hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
舌癌細胞を標的とした新規の選択的細胞膜透過性ペプチドの開発

ファージディスプレイ法によってHSC-3(ヒト舌癌細胞株)、SAS(ヒト舌癌細胞株)、Ca9-22(ヒト歯肉癌細胞株)に特異的に取り込まれるペプチド配列を検索した。Bio panningにより濃縮されたファージのDNA配列をシーケンシングしたが、提示されたペプチド間の発現頻度の差に有意差は認められなかった。検索したCPPで生体内においてもスクリーニングを行うため、癌モデルマウスの作成を計画した。それぞれ異なる癌細胞株を免疫不全マウスの側背部複数か所に注入し、高効率でスクリーニングが行えるマウスを作成した。細胞膜不透過性の分子を細胞内に導入する方法として、細胞透過性ペプチド(Cell Penetrate Peptide:CPP)の開発が進められている。CPPを任意のタンパクやペプチド等と結合させることにより、それら結合物質を容易に細胞内に導入することができる。近年では10個前後の塩基性アミノ酸(アルギニン、リジン)を基本としたペプチドが導入効率や副作用の面から研究の対象とされており、我々のグループではこれまでに9個のアルギニンより構成されるペプチド(9R-ペプチド)を用いて細胞内への導入が困難な巨大タンパクの細胞内導入に成功している。しかしながら9R-ペプチドはあらゆる細胞に極めて効率よく導入されるため、特定の病巣へのドラッグデリバリーには不向きであった。また、頭頸部に発生する癌のうち、口腔領域に発生する癌は全体の約40%を占め、このうちの約60%が舌癌である。舌癌の治療には外科的切除が必須であるが、舌の切除後には発音や摂食、顔貌への変化を与える。そのため、不要な拡大切除や予防切除を避けるための正確な病巣範囲の特定法や新たな治療法の開発が切望されている。本研究では、外科的切除範囲の縮小が望まれる舌癌に選択的透過性をもつペプチドを創出し、生体腫瘍イメージングおよびドラッグデリバリーによる制ガン医療技術の治療戦略を開発することを目的としている。本年度は第一次スクリーニングとして、10^14種類のペプチドライブラリーをもとにした無細胞翻訳系で作成したmRNAディスプレイライブラリーを用いて、播種した舌癌細胞株にペプチドを添加しインキュベート、培養液をPBSで洗浄後、細胞を溶解し再び培養細胞に添加、と同工程を数回繰り返した後、PCRで増幅しシーケンスすることで細胞透過性ペプチドの候補を絞り込んだ。スクリーニングの対象数を当初予定よりも大幅に増やしたため、ペプチドの第一次選定に時間を要している。本年度は第一次スクリーニングとして、10^12種類のペプチドライブラリーをもとにした無細胞翻訳系で作成したmRNAディスプレイライブラリーを用いて、播種した舌癌細胞株にペプチドを添加しインキュベート、培養液をPBSで洗浄後、細胞を溶解し再び培養細胞に添加、と同行程を数回繰り返した後、PCRで増幅しシーケンスすることで細胞透過性ペプチドの候補を絞り込んだ。頭頸部に発生する癌のうち、口腔領域に発生する癌は全体の約40%を占め、このうちの約60%が舌癌である。

本研究では、外科的切除範囲の縮小が望まれる舌癌に選択的透過性をもつペプチドを創出し、生体腫瘍イメージングおよびドラッグデリバリーによる制ガン医療技術の治療戦略を開発することを目的としている。最終年度は新規CPPの候補配列を絞り込むための二次スクリーニングまで研究を進められたが、一次スクリーニングを肯定する結果を得られなかったため実験系の見直しを迫られた。並行して行ったモデルマウスの作成については、舌癌のみならず歯肉癌など数種類の癌細胞を免疫不全マウスに生着させることに成功している。今後はペプチド配列の設計から刷新し、新たな候補配列を検索することを目的として研究を継続する予定である。ファージディスプレイ法によってHSC-3(ヒト舌癌細胞株)、SAS(ヒト舌癌細胞株)、Ca9-22(ヒト歯肉癌細胞株)に特異的に取り込まれるペプチド配列を検索した。Bio panningにより濃縮されたファージのDNA配列をシーケンシングしたが、提示されたペプチド間の発現頻度の差に有意差は認められなかった。検索したCPPで生体内においてもスクリーニングを行うため、癌モデルマウスの作成を計画した。それぞれ異なる癌細胞株を免疫不全マウスの側背部複数か所に注入し、高効率でスクリーニングが行えるマウスを作成した。実験により得られた候補CPPにFITCを融合し、舌癌細胞株に添加する。FITC融合CPPの侵入効率を蛍光顕微鏡を用いて観察し、蛍光強度の定量により導入効率を解析する。また、本研究におけるCPPは舌癌への特異的侵入が要求されるため、コントロールとしてマウスのprimary cultureより得られたMEF、Hippocampal neuron等の細胞でも同様の実験を行う。第2次スクリーニングにより候補CPPを3種以下まで絞り込む予定である。分子生理学研究が当初予定よりも進まなかったため、研究にかかる費用の一部が使用されずにいる。平成27年度に計画していた第1次スクリーニングにおいて、想定していたほどの細胞透過性を有したペプチドの候補が見つからなかった。したがって舌癌に対する特異性がより高いペプチドを探し出すべく、スクリーニングの対象数を当初予定よりも大幅に拡大した。このため計画に遅延が生じ、事業期間の延長が必要となった。当該年度中に予定されていた実験を速やかに遂行し、次年度以降の研究も当初の計画通り行っていく予定である。次年度では第1次スクリーニングで得られたペプチドの配列を解析し、舌癌特異的な侵入性を持つ候補ペプチドを3つ程度まで絞り込む。候補に挙がったCPPにFITCを融合し、プレート上に播種した舌癌細胞株に添加する。
メダカを用いた臓器に特有な形態と適切なサイズを制御する分子機構の解明

メダカ器官形成における重要性が示唆されたTMEM141に着目し、細胞レベルおよび個体レベルでの機能を明らかにすることを目的として、機能解析を実施した。その結果、TMEM141は、細胞分裂時において娘細胞間で非対称に分配される興味深い特性を有し、細胞の増殖・分化の制御機構において重要な役割を担う新規の膜小胞関連分子であることが示唆された。さらに、複数のがん細胞株において、当該分子のアミノ酸配列を基にデザインされたペプチドが細胞増殖を抑制することが明らかとなった。本研究により得られた知見は、脊椎動物の器官形成機構の解明に留まらず、がん幹細胞を標的とした新しい抗腫瘍薬開発にも貢献すると考えられる。本研究計画調書に記載した通り、本研究の主な目的は、これまでに実施されたモルフォリノアンチセンスオリゴヌクレオチドを用いたノックダウンスクリーニングにより同定された遺伝子(KAO-0185、KAO-0041)の機能解析を進めつつ、器官形成過程に関わる新たな遺伝子の探索を行うことである。上記の計画に沿って、2014年度は、KAO-0041およびKAO-0185のメダカ発生過程における発現パターン及び局在を明らかにした。さらに、上記の遺伝子の細胞内局在も明らかにして、所属学会にて発表し、得られた結果について議論を行った(第47回日本発生生物学会、第66回日本細胞生物学会、第20回小型魚類研究会、第37回日本分子生物学会)。一方、未発表の成果としては、TALENおよびCRISPRによるKAO-0185変異体を取得したことに加えて、酵母ツーハイブリッド法によって細胞内局在と矛盾しないKAO-0185の相互作用分子を同定することができた。また、KAO-0185については、細胞密度により細胞内局在や相互作用分子が劇的に変化することや細胞分裂の際に非対称に分配されるという幹細胞の増殖・分化制御への関与を強く示唆する興味深い結果も得られた。さらに、研究計画調書には記載されていないが、現在リストアップしているヒトカオナシ遺伝子について、福島県立医科大学の森努准教授が開発した遺伝子機能予測ツールによる大型計算機を用いた大規模機能予測を行った。2015年度は、既に解析対象となっている機能未知遺伝子KAO-0185の詳細な機能解析を主に実施した。複数のヒト由来細胞やメダカ由来細胞において、KAO-0185が、低頻度ではあるが細胞分裂時に一方の細胞へ非対称に分配されることは、2014年度の時点で既に見出されていたが、当該年度では特にヒト大腸癌由来Caco2細胞において非対称分配時の局在が幹細胞マーカーLgr5とほぼ完全に一致することが明らかとなった。また、Caco2において飢餓ストレスや小胞体ストレスの存在下またはDNA損傷時にKAO-0185の発現レベルが劇的に減少することも明らかとなった。興味深いことに、上記のストレス存在下においてKAO-0185の非対称分配の頻度の増加がみられた。さらに、酵母ツーハイブリッド法によりKAO-0185が小胞輸送に関与する複数の分子と相互作用することが示唆された。今後、KAO-0185と非対称分裂との因果関係を重点的に調べる必要があるが、KAO-0185が幹細胞および癌幹細胞における非対称分裂を生じる機構に関与する可能性が示唆された(特許出願準備中)。小胞輸送と非対称分裂との関係については、不明な点が多く、本研究が幹細胞の非対称分裂における新たな機構解明に貢献することが期待される。さらに、ヒトゲノムデータベースの更新に伴い、既知ドメインを持たない機能未知遺伝子リストの更新を実施した結果、カオナシ遺伝子は、ノンコーディングRNAであると判明したことや機能が報告されたなどの理由で1029種から約750種となった。また、PSORTIIを用いて細胞内局在予測を行った結果、約30%の遺伝子が核および細胞質に局在する可能性が示唆された。また、相同性を基に比較ゲノム解析を行った結果、霊長類特異的、またはヒト特異的な遺伝子が存在することが明らかとなった。当初、臓器の形態形成に関わる機能未知遺伝子を探索するという計画であったが、研究計画時に既に着目していた遺伝子が当該研究の目的を達成するという意味において、極めて重要な遺伝子であることが判明した。また、KAO-0185の詳細な機能解析を行うのに必要なメダカ変異体などの材料も既に得られている。しかしながら、マイクロアレイについては未だ眼に関するものしか進んでいないため、予定よりも遅れているものもあることからこの自己評価とした。メダカ器官形成過程における重要性が示唆されたTMEM141に着目し、細胞レベルおよび個体レベルでの機能を明らかにすることを目的として、引き続き機能解析を実施した。HeLa細胞において、siRNA処理によるノックダウン実験を行った結果、コントロールsiRNA処理細胞に比べて増殖率の低下が確認された。これらの細胞において細胞周期解析を行った結果、コントロール細胞と比較してG1期の割合が増加することが明らかとなった。さらに、Yeast two hybrid法により、相互作用分子の探索を行った結果、cAMP responsive element binding protein 3、Reticulon 1/3、Vesicle-associated membrane protein)-associated protein Aとの結合が確認されたことから小胞輸送に関与することが示唆された。これらのことから、TMEM141は、細胞の増殖・分化の制御機構において重要な役割を担う新規の膜小胞関連分子であることが示唆された。

さらに、複数のがん細胞株において、ヒトTMEM141のアミノ酸配列の一部と同配列のペプチドが細胞増殖を抑制することが明らかとなった。一方、個体レベルでの機能解明を目指し、ゲノム編集技術TALEN法を用いてノックアウトメダカを作製した結果、TMEM141-/-メダカの一部で脊椎の著しい彎曲が観察された。このような骨形成異常は、TMEM141-/-の全てで観察されないことから、環境要因または複数の遺伝子の多型が関係している可能性が考えられるものの、この異常は親を同じくする野生型の子孫において見られないことから、TMEM141が正常な骨形成過程に関与していることが示唆された。上記のメダカの表現型解析の一環として、メダカを用いた脂肪組織量の定量法を確立した。当初は、複数の遺伝子を対象として機能解析を進めていく予定であったが、研究体制や研究実施場所の変更を余儀なくされたため、器官形成過程における重要性が示唆された1種類の遺伝子のみに絞って解析を進めることとなった。しかしながら、当該遺伝子に関しては、個体レベルおよび細胞レベルの両面から解析を進め、骨形成との関連を明らかにしただけでなく、共同研究により当該分子の機能を抑制しうるペプチド群を見出すなど期待を上回る結果を得ることもできた。研究延長期間にあたる今年度は、昨年度の特許申請にあたり差し控えていた研究成果を公表するために学会発表や論文作成に努めた。即ち、小胞膜輸送に関連する新規の膜タンパク質TMEM141が幹細胞の増殖分化制御に関与することやTMEM141ノックアウト個体の一部で、脂肪組織量の増大および骨形成の異常が観察されることから、これらの前駆細胞にあたる間葉系幹細胞において重要な役割を担っている可能性が示唆されることについて、論文作成を進めつつ、国内や海外の学会で口頭発表やポスター発表を積極的に行った。その一方で、本研究で機能解析を行ったTMEM141の相互作用分子探索の結果、相互作用分子がラミンと共通することが明らかとなった。そこで、ラミンの修飾に関わり、かつヒトにおいて早老症の責任遺伝子の一つとして知られるzmpste24のノックアウトメダカの表現型解析を行い、メダカでは、ヒトと同様に異型核が観察されるにも関わらず、寿命の著しい短縮がみられないことなどを論文として報告した。さらに、TMEM141およびzmpste24との遺伝学的相互作用があることが予想されたため、それぞれの遺伝子のノックアウトメダカを交配させることにより、二重欠損メダカを作成したが、単独欠損の表現型と二重欠損の表現型と顕著な差が見られなかったことから、これらの遺伝子は遺伝学的な相互作用はしていないことが示唆された。今後は、幹細胞(特に間葉系幹細胞)の増殖分化制御機構において、TMEM141およびその相互作用分子がどのような役割を担っているかをさらに詳細に調べる必要があるものと考えられる。メダカ器官形成における重要性が示唆されたTMEM141に着目し、細胞レベルおよび個体レベルでの機能を明らかにすることを目的として、機能解析を実施した。その結果、TMEM141は、細胞分裂時において娘細胞間で非対称に分配される興味深い特性を有し、細胞の増殖・分化の制御機構において重要な役割を担う新規の膜小胞関連分子であることが示唆された。
大規模自然災害に備えた実践的DWATに関する試行的研究

現在、DWAT(災害派遣福祉チーム)は都道府県単位で設置されており、2つに分類できる。都道府県の主導による「都道府県主導方式」と福祉関係施設・団体の「ネットワーク協議体方式」である。実際に派遣されるケースは少ない。派遣のためには支援者の受け入れ体制整備が必要である。外部の専門職支援の受け入れに関しては、「積極的に受け入れる」は21%であった。専門職受け入れの課題は、「宿泊施設の確保」「安全面の配慮」など「事業所側の受け入れ環境不備」と「要請の仕方がわからない」「事業所スタッフとの役割分担」などが上位に挙がっており、受け入れ側の体制整備と外部支援者と協働する仕組みつくりが望まれる。7月26日27日に屋久島にて、口永良部島新岳噴火に伴う全島避難された住民に対するインタビュー及び屋久島町長に対するインタビューを行った。避難所では社会福祉士などの福祉専門職による支援は僅かであり、要介護認定を受けている高齢者に対して屋久島町地域包括支援センターの職員がケアを行っているのみであり、福祉専門職による支援の重要性が把握できた。9月24日25日に開催された第34回日本自然災害学会学術講演会へ出席、「DWAT構築によってもたらされる発災直後からの福祉専門職による生活支援の方法」というテーマで研究発表を行った。また、最新の研究動向を把握した。11月28日には千葉県社会福祉士会、千葉県精神保健福祉士協会、千葉県医療社会事業協会合同の研修会において「地域で生きる」を支援する災害支援のソーシャルワークを考える」というテーマで講演を行った。その中ではソーシャルワーカーとして災害時に業務として派遣する希望はあるが、何を行えばよいかわからないといった、意見を聴取した。また自らの職場が災害に見舞われた場合、外部の支援者をどのように受け入れるかのスキームが用意されていないことも分かった。2月28日29日には第日本集団災害医学会BHELPプロバイダーコースを受講し、ヘルスケアチームの活動について調査した。27年度の研究の成果としては1災害地域での福祉専門職チームの設置は全国的に進んでいないこと、2福祉避難所としての機能を持つ福祉施設への支援のスキームが確立していないこと、3DWATは被災した福祉施設や介護事業者等に対して派遣され支援する必要があることが仮説としてあげられる。平成27年度の調査によってDWATの必要性が現れてきた。特に福祉避難所への支援の必要がある。地域防災計画では、老人福祉センターや特別養護老人ホームを福祉避難所として指定、避難所に避難することができない災害弱者(在宅で暮らす要介護高齢者や障害者など)を受け入れることになっている。しかしながら避難所から福祉避難所へ移送する判断をする専門職の存在が曖昧である。また福祉避難所が被災することも想定され、外部からの人的支援が必要なことも分かった。この点においてDWATの必要性があると思われる。平成28年度では、上記の点をさらに詳細に調査・分析することでDWATの養成プログラム作成の方向性が明確になった。28年度では、4月に起きた熊本地震において被災地支援を行なった社会福祉法人福祉楽団の職員に対するインタビューを行なった。派遣された職員によると、被災した高齢者福祉施設では発災直後は混乱しており、ほとんど福祉避難所としての機能を果たしていないことがわかった。発災直後に被災施設へのアセスメントと地域診断の必要性を把握することができた。また千葉県社会福祉士会災害対策委員会のメンバーに対して、インタビューを行なった。千葉県社会福祉士会では災害対策委員会を立ち上げ、熊本地震等に会員を派遣している。そこでの活動の様子や課題などを伺った。熊本県が創設したDCATは実質機能しなかったことや福祉避難所が機能せず、介護保険事業者等が孤軍奮闘していたことがわかった。また災害時のソーシャルワークやチームの役割など多岐にわたっており、チームの機能について議論が続いていることがわかった。特にDWATがどのように派遣され、いつ撤退するのか(引き上げるか)の判断ができていないことが今後の検討課題であることが明らかとなった。さらに山形県に設置されたDCATの状況と研修プログラムを調査し、今後求められる福祉専門職の課題が明らかになった。インタビューの内容としては平成28年11月4日に開催された山形県災害派遣福祉チーム員養成基礎研修会の研修内容や災害派遣福祉チームの概要であった。現在、山形県では介護職を中心とする山形県災害派遣福祉チームを設立し、今回初めてチーム員養成基礎研修会を実施していた。研修内容としては「被災者ニーズとチーム活動」「活動手順と避難所における他職種連携」「チーム員の活動」「図上訓練」といった実践的な内容であった。課題としては共通フォーマットとしてマニュアルを共通化、研修も共通化していざ派遣となったとしても支援に違いや混乱をきたさないようにする必要がある。現在のDWATの設置状況を確認することができている。現在、全国のDWAT(もしくはDCAT)の設置状況は都道府県ごとに14道府県で設置済み、7都県で検討中もしくは準備段階であることがわかった。先行事例としては岩手県の災害派遣福祉チームがある。熊本地震時にも派遣され実績がある。熊本県にも災害派遣福祉チームが設置されていたが、派遣予定の職員が被災し、発災後しばらくしてからの派遣となり、発災直後の支援には限界があることがわかった。上記からDWAT(災害時福祉職派遣チーム)の初期加入の必要性を仮説として提示できた。国の防災会議や福祉系もしくは防災関連の学会、実務者の間で未だに福祉職の役割が不明瞭である状況は依然として続いている。

現在までに避難所への福祉職の支援、避難所を退所し仮設住宅で暮らす人々の生活支援の重要性は明らかになっている。しかしながら被災した福祉施設や福祉サービス提供事業者、特に事業規模が小さい地域密着型サービス等が被災した場合、事業継続が困難になり利用者すら支援することができない。そこで、事業を継続するためにもDWATが外部からの支援として必要となることが明らかになった。そこからDWATを養成する研修プログラムの大まかな枠組みを組み立てることができている。研修内容としては「被災者ニーズとチーム活動」「活動手順と避難所における他職種連携」「チーム員の活動」「図上訓練」といったこれまで行われてきた研修に加えて、発災直後に被災した施設の「アセスメント(サービス供給する能力がどのくらいあるのか)」と現存する社会資源はどのくらいあるのかといった「地域診断」、被災者がどのくらいいるのかの「ニーズ調査」を行う講義と模擬演習が必要である。以上から実践的プログラム策定までほぼ順調に進捗している。介護サービス事業所における災害時の支援活動に関する調査を行った。この調査は災害時における現地の介護福祉施設、介護サービス事業者(在宅)の職員不足など人的課題の収集と災害派遣福祉チーム(DWAT)の支援活動に対するニーズ把握を目的とするものである。調査エリアは2016年鳥取県中部地震主要被災エリアである倉吉市、湯梨浜町、三朝町、北栄町、琴浦町の5市町と2016年台風10号等大雨災害があった北海道十勝被災エリアで南富良野町、新得町、十勝管内市町村である。この調査からわかったことは、災害時の支援活動として行政・災害本部との連携についてはやや課題が残る結果であった。近隣の住民を受け入れたのは鳥取地域において21%、十勝地域では8%であった。受け入れ人数は「5人未満」が半数弱であった。実施した支援活動は、「事業所利用者の介護」が37%でトップ。「特に何もしなかった」事業所も42% (全体べース)みられる。行政・災害本部との連携は「できた」が31%、「できなかった」24%。<老人ホーム>では45%が「できなかった」と回答した。外部支援者の受け入れとして今回の被災では、外部支援者の受け入れは殆どなかった。外部からの人的資源を受け入れた事業所は6%(6事業所)のみであり、福祉専門職の受け入れは皆無であった。受け入れなった理由は「自事業所の職員体制で十分可能だった」が殆どであった。支援者の受け入れ体制整備としては受け入れ側の体制整備と外部支援者と協働する仕組みづくりが望まれ、DWATスタッフの人材育成の取り組みとともに、受け入れ側への外部支援の活動紹介などの教育が必要が挙げられる。現在、DWAT(災害派遣福祉チーム)は都道府県単位で設置されており、2つに分類できる。都道府県の主導による「都道府県主導方式」と福祉関係施設・団体の「ネットワーク協議体方式」である。実際に派遣されるケースは少ない。派遣のためには支援者の受け入れ体制整備が必要である。
分布センサ情報を用いた荷重の逆解析手法に関する研究

本研究では,船体・航空機構造の安全性・信頼性向上および長寿命化を目的とし,広範囲の効率的なひずみ計測を可能とする分布型センサを用いて,そのひずみ情報から構造に負荷される分布荷重を逆解析によりリアルタイムに推定し,さらに各部位の応力を求める手法について検討した.単純な平板モデルについて,実験とシミュレーションにより本手法の精度・安定性を確認し,さらに先進複合材料製航空機翼構造モデルについて適用したところ,高い精度で荷重を同定できることをシミュレーションにより確認した.本研究では,船体・航空機構造の安全性・信頼性向上および長寿命化を目的とし,広範囲の効率的なひずみ計測を可能とする分布型センサを用いて,そのひずみ情報から構造に負荷される分布荷重を逆解析によりリアルタイムに推定し,さらに各部位の応力を求める手法について検討した.単純な平板モデルについて,実験とシミュレーションにより本手法の精度・安定性を確認し,さらに先進複合材料製航空機翼構造モデルについて適用したところ,高い精度で荷重を同定できることをシミュレーションにより確認した.本研究では,船体構造の安全性・信頼性向上および長寿命化を目的とし,広範囲の効率的なひずみ計測を可能とする分布型センサを用いて,そのひずみ情報から船体構造に負荷される分布荷重を逆解析によりリアルタイムに推定し,さらに各部位の応力を求める手法について研究している. 2年間の研究期間において,第一に,逆推定手法の改良による誤差を含むセンサ情報を用いた荷重・応力推定の精度を向上,および実構造モデルへの対象の拡張,第二に,センサ最適配置の検討,次に,静的な外荷重と貨物荷重の分離推定手法および航行時に加わる動的な外荷重と自重による慣性力の推定手法についての検討,最後に,多点センシング形態による光ファイバひずみ・加速度測定システムの開発を予定している.H20年度は,ひずみセンサ情報に加え,力のつり合い等の情報を加えて精度の向上を図った.また,新たに変位センサ情報を導入することでも荷重の逆推定が精度良くできることが分かった.さらに,船体の一部を模擬した補強板を含む構造に対しての適用性を検証し,光ファイバセンサを前提とした実現可能なセンサ配置で分布荷重を良く推定できた,また, H21年度に予定していた実構造物に近い構造(航空機翼構造)に対する適用性の検証を行い,平板と同様の結果を得ることができた.さらに,本研究の範囲外としていた剛性の変化による影響について検討し,ひずみ情報および逆推定結果から構造健全性の評価が可能なことが分かった.以上のことから,手法の改良により誤差を含むセンサ情報でも実構造での分布荷重の逆推定が精度良く可能であることを数植シミュレーションにより検証し,また分布型光ファイバセンサの本手法に対する有効性を示すことができた. H21年度で予定している各種荷重の分離推定,光ファイバセンサシステムの開発,センサ配置の最適化手法の確立,実験による検証の基礎となる進展が得られた.本研究では,船体構造の安全性・信頼性向上および長寿命化を目的とし,広範囲の効率的なひずみ計測を可能とする分布型センサを用いて,そのひずみ情報から船体構造に負荷される分布荷重を逆解析によりリアルタイムに推定し,さらに各部位の応力を求める手法について研究している.H20年度は,センサから得られるひずみ情報の他に,力のつり合いや変位センサ情報を導入することで精度が向上することが確認された.H21年度は,実構造物に近い構造(先進複合材料製航空機翼構造)をFEMモデルとして作成し,光ファイバセンサから分布的なひずみ情報が得られることを前提とし,様々な分布荷重に対して精度よく荷重を推定できることが確認された.さらに,ひずみ情報に現実的な誤差を与えた場合でも推定された荷重,その荷重を用いてFEMによって再構成された応力分布も精度よく推定されていることが分かった.なお,精度と光ファイバセンサの配置(情報取得位置)の関係についても検討を行い,光ファイバセンサに沿った一方向のひずみ情報のみでも十分な精度が得られた.また,光ファイバセンサで得られるひずみ情報から変位を推定し,その変位情報を荷重の逆推定に利用できることを単純支持はりの実験とシミュレーションにより確認した.さらに,風洞試験用の翼模型を用いて荷重を負荷し,温度変化がある状況でも分布型光ファイバひずみセンサによる精度の高いひずみ測定,変位推定が可能なことが確認された.以上のことから,実構造物に対し,構造に配置された光ファイバセンサによりひずみを分布的に取得することができ,そのひずみ情報から変位を推定できること,またひずみ・変位情報から逆解析を用いて分布荷重を推定可能であることを示した.不確定性の強い実働荷重が運用中にモニタリングできれば,より効率的な保守・運用が可能となり,信頼性の向上,長寿命化に寄与できると考える.今後,風洞実験のデータを用いて荷重推定を行い,風洞試験における実際の荷重との比較を行う予定である.
鋼桁端部構造の耐震設計法の高度化に関する研究

鋼橋上部構造の桁端部では,地震時に横荷重の作用により多様な地震被害が生じ,早期復旧の妨げとなった.そこで,本研究では,地震により橋軸直角方向に水平力を受ける鋼橋桁端部構造の保有性能を評価し,L2地震動に対する鋼桁の耐震設計法および耐震構造,補強法の高度化を図ることを目的とする.また,桁端部は,腐食や疲労による損傷も多く発生しており,補強構造の提案に際しては維持管理の容易さへの配慮も不可欠である.平成30年度には,平成29年度に実施した,4本の鋼I形主桁によりRC床版を支持し,単純支持された鋼橋上部構造で,既存鋼橋に採用されている逆V字形の対傾構を有する対傾構形式が,橋軸直角方向にレベル2地震動が作用する場合の地震応答挙動の数値解析結果を参考にして,実桁端部構造への補強構造案による補強効果を検討した.レベル2地震動に相当する水平荷重の作用方法についても検討した.その際,桁端部には,腐食による減肉や疲労損傷の発生も観察されることから,腐食や疲労に対する,死荷重や活荷重などの鉛直方向の荷重作用に対して提案されている,既存の補強手法,補強構造を参考にした上で,橋軸直角方向に作用するレベル2地震時の水平力に対する桁端部の補強構造を考案した.また,数値解析では,水平力を受ける鋼上部構造全体の挙動に着目しているため,考案した桁端部の補強構造による補強効果は,桁端部の縮小・部分模型を用いる載荷実験により検証した.鋼橋上部構造の桁端部では,地震時に横荷重の作用により多様な地震被害が生じ,早期復旧の妨げとなることから,本研究では,桁端部構造の保有性能を実験・解析の両面から評価し,L2地震動を受ける鋼桁の耐震設計法および耐震補強法の高度化を図ることを目的としている.このとき,桁端部は腐食や疲労による損傷も多く発生しており,維持管理の容易さへの配慮も不可欠である.まず,平成28年度には,橋梁管理者・橋梁設計者からのヒアリング,設計図書の分析を通じて,とくに,平成28年4月に熊本地震が発生したことを受け,比較的最近に建設された橋梁および桁端部に生じた地震被害の調査・分析を通じ,維持管理性および耐震性の観点から,桁端部の設計の現状と要求される機能・性能を調査した.また,既存鋼橋に採用されている逆V字形の対傾構を有する対傾構形式,耐震性の向上が期待され,新設の桁端部構造として推奨されている,充腹形式の単横桁を有する充腹形式を対象に,桁端部の部分解析モデルを作成し,横荷重を受ける場合の耐荷性能を数値解析により検討した.以上の結果,対傾構形式では対傾構と支承を接続するための突出部(ウェブギャップという)が変形するため,横荷重に対する剛性,強度とも充腹形式に比べ不足すること,充腹形式では充腹部に損傷が生じる可能性は低く,ウェブギャップが集中して変形すること,支点上補剛材と対傾構の板厚を増加させた対傾構形式は充腹形式とほぼ同等な耐荷性能を示すこと,両形式ともウェブギャップの剛性と強度を適切に設計する必要があること,を明らかにした.さらに,横荷重を受ける鋼橋上部構造を設計する上で,強地震時における桁端部への作用地震力の算定が必要であり,一般的な鋼橋上部構造を選定し,数値解析モデルを作成し,鋼桁の高さ方向の地震慣性力の分布,各種部材への最大作用断面力を算出に向けて準備を進めている.平成28年度の計画実施および進捗状況は概ね順調に進展している.ただし,研究開始当初に熊本地震が発生したことを受け,橋梁および桁端部に生じた実際の地震被害を踏まえて,維持管理性および耐震性の観点から,桁端部の設計の現状と要求される機能・性能を調査しており,それらの調査・分析には当初計画以上の時間を要したため,当初,平成28年度に実施予定であった実験準備の一部を,平成29年度に実施することとした.鋼橋上部構造の桁端部では,地震時に横荷重の作用により多様な地震被害が生じ,早期復旧の妨げとなったことから,本研究では,桁端部構造の保有性能を評価し,L2地震動を受ける鋼桁の耐震設計法および耐震補強法の高度化を図ることを目的としている.桁端部は腐食や疲労による損傷も多く発生しており,維持管理の容易さへの配慮も不可欠である.平成29年度には,4本の鋼I形主桁によりRC床版を支持し,単純支持された鋼橋上部構造で,既存鋼橋に採用されている逆V字形の対傾構を有する対傾構形式を対象に,橋軸直角方向にレベル2地震動が作用する場合の地震応答挙動を数値解析により検討した.検討の結果,既存構造では端対傾構斜材や主桁下端と横つなぎ材との間の主桁部の塑性化・変形が認められ,レベル2地震動に対して安全性を確保するためには,補強を要することを明らかにした.また,鋼橋桁端部の地震時における橋軸直角方向挙動には,橋軸直角方向の水平力作用だけでなく,当初影響が小さいと考えていた複数の主桁を有することによる橋軸方向の変形,床版による鋼桁の変形拘束などが無視できないことが明らかになった.このことは,RC床版のモデル化およびRC床版と鋼桁との接続のモデル化が,橋軸方向の挙動に与える影響が大きいことが明らかになった.さらに,既存構造の耐震性能向上のためには支点上補剛材の補強あるいは補強リブの追加・設置が有効であり,レベル2地震動に対するそれら部材の補強効果,補強設計法を提案し,その妥当性を数値解析により明らかにした.

鋼橋上部構造をモデル化し,橋軸直角方向に地震力を受ける場合の応答挙動に基づいて,必要な耐震構造,補強設計法を提案した.とくに,上部構造桁端部の近傍のみを取り出し,モデル化した部分解析モデルと上部構造全体をモデル化した全体解析モデルとの差異が明らかにできた点で有意であると考えている.ただし,研究分担者が病気等により計画通りの研究実施が困難であったことから,分担・連携して実施する予定であった項目については一部縮小して実施した.鋼橋上部構造の桁端部では,地震時に横荷重の作用により多様な地震被害が生じ,早期復旧の妨げとなった.そこで,本研究では,地震により橋軸直角方向に水平力を受ける鋼橋桁端部構造の保有性能を評価し,L2地震動に対する鋼桁の耐震設計法および耐震構造,補強法の高度化を図ることを目的とする.また,桁端部は,腐食や疲労による損傷も多く発生しており,補強構造の提案に際しては維持管理の容易さへの配慮も不可欠である.平成30年度には,平成29年度に実施した,4本の鋼I形主桁によりRC床版を支持し,単純支持された鋼橋上部構造で,既存鋼橋に採用されている逆V字形の対傾構を有する対傾構形式が,橋軸直角方向にレベル2地震動が作用する場合の地震応答挙動の数値解析結果を参考にして,実桁端部構造への補強構造案による補強効果を検討した.レベル2地震動に相当する水平荷重の作用方法についても検討した.その際,桁端部には,腐食による減肉や疲労損傷の発生も観察されることから,腐食や疲労に対する,死荷重や活荷重などの鉛直方向の荷重作用に対して提案されている,既存の補強手法,補強構造を参考にした上で,橋軸直角方向に作用するレベル2地震時の水平力に対する桁端部の補強構造を考案した.また,数値解析では,水平力を受ける鋼上部構造全体の挙動に着目しているため,考案した桁端部の補強構造による補強効果は,桁端部の縮小・部分模型を用いる載荷実験により検証した.平成28年度に上部構造のうち桁端部のみを対象とした部分モデル,および橋梁上部構造全体を対象とした全体モデルを作成した.平成28年度には主として部分解析モデルを用いて,現行の設計法にしたがう桁端部の耐荷性能を数値解析により明らかにすることができたことから,今後,全体モデルを用いて,地震による加振時の上部構造の動的挙動を明らかにする.平成28年度に得た知見に基づくと,主桁と支点上補剛材から構成されるウェブギャップの剛性と強度が,桁端部の耐荷性能および耐震性能に著しい影響を与えることが明らかになったことから,ウェブギャップを対象とした載荷実験の実施に向けた検討を進め,載荷実験を実施する.また,橋梁の耐震設計において地震力の低減に有効な免震効果や制震効果は,橋軸方向の地震時挙動に期待して耐震設計されている.橋軸直角方向には,移動制限装置が設置され,免震硬化や制震効果を設計上,期待していないことから,移動制限装置を改良して,地震荷重レベルにおうじて,固定→可動へと支承条件を変化させる手法や桁間を柔に接続する手法の有効性についても検討し,併せて,本研究の目的である合理的な桁端部の耐震設計法,ならびに既存桁端部に対する耐震補強法の高度化に繋げたいと考えている.昨年度までに実施した数値解析結果に基づくと,鋼橋桁端部の地震時における橋軸直角方向挙動には,橋軸直角方向の水平力作用だけでなく,当初影響が小さいと考えていた,複数の主桁を有することによる橋軸方向の変形,床版による鋼桁の変形拘束などが無視できないことが明らかになった.これらを踏まえて,載荷実験の実施計画を見直した上で,桁端部の構造的な問題点,設計法の問題点,提案構造の設計法の合理化に繋げる予定である.
人工合成抗原によるマラリア流行地住民の免疫状態測定用キットの開発

本研究では、マラリア診断用人工抗原の合成を目的として、(NANP)nの構造特性からそのターン構造に注目し、そのターンを巧みに構築させるようなペプチドBoc・GIGNPNAGIG・Oet、及びcyclo[(NPNAGAG)2]の合成を行った。また、免疫学的測定法によってその抗原性も検討し、各分光法によって確認されたところのターン構造が、高い抗原活性を呈しているものと考えられた。以上によって、本抗原は個人的診断においては、蚊による吸血で熱帯熱マラリア原虫の感染を近い過去に受けたか否かの診断が可能となる。また疫学的には、その集団の本抗原に対する平均抗体価の高低によって、ベクターであるハマダラカの密度の推定や、ヒトのマラリアヘの感受性にまで言及がおよぶ可能性がある。マラリア原虫の赤内型ステージの原虫が産生するエノラーゼ分子のペプチド合成に関わる研究は、部分ペプチドの抗原性を確認する作業によって、その分子の有用性がクローズアップされた。即ち、ヘリックスを構築するGFAPNILNANEALDLLは、その血清との反応性において、全エノラーゼ分子のSDS-PAGEで泳動された抗原ポリペプチドと同じ傾向の活性を有していることが判明した。重症かつ臨床的に早期の段階の患者血清に強く反応する抗原として、そのマーカーとして用いることができるのみならず、地域の疫学的指標を得るための抗原として用いれば、確実にその流行地に起きた最近の突発性流行をとらえることができる。上記それぞれの抗原ペプチド構造は、全くの新規の構造であって、蛋白工学的にもその有用性が高い。本ペプチドの抗原としての需要が高まれば、商品化された診断用標準キットヘの応用が可能となるであろう。本年度申請研究では下記の異なる2抗原に関する機能と構造の研究を行った。1.スポロゾイトの表面抗原についてスポロゾイト表面抗原の繰り返し配列部分の最小単位NANPを含むmethacryloyl-arginyl-adenyl-arginyl-prolinemethylestelを合成し、このメタクリロイル基の部分を開いてポリマーを作成した。これに放射線処理を行い球状構造を取らせ、即ち表面にNANPが無数に露出された構造の微小球(直径1μm)を作成し、ヒト血清との反応性を考察した。その結果、流行地でハマダラカに刺されスポロゾイトの侵入をうけた日本人の血清は、この微小球表面抗原との反応性を示した。我々はさらにNANP微小球ポリマーの抗原活性を高めるために、Boc-Gly-Ile-Gly-Asn-Pro-Asn-Ala-Gly-Ile-Gly-OEtの合成を行い結晶構造を得た。現在この立体構造と抗原活性との関係を追求中である。2.熱帯熱マラリア原虫47kD分子抗原について本抗原は熱帯熱マラリア感染初期の血清と特異的に反応することが、マレーシアから採取された血清群、フィリピンのパラワン島で採取された血清群を用いてさらに確認された。本抗原をSDSで電気泳動し、メンブランに転写した後切り出して、そこから抽出した蛋白をペプチダーゼ処理した後再度逆層カラムを通してメンブランに経時的にブロットし、膜上の断片化された蛋白の構造をペプチドシークエンサーで決定した。その結果本蛋白分子はマラリア原虫に特異的な解糖系の1酵素であることが明らかとなった。現在その蛋白分子の立体構造を明らかとし、分子の活性部位を決定する研究を遂行中である。上記2項目の成果を合わせ、継続年数においては47kD分子の活性をもった微小球抗原の作成に臨みたい。1.本研究の目的流行地住民のマラリアに対する免疫状態を合成されたマラリア原虫抗原で測定できるシステムを開発することを目的としている。2.本年度の研究成果と次年度の研究計画

(1)マラリア原虫抗原の中で、スポロゾイトの発育段階にある原虫の表面抗原はすでにニューヨーク大学で報告され(-Asn-Ala-Asn-Pro-)_3を最小単位とする抗原が報告された。しかし、この抗原の合成には困難が伴うため、熱帯地で使用する上に価格上の問題がでてくる。そこでこの抗原をモデルとして配列に修飾を与えることにより合成しやすくかつ元の抗原活性を保持した人工抗原が可能であるか否かについて検討を進めた。その結果-Asn-Ala-Asn-Pro-を-Asn-Pro-Asn-Ala-とアミノ酸配列を変えて中央部に折れ曲がりの箇所を与えれば抗原性がむしろ高まり、特異性においてもより優れた結果がえられることが発見された。この結果は抗原分子の設計上画期的な発見であり、マラリア研究のみならず免疫学において抗原分子の解釈上注目を集めるはずである。次年度は大量に合成しさらに結果を確認する予定である。(2)本研究を進めるはじめのきっかけとなった48.7kD熱帯熱マラリア抗原分子が、前年度の研究によりエノラーゼであることが判明した。この分子についても(1)の結果にならって活性部位を特定し、必要であればその配列順序を変え、実用上評価できる合成抗原作製を計らなければならない。446個のアミノ酸配列の中から活性部位を選択する作業が進んでいる。次年度は幾つかの候補箇所が調べられることになっている。(1)熱帯熱マラリアスポロゾイト表面抗原(NANP)_3について検討した結果、-NPNA-と配列を変化させ、分子配列の前後に化学的修飾をあたえると、もとの(NANP)_3分子の抗原活性がえられるこごが判明したことである。この知見をさらに固めるために様々な方法によるELISAを試み、実用化を検討している。(2)マラリアに対して抵抗力の弱い日本人や低流行地住民が熱帯熱マラリアに感染して、感染の極期にあるときに反応するマラリア原虫の48.7kD分子についてしらべたところ、熱帯熱マラリア原虫が解糖系酵素として利用しているエノラーゼであることが分子解析により判明した。平成10年度においてエノラーゼ分子の立体解析が進められ、エノラーゼの抗原活性をきめていると予想される3つの部分のアミノ酸配列がきめられて、合成がおこなわれた。その内のひとつ、Helix-7と命名された16アミノ酸よりなる部分の合成抗原についてマラリア流行地で収集された血清との反応性をしらべた結果、発症したグループ、軽微の発症をみたグループ、そして非感染グループの間に明白な差がみとめられ、発症グループの血清がHelix-7と最もつよく反応した。したがってHelix-7を合成し、マラリア流行地においてマラリア感染に感受性の高いグループを特定できる免疫システムを開発できる見通しが濃厚となった。なおウサギの筋肉から得たエノラーゼを使っても、マラリア感染に感受性の高い集団を特定できる可能性を示唆する結果も得られている。
胃癌に対する胃切除術後の持続血糖測定を用いたダンピング症候群の定量的評価

胃切除後の患者の持続血糖を測定するために、アボットジャパン株式会社のFreeStyleリブレPro(承認番号:22800BZX00227000)を購入した。従来の持続血糖測定システムと比較すると、皮下センサーを装着することは共通であるが、指先穿刺の簡易血糖測定によるキャリブレーションは必要ないこと、また最長14日間継続して使用することが可能であることが大きな利点である。さらに、読取機の価格と皮下センサーの単価は従来機に比較して安価である。FreeStyleリブレProを使用することで、実際の血糖測定なしに持続血糖モニタリングが可能となり、外来通院の胃切除後の多くの患者を対象とすることができることになる。また、一人当たりの取得データが長期となるので、血糖値の異常変動をモニタリングするには合目的である。以上の理由から胃切除後の血糖値の推移、低血糖の発生頻度を包括的に検証するという本研究には新システムを使用すべきであると結論付けた。FreeStyleリブレProを用いて実際にHealthy volunteerで持続血糖測定を行い、研究使用に際しての実行可能性と従来の持続血糖測定システムとの互換性の検討を試みた。当初皮下センサーの脱落などにより欠測値となってしまうことを経験したが、慣れることで安定した持続血糖測定が可能であった。また、測定期間中に日内の血糖変動がないなどの明らかな無効値が存在して測定期間の短縮となってしまうような場合も経験し、このような場合は可能であれば指先穿刺の簡易血糖測定との照合も方法の一つであることが推測された。持続血糖測定機としてFreeStyleリブレProを使用して、Healthy volunteerで血糖測定を行い、持続血糖の日内変動を把握する感触が得られた。当初、機器の脱落や測定値不良などを経験し、安定した使用方法を習得するのに時間を要したため遅れが生じている。胃癌に対する胃切除術を施行された患者を対象として、持続血糖値測定を行い、後期ダンピング症候群や無症候性低血糖の発症を調査する前向き観察研究の実施計画書の作成段階である。胃切除術を施行された患者を対象に後期ダンピング症候群や無症候性低血糖の発症を調査する前向き観察研究を当科および、当科の関連病院3施設で計画する。適格基準として、経口摂取可能で、自覚症状の訴えが自己にて十分可能であり、持続血糖測定を行うにあたりその目的と方法について十分な説明を受けて同意が得られた患者とする。一人当たり最長14日間の持続血糖測定が可能であり、その間、早期、後期ダンピング症候群やその他のイベント発生の有無についてQOL質問票であるPGSAS-45を用いて評価する。持続血糖測定期間中、経口摂取状況について、総カロリー、摂取した食餌内容の成分バランスについても記録し検証する。また各施設が保有する共通の機器を用いて、体組成測定を合わせて施行して、ダンピング症状、および、持続血糖測定結果との関連性を検討する。胃切除後の患者の持続血糖を測定するために、持続血糖測定機としてメドトロニック社のiPro2を使用する予定としていた。iPro2はグルコースモニタシステムの一部で、皮下に挿入した専用のグルコースセンサにレコーダを接続すると、レコーダはグルコースセンサに電源を供給し、グルコースセンサからの信号電流を計測する。このようにして得られた間質液中のグルコース濃度を一回の装着で最大7日間連続的に記録することが可能であるが、合わせてこの間、実際の簡易血糖測定を1日数回施行する必要がある。2017年に新しい持続血糖測定システムである、アボットジャパン株式会社のFreeStyleリブレPro(承認番号:22800BZX00227000)が発売された。FreeStyleリブレProを購入して、実際にHealthy volunteerで持続血糖測定を行い、研究使用に際しての実行可能性と従来の持続血糖測定システムとの互換性などを検討している。当初、持続血糖測定機としてメドトロニック社のiPro2を使用する予定としていた。2017年に次世代の持続血糖測定システムである、アボットジャパン株式会社のFreeStyleリブレProが発売された。検討した結果、本研究ではFreeStyleリブレProを使用するほうが適切であるとの考えに至り、新しいシステムを購入して研究を継続する方針に変更した。

FreeStyleリブレProを使用することで、実際の血糖測定なしに持続血糖モニタリングが可能となり、外来通院の胃切除後の多くの患者を対象とすることができることになる。また、一人当たりの取得データが長期となるので、血糖値の異常変動をモニタリングするには合目的である。以上の理由から胃切除後の血糖値の推移、低血糖の発生頻度を包括的に検証するという本研究には新システムを使用すべきであると結論付けた。FreeStyleリブレProを用いて実際にHealthy volunteerで持続血糖測定を行い、研究使用に際しての実行可能性と従来の持続血糖測定システムとの互換性の検討を試みた。当初皮下センサーの脱落などにより欠測値となってしまうことを経験したが、慣れることで安定した持続血糖測定が可能であった。また、測定期間中に日内の血糖変動がないなどの明らかな無効値が存在して測定期間の短縮となってしまうような場合も経験し、このような場合は可能であれば指先穿刺の簡易血糖測定との照合も方法の一つであることが推測された。持続血糖測定機としてFreeStyleリブレProを使用して、Healthy volunteerで血糖測定を行い、持続血糖の日内変動を把握する感触が得られた。当初、機器の脱落や測定値不良などを経験し、安定した使用方法を習得するのに時間を要したため遅れが生じている。胃癌に対する胃切除術を施行された患者を対象として、持続血糖値測定を行い、後期ダンピング症候群や無症候性低血糖の発症を調査する前向き観察研究の実施計画書の作成段階である。胃癌に対する胃切除後の患者において、FreeStyleリブレProを使用した持続血糖測定による血糖変動の実態を把握し、ダンピング症状との関連性を検討し観察研究の計画を立てる。実際の簡易血糖測定は不要であり、術後早期の患者のみならず、術後数年経過した外来通院患者にも対応が可能である。また、胃切除術式や再建法などの違いによるデータも包括的に収集可能となる見込みである。胃切除術を施行された患者を対象に後期ダンピング症候群や無症候性低血糖の発症を調査する前向き観察研究を当科および、当科の関連病院3施設で計画する。適格基準として、経口摂取可能で、自覚症状の訴えが自己にて十分可能であり、持続血糖測定を行うにあたりその目的と方法について十分な説明を受けて同意が得られた患者とする。一人当たり最長14日間の持続血糖測定が可能であり、その間、早期、後期ダンピング症候群やその他のイベント発生の有無についてQOL質問票であるPGSAS-45を用いて評価する。持続血糖測定期間中、経口摂取状況について、総カロリー、摂取した食餌内容の成分バランスについても記録し検証する。また各施設が保有する共通の機器を用いて、体組成測定を合わせて施行して、ダンピング症状、および、持続血糖測定結果との関連性を検討する。当初、持続血糖測定機としてメドトロニック社のiPro2を使用する予定としていたが、本研究ではFreeStyleリブレProを使用するほうが適切であるとの考えに至り、新しいシステムを購入して研究を継続する方針に変更した。
要介護期の生活支援のプロセス解明とモデル構築

要介護期にある高齢者が不必要な入院や希望しない施設入所を回避し、希望する生活を送るために、いつ、誰が、どのような生活支援をすればいいのかは、実証的・学術的な知見は乏しい。そこで、本研究では、要介護期にある高齢者の生活支援モデルを開発することを目的とする。初年度は、生活支援に関わる在宅療養の継続要因を多面的に議論する。2年度は、モデルの有効性を検証し、生活支援モデルの類型化、最適化を検討する。本研究の成果は、家族と社会がどのように役割と責任を分担し、個人化した本人の生活を支えていくのか、そのためのサービスの最適化を図る鍵となることが期待される。
シトクロムP-450を用いた新規ステロイドホルモンセンサーの実用化に関する研究

フェレドキシン(FDX)の一種であるアドレノドキシン(ADX)は、P-450を還元することで、ステロイドホルモンの生合成、胆汁酸の生合成、ビタミンD3の代謝に関わっており、ADXの電子伝達をin vitroで制御できればP-450のメディエーターとしての利用が期待できる。しかし、ADXの電極応答については、まだあまり知られていない。そこで、本研究ではADXの溶液系での電極応答をFDXと比較検討すること、また工学的な応用を目指し、FDXを電極上へ固定し、応答を試みた。ADXの電極応答をFDXと比較した。ITO電極を用いた場合、FDXは溶液中にポリカチオンであるポリリシンやポリアリルアミン(PAA)を添加すると、可逆的に電極応答した。ADXは、どちらを添加した場合も準可逆的な反応を示したが、PAAの方がより効果的であることが示された。金電極を用いた場合は、電極上に正電荷を導入しても、負電荷を導入しても、FDX、ADXいずれも電極応答を示さず、電極表面の電荷の存在密度が重要であることが示された。次に、FDXの電極上への固定化を試みた。APTESで修飾したITO電極上に固定する場合は、架橋試薬にEDCを用いるとFDXは電極応答することができたが、グルタルアルデヒドでは電極応答しなかった。また、金電極の場合もITO電極と同様にPAAを介した後、EDCを用いることで、FDXを電極応答できる状態で固定することに成功した。以上、ADXがFDXとほぼ同様の電極応答をすることが示され、FDXは電極上に固定しても、効率よく電極応答することが示された。今後、これらのFDXやADXをメディエーターとして用いることで、P-450の電極活性をin vitro制御できることが期待される。シトクロムP-450はステロイドホルモン生合成や多くの薬物代謝を担っていることから、それらの生理機能に関連した疾病の診断用センサーや有害薬物の解毒等への工学的応用が期待されている。我々はすでに高濃度のP-450をポリピロールでITO電極上の固定化し、電子を供与することで活性発現できることを見出している。これを少量のP-450でしかも感度を向上できれば実用化に大きく前進できる。そこで、本研究では生体内における電子伝達系を参考にして、アドレノドキシン(ADX)をP-450とシンクロさせ、P-450の電極活性を高めることを目指した。今年度はP-450へ電子をメディエートする上で重要なADX自身の電極反応について検討した。ADXが電極との静電反発を抑えるだけでなく、吸着変性も制御できるものとして、反応溶液にポリリシンおよびポリアリルアミンといったポリカチオンを添加した。その結果、ポリリシン添加時では、-0.63Vに還元の、-0.25Vに酸化のそれぞれ明瞭なピークが得られた。しかし、ピークセパレーションが大きく、しかも酸化ピークが還元ピークよりも小さい準可逆的な応答であった。これに対し、ポリアリルアミン添加時では-0.52Vに還元ピーク、-0.40Vに酸化ピークが得られ、電極と可逆的に電子の授受がなされることが示された。来年度はこれをさらに詳細に検討するとともに、P-450への電子伝達効果を検討する予定である。

しかし、ADXの電極応答については、まだあまり知られていない。そこで、本研究ではADXの溶液系での電極応答をFDXと比較検討すること、また工学的な応用を目指し、FDXを電極上へ固定し、応答を試みた。ADXの電極応答をFDXと比較した。ITO電極を用いた場合、FDXは溶液中にポリカチオンであるポリリシンやポリアリルアミン(PAA)を添加すると、可逆的に電極応答した。ADXは、どちらを添加した場合も準可逆的な反応を示したが、PAAの方がより効果的であることが示された。金電極を用いた場合は、電極上に正電荷を導入しても、負電荷を導入しても、FDX、ADXいずれも電極応答を示さず、電極表面の電荷の存在密度が重要であることが示された。次に、FDXの電極上への固定化を試みた。APTESで修飾したITO電極上に固定する場合は、架橋試薬にEDCを用いるとFDXは電極応答することができたが、グルタルアルデヒドでは電極応答しなかった。また、金電極の場合もITO電極と同様にPAAを介した後、EDCを用いることで、FDXを電極応答できる状態で固定することに成功した。以上、ADXがFDXとほぼ同様の電極応答をすることが示され、FDXは電極上に固定しても、効率よく電極応答することが示された。今後、これらのFDXやADXをメディエーターとして用いることで、P-450の電極活性をin vitro制御できることが期待される。