hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サウンドアート学確立による20世紀アート史の書き換え

本研究は、1サウンドアートを学的対象として位置づけ(サウンドアート学の確立)、2日本のサウンドアートの独自性を解明し、3アーティストの手元に散在している諸資料・作品のデータベース化すること、以上の3点を目的としている。研究の順序としては、この逆で3→2→1と取り組むこととしている。すなわち1のサウンドアート学の確立が最終の目的である。平成30年度は、3をメインとして取り組んだ。京丹後市に在住する鈴木昭男氏は自らのアート関連の大量の資料を倉庫に保管しており、そのデータベース化に取り組んだ。和歌山県立近代美術館の学芸員である奥村一郎氏の協力のもと、将来において研究者などへの供覧・使用可能なフォーマットをファイルメーカーにて作成し、宮北裕美氏の協力で約700件の入力を行なった。また和歌山県立近代美術館にて開催された鈴木昭男展の最終日に、研究代表者である中川眞が鈴木昭男氏とトークショーを行い、創作やパフォーマンスのプロセスについてなどの討論を行ない、初期から現在に至るまでの鈴木昭男氏の美的基準や方法論が明らかとなった。日本のサウンドアートの独自性を解明するためには、海外のサウンドアートとの比較が必要となるが、平成30年度はアジアに照準を合わせて実践的調査を行なった。代表者の中川眞はハノイの音響アーティストのスタジオを訪問しインタビューを行なった。またバンコクでは音を通したコミュニティアートのフォーラムを実施し、小島剛、岩渕拓郎両氏のアプローチに焦点を当てて、両氏とともに議論を行なった。分担者の中川克志は、台湾のサウンドアートについての論文を執筆するなど、アジアにおけるサウンドアートの実態研究に取り組んだ。計画書を作成した当初は、平成30年度は、「1作品・パフォーマンス情報(創作メモ・スケッチ、カタログ、広報資料、批評、雑誌・新聞記事、記録映像、音響資料・音源、インタビュー記録など)を作家別に網羅的に集め、整理(データベース化)することから始める。対象作家としてはサウンドアート第一世代の鈴木昭男、藤本由起夫、銅金裕司などにアプローチするが、鈴木だけでも衣装ケース200箱の資料の存在が確認されており、データベース化作業は30年度は鈴木のみになる可能性もある。また、和歌山県立近代美術館ならびに熊野古道なかへち美術館にて開催される鈴木昭男展のドキュメント制作(動画など)に取り組む。さらに、サウンドアートの一つの潮流である「ラジオアート」に着目し、年度後半においてラジオアート・フォーラムを開催する。研究協力者として奥村一郎氏、宮北裕美氏に委嘱する」とした。上記の中の鈴木昭男氏のアーカイブ作成(データベース化)は順調に進んでいるが、ラジオアート・フォーラムは実施できず、R1年度の6月にレクチャーシリーズとして行うこととなった。そういう点では、若干遅れを見せているが、R2年度に実施する予定であった、アジアでの調査、実践(ベトナム、タイ)を先取りして行うことができた。また台湾におけるサウンドアート(主として王福瑞の事例調査)も順調に開始できたため、トータルとしては「おおむね順調に進展している」と言える。平成31年度は、鈴木昭男氏の業績に関するデータベース化を着実に進めるとともに、日本のサウンドアートの独自性の解明に着手する。そのため、藤本由起夫氏、銅金裕司氏など日本におけるサウンドアートの第一世代に焦点を当ててインタビュー調査などを実施する。また、アジアでの調査を引き続き実施する。台湾、インドネシアの予定である。ラジオアートについては、レクチャーなどをシリーズ化し、そのドキュメンテーションを行う。平成32年度は、サウンドアートの学的対象としての位置づけ(サウンドアート学の確立)を視野にいれた研究を行う。比較考察のためにUSAあるいはドイツにおいてフィールドワークを行う。そして、それまでの2年間の実践研究を踏まえた上で、論文(英語を主とする)を国際ジャーナルに投稿し、サウンドアートの理論的側面を強化する。結果として、20世紀のアート史の書き換えをもくろむ。サウンドアートの興隆はサウンドスケープの登場と軌を一にして、視覚の特権性に対して聴覚の復権を主張する。その探求は芸術学の方法論を大きく転換させる可能性が高い。同時に、アカデミズムとは一線を画す、批判的音楽critical musicあるいはもうひとつの音楽alternative musicの系譜を浮かび上がらせ、20世紀のアート史の再検討を促すための理論的研究の成果をあげるのが最終目標である。これらの研究に関しては、協力者として奥村一郎氏、宮北裕美氏、Bob Edrian Tri adi氏(インドネシア、バンドン市在住)、櫻田和也氏を予定している。

日本のサウンドアートの独自性を解明するためには、海外のサウンドアートとの比較が必要となるが、平成30年度はアジアに照準を合わせて実践的調査を行なった。代表者の中川眞はハノイの音響アーティストのスタジオを訪問しインタビューを行なった。またバンコクでは音を通したコミュニティアートのフォーラムを実施し、小島剛、岩渕拓郎両氏のアプローチに焦点を当てて、両氏とともに議論を行なった。分担者の中川克志は、台湾のサウンドアートについての論文を執筆するなど、アジアにおけるサウンドアートの実態研究に取り組んだ。計画書を作成した当初は、平成30年度は、「1作品・パフォーマンス情報(創作メモ・スケッチ、カタログ、広報資料、批評、雑誌・新聞記事、記録映像、音響資料・音源、インタビュー記録など)を作家別に網羅的に集め、整理(データベース化)することから始める。対象作家としてはサウンドアート第一世代の鈴木昭男、藤本由起夫、銅金裕司などにアプローチするが、鈴木だけでも衣装ケース200箱の資料の存在が確認されており、データベース化作業は30年度は鈴木のみになる可能性もある。また、和歌山県立近代美術館ならびに熊野古道なかへち美術館にて開催される鈴木昭男展のドキュメント制作(動画など)に取り組む。さらに、サウンドアートの一つの潮流である「ラジオアート」に着目し、年度後半においてラジオアート・フォーラムを開催する。研究協力者として奥村一郎氏、宮北裕美氏に委嘱する」とした。上記の中の鈴木昭男氏のアーカイブ作成(データベース化)は順調に進んでいるが、ラジオアート・フォーラムは実施できず、R1年度の6月にレクチャーシリーズとして行うこととなった。そういう点では、若干遅れを見せているが、R2年度に実施する予定であった、アジアでの調査、実践(ベトナム、タイ)を先取りして行うことができた。また台湾におけるサウンドアート(主として王福瑞の事例調査)も順調に開始できたため、トータルとしては「おおむね順調に進展している」と言える。平成31年度は、鈴木昭男氏の業績に関するデータベース化を着実に進めるとともに、日本のサウンドアートの独自性の解明に着手する。そのため、藤本由起夫氏、銅金裕司氏など日本におけるサウンドアートの第一世代に焦点を当ててインタビュー調査などを実施する。また、アジアでの調査を引き続き実施する。台湾、インドネシアの予定である。ラジオアートについては、レクチャーなどをシリーズ化し、そのドキュメンテーションを行う。平成32年度は、サウンドアートの学的対象としての位置づけ(サウンドアート学の確立)を視野にいれた研究を行う。比較考察のためにUSAあるいはドイツにおいてフィールドワークを行う。そして、それまでの2年間の実践研究を踏まえた上で、論文(英語を主とする)を国際ジャーナルに投稿し、サウンドアートの理論的側面を強化する。結果として、20世紀のアート史の書き換えをもくろむ。
固液複合体の光学特性と光スイッチへの応用に関する研究

ケロシンをホスト液体とし、フェライト微粒子をゲストとする固液複合体の屈折率・光吸収係数およびそれらの磁場による変化を調べた。屈折率も光吸収係数も、微粒子濃度の増加とともに線形に増加することが分かった。また、磁場の印加によって屈折率・吸収係数が増大すること、および複屈折が生じることが分かった。そして、磁場による吸収係数の変化と複屈折による偏光状態の変化を利用して、光のスイッチングができるこを実験で示した。次に、固体をホスト、液体をゲストする複合材料として、陽極酸化法で製作した多孔質アルミナ膜の微細孔中に液晶を封入した複合膜を製作し、光学特性を調べた。液晶が直径約2000Åの柱状孔中で特異な配向を示すため、異方性をもつ大きな光散乱が生じ、偏光特性が現れることがわかった。また、液晶の配向状態を変えることにより、光透過特性を制御できることもわかった。最後に、微粒子を液体中に分散させた複合体の音響光学効果について調べた。水などの液体中に、ポリスチレンやガラスの微粒子を分散させた固液複合体に超音波の定在波を立てると、節の位置に微粒子が整列することが分かった。そして、このような微粒子の周期的配列により、偶数次の回折光のみが選択的に強調される特異な音響光学効果が生じることを見いだした。また、超音波の発振を停止した後も微粒子が一定時間配列したままの状態を保つので、回折光の残像が最大20秒間近くも生じることが分かった。このような現象をもとにして、微粒子と液体の複合体を光スイッチングや光交換などに応用することを検討した。1.磁性流体の光学定数の測定流体をホスト、固体をゲストとする複合材料として、直径100Å程度のフェライトの微粒子を含有する磁性流体を取り上げ、波長0.61.6μmの可視・近赤外域における光学特性を調べた。流動パラフィンとケロシンを溶媒とする2種類の磁性流体は、いずれも波長0.8μm付近で吸収係数が最小になることがわかった。また、この波長域における屈折率は、流動パラフィンを溶媒とするとき1.641.69の間で、ケロシンを溶媒とするとき1.551.63の間で変動することがわかった。これらの実験値は、溶媒と微粒子の屈折率や濃度から誘起媒質理論を用いて計算した値とほぼ一致した。2.磁性流体を用いた光スイッチの製作磁性流体の流動性を利用した光スイッチを試作した。500μmの間隔で向かい合ったスライドガラスの間に磁性流体を入れ、磁界によって移動させることにより光のスイッチングができた。また、磁性流体がスライドガラスに吸着するのを防ぐために、フッ素樹脂をガラス上にコートすることが効果的であることもわかった。3.液晶を封入したアルミナ膜の光学特性固体をホスト、液体をゲストとする複合材料として、陽極酸化法で製作した多孔質アルミナ膜の微細孔中に液晶を封入した複合膜を製作し、光学特性を調べた。1.磁性流体の磁気光学特性の評価と応用ケロシンをホスト液体とし、フェライト微粒子をゲストとする固液複合体の屈折率・光吸収係数およびそれらの磁場による変化を調べた。そして、磁場による吸収係数の変化と複屈折による偏光状態の変化を利用して、光のスイッチングができることを実験で示した。2.多孔質体と磁性流体の複合化

多孔質アルミナ膜中に磁性流体を封入した固液複合体を製作し、光学特性を調べた。光散乱が大きく、光をほとんど通さない磁性流体をアルミナ膜中に入れることにより、赤外域では光が通るようになることが分かった。このような複合体は、磁性流体を透過型のデバイスに使用する可能性を開くものである。3.微粒子分散液体の音響光学効果水などの液体中に、ポリスチレンやガラスの微粒子を分散させた固液複合体に超音波の定在波を立てると、節の位置に微粒子が整列することが分かった。そして、このような微粒子の周期的配列により、偶数次の回折光のみが選択的に強調される特異な音響光学効果が生じることを見いだした。また、超音波の発振を停止した後も微粒子が一定時間配列したままの状態を保つので、回折光の残像が最大20秒間近くも生じることが分かった。このような現象をもとにして、微粒子と液体の複合体を光スイッチングや光交換などに応用することを検討した。
視神経変性における網膜・視神経のアクアポリンの局在変化と網膜神経節細胞死への関与

生理的条件下の網膜と視神経におけるアクアポリン(AQP)アイソフォーム発現とその局在を同定した。視神経のアストロサイトと網膜神経節細胞(RGC)はAQP9を発現していた。高眼圧や視神経挫滅により、RGCのAQP9発現は細胞死に先行して減少した。培養RGC5細胞のAQP9発現をRNA干渉で抑制すると細胞内活性酸素産生と細胞死が増加した。AQP9によるエネルギー基質としての乳酸輸送がRGCの生存に必要であることが示された。以前我々は、アクアグリセロポリンの一つアクアポリン9(AQP9)が網膜神経節細胞(RGC)の細胞体に発現し、高眼圧によりその発現が低下することを報告した。しかし、AQP9発現低下がRGC死の原因であるか、共変動しているだけなのかは不明であった。そこで、培養RGC5細胞に血清除去によりアポトーシスを誘導し、AQP9発現変化をRT-PCR・免疫染色・Western blottingで定量した。またsiRNAでAQP9発現をノックダウンし、RGC5細胞の細胞死への効果を見た。次いでAQP9ノックダウンによるRGC5細胞の活性酸素産生とNAD+/NADH比に及ぼす影響を検討した。血清除去はRGC5細胞のAQP9発現を遺伝子・蛋白レベルで減少させた。AQP9の発現低下はRGC5細胞死ならびにcaspase3活性を増加した。またAQP9のノックダウンにより、RGC5細胞の活性酸素は増加し、NAD+/NADH比は低下した。次にラット視神経挫滅のRGCにおけるAQP9発現変化とRGC細胞死の時系列対応を検討した。無処置のラットではAQP9発現はRGCの細胞体に限局していたが、視神経挫滅後3日で、発現細胞数は低下するとともに、発現部位も細胞周囲へ移行していた。この時期にはRGC数に有意な減少はなかった。挫滅後7日ではRGC数は著明に減少し、AQP9発現も大幅に低下していた。近年、ブドウ糖のみならず、解糖系から産生される乳酸も神経細胞のエネルギー基質として利用されることが知られるようになった。AQP9は水分子以外に乳酸等の溶質も輸送する。RGC死に先行してAQP9発現が低下すること、ならびにAQP9のノックダウンがRGC死を増加させることから、AQP9がRGC死の生存に重要な生理的役割を担っていることを明らかにした。培養網膜神経節細胞(RGC)の生死に及ぼす培養液中の糖の影響を調べた。5mMグルコース培養下での細胞死は約5.4%、10mM乳酸培養下では約3.5%と差は無かった。アクアグリセロポリンに属するアクアポリン(AQP)9発現をRNA干渉法で阻害すると、グルコース培養下の細胞死は約11.2%だったのに対し、乳酸培養下では16.6%と有意差があった。乳酸がRGCのエネルギー基質であり、AQP9が乳酸輸送チャンネルであることを示した。AQP4抗体陽性視神経脊髄炎(NMO)患者、AQP4抗体陰性視神経炎患者、健常者の血清をラット視神経に暴露したところ、AQP4抗体陽性NMO患者血清で暴露された視神経では、暴露部位のAQP4とglial fibrillary acidic protein (GFAP)の発現が消失していた。また、網膜内のneurofilamentの免疫染色性は損なわれ、網膜神経節細胞数は有意に減少していた。AQP4抗体を含むNMO血清は、暴露部位のアストロサイト変性と炎症細胞浸潤ならびに暴露部位を越えた視神経変性を網膜神経節細胞死を誘導することが分かった。生理的条件下における、ラット網膜と視神経のアクアポリン(AQP)アイソフォーム発現とその局在を同定した。網膜ではミュラー細胞がAQP4、網膜外層神経細胞がAQP1、bipolar細胞がAQP0、神経節細胞とミュラー細胞がAQP9を発現していた。視神経では球後有髄神経においてアストロサイトがAQP4および9を発現していたのに対して、無髄の乳頭部ではAQP9のみ発現していた。ラットに慢性高眼圧を誘導すると網膜神経節細胞ならびに視神経アストロサイトにおけるAQP9発現が蛋白レベル・遺伝子レベルで減弱した。同様の変化はサル高眼圧眼と輸入ヒト緑内障眼でも認められた。AQP9は水以外の溶質も透過できるaquaglyceroporinに属する。中でも乳酸はアストロサイトから神経細胞へ供給される一種のエネルギー基質であることから、高眼圧でAQP9発現が網膜神経節細胞や視神経で低下していることは、緑内障において乳酸というエネルギー基質の供給が障害されている可能性を示した。一方、糖尿病ラットにおいては、本来発現のみられない網膜神経線維層の神経軸索におけるAQP0の発現が増加していた。しかもこの発現増加は神経軸索が視神経内に進入して以降、まったく見られなかった。無髄眼内神経軸索と有髄眼外神経軸索では糖尿病における代謝障害に対する反応に差があることが判った。

AQP0は水輸送以外に細胞接着にも関わっている。また網膜神経節細胞は細胞外基質に接着することが生存に必須条件である。これらのことから、眼内軸索におけるAQP0発現変化は糖尿病網膜における網膜神経節細胞死の増加に関与している可能性が示唆された。培養網膜神経細胞によってAQP9発現の生理的意義を検証できており、また視神経挫滅モデルによって、RGCにおけるAPQ9の生存維持の役割を普遍的に検証できている。当初培養細胞を用いた研究を先行させる予定であったが、本年度は過去の研究をそのまま発展させるべく動物実験を主体に行うこととした。慢性高眼圧と糖尿病モデルは当初の計画通り実験を遂行できている。視神経挫滅モデルも同様に研究を進めているが、より神経変性が急速に、かつ広範に進むため、AQP発現変化と神経節細胞死の因果関係を経時的に立証すべく、タイムコースを複数設定して再現性を確認しているところである。AQP9による乳酸輸送がRGCの生存にcriticalな影響を及ぼしているか、乳酸がRGCのエネルギー基質として働いているかを実証する。現在進行形ではあるが、次年度は特にAQP9発現と網膜神経節細胞死の因果関係を解明することに焦点を当てたい。そのために、細胞培養系でAQP9をノックダウンして神経節細胞死に与える影響を生化学的、分子生物学的に検討していく。また動物モデルにおいても疾患におけるRGC細胞死とAQP発現の経時的関連を明らかにしていく。RGC5細胞を通常濃度のブドウ糖(+glucose)濃度環境に加えて、ブドウ糖を除いた(-glucose)環境、L型乳酸で代用した環境、D型乳酸で代用した環境で培養し、血清の有無による細胞死、アポトーシスの割合、AQP9発現を定量する。次いで、上記の条件下で、AQP9をノックダウンし、RGC5細胞死への影響を検証する。血清除去ないしグルタミン酸負荷により、RGC-5細胞のアポトーシスを誘導する。細胞の生死判定はLive/Dead assayを、アポトーシスの検出にはTUNEL染色を、ミトコンドリア膜電位変化の検出にはMitoTrackrを用いる。AQP9 siRNAないしcontrol si RNAでRGC-5細胞を処理し、AQP9のノックダウンの細胞死ならびにアポトーシスに及ぼす影響を検討する。視神経挫滅モデルを用いて、網膜神経節細胞におけるAQP9発現の経時的変化と細胞死の経時的変化の関連を検討し、vivoにおけるAQP9発現と網膜神経節細胞の生存の因果関係を解析する。本年度は、モデル作成に費やした関係上、動物使用量が当初見込みより少なく、次年度使用額が発生した。次年度は、すでにモデルが確立しているため、数を増やして解析するため、動物購入・飼育数が計画書作成時より増えると予想され、次年度使用額は主にこれを充当するために使用する予定である。
星間分子の遠赤外域探査に備えた分子・イオンの高精度遠赤外分光

すでに始まっている国際的な星間分子観測プロジェクト(ALMA, SOFIA, Herschelなど)における遠赤外域のスペクトル研究を地上の実験室で支えるために、世界で唯一6テラヘルツまで調べられる富山大学の遠赤外分光計を用いて、分子や分子イオンの回転遷移の周波数を数十kHzの精度で精密に測定した。H_2D^+, NH_3, N_2H^+, H_2F^+,などの測定を行った。とくにH_2F^+の測定値はこのイオンの探査発見に欠かせないものである。(1)交流放電システムの改良とH_2D^+イオンの成果公表生成数の少ないイオン分子を試料とする分光測定では、数十Pa程度の比較的高い圧力で混合した気体試料を材料にして放電によりイオンを生成する。その際に必要な交流増幅用のアンプを旧来のものより大きなパワーのものに変えることにより、水素を主とする試料の場合でも余裕を持って実験ができるようにした。このアンプとともに今後製作する昇圧トランスにより、星間分子の中心的な研究対象である水素含有の軽いイオン分子の分光研究を系統的に進められるようになる。これまでに測定されたH_2D^+イオンの測定結果については、Journal of Molecular Spect roscopy誌に掲載された。(2) NH_3分子の測定と成果公表、交流アンプの納入までの期間に、当初2年度目に測定を進める予定であったNH_3分子について前倒しで1年目から実験を進め初年度で済ませてしまうことができた。この分子の測定は米国ジェット推進研究所やドイツ、フランスの研究所との共同研究であり、来るべき遠赤外天文学において、宇宙の物理環境を探る際の有効な分子であるNH_3分子の基本的な分光データを提供するものである。我々のデータをとりいれた論文がすでに投稿済みである。(3)レーザー電源の故障と措置アンプの新調が済み、テスト実験をするうちに、本分光装置製作時から20年近く働いてきたレーザー電源が故障した。耐用年限を大きく過ぎているということで電源メーカーでも修理が不可能ということで、電源は新年度に借入金で急遽あつらえることとした。年度の最後の3か月はこれにより実験ができなかったため、NH_3分子のデータ整理と公表にあてた。(1)レーザー電源の新調本分光装置製作時から20年近く働いてきたレーザー電源が昨年度故障したため,新年度に借入金で急遽あつらえた。(2)CH^+イオン,N_2H^+イオンの分光と,extented negative glow放電セルの特性評価上記のイオンの分光を進めた。CH^+イオンの信号は確認できなかったが,その理由が放電セル中のイオンの温度に関係するらしいことが分かり,信号の見えているN_2H^+イオンのスペクトル線の大きさからイオンの温度を求めた。その結果,extented negative glow放電セルでは予想以上にイオンの温度が低く,冷媒の液体窒素の温度に近いことがわかった。これについて,ギリシャで開かれた国際会議で発表した。(3)イオン分光用の試料真空系の改良12月以降,年度末までヘリウム液化室の建て替えにより測定ができなかったので,この時期を利用して以下二つの面で装置の改良を行った。まず,イオン生成に適した高速排気を実現するため,排気管が太くても振動の伝わりにくい排気系を設計製作した。次に,高い温度のイオンイオンを生成でき,しかも二重管の内側の管を容易に交換できる水冷型のセルを設計製作した。これにより放電管の汚れを気にすることなくさまざまなイオンを研究対象とすることができるようになった。放電セル中の分子イオンの温度はイオンの分光検出感度に直接関係するので、非常に大切な実験条件である。前年度の研究をさらに進めて、N_2H^+イオンのスペクトル線強度をもとた温度を詳しく調べた。その結果,extentednegativeglow放電セル中のイオン分子の温度はN2H+では約130Kで、冷媒の液体窒素の温度に近いことがわかった。これは通常のグロー放電セル中のイオン温度が500K程度あるのに比して非常に低く、今後さまざまなイオン種について分光実験を行ううえで重要な知見となった。これについては2件の国際会議(招待講演)で報告をした。(2)H_2F^+イオンの分光(公表論文を作成中)星間空間にはClと同程度のF原子があり、H_2Cl^+イオンがすでに見つかっていることから、H_2F^+イオンも近いうちに発見されると期待されているが、その探査めための周波数がまだ精度良く求まっていなかった。そこで、カナダのWaterloo大学、岡山大学との共同研究でこのイオン分子の回転スペクトルを検出し、7本の回転遷移についてその周波数を正確に決定した。もっともエネルギーの低い準位からの遠赤外遷移周波数が得られたので、近い将来、遠赤外域の天文観測によりH_2F^+イオンが発見されるであろうと期待される。

(3)放電管用ガラス多重セルの簡便な製作法の開発放電管の内部は気体の放電によるスパッターで汚れや損傷が進み、それがイオン分子の生成効率に大きく影響する。損傷の進んだ管を交換する際に高度なガラス細工の技術者の助力が必要であるが、近年、技術者任用の厳しい状況があるので、ガラス細工の部分の極力少ないセルを考案した。
構造材料の力学的性質に及ぼす粒界及び異相界面構造の効果

単相材の粒界や複合材料の異相界面はしばしば力学的性質を劣化させる原因となる。本研究では粒界脆性が重要なモリブデン、高温構造材料として有望視されているSi_3N_4、SiCおよびTiCのセラミックス、IC産業で重要なマイクロ接合したAl-Auについて、粒界と異相界面の高分解能電子顕微鏡観察を行った。さらに、粒界強度とその相関について孝察した。<モリブデン〈110〉対称傾角粒界>___-:モリブデンの破壊強度は粒界の性格に強く依存する。Σ1小角およびΣ3対応粒界近傍の粒界は整合性がよい。一方、傾角が30°近傍の粒界は整合性が良くない。しかし、これらの粒界はいずれも粒界転位モデルで記述することができることが実証された。したがって、高い共有結合性を有するモリブデンの粒界構造も通常の金属と大差無いものと考えられる。<Si_3N_4、SiCおよびTiCの粒界>___-:Si_3N_4とSiCの粒界には非晶質状の層が観察とれた。SiCの非晶質層をマイクロビーム法とEELSを用いて分析すると、この層は助材や不純物層ではなく構造緩和層であることが明かとなった。Si_3N_4やSiCで観察された非晶質状の粒界層はTiCには観察されず、金属と同様の構造であった。<マイクロ接合したAl-Au異相界面>___-:超ミクロトーム法で作製した薄膜では非晶質層は観察されず、イオンミリング法で作製した薄膜の界面に形成された金属間化合物の大部分は非晶質状であった。ミクロトーム法で作製した試料を用いて電極汚染の影響を明かにした。単相材料の結晶粒界や複合材料の異相界面は破壊や界面すべりを起こし、材料の力学的性質を劣下させる原因となることが多い。しかし、このような特性は界面の方位関係や材料の作製方法によって著しく異なり、劣下をもたらさない場合もあり、界面の構造と密接に関連していることは明らかである。そこで本年度は、粒界胞性が問題となる高融点金属のモリブデンと高温構造用セラミックスとして有望なSiC、TiCについてそれらの粒界構造を高分解能電子顕微鏡を用いて観察した。1.モリブデン:〈110〉対称傾角粒界の破壊強度が粒界での方位差に著しく依存することが知られているので、この依存性に対応する粒界構造の変化を調べた。粒界強度の大きなΣ1とΣ3近傍の方位関係の粒界では、いずれも理想方位(正確に対応粒界となる方位)からのずれが対応格子理論から予想される粒界転位によって補償されることが明らかとなった。粒界強度の低い傾角約30°の粒界では、これまでの研究で粒界の拡張の兆しが観察されていたが、本研究課題で設置した画像解析装置を用いて詳細に観察した結果、この方位差の近傍に存在するΣ9対応粒界から、粒界転位の導入によって角度補償された構造を有することが明らかとなった。2.SiCとTiC:これまでの多結晶や双結晶による研究では、SiCの粒界は広く拡張することが観察され、拡張粒界の当否が問題となっている。モリブデンと同様に詳細に観察した結果、これまで非晶質状であるとされていた拡張粒界の構造は、完全な非晶質状ではなく結晶性の微細構造であることが知られた。一方、TiCの粒界はSiCのように拡張しておらず、むしろ金属に近いことが知られた。これらの粒界構造と力学的性質との対応について研究を進めている。

単相材料の結晶粒界や複合材料の異相界面は破壊や界面すべりを起こし、材料の力学的性質を劣下させる原因となることが多い。しかし、このような特性は界面の方位関係や材料の作製方法によって著しく異なり、劣下をもたらさない場合もあり、界面の構造と密接に関連していることは明らかである。そこで本年度は共有結合性物質の粉界構造を体係的に理解するため、Siについて粒界構造を高分解能電子顕微鏡を用いて観察を行った。さらに、半導体素子における微小接合界面の観察手段を確立するため、AuーAlワイヤボンディング接合界面の微細組織についても観察を行った。1.Si:方位制御した〈110〉対称傾角粒界を有する双結晶を用い、粒界での方位差に対応する粒界構造の変化を系統的に観察した。粒界での対応度がよいΣ3やΣ9粒界では、対応格子理論およびO格子理論から予測される粒界転位が導入された構造を有することが明らかとなった。対応度の低い傾角約30^aの粒界では、粒界近傍で原子配列の乱れがあり、粒界の拡張の兆しが観察された。2.AuーAlワイヤボンディング接合界面:Auワイヤを用いた実用ICのワイヤボンディング部をミクロト-ムを用いた試料作製法で薄膜化させることにより,従来困難であった微小接合部の高分解能観察に成功した。ミクロト-ム法により作成した試料の接合界面には、金属間化合物が形成されていることが知られた。しかし、イオンミリング法により作成した試料では、Ar^+イオン照射によるダメ-ジにより、接合界面近傍が一部非晶質化しており、本来の接合界面の構造を観察するには適さないことが知られた。単相材料の結晶粒界や複合材料の異相界面は破壊や界面すべりを起こし、材料の力学的性質を劣化させる原因となることが多い。しかし、このような特性は界面の方位関係や材料の作製方法によって著しく異なり、劣化を起こさない場合もあり、界面の構造と密接に関連していることは明かである。そこで本年度は、平成2年度、3年度に引き続き方位制御したモリブデン双結晶の粒界構造、ICボールボンディングの界面構造について高分解能電子顕微鏡観察を行った。さらに拡張粒界説の直接的証拠を得るために、SiCの粒界の組成分析を行った。1.モリブデン:本研究課題で行われたこれまでの研究により、モリブデン〈110〉対称傾角粒界の構造はほぼ対応粒界理論に基づく転位モデルで説明でき、粒界破壊強度の方位依存性と良い相関関係があることが明らかとなっている。しかしながら、対応度が悪いにもかかわらず破壊強度が高いΣ17b粒界については観察が行われておらずその原因については未解のまま残されていた。そこで本年度はこのΣ17b粒界を中心に粒界構造の観察を行った。その結果、Σ17b粒界は結晶1の(110)面と結晶2の(001)面がほぼ平行となる面一致粒界となっており、その整合性を保つために粒界に界面転位が導入されていることが明らかとなった。このことがΣ17b粒界が対応度が悪いにもかかわらず高強度を示す要因であると考えられる。2.Al-Auワイヤボンディング界面:ワイヤボンディングにおけるAl電極汚染の影響を調べるために、前年度に成功した超ミクロトーム法により作製したTEM観察用薄膜試料を用いて接合界面の観察を行った。汚染されたICの接合界面には金属間化合物が形成されていない部分が多く観察され、その場所では接合界面に有機物と思われる非晶質状の汚染層が観察された。一方、プラズマエッチングで浄化したICの界面には全面にわたって微細な結晶粒の金属間化合物が形成されていることが明かとなった。3.拡張粒界説の直接的検証:SiCの粒界に観察される非晶質状の層をマイクロビーム法を用いて組成分析を行った。
発育期における過度のトレーニングの危険性を考慮した運動処方プログラムの開発

本研究では、来るべき高齢化社会を念頭に置いて「発育期における過度の運動トレーニング」が中高年以降の身体機能にいかに影響するかを知ることを目的として、運動生理学的見地から検討した。発育期における「過度のトレーニング」及び「種目限定・活動内容の限定」の影響が、スポーツ活動を行わなくなって以降の身体諸機能に及ぼす影響を呼吸循環系及び運動器系の生理機能を中心として検討することで得られた科学的データを基に、「生涯スポーツ」の見地からみた発育期の適切な運動処方プログラムを作成するための基礎的資料を提供することを具体的な目的とした。測定項目としては、一般的な形態計測に加え、全身持久力の指標とされる酸素摂取量、心エコーを利用した心機能測定等、従来は成人においてのみ、あるいは疾病を有する患者にのみ実施されてきた測定を行った。また、運動器に対する影響については3週齢より飼育を開始した雄性・雌性ラットを用いて骨及び骨格筋に対する長期運動トレーニング並びに脱トレーニングの影響を検討した。ラットの平均寿命は約2年から3年程度であり、骨格筋の発達の程度から生涯を4段階に分類することが可能となった。ラット骨格筋では生後3週齢の離乳期に多重神経支配が単一神経支配へと変化する(第1ステージ)。性成熟完成期(第2ステージ)。生後40週齢前後までの筋重量増加、筋力増加期(第3ステージ)。相対的骨格筋重量が低下する老化期(第4ステージ)。ラットのライフステージを直接ヒトに当てはめることは非常に困難であるが、ヒトにおける「発育期」はラットの場合、性成熟が完成する前後の第2から第3ステージにかけてと考えられる結果を得た。今後、実験動物のデータを発育期における児童、生徒に応用するために必要不可欠なタイムテーブルが作製され、動物実験の結果をヒトに外挿するための基礎的資料が得られた。発育期における過度の運動トレーニングの危険性を考慮した運動処方プログラムの開発を目的に、平成9年度においては、循環器系(特に心臓や大血管)の形態や機能の計測、心筋のミオシンアイソザイムの分析、骨格筋構造の崩壊と再生過程における筋の組織化学的、生理学的特性の分析を行っている。心臓や大血管の形態・機能の計測では、ドップラーエコー装置を用いた非侵襲的な測定法の妥当性を確認し、さらに持久的トレーニングが心臓や大血管の形態や機能に及ぼす影響を調べた。この結果については、生理学雑誌(Acta Physiol.Scand.)に近々掲載予定である。さらに、発育とトレーニングのそれぞれが左室拡張期径に及ぼす影響の大きさは、発育段階によって変化することが明らかとなった。また、ラット心筋のミオシンアイソザイムの分析では、若年期に行った持久的トレーニングが老化初期の心筋に及ぼす影響を調べている。現在被検動物は若年期の持久的トレーニングを終え、その後のトレーニング休止時期にあり、老化期に入ってから分析が行われる予定である。また、伸張性筋収縮による骨格筋の崩壊とその後の再生過程を組織化学的、生理学的特性の変化から調べた研究では、崩壊量が筋の収縮回数だけでなく一回毎の収縮時の伸展量や収縮速度によって異なること、収縮機能は伸張性収縮後34日後に最も低下し、この時期が筋の構造の修復が開始されている時期であることが明らかとなりつつある。今後は、これらの研究の継続に加えて、各種イオンチャンネルの機能的特性、骨の組織化学的特徴、筋中の中間代謝物、各種酵素活性、血液生化学成分などの分析を通じて、「ヒト」及び「実験動物」を対象とした研究の融合による運動処方プログラムを作成する予定である。

本年度の研究は、自発的あるいは強制的に持久的トレーニングにより肥大したラットの心臓を対象として、興奮収縮連関の機能を直接制御する筋細胞内膜系の形態的特徴を組織化学的手法を用いて観察することにより、慢性あるいは急性の運動ストレスに伴い突発性に発現する心機能不全のメカニズムの一端を明らかにするための基礎的資料提供することを目的とした。実験動物にはラットを用い、自発走行もしくは強制走行トレーニングを行わせた。8週間のトレーニング後に心臓を摘出し、興奮収縮連関の機能発現に直接関与する筋細胞内膜系(T管、筋小胞体、トライアド)を選択的に染色し、構造特性の変化を中心として電子顕微鏡を用いて観察した。自発走行トレーニング群並びに強制走行トレーニング群共に心臓の肥大率はほぼ同程度であったのに対し、ミトコンドリア容量は強制運動群のみにおいて有意な上昇が認められた。トレーニング群の心筋においては、位置と方向が変化したトライアドが多数観察された。また、位置と方向の変化したトライアドの出現は運動直後の心筋で特に頻繁に観察され、さらに運動直後の心筋ではT管が膨化したトライアドも観察された。ただし、走行トレーニングに伴い、心筋細胞内での位置と方向が変化したトライアドあるいはT管が膨化したトライアドの機能については報告がなく、形態変化が機能の変化に直接結びつくか否かについては不明である。また、運動直後の心筋では、T管の部分断列が観察された。運動中に引き起こされたT管の部分断列がそのまま興奮収縮連関の機能不全を引き起こす要因と成りうるか否かは不明であるが、従来の方法では捕らえることができなかった心機能不全の器質的障害の一因として、その可能性を十分考慮する必要がある。これらの資料を運動処方プログラムの開発にまとめることを来年度の課題としている。発育期にある運動器(骨・骨格筋)に対する過度のトレーニングの影響を組織化学的手法を用いて検討した。発育期に骨の良好な質的量的成長が達成されない状況において、運動トレーニングの実施が骨量の増減にどのように影響するのかを観察すると共に、運動処方の有効性を検討した。雌性ラットに対し卵巣摘出を行った。その後その環境に3週間暴露した後、トレッドミル上でランニングトレーニングを、週5回の頻度で1日60分、30m/分の速度で10週間実施した。これらのラットの大腿骨および脛骨を十分に成長した28週齢で採取し、1)骨密度、2)骨梁骨面積、3)骨芽細胞数、4)破骨細胞数を計測した。大腿骨骨密度及び脛骨の骨梁骨面積はトレーニングを実施したラットにおいて有意に高い値を示した。脛骨の骨梁骨を組織染色して観察した結果、成長板に近い部分の骨梁骨が極めて密に構築されていた。骨梁骨周りに存在する骨形成および骨吸収に関わる細胞を観察すると、トレーニングを実施したラットでは破骨細胞数の減少に対して影響は見られなかったが、骨芽細胞数の増加に顕著な効果が認められた。また、伸張性筋収縮を伴う下り走を行わせたラット下肢骨格筋における筋細胞内膜系の構造変化を電子顕微鏡により観察した。17度の下り傾斜をつけたトレッドミル上で16m/分の速度で5分間の下り走を2分間隔で18回行わせた。筋細胞内膜系が運動終了直後の時点と、運動終了数日後の時点の2段階に渡って崩壊し、その後再構築されるのが観察された。
CGHを用いた消化器癌の癌関連遺伝子発現異常について-病理組織および臨床経過との関連-

1.横浜市立大学医学部第2外科,稲田登戸病院,藤沢市民病院より供与された33症例の胃癌切除標本についてCGH(Comparative Genomic Hybridization)を用い,遺伝子発現異常について検索し,その結果胃癌細胞の分化度(分化型,未分化型),進行度(stage分類)により,遺伝子異常に相違があることが示唆された.この結果については,平成8年度第93回日本内科学会講演会および平成8年度第82回日本消化器病学会総会にて発表し,Clinical Cancer Research(vol.3:1067-1076,1997)に掲載された.2.横浜労災病院内科,東北大学医学部病理学等より供与された37症例の副腎腫瘍についてもCGHを用いた遺伝子異常検索を行ない,悪性度およびホルモン産生能の違いにより遺伝子発現異常に相違があることが示唆された.この結果については厚生省特定疾患内分泌系疾患調査研究班分科会副腎ホルモン産生異常症調査研究班平成8年度公開講座,平成9年度第94回日本内科学会講演会、平成9年度第70回日本内分泌学会学術総会,厚生省特定疾患内分泌系疾患調査研究班分科会副腎ホルモン産生異常症調査研究班平成9年度公開講座にて発表し,ClinicalCancer Researchに投稿中である.3.現在,内視鏡的に採取した,胃腺腫やH.pylori感染粘膜,悪性リンパ腫,大腸ポリ-プ等についてもCGHを用いた遺伝子発現異常の検索を開始している.この結果と上記の胃癌および副腎腫瘍での結果を総括,検討し,遺伝子診断への応用について検討する予定である.4.CGHを用いた胃癌および副腎腫瘍の結果より,未知の癌関連遺伝子の存在が示唆された領域については,クローニングを含めた遺伝子の構造・機能の解析を開始する予定であり,現在準備中である.1.横浜市立大学医学部第2外科,稲田登戸病院,藤沢市民病院より供与された33症例の胃癌切除標本についてCGH(Comparative Genomic Hybridization)を用い,遺伝子発現異常について検索し,その結果胃癌細胞の分化度(分化型,未分化型),進行度(stage分類)により,遺伝子異常に相違があることが示唆された.この結果については,平成8年度第93回日本内科学会講演会および平成8年度第82回日本消化器病学会総会にて発表し,Clinical Cancer Research(vol.3:1067-1076,1997)に掲載された.2.横浜労災病院内科,東北大学医学部病理学等より供与された37症例の副腎腫瘍についてもCGHを用いた遺伝子異常検索を行ない,悪性度およびホルモン産生能の違いにより遺伝子発現異常に相違があることが示唆された.この結果については厚生省特定疾患内分泌系疾患調査研究班分科会副腎ホルモン産生異常症調査研究班平成8年度公開講座,平成9年度第94回日本内科学会講演会、平成9年度第70回日本内分泌学会学術総会,厚生省特定疾患内分泌系疾患調査研究班分科会副腎ホルモン産生異常症調査研究班平成9年度公開講座にて発表し,ClinicalCancer Researchに投稿中である.3.現在,内視鏡的に採取した,胃腺腫やH.pylori感染粘膜,悪性リンパ腫,大腸ポリ-プ等についてもCGHを用いた遺伝子発現異常の検索を開始している.この結果と上記の胃癌および副腎腫瘍での結果を総括,検討し,遺伝子診断への応用について検討する予定である.4.CGHを用いた胃癌および副腎腫瘍の結果より,未知の癌関連遺伝子の存在が示唆された領域については,クローニングを含めた遺伝子の構造・機能の解析を開始する予定であり,現在準備中である.1,横浜市立大学医学部第2外科,稲田登戸病院および藤沢市民病院より供与された33症例の胃癌切除標本についてCGH(Comparative Genomic Hybridization)を用い,遺伝子発現異常について検索した.その結果胃癌細胞の分化度(分化型,未分化型),進行度(stage分類)により,遺伝子異常に相違があることが示唆された.この結果については,平成8年度第93回日本内科学会講演会および平成8年度第82回日本消化器病学会総会にて発表した.現在Clinical Cancer Researchに投稿中である.2,現在,内視鏡的に採取した,胃癌,胃腺種,大腸癌,大腸ポリ-プについてもCGHを用いた遺伝子発現異常の検索を行なっている.この結果と上記胃癌切除標本での結果を総括,検討することにより,CGHを用いた遺伝子診断への応用について検討する予定である.3,副腎腫瘍(良性腫瘍および癌)についてもCGHを用いた遺伝子異常検索を既に行なっており,これまでに良性腫瘍5症例,癌10症例について検討し,ホルモン産生能の違いにより遺伝子発現異常に相違がある可能性が示唆されている.この結果については厚生省特定疾患内分泌系疾患調査研究班分科会副腎ホルモン産生異常症調査研究班平成8年度公開講座にて発表した.現在症例数を増やし,より詳細な検討を行なっており,その結果については平成9年度第94回日本内科学会講演会,平成9年度第70回日本内分泌学会学術総会にて発表予定である.1.横浜市立大学医学部第2外科,稲田登戸病院,藤沢市民病院より供与された33症例の胃癌切除標本についてCGH(Comparative Genomic Hybridization)を用い,遺伝子発現異常について検索し,その結果胃癌細胞の分化度(分化型,未分化型),進行度(stage分類)により,遺伝子異常に相違があることが示唆された.

この結果については,平成8年度第93回日本内科学会講演会および平成8年度第82回日本消化器病学会総会にて発表し,Clinical Cancer Research(vol.3:1067-1076,1997)に掲載された.2.横浜労災病院内科,東北大学医学部病理学等により供与された37症例の副腎腫瘍についてもCGHを用いた遺伝子異常検索を行ない,悪性度およびホルモン産生能の違いにより遺伝子発現異常に相違があることが示唆された.この結果については厚生省特定疾患内分泌系疾患調査研究班分科会副腎ホルモン産生異常症調査研究班平成8年度公開講座,平成9年度第94回日本内科学会講演会,平成9年度第70回日本内分泌学会学術総会,厚生省特定疾患内分泌系疾患調査研究班分科会副腎ホルモン産生異常症調査研究班平成9年度公開講座にて発表し,Clinical Cancer Researchに投稿中である.3.現在,内視鏡的に採取した,胃腺腫やH.pylori感染粘膜,悪性リンパ腫,大腸ポリ-プ等についてもCGHを用いた遺伝子発現異常の検索を開始している.この結果と上記の胃癌および副腎腫瘍での結果を総括,検討し,遺伝子診断への応用について検討する予定である.4.CGHを用いた胃癌および副腎腫瘍の結果より,未知の癌関連遺伝子の存在が示唆された領域については,クローニングを含めた遺伝子の構造・機能の解析を開始する予定であり,現在準備中である.
転写制御因子OCZFを発現するトランスジェニックマウスに関する研究

破骨細胞で発現する転写制御因子OCZFを破骨細胞特異的に発現させるためにマウスゲノムよりカテプシンKプロモーター(全長2057b)をクローニングした。マウスマクロファージ細胞RAW264細胞にtransfectionした時に最も高い転写活性を有する1676bのプロモーターを用いてOCZFcDNA発現させるベクター(Ctsk-OCZF)を作成した。トランスジェニックマウスの作出は日本エスエルシーに委託した。BDF1(C57BL/6とDBAの交雑群)マウス受精卵200個に遺伝子を導入した結果、68匹(33%)のマウスが生まれた。そのうち20匹(68匹の29%)マウスにトランスジーンの導入が同定された。ファウンダーマウスをC57BL/6マウスと掛け合わせてF1F2マウスを作成し、OCZFの発現レベルの高い2つの系統のマウスについてF2F5のマウスを作成し野生型と比較を行った。マイクロCT及びpQCT法により骨密度、骨量、骨の微細構造の比較を行った結果、OCZFトランスジェニックマウスにおいては野生型と比較して全骨密度特に海綿骨の骨密度が大きく減少していた。また、カルセインで骨標識を行い脛骨近位端部の非脱灰標本を作成し、骨代謝パラメーターを解析した結果、骨形成速度には大きな違いはなかったが、フォンコッサ染色では骨量の減少が、TRAP染色では破骨細胞数の増加が認められた。これらの結果から、OCZFは、破骨細胞の分化を促進し骨代謝に影響を与える転写制御因子である可能性が考えられた。さらにその転写活性について検討するために、プロモーターの2057bの5'末よりdeletion plasmidを作成し、それぞれ1676,1382,1085,666bのルシフェラーゼプラスミドを作成し、マウスマクロファージ細胞RAW264細胞にtransfectionし破骨細胞分化因子RANKLの存在下、非存在下における転写活性について調べた。その結果、1676bのプロモーターがRANKL非存在下、存在下において最も高い転写活性を有することが分かった。そこで、この系に破骨細胞の分化に関与する、NFAT,PU.1,MITFの転写因子などの転写因子の発現プラスミドを同時にtransfectionしてその転写活性について検討したところ、PU.1によって顕著に転写活性が促進されることが判明した。そこでこのプロモーターを用いてOCZFcDNAとさらにその3'末端にはIRESを用いてバイシストロニックに蛍光タンパク質EGFPを発現させるベクターを作成した。そのうち66匹のマウスの尾よりゲノムDNAを抽出しPCRおよびSouthern解析によりTgマウスの同定を行った結果、20匹(68匹の29%)マウスにトランスジーンの導入が同定された。ファウンダーマウスをC57BL/6マウスと掛け合わせてF1マウスを作成し、F1マウスのTgマウスから骨髄細胞を単離し、OCZFの発現レベルを抗OCZF抗体及びPCRにより解析した。その結果、発現の高いマウスの系統を選んだ。現在これらのマウスの破骨細胞の分化や、骨のX線解析、骨密度等の測定、組織学的な解析を行っているところである。破骨細胞で発現する転写制御因子

OCZFの破骨細胞における機能について明らかにするために、破骨細胞特異的なプロモーターであるカテプシンKプロモーターを用いてOCZFを発現させたトランスジェニックマウスを作成した。F1、F2及びF3マウスを用いてOCZFの発現の高い3つのラインのマウスから骨髄細胞を単離し、骨髄細胞から形成したマクロファージに破骨細胞分化因子RANKLを添加したときに誘導される破骨細胞の形成能について検討した。その結果、OCZFを発現させたトランスジェニックマウスでは、RANKLが低濃度の時の破骨細胞の形成が野生型と比較して促進されることがわかった。また、OCZFトランスジェニックマウスではより核数の多い破骨細胞が形成された。次に、6週令のオス及びメスのマウスの大腿骨と脛骨を単離し、マイクロフォーカスX線スキャナー及びX線レントゲンによる骨構造解析を行った。その結果、OCZFトランスジェニックマウスにおいては、脛骨近位端において海綿骨の体積の低下が見られた。また、末梢骨定量的CT(Peripheral quantitative computed tomography)法を用いて骨密度及び骨の力学的性質の解析を行った結果、大腿骨の遠位骨幹端部において海綿骨の骨密度の減少及び骨の力学的な強さの低下がみられた。さらに、OCZFトランスジェニックマウスの脛骨近位端の非脱灰標本を作製し、骨形態計測を行い、骨の代謝機能について解析を行った。骨形成について調べるために、カルセインによる骨標識を行った結果、骨形成速度には大きな違いは見られなかった。また一方、破骨細胞に特異的な酵素である酒石酸抵抗性酸フォスファターゼによる染色を行い骨吸収について検討した結果、破骨細胞数の増加傾向、また、フォンコッサ染色では骨量の減少傾向が見られた。このようにOCZFトランスジェニックマウスにおいては、野生型と比較すると破骨細胞の機能分化に影響がみられた。
水中衝撃波による再生医療用気泡内包マイクロカプセルの破壊制御技術の開発

人体内外において3次元組織構築のため,衝撃波の強弱によって破壊と内部細胞刺激を行える気泡,細胞および培養液からなるマイクロカプセル開発を最終目標として,本課題においては,(1)カプセル破壊については,顕微鏡下でのカプセル内気泡変形挙動の観察から,気液比30-40%程度で気泡崩壊時のマイクロジェットによる破壊がおきること,(2)内部気泡の簡易数理モデルの解析から,気液比が小さくなると振動振幅が大きくなり,観察結果と定性的に一致すること,がわかった.人体内外において3次元組織構築のため,衝撃波の強弱によって破壊と内部細胞刺激を行える気泡,細胞および培養液からなるマイクロカプセル開発を最終目標として,本課題においては,(1)カプセル破壊については,顕微鏡下でのカプセル内気泡変形挙動の観察から,気液比30-40%程度で気泡崩壊時のマイクロジェットによる破壊がおきること,(2)内部気泡の簡易数理モデルの解析から,気液比が小さくなると振動振幅が大きくなり,観察結果と定性的に一致すること,がわかった.具体的目的は,(A)気泡の大きさと細胞やカプセルの膜の弾性率(物性値)による破膜への影響の観察と圧力の立ち上がり周波数,強度,波形などのカプセル内気泡変形挙動への影響と崩壊の最適制御(気泡変形挙動観察と圧力制御),(B)圧力制御の細胞増殖への影響(細胞刺激と増殖)であり,以下の結果となった.(1)細胞入り気泡内包マイクロカプセルの生成[(B)細胞刺激と増殖]まず,大きさ(50μm)のマイクロカプセルを製作した.なお,制作したカプセル破壊の条件が安定しないため,このカプセルの破壊条件についても検討を行った.次に既設のマイクロマニュピレーションシステムを改良し,内部に液体と空気またはCO2ガスの混合液を流量制御しながら入れ,基本部分となる気泡内包カプセルを製作した.空気については,流量制御によるカプセルの安定生成に成功した.一方,CO2ガスについては継続して安定性を確かめているところである.また,マニュピレーションシステムのピペットで機械的に膜を穿孔で膜を穿孔し,細胞(赤血球,血管内皮細胞)を挿入し,その後のカプセルの安定性を確認しながら最適な手法を探った結果,赤血球の挿入には成功したものの,血管内皮細胞については,ピペットによる操作時の刺激制御が安定しないこともあるが,細胞が機械的破壊のため成功していない.(2)衝撃波発生と観察装置の開発[(A)気泡変形挙動観察と圧力制御]ナノ秒パルスレーザ,顕微鏡の対物レンズを用いて,水で満たされた微小セルにレーザを集束させ,衝撃波(マイクロ衝撃波)を生成させている.これについては,ナノ秒パルスレーザを単発発振と偏光調整をおこなった後,対物レンズに入射し,セル内でレーザを集束させて,衝撃波を生成し,これを測定ならびに観測するものであるが,集束ならびに偏光調整が完全ではなく圧力の出力不足となっている.衝撃波を気泡内包カプセル内の細胞への物理的刺激と増殖後のカプセル破壊の2つのモードを同時にもつシステムを開発することを最終目標として,本研究では,(1)カプセル破壊条件算出のためのカプセル内気泡振動と(2)カプセル内細胞培養可能のための条件算出と細胞への物理的刺激伝播の数値予測,を目的としており,本課題遂行により以下のことが明らかになった.1.カプセル破壊条件算出のためのカプセル内気泡振動については,カプセル内の気液比(ガスと液体の比率)およびカプセル膜の厚さを変化させた場合のカプセル内気泡変形挙動について,顕微鏡下でCCDカメラによって気泡変形を観察し,得られた気泡画像について画像処理によって気泡形状を抽出し,気泡の変形挙動を調べたところ,気液比が30-40%程度では気泡崩壊時のマイクロジェットによる破壊が起きやすくなり,気泡重心速度や変形振動半径も大きくなっており,一方,気液比が,60-70%程度では,気泡振動のみ見られ崩壊には至らず,変形振動半径も小さいことがわかった.これらから,再生医療システムにおいては,細胞とともに封入する気液比の大きさにも大きく依存するため,この気液比の調整が重要となることがわかった.2.カプセル内細胞培養可能のための条件算出と細胞への物理的刺激伝播の数値予測については,特に物理的刺激の数値予測については,内部気泡の挙動を簡潔に表現できる数理モデルを用いて,気液比が大きくなると振動振幅が小さくなることがわかり,刺激モードでの液体部圧力による細胞への物理刺激についても予測することができた.培養可能の条件算出については,実際の細胞による培養系への適用を試みたが,期間内においては,明解な培養条件(カプセル内部での培養液のpH調整や,Naイオンの調整)などを算出できていない.これについては,期間終了後も継続して行っている.生体流体工学気泡内包カプセル生成については,おおむね計画通りに進行しているが,研究実績に記載の(2)衝撃波発生と観察装置の開発[(A)気泡変形挙動観察と圧力制御]について,ナノパルスレーザを用いて衝撃波を生成するが,光学系の調整がまだ十分に最適化されていないため,当初予測していたレーザの集束後の出力が小さく,細胞近傍で発生させても破壊や刺激として十分な圧力レベルではないことが予測されており,その意味で作用させる方のマイクロ衝撃波の生成については,平成26年度も継続することとなっている.また,細胞については,本研究課題のカプセル作成の際に,これまでの細胞封入技術の向上が求められ,再検討を行っている.