hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生分解性樹脂へのアモルファス炭素ナノ薄膜付与とその終末処理の試み

本研究は、プリント回路基板(PCB)【エコマテリアルディバイス】の構築を目的に遂行した。研究は1各種イオンのビーム照射による基板表面での改質層(自体炭化層)の形成が基板と金属薄膜との付着力に及ぼす影響についての精査、2PCBに適用する生分解性樹脂の微細組織の改質が基板の機械的特性に及ぼす影響についての精査、3金属薄膜を付与した生分解性樹脂PCBの終末処理を想定した分解挙動の精査、の3つの部分に分けて遂行した。特に2については、生分解性樹脂のアニーリング処理およびポリマーアロイ化による微細構造の調整が機械的特性に及ぼす影響を確認、さらに、ステレオコンプレックスの導入による微細構造の調整を試みた。本申請研究は、環境に対する負荷を飛躍的に軽減出来得る電気・電子用基板材料の開発、およびその基板の利用後の廃棄物処理技術の獲得を目的として展開している。具体的には、1生分解性樹脂基板表面でのアモルファス炭素ナノ薄膜の形成条件の確立、2創製したアモルファス炭素薄膜の電気的特性(半導体領域)およびその他の物性の確認、3生分解性樹脂上に形成した炭素ナノ薄膜と金属薄膜との付着性能の向上、等を実現することを試みるものである。併せ、4金属薄膜、アモルファス炭素薄膜が付与された生分解性樹脂基板について最終処理段階での分解処理挙動を精査して最適性分解環境条件等を明確にすることを試みることである。尚、最終的には、1から4の実施を通して、生分解性樹脂基板材料へのアモルファス炭素ナノ薄膜を付与する技術を獲得すると共に、同薄膜付与基板材料の分解挙動の精査に基づく合理的な終末処理技術を確立、廃棄物処理システムを提案することになる。計画の2年目である平成24年度は、初年度の平成23年度の結果を受け、1の内、特に生分解性樹脂表面へのイオンビーム照射により形成される自体炭化ナノ改質薄膜層の生成条件を精査、まとめることに力点を置いて展開した。また、2については、電気的特性の把握に加え、ガスバリア性能の確認を試み、同自体炭化ナノ改質薄膜層付与生分解性樹脂基板の劣悪環境下での適用の可能性についも確認した。3では、自体炭化ナノ改質薄膜層の生成条件と生分解性樹脂との密着性能の評価を試みた上で、金属薄膜の付与を開始した。さらに4では、薄膜付与生分解性樹脂基板の加水分解処理実験の遂行と酵素分解処理実験の条件把握に向けた基礎実験を遂行した。その結果、1について自体炭化ナノ薄膜層の形成条件をほぼ確立、2ではガスバリア性能の存在を確認、3について密着性の定量把握に至り、4では加水分解に加え酵素分解処理の技術獲得に至った。本研究はイオンビーム照射と薄膜創製技術とを用い、各種生分解性プラスチックスを電気・電子用プリント回路基板(PBC)とするエコマテリアル・ディバイスの構築を目的に推進した。研究は1各種イオンビーム照射による堆積薄膜の形成及び改質層(自体炭化層)の形成が、PBCと金属薄膜との付着力に及ぼす影響に関わる精査、2PBCに適用する生分解性プラスチックスの微細組織構造の改質が、基板の機械的特性等に及ぼす影響に関わる精査、3金属薄膜を付与した生分解性プラスチックスPBCの終末処理の可能性を検討する分解挙動の精査、の三つの部分を同時遂行した。下地薄膜あるいは層の形成を試みた1では、炭素水素ガスの熱分解成分によるPBC上への積層薄膜とPBC表面部自体の炭化による改質層形成とを比較することを通して、後者の方が付着力向上をもたらすこと、またイオンビームの照射について最適処理加速エネルギー値が存在すること、イオン種の違いが付着力に影響を及ぼすこと等が明確となった。次にPBSの微細構造の改質が付着力や機械的特性にどのような効果をもたらすのかを検討した2では、アニーリング処理による結晶化度の向上とポリマーアロイ化は付着力にそれほど大きな効果をもたらさないものの、前者はPBCに必要とされている伸び及び引張強度等に顕著な向上効果をもたらすことが明らかとなった。金属薄膜を付与した生分解性プラスチックスPBCの終末処理を想定した3では、工業的な生分解環境中での生分解の初期段階である加水分解過程において機械的強度をもたらす結晶化度の向上は分解挙動の大きな妨げにはならず、極めて合理的に終末処理が可能であることを確認した。尚、2の生分解性プラスチックスPBCの微細構造改質の精査過程で、ステレオコンプレックスの導入による耐熱性への顕著な効果が確認された。これについては、新たな研究テーマと位置付けて研究を開始した。本申請研究は、環境に対する負荷を飛躍的に軽減出来得る電気・電子用基板材料の開発、およびその廃棄物の処理技術の獲得を目的として開始した。

具体的には、(1)生分解性樹脂基板表面でのアモルファス炭素ナノ薄膜の形成条件の確立、(2)生分解性樹脂と同薄膜との付着力の向上、(3)電気的特性(半導体領域)の確保、等を実現することを試みることである。併せて、(4)基板および薄膜の両者について最終処理段階での分解挙動を精査して最適生分解環境条件を明確にすることを試みることである。尚、最終的には、(1)(4)の実施を通して、生分解性樹脂材料へのアモルファス炭素ナノ薄膜を付与する技術を獲得すると共に、同薄膜付与材料の分解挙動の精査に基づく合理的な終末処理技術を確立、廃棄物処理システムを提案することになる。計画初年度である平成23年度は、(1)の内、特に生分解性樹脂表面へのイオンビーム照射による自体炭化ナノ改質層及びイオンビーム照射による各種炭化水素ガスの熱分解による炭素ナノ堆積膜の生成条件の確定に向けた精査、(2)両薄膜の基板との接着力の評価、(4)両薄膜付与材料の加水分解処理実験の遂行と酵素分解処理実験の条件確定に向けた基礎実験を開始することに専念した。その結果、(1)については、自体炭化ナノ改質層の生成条件及びイオンガス種の違いがもたらす薄膜の微細構造と物性とについて検討を加えるに至った。尚、炭化水素ガスの熱分解による炭素ナノ堆積膜については、ガス種による形成条件について精査の途上にある。(2)については、主として自体炭化ナノ改質層の接着強度を測定するに至った。今後、系統的な創製及びその精査に入る。(4)については、主として自体炭化ナノ改質層を付与した生分解性樹脂の加水分解処理を終えた。また、23年度の申請備品である『酵素分解処理実験装置』の既製品の改良設計を経て発注、納入された同装置の運転条件等の確認を終えた。2年目となる平成24年度は、環境に対する負荷を飛躍的に軽減出来得る電気・電子用基板材料の開発およびその基板の利用後の廃棄物処理技術の獲得を目的として、最終的に生分解性樹脂基板材料へのアモルファス炭素ナノ薄膜を付与する技術を獲得すると共に同薄膜付与基板材料の分解挙動の精査に基づく合理的な終末処理技術を確立し、廃棄物処理システムを提案するために、1生分解性樹脂基板表面でのアモルファス炭素ナノ薄膜の形成条件の確立、2創製したアモルファス炭素薄膜の電気的特性(半導体領域)およびその他の物性の確認、3生分解性樹脂上に形成した炭素ナノ薄膜と金属薄膜との付着性能の向上、等を実現することを試みた。併せ、4金属薄膜、アモルファス炭素薄膜が付与された生分解性樹脂基板について最終処理段階での分解処理挙動を精査して最適性分解環境条件等を明確にすることを試みた。特に、初年度の平成23年度の結果を受け、1の内、生分解性樹脂表面へのイオンビーム照射により形成される自体炭化ナノ改質薄膜層の生成条件を精査、まとめることに力点を置いて展開した。また、2については、電気的特性の把握に加え、ガスバリア性能の確認を試み、同自体炭化ナノ改質薄膜層付与生分解性樹脂基板の劣悪環境下での適用の可能性についも確認した。3では、自体炭化ナノ改質薄膜層の生成条件と生分解性樹脂との密着性能の評価を試みた上で、金属薄膜の付与を開始した。さらに4では、薄膜付与生分解性樹脂基板の加水分解処理実験の遂行と酵素分解処理実験の条件把握に向けた基礎実験を遂行した。その結果、1については自体炭化ナノ薄膜層の形成条件をほぼ確立した上で、2ではガスバリア性能の存在を確認、3について密着性の定量把握に至り、4では加水分解に加え酵素分解処理の技術獲得に至った。
気泡・液滴・結晶核の生成と成長への環境効果

気泡、液滴、結晶粒の核生成と成長のダイナミクスを、不均一核生成と呼ばれ様々な外場のある環境下で、エネルギーランドスケープの全体的な構造や、ランドスケープ上の鞍点に対応する臨界核のエネルギーバリヤーの特徴、個々の臨界核のモホロジー、成長モード、あるいは統計力学に基づくサイズ分布に対するFokker-Planck方程式の定常解の特徴など、不均一核生成での環境の効果の様々な側面を理論的に検討した。現実の核生成は多くの場合、表面や不純物を介して生じる不均一核生成であり、初年度は特に平らな表面で生じる不均一核生成の問題と球形の不純物のまわりで生じる不均一核生成の問題を中心に研究を行った。前者の平らな表面での不均一核生成の問題は、「ぬれ」現象のモデルを援用して検討を行い、ぬれ現象と不均一核生成現象が連続的に移行することを確認し、現在論文をアメリカ物理連合学会AIP(American Institute of Physics)より出版されている学術誌Journal of Chemical Physicsに投稿中である。一方、後者の球形の不純物のまわりの核生成については、ダイナミックスを支配する不安定なモードを決定し、AIPのJournal of Chemical Physicsに論文として出版した(下記・雑誌論文2)。また、この球形の不純物の問題は準安定な3番目の相をもつ3相系の均一核生成の問題と相似であることをつきとめ、フェーズフィールドモデル(Phase-field model)、あるいは密度汎関数理論を用いて解析し、前者の結果はElsevier社より出版されている雑誌の1つJournal of Alloys and Compoundsに出版済みである(下記・雑誌論文1)。また後者は英国化学会(Royal Society of Chemistry)のシンポジウムで発表し(下記・学会発表)、AIPのJournal of Chemical Physicsに論文として出版した(下記・雑誌論文3)。現実の核生成は多くの場合、表面や不純物を介して生じる「不均一核生成」であり、平成22年度は特に平らな基盤上で生じる不均一核生成の問題と球形の不純物のまわりで生じる不均一核生成の問題の2つを中心に研究を行った。平成23年度はこの成果を発展させ、マクロな世界での「ぬれ」現象がミクロスコピック、あるいはメゾスコピックな尺度では不均一核生成となることを指摘した(M.Iwamatsu,"Heterogeneous critical nucleation ona completely-wettable substrate",J.Chem.Phys.134,234709(2011))。また、球形不純物のまわりで生じる不均一核生成の問題を準安定状態を中間状態にもつ「複合核」の核生成の問題と結び付け、中間状態をもつ核生成が100年以上前に指摘されたOstwald則に従う場合だけでなく、別の可能性もあることを発見した。さらに核生成の「ダイナミクス」をFokker-Planck方程式を用いて調べ、定常核生成頻度の一般的な公式を導き、これが良く知られている電気抵抗の直列と並列の公式と相似形となることを示した(M.Iwamatsu,"A note on the nucleation with multiple steps:Parallel and series nucleation",J.Chem.Phys.136,044701(2012))。前者の結果からは、今までエネルギーバリヤーが存在しないと考えられていた不均一核生成でも、バリヤーが存在し、バルクの核生成のためではなくぬれ膜の生成のため活性化が必要となり、実験的にはバリアーレスの不均一核生成としては観測されない場合があり得ることが明らかになった。また、後者の結果は、生体材料など中間物質を介しての核生成と成長が生じる複雑な核生成現象を整理する上での有用な公式であり、今後、工業的にこのような生体材料の生成する場合などでも有用な指針の一つとなるものと考えている。現実の核生成と成長は多くの場合、表面や不純物を介して生じる「不均一核生成」であり、環境の影響を受ける。平成22ー23年度は分子間力がある環境、特に平らな基盤上で生じる不均一核生成の問題と球形の不純物のまわりで生じる不均一核生成の問題の2つを中心に研究を行った。特に、不均一核生成とぬれ転移の問題を統一的にとらえ、マクロな世界での「ぬれ」現象がミクロスコピック、あるいはメゾスコピックな尺度では不均一核生成となることを指摘するとともに、球形不純物のまわりで生じる不均一核生成の問題を準安定状態を中間状態にもつ「複合核」の核生成の問題として定式化した。平成24年度は核生成の「ダイナミクス」を多次元空間でのFokker-Planck方程式を用いて定式化し、多次元空間に臨界核に対応する複数の鞍点がある場合の核生成頻度の公式を導き、これが良く知られている電気抵抗の直列と並列の公式と相似形となることを示した。さらに、これを発展させ、これまで知られていた定常核生成の確率流の鞍点での流れの方向を決めるための公式を拡張し、準安定状態を経由する多段階の核生成に対応できる公式を定式化した。

また、これら臨界核の定常状態の研究にとどまらず、Fokker-Planck方程式を用いて臨界核のその後の成長のシナリオも理論的に定式化し、これまで直観的に信じられていた多段階の核生成が多段階の活性化に対応するという描像は必ずしも正しくないことを明らかにした。これらの結果は、複合材料や生体材料など中間物質を介して生成される複雑な材料の核生成現象を整理する上での有用な公式であり、今後、工業的にこのような生体材料の生成する場合などでも有用な指針の一つとなるものと考えている。当初、ダイナミクスの取り扱いに密度汎関数理論あるいはphase field modelの採用を考えていた。しかし、この2年ほどヨーロッパを中心にこの2つを統合した動的密度汎関数理論を用いた研究結果が発表され始めている。研究代表者もこれらの論文の一部の査読の依頼を受け、詳細に検討を行ったが、現実的なシミュレーションを行える範囲が限られており、より基礎的はMaster方程式、あるいはFokker-Planck方程式を用い一般的な確率過程として扱う方が先決であり将来的に応用の範囲が広いと判断し、平成23年度はこの方針で研究を行った。今後、動的密度汎関数理論と一般的な確率過程の理論をつなぐ研究が必要と考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在、平成23年度に扱ったぬれと核生成を結びつける問題と核生成のダイナミックスの問題を、前者についてほ曲率をもつ基盤上に拡張し、基盤の大きさが有限となる効果を考察しており、平成23年度の結果と併せて、6月にカナダで開催予定の「ぬれ」や「吸着」問題のシンポジウムで発表する予定となっている。また、後者については、中間状態をもつ場合の核生成の反応経路およびダイナミクスを明らかにすることを試み、すでに論文1編がJournal of Chemical Physicsに掲載予定となっており、さらにもう一篇も準備中である。今後、これらの結果をさらに発展させ、環境効果として、基盤からの単純な分子間力だけでなく、電気力、あるいは弾性力などの場合の特徴を明らかにする。
Ｌａｔｓ２によるＺｎＦ型転写因子の包括的リン酸化を介した細胞機能制御の解析

昨年度までに明らかにした, Lats2とヒストンメチル化酵素複合体であるポリコーム抑制複合体2(PRC2)の機能相関について、本年度は(1)より詳細な分子生物学的な解析と、(2)Lats2ーPRC2軸の生体内における役割の考察という、ふたつのアプローチによりさらに検証した。(1)昨年度樹立したLATS2ノックアウト(KO)細胞株を用いた生化学的な解析により、LATS2はPRC2の構成因子であるEZH2, SUZ12をクロマチン上でリン酸化することが明らかになった。またEZH2のヒストンメチル化活性はLATS2によるリン酸化により正の制御を受けることも示された。またLATS2のホモログであるLATS1との比較解析から、クロマチンにおけるPRC2の制御におけるLATS2特異性も明らかにした。(2)LATS2 KO細胞と野生型細胞を用いて次世代シークエンサーによるRNA-seqやChIP-seqを実施し、LATS2の欠失に応じたトランスクリプトームやエピゲノムの変動を網羅的に解析した。LATS2ーPRC2軸による影響が大きな遺伝子群には神経分化や神経機能の発現に関わるものが多く含まれることが明らかとなり、LATS2はPRC2を介して神経系の未分化性の維持に寄与するという示唆を得た。またこの考察を神経系のがんに展開し、膠芽腫について国際的がんゲノミクスプロジェクトのひとつであるTCGAのデータの解析を行った。するとLATS2の発現が高い症例ほどPRC2による転写抑制が強く、全体として未分化様の遺伝子発現パターンを持ち、予後不良を示すことが明らかとなった。本年度はこれらの結果を国内学会にて口頭発表により発信した。また本研究内容は原著論文として投稿中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。我々はがん抑制遺伝子Lats2キナーゼノックアウトした細胞の解析から、Lats2は細胞の「脱分化過程」に関する遣伝子の転写を包括的に制御していると考え、本年度は以下のふたつの観点からアプローチした。1多様なZnF型転写因子を介した転写制御:これまでの共同研究者との成果から、Lats2がある種のZnF型転写因子をリン酸化することで下流遺伝子の転写制御に寄与していることを見出している。我々はLats2が他の多種類のZnF型転写因子を包括的にリン酸化するモデルを想定して検証した。今回我々は多種多様なZnF型転写因子のリン酸化を一度に認識・検出できる抗体の作製に成功した。この抗体を用いて多様なZnF型転写因子群のリン酸化が起きる細胞周期M期に注目し解析した。結果、Lats2はM期リン酸化ZnF転写因子群と結合するが、直接はそのリン酸化に寄与しないことを見出した。また質量分析法によりリン酸化されるZnFドメインとの結合因子を探索したところ、キナーゼとしてCDK15を検出した。これらの結果は、M期におけるZnF型転写因子群のリン酸化制御に関して、CDK15を加えた新規な制御シグナルを示唆するものといえる。2クロマチン修飾制御を介した転写制御: Lats2依存的に転写変動する遺伝子にはピストン修飾のようなエピジェネティック制御を受けることが知られる遺伝子が多く含まれた。そこでLats2がエピジェネティック制御機構を介して下流遺伝子の転写を制御する可能性を想定して検証した。結果、Lats2が欠失した細胞ではPRC2とよばれるヒストン修飾酵素複合体の制御が破たんすることを見出した。この知見はLats2が転写因子を介さずにクロマチンの動構造に働きかけて転写を制御することを示唆する全く新規なものである。本年度は本発見を中心にふたつの国内学会でポスター発表による成果の発信を行った。がん抑制遺伝子Lats2がヒストン修飾酵素複合体PRC2を介してエピジェネティック制御に関与するという昨年度の研究状況を踏まえ、Lats2による新規な転写制御機構に関して本年度は主に1)に軸足を移し解析を実施した。1)クロマチン修飾制御を介した転写制御:昨年度、主にマウス細胞のマイクロアレイ解析から見出したLats2欠失とPRC2の機能破綻との相関について、siRNAや阻害剤によるLats2やPRC2構成因子の阻害との整合性を検証した。また現象の普遍性を検証するためにヒトがん細胞HeLa-S3に対して人工制限酵素TALENを用いてLATS2遺伝子をノックアウトした細胞を新規に樹立し解析した。結果としてヒトとマウス両方でLats2の欠失によりPRC2とその責任修飾であるH3K27me3の減弱、それに伴う標的遺伝子の転写亢進が引き起こされることを明らかにした。2)多様なZnF型転写因子を介した転写制御:当初想定した当該モデルより上述のエピジェネティック制御による転写制御がLats2下流のシグナルとして重要な役割を果たすことが示唆される。一方でZnF型転写因子がPRC2などクロマチン制御因子のリクルーターとして機能する可能性も踏まえ、既知のZnF型転写因子であるZEB1に注目しLats2との相互作用を検証した。結果としてLats2はZEB1のZnFドメインをリン酸化し上皮間葉転換を制御することを見出した。本年度は1)に挙げた成果を中心にふたつの国内学会でポスター発表による成果の発信を行った。

昨年度までに明らかにした, Lats2とヒストンメチル化酵素複合体であるポリコーム抑制複合体2(PRC2)の機能相関について、本年度は(1)より詳細な分子生物学的な解析と、(2)Lats2ーPRC2軸の生体内における役割の考察という、ふたつのアプローチによりさらに検証した。(1)昨年度樹立したLATS2ノックアウト(KO)細胞株を用いた生化学的な解析により、LATS2はPRC2の構成因子であるEZH2, SUZ12をクロマチン上でリン酸化することが明らかになった。またEZH2のヒストンメチル化活性はLATS2によるリン酸化により正の制御を受けることも示された。またLATS2のホモログであるLATS1との比較解析から、クロマチンにおけるPRC2の制御におけるLATS2特異性も明らかにした。(2)LATS2 KO細胞と野生型細胞を用いて次世代シークエンサーによるRNA-seqやChIP-seqを実施し、LATS2の欠失に応じたトランスクリプトームやエピゲノムの変動を網羅的に解析した。LATS2ーPRC2軸による影響が大きな遺伝子群には神経分化や神経機能の発現に関わるものが多く含まれることが明らかとなり、LATS2はPRC2を介して神経系の未分化性の維持に寄与するという示唆を得た。またこの考察を神経系のがんに展開し、膠芽腫について国際的がんゲノミクスプロジェクトのひとつであるTCGAのデータの解析を行った。するとLATS2の発現が高い症例ほどPRC2による転写抑制が強く、全体として未分化様の遺伝子発現パターンを持ち、予後不良を示すことが明らかとなった。本年度はこれらの結果を国内学会にて口頭発表により発信した。また本研究内容は原著論文として投稿中である。Lats2による下流遺伝子の包括的な転写制御の仕組みについて、Lats2がヒトとマウス両方でエピジェネティック制御因子であるPRC2の制御に正方向に作用することを示した(現在、論文投稿中)。またその過程で人工制限酵素TALENを用いてヒトがん細胞においてLATS2遺伝子をノックアウトすることに成功した。現在は樹立したノックアウト細胞株を用いたChIP-seqやRNA-seqといった網羅的な解析や生化学的解析を準備中である。また当初の作業仮説であるZnF型転写因子のリン酸化による転写制御に関しても、新たにLats2が上皮間葉転換制御因子であるZEB1をリン酸化制御することを見出した。全体として研究は計画以上に進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。Lats2のエピジェネティック制御機構への作用形態・標的因子についてより詳細な解析を進める。具体的には本年度に樹立したLATS2ノックアウトHeLa-S3細胞を用いて、ChIP-seqやRNA-seqによる網羅的な解析を実施し、Lats2依存的なエピジェネティック制御の影響下にある遺伝子群を同定して機能解析を行い、それらの生物学的意義を検証する。またそれらの知見をもとに、がんゲノミクスデータ等との相関解析を行い、実際の疾病との関連性も検証する。Lats2による下流遺伝子の包括的な転写制御の仕組みについて、Lats2がエピジェネティック制御機構に作用して下流遺伝子の転写制御に寄与するという新規な知見を得た。
インターロイキン2のレクチン様活性とその生理学的意義

本研究はサイトカインの糖結合能が免疫系において果たす役割を解明することを目的とする。IL-2がIL-2受容体αサブユニット上の高マンノース型糖鎖を認識すること、その結合が引き金となつて細胞内シグナル伝達が引き起こされることを明らかにしたことから、他のサイトカインについても同様に糖鎖認識による生理活性のモジュレーションが生じている可能性が示唆された。そこで、IL-2受容体のαサブユニットと同様に単独ではサイトカインとの結合能はあるものの、細胞内シグナル伝達を引き起こすことのないサブユニットを持つIL-5およびIL-6に着目した。IL-2の糖鎖認識能のスクリーニングと同様にプレートに各種糖蛋白質を固定化し、IL-5及びIL-6が結合するか否かを調べた。その結果、IL-5及びIL-6共に高マンノース型糖鎖を持つリボヌクレアーゼBに特異的に結合することが判明した。また、この結合は遊離したマンノース5残基を持つ高マンノース型糖鎖によって阻害された。したがって、高マンノース型糖鎖を結合するサイトカインのグループが存在することが明らかになったと言えよう。さらに、IL-5およびIL-6の生理機能発現に対する糖鎖認識の影響を調べるために各サイトカイン処理に反応する細胞系を用いることにした。IL-6は肝細胞に働いてacutereactantの合成を増加させることが知られていることから、IL-6処理によって合成されるHepG2細胞のフィブリノーゲン量を指標として高マンノース型糖鎖の影響を調べた。その結果、高マンノース型糖鎖添加の前後でフィブリノーゲン量に変化は見られなかった。この事実はサイトカインの糖鎖認識の重要性を低めるものではなく、糖鎖認識によるモジュレーションが細胞特異的、組織特異的であることを示唆するものと考えている。本研究はヒトIL-2の糖結合能がヒト免疫系において果たす役割を解明することを目的とする。まず、ヒトJurkat細胞に対するIL-2の刺激が高マンノース型糖鎖によって受ける影響を調べた。その結果、IL-2とマンノース残基5個あるいは6個持つ高マンノース型糖鎖10μMをプレインキュベーション後にJurkat細胞を処理すると、IL-2受容体βサブユニットのリン酸化が阻害されることが判明した。既にマウスCTLL-2細胞を用いて報告しているIL-2の高マンノース型糖鎖認識の現象(J.Biol.Chem.,276,7351-7356)がヒトT細胞系Jurkat細胞においても確認された。さらにJurkat細胞表面に存在するIL-2受容体αサブユニットの糖鎖構造について、免疫沈降法により精製した後にSDS-PAGE、ニトロセルロース膜転写して高マンノース型糖鎖に特異的なGalanthus nivalis agglutinin (GNA)でレクチン染色した。その結果、GNA陽性であったことから、Jurkat細胞のIL-2受容体αサブユニットもマウスCTLL-2細胞IL-2受容体αサブユニットと同様に高マンノース型糖鎖を持つことが判明した。したがって、マウスCTLL-2細胞をモデルとして明らかにしたIL-2糖鎖認識の重要性がヒト免疫系においても明らかになった。
陸から海洋へ空輸される金属成分および天然放射能の大気圏フラックスの測定

陸起源エアロゾルの大気中濃度と大気圏フラックスを同時測定し、降水によるエアロゾルの除去機構を調べた。エアロゾルと降下物は、山形県の日本海岸で1日毎に10日間連続採取した。観測は、4、7、10月に、それぞれ1回ずつ行ない、得られた試料について、Si、Fe、SO_4^<2->、NO_3^-,^<210>pb、^<210>poなどを測定した。1、粒子態Siの地表大気中濃度とウェットフラックスの間に有意の相関性はなかったが、隆水量とフラックスは寄与率89%で正の相関関係にあることがわかった。隆水に含まれる陸源粒子の多くは大気上層、特に雲内で捕獲されるためであろう。2、エアロゾルの降水による除去効率を表わす、スキャベンジングレシオ(ウオッシュアウトファクター)を計算したところ、その大きさは、海塩エアロゾル(No;2500)>陸起源一次エアロゾル(Si、Fe;1600)>陸起源二次エアロゾル(^<210>pb、^<210>po;400)の順になった。粒径が大きいほど雲核になりやすいことの他に、エアロゾルサンプラーには捕捉されないほど高速で重力沈降する粒子が存在している可能性も考えられる。3、粒子態Siのスキャベンジングレシオは、4月に最小となる季節変動を示した。アジア砂塵が頻繁に空輸される春期には、地表付近に高濃度の鉱物エアロゾル層が出現し、かつ、雨で洗われるエアロゾル量は、上層で雲内捕獲される覧に比べて小さいことから、見かけ上除去効率が小さくなったている可能性を示唆した。4、粒子態Siの平均フラックスから見積もったアルミノケイ酸の年間フラックスは、14g/m^2yrとなり、1989年から91年にかけて観測された値、12g/m^2yrと、ほぼ同じだった。これは、日本周辺海域には、毎年1m^2当たり、降水によって10g以上の砂粒が降り注いでいることを意味している。
認知症の人のケア高度化に向けたマルチモーダル感情行動コーパスの構築

1.認知症ケア技法ユマニチュードに着目し,BPSDに対するケア行為に意味付けし,意図感情知識表現モデルを設計した.本モデルによって,ケア行為と認知症の人との関係を評価できることを示した.2.WebベースのBPSDビューアを活用し,ケースカンファレンスを専門家と継続的に実施した.実践したアプローチによって知識や分析結果を蓄積し,継続的に評価,修正できることが示された.3.コーパス構造を活用し,ケア支援知識コンテンツとして,認知症の見立てに関する知識コンテンツ,及び認知症ケアスキルに関する知識コンテンツを開発し,認知症ケアの改善に有効であることが示された.認知症ケア高度化に向け,介護・医療・研究での複数の知見を関連付けて認知症の行動心理症状(BPSD)知識モデルを表現し,現場の介護者・看護者が知識を利用する知識創造サイクルを実現した.専門家の知識を入力するために,石黒秀喜氏,伊東美緒氏,イブ・ジネスト氏,上野秀樹氏,加藤忠相氏,田中とも江氏,玉井顯氏,本田美和子氏,盛真知子氏などの高齢者ケアにかかわる多種多様な専門家との連携関係を構築し,マルチモーダル感情行動コーパスVer.1を設計した.認知症ケアにおいて本人の情報をどのように収集し活用するかが重要であるため,連携研究者の玉井らが開発した行動観察方式及び脳機能評価バッテリーをツール化し,認知症の人の状況を表現するための情報システムに発展させている.また,高齢者は認知機能が低下していることから環境や薬物が誘引となって精神症状を呈することがあり,連携研究者上野医師のカルテ情報を活用したコーパス化を進めており,薬物による影響が大きいことが分かってきた.また,認知症知識モデルを現場に還元するために,専門家の顔の見える映像を基軸とした知識映像コンテンツを作成し認知症アシストフォーラム(https://ninchisho-assist.jp/)で継続的に提供している.本フォーラムは中日新聞全国版,日本経済新聞で報道発表された.2014年4月現在延べ332名の会員数を獲得しており,今後も報道発表や本サイトを通じたサービス提供を行っていくことから,継続的に増加する見通しが得られている.コーパスの構造を利用したコンテンツの生成技術を開発し,意味ネットワークによる表現によってコンテンツの関係性を可視化した知識映像コンテンツを開発し,有効性を確認した.認知症ケアの高度化に向けた感情行動コーパスの基本構造を設計し,コーパスに基づく認知症ケアの分析を行った.H26年度の成果は次の3点に集約される.1.既存の指標を活用した行動記述例の蓄積.精神科病院や介護施設などで幅広く使われている行動観察シート(AOS)に着目し,現場のBPSDの事例をICTを活用することによって収集するための環境を構築した.また,AOSを発展させ,認知症と合併しやすい「せん妄」を判別するための項目を精神科医の知見に基づき新たに作成した.2.映像データに基づく認知症ケアスキルの表現.認知症ケアメソッドのユマニチュードに着目し,ユマニチュードのケアスキルを表現するための記述プリミティブを設計した.記述プリミティブに基づいて,intra-modal, inter-modal, multimodal-interactionの三つの側面からスキルを表現し,認知症ケアの分析に本構造が有効であることを示した.本研究の目的は,認知症の人の行動・心理症状のケアの高度化に向けて深化成長するマルチモーダル感情行動コーパスを構築することである.以下に,成果概要を示す.1.認知症ケア技法ユマニチュードに着目し,BPSDに対するケア行為に意味付けし,意図感情知識表現モデルを設計した.本モデルによって,ケア行為と認知症の人との関係を評価できることを示した.2.WebベースのBPSDビューアを活用し,ケースカンファレンスを専門家と継続的に実施した.実践したアプローチによって知識や分析結果を蓄積し,継続的に評価,修正できることが明らかとなった.3.コーパス構造を活用し,ケア支援知識コンテンツとして,認知症の見立てに関する知識コンテンツ,及び認知症ケアスキルに関する知識コンテンツを開発した.結果,開発したコンテンツが現場の支援に有効であることを示した.本研究成果は,Evidence-based Careという新しい枠組みの開発につながり,Evidence-based Medicineとの融合によって,認知症ケアの高度化が実現できることが明らかとなった.1.認知症ケア技法ユマニチュードに着目し,BPSDに対するケア行為に意味付けし,意図感情知識表現モデルを設計した.本モデルによって,ケア行為と認知症の人との関係を評価できることを示した.2.WebベースのBPSDビューアを活用し,ケースカンファレンスを専門家と継続的に実施した.実践したアプローチによって知識や分析結果を蓄積し,継続的に評価,修正できることが示された.3.コーパス構造を活用し,ケア支援知識コンテンツとして,認知症の見立てに関する知識コンテンツ,及び認知症ケアスキルに関する知識コンテンツを開発し,認知症ケアの改善に有効であることが示された.本研究では,専門家と認知症ケア現場の両輪でコーパスを構築する枠組みを実現している.特に,認知症ケア技法ユマニチュードは,スキルの基本部分が体系化されており,研修もスタートしたことから,科学的な評価,スキル伝承における情報学の必要性を訴えている.本研究では,このような要請にこたえ,Win-Winな関係を構築することによって実世界データの収集と分析を並行して進めることが可能となっている.専門家と情報技術者,そして一般ユーザの相補的な関係によってコーパスを発展させていくための方法を確立した.また,人工知能学会近未来チャレンジ

「認知症の人の情動理解基盤技術とコミュニケーション支援への応用」やH27年度より設立された情報処理学会研究会「高齢社会デザイン研究会」と連携することにより,種々の専門家が集い研究を加速できる見通しが得られている.27年度が最終年度であるため、記入しない。ヒューマンインタフェース本年度は,ユマニチュードを対象に設計した記述プリミティブをさらに発展させ,認知症ケア技法の評価に向けた基盤を構築する.さらに,一般の介護施設におけるユマニチュード的なケアも対象に広げ,スキルの裏に隠れるケアの哲学の表現にも着手し,認知症の人の感情行動との関係を明らかにする.浜松市,藤沢市,松山市の介護施設とは連携関係を構築済みである.分析ツールをさらに改良,発展させ,症例の表現を充実化させる.本研究の基盤となるマルチモーダル感情行動コーパスのVer.1を構築し,コーパスを深化成長するための枠組みを実践している.専門家と現場の両輪でコーパスを深化させていく枠組みが特徴であり,多彩な専門家との協力関係を構築し,開発したWebサービスから現場の賛同者も増加しており,今後も継続的にコーパスを発展させていくことが可能である.専門家と高齢者のコメントを結集させるために,Webツールを活用したカンファレンスシステムを開発し,共同研究者と知識構造に関する議論を実施している.また,認知症の人に対して一方的に与えるというニュアンスが含まれるケアではなく,コミュニケーションという観点で捉えることが重要であることが分かってきた.このことから,BPSDの表現には,コミュニケーションという情報学的な観点からの表現が基礎となることが見出され,ケアという視点を超えた表現方法の設計に発展することができた.適切なケアを行うための行動観察方式及び脳機能評価バッテリーを活用し,認知症の人の状況を蓄積,表現するための情報端末の開発を実施,連携する医療機関での有効性が確認されている.本成果は認知症の人にかかわるパーソナル情報の利活用における基礎データとなる.認知症アシストフォーラムを運営し継続的にBPSDに関する知識を提供している.継続して会員数を獲得できることが見込まれ,本サイトを通してコーパスの有効性を検証するための環境が整った.また,5年以内に社会的なアウトカムを目指す人工知能学会近未来チャレンジへの提案「認知症の人の情動理解基盤技術とコミュニケーション支援への応用」,及びチャレンジへのサバイバルに発展しており,人工知能の立場からの賛同者も増加できる見通しが得られている.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は,認知症の人の行動・心理症状(BPSD)を表現するために,革新的な認知症ケアメソッドユマニチュードに重点化して研究を実施する.本ケア技法に着目して実施することにより,認知症の人の回復を目指すための新たな知見が本研究から生み出されることが期待される.この方向性には,既に連携関係を構築していた専門家も同意しており,同じ方向性で継続的に研究を実施することが可能である.
光学的手法によるミリ波帯超高電界加速器の先駆的研究

本研究は、ミリ波帯電磁波を利用した超高電界加速器の検討を目的としている。加速電磁波は数ミリの波長だが、光学的手法を用いる事で、加速管の外形としては従来の加速管程度の数cmという大きさになる事を前提としている。光学的手法によるミリ波帯加速管としては、様々な形状が考えられるが、ラグビーボール型はミリ波帯の加速管として、位相速度が任意であるなどの特徴がある。また誘電体航跡場加速はチューブ型の誘電体構造でミリ波帯の加速構造として10GV/m以上が得られている方法である。他にも微細加工による光学的な手法などを検討する事が本研究の目的である。本年度は、ラグビーボール型及びパラボラ型についてシミュレーションによる検討をさらに進めた。さらにこれらと似た方法として誘電体航跡場加速で利用されているチューブ型のミリ波構造についても解析界及びシミュレーションによる検討を行った。特に単一通過の航跡場だけでは非常に高い電荷が必要だが、マルチバンチのビームと共振ミラーを用いれば比較的容易にビーム実験が可能であり、これらの場合の最適化を行った。さらに昨年度までに製作したラグビーボール型構造などのミリ波共振空洞について、極短バンチのビーム施設で実験を行うため、空洞を真空中に吊下げ位置を精密に制御してビームを通すための空洞制御機構を設計・製作した。また空洞以外の光学的手法によるミリ波帯加速器としてFELを光源とし、微細構造による波面変換での直接場加速についてシミュレーションによる検討を行った。光学的手法によるミリ波帯加速管としては、様々な形状が考えられるが、ラグビーボール型はミリ波帯の加速管として非常に良い候補であると考えており、この空洞の検討から始めた。空洞は波長に比べて非常に大きいため、従来の基本モードの空洞に比べるとシミュレーションに大量の演算と記憶領域が必要である。従って3次元での電磁波計算を複数のPCによる並列計算を用いて、共振器のQ値や、ビームによる誘起波の検討を行った。このシミュレーションに基づいて低電力測定を行うためのラグビーボール型及びパラボラ型のミリ波共振空洞の製作を行い、それらの低電力測定を行った結果シミュレーション通りの周波数にて共振が確認できた。また、これらの空洞は位相速度が任意であるという特徴があり、これを利用して低エネルギーであるが電子ビームを通して、電磁波の蓄積を試みた。さらに、ミリ波を蓄積・制御するデバイスとして近年光学分野で研究が盛んなフォトニック構造は非常に有効であり、これらを利用した空洞等のシミュレーションを行った。なおミリ波帯ではフォトニック構造による共振空洞もエッチングや3次元造形などで容易に製造可能である。この製造技術の検討を行い、簡易な構造体を製作して低電力測定を行っている。光学的手法によるミリ波帯加速管としては、様々な形状が考えられるが、ラグビーボール型はミリ波帯の加速管として非常に良い候補であると考えており、この空洞の試験を行っている。従って3次元での電磁波計算を複数のPCによる並列計算を用いて、共振器のQ値や、ビームによる誘起波の検討をさらに進めた。さらに前年度製作・低電力測定を行ったラグビーボール空洞の電子ビームを使った試験を行うため、空洞を設置できる真空チェンバーを製作した。空洞内を走行する電子ビームについては、空洞内で電子ビームが絞れるよう、収束磁石による光学系を設置し、さらに空洞の共振周波数と同期してビームを制御できるようにし、これらの調整を行った。また、ミリ波を蓄積・制御するデバイスとして近年光学分野で研究が盛んなフォトニック構造は非常に有効であり、これらを利用した空洞等のシミュレーションによる検討を継続している。ミリ波帯ではフォトニック構造による共振空洞もエッチングや3次元造形などで容易に製造可能であり、これらの製造技術の検討を行い、簡易な構造体を製作して低電力測定を行っている。

さらに昨年度までに製作したラグビーボール型構造などのミリ波共振空洞について、極短バンチのビーム施設で実験を行うため、空洞を真空中に吊下げ位置を精密に制御してビームを通すための空洞制御機構を設計・製作した。また空洞以外の光学的手法によるミリ波帯加速器としてFELを光源とし、微細構造による波面変換での直接場加速についてシミュレーションによる検討を行った。
光エネルギーを応用した歯周炎およびインプラント周囲炎の革新的治療法・予防法の開発

歯周ポケット治療においてEr:YAGレーザーを併用する新規の治療術式において治癒の向上を確認した.インプラント周囲炎治療への応用では,チタン表面に対するEr:YAGレーザーの適正出力を明らかにした.新規の半導体レーザーのヒト歯肉上皮細胞に対する増殖および遊走能促進効果を確認した.青色LEDの歯周病原細菌に対する増殖抑制効果を明らかにし,赤色色素との併用による抗菌的光線力学療法は除菌に有望であることを示した.歯周ポケット治療においてEr:YAGレーザーを併用する新規の治療術式において治癒の向上を確認した.インプラント周囲炎治療への応用では,チタン表面に対するEr:YAGレーザーの適正出力を明らかにした.新規の半導体レーザーのヒト歯肉上皮細胞に対する増殖および遊走能促進効果を確認した.青色LEDの歯周病原細菌に対する増殖抑制効果を明らかにし,赤色色素との併用による抗菌的光線力学療法は除菌に有望であることを示した.1.歯周ポケット治療におけるEr:YAGレーザーを併用した新しい臨床術式の臨床成績に関する研究基本治療後の歯周炎患者を対象とし,5mm以上の残存歯周ポケットの2部位について,スプリットマウス・デザインでのランダム化臨床比較試験(RCT)を開始し,約10人において施術を行った.2部位のうち一方は,根面に対する従来の機械的ポケット処置(スケーリング・ルートプレーニング:SRP)をキュレットのみで行い,もう一方はSRP後に追加でレーザー治療を行った.一重盲検とし,処置部位の検査を術前,術後1,2週,1,3,6ヶ月に行い,従来のSRP単独と比較して,臨床的,細菌学的,免疫学的に総合的に検索を行っている.各種インプラント体のマイクロストラクチャーに対する高パルスのEr:YAGレーザー照射の影響について,条件を変え詳細に検索した.一部の種類のマイクロストラクチャーを除き,安全で効果的な至適出力範囲を決定した.3.各種歯周組織細胞対するレーザー照射の生物学的効果に関する研究新規の半導体レーザーによる上皮細胞増殖効果について検索し,上皮細胞に対する増殖促進効果を確認した.Er:YAGレーザーによる骨芽細胞の石灰化促進についても検索中である.青色LED単独,青色LEDと候補色素の併用によるPorphyromonas gingivalisに対する殺菌効果について,in vitroにて細菌液を用いて検索し,候補色素の至適濃度とその優れた殺菌効果を確認した.5. OCTを用いた歯周組織断層診断について基礎的な検討を行った.1.歯周ポケット治療におけるEr:YAGレーザーを併用した新しい臨床術式の臨床成績に関する研究基本治療後の歯周炎患者を対象とし,残存歯周ポケットの2部位について,スプリットマウス・デザインでのランダム化臨床比較試験を開始し,本年度末までに計15人において施術を行った.2部位のうち一方は,根面に対する従来の機械的ポケット処置(スケーリング・ルートプレーニング:SRP)をキュレットのみで行い,もう一方はSRP後に追加でレーザー治療を行った.一重盲検とし,処置部位の検査を術前,術後1,2週,1,3,6ヶ月に行い,従来のSRP単独と比較して,臨床的,細菌学的,免疫学的に総合的に検索を行っている.結果として,レーザー併用群で臨床的により良好な治癒が認められている.また,術後治癒に問題は本年度は,歯周炎の進行により抜去されたインプラントを収集し,治療術式の確立のために,汚染マイクロストラクチャー表面の石灰化物の除去が可能であることを確認し,そのための安全で効果的な至適出力範囲を決定した.3,歯周組織細胞に対するレーザー照射の生物学的効果に関する研究高いパルス数と高いピークパワーを有する新規の半導体レーザーのヒト上皮細胞増殖効果について検索し,上皮細胞に対する増殖および遊走能促進効果を確認した.さらにシグナル伝達のMAPK経路の活性化について検索中である.青色LEDと色素の併用によるPorphyromonas gingivalisに対する抗菌効果について,in vitroにて細菌液を用いて検索し,候補色素の中から,優れたa-PDT効果を示す色素を確認し決定した.現在,さらに,青色色素単独の抗菌効果のメカニズムの解明に関する研究を開始した.1.歯周ポケット治療における新規の臨床術式(Er:YAG laser-assisted comprehensive periodontal pocket therapy:Er-LCPT)の臨床的評価に関する研究:基本治療後の歯周炎患者を対象とし,5mm以上の残存歯周ポケットの2部位について,スプリットマウス・デザインでのランダム化臨床比較試験を行い,本年度末までに17人において施術を行った.2部位のうち一方は,根面に対する従来の機械的ポケット処置(スケーリング・ルートプレーニング:SRP)をキュレットのみで行い,もう一方はSRP後に追加でレーザー治療を行った.一重盲検とし,術後1年まで,臨床的,細菌学的,免疫学的に総合的に検索を行なっている. SRP単独群と比較して,レーザー併用群で臨床的により良好な治癒が認められている.2. Er:YAGレーザーを用いた新規のインプラント周囲炎の治療法に関する研究:インプラント周囲炎の非外科的治療において,これまでに明らかにされた照射条件を用い上述のEr-LCPT術式を応用し,その有効性と安全性を確認した.3.レーザー照射の生物学的効果(Photo-bio-modulation)に関する研究:高いパルス数とピークパワーを有する新規の半導体レーザー照射による初代培養ヒト上皮細胞の増殖および遊走能促進効果を確認し,さらにシグナル伝達のMAPK経路においてERKの活性化を認めた.全体的には,順調に進行しているが,Er:YAGレーザーを併用した新しい臨床術式の臨床成績に関する研究においては,研究に適した症例が少ないため,やや進行が遅れている.24年度が最終年度であるため、記入しない。

Er:YAGレーザーを併用したポケット治療の臨床研究においては,さらに症例を集めるため,外来において患者およびドクターに臨床研究を周知し,早期に目標数に到達するように努力する.インプラント周囲炎の治療については,臨床応用を開始し,まず症例研究において,その有効性と安全性を評価する.歯周組織細胞に対するレーザーの生物学的効果については,さらに対象の細胞種を広げ,炎症抑制や石灰化促進効果についての効果を検索する.青色LEDを用いたa-PDTに関する研究については,メカニズムの解明と共に,臨床試用を開始する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
脳虚血後移植神経幹細胞におけるエピジェネティクスの役割

非致死的な刺激曝露(preconditioning)が、致死的刺激に対する耐性現象を神経幹細胞でも誘導することが示唆されているが、耐性獲得メカニズムや神経幹細胞移植療法での効果は十分に解明されていない。本研究は、一過性低酸素による神経幹細胞のpreconditioningが、その後の無酸素無糖条件やヘモグロビン暴露に対する保護効果を示し、また脳卒中モデルでの移植治療効果を改善することを明らかとした。Preconditioningされた神経幹細胞では、ヒストン蛋白質の化学修飾(メチル化)が変化しており、エピジェネティックなメカニズムが耐性獲得に関与している可能性が示唆された。内因性もしくは移植された神経幹細胞は、脳虚血後に活性化され、神経再生に寄与することが知られている。しかしながら、その生存率や神経細胞への分化効率が低いことが大きな課題であり、再生療法の発展には神経幹細胞の虚血後病態の解明が必須である。一方、ゲノムの持つ遺伝情報の発現は、“エピジェネティクス"と呼ばれるクロマチンの化学的、構造的な修飾によっても制御される。近年の研究により、神経幹細胞の自己複製、増殖、分化、遊走やシナプス形成において、このエピジェネティクスが重要な役割を果たすことが解明されてきており、虚血後の神経幹細胞の動態にもこれが大きく関与することが予想される。本研究は虚血後神経幹細胞のエピゲノム解析により、新たな神経幹細胞の制御メカニズムを解明することを目的とするが、本年度は、in vitroでの解明を進めるべく研究を行った。具体的には、出生後1日のSDラットより神経幹細胞を摘出し、分離培養を行い、これに無酸素無糖条件(OGD)を負荷した。現在、これらサンプルを調節し、western blotによりエピゲノム変化の解析を行っているところである。エピゲノム変化は、主にDNAのメチル化とヒストン蛋白質の化学修飾から成り立つが、DNAのメチル化は、DNAメチル化酵素やメチル化CpG結合蛋白質(MeCP2)の発現解析により検討を行う。また、ヒストン蛋白質の化学修飾は、H3のアセチル化、H3S10のリン酸化、H3K4、H3K9およびH3K27のメチル化をそれぞれの特異的抗体を用いて解析する予定である。本研究では虚血後神経幹細胞のエピゲノム解析により、新たな神経幹細胞の制御メカニズムを解明することを目的とするが、本年度は、前年度に引き続き、in vitroでの解明を進めるべく研究を行った。出生後1日のSDラットより神経幹細胞を摘出し、分離培養を行い、これに無酸素無糖条件(OGD)を負荷し、サンプルを作成している。現在、これらサンプルを調節し、western blotによりエピゲノム変化の解析を行っている。エピゲノム変化は、主にDNAのメチル化とヒストン蛋白質の化学修飾から成り立つが、DNAのメチル化は、DNAメチル化酵素やメチル化CpG結合蛋白質(MeCP2)の発現解析により検討を行い、また、ヒストン蛋白質の化学修飾は、H3のアセチル化、H3S10のリン酸化、H3K4、H3K9およびH3K27のメチル化をそれぞれの特異的抗体を用いて解析している。Western blot解析に加え、免疫染色による解析も追加していく予定である。OGDを負荷した培養神経幹細胞のwestern blot解析を進めているものの、信頼性の高いデータはいまだ得られていないため。しかしながら、現状では、その生存率や神経細胞への分化効率が低いことが大きな課題である。また、非致死的な刺激曝露(preconditioning)は、致死的な刺激に対する一過性の耐性(耐性現象)を誘導するが、神経幹細胞においても同様の現象が報告されている。一方、ゲノムの持つ遺伝情報の発現は、“エピジェネティクス"と呼ばれるクロマチンの化学的、構造的な修飾によっても制御されており、そのメカニズムは主にDNAのメチル化およびヒストン蛋白質の化学修飾から成り立っている。近年の研究により、神経幹細胞の自己複製、増殖分化のみならず、耐性現象の獲得においても、このエピジェネティクスが重要な役割を果たすことが解明されてきている。本研究の目的は虚血後神経幹細胞のエピゲノム解析により、新たな神経幹細胞の制御メカニズムを解明することである。分離培養したマウス神経幹細胞を24時間の低酸素で刺激し、preconditioningを施行した。このhypoxic preconditioningは、その後の致死的OGDおよびヘモグロビン暴露による細胞障害に対して著明な保護効果を示した。また、神経幹細胞へのpreconditioningにより脳出血モデルでの移植後生存率が有意に上昇し、preconditioningを施行していない神経幹細胞による移植治療と比べ、出血後の神経機能も有意に改善させた。このようなpreconditioningされた神経幹細胞では、ヒストン蛋白質の化学修飾(メチル化)が変化している傾向を認め、エピジェネティックなメカニズムが耐性獲得に関与している可能性が示唆された。

非致死的な刺激曝露(preconditioning)が、致死的刺激に対する耐性現象を神経幹細胞でも誘導することが示唆されているが、耐性獲得メカニズムや神経幹細胞移植療法での効果は十分に解明されていない。本研究は、一過性低酸素による神経幹細胞のpreconditioningが、その後の無酸素無糖条件やヘモグロビン暴露に対する保護効果を示し、また脳卒中モデルでの移植治療効果を改善することを明らかとした。Preconditioningされた神経幹細胞では、ヒストン蛋白質の化学修飾(メチル化)が変化しており、エピジェネティックなメカニズムが耐性獲得に関与している可能性が示唆された。OGDを負荷した培養神経幹細胞のwestern blot解析が遅れているため。新たな抗体を試しながらwestern blot解析を継続する。また、DNAのメチル化解析やヒストン修飾を受けている遺伝子の網羅的解析も進めて行く予定である。脳神経外科DNAメチル化関連蛋白質の発現やヒストン蛋白質化学修飾の解析は、免疫染色でも行う予定である。また、DNAのメチル化解析や、ヒストン修飾を受けている遺伝子の網羅的解析も行う予定である。更に、DNAメチル化酵素阻害剤やヒストンアセチル化酵素阻害剤(HDAC)による阻害実験も施行する予定である。DNAのメチル化解析や遺伝子の網羅的解析などを本年度は施行しなかったため。必要な試薬(抗体)やチップなどの購入に使用する予定である。