hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複雑な乳歯根管系の制御－確実な歯根吸収抑制と吸収部修復機構発現の解明－

根管治療において、根管内壁に生じるスミア層の除去が重要で、根管貼薬剤の効果を根管、根管内壁、象牙細管を通しての根管歯質、歯根外表面へ有効に拡散させることができる。これまでに、根管洗浄として、有機質溶解作用のある次亜塩素酸ナトリウムを使用した超音波洗浄が、乳歯ではスミア層除去に有効であること、永久歯では、硬組織脱灰作用のあるEDTAを使用した超音波洗浄を加えることで、適切なスミア層除去ができることを示すことができた。適切なスミア層除去により、根管貼薬剤である水酸化カルシウム製剤の効果が歯根外表面にまで拡散することが示され、前述した根管洗浄法が、複雑な乳歯根管系の制御の最も重要な点であることが把握された。根尖性歯周炎の治療は、炎症のコントロールと病的歯根吸収のコントロールの両面での対応が必要である。根尖性歯周炎は、超音波を用いた根管洗浄により貼薬剤の効果が有効に発揮され、炎症のコントロールの確実性が増加した。歯根吸収においても、吸収を示す歯根外表面へのアルカリ性の拡散により、酸性環境が必要な歯根吸収部を中和させることによる吸収抑制の可能性が考えられる。この点を明らかにするため、細胞培養系および実験動物系の2系統で研究を進めている。細胞培養系では、歯根吸収モデルを作製し、培養系破骨細胞による歯根吸収環境を再現することができた。このモデルを用いて、水酸化カルシウム製剤の歯根吸収に対する効果を把握することを目的に準備を進めている。実験動物系では、ラット第一臼歯を使用した歯根外部吸収を惹起させる方法を構築することができた。ラット第一臼歯歯根吸収に対する水酸化カルシウム製剤の効果を組織学的に観察し、水酸化カルシウム製剤の効果により、歯根外部吸収は抑制されること、セメント質の肥厚(添加)が観察されることを明らかにすることができた。今後は、細胞培養系の研究を中心に進めていく予定である。細胞培養系に関しては、計画に比較し進行が遅れているが、実験動物系に関しては、最終年度(3年目)までの計画として考えていた実験ならびにその結果を2年で得ることができた。そのため、当初の実験計画とは進捗状況が違うが、相殺すると、計画通りに進んでいると考えている。細胞培養系の実験については、歯根吸収モデル作製が律速段階であり、この段階に時間と労力が必要となる。担当していた大学院生が一昨年度諸事情により退学したため、この部分の進行が遅れてしまった。細胞培養系の実験については、歯根吸収モデル作成が律速段階であり、ここに時間と労力が必要なため、大学院生の協力を得て、計画的に進めていくことを考えている。もう一方の動物実験系については、組織切片作製に時間と労力が必要となることから、この部分を中心としたスケジュールを立案し、計画的に進める予定である。担当していた大学院生が一昨年度諸事情により退学したため、この部分の進行が遅れていた。今後は、新しい大学院生の協力を得て、計画的に進めていく。動物実験系が円滑に進んだため、細胞培養系の実験に集中し、作製した細胞培養系の歯根吸収モデルを用いて、水酸化カルシウム製剤の歯根吸収に対する効果の把握を精力的に実施していく予定である。今後の細胞培養系の実験から得られた結果と、これまでに得られたヒトでの各種根管洗浄法の結果、ラット動物実験系での結果を合わせ、本研究をまとめる予定である。本研究に参加し、謝金支出を準備していた大学院生が、家庭の事情で退学となり、予定していた謝金支出が“0"になったことによる。
ディラックフェルミオンによる新奇な電気伝導現象の実験的解明

本研究では、グラフェン中のディラックフェルミオンの性質を反映した物理現象の一つとして、歪み効果に注目した。グラフェンに局所1次元歪みがあると伝導ギャップが生成することが理論的に予測されている。H25年度は歪みによる電気伝導の変調の原因をさぐるために以下のことを行った。グラフェンの電気伝導率のゲート電圧依存性は、通常の歪みの無いグラフェンだとV字型の特徴を示すことが知られている。しかし、局所歪みを導入した試料では、V字型の電子側に対応する領域で傾きが減少する非対称性が現れた。この非対称性の原因として、ゲートキャパシタンスの空間変化、過剰な電子線照射、格子歪み、の影響が想定された。そこで、それぞれの影響を調べるための試料を作製し電気伝導測定をおこなった。その結果から、非対称性の原因はゲートキャパシタンスの空間変化や電子線照射の影響では無く、格子歪みである可能性が高いことがわかった。また、理論予測と比較し、漏れ電流のある伝導ギャップに対応する振る舞いが見られることと、漏れ電流の原因が電子の平均自由行程内での歪み量が不足していることを議論した。漏れ電流の原因としては、電子の平均自由行程内における歪みの変化量が不足していることが考えられた。次に、平均自由行程を短くする要因である電子線照射の影響を調べた。この研究では電子線照射がグラフェンの電気伝導に与える影響を定量的に明らかにすることを目的として、同一試料に対して、ラマン分光と電気伝導測定を行った。その結果、これまで見出されて無かったラマンスペクトル強度とキャリアの平均自由行程の間の関係式を求めることに成功した。現在、格子歪みを制御性良くグラフェンに導入できるのは、世界的に見ても我々のみである。伝導ギャップ生成が成功すれば、グラフェンの高速トランジスタへの応用を大きく前進させることができると思われる。(抄録なし)本研究では、グラフェン中のディラックフェルミオンの性質を反映した物理現象の一つとして、歪み効果に注目した。H24年度は歪みによる伝導ギャップ生成の条件をさぐるために以下のことを行った。1.以前我々の開発した、基板とグラフェンの間にレジストナノ構造を挿入する方法で、グラフェンに局所1次元歪みを導入し、その電気伝導を測定した。その結果、通常のV字型の電気伝導率のゲート電圧依存性の、底の部分が平らになる現象を見出した。ただし、電気伝導率の消失は観測されなかった。2.上記の漏れ電流は、平均自由行程内での歪みの変化量が小さいことで半定量的に説明することができる。実際、レジストナノ構造作製時に60mC/cm^2もの過剰な電子線照射を電流経路に対して行うため、グラフェン膜に欠陥が誘起され平均自由行程が短くなっている可能性があった。そこで、電子線照射の電気伝導に対する影響を、顕微ラマン分光と電気伝導測定を用いて調べたところ、電子線照射により欠陥が誘起され、平均自由行程が短くなることがわかった。3.電子線照射による欠陥生成を排除するために、2つの新しい試料作製方法を開発した。一つ目はナノ構造を持つ基板上にグラフェンを転写する方法、もう一つがグラフェン試料の電流経路ではなく、電流経路から伸ばした腕の先にレジストナノ構造を配置する方法である。これにより、電子線の影響を排除でき、特に後者の方法においては、従来方法と同等の大きさの格子歪みをグラフェンに導入することに成功した。

伝導ギャップ生成が成功すれば、グラフェンの高速トランジスタへの応用を大きく前進させることができると思われる。グラフェンの歪み効果を示唆する電気伝導の変調を観測し、格子歪みを利用したエネルギーギャップ生成を実現するための条件がわかった。また、エネルギーギャップ生成を阻害する要因の一つに上げられる『電子線照射による電気伝導への影響』を確認し、影響を排除できる二種類の試料作製方法を開発できたため。格子歪みによる電気伝導への変調を観測するためには、現在得られている歪み構造のサイズをより小さくしなければならない。そこで今後は、独自に開発した歪み導入法を応用して作製したしわ構造に注目する。このしわ構造は、レジストナノ構造の位置・大きさによってグラフェン上の任意の場所に形成でき、100nm以下の微小な空間変化を持つグラフェンの格子歪みを実現できると考えられる。また、この方法は転写不要であるので転写によるダメージが入らないことや、電流経路に対して電子線照射を行わないため、電子線照射によるダメージを排除できるという利点を持つ。このようなしわ構造を持つグラフェンについて、今後、顕微ラマン分光や電気伝導測定を行い、格子歪みの電気伝導に対する影響を明らかにする。(抄録なし)
誘導型RNAi変異体バンクを利用したショウジョウバエ生殖細胞雌性化因子の探索

本研究では、雄生殖細胞特異的な発現を示す遺伝子、mgm1を指標に、ショウジョウバエ全遺伝子の誘導型RNAi変異体バンクを利用したスクリーニングを行い、生殖巣側から生殖細胞へ作用し、生殖細胞での性的二型を誘導する因子を同定することを目的に研究を行ってきた。生殖巣から生殖細胞への性的二型を誘導する因子をスクリーニングするに当たっては、胚期から3令幼虫期まで継続してRNAiを発現させる必要があるため、時期特異的な2つのGAL4ドライバー、twist GAL4とNP1624を組み合わせて使用した。当該期間におけるスクリーニング数は、幼虫期の生殖巣に発現するGAL4ドライバーの選別に手間取り、実数として4,000系統(2,500遺伝子分)にとどまった。しかしながら、スクリーニング数の減少を補うため、生殖巣に強く発現していると考えられる遺伝子約500個をin situ発現データベースから抽出することにより、スクリーニング効率の上昇に努めた。上記方法にてスクリーニングを行った2,500遺伝子のうち、幼虫期の雌の生殖細胞でマーカー遺伝子の発現が認められた遺伝子は110個であった。残念ながら、これら110個の遺伝子中には本来の目的である生殖細胞雌性化因子に該当すると考えられる遺伝子は含まれていなかったが、雌特異的な致死性を示す既知の遺伝子、Female sterile(2)Ketelやタンパク分解系のシグナル伝達に関与するUbiquitinactivating enzymeなどが含まれており、このスクリーニングを継続することで生殖細胞雌性化因子に該当する遺伝子を同定することが可能であると考えられる。現在、最もマーカー遺伝子の発現が高かったUbiquitin activating enzymeについての詳細な解析を行っており、体細胞側から生殖細胞側へのシグナル伝達系に、タンパク分解系の経路がどのように関与しているのかを明らかに出来ると考えている。今後は継続してスクリーニングを行い、可能な限りスクリーニングする遺伝子の数を増やすことで、生殖細胞雌性化因子に該当すると考えられる遺伝子の同定に努めたい。本研究申請時には、胚期でのmgm1遺伝子の発現を指標にスクリーニングを行う予定であった。しかしながら、申請後のコントロール実験から、胚期でのmgm1遺伝子の発現が非常に弱く、スクリーニングに適さないことが明らかとなった。これまでの知見から、mgm1遺伝子の発現が胚期から認められるようになり、その後、成虫期まで雄生殖細胞特異的に発現が持続することが知られている。3令幼虫期でのmgm1遺伝子の発現は非常に強く、かつ生殖巣の大きさで容易に雄雌の差が見分けられることから、スクリーニングを行う時期を胚期ではなく、3令幼虫期へと変更することにした。そこで、本年度はRNAi変異体作製の際に用いるGAL4ドライバーの選別とこれらGAL4ドライバーを用いたコントロール実験とを行い、スクリーニングの準備を進めた。Twist GAL4は胚期の中胚葉領域(将来生殖巣となる領域を含む)で広く発現するが、生殖細胞での発現は認められない。そこで、胚期で使用するGAL4ドライバーとしてtwist GAL4を選択した。一方で、twist GAL4は胚期のみで発現し、3令幼虫期にはその発現が認められない。このため、幼虫期の生殖巣に発現する(ただし生殖細胞には発現していない)GAL4ドライバーを選別するため、既存のGAL4エンハンサートラップ系統を用いたスクリーニングを行った。この結果、NP581、NP1624の2つの系統が先の条件を満たすことがわかった。特にNP1624については、GAL4が幼虫期の生殖巣全体で発現し、かつ弱いながらも胚期の生殖巣にも発現していることが確認された。現在、この2系統を用いたコントロール実験を進めているが、NP581系統についてはスクリーニングでの使用が可能であることが判明した。今後は、NP1624系統についても検討を行い、早急にスクリーニングを開始したいと考えている。今回のスクリーニングでは、胚期から3令幼虫期まで継続してRNAiを発現させる必要があるため、時期特異的な2つのGAL4ドライバーを組み合わせて使用する必要がある。胚期で使用するGAL4ドライバーについては、すでに中胚葉領域(将来生殖巣となる領域を含む)で広く発現するtwist GAL4を選択している。一方、幼虫期の生殖巣に発現する(ただし生殖細胞には発現していない)GAL4ドライバーについては、GAL4の発現パターンからNP581,NP1624の2つのGAL4エンハンサートラップ系統が候補として考えられた。そこで、今年度はまず初めにコントロール系統を用いた予備実験を行い、この2つのGAL4エンハンサートラップ系統のうち、どちらの系統をスクリーニングに用いるかを決定した。この結果、twist GAL4とNP1624の2つのGAL4ドライバーの組み合わせが、最も効果的にマーカー遺伝子の発現を誘導することが明らかとなった。この結果を踏まえ、twist GAL4とNP1624の2つのGAL4ドライバーを用いて実際のスクリーニングを開始した。我々の研究グループでは、これまでに誘導型RNAi変異体として約7,000遺伝子分の系統を作製しているが、本年度はこの7,000遺伝子の約5割にあたる3,500遺伝子を目標にスクリーニングを行った。しかしながら、上記に述べた幼虫期の生殖巣に発現するGAL4ドライバーの選別に手間取り、実際にスクリーニングを行った遺伝子数は700にとどまった。これまでにスクリーニングを行った700遺伝子の中には、生殖巣に強く発現していることが知られている遺伝子約300が含まれている。

スクリーニングで得られた700遺伝子のうち、幼虫期の雌の生殖細胞でマーカー遺伝子の発現が認められた遺伝子は41個であった。残念ながら、これら41個の遺伝子中には本来の目的である生殖細胞雌性化因子に該当すると考えられる遺伝子は含まれていなかったが、雌特異的な致死性を示す既知の遺伝子、Female sterile(2) Ketelなどが含まれており、このスクリーニングを継続することで、生殖細胞雌性化因子に該当する遺伝子を同定することが可能であると考えられる。今後は継続してスクリーニングを行い、可能な限りスクリーニングする遺伝子の数を増やしていく予定である。本研究では、雄生殖細胞特異的な発現を示す遺伝子、mgm1を指標に、ショウジョウバエ全遺伝子の誘導型RNAi変異体バンクを利用したスクリーニングを行い、生殖巣側から生殖細胞へ作用し、生殖細胞での性的二型を誘導する因子を同定することを目的に研究を行ってきた。生殖巣から生殖細胞への性的二型を誘導する因子をスクリーニングするに当たっては、胚期から3令幼虫期まで継続してRNAiを発現させる必要があるため、時期特異的な2つのGAL4ドライバー、twist GAL4とNP1624を組み合わせて使用した。当該期間におけるスクリーニング数は、幼虫期の生殖巣に発現するGAL4ドライバーの選別に手間取り、実数として4,000系統(2,500遺伝子分)にとどまった。しかしながら、スクリーニング数の減少を補うため、生殖巣に強く発現していると考えられる遺伝子約500個をin situ発現データベースから抽出することにより、スクリーニング効率の上昇に努めた。上記方法にてスクリーニングを行った2,500遺伝子のうち、幼虫期の雌の生殖細胞でマーカー遺伝子の発現が認められた遺伝子は110個であった。残念ながら、これら110個の遺伝子中には本来の目的である生殖細胞雌性化因子に該当すると考えられる遺伝子は含まれていなかったが、雌特異的な致死性を示す既知の遺伝子、Female sterile(2)Ketelやタンパク分解系のシグナル伝達に関与するUbiquitinactivating enzymeなどが含まれており、このスクリーニングを継続することで生殖細胞雌性化因子に該当する遺伝子を同定することが可能であると考えられる。現在、最もマーカー遺伝子の発現が高かったUbiquitin activating enzymeについての詳細な解析を行っており、体細胞側から生殖細胞側へのシグナル伝達系に、タンパク分解系の経路がどのように関与しているのかを明らかに出来ると考えている。今後は継続してスクリーニングを行い、可能な限りスクリーニングする遺伝子の数を増やすことで、生殖細胞雌性化因子に該当すると考えられる遺伝子の同定に努めたい。
癌遺伝子候補MYNNとp53の統合的解析と肺癌発症メカニズムの解明

新規癌関連遺伝子MYNNは、肺癌、卵巣癌、食道癌、乳癌等において高頻度で遺伝子増幅がみられる。前年とまでにMYNNが、野生型および変異型p53と直接結合することがわかった。またMYNN安定発現細胞株(MYNN-OE細胞株)およびMYNN発現抑制細胞株(MYNN-shRNA細胞株)を樹立し、機能解析を行ったところ、MYNN-OE細胞は細胞増殖能および細胞遊走能が対照細胞に比べ亢進された。一方、MYNN-shRNA細胞では細胞増殖および細胞遊走が抑制された。平成30年度では、これらの結果を踏まえ両樹立細胞株をそれぞれマウスの皮下および肺組織に移植し癌の進展および転移を観察した。その結果、MYNN-OE細胞を移植したマウスでは、対照マウスと比較して腫瘍体積の増大(皮下移植)、全身転移(肺移植)が認められた。MYNN-shRNA細胞を移植したマウスでは、対照マウスと比較して腫瘍体積の減少し、転移の減少傾向にあった。また野生型p53細胞株(A549, H460, MCF7)において、抗がん剤であるエトポシドでDNA損傷を起こしp53を高発現させると、MYNNがタンパク質レベルで減少することがわかった。同条件でのmRNAレベルの減少を認めることができなかったため、ユビキチン化等によるプロテアソーム系で分解されると予想される。MYNNとp53を含めた発癌分子ネットワークの構築は、MYNNの機能情報がデータベース上にないため分子間ネットワークを調べることが困難であった。そのためアレイ解析から得られた発現変動を示したMYNNの下流で機能する遺伝子との関連を機能面から解析する必要がある。MYNNおよび標的遺伝子と考えられるLong noncoding RNAの機能が未知のためデータベースを利用する分子間ネットワークを構築することができなかったが、細胞実験、マウス実験の結果からMYNNが癌遺伝子であることを明確にすることができた。追加実験の必要もあるが、進捗状況はおおむね順調である。本研究課題でMYNNが癌遺伝子であり、p53と相互作用していることが明確になった。MYNNの標的遺伝子をアレイ解析およびChIP-PCRから幾つか同定しているので、その機能解析から発癌進展のメカニズムを明らかにすることが必要である。更なる機能解析の遂行には継続的な科研費の獲得が課題となる。癌関連遺伝子Myoneurin(MYNN)は、BTB/POZ-Zinc Finger(ZF)タンパク質ファミリーに属し、肺扁平上皮癌、卵巣癌、食道癌、乳癌等において高頻度で遺伝子増幅がみられる。申請者は、これまでの研究によりMYNNは腫瘍形成能、p53との結合能を有することを確認している。本研究の目的は、MYNNの癌関連遺伝子としての機能とp53との相互作用を統合的に解析し、肺扁平上皮癌における発癌メカニズムを明らかにすることである。染色体3q26の増幅のないことが確認されているヒト肺正常細胞(HBEC-3KT)、p53野生型ヒト肺扁平上皮癌細胞株(NCI-H2170)p53変異型ヒト肺扁平上皮癌細胞株(HCC15)、p53野生型ヒト肺腺癌細胞株(A549)を用いて、MYNN高発現安定細胞株とMYNN-shRNAを用いたノックダウン細胞株の作製を試みた。pCDNA3-ZeoおよびpCDH-CMV-MCS-EF1-copGFPのマルチクローニングサイトにMYNNまたはFLAG-MYNNを挿入し発現ベクターを構築した。これら発現ベクターを細胞に導入した後に薬剤処理にてクローンの選択を行った。野生型p53をもつH2170およびA549細胞株ではMYNNの安定発現株を得ることができなかったため、何らかの抑制機構が働いていると考えられる。p53野生型ヒト肺扁平上皮癌細胞株(NCI-H2170)とp53変異型ヒト肺扁平上皮癌細胞株(NCI-H157)と申請者が作製したMYNN抗体とp53抗体(DO-1)を用いて行うSequential ChIP-seqは条件設定に時間を有しており現在進行中である。p53野生型ヒト肺癌細胞において、MYNNの安定発現株を得ることができなかったため、予定していた実験が遅れている。しかしp53変異型の肺癌細胞株においてはMYNNの安定発現株が容易にできることから、p53とMYNNの拮抗作用が考えられる。新規癌関連遺伝子MYNNは、野生型および変異型p53と結合する。p53を発現していないH1299肺癌細胞株に野生型p53 (p53-wt)および変異型p53 (p53 R175F, R273H, S215D)を強発現させ、MYNN抗体もしくはp53抗体で免疫沈降させると双方で結合が確認され、特に変異型p53と強く結合していることが分かった。肺癌細胞、乳癌細胞をDNA合成阻害剤Doxorubicin、DNAを切断し複製阻害を引き起こすEtoposideでそれぞれ処理すると、DNA修復を行うためp53によりp21の発現が誘導される。それに伴いMYNNのタンパク量が減少していることが分かった。A549細胞にFLAG-MYNNを強発現させDoxorubicin処理を行うとMYNNのタンパク量が同様に低下するため、DNA損傷修復過程において、MYNNタンパク質が分解されることが示唆される。

MYNNの高発現細胞株とshRNAによるノックダウン細胞株を作製し、遊走能試験を行ったところ対照細胞群と比較して高発現細胞では遊走能の促進、ノックダウン細胞株では遊走能の低下がみられた。引き続き転移能解析を行う。MYNN抗体でChIPを行った結果、MYNNは多くのp53の標的遺伝子の調節領域に結合していること、またMYNN単独でもこれらのp53標的遺伝子の調節領域に結合することが可能であった。MYNNの認識配列の同定が行えればと考える。さらにMYNNの高発現細胞株とノックダウン細胞株のアレイによる遺伝子発現解析から多くのMYNNの標的遺伝子候補群を同定することができたことから、これらの標的遺伝子候補およびp53と相互作用機能解析を進めて行く予定である。予算の都合上Sequential ChIP-Seqは実施できなかったが、アレイ解析およびChIP-qPCRでいくつかの標的遺伝子を同定することができた。またMYNNの発現の増減で遊走能変化に起こすことが確認された。これまでのデータからMYNNは癌遺伝子であることが示唆される。新規癌関連遺伝子MYNNは、肺癌、卵巣癌、食道癌、乳癌等において高頻度で遺伝子増幅がみられる。前年とまでにMYNNが、野生型および変異型p53と直接結合することがわかった。またMYNN安定発現細胞株(MYNN-OE細胞株)およびMYNN発現抑制細胞株(MYNN-shRNA細胞株)を樹立し、機能解析を行ったところ、MYNN-OE細胞は細胞増殖能および細胞遊走能が対照細胞に比べ亢進された。一方、MYNN-shRNA細胞では細胞増殖および細胞遊走が抑制された。平成30年度では、これらの結果を踏まえ両樹立細胞株をそれぞれマウスの皮下および肺組織に移植し癌の進展および転移を観察した。その結果、MYNN-OE細胞を移植したマウスでは、対照マウスと比較して腫瘍体積の増大(皮下移植)、全身転移(肺移植)が認められた。MYNN-shRNA細胞を移植したマウスでは、対照マウスと比較して腫瘍体積の減少し、転移の減少傾向にあった。また野生型p53細胞株(A549, H460, MCF7)において、抗がん剤であるエトポシドでDNA損傷を起こしp53を高発現させると、MYNNがタンパク質レベルで減少することがわかった。同条件でのmRNAレベルの減少を認めることができなかったため、ユビキチン化等によるプロテアソーム系で分解されると予想される。MYNNとp53を含めた発癌分子ネットワークの構築は、MYNNの機能情報がデータベース上にないため分子間ネットワークを調べることが困難であった。そのためアレイ解析から得られた発現変動を示したMYNNの下流で機能する遺伝子との関連を機能面から解析する必要がある。MYNNおよび標的遺伝子と考えられるLong noncoding RNAの機能が未知のためデータベースを利用する分子間ネットワークを構築することができなかったが、細胞実験、マウス実験の結果からMYNNが癌遺伝子であることを明確にすることができた。追加実験の必要もあるが、進捗状況はおおむね順調である。p53野生型ヒト肺癌細胞においてMYNNの安定発現株を得ることが難しいため、p53を発現していない細胞株(例えばH1299)でMYNN安定発現株を作製し、その細胞株に野生型または変異型のp53を遺伝子導入することにより研究を進めていく。
室温強磁性カルコパイライトエピタキシーと薄膜物性評価

電子の電荷とスピンを利用する半導体スピントロニクスの実現には、半導体プロセスと整合し室温で強磁性を発現する半導体が求められる。本研究では、インジウムリン基板と格子整合するカルコパイライト半導体ZnSnAs_2薄膜のエピタキシャル成長技術の確立とその薄膜の物性評価を行った。引き続き、MnドープしたZnSnAs_2薄膜の結晶成長を行い室温で強磁性を示すことが確認された。このことから、MnドープZnSnAs_2薄膜はインジウムリン基板と格子整合する室温強磁性半導体として、新しいデバイス応用の可能性を示している電子の電荷とスピンを利用する半導体スピントロニクスの実現には、半導体プロセスと整合し室温で強磁性を発現する半導体が求められる。このことから、MnドープZnSnAs_2薄膜はインジウムリン基板と格子整合する室温強磁性半導体として、新しいデバイス応用の可能性を示している半導体スピントロニクスの実現には、室温強磁性を発現する半導体が求められる。このような半導体を目指してカルコパイライト構造を持つZnSnAs_2に注目して研究を進めている。これまで、Mnを5%ドープしたZnSnAs_2薄膜をInP基板上にヘテロエピタキシャル成長させることで良質なMn-ZnSnAs_2薄膜を作成し、現在その強磁性特性を調べている。その結果、室温300Kで強磁性転移温度を観測することができた。しかし、第2相の可能性などその詳細については更に研究を進める必要がある。あわせて、バッファ層として必要な高品質アンドープZnSnAs_2薄膜に関する物性測定について、薄膜に関しては報告例がなく、これまで十分に調べられているとはいえない。平成19年度は、p型-ZnSnAs_2薄膜を格子整合するInP基板上にエピタキシャル成長し、電気的特性と磁気輸送特性に関して新しい知見を得た。キャリア濃度および移動度についての温度特性では130K近傍で特異な伝導特性を示した。これは不純物バンドの伝導性に起因すると考えられる。また、カルコパイライト半導体薄膜では、これまで磁気輸送特性に関する報告例はなく、興味ある特性を見出した。ZnSnAs_2薄膜はInP基板に格子整合するカルコパイライト構造で、これまでの研究からスファレライト構造の共存も示唆されているが、室温強磁性半導体薄膜の可能性が高く、InPに格子整合するIII-V族半導体とあわせて磁性量子構造の作製が期待される。室温強磁性を発現する可能性のある半導体薄膜としてII-IV-V_2半導体であるMnドープZnSnAs_2に着目して、分子線エピタキシー(MBE)による結晶成長条件とその電気的・磁気的性質について研究を行った。ZnSnAs_2膜がInP基板に格子整合することが第2相の発生を抑制し、この薄膜が室温で強磁性を示すことが観測された。(ここでは、格子整合系室温強磁性半導体と呼んでいる)MnドープZnSnAs_2薄膜の強磁性発現のメカニズムについて理解するために、アンドープのZnSnAs_2薄膜の性質について調べる必要があり、再度ZnSnAs_2薄膜の結晶成長の実験を行った。ZnSnAs_2薄膜はp型伝導性を示し、その伝導特性の温度依存性を調べた。その結果、価電子帯から近いところにアクセプタ準位の存在が明らかになった。(このような特徴はZnSnAs_2バルク結晶の挙動と概ね一致する結果である)Mnドープの実験では、2から7%の範囲でドープ量を変えてZnSnAs_2薄膜の結晶成長を行った。その結果、Mnドープ量を増加させると抵抗率の増大が見られるが、強磁性の傾向が現れることがわかった。この実験からは、高抵抗のために通常磁性半導体で観測される異常ホール効果については観測することができなかった。このような特徴はZnSnAs_2のアクセプタ不純物バンドが磁気特性に影響を及ぼしていると推察されるが今後の検討課題である。ZnSnAs_2はこれまでの実験結果から室温で強磁性を示す半導体であることが明らかになりつつあるが、Mn不純物がZnサイトとSnサイトのどちらに置換しているかについては、まだ明らかになっていない。ZnSnAs_2はナローバンドギャップ半導体であるにもかかわらず室温で強磁性を示す材料であり、これまでの化学トレンドから外れる傾向にある。20年度の研究結果に基づいて、21年度には蛍光X線ホログラフィーを用いた局所構造解析によりMnの置換サイトに関する共同研究を行う予定である。このような実験から、強磁性発現のメカニズムの解明につなげたいと考えている。
加齢と運動が単一運動単位活動と大脳皮質運動野の機能に与える影響

加齢に伴って筋神経系機能は徐々に低下する。それらは高齢者の転到確率の増大に関連することは間違いない。加齢に伴う筋神経系機能の低下を抑止するためには定期的運動が有効である。しかし、神経系、とりわけ大脳運動野のトレーナビリティー、可塑性が加齢に伴ってどの程度変化するのかが十分に明らかになっていないため、有効な運動処方は未だ確立されていない。本研究はそのような観点から、加齢に伴う大脳皮質運動野の可塑性の変化およびそれに対する運動の効果を明らかにすることを目的とする。この目的に接近するために、高齢者を対象とし、有酸素運動トレーニングが運動野の可塑性に与える効果を調べる。当該年度は(1)有酸素運動トレーニングが大脳運動野の可塑性に与える効果を明らかにするために、経頭蓋磁気刺激法(TMS)を用いPAS(paired associative sitimulation)による大脳皮質可塑性の変化を調べるとともに、関連する実験として、(2)大脳皮質の血流に慢性的影響を与えると考えられる喫煙習慣と大脳運動野可塑性との関係に関する実験を計画した。その結果、(1)については有酸素運動の急性的効果を調べる実験を行い、一過性の運動によって大脳皮質可塑性が改善されることを示唆る結果を得た。また(2)については喫煙群で大脳皮質の可塑性が低いことが明らかとなり、現在論文を投稿中である。これらの結果は、大脳皮質運動関連領野の可塑性は当該領域の酸素運搬能力など血流に関連し、これを改善することで向上することを示唆するものである。なお(1)の実験については、12週間の有酸素運動トレーニングの効果を調べる実験を計画し、一部開始したが、震災により中断を余儀なくされた。外国人特別研究員の研究期間はまだ半年余り残しており、実験を再開する予定である。それらは高齢者の転倒確率の増大に関連することは間違いない。平成21年度は、外国人特別研究員の来日から実質3ヶ月の研究期間であった。そのため、実験系のセットアップと予備実験を行なうまでにとどまった。しかし最終的に20名以上の被検者を対象とし、大脳皮質運動野の可塑性を調べる実験を行なうことができた。具体的には、経頭蓋磁気刺激法によるpaired associative stimulation(PAS)を用い、脳の可塑性を評価する実験を行なった。これによりトレーニング前のコントロールデータを取得することができ、次年度の本実験を行なう準備がほぼ完了した。
身体活動が高糖質食後の動脈スティフネス増大に与える効果の検討

日常生活に欠かせない食事の中で高糖質食(例:菓子類、パン類)の過剰摂取は、一過性に動脈スティフネス(動脈硬化度)を増大させて、将来の心血管疾患リスクを高めると考えられている(Jacome-Sosa et al. 2016)。すなわち、我が国の欧米化した食生活を考慮すると、高糖質食後の動脈スティフネス増大を抑制する対策が必要である。本研究は、日常生活の身体活動が高糖質食後の動脈スティフネス増大を抑制するか否かを明らかにすることを目的としている。この目的を達成するために2つの研究実施計画を予定した。すなわち、日常生活の身体活動が高糖質食後の動脈スティフネス増大を抑制するか否かを明らかにするために、1日常生活における身体活動と高糖質食後の動脈スティフネスとの関連性を横断的に検討し、2日常生活における自発的な身体活動の増加が高糖質食後の動脈スティフネス増大を抑制できることを介入研究で検討し、高糖質食後の動脈スティフネス増大を抑制できる日常生活における自発的な身体活動の要素(量、頻度、強度、期間)を明らかにする研究実施の計画を立てた。採択後(平成29年年8月)から平成30年3月までに、研究に必要な備品の準備を行い、本研究はいつでも実施可能な状況にした。さらに予備実験として、7名を対象にブドウ糖摂取後に動脈スティフネスが増大するか否かの検討を実施した結果、末梢動脈スティフネスはブドウ糖摂取前と比較して摂取後に増大することが確認された。今後は、平成30年4月から研究種目を若手研究(18K17944)に移行し、課題1と2および新たに連続的と断続的な身体活動が高糖質食後の動脈スティフネスに及ぼす影響について引き続き研究に取り組む予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
スピンフィルタ効果を示す強磁性絶縁障壁材料の探索

マグヘマイト(γ-Fe2O3)やマグネタイト(Fe3O4)のようなスピネルフェライト単結晶薄膜をスピントロニクス材料に展開するための基礎的な研究を行った。前年度の結果ではγ-Fe2O3薄膜は、その初期成長では化学量論比に近い組成で成長するものの、その後、Fe2+が増加してくるため、絶縁特性が劣化し、スピンフィルタ層として機能しないことが示唆されていた。そこで本年度は、さらに高い絶縁性が得られるような製膜方法の検討し、TiN/γ-Fe2O3/MgO/Fe/Auの積層構造を有するスピンフィルタ素子の作製を行った。γ-Fe2O3の成膜後にオゾン雰囲気下で熱処理を行うことで、トンネル特性は向上し、室温で-2%程度のMRが得られた。第一原理計算により得られたγ-Fe2O3の電子状態は、γ-Fe2O3をトンネル障壁とした際に少数スピン電子のトンネル確率が支配的であることを示しており、理論的に予想された磁気抵抗効果の符号と我々の実験結果とが一致した。また、Fe3O4/Feはその界面において反強磁性的に結合することが知られており、この磁化配列を利用してTiN/Fe3O4/Fe/AuのCPP配置でのスピンバルブ型磁気抵抗素子を作製した。その結果、室温では大きなMRは観測されなかったが、Fe3O4の金属絶縁体転移温度以下では、数十%の磁気抵抗効果があらわれた。Fe3O4中でのバンドギャップの生成に起因するスピン依存したショットキー接合が、MRの起源であると考えられるが、詳細については、今後の検討課題である。室温に於いて高いスピン偏極率を示すスピンフィルタ型トンネル磁気抵抗素子を策せいることを目標とし,当該年度はマグヘマイト(γ-Fe2O3)とマグネシウムフェライト(MgFe2O4)のエピタキシャル薄膜の成長条件について検討した.これまでにγ-Fe2O3薄膜内に生じる欠陥が伝導に寄与し,結果として磁気抵抗効果の低下を招いているとの知見から,膜成長時の基板温度を細かく変えた実験を行い,単膜の電気伝導率の測定から最適な条件を決定した.γ-Fe2O3内の欠陥を評価するために,メスバウアー核である57Feを用いて,γ-Fe2O3薄膜内に局所的にこれを挿入した試料を作製し,メスバウアー分光測定を行った.その結果,γ-Fe2O3膜厚の増加と共にFe3+のみの試料がFe2.5+を含む試料へと変化していることが明らかになった.このFe2.5+の増加がγ-Fe2O3薄膜の電気抵抗の減少の原因であると考えられる.また試行的に作製したマグネシウムフェライト薄膜は,バルクに比して磁化の低下と比較的大きな電気伝導を示したことから,この材料については膜成長条件の最適化を図る必要があることが分かった.マグヘマイト(γ-Fe2O3)やマグネタイト(Fe3O4)のようなスピネルフェライト単結晶薄膜をスピントロニクス材料に展開するための基礎的な研究を行った。
生体組織の力学的適応制御に関する微細構造レベルでのバイオメカニクス的研究

位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡を用いて,コラーゲン線維束の微細構造を観察しなが引張試験を行うことができる生体外負荷試験装置を開発した.この負荷試験装置を用いて,マウス尾腱より摘出したコラーゲン線維束の引張試験を行い,微細構造と力学的性質の関係について検討した.顕微鏡のステージ上に小型のリニアアクチュエータとロードセルを取り付け,ロードセルからの出力をセンサインターフェースボードによりパーソナルコンピュータに取り込んだ.顕微鏡の観察像はCCDカメラを用いてデジタルビデオテープに記録した.尾腱より摘出した線維束は,ロードセルとアクチュエータに取り付けたアクリル樹脂製のブロックにシアノクリレート系接着剤で固定した.この線維束をスライドガラスとカバーガラスの間に鋏み込み,生理食塩水中で引張試験を行った.得られた顕微鏡画像は画像処理ソフトウエアを用いて解析した.以上の結果,引張試験中の線維束の微細構造を明瞭に捉えることができた.無負荷の状態では,クリンプパターンと呼ばれるコラーゲン線維が波打った状態が観察できた.荷重一変位曲線がほぼ直線となる領域では,コラーゲン線維が平衡にますぐに引き伸ばされる様子が観察された.荷重が急激に低下する少し前から微細なコラーゲン線維の破断が始まることが明らかになった.位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡を用いて,コラーゲン線維束の微細構造を観察しなが引張試験を行うことができる生体外負荷試験装置を開発した.この負荷試験装置を用いて,マウス尾腱より摘出したコラーゲン線維束の引張試験を行い,微細構造と力学的性質の関係について検討した.顕微鏡のステージ上に小型のリニアアクチュエータとロードセルを取り付け,ロードセルからの出力をセンサインターフェースボードによりパーソナルコンピュータに取り込んだ.顕微鏡の観察像はCCDカメラを用いてデジタルビデオテープに記録した.尾腱より摘出した線維束は,ロードセルとアクチュエータに取り付けたアクリル樹脂製のブロックにシアノクリレート系接着剤で固定した.この線維束をスライドガラスとカバーガラスの間に鋏み込み,生理食塩水中で引張試験を行った.得られた顕微鏡画像は画像処理ソフトウエアを用いて解析した.以上の結果,引張試験中の線維束の微細構造を明瞭に捉えることができた.無負荷の状態では,クリンプパターンと呼ばれるコラーゲン線維が波打った状態が観察できた.荷重一変位曲線がほぼ直線となる領域では,コラーゲン線維が平衡にますぐに引き伸ばされる様子が観察された.荷重が急激に低下する少し前から微細なコラーゲン線維の破断が始まることが明らかになった.位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡を用いて,コラーゲン線維束の微細構造を観察しながら引張試験を行うことができる生体外負荷試験装置を開発した.この負荷試験装置を用いて,マウス尾腱より摘出したコラーゲン線維束や内側側副靭帯の引張試験を行い,微細構造と力学的性質の関係について検討した.顕微鏡のステージ上に小型のリニアアクチュエータとロードセルを取り付け,ロードセルからの出力をセンサインターフェースボードによりパーソナルコンピュータに取り込んだ.顕微鏡の観察像はCCDカメラを用いてビデオテープに記録した.尾腱より摘出した線維束は,ロードセルとアクチュエータに取り付けたアクリル樹脂製のブロックにシアノクリレート系接着剤で固定した.線維束はスライドガラスとカバーガラスの間に挟み込んだ状態で,生理食塩水中で引張試験を行った.一方,大腿骨-内側側副靭帯-脛骨複合体では大腿骨と脛骨をアクリルブロックに接着し,線維束と同様に内側側副靭帯をスライドガラスとカバーガラスの間に挟み込み,生理食塩水中で引張試験を行った.その結果,以下のことが明らかになった.尾健の線維束では,応力が最大になるかなり前から微細なコラーゲン線維の破断が始まり,この破断の開始は応力-ひずみ曲線の傾きが減少し始めるのとほぼ一致していた.一方,内側側副靭帯に負荷を作用させると,コラーゲン線維が引き伸ばされる様子が観察されるが,線維の破断が起こる前に脛骨側の付着部が破断した.位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡を用いて,コラーゲン線維束の微細構造を観察しながら引張試験を行うことができる生体外負荷試験装置を開発した.この負荷試験装置を用いて,マウス尾腱より摘出したコラーゲン線維束の引張試験を行い,微細構造と力学的性質の関係について検討した.顕微鏡のステージ上に小型のリニアアクチュエータとロードセルを取り付け,ロードセルからの出力をセンサインターフェースボードによリパーソナルコンピュータに取り込んだ.顕微鏡の観察像はCCDカメラを用いてデジタルビデオテープに記録した.尾腱より摘出した線維束は,ロードセルとアクチュエータに取り付けたアクリル樹脂製のブロックにシアノクリレート系接着剤で固定した.この線維束をスライドガラスとカバーガラスの間に挟み込み,生理食塩水中で引張試験を行った.得られた顕微鏡画像は画像処理ソフトウエアを用いて解析した.以上の結果,引張試験中の線維束の微細構造を明瞭に捉えることができた.無負荷の状態では,クリンプパターンと呼ばれるコラーゲン線維が波打った状態が観察できた.荷重-変位曲線がほぼ直線となる領域では,コラーゲン線維が平行にますぐに引き伸ばされる様子が観察された.荷重が急激に低下する少し前から微細なコラーゲン線維の破断が始まることが明らかになった.
単球系細胞におけるstat5の機能と自己免疫疾患制御の探索的研究

血液中の細胞でも単球系細胞、特に抗原提示能力が高い樹状細胞に着目しその分化・機能におけるStat5の機能を解明した。Stat5を欠損した樹状細胞は正常に分化可能であったがIL-12を過剰に産生し、抗原特異的T細胞からの過剰なIFN-γ産生を誘導した。つまり、樹状細胞におけるStat5はIL-12産生を負に制御することでT細胞からのIFN-γ産生を抑制し自己免疫疾患病態に関与している可能性が考えられた。Stat5欠損マウスは致死的であることからまずはコンディショナルノックアウトマウスの作成に先立ち胎性肝細胞を致死的放,射線照射を行ったマウスに移植を行った。骨髄細胞をGM-CSFとIL-4でin vitroにて樹状細胞へ分化誘導を行い,サイトカイン産生につき解析を行った。野生型の胎性肝細胞を移植したマウスよりの樹状細胞と比較してIL-12の過剰産生とIL-10の産生低下が見られた。自己免疫疾患の発症においては抗原提示細胞からのIL-12産生とそれに引き続く.IFN-γの過剰産生が大きく関与していることが長らく示唆されてきた。最近,抗原提示細胞からのIL-23の産生とそれによるT細胞からのIL-17の産生が自己免疫疾患発症に関わる報告が多く見られている。しかし,一方で依然としてIL-12の過剰産生が樹状細胞のアポトーシスを抑制し自己トレランスを破壊することが自己免疫疾患発症つなが[るとする報告や炎症性腸疾患発痺にIL-23は抑制的に働きIL-12がより重要とする報告もあり,結論が得られていない。前述の移植実験による結果に基づきLysMCreトランスジェニックマウスとStat5a/Stat5bダブルノックアウトマウスを交配し単球系細胞特異的コンディショナルノックアウトマウスを作成した。しかし,樹状細胞のおけるStat5はin vitroでの培養後にのみStat5欠損が誘導され,in vivoの樹状細胞ではStat5の欠損はみられなかった。異なるトランスジェニックマウスを用いてのコンディショナルノソクアウトを計画している。以上より,Jak3-Stat5シグナル伝達経路がIL-12の産生を負に制御していることが明らかとなりStat5コンディショナルノックアウトマウスではIL-10の産生低下とIFN-γの過剰産生により自己免疫疾患発症が考えられ,病態の理解と新規治療の開拓に大きな意義があると考える。単球系細胞特異的Stat5コンディショナルノックアウトマウスの作成のためLysMCreまたはCDllcトランスジェニックマウスとの交配を行った。しかし、in vivoにおけるStat5欠損は見られなかった。血球系幹細胞を含有する胎児肝細胞を致死的放射線照射を行ったマウスに移植することで血球系細胞特異的Stat5欠損マウスの作成を続け前年度に引き続き樹状細胞機能と分化につき解析を行った。移植後8週目に骨髄細胞をGM-CSFとIL-4でin vitroにて樹状細胞へ分化誘導を行い、サイトカイン産生につき解析を行った。樹状細胞の分化はin vitro,in vivo何れにおいても野生型と同等の割合でCDllc陽性細胞を認め、脾臓内樹状細胞サブセットも野生型と変わりなかった。In vitroにて誘導した樹状細胞とオバアルブミン特異的OTIIT細胞と共培養を行い、Stat5欠損樹状細胞と共培養を行ったT細胞からの過剰なIFN-γ産生を確認した。また、CD45.1congenicマウスにCFSEで標識したOT2 T細胞を血管内投与し、樹状細胞を皮下投与し所属リンパ節において投与したOTII T細胞から同様のIFN-γ過剰産生を確認しえた。以上より、樹状細胞におけるStat5はIL-12の産生を負に制御しており、IFN-γの過剰産生が関与する自己免疫疾患の病態の理解と新規治療の開拓に大きな意義があると考える。
新規多核貴金属反応場の構築と多中心金属上での特異的炭素-炭素結合生成反応の開発

本研究では、金属酵素の活性部位等にみられる多核貴金属ユニットに注目し、複数の貴金属原子間をカルコゲン原子により架橋した多核貴金属サイトを新規に設計・創出し、多核金属反応場での有機分子の特異的変換反応を開発することを目的として検討を行い、以下に記す2種類の新規二核錯体の合成と、二核サイト上での新しい分子変換反応を見いだした。(1)チオレート架橋二核ルテニウム錯体上でのアルキン分子の特異的カップリング反応チオレート架橋二核ルテニウム錯体[Cp^+Ru(μ_2-SPr^i)]_2上で種々のアルキン類の特異的カップリング反応が室温程度の穏和な条件下で選択的に進行し、一連の新規二核ルテナシクロペンテニル錯体が生成することを見いだした。さらにこれらの化合物とBu^+NCとの反応によりルテナシクロペンテニルユニットの二核サイト上での形式的なDinuclear Reductive Elimination反応により二核η^1:η^2-μ_2-アルケニル錯体へと誘導できることも明らかにした。得られた新規化合物は全てX線解析により構造の詳細を明らかにした。(2)新規二核イリジウムチオレート錯体およびチオレート・ノナスルフィド錯体の合成[Cp^+lrCl_2]_2をPr^iSHと反応させることにより、チオレートにより架橋された新規二核lr(lll)錯体[Cp^+lrCl(μ_2-SPr^i)]_2が高収率で生成した。これをナトリウムアマルガムで還元することにより、二核lr(ll)錯体[Cp^+lr(μ_2-SPr^i)]_2が収率良く得られ、さらにこのlr(ll)錯体をS_8で処理するとこれまでに知られている化合物としては最大サイズのポリスルフィド配位金属錯体であるCp^+lr(μ_2-SPr^i)_2(μ_2-S_9)へと誘導できた。
くも膜下出血後脳血管攣縮における一酸化窒素の動態に関する研究

本研究の目的は、マウスにくも膜下出血を負荷し、出血後の基幹動脈を観察することにより、これまで報告のないマウス脳血管攣縮モデルを作製し、ヒトCu-Zn SODを過剰発現した遺伝子組み替えマウスを用いて同様の脳血管攣縮を観察することにより、脳血管攣縮の病態下におけるフリーラジカルの関与を明らかにすることにある。この目的のため以下の実験を行った。方法:雄MCH-ICRマウス(約35g)を実験に用いた。ハロセンを含む吸入麻酔下に左総頸動脈を露出してナイロン糸を外頸動脈から内頸動脈に挿入し、ナイロン糸先端を内頸動脈分岐部にすすめ、前大脳動脈近位部を穿破ことによりくも膜下出血を作製した。くも膜下出血後、4時間、24時間、3日、および7日後にフォルマリンで潅流固定後、墨汁を混和したゼラチンを経心臓的に潅流して脳血管を染色固定して脳実質と共に摘出した。基底漕の血腫を丁寧に除去して実体顕微鏡下に観察して、写真を撮影し、中大脳動脈の血管径を計測した。結果:マウスにくも膜下出血を負荷すると術後1週間の死亡率は約30%であった。くも膜下出血を負荷しない対象群に比較して出血後4時間および3日目に中大脳動脈基部の血管径は低下した。この血管攣縮は統計学的に有意であり、これまで犬やラットを用いて報告されている2相性の血管攣縮に相当する。現在SOD transgenic miceを用いて作製したくも膜下出血群の血管径を測定中である。結論:以上の実験経過より、マウスを用いた脳血管攣縮モデルを確立した。このモデルは、体重35グラムという小動物を用いるため、手術手技や管理に熟練を要し、モデル確立のために当初の予定より多くの実験時間を費やした。脳血管攣縮発生におけるフリーラジカルの関与は、現在検討中である。
尿路感染症・特に腎盂腎炎における感染メカニズムの解析とその応用

大腸菌線毛およびセラチア線毛の遺伝子解析を行い、線毛の種類、および線毛構造の異なる、遺伝子変異株を作成し、腎盂腎炎の発症および腎瘢痕形成に及ぼす、細菌側要因の研究を行った。その結果、大腸菌およびセラチアのMS線毛のAdhesinは細菌線毛先端に存在し、そのAdhesinは白血病のSuperoxide産生を強く刺激した。さらに、MS線毛保有細菌はMR線毛保有細菌に比し、実験腎盂腎炎における腎瘢痕形成能が強かった。このことから、MS線毛の先端に存在するAdhesinが白血球の活性酸素産生を強く刺激し、腎瘢痕形成に繋がるものと考えられた。また、実験腎盂腎炎後の瘢痕形成予防効果が活性酸素消去剤のEbselenや抗炎症剤のSteroid, Ulinastainなどにあることが明らかとなった。さらに、抗菌剤と抗酸化剤や抗炎症剤の併用が良いことを実験的に見い出した。一方、腎実質は高浸透圧状態であり、、多核白血球の機能障害が見られ、腎盂腎炎の発症の原因の一つとなっている。我々の検討では、腎の高浸透圧の原因となるNaと尿素の白血球機能抑制のメカニズムを検討した結果、NaはATP量と関連し、細胞構成維持のためのエネルギー代謝と関連し、細胞内諸酵素、特に、NADPHoxidaseには影響しなかった。また、尿素は白血球内諸酵素に対する直接作用によった。従って、尿路感染症治療の効率化には、抗菌剤と白血球の相互作用が必要となる。このような観点から、各種薬剤の白血球機能への影響を検討したところ、ニューキノロン剤のなかで、オフロキサシンとレボフロキサシン、フレロキサシンに白血球機能増強作用のあることが、判明した。高浸透圧状態での白血球機能の測定を遊走能、細菌貧食能、細胞内殺菌能、スーパーオキサイド産生能等について測定した。その結果、全ての機能が抑制を受けることが判明した。さらに、高浸透圧下での白血機能抑制のメカニズムの検討をした。尿素は細胞膜を受動的に通過することができ、種々の細胞内酵素をdenatureすることが知られている。そこで、尿素の白血球機能抑制が直接作用か否かを明らかにするため、白血球を膜成分のみとし、膜上に存在する白血球スーパーオキサイド産生酵素であるNADPHOxidase活性に及ぼす尿素の影響を検討した。その結果、直接阻害が認められた。さらに、NaClは高濃度で存在すると細胞内イオン濃度を維持するため、Na-K Pumpは活性化しNaイオンを細胞外へ汲み出す必要がある。このNa-K PumpはATPをエネルギー源とするためNaClによる高浸透圧状態では細胞のATP消費がおこると思われる。そこで、NaClによる高浸透圧状態での血球機能抑制とATP消費の関係を明らかにした。大腸菌線毛およびセラチア線毛の遺伝子解析を行い、線毛の種類、および線毛構造の異なる、遺伝子変異株を作成し、腎孟腎炎の発症および腎瘢痕形成に及ぼす、細菌側要因の研究を行った。その結果、大腸菌およびセラチアのMS線毛のAdhesinは細菌線毛先端に存在し、そのAdhesinは白血球のSuperoxide産生を強く刺激した。さらに、MS線毛保有細菌はMR線毛保有細菌に比し、実験腎孟腎炎における腎瘢痕形成能が強かった。

また、実験腎孟腎炎後の瘢痕形成予防効果が活性酸素消去剤のEbselenや抗炎症剤のSteroid, Ulinastatinなどにあることが明らかとなった。さらに、抗菌剤と抗酸化剤や抗炎症剤の併用が良いことを実験的に見い出した。一方、腎実質は高浸透圧状態であり、多核白血球の機能障害が見られ、腎孟腎炎の発症の原因の一つとなっている。我々の検討では、腎の高浸透圧の原因となるNaと尿素の白血球機能抑制のメカニズムを検討した結果、NaはATP量と関連し、細胞構成維持のためのエネルギー代謝と関連し、細胞内諸酵素、特に、NADPHoxidaseには影響しなかった。また、尿素は白血球内諸酵素に対する直接作用によった。従って、尿路感染症治療の高率化には、抗菌剤と白血球の相互作用が必要となる。このような観点から、各種薬剤の白血球機能への影響を検討したところ、ニューキノロン剤のなかで、オフロキサシンとレボフロキサシン、フレロキサシンに白血球機能増強作用のあることが、判明した。
運動習慣による循環器疾患の一次予防の効果に関する研究

循環器疾患の一次予防における運動の効果を検討するため、歩数計を用いた6ヶ月間の運動指導を行った。対象は毎月月始めから10日間の日程で行われている職域健診において、平成6年5月8月の任意の日の健診受診者の内、前回の健診結果より高脂血症(血清総コレステロール(TCH)220mg/dl以上、或いはHDLコレステロール(HDLC)40mg/dl以下)、高血圧(収縮期血圧140mmHg以上或いは拡張期血圧90mmHg以上)、肥満(BMI24Kg/m2以上)、高血糖(空腹時血糖110mg/dl以上)、のいずれか2つ以上の循環器疾患危険因子を持つ連続症例(62名)を選んだ。対象者には個別に運動の動機付けを行い、歩数計を渡し、一日の歩数と運動の有無、所用時間などを所定の用紙に毎日記録するように指導した。また、運動は20分で約2km(歩数にして約2500歩)を歩くような速歩を週3回以上行うことが危険因子を軽減するのに効果的であると勧めた。運動指導開始時と6ヶ月後に身体検査、血液検査、食事の頻度調査、生活習慣調査を行った。職場の転勤等で6名を除き現在までの49名について危険因子の変化について検討を行った。歩数計の記録が6ヶ月で90日以上得られたものが15名(30.6%)、90日未満が13名(26.5%)、さらに無記録のものが21名(42.9%)であった。90日以上の記録が得られた15名の平均歩数は、記録開始日から土日を除き、運動をしていない連続3日間の平均歩数7176歩をベースラインとすると、運動指導開始後6ヶ月間は82008500歩で推移しており、一日の平均歩数が約1000歩増加していた。各危険因子の変化は、90日以上及び90日未満の歩数記録のあった群でHDLCとHDLCの亜分画であるHDL2コレステロールの増加がみられたが、無記録群ではHDLCは変化せず、TCHとLDLコレステロールの増加がみられた。歩数計を用いた運動の動機付けは簡便で有用であり、運動習慣による歩数の増加が循環器疾患の一次予防に対してよりよい効果を与えていることが示唆された。