hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
代謝症候群の分子遺伝学的研究

代謝症候群は、内臓肥満・高血圧症・糖代謝異常・脂質代謝異常を合併し、虚血性心疾患が発症しやすい病態である。その発症メカニズムについて1.低比重リポ蛋白受容体関連蛋白5(LRP5)と、2.リポ蛋白リパーゼ(LPL)、肝性リパーゼ(HL)などに注目して検討した。IVS17-30g/a多型が代謝症候群の発症・進展に直接関与しているのか、あるいは連鎖不均衡にある別のLRP5変異による間接的な影響か、さらに検討を要する。2.高トリグリセリド(TG)血症を示した患者から、トランスポゾンによりLPL遺伝子に欠失が生じた例、不活性な変異LPL蛋白が血中に存在する例、HL活性低下による例を明らかにした。さらに、代謝性心筋症からAGL遺伝子変異が原因である例を同定した。また、Lp(a)高値例に虚血性心疾患が多いことを示した。こうした結果から、代謝症候群の発症には多様な因子が関わっていることが示唆された。代謝症候群(メタボリック・シンドローム)は、内臓肥満とそれに伴うインスリン抵抗性を基礎に、高血圧症、糖代謝異常、脂質代謝異常を来たし、虚血性心疾患を代表とする動脈硬化性疾患を合併する病態である。代謝症候群は、その発症に複数の原因が関与する多因子病であると考えられる。その中の一つとして、私どもは低比重リポ蛋白受容体関連蛋白5(Low density lipoprotein receptor related protein 5:略号LRP5)に注目している。LRP5は、脂質代謝に重要な低比重リポ蛋白(LDL)受容体と構造が類似し、糖代謝・骨代謝などの経路にも関与する多機能受容体であることが明らかになっている。LRP5遺伝子は23個のエクソンから構成され、1615個のアミノ酸をコードする。「ヒトの代謝症候群の発症にLRP5の遺伝的・機能的異常が関係している」という仮説を検証することを目的として、(1)代謝症候群患者からLRP5の遺伝子変異を持つ患者を発見するために、代謝症候群患者のLRP5の遺伝子解析を進めている。代謝症侯群患者からインフォームドコンセントを得た後採血し、末梢血からゲノムDNAを調製し、LRP5の塩基配列決定を行っている。(2)私たちが確立したヒトLRP5遺伝子の7箇所の一塩基多型(SNPs)を簡便に判定するPCR-RFLP系で、代謝症候群と対照におけるヒトLRP5のSNPs頻度を比較している。現在、(1)(2)のデータの集積を行っている。その中の一つとして、私どもは低比重リポ蛋白受容体関連蛋白5(Lowdensity lipoprotein receptorrelated protein5:略号LRP5)に注目している。私どもが見出したヒトLRP5の遺伝子多型の頻度を代謝症候群患者と健常対照で比較して、LRP5が代謝症候群に関与しているかを検討中である。【方法と現在までの結果】IVS17-30多型g/aはminoralleleであるaが代謝症候群で有意に増加していた。一方、アミノ酸置換を伴うQ89RとA1330Vには有意な差は認められなかった。また、その他の多型にも差は認めなかった。IVS17-30多型につき、gg群とag+aa群に分けて、TC, TG, HDL-C, BMIを比較したが、有意な差は認めなかった。代謝症候群と対照の間に、ヒトLEP5遺伝子のSNPsのうちIVS17-30g/a多型で差を認めた。これが代謝症候群の発症・進展に直接関与しているのか、あるいは連鎖不均衡にある別のLRP5変異による間接的な影響か、さらに検討を続けている。本年度は、代謝症候群の脂質代謝異常の特徴である高トリグリセリド(TG)血症、特にその発症メカニズムについて検討した。トランスポゾンによりリポ蛋白リパーゼ(LPL)遺伝子に欠失が生じて起こった高TG血症(ケース1)や、不活性な変異LPL蛋白が血中に存在するために起こった高TG血症(ケース2)や、HL活性低下による高TG血症(ケース3)などを明らかにした。ケース1:ヘパリン靜

注後血漿(PHP)中のLPL活性は測定感度以下で、さらにLPLの蛋白量も測定感度以下であった。Southern解析によりLPL遺伝子に大きな欠失が示唆された。LPLの塩基配列を調べると、イントロン1のAT-rich領域と、イントロン2のAlu配列の間に約2.4kb(エクソン2を含む)の遺伝子欠失が起こっていた。同時に、breakpointには異なるAlu配列が挿入されていた。こうしたAlu配列が関与した欠失-挿入が、高TG血症の原因であった。ケース2:PHP中のLPLの蛋白量が正常の約1/5に低下していた。一方、LPL活性は測定感度以下であった。LPLの塩基配列を調べると点変異があり、188番目のアミノ酸がグルタミン酸に置換した変異LPLであることが判明した(G188E)。この活性を失った変異LPL蛋白が高TG血症の原因であった。ケース2では動脈硬化が進行している所見はみられなかった。ケース3:PHP中の肝性リパーゼ(HL)が低下していた。HL遺伝子の塩基配列を検索したところ、(1)点変異により334番目のアミノ酸がフェニールアラニンへ置換(L334F)、(2)プロモーター領域-514番目の多型(-514C→T)の両者が見つかった。これらが高TG血症の原因であった。
多相交流放電を応用したプラズマ紫外線源によるPCBの光脱塩素無害化処理技術開発

ニ年間の研究により、地球環境や社会に深刻な影響を与え焼却処理や化学処理が困難な有機塩素系有害物質の一つであるPCB(ポリ塩化ビフェニール)について、我々が研究開発した多相交流グロー放電低コスト・高効率・大容量プラズマ紫外線源を用い、大気圧下の室温状態において穏やかに光脱塩素無害化処理する技術の実用性を、実際に保管管理されてきたPCBサンプルを用い検討した。その結果、電力会社で保管管理されている柱状トランスの絶縁油に低濃度(<100ppm)で混入しているサンプルについては、絶縁油(鉱物油)自体の紫外線吸収がかなり大きくPCBの光脱塩素化が効率的に行われないことが分かった。しかし、鉄道会社で保管されている車両用トランスのPCB絶縁油(濃度>70%)のサンプルについては、アルコールによる希釈(光透過度)が適正であれば高塩素化PCBであっても光脱塩素化がほぼ完全に行われることが分かった。初年度の研究成果は、6相交流水素グロー放電により紫外線が発生する処理容量が1lの実験装置において、紫外線透過特性や光脱塩素化特性を把握できたことである。次年度の研究成果は、12相交流放電紫外線源を装備した実用化を念頭において設計・製作された処理容量が10lの実験装置において、攪拌機の位置・大きさにより試料液へ紫外線を効果的に照射できること、及び、放電電極の直接冷却により紫外線源を大電力・長時間安定して稼動できることが分かったことである。今後、紫外線とバイオテクノロジーを併用したPCB処理プラント技術を開発している鉄道総合研究所と三菱工業(株)と合同し、本研究で開発した装置を紫外線照射PCB脱塩素処理部としてプラントの中へ組み込むなどを検討する予定である。二年継続の研究であるが,本年度は次の二つの研究を行った,一つは,昨年度までに製作した処理容積が1lの装置において,イソプロピルアルコール溶媒へ実際に管理保管されてきた低濃度PCB混入(100ppm)絶縁油を入れ,PCBの紫外線照射による光脱塩素化実験を行ったことである.分光光度計によりPCB混入絶縁油の紫外線吸収特性を計測した結果,PCB以上に絶縁油(鉱油)自身も紫外線を強く吸収することが分かった.そこで,紫外光が適当な深さにまで浸透できるようにイソプロピルアルコール(紫外光を吸収しない)でPCB混入絶縁油を希釈することにした.この試料へ電力密度が数ワットの紫外線を照射し続けた結果,低濃度になるにつれて脱塩素化の速度が遅くなるが,PCB濃度が徐々に下がることが確認された.ここで,分析は他機関(日本重化学工業高岡工場分析センター)へ依頼したが,鉱油からPCBを分離することが難しく,ガスクロマトグラフ分析においてPCB成分を示す信号へ鉱油の成分が一部重畳した.従って,PCBが完全に脱塩素されたかどうか判定できなかった.もう一つは,実用化を念頭においた処理容積が10lの装置を新に設計・製作し,その基本性能を試験したことである.紫外線照射PCB処理部は円筒形をしており,壁面に沿って紫外線を発生する放電電極が設置され,石英管に入れられたPCB試料液が中央部にセットされる構造になっている.チタン製の水冷された12枚の円弧状電極(長さ700mm、幅50mm、厚さ5mm)がステンレス製の円筒装置(内径φ210、長さ700mm)の内壁に沿って,壁面から2mm離されてセットされた.各電極が直接冷却されるので,また,各電極間および壁面間のギャップにより絶縁が保持されるので,大きな電力を長時間安定して供給できる.PCB試料液を入れた石英管(外径φ156、内径φ150、長さ700mm、内容積12.8l)を電極に囲まれた装置中心部に挿入した。試料液の冷却はスパイラル状に巻いたステンレス製冷却パイプを液中へ浸して行った.

試料液に万遍なく紫外線が照射されるように,石英管の中央部へタービン型の撹拌翼(外径φ100)を取り付けた.電極へ12相交流電源を給電し放電特性及び発光特性などの基礎的な実験データを収集した.更に,試料液の撹拌特性や印加放電電力に対する試料液温度特性などを測定した.二年継続研究の最終年にあたる本年度は、処理容積が10lの新装置におけるPCB脱塩素化実験を中心に研究を行い、実際に保管管理されているPCBサンプルを使用し我々の方式の有用性を試験した。鉄道総合技術研究所から一時借用した車両用トランス油の高濃度PCB(kC1000)のサンプルを用いた実験において、サンプル液を希釈し紫外線浸透距離を適当に長くとれば、PCB成分(KC500)を完全に脱塩素化できることが分かった。一方、電力会社から一時借用した柱上トランス鉱油中に低濃度で混入しているPCBサンプルを用いた実験において、鉱油の紫外線吸収が強くPCB成分の脱塩素化が効果的に行われないことが分かった。新装置は、電極へ大きな電力を安定して供給できるように、また、残留ガスによる電極からのスパッタリングによる光透過低下を防ぐ為に、電極内部に純水を循環させる直接冷却方式を採用し、また、高真空排気機能を持つターボ分子ポンプを使用した。12枚のチタン製円弧状電極が、絶縁フランジを介し各電極間および装置壁間との絶縁を保持しながら、ステンレス円管の円壁に沿ってセットされた。各電極内には電気抵抗の大きいイオン交換水が流され、電極で発生する熱は直接除かれた。電極へは12相交流電源が供給され、また、電極近傍にプラズマを閉じ込める櫛形状12極磁場を構成する為に装置外壁の円周方向に沿って12本の永久磁石と装置上下端に2本のリング磁石が取り付けられた。装置内部には、PCB試料液を入れた石英管が挿入され、更に、その中に液温を調整する為に熱交換器が挿入された。紫外線の透過距離が短いので、中心部の試料液を表面に撹拌する為にタービン型の撹拌器が取り付けられた。紫外線の測定は、試料液内部に挿入された石英光ファイバーにより分光器に導かれ常時モニターされた。本研究で得られた成果の実用化を検討する為に、紫外線とバイオテクノロジーを併用したPCB処理プラント技術を開発している鉄道総合技術研究所と三菱重工業(株)と我々のチームとの合同の研究会を本学で開催し、本研究で開発した装置を紫外線照射PCB脱塩素化処理部としてプラントの中へ組み込むなどを議論するとともに、今後の協力について話しあった。
癌細胞のメタボローム解析　－癌細胞エネルギー代謝が抱える矛盾への挑戦－

口腔扁平癌組織から「癌細胞部分」とその周辺の「正常細胞部分」を切り出し、代謝中間体・代謝産物を抽出の上、CE-TOFMSを用いてメタボローム解析を行った。本研究によって、口腔扁平上皮癌はワールブルグ効果(グルコース利用亢進と乳酸産生亢進)を示すものの、解糖下流部の代謝は乏しく、一方、グルタミン分解代謝(グルタミノリシス)が亢進されていることが示された。これらの結果から、口腔扁平癌組織は、グルコースからペントースリン酸回路等を経て細胞構成基質を供給し、グルタミンから乳酸を産生する過程でエネルギーを得ている可能性を示唆した。口腔癌組織のメタボローム解析法を確立し実施した。口腔扁平上皮癌患者へのインフォームドコンセントのもと、外科的切除術の際に切除された癌組織から「癌細胞部分」とその周辺の「正常細胞部分」を切り出し、液体窒素で急速凍結した。次いで、各組織試料を事前の検討により最適化された抽出法に従って処理し、代謝中間体・代謝産物を抽出の上、濃縮した。得られた試料は、キャピラリー電気泳動ー飛行時間型質量分析計(CE-TOFMS)を用いてメタボローム解析を行った。CE-TOFMSにおいては、アニオン・フォーマットにて各種糖代謝中間体および有機酸を、カチオン・フォーマットにて各種アミノ酸およびヌクレオチドを対象として、同定および定量を行った。得られたデータは、バイオインフォマティクス的に解析し、代謝中間体・代謝産物データベース基づいた既存代謝経路への割り付けや、癌細胞に特異的な代謝経路および新規代謝経路を検討した。その結果、口腔扁平上皮癌は、他の癌組織と同様に「ワールブルグ効果(グルコース利用亢進と乳酸産生亢進)」を示すものの解糖系中流・下流部の代謝は乏しく、一方、「グルタミノリシス(グルタミン分解代謝)」が亢進されていることが示された。すなわち、口腔扁平上皮癌に見られる「ワールブルグ効果」は、単に解糖系の亢進によるものではなく、グルコースの利用亢進による細胞構成基質の供給と「グルタミノリシス」の亢進に伴う乳酸産生の増加が、同時に生じた結果である可能性が示唆された。口腔癌細胞株を用いて、臨床口腔癌組織で観察された「ワールブルグ効果(グルコース利用と乳酸産生の亢進)」および「グルタミノリシス(グルタミン代謝の亢進)」が実際に再現するかどうかを検証した。培養した口腔癌細胞株をグルコースおよびグルタミンを含む溶液に再懸濁し、pH低下に対するアルカリ滴定量から乳酸産生量を推定した。その結果、口腔癌細胞は本条件で酸を産生することが分かった。さらに、これまでのメタボローム解析の詳細な解析から、口腔扁平上皮癌細胞では、グルコース取込系酵素、乳酸脱水素酵素、グルタミナーゼの活性増加、及びピルビン酸脱水素酵素の活性減少が生じていることが推測された。以上のことから、口腔扁平上皮癌細胞においては、少なくともこれらの酵素タンパクの発現調節あるいは転写後調節を介して、グルコースから様々な生体合成基質を調達し、一方では、不足するエネルギーをグルタミン分解に伴う基質準位リン酸化および酸化的リン酸化によって補っていることが示唆された。前年度の成果については、英文論文として公表した。本年度の成果については、さらなる検討を加えた後、学会および学術誌において公表する予定である。口腔生化学口腔扁平上皮癌組織のメタボローム解析とその代謝経路の検討という所期の目的を達成できたため、おおむね順調に進展していると判断した。次年度は、癌組織に代わり培養癌細胞を用いてメタボローム解析を行い、詳細な代謝の特徴を解明する。さらに、代謝性バイオマーカーの特定や代謝阻害剤の効果について検討する。また、これまでの研究成果を、国内学会及び国際学会にて発表し、広く議論を求める。研究施設の全面改修に伴い、購入設備を設置する場所が確保できなくなったため、購入予定設備の購入を見送り、他の研究施設の設備を借用することで対応したことによる。購入予定設備は、他施設の設備を借用することで対応が可能となったため、本設備費購入費を、老朽化して使用が困難となったクリーンベンチの購入に充てることとする。
X線CT画像からの肺がん病巣自動認識アルゴリズムの研究

X線CTを用いた肺癌検診用CTの新規開発を提案し、その一環として本研究では、大量のCT画像を診断しやすい形で医師に呈示する、診断支援システムの検討を行った。得られた成果は以下の通り。1.三次元的画像デ-タの効果的表示法の開発一患者あたり3040枚からなるCT画像の医師による読影作業を軽減するため、上記画像中より肺癌病巣部を効果的に強調(妨害臓器情報を抑制)したのち、これを一枚の二次元画像で表示する技術を開発した。具体的には、(1)MIP法(Maximum Intensity Projection)と呼ばれる方法で2次元画像に投影表示するが、(2)その前に病巣部を陰ぺいする危険性のある、肋骨、体表、縦隔、横隔膜の各情報を、各臓器のCT値と面積情報に基礎を置く複合形マスク演算処理法により除去する方法を開発した。2.肺癌病巣候補自動抽出アルゴリズムの開発医師に代わって、肺癌病巣部を自動認識するシステムの開発の第一歩として、病巣候補領域の自動抽出アルゴリズムの検討を行った。具体的には、モルフォロジカルフィルタの一種である二次元非線形フィルタを新たに開発した。本フィルタは肺癌のような孤立性陰影に特異的に応答する性質があることを理論的、ならびにモデル実験的に明らかにした。3.臨床的妥当性の評価上記1.2.の方式を実際の肺癌症例3例に適用し効果を調べた。その結果予期した通りの好結果が得られた。今後はさらに実験症例を増やしながら、各種バリエ-ションに対応できるよう細部の改良を行う必要がある。
距離空間上の調和関数の研究

今年度は主に,リーマン多様体におけるリッチ曲率の下限に相当する条件の,一般の測度距離空間での定式化を研究した.これは10年以上にわたって重要な問題として考えられてきたものであり,現在も活発に研究されている断面曲率を下から押さえた空間(アレクサンドロフ空間)を更に一般化した対象であると共に,Cheeger-Coldingらによるリッチ曲率を下から押さえた多様体の列の収束・崩壊理論に適切な枠組みを与えるものと期待される.具体的に得られた結果としては,Sturm及びLott-Villaniによって最近与えられたCurvature-Dimension条件よりも弱い,Measure Contraction Property(MCP)という条件を導入した.(Sturmも独立に同様の条件を導入している.)これはリーマン多様体の場合にはリッチ曲率の下限と同値であり,またリッチ曲率を下から押さえたリーマン多様体で知られている種々の性質(Bishop-Gromovの体積比較定理,Bonnet-Myersの定理など)がMCPを満たす測度距離空間に拡張される.また,アレクサンドロフ空間はMCPを満たす.更に,特に重要な結果として,MCPは測度距離空間の列の測度付Gromov-Hausdorff収束の下で保存され,これとGromovのプレコンパクト性定理を合わせると,MCPを満たす測度距離空間の族は測度付Gromov-Hausdorff位相でコンパクトであることがわかる.今年度の研究では,2つの結果が得られた.1つは,測度の強二倍条件を満たす測度距離空間で,Cheeger型エネルギー型式を用いて定められた内部距離が元の距離と一致する,ということである.これはリーマン多様体や曲率を下から押さえたアレクサンドロフ空間でのディリクレ型式に関する事実の拡張であり,Cheeger型エネルギー型式が空間の幾何的情報を失っていないことを意味する.他のエネルギー型式,例えばKorevaar-Schoen型エネルギー型式ではこの性質は成り立たず,特にこのエネルギー型式では空間を見分けることができない(つまり,空間の幾何的情報を失っている).また,測度の強二倍条件はRanjbar-Motlaghによって定義されたものだが,これは測度距離空間でリッチ曲率の下限に相当する条件を与える試みとも関係する,興味深い条件である.もう1つの結果は,CAT(0)空間の,バナッハ空間をも含むような拡張と,それを用いた,これまでCAT(0)空間で知られていた事実,特にCheeger型ソボレフ空間に関する結果の拡張である.この拡張された条件は距離関数のある種の凸性によって定義され,直径の小さいCAT(1)空間(例えば,球面の凸集合)や,ある種のバナッハ空間を含む.従って,この条件を満たす空間はCAT(0)空間より弱い凸性しか持ち得ないが,工夫することで同様の議論が適用できる.例えば,このようなバナッハ空間を含む状況では角度を考えることはあまり意味がないが,それでも弧長に関する第一変分公式の類似物を証明することができる。また,このような空間への写像に対するディリクレ問題(つまり,エネルギー最小写像の存在問題)を解くことができ,これは今まで知られている中で最も広い対象を含んでいる.今年度は主に,リーマン多様体におけるリッチ曲率の下限に相当する条件の,一般の測度距離空間での定式化を研究した.これは10年以上にわたって重要な問題として考えられてきたものであり,現在も活発に研究されている断面曲率を下から押さえた空間(アレクサンドロフ空間)を更に一般化した対象であると共に,Cheeger-Coldingらによるリッチ曲率を下から押さえた多様体の列の収束・崩壊理論に適切な枠組みを与えるものと期待される.具体的に得られた結果としては,Sturm及びLott-Villaniによって最近与えられたCurvature-Dimension条件よりも弱い,Measure Contraction Property(MCP)という条件を導入した.(Sturmも独立に同様の条件を導入している.)これはリーマン多様体の場合にはリッチ曲率の下限と同値であり,またリッチ曲率を下から押さえたリーマン多様体で知られている種々の性質(Bishop-Gromovの体積比較定理,Bonnet-Myersの定理など)がMCPを満たす測度距離空間に拡張される.また,アレクサンドロフ空間はMCPを満たす.更に,特に重要な結果として,MCPは測度距離空間の列の測度付Gromov-Hausdorff収束の下で保存され,これとGromovのプレコンパクト性定理を合わせると,MCPを満たす測度距離空間の族は測度付Gromov-Hausdorff位相でコンパクトであることがわかる.
小型魚類の視運動反応の数理的解析とその神経・分子基盤の解明

私は昨年度まで、視運動反応の行動アルゴリズムの予測のため、縞の条件を変化させたときのメダカの視運動反応の特性について調べた。本年度はその結果をもとに実際に行動アルゴリズムを予測し、視運動反応モデルとそのシミュレーションを作成した。以下にモデルの構造の概要と、シミュレーション結果について簡単に報告する。私はまず、メダカが新規の目標方向へ旋回・加速して視界を更新する状態と、その更新された状態を維持する状態の2状態に区分した。次に、視界の更新を選んだ場合、メダカが側方に黒縞が見える確率が高い方向を目標遊泳方向とし、視界の維持を選ぶと、視界内の縞の動きの変化が少なくなるように目標旋回量と目標速度を設定した。視界の更新と維持の2状態は、基本的に確率的な自発性により生じ、視界内の縞の位置が大きくずれすぎた場合にも、視界の維持から更新に切り替わりやすくなる仕組みも取り入れた。最後に、目標遊泳方向(または旋回量)と目標速度の値をもとに、運動の周期と旋回・加速の向き・大きさを決定するようにした。以上の構造を取り入れたモデルをもとにシミュレーションを作成した。縞の速度が一定のときに平均的に縞と同じ速度で動くのを確認したのち、縞の速度を1, 10秒周期で正弦波様に変化させ、シミュレーション上の魚の行動を解析した。その結果、昨年度の実験で見られた、実際のメダカが10秒周期で縞の速度が変化した際には、メダカも縞と同じ回転速度変化をするように、10秒周期の行動制御を行うのに対し、1秒周期で縞の速度が変化した場合には、数十秒の平均をとると、縞とほぼ同じ速度で追従するにも関わらず、1秒周期での行動変化は生じないという行動特性を再現できることを確認した。1.これまで、視運動反応中の行動特性からモデルを作成し、実際にシミュレーション上で縞への追従応答を示すことを確認していた。本年度はモデルの妥当性の確認と改善のため、メダカに見せる縞の密度、速度、配置パターンを変化させる、胸びれがなく方向転換や減速に異常があると期待される変異体を用いた行動実験を行ってきた。この結果、縞の速度の上昇に伴ってメダカが緩やかな加速と急な加速の2種類の加速様式を使い分けることを見いだした一方、変異体を用いた場合では平均的な泳ぐ速度・進行方向は胸びれをもつ兄弟との間に差が見られなかった。今後、得られたデータをシミュレーション結果と比較してモデルの改善を行おうと考えている。また、縞の回転速度をコンピュータ制御で視運動反応中に周期的・ランダムに変化させるため、東京工業大学との共同研究により装置の作成を試みた。2.視運動反応や視覚情報処理、運動制御に関わる脳領域で発現する遺伝子の検索を行った。既に私達がマイクロアレイ実験を行って得た候補や、他のグループにより報告されていたグルタミン酸受容体のサブユニットなどについて、メダカホモログ遺伝子の発現パターンを確認した。またサントリー生物有機科学研究所と共同研究を行い、MALDI-TOF/MSによるメダカの終脳や視床下部に存在する神経ペプチドの網羅的な同定を試みた。これにより得られたペプチドの一部について、前駆タンパク質をコードする遺伝子のクローニングと、そのうちの1つγ-preprotachykininのin situ hybridization法による脳内発現領域の同定を行った。これらの遺伝子のプロモータ領域に神経興奮を抑制するヒトkir2.1をつないだコンストラクトを作成し、メダカ卵にインジェクションしてトランスジェニックラインの作成を行ってきた。今後、こうしたメダカの視運動反応の解析を試みる。1.これまで視運動反応(縞への追従運動)に関する研究は、縞の速度が一定な条件で解析されてきた。しかし、実際の生物の環境応答行動を表す理論モデルの構築や、その神経機構を探る上では、環境の変化へのロバストな対応能力も考慮に入れる必要がある。そこで私は東京工業大学との共同研究により、コンピュータ制御によって視運動反応中に縞の速度を変化させる装置を作成した。これを用いてメダカに正弦波様に変化する速度で動く縞を提示したところ、縞の速度変化が低周波で起こるときには、メダカの追従速度も縞と同じように正弦波様に変化するのに対し、高周波になると平均的には縞と同じ速度で追従し続けるにも関わらず、正弦波様の変化は見られなくなった(紀要に一部投稿)。このとき、メダカの旋回応答は縞の速度変化に対して短い潜時で達成されるのに対し、遊泳速度の応答はより長い時間を必要とした。これは、視覚刺激の変化に対して進行方向の調節によって部分的に対応する一方、遊泳速度の調節が遅れることで、視覚情報の小規模な変化や瞬間的な変化、あるいは極端に高周波な変化などに過剰に反応して行動を乱すことなく、縞への追従という目的をロバストに達成し続ける機構の一助になっている可能性を示した。2.特定の神経で機能阻害を行い、どのような行動異常が起こるかを調べ、理論モデルによるシミュレーションと比較することで、魚の脳内における環境応答行動の神経機構を探る上で、機能修飾を起こす神経を限定し、かつ初期発生に影響を与えないようにする必要がある。2009年度の研究で、私はCre-loxPシステムを介して神経興奮抑制性タンパクを発現するトランスジェニックメダカを作成し、Cre遺伝子の時間的・空間的発現制御のために、理研との共同研究により、ヒトのアデノウィルスベクターをin vivoで魚の脳に感染させる系を世界で初めて確立した。

私は昨年度まで、視運動反応の行動アルゴリズムの予測のため、縞の条件を変化させたときのメダカの視運動反応の特性について調べた。本年度はその結果をもとに実際に行動アルゴリズムを予測し、視運動反応モデルとそのシミュレーションを作成した。以下にモデルの構造の概要と、シミュレーション結果について簡単に報告する。私はまず、メダカが新規の目標方向へ旋回・加速して視界を更新する状態と、その更新された状態を維持する状態の2状態に区分した。次に、視界の更新を選んだ場合、メダカが側方に黒縞が見える確率が高い方向を目標遊泳方向とし、視界の維持を選ぶと、視界内の縞の動きの変化が少なくなるように目標旋回量と目標速度を設定した。視界の更新と維持の2状態は、基本的に確率的な自発性により生じ、視界内の縞の位置が大きくずれすぎた場合にも、視界の維持から更新に切り替わりやすくなる仕組みも取り入れた。最後に、目標遊泳方向(または旋回量)と目標速度の値をもとに、運動の周期と旋回・加速の向き・大きさを決定するようにした。以上の構造を取り入れたモデルをもとにシミュレーションを作成した。縞の速度が一定のときに平均的に縞と同じ速度で動くのを確認したのち、縞の速度を1, 10秒周期で正弦波様に変化させ、シミュレーション上の魚の行動を解析した。その結果、昨年度の実験で見られた、実際のメダカが10秒周期で縞の速度が変化した際には、メダカも縞と同じ回転速度変化をするように、10秒周期の行動制御を行うのに対し、1秒周期で縞の速度が変化した場合には、数十秒の平均をとると、縞とほぼ同じ速度で追従するにも関わらず、1秒周期での行動変化は生じないという行動特性を再現できることを確認した。
開示抵抗感の発達的変化に関する研究-交友関係との関連を中心に-

本研究は,現代青年の友人関係について,(1)どのような友人観をもっているか,(2)友人との対人葛藤をどのように解決しているか,(3)友人に対して自己開示するときにどのような抵抗感をもちやすいかに着目し,その発達的変化についても検討した.青年期中期の高校生263名(男子111名,女子152名)と,青年期後期の大学生184名(男子58名,女子126名)を対象に調査を実施した.質問紙は,友人観尺度24項目,対人葛藤場面35項目(各項目について,深刻度,および4つの解決ストラテジーが選択肢として設けられていた),開示抵抗感質問紙(友人に対する開示抵抗感31項目)から構成されていた.その結果,(1)友人観は6因子が抽出され,この因子構造は高校生も大学生も全く同じであった.6因子は,「親和傾向」「自己防衛」「受傷受容・率直親交」「自己確立」「同調」「八方美人」と命名された.(2)6つの対人葛藤場面(「信用喪失懸念」「孤立感」「迷惑」「非共感性」「期待はずれ」「相手の責任回避」)における解決方略には発達差や性差が認められなかった.全般に,双方向ストラテジー(直接-双方向,間接-双方向)で70%以上を占めていた.しかし,高校生女子は「孤立感」葛藤場面を深刻に捉えやすいが,大学生女子は高校生女子よりも「期待はずれ」場面を深刻にとられる傾向があった.また,女子は男子よりも葛藤が強いが,現実の解決ストラテジーでは差異は認められなかった.(3)8因子から構成される開示抵抗感では,友人に悩みを自己開示すると,否定的な評価をうけるのではないかという抵抗感,自分のイメージ変化してしまうことへの懸念が,それぞれ大学生の方で強かった.また,自己開示シても解決されないであろうという抵抗感は高校生,大学生ともに男子のほうが強かった.プライド喪失への抵抗感は,女子は大学生で強まり男子は弱まる傾向がみられた.今後は中学生も調査対象者とした,現代青年の交友関係の特徴について,さらに検討していくつもりである.本研究は,現代青年の友人関係について,(1)どのような友人観をもっているか,(2)友人との対人葛藤をどのように解決しているか,(3)友人に対して自己開示するときにどのような抵抗感をもちやすいかに着目し,その発達的変化についても検討した.青年期中期の高校生263名(男子111名,女子152名)と,青年期後期の大学生184名(男子58名,女子126名)を対象に調査を実施した.質問紙は,友人観尺度24項目,対人葛藤場面35項目(各項目について,深刻度,および4つの解決ストラテジーが選択肢として設けられていた),開示抵抗感質問紙(友人に対する開示抵抗感31項目)から構成されていた.その結果,(1)友人観は6因子が抽出され,この因子構造は高校生も大学生も全く同じであった.6因子は,「親和傾向」「自己防衛」「受傷受容・率直親交」「自己確立」「同調」「八方美人」と命名された.(2)6つの対人葛藤場面(「信用喪失懸念」「孤立感」「迷惑」「非共感性」「期待はずれ」「相手の責任回避」)における解決方略には発達差や性差が認められなかった.全般に,双方向ストラテジー(直接-双方向,間接-双方向)で70%以上を占めていた.しかし,高校生女子は「孤立感」葛藤場面を深刻に捉えやすいが,大学生女子は高校生女子よりも「期待はずれ」場面を深刻にとられる傾向があった.また,女子は男子よりも葛藤が強いが,現実の解決ストラテジーでは差異は認められなかった.(3)8因子から構成される開示抵抗感では,友人に悩みを自己開示すると,否定的な評価をうけるのではないかという抵抗感,自分のイメージ変化してしまうことへの懸念が,それぞれ大学生の方で強かった.また,自己開示シても解決されないであろうという抵抗感は高校生,大学生ともに男子のほうが強かった.プライド喪失への抵抗感は,女子は大学生で強まり男子は弱まる傾向がみられた.今後は中学生も調査対象者とした,現代青年の交友関係の特徴について,さらに検討していくつもりである.
COPD患者が経験する呼吸困難の言語表現の探索と呼吸困難アセスメント尺度の開発

COPD患者の呼吸困難は、最も苦痛かつ病態変化・重症化を反映する症状である。呼吸困難は主観的体験とされ、特に近年、その有無・程度等の量的評価にとどまらず、患者の言語表現で捉えることの重要性が指摘されている。しかし、COPD患者の呼吸困難の言語表現の全容は未解明である。本研究は、COPD患者の呼吸困難の評価に標準的に用いる、modified British Medical Research Council(以下、mMRC)の全グレードの呼吸困難の言語表現を探索・解明する。さらに、これを基にCOPD患者の呼吸困難アセスメント尺度を開発し、COPD患者の呼吸困難の特徴を明らかにする。
先駆的ナノ・マイクロ構造解析による冷凍野菜の食感劣化機構の解明

冷凍野菜の食感の悪さは多くの消費者が感じており、積極的な購買を妨げている。本研究は、加工技術の高度化への指針を立てるため、食感変化メカニズムの解明を目的とする。第一に、細胞壁を構成する多糖類、細胞膜の構造についてブランチング処理、凍結処理による変化を原子間力顕微鏡やインピーダンス解析を駆使した収集を目指した。特に、インピーダンス解析においては、青果物の細胞・組織状態を細胞膜容量、細胞外抵抗、細胞内抵抗といった定量的な変化として捉えることができた。また、加工操作を経た青果物から水溶性、キレート可溶性、希アルカリ可溶性のペクチンを順次抽出し、その組成分析や原子間力顕微鏡での観察によってペクチン状態の変化の定量把握を試みた。第二に、細胞レベルでの構造・物性と、組織や個体レベルでの食感との関係性についての解明を目指した。本研究では、低温ブランチングによってペクチンの脱メチル化を促したニンジン試料に対して高温加熱を加え、その際の軟化傾向について速度論的な解析を行なった。この時、低温ブランチング条件によって軟化傾向に差が生じ、ペクチン状態による寄与が伺えた。また、インピーダンス解析によって低温ブランチング後の細胞・組織状態を推察し、細胞破壊による食感変化との関連性を示した。さらに、冷凍野菜製造工程における重要な指標であるペルオキシダーゼ活性の変化についても測定を加え、最適な加工条件構築のために必要な知見を得た。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。これまでのブランチングに関する研究においても品質変化、とりわけテクスチャの変化は重要視されてきたが、そのメカニズムを根本的に解明しようといった研究は多くない。これは、加工に伴う構造の変化が複雑で把握し難く、特にナノ・マイクロレベルの評価は極めて困難だからである。本年度は冷凍野菜の一般的な前処理であるブランチング時の条件が、食感に及ぼす影響について重点的に解明を試みた。ブランチング時間に伴う食感の変化をクリープメータによって測定し、経時的な変化が指数モデルで表されることを示した。これは、低温ブランチングを行なった試料でも同様に見られた。また、無処理および低温ブランチングした試料の軟化現象はいずれもアレニウス型の温度依存性を示した。この際に得られた活性化エネルギーは処理の有無に限らずほぼ同一の値であった一方で、頻度因子には大きな差異が見られた。このことから、細胞間のペクチンネットワーク自体の強度に大きな差はなく、形成量の違いが硬さの差となって現れた可能性が考えられた。この他に、ブランチングにおける膜構造変化をインピーダンス計測によって評価した。各条件で処理した試料から得られたインピーダンスデータに対して等価回路解析を行い、細胞内抵抗、細胞膜容量、細胞外抵抗といったパラメータを決定した。ここから、膜構造と処理温度、処理時間の関係を明らかにした。また、マイクロX線CTや原子間力顕微鏡による組織構造評価の可能性を模索した。本年度は冷凍野菜製造工程の中で特に、ブランチング工程での調査を重点的に行なった。これは当初の予定通りである。組織構造解析、とりわけ原子間力顕微鏡でのペクチン構造観察においては、観察条件の決定にさらなる試行錯誤が必要である。その一方で、食感変化の速度論的解析では当初の予定を上回る知見を得た。総合的に見ると、概ね順調であると言える。本年度は特に凍結過程における食感変化メカニズム解明を目指す。青果物はそのまま凍結した場合には著しい食感劣化が引き起こされる。ブランチングは、材料野菜の軟化を引き起こす一方で、凍結時の食感劣化をある程度抑制する効果があることが経験的に知られている。本研究では、凍結時の食感劣化、ブランチングによる劣化抑制についての機構を明らかにし、飛躍的な食感向上を実現に向けた指針を立てることを目的とする。対象青果物は、ブランチングを行ったもの、そうでないものをそれぞれ凍結し、その際の構造・物性変化についてブランチング工程同様にマルチスケールでの解析を行う。

さらに、凍結速度を数段階に設定することで、生成される氷結晶の大きさによる影響についても調査する。また、インピーダンスについてはリアルタイム計測が可能なため、凍結時の氷結晶生成に伴う細胞膜構造の変化を経時的に追跡する。このとき、試料内部温度を同時に計測することで相変化にかかる時間を把握する。また、マイクロスケールにおける熱移動や力学変化を視覚化するためのシミュレーションモデルを開発も試みる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
角結膜の腫瘍性病変におけるヒトパピローマウイルス感染のウイルス病理学的解析

ヒトパピローマウイルス(HPV)は角結膜の腫瘍性病変を引き起こすことが知られており,角結膜の腫瘍性病変からは数種類のHPVが検出されている.しかし,その型の決定法は塩基配列の解析によるものではなく,正確さに疑問がもたれる.今回は当眼科学教室で過去5年間に組織標本が得られた角結膜の腫瘍性病変(squamous cell papilloma,actinic keratosis,dysplasta,carcinoma in situ)についてHPVの存在を検索し,検出されたHPVに対しては塩基配列の解析により正確な型決定を行った.ホルマリン固定パラフィン包理組織からDNAを抽出し,HPVのL1遺伝子の一部(約450塩基)の塩基配列をL1共通プライマー(MY11 and MY09)を用いてpolymerase chain reaction(PCR)により増幅後,増幅産物の塩基配列を解析し,既存の報告の塩基配列と比較してHPVの型決定を行った.その結果,squamous cell papillomaの7例中3例のPCR産物が喉頭乳頭腫からクローニングされたプロトタイプのHPV11型と100%の相同性を有し,carcinoma in situの1例中1例のPCR産物は子宮頚部悪性病変からクローニングされたプロトタイプのHPV16型と約98%の相同性を有していた.ActinickeratosisおよびdysplastaからはPCR産物は得られなかった.以前は角結膜の腫瘍性病変から検出されたHPVに対し,その塩基配列までは解析されていなかったが,今回の解析により角結膜腫瘍から検出されたHPVは塩基配列のレベルで他の部位の粘膜病変から検出されるHPVとほぼ同一であることが判明した。
藍植物を用いた紫色染色

藍の色素であるインジゴは、藍植物に含まれているインジゴの前駆体であるインジカンから生じるが、その際、副生成物として、インジゴの異性体であるインジルビンという赤色色素が生成し、紫色に染色できることがある。藍植物から、インジルビンを多く生成させるための詳細を明らかにすることを目的とし、主にインドアイ乾燥葉によって検討したところ、絹や綿を紫色に染める条件を見いだすことができた。藍の色素であるインジゴは、藍植物中に含まれるインジカンという無色の配糖体から糖分子がはずれることで生じたインドキシルの空気酸化によって生じるが、その際、副生成物として、インジゴの異性体であるインジルビンという赤色色素が生成することがある。この副生成物であるインジルビンを比較的多量に生成させて、インジゴとインジルビンの混合された色である青紫から赤紫の色相を、最も身近で大量栽培が可能な染料植物である含藍植物から、効率よく得ることを目的とし検討を行った。既に、インドキシルからインジルビンを生成させるために有効な、pHや温度に関する条件は明らかにしている。インジゴ・インジルビンの生成には、空気中の酸素による酸化が関与しているため、酸素の入り方や溶存酸素濃度も関係していると考えられるが、それらの影響に関して一定の結論が得られるところまでは到達していない。これは、インジゴ・インジルビンが生成する過程が、インドキシルの生成とインドキシルの酸化の2段階であり、これらが連続的に起こっているため、解明が難しくなっている。そこでアルゴン雰囲気下で、安定な状態のインドキシルを、酢酸インドキシルから調製してその後の酸化の条件を変えて検討した。即ち、この所定濃度のインドキシル溶液に、適当な緩衝液(アルゴン置換済)を加えることで、所定pH、温度にし、この溶液を大気下に解放して酸化を進行させ、インジゴ・インジルビンを生成させ、条件によってその収率や生成比がどうなるかを調べた。その結果、酸化が遅い方がインジルビンが多く生成する傾向が見られた。しかしながら、酸素の導入という制御しにくい条件であり、今後も詳細に検討する必要があることがわかった。タデアイの生葉染めやリュウキュウアイの煮染め、赤色色素インジルビンを豊富に含む沈殿藍による分散染めなどの手法で、絹、羊毛、ナイロンなどに対しインジゴとインジルビンが混ざった色である赤紫色が染色できる。これらは新鮮な生葉を用いたものであり、乾燥葉ではインジゴが生成してしまうため、このような利用はできない。一方、毛染の剤等として市販されているインドアイ乾燥葉には、インジゴになる前の状態であるインジカンが保持されており、それを使えば生葉染め同様の染色が行えると考えられるか、実際に検討はされていない。そこで、インドアイ乾燥葉の粉末を使って生葉染めの手法で赤紫色染色についての検討を行うとともに、粉末を多量に使用することでインジカン濃度を高めることができるという特性を活かし、濃色に染められないか検討を行った。その結果、500ml規模では、染色温度、エタノール濃度が高いと色がくすむが、エタノール20%までは濃度が高くなるほど赤みが強くなった。タデアイの生葉染めと同じ傾向が見られ、インドアイ粉末を1020%エタノール水溶液にいれ、1060分間放置後,炭酸ナトリウムを加え、常温で1時間染色する方法が最もよく染まった。ペースト状にして低浴比で染色すると多少濃く染まったが、色ムラが生じた。500ml規模よりもアルカリを弱くすることがよく、エタノール5%、炭酸水素ナトリウム5%の水溶液を使用し、ラップフィルムで密閉し1時間染色する方法がもっとも良かった。古くから藍染めに用いられてきた藍植物は、藍の色素であるインジゴの前駆体であるインジカンが含まれている。通常の藍染めは、インジカンから不溶性のインジゴを生成させて染料とし、これをアルカリ性下で還元して水溶性にして繊維内に侵入させたあと、空気酸化により元のインジゴに戻して綿や絹などを染色する。インジカンが溶解している藍の生葉のジュースに絹布を浸すと、インジカンの分解と酸化が起こり、インジゴが繊維内に生成して染色が可能であるが、この「生葉染め」と呼ばれる染色方法では、綿にはほとんど染まらない。このような生葉染めを行う際、条件によってはインジゴの異性体のインジルビンという紫色の色素が生成して、藍植物によって青ではなく紫を染めることができる。インジルビンの場合は、生葉によるインジゴ染色と異なり、綿が染まることがある。インジルビンも水に不溶であるが、微粒子状に分散している状態がインジゴとは異なり、繊維内に侵入しやすい性質を有していると考えられる。そこで、この方法による綿のインジルビン染色を試みた。

藍植物として、日本の藍であるタデアイは、乾燥させるとインジカンはすべてインジゴに変化してしまうが、インドアイは、乾燥してもインジカンが保持され、タデアイの生葉と同様の使い方ができるので、インドアイ粉末を用いて、液性、濃度(インドアイの使用量)、浸漬・酸化のタイミング、添加物の効果、温度などの条件を変えた染色を試みた。その結果、あまり濃い色ではないものの、綿布を薄紫色に染色できることができた。
実アーベル体の岩澤加群の有限性に関する研究

主に岩澤μ不変量が零である実アーベル体のGreenberg予想(岩澤加群の有限性)の研究を行う。まずρが奇素数の場合に、相対実ρ次巡回拡大のρに関する岩澤λ不変量の振る舞いを調べ、基礎となる総実代数体でλ_ρ=0となる場合にその相対実ρ次巡回拡大体でもλ_ρ=0なるための十分条件を与えた。これは基礎体が有理数体の場合には必要十分条件となっていることもわかる。特にρ=3の場合については、コンピューターによる数値計算実験を行い、幾つかの実3次巡回拡大体のρ=3に関するGreenberg予想成立を確認することに初めて成功した。ρ=2の場合には、これとは全く別の議論から、λ_2=0となる実2次体の具体的な無限族をいくつか与えた。これらの族はすべてρ=2が分解するか、類数が偶数のものであり、Greenberg予想の成立が岩澤の(分岐する素点が高々一つの拡大についての類数に関する)定理からは直ちに確認できない非自明なものばかりである。これらの研究では早大の尾崎、小松の両氏、及び、日大の福田氏との研究討議が非常に有益となり、彼らとの共同研究として日本数学会の学会でも報告が行われた。さらに最近であるが、奇素数ρが基礎となる総実代数体で完全分解する場合に、ρ進ゼータ関数の特殊値とZ_P拡大体のアンビグ類群のρ-partの位数の間に密接な関係があることがわかってきた。今後はこれを土台にGreenberg予想の解明に向けて研究を進めていく予定である。これによれば、非Galoisな総実代数体に対してもGreenberg予想の検証が可能になると思われる。
集束超音波を利用した癌焼灼治療装置の開発とその基礎的検討

1.初めに1)単一球面振動子による1重集束より複数球面振動子による2重集束の方が好ましい2)超音波振動数はコンピュータシミュレーション結果から500KHzより700KHzの方が好ましい3)同様にシミュレーション結果から隣接する振動子の印加電圧の位相の調節により超音波の収束性が変化するという知見を得た。2.上記知見から、700KHz、8枚の球面振動子からなる装置を試作した。3.試作装置を用いて1)ハイドロフォンによる水中音場分布、各位相によるビームプロフィルを得た。結果は先のコンピュータシミュレーションのそれと良好な一致を認めた。2)次に放射圧による超音波強度の可視化を試みた。媒体液面に放射圧による水柱が生じ、8本の超音波束が良好な収束をなすのが観察された。4.更に軟部組織等価寒天ファントム、並びにプレスハムを用いてそれぞれ1)温度上昇のタイムコース2)温度分布(サーモグラム)に関する結果を得た。結果は工学的焦点位置で最も高温の加温域を生じ、焦点より4cm離れたところではほとんど温度の上昇は認められなかった。先記した位相の変換により加温の半値域の値が変わる(2.53.5cm)ことが認められた。5.血流のある家兎太腿部、及び担癌太腿部での温度上昇のタイムコースでは、目標超音波収束部で良好な加温域が得られることを示した。6.家兎太腿部に対する組織学的影響については、50゚C、5分間の処置で、軟部組織の炎症的変化、毛細血管からの血液の漏出が一部に認められた。しかし、比較的に太い動静脈では明確な変化は観察されなかった。今後、諸種の加温条件、焼灼治療の為の最適条件を決定することが今後の課題となるであろう。本研究に先立ち、初めに凹面振動子1枚を用いて寒天ファントム内の温度分布の測定を行った。その結果、工学的に設定した目的加温域が変位することから単一球面振動子による1重集束より複数球面振動子による2重集束の方が好ましいということが推察し得た。更に、実際に装置を試作する前に、超音波振動数500KHz及び、750KHzの2種について8枚の凹面振動子を用いた際の水中音場分布のコンピュ-タシュミュレ-ションを得た。超音波の組織侵達度は、周波数が低くなると良好となるが余り低くなると集束性が不良となることから、本研究で試作する装置の周波数は750KHzを利用することとした。又隣接する振動子に印加する電圧の位相を変えることによっても集束性が変化し、加温域の微小な調整が可能であるという知見を得た。このシミュレ-ション結果を基にして装置の試作を行った。装置は、球面振動子(50mmφ)8枚を装備したトランスデユ-サヘッドから構成されている。試作した装置を用いて、最初にハイドロフォンによる水中音場分布の実測を行った。各々の位相を変化させた際のビ-ムプロフィルは、先のコンピュ-タシミュレ-ションの結果と良好な一致を認めた。次に試作装置による放射圧を利用した超音波強度の可視化を行った。エコ-ゲルと水の混合媒体内で超音波を放射すると、媒体液面に放射圧による水柱が生じ、8本の超音波束が良好な集束をなすのが観察された。更に、軟部組織等価寒天ファントムを用いて温度上昇のタイムコ-ス、並びに温度分布(サ-モグラム)の測定を試みた。

結果は工学的焦点位置に於いて最も高温の加温域が生じ、焦点により4cm離れた所ではほとんど温度の上昇は認められなかった。この時の加温の半値域は約3cmであり、先記した位相の変換により半値域の値が変わる事が認められた。試作した集束超音波加温装置を用い、前年度に実験した軟部組織等価寒天ファントムに代え、プレスハムに対する加温実験を試みた。初めに、用いる資料用ハムの超音波特性として超音波減衰定数並びに、音速の測定を行った。結果は、生体軟部組織と比較的近似した値を示した。このハムを用い超音波放射軸平面及び、垂直断面に対する加温分布を赤外線カメラにて観察した。加温に当り、各超音波束の位相をΟ(同相)、π(逆相)の2条件について超音波を放射した。結果は平面、垂直断面の双方で、位相πの条件の方が位相Οのものに比べて広い加温域を形成するサーモグラムを得た。この結果は、コンピュータシミュレーションの結果並びに、寒天ファントムでの結果とほぼ一致していた。この事は各超音波の位相を変えることにより多少加温域を調節し得る可能性を示している。しかし平面での分布において、焦点より浅い領域で、個々の超音波ビームに相応した加温も認められた。しかしこの発熱は、焦点での発熱に比べて低く、大きな問題にはならないであろうと考えられる。次に、温度上昇の時間的変化の様相を測定し、目的とする部域の加温が可能であるという結果を得た。今回の一連のハム実験で、超音波強度とは無関係に高温となる部域が認められ、これはハム内で一見して認められる密な線維性成分の局在と常に一致していた。これはハムの不均一性に起因するもので、この事は今後、生体を加温する際に多少の影響をもたらせるかもしれない事を示唆しており、十分に注意する必要があろうと思われる。現在、家兎大腿筋に対する加温を試みているが、目的とする筋肉内での発熱と共に、筋外の皮膚での著しい発熱も起っているようである。この理由として、ヒトの皮膚に比べ家兎の皮膚が比較的厚く、かつ硬い(線維性)為に、超音波吸収が強く起るのではないかと考えている。ファントム実験による昨年の知見に基づき、本年度は血流のある家兎太腿、及び担癌太腿(VX-2腫瘍移植)を用いて温度上昇のタイムコースを得ることや、組織学的影響に対する検討を行った。家兎の正常太腿、及び担癌太腿の双方とも、幾何学的超音波収束部での温度上昇を認めた。ところが超音波入射部皮下、反対側皮下に於いても著しい発熱を示した。この皮下での発熱は、皮膚と筋肉という物性の異なる境界で超音波吸収が多くなるという超音波特性に基ずくものと考えられる。また家兎の皮膚は人間に比べ厚くその傾向が著しい事と、加温太腿筋部の厚みが薄過ぎる為に焦点近傍の皮下に対し幾何学的に強力な超音波が作用し発熱が生じるものと考えられる。もし加温目的部位がより深部にある場合には、皮下に付与される超音波エネルギーが低くなるこの発熱は減少するものと考えられる。場合によっては皮膚表面の冷却を配慮する必要があろう。集束超音波の組織学的影響の結果は、45°C、5分間の処置では処置1時間後の軟部組織、及び血管、神経に対しての変化は認められなかった。これに対して50°C、5分間の処置では軟部組織の炎症的変化、毛細血管からの血液の漏出が一部認められた。しかし、比較的太い血管では明確な変化は観察されなかった。これは血流による熱の拡散が起こる為かと考えられる。また神経に対しても明確な変化は認められなかった。しかし、今回は家兎を用いた為、先記の理由などにより、安定した加温を得ることが難しく、組織学的影響の詳細なデータを得るに至らなかった。
分子レベルでのゴムの再生に挑戦　～「ゴム再生菌」の創出と最適化～

天然ゴムは、タイヤや一般工業用品など広い分野で利用される不可欠な資源であり、その全てを輸入に頼っている上、昨今の世界的ゴム需要の増大による価格の高騰と将来的な供給量不足が懸念されている。本研究では、微生物によるゴム廃棄物の再資源化技術の確立を目指して、細胞外でゴムを低分子化ゴム(イソプレンオリゴマー)へと変換するゴム分解菌の解析を行った。さらに、ゴム分解菌によりゴムから生産したイソプレンを重合することでゴムを再生させることを目指して、イソプレン重合活性を持つプレニルトランスフェラーゼの発現系の構築を行なった。天然ゴムは、タイヤや一般工業用品など広い分野で利用される不可欠な資源であり、その全てを輸入に頼っている。加えて、昨今の世界的ゴム需要の増大による価格の高騰と将来的な供給量不足が懸念されている。また化石資源を原料とする合成ゴムの需要も増大している。さらには、増加が予想されるゴム廃棄物の処理による環境負荷が懸念されている。以上の観点から、安定したゴム資源の供給において高い環境調和性を実現するためのゴム廃棄物のリサイクルシステムの確立は早急に取り組むべき課題である。ゴム分解菌であるNocardia sp. NBRC15532株は、細胞外でゴムを低分子化ゴム(イソプレンオリゴマー)へと変換することが明らかとなっている。これは、燃焼や化学処理等の従来法では不可能なゴムの基本骨格であるイソプレン骨格を保持したままの分解、つまり低分子化を可能とする。一方、植物や一部の細菌で知られているイソプレン重合酵素(cis-プレニルトランスフェラーゼ)はイソプレンの重合活性を示すことから、cis-プレニルトランスフェラーゼ遺伝子(cpt)をNocardia sp. NBRC15532株で発現させることで、細胞外でのゴムの低分子化と細胞内でのイソプレンの重合が可能となると考えた。本研究では、cpt遺伝子を効率的に発現させたNocardia sp. NBRC15532株を用いて分子レベルでのゴム再生系を構築することを目的として、NBRC15532株のゴム分解遺伝子の特定とcpt遺伝子発現株の作製を行った。その結果、NBRC15532株のゴム分解には、細胞外で機能するオキシゲナーゼ遺伝子が関与すること、NBRC15532株ではGordonia属由来のcpt遺伝子が発現することが示唆された。応用微生物学