hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
気管支ぜん息における気道平滑筋細胞と炎症性細胞のクロストーク

今年度は気管支喘息における炎症細胞と気道平滑筋細胞の相互作用を明らかにするために、以下の検討を推進した。すなわち、Th2サイトカインであるIL-9がヒト気道平滑筋細胞に作用して、肥満細胞の局所への遊走などに関与するSCF(Stem cell factor)や線維化に関与するTGF β_2,TGF β_3などの発現を誘導することを確認し、さらにversican、lamininの遺伝子発現を誘導することを示した。またTGF β_1が平滑筋細胞個々の収縮能を増強することをgel contraction法で示した。これらのことは炎症の場で気道平滑筋細胞が炎症細胞を引き寄せるだけでなく、引き寄せた炎症細胞の刺激を受け、傷害組織の修復、またはリモデリングにも関与する可能性を示唆するものである。一方、気管支喘息の気道局所で増加する筋線維芽細胞の由来は、従来気道線維芽細胞、一部の気道平滑筋細胞であると推測されてきた。最近、ヒト気道上皮細胞が局所の微小環境によっては筋線維芽細胞に変換することが報告され、上皮間葉移行(epithelial mesenchymal transition、EMT)として注目されている。そこでヒト上皮細胞株A549細胞をTGFβ_1存在下に48時間培養したところ、上皮マーカーであるE-cadherinの低下と間葉系マーカーであるvimentinの発現を認めた。さらに、この細胞はgel contraction法において明らかな収縮能を示し、筋線維芽細胞ないし平滑筋細胞様の動態を示した。喘息の気道炎症とくに難治性喘息でその役割が注目されるサイトカインTNFαを添加すると上記の現象は増強された。以上のことから、慢性喘息にみられる気道リモデリングにおけるEMTとその過程におけるサイトカインや成長因子の役割が示唆された。初年度の研究計画に基づき、まずヒト気道平滑筋細胞を培養し、ビメンチン及びalpha-smooth muscle actin(αSMA)陽性であり形態学的にも平滑筋細胞であることを確認した。この細胞由来のサイトカイン、成長因子の包括的な検出を、各種刺激下にhuman cytokine protein array (RayBio)により、約70種類のサイトカイン・ケモカイン・成長因子のタンパク発現を包括的に評価した。その結果、TGFbeta, TNFalpha, IL-8など数種類のサイトカインや成長因子の産生が検出された。これら分子の中には既報のものを含め肥満細胞などに遊走活性を示しうるものがあり、さらに検討を進めている。一方、ヒト気道平滑筋細胞の遊走について、ヒト線維芽細胞及びその分化した筋線維芽細胞myofibroblastと比較しながら、遊走についてBoyden chamberにて検討を行い、とくに後者においてC-reactive protein (CRP)が内因性の制御因子であることを見出した。さらに、遊走の細胞内機構として、ストレス応答性キナーゼの一種p38 mitogen activated kinase (MAPK)のリン酸化が重要であり、CRPがそのリン酸化を抑制することも明らかにした(投稿準備中)。また、喘息の気道においてクロストークが予想されている肥満細胞由来の代表的メデイエーターのヒスタミンに関しては、これら間葉性細胞の遊走を制御することを見出した(投稿中)。今後とくに平滑筋細胞における細胞内シグナル経路について検討をすすめる予定である。気道リモデリングにおいては、気道平滑筋細胞の局所における増殖反応が関与すると推定される。肺線維芽細胞において見出したTh2サイトカインやTGFbetaの調節作用が気道平滑筋細胞においても見られるか否か検討中である。

今年度は気管支喘息における炎症細胞と気道平滑筋細胞の相互作用を明らかにするために、human cytokine protein array(RayBio)により、昨年包括的に評価したサイトカイン・ケモカイン・成長因子のなかで気道平滑筋細胞に確実に刺激を入れうるサイトカインとその刺激によって産生しうる蛋白に焦点をしぼり研究を進めた。気管支喘息のみならず間質性肺炎でも着目されるTh2系リンパ球や肥満細胞から産生されるサイトカインの気道平滑筋細胞への調節作用を検討した。Th2サイトカインであるIL-9が肥満細胞の局所への遊走などに関与するSCF(Stem cell factor)や線維化に関与するTGFβ_2,TGFβ_3そして細胞外基質として近年組織の構築のみだけでなく、炎症局所の制御にも関与することが示されているCollagen, versican, lumicanのmRNAを誘導に効果を示すことをReal time PCR法で示した。またTGFβ_1が平滑筋細胞個々の収縮能を増強することをgel contraction法で示した。これらのことは炎症の場で気道平滑筋細胞が炎症細胞を引き寄せるだけでなく、引き寄せた炎症細胞の刺激を受け、傷害組織の修復、またはリモデリングにも関与する可能性を示唆するものである。IL-9刺激下でのさらなる効果を探るため現在IP-10やRANTESなどのケモカインの産生についても検討中である。さらに組織修復作用として重要である遊走能を平滑筋が有しているかについて、またその場合の細胞相互間の関与について明らかにするためにmodified Boyden Chamber法にてIL-4,IL-13またヒト気道上皮細胞及び線維芽細胞から得た上清に対する平滑筋細胞の効果について検討進めている。細胞内シグナル経路解明については引き続き検討を進る予定である。今年度は気管支喘息における炎症細胞と気道平滑筋細胞の相互作用を明らかにするために、以下の検討を推進した。すなわち、Th2サイトカインであるIL-9がヒト気道平滑筋細胞に作用して、肥満細胞の局所への遊走などに関与するSCF(Stem cell factor)や線維化に関与するTGFβ_2,TGFβ_3などの発現を誘導することを確認し、さらにversican,lamicanの遺伝子発現を誘導することを示した。一方、気管支喘息の気道局所で増加する筋線維芽細胞の由来は、従来気道線維芽細胞、一部の気道平滑筋細胞であると推測されてきた。最近、ヒト気道上皮細胞が局所の微小環境によっては筋線維芽細胞に変換することが報告され、上皮問葉移行(epithelial mesenchymal transition,EMT)として注目されている。そこでヒト上皮細胞株A549
DNAナノチューブの遺伝子導入剤および抗がん剤キャリアーとしての応用

鋳型内交互積層法により、DNAとポリエチレンイミンを階層成分とするナノチューブの合成に成功した。DNAナノチューブには、抗がん剤ドキソルビシン(Dox)を効率高く導入することが可能であった。Doxを導入したDNAナノチューブは細胞内に取り込まれ、Dox溶液よりも高い抗がん活性を示した。さらに、GFP発現ベクタープラスミドDNAとPEIからなるナノチューブを細胞導入したところ、細胞内において明確なGFPの蛍光が観察された。以上の結果より、DNAナノチューブは薬物キャリアーや遺伝子導入剤として応用可能であることが明らかとなった。本研究は、鋳型内交互積層法により、DNAとポリカチオンからなる多層膜構造のDNAナノチューブ(NT)を合成し、(1)複数の遺伝子を同時に細胞へ導入可能な遺伝子導入剤や、(2)DNA結合性抗がん剤のキャリアーとして応用することを目的としている。(1)遺伝子導入剤への応用遺伝子発現ベクタープラスミドDNA(pDNA)を用い、鋳型内交互積層法によりpDNA NTの合成を行った。ポリエチレンイミン(PEI)を多孔性ポリカーボネート膜の細孔内を通過させ、続いてpDNAを通過させた。この操作を繰り返し行い、最後に多孔性ポリカーボネート膜を溶解除去することでpDNA NTを得た。走査型電子顕微鏡(SEM)観察により、均一な中空管構造をもつNTの形成が確認された。合成したpDNA NTでHeLa細胞を処理した結果、細胞内において明確なGFPの蛍光が観察された。このことより、pDNANTは遺伝子導入剤として応用可能であることが明らかとなった。(2)DNA結合性抗がん剤のキャリアーへの応用PEIとサケ精液由来のDNAを用い、(1)と同様にDNA NTの合成を行った。合成したDNA NTに抗がん剤ドキソルビシン(Dox)を導入した結果、DoxはDNA層に効率よく結合し、水中に分散させたNTの体積内におけるDox濃度は極めて高いことがわかった。Dox導入DNA NT(DNA-Dox NT)でHeLa細胞を処理すると、DNA-Dox NTが細胞内に取り込まれ、抗がん活性を発揮することが確認された。その活性はDox溶液で処理した場合よりも高く、DNA NTが抗がん剤キャリアーとして有用であることが明らかとなった。(1)DNAナノチューブの遺伝子導入剤としての応用平成26年度においてプラスミドDNA(pDNA)を用いたナノチューブ(pDNA NT)の合成に成功し、その詳細な構造を明らかにした。pDNA NTを用いることで細胞への遺伝子導入に成功していたが、その遺伝子発現効率が低いという問題があった。そこで本年度においては、NTの合成に用いる分岐型ポリエチレンイミン(PEI)の分子量に関する検討を行った。その結果、当初使用していた分子量750 kのPEIに比べ、25 kのPEIを用い合成したNTの方が、より高い遺伝子発現効率が得られることを明らかにした。(2)DNAナノチューブの抗がん剤キャリアーへの応用平成26年度において、サケ精液由来を用い合成したナノチューブ(DNA NT)に抗がん剤ドキソルビシン(Dox)を結合させたDNA-Dox NTが、がん細胞に対して高い抗がん活性を示すことを明らかにしていた。そこで、その作用機序を解析した結果、DNA-Dox NTはエンドサイトーシス経路により細胞に取り込まれ、酸性環境下にさらされることでDoxを放出することが明らかとなった。さらに、この放出効率はリソソームに存在するDNase II存在下でさらに亢進された。DNAナノチューブの遺伝子導入剤としての応用では、使用するポリエチレンイミンの分子量に関する検討を行う必要性が生じたため、研究進捗状況に若干の遅れが生じた。一方、抗がん剤キャリアーとしての応用では、ドキソルビシンをDNAナノチューブに結合することで、その抗がん活性を高めることに成功しており、研究目的を達成することが出来た。加えて、その作用機上も明らかにしており、当初の研究計画以上に進展した。このような状況を総合的に判断し、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。本研究課題では鋳型内交互積層法により、DNAとポリカチオンからなる多層構造のDNAナノチューブ(NT)を合成し、(1)遺伝子導入剤や、(2)DNA結合性抗がん剤のキャリアーとして応用することを目的とした。(1)DNAナノチューブの遺伝子導入剤としての応用分岐型ポリエチレンイミン(bPEI)とプラスミドDNA(pDNA)発現ベクターからなるナノチューブ(pDNA NT)を合成し、その詳細な構造を明らかにした。また、分子量(Mw)25,000のbPEIを用いpDNA NTを合成することで、pDNA NTによる細胞への遺伝子導入に成功した。通常、DNA NTの合成にはその構造安定性を高めるために比較的分子量の大きな(Mw: 750,000)bPEIを用い、構成成分同士の結合を強めている。一方、pDNA NTにおいては細胞内でpDNAをNTより効率よく解離させることが求められるため、より低分子量のbPEI(Mw: 25,000)が最適であったと考えらる。(2)DNAナノチューブの抗がん剤キャリアーとしての応用サケ精液由来のDNAを用い合成したナノチューブ(DNA NT)に抗がん剤ドキソルビシン(Dox)を結合させたDNA-Dox NTが、がん細胞に対して高い抗がん活性を示すことを明らかにした。

その活性はNTに結合させたDox量に依存していた。細胞表面に結合したDNA-Dox NTはエンドサイトーシス経路により取り込まれ、酸性環境下にさらされることでDoxを放出することが明らかとなった。さらに、この放出効率はリソソームに存在するDNase II存在下でさらに亢進されることが示唆された。鋳型内交互積層法により、DNAとポリエチレンイミンを階層成分とするナノチューブの合成に成功した。DNAナノチューブには、抗がん剤ドキソルビシン(Dox)を効率高く導入することが可能であった。Doxを導入したDNAナノチューブは細胞内に取り込まれ、Dox溶液よりも高い抗がん活性を示した。さらに、GFP発現ベクタープラスミドDNAとPEIからなるナノチューブを細胞導入したところ、細胞内において明確なGFPの蛍光が観察された。以上の結果より、DNAナノチューブは薬物キャリアーや遺伝子導入剤として応用可能であることが明らかとなった。これまでに、pDNA NTを細胞に導入することで、目的の遺伝子を発現することに成功しており、研究計画に沿った順調な結果を得ている。また、DNA NTが抗がんキャリアーとして機能し、抗がん活性を発揮することを明らかにしている。研究計画において、DNA NTの抗がん剤のキャリアーとしての有用性の評価は、H27年度に予定していたものであり、既にその一部が達成されていることから当初の計画以上に進展していると言える。DNAナノチューブの抗がん剤キャリアーとしての応用に関して、これまでに得られている作用機上に関する結果の再現性を確認すると共に追加実験を行う。遺伝子導入剤としての応用に関しては分子量に加え、使用するPEIの構造(直鎖型)をさらに検討することで、細胞毒性の軽減と発現量の向上を目指す。生体機能関連化学DNAナノチューブ(NT)の多層構造を利用し、遺伝子発現ベクターがコードする配列を各DNA層ごとに変えることで、細胞内に数種類の蛋白質を同時に発現させる。また、Doxに加え他の抗癌剤をDNA NTに導入することで、相乗的な効果による抗がん活性のさらなる向上を目指す。さらに、DNA-Dox NTの細胞に対する作用機序の詳細な解析も行っていく予定である。本課題では、DNAナノチューブを合成しDNA結合性抗がん剤キャリアーとしての応用することを目的の1つとしている。本目的に関して、初年度より効率的に研究を進めた結果、当初の計画以上に経費を節約することが出来た。これにより次年度使用額が生じた。当初の計画では、本研究期間に使用する蛍光タンパク質発現ベクター数種類をH26年度にまとめて購入する予定であったが、進捗状況に合わせて購入するのが妥当だと判断し、その購入を一部にとどめた。本課題で得られた結果に関して、現在国際科学雑誌への論文投稿準備を進めており、これに向けて実験結果の再現性を確認している。平成28年度では、該当実験に必要な試薬を購入するとともに、論文作成時における論文校閲費や論文投稿料として使用する計画である。本年度においては、主に合成したNTの遺伝子導入剤や抗がん剤キャリアーとしての機能評価を行う計画である。
造影CTでのヨード増強効果がもたらす新たな線量増加の影響に関する研究

本研究の目的は、造影CTにおいて造影剤ヨードによる増強効果の違いが線量増加へ与える影響についてモンテカルロシミュレーションを用いて詳細な検討をおこなうことである。また、線量増加が顕著な場合、線量低減を目的としたスキャンプロトコールについても議論を加える。具体的に本研究では、以下の3点について検討する。(研究1)造影CTでの造影剤増強効果(CT値の増加)の違いに対する臓器線量の変化について明らかにする。(研究2)通常管電圧と低管電圧使用による造影CTでのCT値増強の違いから線量変化について明らかにする。また、低管電圧に対するデュアルエネルギーCTによるCT値増強についても、線量増加の観点から有用性について検討する。(研究3)小児での造影CTにおける線量増加の影響や増強効果の高い周辺臓器の影響について検討する。2018年度は研究1の内容ならびに線量シミュレーションを実施するための基礎データについて検討をおこなった。1)線量シミュレーションに必要な各CT装置の基礎データを測定し、実測との線量誤差を検証(5%以下)した。また、各管電圧のエネルギーに対応する造影剤ヨードの定義ファイルを目的部位での増強効果に対応して組み込み、造影CTでの線量計算へ確立することができた。さらに、実際のCTスキャンと同様に3次元的な管電流変調技術をシミュレーションへ組み込み、線量計算の精度を向上することが可能となった。2)ファントムに造影剤を封入し、非造影CTと造影CTでの線量増加の違いについて造影剤投与量を変化させ、ヨードの影響について明らかにした。さらに、心臓CTにおける低管電圧と通常管電圧での線量の違いについても結果を導くことができた。1)シミュレーションに必要な各CT装置の基礎データを測定し、実測との線量誤差を検証することができた。2)CTスキャンの3次元的な管電流変調技術をシミュレーションへ組み込み線量計算の精度を向上させることが可能となった。3)ファントムを用いて造影剤ヨード濃度の違いによる線量への影響について結果を導くことができた。4)心臓CTにおける管電圧の異なるスキャン方法によるヨードの線量増加に関して検討し、国際学会で採択され発表をおこなうことができた。2018年度の研究目標として設定した課題を達成することができ、全体の研究課題に関して、「おおむね順調に進展している」と考える。2019-2020年度は研究課題として、通常管電圧と低管電圧使用によるCT値増強の違いによる線量変化、および線量増加の観点から低管電圧に対するデュアルエネルギーCTの有用性について検討する予定であり、方策として具体的に以下の2点について実施する。1)低管電圧と通常管電圧でのヨードの光電吸収の違いによる線量の違いについて解析する。ファントムでは低管電圧と通常管電圧でコントラスノイズ比(CNR)やノイズを一定にした条件で、造影CTでの線量の違いについて明らかにする。低管電圧ではエネルギーが低いため、ヨードの光電吸収が強くなり線量増加へ反映すると考える。2)デュアルエネルギーCTは、さまざまなエネルギーでの仮想単色CT画像が作成可能であり、増強効果に関係なくスキャンの線量は一定となる。低管電圧CT画像と対応する仮想単色CT画像の線量の違いについて明らかにする。2018年度に確立した、3次元的な管電流変調技術を線量シミュレーションへ組み込むために、使用する装置にあわせて条件を調整する予定である。また、管電圧とヨード濃度、CT値の関係についてデュアルエネルギーCTでは管電圧(kVp)でなく仮想単色電圧(keV)となる。仮想単色電圧に対する画像からヨード濃度を推定し線量へ反映させるために、基礎検討ならびに臨床応用が必要と考える。

2)CTスキャンの3次元的な管電流変調技術をシミュレーションへ組み込み線量計算の精度を向上させることが可能となった。3)ファントムを用いて造影剤ヨード濃度の違いによる線量への影響について結果を導くことができた。4)心臓CTにおける管電圧の異なるスキャン方法によるヨードの線量増加に関して検討し、国際学会で採択され発表をおこなうことができた。2018年度の研究目標として設定した課題を達成することができ、全体の研究課題に関して、「おおむね順調に進展している」と考える。2019-2020年度は研究課題として、通常管電圧と低管電圧使用によるCT値増強の違いによる線量変化、および線量増加の観点から低管電圧に対するデュアルエネルギーCTの有用性について検討する予定であり、方策として具体的に以下の2点について実施する。1)低管電圧と通常管電圧でのヨードの光電吸収の違いによる線量の違いについて解析する。ファントムでは低管電圧と通常管電圧でコントラスノイズ比(CNR)やノイズを一定にした条件で、造影CTでの線量の違いについて明らかにする。低管電圧ではエネルギーが低いため、ヨードの光電吸収が強くなり線量増加へ反映すると考える。2)デュアルエネルギーCTは、さまざまなエネルギーでの仮想単色CT画像が作成可能であり、増強効果に関係なくスキャンの線量は一定となる。低管電圧CT画像と対応する仮想単色CT画像の線量の違いについて明らかにする。2018年度に確立した、3次元的な管電流変調技術を線量シミュレーションへ組み込むために、使用する装置にあわせて条件を調整する予定である。また、管電圧とヨード濃度、CT値の関係についてデュアルエネルギーCTでは管電圧(kVp)でなく仮想単色電圧(keV)となる。仮想単色電圧に対する画像からヨード濃度を推定し線量へ反映させるために、基礎検討ならびに臨床応用が必要と考える。2018年度では、ファントムを用いた詳細な検討をおこなう予定であったが、それ以前に基礎検討での精度や検証を重視した。2019年度において、ファントムを用いた詳細な検討を実施する予定である。その検討において必要な物品購入が必要となり使用予定である。
アポトーシス抑制による脱毛症治療薬開発のための基礎研究

(1)リンパ球におけるアポトーシスの定量化マウス胸腺細胞をデキサメサゾンlμMを加えた培地で6時間培養しDNAを抽出すると、アガロースゲル上で、180bpごとのDNAのラダーが認められる。デキサメサゾン及びシクロスポリン0.1μMを加えた培地ではラダーの濃度が低くなり、シクロスポリンがステロイドによる(デキサメゾンによる)アポトーシスを抑制することがわかる。我々はアガロースゲル上のバンドの濃度をNIH Imageという画像解析ソフトを用いて定量化し、アポトーシス抑制に関与する薬剤を定量的に比較する方法を開発した。(2)上皮系細胞におけるアポトーシスTUNEL法では組織切片中の表皮角化細胞や外毛根鞘細胞に一部陽性細胞が認められるが、アガロースゲル上では表皮角化細胞にデキサメサゾンや高濃度のカルシウムを加えても、DMA断片他は検出できなかった。したがって現在のところ(1)の系は上皮系細胞にそのまま応用できない。この問題を打破すべく検討中である。
悪臭環境下における脳疲労を伴った作業の自律神経への影響と改善手法による効果の検証

現在、急激な高齢社会化により疫病や障害を持つ要支援高齢者の医療福祉施設において、臭気の問題が指摘されている。既往研究では、木の香りのα-ピネンに疲労軽減効果があることが明らかにされていることから、臭気のある環境下で想定される介護動作を実施した場合の木の香りの断続的体感が及ぼす健康性への影響について明らかにした。実験は、健康な男子学生6名を2班に分け、疲労の負荷として臭気の有無別に脳疲労を伴った荷重物の移乗動作を15分間行った後に、ヒノキの香りの有無の条件下で疲労回復を10分間行う方法を用いた。評価は、ストレス指標(LF/HF)、視覚的アナログ尺度(VAS)、パフォーマンス評価(P-tool)とした。また介護者の動作の特性把握のために運搬物の移乗動作時の三次元加速度を評価した。臭気および木の香りの条件は、疲労負荷時に臭気の有無、疲労回復期にヒノキの香りの有無の組み合わせで実施した。なお、疲労回復期のヒノキの香りの体感は、順応を解除することができる断続的体感とした。実験の結果、介護者の動作特性である三次元加速度の結果から、加速度変化の値を全体的に比較すると臭気あり条件が臭気なし条件に比較して高い値を示した。このことから臭気環境下での動作に丁寧さが低下する可能性が見られた。パフォーマンス評価では条件ごとの違いは見られなかった。視覚的アナログ尺度を用いた主観的評価では、疲労回復期の香りの体感により「ストレス」が大きく減少した。また、「リラックス」は同様に香りの体感により向上した。自律神経系指標のストレス値は、疲労負荷時の臭気がある条件では、臭気がない場合に比較して値が大きく上昇した。一方、疲労回復期では香りの体感によりストレス指標が減少した。以上から、臭気環境下では動作への影響が見られるとともにストレスを高め、その後の香りの体感が、ストレス改善に寄与する可能性が見られることがわかった。高齢者介護施設におけるし尿・汚物から発散される臭気は長期的なストレス環境を生じさせる恐れがあることから、臭気環境下の作業が疲労に及ぼす影響を明らかにするために、介護動作を既往研究から設定した上で、脳疲労の有無の違いにおける状態において心理・動作にどのような影響を及ぼすかを明らかにする事を目的とする。疲労時の介護動作は腰痛を引き起こすことが指摘されることから、介護時に最も大きな負荷を発生する標準動作の設定を行った上で、悪臭環境下で被験者を用いて臭気の有無及び脳疲労の有無の条件の組み合わせにおいて、疲労感の主観評価、ストレス状況、動作およびパフォーマンスについて評価した。実験の結果、安静時にストレス指標(LF/HF値)は低い傾向を示したものの、疲労の負荷によりLF/HF値の増大が見られた。疲労負荷解消後、再びLF/HF値は低下したものの、臭気を伴う条件下では比較的高い値を示し続け、疲労の持続の可能性が示唆された。次にパフォーマンス評価においては脳疲労のある環境の単純課題の処理速度への影響が示唆された。また主観的疲労感の結果に関しては、臭気環境下では安静後全ての疲労感において他の条件より高い疲労感を示し、臭気が主観的な疲労の持続に影響があることが分かった。最後に臭気環境下での作業が行為に及ぼす影響に関しては、被験者によっては、下向きの高い加速度範囲が検出され、無造作に作業をしている可能性が示唆された。以上、悪臭環境における疲労負荷は介護者の主観的疲労にストレスを与えるとともに、移乗作業が無意識に早くなる可能性があることがわかった。本研究は、臭気環境下での介護作業が自律神経やパフォーマンスへどの程度影響するかを明らかにし、またその改善の方法を探るものである。第1年度は、脳疲労負荷作業を伴う臭気の有無の違いによる動作および疲労への影響評価を実施するために、1介護環境下における腰部への高負担動作を明らかにするための標準的動作の設定および2被験者を用いた臭気環境下における動作および疲労への影響評価を計画していた。その結果、1に関しては、既往研究調査に基づき、実際の介護動作において最も腰部に負担が生じる移乗動作を対象として設定し、具体的な動作条件の設定を行うことができた。また2に関しては、代表的な臭気原因物質であるイソ吉草酸を対象として、1で定めた動作条件下での心理的生理的影響を評価することができた。高齢者介護施設におけるし尿・汚物から発散される臭気は長期的なストレス環境を生じさせる恐れがあることから、臭気環境下の作業が疲労に及ぼす影響を明らかにするために、標準介護動作を既往研究から設定した上で、脳疲労の有無の違いにおける状態において心理・動作にどのような影響を及ぼすかを明らかにする。昨年度は悪臭環境下での動作およびパフォーマンスへの影響を調査し、悪臭環境は介護者の主観的疲労にもストレスを与えるとともに、移乗作業が無意識に早くなる可能性があることが分かった。本年度は改善技術として快適な香りの体感に基づく方式を検討した。この際、単調な香りの体感は、順応によりその効果が持続しないことが考えられたため、変化する香りの体感を想定し、その気づきの影響を調べるために変化する香りの体感が臭気強度に及ぼす影響を明らかにした。被験者を対象に、変化する香りの体感実験を行った。

異なるパターンの香りとして、「発生なし」条件に加え、連続で100%濃度を発生させる「連続発生」条件、2分半間隔で0%濃度と100%濃度を繰り返す「断続発生」条件、2分毎に5段階の濃度を設定した「段階発生」条件の4条件を設定した。これは、順応の解消を目的として、2分ごとに段階的に最大濃度まで上昇させたものである。実験の結果、「連続発生」条件の臭気強度は、「強い」から「楽に感知できる」まで時間と共に低下した。「断続発生」条件では、順応と共に徐々に低下し、香りの発生停止後も低下し続けた。その後再度発生させることで、臭気強度は初期の状態と同じ程度となった。このことから「段階発生」条件では順応を解消することができることが分かった。以上、改善技術として良い香りを用いる際の体感条件として、段階的発生を断続させることが有効であることがわかった。本研究は、臭気環境下での介護作業が自律神経やパフォーマンスへどの程度影響し、その改善の方法を探るものである。第1年度は、脳疲労負荷作業を伴う臭気の有無の違いによる動作および疲労への影響評価を実施した。これを受け第二年度は、改善技術として快適な香りの体感に基づく方式を用いるために1効果的な体感方法を検討し、2順応を考慮した断続的にヒノキの香りを体感する方式を実現する機構を作成し、3その臭気強度への影響を明らかにした。その結果、1に関しては、既往研究調査に基づき、4つの香りの体感条件を設定した上で、2分毎に5段階の濃度を上昇させて体感させる「段階発生」条件などの具体的な動作条件の設定を行うことができた。また2に関しては、清浄空気を分岐させ、一方を香り発生チャンバーに導入し、これを三方弁で制御することにより、自由な香り濃度を設定することができるシステムを開発することができた。最後に3に関しては、代表的な心地よい香りであるヒノキの香りを対象として、1で定めた体感条件下での心理的影響を評価することができた。しかし、本年度より所属が変更となり、実験空間設置および必要測定機器の準備などに必要以上に負荷を伴ったことから、当初予定していた比較評価の際の課題であった3区画での同時評価を行える実験空間の設定に関して十分な検討を加えることができなかった。高齢者介護施設におけるし尿・汚物から発散される臭気は介護者の長期的なストレスを生じさせる恐れがある。この問題の解消を目的として臭気環境および脳疲労負荷下での香りの体感による生理的心理的影響を明らかにする目的とする。平成29年度は臭気環境を伴わない脳疲労負荷後の香りの体感による生理的な影響に関して検討した。この際、木の香りの成分であるα-ピネンに疲労軽減効果があることが明らかにされていることから、ヒノキの香りを主対象に選択するとともに、嗅覚順応を考慮し、これを解消するための断続的な体感を考慮した。その上で、ストレスを感じる環境を経た後に木の香りを体感することによる生理的ストレス軽減の影響を明らかにした。試験は被験者を健全な学生(男女6名ずつ)を4班に分け、生理評価を行う心拍センサを設置したうえで、試験前調整期間である「安静期間」、PC上でタスク(2-back test)を行うことで脳疲労を加える「疲労負荷期間」、香りを伴った休息による疲労回復効果を検証する「香り体感期間」、試験後の「安静期間」に分けて実験を行った。「香り体感期間」では、「香り発生無し」「連続発生」に加え、心理評価上嗅覚順応を解消する香りの「断続発生」条件を設けた。これは2分30秒ごとに香りの発生と停止を繰り返す条件である。これらを順序効果を考慮して、各班の体感順序を設定した。
ＬＭＩＲは何を認識してアレルギー・炎症を制御するのか？

本研究では、結合アッセイやレポーターアッセイを利用して、LMIRのリガンド候補をスクリーニングした。その結果、マウスLMIR3のリガンドとしてセラミド、ヒトLMIR3のリガンドとしてセラミドとスフィンゴミエリンを同定した。また、ホスファチジルエタノラミンや死細胞がヒトCD300aやCD300cのリガンドとして機能する可能性が示された。重要なことに、マスト細胞のLMIR3は脂質セラミドと結合して高親和性IgE受容体のシグナルを抑制することが明らかになった。本研究により、LMIR/CD300は脂質を認識する受容体ファミリーであることが示唆された。本研究の目的はLMIR3・4・5・6・7ノックアウトマウスの解析とLMIRリガンドの同定によりLMIRの生体内機能の全貌を明らかにすることである。当該年度の研究において、一部のLMIRリガンド候補分子の同定とLMIR欠損に伴う病態の変化を明らかにした。LMIRプローブやレポーター細胞を利用してLMIR3とLMIR5のリガンド候補分子を同定した。そのリガンドの生理的な意義については今後の検討を要する。他のLMIRリガンドの同定には至っていないが、同様の手法によるスクリーニングを継続している。LMIR4・6・7ノックアウトマウスに関しては、定常状態における解析から開始した。ミエロイド系細胞を含めて血球系の分化や増殖には明らかな異常を認めなかった。しかし、さまざまな疾患モデルを実施して、LMIR4が敗血症、LMIR7がアレルギー疾患に伴う炎症反応に関与する可能性を明らかにした。また、LPSなどのTLRリガンドの刺激により好中球から可溶性LMIR5(sLMIR5)が産生されて、敗血症を増悪させることを明らかにした。LMIR3ノックアウトマウスにおいては、マスト細胞が関与するアナフィラキシー反応、喘息モデルや皮膚炎モデルに伴う炎症反応が異常に亢進することが明らかとなった。さらに、LMIR3の野生型や変異体をLMIR3欠損マスト細胞に発現させた後、そのマスト細胞をマスト細胞欠損マウスに生着させて同様の実験を施行した。その結果、マスト細胞のLMIR3が細胞内領域に存在するITIMやITSMを介してIgEと抗原によるマスト細胞の脱顆粒やサイトカイン産生を抑制していることをin vivoにおいても証明した。LMIR3がアレルギー反応を抑制する重要なレセプターであることが判明し、アレルギーの病態を解析し新たな治療法を開発するうえで意義のある結果を得た。本研究の目的はLMIR/CD300が何を認識するかを明らかにしてLMIRの生体内における役割を明らかにすることである。当該年度の研究における成果は、マウスLMIR3/CD300fのリガンドを同定した際の手法を応用して、ヒトLMIR3/CD300fのリガンドとして脂質のセラミドとスフィンゴミエリンを同定したことである。実際、ヒトLMIR3とセラミドまたはスフィンゴミエリンの結合はマスト細胞の高親和性IgE受容体を介するシグナルを抑制することを示した。また、LMIR3欠損マスト細胞にヒトLMIR3を再構築して、この細胞をマスト細胞欠損マウスに生着させて解析を行った結果、ヒトLMIR3も生体内でマスト細胞とIgEを介するアレルギー反応を抑えることが示された。また、LMIR3欠損マウスでは、(IgEとマスト細胞が関与する)アレルギー反応が増強するだけでなく、複数の炎症誘発モデルにおいて炎症が増悪することが示された。その際、マスト細胞以外のミエロイド系細胞においてもLMIR3が抑制シグナルを伝えることが示された。一方、LMIR4,LMIR5,LMIR7も特定の炎症モデル実験において、炎症増強作用を有することが示されたが、作用機序に関しては、リガンドの同定とともに、さらなる解析を要する。少なくとも、LMIR4が好中球、LMIR5が単球・マクロファージ、LMIR7がマスト細胞において特異的な機能を有することが示唆された。本研究の目的はLMIR3・4・5・6・7ノックアウトマウスの解析と同時に、LMIRが何を認識しているかを明らかにしてLMIRの生体内における役割を明らかにすることである。当該年度の研究における大きな成果は、LMIR3のリガンドとして脂質のセラミドを同定したことである。LMIR3の細胞外領域を利用したプローブやレポーター細胞を利用して、さまざまな脂質をスクリーニングした結果、セラミドをリガンド候補分子として同定した。実際に、LMIR3とセラミドの結合がマスト細胞の高親和性IgEレセプターのシグナルをin vitroで抑制することを示した。さらに、in vivoのPCA反応において、耳介におけるセラミド抗体の前処置は野生型マウスのPCA反応を亢進させる一方、セラミドリポゾームの前処置は野生型マウスのPCA反応を減弱させることを示した。また、皮膚のマスト細胞が局在する真皮には細胞外セラミドが存在すること、しばしばそのセラミドとマスト細胞が接触していることを、組織染色により示した。

以上の結果から、マスト細胞のLMIR3はセラミドを認識してマスト細胞の過剰な活性化と付随するアレルギー反応を抑えることを証明した。また、同様のリガンドスクリーニング法により、他のLMIRの一部も特定の脂質を認識するレセプターである可能性が示唆されている。ノックアウトマウスの解析では、LMIR4欠損によりマウスが敗血症に対して抵抗性を示すこと、LMIR5やLMIR7欠損によりいくつかの炎症モデルにおける症状が軽減すること、が証明された。本年度の研究成果はLMIRが脂質を認識して免疫細胞の生体内機能を制御する可能性を示唆しており、LMIRの生体内における役割の全貌を明らかにする上で大きな前進となった。LMIRリガンドの同定は難しかったが、独自の方法により、一部のLMIRリガンド候補分子を同定したことは、今後の研究を加速させると考えられるため。LMIRノックアウトマウスの解析も進み、特にLMIR3ノックアウトマウスにおいてアレルギー反応が亢進するという結果はLMIRの全体像を明らかにするうえで重要な進展であった。25年度が最終年度であるため、記入しない。独自に改良したリガンドスクリーニング法により、脂質セラミドをLMIR3のリガンドとして同定した。また、LMIRがアレルギーを抑える重要なレセプターであることも明らかにした。LMIRのリガンドを同定するという最難関の目標を一部クリアできた点が現時点で最も重要な成果であり、評価できる部分でもある。また、これらの結果はLMIRファミリーの機能を解明する上でのブレークスルーとなりつつある。他のLMIRの解析においても、同様の手法が使える点が今後の研究に光明を与えている。これらを鑑みて、おおむね順調に研究が進展していると思われる。引き続きLMIRリガンドの同定を試み、すべてのLMIRリガンドを明らかにすることを最終目標とする。ノックアウトマウスの解析には十分な動物飼育及び実験スペースが必要となり、その確保が必要となる。さまざまなモデル実験により各LMIRがどのような病態に関与するかを早期に見極めることで、効率よく集中的な実験を遂行したいと考えている。引き続きLMIRリガンドの同定を試み、すべてのLMIRリガンドを明らかにすることが最終目標となる。LMIR3のリガンドとしてセラミドを同定した手法を利用して、他のLMIRリガンドについても脂質をスクリーニングすることで研究を推進したい。これまでの結果を踏まえて、ノックアウトマウスの解析としていくつかの炎症モデル(アレルギー、敗血症、腸炎)を中心とし、各LMIRがどのような病態に関与するかを明確にする。さらに、各LMIRと同定されたリガンドの結合の有無により病態が説明できるかを検討して、LMIRの機能の全貌明らかにしたい。
重症筋無力症の発症機序におけるアレルギー反応の関与についての研究

重症筋無力症(以下MG)は比較的解明のすすんだ自己免疫疾患であるが,その発症メカニズムは依然不明のままである.MGでは過形成胸腺に出現する胚中心においてCD23が過剰発現していることをすでに我々は報告しており,これがアポトーシスを抑制していると考察しているが,このCD23は同時にアレルギー性疾患とも深く関連している分子である.今回の研究においてMGのなかでも,非胸腺腫群では対照群に比較してアレルギー疾患の罹患頻度が有意に高率であることが明らかとなった.一方,胸腺腫群ではむしろアレルギー性疾患の罹患頻度は対照群よりも低かった.また,アレルギー性疾患を有するMGの方が,臨床症状が軽度であることが観察された.MGにおいて,胸腺腫群と非胸腺腫群とはその発症の背景が異なっていることが今回初めて示唆された.MG患者の胸腺摘出術には,胸骨正中切開法と内視鏡的胸腺摘出術とがあり,後者は手術侵襲が少ないことから現在注目されつつある治療法である.内視鏡的胸腺摘出術のうち縦隔鏡下胸腺摘出術の治療効果に関する免疫学的裏付けはこれまでのところ全くなかった.今回,縦隔鏡下胸腺摘出術の前後において,末梢血CD4陽性T細胞内サイトカイン(IL-4,IFNγ)をフローサイトメトリー法にて測定し,IFNγ/IL-4比を算出した.その結果,術後にIFNγ/IL-4比が上昇する傾向にあることが確認された.このことは,臨床症状が改善するとともにTh1/Th2バランスの変化が平行して起きること,縦隔鏡下胸腺摘出術によりCD4陽性T細胞サイトカインはTh1の方向へシフトする傾向にあることが示唆された.アレルギー疾患はTh2 diseaseといわれており,サイトカインのシフトとMGの症状改善が平行することは大変興味深い.また,縦隔鏡下胸腺摘出術の治療効果が初めて免疫学的に証明された.アレルギー疾患と免疫学的神経疾患との関連は大変興味深くThサイトカインとの関連でさまざまな報告がなされてきている.今後,MG過形成胸腺における胚中心のリンパ球の機能をさらに詳細に検討することによって,この点を明らかにしていきたい.重症筋無力症(以下MG)は比較的解明のすすんだ自己免疫疾患であるが,その発症メカニズムは依然不明のままである.MGでは過形成胸腺に出現する胚中心においてCD23が過剰発現していることをすでに我々は報告しており,これがアポトーシスを抑制していると考察しているが,このCD23は同時にアレルギー性疾患とも深く関連している分子である.今回の研究においてMGのなかでも,非胸腺腫群では対照群に比較してアレルギー疾患の罹患頻度が有意に高率であることが明らかとなった.一方,胸腺腫群ではむしろアレルギー性疾患の罹患頻度は対照群よりも低かった.また,アレルギー性疾患を有するMGの方が,臨床症状が軽度であることが観察された.MGにおいて,胸腺腫群と非胸腺腫群とはその発症の背景が異なっていることが今回初めて示唆された.MG患者の胸腺摘出術には,胸骨正中切開法と内視鏡的胸腺摘出術とがあり,後者は手術侵襲が少ないことから現在注目されつつある治療法である.内視鏡的胸腺摘出術のうち縦隔鏡下胸腺摘出術の治療効果に関する免疫学的裏付けはこれまでのところ全くなかった.今回,縦隔鏡下胸腺摘出術の前後において,末梢血CD4陽性T細胞内サイトカイン(IL-4,IFNγ)をフローサイトメトリー法にて測定し,IFNγ/IL-4比を算出した.その結果,術後にIFNγ/IL-4比が上昇する傾向にあることが確認された.このことは,臨床症状が改善するとともにTh1/Th2バランスの変化が平行して起きること,縦隔鏡下胸腺摘出術によりCD4陽性T細胞サイトカインはTh1の方向へシフトする傾向にあることが示唆された.アレルギー疾患はTh2 diseaseといわれており,サイトカインのシフトとMGの症状改善が平行することは大変興味深い.また,縦隔鏡下胸腺摘出術の治療効果が初めて免疫学的に証明された.アレルギー疾患と免疫学的神経疾患との関連は大変興味深くThサイトカインとの関連でさまざまな報告がなされてきている.今後,MG過形成胸腺における胚中心のリンパ球の機能をさらに詳細に検討することによって,この点を明らかにしていきたい.重症筋無力症(以下MG)は,その責任抗原・抗体は分子レベルで明らかになっているが,その発症メカニズムは不明のままである.MGの場合,過形成胸腺に出現するgerminal centerが自己抗体の産生と関わっている可能性がある.われわれは以前MGのgerminal centerでCD23が過剰発現していることを見いだし,これがアポトーシスを抑制していると考察した.CD23は,またアレルギー性疾患とも深く関連している.MG非胸腺腫群では対照群に比較してアレルギー疾患(特にアレルギー性結膜炎)の罹患頻度が有意に高率であることが判明した.一方,胸腺腫群ではその傾向は認められていない.むしろアレルギー性疾患の罹患頻度は対照群よりも低かった.また,アレルギー性疾患を有するMGの方が,臨床症状が軽度であることが観察された.MG患者の胸腺(或いは胸腺腫)摘出術前,術後で末梢血リンパ球を分離後,細胞を染色してフローサイトメトリーを行い,細胞内サイトカイン(IL4,IFNγ等)を測定した.

その結果,胸腺摘出術後に臨床症状が改善することと,Th1/Th2バランスの変化が平行して起きることが確認された.すなわち,術前にはTh2優位の状態であったものが,術後にはその程度が軽減していた.アレルギー性疾患(含アトピー疾患)を背景とする神経疾患が注目を集めてきている.われわれは,非胸腺腫群では胸腺内のgerminal centerでリンパ球のアポトーシスが抑制されていることによりアレルギー反応が惹起され,それと同時に,自己抗体産生細胞が病的に生存してMGが発症するという仮説を考えており,今後これを検証していく予定である.重症筋無力症(以下MG)は比較的解明のすすんだ自己免疫疾患であるが,その発症メカニズムは依然不明のままである.MGでは過形成胸腺に出現する胚中心においてCD23が過剰発現していることをすでに我々は報告しており,これがアポトーシスを抑制していると考察しているが,このCD23は同時にアレルギー性疾患とも深く関連している分子である.今回の研究においてMGのなかでも,非胸腺腫群では対照群に比較してアレルギー疾患の罹患頻度が有意に高率であることが明らかとなった.一方,胸腺腫群ではむしろアレルギー性疾患の罹患頻度は対照群よりも低かった.また,アレルギー性疾患を有するMGの方が,臨床症状が軽度であることが観察された.MGにおいて,胸腺腫群と非胸腺腫群とはその発症の背景が異なっていることが今回初めて示唆された.MG患者の胸腺摘出術には,胸骨正中切開法と内視鏡的胸腺摘出術とがあり,後者は手術侵襲が少ないことから現在注目されつつある治療法である.内視鏡的胸腺摘出術のうち縦隔鏡下胸腺摘出術の治療効果に関する免疫学的裏付けはこれまでのところ全くなかった.今回,縦隔鏡下胸腺摘出術の前後において,末梢血CD4陽性T細胞内サイトカイン(IL-4,IFNγ)をフローサイトメトリー法にて測定し,IFNγ/IL-4比を算出した.その結果,術後にIFNγ/IL-4比が上昇する傾向にあることが確認された.このことは,臨床症状が改善するとともにTh1/Th2バランスの変化が平行して起きること,縦隔鏡下胸腺摘出術によりCD4陽性T細胞サイトカインはTh1の方向へシフトする傾向にあることが示唆された.アレルギー疾患はTh2 diseaseといわれており,サイトカインのシフトとMGの症状改善が平行することは大変興味深い.また,縦隔鏡下胸腺摘出術の治療効果が初めて免疫学的に証明された.アレルギー疾患と免疫学的神経疾患との関連は大変興味深くThサイトカインとの関連でさまざまな報告がなされてきている.今後,MG過形成胸腺における胚中心のリンパ球の機能をさらに詳細に検討することによって,この点を明らかにしていきたい.
ウェアラブル/インプランタブル共通環境に向けた人体通信物理層の統合的研究

本研究の目的は,人体通信機器のサイズや装着箇所,周波数帯といった仕様に対して,高性能・低消費電力な機器の設計指針を示すことである. 2018年度は,前年度までに開発した電磁ファントムおよび数値人体モデルに加えて実人体による被験者実験を行い,「設置型機器を含む人体通信」についてより実用的なレベルの電磁界解析と実験評価を進めた.具体的には,受信機回路側から見込んだ人体および空間の容量結合インピーダンスや送信機回路を,単一の等価出力インピーダンスと等価信号源電圧によってモデル化可能なことを示した.さらに実使用を考慮して,ユーザの姿勢変化と等価回路モデルにおける各パラメータの対応関係を評価し,等価信号源電圧の振幅に対して支配的な伝送経路のインピーダンスを明らかにした上で,姿勢の影響を考慮した受信回路設計が必要であることを示した.これらの成果を踏まえ,さらに拡張的な人体通信の利用形態として「複数ユーザを伝送路とする人体通信」についても検討を進めた.特に,二体の全身詳細人体モデルを導入したFDTD法による数値電磁界解析を利用し,ユーザ周囲の電界分布および各ユーザが装着した送受信機間の伝送特性を明らかにした.この検討により,2019年度にはさらに統合的な利用形態を前提とした人体通信システムの物理層評価および設計が可能となり,本研究の目的である人体通信物理層の設計指針確立に向けて大きく前進したといえる.体内埋込型医療機器等を対象としたインプランタブル環境の人体通信については,インプランタブルセンサによる生体信号計測に適した部位の検討や,電磁曝露の影響評価に時間を要し,物理層の特性評価や機器設計にはやや遅れが生じている.しかし検討過程で,人体通信用の電極を用いて生体からの電磁応答を測定することにより複数の生体信号を検出可能なことが明らかになった.このため,生体信号計測というアプリケーション面まで考慮すると極めて大きな進捗があり,全体として研究は順調に進んでいる.2019年度は,前年度までに開発したファントムや数値人体モデル等のツールを用いて,ウェアラブル/インプランタブル両環境を対象とした人体通信システムの伝送メカニズム解明,等価回路モデリング,通信特性等,物理層の検討を行う.加えて,2018年度の研究成果から実現可能性が高まった二種類のバッテリレス人体通信(エネルギー伝送式および環境発電式)についても検討を進める.得られた結果については,前年度までの計画として遂行した「設置型機器を含む人体通信」を対象とした研究成果とあわせ,より統合的な人体通信システムの物理層設計に役立てる.本研究の目的は,人体通信機器のサイズや装着箇所,周波数帯といった仕様に対して,高性能・低消費電力な機器の設計指針を示すことである.本年度は,三層構造電磁ファントムとともに人体通信の実験評価に重要となるバッテリ駆動送受信治具を開発した.さらに送受信機および人体と周辺空間のインピーダンスをパラメータとした伝送モデルを構築した.平衡型である人体通信電極に対して不平衡な同軸給電を行うと,同軸ケーブルにコモンモード電流が流れ,人体の伝送特性を正確に測定できないことが問題になっている.また,ケーブルや大型の測定器間で生じる結合も深刻な測定誤差を招く.このため,バランや光ファイバ等によるアイソレーションを試みたが,測定系の影響が依然として残ることを確認した.このため,伝送特性測定におけるファントムの有効性を正確に評価するため,実際のウェアラブル機器使用環境と同様に,バッテリで駆動する小型の測定機器を開発した.送信機として,ディジタル直接合成発振器(DDS)による任意周波数の正弦波発振回路を製作した.本発振器はマイコンやバッテリまで含め,30 mm×30 mm×15 mm程度の外形寸法である.さらに,発振周波数を変更する際にファントムから発振器を取りはずことで接触状態が変化することを避けるため,Bluetoothによる接続により無線で発振周波数を変更可能な仕様とした.また,人体通信の伝送モデルを,等価出力インピーダンス,等価信号源電圧,人体内および空間的な容量結合インピーダンスによってモデル化した.さらに,FDTD法による数値電磁界解析を利用し,人体近傍の電界の流線を計算することでモデルの妥当性を検証した.バッテリ駆動発振器の開発では小型化と広帯域化が課題となり時間を要したため,実験評価にはやや遅れが生じた.数値電磁界解による検討は予定通り進んでいる.さらに,電磁界解析および実験によって得られたチャネルモデルを用いた符号化変調方式の評価についても初期検討を進めている.全体として研究は順調に進んでおり,大幅な計画変更は必要ない.本研究の目的は,人体通信機器のサイズや装着箇所,周波数帯といった仕様に対して,高性能・低消費電力な機器の設計指針を示すことである. 2018年度は,前年度までに開発した電磁ファントムおよび数値人体モデルに加えて実人体による被験者実験を行い,「設置型機器を含む人体通信」についてより実用的なレベルの電磁界解析と実験評価を進めた.具体的には,受信機回路側から見込んだ人体および空間の容量結合インピーダンスや送信機回路を,単一の等価出力インピーダンスと等価信号源電圧によってモデル化可能なことを示した.さらに実使用を考慮して,ユーザの姿勢変化と等価回路モデルにおける各パラメータの対応関係を評価し,等価信号源電圧の振幅に対して支配的な伝送経路のインピーダンスを明らかにした上で,姿勢の影響を考慮した受信回路設計が必要であることを示した.これらの成果を踏まえ,さらに拡張的な人体通信の利用形態として「複数ユーザを伝送路とする人体通信」についても検討を進めた.特に,二体の全身詳細人体モデルを導入したFDTD法による数値電磁界解析を利用し,ユーザ周囲の電界分布および各ユーザが装着した送受信機間の伝送特性を明らかにした.

この検討により,2019年度にはさらに統合的な利用形態を前提とした人体通信システムの物理層評価および設計が可能となり,本研究の目的である人体通信物理層の設計指針確立に向けて大きく前進したといえる.体内埋込型医療機器等を対象としたインプランタブル環境の人体通信については,インプランタブルセンサによる生体信号計測に適した部位の検討や,電磁曝露の影響評価に時間を要し,物理層の特性評価や機器設計にはやや遅れが生じている.しかし検討過程で,人体通信用の電極を用いて生体からの電磁応答を測定することにより複数の生体信号を検出可能なことが明らかになった.このため,生体信号計測というアプリケーション面まで考慮すると極めて大きな進捗があり,全体として研究は順調に進んでいる.平成30年度は,開発した電磁ファントムおよび数値人体モデルを用いて,より実用的なレベルの電磁界解析と実験評価を進める.具体的には,人体内に配置される機器である埋込型人工心臓,カプセル内視鏡を含む様々なインプランタブルセンサから体外へ情報を伝送する手段として,人体通信の適用を試みる.生体内における信号伝搬メカニズムを明らかにするとともに,埋込型として適切な電極構造を検討する.また,生体への低周波電流漏洩による電気生理学的影響を避けるため,フロントエンド回路と電極との結合方法も十分検討する.2019年度は,前年度までに開発したファントムや数値人体モデル等のツールを用いて,ウェアラブル/インプランタブル両環境を対象とした人体通信システムの伝送メカニズム解明,等価回路モデリング,通信特性等,物理層の検討を行う.加えて,2018年度の研究成果から実現可能性が高まった二種類のバッテリレス人体通信(エネルギー伝送式および環境発電式)についても検討を進める.得られた結果については,前年度までの計画として遂行した「設置型機器を含む人体通信」を対象とした研究成果とあわせ,より統合的な人体通信システムの物理層設計に役立てる.