hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規ナノ粒子ワクチン～口腔細菌由来外膜小胞の形成機構の理解とその活用

本研究では、効果・安全性・利便性を兼ね備えたデザインフリーのナノ粒子ワクチンの開発に挑戦する。まず、粘膜免疫原性を有する口腔細菌の外膜小胞(OMV)をナノ粒子ワクチン担体として活用する。特に、高速原子間力顕微鏡を用いたOMV産生のナノイメージングや、細菌外膜のin silicoモデルによる動力学シミュレーション等の最新技術を駆使して、OMV産生機構の全容解明を目指す。さらに、外来性抗原が多数配列したOMVナノ粒子を得た後、各種動物モデルにより、免疫原性・ワクチン効果・安全性について検証する。以上、新概念に基づいた本ワクチンストラテジーは、感染症制圧の有効な手段となる可能性を秘めている。
音響信号処理と人工知能技術との融合による音響空間全周収録法の確立

全空間中の各音源を選択的に収録することを目的とする。アレイを構成する各マイクロホンにおいて観測された時系列としての音圧の標本値を,輝度値に変換することで画像を生成し,この画像を全てのマイクロホンについて並べることで構成した画像を「時空間音圧分布画像」と定義した。この画像を2次元フーリエ変換して得た2次元振幅スペクトルにおいては,到来方向が異なる平面波は,傾きが異なる直線上の成分として出現する。その傾きに基づいて音の到来方向推定が可能であり,さらには各直線上の成分のみを抽出し逆フーリエ変換することで音源分離が可能である。以上を原理として検討を進めてきた。3年間の研究期間において,全てのマイクロホンに同時に到達する音については,スペクトルが空間方向の直流成分に局在するという大きな特徴があることに気づき,この性質を積極的に利用することとした。2次元スペクトルから消去すべき音の情報を推定するために人工知能技術を利用した。本年度は,以下3点について検討を行った。1.スペクトルの瞬時推定による音源分離方法の開発:平成29年度の検討により,目的音に混入した雑音成分を周波数ごとに推定する手法を考案した。平成30年度は,その手法を実装し,従来法に比べて簡単な信号処理で十分な性能が得られることをを示した。2.平面アレイへの拡張:上記の手法を2次元アレイに拡張し,3次元画像に対して3次元フーリエ変換することで,立体角2πの空間における音源分離が可能であることを示した。3.距離方向の分離:マイクロホンを円弧上に配置したアレイを用いると,その中心位置(アレイの焦点)から放射された球面波は,全てのマイクロホンに同時に到達する。それゆえ,焦点位置からの音を2次元スペクトルにおいて空間方向の直流成分に局在させることが可能であり,音源分離も可能である。計算機実験により,十分な分離性能が得られることを示した。まず稠密にマイクロホンを配置したアレイを「マイクロ間隔マイクロホンアレイ」と定義した。各マイクロホンにおいて観測された時系列としての音圧の標本値を輝度値に変換することで画像を生成し,この画像を全てのマイクロホンについて並べることで構成した2次元画像を「時空間音圧分布画像」と定義した。以上の原理を提案した。この原理を実装するにあたり,少数マイクロホンを用いて観測した疎な時空間音圧分布画像から情報を抽出するために人工知能技術を利用する。本年度は,その第一歩として,以下3点について検討を行った。1.不等間隔マイクロホン配置の効果の検証:マイクロホンを不等間隔に配置した場合,その間隔の最大公約数に対応する空間標本化定理に基づいた周波数までを収録可能であると考えた。ここでは画像処理を行わないシステムを構築して検討した結果,従来法である遅延和アレイに比べて良好な性能を達成し,不等間隔配置の有効性を明らかにした。2.提案したアレイのパラメタが音源分離特性に及ぼす影響の検証:不等間隔配置のアレイから得た時空間音圧分布画像を高精細化して音源分離を行うため,その高精細画像の性質に及ぼすアレイパラメタの影響を検討した。特にアレイ長が重要なパラメタであり,遅延和アレイを構成した場合に比べて高性能であることを示した。3.最小の時空間音圧分布についての検討:時系列2点の場合を取り上げ,人工知能技術のうちニューラルネットワークを用いてマイクロホンアレイを構築し,良好な指向性を得た。マイクロホンを不等間隔に配置することの利点については,申請時から可能性として述べていたが,それを実際に検討した。また,最小の時空間音圧分布画像として時系列2点の場合を取り上げ,このサイズであればニューラルネットワークにより音源分離可能であることを示した。これらは,当初計画を上回る成果である。一方で,申請時の計画では,本年度に球面波までを対象とする予定であったが,平面波を対象とするに留まっている。以上のように,計画より進んだ部分と若干遅れた部分があるが,全体としてはおおむね順調に進展しているものと考えている。以上を原理として検討を進めている。

1.時空間音圧分布画像の高精細化:昨年度(平成28年度)の検討から,疎な時空間音圧分布画像を得るためにマイクロホンを不等間隔に配置することの有効性を示した。本年度は,実際に疎な時空間音圧分布画像から高精細画像を復元するアルゴリズムを考案・実装し,音声帯域であれば十分な性能が得られることを示した。2.スペクトルの瞬時推定による音源分離方法の開発:上記の検討を進める中で,高精細画像を復元しなくとも,目的音に混入した雑音成分を周波数ごとに推定できることに気付いた。その推定を人工知能技術のうちニューラルネットワーク(NN)を用いて行うことで,目的音中の雑音成分を効率よく引き去ることが可能であることを示した。3.最小の時空間音圧分布についての検討:平成28年度に,時系列2点の場合を取り上げ,NNを用いてマイクロホンアレイを構築した。本年度は,このアレイシステムを拡張し,広帯域音に対応可能とした。平成29年度は,最小の時空間音圧分布画像データを取り上げた場合に,ニューラルネットワークにより処理することで広帯域な2音源分離システムが構築できることを示すことができた。また,マイクロホンを不等間隔に配置した場合に得られる疎な時空間音圧分布画像から,高精細な画像を復元するアルゴリズムを考案・実装した。ただし,当初計画では,この実装は平成28年度に終了しているはずであったので,若干の遅れがある。さらに,当初予定では,平成29年度は2次元アレイを取り上げる予定であったが,現状は1次元アレイで留まっている点は計画より遅れている。一方で,申請時の計画では高精細化することが要点であると考えていたが,その高精細化を省いても音源分離を行うために十分な情報が2次元スペクトルに含まれていることに気付き,やはりニューラルネットワークを用いた処理で音源分離を行う新たな手法を開発した。また,マイクロホンを不等間隔に配置することで,眼鏡フレーム程度のアレイ長で十分な音源分離性能が得られることを示すことができた。以上のように,計画より進んだ部分と若干遅れた部分があるが,全体としてはおおむね順調に進展しているものと考えている。全空間中の各音源を選択的に収録することを目的とする。アレイを構成する各マイクロホンにおいて観測された時系列としての音圧の標本値を,輝度値に変換することで画像を生成し,この画像を全てのマイクロホンについて並べることで構成した画像を「時空間音圧分布画像」と定義した。この画像を2次元フーリエ変換して得た2次元振幅スペクトルにおいては,到来方向が異なる平面波は,傾きが異なる直線上の成分として出現する。その傾きに基づいて音の到来方向推定が可能であり,さらには各直線上の成分のみを抽出し逆フーリエ変換することで音源分離が可能である。以上を原理として検討を進めてきた。3年間の研究期間において,全てのマイクロホンに同時に到達する音については,スペクトルが空間方向の直流成分に局在するという大きな特徴があることに気づき,この性質を積極的に利用することとした。2次元スペクトルから消去すべき音の情報を推定するために人工知能技術を利用した。本年度は,以下3点について検討を行った。1.スペクトルの瞬時推定による音源分離方法の開発:平成29年度の検討により,目的音に混入した雑音成分を周波数ごとに推定する手法を考案した。
暖温帯森林流域における窒素飽和の生起過程とそれに及ぼす水文過程の影響

森林流域からの窒素流出特性と,そのの制御要因としての水文過程に焦点を当て,滋賀県南部の桐生試験地において観測と,過去のデータの解析に加え,流域レベルの窒素ダイナミクスの中で,未知なプロセスが多い脱窒の実態を把握するために.土壌空気と地下水溶存態のN_2O濃度のモニタリングを行った.この結果以下のことが明らかになった.1)渓流水のNO_3^-濃度は1993年までの濃度レベルが概ね0.03mmo1_cL^<-1>以下であったのに対し,1994年から1997年にかけて上昇し,それ以後徐々に低下していることがわかった.地下水の濃度も1994年以降それ以前の数倍に上昇していた.2002年現在,依然として下流端近傍の浅層地下水中(100cm)のNO_3^-濃度の平均値は0.1mmol_cL^<-1>と高いが,この濃度は,深層ほど低下し,400cm深では0.1mmol_cL^<-1>を下回っていた.これと溶存N_2O濃度の新戸分布はよく対応しており,地下水体の比較的浅い部分で脱窒が活発であることが明らかになった.2)これまでの,桐生試験地マツ沢流域における無機態窒素に関する流域レベルの収支解析から,年間3kgha^<-1>yr^<-1>の窒素が脱窒によって大気に放出されることが推定された.3)強力な温室効果ガスであるN_2Oは湧水点近傍の湿潤なエリアから集中して発生しており,地下水体中での脱窒で生じたN_2Oは不飽和土壌中へはあまり拡散せず,大気に開放されて多くが揮散することが明らかになった.この部分でのN2Oの放出速度は地温と高い相関が見られ,夏季に高く冬季に減少した.4)N_2Oの発生は,降雨イベント時に,一時的に飽和した土層中でも観察され,脱窒が,飽和条件が整えば比較的瞬時に生じる可能性が示唆された.以上の結果から,水文条件に強く影響された脱窒の空間分布と,季節変動が把握できた.森林流域からの窒素流出特性と,そのの制御要因としての水文過程に焦点を当て,滋賀県南部の桐生試験地において観測と,過去のデータの解析を行った.この結果以下のことが明らかになった.1)渓流水のNO_3^-濃度は1993年までの濃度レベルが概ね0.03mmolL^<-1>以下であったのに対し,1994年から1997年にかけて上昇し,それ以後徐々に低下していることがわかった.地下水の濃度も1994年以降それ以前の数倍に上昇していた(Ohte et al. 2001a).この濃度上昇の主たる原因は,1990年から顕著になり始めたマツ枯れの影響であると考えられる.マツ枯れは当該流域の上流部分,面積にして約25%程度の範囲で生じた.注目すべき変動は,1994年から1997年にかけての渓流水の濃度上昇過程である.この間,NO_3^-濃度は,夏に高く,冬に大きな谷になる明瞭な季節変動を示していた.この,夏にピークを持つNO_3^-流出の季節パターンは,マツ枯れの影響を受けたこの流域特有の現象ではなく,日本の森林では,NO_3^-流出量の多い流域の多くは夏季に明瞭なピークを持つ事が指摘された(Ohte et al. 2001b).2)一般に北東アメリカや,ヨーロッパで多く見られるパターンは,森林植生の成長期(夏季)に濃度減少が見られ,通常,植物による無機態窒素のアップテイクが卓越し,土壌中のプールが小さくなるためであると説明されることが多い.しかしながら,これらの事例が報告されている地域の多くは降雨の季節パターンが冬雨型であることが多く,夏季,渇水による流量の低下が生じていて,土壌中から流域の排水系へのNO_3^-の輸送が減少することも考えなければならない.どちらの条件も夏季にNO_3^-濃度を減少させるセンスで働くため,渓流水中NO_3^-濃度の低下が,植物のアップテイクや微生物による無機化のバランスによるものなのか,水文条件の影響によるものなのかに関する定量的な説明は渓流水の情報だけでは困難である.3)日本の多くの地域でそうであるように,本流域でも流量は夏季に多く,流域末端の渓流に最も近い部分の地下水位とNO_3^-濃度の季節変化が良く対応していることが示された.森林流域からの窒素流出特性と,そのの制御要因としての水文過程に焦点を当て,滋賀県南部の桐生試験地において観測と,過去のデータの解析に加え,流域レベルの窒素ダイナミクスの中で,未知なプロセスが多い脱窒の実態を把握するために.土壌空気と地下水溶存態のN_2O濃度のモニタリングを行った.この結果以下のことが明らかになった.1)渓流水のNO_3^-濃度は1993年までの濃度レベルが概ね0.03mmo1_cL^<-1>以下であったのに対し,1994年から1997年にかけて上昇し,それ以後徐々に低下していることがわかった.地下水の濃度も1994年以降それ以前の数倍に上昇していた.

2002年現在,依然として下流端近傍の浅層地下水中(100cm)のNO_3^-濃度の平均値は0.1mmol_cL^<-1>と高いが,この濃度は,深層ほど低下し,400cm深では0.1mmol_cL^<-1>を下回っていた.これと溶存N_2O濃度の新戸分布はよく対応しており,地下水体の比較的浅い部分で脱窒が活発であることが明らかになった.2)これまでの,桐生試験地マツ沢流域における無機態窒素に関する流域レベルの収支解析から,年間3kgha^<-1>yr^<-1>の窒素が脱窒によって大気に放出されることが推定された.3)強力な温室効果ガスであるN_2Oは湧水点近傍の湿潤なエリアから集中して発生しており,地下水体中での脱窒で生じたN_2Oは不飽和土壌中へはあまり拡散せず,大気に開放されて多くが揮散することが明らかになった.この部分でのN2Oの放出速度は地温と高い相関が見られ,夏季に高く冬季に減少した.4)N_2Oの発生は,降雨イベント時に,一時的に飽和した土層中でも観察され,脱窒が,飽和条件が整えば比較的瞬時に生じる可能性が示唆された.以上の結果から,水文条件に強く影響された脱窒の空間分布と,季節変動が把握できた.
高速道路走行車両に対する危険回避情報提供手法の検討

平成13年度に実施した研究では霧発生時を対象に室内実験を行うことにより,情報提供が運転者行動に与える影響を把握した.具体的には,情報提供を行うことで(a)恐怖感を緩和し,低速走行を緩和する(b)前方車両接近時に車間を保持し,減速を緩やかにする(c)早い段階で道路線形への対応を行える(d)障害物の認知が早くなり,障害物を回避できるという走行支援効果があることが確認された.しかし同時に,(a')情報提供装置であるナビゲーションディスプレイを注視する際に走行がふらつくあるいは速度が低下する(b')ナビゲーションディスプレイの注視時間が短いあるいは注視回数が少ない運転者は前方車両の情報を十分に得られず急減速を伴うといった2つの問題が確認された.平成14年度研究ではこれらを緊急かつ重要な課題として捉え,この問題を改善しうる情報提供方法を提案し,その効果の検証を行うこととした.ここで提案した方法は,昨年度実験対象とした情報提供に対し,装置等の基本仕様は同一のままカーブ進入情報と前方車両接近情報を組み込むものである.なお,検証に必要なデータは昨年度と同様,室内実験システムを用いた走行実験から収集した.まず検証に当たっては,昨年度把握された情報提供の効果が本実験の結果から把握できるのか,つまり実験対象となる現象の一般性を確認した.これを確認した上で,前述した方法の効果を検証した結果,メッセージの提示によってディスプレイへの過度な依存が低下し視線移動の負荷が軽減されること,前もってカーブへの対応を行えるようになりハンドル負荷が軽減することナビゲーションディスプレイで前方車両の存在を把握し前方車両に接近する際に減速が緩やかになる傾向があることが確認できたうまり,研究のねらい通り,今年度の研究で提案した情報提供方法が,昨年度研究の課題を克服することを示すことができた.本研究は室内実験により,高速道路走行車両に対する危険回避情報提供手法のあり方を検討するもので、具体的には霧発生時の情報支援効果を分析した.実験は、車載ナピゲーション画面相当の情報提供ディスプレイ(以下:ディスプレイ)を搭載したドライビングシミュレータを用いて実施した.ここで,ディスプレイには,道路線形・自車両・周辺車両の状況をリアルタイムの画像情報として提示するとともに,走行速度(km/h)、前方車両との距離(m),後方車両との距離(m),走行位置(kp)を数値情報として提示し.さらに,音声として前方車両接近警告音と障害物接近警告音を提示した.収集したデータは,速度,アクセル・ブレーキ使用量,前方車両との車間距離,車線内走行位置,ドライバーの視線移動,心拍数である.また実験後,被験者に対しヒアリングを行い,運転挙動に至る一連の認知・判断のデータを取得している.ヒアリング結果を分析したところ、霧発生時においては,前方車両に関する情報の不足,前方の道路線形に関する情報の不足,前方障害物に関する情報の不足の3点が,安全走行に対して大きく影響を与えていることが分かった.つまりこの3点についてドライバーが情報提供を受けることにより走行が支援されると考えた.実際に,前方車両への支援に関しては,前方車両がいないことを把握することによって,追突事故の要因ともなる過度な速度抑制が緩和されることが確認された.また,前方車両の接近過程においては,過度な接近が緩和され,前方車両との速度差が減少することで安全性が向上することが確認された.道路線形への支援に関しては、運転負担度(ハンドル操作量)と車線逸脱の観点から評価した結果,早い段階での対応が可能になる被験者が多く見られた.最後に,障害物への支援に関しては,情報提供しない場合には全ての被験者が障害物に衝突したのに対し,情報を提供することによって障害物を回避できることが確認された.平成13年度に実施した研究では霧発生時を対象に室内実験を行うことにより,情報提供が運転者行動に与える影響を把握した.具体的には,情報提供を行うことで(a)恐怖感を緩和し,低速走行を緩和する(b)前方車両接近時に車間を保持し,減速を緩やかにする(c)早い段階で道路線形への対応を行える(d)障害物の認知が早くなり,障害物を回避できるという走行支援効果があることが確認された.しかし同時に,(a')情報提供装置であるナビゲーションディスプレイを注視する際に走行がふらつくあるいは速度が低下する(b')ナビゲーションディスプレイの注視時間が短いあるいは注視回数が少ない運転者は前方車両の情報を十分に得られず急減速を伴うといった2つの問題が確認された.平成14年度研究ではこれらを緊急かつ重要な課題として捉え,この問題を改善しうる情報提供方法を提案し,その効果の検証を行うこととした.ここで提案した方法は,昨年度実験対象とした情報提供に対し,装置等の基本仕様は同一のままカーブ進入情報と前方車両接近情報を組み込むものである.なお,検証に必要なデータは昨年度と同様,室内実験システムを用いた走行実験から収集した.まず検証に当たっては,昨年度把握された情報提供の効果が本実験の結果から把握できるのか,つまり実験対象となる現象の一般性を確認した.これを確認した上で,前述した方法の効果を検証した結果,メッセージの提示によってディスプレイへの過度な依存が低下し視線移動の負荷が軽減されること,前もってカーブへの対応を行えるようになりハンドル負荷が軽減することナビゲーションディスプレイで前方車両の存在を把握し前方車両に接近する際に減速が緩やかになる傾向があることが確認できたうまり,研究のねらい通り,今年度の研究で提案した情報提供方法が,昨年度研究の課題を克服することを示すことができた.
高度好熱菌蛋白質を用いたDNA修復・突然変異誘発機構の解析

ミスマッチ修復を担うMutS,L,UvrD蛋白質のうち、MutSについては変性実験と限定分解実験から4つの構造ドメインからなると推定された。そして、これらのドメインのうち中央部に位置するドメインが2本鎖DNAと相互作用する領域であることを明らかにした。また、これら構造ドメインの情報を元にして断片化遺伝子を作成し、それらの大量発現と精製を行った。MutSとヌクレオチドとの相互作用の解析を行い、ATPに対するKmは0.1μMと非常に小さいこと、2価のカチオンが存在しなくてもヌクレオチドと相互作用できること、を明らかにした。親和標識試薬を用いてATP結合部位を決定したところ、Walker A-typeとは異なる部位のLys171がMgイオンの有無によるATPの結合様式に関わっていることが示された。MutL,UvrDについては、遺伝子のクローニングと塩基配列の決定を行い、蛋白質の大量発現系の構築と精製法の確立を行った。また、塩基除去修復に関わるMutMの遺伝子の単離と蛋白質の解析を行った。MutM蛋白質は、安定で高温まで活性があり、変性実験から2つの構造ドメインからなることが示唆された。ヌクレオチド除去修復遺伝子のうち、UvrBは4つの構造ドメインからなり、それらドメインとATP加水分解活性に必要な部位・単鎖DNA結合に必要な部位・UvrAとの結合に必要な部位、等の関係を明らかにした。UvrAは高塩濃度では溶液中で粒状性の揃った2量体を形成することを動的溶液散乱法を用いて明らかにし、この条件下で結晶を得ることに成功した。光回復酵素の性質を調べたところ、安定性が高く高温まで活性がある他、他の生物種との比較から、高度好熱菌の光回復酵素は第3のグループである可能性が示唆された。RecAは変性剤が無い状態では多量体を形成しているが、低濃度の変性剤が存在すると単量体になることがゲル濾過によって明らかになった。円2色性スペクトル測定より、この単量体形成にはN末端部のαヘリックスの部分的変性が関与していることが明らかになった。
抗糖尿病作用を有するレプチン作動性視床下部液性因子の同定とその機能解析

STZ糖尿病モデルを使用した研究により、同モデルにおける過食、糖代謝異常はインスリンよりもむしろレプチン機能異常によること、またその中枢作用不全が主体である可能性をみいだした。この知見をきっかけとして、レプチンによる中枢性糖代謝改善作用の特異性とその作用を担う分子について検討した。レプチンは、摂食量や血中インスリン量とは無関係にSTZ糖尿病ラットの血糖を正常化した。その作用は、肝臓での糖新生や糖輸送蛋白の遺伝子発現の制御と末梢臓器での糖利用の亢進、また白色脂肪組織における脂肪分解、褐色脂肪組織でのUCP発現の亢進など、末梢のエネルギー代謝調節機構とも密接に関係している。事実、中枢性抗糖尿病作用の少なくとも一部は、交感神経を介した作用であることが判明した。我々は、レプチンの中枢作用を担う分子として、以前から神経ヒスタミンに注目している。またレプチンの下流で働く摂食抑制作用をもつ因子としてCRHがあるが、これらは摂食抑制作用を発揮するだけでなく、交感神経機能亢進作用を介して末梢のエネルギー代謝調節を行っている。今回の実験で、これらの因子がレプチンの中枢性抗糖尿病作用の一翼を担っている可能性を指摘した。一方、消化管由来の摂食調節因子であるグレリンは食欲を亢進させるとともに交感神経活動を抑制し脂肪蓄積を促進する。STZ糖尿病マウスでは、グレリン機能が著明に亢進しているが、それもレプチンの機能不全による2次的な変化として説明できる。事実、レプチンの投与は、摂食量やインスリン値の変化とは独立してグレリンの過剰発現を抑制し、STZによる糖尿病状態を改善した。このように「レプチンによる中枢性糖代謝改善作用」には、グレリンのような末梢性摂食調節因子の制御も含まれている。今後、レプチンを中枢に効率よく運ぶシステムが開発されれば、1型糖尿病患者の治療薬としても期待できるはずである。「レプチンは、その中枢性糖代謝改善作用だけで糖代謝を改善する」本年度はそのメカニズムを明らかにするため、ストレプトゾトシンにより誘発したインスリン依存性糖尿病モデルラヅドの第三脳室にレプチン持続注入する実験を行った。1、STZ糖尿病ラットにレプチンを中枢投与した群(STZ-LEP)では、インスリン値に変化なく血糖は完全に正常化した。また同レプチン量を末梢投与しても血糖の変化はなかった。2、STZ糖尿病ラットをSTZ-LEPの摂食量と合致させた群(STZ-PF)の血糖は全く改善していなかったので、STZ-LEPの血糖の正常化は摂食量に依存したものではない。3、STZ糖尿病ラットではインスリンが枯渇するため、肝臓において糖新生や糖輸送に関与するG-6-Pase、PEPCK、GLUT2の発現が亢進し、糖分解酵素であるGKの発現が低下していた。STZ-LEPでは、これらの遺伝子発現は非糖尿病コントロールラット群(CIT-SAL)と同等かそれに近いまでに回復した。4、STZ糖尿病ラットの骨格筋では糖輸送蛋白であるGLUT4の発現には変化がなかったが、UCP3、CPT1やM-FABPの発現は増加していた。すなわち糖利用の低下とそれに代わる脂肪酸利用の亢進が認められるが、STZ-LEPではそのアンバランスが改善していた。5、STZ糖尿病ラットの褐色脂肪組織ではGLUT4をはじめ、UCP1およびUCP3、LPL、HSL、CPT1の発現は全て低下していた。

すなわち褐色脂肪組織は糖とともに脂肪酸の利用も低下させ、エネルギー消費を徹底的に抑制した状態を呈していた。STZ-LEPでは、これらの遺伝子発現はCIT-SALの状態に近いまでに回復した。以上の発現変化はSTZ-PFには認められないことから、摂食量の低下によるものではなくレプチンの中枢投与が直接に作用したものと考えられる。まとめると、中枢投与されたレプチンは摂食量や血中インスリン量とは無関係にSTZ糖尿病ラットの血糖を正常化できる。その作用は肝臓での糖新生や糖輸送蛋白の遺伝子発現の正常化と末梢臓器での糖利用の亢進によることが判明した。レプチンによる中枢性糖代謝改善作用の特異性について検討した。レプチンの中枢投与では、血中インスリン、レプチンの濃度には全く影響がない。このことはレプチンの中枢投与による効果は、中枢での特異的作用であることを示している。レプチンの中枢作用はインスリンによる中枢作用と独立したものであることを確かめるために、STZ誘発糖尿病モデルラットを作成し、摂食亢進に働くAGRP遺伝子発現を検討した。AGRP発現はSTZラットでは増加しており、過食の原因の一つと考えられた。それはレプチンの中枢投与では正常化したが、インスリンの中枢投与では全く変化がなかった。一方、インスリンの腹腔内投与ではAGRP発現は部分的に低下したことより、STZ糖尿病に認められるAGRP遺伝子発現の亢進は、低レプチン血症を介した間接的な効果であることが判明した。我々は、レプチンの中枢作用を担う分子として、以前から神経ヒスタミンに注目している。またレプチンの下流で働く摂食抑制作用をもつ因子としてCRH、GLP-1があり、これらの相互作用について検討した。1,神経ヒスタミンの賦活化は、レプチン受容体異常モデルであるdb/dbマウスのみならず、その下流で摂食抑制作用の中心を担うメラノコルチン系シグナル不全マウスであるA^y/aマウスにおいても、摂食抑制、末梢エネルギー代謝改善作用を示した。2,CRH受容体のantagonistの前処理により、レプチンの中枢作用(摂食抑制、末梢エネルギー代謝改善作用など)は抑制された。3,GLP1はCRHを介して、またCRHはヒスタミンを介して作用している。一方、GLP1からヒスタミンの直接作用はないことが判明した。さらに、STZマウスではグレリンの増加が認められ、過食の別要因と考えられるが、グレリンの中枢投与では褐色脂肪組織へ至る交感神経活動の抑制が観察された。またレプチン投与でグレリンの増加は抑制された。以上の知見は、神経ヒスタミン、GLP1やCRHなどの中枢性因子と、グレリンのような末梢性因子の相互作用により、「レプチンによる中枢性糖代謝改善作用」は規定されることを示している。
児童生徒のコンピタンスと問題行動:熊大式コンピタンス尺度の開発と有効性の検討

本報告書(平成1113年度科学研究費補助金研究成果報告書)は,以下の6章及び付録から構成されている(138ページ).(1)コンピタンス心理学の理論,(2)熊大式コンピタンス尺度の開発,(3)コンピタンス尺度の信頼性と妥当性に関する研究,(4)コンピタンス尺度成績と児童生徒の問題行動,(5)コンピタンス尺度による問題行動の判別予測,(6)児童生徒の問題行動の心理療法過程のアセスメント:コンピタンス尺度の適用事例,及び(7)付録(質問紙等).本報告書では,すでに論文として報告された5つの研究と学会発表論文集に掲載された9論文と掲載予定の2論文を基礎にして作成された.本報告書では,以下の点が明らかにされた.(1)熊大式コンピタンス尺度は,(1)因子分析(グループ主軸法),(2)信頼性係数(Cronback's alphas),(3)収束妥当性(スナイダー希望尺度,バーターの認知されたコンピタンス尺度,ヒルドレス感情・態度尺度との関係)などの統計処理を行った結果,妥当性と信頼性が高い尺度であること,(2)コンピタンス尺度成績と問題行動との間に密接な関連があること,(3)コンピタンス尺度による問題行動の判別分析の結果,的中率70%前後(66.0%-75.7%)の判別力があること,(4)熊大式コンピタンス尺度は,因子別・項目別一覧票による得点の推移をみることにより,クライアントのコンピタンスの機能状態(ないし機能不全状態)を客観的に把握(査定)するアセスメント・テウールとして有効であることなどが明らかにされた.本報告書(平成1113年度科学研究費補助金研究成果報告書)は,以下の6章及び付録から構成されている(138ページ).(1)コンピタンス心理学の理論,(2)熊大式コンピタンス尺度の開発,(3)コンピタンス尺度の信頼性と妥当性に関する研究,(4)コンピタンス尺度成績と児童生徒の問題行動,(5)コンピタンス尺度による問題行動の判別予測,(6)児童生徒の問題行動の心理療法過程のアセスメント:コンピタンス尺度の適用事例,及び(7)付録(質問紙等).本報告書では,すでに論文として報告された5つの研究と学会発表論文集に掲載された9論文と掲載予定の2論文を基礎にして作成された.本報告書では,以下の点が明らかにされた.(1)熊大式コンピタンス尺度は,(1)因子分析(グループ主軸法),(2)信頼性係数(Cronback's alphas),(3)収束妥当性(スナイダー希望尺度,バーターの認知されたコンピタンス尺度,ヒルドレス感情・態度尺度との関係)などの統計処理を行った結果,妥当性と信頼性が高い尺度であること,(2)コンピタンス尺度成績と問題行動との間に密接な関連があること,(3)コンピタンス尺度による問題行動の判別分析の結果,的中率70%前後(66.0%-75.7%)の判別力があること,(4)熊大式コンピタンス尺度は,因子別・項目別一覧票による得点の推移をみることにより,クライアントのコンピタンスの機能状態(ないし機能不全状態)を客観的に把握(査定)するアセスメント・テウールとして有効であることなどが明らかにされた.本研究では、(1)児童生徒の諸問題(登校拒否、いじめ、非行、自殺的行動、校内秩序無視など)の理解、(2)教育的支援(教師、親など)、臨床的支援(臨床心理学的、医学的)にも適用できる「コンピタンス尺度」の開発と理論化を意図した。熊本市内小学生(5,6年生)627名(男子310名、女子317名)と中学生(1,2,3年生)701名(男子352名、女子349名)、計1,328名から得られた調査(熊大式コンピタンス尺度、ヒルドレス感情・態度尺度、スナイダー希望尺度)結果を分析した。その結果、以下の事項が明らかにされた。(1)熊大式コンピタンス尺度(児童生徒用、35項目)を構成する5つの因子(認知的コンピタンス、身体的コンピタンス、社会的コンピタンス、生活コンピタンス、総合的コンピタンス)の内的妥当性が確認された(a係数.618-.761)(2)熊大式コンピタンス尺度とヒルドレス感情・態度尺度との関係については、正の相関が認められたが、特に、総合的自己評価コンピタンスとの相関が高かった。(r=.671-.719)(3)熊大式コンピタンス尺度とスナイダー希望尺度のそれぞれの下位因子の間には正の相関が認められた(尤度比検定)が、希望尺度の総得点とコンピタンス因子との関係では、生活コンピタンスと総合的自己評価コンピタンスが希望の水準と特に強い関係が認められた(クラーメルのφ係数=.343,306)(4)熊大式コンピタンス尺度得点と問題行動(登校拒否/不登校、いじめ被害、いじめ加害、自殺念慮)との間には反比例の関係があった。特に、中学生においては、コンピタンス低群の35%に登校拒否(不登校)傾向が、50%に軽度のいじめ被害経験が、40%に自殺(希死)

念慮経験が、また、20%に非行経験が認められた。以上の結果から、本研究で開発しようとしている「熊大式コンピタンス尺度」は、信頼性及び妥当性が検証された上、児童生徒の理解、問題行動の早期発見、指導経過の評価(査定)手段として、教師や専門家にも活用できることが統計的に確認されたと言える。引き続いて、登校拒否(不登校)などの児童・生徒の治療経過の査定に適用し、妥当性の検証を行う計画である。平成11年度では,(1)熊大式コンピタンス尺度(児童生徒用)の開発,(2)熊大式コンピタンス尺度(児童生徒用)の妥当性と信頼性の検証に焦点を当てて研究を行った.平成12年度においては,研究課題3(児童生徒の問題行動との関連性及び熊大式コンピタンス尺度による問題行動(8種類)の判別分析)を行った.小学生(535名),中学生(701名)から得られたデータを分析し,以下の結果が得られた.小学生においては,予測変量として35項目(コンピタンス尺度項目)を用いたときの重相関係数は,すべて1%水準で有意で,高い順に,希死念慮.487,総合的問題行動.465,いじめ加害.367,軽度のいじめ被害.360,重度いじめ被害.338,非行.299,登校拒否・不登校.270であった.5個の予測要因にまとめたときの重相関分析では,社会的コンピタンス,総合的自己評価コンピタンスの2つが登校拒否・不登校以外の6個の基準変数の予測にすべてに有効であった.認知的コンピタンスと生活コンピタンスは,非行の予測に有効であった.身体的コンピタンスは重度のいじめ被害と軽度のいじめ被害の予測に有効であった.中学生においても,予測変量として35項目をもちいたときの重相関係数はすべて有意であり,高い順に,希死念慮.457,総合的問題行動.427,軽度いじめ被害.391,重度いじめ被害.331,非行.303,いじめ加害.280,及び登校拒否・不登校.257であった(いじめ加害のみ小学生の順番と不一致).5個の予測要因にまとめたときの重相関係数では,身体的コンピタンスは5個の基準変量の予測に有効であり,認知的コンピタンスと総合的自己評価コンピタンスは4個,社会的コンピタンスは3個,生活コンピタンスは2個の基準変量の予測に有効であった.その他,7つの基準変量に関する35項目の予測変量による平均値間の差についても検定(t検定)し,有効な変量を明らかにした.平成11年度では、研究課題1「熊大式コンピタンス尺度(児童生徒用)の開発」,及び研究課題2「熊大式コンピタンス尺度(児童生徒用)の妥当性と信頼性の検証」に焦点を当てて研究を行った.平成12年度においては,研究課題3「児童生徒の問題行動との関連性及び熊大式コンピタンス尺度による問題行動(8種類)の判別分析」を行った.平成13年度では,研究課題4「登校拒否(不登校)児童生徒の心理療法過程における「コンピタンス尺度」によるアセスメント(査定)の有効性の検討」に焦点を当てて研究を行った(小・中学生5事例).資料は,心理療法(主として記憶療法)実施前,中期,終結期の3時点において,クライアント(自己評価),保護者・セラピスト(他者評価)の視点から収集された.その結果,以下の成果が得られた.(1)研究課題2では,小・中学生の「不登校経験群」の認知されたコンピタンスは,すべての因子において非経験群の得点よりも低かったが,有意差が認められたのは,認知的コンピタンスと身体的コンピタンスだけであったことが確認された.それに対して,実際の登校拒否(不登校)事例においては,すべてのコンピタンス因子において平均(2.5点)以下のネガティヴな得点の者が多かった(コンピタンスの機能不全).
「教科教育」に関する実証的・実践的研究および教育体制確立のための基礎的研究

本研究は,従来個々になされてきた教科教育の研究をその延長として発展させるのではなく,教育学・教育心理学的分野から検討し,「教科教育」の実証的・実践的研究・教育体制を基本から再構築しようとして計画された。研究の遂行にあたっては鳴門教育大学に事務局を置き,鳴門教育大学で分担者の全体会議を2回,また国立教育会館で1回開催した。その他,鳴門教育大学を中心にして,研究分担者および学識経験者から意見聴取を行った。このような過程を通して,会議では,これまでの教大協や各教科教育学会等の知見を基に討論が行われ,その結果,教科教育学は社会の広範な分野から根本的にメスを入れ,科学としての教科教育学を確立する必要が痛感された。しかし当面の研究課題としては,教科教育学の研究はこれまで,各教科それぞれの内容や方法の研究が中心であったが,まず(1)教科や教科教育に関する問題の所在を明らかにするために実態・意識・聞き取り調査。(2)歴史的な教科の成立過程とその果たした役割。(3)アメリカにおける教科・教科教育の意識と役割の調査。(4)教科と教育・心理学との関連調査。(5)教科と学校知との関連調査。(6)これらの分析を通して問題の所在の解明とその解決方法。(7)それらの研究を現代的課題のなかで教科を科学的・学問的に再構築を試みると共にその体系化をはかるべきであるとされた。上記の研究は平成3年度に報告書として刊行された。
泌尿器癌における血管増生因子の体内動態とその生物学的意義

泌尿器癌を対象として腫瘍の血管新生と血管新生因子の関連について検討した。腎細胞癌では過半数にVEGF遺伝子の発現高進が認められ、その発現程度は腫瘍内微少血管密度と有意な相関を示した。抗VEGF血清による免疫染色ではVEGFは腎細胞癌の胞体に陽性であった。同様に膀胱癌では4割が正常膀胱粘膜と比較して高度のVEGF遺伝子発現を示した。また、蛋白レベルではVEGFは膀胱癌細胞に強く発現することが示された。これらの腫瘍では受容体遺伝子もVEGFと相関して高発現しており、パラクライン機構による血管の新生が惹起されていると考えられた。これらの結果を基に血清VEGF濃度を腎細胞癌患者と非坦癌健常コントロールで比較し腫瘍マーカーとしての可能性を検討した。その結果、血清VEGF濃度は腎細胞癌患者で有意に高値を示すことが明らかになった。また、術後は術前に比較して有意に血清VEGF濃度の低下が認められた。血清VEGFは腫瘍容積、転移、ならびに腫瘍進展に有意に相関した。一方、膀胱癌でも血清VEGF濃度は有意に高値を示し、病期と相関することが明らかになった。これらの結果からVEGFは泌尿器癌患者の血中に遊離し、血清VEGF値は腎細胞癌と膀胱癌の悪性度の指標になると考えられた。以上の成績は腎細胞癌の診断と治療を目的としたマーカーの開発のための基礎的資料となるものと考えられる。本研究は代表的泌尿器癌である腎癌における血管新生因子の体内動態を分析し、これと臨床病理学的諸因子との照合から、担癌生体における血管新生能の生物学的臨床的意義を検討することを目的とした。本年度は腎癌におけるVEGFとその受容体発現を定量し、その臨床的意義を検討した。VEGFは腫瘍血管新生に深く関与していると考えられている血管増殖因子の一つであり、我々は腎癌におけるVEGF遺伝子の過剰発現を報告してきた。最近、VEGF関連遺伝子としてVEGF-B、-C、-D、-Eが相次いでクローニングされ、これらの受容体であるVEGFR-1、-2は血管内皮細胞に、またVEGFR-3はリンパ管に特異的に存在し、それぞれ血管新生とリンパ管新生に関与しているとされている。本研究では腎癌におけるVEGF、VEGF-Bと-Cならびにその受容体であるVEGFR-1、2の発現を定量的PCRを用いて検討した。腎癌患者23例の手術標本から得られた腫瘍および正常組織からtotalRNAを抽出後ランダムプライマーを用いてcDNAを作成し、heterologous DNA competitorを用いて定量的PCRを行った。その結果、VEGFとVEGFR-1、-2の遺伝子発現量は腎癌で有意に上昇しており、これらのリガンド、受容体間には正の相関が認められた。しかし、VEGF-B、-Cの発現量は正常腎と腫瘍の間で有意差はなく、受容体の発現量との相関も認められなかった。またいずれのVEGF関連遺伝子、受容体とも臨床病理学的背景との相関は認められなかった。以上の結果から、腎癌組織においてVEGFとVEGFR-1、-2は協調的に血管新生に関与しているものと考えられた。いっぽう、VEGF-B、-Cは腎癌の腫瘍血管新生に積極的には関与していないものと考えられた。1) ELISA法を用いて血清VEGF濃度を腎細胞癌患者40例と非坦癌健常コントロール40例で比較した。その結果、血清VEGF濃度は腎細胞癌患者で有意に高値を示すことが明らかになった(207.3±32.9vs71.5±9.1pg/ml、p<0.005)。また、坦癌腎静脈血のVEGF濃度は健常側のそれに対して有意に高値であった(p<0.01)。さらに、術後は術前に比較して有意に血清VEGF濃度の低下が認められた(p<0.01)。血清VEGFは有意に腫瘍容積、転移、ならびに腫瘍進展にも相関がみられた。

ROC解析の結果から血清VEGFのカットオフ値を100pg/mlに設定すると感度と特異度はそれぞれ80.0%と72.5%となった。これらの結果から腎細胞癌はVEGFを血中に遊離し、血清VEGFは腎細胞の悪性度の指標になると考えられた。2)腎細胞癌におけるVEGF関連遺伝子(VEGF-A,B,C,D)ならびにそれらの受容体遺伝子の発現を検索した。その結果、VEGF-A、受容体VEGFR-1とVEGFR-2は正常腎組織に対して癌組織で有意に高発現が認められた。これに対してVEGF-BとVEGF-Cの発現は正常腎組織と癌組織で有意な差がなかった。以上から、腎細胞癌ではVEGF-Aと受容体(VEGFR-1とVEGFR-2)が血管新生に重要な役割を果たすと考えられた。以上の成績は泌尿器科癌における血管増生因子の体内動態とその生物学的意義の一端を明らかにしたものと考えられる。Neuropilin-1(NP-1)はVEGF_<165>に特異的受容体であり、VEGF_<165>のVEGF-Rへの親和性を増強することが知られている。そこで、腎細胞癌と正常腎組織におけるVEGF_<165>、NP-1ならびにVEGF-Rの発現を対比し、腎細胞癌におけるNP-1の意義を検討した。その結果、NP-1は腎細胞癌でも高発現しており、VEGF_<165>とVEGF-Rのシグナル伝達を促進し、腎細胞癌における血管新生に関与すると想定された。悪性腫瘍の増殖と転移には血管新生が不可欠であることから、腫瘍血管を標的とする薬物治療が注目されている。しかし、一部に奏効例がみられるものの、全体として血管阻害薬の治療成績はいまだ満足できるものとは言えない。しかし、治療効果を予測する感受性テストがあれば、低い奏効率を克服することが可能と考えられる。そこで、現在までの血管増生因子の体内動態の資料をもとに、ヒト腎癌細胞をヌードマウスに接種し、血管阻害薬の感受性を測定するモデルの開発を行った。その結果、ヒトVEGFとマウスVEGFR2のmRNAの発現を対比することにより、個々の腫瘍に感受性のある血管阻害薬の選択ができる可能性が示唆された。
酸化セリウムの不定比性と酸素拡散

硝酸セリウムなどから沈殿法で無添加CeO_2,Nd添加CeO_2などを合成し、水熱処理や焼結に関する研究を行い、それらの試料について、加熱変化、格子定数測定、密度測定などの評価を行い、さらに酸素拡散係数、表面拡散係数などを決定した。添加量の異なるNd添加CeO_2の500°Cにおける水熱処理では、水熱後の粒子の大きさがNd添加量に依存することが分かった。溶解実験の結果、水熱処理後の粒成長が大きい試料では水への溶解量も多いことが明らかとなった。空気中での加熱による粒径の変化を調べた実験では、CeO_2の粒成長をおさえる方法のあることが判明した。Nd添加CeO_2を500°Cに加熱したあとの格子定数を調べたところ約35%Ndまでベガード則に従っていることなどが明らかとなったが、密度測定の精度が高められず、点欠陥の種類の判定は今後の課題として残った。Siが少し混入したCeO_2の酸素拡散係数を測定し、過去の文献値(Floydの結果)より小さいことを見出した。さらに、高純度の無添加CeO_2の酸素拡散を広い温度範囲で測定し、そのアレニウスプロットが高温領域と低温領域に分けられることを見出した。高温領域は内因的領域であり、Floydの値より小さく他の蛍石型構造の化合物中のものと比較しても妥当な値であった。また、低温領域は外因的領域であった。Nd添加CeO_2の酸素拡散はY添加CeO_2やGd添加CeO_2の酸素拡散に近い値であったが、活性化エネルギーは少し小さいものであった。無添加CeO_2の表面拡散係数を初めて測定し、他の物質のものに近いことを明らかにした。Y添加CeO_2とY添加ZrO_2の拡散対で求めた相互拡散係数はこれらの酸化物中の酸素拡散係数より小さく、Ca添加ZrO_2中のZrの拡散係数に近いものであった。硝酸セリウム、硝酸イットリウム、硝酸ネオジム、塩化タンタルの水溶液などにアンモニア水などを混合して沈殿を作り、無添加CeO_2,Y添加CeO_2,Nd添加CeO_2,Ta添加CeO_2の粉末を合成した。約800°Cでか焼後、一部の試料については500°C,90MPaで水熱処理し、錠剤に成形後、11001420°Cで焼結した。これらの試料について、粉末X線回折による同定と格子定数測定、TEMによる観察と粒径測定、アルキメデス法などによる密度測定を行った。特に高密度焼結体が得られた試料については表面を研磨した後、酸素同位体(^<18>O)を用いた酸素拡散実験を行い、四重極質量分析計で気相分析するか、SIMSで固体中の^<18>O分布を測定して酸素拡散係数を決定した。Nd添加CeO_2では沈殿生成の段階でNdがCeO_2に固溶しており、500°Cの水熱処理で結晶性が良くなった。粉末の大きさと処理液のpHの関係を調べたところ、無添加CeO_2ではpH=11、Nd添加CeO_2ではpH=13.5のところで水熱処理中の結晶成長促進されていた。CeO_2にNdを添加するとべガード則に従って格子定数は大きくなり、固溶限界は10%以上であることが判明した。

Ta添加CeO_2も格子定数が大きくなる傾向にあったが、変化量が少なくて1300°Cで約3%であったが、他の温度では厳密に固溶限界を決定するのが困難であった。本研究で測定した無添加CeO_2の酸素拡散係数は文献に報告されている値(Floyd 1973)より小さく、活性化エネルギーは大きかった。他の蛍石型構造の酸化物中の酸素拡散係数と比較することにより本研究の酸素拡散係数の方が無添加CeO_2のものとして妥当であると結論される。また、Nd添加CeO_2中の酸素拡散係数は同じ添加量のY添加CeO_2中のものより大きく、電気伝導度から予測される値にほぼ近いものであった。沈殿法で硝酸セリウムなどから無添加CeO_2,Nd添加CeO_2などを合成し、粉体あるいは焼結体について水熱処理の影響、加熱変化、格子定数測定、密度測定などの評価を行い、さらに酸素拡散係数、表面拡散係数、相互拡散係数を決定した。添加量を変えてNd添加CeO_2の500°Cにおける水熱処理を行い、水熱後の粒子の大きさがNdの添加量に依存することが分かった。この原因を調べるため溶解実験を行った結果、溶解量が多い組成ほど水熱処理後の粒径も大きいことが明らかとなった。空気中での加熱による粒径の変化では、粒成長をおさえる方法のあることが判明した。Nd添加CeO_2の格子定数の加熱温度及びNd添加量依存性を調べた結果、ベガード則に従っていること、500°CでもNdが35%ほど固溶することなどが明らかとなったが、密度測定の精度が高められず、点欠陥の種類は判定できなかった。高純度無添加CeO_2の酸素拡散を広い温度範囲で測定し、そのアレニウスプロットが高温領域と低温領域に分けられた。高温領域は内因的領域であり、低温領域は外因的領域であった。Nd添加CeO_2酸素拡散はY添加CeO_2やGd添加CeO_2の酸素拡散に近い値であったが、活性化エネルギーは少し小さいものであった。無添加CeO_2の表面拡散係数を初めて測定し、他の物質のものに近いことを明らかにした。Y添加CeO_2とY添加ZrO_2の拡散対で求めた相互拡散係数はこれらの酸化物中の酸素拡散係数より小さく、Ca添加ZrO_2中のZrの拡散係数に近いものであった。
神経回路網アルゴリズムを用いた非結核性抗酸菌の統合的オミックス解析と病態予測

非結核性抗酸菌(NTM)は環境中に広く生息しており、その吸入曝露によって、慢性呼吸器感染症であるNTM症を発症する。このNTM症の臨床上課題は、病態分類が不明確な点である。感染症は一般に、病原微生物と宿主との相互関係によって成立する。そこで「NTM症患者の起因菌の性状は、菌株固有の性状に加え、患者の病態も反映しており、起因菌から病態を分類できるのではないか?さらに、その分類された患者群から病態的特徴を明らかにし、起因菌から病態を予測できるようになるのではないか?」という問いを掲げる。これに対する答えを求めて、本研究では、一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)と深層学習の二種類の神経回路網アルゴリズムを用いて、NTM症患者からの病態と起因菌のバイオデータを解析し、NTM症の病態分類群とその特徴を明らかにして、その病態を起因菌から予測する数理モデルを構築する。研究初年度は、患者病態データの収集を主に行った。NTM症患者の起因菌とその病態との関連を明らかにしていくために、NTM症の患者を集積し、その患者病態データを収集した。対象は、新潟大学医歯学総合病院でNTM症と診断された18歳以上の成人例である。所属研究機関(新潟大学)の倫理委員会で承認を受けた研究計画(承認番号:2016-0106)に従って、診療情報(年齢、性別、生活歴、既往歴、現病歴、臨床検査値、X線/CT画像、治療経過、予後)に加え、炎症性因子(38種類のサイトカインと鉄代謝マーカー)の血中濃度を、患者病態データとして収集を進めた。研究計画通りに、研究初年度に当たる今年度は、患者病態データの収集を主に行った。所属研究機関(新潟大学)の倫理委員会で承認を受けた研究計画(承認番号:2016-0106)に従って、診療情報や患者病態データの収集を進めた。研究二年度に当たる今年度は、患者菌株の菌オミックスデータの取得を主に行う。NTM症患者から得られたNTM菌株の菌オミックスデータを取得するために、ゲノム、転写、代謝レベルで網羅的解析を行う。NTM菌株の全ゲノムおよび全転写産物の解析は、北海道システム・サイエンス社(札幌市)に委託し、マルチプレックス法でIllumina HiSeq 2500を用いてデータを取得する。全ゲノム解析の先行研究は、暫定増悪/安定群5患者ずつのNTM菌株を用いて開始している。メタボローム解析は、全代謝産物をCE-TOFMSにより測定し、ヒューマンメタボローム・テクノロジーズ(鶴岡市)に委託して初期解析を行う。メタボローム解析についても暫定増悪/安定群5患者ずつのNTM菌株を用いて先行研究を開始している。暫定増悪群の菌株が類似の代謝パターンを示す傾向が認められ、NTM症の病態と菌代謝経路との関連が示唆された。

メタボローム解析についても暫定増悪/安定群5患者ずつのNTM菌株を用いて先行研究を開始している。暫定増悪群の菌株が類似の代謝パターンを示す傾向が認められ、NTM症の病態と菌代謝経路との関連が示唆された。患者病態データの収集と患者菌株の準備を、計画より効率的に行うことができたために、次年度使用額が生じた。生じた次年度使用額を2019年度当初予算額と合わせて使用することにより、計画より詳細な解析を行う予定である。
ラット肝移植における肝内神経系の再構築に関する実験的研究

肝移植後の肝神経の再生過程を明らかにする目的で、神経軸索の存在マーカーであるprotein gene product 9.5(PGP-9.5)と軸索再生のマーカーであるgrowthassociaced protein-43(GAP-43)に対する抗体を用い、同系同所性ラット肝移植モデルにおける肝門部神経の免疫組織化学的染色性と超微形態学的変化を観察した。実験には雄性ラットを用い、肝移植後6カ月目まで経時的に肝門部組織を採取、一次抗体として抗PGP9.5抗体(希釈率1:600)と抗GAP-43抗体(希釈率1:200)を用いて免疫染色を行った。その結果、肝門部の神経軸索は移植後には抗PGP9.5抗体に対して全期間を通して強い染色性を示したのに対し、抗GAP-43抗体の反応性は移植後1、2日目では陰性、移植3日後から陽性となり、その後1カ月目から次第に反応性を減じ、4カ月以降には全ての個体で再び陰性となった。移植3日目の電顕観察では、膨化腫大した変性軸索と直径が小さな再生軸索とがSchwann細胞周囲に混在する像がみられた。これらの結果は、ラットでは肝移植後も肝の外在性自律神経系が再生することを示すものと考えられる。すなわち、移植によって肝十二指腸間膜で切断されWaller変性に陥った神経軸索の肝側(抹消)部分は再生することはないため、本実験の抗GAP-43抗体に対する染色性の経時的変化は、移植後に宿主側軸索断端から発芽・伸長した再生軸索が3日後には肝門部を通過、3カ月頃迄に肝末梢に到達して再生活動が停止した結果、肝門部における神経軸索のGAP-43に対する染色性が陰性化した事を示すものと解釈される。また、電顕観察の結果は、移植後に宿主側断端より発芽した再生軸索が移植肝側の変性軸索近傍のschwann細胞管(柱)を再生経路として肝末梢に向かって伸長する事を示すものと考えられた。平成9年度の実験には8-12週齢の雄性ラットを用い、肝移植は鎌田の方法に準じ肝動脈の再建は行わなかった。移植後、1、2、3、5、7、14、28日、および26月後に再開腹、門脈を露出カニュレーション、4%パラフォルムアルデヒド溶液で肝を灌流固定した後、肝十二指腸間膜相当部分を含めて肝を一塊として摘出した。組織標本は、門脈および総胆管吻合部より肝側部分(肝門部)を5mm切り出し、マイクロウェーブ固定した後、4%パラフォルムアルデヒド溶液に浸漬固定、パラフィン包理・薄切した後、抗GAP-43と抗PGP9.5モノクローナル抗体を用いて免疫組織化学染色を行って作成した。実験結果は、肝門部神経のPGP9.5に対する染色性は移植後の全期間を通して陽性であったのに対して、GAP-43に対する染色性は移植12日目には陰性で、移植23日目に初めて陽性神経の出現が認められた。その後、染色性は移植37日目に最大になったあと、2週以降3ヶ月まで次第に減弱、術後46ヶ月で対照群と同程度になった。この実験結果から、ラット同所性肝移植モデルでも肝神経の再生が起こることが証明された。すなわち、肝神経の再生は移植直後に始まり、23日で再生神経の軸索が肝門部に到達、その後、再生軸索は肝末梢に向かって延び続け、術後4月までには肝末梢での神経終末の形成が完了することが示唆された。次年度は、当年度に既に作成した電顕標本を用いて、特に再生軸索の超微形態学的変化について解析する計画である。また、今回の結果から、再生過程にある軸索はグラフト肝固有の神経束を再生経路に選び、その神経束の間隙を縫って末梢側に延びていく過程が示唆されたため、次年度はこの点についても解明する予定である。