hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウニ胚の原腸形成における細胞間相互作用と形質発現に関する研究

ウニ胚発生過程での原腸形成及びそれに先きだつ第一次間充識細胞の運動に関して、前年度までに得られた観察結果とそれに関与するであろう細胞間物質についての検討がなされた。これらの発生期間には、特異的な糖タンパク質が出現し、間充識細胞運動など形態形成上、重要な役割を果たすことをモノクローナル抗体をえて明らかにした。又、コラーゲン合成率が、胚葉ごとに異なり、胚でのこれら胚葉による形態形成期にやっ先きだって高まることを確認した。これらは、本研究の前年度までに得られた成果の確認である。又、細胞間情報として得られ、原腸形成に効果をもつペプチドを前年度までに精製したが、今年そのアミリ酸配列を明らかにした。本研究は予算の関係から、これらのcDNAのクローングを試みる段階にとどまったのは残念であった。又、細胞間物質であると考えられるアリルスルファターゼの機能については、まだ明らかではないが、クローニン化したcDNAで胚でのそのmRNAの分布が、外胚葉の一部に限られていることがinsituハイブリダイゼーションによって明らかになった。細胞膜機能に関与するイオン輸送のATPaseと考えられるcDNAをも得ており、これらは原腸形成期に発現するので、細胞間物質、細胞膜機能と原腸形成の関連を明らかにするための重要なマーカーとなる。これら以外に、原腸形成と関連するタンパク質を明らかにするため、巨大原腸を形成する植物極化胚で多く合成されるタンパク質を検討し、数種を見出した。これらタンパク質は、原腸胚形成解析のマーカータンパク質として用いることができる。これらタンパク質情報発現の制御機構として、核タンパクのリン酸化、ADPリボシル化、グリコシル化などが原腸形成期に高まり、それらの阻害剤を用いることで、原腸形成との関連を示した。細胞内外物質とウニ原腸胚形成の関連を形態的に検討した。胚壁を構成する胚壁の厚さ、胚壁からの細胞の離脱・細胞の動き・細胞間の結合力について、細胞内物質(主としてアクチン・チューブリン)の又はそれで構成される細胞内構造を明らかにし、重合阻害剤の形態に及ぼす作用、細胞外物質の分解酵素、その機能阻害物質の作用を光学顕微鏡、走査型、透過型電子顕微鏡で観察し、それぞれの細胞内又は細胞外物質の役割を検討した。細胞外物質としては、フコースを含むプロテオグリカン、コラーゲン、ネクチン、又細胞外に原腸胚期に生ずるアリルスルファターゼなどの形態形成に果す役割を検討中である。細胞外物質として、コラーゲン精製は完了に近く、アリルスルファターゼ精製は完了した。細胞外に存在し、胚に投与すると原腸形成異常をおこすペプチドの精製、アミノ酸配列も決定し、抗体作成も完了した。特異的に原腸期に出現することを明らかにした【K^+】、【H^+】ATPaseも現在精製中である。原腸胚形成期の中胚葉細胞のモノクローナル抗体群の作成も完了した。又アリルスルファターゼcDNAクローニング及び原腸胚期の内、中、外胚葉特異的なcDNAを選び出すことにも成功した。これらのcDNAと細胞内外物質、その他マーカー蛋白との関連を検討すべく準備中である。発生過程におけるこれらの発現機構の解析の準備は完了したと考えられる。これらの情報発現に関して、細胞内の状況を変化させ得る機能阻害又は促進物質と形態形成の関連も明らかになりつつある。これらの物質による形態形成阻害・異常とマーカー物質の形成、分布との関係も解析中である。又、現在マーカーとしている物質合成の調節機構に関与すると考えられるクロマチン機能の変化とクロマチン蛋白質の化学修飾、クロマチン含有物質の変化、それら物質のクロマチン機能調節での役割についても検討を加えている。ウニ胚発生過程での原腸形成期に原腸構造を形成するのに重要な役割をすることを示してきた細胞外物貭コラーゲンが,原腸期胚で認めることができた.その形態形成での役割はまだ推測の域を出ないが,細胞外に原腸形成に伴なって多量に存在するようになるアリルスルファターゼのcDNAはクローン化され,その塩基配列も決定された.アリルスルファターゼの形態形成での役割を検討中である.又,細胞外物貭群のそれぞれのモノクローナル抗体を得て,それら物貭の胚葉ごとの分布,細胞運動での役割を検討した結果,中胚葉細胞に特異的であり,原腸胚期におけるそれらの細胞運動と関連する細胞外物質を見出した.又,胚組織を構築する細胞外物貭ではないが,外原腸を形成させる効果をもつペプチドが胚腔内に存在し,細胞骨格形成に影響を与える可能性を見出した.このペプチドは精製され,アミノ酸配列も明らかになった.現在,このcDNAのクローニングを試みつつある.一方,膜に局在するタンパク質のうち,胃壁細胞でしか知られていなかったH^+,K^+ATPアーゼが原腸形成期以降に見出され,中胚葉細胞の形態形成に重要な役割をもつことが明らかになった.このタンパク質をコードしている可能性の高いcDNAをクローン化し,検討中である.現在,このcDNA及びアリルスルファターゼcDNAをプローブとしたノーザンブロッティングによると,これらは原腸形成期を中心として転写されることが明らかになった.

これらの転写制御について, DNAメチル化,核蛋白貭のリン酸化,(ADPリボシル)化を検討し,モルラ期原腸胚期を中心として,それらの活性が高まることを見出している.そして,これらの阻害物貭により,原腸形成阻害及び細胞機能の発現を検討した結果,原腸形成には,モルラ期でのDNA及び核蛋白貭の化学修飾が関与し,又,原腸形成期には直接これらの関与がある可能性を見出した.ウニ胚発生過程での原腸形成及びそれに先きだつ第一次間充識細胞の運動に関して、前年度までに得られた観察結果とそれに関与するであろう細胞間物質についての検討がなされた。これらの発生期間には、特異的な糖タンパク質が出現し、間充識細胞運動など形態形成上、重要な役割を果たすことをモノクローナル抗体をえて明らかにした。又、コラーゲン合成率が、胚葉ごとに異なり、胚でのこれら胚葉による形態形成期にやっ先きだって高まることを確認した。これらは、本研究の前年度までに得られた成果の確認である。又、細胞間情報として得られ、原腸形成に効果をもつペプチドを前年度までに精製したが、今年そのアミリ酸配列を明らかにした。本研究は予算の関係から、これらのcDNAのクローングを試みる段階にとどまったのは残念であった。又、細胞間物質であると考えられるアリルスルファターゼの機能については、まだ明らかではないが、クローニン化したcDNAで胚でのそのmRNAの分布が、外胚葉の一部に限られていることがinsituハイブリダイゼーションによって明らかになった。細胞膜機能に関与するイオン輸送のATPaseと考えられるcDNAをも得ており、これらは原腸形成期に発現するので、細胞間物質、細胞膜機能と原腸形成の関連を明らかにするための重要なマーカーとなる。これら以外に、原腸形成と関連するタンパク質を明らかにするため、巨大原腸を形成する植物極化胚で多く合成されるタンパク質を検討し、数種を見出した。これらタンパク質は、原腸胚形成解析のマーカータンパク質として用いることができる。これらタンパク質情報発現の制御機構として、核タンパクのリン酸化、ADPリボシル化、グリコシル化などが原腸形成期に高まり、それらの阻害剤を用いることで、原腸形成との関連を示した。
シナプス伝達抑圧とグルタミン酸受容体

培養下で形成された小脳顆粒細胞・プルキンエ細胞間のシナプスは生体や切片標本で知られているのと同様の可塑的変化を示す。顆粒細胞と下オリーブ核ニューロンの組み合わせ刺激は上記のシナプス伝達を長期抑圧し、その際にはプルキンエ細胞のグルタミン酸に対する感受性が低下することを示唆する結果も得られている。さらに、このシナプス伝達抑圧を誘導する必要十分条件がプルキンエ細胞の脱分極と顆粒細胞の活性化が同時に起こることであることも既に報告した。その後、グルタミン酸投与と脱分極の組み合わせによりプルキンエ細胞のグルタミン酸応答の抑圧が引き起こせることが、他の研究者により報告された。本研究ではグルタミン酸がどのような受容体に働き、長期抑圧が発現するのか検討した。グルタミン酸受容体はメタボトロピック受容体とイオノトロピック受容体に大別されるが、本研究ではどのサブタイプのメタボトロピック受容体が長期抑圧に関与するのか検討した。ところで、現在までメタボトロピック受容体のサブタイプに特異的な阻害剤は知られていない。そこで、プルキンエ細胞に多く発現していることが知られているmGluR1の細胞外ドメインに対する抗体を作製し、その抗体がサブタイプ特異的に機能を阻害するか否か検討した。mGluR1を強制発現させたCHO細胞にグルタミン酸を投与するとフォスフォイノシトール(PI)の代謝が亢進するが、抗体はこのPI代謝の亢進を阻害した。この抗体を用いてプルキンエ細胞を間接蛍光抗体法で染色すると、樹状突起が顆粒状に染色された。またこの抗体存在下でグルタミン酸投与とプルキンエ細胞の脱分極を組み合わせても、グルタミン酸応答の抑圧は起こらなかった。以上の結果から、mGluR1が長期抑圧の発現に関与していることが明かとなった。
大腸菌のインプレノイド生合成の研究-新規代謝経路の解明と調節機構の検討

1.大腸菌のファルネシル二リン酸合成酵素ヌル変異体においてこれまでに見いだされていなかった新規なプレニルトランスフェラーゼ活性を2種類検出した。これらの酵素の存在量は微量であったが、ヌル変異体の生育において欠損酵素の機能を代替していると考えられた。それらは精製溶媒に界面活性剤を添加することで精製が可能となるなど膜タンパク質様の性質を示したが、性質決定の結果1つはオクタプレニル二リン酸合成酵素であり、もう1つはファルネシル二リン酸およびそれ以上の鎖長を持つプレニル二リン酸を合成していることが分かった。2.大腸菌内を用いたプレニル二リン酸の生産を目的とし、プレニルトランスフェラーゼの生成物鎖長制御機構の解明を試みた。ランダム変異の導入により中等度好熱性細菌および高度好熱性古細菌のプレニルトランスフェラーゼの生成物鎖長の改変に成功し、その結果プレニルトランスフェラーゼ間には共通に2つのアラパラギン酸リッチな配列が存在するが、そのうち最初の配列から5残基上流に位置するアミノ酸残基が鎖長制御に重要であることを明らかにした。これらはプレニルトランスフェラーゼの生成物鎖長の人為的な制御を可能にした初めての報告である。さらに様々な生物種のプレニルトランスフェラーゼについてその周辺の領域を比較し、その結果に基づいた変異導入を行うことによりプレニルトランスフェラーゼの鎖長制御機構が系統発生学的に区別できることを明らかにした。1.メナキノンおよびユビキノンの側鎖のイソプレンユニットの長さをシリカゲル、逆相吸着ゲルなどの各種クロマトグラフィーを用いて分析し、野性株のそれとの比較を行ったところ、ヌル変異体のキノン類の側鎖が野性株と幾分相異する事がわかった。しかしながら、これまでのイソプレノイドの生合成研究からはこのような相異は炭素鎖の長さの上からは考えず、二重結合の幾何異性によることしか考えられず生合成の出発基質が異なることが示唆された。これに関しては種々の基質を用いて酵素反応を行う必要があり、次年度のテーマとして残されてしまった。2.ヌル変異体の酵素を分離精製したところ、これまでに見出されていなかった新規な酵素活性が2種類見出された。これらの酵素存在量は微量であり、精製の都度そのクロマトグラムは変化したが、精製溶媒に界面活性剤トリトンを加えたところ均一に精製されることがわかった。その結果、新規の酵素のうち一つはオクタプレニルニリン酸合成酵素であり、もう一つは酵素欠損のファルネシルニリン酸をはじめそれ以上の長さのプレニルニリン酸を合成していることがわかった。この酵素が欠損酵素を代替しているか種々の検討を加えているところである。1.大腸菌のファルネシル二リン酸合成酵素ヌル変異体においてこれまでに見出されていなかった新規なプレニルトランスフェラーゼ活性を2種類検出した。ランダム変異の導入により中等度好熱性細菌および高度好熱性古細菌のプレニルトランスフェラーゼの生成物鎖長の改変に成功し、その結果プレニルトランスフェラーゼ間には共通に2つのアスパラギン酸リッチな配列が存在するが、そのうち最初の配列から5残基上流に位置するアミノ酸残基が鎖長制御に重要であることを明らかにした。
学童期の注意欠如多動性障害への自己理解促進ツール『エディとハーディの一日』の応用

注意欠如・多動性障害(Attention Deficit/Hyperactivity Disorder:ADHD)は、不注意や多動性/衝動性といった症状を有するが、学童期においては症状の自己評価が難しいため、保護者や教師等による他者評価に基づく状態像把握が主体となっている。ADHD児が自身の症状を十分に理解できる環境を整えていくことは子どもの権利や自己決定を尊重する観点から重要であるが、本人の症状理解を促進する標準化されたツールは存在しなかった。H28年度からの科研費若手研究(B)で「学童期の注意欠如多動性障害に対する症状の自己理解促進ツールの作成と有用性の研究」を行い、症状の自己理解促進ツール「エディとハーディの一日」の作成を行った。今年度、その成果を2018年第23回国際児童青年精神医学会議で2演題発表を行い発信した。本研究では、先の研究で作成し実行可能性と信頼性が確認された本ツールを、学童期のADHD児に対して広く使用できるように整備することを今年度の研究の目標に設定した。そのことでより多くのADHD児の自己理解が促される機会が増える可能性があり、意義は大きいと考えている。具体的には、Webページを作成し利用しやすいコンテンツについて検討した。またアプリケーションの作成に着手してきた。一方、共同研究者等に日常臨床において本ツールを使用してもらい、使用に慣れてもらうことを行った。Webページとアプリケーションの作成について予想より時間を要しているため、遅れている。次年度の完成に向けて継続して行っていく。分担研究者とシステムエンジニア等でWebページとアプリケーションの作成に向けて意見交換を繰り返していく。その上で、アプリを用いて妥当性と症状の自己理解が促進されたかについて、研究を進めていく予定である。Webページとアプリケーション作成について検討はしていったものの、完成していないことで今年度の支出額とならなかったことがが一番の次年度使用額が生じた理由である。次年度にそれを履行し完成をみる予定である。それに応じてその他費用(前出の作成費用)、それに伴う人件費や物品費が必要となる。
ねじ締め付け力の体感と可視化を可能とする簡易センサーの開発

研究目的:学生がねじを締め付ける作業を行う時、適度な力加減が分からずに締めるため、緩すぎだり締めすぎたりする事例が多く見受けられる。理由としては、次の2点が考えられる。1、締めたもののその力加減で良いか分からない(感覚・腕力には個人差がある)。2、見ただけでは締め加減は判断が付かない(スパナ等の通常工具では分からない)。本研究は、トルクレンチ等の特別な工具を使用せずに通常の工具でもボルト・ナット類の締め付け訓練が適正に行えるように、体感および可視化できる簡便なセンサーの試作を目的とする。研究方法:想定したねじサイズは、製作・実験がしやすいと予想してM10(標準締付けトルク24.5N・m)を選択した。手順は次の通り。1、材料選択:ステンレス板・厚さ1mm。2、金型製作:円環形状内側の爪部分を折り曲げるための円錐形状(CNC旋盤)。3、切り出し:円環内側に爪8枚および予想していた変形にならなかったため、破断しやすいように切込みを1ヵ所追加(ファイバーレーザー加工機)。4、折り曲げ:爪部分を折り曲げる(プレス機・製作しておいた金型)。5、設置:試作した簡易センサーをボルト-簡易センサー-ワッシャー-ナットの順に。6、計測:ボルトを締め付け、破断した時のトルクを計測(トルクレンチ)。7、繰り返し計測し、目標の締付けトルクに近いところで破断するように形状・厚さ・材質を求める。研究成果:製作した簡易センサーは、スパナ等の通常工具でも、破断直前まで力加減を感じとることが可能であった。破断するまで締め付ける方法なので、体感・目視いずれも分かりやすい方法である。また、今回の研究・実験により、切込み形状を変える(位置: 2種類、長さ: 4種類)ことによって必要なトルクに調整可能な試作品を製作することができた。これにより、実際に用いる工具でも簡易センサーを使用することで体感が可能となった。手順は次の通り。
脊髄小脳変性症におけるアミロイド様線維形成機構の解明と治療法の開発

本研究では、脊髄小脳変性症14型(SCA14)の原因となる変異型PKCgammaをモデルとして、1異常たんぱく質凝集体の形成阻害メカニズムの解明、2アミロイド様線維合成阻害薬の開発、3形成されたアミロイド様線維を分解、無毒化する機構の解明を目的とする。特に分子シャペロンの機能に着目し、アミロイド合成阻害作用を持つ分子群の作用機構を明らかにし、該当する分子に作用する薬物を同定しようとするものである。さらに、SCA14モデルマウスを用いて、凝集体抑制物質の有効性、アミロイド分解機構を検討し、多くの神経変性疾患に有効な予防薬の開発につなげようとする研究である。現在までに、1Hspファミリーによる変異型PKgammaの凝集体形成抑制機序の検討を行い、2Hspの発現誘導が可能な薬物のスクリーニングを行っている。今年度は動物投与を念頭に置き、脳内移行度の高いいHsp誘導薬であるHsp990、Debio0932についても検討を行い、培養細胞および初代培養プルキンエ細胞、マウス個体において、Hsp70およびHsp40の発現誘導する作用をもつこと、および、凝集体形成を有意に抑制することを確認した。AAVウイルスを用いてSCA14モデル動物を作製することにも成功し、現在、薬物のモデルマウスの小脳プルキンエ細胞での凝集体抑制作用について検討中である。同定された薬物は、アミロイド形成により発症するすべての神経変性疾患、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、小脳脊髄変性症などの本質的な治療薬としても応用可能であると推測できる。本年度は、薬物の動物投与を念頭に置き、脳内移行度の高いいHsp誘導薬であるHsp990、Debio0932について検討を行い、1培養細胞および2初代培養プルキンエ細胞、3マウス個体において、Hsp70およびHsp40の発現誘導する作用をもつこと、および、凝集体形成を有意に抑制することを確認した。AAVウイルスを用いて小脳プルキンエ細胞特異的に変異型PKCgammaを発現させたマウス(SCA14モデル動物)を作製することにも成功し、現在、薬物のモデルマウスの小脳プルキンエ細胞での凝集体抑制作用について検討中である。今後、AAVを用いて作製したSCA14モデルマウスに、Hsp誘導薬を投与し、凝集体抑制作用、小脳失調抑制作用について解析する予定である。同定された薬物を、他の神経変性疾患のモデルマウス(アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、小脳脊髄変性症)にも投与し、神経変性疾患の治療薬としての応用についても検討する。現在までに、1Hspファミリーによる変異型PKgammaの凝集体形成抑制機序の検討を行い、2有効なHspの発現誘導が可能な薬物のスクリーニングを行った。具体的には、培養細胞および初代培養プルキンエ細胞において、Hsp70およびHsp40の発現が変異型PKCgammaの凝集体形成を抑制することが可能であり、セラストロールおよびハービマイシンに、Hsp70およびHsp40の発現誘導する作用をもつことが確認できた。セラストロールおよびハービマイシンは初代培養プルキンエ細胞において、凝集体形成を有意に抑制した。また、これらの薬剤をマウスに投与したところ、セラストロールは、小脳において、Hsp70の発現誘導作用を有することが確認された。今後、より脳内移行性が高く、かつHsp誘導作用を持つ薬物について検討する。それらの薬物をSCA14モデルマウスに投与し、凝集体抑制作用について解析する予定である。本年度は、1Hspファミリーによる変異型PKCgammaの凝集体形成抑制機序の検討を行い、2有効なHspの発現誘導が可能な薬物のスクリーニングを行った。これらの研究は、計画調書に記載した研究計画をほぼ遂行したものであり、同時に有望な結果を得ている。具体的には、培養細胞および初代培養プルキンエ細胞において、Hsp70およびHsp40の発現によって、変異型PKCgammaの凝集体形成を抑制することが可能であり、セラストロールおよびハービマイシンに、Hsp70およびHsp40の発現誘導する作用をもつことが確認できた。

特に分子シャペロンの機能に着目し、アミロイド合成阻害作用を持つ分子群の作用機構を明らかにし、該当する分子に作用する薬物を同定しようとするものである。さらに、SCA14モデルマウスを用いて、凝集体抑制物質の有効性、アミロイド分解機構を検討し、多くの神経変性疾患に有効な予防薬の開発につなげようとする研究である。現在までに、1Hspファミリーによる変異型PKgammaの凝集体形成抑制機序の検討を行い、2Hspの発現誘導が可能な薬物のスクリーニングを行っている。今年度は動物投与を念頭に置き、脳内移行度の高いいHsp誘導薬であるHsp990、Debio0932についても検討を行い、培養細胞および初代培養プルキンエ細胞、マウス個体において、Hsp70およびHsp40の発現誘導する作用をもつこと、および、凝集体形成を有意に抑制することを確認した。AAVウイルスを用いてSCA14モデル動物を作製することにも成功し、現在、薬物のモデルマウスの小脳プルキンエ細胞での凝集体抑制作用について検討中である。同定された薬物は、アミロイド形成により発症するすべての神経変性疾患、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、小脳脊髄変性症などの本質的な治療薬としても応用可能であると推測できる。本年度は、薬物の動物投与を念頭に置き、脳内移行度の高いいHsp誘導薬であるHsp990、Debio0932について検討を行い、1培養細胞および2初代培養プルキンエ細胞、3マウス個体において、Hsp70およびHsp40の発現誘導する作用をもつこと、および、凝集体形成を有意に抑制することを確認した。AAVウイルスを用いて小脳プルキンエ細胞特異的に変異型PKCgammaを発現させたマウス(SCA14モデル動物)を作製することにも成功し、現在、薬物のモデルマウスの小脳プルキンエ細胞での凝集体抑制作用について検討中である。今後、より脳内移行性が高く、かつHsp誘導作用を持つ薬物について検討する。それらの薬物をSCA14モデルマウスに投与し、凝集体抑制作用について解析する予定である。今後、AAVを用いて作製したSCA14モデルマウスに、Hsp誘導薬を投与し、凝集体抑制作用、小脳失調抑制作用について解析する予定である。同定された薬物を、他の神経変性疾患のモデルマウス(アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、小脳脊髄変性症)にも投与し、神経変性疾患の治療薬としての応用についても検討する。
量子ドットスピンレーザー

電子のスピン緩和が抑制されるIII-V族化合物半導体量子ドットを用いて、電子スピン情報をレーザー光の円偏光特性に変換する量子ドットスピンレーザーについて研究した。量子ドットに対するスピン注入のダイナミクスとスピン緩和、スピン保持に優れた量子ドットの作製等の研究を行い、スピン注入の主要な阻害要因としてパウリブロッキングの影響を明らかにした。そして、ドットの高密度化や二次元電子系とのトンネル効果により、高効率で超高速のスピン注入が可能になることを示した。また、レーザー媒質となる量子ドット活性層と金属強磁性体スピン電極を持つ発光ダイオードを作製し、電子スピンの電流注入による円偏光特性を得た。固体電子回路における電子スピン情報を光伝送するための新しい光デバイスであるスピンレーザーの実現を目指して、レーザー光発振中に電子スピン状態を維持することが可能な半導体量子ドットを活性領域とする「量子ドットスピンレーザー」を研究する。平成22年度は、主要な研究課題である半導体量子ドット層と接合する金属強磁性体の原子層制御エピタキシャル成長に関する準備を行った。そのため、化合物半導体分子線エピタキシーチャンバーと超高真空金属磁性体蒸着チャンバーを超高真空基板搬送システムで連結した「複合型超高真空エピタキシーシステム」を平成23年2月に導入した。その後、立ち上げ調整と基本性能の確認を実施した。また、半導体表面における金属強磁性体ナノ構造スピン電極作製のため、電子ビームリソグラフィーを用いて半導体薄膜表面にスパッタした金属薄膜の微細加工を行った。その結果、200nm四方で四隅が10nmの精度で直角に加工された電極構造の作製に成功した。さらに、STM/NC-AFMシステムにより、半導体表面および金属強磁性体薄膜表面のナノスケールでの形態観察とその強磁性スピン状態の計測を行った。半導体量子ドットに対する高効率電子スピン注入プロセスを確立するため、希薄磁性半導体薄膜と自己組織化量子ドットからなる複合ナノ構造を分子線エピタキシーにより作製した。希薄磁性半導体において光励起したスピン偏極電子の量子ドットへのスピン注入ダイナミクスを、磁場中スピン分解ピコ秒発光分光システムにより実時間計測し、スピン保存率80%の高効率電子スピン注入を実現した。また、詳しい励起スピン密度依存性より、スピン保存電子トンネルとスピン非保存電子伝導が注入時のスピン保存率に与える影響を定量的に明らかにした。平成23年度は、昨年度に引き続き、主要な研究課題である半導体量子ドット層と金属強磁性体の原子層制御エピタキシャル成長に関する研究を複合型超高真空エピタキシーシステムにより行い、半導体量子ドットの良好な結晶構造や発光を始めとする光学特性、スピン緩和特性などを明らかにした。また、電子ビームリソグラフィーにより半導体量子ドット層表面における金属強磁性体ナノ構造スピン電極の作製を行い、発光ダイオード構造の作製と顕微分光による光学特性評価を行った。さらに、STM/NC-AFMシステムにより、半導体表面および金属強磁性体薄膜表面のナノスケールでの形態観察とその強磁性スピン状態の計測を行うとともに、半導体量子構造における電子波動関数の空間分布に関する知見を得ることが出来た。さらに、半導体量子ドットに対する高効率電子スピン注入プロセスを確立するため、II-VI族希薄磁性半導体とIII-V族のGaAs量子井戸やInAs自己組織化量子ドットからなるスピン注入型トンネル接合を作製し、希薄磁性半導体に生成したスピン偏極電子のスピン注入ダイナミクスを磁場中スピン分解ピコ秒発光分光により研究した。その結果、GaAs量子井戸への100-200psの超高速電子スピン注入と50%以上のスピン保存率を示す高効率電子スピン注入に成功した。また、磁場中スピン分解超高速ポンププローブ分光により、コアシェル型半導体量子ドットにおけるフェムト秒領域のスピン緩和と磁場効果を計測した。電子スピン情報の光伝送を目指して、レーザー光発振中に電子スピン状態を維持することが可能な半導体量子ドットを活性領域とする「量子ドットスピンレーザー」を研究する。主な研究目的としては、量子ドットに対して室温動作可能な金属強磁性体ナノ構造による電子スピン電極を作製し、注入時のスピン緩和を十分抑制することが可能な金属磁性体と半導体の原子層制御界面の実現と、超高速の準共鳴電子スピントンネルを利用して、磁性体スピン電極から半導体量子ドットにスピン偏極電子を高効率に注入することである。平成25年度は前年度に引き続き、半導体量子ドット層と金属強磁性体の原子層制御エピタキシャル成長に関する研究を複合型超高真空エピタキシーシステムにより行った。前年度に得られたショットキーバリアによる電流スピン注入に対して、平成25年度は、InGaAs量子ドットと積層したAlGaAsバリア層表面においてMgO酸化物トンネルバリアとFe強磁性体スピン電極層の単結晶エピタキシャル成長を実現した。

そして、この酸化物トンネル注入型電子スピン電極構造を用いた量子ドット発光ダイオード素子を作製し、電流注入発光の円偏光特性より250Kまでの温度領域において電子スピン注入を確認した。また、詳細な注入電流依存性や磁場依存性などの測定により、Fe強磁性スピン電極層内で生成された電子スピン分極の10 %に相当する電子スピンが量子ドットに輸送・注入されていることがわかった。さらに、半導体量子ドットに対して、トンネル効果を利用した高効率電子スピン注入プロセスの検討を行い、InGaAs量子井戸からなる二次元電子系から次元性の異なるInGaAs量子ドットに対して、GaAsトンネルバリアを介したスピン損失がほとんど認められない10 psの時定数を持つ超高速電子スピントンネル注入を実現した。電子スピン情報の光伝送を目指して、レーザー光発振中に電子スピン状態を維持することが可能な半導体量子ドットを活性領域とする「量子ドットスピンレーザー」を研究する。主な研究目的としては、量子ドットに対して室温動作可能な金属強磁性体ナノ構造による電子スピン電極を作製し、注入時のスピン緩和を十分抑制することが可能な金属磁性体と半導体の原子層制御界面の実現と超高速の準共鳴電子スピントンネルを利用して、磁性体スピン電極から半導体量子ドットにスピン偏極電子を高効率に注入することである。平成24年度は、昨年度に引き続き、半導体量子ドット層と金属強磁性体の原子層制御エピタキシャル成長に関する研究を複合型超高真空エピタキシーシステムにより行った。InGaAs量子ドットと積層した高濃度n型AlGaAsバリア層表面におけるFe強磁性体超薄膜の結晶成長を検討し、電子線回折による結晶表面構造観察により、熱処理を援用した超高真空下での成膜により良好なbcc-Fe単結晶エピタキシャル成長を確認した。さらに、このようにして作製したFe/AlGaAsショットキー型トンネルバリアを用いて、量子ドットスピンレーザーに用いることが可能な電子スピン注入型量子ドット発光ダイオード素子を作製し、200Kまでの温度領域において電流注入発光に数%オーダーの円偏光度を観測した。すなわち、Fe電極から量子ドットへの電子スピンの電流注入を確認した。また、半導体量子ドットに対する高効率電子スピン注入プロセスを確立するため、InGaAs量子ドットへの光スピン注入の手法を用いて、量子ドット励起状態に着目したピコ秒スピン分解発光分光を行った。その結果、量子ドットの高密度化によりスピン注入時のパウリブロッキングを回避することで、少数個の光学フォノン放出を利用した準共鳴トンネルによる量子ドットへの超高速電子スピン注入を可能にした。電子スピン情報の光伝送を目指して、レーザー発振中に電子スピン状態を維持可能な半導体量子ドットを活性領域とする量子ドットスピンレーザーを研究する。
土の非線形性を考慮した杭基礎構造の振動モデル

本研究は、杭周地盤の密度、剛性、減衰などの材料定数が鉛直および水平方向に変化する実状、及び地盤の非線形性を考慮する杭基礎構造の動特性である複素剛性と入力動の評価法を提案し、よって合理的な耐震設計を行うのに必要となる杭基礎構造の振動モデルの提案を行うことを目的とする。以下、本年度行った研究で得られた知見を示す。1.地盤の1次元離散型有効応力解析法を提示し地震応答解析を行った。埋立人工島の軟弱地盤が大地震を受けた場合、表層付近では1%以上の大きなせん断歪を生じ、水平加速度分布は地表に向かって減少すること、地盤の水平変位から算定される最大曲率応答発生深度が杭に曲げ破壊を生じた深度に対応すること、また、サイクリックモビリティも考慮するモデルを適用すれば地盤の履歴特性を一層正確に追跡出来ること等についての指摘を行なった。2.杭基礎を有する建物の地震応答解析については、薄層要素法適用による解析を行なった。その結果、地震動による地盤剛性が液状化などにより極端に低下すると建物への入力加速度が低減すること、即ち支持地盤の免震効果により建物の地震応答は低減するといったことが解析によって捕えられ、土の非線形性を等価線形化法で考慮する薄層要素法による杭基礎構造物の非線形応答解析法である本法の有用なことが分かった。3.地下室のある構造物の地震応答解析については、地下室部は等価円筒に置換し、その下部地盤は円形土柱とするモデルによって薄層要素法による解析を行なった。本法は地震時地盤の非線形性の度合に応じた等価な剛性と減衰の適切な評価を行ない、これを解析中に導入するものであるが、兵庫県南部地震に対する建物の応答解析結果は地震観測結果によく一致することが分かり本解の妥当性を検証できた。本研究は、杭周地盤の密度、合成、減衰などの材料定数が空間的に変化する実状、及び地盤の非線形性を考慮する杭基礎構造の解析並びに実験的研究に基づき、杭基礎構造の動特性である複素剛性と入力動の評価法を提案し、よって合理的な耐震設計を行うのに必要となる杭基礎構造の振動モデルの提案を行うことを目的とする。1.杭周半径方向における地盤性状変化を考慮する上で、杭周に複数円筒状境界層をもつ地盤-杭系モデルを用い、薄層要素法による杭頭加振問題を扱い振動特性を求めた。これより、群杭系のインピーダンスは、非線形性が増すほど杭本数および杭間隔による差異が減少する。杭本数が増加し、加振振動数が高いほど、杭周地盤は深い所まで非線形化が進む。2.杭と地盤の非線形相互作用問題に関する実験として、起振機を用いた杭頭マス強制加振実験を行い、これより杭-地盤系の非線形挙動の考察を行った。その結果、単杭試験体では杭の曲げ変形が卓越するために、地盤の非線形性の影響が強く現れるのに対して、4本の群杭試験体ではスエイモードが卓越し、杭頭での地盤の剥離による幾何学的非線形性が強く現れるものと解釈され、単杭と群杭では異なった非線形性が発現する。3.剛基盤上の支持杭基礎-上部構造物連成系の地震応答特性のパラメトリックスタディを、特に剛基盤が傾斜しており、基礎部が平面的にねじりを生じる場合について実施した。この結果、地盤剛性の小さいねじれを生じ易いこと、上部構造物の基礎付近がねじれの影響を最も受け易いことなどの特性が捕捉された。

本研究は、杭周地盤の密度、剛性、減衰などの材料定数が空間的に変化する実状、及び地盤の非線形性を考慮する杭基礎構造の解析並びに実験的研究に基づき、杭基礎構造の動特性である複素剛性と入力動の評価法を提案し、よって合理的な耐震設計を行うのに必要となる杭基礎構造の振動モデルの提案を行うことを目的とする。以下、本年度行った研究で得られた知見を示す。1.神戸港埋立人工島を対象に、兵庫県南部地震を入力とし、地盤応答シミュレーション有効応力解析を行った。復元力特性はHardin-Drnevich Masingモデルを用いた為、大ひずみ域で減衰が過大評価され、地表面加速度は観測値より小さくなった。しかし、地表付近埋立層における過剰間隙水圧の上昇とそれに伴う大歪みの発生を捉え、これは地下5m付近での実杭の損傷を裏付けるものであり、これからも本解の妥当性が肯定される。2.同上地震に対する杭-地盤系のシミュレーション解析を3次元薄層要素法によって行った。土の非線形性を考慮するのに等価線形化法を適用し、地盤の剛性低下を数十分の1とすれば観測結果に近い結果となり、地盤の顕著な剛性低下が判明し、本法が大地震時の応答解析においても相当有用であることが分かった。(杭頭質量のある場合)伝達関数については、地盤との差は3割程となるが、地震時加速度応答値については数%の差しか出ないということが分かった。ただし、元来有効応力解析を要する問題である点から、有効応力低下領域における土の剛性評価法については継続検討を行う必要がある。3.25階建高層建築物の同上大地震による応答解析を行い、入力地震動特性、建物の増幅特性、建物の地震応答の時間的変動と損傷との関連などを考察し、設計時の解析モデルと耐震設計基準の妥当性を検証した。4.不確定線形地盤の地震応答値の評価に関して、確率変数を含む地震応答期待値・分散推定法の提示を行った。本研究は、抗周地盤の密度、剛性、減衰などの材料定数が鉛直および水平方向に変化する実状、及び地盤の非線形性を考慮する抗基礎構造の動特性である複素剛性と入力動の評価法を提案し、よって合理的な耐震設計を行うのに必要となる抗基礎構造の振動モデルの提案を行うことを目的とする。1.地盤の1次元離散型有効応力解析法を提示し地震応答解析を行なった。埋立人工島の軟弱地盤が大地震を受けた場合、表層付近では1%以上の大きなせん断歪を生じ、水平加速度分布は地表に向かって減少すること、地盤の水平変位から算定される最大曲率応答発生深度が抗に曲げ破壊を生じた深度に対応すること、また、サイクリックモビリティも考慮するモデルを適用すれば地盤の履歴特性を一層正確に追跡出来ること等についての指摘を行なった。2.抗基礎を有する建物の地震応答解析については、薄層要素法適用による解析を行なった。その結果、地震動による地盤剛性が液状化などにより極端に低下すると建物への入力加速度が低減すること、即ち支持地盤の免震効果により建物の地震応答は低減するといったことが解析によって捕えられ、土の非線形性を等価線形化法で考慮する薄層要素法による抗基礎構造物の非線形応答解析法である本法の有用なことが分かった。3.地下室のある構造物の地震応答解析については、地下室部は等価円筒に置換し、その下部地盤は円形土柱とするモデルによって薄層要素法による解析を行なった。本法は地震時地盤の非線形性の度合に応じた等価な剛性と減衰の適切な評価を行ない、これを解析中に導入するものであるが、兵庫県南部地震に対する建物の応答解析結果は地震観測結果によく一致することが分かり本解の妥当性を検証できた。
森林に降下した放射性セシウムの初期遮断率の広域評価

本年度は、林野庁及び福島県により測定された森林放射能汚染状況の広域測定データ(平成27年度以降の測定データ)を取得し、昨年度までの成果と併せて追加解析を行った。具体的には、各測定地点での放射性セシウムの樹冠遮断率及び木材中の放射性セシウム濃度の解析と地図化を行った。樹冠遮断率等の地域差の要因を解析するため、日本原子力機構が提供するWSPEEDI-IIの沈着形態の予測解析データを取得し、本調査で得られた地域性との比較を行った。さらに、本新学術領域研究の他の計画班と連携をとり、原発事故直後の気象条件の影響、すなわち大気沈着時の降雨・降雪状況との関係解析を行った。また、平成23年度に林野庁が森林の放射能汚染状況調査を行った地点のうち100地点を選定し、森林内の空間線量率の測定と土壌及び落葉層の採取を行った。それにより得られたデータに基づいて、福島県内の多地点の森林の放射能汚染状況の時間変化の実測データを得た。福島県伊達郡川俣町山木屋地区のモデル調査森林においては、昨年度に引き続き、森林内の放射性セシウムの移行状況調査を実施した。以上の研究成果について、平成29年2月28日に名古屋大学東京キャンパスで開催されたB02班の連絡報告会、および平成29年3月1011日に筑波大学で開催された最終報告会にて成果発表を行った。また、平成28年4月1722日の期間にオーストリアで開催されたヨーロッパ地球科学連合の2016年大会においてポスター発表を行った。平成29年3月27日に鹿児島大学で開催された第128回日本森林学会大会において、福島県の放射能汚染状況の経時変化について発表した。その他に、本研究期間に得られた成果について、学術専門誌への論文投稿の準備を行った。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、福島県内の森林の放射能汚染状況を把握するために、林野庁及び福島県により測定された森林放射能汚染状況の広域測定データを収集し整理した。さらに広域測定データと航空機モニタリングデータ等を利用して、各測定地点での樹冠遮断率及び木材中の放射性セシウム濃度の解析と地図化を行った。その結果、樹種によって樹冠遮断率が異なることが明らかになり、また地域によって樹冠遮断率と木材中の放射性セシウム濃度が異なる可能性を示した。さらに、福島県伊達郡川俣町山木屋地区のモデル調査森林における放射性セシウム移行状況のモニタリング調査を定期的に実施した。以上の研究成果について、欧州地球科学連合2015年大会(平成27年4月1217日、ウィーン・オーストリア)、地球惑星科学連合2015大会(平成27年5月24日28日、幕張・千葉)、アメリカ地球物理連合2015年秋大会(平成27年12月1418日、サンフランシスコ・アメリカ)において発表報告を行い、多くの専門家と議論及び意見交換を行った。また、平成28年2月2日2月7日の期間にフランス原子力安全研究所(カダラシュ・フランス)及びStefan Bengtsson博士(ストックホルム・スウェーデン)を訪問し、森林内の放射性セシウム移行状況の調査結果についての解析方法について議論するとともに、学術専門誌への投稿論文の準備の打ち合わせを行った。福島県内の森林の放射能汚染状況について、林野庁及び福島県の広域測定データの収集・整理が順調に進んでいる。広域測定データを用いた樹冠遮断率及び木材の放射性セシウム濃度の算出・地図化についても概ね順調に進行している。福島県伊達郡川俣町のモデル調査森林における放射性セシウム移行状況の観測調査も定期的に実施し、雨水や落葉等の採取が順調に進んでいる。原発事故から時間が経過していることから放射性セシウム濃度が低下しており、当初の予定よりも放射性セシウム濃度の測定に時間を要しているが、来年度期間に繰り越して測定を行うことで測定が完了する見込みである。研究成果のとりまとめと学会等での発表が予定通りに進行しており、平成27年度調査成果について学術専門誌への論文投稿の準備も順調に進んでいる。

以上の研究成果について、平成29年2月28日に名古屋大学東京キャンパスで開催されたB02班の連絡報告会、および平成29年3月1011日に筑波大学で開催された最終報告会にて成果発表を行った。また、平成28年4月1722日の期間にオーストリアで開催されたヨーロッパ地球科学連合の2016年大会においてポスター発表を行った。平成29年3月27日に鹿児島大学で開催された第128回日本森林学会大会において、福島県の放射能汚染状況の経時変化について発表した。その他に、本研究期間に得られた成果について、学術専門誌への論文投稿の準備を行った。本研究では前述した目的を達成するために、昨年度に引き続き、林野庁及び福島県により測定された森林放射能汚染状況の広域測定データ(平成27年度以降の測定データ)を収集・整理する。広域測定データの解析に基づいて、福島県内の森林の放射能汚染状況を全体的に把握し、樹冠遮断率や木材等の放射性セシウム濃度の空間分布をGISにより地図化する。また、最新の研究成果(計画研究班A01班及びA02班、さらにフランス原子力安全研究所の研究成果を含む)を利用して沈着形態の空間分布の情報を更新し、樹冠遮断率や木材等の放射性セシウム濃度の地域性との関連について調査する。これにより、地域毎の森林の放射能汚染状況を評価するとともに、地域的な差異の発生要因を解明する。これまでに森林内の放射性セシウム移行量のモニタリングを実施してきた福島県伊達郡川俣町山木屋地区のモデル調査森林において、樹冠から林床への放射性セシウムの移行モニタリングを継続する。それにより、森林内での放射性セシウム沈着量の空間分布と樹冠構造等の関連性について解析を行う。以上、広域測定データに基づく福島県内の森林の放射能汚染状況の解析結果と、モデル調査森林における放射性セシウムの移行メカニズムの調査結果を総合的に解析し、福島県内の森林の放射能汚染状況の一般化を行うとともに、樹種毎の放射性セシウムの初期遮断率や移行状況の差異、スギ材に含まれる放射性セシウム濃度の地域差を明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。
成長ホルモンによる消化管代償能の定量解析

(目的)成長期ラットの短腸症候群モデルで消化管(特に十二指腸と回腸)の発育に及ぼす成長ホルモンの効果を検討した。(材料と方法)SD系4週雄性ラットに,90%小腸切除を施行し成分栄養剤(EDーP)で1週間飼育後、以下の実験群を作製した。1群(90%小腸切除),2群(90%小腸切除・成長ホルモン補充)、1と2群はEDーPのpairーfeedingとし,切離再吻合し自由摂食させた同日令のラットを対照とした。成長ホルモンの補充は1,3および6日目にジェノトロピン(遺伝子組換えヒト成長ホルモン製剤)1mlu/g体重を腹腔内注入した。9日目に脱血死させ,以下の項目で検討した。(検討項目)摂取総エネルギ-量、窒素平衡、血漿総ソマトメジンC,体重,尾長,十二指腸と回腸粘膜の形態学的定量,単位長さ当りの粘膜湿重量,蛋白量,およびDNA量,(結果)1)摂取総エネルギ-量:1,2群で差みられず,総摂取量は対照の約60%であった、2)窒素平衡:1,2群で差なし、3)血漿総ソマトメジンC:1群平均4.4u/ml,2群平均6.5u/mlと補充群で高い。しかし対照の平均15.4u/mlに比し低値、4)身体発育:体重増加率は1,2群で差なく、対照に比し低値、5)粘膜絨毛高:1,2群間で差なし、対照に比し両群とも絨毛高が著明に増加、6)単位長さ当りの粘膜湿重量:1群十二指腸(D)平均42.7mg/cm,回腸(I)平均42.7mg/cm,2群平均D51.9,143.0mg/cmであった。7)単位長さ当りの粘膜蛋白量およびDNA量:対照に比し蛋白量は、Dでは1群平均148%,2群133%,IではI群335%,2群333%,DNA量はDでは1群189%,2群143%,IではI群376%,2群312%とD,Iとも両群での過形成(特にIで強く)を示唆した。蛋白量/DNA比は2群で高い傾向がみられた、いずれも両群間で有意差を認めなかった。結論:90%広範小腸切除モデルでは成長ホルモンの消化管の発育に及ぼす補充効果は認めなかった。
顎関節機能障害メカニズムに果たすフリーラジカルの役割に関する研究

顎関節の雑音,開口障害,関節部痛を主症状とする顎関節症患者が近年漸増し,この疾患に対する治療指針の確立が望まれている。特に,顎関節内障は病状の進行とともに関節円板の形態変化,滑膜炎,軟骨や骨の破壊などの病変を伴うことが明らかとなっており,これまで炎症性病変とは異なる病態として位置付けられてきた顎関節症に対する考え方を大きく転換する必要性に迫られている。現在、顎関節炎症誘発因子として,関節に加わるメカニカルストレスがクローズアップされている。これは、関節に分布する神経を刺激し炎症性ペプチドを遊離させることによって神経原性炎症を誘導するとともに炎症性サイトカインなどの遊離を介して炎症症状を悪化させるという仮説である。また,メカニカルストレスは虚血-再灌流に基づくフリーラジカル産生を促進し,これが様々な生体内分子と反応することによって,関節炎の病態発現に関与しているとする可能性が指摘されている。しかし,この反応経路を支持する実験的証拠はない。本研究の目的は、実験的に顎関節炎を惹起した関節滑液からフリーラジカル種を検出し,その発生メカニズムについて解析することである。希釈回収した滑液中からヒドロキシルラジカル(HO^・),水素ラジカル(H^・),カーボンラジカル(R^・)が検出され,とくにIL-1α投与群のHO^・ESR信号強度は,コントロール群と比較し有意に高値を示した。SOD添加によりHO^・ESR信号強度は増強され,一方,DFX添加は,HO^・のESR信号強度を減弱させた。また,IL-1α投与群の滑液中の鉄イオン濃度はコントロールと比較し高値を示した。本研究で得られた結果から,IL-1処置によって誘発される顎関節炎にHO^・ラジカルが重要な役割を演じており,このラジカル種はO_2^<・->不均化反応で生成するH_2O_2と滑液中に遊離増大する鉄イオンとのFenton型Haber-Weiss反応によって生成することが示唆された。本研究は,IL-1に誘導される顎関節滑液中にROSが生成することを報告した最初のものである。また,顎関節内障の患者滑液中でもROSの生成を証明できた。顎関節内障の病態は依然として明確にされていない。とくに炎症との関連を指摘する報告はなく,単に仮説として提案されているだけにすぎない。本年度は,顎関節内障に炎症反応が存在するか否かを精査した。また,これとの関連でフリーラジカル種が顎関節内障の成立と関係するかどうか,初めて明らかにした。以下に研究成果を要約する。1.顎関節内障とフリーラジカル:顎関節内障患者の関節滑液中にフリーラジカルが存在することを電子磁気共鳴法(ESR)を用いて確認した。ラジカル種は炭素ラジカル,水素ラジカルそしてヒドロキシラジカル(HO・)の三種であった。とくに,HO・ラジカルの著名な増加が特徴的であった。2.サイトカインによる実験的顎関節炎(ラット):IL-1αをラット顎関節に注入し顎関節炎を誘発させた。ポンピング法によって採取された滑液中のラジカルをESRで検出した。ラジカルのトラップ剤としてはDMPOを用いた。IL-1αは滑液中に極めて大量のHO・ラジカルを産生させた。HO・ラジカルは,SODを採取滑液中に添加することによってさらに増加した。この増加は鉄キレーターであるデスフェリオキサミンの添加によって強く抑制されるものであった。3.結論:サイトカインIL-1αは滑液中にラジカル産生源を増加させる。とくにHO・ラジカルの産生に直接関係するFeイオンを増加させる可能性があり,さらにスーパーオキシドラジカル由来のH_2O_2との反応がHO・ラジカル生成を誘導することが明確となった。このメカニズムがヒト顎関節内障発症の原因の1つであることが示唆された。概要顎関節滑液中に活性酸素フリーラジカルが検出できるとすれば,その原因は,過度の咬合刺激による関節周囲分布血管の組織静水圧上昇に基づく圧迫(虚血)と続発する再灌流,炎症反応由来の好中球活性化,などが推定される。前年度では,IL-1α誘導性顎関節炎(ラット)モデルでヒトロキシルラジカル(HO^・)が生成されることを確認した。本年度では,臨床でのサンプルを対象とし,以下のような成果を得た。【対象】顎関節部疼痛および開口障害を主訴とする顎関節症患者から滑液を採取し,試料とした。【結果】試料中には,ESRー陽性の3種のラジカル(HO^・,水素ラジカル,炭素ラジカル)が検出できたが,ESRシグナル強度から,主要なラジカル種はHO^・であると判断された。HO^・量は,superoxide disumutase存在下で増加し,鉄キレーターdeferoxamineによって減少した。また,顎関節滑液内Fe量は,健常者と比較して高い値を示した。【結論】関節滑液中のFeは,通常ferritinやtransferrinと結合して存在する。しかし,Fe炎症反応の進展とともに遊離し,これが好中球由来スーパーオキシドラジカル(O2^<・->)とのFenton型Haber-Weiss反応を経てHO^・を生成する。この反応が顎関節症患者滑液中に存在し,その結果,生成したHO^・による組織傷害が生ずることが示唆された。

顎関節の雑音,開口障害,関節部痛を主症状とする顎関節症患者が近年漸増し,この疾患に対する治療指針の確立が望まれている。特に,顎関節内障は病状の進行とともに関節円板の形態変化,滑膜炎,軟骨や骨の破壊などの病変を伴うことが明らかとなっており,これまで炎症性病変とは異なる病態として位置付けられてきた顎関節症に対する考え方を大きく転換する必要性に迫られている。現在、顎関節炎症誘発因子として,関節に加わるメカニカルストレスがクローズアップされている。これは、関節に分布する神経を刺激し炎症性ペプチドを遊離させることによって神経原性炎症を誘導するとともに炎症性サイトカインなどの遊離を介して炎症症状を悪化させるという仮説である。また,メカニカルストレスは虚血-再灌流に基づくフリーラジカル産生を促進し,これが様々な生体内分子と反応することによって,関節炎の病態発現に関与しているとする可能性が指摘されている。しかし,この反応経路を支持する実験的証拠はない。本研究の目的は、実験的に顎関節炎を惹起した関節滑液からフリーラジカル種を検出し,その発生メカニズムについて解析することである。希釈回収した滑液中からヒドロキシルラジカル(HO^・),水素ラジカル(H^・),カーボンラジカル(R^・)が検出され,とくにIL-1α投与群のHO^・ESR信号強度は,コントロール群と比較し有意に高値を示した。SOD添加によりHO^・ESR信号強度は増強され,一方,DFX添加は,HO^・のESR信号強度を減弱させた。また,IL-1α投与群の滑液中の鉄イオン濃度はコントロールと比較し高値を示した。本研究で得られた結果から,IL-1処置によって誘発される顎関節炎にHO^・ラジカルが重要な役割を演じており,このラジカル種はO_2^<・->不均化反応で生成するH_2O_2と滑液中に遊離増大する鉄イオンとのFenton型Haber-Weiss反応によって生成することが示唆された。本研究は,IL-1に誘導される顎関節滑液中にROSが生成することを報告した最初のものである。また,顎関節内障の患者滑液中でもROSの生成を証明できた。