hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
軟食化が顎口腔機能の発達に及ぼす影響－マウスモデルを用いた咀嚼・嚥下機能解析

成長期マウスを用いて、固形および軟性飼料を組み合わせて飼育を行い、動物実験用3DマイクロX線を用いた顎顔面形態計測と、固形および軟性飼料咀嚼時の下顎運動および筋活動記録を行ったところ、hypofunctional groupとrehabilitation groupにおいて、下顎頭形態データと固形咀嚼時下顎運動・筋活動にcontrolとの間に明らかな差異を認めた。これより、成長期以前に軟食のみを摂取し続けた場合には、正常な咀嚼機能を獲得できず、以後に訓練を行っても十分な機能獲得は困難であり、後天的機能獲得はできないことがわかった。また、咀嚼機能獲得には臨界期が存在することが示唆された。生後21日のオスICRマウス36匹を2グループに分類し、13匹は通常の固形ペレットにより飼育(hard diet group)、23匹は咀嚼機能発達の低下モデルとするためペレットを粉末化した軟食で飼育し、15週後、粉末飼料飼育マウスをさらに2グループに分類;1つは粉末飼育を継続(hypofunctional group)、もう1つは咀嚼機能リハビリテーションの目的で5週間、通常の固形飼育に切り替えた(rehabilitation group)。各群とも20週齢時に顎運動および筋活動記録を行い、固形飼料および軟性飼料咀嚼を計測し、各群間の咀嚼運動軌跡、咬筋、顎二腹筋の筋活動を比較検討した。検定は3群間の有意差の決定にone-way ANOVA、食品間の比較にPaired t-testを行い、P<0.05を有意差ありとした。飼育中、体重は各群間に有意差を認めなかった。咀嚼運動ならびに筋活動については、軟性飼料咀嚼時は各群に差異を認めなかったが、固形飼料咀嚼時にhypofunctional groupとrehabilitation groupにおいて、hard diet groupとの間に特徴的な差異を認めた。上記の結果より、軟性飼料飼育により、固いものを噛み「食べ分ける」正常な咀嚼機能を獲得できないことがわかり、成長期以後において後天的に機能獲得することが困難であることがわかった。また、正常咀嚼機能獲得には臨界期が存在することが示唆された。オスICRマウスを用いて、離乳以降から成獣期まで、1日当たりの摂取カロリーを厳密に管理して粉末飼料にて飼育を行った結果、通常の固形飼料飼育と同じ体重増加曲線を描く軟食化モデルマウスの構築に成功した。これにより形態的差異等の複雑な要素を排除し、軟食化が顎口腔へもたらす影響を従来より一層明確化することが可能となった。このモデルマウスを用いて3週齢から20週齢まで飼育を行ったのち、動物実験用3DマイクロCTによる形態的データ収集、筋活動記録および3次元顎運動の計測を行ったところ、咀嚼運動において、通常飼料飼育では硬い食品と軟らかい食品で異なる咀嚼運動を呈していたのに対し、軟食化モデルマウスでは硬い食品を食べた際に咀嚼経路に乱れが生じ、咬合相の距離・時間ともに軟らかい食品咀嚼時との変化が見られなかった。筋活動においても通常飼料飼育では硬い食品で大きな咬筋活動を認めたのに対し、軟食化モデルマウスでは硬い食品咀嚼時の筋活動の増強を認めなかった。これらのことから、軟食化モデルマウスにおいて食品性状による咀嚼運動の調整機構、いわゆる「食品の食べ分け」がなされていないことが明らかとなった。また、この軟食化モデルの結果は、15週齢から20週齢まで固形飼料飼育を行ったキャッチアップ群においても同様であったため、機能のキャッチアップはなされていないことがわかった(第50回顎口腔機能機能学会学術大会にて発表2013年4月)。本研究の目的(軟食化による機能発達への影響、臨界期の有無、臨界期後の機能回復、機能獲得における必須食品性状)と現在の研究結果を参照すると、軟食化により末梢感覚受容器の未発達に起因した末梢咀嚼調節機構、あるいは咀嚼中枢の形成不全が示唆されること、咀嚼機能獲得に際し臨界期は存在し、臨界期後の機能獲得は困難であること、機能獲得に際して食品の硬さは必要であることが示唆された。研究の目的に記載した事項(1軟食化によってもたらされる顎口腔諸器官の機能低下が、摂食・嚥下機能の発達にどのような影響を与えるのか2摂食・嚥下機能の臨界期(critical period)は存在するのか3臨界期を逃した後の機能回復(catch up)は可能か。

どの程度まで回復するのか4食品性状のなんのパラメータが摂食・嚥下機能の獲得に関与しているのか)においてほぼすべての項目において概ね指標となるデータの算出に成功している。但し1については、軟食化による機能低下データを得ることができたが、機能低下部位が末梢であるか中枢であるか、もしくはその両方であるかを特定するには至っていない。3については、飼育期間の問題より『どの程度まで回復するか』といった目的の明確な答え現在では出ていない。4についても食品パラメータの解析が進んでおらず未解明の項目がある。これらのことから、現状として完全に満足できる達成度とは言えない。但し、2については、臨界期の存在を確定させるデータを得ることができたため満足な結果と言える。平成24年度に予定していたデータ計測については、概ね達成することができたため、これらのデータの解析を軸として研究を進めていく方針であり、今後の実験計画が順調に進めば実験匹数の増加を試みる予定である。形態的データの解析および、下顎運動・筋活動記録の解析を進める予定であるが、下顎運動および筋活動解析については平成24年度において既に概ね解析が進んでおり、他の解析を主として行なっていくこととする。舌運動計測および咀嚼筋支配神経の電気償却については実験手技の試行を繰り返しており、手技が確立次第解析を進めていくこととする。当初予定していた運動解析ソフトウェアについては、既に入手して解析を行なっているため、実験手技を試行している舌運動計測および咀嚼筋支配神経の電気償却の機材確保(小動物固定装置、中枢刺激電極等)に充当する予定である。実験モデル動物についても匹数の増加を試みるため購入を予定おり、その他の機材についても順次購入予定である。
モンゴル西部の湖沼における湖岸性昆虫群集の起源

太平洋から3000km以上も内陸のモンゴル西部の湖において、本来海岸性であるハマハシリバエの生息を発見した。本種は2つの湖で生息が確認されたが、1つは塩水湖であり1つは淡水湖であることから、水の性質は本種の生息に重要な意味を持たないことがわかった。この個体群の由来として、太古の海からの残存か近隣の水域(バイカル湖)からの移入の2つの仮説が立てられた。形態と分子の証拠から、いずれの仮説も可能性が低いと考えられた。本研究とほぼ同時期に黒海とアゾフ海から記載された種が本種に近縁であることが判明し、モンゴルの種は4000kmも離れた黒海周辺から何らかの方法で運ばれた可能性が高いと考えられた。平成25年度:バイカル湖東岸の砂浜を中心に8箇所でハマハシリバエ属の生息調査を行った。漂着物が帯状に堆積し本属の生息に適した砂浜があったが,生息は確認されなかった。さらにバイカル湖東方のの塩水湖ボリショイアルジンスコエ湖も調査したが,発見できなかった。バイカル湖西岸や南岸の調査は時間の都合でできなかった。全体を通しての結果:平成24年度にはモンゴル西部の2つの湖(小ハルウス湖とハル湖)で本属の1種の♂♀成虫を多数採集した。これにより,本格的な内陸湖に本属が生息することが世界で始めて確認された。水質分析の結果小ハルウス湖は塩水湖でハル湖は淡水湖であることがわかったが,両者はともに微細な砂からなる湖岸をもつ。2つの集団間で,形態形質の差異は軽微であった。詳細な形態観察の結果,本種がごく最近黒海北岸から記載された種に酷似することが判明した。東アジア産のハマハシリバエ属5種と本研究で得られたモンゴル産の2集団を,ミトコンドリアCO1領域の547bpについて解析したところ,3つの解析方法(NJ, ML, UPGMA)では異なる樹形図が得られた。しかしいずれの解析でも,モンゴル産が他の5種と明確に識別され,モンゴル産の2集団間では差が全く見られなかった。UPGMA方で描かれた樹形図から,最近縁の2種と分岐した年代は中新世末から鮮新世にかけての220-920万年前と推定された。以上の点から,本種はモンゴル西部の太古の海からの生き残りとは考えづらい。また,バイカル湖畔に残存していた海浜性種が移動してきた可能性も低い。地質年代的には比較的最近,黒海方面から渡り鳥によって運ばれた可能性が指摘される。この仮説は,内陸湖の湖岸の昆虫相成立にたいして,きわめて重要な示唆を与える。黒海における本属の発見により,すでに完成していた論文原稿の全面書き直しが必要となり,現在作業を進めている。2012年7-8月にモンゴル中北部と西部で8つの水鵜海を含む11の水系で,ハマハシリバエの分布調査を実施した。その結果,2つの湖で昨年度に唯1個体採集されたハマハシリバエが大量に確認された。今回は,オス・メスともに採集され,形態比較の材料がそろった。水質検査の結果,これら2つの湖は非常に異なっており,1つ(小ハルウス湖)は塩湖であり,他(ハル湖)は淡水湖であった。前者では鉄,塩素,硫黄が高濃度で検出された。両者に共通するのは湖岸が砂浜であることであった。2つの個体群の間には軽微であるが形態的分化が見られた。しかし,ミトコンドリアCOI領域650塩基では両湖産個体群間に塩基配列の差が認められなかった。これらのことから,両個体群はごく最近に分かれたものと推定された。日本や沿海州の種については良好な状態で保存された標本がなく,これまでに有益なDNAデータは得られていない。目的とする種を2つの湖で採集し,これまで記録のなかったアジアの内陸湖にハマハシリバエ属の種が存在する事を疑いの余地なく確認した。2つの湖は塩分濃度等で大きな違いがあったが,いずれの生息地も細かい砂からなる湖岸である点で共通することが判明し,本属の生息条件の一つを明らかにする事ができた。分子系統のためのプライマーを確定し,日本産をふくむいくつかの種を比較する事ができた。形態および分子の結果から,本種が新種である事が確定し,また2つの湖の集団が最近の共通祖先をもつが,わずかに形態的差異を示すことが判明した。

これらの結果から,当面は両集団が同一種に属するとみなし,それを新種として記載する準備がほぼ完了し,4月中に投稿予定である。このように本年度の目標としてかかげた主要な点は達成された。モンゴル西部の内陸湖でえられた種の近縁種が生息する可能性の高いロシア・バイカル湖をターゲットとする。現在,現地の研究者と連絡をとり,バイカル湖における砂浜湖岸の場所を特定する作業に入っている。最低3ー4の湖岸を調査し,ハマハシリバエの発見につとめる。成虫を80%および99%エタノールで持ち帰り,形態観察とDNA分析に用いる。モンゴル,日本,沿海州,バイカルの種を形態,分子両面で分析し,系統関係を推定し,モンゴルの種の由来をさぐる。ロシアからの水の持ち出しは非常に困難であると予想されるので,今回採水はせず,兵庫県立大学にあるバイカル湖の水を分析し,データとして使う予定である。ロシアにおける野外調査には様々な困難、予想できない事態が想定されるため,現在現地(ブリャート大学)と連絡をとりながら,慎重に計画を進めている。該当無し。
T細胞抗原リセプター遺伝子エンハンサー/サイレンサー領域の解析

TCRαエンハンサー領域を検討したところ、(1)4個の亜領域のうちTα2亜領域が最も重要であることが判明した。さらにTα2亜領域内でもTα2a領域ではなく、Tα2b領域の中のEts-1結合配列と呼ばいれている部分が最も重要であることが分かった。(2)この領域のDNAを用いてゲルシフト法による解析を行ったところ、3本のバンドが検出された。これら3本のバンドのうち1本のみがEts-1結合配列と呼ばれる領域に対応するバンドであった。この3本のバンドは抗-panEts抗体でスーパーシフトすることより、Ets-ドメインを持つファミリータンパク質であることが判明した。しかし抗-Ets1、抗-Ets2特異的モノクロナル抗体には3本とも反応しないことより、in vivoでのエンハンサー活性に重要な役割を果たしているTα2のEts配列に結合している蛋白質は従来いわれていたようにEts-1ではなく類似の新しい蛋白質であることが明かとなった。ほとんど全ての総説などに「TCRαエンハンサーのTα2領域にはEts-1がん遺伝子産物が結合し、それがエンハンサー活性に重要である。」と説明されているが、我々の研究により、実際はEts-1ではなくEtSドメインを持つ新しい蛋白質であることが判明した。(3)新しく同定された蛋白質の分子量をUV-クロスリンク法を用いて検討したところ、約10KDaのT細胞特異的に発現している蛋白質であった。さらにクロスリンクの条件を強くしたところ31KDaの蛋白質が弱く結合していることが判明した。(4)この新しいetsファミリー蛋白質のcDNAクローニングを試みている。etsドメインのアミノ酸に対応するオリゴヌクレオチドを用いて3'-RACE-PCRを行い、新しいetsファミリー遺伝子のcDNAの一部のクローニングに既に成功している。このcDNAの全長を単離して解析を行っていきたい。T細胞抗原リセプター遺伝子の発現調節を調べる目的で抗原リセプターα鎖遺伝子のエンハンサー領域の解析を行った。(1)TCRα鎖遺伝子エンハンサー領域は4つの亜領域に分類されるがそのうちTα2亜領域が最も重要であることが分かった。(2)この領域のDNAを用いてゲルシフト法による解析を行ったところ,3本のバンドが検出された。これら3本のバンドのうち1本のみがets-1結合配列と呼ばれる領域に結合する蛋白質に起因するバンドであった。これら3本のバンドは抗-pan ets-1抗体でスーパーシフトすることにより、etsドメインを持つファミリー蛋白質であることが判明した。しかし抗ets-1や抗ets-2特異的モノクローナル抗体には3本とも反応しないことより、in vivoでエンハンサー活性に重要な役割を果たしているTα2亜領域内のets-1結合配列に結合している蛋白質は従来言われて来た様なets-1蛋白質ではなく類似の新しい蛋白質であることが明かとなった。さらにこの新しい蛋白質の分子量の同定を行うためにUV-クロスリンク法を用いたところT細胞核抽出液とTα2領域のDNAを用いたときのみ分子量約10KDaの蛋白質のバンドを認めた。現在までにこの様な小さいets様蛋白質の報告は無く、新しい蛋白質と思われる。また強くUV-クロスリンクを行ったときに10kDa以外に約32KDaの蛋白質が検出された。この分子量からはetsファミリーのSpi蛋白質に似ているが同定は出来ていない。

いずれにせよ多くの総説に書かれているのとは異なり、実際のT細胞内でTα2亜領域に結合しているのはets-1蛋白質ではなくetsファミリーに属する新しい分子量10KDaの蛋白質であると考えられた。TCRαエンハンサー領域を検討したところ、(1)4個の亜領域のうちTα2亜領域が最も重要であることが判明した。さらにα2亜領域内でもTα2a領域ではなく、Tα2a領域の中のEts-1結合配列と呼ばれている部分が最も重要であることが分かった。(2)この領域のDNAを用いてゲルシフト法による解析を行ったところ、3本のバンドが検出された。これら3本のバンドのうち1本のみがEts-1結合配列と呼ばれる領域に対応するバンドであった。この3本のバンドは抗-panEts抗体でスーパーシフトすることより、Ets-ドメインを持つファミリータンパク質であることが判明した。しかし抗-Ets1、抗-Ets2特異的モノクロナル抗体には3本とも反応しないことより、in vivoでのエンハンサー活性に重要な役割を果たしているTα2のEts配列に結合している蛋白質は従来いわれていたようにEts-1ではなく類似の新しい蛋白質であることが明かとなった。ほとんど全ての総説などに「TCRαエンハンサーのTα2領域にはEts-1がん遺伝子産物が結合し、それがエンハンサー活性に重要である。」と説明されているが、我々の研究により、実際はEts-1ではなくEtsドメインを持つ新しい蛋白質であることが判明した。(3)新しく同定された蛋白質の分子量をUV-クロスリンク法を用いて検討したところ、約10KDaのT細胞特異的に発現している蛋白質であった。さらにクロスリンクの条件を強くしたところ31KDaの蛋白質が弱く結合していることが判明した。(4)この新しいetsファミリー蛋白質のcDNAクローニングを試みている。etsドメインのアミノ酸に対応するオリゴヌクレオチドを用いて3'-RACE-PCRを行い、新しいetsファミリー遺伝子のcDNAの一部のクローニングに既に成功している。このcDNAの全長を単離して解析を行っていきたい。
ショウジョウバエの複製後修復欠損株における中性子の突然変異誘発効果

放射線DNA損傷の修復と突然変異生成の関係を明らかにするため,キイロショウジョウバエの複製後修復欠損株(meiー41^<D5>)に白眼座の2.9kbDNA片重複による象牙色眼色変異(W^i)の4重複変異株〔(W^i)_4〕を導入し,4重複したW^iのうちのどれか1つでの2.9kbDNA片の欠失によるW^i眼色から野生型赤色眼色への復帰突然変異を指標に,核分裂中性子およびγ線の遺伝子誘発作用をDNA修復能との関係で比較検討した。3令初期雄幼虫に広島大学原医研設置の^<252>Cfおよび^<60>Co線源からの放射線01Gyを照射し,幼虫の眼成虫原基細胞におけるW^i遺伝子での2.9kbDNA片の欠失細胞のクロ-ンを成虫W^i眼中の赤色スポットとして検出した。使用したハエ株のDNA修復能,放射線の違いによらず得られた線量ー効果関係は直線的であった。単位線量(CGg)当り,個体当りのγ線誘発率は修復能正常株で5.7×10^<ー2>,欠損株で2.3×10^<ー2>, ^<252>Cf放射線中の中性子の混在比(67%)で補正した核分裂中性子の誘発率は同様に修復正常株6.1×10^<ー2>,欠損株3.1×10^<ー2>となり,両放射線で修復欠損株での誘発率は正常株のそれの約半分に低下した。検出した型の突然変異生成にはmeiー41に代表される複製後修復後が正常である事が重要である。またDNA修復正常株,複製後修復欠損meiー41^<D5>株共に中性子のγ線に対する相対的生物効果比(RBE値)はほゞ1と変らない事から,meiー41修復系依存性で2.9kbDNA欠失に結果するDNA損傷の量はLETに依存しない事を示している。高LET放射線は二重鎖切断を高密度かつ高頻度に誘発する事,二重鎖切断の修復がら染色体組換えが生ずる事はイ-ストで報告されている。今回検出した突然変異は二重鎖切断以外の損傷修復によると考えられる。今後さらに実験をくり返す事により今回の結果を確認すると共に,除去修復欠損株を含め種々のDNA修復欠損株を用いて研究を進めたい。
水中衝撃波発生に効果的な放電特性の検討

研究者らは水中での電気放電により発生される水中衝撃波を利用した食品加工の研究を行っている。この技術は食品等に対し、粉砕化、軟化、浸透、殺菌などの効果を期待することができ、これらの作用を非加熱で行うことができる優位性を有する。これまでに水中電気放電を用いた衝撃波発生装置を開発しているが、水中衝撃波のさらなる効果的な発生を行うため、放電特性や発生される衝撃波の観測を行っている。これまでの研究により衝撃波発生装置の放電特性は減衰振動による放電特性を示し、また衝撃波の発生を伴う放電プラズマも振動に伴い複数回の発生していることが観測できた。そこで、本研究では水中衝撃波の発生に効果的な放電特性を調べることを目的とし、水中衝撃波のハイスピードカメラを用いた光学観測のほか、衝撃圧力センサーを用いた圧力測定を行い水中衝撃波の発生に有効な放電特性を検討した。これにより減衰振動による水中衝撃波は振動の第1ピークまでの間に連続的に多数発生することが解った。また、充電電圧やエネルギーにより水中衝撃波速度は増すものの発生点より離れるにつれ水中音速に収束することが解った。放電特性は第1ピークまでの投入エネルギーを増すことが効果的であり、結果的に減衰振動による放電が水中衝撃波の発生には適していることが解った。
低消費電力VLSI乗算器の構成法に関する研究

平成7年度の計画は概ね予定通りに行なわれた.本研究では,まず,符号拡張乗算方式を用いた演算数の最適化手法の開発を行なった.また,演算当たりの信号変化(状態遷移確率)を最小化するための相補パストランジスタ論理を用いた回路設計を行った。回路設計時に、電源電圧を低減するための乗算器アーキテクチャを決定し、配線の漂遊容量を減少させるためレイアウト合成法の開発も行なった.本研究の成果を以下にまとめる.1.演算数の少ないの乗算アルゴリズム.低消費電力向き,新しい乗算アルゴリズムのを提案した.そのアルゴリズムは、符号拡張乗算方式を用いて乗算時に生成される部分積の数を減らし,信号状態遷移確率の最小化を行なう.論理シミュレーションによってアルゴリズムの論理検証を決定した.2.省電力用自動合成技術.ここでは,8x8ビット並列乗算回路の部分積およびその加算を行なう回路を自動合成する手法の開発を行なった.電力消費を最小限に抑えた乗算器のアーキテクチャおよび相補パストランジスタ(CPL)論理を用いて,回路構成法を提案した.信号伝搬路の最大長を減らすために,タイミングの見直し,演算器の交換などを行なった.電源回路構造の検討も同時に行なった.3.新しい最適な配置配線手法の開発.乗算回路性能をパラメータにして構造的に,何度も繰り返して配置を最適化する(タイミング駆動型構成素子の配置)手法を提案した.既存の手法が配置の面積を最小化しているのに対して,我々の手法は配線遅延を最小になるように,配置を行なった.4.上記の手法の具体化,実験的評価.省電力用並列乗算器の自動合成を行なった.その乗算器を既存の方法で作成された乗算器と,大きさ,処理能力,消費電力の点で比較を行なった.検討の結果,従来構造の乗算器でも,適切な構造変更を行なうことにより,演算速度を損なうことなく消費電力を1/2以下に減少させることができることが明らかになった.平成7年度の計画は概ね予定通りに行なわれた.本研究では,まず,符号拡張乗算方式を用いた演算数の最適化手法の開発を行なった.また,演算当たりの信号変化(状態遷移確率)を最小化するための相補パストランジスタ論理を用いた回路設計を行った。回路設計時に、電源電圧を低減するための乗算器アーキテクチャを決定し、配線の漂遊容量を減少させるためレイアウト合成法の開発も行なった.本研究の成果を以下にまとめる.1.演算数の少ないの乗算アルゴリズム.低消費電力向き,新しい乗算アルゴリズムのを提案した.そのアルゴリズムは、符号拡張乗算方式を用いて乗算時に生成される部分積の数を減らし,信号状態遷移確率の最小化を行なう.論理シミュレーションによってアルゴリズムの論理検証を決定した.2.省電力用自動合成技術.ここでは,8x8ビット並列乗算回路の部分積およびその加算を行なう回路を自動合成する手法の開発を行なった.電力消費を最小限に抑えた乗算器のアーキテクチャおよび相補パストランジスタ(CPL)論理を用いて,回路構成法を提案した.信号伝搬路の最大長を減らすために,タイミングの見直し,演算器の交換などを行なった.電源回路構造の検討も同時に行なった.3.新しい最適な配置配線手法の開発.乗算回路性能をパラメータにして構造的に,何度も繰り返して配置を最適化する(タイミング駆動型構成素子の配置)手法を提案した.既存の手法が配置の面積を最小化しているのに対して,我々の手法は配線遅延を最小になるように,配置を行なった.4.上記の手法の具体化,実験的評価.省電力用並列乗算器の自動合成を行なった.その乗算器を既存の方法で作成された乗算器と,大きさ,処理能力,消費電力の点で比較を行なった.検討の結果,従来構造の乗算器でも,適切な構造変更を行なうことにより,演算速度を損なうことなく消費電力を1/2以下に減少させることができることが明らかになった.
多目的微小脊髄鏡の開発 : 尖端アングリングおよび操作チャネルの装着

本年度も前年度の計画通り、微小脊髄ファイバスコープをその径1.5mm以内にとどめ柔軟性を残したまま、特に尖端部アングリング装置と生体現象測定・薬剤注入・外科的操作用チャンネルの装着を重点的に指向し、試作検討を行った。昨年試作した、第1号器に続いて第2号器を試作し、犬において試用し、あわせてチャンネルを通して脊髄表面および根の局所血流量をレザードップラーにて測定した。その結果、2号器も臨床使用に十分耐えることが判明したので、脊髄症患患者において臨床応用を試み、従来開発・使用してきた脊髄鏡と比較検討した。アングリングが約6090°可能なこと(したがって、目的とする局所に尖端部をより近づけ易いこと)、チャンネルを通して、薬液注入、髄液採取、電気現象測定、血流測定が可能なことが判明した。外科的操作については尖端部のピンポイント接着を可能とするためには先端レンズの焦点距離をより短縮化し、焦点深度を深める必要がある。第2号器の試作により、以上の条件をかなり満たすことが解ったが、外科的操作をさらに細かく可能とするためにはさらに改良していく必要があることも問題点として残った。さらに改良すべき点としては、(1)アングリングについて、その基部をさらに緩やかに、尖端部に近づくほど鋭角に曲げることが外科的操作をより容易にする。(2)画質についてはファイバー素子の材質および画像処理の両面よりさらに検索を行ってい必要がある。(3)1.5mm外径を保ちながら、ワーキング・チャネルの径をさらに広くし、外科的操作やレザー照射用ファイバーの操作を容易にする必要がある。本年度は当初の計画通り、微小脊髄ファイバスコープをその径1.5mmのまま柔軟性を残したまま、特に尖端部アングリング装置と生体現象測定・薬剤注入・外科的操作用チャンネルの装着を重点的に指向し、試作検討を行った。先ず、第1号器を試作し、犬において試用し、あわせてチャンネルを通して脊髄表面および根の局所血流量をレザードップラーにて測定した(平成11年の国際疼痛学会において発表予定。本実験で局所脊髄血流は二酸化炭素に対し、局所脳血流とは異なった態度をとることが、本装置の使用によって示唆された)。その結果、試作品は臨床使用に十分耐えることが判明したので、脊髄疾患患者において臨床応用を試み、従来開発・使用してきた脊髄鏡と比較検討した(平成11年日本麻酔学会において発表予定)。アングリングが約90゚可能なこと(したがって、目的とする局所に尖端部をより近づけ易いこと)、チャンネルを通して、薬液注入、髄液採取、電気現象測定、血流測定が可能なことが判明した。外科的操作については尖端部のピンポイント接着を可能とするためには尖端レンズの焦点距離をより短縮化し、焦点深度を深める必要があることが解ったので、現在、第2号器の試作を進めている。さらに、アングリングについては、その基部は緩やかに、尖端部に近づくほど鋭角に曲げることが外科的操作をより容易にすることから、さらに改良の必要があることも解ったので、現在この点についても試作中である。画質についてはファイバー素子の材質および画像処理の両面より検索を行っている。本年度は前年度の計画通り、微小脊髄ファイバスコープをその径1.5mm以内にとどめ柔軟性を残したまま、特に尖端部アングリング装置と生体現象測定・薬剤投入・外科的操作用チャンネルの装着を重点的に指向し、試作検討を行った。先ず、第1号器を試作し、犬において試用し、あわせてチャンネルを通して脊髄表面および根の局所血流量をレザードップラーにて測定した(平成11年の国際疼痛学会において発表。その結果、試作品は臨床使用に十分耐えることが判明したので、脊髄疾患患者において臨床応用を試み、従来開発・使用してきた脊髄鏡と比較検討した(平成11年日本麻酔学会において発表)。

アングリングが約90°可能なこと(したがって、目的とする局所に尖端部をより近づけ易いこと)、チャンネルを通して、薬液注入、髄液採取、電気現象測定、血流測定が可能なことが判明した。外科的操作については尖端部のピンポイント接着を可能とするためには尖端レンズの焦点距離をより短縮化し、焦点深度を深める必要があることが解ったので、第2号器の試作を行った。さらに、アングリングについては、その基部は緩やかに、尖端部に近づくほど鋭角に曲げることが外科的操作をより容易にすることから、さらに改良の必要があることも解ったので、現在この点についても試作中である。画質についてはファイバー素子の材質および画像処理の両面より検索を行っている。本年度も前年度の計画通り、微小脊髄ファイバスコープをその径1.5mm以内にとどめ柔軟性を残したまま、特に尖端部アングリング装置と生体現象測定・薬剤注入・外科的操作用チャンネルの装着を重点的に指向し、試作検討を行った。昨年試作した、第1号器に続いて第2号器を試作し、犬において試用し、あわせてチャンネルを通して脊髄表面および根の局所血流量をレザードップラーにて測定した。その結果、2号器も臨床使用に十分耐えることが判明したので、脊髄疾患患者において臨床応用を試み、従来開発・使用してきた脊髄鏡と比較検討した。アングリングが約6090°可能なこと(したがって、目的とする局所に尖端部をより近づけ易いこと)、チャンネルを通して、薬液注入、髄液採取、電気現象測定、血流測定が可能なことが判明した。外科的操作については尖端部のピンポイント接着を可能とするためには尖端レンズの焦点距離をより短縮化し、焦点深度を深める必要がある。第2号器の試作により、以上の条件をかなり満たすことが解かったが、外科的操作をさらに細かく可能とするためにはさらに改良していく必要があることも問題点として残った。さらに改良すべき点としては、(1)アングリングについて、その基部をさらに緩やかに、尖端部に近づくほど鋭角に曲げることが外科的操作をより容易にする。(2)画質についてはファイバー素子の材質および画像処理の両面よりさらに検索を行ってい必要がある。(3)1.5mm外径を保ちながら、ワーキング・チャネルの径をさらに広くし、外科的操作やレザー照射用ファイバーの操作を容易にする必要がある。
ルール抽出の指向的進化サイクルによるがん治療低分子抗体の創出

本研究では、高い薬効を有するがん治療抗体を効率的、かつ確実に取得する手法を開発し、薬効発現の必要条件を抽出しながら高薬効抗体を設計していく方法論の提案を目標としている。本年度は、これまでの研究により確立した利便性の高い低分子抗体スクリーニング系にファージ提示法を使った進化工学的手法を組み合わせることで従来手法よりも高い効率で有望クローンを取得することに成功した(1).また,低分子抗体であるディアボディのリンパ球活性化度を評価する手法の確立に成功し,かつ,標的分子に対する結合活性,および細胞傷害活性とリンパ球活性化能力に相関があることを見出した(2).具体的には,1. Her2に対する結合性抗体をM13ファージウイルスに提示させ,バイオパニングによって取得することに成功した.本バイオパニングには,昨年度作製した乳癌等で過剰発現が認められるHER2の細胞外領域の全長、細胞外領域の1ドメイン、ペプチド鎖のサイズの異なる各HER2断片を標的分子として利用した.実際に取得した結合性抗体はHer2特異的に結合することがわかった.さらに取得されたHer2結合性抗体とがん細胞に過剰発現するEGFRに対する結合性抗体から二重特異性抗体を構築し,大腸菌にて発現,精製したところ,この二重特異性抗体はHer2陽性細胞に対して高い細胞傷害活性を示し,その有効性を証明することができた.2.ディアボディは結合価数が1であるため,がん細胞の非存在下ではリンパ球を活性化せず,がん細胞とリンパ球がいずれも存在するときのみディアボディのリンパ球活性化能が発現することがわかった.また,リンパ球に対する結合活性が向上してもディアボディのリンパ球活性化能には寄与しなかったのに対し,がん細胞に対する結合活性の向上はリンパ球活性化能を向上させることが明らかになった.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、1.シグナルスクリーニングの構築を目指したレポーターアッセイ系の構築、2.ランダム配列化抗体を提示したファージライブラリーの作製、3.標的蛋白質の設計・発現系構築を行い、シグナルスクリーニングの検出系構築のための基盤技術確立にむけた展望を示すことを目指した。本年度の研究成果は以下の通りである。1.シグナルスクリーニングの構築を目指したレポーターアッセイ系の構築:リンパ球上の標的蛋白質(CD3)を介した活性化シグナルが細胞内へと伝達されると、入力された活性化シグナルに呼応した発光反応が生じるレポーターアッセイ系を利用して、抗体の活性化シグナルを数値化することに成功した。また、抗体種の違いによって活性化シグナルが異なることも実証でき、シグナルスクリーニングへと利用可能な可能性を示すことに成功した。2.ランダム配列化抗体を提示したファージライブラリーの作製:シグナルスクリーニングに用いる抗体ライブラリーの作製を行った。活性化シグナル伝達抗体として知られるOKT3抗体を、変異導入法であるエラープローン法を利用することで配列をランダム化させ、ファージ上へ提示することに成功した。3.標的蛋白質の設計・発現系構築:乳癌等で過剰発現が認められるHER2をがん細胞側の標的として設定し、細胞外領域の全長サイズ、細胞外領域の1ドメインサイズ、ペプチド鎖サイズでHER2断片を各種設計した。HER2の細胞外ドメイン領域には、10を越えるジスルフィド形成箇所があったため、全長サイズ、および1ドメインサイズに関しては、動物細胞を用いてそれぞれ発現させた。ペプチド鎖サイズの断片は大腸菌発現により、それぞれ精製に成功した。本年度は、シグナルスクリーニングの構築を目指したレポーターアッセイ系の構築を行った。リンパ球上の標的蛋白質(CD3)を介した活性化シグナルが細胞内へと伝達されると、シグナルに呼応した発光反応が生じるレポーターアッセイ系を利用して、抗体の活性化シグナルの数値化に成功した。この検出系をスクリーニングへと応用するには、抗体をファージ表面に提示させた状態で検出する必要がある。このため、次に活性化シグナル伝達抗体として知られるOKT3を提示させたファージを作製し、OKT3提示ファージを用いて添加pfu量、検出時間、検出溶液条件等、種々の条件を検討したものの、活性化シグナルは検出されなかった。このため、本技術は結合性スクリーニングによって選抜されたクローンに対して利用することとした。また、標的蛋白質の設計・発現系構築:乳癌等で過剰発現が認められるHER2をがん細胞側の標的として設定し、細胞外領域の全長サイズ、細胞外領域の1ドメインサイズ、ペプチド鎖サイズでHER2断片を各種設計した。まず、大腸菌による発現を試みたものの十分量のHER2断片を調製できなかった。そこで、HER2の細胞外ドメイン領域に含まれる10を越えるジスルフィド結合が調製を困難にしていると考え、CHO細胞による動物細胞発現を試みた。また、発現量および安定性を向上させるためHER2断片にFc断片を融合させた融合蛋白質を設計・作製し、安定発現株をクローニング後大量調製を行ったところ、目的とするHER2断片を高い精製度で調製できた。本年度予定していたシグナルシグナルスクリーニング系の確立はできなかったものの、ファージからクローニングした抗体に対する評価プロセスの構築として応用できることを示せた。また、ファージを用いたバイオパニングに不可欠な標的の調製にも成功したため、本年度は予定内容のうち、おおむね達成できたと考えている。

本研究では、高い薬効を有するがん治療抗体を効率的、かつ確実に取得する手法を開発し、薬効発現の必要条件を抽出しながら高薬効抗体を設計していく方法論の提案を目標としている。本年度は、これまでの研究により確立した利便性の高い低分子抗体スクリーニング系にファージ提示法を使った進化工学的手法を組み合わせることで従来手法よりも高い効率で有望クローンを取得することに成功した(1).また,低分子抗体であるディアボディのリンパ球活性化度を評価する手法の確立に成功し,かつ,標的分子に対する結合活性,および細胞傷害活性とリンパ球活性化能力に相関があることを見出した(2).具体的には,1. Her2に対する結合性抗体をM13ファージウイルスに提示させ,バイオパニングによって取得することに成功した.本バイオパニングには,昨年度作製した乳癌等で過剰発現が認められるHER2の細胞外領域の全長、細胞外領域の1ドメイン、ペプチド鎖のサイズの異なる各HER2断片を標的分子として利用した.実際に取得した結合性抗体はHer2特異的に結合することがわかった.さらに取得されたHer2結合性抗体とがん細胞に過剰発現するEGFRに対する結合性抗体から二重特異性抗体を構築し,大腸菌にて発現,精製したところ,この二重特異性抗体はHer2陽性細胞に対して高い細胞傷害活性を示し,その有効性を証明することができた.2.ディアボディは結合価数が1であるため,がん細胞の非存在下ではリンパ球を活性化せず,がん細胞とリンパ球がいずれも存在するときのみディアボディのリンパ球活性化能が発現することがわかった.また,リンパ球に対する結合活性が向上してもディアボディのリンパ球活性化能には寄与しなかったのに対し,がん細胞に対する結合活性の向上はリンパ球活性化能を向上させることが明らかになった.来年度は、実際にバイオパニングによる複数の結合性ファージクローンの取得を目指す。取得された抗体に関しては、遺伝子配列を特定し、がん細胞結合抗体とリンパ球結合抗体を融合させることでがん治療低分子抗体遺伝子を作製していく。さらに、既開発の薬効スクリーニングを用いて実際に薬効を有しているかを評価していく予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
桜島火山灰の環境汚染機構に関する研究

桜島の火山活動は1972年頃より活発化し、近年になっても衰えを見せず、鹿児島地方気象台における桜島の新規火山灰の堆積量は、1985年には年間15.9kg/m^2に達し、1955年以降最高の1978年に記録された4.5kg/m^2の約3.5倍であった。鹿児島県の降灰観測所27地点の比較でも、同様の比較で約2.9倍に達し、それ以前の観測記録を更新している。また、1985年の爆発回数も記録最大の年間474回に達し、多量の火山灰や噴石を島内だけでなく、その周辺部に放出し、当地域の農作物の大きな被害を与えた。更に山腹に堆積した火山灰や噴石は、各河川を土石流となって流下して住民の脅威となった。流域における火山灰の分布を知ることは、土石流の流出予測および災害防止のために不可欠であるが、激しい火山活動時においては火口より半径数キロメートル以内は立ち入り禁止区域となり、その範囲の降灰量の観測は実現不可能な状況となるのが一般的である。そのため、降灰モデルに基づく降灰量の理論予測が必要となる。本研究では、降灰量を桜島上空の風向、風速および爆発高度に関するデータから、その確率分布を考慮し、鹿児島県下の降灰観測資料を用い、県内の堆積厚分布および火口における放出火山灰量の推定法を提案した。また、降灰の粒度分布特性に関する理論式を提示し、観測資料と比較検討を行うことによって、理論式の適合性が良好であることが示された。次に、火山灰の飛行過程をBassset-Boussinesq-Oseenの式にSlip-ShearMotionによる揚力の効果を加えた運動方程式を基礎式として数値シミュレーションを試みた。その際、流体粒子の運動モデルに一次マルコフ過程を適用し、浮遊粒子の上昇時および下降時における抗力、圧力勾配、バセット項、揚力等の各項の寄与について比較検討を行った。浮遊粒子の軌跡に関する実測値と計算値を比較した結果、本数値シミュレーション法の妥当であることが検証された。桜島の火山活動は1972年項より活発化し、近年になっても衰えを見せず、鹿児島地方気象台における桜島の新規火山灰の堆積量は、1985年には年間15.9kh/m^2に達し、1955年以降最高の1978年に記録された4.5kg/m^2の約3.5倍であった。また、1985年の爆発回数も記録最大の年間474回に達し、多量の火山灰や噴石を島内だけでなく、その周辺部に放出し、当地域の農作物に大きな被害を与えた。更に、山腹に堆積した火山灰や噴石は、各河川を土石流となって流下して住民の脅威となった。流域における火山灰の分布を知ることは、土石流の流出予測および災害防止のために不可欠であるが、激しい火山活動時においては、火口より半径数キロメ-トル以内は立ち入り禁止区域となり、その範囲の降灰量の観測は実現不可能な状況となるのが一般的である。

本研究では、降灰量を桜島上空の風向、風速および爆発高度に関するデ-タから、その確率分布を考慮し、鹿児島県下の降灰観測資料を用い、県内の堆積厚分布および火口における放出火山灰量の推定法を提案した。また、降灰の粒度分布特性に関する理論式を提示し、観測資料と比較検討を行うことによって、理論式の適合性が良好であることが示された。次に、火山灰の飛行過程をBassetーBoussinesq Oseenの式にSlipーShear Motionによる揚力の効果を加えた運動方程式を基礎式として数値シミュレ-ションを試みた。その際、流体粒子の運動モデルに一次マルコフ過程を適用し、浮遊粒子の上昇時および下降時における抗力、圧力勾配、バセット項、揚力等の各項の寄与について比較検討を行った。浮遊粒子の軌跡に関する実測値と計算値を比較した結果、本数値シミュレ-ション法の妥当であることが検証された。桜島の火山活動は1972年頃より活発化し、近年になっても衰えを見せず、鹿児島地方気象台における桜島の新規火山灰の堆積量は、1985年には年間15.9kg/m^2に達し、1955年以降最高の1978年に記録された4.5kg/m^2の約3.5倍であった。鹿児島県の降灰観測所27地点の比較でも、同様の比較で約2.9倍に達し、それ以前の観測記録を更新している。また、1985年の爆発回数も記録最大の年間474回に達し、多量の火山灰や噴石を島内だけでなく、その周辺部に放出し、当地域の農作物に大きな被害を与えた。更に山腹に堆積した火山灰や噴石は、各河川を土石流となって流下して住民の脅威となった。流域における火山灰の分布を知ることは、土石流の流出予測および災害防止のために不可欠であるが、激しい火山活動時においては火口より半径数キロメートル以内は立ち入り禁止区域となり、その範囲の降灰量の観測は実現不可能な状況となるのが一般的である。そのため、降灰モデルに基づく降灰量の理論予測が必要となる。本研究では、降灰量を桜島上空の風向、風速および爆発高度に関するデータから、その確率分布を考慮し、鹿児島県下の降灰観測資料を用い、県内の堆積厚分布および火口における放出火山灰量の推定法を提案した。次に、火山灰の飛行過程をBasSet-Boussinesq-Oseenの式にSlip-Shear Motionによる揚力の効果を加えた運動方程式を基礎式として数値シミュレーションを試みた。浮遊粒子の軌跡に関する実測値と計算値を比較した結果、本数値シミュレーション法の妥当であることが検証された。
農業被害をもたらす外来ザリガニの管理・駆除手法の検討

本研究の目的は,希少種を含む在来生物に深刻な悪影響を与えているとともに,巣穴を掘って水田漏水を引き起こすなどの農業被害をもたらしている外来種アメリカザリガニについて,効率的な管理・駆除手法を検討することである。アメリカザリガニは,環境省と農林水産省によって2015年に公表された「生態系被害防止外来種リスト」で,緊急対策外来種に選定されている。平成30年度の研究では,平成29年度の研究の継続実験として,1)エビ篭の入口の大きさが捕獲個体数に及ぼす影響と,2)入口の構造を改良したペットボトル製トラップによる捕獲駆除効果について検証する野外実験を実施した。加えて,3)アメリカザリガニの巣穴がもたらす水田漏水量を評価するための基礎的な室内実験を行った。1の実験では異なる入口サイズ(3cm, 4cm, 6cm)のエビ篭を,2の実験では入口の構造が異なるペットボトル製トラップをアメリカザリガニが定着・増殖している池にそれぞれ仕掛け,捕獲効果について比較評価した。本野外実験は2017年10月に着手して以降,2018年9月まで毎月実施したことで,捕獲駆除効果の高い季節等の知見も得られた。3の実験では,水田土壌を満たしたワグネルポットにアメリカザリガニを入れ,巣穴を掘るかどうかを観察した。そして,巣穴の有無により土壌を含む流出物の質量を比較した。以上の研究から得られた主要な結果は以下のとおりである。・アメリカザリガニの捕獲には,入口サイズ3cmと4cmのエビ篭および入口サイズを大きくした改良型ペットボトル製トラップが有効であった。・1年間の捕獲実験の結果から,本種の捕獲数は510月にかけて多くなり,この時期の捕獲が駆除では有効と考えられた。・アメリカザリガニはワグネルポット内の水田土壌に高頻度に巣穴を掘った。また,巣穴長が長くなると水田漏水をもたらす可能性が高くなると考えられた。平成30年度に実施する予定であった室内実験の一部について,実験準備の都合上,次年度に実施することとした。研究全体としては,おおむね順調に進展していると判断できる。アメリカザリガニの巣穴がもたらす水田漏水量の評価について,平成30年度の実験は冬季(低温期)に実施したが,令和元年度の実験では,アメリカザリガニの活性が高くなり,より積極的に巣穴を掘ると思われる高温期にも実施し,結果に対する季節の影響等を評価する予定である。また,屋外水槽等を用いることで,実際の圃場により近い環境下でも同様の実験を実施する予定にしている。最終的には,3年間の研究成果を取りまとめて,アメリカザリガニの効率的な捕獲駆除手法について提案したい。本研究の目的は,希少種を含む在来生物に悪影響を与えているとともに,巣穴を掘って水田漏水を引き起こすなどの農業被害をもたらしている外来種アメリカザリガニについて,効率的な管理・駆除手法を検討することである。アメリカザリガニは,環境省と農林水産省によって2015年に公表された「生態系被害防止外来種リスト」では,緊急対策外来種に選定されている。平成29年度の研究では,1)エビ篭の入口の大きさが捕獲個体数に及ぼす影響,2)入口の構造を改良したペットボトル製トラップによる捕獲駆除効果について検証する野外実験に着手した。1の実験では,異なる入口サイズ(3cm, 4cm, 6cm)のエビ篭を,アメリカザリガニが定着している池に同時に仕掛けて,捕獲個体数等を比較した。2の実験では,ペットボトル製トラップの入口の構造を加工し,内径の異なる塩ビ管を取り付けたものを「改良型ペットボトル製トラップ」として池に仕掛け,内径の大小が捕獲個体数に及ぼす影響や改良型ペットボトル製トラップによる捕獲効果を評価した。また,1と2の実験で捕獲されたアメリカザリガニの観察を通じて,アメリカザリガニの繁殖期等の生活史に関するデータを得た。本野外実験は2017年10月より毎月実施しており,現在も継続中であるため,詳細な解析は実施できていないが,現時点で得られた結果の概要は以下のとおりである。・エビ篭の入口サイズはアメリカザリガニの捕獲個体数に影響する可能性が示唆された。・改良型ペットボトル製トラップで,アメリカザリガニを捕獲することは可能であった。・10月の調査で抱卵メスが捕獲され,アメリカザリガニが秋にも産卵することが示された。実験準備の都合上,平成30年度に実施する予定であった野外実験に先に着手し,平成29年度に実施予定の実験の一部は次年度に実施することとした。

1の実験では異なる入口サイズ(3cm, 4cm, 6cm)のエビ篭を,2の実験では入口の構造が異なるペットボトル製トラップをアメリカザリガニが定着・増殖している池にそれぞれ仕掛け,捕獲効果について比較評価した。本野外実験は2017年10月に着手して以降,2018年9月まで毎月実施したことで,捕獲駆除効果の高い季節等の知見も得られた。3の実験では,水田土壌を満たしたワグネルポットにアメリカザリガニを入れ,巣穴を掘るかどうかを観察した。そして,巣穴の有無により土壌を含む流出物の質量を比較した。以上の研究から得られた主要な結果は以下のとおりである。・アメリカザリガニの捕獲には,入口サイズ3cmと4cmのエビ篭および入口サイズを大きくした改良型ペットボトル製トラップが有効であった。・1年間の捕獲実験の結果から,本種の捕獲数は510月にかけて多くなり,この時期の捕獲が駆除では有効と考えられた。・アメリカザリガニはワグネルポット内の水田土壌に高頻度に巣穴を掘った。また,巣穴長が長くなると水田漏水をもたらす可能性が高くなると考えられた。平成30年度に実施する予定であった室内実験の一部について,実験準備の都合上,次年度に実施することとした。研究全体としては,おおむね順調に進展していると判断できる。2017年10月より毎月実施している野外実験を今後も継続し,1年間を通じたデータを得て,エビ篭の入口サイズがアメリカザリガニの捕獲個体数に与える影響や,改良型ペットボトル製トラップによるアメリカザリガニの捕獲効果について,季節変化を考慮しながら評価する。また,この実験で得られるデータから,アメリカザリガニの捕獲駆除に有効な時期について検討する。これらに加えて,平成30年度の研究では,アメリカザリガニが掘る巣穴と水田漏水との関係等について定量的に評価する実験を実施する予定である。アメリカザリガニの巣穴がもたらす水田漏水量の評価について,平成30年度の実験は冬季(低温期)に実施したが,令和元年度の実験では,アメリカザリガニの活性が高くなり,より積極的に巣穴を掘ると思われる高温期にも実施し,結果に対する季節の影響等を評価する予定である。また,屋外水槽等を用いることで,実際の圃場により近い環境下でも同様の実験を実施する予定にしている。最終的には,3年間の研究成果を取りまとめて,アメリカザリガニの効率的な捕獲駆除手法について提案したい。平成29年度に実施予定であった室内実験を平成30年度に実施することになったため,実験水槽等の購入費や,本実験に関する研究打合せのための旅費を翌年度に繰り越した。平成29年度に実施予定であった室内実験は,平成30年度に実施する予定である。平成30年度に実施予定であった室内実験の一部を平成31年度に実施することになったため,実験用機材等の購入費や,本実験に関する研究打合せのための旅費を翌年度に繰り越した。平成30年度に未実施となった室内実験の一部は,令和元年度に実施する予定である。
ヒト脳随意運動神経回路網の電気生理学、機能画像によるシステム的解析

Parkinson病(PD)寡動例において、微小電極法を用いた後腹側淡蒼球手術中の大脳基底核神経活動記録、PET scanを用いた皮質前頭葉局所糖代謝、局所脳血流測定から、寡動の出現、増悪に関与する大脳基底核、大脳皮質運動関連領域の機能変化について検討した。PD寡動例中-重症群(Hoehn and Yahr=H&Y stage 3-4、8例)では軽症群(H&Y stage 1-2、5例)と比較して、第III脳室髄液中ドーパミン濃度、前頭葉皮質局所糖代謝のいずれもが有意に低下していた。一方、後腹側淡蒼球手術を施行したPD固縮、寡動例26例で、手術効果をExcellent(12例)、Good(=H&Y 1 stageの改善)(10例)、Moderate(3例)、Unchanged(1例)の4群に分類すると、Excellent群で淡蒼球内節自発発射活動が高頻度、高振巾を呈し、かつ、四肢の他動運動、自動運動に対する反応もよく検出された。一方、一側手の連続栂指対立運動に際しての皮質運動野、運動前野、補足運動野での局所脳血流の変化量(%variation)を求めると、皮質運動野においては、Moderate、Fair群でコントロール、Excellent、Good群より、補足運動野ではFair群で他の4群より有意に低下していた。以上、寡動の出現、増悪には大脳基底核淡蒼球内節の機能変化と共に皮質前頭葉運動関連領域の段階的機能低下が関与していることが示唆された。PD片側優位振戦(H-T)例7例で局所糖代謝、脳血流を用いたPET studyを行い、随意運動に際し、運動対側のみならず同側皮質運動野においても活動上昇を認めた。これらの例では、視床腹中間核の持続的な神経活動が随意運動神経回路網に影響を与え、随意運動に際し運動同側の皮質運動野の活動上昇をも必要とするようになっていることが示唆された。視床腹中間核最外側部には運動感覚性神経細胞群が存在し、Parkinson病(PD)振戦例では、PETscan、及び定位的視床手術に際し微小電極法により末梢感覚刺激、随意運動施行時、同部に生ずる局所神経活動を捉えることができる。functional MRI(fMRI)を用い、健康成人で手関節の自動・他動的屈曲、伸展を行うと、10例中6例で対側の視床腹外側部と同側の小脳に信号上昇部を認め、さらに、PD振戦例において同様の負荷を行うと、やはり、振戦対側の視床腹外側部に7例中4例で信号上昇部を認めた。このPD振戦例において、微小電極法を用いた定位的視床手術を行うと、fMRIでの信号上昇部を中心に運動感覚性反応が記録された。以上より、手関節の他動、自動運動時、fMRI(機能イメージング法)により捉えられる視床腹外側部の信号上昇(局所脳血流上昇)は、同じ運動負荷に反応する運動感覚性神経細胞群の活動を反映していることが示唆された。さらに、PD振戦例でPET scanにより捉えられる振戦対側大脳皮質中心溝前部の局所神経活動上昇部位は、対側の拇指感覚刺激時の局所脳血流増加部位の直前方で、連続拇指対立運動時の局所脳血流増加部位と一致し、大脳皮質一次運動野であることが推定される。PD振戦例振戦伝達系は、その経路の一部を随意運動神経回路と共有していることが示唆された。不随意運動(PD、本態性振戦)4例において、上肢運動想起時の局所脳神経活動をPET scanにより検討した。上肢運動想起時、4例中3例では大脳皮質一次運動野両側、あるいは運動想起同側で、4例中2例では補足運動野で明らかな局所脳神経活動の上昇が認められた。視床腹外側部における局所脳神経活動の上昇は明らかではなかった。ヒト脳随意運動神経回路網においては、運動想起時、前頭葉皮質運動関連領域において広範な運動遂行時とは異なった神経活動が認められる。

以上、寡動の出現、増悪には大脳基底核淡蒼球内節の機能変化と共に皮質前頭葉運動関連領域の段階的機能低下が関与していることが示唆された。PD片側優位振戦(H-T)例7例で局所糖代謝、脳血流を用いたPET studyを行い、随意運動に際し、運動対側のみならず同側皮質運動野においても活動上昇を認めた。これらの例では、視床腹中間核の持続的な神経活動が随意運動神経回路網に影響を与え、随意運動に際し運動同側の皮質運動野の活動上昇をも必要とするようになっていることが示唆された。