hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生殖細胞と多能性幹細胞の相互転換機構

生殖細胞は次世代を作ることができる唯一の細胞系列である。生殖細胞は、培養条件下でES細胞と同等の分化多能性幹細胞へ初期化されることから、潜在的に多能性を持つ細胞である。本研究では、試験管内でES細胞から生殖細胞を作る研究と、生殖細胞を多能性幹細胞へ初期化させる研究を行った。まず、生体内では、生殖細胞は中胚葉細胞とともに分化することに着目し、ES細胞の中胚葉分化誘導系を用いて、試験管内で胎仔期の生殖細胞に似た細胞を作ることに成功した。次に、生殖細胞の初期化機構を、シグナル伝達や小分子化合物を用いて解析し、体細胞からiPS細胞への初期化と共通の機構があることを明らかにした。本研究では、「生殖細胞と多能性幹細胞の相互転換機構」を解明するために、次の1、2の研究を行った。1、生殖細胞から多能性幹細胞へのリプログラミング胎仔期の生殖細胞である始原生殖細胞は、増殖因子で刺激すると多能性をもつ幹細胞へと初期化される。一方、体細胞は、初期化因子群を遺伝子導入することで人工多能性幹細胞(iPS細胞)へと初期化される。近年、iPS細胞を誘導する初期化因子の機能を代替できる小分子化合物が同定されており、本研究では、これら小分子化合物が始原生殖細胞の初期化に及ぼす効果を解析した。その結果、iPS細胞の誘導には、最低3種類の初期化因子を遺伝子導入する必要があるが、始原生殖細胞はたった1つの小分子化合物で処理するだけで初期化できることを明らかにした。また、発生の段階により、異なる小分子化合物の組み合わせに反応することも見出した。2、多能性細胞から生殖細胞への試験管内分化誘導系の確立と解析これまでに、胚性幹細胞(ES細胞)からの試験管内における中胚葉分化誘導系において、Aktシグナルを制御することで、始原生殖細胞に似た細胞を分化誘導できることを示してきた。本研究では、様々なシグナルの阻害剤・活性化剤をスクリーニングすることで、MAPK(Mitogen-Activated Protein Kinase)シグナルを阻害すると、中胚葉分化誘導系で始原生殖細胞様細胞を誘導できることを見出した。中胚葉と始原生殖細胞は、発生の同じ時に同じ場所で分化することが知られている。しかし、始原生殖細胞は、中胚葉誘導シグナルを受けているにも関わらず、生殖細胞へと分化する。MAPKシグナルの活性化は、試験管内および生体内で中胚葉の分化に必須であることが示されており、我々の成果は、このシグナルの活性化と不活性化が、中胚葉と生殖細胞への運命づけを区別する可能性を示唆している。1、生殖細胞から多能性幹細胞へのリプログラミング生殖細胞のもととなる始原生殖細胞は、増殖因子で刺激すると、EG細胞(embryonic germ cell)と呼ばれる多能性幹細胞へと初期化される。一方、体細胞は、初期化因子群を遺伝子導入することで人工多能性幹細胞(iPS細胞:induced pluripotent stem cell)へと初期化される。昨年度、iPS細胞を誘導する初期化因子の機能を代替できる小分子化合物が、始原生殖細胞も初期化できることを明らかにし、その細胞をiEG細胞(induced EG cell)と名付けた。本年度は、iEG細胞が、胚性幹細胞(ES細胞:embryonic stem cell)やiPS細胞と同じ遺伝子発現様式を示すこと、キメラマウスに寄与できることを明らかにすることができた。以上の結果は、生殖細胞の初期化と体細胞の初期化には、共通の分子機構が存在することを示したものである。また、我々は、Aktシグナルは、始原生殖細胞の初期化を促進することを示してきた。本年度は、このシグナルの活性化が、iPS細胞の誘導効率も上昇させることを示した。iPS細胞を誘導するときに変化する遺伝子や小分子RNAについて網羅的解析を行った。2、多能性細胞から生殖細胞への試験管内分化誘導系の確立と解析中胚葉と始原生殖細胞は、発生の同じ時に同じ場所で分化することが知られている。昨年度までに、ES細胞の中胚葉分化誘導系を用いて、様々なシグナルの阻害剤・活性化剤をスクリーニングすることで、MAPK(Mitogen- Activated Protein Kinase)シグナルを阻害すると、ES細胞から試験管内で始原生殖細胞様の細胞を誘導できることを見出した。本年度は、その細胞のエピジェネティックな状態や、生殖細胞としての分化能を移植実験を用いて解析した。この研究成果によりMAPKシグナルの活性化と不活性化が、中胚葉と生殖細胞への運命づけを区別する可能性を示した。

1、生殖細胞から多能性幹細胞へのリプログラミング生殖細胞のもととなる始原生殖細胞は、増殖因子で刺激すると、EG細胞(embryonic germ cell)と呼ばれる多能性幹細胞へと初期化される。一方、体細胞は、初期化因子群を遺伝子導入することで人工多能性幹細胞(iPS細胞:induced pluripotent stem cell)へと初期化される。iPS細胞は初期化遺伝子を導入することで誘導されるが、近年初期化遺伝子のはたらきを代替できる小分子化合物が派遣されてきている。本研究では、これらの小分子化合物を1種類加えるだけでで始原生殖細胞を初期化できることを明らかにした。この結果は、生殖細胞の初期化と体細胞の初期化には、共通の分子機構が存在することを示したものであり、成果をStem Cells誌に発表した。また、我々は、Aktシグナルが、始原生殖細胞の初期化を促進することを示してきた。本研究では、Aktシグナルが、iPS細胞の誘導効率も上昇させることを示し、自然免疫系遺伝子やmiRNAが初期化に関与する可能性を示唆することができた。2、多能性細胞から生殖細胞への試験管内分化誘導中胚葉と始原生殖細胞は、発生の同じ時に同じ場所で分化することが知られている。本研究では、試験管内におけるES細胞の中胚葉分化誘導系を用いて、MAPK(Mitogen- Activated Protein Kinase)シグナルを阻害すると、ES細胞から始原生殖細胞様の細胞を誘導できることを見出した。この研究成果によりMAPKシグナルの活性化と不活性化が、中胚葉と生殖細胞への運命づけを二分するシグナルであることを明らかにしたものであり、その成果をStem Cells誌に発表した。さらに、Brca2、Snf5、mTorシグナルが、始原生殖細胞の発生に重要であることを示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。幹細胞学、生殖細胞学26年度が最終年度であるため、記入しない。マウスの生育不全などにより、初期化実験に用いる胎仔の確保が遅れた。しかし、その後、十分な数のマウスを確保することができたので、初期化の研究を行うことができた。その結果、生殖細胞と体細胞の初期化のメカニズムの違いを示すことができた。また、試験管内におけるES細胞からの生殖細胞の分化誘導研究では、MAPKシグナルが、中胚葉と生殖系列への運命の分離を規定する可能性を示唆することができた。生殖細胞と体細胞の初期化のメカニズムの共通性を示すことができた。また、試験管内におけるES細胞からの生殖細胞の分化誘導研究では、MAPKシグナルが、中胚葉と生殖系列への運命の分離を規定することを示すことができた。どちらの研究についても、質の高いデータを集積することができたので、学術論文として投稿中であり、現在revise実験まで進展させることができた。マウスの生育不全などにより研究の遂行がやや遅れたが、現在、繰り越し申請の際に提出した様式C-26の「変更後の計画」に沿って順調に進行している。今後は、マウスから樹立した細胞を用いて、その性状を解析する段階に入るため、当初の予定まで研究の予定を早めることも可能であると考えている。小分子化合物を用いた生殖細胞の初期化、および、MAPKシグナルによる生殖細胞分化の成果を、学術論文として成果発表する。
電場誘起型モット転移を用いた純電子的抵抗変化メモリの創製

強相関電子系における金属-絶縁体転移を電子デバイスに応用する試みが近年盛んとなっており、材料の電気抵抗変化を利用した抵抗変化メモリ素子等への応用について活発な検討がなされている。一方で従来報告されている金属-絶縁体転移材料では、材料内の温度変化により転移が駆動されるために、動作制御性や集積性の低さが課題となっていた。この問題を解決するため本研究では、近年実験的に見出された新現象である電場誘起型の金属-絶縁体転移に着目し、電場誘起型の金属-絶縁体転移材料であるCa2RuO4のエピタキシャル薄膜成長とデバイス構造の作製、及び電気特性評価を通じて、金属-絶縁体転移を利用した新原理の抵抗変化メモリ素子の創出を目指し研究を行った。Ca2RuO4では従来、真空製膜法の一種であるパルスレーザー堆積法による製膜が行われてきたが、製膜時に膜中にRu欠損が容易に形成されてしまうという問題が有った。この事から本研究ではCa2RuO4薄膜の製膜法として新たに、大気圧下での薄膜成長が可能な固相エピタキシャル成長法を採用し、良質なエピタキシャル薄膜の作製を試みた。固相エピタキシャル成長における各種成長条件を最適化させた結果、従来報告の無かったCa2RuO4の単結晶エピタキシャル膜の作製に成功し、さらには作製した膜の抵抗率測定において金属-絶縁体転移の発現を示唆する振る舞いの観測にも成功した。また計画最終年度には作製したエピタキシャル膜上への微細電極作製を実施し、T > 50 Kの条件下において電圧印加による抵抗変化動作の誘起に成功した。これらの結果はCa2RuO4の金属-絶縁体転移のエピタキシャル薄膜における初の明確な観測例であり、電場誘起型金属-絶縁体転移の物理機構解明に向けて重要な知見を与えるとともに、新原理抵抗変化デバイスとしての応用可能性を強く示唆する。近年の不揮発性メモリの技術開発においては、集積性と省電力性において優位な抵抗変化型の不揮発メモリを用いる向きが盛んとなっている。一方で既報の抵抗変化型メモリでは、外部電場の印加による材料の化学的変質(欠陥移動及び酸化還元反応)を基に電気抵抗状態の書き換えが行われるために、実用化に向けてはその信頼性に原理的な弱点を持つ事が懸念されてきた。本研究ではこの問題の抜本的な解決を目指し、強相関電子系物質において近年実験的に見出された新現象である電場誘起型のモット転移を用いた、純電子的な動作原理を持つ新たな抵抗変化素子の創製を目指し研究を行っている。電場誘起型モット転移は従来のモット転移に関する理論ではその発生を説明する事が出来ない現象であるため、本研究では新たに、材料の結晶構造及び微細構造が電場誘起モット転移の発現に強く影響しているとの予測を立て、材料の微細加工によるモット転移型メモリ素子の実現可能性を探索している。微細加工及びメモリ素子の作製のためには、電場誘起型モット転移物質の良質なエピタキシャル薄膜の作製が必要となる事から、本年度前半には電場誘起型のモット転移物質であるCa2RuO4とNi(S,Se)2の薄膜成長実験を実施した。また転移のメカニズムの解明とデバイス応用の実現のためには、電場誘起型モット転移物質に対する結晶構造と微細構造の詳細な評価が必要となる事から、その評価手法としてプローブ顕微鏡及び透過型電子顕微鏡を用いた電気特性と微細構造の同時評価システムを開発した。その結果、Ca2RuO4においてパルスレーザー堆積法により良質なエピタキシャル薄膜を作製する事に成功したとともに、プローブ顕微鏡・透過型電子顕微鏡測定システムの構築・改良についても年度内に完了し、数種の材料において抵抗変化と構造変化の同時観察を実証する事に成功した。本年度での完了を目指していた(1)電場誘起型モット転移物質のエピタキシャル薄膜の作製と(2)プローブ顕微鏡・透過型電子顕微鏡による測定システムの構築の二項目については、いずれも年度内において達成する事が出来た。薄膜作製実験に関しては当初Ca2RuO4とNi(S,Se)2の二種類の物質での検討を行っていたが、実験の進捗に伴いCa2RuO4においてより良質な薄膜が作製可能である事が明らかとなった。パルスレーザー堆積法による各種製膜条件の最適化を試みた結果、作製したCa2RuO4薄膜においては、その電気特性において電場誘起型モット転移の発生を示唆する振る舞いを観測する事が出来た。この事から次年度以降は、Ca2RuO4薄膜に対する微細加工実験と特性評価実験へと移行する予定である。また測定システムの構築に関しても、数種類の酸化物材料において抵抗変化動作と構造変化の同時測定実験の実証に成功する事が出来た。Ca2RuO4薄膜への適用に関しては年度末時点では未実施であるが、測定用試料の調整が完了次第、Ca2RuO4に対する電気抵抗変化とプローブ顕微鏡像・透過型電子顕微鏡像の同時・リアルタイム測定の実施が可能である。強相関電子系物質における電場誘起型の金属絶縁体転移現象を不揮発メモリ素子へと応用する事を目標に研究を行っている。金属酸化物材料を用いた抵抗変化メモリは近年、次世代の不揮発メモリ素子として大きな注目を集めている。一方で既存の抵抗変化メモリにおいては、材料内の欠陥移動によって素子の電気抵抗を変化させ、その電気抵抗変化を基にデータ記憶を行うために、メモリ素子としての信頼性と安定性に関して原理的な弱点を持つ事が指摘されてきた。

本研究ではこの問題の解決方策として強相関電子系物質における金属絶縁体転移現象に着目し、材料の電子相転移を用いて素子の電気抵抗を変化させる、純電子的な動作機構を持つ不揮発メモリ素子の開発を試みている。電場誘起型の金属絶縁体転移は約5年前に発現が見出された現象であり、これまでにカルコゲン化物を中心とした数種類の物質のバルク単結晶において発生が観測されている。本研究ではメモリ素子の作製へと向けて、電場誘起型の金属絶縁体転移を示しうる複数の物質に対してエピタキシャル薄膜の試作を行っており、その結果、電場誘起型の金属絶縁体転移物質の中でも層状ペロブスカイト酸化物であるCa2RuO4においては良質なエピタキシャル薄膜が作製可能である事が明らかとなった。また本年度には酸化物薄膜の代表的な製膜法であるパルスレーザー堆積法の他に、Ca2RuO4薄膜中でのRu欠損の発生を抑制する事が期待できる、常圧製膜法である固相エピタキシャル成長法による製膜を検討した。その結果、固相エピタキシャル成長法ではパルスレーザー堆積法と比べて結晶性・表面平坦性共に高い薄膜が作製可能である事が明らかとなり、固相エピタキシャル成長法により作製した薄膜においては、Ca2RuO4中の金属相ドメインのエピタキシャル歪による安定化を観測する事が出来た。本年度には新たに固相エピタキシャル成長法によるCa2RuO4薄膜の作製を検討した結果、作製した薄膜においてCa2RuO4薄膜では従来報告の無かった金属的な伝導特性の発現が観測された。この事から本年度には固相エピタキシャル成長法によるCa2RuO4エピタキシャル膜の基礎物性評価を重点的に行い、観測された新規な電子状態に対する理解を深めたとともに、モット転移型抵抗変化メモリ素子の開発に向けても重要な知見を得る事が出来た。基礎物性の評価実験を進展させる必要が生じたため、具体的なデバイス作製はやや進行が遅れた状態にあるが、物性評価の点では当初予測を上回る有用な結果が得られた事から、全体的評価としては概ね順調な進捗が得られたものと考えている。固相エピタキシャル成長法により作製したCa2RuO4薄膜では、従来に報告が無かった高い結晶性と平坦性を持ったエピタキシャル成長が実現されており、来年度以降のデバイス作製実験に向けても非常に適した試料を作製する事が出来ている。強相関電子系における金属-絶縁体転移を電子デバイスに応用する試みが近年盛んとなっており、材料の電気抵抗変化を利用した抵抗変化メモリ素子等への応用について活発な検討がなされている。一方で従来報告されている金属-絶縁体転移材料では、材料内の温度変化により転移が駆動されるために、動作制御性や集積性の低さが課題となっていた。この問題を解決するため本研究では、近年実験的に見出された新現象である電場誘起型の金属-絶縁体転移に着目し、電場誘起型の金属-絶縁体転移材料であるCa2RuO4のエピタキシャル薄膜成長とデバイス構造の作製、及び電気特性評価を通じて、金属-絶縁体転移を利用した新原理の抵抗変化メモリ素子の創出を目指し研究を行った。Ca2RuO4では従来、真空製膜法の一種であるパルスレーザー堆積法による製膜が行われてきたが、製膜時に膜中にRu欠損が容易に形成されてしまうという問題が有った。この事から本研究ではCa2RuO4薄膜の製膜法として新たに、大気圧下での薄膜成長が可能な固相エピタキシャル成長法を採用し、良質なエピタキシャル薄膜の作製を試みた。
コンピューターグラフィックを利用した膵頭部膵管系の三次元構造の研究

目的膵疾患診断の発達に伴い小病変や早期病変が多く発見されるようになってきた。その結果、低悪性度病変に対して縮小ないし機能温存を目指す術式の開発がなされているが、膵頭部の膵管系の広がり・分布に関しては十分な解剖学的裏付けがなく、最大の術後合併症である膵〓発生を阻止する縮小手術は確立されていない。そこで、本研究では、剖検膵の膵頭部膵管立体造影撮影とCT三次元構築により膵頭部膵管系の分布様式を検討し、さらに同一標本の連続組織切片を作成した。コンピュータグラフィックにより膵頭部膵管系とPP(Pancreatic polypeptide)細胞(腹側膵原基のラ氏島に特異的に認められる)を三次元的に明らかにすることにより、腹側・背側膵原基と膵管分布との解剖学的関係を査証することを目的とした。加えて、外科的に安全な膵頭部区域切除の可能性についても検討した。成果1.PP細胞の豊富な腹側膵とPP細胞に乏しい背側膵の間には膵管分枝の交通のない疎な面(dividing Plane : DP)が存在していた。このDPは平面に近い比較的単純な緩やかな曲面を呈していた。2.腹側膵領域と背側膵領域の境界部には組織学的に疎性結合織よりなる疎な間隙を有しており、この間隙がDPと一致していた。3.DPと膵頭部周囲組織との関係では、すべての症例で「総胆管が膵上縁で接する部位」、「門脈右側縁」、約半数の症例で「膵前面アーケード動脈が走行する逆V字型切痕部」がDPを膵表面から類推する構造物であった。5.Ansa型は複雑な癒合面と膵管系の分布を有していた。膵に病変のない剖検膵頭部20例を用いた。1)20例に、膵体部断端主膵管よりゼラチン加50%バリウム液を注入し膵管造影を施行。角度を変えた撮影で立体写真を作成。同時にヘリカルCTを用いて膵管の3D画像を作成した。2)18例は、標本全体を10%ホルマリン液で固定し、矢状断方向に1mm間隔で薄切し、薄切面の軟線撮影を施行した。3)薄切標本の撮影フィルム上で、径0.3mm以上の膵管(およそ第三・第四膵管分枝まで)を同定し、三次元構築コンピュータシステムを用いて膵頭部膵管走行を立体構築した。4)各薄切標本は、さらにパラフィン包埋し、4ミクロンで薄切後、免疫組織化学的に、腹側膵のラ氏島に存在するPP(Pancreatic polypeptide)を染色し、撮影フィルム上にその分布をプロットし、三次元構築コンピュータシステムを用いて得られた膵管の立体画像上に投影した。(結果)1)Wirsung管系支配領域とSantorini管系支配領域の境界部には膵管分枝に乏しい疎な面、即ちdividing planeが存在していた。2)このdividing planeは平面に近い比較的単純な構造を示していた。3)PP染色領域とPP非染色領域の境界は、dividing planeとほぼ一致していた。4)PP染色に基づく腹側膵領域と背側膵領域の境界は、Wirsung管とSantorini管の合流部付近では複雑に入り組む傾向があった。5)Wirsung管系とSantorini管系の癒合点は、膵管造影上で認められる合流部より0.51cm主乳頭寄りのWirsung管上に存在しており、造影上の合流部点との解離を示していた。6)膵鉤部領域は通常型ではすべて腹側膵領域に属していた。(研究により得られた知見)

1)Wirsung管とSantorini管の合流部付近では境界がやや複雑になるが、dividing plane上での腹側膵切除と背側膵切除が可能であると思われる。2)Wirsung管系とSantorini管系の癒合点はdividing plane上にあるが、従来の認識とは異なり、膵管造影上で認められる合流部より0.51cm主乳頭寄りに位置することが証明された。1.PP細胞の豊富な腹側膵とPP細胞に乏しい背側膵の間には膵管分枝の交通のない疎な面(dividing plane)が存在していた。このdividing planeは平面に近い比較的単純な緩やかな曲面を呈していた。2.腹側膵領域と背側膵領域の境界部には組織学的に疎性結合織よりなる疎な間隙を有しており、この間隙がdividing planeと一致していた。3.Dividing planeと膵頭部周囲組織との関係では、すべての症例で「総胆管が膵上縁で接する部位」、すべての症例で「門脈右側縁」、52%(約半数)の症例で「膵前面アーケード動脈が走行する逆V字型切痕部」が、正確かつ容易にdividing planeに入れる重要な外科解剖学の指標であった。1目的膵疾患診断の発達に伴い小病変や早期病変が多く発見されるようになってきた。その結果、低悪性度病変に対して縮小ないし機能温存を目指す術式の開発がなされているが、膵頭部の膵管系の広がり・分布に関しては十分な解剖学的裏付けがなく、最大の術後合併症である膵痩発生を阻止する縮小手術は確立されていない。そこで、本研究では、剖検膵の膵頭部膵管立体造影撮影とCT三次元構築により膵頭部膵管系の分布様式を検討し、さらに同一標本の連続組織切片を作成した。コンピュータグラフィックにより膵頭部膵管系とPP(Pan creatic polypeptide)細胞(腹側膵原基のラ氏島に特異的に認められる)を三次元的に明らかにすることにより、腹側・背側膵原基と膵管分布との解剖学的関係を査証することを目的とした。加えて、外科的に安全な膵頭部区域切除の可能性についても検討した。2方法既報(13年度報告書)3結果1.PP細胞の豊富な腹側膵とPP細胞に乏しい背側膵の間には膵管分枝の交通のない疎な面(dividing Plane : DP)が存在していた。このDPは平面に近い比較的単純な緩やかな曲面を呈していた。2.腹側膵領域と背側膵領域の境界部には組織学的に疎性結合織よりなる疎な間隙を有しており、この間隙がDPと一致していた。3.DPと膵頭部周囲組織との関係では、すべての症例で「総胆管が膵上縁で接する部位」、「門脈右側縁」、約半数の症例で「膵前面アーケード動脈が走行する逆V字型切痕部」がDPを膵表面から類推する構造物であった。5.Ansa型は複雑な癒合面と膵管系の分布を有していた。
脈絡膜新生血管への能動的薬物ターゲティングに関する基礎的研究

加齢黄斑変性患者から得られた脈絡膜新生血管膜を用いて免疫組織化学的に評価したところ、integrinαvβ3が血管内皮細胞に比較的強く発現されていることがわかった。integrinαvβ3に対するモノクローナル抗体を用いて免疫複合体を作成し、その効果を培養細胞とラット眼の実験的脈絡膜新生血管(CNV)モデルを用いて評価した。まずデキストランにマイトマイシンCを結合させた薬物複合体(MMCD)を作成した。次にこのMMCDに抗integrinαvβ3モノクローナル抗体(mAb)を結合させた免疫複合体(MMCD-mAb)と非特異的免疫グロブリン(IgG)を結合させた免疫複合体(MMCD-IgG)を作成した。培養ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)に対する増殖抑制効果を評価したところ、抗integrinαvβ3モノクローナル抗体を付けることにより、HUVECに対する増殖抑制効果が増強された。次にレーザー光凝固によりラット眼に実験的CNVを作成した。このCNVにおいても血管内皮細胞にintegrinαvβ3の発現を認め、他の網脈絡膜組織には認めなかった。次に、CNVを認めるラットに対してFITCで蛍光標識した免疫複合体を静注したところ、24時間後でも明らかにCNV部位に蛍光を認め、その集積効果が示された。最後に、ラット眼のCNVに対する抑制効果をみるために、レーザー光凝固2週間目にMMC、MMCD、MMCD+mAb、MMCD-IgG、MMCD-mAbのいずれかを3日間静注し、その効果を蛍光眼底造影検査と組織学的に検討した。その結果、MMCD-mAbのみで有意なCNVの抑制効果を認めた。以上により、抗integrinαvβ3モノクローナル抗体を用いることにより効果的に薬物を送達し、CNVに対し標的指向化することができた。CNVに対する治療法として今後可能性があるものと考えられた。脈絡膜新生血管の血管内皮細胞に特異的に発現する抗原を検索するために、加齢黄斑変性で脈絡膜新生血管膜摘出術の適応がある患者より硝子体手術を行い脈絡膜新生血管膜を摘出した。得られた標本をOCTに包埋し、凍結切片を作成し、新生血管に比較的特異的に発現されていると考えられる抗原であるCD105、CD44、integrin αvβ3、ICAM-1、E-selectinに対する免疫陽性反応を免疫染色法を用いて評価した。この際、酵素抗体法および第VIII因子を血管内皮細胞のマーカーとして蛍光抗体法を行った。その結果、CD105とintegrin αvβ3が比較的強く、血管内皮細胞に発現していた。次に、サル眼にてレーザーで強凝固させることにより実験的脈絡膜血管新生を作成し、CD105またはintegrin αvβ3に対するモノクローナル抗体を用いて脈絡膜新生血管と他の眼組織とで免疫染色性の違いを比較検討した。いずれの抗原も、脈絡膜新生血管には強く発現していたが、他の正常組織には殆ど発現していなかった。水溶性高分子であるデキストランの側鎖に代謝拮抗剤であるマイトマイシンCを結合させた(MMCD)。マイトマイシンCを結合させたデキストランとモノクローナル抗体のFc領域で結合させ薬物免疫複合体(MMCD-Ab)を作成した。薬物免疫複合体(MMCD-Ab)の薬理効果を培養ヒト臍帯静脈内皮細胞を用いて、MMCD、MMCDに非特異的IgGを結合させた複合体(MMCD-IgG)、MMCD-mAb各々の増殖抑制効果を評価した。

MMCD-mAbは、MMCDやMMCD-IgGと比べて約10倍の増殖抑制効果を示した。モノクローナル抗体による脈絡膜新生血管へのターゲティングの可能性が示唆された。integrinαvβ3に対するモノクローナル抗体を用いて免疫複合体を作成し、その効果を培養細胞とラット眼の実験的脈絡膜新生血管(CNV)モデルを用いて評価した。まずデキストランにマイトマイシンCを結合させた薬物複合体(MMCD)を作成した。次にこのMMCDに抗integrinαvβ3モノクローナル抗体(mAb)を結合させた免疫複合体(MMCD-mAb)と非特異的免疫グロブリン(IgG)を結合させた免疫複合体(MMCD-IgG)を作成した。培養ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)に対する増殖抑制効果を評価したところ、抗integrinαvβ3モノクローナル抗体を付けることにより、HUVECに対する増殖抑制効果が増強された。次にレーザー光凝固によりラット眼に実験的CNVを作成した。このCNVにおいても血管内皮細胞にintegrinαvβ3の発現を認め、他の網脈絡膜組織には認めなかった。次に、CNVを認めるラットに対してFITCで蛍光標識した免疫複合体を静注したところ、24時間後でも明らかにCNV部位に蛍光を認め、その集積効果が示された。最後に、ラット眼のCNVに対する抑制効果をみるために、レーザー光凝固2週間目にMMC、MMCD、MMCD+mAb、MMCD-IgG、MMCD-mAbのいずれかを3日間静注し、その効果を蛍光眼底造影検査と組織学的に検討した。その結果、MMCD-mAbのみで有意なCNVの抑制効果を認めた。以上により、抗integrinαvβ3モノクローナル抗体を用いることにより効果的に薬物を送達し、CNVに対し標的指向化することができた。安全性の面で引き続き検討していかなければならないが、CNVに対する治療法として今後可能性があるものと考えられた。
膝関節力学モデルを用いた膝疾患悪化メカニズムの解明

最終年度の今年度は,変形性膝関節症(膝OA)患者の実計測結果を用いた解析を行った.実計測は患者のボランティアを募集し,歩容を計測した.その結果をElevation angleを用いて解析し,歩容の特徴抽出を行った.健常者と患者の違いを明らかにした.主成分分析を利用してElevation Angleと近似平面を導いた.近似平面でどの程度説明できるか確認するため,累積寄与率を算出した.近似平面の法線ベクトル角度差を利用して,健常者との違いを抽出できるか検討した.また,第1主成分ベクトルと第2主成分ベクトルの角度差も算出した.若年健常者群のデータを用いて近似平面を算出し,健常者の代表平面とした.健常者の代表平面の法線ベクトルと各患者の近似平面の法線ベクトルの角度差を算出した.高齢健常者個人に対しても同様に算出した.閾値をF値の最大化で求めた.さらにROC曲線とAUCを用いて,手法の判別精度を確認した.実計測は光学式モーションキャプチャカメラを用いて計測した.健常者のデータはAISTのデータを使用した.累積寄与率の結果から,平面法則がOA患者でも成り立つことが分かった.高齢健常者と比較して,患者の法線ベクトルが若年健常者代表平面から外れていることが分かった.AUCが0.7を超えていることから,ある程度妥当な指標を探せたことを示している.歩容が健常者と異なっていても,平面法則が膝OA患者においても成り立つことが分かった.Elevation angleを用いた解析によって得られた近似平面の傾きにおいて,第1主成分ベクトルと第2主成分ベクトルが表現する特徴が異なっており,これらを解析することで,患者のタイプを分類することができることが明らかとなった.今後の展望として,得られたこの結果を適用することで,多様に存在する膝OA患者の歩容の特徴を分類し,再現することが可能になると期待される.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。初年度の今年度は,主に膝OA患者の実計測を行い,その解析を行った.実計測はボランティアを募集し,歩容を計測した.結果をElevation angleを用いて解析し,歩容の特徴抽出を行った.以下に研究成果の詳細を示す.Elevation Angleを用いて近似平面を導いた.その過程で主成分分析を利用した.近似平面でどの程度説明できるか確認するため,健常者(若年・高齢)と患者の累積寄与率を算出した.近似平面の法線ベクトル角度差を利用して,健常者との違いを抽出できるか検討した.手法の正確さを検討するために交差検定を行った.正答率,適合率,再現率とF値の平均と標準偏差を算出した.さらにROC曲線とAUCを用いて,手法の判別精度を確認した.実計測は光学式モーションキャプチャカメラを用いて計測した.累積寄与率の結果から,平面法則が患者でも成り立つことが分かった.高齢健常者と比較して,患者のほうの法線ベクトルが若年健常者代表平面から外れていることが分かった.平面法則を利用して疾患の判別を行えることが分かった.従来手法と比較して判別の正答率,適合率,再現率が上がった.平面法則が成り立つ理由は,歩行動作を生成すること自体はできていたからと考えられる.機構学的に拘束条件が成り立つ場合には,法則が成り立つ可能性が高い.平面法則のほうが従来手法よりも正答率があがった理由は,変形性膝関節症患者の代償動作を含めた指標を作れたからと考えられる.提案手法において,AUCが0.7を超えていることから,ある程度妥当な指標を探せたことを示している.歩容が健常者と異なっているにも関わらず,平面法則が変形性膝関節症患者においても成り立つことが分かった.さらに,近似平面の法線ベクトルを用いて,疾患の判別を行える可能性が示された.変形性膝関節症の悪化メカニズムを解明するために,膝関節力学モデルの作成と実際の患者の動作計測を行えた.特に今年度は実際の患者の動作計測を行い,解析を行った点が成果として大きい点である.Elevation Angleを用いた手法はチャレンジングな手法であり,特徴抽出に関して今後の様々な展開が可能であると予想している.従来手法との比較も行えており,本手法の長所と短所を詳細に分析できた.これらの研究成果に関して論文投稿も行えた.最終年度の今年度は,変形性膝関節症(膝OA)患者の実計測結果を用いた解析を行った.実計測は患者のボランティアを募集し,歩容を計測した.その結果をElevation angleを用いて解析し,歩容の特徴抽出を行った.健常者と患者の違いを明らかにした.主成分分析を利用してElevation Angleと近似平面を導いた.近似平面でどの程度説明できるか確認するため,累積寄与率を算出した.近似平面の法線ベクトル角度差を利用して,健常者との違いを抽出できるか検討した.また,第1主成分ベクトルと第2主成分ベクトルの角度差も算出した.若年健常者群のデータを用いて近似平面を算出し,健常者の代表平面とした.健常者の代表平面の法線ベクトルと各患者の近似平面の法線ベクトルの角度差を算出した.高齢健常者個人に対しても同様に算出した.閾値をF値の最大化で求めた.さらにROC曲線とAUCを用いて,手法の判別精度を確認した.実計測は光学式モーションキャプチャカメラを用いて計測した.健常者のデータはAISTのデータを使用した.累積寄与率の結果から,平面法則がOA患者でも成り立つことが分かった.

高齢健常者と比較して,患者の法線ベクトルが若年健常者代表平面から外れていることが分かった.AUCが0.7を超えていることから,ある程度妥当な指標を探せたことを示している.歩容が健常者と異なっていても,平面法則が膝OA患者においても成り立つことが分かった.Elevation angleを用いた解析によって得られた近似平面の傾きにおいて,第1主成分ベクトルと第2主成分ベクトルが表現する特徴が異なっており,これらを解析することで,患者のタイプを分類することができることが明らかとなった.今後の展望として,得られたこの結果を適用することで,多様に存在する膝OA患者の歩容の特徴を分類し,再現することが可能になると期待される.今後は今年度末に購入したジャイロセンサを用いて,簡易にElevation Angleをどの程度の精度で計測できるかを調べる.その後,交差検定などの手法を用いて,臨床現場でも利用できるためにはどのような情報を組み合わせることが必要かどうかを検討する.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
電位差を利用した抗腫瘍物質の癌細胞への選択的集積性と抗腫瘍効果の検討

新鮮手術材料を用いた検討では、新鮮胃癌細胞を対象とした時のカットオフ濃度である30μg/mlにおける抑制率(IR_<30>)は0.1863.5%に分布し平均±標準偏差は35.2±15.3%あった。同一患者から採取された胃癌細胞および脾細胞に対する脂肪親和性陽イオン/Delocalized lipophiliccations(DLCs)の抑制効果は、腫瘍細胞に対しては明らかな濃度依存的な抗腫瘍効果を示したが、脾細胞に対しては有意な細胞障害性は示さなかった。すなわち、DLCsは同一宿主に由来する腫瘍細胞と正常細胞に対しても選択的な毒性を持つことが示唆された。ヌードマウス可移植性ヒト癌株に関する検討では、大腸癌株Co-4におけるDLCsの抗腫瘍効果は7.5mg/kg/日が、14日間腹腔内に投与された群においては対照群と同様な腫瘍増殖が示されたのに対し、浸透圧マイクロポンプを用いて同量が持続皮下投与された群では相対腫瘍重量T/C値の最小値が59.0%と境界的な抗腫瘍効果が認められた。この結果から、DLCsの同等量投与においては持続投与の方が間欠的投与よりも抗腫瘍効果が高いと考えられた。また、CRL1420、St-4、およびCo-4の3株に対して浸透圧マイクロポンプを用いた20mg/kg/日、7日間の持続皮下投与を行った結果、実験期間中の相対平均腫瘍重量T/C量の最小値が42%以下となり有効と判定された。本投与量におけるマウスの衰弱死亡は認められず、体重減少も20%以下であり、本投与法における最大耐容量と考えられた。実際にHT29に対しては40mg/kg、LST174Tに対しては30mg/kgの浸透圧マイクロポンプを用いた連日投与を行ったが、マウスの衰弱死亡が確認され、本投与方法における最大耐容量は20mg/kg/日、7日間の持続皮下投与であると考えられた。脂肪親和性陽イオン/Delocalized lipophilic cations(DLCs)は負電位方向に集積する性質を持つ.一方、癌細胞のミトコンドリア正常細胞のものに比較し負電位が強いため各種DLCsはこの電位差を利用し、選択的に癌細胞のミトコンドリアに集積し、呼吸鎖に必要な酸化還元電位差を飽和し、癌細胞を死に至らしめると予想された。当教室では,これまで各種DLCsのうちlodacyanine化合物で多くの培養ヒト細胞株に対する抗腫瘍効果を検討してきた。本研究においては正常細胞と癌細胞のミトコンドリアの電位差に着目し、癌細胞ミトコンドリアを標的とした新しい作用機序を有する新規抗癌物質としての各種DLCsの開発を目的とし、アフリカミドリザル腎上皮細胞より得られた正常細胞(CV-1)と培養ヒト腫瘍細胞株(ヒト大腸癌株:CX-1、HT29、Co-4、LS174T、Colo205、WiDr、胃癌細胞株:MKN45、MKN74、膵癌細胞株:CRL1420)の各種培養細胞株および新鮮手術材料を用いてDLCsの癌細胞ミトコンドリアへの選択的集積性の検討を行った。各種細胞株とDLCsを0.3,3,10,30,100μg/mlで経時敵に接触させ、24,48,72時間培養後、励気488nm,比色525nmにより細胞中のDLCsをエタノールで抽出し、DLCs濃度をflow cytometerにより測定した。この比色法により細胞1個あたりに取り込まれたDLCsを算出し、正常細胞と癌細胞間のDLCsの取り込みの差ついて検討した。癌細胞においてDLCsの取り込みは正常細胞に比して有意に高く、濃度×時間依存性に増加した。ついで、ミトコンドリア障害性の検討としてヌードマウスを用いてDLCs投与機,肝・腎・心組織を採取し,組織をミンチ後ホモジナイズし,20%STE溶液により遠沈しミトコンドリア分画を採取した。ミトコンドリアにおける呼吸活性をClark oxygen electrodeを用いてpolarographyによる測定を現在進行中である。

また、CRL1420、St-4、およびCo-4の3株に対して浸透圧マイクロポンプを用いた20mg/kg/日、7日間の持続皮下投与を行った結果、実験期間中の相対平均腫瘍重量T/C量の最小値が42%以下となり有効と判定された。本投与量におけるマウスの衰弱死亡は認められず、体重減少も20%以下であり、本投与法における最大耐容量と考えられた。実際にHT29に対しては40mg/kg、LST174Tに対しては30mg/kgの浸透圧マイクロポンプを用いた連日投与を行ったが、マウスの衰弱死亡が確認され、本投与方法における最大耐容量は20mg/kg/日、7日間の持続皮下投与であると考えられた。
北極域の氷河の融解縮小を加速する氷河暗色化メカニズムの解明

本研究では近年急速に拡大する北極域の氷河氷床表面の暗色化現象に注目し,その原因とされる暗色不純物(鉱物と微生物)および黒色炭素(煤)を分析した.その結果,グリーンランド北西部では周辺の堆積物に由来する鉱物が氷河表面の暗色化に大きく寄与しており,日射の吸収を通じて氷河の融解を促進している可能性を明らかにした.さらに,電子顕微鏡観察の結果から,北極広域積雪中の黒色炭素観察の形態情報をはじめて明らかにし,その起源・輸送プロセスや光吸収特性が地域によって異なる可能性を示した.以上,本研究の成果から,氷河上の暗色物質の供給プロセスおよび暗色化拡大メカニズム解明の理解が進むことが期待される.2014年にグリーンランド西部沿岸域の複数の氷河上で採取されたクリオコナイト(鉱物粒子と氷河上微生物由来の有機物の集合体)に含まれる鉱物のSrとNdの同位体比を分析した結果,同位体比は各氷河周辺の堆積物に近い値を示し,先行研究において起源と示唆されるアジアの砂漠とは著しく異なる値を示した.このことから,各氷河上に堆積する鉱物は遠方の砂漠から供給された風成塵ではなく,それぞれの氷河周辺から供給されたものであることがわかった.さらに,北西部のカナック氷河では同位体比は氷河の標高によっても異なった.上流域では氷河周辺に堆積するモレーンに近い値を示したのに対し,中流域では過去に氷河上流部に堆積したものが氷の流動によって氷体内部を通って下流へと運ばれ,表面に露出したダストに近くなった.これは,氷河上の鉱物の供給源が複数存在し,それは氷河周辺のモレーンと氷体内部からのダストであることを示している.カナック氷河では中流域で特に表面の暗色化が著しいことから,暗色化には氷体内ダストの寄与が大きく影響していることがわかった.氷河上の黒色炭素の分析については,デンマーク工科大学のRamona Mateiu氏との共同研究を通じて,走査型電子顕微鏡を用いた観察手法の開発を行った.観察の結果,グリーンランドの氷河の積雪中には,直径60 nmの同サイズの球形粒子で構成された鎖状の構造を持つ粒子と凝集体構造を持つ粒子が含まれており,それらは主にカーボンで構成されていた.これは,先行研究で報告されている黒色炭素粒子の構造に近い特徴であることから,本研究で観察されたこれらの粒子も黒色炭素であると考えられる.以上,本研究の成果によって,まだその詳細がほとんどわかっていない氷河暗色化のメカニズムや,積雪表面の光学特性に影響を及ぼす可能性がある黒色炭素の形態に関する理解が進むと考えられ,その社会的意義は大きい.平成27年度は当初の計画どおり,2014年に採取したクリオコナイトのSr-Nd同位体比,および鉱物組成分析を行うことができた.これらの成果は現在,論文としてまとめており,近く国際誌に投稿予定である.さらに黒色炭素に関しても,予定通り走査型電子顕微鏡を用いた手法の開発を確立させることができており,本研究はおおむね順調に進展している.平成27年度に分析を行ったグリーンランド西部沿岸域の氷河上クリオコナイトのSr-Nd同位体比の結果から,氷河上に飛来する鉱物の起源が主にそれぞれの氷河周辺の堆積物由来であること,その起源は地域によって異なり,各氷河周辺の地質条件を反映していること,さらに氷河表面の暗色域の形成には氷体内ダスト(過去に氷河上流域表面に堆積したものが,氷の流動とともに氷体内部を通って下流域へと運ばれた)の供給が重要な役割を果たしていることが明らかになった.昨年度はこの成果を論文としてまとめ,Frontier EarthScience誌に発表した.さらに,氷河暗色化のもう一つの要因として考えられる黒色炭素の特性を理解するため,Ramona Mateiu氏との共同研究を通じて走査型電子顕微鏡を用いた積雪中の黒色炭素観察手法の改良を行った.その後,黒色炭素の粒径,面積,真円度など,その形態に注目してグリーンランドおよびアラスカの積雪に含まれる粒子の観察を行った.その結果,グリーンランドの積雪にはアラスカに比べて鎖状体構造を持つ粒子が多く含まれており,北極域各地の積雪に含まれるブラックカーボンの起源あるいは輸送経路が地域によって異なることが明らかになった.化石燃料や森林火災の燃焼によって大気中に排出された直後の黒色炭素には鎖状体構造を持つ粒子が比較的多く含まれていることから,グリーンランドの積雪に含まれる黒色炭素は,硫酸塩などの他の大気エアロゾルの吸着や混合などのプロセスをほとんど受けていないと考えられる.このような積雪中の黒色炭素の形態の違いは,その光学的特性に影響を与え,さらに氷河表面のアルベド低下効果に影響を及ぼす可能性がある.以上,本研究の成果によって,まだその詳細がほとんど明らかになっていない氷河暗色化拡大のメカニズムや,近年のクリオコナイト量の増加要因に関する理解が進むと考えられる.6月末から8月にかけてグリーンランド氷床北東部において積雪試料の採取を行い,日本に帰国後,試料中に含まれる暗色不純物の分析を行う予定をしていたが,研究協力機関の事情により試料の到着が当初の予定よりも大幅に延期された.また,それに伴い暗色不純物の分析を行うための使用日程が延期となったが,機器の予約に空きがなくなってしまい,今年度中に分析を完了させることができなくなってしまったため.これまでの研究では,グリーンランド北西部沿岸域の氷河で採取した暗色不純物に含まれるSr(ストロンチウム)とNd(ネオジム)の同位体比を測定し,氷河上の鉱物が周辺の地質起源であること,それが氷河表面の暗色化に大きく影響していることを明らかにした.

これを受けて,昨年度の研究ではグリーランド氷床内陸域に飛来する鉱物の起源を明らかにするため,北東部および南東部の標高約3000m地点の氷床表面で採取された雪氷サンプルに含まれる鉱物粒子のSr-Nd同位体比を測定し,氷床上の鉱物の主な起源が先行研究で示されてきたアジアやアフリカの遠方の砂漠ではなく,グリーンランド東部沿岸域の土壌堆積物である可能性を明らかにした.今後さらなる温暖化の影響を受けて氷床の後退が進み,地表面の露出面積が拡大すれば,内陸域の氷床表面でも不純物によるアルベド低下効果が大きくなる可能性がある.さらに,氷河暗色化のもう一つの要因として考えられる黒色炭素の特性を理解するため,走査型電子顕微鏡を用いてアラスカ広域で採取された積雪に含まれる黒色炭素の観察を行った.その結果,黒色炭素の粒径や形態は地域によって大きく異なり,例えば北部のプルドーベイでは南部のフェアバンクスやアンカレッジの積雪に比べて粒径が小さく鎖状体の構造を持つ粒子が多く含まれていることがわかった.化石燃料燃焼由来の黒色炭素は,森林火災起源のものに比べて粒径が小さいこと,また排出直後のものは鎖状体構造をもつことが明らかになっており,この北部の黒色炭素は近隣に位置する油田から排出されたものであると考えられる.このような黒色炭素の特徴の違いはその光学特性に影響を与え,さらに氷河表面のアルベド低下効果にも影響を及ぼす可能性がある.以上の成果は現在論文としてまとめており,投稿準備中である.本研究では近年急速に拡大する北極域の氷河氷床表面の暗色化現象に注目し,その原因とされる暗色不純物(鉱物と微生物)および黒色炭素(煤)を分析した.その結果,グリーンランド北西部では周辺の堆積物に由来する鉱物が氷河表面の暗色化に大きく寄与しており,日射の吸収を通じて氷河の融解を促進している可能性を明らかにした.さらに,電子顕微鏡観察の結果から,北極広域積雪中の黒色炭素観察の形態情報をはじめて明らかにし,その起源・輸送プロセスや光吸収特性が地域によって異なる可能性を示した.以上,本研究の成果から,氷河上の暗色物質の供給プロセスおよび暗色化拡大メカニズム解明の理解が進むことが期待される.本研究課題を進めるにあたって,今後はクリオコナイト同様,2014年にグリーランド氷床上の複数の地点で採取された黒色炭素の形態を観察し,その空間分布を明らかにする.平成27年度に確立させた顕微鏡観察手法を用いて,グリーンランドの場所による黒色炭素の形態の違いを明らかにすることができれば,その起源や氷河氷床表面の暗色化に与える影響の違いを,よりはっきりと示すことができると考えられる.また,クリオコナイト中の有機物成分のSr-Nd同位体比についてはすでに測定を終えているが,まだ十分な考察を行うことができていないため,主要元素,微量元素の同定,定量を行い,その結果を合わせて考察することで微生物の有機物生産への影響について明らかにする.さらに,氷河上に供給されるこれらの暗色物質が年によって異なるのかどうか明らかにするため,2011年から2013年にかけて氷河上で採取されたクリオコナイトと黒色炭素についても同様に分析を行い,2014年の結果と比較してその時間変化を明らかにする.また,余力があれば現地に行って氷床表面だけではなく,大気から降下するダストや黒色炭素を直接捕集する.
新システム画像解析法による食肉物性評価技術の開発

肉質において脂肪交雑、きめ、やわらかさは枝肉格付や食味に関わる重要な要因である。先端で独創的なマイクロスコープ法、可視・紫外線蛍光画像解析法を肉質評価のため発展させた。マイクロスコープ法による肉のきめの評価は、品種や系統などの肉の特性を明らかにする効果的な方法であった。脂肪交雑の評価では可視画像解析法は豚肉に、紫外線蛍光画像解析法は牛肉にそれぞれ有効であった。画像解析値と化学的測定値から、肉のきめや結合組織、やわらかさは遺伝だけでなく、飼養管理の影響があることが示唆された。食肉の物性(脂肪交雑やきめ、やわらかさ)を評価することは、肉の高品質化や多様化にとって重要であり、本研究は画像解析法を中心とした光学的新システムによって、それらを客観的、迅速に評価しようというものである。今年度は、実験の一つとして、マイクロスコープ法を応用し、和牛肉における系統間の肉のきめ(第一次筋束の大きさ)に差が出るのかどうかを検討した。なお、きめは枝肉格付基準だけでなく、食感や多汁性にも影響する重要な形質である。特に、和牛では増体系統と資質(肉質)系統があり、その特徴付けにもなるものであり、また新たな育種選抜形質として役立ち、さらに海外のWagyuとの競争形質にもなるとみられる。資質系と増体系の和牛のきめを比較した結果、資質系できめ(マイクロスコープの評価値)が小さい傾向にあった。次に2番目の計画として、豚肉において著者らの開発した栄養操作による脂肪交雑豚肉と、遺伝による脂肪交雑豚肉の筋肉内脂肪の状態を比較した。その結果、特に違いは観察されなかった。なお、栄養操作による方法には他の研究者が提唱するいくつかの方法があり、方法によってはロース面積が小さくなったり、しまりが劣ったりするという報告もあるので、このあたりはさらなる検討が必要かもしれない。また、現時点では、きめや脂肪交雑の画像解析計測でマニュアル操作が入るので、時間がかかるが、凍結切片法に比べると、マイクロスコープ法では生肉上で短時間に実施でき、さらに画像判読のしやすさが格段に良かった。紫外線蛍光システムでは、新たな機器の開発の基礎とするため、器機メーカーの協力により紫外線蛍光分析装置を肉質分析用に改良し、実験を行った。紫外線と肉質評価に対する基礎的知見ー紫外線照射角度などと蛍光強度(画像ではなく分光分布)に関する検討をしたところ、紫外線照射法により、肉組織の蛍光は大きな影響を受けることがわかった。食肉の物性(脂肪交雑やきめ、やわらかさ)を評価することはや高品質化や個性化にとって重要であり、画像解析法を中心とした光学的新システムによってそれらを客観的、迅速に評価しようという研究である。食肉のきめは、枝肉格付の1つとして重要なだけでなく、見栄えや、舌触りや多汁性といった食味にもかかわる重要な要因である。たとえば、黒豚の肉は一般的な豚肉(LWD交雑種)に比べて、脂肪交雑が乏しい、いわゆる赤身であるが、おいしいと言われる。この理由は、肉のきめ(第一次筋束の大きさ)が細かく、舌触りがよく、細かい組織に肉汁をうまく保持し、多汁性に富むためと考えられる。黒豚の筋繊維の細かさは報告されていたが、きめは明らかではなく、本研究においてマイクロスコープ法によって、黒豚だけでなく、中ヨークシャーやイノブタにおいてもLWDに比べてきめが細かいことを科学的に立証した。和牛肉では脂肪交雑は食味にとって重要であることはわが国では広く知られており、豚肉においても脂肪交雑が食味を向上させることが国際的に報告されてきた。脂肪交雑の評価には画像解析法が有効であるが、豚肉では色が淡いことから解析が難しく、殆ど報告されていない。組織切片で脂質染色後、画像解析した方法では実用性に乏しく、今回、汎用システムを用いた画像解析法で生肉のまま評価できる方法を考案した。また、マイクロスコープ法によれば、筋内脂肪の細胞形状までわかることを発見した。紫外線蛍光システムの構築については、紫外線光源の選択、光源と励起波長の選択、受光システムの感度の問題、海外の赤身と比べて脂肪交雑が多く、複雑な光学現象を示すため、様々な条件の組合せとその選択が難しく、器機の導入が終わった段階である。食肉において、きめは格付、外観、食味(歯触り、多汁性)に関与する重要な要因であり、脂肪交雑や筋肉内結合組織はテクスチャーなどの食味に影響する重要な要因である。本試験では独自技術のマイクロスコープ法によるきめの評価を牛肉、豚肉に応用し、さらに筋肉内の脂肪や結合組織に影響する要因を調査し、それらの新たな迅速な光学的測定法についても検討した。マイクロスコープ法によるきめの評価では、黒毛和種増体系は同肉質系にくらべて、きめが細かい特徴を有することがあきらかとなった。

一方、増体系に比べると短角種や輸入肉も肉質系同様にきめが細かく、一般的にいわれているように、黒毛和種が必ずしもきめが細かいとはいえなかった。一方、経産黒毛和種(増体系)ではきめが細かく、飼養管理によっても影響されることが明らかとなった。また、黒毛和種において筋肉部位間のきめの違いを評価したところ、特に大腰筋は半膜様筋や半腱様筋にくらべてきめがこまかい特徴を有していた。豚肉においてもきめは品種で異なることが明らかとなり、脂肪細胞自体もマイクロスコープ法によりうまく観察できた。結合組織量や質は部位間による違いがあり、物性に関しては結合組織の量よりも質が重要であった。ただし、黒毛和種牛肉において結合組織(コラーゲン)量を減らすとさらに筋肉内脂肪含量が高まるリスクのある可能性が示唆された。豚肉では飼養管理によって脂肪交雑含量や結合組織量が変化することが示され、特に脂肪含量と結合組織含量の関連はみられず、やわらかさを増すにはコラーゲンの量や質を調整するよりも筋肉内脂肪含量(脂肪交雑に関係)を高めることが有効であることが示唆された。紫外線蛍光システムは、脂肪交雑や結合組織を観察したり、区別する方法としては有効であったが、結合組織の硬軟(コラーゲンの可溶性、不溶性)を区別するにはさらなる改善が必要であった。畜産牛肉のきめと豚肉の脂肪交雑に関するマイクロスコープ法の応用に関しては概ね順調であり、特に牛肉のきめの評価結果で実用性も期待される成果が出つつある。紫外線蛍光システムについては、計画よりやや遅れた感はあるが、基本に立ち返って、紫外線照射条件と結合組織と脂肪組織の蛍光に関する基礎データを得、ゆっくりではあるが、着実に進歩させようとしている状況にある。マイクロスコープによる豚肉のきめの評価法に関しては順調に進んでおり、肉のきめの評価が可能で、大型種と各種中型種の品種間の差をとらえることができ、また、牛肉についても可能であることを示し、かなり順調に進んでいると考えられる。豚肉の脂肪交雑の評価法については、組織切片を作成して脂肪染色をせずに、画像解析法によって可能であることを示しただけでなく、マイクロスコープ法によれば、筋内脂肪細胞の形状の評価も可能であることを発見し、かなり順調である。紫外線蛍光システムの構築については、様々な条件の組み合わせがあり、器機の選択と導入に時間がかかっており、やや遅れ気味である。上記の理由により、全体としておおむね順調に進展していると評価した。牛肉のきめに対するマイクロスコープ法に関しては、予定通り、検体数を重ねて、有意差が出るかどうかまで、検討してゆく予定である。豚肉の脂肪交雑に対するマイクロスコープ法に関しても、予定通り、検体数を重ねて、検討してゆく予定である。また、マイクロスコープ法全般に関して、より良い方法とするための検討を進める。紫外線蛍光システムについては、現在、積み上げつつある基礎データを基にして、基本的なシステム案(条件)を出す予定である。なお、大学を本年4月から異動したこともあり、現時点では器機類の移動の遅れの関係、さらに、こちらでは院生もいないため、研究の遅れが懸念されるが、できるだけそれらを克服するようにしたい。食肉のきめに関しては、計画通り、牛肉において系統によって差があるのかどうかを検討する。このことは、増体系に比べて、但馬系などは増体は良くないが、きめが細かく(仮説)、やや小型の資質系の特徴(良さ)を引き出すものであると考えている。