hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スパースモデリングを用いた新しい医用MRI画像の創生

今日のMRI検査では、多種類・高精細な画像を撮像するために、必然的に検査時間が長くなっている。本研究は、新たなデータ収集・画像化の原理であるスパースモデリング(SpM)法を用いて、三大成人病の磁気共鳴画像(MRI)の改善を目指すものである。研究成果として、SpM法により従来の1/2以下の時間で同等の画質で撮像可能とした。脳卒中では脳動脈瘤やモヤモヤ病に代表される血管狭窄の診断でその性能を確認し、心筋梗塞では心臓の動きを観察する時間分解能の向上や、冠動脈画像を超解像する技術を、ガンでは栄養血管の描出やそれを用いた良性・悪性の判定、さらに体動の影響を抑制する手法などを研究・開発した。研究計画に従い、今年度は以下のような成果が得られた。1.データ収集・保存:大容量ストレージを導入し、再構成用のWSと接続し、様々な条件での再構成を半自動で行うシステムを構築、稼働を開始した。画像再構成法を検証する上で必要なデータが現時点で15TB蓄積されている。2.再構成システムの開発:いずれの課題とも関連する再構成システムについては、(1)多様な条件で撮像された生データ処理への対応(2)間引き収集用マスクの自動生成(3)装置での間引き収集撮像の実現と、疎収集されたデータからの画像再構成(4)2D/3Dの両者に対応可能な再構成アルゴリズムの実装(5)研究用MRI装置へ再構成用データを戻す機能の実装(6)Random walkを用いた再構成用パラメータ最適化アルゴリズムの開発を行った。また、(7) B01-1班と連携し、画像再構成アルゴリズムに変数分離法を実装、再構成時間が大幅に短縮される事を確認した。3.脳血管画像の高分解能化・撮像高速化:正常例の高分解能MRIならびに脳動脈瘤症例のMRI画像を用いた再構成実験を行った。間引き率、再構成用パラメータの最適化と同時に、さらにデータ蓄積中である。また、3D画像の再構成結果をもとに評価尺度について検討した結果、従来用いられていたMSEに加え、画像類似度が視覚的評価に近く、有効な指標となり得ることがわかった。4.時間的なスパース性を用いた心臓MRIの高速撮像に関しては、まず疎なデータ収集を実現、既存の高速撮像手法と対比してスパースモデリングに基づく再構成の有用性の検討を開始した。さらに2DシネMRI画像再構成法の検討も進め、時間軸の周波数領域での疎性を用いた再構成法よりも、複数の規定を組み合わせた我々の手法の方が優れていることが判った。基盤となる計算資源の整備と要素技術の拡充:B01-2班の協力を得て、20ノードのhpcクラスタを構築、再構成速度を大幅に上昇させるとともに、ストレージ容量を200TBまで増強、大容量の医用画像データの扱いを改善した。再構成アルゴリズムではNESTA法とは異なる定式化のもとにL1最小化を行うアルゴリズムであるFISTA法を実装し、さらにひとつの基底にしか対応できないというFISTA法の弱点を克服した拡張版であるFCSA法を実装した。疎収集パターンの最適化に向けて、可変密度ポワソン法による収集マスク作成を可能とした。【課題1】脳卒中:L1, Wavelet , TVの基底毎に収集率と再構成画像の関係を検討した。さらに脳動脈瘤症例を対象にして、全3基底の組み合わせ、収集率、収集パターン、NESTA再構成条件の組み合わせが異なる全24,696種類の再構成条件を比較検討し、至適条件では12.5%データ収集でも診断上問題はないことを示した。またFISTA法の検討では、従来の高速撮像法であるPI法と比較して、さらに半分のデータでも同等以上の画像が得られた。ただし基底核穿通動脈では、データ収集率を50%に低減しただけでも描出が低下することが判明、撮像法の改良を継続して実施した。また客観的な画像評価を行う上で、従来の指標を用いた再構成パラメータ最適化では、必ずしも視覚評価と一致するものが選ばれないことを示し、あらたな評価法を提案した。【課題2】心筋梗塞:健常者データ収集して画像再構成パラメータの最適化を実施、同率の収集率ではPI法に比してNESTA法を用いた方が画質に優れることを示した。さらにFCSA法でも検討、心筋梗塞の成因となる冠動脈狭窄をより短時間で撮像可能な手法の研究・開発を進めている。【課題3】ガンの微小環境:これに近づくよう、低収集率でも腹部での血管を描出可能なことを示した。課題1「脳卒中」では、その原因となる脳血管描出について、健常者を対象にスパースモデリング(SpM)法の一つであるFISTA法でwavelet基底による再構成画像を検討し、データ収集を1/6にまで低下させても、評価に足る画質が得られることを示した。さらに計画研究B01-1班・田中らと共同で、wavelet, L1-norm, total variationの複数基底を使用できるNESTA法を活用して、1/8と低収集率のデータでも動脈瘤を検出する上で、問題がないことを多数の症例において確認した。課題2「心筋梗塞」では、約25%収集データで従来法(Parallel Imaging: PI法)とCS (Compressed Sensing)法とを用いて画像再構成を行った場合、後者において大きな画質改善が得られていることを確認した.さらに一層の撮像高速化を目指して、より低い解像度画像で短時間、可能であれば呼吸停止で撮像を行う。

その画像を対象に、スパースコーディングにより超解像化する新たな撮像法に関する共同研究を、公募研究C01班・日野らと進めている。課題3「ガン」については、栄養と酸素を提供することで腫瘍の増大を支える血管の描出例の高速化を躯幹部の血管を例として報告した。またガンを特徴づける主要因を探索すべく、公募研究C01班・庄野らとDeep Convolution Neural Networkを活用する共同研究を開始している。その理由としては、課題1「脳卒中」では、大きな要因である動脈瘤描出の研究をほぼ完了している。他の大きな要因である血管狭窄についても、もやもや病を代表例としたデータ収集を完了、解析を進めている。課題2「心筋梗塞」においても、呼吸停止下の冠動脈撮像を目指して、スパースサンプリングによる短時間撮像とスパースコーディングによる超解像技術の組み合わせによる撮像法の研究が進んでいる。課題3「ガン」では、血管描出をベースとした研究を進めているとともに、ガンを特徴づける疎な因子の探索を開始している。【課題1】脳卒中では、先年度に発表した健常被検者においてスパースモデリング画像研究の成果に基づき、患者における検討を進めた。従来法では診断上、画質の低下が許容限度と考えられる1/3収集を基準として、スパースモデリング法同一の1/3収集に加えて、1/5収集においても細血管の描出能力に低下が無いことを確認した。さらにより主幹動脈側で生じる動脈瘤では1/8収集でも、従来法と比較して、その検出能に有意な差異が無いことを示して報告している。【課題2】心筋梗塞では、心臓の周期的な収縮を可視化するシネ画像での高速化は既に報告している。心臓では、心筋を栄養する冠動脈の狭窄・閉塞により心筋梗塞が生じるが、MRIによる非侵襲的な冠動脈撮像には10-20分と非常に長い撮像時間が必要である。データ収集量が約1/4の撮像では、従来法と比較してスパースモデリング法を活用することで、描出がより良好であることを確認している。さらに収集時間を短縮させながらも、血管を評価する上で必要な解像度を保つことができるように、機械学習により作成されたスパースな画像辞書を活用した超解像技術の研究をすすめた。その結果、従来の超解像技法と比較して、より正解値に近い高精細画像再構成が可能なことを示した。【課題3】ガンの微小環境では、造影剤を活用することで、ガンを栄養する腫瘍血管を対象とした研究を進めた。造影剤を急速に静脈内投与することで、ガン組織へと造影剤が到達する状況を可視化した。脳血管では従来の4倍の時間分解能を達成することができ、さらに使用する造影剤量を1/5に低減しても良好なコントラストが得られることを示した。加えて、乳癌では、病巣周囲への造影剤到達が正常組織に比較して、有意に早いことを明らかにした。対象とする三大疾患においてスパースモデリング法を活用し、診療に役立つことを示すことができた。脳卒中では、従来法では達成困難であった1/51/8のデータ収集量でも、スパースモデリング法を活用することで、診療の質を低下させることなく撮像時間を低下させることができた。
脳腫瘍に対する超音波エネルギーを利用した化学療法の確立

ラットC6グリオーマ細胞を超音波単独群と超音波+Pf併用群に分け、超音波照射前後にトリパンブルー色素排除試験を行い生細胞率を算出して各実験群の生細胞率を統計学的に検定した。その結果、超音波強度および超音波照射時間が増加するにつれて超音波単独照射群、Pf併用群ともに生細胞率の低下がみられ、特に超音波強度0.3W/cm2において、また照射時間では15秒、30秒間照射において2群間に有意差がみられた。Pfの効果については単独照射群とPf併用群間には有意差がみられたが、インクベートするPf濃度(25、75、150μg/ml)間では生細胞率の有意差はなかった。α2MR/LRPの発現は、ヒトグリオーマ細胞U105MGでは見られず、U251MG細胞では明らかであった。超音波単独照射群、Pf10分間併用群ともに超音波照射時間が増加につれて生細胞率は低下し、U105MG細胞は照射時間30秒で、U251MG細胞は15、30秒間において超音波単独群とPf併用群間に有意差が見られた。一方Pf60分併用群では、U251MG細胞は超音波単独照射群とPf併用群間に有意差が見られたが、U105MG細胞では効果の増強はなかった。U251MG、U105MG細胞において超音波単独照射群と音響化学療法後の走査電子顕微鏡による細胞形態の変化は、U251MG細胞は、超音波単独照射群に比べ、Pf併用群で細胞破壊像が強く、U105MG細胞ではその変化はあまり強くなかった。本研究では音響化学療法はグリオーマ細胞に対して有意な殺細胞効果を示すことを明らかにした。その効果は超音波強度および超音波照射時間に比例して顕著となり、超音波単独照射と比較して有意に増強され、α2MR/LRPが発現している細胞において有意に増強されたのに対し、発現のない細胞では増強効果は少なく、電顕による形態観察の所見と相関した。本研究は、音響化学療法の臨床応用を目的として、ラットのグリオーマ株化細胞に対するHp誘導体であるポルフィマーナトリウムを用いた超音波照射による音響化学療法の効果について検討した実験研究である。[方法]液体培地を用いてラットC6細胞浮遊液を1.0×10^6cells/mlに調整し、Pfを各々25、75、150μg/ml添加し、暗所で4°C、10分間放置した。ラットC6細胞浮遊液を超音波単独照射群と超音波+Pf(75μg/ml)併用群(n=12)に分けた。また超音波強度を0.3W/cm^2とし、5、15、30秒間照射後の各々の生細胞率を測定した。使用した薬剤はHp誘導体の1つであるポルフィマーナトリウム(Pf)である。[結果]照射時間を5、15および30秒の生細胞率は60.2、27.4および10.7%と減少した。超音波+Pf併用群でも同様に60.0、14.3および3.2%と減少を示した。各々の照射時間における生細胞率を比較すると、15秒、30秒間照射においてに薬物併用群は有意に減少していた。超音波単独照射群の生細胞率は,10.7%であった。

Pf濃度25、75および150μg/mlと変化させた超音波+Pf併用群の生細胞率は、各々4.2、2.6、2.9%であり、超音波単独群と比較して有意に減少していたしかしそれぞれの群の間では生細胞率に有意な差はなかった。本研究は、音響化学療法の臨床応用を目的として、ラットのグリオーマ株化細胞に対するHp誘導体であるポルフィマーナトリウムを用いた超音波照射による音響化学療法の効果について検討した実験研究である。[方法]液体培地を用いてラットC6細胞浮遊液を1.0×106cells/mlに調整し、Pfを各々25、75、150μg/ml添加し、暗所で4°C、10分間放置した。ラットC6細胞浮遊液を超音波単独照射群と超音波+Pf(75μg/ml)併用群(n=12)に分けた。またWister系ラットを用いて、超音波を照射し正常組織や頚部の腫瘍血管に与える影響についてICAM-1,E-Selectin, VCAM-1などの接着因子を免疫組織学(ABC法)を用い、また血液中のサイトカインの変動をELISA法を用いて検討した。超音波強度を0.3W/cm2とし、5、15、30秒間照射後の各々の生細胞率を測定した。使用した薬剤はHp誘導体の1つであるポルフィマーナトリウム(Pf)である。[結果]照射時間を5、15および30秒の生細胞率は減少し、超音波+Pfの併用群前者に比べ有意な減少を認めた。Pf濃度25、75および150μg/mlと変化させた超音波+Pf併用群の生細胞率は、超音波単独群と比較して有意に減少していた。しかしそれぞれの群の間では生細胞率に有意な差はなかった。ラットの実験では、ストレス負荷の強度やストレスの質によって、一過性に炎症動物モデルに類似した接着因子の発現を組織内血管に認めた。本研究は、音響化学療法の臨床応用を目的として、ラットのグリオーマ株化細胞に対するHp誘導体であるポルフィマ-ナトリウムを用いた超音波照射による音響化学療法の効果について検討した実験研究である。[方法]ラットC6細胞浮遊液を超音波単独照射群と超音波+Pf(75μg/ml)併用群(n=5)に分けた。Wister系ラットを用いて、超音波を照射し正常組織や頚部の腫瘍血管に与える影響について超音波強度を0.3W/cm2とし、5、15、30秒間照射後の各々の生細胞率を測定した。使用した薬剤はHp誘導体の1つであるポルフィマ-ナトリウム(Pf)である。[結果]照射時間を5、15および30秒、超音波+Pfの併用群前者に比べ有意に壊死組織が観察された。Pf濃度75μg/mlと変化させた超音波+Pf併用群、超音波単独群と比較して有意に仕様の腫瘍直径の縮小が認められたがそれぞれの群の間では有意な差はなかった。病理学的な観察で、超音波単独群でも照射プローブの最表面部位で熱によるものと思われる、壊死とその周辺に出血が認められた。
細胞単離とライブセルイメージングを基盤とした精細胞移行RNAの機能解析

種子形成に必須の配偶体である花粉の中では、mRNAが細胞間を移動することが示唆されている。しかしRNAの選択性やその生理学的意義は不明である。そこで本研究では精細胞へのRNA細胞間移行がどのような働きを持つのかを明らかにする。花粉の中に存在する精細胞だけを実験に用いるという難しい課題を解決するため、申請者は「精細胞単離法」を確立した。これを“精細胞へのRNA移行が阻害された花粉"に適用して、精細胞移行RNAの同定に挑戦する。また「ライブイメージング技術」を用いて、“精細胞へのRNA移行が阻害された花粉"の表現型を精査して、精細胞移行RNAの機能を推定する。
シトリン欠損症の早期診断と発症予防法の開発

【緒言】シトリン欠損症の長期予後は不明であり早急にその臨床像を明らかにし治療・予防法を確立する必要がある。【方法】シトリン欠損による新生児肝内胆汁うっ滞症(MCCD)の臨床像を明らかにするため、主治医へのアンケート調査を行なった。また、保護者に食事内容の記載を依頼し、各栄養素の摂取状況を調査した。【結果】新生児マススクリーニング陽性を契機に受診した症例が30例存在していた。残りの45症例の大部分は黄疸、淡黄色便を主訴に新生児肝炎、胆道閉鎖が疑われ生後14ケ月の間に受診していた。検査結果では高胆汁酸血症、凝固能低下、低蛋白血症、複数のアミノ酸やガラクトースの一過性上昇が特徴的であった。MCTフォーミュラ、乳糖除去ミルク、脂溶性ビタミン等が使用され、ほとんどの症例は1歳までに肝機能は回復していたが、肝不全に進行し1歳前に生体肝移植が行なわれた症例が2例、16歳でシトルリン血症II型(CTLN2)を発症した症例が1例存在した。栄養調査では患児は離乳食の早期より豆類を好み、糖質を嫌う特異な食癖が見られ、低炭水化物、高脂肪、高蛋白質食を摂取していることが明らかとなった。【考察】NICCD患児は稀ながら肝不全が進行し、乳児期に肝移植が必要となる重症例が存在することが明らかとなった。また、幼児期早期より特異な食癖が見られ、これは欠損しているシトリンの機能を代償する合目的食行動と考えられる。本疾患では肝細胞質にNADHが過剰に蓄積し種々の症状を引き起こす。高炭水化物食はNADHの蓄積を助長するため嫌うのであろうと想像される。患児にとって高炭水化物摂取は危険であり、逆に低炭水化物食を励行することでCTLN2の発症を予防できる可能性がある。今後症例を集積しCTLN2の発症予防策の確立を目指したい。【はじめに】新規遺伝子SLC25A13は成人発症II型シトルリン血症(CTLN2)の原因遺伝子としてクローニングされ、その遺伝子産物はシトリンと命名された。シトリンはミトコンドリア膜に存在するアスパラギン酸・グルタミン酸キャリアであることが明らかにされている。最近原因不明の脂肪肝を特徴とする新生児肝炎症例の中でシトリン欠損が明らかにされ、シトリン欠損による新生児肝内胆汁うっ滞症(neonatal intrahepatic cholestasis caused by citrin deficiency : NICCD)と命名された。【方法】シトリン欠損による新生児肝内胆汁うっ滞症(NICCD)の臨床像を明らかにするため、主治医へのアンケート調査を行ない、回答のあった69例について解析した。【結果】新生児マススクリーニング陽性を契機に受診した症例が27例存在していた。その内23例がガラクトースもしくはメチオニン高値で受診していた。残りの症例の大部分は黄疸、淡黄色便を主訴に新生児肝炎、胆道閉鎖が疑われ生後14ヶ月の間に受診していた。

【考察】NICCD患児は稀ながら肝不全が進行し、乳児期に肝移植が必要となる重症例が存在する。また、将来CTLN2を発症する危険性もあり長期の経過観察か必要である。【緒言】シトリン欠損症では新生児乳児期に肝内胆汁うっ滞症状(NICCD)を呈し、その後見かけ上健康な時期(適応期、代償期)を経て、何らかの原因で代償不全に陥った場合に重篤な成人発症2型シトルリン血症(CTLN2)を発症すると考えられている。CTLN2患者では以前より豆類などの高蛋自質食を好み糖質を嫌うことが報告されているが、今回我々はNICCDと診断された7症例について食事調査を行いその食嗜好について検討したので報告する。【症例】症例は調査時年齢115歳の7症例で性別は男児3例、女児4例。全例遣伝子診断にてSLC25A13遺伝子の変異が確認されている。【方法】母親に1日分の食事献立内容を食品ごとにグラム単位で記入をお願いし、1人に付き1週間分を提出してもらった。その調査表をもとに管理栄養士が各栄養素の摂取量を計算した。【結果】1週間の摂取熱量、蛋白質、糖質、脂質の平均値を求め、摂取エネルギー比率を計算した。摂取カロリーは症例1,2,4,7で本邦の平均値より多く、症例3,5,6で低値であった。7名の脂肪エネルギー比率の平均は46.2±6.0%であり本邦の標準値27-29%をはるかに越えていた。逆に7名の炭水化物エネルギー比率の平均は34.9±6.3%で標準値の55-57%より低値であった。【考察】多くのNICCD患児は1歳までに肝機能は正常化し、見かけ上無症状となる。しかし、離乳期以降甘いジュースや米飯を嫌い、豆類や卵、乳製品、揚物など高蛋白質、高脂肪食品を好むという特徴的な食嗜好が現れる。患児は細胞質内にNADHを産生する糖質を嫌い、細胞質のアスパラギン酸を増やすと同時にNADHの再酸化を促進する蛋白質の摂取を好み、エネルギーを獲得しやすい脂質を摂取することにより代償期を維持しているものと推察される。今後、低炭水化物、高たんぱく、高脂肪食による食事療法を試みる予定である。
ウオジラミ類の生活史、宿主特異性、生理機能の普遍性と可変性

ウオジラミ類は世界規模で様々な養殖魚類に甚大な被害を与える寄生虫だが、宿主特異性、生活史、生理機能については未解明な点が多い。宿主特異性に関与する分子メカニズムを明らかにすることが本研究の目的の1つである。生活史は可変性があり、中間宿主を持つもの、宿主転換を行うものが知られているが、各タイプの宿主を明らかにする。有毒トラフグ類に寄生するフグウオジラミは宿主に感染すると後天的にテトロドトキシンを体内に蓄積するが、その生理的意義や分子メカニズムを最先端技術を用いて解明する。さらに、ウオジラミ類が宿主へ付着する作用機序を明らかにする。
複合構造を形成したナノカーボン物質の基礎物性解明

ナノカーボン物質の半導体デバイス応用において本質となる、異種物質との複合構造体の電界下における基礎物性解明のため、中でもグラフェンナノリボンに注目し、その詳細な端構造が及ぼす影響について調査を行った。種々の端構造について電界下における物性の調査を行った結果、端構造依存の特異な外部電界遮蔽を発見した。アームチェア端においては結合交替による電子密度の偏りに起因する不均一な遮蔽が、ジグザグ端を持つナノリボンにおいてはエッジ状態由来の端に局在した電子分布によって外部電界に対する過剰な遮蔽が起こることを明らかにした。このことは、ナノリボンの詳細な端構造が電子伝導に影響を与えることを示している。原子/分子吸着・脱離により欠陥が導入されたグラフェンナノリボンの安定性の調査を行った結果、欠陥の構造が、原子/分子種、系の水素分圧に強く依存することを明らかにした。特に、原子/分子脱離による欠陥は、高水素分圧下ではアームチェア形状、低水素分圧下ではジグザグ形状が安定となることから、この結果は水素分圧による端構造制御の可能性を示唆するものである。また、六方晶窒化硼素(h-BN)に着目し、グラフェンナノリボンとの複合系の調査を行ったところ、h-BNの極性に起因してh-BNナノリボン間に生じる電位差により、間に挟まれたグラフェンナノリボンへの電界印加が能であることを確認した。さらに、h-BNナノリボンの極性が端への水素原子吸着や一軸歪みの導入によって制御でき、端に対する水素原子の被覆率、歪みの種類や大きさの調整により無極性化や極性の反転が可能であることを明らかにした。このことは、h-BNが二次元の電界源として応用可能であることを示している。以上の結果は、未解明であったナノカーボン物質の電界下での物性解明を行ったものであり、デバイス応用に向けた基礎研究として重要かつ意義深いものである。28年度が最終年度であるため、記入しない。ナノカーボン物質の半導体デバイス応用において本質となる、異種物質との複合構造体の電界下における基礎物性解明のため、中でもグラフェンナノリボンに注目し、端構造、原子吸着の及ぼす影響について調査を行った。種々の端構造について安定性の調査を行った結果、水素が吸着した端が水素のない清浄端に比べエネルギー的に安定であった。また、いずれもアームチェア端はジグザグ端に比べて安定であり、さらに水素化端においては、アームチェア端とそれに近い端構造の安定性が同程度であることから、グラフェンナノリボン・ナノフレークは本質的に端構造にばらつきを持つことを明らかにした。電子構造の解析から、アームチェア端での高い安定性は半導体性に起因し、フェルミレベル近傍の状態数が増加するほど不安定化することを発見した。これらのリボンは電界印加によりエネルギーギャップが広がり半導体化する傾向があり、全体的に安定性が増す。また、電界印加によって高エネルギー領域に存在する真空に分布を持つ状態が低エネルギーシフトすることを発見した。強電界下ではこの状態へのキャリア注入が可能であり、電極-リボン間に新たな分布ができることから接触抵抗の低下が期待される。また、28年度に予定する金属電極との接合系に関連して、近年注目を集めている六方晶窒化硼素の電極への応用可能性に着目し、この基礎物性探索を行った。安定性の調査から、清浄端ではグラフェンと同様アームチェア端がジグザグ端より安定であるのに対し、水素が吸着するとアームチェアからジグザグまでの全端構造において安定性が同程度であり、h-BNナノリボン・ナノフレークも本質的に端構造にばらつきを持つことを明らかにした。27年度にはナノカーボン物質の物性に対する欠陥、原子/分子吸着導入による影響の調査を予定していた。欠陥に関しては、原子欠陥とトポロジカル欠陥を対象としていたが、原子欠陥の計算量が多くトポロジカル欠陥の計算までには至らなかった。また、原子/分子吸着についても複数の原子/分子種を予定していたが、水素原子のみの計算となった。計画に比して欠陥や吸着原子/分子の種類が少なくなってしまったものの、計画では28年度に行う予定であった電極との接合に関する計算を前倒しで行ったため、おおむね順調に進展していると判断した。

特に、原子/分子脱離による欠陥は、高水素分圧下ではアームチェア形状、低水素分圧下ではジグザグ形状が安定となることから、この結果は水素分圧による端構造制御の可能性を示唆するものである。また、六方晶窒化硼素(h-BN)に着目し、グラフェンナノリボンとの複合系の調査を行ったところ、h-BNの極性に起因してh-BNナノリボン間に生じる電位差により、間に挟まれたグラフェンナノリボンへの電界印加が能であることを確認した。さらに、h-BNナノリボンの極性が端への水素原子吸着や一軸歪みの導入によって制御でき、端に対する水素原子の被覆率、歪みの種類や大きさの調整により無極性化や極性の反転が可能であることを明らかにした。このことは、h-BNが二次元の電界源として応用可能であることを示している。以上の結果は、未解明であったナノカーボン物質の電界下での物性解明を行ったものであり、デバイス応用に向けた基礎研究として重要かつ意義深いものである。28年度は予定どおり電極とナノカーボン物質の接合系の調査を行うとともに、27年度に扱うことのできなかったトポロジカル欠陥や、他の吸着原子/分子について調査を行う。また、取り扱った複合構造について伝導特性の調査を目指す。原子/分子吸着については多種の原子/分子を取り扱うと計算量が多くなることが予想されるため、吸着させるナノカーボン物質の構造を限定することで対応する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
日本の樹木の多様性は山岳地形により地史的に高く保たれてきたのではないか？

(1)サクラ属樹木の種子散布と個体の定着:調査サイトで得られてきた長期データを解析し、カスミザクラの種子生産数が過去30年間で増加傾向にある一方、実生の出現数は減少傾向にあることが認められた。このことから種子のステージにおいて負の密度効果が強く作用していることが示唆されるとともに、最近の気候変動は更新ステージにおいて負の影響を及ぼすことが示唆された。(2)サクラ属樹木の遺伝子流動:地形が急峻な足尾では、高標高にオオヤマザクラ、低標高にカスミザクラが分布し、種内の開花期が標高によってずれる一方、種間の開花期は標高間で重複した。近距離で血縁度が高い空間遺伝構造がみられ遺伝子流動が空間的に制限されていた一方、両種の雑種は中間的な標高に分布していた。このことからサクラ属樹木は、標高による開花期のずれのため花粉による遺伝子流動が制限されるが、開花期の重複により種間交雑が生じていると考えられた。(3)サクラ属樹木の種子を散布する動物の生息域変化:調査地でツキノワグマ60頭分の行動を解析した結果、長距離を短時間で移動する行動パターンと直径数km以内の範囲を長時間探索して回る行動パターンの組み合わせが検出された。とくに果実の凶作年には、オスの探索範囲が直径10km以上の範囲に広がる傾向があった。また、気温の高い夏季には狭い範囲での探索行動が多く認められた。以上のことから、ツキノワグマの行動パターンは、餌資源量の年変動に加え、気温が影響されて変化することが示唆された。(4)国内外の温帯林多様性情報のメタ解析:公開されている森林データを収集し、各サイトの標高の変動係数の値を得た。このデータを解析、標高の変動係数と森林に出現した種数および系統樹の枝の長さ合計値に正の相関があることを見出した。このことから、森林の樹木の多様性は周辺の地形の標高の空間変動によって高まる可能性が示唆された。サクラ属樹木の遺伝子流動の制限、標高差のある山域での雑種形成、種子散布者であるツキノワグマの行動に気候変動が及ぼす影響、標高差のある地域で系統樹上での樹木の多様性が高まる可能性、など順調に成果が得られつつある。今後も計画に沿い、サクラ属樹木の全生活史を通じた成長パターンの解明、地形が平坦な山域でのサクラ属樹木の遺伝子流動、ツキノワグマの気象条件に対する応答のおり精密な解析、グローバルな温帯域の樹木の多様性と地形情報の関係解析など、より包括的な成果に向けて研究を進めていく。(1)北茨城の小川試験地においてカスミザクラの当年生実生のマーキングと生存過程を調査するとともに、過去のモニタリングデータからカスミザクラの当年生実生の出現数データを抽出した。その結果、1990年以降約30年間のデータから、カスミザクラはほぼ毎年結実し、5年に約1回の頻度の大量結実(マスティング)を行なっていたことが示された。地形の急峻な焼石岳山麓のカヌマ沢渓畔林試験地でオオヤマザクラの分布を調査した結果、結実サイズの個体が少ないことがわかり、対象樹種をウワミズザクラに切り替えた。ウワミズザクラの当年生実生196個体を標識し、秋までの生存率を解析した結果、同種の樹冠下で47%、樹冠外で74%であり、種子散布によって生存率が向上することが示された。ウワミズザクラの過去のデータの抽出についても、着手した。(2)北茨城の約10 kmの調査ルートに分布するカスミザクラにおいて、両性遺伝する核と母性遺伝する葉緑体の空間遺伝構造を示し、花粉と種子の散布による遺伝子流動が空間的に限られていることを明らかにした。北茨城は、種子を長距離散布するツキノワグマがいないため、遺伝子流動が制限された可能性が考えられる。(3)これまでに足尾山塊で得たのべ約80頭のツキノワグマの測位点に植生と気温のデータを付与し、測位時の生息地および活動状態(移動、採食、休息)を推定した。その結果、夏に生息地選択と行動に対する気温の効果が検出された。夏は、気温上昇とともに草地の選択性が低下し、広葉樹林の選択性が増加した。選択性が切り替わる気温の閾値は25°Cと推定された。おおむね問題なく進捗している。過去30年間のサクラ属樹木の結実変動の解明、種子を長距離散布するツキノワグマが存在しない北茨城でサクラ属樹木の遺伝子流動が制限されきた可能性、ツキノワグマの生息地選択性が切り替わる気温の閾値が25°Cと推定されたことなど、順調に成果が得られつつある。

このことからサクラ属樹木は、標高による開花期のずれのため花粉による遺伝子流動が制限されるが、開花期の重複により種間交雑が生じていると考えられた。(3)サクラ属樹木の種子を散布する動物の生息域変化:調査地でツキノワグマ60頭分の行動を解析した結果、長距離を短時間で移動する行動パターンと直径数km以内の範囲を長時間探索して回る行動パターンの組み合わせが検出された。とくに果実の凶作年には、オスの探索範囲が直径10km以上の範囲に広がる傾向があった。また、気温の高い夏季には狭い範囲での探索行動が多く認められた。以上のことから、ツキノワグマの行動パターンは、餌資源量の年変動に加え、気温が影響されて変化することが示唆された。(4)国内外の温帯林多様性情報のメタ解析:公開されている森林データを収集し、各サイトの標高の変動係数の値を得た。このデータを解析、標高の変動係数と森林に出現した種数および系統樹の枝の長さ合計値に正の相関があることを見出した。このことから、森林の樹木の多様性は周辺の地形の標高の空間変動によって高まる可能性が示唆された。サクラ属樹木の遺伝子流動の制限、標高差のある山域での雑種形成、種子散布者であるツキノワグマの行動に気候変動が及ぼす影響、標高差のある地域で系統樹上での樹木の多様性が高まる可能性、など順調に成果が得られつつある。初年度の研究の結果、地形の急峻な焼石岳山麓のカヌマ沢渓畔林試験地でオオヤマザクラのサンプル数を十分に揃えられないことがわかったが、対象樹種をオオヤマザクラからウワミズザクラに切り替えることで対応することができた。残りの研究期間においても、カヌマ沢渓畔林試験地ではウワミズザクラを対象とすることとする。ウワミズザクラは他の調査地にも普遍的に分布するため、比較研究する上でも支障がなく、研究目的を計画通りに達成できる見込みである。今後も計画に沿い、サクラ属樹木の全生活史を通じた成長パターンの解明、地形が平坦な山域でのサクラ属樹木の遺伝子流動、ツキノワグマの気象条件に対する応答のおり精密な解析、グローバルな温帯域の樹木の多様性と地形情報の関係解析など、より包括的な成果に向けて研究を進めていく。
植物形態の季節変化を利用した土器作成と降雨期の季節の推定

先史時代の日本では,降雨期が時代とともに変化し,土器作成や食料採取,植物栽培などの生業に大きな影響を与えたと考えられる.本研究は,季節による植物の形態変化から,植物遺体や土器圧痕の植物の状態が示す季節を特定し,堆積物の堆積時期や土器作成時期を推定することを目的として,最終氷期と縄文時代の河道内堆積物の植物遺体や土器や火山噴出物の植物の印象を調べた.その結果,最終氷期最寒冷期の堆積物からは,開花直前の雄花序や展開途上の枝条が見つかり,春季の気象イベントによる植物化石群形成が復元された.土器や火山噴出物中の植物の印象化石も,季節推定に使えることも明らかになった.本研究は,先史時代の日本では降雨期が時代とともに変化し,土器作成や食料採取,植物栽培などの生業に大きな影響を与えたと考えられるため,季節による植物の形態変化に着目し,植物遺体や土器圧痕の植物の状態が示す季節を特定し,洪水堆積物の堆積時期や土器作成時期を推定することを目的とする.本年度の研究は,季節推定が可能な植物とその器官についての情報抽出作業を行った.全国遺跡出土データベースを完成させ,国立歴史民俗博物館データベースとして公開した.このデータベースを利用するとともに,研究代表者がこれまで収集した旧石器時代,縄文時代,弥生古墳時代の出土植物化石資料のうち,季節推定の材料となる植物遺体資料を探し出し,抽出した.その結果,茨城県南部花室川からの最終氷期最寒冷期の植物化石群に非常に保存状態のよい針葉樹の雄花序が含まれていたことが明らかになった.花室川化石群のほか,三重県南部の薗川の最終氷期最寒冷期堆積物には,通常は落脱しやすい葉がついたままのツガ属やトウヒ属の枝が含まれており,当年枝からの季節推定に利用可能な材料であることが明らかになった.鹿児島県指宿市の古代の橋牟礼川・敷領遺跡の古墳・平安時代の火山灰堆積物に含まれるシダの葉の印象化石からは,胞子嚢や葉片の状態からの季節推定ができる可能性が高いと推定された.一方,土器圧痕として保存されている植物からの季節推定については,情報を収集中である.当初の予定どおり,季節推定が可能な植物とその器官についての情報抽出作業を十分行うことが出来た.現在収集中の土器圧痕に関する情報は他の科研プロジェクトに参加しながら収集しているため,集計が終了するのが28年度となってしまい,情報抽出が若干予定よりも遅れている.一方で最終氷期の化石群では,国立歴史民俗博物館での資料調査により,今後の分析によって季節推定可能な試料が増えた.先史時代の日本では降雨期が時代とともに変化し、土器作成や食料採取、植物栽培などの生業に大きな影響を与えたと考えられる。そこで本研究は、季節による植物の形態変化に着目し、植物遺体や土器圧痕の植物の状態が示す季節を特定し、洪水堆積物の堆積時期や土器作成時期を推定することを目的とする。本年度は、主に季節推定が可能な植物とその器官についての情報抽出作業を行った。茨城県南部花室川と三重県南部薗川の最終氷期最寒冷期堆積物に含まれるマツ科針葉樹の、葉がついた状態で化石となった当年枝の状態から、化石群が形成された季節の推定をおこなった。春から夏にかけての成長期の当年枝は見あたらず、夏季よりもむしろ冬季の積雪や風雨によって枝が落とされた可能性が高いことがわかった。このことから、最終氷期最寒冷期には、夏季モンスーンの勢力が弱く、風雨の強度は現在ほどは大きくなかったことが推定された。さらに、後期完新世の夏季モンスーン強度の変遷について、中国南部Donnge Caveの石筍酸素同位対比曲線と対応させながら、北海道石狩平野や猿払湿原の泥炭層中の大型植物遺体から湿原の古植生変遷を復元した。この結果、夏季モンスーン強度が弱くなった時期と、湿原の泥炭形成開始や高層湿原化がほぼ対応していることが明らかになり、中国のモンスーン指標が日本の広い地域に適用できることがわかった。鹿児島県指宿市の古代の橋牟礼川・敷領遺跡の古墳・平安時代の火山灰堆積物に含まれる植物の印象葉化石群の組成や状態に基づいて化石群形成過程を復元した。当初の予定どおり、季節推定が可能な植物とその器官についての情報抽出作業を十分行うことが出来た。現在収集中の土器圧痕に関する情報は他の科研プロジェクトに参加しながら収集しているため、情報抽出が若干予定よりも遅れている。一方、本科研とは別に研究を行ってきた北海道の湿原の形成過程の研究から、夏季モンスーン変動の詳細な復元とそれにともなう植生変遷が明らかになってきており、本研究に成果を適用できることがわかってきた。先史時代の日本では降雨期が時代とともに変化し,土器作成や食料採取,植物栽培などの生業に大きな影響を与えたと考えられる.そこで本研究は,季節による植物の形態変化に着目し,植物遺体や土器圧痕の植物の状態が示す季節を特定し,洪水堆積物の堆積時期や土器作成時期を推定することを目的とする.最終年度である本年度は,千葉県市川市北部の雷下遺跡および道免き谷津遺跡の縄文時代早期から弥生時代にかけての堆積物に含まれる植物遺体を整理し,古植生変化や生業生活との関わりの中での植物遺体からの季節推定の可能性について検討を行った.さらに,これらの遺跡とその周辺から出土した土器の圧痕についての情報を収集した.鹿児島県指宿市の古代の橋牟礼川・敷領遺跡の古墳・平安時代の火山灰堆積物に含まれる植物の印象葉

化石群について検討を行った結果,ワラビ等の夏緑性シダの葉が十分展開した状態であることや,ヌスビトハギ,ヨモギなど夏季に生育する葉の産出と,それらの植物の現在の季節変化との比較から,化石群が夏季に火山灰に埋積したことが明らかになった.最終氷期最寒冷期の植物化石資料の検討からは,成長途上のシュートや保存状態のよいシュートが比較的少ないこと,冬芽やふだんは保存されにくい雄花序が稀に産出することから,夏季よりも冬から春先の撹乱によって枝が払い落とされ,化石群が形成された可能性が考えられた.今後の検討課題として,表面や概形の状態だけではなく,枝の横断面の通道組織の形成状況や,芽の横断面といった解剖学的形態をさらに検討することで,化石群形成季節をより詳細に特定できる可能性が示唆された.先史時代の日本では,降雨期が時代とともに変化し,土器作成や食料採取,植物栽培などの生業に大きな影響を与えたと考えられる.本研究は,季節による植物の形態変化から,植物遺体や土器圧痕の植物の状態が示す季節を特定し,堆積物の堆積時期や土器作成時期を推定することを目的として,最終氷期と縄文時代の河道内堆積物の植物遺体や土器や火山噴出物の植物の印象を調べた.その結果,最終氷期最寒冷期の堆積物からは,開花直前の雄花序や展開途上の枝条が見つかり,春季の気象イベントによる植物化石群形成が復元された.土器や火山噴出物中の植物の印象化石も,季節推定に使えることも明らかになった.今後は,堆積物からの植物遺体資料の抽出を継続するとともに,土器圧痕資料についても,他の科研プロジェクトで蓄積された資料からの情報収集を行う.27年度に明らかになった針葉樹の枝条や生殖器官,シダの葉の季節変化についての情報を,現生標本や野外での観察に基づき,収集する.堆積物からの植物遺体資料の抽出を継続するとともに、土器圧痕資料についても、他の科研プロジェクトで蓄積された資料からの情報収集を行う。北海道の湿原形成過程の研究結果から得た夏季モンスーン変動のデータと、遺跡出土植物遺体の堆積季節情報とを比較しながら研究を進める予定である。橋牟礼川遺跡の火山灰中に含まれる植物遺体のフェノロジーから火山灰の堆積季節や堆積環境を推定する論文や、花室川、薗川の植物遺体の堆積環境についての論文をまとめる予定である。植生史学国立歴史民俗博物館で,茨城県南部の花室川から採取された保存状態のよい植物遺体を含む堆積物が多数保管されており,それらが堆積季節復元の研究材料として使用可能であることが27年度10月に明らかになった.それらの試料は年代測定委託が必要であるが,10月以降に委託するよりも,4月9月までの測定委託のほうが測定費が安く,より多くの試料を分析委託できるため,28年度に委託を行うこととした.本年度に大型植物遺体の抽出を終えて年代測定委託を行う予定だった最終氷期堆積物の分析が進まなかったため、次年度に測定委託を行うこととした。茨城県南部の花室川産の最終氷期の堆積物の年代測定費(8点分)として,28年度9月までに測定委託を行う.最終氷期堆積物および遺跡堆積物の年代測定を中心に使用する計画である。国立歴史民俗博物館の図書室にある約6万冊の遺跡発掘調査報告書の悉皆調査を行い,大型植物遺体の分析例がある報告書約2500冊を抽出し,記載されている大型植物遺体の記録をデータベース化した.
機能性ミニチュアRNAタンパク質複合体の構築

本年度の研究ではRNA・ペプチドサブユニット間、およびサブユニット・基質間の相互作用様式を基質の結合に協同的に働くように設計したRNA・ペプチドサブユニットから形成される機能性RNA・ペプチド複合体の設計と構築を行った。リボヌクレオペプチド・リセプターはRNAをライブラリー化することによる機能化と、ペプチドサブユニットをライブラリー化することによる機能化の二つの機能化方法を同時または順次適用することが出来る。今回、ペプチドライブラリーを新たに作製してリボヌクレオペプチド・ライブラリーを作成し、ATP結合性リボヌクレオペプチド・リセプターのATP選択性を向上させることを目的とした。RevペプチドのN末端にランダム化した7アミノ酸を導入し、ファージディスプレイを作製した。7アミノ酸領域はS-S結合を形成することによりλファージのtail capsidに発現され、ループ構造をとることができる。このファージとRNAとの複合体を用いて、ATP/AMP選択性を上げることを指標にしてスクリーニングを行った。Revペプチドを用いたリボヌクレオペプチド・ライブラリーのin vitro selectionから得られたRNA配列(UCUCGU-GUGUA-UGGGG-UA-UG-CU-GCGUUGG)を用いた場合、ランダムアミノ酸配列はFTPRDADに代表される類似配列が得られた。これらを用いたリボヌクレオペプチド複合体のATP結合活性はRevペプチドからなるリボヌクレオペプチド複合体と同等のものであったが、AMPに対する選択性およびdATPに対する選択性ははるかに高いものであった。この結果から、ペプチド・ライブラリーを用いることにより、リボヌクレオペプチド・リセプターの高機能化が行えることが明らかになった。
カリウムイオン可視化によるカリウムチャネル機能評価とその応用

内向き整流カリウムチャネルファミリーは細胞静止膜電位の形成と安定化、維持あるいは、カリウムの輸送をおこなっているとされている。このなかで申請者らのグループによってクローン化されたKir4.1/KAB-2は脳グリア細胞に発現していることがin situ hybridizationによって明らかとなった。そこでこのKir4.1の分布と機能を調べるために網膜の主要なグリア細胞であるミュラー細胞をもちいてさらに検討した。Kir4.1mRNAはミュラー細胞に発現していた。さらに、Kir4.1抗体を使うことによってチャネル蛋白質自体もミュラー細胞膜上に広く分布していること、Kir4.1は膜上ではパッチ状に集積(クラスタリング)して存在していることが判明した。このクラスタリングの機構を生化学的、細胞生物学的に検討したところ、網膜ミュラー細胞ではSAP97という3つのPDZドメイン、SH3領域、グアニル酸キナーゼ領域をその構造内に持っている細胞内蛋白質がKir4.1のC末端にあるSer-Asn-Valという配列に結合することによってKir4.1-SAP97のコンプレックスができ、さらにSAP97が互いに凝集することによって起きていることがHEK293T細胞を使った再構成実験によってわかった。また、ミュラー細胞のKir4.1の発現はミュラー細胞を培養化することによって消失すること、培養液にインスリンを添加しておくとKir4.1mRNAの発現がおこるが、Kir4.1は細胞質にとどまって膜上に発現しないこと、インスリン存在下にラミニンを作用させると機能を持ったKir4.1の膜上での発現がみられ、この際、Kir4.1は膜上でクラスタリングしていることを見い出した。即ち、ラミニンはKir4.1の細胞質から膜上へのトランスロケーションに働いていることが強く示唆された。Kir4.1の機能は神経細胞が興奮した際に細胞外に放出するK+を吸収し、さらにそのK+を別の部位へ放出するsaptial bufferingをおこなっているものと考えられた。この機能をカリウム蛍光試薬を用いて現在検討している。
小腸ホルモン、インクレチンを用いた糖尿病性大血管障害の治療戦略

本研究は、最新の糖尿病治療であるインクレチン療法、すなわちDPP-4阻害剤およびGLP-1アナログ製剤の血糖降下以外の抗動脈硬化作用を明らかにした。この多面的薬理作用は、糖尿病の合併症である動脈硬化に起因する大血管障害(冠動脈疾患、脳血管疾患、閉塞性動脈硬化症)の予防にも有用であることを示した。その作用機序として、GLP-1およびGIPが各々に血管壁細胞(血管内皮細胞、血管平滑筋細胞、単球/マクロファージ)に対し、細胞膜上に存在するGLP-1受容体およびGIP受容体を介して細胞内のcAMPの活性化を起こし、動脈硬化を抑制したと考えられた。【目的】小腸から分泌されるペプチドホルモンであるインクレチンにはGLP-1とGIPの2種類ある。各々の活性型であるGLP-1(7-36)またはGIP(1-42)を動脈硬化モデルマウス(ApoE欠損マウス)に持続投与し、両ホルモンの動脈硬化の進展に対する作用を検討した。【方法】17週齢の雄性ApoE欠損マウスを10匹づつ3群に分け、高脂肪食摂取下で4週間、GLP-1(7-36)、GIP(1-42)、生食を浸透圧ポンプを用い持続皮下投与した。21週齢時に各群の心臓および大動脈を採取し、大動脈弁輪部をOil Red O染色またはMOMA-2免疫染色しプラークサイズやマクロファージの浸潤度を評価し、また大動脈全体をOil Red O染色し動脈硬化病変の総面積を評価した。また腹腔マクロファージを採取後、酸化LDLによる泡沫化を評価した。【結果】大動脈全体での動脈硬化病変面積は、GLP-1(7-36)またはGIP(1-42)投与により対照に比べ、71%、66%分減少した。大動脈弁輪部のプラークサイズおよびマクロファージの浸潤度は、GLP-1(7-36)投与により31%、24%分減少し、GIP(1-42)投与により33%、21%分減少した。マクロファージの泡沫化はGLP-1(7-36)またはGIP(1-42)投与により対照に比べ43%、29%分抑制された。その分子機構として、泡沫化に不可欠なCD36およびacylCoA : cholesterol acyltransferase-1(ACAT-1)の発現が、GLP-1(7-36)およびGIP(1-42)により有意に抑制されていた。【結語】活性型のGLP-1およびGIPは、マクロファージでのCD36およびACAT-1の発現抑制を介し泡沫化を抑制することにより動脈硬化の進展を顕著に抑制する可能性が示唆された。【学会発表】2010年に米国心臓病学会(AHA)、米国糖尿病学会(ADA)、ヨーロッパ糖尿病学会(EASD)、動脈硬化若手研究会等で発表。【目的】小腸から分泌されるインクレチンにはGLP-1とGIPの2種類あるが、血中のDipeptidyl Peptidase-4(DPP-4)によって分解されてしまうため、標的臓器(主に膵臓)に到達する際には激減してしまう。最近開発されたDPP-4阻害剤(Vildagliptin)をApoE欠損マウスに投与し、内因性インクレチンを増加させ動脈硬化の進展を抑制できるかどうかを検討した。【方法】17週齢の雄性ApoE欠損マウスを高脂肪食餌摂取下で、Vildagliptin Analogue(100μg/kg/day)またはVehicleを4週間経口投与した。各群とも21週齢時に採血並びに大動脈を採取し、大動脈全体をOil Red O染色にて動脈硬化病変の総面積を測定し、大動脈弁輪部をOil RedOまたはMOMA2染色にてプラークサイズやマクロファージの浸潤度を評価した。更に、腹腔マクロファージを採取後、酸化LDLによる泡沫化を評価した。【結語】DPP-4阻害剤は内因性のGLP-1およびGIPを有意に増加させ、マクロファージでのCD36/ACAT-1発現抑制を介し泡沫化を抑制することにより動脈硬化の進展を顕著に抑制した。Dipeptidyl Peptidase-4 (DPP-4)阻害剤は、内因性インクレチン(GLP-1、GIP)を増加させることで血糖を降下させる新しい糖尿病治療薬である。ApoE欠損マウス(動脈硬化モデル)にストレプトゾトシンを腹腔内投与(膵臓β細胞を破壊)して糖尿病を発症させ、DPP-4阻害剤(Vildagliptin)を投与すると動脈硬化の進展が抑制されるかどうかを世界に先駆けて検討した。

ApoE欠損マウス45匹を5群に分け、17週齢から高脂肪食とともにVildagliptinの経口投与並びに他剤の浸透圧ポンプによる投与を4週間行なった。糖尿病発症ApoE欠損マウスは、糖尿病未発症ApoE欠損マウスに比べ、動脈硬化病変が更に+30%増加していた。糖尿病発症ApoE欠損マウスへのDPP-4阻害剤の経口投与は、血中のGLP-1およびGIPを有意に増加させ、動脈硬化病変および単球/マクロファージの浸潤を顕著に抑制させた。動脈硬化病変、単球/マクロファージの浸潤、酸化LDLによるマクロファージの泡沫化に対するDPP-4阻害剤の抑制作用は、GLP-1受容体拮抗剤またはGIP受容体拮抗剤の追加投与により一部キャンセルされ、GLP-1受容体拮抗剤およびGIP受容体拮抗剤の同時併用投与により完全にキャンセルされた。空腹時血糖、インスリン、脂質プロファイルには有意な変化を認めなかった。DPP-4阻害剤のVildagliptinは、糖尿病発症ApoE欠損マウスにおいても動脈硬化を著明に抑制することが出来た。本内容の論文を国際誌に現在投稿中である。申請書に則り、着実に実行している。24年度が最終年度であるため、記入しない。動物実験とともに臨床研究を進めて、申請書通りの内容を完全に遂行する。
新規な分離膜用膜状ゼオライト合成法の開発と分離特性の評価

その特異な細孔構造により分子レベルでの選択性を有するゼオライトを高度分離膜として製膜する手法の開発を目的として、ゼオライトの新しい合成法の開発を行った。すなわち従来法の水熱合成ではゼオライトの多結晶粉末が合成されるので製膜は困難と考え、一旦成型した乾燥シリカアルミノゲルを有機蒸気に気相中で接触せしめゼオライト化する手法の開発を行った。合成実験には試作のオートクレーブを用いた。結晶化温度は253Kとし、生成物の構造に及ぼすシリカアルミノゲルのpH、ナトリウムイオン濃度、有機テンプレートの種類の影響を主として検討した。トリエチルアミンとジエチルアミン共存下、pH=7-11の広い範囲でフェリエライトが得られることを見いだした。結晶化には両有機テンプレートの共存が必須であった。ナトリウム濃度を下げるとZSM-5が得られた。1-プロパノールを用いてもZSM-5を合成することができた。pH>11ではアナルサイムとなった。また、条件によってはKZ-1,KZ-2が得られることを見いだした。固体高分解能NMRスペクトルよりゲル中のアルミニウムはすべて結晶格子中に取り込まれており、またアナルサイムを除いてシリコンも良好に結晶化していることがわかった。従って、本方法を用いると仕込どおりのシリカアルミナ比を有するゼオライトが合成できると考えられる。本年度の研究結果より、我々が提案する方法で良好に結晶化した各種ゼオライトが合成できることが明かとなり、ゼオライト薄膜を無機支持体上などへの製膜の可能性が示された。次年度以降は多孔質ガラス、多孔質アルミナ膜などを支持体として製膜実験を行いたいと考えている。
慢性虚血肢潰瘍に対する末梢血および骨髄由来多血小板血漿の治療効果

ウサギの慢性虚血肢モデルを用いて皮膚欠損創を作成し、末梢血および骨髄液を濃縮した多血小板血漿(PRP)を注射し、生理食塩水との効果の違いを実験的に観察した。末梢血PRPでは生理食塩水との差がなかったが、骨髄PRPでは有意に創傷治癒の促進が観察された。骨髄PRPでは骨髄細胞が移植され、あるものは生着し、持続的に成長因子を放出することにより、創傷治癒を促進するのではないかと推察できる。骨髄PRPは安価で簡単に作成でき、虚血肢における潰瘍治療に役立つと考えられる。最近、血小板濃縮血漿(PRP)が安価で安全なサイトカインの供給源として注目されてきており、慢性皮膚潰瘍の治療に有効との報告もみられる。またこのPRPを分離する手法と同じ方法で骨髄液を濃縮すると骨髄液中の血小板のみならず骨髄細胞も同時に濃縮できる。(Nishimoto, et. al.Wound Repair Regen.2007;15(1).)骨髄細胞はいわゆる幹細胞を含み虚血肢や虚血心筋内に注射することで血管再生をはじめとする組織再生に役立つことが注目されている。慢性虚血肢の創傷治癒遅延に対する末梢血および骨髄血由来のPRP(各々pb-PRP,bm-PRPと略す)の効果をウサギ慢性虚血肢モデルを用いて検証した。【方法】ウサギの一側後肢の外腸骨動脈から膝窩、伏在動脈分岐までの大腿動脈を結紮、摘出した。これにより後肢は内腸骨動脈からの側副血行のみで栄養されることとなり虚血状態となる。3週間後虚血肢下腿内側に2x2cmの皮膚欠損創を作成した。pb-PRP群では耳介の静脈から得た末梢血2mlを遠心分離してpb-PRP200μlを創床に注射した。bm-PRP群では腸骨を穿刺して吸引した骨髄液2mlを遠心分離してbm-PRP200μlを創床に注射した。虚血生食群は生理食塩水200μlを創床に注射した。また健常肢下腿内側に2x2cmの皮膚欠損創を作成し生理食塩水を200μl創床に注射し健常群とした。経時的に創傷の上皮化状態を観察し、未上皮化面積を測定した。【結果】健常群と虚血生食群間では7日目、21日目で未上皮化面積の有意な差を認め、虚血が創傷治癒の遅延をもたらしていることが確認された。pb-PRP群は虚血生食群との間に差を認めることができなかった。bm-PRP群は7日目、14日目、21日目において虚血生食群、pb-PRP群との間に有意な差が見られ、創傷治癒促進の効果があることが示された。【目的】血小板濃縮血漿(PRP)は末梢血を濃縮することによって得られ、安価で安全なサイトカインの供給源として注目されている。慢性皮膚潰瘍の治療にも有効との報告もある。末梢血からPRPを分離する手法と同じ方法で骨髄穿刺液を濃縮すると、骨髄液中の血小板のみならず骨髄有核細胞も濃縮される。この骨髄有核細胞はいわゆる幹細胞を含み、虚血肢や虚血心筋内に注射することで血管再生をはじめとする組織再生に役立つことが注目されている。末梢血および骨髄血由来のPRP(各々pb-PRP,bm-PRPと略す)の慢性虚血肢の創傷治癒遅延に対する効果をウサギ慢性虚血肢モデルを用いて検証した。【方法】ウサギの一側後肢の大腿動脈を結紮、摘出した。3週間後虚血肢下腿外側に2x2cmの皮膚欠損創を作成した。pb-PRP群では耳介の静脈から得た末梢血2mlを遠心分離してpb-PRP 200μlを創床に注射した。bm-PRP群では腸骨を穿刺して吸引した骨髄液2mlを遠心分離してbm-PRP 200μlを創床に注射した。つぎにpb-PRPおよびbm-PRPを分離した後、その細胞成分を蛍光色素DiIにて標識した後、創床に注射し、経時的に組織を採取し、蛍光顕微鏡下に観察した。