hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相関アルゴリズムを用いた適応型時空間エコーキャンセラの設計

無線回線を介してのマルチメディア情報を利用者に提供する,マルチメディア無線通信サービスの実現には,送信機・受信機での変調処理による非線形歪および反射・散乱・回折によるマルチパス問題を克服しなければならない.また,スピーカとマイクの間に音響的フィードバックのあるhand-free移動体電話やテレビ会議システム等では,スピーカの非線形特性も対処し得る,エコーキャンセラを構築しなければならない.本研究では,上記の問題に対処するために,種々の非線形特性をボルテラ級数表現で記述すると共に,計算効率を上げるためにMUSIC法およびMSN法を用いたマルチパス信号の分離アルゴリズムの開発および分離後の各信号から送信信号を再生するアルゴリズムを開発した.また,計算機シミュレーションにより,提案手法の有効性を他の手法との比較により検証した.次に,受信信号および送信信号の統計量のみから送信信号を再生するために,遺伝的アルゴリズムを用いたブラインド型時空間RBF等化器を設計した.遺伝的アルゴリズムは,大域的に優れた探索効果を発揮するものの,局所探索法に比べて求解の精度が劣るという欠点がある.従って,提案手法では遺伝的アルゴリズムと局所探索法である改訂シンプレックス法を組み合わせたハイブリッド法を新たに提案した.また,提案手法を遺伝的アルゴリズムのみ用いた場合と比較することにより,提案手法が最適解の近似解により高速に収斂するかを,計算機シミュレーションにより明らかにした.無線回線を介してのマルチメディア情報を利用者に提供する,マルチメディア無線通信サービスの実現には,送信機・受信機での変調処理による非線形歪および反射・散乱・回折によるマルチパス問題を克服しなければならない.また,スピーカとマイクの間に音響的フィードバックのあるhand-free移動体電話やテレビ会議システム等では,スピーカの非線形特性も対処し得る,エコーキャンセラを構築しなければならない.本研究では,上記の問題に対処するために,種々の非線形特性をボルテラ級数表現で記述すると共に,計算効率を上げるためにMUSIC法およびMSN法を用いたマルチパス信号の分離アルゴリズムの開発および分離後の各信号から送信信号を再生するアルゴリズムを開発した.また,計算機シミュレーションにより,提案手法の有効性を他の手法との比較により検証した.次に,受信信号および送信信号の統計量のみから送信信号を再生するために,遺伝的アルゴリズムを用いたブラインド型時空間RBF等化器を設計した.遺伝的アルゴリズムは,大域的に優れた探索効果を発揮するものの,局所探索法に比べて求解の精度が劣るという欠点がある.従って,提案手法では遺伝的アルゴリズムと局所探索法である改訂シンプレックス法を組み合わせたハイブリッド法を新たに提案した.また,提案手法を遺伝的アルゴリズムのみ用いた場合と比較することにより,提案手法が最適解の近似解により高速に収斂するかを,計算機シミュレーションにより明らかにした.スピーカとマイクの間に音響的フィードバックのあるhand-free移動体電話やテレビ会議システム等では,空間内におけるスピーカから出力された音声信号が,壁等に反射して引き起こされたエコー成分により,通信音声の質が著しく劣化する.先に研究代表者は共同研究により,ダブルトーク時においても係数更新を実施し得る相関アルゴリズムに基づくエコーキャンセラを開発し,その有効性を計算機シミュレーションで検証した.しかしながら,計算量の低減化およびスピーカの非線形特性の取扱いなど,実際的な問題に付いては言及していなかった.本研究では,エコーキャンセラの入力信号を格子型フィルタに通し,すなわち,入力信号を後向き予測誤差に線形変換することにより,演算量を大幅に削減することができるアルゴリズムを開発した.また,そのアルゴリズムの有効性を計算機シミュレーションにより明らかにした.次に,アレーアンテナを用いた到来角推定アルゴリズムを提案することにより,マルチパスを各パス毎に分離するために必要となるアルゴリズムを開発した.このことにより,部屋のインパルス応答の長さが,並列した短いインパルス応答の長さになることから,計算量の削減が可能となった.更に,スピーカによる非線形性を考慮するため,未知システムのインパルス応答をボルテラ級数で展開した非線形特性と仮定しフィルタ構築を行い,より実際的なモデルにも対応できるエコーキャンセラを設計した.また,観測信号からのみ非線形システムを同定できるようにするため,高次統計量を用いたブラインド同定法を開発し,その手法の有効性を計算機シミュレーションにより明らかにした.無線回線を介してのマルチメディア情報を利用者に提供する,マルチメディア無線通信サービスの実現には,送信機・受信機での変調処理による非線形歪および反射・散乱・回折によるマルチパス問題を克服しなければならない.また,スピーカとマイクの間に音響的フィードバックのあるhand-free移動体電話やテレビ会議システム等では,スピーカの非線形特性にも対処し得るエコーキャンセラを構築しなければならない.本研究では,上記の問題に対処するために,種々の非線形特性をボルテラ級数表現で記述すると共に,計算効率を上げるためにMUSIC法およびMSN法を用いたマルチパス信号の分離アルゴリズムの開発および分離後の各信号から送信信号を再生するアルゴリズムを開発した.また,計算機シミュレーションにより,提案手法の有効性を他の手法との比較により検証した.次に,受信信号および送信信号の統計量のみから送信信号を再生するために,遺伝的アルゴリズムを用いたブラインド型時空間RBF等化器を設計した.遺伝的アルゴリズムは,大域的に優れた探索効果を発揮するものの,局所探索法に比べて求解の精度が劣るという欠点がある.従って,提案手法では遺伝的アルゴリズムと局所探索法である改訂シンプレックス法を組み合わせたハイブリッド法を新たに提案した.また,提案手法を遺伝的アルゴリズムのみ用いた場合と比較することにより,提案手法が最適解の近似解により高速に収斂するかを計算機シミュレーションにより明らかにした.
室温で液晶性を示す両親媒性高分子の合成と水中での自己集合体形成

両親媒性高分子は水中でミセルなどの自己集合体を形成することが知られており,DDS等の薬物キャリアとして期待されている。本研究では,疎水性メソゲン基と親水性ポリエチレングリコール鎖とをポリメチルシロキサンの側鎖に導入することにより,室温付近で液晶性を示す新規な両親媒性液晶高分子を合成し,水中における高分子ミセル形成を検討した。その結果,合成した両親媒性高分子はメソゲン基含有率に依存して室温付近で液晶状態となることがわかった。さらに水中でサイズが200nm程度の高分子ミセルを形成し,その臨界ミセル濃度(CMC)が液晶-等方相転移に大きく影響されることが明らかとなった。このような液晶高分子ミセルに薬物を含有させ,温度変化による相転移を利用した薬物放出制御も試みた。本研究では,室温付近で液晶性を示す新規な両親媒性液晶高分子を合成し,水中における高分子ミセル形成とその医療応用を目的としている。本年度は,水中におけるPEG-g-LCPの自己集合体(高分子ミセル)形成を中心に調べ,液晶高分子ミセルの薬物キャリアーとしての有用性も検討した。その結果,本年度は以下のような研究成果が得られた。(i)水中における両親媒性液晶高分子のミセル形成平成23年度と同様の方法で両親媒性液晶高分子(PEG-g-LCP)を合成し,それを所定の溶媒に溶解させた後,溶媒交換を利用した透析法によって水中でPEG-g-LCPの自己集合体(高分子ミセル)を形成させた。その際に,溶媒の種類や濃度などの条件を変化させ,PEG-g-LCP高分子ミセルを形成させるための最適条件を見出した。次に,動的光散乱法(DLS)を用いて高分子ミセルのサイズを決定し,原子間力顕微鏡(AFM)などを用いてその形状観察を行った。また,ピレンなどの蛍光プローブの高分子ミセル中への取り込み状態を蛍光強度変化から調べ,PEG-g-LCPの臨界ミセル濃度(CMC)を決定した。(ii)両親媒性液晶高分子ミセルの温度応答性DLSを用いて様々な温度でPEG-g-LCP高分子ミセルの粒径を測定し,液晶ー等方相転移温度付近で粒径が大きく変化することがわかった。また,ピレンの蛍光強度変化からPEG-g-LCP高分子ミセルのCMCを測定し,温度によってCMCが大きく変化することが明らかとなった。このような液晶高分子ミセルのコア部分に疎水性薬物を含有させ,温度変化による相転移を利用した薬物放出制御も試みた。その結果,両親媒性液晶高分子ミセルを用いると,その液晶ー等方相転移温度で薬物放出が大きく変化した。したがって,両親媒性液晶高分子ミセルは温度変化により薬物放出制御できるDDSキャリアーとしての応用が期待できる。本年度は,室温付近で液晶性を示す両親媒性液晶高分子の合成を中心に,得られたポリマーのキャラクタリゼーションも行った。(i)両親媒性液晶高分子の合成これまでに報告してきたメソゲン基導入ポリシロキサンなどの合成方法を参考にし,柔軟な主鎖としてのポリメチルシロキサン(PMS)に疎水性メソゲン基と親水性PEG鎖を導入することにより,室温付近で液晶性を示す両親媒性液晶高分子(PEG-g-LCP)の合成を試みた。まず,所定の方法で疎水性のメソゲン基モノマーを合成した。次に,合成したメソゲン基モノマーおよび末端にメタクリレート基を有するPEG(PEGMA)を,白金触媒を用いてPMSの側鎖に付加反応させることにより,メソゲン基とPEG鎖を導入したPEG-g-LCPを合成した。さらに,メソゲン基やPEG鎖の導入量が異なるPEG-g-LCPを合成し,その組成を1H-NMRやFT-IRによって決定した。また,ii)の結果と連携して最適な両親媒性構造を有するPEG-g-LCPを合成するための反応条件を明らかにした。(ii)両親媒性液晶高分子の構造評価合成したPEG-g-LCPの液晶構造を評価するため,示差走査熱量計(DSC)を用いてガラス転移温度(Tg)および液晶ー等方相転移温度(TNI)を調べた。また,偏光顕微鏡を用いて各温度におけるPEG-g-LCPの液晶構造を観察し,液晶領域の確認とそのモルフォロジーを明らかにした。このようにして調べた液晶構造に及ぼすPEG-g-LCPのメソゲン基導入量やPEG鎖導入量の影響を調べ,室温付近で液晶状態となるPEG-g-LCPの合成条件を明らかにした。

疎水性のメソゲン基と親水性のポリエチレングリコール鎖をポリメチルシロキサンに導入することにより,両親媒性液晶高分子を行い,当初の予定よりも若干早めに合成方法を確立することができた。その結果,両親媒性液晶高分子のキャラクタリゼーションも行うことができ,今後は水中における高分子ミセル形成などに着手することができる。このような状況からほぼ順調に進展していると判断した。平成23年度の研究によって,室温付近で液晶性を示す両親媒性液晶高分子の合成に成功した。そこで,平成24年度は,当初の研究計画通りに,水中での高分子ミセル形成を試みる。特に,その臨界ミセル濃度(CMC)を決定し,高分子ミセル形成条件を明らかにする予定である。また,高分子ミセルを形成させた後,その温度変化による液晶構造変化に基づいて高分子ミセルの構造変化を誘起させる。さらに,その高分子ミセル内に薬物を内包させ,温度変化などの外部刺激による薬物放出制御機能について検討する予定である。次年度に使用する予定の研究費は,主に両親媒性液晶高分子を合成するための試薬に使用すると共に,一部の研究成果を国際会議で発表するための旅費としても使う予定である。また,予想よりも効率よく両親媒性液晶高分子を合成できるようになったため,実際に多量の両親媒性液晶高分子を合成し,高分子ミセルを形成させるための条件を検討するので,合成試薬や装置消耗品の購入に研究費を使用する。さらに,この液晶高分子ミセルを薬物キャリアとして検討するため,高価な薬物の購入のための物品費としても使用する予定である。また,一部ルーチン化できる実験には学生の補助などによって効率よく研究を進める予定であり,そのための謝金として使用する。さらに,研究成果を論文としてまとめて投稿するためにも研究費を使用する。なお,次年度への繰越金は,当初の予定では合成方法を確立するために合成試料を多量に必要とすることを予想していたが,予定よりも早く合成に成功した結果,次年度に予定している薬物放出実験などの実験回数を増やすために研究費として使用できるようになった。また,関連する国際会議での招待講演を依頼され,申請段階では予定に入っていなかった次年度の海外出張への旅費として使用することも考えている。
計算生体力学による微小循環系の細胞の機能と環境の相互作用の解明

微小循環における赤血球や白血球など細胞の流動および接着現象を計算機上に再現するため,細胞質・血漿の流体力学,細胞膜の固体力学,接着タンパクの結合を連立し,グラフィックスカードを用いて高速計算する手法を開発した.赤血球の大規模流動によって生じる赤血球の変形や見かけの粘度を定量化し,白血球やがん細胞の微小血管内の流動,血管壁上の回転運動および定常接着を解析した.微小循環における赤血球や白血球など細胞の流動および接着現象を計算機上に再現するため,細胞質・血漿の流体力学,細胞膜の固体力学,接着タンパクの結合を連立し,グラフィックスカードを用いて高速計算する手法を開発した.赤血球の大規模流動によって生じる赤血球の変形や見かけの粘度を定量化し,白血球やがん細胞の微小血管内の流動,血管壁上の回転運動および定常接着を解析した.微小循環系の細胞流動を計算するため,赤血球を始めとする細胞を内部流体と膜からなるカプセルで近似し,膜の固体力学に対する有限要素法と,細胞内外の流体力学に対する境界要素法あるいは格子ボルツマン法と連立する計算力学モデルを開発した.これをGraphics processing unit(GPU)計算として完全実装し,様々な条件下での細胞流動を大規模パラメトリック計算するための手法を構築した.赤血球流動によって生じる力学環境を定量化するため,せん断流れおよび管内流れにおける赤血球の変形量,張力,さらに粒子応力テンソル,自己拡散テンソルを解析した.これにより,管内流れにおいて赤血球の変形量は管中央,中間部,管壁近傍の三つの領域に区分できることを明らかにした.血小板血栓,白血球の免疫機能,マラリア感染による微小循環閉塞,がん細胞の血行性転移などに関わる細胞の接着現象はマルチステップの現象であり,この最初のステップは,細胞が管壁近傍へと移動するMarginadonである.細胞の大きさ,硬さ,赤血球体積率,血管径をパラメータとする大規模パラメトリック計算を行い,これらの細胞と赤血球の三次元的な相互作用の詳細とMarginadonとの関係を明らかにした.血小板は血管の損傷部に一次血栓を形成する.過去の研究では赤血球から受けるせん断力によって血栓が小さくなると報告されていたが,これらの研究では赤血球の変形能を無視していた.赤血球が変形能をもつ場合にはこれは誤りであり,血管壁と血栓の隙間を赤血球は大変形をして通過するため,血栓の大きさや形成速度に与える影響が小さいこと,一方で赤血球の変形量は血栓形成によって増大することを明らかにした.微小循環系の細胞流動を計算するため,これまでに,赤血球を始めとする細胞を内部流体と膜からなるカプセルで近似し,膜の固体力学に対する有限要素法と,細胞内外の流体力学に対する境界要素法あるいは格子ボルツマン法と連立し,Graphics Processing Unit(GPU)を用いて計算する計算手法を開発してきた.平成25年度はこれによる大規模パラメトリック計算を用いて,様々な条件下における細胞流動現象を解析した.赤血球流動によって生じる力学環境を定量化するため,準希薄カプセル懸濁液と濃厚カプセル懸濁液のレオロジー解析をそれぞれ実施し,粒子応力テンソルおよび自己拡散テンソルを算出し,それらとカプセルの変形および配向角度との関係を明らかにした.白血球の流動について,管径,白血球の変形能,赤血球体積率に対する大規模パラメトリック計算を実施し,細動脈相当のせん断速度においても,赤血球の追い越し挙動によって白血球のMarginationが効果的に生じることを示した.また,細動脈相当のせん断速度では,Marginationした白血球と血管壁間の距離は,接着を可能とする距離に比べ十分小さくないことを明らかにした.がん細胞の流動についても同様のパラメトリック計算を実施し,管径が大きくなると,白血球と同じくTrainからMarginationへと運動が移行することを示した.さらに,血小板血栓形成に関する膜タンパクのligand-receptor結合を計算力学モデル化し,shear-induced platelet aggregationの影響を明らかにした.微小循環系における細胞の流動および細胞の接着現象を計算するため,赤血球を始めとする細胞を内部流体と超弾性膜からなるカプセルで近似し,膜の固体力学に対する有限要素法と,細胞内外の流体力学に対する境界要素法あるいは格子ボルツマン法と連立し,さらにリガンド-レセプタ結合をモンテカルロ法で計算する計算手法を開発した.全てのプロセスをGraphics Processing Unit(GPU)を用いて計算することで,大規模なパラメトリック計算を可能にした.壁面近傍における細胞挙動について境界要素法に基づく解析を実施し,細胞のリフト速度に対するせん断速度勾配と壁面の寄与の関係を明らかにした.また振動流中における細胞の変形量を解析し,振動流中では定常流中に比べて過剰な変形を示すことを明らかにした.血管内の細胞の力学環境を明らかにするため,単純せん断流れ場に対するカプセル懸濁液のレオロジー解析を実施した.大規模パラメトリック計算によって,せん断速度に対する見かけの粘度の変化を定量化した.また白血球や血小板などサイズや硬さの異なるカプセルが混合している懸濁液に対しても同様の大規模パラメトリック計算を実施し,見かけの粘度を定量化した.白血球やがん細胞の微小循環における流動形態および流速を解析し,これらの細胞がMarginationした場合においても,血液の平均流速よりも高い速度で流動していることを明らかにした.またこれらの細胞と血管内皮細胞間のリガンド-レセプタ結合をBellモデルに基づくモンテカルロ法で記述し,微小循環内の回転運動および定常接着を再現した.26年度が最終年度であるため、記入しない。

計算バイオメカニクス26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度に開発した細胞流動のGPU計算手法は,京コンピュータで実施される規模の計算を研究室のクラスタで実行できるものであり,バイオメカニクス分野はもちろん計算力学分野においても最先端であるとして,国内外の学会で招待講演を依頼されるなど非常に注目されている.また,当初の計画では平成25年度に実施予定であった赤血球と血栓の相互作用についても雑誌論文を発表し,また膜タンパクのligand-receptor結合の計算力学モデルについても既に開発を始めており,成果だけでなく進捗状況も計画を上回るものである.にてAPCB 2013Awardを受賞した.生体医工学,計算力学,GPUに関する国内外の学会において招待講演を依頼されるなど非常に注目されており,当初の計画以上に進展していると判断している.26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画どおり,平成25年度はligand-receptor結合の計算力学モデルの開発を完了し,Marginationに続くTethehng,Rolling,Firmadhesionの接着過程について大規模パラメトリック計算を実施し,血小板,白血球,マラリア感染赤血球,がん細胞の接着現象と細胞環境の相互作用を解明していく.当初の計画どおり,平成26年度は,マラリア感染赤血球による微小循環障害,白血球の生理機能,がん細胞の血行性転移に関連する流動および接着現象について,それぞれがどのような共通点をもち,どのような相違点があるのか明らかにする.またこれまでに開発してきた細胞モデルを血管内皮細胞に応用する.26年度が最終年度であるため、記入しない。次年度使用額は,今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり,平成25年度請求額とあわせ,平成25年度の研究遂行に使用する予定である.次年度使用額は,今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である.平成26年度請求額とあわせ,平成26年度の研究遂行に使用する予定である.
米食の認知機能における有効性の検証

目的我々は先行研究において、ブドウ糖を摂取していたラット群が乳糖・果糖を摂取していた群よりも記憶が長く保持されるという結果を得た。本研究ではヒトにおいてもブドウ糖を多く含む米を主食とする群とそれ以外の主食の群では認知機能に差が出るのかどうかを調べることを目的とした。また、日本の主食である米食の優位性を検証するためのプレリミナリーな研究と位置付けた。方法健康な女子大学生22人を対象とし、主食を米(米群)、小麦(小麦群)とする2群に分けて30日間の食事介入を行った。介入は朝食の配布と食事内容の指示とし、朝食は主食の糖質がほぼ同じ量になるよう揃えた。総カロリーは約400kcalとし、米食群にはパックごはんと和食のおかず、小麦群にはパンと洋風スープを毎日配布した。一日のその他の食事については、それぞれの群の主食を意識して食べるよう指示し、食事内容、睡眠時間、カフェイン摂取量などについて日報を記入してもらった。認知機能の測定にはストループ試験II(サクセスベル社)を用い、食事介入期間の前後で実施した。結果1処理スピード=達成点、2処理の正確さ=正答数で検討した。統計解析にはJSTATを使用し、有意水準はp<0.05、対応のあるt検定にて検討した。結果1達成点に差は出なかったが、それぞれの群で介入の前後において点数が有意に上昇した(米前v.s.米後p=0.040、小麦前v.s.小麦後p=0.043)。2正答数に差は出なかったものの、それぞれの群で介入の前後において点数が有意に上昇した(米前v.s.米後p=0.003、小麦前v.s.小麦後p=0.003)。考察毎日朝食を摂取することで、両群とも有意に成績が上昇した。このことから、認知機能の維持には食事の摂取が重要であることが示された。食品間の違いの検出のためには、評価方法や介入方法の精度をあげ、さらに他の食品群についても検討を要する。
下等真核細胞の遺伝的制御系

昭和63年度の研究は以下の3分野にまとめられる。1)遺伝子発現制御系について、大嶋は、酵母(S.cerevisial)ホスファターゼ系遺伝子の転写に必要な正因子タンパク(312アミノ酸;aa)のC末端の約80aaに構造遺伝子との結合部位を、174227aaに負因子認識部位を認めた。さらに、正因子認識塩基配列として5′ーPyTAGCACNNA-3′を示した。深沢は、ガラクトース系について、負因子タンパク(435aa)に3種類の機能ドメインを確認した。さらに、第二の正の調節因子であるGAL11タンパクは、正因子認識配列がTATAボックスより離れて存在するときに機能することを観察した。2)環境の栄養状態を成熟分裂支配系に伝達する系について、分裂酵母(Schi. pombe)を対象に、下田は成熟分裂に特異的なmat1ーPi遺伝子上流に、他の窒素飢餓により転写が誘導される遺伝子と同じ5′ーCTTTGTTCCー3′配列を検出し、この配列をmap1タンパクが認識すると考えた。山本も分裂酵母について、cAMPカスケードとmei2などの成熟分裂開始制御遺伝子を連結すると考えられる3個の遺伝子を検出し、それらの塩基配列を決定した。3)細胞内物質の局在性と細胞増殖の制御について、安楽は酵母のCa^<2+>の細胞内濃度測定法を開発し、その細胞質濃度がαーフェロモンに敏感に反応して上昇することから、Ca^<2+>のセカンドメッセンジャーとしての機能を示唆した。宇野は間接蛍光抗体法で、cAMPがcAMP依存性プロティンキナーゼの制御サブユニットに結合することを確認し、このサブユニットタンパクの大部分が核に局在することを認めた。さらに、cAMPはイノシトールリン脂質カスケードをも正に制御することを観察した。sec12変異を多コピーで抑圧する遺伝子として分離されたSAR1遺伝子の機能について、中野はGALIpーSARI融合遺伝子を用いた実験により、SARIタンパクもSEC12と同じく、小胞体とゴルジ体間のタンパク質輸送に働くことを示した。
アルミニウム合金の水素脆化感受性支配因子の解明

平成30年度は、粒界近傍の金属組織が水素脆化におよぼす影響を調査するため、溶体化処理したAl-Cu-Mg合金に対して140°Cで72hまたは360hの時効処理を施した。Al-Cu-Mg合金で通常用いられる時効温度190°Cよりも低い温度で時効することで、水素脆化感受性が高いAl-Zn-Mg合金に近い粒界近傍組織を得ることをねらいとした。これらの時効条件は亜時効であることを予備実験で取得した時効硬化曲線より確認している。そして温度25°C、相対湿度90%以上の湿潤大気中で低ひずみ速度引張試験を行い、温度25°C、相対湿度5%以下の乾燥窒素ガス中での破断伸びと比較することで水素脆化感受性を評価した。その結果、いずれの時効時間においても試験環境によらず、破断伸びは同程度であり、140°Cで時効したAl-Cu-Mg合金では水素脆化は生じていないことがわかった。360h時効した試験片においては、破面に一部粒界割れが認められた。その粒界割れは微細なディンプルとレッジが混在した延性的な様相であった。粒界に沿った無析出帯の幅が狭く、粒界上析出物が微細な場合に、粒内のすべり帯による応力集中の結果として、レッジ形成型の粒界割れが形成されるといわれている。したがってAl-Cu-Mg合金が耐水素脆化特性に優れる理由は粒界近傍組織だけでは説明できないことを示唆している。また、Zn添加量を増大して高強度化したAl-Zn-Mg-Cu系合金の水素脆化感受性を調査した。120°Cで24hの時効処理を施した後に、広いひずみ速度範囲で試験を行った。湿潤大気中では中程度のひずみ速度では擬へき開割れ、低ひずみ速度では粒界割れが観察され、水素脆化が生じた。水素脆化感受性は市販7075アルミニウム合金よりも高くなっており、Zn添加量の増大は高強度化に有効であるが、同時に水素脆化感受性も高くなってしまうことがわかった。当初の計画では、平成30年度中に透過型電子顕微鏡によりAl-Cu-Mg合金の粒界近傍組織を観察し、粒界上析出物のサイズや数密度、無析出帯の幅などを定量して、水素脆化挙動との関係を明確にする予定であった。Al-Cu-Mg合金を低温で時効しても耐水素脆化特性は優れることを明らかにできたが、粒界近傍組織の観察が行えておらず、破面形態からの推察にとどまっている。以上のことから、現在までの進捗状況を"やや遅れている"とした。平成31年度は粒界上析出物のサイズや数密度の定量化にまず着手する。透過型電子顕微鏡を用いた観察では、観察視野が限られてしまうため、ガリウムの液体金属脆性を利用して粒界破面を形成させ、高分解能のSEMにて観察する手法を採用する。また、湿潤大気中から侵入する水素量が合金種により異なる可能性がある。重水素をトレーサーとして、各合金の侵入水素量を調査する予定である。

Al-Cu-Mg合金を低温で時効しても耐水素脆化特性は優れることを明らかにできたが、粒界近傍組織の観察が行えておらず、破面形態からの推察にとどまっている。以上のことから、現在までの進捗状況を"やや遅れている"とした。平成31年度は粒界上析出物のサイズや数密度の定量化にまず着手する。透過型電子顕微鏡を用いた観察では、観察視野が限られてしまうため、ガリウムの液体金属脆性を利用して粒界破面を形成させ、高分解能のSEMにて観察する手法を採用する。また、湿潤大気中から侵入する水素量が合金種により異なる可能性がある。重水素をトレーサーとして、各合金の侵入水素量を調査する予定である。
IVR技術による標的組織の微小循環系の制御を利用した抗腫瘍療法の開発

本研究では、標的組織の微小循環系および血管透過性の制御による抗腫瘍効果の向上を最終目的としたトランスレーショナルリサーチを進めた。IVR技術を用いた腫瘍の治療において血流の制御は重要な因子となるが、実際の阻血手技により組織内酸素飽和度がどの程度影響を受けるかは不明であった。そこで最初に正常組織で阻血による組織内酸素飽和度の変化について検討した。まず腎臓の虚血再灌流モデルを用いて、光音響画像装置による酸素飽和度画像化とその意義づけを行った。腎虚血再灌流モデルでは、虚血時間長くなると再灌流後の腎臓組織酸素飽和度の上昇にタイムラグが見られた。これは腎臓組織障害に伴う高度酸素代謝障害を反映している可能性があること、そしてそれを画像で評価可能であることを示していると考えられた。次に薬剤による腫瘍血管の変化を画像化する試みも施行した。作成したマウス皮下腫瘍モデルに抗血管新生阻害薬あるVEGF-trapを投与し、その血管透過性を主体とした奏功効果について、インドシアニングリーンと光音響装置の組み合わせることによって評価した。さらにラット血管造影手技を確立した上で、DENを用いたラット原発性肝癌モデルを作成した。また、一般臨床で用いられるCO2は造影剤として使用できると同時に血管拡張作用も持ち合わせるため、その腫瘍描出能への影響について検討した。血管拡張作用を有する反面、塞栓材としての性質も持ち合わせており、その浮遊性や異血管の開通リスク(肝では動脈門脈シャント、動脈静脈シャント)が高いことも示された。本研究では標的組織の微小循環系および血管透過性の制御による抗腫瘍効果の向上を目的としたトランスレーショナルリサーチを進めている。初年度である本年は、ヒト肝細胞癌に近い肝癌自然発生モデルラットの安定した作成に着手し成功した。従来の研究で用いられてきた中型大型実験動物へのVX2などの腫瘍移植モデルはヒト肝細胞癌に相当する癌環境を再現しているとは言い難いが、こうした中型大型動物での自然発癌の肝癌モデルの作成は報告されていなかった。今回、肝癌自然発生モデルラットを作成したことにより、ヒトの原発性肝細胞癌に相当する癌環境での研究を進めることが可能となった。また、こうした小動物での経血管的IVR技術を用いた実験を実施するため、小動物に適した短小な細径マイクロカテーテルを新たに開発した。このカテーテルを用いた経動脈的カテーテル操作の習熟に努めることで、安定した手技で実験を行うことが可能になった。こうして確立した実験系のもとで、肝癌の腫瘍内および腫瘍周囲の血管透過性を評価する前段階として、肝障害モデル(ラット)およびコントロール(ラット)におけるアルプロスタジル経動脈的投与における肝実質の血管透過性の評価を行った。血管透過性の評価にはエバンスブルーの漏出を定量するMilesassay法を用いたほか、新たなモダリティである光音響イメージングの血管透過性評価における有用性についても検討した。今後は、肝癌自然発癌モデルおよび肝転移モデルを用いて、各種血管作動性物質の血管透過性に与える影響、漏出した物質・薬剤の組織内分布および濃度、各種キャリアの組織内分布と血管作動性物質投与による組織内分布の変化について評価していく。また、各種粒子の流体内・生体内での挙動、光音響イメージングの臨床応用、作成した腫瘍モデルの表面マーカーについての検討、極細径マイクロカテーテルの開発も並行して進めていく。生理活性物質の経動脈的投与による背景肝および肝腫瘍の血管透過性の変化について検討するため、今年度は肝癌モデル動物の作成と実験系の確立および障害肝の血管透過性の評価を行った。従来、経血管的インターベンションの研究では、手技の難易度や安定性から家兎やミニブタといった中型大型の実験動物へのVX2などの腫瘍移植モデルが用いられる傾向にあったが、自然発癌の肝癌モデルの作成は報告されておらず、ヒトの原発性肝細胞癌に相当する癌環境を再現しているとは言い難い状況であった。そこで、ラット(系統Crlj:WI)へのDEN(diethylnitrosamine)投与により肝障害モデル、肝癌自然発癌モデルの作成を試み、動物実験用US、血管造影、CT、病理組織学的手法により、実験に用いた33匹全例で肝障害もしくは肝癌の発生を確認した。次に、麻酔方法の検討および新たな短小細径マイクロカテーテルの開発を行い、こうした小動物での安定した血管造影手技を確立した。その後、肝癌の腫瘍内および腫瘍周囲の血管透過性を評価する前段階として、障害肝における血管透過性の評価を行った。薬剤の血管透過性への影響を見るため、障害肝モデルラット(16匹)とコントロール群ラット(30匹)に対して、アルプロスタジルを総肝動脈あるいは固有肝動脈から動注し、血管透過性を評価した。血管透過性の評価にはエバンスブルーの漏出を定量するMilesassay法を用い、in vivoでエバンスーブルー投与後に血液を洗い流し、取り出した肝臓から抽出した色素を吸光度計にて測定した。また、経門脈的投与や経静脈投与についても検討を行った。さらに、新たなモダリティである光音響イメージングの血管透過性評価における有用性についても検討した。小動物での実験系確立に時間を要したため、当初予定の家兎を用いた実験は実施できなかった。本研究では標的組織の微小循環系および血管透過性の制御による抗腫瘍効果の向上を最終目的としたトランスレーショナルリサーチを進めている。今年度はラット腹部血行動態の評価のもとになる注入レートならびに注入量に関するデータの収集ならびに解析を行った。

ラットの導入・維持麻酔はイソフルランによる吸入麻酔で行い、正確な循環動態評価を行うためニューロサイエンス社のパルスオキシメータを導入して術中モニタリングを行った。また、フローの定量化を行うことを念頭に、初年度に開発した小動物用細径マイクロカテーテル1.7Frを用い、300mgI/mLの造影剤をマイクロインジェクターを用いて注入した。まず、上腸間膜動脈、腹腔動脈、総肝動脈、固有肝動脈からそれぞれ注入量固定で様々に注入レートを変化させてflow rateの評価を行い、その結果をもとに決定した固定レートで容量を変化させて動脈末梢の描出の程度を評価した。近年、ラットでの血管造影を用いた基礎研究が増加してきているが、血管造影(DSA)の基礎的検討を行うことは意義が大きい。文献的にも詳細な記述のないラット肝動脈の血管構築について良好なDSA画像を用いて詳細な検討できること、適切な注入レートや容量を定めることでこれに続く血管透過性の変化を観察する実験の基礎データにもなる。また、作成したDEN誘発肝癌ラットを用い、血管拡張薬(アルプロスタジル)や炭酸ガスの投与前後でのDSA画像の評価を開始した。さらに、染色剤Oil red-Oとリピオドールを混ぜた物質RIO(RIO;Red iodized oil)を使用し、リピオドールTACE後の組織切片上でのリピオドール分布の評価も開始した。さらに光音響イメージングを用いた血管透過性ならびに組織灌流評価につなげるため、正常および障害組織における組織酸素分圧の変化を光音響イメージングにより観察した。ラット血管造影における基礎的データの収集を行い、DSAによる循環動態評価における至適条件の設定を実施した。これをもとに、作成したDEN誘発肝癌ラットを用いた血管拡張薬(アルプロスタジル)や炭酸ガスの投与前後でのDSA画像の評価を開始し、予備的研究で一定の結果を得た。さらに、染色剤Oil red-Oとリピオドールを混ぜた物質RIO(RIO;Red iodized oil)を使用し、リピオドールTACE後の組織切片上でのリピオドール分布の評価も開始し、こちらでも予備的研究で一定の結果を得た。また、光音響イメージングによる生体組織のin vivoでの評価も進行している。こうした点で着実に動物実験の成果を得ているが、最終的な本研究まで至っていない点および予定していた粒子を用いた実験まで至っていない点から、(3)の「やや遅れている」と判断した。本研究では、標的組織の微小循環系および血管透過性の制御による抗腫瘍効果の向上を最終目的としたトランスレーショナルリサーチを進めた。IVR技術を用いた腫瘍の治療において血流の制御は重要な因子となるが、実際の阻血手技により組織内酸素飽和度がどの程度影響を受けるかは不明であった。そこで最初に正常組織で阻血による組織内酸素飽和度の変化について検討した。まず腎臓の虚血再灌流モデルを用いて、光音響画像装置による酸素飽和度画像化とその意義づけを行った。腎虚血再灌流モデルでは、虚血時間長くなると再灌流後の腎臓組織酸素飽和度の上昇にタイムラグが見られた。
骨髄間質細胞のリセット・分化転換と臓器再生に向けた開発研究

ラットおよびヒトの骨髄間質細胞から以下の選択的な分化転換系を開発した。ヒトおよびラットの骨髄間質細胞にNotch遺伝子を導入することによって神経幹細胞様に分化転換し、マーカーを発現することを見いだした。それらの細胞にサイトカイン刺激を与えると96%の細胞がpost-mitotic neuronになり、活動電位を記録することが出来た。この最終産物にはグリア細胞が一切含まれておらず、神経細胞だけで最終産物が構成されている。これらの神経細胞にさらにGDNFを投与するとドーパミン作動性ニューロンが40%近くに増加し、これらの細胞をパーキンソンモデルラットの線状体に移植したところ、apomorphin誘導の異常回転運動の顕著な症状改善を認めた。移植後の脳内でのドーパミン産生もHPLCで確認している。誘導メカニズムとしてNotch蛋白の部分欠損変異(deletion mutant)を導入し調べた。その結果ankyrin repeatsドメインにJAK-STAT系抑制効果があり、STATの抑制を介して神経誘導が行われていることが分かった。神経誘導とは逆にサイトカイン刺激を行った後にNotchを導入するとPax7陽性のsatellite cellが、さらに引き続き筋芽細胞が選択的に誘導される。上記の細胞に分化誘導をかけることによって筋芽細胞の融合が促進され、自発的な収縮能を持つ多核の骨格筋細胞が得られる。必ず、一部に幹細胞と考えられているsatellite cellが残り、分裂と分化誘導を繰り返すことができる。最終産物では骨格筋のマーカーであるMyoD, myogenin, MRF4、筋収縮蛋白などの発現が確認されている。筋管細胞をcardiotoxinで障害したratおよび筋ジストロフィーのモデルマウスであるmdx-nude mouseの前脛骨筋に移植すると、生着しdystrophinの発現を認めた。還元剤であるbeta-mercaptoethanolを投与し、その後分化誘導剤であるレチノイン酸と成長因子を与えるとSchwann細胞が誘導される。これらのSchwann細胞を末梢神経および中枢神経の損傷系に移植すると神経線維の再伸長を認め、また跳躍伝導の回復を認めた。ミエリンの再形成も確認された。骨髄間質細胞は採取が容易で培養下にて旺盛に増殖し、倫理的な問題が無い。また免疫拒絶の無い自家移植系の確立が可能である。本研究においては神経系の発生分化に関与するNotch遺伝子の導入とサイトカイン刺激を加えることでほぼ全細胞が選択的に神経細胞に分化する方法を見いだしたので報告する。ヒトおよびラットの骨髄間質細胞において、Notch細胞内ドメインの遺伝子を導入することによって神経幹細胞様に分化転換することを見いだした。遺伝子導入された細胞は神経幹細胞に特異的なマーカーを発現しpromoter解析においてもそれらの因子の活性が有意に上昇していた。これらの神経幹細胞様に分化転換した骨髄間質細胞にある特定のサイトカイン刺激(bFGF, Forskolin, CNTF)を与えると9698%という非常に効率の高い選択的な神経誘導が引き起こされる。誘導された神経細胞は神経マーカーを発現しておりBrd-Uの実験から分裂を終えたpost-mitotic neuronであることが確認された。またパッチクランプ実験においてpotasium currentが計測されに神経細胞であることが示唆された。RT-PCR, luciferaseアッセイ、ウェスタンブロット、免疫組織化学の解析を用いて調べた結果、この最終産物にはグリア細胞が一切含まれておらず、神経細胞だけで最終産物が構成されていた。

これらの神経細胞にさらにGDNFを投与することによってTH-陽性細胞が40%近くに増加し、これらの細胞をパーキンソンモデルラットの線状体に移植したところ、apomorphin誘導の回転運動、paw reachingtest、adjusting step testにおいて顕著な改善を示した。また脳内でドーパミンを産生し顕著な症状改善を認めた。神経誘導のメカニズムを調べた結果ankyrin repeatsドメインに神経誘導活性の中心があることが分かった。これらの神経誘導の他にmyelin形成能を持つシュワン細胞の誘導と骨格筋誘導も解析を行っている。グリア分化因子とされてきたNotch遺伝子が、神経系とは全く異なる間葉系の骨髄間質細胞に導入すると神経分化に働いたという結果を得た。ラットおよびヒトの骨髄間質細胞から以下の選択的な分化転換系を開発した。ヒトおよびラットの骨髄間質細胞にNotch遺伝子を導入することによって神経幹細胞様に分化転換し、マーカーを発現することを見いだした。それらの細胞にサイトカイン刺激を与えると96%の細胞がpost-mitotic neuronになり、活動電位を記録することが出来た。この最終産物にはグリア細胞が一切含まれておらず、神経細胞だけで最終産物が構成されている。これらの神経細胞にさらにGDNFを投与するとドーパミン作動性ニューロンが40%近くに増加し、これらの細胞をパーキンソンモデルラットの線状体に移植したところ、apomorphin誘導の異常回転運動の顕著な症状改善を認めた。移植後の脳内でのドーパミン産生もHPLCで確認している。誘導メカニズムとしてNotch蛋白の部分欠損変異(deletion mutant)を導入し調べた。その結果ankyrin repeatsドメインにJAK-STAT系抑制効果があり、STATの抑制を介して神経誘導が行われていることが分かった。神経誘導とは逆にサイトカイン刺激を行った後にNotchを導入するとPax7陽性のsatellite cellが、さらに引き続き筋芽細胞が選択的に誘導される。上記の細胞に分化誘導をかけることによって筋芽細胞の融合が促進され、自発的な収縮能を持つ多核の骨格筋細胞が得られる。必ず、一部に幹細胞と考えられているsatellite cellが残り、分裂と分化誘導を繰り返すことができる。最終産物では骨格筋のマーカーであるMyoD,myogenin,MRF4、筋収縮蛋白などの発現が確認されている。筋管細胞をcardiotoxinで障害したratおよび筋ジストロフィーのモデルマウスであるmdx-nude mouseの前脛骨筋に移植すると、生着しdystrophinの発現を認めた。
位置間の進化系統距離に基づくインフルエンザウイルス塩基配列集合の解析

本研究では,塩基配列から進化系統樹を推定し,葉のラベルをある位置の塩基に置換した再ラベル進化系統樹,および,その二分枝を剪定することで得られる剪定進化系統樹に基づいてA型インフルエンザウイルスの塩基配列の解析に取り組んだ.まず,剪定進化系統樹間の距離としての剪定距離を導入し,剪定距離に基づくクラスタリングによってA型インフルエンザウイルスのパンデミックを解析した.次に,進化系統樹に適用可能かつ多項式時間計算可能な合致部分木マッピングカーネルと葉間パスカーネルを導入し,再ラベルおよび剪定進化系統樹を類別用することで,A型インフルエンザのパンデミック,地域間相違,パッケージング位置を解析した.本研究では,塩基配列から進化系統樹を推定し,葉のラベルをある位置の塩基に置換した再ラベル進化系統樹,および,その二分枝を剪定することで得られる剪定進化系統樹に基づいてA型インフルエンザウイルスの塩基配列の解析に取り組んだ.まず,剪定進化系統樹間の距離としての剪定距離を導入し,剪定距離に基づくクラスタリングによってA型インフルエンザウイルスのパンデミックを解析した.次に,進化系統樹に適用可能かつ多項式時間計算可能な合致部分木マッピングカーネルと葉間パスカーネルを導入し,再ラベルおよび剪定進化系統樹を類別用することで,A型インフルエンザのパンデミック,地域間相違,パッケージング位置を解析した.本年度は,塩基配列集合のどの位置の塩基が進化系統に影響を与えているかを解析するために,塩基配列の集合から進化系統樹を推定し,その進化系統樹の葉のラベルをある位置の塩基に置き換えた再ラベル進化系統樹,および,再ラベル進化系統樹に近隣剪定法を適用して得られた剪定進化系統樹を導入した.そして,進化系統距離として,剪定進化系統樹のLCA保存距離とMAST距離を剪定距離として定式化した.また,インフルエンザウイルスの塩基配列集合に剪定距離に基づくクラスタリングを適用することで,インフルエンザウイルスのパンデミック前後における塩基配列位置を解析した.特に,塩基配列位置のクラスタリングについて,分離位置のクラスタリングと混合位置のクラスタリングの二つの手法を導入し,混合位置のクラスタリングでは,パンデミック前後の緩やかなクラスタを見つけることに成功した.さらに,再ラベル進化系統樹および剪定進化系統樹に適用可能な進化系統樹に対するカーネルとして合致部分木マッピングカーネルを新たに導入し,葉の数の二乗時間で計算するアルゴリズムを設計した.そして,合致部分木マッピングカーネルをインフルエンザウイルスの塩基配列から構成された再ラベル進化系統樹および剪定進化系統樹に適用することにより,パンデミック前後のインフルエンザウイルス,および,ある地域で発生するインフルエンザウイルスと別の地域で発生するインフルエンザウイルスを高精度で分類することに成功した.本年度は,昨年度に引き続き,塩基配列の集合から進化系統樹を推定し,その進化系統樹の葉のラベルをある位置の塩基に置き換えた再ラベル進化系統樹,および,再ラベル進化系統樹に近隣剪定法を適用して得られた剪定進化系統樹を解析するための進化系統樹カーネルを設計し実装することで,塩基配列位置の解析を進めた.進化系統樹カーネルとしては,最近共通先祖と葉のラベルを保存するマッピングを数え上げる合致部分木マッピングカーネル,および,葉と葉の間のパスを数え上げる葉間パスカーネルを導入した.そして,これらの進化系統樹に加えて,配列カーネル,重集合カーネル,文字列カーネルという塩基配列を直接入力とする塩基配列カーネルを比較対象として,インフルエンザウイルスのパンデミック解析や地域間相違解析,および,パッケージングシグナル位置解析に取り組んだ.その結果,塩基配列カーネルは,パンデミック解析とパッケージングシグナル位置解析では高精度での分類に成功したものの,地域間相違解析では分類に失敗した.また,合致部分木マッピングカーネルはパンデミック解析と地域間相違解析では高精度の分類に成功したものの,パッケージングシグナル位置解析では分類に失敗した.一方,葉間パスカーネルでは,パンデミック解析,地域間相違解析,パッケージングシグナル位置解析のいずれの場合も高精度での分類に成功した.知能情報学当初の計画より早く,進化系統距離とそれに基づくクラスタリング,および,再ラベル進化系統樹および剪定進化系統樹に適用可能な進化系統樹に対するカーネルとして合致部分木マッピングカーネルの設計まで到達することができたため.再ラベル進化系統樹および剪定進化系統樹に適用可能な進化系統樹に対するカーネルとして,新たに葉間パスカーネルを設計して実装する.また,これまでの設定では,パッケージングシグナル位置解析にはこれらのカーネルの精度が非常に悪くなったため,その解決策を探る.さらに,進化系統樹を葉ラベル木まで拡張した場合のカーネル設計に対する理論的な可能性を追求する.予定していた人件費を使用せずに済んだため昨年度購入予定だった物品を購入する
酸化ストレスと非アルコール性脂肪肝発症の関係解明

我々の以前の研究によって、日本人は軽度な肥満にもかかわらずメタボリックシンドローム、高中性脂肪血症が多いことが明らかとなった(Lancet 2004)。これは、高炭水化物食摂取による肝臓での酸化ストレスと脂肪新生(de novo lipogenesis)が原因と考えられ、脂肪肝(NAFLD)の発症にも大きく関与している。そこで、食事誘導モデルマウスを用い、高炭水化物食の影響を解析した。さらにヒト介入研究、断面研究でのサンプルを用いて、食行動や脂質代謝に関連する遺伝子多型と肥満、血中パラメーターを解析した。日本人に適したメタボリックシンドローム、脂肪肝の予防について検討した。我々の研究で、炭水化物を多く摂取する日本人や韓国人では、軽度な肥満にもかかわらず高中性脂肪血症が多く、これは肝臓での脂肪新生(de novo lipogenesis)が原因で、非アルコール性脂肪肝(NAFLD)発症にも関与していると考えられた(Lancet, 2004, Eur J Clin Invest, 2004)。この脂質新生の促進には、肝臓での酸化ストレスが大きな要因であると予想された(Eur J Nutr, 2011)。そこで実験動物を用い、食事直後の遺伝子発現量の変化と食事誘導脂肪肝マウスを解析することで、酸化ストレスと脂肪肝の関係を解析した。非アルコール性脂肪肝を発症していない通常マウスに高炭水化物食、高脂肪食、普通食を単回投与し、食事摂取直後の遺伝子発現挙動の解析行うため、肝臓、脂肪組織等の各臓器を採取した。食事摂取後の遺伝子発現の挙動を明らかにするするため、脂質合成・代謝遺伝子の発現を制御していると思われる調節遺伝子(SRBP1c、LXR、PGC1、PPARα,γ)、酸化ストレス関連遺伝子を中心に解析を行っている。また、食事誘導の非アルコール性脂肪肝モデルマウスとして、高炭水化物食、高脂肪食(低炭水化物食、バターを含む)、普通食を等カロリー投与マウスに与える。体重をモニターし、肥満ともに発症する非アルコール性脂肪肝を確認した。ヒト介入研究、断面研究では、ヒト教育介入研究、島根大学疾病予知予防研究拠点で行っているヒト断面・コホート研究を利用し、食事内容と肥満の関係を解析を行っている。また、これらのヒト試験の解析から、中枢神経で発現が認められており、これまで日本人では報告されていなかったCNR1多型、同じく中枢神経で発現が認められているMC4R多型で肥満発症リスクと関係していることを公表した。これらは、食行動に関係していると考えられ、現在、解析中である。非アルコール性脂肪肝を発症していない通常マウスに高炭水化物食、高脂肪食、普通食を単回投与し、食事摂取直後(0、2、6、12時間後)の遺伝子発現挙動の解析行うため、肝臓、脂肪組織等の各臓器を採取した。現在、食事摂取後の遺伝子発現の挙動を明らかにするするため、脂質合成・代謝遺伝子の発現を制御していると思われる調節遺伝子(SRBP1c、LXR、PGC1、PPARα,γ)、酸化ストレス関連遺伝子を中心に解析を行っている。また、食事誘導の非アルコール性脂肪肝モデルマウスとして、高炭水化物食(主にコーンスターチ)、高脂肪食(低炭水化物食、バターを含む)、普通食を等カロリー投与マウスに与える。ヒト介入研究、断面研究では、当教室でこれまでに行ったヒト教育介入研究(約500人)、島根大学疾病予知予防研究拠点で行っているヒト断面・コホート研究(5000人)を利用し、食事調査、血中パラメーター解析を行った。これらの血液サンプルからDNAを抽出し、これまで肥満関連遺伝子とした候補に挙がっている遺伝子の多型を解析した。この研究から、中枢神経で発現が認められており、これまで日本人では報告されていなかったCannabinoidReceptor1多型が肥満発症リスクと関係していることを公表した。当初計画では、24年度は動物実験を中心に行い、1食事摂取直後の遺伝子発現挙動の解析2高炭水化物誘導の非アルコール性脂肪肝モデルマウスの飼育、3非アルコール性脂肪肝と酸化ストレスの関係の分子挙動解析、25年度に4非アルコール性脂肪肝と酸化ストレスの関係の分子挙動解析(前年度に引き続き)5ヒト介入研究、断面研究ヒト試験サンプルを用いた解析を行う予定であったが、ヒト試験でのサンプル解析を同時進行で行ったため、非アルコール性脂肪肝モデルマウスの飼育と解析が予定より遅れている。

しかしながら、この遅れは25年度に、充分回復可能である。また、1食事摂取直後の遺伝子発現挙動の解析、3非アルコール性脂肪肝と酸化ストレスの関係の分子挙動解析は予定どおりの達成度である。主に25年度に予定していた5ヒト試験サンプルを用いた解析では、当初計画以上に進んでおり、論文発表(J Atheroscler Thromb. 2012;19:779-85.Genet Test Mol Biomarkers. 2013; 17:16-20. Shimane J. Med. Sci.2012; 29:1-12)、学会発表(日本衛生学会若手優秀演題賞)を行った。また、本研究課題からの発展的課題として、酸化ストレス抑制と非アルコール性脂肪肝予防のための関係の分子挙動解析があるが、これに関連する抗酸化物質(フラボノイド)等の食品由来成分による肝臓での酸化ストレスの抑制と脂質代謝に及ぼす影響の解析を進めることができた。前年度に引き続き、高炭水化物誘導の非アルコール性脂肪肝モデルマウスの飼育を島根大学総合科学研究支援センター実験動物分野で行い、高炭水化物食(主にコーンスターチ)、高脂肪食(低炭水化物食、バターを含む)、普通食を等カロリー投与マウスに与え、体重をモニターし、肥満ともに発症する非アルコール性脂肪肝確認する。麻酔下で採血し、血漿中のブドウ糖、インスリン、中性脂肪、リン脂質、総コレステロール、HDL-コレステロール、遊離脂肪酸などの生化学的指標の測定を行い、糖・脂質代謝異常への影響を解析する。脂肪肝のマーカーであるAST、ALT、γ-GTPを測定すると同時に酸化ストレスマーカーを測定する。また、これらの臓器を用いた非アルコール性脂肪肝と酸化ストレスの関係の分子挙動解析として、脂質合成・代謝関連遺伝子、酸化ストレス関連遺伝子の発現解析をReal time PCR法により行う。SCD-1、FASをはじめとする脂質合成・代謝遺伝子、その上流に位置する調節遺伝子(SRBP1、PPARα,γ等)の発現解析をする。長期、短期投与での遺伝子発現プロファイルの比較によって、食事内容によって慢性的に誘導されている遺伝子を明らかにする。さらにNADPHオキシダーゼ等ミトコンドリアでの代謝に関係する遺伝子を中心に酸化ストレス関連遺伝子を解析する。体重変化、血液生化学検査、臓器中の脂質成分含量、臓器の形態学的解析から得られた結果と脂質合成・代謝関連遺伝子と酸化ストレス関連遺伝子の発現プロファイル解析から得られた結果を合わせて検討し、非アルコール性脂肪肝と酸化ストレスの関係を分子メカニズムで明らかにする。ヒト介入研究、断面研究サンプルを用いた解析では、前年度に引き続き、肥満関連遺伝子候補の多型を解析し、食事等の生活習慣、肥満関連疾患の発症頻度等との関係を解析する。