hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高速船推進性能算定法の開発

平成6年8年度の研究成果は次の通りである。1.厚翼理論の新しい方法として、SQCM(Source+QCM)という方法を開発した。この特徴は、一般の3次元翼に対しても、一度だけ連立一次方程式を解けば、定常流れが求められることである。このSQCMを翼厚コード比0.001という非常に薄い翼に対しても、解析解と一致する圧力分布が求められるように改良した。2.SQCMを定常プロペラ性能の計算に適用し、他の方法による結果とほとんど一致する結果を得た。この場合でもKuttaの条件は、1回の計算で満足される。3.キャビテーションを起しているプロペラ性能を計算で求める方法として、QCM(準連続渦分布法)によって、翼上の渦分布を求め、それから等価2次元翼を求め、この2次元翼に線形キャビション理論を適用する方法を開発した。4.上記の方法を、スーパー・キャビテーション・プロペラに適用して、実験結果と良く一致する結果を得た。しかし、通常の翼断面(キャビテーションを出来るだけ起さないように設計されている)を持つプロペラに対しては、キャビテーションが過大に生じて、実験値の傾向とは、あまり一致しなかった。また線形理論では、計算不能のキャビテーション数があることが分った。5.そのため、非線形部分キャビテーションの計算法として、SQCMをベースにして、翼断面を変形してゆく計算法を開発した。さらにスーパー・キャビテーション状態を計算できるように開発中である。6.不均一流中のプロペラ性能を求めることを目標に、まず非定常2次元翼問題に取り組み、SQCMを用いて、比較的簡単に翼性能を求める計算法を開発した。7.BEMの一つであるランキン・ソース法を用いて、幅広船まわりの波流れを求める計算法を開発した。8.水中翼付き高速船まわりの波流れを姿勢変化まで考慮して、計算する方法を開発した。9.キャビテーションを発生しているプロペラの設計法について、一つの方法を提案した。今年度は、低速な船の推進性能の解明と、キャビテーションや空気吸込みがある場合のプロペラ性能についての基本的な現象の解明を行ない、次の成果を得た。1.CFDによる直進および斜行時の流れの解明を行った。これによってプロペラ面の伴流分布および表面圧力と横力の分布が求められた。2.厚翼性能の解析法として、SQCMを開発し、プロペラ性能の解析が出来るようになった。この計算法は簡単で広い範囲での応用が期待される。3.直進および斜航する船体とプロペラ・舵の干渉作用を解明するプラグラムを開発した。船体の伴流分布を与えると、これらの間の相互干渉力が精度良く計算できることが分った。4.渦格子法による空洞プロペラ性能解析プログラムを作成した。これによって、超空洞プロペラの設計が出来るようになった。5.2次元空洞翼理論を用いた空洞プロペラ性能解析プログラムを作成した。この方法は簡単で精度も結構良くて、他の問題にも応用できそうである。6.高速船用プロペラと舵との相互干渉実験を空洞水槽で行い、定性的傾向を把んだ。キャビテーションが起こって舵に当ると、舵の抗力が増える傾向にあることが分った。7.空洞水槽中でのプロペラ性能を求めるプログラムを作成した。空洞水槽中のプロペラ性能を求める時の一様流速はプロペラ面の外側で測れば、単独プロペラと略同じ性能となることが分った。8.空洞現象を起している2次元翼後方の流場を実験的に把握した。空洞理論の新しい発展のために是非とも必要な実験結果である。9.プロペラの空気吸込みの実験を行い、定性的傾向を把握した。

本年度は、船速が早くて、プロペラにキャビテーションが生ずる場合の船の推進性能の解明を行い、次の成果を得た。1.CFDによる旋回時の流れの解析を行い、プロペラ面の伴流分布、船体表面圧力分布および横力の分布が求められた。2.直進する船体の後方で舵角をとった場合の船体・プロペラ・舵に働く流体力の計算と計測を行った。3.実船型が一定スピードで進行する場合の波流れと造波抵抗を求めるプログラムを作成した。静水面上の矩形パネルを用いており、幅広船型にも適用できる利点がある。4.3次元翼のキャビテーションを推定する方法の一つとして、QCMによる渦分布から等価2次元翼を求め、これに線形キャビテーション理論を適用して、翼の性能を求める方法を開発し、実験値と比較した所、有効な方法であることが確かめられた。5.上記の方法をスーパーキャビテーションを起しているプロペラに適用して、実験で得られた性能をかなり精度良く予測することが出来ることを確かめた。6.2次元翼型に生じるクラウド・キャビテーションの発生機構と制御法について、実験的に研究し、多くの知見が得られた。7.SQCMという簡便なパネル法を開発し、プロペラに適用した結果、他の方法で求められている結果と同等程度の精度で、プロペラ性能と圧力分布を求めることができた。8.渦格子法SCVLMを用いて、スーパーキャビテーションを起しているプロペラ性能を求める方法を開発した。9.空洞水槽でキャビテーションを起しているプロペラと舵の干渉の実験を行い、多くの新しい知見を得た。本年度は、浅水状態でプロペラにキャビテーションが生ずる場合の船の推進性能を解明することを目指して、次の成果を得た。1.水面に近い深さでプロペラが作動すると、空気吸込みを起したり、キャビテーションが起きやすくなり、本来のプロペラ性能を発揮できなくなる。そのため、実験的に空気吸込みが起らない限度を求めた。高速回転でも直径だけプロペラ軸が没水していれば、空気吸込みは起らない。2.CFDを用いて、船体まわりの粘性影響を含む波流れを数値的に求めた。3.キャビテーションを起しているプロペラの性能を実験的に求めると共に、等価2次元翼を用いる方法および渦格子法による計算によって性能を求め、比較検討した。その結果計算法の改良すべき点が明らかになった。4.SQCM(パネル法)によって、2次元非線形部分キャビティの計算が出来ることを確かめた。5.高速船まわりの波流れと姿勢変化を計算するパネル法を開発して計算し、実験値と比較して、その有効性を確かめた。6.不均一流中でのプロペラ性能を求める前段階として、非定常2次元翼をパネル法を用いて解析するプログラムを作成し、実験結果と比較し、効率よく性能が求められることを確認した。今後3次元翼についてプロペラ性能の解析を実施する。7.キャビテーションを起しているプロペラ設計法について、一つの方法を提案した。
船の自航推進性能算定法の開発

平成元年度2年度の研究実績は次のとおりである。1.まず波流れを計算するためのランキン・ソ-ス法の一つとして、精度が良く安定した計算法である九大法を開発した。これを船体、プロペラおよび舵の相互干渉、つまり推進性能を求めるプログラムに組込んで船の推進性能に及ぼす造波の影響を明らかにした。2.Wigley数式船型とSSPA720貨物船型の長さ2.5m模型船を製作し、抵抗自航試験、船尾流場特にプロペラ面での流場計測を5孔ピト-管を用いて行った。3.ポテンシャル流れと境界層近似を用いた粘性流れ計算法を開発した。また船尾にペロペラを取り付けて、プロペラが作動する時の粘性流れが計算できるように拡張した。計算された伴流分布と2で求めた実験値は良い一致を示した。4.推進性能算定用プログラムと粘性流れ計算用プログラムの間で繰り返し計算を行うことにより、波および粘性流れまで含んだ船の自航推進性能を算定することが可能となった。5.実船プロペラ特性を求める簡易計算法を開発し、従来実験で得られているスラスト係数、トルク係数およびプロペラ効率に対する尺度影響を説明することができた。6.2軸船の推進性能算定用のプログラムを作成し、伴流の面内流れまで取入れた本計算法によって、2軸船の推進性能の特性を明らかにした。研究の初年度にあたる今年度は、主に波流れの計算に力点を置いた。1.船体表面の粘性流れを計算するプログラムを作成し、Wigley船型のまわりの境界層と伴流分布が求められるようになった。来年度は肥大船まわりの粘性流れを求めるように改良しなければならない。2.船の推進性能を算定するための、波なしと仮定した場合と波ができると仮定した場合の推進性能プログラムを開発して、計算を行い、Wigley船型の自航試験結果と比較検討し、造波現象が推進性能にどのような影響を与えているか、さらに相互干渉のメカニズムが解明された。来年度は、粘性流れの計算をこのプログラムの中に取り込んで、全ての計算が完結するように努力したい。3.Wigley船型の自航試験および伴流計測、表面圧力計測を行い有用なデ-タを得た。これらの結果を計算結果と比較し、良い一致を示すことを確かめた。4.渦格子法と境界層計算とを組合せたプロベラ理論を基にして、模型プロペラから実船スケ-ルのプロペラの性能まで推定できるプログラムを作成した。来年度は、これらの成果を簡易プロペラ理論に取りこむことを考えている。5.波流れの計算のために開発したランキン・ソ-ス法(九大法)は、精度が良くて簡単な計算法であり、斜航船体まわりの流れの計算にも応用できることが確かめられた。6.来年度は、粘性流れの計算法の改良と共に、推進性能計算プログラムを完成させ,肥大船の自航試験結果と比較検討して、算定法を完成する予定である。研究の最終年度にあたる今年度は、主に粘性流れの計算に力を入れた。1.Wigley船型の低速域における粘性流れ、特に船尾伴流の計算が可能となった。さらにプロペラ作動中の粘性流れの速度分布から、プロペラによる誘導速度を差引いた速度分布、つまり有効伴流分布が計算できるようになった。2.波流れの計算を組込んだ自航推進性能プログラムおよびプロペラの影響を考慮した船体まわり粘性流れの計算プログラムを作成した。まずプロペラ面の伴流分布を計算し、それを入力デ-タとして推進性能を求め、プロペラの渦分布を出力し、これを入力デ-タとして粘性流れを求める。この繰り返し計算を収束するまで行い、粘性伴流まで計算できる自航推進算定プログラムを開発した。3.貨物船型SSPA720を作成し、抵抗自航試験を行って、実験的に自航推進性能を求めた。4.回流水槽を用いて、SSPA720模型船まわりの流場計測を行って、SS1.5,1,0.5およびプロペラ面における伴流分布を求め、計算値と比較したところ、良い一致が得られた。

5.実船プロペラ特性を求める簡易計算法を開発し、従来実験で得られているスラスト係数、トルク係数およびプロペラ効率への尺度影響を説明することができた。6.2軸船の推進性能算定用のプログラムを作成し、伴流の面内流れまで取入れた本計算法によって、2軸船の推進性能の特性を明らかにした。
基礎自治体における地域福祉の歴史的研究―二都市の戦後史の比較を通して―

本研究の目的は、日本で社会福祉制度が創設される昭和20年代において、地方自治体での福祉行政の展開あたり、どのような議論がみられたのかを明らかにすることである。次の諸点を明らかにしえた。第一に、五大市の一つである神戸市は、1950年に最はも早く福祉事務所を設置したが、GHQの突然の指令には困惑していた。なお、福祉事務所は、五大市、都道府県、及び市町村の三類型があった。第二に、新しく創設された社会福祉主事には多大な期待がかけられたことが看取できる。第三に、社会福祉主事と民生委員との関係については本音と建て前の議論が交錯していた。第四に、地方自治体側、及びGHQ側の史料の発掘は今後の課題である。本研究の目的は、敗戦後の占領期から昭和30年代の地方自治体の福祉行政の実態を明らかにすることである。平成25年度は、特に、兵庫県の福祉行政に関する史・資料の蒐集を行った。兵庫県(県政資料館、県立図書館等)には、昭和20年から30年代にかけての福祉行政に関する史・資料が比較的まとまって保存されていることが判明した。現在までに明らかとなったのは、次の5点である。1県議会で「社会福祉」の用語が登場するのは、昭和22年7月のことである。これは、前年制定の旧生活保護法を受けてのことと思われる。また、新憲法25条が2ヶ月前に施行されたことの影響もうかがえる。2県の福祉事務所が正式に発足したのは、昭和31年である。これは県内でも神戸市などと比較しても遅い。しかし、福祉事務所の前身は「地方事務所」であり、これは昭和17年に設立されている。戦前・戦後の分断と連続をどう考えるかは今後の課題である。3県レベルでの福祉行政を考える場合、次の2つを区別して捉える必要がある。一つは、県自らが有する福祉事務所での業務である。二つめには、県内各市への指導的業務である(町村は郡部福祉事務所なので対象外)。4福祉行政は、占領期に大きく推進・展開した。そのため、GHQ関係資料や軍政部資料も蒐集する必要がある(昨年度を終えての課題であった)。しかし、これら資料は兵庫県でも保存されていなかった。参考のため、資料保存が良好と思われる京都府でも調査したが、同様であった。5史・資料の中には、ケースワーカー養成など、福祉専門職の動向に関わるものも一定程度存在する。「行政施策」という論点に加え「福祉専門職」の視点からも、占領期の社会福祉を見る必要がある。これらは先に述べた資料館等に残された資料から明らかとなったが、県史などにも記述がなく、新たな研究の成果と言える。研究目的は、敗戦後数年間(特に被占領期)の地方自治体の福祉行政の実態を明らかにすることであった。平成24年度は、兵庫県内の自治体の状況を明らかにするための史料収集を実施した。調査を進めるなかで、県内市町村のなかで最も早い時期に福祉事務所(当時は「民生安定所」)を設置したのが神戸市であることが判明した。そこで、神戸市の民生安定所設置までの過程を追うための史料収集を行った。現在までに明らかとなったのは次の諸点である。1神戸市が最も早い時期に福祉事務所を設置した理由としては、五大市が率先するようGHQからの指令があったためである。2GHQの要請通り1950年に設置したが、神戸市としては突然の指令に戸惑いがあった。これは、本研究の視角の一つである「GHQの福祉施策を日本側がどう『受容』したか」を考察する上で重要な論点の一つである。従来の研究では、中央政府の「受容」に関して扱われてきた。しかし、地方政府がいかに「受容」し、実際の業務を展開したのかは明らかとなっていない。3福祉事務所の設置の経緯に関しては、生活保護法実施との関わりで考察する必要がある。福祉事務所が設置されるのは、新生活保護法の制定後である。旧生活保護法では市町村が実施機関であった。したがって、福祉事務所を設置した地方自治体の中でも、3つの類型があると考えられた。一つは、先行した五大市である。二つめには、引き続き実施機関であった市町村である。三つめは、郡部(県設置)福祉事務所である。4都道府県レベルでの実態にも着目する必要がある点である。第一には、兵庫県の軍政部の動きである。第二には、兵庫県行政の動きである。ただし、軍政部の史料は全国的にみても手薄である。これについての史料収集は平成25年度を予定している。

5民生委員児童委員の活動についても目配りをする必要である。福祉事務所の設置は彼らの裁量権を縮小したためである。本研究の目的は、敗戦後の占領下から昭和30年代初頭にかけて、地方自治体で福祉行政がどのように確立したのかを明らかにすることである。明らかとなったのは次の3点である。第一は、戦後に誕生した福祉専門職である社会福祉主事への多大な期待があったことである。地方自治体における社会福祉行政の創設は、1951年施行の社会福祉事業法が原動力であった。社会福祉主事は、1950年に立法化され、社会福祉事業法に先行する形で配置される。特に期待されたのは「専門性」である。当時の福祉三法の実際を担うケースワーカー(ソーシャルワーカー)として多大な期待があったことが当時の資料から看取される。現在、福祉事務所への社会福祉士の配置が進展しないという状況とは対照的である。第二は、社会福祉主事と民生委員との関係についての日本人の意識である。社会福祉主事の設置のねらいの一つは、民生委員の公的福祉への関与を減じることであった。これはGHQの意図であった。実際、社会福祉主事が福祉事務所に配置された。また、法律上も民生委員は福祉行政推進のための「協力機関」と位置づけられた(それ以前は「補助機関」)。形式上は、民生委員の役割が後退したかにみえた。しかし、1951年までの2年間で予算措置されたのは、社会福祉主事約1万人分であった。翻って、当時の民生委員の数は約12万人である。これでは社会福祉の担い手不足は明らかである。当時の史料をみると、GHQの「戦後改革」の意図とは別に、民生委員が社会福祉行政に関与(協力)することが大々的にうたわれている。GHQ側と日本側の意識の異なりがみられて興味深い。第三は、初期の社会福祉主事養成カリキュラムが、現在の社会福祉士養成教育の原型となっていることが明らかとなった。時代状況の変化により、科目が追加削除されているのであるが、根幹の科目については大きな変更がないことが明らかとなった。社会福祉学市町村のみならず、県レベルにおける社会福祉の状況についても史・資料蒐集を行うことができたためである。また、市町村れべる、および県レベルのそれぞれに関して、いくつかの論点を整理することができた。県レベルの一次史・資料を発見・蒐集できたことが平成25年度の成果であったと言える。被占領期の地方自治体の福祉政策の実態について、ある程度明らかにし得たためである。関連するいくつかの先行研究、および自治体史をみたが、本研究テーマに関して、体系的(本格的)な研究は少ない。全国的な状況を明らかにした研究は蓄積がある反面、地方自治体の個々の活動については不明な点が多い。そうしたなかで、二次資料も参考にしつつ、一次史・資料のいくつかを見つけることができた。今後、さらに史料調査を進めたい。今年度は最終年度のため、次の3つの研究を推進したい。第一は、昭和20年代から30年代にかけての兵庫県の福祉行政の全体像を明らかにすることである。特に、福祉事務所の設置、児童福祉への取り組み、および生活保護ケースワーカー養成が論点となる。第二に、市の福祉事務所の設置状況である。特に、全国に先駆けた神戸市の事例と、他市の比較を行いたい。第三に、自治体の意識である。
マウス大腸癌肝転移モデルにおけるヒスタミンの転移抑制効果とその応用

大腸癌肝転移モデルマウスにおいて、生理活性物質ヒスタミンの役割を調べた。ヒスタミンを作ることができないマウスでは、正常のマウスに比べて肝転移後の生存期間が短く、ヒスタミンは大腸癌肝転移に対して抑制的に働いていることがわかった。そのメカニズムとして、制御性T細胞という抗腫瘍免疫反応を抑制する細胞が関与している可能性がある。マウス大腸癌肝転移モデルにおけるヒスタミンの転移抑制効果について、それが肝臓局所のヒスタミンによるものかを調べた。ヒスタミン合成酵素欠損マウスを用いて、CTー26細胞またはヒスタミン合成酵素発現CTー26細胞を、脾臓から肝臓に接種し肝転移を作成後、生存曲線を比較した。60日後の生存率はCTー26細胞接種群で33%であったのに対し、ヒスタミン合成酵素発現CTー26細胞接種群では80%であった。またログランク検定ではこれら二群間に有意な差(P値0.016)が認められた。CTー26細胞とヒスタミン合成酵素発現CTー26細胞はin vitroでの増殖能に差はないことから、ヒスタミン合成酵素発現CTー26細胞が産生したヒスタミンが転移に対し抑制的に働いたと考えられる。つまり肝臓局所におけるヒスタミンが肝転移に抑制的に働くということが示唆される。ヒスタミン合成酵素遺伝子発現プラスミドをハイドロダイナミックインジェクションで投与し、肝転移に対する抑制効果を調べた。ハイドロダイナミックインジェクションでは投与したプラスミドは一過性に肝臓で取り込まれることが知られている。ヒスタミン合成酵素遺伝子を含まない対照プラスミドを投与した群では生存期間中央値が38日であるのに対し、ヒスタミン合成酵素遺伝子発現プラスミドを投与した群では47.5日であった。有意差は認められなかったものの、ヒスタミン合成酵素を発現させた群の方が生存期間が長くなる傾向が認められた。ハイドロダイナミックインジェクション後、肝臓のヒスタミン含量は24時間で最大となり48時間後には消失していることから、ヒスタミンによる肝転移抑制効果は、転移後早期に重要であると考えられる。1.ヒスタミン合成酵素欠損マウスを用いてマウス大腸癌肝転移モデルを作成し,生存率に対する内因性ヒスタミンの影響を調べた.生存期間中央値を比較すると,野生型マウス(Balb/c)の40日に対し,ヒスタミン合成酵素欠損マウスは24日であった.またログランク検定では,これら二群間に有意な差(P値0.019)が認められた.次に,ヒスタミン合成酵素欠損マウスを用いてマウス大腸癌肺転移モデルを作成し,生存率に対する内因性ヒスタミンの影響を調べた.野生型マウス(Balb/c)及びヒスタミン合成酵素欠損マウスの生存期間中央値は,それぞれ44日及び40日であった.またログランク検定では,これら二群間に有意な差は認められなかった.以上の結果から,内因性のヒスタミンは大腸癌の転移に対し抑制的に働き,その作用は肝臓に特異的であることがわかった.2.内因性ヒスタミンはヒスチジンから合成されるので,高ヒスチジン食を摂取すると,合成されるヒスタミン量が増加することが予想される.そこで,Balb/cマウスに高ヒスチジン食を与え,大腸癌肝転移モデルにおける生存率に対する影響を調べた.高ヒスチジン食開始から1週間後の血中ヒスタミン濃度を比較すると,高ヒスチジン食群と通常食群の間に有意な差は認められなかった.また,生存率曲線も二群間の差はなかった.以上の結果から,高ヒスチジン食は必ずしも内因性ヒスタミンを増加させず,肝転移を予防する効果もないことがわかった.マウス大腸癌肝転移モデルにおけるヒスタミンの転移抑制機序を検討した。内因性ヒスタミンの有無により生存期間に差が出るという結果をふまえ、肝転移処置後に肝臓のヒスタミン含有量が経時的にどのように変化するかを調べた。Balb/cマウスを用いて肝転移処置を施したのち、7、14、21日後に肝臓を摘出しヒスタミン含有量を測定した。対照群として偽手術を施したマウスを用いた。7日後及び14日後では、肝ヒスタミン含有量はそれぞれ0.4、0.35 pmol/mgと対照群に比べ差はなかったが、21日後では1.8 pmol/mgであり、対照群よりも有意に増加した。脾臓および肝臓における免疫細胞の経時的な数的変化を野生型マウスとヒスタミン合成酵素欠損マウスで比較した。脾臓では、制御性T細胞がヒスタミン合成酵素欠損マウスで肝転移処置後3、7、14日後いずれの時点でも増加していた。肝臓では、処置後7および14日において制御性T細胞が、ヒスタミン合成酵素欠損マウスで増加していた。また、樹状細胞が処置後14日で、ヒスタミン合成酵素欠損マウスで減少していた。以上の結果から、ヒスタミンによる肝転移抑制機序には、ヒスタミンによる制御性T細胞の増殖抑制が関与していることが示唆された。

肝転移処置後早期においては肝全体のヒスタミン含有量に有意な変化は認めないが、腫瘍微小環境においては何らかの細胞から産生されたヒスタミンにより免疫細胞数に変化が生じたと考えられる。マスト細胞からのヒスタミンがヒスタミンH1受容体を介して制御性T細胞の増殖を抑制するという報告がある。内因性ヒスタミンの欠如によりこの抑制が解除された結果、制御性T細胞が増殖し、結果的に腫瘍に対する免疫が抑制され、生存期間の短縮につながったと予想される。薬理学肝臓局所でヒスタミンを増加させることにより、肝転移を抑制できることを実証できたので、おおむね順調に進んでいるといえる。当初の予定通り,ヒスタミン合成酵素欠損マウスを用いてマウス大腸癌肝転移モデルを作成し,内因性のヒスタミンが大腸癌の肝転移に対し抑制的に働くことを示唆する結果を得ており,概ね順調に進展していると言える.予防や治療への応用をめざし、肝臓特異的にヒスタミンを産生させる方法を検討する。また、ヒスタミンの肝転移抑制機序について解析する。概ね順調に進展しているので,今後も予定通り推進する.ヒスタミンが肝転移を抑制する機序について実験を進めていく予定である.一部の実験用試薬が想定価格よりも安く購入できたため、次年度使用額33,678円が生じた。次年度使用分は、実験用動物購入のために使用する。それ以外の使用計画に大きな変更はない。購入した実験用動物が想定価格よりも安価に購入できたため,次年度使用額1357円が生じた.次年度に細胞培養試薬購入のために使用し,それ以外の使用計画に大きな変更はない.
手話環境下の人工内耳装用児の聴覚情報処理を促進するための教育支援プログラムの構築

人工内耳装用児のコミュニケーションは、埋込以前のコミュニケーション様式からの緩やかな移行を目指した方が、本人の不心理的負担が軽減できた。人工内耳による聴覚の活用が進むにつれて、手指から聴覚様式ヘと移行し、相手や場面状況にあわせてコミュニケーション様式を変えることかでき、手指の導入も一定の効果があった。また、人工内耳装用児の聴覚情報処理は、音韻処理だけでなく意味内容を意図的かつ体系的に押さえ、積み上げる必要性が示唆された。対象児毎に関係機関間のネットワークを構築し、1情報の共有、2仕事内容の明確化、3共通の目標と責任の共有、4積極的相互依存を前提とする体系的・系統的な協働的連携が求められる。1,人工内耳装用児のコミュニケーションーモードは、可能な限り聴覚の受容を目指している実態が明らかとなった。しかし、学校や親のニーズは、寄り容易に習得できる手話的表現を多用する傾向があることが明らかとなった。現在では、人工内耳装用幼児の半数以上が、聾学校幼稚部に係わりを持っており、共通コミュニケーションモードである手話環境下におかれている。2,J.COSS日本語理解テストを実施したところ、従来から言われているように、名詞は十分に理解できるが、3語文以上になると語順や受け身文などの処理に困難さを抱える子どもが多かった。また、語用的処理も直接的表現でないと通じないことが多いことが分かった。3,人工内耳装用児の聴覚情報処理については、受容としての音が入ること(音がきこえることにより行動の安定化が認められた)と入力された音情報から必要な言語的情報の処理(内容理解)への課題がより明らかとなった。しかし、言語発達に遅れのある装用児や他の障害を併せ持つ装用児の場合、手話や絵により意味情報を先行させた指導が一定の効果をもたらし、聴覚情報を意識することにより、聴覚活用も併用できる可能性が高いことが示唆された。4,県下の幼稚園から高等学校までの聴覚障害に関する実態調査を行ったところ、学童期の人工内耳装用児は音環境や情報保障などでは、適切な支援を受けていることが明らかとなった。5,個別のケースカンファレンスと平行して、当該児に関わる指導機関間のネットワーク会議を開催し、問題点を整理した。連携プログラムを試行する際には、指導内容面での検討および各機関が担う役割の分担、手指使用時の聴覚の意識的使用を再確認しながら協働的に指導に関わるチームアプローチの体制の必要性を確認できた。1,人工内耳装用児のコミュニケーション様式は、聴覚を前提とするものの、学校や親のニーズによるが、人工内耳埋込以前のコミュニケーションモードからの緩やかな(自然な)移行を目指した方が、本人の不心理的負担が軽減できる。また、人工内耳による聴覚の活用が進むにつれて、手指を中心とした視覚モードから聴覚モードへと自然に移行し、相手や場面状況にあわせてコミュニケーションモードを変えることが出来るようになってくることが明らかとなった。つまり、学校、幼稚園、保育園等の集団でのコミュニケーション場面においては、意味内容が確実に伝わる手指の導入も一定の効果があった。このことは、人工内耳の埋込以前の早期から利用可能な、意味内容の伝達を伴う視覚的コミュニケーションに人工内耳埋込後の聴覚的経験を付与していくことにより、聴覚モードへの移行が容易になることを示唆している。しかし、そのためには、聾学校のような手話環境下であっても、装用児の能力に応じた口話的状況を配慮した指導や場面が意図的に提供される必要がある。2,人工内耳によって入力情報が一定程度補償されうる人工内耳装用児の聴覚情報処理は、意味内容を意図的かつ体系的に押さえていくことが求められる。日常的なコミュニケーション(生活言語)は向上しても、ことばを介して考える力へとはつながっていかない装用児が多かった。語彙や構文の拡がり、論理的思考などの日本語言語力上のつまずきが、小学生になってから大きく現れた。幼児期からの家族支援を含め、関係機関間の連携の基に、一貫した体系的な教育支援の取り組みが必要不可欠である。3,そのために、対象児毎に関係機関間のネットワークを構築し、ネットワーク会議を通して1情報の共有、2仕事内容の明確化・専門性の重視、3共通の目標・平等性・責任の共有、4積極的相互依存を前提とする体系的・系統的な協働的連携が求められる。1,人工内耳装用児をめぐるコミュニケーション様式は、学校および親のニーズにより、多様でありるが、将来的には聴覚の受容も目指している実態が明らかとなった。現在では、人工内耳装用幼児の半数以上が、聾学校幼稚部に所属し、共通コミュニケーションモードである手話環境下におかれており、口話的環境の実現が難しい状況であることも明らかとなった。

しかし一方で、手指でのコミュニケーションへの不安から種々の施設や機関に通っている親も多数おり、指導に関わる施設間での指導内容面での整合性が求められている。そのため、個別のケースカンファレンスと平行して、親の会を含めた愛媛県内の関係する指導機関間のネットワーク会議を開催し、問題点を探った。連携プログラムを試行する際には、指導内容面での検討および各機関が担う役割の分担、手指使用時の聴覚の意識的使用については、なお検討する必要があった。2、人工内耳装用児の聴覚情報処理については、受容としての音が入ること(音がきこえることにより行動の安定化が認められた)と入力された音情報から必要な言語的情報の処理(内容理解)への課題がより明らかとなった。しかし、音の情報の受容においては。聞こえはじめのレベル設定は刺激への行動反応レベルから比較的容易に推察できえたが、どこまで刺激を強くするのが妥当かについてはなお検討を要する。また、言語情報処理に多少とも遅れのある装用児の場合、手話や絵により意味情報を先行させた指導が一定の効果をもたらし得る可能性があることが示唆された。・各データについては収集途上である。・日本特殊教育学会にて引き続き学会シンポジウムを開催した。また、日本聴覚医学会にて学会発表を行い、関係者からの意見を聞くことができた。さらに、公開講座で問題点を論議する機会を設けることができた。・両側人工内耳および1歳代の人工内耳幼児での確かめを実施中である。・日本特殊教育学会にて学会シンポジウムを開催し、また、日本聴覚医学会では学会発表を行い、関係者からの意見を聞くことができた。・各データは、年度計画に基づき引き続き収集する。新たな装用乳幼児についても同様にデータ収集する。・日本特殊教育学会でのシンポジウムを開催し、機関間の連携の在り方と方策を探り、医療・教育・福祉を含めた統合的な支援システムの方向を検討する。・公開講座を主催し、研究成果のまとめと今後の指導への継承をはかる。・関係機関間のネットワーク会議の開催と内容面での深化をはかる。特に県下のネットワークの協働へのさらなる強化をはかり、指導プログラムの共有意識を高める。・各データについては年度計画に基づき引き続き収集する。・学会シンポジウムの開催予定。・公開講座でのパネルディスカッションを実施し、問題点を整理する。・関係機関間のネットワーク会議の開催と内容面での検討をする。特に、県下の関係機関間のネットワーク構築から実働への方向を探る。研究計画に基づいた資料収集および最終年度のまとめのための整理を行う。そのための費用と、種々の活動の実施に伴う消耗品等の購入を予定している。・人工内耳国際会議(米国、ボルチモア)への出席およびメリーランド聾学校(バイリンガル教育)での人工内耳装用児の実地調査をする。・研究計画に基づいた資料収集および生理を行う。種々の活動の実施に伴う消耗品等の購入を予定している。
染色体構築分子群による遺伝子発現制御と細胞がん化

細胞がん化の「遺伝子発現制御の破綻」という側面に着目するならば、遺伝子発現のパターンが、がん細胞でどのような病理で崩れているのかを明らかにすることは、がんを理解するための基礎として不可欠である。遺伝子発現の制御はクロマチン構造の変化の上に成り立っていると広く考えら得ているものの、この概念は未だ具体的な分子論では説明されていない。本研究では挑戦的な実験を行い予備的な観察が広く得られ、次の2つの点にまとめられる。1)Aurora Bキナーゼによるクロマチン制御:クロマチンを凝縮する働きのあるコンデンシンの動態制御機構を調べた。in vitroにおいて明らかにしたコンデンシンのリン酸化部位の同定を行った。非リン酸化型変異体は染色体に結合しないことから、Aurora BはコンデンシンIのリン酸化によりクロマチン結合を促進していると考えられた。また、Aurora Bの結合タンパク質の探索を開始したところ、機能未知のクロマチン結合タンパク質を同定し、関連を調べている。2)Poloキナーゼによるクロマチン制御:Plk1のリン酸化基質を同定するためにpolo-box domain(PBD)に結合するタンパク質を探索した結果、コンデンシンIIとPBDが結合することを見出した。Far-Westemブロティング解析などの結果、コンデンシンIIを構成分子であるCAP-D3が特異的にPBDと結合すること、さらにCAP-D3がPlk1によって分裂期特異的にリン酸化修飾を受けることを見出した。現在、そのリン酸化の意義を明らかにすべく、リン酸化部位の特定に取り組んでいる段階である。これら2つの分裂期キナーゼはがん遺伝子としても位置づけられていることからも、ここで見出したコンデンシンとの関わりを突破口として、がん細胞に特徴的なクロマチン構造を明らかにしたいと考えている。遺伝子発現の制御はクロマチン構造の変化の上に成り立っているはずであるが、この概念は未だ具現化されていない。本研究は、クロマチンが分裂期に受ける構造変化の分子制御を手掛かりにして、間期あるいは非分裂細胞でのクロマチン構造変化の原則を見出そうという試みである。先ず、第一段階として、分裂期キナーゼによるクロマチン構造制御の解析を進めた。i)染色体の凝縮に関しては、Aurora Bによるコンデンシンの動態制御機構を調べた。in vitroにおいてAurora BによるコンデンシンI・サブユニットのリン酸化部位の同定を行った。In vivoでの解析を決定すべく、リン酸化特異抗体の開発を進めているが、非リン酸化型変異体は染色体に結合しないという予備的観察が得られており、Aurora BはコンデンシンIのリン酸化によりクロマチン結合を促進していると思われる。ii)染色体の分離に関しては、原子間力顕微鏡にて観察を行った結果、Aurora Bの活性はクロマチンのデ・カテネーション解除に関与していることが分かってきた。この現象を説明するために、Aurora Bの結合タンパク質の探索を開始した。さらに、分裂期染色体の分子代謝を担うM期キナーゼの質的量的異常が、クロマチン構造にいかなる異常をもたらすかを明らかにし、がん遺伝子としての分裂期キナーゼの役割を理解することも目指した。そのために癌遺伝子としても知られるAurora A/B,Plk1キナーゼについて,発現誘導細胞の樹立を行った。Aurora Bの過剰発現は、それ自体は細胞傷害性が強かったので、その結合分子INCENPの発現によって実現できた。Aurora Bの過剰発現によって細胞増殖速度が上昇することが判明したので、次にAurora Bの過剰発現による染色体構成分子の動態変化を検討している。
工学を総合化する知的人工物に関する研究

本年度は全五年計画のなかの第二年度であり、微小構造構成法研究設備(科学研究費)、高速実体形成技術研究設備、人工現実感研究設備(国立学校特別会計)など主要設備の整備が完了した。また国際シンポジウムの開催、年2回の合宿研究会、昨年度より継続している定期研究会(イブニングセミナー)などにより、9つのサブグループ間の相互交流が盛んになった。国際シンポジウムは3日間にわたり東京大学大講堂で開催され、参加者900人以上と活況であった。海外からの招待講演者7名とビデオ講演による参加者1名はいづれも人工物工学に多大な期待と関心を寄せていた。国際シンポジウムではそれぞれの招待講演者が各専門の視点から問題提起をし、また今後継続して意見交換ができる関係をつくった。合宿研究会では、各サブグループの研究成果の中間報告がなされ、サブグループ間で協力できる点があきらかになった。その結果として既存の結果的に大きく3つのサブグループへと統合された。新しい3つのグループは、新研究班1「知識創発支援環境」、新研究班2「知的人工物実現化支環境」、および新研究班3「人工物環境学」である。これら新研究班は平成6年度より活動を始める。定期研究会(イブニングセミナー)は隔週1回開かれ、グループ全体に関わる問題(アブダクションなど)や各サブグループの最新の研究成果が報告された。ここで報告された研究成果の主だったものとしては、コンフィギュレーション空間を用いたメカニズムの自動生成(1班)、アブダクション・マシンの構想、物理現象データベースのための多重オントロジー、解析支援のための有限要素自動生成(2班)、ユーザのニーズを表現するための言語(3班)、羽ばたき運動をする人工昆虫、マイクロセンブリ装置の構成(4班)、アクティブに変形を制御する工作機械(5班)、生産知識の体系化(6班)、脳を持ち歩かないロボットの試作と改良(7班)、人工現実感のコラボレーションへの応用(8班)、発想支援システム(9班)などがあげられる。
フッ素原子の特性を利用した超高率新増炭素手法による分子変換

本研究代表者はこれまでにオレフィン炭素上での求電子的置換反応に関する研究を行ってきた.この研究の応用として,本研究では各種アルデヒドのヒドラゾン類のアゾメチン炭素のトリフルオロアセチル化を行なった.ホルムアルデヒド,芳香族アルデヒドのN, N-ジメチルヒドラゾンは室温で極めて容易に,高収率でトリフルオロアセチル化が行えることがわかった.しかしp-アニスアルデヒド, p-ジメチルアミノベンズアルデヒド,ならびに一般の脂肪族アルデヒドの場合には,競争的におこるN-アシル化のために収率は極めて低い.しかしこれらの場合にも, N, N-ジイソプロピルヒドラゾンを用いればN-アセチル化が立体的に抑えられ,収率よくトリフルオロアセチル化が行えることがわかった.これらのアシル化生成物は加水分解により含フッ素α-ジケトン類へ変換できた.この一連の反応はアルデヒド基の水素を簡便に収率よくトリフルオロアセチル基で置換する方法として便利に利用することができ,フッ素原子の特性を利用した超効率新増炭素手法による分子変換ともなっている.なおこれらのα-ジケトン類は含フッ素ピラジン類,チオフェン類,キノキサリン類へも容易に変換する事ができた.上記のトリフルオロアセチル化されたヒドラゾン類は少量のピリジン存在下に無水トリフルオロ酢酸を加えることにより収率よく含フッ素ピラゾール類へ変換できた.トルエン中約2時間還流という条件下では含フッ素イミダゾール類へ変換できる.さらに,トリフルオロ酢酸中室温で数時間放置という条件下では興味ある環化反応(分子内でのカルボニル基へのメチル基の付加反応)をおこし,収率よく含フッ素オキサジアジン誘導体へも変換することができた.以上のようにして得られた各種の含フッ素ヘテロ環化合物はいずれも他法では極めて合成し難いものであり,収率もよく,簡便で,超効率の新増炭素手法による分子変換法である.本研究代表者はこれまでにオレフィン炭素上での求電子的置換反応に関する研究を行ってきた.この研究の応用として,本研究では各種アルデヒドのヒドラゾン類のアゾメチン炭素のトリフルオロアセチル化を行なった.ホルムアルデヒド,芳香族アルデヒドのN, N-ジメチルヒドラゾンは室温で極めて容易に,高収率でトリフルオロアセチル化が行えることがわかった.しかしp-アニスアルデヒド, p-ジメチルアミノベンズアルデヒド,ならびに一般の脂肪族アルデヒドの場合には,競争的におこるN-アシル化のために収率は極めて低い.しかしこれらの場合にも, N, N-ジイソプロピルヒドラゾンを用いればN-アセチル化が立体的に抑えられ,収率よくトリフルオロアセチル化が行えることがわかった.これらのアシル化生成物は加水分解により含フッ素α-ジケトン類へ変換できた.この一連の反応はアルデヒド基の水素を簡便に収率よくトリフルオロアセチル基で置換する方法として便利に利用することができ,フッ素原子の特性を利用した超効率新増炭素手法による分子変換ともなっている.なおこれらのα-ジケトン類は含フッ素ピラジン類,チオフェン類,キノキサリン類へも容易に変換する事ができた.上記のトリフルオロアセチル化されたヒドラゾン類は少量のピリジン存在下に無水トリフルオロ酢酸を加えることにより収率よく含フッ素ピラゾール類へ変換できた.トルエン中約2時間還流という条件下では含フッ素イミダゾール類へ変換できる.さらに,トリフルオロ酢酸中室温で数時間放置という条件下では興味ある環化反応(分子内でのカルボニル基へのメチル基の付加反応)をおこし,収率よく含フッ素オキサジアジン誘導体へも変換することができた.以上のようにして得られた各種の含フッ素ヘテロ環化合物はいずれも他法では極めて合成し難いものであり,収率もよく,簡便で,超効率の新増炭素手法による分子変換法である.
新規小胞輸送蛋白質複合体Hrs・STAMsによるがん抑制機構

新規クラスE Vps蛋白質(Hrs, STAM1,STAM2)は複合体を形成し、小胞輸送とシグナル伝達に関与する。本複合体はがん抑制遺伝子とされるTsg101と結合することから、本研究ではSTAM, Hrsと細胞がん化の関連につき基礎的検討を行った。その結果、Hrsノックアウトマウス(胎生致死)、STAM1/STAM2ダブルノックアウトマウス(胎生致死)より不死化細胞株を樹立することに成功した。これら遺伝子欠損株を用いてEGF受容体を始めとする膜蛋白質のダウンレギュレーションと細胞内コンパートメント動態を検討した。その結果いずれの細胞株においても受容体のダウンレギュレーションが有意に遅延しシグナル伝達の継続時間の延長が認められた。共焦点顕微鏡を用いた観察によりいずれのノックアウト細胞においても巨大エンドソームの形成が認められた。したがってHrsおよびSTAM1/STAM2は受容体のダウンレギュレーションとその細胞内輸送および正常のエンドソーム形態維持に重要であることが判明した。さらに、Hrsは膜タンパクをはじめとする細胞内ユビキチン化タンパクの運命決定に密接に関与していることが明らかとなった。膜タンパクにはEGF受容体等の発がん関連分子も多数が包含されることからがん形質との関連を明らかにする目的で、軟寒天を用いたin vitroコロニー形成実験を行ったところ、コロニー形成およびコロニーの形態に有意な差異が観察された。以上の結果から本複合体機能はがん細胞悪性化形質との密接な連関が強く示唆された。今後分子生物学的見地およびin vivo腫瘍形成の観点からさらに検討を加えていく必要があると考えられた。
担がん患者の骨微小環境の解析と間葉系幹細胞の病態への動的関与

本研究課題は生体においてがん病巣に動員される「正常の間葉系幹細胞の振る舞い」をキーとして、骨微小環境の動態ががんの病態・病勢に与えるはたらきを明らかにし、新たな診断並びに治療法の確立を目指すものである。間葉系幹細胞は正常骨髄からがん病巣に動員され、がん病巣の伸展に有益な環境を構築する。われわれは培養細胞、動物モデルおよびヒト臨床研究を通じて1)末梢血液からの間葉系幹細胞の分離2)骨微小環境・がん微小環境の分子生物学的検索および生体蛍光観察による病勢評価3)共培養系によるPCRアレイ・スクリーニングを行った。間葉系幹細胞は骨、軟骨、脂肪、筋肉、血管神経などへの分化能を有し、心・血管など様々な領域の再生医療リソースとして期待されている。申請者の施設においては基礎研究の蓄積の後、セルプロセッシングセンターを設置して2001年より臨床研究を開始し、外傷や腫瘍の骨欠損例・変形性関節症などを対象にした培養細胞移植治療を行ってきた(Ohgushi H et al, 2005, Morishita T, Honoki K et al, 2006)。近年、消化器がんをはじめ様々ながん腫で、骨髄由来の間葉系幹細胞が間質に取り込まれ、転移前ニッチを形成しその結果がんの転移・増殖が促進される事が示された(Lazennec G, 2008, Goldstein R, 2011)。またわれわれも間葉系幹細胞投与がラット骨肉腫の増殖を促進する事を報告した(Tsukamoto S, Honoki K et al 2011)。間葉系幹細胞は全身の骨髄から動員され炎症部・傷害部に集積する。本研究はがん生体における「正常の間葉系幹細胞の振る舞い」をキーとして、その骨微小環境の動態及びがん病巣へのはたらきを明らかにし、新たな治療法の確立を目指すものである。担癌患者の体内において間葉系幹細胞は正常骨髄からがん病巣(いわゆるがんは「治らない傷」)に動員され、がん病巣の進展に有益な環境を構築する。この点に着目し、本年度まででわれわれは培養細胞、動物モデルおよびヒト臨床検体を用いた1)担がん患者の末梢血液からの間葉系幹細胞の分離2)骨微小環境・がん微小環境の分子生物学的検索および生体蛍光観察による病勢評価手法の確立を試みた。1)間葉系幹細胞の検出[動物実験]培養細胞系を用いたラット担がんモデルを作製し、末梢血液からの間葉系幹細胞検出方法を樹立した。また実験転移病巣への間葉系幹細胞の集積を確認した。さらに転移病巣における骨微小環境を解析する上で、近赤外蛍光観察の可能性を見出した。[ヒト臨床研究]担がん患者の末梢血液を用いた間葉系幹細胞の検出について、本学倫理委員会にこれを認可された。続いて20名の患者登録を開始し、現在11名に達している(登録は継続中)。採血はBD社バティキュナ単核球分離用採血管を用い、定期採血の折に本研究用検体も採取、専用遠心器を外来に設置し、外来/病棟からの良好な検体採取、解析への流れを樹立、医療スタッフ、研究スタッフの連携体制を確立した。Stemcell社間葉系幹細胞用培地Mesencultを用いたコロニーアッセイを行い現在抗がん剤薬物療法中の患者の病勢との相関を検討中である。また、循環腫瘍細胞及び造血幹細胞との分離手法の最適化をMiltenyi Biotec社CD105+マイクロビーズ、Veritas社ヒト間葉系幹細胞抗体カクテルを用いて行っている。2)骨微小環境の観察近赤外線蛍光イメージング手法を用いた骨微小環境の観察手法の検討を試みた。ヒト病巣の蛍光観察に際しては血管新生がその病勢を反映すると考えられる整形外科疾患(がん、リウマチ、骨軟部組織感染症の罹患患者または複合組織移植患者;非がん病変は陰性対照群とする)を対象にとして、本学倫理委員会にこれを認可された。本年度は予備実験として(1)赤外線専用カメラ;赤外カットフィルターが学術研究用に除去されている(IDAS社山形)(2)および一般センサーの赤外特性を利用した観察(可視光カットフィルター)を用いた蛍光観察を行い、病変検出の為のフィルター波長の最適化を行った。本研究は担がん状態の生体において、がん病巣部に骨髄より動員される「健常の(がん化していない)間葉系幹細胞の振る舞い」をキーとして、この骨微小環境の動態ががんの病態・病勢に与えるはたらきを明らかにし、新たな診断並びに治療法の確立を目指すものである。間葉系幹細胞は正常骨髄からがん病巣に動員され、がん細胞自身が生来の環境を自己の増殖に有利になるように再構築し直すことによってがんの進展を促進する。本研究にてわれわれは培養細胞、ラット動物モデルおよびヒト臨床研究を通じて1)末梢血液からの間葉系幹細胞の分離・検出2)骨微小環境・がん微小環境の分子生物学的検索および3)生体蛍光観察による病勢評価を行い報告してきた。また、4)生体内骨微小環境観察の観点から、臨床用CTを用いた骨梁微細構造観察の応用も開始し、さらに5)骨転移を有する担がん患者の病勢評価のためのキャンサーボードの運用の効率化を行った。

本研究はがん生体においてがん病巣に動員される「正常の間葉系幹細胞の振る舞い」をキーとして、骨微小環境の動態ががんの病態・病勢に与えるはたらきを明らかにし、新たな診断並びに治療法の確立を目指すものである。間葉系幹細胞は正常骨髄からがん病巣に動員され、がん病巣の伸展に有益な環境を構築する。われわれは培養細胞、動物モデルおよびヒト臨床研究を通じて1)末梢血液からの間葉系幹細胞の分離2)骨微小環境・がん微小環境の分子生物学的検索および生体蛍光観察による病勢評価を行ってきた。重要な補足事項として、本研究実施期間中に、近年のiPS細胞をふくむ再生研究は、これまで我々を含む多くの研究グループが間葉系幹細胞<MSC>として扱ってきた一連の細胞populationがいわゆる「幹細胞」ではなく、血管周皮細胞である可能性が指摘され検証されてきた。これを踏まえ、我々も(従来の)MSC=骨髄から採取樹立した多分化性を持つ非造血系細胞、と解釈を新たにし(既知の生物学的な活性、再性能に関してはなんら疑いのないところである)、われわれの実験計画においても特にin vitro細胞間相互作用に焦点を置き解析を行った。本研究課題は生体においてがん病巣に動員される「正常の間葉系幹細胞の振る舞い」をキーとして、骨微小環境の動態ががんの病態・病勢に与えるはたらきを明らかにし、新たな診断並びに治療法の確立を目指すものである。われわれは培養細胞、動物モデルおよびヒト臨床研究を通じて1)末梢血液からの間葉系幹細胞の分離2)骨微小環境・がん微小環境の分子生物学的検索および生体蛍光観察による病勢評価3)共培養系によるPCRアレイ・スクリーニングを行った。11.現在までの達成度1)間葉系幹細胞の検出[動物実験]初年度、2年度において培養細胞株を用いたラット担がんモデルに用い、末梢血液からの間葉系幹細胞の検出方法を効率化し確立した(磁気ビーズ法)。また、ラット実験転移病巣(肺)への間葉系幹細胞の集積を複数の腫瘍細胞株にて検証した。さらに外来性の間葉系幹細胞が腫瘍病巣の(転移巣ならびに原発巣)の増殖を促進することを見出し報告した。腫瘍増殖を促進する生態環境を観察する上で近赤外蛍光観察による非侵襲的生体蛍光観察が有用であることを見出し、倫理委員会の認可を得てその臨床応用を開始した。[ヒト臨床研究]がん患者の末梢血液を用いた間葉系幹細胞検出について昨年度までに当初の計画通り20名の患者を登録し(うち永眠された5名については既にフォロー終了)病勢との相関を検討した。間葉系幹細胞は原病および転移病巣の双方の病勢に相関する傾向を示し、特に終末期患者においては骨転移の病態の独立した指標とはなり難いことを見出した。2)微小環境の生体観察による評価[近赤外イメージング手法]間葉系幹細胞の動員・集積は原発巣および転移巣の増殖に有利な環境を再構築する。血管新生を再構築の一つの指標として近赤外イメージング手法を用いた生体観察を試みた。昨年度までにラット、ブタの関節及び軟部組織の近赤外イメージング観察を行い観察手技の確立の後、本学倫理委員会の認可を得てヒト関節病変(6例)を対象とした近赤外イメージング観察を行った。[骨梁微細構造解析]さらに非侵襲的な骨微細構造観察の観点から、非がん対照群として炎症性疾患・加齢疾患をも対象として臨床用CTを用いた骨梁微細構造観察の応用も開始した。[担がん患者病勢評価]
脂質光遺伝学の確立

細胞膜を構成する脂質分子は、細胞内外の隔離機能のみならず、一過性に細胞膜の局所で産生され、細胞内シグナル伝達を誘導する。さらには、細胞外にも放出されパラクライン作用を示すため、極めて多岐に渡る細胞応答を制御する。従来までの脂質の量をコントロールするための手法として、脂質産生および分解酵素の阻害剤やRNA干渉法が用いられてきたが、空間的および時間的な制御の精度の甘さが、脂質の機能を正確に理解するうえで克服すべき問題であった。本研究では従来の問題点を克服する光遺伝学ツールを用いて、脂質分子を時空間的に高精度に産生し、細胞内外での脂質の機能を明らかにする「脂質光遺伝学」の確立を目指す。光受容体、CRY2を基にした光遺伝学ツール(PPAP1.0)を開発し、青色光依存的に機能性脂質分子、ホスファチジルイノシトール3,4,5-三リン酸(PIP3)を産生することを、PIP3シグナルの下流に存在するAktタンパク質のリン酸化の増加を指標に明らかにした。さらに、一細胞に局所的に青色光を照射することで、その領域のみでPIP3を産生させ、ラメリポディアや細胞膜の伸展を誘導することができた。超解像顕微鏡(SIM)を用いることにより、アクチンの微細な構造を込みにした細胞膜の拡大およびラッフルを観察することも可能にした(Anal Sci. 2019Jan 10;35(1):57-63.)。その他の機能性脂質分子、スフィンゴシン一リン酸(S1P)に関しては、現在、さまざまな光受容体を基にした光遺伝学ツールを作製しながら、感度を向上を目指している。本研究は光によって高時間分解能で細胞内に脂質分子を産生するための技術、即ち「脂質光遺伝学」の確立を目指している。まず初めに、sphingosine-1-phosphate(S1P opto)を光依存的に産生する光遺伝学ツールの作製に取り組み、CRY2を基にしたS1P optoを作製し、HEK細胞に導入し、青色光を照射し、S1Pを質量分析器で測定した。その結果、青色光を照射していないコントロール細胞に比べて、S1Pを産生することがわかった。現在、S1P産生能を改善すべくPhototropin1を基にしたS1P optoを作製するなど、S1P optoの改良を行っている。また、機能性脂質PIP3を光によって細胞内で誘導するために、cryptochrome2(CRY2), phototoropin1, Magnetを始めとした、青色光を感受して、その性質を変化させる光受容体を利用して細胞レベルで青色光依存的にPIP3を産生させる光遺伝学ツールの作成に取りかかった。CRY2を基にした光遺伝学ツール(PPAP1.0)が、青色光依存的にPIP3を産生することを、PIP3シグナルの下流に存在するAktタンパク質のリン酸化の増加を指標に明らかにした。こちらをまとめて報告することができた(Anal Sci. 2019Jan 10;35(1):57-63.)上記のS1P optoやPPAP1.0を、細胞レベルのみならず、マウスなどの個体の脳や肝臓を始めとした様々な器官、また、精神疾患病および癌などに応用したいと考えている。その準備として、2光子顕微鏡を用いて、生体内イメージングを進めている。まずは、がん研究に着手しており、特にがん細胞転移巣形成メカニズムの解明のための研究を進めている。緑色蛍光タンパク質(GFP)を定常的に発現させた悪性リンパ腫(EL4-EGFP細胞)を、マウスに導入し、大腸、肝臓、骨髄などに転移巣を形成することがわかった。よって、まずは、大腸での転移巣形成メカニズムを明らかにし、2光子顕微鏡を用いて、一細胞レベルでの大腸でのEL4-EGFP細胞の動態解析を行ったところ、従来定説となっているがん転移巣形成モデルのみならず、様々な転移巣の形成が観察され、がん細胞の転移巣形成メカニズムは複雑であることを証明した(Ueda Y. et. al (Corresponding author)Sci Rep. 2018 Mar 5;8(1):3978.)。よって、今後は、S1P optoおよびPPAP1.0を発現したメラノーマ細胞などをマウスの皮下などに移植して、青色光有無によって、形成される腫瘍が如何に変化するのかを明らかにしていく予定である。さらに、腫瘍の周辺の微小な転移巣を2光子顕微鏡で観察することも行う。本研究では、脂質分子を時空間的に高精度に産生し、細胞内外での脂質の機能を明らかにする「脂質光遺伝学」の確立を目指す。本年度は、数種類の脂質に関しての光遺伝学ツールの開発を行った。その一つAは、光依存的に増加し、ウエスタンブロッティングによる生化学的手法による下流のタンパク質のリン酸化や、細胞運動などを誘導することが明らかとなった。質量分析器を用いた脂肪酸を込みにした増加も確認できた。さらに神経細胞において、スパインでの産生を誘導するとスパインの形態に変化があることが明らかとなった。