hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒトiPS細胞由来心筋細胞シートを用いた心筋再生治療法の開発

昨年度は、当初の計画を前倒しして、大動物モデルにおけるヒトiPS細胞由来心筋細胞シートの機能改善効果を様々な解析法を用いて検討を行った。よって本年度では、移植細胞の長期生存を可能にするための移植法の検討を行った。長期生存を可能にするために考えられる方法として、免疫抑制剤の変更や体網の使用等が考えられる。免疫抑制剤を1剤だけでなく、複数剤使用することで、よりホストミニブタの免疫機能をより抑えることができるのではないか。また体網は豊富な血管網を有しており、血管新生効果があるため、移植細胞の上から体網を被せることで、移植細胞シート内への血管新生効果が期待できると考え、これらを併用することで移植細胞の長期生存を可能にできるのではないかと考えた。その結果、免疫抑制剤の種類を増やすことと、移植時に体網を使用する方法を併用することで、MRI検査において移植後8週の時点で移植細胞の8割程度が残存していることが確認された。また、免疫染色によっても体網を使用しなかった群に比べ、体網を使用した群では多くの新生血管を認めた。現在半年以上の長期成績を経過観察しているが、心機能の改善も認められ、MRIにおいて腫瘍の形成は認められていない。また、移植細胞も半年を経過しても残存していることがMRIで確認されているので、免疫抑制剤の複数使用と体網の使用は、移植細胞の長期生存に大きく寄与していると考えている。当初の予定としては、3年目で大動物モデルへ移植及び評価する予定であったが、分化誘導からシート化の行程が予想以上にスムーズに進み、それらの事がある程度今年度中に実施する事ができた。当初の計画では、24年度に大動物モデルへの移植であったが、23年度に前倒しして実施できたため、24年度はより臨床応用を見据えた研究(移植細胞の長期生存に関する移植方法の研究)を行うことができた。来年度は想定以上の研究ができると考えており、実際の臨床応用を念頭においた移植法の検討(免疫抑制剤や体網の使用等)やヒトiPS細胞由来心筋細胞シートの長期成績の確認までできると考えている。本研究により、ヒトips細胞から心筋細胞シートの作製が可能であり、移植方法も大きく改善できたので、今後は、実際に臨床で使用する細胞株(CiRAにて作製される予定のホモドナーからのips細胞)を用いて大動物実験を行っていく必要がある。
心臓自律神経系の発達と環境応答のメカニズム

本研究は、心臓自律神経系の活動に着目し、メダカを用いて自律神経機能の発達評価、環境擾乱系の確立、およびその解析である。発達評価では、メダカはふ化直後から1ヶ月後に心臓自律神経系機能が発達し、発生初期では低温刺激で誘発する不整脈がメダカ系統によって抵抗性が異なり、かつ1遺伝子に起因することが明らかとなった。環境撹乱系では、恒常明期では副交感神経活動が低下する一方で、放射線刺激では心拍に異常は認められなかった。さらに、メダカを利用した血液の解析や組織の3D解析の可能性を見いだした。本研究計画では、心臓自律神経系の活動に着目し、親と独立した環境で発生・生育可能な透明メダカを用いて、平成25年度から26年度の2年間で、映像により自律神経機能を獲得する時期を同定し、環境擾乱による自律神経応答評価と血清内で変動するペプチド因子を探索する、ことを目的とする。もって、乳幼児期の自律神経機能獲得における発育過程と環境が及ぼす影響のメカニズムについて明らかにする。本研究成果が、最終的に個体レベルでのストレスや環境応答という大きな現象や健康についての社会問題の一端をそのメカニズムから迫ることができる点で、本研究は非常に意義がある。平成25年度は、まず自律神経の機能獲得評価として、メダカ胚(心臓形成時、ふ化直前)、稚魚(生後1日、2日、1週間、2週間、4週間、成魚(3ヶ月)の各時期で、成長に伴う安静時の自律神経活動を解析し、機能獲得を評価した。その結果、1ヶ月程度まで、発達に伴い自律神経活動が増強されていることが認められた。また、神経の発達を評価するために、αチューブリン抗体染色を実施し、孵化直前の胚において心臓自律神経の神経軸索が検出されることを確認した。次に、環境変化による自律神経機能評価として、メダカSK2成魚を用いて、光条件および放射線刺激後の心拍解析を行い、放射線刺激後1週間で組織切片上では異常が認められないにもかかわらず、心拍数が有意に減少し、その後回復するという応答が観察された。よって、光条件に加えて、放射線照射も環境条件として用いることとした。さらに、環境擾乱に応答する分子の探索の予備検討として、稚魚からサンプルを抽出し、GC-MSでの質量解析を行った。本研究計画では、心臓自律神経系の活動に着目し、親と独立した環境で発生・生育可能な透明メダカを用いて、映像により自律神経機能を獲得する時期を同定し、環境擾乱による自律神経応答評価と血清内で変動するペプチド因子を探索する、ことを目的とする。当初平成25年度から26年度の2年間の予定であったが、研究計画変更により、平成25年度から27年度の3年間で実施する。平成26年度は、まず自律神経の機能獲得評価として、メダカ成魚心臓からRNAを抽出し、心臓において発現しているアドレナリン受容体およびアセチルコリン受容体のうち、adrb1及びachr2bの配列を単離した。次に、得られた配列をもとにin situ hybridization用のプローブを作製し、心臓形成初期時のメダカ胚(st.24, 37)、及び稚魚(生後1日)において、in situ hybridizationにより遺伝子発現を評価した。しかしながら、メダカ胚及び稚魚のどちらにおいても、今回作製したプローブでの遺伝子発現を検出できなかった。また、昨年度環境条件として新たに設定した放射線刺激を用いて、心拍解析と全身切片の作製、および解析を行った。次に、血清内の分子変化探索のために、メダカSK2系統成魚からの採血を実施し、1回当たり2μリットルの抹消血液を採取する系を確立した。本研究は、心臓自律神経系の活動に着目し、親と独立した環境で発生・生育可能な透明メダカを用いて、映像により自律神経機能を獲得する時期を同定し、放射線等の環境擾乱による自律神経応答を分子レベルで評価し、乳幼児期の自律神経機能獲得における発育過程と環境が及ぼす影響のメカニズムについて明らかにする。平成27年度は平成26年度までに得られた結果をもとに、以下の項目を実施した。平成26年度では単離したメダカ心臓において発現しているアドレナリン受容体およびアセチルコリン受容体の遺伝子発現をin situ hybridizationにより評価できなかったことから、RT-PCRにて遺伝子発現を評価したところ、心臓の拍動に揺らぎの認められないst.35の胚においてどちらも発現していることを確認した。また、局所的な放射線刺激によって生じる全身性の応答を検出するために、背・腹側各2 mmの深度まで15 Gyの重粒子線を照射し、全身をパラフィン切片として精査した。使用した重粒子線のビーム到達距離の近傍に腎臓が位置していることから、3D構築を行い、被照射部位のみ造血細胞の欠落と組織の萎縮を観察した。加えて、照射されていない部位の末梢血管に浮腫や毛細血管瘤、出血などが誘導されることを確認した。これまでに得られた結果をもとに、これまでの成果を国際学会において発表し、学会誌への投稿をした。

本研究は、心臓自律神経系の活動に着目し、メダカを用いて自律神経機能の発達評価、環境擾乱系の確立、およびその解析である。発達評価では、メダカはふ化直後から1ヶ月後に心臓自律神経系機能が発達し、発生初期では低温刺激で誘発する不整脈がメダカ系統によって抵抗性が異なり、かつ1遺伝子に起因することが明らかとなった。環境撹乱系では、恒常明期では副交感神経活動が低下する一方で、放射線刺激では心拍に異常は認められなかった。さらに、メダカを利用した血液の解析や組織の3D解析の可能性を見いだした。平成26年度は、計画に示されているもののうち、アセチルコリン受容体やアドレナリン受容体の遺伝子の単離およびin situ hybridizationによる遺伝子発現評価については予定通り実施した。また、メダカから血液サンプルを採取する手法を確立し、昨年度新規に見いだした放射線刺激を用いて全身での解析と血液の解析を開始した。さらに、これらの成果を国内学会で発表した。以上のことについては、当初の研究計画通りに進行したと考える。一方で、昨年度実施した放射線刺激により、部分的な放射線刺激が被照射部位に加えて、自律神経や免疫応答等の全身性応答を生じさせている可能性を新たに見いだしたことから、計画を一部変更し、全身切片による解析を新たに実施した。その結果、当初の研究計画で実施予定であった国際学会での発表及び学会誌への投稿が年度内に終了しなかった。本研究は、平成25年度から26年度の2年間で実施する計画であるが、平成27年度にも研究を遂行することとなり、従って、当初の予定より研究はやや遅延していると考える。環境生理学平成25、26年度に確立・実施した系を用いて、環境が個体へ与える影響を評価する。特に、全身性の応答の解析を全身切片を利用した3D構築による解析と採血した血液の血球や血清成分の解析により実施する。本研究によって得られた成果を国際学会で発表し、また学会誌への投稿を行う。平成25年度は、計画に示されているもののうち、発達における自律神経活動を予定通り評価し、環境条件を複数実施した。これらの成果を国内学会で発表した。特に、光に加えて放射線刺激による心拍への影響を見いだしたことは、当初の研究計画以上の成果であると考える。メダカ自律神経の染色については、平成25年度に抗体による染色が可能であることを確認し、国際学会および国際論文誌上に発表した一方で、アセチルコリン受容体やアドレナリン受容体の遺伝子の単離およびin situ hybridizationによる遺伝子発現評価については、平成26年度に実施する。また、平成26年度に実施する予定の質量解析に向けた予備検討は実施し、十分なサンプル量を得るために、サンプル調整を平成26年度に引き続き行う必要性が生じた。従って、一部変更はあるもののほぼ予定どおりに研究は遂行している。平成26年度に放射線照射後の心拍解析を行い、その結果をもとに刺激後の自律神経への影響を解析し、国際学会での発表及び学会誌への投稿をする予定であったが、当初の予定と異なり、昨年度実施した放射線の部分照射刺激により、被放射部位に加えて全身性の環境応答として血液の形状等に影響が生じたことから、計画を変更し、新たに全身切片によるメダカ組織の3D構築による解析を血液の解析に先んじて行うこととしたため、計画がやや遅延し、未使用額が生じた。
カンジダ・アルビカンス細胞表層蛋白を標的としたカンジダ症治療薬開発への新たな試み

ヒトと同じ真核生物であるカンジダには一般の抗生物質は効果がなく抗真菌活性物質の多くがヒトに対して毒性を有するため、新しい抗真菌薬の開発も難しい状況である。真菌症の治療には新たなアプローチが必要と考える。増殖必須栄養素の獲得に働タンパク群に固有のモチーフの特性を明らかにすれば、より特異的にカンジダ増殖を阻止し病原性の抑制が可能となる。また、菌と宿主双方の動態の解析が新規な創薬ターゲット候補の探索にも繋がるため臨床的意義も大きい。真菌感染症の増加が予想される我が国において、基礎歯学的視点からのカンジダ症の全貌解明と新規治療への展開に向け、分子レベルでの新たな基盤構築への波及効果が期待される。
表面微細孔組織材料の生成条件の解明とその応用

本研究では金属を表面酸化した後、還元処理を施した際に形成する表面微細孔を利用した新規金属材料ならびに材料プロセスの開発を行っている。表面微細孔材料の表面に溶融金属を接触させると材料表面に溶融金属が異常に濡れ広がる現象を見出し、我々はこの現象を特異拡張濡れと名付けた。本年度の研究では、表面微細孔の気孔径を膜厚方向に傾斜的に変化させた傾斜微細孔材料を作製へ向けた基礎的検討を行った。基板材料にCuを選択して表面酸化膜を形成させた後、種々の温度・反応時間で酸化膜の水素還元を行い、還元生成する多孔質Cu層中の気孔径に与える還元条件の影響を調査した。水素雰囲気下で酸化Cuは160°Cの低温でも還元し、160300°Cでの還元後に多孔質Cu層中の気孔径は0.11μmまで変化した。また200°C以上での還元後に長時間熱処理を行うことで、焼結により気孔が閉塞する傾向が見られた。今後、本還元ならびに還元後の焼結挙動を制御することにより、酸化還元プロセスによる金属表面微細孔傾斜材料の創製を行う。本研究では金属を表面酸化した後、還元処理を施した際に形成する表面微細孔を利用した新規材料ならびに材料プロセスの開発を行っている。本年度の研究ではこの濡れ現象の機構を明らかにするため、基材と溶融金属間の濡れ性を調査を行った。種々の温度において固体Fe上の溶融In,Biの接触角を測定した結果、Inについては何れの温度でも良好な濡れ性(20°)を示す一方、Biについては融点より700°C近傍までは接触角が90°以上、700°C以上では90°以下となり良好な濡れを示すことを明らかにした。そこで表面微細孔Fe基板への両金属の濡れ現象を調査したところ、Inは融点以上の何れの温度でも、Biについては700°C以上で特異拡張濡れを示したため、この濡れ挙動が毛細管現象により生じることを明らかにした。次いで特異拡張濡れの電子材料のマイクロソルダリングへの適用の可能性を検討した。配線あるいは基板材料としてCuに着目し、Cu基板の酸化還元処理による表面微細孔の形成を調査し、最適処理条件を見出した。それに基づき作製した表面微細孔Cu基板ならびにCu細線の溶融Biによる接合を実施した。その結果、溶融BiのCu基材への特異濡れ現象により、肉盛の極めて小さい接合点が形成されたことから、酸化還元処理による被接合材料への表面微細孔の作製を用いた新規接合法の可能性を見出した。
上皮細胞に発現する新たなEBウイルスレセプターの遺伝子クローニング

EBウイルス(EBV)の上皮細胞への感染を簡便にモニターするために、蛍光蛋白Enhanced green fluorescent protein(EGFP)遺伝子を組み込んだ組み換えEBV(EGFPーEBV)を作製した。このウイルスを用いた検討により、いくつかのヒト上皮細胞株がEBV感染感受性を有することを明らかにした。これらの上皮細胞株は、これまでに知られているEBVレセプター(CD21)をほとんど発現していなかった。さらに抗CD21抗体を用いたプロッキング実験により、上皮細胞への感染がCD21以外の分子をレセプターとして成立することを証明した。次に、CD21に結合するウイルス側のリガンドgp350/220とヒトIgG1Fc部分との融合蛋白gp350/220-Igを作製した。この融合室白はCD21を発現するB細胞株に強く結合したが、上皮細胞株にはほとんど結合しなかった。一方、他のウイルス粘蜜白gp25とヒトIgG1Fc部分との融合蜜白gp25-Igは、B細胞株にはほとんど結合せずEBV感染感受性の高い上皮細胞株に強く結合した。この結果から、上皮細胞に発現するEBVレセプターに結合するウイルス側のリガンド分子はgp25であると考えられた。種々のgp25分子の欠失変異体を作製することにより、gp25分子中の上皮細胞への結合に必要な領域を決定した。その結果、アミノ酸71-100の領域が上皮細胞への結合に必須であることが明らかとなった。この領域と相同性のある蛋白をBLAST homolgysearchにより検索したところ、脂質二重膜の融合に働くsyntaxin分子との相同性が認められた。Gp25分子はsyntaxin分子と同様に、脂質二重膜の融合機構に組み込まれて働く可能性が示された。上喉頭がんに加え、近年、胃がんや口腔内毛様白斑症など腫瘍性上皮細胞増殖疾患とEBウイルス(EBV)の関連を示す報告が多数なされているが、上皮細胞へのEBV感染機序の詳細は依然不明である。我々は最近、相同組み換えによりEBVゲノム内にネオマイシン耐性遺伝子を挿入した組み換えEBV(rEBV)を作製、これを用いて様々な組織由来の上皮細胞株への効率的なEBV感染系を確立した。この上皮細胞への効率的EBV感染実験系をもとにEBV感染に対して最も高い感受性を示す上皮細胞株を選別し、その細胞株のcDNAライブラリーを作製した。ライブラリーの作製に際しては、EBV複製開始点(oriP)、ハイグロマイシン耐性遺伝子、およびcDNAの発現プロモーターを有するベクターを用いた。本ベクターは、oriPの機能により、EBV(EBNA1)の存在下でのみ細胞内で維持されうる。一方でEBV感染に抵抗性を示す上皮細胞株を見い出し、作製した発現ライブラリーをこの感染抵抗性の上皮細胞株に導入した。その後さらにrEBVを接種し、G418とハイグロマイシンを含む培地中で短期間培養することにより、感染が成立した細胞のみを生存させ、この細胞から保持されているプラスミドDNAを回収する操作を繰り返すことで上皮細胞に発現する新たなEBVレセプター遺伝子の同定を行うべく、現在、実験が進行中である。(1)上皮細胞に結合するEBウイルス糖蛋白の同定上皮細胞に発現するEBウイルスレセプターに結合するウイルス側のリガンドの同定を行なった。EBウイルス粒子上の糖蛋白gp350,gp25とヒトIgG1のFc部分とのキメラ蛋白gp350-Igおよびgp25-Igを作製した。gp350はB細胞に発現しているEBウィルスレセプターCD21に結合することが知られている。

作製したgp350-Igキメラ蛋白は、予想どおりB細胞株に強く結合した。しかし、EBウイルス感受性の上皮細胞株NU-GC-3,HepG2,AGSには全く結合しなかった。一方、gp25-Igキメラ蛋白はB細胞株にはほとんど結合せず、EBウイルス感受性の上皮細胞株に強く結合した。さらに、EBウイルスの上皮細胞への結合はgp25-Igキメラ蛋白により阻害された。これらの結果から、上皮細胞に発現するEBウイルスレセプターに結合するウイルス側のリガンドはgp25であることを明らかにした。(2)上皮細胞に発現するgp25結合蛋白(EBウイルスレセプター)のクローニングgp25-Igキメラ蛋白をプローブとして、上皮細胞に発現するgp25結合蛋白の検出を行なった。ウエスト-ウエスタン法および免疫沈降法により、分子量約80KDaのgp25結合蛋白を同定した。現在、この蛋白の部分アミノ酸配列を決定中である。得られた部分アミノ酸配列から、この蛋白の全長cDNAのクローニングを行ない、EBウイルスレセプター遺伝子のクローニングを完成させる。
消化管粘膜樹状細胞の細胞内イオンによる制御及びIELとのクロストーク

本研究は、消化管に於ける免疫担当細胞が腸管局所並びにそこから波及して全身への炎症を引き起こすメカニズムの一端を解明する為に、消化管(小腸)粘膜樹状細胞の細胞内イオン動態を明らかにし、小腸上皮間リンパ球lntraepithelial Lymphocyte(IEL)とのクロストーク、その帰結として起こるであろうサイトカインの動態を細胞生理学的手法により評価する事を目的とした。二年間の研究に於いて、主題と関連する以下の事項が明らかとなった。1)粘膜免疫制御メカニズムの一端を明らかにする目的でIELにおけるサイトカイン産生の腸管内栄養素による変化を検討したところ、グルタミン刺激によりIELからのサイトカイン産生が変化する事、変化パターンにはTh1優位の増強効果のあること。2)サイトカインの細胞内プロファイルにも同時に変化がみられること。3)ヒスタミン刺激により、IELサイトカイン産生の調節効果のあること。4)これらの刺激下での変化が細胞内イオン特にカルシウムイオン動態による制御過程を有する可能性が示された。これらの結果は、腸管栄養の様態が粘膜免疫に直截的に関わり合う事、特にグルタミン栄養が炎症に対し増強的作用を齎す可能性が示唆された。生体内アミン並びに体外から投与される抗ヒスタミン受容体剤が消化管免疫に関わり合う事を示唆した。IELとDCとのクロストークについては、今後証明を重ねて行く必要がある。消化管粘膜に存在する樹状細胞DC (Dendritic Cell : DC)は、外的刺激(異物、微生物など)に対する免疫系のゲートキーパーとしての役割を持つこと、分化成熟が他のDCと系を異にする可能性など、特殊な機能を有する細胞であると考えられ、臓器特異的な免疫機構の存在が示されている。免疫担当細胞同士の間には密接な連携が必要であり、特に消化管粘膜のDCとIntraepithelial Lymphocyte(IEL)の間には外的刺激を排除すべきものとするか(免疫)、しないか(寛容・共生)を決定し実現する為の緻密なメカニズムが存在すると考えられる。Interleukinに代表される炎症性サイトカインによるlymphocytesやneutrophil granulocytesの活性化には、細胞内カルシウムなどのシグナリングが重要な役割を果たすと考えられている。末梢血DCが、細胞内カルシウムによる直接的制御を受けることは報告されているが、未だ系統的な理解には程遠く、消化管粘膜DCでの細胞内イオン動態とその免疫学的意義の検討はこれまでに報告を見ない。細胞内カルシウム動態は、細胞内でのサイトカイン産生、移動、分泌を惹起・調節すると考えられるが、このサイトカイン動態のプロセスを細胞内イメージングの手法を用いて動的に可視化した報告は乏しい。本研究では、免疫担当細胞が腸管局所並びにそこから波及して全身への炎症を引き起こすメカニズムの一端を解明する為に、消化管(小腸)粘膜樹状細胞(腸管DC)の細胞内イオン動態を明らかにし、IELとのクロストーク、その帰結として起こるであろうサイトカインの動態を細胞生理学的手法により評価を進めている。本年度は、消化管上皮細胞間リンパ球(IEL)及び樹状細胞(DC)の単離・培養系を確立し、電気生理学的・細胞生物学的な検討に耐えうる質と量を兼ね備えた実験系を準備した。細胞内イオン測定に必要な細胞内イメージング測定系を確立している。各種刺激、サイトカインに対する反応を検討している。電気生理学的手法により細胞膜・小器官膜の輸送体レベルでのイオン流入の制御について検討予定としている。本研究は、消化管に於ける免疫担当細胞が腸管局所並びにそこから波及して全身への炎症を引き起こすメカニズムの一端を解明する為に、消化管(小腸)粘膜樹状細胞の細胞内イオン動態を明らかにし、小腸上皮間リンパ球Intraepithelial Lymphocyte(IEL)とのクロストーク、その帰結として起こるであろうサイトカインの動態を細胞生理学的手法により評価する事を目的とした。

2)サイトカインの細胞内プロファイルにも同時に変化がみられること。3)ヒスタミン刺激により、IELサイトカイン産生の調節効果のあること。4)これらの刺激下での変化が細胞内イオン特にカルシウムイオン動態による制御過程を有する可能性が示された。これらの結果は、腸管栄養の様態が粘膜免疫に直截的に関わり合う事、特にグルタミン栄養が炎症に対し増強的作用を齎す可能性が示唆された。生体内アミン並びに体外から投与される抗ヒスタミン受容体剤が消化管免疫に関わり合う事を示唆した。IELとDCとのクロストークについては、今後証明を重ねて行く必要がある。
認知科学的分析に基づくインタラクションサイクルモデルを礎としたスキル学習支援環境

絵画描画学習支援環境については,当初の予定はカラーの水彩画の学習支援環境を構築する予定であったが,水彩画教室に通って取材を進めた結果,カラーの水彩画の場合,正解画を一意に決定することが難しいことが判明した.つまり,スケッチなどのモノクロによる輪郭線描画なら,正解画を一意に決定しやすいが,カラー水彩画の場合は,色の配色や陰影付けについて,学習者の個性が出やすく,かつ,それを誤りと言い切ることはできない.このため,正解画が決定できない場合,正解画との差分に基づくアドバイス提示ができないので,研究対象としては,難しい.そこで,カラー水彩画をあきらめ,模様の付いている花瓶などをモチーフとして,絵付けのスキルを学習する学習支援環境の構築を目指すことになった.マーカレスARを用いたナビゲーションシステムの研究では,ARkit2を用いて,図書館で入り口から目的の本のある書架までの経路をマーカーレスARで設定した矢印をたどることにより,学習者が目的の本を探すことができるシステムを構築した.圧力シートセンサを用いた重心位置表示システムの研究では,圧力シートセンサ上に人が立つと,足裏の圧力をリアルタイムで計測し,そこから,重心位置をリアルタイムで計算するシステムを構築した.一部の研究の方向性の修正はあったが,実際に動いて使えるものが出来上がってきているので,おおむね順調に進展しているといえる.(1)3次元絵付けスキル学習支援システム:仮想空間内の花瓶にVRで絵付けを行うシステムを構築した.そして,それをARで現実世界の花瓶に重畳表示させることが可能になった.(2)マーカーレスARを用いたナビゲーションスキルの学習支援システム:図書館をテストベッドとして,ARkit2を用いて,目的の図書を見つけるまでの道順を,マーカーレスのARによる矢印を設定することにより,ナビゲーションを行えるシステムを構築した.どのような場所に矢印を設定すれば,わかりやすい道案内になるかに関するスキルを練習することができる.(3)圧力シートセンサを用いた重心位置表示システム:圧力シートセンサ上に人が立つと,足裏の圧力をリアルタイムで計測し,そこから,重心位置をリアルタイムで計算するシステムを構築した.今後はこれを応用して,スキーの体重移動シミュレーションシステムへと発展させる.今後の研究の方策は以下のとおりである.(1)3次元絵付けスキル学習支援システム力覚提示装置をインタフェースとして利用し,仮想空間の花瓶への絵付けを可能とするシステムを構築する.(2)圧力シートセンサを用いた重心位置表示システム計算で求まる重心位置から,VR空間でスキーの姿勢を表示することにより,スキーの体重移動のスキルを学習する支援システムへと発展させる.平成29年度は,以下の3つの研究を中心に推進した。(1)習慣逆転法を用いた癖の改善支援システムの構築:現在、多くの人が無意識に行ってしまう癖に苦しんでいる。癖の治療方法の1つとして、習慣逆転法というものが存在する。これは行動療法である。具体的な行動目標を繰り返し実行することで自分をコントロールする力を身に着けていくものであるが,癖を無意識に行ってしまうため,自身では習慣逆転法を実践するのが難しい。そこで,本研究では、習慣逆転法を、Kinectを用いてより効率的に治療を進めるために、学習者が癖を行った時に,音声による通知を行うシステムを構築した。また、システムの有用性について検証した。(2)競技かるたの決まり字変化シミュレーションシステムの構築:競技かるたにおいて,上の句の何文字目が読まれたときに,下の句の取り札が唯一に決定できるかについて,その文字を決まり字と呼ぶ。かるたゲームが進行するにつれて,取り札の数が減ってゆくので,決まり字も変化してゆく。かるた競技者にとって,盤面に並んでいる下の句の取り札の決まり字を把握しておくことは,ゲームに勝つために重要であるが,これを頭の中でシミュレーションすることは初心者にとっては難しい。それを可視化するシステムを構築した。(3)AR表示ヒューマンモデルのデッサン人形によるタンジブルインタフェース:デッサン人形の上にARによる人体モデルを重ね表示し,デッサン人形を手でつかんで動かさすと,AR人体モデルも追従して動くシステムを構築した。さらに,デッサン人形の手足の関節を動かしてポーズを替えると,AR人体モデルもそれに追従する。すななわち,デッサン人形をタンジブルインタフェースとしてAR人体モデルを操作できる。このシステムは,人物画スケッチ学習支援システムに応用することができる。以下の3つの研究を推進し,いずれも順調に進展しているのが理由である。(1)習慣逆転法を用いた癖の改善支援システムの構築:システムの構築だけでなく,第一段階のシステムについて評価実験まで行っているので順調に進展していると言える。(2)競技かるたの決まり字変化シミュレーションシステムの構築: H29年度からスタートした研究であり,きまり字変化のシミュレーションを一通り可能にしたので,順調に進展していると言える。(3)AR表示ヒューマンモデルのデッサン人形によるタンジブルインタフェース: H29年度からスタートした研究であり,デッサン人形をタンジブルインタフェースとしてAR人体モデルを操作できるところまで完成したので,順調に進展していると言える。絵画描画学習支援環境については,当初の予定はカラーの水彩画の学習支援環境を構築する予定であったが,水彩画教室に通って取材を進めた結果,カラーの水彩画の場合,正解画を一意に決定することが難しいことが判明した.

つまり,スケッチなどのモノクロによる輪郭線描画なら,正解画を一意に決定しやすいが,カラー水彩画の場合は,色の配色や陰影付けについて,学習者の個性が出やすく,かつ,それを誤りと言い切ることはできない.このため,正解画が決定できない場合,正解画との差分に基づくアドバイス提示ができないので,研究対象としては,難しい.そこで,カラー水彩画をあきらめ,模様の付いている花瓶などをモチーフとして,絵付けのスキルを学習する学習支援環境の構築を目指すことになった.マーカレスARを用いたナビゲーションシステムの研究では,ARkit2を用いて,図書館で入り口から目的の本のある書架までの経路をマーカーレスARで設定した矢印をたどることにより,学習者が目的の本を探すことができるシステムを構築した.圧力シートセンサを用いた重心位置表示システムの研究では,圧力シートセンサ上に人が立つと,足裏の圧力をリアルタイムで計測し,そこから,重心位置をリアルタイムで計算するシステムを構築した.一部の研究の方向性の修正はあったが,実際に動いて使えるものが出来上がってきているので,おおむね順調に進展しているといえる.(1)3次元絵付けスキル学習支援システム:仮想空間内の花瓶にVRで絵付けを行うシステムを構築した.そして,それをARで現実世界の花瓶に重畳表示させることが可能になった.(2)マーカーレスARを用いたナビゲーションスキルの学習支援システム:図書館をテストベッドとして,ARkit2を用いて,目的の図書を見つけるまでの道順を,マーカーレスのARによる矢印を設定することにより,ナビゲーションを行えるシステムを構築した.どのような場所に矢印を設定すれば,わかりやすい道案内になるかに関するスキルを練習することができる.(3)圧力シートセンサを用いた重心位置表示システム:圧力シートセンサ上に人が立つと,足裏の圧力をリアルタイムで計測し,そこから,重心位置をリアルタイムで計算するシステムを構築した.今後はこれを応用して,スキーの体重移動シミュレーションシステムへと発展させる.(1)習慣逆転法を用いた癖の改善支援システムの構築については,学習者が継続的に本システムを使って習慣逆転法を行う意欲を持続できる機能を組み込む。(2)競技かるたの決まり字変化シミュレーションシステムについては,現時点ではシミュレータとしての役割は果たしているが,学習支援としての機能に乏しい。そこで,学習支援機能を追加する。(3)AR表示ヒューマンモデルのデッサン人形によるタンジブルインタフェースについては,絵画学習支援システムへの応用を検討する。当研究室では,過去に,CGで作成された人物モデルをモチーフとして,人物画スケッチ学習を支援するシステムを構築してきたが,そのCG人物モデルは複数のモデルの中から好みのポーズのものを選ぶことはできても,その手や足の姿勢を学習者が変更することはできなかった。しかし,このタンジブルインタフェースの手法を使えば,AR表示ヒューマンモデルの姿勢をリアルタイムに変えることが可能になる。今後はタンジブルインタフェースとして洗練してゆく。今後の研究の方策は以下のとおりである.(1)
アポトーシス細胞認識による気道上皮細胞の炎症制御機構の解明

喘息は本邦では約1000万人が罹患している国民病である。既存の治療薬に抵抗性である重症喘息は成人喘息の50-100万人であり、頻回の増悪、ステロイド治療による副作用のため生活の質が著しく損なわれる。さらに、重症喘息に係る医療費は喘息全体の60%を超えるとされ、重症喘息を標的にした新規治療法開発が急務である。本課題では「重症喘息ではどのような分子基盤で気道炎症が遷延するのか」を核心的問いとし、重症喘息における気道炎症制御機構を標的とした新規治療戦略開発を目指す。特に、本研究では死細胞認識分子として知られるAxl受容体チロシンキナーゼに着目して研究を行っている。平成30年度は、健常症例、重症喘息症例から得られた気道粘膜生検組織を用いたAxl受容体チロシンキナーゼの発現細胞と発現変化を検討した。その結果、Axlは気道上皮幹細胞として知られる基底細胞に選択的に発現し、重症喘息症例ではその発現が低下していた。喘息の炎症病態におけるAxlの役割を明らかにするために、Axl欠損マウスを用いてハウスダストダニ誘導性喘息モデルを作成した。その結果、Axl欠損マウスでは、野生型マウスに比較して、気道に浸潤する好酸球数が有意に増加した。Axl抑制による好酸球性気道炎症増悪の分子メカニズムを検討するために、不死化ヒト気道上皮細胞株であるBEAS2B細胞を用いてRNAi干渉法を用いて、好酸球性炎症誘導に関与するサイトカイン、ケモカインの遺伝子発現を検索した。その結果、Axlによりいくつかのサイトカイン・ケモカインの遺伝子発現が抑制されていた。当初、Axlキナーゼと好中球性炎症との関連について検討する予定であったが、Axl欠損マウスを用いたin vivo研究の結果より、Axlは喘息病態において好中球性炎症よりも好酸球性炎症に強く関与することが明らかになった。そのため、分子メカニズムの検討としては、好酸球性炎症を標的とし検討を行うこととした。好酸球性炎症は重症喘息のほとんどを占めているが、重症喘息病態における好酸球性炎症の遷延の分子メカニズムは未だ不明確である。本研究は、Axlに着目してこのことを解明できる可能性があり意義深いものと考えられる。ヒト臨床検体を用いた研究、マウスモデルを用いたin vivo研究、ヒト気道上皮細胞株を用いたin vitro研究より、Axlが好酸球性気道炎症を抑制する可能性が本年度の研究で得られたため、進捗状況は順調であると考える。次年度は、ヒト気道上皮細胞株を用いてAxlが発現制御する好酸球性サイトカイン・ケモカインを蛋白レベルで検証する。さらに、これら分子がAxlにより制御されているかin vivoマウスモデルでも検証する。これらが検証された後に、Axlがこのようなサイトカイン・ケモカインの遺伝子発現をどのように制御しているか、細胞内シグナル伝達分子に着目して検討する。既知のNFkBシグナル、SOCS、TWISTなどに注目する。

ヒト臨床検体を用いた研究、マウスモデルを用いたin vivo研究、ヒト気道上皮細胞株を用いたin vitro研究より、Axlが好酸球性気道炎症を抑制する可能性が本年度の研究で得られたため、進捗状況は順調であると考える。次年度は、ヒト気道上皮細胞株を用いてAxlが発現制御する好酸球性サイトカイン・ケモカインを蛋白レベルで検証する。さらに、これら分子がAxlにより制御されているかin vivoマウスモデルでも検証する。これらが検証された後に、Axlがこのようなサイトカイン・ケモカインの遺伝子発現をどのように制御しているか、細胞内シグナル伝達分子に着目して検討する。既知のNFkBシグナル、SOCS、TWISTなどに注目する。(未使用額が発生した状況)当初好中球性気道炎症に注目して解析を行う予定であったが、マウスモデルでの解析では好酸球性炎症についてAxl kinaseの関与があることが新規に同定できた。そのため、一部予定していて試薬等の変更があり未使用額が生じた。(次年度における未使用額の使用用途)好酸球性炎症の解析についてその経費にあてる予定である。
下方非有界作用を持つ不安定系の量子化-積分核付きLangevin方程式を用いた確率過程量子化法

確率過程量子化法では実際の時空間のほかに新たな仮想時間τを導入し,その仮想時間に関する確率過程を設定する.量子揺らぎは確率過程の時間発展を記述するLangevin方程式の白色雑音項として取り込まれる.安定な基底状態が存在する場合には,この仮想的確率過程の熱平衡極限として,通常の量子力学によって記述される世界が実現される.確率過程量子化法では熱平衡極限自体が興味の対象であり,それに到る過程の詳細は,仮想時間の進む向きを反転しない限り問題にならない.つまり,時間のスケールは任意に選ぶことができる.この自由度は数学的にLangevin方程式の積分核として取り込める.本研究ではまず第一にこの自由度を活用し,積分核を適当に選べば,大域的には不安定であっても局所的には安定な領域(ポテンシャルの極小領域)が存在するような場合,私たちは場の量が不安定領域に落ち込むことを回避できるアルゴリズムを開発した.さらに,シミュレーションにそのような機構の作用する理由を探り,その原因を突き止めた.第二に,その作用の数学的構造を解析的に明らかにし,このアルゴリズムの有効性を保証した.実際の物理現象の中には興味有る不安定,あるいは準安定な系は多数存在するものの,その量子化を明確に扱えるものは存在しない.積分核を有効利用した確率過程量子化法はその可能性を探るもので,実際シミュレーションはうまく機能する.この研究ではその理由を限られたモデルの枠内ではあるが,解析的に示し,この枠組みの理論的基礎付けを行うことができた.今後は,より現実的な問題への適用が残されている.確率過程量子化法では実際の時空間のほかに新たな仮想時間τを導入し,その仮想時間に関する確率過程を設定する.量子揺らぎは確率過程の時間発展を記述するLangevin方程式の白色雑音項として取り込まれる.安定な基底状態が存在する場合には,この仮想的確率過程の熱平衡極限として,通常の量子力学によって記述される世界が実現される.確率過程量子化法では熱平衡極限自体が興味の対象であり,それに到る過程の詳細は,仮想時間の進む向きを反転しない限り問題にならない.つまり,時間のスケールは任意に選ぶことができる.この自由度は数学的にLangevin方程式の積分核として取り込める.本研究ではまず第一にこの自由度を活用し,積分核を適当に選べば,大域的には不安定であっても局所的には安定な領域(ポテンシャルの極小領域)が存在するような場合,私たちは場の量が不安定領域に落ち込むことを回避できるアルゴリズムを開発した.さらに,シミュレーションにそのような機構の作用する理由を探り,その原因を突き止めた.第二に,その作用の数学的構造を解析的に明らかにし,このアルゴリズムの有効性を保証した.実際の物理現象の中には興味有る不安定,あるいは準安定な系は多数存在するものの,その量子化を明確に扱えるものは存在しない.積分核を有効利用した確率過程量子化法はその可能性を探るもので,実際シミュレーションはうまく機能する.この研究ではその理由を限られたモデルの枠内ではあるが,解析的に示し,この枠組みの理論的基礎付けを行うことができた.今後は,より現実的な問題への適用が残されている.(1).不安定系の量子化:大域的には不安定であっても局所的に極小領域がある場合,積分核を適切に選べば,場の量が不安定領域に落ち込むことを回避できるアルゴリズムを開発した.このアルゴリズムによれば場の量を十分長時間にわたって局所的極小領域に止めておける.その結果,この領域を中心として不安定系を非摂動的に量子化できる.本研究では,まず,負の係数のφ^4模型に対し積分核を工夫,効率的なアルゴリズムを開発し,不安定系の量子化を図った。その結果、積分核付きLangevin方程式に基づく確率過程量子化法は係数が正のみならず、負の場合でも望ましい作用を再現することが分かった。負の場合は物理量の期待値とその長時間平均との間に成り立つエルゴ-ト的性質は一般的に存在しないが、このアルゴリズムに基づく数値計算では時間平均が安定に存在する一方、発散級数をとり扱うBorelの和による方法も、この期待値を与える。両者を比較すると数値計算の誤差範囲で一致していることが分かった。この結果、積分核付き確率過程量子化法は下方非有界作用のような系の量子化に有効であることが分かった。しかしながら、Borelの方法にはパラメータの解析接続に不定性があり、一方、確率過程量子化法には積分核の選び方に任意性がある。両者の間の関係を付ける必要がある。(2).Chern-Simons場の量子化:Chern-Simonsゲージ場は特異的系であるうえに、普通の波動場とは異なり、場の方程式が時空間座標に関して1次の微分となっている。そのため、通常の理論で量子化するにはゲージを固定する必要がある。この枠組で量子化すればゲージを固定する必要はないものの、場の方程式が時空間座標に関て1次の微分となっていることから、基礎方程式が拡散型のLangevin方程式となって、その熱平衡極限の存在が保証されない。ここでは、適切な積分核を選ぶことによって、熱平衡極限の存在を保証する。今年度は、そのための初歩的計算を行った。(1).不安定系の量子化:大域的には不安定であっても局所的に極小領域がある場合,積分核を適切に選べば,場の量が不安定領域に落ち込むことを回避できるアルゴリズムを開発した.このアルゴリズムによれば場の量を十分長時間にわたって局所的極小領域に止めておける.その結果,この領域を中心として不安定系を非摂動的に量子化できる.本研究では,まず,負の係数のφ^4

模型に対し積分核を工夫,効率的なアルゴリズムを開発し,不安定系の量子化を図った.その結果、積分核付きLangevin方程式に基づく確率過程量子化法は係数が正のみならず,負の場合でも望ましい作用を再現することが分かった.負の場合は物理量の期待値とその長時間平均との間に成り立つエルゴ-ト的性質は一般的に存在しないが,このアルゴリズムに基づく数値計算では時間平均が安定に存在する.一方,一般的に確率過程系での定常状態は安定である.従って,定常状態の確率分布で準安定状態の確率過程を記述することはできない.しかし上述のように非定常的確率過程でも定常的なサンプルパスを持つことができる.この事実を利用して準安定状態の確率過程を記述する枠組みを作ることを試みている.(2).Chern-Simons場の量子化:Chern-Simonsゲージ場は特異的系であるうえに,ふつうの波動場とは異なり,場の方程式が時空間座標に関して1次の微分となっている.そのため,通常の理論で量子化するにはゲージを固定する必要がある.この枠組で量子化すればゲージを固定する必要はないものの,場の方程式が時空間座標に関て1次の微分となっていることから,基礎方程式が拡散型のLangevin方程式となって,その熱平衡極限の存在が保証されない.ここでは,適切な積分核を選ぶことによって,熱平衡極限の存在を保証する.一方,幾何学的量子化法では,公理論的にその構造が調べられる.今年度はそのための初歩的計算を行った.これまでの研究によって,大域的には不安定であっても局所的に極小領域がある場合,積分核を適切に選べば,場の量が不安定領域に落ち込むことを回避できるアルゴリズムを面発した.このアルゴリズムによれば場の量を十分長時間にわたって局所的極小領域に止めておけ,その領域を中心として不安定系を非摂動的に量子化できる.そこでまず,負の係数のφ^4模型に対し積分核を工夫,効率的なアルゴリズムを開発し,不安定系の量子化を図った.その結果、このアルゴリズムは係数が正のみならず,負の場合でも望ましい作用を再現することが分かった.このことを可能とする直接の原因が,この類の数値シミュレーションに現れるいわゆる“excursion"現象であることが判明した.適切に工夫された積分核付きLangevin方程式では,まれに事象点が不安定領域に飛ぶことがあっても,“run away solution"とはならずに,しばらくはその領域に滞在し,かなりな時間ステップを経た後に,安定点に再帰する現象があったのである.一般的に確率過程系での定常状態は安定である.従って,定常状態の確率分布で準安定状態の確率過程を記述することはできない.しかし上述のように非定常的確率過程でも定常的なサンプルバスを持つことができる.この事実を利用して準安定状態の確率過程を記述する枠組みを作れるのである.今年度は数値シミュレーションで確認されていたこのアルゴリズムの本質,“exclusion"現象を解析的に分析することに成功した.それはLangevin方程式に等価なFokker-Planck方程式の形式解を漸近的に評価することができたためである.
脂肪組織由来CfBが歯周炎に及ぼす影響の解明

本研究では、歯周病およびインスリン抵抗性関連疾患にCfBが及ぼす影響に着目し、1脂肪組織CfBが歯周組織炎症に及ぼす影響を明らかにするため、Pg菌をマウスに投与し歯肉の炎症、歯槽骨吸収に及ぼす影響を検討する。さらに、2CfBが歯周病およびインスリン抵抗性関連疾患の活動性を反映する新たな指標となる可能性を探るため、歯周病患者の血清中CfB濃度を測定し、歯周病態および年齢、性別、インスリン抵抗性マーカーなどとの相関を治療経過ごとに採取した血清から解析する。将来的に慢性炎症およびインスリン抵抗性を基盤とする疾患に対する、補体系を介した新規標的確立への展開をめざす。脂肪組織CfBが歯周病原菌感染による歯周組織炎症に及ぼす影響について検証を行っている。検証に用いるCfB遺伝子過剰発現マウス(CfB-Tgマウス)の表現型および特性について、通常食で食餌負荷を行うことで野生型マウスと比較し、体重の増大、脂肪組織の成熟、インスリン抵抗性の亢進が起こることを過去に報告したが、さらに詳しく調査が必要と考えたため、CfB-Tgマウスに高脂肪食で食餌負荷を行い、同じ条件で飼育した野生型マウスと比較検討を行った。通常食で飼育したものと比較して、高脂肪食で食餌負荷を行ったマウスは有意な体重の増大がみられた。しかし、高脂肪食で食餌負荷を行ったCfB-Tgマウスは野生型マウスと比較して、体重および脂肪組織の脂肪細胞の大きさに差はみられなかった。この結果から、高脂肪食食餌負荷により脂肪組織で恒常的に産生されるCfBの分泌量が増加したことから、野生型マウスとCfB-Tgマウスの差がなくなってしまった可能性が考えられる。以上のことから今後のマウスを用いた検証は、通常食で食餌負荷を行ったマウスを用いて行うこととした。CfB-Tgマウスの出生数が少なく、サンプル数が少なく、歯周炎モデルを作成できていないことこと、血中CfB濃度とインスリン抵抗性マーカーとの相関解析を行う歯周炎患者の被験者が集まらないことから、予定よりも課題の進行が遅れていると考える。1脂肪組織CfBが歯周組織炎症に及ぼす影響の解明脂肪組織CfBが歯周病原菌感染による歯周組織炎症に及ぼす影響を検証するため、6週齢のCfB Tgマウスおよび野生型マウスにPorphyromonas gingivalis死菌を3日おきに10回、尾静脈注入した後に歯周組織を採取する。コントロールとしてStreptococcus mutans等のグラム陽性非歯周病細菌を用いる。下顎骨を採取し、マイクロCTによる形態学的解析を行う。また、下顎骨および歯周組織を採取し組織染色(HE染色、TRAP染色)、炎症性サイトカインの遺伝子発現、タンパク質発現解析を行い、歯肉の炎症、歯槽骨吸収に及ぼす影響を明らかにする。2歯周病患者の血清CFB濃度と歯周病態、インスリン抵抗性の相関解析ヒト血中CfB濃度がインスリン抵抗性マーカーと正の相関を示したことから、九州大学病院の歯周病患者の血清中CfB濃度を測定し、歯周病態および年齢、性別、インスリン抵抗性マーカーなどとの相関を治療経過ごとに採取した血清から解析する。これにより、疾患活動性を反映する新たな指標となる可能性を探る。これらの臨床的検討は、倫理委員会に諮った上で対象者の人権や個人情報保護に留意して施行する。

CfB-Tgマウスの出生数が少なく、サンプル数が少なく、歯周炎モデルを作成できていないことこと、血中CfB濃度とインスリン抵抗性マーカーとの相関解析を行う歯周炎患者の被験者が集まらないことから、予定よりも課題の進行が遅れていると考える。1脂肪組織CfBが歯周組織炎症に及ぼす影響の解明脂肪組織CfBが歯周病原菌感染による歯周組織炎症に及ぼす影響を検証するため、6週齢のCfB Tgマウスおよび野生型マウスにPorphyromonas gingivalis死菌を3日おきに10回、尾静脈注入した後に歯周組織を採取する。コントロールとしてStreptococcus mutans等のグラム陽性非歯周病細菌を用いる。下顎骨を採取し、マイクロCTによる形態学的解析を行う。また、下顎骨および歯周組織を採取し組織染色(HE染色、TRAP染色)、炎症性サイトカインの遺伝子発現、タンパク質発現解析を行い、歯肉の炎症、歯槽骨吸収に及ぼす影響を明らかにする。2歯周病患者の血清CFB濃度と歯周病態、インスリン抵抗性の相関解析ヒト血中CfB濃度がインスリン抵抗性マーカーと正の相関を示したことから、九州大学病院の歯周病患者の血清中CfB濃度を測定し、歯周病態および年齢、性別、インスリン抵抗性マーカーなどとの相関を治療経過ごとに採取した血清から解析する。これにより、疾患活動性を反映する新たな指標となる可能性を探る。これらの臨床的検討は、倫理委員会に諮った上で対象者の人権や個人情報保護に留意して施行する。
ピエゾマイクロ振動センサーを用いる生体細胞の環境ストレス検知・病変診断システム

微小ピエゾ振動子を利用し,微細な細胞の環境ストレスを精密に検知し得る無侵襲プローブセンサーを開発した.またこれを用いた動物細胞の動的力学刺激実験および評価システム構築のために,今年度は,以下の手順で研究を遂行した.ピエゾマイクロプローブセンサーおよび計測システムの構築:ピエゾ素子を利用した微小振動子とこれに付随する触覚プローブから成るシンプルな構造を有するマイクロプローブセンサーを製作した.振動子先端のニードルプローブを被測定体に接触させた場合の振動子のインパルス応答を高精度に測定することにより,被測定体の固有振動数,弾性係数,粘性滅衰係数などの動的力学特性を定量的に評価することができる.本研究ではこのセンサーの触覚プローブを中心に大幅に小型化,最適化し,マイクロメータオーダに至る細胞の動的力学特性の精密計測を構築した.卵細胞を用いた動的力学刺激実験および評価:第1段階として被験体は,環境悪化のため絶滅が懸念されているめだかの受精卵細胞を用いた.独自に開発した3次元アクチュエータを用いて動的力学刺激がメダカの受精卵に与える影響を調べた.その結果,各周波数間に有意差を見出すことができた.すなわち,OHz,5Hz,20Hz,40Hzの力学刺激を付加した結果,メダカの受精卵が示す反応に違いが出ることが分かった.また周波数の大きさによらず,力学刺激の影響が除々に現れることが分かった.これら環境ストレスによって誘発される細胞の形態異常などに関与する力学的制御因子の検証を行い,細胞病変診断法の基礎的データベースを構築した.ヒト骨芽細胞を用いた動的力学刺激実験および評価:第2段階としてヒト骨芽細胞を培養し,これに対する動的力学刺激の付加および応答の検出による力学特性の評価を試みた.本システムを用いて動的力学刺激が培養ヒト骨芽細胞に与える影響の検出を試みた結果,細胞が力学刺激を感受し,それを細胞内に伝達するなど自らの活動に関与する反応を検知できた.微小ピエゾ振動子を利用し,微細な細胞の環境ストレスを精密に検知し得る無侵襲プローブセンサーを開発した.またこれを用いた動物細胞の動的力学刺激実験および評価システム構築のために,今年度は,以下の手順で研究を遂行した.ピエゾマイクロプローブセンサーおよび計測システムの構築:ピエゾ素子を利用した微小振動子とこれに付随する触覚プローブから成るシンプルな構造を有するマイクロプローブセンサーを製作した.振動子先端のニードルプローブを被測定体に接触させた場合の振動子のインパルス応答を高精度に測定することにより,被測定体の固有振動数,弾性係数,粘性滅衰係数などの動的力学特性を定量的に評価することができる.本研究ではこのセンサーの触覚プローブを中心に大幅に小型化,最適化し,マイクロメータオーダに至る細胞の動的力学特性の精密計測を構築した.卵細胞を用いた動的力学刺激実験および評価:第1段階として被験体は,環境悪化のため絶滅が懸念されているめだかの受精卵細胞を用いた.独自に開発した3次元アクチュエータを用いて動的力学刺激がメダカの受精卵に与える影響を調べた.その結果,各周波数間に有意差を見出すことができた.すなわち,OHz,5Hz,20Hz,40Hzの力学刺激を付加した結果,メダカの受精卵が示す反応に違いが出ることが分かった.また周波数の大きさによらず,力学刺激の影響が除々に現れることが分かった.これら環境ストレスによって誘発される細胞の形態異常などに関与する力学的制御因子の検証を行い,細胞病変診断法の基礎的データベースを構築した.ヒト骨芽細胞を用いた動的力学刺激実験および評価:第2段階としてヒト骨芽細胞を培養し,これに対する動的力学刺激の付加および応答の検出による力学特性の評価を試みた.本システムを用いて動的力学刺激が培養ヒト骨芽細胞に与える影響の検出を試みた結果,細胞が力学刺激を感受し,それを細胞内に伝達するなど自らの活動に関与する反応を検知できた.微小ピエゾ振動子を利用し,微細な細胞の環境ストレスを精密に検知し得る無侵襲プローブセンサーを開発した.またこれを用いた動物卵細胞の環境ストレス検出実験および評価システム構築のために,今年度は,以下の手順で研究を遂行した.1.ピエゾマイクロプローブセンサーおよび計測システムの構築:ピエゾ素子を利用した微小振動子とこれに付随する触覚プローブから成るシンプルな構造を有するマイクロプローブセンサーを製作した.振動子先端のニードルプローブを被測定体に接触させた場合の振動子のインパルス応答を高精度に測定することにより,被測定体の固有振動数,弾性係数,粘性減衰係数などの動的力学特性を定量的に評価することができる.本研究ではこのセンサーの触覚プローブを中心に大幅に小型化,最適化し,マイクロメータオーダに至る細胞の動的力学特性の精密計測を構築した.2.卵細胞を用いた環境ストレス検出実験および評価:第一段階として被験体は,環境悪化のため絶滅が懸念されているめだかの受精卵細胞を用いた.また,人工受精が頻繁に行われている牛の受精卵細胞を用いる準備も開始した.環境ホルモンとしての影響が懸念される代表的除草剤グルホシネートによるめだかの受精卵細胞に対する環境ストレスの精密な検出および評価を行った.さらに,これら環境ストレスによって誘発される細胞の形態異常,アポトーシスなどに関与する力学的制御因子の検証を行い,卵細胞病変診断法の基礎的データベースを構築した.