hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アミロイドβペプチドの電気化学的検出によるアルツハイマー病早期診断システムの開発

血漿中のアミロイドβペプチド(Aβ)の定量によるアルツハイマー病の早期診断を目指した検出系の開発を行った。我々が開発したAβの凝集を促進するペプチド(AFPP)を電極上に固定し、そこにAβを集積、銅2価イオンを添加後、電気化学測定を行うことで試料中のAβの定量を行ったところ、検出限界5 nMで検出することが可能となった。また、感度向上のため金ナノ粒子を修飾した電極では、検出感度は向上したが、物理的な脆弱性のため、洗浄による初期化再利用には問題が残った。現在のところ、血漿中のAβ量を計測する感度には達していないため、更なる高感度化を目指して研究を進めている。本研究は、アルツハイマー型認知症の原因物質として考えられているアミロイドβペプチド(Aβ)を、迅速かつ高感度に、また安価に定量測定が可能なプロテインチップを用いて検出できるシステムの開発を目指している。これまでの研究により、我々が開発したAβの凝集を促進させるペプチド(AFPP)を固定した電極と銅2価イオンを用いて、50 nMのAβを1時間以内に検出することに成功していたが、最終的な目的である血漿中のAβ濃度の測定(数十数百pM)にはより一層の感度向上を図る必要があった。そこで本年度は、電極の高感度化を中心に検討を行った。観測される電流値は理論上電極の表面積に比例するので、電極の表面積を拡げるために金ナノ粒子(AuNP)で電極表面を修飾した後、AFPPを固定化した。その結果、複数回、修飾を繰り返すことで約40倍の電極表面積の拡大が可能であり、また、本科学研究費補助金で購入した従来機種より高感度測定が可能な電気化学アナライザを用いることで、感度も約40倍に向上した。しかし、AuNP修飾は単に物理吸着によるものなので、従来法では可能であった電極洗浄後の再測定に対しては、その定量性が失われるものとなった。また、AFPPのAβ凝集促進メカニズムについても平行して検討した。種々の分光法および電子顕微鏡観察により、AFPPは速やかにβシート構造をとり、アミロイド線維成長の核となることでAβの線維化を促進していることがわかった。また、形成される線維はAFPPが混在する場合、Aβのみの時よりも短いことがわかった。今後は、これらの知見をもとに、電極のさらなる高感度化と電極の物理的強度の向上を進めていく。本研究は、現状で根治薬のないアルツハイマー型認知症(AD)のリスクを早期に診断するための検出系を開発することを目的としている。本年度は、血漿中に含まれる夾雑物質がADのバイオマーカーと考えられるアミロイドβ(Aβ)の電気化学的検出に与える影響と対策、および検出用電極の耐久性向上に関する検討を行った。血漿中の夾雑物質の例としてアスコルビン酸の検出に与える影響を検討した。血漿中には約50μMのアスコルビン酸が含まれており、Aβに配位した銅イオンの酸化還元電流に影響を及ぼすことが考えられる。そこで、電極表面を様々な長さのアルキルチオールで被覆し、アスコルビン酸の酸化還元反応を抑えられるかどうかを検討したところ、C12以上の長鎖のアルキルチオールでほぼアスコルビン酸の直接酸化還元を抑えることができた。また、測定の際、本補助金により購入した電気化学測定装置でSquare Wave Voltammetry (SWV)を行ったところ、従来のCyclic Voltammetryよりも感度を一桁向上することができた。また、アスコルビン酸共存の効果として、Aβ検出の感度が若干向上することもわかった。検出用電極の耐久性向上に関しては、感度向上のため金ナノ粒子(AuNP)で修飾した電極の物理的強度向上について検討した。AuNP間のリンカー分子として、アルキルジチオールによりAuNPをつなぎ合わせた電極と、リンカー分子なしの電極で繰り返し測定を行ったところ、3,4回の繰り返し測定では大きな差が見られず、修飾の効果は顕著には観測されなかった。今後、繰り返し回数を重ねて、さらに検討する必要がある。夾雑物質の影響の除去については、ほぼ当初の計画通りに進捗しているが、電極の耐久性向上と感度向上については、実験を担当していた研究生の大学院入学試験の結果もあって(1次不合格。2次(2月末)で合格)、当初の予定よりは若干の遅れがある。高齢化社会の進行に伴いアルツハイマー病(AD)患者数は増え続ける一方であるが、現在根治薬などもなく、大きな社会問題となっている。ADのバイオマーカーとして血漿中のアミロイドβペプチド(Aβ)量の有効性が指摘され、認知症状発症の数年前の変化を捉えることで、早期にADを診断できる可能性がある。本研究では、できるだけ被験者の精神的、肉体的、経済的負担を軽減すべく、健康診断の1項目として利用可能なできるような血漿中のAβ濃度を簡便・迅速・安価に測定できる方法の開発を目指した。検出系には、装置も安価で高感度で簡便な測定が期待できる電気化学測定法を利用することとした。我々が開発したAβの凝集を促進するペプチド(AFPP)を電極上に固定した修飾電極を作製しAβの検出に用いた。AFPP修飾電極上にAβを集積させ、銅2価イオンを添加後、電気化学測定を行うことで試料中のAβを定量したところ、検出限界5 nMで検出することが可能となった。AFPP

修飾電極の表面は、AFPPの他にドデカンチオールで被覆することで、試料中の酸化還元活性な夾雑物質の影響をおさえることが可能であった。また、このAFPP修飾電極は洗浄により初期化可能で、繰り返し利用することで1回あたりの費用を抑えることが出来た。1回の測定に要する時間は洗浄まで含めて1時間以内に行うことが出来た。しかし、血漿中のAβ量を計測するにはあと12桁の感度向上が必要である。現在、更なる高感度化を目指して研究を進めている。血漿中のアミロイドβペプチド(Aβ)の定量によるアルツハイマー病の早期診断を目指した検出系の開発を行った。我々が開発したAβの凝集を促進するペプチド(AFPP)を電極上に固定し、そこにAβを集積、銅2価イオンを添加後、電気化学測定を行うことで試料中のAβの定量を行ったところ、検出限界5 nMで検出することが可能となった。また、感度向上のため金ナノ粒子を修飾した電極では、検出感度は向上したが、物理的な脆弱性のため、洗浄による初期化再利用には問題が残った。現在のところ、血漿中のAβ量を計測する感度には達していないため、更なる高感度化を目指して研究を進めている。高感度化については金ナノ粒子修飾により達成できる目処がついたが、物理的強度不足により、繰り返し測定時の再現性に問題があった。また、AFPPの凝集促進メカニズムについては、概要が明らかとなったが、配列の最適化などは行えていない。SWV法の採用により、従来より感度は1桁向上したものの、目的とする血漿中のAβ濃度にはあと、12桁不足している。本年度は、電極そのものの修飾によるさらなる感度向上と、凝集条件の検討(現在の実験条件では実試料の約1%しか観測できていないことがわかっている)により、さらなる感度向上を目指す。実用感度に達すれば、測定試料を実際の血漿とし、課題のあぶりだしなどを行いながら、実用に耐えうる検出系の構築を図る。生物無機化学の医療応用今後は、当初の予定通り夾雑物質の影響やチップの初期化の最適化・チップの物理的耐久性の向上を図るとともに、新たにAFPP上へのAβの集積量を向上させるためのセルの形状、溶液の条件などの最適化を図る。研究生1名と4年生1名の2名体制で研究を行ったが、研究生の9月の大学院入試が不調に終わり、2月の入試に向けての学業優先となり、実験の進行ペースが落ちたため。金ナノ粒子修飾電極の作成とその評価に時間を費やし、実試料であり高価なアミロイドβの測定が予定していたよりも行えなかったため。最終年度は高額なヒト血漿などを用いて測定を実施する予定であるので、次年度繰り越し金の大部分は物品費として使用予定である。修飾電極の評価法については確立できたので、本年度は実試料であるアミロイドβの測定回数を重ねて繰り越した予算を使用する。また、効率良くアミロイドβを凝集させるための電気化学セルの試作にも使用する予定である。
自閉症児のための仲間を仲介とした療育方法に関する研究

保育園に通う自閉症スペクトラム障害のある幼児(以下、ASD児)を対象に、対人・コミュニケーションの発達支援方法の一つである仲間を介した療育方法(Peer-Mediated Intervention)を実施し、その効果を検証した。ASD児と同じクラスの定型発達児に対人・コミュニケーションスキルを指導し、自由遊び時間にそれらのスキルを使用してASD児と関わるよう指示した。定型発達児の社会的行動の増加に伴い、ASD児の反応行動だけでなく自発的な社会的行動も増加する傾向がみられた。保育園の自由遊び時間のような比較的制約の少ない環境において、幼児期のASD児の仲間との社会的行動を促進する上で、仲間を介した療育方法が有効である可能性が示された。平成18年度は、先行研究の整理及び研究方法の検討を行った。同年代の仲間を仲介とした療育方法には、仲間に社会的な行動のモデルを提示させ、自閉症児の社会的な反応行動を引き出す方法(English, Shafer, Goldstein, & Kaczmarek, 1997)や、仲間が社会的スキルの指導者として自閉症児の社会的行動を積極的に強化する方法(Odom & Watts, 1991)などがある。Pierce and Schreibman(1995;1997)は、これらの療育方法を用いて、学齢期の自閉症児の社会的な反応行動や自発行動を増加させることに成功した。しかしその後、これらの方法の幼児期の自閉症児への適用については確かめられていない。そこで本研究では、Pierce and Schreibman(1995;1997)の研究で採用された方法を幼児期の自閉症児(35歳)へ実施し、その効果を検証する。具体的には、幼稚園・保育園に通う自閉症児のクラスメイト(定型発達児35歳)が、自閉症児の好きな玩具と選択の機会を利用して働きかけることによって、自閉症児の社会的行動が増加するかどうかを調べる。先行研究の整理に加え、対象児の行動の記録に必要な観察用機材と行動解析用のソフトを購入し、データ収集・解析の準備を進めた。シングル・ケース計画法に基づいて、ベースライン期、仲間への指導期、療育実施期、プロンプト除去期、維持期の順に、対象児の行動をビデオカメラで撮影し、ビデオテープに記録する。行動コーディングシステムを利用して、ビデオテープを見ながら対象児の行動をコード化する。コード化したデータを行動解析用のソフトで分析する。平成18年12月に、愛知県コロニー発達障害研究所倫理審査委員会の承認を受け、市内の幼稚園・保育園と連絡を取り、対象児を選定中である。自閉症スペクトラム傷害のある子ども(以下、ASD児)の対人・コミュニケーションの支援方法に関する研究は、これらの能力が飛躍的に発達する幼児期に焦点があてられている。従来の大人による直接的な指導法よりも動機づけが高く、学習した内容の般化に優れている同年代の仲間を介した療育方法(Peer-Mediated Intervention)の、幼児期のASD児への適用を検討した研究は少ない。公立保育園に通う35歳のASD児を対象に仲間を介した療育を実施し、その効果を検証した。ASD児と同じクラスの定型発達児に対人・コミュニケーションスキルを指導し、それらのスキルを使用してASD児と関わるよう指示した。一事例の実験デザインに基づき、自由遊び時間におけるASD児と仲間の行動を記録した。社会的行動のカテゴリーを作成し、記録した行動を時間見本法によりコード化した。ASD児と仲間の社会的行動の頻度をグラフ化し、療育方法の効果を判定した。仲間の社会的行動の増加に伴い、ASD児の反応行動が増加・維持する傾向がみられた。またASD児の自発的な社会的行動も徐々に増加する傾向がみられた。これらのことから、保育園の自由遊びのような比較的制約の少ない環境において、幼児期のASD児と仲間の社会的行動を促進する上で、仲間を介した療育方法が有効である可能性が示された。仲間のASD児への社会的行動を維持し、仲間の役割をクラス全体に拡げていくことが今後の課題として挙げられる。
黄色靭帯肥厚の分子生物学的メカニズムの解明と新規薬物治療法の開発

腰部脊柱管狭窄症の主要な病因は脊柱管背側を縁取る黄色靭帯の肥厚であるが、そのメカニズムに関しては殆ど明らかにされていない。従来の研究では、若年者椎間板ヘルニア患者から採取された『肥厚していない黄色靭帯』と、腰部脊柱管狭窄症患者から摘出された『肥厚した黄色靭帯』の組織学的な比較により、肥厚した黄色靭帯では1膠原線維の増加、2弾性繊維の断片化、3血管新生が認められることなどは明らかになっているが、どのような細胞が膠原繊維を産生するのか、肥厚した靭帯では細胞数に変化は認められるのかなどの基本的なことが解明されていなかった。そこで我々は、マウス腰椎ならびに黄色靭帯の解剖学的解析を行い、ほぼヒト黄色靭帯の特徴を有していることを明らかにした。さらに、マウス黄色靭帯に持続的メカニカルストレスを負荷することにより線維芽細胞の増殖と膠原線維の過剰沈着を確認した。この成果はメカニカルストレスが黄色靭帯肥厚の直接の誘因の一つであることを示した初めての結果である。しかし、メカニカルストレスのみでは中等度の肥厚が限界であり、組織的にヒト疾患で認められるマクロファージ浸潤、血管新生やTGFβなどの線維化関連因子の発現上昇が認められなかった。そこで、黄色靭帯に微小な損傷を加えマクロファージ浸潤を促した結果、血管新生とともに高度の肥厚が確認された。さらに、クロドロネート投与により末梢血中のマクロファージを枯渇させた状態では、微小損傷によっても全く黄色靭帯の肥厚は認められなかった。この結果は、マクロファージ浸潤が黄色靭帯肥厚に深く関わっていることを示唆しており、疾患との新たな関わりを示唆する重要な知見である。なお、本成果はPlos One誌ならびにAmerican Journal of Pathology誌へ掲載された。腰部脊柱管狭窄症は頻度の高い疾患であるが、これまでその主要な病因である黄色靭帯の肥厚メカニズムに関しては殆ど明らかにされていない。この結果は、ヒト疾患で認められるマクロファージ浸潤が黄色靭帯肥厚の結果ではなく原因の一つである可能性を示している。マウス黄色靭帯肥厚モデルの確立に成功した。さらに、コラーゲンタイプ1αのプロモーター下に蛍光蛋白GFPを発現させたトランスジェニックマウスを入手したことにより、線維芽細胞を選択的にラベルすることに成功した。このマウスの黄色靭帯を解析することにより、肥厚した黄色靭帯での線維芽細胞の発現遺伝子プロファイルを解析することが可能となった。現在はこのマウスのGFP陽性細胞をレーザーマイクロダイセクションを用いて選択的に採取することを試みている。メカニカルストレスの蓄積ならびに、micro injuryによるマクロファージ浸潤によりマウス黄色靭帯が肥厚することを明らかにした。

さらに、コラーゲンタイプ1αのプロモーター下に蛍光蛋白GFPを発現させたトランスジェニックマウスを用いた実験により、黄色靭帯はほぼ全て線維芽細胞から構成されることを明らかにした。また、肥厚黄色靭帯に於ける線維芽細胞をレーザーマイクロダイセクションを用いて選択的に採取することで、黄色靭帯組織へのマクロファージ浸潤が筋繊維芽細胞への形質転換へ重要であることを見出した。腰部脊柱管狭窄症の主要な病因は脊柱管背側を縁取る黄色靭帯の肥厚であるが、そのメカニズムに関しては殆ど明らかにされていない。従来の研究では、若年者椎間板ヘルニア患者から採取された『肥厚していない黄色靭帯』と、腰部脊柱管狭窄症患者から摘出された『肥厚した黄色靭帯』の組織学的な比較により、肥厚した黄色靭帯では1膠原線維の増加、2弾性繊維の断片化、3血管新生が認められることなどは明らかになっているが、どのような細胞が膠原繊維を産生するのか、肥厚した靭帯では細胞数に変化は認められるのかなどの基本的なことが解明されていなかった。そこで我々は、マウス腰椎ならびに黄色靭帯の解剖学的解析を行い、ほぼヒト黄色靭帯の特徴を有していることを明らかにした。さらに、マウス黄色靭帯に持続的メカニカルストレスを負荷することにより線維芽細胞の増殖と膠原線維の過剰沈着を確認した。この成果はメカニカルストレスが黄色靭帯肥厚の直接の誘因の一つであることを示した初めての結果である。しかし、メカニカルストレスのみでは中等度の肥厚が限界であり、組織的にヒト疾患で認められるマクロファージ浸潤、血管新生やTGFβなどの線維化関連因子の発現上昇が認められなかった。そこで、黄色靭帯に微小な損傷を加えマクロファージ浸潤を促した結果、血管新生とともに高度の肥厚が確認された。さらに、クロドロネート投与により末梢血中のマクロファージを枯渇させた状態では、微小損傷によっても全く黄色靭帯の肥厚は認められなかった。この結果は、マクロファージ浸潤が黄色靭帯肥厚に深く関わっていることを示唆しており、疾患との新たな関わりを示唆する重要な知見である。なお、本成果はPlos One誌ならびにAmerican Journal of Pathology誌へ掲載された。線維芽細胞を選択的にラベル可能なトランスジェニックマウスを用いて、マクロファージ浸潤により線維芽細胞の発現遺伝子プロファイルにどのような影響を与えるのかを明らかにする。さらに、薬剤を用いてマクロファージを枯渇化させたマウスに微小損傷を作成した場合に黄色靭帯の肥厚が生じるか否かを検討し、マクロファージ浸潤が黄色靭帯肥厚の直接的な原因であるのかを明らかにする。また、コラーゲンの架橋と線維形成に必要であるリジルオキシダーゼLOXの阻害剤を投与することにより、メカニカルストレスや微小損傷による黄色靭帯肥厚を阻害可能かどうかを検討する。クロドロネート投与によりマクロファージを枯渇化させたマウスに微小損傷を作成した場合には、黄色靭帯の肥厚が生じないことから、メカニカルストレスの蓄積によるmicro injuryがマクロファージ浸潤を引き起こし、これが黄色靭帯の肥厚に重要であることを見出し報告した。今後は、コラーゲンの架橋と線維形成に必要であるリジルオキシダーゼLOXの阻害剤を投与することにより、メカニカルストレスや微小損傷による黄色靭帯肥厚を阻害可能かどうかを検討する。
非がん高齢患者に対する患者立脚型緩和ケアアウトカム尺度IPOSの信頼性・妥当性

緩和ケアの評価尺度IPOS(Integrated Palliative Outcome Scale)は、国際的にはがん・非がんを問わず最も利用されています。わが国では2017年にIPOS日本語版が作成されていますが、がん患者を対象とした信頼性・妥当性検証に留まっているため、がん以外の疾患をもつ高齢患者を対象として病院や施設あるいは在宅等で利用できる標準的な緩和ケア評価尺度は存在しません。本研究ではIPOS日本語版をがん以外の疾患の高齢患者に対する標準的な緩和ケアの評価尺度として確立することを目指し、その信頼性と妥当性を検証します。
複数の放射性核種の三次元分布からみた日本列島を取り巻く海洋物質循環に関する研究

低バックグラウンドガンマ線測定法を日本列島を取り巻く縁海、日本海、東シナ海およびオホーツク海の海水試料に適用することにより、226Ra、228Ra、137Cs、134Cs、7Beおよび228Th濃度を測定し、これら核種の空間的分布を探った。228Ra/226Ra比、137Cs、7Beの空間分布より、これら縁海における海水およびそれに含まれる溶存成分の、さらには228Th/228Ra比より、粒子吸着性成分の三次元的物質循環を解明した。福島第一原発事故の134Csおよび137Csの分布は、本海域における微弱放射性セシウムの汚染レベルに重要な知見をもたらした。25年度の研究で、日本海における228Ra,226Ra,134Cs,137Cs,7Beは、海洋循環のみならず、溶存汚染物質の循環を探る極めて重要なトレーサーとして有効であることが明らかになった。25年夏季(およびそれ以前)の日本海オホーツク海調査航海で採取された海水の測定結果の放射性核種分布の解析の結果、以下のことを明らかにした。1夏季の日本海表層の228Ra/226Ra比の水平分布から対馬沿岸分枝、沖合分枝、リマン海流の存在域を確認し、それらの循環パターンの知見を得た。2宇宙線生成核種の7Be(半減期;53日)は降下物として、継続的に海水表層にもたらされていることから、海水混合層における短期間の物質循環のトレーサーとなる。日本海における7Be濃度の鉛直プロファイルから、水深50 m以浅における溶存成分の鉛直方向の滞留時間を2ヶ月と見積もった。32013年7月にオホーツク海南西部の表層から深層へ、福島原発起源の134Cs濃度を調べた。すでに原発の寄与はみられなかった。4福島県の起源をもつ新潟県阿賀野川河口域佐渡海盆の134Csの分布を調べることにより、阿賀野川河川粒子の挙動を明らかにした。5228Ra/226Ra比、7Beより得られた海水循環は、福島原発により日本海にもたらされた微弱放射性セシウムの挙動を説明するものであった。さらに、6日本海盆・大和海盆の228Ra濃度、226Ra濃度から日本海下部固有水の滞留時間を80年と見積もった。26年度は、さらなるデータベースの構築を行いながら、日本海の物質循環、228Thを利用した粒子吸着性物質の挙動、さらには日本海における福島原発起源の放射性セシウムの寄与に関して総括的に議論する。東シナ海表層海水の228Ra/226Ra比はきわめて大きな季節変動を示す。さらに対馬海峡通過後、対馬暖流としての北上中、本州沿岸堆積物からのラジウム同位体の供給は顕著ではなく、228Ra/226Ra比はそのまま保持される。それゆえ、228Ra/226Ra比は日本海表層における海水さらには溶存成分の循環を議論するうえで有効なトレーサーと考えられた。この結果、溶存汚染物質の日本海表層の滞留時間は対馬暖流の働きにより、2-3ヶ月の短いものであることが明らかになった。さらには日本海における、この短期間における鉛直移動のトレーサーが必要である。本研究では、7Be濃度の鉛直プロファイルから、トレーサーとしての有効性を検証した。それを利用することにより、表層50 m以浅の溶存成分の50 m以深への滞留時間は2ヶ月程度と見積もられた。2011年3月の福島原発事故により134Cs,137Csが海洋に放出された。本年度は日本海における福島第一原発起源の134Csおよび137Cs濃度の汚染レベル、さらに経時変動に関しても調査をおこなった。その結果、これら放射性セシウムは、放射性降下物にとともに日本海表層にもたらされた後、対馬暖流によって半年以内に日本海からの除去が明らかになった。これは228Ra/226Ra比の時間的・水平分布、7Be濃度の鉛直分布からみた溶存成分の循環パターンとも一致した。日本海におけるこれら溶存性核種は、海洋の汚染状態を探るトレーサーのみならず、他の溶存汚染物質の循環を探る極めて重要なトレーサーとして有効であることが明らかになった。放射性核種はその地球化学的特性や半減期の違いを利用し、海洋環境における水塊流動特性や物質動態の評価に有効である。ラジウム同位体は海水とともに移動する一方、粒子吸着性であるトリウム同位体は粒子除去により、その一部は海水表層より除去される。特に228Th (半減期1.91年)は228Raの娘核種であり、親核種の溶存228Raと存在度を比較することにより(すなわち228Th/228Ra放射能比)、粒子吸着性元素(成分)

さらには粒子の挙動を探るうえで重要な知見をもたらす。東シナ海西部の大陸棚浅層海水は栄養塩や陸域や生物生産から生まれた粒子を多く含んでいるために、粒子除去は本海域の物質循環を特徴づけるうえで、重要なプロセスである。さらに、東シナ海表層海水は、対馬海峡を通過し、日本海における対馬暖流の起源となる。本年度は、特に大陸棚浅層海水の日本海への流入にともなう物質循環の解明を目的に、表層海水の228Th/228Ra比の分布を調べた。その結果、東シナ海表層において、228Th/228Ra比に大きな変動(0.01-0.7)が明らかになった。一方で、日本海表層では、228Th/228Ra比は小さな変動を示した(<0.3)。今後、東シナ海および日本海表層における水塊に関する情報(例えば228Raに富む大陸棚浅層海水の割合)を228Ra/226Ra比から得たうえで、本研究海域の粒子吸着性成分の粒子除去に関して、季節変動を含めたより詳細な228Th/228Ra比の分布より議論する。最終的には、日本海の対馬暖流における物質動態(特に粒子の挙動)を明らかにする。海洋化学本研究は、主に放射性核種を利用した、日本海の物質循環(特に水塊循環)の解明を目的にとして進められた。その結果、本年度は、日本海表層の228Ra/226Ra比の水平分布・季節変動から表層海水の循環に関する知見を得た。これにより対馬暖流の循環パターンの知見が得られた。宇宙線生成核種の7Beは降下物として、継続的に海水表層にもたらされている。その半減期(53日)から海水混合層における短期間の物質循環のトレーサーとなる。日本海においては、7Be濃度の鉛直プロファイルから、水深50 m以浅における溶存成分の鉛直方向の滞留時間は2ヶ月と見積もられた。日本海の228Ra/226Ra比の水平分布、7Be濃度の鉛直分布より、福島原発事故起源の放射性セシウムの大部分は、水深50 m以深にもたらされる前に、津軽海峡、宗谷海峡から放出されたことを示す。これはまさに福島原発により日本海にもたらされた微弱放射性セシウムの挙動に一致する。本成果は、今後有事の際の溶存放射性核種など溶存汚染物質の循環パターンに関する知見をもたらす。その緊急性から、福島第一原発事故のセシウムの結果を中心に以下の国際誌への発表が既になされている。25年度の研究成果より、137Cs, 7Be, 226Ra, 228Raの空間分布・季節変動が日本列島を取り巻く日本海における海水および物質循環の重要な溶存物質の循環トレーサーとなることが分かった。26年度は、主に、粒子吸着性の228Thを粒子循環のトレーサとし、以下の計画を推進する1平成26年7-8月に、水産総合研究センター中央水産研究所の海調査航海に参加し、日本海で、対馬暖流・リマン海流域を含め、表層海水(表層30試料)採取をおこなう。他の季節との比較をおこなうため、他の研究機関の調査航海においても、表層海水採取を行う(採取の依頼済み)。2海水化学処理:海水試料から、BaSO4、Fe(OH)3による共沈回収、低バックグラウンドガンマ線測定法の適用により、ラジウム同位体、228Thの測定を行う。3226Ra、228Raおよび228Thの日本海の空間分布を解析することにより、海水および粒子の循環パターンを得る。これらデータベースを構築することは、有事の際の汚染物質の循環パターンを推測するうえでも極めて重要である。
皮膚に柔軟に適合する薄型触覚変換パッドを用いる情報通信の研究

皮膚に柔軟に適合する薄型触覚変換パッドを開発し,情報通信に使用することが可能であることを確かめるために,本研究では次の13のことを行った.1.次の(1)(3)の多点式の触覚変換パッドを試作した.(1)圧電素子:バイモルフ型の圧電素子を用いて触覚刺激のピンを上下させる構造の触覚刺激装置を製作した.触覚点数は2点である.人間の認識できる触覚点の間隔を計測する実験に用いるために,2点間の距離を変化できるようにした.(2)空気圧式:空気圧源から供給された空気を皮膚に吹きつける構造の触覚変換パッドを製作した.触覚点数は10点である.柔軟なゴム製の基盤に管を埋め込み,管は小形電自弁を介して空気圧源に接続されるような構造とした.(3)電気刺激式:ゴム製の板にアレイ状に電極を埋め込んだ柔軟な触覚変換パッドを製作した.触覚点数は16点である.各電極には一般に市販されている低周波治療器で使われているのと同程度の電気パルスを印可するような駆動回路を製作した.2.上記(1)(3)の各装置に接続してコントロールするための信号発生用コンピュータシステムとそのソフトウェアを開発した.3.空気圧式の柔軟な触覚刺激装置を用いて,1つの触覚変換パッド内の異なる触覚点に与える信号を人間が分別認識可能であるかどうかを確かめる実験を行った.その結果,分別認識可能であることを確認した.今後の研究の展開として,本研究で開発した触覚変換パッドを用いて小規模触覚通信システムを構築し,それを用いた情報通信実験を行い,触覚を利用した情報通信の有効性を実証する.1.人の触覚メカニズムに関する実験を行うために,市販の視覚障害者用触覚式ディスプレイを制御するソフトウェアを製作し,任意の文字や図形パターンを数通りの方法で表示することのできる実験システムを構築した.文字はアルファベットおよび数字,図形は5×20ドットのマトリックス状のものが表示できる.表示方法は,文字の場合に書き順どおりに順次表示する方法と一度に文字パターンを表示する方法の2通り行うことができるようにした.2.1の実験装置を用いて複数の被験者を用いて試験を行い,指先と指先以外の部位で文字認識率に違いがあるかどうかを調べた.その結果,指先以外の部位では,指先より認識率は低いが文字を認識できる可能性があることがわかった.さらに,文字パターンの表示方法で認識率に違いがあるかどうかも調べたが,明らかな違いは見られなった.3.圧電素子を用いて2点の触覚刺激を加えることができる小型の2点式触覚変換素子およびその駆動回路を試作した.今後,この素子を用いて1のディスプレイを取り付けることのできない部位で認識率および分解能を実験により調査する予定である.4.電気的刺激が触覚変換素子として用いることができるかどうか調べるために市販の電気的な触覚刺激装置(低周波治療器)を購入した.今後,電極部分に改良を加え,同時に加えられた複数の異なる電気的刺激を認識できるかどうかを実験により調べ,触覚変換素子として利用できるかどうかを検討する.5.ハンドブック類を購入し,視覚・聴覚・触覚による認識メカニズムに関する調査および人の感覚と刺激に対する学習機能についての調査を行った.皮膚に柔軟に適合する薄型触覚変換パッドを開発し,情報通信に使用することが可能であることを確かめるために,本研究では次の13のことを行った.1.次の(1)(3)の多点式の触覚変換パッドを試作した.(1)圧電素子:バイモルフ型の圧電素子を用いて触覚刺激のピンを上下させる構造の触覚刺激装置を製作した.触覚点数は2点である.人間の認識できる触覚点の間隔を計測する実験に用いるために,2点間の距離を変化できるようにした.(2)空気圧式:空気圧源から供給された空気を皮膚に吹きつける構造の触覚変換パッドを製作した.触覚点数は10点である.柔軟なゴム製の基盤に管を埋め込み,管は小形電自弁を介して空気圧源に接続されるような構造とした.(3)電気刺激式:ゴム製の板にアレイ状に電極を埋め込んだ柔軟な触覚変換パッドを製作した.触覚点数は16点である.各電極には一般に市販されている低周波治療器で使われているのと同程度の電気パルスを印可するような駆動回路を製作した.2.上記(1)(3)の各装置に接続してコントロールするための信号発生用コンピュータシステムとそのソフトウェアを開発した.3.空気圧式の柔軟な触覚刺激装置を用いて,1つの触覚変換パッド内の異なる触覚点に与える信号を人間が分別認識可能であるかどうかを確かめる実験を行った.その結果,分別認識可能であることを確認した.今後の研究の展開として,本研究で開発した触覚変換パッドを用いて小規模触覚通信システムを構築し,それを用いた情報通信実験を行い,触覚を利用した情報通信の有効性を実証する.
ICT技術を用いた口腔機能評価システムの開発と口腔機能基準値の検討

地域在住高齢者を対象とするフィールド調査の結果、異なる身体状況にある自立高齢者、虚弱高齢者、要介護高齢者において、オーラルディアドコキネシス評価値に有意差が認められた。一方、要介護高齢者調査の結果、音声の質の低下と健康関連QOLの低下が随伴することが示された。これらの結果より、デジタル音声分析の結果は、口腔機能の良否の指標として十分な検出力を有することが示唆された。最終年度では、音声デジタル技術を活用し、タブレット端末にてオーラルディアドコキネシスが評価できるアプリケーションの開発を行った。その結果、新規開発したアプリケーションによる評価は簡便性に優れ、かつ十分な実用性を有していた。自立高齢者183名、虚弱高齢者44名、要介護高齢者23名を対象として、発話時の動的口腔機能評価指標のひとつであるオーラルディアドコキネシスを調べた。交絡要因である年齢を調整した後でも、異なる身体状況にある上記の3群間において、オーラルディアドコキネシス評価値には有意差が認められた。これらの結果より、オーラルディアドコキネシスを用いた構音機能評価は、高齢者の身体活動レベルを反映しており、高齢期の地域住民に対する口腔機能評価法として有用であることが示唆された。また、オーラルディアドコキネシス評価値と誤嚥リスク評価値との関連性を調べたところ、両者間で有意な関連性が認められ、高齢者の構音機能は摂食・嚥下機能と密接に関連していることが明らかになった。さらに虚弱高齢者61名の音声について音響音声分析を行ったところ、全体的健康感の低下は、音声の基本周期変動指数、振幅変動指数および雑音成分指数と有意な関連性を示した。特に、振幅変動指数は年齢の影響を受けづらい傾向にあることから、音声データを活用した口腔機能評価プログラムの開発においても、評価指標として有用性が高いものと考えられた。これらの結果より、音声デジタルデータを活用することにより、構音機能だけでなく、摂食・嚥下機能ならびに全体的な健康状態を推測できる可能性が示唆された。音声データの採取は生体侵襲を伴わないため、より簡便に評価できるアプリケーションが開発されれば、口腔機能評価が簡便に実施できるものと考えられた。介護施設に入所している要介護高齢者の構音機能を評価するために、デジタル音声サンプルを採取して、音響学的分析を行った。音声採取にあたっては、61名の被験者の協力を得た。被験者に基本フレーズを発音してもらい、録音したデジタル音声について波形分析を行い、主として、基本周期変動係数(PPQ)、振幅変動指数(APQ)、および雑音成分(MFR)等の分析を行った。また、併せて妥当性・信頼性が確認されている評価スケールであるSF-8を用いて、健康に関連するQOL(健康関連QOL)について評価を行い、波形分析から得られたパラメータ評価結果との関連性を分析した。その結果、健康関連QOLを構成する代表的な下位項目である「全体的健康感」得点の低位群では、PPQ,APQ、NHRのすべて波形評価項目において、「全体的健康観」得点の高位群と比較して有意に高い値を示した(p<0.05)。さらに、代表的な交絡要因である年齢の影響を除外するために、年齢を共変量とした共分散分析を行った結果においても、「全体的健康感」得点の低下はPPQ,APQ、NHR各値の増加と有意な関連性を示し(p<0.05)、健康関連QOLの低下に伴い、音声の質の低下が認められた。これらの結果より、音声デジタルデータを活用することにより、構音等の口腔機能の良否だけでなく、全身の健康状態を評価できる可能性が示唆された。また、タブレット端末やスマートフォンを用いることにより、音声デジタルデータの収集は比較的容易に行うことができるため、地域在住高齢者に対する機能評価等に活用できるものと考えられた。昨年度、分析を行ったオーラル・ディアドコキネシスに加え、声の揺らぎに関連性を有する波形データについて評価を行うことにより、さらに包括的な評価ができるものと考えられた。高齢者の口腔機能と音声評価についてのフィールド調査については、当初の計画どおり順調に推移しており、当該年度については要介護高齢者を対象とした詳細な音声波形分析を行うことができた。その結果として、多様な身体状況を呈する高齢期の音声・構音機能に関して、包括的なデータを収集することができた。その一方、地域在住高齢者の構音機能を簡易評価するためのアプリケーションの開発は、研究費不足のため、研究の進展が遅れており、現時点でアプリケーションの完成には至っていない。口腔機能の低下リスクを有する地域在住高齢者への口腔管理を推進するためには、口腔機能に関するモニタリングと評価を体系的に実施する必要がある。本研究では、音声デジタル技術を活用し、タブレット端末によるオーラルディアドコキネシス評価システムの開発を行い、機能低下リスクのスクリーニング法としての有用性を検討した。併せて、地域在住高齢者の口腔機能に関する疫学情報を収集し、口腔機能評価の基準値に関する調査研究を進めた。これらの研究を統合的に進め、高齢者のオーラルディアドコキネシス評価に影響を及ぼす要因について分析を行うとともに、iPadに対応したオーラルディアドコキネシスの評価アプリを開発した。開発アプリにおいては、iPadのマイクシステムを用いて、被験者に単音節/pa/、/ta/、/ka/を各々5秒間繰り返し発音させた音声を録音し、その結果より1秒あたりの発語回数を提示するとともに、性別・年代別基準値と比較して、口腔機能低下リスクを簡便に評価できる機能を付与したβ版を作成した。

次に、健康な成人を対象として、β版アプリ評価値とICレコーダーを用いた従来の精密測定結果との間の相関係数を求めたところ、/pa/、/ta/、/ka/のいずれの発音回数においても、相関係数が0.78以上の高い相関性を得ることができた。また、老人福祉施設に入所している高齢者に対して、開発したアプリケーションを用いたオーラルディアドコキネシス評価を行ったところ、同様に従来法と高い相関性を示した。これらの結果より、本研究で開発したアプリケーションは、広く高齢者の口腔機能測定に十分な実用性を有するものと考えられた。地域在住高齢者を対象とするフィールド調査の結果、異なる身体状況にある自立高齢者、虚弱高齢者、要介護高齢者において、オーラルディアドコキネシス評価値に有意差が認められた。一方、要介護高齢者調査の結果、音声の質の低下と健康関連QOLの低下が随伴することが示された。これらの結果より、デジタル音声分析の結果は、口腔機能の良否の指標として十分な検出力を有することが示唆された。最終年度では、音声デジタル技術を活用し、タブレット端末にてオーラルディアドコキネシスが評価できるアプリケーションの開発を行った。その結果、新規開発したアプリケーションによる評価は簡便性に優れ、かつ十分な実用性を有していた。高齢者の口腔機能と音声評価についての調査研究は、当初の計画どおり順調に進み、自立高齢者だけでなく、筋力や筋力の活動が低下した状態にある虚弱高齢者や要介護高齢者についてもデータ収集を行うことができた。また、構音機能と摂食・嚥下機能の現状を明らかにすることができた。一方、収集した音声サンプルの一部については、詳細な音響分析を行うことにより、健康関連指標と有意な関連性を有する音響パラメータを抽出することができた。また、単位時間での基準音節の発話回数を評価するオーラルディアドコキネシスについても、高齢者でのデータの蓄積を行い、年代・性別ごとの現状を明示できたため、音声デジタルサンプルを用いた口腔機能評価アプリケーションを開発するための基礎データの分析はほぼ計画どおり達成できた。一方、対象者の発話時の音声データを活用して口腔機能を評価するソフトウェアの開発については、やや作業が遅れている。既存の音声分析ソフトウェアの特性を分析するとともに、実際に音声分析を行う一連の解析過程を踏まえて、必要な工程を抽出し、アプリケーション開発の基礎データを得るところまでは達成できているが、それらの分析結果を踏まえた口腔機能評価アプリケーションβ版の開発までには至っていない。これまでの調査研究の結果、高齢期の口腔機能について音声データを用いる際に有用な基準データの提示が可能となりつつあるので、最終年度の平成28年度では、オーラル・ディアドコキネシスなどの測定パラメータについて、地域在住高齢者の基準値を提示していきたい。また、音声デジタルデータを用いた口腔機能評価アプリケーションの開発については、資金面でも何とか見通しがついてきたので、コストパフォーマンスを考慮したうえで、開発作業のスピードを上げ、平成28年度の前半での完成を目指す。公衆衛生学高齢期では音圧レベルが低い音声サンプルが多くなってくるため、分析可能な波形振幅等について、引き続き音響音声分析を行う。
光子衝突による1-3価分子陽イオンの生成と解離のダイナミクス

分子科学研究所のUVSOR施設、BL3A2に設置されている光電子-光イオン、光イオン-光イオン、光電子-光イオン-光イオンの角度分解・多重同時測定システムを用いて、NO,CO,CO_2,SO_2,NO_2などの気相分子の1-3価イオン化について調べた。その結果これらの分子の1-3価分子陽イオンの生成と解離のダイナミクスについて、以下に示す多くの新しく興味ある知見を得た。1.CO_2,SO_2,NO_2の1価、2価イオン化の割合や断面積を決定し、1-2価分子親イオンのイオン分岐比とそれぞれのフラグメントイオンの生成部分断面積を求めた。また各価数の親イオンが解離する割合も明らかにしたので、1-2価親イオンの解離をより詳細に調べることができるようになった。2.CO_2,SO_2の2価イオンの解離にともなって解放される運動エネルギー分布を、光イオン-光イオンコインシデンス(PIPICO)スペクトルを解析して、解離のしきい近傍から100eVの領域で調べ、2価分子イオンの生成と解離が複雑な機構(直接的な2価イオン化とそれに続く解離に加えて、中性の高励起分子や1価の高励起分子イオンの解離前や解離後の自動イオン化)によっていることを明らかにした。3.光電子-光イオン-光イオンの3重同時計測から、CO_2,NO_2の2価イオンの解離のダイナミクスを調べた。この3重同時計測法により、2価の分子イオンが同時に3体解離したのかあるいは段階的に3体解離したのかを区別することができた。分子科学研究所のUVSOR施設、BL3A2に設置されている光イオン化観測装置を用いて、NO,CO,CO_2,SO_2,CS_2などの気体について、光電子-光イオン,光イオン-光イオン,光電子-光イオン-光イオンの多重同時測定法により、1-3価分子陽イオンが生成されるエネルギー領域でイオン化について調べた。その結果、1-3価分子陽イオンの生成と解離のダイナミクスについて多くの新しい知見を得ることができた。具体的には、(1)質量スペクトルとPIPICOスペクトルの測定から、解離チャネルの同定、1-3価イオン化や各解離チャネルのしきい値や励起エネルギー依存性を求め、前駆体の電子状態と解離過程との関連づけを行った(CO_2,NO_2)。(2)1-3価イオン価断面積や、これらの親イオンの分岐比やフラグメンテーション部分断面積を分離して求めた(C0_2,NO_2)。(3)擬似マジック角で測定したPIPICOスペクトルの解析から、フラグメントイオンの内部エネルギーとフラグメントイオンの持つ運動エネルギーとの関係について調べた(NO,CO,CO_2,SO_2)。(4)放射光の偏光電気ベクトルからの離角を変えて測定したPIPICOスペクトルの解析からフラグメントイオンの異方性分布を求め、遷移に含まれる状態の対称性と解離との関係を調べた(CO_2)。(5)3重同時計測により3体解離について電荷分離のダイナミクスを調べた(CO_2)。現在、一部のデータはなお解析中であり、成果がまとまり次第、科学論文として研究発表する予定である。その結果これらの分子の1-3価分子陽イオンの生成と解離のダイナミクスについて、以下に示す多くの新しい興味ある知見を得た。

また各価数の親イオンが解離する割合も明らかにしたので、1-2価親イオンの解離をより詳細に調べることができるようになった。2.CO_2,SO_2の2価イオンの解離にともなって開放される運動エネルギー分布を、光イオン-光イオンコインシデンス(PIPICO)スペクトルを解析して、解離のしきい近傍から100eVの領域で調べ、2価分子イオンの生成と解離が複雑な機構(直接的な2価イオン化とそれに続く解離に加えて、中性の高励起分子や1価の高励起分子イオンの解離前や解離後の自動イオン化)によっていることを明らかにした。光電子-光イオン-光イオンの3重同時計測から、CO_2,NO_2の2価イオンの解離のダイナミクスを調べた。この3重同時計測法により、2価の分子イオンが同時に3体解離したのかあるいは段階的に3体解離したのかを区別することができた。
Lonidamineと温熱併用による制癌剤耐性の克服に関する研究

多剤耐性細胞の膜に発現したP-glycoporotein(P-gp)は膜糖蛋白の一種でATP依存性のpump機能により抗癌剤の細胞外排泄を行う。温熱は細胞膜の変性により薬剤の細胞内透過性を亢進させるため、またLonidamineはミトコンドリアでのエネルギー産生を阻害しATP産生を低下させ、ATP依存性のP-gpポンプ機能を阻害することにより耐性が克服される可能性がある。本研究では温熱および、Lonidamine併用により耐性を克服することが可能かどうかをin vitro、in vivoにおいて検討し、耐性克服のための治療法の確立を目指した。1)in vitroでADR耐性株を用いて温熱処理およびLonidamine投与を行い、制癌剤感受性がどの様に変化するかを、細胞内コハク酸脱水素酵素活性を指標としたSDI法にて測定した。その結果LonidamineとADRの併用により37°C、43°CのいずれにおいてもADR単独より感受性が高まり、耐性克服の可能性が示唆された。2)Lonidamine投与後継続的に親細胞、耐性細胞内のATP量を測定したところ、特に耐性細胞でLonidamine投与により細胞内ATP量が著明に減少した。3)細胞内ADM濃度をフローサイトメトリーにより測定したところ、特に耐性株においてLonidamine、温熱の投与により細胞内ADM濃度が著しく高まった。以上の結果よりLonidamineおよび温熱を併用することで、P-gpによる多剤耐性が克服できる可能性が示唆された。
低活動膀胱の画期的治療法の基盤的研究－トロポニンシステムの構築を中心として－

トロポニンは、T、I、Cの三つのサブユニットから構成され、各々に心筋型、骨格筋遅筋型、骨格筋速筋型(トロポニンCでは、心筋型と骨格筋遅筋型は共通)があり、計8種類のサブユニットが報告されているが、平滑筋には、存在しないと言われていた。ヒト膀胱排尿筋において、すべてのタイプのトロポニンT及び、骨格筋遅筋型のトロポニンIが蛋白レベルでも発現していることを確認した。これらのトロポニンサブユニットは、他の平滑筋臓器と比較して、排尿筋に有意に発現していることがわかった。また平滑筋に特有の収縮蛋白であるカルポニン、カルデスモンの発現も確認し、トロポニンサブユニットとの結合による新たな収縮機構が示唆された。本研究の目的は、未だ不明な点の多い平滑筋の収縮調節の分子機構を、平滑筋での心筋型トロポニンCの発見を足がかりとして、その生理学的意義を探り、さらに平滑筋にトロポニン収縮システムを新規に構築して、機能不全に陥った平滑筋疾患の改善、復活を、膀胱排尿平滑筋を用いて探ることである。トロポニンは、横紋筋である心筋、骨格筋に発現し、収縮機構の中心的な役割を果たし、トロポニンT、I、Cのサブユニット3量体から形成され、各々に心筋型、骨格筋遅筋型、骨格筋速筋型(トロポニンCでは、心筋型と骨格筋遅筋型は共通)があるので、計8種類のサブユニットが報告されている。平成23年度では、ヒト膀胱排尿平滑筋では、心筋型トロポニンTのみならず、すべてのタイプのトロポニンTが発現していることを報告したが、平成24年度の研究では、すべてのタイプのトロポニンTのみならず、骨格筋遅筋型のトロポニンIも蛋白レベルで発現していることを確認した。また、平滑筋に特有の収縮蛋白であるカルポニン、カルデスモンの抗体を用いて、Western Blottingでその存在も確認した。また、In vivoの実験としては、マウスではそのサイズゆえに測定が困難であった排尿動態の記録、膀胱内圧の測定の実験システムを立ち上げることに成功した。当教室で、使用可能である心筋型トロポニンTヘテロノックアウトマウスの排尿動態、及び膀胱内圧をワイルドタイプと比較検討したが、有意な差は認められなかった。また、オーガンバス収縮法を用いた実験では、トロポニン蛋白に作用し、カルシウムセンシタイザーと呼ばれるあるいは可能性のある試薬であるレボシメンダンに加え、ピモベンダンもヒト膀胱排尿平滑筋に適用してその効果を検討したが、双方の試薬とも、収縮力の増強効果は認められなかった。本研究の目的は、未だ不明な点の多い平滑筋の収縮調節の分子機構を、平滑筋での心筋型トロポニンTの発見を足がかりとして、その生理学的意義を探りながら、平滑筋にトロポニン収縮システムを新規に構築して、機能不全に陥った平滑筋疾患の改善、復活を目指す臨床応用の基盤的研究とすることである。平成23,24年度の研究により、ヒト膀胱排尿筋では、すべてのタイプのトロポニンTと、骨格筋遅筋型のトロポニンIも蛋白レベルで発現していることを確認した。また、さらに平滑筋特有の収縮関連蛋白であるカルポニン、カルでスモンの発現もwestern blotting法を用いて確認したので、これらのトロポニン分子と、平滑筋特有の収縮関連蛋白の結合性さらには、収縮性を確認すべく、バイオレイヤー干渉計(Biolayer interferometry: BLI)を使用して計測した。タンパク質間の比較的弱い結合・解離は、ビアコアや水晶発振を用いて、従来、調べられていたが、前者は結合物質固定や流路の維持管理が煩雑で、未知の物質を探索する目的には利用しづらい安定した計測が難しく、後者の水晶発振を用いてみたが、安定した計測が困難であったので、今回は、BLIを使用しリガンドとしてトロポニンIを使用し、アナライトとしてトロポニンT、及びトロポニンTと相同性の高いHSP (ヒートショック蛋白)の予備的計測では、ノイズが少なく安定した結果が得られ、HSPはトロポニンTと比較して、1/4程度の結合力を有していることがわかった。故に、トロポニンは、カルポニン、カルデスモンなどの平滑筋特有の収縮関連蛋白との結合し、新規の収縮機構を有している可能性も示唆された。本研究の目的は、未だ不明な点の多い平滑筋の収縮調節の分子機構を、膀胱平滑筋での心筋型トロポニンTの発現の生理学的意義を探りながら、このトロポニンTを活用して平滑筋にトロポニンシステム収縮システムを新規に構築し、機能不全に陥った低活動膀胱の機能の改善・復活を目指す臨床応用の基盤的研究とすることである。

トロポニンは、横紋筋である心筋及び骨格筋に発現し、収縮機構の中心的な役割を果たすが、トロポニンT、トロポニンIとトロポニンCのサブユニット3量体から形成され、各々に心筋型、骨格筋速筋型、骨格筋遅筋型があるので(トロポニンCでは心筋型と骨格筋遅筋型を共有)計8種類のサブユニットが報告されている。平成23年度の現在までに至る分子生物学的検討では、ヒト膀胱排尿筋におけるトロポニンサブユニットの全ての蛋白レベルので発現を確認すべく、Western Blotting法を施行した。その結果、トロポニンT心筋型のみならず、骨格筋速筋型、骨格筋遅筋型とすべてのタイプのトロポニンTが発現していることを発見した。しかしながら、トロポニンIとトロポニンCについてはどの型のサブユニットも発現していないことを確認した。生理学的には、In vivoの実験ではマウスの排尿動態を記録することが可能となったが、心筋型トロポニンTヘテロノックアウトマウスの排尿動態はワイルドタイプと比較して、有意な変化はなかった。In vitroの実験では、心筋型トロポニンTヘテロノックアウトマウス膀胱平滑筋を使用して、収縮張力を測定したが、低濃度のCaでは、収縮力の発生に有意差があることを認め、トロポニンTがなんらかの形で平滑筋の収縮機構にも関与していることが考えられた。平成24年度では、分子生物学的レベルでの膀胱排尿平滑筋の収縮蛋白及びトロポニンサブユニットの発現の包括的な検討は、ほぼ終了し、生理学的なマウスのIn vivoの排尿動態、膀胱内圧測定の実験システムの確立に成功したが、平滑筋でのトロポニンシステムの構築の確認に重要なトロポニンCのノックインマウスの作製に着手し、コンストラクトの作製、受精後約50匹の仔を得たが、トロポニンC発現しておらず、コンストラクトの再調整し、再びノックインマウスの作製にとりかかっている。また、現存のトロポニン各種サブユニット消費後、再度トロポニン蛋白精製にとりかかったが、予想より時間を要しため、In vitroレベルでの生理学的実験にも遅れが生じた。平成23年度では、ヒト膀胱排尿筋で、全てのトロポニンサブユニットのWestern Blottingを施行し、心筋型トロポニンTだけでなくすべてのトロポニンTが発現していることを発見した。また、In vivoでは、今までは、マウスの排尿活動はその一回排尿量が少なく、記録が困難であったが、当研究室でマウスの排尿活動を記録することが可能になり、心筋型トロポニンTノックアウトマウスでは、排尿活動に有意な差は認められなかったが、今後も様々なノックアウトあるいはノックインマウスの排尿活動を記録し、In vivoでの膀胱平滑筋の収縮機構を探ることができる。また、心不全治療薬に用いられているカルシウムセンシタイザーであるレボシメンダンは、ヒト排尿筋ではカルバコール刺激による収縮を抑制したのに対し、マウス排尿筋では収縮力の増強を認め、同じ平滑筋でも異なる収縮メカニズムを有していることが考えられた。以上のように、分子生物学的な検討にも、In vivoさらにIn vitroを含めた生理学的な検討においても、本研究は順調に進んでいる。2)各種トロポニンサブユニットの蛋白精製に成功したので、これらを生理学的手法に用いて、定量的な効果を確認するとともに、蛋白レベルでの、各種トロポニンサブユニットと平滑筋特有の収縮蛋白であるカルポニンやカルデスモンとの複合体形成の可能性を探る。3)平滑筋では、細胞内カルシウム濃度の変化によらない収縮力の増強であるカルシウム感受性は、Rho kinaseやprotein kinase Cが主役を担うが、これらの酵素とトロポニンとの関連も探っていく。
原始重力波の検出を地上で可能にする変位雑音フリー中性子・原子干渉計の開発

宇宙誕生直後のインフレーション時に生成された原始重力波の検出は、重力波天文学の究極の目的の一つである。そこで、原始重力波の検出を地上で可能にする全く新しい方法として、変位雑音フリー中性子・原子干渉計を考案した。本研究ではこの手法の実現可能性を、理論・実験両面から検討する。特に、中性子干渉計については、中性子反射鏡のサイズと、減速体での中性子流束の減衰を防ぐ点で実験的・理論的な研究を行う。また、変位雑音キャンセルの限界などについても理論的な検討を行う。この研究が成功し、将来的に原始重力波の観測につながれば、宇宙誕生の謎に大きく迫ることができる。
配位環境分析に基づく続成作用が重元素安定同位体比に与える影響の解明

本研究では、1安定同位体比分離法および分析条件の確立、2天然試料採取と同一層準決定、3熱水反応実験、4天然試料および実験試料の安定同位体比および配位環境分析という4つの研究ステップを4年間で行い、「堆積岩中の重元素安定同位体比が本当に堆積時の海洋環境を反映しているのか」、「続成作用で重元素安定同位体比が変化した際に、どのような補正を行えば元の情報が復元可能なのか」を明示する。