hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低分子量G蛋白質による細胞増殖の制御機構

さらに、PLCεノックアウトにより、APC遺伝子の変異を持つMinマウスの腸の腺腫発生数の減少とその悪性化の顕著な抑制が認められたことから、PLCεが炎症反応の惹起を通じて発癌プロモーションに普遍的に関与することが証明された。2,Rap1特異的グアニンヌクレオチド交換因子(GEF)であるRA-GEF-1のノックアウトマウスが卵黄嚢における脈管形成異常により胎生9.5目で致死性を示すことから、Rap1の胎生期脈管形成における機能が初めて証明された。同じくRA-GEF-2が、M-RaSと結合してRap1を活性化し、TNFα刺激依存性のBリンパ球の細胞接着を仲介することをRA-GEF-2ノックアウトマウスを用いて証明した。3,M-Ras及びそのH-Ras型アミノ酸置換変異体のGTP結合型ながら標的蛋白質との結合能力を持たない型(state1)の有するポケットに嵌入しstatel1を安定化する低分子化合物をインシリコ・スクリーニングにより探索し、試験管内でH-RaSと標的蛋白質Rafとの結合を阻害する化合物を同定した。また、これら化合物がrasがん遺伝子を持っがん細胞の足場非依存性増殖能を低濃度で阻害することも示した。さらに、化合物の構造展開を行って、低濃度でH-RaSとRafの結合を阻害する化合物を同定した。RasファミリーG蛋白質のGTP結合/解離反応において、statel1が重要な役割を有することを証明した。1, PLCεノックアウトで、APC^<Min>マウスの腸腺腫発生が顕著に抑制されるメカニズムを解析し、PLCεが腺腫形成初期には血管新生促進とアポトーシス抑制、中期には炎症反応の促進を通じて、腺腫発生促進作用を持つことを示した。PLCεノックアウトによりマウス接触皮膚炎モデルでの炎症反応が抑制されるメカニズムを解析し、PLCεが角化細胞からの炎症性サイトカインの発現誘導を介して炎症反応促進作用を持つことを培養角化細胞と真皮線維芽細胞を用いて示した。さらに、PLCεを角化細胞特異的に過剰発現するトランスジェニックマウスが生後9日目からヒトの乾癬に酷似した慢性皮膚炎症を示すことを発見し、発症時期前後の解析から、角化細胞でのPLCε過剰発現が樹状細胞の活性化を通じて慢性炎症を誘導する可能性が示唆された。2, TNF-αのシグナルが減弱しているRA-GEF-2ノックアウトマウスを用いて、DMBAとTPAによる二段階皮膚化学発癌実験を行い、野生型マウスに比べて、発生するパピローマのサイズの低下を見出した。3, Ras-GTPのstatel(不活性型)に結合し安定化することによりRasの機能を阻害する低分子化合物の構造展開を進め、2種類の母核構造を持つ多数の化合物を見出した。これらの化合物がrasがん遺伝子を持つがん細胞の足場非依存性増殖能、フォーカス形成能力、低血清濃度下での増殖能力、及び細胞内Ras下流キナーゼMEK,ERKの活性化を低濃度で阻害し、ヌードマウスに移植したヒト大腸がんの増殖を経口投与で強く阻害することを示した。さらに、X線結晶解析により、H-Ras-GTP本体のstatelの高次構造及びM-RasとH-Rasで異なるアミノ酸残基を入れ替えた複数の変異体の高次構造を決定することにより、statelとstate2の間の構造遷移の詳細な分子機構を解明した。
細菌リポ多糖によるマクロファージ活性化及び機能発現に関わるシグナル伝達分子の解明

前年度までの研究で、マウスマクロファージ細胞株RAW264.7細胞より細菌リポ多糖(LPS)刺激応答性の異なるサブクローンの分離を行った。特に注目すべき点は、IL-12p40サブユニット低産生性であるRAW264.7細胞よりIL-12p40サブユニット高産生クローンが単離されたことである。これらのクローンを用いLPS刺激応答における活性発現を詳細に検討した結果、IL-12p40の発現制御にはIL-1β、IL-6、iNOSとは別の特有のシグナル伝達系の存在が明らかになった。RAW264.7細胞とIL-12p40高産生性であるJ774.1細胞間でLPS刺激応答過程のシグナル伝達系を比較検討したところ、LPS刺激J774.1細胞ではRAW264.7細胞に比してMAPKファミリー、ERK1,2の活性が著しく低かった。さらに、ERK1,2上流のMEK1,2に対する阻害剤添加によりRAW264.7細胞のLPS誘導IL-12p40発現が著しく上昇することを認め、RAW264.7細胞のIL-12p40低産生性はIL-12p40遺伝子欠損等によるものではなくERKの過剰活性化に起因すること、即ち、MEK1,2→ERK1,2系の活性化はLPS誘導IL-12p40産生に対し抑制的制御に働くことが明らかになった。一方、RAW264.7細胞より樹立されたIL-12p40高産生クローンでは、親株細胞と同程度のERK1,2の活性化が見られることより、このクローンのIL-12p40産生回復にはMEK-ERK系による抑制の解放ではなく、ERK系による抑制制御を無効とするような新たなIL-12p40産生亢進的制御機構の存在が示された。マクロファージの細菌リポ多糖(LPS)応答の多様性に着目し、その活性発現(腫瘍壊死因子:TNF、一酸化窒素:NO、IL-1、-6、-12産生性など)に関わる分子、特にToll様受容体(TLR)ファミリーのシグナル伝達経路を補うaccesory分子群の解析、ならびにその役割を明らかにすることを目的に研究を展開している。1.マウスマクロファージをlipidA部分に独特な構造を持つBurkholderia cepacia由来のLPSおよび典型的な化学構造を有するSalmonella由来のLPSにて刺激しその活性発現の差異を比較検討した結果、B. cepacia由来LPSは、マウスマクロファージに対しIL-1β発現誘導する能力のみが著しく低いことが明らかになった。B. cepacia LPSはその構造の特殊性によりマウスマクロファージに対しIL-1β活性発現に関わる補助シグナル伝達経路の活性化出来ないことが示唆された。2.マウスマクロファージ細胞株RAW264.7細胞より限界希釈法によりサブクローニングを行った。得られたサブクローンすべてのLPS刺激応答による、NO、TNF、IL-1β、IL-12p40サブユニットなどの各活性発現を解析し、IL-1β、IL-12p40各低発現variantクローンを得た。得られたvariantクローンのLPS刺激後の各種活性の発現様式を詳細に検討し、cDNAライブラリーを順次作成している。しかし、減弱した遺伝子発現が不安定であることから再クローニングを行い、より安定したvariantクローンの樹立を試みている。このため当初の実施計画に対し若干の遅れが生じている。新たにtransientな遺伝子発現変動も考慮した実験を検討している。

前年度までの研究で、マウスマクロファージ細胞株RAW264.7細胞より細菌リポ多糖(LPS)刺激応答性の異なるサブクローンの分離を行った。特に注目すべき点は、IL-12p40サブユニット低産生性であるRAW264.7細胞よりIL-12p40サブユニット高産生クローンが単離されたことである。これらのクローンを用いLPS刺激応答における活性発現を詳細に検討した結果、IL-12p40の発現制御にはIL-1β、IL-6、iNOSとは別の特有のシグナル伝達系の存在が明らかになった。RAW264.7細胞とIL-12p40高産生性であるJ774.1細胞間でLPS刺激応答過程のシグナル伝達系を比較検討したところ、LPS刺激J774.1細胞ではRAW264.7細胞に比してMAPKファミリー、ERK1,2の活性が著しく低かった。さらに、ERK1,2上流のMEK1,2に対する阻害剤添加によりRAW264.7細胞のLPS誘導IL-12p40発現が著しく上昇することを認め、RAW264.7細胞のIL-12p40低産生性はIL-12p40遺伝子欠損等によるものではなくERKの過剰活性化に起因すること、即ち、MEK1,2→ERK1,2系の活性化はLPS誘導IL-12p40産生に対し抑制的制御に働くことが明らかになった。一方、RAW264.7細胞より樹立されたIL-12p40高産生クローンでは、親株細胞と同程度のERK1,2の活性化が見られることより、このクローンのIL-12p40産生回復にはMEK-ERK系による抑制の解放ではなく、ERK系による抑制制御を無効とするような新たなIL-12p40産生冗進的制御機構の存在が示された。
幻肢痛の病態病理の解明

幻肢痛はneuropathic painの一種であり、一度neuropathic painが生じるとその治療には難渋する。前肢に分布する交感神経節後線維は星状神経節のみから出ることから、幻肢痛を含むneuropathic painに関する基礎的な動物実験は前肢で行うことが必要である。実験対象の神経としては、正中神経・尺骨神経・撓骨神経を選択した。SD系ラットの実験で、切断群では、自傷行動を起こす個体が出現した(50%)。引き抜き切断群では自傷行動を起こす個体は少数(20%)であった。ヘアレスラットの実験で、前肢実験群では肩甲部あるいは前腕部(50%)に、後肢実験群では臀部(50%)に潰瘍形成が観察された。ヘアレスラットは自傷行動は示さなかった。さらにSD系ラットを用いた免疫組織化学的および酵素組織化学的検索において、脊髄神経節細胞においては、実験的処置により変化した物質はNPYのみで、3種類の処置全てに大型および中型の陽性細胞が認めれた。NPY免疫陽性線維が各実験群の脊髄神経節において、処置後7日目から観察された。脊髄後角には、本研究で検索した全ての生理活性物質が検出され、処置側と対象側との差は認められなかった。星状神経節において、切断群で、切断後7日目でNADPH-d陽性細胞が出現した。星状神経節における抗NPY陽性細胞は引き抜き切断群で最も増加した。本研究の結果から、脊髄神経節における神経細胞の生理活性物質や刺激に対する感受性が部位で異なることが推測され、neuropathic painに関する基礎研究は前肢においても実験を行わなければならないと考える。さらに、幻肢痛を含むneuropathic painの基礎研究において、種差および系統差を考慮する必要がある。SD系ラット(6週ー12ヶ月齢、雌雄)を用いて、実験を行った。肘部の皮膚切開により、一側の正中、尺骨、橈骨神経すべてをハサミで切断あるいは強く引っ張って切断(引き抜き切断)した。その後、行動を観察すると、約1.5ヶ月間は、行動には何の異常も観察されなかった。しかし、1.5ヶ月を過ぎると自傷行動を示すラットが出現した。自傷行動をおこす個体とおこさない個体が観察され、自傷行動を起こし始める時期にもばらつきがあった、上記の神経をハサミで切断した例に、自傷行動が発現しやすい傾向があった。両切断法組み合わせた実験例では、ひとつの切断法例と結果の差は認められなかった。オスとメスの実験例を比較すると、自傷行動はメスが早く起こす(約1.5ヶ月)傾向にあった。オスの実験例はメスより約0.5ヶ月遅れる傾向にあった。実験を行ったラットの週齢には自傷行動の発現時期に差はなかった。例数が少ないが、ヘアレスラットを用いて、同様に実験をした例で、引き抜き切断したラットの切断された神経の支配領域に潰瘍が形成され、約2ヶ月を経て自然治癒した。自傷行動もみられた。皮膚組織の神経を、PGP9.5の抗体を用いて免疫組織化学的に検索したが、神経の再生は認められなかった。SD系ラットでは被毛の存在で皮膚の変化は認められなかった。実験にはヘアレスラットの使用も考慮に入れることとした。昨年度の研究結果より、本年は実験動物としてヘアレスラット(HWY/S1c,日本エスエルシー株式会社)を用いた。神経の切断方法としては、引き抜き切断を施行した。実験群を、前肢群(橈骨および尺骨神経を引き抜く)と後肢群(座骨神経を引き抜く)にわけ、皮膚の変化、触覚試験、ホットプレートテストを行った。

皮膚の潰瘍は形成される個体とされない個体が観察されたが、形成される個体の方が多かった。潰瘍が形成される部位は、前肢群が肩甲部、後肢群が臀部であった。反対側に潰瘍が形成される個体も多く認められたが、両側には形成されなかった。触覚試験では、術後5カ月間観察したが、アロディニアを示す個体はなかった。この期間は知覚に関しては、鈍であった。しかし、術後5カ月目では触覚試験はやや鋭敏になる傾向を示した。ホットプレートテストでは、触覚試験とほぼ同様の傾向を示した。熱さに対する潜時は術後5カ月目で有意に短くなったが、アロディニアを示す結果は得られなかった。これらの結果から、術後5カ月目には神経の再生が進んでいると思われるが、protein gene product 9.5の免疫組織化学では再生した神経はごく少数しか認められなかった。観察された皮膚の神経は、再生したものか、血管に伴走していた神経が伸びたものかは不明である。さらに生存期間を延長し、観察する必要がある。術後5カ月目における脊髄および脊髄神経節における神経伝達物質および神経ペプチドはコントロールと著明な差は観察されなかった。実験動物として、SD系ラット(6週12ヶ月齢、雌雄)を用いた。正中神経・尺骨神経・橈骨神経を露出させた後、切断群は3ないし5mmそれぞれの神経を切り取った。引き抜き群は、より腋窩に近い部分で鉗子を用いて強く引っ張り、すべての神経を引き抜き切断した。観察は術後5ヶ月まで行った。本実験では正中神経および尺骨神経をBennettの方法(1986)に従い処置を行い絞扼性損傷モデル(CCI)とした。処置後2日、7日、30日、5ヶ月目に動物を深麻酔後、2%パラホルムアルデヒド溶液(0.1Mリン酸緩衝液、pH7.4)で潅流固定を行った。脊髄、脊髄神経節、星状神経節を摘出後、同固定液で12時間浸漬固定(4°C)し、さらに20%サッカロース液(0.1Mリン酸緩衝液、pH7.4、4°C)にて保存した。これらの組織は神経内の生理活性物質検出を目的とした免疫組織化学および酵素組織化学に使用した。使用した抗体は神経ペプチド抗体として、サブスタンスP(SP)、カルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)、ニューロペプチドY(NPY)、ガラニン(Gal)、血管作動性腸管ポリペプチド(VIP)、カルシウム結合蛋白抗体として、パルブアルブミン(Par)、カルレチニン(Car)、カルビンディン(Cab)、カルモデュリン(Cad)、ノルアドレナリン合成酵素抗体としてチロシン水酸化酵素に対する抗体をそれぞれ使用した。酵素組織化学としてnicotinamaide adenin dinucleotide phosphate ?diaphorase(NADPH-d)活性を検索した。CCIにおいて、組織学的に著明な変化は観察されなかった。切断および引き抜き切断群では処置後2日目からNPYが同側の脊髄神経節に出現し、処置後5ヶ月まで認められた。星状神経節では、切断群において処置後7日後にNADPH-d陽性細胞が少数観察されたが、引き抜き切断群では明瞭な陽性細胞は認められなかった。
化学反応を伴った相分離現象における非平衡構造に関する理論と数値シミュレーション

3成分の化学反応系における相分離現象を記述するモデルを提案し、それに基づく数値シミュレーションを行った。このモデルは、相分離における自己組織構造が伝搬する最も簡単かつ本質を捉えたモデルであると考えられ、有限波数でHopf分岐を示すことが特徴である。このモデルに対する2次元のシミュレーションを行った結果、進行するラメラ構造および進行するヘキサゴナル構造が現れることが示された。また、進行するラメラ構造および進行するヘキサゴナル構造の出現は、それぞれ超臨界および亜臨界の分岐現象であることが数値的に明らかとなった。進行するラメラ構造に関して、分岐点近傍において、モデル方程式から逓減摂動法により、振幅方程式を導出した。この振幅方程式の進行波解の安定性解析を行うことにより、進行波は安定に存在し得るが、定在波は安定に存在し得ないことが示された。このモデルに含まれるパラメータのひとつ(化学反応速度定数)を外部から時間的に振動させるシミュレーションも行った。その結果、Hopf分岐曲線とTuring分岐曲線が交わる点の近傍で、ラメラおよびヘキサゴナル構造をもった定在波が存在することが示された。これらの動的構造は外部から振動させるときの振動数などの外部パラメータによって変化し、時間的に不規則な動的構造を示すパラメータ領域が存在することがわかった。また、一様振動解の線形安定性解析により、それらのシミュレーション結果の一部を説明することができた。金属表面での化学反応系にみられる相分離現象のモデルとして、簡単化された3成分系のCahn-Hilliard型の方程式にある種の化学反応の効果を取り入れた非平衡のモデルを構築した。このモデルは、一方の極限で、高分子ブロック共重合体の系で典型的にみられるミクロ相分離現象のダイナミクスを記述するモデルに移行し、他方の極限で、通常のマクロ相分離のモデルに移行する。モデル方程式の線形安定性解析により、Turingタイプの不安定性のほかに、有限波数でHopf的な不安定性を示すパラメータ領域が存在することがわかった。2次元の数値シミュレーションを行った結果、Turing不安定領域では静的な空間周期構造(ラメラおよびヘキサゴナル構造)が現れるのに対し、有限波数でのHopf不安定性領域においては、自発的に一定速度で伝搬するラメラおよびヘキサゴナル構造が存在するということが示された。このような相分離のモデルにおいて、ラメラ構造のみならずヘキサゴナル構造も伝搬し得ることを示したのはこれが最初である。また、数値シミュレーション結果の解析から、進行するラメラおよびヘキサゴナル構造の出現は、それぞれ、超臨界および亜臨界分岐現象であることを明らかにした。さらに、これらの動的な構造に対し、振幅方程式を導出し、その方程式の対称性から、ヘキサゴナル構造の進行方向には2つのタイプがあることを予想した。実際に、それら2つのタイプの進行方向が存在することを数値シミュレーションの結果から確かめることができた。
熱プラズマによる窒化物系複合ナノ粒子の創製に関する研究

反応性熱プラズマ法を用いた新しい複合窒化物系ナノ粒子の創製を試みた.反応性熱プラズマ法を用いた新奇材料として高融点材料であるZr-Ti-N系およびV-Ti-N系ナノ粒子創製を試み,その特性を明らかにした.さらに,本法で低融点材料のMg-N系ナノ粒子創製を行うとともにMgナノ粒子の特性を明確化し,ナノ粒子ならではの用途の一例を示した.反応性熱プラズマ法を用いた新しい複合窒化物系ナノ粒子の創製を試みた.反応性熱プラズマ法を用いた新奇材料として高融点材料であるZr-Ti-N系およびV-Ti-N系ナノ粒子創製を試み,その特性を明らかにした.さらに,本法で低融点材料のMg-N系ナノ粒子創製を行うとともにMgナノ粒子の特性を明確化し,ナノ粒子ならではの用途の一例を示した.本研究は,プラズマ反応を用いた新しい複合ナノ粒子の創製を試み,その特性評価を通じて機能性用途の探索を目的とするものである.上記した新しい複合ナノ粒子の原料は,TiとZrを選択して種々の組成の合金を作製した.Ti-Zr合金はTiの融点(1670°C)からZr融点(1852°C)に渡っての全ての組成について全率固溶となる合金であり,合金組成が変動しても常にTi以上の融点を連続的に変動する高融点合金であり,さらに合金構成元素は窒素との親和力が大きいという特徴がある.このような合金に窒素熱プラズマを照射して強制蒸発させ,得られたナノ粒子の形態,組成について探索した.Ti-Zr合金塊(合金組成の異なる)に窒素熱プラズマを照射して得られたナノ粒子の形態をTEM観察した結果,出発合金組成によらず,何れもNaCl型の立方晶のナノ粒子であった.また母合金組成よりナノ粒子のサイズは10-200nmの範囲に分布していることが判明した.上記ナノ粒子のX線回折および化学分析の結果,Zrの母合金組成が50%以下ではTiNのみから構成さたれものであり,ZrNは検出されなかった.また,Zrの母合金組成が80%から得たナノ粒子のX線回折には,2θが25.42および54.39付近に不明瞭なピークが認められた.ZrがTiN中へ固溶したとも考えられるが現段階では判然としない.ZrTiN当初の予想は合金の組成変動により,ナノ粒子組成TiN-ZrNが連続的に変化と想定していた.これらの原因は合金の強制蒸発時にTiとZrの大きな蒸気圧差に起因すると考えられるが,今後の研究により解明される.本研究は,直流窒素プラズマを用いてハイブリット型の新しい複合ナノ粒子の創製を試み,その特性評価を通じて機能性用途の探索を目的とするものである.本年度は21年度に引き続き,窒素と親和力が大きく,かつ沸点の差が大きく開きがある金属の組合せによる合金材料を選定した.すなわち,Ti(沸点3287°C)-Zr(沸点4377°C)合金塊に直流窒素プラズマを照射してTi-Zr-N系の複合ナノ粒子の生成条件と生成組成との関係を明らかにした.また新しい組み合わせとして,窒素との親和力が大きく沸点が比較的近い合金材料を選定して直流窒素プラズマによる複合ナノ粒子生成を試みた.すなわち,Ti(沸点3287°C)と沸点が近いV(沸点3337°C)の合金塊(組成の異なる)を作製し,これらに直流窒素プラズマ照射してTi-V-N系の複合ナノ粒子生成の可能性および合金組成と複合ナノ粒子組成との関係を明らかにした.例えば,79wt%Ti-Vおよび48.5wt%Ti-V,29wt%Ti-V合金から生成されるナノ粒子組成はそれぞれ,81.2wt%Ti-V(N)および50.1wt%Ti-V(N),29.1wt%Ti-V(N)であった.この値はナノ粒子化する前の合金組成とよく対応しており,任意のナノ粒子作製を可能にするものである.本研究は,金属および合金と窒素プラズマ反応を用いた新しい複合ナノ粒子の創製を試み,その特性評価を通じて機能性用途の探索を目的とするものである.23年度は純金属と窒素プラズマ反応において、AlおよびMgの金属と窒素プラズマの反応に着目,Alの場合は窒素プラズマとの反応では金属Al(70at%)と窒化物AlN(30at%)の混合した(Al+AlN)ナノ粒子が得られることが以前の研究で明らかにしてきたが,Mgと窒素プラズマの反応例は知られていない.Mgの場合もAlの場合と同様に窒化物を含んだ混合ナノ粒子の生成が想定されたが、得られたナノ粒子は金属Mgであった.金属Mgの形状は細密六方晶や球形状を有しており,その大きさは,30nmから1000nmの範囲であった.この理由は強制蒸発により蒸発・凝縮して得られたナノ粒子は細密六方晶であり,乱流などにより再び熱プラズマ近傍で粒子同士が溶融・凝固した粒子が球形状になったものと推定した.現時点ではMgナノ粒子は日本市場では販売されていない.しかしながら,本方法によるMgナノ粒子の作製は生産性が極めて高いこと(200g/h:5KWh)が判明した.Mgナノ粒子はMgB_2などの超伝導材料線材作製に使用されているが、Mgナノ粒子が水と反応し室温状態でも極めて容易に水素を発生することを発見した.Mgと水との反応は継続的に進行することが判明した。
チトクロムP450(CTP)2A6遺伝子多型が喫煙者の健康に及ぼす影響

CYP2A6には酵素不活性となる遺伝子多型が複数種同定されており、これら多型保持者ではニコチンのコチニンへの代謝が阻害されている可能性がある。そこでCYP2A6遺伝子型判定方法を確立し、健常日本人894名の遺伝子型を調べた。その結果約96%は活性型である野生型(CYP2A6^*1)保持者であったが、他の殆どは両アレル欠失者でそれ以外の多型は一例も見つからなかった。また判定過程で4名に同一の1アミノ酸置換を伴う新規の遺伝子多型が同定された。そこでこの新規多型をCYP2A6^*6と定義し、その酵素学的特徴をリコンビナント蛋白を作成して検討した。CYP2A6の特異的基質の一つであるクマリンに対する水酸化能はCYP2A6^*6はCYP2A6^*1の約10%程度に留まっており、またKm,Vmax値の算出結果から酵素の活性および基質特異性が著しく減弱している事がわかった。この原因を明らかにするため、まずヘム蛋白であるチトクロムP450のヘム含量をHPLCによって測定した。その結果CYP2A6^*6はCYP2A6^*1と同一の条件下で蛋白発現させたにもかかわらずヘム含量は約1/2しかなく、これがCYP2A6^*6酵素活性減弱の一因であると考えられた。しかしその低下レベルは酵素失活の原因全てを説明できる程度のものではなく、他にも影響因子があると思われた。そこで次にCO差スペクトラムを測定した。CYP2A6^*6においてヘムは正常状態の約半分量が保持されていたにも関わらず、活性型構造のP450が示す吸収ピークは全く認められなかった。よってこの多型では1アミノ酸置換によって活性発現に必須のフォームがとれなくなっていると考えられた。以上の結果から遺伝子欠損型多型のみならずCYP2A6^*6保持者もニコチン代謝能は低下していると考えられ、今後は生体レベルでの代謝能の解析が必要である。ニコチンには各種臓器を標的とした毒性があるが、体内では約70-80%のニコチンはコチニンに代謝されることで無毒化されると報告されている。コチニン産生の代謝過程には主としてチトクロムP450代謝酵素の一種であるCYP2A6が働くことがin vitroの検討で既に明らかにされているが、CYP2A6には酵素不活性となる遺伝子多型がある。よって多型保持者ではニコチンのコチニンへの代謝が阻害されている可能性があると考え、当研究室で確立したCYP2A6遺伝子型判定によってCYP2A6遺伝子のホモ完全欠損者と判定された健常日本人を対象に、喫煙後のコチニン排泄の経時的変化をCYP2A6活性型のヒトの場合と比較検討した。被験者における尿中コチニン排泄速度は、酵素活性型グループ(コントロール群)では喫煙後1.5時間までにピークを迎え、以後減少傾向を示したが、不活性型グループは低レベルが持続し、喫煙24時間後までのコチニン総排泄量は活性型の1/7以下であった。このことから喫煙による疾患リスクはCYP2A6遺伝子型によって異なる可能性があり、酵素欠損型のヒトにおけるニコチンの動態についてはコチニン以外の物質への代謝・排泄経路を明らかにすることが重要であると考え、更に研究を進めている。また今回同定された遺伝子欠損型の日本人では喫煙習慣を持つ人の割合には遺伝子保持者との間で有意な差はなかった。ニコチンの依存性獲得への影響については、禁煙の成功率といった詳細な調査を合わせて解析中である。

よってこの多型では1アミノ酸置換によって活性発現に必須のフォームがとれなくなっていると考えられた。以上の結果から遺伝子欠損型多型のみならずCYP2A6^*6保持者もニコチン代謝能は低下していると考えられ、今後は生体レベルでの代謝能の解析が必要である。
組み換えBCG菌を用いた非特異的・特異的癌免疫化学療法に関する研究

BCG菌は様々な抗原性蛋白質を分泌するが,菌株によってその分泌量が異なり,抗腫瘍効果も異なっている.また,BCG菌は直接的な抗腫瘍効果とともにマクロファージ(Mφ)を介した間接的な効果も合わせ持っている.組み換えBCG菌を用いた癌免疫化学療法に関する研究にあたり,まず,BCG菌で多量に発現分泌する蛋白質の遺伝子の発現機構,調節因子,DNA結合蛋白質について検討を行った.次にBCG菌由来の蛋白質の直接的抗腫瘍効果を検討し,さらに間接的な効果を検討した.MPB70はBCG菌パスツール株ではほとんど分泌されないが東京株では多量に分泌される蛋白質である.その遺伝子構造は全く同じで転写段階で調節されていた.ゲルシフト法でDNA結合蛋白質を確認した後,約20kDaの蛋白質を抽出しsingle-strand DNA-binding proteinであることを確認した.BCG菌東京株より分泌蛋白質(CF)細胞破砕液(Ly)を調整し,ヒト舌扁平上皮癌由来樹立細胞株(SCC-25)およびヒト歯肉由来線維芽細胞様細胞を用いて,細胞増殖に及ぼす影響を測定した.CFおよびLyは濃度依存性にSCC-25の増殖を抑制した.CFはLyに比較してより高い増殖抑制効果を認めた.Mφを介した間接的な抗腫瘍効果については,BCG菌感染Mφより細胞を分画し,Mφ内でのBCG菌の分泌蛋白質の移行を検討した.MPB70は細胞質のみに確認され,ファゴゾーム内より細胞質に移行していることが示唆された.腫瘍細胞にBCG菌を感染させた場合も,同様の移行が認められた.通常,細菌はMφに貪食され,ファゴゾーム内でペプチドに断片化され,MHCクラスII分子に結合して細胞表面に抗原が提示される.今回の実験結果では,MHCクラスI分子を介して抗原が提示され,CD8T細胞が活性化され,細胞傷害活性が高められる可能性が示唆された.BCG菌は様々な抗原性蛋白質を分泌するが,菌株によってその分泌量が異なり,抗腫瘍効果も異なっている.また,BCG菌は直接的な抗腫瘍効果とともにマクロファージ(Mφ)を介した間接的な効果も合わせ持っている.組み換えBCG菌を用いた癌免疫化学療法に関する研究にあたり,まず,BCG菌で多量に発現分泌する蛋白質の遺伝子の発現機構,調節因子,DNA結合蛋白質について検討を行った.次にBCG菌由来の蛋白質の直接的抗腫瘍効果を検討し,さらに間接的な効果を検討した.MPB70はBCG菌パスツール株ではほとんど分泌されないが東京株では多量に分泌される蛋白質である.その遺伝子構造は全く同じで転写段階で調節されていた.ゲルシフト法でDNA結合蛋白質を確認した後,約20kDaの蛋白質を抽出しsingle-strand DNA-binding proteinであることを確認した.BCG菌東京株より分泌蛋白質(CF)細胞破砕液(Ly)を調整し,ヒト舌扁平上皮癌由来樹立細胞株(SCC-25)およびヒト歯肉由来線維芽細胞様細胞を用いて,細胞増殖に及ぼす影響を測定した.CFおよびLyは濃度依存性にSCC-25の増殖を抑制した.CFはLyに比較してより高い増殖抑制効果を認めた.Mφを介した間接的な抗腫瘍効果については,BCG菌感染Mφより細胞を分画し,Mφ内でのBCG菌の分泌蛋白質の移行を検討した.MPB70は細胞質のみに確認され,ファゴゾーム内より細胞質に移行していることが示唆された.腫瘍細胞にBCG菌を感染させた場合も,同様の移行が認められた.通常,細菌はMφに貪食され,ファゴゾーム内でペプチドに断片化され,MHCクラスII分子に結合して細胞表面に抗原が提示される.今回の実験結果では,MHCクラスI分子を介して抗原が提示され,CD8T細胞が活性化され,細胞傷害活性が高められる可能性が示唆された.BCG菌は,菌株によって抗原物質の産生分泌量が異なり,抗腫瘍効果も異なっている.抗原性の高い蛋白質をリコンビナントBCGで効率よく発現させるために,BCG菌東京株で多量に発現・分泌する蛋白質MPB70(パスツール株ではほとんど発現しない)の調節因子・DNA結合蛋白質について検討を行った.MPB70遺伝子の上流域の塩基配列を基に,PCRでDNAプローブを作製した.これを,BCG菌の細胞破砕液をSDS-Pageで展開しブロッティングしたものと反応させることで,数種類のDNA結合蛋白質を確認した.このうち2つの蛋白質は,BCG菌東京株とパスツール株で発現量が異なり,MPB70の大量発現の因子の可能性が示唆された.これらの蛋白質を磁気ビーズを使用し精製を行っている.このうち1つは精製し,アミノ酸シークエンスを行った.今後,発現ベクターに組み込み,大腸菌あるいはBCG菌で発現させ,この蛋白質の機能の検討を行う.BCG菌の抗腫瘍効果を,人の舌由来の扁平上皮癌の細胞を使って検討を行っている.癌細胞にBCG菌を作用させると,BCG菌は癌細胞に感染し(癌細胞に取り込まれ),抗腫瘍効果が現れた.菌株の違いで抗腫瘍効果も異なり,また,BCG菌は様々な蛋白質を含むため,東京株およびパスツール株の培養上清と細胞破砕液を加え,抗腫瘍効果を検討している.

今後は,培養上清と細胞破砕液を各フラクションに分けて,それぞれのフラクションについて抗腫瘍効果を検討し,有効な蛋白質の遺伝子をBCG菌に導入し,組み換えBCG菌を作製していく.BCG菌は直接的な抗腫瘍効果とともにマクロファージを介した間接的な抗腫瘍効果も合わせ持っている.マクロファージを介した実験系は現在準備中で,マクロファージ系の培養細胞と正常人・口腔癌患者の血液から分離したマクロファージを使用して,抗腫瘍効果を検討していく予定である.BCG菌は,菌株によって抗原物質の産生分泌量が異なり,抗腫瘍効果も異なっている.そこで,組み換えBCG菌による癌治療法開発を目的とし,BCG菌より調整した蛋白質の,口腔癌由来樹立細胞株の増殖に及ぼす影響を検討した.BCG菌東京株をソートン培地で3週間静置培養した後,培養上清と菌体成分とを分離し,透析して分泌蛋白質(CF)を,また菌体を超音波破砕して細胞破砕液(Ly)を調整した.ヒト舌扁平上皮癌由来樹立細胞株(SCC-25)およびヒト歯肉由来線維芽細胞様細胞(HGF)に種々の濃度のCFおよびLyを添加して培養し,MTTアッセイを用いて,72時間後の細胞増殖に及ぼす影響を測定した.CFおよびLyは濃度依存性にSCC-25の増殖を抑制した.また,CFはLyに比較してより高い増殖抑制効果を認めた.今後,特に増殖抑制効果の強いCFについて,各フラクションに分離し,それぞれのフラクションについて抗腫瘍効果を検討していく予定である.また,BCG菌は直接的な抗腫瘍効果とともにマクロファージを介した間接的な抗腫瘍効果も合わせ持っている.チオグリコレートをマウス腹腔に注射することで,腹腔マクロファージを誘導・分離した.これに振盪培養したBCG菌を感染させた後,感染マクロファージよりファゴゾーム等を分離し,マクロファージ内でのBCG菌の生物活性を検討した.通常細菌はマクロファージに貧食され,ファゴゾーム内でペプチドに断片化され,MHCクラスII分子に結合して抗原が提示される.ところが,BCG菌のある抗原蛋白質はファゴゾーム内より細胞質に分泌移行していることが示唆された.このことは,MHCクラスI分子を介して抗原が提示され,CD8T細胞の活性化され,細胞傷害活性が高められる可能性が示唆された.今後細胞質内に分泌移行される蛋白質について詳細に検討していく予定である.BCG菌は直接的な抗腫瘍効果とともにマクロファージ(Mφ)を介した間接的な抗腫瘍効果も合わせ持っている.BCGを培養腫瘍細胞の培地中に加えると,BCGは腫瘍細胞に感染し,増殖を抑制した.BCGは様々な抗原性蛋白質を分泌しており,その分泌蛋白質の培養上清と細胞破砕液を培養細胞を調整し,培養腫瘍細胞の培地中に加えると,培養上清および細胞破砕液は共に濃度依存的に腫瘍細胞の増殖を抑制するが,培養上清にその効果は強かった.BCG菌は細胞内寄生菌であり,主にMφ内で宿主細胞由来の膜成分に囲まれた状態で存在することが示唆されている.菌体成分はMHCクラスII分子のみならず,MHCクラスI分子によってもMφ細胞表面に呈示されるが,その経路はまだ不明な点が多い.BCG菌においては,少なからず抗原(分泌蛋白質)が宿主細胞の細胞質に移行していることも考えられる.そこで本年度は,BCG菌をMφに感染させ,BCG菌を含むファゴゾームと細胞質とに分離し,BCG菌の抗原性蛋白質の分泌移行を検討した.6-8週齢のマウスより腹腔Mφを誘導分離した後,BCG菌を貪食させた.ファゴゾームおよび細胞質を分離し蛋白質を調整し,SDS-Pageで解析した.
新しい骨格筋グリコーゲン回復法の探索 -糖質のエネルギー利用に着目して

運動時の骨格筋グリコーゲン回復の促進方法は、グリコーゲン合成に焦点を当てた検討はこれまで多くなされてきた。一方、運動後の骨格筋グリコーゲン濃度の上昇亢進には、糖質のエネルギー利用を抑えることも有効と考えられるが、これまで検証されていなかった。そこで、本研究では、水泳運動直後の雄性ICRマウスより滑車上筋を摘出し、生理的濃度のグルコースとインスリンを含む培養液に、糖質のエネルギー利用抑制に関わると予想される物質を添加し、添加効果を検証した。その結果、ケトン体の添加によって、骨格筋グリコーゲン回復が促進されるという結果を得た。本年度は、ICRマウスを用いた、滑車上筋のグリコーゲン濃度を低下させる運動条件の確立と、解糖系の律速酵素ホスホフルクトキナーゼ(PFK)阻害剤の運動後の回復期の投与効果を検討した。摘出した滑車上筋をin vitroで培養して運動後の回復期の糖代謝を見る実験ではSDラットを用いた方法は確立されていた。しかし、申請者のこれまでの運動後の骨格筋グリコーゲンに関する研究ではICRマウスを使用しており、摘出骨格筋の培養時に添加するグルコースやインスリン等の濃度をこれまでに得たデータを基に決定したいと考え、本研究でもICRマウスを用いることとした。そのため、本年度前半はICRマウスで骨格筋グリコーゲン濃度の低下をもたらす水泳運動のプロトコールを確立に取り組んだ。本年度後半は、水泳運動直後に滑車上筋を摘出し、生理的濃度のグルコースとインスリンを含む培養液にPFK阻害剤のサリチル酸ナトリウムを1 mM添加し、グリコーゲン濃度の回復を検討した。その結果、仮説に反して、PFK阻害剤添加条件では非添加条件と比較して、グリコーゲン回復が抑制されるという結果が得られた。高濃度の解糖系律速酵素の阻害剤の添加により、グルコースの中間代謝物グルコース6リン酸(G6P)の蓄積、G6P濃度上昇による糖取り込みの律速酵素ヘキソキナーゼの抑制が起こった可能性が考えられる。また、その結果、糖の取り込みが低下し、グリコーゲン回復が抑制された可能性が考えられる。当初PFK阻害剤として使用を考えていた物質が、培養溶液であるKHB bufferに溶解しないという問題が発生した。そのため、他のPFK阻害剤の使用の検討が必要となり、当初の計画よりも解糖系阻害剤添加実験に時間を要した。また、今年度の研究結果より、阻害剤の投与濃度に関してより詳細な検討が必要となった。運動時の骨格筋グリコーゲン回復の促進方法について、グリコーゲンの合成に焦点を当てた検討はこれまで多くなされてきた。一方、グリコーゲン濃度を高めるためには、糖質のエネルギー利用を抑えることも有効と考えられるが、運動後の回復期の糖質のエネルギー利用の抑制がグリコーゲン回復促進に繋がるかは検証されていない。そこで、運動後の骨格筋での糖質のエネルギー利用の抑制はグリコーゲン回復促進に繋がるか、明らかとすることを目的として、検討を行った。本年度は、糖の酸化利用を抑えることが期待される栄養物質であるケトン体が、運動後の骨格筋グリコーゲン回復に与える効果を検討した。水泳運動直後の雄性ICRマウスより滑車上筋を摘出し、生理的濃度のグルコースとインスリンを含む培養液に、ケトン体を生理的範囲内で濃度を振って添加し、一定時間培養後に骨格筋グリコーゲン濃度を測定した。その結果、ケトン体の添加によって、骨格筋グリコーゲン回復が促進されるという結果が得られた。28年度には高濃度の解糖系律速酵素阻害剤の添加による運動後の骨格筋グリコーゲン回復の抑制がみられた。29年度は、解糖系律速酵素の阻害剤の添加量を減らした条件であれば運動後のグリコーゲン回復は促進されるのか、それとも高濃度条件と同様の結果となるのか、検証を行い、運動後の骨格筋グリコーゲン回復と糖のエネルギー利用との関係について、検討することとする。また、28年度に行えなかった、糖酸化利用の律速酵素ピルビン酸脱水素酵素の阻害剤の添加効果に関しても検討を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。運動生理生化学29年度が最終年度であるため、記入しない。
就学前教育・保育施設の設置主体多元化に関する日瑞比較研究

本研究では、日本とスウェーデンにおける就学前教育・保育施設の設置主体多元化に焦点を当て、その現状と課題を明らかにした。スウェーデンの幼保一体施設である就学前学校の設置主体多元化については、以下のような特徴と課題が見出された。(1)親協同組合、職員協同組合、株式会社による就学前学校の運営が増加し、多様な保育が行われるようになっている。(2)バウチャー制の導入とコミューンによる監査によるアウトプット管理が行われている。(3)民間の設置主体の参入をどの程度認めるかについては、コミューンによって差が大きい。平成21年度は、エスピン=アンデルセン及びペストフの文献を中心に、福祉国家の中でパブリックセクター、民間営利セクター、非営利のサード・セクターがどのように位置づけられるかについて、理論的整理を行った。また、スウェーデンにおける株式会社立幼稚園や親協同組合立幼稚園の設置状況についてストックホルム市が公開しているデータをもとに分析し、平成21年9月26日から10月3日にかけてストックホルム周辺で現地調査を行った。調査の際には、親協同組合立幼稚園、株式会社立幼稚園においてインタビューを行い、幼稚園が設置された経緯や民営化された経緯とそのプロセスについて詳細な調査を行った。また、ストックホルム市の教育担当課において、ストックホルム市の教育プラン等の資料収集を行った。調査の結果、地域差はあるもののストックホルム周辺では公立幼稚園の民営化が進められており、民営化された園の多くが保護者らの支持を集め、入所希望児が相次ぐなど、民営化が評価されていることが明らかとなった。これらの調査結果は、就学前教育・保育施設の設置主体多元化について、スウェーデンでは肯定的に評価される側面があることを示しており、今後、それが可能となっている要因を探る上で貴重な資料となりうると考える。調査と並行して研究資料及び設備備品を揃え、調査結果の分析及び理論的背景の理解の深化を図っており、次年度のさらなる詳細な調査分析に生かすことが可能である。平成22年度は、まず前年度の研究成果をもとに日本保育学会で発表を行った。そして、前年度に引き続いてペストフの文献を検討し、福祉国家の中でパブリックセクター、民間営利セクター、非営利のサード・セクターがどのように位置づけられるかについて理解を深めた。また、平成22年5月25日から6月1日にかけてスウェーデンを訪問し、現地調査を行った。調査の際には、スウェーデンにおいて最も就学前教育・保育施設の民営化が進んでいるテービーコミューンの現状の把握が不可欠と考え、テービーコミューン内の就学前学校及びテービーコミューンの教育管理課においてインタビュー調査を行ったほか、協同組合の設置・運営についての援助を行う協同組合及び非営利団体職員組織(Kooperationens Forhandlingsorganisation, KFO)に対しても援助の方法及び内容についてインタビュー調査を実施した。調査の結果、テービーコミューンでは公立の就学前学校が1校残されている以外はすべて民営化されており、教育管理課による監査も頻繁に行われていることが明らかとなった。また、スウェーデンでは法人格の変更が容易に行われており、民営化の際に親協同組合となった就学前学校が後に職員協同組合に移行し、さらに株式会社へと法人格が変更されたケースも多いことも明らかとなった。平成22年10月にはこれらの調査結果をもとに日本教育行政学会で発表を行った。また調査と並行して研究資料及び設備備品を揃え、調査結果の分析及び理論的背景の理解の深化を図っており、次年度のさらなる詳細な調査分析に生かすことが可能である。平成23年度は、まず、前年度までの研究調査結果をさらに深めるために、5月21日から6月2日の日程でスウェーデンを訪問し、就学前学校を管轄しているSkolverket(学校庁)、民営化が最も進んでいるテービーコミューンで唯一の公立就学前学校、ストックホルム近郊で多くの就学前学校や基礎学校を運営している株式会社Pysslingenが運営する就学前学校等においてインタビュー調査を行った。この現地調査から、スウェーデンでは地域差があるものの民間による就学前学校の設置運営が進んでいること、ただし、公立か私立かということではなく各就学線学校の保育・教育内容によって学校選択が行われていることが明らかとなった。スウェーデンでは就学前学校の数を増やし、また保護者らの選択権を保障するために多様な設置主体による就学前学校の設置運営が進められているが、その際の質の保障のためにバウチャー制による競争原理の導入とコミューンによる監査が行われていることで、公立が私立かに関わりなく保育・教育内容によって選択されていることは評価できるものである。しかしながら、コミューンによる監査のために各就学前学校が保護者や職員に対してアンケート調査を行っているものの、その内容は統一されているわけではなく、各就学前学校の裁量に任されていることが新たな課題として挙げられる。以上の現地調査と前年度までの研究成果をふまえ、23年度末に研究成果報告をまとめた。

また、多様な設置主体の一つであるスウェーデンの理念的団体(ideel forning)について調べる中で研究の事例対象としたBRIS(Barnens Ratti Samhallet)について論文「NPOの運営資金調達に関する研究:スウェーデンのBRIS(子どもの権利協会)を事例に」(畿央大学紀要第9巻)にまとめた。
超高エネルギ-宇宙線の加速機構

1.最高エネルギ-が10^<20>eVを超えるような超高エネルギ-宇宙線の起源と加速機構について検討した。衝撃波による一次フェルミ加速が最も有力な機構であるが、銀河内の衝撃波ではこのエネルギ-まで加速するのは困難であり、電波銀河のジェットやホットスポットにおける準相対論的な衝撃波が最も有力な候補になることを明らかにした。中心核近傍の衝撃波による加速では光子との衝突によって加速が妨げられるという困難があり、ホットスポットが第一候補として残る。観測される超高エネルギ-宇宙線のエネルギ-密度を説明するためには、それぞれの電波銀河が電波光度の数%程度のエネルギ-を宇宙線として放出していればよい。このモデルを観測的にチェックするためには、宇宙線の非等方性を調べることがよいことを論じた。2.衝撃波による統計加速において、磁場と衝撃波面とが斜めに交わる場合に加速効率が数十倍上昇することをモンテカルロシミュレ-ションで示した。これは加速粒子が衝撃波面における磁場の不連続によって上流から入射した時に反射される確率が大きく、上流側に閉じこめられやすいことに起因している。この時は通常の統計加速に加え、ドリフト加速が加わることにより加速効率が著しく増大する。加速粒子のエネルギ-スペクトルはあまり変化がない。この結果は超新星残骸で加速される陽子の最大エネルギ-を10^<16>eV近くまで上昇させうるので、観測されるスペクトルの折れ曲がりの位置を説明する可能性を与える。また電波銀河のホットスポットでは陽子の最大エネルギ-は10^<20>eVをこえうることになる。
1入射多方向撮影による超小型かつ振動に対して強固な3次元変位分布計測手法の提案

デジタルホログラフィ(DH)は物体表面の3次元の変位をnmオーダーの精度で測定でき,構造物の内部欠陥を効率的に検査することが可能である.しかし,3次元変位を求めるためには,原理的に最低3つの光源または撮像素子が必要となり,装置の複雑化が問題となる.そこで本研究では,1つの信号光とカメラのみを用いたDHによる3次元変位計測技術を提案・実証する.本手法はカメラの撮像領域を分割して用いることで3次元変位を求める.本研究では,その原理を実験的に確認し,撮像領域の分割数を多数に増やすことでランダムノイズが低減され計測精度が向上することを確認する.当該年度における研究目的は以下の二つであった.1.基本原理の検証:基本原理を実験的に確認するために,撮像素子をいくつかの領域に分けて3次元変位分布計測実験を行う.2.位置ずれ補正及びキャリブレーション手法の導入:複数の撮像素子を用いる場合の位置ずれ補正及びキャリブレーション手法が本手法に導入できることを実験的に示す.本項目に関して,本年度は以下の内容を実施した.まず,基本原理実証を行った.撮像素子を4つの領域に分割してデジタルホログラフィによる計測を行い,位相が再生できることを確認した.この時,計測を容易に行うことのできる荒い表面を有する金属平板を用いた.計測した各領域の位相から感度ベクトルを求めることに成功し,xyzの各軸における変位量を算出した.次に,位置ずれ補正手法の導入を検討した.具体的な内容として,周期的な白黒の格子パターンを印刷した紙をカメラによって計測し,一般的な縞解析法を用いてその格子パターンの位相を求める.各領域で計測した格子パターンは同じであるため,求めた位相値を基準にして各領域の各画素が物体上の同一の座標位置に配置されるように画像を再構成する.本手法の実証実験を行った結果,1画素程度以内に位置の誤差が収まることを確認した.最後に,金属平板を用いた実験を行い,キャリブレーション手法について検討した.最も簡易なキャリブレーション手法として,金属平板がxyzの各軸方向の初期位置(x=0, y=0, z=0)にある場合の位相及び,任意の位置(x=240μm, y=240μm, z=100μm)にある場合の位相を算出し,その二つの位相から直線の式を求めることでキャリブレーションデータを作成した.これらの成果は,本手法の実現可能性を示すために重要である.前述のとおり,本年度は基本原理実証を行い,分割した撮像領域を用いた場合であってもデジタルホログラフィによる位相の計測が正しく実行でき,x,y,zの各軸における変位量を算出することが可能であることを示した.また,位置ずれ補正手法の導入を検討した.撮像領域の分割に伴う各領域の位置ずれの補正が可能であることを確認した.また,本手法に付随して,レーザー干渉を用いた変位計測手法についても検討した.以上より,当初の計画通り,本手法の実現可能性を示すことができたため,おおむね順調に進展しているといえる.撮像素子の分割によるデジタルホログラフィと位置ずれ補正のためのキャリブレーション手法の動作確認を完了している.続いて,これらの結果をもとに統合的な3次元変位計測実験を行い,本手法の全体的な動作確認実験を完了させる.次に,高解像度(4096×3072)な撮像素子の分割数を多数にし,3次元変位分布計測実験を行う.この時,分割数は30から100の間として検討する.また,分割数を過剰に増加させた場合,1領域あたりの解像度が低下するため計測精度が劣化する恐れがある.したがって,最適な分割数が存在すると考えられるため,この点について検討する.また,複数の撮像素子を用いる従来手法と系統誤差の有無を比較することで,本手法が振動に対してロバストであることを示す.最後に,ここまでの結果を国際学会及び学術論文誌へ投稿する.デジタルホログラフィ(DH)は物体表面の3次元の変位をnmオーダーの精度で測定でき,構造物の内部欠陥を効率的に検査することが可能である.しかし,3次元変位を求めるためには,原理的に最低3つの光源または撮像素子が必要となり,装置の複雑化が問題となる.そこで本研究では,1つの信号光とカメラのみを用いたDHによる3次元変位計測技術を提案・実証する.本手法はカメラの撮像領域を分割して用いることで3次元変位を求める.本研究では,その原理を実験的に確認し,撮像領域の分割数を多数に増やすことでランダムノイズが低減され計測精度が向上することを確認する.当該年度における研究目的は以下の二つであった.1.基本原理の検証:基本原理を実験的に確認するために,撮像素子をいくつかの領域に分けて3次元変位分布計測実験を行う.2.位置ずれ補正及びキャリブレーション手法の導入:複数の撮像素子を用いる場合の位置ずれ補正及びキャリブレーション手法が本手法に導入できることを実験的に示す.本項目に関して,本年度は以下の内容を実施した.まず,基本原理実証を行った.撮像素子を4つの領域に分割してデジタルホログラフィによる計測を行い,位相が再生できることを確認した.この時,計測を容易に行うことのできる荒い表面を有する金属平板を用いた.計測した各領域の位相から感度ベクトルを求めることに成功し,xyzの各軸における変位量を算出した.次に,位置ずれ補正手法の導入を検討した.

具体的な内容として,周期的な白黒の格子パターンを印刷した紙をカメラによって計測し,一般的な縞解析法を用いてその格子パターンの位相を求める.各領域で計測した格子パターンは同じであるため,求めた位相値を基準にして各領域の各画素が物体上の同一の座標位置に配置されるように画像を再構成する.本手法の実証実験を行った結果,1画素程度以内に位置の誤差が収まることを確認した.最後に,金属平板を用いた実験を行い,キャリブレーション手法について検討した.最も簡易なキャリブレーション手法として,金属平板がxyzの各軸方向の初期位置(x=0, y=0, z=0)にある場合の位相及び,任意の位置(x=240μm, y=240μm, z=100μm)にある場合の位相を算出し,その二つの位相から直線の式を求めることでキャリブレーションデータを作成した.これらの成果は,本手法の実現可能性を示すために重要である.前述のとおり,本年度は基本原理実証を行い,分割した撮像領域を用いた場合であってもデジタルホログラフィによる位相の計測が正しく実行でき,x,y,zの各軸における変位量を算出することが可能であることを示した.また,位置ずれ補正手法の導入を検討した.撮像領域の分割に伴う各領域の位置ずれの補正が可能であることを確認した.また,本手法に付随して,レーザー干渉を用いた変位計測手法についても検討した.以上より,当初の計画通り,本手法の実現可能性を示すことができたため,おおむね順調に進展しているといえる.撮像素子の分割によるデジタルホログラフィと位置ずれ補正のためのキャリブレーション手法の動作確認を完了している.続いて,これらの結果をもとに統合的な3次元変位計測実験を行い,本手法の全体的な動作確認実験を完了させる.次に,高解像度(4096×3072)な撮像素子の分割数を多数にし,3次元変位分布計測実験を行う.この時,分割数は30から100の間として検討する.また,分割数を過剰に増加させた場合,1領域あたりの解像度が低下するため計測精度が劣化する恐れがある.したがって,最適な分割数が存在すると考えられるため,この点について検討する.また,複数の撮像素子を用いる従来手法と系統誤差の有無を比較することで,本手法が振動に対してロバストであることを示す.最後に,ここまでの結果を国際学会及び学術論文誌へ投稿する.