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若年女性に多発する耐糖能異常と低糖質食の関連

若年女性に多発する耐糖能異常の原因を解明するために、糖質制限によってインスリンの分泌能が低下するか検討した。健康な若年女性26名を被験者として、糖質30%の低糖質食を摂取する3ヶ月のオープン介入試験を行ない、介入前後の75gOGTTの結果を比較した。その結果、75gOGTTにおけるインスリン30分値及びインスリン初期分泌指数は有意に低下したが、インスリン感受性が有意に増加したために、血糖値に有意な差は認められなかった。一般化線形モデルを用いて検討した結果、インスリン分泌に影響を及ぼす因子は糖質摂取量の減少のみであった。3ヶ月間の低糖質食摂取により、インスリン分泌能が低下することが示唆された。極端な糖質制限を施行することによって、GLP-1及びインスリンの分泌能が低下することを明らかにするために、介入試験を行なった。健康な女子大学生7名(21.1±0.4歳、BMI 21.6±0.8 kg/m2)を被験者として、3ヶ月のオープン介入試験を行なった。介入の内容は糖質エネルギー比が30%程度になるように食事(間食含む)の糖質量を被験者ごとに設定した。介入試験前後に体組成測定と75g経口糖負荷試験を行い、これらの結果を対応のあるt検定を用いて統計処理を行ない比較した。3ヶ月間の低糖質食の実施によって、体重は54.1±6.5 kgから52.7±6.7 kg、体脂肪量は29.8±2.5 kgから28.3±2.8 kgと有意に低下したが、LDLコレステロールは101±15 mg/dLから118±24 mg/dLと有意に増加した。OGTT前3日間の栄養摂取量は、エネルギーは介入後に減少したが有意ではなかった。たんぱく質と脂質は介入後に有意に増加し、糖質は介入後に有意に減少したことから、食生活の介入は予定どおり遂行されていた。糖負荷試験において、血糖値に明らかな差は認められなかったが、インスリン30分値は65±22 mU/Lから40±19 mU/Lと有意に低下し、インスリン初期分泌値は1.78±1.19から1.07±0.94と有意に低下した。これに対してインスリン感受性を示す値は7.97±2.17から12.7±6.5と有意に増加した。さらに、GLP-1の60分値は4.6±1.8 pmol/Lから3.0±1.5pmol/L、曲線下面積は9.4±2.2から6.9±2.7と有意に低下した。以上のことから、インスリン感受性が高くなったことで血糖値に明らかな差はみられなかったが、低糖質食によってGLP-1とインスリン分泌能は低下することが示唆された。本研究の主要なパラメーターであるインクレチン(GLP-1)は、測定方法の基準が詳細に指定されており、かつ安定した結果を得ることが困難であるために、その測定を臨床検査センターに委託している。被験者登録の希望者は予想外に20名ほどもあり、この機会にできるだけ多くの被験者で介入試験を行うために、無作為に7名を抽出した。その結果、前倒金を申請することになってしまった。3ヶ月間の食事に関する介入は容易ではないが、食事摂取量より算出した糖質摂取量はエネルギー比30%と設定どおりであり、かつ、たんぱく質と脂質の摂取量は有意に増加するなど、介入は予定どおり遂行されていた。インスリン分泌とGLP-1分泌の変化は、ほぼ仮説どおりの結果を得ることができた。本研究は毎年、被検者を変えて同じ介入研究を行う。今年度も予定通り、8名の被検者で介入試験を行なった。健康な女子大学生8名(21.6±0.5歳、BMI 21.4±0.9 kg/m2)を被験者として、3ヶ月のオープン介入試験を行なった。介入試験前後に体組成測定と75g経口糖負荷試験(OGTT)を行ない、これらの結果を対応のあるt検定を用いて統計処理を行ない比較した。3ヶ月間の低糖質食の実施によって、BMI及び体脂肪量に明らかな変化はなかった。たんぱく質と脂質は介入後に有意に増加し、糖質は介入後に有意に減少したことから、食生活の介入は予定どおり遂行されていた(糖質エネルギー比33.5%であった)。糖負荷試験において、介入後の血糖値に明らかな差は認められなかったが、インスリン30分値は70.6±32.5 mU/Lから51.3±25.9 mU/Lと有意に低下し、インスリン初期分泌値は1.8±0.8から1.2±0.6と低下傾向を示した(p=0.062)。これに対してインスリン感受性を示す値は8.3±3.7から10.0±5.2と増加した。これは昨年度とほぼ同様の結果となった。GLP-1に明らかな差はみられなかった。以上のことから、インスリン感受性が高くなったことで血糖値に明らかな差はみられなかったが、低糖質食によってインスリン分泌能は低下することが示唆された。

本研究の主要なパラメーターであるインクレチン(GLP-1)は、測定方法の基準が詳細に指定されており、かつ安定した結果を得ることが困難であるために、その測定を臨床検査センターに委託している。被験者登録の希望者は予想外に多く、また来年度は確保できる保証がないので、この機会にできるだけ多くの被験者で介入試験を行うことにした。昨年度と同程度の8名を被検者とした。その結果、今年度も前倒金を申請することになってしまった。3ヶ月間の食事に関する介入は容易ではないが、食事摂取量より算出した糖質摂取量はエネルギー比33.5%と設定どおりであり、かつ、たんぱく質と脂質の摂取量は有意に増加するなど、介入は予定どおり遂行されていた。今年度はGLP-1分泌の変化は認められなかったが、インスリン分泌は昨年と同様の結果を得ており、ほぼ仮説どおりの結果を得ることができた。極端な糖質制限を施行することによって、GLP-1及びインスリンの分泌能が低下することを明らかにするために、介入試験を行なった。最終年度は6名の被験者を対象とした。健全な食生活を続けている耐糖能異常のない6名の女子大学生(21.8±0.4歳、BMI 20.2±1.1 kg/m2)を被験者として、3ヶ月のオープン介入試験を行った。介入の内容は、糖質エネルギー比が30%程度となるように食事の糖質量を被験者ごとに設定し、3食のうち1食は主食を欠食させた。介入試験前後に体組成測定と静脈採血および75gOGTT、3日間の食事記録による調査を実施した。その結果、血糖値、インスリン値、インスリン初期分泌、インスリン感受性、GLP-1、体格などすべてにおいて明らかな変化は認められなかった。しかしながら、これまでの3年間で介入したすべてを合わせた被験者21名(21.5±0.5歳、BMI 21.1±1.1 kg/m2)においては、3ヶ月間の低糖質食の実施によって、OGTTにおけるインスリン(IRI)30分値、IRIの曲線下面積およびインスリン初期分泌値は有意に低下した。これに対してインスリン感受性を示す値は有意に増加した。血糖値及びGLP-1は、いずれにおいても有意な変化はなかった。体脂肪率は有意に低下したが、体重及びBMIに有意な変化はなかった。栄養摂取量において、エネルギー摂取量および炭水化物摂取量が有意に減少し、脂質摂取量は有意に増加した。一般化線形モデルを用いた⊿インスリン初期分泌値に影響する因子の検討では、⊿炭水化物摂取量のβ±SEは0.438±0.141(P=0.006)と有意であった。以上のことから、3ヶ月間の低糖質食摂取により、インスリン分泌能が低下することが示唆された。先行研究(平成2325年度科研費研究)と合わせると、仮説は立証されたと考えられる。若年女性に多発する耐糖能異常の原因を解明するために、糖質制限によってインスリンの分泌能が低下するか検討した。健康な若年女性26名を被験者として、糖質30%の低糖質食を摂取する3ヶ月のオープン介入試験を行ない、介入前後の75gOGTTの結果を比較した。その結果、75gOGTTにおけるインスリン30分値及びインスリン初期分泌指数は有意に低下したが、インスリン感受性が有意に増加したために、血糖値に有意な差は認められなかった。一般化線形モデルを用いて検討した結果、インスリン分泌に影響を及ぼす因子は糖質摂取量の減少のみであった。3ヶ月間の低糖質食摂取により、インスリン分泌能が低下することが示唆された。昨年度と同じ要領で研究を行う。昨年度の要領で不都合は生じていないので、今年度も順当に遂行されると思われる。
結び目の量子不変量の物理的研究

色つきジョーンズ多項式をはじめとする結び目の量子不変量は、ウィルソン・ループ上の経路積分として定義される。同じ経路積分の手法を用いると、3次元多様体上の分配関数が定義される。この不変量は結び目不変量を用いて数学的に厳密な形に定式化でき、ウィッテン・レシェティキン・ツゥラエフ(WRT)不変量と呼ばれる。今年度は、球型ザイフェルト多様体のSU(2)WRT不変量の持つ性質を詳細に解析した。球型ザイフェルト多様体とは、基本群が正多面体の対称性と関連づけられるものであり、有名な例としてボアンカレ球があげられる。ザギエとローレンスによって、ポアンカレ球のSU(2)WRT不変量が半整数重みを持つ保型形式のアイヒラー積分の極限値として表されることが示されている。本研究においてこの手法を拡張し、すべての球型ザイフェルト多様体についても、WRT不変量が保型形式のアイヒラー積分を用いて書き表せることを示した。この結果、保型形式の変換公式から不変量の漸近展開を厳密に求めることに成功した。この保型形式は共形場理論における分配関数として現れるものであり、チャーン・サイモンズ不変量やライデマイスター捩れといった位相不変量の持つ、保型形式、共形場理論との密接な関係が明らかとなった。また不変量にあらわれる保型形式の幾何学を調べ、基本群、つまり正多面体の対称性をもつことを明らかにした。この事実は量子不変量と基本群との密接な関係を示すものであり、今後の更なる発展が期待される。さて、アイヒラー積分のもつ近漸近性は、ラマヌジャンによるモック・テータ函数のもつ性質と非常に似たものである。球型ザイフェルト多様体の量子不変量の具体的な表式を詳細に調べることにより、これらがモック・テータ函数の極限値と見なせることを明らかにした。この対応関係を用いて、新しいモック・テータ関数の候補をいくつか提出し、そのうちのひとつについては変換公式を求めることに成功した。ラマヌジャン以降、いまだ未解明なものが数多く残されているモック・テータ函数において、量子不変量との関連性という全く新しい側面を明らかにしたことにより、今後のテータ函数の研究の新たな飛躍が期待できる。ジョーンズによって1980年代半ばにJones多項式が定義されて以降、結び目の量子不変量の研究は盛んに行われてきた。ウィッテンによって経路積分を用いた理解が得られているものの、こうした量子不変量の性質にはまだ解明されていないものが多く残されている。その中でも、カシャエフによって1997年に提唱された「体積予想」、すなわち、「色付きJones多項式のある特殊値の漸近極限が結び目の補空間の体積に一致する」とする予想は、量子不変量の幾何学的・物理的な理解に向けて大変重要であると考えられる。われわれはこの体積予想問題の理解に向けた研究に取り組んだ。まず、非双曲結び目であるトーラス結び目およびトーラス絡み目の色付きJones多項式の性質について詳細な解析を行った。その結果、これら不変量が保型関数のEichler積分と一致することを発見した。ここであらわれた保型関数とは、共形場理論におけるミニマル模型やアフィンリー代数の指標といった数理物理学において非常になじみの深いものであり、量子不変量の物理的性質の解明という今後の研究において有意義なものであると期待される。またさらに保型関数のEichler積分の性質を用いて量子不変量の厳密な漸近展開を得ることに成功し、漸近極限の値とトーラス結び目のChern-Simons不変量との関係を明らかにした。昨年度は、トーラス結び目・絡み目の色付きジョーンズ(Jones)多項式の性質を詳細に調べ、これらが半整数重みをもつ保型形式のアイヒラー(Eichler)積分の極限値として表せることを明らかにした。これにより不変量の厳密な漸近展開を見通しよく計算することが可能となり、特に主要項がチャーン・サイモンズ(Chern--Simons)不変量と一致することを示した。本年度はひきつづき他の3次元多様体の量子不変量の解析に取り組んだ。トーラス結び目のようなトポロジー的にいくぶん単純な構造を持つ3次元多様体としてブリースコーン(Brieskorn)多様体が考えられる。この3次元多様体は古くから盛んに研究されてきており、チャーン・サイモンズ不変量やキャッソン(Casson)不変量を始め様々なトポロジカルな不変量が具体的に計算されている。そこで、まずこの3次元多様体のウィッテン・レシェティヒン・ツラエフ(Witten-Reshetikhin--Turaev)不変量の漸近展開の厳密な解析を試み、保型形式との関係を明らかにすることに成功した。その結果、チャーン・サイモンズ不変量、キャッソン不変量、ライデマイスターねじれなどといったブリースコーン多様体のさまざまなトポロジカル不変量と保型形式とのかかわり合いが明らかになった。結び目不変量の話題としては、結び目の色付きジョーンズ多項式の漸化式がA多項式と呼ばれる不変量と結びつくとするAJ予想が注目を集めている。この予想により、ジョーンズ多項式に代表される量子不変量の幾何的な意味づけが得られるのではないかと期待されている。このAJ予想については、いままで解析的に示された例はなかったが、トーラス結び目について初めて解析的に証明することに成功した。

この不変量は結び目不変量を用いて数学的に厳密な形に定式化でき、ウィッテン・レシェティキン・ツゥラエフ(WRT)不変量と呼ばれる。今年度は、球型ザイフェルト多様体のSU(2)WRT不変量の持つ性質を詳細に解析した。球型ザイフェルト多様体とは、基本群が正多面体の対称性と関連づけられるものであり、有名な例としてボアンカレ球があげられる。ザギエとローレンスによって、ポアンカレ球のSU(2)WRT不変量が半整数重みを持つ保型形式のアイヒラー積分の極限値として表されることが示されている。本研究においてこの手法を拡張し、すべての球型ザイフェルト多様体についても、WRT不変量が保型形式のアイヒラー積分を用いて書き表せることを示した。この結果、保型形式の変換公式から不変量の漸近展開を厳密に求めることに成功した。この保型形式は共形場理論における分配関数として現れるものであり、チャーン・サイモンズ不変量やライデマイスター捩れといった位相不変量の持つ、保型形式、共形場理論との密接な関係が明らかとなった。また不変量にあらわれる保型形式の幾何学を調べ、基本群、つまり正多面体の対称性をもつことを明らかにした。この事実は量子不変量と基本群との密接な関係を示すものであり、今後の更なる発展が期待される。さて、アイヒラー積分のもつ近漸近性は、ラマヌジャンによるモック・テータ函数のもつ性質と非常に似たものである。球型ザイフェルト多様体の量子不変量の具体的な表式を詳細に調べることにより、これらがモック・テータ函数の極限値と見なせることを明らかにした。この対応関係を用いて、新しいモック・テータ関数の候補をいくつか提出し、そのうちのひとつについては変換公式を求めることに成功した。ラマヌジャン以降、いまだ未解明なものが数多く残されているモック・テータ函数において、量子不変量との関連性という全く新しい側面を明らかにしたことにより、今後のテータ函数の研究の新たな飛躍が期待できる。
睡眠衛生教育が労働者の健康およびQOLに与える効果

労働者を対象とした集団睡眠衛生教育及び行動療法を用いた個人睡眠保健指導の効果を調べることを目的としてランダム化比較研究及び準ランダム化比較研究を行った。その結果、睡眠衛生教育及び個人睡眠保健指導は、労働者の睡眠や日中の眠気、精神健康度の改善に有意な効果があることが示された。平成20年度は、機械製造業に従事する労働者を対象とした集団睡眠衛生教育の介入及び効果評価及び製鉄業の労働者を対象とした睡眠個入指導の介入を行った。【1.集団睡眠衛生教育の介入及び効果評価について】事業場単位で無作為にA,B2つのグループに分け、先にAグループへの質問票調査と睡眠教育(集団教育および個人保健指導)を行った。(倫理的配慮からその後Bグループに対しても同様の教育指導を行った。)介入の効果は前半の時期(Aグループ介入群、Bグループ対照群)の結果を用いた。睡眠集団教育の内容:American Academy of Sleep Medicineのガイドライン、National Institutes of Health(NIH)が作成した睡眠教育用のテキストおよび「健康づくりのための睡眠指針快適な睡眠のための7力条」をもとに、精神科医および訓練を受けた産業医(滋賀医科大学睡眠コンサルタント研修受講者)により、睡眠の生理および望ましい行動や習慣について睡眠衛生教育を1.5時間行った。現時点で約500名に対する教育が終了し、介入群、対照群の2群間で抑うつ、全般的健康度、昼間の眠気において、2群間で有意なeffect sizeが認められた。(現在海外論投稿準備中)【2.睡眠個人指導の介入】生活習慣病罹患者、不眠の訴えのある労働者(アテネの不眠尺度で4点以上)、希望者を対象に腕時計型生体センサ(東芝製)を用いた睡眠中の自律神経のモニタリングの結果をもとに、産業看護職による個別の睡眠保健指導が開始された。これまで収集されたデータからは、生活習慣病罹患者における夜間の交感神経の優位性が見いだされつつある。睡眠に関連する客観的指標が示されることで労働者は睡眠保健指導に積極的に臨んでいる。産業看護職に対しては保健指導用マニュアルをもとに事前の教育を実施している。今後は個人指導の中に睡眠に関する認知行動療法も取り入れていく予定である。平成21年度よりビール醸造業及び化学工業の労働者も研究参加予定である。我が国においては、これまで睡眠保健指導に関する介入研究はほとんど実施されておらず、海外の研究においても睡眠衛生教育の効果を詳細に検討した無作為化比較研究はほとんど存在しない。本研究にでは、眠保健指導が労働者の心身の健康やQOLに与える効果について調べることを目的として、3つの事業場で勤務する労働者を対象に、睡眠に関する個人保健指導を介入内容とする無作為割付比較試験を行った。倫理的配慮から対照群に対しても解析終了後に同様の個人保健指導を実施した。本研究においては、自記式質問票調査だけでなく、夜間時の体動や自律神経のモニタリング(腕時計型生体センサ(東芝製)を使用)も用いて睡眠状況の評価や効果を客観的に検証していることが特徴である。各事業場において、睡眠中の自律神経のモニタリングの結果及び睡眠に関する行動調査票をもとに、産業看護職及び産業医が個別の睡眠保健指導を行った。産業保健スタッフに対しては保健指導用マニュアルをもとに事前の教育を実施した。保健指導は、睡眠衛生教育、睡眠時間制限法、刺激低減法などの行動療法、リラクゼーション、不眠のための認知療法が含まれた。結果については現在集計解析中であるが、もう少し解析対象が増え統計学的パワーが増すことで、個人保健指導介入群、対照群の2群間で抑うつ、全般的健康度、昼間の眠気において、2群間で有意なeffect sizeが認められる可能性が高い.夜間睡眠時のLE,HF、LF/HF、睡眠潜時、睡眠時間、睡眠効率、中途覚醒回数等の睡眠パラメータにおける比較については現在解析中である。眠保健指導が労働者の心身の健康やQOLに与える効果について調べることを目的として、22年度は事業場で勤務する労働者を対象に、睡眠に関する個人保健指導を介入内容とする無作為割付比較試験を継続実施し、得られたデータの解析を行った。解析の結果、睡眠保健指導(睡眠衛生教育、睡眠時間制限法、刺激低減法などの行動療法、リラクゼーション)を行った群では、対照群に較べて3ヵ月後の睡眠状態が有意に改善していることが示された。また、QOL調査を行った事業場においては、精神的QOLが対照群に較べて有意に改善していることも示された。本研究は、自記式質問票調査だけでなく、夜間時の体動や自律神経のモニタリング(腕時計型生体センサを使用して夜間睡眠時のLF,HF、LF/HF、睡眠潜時、睡眠時間、睡眠効率、中途覚醒回数等の睡眠パラメータを測定)も用いて睡眠状況の評価や効果を客観的に検証していることが特徴であるが、これまでの解析の結果、血糖、脂質異常、肥満、血圧は、睡眠時の副交感神経の活動と有意に相関していることが示された。我が国においては、これまで睡眠保健指導に関する介入研究はほとんど実施されておらず、海外の研究においても労働者を対象とした睡眠教育の効果を詳細に検討した無作為化比較研究は存在しない。

本研究は、睡眠の非専門家による非薬物的アプローチが有意な効果を示したものであり意義ある成果だと考える。睡眠保健指導の長期的効果(定期健康診断における血液、血圧、肥満等のデータ)については、今後もフォローアップしていく予定である。
人の認知・判断の特性と限界を考慮した自動走行システムと法制度の設計

ヒューマンファクター(HF)研究アスペクトでは、自動運転における運転行動記述法としてSTAMP/STPAを検討し、踏切制御構造の記述、複数の遠隔操縦ロボットの衝突回避のための条件記述を行った。また、レベル3の自動運転中に発出される運転交代要請(RTI)へ対応可能なセカンダリタスクの条件についての検討を開始した。また、道路交通システムのレジリエンス維持に必要な自動走行システム/運転者のレジリエンス能力を検討した。エンジニアリングデザイン(ED)研究アスペクトでは、レベル2の自動運転において、運転者とシステムとの会話は、(1)運転者の状況認識の質を高めるうえで有効であること、(2)会話の頻度が高い方が自動制御モードから手動制御モードへ切替えた場合の運転が安定すること、(3)会話はレベル2の自動運転における負担軽減に寄与する可能性があること、等を示した。また、周辺視野域への視覚的刺激提示による注意誘導効果について、注意誘導効果が得られる刺激提示範囲や視覚的刺激の誤提示に対する注意誘導の副作用などを検討し、実装設計のために必要な定量的数値の明確化をはかった。権限と責任(AR)研究アスペクトでは、2017年度の成果のひとつである「レベル3の自動運転において、RTI発出にも関わらず運転者が適時適切にシステムから権限を引き継がないときはシステムがリスク最少化制御を行うべきである」との知見が2018年6月発行の国交省「自動走行車の技術ガイドライン」に採用されたことを受け、それを同省の「電子牽引による後続無人隊列走行」の基本設計書にも反映させた。また、RTIに基づく権限委譲時に、システムとドライバの双方が横方向制御を行わない「空白状態」が出現する可能性があることを示した。さらに、その空白を埋めるものとして、haptic shared controlを用いた運転権限委譲法を提案した。(1)レベル2の自動運転において運転者がシステムと交わす会話は、(i)運転者の状況認識改善に有効であること、(ii)会話の頻度が高い方が自動制御モードから手動制御モードへ切替えた場合の運転が安定すること、(iii)会話は運転者の負担を軽減する可能性があること、等が証明できたこと。(2)レベル2またはレベル3の自動運転でシステムによる車両制御中に運転者が行おうとしている介入操作が不適切なものと判定されたとき、それを抑止するプロテクションの有効性が示せたこと。(3)「レベル3の自動運転におけるRTI発出時に運転者が適切に権限を引き継がないときはシステムがリスク最少化制御を行うべきである」との2017年度の成果が2018年6月発行の国交省「自動走行車の技術ガイドライン」に採用されたこと。(4)レベル3の自動運転では、RTIに基づく権限委譲時にシステムとドライバのいずれもが横方向制御を行わない「空白状態」が出現する可能性を示し、その空白を埋めるものとしてhaptic shared controlを用いた運転権限委譲法を提案したこと。(5)周辺視野域への視覚的刺激提示による注意誘導効果について、注意誘導効果が得られる刺激提示範囲や視覚的刺激の誤提示に対する注意誘導の副作用を解明し、実装設計に必要な定量的数値の明確化をはかったこと。(6)レベル2の自動運転における運転行動記述法としてSTAMP/STPAを検討し、踏切制御構造の記述、複数の遠隔操縦ロボットの衝突回避のための条件記述に結実させたこと。(7)レベル3の自動運転中に発出されるRTIへ対応可能なセカンダリタスクの条件についての検討の方向性を策定できたこと。(8)道路交通システムのレジリエンス維持に必要な自動走行システム/運転者のレジリエンス能力についての知見が得られたこと。HF研究アスペクトでは、レベル2の自動運転において、運転者による円滑な監視の継続を可能にするシステムとの会話のデザイン法を明らかにする。また、安心感が冷静な判断を導く一方で、不安感が周囲への注意力や対応力を上げることに着目し、適切な警戒心・覚醒を維持させる手法を開発する。さらに、運転者とシステムの関係のあり方と運転者が持つべきスキルを人間工学的視点から検討する。特に、レベル3の自動運転におけるRTIへの対応迅速性とセカンダリタスクとの関係を解明する。ED研究アスペクトでは、双対制御機構を備えるシステム安全制御を構築し、設計条件を超える事象下での安全制御機構の効果評価を行う。さらに、自動運転システムによる環境認識機能が低下した状況のもとで運転者に権限委譲への準備を促す手法の開発と効果評価を行う。加えて、長時間の自動運転中における運転者の状況認識低下抑止のための触覚デバイス活用型情報提示法、周辺視野域への視覚的刺激提示法の有効性を検証する。AR研究アスペクトでは、国際的な道路交通をめぐるジュネーブ条約の解釈運用と、国内の道路交通法・道路運送車両法を始めとする法整備のあり方について具体的提案を行う。また、レベル2及びレベル3の自動運転を対象とし、起こり得る自動走行システムへの過信と誤信に基づく事故類型を明らかにし、民事責任の視点での法的責任を考察する。また、レベル3の自動運転において、システムがRTIを発出したにもかかわらず、運転者が適時に引継ぎを行わないためにシステムがミニマムリスクマヌーバを実施している中で事故が発生した折の法的責任の状況依存性について刑事責任の視点から解明する。年度後半には、本研究の成果の社会還元を企図した講演会/シンポジウムを開催するとともに、ウェブサイトの充実を図る。HF研究アスペクトでは、自動運転がもたらすヒューマンファクター課題である警戒心欠如、過信、不信等の検討を行った。

その結果、オートメーションサプライズを経験すると、ドライバの自動運転システムへの信頼が低下し以降の走行における警戒心が高まることを、システムへの信頼、眠気、警戒心等の測定実験から確認した。また、自動走行中のヒューマンマシンシステムとしての利用者役割のみならず、他の非自動運転車両との関係性、社会の人々の自動運転車への信頼等、社会システムにおける自動運転車の位置づけ、人の位置づけのモデルを構築した。さらに、自動運転のためにHMIが満たすべき基本要件の検討を行った。ED研究アスペクトでは、自動運転のミッシング・レベルを系統的に発見する手法を開発した。また、システムからドライバへの権限委譲機構の開発のため、広角ビジュアルシミュレータの設計・開発、周辺視を活用した視覚的警報の可能性検討、システムからドライバへの権限委譲を円滑・安全に行える権限共有技術の開発、ドライバの状況認識を強化する振動刺激技術の提案とデバイス試作を行った。さらに、ドライバへの権限委譲が必要な場合に備えたドライバ監視方策とHMIのあり方を検討した。ARアスペクトでは、自動運転をめぐる法的整備の課題につき、(1)道路交通に関する現行法の規律、(2)事故責任に関する現行法の構造を検討したうえで、(3)道路交通に関する国際的な基準をなすジュネーヴ条約及びウィーン条約の最近の改正動向を確認し、(4)今後開発・実用化される自動運転のレベルに合わせた法改正の必要性と論点を抽出した。とくに、民事責任のあり方につき、民法の特別規定と、自動車損害賠償保障法、製造物責任法の構造分析を試みた。「研究実績の概要」欄に示したように、HF研究アスペクト、ED研究アスペクト、AR研究アスペクトのいずれにおいても、研究計画は順調に進捗している。なお、ARアスペクトが計画していた「現行法上の問題点の抽出」のように、当初予定の内容を超え、「自動運転の社会導入を支える法体系とするための法改正の論点抽出」まで完了させた等、計画以上に進展した項目もある。自動運転に関する官民の取組は加速しており、社会の関心の高まりも急速である。しかし、それらの取組は必ずしも盤石な基盤を持つものばかりではないことから、大学の積極的参画・貢献への社会的期待も急速に高まっている。本基盤研究(S)は、内閣府SIP「自動走行システム」推進委員会やシステム実用化WGにおける研究開発や、自動運転を社会に導入するための免許制度や法制度を設計するための基盤理論提供を通じた社会貢献も目的としており、それらの進捗も順調である。平成27年度には、警察庁と経済産業省にも、自動走行システムの社会的導入へ向けた新たな委員会・検討会が設置され、本基盤研究(S)の研究代表者・研究分担者の数名が委員委嘱を受けた。本基盤研究(S)の社会貢献は、これから一層加速していくものと予想される。「研究発表」欄に示しているように、本基盤研究(S)の研究代表者・研究分担者は、さまざまな学協会から招待論文・招待講演の依頼を受けている。なかでも、「自動車技術」2015年12月号(自動運転特集号)掲載の解説記事17編中5編が本基盤研究(S)の研究分担者5名の執筆によるものであったことは、特筆に値する。
モンゴル国におけるインフルエンザの疾病負荷に関する研究

我々は平成20年度において超過死亡率を算出する方法で検討を行い、2004-07年において明らかな超過死亡を認めなかったことを確認した。さらに2カ所でインフルエンザ患者サーベイランスおよび重症急性肺炎による入院者サーベイランス研究を実施した。2008-2010年の2シーズンでは、パンデミック(H1N1)2009によって前年と比較すると約5-6倍のインフルエンザ様疾患の報告例の増加がみられた。その年齢構成をみると1ヵ所では全年齢層において報告例の増加を認めている一方で、別なサイトではその増加の中心は小児に限定しておりモンゴル国においてはパンデミック時も観察地域においては小児における罹患が流行の中心であり、それに伴う入院率および罹患率の増加が見られるものの、死亡数の増加にはつながらないことが明らかとなった。新型インフルエンザの危険性が高まっている中で、2005年には高病原性鳥インフルエンザ(A/H5N1)が野鳥から検出されたモンゴル国では、新型インフルエンザを含めた包括的なインフルエンザ対策を緊急に進めていく必要がある。急性呼吸器感染症はモンゴルを含む発展途上国の死亡原因の上位に位置するが、その中でインフルエンザの占める割合についてはわかっていない。我々は今回、モンゴル国におけるインフルエンザの疾病負荷(Disease burden)を、超過死亡率を算出する方法で検討を行い、同国におけるインフルエンザの公衆衛生上のインパクトを明らかにする。平成20年度においてはまず2004年-07年における同国のインフルエンザ関連超過死亡を総死亡数からSerflingモデルを利用して算出したが明らかな超過死亡を認めなかった。超過死亡が認められないあるいは小規模になる理由はいくつか考えられるがシーズン毎の流行株(亜型)は異なること、インフルエンザ様疾患は観察期間に明確な季節性をもって流行していること、年齢階層別の死亡率を観察すると経時的に乳児死亡数が減少しているが、高齢者死亡数が増加傾向にあることから人口構成の変化がその一因と考えられた。そのために日本の年齢人口比とモンゴル国における死亡率から仮想集団を作成して超過死亡数を検討したところ超過死亡の集積として認められたために、人口構成の変化の影響を示すことが出来た。本研究によりモンゴル国におけるインフルエンザの疾病負荷については超過死亡あるいは死亡数などの評価指標を利用すると過小評価される可能性が大きいことが示され、他の指標(罹患率あるいは入院数など)による検討が必要であることが示唆された。急性呼吸器感染症はモンゴル国において死亡原因の上位に位置するが、その中でインフルエンザに関連する疾病負荷についてはよくわかっていない。また2005年には高病原性鳥インフルエンザ(A/H5N1)が野鳥から検出されており同国における包括的なインフルエンザ対策を緊急に進めていく必要がある。我々は平成20年度において超過死亡率を算出する方法で検討を行い、2004-07年において明らかな超過死亡を認めなかったことを明らかにした。そのために2008/09シーズンでは2つの地区でインフルエンザ患者および重症急性肺炎による入院者サーベイランス研究を実施した。本シーズンはA型インフルエンザ(H1N1)の流行が主であったが、インフルエンザ様疾患は5歳以下の年齢群が48%と41%と約半数をしめており、重症急性肺炎においてはともに約89%と、この年齢群における患者数の集積を認めた。一方で65歳以上の人口100人あたりのインフルエンザ様疾患の罹患率および重症肺炎での入院率は0.46とであ0.11と低いものであった。この点からモンゴル国においては小児における罹患が流行の中心であり、それに伴う入院率および罹患率の増加が見られるものの、死亡数の増加にはつながらないことが明らかとなった。引き続き同国におけるインフルエンザの疾病負荷について拡大サーベイランスを中心として検討を進めていく。また新型インフルエンザ(H1N1)2009の発生を受けて、同国では学校閉鎖や集団行動の制限などの公衆衛生対応がとられた。この効果についても本研究のフィールドを使って解析を行っている。急性呼吸器感染症はモンゴル国において死亡原因の上位に位置するが、その中の1つと考えられるインフルエンザに関連した疾病負荷についてはよくわかっていない。そのために2008/09シーズンよりウランバートル郊外および北部にある地方都市の2カ所でインフルエンザ患者サーベイランスおよび重症急性肺炎による入院者サーペイランス研究を実施した。今年度はパンデミック(H1N1)2009の流行した2009/10シーズンを中心に解析を行った。パンデミック(H1N1)2009流行時には、前年と比較すると約5-6倍のインフルエンザ様疾患の報告例1の増加がみられた。

しかしウランバートルの郊外では、全年齢層において報告例の増加を認めている一方で、北部の地方都市では、45歳以上あるいは65歳以上の年齢層で大きな増加を認めなかった。また重症急性肺炎による入院1例をみても同年齢群の入院例は認められなかった。この点からモンゴル国においてはパンデミック時も観察地域においては小児における罹患が流行の中心であり、それに伴う入院率および罹患率の増加が見られるものの、死亡数の増加にはつながらないこと、地域によりその流行像にばらつきがあるが明らかとなった。本研究をとおしてモンゴル国におけるインフルエンザの流行像に関する知見を得ることが出来たとともに、死亡数だけを利用した疾病負荷の評価では過小評価になる可能性があることが示唆された。
大強度ミューオン源で解き明かす荷電レプトンのフレーバー転換探索の新展開

素粒子物理学において、その標準理論を超える新物理現象の探索は最重要課題と考えられている。その中でも荷電レプトンのフレーバー転換は、多くの新物理の理論モデルが将来観測可能なレベルで起こると予言しており、新しい物理を発見するベストの現象のひとつである。荷電レプトンのフレーバー転換で最も重要な過程は、ミューオン電子転換過程である。我々は、東海村のJ-PARCの世界最高パルスミューオンビームを使って、ミューオン電子転換過程を現在の上限値を二桁以上に上回る実験精度で探索するCOMET Phase-I実験(J-PARC E21実験)を推進している。この実験は2021年頃から開始される予定になっている。本研究の目的は、この実験精度をさらに数倍向上し測定を確実なものとするようにCOMET Phase-I実験を再構築することである。2018年の実績は以下である。COMET実験では、検出器に進入してくるビーム起源のバックグラウンド粒子を削減し、かつ標的でのミューオン静止効率を向上するために、ミューオンビームラインと検出器ソレノイドの間で磁場が滑らかに繋がることが要求される。2018年度には、これを実現するために、ソレノイドコイル冷却システムを設計し製作した。入札を行い、東芝株式会社が受注した。入札金額が高くなったこともあり、円筒型冷却システムのうち、外筒と内筒のみを製作した。それらを結合する端板部分について後年度に製作することにした。ミューオン電子転換過程の主要検出器である円筒型ガスドリフトチェンバー(cylindirical drift chamber = CDC)については、その読み出し装置に放電などによる過電流を防ぐために保護抵抗をいれたボードを製作し、部分的に導入した。平成30年度に予定していたソレノイドコイル冷却システムの外筒と内筒の製作が無事に完了した。円筒型ガスドリフトチェンバー(CDC)の試験が継続している。放射線耐性に関しては、いくつかの放射線量予測プログラムを比較し、CDCの設置位置における放射線量の評価の精度が進展した。それに対応して、CDCに使用するエレクトロニクスのパーツについても、日本国内の大学研究所において中性子照射試験をして放射線耐性の強い部品を選択する作業を継続している。いくつかの部品について次年度以降も検討を続ける。実験感度の向上にむけてシミュレーション計算を進めている。当初予定から大幅な変更はない。次年度以降において、実験への優先度を考慮して調整する。
IL-18を介したミクログリア-アストロサイト相互作用と神経因性疼痛

末梢神経障害モデル動物において脊髄におけるIL-18の著明な発現増強が引き起こされ、疼痛発現機構に関与していることを明らかにした。その詳細な結果としては、脊髄マイクログリアにおいて神経障害後3日目をピークとしたIL-18の発現増強が確認され、IL-18に対する中和抗体を髄腔内に持続的に処置することによって疼痛発現が抑制され、さらには脊髄アストロサイトの活性化も抑制された。一方、IL-18リコンビナントプロテインを髄腔内に処置する事によって持続的な痛覚過敏状態が確認され、さらに脊髄アストロサイトの活性化が確認された。これらのことから、神経障害時においては脊髄マイクログリアにおいてIL-18の発現増強が引き起こされ、脊髄グリア細胞間における相互作用を引き起こすことで痛覚過敏を引き起こしていることを明らかにした。さらに、IL-18の内因性捕捉タンパク質であるIL-18 binding protein(IL-18 bp)を髄腔内に持続的に処置することによって、痛覚過敏の抑制効果が認められた。このことは、IL-18 bpの治療薬としての可能性を示唆したものであると考えられる。Interleukin-18 (IL-18)は様々な生物学的活性を持つことが報告され、現在注目を集めている炎症性サイトカインのひとつである。このIL-18は、神経因性疼痛下では脊髄マイクログリアにおいて発現増加が引き起こされ、その受容体であるIL-18受容体はアストロサイトにおいて発現増加が引き起こされていることを明らかにした。このことから、神経因性疼痛下において脊髄マイクログリアからのIL-18の遊離増加が、脊髄アストロサイトの活性化を引き起こすことにより疼痛発現に関与していることが推察された。実際、髄腔内にIL-18、およびIL-18受容体に対する中和抗体を持続的に処置することにより神経因性疼痛発現が抑制された。このことから脊髄におけるIL-18を介したグリア間相互作用が神経因性疼痛発現に関与していることが明らかとなった。一方、このIL-18の発現誘導に関与する因子についても検討したところ、toll-like receptor (TLR)のうちTLR4のアゴニストであるlipopolysaccharide (LPS)を髄腔内に投与することによりIL-18が誘導され、神経因性疼痛モデルラットに、TLR4に対するsiRNAを処置することによりIL-18の発現増加が抑制された。これらのことから、神経因性疼痛下においては脊髄マイクログリアにおけるTLR4の活性化に伴ったIL-18の発現増加が引き起こされ、脊髄アストロサイトにおいて発現増加したIL-18受容体に作用する事で疼痛発現に関与していることが明らかになった。これら、グリア細胞を介した疼痛発現機序の研究成果は、J. Neurosci.、Glia、J.Neurochem.等の国際紙に発表した。近年、脊髄グリア細胞が炎症性サイトカインを遊離することで、難治性疼痛の発症や維持に重要な役割を果たすことが示唆されている。この炎症性サイトカインであるIL-1ファミリーのなかでも、IL-1βが疼痛発現に重要であることが数多く報告されてきた。しかしながら、同様にIL-1ファミリーの新規サイトカインであるIL-18の疼痛との関連はほとんど報告されていない。本研究では、このIL-18に着目し、疼痛時におけるIL-18の発現動態さらには疼痛関連シグナルにおける役割について解明することを目的として研究を行った。その結果、末梢神経障害モデル動物において脊髄におけるIL-18の著明な発現増強が引き起こされ、疼痛発現機構に関与していることを明らかにした。さらに、IL-18の内因性捕捉タンパク質であるIL-

18 binding protein(IL-18bp)を髄腔内に持続的に処置することによって、痛覚過敏の抑制効果が認められた。このことは、IL-18bpの治療薬としての可能性を示唆したものであると考えられる。以上のデータはJournal of Neuroscienceにて発表した。
実験観察を支える理科学習語彙の習得と活用に関する実証的・実態的研究

子どもたちの語彙が学校及び家庭生活の中で育つことに着目し、理科学習に必要な語彙を獲得する新手法として、「親子で理科が好きになる語彙検定」及び「理科学習におけるメタ的学習語彙集」を開発し、その実践研究を行った。前者は、家庭で扱うことが可能な語彙を検定の形でとりまとめ、家族間の会話の中で語彙を獲得させる仕組みであり、後者は、教室の中で、教員と児童の間で共通認識を持つことが必要な語彙をその都度確認していくための冊子である。これらを大学公開講座、ひらめきときめきサイエンス事業、教員研修等で実践・活用した。平成25年度は、主に、以下に示す2つの実証的・実体的研究を行った。(1)「理科が好きになる語彙検定」(仮称)の再検討による研究開発とその実証的研究。平成24年度の研究成果を踏まえ、小学生とその保護者のペアで参加しやすいように、1小学校とのコラボレートで開催、2名称を「親子で挑戦サイエンスクイズ&ショー」に変更、3必ず参加型あるいは演示実験を加え、体験的にも学べるパートを導入、4小学生の知識だけでは、回答が難しい内容を含むなどの改善を加え、理科と国語の関係が大きくクローズアップされる内容とし、実証的研究を行った。(2)「理科学習におけるメタ的学習語彙集」(仮称)の改訂作業とその製本。平成24年度から行っている、平成22年度版語彙集の洗い直しと小学校教科書のオーバービューを踏まえ、その全面改定作業を行った。採録する語彙を再検討し、その小学校理科の教科書の内容との比較、さらには、必要な写真映像の撮影などを中心に行った。印刷製本時の校正を慎重に行ったため、製本された冊子が手元に納入されたのは4月中旬となったが、平成26年度中の活用事例研究に繋げることが可能となった。平成24年度は、以下に示す3つの研究を実施した。(1)平成23年度に実施した「小学校4年理科で学習する内容の映像問題を作成し、小学5、6年生および中学1年生に対して、その学習語彙に関する記述式の質問紙調査を行っており、この分析を行った。本研究成果を平成24年度日本理科教育学会北陸支部大会で発表した。(2)本学地域貢献事業を活用する語彙の獲得状況調査と新奇獲得手法の開発研究を行うに当たり、平成24年度版「親子で理科が好きになる語彙検定」を2回実施した。平成23,24年度の公開講座等としての実施実績から、「理科学習語彙検定」システムを開発した。特徴を以下に列記する。1)親子で楽しみながら理科学習語彙に触れる機会を提供する。2)国語で学習する理科的語彙、日常生活で耳にすることのある理科的語彙、及び学校の理科学習で活用する理科的語彙に関する語彙検定が効果的である。3)回答方式には、4択のもの、記述式のもの、穴埋め形式のもの、表現語彙を集める形式のものなどバリエーション豊かにする。4)検定終了後、解説の時間を用意し、一部実演による解説を行うと理解(印象)が深まる。5)問題を中学年用と高学年用の2種類を作成することで、すべての理科学習学年に対応できる等が挙げられる。今回、地域にも出向いて語彙検定を実施し、研究成果の地域還元にもつとめた。これらの結果を踏まえ、次年度以降、小学校の学習現場で活用できる「語彙検定」に相当する学習手法の開発につなげていきたい。(3)平成22年度に試験的に作成した「理科学習におけるメタ的学習語彙集」の改定については、試作語彙集の再検討と新学習指導要領に基づく小学校理科の教科書の検討を行い、平成25年度の改訂版試作およびこれを活用する小学校臨床研究への準備を整えた。平成26年度は、主に、以下に示す2つの実証的・実態的研究および研究成果を広く社会に公表するための専用ホームページの作成を行った。(1)「理科学習におけるメタ的学習語彙集」の活用のための調査研究1福井県内外の小中学校教員に本語彙集を配布し、本語彙集の活用に関するアンケート調査を行った。2福井県内中学校において、実際に数冊活用してもらい、その調査研究を行った。これらの結果、内容として、中学生にも教員にも理科における学習語彙に関して、再認識する点も多く、図が多いことも利点として取り上げることができる一方、小学生向けとしても中学生及び教員向けとしても、情報量を多くしたい作成者の意図もわかるが、文字が小さくかつ文字数が多いため、授業中の参考資料としては、利用しにくいという共通的な回答が得られた。また、作成者の意図として、取り上げたメタ認知に必要な語彙の説明に関して、小学3年生から6年生までの単元をまんべんなく取り上げたが、このことが評価される一方で、小学校教員としては、学年毎にまとまった冊子である方が使いやすいのではないかという意見もあった。しかしながら概ね好評であり、可能であれば、1クラス分手に入れて実際に自身のクラスで使用したい、あるいは、地域の教員に紹介し本語彙集を活用した教員研修を企画したいという肯定的な意見も多数得られた。

(2)研究成果を公表するためのホームページの作成3年間の研究成果を踏まえ、語彙検定および語彙集等の研究成果を広く社会に公表し、今後も活用していくためのホームページを開設した。理科X国語語彙集(全60ページ)冊子作成科学教育・有機典型元素化学(1)平成24年度に実施した「基礎研究2本学地域貢献事業を活用する語彙の獲得状況に関する調査と新奇獲得手法の開発研究」の成果をまとめ、日本理科教育学会第63回全国大会での口頭発表「理科的学習語彙の習得機会に関する新展開ー「親子で理科が好きになる語彙検定」に挑戦」ー」および「福井大学教育実践」誌に発表「科学的語彙の習得を促進する「理科的学習語彙検定」の開発とその実践」することができた。(2)上記研究成果を踏まえ、平成25年度は、「理科が好きになる語彙検定」というタイトルを「親子で挑戦サイエンスクイズ&ショー」というタイトルに変えて、2回実践したところ、参加者数も増え、国語と理科の関係性について、理解が向上したとする回答が20%程度から60%を超える結果となった。(3)「理科学習におけるメタ的学習語彙集」の改訂が平成26年3月中に終了し、印刷製本の発注を行うことができた。使用方法についても、研究分担者と研究打合せを進めている。(4)平成25年度に計画していた独自のホームページの作成については、以下の理由で平成25年度中の実施については取りやめた。但し、条件が整えば、平成26年度中の作成についても検討する。(理由)語彙検定に関する成果及び実施に関する広報は、本学地域貢献推進センター及び広報センターを通じて必要に応じて行ってもらえる。語彙集の活用事例がまだない。支援終了後の維持が難しい。以上(1)設定した基礎研究の成果を、平成24年度日本理科教育学会北陸支部大会で報告することができた。(2)本研究で開発した「親子で学ぶ理科語彙検定」を福井大学と大野市でそれぞれ1回開催し、理科学習語彙の新奇獲得手法の開発研究を行うと同時に、研究成果を地域に還元することができた。(3)「理科学習におけるメタ的学習語彙集」の改訂版作成に関して、おおむね順調に再検討作業が進行している。平成25年度中の試作品の作成とこれを活用する臨床研究への接続が可能と予想される。(1)平成24年度より取り組んでいる、「理科学習におけるメタ的学習語彙集」の印刷物を活用した、小学校現場での活用事例研究を行う。(2)活用事例研究を踏まえ、必要があれば、語彙集の改訂を行う。(3)「理科が好きになる語彙検定」については、県内の希望に応じ、要望があれば、成果の社会還元の一つとして実施する。なお、平成26年度も、研究成果を「ひらめきときめきサイエンス」事業を通じて研究成果の社会還元を実施する。(1)平成24年度から取り組んでいる「理科学習におけるメタ的学習語彙集:児童版」の改訂作業の完了と印刷製本および本語彙集の小学校現場での活用事例研究をおこなう。(2)平成24年度に実施した理科学習語彙の新奇獲得手法としての「親子で学ぶ理科学習語彙検定」の継続開発と実証的研究、および小学校学習現場での活用事例研究をおこなう。(3)これらの研究事例を一般公開するため、ホームページの作成にも取り組む。
間葉系幹細胞の骨芽細胞系列への分化初期過程における細胞増殖・凝集機構の解明

間葉系幹細胞から骨芽細胞への分化には、転写因子Runx2とSp7の両者が必須である。ヒト及びマウスのRunx2ヘテロ変異は、頭蓋の泉門の開大、鎖骨低形成等を主徴とする鎖骨頭蓋異形成症を引き起こす。Sp7ノックアウト(ko)マウスでは、頭蓋冠領域に骨芽細胞は存在しないが分厚い間葉系細胞の凝集を認めた。一方、Runx2 koマウスでは、間葉系細胞の凝集も認めなかった。Wnt、ヘッジホグ、Fgf、Pthlhシグナル分子の発現が、Sp7 koマウスに比しRunx2 koマウスの頭蓋冠で低下していた。また、これらの分子の発現は、野生型マウスに比しRunx2ヘテロ変異マウスの頭蓋冠でも低下していた。1)胎生18.5日のRunx2 koマウス、Sp7 koマウスの頭蓋冠よりRNAを抽出し、これらをRunx2 koマウスとSp7 koマウス間で、マイクロアレイ解析で比較した。2)胎生18.5日のSp7 koマウスの下顎骨領域および長管骨では、凝集した間葉系細胞は軟骨細胞に分化するため、胎生17.5日のRunx2 koマウス、Sp7 koマウスの大腿骨および脛骨から筋組織を除いた後、コラゲナーゼ処理し、間葉系細胞を採取、RNAを抽出した。また、Runx2 koマウスでは歯杯の発生が帽状期で停止しているが、Sp7 koマウスでは歯杯は正常に発生しているため、下顎骨領域では歯杯を含まない領域より間葉系細胞を採取し、RNAを抽出した。Runx2 koマウスとSp7 koマウス間で、マイクロアレイ解析で比較した。3)Runx2 koマウスに比較しSp7 koマウスで2倍以上発現増強され、バックグラウンドより10倍以上のシグナル強度を示した遺伝子を選択した。現在、頭蓋冠、下顎骨領域、大腿骨・脛骨のサンプルで共通して誘導された遺伝子は、リアルタイムRT-PCRで確認しており、今後、アノテーション情報、パスウェイ解析等によりクラス分けする予定である。当初の1年目の目標は7割は達成しており、来年度にも順序に続く研究成果となっている。間葉系幹細胞から骨芽細胞への分化には、転写因子Runx2とSp7(Osterix)の両者が必須であり、Runx2はSp7の上流に位置する。ヒトRUNX2のヘテロ変異は、頭蓋の低形成、泉門の開大、鎖骨低形成、過剰歯、低身長等を主徴とする鎖骨頭蓋異形成症を引き起こす。マウスのヘテロ変異では、過剰歯は見られないが、その他は同様の表現型を示す。マウス前頭縫合は特異な癒合過程をとる。生後6ー7日目位に、間葉系細胞の凝集が起き、凝集した細胞は軟骨細胞へと分化、軟骨内骨化によって骨に置換される。Runx2ヘテロ変異マウスの前頭縫合を調べたところ、この間葉系細胞の凝集が起こらず、軟骨細胞塊も出現しなかった。矢状縫合部位では軟骨内骨化は起こらないが、この部位でもRunx2ヘテロ変異マウスでは、野生型マウスで見られた間葉系細胞の凝集が認められなかった。これは、鎖骨頭蓋異形成症の泉門・縫合の開大に、間葉系細胞の凝集欠如が関与している可能性を示唆している。そこで、Runx2 koマウスで間葉系細胞の凝集が、顕著に欠如しているか調べるとともに、Sp7 koマウスと比較してみた。Sp7 koマウスでは、骨芽細胞は存在しないが分厚い間葉系細胞の凝集を認めた。一方、Runx2 koマウスでは、頭蓋冠領域に間葉系細胞は少なく、凝集は全く認めなかった。Runx2 koマウスとSp7 koマウスの頭蓋冠組織、そしてRunx2ヘテロ変異マウスと野生型マウスの頭蓋縫合組織の遺伝子発現をマイクロアレイで比較した。FGF,ヘッジホグ、Wnt、PTHrP経路の遺伝子発現が、Sp7 koマウスに対してRunx2 koマウスの頭蓋冠組織で、野生型マウスに対してRunx2ヘテロ変異マウスの頭蓋縫合組織で低下していた。現在に至るまでに、マイクロアレイ解析しているが、Runx2のsiRNAを頭蓋冠由来初代培養骨芽細胞に導入しており、今後、候補遺伝子の発現をリアルタイムRT-PCRで調べる目的で分析をおこなう予定である。また、頭蓋冠由来初代培養骨芽細胞に発現ベクターを導入、MTTアッセイで細胞増殖を調べるとともに、細胞密度、骨芽細胞分化を調べる。

骨芽細胞分化は、アルカリホスファターゼ染色およびvon Kossa染色を行うとともに、リアルタイムRT-PCRで骨芽細胞マーカー遺伝子(Runx2, Sp7, Col1a1, Spp1, Bglap)の発現を調べる予定である。骨代謝学選択された遺伝子のリアルタイムRT-PCR計測が翌年度実施となり、それに必要な費用が翌年度に繰り越しとなった。リアルタイムRT-PCRで確認後、アノテーション情報、パスウェイ解析等によりクラス分けする予定である。