hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
全身麻酔薬の作用機序解明を目指したTRP受容体に対する全身麻酔薬の影響解析

全身麻酔薬はTRP受容体機能を増強することが示され、麻酔作用への関与は否定的であった。一方、慢性疼痛に対する治療薬、抗うつ薬デュロキセチンがTRP受容体サブタイプ、TRPM8受容体機能を抑制することが示された。TRPM8受容体は、神経障害性疼痛の症状、冷感アロディニア発症との関連性が示唆されているが、今回の結果はデュロキセチンの作用機序の一つである可能性を示しており、今後のさらなる研究によって新たな鎮痛薬開発につながる可能性がある。申請者らは、全身麻酔薬の作用機序解明に貢献するため、TRP受容体に対する全身麻酔薬の影響全貌を明らかにすることを計画した。方法として、(1)アフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いた4種のTRP受容体に対するに対する全身麻酔薬の影響解析、(2)ラット脊髄後根神経節(DRG)と脊髄後角膠様質(SG)に発現するTRP受容体に対する全身麻酔薬の影響解析、(3)ノックアウトマウスによる行動薬理学的解析、を計画した。平成22年度は、アフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いたTRP受容体に対する全身麻酔薬の影響解析を行った。TRP受容体のうち、感覚神経細胞に多く発現し、侵害刺激受容や疼痛発現に大きく関わっていると考えられているTRPV、TRPM、TRPAのサブファミリーに属するTRPV1、TRPV2、TRPM8、TRPA1を用いた研究を計画した。このうち、TRPV1受容体のcRNAをアフリカツメガエル卵母細胞に注入し、発現させることに成功した。Voltage-Clamp法による電気生理学的手法により、チャンバー内の温度を室温の22-23°Cに設定し、カプサイシンによって活性化された電流に対する全身麻酔薬、イソフルラン、セボフルランの影響を調べた結果、これら全身麻酔薬が活性化された電流を増大させることを確認した。今後、同様にTRPV1受容体を用いて、熱刺激やプロトンによる活性化電流に対する全身麻酔薬の影響を解析し、またTRPV2、TRPM8、TRPA1についても同様な解析を行っていく予定である。平成23年度も引き続き、アフリカツメガエル卵母細胞発現系を用いたTRP受容体に対する全身麻酔薬の影響解析を行った。TRP受容体のうち、侵害刺激受容や痺痛発現に大きく関わっていると考えられているTRPAのサブファミリーに属するTRPA1受容体に対する全身麻酔薬の影響解析を行った。TRPA1受容体のcRNAをアフリカツメガエル卵母細胞に注入し発現させ、Voltage-Clamp法による電気生理学的手法により、冷刺激によって活性化された電流に対するイソフルラン、セボフルランの影響を調べた。その結果、これら全身麻酔薬が活性化された電流を増大させることを確認した。今後、DRGとSGなど神経細胞を用いたTRP受容体に対する全身麻酔薬の影響を同様に解析する予定である。平成24年度は昨年度までの全身麻酔薬に続き、慢性疼痛としての神経障害性疼痛にしばしば有効な鎮痛効果を発揮する鎮痛薬としての抗うつ薬のTRP受容体に対する影響を解析を行った。TRP受容体のうち、神経障害性疼痛の代表的な症状である冷感アロディニアのメカニズムの一つとして示唆されているTRPMサブファミリーに属するTRPM8受容体に対する抗うつ薬(デュロキセチン、アミトリプチリン、イミプラミン、ノルトリプチリン)の影響解析を行った。TRPM8受容体のcRNAをアフリカツメガエル卵母細胞に注入し発現させ、Voltage-Clamp法による電気生理学的手法により、TRPM8の刺激物質であるメンソールによる誘発性電流に対する抗うつ薬の影響を調べた。その結果、これらの抗うつ薬がTRPM8のメンソール誘発性電流を濃度依存性に抑制することを発見した。特にデュロキセチンの効果が最も強く、唯一臨床濃度でTRPM8受容体機能を抑制することが示された。

これらの結果により、神経障害性疼痛時における抗うつ薬、デュロキセチンの鎮痛効果、特に冷感アロディニアの軽減効果のメカニズムの一つとして、TRPM8受容体機能の抑制が関与している可能性が示唆された。TRPA1受容体の発現が困難であり、これを発現させるためにクローン培養の方法など分子生物学的実験において工夫が必要であり、時間を要した。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、DRGとSGなど神経細胞を用いて、アフリカツメガエル卵母細胞発現系で解析したTRP受容体(TRPV1、TRPA1受容体)に対する全身麻酔薬の影響を同様に解析する予定である。神経細胞の培養などが困難な可能性があるが、その場合は海外共同研究者である米国テキサス大学のR.A.Harris教授から、インターネットなどの通信手段を用いてアドバイスを受ける予定である。
探索アルゴリズムの並列化とその計算量の研究

本課題では,探索アルゴリズムの並列化とその計算量について研究を行ない,次の成果を得た.タンパク質や核酸のデータといったゲノムデータを対象とした探索アルゴリズムの開発は宮野(九州大学)等によってその端緒はつけられており,大量ゲノムデータからの知識獲得システムBONSAIとして大きな成功を納めた.しかし,一方では,多種多様なデータを前にして,逐次的手法による探索方式の限界も指摘されている.また,探索の問題は,純粋に理論面からは,C.H.PapadimitriouやM.Yannakakisらによって局所探索の理論が存在するが,様々な探索方式・問題を捉えるためには不十分である.本研究では,知識獲得システムの核となる探索アルゴリズムの並列化による効率化を行ない,多様なデータに対応できる並列知識獲得システムBONSAI Gardenの開発を行なった.知識獲得システムBONSAIは正負2つの例から,その例を説明する仮説をアルファベットインデキシングをラベルとする決定木として出力する.このシステムは単一のデータからなる膜貫通領域やシグナルペプチドといったようなタンパク質の説明に成果をあげた.しかしながら,2つ以上のデータが混在した例では,単一のBONSAIシステムで,意味のある小さな仮説を出力するには限界があった.この問題を解決するために,複数のBONSAIを並列に動かすアルゴリズムを設計し,知識探索の並列化を行なった.BONSAI Gardenと呼ばれるこのシステムでは,特殊なプロセスGardenerにより管理された複数のBONSAIプロセスが並列に動作し,効率のよい解空間の探索を行なう。このシステムによって、当初の目的の複数の小さな仮説を出すことに成功した.さらに,DNAおよびタンパク質の塩基配列を入力とする実験を行ない,核となる並列探索アルゴリズムの実験的有効性を確かめた.本課題では,探索アルゴリズムの並列化とその計算量について研究を行ない,次の成果を得た.タンパク質や核酸のデータといったゲノムデータを対象とした探索アルゴリズムの開発は宮野(九州大学)等によってその端緒はつけられており,大量ゲノムデータからの知識獲得システムBONSAIとして大きな成功を納めた.しかし,一方では,多種多様なデータを前にして,逐次的手法による探索方式の限界も指摘されている.また,探索の問題は,純粋に理論面からは,C.H.PapadimitriouやM.Yannakakisらによって局所探索の理論が存在するが,様々な探索方式・問題を捉えるためには不十分である.本研究では,知識獲得システムの核となる探索アルゴリズムの並列化による効率化を行ない,多様なデータに対応できる並列知識獲得システムBONSAI Gardenの開発を行なった.知識獲得システムBONSAIは正負2つの例から,その例を説明する仮説をアルファベットインデキシングをラベルとする決定木として出力する.このシステムは単一のデータからなる膜貫通領域やシグナルペプチドといったようなタンパク質の説明に成果をあげた.しかしながら,2つ以上のデータが混在した例では,単一のBONSAIシステムで,意味のある小さな仮説を出力するには限界があった.この問題を解決するために,複数のBONSAIを並列に動かすアルゴリズムを設計し,知識探索の並列化を行なった.BONSAI Gardenと呼ばれるこのシステムでは,特殊なプロセスGardenerにより管理された複数のBONSAIプロセスが並列に動作し,効率のよい解空間の探索を行なう。このシステムによって、当初の目的の複数の小さな仮説を出すことに成功した.さらに,DNAおよびタンパク質の塩基配列を入力とする実験を行ない,核となる並列探索アルゴリズムの実験的有効性を確かめた.
イネの根伸長角度を制御する遺伝機構の解明

作物にとって深根性は、干ばつ時に土壌深層に偏在する水分を獲得する上で重要な形質である。根系改良によるさらなる干ばつ回避能力向上のため、本研究課題では新奇な根伸長角度QTLs(qSOR1およびDRO3)の解析を行った。その結果、qSOR1遺伝子の単離に成功し、その発現パターンを特定することができた。またqSOR1は既報のDRO1と同様にオーキシンシグナル伝達経路で機能するが、両遺伝子は根伸長角度制御に関して独立な遺伝的経路上で機能していると考えられた。DRO3は詳細マッピングを試みたが、DRO3近傍にはDRO3と相反する効果を持つQTLが存在しており、DRO3候補領域の絞込みには至らなかった。作物にとって深根性は干ばつ時に土壌深層の水を獲得する上で重要な形質である。申請者の研究グループでは作物で初めて根伸長角度に関する遺伝子DRO1を単離・同定した。DRO1は機能型で深根となり、それによりイネの干ばつ回避能力を高めることがわかった。根系改良によるさらなる干ばつ回避能力の向上のため、本研究課題では新規な根伸張角度遺伝子qSOR1やDRO1の遺伝経路上にあると推察されるDRO3の解析を進め、イネの根伸長角度に関する遺伝機構の解明を目指す。qSOR1は地表根(水田で一部の根が地表面上に伸長する形質)を形成する品種であるGemdjahBeton(GB)と地表根を形成しないササニシキの組換え近交系統群を用いたQTL解析から見出された。GBのqSOR1候補遺伝子はタンパク質コード領域内の1塩基置換によりナンセンス変異が生じていたため、GBにおいて本候補遺伝子は非機能型となっていると考えられた。そこで上流配列を含むササニシキ型(機能型)qSOR1全長配列をGBに導入したところ、GBの地表根形成が抑制されていることを確認できた。また、(国研)農業生物資源研究所が保有するTilling系統からqsor1変異体をスクリーニングして表現型解析をしたところ、親品種のコシヒカリよりも浅根となったミスセンス変異系統を1系統得ることができた。この系統におけるミスセンス変異は、三次元構造予測からqSOR1タンパク質の構造変化をもたらすと推測された。以上の結果より本候補遺伝子がqSOR1であると結論付けられた。qSOR1の組織別発現部位をRT-PCRで調べたところ、qSOR1は根端に加えて基部茎葉節および花序においても発現していた。根伸長角度に関わる根端での発現をさらに解析すると、qSOR1は浅根根端よりも深根根端での発現が高いことがわかった。またin situ hybridizationで空間的発現パターンを解析したところ、qSOR1はコルメラで特異的に発現していることが判明した。当初の年次計画あったqSOR1のRNAi系統の作製など達成できていない項目もあるが、明らかにしたい結論を導き出すには十分な結果が得られている。DRO3の解析に関しては、詳細マッピング用の解析集団の作製を計画通りに進めている。それに加え、DRO1、qSOR1およびDRO3の各NILの作製並びに集積系統の作製も計画通りに進んでいる。作物にとって深根性は、干ばつ時に土壌深層の水を獲得する上で重要な形質である。これまでに申請者の研究グループでは作物で初めて根伸長角度に関する遺伝子DRO1を単離・同定し、DRO1は機能型で深根となることでイネの干ばつ回避能力を高めることがわかった。根系改良によるさらなる干ばつ回避能力の向上のため、本研究課題では新規な根伸長角度遺伝子qSOR1やDRO1の遺伝経路上にあると推察されるDRO3の解析を進め、イネの根伸長角度に関する遺伝機構の解明を目指す。前年度までにqSOR1については単離に成功し、詳細な発現部位の特定に至っている。申請者の研究グループで単離・同定したDRO1とqSOR1の遺伝学的相互作用を解析するため、IR64背景で両遺伝子の機能型あるいは非機能型をそれぞれ組み合わせた系統を作製し(DRO1/qSOR1, DRO1/qsor1, dro1/qSOR1, dro1/qsor1)、畑圃場で育成して表現型を観察した。これまでの表現型解析より、DRO1は非機能型になるとすべての冠根が浅根となるのに対し、qSOR1は非機能型になると主に細い冠根が浅根となる傾向が認められた。この両遺伝子の根伸長角度に対する作用を踏まえて4系統の根伸長角度を調査したところ、DRO1とqSOR1は根伸長角度に関して相加的な効果を示した。また、これら4系統の根端からRNAを抽出し、DRO1およびqSOR1の発現量を調べた。その結果、DRO1背景とdro1背景間でのqSOR1発現量、およびqSOR1背景とqsor1背景間でのDRO1発現量はそれぞれ差が認められず、互いの発現に影響しあうことがないことが明らかとなった。以上より、DRO1とqSOR1は根伸長角度制御に関して独立な遺伝的経路上で機能していると考えられた。qSOR1に関して、最終年度を目処とした論文執筆に向けて必要なデータ取得が順調に進んでいる。DRO3に関して、DRO3近傍にはDRO3の深根化作用に対して負の効果を持つQTLが存在することがこれまでに明らかとなっている。

そのため詳細マッピング用の組換え固定系統を作製するにあたり、該当領域のQTLを排除した系統を選抜してそれらの自殖種子を得た。また、DRO3のマッピングおよび遺伝子単離にあたって最適な根伸長角度評価系も決定することができた。作物にとって深根性は、干ばつ時に土壌深層の水を獲得する上で重要な形質である。これまでに申請者の研究クループでは作物で初めて根伸長角度に関する遺伝子DRO1を単離・同定し、DRO1は機能型で深根となることでイネの干ばつ回避能力を高めることがわかった。根系改良によるさらなる干ばつ回避能力の向上のため本研究課題では、新奇な根伸長角度遺伝子qSOR1の単離と機能解析、およびDRO1の遺伝経路上にあると推察されるDRO3のマッピングを通して、イネの根伸長角度に関する遺伝機構の解明を目指す。前年度までの解析によりqSOR1については遺伝子単離および発現部位の特定に至っており、またDRO1とは独立した遺伝的経路上で根伸長角度を制御していることが明らかとなった。また、DRO3はファインマッピング用に組換え固定系統の材料育成を進めた。本年度、qSOR1は複数の双子葉植物種においてそのホモログが重力屈性に関与しており、アミノ酸配列のC末端の保存領域が重要であることが報告された。イネqSOR1にもこの保存領域は存在するため、該当配列を欠失させたcDNA配列をqSOR1プロモーターに連結したコンストラクトを浅根であるqsor1-NILに導入した形質転換体を作製し、その表現型を観察した。その結果、完全長cDNA配列をqsor1-NILに導入した系統では根伸長角度がゲノム相補系統と同レベルに回復したが、欠失系統ではqsor1-NILの根伸長角度を回復させることができなかった。したがって、この保存配列がイネの根伸長角度制御においても重要であることが示された。DRO3に関して、ファインマッピング用組換え固定系統作製を完了しマッピングを行ったが、DRO3候補領域の絞込みはできなかった。これはDRO3近傍に座乗する根伸長角度を浅くする因子の影響を排除することができなかったためと考える。作物にとって深根性は、干ばつ時に土壌深層に偏在する水分を獲得する上で重要な形質である。根系改良によるさらなる干ばつ回避能力向上のため、本研究課題では新奇な根伸長角度QTLs(qSOR1およびDRO3)の解析を行った。その結果、qSOR1遺伝子の単離に成功し、その発現パターンを特定することができた。またqSOR1は既報のDRO1と同様にオーキシンシグナル伝達経路で機能するが、両遺伝子は根伸長角度制御に関して独立な遺伝的経路上で機能していると考えられた。DRO3は詳細マッピングを試みたが、DRO3近傍にはDRO3と相反する効果を持つQTLが存在しており、DRO3候補領域の絞込みには至らなかった。平成28年度はまず、qSOR1においてオーキシンによる発現制御機構が存在するか否かを明らかにする。両者に相互関係が見出された場合、オーキシンシグナル伝達経路のどの位置でqSOR1が機能しているのかを調べる。またqSOR1とDRO1は機能が非常に類似しているが発現部位が異なることから、プロモータースワップ実験により両遺伝子産物の根伸長角度に対する作用の相違点を類推する。DRO3に関しては作製を進めている組換え固定系統を用いて詳細マッピングを行ない、候補領域を絞り込む予定である。
中華圏における学校制度比較研究

本研究は、研究代表者による中国大陸の学校制度研究を土台にして、香港、マカオ、台湾、シンガポール、マレーシアという中華圏の6つの国・地域を対象に、同じ文化的背景、異なる社会的背景の中で、どのような学校制度を構築しているのかを明らかにすることをめざした。本研究の成果として(1)各国・地域の学校制度の現状を明らかにしたこと、(2)小学校に英語を導入するという各国・地域共通のテーマについて、各国・地域の教育的背景によって対処方法が異なり、そこから教員確保や格差、さらに民族問題など、さらに深い問題を生じさせていることが確認できたこと、(3)これらから学校制度の比較は、形式的な比較だけでなく、新たな事象が生じた際の対処方法も変えていくものという視点が重要であることが確認できたこと、があげられる。中国大陸の学校制度研究を土台として、香港、マカオ、台湾および東南アジア諸国を対象に、同じ文化的背景、異なる社会的背景の中で、どのような学校制度を構築しているのかを明らかにするため、実施1年目である平成22年度は、(1)中華圏各国の学校制度を比較研究するための資料収集・情報収集、(2)現地訪問による情報収集および学校訪問・学校関係者インタビューによる情報収集をおこなった。前者については、中華圏における学校制度の特徴を明らかにするという観点から、主に中国語、日本語、英語の文献を幅広く収集し、学校制度の分析および比較の視点の析出を進めた。後者については、台湾訪問調査を実施した。現地では資料収集・情報収集につとめた他、学校訪問調査を実施した。その際、本調査で扱う学校制度は、その教育内容・方法とも密接に関連した部分も含めた広義の学校制度であるため、台北近郊の小学校に加えて、地方の小学校も訪問し、授業参観、教員への聞き取り調査を実施して、台湾における学校教育の特徴や地域や学校によってどのような違いがあるのか等について、具体的に確認した。例えば、日本と同様、台湾の小学校では担任教員がほぼ全ての教科を教える状況にあるなか、新たに導入された英語科については、原則として専任教員をおく方法がとられている。これにより、経験豊富な英語教員が存在する一方で、授業方法や内容のばらつき、教員の他業種流出、教員間や外国人教員との給与の格差、これに関連した学位取得を含めた教員研修の問題などの存在が確認できた。また子どもが英語に接触する量を増やすという観点から教材会社と教員が共同で教材作成をおこなっている。こうした教室環境や教材を整えることは授業内容のばらつきを克服することにもつながるため、日本でも参考になる部分といえよう。中国大陸の学校制度研究を土台として、香港、マカオ、台湾および東南アジア諸国を対象に、同じ文化的背景、異なる社会的背景の中で、どのような学校制度を構築しているのかを明らかにするため、実施2年目である平成23年度は、(1)中華圏各国の学校制度を比較研究するための資料・情報収集の継続、(2)現地訪問による情報収集をおこなった。前者については、引き続き中華圏における学校制度の特徴を明らかにするという観点から、主に中国語、日本語、英語の文献を、中華圏以外の学校制度情報も含めて幅広く収集し、学校制度の分析および比較の視点の析出を進めた。後者については、マカオ、香港を訪問し、学校制度関連の資料・情報収集、学校参観、教育関係者へのインタビューを実施した。とくにマカオについては、事前の検討から、複雑な地理・歴史的環境による言語教育に特徴があると考え、日本の文部科学省に相当する教育曁青年局を訪問して、言語教育を中心にマカオの教育事情についてインタビューを実施した。また私立幼稚園(小学校を併設)を訪問して、幼稚園や小学校における言語教育の状況を確認し、授業参観をおこなった。英語が大きな影響力をもっている香港とは異なり、事実上3つほどの学校体系が並立しているマカオでは、学校で用いられる言語も、広東語、中国標準語、英語、ポルトガル語があり、教え方や教える時間数もよってたつ学校制度や教育方針、将来への見通しの違いから大きく異なる状況がみられている。規定では公立学校は公用語である中国語とポルトガル語のうち1つを教授言語としなければならず、私立学校は1つを学ぶ機会を提供しなければならないことになっている。こうした違いは、それぞれの学校教育のあらゆる部分に違いをもたらしているため、そうした複雑さを分析し、理解して、マカオの学校制度として整理することが次年度の課題と考えている。中国大陸の学校制度研究を土台として、香港、マカオ、台湾および東南アジア諸国を対象に、同じ文化的背景、異なる社会的背景の中で、どのような学校制度を構築しているのかを明らかにするため、最終年度である平成24年度は、(1)中華圏各国の学校制度を比較研究するための資料・情報収集の継続、(2)現地訪問による情報収集をおこない、整理した。

後者については、台湾を訪問し、中華民国教育部等において資料収集をおこなった他、台北郊外の公立小学校、公立幼稚園、私立幼稚園等を訪問し、教室や授業を参観し、教員と意見交換を実施した。これまで文献調査や訪問調査を進めていく中で浮かんできた疑問を解決するための訪問であり、就学前教育および小学校での英語教育の現状と課題などが確認でき、十分な成果が得られたと考えている。本研究は、複数の国・地域の学校制度比較であり、これらを見通すための視点を得る必要があった。この点において、言語教育(英語教育、母語教育、中国語教育)、就学前教育の学習の位置づけなどが、各国・地域の学校制度をみるための視点として有効であるとわかったことは、本研究の成果の1つといえよう。例えば、英語教育という新しいものが小学校に入ってくる際に、すでに豊富な経験を有しているシンガポールや香港は別として、マレーシアでは英語で算数や理科を教えるという課題になり、学力低下や母語教育の劣化という観点から中国系の反対を引き起こした。香港に近いながらも、旧ポルトガル領という特殊な状況にあるマカオでは、広東語、中国標準語、ポルトガル語といった外すことのできない言語の中で、香港より抑えた教育がおこなわれていた。台湾では就学前教育までを巻き込んだ格差の問題に発展していた。このように同一の課題に対して、さまざまな差が生じること、そしてその背景に各国の学校制度の違いがあることがいくつかの点で確認された。
野菜の工場的生産施設における照明方法に関する研究

本研究は、本研究代表者らがこれまで行ってきた、植物工場や養液栽培に関するハード、ソグト両面の知見をベースに、工場的生産施設における照明方法を革新して経営収支を大幅に改善することを目的としたものである。これまで、植物工場における照明方法については、主として光強度、照明時間について試験研究が進められており、本研究代表者らも深夜あるいは夜間帯電力を前提とした短時間強光度照明による経済的な栽培方法を提案している。一方、現在稼働中の植物工場では、24時間の照明サイクルの内1016時間の連続照明を行っているのが一般的であるが、完全制御型の植物工場は、24時間の照明サイクルから解放され得る要素を備える初めての栽培システムである。照明サイクルに関しても、ミリ秒単位から秒、分、時間単位までの光周期が試験・検討されているが、いずれの場合にも好結果は得られていない。これは、これまでの試験が、明期と暗期の比率を変えないで光周期のみを変化させてたことに関係あると思われた。そこで本研究では、明期時間は同じで、暗期時間だけを変化させることにより光周期を時間単位で変えた照射サイクルに注目した試験を行った。その結果、レタス苗のを用いた試験では、暗期時間を短くしても1明期当たりの苗の生長量は有意に減少しなかった。これは生理的には、2時間の暗期で光合成産物の同化転流が完了したためと考察した。このことは、10時間明期の場合、16時間暗期で24時間周期とした試験区と比較して、24時間暗期で12時間周期とした試験区では、同じ収穫物を得るのに電力消費量はほぼ同じであるが、収穫所要日数は、1/2に短縮できることを意味している。生産コストに占める施設の償却費の比率が極めて高い植物工場では、絶対的な生育速度の向上の持つ意義は極めて大きい。今後は、繰り返し試験を行い再現性の確認とともに、明期時間を変えた場合についてもさらに研究を行う必要がある。
ミリ波帯高効率方形平行平板スロットアレーアンテナの研究

昨年度本研究において提案したポスト壁導波管給電平行平板スロットアレーを76GHz帯で試作した。0.8mmのガラスファイバー入りテフロン基板に、直径0.3mmのスルーホールを中心間距離0.6mmの間隔で密に開け、その壁面に銅メッキを施してポスト壁給電導波路を構成した。給電導波路の中央にあるT分岐の背面に開口を設け給電を行った。基板上部銅箔面には幅0.2mmの放射スロットをエッチングに作成した。76.5GHzで等振幅等位相の2次元開口分布が得られるように、ポスト壁給電導波路と放射スロットアレーを設計した。設計通りに、ポスト壁給電導波路と放射スロットアレーが等振幅等位相を実現する周波数が初めて一致した。ほぼ開口面全体で振幅は4dB以内、位相は20度以内の電磁界分布の一様性を実現した。76.75GHzにおいて、給電点での反射が-6.33dBとあまり良くないにもかかわらず、利得29.7dBを45%の効率で実現した。給電点での反射が改善されれば58%程度の高効率が実現できる可能性を示した。また、反射を抑圧し任意方向の直線偏波を実現する4本のスロットからなるセットの構成法を検討した。一様振幅を実現し入射TEM平面波の波面に対して90度および45度方向の直線偏波を放射する方形平行平板スロットアレーを設計した。38GHz帯で試作し、良好な偏波特性を実験により確認した。方形平行平板スロットアレーアンテナを実現するための各要素技術を確立した。まず、方形平行平板内に一様なTEM波を励振する新しい構造として、誘電体基板を用いた1層構造導波管給電回路を提案した。誘電体基板にスルーホールを密に配列し、その壁面にメッキ等により金属を付着させて導波路(ポスト壁導波管)を構成している。プリント基板加工技術を基に比較的簡易にアンテナを安価に製作できると考えられる。設計周波数において、給電導波路の結合窓が等振幅同位相の分配を実現したことを実験により確認した。給電導波路の周波数特性を、測定近傍界分布の利得により評価し、1dB帯域が約3%であることを示した。また、一様励振分布となるように放射スロットの形状と位置を最適化した。スロットアレーの終端に取り付ける整合素子の設計も行った。これらの要素技術を組み合わせたアンテナの試作と測定を40Ghz帯で行った。138mm×130mmの大きさの1回目の試作により、40.0GHzで利得30.6dBiと効率29%が得られた。さらに、今回提案したポスト壁導波管の伝送損失を自動車衝突防止レーダ等で用いられる77GHz帯で測定した。比誘電率5、tanδ=0.0008のセラミック基板について行い、直径0.2mmのポストを0.4mm間隔で配列した高さ0.7mmの導波路で約0.5dB/cmの伝送損失が得られた。ポスト間隔が大きくなるにつれて伝送損失が増大することを実験的に確認した。
メダカを用いた筋原線維性ミオパチーの病因解明、および新規疾患モデルの作出

本邦における筋原線維性ミオパチー(MFM)患者に認められた新規の変異について、トランスジェニックメダカを作成し、その病因性を検討した。その結果、BAG3における新規変異を導入したトランスジェニックメダカにおいて、体の彎曲や、筋線維の大小不同、変異タンパク質およびZ線関連タンパク質の蓄積等のMFMの臨床病理学的特徴を再現すると思われる表現型を呈し、その病因性を確かめることができた。本研究では、筋原線維性ミオパチー(MFM)の患者に認められた遺伝子変異が、実際にMFMの病態を引き起こしているか確認し、分子病態解明のためのモデル生物を確立することを目的とする。本年度は、メダカα-アクチンプロモーターの制御下で、骨格筋特異的に導入遺伝子を発現するトランスジェニックメダカの作成を試み、現在までに5遺伝子、13系統を樹立した。BAG3のP209Lの変異は、MFMを引き起こすことが報告されているが、この変異型遺伝子を導入したトランスジェニックメダカでは、筋線維内での変異型タンパク質やその他のZ線関連タンパク質の蓄積(封入体の形成)、および筋線維の萎縮を伴う径の大小不同、間質の著明な増加等、MFMで認められる筋病理像を呈した。我々の網羅的シーケンス解析から見出された新規変異p.261-265RAASPdelを有するBAG3を導入したトランスジェニックラインでも、同様の筋病理変化が認められた。さらに、これまでにMFMの原因遺伝子として報告されていないZ線関連遺伝子Aの導入個体についても、同様の筋病理変化が認められた。さらに、これらのメダカでは、体の屈曲、運動能の低下等、個体レベルでの表現型が認められた。また、導入遺伝子はEGFPとの融合型タンパク質として発現するため、細胞内での局在を共焦点顕微鏡下で、生きたまま観察することができる。得られたトランスジェニックメダカは、MFMの疾患モデルとして、病態解明に向けた詳細な解析、および小型で多産であるメダカの特長を活かし、運動能の回復や、細胞内での変異タンパク質の蓄積の緩和を指標として、MFMの治療に向けた分子スクリーニング等への応用が期待できる。筋原線維性ミオパチー(MFM)は、筋原線維配列の強い乱れと筋線維内でのタンパク質の蓄積を主病変とする筋疾患群で、サルコメアのZ線関連タンパク質の異常によることが示唆されているが、その約80%は原因不明である。我々は、HSP/HSC70のコシャペロンとして働き、サルコメアZ線の構造維持に重要な働きをすると考えられているBAG3において認められたヘテロ接合型の新規変異である、780番目から794番目までの塩基の欠失変異(c.780-c.794del)について、トランスジェニックメダカを作成することによりその変異が病因となっているかを検討した。変異型BAG3を導入したトランスジェニックメダカにおいては、顕著な体の彎曲が認められ、それに伴い、運動能が失われていた。当該魚では、筋線維の萎縮を伴う大小不同が認められ、ヒトにおけるミオパチーに対応する表現型を呈していると考えられた。さらに筋原線維内において変異型BAG3はfilamin CやdesminといったZ線関連タンパク質と共に蓄積していた。また、当該魚の電子顕微鏡観察を行った結果、Z線の拡張を伴う構造異常が認められた。これらの表現型はMFM患者生検筋において認められる所見とよく合致していることから、c.780-c.794delの変異はMFMの責任変異であると考えられる。本研究では、多産で世代交代が早く、体が透明なメダカを用いることにより、個体レベルでの変異タンパク質の影響を検討することができた。トランスジェニックメダカは、MFMのみではなく多くの優性変異型の筋疾患研究において、変異の病因性の検定や病態モデルとして有用であると考えられる。メダカを用いたトランスジェネシスは、細胞内封入体の形成や、運動能の低下等、MFMの病態を再現できることが確かめられ、優れた疾患モデルになり得ることが実証された。既報の原因遺伝子における新規変異および、新規の原因候補遺伝子における変異の病原性も認めることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。トランスジェニックラインの作成を試みた遺伝子のうちいくつかについては、正常型、変異型双方で、導入したタンパク質による細胞内封入体の形成が認められた。このような変異非依存的な凝集は、本来の生理的条件での発現量との乖離、およびEGFPの付加等が影響していると考えられる。この問題を解決するため、次年度は、テトラサイクリンによる発現誘導の系を用い、タグを付加しない本来の形の遺伝子を骨格筋で発現調節できるトランスジェニックラインを作成する。
高温超伝導体の臨界相境界近傍における固有トンネル特性に関する研究

Bi系高温超伝導体の結晶構造自体に内包される固有ジョセブソン接合のエレクトロニクス応用を最終的な目標として、現在基礎的な特性を調べるために不足ドープ領域から絶縁体にいたるまでの広い範囲にわたってのドープ量依存性を詳しく研究している。Bi系はこれまでドープ量を幅広く変化させることが困難で、これまでほとんど限られたドープ領域での研究しか行われていなかったが、我々の開発した両面壁開技術を利用して単結晶から極薄壁開単結晶薄膜を作製することでドープ量依存性を明らかにすることが可能となった。最近では、ドーピングの際に不可避的に導入される結晶構造の乱れが超伝導状態に与える影響が注目されている。本期間は主にこのような視点に立って、壁開単結晶薄膜の過剰酸素量を変化させ、ドープ量を広範囲にわたって制御した系統的な研究を行った。具体的には、過剰酸素量制御がBi系の超伝導状態に与える影響を調べることをねらいとして、さまざまなドープ量に変化させながら輸送特性である面内抵抗率、ホール係数を測定した。その結果、過剰酸素量を変化させて不足ドープ状態にしたBi系高温超伝導体は、超伝導転移温度がLa系、Y系と比較して異常に抑制されていることが明らかになった。このようなBi系で特に顕著な超伝導転移温度の抑制の理由として、Cuのイオンと周りの0のイオンからなるピラミッドの傾斜などの、過剰酸素による局所的な格子の乱れが原因と考察した。実際、最近の過剰酸素の存在に伴う結晶構造、電子構造の変化の数値解析の結果は、過剰酸素の存在はCu直上の頂点酸素を大きくずらすことを明らかにしている。これらの内容の国際学会発表などを行った。Bi系高温超伝導体の結晶構造自体に内包される固有ジョセフソン接合のエレクトロニクス応用を最終的な目標として現在、基礎的な特性をしらべるために不足ドープ領域の特性を詳しく研究している。Bi_2Sr_2CaCu_2O_8+δ(Bi2212)の不足ドープ状態を実現するためにSrの一部をLaに置換して実験を行っている。これまでに、Bi2212にこのような元素置換を行うと置換された元素は不均一に分布してしまうことが分かっている。しかし、微細加工技術を用いでメサ構造を作製し、微小な領域を測定すれば置換された元素が均一な部分を抽出し、純粋な不足ドープ領域の特性を調べることができる。このようにして不足ドープの試料のトンネルスペクトルを測定し、その結果から超伝導状態そのものがよりミクロなスケールで本質的に不均一になっている可能性が高いことを明らかにした。しかし、微小メサ構造では微小領域を測定することができるが、c軸特性のみしか測定することができない。そこで今後、微小構造による面内抵抗率やホール係数の測定、そしてさらに固有ジョセフソン接合を用いた微小ジョセフソン素子集積三次元回路構成の前準備としてヘキ開単結晶薄膜の作製技術の開発に取り組んだ。具体的には、単結晶表面にイオンミリングを用いてメサ構造を作製し、そのメサ部分のみをヘキ開によって切り出す手法である。現在、両面ヘキ開によって単結晶薄膜を作製する方法をある程度確立することに成功し、これにさらに微細加工を施した試料によって不足ドープのBi2212の面内定効率、ホール係数などの輸送特性を測定することを可能にした。Bi系高温超伝導体の結晶構造自体に内包される固有ジョセフソン接合のエレクトロニクス応用を最終的な目標として、現在基礎的な特性を調べるために不足ドープ領域の特性を詳しく研究している。この物質は劈開性がよく清浄な表面を得やすいため種々のプローブで精密な研究が進められている。より一層理解を深めるにはさらにキャリアドープ量依存性を広い範囲で知る必要があるが、この系ではドープ量を幅広く変化させることが困難で、これまでほとんど限られたドープ領域での研究しか行われていない。ドープ領域を変化させるには元素置換あるいは酸素量の増減が必要であるが、元素置換はこの物質では相分離が起こって均質な試料を得ることが困難であり、一方、酸素量を変化させる場合、現実的な時間で還元しようとすると濃度の分布や表面の荒れが起こり、これも均質な試料を得ることが実質的に困難である。この困難を解決するため、昨年度に開発した両面劈開技術を利用して厚さ30-40nmの極薄劈開単結晶薄膜を作製し、これに対し酸素量制御を試みた。その結果、通常の薄膜作製法で得た薄膜試料とは異なりバルク単結晶とほぼ同じ質の特性が測定できてかつ、バルクでは非常に困難なドープ量の幅広い制御も可能になった。今年度は劈開単結晶薄膜を用いた輸送特性の測定を行い、最適ドープから不足ドープ、絶縁体領域までに系統的に酸素量を変化させた輸送特性をこの物質において初めて明らかにした。この実験結果は、高温超伝導体でみられる不均一性などの特異な超伝導体状態に関して新しい重要な知見を与えるものと考えている。今後はこの両面劈開の技術をさらに発展させ、この物質の異方性や固有ジョセフソン特性を幅広くドープ量を変化させて明らかにしていく予定である。

Bi系はこれまでドープ量を幅広く変化させることが困難で、これまでほとんど限られたドープ領域での研究しか行われていなかったが、我々の開発した両面壁開技術を利用して単結晶から極薄壁開単結晶薄膜を作製することでドープ量依存性を明らかにすることが可能となった。最近では、ドーピングの際に不可避的に導入される結晶構造の乱れが超伝導状態に与える影響が注目されている。本期間は主にこのような視点に立って、壁開単結晶薄膜の過剰酸素量を変化させ、ドープ量を広範囲にわたって制御した系統的な研究を行った。具体的には、過剰酸素量制御がBi系の超伝導状態に与える影響を調べることをねらいとして、さまざまなドープ量に変化させながら輸送特性である面内抵抗率、ホール係数を測定した。その結果、過剰酸素量を変化させて不足ドープ状態にしたBi系高温超伝導体は、超伝導転移温度がLa系、Y系と比較して異常に抑制されていることが明らかになった。このようなBi系で特に顕著な超伝導転移温度の抑制の理由として、Cuのイオンと周りの0のイオンからなるピラミッドの傾斜などの、過剰酸素による局所的な格子の乱れが原因と考察した。実際、最近の過剰酸素の存在に伴う結晶構造、電子構造の変化の数値解析の結果は、過剰酸素の存在はCu直上の頂点酸素を大きくずらすことを明らかにしている。これらの内容の国際学会発表などを行った。
数学的モデル化の能力と態度の育成に関する研究

本研究の目的は,数学的モデル化能力と態度を明確にするとともに,数学的モデル化能力と態度を育成するための学習指導を構築することであった。数学的モデル化能力については,定式化,数学的処理,解釈・評価の各局面を遂行するのに必要な能力と数学的モデル化過程全体をモニタリングし,コントロールする能力の2つの柱で規定した。また,学習指導については,1つの事象に対して,経験的モデル化と理論的モデル化の双方を意識させる学習指導と実験データや統計データの回帰分析を行う際に重要となる最小二乗法の基本的な考え方の理解を目指した学習指導を具体例とともに示した。本研究の目的は,学校数学において,数学的モデル化の能力と態度を育成するための学習指導の枠組みを構築することである。そのために,数学的モデル化を積極的に扱っている海外の教科書の分析や先行研究の文献解釈によって理論的に構築するとともに,構築した枠組みの有効性を実証的に考察する。本年度の主な研究成果は次の3点である。1点目は,学習指導を行う際に用いる教材の要件や特性を見出したことである。具体的な教材の要件や特性は,以下の3点である。1.子どもが問題状況を想像でき,思考の過程や結果に価値を感じることができる教材,2.数学的モデル化過程を辿ることができる教材,3.経験的モデル化と理論的モデル化の双方を経験できる教材。2点目は,昨年度価値を吟味した経験的モデル化と理論的モデル化に関する内容である。具体的には,1つの事象に対して,経験的モデル化と理論的モデル化の双方から解決でき,その活動の価値を感得させうる教材を開発した。また,経験的モデル化を経験できる比例の教材も開発した。3点目は,経験的モデルを作成するいくつかの方法を検討し,その方法を学習する際の順序,教材,価値を考察したことである。具体的には,回帰直線という経験的モデルを作成する方法として,「データの傾向に対して適合すると捉えられる直線を目測によって決定する方法」,「メジアンーメジアン線」,「最小二乗法」に焦点をあてて考察を行った。上記を研究全体からとらえてみると,学習指導の枠組みを構成するいくつかの要素を特定し,その要素を1つ1つを明確にしたことにあたると言える。現実事象の問題を数学を活用して考察する能力や態度,すなわち,数学的モデル化の能力と態度の育成は,生きる力の育成を掲げる学校教育において,数学教育が果たすべき重要な役割の1つである。そこで,数学的モデル化の学習指導をどのように行っていくべきかを規範的に考察するとともに,現実事象の問題に対する子どもたちの思考を明らかにし,学習指導の有効性を実証的に考察していくことが必要である。本研究の目的は,数学的モデル化の能力と態度を明確にするとともに,数学的モデル化の能力と態度を育成するための学習指導を構築することである。そのために,まず,先行研究における数学的モデル化能力について考察し,本研究における数学的モデル化能力を明確にした。数学的モデル化能力は,定式化,数学的処理,解釈・評価の各局面を遂行するのに必要な能力と数学的モデル化過程全体をモニタリングし,コントロールする能力の2つの柱で規定した。次に,数学的モデル化能力と態度を育成するための学習指導について考察した。具体的には,1つの事象に対して,経験的モデル化と理論的モデル化の双方を意識させる学習指導について考察した。また,その学習指導を実現するための教材として,制動距離と制動初速度との関係を考察する「スリップ痕の問題」,並びに「プロジェクターの問題」を開発した。また,テクノロジーの使用を前提としたときの学習指導について考察した。具体的には,実験データや統計データの回帰分析を行う際に重要となる最小二乗法の基本的な考え方の理解を目指した学習指導について考察した。そして,数学的モデル化能力と態度の育成を目指した授業を実際に行い,構築した学習指導が有効に機能しうるかどうかを検討した。具体的には,比例の概念を活用して,現実事象を数理的に考察する際の見方・考え方を獲得するとともに,グラフの有用性を感得することを意図した授業を例に検討した。本研究の目的は,学校数学において,数学的モデル化の能力と態度を育成するための学習指導モデルを構築することである。そのために,数学的モデル化を積極的に扱っている海外の教科書の分析や先行研究の文献解釈によって理論的に構築するとともに,構築したモデルの有効性を実証的に構築する。本年度は,数学的モデル化の能力と態度を育成するための学習指導モデルの構成要素を明確にするために,海外の教科書の分析や先行研究の文献解釈を行った。明確にされた構成要素は次の点である。それは,生徒に経験させる数学的モデル化の種類についてである。数学的モデル化の種類とは,経験的モデル化と理論的モデル化である。

経験的モデル化とは,実験・実測によって得たデータや統計データの観察を通して作成したモデルを基に,また,座標平面上に描いたデータに対して適合するグラフを作成し,そのグラフを基に,事象を理解,記述,予測,判断する過程である。また,理論的モデル化とは,事象の重要な構成要素を特定,記述し,構成要素や構成要素間の関係に関する仮定を設定する。そして,それらを文字や図形を用いて表現し,処理や作業によって得られたモデルを基に,事象を理解,記述,予測,判断する過程である。1つの事象を2つの活動から考察できる場を提供するとともに,得られた結果を比較・検討させ,活動のプロセスを意識化させることが数学的モデル化の能力と態度の育成にとって有効な方法と考えられることを同定した。また,学習環境として,グラフ関数電卓等のテクノロジーの利用を前提とした場合,新たに考えなければならない問題を明確にすることが重要となるが,本年度は,その問題の1つとして,最小二乗法の扱い方の程度を特定し,考察した。経験的モデル化では,回帰直線(曲線)を引くが,その方法を理解するためには,最小二乗法の基本的な考え方を理解する必要があるからである。数学的モデル化の能力と態度を育成するための学習指導の枠組みを構築するためには,数学的モデル化の特徴や教育的価値を明確にするとともに,具体的な教材を想定しながら枠組みの構成要素を抽出していく必要がある。また,抽出した要素の具体的な内容を検討する必要がある。今年度は,構成要素の抽出と教材開発に,時間と労力をかけ,研究を遂行してきた。その研究の結果は,「学校数学における数学的モデル化の教材に関する一考察ー経験的モデル化と理論的モデル化に焦点をあててー」という題目で,『続・新しい算数数学教育の実践をめざして』という本に掲載された。また,日本数学教育学会誌に,「最小二乗法の基本的な考え方の理解を目指した学習指導に関する一考察」という題目で投稿中である。さらに,「数学の創造と活用を重視した単元に用いる教材の要件や特性」という題目で,日本科学教育学会年会論文集に掲載された。これまでの研究結果は,研究全体の約6割にあたる。整理,分析できていない内容に対して,早急に対処し,研究結果を積み上げていく必要がある。数学的モデル化の能力と態度を育成するための学習指導モデルを構築するためには,数学的モデル化の特徴や教育的価値を明確するとともに,具体的な教材を想定しながらモデルの構成要素を抽出していく必要がある。また,その際,数学的モデル化を遂行する際の生徒の実態を考慮に入れる必要がある。今年度は,上記の内容に関して,時間と労力をかけ,研究を遂行してきた。その研究の結果は,「学校数学における経験的モデル化と理論的モデル化:双方の活動を経験できる教材とその教育的価値」という題目で,日本数学教育学会誌93(11)に掲載された。また,同学会誌に,「最小二乗法の基本的な考え方の理解を目指した学習指導に関する一考察」という題目で投稿中である。ただし,数学的モデル化の能力と態度を育成するための授業とその分析という実践研究に関して,まだ着手できていないので,計画を再度見直し,着手していく。次年度は,数学的モデル化の能力と態度を育成するための学習指導の枠組みの有効性を示すために,「教材開発」「授業」「データの収集と分析」を重点的に行う。
オートファジーを介した放射線増感作用の研究

固形腫瘍内に存在する低酸素領域は、癌の放射線抵抗性の一因である。我々は、低酸素下ではinsulin-like growthfactor(IGF)刺激によって癌細胞の放射線感受性が増大することを見出した。本研究では、IGFによる放射線感受性増大のメカニズムを詳細に検討した。膵臓がん細胞AsPC-1ではIGF刺激によって誘導された小胞体ストレスおよびオートファジーによって放射線感受性が増大することが明らかとなったが、小胞体ストレスとオートファジーの直接的な関連は見出せなかった。放射線治療はがん治療の重要な手段であるが,従来の方法では低酸素領域では十分な効果を発揮しない。最近,放射線による細胞障害にオートファジーが直接関与していることが報告された。これまでに我々はIGFが低酸素下で細胞死を誘導すること,その細胞死は小胞体ストレスを介していることを明らかにした。さらに,我々は低酸素下でIGF刺激すると放射線感受性が上昇すること。そこでは小胞体ストレスによるCHOPの上昇とオートファジーの増強が関与していることを見出した。本研究はCHOPの誘導によってオートファジーが活性化され,低酸素下でのがん細胞の放射線増強効果が得られることを示すことを目的としている。平成19年度はAsPC1細胞を用いて既に得られた以下の結果の再現性を確認した。1)IGF2刺激により低酸素での放射線感受性が上昇する。2)IGF2刺激により低酸素での小胞体ストレスが増強する。3)IGF2刺激により低酸素でのオートファジーが増強する。4)CHOPの抑制により低酸素での放射線感受性が低下する。しかし,CHOPの抑制によりオートファジーは低下し,CHOPの過剰発現によりオートファジーは上昇したが,変化は軽微であった。BeclinlのRNAiによってオートファジーを抑制した場合,低酸素での放射線感受性が低下することから,オートファジーが放射線感受性に関与していることは確認できたが,CH0Pがオートファジーの上流にいることの確証は得られていない。今後CHOPの抑制がオートファジーを抑制するか,低酸素下におけるオートファジー誘導にCHOPが関与しているかどうか,あるいは低酸素下IGF刺激で誘導されるオートファジーとERストレスは独立した細胞応答であるかを検討する必要がある。これまでに我々はIGFが低酸素下で細胞死を誘導すること、その細胞死は小胞体ストレスを介していることを明らかにした。さらに、我々は低酸素下でIGF刺激すると放射線感受性が上昇することを見出した。本研究はCHOPの誘導によってオートファジーが活性化され、低酸素下でのがん細胞の放射線増強効果が得られることを示すことを目的としている。平成20年度は小胞体ストレスとオートファジーの増強がそもそも相関しているかどうかを詳細に検討した。まずAsPC-1細胞では、低酸素下IGF刺激による放射線感受性の増強はCHOPの抑制により低下し、CHOPの過剰発現により上昇した。その他IRE1およびATF4の抑制によっても同様の結果となったことから、AsPC-1においては小胞体ストレスが放射線感受性の増強に関与していることは確認できた。さらにBeclin1, ATG5, ATG7の発現を抑制することにより放射線感受性が低下することから、オートファジーが放射線感受性と関与していることも確認できた。しかし、LC3の蛋白発現、あるいはLC3 GFPの顆粒形成を指標にしたオートファジーの検出系がAsPC-1で機能しないことから、小胞体ストレスとオートファジーの相互関係を明らかにすることができなかった。そこで細胞をMCF7に変えて検討した。MCF7はLC3によるオートファジーの検出が容易である。MCF7ではCHOPがオートファジーに関与していることを明瞭に示すことができたが、小胞体ストレス、オートファジーと放射線感受性が関係していなかった。以上のように細胞間の放射線感受性メカニズム、オートファジー誘導のメカニズムに多様性があり、仮説を証明するにいたっていない
心停止下ドナーによる肝移植のための新規保存液を用いたグラフト灌流保存法の開発

深刻な臓器提供者不足の中で期待のかかる心停止ドナー肝の還流保存に関してブタを用い、最適な灌流液、温度や灌流条件の検討を行った。成果としては、保存温度上昇とともに、酸素消費量は上昇し、門脈圧、動脈圧が低下する傾向が見られた。灌流液中AST,LDH,ヒアルロン酸と負の相関のあることが判明し、shear strssの軽減が示唆された。また、臓器灌流保存のHESを含んだ灌流保存液は、心停止肝においては必ずしも良好な保存組成成分とは言えないことが判明した。人工赤血球を用いた灌流保存液は、灌流中の門脈圧の上昇、肝動脈圧の上昇が優位に抑えられ心停止ドナー肝還流保存の有効な酸素供給方法として考えられた。本研究は心停止ドナーによる肝移植の実現を最終ゴールとし、心停止肝グラフトにおける温阻血・冷保存障害、さらには灌流保存障害の機序を解明し、最終的に大動物肝移植モデルで低温酸素化灌流(Hypothermic Oxygenated Perfusion; HOPE)を用いた臓器修復法を確立することを目的として開始した。本年度はA)ラット正常肝および心停止肝の冷保存におけるHOPEの至適条件の検討とそのグラフト保護効果の機序の解明、B)ブタ心停止肝移植モデルの作成を行った。A)ラット正常肝の48時間冷保存、単離肝灌流による再灌流のモデルにおいて、単純冷保存後のラット肝に対するHOPEの臓器修復効果を検討した。1)既存のUW-MP液を用いると、単純冷保存のみの場合に対する優位性は認められなかった。2)再灌流時に水素ガスを投与すると再灌流障害が軽減された。3)得られた肝組織を用いてタンパクのリン酸化動態、酸化ストレスマーカー(8-OHdG, 4-HNE)を解析すると、水素ガスは酸化ストレスを軽減するとともに、門脈循環を改善することが判明した。B)ミニブタを用いて肝移植を13例施行した。心停止下肝移植は10例施行。心停止後ドナー肝に対しHOPEを2例に導入した。心停止なしでの肝移植例では生存するものの、60分心停止に伴う温阻血障害と臓器摘出後4時間の冷保存障害を受けた肝グラフトを移植モデルでは、強い虚血再潅流障害に合併するアシドーシス・肺障害・播種性血管内凝固症候群により再潅流後36時間で心停止をきたした。60分心停止モデルのうち、2例でフサンを用いて虚血再潅流障害に対する治療を施行したもの、生存時間や血液・組織学的な効果は明確ではなかった。本研究は、心停止ドナーによる肝移植の実現を最終ゴールとし、心停止肝グラフトにおける温阻血・冷保存障害、さらには、還流保存障害の機序を解明し、最終的に大動物実験モデルで低温酸素化還流(hypothermic oxygenated perfusion; HOPE)を用いた臓器修復法を確立することを目的として開始した。本年度は昨年度の結果を鑑み、心停止下移植後の生存に最も相関する温阻血障害(心停止時間)の局所メカニズムと全身への影響に焦点を絞り、ミニブタ肝完全血行遮断(Total Hepatic Vasculature Exclusion:THVE)モデルを作成した。阻血時間による再灌流障害を局所(肝臓)と全身(動脈圧・門脈圧・中心静脈・肺動脈圧)、並びに生存時間で検討した。温阻血時間に相関して、肝逸脱酵素は24時間をピークに上昇し、阻血時間120分、150分モデルの7日生存率80%、50%であった。一方で、死因は肝壊死・不全は生検でも確認できず、むしろDICや高サイトカイン血症に伴う循環不全であった。本研究では,心停止ドナーからの臓器有効利用の観点から肝臓について下記の研究を行った。1)肝完全血行遮断モデルでの検討:遮断時間(温阻血時間)120分、150分、180分とモデル作りを行ったが、生存率についてはばらつきが生じ、組織像からみても、肝壊死おちうよりは循環不全によるものであった。さらにトロンボモジュリンの提供を受け投与したが出血傾向が強くなり、有効性を示すまでにはいかなかった。2)保存方法として持続灌流保存を用いた臓器灌流、機能回復の研究を開始した。60分心停止ドナーからの肝臓の単純冷却保存から22度Cへの復温灌流保存(Rewarming and subnormothermic preservation)の有効性について報告した。特に、門脈圧の低下、酸素消費量の増加、酵素マーカーの低下を求めた。3)肝臓摘出前の膜型人工肺と血液透析を組み合わせた死体内灌流の導入およびSubnormothermic条件における灌流型臓器保存併用の有用性について報告した。4)ヒトヘモグロビンを2重膜リポソーム化した人工赤血球運搬体を用いて、灌流液として研究を開始した。臓器灌流装置に関しては、実用化について北海道庁産業振興課の協力を得て企業との交渉を開始している。すなわち、昨年10月にBioJapan2016のAMEDのシーズとして申請し、複数企業と面談を済ませた。さらに、北海道庁、産業振興課による本学への訪問見学、同課よりの企業への呼びかけもあり、北海道庁での説明会を開いた(2016年1月)。その結果興味を示した6社の中から、道庁と相談を重ね2社に絞り込み、資金を調達する予定である。研究経過の中で心停止ドナーにおける阻血障害障害肝は、単に温阻血障害のみではなく、完全阻血