hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖尿病遺伝子治療を目指した非侵襲的な皮内遺伝子送達システムの開発

本研究では、人工遺伝子デリバリーシステムMENDを非侵襲的に皮内/筋肉内に送達し、インスリンを発現させることで糖尿病遺伝子治療法の開発を目指した。無針注射器によりMENDを非侵襲的に皮内送達し、持続的なin vivo遺伝子発現の誘導に成功した。プレプロインスリン遺伝子プラスミドDNAを構築し、MENDによる培養細胞および組織中での当該mRNAの有意な発現を確認した。さらに、糖尿病モデルマウスにおいて、MENDによるインスリン量の増大を確認した。本年度は、人工遺伝子デリバリーシステムであるMENDの皮内への移行方法の確立を目指し、イオントフォレシスおよび無針注射器を用いてMENDのモデルとしてのリポソームおよびMENDの皮膚投与を行った。MENDの脂質エンベロープおよびプラスミドDNAコアを蛍光色素でラベル化したものを用い、投与を行った皮膚を共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、無針注射を用いた場合において、皮膚内にMENDの蛍光シグナルを観察することができた。このことから、無針注射器を用いることで、MENDを皮内に送達できることが明らかになった。また、皮膚内でインスリンを発現させるために必要な、プロインスリン遺伝子をコードしたプラスミドの構築を行った。将来的にインスリンの皮内動態や体内動態を追跡する必要もあることから、自ら改変可能なプラスミドを構築する必要があったため、マウス脾臓からmRNAを回収し、PCRによってプロインスリン遺伝子を増幅しcDNAを調製した。さらに、発現用プラスミドに組み込むことでインスリン遺伝子の構築に成功した。培養細胞にプロインスリンプラスミドDNAをトランスフェクションし、in vitroレベルでプロインスリンの発現を確認した。さらに、新たな高分子皮内送達方法として、ポリカチオン/プラスミドDNA複合体あるいはカチオンリポソーム/タンパク質複合体をイオントフォレシスに供する方法を試みた。その結果、数百nmもの大きさを有する複合体粒子を非侵襲的に効率よく皮内に送達することに成功した。また、イオントフォレシスの効率を促進する化合物を見出した。本年度は、人工遺伝子デリバリーシステムであるMENDによるin vivoでの遺伝子発現系の確立に重点を置き、レポーター遺伝子および治療遺伝子(プレプロインスリン)のin vivo遺伝子発現の検討を行った。まず、in vivoにおいて十分な遺伝子発現量を達成するために、糖を共存させることによるMENDの凍結乾燥と、低容量再水和による濃縮MEND懸濁液の調製法を確立した。ルシフェラーゼ遺伝子を封入したMENDを無針注射器等を用いてマウスの皮内および筋肉層に導入し、導入部位におけるin vivo遺伝子発現を評価した。その結果、naked DNAを単独で投与した場合に比べて持続的なin vivo遺伝子発現を誘導することに成功した。また、細胞内でプレプロインスリンを効率よく切断しインスリン成熟化を促すための切断酵素(フリン)遺伝子のプラスミドを作成した。このフリン遺伝子プラスミドとプレプロインスリン遺伝子プラスミドを共封入したMENOを調製し、培養細胞(in vitro)にトランスフェクションした後、RT-PCR法によってプロインスリンmRNAとフリンmRNAの発現を確認するとともに、Western biotting法によって成熟化インスリンが産生されることを確認した。さらに、プレプロインスリン遺伝子を封入したMENDを投与し、プレプロインスリン遺伝子の発現を評価するため、皮膚および筋肉組織中のmRNA量をリアルタイムPCRを用いて定量した。その結果、プレプロインスリンmRNAの有意な発現を確認した。また、糖尿病モデルマウスを作成し、MENDを投与した後の血漿中のインスリン量をELISA法によって定量した結果、MEND投与によるインスリン量の増大を確認した。これらのことから、本年度は当初計画通り、MENDによるin vivoにおける遺伝子発現を検討し、レポータータンパク質およびインスリンの発現を確認することに成功した。昨年度、MENDによるin vivoにおける遺伝子発現を検討し、レポータータンパク質およびインスリンの発現を確認することに成功したが、発現量が低かったため、血中グルコース濃度を有意に低下させることはできなかった。そこで、より効率よくMENDを皮下に送達し、高い遺伝子発現を実現するために、物理的経皮送達法を組合せ、皮内におけるMENDの動態を評価したところ、皮内内奥までMENDの送達に成功した(特許出願手続き中)。さらに、レポータープラスミドを封入したMENDを用いて遺伝子発現活性を評価したところ、従来の無針注射法のみで皮内に投与した場合の遺伝子発現量と比較して、新しい送達法の場合には有意に5倍以上の遺伝子発現活性の増大が認められた。他方、インスリン遺伝子治療において問題となるのが、血中グルコース濃度に関係なくインスリンが分泌されることによる副作用(低血糖症)である。この問題を解決するために、グルコース濃度に応答してインスリン発現を制御可能なプラスミドの構築を行った。具体的には、L型ピルビン酸キナーゼ(LPK)プロモーターをレポーター遺伝子上流に組み込み、培養細胞において培地中のグルコース濃度を変化させた場合、グルコース濃度に依存して遺伝子発現活性が10倍弱上昇することを確認し、グルコース濃度応答性プラスミドの構築に成功した。

現在、このプラスミドをMENDに組み込み、上記の新しい経皮送達法を用いてin vivoにおけるグルコース濃度依存的な遺伝子発現制御を試みており、今年度には。MENDの皮内投与による糖尿病治療効果を得られると考えている。
HDACの遺伝的・化学的改変による環境ストレス応答最適化法の開発

結晶構造解析やケミカルスクリーニングにより新規に開発した化合物の利用や、人工的に改変したHDACをコードする遺伝子を利用することで、植物が環境ストレス耐性を保持しつつ、稔性を維持できる手法の開発を目指す。
光化学系1複合体のアセンブリーに関与する新しい葉緑体遺伝子の研究

光化学系1複合体は光エネルギーを利用してプラストシアニンを酸化しフェレドキシンを還元する機能を果たし、10以上のサブユニットと100分子以上の補欠分子族から構成される。この複合体の生合成には数多くの成分が秩序正しく分子集合される必要があるので、それを介添えする分子シャペロンの様な因子の存在が期待される。しかし、光化学系1複合体の分子集合に関与する因子の同定はこれまでに行われていなかった。緑藻クラミドモナス(Chlamydomonas r einhar dtii)の葉緑体には、他の葉緑体ゲノムにも保存されている読み取り枠であるycf3とycf4が存在する。本研究では、この読み取り枠をそれぞれ失活させた葉緑体形質転換体をクラミドモナスより作出し、その表現型を解析した結果、光化学系1複合体の蛋白の合成は正常であるが複合体は蓄積しないことが明らかになった。また、それぞれの読み取り枠の産物に対する抗体を作製し、光化学系1複合体の欠損株の解析に利用したところ、この複合体は欠損していてもYcf3およびYcf4は正常に蓄積することが示された。これら2つの因子は、光化学系1複合体の構成蛋白の翻訳後の過程、おそらく複合体へ分子集合していく過程に必須な因子であると考えられる。Ycf4はチラコイド膜に存在する疎水的な蛋白であるが、生化学的な解析によると、分子量の大きな複合体を構成している可能性が高い。さらに、すべてのYcf4は1部の光化学系1複合体と結合していることが示された。蛋白をパルスラベルした後、チラコイド膜を単離し、さらに界面活性剤で可溶化し分画すると、Ycf4は新たに合成された光化学系1複合体と特異的にかつ一過性的に結合していることが示された。この結果は、Ycf4が光化学系1複合体の分子集合を介添えするという「分子シャペロン」の役割を果たしてしていることを強く示唆している。本研究では、光化学系1複合体のアセンブリーに必須な葉緑体ゲノムにコードされたYcf4タンパクを結合した光化学系1複合体の精製法を開発した。まず、緑藻クラミドモナス(Chlamydomonas reinhardtii)のチラコイド膜を界面活性剤のTritonX-100で可溶化し、ショ糖密度勾配超遠心法で分離した。その結果、主要な光化学系1複合体画分の他に、それより速く沈降する微量の光化学系1複合体画分が得られた。Ycf4タンパクに対する抗体を用いて各画分のウェスタン分析を行うと、この微量な光化学系1複合体画分にYcf4タンパクが存在することが分かった。次に、この微量の光化学系1複合体画分を陰イオン交換カラムクロマトグラフィーで精製を続けたところ、光化学系1複合体を含む2つのピークが分離された。低塩濃度で溶出された画分は混入していた主要な光化学系1複合体画分で、高塩濃度で溶出された画分にはYcf4タンパクが検出された。また、チラコイド膜に存在するほとんどすべてのYcf4タンパクは光化学系1複合体に結合して回収された。一方、タンパク合成が低下した定常期の細胞のチラコイド膜から同様な精製実験を行ったところ、ほとんどすべてのYcf4タンパクは光化学系1複合体と結合せずに単離された。

これは、Ycf4タンパクは新たに合成された光化学系1複合体に結合することを示唆する。本研究により、Ycf4タンパクが光化学系1複合体の分子集合を介添えする「分子シャペロン」の機能を果たしている可能性が示された。光化学系1複合体は光エネルギーを利用してプラストシアニンを酸化しフェレドキシンを還元する機能を果たし、10以上のサブユニットと100分子以上の補欠分子族から構成される。この複合体の生合成には数多くの成分が秩序正しく分子集合される必要があるので、それを介添えする分子シャペロンの様な因子の存在が期待される。しかし、光化学系1複合体の分子集合に関与する因子の同定はこれまでに行われていなかった。緑藻クラミドモナス(Chlamydomonas reinhardtii)の葉緑体には、他の葉緑体ゲノムにも保存されている読み取り枠であるycf3とycf4が存在する。本研究では、この読み取り枠をそれそれ失活させた葉緑体形質転換体をクラミドモナスより作出し、その表現型を解析した結果、光化学系1複合体の蛋白の合成は正常であるが複合体は蓄積しないことが明らかになった。また、それそれの読み取り枠の産物に対する抗体を作製し、光化学系1複合体の欠損株の解析に利用したところ、この複合体は欠損していてもYcf3およびYcf4は正常に蓄積することが示された。これら2つの因子は、光化学系1複合体の構成蛋白の翻訳後の過程、おそらく複合体へ分子集合していく過程に必須な因子であると考えられる。Ycf4はチラコイド膜に存在する疎水的な蛋白であるが、生化学的な解析によると、分子量の大きな複合体を構成している可能性が高い。さらに、すべてのYcf4は1部の光化学系1複合体と結合していることが示された。蛋白をパルスラベルした後、チラコイド膜を単離し、さらに界面活性剤で可溶化し分画すると、Ycf4は新たに合成された光化学系1複合体と特異的にかつ一過性的に結合していることが示された。この結果は、Ycf4が光化学系1複合体の分子集合を介添えするという「分子シャペロン」の役割を果たしていることを強く示唆している。
都市空間の空隙に関する形態学的研究

日本の都市空間における特質のひとつに,建物間の空隙があげられる.従来,都市空間を形態的な側面から分析する際には,建物を「図」とみなし,空地は明確な機能を有していない限り単に「地」の部分として扱われていた.本研究はこれまで積極的に取り上げられることが少なかった「地」の部分,すなわち都市空間の空隙自体を直接対象化し,形態学的・幾何学的に考察することによって,日本の都市空間のもっている特性を抽出しようとするものであった.実績として具体的には,空隙の幾何学的な定義と計量的および位相的な性質を明らかにし,形態学的な分析手法とするため「最大空円」の概念で都市内空隙の概念を明確化した.その際重要視されたことは,現実の都市空間の空隙の形状やパタ-ン,場所的な差異性・同質性,用途構成,スケ-ルによる類型化等について実証的な考察を行うことを可能にするため,「空隙」をパラメトリックに定義したことである.すなわち,空隙という領域が直観的な認識とごく自然に対応づけられ,かつ,通常の密度指標と数理的に関連づけられるよう留意した.さらに,日本国内に存在する都市・集落に関して,その開発の程度と「空隙」との関連性を見る目的で,平成2年9月に名古屋・金沢・飛騨高山の現地調査を実施した.採集資料は踏査した地域のビデオ録画,現地で入手した大縮尺都市図,多数のスチ-ル写真等であり,現在,都市平面形態の観点からのデ-タベ-スを構築中である.先に導入した幾何学的概念としての「最大空円」の方法を構築後のデ-タベ-スに適用すること.そして,そのフィ-ドバックとして,都市の空隙に関して提案した初期的概念の高次化を進めることが現在の課題である.日本の都市空間における特質のひとつに,建物間の空隙があげられる.従来,都市空間を形態的な側面から分析する際には,建物を「図」とみなし,空地は明確な機能を有していない限り単に「地」の部分として扱われていた.本研究はこれまで積極的に取り上げられることが少なかった「地」の部分,すなわち都市空間の空隙自体を直接対象化し,形態学的・幾何学的に考察することによって,日本の都市空間のもっている特性を抽出しようとするものであった.実績として具体的には,空隙の幾何学的な定義と計量的および位相的な性質を明らかにし,形態学的な分析手法とするため「最大空円」の概念で都市内空隙の概念を明確化した.その際重要視されたことは,現実の都市空間の空隙の形状やパタ-ン,場所的な差異性・同質性,用途構成,スケ-ルによる類型化等について実証的な考察を行うことを可能にするため,「空隙」をパラメトリックに定義したことである.すなわち,空隙という領域が直観的な認識とごく自然に対応づけられ,かつ,通常の密度指標と数理的に関連づけられるよう留意した.さらに,日本国内に存在する都市・集落に関して,その開発の程度と「空隙」との関連性を見る目的で,平成2年9月に名古屋・金沢・飛騨高山の現地調査を実施した.採集資料は踏査した地域のビデオ録画,現地で入手した大縮尺都市図,多数のスチ-ル写真等であり,現在,都市平面形態の観点からのデ-タベ-スを構築中である.先に導入した幾何学的概念としての「最大空円」の方法を構築後のデ-タベ-スに適用すること.そして,そのフィ-ドバックとして,都市の空隙に関して提案した初期的概念の高次化を進めることが現在の課題である.
有菌下培養・AIのリン酸吸収による静菌・根域薄層化を利用した組織培養セル苗生産

ショ糖脂肪酸エステルを含む培地を煮沸し2mg/lの有効塩素(以下塩素)を添加することで水道水を原水として,培地中の微生物コロニー発生率(以下汚染率)を10^9リットルに1つ以下に抑ええた.さらにナイシンを追加添加することで,ジャガイモやココナッツウオーター等,変敗しやすい複雑な有機物を加えた培地を同程度の微生物コロニー発生率に抑えることができた.また,高濃度の塩素と,ベノミルとペニシリン,もしくはプロタミンに外植体を浸漬することで,通常のオフィス程度の浮遊微生物の存在下で100外植体を一度に置床しても,外植体当たり汚染率を1/1000程度以下にすることにも成功した.本法ではほぼ固形培地を用いた組織培養はいかなる培地組成・容器容量でも実用的な微生物汚染率でもって培養操作ができるであろう.この方法を応用した液体培養法も塩素のみで滅菌し,培地の煮沸すら省略する方法もめどがたっている.ショ糖脂肪酸エステルを含む培地を煮沸し2mg/lの有効塩素(以下塩素)を添加することで水道水を原水として,培地中の微生物コロニー発生率(以下汚染率)を10^9リットルに1つ以下に抑ええた.さらにナイシンを追加添加することで,ジャガイモやココナッツウオーター等,変敗しやすい複雑な有機物を加えた培地を同程度の微生物コロニー発生率に抑えることができた.また,高濃度の塩素と,ベノミルとペニシリン,もしくはプロタミンに外植体を浸漬することで,通常のオフィス程度の浮遊微生物の存在下で100外植体を一度に置床しても,外植体当たり汚染率を1/1000程度以下にすることにも成功した.本法ではほぼ固形培地を用いた組織培養はいかなる培地組成・容器容量でも実用的な微生物汚染率でもって培養操作ができるであろう.この方法を応用した液体培養法も塩素のみで滅菌し,培地の煮沸すら省略する方法もめどがたっている.組織培養を通常有菌下で行い,組織培養と育苗を融合する本実験は,培養増殖→順化セル育苗→露地を含む圃場への定植と評価を行う.16年度は「順化と育成」方法の開発を主に行い,「大量増殖」の部分は予備実験とした.前年度までの実験で,有菌下培養,及び,根圏を薄膜化して組織培養を融合することは,試験管程度の大きさでは成功していたので,8×4=32セルのセルトレイ改造容器で行ったところ,置床操作にかかる時間が長いための微生物汚染率が無視できない程度に増大した.そこで,微生物汚染率を下げるために培地および置床時噴霧殺菌剤液にショ糖モノラウリン酸エステル製剤(SE)を加え,塩素濃度を上げ,殺菌剤液噴霧をごく少量にすることにより,微生物汚染率を1/1000以下に低下させることに成功した.しかし,このSEにより培養用培地の表面張力低下し,容器下面の水蒸気のみを通過させ,水分供給するためのシートの撥水性を損なわせ,今までの形での「順化と育成」が困難となった.現在,他の方法を模索中である.なお,培地作成時に沸騰させながら塩素を複数回投入することにより,植物培養に使われる様々な有機物,例えばココナッツウオーターやリンゴジュース,イーストエクストラクト等を,培地中に投入できることが判明した.ショ糖脂肪酸エステルを含む培地を煮沸し2mg/lの有効塩素(以下塩素)を添加することで水道水を原水として,培地中の微生物コロニー発生率(以下汚染率)を10^9リットルに1つ以下に抑ええた.さらにナイシンを追加添加することで,ジャガイモやココナッツウオーター等,変敗しやすい複雑な有機物を加えた培地を同程度の微生物コロニー発生率に抑えることができた.また,高濃度の塩素と,ベノミルとペニシリン,もしくはプロタミンに外植体を浸漬することで,通常のオフィス程度の浮遊微生物の存在下で100外植体を一度に置床しても,外植体当たり汚染率を1/1000程度以下にすることにも成功した.本法ではほぼ固形培地を用いた組織培養はいかなる培地組成・容器容量でも実用的な微生物汚染率でもって培養操作ができるであろう.この方法を応用した液体培養法も予備実験においてもoCがたっている.
コロニーを作らない大腸菌変異株の分離によるコロニー形成の遺伝学

細菌のコロニー形成に必要な遺伝子発現を明らかにするため、大腸菌の温度感受性変異株から、39°Cで、コロニーを作りにくい(温度感受性、ts)が液体培地では増殖できる株osc(on-solid culturable)を複数単離した。大腸菌全ORFのライブラリープラスミドを接合伝達させ、ts性を相補するものとしてosc変異遺伝子を同定した(いずれも既知遺伝子であったが未発表のためoscとする)。oscA,oscB,oscC,oscD変異株は39°Cで定量すると,液体培地に生える頻度(mpn)が固体培地に生える頻度(cfu)の数百倍高かった(野生型では差がない)。oscAは,生体膜生成に関する遺伝子であり,2度のスクリーニングで同一遺伝子の別のts変異体が分離できたので必然性が伺える。oscBとoscCは同一の補酵素生合成に関わる別の遺伝子であり,ここでもその補酵素の必然性が伺える。oscA,oscB,oscCはいずれも必須遺伝子でts変異体のORF内に点変異がみつかったが,残りのoscDは非必須遺伝子でありts変異のORF内に変異がなかったので,oscとしては不適格である可能性がある。野生型の各osc遺伝子を,araプロモータをもつプラスミドにクローニングして相補させた上で,染色体上の当該遺伝子を欠失させたところ,oscAでは,アラビノース不添加により液体培地で生え固体培地で生えなかったが,アラビノース添加により両培地で生えたので,分離されたoscA(ts)の性質が発現量あるいは機能の低下によることが示唆された(ただしいずれも生える程度が操作を加えない野生型よりも低い)。一方同様の実験で,oscBとoscCではアラビノース不添加でも両培地で同様に成育したので,この実験系によるoscBとoscCのleakyな発現でも表現型発現にとっては十分なレベルだったと解釈された。oscA,oscB,oscCは,コロニー形成にとってとくに必要な遺伝子であると期待され、分析を進めている。
電子線後方散乱法を用いた局所的半導体結晶性分布評価法の開発

高い空間分解能を有する走査型電子顕微鏡(SEM)と結晶方位解析に用いられる電子線後方散乱回折法(EBSD)を組み合わせたSEM-EBSD法により取得できる菊池線パターンを解析することでマイクロからナノメートルオーダーの高い空間分解能を有しつつ広範囲の面内結晶性の情報が得られる新たな評価法開発に挑戦し、これまでに理論モデルの構築と実サンプルの間で比較・検証を進めてきた。前年度では実際のサンプルに対して欠陥量と結晶均質性を意図的に制御したサンプルを作製して実際のサンプルと理論モデルの検証を進めたところ、導入した欠陥量の水準に依存した菊池線パターンのコントラストが推移することを確認したが、理論モデルと実測定の菊池線パターンの回折強度に大きな差があることが判明した。そのため、菊池線パターンの生成モデルの再検証を行った。電子線の回折強度は結晶構造因子とラウエ関数の積で表されることからX線回折と同様に回折強度の変化は結晶子サイズに依存すると考え、ラウエ関数を結晶子サイズ用いて仮定し、新たに結晶サイズと結晶面に含まれる空孔面密度の関係を導入し、シミュレーションを行った。また実際のサンプルとの間で比較を行った。欠陥密度に対する回析強度のシミュレーション結果と実際のサンプルから得られた測定結果の比較から、欠陥密度の増大に伴い菊池線パターンの強度が弱まり、結晶面に対応した菊池線バンドが順に消失していくことがシミュレーションから予測され、イオン注入したサンプルの測定結果からも同様に回析強度の低下と菊池線バンドが消失していくことが観測された。欠陥密度の変化に対する菊池線パターンの変化とシミュレーションが良く相関することが明らかとなった。以上のことから、菊池線パターン解析を基にした本提案法が新しい結晶性評価手法となりうる可能性が示唆された。本研究では電子線後方散乱分析法を単結晶半導体の評価に適応し、定量性を持った微小領域の結晶性評価と分布評価を可能とする新しい評価法開発に挑戦している。従来の評価手法である透過型電子顕微鏡は原子スケールでの結晶性評価には優れているが定量性に困難さを有し、また面内分布評価は手間のかかる加工を繰り返さなければならず、不得手であると言える。一方、X線や光学的分析法は空間分解能の制限から電子デバイス構造上重要な数十ナノメートル領域の分布評価を極めて困難にしている。本研究では多結晶の半導体や金属の評価に用いられてきた電子線後方散乱分析法を微小領域における結晶の均一性や歪の定量的な面内分布評価手法開発に適用し、光学的評価手法と透過型電子顕微鏡の極微細領域測定手法を補完する新しい評価手法確立を目指している。平成28年度では提案しているSEM-EBSD法を用いた結晶性評価の理論的な基礎確立と結晶性が制御された半導体サンプルを測定し、従来法との比較を行いながら結晶均質性と歪応力の値を定量的に算出する2項目を目的としたが、理論的なモデル検証を進めている段階で、定量評価手法の検証までは進んでいない。菊池線パターンと結晶性に関する理論的な原理の検証をテーマに、電子線の照射範囲である数十数百ナノメートルの領域内において、結晶の規則配置中に不純物原子を内包した場合、菊池線パターンの変化をシミュレーションを可能とするモデル構築を進めた。現在のところ、引き続きシミュレーションモデルの構築とシミュレーションを実際に行い、従来からあるミラー指数を基にしたモデルと比較を行い検証を進めている。平成28年度ではI.菊池線パターンと結晶性に関する理論的な原理の検証とII.結晶性制御されたサンプルの作製と従来の測定法による結晶均一性と歪応力の評価を行い、研究を進展させる基盤形成を目的とした。しかしながら、Iの理論モデルの構築に時間がかかっており、研究の進捗としてやや遅れている。具体的には、結晶が有する本来の周期配列と不純物原子が作る構造に歪を有した周期配列の関係を菊池線パターンに反映させるモデルを導入し、菊池線のパターン変化と明瞭さをシミュレーションする研究を行っている。特に不純物原子の周期構造が作り出すパターンの変化を併せたモデル構築に時間がかかっており注力して進めている。また、Iが進んでいないことから、IIに関しては準備を進めている段階である。本研究では電子線後方散乱分析法(EBSD)を単結晶半導体の評価に適応し、定量性を持った微小領域の結晶性評価と分布評価を可能とする新しい評価法開発に挑戦している。従来の評価手法である透過型電子顕微鏡(SEM)は原子スケールでの結晶性評価には優れているが定量性に困難さを有し、また面内分布評価は手間のかかる加工を繰り返さなければならず、不得手であると言える。平成29年度では平成28年度に実施した理論モデルの構築を引き続き行うとともに平成29年度の研究計画に挙げた実際の評価サンプルを用いた提案法の検証実験を行った。具体的には(1)平成28年度計画より遅れたことにより引き続き検討していた結晶構造因子と結晶構造体の大きさに起因する欠陥量モデルを合わせこんだ理論的モデルを構築した。また、(2)実際のサンプルに対して欠陥量と結晶均質性を意図的に制御したサンプルを作製して実際のサンプルと提案理論モデルの検証を進めた。その結果、導入した欠陥量の水準に依存した菊池線パターンのコントラストがモデルと同様に推移することを確認した。

しかしながら、理論モデルと実測定の強度に大きな差があることが判明した。現在のところ、これは電子線の進入長と脱出深さの依存性により電子線回折強度の減衰が起きていると考えている。上記したように理論的モデルの構築を行い意図的に欠陥を導入・制御した評価サンプルによる検証実験を進めていたところ、当初の想定に反して電子線進入長と脱出深さの相関関係が関与して理論モデルの強度変化に比して実測定の変化が非常に小さくなっている可能性が判明した。このため理論モデルの改良を進め精緻に評価を行うこと、および研究の再現性をより確実にする必要性が生じた。高い空間分解能を有する走査型電子顕微鏡(SEM)と結晶方位解析に用いられる電子線後方散乱回折法(EBSD)を組み合わせたSEM-EBSD法により取得できる菊池線パターンを解析することでマイクロからナノメートルオーダーの高い空間分解能を有しつつ広範囲の面内結晶性の情報が得られる新たな評価法開発に挑戦し、これまでに理論モデルの構築と実サンプルの間で比較・検証を進めてきた。前年度では実際のサンプルに対して欠陥量と結晶均質性を意図的に制御したサンプルを作製して実際のサンプルと理論モデルの検証を進めたところ、導入した欠陥量の水準に依存した菊池線パターンのコントラストが推移することを確認したが、理論モデルと実測定の菊池線パターンの回折強度に大きな差があることが判明した。そのため、菊池線パターンの生成モデルの再検証を行った。電子線の回折強度は結晶構造因子とラウエ関数の積で表されることからX線回折と同様に回折強度の変化は結晶子サイズに依存すると考え、ラウエ関数を結晶子サイズ用いて仮定し、新たに結晶サイズと結晶面に含まれる空孔面密度の関係を導入し、シミュレーションを行った。また実際のサンプルとの間で比較を行った。欠陥密度に対する回析強度のシミュレーション結果と実際のサンプルから得られた測定結果の比較から、欠陥密度の増大に伴い菊池線パターンの強度が弱まり、結晶面に対応した菊池線バンドが順に消失していくことがシミュレーションから予測され、イオン注入したサンプルの測定結果からも同様に回析強度の低下と菊池線バンドが消失していくことが観測された。欠陥密度の変化に対する菊池線パターンの変化とシミュレーションが良く相関することが明らかとなった。以上のことから、菊池線パターン解析を基にした本提案法が新しい結晶性評価手法となりうる可能性が示唆された。平成29年度では、平成28年度で得られた理論研究と作製・従来法で評価を行った結晶性制御サンプルを提案のSEM-EBSD法による評価に適用し、提案法の検証を行うとともに、実デバイスでの評価を進め、新しい評価技術の実証実験を行う予定であったが、研究の進捗がやや遅れていることもあり、まず、平成28年度で目的としていた内容を可及的速やかに完了し、その後、予定していた実際のデバイスにおける電気特性との相関取得を行う。平成29年度で得られた理論研究と結晶性制御サンプルの比較から作製した理論モデルのさらなる検証を行う。
尿路癌での二層培養システムを用いた血管新生阻害物質の検索

生体内では、静止期にある血管内皮細胞が、腫瘍由来の血管新生因子により刺激され、遊走、分裂、増殖し、分化して管腔(血管)形成を起こす。腎臓、膀胱癌では、血管新生活性が強くみられ、VEGF,PD-ECGFなどの増殖因子が血管新生因子に関与していることが示唆されている。当教室では、ヒト大綱由来の血管内皮細胞(HOME)とヒト尿路癌細胞を同時二層培養し、尿路癌が分泌する血管新生物質より形成される。HOMEの管腔の長さを測定し、血管新生を定量する系を確立した。この二層培養系を用いて、腎癌細胞では、b-FGFとVEGFが管腔形成を促進することを報告した。更に、血管因子阻害剤(インターフェロン、IL-1、アンギオスタチン等)を添加した二層培養系で、阻害剤のスクリーニングを行っているところである。また、CAN assay法にても、並行してスクリーニングを行っている。抗ヒトVEGFモノクローナル抗体を用いて、正常尿路組織および尿路癌組織でABC法による免疫組織学的検討を行っているが、VEGFは既報では腎糸球体メサンギウム細胞に局在すると言われていたが、我々の結果では、正常尿細管上皮および腎癌細胞に局在していた。また、健常人および尿路癌担癌生体の血清中VEGF濃度を抗VEGF抗体を使い、ELISA法で測定し、結果を検討中である。
音声コミュニケーション行動の獲得に果たす視覚情報の役割についての研究

McGurk効果により/da/と判断したCV音節の記憶様式について調べた。破裂子音の知覚過程については、これまで種々のモデルが提案されている。本研究では、音声コミュニケーション行動を獲得するのに視覚情報がどのような役割をするのかについて調べるために、読話情報を示す視覚刺激が音韻の弁別に与える影響と、破裂子音の聴覚的な短期記憶について調べた。その結果、次のような結果が得られた。(1)視覚と聴覚が同じ子音情報の場合(例、Abvb-Abvb-)でも異なる場合(Abvg-Abvg)でも2つの刺激が同じ場合はほぼ完全に「同じ」と判断された。(2)2つの刺激が聴覚的には同じ子音であっても、視覚的に異なる子音の場合には、2通りの結果が得られた。2つの刺激が共に同じ視覚刺激の場合(例、Abvg-Abvg)は、「同じ」とする率が高かったが、2つのうちのどちらかが視聴覚間で子音が一致した刺激である場合(例、Abvb-Abvg)には、弁別の成績は向上した。(3)(2)で特に片方がMcGurk効果による融合反応の生じるような刺激の場合には、視聴覚の一致した刺激が後置される場合(例、Abvg-Abvb)の方が弁別の成績が良いという「刺激提示順序効果」がみられた。(4)(3)でISIの長い方が刺激提示順序効果は増大傾向を示した。以上の結果を総合すると、視聴覚刺激の弁別の場合にも、聴覚刺激の弁別と同様に聴覚的な短期記憶が用いられていること、McGurk効果により融合反応を生じる刺激は、聴覚的に曖昧に聞こえる刺激の場合とよく似た結果を示し、これは聴覚的記憶が視覚刺激の影響を受けて変容し、被験者はカテゴリだけでなく、音色も変化したように聞いているためであること、等の知見が得られた。
水素液化磁気冷凍サイクル実証のための基盤研究

本研究は、冷凍システムを抜本的に改良し、エネルギー効率の極めて高い水素の液化や保持技術の実証・確立を目的としている。1.新たな冷凍サイクル試験装置の構築2.水素磁気冷凍用の新規磁性材料の開発と磁性体の水素化に対する検討を行った。1.冷凍試験システムの構築:本年度は磁気冷凍サイクル実証のための試験冷凍システムの構築を行った。ソレノイド型マグネットとAMRの往復動による磁場変化を基本構成とした。熱交換媒体はガスの確実な移動と流量調整範囲の大きさを検討した結果、ヘリウム外部圧縮機を利用する形式を採用した。マグネットシステムは、伝導冷却超伝導マグネットを利用することとした。マグネットは永久電流モードで運転し、磁性体への磁場変化は磁性体をアクチュエーターで引き抜き、挿入することで行う。事前の解析でシャトル熱流入が性能に大きな影響を与えていることが分かったため、十分な断熱を得るためにベローを用いた軸シール等を用いた新方式を採用した。また、この機構が十分な断熱性を持ち、円滑な稼働が可能なことを確認した。熱交換流体の制御機構を作成し、コンピュータコントロールの電磁弁による流体制御機構の運転を確認した。2.新規磁性材料の開発:水素磁気冷凍用磁性材料として、水素と直接触れても化学反応を起こさない希土類酸化物ガーネットや大きな磁気熱量効果が得られる希土類金属間化合物を中心に磁気熱量効果を評価し、有望な材料を開発してきた。今年度は新たな希土類チタン酸の磁性体の開発を行った。共同研究者であるロシアカザン連邦大学で育成されたチタン酸ガドリニウムにサマリウムを置換することで材料を合成して、特性評価を行った。その結果、ガーネット系材料より単位体積当たりの磁気熱量効果が大きく、金属間化合物に近い特性が得られることを明らかにした。この結果を学会で発表するとともに、研究論文として投稿した。本年度は、新たな冷凍サイクル試験装置の構築と水素磁気冷凍用の新規磁性材料の開発を行った。冷凍試験システムの構築に関しては、申請計画では新規に超伝導マグネットの購入を申請していたが、配分金額が不足していたため、計画を変更して物質・材料研究機構に既設のマグネットを利用する計画として、研究を進めてきた。このため、システムの設計に大きな変更が必要になったが、様々な検討を行い、十分試験を実施可能なシステムの構築を行った。熱交換流体の制御機構の構築まで終了し、冷凍試験を行う段階にまで到達した。また、マグネットシステムの改良についても実施できる方策が立てられた。従って、おおむね順調に進展している。新規磁性材料の開発に関しては、今年度は新たな酸化物磁性体の開発を行った。共同研究者であるロシアカザン連邦大学で育成された単結晶を用いて、特性評価を行った。さらに磁気転移温度の制御方法についても検討し、ある程度の目処が立った。従って、計画以上に進展していると言える。総合的に、おおむね順調に進展していると判断する。構築した試験冷凍システムを用いて、蓄冷サイクルの実証試験を行う。磁性体については、これまでの研究や予備実験により、希土類の置換や非磁性元素の置換により磁気転移温度やエントロピー変化の制御が可能であると知見を得ているRT2(R:希土類Gd,Dy,Er,Ho T:Ni,Al)系の金属間化合物から試験を実施予定で、準備が完了している。また、磁気熱特性を明らかにし大きな磁気熱量効果が期待されている一次相転移する磁性体RCo2系材料を用いて試験を行う。マグネットシステムとして、ソレノイド型の欠点である漏れ磁場の問題を解決するために、物質・材料研究機構で補償コイルを持つマグネットシステムを導入予定であり、これを利用して冷凍試験を進めていく予定である。これまでの我々の研究で金属間化合物の希土類元素置換等により主な磁気転移を水素磁気冷凍で求められる10K150K程度の範囲で変化できること、逐次相転移を利用する場合は二つの磁気転移の温度間隔を少なくとも10K程度で制御可能である結果を得ている。さらに、20Kから77Kまでのすべての温度範囲で大きなエントロピー変化を実現することが磁性体の特性上、困難であることが知られているため、単一の磁性材料での特性解明後は複数の磁性体の複合化、AMR内部の磁性体の多層化で特性向上を図る。新規磁性材料の開発:水素磁気冷凍用磁性材料として、新たに見いだされた酸化物磁性体の相転移温度の制御と最適化に取り組む。このような多段化や多層化した冷凍機の特性解明には、熱・磁場・磁性体を組み合わせた熱解析が重要であり、今年度はサイクルシミュレーションにも取り組む。本年度は、1.新たな冷凍サイクル試験装置の構築2.水素磁気冷凍用の新規磁性材料の開発を行った。構築した蓄冷型サイクル運転システムはソレノイド型マグネットとAMRの往復動による磁場変化を基本構成とした。マグネットシステムは、物質・材料研究機構に既設の伝導冷却超伝導マグネットを利用することとした。

マグネットは永久電流モードで運転し、磁性体への磁場変化は磁性体をアクチュエーターで引き抜き、挿入することで行う。事前の解析でシャトル熱流入が性能に大きな影響を与えていることが分かった。十分な断熱設計を行った結果、ベローを用いた軸シール等を用いた新方式を採用した。磁性体駆動機構は、カルノーサイクル磁気冷凍水素液化段の試験で用いられた物材機構所有の電動アクチュエーターを流用することで開発時間とコストを軽減した。2.新規磁性材料の開発:水素磁気冷凍用磁性材料として、水素と直接触れても化学反応を起こさない希土類酸化物ガーネットや大きな磁気熱量効果が得られる希土類金属間化合物を中心に磁気熱量効果を評価し、有望な材料を開発してきた。今年度は新たな酸化物磁性体の開発を行った。共同研究者であるロシアカザン連邦大学で育成された単結晶を用いて、特性評価を行った。その結果、ガーネット系材料より単位体積当たりの磁気熱量効果が大きく、金属間化合物に近い特性が得られることを明らかにした。本年度は、新たな冷凍サイクル試験装置の構築と水素磁気冷凍用の新規磁性材料の開発を行った。冷凍試験システムの構築に関しては、申請計画では新規に超伝導マグネットの購入を申請していたが、配分金額が不足していたため、計画を変更して物質・材料研究機構に既設のマグネットを利用する計画とした。このため、システムの設計に大きな変更が必要になったが、様々な検討を行い、十分試験を実施可能なシステムの構築を行った。従って、おおむね順調に進展している。新規磁性材料の開発に関しては、今年度は新たな酸化物磁性体の開発を行った。従って、計画以上に進展していると言える。総合的に、おおむね順調に進展していると判断する。本研究は、冷凍システムを抜本的に改良し、エネルギー効率の極めて高い水素の液化や保持技術の実証・確立を目的としている。1.新たな冷凍サイクル試験装置の構築2.水素磁気冷凍用の新規磁性材料の開発と磁性体の水素化に対する検討を行った。1.冷凍試験システムの構築:本年度は磁気冷凍サイクル実証のための試験冷凍システムの構築を行った。ソレノイド型マグネットとAMRの往復動による磁場変化を基本構成とした。熱交換媒体はガスの確実な移動と流量調整範囲の大きさを検討した結果、ヘリウム外部圧縮機を利用する形式を採用した。マグネットシステムは、伝導冷却超伝導マグネットを利用することとした。事前の解析でシャトル熱流入が性能に大きな影響を与えていることが分かったため、十分な断熱を得るためにベローを用いた軸シール等を用いた新方式を採用した。また、この機構が十分な断熱性を持ち、円滑な稼働が可能なことを確認した。熱交換流体の制御機構を作成し、コンピュータコントロールの電磁弁による流体制御機構の運転を確認した。
PC骨組建物の終局強度型設計法に関する解析的研究

現行設計法に準拠して設計されたPC骨組構造について、柱・梁断面の曲げ耐力に着目した検討を行い、同構造の基本的な特性について明かにしようとした。具体的には、PC骨組モデルを設計ルート3aに基づき試設計し、(1)設計用応力(モーメント)に占める長期、不静定、地震時の各応力の割合を調べ、不静定応力、長期荷重時応力が断面決定にどの程度影響しているかを調べ、(2)設計された部材の終局曲げ耐力が、設計用応力に対しどの程度の余裕が存在するかを調べ、そのデータを基にPC骨組構造の崩壊機構に対する考察を行った。上記(1)の検討結果より、スパン長が大きい建物程、設計用応力に占める長期荷重による応力の影響は大きくなり、15mのスパン長の建物では、同応力は地震荷重による応力の25%程度であるのに対し、25mのスパン長の建物では50100%程度と非常に大きくなるということ、また不静定応力の値は、長期荷重による応力の3070%程度の値であることを定量的に示した。(2)の検討結果から、PC構造の長期荷重が大きいという特徴に起因して、層方向に耐力分布を考えた場合、耐力の低い層(弱層)が存在することを明らかにした。弱層の位置は、スパン長が大きい建物では下層へ移動し、静的漸増荷重解析では、弱層での変形量は他の層に比べて著しいことを示した。
マルチフェーズエピタキシ技術の構築によるワイドギャップ半導体の新規物性探査

マルチフェーズエピタキシ技術の構築を目的として研究を遂行し、実験的および理論的アプローチを行なった。特に実験に関しては汎用の基板材料として用いられることの多いGaAsに格子整合が可能なZnCdSの結晶成長とその結晶性の制御と結晶性の詳細な解析を行った。さらに材料系の選択肢を増やすため,新しい結晶材料に注目し、基板材料との格子整合性や禁制帯幅などの基礎的性質の解析を進めた。その結果、1.GaAs(100),(111)A,(111)B面上に分子線エピタキシー法や有機金属気相成長法により結晶成長を行い基板温度の制御等により,エピ膜の結晶構造を立方晶構造と六方晶構造の制御可能なことを明かにした。2.さらに不純物添加によっても結晶構造の制御が可能なことを明かにした。3.立方晶と六方晶の混在割合の簡便な判定方法として、X線回折法の1つであるファイスキャン法が有用であることを明らかにした。この方法は基板に対するX線の入射方向や検知器の角度を固定し,基板を回転させる方法であり、マルチフェーズ構造のような複雑な構造の解析に有効である4.この手法を用いることにより,基板上に2種類の位相を有する六方晶構造が作製されることを明らかにした。5.そして、ドーピングや成長温度等各種条件の制御により、六方晶が殆ど含まれない結晶から六方晶が殆どである結晶が作製可能なこと、さらにはその中間状態も作製可能なことを明かにした。6.また、理論解析を進め,ZnCdMgOSSeなど、これまでに殆ど検討されていない構造のマルチフェーズ構造が新しい発光・受光素子用材料として有用なことを明かにした。そして、それら構造が、GaAsやInpなど一般的な基板材料上に作製可能なことを明らかにした。今年度はマルチフェ-ズ構造の作製のための初期段階として、一定の組成を持った半導体材料を、結晶の双安定性を利用して、異なった結晶構造の元作製することを試みた。今回は、通常立方晶と六方晶の両方を示すことが知られているZnSとCdSの混晶であるZnCdSを格子整合しているGaAs基抜上(111)面において分子線エピタキシーほうにより成長を試みた。その結果、・ZnCdSにおいて基板温度を制御することにより六方晶と立方晶の面構造を制御できることを明らかにした。・また、不純物のドーピングによっても六方晶と立方晶の面構造を制御できることを明らかにした。・さらには、基板表面の極性を変化させることによっても六方晶と立方晶の両構造を制御できることを明らかにした。これらのことは、マルチフェーズ構造を作製する上で極めて基礎的で重要な知見であると考えられる。今年度は昨年度に引き続き、ZnCdSの結晶性の制御と結晶性の詳細な解析を行った。その結果、・GaAs(100),(111)A,(111)B面上に分子線エピタキシー法や有機金属気相成長法により結晶成長を行い,立方晶構造と六方晶構造の制御可能性について明かにした。・立方晶と六方晶の混在割合の簡便な判定方法として、X線回折法の1つであるファイスキャン法が有用であることを明らかにした。この方法は基板に対するX線の入射方向や検知器の角度を固定し,基板を回転させる方法であり、マルチフェーズ構造のような複雑な構造の解析に有効である。・この手法を用いることにより,基板上に2種類の位相を有する六方晶構造が作製されることを明らかにした。

・そして、ドーピングや成長温度等各種条件の制御により、六方晶が殆ど含まれない結晶から六方晶が殆どである結晶が作製可能なこと、さらにはその中間状態も作製可能なことを明かにした。・また、理論解析を進め,ZnCdMgOSSeなど、これまでに殆ど検討されていない構造のマルチフェーズ構造が新しい発光・受光素子用材料として有用なことを明かにした。・そして、それら構造が、GaAsやInPなど一般的な基板材料上に作製可能なことを明らかにした。
遺伝子改変動物を用いた糖尿病性合併症の成因の研究と遺伝子治療の試み

糖尿病合併症の成因を明確にし、有効な標的治療の道を探索する目的から、ポリオール代謝の律速酵素であるアルドース還元酵素(AR)を高発現するトランスジェニックマウス(Tg)、発現しないノックアウトマウス(KO)を用い、一方ではAGE受容体のRAGEを血管内皮に過剰発現するトランスジェニックマウス(RAGE-Tg)を用いて、糖尿病での血管、神経変化について検討した。まず、AR-Tgを糖尿病にすることにより、血管組織では細胞内シグナル異常としてProtein Kinase C(PKC)活性亢進が起こり、その結果血管機能異常が起こることが示された。このPKC活性亢進はPKCβ蛋白の膜での活性化によるものであった。これに対し、末梢神経組織では、PKC活性は逆に低下し、同時に神経細胞膜でのPKCα蛋白の発現低下によるものであった。また、神経ではPKC変化と連動し、Na, K-ATPase活性低下や神経節でのCGRPやSubstanceP発現減少を伴い、糖尿病でみられる神経障害の状態を模した。一方、AR-KOでは中等度の糖尿病状態ではこれらの変化はみられず、AR発現が糖尿病での合併症病変発現に中枢的役割をもつことが示された。特異的AR阻害薬を糖尿病AR-Tgに投与することにより合併症病変は予防され、標的治療が可能であることが示された。しかしながら、高度の高血糖ではAR-KOにおいても神経・血管異常がみられ、他の系の作動も合併症に関与することが明らかとなった。そこで、RAGE-Tgを糖尿病にし、対照と比較検討した結果、やはり高度の高血糖状態で血管機能異常が惹起され、さらに神経機能異常を加重して障害することが明らかとなった。これらの結果から、糖尿病での高血糖からポリオール代謝やグリケーションそれぞれがそれぞれ、独立して関与しており、高度の高血糖では複数の標的治療が必要となることが示された。糖尿病性合併症の成因として、高血糖からの種々の代謝カスケードが組織細胞傷害を引き起こし、病変を形成することがいわれている。しかしながら、特徴的な病変がいかなる代謝過程から形成されるのかは知られていない。今回の研究では、代謝カスケードとして重要と考えられている。ポリオール代謝、グリケーションの2つに焦点をあて、それぞれ、ポリオール代謝の主要酵素であるアルドース還元酵素(AR)を過剰発現するトランスジェニックマウス(AR-Tg)、グリケーションの最終産物である後期糖化生成物(AGE)の受容体(RAGE)を過剰発現するトランスジェニックマウス(RAGE-Tg)をまず作成した。これらのマウスで高血糖状態下でヒト糖尿病類似の病変が惹起されるかを、形態学的、生化学的、生理学的に検討を加え、同時にそれぞれの阻害薬であるAR阻害薬(ARI)およびアミノグアニジン(AG)あるいはOPBを投与し、予防あるいは治療が可能であるかを検討した。結果として、AR-Tgは糖尿病期間812週で、対照マウスに比して末梢神経、腎いずれでも高度のポリオール蓄積とともにより強い神経線維萎縮や腎糸球体腫大などの変化をみた。この過程にはNa, K-ATPase低下、PKC異常が関与し、とくに神経と血管ではPKC変化が低下、上昇と乖離した結果を示し、異なった機構が合併症病変成立に働いていることが明らかとなった。一方、RAGEマウスの検討では糖尿病状態で腎糸球体での強いメサンギウム領域増加がみられ、神経変化も強い傾向を示した。現在、これらのマウスについて生化学的、生理学的変化をさらに検索中である。

AR阻害薬、AG, OPBいずれもこれらの病変を抑制する所見を認め、今後より有効な作用を有するものを検討する予定である。糖尿病合併症の成因を明らかにし、有効な本質的治療法を確立するのが究極の研究目的となる。本年度の研究計画では、高血糖を基盤とした細胞障害機構の上で問題となっている、(1)アルドース還元酵素(Aldose reductase ; AR)を介したポリオール代謝亢進の役割を明らかにし、それを阻害する試み、(2)蛋白の非酵素的糖化(グリケーション)の終末産物である後期糖化生成物(advanced glycation end-products ; AGE)の受容体(receptor for AGE ; RAGE)を介した機構の解明と、その阻害の試み、この2点について分子生物学的検討と疾患モデルを用いた検索を行った。(1)としては、ヒトARを過剰発現するトランスジェニックマウス(AR(+)マウス)、およびARをノックアウトしたマウス(AR(-)マウス)を用い、これらのマウスを糖尿病状態にすることにより末梢神経での合併症病変を検索した。その結果、ARが合併症病変の重症度の決定に関与することが明らかにされた。また、治療的観点からAR阻害薬をAR(+)マウスに投与した結果、合併症病変は予防され、ヒト糖尿病合併症の治療への指針が明らかにされた。一方、(2)ではRAGEを過剰発現するマウスを糖尿病にすることにより、強い末梢神経障害が惹起された。現在、この末梢神経障害の治療をいかにすべきか検討中である。これらの本年度の研究結果から、糖尿病合併症の成因に高血糖からのポリオール代謝、AGE生成がいずれもそれぞれの経路を介して、関与していることが明らかとなった。有効な合併症の予防・治療にこれらの経路を有効に阻害する方法についての検索が必要となっている。今回の研究では、高血糖から惹起される合併症病変への直接の代謝カスケードとして最も上流にあるポリオール代謝および蛋白の非酵素的糖化(グリケーション)を標的として、その細胞障害機構を明らかにすること、およびそれに対する特異的な阻害薬を用いた合併症が阻止されるかを検討した。ポリオール代謝機構の役割の解析では、その主要律速酵素であるヒトアルドース還元酵素(AR:aldose reductase)を過蒸発現させたトランスジェニックマウス、およびAR発現を消失させたノックアウトマウスを用い、とくにARの合併症病変発生への役割をみた。さらにARの特異的阻害薬(ARI)をAR過剰発現マウスに投与し、その効果を検討した。一方、グリケーションの役割の検討では、最終糖化産物(AGE)の受容体(RAGE)を過剰発現するマウスを用い検討した。いずれのモデルマウスもストレプトゾトシンにより糖尿病を惹起し、末梢神経病変および腎病変について検討した。結果として、AR過剰発現マウスにおいては、糖尿病状態において脊髄感覚神経節および細小血管いずれにおいても強い構造変化とともに、細胞内シグナルとしてプロテインキナーゼC(PKC)変化がみられた。しかしながら、神経組織と血管組織においてPKC活性は相反する態度を示し、それはαとβ分画の変化の差によるものであった。RAGE過剰発現マウスにおいても血管病変を強く示し、また末梢神経病変も高度であった。それぞれ、特異的阻害薬によって、代謝変化、病変は是正された。
嚥下障害のリハビリテーションに関する研究-嚥下機能の回復と咬合の関与-

本研究は近年注目されている摂食嚥下障害のリハビリテーションにおいて、歯科の果たすべき役割を明らかにするために、嚥下機能と歯科的要因の関連を評価するシステムを開発し、さらに口腔内環境の変化との関連の解明を目的としたものである。前年度の研究により、咬合支持および舌運動が嚥下機能に関与することが示唆された。本年度は、嚥下運動をより詳細に検討するために、舌運動とともに嚥下運動の中心となる喉頭運動を測定できるようシステムを改良した。また高齢者では、加齢による歯牙の喪失が生じた結果、義歯装着者が多いことから、口腔内環境の変化として義歯の装着および撤去をとりあげ、中でも装着時と撤去時で変化の大きい全部床義歯装着者を対象に嚥下機能と義歯装着の関連を評価した。義歯装着条件として上下顎義歯装着時、下顎義歯撤去時、上顎義歯撤去時、上下顎義歯撤去時の4種を設定し、舌接触圧データから、一連の嚥下運動を準備期、口腔期、咽頭期の3期に分類してより詳細な評価を行ったところ、以下の結果が得られた。嚥下所要時間のうち随意運動期である準備期および口腔期所要時間、また嚥下開始から喉頭運動が開始するまでの時間が、上下いずれかの義歯撤去によって有意に延長していた。特に、上顎義歯の撤去による影響は大きく、嚥下時の舌の前方および側方への突出を引き起こし、嚥下所要時間を延長させる主たる原因と思われた。高齢全部床義歯装着者における義歯の撤去、なかでも上顎義歯の撤去は、円滑な舌運動を妨げ、嚥下時の口腔と咽頭の協調性に影響を及ばし、高齢者の嚥下機能の予備能力低下を増悪させるものと思われた。本研究の結果より、医療者や介護者によって安易に行われがちな義歯の撤去に再考の必要性が示唆され、嚥下障害のリハビリテーションヘの歯科的アプローチとして義歯の装着の重要性が示唆された。本研究は近年注目されている摂食嚥下障害のリハビリテーションにおいて、歯科の果たすべき役割を明らかにするために、嚥下機能と歯科的要因の関連を評価するシステムを開発し、さらに加齢変化との関連の解明を目的としたものである。咬合、舌運動、下顎運動、唾液、知覚といった歯科的要因のうち、本年度は咬合支持および舌運動に着目し、研究を以下の順序で行った。1.歯科的要因を考慮した非侵襲的嚥下機能評価システムの開発2.咬合支持および舌運動と嚥下機能の関連についての検討本研究では、高齢者という嚥下機能の予備能力が低下した患者を評価することを考慮し、非侵襲的に嚥下機能と歯科的要因との関連を評価できるシステムを開発した。このシステムは、嚥下を遂行する顎二腹筋筋電図の測定を行い、同時に口蓋への舌圧を測定して、嚥下時の筋活動と舌運動を計測するものである。口蓋への舌圧は、被験者として上下全部床義歯装着者を予定していたため、上顎義歯口蓋部に圧力センサを埋入することで測定した。測定に際しては、一定量の水を口腔内で保持させ、合図とともに嚥下を行わせた。まず、若年有歯顎者にセンサを埋入した口蓋床を装着させて実験を行い、システムの安全性、有効性および再現性を確認した。