hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血糖上昇の遅い湿熱処理高アミロース米災害用避難食の開発とその生理的機能性の解明

難消化性デンプン含量を指標として、高アミロース米品種「越のかおり」白米に、0.1、0.2、0.3MPaの水蒸気を用いて2、5、10分間の湿熱処理を行った。湿熱処理は、加水しない水分15%の白米に直接水蒸気で加熱処理で、低水分であるためデンプンが糊化することなく、水素結合の形成により結晶性が向上する処理である。その結果、0.3MPa、10分間処理が適当であることが確認され、以後の実験はこの処理条件で実施した。ラボスケールの湿熱処理装置で試作した高アミロース米米粉のin vitroの消化速度、ラットに投与して血糖値上昇、消化管通過時間、肝臓中の脂質・糖代謝関連酵素活性(アセチル-CoAカルボキシラーゼ,クエン酸シンターゼ,脂肪酸シンターゼ,イソクエン酸デヒドロゲナーゼ,ピルビン酸キナーゼ,グルコース6-リン酸デヒドロゲナーゼ,カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ2,グルコキナーゼ)を測定した。湿熱処理によりデンプン消化速度の低下、血糖値上昇抑制、消化管通過時間の短縮効果があることを確認した。肝臓中の酵素活性から、グリコゲン生合成は亢進したが、脂肪合成は変化しなかった。以上の結果から、高アミロース米の湿熱処理によりデンプンの消化性が低下し食後血糖値の急な上昇がおこらないため、インスリンの分泌量が減少しインスリンシグナルによる肝細胞へのグルコース量が減少したため、グリコゲン合成は亢進したが、脂肪酸合成までは至らなかったと考えられる。湿熱処理装置のボイラー故障により試料調製が遅れたため。湿熱処理装置のボイラー故障により試料調製が遅れていたが、調製できたため動物実験を実施する。アミロース含量の異なる湿熱処理玄米を添加した高脂肪試料の投与が、ラットの成長や脂質代謝等に及ぼす影響を検討した。湿熱処理(Heat-Moisture-Treatment)とは、デンプンの糊化に不十分な低水分条件の下、相対湿度100%、100125°Cで加熱する処理のことをいい、デンプンの結晶構造が変化し糊化温度が上昇するため、糊化しにくく老化しやすくなるという特徴がある。湿熱処理を施すことによって、消化管通過時間の短縮や、食物繊維および難消化性デンプン含量の増加等が報告されている。中アミロース米品種「こしいぶき」(KI)の白米、玄米、湿熱処理玄米(0.2MPa、10分間)、および高アミロース米品種「越のかおり」(KK)の玄米、湿熱処理玄米(0.4MPa、10分間)の計5種をそれぞれ炊飯・乾燥・粉砕した米粉を調製した。こしいぶきは比較的弱い条件で湿熱処理を施すことによって、機能性を高めつつ通常の玄米の食味に近いものとなっている。一方、越のかおりは湿熱処理条件を強めることで、機能性をより強化した玄米となっている。ラードを10%添加した高脂肪改変AIN-76混合試料のコーンスターチと上記の各米粉とを置換した試料を、5週齢Wistar系ラットに自由摂食で50日間投与した。(5群、n=6)飼育期間中の体重増加は各試験群共に恒常的な増加を示した。終体重はアミロース含量の違いによる差は認められなかったが、KI、KK共に、湿熱処理によって終体重が未処理玄米より低下し、特にKKで顕著であった。また、内臓脂肪である後腹壁脂肪量と、解剖時の血清コレステロールは、湿熱処理によって未処理玄米よりも減少することがKI、KK共に確認され、特にKKで顕著であった。以上の結果より、玄米の湿熱処理はラットの脂質代謝に影響を与え、特に高アミロース米で顕著であることが分かった。研究代表者菅原が、2017年10月から12月までくも膜下出血に罹患、入院したため。予定外の療養のため、多少の遅れが生じたが、十分挽回可能な遅延である。

湿熱処理装置のボイラー故障により試料調製が遅れていたが、調製できたため動物実験を実施する。入院により3ヶ月間、研究が実施できなかったため。今後、今年度の動物実験の予定実施回数より、多く実施するため必要である。ボイラー故障のため2回目の動物実験用試料調製が遅れ、動物実験を実施できなかった(現在、実施中)
光触媒による金属イオンの価数制御を導入した革新的な溶媒抽出法の創出

溶媒抽出法は、高容量、大量・迅速処理、および高選択性といった特性を持つことから、産業破棄物等から希少金属を回収するための有望な手法である。しかし、物理的・化学的性質の似通った金属イオンの相互分離などにおいては従来の方法では限界がある。そこで本研究では、金属イオンの価数を光触媒反応によって制御し、元素ごとの酸化・還元のされ易さや安定に存在できる価数の差異による抽出分離効率の向上を目指した。光触媒による金属イオンの価数制御は、光触媒に関する他の分野(水の分解、有機化合物の分解など)と比較して報告例が少なく、未だ発展途上である。よって、光触媒反応と溶媒抽出の複合に先立ち、光触媒と金属イオンの反応について検討した。光源として4 W低圧水銀灯を用い、酸化チタン(TiO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化亜鉛(ZnO)を光触媒として用いた。反応対象とする金属イオンはReとした。まず、MeOHを電子供与犠牲剤として加え、光触媒反応によるRe(VII)の還元を検討した結果、TiO2のみRe(VII)の還元反応が進行した。しかし、TiO2によって還元されたRe(VII)はTiO2表面に析出し、その後の溶媒抽出への適応は困難であった。この傾向は他の貴金属(Rh, Pd. Pt)でも確認され、光触媒表面に析出させずに金属イオンを還元するためには、新しい光触媒の開発や反応系の検討が必要であると考えられる。次に、電子受容犠牲剤としてペルオキソ二硫酸カリウムを用い、TiO2を用いたRe(IV)の酸化について検討した。Re(IV)からRe(VII)への変化は274 nmの吸光度の減少と227 nmの吸光度の上昇によって評価した。結果、TiO2を用いることで、Re(IV)を酸化できることが確認された。反応前後のReはどちらも溶液中に存在することから、溶媒抽出法との複合が期待できる。耐熱用スーパーアロイの合金添加元素やガソリン製造用の改質触媒などにも用いられるReを対象とし、電子供与犠牲剤又は電子受容犠牲剤の存在下で光触媒反応を行った。光触媒としてはTiO2, WO3, ZnOを用いた。TiO2はReに対して酸化還元反応を示し、特にRe(IV)からRe(VII)への酸化において溶媒抽出法と複合が期待できることを明らかにした。一方で、Re(VII)を還元するとReがTiO2表面に析出し、回収は可能であるが溶媒抽出との複合は難しいことが示唆された。光触媒還元と溶媒抽出法の複合には、新しい光触媒の開発や反応系の検討が必要であると考えられる。WO3を光触媒として用いてRe(VII)の還元を行った場合、還元反応は進行しなかった。これはWO3の持つ還元電位がRe(VII)の還元に適さないことが原因であると考えられる。また、ZnOを用いたReの還元反応では、ZnOが溶解し、Reに対する光触媒反応は進行しなかった。これは反応に用いたRe(VII)溶液のpHが4付近であった為であると考えられる。金属イオンを対象とする際には酸性領域で反応させることが多いことから、酸性領域で溶解するZnOは不適であると予想される。以上より、最も一般的に用いられているTiO2を用いる事で、金属イオンの酸化反応による価数制御が可能であることを見出し、研究計画時に提案した研究項目についておおよそ計画通りに研究が遂行できている。次年度は平成30年度に得られた知見を基に、溶媒抽出法との複合と、液-固-液の反応を連続的に進行可能な装置開発へと進展させる。価数の異なる金属イオンに対する抽出挙動を比較するため、PC-88A、D2EHPA、MIBKなどの市販の抽出剤を用いたRe(VI)とRe(VII)に対する抽出挙動を評価し、光触媒反応と溶媒抽出法の複合を検討する。また、液-固-液の反応を連続的に進行可能な装置開発として、液液界面に保持される光触媒の調製と、ワンパスで液-固-液反応を可能とする装置の開発を行う。

次に、電子受容犠牲剤としてペルオキソ二硫酸カリウムを用い、TiO2を用いたRe(IV)の酸化について検討した。Re(IV)からRe(VII)への変化は274 nmの吸光度の減少と227 nmの吸光度の上昇によって評価した。結果、TiO2を用いることで、Re(IV)を酸化できることが確認された。反応前後のReはどちらも溶液中に存在することから、溶媒抽出法との複合が期待できる。耐熱用スーパーアロイの合金添加元素やガソリン製造用の改質触媒などにも用いられるReを対象とし、電子供与犠牲剤又は電子受容犠牲剤の存在下で光触媒反応を行った。光触媒としてはTiO2, WO3, ZnOを用いた。TiO2はReに対して酸化還元反応を示し、特にRe(IV)からRe(VII)への酸化において溶媒抽出法と複合が期待できることを明らかにした。一方で、Re(VII)を還元するとReがTiO2表面に析出し、回収は可能であるが溶媒抽出との複合は難しいことが示唆された。光触媒還元と溶媒抽出法の複合には、新しい光触媒の開発や反応系の検討が必要であると考えられる。WO3を光触媒として用いてRe(VII)の還元を行った場合、還元反応は進行しなかった。これはWO3の持つ還元電位がRe(VII)の還元に適さないことが原因であると考えられる。また、ZnOを用いたReの還元反応では、ZnOが溶解し、Reに対する光触媒反応は進行しなかった。これは反応に用いたRe(VII)溶液のpHが4付近であった為であると考えられる。金属イオンを対象とする際には酸性領域で反応させることが多いことから、酸性領域で溶解するZnOは不適であると予想される。以上より、最も一般的に用いられているTiO2を用いる事で、金属イオンの酸化反応による価数制御が可能であることを見出し、研究計画時に提案した研究項目についておおよそ計画通りに研究が遂行できている。次年度は平成30年度に得られた知見を基に、溶媒抽出法との複合と、液-固-液の反応を連続的に進行可能な装置開発へと進展させる。価数の異なる金属イオンに対する抽出挙動を比較するため、PC-88A、D2EHPA、MIBKなどの市販の抽出剤を用いたRe(VI)とRe(VII)に対する抽出挙動を評価し、光触媒反応と溶媒抽出法の複合を検討する。また、液-固-液の反応を連続的に進行可能な装置開発として、液液界面に保持される光触媒の調製と、ワンパスで液-固-液反応を可能とする装置の開発を行う。新しい光触媒の合成に使用するために購入予定であった電気炉について、他の研究員が有する焼成炉の使用許可がおりたため、電気炉の購入を取りやめた。初年度の研究を進めていく中で、使用する光触媒が有する電気化学的特性を調べることで、金属イオンに対する反応性を予測できる可能性があることに気付き、電気炉購入に充てる予定であった予算を利用して、ポテンショスタット等の電気化学測定器を購入する計画である。
遺伝的ネットワークプログラミングによるエレベータ群管理システム関する研究

近年の技術発達により1つのエレベータ・シャフトに複数のかごが走行するマルチカーエレベータ(Multi-Car Elevators : MCE)の可能性が高まっており、1シャフトに2つのかご走行するMCEは既に実現されている。このコントローラ設計は確率的最適制御問題であり、環境が動的で確率的であるのが特徴である。本研究では、部分観測マルコフ環境下でも適用可能な新しい進化論的計算手法であるGenetic Network Programming(GNP)によるEGSCSのコントローラを構築する。従来手法による、平均待ち時間,60秒以上の長待ち確率を改善できることを示している、更に、ワンケージサービス,分散サービス,不均衡サービス等の課題を進化型遺伝的ネットワークプログラミングにより解決できることを示している。さらには、GNPはエレベータシステムに応用する際、複雑な問題に対して計算コストが高く、収束率が低くなっている。収束スピードを向上するための有効的な手段として改善型GNPを提案してきた。新型GNPを改善するために、ノード遷移の頻度を計算する関数の設計を行う。シミュレーションでは、従来型GNPによる群管理性能との比較を行い,提案したGNPは従来手法に比較し,収束スピードを改善できることを示している。ここ数年,エレベータシステムに対するニーズの多様化やビルの高層化により,次世代エレベータシステムと呼ばれるダブルデッキエレベータシステム(Double-Deck Elevator Systems,DDES)の開発が進められている。一方、近年の技術発達により1つのエレベータ・シャフトに複数のかごが走行するマルチカーエレベータ(Multi-Car Elevators:MCE)の可能性が高まっており、1シャフトに2つのかご走行するMCEは既に実現されている。収束スピードを向上するための有効的な手段としてGNP with Ant ColonyOptimization(GNP with ACO)を提案してきた。GNP with ACOを改善するために、ノード遷移の頻度を計算する関数の設計を行う。シミュレーションでは、従来型GNPによる群管理性能との比較を行い,提案したGNP with ACOが従来手法に比較し,収束スピードを改善できることを示している。エレベータ群管理システム(Elevator Group Supervisory Control Systems : EGSCS)はビル、特に高層ビルの乗客を効率的に輸送するために、群管理コントローラによって、複数台のエレベータの運行制御を行うシステムである。ここ数年,エレベータシステムに対するニーズの多様化やビルの高層化により,次世代エレベータシステムと呼ばれるダブルデッキエレベータシステム(Double-Deck Elevator Systems, DDES)の開発が進められている。収束スピードを向上するための有効的な手段としてGNP with Ant ColonyOptimization(GNP with ACO)を提案じてきた。
視覚のノイズ抑制機能モデルに基づくビジョンチップの研究

視細胞から水平細胞、双極細胞、アマクリン細胞にいたる迄のアナログ信号過程を、信号品質(信号対ノイズ)の観点からシミュレーションした。そのモデルをシステム化(IC化)し、画像デバイス基準で信号の流れを追った。また、ランダムノイズだけでなく、固定パターンノイズにも注目、抑制機能を探ることも並行して進めた。取り扱いが平易な、抵抗ネットワークモデルに基づいた初期視覚を取り上げ、信号品質の観点からシミュレーションを進めた。また、抵抗ネットワークモデルの信号品質評価を行うため、このモデルを発展させてビジョンチップを設計、VDECを通じてCMOSプロセスによる試作を行った。シミュレーション、IC化と並行して、信号品質の評価を行うための測定系を整備した。信号のスペクトラム解析を行うことで信号評価を進めつつある。これまでの研究結果に基づいて、動物体の動きベクトルを検出するビジョンチップに発展させ、シミュレーションした。IC化し機能評価するため設計中である。科学研究費補助が確定したのが10月であった。従って、研究スタートが10月に入ってからとなったため、特記すべき実績は出ていない状況にある。視細胞から外網状層を介してなされる網膜信号処理のモデルに基づいてなされた過去の研究を、信号品質の観点から見直すことで研究をスタートさせた。視細胞から水平細胞、双極細胞、アマクリン細胞にいたる迄のアナログ信号過程の過去のモデルを、信号品質(信号対ノイズ)の観点からシミュレーションすることを進めつつある。そのモデルをシステム化(IC化)し、画像デバイス基準で信号の流れを追うも進めつつある。また、ランダムノイズだけでなく、固定パターンノイズにも注目、抑制機能を探ることも並行して進めている。第1段階として扱いが平易な、抵抗ネットワークモデルに基づいた初期視覚を取り上げ、信号品質の観点からシミュレーションを進めた。また、抵抗ネットワークモデルの信号品質評価を行うため、このモデルに基づいたピジョンチップを2月に設計、MOTOROLAのCMOSプロセスによる試作を、VDECに依頼をした。このビジョンチップの入手は6月末の予定である。さらに、新たに、視細胞から水平細胞,双極細胞,アマクリン細胞にいたる迄の、視覚の信号処理に基づく信号の流れのモデル化を行い、現在、シミュレーションを行いつつある。このモデルについても、信号品質の評価を行うため、IC化を考えており、設計を進めている。シミュレーション、IC化と並行して、信号品質の評価を行うための測定系の準備を進めた。画像デバイスで汎用的に行われている測定系を中心に、これに加えて、信号のスペクトラム解析を行うことで信号評価を行うこととした。また、抵抗ネットワークモデルの信号品質評価を行うため、このモデルに基づいたビジョンチップを2月に設計、MOTOROLAのCMOSプロセスによる試作を、VDECに依頼をした。
クロレラ由来低温誘導性抗酸化系酵素群の機能解析に基づく耐凍性植物の作出

クロレラ由来の葉緑体局在型NADPH依存性チオレドキシン還元酵素(CvNtrC)が遺伝子ならびにタンパク質レベルで低温誘導性であることを証明し、さらにin vitro pull-down assayにより、本酵素と共同して作用するペルオキシドレドキシン(CvPrx)を単離し、N-末端アミノ酸配列を決定した。本タンパク質をコードするCvPRX遺伝子については既に他の研究室でクローニングされ、大腸菌を用いた組換え成熟型タンパク質(mCvPrx)も作製されていたことから、これらについて分与を受け、研究を進めた。さらに、CvNTRC遺伝子についても大腸菌で組換え成熟型タンパク質(mCvNtrC)を作製した。これらのmCvNtrCとmCvPrxタンパク質が共存することで過酸化物合成活性を示すことを明らかにし、さらに、これらのタンパク質が複合体を形成することを示した。また、二つのタンパク質をコードする遺伝子を酵母に導入発現させると、mCvNTRC単独発現株ならびにmCvNTRC/mCvPrx共発現酵母において耐凍性、酸化ストレス耐性、耐熱性の向上が確認され、これらの遺伝子がストレス耐性向上に重要な役割を果たすことを示した。また、クロレラのNTRC遺伝子破壊のためにクロレラ形質転換法の確立を行った。さらに、floral dip法を用いてこれらの遺伝子を単独または同時にシロイヌナズナに導入した。本年度はNTRCおよびPrxのストレス防御機能について遺伝子およびタンパク質レベルでの解析を行った。具体的には下記の通りである。(1)クロレラにおけるハードニング中のNTR活性変化およびNTRCタンパク質量の変化大腸菌組換えCvNTRC蛋白質を抗原として作製した抗CvNTRC抗体を用いてWestern blottingを行った結果,CvNTRC蛋白質量は低温処理直後に一旦減少し,その後低温処理24時間まで増加に転じた。また,他のNTRアイソザイムを含むクロレラの総NTR活性は,低温処理中に蛋白質量と同様の変化を見せた。これらの結果から,CvNTRCは,耐凍性獲得時に機能するためにその転写量を増加させ、低温処理中の分解や変性により減少した蛋白質量ならびに活性を一定に保っていることが推察された。(2)NTRCと連携するPrxタンパク質の同定大腸菌組換えCvNTRCを固定化したカラムおよびクロレラ粗酵素液を用いて,in vitro pull-down assayにより相互作用蛋白質を検索した。その結果,約21.2kDaの蛋白質が単離され,そのN末端配列は,東京農業大学新村研究室で単離されたクロレラ2-CysPrx遺伝子(CvPrx)の推定アミノ酸配列の一部と完全に一致した。CvPrx発現大腸菌の分与を受け,大腸菌組換えCvNTRCとCvPrx蛋白質を用いてin vitroでの再構成系実験により過酸化物分解活性を測定した。その結果,両蛋白質存在下に特異的な活性が検出され,CvNTRCとCvPrxによる抗酸化システムが同定された。今後は,本抗酸化系遺伝子を酵母で同時発現させ,耐凍性獲得への関与ならびに機能を明らかにしていく。また,本抗酸化系を高等植物に導入し,他の耐凍性関連遺伝子と同時発現させることで,大幅な耐凍性増強を試みる。本年度は下記に示す(1)(4)について研究を実施した。両組換えタンパク質を0-500mM NaCl含有緩衝液内で反応させ、ゲルろ過クロマトグラフィーによる複合体検出ならびに分子量測定を行った。その結果、両タンパク質が形成する複合体ピークは塩濃度により異なる保持時間で検出された。また、100mM NaCl存在下で過酸化物分解活性が最大となり、本抗酸化系が環境条件により複合体形成様式を変化させ,その活性を調節する機能を持つことが示唆された。CvNTRC、CvPrx遺伝子を単独または共発現酵母を作製し、耐凍性、耐熱性、酸化ストレス耐性試験を行った。その結果、CvNTRCのみを発現、CvNTRCとCvPrxを同時発現する酵母において、全ストレスに対する耐性増加が認められた。さらに、酸化ストレス誘導剤であるメナジオン存在下で、両遺伝子の発現による超酸化物アニオンの蓄積抑制が観察された。

本成果は、植物NTRCが関与する系の耐凍性への効果とin vivoにおける機能を初めて明らかにしたものである。(3)植物用2遺伝子同時発現ベクターの改変pRI101-ANベクターを用い,CaMV 35SプロモーターからNOSターミネーターまでの領域をPCR増幅後制限酵素処理し、T-DNA領域に導入することで,2遺伝子を導入し,個別に発現できるベクターに改変した。CvNTRCおよびCvPrxの単独または両方を前項(3)で作製したベクターに組込み、植物発現コンストラクトを作製した。これらのコンストラクトをアグロバクテリウムに導入し,コロニーダイレクトPCRにより導入を確認した。シロイヌナズナの形質転換を行い,本抗酸化系の植物耐凍性獲得への関与ならびに機能を調べていく。本年度は、(1)クロレラにおけるNTRC(CvNTRC)遺伝子の破壊、(2)CvNTRCおよびCvPRX遺伝子の高等植物への導入を行った。(1)については、NTRC遺伝子の構造遺伝子上流域と下流域によってネオマイシンフォスフォトランスフェラーゼ(NPTII)遺伝子を挟んだPCR産物を増幅作製し、クロレラの形質転換を試みた。本研究で用いたChlorella vulgaris C-27株の形質転換法は確立されていなかったため、他のクロレラ株の方法を基に改良を加え、抗生物質G418耐性を示すクロレラを得ることができた。それについてG418含有培地上での継体培養を繰り返し、生存し続けたクローンを対象としてPCRおよびゲノミックサザンプロッティングを行い、NPTII遺伝子の導入について確認した。CvNTRC遺伝子そのものが破壊された形質転換株は得られなかったが、クロレラC-27株の形質転換は初めて成功が確認された。本成果は、藻類を利用したバイオ産業等の研究への今後の応用を期待させるものとなった。さらに(2)については、シロイヌナズナに導入するために、高等植物遺伝子導入ベクターpRI101を改変した、CvNTRCとCvPPX二つの遺伝子を単独あるいは同時に組み込んだコンストラクト5種類を作製した。さらにアグロバクテリウムに導入し、floral dip法により野生株と△ntrc株の二種類のシロイヌナズナの形質転換を行った。10種類の遺伝子組換えシロイヌナズナの作製を試みて、カナマイシン耐性を示すシロイヌナズナが多数得られ、これらのシロイヌナズナへの遺伝子導入について確認を行った。これにより、CvNTRCおよびCvPRX遺伝子導入による高等植物のストレス耐性付与への展開を期待される結果が得られた。
新しい分子設計概念に基づく刺激応答性シクロデキストリンホスト分子の開発

化学的刺激によるゲスト包接能の高度制御が可能なホスト分子の開発を目的として、シクロデキストリン(CD)の環骨格にジスルフィドユニットを挿入したホスト分子を設計し、その合成を行った。このジスルフィド挿入CDでは酸化還元によるジスルフィド-ジチオール間の相互変換によりCD環の開閉が可能となり、ゲスト包接能を完全にon-off制御できるホスト分子の構築に繋がると期待できる。まず、過塩素酸水溶液中で完全メチル化β-CDのグルコシド結合の一点開裂により直鎖オリゴ糖誘導体を合成し、続いてそれらの2つの遊離水酸基をメタンスルホン酸エステル化後、アジド化ナトリウムと反応させてアジド基を両末端にもつオリゴ糖誘導体を得た。アジド基をアミノ基へ還元後、3,3'-ジチオジプロピオノイルジクロリドとの反応により分子内環化させ、目的とするジスルフィド挿入CDを合成した。このジスルフィド挿入CDの精製はシリカゲルカラムクロマトグラフィーおよびODSカラムクロマトグラフィーにより行った。また、合成した化合物の構造の確認は、^1H NMR、^<13>C NMR、MALDI-TOF Mass、IRスペクトルにより行った。次にブリリアントグリーン(BG)及びメチルオレンジ(MO)をゲスト分子に用いて、UV滴定法により包接能の検討を行った。比較として用いた完全メチル化γ-CDはMOとBGに対してほぼ同程度の包接能を示した。一方、ジスルフィド挿入CDではBGに対しては高い包接能を示したのに対し、MOに対しては全く包接能を示さず、BG選択性が認められた。ジスルフィド挿入CDの空孔サイズがMOのサイズよりもはるかに大きく、安定な包接錯体が形成されなかったためと考えられる。また、このホスト分子を還元剤であるジチオスレイトール水溶液で処理するとジスルフィド結合の開裂が起こり、BGに対する包接能が大幅に低下した。外部刺激によるゲスト包接能の高度制御が可能なシクロデキストリンホスト分子の開発を目的として、シクロデキストリン(CD)の環骨格にピリジン環あるいはジスルフィドユニットを挿入したホスト分子を設計し、それらの合成を行った。ピリジン挿入CDでは、ピリジン環窒素原子のプロトン化と脱プロトン化を利用してpHによるゲスト包接の制御が可能であり、また、ジスルフィド挿入CDの場合は、酸化還元によるジスルフィド-ジチオール間の相互変換によりCD環の開閉が可能となり、ゲスト包接能の完全なon-off制御に繋がると期待できる。まず、ピリジン挿入CDの合成は、完全メチル化α-CDあるいはβ-CDのグルコシド結合の一点開裂による直鎖オリゴ糖誘導体の合成、続いてそれらの2つの遊離水酸基と2,6-ピリジンジカルボニルジクロライドあるいは2,6-ピリジンジメチレンジクロライドとの間でのジエステルあるいはジエーテル形成に基づく環化反応により行った。得られた生成物は、スペーサーと結合する末端糖の1位炭素上の立体配置が異なる2種の異性体(α-体とβ-体)の混合物から成り、シリカゲルカラムクロマトグラフィー続いて逆相カラムクロマトグラフィーを行うことによりこれらを分離することができた。次に、ジスルフィド挿入CDは、完全メチル化α-CDあるいはβ-CDのグルコシド結合の一点開裂により得られる直鎖オリゴ糖誘導体から4段階の反応を経て合成した。直鎖オリゴ糖誘導体の2つの遊離水酸基をメタンスルホン酸エステル化後、アジドアニオンとの反応によりアジド基を両末端にもつオリゴ糖誘導体を得た。アジド基をアミノ基へ還元後、ジチオニコチノイルクロリドとの反応により分子内環化させて、目的とするジスルフィド挿入CDを合成した。合成したホスト分子の構造は、^1H NMR,^<13>C NMR,MALDI-TOF Mass, IRスペクトルにより確認した。

ジスルフィド挿入CDの空孔サイズがMOのサイズよりもはるかに大きく、安定な包接錯体が形成されなかったためと考えられる。また、このホスト分子を還元剤であるジチオスレイトール水溶液で処理するとジスルフィド結合の開裂が起こり、BGに対する包接能が大幅に低下した。
マダニの低酸素応答機構の解明と抗マダニ薬の創出

これまでに取り組んできた『マダニの吸血と病原体伝播の分子基盤の解明』から、抗マダニ薬を開発する創薬プラットフォームの構築において、創薬分子の標的となる『吸血・病原体伝播調節物質』が低酸素応答によって一括制御されていることを受けていることが判明している。開始3年目の本年度は、これまでに明らかにされたマダニにおける低酸素応答経路と吸血行動を支える代謝系経路の相互作用の知見をもとに、バベシア原虫感染マダニにおける原虫と低酸素応答経路の相互関係の解析を実施した。はじめに、マダニ個体内におけるバベシア原虫の分化・増殖はマダニ代謝に依存することが分かってきていることを受け、低酸素応答機構と原虫生存に与える影響を調べ、細胞内外、臓器間に構築されたネットワークと、病原体媒介の相互関係の動的変化を病原体伝播システムとして捉えた統括的理解を図った。これによって、1原虫感染によるHR調節物質の阻害・制御の動態及びHR調節物質が原虫の発育・伝播に果たす機能を細胞、組織、臓器別に明らかとなった。2各種阻害剤を用いたキナーゼアッセイを行った結果、マダニ個体における原虫伝播時の役割を明らかにすることができた。3原虫感染が解糖系HIF-1、PI-3K/AKT/TOR経路に及ぼす影響を調べた結果、原虫感染による低酸素応答経路に変動があることが分かった。4さらに、分子間クロストークを介した細胞自律的な原虫制御機構としての低酸素応答経路の機能と役割解明から、マダニ媒介性病原体の発育・伝播を支配する分子基盤が存在することが明らかとなった。低酸素応答経路参画分子の選抜が順調に進み、同時にノックダウンマダニを用いた個体レベルにおける低酸素応答の検証とバベシア原虫感染マダニにおける原虫と低酸素応答経路の相互関係の解明が予定通り推進されていることから、阻害剤候補化合物のスクリーニングに必要なHR調節物質の立体構造とリード化合物を決定できるところまで進んでいる。平成27年度同様に、可視化技術をさらに導入し、ネットワーク化された低酸素応答経路の機能解明を進めるためには臓器と個体レベルでの分子間相互作用を論理的に解析する必要がある。ヒト・動物は空気中の酸素を取り込み、効率的なエネルギー(ATP)代謝を行う。吸血性節足動物のマダニも例外なく、有酸素下で自由生活や寄生生活期の物質代謝を営むと想定されるが、申請者らによって、マダニ生活環の維持に必須な宿主体表上での吸血行動は、個体内を自ら低酸素環境にして行われていることが見出された。この発見により、これまでに取り組んできた『マダニの吸血と病原体伝播の分子基盤の解明』から、抗マダニ薬を開発する創薬プラットフォームの構築において、創薬分子の標的となる『吸血・病原体伝播調節物質』が低酸素応答によって一括制御されていることを強く示唆するものであるとの結論に至った。初年度では、以下の解析を実施した。1.マダニにおける低酸素応答経路の解明:1細胞・臓器のトランスクリプトーム解析:次世代シーケンサーを用いて、低酸素環境下で培養したマダニ胚細胞の遺伝子発現パターンを網羅的に解析した。2低酸素応答分子の局在:マダニ胚細胞及び臓器を用いて、複数の分子を同時可視化する多重染色を行い、細胞質内局在を明らかにした。3HIF-1を中心とした低酸素応答経路の機能解明:マダニの胚細胞系を用いて、HIF-1αの細胞質内での量的、質的な挙動を明らかにした。4低酸素応答とTORの相互関係:吸血行動におけるTORの挙動を明らかにした。2.低酸素応答経路と吸血行動を支える代謝系経路の相互作用の解明:1臓器間のクロストーク・ネットワーク解析:継時的に採取した中腸などの諸臓器を、マダニアレイと次世代シーケンサーを用いて、情報伝達系の違いを明らかにした。2HIF-1-TOR経路と吸血実行経路の相互作用の解析:TOR下流にある消化などの吸血、オートファジー、卵黄合成などの実行経路への情報伝達に必要なON, OFFのHR調節物質の存在を明らかにした。これまでに取り組んできた『マダニの吸血と病原体伝播の分子基盤の解明』から、抗マダニ薬を開発する創薬プラットフォームの構築において、創薬分子の標的となる『吸血・病原体伝播調節物質』が低酸素応答によって一括制御されていることが判明している。開始2年目の本年度では、これまでに明らかにされたマダニにおける低酸素応答経路と吸血行動を支える代謝系経路の相互作用の知見をもとに、各種標的遺伝子ノックダウンマダニを用いた個体レベルにおける低酸素応答の検証を行った。1細胞・臓器のトランスクリプトーム解析、2HIF-1を中心とした低酸素応答経路の機能解明、3低酸素応答分子の局在、4低酸素応答とTORの相互関係、5臓器間のクロストーク・ネットワーク解析、6HIF-1-TOR経路と吸血実行経路の相互作用の解析の成果を基に低酸素応答調節物質及び経路のマルチノックダウンマダニにおける低酸素応答ネットワークを検証し、個体レベルにおける情報伝達経路を明らかにした。次いで、バベシア原虫感染マダニにおける原虫と低酸素応答経路の相互関係の解明を行った。マダニ個体内におけるバベシア原虫の分化・増殖はマダニ代謝に依存することが判明していることから、低酸素応答機構と原虫生存に与える影響を調べ、細胞内外、臓器間に構築されたネットワークと、病原体媒介の相互関係の動的変化を病原体伝播システムとして捉えた統括的理解を進めた。

吸血プロセスを支配する分子基盤としての低酸素応答の必要性を検討したところ、1原虫感染によるHR調節物質の阻害・制御の動態及びHR調節物質が原虫の発育・伝播に果たす機能を細胞、組織、臓器別に解析した。2各種阻害剤を用いたキナーゼアッセイからマダニ個体における原虫伝播時の参画していることが明らかとなった。これまでに取り組んできた『マダニの吸血と病原体伝播の分子基盤の解明』から、抗マダニ薬を開発する創薬プラットフォームの構築において、創薬分子の標的となる『吸血・病原体伝播調節物質』が低酸素応答によって一括制御されていることを受けていることが判明している。開始3年目の本年度は、これまでに明らかにされたマダニにおける低酸素応答経路と吸血行動を支える代謝系経路の相互作用の知見をもとに、バベシア原虫感染マダニにおける原虫と低酸素応答経路の相互関係の解析を実施した。はじめに、マダニ個体内におけるバベシア原虫の分化・増殖はマダニ代謝に依存することが分かってきていることを受け、低酸素応答機構と原虫生存に与える影響を調べ、細胞内外、臓器間に構築されたネットワークと、病原体媒介の相互関係の動的変化を病原体伝播システムとして捉えた統括的理解を図った。これによって、1原虫感染によるHR調節物質の阻害・制御の動態及びHR調節物質が原虫の発育・伝播に果たす機能を細胞、組織、臓器別に明らかとなった。2各種阻害剤を用いたキナーゼアッセイを行った結果、マダニ個体における原虫伝播時の役割を明らかにすることができた。3原虫感染が解糖系HIF-1、PI-3K/AKT/TOR経路に及ぼす影響を調べた結果、原虫感染による低酸素応答経路に変動があることが分かった。4さらに、分子間クロストークを介した細胞自律的な原虫制御機構としての低酸素応答経路の機能と役割解明から、マダニ媒介性病原体の発育・伝播を支配する分子基盤が存在することが明らかとなった。低酸素応答経路参画分子の選抜が順調に進み、同時にノックダウンマダニを用いた個体レベルにおける低酸素応答の検証とバベシア原虫感染マダニにおける原虫と低酸素応答経路の相互関係の解明が予定通り推進されていることから、阻害剤候補化合物のスクリーニングに必要なHR調節物質の立体構造とリード化合物を決定できるところまで進んでいる。低酸素応答経路参画分子の選抜が順調に進み、各種標的遺伝子ノックダウンマダニを用いた個体レベルにおける低酸素応答の検証とバベシア原虫感染マダニにおける原虫と低酸素応答経路の相互関係の解明がほぼ予定通り推進された。平成27年度同様に、可視化技術をさらに導入し、ネットワーク化された低酸素応答経路の機能解明を進めるためには臓器と個体レベルでの分子間相互作用を論理的に解析する必要がある。ネットワーク化された低酸素応答経路の機能解明を進めるためには臓器と個体レベルでの分子間相互作用を論理的に解析する必要がある。低酸素応答経路を構成する低酸素応答調節物質の同定、発現時期、局在などの動態と吸血行動における生物学的役割が徐々に明らかにすることができた。低酸素応答調節物質と我々が解明してきた吸血・病原体伝播調節物質からなる吸血と病原体媒介の『協調的調節機構』を、細胞、臓器及び個体レベルで明らかにする必要があり、そのためには両調節物質の論理的記述を急ぐ必要がある。
１．５５μｍ帯偏光双安定デバイスの超高速スイッチング特性の測定・評価

情報通信において、通信量と消費電力の増大が大きな問題となっており、全光型通信の実現が求められている。面発光半導体レーザ(VCSEL)の偏光スイッチのスイッチングの過渡応答を測定し、偏光双安定スイッチの機構を解明し、さらなる高速化を目指したVCSELの構造を設計することを目的とした。そこで、VCSELの高速化、低消費電力化、高機能化のための構造の研究を行い、測定システムの検討、さらにVCSELを用いた応用システムの研究も行った。その実現には、光通信波長帯の1.55 μm帯で動作し、高速な光信号が電気変換なく記録できる光バッファメモリの実現が大きな課題となっている。本研究の目的は、全光型メモリに適用可能で、世界最高速のスイッチング速度で動作可能な面発光半導体レーザ(VCSEL)の1)偏光スイッチのスイッチングの過渡応答を測定し、2)偏光双安定スイッチの機構を解明し、3)さらなる高速化を目指したVCSELの構造を設計することである。ストリークカメラを用いて測定していた偏光スイッチングの測定を高速化するために、時間分解能230 fsの光非線形相互相関計を構築した。相互相関計にVCSEL出力と超短パルス(参照パルス)を入射して相互相関測定を行い、VCSELの偏光スイッチングの切り替わり速度を測定する。構築した測定系で参照パルスと相互相関が測定可能なVCSEL出力は11.7mWであった。VCSEL出力は1 mW程度であるため、光ファイバーアンプ(EDFA)でVCSEL出力を増幅させる必要があることが分かった。また、偏光双安定VCSELのさらなる高速化を目指した構造として、n側DBRのペア数を減らして共振器のQ値を下げることが有効であるため、低Q値VCSELを作製した。従来のVCSELは27ペアのn側DBRで構成されている。Q値の低下を補償するため活性層の量子井戸数を増やし、DBRペア数を22ペアに減らしたVCSELを作製し、偏光スイッチング離調特性を比較評価した。パルス幅100 psの入力光の波長を変化し、安定な偏光スイッチングが生じる最小スイッチングパワーの周波数特性を求めた。低Q値化により離調が大きくなっても小さな光パワーでスイッチングできたことから、これまで以上の高速光メモリ動作の実現が期待できる。光通信波長帯で動作し、高速な光信号が電気変換なく記録できる光バッファメモリの実現が課題となっている。本研究の目的は、面発光半導体レーザ(VCSEL)の偏光スイッチのスイッチングの過渡応答を測定し、偏光双安定スイッチの機構を解明し、さらなる高速化を目指したVCSELの構造を設計することである。H23年度は偏光スイッチングの一形態として、偏光双安定VCSELの発振光の偏光を90度回転して戻す簡便な光学系で、自己偏光スイッチング動作を実現して評価した。また、偏光双安定VCSELの低消費電力動作に関する検討も行い、全光型双安定素子としては最小の駆動電流0.85 mAで動作した。H24年度は偏光スイッチングの測定を高速化するために相互相関計を構築し、測定可能感度を見積もった。また、偏光双安定VCSELの高速化のためDBRのペア数を減らしたVCSELを作製した。最終年度は、初年度に実施した自己偏光スイッチング動作を実現する光学系を改良し、より高速な光パルス発生を行った。以前の光学系ではコリメートレンズが短共振器化を阻害していたため、凹面鏡を用いて光の集光と反射を同時に行い、短共振器化を行った。曲率半径5.08 mmの凹面鏡を用い、繰り返し周波数12.7 GHzの光パルスを実現した。さらに偏光双安定スイッチングの応用として、ANDゲート動作による光パケットヘッダの全光型識別を行い光パケットのスイッチングに適用した。さらに、全光型フリップ・フロップ動作、ANDゲート動作の安定性についてビット誤り率を測定して定量化を行った。また、高屈折率差サブ波長回折格子(HCG)をレーザ反射鏡として採用した偏光双安定VCSELを検討し、偏光無依存のHCGの評価と光励起によるHCG-VCSELを実現した。

本年度はまず初めに偏光スイッチングの一形態として、偏光双安定VCSELの発振光の偏光を90度回転して戻す簡便な光学系で、自己偏光スイッチング動作を実現して、評価した。この光学系では、外部ミラーとVCSEL間隔に反比例して偏光スイッチングの繰り返し周期が高速になった。そして、外部ミラーとVCSEL間隔を短くすると、光学系の機械的安定性が偏光スイッチング動作の安定性に大きく影響することが分かった。厚さ8 μmのポリイミド薄膜1/4波長板とハーフミラーをVCSELのマウントと一体化して安定にし、外部共振器長13.1 mmの光学系で繰り返し周波数5.1 GHzの光パルスを実現した。また、偏光双安定VCSELの低消費電力動作に関する検討も行った。作製が比較的容易な0.98 μm帯VCSELに酸化狭窄構造を導入し、このVCSELに外部から光を注入することにより、発振偏光のスイッチを行う全光型フリップ・フロップ動作を実証した。0.85 mAのバイアス電流で駆動し、5 Gb/s NRZ信号に相当する200 ps幅の光パルスを入力したところ発振偏光がスイッチし、再び直交偏光の光パルスを入力するまでその状態を保持した。このバイアス電流値は全光型双安定素子としては最小の駆動電流である。本年度は光パラメトリック発振器(OPO)から出力される200 fsの光パルスを用いて、VCSELの偏光スイッチング速度を測定する光相互相関測定系の構築を行った。さらに、スイッチング速度の高速化を目指した構造の低Q値VCSELを作製し、スイッチング特性の評価を行った。相互相関系の感度が、高効率のSHG結晶を用いた場合でも位相整合条件の問題から感度が上がらず、光ファイバーアンプ(EDFA)でVCSEL出力を増幅させる必要があることが分かり、基礎的な測定系の構築に時間を費やしたため、当初計画より多少遅れている。しかし、低Q値VCSELの発振に成功し、偏光双安定特性が得られ、その光入力によるスイッチング特性から高速動作が期待できる結果が得られたことは、当初の計画以上に進展した結果である。研究の初年度であるH23年度は、高速オシロスコープを用いた自己偏光スイッチングの測定や、VCSELの発振光と注入光の波長差をRFスペクトラムアナライザによりビート信号で測定する手法、機械的安定性の高い光学系の構築などの基礎的な研究に時間を費やしたため、当初計画より多少遅れている。しかし、VCSELとコリメートレンズなどの外部光学系を一体化して安定にする技術を導入することで、周期194 psの光パルスのタイミングジッタが13.5 psから3.9 psへ大きく改善した。また、偏光双安定VCSELの直交する発振偏光の波長はわずか(0.030.1 nm程度)に異なるが、光の一部を戻すことにより5 GHz程度の偏光スイッチングという知見が研究初期の段階で得られた。こうした基礎技術は、高速な偏光スイッチング特性の測定と解析を目指す本研究においては重要であり、これらの知見を得たことで本年度は計画通りに研究が遂行可能である。次年度は相互相関系に現有のEDFAを導入して高感度化を図り、偏光スイッチング速度の測定を行う。サンプリング光と直交した偏光方向の光とのみSFG発生するType-IIの位相整合を起こす非線形光学結晶を導入し、VCSELの短光パルスに対する応答特性を評価する。Type-
人文社会科学のための空間データの効率的収集・構築手法の開発

人文社会科学分野で利用される多くの空間データは様々なタイプの現地調査により収集・整理され、必ずしもデイジタルではないかもしれないが、「データベース」として構築・利用される。GISなどによる空間データ利用のもっとも大きなボトルネックの一つは、実はこのデータの収集とデイジタル・データベースの構築にある。この過程を効率化することにより、まず個々の研究者の研究作業を飛躍的に効率化できる。その結果、たとえば従来はごく限られた地域を対象とせざるを得なかった調査を、より広域、より長期間なものとすることができる。同時に豊富なデータがディジタル化されることで、データの流通や共有化が促進される。それによって、潜在的な価値を発揮しないまま、計測図やフィールドノートやアルバムなどの形で眠っていたデータが異なる角度から分析され、その潜在的な価値を発揮することができる。研究はさまざまな空間情報計測技術を、人文社会科学の諸分野に適用し、上記のような観点からの「空間情報化」を推進することにある。最終年度である今年度は、レバノン・ティール遺跡を対象に行ってきた遺跡の3次元モデル化手法を、センサの改良や組み合わせ手法、データ処理手法などの面で完成させ、適用マニュアルとして整理した。さらに、レーザレーダによる人間行動トラッキング手法を認知心理学、行動科学などの研究課題に対して適用し、有効であることを確認した。また、これらの成果を英文の書籍として、領域全体で共同出版した。1)現場におけるデータ視覚化手法と効率的なデータベース構築手法の開発GPSとジャイロを組み合わせ、個人が現場調査に携帯できるモバイルマッピングシステム、あるいは自動車による機動的なシステム(車載のレーザ測距儀とビデオカメラシステム)を目標に開発を開始している。今年度はプロトタイプシステムの構築を終了しており、位置決めや方位決めがマッピング精度与える影響、自然なデータ検索に与える影響をテストした。これにより、ビデオ画像やレーザ測距装置(携帯できる簡単なもの)から位置・形状情報、画像情報などを地図に貼り込むことが可能になった。現地調査の効率化ツール(車載のレーザ測距儀とビデオカメラシステム)、写真1を参照)を試作し、現地テストを行った。今後、衛星リモートセンシングデータとの統合や、テストサイトでのより近接計測との精度のすりあわせが重要となると考えられる。2)データの内挿・統合化による時空間データセットの構築手法奈良地域を対象に奈良文化財研究所及び奈良大学と共同し、3次元景観の時系列データを効率的に構築する手法を検討中である。具体的には奈良文化財研究所に所蔵されている過去数十年間の膨大な量の航空写真を数値化し、ステレオペアーを構成することで、地表の3次元起伏(建物なども含む)を再現し、同時に写真を地表面上に貼り付けることで、3次元景観モデルを構成する方法である。この方法により、当該地域の3次元景観の変化をビジュアルに描き出すことが可能になる。その際に他の地理情報、たとえば発掘された遺物・遺跡情報と組み合わせたり、あるいは再現された平城京遺跡のデータと重ね合わせたりすることで、さまざまな利用が可能になると考えられる。1)レーザとCCDを組み合わせた遺跡の3次元アーカイブ技術の開発レーザスキャナーとCCDカメラを組み合わせ、比較的広域の遺跡を効率的に3次元アーカイブ化する技術を開発した。これまで、特にデータの収集速度が遅かった点が問題となっていたが、今年はそれを改良し、高速化することに成功した。2)現場におけるデータ視覚化手法と効率的なデータベース構築手法の開発GPSとジャイロを組み合わせ、個人が現場調査に携帯できるモバイルマッピングシステム、あるいは自動車による機動的なシステム(車載のレーザ測距儀とビデオカメラシステム)を目標に開発を開始している。今年度は実際に利用する実用システムの構築をほぼ終了し、走行しながらのデータ取得実験を行った。これにより、走行する車両から撮影されたビデオ画像を画像情報などを地図に貼り込んだり、位置・形状情報を抽出したりすることが可能になった。3)データの内挿・統合化による時空間データセットの構築手法奈良地域を対象に奈良文化財研究所及び奈良大学と共同し、3次元景観の時系列データを効率的に構築する手法を検討中である。

具体的には奈良文化財研究所に所蔵されている過去数十年問の膨大な量の航空写真を数値化し、ステレオペアーを構成することで、地表の3次元起伏(建物なども含む)を再現し、同時に写真を地表面上に貼り付けることで、3次元時系列景観モデルを構成することができる。今年度は、基本的アルゴリズムの構築とテストを行い、次年度以降改良すべきポイントを明確化した。この方法により、当該地域の3次元景観の変化をビジュアルに描き出すことが可能になる。その際に他の地理情報、たとえば発掘された遺物・遺跡情報と組み合わせたり、あるいは再現された平城京遺跡のデータと重ね合わせたりすることで、さまざまな利用が可能になると考えられる。1)レーザとCCDを組み合わせた遺跡の3次元アーカイブ技術の開発前年度までに、レーザスキャナーとCCDカメラを組み合わせ、比較的広域の遺跡を効率的に3次元アーカイブ化する技術を開発していたが、今年度は奈良・朱雀門および、レバノン・ティール遺跡を対象に実測を行い、3次元モデルを構築した。その際、多数のレンジ画像の接合手法が複雑な形状を持つ遺跡データに関してもうまく動作すること、またレンジ画像とCCD画像の併用が接合精度の向上に有効なこと、さらにこれらの画像の接合だけから100mの距離に対して、数十cm程度の精度が達成できることなどが明らかになった。また、同時にビデオによる連続画像解析から3次元モデルを復元する手法についても検討を行った。またそれぞれの手法から復元された3次元モデルを接合する実験も行った。これらの実験を通じて、前年度まで検討された週報の妥当性を検証するとともに多量の形状・テクスチャ情報の効率的な視覚化手法の必要性などの問題点が明らかになった。2)現場におけるデータ視覚化手法と効率的なデータベース構築手法の開発GPSとジャイロを組み合わせ、個人が現場調査に携帯できるモバイルマッピングシステム、あるいは自動車による機動的なシステム(車載のレーザ測距儀とビデオカメラシステム)の開発をほぼ終了し、さらに現地でのレーザスキャナーなどを利用した植生状況などの計測結果との統合化を試みた。今年度は現地計測にほとんどの時間を費やし、具体的な解析は来年度以降になる予定である。1)現場におけるデータ視覚化手法と効率的な3次元空間データベース構築手法の開発、およびスケールアップ手法の開発遺跡調査を対象に3次元空間データを簡便、かつ効率的に収集し、データベースに構造化した上で視覚化するための手法を検討している。今年までの検討で、遺跡の骨格を構成する3次元空間データを3脚に乗せられたレーザスキャニングシステムにより取得し、互いに接続する方法と、モバイル型の測量器械を利用して、3脚システムでは十分カバーできないところをカバーする手法を開発した。モバイル型の測量器はビデオカメラとレーザスキャナーを組み合わせたものであり、比較的簡単に3次元データとテクスチャデータを同時に取得できる点に特色がある。
亜急性期の脳梗塞に対する遺伝子組換え骨髄幹細胞移植の検討

従来、"脳梗塞亜急性期における梗塞巣の損傷は完成してしまっており、既に不可逆的損傷を負ってしまっている、"と考えられていた梗塞巣が、実は、不可逆的変化に陥っていない脳組織が残存しており、治療の介入の余地が残されていることが推測されていた。本研究では、亜急性期の脳梗塞巣における病態生理を解析し、細胞治療による治療メカニズムを検討することで、新しい治療戦略を考案することができた。本研究では、亜急性期の脳梗塞巣における病態生理を解析し、細胞治療による治療メカニズムを検討することで、新しい治療戦略を考案することを主目的としている。我々は、骨髄間葉系幹細胞をドナー細胞とした移植研究に注目し、亜急性期の脳梗塞に対する新たな細胞治療について研究しており、本年度は、下記の結果を得た。脳梗塞亜急性期における梗塞巣の病態生理の解明を一から見直し、脳梗塞巣および周囲脳組織について、画像診断学的所見と組織学的所見との比較解析を行った。その結果、脳梗塞の後、MRIのT2WIやDWIで認められるhigh intensity areaは、従来の常識と比べても長期間に渡って不可逆性変化に陥っているのではないことが判明した。さらには、それらの領域は、幹細胞治療することで、ダメージを最小限に軽減することが可能であることが判明した。さらに、移植した骨髄間葉系幹細胞が治療効果を発揮する機序について、神経栄養作用の観点から解析した結果、脳梗塞の亜急性期であっても、神経栄養作用が働き、尚且つ、ある程度の治療効果が期待できることが判明した。まとめると、本年度は、(A)脳梗塞の亜急性期における病態生理についての新しい知見が得られた。(B)さらには、治療メカニズムとして、従来、想像すらできなかった、神経栄養作用が関係しているという新知見が得られた。以上のように、補助金は補助条件に従って、非常に有効に使用されている。我々は、骨髄間葉系幹細胞をドナー細胞とした移植研究に注目し、脳梗塞に対する新たな細胞治療について研究しており、本年度は、下記の結果を得た。さらに、移植した骨髄幹細胞は、脳虚血領域内のCA1領域で生着しpyramidal neuronへと分化することも判明した。そして、これらの組織学的な知見は、行動学的解析(脳高次機能評価)でも同様に治療効果として確認することができた。まとめると、本年度は、(A)脳虚血後のdelayed neural death (apoptosis)delayed neural death (apoptosis)抑制についての新しい知見が得られた。(B)さらには、治療メカニズムとして、BDNFを介する神経栄養作用が関係しているという新知見が得られた。亜急性期慢性期において血液脳関門(BBB)の開閉状態を経時的に解析すると同時に、静脈内に移植された細胞が血管内から脳実質内へ移行するホーミング作用を検討したところ、BBBの損傷程度とホーミング効果との相関関係は少なく、急性期から慢性期に渡って良好に脳梗塞巣に移植細胞が集積することが判明した。これらのことから、脳梗塞亜急性期慢性期においても、静脈内に細胞を投与することで、移植細胞を高率に病巣へ送り込ませることができることが判明した。また、fMRIによる脳機能の経時的評価をリアルタイムで行えるシステムの構築を試みた。fMRIによる脳機能解析の結果、幹細胞治療メカニズムに、脳梗塞病巣への直接的な治療効果の他に、対側の健常脳の可塑性を向上させることが判明した。これらの結果をふまえて来年度は、脳梗塞亜急性期慢性期における細胞治療の効果を更に向上させるべく、(1)治療効果メカニズムに関連する遺伝子を用いた"遺伝子組換え骨髄幹細胞"による治療効果の解析、(2)対側の健常脳の可塑性が治療効果へ関与するメカニズムの解析を行い、新たな治療戦略を策定するための基礎研究を行う予定しており、その為、BDNF,GDNF,PLGFなどの治療遺伝子を組み込むためのベクター調整を行った。我々は、骨髄間葉系幹細胞をドナー細胞とした移植研究に注目し、脳梗塞に対する新たな細胞治療について研究しており、昨年度までに、下記の結果を得ていた。

すなわち、亜急性期慢性期において血液脳関門(BBB)の開閉状態を経時的に解析すると同時に、静脈内に移植された細胞が血管内から脳実質内へ移行するホーミング作用を検討したところ、BBBの損傷程度とホーミング効果との相関関係は少なく、急性期から慢性期に渡って良好に脳梗塞巣に移植細胞が集積することが判明した。これらのことから、脳梗塞亜急性期慢性期においても、静脈内に細胞を投与することで、移植細胞を高率に病巣へ送り込ませることができることが判明した。また、fMRIによる脳機能の経時的評価をリアルタイムで行えるシステムの構築を試みた。fMRIによる脳機能解析の結果、幹細胞治療メカニズムに、脳梗塞病巣への直接的な治療効果の他に、対側の健常脳の可塑性を向上させることが判明した。これらの結果をふまえて本年度は、(1)"遺伝子組換え骨髄幹細胞"を移植することで、治療効果が向上すること、(2)対側の健常脳の可塑性が治療効果へ多大に貢献すること、をつきとめた。以上のように、補助金は補助条件に従って、非常に有効に使用されている。