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ガスタービン用高負荷水素燃焼器の開発

水素燃料は燃焼によって二酸化炭素を排出しない利点があり、地球温暖化を防止する次世代の燃料として注目されている。そこで、本研究では水素燃料を用いたマイクロガスタービン用燃焼器の開発を目的とした。まず対向流円筒予混合バーナにより、水素-空気予混合火炎の基本特性である火炎伸長による消炎特性を明らかにした。また、乱れが消炎機構におよぼす影響を調べ、コルモゴロフマイクロスケール程度の大きさの渦が水素-空気予混合火炎の消炎に大きな役割を果たしていることが明らかとなった。水素-空気の予混合火炎は燃焼速度が速く、逆火の危険性があるため、実際の燃焼器での燃焼方式としては拡散燃焼を利用する。本研究者は衝突噴流を用いることで、強い乱れを発生し、燃料と空気の混合を促進することにより、燃料と空気を分離して供給しても予混合的な燃焼が可能であることを示した。そこで、本研究では衝突噴流の原理を利用することにより、旋回を用いずに広い範囲のターンダウン比で安定に作動する高負荷モデル燃焼器を試作した。この燃焼器を用い、衝突によって発生する乱れの特性は空気流と燃料流の運動量比で支配されることを明らかにした。燃料の運動量が大きい場合には、分散型反応領域が形成され、極めて高い燃焼負荷率が実現された。次に、この燃焼器の燃料および空気の供給方式を実際のガスタービン用高負荷燃焼器に応用するために、モデル燃焼器を試作した。このモデル燃焼器では高温にさらされる部分をセラミックス化することにより熱損失を低減し、またセラミックス壁からの輻射熱を利用することにより火炎の安定範囲を拡大することができた。さらに、排気ガス分析の結果、水素燃料の場合唯一の有害排気ガス成分であるNOxの排出量も極めて少ないことが分かった。水素燃料は燃焼によって二酸化炭素を排出しない利点があるが、燃焼速度は極めて速く危険なので、本研究では予備実験としてメタンを燃料とした。衝突噴流によって強い乱れが発生することはよく知られている。そこで本研究では高速で供給されるメタン噴流に、高速で供給される空気を衝突させるタイプの燃焼器を製作し、火炎の安定性および内部の燃焼状態を測定した。バーナの寸法は直径が30mmで厚さは10mmである。本バーナでは燃料と空気を別々に燃焼器に供給しており、高速で燃料と空気が衝突する。それによって発生する渦による拡散の方が化学反応よりも速く、拡散燃焼は生じない。これはガスクロマトグラフによる濃度測定から明らかになった。したがって、燃料と空気は別々に供給されているにもかかわらず、予混合燃焼が生じている。このことは実用燃焼器では極めて有利な特性で、燃料と空気が別々に供給されているため逆火の危険性はなく、予混合燃焼をしているために有害燃焼排出物の制御も比較的容易である。また、乱れが強いためスワールをかけなくても、広い範囲のグローバルな当量比で安定な短炎化を図ることが可能である。熱電対による時間平均温度も中心と壁近くを除くとほぼ一様である。中心は激しい混合により火炎がないためで、壁付近は熱損失によるためであることは明らかである。これは局所的に温度が高いところがあるとゼルドヴィッチ機構により窒素酸化物の排出は多くなるが、そのような反応は起きていないことを意味する。したがって本バーナにより低公害・高負荷希薄燃焼が実現できる。現在はこのバーナの原理を、実際の自動車用ターボチャージャに取り付けるための設計を行っている。従来の発電・配送電システムは大規模な発電所から、変電所を介してエンドユーザに電力を供給する集中型である。

近年の規制緩和により発電が自由化されるようになると、配送電システムは複雑化し、最近発生したニューヨークの大停電事故で明らかになったように、その原因追求にかなりの時間を要し、コンピュータを基礎とした情報化社会が一瞬のうちに機能しなくなるという危険性が増加している。そこで分散化電源が注目されるようになった。分散化電源として種々のシステムが考えられているが、マイクロガスタービンを原動機とした発電システムは、既存の技術の改良により実現することが可能であり、最も信頼性の高いシステムを構築することができる。水素燃料は燃焼によって二酸化炭素を排出しない利点があり、地球温暖化を防止する次世代の燃料として注目されている。そこで、本研究では水素燃料を用いたマイクロガスタービン用燃焼器の開発を目的とした。水素-空気の予混合火炎は燃焼速度が速く、逆火の危険性があるため、燃焼方式としては拡散燃焼を利用する。本研究者は衝突噴流を用いることで、強い乱れを発生し、燃料と空気の混合を促進することにより、燃料と空気を分離して供給しても、予混合的な燃焼が可能であることを示した。本研究では衝突噴流の原理を利用することにより、旋回を用いずに広い範囲のターンダウン比で安定に作動するマイクロガスタービン用高負荷燃焼器を開発した。この燃焼器では高温にさらされる部分をセラミックス化することにより熱損失を低減し、また、試作した燃焼器を自動車用ターボチャージャーに適用することにより、マイクロガスタービンを駆動することに成功した。さらに排気ガス分析の結果、水素燃料の場合唯一の有害排気ガス成分であるNO_xも極めて少ないことが分かった。
大偏心を有する回転軸に適用可能な革新的気体軸受の技術確立

本研究では,回転型加振機のような回転周波数が変化しながら連続運転するような条件下で使用できる気体軸受の技術を確立するものである.回転周波数に合わせて給気圧力を制御することによって,常に軸振動低減効果が発揮することを実証すること目的に実験を行った.その結果,周波数変調の周期が遅い条件と速いでは,回転周波数範囲での軸振動低減効果は変化することが分かった.また,軸受給気システムの周波数応答を測定し,各周波数での特性を明らかにした.気体軸受で支持された大偏心回転軸が回転すると,軸受すきま内で振動が発生する.この振幅が大きくなると接触し,損傷等が発生し,問題となる.本研究では,回転中の軸振動振幅を低減するために,本研究で考案した給気孔を非対称に配置する静圧気体軸受の数値解析と実験を行った.その結果,平成28年度には以下のような成果が得られた.(1)大偏心回転軸の回転周波数と軸受給気圧力を種々変化させた場合に,軸振動の振幅を低減できることを数値解析で明らかにした.(2)数値解析で明らかにした特性を検証するために,軸受に給気する気体圧力の制御システムを,デジタル信号変換機を使用して構築した.(3)数値解析で得られた特性を制御パラメータとする給気圧力制御プログラムを構築した.(4)上述の数値解析結果から,回転軸の偏心量と軸受特性の両方が明らかになったため,回転によってどの程度の軸振動が発生するか予測が可能となった.そこで本研究では,まずモータの回転数に対し,フィードフォワード制御によって給気圧力を変化させる方法で試験を行った.(5)給気孔の非対称性を種々変更した回転軸を複数製作し,それぞれの試験を行った.(6)回転周波数と一定給気圧力の場合の軸振動振幅を準静的な試験によって確認したところ,軸振動振幅が大きく変化することが明らかになった.(7)給気圧力ごとに軸振動振幅が0になる回転周波数を明らかにし,設定した回転周波数範囲で給気圧力を制御すると,回転中の軸振動の振幅を常に低減でき,回転軸が軸受すきまのほぼ中央で安定して回転できることを確認した.本研究で提案した技術の核となる軸受構造と,給気圧力制御システムを確立した.数値解析と回転試験によって軸振動を低減可能なことを確認した.運転中の回転軸の周波数を変調させた場合においても,常に軸振動が低減することを確認した.気体軸受で支持された大偏心回転軸が回転すると,軸受すきま内で振動が発生する.この振幅が大きくなると接触し,損傷等が発生し,問題となる.本研究では,気体軸受の給気孔を回転軸に設け,さらに軸の偏心方向に給気孔を多く,偏心と反対側では少なく配置する新しい軸受構造を開発した.平成29年度の研究では,平成28年度に得られた基礎的な成果を踏まえ,以下の項目について研究を行い,成果を得た.(1)給気孔配置の非対称性を増加させることにより,より高い回転周波数で振動を低減でき,安全に運転できることが明らかになった.回転中の軸振幅は,特定の回転周波数で最小となることが確認され,その回転周波数は給気圧力の増加により高くなることが明らかになった.この結果から給気圧力を任意に選択できる場合,提案する気体軸受は設計した回転周波数範囲内では軸振動を理論上ゼロにできることを明らかにした.しかしながら回転周波数の変調周期が早い場合,十分な軸振動低減効果を得ることができなかった.これは構築したシステムの周波数応答性能が影響していると考えられるため,たとえば配管長さ等の見直しを行い,応答性を高める必要がある.(2)本研究で開発した大偏心回転軸用気体軸受の性能を更に向上させるために,給気孔を複数列配置し,さらに非対称に配置する構造について検討した.給気孔を軸受端付近に設置することで,軸の回転モーメントが増加しても軸が傾きが抑えられ,軸受剛性が向上することが明らかになった.本研究では,回転型加振機のような回転周波数が変化しながら連続運転するような条件下で使用できる気体軸受の技術を確立するものである.回転周波数に合わせて給気圧力を制御することによって,常に軸振動低減効果が発揮することを実証すること目的に実験を行った.その結果,周波数変調の周期が遅い条件と速いでは,回転周波数範囲での軸振動低減効果は変化することが分かった.また,軸受給気システムの周波数応答を測定し,各周波数での特性を明らかにした.当初の計画通りに実施するとともに,前年度に確立したシステムによって,より広い周波数範囲にわたり軸振動を低減可能な方法を検討する.さらに実験によって確認する.工学実験装置に使用する部品の構造と加工方法を見直したことにより,製作費が予定よりも低くなったことが理由である.平成29年度に実験で使用する部品の購入および成果発表費用として使用する予定である.
腕脚統合型ロボットの抗重力環境下での最適歩行技術の開発

本研究では、抗重力環境下で異なる平面を移動するための異平面移乗アルゴリズムを開発し、異なる平面間の移動を最小歩数で実現できることを示した。また、構造物上の移動で無視することのできない凹凸が存在している問題に対し、障害物を回避し目的位置までの歩行を最小歩数で計画する、歩行探索手法を提案した。さらに、ロボットの外界センサを使った計測ができない死角で障害物と衝突してしまう問題に対し、ロボットの身体情報を用いた周辺環境との接触推定を行う手法を提案し、推定結果を用いたロボットの歩行動作修正アルゴリズムを開発し、有効性を示した。本研究では、壁面などの抗重力空間での移動およびそれらの過程でのメンテナンスなどの作業を多脚ロボットにより実現する技術の開発を行う。これまで取り組んできた「腕脚統合型ロボットの3次元環境作業移動」の壁面移動の研究を発展させ、一般的な環境で必要となる複雑な面から面への乗り移りの実現を目指し、抗重力環境下において安定して自重を支えるための最適な姿勢および脚配置を計画するアルゴリズムの開発を行う。さらに、安定性を維持しながら歩行面に存在する障害物を回避し目的位置までの移動を行う歩行計画手法を確立する。これらの課題を克服し、壁面の点検や保守作業に適用することで、本研究成果の有用性を検証することを目的とする。上記目的に対して、障害物環境下に対する歩行計画アルゴリズムを作成し、国内学会への投稿を1件行っている。また、2足歩行ロボットの歩行アルゴリズムを利用した最適歩行計画に関する論文が1件採択されている。課題の実現に向けて、抗重力環境下での異平面移動手法と平面内の障害物の高低差を考慮した経路計画手法、および、未計測障害物衝突時の適応的歩行修正手法について研究を行った。抗重力環境下で異なる平面を移動するために、ロボットの複数の脚先が異なる平面に取り付くための作業解析をおこなった。解析結果を利用して、異なる平面を移動するためのアルゴリズムを開発し、異なる平面間の移動を最小歩数で実現できることを示した。一方、人工構造物の多くは、平面の組合せで構成されているが、構造体上に設置されるボルトなどの突起やパイプなどの大きな障害物は平面上の移動で無視することのできない障害物となっている。この問題に対し、交互三脚歩行の安定性と踏破能力の高さを有し、かつ、歩行計画が簡潔であるということに着目して、目的位置までの歩行計画を高速に探索する手法を提案した。提案手法を用いることで、未知環境における障害物環境をジョイスティックなどの簡易入力装置で遠隔操作できることを示した。また、未知環境中を移動するに際し、ロボットの外界センサを使った計測では、全周囲を正確に把握することは不可能である。そこで、ロボットの身体情報を用いた周辺環境との接触推定を行うことで移動ロボットの動作を修正し歩行を継続するアルゴリズムの開発を行った。提案手法を用いることで、複雑に障害物との接触が行われる状況において、脚型ロボットが接触状態を推定し、歩行を継続することが可能であることを示した。上記の研究結果により、壁面などの人工構造物上の抗重力空間において歩行を継続して行うための基本技術が確立された。障害物環境下での歩行計画アルゴリズムの実装が終わっており、重力項を考慮した関節トルクの評価を行うための基礎技術が構築されている。動力学シミュレータ上での実験環境の構築を行うことで予定通りの進捗となる。ロボット工学重力項を評価項目とした逐次最適化アルゴリズムの実装を行う。また、異平面移動時のトルク評価を行うことで、効率のよい乗り移り動作の探索アルゴリズムの実装を行う。まずは、動力学シミュレータ上での検証を行うが、実機でのデモンストレーションが可能であるかを検討するために、脚先の電磁石吸着機構の試作も行う予定である。
アルツハイマー病における腸内細菌叢およびウイルス叢の網羅的メタゲノム解析

近年、腸内微生物叢が腸脳相関を介して神経変性疾患の病態に影響を与える可能性を示唆する報告が続いている。一方、viral dark matterと呼ばれる腸内ウイルス叢のゲノム配列や機能、種々の疾患との関係については、ほとんど分かっていない。本研究では、アルツハイマー病とパーキンソン病患者の糞便サンプルを用いて、細菌叢およびウイルス叢を含む腸内微生物叢の全ゲノム解析を行い、さらに同定された遺伝子を機能データベース(KEGG)で相同検索して機能解析を行う。これにより、神経変性疾患で蓄積する異常な蛋白の修飾や代謝調節に関わる可能性のある分子を探索して、腸内環境調整による新たな治療アプローチを見出す。
散乱スペクトルの傾斜を用いたブリルアン光相関領域反射計の性能向上および実用化

本研究では、社会インフラの健全性を診断する手法として、散乱スペクトルの形状を活用した分布型光ファイバセンシングシステム「傾斜利用ブリルアン光相関領域反射計」を提案し、その性能向上および実用化を推進している。平成29年度まで、従来の手法では困難であった損失の分布を測定する機能やリアルタイム動作性、世界最短のスポットを検出する機能など、本システムが数多くの利点を有することを示していたが、乗り超えるべき未解決の課題も多く残っていた。そこで、平成30年度は(1)意図しない損失の影響の除去、(2)偏波揺らぎの低減による安定性の向上、(3) 10 kmを超える長距離での動作の実証、(4)測定ファイバを複合材料に埋め込んで変形を加えたときの歪分布の実時間測定を中心に研究を行った。(1)の成果としては、曲げに強い特殊光ファイバを導入することで、測定ファイバ中に曲げ損失が生じても、2か所の歪・温度印加区間を正しく検出することに成功した。(2)の成果としては、測定ファイバとして偏波保持ファイバを適用し、偏波揺らぎの影響を低減するとともに、最適な偏波状態を保つことで測定感度を向上させることができた。(3)の成果としては、参照光路に挿入する遅延ファイバの長さを工夫することで、10 km遠方にて3 mのホットスポットの検出に成功した。最後に(4)の成果としては、構造物を模擬した複合材料に埋め込んだ光ファイバに沿った歪分布および破断点の検出をリアルタイムで行うことに成功した。上記の4点の他にも、システムの背景雑音の低減による歪ダイナミックレンジの向上や電気スペクトルアナライザ(ESA)の撤廃によるシステムの小型化・低コスト化など、SA-BOCDRの性能向上や実用化に向けて様々な研究を推進している。本年度も「傾斜利用ブリルアン光相関領域反射計(SA-BOCDR)」の性能向上に取り組んだ。前述のように、安定性の向上や長距離測定の実現、実応用に近い環境での動作実証など、システムの実用化に向けた様々な研究成果が得られた。中でも、偏波変動を抑制して安定性を向上させることで、歪や温度に対する感度までも向上することが明らかになったのは大きな収穫であった。また、長距離動作として数kmを想定していたところ、10 kmを超える距離でも動作を実証できたことも幸いであった。複合材料に埋め込んだ光ファイバに沿った歪分布を精度よく検出できたのも今後の実用を促進する結果であった。以上のように、想定以上の結果が得られ、これらは4編の査読付き学術論文に掲載されるに至っている。よって、本研究は当初の計画以上に進展していると判断する。今後は、SA-BOCDRの実用化に重点を置いて研究を進める。具体的には、(1)システムの背景雑音の低減による歪ダイナミックレンジの向上、(2)レーザ周辺機器の簡素化や電気スペアナ(ESA)の撤廃によるシステムの小型化・低コスト化、を考えている。以下、詳細について説明する。(1) SA-BOCDRは、ブリルアン散乱スペクトル上のある周波数でのパワー変化を観測することで動作する。そのため、システムの歪ダイナミックレンジは散乱スペクトルの幅で決まると考えられるが、実際には、散乱スペクトルに含まれているBOCDR特有の背景雑音(非測定区間からのブリルアン信号)によって大きな制限を受ける。そこで、空間分解能を意図的に劣化させ、背景光雑音の一部の成分を歪に依存させることで、歪ダイナミックレンジを向上できると考えられる。(2) SA-BOCDRでは、光源の周波数を変調することで位置分解を実現するが、その際、レーザの駆動電流を精密に制御するために種々の大型電気機器(任意波形発生器、温度コントローラなど)を使用している。また、散乱スペクトルの傾斜のある周波数でのパワー変化を取得するために、大型装置であるESAのゼロスパン機能を使用している。そこで、レーザ周辺の装置構成を簡素化し、ESAを撤廃することで、システムの小型化・低コスト化を実現できると考えている。レーザ周辺の装置については、まず、任意波形発生器をチップ型に変更する。次に、SA-BOCDRでは散乱光と参照光の差周波数が重要であり、絶対周波数が変動しても大きな影響はないと考えられるため、温度コントローラを撤廃して安価なレーザを用いても正しく動作する可能性がある。一方、ブリルアン散乱信号をビートダウンし、ノッチフィルタと一般的な光検出器を組み合わせれば、ESAと同様のゼロスパン機能が実現できると考えられる。本課題では、光ファイバに沿った任意の位置で歪や温度に加えて損失の分布も高速で測定する「傾斜利用ブリルアン光相関領域反射計(SA-BOCDR)」の性能向上および実用化に取り組んでいる。平成28年度まで、基本動作の確認や様々な動作特徴は調査されていたが、分布型センサの重要な性能の一つである空間分解能の制限や大歪の測定を可能とするプラスチック光ファイバ(POF)を適用したときのシステムの挙動については未解明であった。そこで、平成29年度は(1) SA-BOCDRの空間分解能の上限を解明、および(2) SA-BOCDRのセンシング光ファイバとしてPOFを導入したときの挙動の調査を中心に研究を推進した。(1)の成果としては、本システムでは従来の理論空間分解能の約50分の1程度までの歪・温度印加区間を検出可能であることを示した上に、あらゆるブリルアン分布センシング手法の世界記録を凌駕する2mmのホットスポットを実験的に検出することに成功した。なお、理論的にはサブミリメートルの歪・温度印加区間も検出可能であることを示した。

(2)の成果としては、POFの大きい伝搬損失(従来使用されてきたガラス光ファイバの約100倍)による歪・温度の測定感度のファイバに沿った位置依存性を定量的に調査し、信号処理によって補正することで、2か所の歪・温度印加区間を正しく検出することに成功した。なお、(1)の成果と組み合わせて、POF中の5mmの高温区間の検出に成功した。これは、従来記録の約20倍短い値であり、POFによる分布センシングの新たな応用領域を拓くものであると考えられる。上記2点の他にも、様々な実験条件に対する測定感度の依存性を調査し、システム出力を補正することで正しい分布測定を可能とするなど、SA-BOCDRの性能向上および実用化に向けて精力的に研究を推進している。本課題では、光ファイバの中の任意の位置で歪や温度の分布を高速で測定する「傾斜利用ブリルアン光相関領域反射計(SA-BOCDR)」の実用化に向けた性能向上や小型化・低コスト化の研究を行っている。平成29年度は、大歪の測定が困難だった従来のシステムに柔軟性の高いPOFを導入することで、システムの性能をより向上させることができた。また、入射光パワーや理論空間分解能などの実験条件が本システムの測定感度や精度に与える影響を明らかにしたため、システムの実用化に一歩近づいたといえる。他にも、様々な方式のブリルアンセンサの世界記録を超えたホットスポットの検出にも成功した。これらの成果は当初の計画以上の進展であるといえる。本研究では、社会インフラの健全性を診断する手法として、散乱スペクトルの形状を活用した分布型光ファイバセンシングシステム「傾斜利用ブリルアン光相関領域反射計」を提案し、その性能向上および実用化を推進している。平成29年度まで、従来の手法では困難であった損失の分布を測定する機能やリアルタイム動作性、世界最短のスポットを検出する機能など、本システムが数多くの利点を有することを示していたが、乗り超えるべき未解決の課題も多く残っていた。そこで、平成30年度は(1)意図しない損失の影響の除去、(2)偏波揺らぎの低減による安定性の向上、(3) 10 kmを超える長距離での動作の実証、(4)測定ファイバを複合材料に埋め込んで変形を加えたときの歪分布の実時間測定を中心に研究を行った。(1)の成果としては、曲げに強い特殊光ファイバを導入することで、測定ファイバ中に曲げ損失が生じても、2か所の歪・温度印加区間を正しく検出することに成功した。(2)の成果としては、測定ファイバとして偏波保持ファイバを適用し、偏波揺らぎの影響を低減するとともに、最適な偏波状態を保つことで測定感度を向上させることができた。(3)の成果としては、参照光路に挿入する遅延ファイバの長さを工夫することで、10 km遠方にて3 mのホットスポットの検出に成功した。最後に(4)の成果としては、構造物を模擬した複合材料に埋め込んだ光ファイバに沿った歪分布および破断点の検出をリアルタイムで行うことに成功した。上記の4点の他にも、システムの背景雑音の低減による歪ダイナミックレンジの向上や電気スペクトルアナライザ(ESA)の撤廃によるシステムの小型化・低コスト化など、SA-BOCDRの性能向上や実用化に向けて様々な研究を推進している。
エクソソーム誘導性シグナルを介したEBウイルスによる胃発がん機構

EBウイルス(EBV)感染胃がんから、EBER(EBV-encoded small RNA)がエクソソーム輸送を介して細胞外に放出され、それを取り込んだ細胞のtoll-like receptor 3 (TLR3)からのシグナル伝達を活性化すること、さらにそれがEBV陽性胃がん細胞の増殖を促進することを示し、EBERのエクソソーム輸送は胃発がんに寄与していることが示唆された。またエクソソーム分泌の阻害により、EBV感染胃がん細胞の増殖が抑制されることを明らかにした。本研究ではまず、EBウイルス(EBV)感染胃がん細胞により放出されるエクソソームの発がんにおける役割について、特にその中に含まれるEBVのnon-coding RNAであるEBERの活性に関しての検証をおこなっている。樹立した種々のEBV感染胃がん細胞の培養上清からエクソソームを抽出、そこからRNAをさらに抽出してEBERの検出を試み、用いた全てのEBV感染胃がん細胞由来のエクソソームでEBERの存在を確認した。さらにエクソソーム分泌の阻害剤により、培養上清中のEBERの量が減少したことから、EBERがエクソソーム依存的に放出されていることがわかった。続いてエクソソームを加えたレシピエント細胞内においてEBERの存在が確認され、エクソソームを介した細胞内へのEBERが取り込まれていることがわかった。さらに、EBER欠損ウイルス感染細胞、および野性型ウイルス感染細胞由来のエクソソームの活性についての比較検討から、このEBERを含んだ野性型ウイルス感染細胞由来のエクソソームは、それを取り込んだレシピエント細胞からのI型インターフェロン(IFN)産生を誘導することを明らかにし、それはEBERによるTLR3シグナルの活性化をかいしているものと推測された。一方、EBV感染細胞と非感染細胞を用いてその培養上清のエクソソームに含まれるmiRNAについて網羅的な解析をおこない、EBV感染細胞に特異的と思われるmiRNAの存在を確認し、その機能の意義についても検証中である。昨年までの研究で、樹立した種々のEBV感染胃がん細胞の培養上清からエクソソームを抽出、さらにRNAを抽出してEBERの検出を試み、用いた全てのEBV感染胃がん細胞由来のエクソソームでEBERが存在していること、EBERがエクソソーム分泌依存的に放出されていること、さらにエクソソームを加えたレシピエント細胞内にはEBERが取り込まれていることを明らかにた。一方エクソソーム内のEBERがレシピエント細胞において示す活性に関して検証し、EBERを含んだエクソソームは、それを取り込んだレシピエント細胞からのI型インターフェロン(IFN)産生を誘導すること、それはEBERによるTLR3シグナルの活性化を介しているものであることがわかった。さらにその後の検証で、EBERが含まれているエクソソームはレシピエント細胞の増殖を促進することが明らかになった。以上の結果から、EBV感染胃がん細胞においてはエクソソームの取り込みによるTLR3シグナルの恒常的活性化が起こっていて、その結果、細胞増殖が促進されるということが示唆された。さらにこのエクソソーム取り込みによる細胞増殖促進機構について、詳細な解析を行っている。一方、EBER取り込みにより惹起されるIFNシグナルに関して、エフェクター分子であるIRFの発現に関してmRNAアレイなどで検証した結果、EBV感染胃がん細胞では、非感染細胞に比較してIRF6の発現が抑制されていることがわかった。このIRF6抑制がEBVによる胃発がんにどのように関わっているかについて今後検証していく予定である。種々のEBV感染胃がん細胞において、エクソソーム依存的に放出されたEBERがレシピエント細胞のTLR3シグナルを活性化すること、さらに細胞増殖を促進することが明らかになった。またEBV陽性胃がん細胞特異的にIFNシグナルが制御されていることを示唆する結果が得られた。以上の成果は、EBV陽性胃がん細胞特異的な細胞増殖促進機構を示唆するものと考えられ、それを標的とした細胞増殖の制御法の解明にもつながるものと期待される。そのため研究は概ね計画通りに進んでいると思われる。本研究では、EBウイルス感染胃癌細胞より放出されるエクソソームの発がんにおける役割について、特にその中に含まれる、EBVのnon-coding RNAであるEBERの活性についての検証を行っている。これまでの研究で、樹立した種々のEBV感染胃癌細胞からEBERがエクソソーム依存的に細胞外に放出され、エクソソームを取り込んだレシピエント細胞内でEBERが検出されることが明らかになり、エクソソーム輸送機構を介したEBERの細胞外分泌および取り込み機構の存在が示された。またEBV感染細胞から放出されるエクソソームは、それに含まれるEBER依存的にレシピエント細胞のTLR3シグナルを活性化しI型インターフェロン(IFN)産生を誘導すること、さらにはレシピエント細胞の増殖を促進することがわかった。これらの結果から、EBV感染胃癌細胞においては、エクソソームの取り込みを起点としEBERにより惹起されるTLR3シグナルの恒常的活性化によって細胞増殖が促進されるということが示唆された。さらに細胞増殖促進に働く因子も同定、EBERによる胃がん細胞増殖の促進機構の全容が明らかにされつつある。

一方エクソソームにより惹起されるIFNシグナルに関して、IFNシグナルのエフェクター分子であるインターフェロン制御因子(IRF)について検証、EBV感染細胞では非感染細胞に比べIRFの発現が抑制されていること、IRFの強制発現で細胞増殖が抑制されるという結果が得られた。これらの結果は、EBV感染胃癌細胞におけるTLR3シグナルの活性化が、IRFシグナルの抑制下で細胞増殖促進に寄与しているということを示唆するものであり、IRFシグナル活性化はEBV感染胃がん細胞特異的な増殖抑制法につながりうるものと考えられた。EBウイルス(EBV)感染胃がんから、EBER(EBV-encoded small RNA)がエクソソーム輸送を介して細胞外に放出され、それを取り込んだ細胞のtoll-like receptor 3 (TLR3)からのシグナル伝達を活性化すること、さらにそれがEBV陽性胃がん細胞の増殖を促進することを示し、EBERのエクソソーム輸送は胃発がんに寄与していることが示唆された。またエクソソーム分泌の阻害により、EBV感染胃がん細胞の増殖が抑制されることを明らかにした。種々のEBV感染胃がん細胞においてEBERがエクソソーム依存的に放出されていること、さらにそのエクソソームの活性により、レシピエント細胞のIFN産生が誘導されることが明らかになった。この結果は、これまで申請者が明らかにした、IFNシグナルを介したEBV感染胃がん細胞の増殖促進に寄与していると予想され、本研究の目的である、EBVによる胃がんの発生機構の解明につながるものと考えられた。そのため研究は概ね計画通りに進んでいると思われる。EBERを含んだエクソソームによるレシピエント細胞の増殖促進機構に焦点を当て、EBV感染胃がん細胞におけるTLR3シグナルやIFNシグナルとの関連を中心に解析をさらに進める。そしてEBV感染胃がん細胞特異的な増殖機構の詳細を明らかにし、それを標的とした増殖制御法を模索する。またエクソソーム内のmiRNAの機能について詳細に検討し、それらがEBVによる発がんとどのように関わっているかについて明らかにしていく。さらに、EBER発現の有無がエクソソームmiRNAの存在にどう影響するか等について、EBER欠損ウイルス感染細胞を用いた検証もおこなう予定である。医歯薬学EBERを含んだエクソソームの活性について、EBV感染胃がん細胞におけるTLR3シグナルやIFNシグナルとの関連を中心に解析をさらに進め、EBV感染胃がん細胞の増殖における役割などその意義を明らかにする。2015年8月に研究機関を移動したため、実験を中止せざるを得ない時期があった。加えて機関移動に伴う科研費の移管に時間を要し、使用可能となる時期を待たねばならなかったこともあり、結果当該研究費の使用再開が当初の予定よりも遅れたため。
siRNAにより杯細胞化生を抑制して正常粘膜を温存する難治性中耳炎新治療法の開発

杯細胞分化に関与するMath1遺伝子を抑制することで杯細胞化生を抑制し、正常な粘膜を再生させることによって、慢性中耳炎を根本的に治療することが可能になると考え研究を行っている。TNF-αとレチノイン酸とともに中耳粘膜細胞を培養することによって多数の杯細胞を誘導するモデルを確立しているが、Math1の活性化はEGF受容体のチロシンキナーゼ阻害剤(AG1478)により有意に抑制された。また、AG1478によってMath1を不活化すると、TNF-αとレチノイン酸を投与しても杯細胞化生が起きなかった。以上より、Math1の抑制によって杯細胞化生を抑制し、正常粘膜を温存できることが示された。マウス中耳炎モデルの中耳にMath1に対するsiRNAを投与し、杯細胞化生を抑制して難治性中耳炎を治療できるかどうか検討する計画であった。siRNAを慢性中耳炎モデルの中耳に投与する実験を行っているが、現在のところ効果的にGFI1, SPDEF, AGR2, Clca1, Gcnt3を抑制するsiRNAが作成できておらず、成果は得られていない。しかし、マウス中耳粘膜上皮細胞にレチノイン酸を投与することにより、Math1遺伝子が活性化され、このMath1の活性化がEGFRチロシンキナーゼ阻害剤(AG1470)により抑制されることを発見した。さらに、AG1478によってMath1を不活化すると、TNF-αとレチノイン酸を投与しても中耳粘膜上皮細胞は杯細胞化生をおこさなかった。これにより、Math1の制御により杯細胞化生を抑制し正常粘膜を温存できることを示すことができたと考えている(論文投稿準備中)。マウス中耳炎モデルの中耳にMath1に関連する遺伝子(Math1,GFI1, SPDEF, AGR2, Clca1, Gcnt3)を抑制するsiRNAを投与し、杯細胞化生を抑制して難治性中耳炎を治療できるかどうか検討する計画であった。マウスの中耳に経鼓膜的に炎症性サイトカインであるTNF-αを投与し、中耳組織を解析したところ、杯細胞の増加と粘膜の肥厚を認めた。マウス中耳炎モデルの作成に成功したと考えている。Math1に関連する遺伝子のsiRNAをTNF-αとともに中耳炎モデルの中耳に投与し、杯細胞の増加を抑制できるかを確認する実験を行っている。現在のところ効果的にMath1,GFI1, SPDEF, AGR2, Clca1, Gcnt3を抑制するsiRNAが作成できておらず、成果は得られていない。当初、マウス中耳炎モデルの中耳にMath1の下流の遺伝子に対するsiRNAを投与し、杯細胞化生を抑制して難治性中耳炎を治療できるかどうか検討する計画であったが、現在のところ効果的に遺伝子を抑制するsiRNAが作成できておらず、成果は得られていない。そこで、マウス中耳粘膜上皮細胞にレチノイン酸とTNFーαを投与することにより杯細胞化生を誘導するin vivoの杯細胞化生モデルを用い、シグナル伝達の阻害剤を用いてMath1の活性化を制御し、杯細胞化生の抑制が可能かを検討した。レチノイン酸とTNFーαのうち、レチノイン酸が主にMath1の活性化に関与している事を明らかにした。すなわち、マウス中耳粘膜細胞にレチノイン酸を投与すると、12時間後にMath1が細胞質から核に移動するのが観察された。今回の研究では、レチノイン酸とともに、EGF(表皮成長因子)受容体のチロシンキナーゼ阻害剤(AG1478)を投与すると、12時間後のMath1の核への移動が抑制されることが示され、Math1の活性化はEGF受容体のチロシンキナーゼに依存していることが明らかになった。また、AG1478によってMath1を不活化すると、TNF-αとレチノイン酸を投与しても2週間後に杯細胞化生を誘導することができなかった。現在のところ効果的にGFI1, SPDEF, AGR2, Clca1, Gcnt3を抑制するsiRNAが作成できておらず、成果は得られていない。耳鼻咽喉科新たにいくつかのMath1,GFI1, SPDEF, AGR2, Clca1, Gcnt3のsiRNAを作成し、効果をみていく。効果的なsiRNAが発見され次第研究を継続するため次年度に試薬を購入する予定である。
幾何的量子化の圏化による位相的量子場の理論の拡張

(i)これまでの研究を発展させ,同変なねじれKコホモロジー理論の有限次元的な実現を得た.特にClifford代数の作用を用いた記述も可能になった.(ii)ある種のねじれK理論の普遍特性類のなす環の基底を構成し,この基底についての構造定数を記述した.この基底を用いてねじれde Rhamコホモロジーへの新しい持ち上げを与えた.(iii)微分K理論の積が定めるコホモロジー作用をAdams作用素の一回deloopingを使って分解できることを示した(i)これまでの研究を発展させ,同変なねじれKコホモロジー理論の有限次元的な実現を得た.特にClifford代数の作用を用いた記述も可能になった.(ii)ある種のねじれK理論の普遍特性類のなす環の基底を構成し,この基底についての構造定数を記述した.この基底を用いてねじれde Rhamコホモロジーへの新しい持ち上げを与えた.(iii)微分K理論の積が定めるコホモロジー作用をAdams作用素の一回deloopingを使って分解できることを示した当該年度の研究成果は以下のとおりである.1.同変な捻じられたK群の有限次元的な実現これまでの私の研究で,(同変ではない)捻じられたK群は,振じられたHermite一般ベクトル束によって,有限次元的に実現することができるとわかっていた.これを推し進めて,コンパクトLie群作用がある空間で,並行する結果を得た.これは,当該年度に予定されていた研究成果であり,本研究の目標である,幾何的量子化の圏化の基礎となる部分に寄与する結果である.2.捩じられたHermite一般ベクトル束に対するChern-Weil構成これは寺嶋郁二氏(東工大)との共同研究の結果である.捩じられたHemlite一般ベクトル束に対して,接続の概念を導入した.さらにそれを用いて,捩じられたK群のChern指標とChem類を書き下した.この結果により,捩じられたHermite一般ベクトル束とその接続が具体的に与えられれば,それが代表する捩じられたK群のChern指標やChern類を代表する微分形式を実際に書き下すことができるようになった.これまで知られていた方法は,我々のものより抽象的な方法だったため,そのようなことは難しかった.3.捩じられたK理論の普遍Chern類のなす環の基底の記述捻じられたK理論の普遍Chern類のなす環は,AtiyahとSegalによって可算個変数の多項式環のある部分環として記述された.その定義自体は極めて簡単であるにも関わらず,この環については,それが多項式環ではないということ以外,殆ど何もわかっていなかった,当該年度私はこの環の加法的な基底を与え,それらについて環の積構造の構造定数を与えることができた.この基底は,普遍Chern類のなす環を調べるための足がかりを与えている.例えば,代数的な関係式が現れるのは次数12からであることなどがわかる.1.同変なねじれKコホモロジー理論の有限次元的な実現ねじれK群を,有限次元的な幾何対象(振じれHermite一般ベクトル束)を用いて実現するというこれまでの結果を,コンパクトLie群が作用する場合に拡張した.特に,Clifford代数の作用を考慮に入れることにより,応用上より使いやすいものにすることができた.2.ねじれK理論の普遍特性類環の基底の構成ある種のねじれK理論の普遍特性類環の基底を構成し,その構成について環の構造定数を書き下した.この基底を用いて,通常のコホモロジーの元としてのねじれK理論の特性類を,ねじれde Rhamコホモロジーの元としての特性類に持ち上げる方法を与えた.これはAtiyahとSegalがもともと与えていた持ち上げと異なる.3.微分K理論の積が定める準同型の分解微分Kコホモロジー理論において,奇数次数の元を二乗することである準同型写像が得られるが,これは通常の(係数付き)Kコホモロジー理論の間の写像と本質的に同値である.この写像をより基本的な準同型写像の合成の形へと分解し,最も重要な部分が「Adams作用素の1/2」になることを証明した.
転写因子発現による幹細胞からの機能的涙腺の誘導

涙腺は眼表面に涙液を分泌し、眼表面を保護する。現状の涙腺機能不全に対する治療は、人工涙液による対症療法であり、重症瘢痕性角結膜疾患において重度に障害された涙腺機能の再建のために、涙腺再生医療の実現が求められている。本研究では、幹細胞からの転写因子発現制御による涙腺上皮細胞の誘導を目指して、涙腺器官形成能を持つマウス涙腺原基上皮細胞の細胞特性を明らかとした。さらに、マウスにおいて成体涙腺や涙腺に類似した器官を用いて網羅的遺伝子解析を行うことにより、涙腺発生過程において涙腺原基上皮特異的に発現する遺伝子群を解析し、幹細胞からの涙腺上皮誘導に重要と考えられる転写因子群を同定した。涙腺は眼表面に涙液を分泌し、眼表面を保護することで視機能を維持する。現状の涙腺機能不全に対する治療は、人工涙液による対症療法であり、失明の危機にある重症瘢痕性角結膜疾患において重度に障害された涙腺機能の再建のために、涙腺再生医療の実現が求められている。現在の涙腺機能不全にたいする涙腺再生研究において、細胞移入療法による障害涙腺組織の部分的修復を目指して、涙腺組織幹細胞の探索が進められている。サイトカインを用いた涙腺障害モデルでは、障害後の部分的再生の可能性が示され、腺房周囲の筋上皮細胞の組織修復への関与が示されたものの、いまだ詳細は明らかとなっていない。さらに、涙腺特異的な発生過程分化マーカーは明らかではなく、従来の誘導方法では涙腺腺房細胞の誘導は困難である。また、涙腺は発生時における上皮間葉相互作用により涙腺原基が形成され、周囲組織と連携した立体的な腺構造へと分化するため、分化した涙腺腺房細胞を得たとしても、成熟細胞の移入療法により立体的な腺構造が再生するかは明らかではない。そこで、本研究では、本年度、涙腺分化に決定的な転写因子を明らかとするために、器官形成能をもつ胎生期の涙腺原基細胞に着目し、マウス涙腺原基上皮における特異的な遺伝子を解析した。マウスの胎生期涙腺とハーダー腺などの類似器官と比較し、網羅的に遺伝子を解析したところ、涙腺原基上皮に特異的に発現する遺伝子を同定した。本研究では、合成mRNA導入による幹細胞の直接的分化誘導により、涙腺上皮細胞表現型の分化誘導技術開発を行った。涙腺原基細胞のような器官形成能を持つ涙腺細胞を誘導できれば、幹細胞から涙腺器官を再生できる可能性が示されたものの、これまで涙腺原基細胞の細胞特性は不明であり、分化誘導は困難であるとされていた。そこでまず、マウス涙腺原基細胞に特異的な細胞特性を明らかとするために、涙腺原基上皮細胞のサイトケラチンの発現プロファイルを解析した。さらに、類似器官と比較した網羅的遺伝子解析とWeb-based data analysis toolを用いて、涙腺原基に特異的に発現する遺伝子群を同定した。ヒト人工多能性幹細胞作製技術にみられるように、細胞の分化・未分化状態は、その細胞に発現する特定の転写因子のセットにより規定される。そのため、選択すべき転写因子のセットが同定されれば、涙腺細胞のような培養条件や添加薬剤による従来の誘導が困難な場合でも、ヒト胚性幹細胞、ヒトiPS細胞を高い効率で、かつ比較的短時間に細胞の分化誘導を行うことが可能となる。また、立体的な涙腺組織構造の再生には、成熟した腺細胞の誘導ではなく、発生期の細胞で涙腺器官形成能を持つ涙腺原基細胞の誘導が必要である。そこで、本研究では、上記の涙腺原基上皮に特異的な遺伝子のうち、高発現する転写因子群を同定し、合成mRNAを用いてヒト幹細胞に導入することにより、涙腺上皮分化に重要な転写因子を同定した。本年度は、当初計画の達成目標通り、順調に標的細胞に特異的な遺伝子発現を解析することができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。眼科学今後、計画通りに、本年度の結果を基盤に転写因子を幹細胞に導入し、目的細胞の分化決定的な転写因子を同定する。
新方式によるテラパスカル領域の超高圧発生

従来の爆薬や高強度レーザーを使用した過渡的な手法によらないテラパスカル領域の超高圧発生方式の開発を目指した。100ギガパスカル領域までの静的圧縮の実績のあるダイヤモンドアンビルセル(DAC)とパルスレーザー照射のメリットをあわせ持った圧力生成法の開発を進め、その評価を行ってきた。以下にその開発の到達点について記述する。クランプ型DACにアンビルを取り付け、その間隙にレーザー照射するが、レーザーのエネルギーを受ける燃料試料の爆発的な膨張による衝撃圧力が圧力媒体を介して試料に伝達する。レーザーを直接試料に照射する方法に比べて、試料の温度上昇が抑えられ、また高圧力発生も長時間維持できることを期待した。発生圧力と温度はマンガニン線の抵抗変化と熱電対の起電力によってそれぞれ検出することを目指した。今年度はその場観察に加えて、回収試料による評価もあわせておこなった。(発生温度の評価)アンビルに比較的安価なサファイヤプレートを用いた。白金ロジウム熱電対をアンビルで挟み、レーザーを照射して温度の時間変化を記録した。その結果、照射エネルギー10J、10ms幅のレーザーによって、最高でおよそ1000Kの温度上昇を観測した。20ms後には元の温度に戻った。熱電対をサファイヤ板で挟んだ場合は、かなり急速に熱緩和することが分かった。(発生圧力の評価)試料にグラファイトフィルムを用いて、従来報告されているグラファイト-ダイヤモンド相転移が起こるかを回収試料のラマン分光測定によって調べた。上記の発生温度の評価実験と同様なレーザー条件下では、ダイヤモンドの生成は確認できなかった。これにより10万気圧以上の圧力は発生していないことがわかった。サファイヤプレートはレーザーによる熱で融解しており、設定したレーザーの強度がターゲットに到達していたかは明らかでない。ダイヤモンドの窓材を使用する必要性が明らかになった。超高圧(超高密度)状態で実現される水素の金属状態の実験的観測と、その物性測定を最終的な目的として、現在、静的な圧力発生で使用されているダイヤモンド・アンビル・セル圧力装置(以下DAC。)の形状を、レーザー照射による超高圧発生装置に転用するといった、新方式による超高圧(TPa域)発生の可能性を追求するのが目的である。平成15年度においては、所有するDACの実験的技術をもとに、DACのダイヤモンドをサファイヤプレート等に置き換えた上で試料を封止した。以下の手順によって圧力発生を試みた。1.穴を朋けた金属板に試料とアモルファスカーボンを封入する。2.試料を封入した面には高圧下の電気抵抗測定用に電極を配置する。3.圧発生用のレーザーを入射すると、アモルファスカーボンはレーザー光を吸収し、高温高圧の蒸気となり、その圧力と熱は試料へ伝達される。4.デジタルオシロスコープによって、試料としたアモルファスカーボンの温度上昇に伴う、電気抵抗変化を計測した。通常のDACによる加圧は、ダイヤモンドアンビルを外力によって加圧していたのに対して、この方式は、内部で燃料を燃やして内側より加圧することから、内圧(内燃)式とも呼べる。現在までに、上記の開発のため、ターゲット窓材の選択、パルスレーザーの選択、また過渡的な電気信号の取得を開発し、過渡的な圧力の発生と、その電気信号の取得に成功した。しかし、定量的な圧力の測定や、試料からの信号は得られておらず、次年度以降の課題とする。100ギガパスカルを超える圧力発生には、従来の爆薬または高強度レーザーによる衝撃圧による時間過渡的な発生法と、ダイヤモンドアンビルを用いた静的圧縮法がある。前者においてはテラパスカルの圧力発生は可能であるが、その持続時間が数ナノ秒程度で詳細な情報が得られない。また装置が巨大であり研究室レベルの規模では扱えない。また後者は数百ギガパスカルの実績はあるが、今後テラパスカル以上の発生は見込めない。これらの背景から、既存技術の延長または拡張に頼らず、新しい超高圧生成法の開発が必要である。本研究は表題に示す方法-上記2つの従来の研究手法とは異なる圧力生成法行うものである。静的な圧力発生で使用されているDACの形状を、レーザー照射による超高圧発生装置に転用して開発を行った。具体的には、所有するDACをのアンビルを、高価なダイヤモンドから、比較的安価なサファイヤプレートに変更してSAC(Sapphire Anvil Cell)として用いた。静的超高圧発生(およそ200ギガパスカル)の実験的技術をもとに、試料封止用のダイヤモンド高圧容器、またはサファイヤプレートによる容器を作成した。穴を開けた金属板に試料と黒鉛粉末を封入する。試料を封入した反対面には熱電対を配置した。試料をサファイヤ等の硬い窓材で閉じ込めた場合の温度上昇に注目して測定を行った。微少な白金ロジウム熱電対に直接レーザーを照射し、その温度変化を記録した。約10J、10ミリ秒パルス幅のレーザーによって、最高でおよそ1000Kの温度上昇を観測した。

クランプ型DACにアンビルを取り付け、その間隙にレーザー照射するが、レーザーのエネルギーを受ける燃料試料の爆発的な膨張による衝撃圧力が圧力媒体を介して試料に伝達する。レーザーを直接試料に照射する方法に比べて、試料の温度上昇が抑えられ、また高圧力発生も長時間維持できることを期待した。発生圧力と温度はマンガニン線の抵抗変化と熱電対の起電力によってそれぞれ検出することを目指した。今年度はその場観察に加えて、回収試料による評価もあわせておこなった。(発生温度の評価)アンビルに比較的安価なサファイヤプレートを用いた。白金ロジウム熱電対をアンビルで挟み、レーザーを照射して温度の時間変化を記録した。その結果、照射エネルギー10J、10ms幅のレーザーによって、最高でおよそ1000Kの温度上昇を観測した。20ms後には元の温度に戻った。熱電対をサファイヤ板で挟んだ場合は、かなり急速に熱緩和することが分かった。(発生圧力の評価)試料にグラファイトフィルムを用いて、従来報告されているグラファイト-ダイヤモンド相転移が起こるかを回収試料のラマン分光測定によって調べた。上記の発生温度の評価実験と同様なレーザー条件下では、ダイヤモンドの生成は確認できなかった。これにより10万気圧以上の圧力は発生していないことがわかった。サファイヤプレートはレーザーによる熱で融解しており、設定したレーザーの強度がターゲットに到達していたかは明らかでない。ダイヤモンドの窓材を使用する必要性が明らかになった。
神経因性疼痛における前帯状回の役割:痛みの情動的側面に関する電気生理学的検討

神経因性疼痛により、視床前核群-前帯状回シナプスにおけるシナプス伝達効率が抑制された。シナプス短期可塑性の指標であるaired-pulse responseは変化せず、神経因性疼痛では視床前核群における神経伝達物質の量的な変化ではなく前帯状回神経細胞の変化が生じていることが示唆された。平成20年度、神経因性疼痛モデルラット(Seltzer model)を用い、神経因性疼痛によるATN-ACCシナプスにおけるシナプス伝達効率(synaptic efficacy)ならびに短期シナプス可塑性(short-term plasticity)の変化の評価を行った。短期シナプス可塑性に関しては、二連刺激による変化(paired-pulse response)を評価した。また、これらの変化を、ホルマリン注入による急性疼痛モデルにおける変化とも比較した。神経因性疼痛モデルラットは、1. Naive controlと比して有意にシナプス伝達効率を抑制した。2. Paired-pulse responseは変化せず、ATNにおける神経伝達物質の量的な変化(presynaptic)ではなくACC神経細胞の変化(postsynaptic)が生じていることが示唆された。急性疼痛モデルでは、1.シナプス伝達効率は有意に増強した。2, Paired-pulseresponseは変化せず、ATNにおける神経伝達物質の量的な変化(presynaptic)ではなくACC神経細胞の変化(postsynaptic)が生じていることが示唆された。以上のように、神経因性疼痛によりACCの抑制が、また急性疼痛によりACCの興奮が生じていることが示唆された。急性疼痛(amptation, imflamation)によりACCの脱分極が生じ、興奮が生じることは、これまでにも報告されており、本実験の結果と矛盾しないと考えられる。一方で、神経因性疼痛によりACCの抑制が生じた理由に関しては、以下が考察される。神経因性疼痛によりACC神経の基本的な活動が亢進しているため、ATNの刺激に対する反応性が低下している可能性がある。また、神経因性疼痛により、ACCにおけるオピオイド作動性の抑制性神経活動が抑制されると言われている。オピオイド受容体の感受性が減弱しているためである。これに伴い、神経因性疼痛による持続的なACCの活動増加が生じ、ATNからの刺激に反応しなくなっている可能性がある。平成21年度の研究により、このようなシナプス伝達の変化の機序が解明されると考えられる。神経因性疼痛モデルラット(Seltzer model)を用い、神経因性疼痛によるATN-ACCシナプスにおけるシナプス伝達効率(synaptic efficacy)ならびに短期シナプス可塑性(short-term plasticity)の変化の評価を行った。短期シナプス可塑性に関しては、二連刺激による変化(paired-pulse response)をホルマリン注入による急性疼痛モデルにおける変化と比較した。神経因性疼痛モデルラットは、Naive controlと比して有意にシナプス伝達効率を抑制した。急性疼痛モデルでは、シナプス伝達効率は有意に増強した。両群でpaired-pulse responseは変化せず、ATNにおける神経伝達物質の量的な変化(presynaptic)ではなくACC神経細胞の変化(postsynaptic)が生じていることが示唆された。急性疼痛によりACCの脱分極が生じ、興奮が生じることは、これまでにも報告されており、本実験の結果と矛盾しないと考えられる。
神経におけるタンパク質合成制御と自閉症の発症機構の解析

研究活動をスタートするための準備と環境整備を行い、実験系を確立した。特に、iPS細胞における遺伝子改変モデルの作製の実験系を立ち上げ、タンパク質合成の制御機構と自閉症に関連する検体の作成と解析を始めている。すでに確立され広く用いられている正常なiPS細胞の遺伝子を改変することによって疾患モデル細胞を作成するために、遺伝子改変のために用いられるCas9およびガイドRNAを発現するプラスミドをエレクトロポレーション法によってiPS細胞内に導入する方法を条件検討した。電圧、パルス長、細胞接着基質などの検討によって遺伝子導入効率を向上することが出来た。しかし、標的遺伝子によっては遺伝子を改変することによってiPS細胞の正常な増殖を阻害することが明らかになり、本手法を汎用的にモデル細胞の作成のために使用するためには、対処法の必要性が示唆された。また、マウス初代培養神経におけるタンパク質相互作用解析の実験系を確立した。マウス胎児の大脳皮質から得た初代培養神経にレンチウイルスを用いてエピトープタグを融合した標的タンパク質の遺伝子を導入し、エピトープタグを用いて免疫沈降することによって標的タンパク質を含むタンパク質複合体を精製し、解析することができた。並列的に多数の標的タンパク質を解析し、解析結果を相互比較することによって、バックグラウンドタンパク質を除外して有意に標的タンパク質と結合する因子を同定する手法として今後活用する予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。