hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
舌発がんにおける炎症関連酵素、PPARsの関与とその制御による発がん防御

その結果、舌扁平上皮がんの平均発生個数/ラツト(発生頻度)は、雄Tgラットで実験開始後8週で1.00個(2/2匹)、10週で1.00個(1/1匹)、12週で1.50個(2/2匹)、14週で2.50個(2/2匹)、18週で5.50個(2/2匹)、22週で3.00個(5/5匹)発生し、雄Wildラットでは、実験開始後8週で0個(0/2匹)、10週で0個(0/2匹)、12週で0.50個(1/2匹)、14週で0個(0/2匹)、18週で0個(0/2匹)、22週で0.40個(5/5匹)発生した。雌Tgラットでは、実験開始後8週で0.50個(1/2匹)、10週で0個(0/1匹)、12週で0.50個(1/2匹)、14週で0.67個(2/3匹)、18週で2.33個(3/3匹)、22週で1.13個(5/8匹)発生し、雌wildラットでは、実験開始後8週で0個(0/2匹)、10週で0個(0/1匹)、12週で0個(0/2匹)、14週で0個(0/2匹)、18週で0.50個(1/2匹)、22週で0.43個(2/7匹)発生した。また、これら発生した扁平上皮がんはすべて高分化型であり、浸潤度はこれまでの4-NQC投与雄性F344ラットよりも高度なものであった。さらに、異形成の発生やその周囲に炎症性細胞・マスト細胞の浸潤が高頻度に認められた。これらの結果から、本Tgラットの4-NQOに対する発がん感受性は、雌雄ともWildラットよりも高く(雄>雌)、このモデルを利用した化学物質の発がん修飾作用や舌発がん物質の検出が可能と考えられた。現在、舌発がんへの炎症の関与の有無を検討中であり、未処置ラット舌上皮におけるras蛋白発現も解析中である。炎症と舌発がんの係わりを明らかにする目的で動物実験を実施した。雄性F344ラット(4週齢)20匹に4-nitroquinoline 1-oxide(4-NQO)を20ppmの濃度で8週間飲水投与し、実験開始後32週で犠牲死させた。舌を摘出し、その病理学的解析を行った。同時に、非腫瘍部および過形成病変、異形成病変、扁平上皮がんを含む舌組織におけるIL-α、ILβを測定し、各組織中の肥満細胞と新生微小血管の数を測定した。その結果、IL-α(pg/mg)は、非腫瘍部:7.8±1.5、過形成病変:13.8±4.6、異形成病変:37.8±7.9、扁平上皮がん:45.1±7.7、ILβ(pg/mg)は非腫瘍部:0.81±0.18、過形成病変:1.43±0.48、異形成病変:3.92±0.59、扁平上皮がん:4.62±0.61、tryptase陽性肥満細胞数:(/mm^2)は、非腫瘍部:6.5±1.6、過形成病変:9.9±2.0、異形成病変:18.4±2.0、扁平上皮がん:28.4±5.2、CD31陽性新生微小血管数(/mm^2)は、非腫瘍部:18.0±1.8、過形成病変:17.8±4.6、異形成病変:28.4±5.8、扁平上皮がん:51.8±7.2といずれの値も発がん過程の進展に伴って有意(P<0.05)な増加をみた。これらの結果から、舌発がんの進展、特に悪性転化に炎症が関わることが判明した。また、肥満細胞数の増加と血管新生の相関が示唆され、特に癌細胞の浸潤部では、肥満細胞の増加が観察された。このように、過形成、異形成、癌の侵入部最前線では、炎症性肥満細胞は、間質を再編成し、脈管形成を促進するために動員されることが示唆された。
原子の結合を切断できるナノ多結晶ダイヤモンド製切削工具の開発

アルミや銅合金の超精密切削に使われている単結晶ダイヤモンド製切削工具の刃先の丸み半径は10 nm前後であり,側方バリが生じることが原因で理論どおりの加工面粗さは得られない.また,切削加工に費やされるエネルギの約95 %は切りくずを排出することに使われている.本研究では,ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)製ノーズRバイトの刃先の丸み半径を,アルミや銅合金の原子半径と同じ,0.1 nmに成形するための研究を行った.レーザ加工後のNPD製ノーズRバイトに対して乾式ラッピングと酸素プラズマを用いたドライエッチングを行うことにより,刃先の丸み半径を研究目標のとおり0.1 nmに成形することができた.平成27年度には,焼結助剤として用いられているコバルトCoを炭化ホウ素B4Cや窒化硼素で置換した焼結ダイヤモンド(PCD)製円板をツルーアに使用し,レーザ成形を行い刃先の丸み半径を150 nm前後の値に成形したNPD製ノーズRバイトに対して乾式ラッピングを行った.その結果,PCD製ツルーアの成形や乾式ラッピングに使用したDCサーボモータ主軸のアキシャル方向に300 nm程度の非同期振れが生じていたことが原因で,刃先の丸み半径を1 nm以下に成形することはできたが,刃先にサイズが500 nm前後の欠けが発生した.刃先に欠けのない乾式ラッピング技術を開発するためには装置の設計をし直す必要があり,平成27年度内に乾式ラッピング技術を完成させることには無理があると判断された.そこで,乾式ラッピング後のNPD製ノーズRバイトに対して実施する予定であった反応性イオンエッチングを一時断念し,本来は平成28年度に実施することを計画していた,レーザ成形を行い刃先の丸み半径を150 nm前後の値に成形したNPD製ノーズRバイトに対し,反応性イオンエッチングを前倒しして行った.イオンエッチング条件の他に,NPD製ノーズRバイトを固定化するために使用したステンレス製ホルダの直径や形状,ホルダからのNPD製ノーズRバイトの突出し長さ等を変えてイオンエッチングを行い,イオンエッチングの刃先にホルダからスパッタアウトしたFeが付着しない条件を見出すための基礎実験を行った.また,質量数が異なる7種類の希ガスを用いてドライエッチングを行った.その結果,酸素プラズマを用いて反応性イオンエッチングを行うと刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できることが明らかになった.NPD製ノーズRバイトを乾式ラッピングするためのツルーアには,焼結助剤として用いられているCoをB4CやBNで置換した焼結ダイヤモンド(PCD)製の円板を使用した.このPCD製円板の粗さを30 nm Rz以下に成形する過程で,PCD製円板を回転運動させるために使用したDCサーボモータの主軸に過負荷がかかってしまい,PCD製円板の表面に300 nm程度の非同期な面振れが生じてしまった.また,面振れが原因でNPD製ノーズRバイトの刃先にサイズが500 nm程度の欠けが生じてしまった.そこで,乾式ラッピング後のNPD製ノーズRバイトに対して実施する予定であった反応性イオンエッチングを一時中断し,本来は平成28年度に実施することを計画していた,レーザ成形を行い刃先の丸み半径を150 nm前後の値に成形したNPD製ノーズRバイトに対して反応性イオンエッチングを前倒しして行った.その結果,レーザ加工を行い刃先の丸み半径を120 nm,楔角を80度に成形したNPD製ノーズRバイトに対して酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチングを行うと,刃先の丸み半径を1 nm以下,楔角を83度に成形できることが明らかになった.以上紹介したように,熱化学反応を利用した乾式ラッピング技術に関しては,刃先に欠けが生じるといった研究計画立案時に予期しなかった問題が発生し,平成27年後に技術開発を完成させることができなかった.一方,ドライエッチング技術に関しては刃先の丸み半径を1 nm以下,場所によっては0.1 nmに成形できるドライエッチング条件を見出すことに成功しており,本研究を3年の研究期間内で完成させる技術的裏付けとなる実験の結果を得ることができた.平成27年の4月から,レーザ成形したナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)製ノーズRバイトに対して乾式ラッピングと酸素プラズマを用いたドライエッチングを行い,刃先の丸み半径を1 nm以下に成形するための研究を行っている.平成27年度の研究を終了した時点では,乾式ラッピングを行うと刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できるが刃先に生じる欠けを防ぐことができなかった.また,レーザ成形後や乾式ラッピング後のノーズRバイトに対してドライエッチングを行うと,刃先の縁だれが鋭利化されるだけでなく欠けが消滅し,刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できることが明らかになった.平成28年度には,乾式ラッピング時に刃先に欠けが生じる原因を明らかにし欠けを防止するための研究を行った.また,ドライエッチングを行うと刃先が鋭利化される原因を解明するための研究を行った.研究実績の概要は以下のようにまとめられる.(1)乾式ラッピング時に生じる欠けを防ぐための研究:ノーズRバイトを乾式ラッピングするために使用した,焼結ダイヤモンド(PCD)製円板に生じる0.3 μm程度の非同期な面振れを除去するため,タービン駆動方式のエアスピンドルを用いてPCD製円板を自転運動させ乾式ラッピングを行った.非同期な面振れについてはこれを完全に防止することができた.

PCD製円板の回転に同期して生じる面振れを0.12 μmの範囲で変化させて乾式ラッピングを行った結果,欠けを無くするためには面振れを完全に無くする必要があることが明らかになった.(2)ドライエッチングに生じるメカニズムを解明するための研究:ノーズRバイトのドライエッチング時には,酸素プラズマがすくい面や逃げ面に対して垂直に衝突し,これらの面が元の面に対して平行にドライエッチングされるために刃先の丸みや欠けが消滅し,刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できることが明らかになった.本研究を開始した平成27の4月の時点で,レーザー成形したNPD製ノーズRバイトのすくい面に対して熱化学反応を利用した乾式ラッピングを行うと,すくい面を5 nm Rz前後の粗さに成形できることが明らかになっていた.乾式ラッピングを行い逃げ面も5 nm Rz前後に成形できれば,すくい面と逃げ面の稜線にあたる刃先の丸み半径を5 nm程度には成形できるのではないかと考え,本研究を開始した.現時点でノーズRの半径が0.4 mmの刃先にサイズが100 nm以上の欠けが発生しているのは事実であるが,刃先の丸み半径は1 nm以下に成形できている.また,乾式ラッピング後のノーズRバイトに対して酸素プラズマを用いたドライエッチングを30分程度行うと,すくい面や逃げ面が元の面に対して平行にドライエッチングされるために欠けが除去されるだけでなく刃先の丸み半径を1 nm以下に成形できる.残された研究期間内で乾式ラッピング時に生じる欠けを無くするための研究は継続して実施するが,レーザ成形されたノーズRバイトに対して乾式ラッピングを行い刃先の丸み半径を1 nm以下に成形するといった本研究の目標は達成することができたと考えている.このように,NPD製ノーズRバイトの刃先の丸み半径を1 nm以下に成形するための研究はほぼ完成することができた.ただし,切削実験を行い切れ刃鋭利化の効果を証明するための切削実験が残されているという意味で進捗状況を"おおむね順調に進捗している"と判断した.本研究の目標は,ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)に対してレーザ加工,熱化学反応を利用した乾式ラッピング,ならびに酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチングを行い,刃先の丸み半径が0.1 nmで欠けが無いNPD製ノーズRバイトを作ることである.また,試作したNPD製ノーズRバイトを無酸素銅の超精密切削に使用し,粗さが1 nm Ry以下の加工面を作ることである.つまり,NPD製ノーズRバイトの刃先の丸み半径を0.1 nmに成形することと,原子の結合を切断できることを証明するための切削実験を行うことである.研究目標を達成するため,平成29年度には1レーザ成形したNPD製ノーズRバイトに対して熱化学反応を利用した乾式ラッピングを行い,刃先に生じる欠けを防ぐための研究を行った.また,2乾式ラッピング後のNPD製ノーズRバイトに対して酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチングを行い,刃先の丸み半径を0.1 nmに成形するための研究を行った.
ハゲ山に森林が再生した流域における洪水緩和機能の回復メカニズムの解明

本研究の目的は、ハゲ山からの森林再生によって降雨量ー直接流出量が変化したメカニズムを解明していくことである。東京大学演習林生態水文学研究所穴の宮試験地内にAプロット(ハゲ山)、Bプロット(森林→伐採→ハゲ山)、Cプロット(森林)を設け、同じ観測システムを設置して、同じ降雨量に対する表面流の違いを定量的に比較した。A,BとCの比較から、森林斜面では降水強度に関係なく降水量の約2%が地表面流量となっていたが、裸地斜面では降水強度が1mm/5分を超える強度の降水量の約30%が地表面流量となっていた。この結果により、森林斜面と裸地斜面の地表面流量の差の降雨イベント毎のばらつきを説明できた。本研究の目的は、ハゲ山からの森林再生によって降雨量ー直接流出量関係が変化したメカニズムを解明することである。降雨強度が大きい場合は、浸透能の増大や土壌中の大量かつ長時間の一時貯留効果が発揮されたのではないかという可能性、森林が成立していることで樹冠遮断蒸発量による効果が発揮された可能性を、同流域内に残存するハゲ山と森林に覆われた場所において、検証する。そのために、Aプロット(ハゲ山)、Bプロット(森林→伐採→ハゲ山)、Cプロット(森林)を設け、同じ観測システムを設置して、同じ降雨量に対する、各測定項目(土壌水分、表面流、樹冠遮断蒸発量)の違いを定量的に比較し、森林伐採とハゲ山化の2段階の変化を森林に与えることで、降雨時の樹冠遮断蒸発量と土壌の浸透能の効果が発揮されるメカニズムを詳細に明らかにしていく。1年目は、AプロットとB・Cプロットにおける各測定項目の現状比較が目的であり、ハゲ山と森林の違いを定量的に明らかにするために、表面流プロットA,B、Cプロットに設置し、地表面流を設置した水位計で計測する体制を現地に整え、転倒マス型量水計をセットして、降雨時の表面流の水量を計測する体制を整えた。そのために、Aプロット(森林)、Bプロット(森林→伐採→ハゲ山)、Cプロット(ハゲ山)を設け、同じ観測システムを設置して、同じ降雨量に対する表面流の違いを捉える。2年目は1年目に取得したデータの解析を行い、研究成果として発信するとともに、Bプロットに変化を加える前にAとBの違いを明らかにする必要性から、転倒マス型量水計を分解能の細かいものに再設置することを決めた。本年度は、これまでに取得したデータを用いて、中部森林学会および日本森林学会で研究成果を発表した。ハゲ山からの森林再生によって流域からの直接流出量が減少することが見いだされ、そのメカニズムとして蒸発散量の変化のほかに出水時の流出プロセスが変化した可能性が指摘されている可能性を検証するため、ハゲ山斜面と森林斜面の表面流量の比較を行うことを目的とした研究成果を取りまとめた論文が受理された。主な成果として、広葉樹二次林に比べて裸地の表面流量は常に多いが、その割合は3倍から16倍までの幅があり、1 mm/5分以上の降水強度の降水量の割合が多いほど、倍率が大きいことがわかった。3プロットのデータは順調に取得できているが、変化を加える予定のBプロットと、そのままにしておくAプロットの森林間の差異による出水時のデータの解析が不十分と判断されたため、Bプロットの伐採を遅らせている。理由は、研究を進める中で、Bプロットの森林を伐採する前に、地表面を覆っているリターを取り除くなどの細かい変化を与えて、表面流の違いに影響を与えそうな地表面のリター、枝、等それぞれの一時貯留機能の評価を行うと、当初予定していた以上の、興味深いデータが取得できる可能性が出てきたためである。本研究研の目的目は、ハゲ山からの森林再生によって降雨量ー直接流出量が変化したメカニズム解明していくことである。降雨強度が大きい場合は、浸透能の増大や土壌中の大量かつ長時間の一時貯留効果が発揮されたのではないかという可能性、森林が成立していることで、樹冠遮断蒸発量による効果が発揮された可能性を、東京大学演習林生態水文学研究所穴の宮試験地内に残存するハゲ山と森林に覆われた場所において検証する。そのために、Aプロット(ハゲ山)、Bプロット(森林→伐採→ハゲ山)、Cプロット(森林)をも設け、同じ観測システム設置して、同じ降雨量対する、表面流の違いを定量的に比較し、森林伐採とハゲ山化の2段階の変化を森林に与えることで、降雨時のメカニズムを明らかにしていく。本年度は、表面流の流出にリターが与える影響を定量的に明らかにするために、段階的変化させる予定であるBプロット内に本年度落葉し、堆積しているリターをはぎ取る実験を実施した。

A,BとCの比較から、森林斜面では降水強度に関係なく降水量の約2%が地表面流量となっていたが、裸地斜面では降水強度が1mm/5分を超える強度の降水量の約30%が地表面流量となっていた。この結果により、森林斜面と裸地斜面の地表面流量の差の降雨イベント毎のばらつきを説明できた。3プロットの設置が当初の予定よりもやや遅れてしまったため、本年度に大雨時の表面流データを数多く取得することができなかった。本研究は、Bプロットに間伐や抜根などの処理を加える前の3プロットの表面流データがきちんと取得できていることが前提であるため、大雨時の表面流データをもう少し多数取得したいと考えている。そのために、来年度予定している間伐の時期がやや遅れることが予想されるが、来年度の梅雨時期、台風シーズンに数多くの大雨データが取得されれば、遅れは取り戻せると考えている。3プロットの表面流データを数多く取得して、降雨パターンによる表面流の違いを定量的に明らかにする。定量化が終了したのち、Bプロットのリターを除去する。その状態で、なるべく多くの表面流データを取得して、森林におけるリターの有無が表面流にどの程度影響するのかを定量的に把握する。その後、Bプロットの森林を伐採する。その状態で、さらに表面流データを取得し、十分なデータが取得できたのちに、Bプロットに残された切り株を抜き取る。抜き取ったのちの表面流データを取得し、間伐だけの状態と、切り株まで除去した場合では表面流にどれほどの違いがでるのかを明らかにする。森林水文学3プロットの表面流データを数多く取得し、現状における森林とハゲ山に同じ雨が降った場合の表面流の違いを定量的に把握する。定量化が終了したのち、Bプロットの森林を間伐する。その状態で、3プロットの表面流データを数多く取得し、処理を加えたことで、どれだけ表面流に変化がもたらされるのかを明らかにする。それが明らかになり次第、Bプロットに残された切り株を抜きとる。抜き取ったのちの表面流データを取得し、間伐だけの場合と、切り株まで除去した場合では表面流がどれほど異なるのかを明らかにする。3プロットのデータは順調に取得できているが、変化を加える予定のBプロットと、そのままにしておくAプロットの森林間の差異による出水時のデータの解析が不十分と判断されたため、Bプロットの伐採を遅らせているためである。理由は、研究を進める中で、Bプロットの森林を伐採する前に、地表面を覆っているリターを取り除くなどの細かい変化を与えて、表面流の違いに影響を与えそうな地表面のリター、枝、等それぞれの一時貯留機能の評価を行うと、当初予定していた以上の、興味深いデータが取得できる可能性が出てきたためである。本年度において、本研究の観測体制は整ったものの、大雨出水のイベント数が多くはなかったため、それに応じた観測体制の拡充およびその他の物品の購入が保留となったため。定量化が終了したのち、Bプロットのリターを除去するための消耗品類、Bプロットの森林を伐採する際の作業に必要な経費として使用予定である。その他、研究成果の公表のための英文校閲、学会参加費等に使用予定である。来年度以降、大雨出水のイベントが数多く取得できれば、それに応じた観測体制の拡充が見込まれるため、次年度に使用予定となった。
ミクログリア活性化に対する光療法の開発ー動物モデルを用いた基礎的研究ー

近赤外線の持つ抗炎症作用に注目し、精神疾患における活性ミクログリア仮説に対する治療法発見のため、近赤外線の脳内効果を調査した。当初予定した活性ミクログリア仮説に即したPoly:IC及び、GM-CSFの擬似感染モデルでは、ラットの脳内で有意なミクログリア活性化がみられなかった。一方、近赤外線の脳への効果は、健常ラットに近赤外線を照射した場合には、照射ラットでは、非照射ラットに比べBDNFの増加、インターロイキン(1β、6、及び10)の減少、照射後の体温上昇がみられた。特にBDNFは、成体に加え、胎児期ラットやヒト培養神経細胞でも照射後の上昇がみられ、精神疾患の予防法につながることが示唆された。近年、炎症を伴う外科的疾患に対する治療法として各種光線療法が多用されている。特に直線偏光赤外線治療器による近赤外線照射は、強い抗炎症作用を持ち、非侵襲的でかつ安全な治療法として多くの施設で行われ、有効性が報告されている。最近では動物頭部外傷モデルにおける活性化ミクログリアの減少が報告され、我々は近赤外線の持つ作用に注目し、精神疾患における活性ミクログリア仮説に対する有益な治療法につながると考えた。本研究では動物の活性化ミクログリアモデルを用いて照射実験を行うものであるが、健常ラットに近赤外線を照射して脳内の影響をみた研究が他になかった。そのため、最初に8週齢の健常ラットの脳前頭葉部周囲への直線偏光赤外線の照射が、脳内のミクログリアや伝達物質にそれぞれどのような影響を与えるのかを比較/調査した。1照射なし2照射あり(1分・2分・4分・8分照射)の5グループにわけ、それら頭部を剃髪したラットの前頭部に対し市販のスーパーライザーを用いて、スポット照射用Bタイププローブにて出力100%でon5秒/off2秒の照射を1日1回、3日連続で行った。それぞれ照射後にラットを深麻酔の上、潅流脱血を行い、それらの脳を取り出し、近赤外線照射後おける脳内の1神経栄養因子2たんぱく質3メッセンジャーをリアルタイムPCR法により比較した。また照射前後のバイタルサイン(体温)も比較した。その結果、1)照射群では、非照射群に比べて、BDNFが上昇した一方、IL-1B、IL-6、IL10の減少がみられた。加えて2)照射群においては、照射後の体温上昇が認められた。以上より、近赤外線照射は、その波長が頭蓋を透過し脳内への影響を与え、BDNFやインターロイキン等を通して脳内炎症の低下や神経の増強を促進することが示唆された。結果から、近赤外線照射は動物の頭蓋を通して、脳内の神経栄養因子やサイトカインに影響を与えうる可能性が示唆された。このことは脳内における炎症を抑え、傷害された神経保護を促進する可能性を含んでいる。このことは我々が考える精神疾患の活性化ミクログリア仮説に対する治療法の一助になるといえる。一方で、活性化ミクログリアの動物モデルにおいては、脳内において有意なミクログリア活性を見出せなかったため、投与法を含め、実験設定をもう一度見直す必要がある。近赤外線の持つ抗炎症作用に注目し、統合失調症など精神疾患における活性ミクログリア仮説に対する有益な治療法の発見のため、脳への近赤外線の効果を調査した。本研究では精神疾患における活性化ミクログリア仮説に対し、動物の活性化ミクログリアモデルを用いて照射実験を行ったが、今回、poly:ICによる胎生期投与モデル及び、マウスによって報告されているGM-CSFによる胎児期投与モデルのどちらも有意なミクログリア活性化が認められなかった。一方、近赤外線の脳内効果について前年度に近赤外線照射ラットでは、非照射ラットに比べ神経栄養因子(BDNF)の増加、インターロイキン(1β、6、及び10)の減少、照射前後の体温上昇を報告した。その研究において近赤外線の有用性が示唆されたため、ラット成体だけではなく、幼少期やヒト神経培養細胞でも近赤外線の効果BDNFに対して調査した。成体ラットでの処置と同様に1照射あり、照射なしの3グループにわけ、胎児期ラットは生後1日目からスーパーライザーにより、ラット全身に出力100%on5秒/off2秒の照射を1日1回、5日連続で行った。それぞれ照射後にラットを深麻酔の上、濯流脱血を行い、脳を取り出して、近赤外線照射後における脳内栄養因子BDNFをWestern Blot法による比較した。その結果、照射群では、非照射群に比べて一定の条件においてBDNFが上昇した。加えて近赤外線によるBDNFの上昇効果は、ヒトの培養神経細胞(SK-N-SH)を用いて、同様の実験(1日1回、5回連続照射)を行ったところ、細胞内におけるBDNF発現の上昇が認められた。以上により、近赤外線照射は、様々な種を問わずにその波長が脳内に影響を与え、BDNFやインターロイキン等を通して脳内炎症を低下させることが示唆された。

一方、近赤外線の脳への効果は、健常ラットに近赤外線を照射した場合には、照射ラットでは、非照射ラットに比べBDNFの増加、インターロイキン(1β、6、及び10)の減少、照射後の体温上昇がみられた。特にBDNFは、成体に加え、胎児期ラットやヒト培養神経細胞でも照射後の上昇がみられ、精神疾患の予防法につながることが示唆された。本研究計画では脳内ミクログリア活性方法の一つである、polyinosinic-polycytidylic acid(poly I:C)投与モデルを使用しているが、結果次第によって、動物モデルをサイトカインを賦活化させミクログリア活性化を促すとされるGMーCSF(Granulocyte Macrophage Colony-Stimulating factor)の胎児期投与を検討する。活性化ミクログリアラットを2群にわけ、それぞれの頭部に対して、近赤外光を照射する。また照射しない群を対照群として、polyI:C照射群、polyI:C非照射群、PBS照射群及びPBS非照射群の4群を作成する。近赤外光の照射については、本実験において有効なものと考えられる、0.81μmの波長で120 J/cm2の近赤外光の照射を行い、近赤外光照射の効果を行動学的・組織学的手法を用いて検討する。神経行動学前年度内に行った、poly-IC投与における活性化ミクログリア動物モデル作成の進展がやや遅延し、当該助成金を用いて改めて動物モデルの精査を十全に行う必要があると判断したため。
高分子コロイド分散液の沈降散逸構造の直視観察

粒径が1μm、550nm、305nmおよび160nmのコロイダルシリカ分散液を自然乾燥する過程において発現する沈降および乾燥散逸構造パターンを近接デジタル写真撮影や光学顕微鏡観察により系統的かつ詳細に調査できた。ガラスシャーレ、カバーガラス、時計皿等のセルを用いて直視観察した。ブロードリングを基本とする沈降および乾燥のマクロパターンが観察された。電気二重層の効果が観察されるとともに、シリカ粒子とNaClとの協奏的なパターン形成が明らかになった。また、水と粒子の対流が室温においても予想外に顕著であることが判明した。更に、セルによってパターンが変化することが観察された。これらの研究成果は4報の論文としてColloid Polymer Scienceに発表出来た。また、ティーバックに入った緑茶を湯の入った茶碗中で振って入れた緑茶が室温中で自然乾燥するに伴って発現する沈降および乾燥散逸パターンについて詳細に調査した。緑茶粒子が茶碗壁に沿って上昇する対流と緑茶粒子の茶碗壁に沿った重力沈降との拮抗によって、傾斜した茶碗の壁面でブロードリング状の沈降散逸パターンが発現することを明らかにした。また、顕微鏡観察により美しいミクロパターンも観察された。更に、粒径が1μmのコロイダルシリカ粒子のエタノール分散液が、シャーレや時計皿、カバーガラス中で沈降、乾燥散逸構造を発現する様子を解析するとともに、美しくダイナミックな対流散逸パターンを発現することを観察した。液表面とバルク温度との差が大きく、重力対流とマランゴニ対流とが激しく起こりダイナミックに変化することが明らかになった。論文の出版が今年度中になされた。また、大きさの異なるシリカ粒子を用いた2成分および3成分混合系での沈降および乾燥パターンの観察を行った。パターン解析により分別パターンが発現し、混合比や粒子の大きさや形を同定分析できることが明らかになった。将来の新規なコロイド粒子の分析法の創生として注目している。現在、論文に纏めている。以上、沈降散逸パターンの概略が本研究により明確になり、現在進行中の基盤B研究へと発展できた。コロイド分散液を自然乾燥する過程における散逸構造パターンを近接デジタル写真撮影により系統的に調査した。まず、粒径が1μmのコロイダルシリカ水分散液のガラスシャーレ、ポリスチレンシャーレおよび大きさの異なる4種類のガラス製時計皿中での沈降および乾燥パターンの変化を直視観察した。ブロードリングを基本とする沈降および乾燥のマクロパターンを観察した。また乾燥構造において多彩でカラフルなミクロパターンを観察した。NaClの添加効果についても調査した。電気二重層の効果が観察された。水と粒子の対流が室温においても予想外に顕著であることが判明した。更に、容器によってパターンが変化することが観察された。これらの研究成果は2報の論文としてColloid Polymer Scienceに投稿中である。また、粒径が500nm、300nm、160nmのシリカ分散液についても沈降及び乾燥散逸構造を調査した。また、ティーバックに入った緑茶をお湯の入った茶碗中に入れて緑茶が室温中で自然乾燥するに伴って発現する沈降および乾燥散逸パターンについて詳細に調査した。緑茶粒子を茶碗壁に沿って上昇させる対流と緑茶の沈降とが拮抗して傾斜した壁面でブロードリング状の沈降パターンが発現することが明らかになった。また、美しいミクロパターンも観察された。更に、粒径が1μmのコロイダルシリカのエタノール(あらかじめ脱水、脱塩した)分散液について、各種シャーレや時計皿中での対流、沈降、乾燥過程でのパターン形成を詳細に観察した。極めてダイナミックな対流パターンの変化が観察された。液表面とバルク温度との差が大きく、重力対流とともにマランゴニ対流も顕著に生じることが明らかになった。

また、大きさの異なるシリカ粒子を用いた2成分および3成分混合系での沈降および乾燥パターンの観察を行った。パターン解析により分別パターンが発現し、混合比や粒子の大きさや形を同定分析できることが明らかになった。将来の新規なコロイド粒子の分析法の創生として注目している。現在、論文に纏めている。以上、沈降散逸パターンの概略が本研究により明確になり、現在進行中の基盤B研究へと発展できた。
XML文書作成のためのソフトウェア開発環境の構成法

本研究の目的は,XML文書を効率良く作成するために必要な技術を調査・分析し,保守・運用が容易で,かつ正しいXML文書を迅速に作成可能とするソフトウェア生成系の構成方法とその方法に基づく知的なソフトウェア開発環境の構成法について研究することである.その研究目的を実現するために行った昨年度の研究実績を踏まえて,今年度行った研究実績は以下の通りである.1.昨年度に研究開発した知的なXMLエディタ及びXML文書表示系について,生産性の向上の観点から,さらなる調査・検討を行った.2.その結果に基づいて,上記ソフトウェアに次の機能を追加することを検討し,プロトタイプを実現した.(a)XML文書のバリエーションを多様にするために,文書の構造を柔軟に変更できるような機能(b)多量なXML文書の中から適切な部分を抽出し,再利用性を向上するために必要な検索機能(c)多様なXML文書を適切に表示するための構造と内容に基づく文書表示機能3.また,データの再利用性を高めると,XML文書中に多くのリンクが含まれることとなる.文書が多量かつ大規模化するとリンクが複雑になり,その管理が大変な作業となる.この作業を軽減するために,XML文書間のリンク情報を分析し,文書の更新時に関連する文書を自動的に修正するモデルについて考案し,そのプロトタイプを実現した.この成果の一部を学会で発表した.4.さらに,応用例として,介護保険における計画書(ケアプラン)をXML文書で生成するソフトウェアを試作した.その成果の一部を学会で発表した.本研究の目的は,XML文書を効率良く作成するために必要な技術を調査・分析し,保守・運用が容易で,かつ正しいXML文書を迅速に作成可能とするソフトウェア生成系の構成方法とその方法に基づく知的なソフトウェア開発環境の構成法について研究することである.その研究目的を実現するために行った今年度の研究実績は以下の通りである.1.ユーザが効率良くXML文書を作成するために必要となる情報を調査した.その結果,本研究の目的を達成するためには,XML文書の構文を知っている知的なXMLエディタやXML文書の内容を的確に確認できるXML文書表示系,XML文書の性質を最大限活用した履歴管理手法が重要であることがわかった.特に,XMLエディタでは,開始タグを挿入したときに自動的に終了タグを挿入してくれる機能やXMLの文書型を定義するDTDを利用したタグの補完機能,XML文書の構文チェックの自動化などが必要とされることが分析できた.2.以上で調査した結果に基づき,XML文書を効率よく作成するときに問題となる事項を調査検討した.その結果をもとに,その問題点を解決する新しいモデルを考案し,その処理系のプロトタイプを作成した.3.また,XML文書の適切な情報の表示方法について調査し,XML文書を作成するときに有効となるソフトウェア開発モデルを考案し,そのプロトタイプを実現した.4.以上作成したプロトタイプを対話性,情報の提供機能,文書生成能力,開発環境の観点から比較検討し,その一部を学会で発表した.本研究の目的は,XML文書を効率良く作成するために必要な技術を調査・分析し,保守・運用が容易で,かつ正しいXML文書を迅速に作成可能とするソフトウェア生成系の構成方法とその方法に基づく知的なソフトウェア開発環境の構成法について研究することである.その研究目的を実現するために行った昨年度の研究実績を踏まえて,今年度行った研究実績は以下の通りである.1.昨年度に研究開発した知的なXMLエディタ及びXML文書表示系について,生産性の向上の観点から,さらなる調査・検討を行った.2.その結果に基づいて,上記ソフトウェアに次の機能を追加することを検討し,プロトタイプを実現した.(a)XML文書のバリエーションを多様にするために,文書の構造を柔軟に変更できるような機能(b)多量なXML文書の中から適切な部分を抽出し,再利用性を向上するために必要な検索機能(c)多様なXML文書を適切に表示するための構造と内容に基づく文書表示機能3.また,データの再利用性を高めると,XML文書中に多くのリンクが含まれることとなる.文書が多量かつ大規模化するとリンクが複雑になり,その管理が大変な作業となる.この作業を軽減するために,XML文書間のリンク情報を分析し,文書の更新時に関連する文書を自動的に修正するモデルについて考案し,そのプロトタイプを実現した.この成果の一部を学会で発表した.4.さらに,応用例として,介護保険における計画書(ケアプラン)をXML文書で生成するソフトウェアを試作した.その成果の一部を学会で発表した.
原子力プラントにおける流体・構造連成現象のための超並列メッシュレス解析システム

原子力プラントにおける様々な現象の解析のために要求される事柄をまとめると、原子炉内部で起こる複雑な現象に対応でき、それらを精度よく解析するために必要なプリプロセスの効率化、高速化とメイン解析プロセスとのシームレス化、計算時間、記憶容量の削減のための超並列計算機上での解析、ということになる。そこで本研究では、原子力プラントにおける通常運転時、シビアアクシデント時の挙動解析におけるモデル精度向上の鍵となる技術として、(1)解析の際にメッシュを必要とせず、超並列環境に適した解析手法を導入し、(2)このメッシュレス手法を用いて自由液面および振動物体を含む超並列大規模3次元解析コードを開発し、(3)最終的に熱流体連成効果を考慮した超並列大規模3次元構造物の非線形・非定常応力解析システムの開発を行なった。本研究において基盤技術として用いた手法は、メッシュレス法の一種であるフリーメッシュ法であり、この手法を用いて流体と構造の連成挙動を解析するシステムの構築を行った。具体的には、(1)節点ベースのデータから並列解析を行なうために、解析領域全体を各部分領域に分割するモジュールの開発、(2)構造解析、流体解析部分で用いる前処理付き反復解法を用いた並列連立方程式ソルバーの開発、(3)システム評価用のプロトタイプ版の開発、(4)開発したシステムのPCクラスタ環境上での効率等の検証、(5)Hitachi SR2201,SR8000を用いた超並列計算機上での効率等の検証、(6)開発したシステムに対してユーザーインターフェイス等の機能を付加することによるシステムインテグレーション、を行なった。フリーメッシュ法の並列処理への適用性の高さから、PCクラスタ環境においても、超並列計算機環境においても、極めて高い並列化効率で解析を行える3次元大規模連成解析システムが構築された。初年度である本年度は、まず、原子力プラントにおける安全解析事象のエンジニアリング・シミュレーションおよびシビアアクシデント解析の現状を調査した上で、プラントのライフサイクルを通じて安全性、信頼性確保のための連成シミュレータ事象を抽出し、原子力プラントにおける流体・構造連成現象解析のため超並列メッシュレス解析システム全体の実施計画を作成した。次に、システム全体について、オブジェクト指向による設計をもとにした各処理部分のモジュール化、クラス化、ライブラリ化などに関して詳細に検討を行うとともに、入力データ、出力データのフォーマットに関しても検討を行なった。さらに、開発中のデバッグの効率化や長時間の連続計算のために、購入したパーソナルコンピュータと現有のコンピュータを接続したPCクラスタを作成し、この仮想並列計算機上で、解析のメインのプログラムに関して開発、テスト計算の実行などを行った。解析のメインの計算部分に関しては本研究で使用するメッシュレス法の構造解析に対する高精度化に取り組みが行われ、精度の向上が得られることを確認した。また、流体解析についてはベースとなるコードの開発とともに、大規模並列解析が可能な並列コードを開発した。解析においては、解析対象の内部に解析に必要な節点を発生させる必要があるが、この際に、入力データとして与えられた節点密度場の情報を用いる。このための節点発生方法として、ファジィ理論にもとづく節点発生方法を採用した。

そこで本研究では、原子力プラントにおける通常運転時、シビアアクシデント時の挙動解析におけるモデル精度向上の鍵となる技術として、(1)解析の際にメッシュを必要とせず、超並列環境に適した解析手法を導入し、(2)このメッシュレス手法を用いて自由液面および振動物体を含む超並列大規模3次元解析コードを開発し、(3)最終的に熱流体連成効果を考慮した超並列大規模3次元構造物の非線形・非定常応力解析システムの開発を行なった。本研究において基盤技術として用いた手法は、メッシュレス法の一種であるフリーメッシュ法であり、この手法を用いて流体と構造の連成挙動を解析するシステムの構築を行った。具体的には、(1)節点ベースのデータから並列解析を行なうために、解析領域全体を各部分領域に分割するモジュールの開発、(2)構造解析、流体解析部分で用いる前処理付き反復解法を用いた並列連立方程式ソルバーの開発、(3)システム評価用のプロトタイプ版の開発、(4)開発したシステムのPCクラスタ環境上での効率等の検証、(5)Hitachi SR2201,SR8000を用いた超並列計算機上での効率等の検証、(6)開発したシステムに対して、ユーザーインターフェイス等の機能を付加することによるシステムインテグレーション、を行なった。フリーメッシュ法の並列処理への適用性の高さから、PCクラスタ環境においても、超並列計算機環境においても、極めて高い並列化効率で解析を行える3次元大規模連成解析システムが構築された。原子力プラントにおける様々な現象の解析のために要求される事柄をまとめると、原子炉内部で起こる複雑な現象に対応でき、それらを精度よく解析するために必要なプリプロセスの効率化、高速化とメイン解析プロセスとのシームレス化、計算時間、記憶容量の削減のための超並列計算機上での解析、ということになる。具体的には、(1)節点ベースのデータから並列解析を行なうために、解析領域全体を各部分領域に分割するモジュールの開発、(2)構造解析、流体解析部分で用いる前処理付き反復解法を用いた並列連立方程式ソルバーの開発、(3)システム評価用のプロトタイプ版の開発、(4)開発したシステムのPCクラスタ環境上での効率等の検証、(5)Hitachi SR2201, SR8000を用いた超並列計算機上での効率等の検証、(6)開発したシステムに対してユーザーインターフェイス等の機能を付加することによるシステムインテグレーション、を行なった。
癌細胞選択的破壊「硼素膀胱局所動注＋中性子照射」による新規膀胱温存療法

「研究の目的」骨盤内領域に極めて高濃度の薬物を投与する“血流塞栓膀胱動脈選択的動脈内投与法(baloon occluded arterial infusion: BOAI法)"と癌細胞を選択的に死滅させる標的粒子線治療“硼素中性子捕捉療法(BNCT)"を併用することによって、1膀胱全摘の適応である局所浸潤性膀胱癌に対して副作用を殆ど認めない新規膀胱温存療法を確立すること、2転移性膀胱癌症例に対してこれまでの抗癌剤治療に比較して副作用が極めて少ない新規治療を開発すること、を目的としている。「研究内容」BNCT法は、癌細胞選択的に取り込まれる硼素化合物を予め投与しておき、熱中性子線を照射することにより、硼素を殆ど取り込まない正常細胞は障害されないが、硼素を多く取り込んだ癌細胞では細胞内部で硼素と熱中性子の核反応が生じ、核反応により発生した高エネルギーが癌細胞を選択的に破壊する、「正常組織温存+癌細胞選択的破壊治療」である。本治療法の大きな利点は、核反応により発生する粒子は飛距離10ミクロン以下のため、周囲細胞に影響を及ぼさず、硼素を取り込んだ癌細胞のみを選択的に破壊できることであり、また、本治療の成否は、いかに十分量の硼素化合物を癌細胞に選択的に集積させるかにかかっている。そこで我々は、1)膀胱周囲組織に極めて高濃度の硼素化合物を投与可能とする“BOAI法"(血流塞栓用バルーン付カテーテルを用いて膀胱動脈選択的に硼素化合物を動脈内投与する)を用いて、2)膀胱癌細胞、特に核内に選択的に集積、移行するべく特殊加工した“膀胱癌細胞親和性硼素化合物"を作成、投与することによって、膀胱癌細胞により選択的に高濃度の硼素化合物を取り込ませ、癌細胞を選択的に破壊するBOAI-BNCT法を考案した。3)中性子源として“加速器BNCT"が本学に設置され実践的な臨床治療開始する。A膀胱癌細胞に親和性を持つ“膀胱癌細胞親和性硼素化合物"の開発以下12の内容で膀胱癌細胞親和性硼素化合物の開発を進めている。1硼素化合物BSHへの核移行シグナルの付加(BSH-NLSの作成): BSHのS-H基を開きリンカーを介してNLSを結合する2BSH-NLSのTF-PEG-Lipへの包埋:径50 micrometerのliposomeを作成し、その内部にBSH-NLSおよびH2Aを含有させ、表面をPEGおよびtransferrinでcoatingしたliposome(TF-PEG-liposome-BSH-NLS)を作成する。H2Aはinfluenza virus由来のhemaglutinin-2 subunitペプチドであり、エンドゾームよりの放出を促進し、リポソーム内にH2Aを同時に包埋することにより細胞内導入効率を100倍以上高める事が期待される。B in vitro:BNCT治療における抗腫瘍効果の判定:尿路上皮癌を組織型とする膀胱癌細胞株T24、および、腺癌を組織型とする膀胱癌細胞株UMUC3(腺癌)、そして非癌細胞株CRL-2096にそれぞれ膀胱癌細胞親和性硼素化合物を加えて培養した後、中性子照射を行いcolony forming assay、MTT-assayなどを用いて癌細胞選択的な細胞障害効果を確認している。照射実験は日本原子力研究開発機構研究4号炉(JRR4)を利用している。以下、A-Cを予定している。A「マウス膀胱癌モデルを用いたin vivoにおけるBOAI-BNCT療法の膀胱癌選択的治療効果の確認」マウス膀胱癌モデルを用いて通常静脈投与に比較して、BOAI法による膀胱癌細胞への硼素化合物の取りこみ増加、および、BNCT治療による殺細胞効果の向上を確認する。2)マウス膀胱癌BOAIモデルを用いて組織型の異なる膀胱癌(尿路上皮癌、および、腺癌)に対するBNCT治療効果を検討し、これまでの大阪医大式膀胱温存療法で治療効果が得られなかった腺癌に対するBOAI-BNCTの治療効果を確認する。B「マウスビジュアル膀胱癌転移モデルを用いた、BNCT療法の治療効果の検討」1)膀胱癌細胞株T24のゲノム内にLuciferase発現遺伝子を導入したFSR-T24を作成し、これをマウスに静脈内投与することによって“転移の部位、状態が目で見てわかる、マウスビジュアル膀胱癌転移モデル"を確立する。2)このモデルに硼素化合物を静注投与し、各転移巣における硼素化合物の取り込み状況をKUR-BSH定量システムを用いて定量する、(転移巣の大きさを目で見て測定可能であり、治療効果と副作用を同時に判定しつつ生存期間の延長も検討できる。C「ビーグル犬膀胱癌モデルにおける、BOAI-BNCT膀胱温存療法の有効性と安全性の検討」1)ビーグル犬膀胱癌モデル:生後6か月のビーグル犬にMethyl-N-nitrosourea(MNU)を膀胱内注入後、BBNを週6回連日経口投与することによって浸潤性膀胱癌モデルを作成する。2)血流塞栓用バルーン付カテーテルを用いて膀胱、および、膀胱周囲組織に極めて高濃度の硼素化合物を投与し、膀胱癌組織、および、正常粘膜、それぞれの組織におけるBSH濃度をICP-AESを用いて測定する(癌細胞に選択的に取り込まれることを確認)。「研究の目的」血流塞栓膀胱動脈選択的動脈内投与法(baloon occluded arterial infusion: BOAI法)と“癌選択的な標的粒子線治療

"硼素中性子捕捉療法(BNCT)を併用することによって、1膀胱全摘の適応である局所浸潤性膀胱癌に対して副作用を殆ど認めない新規膀胱温存療法を確立すること、2高齢、あるいは基礎疾患のために膀胱全摘が困難であり姑息治療のみを余儀なくされていた症例にも根治治療を可能にすること、3これまでの抗癌剤治療に比較して副作用が極めて少ない新規治療を開発すること、を目的としている。「研究内容」“癌選択的な標的粒子線治療"BNCTは、癌細胞選択的に取り込まれる硼素化合物を予め投与しておき、熱中性子線を照射することにより、硼素を殆ど取り込まない正常細胞は障害されないが、硼素を多く取り込んだ癌細胞では細胞内部で硼素と熱中性子の核反応が生じ、核反応により発生した高エネルギーが癌細胞を選択的に破壊する、「正常組織温存+癌細胞選択的破壊治療」である。本治療法の大きな利点は、核反応により発生する粒子は飛距離10ミクロン以下のため、周囲細胞に影響を及ぼさず、硼素を取り込んだ癌細胞のみを選択的に破壊できることであり、また、本治療の成否は、いかに十分量の硼素化合物を癌細胞に選択的に集積させるかにかかっている。そこで我々は、1)膀胱周囲組織に極めて高濃度の硼素化合物を投与可能とする“BOAI法"(血流塞栓用バルーン付カテーテルを用いて膀胱動脈選択的に硼素化合物を動脈内投与する)を用いて、2)膀胱癌細胞、特に核内に選択的に集積、移行するべく特殊加工した“膀胱癌細胞親和性硼素化合物"を作成、投与することによって、膀胱癌細胞により選択的に高濃度の硼素化合物を取り込ませ、癌細胞を選択的に破壊するBOAI-BNCT法を考案した。本年の研究進捗状況A「膀胱癌細胞特異的親和性を持つ硼素化合物の開発と癌細胞核内移行の確認」核移行シグナル"NLS"を付加し本モデルを用いて通常静脈投与に比較して、バルーン塞栓動注法(BOAI法)による膀胱癌細胞への硼素化合物の取りこみが、10倍以上に増加していることを確認した。B「In vitroにおける、膀胱癌細胞親和性硼素化合物の癌細胞選択的核内移行とBNCT治療効果の確認」1)組織型の異なる膀胱癌細胞株T24(尿路上皮癌)、および、非癌細胞株CRL-2096にそれぞれ膀胱癌細胞親和性硼素化合物を加えて培養し、癌細胞と非癌細胞、および、組織型の異なる癌細胞における細胞内硼素化合物導入率の相違を測定した(KUR-BSH定量システムにて測定)。2)上記癌細胞と非癌細胞にそれぞれ膀胱癌細胞親和性硼素化合物を加えて培養し、中性子を照射することによって癌細胞と非癌細胞におけるBNCT治療による殺細胞効果の違いを検討した結果、癌細胞により多くの硼素化合物が取り込まれ、非癌細胞に比較して細胞障害が強いことを確認した。C「マウス膀胱癌モデルを用いたin vivoにおけるBOAI-BNCT療法の膀胱癌選択的治療効果の確認」1)マウス膀胱癌BOAIモデルの作成0.05% BBNを用いたマウス膀胱癌モデルにmicrosurgery techniqueにて総腸骨動脈内にカテーテルを留置、動脈をクランプして抗癌剤を投与してマウス膀胱癌BOAIモデルを作成した。2)通常の静脈内投与に比較して10倍以上の抗癌剤が膀胱、および、周囲組織に投与されたことを確認した。A「膀胱癌細胞特異的親和性を持つ硼素化合物の開発と癌細胞核内移行の確認」1)核移行シグナル"NLS"を付加した硼素化合物を、TF、および、PEGでcoatingしたliposome内に包埋。
神経可塑性及び脳の発達におけるＩＰ３受容体のカルシウムシグナリングの解析

細胞外からの刺激によりIP_3が産生され、IP_3受容体に結合しCa^<2+>を放出し様々な生理機能を引き起こす。3次元構造解析等により、IP_3やCa^<2+>がアロステリックな構造変化を起こし、チャネルポアーの開口を起こす機構を解明した。IP_3受容体は、我々が発見したERp44, GRP78, 80K-H等多くの分子の分子間相互作用を促すシグナルハブ(拠点)として多様な働きをする事を示した。また、IP_3がIP_3受容体に結合すると放出される3rdメッセンジャーとしてのIRBITを発見し、酸・塩基平衡をはじめとする多様な機能を制御する事を発見した。以上、IP_3受容体が多様な生理的働きをし、且つ、その障害により神経変性、学習障害、心発生障害、骨粗鬆症、自己免疫疾患、急性膵炎等の各種の多くの疾患を引き起こす機構を解明した。またこの為に世界最高感度のCa^<2+>指示薬、Ca^<2+>ポンプ指示薬の開発、二光子顕微鏡によるインビボイメージング技術等の開発を行った。細胞は外界からの刺激に対応して細胞内の小胞体内のCa^<2+>を細胞内へ放出させて、様々な細胞内の生理作用をおこす。本研究では多様な細胞で、刺激に応じて複雑な細胞応答を起こすメカニズムにどの様にCa^<2+>が関わっているかを明らかにするために、IP_3受容体の構造と機能の解明を行った。特にIP_3とCa^<2+>が結合する際に構造変化を起こし、イオンチャネルの開口を起こすゲーティング機構の解明に成功しつつある。その結果を踏まえて脳神経系の研究を進め、IP_3受容体が脳の発達及び脳機能発現、更に神経変性にどのように関わっているかを明らかにしている。特にアポトーシスに基づく神経変性にIP_3受容体が関わる生化学的メカニズムの解明について多くの成果を得ている。IP_3受容体タイプ2型、3型ノックアウトマウスが外分泌障害や味覚障害を起こすことをすでに報告したが、更に小脳の顆粒細胞の分化を促進する働きを持つことを証明した(Futatsugi,J.Neurochem.2008)。また、タイプ2型、3型のノックアウトマウスに関して嗅覚器の組織学的な解析を行ったところ、鼻粘液分泌の顕著な低下が見られ、生体内イメージングや行動テストにより嗅覚機能の低下を確認した(Fukuda,Eur.J.Neurosci.2008)。次に、IP_3受容体タイプ2型をノックアウトした細胞が破骨細胞の単独培養法では分化が著しく阻害されることに注目し骨細胞の分化誘導の比較を行った。その結果、RANKL添加によって観察されるカルシウムオシレーションにはIP_3R type2が必須であること、カルシウム/カルシニューリン/NFATc1というシグナル経路が阻害されると破骨細胞の分化が妨げられることを明らかにした(Kuroda,PNAS 2008)。更に、yeast two hybrid法よりIP_3結合蛋白質であると同定されたプロテインキナーゼC基質80K-Hが新規のIP_3受容体のレギュレーターであることを証明した(Kawaai,JBC 2009)。次に、小脳のPurkinje細胞のシナプス後部に特異的に存在するHomer3に着目し、Homer3が神経活動に依存してリン酸化され、それによりHomer3と代謝性グルタミン酸受容体との複合体が消失することを発見した(Mizutani,J.Neurosci.2008)。また、カルシウムストアが発達中の背根神経節神経細胞の成長円錐においてマクロピノサイトーシスを誘導する事を初めて明らかとし、マクロピノサイトーシスによる大規模な細胞膜の回収が反発性軸索誘導のメカニズムである可能性を示した(Kabayama,Mol Cell Neurosci 2009)。1.抑制性神経伝達が関与するGABAA受容体に注目して、シナプス内の受容体数を制御する分子機構の解明を進めた。神経興奮が過剰になるとシナプス内のGABAA受容体数は減少するのに対し、細胞膜上のGABAA受容体の総数は変化しない。