hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胎児脳機能リズム形成に及ぼす母体環境ストレスの影響について

胎児心拍数パターンの分析から2つの脳機能のstateを間接的に評価することができる。正常胎児では両者の出現rhythmが在胎33週には得られるが、ストレス下にある胎児発育遅延例では遅れる。中大脳動脈の血流速度はactive stateでは、inactive stateに比べてばらつきが大きくなる。Rhythmのテストを受けた143児は3歳をめどに、発達心理学的検査を行う予定である。完了した児16例ついてはまだ一定の結果は得られていない。胎児期のリズム形成の時期の観察を行い、登録症例の増加に努めた。現在までに総数74例が登録を済ませ、出生後の神経発達検査にまわっている。リズム形成の時期については正常群では在胎33週に出現することが確認されたが、様々な母体環境ストレスの結果、胎児発育遅延となった群ではその時期が遅れることが観察された。これまでの羊胎仔の実験モデルにおいて、active stateには脳の血流量が増加し、酸素消費量も増加することが報告されており、胎児脳の正常な発達にはactive stateの果たす役割が重要であることが知られている。そのためリズム形成時期の観察に加えて、active stateとinactive stateにおける胎児中大脳動脈の血流速度を、超音波ドップラー法を用いて測定した。その結果、active stateではinactive stateに比して中大脳動脈の血流速度により大きなばらつきがあることが観察された。一方、リズム形成の時期を観察し登録を終了した児の出生後の神経学的発達の評価は、十分な訓練を受けた心理士2名が行っている。宮崎大学産婦人科内の整備した1室を使い、母親からの聞き取り調査に基づいて、KIDS(発達検査)、K-ABC(認知能力検査)および田中ビネーV(知能検査)をこれまで7例について完了している。結果としては胎児発育遅延を示した児の認知能力に偏りは認められなかったが、正常発育をとげて正期産となった3例のなかに、むしろ認知処理の偏りが観察されるという結果であった。神経発達検査の同意が得られた児の心理発達検査例数をさらに蓄積してより詳細な検討を次年度も続ける予定である。胎児期のリズム形成の時期の観察を行い、登録症例の更なる増加に努めた。現在までに総数88例が登録を済ませ、出生後の神経発達検査にまわっている。リズム形成の時期については、正常群では在胎33週に出現することが確認されたが、様々な母体環境ストレスの結果、胎児発育遅延となった群ではその時期が遅れることが観察された。これまでの羊胎仔の実験モデルにおいて、active stateには脳の血流が増加し、酸素消費量も増加することが報告されており、胎児脳の正常な発達にはactive stateの果たす役割が重要であることが知られている。そのためリズム形成時期の観察に加えて、active stateとinactive stateにおける胎児中大脳動脈の血流速度を超音波ドップラー法を用いて測定した。次年度もさらに観察症例数を増加する予定である。一方、胎児期のリズム形成の時期を観察し登録を終了した児の出生後の神経学的発達の評価は、十分な訓練を受けた心理士2名が3歳児に行っている。宮崎大学産婦人科内の整備した1室を使い、母親からの聞き取り調査に基づいてKIDS(発達検査)、K-ABC(認知能力検査)および田中ビネーV(知能検査)をこれまで9例について完了している。結果としては胎児発育遅延をしめした児の認知能力に偏りは認められないが、正常発育をとげて正期産となった3例のなかに、むしろ認知処理の偏りが観察されるという結果であった。これまでの観察で、正常胎児では在胎33週で明らかな脳機能のリズムが出現するのに比べ、胎児発育遅延(IUGR)症例ではリズム形成の時期は遅れることが観察された。Richardsonらによる羊胎仔の慢性実験モデルで、脳機能リズムを示すactiveとinactive stateでは、前者は後者に比して脳血流量の増加と脳での酸素消費量の増加とが報告されている。このことが胎児の脳発達に寄与しているのではないかと推測されている。今年度はヒト胎児の脳機能リズムの観察に加えて、active stateとinactive stateでの胎児中大脳動脈の血流速度も併せて観察した。胎児心拍数モニタリングを行いながら、妊娠32週以降の妊婦10例について分析を行った。Active stateでは中大脳動脈血流速度は一定ではなく、inactive stateに比べて有意にばらついた。(p=0.019)今後は症例を増やし、各種最大血流速度や血流速度のばらつきのもつ意義を追求していく予定である。らに、胎児脳機能リズムを観察し、本研究に登録した児の発達心理学的検査を2名の心理士で3歳になった時点をめどに行っている。

当大学内に整備した一室を使い、母親からの聞取り調査に基づいてKIDS(発達検査)、K-ABC(認知能力検査)および田中ビネーV(知能検査)を9例について完了し、同時にCSB-RS(母親評定による子どもの行動傾向の測定)も併せて行なっている。現時点での結果としてはIUGR児の認知能力に偏りは認められなかったが、正常発育を遂げて世紀酸となった4例の中に、むしろ認知処理の偏りが観察されるという結果であった。また、3歳児の増加を待って行動傾向の評価を行う予定である。
東日本大震災における都区内道路グリッドロック下での動的経路選択の行動原理の解明

本研究では,東日本震災時の大規模グリッドロック状態下におけるドライバーの経路選択の行動原理を解明することを目的とする.東日本大震災時の道路パフォーマンスをより正確に把握するために,時々刻々のリンク交通状況のデータ整備方法を検討した,結果として4種類の異なる5分毎の交通観測データをデジタル道路地図上に統合した上で,さらにベイズ更新によってリンク速度の期待値を算定した.次いで,ベイズ更新によって得られた時々刻々のリンク速度データとNAVITIMEの点列の走行経路情報を用いて,交通混乱下におけるドライバーの経路選択の逐次意思決定構造を解明するために,震災時と平常時の経路選択モデルを構築した.本研究では,東日本震災時の大規模グリッドロック状態下におけるドライバーの経路選択の行動原理を解明することを目的とする.東日本大震災時の道路パフォーマンスをより正確に把握するために,時々刻々のリンク交通状況のデータ整備方法を検討した,結果として4種類の異なる5分毎の交通観測データをデジタル道路地図上に統合した上で,さらにベイズ更新によってリンク速度の期待値を算定した.次いで,ベイズ更新によって得られた時々刻々のリンク速度データとNAVITIMEの点列の走行経路情報を用いて,交通混乱下におけるドライバーの経路選択の逐次意思決定構造を解明するために,震災時と平常時の経路選択モデルを構築した.東日本大震災時の都区部では,広範囲かつ長時間に渡って,グリッドロック現象を伴った交通渋滞が発生し,都区部における道路ネットワークの脆弱性が浮き彫りとなった.このとき観測された渋滞現象は,今後発生が確実視される大規模地震時において深刻な問題になると指摘されている.震災当日の道路状況を広範囲かつ長時間にわたって複数のデータが観測されたのは初であり,このとき観測されたデータから多くの研究が行われている.筆者らは,複数のデータがそれぞれの情報を補いあうことで,より精度が高く,密度高く都区部の震災時の渋滞状況を明らかにできると考える.本研究では,デジタル道路地図(以下DRM)のリンク内所要時間が取得可能なタクシープローブデータと,日本道路交通情報センターの渋滞統計データをDRMベースに統合する手法を開発し,フォーマットの一元化を行うことで震災当時の道路状況をより正確に把握するための渋滞状況データの構築をおこなった.本研究で融合する二種類のデータの内,プローブデータについては,すでにDRMと整合しているため,主に渋滞統計データをDRMに統合する方法を記す.DRMに統合する際に問題となったのが,渋滞長の先頭ノードの特定と,渋滞長の延伸方向の特定である.その問題に対応するため,座標系の統一,渋滞統計データの渋滞長の先頭座標をDRMのノード座標にマッチングさせる方法を開発し,DRMリンクベースに統合した.渋滞統計データの2段階の速度区分と,プローブデータの速度データで両者の速度が異なるリンクの存在を検証した結果,010km/hでは,全データ中の整合性は65%となった.以上より一種類の観測データだけを用いて当時の状況を分析することの危うさが示された.本研究は,東日本大震災時で都区内道路がグリッドロック状態にあった時々刻々のリンク速度を複数のデータを統合して再現する方法論を開発し,信頼性の高い道路速度データを作成するとともに,ドライバーの経路選択の行動原理を解明することを目的とする.具体的には,(課題1)道路速度をより正確に把握するために,複数の異なる交通観測データを統合し,5分毎のリンク速度のデータ整備すること,(課題2)このリンク速度データとプローブカーの走行経路情報を用いて,震災時のドライバーの経路選択の意思決定構造を解明する.課題1は,タクシーと一般車の2種類のリンク速度データ,NAVITIMEの一般車点列データおよび日本道路交通情報センターの渋滞統計データを,デジタル道路地図(DRM)に統合した.各データのDRMリンクの時間帯別カバー率は,それぞれ概ね45%程度だったが,統合データによって,震災後の全時間帯で74%前後のDRMリンクカバー率を得ることができ,時空間でデータ密度を高めることに成功した.なお,渋滞統計データが10kph以下のリンクで,3種類のプローブデータが10kph以下を示すのは65%程度となることが判明した.これに加えて,異なる4種のリンク速度の平均値をベイズ更新を適用して算出した.渋滞統計データを事前分布,3種類のプローブデータを事後データとして,5分ピッチのリンク速度の平均値を算出した.課題2は,NAVTIMEの点列データと課題1で算出したリンク速度データとを用いて,震災時と平常時のドライバーの経路選択モデルの構築を行った.モデルは,ODトリップ長を構造化したスケールパラメータつきのロジットモデルを用いた.この結果,尤度比は0.15前後でしかないが,経路上の渋滞発生回数や主要道路の利用率などのパラメータ感度が平常に比較して2倍から3倍程度の大きさとなった.経路上の渋滞によって経路を細かく変更する一方で,国道や都道などの認知しやすい経路を選択する傾向が強いことが判明した.交通計画当初は計画は以下のとおりである.平成25年度は,複数のプローブデータによるリンク速度データと常観データを統合し,5分ピッチの広域なリンク速度データの構築方法の検討と,2011年3月11日(震災時)と3月4日(通常時)の都区内のリンク速度データの作成を実施する.

平成26年度は,上記作成のリンク速度データと,プローブ情報によるドライバーの経路選択行動をもとに,グリッドロック現象下のドライバーの動的な経路選択行動の原理の解明を行い,離散選択モデルをベースとした動的な経路選択モデルの構築を行う.震災時の2種のデータ融合は100%完了しており,3月4日に関しては70%完了している.今後,NAVITIMEのプローブデータや入手可能な他のプローブデータの融合を行うため,マップマッチングの作業を進行中である.また,NAVITIMEデータを用いて,震災当日の代表的なOD間の経路選択データをDRM上に描き,当時の経路をトレースした.以上より概ね順調に進展していると考える.A.複数データを統合した精度情報つき逐次リンク速度の整備:今後は,NAVITIMEのプローブデータや入手可能な他のプローブデータの融合を行い,さらなるデータ精度と密度の向上を図る.B.グリッドロック現象下での経路選択行動モデルの開発:1)プローブカーデータによる経路選択情報の収集:プローブカーデータの単位時間毎の位置座標情報をもとに,震災当日および前週3月4日の時々刻々の移動経路を分析し,Aで作成した5分ピッチの当該リンクの速度データを付与する.2)震災時の動的経路選択の行動仮説の検討:まず,震災時の選択経路の状況と通常時(3月4日)の選択経路とを比較し,相違の程度を分析する.次に経路の選択要因(例えば,選択決定地点までの渋滞通過時間や速度,選択決定地点から先の渋滞状況,主要幹線道路上か否かなど)の抽出を行う.要因の抽出に際しては,限定合理的なドライバーの経路選択方略や経路の想起集合の道路状況に伴う動的な変化を念頭においた検討を行う.3)動的経路選択モデルの開発:上記で検討した選択要因をサービス水準データとして整備する.通過交差点ごとの右左折選択モデルを構造化プロビットモデルやPath-size Logitなどの離散選択モデルベースで個人ごとに構築することを試みる.ただし,共同研究者との打合せでは,NAVITIMEプローブの震災当日の経路を把握した仮定で,平常時(3月4日)の経路選択をマクロにモデル化し,震災時の経路選択行動との不整合を判定する研究がより価値をもたらす可能性があることが議論されており,経路データの全般的な把握をした上で,より研究価値の高いアプローチに変更することも検討している.4)精度検証:プローブカーデータの実績経路に対する動的経路選択モデルの経路追従性を検証する.プローブデータの購入する種類と購入可能性の検討を行っているため,当初,NAVITIMEのプローブデータと他の種類のプローブデータの購入を検討していたが,購入価格や提供先制限等から,購入の方法や,NAVITIMEのデータクリーニングの発注への切り替え等を検討しているため,今年度への繰り越しとした.本研究に適したプローブデータの購入,昨年度購入プローブデータ(NAVITIME)のデータクリーニング発注など本研究目的の達成に最も活かせる使用方法を計画検討中である.
開心術後心房細動：機序解明に向けた多角的アプローチと新たな予防法の研究

日本で開心術は年間5-6万件あるが、術後心房細動(POAF: postoperative atrial fibrillation)は20-60%にみられる重大な合併症である。POAFは手術半年後の死亡率にまで影響するとされ、その医療費増大額は1人約120万円と試算されている。現在までPOAF発生機序解明は不十分であり満足すべき予防法はない。我々はterminal warm blood cardioplegia(TWBCP)の虚血再還流障害抑性効果及びTWBCPに含まれるマグネシウムの抗不整脈効果に注目し、TWBCPがPOAFを予防するか臨床研究しそのメカニズムの解明に取り組む。平成29年度までにTWBCPを使用した開心術合計22人の心房電位連続記録を行うことができた。このうちPOAFを発症したのは3例で全て大動脈弁置換術後の患者であった。平成30年度は新たに大動脈弁置換術8人の患者からデータ採取を行った。術後心房細動を発症したのは2人であった。これまで分かったことは以下の通りである。(1) TWBCPを使用した開心術ではPOAFの発生頻度は現在まで16.7%であり従来の報告(40-50%)に比較して著明に少ない。(2) POAFの発生は5例すべて左側左房での記録が最も早く、POAFの発生する場所には類似性が存在する可能性がある。これは大動脈弁患者でも僧帽弁患者でも同様であった。(3) POAFは僧帽弁手術よりも大動脈弁置換術で多い。大動脈弁手術患者においても高齢者で多い傾向がある。(4) TWBCPを使用した手術後では血中マグネシウム濃度が有意に上昇しており術後2-3日目に漸く術前レベルに低下する。マグネシウムの上昇が心房細動発生に抑制的に働いている可能性が考えられるが、マグネシウム変化と心房細動の発症にどのような関係があるか解明するにはさらにデータの蓄積が必要である。当科における開心術後心房細動の発生頻度が予想以上に低いことからデータの蓄積に時間がかかっている。又、心電図解析ではより正確性・精密性を確保する必要があると判断され、これまでの心電図記録紙上での計測ではなく、実際の心電図をコンピューターに画像として取り込み、十分拡大して画面上で各数値を計測することとした。未だ技術的な問題もあり、なかなか測定が思うように進んでいない。さらに、30年度では使用していた心電図モニターとその送信器(病院所有のもの)が修理を繰り返す状況で、遂には修理不能の事態となった。このため症例数が予想以上に少なくなった。本研究は当初、開心術後心房細動(POAF)の発生頻度が30-40%以上とされることを基本に、TWBCP、プロポフォール、エラスポールといった薬剤のPOAF予防効果を検討することが目的であった。しかしながら29年度の研究結果から、TWBCP及び持続的逆行性心筋保護液注入という我々の行っている独自の心筋保護法がPOAF発生を抑制していることを科学的に検証することが大切であるという判断に至った。昨年に引き続きこれを今年度の方針とし、POAFの発生、左右心房電位、伝導速度の変化と心筋保護液の量、電解質濃度などを中心に測定し記録していく。症例は昨年度と同様大動脈弁置換術を中心に僧帽弁手術を含めて合計30例の記録・解析を目標とする。心臓手術後に発症する心房細動(POAF: postoperative atrial fibrillation)は最も多い合併症の一つで頻度は20-60%と言われる。POAFは脳梗塞や心不全、腎不全といった重大な病態の原因となって患者の生命を脅かすと同時に現在社会問題となっている医療費増大をももたらしている。近年の研究から心房筋の虚血再還流障害や全身性炎症反応がPOAFの主要機序として考えられるがその解明は不十分であり満足すべき予防法はない。我々はterminal warm blood cardioplegia及びpropofolの虚血再還流障害抑性効果とsivelestatのcytokine抑性作用に注目し、これら治療法の組み合わせがPOAFを予防するか臨床研究しPOAFの機序解明に取り組む。平成28年度は本研究の初年度であり先ずは倫理委員会の承認を得ることからスタートした。心筋組織の採取など患者にとって侵襲のある内容もあった為承認を得るのに時間を要した。最終的には組織採取なしで漸く認められ研究を開始した。本年度は3人の患者の承諾を得て先ずは心房リード電極モニターを7日間連続的に行うためのシステム構築を行った。患者1人で4本のモニターを行うため難しい問題も生じたが漸くこれも解決し開心術後の両心房電位の確実な記録が可能となった。来年度は上記治療法を開始してデータの採取を行っていく予定である。上記の如く開心術いうリスクの高い手術において患者にとって侵襲的な内容を含む臨床研究であるため倫理委員会の承認を得るのに時間を要したことと心房電位モニターを術後7日間行うというこれまでにないシステムの構築に予想以上に時間が必要であった。心臓手術後に発症する心房細動(POAF: postoperative atrial fibrillation)は20-60%にみられる合併症で、脳梗塞や心不全、腎不全といった重篤な病態の原因となる。

我々はterminal warm blood cardioplegia及びpropofolの虚血再還流障害抑性効果とsivelestatのcytokine抑性作用に注目し、これら治療法の組み合わせがPOAFを予防するか臨床研究しPOAFの機序解明に取り組む。平成28年度は倫理委員会の承認など本研究の体制を整えることが中心となったが、本年度からはようやく実際に患者の左右心房電位を術後連続モニターし、心房電位の伝達速度の変化を記録することが可能となった。今年度は大動脈弁置換術の患者13人と僧帽弁手術9人、合計22人の心房電位連続記録を行うことができた。このうちPOAFを発症したのは3例で全て大動脈弁置換術後の患者であった。本年度の結果から以下のことが推測された。(1)当科におけるPOAFの発生頻度は従来の報告よりは少なくこれはterminal warm blood cardioplegiaを常用していることに起因する可能性がある。(2)POAFの発生はすべて左側左房での記録が最も早く、POAFの発生する場所には類似性が存在する可能性がある。(3)POAFは僧帽弁手術よりも大動脈弁置換術で多い。但しこれは大動脈弁手術患者の方が高齢であることによる可能性がある。当科における開心術後心房細動の発生頻度が予想以上に低いことからデータの蓄積に時間がかかっている。これは当科の心筋保護法の影響があると考えられた。心筋保護液の量や電解質濃度は当科独自の研究を基に設定しているが、こうした要因の影響の検討にも時間を要した。日本で開心術は年間5-6万件あるが、術後心房細動(POAF: postoperative atrial fibrillation)は20-60%にみられる重大な合併症である。POAFは手術半年後の死亡率にまで影響するとされ、その医療費増大額は1人約120万円と試算されている。現在までPOAF発生機序解明は不十分であり満足すべき予防法はない。我々はterminal warm blood cardioplegia(TWBCP)の虚血再還流障害抑性効果及びTWBCPに含まれるマグネシウムの抗不整脈効果に注目し、TWBCPがPOAFを予防するか臨床研究しそのメカニズムの解明に取り組む。平成29年度までにTWBCPを使用した開心術合計22人の心房電位連続記録を行うことができた。平成30年度は新たに大動脈弁置換術8人の患者からデータ採取を行った。術後心房細動を発症したのは2人であった。これまで分かったことは以下の通りである。(1) TWBCPを使用した開心術ではPOAFの発生頻度は現在まで16.7%であり従来の報告(40-50%)に比較して著明に少ない。(2) POAFの発生は5例すべて左側左房での記録が最も早く、POAFの発生する場所には類似性が存在する可能性がある。これは大動脈弁患者でも僧帽弁患者でも同様であった。(3) POAFは僧帽弁手術よりも大動脈弁置換術で多い。大動脈弁手術患者においても高齢者で多い傾向がある。(4) TWBCPを使用した手術後では血中マグネシウム濃度が有意に上昇しており術後2-3日目に漸く術前レベルに低下する。
不均衡経済における政策評価のための費用便益分析の研究

現在までの研究では、バロー=グロスマン・モデルを用い、ハーバーガーの税体系を前提として政府部門による公共財供給の費用便益基準が失業等の存在する不均衡経済下でどのように修正されるかを考察してきた。この研究は、2003年日本経済学会秋季大会(明治大学)にて報告後、あるレフェリー誌に投稿中である。現在の研究では、閉鎖経済下での公共プロジェクト評価に関する分析を行ってきた。現代社会は、いうまでもなく国内のみではなく海外との取引も不可欠なものとなっている。海外取引もモデルに取り入れるため開放経済下での分析が必要である。Ito-Negishi "Disequilibrium Trade Theories"を手掛りに不均衡・開放経済における公共プロジェクト評価における分析を進めていく。多くの発展途上国では、固定為替制度の下、外貨準備のため取引に制約が設けられている。このような国々では、失業や財市場での不均衡の問題がより深刻であるため、失業対策のための公共プロジェクトも数多くある。以上についての分析を行うために小国の仮定のもと貿易収支に制約を設け、閉鎖経済での分析を開放経済に拡張する。この研究において、ケインズ的失業下におけるシャドー・プライスの公式を求めている。これを2005年度日本経済学会春季大会(京都産業大学)にて報告する。そこでのコメントを受けた後、レフェリー紙に投稿する予定である。
ホームケアをサポートする人間生活調和型コンパクトアクチュエータの総合的研究

本研究では、電源フリーでハイパワーかつコンパクトな人間生活調和型のソフトアクチュエータの新技術開発を、高齢者や障害をもつ人たちのホームケアおよび防災救助を支える福祉技術の基盤拡充に向けて、機能材料の開発や人間の動作計測などを含め、学際連携(分野横断)で展開した。具体的には、コンパクトな圧力発生ユニットとしての水素吸蔵合金やその周辺技術に係わる材料科学研究とホームケアおよび家庭用防災のサポート技術のための人間工学研究を並行して進め、これらの異分野間の知見を統合して、水素吸蔵合金を用いた人間生活調和型コンパクトアクチュエータのプロトタイプを開発し、現場ニーズの視点に基づいて機能評価を行った。我が国では,本格的な高齢社会を迎え,多様なライフスタイルをサポートする福祉機器の開発とその充実が真に求められている.また,世界各地で頻発する甚大な自然災害や都市災害の現場では,電源インフラに依存せず,高出力で機動性に優れる防災救助ツールの登場が期待されている.そのどちらにも共通するニーズは,小型,軽量,簡便,ソフト(安全),そして確実に駆動するシンプルなメカニズムの動力源の実現である.そこで,本研究では,電源フリーでハイパワーかつコンパクトな人間生活調和型のソフトアクチュエータの新技術開発を,高齢者や障害をもつ人たちのホームケアおよび防災救助向けの応用に軸足を置き,機能性材料開発や人間行動計測などを含め,学際的な視座から実施する.初年度である本年度は,コンパクトな圧力発生ユニットとしての水素吸蔵合金やその周辺技術等に係わる「人間生活調和型アクチュエータシステムの基盤研究」を主に行った.合金開発では,ソフトアクチュエータの動力源という観点から水素吸蔵合金の機能特性を評価するシステムを構築し,従来の水素吸蔵合金アクチュエータに利用されてきた高価なレアアースを含む合金とは異なる新組成の合金設計に着手した.試作した合金の圧力ー組成ー温度(P-C-T)特性を調べたところ,この新合金はアクチュエータに適した平坦なプラトー圧の領域を有し,多サイクルの使用環境に耐える可能性が示唆された.周辺技術開発については,アクチュエータ設計の自由度向上と内部構造のソフト化を狙う合金シート化技術の開発に取り組み,製紙技術を応用することで水素吸蔵合金をシート状に成形でき,合金単一の場合と遜色のない水素吸蔵特性を保持可能であることを確認した.また,本課題の中盤で主となる「ホームケアおよび家庭用防災のサポート技術のための人間工学的研究」については高齢者やトイレ等での立ち上がりに関する動作計測に一部着手した.本研究課題では、高齢者や障害のある人たちの日常の自立生活と非常時のレスキューをサポートする「人間生活調和型アクチュエータ」のための新たな技術創出を目指した研究開発を行っている。本年度は、前年度に引き続き、「人間生活調和型アクチュエータシステムの基盤研究」の研究課題を展開すると共に、研究遂行の中盤で主体となる「ホームケアおよび家庭用防災のサポート技術のための人間工学的研究」について着手した。まず、合金開発については、これまでのLa-Ni系と異なる組成のZr-Ti-Mn系に着目したアクチュエータ向けの新しい水素吸蔵合金のレシピを考案し、そのサンプルを試作した。この合金は、高価なレアメタルを含まず、組成調整によりアクチュエータの安定駆動に適した圧力生成に資する諸特性を具備することを、ヒステリシスおよびプラトーの平坦性に対する添加元素の効果を調べることで確認した。その一方で、合金活性化に要する圧力条件等の課題の存在が認められた。次に、新合金を充填した水素吸蔵合金アクチュエータの試験器による簡易的な動作試験を行った。その結果、およそ10gの合金で60kgの錘をリフトできること(高出力重量比)がわかった。さらに、合金利用の利便性向上のための周辺技術開発では、製紙技術によりシート化した合金と駆動部にラミネート材料を用いたソフトベローズを利用して、手のひらサイズのソフトアクチュエータのプロトタイプを試作した。また、ホームケアのためのデバイス開発の基礎データを構築する人間工学的研究については、高齢者等のトイレでの立ち上がり、転倒予防、介護支援のためのコンパクトアクチュエータの設計仕様を探る予備実験を行った。その結果、トイレを想定した座面のポジションを変化させることで、起立動作時の身体負荷に様々な影響を与えることが下肢の筋電図パターン等から推察された。本年度は、昨年度に引き続き、人間生活調和型アクチュエータシステムの基盤研究としての合金開発と周辺技術開発を推進した。合金開発では、従来の水素吸蔵合金アクチュエータに利用していた合金とは異なる組成のZr-Ti-Mn系の新合金の性能試験を多角的に行い、その有用性を実験的に検証できた。周辺技術開発では、ホームケア支援のデバイス開発に関連して、合金粉末の柔らかなシート化を製紙技術の応用により進め、手のひらサイズのソフトアクチュエータのプロトタイプを試作した。また、今後のシステム設計の基礎データを得るための人間工学研究では、トイレの便座からの立ち上がりや高齢者等の介護支援および転倒予防を想定した予備実験を行い、支援機器のデザインに必要な計測パラメータを俯瞰することができた。なお、新合金の開発過程において活性化条件に関する課題が生じたが、圧力条件の調整により回避でき、新合金を導入した実験用アクチュエータによる簡易動作テストを実施することができた。以上より、概ね順調に進展していると判断した。

本研究課題では、高齢者や障害のある人たちの在宅等における日常の自立生活と非常時のレスキューをサポートする「人間生活調和型アクチュエータ」のための新技術創出を目標とした研究開発を「マテリアルサイエンス」×「人間工学」の異分野連携で展開している。本年度は、前年度に実施したコンパクトかつハイパワーなアクチュエータのための基礎研究の成果を試作レベルに向けて加速すると共に、ユーザーフレンドリーかつ省エネの機能デザインを指向したアクチュエーションのシステム開発に取り組んだ。具体的には、抄紙技術と熱伝導素材を応用したLaNi5系の水素吸蔵合金シートを作成し、試作した合金シート(新形態)と合金粉末(通常形態)の性能比較の評価実験および走査型電子顕微鏡による構造観察を行った。その結果、P-C-T(圧力ー組成ー等温線)特性の比較で特段の差異は見られず、シート化の加工によって合金の基礎的な物性に劣化を及ぼすことのないことがわかった。さらに、アクチュエータとして重要な反応速度(水素吸蔵・放出)は、放熱を助ける添加物を合金シートに混合させる工夫により増加した。アクチュエータへの組み込みの形態的メリット(ユーザビリティ)も、粉体からシートに転換することで、格段に向上した。また、この合金シートと小型の金属ベローズを利用したコンパクトなリフトユニットのプロトタイプを試作した。さらに、人間工学に基づく動作研究では、ホームケア支援および防災活動支援のシステムデザインのための計測実験を行い、座面リフトによる安定な移乗動作および家具の転倒対処などでのジャッキ操作の至適条件を筋電計やモーションキャプチャ等により探った。その結果、移乗時のリフト支援策としては、着座シートの前後スライド機能、防災ジャッキの身体的負担の少ない操作方法としては、ジャッキのレバーとユーザの体幹との位置関係の重要性が示唆された。本年度は、人間生活調和型アクチュエータシステムの基盤研究としての合金開発と周辺技術開発を推進すると共に、人間中心デザインをコアとしてシステム開発を展開するための人間工学に基づく計測実験を行った。アクチュエータシステムの基盤研究では、抄紙技術の活用により水素吸蔵合金(LaNi5系)の柔らかなシート化の技術開発に着手し、試作した合金シートの機能評価および構造観察を従来タイプの合金粉末との比較検討で行い、その有用性を実験的に検証した。また、人間工学研究では、ホームケアおよび防災活動の支援システムの設計基礎データとして欠かせないトイレでの移乗時のリフト動作および防災ジャッキのレバー操作の至適条件を生体計測等により定量的に示すことができた。なお、移乗動作時の前傾姿勢による安定条件の探索過程で若干の課題が生じたが、体重支持の座面部に水平スライド機構を付与する工夫等によって首尾良く機能改善を図ることができた。以上より、概ね順調に進展していると判断した。本研究課題では、高齢者や障害のある人たちの在宅や施設等における日常生活のホームケアおよび非常時の防災活動を支える「人間生活調和型アクチュエータ」のための新技術創出を目標とした福祉工学研究をマテリアルサイエンスと人間計測の異分野連携で推進している。本年度は、ホームケアおよび家庭用防災のサポート技術のための人間動作計測と水素吸蔵合金を利用したハイパワーなソフトアクチュエータシステムの基盤充実、福祉応用と防災応用に向けたシステム開発のためのインテグレーション研究の展開、および全体総括を行った。
トリアルキルガリウムと塩化ガリウムを金属塩基として用いる新しい合成反応

トリアルキルガリウムと塩化ガリウムを脱プロトン化試薬として用い、生じた有機ガリウム化合物に特徴的な反応性を利用する新しいC-C結合形成反応を検討した。塩化ガリウムが1,4-エンイン3位メチレンおよび1-シリルアセチレンプロパルギル位のC-H結合を脱プロトン化し、触媒的にエチニル化できることがわかっている。より酸性度の低いアリル位C-H結合の塩化ガリウムによる脱プロトン化を検討し、1,4-ジエンおよび1,3-ジエンを直接的エチニル化する反応を開発した。塩化ガリウム(2.0eq.)、t-ブチルジフェニルシラノール(2.0eq.)およびt-ブチル-4-メチルピリジン(2.0eq.)存在下、1,2,3,4,5-ペンタメチルシクロペンタジエンとクロロトリイソプロピルシリルアセチレン(4eq.)を170°Cで6時間作用させるとエチニルシクロペンタジエンを与えた。塩化ガリウムによる脱プロトン化はシリル基を有する1,4-ジエンアリル位C-H結合でも進行し、3位選択的にエチニル化できることも見出した。本反応ではかさ高いシリル基を有する1,4-ジエンおよびクロロシリルアセチレンを用い、塩化ガリウムによる基質の分解を抑制することが重要である。塩化ガリウムを用いることで、従来は多段階法で合成されていたポリエチニルビニルメタン化合物を効率的に合成できることを示した。1,5-ビス(シリルビニル)-2,4-ペンタジエンの反応では低収率ながらシリル基を損なうことなく3-エチニル化および3,3-ジエチニル化物を与えた。ルイス酸である塩化ガリウムによってアリルシランアリル位C-H結合を脱プロトン化できることを示しており、塩化ガリウムの脱プロトン化試薬としての有用性を示す結果といえる。塩化ガリウムが1,4-エンイン3位メチレンC-H結合を脱プロトン化し、ジエチニル化できることがわかっている。この反応の触媒化を検討し、1-シリルアセチレンプロパルギル位の触媒的エチニル化反応を開発した。塩化ガリウム(5mol%)存在下、1,4-エンイン(2eq.)とクロロトリエチルシリルアセチレンを150°Cで12時間作用させるとトリエチニルビニルメタンを与えた。塩化ガリウムによる脱プロトン化は1,4-エンインよりも酸性度の低い1-シリルアセチレンプロパルギル位C-H結合でも進行し、触媒的にエチニル化物を与えた。本反応は全てのプロパルギル位C-H結合の,エチニル化が一挙に進行することが特徴である。プロパルギル位にメチン、メチレンおよびメチル基を有する1-シリルアセチレンで反応を行うと、それぞれジエチニルメタン化合物、トリエチニルメタン化合物、およびテトラエチニルメタンを与えた。塩化ガリウムを用いることで、従来は多段階法で合成されていたポリエチニルメタン化合物を効率的に合成できることを示した。本反応によりルイス酸である塩化ガリウムが1-シリルアセチレンに対し塩基として作用できることが示された。触媒的な脱プロトン化の進行は一般にプロパルギル位C-H結合に用いられる有機リチウム塩基にはない特徴であり、塩化ガリウムの脱プロトン化試薬としての有用性を示す結果といえる。また、1-シリルアセチレンに塩化ガリウムを作用させると^13C-NMRにおいて2位のアセチレン炭素が55ppmと大きく低磁場シフトすることがわかった。塩化ガリウムと1-シリルアセチレとのπ-錯体形成により2位に電子不足な炭素が生じることを示す結果である。

1,5-ビス(シリルビニル)-2,4-ペンタジエンの反応では低収率ながらシリル基を損なうことなく3-エチニル化および3,3-ジエチニル化物を与えた。ルイス酸である塩化ガリウムによってアリルシランアリル位C-H結合を脱プロトン化できることを示しており、塩化ガリウムの脱プロトン化試薬としての有用性を示す結果といえる。
聴覚障害モデルマウスを用いた内耳有毛細胞におけるキネシン様蛋白質の機能解析

マウスを用いて内耳有毛細胞で機能することが予想される新規のモーター蛋白質であるキネシン様蛋白質(DAK:Deafness associated kinesin)の解析を行った結果、以下に示すような知見が得られた。DAKのアミノ酸配列をもとに合成したペプチドを用いて新たに2種の抗ペプチド抗体を作製し、これを用いて、採取したマウス内耳蝸牛管およびその組織切片の免疫染色を行った。その結果、内有毛および外有毛細胞さらに外柱細胞に強く発現が認められ、さらに蝸牛神経細胞にも発現が認められた。一方、DAKの突然変異による聴覚障害が予想されるJackson shaker(js)マウスにおいても同様の解析を試みた結果、その発現は明らかに低下しており、特に有毛細胞においては発現がほとんど認められなかった。さらに、ミオシンVIIaの異常により聴覚障害を引き起こすShaker-1(sh1)マウスにおいてもその発現は低下していた。また、ミオシンVIIa間の相互作用を検討するため、ミオシンVIIaに対する抗体を用いて、抗体カラムを作製し、ホモジネートから精製した抗原蛋白質に対するウェスタンブロッティングを行ったところ、DAK由来のバンドが検出されたことから、両者の相互作用が示唆された。また、内耳におけるDAKとミオシンVIIaの相互作用を個体レベルで検討するため、jsマウスとsh1マウスを交配し、2重変異マウスの作製を試み、現在までに両者の合成異型接合体を作製することができた。このマウスの表現型を解析した結果、行動においては両者のホモ個体で認められるような異常は確認できなかった。また、ABR(Auditory brainstem response)により聴力を測定した結果においても3ヶ月齢までは正常な閾値を示しており、内耳の形態学的異常は認められなかった。DAKのアミノ酸配列をもとに合成したペプチドを用いて抗ペプチド抗体を作製した。これを用い、ウェスタンブロッティングを行った結果、約150KDaのバンドが検出された。さらに、内耳有毛細胞での重要な機能が予想されるミオシンVIIaに対する抗体を用いて、抗体カラムを作製し、腎臓のホモジネートから精製した抗原蛋白質に対してウェスタンブロッティングを行った結果、同様のバンドが検出されたことから、DAKとミオシンVIIaの相互作用が示唆された。しかしながら、作製した抗体を用いた解析においてバックグラウンドが検出されることから、現在、新たな抗体を作製中である。一方、内耳におけるDAKの局在を調査するため、RT-PCR,RNAプローブを用いたin situハイブリダイゼーションおよび上記の抗体を用いて、免疫染色を行った。その結果、DAKは12.5日胚でユビキタスに発現が認められ、耳胞においても強い発現が検出された。さらに、RT-PCRにより、その発現を調査した結果、生体においても各組織で発現が認められ、また、内耳においても強い発現が検出された。特に、蝸牛切片に対して免疫染色を行った結果、DAKは内有毛および外有毛細胞の支持細胞に非常に強い発現が認められた。この部位はミオシンVIIaの発現も報告されている。今後、DAKに生じた突然変異により内耳有毛細胞に異常を示すことが予想されるジャクソンシェーカーマウスおよびミオシンVIIaの変異マウスであるShaker-1マウスにおいても同様の解析を行うと共に、両者の交配実験により二重変異体を作製することでその機能を探索する予定である。
小胞型抑制性アミノ酸運搬体とGABA合成酵素の共役とその慢性疼痛による変化の解析

本研究は、脊髄抑制性シナプス前神経終末部の小胞型抑制性アミノ酸運搬体(VIAAT)とグルタミン酸を基質にGABAを生成する酵素(GAD)に着目して、これらの機能共役の機構を解析し、その生理学的意義を明らかにするとともに、慢性疼痛時の変化を考察することを目的とした。慢性疼痛時には脊髄への感覚入力が高まって脊髄でのグルタミン酸放出が増えると考えられるが、細胞外のグルタミン酸は、抑制性神経終末部に取り込まれてGADとVIAATの共役によりシナプス小胞のGABA濃度を増加させ、グリシンン濃度を低下させることがわかった。また、神経回路活動が活発になることによりGADとVIAATの共役は強化され、一方、神経回路活動が抑制されるとGADの発現が弱まることが示唆された。平成21年度は、ラット脊髄の培養細胞を用いて、GABAからグリシン、グリシンからGABAへの伝達物質のスイッチングの程度から、小胞体型GABA輸送体(VIAAT)とGABA合成酵素(GAD)の共役の機序について検討を行った。胎児ラットから脊髄培養細胞を作製し、シナプス前細胞およびシナプス後細胞にホールセルパッチ記録法を適用して、保持電位-70mVでシナプス前細胞の刺激により誘発される抑制性シナプス後電流IPSCを記録した。ほとんどの細胞において、IPSCはGABA受容体拮抗薬であるSR-95531で部分的に抑制され、残りの成分はグリシン受容体拮抗薬のストリキニーネで完全に抑制されたことから、GABAとグリシンが共放出されていることがわかった。次に、シナプス前細胞内にグリシンを投与すると、濃度依存的に、放出されるグリシン量が増加した。この結果はシナプス前細胞にGABAを加えた場合も同様であった。しかし、グリシン80mM+GABA20mMの混合液を電極内液とすると、グリシンの放出が見られなくなった。これらの結果は、グリシンに比べ、神経終末部内のGABA濃度は著明に低いことを示唆する。一方、低濃度のグルタミン酸を加えると、グリシンの放出量が著明に減少したことから、抑制性神経終末部内ではGADとVIAATが共役していることがわかった。しかし、通常の分散培養で抑制性シナプスのペアとなっている細胞を見つけることは非常に確率が悪く、実験の効率が悪かった。そこで、現在、VIAATを有する細胞にVENUSが発現しているマウスとGADを発現している細胞にGFPが発現しているマウスを導入し、培養条件の検討を行っているところである。慢性疼痛時に神経回路の活動が上昇するが、その際にGABAおよびグリシンの共放出がどのよう制御されるか、そのメカニズムの解明を目的に、GABA・グリシン共放出の機序解明を行っている。これまでは野生型ラットから作成した培養細胞を用いたので実験の効率が悪かった。そこで平成22年度は、まず小胞体型抑制性アミノ酸輸送体(VIAAT)を有する細胞にVenusが発現したVIAAT-Venusラットを導入して培養細胞を作成した。しかし、培養細胞における蛍光が弱く、神経線維を明確に可視化できなかった。そこで、VIAAT-Venusマウスを導入して培養細胞を作成すると、神経線維を可視化するのに十分な蛍光を発していることがわかった。ところが、マウス脊髄分散培養細胞の作成は失敗することが多かったので、培養条件を検討したところ胎生14日目に培養すると培養細胞の状態が良いことが判明した。マウス海馬から作製した培養細胞で、シナプス前細胞およびシナプス後細胞にホールセルパッチ記録法を適用して、抑制性シナプス後電流IPSCを記録したところ、すべての細胞において、IPSCはGABAのみが放出されていることにより生じていることがわかった。シナプス前細胞内にグリシンを投与すると、濃度依存的に、GABA作動性IPSCからグリシン作動性IPSCに変化した。従って、IPSCでは、細胞内のグリシンとGABAの濃度に依存して放出される伝達物質の種類が変化することがわかった。また、単一終末部刺激法を用いることで、神経終末部ごとに含まれるグリシンとGABAの割合が異なることも示唆された。なお、これらの結果は抑制性シナプスの後膜にはグリシン受容体が存在することを示しており、現在グリシン受容体のシナプス直下への移動様式の制御機構についても検討を行っている。慢性疼痛時の中枢神経系において、抑制性ニューロンに起こる機能変化に関与する分子機構の解明を目指し、本申請研究では、抑制性シナプス前神経終末部の小胞型抑制性アミノ酸運搬体(VIAAT)とグルタミン酸を基質にGABAを合成する酵素(GAD)に着目した。

慢性疼痛時には、末梢からの興奮性入力が増加し細胞外グルタミン酸が増えることから、培養細胞系を用いて、細胞外グルタミン酸の抑制性シナプス伝達に対する影響を検討した。実験にあたっては、抑制性細胞にVenusが発現したラット脊髄から培養細胞を作成し、シナプス前とシナプス後細胞にパッチクランプ法を行って、10秒に1回の頻度でシナプス前細胞を刺激することによりGABA・グリシン伝達を誘発した。細胞外にグルタミン酸を投与すると、GABA作動性抑制性シナプス後電流(IPSC)は著明に増強された。低親和性のGABA受容体拮抗薬の効果から、シナプス間隙におけるGABAの濃度はグルタミン酸により高まったことがわかった。一方、グリシン作動陛IPSCの振幅に対してグルタミン酸は無効であった。しかし、低親和性のグリシン受容体拮抗薬の作用から、シナプス間隙におけるグリシン濃度は低下していることがわかった。以上の結果から、グルタミン酸の取り込みにより、GABA放出は増加し、グリシン放出は減少することがわかった。さらに、GABAによるシナプス伝達とグリシンによるシナプス伝達の違いについて検討した。GABA伝達は高頻度刺激では振幅が抑制されるものの、コントロール時の30%程度を維持した。一方、グリシン伝達は、高頻度刺激中ではほぼ完全に抑制された。従って、細胞外からのグルタミン酸取り込みがGABA伝達を増強する意義は、GADとVIAATの共役を介して高頻度シナプス伝達に際してGABA伝達を維持するためであると考えられた。
ラクトフェリン加水分解物投与による牛乳房炎予防メカニズムの解明

牛ラクトフェリン(LF)は、牛の乳汁の中に含まれる抗菌活性、免疫調整作用を持つ生理活性蛋白であり、申請者はこれまでにその加水分解物(LFH)を乳房内に投与することで潜在性乳房炎を治癒に導くことを明らかにした。本研究は、この結果を基に牛乳房炎において最も発生率の高い分娩直後に検査を行い、分娩直後の潜在性乳房炎牛に対しLFHを乳房内投与することにより、その後の臨床型乳房炎を予防すること、およびその科学的なメカニズムを調査し、酪農現場で普及できる乳房炎予防技術を確立することを目的とした。分娩直後の乳汁4分房を採取し、CMT変法および乳汁性状により潜在性乳房炎と診断した牛4頭に対し、精製したLFHを1日2回、2日間乳房内投与したところ、注入後35日にかけて軽度の乳房腫脹と一過性に体細胞数の上昇を示したが、その後減少して分娩直後の体細胞数より低下した。無投与群3頭については体細胞数は変化なく高値で推移した。以上のことから、分娩後の潜在性乳房炎に対するLFH投与は有効であることが明らかとなった。しかしながら、まだ症例数が少ないため、今後更なる症例の収集が必要であると考えられた。該当症例数を確保するのに時間がかかっているため。生産現場で積極的に該当症例を集める。今年度は少しメカニズムの解明についても調査したいと考える。昨年度は症例数が少なかったため繰り越してしまったが、今年度は症例数を増やし研究を進める。
変性タンパク質可溶化技術を利用したがん免疫治療の診断薬開発と個別化医療への応用

免疫チェックポイント阻害剤の登場でがん免疫サイクルの活性化が確実なオプションの1つとなった。しかし個々人で腫瘍免疫応答のレベルや抗原の種類、免疫抑制のメカニズムが大きく異なり、奏功率を予測できる診断薬の開発が求められている。また、免疫チェックポイント阻害剤単独では効かないcold-tumorに対する複合免疫療法の実現も期待される。これらの課題に対し、末梢血に出現する抗がん抗原・自己抗体は重要なバイオマーカーとなる。我々はヒト由来のcancer-testis(CT)抗原を中心とした全長抗原のリソースを整備しているが、大半のがん抗原が凝集しやすい不安定な物性であるため、独自開発のS-カチオン化技術で全長・水溶性抗原を調製し、迅速かつ網羅的に抗体価を測定するMultiple S-cationizedantigen beads arrayassay(MUSCAT-Assay)の最適化研究に特に注力した。H30年度は以下の成果を得た。(1)免疫チェックポイント阻害剤が奏功する例に共通して存在する抗CT抗原抗体バイオマーカーがMUSCAT-assay法で鋭敏に検出できるほか、腫瘍免疫応答の活性化に応じて様々な自己抗体の抗体価が上昇することを確認した。(2)がんの抗原性を向上させるエピゲノム薬(decitabine)の併用が複合免疫療法の1つとして期待されている。ヒトがん細胞株ではdecitabine処理で複数のがん抗原の発現が亢進したが、ヒト正常繊維芽細胞では変化しなかった。(3)担癌マウスモデルにおいてimmunogenic cell deathを誘導した際に誘導される複数の自己抗体をプロテオミクス手法を用いて同定した。ヒト由来のがん抗原はマウスとは相同性が低いものが多く、マウスモデルでの複合免疫療法の研究にはマウス版の自己抗原パネル整備の重要性が判明した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。がん治療において「腫瘍免疫応答の活性化」はQOLの高い延命効果の実現に重要である。腫瘍免疫応答の活性化に伴い、がん細胞内で異常に発現している各種のがん抗原に対する抗体が血液中に出現・増加するAntigen-spreadingという現象が知られおり、抗がん抗原抗体の量は腫瘍免疫応答の活性化レベルを反映するpharmacodynamic(PD)バイオマーカーとして利用できる可能性が高い。本研究ではCancer-Testis(CT)抗原を中心に130種超の全長がん抗原の生産リソースの整備を進めており、不安定で凝集しやすい物性の全長がん抗原を独自開発のS-カチオン化技術で可溶化し、診断薬・がん抗原の機能解析・ワクチン開発の基盤整備を進めている。28年度は以下の成果を得た。(1)CT抗原を中心とした50種類の全長がん抗原をマルチプレックス磁気ビーズに固定化して腫瘍免疫応答を活性化する各種の臨床検体を用いて抗体価を測定した結果、極微量の血清から臨床効果に極めて相関する抗体価の変動が観察され、PDバイオマーカーとして利用できることを確認した。(2)大腸菌での生産が困難な全長がん抗原を、Hek293細胞で不溶性として生産させて可溶化・精製を進めるための一連のスキームを確立した。(3)各種のがん抗原に対するウサギ抗血清を取得し、自家製陽性コントロールとして利用できることを証明した。(4)S-カチオン化タンパク質を培養細胞内に効率的に導入する手法を確立した。(5)S-カチオン化技術で用いる化学修飾技術を応用して、タンパク質の熱安定性を評価する手法を開発した。3年計画の1年目として、一部計画以上の成果を得ることができた。全長がん抗原を固定化した磁気ビーズを用いたAntigen-spreading測定では、経時的な抗体価の測定により腫瘍と免疫の戦いの状況がリアルタイムに解析できるリアリティが確認できた点は特筆すべき成果であり、実用化に向けて弾みがついた。50種類の全長がん抗原に対する抗体測定から各患者で出現する抗がん抗原抗体の種類の個人差が非常に大きく、がん抗原リソースのさらなる拡充が望ましいことが確認された。大腸菌生産系での取得が困難であった全長がん抗原がHek293細胞で量産可能なこと、抗体検査診断薬に必要な自家製陽性コントロール血清の整備が進んだことなどから、今後の研究開発に向けた技術基盤が整った。近年の腫瘍免疫学の急速な進歩に伴い、個人差が大きい腫瘍免疫応答を定量的に評価して個別化医療に対応するニーズが高まっている。本研究では独自開発の変性タンパク質の可溶化技術をコアとして、腫瘍免疫学分野に求められる要素技術の開発により個別化医療の実現を目指している。これまでCancer-Testis(CT)抗原を中心に130種超の全長・水溶性がん抗原のリソースを整備し、マルチプレックス磁気ビーズ法を用いた抗がん抗原抗体の高感度定量測定系の整備を進めている。この測定系を用いて抗がん抗原抗体を測定すると、抗体価の変動が臨床効果をよく反映し、腫瘍免疫応答を反映するバイオマーカーとなることが確認されている。現在、診断薬POC取得に向けた好成績が蓄積されており、測定する検体の拡張を進めている。29年度は以下の成果を得た。(1)がんの進行とともに血中に増加する各種の腫瘍マーカータンパク質も、がん抗原として機能している可能性があり、9種類の抗原を追加した。実際にがん患者由来血清でこれらの抗原に対する抗体価が高値となる例が散見されバイオマーカーとしての有効性が確認された。

(2)一部のがん抗原リソースは立体構造を持つNative抗原(conformational epitope)とS-カチオン化技術で可溶化された変性抗原(linear epitope)の両者が調製可能である。がん患者由来血清中に含まれる抗体の結合活性を比較検討した結果、linear epitopeとよく反応する例が優位で、生体内で抗がん抗原抗体が認識している抗原の物性をよく反映している可能性が示唆された。(3)がん免疫細胞治療では細胞傷害活性を維持した細胞が体内に蓄積し、かつ、多数の抗がん抗原抗体価の上昇を伴う症例の予後が良いことが確認された。タンパク質化学修飾法を利用した変性タンパク質の可溶化技術が、がん免疫治療分野のコンパニオン診断薬として活用できる可能性が高まってきた。本技術をMultiple S-Cationizedbeads array assay(MUSCAT-assay)と命名し、実用化研究を加速したい。このMUSCAT-Assayを用いると、がん抗原の発現パターンや抗がん抗原抗体が認識するエピトープの個人差が大きく、臨床経過に応じてダイナミックに抗体価が変動していることなどが明確に観察される。極微量の血液から抗体価を網羅的に定量評価できるMUSCAT-assayは、個々人の腫瘍免疫応答の迅速な評価に役立つ可能性が高い。診断薬として標準化を進めるため、定量性の保証や搭載する抗原の選択も重要な課題であり整備を進めている。本技術は腫瘍免疫学の深化にも重要なツールとなる。例えばMUSCAT-assayではlinear epitopeを提示しているが、同時にconformationalepitopeを提示するビーズとの比較検討により、抗がん抗原抗体が認識している抗原の正体が明らかとなる。また、ここで測定している抗がん抗原抗体は自己抗体でもあり、腫瘍免疫応答の活性化に寄与している側面もある。抗がん抗原抗体の腫瘍免疫応答における意義について多角的に解析し、がんの再発予防・治療ワクチン開発につながる研究開発につなげたい。免疫チェックポイント阻害剤の登場でがん免疫サイクルの活性化が確実なオプションの1つとなった。しかし個々人で腫瘍免疫応答のレベルや抗原の種類、免疫抑制のメカニズムが大きく異なり、奏功率を予測できる診断薬の開発が求められている。また、免疫チェックポイント阻害剤単独では効かないcold-tumorに対する複合免疫療法の実現も期待される。これらの課題に対し、末梢血に出現する抗がん抗原・自己抗体は重要なバイオマーカーとなる。我々はヒト由来のcancer-testis(CT)抗原を中心とした全長抗原のリソースを整備しているが、大半のがん抗原が凝集しやすい不安定な物性であるため、独自開発のS-カチオン化技術で全長・水溶性抗原を調製し、迅速かつ網羅的に抗体価を測定するMultiple S-cationizedantigen beads arrayassay(MUSCAT-Assay)の最適化研究に特に注力した。H30年度は以下の成果を得た。(1)免疫チェックポイント