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静電場を利用して爽やかな風を取り込む窓「プラズマウインド」の開発

申請者は、静電場を利用し、風は通すが、花粉やタバコの煙、PM2.5を遮蔽できる窓「プラズマウインド」の開発を試みた。この窓を家庭の窓枠に取り付ければ、自然の爽やかな風をクリーンな状態で室内に取り込むことができる。さらに、プラズマウインドでは、プラズマやマイナスイオンが生成されることから、自然の風を用いた空気清浄機としても利用できる。今後、プラズマウインドが実用化されれば、花粉の飛散時期やPM2.5の発生時期においても、窓を開けることが可能になり、エアコンの使用量の軽減にも貢献できると期待できる。本研究では、スギ花粉の捕捉を目的としてプラズマウインドの開発を行った。花粉捕捉型およびPM2.5捕捉型のプラズマウインドのマイナスイオンおよびプラズマの生成能力を調査した。その結果、マイナスの電圧を与えるとマイナスイオンが生成され、プラスとマイナスの電圧を交互に与えるとプラズマが生成され、それらの生成量は電圧に比例して増加することが明らかとなった。以上の結果は、International Journal of Environmental Research and Public Health(スギ花粉の捕捉)およびInstruments (PM2.5の捕捉)に投稿し、公表されている。プラズマウインドを住宅の窓や換気口に設置を目的として、対応したサイズのプラズマウインドの製造にも取り組んだ。花粉遮蔽効果については、花粉モニターを室内に設置し、プラズマウインドを設置した場合と設置していない場合を比較することで効果の確認を行った。また、タバコの煙やPM2.5の遮蔽効果については、電極の材質と構造、電極の配置パターンを変更し、換気扇型として完成させた。さらに、同時に生成されるマイナスイオンやプラズマについてもイオンモニターを用いて確認した。申請者は、静電場を利用し、風は通すが、花粉やタバコの煙、PM2.5を遮蔽できる窓「プラズマウインド」の開発を試みている。プラズマウインドが実用化されれば、花粉の飛散時期やPM2.5の発生時期においても、窓を開けることが可能になり、エアコンの使用量の軽減にも貢献できると期待できる。本年度は、スギ花粉の捕捉を目的としてプラズマウインドの構造と材質を検討した。1.電極の材質と形状およびそれらの配置間隔について電圧を与える導体材料として、アルミニウム、ステンレス、スチールを棒状に加工したもの、および、それらを平板状に加工したものを使用した。導体を被覆する絶縁体として、軟質塩化ビニル、ウレタン、テフロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ABS樹脂を選抜し、すべての組み合わせで電極を作製した。その結果、軟質塩化ビニルで導体を被覆した場合においてのみ、スギ花粉を捕捉できることが明らかとなった。また、3種類の導体間に差は無く、いずれの材質も利用可能であった。電極の配置間隔には、導体に与える電圧と正の相関が認められ、間隔を広げるためにはより高い電圧が必要になることが確認された。2.プラズマ・マイナスイオンの生成効果について花粉捕捉型のプラズマウインドのマイナスイオンおよびプラズマの生成能力を調査した。申請者は、静電場を利用し、風は通すが、花粉や煙草の煙、PM2.5を遮蔽できる窓「プラズマウインド」の開発を試みている。本年度は、昨年度に得られた実験結果に基づき、軟質塩化ビニル樹脂に抵抗値の異なる可塑剤を添加し、電極の絶縁被覆材がスギ花粉、および、タバコの煙の捕捉効果に及ぼす影響を検討した。その結果、抵抗値が10の1乗から10の6乗Ωの範囲では、印加する電圧に応じて微小放電の発生が増加し、花粉および煙の両者とも捕捉率は50%以下であった。また、抵抗値が10の10乗Ωより高くなると、電極間に形成される静電場が弱くなり、捕捉率は10%以下になることが確認された。そこで、10の7乗から10の9乗Ωの範囲の抵抗値を一定間隔で調査したところ、6×10の8乗Ωの抵抗値が最適であり、7kV以上の印加電圧において捕捉率を100%にすることができた。次に、導体の棒を6×10の8乗Ωの軟質塩化ビニルで絶縁被覆した電極を用いて、60cm×60cmの窓を作成した。窓を挟んだ両側に直径30cmのアクリルパイプを設置し、塗料をスプレーするコンプレッサーを用いて一方から花粉と煙を吹き付け、電極間距離と印加電圧が捕捉率に及ぼす効果を調査した。その結果、電極間の隙間を5mmとした場合、5kVの印加電圧で100%の捕捉率を得ることができた。また、窓を挟んだ反対側にイオンカウンターを設置し、マイナスイオンの発生量を調査したところ、1立方センチ当たり、500万から1000万個のマイナスイオンを確認することができた。さらに、生成されるマイナスイオンの量が、湿度に比例して増加することが明らかになった。平成28年から29年度に実施したプラズマウインドによる花粉の捕捉効果については、オンラインジャーナルInternational Journal of Environmental Research and Public Healthに公表されている。また、PM2.5と煙の捕捉効果については、オンラインジャーナルInternational Journal of Scientific Research in Environmental Sciencesに公表されている。

申請者は、静電場を利用し、風は通すが、花粉やタバコの煙、PM2.5を遮蔽できる窓「プラズマウインド」の開発を試みた。この窓を家庭の窓枠に取り付ければ、自然の爽やかな風をクリーンな状態で室内に取り込むことができる。さらに、プラズマウインドでは、プラズマやマイナスイオンが生成されることから、自然の風を用いた空気清浄機としても利用できる。今後、プラズマウインドが実用化されれば、花粉の飛散時期やPM2.5の発生時期においても、窓を開けることが可能になり、エアコンの使用量の軽減にも貢献できると期待できる。本研究では、スギ花粉の捕捉を目的としてプラズマウインドの開発を行った。花粉捕捉型およびPM2.5捕捉型のプラズマウインドのマイナスイオンおよびプラズマの生成能力を調査した。その結果、マイナスの電圧を与えるとマイナスイオンが生成され、プラスとマイナスの電圧を交互に与えるとプラズマが生成され、それらの生成量は電圧に比例して増加することが明らかとなった。以上の結果は、International Journal of Environmental Research and Public Health(スギ花粉の捕捉)およびInstruments (PM2.5の捕捉)に投稿し、公表されている。プラズマウインドを住宅の窓や換気口に設置を目的として、対応したサイズのプラズマウインドの製造にも取り組んだ。花粉遮蔽効果については、花粉モニターを室内に設置し、プラズマウインドを設置した場合と設置していない場合を比較することで効果の確認を行った。また、タバコの煙やPM2.5の遮蔽効果については、電極の材質と構造、電極の配置パターンを変更し、換気扇型として完成させた。さらに、同時に生成されるマイナスイオンやプラズマについてもイオンモニターを用いて確認した。プラズマウインドを住宅の窓や換気口に設置を目的として、対応したサイズのプラズマウインドの製造に取り組んでいる。花粉遮蔽効果については、花粉モニターを室内に設置し、プラズマウインドを設置した場合と設置していない場合を比較することで効果の確認を行っている。次の目標として、タバコの煙やPM2.5の遮蔽があり、現在電極の材質と構造、電極の配置パターンについて試行している。また、同時に生成されるマイナスイオンやプラズマについてもイオンモニターを用いて調査する予定である。プラズマウインドをモデルハウスの窓と換気口に設置する。花粉やPM2.5は遮蔽され、新鮮な風だけが、屋内に取り込まれることを確認し、同時に生成されたマイナスイオンが室内に取り込まれることを確認する。そこで、実用化に向けて以下の内容を検討する予定である。1)長期間の連続稼働による問題点の発掘2)自然環境における耐久性について3)自然環境における遮蔽効果の安定性について4)プラズマ・マイナスイオン生成の安定性について
ナノバブルを用いた腫瘍血管造影法による口腔癌所属リンパ節転移の診断法の開発

リンパ節転移モデル動物のリンパ節内の微小血管内を流れるナノバブルのエコー輝度から腫瘍新生微小血管の三次元構築画像を作成するシステムの開発を目的とした。その結果、ナノバブルと超音波を用いた画像診断システムを用いることにより数mmレベルの腫瘍の微小新生小血管の二次元および三次元画像の構築が可能であった。従って、微小リンパ節転移や治療効果をリアルタイムかつ非侵襲的に観察することができる可能性が示唆された。口腔癌の微小なリンパ節転移や術後変化を伴った部位での初期の局所再発は従来の画像診断法では捉えられない場合が多い。本研究の目的は、ナノバブルを超音波造影剤として用いることにより、腫瘍微小新生血管を二次元および三次元画像として抽出し、この血管構築画像から口腔癌リンパ節転移や局所再発を早期に診断するシステムを開発することである。これまで我々は、超音波イメージング装置(最高周波数80MHz)を用いることにより、血管内を流れる直径400nmの一個一個のナノバブルの動きが可視化されることを見出した。これは波長の4乗に逆比例するというレイリーの散乱理論がナノレベルで顕著に現れた現象であり、診断用超音波装置ではこれまで報告されていない現象である。光学顕微鏡の空間分解能では200nm以下の物体を認識することは不可能であるが、超音波散乱を利用することで200nm以下のバブルの挙動が捉えられることを意味している。平成19年度の研究成果は以下の通りである。ナノバブルを注射し、IVISで観察された腫瘍部を超音波プローブで観察した。これにより、リンパ節血管内を流れるバブルの輝度情報から二次元および三次元の血管像を抽出することができた。特に毎秒300枚のスライスを200枚以上重ね、呼吸による体動をキャンセルするプログラムを併用することによって良好な結果が得られた。リンパ節内血管密度は正常リンパ節では25%,腫瘍移植細胞では35%であり、腫瘍性リンパ節内にて血管密度の上昇が認められた。また転移リンパ節内における血管構造を抽出することにより、超音波画像でエコーが得られない腫瘍性ネクローシス領域をさらに明瞭に判別することができた。【目的】ナノバブルを超音波造影剤として用いることにより、口腔癌リンパ節転移や局所再発を早期に診断するシステムを開発する。【材料及び方法】実験1 : Luciferase遺伝子導入されたマウス乳がん細胞またはマウス結腸がん細胞をSCIDマウスに接種し、その固形腫瘍の中心部にシスプラチンを投与する群と投与しない群に分けた。マウス尾静脈よりナノバブルを注射し、処理後の体積変化と血管密度をイメージングシステムで測定した。同時にLuciferaseタンパクの発光強度をin vivo生体発光イメージングシステムにより解析した。また、免疫染色による腫瘍内新生血管の検索を行った。実験2 : Luciferaseタンパク発現腫瘍をマウス鼠径リンパ節に接種し、この実験腫瘍の腋窩リンパ節への転移腫瘍をナノバブルと超音波を用いた画像診断システムで、腫瘍微小血管の2次元および3次元構築画像として、経過時的に捉えるとともに、in vivo生体発光イメージングシステムを用いて腫瘍の増殖状態を確認した。【結果】実験1 :マウス乳がん細胞および結腸がん細胞におけるルシフェラーゼ活性の経時的変化と腫瘍体積変化はいずれも相関した。高周波超音波イメージングシステムにより腫瘍内血管を可視化し、さらにスーパーコンピューターにて血管構造を構築した。腫瘍内の新生血管は免疫染色で確認した。腫瘍内血管密度は、腫瘍の大きさにかかわらずほぼ一定であった。実験2 :ナノバブルと超音波を用いた画像診断システムを用いることにより、数mmレベルの腫瘍の腫瘍微小新生小血管の2次元および3次元画像の構築が可能であった。【結論】高周波超音波イメージングシステムは3次元的に体積を測定でき、さらに微小リンパ節転移の早期診断や治療効果をリアルタイムかつ非侵襲的に観察することができる可能性が示唆された。
大気中有害化学物質に対する遺伝的感受性要因の抽出法の確立

ディーゼル排気粒子や都市大気の有機成分を曝露したラットの血管内皮細胞において、ヘムオキシゲナーゼ-1を始めとする抗酸化系酵素の誘導が遺伝子発現レベルで見られたこと、また、これらの粒子状物質の成分による抗酸化系酵素の誘導がヒ素を曝露した場合と同じパターンでみられることから、ディーゼル排気粒子や都市大気の有機成分が細胞に酸化的ストレスを与えるとことなどを明らかにした。一方、途上国においては、石炭の燃焼に伴い無機ヒ素化合物を経気道曝露し、深刻な慢性ヒ素中毒を引き起こしていることが知られている。そこで、ヘムオキシゲナーゼ-1の誘導がヒ素化合物に曝露した細胞における感受性を低減させるとの作業仮説に基づき、グルタチオン供与体であるN-アセチルシステインや、細胞内グルタリオン枯渇剤であるブチオニンスルフォキシミンのヘムオキシゲナーゼ-1の発現に及ぼす効果、ならびにRNA干渉を用いたヘムオキシゲナーゼ-1mRNAの低下が細胞毒性に及ぼす影響についても調べた。N-アセチルシステインは3価のヒ素化合物の細胞毒性を低減させ、またヘムオキシゲナーゼ-1の発現も低下させたが、予想に反して内皮細胞内のグルタチオン濃度には影響を及ぼさなかった。一方、ブチオニンスルフォキシミンは細胞内グルタチオン濃度を顕著に低下させ、ジアルキル体以外のヒ素化合物の細胞毒性を増強するとともに、また、ヘムオキシゲナーゼ-1の発現も増強した。血管内皮細胞にsiRNAをトランスフェクションすることにより、ヘムオキシゲナーゼ-1のRNA干渉を行ったところ、ヘムオキシゲナーゼ-1の発現が低下し、また細胞障害性も高まっていることが明らかとなった。以上のことからヘムオキシゲナーゼ-1はヒ素化合物を始めとする環境有害物質の酸化ストレスに対し、感受性を決定している因子の一つと考えられる。また、一塩基多型が環境有害物質の感受性に及ぼす影響を調べるため、アルデヒドデヒドロゲナーゼ2の遺伝子解析も行った。肺胞マクロファージ、あるいは肺胞II型上皮細胞の培養系に、ディーゼル排気粒子の有機抽出物を添加した後、細胞よりRNAを抽出して、cDNAアレー法を用いて発現が変化した遺伝子群のスクリーニングを行なった。発現が上昇した遺伝子は、ヘムオキシゲナーゼ-1、チオレドキシンパーオキシダーゼ、グルタチオンSトランフフェラーゼなど、主として抗酸化系酵素の遺伝子であり、ディーゼル排気粒子抽出物が肺において、マクロファージや上皮細胞に強い酸化的ストレスを与えていることが示唆された。また、ディーゼル排気粒子、あるいは都市大気粒子の抽出物を曝露した微小循環内皮細胞において、抗酸化酵素の一種であるヘムオキシゲナーゼ-1の遺伝子発現上昇が見られることをノーザンハイブリダイゼイション法により明らかにした。用量影響関係より、ディーゼル排気粒子抽出物は都市大気粒子抽出物より強いヘムオキシゲナーゼ-1の誘導能をもつことが示唆された。また、この上昇は抗酸化剤であるN-アセチルシステインにより抑制されることにより、内皮細胞に於いても上皮細胞と同様に、粒子状物質の抽出物が酸化的ストレスにより細胞障害を起こす可能性を示した。また、本年度、感受性要因をin vivo実験において調べるのための予備的研究を行なった。重金属化合物などに対して高感受性であることが知られているA/Jマウスと、抵抗性であるC57BL/6JマウスとのF_1マウスを作製して、それぞれの系統の遺伝的バックグラウンドを調べる準備を始めている。肺胞II型上皮細胞にカドミウムを曝露し、サブトラクション法を用いて発現上昇する遺伝子を調べた。

発現上昇が非常に高いものとしてHeme oxygenase-1(HO-1),HSP 72,hepatic steroid hydroxylase/CYPIIA2とCd-inducible gene 1(cdig1,新たに見いだした遺伝子,accession number:AB086233とAB086234)、中程度の発現上昇がみられた遺伝子として、testosteron-repressed prosttate message 2、弱いながらも発現上昇したものとしてcollagen-binding Proteinとcdig2(新たに見いだした遺伝子,accession number:AB086193)を同定した。ディーゼル排気粒子や都市大気粒子の有機成分を曝露した血管内皮細胞においても、HO-1の強い発現上昇がみられたが、N-アセチル-L-システインの添加により細胞毒性の低下と、HO-1の発現量の低下が認められた。ヒ素化合物を曝露した血管内皮細胞においてはヒ素の取込み量とHO-1の発現量との間に良い相関関係がみられた。HO-1はヘムをビリルビンとCO、ならびに鉄に分解する作用を有するが、これらの分解物はともに抗酸化作用を持つことが知られており、酸化的ストレスは金属化合物や粒子状物質に曝露した細胞において共通にみられる影響と考えられる。今後、酸化ストレスに対する感受性要因を検索して行く予定である。ディーゼル排気粒子や都市大気の有機成分を曝露したラットの血管内皮細胞において、ヘムオキシゲナーゼ-1を始めとする抗酸化系酵素の誘導が遺伝子発現レベルで見られたこと、また、これらの粒子状物質の成分による抗酸化系酵素の誘導がヒ素を曝露した場合と同じパターンでみられることから、ディーゼル排気粒子や都市大気の有機成分やヒ素化合物は共に細胞に酸化的ストレスを与えるとことなどを報告してきた。今年度は、ヘムオキシゲナーゼ-1の誘導が環境有害因子に曝露した細胞における感受性を低減させるとの作業仮説に基づき、グルタチオン供与体であるN-アセチルシステインや、細胞内グルタチオン枯渇剤であるブチオニンスルフォキシミンのヘムオキシゲナーゼ-1の発現に及ぼす効果、ならびにRNA干渉を用いたヘムオキシゲナーゼ-1mRNAの低下が細胞毒性に及ぼす影響について調べた。N-アセチルシステインは3価のヒ素化合物の細胞毒性を低減させ、またヘムオキシゲナーゼ-1の発現も低下させたが、予想に反して内皮細胞内のグルタチオン濃度には影響を及ぼさなかった。一方、ブチオニンスルフォキシミンは細胞内グルタチオン濃度を顕著に低下させ、ジアルキル体以外のヒ素化合物の細胞毒性を増強するとともに、また、ヘムオキシゲナーゼ-1の発現も増強した。ラットヘムオキシゲナーゼ-1の遺伝子をRNA発現ベクターに組み込み、発現したdsRNSをRNaseIIIで消火することにより21bpのesiRNAを作製した。内皮細胞にesiRNAをトランスフェクションすることにより、ヘムオキシゲナーゼ-1のRNA干渉を行ったところ、ヘムオキシゲナーゼ-1の発現が低下し、また細胞障害性も高まっていることが明らかとなった。以上のことからヘムオキシゲナーゼ-1はヒ素化合物を始めとする環境有害物質の酸化ストレスに対し、感受性を決定している因子の一つと考えられる。
環境変異原物質を分解除去する方法の研究

1)ヘテロサイクリックアミン変異原について、鉄オクタカルボキシフタロシプニンを固着したレ-ヨンに対する吸着率および変異原活性の減少について調べた。その結果、Trp-P-1、Trp-P-2および2-amino-α-carbolineは強く吸着し、かつ分解が起ることを見出した。過酸化水素の存在により分解が促進された。タバコ煙変異原も同様に分解促進された。光による分解促進も検討したが、促進効果はみられなかった。2)マンガンおよび鉄・テトラキス(スルホフェニル)ポルフィン担持イオン交換樹脂を触媒として用いた場合に、過酸化水素共存下の場合のみに、加熱タンパク変異原IQから赤色の化合物を生じることが分かった。同じくMeIQも酸化され、変異原性が低減されることがわかった。3)加熱タンパク変異原について、金属クロロフィリンによる変異原活性の減少について調べた結果、Fe-クロリンによって、Trp-P-2の活性化体であるTrp-P-2(NHOH)の変異原性が強く抑制されることを見出した。反応混合液を高速液体クロマトグラフィーで分析したところ、Trp-P-2(NHOH)がFe-クロリンにより、速やかにTrp-P-2(No)に変化することがわかった。Trp-P-2(No)の変異原性はTrp-P-2(NHOH)の1/4であり、やはりFe-クロリンにより変異原性を阻害されることがわかった。4)発がん性化合物ベンツピレンの、発がん性に関する究極活性化体と言われるジオールエポキシド体について、ヘミンおよびクロロフィリンが変異原性を阻害することを見いだした。その阻害機構を分光学的に調べたところ、ジオールエポキシド体の分解が促進されていることがわかった。近年の環境科学の進展により、環境中の有害性汚染物質の実態が明らかになってきた。これらの中には突然変異誘起性、さらに発がん性を有するものも多くある。環境中の変異原物質を除去することは人間の健康にとって重要であるが、従来このような目的で方法を開発し、実用化することは全くなされていなかった。本研究では、変異原に接触して分解する能力のある材料を開発し、実用化することをめざした。Fe^<3+>-オクタカルボキシルフタロシアニン(Fe-OCPC)は、ペルオキシダーゼ様の酸化作用を持つことが知られており、それを担持したセルロースFe-OCPC-セルロース(グリーンレーヨン)には消臭作用があることが知られている。一方我々は銅フタロシアニン・セルロース(ブルーレーヨン)が多環性芳香族を特異的に吸着することを見出しており、グリーンレーヨンも疎水的に平面状多環化合物を吸着することが基待された。がん原性へテロサイクリックアミンの1つTrp-p-2溶液にグリーンレーヨンを入れ振とうすることによって、Trp-p-2が吸着分解されることを見出した。またこの分解は過酸化水素の添加により促進された。cigarette smokecondensate(SCS)に応用したところ、グリーンレーヨンによりCSC中の変異原活性が減少することがわかった。またフタロシアニン環と類似の平面構造を有する金属ポルフィリンを担持した樹脂のペルオキシダーゼ活性と、Trp-p-1の分解能を調べた。その結果、金属としてマンガンやコバルトを持つ時、Trp-p-1の酸化的分解が強く起こった。鉄では弱い作用を示し、銅や亜鉛では分解作用を示さなかった。この分解作用も過酸化水素の添加により促進された。Trp-p-1の酸化的分解物についても研究を進め、Trp-p-1より親水性の強い化合物であることを示唆する結果を得ている。1.ヘテロサイクリックアミン変異原の吸着と分解、およびタバコ煙変異原の分解。

7種の加熱タンパク変異原について、Fe-ocpcレーヨンに対する吸着率および変異原活性の減少について調べた。その結果、Trp-P-1,Trp-P-2および2-amino-α-carbolineは強く吸着し、かつ分解が起ることを見出した。他の4種の変異原については、吸着も弱く分解も起こらなかった。したがって、変異原の分解は、それらがFe-ocpcレーヨンに吸着されてはじめて起こることが示唆された。実験条件として、過酸化水素(10mM)存在下、インキュベーションを行なうと、分解を促進できるとわかった。また、この分解は過酸化水素なしでもゆっくり進行することを明らかにした。(平成4年3月、日本薬学会大会(福岡)発表)。タバコ変異原がFe-ocpcレーヨンにより分解されることが確認できた。また、過酸化水素を添加すると分解の促進があった。(平成4年11月、日本環境変異原学会(札幌)発表)。研究にあたり、変異原分解のアッセイ方法が意外に難しいことがわかった。すなわち、Fe-ocpcレーヨンの上に吸着された部分のうち、どれだけがこわれ、どれだけが未分解であるかを調べるには、一旦溶出する必要がある。これらが定量的に行なわれなければ、正確な分解率は算出できないことになる。結局、多数の実験を、条件検討しながら繰り返して行ない、信頼できる値を得ることに成功した。2.光による分解促進の検討。Fe-ocpcレーヨンが過酸化水素共存下、Trp-P-2を分解する反応中に可視光を照射して、分解速度を促進するかどうかを調べた。促進効果は見られなかった。3.ポルフィリン担持樹脂による変異原分解。マンガン及び鉄-テトラキス(スルホフェニル)ポルフィリン担時イオン交換樹脂を触媒として用いた場合に、過酸化水素共存下の場合のみに、IQから赤色の化合物(λ_<MAX>=ca.520nm)を生じることがわかった。この赤色化合物は、HPLCから判断するとIQに比べ極性が減少していることもわかった。1.ヘテロサイクリックアミン変異原のクロロフィル誘導体による分解2.加熱タンパク変異原について,金属クロロフィリン(Cu-クロリン,Fe-クロリン,およびメタルフリーのクロリン)による変異原活性の減少について調べた.その結果,Fe-クロリンによって,Trp-P-2の活性化体であるTrp-P-2(NHOH)の変異原性が強く抑制されることを見いだした.すなわち,Trp-P-2(NHOH)と等モルの30nMで50%活性が抑制された.そこで,反応混合液を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分析したところ,Trp-P-2(NHOH)がFe-クロリンの存在により速やかにTrp-P-2(NO)に変化することがわかった.Trp-P-2(NO)の変異原性はTrp-P-2(NHOH)の1/4であり、やはりFe-クロリンにより変異原性を阻害されることもわかった.さらに,Trp-P-2(NO)もFe-クロリンの存在により,分解が起ることを見出した.3.発がん性化合物ベンツピレンの,ヘミンおよびクロロフィリンによる分解
「歩行」表象と文学史的位置づけ

1820世紀における英小説の歩行表象について研究を行った。18世紀では、上流階級を描いた小説が多く、歩行表象も制度化された庭園散歩や舞踏会のダンスなど身体的機能が習慣や因習によってかなり制限されている。19世紀では、中・下層階級の人物を扱う小説が多く見られ、階級間・男女間での歩行表象の違いや、都市部と田舎での捉え方の違いなど多岐にわたる。ディケンズに代表される都市部では、小説の構成に関わる歩行表象が行われている。ツアーコンダクターのように物語を導く役割をも担っていることが特徴的である。20世紀になると、身体的機能よりも心理的・想像的身体機能の表象が描かれ、空間的制限を超えた描写が目立つ。19世紀イギリス小説における「歩行」表象についての研究を行った。いわゆるcanonと呼ばれる小説を中心に分析した。主だったものは以下の通りである。まず、上流・中流クラスの女性においては舞踏会や求愛活動の一社と考えられる異性と二人きりの散歩などをJane Austen、Emily Bronte、George Eliotなどの女性作家による小説を中心に分析した。女性の歩行には限られたスペース、時間帯、保護者あるいはコンパニオンとの距離など様々な制約がある中で、歩行がやっと読者に許されるという状況が多々ある。一方でThomas Hardyによる労働者階級の女性の歩行では、健康的な美の表現であると同時に貧困による歩行が頻繁に描かれ、男女作家、階級間の差が浮き彫りになった。また、Charles Dickensで描かれる「歩行」は独特で、ロンドンの下町においてはもちろん単なる移動手段として描かれる一方で、その歩いている人物の視点は観光者のそれと一致するよう描かれている。ロンドン案内を思わせる移動が、必要に迫られて歩く労働者の辛さを緩和させる効果があるのかもしれないし、ロンドン以外に住む読者に向けた描き方をしているのかもしれない。そのために作者はあえて歩行による人物移動を選択したと考えられる。総じて19世紀は多くの小説が生まれた時代であり、まだまだ研究の余地が十分にあるので、引き続き研究をする必要があり、分析をまとめ次第、日本文化との比較を行う。1718世紀におけるイギリス小説では、登場人物の移動そのものが描写されることが極端に少ないことがさまざまな文献からわかる。それは当時の交通事情全般が歩行者にとって、利便性に優れたものではないことから、実際に旅行や旅などをする裕福な階級の人にとって、移動の際の苦労、例えば舗装されていない道を馬車でひた走ったり、長時間の移動などの苦労が小説を読む動機とはなかなか結び付かないからであろう。もちろんこの時代で小説という高価な娯楽を楽しめるのはごく限られた富裕階級者であり、また識字率から考えても同じである。それゆえこの当時の小説は、移動そのものより、行き着いた先での様々な出来事に焦点があてられている。しかし、『モル・フランダース』のように、移動することで物語が展開する小説も中にはある。ただしこの主人公は身分の低い掏摸が町を逃げるように点々とする過程が物語の中心である。このことからわかることは、当時の階級社会が小説にも色濃く反映されていたという事実であり、読者階級が求めるものは、現実世界で苦しめられる旅行や旅の移動の辛さではなく、目的地にあり、また、移動の苦しさを味わうのは、それがたとえ小説の主人公であっても、身分の低い卑しき労働者階級である。現実世界と小説の世界の関係を体系的にまとめ、次の19世紀小説の足掛かりとなった一年であった。ただ、歩行と小説に描かれる庭園(の果たす役割)に関する研究に割く時間がなかったので今後の研究課題としたい。都市部における登場人物の描写について研究を行った。都市部では、視点となる人物が歩いて回るツアーガイドのような役割を担っている。この人物の視点を通して物語が展開し、読者は彼と同じ視点、速度で街並みを観光し、景観を楽しむ。これは交通機関の発達に伴い、大小さまざまなツアーがイギリスで展開されたことと大きく関係している。これまで上流階級に限られていた旅行が、ツアーの低料金化や労働者の収入増加により多くの人が旅行を楽しむことができる時代となった。その旅行感覚を読者に提供する有効な方法が、作品中の歩行者の視点を通して小説を展開することである。それ故、その人物の歩行表象そのものより、彼の見るもの、関係するものを描写するようになった。続いて、20世紀前半の小説の場合、「意識の流れ」が小説手法に大きく取り上げられ、物理的・身体的機能よりは、人間の意識の流れが描かれる。また、電話などの通信機器の発達に伴い、人物の移動そのものを極端に抑える小説が登場し、人物の歩行描写は明らかに19世紀の小説よりもその重要性が低下した。

ただ、20世紀は多くの戦争が勃発した時代であり、軍隊で身体統制をするため、歩行訓練などを通して、その機能を制限する描写は多く描かれていることも分かった。軍隊統制などで身体の機能を縛るという考え方は明治の日本にも取り入れられ、西洋式軍隊の隊列により、武士の戦い方とは大きく様相が異なる。それは『ラスト・サムライ』の最終決戦の描写に顕著に描かれている。近代的な武器を持った兵士が隊列を組んで進んでいく明治政府軍と、ばらばらに動く武士との対比は好例である。最近では個人を極力抑えこみ、集団としての美しさ、機能性を重視した日体大の集団行動が注目されている。20世紀以前は個人個人の歩き方にさえ違いや特徴があったが、20世紀になると個人というより、集団・社会の一員としての人間に注目が集まる。イギリス文学19世紀は膨大な数の小説が出版された時代である。したがってより多くの文献に触れるため、時間に限りがある。ただし、いわゆるcanonと呼ばれる小説はおおむね読み終えているので、どこで区切りをつけるべきかに時間がかかっている状況。1718世紀のイギリスの社会状況や階級社会の実態など、小説以外で調べることも多く、また膨大な数の小説を読み、それを「イギリスの歩行史」として体系立ててまとめるという作業がなかなか進まない。いわゆる正典と呼ばれている作品だけを扱うわけではなく、その線引きに苦労している。ただ、2年目の19世紀に関してはおおむね知識があるので、1年目の遅れは取り戻せると考えている。また、庭園史と歩行の研究にも少し幅を広げたことが遅れの原因とも考えられる。前年度の研究課題を分類・分析するには、もう少し時間が必要。それが終わり次第、日英比較に取り掛かる。イギリスと比べて日本の小説など、ある程度、既読の作品や読む速度もあがるので、遅れは十分取り戻すことは可能であると考えている。時間的余裕があれば映像文化についての研究を試みたい。1718世紀のイギリス小説で描かれる「歩行」表象を体系的にまとめ上げる作業がまだ完了していないので、2年目以降に継続して行う。19世紀のイギリス小説に関しては、研究者の専門領域でもあり、その遅れは十分取り戻せる。19世紀に関しては、鉄道の発展、道路整備、安価なツアーの出現、スポーツなど「歩行」に関して、現実世界では、これまで行われてきた階級で区別してきた移動手段としての枠組みが、崩壊しつつあることを踏まえて、それが小説世界でどのように表象されているのかを研究分析する。引き続き18世紀のイギリス小説、それに関する研究書を蒐集する。それから19世紀のイギリス小説、それに関する研究書を蒐集する。研究費の使用は主に小説、研究書、学会などの交通費に使う予定である。
乾燥施設における穀物変質の早期検知に関する研究

穀物乾燥施設での変質事故が後を絶たないという状況である。その変質をできる限り早期に検知する方法を考察した。第1章では、穀物の変質を化学的変化、生理的変化および生物的変化に分類してその機構を整理した。その結果、変質は、いずれの場合も二酸化炭素濃度の増加を伴うことが見出された。そこで、穀物貯留ビンにおいて二酸化炭素濃度を計測することにより、変質の兆候を検知する可能性を検討した。第2章では、穀粒の呼吸作用による二酸化炭素および酸素の濃度変化をオンラインで測定するために本実験で用いた濃度計の検出原理や緒元を示した。第3章では、貯蔵穀物の含水率が高く、貯蔵温度が高いほど二酸化炭素濃度の増加速度が大きいことが確認された。つまり、貯蔵ビン内で二酸化炭素の濃度を計測することによって変質の兆候をとらえることができると判断された。第4章では、収穫された高水分籾が乾燥施設で処理されるまでの履歴が籾の品質に与える影響を調査した。籾の含水率、放置温度および放置時間が品質に与える影響を二酸化炭素の発生量、表面色等から測定した。それぞれの条件により測定値に差は認められるが、相互作用があると見られ、一定の関係を得ることはできなかった。第5章では、貯蔵ビン内での結露が原因となる変質の検知を検討した。貯蔵籾の0.04%に相当する籾が結露の影響を受けたときにもビン内の二酸化炭素濃度の変化を検知できた。第6章では、実際のカントリエレベータの籾貯留ビンで結露想定籾を堆積籾の表面に配置し、二酸化炭素濃度の変化を測定した。その結果、濃度は上昇し、結露の発生をとらえることができた。ただし、籾層内での二酸化炭素の拡散は遅く、迅速に拡散させる工夫が必要となった。第7章では、下部から上方へ送風することによって二酸化炭素を強制的に拡散させた。その結果、二酸化炭素の発生を短時間で検知できることがわかった。近年、穀物乾燥貯蔵施設において一時貯留中あるいは籾タンク内での貯蔵中に穀物が変質する事故が増加している。穀物の含水率が高く、また、貯蔵温度が高くなるほど、呼吸作用が活発となり、発熱して高温となったり、周囲が嫌気的であれば発酵が始まる。したがって、穀物の変質は、温度または二酸化炭素やエタノール等のガス濃度の測定により、異常を検知するのが効果的であることはすでに報告されている。一定期間以上の長期貯蔵中における穀物の変質は、通常貯蔵される場合より高い含水率の穀物が混入することが原因となる。それは、結露のように急激に一部の穀物が極端な高含水率となる場合と、乾燥作業の不足等によりやや高含水率の穀物がかなりの割合で混入する場合が想定される。それらを二酸化炭素濃度の測定により検知することを試みた。いずれの場合も、貯蔵温度の影響が大きいことが明らかになった。前者については、貯蔵温度が1520°Cであるとき、貯蔵籾重量の0.07%程度の結露籾が存在すれば、検知が可能であった。これは、200tの乾籾中に150kg程度の高含水率穀物が発生することに相当し、きわめて少量の変質でも検知が可能であることを意味する。後者については、混入する高含水率穀物の含水率が17%WB程度以上になると、その含水率によって二酸化炭素濃度が変化することが認められた。したがって、そのような状況の検知が可能である。

また、いずれの場合においても、二酸化炭素の拡散により容器内のすべての位置でガス濃度の測定値は一致しており、測定位置は任意に選べることがわかった。昨年度の研究により、籾の貯留容器内で一部の籾が結露等により高水分となった場合、二酸化炭素の発生が増加し、この変化を検知できることが明らかとなった。今年度は、本方式の実用化を目的として、実際の籾乾燥貯蔵施設の貯蔵タンク(約200t堆積)において、結露を想定して数百kgの濡れ籾を作成し、結露発生の検知を行った。濡れ籾の設置場所は現実に対応して堆積籾の表面とした。二酸化炭素濃度計をタンクの上部空間と床下に配置して測定を行い次の結果を得た。(1)同一空間内では、高さが高くなるほど二酸化炭素濃度は低い。(2)濡れ籾がないときは、すべての位置において、二酸化炭素濃度は一定で推移した。(3)天井部排気口の密閉の有無に関わらず、結露想定籾が配置されると、二酸化炭素濃度が増加し、その発生を検知することができた。したがって、密閉性の低いビンにおいても、異常籾の発生を二酸化炭素濃度の変化から検知が可能である。(4)二酸化炭素の発生源が近い濃度計の測定値はかなりの変動を伴いながら上昇した。(5)結露による高水分籾は、通常、上部空間付近で発生する。したがって、結露籾の検知に限定すれば、上部空間に一つの濃度計を設置することで十分対処できる。(6)乾燥不良籾等による異常が発生した場合、その位置によっては検知が遅れることが考えられる。対処としては、ガスのバイパスを設ける等の改良が必要となる。
高齢慢性心不全患者へのエンドオブライフケアを可能にする看護モデルの開発

本研究は、高齢慢性心不全患者へのエンドオブライフケアを可能にする看護モデルの開発を目的としている。2018年度は研究1として、高齢慢性心不全患者の病気の進行を実感した経験や療養上の現状や困難、援助ニーズを明らかにすることを目的とし取り組んだ。高齢慢性心不全患者にインタビューを行った結果、患者は病気の進行を「家での生活は変わらないが、苦しくなる頻度が高くなった」という経験より実感していた。療養生活を「自分なりに工夫」しており、「自由に動けない」ことに困難を感じていた。看護師への援助ニーズには「図々しいと思われそうで聞けない」「医師に尋ねている」と答え、今後も「自宅での今の生活を続けたい」と望んでいた。高齢慢性心不全患者は、日常生活上の変化から病気の進行を実感していることが明らかになった。看護職への援助ニーズが聞かれなかったことから、看護職には慢性心不全の病態を理解し、患者が実感している病気の進行を捉え、援助ニーズを把握した介入が求められることが示唆された。インタビュー実施施設の研究倫理審査体制が変更し、想定していた期間より、承認されるまでに時間がかかったこと。2019年度は、予定通り研究2として、高齢慢性心不全患者のケアに携わる慢性疾患看護専門看護師・心不全看護認定看護師を対象に、看護実践上の病状の進行のアセスメント・判断の根拠、実践している援助内容とその意図を明らかにする。研究1と研究2より、高齢慢性心不全患者へのエンドオブライフケアを可能にする看護モデルを開発する。研究1がやや遅れていることにより、引き続き高齢慢性心不全患者にインタビューを行うため、旅費やインタビューのテープ起こしにかかる人件費が必要となる。当初の計画通り、2019年度は研究2として、慢性疾患看護専門看護師への面接調査、心不全看護認定看護師への質問紙調査を行うため、旅費や質問紙調査結果のデータ入力・テープ起こし等を依頼する人件費等が必要となる。
フィードバック型広帯域干渉計による位相・群屈折率分散計測システムの開発

光科学、光学産業の多くの分野で、光学材料の屈折率やその波長依存性(分散)の正確な情報が必要とされているが、10-5から10-6オーダーで信頼性が確保できる技術は少なく、またこれまではレーザーや輝線スペクトルのような離散的な単一波長における屈折率の値しか直接精密測定できなかった。本研究では、発光スペクトル領域の広いブロードバンド光源を用い、バリアブルパス(光路長可変)干渉法、光路長補償系と分光器を組み合わせることにより、光学材料の位相屈折率分散および群屈折率分散を精密に直接計測する手法を提案し、シミュレーションにより原理を確認した。本研究では、白色LEDのようなブロードバンド光源を用い、バリアブルパス(光路長可変)干渉法と分光器、光路長補償系を組み合わせることにより、光学材料の位相屈折率分散および群屈折率分散を精密に直接計測する手法を開発する。平成24年度は、前年度に設計した、群屈折率分散と位相屈折率分散の両方を測定することができる光学系を構築した。また、目標とする屈折率の測定精度を達成するために重要な装置の性能を評価した。群屈折率分散測定では、光路長変化用のステージが静止した状態でチャネルドスペクトルを取得する。位相屈折率分散測定では、光路長変化用のステージを移動させながら時間変化する干渉縞を取得する。よって、長距離移動ステージの静止性能および移動速度の安定性が重要である。平成23年度に長距離移動ステージの仕様を決定し発注したが、受注メーカーが要求仕様を達成できずに納品が大幅に遅れていた。メーカーへの改善依頼を行ってきたが仕様を達成できなかったため、要求仕様を緩和せざるを得なかった。ステージの制御パラメーターを調整しながら、長距離移動ステージの静止性能および移動性能を評価し、できるだけ良い性能が得られるパラメータを探索した。平成25年度は、目標とする屈折率の測定精度を達成するために必要な装置の性能を検討・決定し、群屈折率分散と位相屈折率分散の両方を測定することができる光学系の構築を引き続き行った。群屈折率分散測定では、光路長変化用の長距離移動ステージが静止した状態で分光器によりチャネルドスペクトルを取得する。チャネルドスペクトルから精度良く光路長を求めるために、スペクトルの帯域幅とチャネル構造の周期、分光器の波長分解能の関係を考慮し、最適な光路長を決定した。また、群屈折率分散、位相屈折率分散測定とも、光軸やステージ移動軸に対するプリズムの角度調整が測定精度に影響を及ぼす。そのため、プリズムの必要な調整軸と調整方法を検討・決定した。また、これまで長距離移動ステージの静止性能および移動性能ができるだけ良いものが得られるようにステージ制御パラメータを検討して決定してきたが、それに応じた信号取得系を設計した。光科学、光学産業の多くの分野で、光学材料の屈折率やその波長依存性(分散)の正確な情報が必要とされているが、10-5から10-6オーダーで値の信頼性が確保できる測定技術は少なく、また、これまではレーザーや輝線スペクトルのような離散的な単一波長における屈折率の値しか直接精密測定できなかった。平成23年度は、群屈折率分散と位相屈折率分散の両方を測定することができる光学系を設計し、目標とする屈折率の測定精度を達成するために必要な、各装置の性能を検証した。光源としてブロードバンド光源を用いるため、光源の可干渉距離以上の光路長差を与えた場合は干渉縞やチャネルドスペクトルの構造が消滅し、測定できない。よって、バリアブルパス干渉計の測定光路長変化を参照光路長の変化により補償し、補償量測定干渉計でその補償量を測定することにより、試料中の光路長変化量を求める系を設計した。次に、設計した系の挙動をシミュレーションにより評価し、使用する光源に対して必要な光路長差を与えた場合でも干渉縞を計測することができる移動ステージの制御パラメータを決定した。

また、屈折率測定の不確かさに寄与する要因を挙げ、それらの影響を解析的に評価することにより、屈折率の目標測定不確かさ10-5を達成するために必要な、各不確かさ要因の不確かさを見積もった。前年度、長距離移動ステージの受注メーカーが要求仕様を達成できずに納品が大幅に遅れ、今年度も達成できずに要求仕様を緩和してようやく納品された。当初の要求仕様を満たしていないため、取得できる信号の質が悪い。目標とする屈折率測定精度を達成するために必要な長距離移動ステージの仕様を決定し、発注したが、受注したメーカーが要求仕様を達成できずに納品が大幅に遅れているため。平成25年度には、現状のステージ性能でできるだけ高い精度が得られるように測定系やステージの制御パラメータを決定し、屈折率分散測定システムを構築していく。平成24年度には、ステージのメーカーへの改善依頼を行いつつ、要求仕様を緩和してステージを早期取得し、現状のステージ性能でできるだけ高い精度が得られるように測定系を再設計し、構築していく。当初予定より長距離移動ステージの性能が低いため、測定システムの構築が遅れ、次年度に予算が繰り越されている。平成25年度の研究費と合わせて、屈折率分散測定システムを構築するための光学部品、電気部品、機械部品を購入する。また、チャネルドスペクトルや時間変化する干渉縞を取得するためのソフトウェアを購入する。長距離移動ステージを受注したメーカーが要求仕様を達成できないためにステージが納品されておらず、その費用が繰り越されている。また、ステージ導入後に測定システムを構築するための費用も合わせて繰り越されている。平成24年度には、ステージのメーカーへの改善依頼を行いつつ要求仕様を緩和して、ステージを早期取得して測定システムを構築し、主にステージ、光学部品、電気部品、機械部品として研究費を使用する計画である。
錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法による睡眠・覚醒制御システム作動機序の解析

錐体視細胞のオプシンを人為的に神経細胞に発現させると、光照射により神経細胞の電気活動と伝達物質の放出を抑制させることができる。本研究では、この手法を用い睡眠・覚醒制御システムの中核を担う視床下部神経系とモノアミン作動性神経系の機能的役割について解析を行った。まず、ナルコレプシー睡眠障害モデルマウスにおいて、扁桃体におけるセロトニン放出の低下が情動性脱力発作の発症をもたらしていることが明らかになった。また、覚醒制御に関わる視床下部外側野オレキシン神経が、青斑核ノルアドレナリン神経の活性化を介して、扁桃体で処理される恐怖記憶によって表出する恐怖反応の発現を促していることが明らかになった。睡眠は心身の健康を保つために欠かせない生理機能であり、脳内の睡眠・覚醒制御システムの解明は睡眠障害の治療、健全な社会生活の構築に寄与する重要な研究課題である。これまでその制御システムを担う神経回路基盤や関連分子が明らかにされてきたが、それらの織り成す動的な作動機序については依然不明な部分が多い。近年、任意の神経細胞の活動を光照射により時空間的に精緻に操作する方法(光遺伝学的手法)が開発され、脳機能の解明に大きな成果を挙げている。本研究では、視床下部神経系とモノアミン・コリン作動性神経系により形成される睡眠・覚醒制御システムの解析に光感受性タンパク質である錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法を導入し、この入出力回路のダイナミクスと機能的役割の解明を目指している。本年度はモデル動物のマウスにおいて視床下部オレキシン神経及び縫線核セロトニン神経の電気的活動を光遺伝学的手法により操作して、睡眠・覚醒状態の変化を観察する実験系の立ち上げを行なった。長波長型及び短波長型錐体オプシンをアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターによりセロトニン神経特異的に導入し、光照射により過分極応答を誘発させることを確認した。オレキシン細胞においても同様に神経細胞の活動低下が誘導された。また、当初次年度以降に予定していた研究を一部先行して開始した。そこでは睡眠・覚醒制御に寄与する他のモノアミン神経系としてヒスタミン神経系に着目し、その神経系に対しシナプス入力を形成する神経細胞群を逆行性標識法により同定した。今後は生体マウスにおける睡眠解析の実験を重点的に行い、手法の修正を行いながら実験を重ね、慎重に結論を導出したい。本年度はモデル動物としてマウスを用い、視床下部オレキシン神経及び縫線核セロトニン神経の神経活動を錐体オプシン等を用いた光遺伝学的手法により操作し、睡眠・覚醒状態の変化を観察する実験系の立ち上げを行なった。長波長型及び短波長型錐体オプシンをAAVベクター内にCre-loxp部位組み換え反応により細胞特異的に発現されるようクローニングした。オレキシン神経及びセロトニン神経特異的にCreリコンビナーゼを発現するOrexin-Creマウス及びSERT-Creマウスに対しそれぞれ視床下部外側野及び背内側縫線核内にウイルスベクターを投与した。いずれの錐体オプシンもセロトニン神経特異的に発現し、光照射により過分極応答を誘発させることを電気生理学的手法により確認した。視床下部においては一部非特異的発現が認められたが、オレキシン細胞においても同様に神経細胞の活動低下が誘導された。また、次年度に実施予定の実験について予備実験を行った。脳波・筋電計測下の生体マウスにおいて、錐体オプシンを導入した神経核に対し光ファイバーを通して直接光照射を行ない、睡眠・覚醒状態の変化を観察する実験系を立ち上げた。予備的ではあるが光照射期間において睡眠・覚醒状態の変化を観察した。また、一部当初の計画を前倒しし、新たにヒスタミン神経系による睡眠・覚醒制御回路に着目し、その神経系に対する入力神経細胞群を逆行性標識法により同定する実験を確立した。以上のようにおおむね順調に進んでいる。睡眠は心身の健康を保つために不可欠な生理機能であり、睡眠・覚醒制御システムの解明は睡眠障害の治療、より健全な社会生活の構築に寄与する重要な研究課題である。しかしその制御システムを担う神経回路基盤の動的な作動機序について依然不明な部分が多い。近年任意の神経細胞の活動を光照射により時空間的に精緻に操作する方法(光遺伝学)が確立され、脳機能の研究に大きな成果を挙げている。本研究では、錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法を導入し、睡眠・覚醒制御システムにおける視床下部神経系とモノアミン・コリン作動性神経系の機能的役割を解析している。本年度は、ナルコレプシー睡眠障害モデルマウスを用い、情動性脱力発作(カタプレキシー)におけるセロトニン神経系の病態生理学的役割を解析し、扁桃体におけるセロトニン放出により情動性脱力発作の発生が制御されることを明らかにした。実験では、アデノ随伴ウイルスベクターを用いてセロトニン神経特異的に変異型チャネルロドプシンまたは錐体オプシンを遺伝子導入し、扁桃体においてセロトニン線維上に発現するそれら光感受性素子を光刺激してセロトニン放出を人為的に操作し、情動性脱力発作に対する影響を観察した。最初に、スライス標本において電気生理学的解析を行い、実際に光照射により錐体オプシンを活性化して扁桃体におけるセロトニンの放出が抑制されることを確認した。そして、生体の疾患モデルマウスにおいて、扁桃体においてセロトニンの放出を高めると情動性脱力発作の発生頻度が著しく減弱し、逆にセロトニンの放出を抑えると発生頻度が高まることが観察された。

以上のように、ナルコレプシー睡眠障害における情動性脱力発作や睡眠発作に関わる神経回路の病態を解明することで、正常な睡眠・覚醒制御システムの作動機序が明らかになると期待される。昨年度立ち上げを行った錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法を実際に活用し、ナルコレプシー睡眠障害モデルマウスにおける情動性脱力発作(カタプレキシー)に関与するセロトニン神経系の病態生理学的役割を解析した。アデノ随伴ウイルスベクターを用いてセロトニン神経特異的に錐体オプシンを遺伝子導入し、スライス標本における電気生理学的解析により、扁桃体においてセロトニン投射線維上に発現する錐体オプシンを光刺激して人為的にセロトニン放出を抑制できることを示した。さらに、遺伝子操作により情動性脱力発作が改善された疾患モデルマウスにおいて、錐体オプシンによる光遺伝学的操作により扁桃体におけるセロトニンの放出を抑えると再び情動性脱力発作を生じることが観察された。以上のように、錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法を実際に活用して、ナルコレプシー睡眠障害に関わる神経回路の病態を解明することができたため、研究がおおむね順調に進展していると評価できる。睡眠は心身の健康を保つために不可欠な生理機能である。脳内の睡眠・覚醒制御システムの解明は睡眠障害の治療開発につながり、健全な社会生活の構築に寄与する重要な研究課題である。本研究では、その制御システムの中核を担う視床下部神経系とモノアミン・コリン作動性神経系の機能的役割と動的な作動機序について解析を行ってきた。特に、錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法を導入し、特定の神経細胞の活動と伝達物質の放出を光照射により精緻に抑制することが可能となり大きな成果を挙げた。本年度は、ナルコレプシー睡眠障害モデルマウスにおいて、情動性脱力発作に対するセロトニン神経系の病態生理学的役割を解析し、扁桃体でのセロトニンレベルによって脱力発作の発現が制御されることを発表した。実験では、疾患モデルマウスにおいて、セロトニン軸索上に発現させた光感受性分子を刺激し、扁桃体においてセロトニンの放出を高めると情動性脱力発作の発生頻度が著しく減少し、逆にセロトニンの放出を抑えるとその頻度が増加することを観察した。また、別の研究においては、覚醒状態の制御に寄与するオレキシン神経が、心的外傷後ストレス障害で見られるような恐怖記憶により表出する恐怖反応の発現にも重要な役割を果たしていることを明らかにした。視床下部外側野のオレキシン神経はオレキシンの放出により脳幹青斑核のノルアドレナリン神経を活性化し、ついで恐怖記憶処理の責任領域である扁桃体においてノルアドレナリンの放出を促して恐怖反応の発現を高めていることがわかった。マウスの恐怖条件付け実験において、オレキシン神経特異的に発現させた光感受性分子をその軸索上で光刺激し、青斑核においてオレキシンの放出を高めると条件刺激(音)に対するすくみ行動の発現が増加し、逆にオレキシンの放出を抑制するとその発現が減少することを観察した。錐体視細胞のオプシンを人為的に神経細胞に発現させると、光照射により神経細胞の電気活動と伝達物質の放出を抑制させることができる。本研究では、この手法を用い睡眠・覚醒制御システムの中核を担う視床下部神経系とモノアミン作動性神経系の機能的役割について解析を行った。
架構形式と内部空間の相互関係からみた日本建築の変容過程の研究

本研究は、日本の伝統的な木造建築(寺社建築・農家・町家)を、架構形式と内部空間の相互関係に基づいて分類整理を行い、その変遷と発展過程に対する新たな仮説を得ようとするものである。ここで期待される成果は、建築遺構の年代判定や文化財的価値の指標としても使用可能であり、歴史的建造物のリノベーションの際のガイドラインともなり得るものである。