hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光コンピュータに関する基礎的総合研究

従来電子回路を用いて実現してきた多種多様なエレクトロニクスの機能を、光という広帯域で高密度な情報媒体によってさらに飛躍的に向上させるために、光による情報の処理,演算,記憶などの光コンピューティング技術のシステマテックな構築が、光通信に続く次の新課題として世界的に注目され、重要な開発目標となりつつある。本総合研究は、そのため我が国における光エレクトロニクス,光情報処理分野の第一線研究者を結集し、情報科学・工学の専門家との緊密な協力の下に、光コンピュータの概念を総合的に追及して明確にするとともに、新しい光コンピューティングシステムのための演算原理,機能設計,構成要素などを解明し、さらにそのための各種の光論理演算,記憶素子,インテリジェントセンサなどを開発するための基礎的研究を行うことを目的として、昭和60年4月より着手されたものである。本総合研究には全国の国立,私立大学および国公立の研究所,研究機関より、第一線で活躍する30名の研究者の参加を得て、総括的に研究が進められている。第2年度に当たる今年度は研究分担者による委員会を開催し、研究の情報交換と運営方針の協議を行った。また2回の研究会を、琵琶湖(第3回:昭和61年11月4,5日於共済会館びわこ)および東京(第4回:昭和62年3月3日於学士会館)で開催した。これらの研究会には、多数の国内の大学,国公立研究機関をはじめ、多彩な分野にわたる産業界からの研究者,技術者の参集を得て、極めて熱心な討論や活発な質疑応答が行われた。本年度の活動は昨年度の成果を引き継ぎ、基本となる光コンピュータシステムのアーキテクチャや構成法,新しい原理に基づく光デバイスの提案やその動作の解析と実験などに見るべき成果があり、本年度の研究成果報告書にまとめて掲載している。次年度は最終年度であり、これらの研究を進展させ、さらに活発な研究活動を推進する予定である。
レチノイン酸による肝臓インスリン感受性増強機構の解明と創薬開発への応用

研究代表者の独自の発見である、レチノイドによるレプチン依存的インスリン抵抗性改善作用について、その作用機序の解明を行った。その結果、レチノイドは、肝細胞においてレプチン受容体遺伝子発現を増強し、レプチンシグナルを活性化していることがわかった。さらに合成レチノイドのタミバロテンも同様の作用を持つことが明らかになり、新規インスリン抵抗性治療薬としての有用性が示された。またレプチンシグナルの新たな標的遺伝子としてAntiXを見出し、インスリン抵抗性発症とその発現が良く相関していることが明らかとなった。平成24年度は、all-transレチノイン酸(ATRA)によるレプチン受容体遺伝子(LEPR)発現制御機構におけるレチノイン酸受容体(RAR)の関与について検討を行った。その結果、RARのアンタゴニストであるLE540存在下では、マウス不死化肝細胞株TLR-3でのATRAによるLEPR遺伝子発現誘導が有意に抑制された。今回の研究を通し、ATRAなどのレチノイドは、LEPR遺伝子の約2000塩基対上流に存在するレチノイン酸応答配列へのRARαまたはβの結合を介してLEPR遺伝子発現を誘導することが示された。すなわちLEPR遺伝子はインスリン抵抗性の改善をもたらすレチノイドの標的遺伝子であることが明らかとなった。また以前の研究から、ATRAによるインスリン抵抗性改善作用において転写因子STAT3は、インスリン感受性増強遺伝子を発現誘導している可能性が示唆された。そこで平成23年度においては、TLR-3を用いて網羅的探索を行い、27転写領域を新規STAT3標的遺伝子として同定した。さらに平成24年度ではこの27転写領域の内、遺伝子Xとそのイントロンから逆方向に転写される転写領域antiXに着目し検討を行った。その結果antiXは2種類のスプライシングバリアントが存在することが明らかとなった。またその塩基配列は哺乳動物間で高度に保存されており、何らかの生物学的意義を持つことが示唆された。またインスリン抵抗性マウスへのTRA投与は肝細胞のSTAT3活性化を伴うインスリン抵抗性の改善をもたらすが、ATRA投与後の肝臓では、未処理のインスリン抵抗性マウス肝臓と比べ、転写領域antiXおよび遺伝子Xが有意に発現亢進していた。現在antiXおよび遺伝子Xのインスリンシグナルへの関与について機能解析を進めている。平成23年度は、all-trans-レチノイン酸(ATRA)によるレプチン受容体(LEPR)遺伝子発現誘導メカニズムについて検討を行った。その結果、クロマチン免疫沈降アッセイおよびルシフェラーゼレポーターアッセイによって、転写開始点から約2000塩基対上流にレチノイン酸受容体応答配列が存在し、ATRAによるLEPR遺伝子発現誘導に直接関与していることが明らかとなった。また我々は以前ATRAが肝臓STAT3活性化を伴いインスリン抵抗性を改善することを見出している。そこでATRAを混餌投与したインスリン抵抗性マウスの肝臓におけるSTAT3活性化を、組織免疫染色によって検討したところ、ATRA投与群では肝組織全体にSTAT3の核強染像が得られた。一方で、非投与群においては脂肪沈着が無い領域においてのみSTAT3の核内移行を認めた。このことはSTAT3が肝細胞の糖・脂質代謝やインスリン感受性に関与している可能性を示唆している。そこで、次に肝細胞におけるSTAT3標的遺伝子の探索を行った。今回は不死化肝細胞株TLR3細胞を使用し、IL6処理によってSTAT3活性化を誘導し、クロマチン免疫沈降を行った。回収されたSTAT3結合クロマチンDNA断片およびIgGによるネガティブコントロールサンプルを次世代シークエンサーによって網羅的解析を行い、STAT3が結合するマウスゲノム上の151領域を同定した。この151領域から5000塩基対以内に存在する転写領域を調べたところ、138の転写領域を同定した。この138転写領域から73転写領域と、ATRA投与マウス肝臓の網羅的遺伝子発現解析結果で発現上昇していた14遺伝子について、IL6処理による発現変化をreal-time RT-PCR法により検討したところ、今回27個がSTAT3活性化により発現誘導されることが明らかとなった。上記の通り、現在までに、レチノイン酸による肝レプチン受容体発現誘導メカニズムの解明と、肝細胞における新規STAT3標的遺伝子の同定を終えている。今後、レプチン受容体を介したSTAT3活性化メカニズムの解明と新規インスリン感受性増強剤スクリーニングシステムについての検討を進めていき、平成24年度で終了できる見込みがついたため。今回同定された27転写領域から、インスリン感受性増強作用を有する転写領域を同定する。この転写領域の上流からインスリン感受性増強剤スクリーニングシステムを構築し、化合物ライブラリーによるスクリーニングを行う。同時に、各種シグナル伝達阻害剤によってレプチン受容体を介したSTAT3活性化メカニズムを検討する。発現ベクターとレポーターアッセイ用試薬、培養試薬、化合物ライブラリー等を購入する予定である。また海外での学会発表と、論文化のために使用する予定である。
京都工芸繊維大学美術工芸資料館所蔵品にみる二十世紀初頭染織品の技術

20世紀初頭の初期合成染料の利用に焦点を当て、京都工芸繊維大学美術工芸資料館所蔵品を中心にその技法を調査・研究した。旧来の天然染料に代替した合成染料の使用により、染色技術が大きな変貌を遂げた。合成染料導入における友禅染の技術革新の状況をこの時期に開発された種々の友禅染の技法を収蔵品から確認した。次に、20世紀初頭の染織品に用いられた初期合成染料について、微量分析手法を開発し、資料に用いられた合成染料の同定を試みた。合成染料の場合、化学構造が類似した数多くの染料が合成されている。また、単離精製されている場合と、よく似た性質の染料が混合物のままで市販されている場合がある。更に、同じ化学構造の染料でも製造会社によって異なる名前がつけられる場合や、同じ名前でもヨーロッパと日本では異なる染料を示す場合がある。従ってこれまで構築してきた天然染料の分光分析手法をそのまま適用する事は困難である。そこで、天然染料に於いても化学構造の類した染料同士の分析に用いてきた質量分析を初期合成染料の分析に適用した。宮内省の下命により、京都高等工藝学校が秩父宮殿下御成年式の式服を作成し、1922(大正11)年3月に上納した。当時染色加工を担当した色染科の担当者が書き残した『式服加工仕様書』(AN.2517-2)によると、ほとんどの資料は酸性染料を用いて染色し、幅だしや裏糊加工を行っている事が会った。この秩父宮殿下御成年式式服等の残り裂、試し織資料(AN.2520)から、紅地資料(AN.2520-1)を選び、裂地端より微量試料を採取し、染料を抽出、質量分析に供した。その結果、『式服加工仕様書』に記述のあるMethanil Yellow(acid yellow 36)及びPalatine Scarlet(現在は市販されていない)と同じ分子イオンM/Z 352及び435が観察された。京都工芸繊維大学美術工芸資料館染織関連資料調査研究会(染織資料調査会)では、所蔵裂地コレクションの調査を2003年より行っている。このコレクションは、本学の前身である京都高等工芸学校の色染科、機織科、図案科が、主に江戸時代から昭和時代初期に作成された裂地を、大学の教育・研究用資料・標本として集めたが、未整理のまま残されていた。この裂地コレクションについて、整理の上、文化財科学の視点から調査を行ない、用いられた染織技法を解明し、染織技術史的意義を明らかにしてきた。今年は特に初期合成染料について、本学資料「秩父宮殿下御成年式服裂地帖及び関連資料(京都工芸繊維大学美術工芸資料館所蔵AN.2517)」の染色加工を担当した本学教員が作製した『式服加工仕様書』について、当時の京都における染料使用に関する統計と照らし合わせて調査、研究を行った。京都染物同業組合(現京染会)所有の統計資料から、秩父宮殿下御成年式服を作製した1922(大正11)年当時の染料の輸入状況及び資料状況を1901(明治34)年と比べたところ、天然染料から合成染料への移行がほぼ完了していたと考えられた。しかしながら、『式服加工仕様書』の調査から、一部の染色に天然染料を用いていたことが明らかになった。また、合成染料の染色条件が明記されており、酸性染料の温度管理に染法の未熟さがみられた。更に伝統的な仕上げ加工(板引き)を当時最新の西洋式機械をアレンジし、裏糊加工として近代方式に置き換える加工・配合の工夫が記されていた。現在裂地帖に添付された資料の内、硬化しているものは、この加工の為と考えられる。この式服の加工について『式服加工仕様書』の末には「本仕様書ハ本校ニ於テ考案セル加工及ヒ配合法ヲ後日ノタメ記録セルモノナリ」との記載があり、当時の大学に於ける研究者のあり方を示す一文であるといえる。

この秩父宮殿下御成年式式服等の残り裂、試し織資料(AN.2520)から、紅地資料(AN.2520-1)を選び、裂地端より微量試料を採取し、染料を抽出、質量分析に供した。その結果、『式服加工仕様書』に記述のあるMethanil Yellow(acid yellow 36)及びPalatine Scarlet(現在は市販されていない)と同じ分子イオンM/Z 352及び435が観察された。
日本が先行した機能性材料における技術革新

日本が先行した機能性材料の技術革新「半導体ポリイミド」と「排煙脱硝触媒」の開発史を紐解いた。両分野は異なっているが技術革新が成功した鍵は、研究所、工場、営業、顧客の連携や知識共有の仕掛けが組み込まれていた事、社会的ニーズが強力なテクノロジー・ドライバーであり、これと会社の経営方針とがマッチングしていたことであった。1)半導体用ポリイミド高分子材料開発の過程とポリイミド開発に至った技術革新の経緯、及び各社の開発競合状況を明らかにした。半導体応用製品に対する社会的ニーズが各種技術の飛躍と進化をもたらしたテクノロジー・ドライバーであり、有機材料もその技術革新の波に組み込まれた経緯を解きほぐした。ポリイミドを半導体に応用する技術革新は半導体の発展過程においてば必然性を伴っていた。その技術は実装基盤にも適用され、さらなる応用展開と機能性開発によってエレクトロニクス分野の重要材料に位置づけられる。また、半導体素子用封止材料、フォトレジスト、高解像度度露光機等、様々な分野における『技術革新の同期化』が誘起され、新たな産業の創製と半導体素子の発展による社会の大変革が起こった。2)排煙脱硝触媒技術日本の公害・環境問題の歴史を解きほぐし、環壕問題対策として化石燃料の燃焼排ガス中のNOxを低減させる技術が誕生した必然性を明らかにした。工業化上の問題は排ガス中に含まれるSOxによる触媒の失活であったが、その被毒作用のメカニズムを解明し、硫酸塩を形成しない酸化チタンに着目しその複合化により高活性と高信頼性の触媒開発が排煙脱硝装置のキー技術となった。日本で実用化されたこの排煙脱硝装置は、高い評価を受けて世界的に普及した。酸化チタンは脱硝触媒のみならず、光触媒として脱臭関連、水処理、汚れ防止等の新しい機能が認められた。炭酸ガスの還元固定化反応にも有効であることが判明し、地球温暖化問題の解決策の一つとして期待できることを明らかにした。日本が先行した機能性材料の技術革新「排煙脱硝触媒」と「半導体ポリイミド」の開発史を紐解き、知識基盤の構築を図かった。両分野は異質であるが技術革新が成功した鍵として、研究所、工場、営業、顧客の連携や知識共有の仕掛けが組み込まれていた事、会社の経営方針とのマッチングと社会的ニ-ズが強力なテクノロジードライバーであった経緯を明らかにした。しかし、両技術革新には、次のように視点の異なる結果も得られた。1)排煙脱硝触媒技術日本の公害・環境問題の歴史を解きほぐし、環境問題対策の緊急課題として化石燃料の燃焼排ガス中のNOxを低減させる技術が誕生した必然性を明らかにした。特に、工業化上の問題は排ガス中に含まれるSOxによる触媒の失活であったが、その被毒作用のメカニズムを解明し、硫酸塩を形成しない酸化チタンに着目しその複合化により高活性と高信頼性の触媒開発が乾式排煙脱硝装置のキー技術となった。深刻な大気汚染公害に悩まされていた日本で真っ先に実用化されたこの排煙脱硝装置は、高い評価を受けて世界的に普及し、ビジネスとして大きな成功を収めた。ここで得られた教訓は、「システムを制するものは材料にあり」であった。根底にはシステムの熟知に基づく二ーズの真髄を把握していたことがあると思う。2)半導体用ポリイミド高分子材料開発の過程とポリイミド開発に至った技術革新の経緯、及び各社の開発競合状況を明らかにした。次に、半導体応用製品に対する社会的ニーズが半導体技術の飛躍と進化をもたらしたテクノロジードライバーであったこと、そして有機材料がその技術革新の波に組み込まれた経緯を解きほぐした。ポリイミドを半導体、さらにエレクトロニ講クス分野の重要材料に位置づける技術革新は必然性を伴っていたのである。06年度の重要な成果は、様々な分野における『技術革新の同期化』現象が社会の大変革を促すことに気付いた点である。従って、技術革新のテクノロジー・ドライバーの変遷を把握することも重要で、それらを踏まえて、ポリイミドの応用製品展開と機能性開発の具体的な進化を明らかにすることが、次年度の課題である。

工業化上の問題は排ガス中に含まれるSOxによる触媒の失活であったが、その被毒作用のメカニズムを解明し、硫酸塩を形成しない酸化チタンに着目しその複合化により高活性と高信頼性の触媒開発が排煙脱硝装置のキー技術となった。日本で実用化されたこの排煙脱硝装置は、高い評価を受けて世界的に普及した。酸化チタンは脱硝触媒のみならず、光触媒として脱臭関連、水処理、汚れ防止等の新しい機能が認められた。炭酸ガスの還元固定化反応にも有効であることが判明し、地球温暖化問題の解決策の一つとして期待できることを明らかにした。
針葉樹特異的な光合成制御機構の解明と育種への応用

針葉樹は、低温などの厳しい気象条件に見舞われる北半球高緯度地方にも生育することができる。針葉樹(裸子植物)は、被子植物よりも環境条件に対する耐性が高いのかも知れない。本研究では、裸子植物および被子植物を含む計101種類の植物を用いて、光合成の制御機構を調べた。その結果、裸子植物は葉緑体チラコイドにおける酸素への電子伝達ーメーラー反応ーの能力が被子植物よりも高いことが分かった。メーラー反応は裸子植物において、太陽光が植物にとって過剰になるようなとき、光合成電子伝達鎖の還元レベルを低減する役割を担うと考えられた。スギ、ヒノキ、マツ等の針葉樹においては、光合成電子伝達の安全弁機能が被子植物よりも発達していることが示唆された。ここで安全弁とは、強すぎる光から光合成電子伝達系を保護する役割を果たし、電子伝達鎖に過剰な電子が供給された場合に、電子伝達鎖から電子を逃し、電子伝達鎖の過剰還元を防止する仕組みを指す。電子伝達鎖が過剰に還元されると、酸素が還元され活性酸素が発生する。活性酸素は有毒であり、光合成を阻害する。光は通常許容できる強さであっても、乾燥や低温などの環境ストレスにより光合成炭酸固定が抑制されると、光合成にとって過剰となる。したがって、安全弁なしには植物は環境ストレスに耐えることはできない。針葉樹における光合成の安全弁について調べるために、質量分析計による光合成電子伝達の解析(酸素安定同位体の吸収速度の測定)を行った。その結果、針葉樹(セコイヤ、マツ、ドイツトウヒなど)では酸素還元の能力が高いことが分かった。この酸素還元の候補としてはメーラー反応が考えられる。すなわち、針葉樹は光が強すぎる場合、過剰な電子を酸素へ流し、生成する活性酸素をメーラー・APX経路(水ー水サイクル)で安全に処理することが可能であると考えられる。メーラー反応の解析は事実上、葉緑体やチラコイド膜におけるin vitroの系によるしかなかった。本研究では、生葉を用いたクロロフィル蛍光測定によるメーラー反応の測定(飽和パルス光照射後のクロロフィル蛍光強度の減衰)を試みた。結果は質量分析計による定量測定によって確かめた。クロロフィル蛍光減衰によるメーラー反応の簡易迅測定法は、植物の活性酸素消去能の解析に応用できる。北半球の高緯度地方にはスギ・ヒノキやマツなどの針葉樹が多く生育する。低温や乾燥等の環境ストレスに針葉樹は上手く適応することができるが、これは多くの被子植物にとって難しい。本研究では、針葉樹の環境ストレス耐性機構の解明を目指し、針葉樹に特異的な光合成の制御を明らかにした。クロロフィル蛍光(光化学系IIの活性)および820 nmにおける吸光度(光化学系Iの活性)を測定し針葉樹の光合成制御の特徴を調べた。その結果、針葉樹では一般に、光照射下でチラコイド膜の電子伝達鎖の還元レベルが低く保たれることが分かった。この原因をクロロフィル蛍光測定を応用して調べたところ、針葉樹は葉緑体チラコイド膜の代替電子伝達反応の能力が被子植物よりも高いことが分かった。代替電子伝達は電子伝達鎖に過剰な電子が供給される場合に電子伝達鎖から電子を逃し、電子伝達鎖の過剰還元を防止すると考えられている。高代替電子伝達能は、グネツム類、ソテツ類、イチョウを含めた全ての裸子植物に共通する性質であった。裸子植物の代替電子伝達について質量分析法(安定同位体の酸素16の発生と酸素18の吸収)で調べた。その結果、針葉樹(マツ、セコイヤ、ドイツトウヒなど)では光酸素還元反応の能力が高いことが分かった。葉緑体における主要な光酸素還元反応はメーラー反応(光化学系I下流での酸素還元)である。針葉樹では、メーラー反応および生成した活性酸素を無毒化する経路(water-water cycle)における電子のフラックスが大きいと思われる。本研究の結果は、環境ストレス耐性に優れた針葉樹の育種において、光合成における酸素依存代替電子伝達の能力がその指針となり得ることを示す。適切に森林を管理するためには、対象とする林木の生理生態学的特徴を正確に把握し、長期的な視野の下、その特徴を現場の施行に合理的に反映させる必要がある。従って、樹木種毎の性質を正しく把握することが森林管理の第一歩となる。多くの針葉樹は、北半球高緯度地方の山岳部に生育し、冬季の低温下でも緑を維持することができる。これは光合成の高い低温光阻害耐性能による。針葉樹特異的な低温光阻害耐性能について調べるために、クロロフィル蛍光(光化学系IIの活性)および820 nmにおける吸光度(光化学系I反応中心P700の酸化還元状態)を測定した。

その結果、針葉樹の葉では、過剰光を照射しても、チラコイド膜における電子伝達鎖の還元レベルは低く保たれることが分かった。この性質は、グネツム類、ソテツ類、イチョウを含め裸子植物の全ての分類群からの植物で共通していた。一方、過剰光下での電子伝達鎖の還元レベルは被子植物の種間で大きな差があったが、裸子植物のそれと比較して一様に高かった。電子伝達鎖の還元レベルの制御は酸素に依存することも明らかとなった。2%以上の酸素濃度が裸子植物(針葉樹)特異的な光合成制御に必要であった。裸子植物の電子伝達の制御についてメーラー反応の関与を調べる目的で電子スピン共鳴によるモノデヒドロアスコルビン酸ラジカル(MDA)の検出を試みた。しかし、裸子植物(針葉樹)生葉に過剰光を照射下してもMDAの蓄積量は検出限界以下であった。被子植物と裸子植物の光合成制御の違いについて、永く懸案となっていた質量分析法による解析を行うことができた。これにより、裸子植物は酸素が関与する反応に違いがあることが明らかとなった。今後は、その反応の詳細を明らかにする必要がある。被子植物と裸子植物の光合成制御の違いを明らかにできたことで目的は十分に達成されていると思われる。解析をさらに深めるための試みに多くの時間を割き、今後の研究の方針を定めた点では当初の期待を上回る進捗状況と判断できる。裸子植物(針葉樹)特異的な酸素依存(代替電子伝達)反応の詳細を明らかにする。酸素依存反応の迅速解析法の応用を模索する目的で、イネを手始めに酸素依存反応の品種間差を調べる。得られた結果を基に、スギやヒノキの品種間差の解析を行う。裸子植物特異的な光合成制御の要因を明らかにする。光合成による酸素消費の測定が必要になるが、これを国内で実施するのは難しい。現在、海外の研究グループとの共同研究を模索中である。該当なし裸子植物(針葉樹)特異的な酸素依存代替電子伝達の要因を明らかにする。針葉樹から無傷葉緑体の単離を試みつつ、電子スピン共鳴解析や酸素の質量分析などを行い、酸素依存電子伝達の分子的実態に迫る。候補となる要因については、シロイヌナズナの該当欠損株を用いた相補実験を行う。研究費の大半は消耗品費と塩基配列解読費に当てる。
結膜上皮細胞分化に対する涙腺・神経因子の働き

コラーゲンゲル包埋培養した結膜上皮細胞について、PAS染色・レクチン組織化学・電顕を用いてその分化を調べた。方法:白色家兎より球結膜を摘出し、ディスパーゼ液に浸漬した。剥離した上皮細胞を分散させた後、I型コラーゲンゲルに懸濁し、EGF (5ng/ml), 0.5%DMSOを含むDMEM/F-12等量液にて培養した。培養4, 7, 14日目に固定し、一部は凍結薄切後PAS染色またはFITC標識レクチン(Con A, DBA, PNA, RCA120, SBA, UEA I, WGA)と反応させた。他の超薄切後、透過電子顕微鏡にて観察した。結果:コラーゲンゲル内の上皮細胞は培養4日目より内腔を有する球状の配列を示した。切片上では、上皮細胞は3・4層の重層構造を示し、内腔側の細胞の一部はPAS反応陽性であった。レクチンの反応性は、内腔側の細胞は正常結膜の杯細胞と類似しており、コラーゲンゲル側の細胞は非杯細胞と類似していた。電子顕微鏡による観察では、内腔側の細胞表面には多数の微絨毛が認められたが、粘液小滴を持つ細胞は見られなかった。また、細胞間にはtight junction・adherence junction・desmosome様構造・interdigitating folodが観察された。本研究より、以下のことがわかった。1)コラーゲンゲル内培養した結膜上皮細胞は重層構造を示し、超微細構造は正常結膜上皮と類似していた。2)超微細構造上では杯細胞は見られなかったが、表層にはPAS陽性細胞が認められた。3)一部の細胞は、そのレクチン反応性が正常結膜杯細胞と類似していた。結膜上皮細胞はコラーゲンゲル内で培養することによって、生体に近い分化を示すことが示唆された。今後は、この実験系を用いて涙腺細胞や自律・知覚神経細胞の結膜上皮細胞の分化に対する働きを調べる必要がある。
食品物性と嚥下動態:新たなスクリーニング検査の開発

脳卒中後嚥下障害者を対象に半固形食物性と嚥下内視鏡における嚥下動態との関連性を検討、食品ごとに物性と咽頭残留、喉頭侵入、誤嚥の有無と程度を評価した。食品物性と内視鏡所見の検討の結果、付着性の増加に伴い残留が有意に増えること、誤嚥の有無でガム性に有意差があることがわかった。半固形食のなかでも物性の違いによって脳卒中後嚥下障害者により適切なもの不適切なものがあることが示唆された。今年度嚥下障害者に適した半固形食の物性に明らかにするために以下の研究を実施した。【方法】食品としてはNational Dysphagia Diet Level 1に含まれる均一で咀嚼不要な半固形食を用いた。慈恵第三病院リハビリテーション科に嚥下評価依頼のあったペースト食もしくは半固形食、ミンチ食を摂取中の脳卒中後嚥下障害患者に対し座位で一人につき一品の半固形食を用いた嚥下内視鏡を実施、嚥下に関しては4gの丸呑みを指示し食品ごとに物性と咽頭残留、喉頭侵入、誤嚥の有無と程度を評価した。物性測定はTPU-2C(yamaden)を用い、測定条件はプランジャー:直径20mm、高さ:8mm.シャーレ:直径40mm、高さ15mm.クリアランス:5mm.圧縮速度:10mm/sec.圧縮回数:2回とした。統計学的検定にはWilcoxon検定とKruskal-Wallis検定等を用いた。【結果】今回評価した食品は52品であった。嚥下評価患者52名のFOISの平均値は3.4であった。食品の物性に関しては硬さは187319510(平均値9129)N/m2、凝集性は0.130.86(平均値0.33)、付着性は2878(平均値209)J/m3と分布していた。食品物性と内視鏡所見の検討の結果、付着性の増加に伴い残留が有意に増えること、凝集性の違いよって侵入の程度に有意差があること、ガム性の違いによって誤嚥の程度に有意差があることがわかった。本結果により嚥下障害者に提供すべき半固形食の物性傾向が明らかとなり、より誤嚥リスクの低い食事提供に役立つ情報が得られた。誤嚥性肺炎患者は経口的に栄養摂取が困難なことも多く、適切な栄養状態を保つためにも誤嚥をおこさない食品の選択は不可欠である。今回、我々は嚥下障害者が固形食を誤嚥なく経口摂取可能かどうかを判定するための簡易的なアセスメントツールが考案できないか検討した。咽頭期嚥下障害患者で嚥下内視鏡の実施が必要と判断された患者50人(意識障害、全身状態・呼吸状態不良者を除外した連続症例)を対象とした。プレテストとして(1)高粘度トロミ水、(2)5分間水に浸したコーンフレーク4gを咳嗽や湿性嗄声、呼吸変化なく3回嚥下可能かどうかをチェックした。その後、固形食として刻み食にトロミ餡をかけた物を用い嚥下内視鏡検査を実施、内視鏡下での誤嚥に対するプレテストの感度・特異度を求めた。嚥下内視鏡検査は5年以上嚥下障害診療に携わる医師がfiberoptic endoscopic evaluation of swallowing(FEES)プロトコルに準じて90度座位で実施、喉頭内視鏡を鼻腔より挿入し誤嚥の有無を鏡視下で確認した。経鼻経管留置者は検査時抜去した。内視鏡は鼻咽喉ファイバースコープ(FNL-10RBS,PENTAX,東京)を使用した。3回嚥下してもらい最も悪かった嚥下状態にて判定を行った。プレテスト(1)の固形物誤嚥に対する感度88.9%、特異度39.4%であった。またプレテスト(2)の感度82.4%、特異度52.9%であった。固形物誤嚥の検出には形のある物を用いたプレテストのほうが特異度が高く、より物性の近いものを使った嚥下テストでチェックしたほうが適切と考えられたが、固形物は物性の種類は非常にバリエーションに富んでいるため、臨床上の使用に耐えうる簡易検査の作成は困難と思われた。固形物に対しては内視鏡でのチェックが必要と思われた。
超低損失高珪素鉄合金薄帯の生成とその磁気デバイスへの応用

本研究は、46%の珪素を含む高珪素鉄合金の急冷薄帯を用い、圧延と熱処理を施すことにより{110}〈001〉結晶粒集合組織を実現して超低損失の電気鉄板を作製し、その磁気デバイスへの応用を計ることを目的とするものである。この研究を遂行するに当り、本研究では主として下記の事項を中心に研究を行った。(1)圧延条件、熱処理条件及びこれら諸条件の磁気特性に及ぼす効果の研究を進める。(2)高珪素鉄合金薄帯を用い、小型変圧器などを試作し、その磁気的、機械的特性を評価する。これらの計画に対し、得られた知見、成果は研究報告に詳しく記載されているがその主なものは以下の通りである。(1)の計画に対しては、本研究により開発された高圧下率圧延法を採用することにより、1150°Cで1時間の焼鈍を施すことにより、薄帯全面を(110)面で覆うことができるようになった。[001]軸の配向性も非常に優れていて、全結晶粒のずれ角αは5°以内に入っていて、平均のずれ角は約1.5°であった。こうして得られた薄帯の磁気特性は飛躍的に向上し、磁化力800A/mにおける磁束密度B_8は、飽和磁束密度の96%に相当する1.86Tを示し、抗磁力は6.0A/mと小さくなった。(2)に対しては、鉄損を中心にその評価を行った。その結果薄帯に10mm間隔のスクラッチを入れ4kg/mm^2の張力を印加したところ、鉄損値W_<12.5/50>は0.22W/kg、W_<15/50>は0.32W/kg、W_<17/50>は0.51W/kgという驚くべき小さな値を示した。この研究を遂行するに当り、本年度の研究計画は以下の通りであった。(1)前年度に引き続き、圧延条件、熱処理条件及びこれら諸条件の磁気特性に及ぼす効果の研究を進める。(3)高珪素鉄合金薄帯表面に絶縁皮膜を塗布し、その磁気特性に及ぼす影響を調べる。これらの計画に対し本年度得られた主な知見、成果は以下の通りである。(1)の計画に対しては、前年度開発に成功した高圧下率圧延法を採用することにより、1150°Cで1時間の焼鈍を施すことにより、薄帯全面を(110)面で覆うことができるようになった。(2)に対しては、本年度は鉄損の評価を行った。

その結果薄帯に10mm間隔のスクラッチを入れ4kg/mm^2の張力を印加したところ、鉄損値W_<12.5/50>は0.22W/kg、W_<15/50>は0.32W/kg、W_<17/50>は0.51W/kgという驚くべき小さな値を示した。(3)に関しても興味深い智見が得られているがここでは省略する。
鉄筋コンクリ-トの一般化数値解析法

本研究では、正負繰り返し載荷を受けるコンクリ-ト部材一般の復元力特性,すなわち変形ならびに靭性を精度良く求める一般的な数値解析法を確立することを目的とし,特に,繰り返し載荷による破壊の進展,載荷の持続による変形の進行に着目して,実験ならびに解析を行った。以下に,本研究で得られた結果を纏める。1.載荷の繰り返しによる破壊の進展ひびわれ面に沿う応力伝達に関する構成則における繰り返し載荷の影響を実験により調べた結果,せん断伝達は初期段階での交番繰り返し載荷によって大幅な剛性低下を引き起こすことが明らかとなった。2.載荷の持続に伴う変形の進行ひびわれ直交方向の引張剛性の持続載荷の影響を調べた結果,鉄筋降伏以降に大きな時間依存性の存在することが明らかになった。3.解析システムの改良1.および2.で得られた成果を取り込んだ一般化構成則を導入した解析システムの構築を行うとともに,時間ならびに慣性の効果を考慮した解析システムを開発し,動的解析を行うための基礎を整備した。さらに,動的解析に用いる時間依存型のコンクリ-トの構成則の開発に成功した。4.部材接合部の構成則鉄筋とコンクリ-トとの付着に対する載荷の繰り返しによる破壊の進展,載荷の持続による引き抜け量の進行等についての基礎的な実験を行った。また,ひびわれ界面でのコンクリ-トの応力伝達モデルの改良を行い,複合モ-ドを含む任意の載荷経路ならびに任意のひびわれ面形状を持つコンクリ-トの応力伝達モデルの構築に成功した。過去10年に渡り、研究代表者らが開発してきた鉄筋コンクリ-トの構成則を、さらに高サイクル繰り返し荷重と複雑な応力時間履歴にも適用すべく、ひびわれを含むコンクリ-トの圧縮特性、せん断特性および引張剛性モデルに関して、繰り返し実験とクリ-プ載荷実験を行った。さらに、慣性力を含む動的荷重への適用を図ることを意図して、これらの時間・繰り返し・慣性力を取り入れることのできる数値解析プログラムの作成を行った。以下に成果の概要を纏める。1.ひびわれ面での応力伝達機構には、時間の影響は少なく、繰り返し載荷に伴うひびわれ接触点での剛性劣化と、ひびわれ面の形状の平滑度に対応する摩擦係数の低下が現象を支配していることが判明した。また、接触面密度関数に基づく構成則の修正を行った。2.コンクリ-トの引張残存応力は、繰り返し回数の対数に比例して低下することが判明した。また、載荷速度と時間の効果は、繰り返しの効果と比較して同程度であることが認められた。3.ひびわれを含むコンクリ-トの圧縮特性は、基本的には無筋コンクリ-トの繰り返し・載荷時間履歴の効果と同様であった。また、応力時刻歴と低・高サイクル繰り返し劣化を統一して表現する構成則を完成した。4.研究代表者らによる2次元部材の有限要素プログラムを基礎にして、動的作用にも対応できる解析プログラムの整備を完了した。本研究では,正負繰り返し載荷を受けるコンクリ-ト部材一般の復元力特性,すなわち変形ならびに靭性を精度良く求める一般的な数値解析法を確立することを目的とし,特に,繰り返し載荷による破壊の進展,載荷の持続による変形の進行に着目して,実験ならびに解析を行った。以下に,本年度に得られた結果を纏める。1.解析システムの改良前年度に得られた成果を取り込んだ一般化構成則を導入した解析システムの構築を行うとともに,時間ならびに慣性の効果を考慮した解析システムを開発し,動的解析を行うための基礎を整備した。2.部材接合部の構成則鉄筋とコンクリ-トとの付着に対する載荷の繰り返しによる破壊の進展,載荷の持続による引き抜け量の進行等についての基礎的な実験を行った。

また,ひびわれ界面でのコンクリ-トの応力伝達モデルの改良を行い,複合モ-ドを含む任意の載荷経路ならびに任意のひびわれ面形状を持つコンクリ-トの応力伝達モデルの構築に成功し,接合要素の精度向上を図った。
巨大抵抗変化酸化物薄膜を用いた不揮発性メモリーのコンビナトリアルデバイス作製

○研究背景次世代不揮発性メモリーの開発が盛んに行われている。カメラ付き携帯電話やパソコンの携帯用外部メモリーとして便利なUSBメモリーの普及により、フラッシュメモリーの需要が急増している。次世代不揮発性メモリーの候補として、2002年に、金属-酸化物絶縁体-金属(M-I-M)構造を基本素子構造とする抵抗変化型不揮発性メモリー(ReRAM)が登場した。ReRAMで利用している電界印加抵抗変化現象のメカニズムは、未だにはっきりいていないことが問題になっている。○研究目的抵抗変化現象のメカニズムが不明である現在、本研究の最終目的は、メカニズムの解明である。この研究では、金属-酸化物絶縁体-金属(M-I-M)積層型構造の作製を行ない、抵抗変化現象の観測とその特性評価を目的とした。○研究成果本研究で開発した高酸素分圧下(0.1mTorr以上)でも動作可能な反射型高速電子線回折(RHEED)を備えた、レーザー分子線エピタキシー法を用いて、分子層ステップ表面構造をもつLaA10_3(100)基板上に、下部電極用として、電気伝導性酸化物であるLaNiO_3をエピタキシャル成長させた。このエピタキシャルLaNiO_3下部電極層上に、絶縁層であるPr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3(PCMO)エピタキシャル薄膜を作製し、その上にAlやAg電極を形成することでM-I-M構造を作製した。抵抗変化現象は、Al電極では見られたが、Ag-PCMO-LaNiO_3接合では見られなかった。Ag-PCMO-LaNiO_3接合は、完全にオーミックな振る舞いが観測された。PCMOは電子親和力が約4.8eVのp型の半導体、Al、Agの仕事関数はそれぞれ4.28eV、4.26eVで、両者とも理想的な金属-絶縁体接合が形成されていれば、ショットキー接合が形成されていると考えられる。Al、Ag両電極界面で抵抗変化現象が観測されるはずであるが、抵抗変化現象はAl電極のみで観測された。Al-PCMOとAg-PCMO界面では異なる界面が形成されていることが示唆され、単にショットキー接合界面と界面トラップだけではなく、抵抗変化現象を発現するための他の重要な原因が存在すると考えられる。平成17年度の本研究の成果は、1.マルチ電極コンビナトリアルデバイスライブラリの作製と抵抗変化不揮発性メモリーのための最適な電極の高速探索(現在論文執筆中)2.コンビナトリアル試料に対応した抵抗変化素子特性評価装置の構築(現在も進行中)3.積層型抵抗変化素子の作製(現在も進行中)である。1.では複数種の電極を配置したコンビナトリアル抵抗変化デバイスライブラリを作製し、優れた抵抗変化素子特性を与える電極の組み合わせとして、アルミニウムと仕事関数の深い金属(たとえば金、白金、ニッケル等)が有望であることを見出した。また、上記2・3については現在も進行中で、新しい抵抗変化デバイス材料探索・デバイス特性評価のためのコンビナトリアルデバイス評価装置を立ちあげ中で、平成17年度の予算の大半は、本装置を構成する電子計測機器の購入に充てた。また、より実用的で、未解決であるメカニズムを解明するために適した構造である積層型デバイスの作製にも取り組んでおり、平成18年に入ってから抵抗変化素子特性が見られるようなデバイスが出来てきた。平成18年度では、積層型抵抗変化デバイスのコンビナトリアルデバイス作製のための要素技術の確立し、完成予定であるコンビナトリアルデバイス評価装置によるコンビナトリアルデバイス研究のデモンストレーションを行う。以降、継続して確立した装置・手法を用いてコンビナトリアルデバイス研究を行うていきたい。

PCMOは電子親和力が約4.8eVのp型の半導体、Al、Agの仕事関数はそれぞれ4.28eV、4.26eVで、両者とも理想的な金属-絶縁体接合が形成されていれば、ショットキー接合が形成されていると考えられる。Al、Ag両電極界面で抵抗変化現象が観測されるはずであるが、抵抗変化現象はAl電極のみで観測された。Al-PCMOとAg-PCMO界面では異なる界面が形成されていることが示唆され、単にショットキー接合界面と界面トラップだけではなく、抵抗変化現象を発現するための他の重要な原因が存在すると考えられる。
初期胚発生における核ダイナミクスのイメージング

受精や着床前初期胚では短時間のうちにダイナミックな核構造変化を遂げる。この変化は単純に胚発生という目的だけでなく、その後の特徴を決定付ける何らかのイベントに重要だと考えられる。本研究では1)マウスの卵子や初期胚において細胞を生かしたまま特定の分子などの動態を観察する分子イメージングシステムを確立する。2)そのシステムを用いて前核形成過程や雌雄クロマチンのメチル化状態、ピストンの修飾状態などを生きたまま経時観察する。3)それら通常受精卵子の観察で見られた現象が体細胞核移植胚や変異マウス胚ではどのように変化しているのかを比較することで、核のリプログラミングなどに見られる核ダイナミクスの発生における重要性と分子メカニズムに関して新しい知見を得ることを目標にしている。なお顕微鏡などの実験器具は非常に高価なものであるため、一部他の研究費で購入したものを使い相乗効果を持たせながら研究を進めている。本年度では昨年度に確立したマウス初期胚のライブセルイメージングシステムを用いて、初期胚発生におけるグローバルなDNAメチル化状態の変化をモニターした。その結果、発生が進むにつれて核内におけるメチル化DNAの配置がダイナミックに変動していることが明らかとなった。さらにメチル化DNAのイメージングを人工生殖工学技術である円形精細胞注入法で構築された胚に応用した。雄性前核において微少だが顕著なメチル化状態の昂進が見られた。また、核内におけるメチル化DNAの局在異常が観察された。観察後の胚を胚盤胞期まで培養したところ、メチル化の昂進よりも局在異常の方が発生に悪影響であることが分かった。これらの成果は論文として発表した。本年度では卵子内で効率よく蛍光タンパク質を発現させるためのmRNAのデザインやその卵子へのインジェクション法、およびいかに胚にダメージ無く蛍光観察するか?などソフト面、およびハード面での整備を行った。その結果、第2減数分裂や第1対細胞分裂期における紡錘体形成過程や核形成過程、DNAのメチル化状態の変化などについてタイムラプス観察に成功した。また、観察後の胚を個体にまで発生させることに成功した。以上の結果は論文としてまとめ、受理された(後述)。また、現在このイメージングシステムを円形精細胞注入胚や、体細胞核移植(クローン)胚に応用しており、新規な知見を数多く得ている。これらの成果は今後論文として発表していきたい。
実験的形成障害歯牙の基質の変化と石灰化に関する電顕的研究

1.象牙質形成障害(1)ビンブラスチン投与:投与36時間後、予成象牙質中に長さ約320nm、幅約200nmで左右対称性の多数のバンド構造を持つ分節状コラーゲンが認められる。この異常コラーゲンは経時的に移動し、象牙質に埋入される。またこれの見られる範囲はきわめて狭く、象牙質が一層形成された部分に見られるが、他の部分ではみられない。この部の象牙質形成量および石灰化度は、薬物投与前後であまり差が認められないが、それ以外の部分ではきわめて構造不規則で、石灰化度の低い象牙質が形成されている。(2)フッ化ナトリウム投与:細胞遠心端に接する予成象牙質には、投与1時間後より多量の無定形物質が出現し、そこにはルテニウムレッド陽性物質(酸性ムコ多糖体)が多量に含まれており、上記と同様の分節状コラーゲンも出現する。投与6時間後には、約160nmの周期構造を持つ長周期コラーゲン線維も出現する。これらの異常コラーゲンは、石灰化前線に達すると結晶の沈着を受け石灰化する。脱灰切片で観察すると、異常コラーゲンには細い線維状の構造が見られ、コラーゲン分子の結合が弛緩しているように見える。また象牙質には高石灰化層と低石灰化層の出現が観察される。2.琺瑯質形成障害(1)ビンブラスチン投与:投与24時間以後、形成期琺瑯質表層に形成される結晶は、正常のものと比べ細く、琺瑯質の石灰化度も低い。成熟期琺瑯質では、投与5日後で琺瑯質表面が不規則となり、ここに多量の有機性基質と中電子密度拘質および細胞片の埋入が観察される。(2)フッ化ナトリウム投与:投与24時間以後、琺瑯小柱の構造が不明瞭で、結晶も細い異常な琺瑯質が形成される。1.象牙質形成障害について(1)Vinblastine投与では,投与24時間以後Young odontoblastによって形成される予防象牙質,および象牙質の部分に長さ約320nm幅200nm前後の分節状コラーゲンの形成が認められ,経時的に象牙質に埋入されていく.しかしこの異常コラーゲンは, Pne-odontoblastおよびOld odontoblastの部分ではみられなかった.またYoung odontoblastの部分の象牙質形成量および石灰化度は薬物投与前後であまり差が認められなかったが,それ以外の部分ではきわめて構造不規則で石灰化度の低い象牙質が形成されていた.(2)NaF投与では,投与1時間以後Young odontoblastの部分で,前記の分節状コラーゲンと約180nmの周期構造を持つ長周期コラーゲン,および多量の無定形物質が認められた.しかしPre-odontoblastの部分ではこれらの異常コラーゲンはまったくみられなかった.またこの無定形物質はルテニウムレッド陽性であり, Pre-odontoblastの部分でも多く認められた.さらにNaF投与後に形成された象牙質の石灰化度は,異常コラーゲンを埋入する以前よりきわめて低くなっているが,構造的に大きな異常はなかった.2.琺瑯質形成障害について

(1)Vinblastine投与では,投与24時間以後形成期琺瑯質に形成障害線が形成され,それ以後に形成される結晶は正常のものと比べ細く,石灰化度も低い.また成熟期琺瑯質では,投与5日後で琺瑯質表面が不規則となり,そこに多量の有機性基質と中電子密度物質および細胞片の埋入が観察された.(2)NaF投与では,投与24時間以後琺瑯小柱の構造が不明瞭で,結晶も正常のものより細い異常な琺瑯質が形成される.しかし成熟期琺瑯質での変化は,いまのところあまり明瞭ではない.本年度はフッ化ナトリウム(NaF)投与による象牙芽細胞および象牙質の変化を主として検索した。1.象牙芽細胞の変化NaF投与初期から粗面小胞体の膨化や空胞の形成が見られ、その後、自食胞やゴルジ空胞の増加、細胞突起部に分必顆粒の異常集積などが見られる。これらの変化は投与12時間後にもっとも大となるが、投与24時間後にはほとんど正常に復している。また細胞極性の異常や、細胞壊死像など大きな異常は見られない。2.象牙質の変化細胞遠心端に接する予成象牙質には、投与初期より多量の無定形物質が出現し、そこにはルテニウムレッド陽性物質(酸性ムコ多糖体)が多量に含まれている。また正規のコラーゲン線維はほとんど見られず、長さ約320nmで左右対称性の多数のバンド構造を持っ分節状コラーゲンが見られるようになる。この分節状コラーゲンは経時的に増加し、投与6時間後には約160nmの周期構造を持っ長周期コラーゲン線維も出現する。これら異常コラーゲンの分子相互の配列は、正規のコラーゲン線維と異なり、互いに逆向きに重なったコラーゲン分子が、その末端を揃えて配列し横に広がったもの、あるいは、同様に逆向きに重なったコラーゲン分子が約1/2ずれて配列し、縦に長くつながったものと思われる。これらの異常コラーゲンは、石灰化前線に達すると結晶の沈着を受け石灰化する。象牙質中で石灰化した異常コラーゲンを脱灰切片で観察すると、細い線維状の構造が見られ、コラーゲン分子の結合が弛緩しているように見える。また象牙質には高石灰化層と低石灰化層が見られ、高石灰化層では結晶密度の増加が加られたが、低石灰化層では結晶密度は小さく、酸性ムコ多糖体の分布異常が一部で見られた。
地域伝承発酵食品が有するメタボリックシンドローム改善効果の検証と機能性物質の探索

近年、メタボリックシンドロームをはじめとした様々な疾患に対し、乳酸菌などのプロバイオティクスの摂取の有効性が報告されている。日本では古くから漬物などの発酵食品を摂取する文化を有しており、富山県の伝統的な発酵食品の一つにアユ熟れ鮨がある。2013年に実施された成分分析により、熟成日数と比例してアユ熟れ鮨中の乳酸菌や遊離アミノ酸量が増加することが明らかとなった(アユ熟れ鮨研究会、2013年度日本海学研究グループ支援事業研究成果)。アユ熟れ鮨には単なる発酵食品という位置づけのみならず、プロバイオティクス食品としての新たな価値や未知の機能性物質の探索源としての可能性があると考えられた。そこで本研究では、アユ熟れ鮨のメタボリックシンドロームに対する影響を調べるために、肥満・2型糖尿病マウスにアユ熟れ鮨を与える摂食実験を行い、採取した血清や病理組織などを用いてその有効性を検討した。実験では混合飼料(粉末飼料にアユ熟れ鮨(重量比で10%)を混ぜたもの)を与える(摂食)群と繁殖用飼料を与える(通常食)群を設け、摂食群には混合飼料を5週齢から24週齢(実験終了時)まで与え続けた。摂食群と通常食群の体重は、平均体重で比較すると摂食群の方が12週齢以降から体重の増加が緩やかになり、24週齢時では摂食群の平均体重は軽かった。また内臓脂肪の病理組織比較では、24週齢時では摂食群の方が脂肪細胞の大きさは小さい傾向が認められた。一方その他の病理組織では、摂食群と通常食群の間に顕著な違いは認められなかった。血清を用いた各種成分測定では、トリグリセリド、AST、総コレステロール濃度は24週齢時において摂食群の方が有意に低かった。このような結果から、アユ熟れ鮨には継続して摂取することにより、肥満; 2型糖尿病マウスにおいて、その体重やトリグリセリド濃度などの増加を抑える効果があるものと推察された。
肺高血圧症発症における抗BMPレセプター抗体の役割

膠原病合併肺高血圧症は、原発性肺高血圧症と共通する臨床像、病理学的特徴を持つ難治性病態である。近年家族性原発性肺高血圧症の原因としてbone morphogenetic protein receptor II (BMPR-II)の変異が同定された。変異BMPR-IIは、BMP刺激伝達系を阻害し、肺動脈平滑筋、内皮細胞などの異常増殖を来し肺高血圧発症に関与すると考えられている。我々は肺高血圧症の発症機序としてBMP刺激系を阻害する自己抗体が肺高血圧症を発症するという仮説をたてた。この仮説を検証するために、免疫学的機序が関与していると考えられる膠原病合併肺高血圧患者の血清中にBMPR-IIに対する自己抗体が存在するか検討した。また、患者血清がBMPシグナルを阻害し、BMPの肺動脈平滑筋増殖抑制効果に与える影響を検討した。BMPR-IIに対する自己抗体は肺高血圧合併膠原病患者の35%(n=14)に検出された。しかし、肺高血圧症を合併した膠原病および健常人では認められなかった。抗BMPR-II抗体は肺高血圧発症前の患者血清で検出され、免疫抑制療法をおこなった肺高血圧患者では、その力価は肺動脈圧の治療による変化と関連して変化した。抗BMPR-II抗体陽性患者の血清が、BMPシグナル伝達を阻害するかBRE (BMP response element)を持つレポーターアッセイをおこなったところ、抗BMPR-II抗体陽性患者の血清は、BMPシグナル伝達を抑制した。さらに、患者血清およびBMP存在下で肺動脈平滑筋細胞の増殖を検討したところ、抗BMPR-II抗体陽性患者の血清は、BMPによる肺動脈平滑筋細胞増殖抑制効果を阻害した。以上より、肺高血圧合併膠原病患者には、BMPレセプターに対する自己抗体が存在し、BMPシグナル伝達を阻害することにより、肺動脈平滑筋細胞の増殖を促進し、肺高血圧発症に関与する可能性があることが示唆された。このことは、自己免疫性肺高血圧症が存在する可能性および抗BMPレセプター抗体を標的とする新たな肺高血圧症の治療法の可能性を示唆する。また、本抗体の測定は、肺高血圧発症の予知、モニターリングにも有用であることが示された。Bone Morphogeneitic Protein (BMP)は肺動脈平滑筋の増殖を抑制し、BMPレセプター(BMPR)の変異は家族性肺高血圧症の原因である。本研究は、膠原病肺高血圧症の患者にBMPRIIに対する自己抗体が存在し、さらに抗BMPRII抗体が肺高血圧症の発症へ関与するか否かを検討した。抗BMPRII抗体は、BMPRII transfectantを作成し、Flow-cytometryを用い、抗BMPRII抗体を検出した。健常人(n=18)、肺高血圧症を合併しない膠原病間患者(n=30)では抗BMPRII抗体は検出されなかったが、肺高血圧症を合併した膠原病患者12名中4名(33%)に抗BMPRII抗体が検出された。ステロイド治療に反応した膠原病合併肺高血圧症では、抗BMPRII抗体の力価は肺動脈圧と平行した推移を示した。ステロイド治療により抗BMPRII抗体が低下しなかった患者では肺動脈圧の低下は認められなかった。さらに、1症例では肺高血圧症発症直前の血清に抗BMPRII抗体が検出された。

抗BMPRII抗体の肺高血圧症発症への関与を明らかにするために、抗BMPRII抗体の肺動脈平滑筋細胞増殖への影響を検討した。患者血清のBMP-4による肺動脈平滑筋細胞増殖抑制効果に及ぼす効果を検討した。BMP-4は肺動脈平滑筋細胞増殖を抑制したが、抗BMPRII抗体陽性患者血清の添加はBMP-4による肺動脈平滑筋細胞増殖抑制効果を阻害した。本研究は、抗BMPRII自己抗体は肺高血圧症を合併する膠原病患者特異的に存在し、その力価の変動と肺動脈圧が関連することを明らかにし、抗BMPRII抗体は膠原病合併肺高血圧症の有用な標識抗体となることを示した。さらに、本自己抗体はBMP作用抑制抗体として働き、BMPによる肺動脈平滑筋細胞増殖抑制効果を中和することにより肺動脈平滑筋細胞増殖を促進し、肺高血圧症発症に関与する可能性を明らかにした。原発性及び膠原病による肺高血圧症は、共通する臨床像、病理学的特徴を持つ肺動脈性肺高血圧であり、難治性でその生命予後は不良である。その原因として原発性の一部および膠原病性肺高血圧症の機序として免疫学的機序が想定されているが、その詳細は不明である。近年家族性原発性肺高血圧症の原因としてbone morphogenetic protein receptor II (BMPR-II)の変異が同定された。変異BMPR-II増殖抑制作用のあるBMP刺激伝達系を阻害し、肺動脈平滑筋、内皮細胞などの異常増殖を来し肺高血圧発症に関与すると考えられている。我々は肺高血圧症の発症機序としてBMP刺激系を阻害する自己抗体が肺高血圧症を発症するという仮説をたてた。この仮説を検証するために、免疫学的機序が関与していると考えられる膠原病合併肺高血圧患者の血清中にBMPR-IIに対する自己抗体が存在するかBMPR-IIを発現させたtransfectant上のBMPR-IIを抗原としたflowcytometry解析にて検出を試みた。また、患者血清がBMPシグナルを阻害し、BMPの肺動脈平滑筋増殖抑制効果に与える影響を検討した。BMPR-IIに対する自己抗体は肺高血圧合併膠原病患者の35%(n=14)に検出された。しかし、肺高血圧症を合併した膠原病(n=23)および健常人(n=12)では認められなかったまた、BMPR-II Fc融合タンパクを用いたEIAでは、抗IgG抗体陰性患者のみ検討したが、肺高血圧患者では70%の患者のみが抗BMPR-II抗体が陽性であった。臨床症状と抗BMPR-II抗体の関連について検討した。抗BMPR-II抗体は肺高血圧発症前の患者血清で検出された。また、免疫抑制療法をおこなった肺高血圧患者では、その力価は肺動脈圧の治療による変化と関連して変化した。抗BMPR-II抗体陽性患者の血清が、BMPシグナル伝達を阻害するかBRE(BMP response element)を持つレポーターアッセイをおこなったところ、抗BMPR-II抗体陽性患者の血清は、BMPシグナル伝達を抑制した。さらに、患者血清およびBMP存在下で肺動脈平滑筋細胞の増殖を検討したところ、抗BMPR-II抗体陽性患者の血清は、BMPによる肺動脈平滑筋細胞増殖抑制効果を阻害した。