hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物の環境情報認識システムに関する工学的研究

筆者らはこれまで,植物が環境の変化,とくに磁場や電場,熱,音,光などの物理的な刺激をいかにセンシングし,発生分化や形態形成に役立てているかという問題を情報システム的観点から研究してきた.本研究では,カルス細胞塊(ニンジン)の発生分化に及ぼす磁気刺激の影響を調べるとともに,カルスの磁気刺激下における生体表面電位変化挙動を購入した8chの増幅器を基に試作した計測システムにより調べた.また,植物器官として,葉の局所を熱あるいは磁気刺激した時の情報の受容,伝達挙動も試作装置により調べた.さらに, 2年度に購入した微小電極用増幅器を用いた細胞内電位計測システムを試作し,表面のマクロな電位変化とその場の細胞内電位変化の関係を調べた.得られた知見を要約すると以下の通りである.(1)カルスからのシュート形成に要する日数が磁気刺激により2/3程度に短縮される可能性を見出した.(2)カルス細胞塊の生体表面電位は,非刺激状態で場所によって局所的に自発的なゆらぎを示すこと,また,このゆらぎ発生箇所は時間経過とともに変わることを見出した.さらに,発生した根表面においても同様の傾向を示す.(3)30ガウス程度の磁気刺激をカルスに与えた場合,ゆらぎを誘発したり,自発的なゆらぎを攪乱あるいは消滅したりする.また,カルス局所を磁気刺激した場合,その場所で生体電位の変化が現れないことが多い.しかし,刺激を直接受けていない場所で生体電位変化がしばしば観察されることを見出した.(4)葉の局所を磁気あるいは熱刺激した場合,現象的には上記カルスの結果と似て,刺激箇所,計測箇所の違いにより生体電位変化挙動が異なり,情報の伝達経路はかなり複雑で特定できない.(5)数mmの領域におけるマクロな表面電位変化挙動は,細胞内のミクロな電位変化と相関がある可能性を見出した.以上の生体電位変化は,植物の環境情報の受容,伝達に関係があると想像される.筆者らはこれまで,植物が環境の変化,とくに磁場や電場,熱,音,光などの物理的な刺激をいかにセンシングし,発生分化や形態形成に役立てているかという問題を情報システム的観点から研究してきた.本研究では,カルス細胞塊(ニンジン)の発生分化に及ぼす磁気刺激の影響を調べるとともに,カルスの磁気刺激下における生体表面電位変化挙動を購入した8chの増幅器を基に試作した計測システムにより調べた.また,植物器官として,葉の局所を熱あるいは磁気刺激した時の情報の受容,伝達挙動も試作装置により調べた.さらに, 2年度に購入した微小電極用増幅器を用いた細胞内電位計測システムを試作し,表面のマクロな電位変化とその場の細胞内電位変化の関係を調べた.得られた知見を要約すると以下の通りである.(1)カルスからのシュート形成に要する日数が磁気刺激により2/3程度に短縮される可能性を見出した.(2)カルス細胞塊の生体表面電位は,非刺激状態で場所によって局所的に自発的なゆらぎを示すこと,また,このゆらぎ発生箇所は時間経過とともに変わることを見出した.さらに,発生した根表面においても同様の傾向を示す.(3)30ガウス程度の磁気刺激をカルスに与えた場合,ゆらぎを誘発したり,自発的なゆらぎを攪乱あるいは消滅したりする.また,カルス局所を磁気刺激した場合,その場所で生体電位の変化が現れないことが多い.しかし,刺激を直接受けていない場所で生体電位変化がしばしば観察されることを見出した.(4)葉の局所を磁気あるいは熱刺激した場合,現象的には上記カルスの結果と似て,刺激箇所,計測箇所の違いにより生体電位変化挙動が異なり,情報の伝達経路はかなり複雑で特定できない.(5)数mmの領域におけるマクロな表面電位変化挙動は,細胞内のミクロな電位変化と相関がある可能性を見出した.以上の生体電位変化は,植物の環境情報の受容,伝達に関係があると想像される.植物組識培養におけるカルスからの植物体再生に関し、情報システム的な観点から捉えた研究例はほとんど行われていない。そこで、本年度は交付申請書に示した計画に従い、カルスを対象とした刺激応答性計測装置の開発を行った。本試作装置は刺激(環境情報)として磁気ならびにレーザー光を無菌状態でカルス細胞塊の全体あるいは局所的に与えることができる。またカルス全体に振動刺激を与える装置も試作した。刺激に対する応答は4X4点格子状に針電極を配列することによりカルス各箇所の生体電位変化が計測される。とくに磁気刺激応答性装置は全体をカプセル型一体構造とし、長期間の培養と計測を可能にした。さらに、植物体の一枚の葉の微小領域をスポット状に熱あるいは磁気刺激した時の刺激点や葉面内各点の生体電位変化を全自動で計測できる装置もあわせて開発した。上記試作装置により得られた主たる結果は以下の通りである。(1)非刺激状態において、カルス(全てニンジンを使用)の生体電位はほとんど変化しない場合が多いが、計測箇所の違いや時間の経過によりパルス状のサイクリックな変化やランダム状のゆらぎが現れることを見出した。(2)発芽,発根させると生体電位の変化はカルスではほとんど観察されなくなり、芽や根のほうに変化が現れるような傾向があるが、これについては次年度さらに詳しく調べる。(3)20ガウス程度の磁場を毎日11時間カルス全体に与え続けたところ、非刺激下のものに比べ発芽までの時間を大幅に短縮できる可能性を見出した。(4)カルスを磁気刺激した時の生体電位変化はカルス全体に一様に起こらない。すなわち、刺激に対し局所的に反応する傾向がある。

(5)植物体の葉の刺激応答性については、刺激点で必ずしも反応せず、別の点で反応することがあることなどから、動物とは異なる植物特有の情報伝達経路あるいは反応様式が存在する可能性がある。また、刺激強度のしきい値が存在する。
高齢糖尿病患者における併存疾患別の血糖管理目標と薬剤選択の最適化

1.肝癌合併糖尿病患者で、肝癌治療後の糖尿病治療法や血糖コントロールと種々の肝がん関連項目を調査し、死亡と関連する因子を解析した。本結果について論文を作成し、投稿準備中である。2,経口血糖降下薬を服用中の糖尿病患者にアンケートを実施し、治療満足度と関連する因子を抽出した。従来報告のあったHbA1cや医療費負担度、大血管症の有無のほかに、食事時間の不規則性、仕事時間の不規則性、SGLT2阻害薬の使用といった因子が抽出された。本結果についてEJ誌に発表した。さらに1年後にもアンケートを実施し、縦断研究を解析中である。3.糖尿病患者では、発癌率が高い。県立西宮病院が実施している「Nishinomiya Study」に参加し、当院のデータを含めて、発癌と関連する薬剤について前向き観察研究を実施中である。中間解析結果について、日本糖尿病学会および欧州糖尿病学会において発表を行った。4.昨年「高齢者での糖尿病発症予防のために必要な腹囲減少率」について論文発表を行ったが、さらに「低アディポネクチン血症患者における糖尿病発症予防のための血中アディポネクチン濃度の上昇レベル」について検討し、JES誌に論文発表を行った。今日の糖尿病治療において、血糖管理目標値は、年齢や罹病期間、血管合併症の程度、重大な併存疾患、予想される余命等を考慮し個々の患者で設定すべきであるとされているが、個々の患者で具体的にどのように血糖コントロール目標を設定すべきか、またどのような薬剤が適切かについては明確には示されていない。本研究では重大な併存疾患を有する高齢糖尿病患者において、どのような薬剤で、どの程度の血糖管理目標を設定することが、合併症や生命予後、ひいては患者QOLに寄与するのかについて明らかにすることを目的とする。初年度には重大な併存疾患として、肝臓がんを取り上げて調査した。大阪大学医学部附属病院通院中の2型糖尿病患者で、当院で肝癌初回治療を行った患者93名を対象に、肝癌治療後の糖尿病治療法や血糖コントロールと種々の肝がん関連項目を調査し、死亡および肝癌再発と関連する因子をCOX比例ハザードモデル解析を用いて検討した。肝癌再発と関連する因子としては、糖尿病治療法や血糖コントロールは抽出されず、腫瘍数や腫瘍マーカー、肝癌治療方法などの肝癌関連因子のみが抽出された。一方、全死亡と関連する因子としては、肝癌治療方法や観察期間中の肝機能のほかに、糖尿病治療法(インスリン使用の有無)や観察期間中の随時血糖値が抽出された。このことは、血糖コントロールの程度や、選択される糖尿病治療法が、肝癌合併糖尿病患者の生命予後に影響を与えている可能性を示している。観察研究であるため、その因果関係は明らかでないが、少なくとも、肝癌合併糖尿病患者において糖尿病の治療法や血糖管理の程度が、生命予後に関連することが明らかとなり、糖尿病治療の重要性が示唆された。尚、今回の対象患者の平均年齢は68歳であったが、今後症例数を増やし、年齢層別のサブ解析を実施していく予定である。阪大病院に通院加療中の肝癌を合併された糖尿病患者を対象に、93例と比較的少数での解析ではあるが、一定の結果を得ることができ、今後の研究の方向性を確認しえた。しかしながら、うつ病や認知症合併の患者については、まだ手付かずの状態である。また、患者QOLについての調査はこれからであるが、こちらは一般の糖尿病患者における糖尿病治療満足度調査をすでに実施しており、併存疾患を有する患者の対照となるデータが蓄積されつつある。1肝癌合併糖尿病患者で、肝癌治療後の糖尿病治療法や血糖コントロールと種々の肝がん関連項目を調査し、死亡と関連する因子を解析した。全死亡と関連する因子としては、肝癌治療方法や観察期間中の肝機能のほかに、糖尿病治療法(インスリン使用の有無)や観察期間中の随時血糖値が抽出された。しかし肝癌再発とこれらは関連しなかった。このことは、血糖コントロールの程度や、選択される糖尿病治療法が、肝癌合併患者の生命予後に影響している可能性を示している。2患者QOLと関連する糖尿病治療について、併存疾患によらず2型糖尿病患者で調査した。インスリン治療は、患者QOLを低下させることは知られているが、経口血糖降下薬のみで治療されている患者で、どのような薬剤が患者QOLと関連するかは明らかでない。そこで、実地医家にて、経口血糖降下薬のみで加療中の2型糖尿病患者754名において、治療満足度と使用薬剤との関連について調査したところ、SGLT2阻害薬が治療満足度と有意に関連し、サブ解析では肥満患者でのみ、有意差が認められた。3網膜症は高齢糖尿病患者の重要な合併症の一つであり、その予後規定因子を明らかにすることは、患者ケアに寄与する。硝子体出血を来し、硝子体手術を施行された糖尿病患者での、術後再出血と関連する因子を解析したところ、術後3か月以内の再出血には手術時間が、術後1年までの再出血には、術前空腹時血糖と手術時間が予測因子であることが判明した。4インスリン抵抗性(高インスリン血症)は加齢や体重増加とともに進行し、糖尿病発症のリスク因子となる。健診受診者を対象に、非肥満者における高インスリン血症の頻度およびその遺伝的原因を調査し明らかにした。5また、高齢者での糖尿病発症予防のために必要な腹囲減少率を、内臓脂肪蓄積者で解析し明らかにした。

12については学会発表を行った。345については論文発表を行った。阪大病院に通院加療中の肝癌を合併された糖尿病患者を対象に、93例と比較的少数での解析ではあるが、一定の結果を得ることができた。また同様の解析を、大腸がんにも広げて行ったが、こちらでは同様の結果を得られなかった。糖尿病で合併の多い2つの消化器癌について一定の結果を得たが、認知症については研究体制の整備が整わず、まだ実施できていない。一方、使用薬剤と患者QOL(治療満足度)との関連については、併存疾患を問わず一般的な2型糖尿病患者での調査を実施し、ベースとなるデータを得られたが、併存疾患別の治療満足度の調査は、その症例数の不足から進んでいない。1.肝癌合併糖尿病患者で、肝癌治療後の糖尿病治療法や血糖コントロールと種々の肝がん関連項目を調査し、死亡と関連する因子を解析した。本結果について論文を作成し、投稿準備中である。2,経口血糖降下薬を服用中の糖尿病患者にアンケートを実施し、治療満足度と関連する因子を抽出した。従来報告のあったHbA1cや医療費負担度、大血管症の有無のほかに、食事時間の不規則性、仕事時間の不規則性、SGLT2阻害薬の使用といった因子が抽出された。本結果についてEJ誌に発表した。さらに1年後にもアンケートを実施し、縦断研究を解析中である。3.糖尿病患者では、発癌率が高い。県立西宮病院が実施している「Nishinomiya Study」に参加し、当院のデータを含めて、発癌と関連する薬剤について前向き観察研究を実施中である。中間解析結果について、日本糖尿病学会および欧州糖尿病学会において発表を行った。4.昨年「高齢者での糖尿病発症予防のために必要な腹囲減少率」について論文発表を行ったが、さらに「低アディポネクチン血症患者における糖尿病発症予防のための血中アディポネクチン濃度の上昇レベル」について検討し、JES誌に論文発表を行った。今回の結果では、肝癌の再発には、糖尿病治療は関係しないが、生命予後に関係することが示された。しかしながら、肝癌の治療法によっても、その生命予後は大きく左右されていた。今後は、肝癌の初回治療法別にも解析ができるように、対象患者数を増やしていく予定である。阪大病院単施設での患者数では、不足することが予想されるため、他施設にも研究協力を呼びかけていく方針である。また、うつ病や認知症合併の糖尿病患者についても今後、調査を開始していく予定である。一般の糖尿病患者における糖尿病治療満足度と使用薬剤との関連についての調査も継続していく。上記得られた知見については、論文等で公表していく。認知症合併糖尿病患者については、当院通院中の65歳以上の糖尿病患者で認知症のスクリーニングを推進し、潜在的な患者の同定を進めていく。当初予定していた、アンケート調査協力やアンケート調査入力のための人件費および謝金を支出する必要がなくなったため。当初予定していたアンケート調査協力やアンケート調査入力のための人件費および謝金を支出する必要がなくなったため。次年度には、認知症合併糖尿病患者に関する調査、検査に関わる費用に使用する計画がある。また、データ管理に必要な物品にも使用する。また、論文作成に関わる費用、論文掲載に関わる費用、学会への参加旅費等にも使用計画がある。次年度には、新たなアンケート調査入力や、カルテ入力に伴う人件費が必要となる予定。
樹状細胞に発現するレクチンへの抗原ターゲティングによる抗腫瘍ワクチンの可能性

抗MGL2モノクローナル抗体をマウスに皮下投与することにより、in vivoでMGL2を発現する樹状細胞に特異的に抗原をターゲットすることに成功した。MGL2を介して取り込まれた抗原は、抗原特異的CD4^+ T細胞に抗原提示され、効率的な抗体応答を誘導できることが示された。マウスMGL2は、ヒトMGLに近い機能を担う可能性が高いことから、本研究の成果はヒトへのワクチン作製にも応用できる可能性が高いと考えられる。癌の治療において、免疫療法は特に転移抑制・再発予防といった点から非常に重要な治療法であるが、その効果はまだ十分とは言えず、新たな免疫療法の開発が望まれている。本研究課題では、樹状細胞表面に発現する種々のレクチンのうち候補分子としてMGL(Macrophage galactose-type C-type lectin/CD301)に着目し、MGLへの抗原ターゲティングによる新規抗腫瘍ワクチンを開発することを最終目標として、研究期間内にはマウスMGL1及びMGL2を対象として、抗腫瘍免疫応答を誘導するためのターゲット分子としてMGLが有用であるかを明らかにすることを具体的目標とする。本年度は、MGL1またはMGL2特異的にターゲティング可能なワクチンのデザインと作製として、MGL1特異的モノクローナル抗体及びMGL2特異的モノクローナル抗体にモデル抗原OVAを結合させた抗体の作製を完了した。また、MGL1またはMGL2特異的ターゲティングにより樹状細胞に抗原を取り込ませた後のin vitroでの免疫応答の解析として、ビオチン化MGL1特異的モノクローナル抗体またはMGL2特異的モノクローナル抗体にOVA結合抗ビオチン抗体を結合させることによりOVAを取り込ませ、OVA特異的TCRトランスジェニックマウス由来T細胞の増殖及びサイトカイン産生を解析した。その結果、MGL1及びMGL2ともに、CD4^+T細胞の効率的な活性化を誘導可能であることが示された。さらに、in vivoでのMGL1またはMGL2への特異的ターゲティングによる免疫応答を解析するため、モノクローナル抗体をアジュバントとともにマウスに皮下投与したところ、コントロール抗体に比べ投与1週間後の血清中抗ラットIgG2a抗体応答が効率的に生じることを明らかにした。本年度は、MGL1特異的モノクローナル抗体及びMGL2特異的モノクローナル抗体(いずれもラットIgG2a)または、前年度に作製したMGL1特異的モノクローナル抗体及びMGL2特異的モノクローナル抗体にモデル抗原OVAを結合させた抗体をアジュバントとともに野生型マウス及びMgl1またはMgl2ノックアウトマウス皮下に投与し、血清中抗ラットIgG2a抗体応答及び抗OVA抗体応答を解析した。その結果、MGL2特異的モノクローナル抗体を用いた場合には、MGL2特異的に抗体応答が誘導されることが明らかとなった。さらに、ビオチン化抗体投与後の所属リンパ節細胞の解析から、MGL2特異的モノクローナル抗体がMGL2陽性真皮樹状細胞に特異的にターゲットされたことを確認した。本研究により、MGL2への抗原ターゲティングが有用である可能性が示された。MGL2は、相同性や糖結合特異性などからヒトMGLのマウスカウンターパートであると考えられるため、MGLへの抗原ターゲティングがヒトにおいても有用であることが期待される。
アクチン細胞骨格の力学－生化学連成機構の分子動力学的理解

本研究では,アクチンフィラメントの構造変化がアクチン結合タンパク質の結合活性の変化に及ぼす影響を解明し,力学刺激が分子階層の生化学シグナルとして変換されるメカニズムを分子レベルから明らかにすることを目的としている.本年度は,申請書に記載した年次計画に対して,統計力学に基づいてアクチンフィラメントの力学挙動を理解析した.以下に,本年度中の主な実施内容と得られた成果を述べる.1)引張-曲げ-ねじりのゆらぎと剛性の関係式の導出張力やトルク等の力学作用が関与するアクチンダイナミクスを理解する上で,フィラメントの引張-曲げ運動,曲げ-ねじり運動,および,ねじり-引張挙動を定量的に評価することは重要である.そこで本研究では,これらの連成挙動の基本的な性質を表現するCoupling剛性を,統計学的手法から評価した.フィラメントを,等方性,および,均質性を仮定した線形の弾性体を用いて表現し,Coupling剛性を導いた.Coupling剛性は,Couplingを含めた引張-曲げ-ねじりのゆらぎの大きさに依存することが示唆された.2)フィラメントの構造ダイナミクスの観測粗視化分子動力学法に基づいた数値シミュレーションによりアクチンフィラメントの伸び,ねじれ角,および,曲がり角を観測し,それらの共分散からCoupling剛性を評価した.その結果,Coupling剛性は,熱ゆらぎを観測するサンプリング時間幅の増大にともない,ある値に収束する傾向が見られ,その収束値は,一分子実験より評価された値とよい一致を示した.本研究において評価された連成剛性をより粗視化したモデルに組み込むことにより,ネットワーク構造等のより長大なスケールにおけるアクチンフィラメント構造の力学挙動を解明することが期待される.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,アクチンフィラメントの分子構造ダイナミクスを解析することにより,力学-生化学的因子がアクチン細胞骨格の再構築機能に及ぼす影響を解明することを目的としている.粗視化・全原子分子動力学モデルを用いた数値シミュレーションを用いて,分子階層における力場変化とアクチンフィラメントの構造変化との関係を明らかにする.特に,アクチンフィラメントの構造変化がアクチン結合タンパク質の結合活性の変化に及ぼす影響を解明し,力学刺激が分子階層の生化学シグナルとして変換されるメカニズムを分子レベルから明らかにする.本年度は,申請書に記載した年次計画に対して,粗視化フィラメントモデルを構築し,アクチンフィラメントの力学挙動の解析を行った.まず,非格子型郷モデルに基づき,フィラメントのアミノ酸残基を一粒子に粗視化し,数マイクロメートル長の新たな粗視化フィラメントモデルを構築した.本非格子型郷モデルとして,受け入れ研究室により提案された粗視化分子動力学ソフトCafemol2.0を用いた.次に,張力やトルク等の力学作用が関与するアクチンダイナミクスを理解するため,フィラメントの引張-曲げ運動,曲げ-ねじり運動,および,ねじり-引張挙動を定量的に評価し,さらに,統計力学的手法を用いて,それらの連成剛性を評価した.本研究において評価された連成剛性をより粗視化したモデル,および,連続体モデルに組み込むことにより,ネットワーク構造や束構造等のより長大なスケールにおけるアクチンフィラメント構造の力学挙動を解明することが期待される.本研究では,細胞骨格タンパク質の力学ー生化学連成機構を分子動力学シミュレーションにより理解することを目的としている.本年度は,申請書に記載した年次計画に対して,イオン強度が神経細胞の軸索内フィラメントの構造・力学特性に及ぼす影響について,分子動力学的アプローチによる検討を行った.以下に,本年度中の主な研究実施内容と,得られた成果をまとめる.1.粗視化フィラメントモデルの構築本研究では,非格子型郷モデルに基づき,神経細胞の軸索内フィラメントのアミノ酸残基を一粒子に粗視化し,数マイクロメートル長の新たな粗視化フィラメントモデルを構築した.本非格子型郷モデルとして,受け入れ研究室により提案された粗視化分子動力学ソフトCafemo12.0を用いた.2.熱揺らぎによる分子構造ダイナミクスの評価定温環境下におけるフィラメントの構造ゆらぎと力学特性の検討を行った.軸索内フィラメントの分子挙動に着目し,粗視化分子動力学法を用いた挙動解析を行った.三種類の異なる長さを有する軸索内フィラメントの分子構造のゆらぎをそれぞれ定量的に評価した.その結果,最も短いフィラメントが軸索内細胞骨格間の長さを決定していることが示唆された.3.イオン濃度が分子構造ダイナミクスに及ぼす影響の評価軸索内環境の主要な因子の一つであるイオン濃度に着目し,イオン濃度が軸索内フィラメントの分子構造ダイナミクスに及ぼす影響を評価した.その結果,生体内環境下に比して低いイオン強度において,フィラメントが強く相互作用することが明らかとなった.本研究では,アクチンフィラメントの構造変化がアクチン結合タンパク質の結合活性の変化に及ぼす影響を解明し,力学刺激が分子階層の生化学シグナルとして変換されるメカニズムを分子レベルから明らかにすることを目的としている.本年度は,申請書に記載した年次計画に対して,統計力学に基づいてアクチンフィラメントの力学挙動を理解析した.以下に,本年度中の主な実施内容と得られた成果を述べる.1)引張-曲げ-ねじりのゆらぎと剛性の関係式の導出張力やトルク等の力学作用が関与するアクチンダイナミクスを理解する上で,フィラメントの引張-曲げ運動,曲げ-ねじり運動,および,ねじり-引張挙動を定量的に評価することは重要である.

そこで本研究では,これらの連成挙動の基本的な性質を表現するCoupling剛性を,統計学的手法から評価した.フィラメントを,等方性,および,均質性を仮定した線形の弾性体を用いて表現し,Coupling剛性を導いた.Coupling剛性は,Couplingを含めた引張-曲げ-ねじりのゆらぎの大きさに依存することが示唆された.2)フィラメントの構造ダイナミクスの観測粗視化分子動力学法に基づいた数値シミュレーションによりアクチンフィラメントの伸び,ねじれ角,および,曲がり角を観測し,それらの共分散からCoupling剛性を評価した.その結果,Coupling剛性は,熱ゆらぎを観測するサンプリング時間幅の増大にともない,ある値に収束する傾向が見られ,その収束値は,一分子実験より評価された値とよい一致を示した.本研究において評価された連成剛性をより粗視化したモデルに組み込むことにより,ネットワーク構造等のより長大なスケールにおけるアクチンフィラメント構造の力学挙動を解明することが期待される.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,アクチンフィラメントの力学挙動について着目し,フィラメントの構造ゆらぎと力学的特性の関係に関して興味深い成果を上げている.さらに,本年度10月よりカリフォルニア大学サンタバーバラ校にて,生化学的因子がアクチン細胞骨格の力学挙動に及ぼす影響を理解するための実験を開始し,第2年度の研究計画に関する予備検討を進めている.以上より,当初の年次計画の期待通りに研究が進捗していると判断する.本年度は,異なる生化学状態の細胞骨格の力学挙動について着目し,フィラメントの構造ゆらぎに関して興味深い成果を上げた.さらに,カリフォルニア大学サンタバーバラ校にて,軸索内構造を評価する実験を行い,シミュレーションの妥当性を検討した.以上より,当初の年次計画の期待通りに研究が進捗していると判断する.アクチンフィラメントのねじり挙動に依存するコフィリン,曲げ挙動に依存するArp2/3に着目し,アクチン-コフィリン複合体,および,アクチン-Arp2/3複合体のスタティックな分子構造を元に,アクチンフィラメントの非格子型郷モデルを構築する.それらを用いて,粗視化分子動力学シミュレーションを行い,統計物理学,非線形力学,ナノ構造力学の観点から分子構造ダイナミクスを明らかにする.具体的には,準安定状態や自由エネルギ地形における活性化エネルギの消失,振動モードの遷移や軌道不安定性について評価し,さらに,複合体内で力や結合相互作用を受け持つアミノ酸残基の推定を行う.また,推定されたアミノ酸残基がメカノセンサーとして働くことを検証するため,これらにin silicoでミューテーションを入れ,比較検討する.以上により,分子構造変化と結合定数とを関係付け,生化学シグナルの結合親和性を評価する.1年目, 2年目の研究に得られた知見を元に,新たな数理モデルを構築し,力学刺激・生化学シグナルを考慮した分子ダイナミクスを統一的に理解する.また,アクチンフィラメントの形態変化に関するマルチスケールバイオメカニクス的検討を加え,これらの分子メカニズムの工学的応用性について検討する.
呈色反応を用いた危険ドラッグ成分であるメトカチノン類の検出

1研究目的危険ドラッグとは、覚醒剤や大麻などの違法薬物と同じような作用を示す成分を含むドラッグである。危険ドラッグは、非常に種類が多く、使用したドラッグに危険ドラッグの成分が含まれているかを確認するのに長時間を要する。そこで、本研究では、呈色反応を用いて迅速に危険ドラッグの成分を検出する方法を開発することとした。2研究方法危険ドラッグの合成を行い、合成した危険ドラッグについて呈色反応を検討した。呈色反応については、シモン試薬、マルキス試薬、2, 4-ジニトロフェニルヒドラジン、フリョーデ試薬、リーベルマン試薬、チェン試薬を検討した。3研究成果メトカチノン類を含む危険ドラッグ15種類の合成を行った。呈色反応は、ケトンを検出できる2, 4-ジニトロフェニルヒドラジンを検討したが、メトカチノン類のいずれにおいても呈色を示さなかった。メトカチノン類は、ケトンの隣にフェニル基があり、立体障害により、呈色を示さなかったと考えられる。また、メトカチノン類は、他の呈色反応についても特異な反応を示すものを見出すことはできなかった。一方で、ジフェニジン類に関しては、マルキス試薬、フリョーデ試薬、、リーベルマン試薬で、呈色を示すことが確認できた。また、一部の合成カンナビノイド類についても、フリョーデ試薬、リーベルマン試薬で呈色を示すことが確認できた。本研究では、危険ドラッグ成分の種類によって、異なる呈色反応を示すことが確認できた。今後、更に多くの危険ドラッグ成分を検討していくことで、危険ドラッグの成分により特徴的な呈色反応を見出すことができると考えられる。
精神疾患と創造性：神経ネットワーク理論に基づく神経基盤の解明

創造性と精神疾患の双方で指摘されている神経基盤の1つに昨今注目されている"脳内神経ネットワーク"が挙げられるが、その神経生理学的メカニズムは未だ解明されていないのが現状である。本研究は、その神経生理学的メカニズムを脳波を用いて解明しようとするものである。アルツハイマー病、統合失調症、発達障害が疑われる精神疾患患者および健常高齢者をリクルートし、各々の被検者に対して安静閉眼時における脳波を計測した。また、健常高齢者に対しては、S-A創造性検査C版を用いて創造性の高さを計測するとともに、WAIS-IIIを用いて知的機能(IQ)の高さも計測した。創造性の高さ、精神疾患における脳内神経ネットワークを明らかにし、また両者における共通点や違いを明らかにするため、健常者、アルツハイマー病、統合失調症、発達障害が疑われる精神疾患患者の安静時脳波に対して脳波解析を行った。脳波の解析法は種々提案されているが、脳内神経ネットワークを解明する手法として、Phase Lag Index(PLI)という指標を用いた位相同期解析を用いて、脳の各部位間における同期性を検討した。創造性の高さが脳部位間の空間的同期性に与える影響について検討した。創造性スコアが高いグループと低いグループで、PLI値における検定を行った。両グループの差がないとする帰無仮説から優位水準5%の両側検定を実施したところ、創造性スコアが平均より高いグループでは、アルファ波帯域で脳全体においてその同期性が強いことが明らかとなった。現在、この結果について論文として報告できるように準備をしているところである。まずアルツハイマー病、発達障害、統合失調症が疑われる精神疾患患者および健常高齢者をリクルートし、安静閉眼時脳波を計測している。また健常高齢者に対しては、S-A創造性検査C版を用いて創造性の高さも計測している。今後、これまでに計測された安静時脳波に非線形解析、位相同期・グラフ解析、Causal Decomposition Analysisなどを順次施行し創造性の高さと精神疾患とを結ぶ神経基盤を明らかにするため、本研究をさらに進めていくわけであるが、健常者、アルツハイマー病、統合失調症が疑われる精神疾患患者の脳波に位相同期解析(Phase Lag Index:PLI)およびグラフ理論を適用し、脳部位間の空間的同期性に与える影響について検討を開始したところである。精神疾患患者および健常者を対象とした安静閉眼時脳波の計測が概ね進んでいる。またこれらを用いた脳波解析も開始しており、本年度の研究がスムーズに行えるような準備ができている。また健常高齢者に対しては、S-A創造性検査C版を用いて創造性の高さも測定済みである。これまでに計測された安静時脳波に非線形解析、位相同期・グラフ解析、Causal Decomposition Analysisなどを順次施行し創造性の高さと精神疾患とを結ぶ神経基盤を明らかにするため、本研究をさらに進めていくわけであるが、健常者、アルツハイマー病、統合失調症が疑われる精神疾患患者の脳波に位相同期解析(Phase Lag Index:PLI)およびグラフ理論を適用し、脳部位間の空間的同期性に与える影響について検討中である。またこれらを用いた脳波解析も進行中であり、本年度の研究がスムーズに行えるような準備ができている。これまで同様、本研究が円滑に遂行できるようにカンファレンスを行うなど、研究分担者や連携研究者との連携を図る。経過中に生じた問題点については、随時ミーティングを開き、その都度解決を図る。

経過中に生じた問題点については、随時ミーティングを開き、その都度解決を図る。平成28年度から開始している安静閉眼時脳波の計測やデータ整理などが現在も進行中であることから、次年度使用額が生じてしまった。今年度は直接経費の掛からないデータ解析を集中的に行ったことなどから、次年度使用額が生じてしまった。今後、データ入力やその整理などを行うための研究協力者への謝金として活用するなど、研究全体を円滑かつ効率的に進めることを計画する。さらに、国内外学会における情報収集あるいは成果発表に伴う旅費、論文発表に伴う経費(論文掲載料、校正料など)、として活用することを計画する。今後、データ入力やその整理などを行うためのノートPCの購入、研究協力者への謝金として活用するなど、研究全体を円滑かつ効率的に進めることを計画する。
腰壁・垂壁付鉄筋コンクリート柱の二方向曲げ剪断加力下における破壊性状に関する研究

本研究は,二方向に水平加力を受ける腰壁垂壁付きRC柱の破壊性状を把握するために,壁高さを3種,柱剪断補強を2種,加力方法を2種の組合せで異なる6体の上下左右対称の立体I型試験体を作成して繰返し加力実験を行ない,数値モデルによる検討を加えたもので,以下のような結果を得た.破壊性状:剥落や圧漬の発生時期は二軸加力を行ったものの方が小さな変形で発生する傾向を示すが,最終的な破壊状況に大きな違いは見られない.荷重変形関係:二軸加力を行うと耐力あるいは変形能力が劣る傾向を示すが,履歴ループ形状のピンチ効果は小さくなる.壁高さが大きくても柱に高剪断補強を行えば最大耐力以後も良好な変形能力を確保できる.耐力:曲げ初亀裂耐力は,二軸加力を行った場合に開口端部に生ずる亀裂に対しては二方向の変形を考慮した二軸曲げ初亀裂耐力計算式で評価でき,柱頭・柱脚部に発生する亀裂に対しては壁と直交する方向の変形のみを考慮した一軸耐力計算式が対応する.剪断初亀裂耐力,降伏耐力,終局剪断耐力については実験値主軸方向成分が夫々の耐力計算値と良く対応する.終局曲げ耐力は実験値が計算値を大きく上回る傾向を示すのでこの種の柱の設計では剪断耐力を充分に高める必要がある.鉄筋の挙動:柱主筋の歪度は,壁面内方向では開口部端ないしは壁より柱成の半分以下の範囲で移動した位置に最大歪を生ずるが,この移動量は壁の高さに対応して大きくなり,壁と直交する方向では柱頭・柱脚近傍で最大となる.二軸加力を行ったほうが柱主筋は圧縮時に降伏にいたる場合が多くなる.各部変形:柱の曲率は壁面内方向加力時においても終局時には柱頭柱脚部での増大が最も大きくなる.数値モデルでは,加力方法の相違によるループ形状への影響の仕方の違いが実験における荷重変形曲線と同様の傾向を示した.本研究は,二方向に水平加力を受ける腰壁垂壁付きRC柱の破壊性状を把握するために,壁高さを3種,柱剪断補強を2種,加力方法を2種の組合せで異なる6体の上下左右対称の立体I型試験体を作成して繰返し加力実験を行ない,数値モデルによる検討を加えたもので,以下のような結果を得た.破壊性状:剥落や圧漬の発生時期は二軸加力を行ったものの方が小さな変形で発生する傾向を示すが,最終的な破壊状況に大きな違いは見られない.荷重変形関係:二軸加力を行うと耐力あるいは変形能力が劣る傾向を示すが,履歴ループ形状のピンチ効果は小さくなる.壁高さが大きくても柱に高剪断補強を行えば最大耐力以後も良好な変形能力を確保できる.耐力:曲げ初亀裂耐力は,二軸加力を行った場合に開口端部に生ずる亀裂に対しては二方向の変形を考慮した二軸曲げ初亀裂耐力計算式で評価でき,柱頭・柱脚部に発生する亀裂に対しては壁と直交する方向の変形のみを考慮した一軸耐力計算式が対応する.剪断初亀裂耐力,降伏耐力,終局剪断耐力については実験値主軸方向成分が夫々の耐力計算値と良く対応する.終局曲げ耐力は実験値が計算値を大きく上回る傾向を示すのでこの種の柱の設計では剪断耐力を充分に高める必要がある.鉄筋の挙動:柱主筋の歪度は,壁面内方向では開口部端ないしは壁より柱成の半分以下の範囲で移動した位置に最大歪を生ずるが,この移動量は壁の高さに対応して大きくなり,壁と直交する方向では柱頭・柱脚近傍で最大となる.二軸加力を行ったほうが柱主筋は圧縮時に降伏にいたる場合が多くなる.各部変形:柱の曲率は壁面内方向加力時においても終局時には柱頭柱脚部での増大が最も大きくなる.数値モデルでは,加力方法の相違によるループ形状への影響の仕方の違いが実験における荷重変形曲線と同様の傾向を示した.1方向に腰壁と垂壁を有する鉄筋ゴンクリート柱に2方向同時水平力を加えた場合の柱の破壊形式,耐力,変形性能について実験的に検討した。試験体の基本形状は、高さ140cmで一辺30cmの正方形断面柱の上下に剛なRC梁を直交する2方向に設けた実寸の約1/2縮小立体キの字形模型で、その1つの方向に同一高さの腰壁と垂壁を付してある。壁厚は柱幅の1/4(7.5cm)とし、壁高さを柱丈の2/3(20cm)と4/3(40cm)の2種類として、夫々2体づつ合計4体を作製した。壁水平筋は柱内に通し配としてある。新たに設計した特殊装置により柱頭の任意の変位に対して常に上下の梁相互の平行性を維持させながら、柱頭の加力梁にユニバーサルジョイントで接合した直交する2台のアクチュエータを駆動して任意方向の水平変位を強制する実験を行った。柱軸力はいずれもFc/6相当の一定軸力を加えた。水平加力は試験体種別毎に、壁面内方向の変位とこれに直交する方向の変位を時系列的に個別に与える方式と、同時に2軸変位を与える2方向加力方式とを採用し、両者の結果を対比させて2方向加力時の特性を明らかにした。夫々の場合の塑性変形柱能を確認するために変位漸増繰返し加力によって柱部材角凡そ1/25までの変形を強制した。

柱軸に沿う各部の曲げ及び剪断変形の計測と併せて、壁高さの相違に伴う応力伝達機構を明らかにするために柱軸筋・柱横補強筋・壁筋の120164点の歪度を測定した。以上の実験により壁高さが柱丈より小さくて両方向の計算上の曲降伏危険断面が相互に接近する場合には、夫々に独立した降伏領域を持ち得なくなって耐力にも影響を及ぼす傾向が現れた。逆に両方向の危険断面が充分に離れている場合には、任意方向の曲げ水平耐力は、両主軸方向耐力の合成値となる。この結果は立体骨組の2方向加力時に柱を梁合成耐力に抵抗させて梁降伏を先行させる場合の柱の終局耐力評価に有効に利用できる。
光干渉断層計・コンピュータ断層撮影・実体顕微鏡の融合による新たな診断法の確立

根尖周囲外科手術前に撮影したCBCT画像を用いて,歯根破折群と非破折群の骨欠損部を3次元構築し,その体積を評価することで,垂直性歯根破折の鑑別を行うことができる可能性を見出した。内部に根管もしくは歯髄腔を有する象牙質を光干渉断層装置(OCT)で観察した。上顎大臼歯髄床底の観察では、近心頬側第2根管の検出率を調査した。肉眼や歯科用実体顕微鏡(DOM)による検出率と比較し、OCTは検出率が高かった。口内法X線撮影法および歯科用コーンビームCTを用いて178歯の既根管処置歯を対象に根尖病変の検出能を検討した。上顎前歯部および上顎大臼歯部において根尖病変の見落としが生じやすかった。歯科用CT(以下CBCT)を用いて3次元的骨欠損評価による垂直性歯根破折の鑑別診断を行った。垂直性歯根破折と慢性根尖性歯周炎は病態が類似しているが、確定診断が困難なことがある。その治療法は全く異なる。垂直性歯根破折は抜歯が選択され、非可逆的処置であるためにより慎重な診断が必要となる。32歯の上顎前歯・小臼歯のCBCT像の骨欠損部を3次元構築し、その体積を評価することによって、垂直歯根破折か慢性根尖性歯周炎かの鑑別診断を行った。その結果、設定したカットオフ値に対して破折の診断の感度、特異度および正答度はそれぞれ1.00、0.80および0.875であった。新たな診断法として、光干渉断層画像装置(以下OCT)による組織表層の観察が導入された。OCTを用いた歯髄腔および根管の検出を試みた。ヒト抜去歯を用い、Er:YAGレーザーを用いて髄腔開拡を行った。あらかじめCBCTおよびmicro CT撮像を行い、歯質表面から歯髄腔までの距離を測定した。OCTで撮像し、歯髄腔観察しながらレーザーによる歯髄腔への到達が可能であった。ヒト上顎大臼歯を用いて、近心頬側第二根管をOCTで検出可能か検討した。あらかじめgold standardとするためにmicro CT撮像を行った試料に、髄床底を肉眼・歯科用実体顕微鏡・OCTでMB2の有無を評価し、それぞれのMB2検出精度を比較した。その結果、OCTでは歯科用実体顕微鏡と同様に近心頬側第二根管を検出することができた。ブタ下顎骨を用いて、皮質骨下の骨窩洞の観察がOCTにより可能であることを見出した。これらの研究結果については、専門分野の国際学会で7報、国内学会で2報の報告を行った。学術論文については、1編が既にPhotomedicine and Laser surgeryに採択され、現在印刷中である。また、2編の論文を国際誌に投稿中である。歯髄腔の髄角をOptical Coherence Tomography(以下OCT)と歯科用コーンビームCT(以下CBCT)で検出し、得られた画像における計測値の相関関係の有無を検討した。残存象牙質が2.33mm以下の場合、OCTで髄腔の位置を把握できる可能性が認められた。OCTとCBCT画像による計測値が正の相関関係にあり、それぞれを複合させた画像診断により臨床的な非破壊検査に応用できる可能性が示唆された。Er:YAGレーザーを用いた髄腔開拡におけるOCTの有用性を評価した。OCTで露髄が確認できた。すべての被験歯で歯科用実体顕微鏡(以下DOM)およびMicro CTで露髄が認められた。レーザーが切削した硬組織の厚みは、0.44mmから1.69mmであった。外科的歯内療法では根尖を切除し、その切断面をDOM下で観察後、逆根管充填窩洞を形成し填塞を行う。しかし、DOMで観察できる範囲は切断面表面に限られ、深部の評価は困難である。OCTを用いてヒト上顎小臼歯根尖切断面の観察を行いDOMと比較した。OCTでは切断面内部のイスムスや根管を検出できた。切断面表面における根管、亀裂、イスムス、側枝の検出精度は、DOMとOCT間で有意差は見られなかった。OCTでは根尖切断面の表層および内部の解剖学的構造物をリアルタイムで非侵襲的に検出できるため、歯根端切除術中における切断端部の評価に有用である可能性が示唆された。垂直性歯根破折(以下VRF)の診断は困難である。VRFは、破折線の観察により確定診断が下されるが、術前にVRFが予測できる方法を見つけることで患者への侵襲を避けることができる。根尖周囲外科手術前に撮影したCBCT画像を用いて、VRF群とnon-VRF群の骨欠損部を3次元構築し、その体積を評価することでVRFの鑑別を行うことができる可能性を見出した。1.根尖部の解剖学的形態の評価には、歯科用コーンビームCT(CBCT)を用いているが、解像度やアーティファクトにより微細な解剖学的形態の検出は困難である。光干渉断層計(OCT)を用いてヒト上顎小臼歯根尖切断面の観察を行い、CBCT、歯科用実体顕微鏡(DOM)と比較した。ヒト抜去上顎小臼歯根尖部をMicro CTで撮像し、Gold Standardとした。その後、CBCTで撮像を行った。根尖部を1mm切断し、DOMとOCTで観察し、根管数の検出精度を評価した。根尖から3mmの切断面の観察を行った。

OCT、CBCT、DOMによる根管数の検出精度はそれぞれ0.89、0.78、0.83であった(p>0.05, Wilcoxontest with Bonferroni correction)。CBCTで検出できなかった微細な根管を、OCTで検出ができた。生体ではCBCT撮像時、歯根周囲組織の影響により、さらに検出困難となる可能性がある。一方、OCTは根尖切断面の表層部の解剖学的構造物を検出でき、リアルタイムで非侵襲的に観察可能である。OCTはCBCTと異なり、術中の使用が可能であり、外科的歯内療法における根尖部形態の評価の有用性が示唆された。2.口内法X線撮影法(以下PR)では検出できない根尖病変について、CBCTを用いて、歯種ごとの検出能について検討した。既に根管処置がなされておりPRおよびCBCTの両者で撮影が行われている歯(178歯)を対象とし、病変の有無を比較した。根尖病変の検出率はPRで31.5%、CBCTで52.2%であった。PRでは検出できずCBCTで検出可能であった病変は上顎前歯部および上顎大臼歯部で有意に認められた。上顎前歯部および上顎大臼歯部においてPRで根尖病変の見落としが生じやすいことが示唆された。根尖周囲外科手術前に撮影したCBCT画像を用いて,歯根破折群と非破折群の骨欠損部を3次元構築し,その体積を評価することで,垂直性歯根破折の鑑別を行うことができる可能性を見出した。内部に根管もしくは歯髄腔を有する象牙質を光干渉断層装置(OCT)で観察した。上顎大臼歯髄床底の観察では、近心頬側第2根管の検出率を調査した。肉眼や歯科用実体顕微鏡(DOM)による検出率と比較し、OCTは検出率が高かった。口内法X線撮影法および歯科用コーンビームCTを用いて178歯の既根管処置歯を対象に根尖病変の検出能を検討した。上顎前歯部および上顎大臼歯部において根尖病変の見落としが生じやすかった。平成26年度は国際誌に2本の論文が掲載された。また、国際学会のプロシーディングが2本掲載された。学会発表は国際学会で4報、国内学会で1報発表した。すなわち、本研究課題遂行において十分な成果をあげていると考えている。本研究課題の目的はOCT、CBCT、DOM画像を統合して組織表面・浅層・深層を観察することにある。歯内治療における適応症例は研究2年目で解明されつつある。従って、研究第2年度として、十分な達成が行われたと考えている。研究2年目に得られたデータを用いて、コンピュータ上で画像の統合を行う予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。歯科保存学研究2年目に得られたデータをさらに積み上げる予定である。OCT、CBCT、DOM画像をコンピュータ上で統合を行う予定である。すでに国際学会に1報の発表予定がある。研究最終年度として、データをまとめてさらに論文あるいは学会発表を行う予定である。研究初年度はCBCT、歯科用実体顕微鏡およびOCTの特徴を捉えるために、各画像診断装置を用いた研究を各分担研究者および研究協力者が分かれて行った。このうち、歯科用実体顕微鏡およびCBCTはすでに臨床応用されている。そこで、OCTについての検討について重点的に検討を行った。その結果、歯内療法におけるOCTの応用するための特性を基礎的に捉えることができ、4報の国際学会での発表、2報の国内学会での報告、および1編の国際誌での論文の採択と1編の投稿に至っている。
脊髄の機能的可塑性の成因及び応用に関する研究

ネコを用いた脊髄急性圧迫実験の運動解析から脊髄前索の障害が推定され、これを電気生理学的及び組織学的に確認することができた。一方、脊髄慢性圧迫ネコの腰髄後索を電気刺激すると、頚髄圧迫部の背側表面に高振幅の異常電位が記録されたが、髄鞘の崩壊により局所の電流密度が異常に大きくなったために異常電位が発現したと考えられた。次に、第6頚髄の運動核に投射する第8頚髄の介在ニューロンへの各脊髄運動下行路と前肢末梢神経からの入出力様式を調べたところ、これまでに同定されていた脊髄の神経回路網の他に、高い刺激閾値の神経回路網が多数あることが明らかとなり、神経の種類により一定の入出力様式をもつことが明らかとなった。ネコの第6頚髄を急性圧迫して上位頚髄を電気刺激して誘発される下行性伝導性脊髄誘発電位と下行性分節性脊髄誘発電位を比較した研究から白質よりも灰白質の方が圧迫の影響を強く受けることが分かった。脊髄の可塑性を誘導する因子として、血流の改善が有効である可能性を考えた。血管を拡張して血流を増大させるプロスタグランディンE1の投与が脊髄急性圧迫ネコにおける脊髄誘発電位の回復に有効であろうという仮説を動物モデルで検証したところ、一部の個体では血流改善が有効であることが証明された。しかし、血流改善が有効でない個体もあり、脊髄の可塑性を誘導するにはその他の要因としてニューロンのアポトーシスを阻害することが重要であると考えた。アポトーシスを阻害する遺伝子を脊髄切断を行ったラットにアデノウイルスベクターを用いて局所投与したところ、これらのラットでは後肢の運動の回復がみられ、この現象を脊髄誘発電位を用いて観察したところ、本来の錐体路とは別の神経系で運動回復が起こっていることが証明された。ネコの脊髄におけるシナプスの側芽形成を形態学的に証明しそれを観察し解析を行った。ネコの第6頚髄神経根を切断し、その直後に第7頚髄神経根にHRPを注入して、軸索内輸送されたHRPをTMB法及びDAB法で発色させて脊髄内の軸索の走行と神経終末及び細胞体の位置を観察した。また、第6頚髄神経根切断後数カ月経過したネコで同様の実験を行った。その結果後者の方が前者よりも第6頚髄内における神経終末の数が多かった。このことにより脊髄内におけるシナプスの可塑性が証明された。神経腫瘍などにおいて神経根を切断した際に起きる麻痺と知覚障害が1年の経過で回復するが、今回の結果に対応すると考えられた。また脊髄下行路についても同様の実験を行った。ネコの脳幹並びに中脳において皮質脊髄路と赤核脊髄路にHRPを注入し頚髄においてそれぞれの軸索の終末を観察したところ、前者の方が灰白質のより腹側に終末することが分かった。延髄錐体を切断し、数カ月経過したネコの赤核脊髄路の頚髄灰白質内の神経終末を同様の方法で調べたところ、本来よりもやや腹側に終末する線維が多いことが分かった。このことは、皮質脊髄路が障害されたため、その機能の一部が新たな側芽形成により赤核脊髄路により代償されている可能性のあることを示唆するものである。以上の結果、脊髄において、シナプスの側芽形成による可塑性が存在することが明らかになった。具体的にどのような機能転換が起こっているかについては、今後行われる電気生理学的な研究によりその詳細が明らかになり、またこれらの機能転換に関わる因子も明らかにされると考えている。脊髄急性圧迫および慢性漸増圧迫の動物モデルをネコを用いて作成し、脊髄病変と運動異常を解析した。

第4頚椎に金属螺子を前方から刺入し、圧迫1分以内に螺子を緩めることにより脊髄を急性圧迫したネコは、約10日間立位不能、その後、可能となった。体幹の姿勢保持と前肢の目標到達が障害され、手と指の随意運動はほとんど障害されなかった。背筋に著明な筋萎縮が見られた。ネコの前方の筒の中の餌を前肢で取らせる課題運動と、ネコのを後肢のみで起立させる課題運動を行わせ運動を解析したところ、運動障害が認められた。この運動障害は約1か月で回復したが、背筋の萎縮は持続した。これらの症状から脊髄前索の障害が推定された。外側前庭神経核及び内側縦束を電気刺激し、前索の活動電位を記録した。圧迫部の吻側で記録された大きな陰性の活動電位は、圧迫部位では大きな陽性電位に変わり、伝導速度は著明に低下した。尾側ではこれらの電位はほぼ消失し、伝導ブロックの所見を示した。組織学的には、圧迫部の前索の線維が消失しグリア成癜痕で置き換わっていた。また尾側では、髄鞘の膨化・空胞化を認め、上記の運動障害及び電気生理学的検索の結果を裏付けた。また、第46頚椎に前方から金属螺子を刺入し、2-4週毎に0.25mmずつ進めて、1年以上に渡って脊柱管前後径で50-60%脊髄を慢性圧迫した。慢性圧迫ネコの腰髄後索を刺激すると、頚椎圧迫部の背側表面に高振幅の異常電位が記録された。脊髄内記録により、この異常電位は後索の浅部に限局して発現することが判明した。更に、通常では記録されない大振幅の単一線維活動電位が後索から記録された。組織学的には、圧迫部の後索に髄鞘の膨化・空胞化が散在して認められ、髄鞘の崩壊により局所の電流密度が異常に大きくなり、上記の異常電位が発現したと考えられた。脊髄の可塑性を起こしうる脊髄の神経回路網を明らかにすべく、第6頚髄の運動核に投射する第8頚髄の介在ニューロンを組織学的並びに電気生理学的に同定し、これらのニューロンへの入出力様式を各脊髄運動下行路と前肢末梢神経を電気刺激することで調べた。その結果、これまでに同定されていた脊髄の神経回路網の他に、高い刺激閾値の神経回路網が多数であることが明らかとなり、さらに、神経に種類により一定の入出力様式をもつことが明らかとなった。これらの神経回路網が脊髄の可塑性に大きく関わっていることが推定された。そこで、脊髄の可塑性を誘導する因子を解明すべく2種類の研究を行った。まず、その前段階として、第6頚髄を急性圧迫することで下行性伝導性脊髄誘発電位と下行性分節性脊髄誘発電位に及ぼす影響を調べたところ、後者の方がはるかに圧迫の影響を受けやすいことが分かった。この結果、脊髄圧迫の効果は諸家がこれまでに傍証しているように血流の影響をうけることが示唆された。そこで脊髄の可塑性を誘導する因子として、血流の改善が有効であると考えた。血管を拡張して血流を増大させるプロスタグランディンE1の投与が脊髄急性圧迫ネコにおける脊髄誘発電位の回復に有効であろうという仮設を動物モデルで検証したところ、一部の個体では血流改善が有効であることが証明された。しかし、血流改善が有効でない個体もあり、脊髄の可塑性を誘導するにはその他の要因としてニューロンのアポトーシスを阻害することが重要であると考えた。アポトーシスを阻害する遺伝子を脊髄切断を行ったラットにアデノウイルススベクターを用いて局所投与したところ、これらのラットでは後肢の運動の回復がみられ、この現象を脊髄誘発電位を用いて観察したところ、本来の錐体路とは別の神経系で運動回復が起こっていることが証明された。
カドミウム投与ラットの組織中c-fos及びc-myc遺伝子mRNAレベル

これまでにin vitro実験において、カドミウムが近位尿細管由来上皮細胞のc-fos、c-mycおよびEgr-1遺伝子のmRNAレベルを著明に増加させることをノーザンブロット法を用いて明らかにした。本研究では、カドミウムによるc-fosおよびc-myc遺伝子増幅が、カドミウム投与動物の組織中で認められるかどうかについて、検討した。正常な組織におけるc-fosおよびc-myc遺伝子の発現量は、一般的に極めて少なく、軽度の発現量の変化を検出することは必ずしも容易ではない。そこで、まず、reverse transcription-polymerase chain reaction(RT-PCR)法によるc-fosおよびc-myc遺伝子のmRNAレベルの定量に関する基礎的検討を行った。その結果、c-fosおよびc-myc遺伝子のmRNAレベルを、簡便に短時間で、従来のノーザンブロット法と同様に定量することが可能になった。塩化カドミウムをマウスに皮下投与し(4mgカドミウム/kg体重)、組織中(脳、肝、腎)のc-fosおよびc-myc遺伝子のmRNAレベルをRT-PCR法により測定した。その結果、今回の投与実験では、in vitro実験で認められるような明らかな遺伝子発現の増幅はなかった。しかし、今後、カドミウム投与量および最終投与後からRNA分離までの時間を変えた実験が、必要と思われる。現在、カドミウムの総投与量を段階的に増加させたマウスの組織中mRNAレベル、さらにウエスタンブロット法を用いた各蛋白量の変化について、引き続き、検討を行っている。