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臍帯由来間葉系幹細胞を用いた放射線性唾液腺機能障害の回復

今年度はin vivoモデルを作出し、臍帯由来MSCの移植が唾液量を増加させることができるかを検討した。マウス頭頸部に8Gyのエックス線を照射するで、唾液量が減少することを確認した。尾静脈より臍帯由来MSCを注入し、その影響について検討を行った。1回投与では有意な唾液量の増加は認められなかったが、照射直後および1週後に再投与を行うことで、唾液量の有意な増加を確認した。また、唾液腺重量の増加は認められなかったことから、唾液腺組織の再生が示唆された。そのメカニズムについては、in vitro実験の結果から、臍帯由来MSCからの液性因子の効果が主であり、接触による影響は少ないことが示唆された。本研究の最終的な目標は、幹細胞による萎縮唾液腺の新たな治療法の開発である。本研究の目的は、細胞移植による機能回復メカニズムの解明を行うとともに、さらに効果的、実用的な治療法開発へつなげるため、同種より採取可能なヒト臍帯由来間葉系幹細胞(Mesenchymal stem cells, MSC)を用いた萎縮唾液腺の機能回復の可能性について検討することである。始めに、唾液腺のin vitro放射線障害モデルを用いた体性幹細胞による唾液腺細胞の機能回復について検討を行った。単離した唾液腺細胞を浮遊培養し、さらに接着させて継続培養することで、上皮細胞は導管、および腺房へと分化する。また、この唾液腺上皮細胞の培養系に対して放射線照射を行うことで、唾液腺細胞の増殖能の抑制と機能低下が見られる。この培養細胞と骨髄単核球分画(MNC)と共培養を行うことで、in vitro放射線障害モデルにおいても、MSCによる唾液腺の機能回復が認められている。本年度は、ヒト臍帯由来MSCを用いて、同様の共培養が可能かどうかを検討した。ヒト臍帯由来MSCはDMSO中に凍結されており、解凍後直ちにPBSにて洗浄を行い、必要細胞数を同一培地にて懸濁後共培養に用いた。ヒト臍帯由来MSCは共培養下にて安定して増殖可能であった。そこで、同一の環境下におけるヒト臍帯由来MSCの特徴を理解するため、従来研究に用いてきた骨髄単核球細胞および骨髄由来間葉系幹細胞を用いて、ヒト臍帯由来MSCとの比較検討を行った。種差のため単純な比較は困難であるが、同一細胞数では、骨髄単核球および間葉系幹細胞と比較してAQP-5の遺伝子発現の高い発現が認められた。ヒト臍帯由来MSCについて、in vitro唾液腺萎縮モデルによる共培養が可能であることを確認した。また、非培養の骨髄単核球細胞や骨髄由来間葉系幹細胞と比較することで、臍帯由来MSCは優れた唾液腺機能回復機能を持つ可能性が示唆された。in vitroモデルを用いた研究については、この唾液腺機能回復作用が細胞間の接触を伴わない条件で認められることが明らかとなっている。しかしながら、接触によってより大きな効果が現れるかどうかは明らかではない。接触する共培養では細胞が混在するため、細胞数や発現遺伝子の解析が困難となる。したがって、現在接触培養における影響を検出可能な実験系を開発中である。また、細胞の治療効果はin vivoにおける実験系でも確認する計画である。これまでにマウスを用いた放射線照射を行い、マウスの生存と唾液量の変化について検討を行い、条件の最適化を行っている。また、細胞の治療効果はin vivoにおける実験系でも確認している。結果として放射線照射を行ったマウス唾液量の回復が認められたため、臍帯由来間葉系幹細胞による放射線性唾液腺障害治療の有効性が示唆された。メカニズムの詳細は不明だが、in vitroモデルを用いた検討で、直接の接触なく腺房マーカーの発現が増加したことから、移植した細胞からの液性因子が腺房の機能回復に作用している可能性が示唆された。本研究では尾静脈から2回の細胞投与を行ったが、蛍光色素を用いた解析では4週後に唾液腺に生着した細胞数は多くなかった。従って、今後投与回数を増加するなど、細胞移植の条件について更に検討を行って行く予定である。

in vitro実験系においては、臍帯由来MSCによる腺房細胞の機能回復が確認されている。したがって、今後の重要な検討は、そのメカニズムを検討することである。細胞移植による機能回復のメカニズムについては、これまで神経細胞に対する影響などが検討されており、主として液性の因子である増殖因子やmicroRNAなどによる効果が示されている。その一方で、接触による影響については実験系の困難さから明らかになっていない。機能回復のメカニズムを解析するためには、接触による直接の作用についても明らかにする必要が有ると考え、現在その実験系確立を試みている。直接の影響が明らかになれば、液性因子の貢献度もより明瞭になることが期待される。その一方で液性の因子については、網羅的遺伝子解析が必要である。現在臍帯由来MSCの発現遺伝子について、解析の準備を行っている。今後発現遺伝子医に関する情報が得られ、さらに骨髄由来MSCとの差が明らかとなれば、細胞による機能回復のメカニズムがさらに解明されることが期待される。再生医療東京大学医科学研究所から松本歯科大学に異動があったため研究環境が変化し、対応しきれなかった。そのため予定していた研究費を使用することが出来ず、執行率が悪かった。今年度は研究補助員を導入し研究を遂行する。学会発表、論文作成を行う予定である。
口腔癌治療のためのナノバブルと超音波を用いた画像診断・分子導入システムの開発

本研究は、口腔癌の診断・治療に応用可能なナノバブル(NB)と超音波(US)を用いた新しい画像診断・分子導入法を開発することを目的とし、NBとUSを用いた微小腫瘍血管の三次元構築画像に基づいた画像診断システムの開発、およびNBとUSを用いた新しい分子導入システムの開発を検討した。その結果、現在臨床応用されている画像診断法では検出困難な微小癌病巣の検出に成功し、さらに、実験腫瘍における治療実験で本法の有用性を確認することができた。口腔癌の治療成績の向上には、所属リンパ節転移や治療後の局所再発の早期診断が不可欠である。所属リンパ節転移や局所再発の画像診断としては、現在、X線CTやMRIあるいはPETが有効な手段として常用されている。しかし、微小な所属リンパ節転移や術後変化を伴った部位での初期の局所再発の診断に関しては、X線CTやMRIあるいはPET等の画像診断では捉えられない場合が多く、結局のところ切除組織標本の病理組織学的診断に委ねざるを得ないのが現状である。本研究の目的は、ナノバブルと超音波を用いた新しい画像診断・分子導入システムを開発し、口腔癌の所属リンパ節転移や局所再発の早期診断・治療に応用し、口腔癌の治療成績の向上に寄与することである。平成19年度においては、Luciferase遺伝子が恒常的に発現したMRL/Tn-gld/gldマウス由来のMRL/N-1細胞を用いて、臨床試験導入用リンパ節転移モデルの確立を目指した。本研究において、リンパ節腫脹をきたすMRL/MpJ-lpr/lprマウスの鼠径リンパ節に、MRL/N-1細胞を1x10^5個を接種したところ、9日後には他のリンパ節への転移を認めた。このリンパ節転移モデルを対象として検討したところ、音響性ナノバブルと高周波超音波(中心周波数40MHz)イメージングシステムを使用することで、リンパ節内に形成された腫瘍の可視化と転移リンパ節内血管構造の抽出および血管密度の定量化をおこなうことが可能になった。また、ナノバブルと超音波を用いた分子導入システムを用いて、腫瘍細胞に分子マーカーを導入し腫瘍細胞の動態を把握することや、HSV-tk自殺遺伝子の導入などによる遺伝子治療を可能にする治療実験モデルを開発することができた。平成20年度においては、ナノバブルと超音波を用いた画像診断システムモデルの診断精度をマウス実験腫瘍モデルを用いて検討し、一方で、ナノバブルと超音波を用いた薬剤導入システムによるシスプラチン(CDDP)の抗腫瘍効果の増強について検討した。画像診断システムの開発に関しては、ルシフェラーゼ発現腫瘍をマウス皮下に接種し、この腫瘍の増殖をナノバブルと超音波を用いた画像診断システムで、腫瘍微小血管の三次元構築画像として経過時的に捉えるとともに、in vivo生体発光イメージングシステムを用いて腫瘍の増殖状態を確認した。さらに上記画像診断システムによる腫瘍の大きさの計測結果とキャリパーによる腫瘍の大きさの実測結果とを比較検討し、ナノバブルと超音波を用いた画像診断システムの診断精度を検討した。その結果、本画像診断システムを用いることにより、数mmレベルの腫瘍の腫瘍微小血管の三次元画像の構築が可能であり、この腫瘍血管の構築画像を解析することにより、本診断システムが、これまでの画像診断法では診断が困難であった口腔癌の微小リンパ節転移や局所再発の早期診断に有用である可能性が示唆された。一方、ナノバブルと超音波を用いた分子導入法による腫瘍細胞への薬剤導入促進効果を検討するために、CDDPと分子量が近いcalcein分子の培養腫瘍細胞への取り込みを定量的に検討し、さらに、本法によるCDDPの抗腫瘍効果をMTTアッセイ、DAPI染色、およびCaspase-3アッセイにて検討した。また、ルシフェラーゼ発現腫瘍細胞をマウスに移植し、CDDPを投与、生体発光分子イメージングシステムにより、ナノバブルと超音波を用いた分子導入法による抗腫瘍効果の増強について検討した。その結果、ナノバブルと超音波を用いた分子導入法により、CDDPの腫瘍細胞への取り込み量が増大し、抗腫瘍効果が増強する可能性が示唆された。これまで我々はナノバブルを超音波造影剤として用いることにより、腫瘍微小血管を二次元および三次元画像として抽出し、この血管構築画像から悪性腫瘍の所属リンパ節転移や局所再発を早期に診断する画像診断システムの開発を試みてきた。平成21年度においては、これまで我々が開発してきたナノバブルと高周波超音波を用いた画像診断システムモデルにより得られた腫瘍血管抽出画像が、どのような病理組織学的所見に対応するものかを実験腫瘍を対象にし、免疫病理組織学的に検証してみた。【実験方法】ルシフェラーゼタンパク発現腫瘍をマウス皮下に接種し、in vivo生体発光イメージングシステムを用いて腫瘍の増殖状態を経過時的に捉えるとともに、この実験腫瘍をナノバブルと高周波超音波を用いた画像診断システムで、腫瘍微小血管の二次元および三次元構築画像として可視化した。

さらに、ナノバブルと高周波超音波を用いた画像診断システムによる画像解析結果と、これらの画像情報を取得した直後に採取した病理組織標本を腫瘍血管に対する抗体を用いて免疫組織化学的に検討した結果とを比較検討することにより、ナノバブルと高周波超音波を用いた画像診断システムモデルにより得られた腫瘍血管抽出画像が、どのような病理組織学的所見に対応するものかを検証した。【結果および考察】本研究で提唱したナノバブルと高周波超音波を用いた画像診断システムを用いることにより、直径数mmレベルの腫瘍の微小血管の二次元および三次元画像の構築が可能であり、この腫瘍微小血管の構築画像のパターンは、腫瘍血管に対する免疫組織化学的解析結果により明らかとなった腫瘍微小血管の分布と一致するものであり、本診断システムが、これまでのCT、MRI、あるいはPET等では診断が困難であった悪性腫瘍の早期診断に有用である可能性が示唆された。
閉塞性血栓性血管炎(バージャー病)の遺伝要因に関する国際学術研究

バージャー病は主として下肢血管に生じてくる難治性の中型の血管炎である。他の上肢血管や腹部血管など様々な部位に生じ、病埋学的には免疫細胞の浸潤を伴う非特異的な炎症所見を認める。その成因として喫煙との関連が言われているが、現在までのところ明らかではない.本研究ではバージャー病発症の成因の手がかりとしての遺伝要因に注目し、特に免疫制御遺伝子であるHLAのならびにその近傍にあるMICA遺伝子との関連について本症が多いアジア、中近東、中南米諸国の本症患者の遺伝子レベルでの精密なタイピングをわが国を中心として進めた。現在までのところ本症の遺伝子レベルでのHLAタイピングは、我々のグループが日本人患者を用いて進めており、本研究の開始時点でHLAクラスIIHLA-DR4D、15a、16との相関が明らかになってきた.そこで諸外国との比較研究は本症発症におけるHLAの役割を理解する上で重要な貢献をするものと考えられた。本研究は大きく分けてバージャー病患者の診断基準作製、登録、各国における非罹患健常者対照群の登録、遺伝子の単離、HLA遺伝子のタイピングというHLAの分子レベルでの解析のパートとプロトコールの作製、検討ならびにタイピング結果の解析のための国際会議の大きく2つのパートよりなった。参加国はアジアからは日本、タイ、インド、中近東からはイスラエル、更に中南米からはメキシコ、コロンビア加えて米国よりバージャー病の専門家の参加を得ることができた。国際会議は平成9年度は11月4日より6日まで長野県軽井沢町にて、また第二回を平成10年10月5日より8日まで米国アトランタにおいて開催した。両方の会では、バージャー病の多発するアジアならびに中南米諸国から研究者を招き1)その臨床病態、2)病理、3)本症の血栓形成性の分子メカニズム、特に血小板凝集能や凝固因子活性との関連、4)危険因子としての喫煙の分子病理、5)本症の遺伝要因、特に免疫制御遺伝子HLAと本症との相関、6)本症の診断、特に接着因子や凝固関連蛋白の検討、7)本症の画像診断の7つのプロジェクトを中心として据え、さらに他の大型の血管炎である高安動脈炎や側頭動脈炎、炎症性大動脈瘤との比較検討により本症の病因ならびに病態について検討を行った。バ-ジャー病は主として下肢血管に生じてくる血管炎であるが、他の腹部血管など様々な部位に生じ、病理学的には免疫細胞の浸潤を伴う非特異的な炎症所見を認めるが、その成因は現在までのところ明らかではない。そこで本研究ではバ-ジャー病発症の病態を分子レベル検討するため、免疫制御遺伝子であるHLAとの関連についてアジア、中近東、中南米諸国の本疾患者のゲノムDNAを単離し遺伝子レベルでの精密なタイピングをわが国を中心として進める。本研究は大きく分けてバ-ジャー病患者の診断基準作製、登録、各国における非羅患健常者対照群の登録、遺伝子の単離、HLA遺伝子のタイピングというHLAの分子レベルでの解析のパートとプロトコールの作製、検討ならびにタイピング結果の解析のための国際会議の大きく2つのパートよりなる。

本科学研究費補助金の援助を受け、平成9年11月に本邦にて国際会議を開催した。会議にはバ-ジャー病の多発するアジアならびにアメリカ諸国から研究者を招き1)その臨床病態、2)病理、3)本症の血栓形成性の分子メカニズム、特に血小板凝集能や凝固因子活性との関連、4)危険因子としての喫煙の分子病理、5)本症の遺伝要因、特に免疫制御遺伝子HLAと本症との相関、6)本症の診断、特に接着因子や凝固関連蛋白の検討、7)本症の画像診断の7つのプロジェクトを中心に発表なびに検討が行われた。会議の成果は平成10年に報告集を出す予定にしている。バージャー病は主として下肢血管に生じてくる難治性の中型の血管炎である。他の上肢血管や腹部血管など様々な部位に生じ、病理学的には免疫細胞の浸潤を伴う非特異的な炎症所見を認める。その成因として喫煙との関連が言われているが、現在までのところ明らかではない。本研究ではバージャー病発症の成因の手がかりとしての遺伝要因に注目し、特に免疫制御遺伝子であるHLAならびにその近傍にあるMICA遺伝子との関連について本症が多いアジア、中近東、中南米諸国の本症患者の遺伝子レベルでの精密なタイピングをわが国を中心として進めた。現在までのところ本症の遺伝子レベルでのHLAタイピングは、我々のグループが日本人患者を用いて進めており、本研究の開始時点でHLAクラスIIHLA-DR4D、15a、16との相関が明らかになってきた。そこで諸外国との比較研究は本症発症におけるHLAの役割を理解する上で重要な貢献をするものと考えられた。本研究は大きく分けてバージャー病患者の診断基準作製、登録、各国における非罹患健常者対照群の登録、遺伝子の単離、HLA遺伝子のタイピングというHLAの分子レベルでの解析のパートとプロトコールの作製、検討ならびにタイピング結果の解析のための国際会議の大きく2つのパートよりなった。参加国はアジアからは日本、タイ、インド、中近東からはイスラエル、更に中南米からはメキシコ、コロンビア加えて米国よりバージャー病の専門家の参加を得ることができた。国際会議は平成9年度は11月4日より6日まで長野県軽井沢町にて、また第二回を平成10年10月5日より8日まで米国アトランタにおいて開催した。両方の会では、バージャー病の多発するアジアならびに中南米諸国から研究者を招き1)その臨床病態、2)病理、3)本症の血栓形成性の分子メカニズム、特に血小板凝集能や凝固因子活性との関連、4)危険因子としての喫煙の分子病理、5)本症の遺伝要因、特に免疫制御遺伝子HLAと本症との相関、6)本症の診断、特に接着因子や凝固関連蛋白の検討、7)本症の画像診断の7つのプロジェクトを中心として据え、さらに他の大型の血管炎である高安動脈炎や側頭動脈炎、炎症性大動脈瘤との比較検討により本症の病因ならびに病態について検討を行った。
位相共役波によるCuClの三重項励起子から励起子分子への緩和過程の研究

1.CuClのZ_3三重項励起子(以下r_2励起子と呼ぶ)を二光子励起するために、赤外での反射効率の高い回折格子を購入し、光輝度のパルス赤外レーザー光源の製作を行った。それを用いて5kGの磁場中でr_2励起子の二光子励起を行ったが、輝度がまだ不十分であったこと、更には色素の特性のためレーザー発振の繰り返しが高められずduty比が悪かったことなどからノイズ限界の範囲でr_2励起子のシグナルは観測されなかった。しかし、この過程でこれまで精密に測定されていなかったZ_3励起子のp系列が二光子分光法によりかなり精度よく測定されることが明かになり、CuClの励起子系についての新たな知見を得ることができた。2.そのため一層の輝度の向上、およびduty比の向上のためフロー式の色素セルを購入し、パルス赤外レーザー光源の改良を行っている。3.一方、レーザー発振のduty比を根本的に上げるため、既存のチタンサファイアリングレーザーからの定常赤外光を用いてr_2励起子の二光子励起を試みた。その過程でプログラマブル電圧計を購入し、赤外光の波長が掃引できるように改良した。今のところ、輝度が十分得られないのと、波長掃引がモードホップを伴いスムーズでないことなどよりr_2励起子からのシグナルは観測されていない。しかし、このことにより高分解能の測定が可能になりZ_31_s縦波励起子の準位幅の上限値および下限値が評価された。
植物DNAウイルスの感染に関わるウイルスおよび宿主植物因子の解析

環状1本鎖DNAをゲノムとするジェミニウイルス科ウイルスの感染に関わるウイルス因子および植物宿主因子の解析を目的として研究を行った。ジェミニウイルス科ウイルスではウイルス粒子を形成する外被タンパク質(CP)が感染に必須である。外被タンパク質はウイルスが植物細胞に感染した時点で存在する唯一のウイルスタンパク質であることから、ウイルスゲノムDNAの核移行に関与すると予測し、ジェミニウイルス科クルトウイルス属のBeet severe curly top virus(BSCTV)のCP遺伝子とレポーター(GFP)遺伝子の融合遺伝子を作成し、植物の表皮細胞にパーティクルボンバードメント法により導入して一過的に発現させたところ、GFPの蛍光が核内でのみ検出されたことから、CPに核移行能があることが明らかになった。さらに、CPをN末端を含む領域(CP-N)、C末端を含む領域(CP-C)および中央領域(CP-M)の3つの部分に分けて考え、それぞれの部分の核移行能を同様に解析したところ、CP-NおよびCP-Cに核移行能があった。CPのアミノ酸配列を調べたところ、CP-NおよびCP-Cに核移行シグナル(NLS)と思われる配列が見られた。そこで、核移行の機構として宿主植物のimportin alphaとの相互作用を想定し、CP全長およびCPの各部分と、BSCTVの宿主植物であるシロイヌナズナのimportin alphaとの相互作用を酵母ツーハイブリッド法により解析したところ、CP、CP-NおよびCP-Cが酵母細胞内でimportin alphaと相互作用した。以上より、BSCTVのCPは宿主のimportin alphaを介した機構により核内に移行することが明らかになった。さらに、他のウイルスタンパク質についても、酵母ツーハイブリッド法を用いて宿主因子の探索を行った。植物ウイルスにはRNAをゲノムとするものが圧倒的に多く、DNAウイルスの研究蓄積は必ずしも多くない。そこで、環状1本鎖DNAをゲノムとするジェミニウイルス科ウイルスの感染系をまず構築した。Begomovirus属に属するBean golden mosaicvirus(BGMV)の感染植物からBGMVゲノムをPCR増幅し、クローニング、シーケンシングを行った。次に複製開始点を2つ含むようなゲノム全体の1.5コピー分を土壌細菌Agrobacteriumのバイナリーベクターにクローニングした。このベクターを持つAgrobacterium菌をインゲンに接種したところ、約2週間後にBGMV特有の病徴が現れ、PCRによりBGMVのゲノムDNAが検出された。以上より、BGMVの感染系を確立した。同様に、同じくBegomovirus属に属するAfrican cassava mosaic virus(ACMV)のNicotiana benthamianaへの感染系、Mastrevirus属に属するTobaccoyellow dwarf virus(TYDV)のタバコへの感染系、Curtovirus属に属するBeet severe curly topvirus(BSCTV)のシロイヌナズナへの感染系を、それぞれ確立した。さらに、環状2本鎖DNAをゲノムとするSoymovirus属のダイズ退緑斑紋ウイルスのダイズへの感染系を確立した。
重畳型仮想システムの実用性実証研究

重畳型仮想システムとは、仮想情報を現実世界に重ね合わせてモバイルユーザ(例えば携帯電話を所持したユーザ)に提示する情報システムである。すなわち現実と仮想の融合を目指すもので、拡張現実感(Augmented Reality)や複合現実感(Mixed Reality)の一分野である。ここで敢えて「重畳」という言葉を使っているのは、単に重ねているだけという簡単なモデルを強調するためである。すなわち、現実世界の位置情報(緯度、経度)のみを基準にして仮想情報を重ね合わせるもので、他の研究例のように仮想情報の位置合わせに特殊なデバイスを使用しないことが特徴である。これにより位置の精度は落ちるが、GPSのみ使用できれば良いので、アウトドアでも現地を一切加工することなく利用でき、安価であり、利用できる端末の範囲が拡大し、普及も見込めるという特徴がある。研究代表者は、これまでSpaceTagシステムという名称でこの重畳型仮想システムの試作をいくつか行って来たが、今回の基盤研究の目的は、システム開発よりもむしろ評価にある。重畳型仮想システムは現状ではGPSしか位置センサーとして利用できず、そのため位置精度が落ちる。よって他で研究されている拡張現実感システムとはおのずと利用分野が異なるはずである。例えば観光案内等の応用を考えているが実際にそれが「使い物になる」ことが普及の最低条件であると言える。今回の基盤研究では被験者を使った実験を行い、SpaceTagの実用性を評価した。結論として、他の携帯電話向け情報サービスとの棲み分けをうまく行えば、新しい情報サービス市場の開拓が可能なメディアに成り得る、ということを今回の基盤研究で確信した。さらに、三次元情報の配信という新しい試みも行っているが、これについても好評価が得られており、今後の実用化展開は大いに期待できると言って良い。重畳型仮想システムとは、任意のデータ(仮想オブジェクト)に位置座標(経度、緯度)を付与し、現実世界における当該位置においてのみアクセス可能とするシステムである。アクセス制限によって、情報の希少性を演出して人々の興味を引くことを第一に狙っている。さらに、情報が局所性を持つことから情報が物理的実体であるかのような感覚を利用者に感じさせることができる。これにより、情報が移動したり互いに作用しあったりする魅力的な環境やアプリケーションを構築しやすくする。このようなシステムについてはかねてより提案しており、その有効性に対する期待は産学両面から評価を受けているところである。本研究課題では、重畳型仮想システムのアプリケーション例を製作し、被験者に利用してもらうことにより、重畳型仮想システムの利用者から見た魅力、使いやすさ、アプリケーション構築の容易性等を評価するとともに、実運用に基づいてサーバの性能についても評価を行うことを目的としている。本年度は準備段階である。昨年度経済産業省「未踏ソフトウェア創造事業」において開発したシステムを改造し、来年度予定している評価実験に備えた。具体的には、香川県での評価実験を想定しているため、昨年度開発物件(東京都での利用を想定)の地図表示機能では情報量の少ない地方都市での利用に不適切である点を改造し、さらに通信会社の事情により通信の方式を前年度想定していたプッシュ式からプル式に変えざるを得ないため、この点も改造した。なお、京都大学から香川大学に研究代表者が異動したため、評価実験に協力する香川大学の学生への本システムに関する研修活動に相当の時間を要しており、実際のアプリケーション開発とテストは来年度に持ち越しとなった。来年度は実際のアプリケーション構築と評価実験を行う予定である。

ここで敢えて「重畳」という言葉を使っているのは単に重ねているだけという簡単なモデルを強調するためである。すなわち、現実世界の位置情報(緯度、経度)のみを基準にして仮想情報を重ね合わせるもので、他の研究例のように仮想情報の位置合わせに特殊なデバイスを使用しないことが特徴である。これにより位置の精度は落ちるが、GPSのみ使用できれば良いので、アウトドアでも現地を一切加工することなく利用でき、安価であり、利用できる端末の範囲が拡大し、普及も見込めるという特徴がある。研究代表者は、これまでSpaceTagシステムという名称でこの重畳型仮想システムの試作をいくつか行って来たが、今回の基盤研究の目的は、システム開発よりもむしろ評価にある。重畳型仮想システムは現状ではGPSしか位置センサーとして利用できず、そのため位置精度が落ちる。よって他で研究されている拡張現実感システムとはおのずと利用分野が異なるはずである。例えば観光案内等の応用を考えているが実際にそれが「使い物になる」ことが普及の最低条件であると言える。今回の基盤研究では被験者を使った実験を行い、SpaceTagの実用性を評価した。結論として、他の携帯電話向け情報サービスとの棲み分けをうまく行えば、新しい情報サービス市場の開拓が可能なメディアに成り得る、ということを今回の基盤研究で確信した。さらに、三次元情報の配信という新しい試みも行っているが、これについても好評価が得られており、今後の実用化展開は大いに期待できると言って良い。
軸不斉機能団に基づく機能性らせん高分子の創製とその特性評価

本研究では当初は「点不斉」よりも高度な不斉機能を示す「軸不斉」に着目し、らせん高分子合成とその機能について検討してきたが、昨年度、さらに興味深い不斉機能を示す「トポロジカルキラリティー」に基づいて片巻きらせん高分子の構築とその構造制御が可能であることを見いだした。トポロジカルキラリティーとは各成分に方向性のあるロタキサンやカテナン等のインターロック分子に特有なキラリティーであり、これまでにこのトポロジカルキラリティーは不斉源として利用した例はこれまでにないため、本年度はその不斉源としての基本的な性質について検討することとした。まず、ロタキサンの輪成分上の置換基を大きくしてもその不斉の程度は変化しないが、置換基の向いている方向を変更することにより、より強い不斉源として働くことがわかった。次に、輪成分上の置換基を光学活性なものにした時の片巻きらせん誘起能について検討したところ、驚くべきことに輪成分上の置換基の不斉には全く主鎖の片巻きらせん誘起力はなく、トポロジカルキラリティーに由来する不斉が支配的に片巻きらせんを誘起していることがわかり、トポロジカルキラリティーの不斉の高さが示された。また、左右対称な軸成分を有するロタキサンにおいては、輪成分が軸上の中央に位置しない時には輪成分の位置により軸成分に方向性が誘起されるため、不斉が発現することも初めて見いだした。また軸成分の中央に輪成分が低温では貫通できないが高温では貫通できる程度の嵩高さの置換基を導入することによって、輪成分の軸の中央基乗り越えに伴うラセミ化が起こることがわかり、置換基の大きさとラセミ化の速度論的および熱力学的パラメータの相関について検討することができた。また、輪成分を外部刺激により中央へと導くと、ラセミ化は瞬時に進行することもわかり、トポロジカルキラリティーのラセミ化速度のスイッチも可能であることがわかった。らせん高分子はそのらせん構造によってその性質が決定する。らせん高分子の中には動的らせん高分子高分子と言った、温度や溶媒の極性などに応じて様々にらせん構造を変化させるらせん高分子が存在する。そのような動的らせん高分子はその時々のとり得るらせん構造によって様々にその機能を変化させることが期待されるが、その構造変化は結果的に偶然に起こるのみであり、動的らせん高分子の合理的ならせん構造の制御例はほとんど報告されていない。本年度は輪成分が軸不斉なロタキサン構造を側鎖に有するらせん高分子の合成を行ない、合理的ならせん構造制御を行なった。すなわち、輪成分が高分子主鎖から遠方に位置する場合はそのらせん構造は右巻きらせん左巻きらせんの等量混合物となるが、主鎖近傍に存在する場合はらせんの巻方向が片巻きにかたより、側鎖のロタキサンの輪成分の位置の制御によってらせん高分子の巻き方向の制御が可能になった。またこのらせん構造の変化は輪成分の位置を可逆に変化させることにより、何度でも可逆的に引き起こすことができた。このようなロタキサン構造を側鎖に導入した高分子を一般に側鎖型ポリロタキサンと呼ばれているが、本成果は側鎖型ポリロタキサンの輪成分の制御によって高分子主鎖の高次構造を制御できることを見いだした初めての例となった。またその輪成分に軸不斉なものではなく点不斉のものを用いても主鎖の高分子の高次構造は全く変化しなかったことから、軸不斉機能団の有用性も示された。不斉発現には不斉炭素原子の他にも、ビナフトールの軸不斉のような分子不斉が近年注目されており、本研究ではそのような軸不斉分子を用いたらせん高分子の構築や機能化を行ってきた。一方、ロタキサンは環状分子に軸状分子が貫通し、その軸状分子の両末端を輪成分の内孔よりも大きな置換基で封鎖した分子であるが、輪成分、軸成分ともに非対称なものを用いると各成分がアキラルであっても構造上の分子不斉を発現する事が知られている。この分子不斉はこれまでにほんの数例の報告例があるだけでそれを何かに応用したと言う例は報告されていない。我々は研究の過程でロタキサンの分子不斉を用いてポリアセチレンの片巻きらせん構造が非常に効率よく誘起できる事を見いだした。これはキラルな分子を一切用いずにキラルな高次構造を誘起できた事を意味し、非常に興味深い。また、この分子不斉ロタキサンの軸成分の末端をポリアセチレンに結合させ、輪成分の主鎖からの遠近を制御することにより、ポリアセチレンのらせん構造を制御する事も可能である事も明らかとなった。すなわち輪成分が主鎖近傍に存在する時は片巻きらせんが誘起されるが、輪成分が主鎖から遠方に存在する時には片巻きらせん構造は誘起されない事がわかった。これはアキラルな輪成分の位置を制御することによりらせん高分子のキラル構造を制御できたことを意味し、非常に興味深いと考えられる。また滴定実験によりこの片巻きらせん誘起関しては、輪成分が非常に高密に主鎖に接近していないと片巻きらせん構造が誘起されないことも見いだした。

トポロジカルキラリティーとは各成分に方向性のあるロタキサンやカテナン等のインターロック分子に特有なキラリティーであり、これまでにこのトポロジカルキラリティーは不斉源として利用した例はこれまでにないため、本年度はその不斉源としての基本的な性質について検討することとした。まず、ロタキサンの輪成分上の置換基を大きくしてもその不斉の程度は変化しないが、置換基の向いている方向を変更することにより、より強い不斉源として働くことがわかった。次に、輪成分上の置換基を光学活性なものにした時の片巻きらせん誘起能について検討したところ、驚くべきことに輪成分上の置換基の不斉には全く主鎖の片巻きらせん誘起力はなく、トポロジカルキラリティーに由来する不斉が支配的に片巻きらせんを誘起していることがわかり、トポロジカルキラリティーの不斉の高さが示された。また、左右対称な軸成分を有するロタキサンにおいては、輪成分が軸上の中央に位置しない時には輪成分の位置により軸成分に方向性が誘起されるため、不斉が発現することも初めて見いだした。また軸成分の中央に輪成分が低温では貫通できないが高温では貫通できる程度の嵩高さの置換基を導入することによって、輪成分の軸の中央基乗り越えに伴うラセミ化が起こることがわかり、置換基の大きさとラセミ化の速度論的および熱力学的パラメータの相関について検討することができた。また、輪成分を外部刺激により中央へと導くと、ラセミ化は瞬時に進行することもわかり、トポロジカルキラリティーのラセミ化速度のスイッチも可能であることがわかった。
視覚情報に基づく経路誘導に関する研究(データフロー型プロセッサを用いた並列画像処理システム)

データフロー型プロセッサとノイマン型プロセッサを融合した「協調型画像処理システム」を構築し、このシステムを使用して走行実験用移動Vehicleの視覚誘導を本研究では試みた。分岐・障害物認識を含んだライントレースや廊下走行など実際の走行実験を行うことにより「協調型画像システム」の有効性を確認した。データフロー型プロセッサを8基並列に用いることにより、40MIPS程度の高速な処理を可能としたが、○開発環境が整っていないためプログラム開発に時間がかかること。○従来の逐次的なアルゴリズムとして記述されている手続きはコーディングしにくいこと。が実際にシステムを構築する上での問題点となった。そこで、データフロー型プロセッサの高速性とノイマン型プロセッサの逐次アルゴリズムの記述の容易さをともに兼ね備えた協調システムを開発した。すなわち、外部環境への柔軟な対応が要求される経路誘導に不可欠なプログラム全体の制御・判断・認識処理・複雑な場合分け等の作業をノイマン型プロセッサが受けもち、フィルタ処理など画像の低レべルではあるが計算量が膨大な処理はデータフロー型プロセッサが受け持つシステム構成とした。データフロー型プロセッサを使用することで、画面の処理時間は、障害物認識に1画面(画面全体)当り約120ms、それ以外の処理は最遅の処理で1画面当り(画面の1/4)13ms以下という高速なものを実現できた。この高速な低レべル処理をモジュール化し、ノイマン型プロセッサのサブルーチンとして用いることによって、分岐・障害物認識を含んだライントレースや、廊下環境での走行など柔軟性を必要とする実際の走行を実現し、本システムの有効性を確認した。データフロー型プロセッサ用ボードを始めとした制御用ボードを設計・製作し,これと従来のノイマン型プロセッサとを融合させた画像処理システムを開発して模型車両に搭載した.現在,これに載せるプログラムを開発中であり,実験を行って実際の動作を確認している.本研究の大きな目的は,ノイマン型プロセッサとデータフロー型プロセッサとを協調させた画像処理システムを構築し,これによって最終的にはロボットの目に代表されるように一般の環境を対象とした人間の視覚機能を代替するアルゴリズムを開発することである.この目的を踏まえて次に挙げる2つの実験を行った.実験1黒い背景上で白線を認識してこれに沿って走行,白線の分岐の際には任意の方向に分岐させた.白線以外のものが経路上に存在した場合には2つのカメラによるステレオ視によってそれが立体か平面かを判断し,立体の障害物ならそれを回避して元の経路に復帰するという動作をさせた.実験2実験環境として暗い床と白い壁を有する廊下を選び,その境界を抽出してこれに沿って走行させた.この際,障害物である丸いボールと,別の車両を想定した正方形の白い紙を識別し,状況に応じた動作を行った.境界や障害物等の捕捉・認識には適度な大きさのウィンドウを用いている.エッジ抽出等の低レベルな画像処理にはデータフロー型プロセッサを用い,実験1での左右画面のエッジの対応づけ,障害物回避命令や分岐時の方向指令,又実験2でのウィンドウの位置指令といった比較的高レベルな処理にはノイマン型プロセッサを用いている.このように,両プロセッサを特徴に応じて機能分担し前者を後者のサブルーチンとして用いることによって,高速でかつ柔軟な経路誘導が実現できた.なお両実験とも約80cm/secでの走行が可能であった.本研究では、画像処理プロセッサとして非ノイマン型アーキテクチャを持つデータフロー型プロセッサを採用し、さらにノイマン型プロセッサとの機能分担を両プロセッサの特長に応じて行うことにより、障害物認識以外の処理は全て1画面当り十三ms以下、障害物認識処理では1画面当り約120msという高速で実現することができた。本システムを用い、ある程度のモデル環境に於て実験、考察を行った。分岐・障害物回避を含んだライントレース実験では、データフロー型プロセッサに画像処理だけでなくある程度の判断機能・プログラムの制御機能も分担させた。

その結果、データフロー型プロセッサには単純な画像処理だけでなく、様々な処理が可能であることがわかったが、判断・プログラムの制御は苦手とする分野であり、プログラム開発には比較的大きな労力を要した。そこで、動く障害物を含む廊下走行実験では、両プロセッサの間に明確な機能分担を行なった。その結果、プログラム全体の見通しがよくなり、データフロー型プロセッサの受け持つ各ユニットがサブルーチンのように使えることで、画像処理用プログラムのモジュール化が可能となった。また、判断・実行計画・プログラムの統括等をノイマン型プロセッサが担当しているため、プログラムの流れを記述するのもはるかに容易にり、さらに、データフロー型プロセッサのプログラム内容を実行計画に基づいて自己改変できるので外部環境に対する柔軟な対応が可能となった。様々な問題点を抱えていながら、データフロー型プロセッサに寄せられる期待は非常に大きい。しかし、データフロー型プロセッサ単体だけでの実用となると、現段階ではまだ問題点を有し、本研究のようにノイマン型プロセッサとの併用による協調処理を行うことが不可欠である。
本能行動の素要素化ー特に視床下部が支配する走行行動について

我々は、視床下部腹内側核(VMH)の神経細胞の興奮により攻撃、逃避などの動機を伴わない、定型的な走行行動が発現することを見いだした。このような走行行動は摂食、繁殖など多くの本能行動に不可避的に随伴する“行動の素要素"であると考えられる。本研究においては、この走行行動を誘起する神経機序について解析するとともに、この定型運動には、定型的な代謝調節の変化が付随しているのではないかとの仮説をたて、検討を行なった。まず第一に、VMHに吸水ポリマ-を注入することによりGABA性抑制を解除され、同神経核から持続的な神経出力が誘起され、走行行動が発現することが判明した。また、この走行行動発現に関与するVMHニュ-ロンの興奮性はグルタミン酸作動性ニュ-ロンによりそのカイニン酸型受容体を通して高められること、GABA作動性ニュ-ロンはシナプス前抑制によりグルタミン酸の放出を抑えることが示唆された。次に、VMHへのカイニン酸投与による走行行動の発現に伴って、血中コルチコステロン、カテコラミン、およびグルコ-スのレベルが大きく上昇することが明らかとなり、VMHには行動発現に伴って、これと合目的的に共役する代謝変化をもたらすような、カイニン酸により賦活される神経機構の存在することを示唆された。さらに、VMHからの出力は乳頭体、中脳中心灰白質などを経由して走行行動を誘起すること、VMHから視交叉上核に直接投射する出力が概日リズム発振機構に影響を与えていることなどが神経切断実験、連続行動記録実験などから示唆された。以上のように、本研究によって、VMHには興奮性および抑制性アミノ酸の相互作用によって走行行動を発現する神経機構が存在すること、またこのVMHからの出力は視床下部が担う他の代謝調節などの機能にも影響を与え、走行行動発現と内部環境のホメオスタシス維持とがVMHにおいて密接に共役していることが明らかとなった。視床下部腹内側核は逃避行動や防御行動など情動行動の統合部位である、吸水ポリマ-をこの神経核に注入することにより、情動行動の中の一要素と考えられる走行行動を抽出することができる。我々は既に、この走行行動がGABA性抑制の解除による同神経核からの持続的な神経出力によって誘起されるものであることを報告してきたが、本年度の研究により、さらに以下のことが明かとなった。1)微小ナイフにより腹内側核の前、後、内、外、あるいは背側を切断した後、吸水ポリマ-を注入した結果、後側の切断によってのみ走行行動が阻止され、腹内側核からの出力は乳頭体、中脳中心灰白質などを経由して走行行動を誘起することが示唆された。2)吸水ポリマ-の腹内側核注入により、行動概日リズムの消失、性周期の停止、および血中メラトニン濃度の日内変動減衰が観察され、腹内側核から視交叉上核に直接投射する出力が概日リズム発振機構に影響を与えていることが示唆された。3)吸水ポリマ-の腹内側核注入により、体温低下、体重増加などが観察され、腹内側核からの出力が視床下部が担う植物機能にも影響を与え、ホメオスタシスの維持に深く関与していることが明かとなった。このように、走行行動の誘起に関与する腹内側核からの出力の投射先やその生理的意義が解明されつつあり、今後はさらに、腹内側核出入力線維の神経伝達物質の同定、MUA記録法による脳内各部位の神経活動の記録などを行なうことにより、本能行動発現のカスケ-ドを追究してゆきたいと考えている。

我々は、視床下部腹内側核(VMH)の神経細胞の興奮により攻撃、逃避などの動機を伴わない、定型的な走行行動が発現することを見いだした。このような走行行動は摂食、繁殖など多くの本能行動に不可避的に随伴する′′行動の素要素′′であると考えられる。本研究においては、この走行行動を誘起する神経機序について解析するとともに、この定型運動には、定型的な代謝調節の変化が付随しているのではないかとの仮説をたて、検討を行なった。まず第一に、VMHに吸水ポリマ-を注入することによりGABA性抑制が解除され、同神経核から持続的な神経出力が誘起され、走行行動が発現することが判明した。また、この走行行動発現に関与するVMHニュ-ロンの興奮性はグルタミン酸作動性ニュ-ロンによりそのカイニン酸型受容体を通して高められること、GABA作動性ニュ-ロンはシナプス前抑制によりグルタミン酸の放出を抑えることが示唆された。次に、VMHへのカイニン酸投与による走行行動の発現に伴って、血中コルチコステロン、カテコラミン、およびグルコ-スのレベルが大きく上昇することが明らかとなり、VMHには行動発現に伴って、これと合目的的に共役する代謝変化をもたらすような、カイニン酸により賦活される神経機構の存在することが示唆された。さらに、VMHからの出力は乳頭体、中脳中心灰白質などを経由して走行行動を誘起すること、VMHから視交叉上核に直接投射する出力が概日リズム発振機構に影響を与えていることなどが神経切断実験、連続行動記録実験などから示唆された。以上のように、本研究によって、VMHには興奮性および抑制性アミノ酸の相互作用によって走行行動を発現する神経機構が存在すること、またこのVMHからの出力は視床下部が担う他の代謝調節などの機能にも影響を与え、走行行動発現と内部環境のホメオスタシス維持とがVMHにおいて密接に共役していることが明らかとなった。
心理的ストレスが免疫系を修飾するメカニズムの可視化の試み

心理的な状態と免疫系は強く結びついており、免疫応答はしばしば心理的ストレスによって修飾される。本研究では、この結びつきを抽出することを試みている。実際にストレスがどのように免疫系に影響しているか、それを調べるためにまず、ストレスの経時的な変動量、もしくは蓄積量、免疫系に生じた変化を可視化することで、そのメカニズムの詳細を明らかにするのが本研究の目的である。今年度は、まず報告に報告されたストレスで誘導される遺伝子(以下、ストレス関連遺伝子)について自分たちの手で再現性、または我々の研究手法への適性を検討した。その結果、いくつかの遺伝子は確かに発現誘導されことから、これまで例えばヒトではストレスホルモンか唾液アミラーゼをストレス量の指標にして来たが、これらの遺伝子も十分にストレス量の指標になることを示唆している。2つ目には、ストレス関連遺伝子のうちの2つについてプロモーター解析を試みたが、今のところストレス感受性を反映できるプラスミドの構築には至っていない。一方、ストレス関連遺伝子の1つを用いたレポーターマウスの作成を試みており、これについては作出に成功したと判断できるような結果を得た。詳細については来年度に解析する予定であるが、本研究の核となる重要な進展であり、in vivoのストレス解析、さらに組織・細胞ごとの解析を可能にするものである。3つ目には、自己免疫疾患のモデルマウスの解析方法の検討を行った。その方法としてフローサイトメーターによる解析、ならびに凍結切片を用いた免疫組織染色を自分たちの手で試み、各種抗体の有用性、標的分子の検出が可能かを確かめた。来年度以降レポーターマウスと掛け合わせ、ストレスが疾患の発症、症状の進行などにどのように関与するかを明らかにするための土台作りを進めている。今年度の3つのアプローチはどれも一定の進展が得られたと思われる。概要にも記載したように、今年度は、3つのアプローチを同時進行した。1つ目は、ストレスでどの遺伝子が誘導されるかについての解析である。これまでにin vivoのストレス、または合成ストレスホルモン(デキサメサゾン)により発現が上昇することが報告されている遺伝子(ストレス関連遺伝子)に注目し、自分たちの手でその再現性を確かめる実験を行った。マウスに拘束ストレス、水浸ストレス、または両方のストレスを施し、ストレス関連遺伝子の変動を解析した。その結果、主としてGilz, Rtp801、Mkp-1の3つの遺伝子の発現が上昇した。2つ目のアプローチの前半は、Gilz, Rtp801のプロモーター解析である。これを行うために、これらの遺伝子の転写開始点の上流1kb、2kbをルシフェラーゼ発現ベクターに挿入し、それらを培養細胞に導入後にデキサメサゾンで刺激し、発現の変動を解析した。しかしながら、今のところ、刺激に応じてルシフェラーゼ活性が上昇することはないため、ストレスに反応するようなプロモーター配列を適切に選択できていないと思われる。今後さらに別の配列部位をベクターに挿入する予定である。2つ目の後半としては、Rtp801のレポーターマウスの作成を試み、その作成は着実に進んだ。何匹か生まれてきたマウスについて、デキサメサゾンに対する反応性を予備実験として調べたところ、確かに反応性が認められ、目標とするマウスが出来てきていると判断された。3つ目は、自己免疫疾患のモデルマウスの解析方法の確認である。全身性エリテマトーデスのモデルマウスであるMRL-lprマウスについて、これをフローサイトメーター解析、ならびに凍結切片を用いた免疫組織染色による解析を行うべく、自分たちの手でどの抗体であれば染色可能であるかについて検討した。来年度は、今年度に引き続き3つのアプローチで進める。まず1つ目は、Gilz、Rtp801のプロモーター解析を試みる。今年度に試みたGilz遺伝子の上流1kb、2kbでは不十分であると思われたので、より広範囲の配列をベクターに挿入するために、Gilzの全領域のゲノムDNAを有するBACクローンを入手し、これを鋳型に5kb以上をPCRで増幅し、ベクターに挿入する予定である。2つ目はストレスを可視化できるレポーターマウスの作出を続けていく。Rtp801のレポーターマウスについては、現在クリーニング中であり、それが終わりしだい本学に導入し、解析をスタートさせる。例えば、受けたストレス量を正確に反映するかを見るために、マウスにin vivoならびにin vitroで様々なストレスを与え、GFP発現量、さらにその持続時間を解析する。また今後、BALB/c、B6などの純系マウスに戻し交配しつつ、遺伝子背景を揃えていく。マウスは系統によって免疫応答の方向性が異なり、加えてストレス感受性も異なるため、2系統の比較は興味深い。さらにCRH-KO、GRコンジェニックと掛け合わせ、ストレス伝達分子の必要性について検討する。さらにGilzのレポーターマウスについても作成を継続する。3つ目には、ストレスがどのように免疫関連疾患に影響するかを最終的に明らかにしていくために、疾患モデルマウスを用いた解析をさらに準備していく。今年度、準備を開始したMRL-lprマウスの解析方法のうち、抗体の選定や免疫組織染色の改善を進める。またアレルギー疾患の1つであるアトピー性皮膚炎に対するストレス関与の仕組みを明らかにするために、その前段階としてマウスに皮膚炎を誘導する実験を実施する。ストレスがいかにアレルギーを増悪させるか、in vivoストレスが疾患スコアに与える影響を比較するための準備を行う。

実際にストレスがどのように免疫系に影響しているか、それを調べるためにまず、ストレスの経時的な変動量、もしくは蓄積量、免疫系に生じた変化を可視化することで、そのメカニズムの詳細を明らかにするのが本研究の目的である。今年度は、まず報告に報告されたストレスで誘導される遺伝子(以下、ストレス関連遺伝子)について自分たちの手で再現性、または我々の研究手法への適性を検討した。その結果、いくつかの遺伝子は確かに発現誘導されことから、これまで例えばヒトではストレスホルモンか唾液アミラーゼをストレス量の指標にして来たが、これらの遺伝子も十分にストレス量の指標になることを示唆している。2つ目には、ストレス関連遺伝子のうちの2つについてプロモーター解析を試みたが、今のところストレス感受性を反映できるプラスミドの構築には至っていない。一方、ストレス関連遺伝子の1つを用いたレポーターマウスの作成を試みており、これについては作出に成功したと判断できるような結果を得た。詳細については来年度に解析する予定であるが、本研究の核となる重要な進展であり、in vivoのストレス解析、さらに組織・細胞ごとの解析を可能にするものである。3つ目には、自己免疫疾患のモデルマウスの解析方法の検討を行った。その方法としてフローサイトメーターによる解析、ならびに凍結切片を用いた免疫組織染色を自分たちの手で試み、各種抗体の有用性、標的分子の検出が可能かを確かめた。来年度以降レポーターマウスと掛け合わせ、ストレスが疾患の発症、症状の進行などにどのように関与するかを明らかにするための土台作りを進めている。今年度の3つのアプローチはどれも一定の進展が得られたと思われる。概要にも記載したように、今年度は、3つのアプローチを同時進行した。1つ目は、ストレスでどの遺伝子が誘導されるかについての解析である。これまでにin vivoのストレス、または合成ストレスホルモン(デキサメサゾン)により発現が上昇することが報告されている遺伝子(ストレス関連遺伝子)に注目し、自分たちの手でその再現性を確かめる実験を行った。マウスに拘束ストレス、水浸ストレス、または両方のストレスを施し、ストレス関連遺伝子の変動を解析した。その結果、主としてGilz, Rtp801、Mkp-1の3つの遺伝子の発現が上昇した。2つ目のアプローチの前半は、Gilz, Rtp801のプロモーター解析である。これを行うために、これらの遺伝子の転写開始点の上流1kb、2kbをルシフェラーゼ発現ベクターに挿入し、それらを培養細胞に導入後にデキサメサゾンで刺激し、発現の変動を解析した。しかしながら、今のところ、刺激に応じてルシフェラーゼ活性が上昇することはないため、ストレスに反応するようなプロモーター配列を適切に選択できていないと思われる。今後さらに別の配列部位をベクターに挿入する予定である。
回転可能な接合部のもつ不安定な機構を活用した施工・安全性に優れた骨組構造の開発

前年度に製作した回転可能な接合部を発展させ、完成形状が立方体ではない骨組み形状に対応可能な仕口をもった接合部を開発した。この新たな接合部を用いて、多角形平面の大規模仮設構造物の製作可能性を検討した。具体的には、ユニバーサルジョイントと柱・梁材との間に挿入していた『三方』を、平面上の開き角度が変更可能な『可変三方』に置き換えることで、多角形平面の骨組みを実現することができた。こうして得られた新しい形状に対しても、立方体と同様に、不安定な機構の挙動、構造強度の解析、載荷試験を行い、構造的な安定性・安全性、構法上の合理性を実験により確かめている。平行して、計画学・環境工学的な課題の検討も行った。2.4mキューブの実物大模型を用いて、ブレースの位置・形状と内部空間の利用のしやすさなどについて、実際に内部空間を体験しながらの検証を行った。また、いくつかの用途を想定したときに、それにふさわしい平面形状が本構造によって成立しうるかどうかを考察するべく試作模型を作製した。屋根、壁材については、構造強度、製作時の安全性、張力ブレースのある骨組構造に対する施工性の良さ、耐候性、耐久性、携帯性、保管のしやすさ等を考えて、テント用の膜材を採用することになった。仕口・ブレースとの干渉を避け、摩擦による膜の老朽化を防ぐために、骨組みへの固定法は、ロープを用いて内部に吊すことにした。膜構造としたことで、温熱・遮音などの性能は低いものとなったが、本研究の対象となるような仮設建築物にあっては、許容範囲に納めることができると考えている。まず、回転可能な接合部の検討を行った。接合部の挙動、施工性、経済性、信頼性について比較して、ユニバーサルジョイントを採用した。1/5縮尺の機構模型を作成し、展開過程を確認した。立方体、並列する二本の柱の長さを変えて片流れの屋根型としたものについては、折りたたみ可能なことが判った。対角線上にある柱の長さを変えて頂面が菱形になるようにした片流れ形状については、模型では折りたたみ可能であった。が、数値解析を行ってみたところ、厳密には折りたたみ不可能であることが判明した。ジョイント部や、頂面の微少な変形が誤差を吸収して、折りたためていたのである。そこで、可能性の範囲をひろげるために、柱下部と接合部とは、長さ調整が可能な収まりとして、検討を進めることとした。次に、2.5m立方の実物大模型を作成して、組み立て・解体の実験を行った。人力で組み立て可能だが、挙動の自由度が大きいために、3人以上の人手が必要であった。安全性に関しては、部材を著しく軽量にできるために、問題はなかった。計画学的な性能要求に合わせて、様々な形状のブレースを試作して張力導入試験を行った。対角線方向に壁面に一筆書きを描くように、最少四本のブレースを入れれば、この立方体構造は安定する。他面のブレースを増やせば、一面のブレースを撤去可能だが、二面以上は不可能である。ブレース形状を工夫すれば、入り口を確保できる。内部空間に関しては、機能的に問題はなかった。窓の形状は、今後の検討課題である。実物大模型に様々な方向から荷重をかけ、張力導入後の構造的な挙動をみた。必要最低限の4本のブレースであっても、強度は十分であった。軽量なため風荷重に対しての浮上防止策は必要である。既製品の組合せ部材に替えて、回転可能な接合部、柱、梁部材を開発・設計し、2.4m立方の実物大模型を作製した。この実物大模型に対して、より詳細な構造試験を行っている。