hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
傾斜機能材料の組成設計のための基礎研究

傾斜機能材料を作製するには組成を傾斜させるが、機能(物性)の傾斜プロファイルに合わせて原料の組成を予め理論計算できれば好都合である。多成分系アモルファス(ガラス)の機能を求めるのに、この系を構成するいくつかの2成分系(サブ系)の機能を利用して計算する手法を提案した。2つ以上の機能を独立に変化させるガラス組成を計算し、実験値と一致することを示した。機能として密度(モル体積V)と熱膨張係数αをとり上げた。傾斜機能材料のモデル実験系としてB_2O_3-GeO_2-Na_2O系を選んだ。3成分系がB_2O_3-Na_2O系およびGeO_2-Na_2O系の2つのサブ系に分配されるとする。サブ系に分配されるNa_2Oの量を計算するには、ガラスのラマンスペクトルを測定し、B_2O_3-Na_2O系およびGeO_2-Na_2O系のサブ系中に含まれるNa_2Oの活動度係数γの比をγ(B_2O_3):γ(GeO_2)=1:2と仮定した。ガラス中でサブ系間にはNa_2O成分に関して平衡が成り立つと考えると、Na_2Oの活動度が等しいと仮定することができる。これらの関係から両サブ系中のNa_2O濃度を決定する方程式を提示した。まず、Na_2O濃度が=5-30モル%で一定でB_2O_3がGeO_2に置換される3成分系ガラスのモル体積を各サブ系のモル体積V-Na_2O濃度曲線から計算した。任意の組成の3成分系ガラスの熱膨張係数をB_2O_3-Na_2OおよびGeO_2-Na_2Oサブ系の熱膨張係数とヤング率から計算する手法を提案した。溶融法によってガラスを作製し、密度および熱膨張を測定した。これらの結果は計算結果と良い一致を示した。モル体積Vが一定となる3成分系ガラスの組成を計算する手法を示した。同様にB_2O_3-GeO_2-Na_2Oガラスの熱膨張係数が与えられたある値となる組成を計算できる手法を提案した。3成分系のV等高線およびα等高線を重ね合わせることにより与えられた一定のV値をもちαは連続的に変化するガラス組成を決定することが出来る。
再生神経線維の髄鞘化誘導による機能回復効果

脳内の嗅覚伝導路である外側嗅索は、新生児期に切断されても自然再生する。しかし、本来の外側嗅索内の神経線維とは異なり、再生した神経線維では髄鞘化が起こらず、外側嗅索内に有髄線維がほとんどない状態となる。本研究では、外側嗅索を切断した新生児ラットに、中枢神経損傷後の神経保護作用や髄鞘化促進作用が報告されているアセチル-L-カルニチンおよび甲状腺ホルモンを投与し、再生神経線維の髄鞘化誘導を目的として実験を行った。その結果、アセチル-L-カルニチン投与群において、外側嗅索内の再生線維の髄鞘化促進効果が確認され、有髄線維数の明らかな増加が認められた。損傷後に再生する神経線維の髄鞘化を促進するために、中枢神経における再生モデルを使用した髄鞘化誘導実験を行った。麻酔下で生後2日のラットの脳内嗅覚伝導路である外側嗅索を手術用顕微鏡下で切断した。切断は左側で行い、眼科用角膜切開メスを用いて鋭利に切断した。外側嗅索が完全に切断されていることを確認するため、逆行性の神経トレーサーであるFast Blue(FB)を切断側の嗅皮質へ0.10.2μl注入した。手術後は母ラットの元に戻し生育させた。生後5日目から20日目まで甲状腺ホルモン(L-Thyroxine sodium salt pentahydrate)を200μg/kgで、または、アセチル-L-カルニチン(O-Acetyl-L-carnitine hydrochloride)を100mg/kgで1日1回腹腔内に投与した。コントロール群には薬剤の代わりに生食を投与した。生後30日目に灌流固定し、脳を採取した。嗅球から矢状断で作成した50μm厚の連続凍結切片を蛍光顕微鏡下で観察し、不完全切断例を除外した。不完全切断例では切断直後に注入したFBが残存する神経線維に取り込まれて逆行性に運ばれ、嗅球内にFB陽性の僧帽細胞が観察された。完全切断例では、嗅球内にFB陽性の僧帽細胞は観察されなかった。完全切断例において、外側嗅索および嗅皮質を含む残りの脳から前額断で50μm厚の連続凍結切片を作成し、抗Myelin basic protein (MBP)抗体を用いた免疫染色を行った。MBP染色切片を観察した結果、アセチル-L-カルニチン投与群において髄鞘化が誘導されている可能性が示唆された。中枢神経再生モデルラットの作成・薬剤投与の実験系を確立することができた。また、薬剤投与によって髄鞘化が誘導されることが示唆されたため、解析を進めることが可能である。これまでの実験で確立した中枢神経再生モデルを利用して、損傷後に再生する神経線維の髄鞘化を誘導する実験を行った。まず、麻酔した生後2日の新生児ラットの左外側嗅索を、手術用顕微鏡下で鋭利に切断した。外側嗅索が完全に切断されていることを確認するため、逆行性の神経トレーサーであるFB(Fast Blue)を、切断部より後方の嗅皮質へ注入した(1%, 0.1μl)。外側嗅索は脳内の嗅覚伝導路で、これまでの実験から、新生児期に切断されても自然再生が起こることを報告している。手術後は母ラットの元に戻し生育させ、生後5日から生後20日まで毎日1回、アセチル-L-カルニチン(100 mg/kg)を腹腔内に投与した。同量の生理食塩水を投与したラットをコントロール群とした。嗅球から作成した矢状断の凍結切片(50μm厚で150μm間隔)を蛍光顕微鏡で観察し、外側嗅索の不完全切断例を除外した。不完全切断例では、切断直後に注入したFBが残存する神経線維に取り込まれ、逆行性に運ばれ、嗅球内にFB陽性の僧帽細胞が観察された。嗅球内にFB陽性僧帽細胞が観察されない動物を完全切断例とした。完全切断例において、嗅皮質を含む残りの脳から前額断の凍結切片(50μm厚で300μm間隔)を作成し、抗MBP(Myelin basic protein)抗体を用いた免疫染色を行い、外側嗅索内の神経線維の髄鞘を検出した。また、一部の切片から外側嗅索を含む部位を切り出し、超薄切片を作成後、電子顕微鏡で観察した。MBP染色切片の観察および電子顕微鏡観察の結果、アセチル-L-カルニチン投与群における外側嗅索内の再生神経線維の髄鞘形成が増加している可能性が示唆された。当初計画していた中枢神経再生モデルラットの作成および薬剤投与に関する実験方法が確立し、さらにアセチル-L-カルニチンによる再生線維の髄鞘化誘導が確認された。光学顕微鏡下および電子顕微鏡下での観察をもとに、髄鞘形成の増加を定量的に計測する段階に入っている。そのため、おおむね順調に進展していると判断した。嗅覚の脳内伝導路である外側嗅索は、新生児期に切断しても自然再生するが、再生線維は髄鞘化されないことが確認されている。これまでの実験で確立したこのラット中枢神経再生モデルを利用し、神経損傷後の自然再生線維の髄鞘化を誘導することを目的として実験を行った。

麻酔した生後2日の新生児ラットの片側外側嗅索を、手術用顕微鏡下で鋭利に切断し、その後、外側嗅索が完全に切断されていることを確認するために、逆行性の神経トレーサーであるFB(Fast Blue)を切断部より後方の嗅皮質に注入した(1%,0.1μl)。術後、母ラットの元に戻し、生後5日目から20日目まで毎日1回、アセチル-L-カルニチン(100 mg/kg)を腹腔内に投与した。コントロール群には同量の生理食塩水を投与した。生後30日目に灌流固定し脳を採取した。嗅球から作成した矢状断の凍結切片(50μm厚,150μm間隔)を蛍光顕微鏡で観察し、投射ニューロンである僧帽細胞がFBで標識されている場合は、不完全切断例として実験から除外した。嗅球内にFB陽性の僧帽細胞が観察されなかった外側嗅索の完全切断例において、嗅皮質を含む残りの脳から前額断の凍結切片(50μm厚,300μm間隔)を作成し、抗MBP(Myelin Basic Protein)抗体を用いた免疫染色により外側嗅索内の神経線維の髄鞘を検出し、MBP陽性部位の面積を計測した。さらに、一部の切片から外側嗅索を含む部位を切り出し、作成した超薄切片を電子顕微鏡で観察するとともに、外側嗅索内の有髄線維の数を計測した。カルニチン投与群とコントロール群で比較した結果、カルニチン投与群において、有意にMBP陽性部位の面積および外側嗅索内の有髄線維数が増加していることが確認され、アセチル-L-カルニチンによって外側嗅索内の再生神経線維の髄鞘形成が誘導されることが明らかとなった。脳内の嗅覚伝導路である外側嗅索は、新生児期に切断されても自然再生する。しかし、本来の外側嗅索内の神経線維とは異なり、再生した神経線維では髄鞘化が起こらず、外側嗅索内に有髄線維がほとんどない状態となる。本研究では、外側嗅索を切断した新生児ラットに、中枢神経損傷後の神経保護作用や髄鞘化促進作用が報告されているアセチル-L-カルニチンおよび甲状腺ホルモンを投与し、再生神経線維の髄鞘化誘導を目的として実験を行った。その結果、アセチル-L-カルニチン投与群において、外側嗅索内の再生線維の髄鞘化促進効果が確認され、有髄線維数の明らかな増加が認められた。髄鞘化が誘導されることが示唆されたアセチル-L-カルニチン(O-Acetyl-L-carnitine hydrochloride)の投与ラットを作成し、MBP免疫染色による解析(陽性面積・密度測定)を行うとともに、電子顕微鏡標本を作成し電子顕微鏡下での観察および解析(有髄線維の数・髄鞘の厚さ)を行う。外側嗅索切断ラットにアセチル-L-カルニチンを投与し、脳を採取する。アセチル-L-カルニチンによる有髄線維の増加を定量的に評価するため、MBP免疫染色切片の解析(陽性部位の面積・密度の計測)および電子顕微鏡写真の解析(有髄線維数・髄鞘の厚さの計測)を行う。神経解剖学
変異FLT3分子を標的とした新たな白血病治療法開発に向けての基礎的検討

本研究においては、変異FLT3を分子標的とした治療法の開発を最終目標として、変異FLT3分子によりもたらされるシグナル伝達機構の解析を中心とした分子的アプローチと変異FLT3発現細胞の増殖阻害あるいは分化誘導をもたらす化合物のスクリーニングを行う現象論的アプローチの両面からその基盤的研究を行い下記の結果を得た。1.FLT3の細胞内領域を細分化して発現ベクターに組み込みCos7細胞に発現し、各領域間の相互結合関係について解析したところ、JM領域とTK領域には、intramolecular associationの存在が示唆された。3.FLT3遺伝子変異を伴う急性骨髄性白血病における分化誘導療法開発への基礎的検討として、変異FLT3導入32D細胞におけるG-CSF依存性好中球分化機構の抑制機序を分化関連遺伝子の発現量を定量化することにより検討し、正常及び変異FLT3シグナルによる好中球分化抑制は、G-CSFによってもたらされるMPO、C/EBP-α、C/EBP-εの発現抑制にあるが、C/EBP-αの発現は正常のFL/FLT3刺激では抑制されず、完全な分化抑制が起こらない理由と考えられた。4.FLT3遺伝子変異を伴わないAMLにおいてFLT3遺伝子の高発現を示す症例が存在し、その正常FLT3分子は恒常的に活性化していると同時にFLT3阻害剤への感受性を示すことを確認した。また、FLT3遺伝子の高発現はFLT3遺伝子異常を伴わないAMLにおける予後不良因子であることを証明した。したがって,FLT3阻害剤の適応疾患は必ずしもFLT3遺伝子変異を伴う症例に限られるものではなく、FLT3遺伝子の高発現例やFLT3分子の活性化を示す症例にも拡大可能であると考えられる。我々は、ITD傍膜貫通(JM)領域が正常FLT3分子と複合体を形成することにより、正常FLT3分子の自己活性化抑制機構を解除することを証明している。しかし、この自己活性化抑制機構がFLT3分子自身によるものか、抑制制御分子の結合によるものか、あるいは変異FLT3分子に特異的に結合する標的分子の活性化によりもたらされるのかは明らかではない。そこでまず、この活性化機構のメカニズムの解析を行い次の様な知見を得た。2.ITD-JM領域と正常JM領域をbaitとして、ヒト骨髄細胞cDNAライブラリーをtwo-hybridシステムによりスクリーニングし、ITD-JM領域及び正常JM領域に特異的に結合する分子を同定した。現在、細胞内におけるこれらの分子の生理学的機能につき解析中である。FLT3遺伝子変異を伴う急性骨髄性白血病における分化誘導療法開発への基礎的検討として、変異FLT3導入32D細胞におけるG-CSF依存性好中球分化機構の抑制機序を分化関連遺伝子の発現量を定量化することにより検討し以下の知見を得た。1.正常のFL/FLT3刺激は、G-CSF依存性の好中球分化を抑制するが、完全ではない。一方、変異FLT3によるシグナルは、これを完全に抑制する。2.正常及び変異FLT3シグナルによる好中球分化抑制は、G-CSFによってもたらされるMPO、C/EBP-α、C/EBP-εの発現抑制にある。しかし、C/EBP-αの発現は正常のFL/FLT3刺激では抑制されず、完全な分化抑制が起こらない理由と考えられた。本研究においては、変異FLT3を分子標的とした治療法の開発を最終目標として、変異FLT3分子によりもたらされるシグナル伝達機構の解析を中心とした分子的アプロ-ーチと変異FLT3発現細胞の増殖阻害あるいは分化誘導をもたらす化合物のスクリーニングを行う現象論的アプローチの両面からその基盤的研究を行い、本年度は下記の成果を得た。

FLT3遺伝子変異はAMLに高頻度に認められる予後不良因子であることと、変異FLT3分子が恒常的に活性化し、白血病細胞の増殖促進に関与していることより、FLT3キナーゼ阻害剤の開発は活性化している変異FLT3キナーゼを標的として進められてきた。しかし、最近MLL遺伝子の転座を伴うALL症例においてFLT3遺伝子の発現亢進が確認され、更に、FLT3遺伝子変異を伴わないALL細胞において強発現している正常FLT3分子は恒常的に活性化しているのみならず、FLT3キナーゼ阻害剤により変異FLT3分子と同等に活性阻害を受けることが示された。我々も、FLT3遺伝子変異を伴わないAMLにおいてFLT3遺伝子の高発現を示す症例が存在し、その正常FLT3分子は恒常的に活性化していると同時にFLT3阻害剤への感受性を示すことを確認した。また、FLT3遺伝子の高発現はFLT3遺伝子異常を伴わないAMLにおける予後不良因子である可能性を示唆する結果を得ている。したがって、FLT3阻害剤の適応疾患は必ずしもFLT3遺伝子変異を伴う症例に限られるものではなく、FLT3遺伝子の高発現例やFLT3分子の活性化を示す症例にも拡大可能であると考えられる。
核蛋白質輸送における核膜孔ターゲティング複合体の役割

本研究者らは、核蛋白質を細胞質で認識して核膜孔へターゲットする58kDa(PTAC58/importinα)と97kDa(PTAC97/importinβ)の2つの因子を同定し、その機能解析を進めてきた。importinαは、核蛋白質の核局在化シグナル(nuclear localization signal:NLS)に結合するNLS受容体として機能し、分子ファミリーを形成することがわかった。各importinαファミリー分子は、NLS認識に多様性を示し、NLS受容体として異なる機能を有することが示唆された。一方、importinβはimportinαファミリーを介して多様な核蛋白質を核内に運搬する輸送担体として機能する。importinβはimportinαが認識した核蛋白質を核内に運ぶために3つの重要な相互作用をもつ。867個のアミノ酸からなるこの分子は450番目のアミノ酸からC末にかけての領域でimportinαと結合し、N末から449番目のアミノ酸の領域でGTP型のRanと核膜孔複合体(nuclear pore complex:NPC)構成因子の両方に結合する。Ranとの結合にはN末半分の領域がとる特定の立体構造が必要であり、150-450番目のアミノ酸の領域でNPC構成因子と相互作用する。importinβは、そのNPC構成因子と相互作用する領域に依存して核ー細胞質間をシャトルする。importinβは、Ranなどの他の細胞質性因子を必要とせずに、自身のNPC構成因子と相互作用する領域のみに依存して核膜孔を通過することが判明した。importinβの挙動は、RanのGTPase活性が分子の核膜孔通過に必要であるという従来の概念に大きな疑問を投げかけた。importinβのように、それ自身で核膜孔を通過する能力をもつことが、輸送担体の重要な性質として新たに定義できる。Wnt/Winglessシグナル伝達の重要な構成因子であるβ-cateninも、importinβと同様に、Ranを必要とせずに、それ自身で核膜孔通過能をもつ分子であることが判明し、細胞質性因子を利用しない核蛋白質輸送経路が細胞内に存在することを示した。当初の研究目的は十分に達成できたと思われる。核蛋白質輸送は、核蛋白質が細胞質で認識され、核膜孔にまで運搬される第一のステップと、エネルギーを利用して核膜孔を通過する第二のステップに大きく分けられる。私たちは、輸送の第一のステップにおいて、核蛋白質は細胞質で58kDa (PTAC58)と97kDa(PTAC97)の2つの因子と安定な複合体(核膜孔ターゲティング複合体;nuclear pore-targeting complex:PTAC)を形成してはじめて核膜孔にターゲットすることを明らかにし、この2つの因子の機能解析を進めてきた。PTAC58は、核蛋白質の核局在化シグナル(nuclear localization signal:NLS)を直接認識するNLS受容体として機能する。PTAC97はPTAC58と核膜孔複合体(NPC)構成因子の両方に結合することによって3者の複合体を核膜孔にターゲットする活性を有する。PTAC58とアミノ酸レベルで40-95%の相同性を示す蛋白質が異種及び同一種の生物で同定されており、NLS受容体が大きなファミリーを形成することが推察された。

我々は、PT-PCR法を用いて、NLS受容体ファミリーと思われる3つのマウス遺伝子を新たに単離し、これまでに報告されているものも含めてマウスには少なくとも5つのNLS受容体が存在することを確認した。複数の異なるNLSを結合した基質を用いたin vitro核蛋白質輸送系での解析や、インターフェロン-_γの刺激に依存して核内に移行する転写因子Stat1の核蛋白質輸送の解析を通し、各NLS受容体が核蛋白質を認識する上で機能的に異なる性質を有することが明らかになってきた。PTAC97は、PTAC58ファミリー、NPC構成因子、及びRanといった輸送因子と相互作用しながら核蛋白質を核内に運搬するため、それぞれの因子と結合するPTAC97の分子領域を同定した。この情報をもとに、in vivo、及びin vitroの輸送実験系でPTAC97の挙動を調べたところ、PTAC97自身は単独で、Ranを必要とせずに核膜孔を通過する能力をもつ分子であり、その通過反応にはPTAC97のNPC構成因子と相互作用する領域のみを必要とすることが判明した。このことから、PTAC97は、核蛋白質の核膜孔へのターゲットのみならず、核膜孔通過を担う上で中心的な役割を果たす分子であることが判明した。核膜孔ターゲティング複合体を構成するNLS受容体ファミリー分子及びPTAC97の構造機能解析が進み、当初の研究目的は十分に達成できたと思われる。本研究者らは、核蛋白質を細胞質で認識して核膜孔ヘターゲットする58kDa(FTAC58/imponin α)と97kDa(PTAC97/importinβ)の2つの因子を同定し、その機能解析を進めてきた。importin αは、核蛋白質の核局在化シグナル(nuclear localizain signal:NLS)に結合するNLS受容体として機能し、分子ファミリーを形成することがわかった。各importinαファミリー分子は、NLS認識に多様性を示し、NLS受容体として異なる機能を有することが示唆された。一方、importinβはimportinαファミリーを介して多様な核蛋白質を核内に運搬する輸送担体として機能する。importinβはimportinαが認識した核蛋白質を核内に運ぶために3つの重要な相互作用をもつ。867個のアミノ酸からなるこの分子は450番目のアミノ酸からC末にかけての領域でimportinαと結合し、N末から449番目のアミノ酸の領域でGTP型のRanと核膜孔複合体(nuclear pore complex:NPC)構成因子の両方に結合する。Ranとの結合にはN末半分の領域がとる特定の立体構造が必要であり、150450番目のアミノ酸の領域でNPC構成因子と相互作用する。importinβは、そのNPC構成因子と相互作用する領域に依存して核-細胞質問をシャトルする。importinβは、Ranなとの他の細胞質性因子を必要とせずに、自身のNPC構成因子と相互作用する領域にのみ依存して核膜孔を通過することが判明した。importinβの挙動は、RanのGTPase活性が分子の核膜孔通過に必要であるという従来の概念に大きな疑問を投げかけた。
高密度プラズマ照射‐イオンビーム解析複合装置を用いた水素同位体吸蔵量その場計測

本研究では高熱流プラズマ照射解析複合装置PS-DIBA(Plasma Surface Dynamics with Ion Beam Analysis)を開発した。本装置は、イオンビーム解析装置を組み合わせた核融合環境を模擬した高熱流プラズマ模擬試験装置であり、プラズマ照射環境下でイオンビーム解析による水素同位体吸蔵量の動的な計測が可能である。本年度においては、本装置の操作環境を整備し、熱電対を用いた空冷式試料台を導入することにより、動的環境下においてプラズマ照射中の試料温度を精度よく調節可能にした。このような動的環境下その場吸蔵量測定装置で試料温度調節を行うことが可能な装置は他にない。本装置PS-DIBAを用いて陰極の加熱試験及び重水素吸蔵量その場計測実験を行った。タングステン(W)と等方性黒鉛それぞれにおいて吸蔵量の比較を行った。試料温度依存性は両者とも同様の結果が得られたが、プラズマ照射停止後の吸蔵量の減少に関しては、Wではほとんど見られず、等方性黒鉛の方において顕著に見られる結果となった。両者の動的吸蔵量、静的吸蔵量を比較した結果、試料のNRAの飛程内の吸蔵量は時間経過とともに徐々に減少する様子が観察されている。しかもその減衰時間は等方性黒鉛の方が多いという結果から、この30分という計測時間の間においては、吸蔵量の減少が進む過渡的な状況であると考えられ、この短時間の吸蔵量計測ではWの静的吸蔵量が多くなった可能性がある。このように、ダイバータ領域プラズマ照射時の試料内部動的吸蔵量計測に初めて成功した。またTMAP7を用いたシミュレーションを行い実験結果と比較することにより拡散係数や再結合係数の見積りを行い吸蔵現象の材料依存性に関して詳しく調査した。その結果、試料固有の拡散係数、再結合係数の違いにより吸蔵の振る舞いに著しい差が生じることが判明した。本研究では、動的環境下でのPWI研究を目的とした、高熱流プラズマ照射その場計測装置PS-DIBAを開発し、ダイバータ領域で発生する水素同位体吸蔵現象について実験的に検証することが可能となった。動的吸蔵量の詳細な研究は核融合発電実現に向けて避けることの出来ないものであり、本装置による実験的計測が確立化すれば、今後のPWI研究を大きく進展させうると考えられる。平成25年度分辞退平成25年度分辞退本研究では高熱流プラズマ照射解析複合装置PS-DIBA(Plasma Surface Dynamics with Ion Beam Analysis)を開発した。平成25年度分辞退平成25年度分辞退
炎症性肺疾患の戦略的治療法探索

炎症性肺疾患の新規治療法を呈示すべく、以下の研究を遂行した。(1)肺線維症に対する抗IL-6ストラテジーの効果を詳細に検討した(2)新規肺気腫(COPD)誘導モデルマウスを樹立し、肺内p38活性上昇TGマウスをこの系に供して、発症介在分子を網羅的に検討した(3)新規の肺由来肺胞上皮幹/前駆細胞を同定しLMDECと名付け、その移植が肺線維症に有効であることを示した(4)新たな炎症性肺疾患モデルマウスの確立を期待し、肺胞II型上皮細胞(AECII)内でp38活性化を薬物誘導できるTGマウスの作出を試みた。1)炎症性肺疾患誘導モデルマウスの作出TRE-MKK6-c.a./tTS//SP-C-rtTA/triple TGマウス:誘導型時空間依存的p38活性型マウス(テトラサイクリン誘導体であるドキシサイクリン(Dox)を与えることで肺胞内のp38活性化を促す)の作出に向けて、引き続き計画を進めていきたい。本tripleマウスを作出するために必要なTRE-MKK6-c.a./tTS/double TGマウスが、当初、1lineしか得られず、そのtransgeneの導入コピー数も低いものであったが、平成24年度内に、3-30コピーの範囲で、6lineを作出するとともに、レポーター遺伝子をβ-galからDsRedに置き換えた個体も2-24コピーの範囲で5line作出した。また、すでに作出している構成的肺胞内p38上昇/低下マウスを、間質性肺炎および肺気腫誘導モデルに供し、その発症関与分子メカニズムを詳細に検討した。2)肺内幹・前駆細胞(PSPC)による炎症性傷害肺治療効果平成24年度までの検討から、肺を酵素消化することにより得た初代培養細胞群(mix culture)から回収したPSPCをFACSおよび免疫染色により解析したところ、PSPCの95%強がAECIIのマーカーとされるSP-CP^<pos>であることを確認するとともに、長期培養により、そのほぼ全てがSP-Cの抗原性を失うとともにAECIのマーカーであるgp36^<pos>となることを観察したが、いくつかの細胞特性から、肺内の構成的なAECIIとは異なるcell populationと思われた(第52回呼吸器学会学術講演会-2012年4月神戸にて発表)。また、PSPCの一部は、肺内幹細胞として認知される、SP-C^<pos>/CC10^<pos>もしくはSP-C^<pos>/Sca1^<pos>であった。このPSPC細胞群を、LMDEC(Lung Mix culture-Derived Epithelial Cell)と名付け、傷害肺へ移植したLMDECが肺内へ生着するとともに、Bleo誘導性肺線維症を改善することを見出した(第86回薬理学会年会-2013年3月福岡にて発表/論文準備中)。これまでの研究計画年度内に、申請者等が作出したSP-C-p38d.n./TG(構成的に肺胞II型上皮細胞(AEC II)内のp38を活性を下げたマウス)およびSP-C-MKK6c.a./TG(構成的にAEC II内のp38を活性上昇を促すマウス)を用いて、以下の成果を得ている。A)ブレオマイシン(Bleo)誘導性肺線維症の発症の重篤度が、SP-C-MKK6c.a./TG>野生型(WT)マウス> SP-C-p38d.n./TGとなった。この現象を説明するkey moleculeとして、気管支肺胞洗浄液(BALF)の網羅的な蛋白解析から、IL-6およびG-CSFに着目し、それぞれの中和抗体の効果を検討した。その結果、病態進展初期におけるAECII由来IL-6の細胞保護効果と、G-CSFによる線維化促進作用を見出した(いずれも論文準備中)。C)タバコ煙液+LPSの経気管的投与によって新たに確立した肺気腫マウスモデルに、SP-C-MKK6c.a./TGを供すると、WTに比べて肺の気腫化が悪化することを見出すとともに、300種超のサイトカイン/ケモカインのBALF内発現変動プロファイリングを行い、AEC II内のp38活性の上昇が肺気腫(COPD)のdriving forceになりうることを証明した(論文2014 in press)。

1.申請者等が新たに同定した肺内に存在する肺胞上皮前駆細胞(LMDEC:Lung Mixed Culture-Derived Epithelial Cell)の移植が、ブレオマイシン負荷による肺線維化に対して治療効果を示すこと、そのメカニズムとして、肺線維化の病態進展時に肺内で発現上昇するケモカイン:CXCL12(本来、profibrocyteのrecruitmentを誘導し線維化に促進的に関与)が、LMDECに高頻度に発現するCXCR4の刺激によって、病態部位への移動とI型肺胞上皮細胞(AEC)への分化を促すことを見出した。LMDECは、II型AECマーカー:SP-Cおよび分化血球マーカー:CD45を同時に発現するユニークな細胞で、II型AECの亜種として存在し、正常肺のAECの0.25%を占めるsmall populationではあるものの線維化肺でその数が増加すること、また、SP-C-p38d.n./TGマウスを用いた解析から、細胞内p38活性の低下がLMDECの出現を増強させることも確認し報告した。さらに、LMDECをin vitro増幅する培養調整液に、肺気腫の治療効果等を見出し、特許申請を行った。2.申請者等の作出したSP-C-p38d.n./TGマウスおよびSP-C-MKK6c.a./TGマウスを、野生型マウス(WT)とともにブレオマイシンによる肺線維化モデルに供し、層別化した病態アウトプットに相関し発現変動するサイトカインを網羅的解析から絞り込むとともに、それらの中和抗体の効果から、IL-6およびG-CSFの線維化への密接な関与を見出した。特にIL-6が、炎症期にはII型AECの生存亢進を介した線維化抑制作用を示し、慢性期・線維化進展期には線維化細胞の増殖を介した線維化亢進作用といった相反する作用を示すことを実証した(論文投稿中)。26年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学26年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度計画に準じて、各テーマの設定目標をクリアしている。また、幹.前駆細胞のテーマに関しては、予想以上に進展が見られ、現在、2件の特許申請を計画している。また、細胞治療のテーマに関しては、予想以上に進展が見られた。当初の設定目標に沿って、さらに推進していく。各テーマを当初の設定目標に沿って、さらに発展させていく。誘導性炎症性肺疾患-遺伝子改変マウス(triple TG mice)に関しては、作出に必要な各single TG miceの樹立は終えているため、それぞれの導入遺伝子が機能し得るか否かを詳細に確定後、triple TG miceが期待する病態所見を示すか否かを追跡していく。研究費の大半は、物品購入費に充て、一部を研究成果の発表にかかる学会参加旅費、論文掲載費等に充てる。本研究計画は次年度が最終年度となるため、例年より多くの予算を成果(論文)発表経費に割くことになる。したがって、基金に関しては、敢えて使い切ることなく対応したため。翌年度分として請求した研究費と合わせ、半分強を物品費に充てるが、残りは、成果発表に重点を置き、成果発表に伴う学会参加"旅費"、投稿原著論文のnative checkに関わる"謝金"、論文投稿・掲載/別刷費としての"その他"経費に使用する。
ポスト社会主義ユーラシア牧畜諸地域の動態にみる多様性と普遍性-人とモノの関係より

ポスト社会主義の牧畜地域におけるモノの利用と継承のあり方を明らかにするため、銀製品の利用と継承とフェルト製作について調査研究をおこなった。その結果、モノの消費をめぐっては記憶という付加価値がつくことがわかった。生産技術については、技術は道具でなく身体技法として伝わる部分が多大であり、社会主義期にも身体技法が伝わる余地があったことがわかった。今後の課題としてポスト社会主義地域の多様性の研究が残された。ユーラシアのポスト社会主義諸国は、20世紀中に2度の体制変化、すなわち「社会主義」化と社会主義から民主化・市場経済化への「移行」を経験した。社会主義は、歴史・文化・自然背景の多様な広大なユーラシアにおいて、壮大な統一イデオロギーのもとで展開された「もうひとつのグローバリゼーション」であったと申請者は考える。本研究はこの視点から社会主義/ポスト社会主義の時代を捉え直し、その地域的・文化的な多様性と普遍性を解明することを目指す。具体的には、ポスト社会主義ユーラシアにおけるモノの生産・流通・利用およびモノの所有関係に関する諸個人の経験と認識について微視的な視点から検討する。そのことを通して、ポスト社会主義という歴史的状況が各地域の社会と文化にどのような影響を与えたのか、そしてまた、社会主義と移行の理念と実践がいかにローカライズされてきたのかを明らかにする。ポスト社会主義ユーラシアの遊動生活者にとっての財とその所有をめぐる経験と認識について、貴金属と家畜に焦点をあてて検討する研究計画の初年度である本年度は、モンゴル国の金銀鍛冶師に関する本格的なフィールドワーク、カザフスタンと中国内蒙古自治区での予備調査、これら調査で得られた資料分析・整理のための研究活動を実施した。その詳細は以下のとおり。8-9月、定住化政策の浸透したカザフスタンの農牧地域にて、牧畜実践に関する現地調査をおこない(総合地球環境学研究所の研究プロジェクト予算による)、首都アルマアタでカザフの銀製品に関する文献資料を収集した。また社会主義の痕跡を映像に記録した。これらの調査成果を地球研で口頭発表、地域研ニュースレターに執筆するにあたり、中央アジア現代史、映像技術、映像人類学に関する文献を収集した。11月には中国内蒙古の区都フフホト市とモンゴル国の首都ウランバートル市で1カ月のフィールドワークをおこなった。フフホトでは都市化、漢化の影響でモンゴル的銀製品についての知識が薄れ、モンゴル国からの出稼ぎ者が生産に従事していた。ウランバートルではチベット寺院の医師兼僧侶から貴金属と身体の関係について聞き取りをした。金銀装飾品店が集中する地区では約30の小売商の仕入れ傾向を調査した。近年の傾向として、装飾品のデザインと仕入れ国の多様化、国内産品割合の減少、小売商間の品揃えの均一化がみられた。また6名の鍛冶師から技術の習得過程を聞き込み、うち1人が指輪を完成する行程を映像に記録した。その成果は北方ユーラシア研究会で発表した。なおウランバートルではモンゴル国に住むカザフ・ディアスポラすなわち体制変化以降カザフスタンに移住し、戻ってきた1家族の暮らしの変化について聞き取りをおこなった。以上は、社会主義/ポスト社会主義の時代とその地域的・文化的な多様性と普遍性を探る試みの第一歩である。本年度の研究活動は次の3点である。すなわち、(1)物質文化に焦点をあてたポスト社会主義ユーラシア牧畜諸地域の多様性と普遍性の解明、(2)領域横断的な研究ネットワークの構築と研究資料の共有化への始動、(3)モンゴル牧畜地域の動態に関する民族誌的研究の総括と成果公開、である。研究方法としては、海外調査を来年度に繰り越し、文献研究、これまでに収集した資料、とくに写真と映像資料の重点的に分析した。各活動について以下に述べる。(1)文化人類学会(5月、京都大学)で2つの発表をおこなった。モンゴル国および中国のモンゴル人による銀製品をめぐる観念と利用実践について口頭発表するとともに、民族誌映像「モンゴル国の銀鍛冶師による指輪づくり」を製作、発表した。翌年1月には東北大学でのシンポジウムにて上述の民族誌映像を用いてモノの終わりと再生に関する試論を発表した。2月にはこれらを論文にまとめ、京都大学GCOEプログラムのワーキングペーパーとして発表した。(2)京都大学地域研究統合情報センター共同利用プロジェクト構想委員会予算により、東アジア地域を研究対象とする多分野の専門家13名からなるモノ研究の共同研究会組織、運営し、3回の研究集会を開催した。本活動はモノ研究に関する人的ネットワーク構築の礎となった。また昨年度に引き続き、乳利用に焦点をあててユーラシア地域の多様性と共通性を解明する科研共同研究(代表者、平田昌弘)の連携研究者として、当該地域の牧畜の特徴を比較文明史的な視点から多分野の専門家とともに検討してきた。本グループは、乳加工プロセスの空間分布と時間的連続を座標とする公開データベースを構築中である。(3)これまでの研究成果を総括し、『現代モンゴル遊牧民の民族誌』として発表した。

人類学分野内部での流通を念頭において執筆してきた論文を、多様な分野の広範な読者を想定して再検討する作業をとおして、モンゴルという地域と牧畜という生業の特性について得た新たな知見を盛り込むことができた。また研究成果の公開における写真資料利用の重要性を痛感し、映像・写真資料を徹底的に整理した。個別の社会における人びととモノとの関係の変化を探るため、モノに対する認識や行為に関するジェンダー、文化、国家間の相違に関する文献研究をおこなった。ポスト社会主義社会におけるモノの生産、利用のあり方を相対化するために、ユーラシアにおける考古学の成果を博物館収蔵資料と文献で把握するとともに、現代日本の物づくりの現場をフィールドワークすることで伝統的な技術の継承と革新について考察した。具体的には、21年4月に札幌の七宝焼き職人のもとで銀とガラスの性質と扱い方を参与観察した。5月に交通事故に遭い行動が不自由になったため7月まで休養した。8月から徐々に文献研究を開始した。日本の伝統産業としての七宝焼き生産の中心地である京都での原料供給、生産、流通と地域産業ネットワークのなかでの位置づけ等について文献を収集し、内容を分析、整理した。22年1月には、銀をはじめとする貴金属がそれぞれの性質に応じて身体の状態や人の運勢全体に作用するというモンゴルの信念について考察を深めるため、現代医療研究会に参加して、銀をはじめとする貴金属がモノの象徴的な力が身体におよぼす超自然的な力に関する資料を収集した。2月には畜産学の視点による家畜研究および地域に埋め込まれた家畜研究の最前線を把握するため、帯広畜産大学で研究打合せおこなうとともに同大GCOE主催のシンポジウムに参加した。3月には、グローバル経済の中心である東京における伝統工芸のあり方についてフィールドワークをおこなった。とくにジェンダーと血縁関係に注目し、技術の継承にかかわる価値観とその変化について資料を収集した。収集したデータの整理にさいして、これまで使っていたパソコンが故障したため、パソコンとソフトを購入した。本研究はモンゴル国をはじめとする移行期ユーラシア地域における社会主義/ポスト社会主義の時代を捉え直すことをとおして、ポスト社会主義諸地域の地域的・文化的な多様性と普遍性を解明することを目指した。方法としてモノの利用と継承のあり方、具体的には東アジア・中央アジアでお金に代わる機能を果たしてきた銀製品と、モンゴルの移動式住居「ゲル」の壁という生活に密着した必要不可欠な道具である巨大フェルトに焦点を当てた。▼銀製品については、メキシコ銀山の調査を通して、モンゴルでは既製品や新品よりもすでにもっている銀製品を再加工して利用し続けることが選好されている点が際立った。世界でもっとも産出量の多い南米銀山のひとつであるメキシコ銀山周辺では、欧米日本向け意匠の新しい銀製品が今日も生産され続けていた。一方モンゴルでは、牧民は自分が所有している銀製品が摩耗すると、鍛冶師を頼んで加工させることで別の物に変えて引き続き身につけている。この理由として第一に、牧民の中には先祖代々伝わる銀製品の純度の高さに対する信念がある。
好塩基球の生体内における存在意義・役割の解明

好塩基球は末梢血白血球のわずか0.5%を占めるに過ぎない最少血球細胞であり、またマスト細胞と類似性があるために、その存在意義が疑問視されていた。私たちは本研究において、好塩基球がIgE依存性慢性アレルギー炎症ならびにIgG依存性全身性アナフィラキシーの責任細胞であることを世界に先駆けて明らかにした。本研究により、生体内において好塩基球とマスト細胞が明らかに異なる役割を果たしていることが証明された。アナフィラキシーは、食物やハチ毒、薬物などが原因(アレルゲン)となっておこる急性のアレルギー反応である。蕁麻疹などの皮膚症状のほか、急速に血圧低下や呼吸困難、意識障害などがおこって、生命を脅かすような危険な状態(アナフィラキシー・ショック)に陥ってしまうことがあるので、迅速な診断と治療が必要である。従来、アナフィラキシーは、アレルゲンが抗体の一種であるIgEに結合して、それにより活性化したマスト細胞からヒスタミンが分泌されることでひきおこされると考えられてきた。しかし、IgEやマスト細胞がいない動物でもアナフィラキシーがおこることから、まったく別の仕組みがあるのではと予想されていたが、その実体は不明であった。本年度の研究で、私たちは、IgEとは異なる種類の抗体であるIgGによってもアナフィラキシーがひきおこされ、しかもその場合、アレルゲンの刺激によって活性化するのはマスト細胞ではなく、血液中を流れる好塩基球であることをつきとめた。私たちが独自に樹立した好塩基球除去抗体をマウスに投与することで生体内からあらかじめ好塩基球を取り除いておくと、アナフィラキシーによるショック死を防ぐことができた。好塩基球は、血液中の白血球のわずか0.5%を占めるに過ぎない最少細胞集団であるが、アレルゲンによって活性化すると、ヒスタミンの1,000倍以上の非常に強い活性を有する血小板活性化因子を放出して、アナフィラキシー・ショックをひきおこすことが判明した。すなわち、従来から知られていたマスト細胞・IgE・ヒスタミンが関与するアナフィラキシー発症機構とは全く別に、好塩基球・IgG・血小板活性化因子が主役を演じる新たなアナフィラキシー発症機構が存在することが明らかとなった。前年度までの研究で、IgE依存性慢性アレルギー炎症の責任細胞が好塩基球であることを明らかにした。本年度の研究では、好塩基球による慢性アレルギー炎症誘導機構を解明するために、各種サイトカイン、ケモカインならびにその受容体を欠損する変異マウスにおける慢性アレルギー炎症の有無を解析した。その結果、ケモカイン受容体CCR2欠損マウスでは、当初の予想に反して炎症が増悪することを見いだした。皮膚炎局所では、好塩基球の浸潤が正常に認められたが、マクロファージがほとんど蓄積しておらず、逆に浸潤好中球の著明な増加が観察された。野生型マウスの炎症巣では、古典的活性化マクロファージではなく非古典的活性化マクロファージの蓄積が認められた。このマクロファージを除去すると、CCR2欠損マウスと同様に、好中球の著明な蓄積をともなう炎症の増悪が認められた。Th2サイトカインが非古典的活性化マクロファージを誘導すること、活性化好塩基球がTh2サイトカインを分泌することがすでに知られている。したがって、好塩基球がTh2サイトカインの分泌によりマクロファージを活性化し、できた非古典的活性化マクロファージがアレルギー炎症を抑制するメカニズムがあることが強く示唆された。生体内での好塩基球の数は極めて少なく、アレルギー炎症巣においても浸潤細胞の12%を占めるに過ぎない。感染局所やアレルギー炎症巣への好塩基球の遊走・浸潤ならびに骨髄における好塩基球の発生・分化を可視化して解析するため、バイオマーカーとしてGFPを好塩基球のみに特異的に発現するマウスの樹立を試みた。BAC engineeringを応用して、好塩基球特異的遺伝子をGFPで置き換えたトランスジェニックを作製し、現在その発現パターンを確認している。
高速マルチモーダル顕微鏡と高度情報処理の融合

超短パルス光を試料に集光することで発生する種々の非線形光学現象を複数同時に検出するマルチモーダル顕微鏡は、計測試料から多面的な情報を収集する手法として効果的である。本研究の目的は、超短パルス光を用いた高速非線形マルチモーダル顕微鏡を開発し、顕微鏡で同時に取得される種々の非線形光学過程による画像を情報科学の先端技術を用いて画像解析するシステムを構築することである。はじめに、高速マルチモーダル顕微鏡のプラットフォームとして、10fsの超短パルス光と高速スキャンマイケルソン干渉計を用いた高速広帯域のコヒーレントラマン顕微鏡を開発した。10,000ピクセルからなる広帯域ラマン分光画像を毎秒1枚のレートで計測できることを実証した。次に、試料面で発生する他の非線形光学現象をダイクロイックミラーで波長ごとに分別し、別の検出器で同時に取得する改良を行った。第2次高調波(SHG)、第3次高調波(THG)に加え、2光子蛍光(2PF)、3光子蛍光(3PF)のうち複数を同時に検出する系を構築し、画像取得することに成功した。今後、情報科学の技術を取り入れることで、高速に取得される画像をリアルタイムに画像処理し、画像の分類や判断をするシステムを構築する研究を行う。本顕微鏡は、生命科学における細胞や組織の計測、あるいは、レーザー加工などのマテリアル科学における新しい計測ツールとして利用されることが期待される。生命科学の研究において最も有用な情報は画像である。画像化を担う電磁波、音波、電子線などの中で、光は非侵襲かつ高空間分解能という生命科学の画像計測に適した特性を持っている。レーザーが発明されてから半世紀がたった現在、光と物質の様々な相互作用の特徴を活かした多彩な計測方法が開発されている。各々の光応答は、物質の異なる特性を反映した信号を出すため、多面的かつ相補的な情報を提供する。本研究では、パルス光源と物質の相互作用により生じる種々の非線形光学効果を同時に、かつ、高速に検出できるマルチモーダル顕微鏡を開発することを目的としている。はじめに、マルチモーダル顕微鏡のプラットフォームとして、広帯域コヒーレントラマン分光顕微鏡の立ち上げを行った。10 fs程度のパルス幅を持つモードロックレーザーを用いたフーリエ変換アンチストークスラマン分光法を開発し、3000cm-1を超える超広帯域のラマンスペクトルを、24,000スペクトル毎秒で取得することに成功した。原理検証実験として、複数の有機溶媒をサンプルとして計測し、13.3 cm-1の高スペクトル分解能で所望のスペクトルが得られていることを確認した。この原理検証実験により、3000 cm-1を超えるラマンスペクトルを取得する手法において、世界で最も高速な計測手法が実現した。この手法を基に、レーザー走査型顕微鏡の構築を行い、高速に3次元のラマン分光イメージを取得することができるシステムの構築に着手した。プラットフォームとなるコヒーレントラマン顕微鏡の開発において、光学系の最適化に予定よりも長い時間を要したため。当初の予定通り、プラットフォームであるコヒーレントラマン顕微鏡を改造し、各種の非線形光学効果を同時取得するマルチモーダル顕微鏡を構築する。その後に、高速信号処理による解析手法の開発に進む。コヒーレントラマン顕微鏡の開発が遅れにより、マルチモーダル顕微鏡への改造に要する物品の購入が遅れたため。購入が遅れた物品を順次購入していく。
3D造形による蚊を模した交互進行する鋸歯状無痛針の作製と穿刺・血液吸引性能の評価

蚊を生体模倣した無痛針を,生体適合ポリマーを材料として開発した.具体的な成果は以の通り.1)樋状の2つの半割部品が互いに嵌合し,中央に血液の通り道となる長手状の空洞部分を有する針を提案した.高精度3D造形装置を用いて原型を作製した.2)原型にメッキを施し金属製の鋳型を作るプロセスを確立した.この鋳型に射出成形を行い,ポリマー製の針を得た.3)蚊の口針が動物の血管に到達して吸血を行う様子を観察した.4)有限要素法を用いて,針が皮膚組織に陥入していく様子をシミュレーションした.5)動物の皮膚に対して,穿刺実験,血液吸引実験を行い,針の性能を評価した.6)動物実験により痛みの評価を行った.(研究の目的)従来の針とは全く異なる,蚊を生体模倣した無痛針を開発することを目的とする.この針は,寸法が微細であること(断面積が現行の針の1/10以下),鋸歯状突起を有する複数針を交互に少しずつ進めることに起因し,侵襲性が極めて低い.具体的には,3D造形と電鋳技術を用いて鋳型を作製し,これに生体適合ポリマーを射出成形して針を作製する.これに新規に提案する毛管現象と吸水ポリマーを用いたポンプレス血液吸引機構を搭載する.H26年度H29年度の4年間でこの無痛採血デバイスの完成を目指す.(実施項目と成果)初年度である平成26年度は,3D造形による微細針の基礎的な作製実験に注力した.また針の設計指針を得るため,有限要素法(FEM)による針の皮膚への穿刺シミュレーションも実施した.以下に具体的な実績を記す.【3D造形による原型の作製】分解能0.2μmの超高精度3D光造形装置(Nanoscribe社)を用いて,複雑で微細な蚊の針を作製することに取り組んだ.具体的には穿刺に重要な役割を果たす上唇(中空の針)と,その両脇の先端にギザギザ状突起(歯丈5μm,ピッチ25μm)を有する小顎2本の合計3本が組み合わされた針(長さ2mm)の作製に成功した.【FEMによる穿刺シミュレーション】蚊の口針の形状を忠実に3Dでモデル化し,皮膚へ針が刺入していく様子を,陽解法非線形FEMソフトウェア(LS-DYNA,JSOL社)を使用してシミュレーションした.本年度は中央の上唇を振動させながら穿刺した場合について,振動が無い場合に比べて10%程度穿刺抵抗力が低減することを確認できた.実際に作製した針を用いて穿刺実験を行い,同様の結果を得ることができた.このことにより,シミュレーションの妥当性が確認できた.(研究の目的)従来の針とは全く異なる,蚊を生体模倣した無痛針を開発する.この針は,寸法が微細であること(断面積が現行の針の1/10以下),鋸歯状突起を有する複数針を交互に少しずつ進めることに起因し,侵襲性が極めて低い.H26年度H29年度の4年間で無痛採血デバイスの完成を目指す.(実施項目と成果)2年目にあたる平成27年度は,i)3D造形,電鋳,成形の3工程による微細針の作製実験.ii)有限要素法(FEM)による針の皮膚への穿刺シミュレーション,iii)実験動物を用いた不透明な皮膚下での蚊の吸血動作の観察,に注力した.以下に具体的な実績を記す.【3D造形による原型の作製】成形の容易さを考えて,2本の樋状の針を組み合わせ,中空でありながら蚊と同様に交互振動が可能な鋸歯状の針を提案した.分解能0.2μmの超高精度3D光造形装置(Nanoscribe社)を用いて,この針の作製に成功した.【電鋳による鋳型の作製】前記の原型にメッキを施すことで,金属製の鋳型(上型板,下型板)の作製に成功した.【ポリマーの射出成形による針の作製】微細構造に樹脂を流動させて充填させるには,下型板の加熱しておき,射出後速やかに型を水冷した後,離型を行うこと(ヒートアンドクール法)が有効である.本年度はこの方法で成形作業を行い,生体適合性のプラスチック微細針の作製に成功した.【FEMによる3次元穿刺シミュレーション】前年度は中央の上唇についての解析に留まったが,本年度はその両脇の小顎も含めた3本の針の詳細モデルを構築し,これらを協調振動させるシミュレーションに成功した.【動物実験による蚊の吸血動作の確認,針の穿刺・採血性能の評価】皮膚が透けているヌードマウスを用い,皮膚下での蚊の吸血動作の観察に成功した.また開発した針の穿刺性能,採血性能も同様の動物実験により評価することに着手した.生体模倣は,生体の動作のメカニズムを解明し,そのエッセンスを抽出し,工学的に実現する研究分野であり,無闇に忠実にレプリカを作る必要は必ずしも無い.

前年度は,超高精度3D造形により忠実に蚊の口針を模倣することに取り組み,蚊の上唇と小顎2本の完全なレプリカの作製に成功し,成果を世に出すことができた.しかし,これをマスター(原型)として,大量生産用の針の鋳型を作製することを考えた時に大きな問題が生じる.すなわち,中空パイプ状の原型にメッキを施し,それを離型して金属製の鋳型を作製する電鋳工程を実施した場合,中空部分にメッキされた芯棒状の部材を抜いて離型することができないのである.この問題を解決するために本年度は,針の本数を3本から2本に減らし,2本の樋状の針を組み合わせて中空部分を設け,液体が流通できる状態を保ちながら,蚊と同様に交互振動することが可能な鋸歯状の針を提案した.樋状のものであればメッキ物の離型が容易である.3D造形によりこの針の作製に成功し,人工皮膚への穿刺実験を行い,蚊と同様の交互振動により穿刺抵抗力が低減することを確認できた.また血液の吸引にも成功した.この研究成果を国際会議で発表し,高い評価を得ることができた.また,アカデミックな側面として,蚊の穿刺メカニズムの究明にもFEMを用いて取り組んだ.本年度は蚊と同様の複数針の詳細3次元モデルの構築と,それを用いた皮膚への穿刺シミュレーションに成功した.皮膚が破壊されていく様子をシミュレーションすることは難易度の高い非線形問題であり,計算力学関連の学会で成果を発表し大きな反響を得た.さらに,ヌードマウスを用いて,皮膚の下でどのように蚊の針が血管にアクセスしているかの詳細観察に成功した.その結果蚊の穿刺だけでなく,吸血のメカニズムも解明されつつある.今後成果を学会等で発表すれば,大きな反響が得られるものと思量する.(研究の目的)従来の針とは全く異なる,蚊を生体模倣した無痛針を開発する.この針は,寸法が微細であること(断面積が現行の針の1/10以下),鋸歯状突起を有する複数針を交互に少しずつ進めることに起因し,侵襲性が極めて低い.マイクロ加工の技術を用いて針を作製し,皮膚への穿刺・血液吸引の可能性を検証する.H26年度H29年度の4年間で無痛採血デバイスの完成を目指す.(実施項目と成果)3年目にあたる平成27年度は,前年度に引き続き射出成形により生分解性ポリマー製の微細針の作製を行った.有限要素法(FEM)による針の皮膚への穿刺シミュレーションを行った.針の設計指針を得るための蚊の吸血動作の観察と,作製した針の穿刺・採血性能の評価を,実験動物を用いて行った.以下具体的に記す.【ポリマー製微細針の作製】前年度に成形の容易さを考えて,2本の樋状の針を組み合わせ,中空でありながら蚊と同様に交互振動が可能な鋸歯状の針を提案した.本年度は,上型に半円断面の隆起部を設け,これが下型の半円断面の溝部と嵌まり合うような上下鋳型を作製し,両者の隙間に樹脂を射出することで樋状の針を成形することに成功した.これを2本重ねて中空針とし,人工皮膚への穿刺と,毛管力による血液の液滴の吸引に成功した.【FEMによる3次元穿刺シミュレーション】マイクロピッチの格子付きのPDMS製人工皮膚を作製し,この格子の歪みから実際の応力分布を求めて,FEMの結果と比較する手法を提案した.両者の値はオーダ的に一致し,FEMの有効性が確認できた.【動物実験】皮膚が透けているヌードマウスを用い,蚊の穿刺・吸血動作の観察を行った.開発した針の穿刺性能,採血性能も同様の動物実験により評価した.開発した針では蚊と異なり,皮膚が撓み,血管が針から逃げるという課題が確認でき,今後の針の実用化における大きな指針が得られた.前年度に,蚊の上唇1本,小顎2本の計3本を忠実に真似るのではなく,2本の樋状の針を組み合わせて中空部分を設け,液体が流通できる状態を保ちながら,蚊と同様に交互振動することが可能な針を提案した.前年度は3D造形によりこの針の作製に成功したが,材質が光硬化型樹脂であり,1本作製するのに10分以上の時間を要するという問題があった.本年度は樋状の針を成形するための上下鋳型を作製し,これにポリ乳酸を射出成形することで,安全な生分解性針の大量生産の可能性を示せた.