本の企業に買収され、開発者と販売業者の情報交換が滞り、現在のところSimodontへのソフト搭載の可否とその形式のあり方が明確ではない状態になっている。したがって、現在のところはあらゆるソフト形式の可能性を否定せずに、模型の三次元モデル構築にかかる経費を含めた可能性について業者と検討している。Simodontの開発販売業者が年度の途中で日本企業に買収され、秀才可能ソフトの開発に関する業者との交渉が滞っていることから、当初の模型の三次元モデル構築とソフト開発に若干の遅れが生じている。今後も継続的に情報収集を行うと共に、Simodont販売業者、開発業者と蜜に連絡を取り、模型の三次元モデル構築とソフト開発を進める予定である。Simodont開発業者の買収があった関係で、ソフト開発の着手が遅れているため。
大学生のライフスタイルと非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)に関する調査研究

平成2527年度の各年度において定期健診を受けた大学生のBMI、および体脂肪率、内臓脂肪を測定し、男女別・学年別に肥満の割合を調査した。腹部超音波検査により肥満男子学生の77%が中等度の非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)を呈し、その過半数がメタボリック症候群予備軍(腹囲が男性85cm以上)に該当した。食物摂取状況調査では、男子学生の中等度脂肪肝症例において脂質摂取量が明らかに多いが、ω3/ω6比に有意な差は見られなかった。肥満学生を対象として脂肪肝の改善に及ぼす栄養・運動教育の介入効果を検証し、5%以上の体重減少が認められた症例に介入効果が認められた。茨城大学において定期健診を受けた大学生6926名(男4299名、女2627名)のBMI、および体脂肪率を測定し、男女別・学年別に肥満およびやせの割合を調査し、それぞれの割合を比較検討した。体脂肪率が男子で30%以上、女子で35%以上の肥満の学生のうち、インフォームドコンセントの得られた70名(男21名、女49名)を対象に腹部超音波検査により脂肪肝の判定をおこない、大学生における脂肪肝の出現頻度を調べた。同時に食物摂取状況調査をおこない、栄養ソフトにより、エネルギー、3大栄養素に加え、脂肪酸、食物繊維摂取量などを算定した。脂肪肝の診断は腹部超音波検査によりおこない、エコー減衰率、エコー輝度、肝静脈像の抽出度、肝腎コントラスト比の項目を0,1,2にスコア化し、合計点数が0:正常、1-3軽度、4以上:中等度に分類した。肥満男子学生の76%が中等度の脂肪肝を呈した。一方、肥満女子学生のうちわずか6%が中等度の脂肪肝を呈するのみであった。内臓脂肪の蓄積の指標として、生体インピーダンス法によりウエスト径、内臓脂肪率を測定した。男子学生の過半数がメタボリック予備軍(腹囲が男性が85cm以上、女性が90cm以上)に該当し、そのうち7名が中等度の脂肪肝を呈し、男子学生においてはNAFLDがメタボリック症候群の肝臓における表現型となる可能性が示唆された。平成25年度には欧州消化器病学会(平成25年10月、ベルリン)に参加し、欧州における非アルコール性肝炎の研究動向について情報収集をおこなった。平成26年度も、前年度に引きつづき茨城大学において定期健診を受けた大学生6815名(男4260名、女2555名)のBMI、および体脂肪率を測定し、男女別・学年別に肥満およびやせの割合を調査し、それぞれの割合を比較検討した。非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の実態については、体脂肪率が男子で30%以上、女子で35%以上の肥満の学生のうち、インフォームドコンセントの得られた71名(男24名、女47名)を対象に腹部超音波検査により脂肪肝の判定をおこない、青年期における脂肪肝の出現頻度を調査した。肥満男子学生の83%が中等度の脂肪肝を呈した。一方、肥満女子学生のうちわずか15%が中等度の脂肪肝を呈するのみであった。さらに、それらの肥満学生を対象に食物摂取状況調査をおこない、栄養ソフトにより、エネルギー、3大栄養素に加え、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、ω3/ω6比などを算定した。男子学生において、中等度以上の脂肪肝を呈した19名と呈しない4名を比較すると、脂質摂取量g(76.0 vs 42.7)、飽和脂肪酸(22.8 vs 13.6)、多価不飽和脂肪酸(14.0 vs 7.9)であり、中等度脂肪肝例において脂質摂取量・飽和脂肪酸量が明らかに多いが、ω3/ω6(0.19 vs 0.16)は有意な差は見られなかった。内臓脂肪の蓄積(腹囲が男性が85cm以上、女性が90cm以上)の指標として、生体インピーダンス法によりウエスト径、内臓脂肪率を測定した。肥満男子学生の過半数がメタボリック予備軍に該当し、そのうち19名が中等度の脂肪肝を呈し、男子学生においてはNAFLDがメタボリック症候群の肝臓における表現型となる可能性が示唆された。平成26年度にはヨーロッパ臨床栄養学会(平成26年9月、ジュネーブ)に参加し、欧州における非アルコール性肝炎の研究動向について情報収集をおこなった。平成27年度に茨城大学において定期健診を受けた大学生でBMI≧25の肥満の割合は男子9.915.4%、女子7.38.3%であり、一方、BMI<18.5のやせの割合は男子11.717.0%、女子15.317.1%であった。非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の実態については、体脂肪率が男子で30%以上、女子で35%以上の肥満学生137名(男43名、女94名)について腹部超音波検査により脂肪肝の出現頻度を調査した。肥満男子学生の76.7%が中等度の脂肪肝を呈し、一方、肥満女子学生のうちわずか10.6%が中等度の脂肪肝を呈するのみであった。平成25年度に内臓脂肪の蓄積の指標として、生体インピーダンス法によりウエスト径、内臓脂肪率を測定した。肥満男子学生の過半数がメタボリック予備軍(腹囲が男性85cm以上)に該当し、そのうち7名が中等度の脂肪肝を呈し、男子学生においてはNAFLDがメタボリック症候群の肝臓における表現型となる可能性が示唆された。

平成26年度に肥満学生を対象に食物摂取状況調査をおこない、栄養ソフトにより、エネルギー、3大栄養素に加え、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、ω3/ω6比などを算定した。男子学生の中等度脂肪肝症例において脂質摂取量が明らかに多いが、ω3/ω6(0.19 vs 0.16)は有意な差は見られなかった。肥満学生を対象として管理栄養士による栄養指導をおこない、脂肪肝の改善に及ぼす栄養教育の介入効果を検証した。平成25年度、26年度の2年間にわたって経過を観察し得たのは男子学生5名、女子学生3名で、脂肪肝の改善が得られたのは男子学生1名、女子学生1名であった。平成27年度に介入の効果を解析し、両者に共通していたのは5%以上の体重減少が認められたことであり、改めて食事・運動療法の重要性が確認された。平成2527年度の各年度において定期健診を受けた大学生のBMI、および体脂肪率、内臓脂肪を測定し、男女別・学年別に肥満の割合を調査した。腹部超音波検査により肥満男子学生の77%が中等度の非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)を呈し、その過半数がメタボリック症候群予備軍(腹囲が男性85cm以上)に該当した。食物摂取状況調査では、男子学生の中等度脂肪肝症例において脂質摂取量が明らかに多いが、ω3/ω6比に有意な差は見られなかった。肥満学生を対象として脂肪肝の改善に及ぼす栄養・運動教育の介入効果を検証し、5%以上の体重減少が認められた症例に介入効果が認められた。平成26年度は(!)大学生における非アルコール性肝疾患(NAFLD)の実態(2)食事調査および(3)メタボリック症候群との関連性について調査・研究をおこなった。いずれもおおおむね順調に進展している。非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の実態については、茨城大学学生の定期健康診断にてBMI、および体脂肪率を測定し、体脂肪率が男子で30%以上、女子で35%以上の肥満の学生を対象に腹部超音波検査により脂肪肝の判定をおこない、青年期における脂肪肝の出現頻度を調査した。さらに、それらの肥満学生を対象に食物摂取状況調査をおこない、栄養ソフトにより、エネルギー、3大栄養素などを算定した。今回、遊離脂肪酸およびインスリン抵抗性(HOMA-R法)に着目し、脂質代謝との関連において検討をおこなった。肝細胞に取り込まれる脂肪酸は、食物から15%、残りは脂肪組織から動員される。食事中の脂肪酸については、肥満や脂質・糖代謝異常を合併しないNASH25例と対照群25例の食事内容を比較し、NASHで飽和脂肪酸、コレステロール摂取量が多く、逆に多価不飽和脂肪酸、食物線維、ビタミンC,Eの摂取量が少ないことが報告されているMussoら(Hepatology 37:909-916, 2004)。飽和脂肪酸はJNKリン酸化と小胞体(ER)ストレスを惹起し肝細胞障害を誘導するとされているが、一方、不飽和脂肪酸はインスリン抵抗性や脂肪肝を改善する。これに加えて、内臓脂肪からの脂肪酸が大量に肝臓に流入するため、肝ミトコンドリアにおけるβ酸化能がその処理能力を上回り、脂肪蓄積の増強、発生する活性酸素による細胞障害が引き起こされる。メタボリック症候群の肝臓における表現型として、非アルコール性肝炎(NASH)が注目されている。今回、腹囲、血圧などによりメタボリック症候群あるいはその疑いと診断される学生を調査し、NAFLDがメタボリック症候群の肝臓における表現型となる可能性が示唆された。健康科学肥満に伴う非アルコール性脂肪肝の治療法としては減量を基本とし、そのうえにsecond hitを減少する目的でVitE、チアゾリジン誘導体、ピオグリタゾンなどの薬物療法が試みられている。
消化器癌・乳癌に発現する有機アニオントランスポーターの機能と腫瘍生物学的意義

我々は、liver-specific organic anion transporter-2(LST-2)の抗体を作成し、この抗体を使用して免疫染色を施行したところ、一部の結腸癌や乳癌においてLST-2が陽性になることを明らかにした。そこで、結腸癌手術検体および乳癌手術検体を用いてLST-2発現と各種臨床病理学的因子や予後との相関を検討し、LST-2の癌細胞における腫瘍生物学的意義を探索することを目的に以下の検討を行った。大腸癌手術症例255例を用いて、LST-2特異的抗体で免疫染色を施行し、同時に各種臨床病理学的因子と予後に関し相関を検討した。その結果、255例中、67例の癌細胞膜及び細胞質で陽性であった。一方、正常大腸粘膜は陰性(ないし弱陽性)であった。Fig.1に示したように結腸癌組織内ではLST-2陽性細胞はsporadicないしfocalに染色され、陽性細胞は最高でも30%程度であった。次に、LST-2発現と予後に関して、overall survivalを検討したところ、LST-2陽性症例は、女性においてのみ有意に生存率が高い(P=0.0217)ことが明らかとなった。次に既知の結腸癌予後因子群(リンパ節転移/浸潤度/histological grade/血管浸潤/リンパ節浸潤/Ki-67labellingindex等)との単多変量解析を施行した。その結果女性結腸癌症例におけるLST-2の発現は、従来報告されているDukes分類やリンパ管浸潤と同様に予後因子であることが明らかになった。さらに多変量解析を施行したところ、これらを超える優れた独立予後規定因子になることが判明した(P=0.0447,relative risk(95%CI)=8,264)。次いで乳癌で同様な検討を施行した。102例の乳癌症例中、LST-2陽性51例の予後は、陰性51例と比較すると,無再発生存期間、全生存期間の両者で有意に予後が良好(p=0.03,0.01)であるという結果が得られ、LST-2の発現の有無は乳癌の予後予測因子の一つと考えられた。我々は、liver-specific organic anion transporter-2(LST-2)のモノクローナル抗体を作成し、この抗体を使用して免疫染色を施行したところ、一部の結腸癌組織においてLST-2が陽性になることを明らかにした。そこで、結腸癌手術検体を用いてLST-2発現と各種臨床病理学的因子や予後との相関を検討し、LST-2の癌細胞における腫瘍生物学的意義を探索することを目的に以下の検討を行った。1994年から1999年の本学および宮城県立がんセンターでの大腸癌手術症例255例を用いて、LST-2特異的抗体で免疫染色を施行した。同時に各種臨床病理学的因子と予後に関し相関を検討した。

次に、LST-2発現と予後に関して、overall survivalを検討したところ、LST-2陽性症例は、女性においてのみ有意に生存率が高い(P=0.0217)ことが明らかとなった。次に既知の結腸癌予後因子群(リンパ節転移/浸潤度/histological grade/血管浸潤/リンパ節浸潤/Ki-67 labelling index等)との単多変量解析を施行した。その結果女性結腸癌症例におけるLST-2の発現は、従来報告されているDukes分類やリンパ管浸潤と同様に予後因子であることが明らかになった。さらに多変量解析を施行したところ、これらを超える優れた独立予後規定因子になることが判明した(P=0.0447,relative risk (95%CI)=8,264)。我々は、liver-specific organic anion transporter-2(LST-2)のモノクローナル抗体を作成し、この抗体を使用して免疫染色を施行したところ、一部の結腸癌組織においてLST-2が陽性になることを明らかにした。そこで、結腸癌手術検体を用いてLST-2発現と各種臨床病理学的因子や予後との相関を検討し、LST-2の癌細胞における腫瘍生物学的意義を探索することを目的に以下の検討を行った。1994年から1999年の本学および宮城県立がんセンターでの大腸癌手術症例255例を用いて、LST-2特異的抗体で免疫染色を施行した。同時に各種臨床病理学的因子と予後に関し相関を検討した。その結果、255例中、67例の癌細胞膜及び細胞質で陽性であった。一方、正常大腸粘膜は陰性(ないし弱陽性)であった。Fig.1に示したように結腸癌組織内ではLST-2陽性細胞はsporadicないしfocalに染色され、陽性細胞は最高でも30%程度であった。さらに多変量解析を施行したところ、これらを超える優れた独立予後規定因子になることが判明した(P=0.0447,relativerisk(95%CI)=8,264)。1.LST-2特異的基質となる抗癌剤の探求我々はmethotrexate(MTX)がLST-2の基質となること,LST-2発現相棒はMTXの感受性が亢進していることを明らかにしてきた.LST-2の基質特異性は,コレステロール骨格を有する疎水性基とカルボルシル基や硫酸基などの陰イオンに荷電している親水性基の両者を有する両親煤性化合物であることが多く,MTXやイリノテカンなどの既存の抗癌剤の輸送能を,LST-アデノウイルスを用いた強制発現系にて検討するとともに、これら抗癌剤の誘導体を用いて取り込み実験を行い、新たな抗癌剤シーズを探求した.
細胞内外におけるフリーラジカル障害防止機構の小児期における発達と栄養障害の影響

ラット肝ホモジネートからグルタチオンペルオキシダーゼ(GPX)を蛋白として約2000倍に単離精製し、家兎に免疫して特異的ポリクローナル抗体を作製した。免疫酵素電子顕微鏡的に、肝細胞内の分布を見たところ、ミトコンドリア、核、細胞質マトリックス、ペルオキシソーム、リソソームの順に強くラベルされていて、細胞全体に分布していた。免疫組織化学染色では、GPXは多くの組織に分布し、上皮性組織に多く、また好気性活性部位に多く分布していた。胎性期ラットの組織では、心筋、肝、消化管、気道、腎の順番で発現し、胎性期の発達もSODと密接に関連して起こっていた。早期乳児期では血清中抗酸化能(AOA)は日齢とともに増加し、生後3ヶ月までは低値で、生後4ヶ月以降では成人より高値であった。セルロプラスミン、トランスフェリン、アルブミンも同様の変動を示した。新生児期、早期乳児期にはフリーラジカル発生阻止能は未熟で、ラジカル消去物質の増加で代償されていると示唆された。インスリン依存型糖尿病患児では、血糖コントロールが悪いほど、AOAの低下は顕著であって、ラジカル消去物質総活性も低下していて、血管合併症の成因に関与すると思われた。ストレプトゾトシン糖尿病ラットでは、ラジカル反応阻止物質はいずれも著明に減少していたが、ラジカル消去物質の総活性は低下していなかった。慢性腎不全患児では、末期腎不全の透析例で、血液透析を受けている者も、持続的携帯式腹膜潅流を受けている者でもAOAは著明に低値であり、動脈硬化の促進傾向の一因をなす可能性が示唆された。ヒト赤血球内の蛋白グリケーションと膜脂質過酸化の関連性について検討し、高濃度グルコースによってグルタチオン依存性の機構とグリケーション自体による機構の両方で過酸化が促進されることが判明した。いずれの機構も赤血球膜内におけるフリーラジカル連鎖反応を介する酸化障害であると示唆された。活性酸素・フリーラジカルに対する生体防御系の細胞内と細胞外で異なるシステムについて、本年度は測定系の検討と開発を行い、動物実験および臨床研究も進めた。細胞内のグルタチオン酸化還元系(GSHおよびGSSG)については、チオール・セファロースアフィニティクロマトグラフィーを用いて、ラット肝グルタチオンペルオキシダーゼを比較的少量の試料から良い収穫率で精製した。得られた純品の比活性は1600Unit/mg protienであり、家兎に免疫してポリクローナル抗体を作製した。GSHおよびGSSGの測定は酵素法により行うことがよいことを確認した。生体膜の代表的な抗酸化物質であるビタミンEについてはHPLC法による測定法を検討した。血清中の防御系であるラジカル反応阻止能とラジカル消去能の各々について、総活性測定法の基礎的検討を行い、実験系としての有用性を確認した。生物用酸素モニター装置(YSI model 5300)を用いて、Wayner等の方法によって血清中ラジカル消去能(total radical-trapping antioxidant parameter;TRAP)を測定し、再現性の良い測定成績が得られた。血清中ラジカル反応阻止能はStocks等のantioxidant activityをウシ脳ホモジネート中脂質の自動酸化阻止能として測定した。血清中ラジカル反応阻止能は小児では成人より高値であり、加齢と共に低下することがわかった。インスリン依存型糖尿病患児においては、血清中ラジカル反応阻止物質とラジカル消去物質の双方が低下していることを明らかになった。

ストレプトゾトシン糖尿病ラットにおいても、血清中ラジカル反応阻止物質とラジカル消去物質の双方が低下していてヒトにおけると同様な成績であった。慢性腎不全患児においては血清中ラジカル反応阻止物質が低下していることが明らかになった。甲状腺機能亢進症ラットでは肝や心筋のGSHが低下しており、グルタチオン酸化還元系に変動をきたしていることがわかった。Protein A-gold法で免疫酵素電顕的に、GPXのラット肝細胞内分布を見たところ、ミトコンドリア、核、細胞質マトリックス、ペルオキシソーム、リソソームの順に強くラベルされ、細胞全体に分布していた。免疫組織化学染色法による検討では、GPXはSODと同様に上皮性組織に多く含まれ、好気性代謝活性の高い部位に多く分布していた。MnSODの分布がミトコンドリアのみに局在しているのとは対照的に、GPXは広く分布しており、SODの染色性の低い結合組織、筋組織、血管内皮細胞などにも染色性が認められ、抗酸化酵素としての重要性が示唆された。胎性期ラットの組織における、GPXとSODの発現時期を比較すると、各酵素で発現する日齢に差が認められるが、心筋、肝、消化管、気道、腎の順番で発現が起こることは一致しており、SODとGPXが生体防御機構として密接に関連していることが窺えた。血清抗酸化能の乳児期における変動については知られていなかったが、AOAは日齢とともに増加し、生後3ヶ月までは低値であったが、生後4ヶ月以降では成人より高値となった。セルロプラスミン免疫活性、生物活性、トランスフェリン、アルブミンも同様に生後3ヶ月までは低値で、生後4ヶ月から1歳までの値が1歳以降と同等だった。新生児期、早期乳児期にはフリーラジカル発生阻止能は未熟であり、ラジカル消去物質の増加により、代償されている可能性がある。赤血球27.8mMおよび55.5mMグルコースに暴露すると、糖化蛋白の増加に平行して膜脂質過酸化が増強した。過酸化は、赤血球内還元型グルタチオン濃度を増加させると増強され、thiol blockerで低下させると抑制されたが、グルコース濃度自体に依存する増強もあった。過酸化はビタミンEで完全に抑制された。高濃度グルコースによる過酸化促進にはグルタチオン依存性の機構とグリケーション自体による機構があり、フリーラジカル連鎖反応を介する酸化障害と示唆された。
バイオ３Ｄプリンターを用いた人工褐色脂肪組織の構築

我々は線維芽細胞から褐色脂肪細胞を直接誘導することに成功し、これを移植するとマウスの糖尿病が抑制できることを見出した。培養ディッシュ内で理想的な3次元構造を構成してから移植することができれば、生体内での生着と代謝調節機能等をさらに高められる可能性が考えられる。そこで誘導褐色脂肪細胞を用いた3次元の褐色脂肪組織を構築することを目的とした。種々の3D培養を行った結果、複数の細胞種の共培養によって特徴的なスフェロイドを形成し、UCP1を高発現すること等を見出した。本成果は、新しい組織工学的テクノロジーを用いた、糖尿病に対する新着想の再生医療をもたらす可能性がある。褐色脂肪細胞は、糖尿病や肥満の患者では非常に活性が低いことが知られている。そこで糖尿病の患者の線維芽細胞から褐色脂肪細胞を誘導して移植することで、体内でさせることが可能であれば、新しい再生治療となることが期待できる。しかし、移植した褐色脂肪細胞がグラフト内でどのような3次元構造を呈するかは全くわかっていない。培養ディッシュ内で理想的な3次元構造を構成してから移植することができれば、生着率を高めて生存期間を延長し、ひいては生体内の機能を高められる可能性が考えられる。そこで本研究では、誘導褐色脂肪細胞を用いた3次元の褐色脂肪組織を構築することを目的とした。さまざまな検討の結果、複数の細胞種の共培養によって特徴的な3次元構造を構築できることを見出した。本成果は、新しい組織工学的テクノロジーを打ち出し、糖尿病に対する新着想のテーラーメイド再生医療をもたらす可能性がある。再生医学
慢性閉塞性肺疾患における27-hydroxycholesterolの役割の解明

本研究では27-hydroxycholesterol(27-OHC)が肺線維芽細胞においてMMP-2およびMMP-9の産生亢進作用を有しており、これは窒素化ストレスによるNF-κBの活性化とそれに引き続くTGF-β1の産生亢進を介していること、COPD由来の肺線維芽細胞では27-OHCによるMMPs産生亢進作用がより亢進していることを示した。27-OHCによるプロテアーゼ産生亢進作用および窒素化ストレス増強作用を示したのは本研究が初めてであり、27-OHCが今後COPDの病勢を反映する新たなバイオマーカーおよび新たな治療ターゲットとなっていくことが期待される。ヒト胎児肺線維芽細胞(human fetal lung fibroblasts:HFL-1)を1nM1microMの27-hydroxycholesterol (27-OHC)で刺激し、Matrix metalloproteinases (MMPs)の産生が亢進するか否か検討した。MMP-9の産生はgelatin zymography、MMP-1の産生はwestern blot法で検討した。MMP-9は27-OHC刺激により濃度依存性に産生亢進を認めたが、MMP-1の産生亢進は認められなかった。細胞上清中でTIMP-1の濃度をELISAを用いて検討したが、27-OHC刺激によりTIMP-1濃度に有意な変化は認められなかった。すでに確認済みであったMMP-2産生亢進の結果とこれらの結果から、27-OHCはHFL-1においてTIMP-1の濃度低下を伴わずにMMP-2、MMP-9の産生を亢進することが示唆された。27-OHCがHFL-1においてNF-κB p65蛋白の核内移行に引き続いてTGF-β1の産生を亢進させることはすでに確認済みであったが、この結果を基に、HFL-1をTGF-β中和抗体で前処置した後に10nM、100nMの27-OHCで刺激したところ、27-OHCによるMMP-2およびMMP-9の産生亢進が抑制された。この結果から、27-OHCがNF-κB、TGF-β1の経路を介してMMPの産生亢進を促してる可能性が示唆された。以上の研究成果は27-OHCがCOPDの病態の一つであるプロテアーゼの産生亢進に関与していることを初めて示したものであり、COPDの病勢を反映する新たなバイオマーカーの発見という点で重要であると考える。当初予定していた27-hydroxylaseによるMMP産生亢進のメカニズムについての検討として、窒素化ストレスの関与について検討を行い、予想した結果が得られたため、研究はおおむね順調に進展している。呼吸器内科学今後は市販している健常者由来の培養拝瀬に芽細胞およびCOPD患者由来の培養線維芽細胞を使用し、健常者由来肺線維芽細胞とCOPD由来肺線維芽細胞とで27-OHC刺激でのMMP産生に差が見られるか検討を行う予定である。当初予定していた27-OHC刺激によるMMPの産生およびそのシグナル経路について検討を行い、予想された結果が得られたため、研究はおおむね順調に進展していると考える。物品費、旅費が当初予定していた使用額を下回ったため。今後もHFL-1を用いて27-OHC刺激による生物活性について検討していく予定である。27-OHC刺激によるMMPの産生亢進については、COPDの病態に影響を与えていると考えられている窒素化ストレスの関与についても検討していく予定である。次年度の物品費に充当する予定である。旅費が当初予定していた額を下回ったため。
新しい生体機能発見のための量子力学計算によるタンパク質の電子構造の決定

量子力学計算を用いることにより、数種のタンパク質の電子構造を計算し、生体機能との関係についての新しい洞察を得ることができた。Kcsaカリウムチャンネル、塩化物チャンネル、集光複合体LH2のような膜タンパク質を理論計算したところ、非常に大きい双極子モーメント(5001000Debye)をもっていることが特徴づけられた。これは、膜中のタンパク質が、強く分極していることを意味している。この電荷の分極が生体機能に関係している。例えば、強い分極は、細胞膜を通るイオンの流量をコンスタントに維持するのに有用であると思われる。さらに、これらのタンパク質の大きい双極子モーメントは、カリブドトキシンのような小さいタンパク質が膜タンパク質と相互作用する際に正しい配向にするのを助けるのに重要である。最後に、スルフィルイミン結合は、コラーゲンIVタンパク質中の新しいタイプの化学結合であることが見つかり、その性質についても量子力学計算を用いて解明することができた。タンパク質は、非常に大きい分子量を持ち、その3次元構造によって大きく特徴付けられる巨大な分子であり、莫大な数の電子が蛋白質にくまなく非局在化してしまうため、そめ電子構造の計算は不可能とされ、これに関する理論計算の研究は長年滞っていた。そこで、本研究では、最新のアルゴリズムおよびソフトウエアを駆使することにより、大きな分子量を持つタンパク質の電子構造の計算を可能にし、今まで未解決であった(a)蛋白質に於ける電子の役割、(b)それらは生物的機能のために重要であるか、という問題を解明することを目的として研究を行なった。本研究は、一連のタンパク質の折りたたみ構造の電子構造について、高精度なX線結晶構造解析により得られた3次元構造に量子力学法を用いた理論化学計算を適用することにより、タンパク質の電子構造を明らかし、そしてこれがどのようにタンパク質の「関数」に影響を与えるかを生物学及び生物物理学的に解明することを目的とする。すなわち、タンパク質の電子構造と生物的プロセス間の相関関係を初めて確立することができるという非常に重要な意味を持つ研究である。まず線形スケーリングsemiempirical MO量子力学法を活用して100個のタンパク質の電子構造を計算し、計算のターゲットとなるタンパク質を、α-タンパク質、β-タンパク質、α+β-タンパク質、multi-domainタンパク質、膜および細胞の表面タンパク質、小さいタンパク質、coiled-coilタンパク質、ペプチド、および設計されたタンパク質の9つのクラスに分類されたタンパク質から数種類ずつ選び、電子構造の計算を行なった。さらに、各タンパク質の波動関数から、フロンティア軌道関数(HOMO、LUMO)、HOMO-LUMOエネルギーギャップ、双極子モーメント、各アミノ酸残基の電荷、およびタンパク質の全体エネルギーの情報を得た。線形スケーリング半経験的量子力学計算により、カリウムチャンネルタンパク質KcsAの電子構造を計算した。このタンパク質は、カリウムイオンが細胞膜を行き来するのに重要なタンパク質で、8796原子を含んだテトラマーの構造をとっている。各モノマーは、短いヘリックス、中くらいの長さのヘリックス、長いヘリックスの3つのα-ヘリックスから成っている。403デバイという大きい双極子モーメントが存在することが、量子力学計算により示された。双極子モーメントの大きい値は、電荷をもった多数のアミノ酸残基に起因するものであり、特に、細胞膜の下の長いヘリックスに位置しているプラスの電荷をもったアルギニン残基によるものである。双極子モーメントベクトルは、4回回転軸に沿って配向し、細胞膜平均平面に垂直に配向している。双極子ベクトルのポジティブ部分は細胞の内部の方向を向いており、このことは細胞膜の外部を向いて強く分極していることを示している。この結果は、細胞膜を行き来するイオン輸送の生物物理に重要で、おそらくKイオンの動きはKcsAチャンネルの大きい双極子によって影響を受けていることを示唆している。また、コラーゲンタンパク質の2つのチェーンを結ぶ硫黄原子と窒素原子の間のスルフィルイミン結合N-Sの性質も調べた。この結合は、最近アメリカの研究グループによって見つけられたもので、彼らはこれを2重結合と言っているが、私たちの量子力学計算によれば、一重結合であるという結果が出ている。分子における原子の量子理論を用いてスルフィルイミン結合の電子構造を解析し、スルフィルイミン結合が窒素原子に寄与している供与一重結合であることが明らかになった。スルフィルイミン結合のキャラクタリゼーションは、コラーゲンタンパク質のさらなる量子力学研究に重要である。小タンパク質Charybdotoxinについて、電子構造とKcsaカリウムチャンネルとの相互作用を調べるために、量子力学計算を行った。

pH7.5におけるこのタンパク質の双極子モーメントは116Dであり、Charybdotoxinは大きい双極子モーメントにより.静電相互作用を通してカリウムチャンネルと相互作用を持つことができる。小タンパク質の双極子モーメントは、272Dという大きい双極子を持つイオンチャンネルの出入り口の上に正しく配向するのに、重要であること、Kcsa : Charybdotoxin錯体の形成は、イオンチャンネルを通したK+イオンの通過を妨げていることがわかった。この結果は、毒性ペプチドとイオンチャンネルの間の相互作用のメカニズムを理解するのに重要な結果であり、このことは、イオンチャンネルの活性を調整できる新しい薬の開発にも重要となる。また、光合成から化学エネルギーを生成する能力のある紅色細菌LH2の電子構造を量子力学計算を用いることにより調べた。LH2錯体は、18のαヘリックスでできており、太陽エネルギーから化学エネルギーにするのに使われる細菌クロロフィルを27個含んでいる。LH2は、紅色細菌の膜表面の中にあるのが見つけられているが、ペプチド18個の双極子が806Dに対応するのに対して、1つのαヘリックスペプチドの双極子モーメントは、150Dである。この巨大双極子は、膜表面に垂直な向きを持ち、細胞の内側に向いたベクトルを持っている。この結果は、LH2による太陽エネルギーから化学エネルギーへの変換は非対称な静電環境をたいへん必要とすることを初めて示した。また、この結果は、合成光化学デバイスに基づいた新エネルギー源の発展に重要となるものである。
免疫系細胞の正常分化ならびに癌化におけるNotch情報伝達系の役割

Notchは細胞表面膜タンパク質であり、隣接する細胞のNotchリガンドと結合して細胞間情報伝達を行い、細胞分化を決定すると推定されている。本研究グループは、MHC遺伝子の一種であるマウスTL遺伝子を導入したマウスに発生するTリンパ腫の解析を行い、Notch遺伝子に再構成が起き異常転写産物が産出され、これがT細胞が癌化する要因の1つであることを示唆する結果を得ている。また免疫系の組織に強い発現を示すことも観察している。本研究の目的は、Notch情報伝達系の免疫系細胞の正常分化ならびに癌化における役割を解明することにあり、研究の遂行により以下の結果を得た。(1)Notch遺伝子再構成と発現増大の分子機序:TL遺伝子導入マウスのTリンパ腫の1例では、レトロポゾンがNotch-1遺伝子の膜貫通領域の5'側とPEST配列の5'側の2ヶ所に挿入されていることが明らかになった。"活性化型"でかつ安定なNotchタンパクが大量に産生され、細胞分化を抑制することで癌化に関与することが示唆された。(2)Notchリガンド二よる細胞分化抑制:リガンドの1種であるDeltaの全長cDNAを導入したL細胞の上で、分化誘導が可能なC2C12細胞を培養し、Deltaの発現が与える影響を観察した。アンチセンスDeltaを導入したL細胞上では、C2C12は誘導後、筋肉細胞に速やかに分化することが確認された。一方、センスDeltaを導入したL細胞上で培養したC2C12は、形態学的にも変化を起こさず、またmyogeninも発現せず、Deltaが分化を抑制することが証明された。(3)Notch/Notchリガンド情報伝達系の免疫系での機能:NotchとDeltaは免疫系を含め広範なマウスの組織に発現するが、リガンドの他の1種であるJaggedは神経系と腎臓に限局されて発現することが明らかになった。
単一神経終末エレクトロポレーションによるシナプス前ギャップ結合の機能解析

海馬苔状線維シナプスにおいて脳内で初めてみつかったシナプス前部での2つのギャップ結合、すなわち、海馬苔状軸索間の「軸索間」ギャップ結合と、苔状線維神経終末とCA3野細胞間の「シナプス間」ギャップ結合の様式と機能的意義を探求することを目的とした。このうち、「シナプス間」ギャップ結合の機能的意義を調べる目的で苔状線維シナプス伝達に対するギャップ結合ブロッカー(MFA)の効果を調べた。苔状線維刺激によりCA3野に生じるシナプス後電位は、MFA投与により可逆的に抑制された。苔状線維シナプスはグルタミン酸を介する化学的伝達と、ギャップ結合を介する電気的伝達を行う混合型シナプスである可能性が示唆された。脳内での神経細胞間の同期的な活動にはギャップ結合を介した電気的・化学的な細胞間情報伝達が重要な役割を担う。これまでの研究で、海馬の同期性神経活動にグリア細胞であるアストロサイト間のギャップ結合と抑制性細胞間のギャップ結合が関与することは知られているが、興奮性細胞間のギャップ結合の機能的意義については不明な点が多い。本研究では、海馬苔状線維シナプスにおいて脳内で初めてみつかったシナプス前部での2つのギャップ結合、すなわち、海馬苔状軸索間の「軸索間」ギャップ結合と、苔状線維神経終末とCA3野細胞間の「シナプス間」ギャップ結合の様式と機能的意義を探求することを目的とする。初年度は、このうち、「シナプス間」ギャップ結合の機能的意義について探求した。苔状線維シナプスはこれまでグルタミン酸を介する情報伝達を行う通常の化学的シナプスと考えられてきたが、免疫組織化学的検索によりギャップ結合構成タンパクであるコネクシン36の発現がみられることから、電気的・化学的シナプスの混合型シナプスである可能性が指摘されている。この「シナプス間」ギャップ結合の機能的意義を調べる目的で、苔状線維シナプス伝達に対するギャップ結合ブロッカー(MFA)の効果を調べた。本研究では、海馬苔状線維シナプスにおいて脳内で初めてみつかったシナプス前部での2つのギャップ結合、すなわち、海馬苔状軸索間の「軸索間」ギャップ結合と、苔状線維神経終末とCA3野細胞間の「シナプス間」ギャップ結合の様式と機能的意義を探求することを目的とした。2年目の本年度は、軸索間ギャップ結合の存在を証明するために単一神経終末に蛍光色素を導入し、複数の軸索間でギャップ結合が存在する可能性について形態学的に検討を行った。近赤外線微分干渉法により海馬スライス標本の苔状線維線維終末を視認し、エレクトロポレーション(電気穿孔)法により単一苔状線維に蛍光色素を導入し、軸索間の色素カップリングが見られるか否かについて検討を進めている。この実験を進める中で、視認した苔状線維終末からガラス電極を通じて、極めて分離のよい単一軸索終末の活動電位(軸索終末ユニット記録)が可能であることが判明した。苔状線維は中枢軸索に典型的な通過型軸索を構成することから、通過型軸索における活動電位伝播の制御機構を検討する有用な実験系と考えられた。単一軸索終末からユニット活動電位を記録し、通過型軸索における興奮伝播の安全率や興奮伝播の制御機構に関する解析を進めた。苔状線維軸索の多くは安全率の高い高信頼性の神経情報伝達を行なっていることが確認された。神経生理学当初の研究計画に従い、苔状線維シナプス伝達に対するギャップ結合ブロッカー(MFA)の効果を調べ、ギャップ結合を介する電気的伝達の可能性を示したことから、おおむね順調に研究が進展していると考える。しかしながら、神経終末エレクトロポレーションによる形態学的解析については当初計画より進行がやや遅れており、次年度の課題である。今後は、神経終末エレクトロポレーションによる形態学的解析に焦点を絞って解析を進める。初年度は実験条件の最適化に多くの時間を要し、当初予定より少額の研究費を使用するに留まった。次年度は、実験用試薬などの購入に使用する予定である。