hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フレネル領域超音波ビームによる浮遊物体運動制御に関する研究

平成30年度は,以下3項目の研究を行った.(1)空中超音波によるマクロなスケールの非接触物体位置制御:3次元計測センサでリアルタイムに物体の位置を観測し,その情報に基づいて空間中に配置された空中超音波フェイズドアレイデバイスを適切に制御することで,直径20cmの球体を1メートル以上の高さ・範囲で3次元的に複数個制御することに成功した.この位置制御範囲は,制御対象の外部から非接触で位置制御する手法としては最も大きい.位置制御範囲が人間スケールと同程度以上にまで広がったことにより,以下の(2), (3)で述べるような空中インターフェースとしての応用が可能となった.空中超音波フェイズドアレイデバイスは床面または天井のみに配置されており,当デバイスの配置面積を拡大することで要求に応じて物体の位置制御範囲を自由に拡大することができる.(2)空中映像提示システム:(1)の手法を用いて空中を移動する物体にプロジェクターで映像を投影することにより,空中の自由な位置に映像を提示するシステムを開発した.本システムは,特殊なデバイスを装着することなく3次元的に情報を提示することが可能なオーグテンテッド・リアリティ・システムとしての活用が期待できる.(3)遭遇型接触感提示システム:(1)の手法を用いて,空中を移動する物体に人の手を接触させることによって,力覚を提示するシステムを開発した.応用例のひとつとして,ユーザーがバーチャルな物体と接触したことを知らせるために本システムを利用し,実際にユーザーが接触感を感じることを確かめた.3次元位置制御に関しては,位置制御システムの開発・実証および応用システムの開発に成功したことに加え,当初予定されていなかった複数物体の同時位置制御にも成功し,想定以上の成果を出すことができた.今後は,物体の3次元位置と姿勢を同時に制御するアルゴリズムの開発・実験・評価を行う予定である.また,本技術を応用して開発された空中インターフェースシステム(空中映像提示システム・力覚提示システム)の評価を行う予定である.平成30年度は,以下3項目の研究を行った.(1)空中超音波によるマクロなスケールの非接触物体位置制御:3次元計測センサでリアルタイムに物体の位置を観測し,その情報に基づいて空間中に配置された空中超音波フェイズドアレイデバイスを適切に制御することで,直径20cmの球体を1メートル以上の高さ・範囲で3次元的に複数個制御することに成功した.この位置制御範囲は,制御対象の外部から非接触で位置制御する手法としては最も大きい.位置制御範囲が人間スケールと同程度以上にまで広がったことにより,以下の(2), (3)で述べるような空中インターフェースとしての応用が可能となった.空中超音波フェイズドアレイデバイスは床面または天井のみに配置されており,当デバイスの配置面積を拡大することで要求に応じて物体の位置制御範囲を自由に拡大することができる.(2)空中映像提示システム:(1)の手法を用いて空中を移動する物体にプロジェクターで映像を投影することにより,空中の自由な位置に映像を提示するシステムを開発した.本システムは,特殊なデバイスを装着することなく3次元的に情報を提示することが可能なオーグテンテッド・リアリティ・システムとしての活用が期待できる.(3)遭遇型接触感提示システム:(1)の手法を用いて,空中を移動する物体に人の手を接触させることによって,力覚を提示するシステムを開発した.応用例のひとつとして,ユーザーがバーチャルな物体と接触したことを知らせるために本システムを利用し,実際にユーザーが接触感を感じることを確かめた.3次元位置制御に関しては,位置制御システムの開発・実証および応用システムの開発に成功したことに加え,当初予定されていなかった複数物体の同時位置制御にも成功し,想定以上の成果を出すことができた.今後は,物体の3次元位置と姿勢を同時に制御するアルゴリズムの開発・実験・評価を行う予定である.また,本技術を応用して開発された空中インターフェースシステム(空中映像提示システム・力覚提示システム)の評価を行う予定である.
吸呼気CTによる気管支肺胞上皮癌の形態変化を利用した組織型推定の基礎研究

CTですりガラス影を呈する細気管支肺胞上皮癌(以下BAC)の中で、リンパ節転移を来たし得る野口分類C型を除外する試みがなされているが確立された方法はない。本研究ではBACの粗造な構造に着目し、「固い」腫瘍ほど悪性度が高いとの仮定を立て、吸呼気CTでその直径変化率・吸収値変化率を測定することで「固さ」を表現し、BACの悪性度類推を試みた。結果、野口分類B vs. C間で有意差はないものの一定の傾向が見られた。吸呼気CTを撮影することで、臨床的に問題となる野口分類C型を抽出しうる可能性が示された。CT肺癌検診認定制度が始まり、CT検診が現実のものとして稼働するに至った今日、微小肺癌、早期肺癌検出の急増が予想されるが、全てに標準手術を行うことには、様々な点から問題が提起され、縮小手術が治療戦略の表舞台に現れてきている。縮小手術は原則としてリンパ節転移の無い症例を対象にするが、その選別は容易ではない。昨今、CTですりガラス影を呈する気管支肺胞上皮癌(BAC)の中で、リンパ節転移を来たし得る野口分類type Bやtype Cを除外する試みが検討されているが、十分に確立したとは言い難い。本研究では細胞密度の低いBACの様な腫瘍の粗造な構造に着目し、「固い」腫瘍ほど悪性度が高いとの仮定を立て、吸呼気CTでその直径変化率・吸収値変化率を測定することで、「固さ」を表現し、気管支肺胞上皮癌の悪性度類推を試みるものである。画像所見にてBACが疑われる手術療法前の症例を対象とし、VATS marker針留置時に穿刺プランの一環として撮影した画像を利用。単純CTで1ミリ厚、高分解能アルゴリズムにて拡大再構成(FOV 20cm)を行う。吸気と努力呼気の2相を撮影する。画像データをDICOMデータとして保存し、パーソナルコンピュータ上にて画像解析を行う。使用ソフトはNIH Imageを利用する。病理と対応させるため最大径を示すスライスで吸呼気双方のデータから病変内部の吸収値毎(100HU毎)のマッピングを作成する。本年度は症例の蓄積に努め、約10例の術前CT画像と病理所見を得ることができた。来年度は更に症例を蓄積し、CT画像と病理所見を比較検討、吸呼気CTによるBAC type分類の有効性を検証する。本研究では細胞密度の低い細気管支肺胞上皮癌(BAC)の様な腫瘍の粗造な構造に着目し、「固い」腫瘍ほど悪性度が高いとの仮定を立て、吸呼気CTでその直径変化率・吸収値変化率を測定することで、「固さ」を表現し、気管支肺胞上皮癌の悪性度類推を試みるものである。本年度は11例の術前CT画像と病理所見を得ることができた。今後得られたCT画像と病理所見を比較検討、吸呼気CTによるBAC type分類の有効性を検証し発表する。
新規有機分子触媒の開発と環境調和型不斉炭素-炭素結合反応への展開

申請者は、キラルスペーサーを介した水素結合の協調効果を基軸とする新たなタイプの有機触媒の創製研究に取り組み、温和な条件下これを用いる原子効率型炭素-炭素結合反応を実践することで、その触媒設計理論の一般性を示した。第一に、含窒素型キラルビルディングブロックを効率的に供給するために、ニトロ基とカルボニル基認識部位を有するグアニジン/チオウレア触媒を創製し、アルデヒドとニトロメタンを基質とするエナンチオ選択的ヘンリー反応を開発した。各種スペクトル解析と触媒構造活性相関研究により、本触媒の触媒活性にはグアニジン官能基とチオウレア官能基の両方が必須であることを明らかにし、アルデヒドの置換基がニトロ基に対しアンチの配座となる反応遷移状態も提案した。次いで、更に高度官能基化されたキラルビルディングブロックの供給法を確立するために、提唱した遷移状態を反応のデザインにフィードバックすることで、基質適用範囲の拡張を行った。その結果、キラルアルデヒドを求電子剤として用いるジアステレオ選択的ヘンリー反応及び、プロキラルなニトロアルカンを求核剤として用いるエナンチオ-ジアステレオ選択的ヘンリー反応を開発することができた。これらは有機触媒を用いる初めての不斉ヘンリー反応の開発例である。更に開発したエナンチオ-ジアステレオ選択的ヘンリー反応を鍵反応とし、type-2サイトカイン選択的産生抑制剤(4S,5R)-サイトキサゾンの効率的な合成法を確立し、開発した反応の有用性を示すこともできた。
オーキシン作用における亜鉛輸送体の役割

主要な天然オーキシンであるインドール-3-酢酸(IAA)は、濃度依存的に成長を促進・抑制する作用を持ち、環境に適した成長制御に重要な役割を果たしている。申請者はこれまでの研究から、小胞体でIAA-Alaの加水分解により発生したIAAが、オーキシン作用をもたらすためには、小胞体に局在する亜鉛輸送体IAR1によるサイトゾルへの亜鉛輸送が必要であることを示唆する結果を得ている。しかし、IAR1による亜鉛輸送がどのようにオーキシン作用に関与しどんな生理的役割を果たしているのかは分かっていない。亜鉛輸送体IAR1が関わるオーキシン作用機構とその生理的役割を明らかにすることを目指す。
胸腺皮質微小環境の形成と機能の解明

胸腺の微小環境を形づくる胸腺上皮細胞(皮質上皮細胞と髄質上皮細胞)の分化機構と機能の解明は、T細胞の分化とレパトア選択のしくみを理解するうえで重要な課題である。本研究では、独自に樹立した皮質上皮細胞の減少を示す自然変異マウスTNに着目し、その疾患責任遺伝子の同定と表現型解析を行うことで、皮質上皮細胞の分化メカニズムの解明とT細胞免疫システムにおける胸腺皮質の生理的意義を明らかにすることを目的とする。初年度に、TNマウスの原因変異がPsmb11(β5t)遺伝子のミスセンス変異(G220R)であることを同定し、皮質上皮細胞が欠損するメカニズムを明らかにした。また、TNマウスでは、IL-17産生能をもつγδT細胞(γδT17)が増加していることが示された。二年度目では、TNマウス胸腺におけるγδT細胞サブセットについて、胎生期から成体期までの細胞分化の定量的解析と、胸腺組織内分布を調べた。TNマウスでは皮質上皮細胞の欠損が顕著となる新生仔期以降に、Vγ6+細胞の増加とVγ4+細胞の減少が観察された。また、胸腺組織解析から、TNマウスでは皮質に局在するVγ4+細胞が著しく減少することがわかった。一方、Vγ1+細胞の頻度や、Vγ5+細胞の頻度および組織内分布には差は見られなかった。これらのγδT細胞の変化に伴い、TNマウスでは、Vγ6+細胞が関わる肺の炎症が亢進し、Vγ4+細胞依存的な皮膚炎は減弱していた。従って、皮質上皮細胞は、γδT17のレパトアを制御し、末梢組織における炎症応答を調節する役割をもつことが示唆された。さらに、皮質上皮細胞によるγδT17の分化制御メカニズムを探るため、マイクロアレイによる遺伝子発現解析を行い、皮質上皮細胞に高発現する機能未知のB7ファミリー分子B7TNを見出した。現在、B7TNの役割と機能を明らかにするため、KOマウスの表現型解析を進めている。26年度が最終年度であるため、記入しない。TNマウスの原因遺伝子を同定するため連鎖解析と次世代シークエンシングを行い、Psmb11(β5t)遺伝子にミスセンス変異(G220R)を見出した。さらに、CRISPR/Cas9法を用いて遺伝子改変マウスを作製し、この変異が皮質上皮細胞の異常の原因であることを証明した。β5tは皮質上皮細胞に特異的に発現するプロテアソーム構成因子である。培養細胞および胎仔胸腺器官培養を用いた解析から、β5t (G220R)変異タンパク質はプロテアソーム形成を阻害し皮質上皮細胞の細胞死を誘導することが示された。従って、TNマウスは皮質上皮細胞を特異的に欠損する、胸腺皮質の研究に有用なモデル動物であることがわかった。TNマウスでは、αβT細胞(CD4 T細胞およびCD8 T細胞)の正の選択が障害され、TCRレパトアが大きく変容していた。また、TNマウスの胸腺では、IL-17産生能をもつγδT細胞(γδT17)のレパトアが変化し、Vγ4+ γδT17細胞の減少とVγ6+ γδT17細胞の増加が認められた。以上の結果より、胸腺皮質上皮細胞は、αβT細胞だけでなくγδT細胞のレパトア形成をも制御することが明らかとなった。

これらのγδT細胞の変化に伴い、TNマウスでは、Vγ6+細胞が関わる肺の炎症が亢進し、Vγ4+細胞依存的な皮膚炎は減弱していた。従って、皮質上皮細胞は、γδT17のレパトアを制御し、末梢組織における炎症応答を調節する役割をもつことが示唆された。さらに、皮質上皮細胞によるγδT17の分化制御メカニズムを探るため、マイクロアレイによる遺伝子発現解析を行い、皮質上皮細胞に高発現する機能未知のB7ファミリー分子B7TNを見出した。現在、B7TNの役割と機能を明らかにするため、KOマウスの表現型解析を進めている。26年度が最終年度であるため、記入しない。TNマウスの疾患責任遺伝子の同定を初年度に達成し、CRISPR/Cas9法を用いた検証や、培養細胞を用いた変異型β5tの機能解析を完了するなど想定以上の進展があった。また、TNマウスの表現型解析についても、胸腺組織解析や胸腺上皮細胞のフローサイトメーター解析、T細胞レパトア解析において成果を得ることができた。さらに、IL-17産生γδT細胞のレパトア変化という予想外の表現型を見出すことができ、胸腺皮質上皮細胞がαβT細胞だけでなくγδT細胞のレパトア形成をも制御するとの新たな知見を得るに至った。初年度にTNマウスの原因変異の同定およびその機能検証を完了したため、今後は胸腺皮質上皮細胞を欠損するモデル動物としてのTNマウスの有用性に焦点を絞り、TNマウスにおける免疫システムの表現型解析を重点的に行う。TNマウス胸腺におけるγδT細胞サブセットについて、胎生期から成体期までの分化を定量的に解析するとともに、胸腺組織内の局在を調べる。皮質または髄質に局在するサブセットについては、ケモカイン受容体の発現パターンを調べ、研究展開に応じてケモカインシグナル欠損マウスを用いて胸腺内局在の意義を検証する。IL-17産生サブセット以外にも、IFNγやIL-4産生サブセットについて詳しく調べ、皮質上皮細胞がγδT細胞分化に及ぼす影響の全容を明らかにする。また、iNKT細胞や制御性T細胞、上皮間リンパ球(IEL)といった非典型的T細胞についても、TNマウス胸腺における分化や局在への影響を調べる。さらに、皮質上皮細胞がγδT細胞の分化を制御する分子メカニズムを明らかにするため、正常マウスの皮質上皮細胞や髄質上皮細胞、およびTNマウス由来の未熟上皮細胞を単離してマイクロアレイによる遺伝子発現解析を行い、皮質上皮細胞に固有の発現を示す遺伝子を同定する。Skintファミリーなどの細胞表面分子やTNFSFに属するサイトカイン群などは有力な候補となりうる。見出された候補遺伝子については、CRISPR/Cas9法を用いて遺伝子欠損マウスを作製し、γδT細胞の分化と機能成熟を指標に表現型を解析し、機能を検証する。
GIS利用の観点から見たラスターサイズの決定

本研究では,地理情報システムにおいて用いられるラスターデータのサイズを決定するための規則について,基礎的な考察を行った.まずはじめに,積分幾何学における手法を用い,あるサイズのラスター上にランダムに置かれた対象物が認識される確率を解析的に算出した.ここでは例として,25,000分の1土地利用図を想定し,各ラスターには,ラスター中で最大面積を占めている土地利用が割り当てられるという,いわゆる多数決原理に基づくものを取り上げた.これは,都市計画の分野においてラスターデータを作成する場合,最も一般的な決定規則である.この規則に従う場合,対象物はラスター中の半分以上の面積を占めていれば,確実に認識されることになる.対象物が円の場合,ラスターに含まれる円の大きさの期待値がラスターサイズの半分以上になるには,ラスターサイズが円の直径の4分の3以下である必要があり,これがラスターサイズの大きさの一つの基準を与える.図形がさらに複雑な場合には,ラスターサイズはさらに小さくする必要がある.次に,円を実際にラスター上に落とした場合の,重複部分の面積の確率分布をワークステーションを用いたシミュレーションによって求めた.その結果,分布形は正規分布にかなり近いことがわかり,対象物の認識される確率と,ラスターサイズとの間にはかなり規則的な関係があるものと思われた.従って,対象物の認識される確率が与えられれば,そこから必要なラスターサイズを計算することが可能となった.今回,このシミュレーションに多くの時間を割かれてしまったため,実際の土地利用データへの適用を行うことはできなかったが,この点については今後さらに研究を継続する予定である.本研究では,地理情報システムにおいて用いられるラスターデータのサイズを決定するための規則について,基礎的な考察を行った.まずはじめに,積分幾何学における手法を用い,あるサイズのラスター上にランダムに置かれた対象物が認識される確率を解析的に算出した.ここでは例として,25,000分の1土地利用図を想定し,各ラスターには,ラスター中で最大面積を占めている土地利用が割り当てられるという,いわゆる多数決原理に基づくものを取り上げた.これは,都市計画の分野においてラスターデータを作成する場合,最も一般的な決定規則である.この規則に従う場合,対象物はラスター中の半分以上の面積を占めていれば,確実に認識されることになる.対象物が円の場合,ラスターに含まれる円の大きさの期待値がラスターサイズの半分以上になるには,ラスターサイズが円の直径の4分の3以下である必要があり,これがラスターサイズの大きさの一つの基準を与える.図形がさらに複雑な場合には,ラスターサイズはさらに小さくする必要がある.次に,円を実際にラスター上に落とした場合の,重複部分の面積の確率分布をワークステーションを用いたシミュレーションによって求めた.その結果,分布形は正規分布にかなり近いことがわかり,対象物の認識される確率と,ラスターサイズとの間にはかなり規則的な関係があるものと思われた.従って,対象物の認識される確率が与えられれば,そこから必要なラスターサイズを計算することが可能となった.今回,このシミュレーションに多くの時間を割かれてしまったため,実際の土地利用データへの適用を行うことはできなかったが,この点については今後さらに研究を継続する予定である.
眼球中の高分子の構造・物性の解明と人工結合組織様エキゾチック分子の分子設計と創製

眼球を構成する組織の中で,硝子体のゲル構造は未だ確定しておらず,様々なモデルが提唱されている。その中で,E.A.Balazsにより提案された「ブリクショナル相互作用モデル」が一般的に支持されており,このモデルでは,硝子体のゲル構造はコラーゲンの骨格のみによるとするモデルであり,ピアルロナンはその粘弾性と保水機能によりコラーゲンの骨格の安定化に寄与しているとしている。しかしながら生化学的な検討に基づくモデルであり,その微視的構造,さらに硝子体高分子間の相互作用についてはまったく未解決である。これは単に高分子科学の進歩からだけではなく,疾患の治療・予防のためにも早急な解決が必要不可欠である。そこで本申請課題では,まず(1)眼球組織,特に豚硝子体を用いて「結合組織」としての硝子体の構造・物性の解明,構造モデルの確立を行った。その結果に基づき,(2)人工硝子体分子の分子設計,(3)人工硝子体分子の創製その構造・物性解析,(5)人工硝子体のin vivo検討を実施した。人工硝子体の開発には,その骨格となっている硝子体ゲルの構造・物性を十分に理解し,それに基づき分子設計する必要がある。本検討課題では,まず人間と同様の構造・機能を有すると考えられる,子牛ならびに豚の摘出硝子体の構造,物性を主に動的光散乱,力学特性の側面から検討を行った。その結果に基づき,硝子体置換材料すなわち人工硝子体は可能な限り硝子体に類似の物性を有し,しかも半永久的に不活性で透明性を有し,安定した構造でかつ機能をもった,眼内で吸収されず眼内タンポナーゼ効果(構造を維持し,網膜を然るべき位置に押さえる効果)を示す材料の開発に成功した。すなわち(1)眼内で強くゲル化しタンポナーデ効果を高めるだけでなく,(2)薬剤の徐放効果,(3)収縮を引き起こす細胞成分の増殖抑制,さらには(4)屈折率を元来の硝子体よりも高め眼球光学系の屈折状態を合目的に変えることができる材料の創成に成功した。本研究の特色は,結合組織としての硝子体を「高分子ゲル」として捕らえ,その微視的構造・物性を詳細に検討した結果を用いて,物理化学的基礎に立脚した分子設計により「人工結合組織」を創製することに,その意義・独創性がある。ここで得られた成果は,ピアルロナンが極めて低濃度示す非常に高い粘性の分子論的理由,またピアルロナンがコラーゲンと複合体を形成した際にゲル構造を形成するメカニズムなどの未解決な問題の解明は,本研究では眼硝子体を用いるものの,それだけにとどまらず生体のナノ構造・分子機械の解明につながると考えられる。

近年,遺伝子・薬物輸送システム,化学反応のミクロ反応場などへの活用から水中における両親媒性高分子の挙動が大変注目されている。両親媒性高分子の示す自己集合挙動は外部条件に大きく依存し,すなわち,温度,イオン強度などの変化は,選択溶媒条件を作り出すことになる。その結果,ナノスケールの分子集合体(ナノ秩序構造)を形成する。またナノ秩序構造を単位として弱い相互作用が長距離に及ぶ場合には,より高次な秩序構造がメソスケールにわたって階層的に形成される場合もある。これらの分子は生体組織を構成するパーツであり,生体機能が活性化する機能場として重要な役割を果している。分子集合を支える弱い相互作用は,我々の生活環境である室温と同じ程度の熱エネルギーという特徴がある。そのため秩序構造は,熱揺らぎのなかで,特徴的な時間で生成消滅する非常に微妙なバランスの上に成り立っている。よって複雑な時間階層性を同時に持つことになる。生体は,この微妙なバランスの上で秩序構造を作り換えることで適応や進化を可能としてきたと考えられる。ソフトマターの可能性は,まさにこの複雑な時空階層にあり,その理解と制御が重要である。ヒドロゲルは通常固体成分が水中に分散した粘弾性物質であり,天然由来,合成を問わず固体成分はネットワーク構造を有する。疎水化ポリエチレングリコール(疎水化PEG)は,その構造がシンプルであることから水溶性高分子の自己集合による超構造形成,その外場応答を検討する上で取り扱いが容易である。そこで,我々は疎水化PEGを用いて,水中での構造形成,その力学応答の検討をレオロジー/中性子小角散乱(Rheology-SANS)同時測定により検討を行った。動的弾性率(G',G")の経時変化および,それに伴うSANS2次元散乱パターンの変化からbccミクロ構造はshearamplitudeに従って異なったtextureに配向しすることが明らかとなった。さらにshear-strain mapから,特定のshearrateおよびamplitudeを作用させることで,そのtextureを制御することが可能であること,さらにゲルに経験する力学的履歴により取りうるミクロ構造を決定する記憶効果があることが明らかとなった。眼球を構成する組織の中で、硝子体のゲル構造は未だ確定しておらず、様々なモデルが提唱されている。その中で、E.A.Balazsにより提案された「フリクショナル相互作用モデル」が一般的に支持されており、このモデルでは、硝子体のゲル構造はコラーゲンの骨格のみによるとするモデルであり、ヒアルロナンはその粘弾性と保水機能によりコラーゲンの骨格の安定化に寄与しているとしている。しかしながら生化学的な検討に基づくモデルであり、その微視的構造、さらに硝子体高分子問の相互作用についてはまったく未解決である。これは単に高分子科学の進歩からだけではなく、疾患の治療・予防のためにも早急な解決が必要不可欠である。そこで本申請課題では、まず(1)眼球組織、特に豚硝子体を用いて「結合組織」としての硝子体の構造・物性の解明、構造モデルの確立を行った。その結果に基づき、(2)人工硝子体分子の分子設計、(3)人工硝子体分子の創製その構造・物性解析、(5)人工硝子体のin vivo検討を実施した。人工硝子体の開発には、その骨格となっている硝子体ゲルの構造・物性を十分に理解し、それに基づき分子設計する必要がある。本検討課題では、まず人間と同様の構造・機能を有すると考えられる、子牛ならびに豚の摘出硝子体の構造、物性を主に動的光散乱、力学特性の側面から検討を行った。
SHGによるアキラルバナナ型液晶分子における(反)強誘電相の構造と発現機構の解明

本年度は、新規なバナナ型液晶分子であるP-8-OPIMB6^*の形成する強誘電性液晶構造の測定、解析を行った。P-8-OPIMB6^*はアキラルである従来の反強誘電性バナナ型液晶分子とは異なり、分子末端部に不斉炭素を含んでいるが、それだけの違いで強誘電性の分子反転を呈する。強誘電性の前提条件である、極性構造の発現とその保持のためには、分子の持つ自発分極が打ち消しあわないような対称性を系が持っている必要がある。このような対称性を持つ系は、SHGをはじめとする2次の非線形光学効果の発生要件である反転対称性を持たないという要件を必然的に満たすこととなる。このことから、SHGは強誘電系に敏感な探索法として多く用いられている。バナナ型分子そのものが大きな2次の分極特性を持つことは既に報告を行った。そこでSHG法により、バナナ型分子系の非線形光学特性を明らかにすることで、分子及び凝集極性構造を解明することを目的とした。試料は面内電場を印加すると、一様配向すると同時に強誘電性の分子反転を呈する。本研究では、使用するレーザーパルスと印加交流電場とを同期させてSHGを測定するシステムを構築し、印加電圧依存性、入出射偏光依存性の測定を行った。その結果、(1)P-8-OPIMB6^*の強誘電系では大きなSHG信号が観測され、その非線形感受率は代表的な非線形物質に匹敵することを示した:(2)bis-dipolar modelと呼ぶ独自のモデルを用いて理論解析を行い、分子の配列構造と分子単独の非線形分極を明らかにした。これらの結果は過去の結果と比較しても非常に妥当であり、バナナ型分子における新規な強誘電性構造を非線形光学という観点から解明した。これらの成果は論文としてPhys.Rev.E 66,021705(2002)、および2002年国際液晶学会にて発表された。
サブナノメートルの浮上すきまにおけるスライダの振動と液膜潤滑機構の理論的解明

磁気ディスク記憶装置におけるヘッド・ディスク間隙は1nm以下となり,またディスク潤滑膜厚さは単分子層となり,その流動成分は20%以下となっている.本研究はこのようなナノメートル以下の近接記録時のヘッドの動的接触現象および希薄液膜の流動現象を連続体理論により解明することを目的とし,サブナノメートル領域における固体・流体の分子間引力を考慮した接触と希薄液膜流動の理論を開発した.(1)まず市販の5種のディスク面の粗さ突起特性を測定・分析により明らかにし,粗さ突起,DLC膜,固定・流動潤滑膜を考慮してヘッド・ディスク表面間力を定量的に評価できる理論を提案した.次にこれを用いて,実用装置におけるヘッド・ディスク接触時の振動特性を,静的不安定域におけるディスク面うねりによるスライダの応答解析として明らかにし,0.5nm以下の微小すきまのスライダ・ディスク設計指針を提案した.(2)希薄液膜と固体面との引力である分離圧式を,Lennard-Jones Potentialの積分により世界で始めて厳密に導出した.またこの分離圧を用いて単分子層以下の希薄液膜および多層膜の拡散流動方程式の厳密式を導出し,他人の実験データと良く一致することを示した.また(3)希薄液膜によるメニスカス弾性接触特性を厳密に求める理論を開発した.更に上記拡散流動の式を,相対滑りする対向面を有する軸受の流体潤滑膜に拡張し,表面に高粘度のtribo-chemical層をもつ潤滑剤の流体潤滑方程式を世界で始めて定式化した.またこの潤滑方程式を用いて,近年盛んに研究されているmicro/nano-textureの潤滑特性をtaper/tape-flat軸受およびstep軸受モデルとして解析し,従来実験的に明らかにされているなじみ過程により高負荷能力と超低摩擦係数が得られるメカニズムを始めて理論的に明らかにしつつある.磁気ディスクのヘッド・ディスクインタフェースにおけるサブナノメートル領域の諸現象を解明する研究を交付申請書の計画に基づき実施し以下の成果を得た.1.異なる5社の500 GB/板の磁気ディスク面の振幅パラメータと突起パラメータを分析した.表面力を解析するに必須の突起パラメータ値は,突起平均高さ0.49 nm,標準偏差0.21 nm,突起密度5044 um-2,突起半径20 nmであることを明らかにした.この成果は日本機械学会論文として発表し,さらにその2/3の部分をIEEE (Magnetics)論文として発表した.2.上記の突起緒元値を用いて,DLC保護膜上に単分子層の固定・流動潤滑膜が塗布されたディスク面とヘッド面との表面力を解析し,実際と整合する結果を得た.この成果は2017年度のトライボロジー会議や国際トライボロジー会議で発表予定である.3.上記の表面力とヘッドスライダの浮上力式との和であるスライダ作用力を用いて,1自由度スライダモデルのディスクうねりによって励起されるすきま変動を数値解析し,従来実験的に見出されているloss of contact現象(接触度を増すのに突然浮上する現象)やうねり振幅が大きいと100 kHz以下の異常に大きなすきま変動が生じる奇妙な現象のメカニズムを初めて解明した.この結果は日本機械学会論文で発表し,更に厳密化した表面力を用いた解析結果を米国機械学会のトライボロジー学術誌へ発表した.4.すでに提案した単分子以下の潤滑液膜の流動に関する基礎式を用いて,最近報告された単分子相当以下の潤滑液膜の流動の実験値を評価した.また基礎式に用いる分離圧式をRenard-Jones原子間力式から求め基礎式の厳密化を行った.この成果はTribology Frontier Conference(TFC)2017で発表した.この論文化は29年度に行う.(理由)交付申請書に記述した28年度の実施計画(1)表面間引力評価とスライダ振動解析については計画以上に進展している.即ち,1磁気ディスク表面形状パラメータの分析,その国際会議での発表と論文化は100%実行できた.2媒体メーカの協力も得て,分解能が更に高い表面形状データも取得できた.突起だけでなく,谷底パラメータも分析したが,今後境界潤滑機構を解析する際にその意義も明確化し論文化する.3測定した突起特性を用いて,DLC膜上に固定成分と流動成分からなる潤滑薄膜を塗布した磁気ディスク面の表面力特性を解析し,予想外の興味深い結果を得たので,新しい表面力の評価法に関して29年度に発表し,論文化する.3突起特性を用いたスライダの振動解析結果は予定通り邦論文にまとめ,更に表面力を改良した理論に基づく解析結果をASME論文にまとめた.更にヘッドサスペンション企業の協力を得て,実際の磁気ディスクにおけるスライダ振動を理論解析し,実験とほぼ整合する結果を得たので29年3月に情報・知能・精密部門講演会で発表するとともに日本機械学会論文として投稿した.今後ISPS2017の国際会議でも発表し英論文としてまとめる.(2) Submonolayer希薄液膜の拡散・流動方程式の普遍化についても100%実行し,その成果を国内外の会議で発表した.Submonolayer領域の拡散流動に関する実験結果は他人の報告に依存するしかないので,その論文化は29年度に行うこととした.

計画には記述していないが,先行科研費研究で邦論文化したsubnanometer以下の液膜のメニスカス弾性接触解析に関する内容を英論文化すべく,磁気ディスク関連分野だけでなく,Capillary condensationに関する従来論文の調査を行った.磁気ディスクのヘッド・ディスクインタフェースにおけるサブナノメートル領域の諸現象を解明する研究を交付申請書の計画に基づき実施し以下の成果を得た.1. Diamond-Like-Carbon (DLC),固定潤滑膜,流動潤滑膜の3層からなる磁気ディスク面の突起接触における表面力理論を確立し,実際のヘッド・ディスク面の表面粗さパラメータ値を用いて実用磁気ディスクにおけるTFCヘッドスライダの内周,中周,外周における接触時の振動特性の相違を解明できることを示した.特に作用力が不安定域をもつ場合,接触信号が消失するloss of contactが生じる領域の後半は完全浮上状態になるが,前半は軽い接触状態であるにもかかわらず接触信号が現れないことから,この条件下で接触記録ができる可能性があることを示した.これは極めて重要な発見で,実用的な価値が高い.更に上記の表面力理論を用いて,磁気ディスク面の表面力に及ぼす潤滑膜厚さとボンド率の影響を調べ,ボンド率0.85のとき表面力特性は潤滑膜厚さの変動の影響を受けなくなることを明らかにした.またこのとき膜厚さが0.6 nm近傍で凝着力が最小になるので,今後高密度化のために目指すべき潤滑膜厚さは0.6 nmであることを提案した.2.メニスカス弾性接触理論をすでに発表しているが,接触分離状態に近くなると,数値解の解析精度が低下する恐れがあった.そこで接触半径とメニスカス半径を基準とする相対座標系を用いて解く手法を開発した.今後この手法でメニスカス弾性接触状態を詳しく研究し,更に動的メニスカス形成特性の解析や弾性流体潤滑理論への発展を探求する.3.単分子膜以下の稀薄液膜の拡散流動に関する理論をH28年度に開発し発表したが,上記の研究に精力をかけたためその論文化が遅れた.稀薄液膜の流動理論の論文化をH30年度前半の課題とする.交付申請書に記述した29年度の実施計画(1)表面間引力評価とスライダ振動解析については計画以上に進展している.即ち,1突起特性を用いたDLC膜上の固定成分と流動成分をもつ面の表面力特性を解析し,現在の単分子膜の固定率0.85が最適でしかも今後0.6nm程度まで薄くできることを明らかにした(トライボロジスト論文).2またHe封入の実機におけるTFCスライダのタッチダウン特性のディスク半径位置による変化をも評価できることを示すことができた(日本機械学会論文,Microsystem Technologies論文).3更にスライダのタッチダウン後の状態には,AE接触信号が生じない接触状態が存在し接触記録の可能性を始めて明らかにした.4更に開発した表面力理論を用いて,2000年代の前半に問題となったピコスライダの静的・動的不安定現象をも調べそれらも矛盾なく理解できることが分かった(IIP2018講演会発表).(2) Submonolayer希薄液膜の拡散・流動方程式の普遍化については,比較すべき実験データがその後ほとんど発表されていないので論文化を保留していたが,拡散係数に関するWaltmanの実験値によく一致しているので,現在機械学会論文としてまとめつつある.また2018年8月に表面力に関するsurface forces国際会議があるので,それを目指して英論文化も目指す.
微小温度・熱物性値測定による温度・濃度場の可視化

本研究では電気抵抗の温度依存性を利用し、Lock-in計測法により、同一装置による高精度な温度、熱伝導率の測定を行い、その測定精度、適応限界を明らかにした。本測定法では、Wheat-Stone Bridgeの一つの抵抗に温度依存性の高い抵抗体(金属細線,薄膜)を用い、計測プローブとし、Lock-inアンプから角周波数ωの交流電圧を印加する。抵抗では直流成分と2ωの周波数を持つ発熱が起こり、直流分と2ωの周波数成分を持つ温度上昇が起こり、抵抗も変化する。この結果、ブリッジの出力電圧は、1ω成分と3ω成分を持ち、加熱量を十分小さく取ることで、1ω成分からプローブ近傍の温度が、また、3ω成分から2ωの温度変動成分が得られ、変動温度から周囲物質の熱伝導率が求められる。温度測定は水中におかれたニクロム線周りの自然対流の可視化を直径10μmの白金細線プローブで行い、比較的高精度の温度測定が可能なサーミスターでの測定結果と比較した。両者の測定結果はよく一致しており、本測定法では、白金プローブにおいて0.02°Cの精度で温度計測が可能であることが分かった。変動温度の実験は、直径10μmの白金細線、タングステン細線を用い、空気、水、エポキシ樹脂中で、また、ガラス基板上に蒸着されたITO薄膜を用い空気中で行った。プローブ周りの対流の効果を考慮しない熱伝導モデルと測定結果を比較し、両者は空気中では大きくずれ、水中及び固体中では印加電圧周波数320Hz以下でモデルとよく一致することが分かった。薄膜の場合にも、ガラス基板の熱伝導が気体側の熱伝達に比べ支配的なため、基板側熱伝導の解と周波数320Hz以下の範囲で良好な一致を見せた。また、変動温度測定から周囲液体の熱伝導率を求め、混合液の濃度計測が可能なことを、水の上にエタノールを静かに注ぎ成層化した混合液の拡散による混合過程を測定することで示した。
全く新しい透明導電膜の設計とその機能性の発現メカニズムに関する研究

本研究におけるMg(OH)_2-Cは、透明かつ電気伝導性を有する水酸化物系の材料である。当該材料に関する解決されるべき実験的、理論的課題は(1)スパッタリング条件の最適化による高特性化(2)当該材料の導電性のメカニズムの解明(キャリアーの特定等)である。研究代表者は、これまでに以上のことを解決することを目的として研究開発を進めてきた。当該材料は可視光領域において非常に高い光透過性を有している。その高い透過性を維持したまま、如何に導電性を高めるかが実用化への鍵であると考えられる。そこで、(1)高特性化をする目的で試料作製条件の検討を行なった。その結果、真空保持中での電気特性の測定において10^<-3>Ωcm程度の比抵抗が得られた。このことは、申請時の10^<-2>Ωcmと比較をすると一桁小さい値であり電気特性の高特性化に成功することが出来た。また、光透過性においても約80%程度の可視光透過率を有していることも確認した。一方、得られた試料の(2)導電性のメカニズムについては、これまで実験的にホール効果の測定を試みたが、ホール起電力が極めて小さく判定が難しいためキャリアの同定には至っていない。このことから、p/n型半導体だけでなく、新たな伝導機構(例えばホッピング伝導)等も考慮しながら検討を進めており、現在継続して測定ならびに解析を行っている。さらには、構造評価実験から結晶モデルの構築し、シミュレーション計算から導電性メカニズムのシミュレーション計算により解析も進めている。本研究におけるMg(OH)_2-Cは、透明導電性を有する世界唯一の水酸化物系の材料である。当該材料に関する解決されるべき実験的、理論的課題は(1)スパッタリング条件の最適化による高特性化、(2)当該材料の導電性のメカニズムの解明(キャリアーの特定等)である。研究代表者は以上のことを解決することを目的とし、研究開発を進めている。当該材料は可視光領域において非常に高い透過性を有している。その高い透過性を維持したまま、如何に導電性を高めるかが実用化への鍵となる。そこで、まず(1)高特性化をする目的で、試料作製条件の検討を行なった。その結果、これまでに6×10-3Ωcmの比抵抗が得られており申請時の10^<-2>Ωcmと比較をすると、一桁小さい値であり電気特性の高特性化に成功した。また、光透過性においてもRF電源により作製した薄膜は可視光領域において約80%程度の光透過率であったのに対し、DC電源により作製した薄膜もほぼ同等の光透過率を有していることも確認している。一方、得られた試料の(2)導電性のメカニズムについては、これまで実験的にホール効果の測定を試みた。しかしながら、試料の抵抗については測定が出来るもののキャリアの同定には至っていない。その理由としてはホール起電力が極めて小さく判定が難しいためである。このことから、p/n型半導体だけでなく、新たな伝導機構(例えばホッピング伝導)等も考慮しながら検討を進めていく計画である。さらには、より詳細な構造評価実験から結晶モデルの構築し、シミュレーション計算から導電性メカニズムのシミュレーション計算により解析を進めている。
耐食バルクアモルファス合金の創製

Ni-16at%P-4at%B合金へクロムとニオブ,モリブデンまたはタンタルを添加することにより,銅金型を用いた鋳造により1-2mmの棒状バルクアモルファス合金を得ることができた.アモルファス形成能が大きく,バルクアモルファス合金が得られた組成は,ニオブとタンタルを添加した場合には幅広い過冷却液体温度域を持つ組成とほぼ一致し,過冷却液体状態の安定性とアモルファス形成能の相関に関する従来の報告と対応したが,モリブデンを添加した場合にはその傾向は見られなかった.作製したバルク状アモルファス合金は6Mおよび12M HCl中において自己不働態化し,過酷な腐食環境においても優れた耐食性を備えていることが明らかとなり,その耐食性はアモルファス単相合金が得られる限り,急冷リボン状合金と変わらないことが明らかとなった.しかし,合金組成,試料サイズによってはアモルファス相中にfcc Niが析出し,それは耐食性を低下させた.ただし,そのサイズが2-3nmまで低下すると,その影響はかなり小さくなり,析出する結晶サイズにより耐食性が大きく変化することが判明した.作製したバルク合金のうち,Ni-10Cr-5Nb-16P-4B合金が最も幅広い過冷却液体状態の温度範囲を示したので,このアモルファス合金粉末をガスアトマイズ法により作製し,これをさらに過冷却液体域の708Kにおいてシース圧延することにより厚さ2mmの板材も作製した.このアモルファス構造はX線回折および高分解能透過電子顕微鏡観察により確認された.しかし,濃厚塩酸中における耐食性は鋳造アモルファス合金よりも劣る.1週間濃厚塩酸中に浸漬した試料の表面を観察した結果,圧延材にはもとのアトマイズ粉末の粒子の境界に相当すると考えられる部分が選択的に腐食されていることがわかった.おそらく,圧延のために昇温した際,粒子表面にある厚さの酸化物膜が形成し,その酸化膜あるいはその酸化膜の形成による酸化膜直下の合金組成が変化した領域が優先的に腐食することにより,圧延で得られたアモルファス合金は急冷または鋳造アモルファス合金よりも耐食性が劣るものと考えられる.Ni-16at%P-4at%B合金へクロムとニオブ,モリブデンまたはタンタルを添加することにより,銅金型を用いた鋳造により1-2mmの棒状バルクアモルファス合金を得ることができた.アモルファス形成能が大きく,バルクアモルファス合金が得られた組成は,ニオブとタンタルを添加した場合には幅広い過冷却液体温度域を持つ組成とほぼ一致し,過冷却液体状態の安定性とアモルファス形成能の相関に関する従来の報告と対応したが,モリブデンを添加した場合にはその傾向は見られなかった.作製したバルク状アモルファス合金は6Mおよび12M HCl中において自己不働態化し,過酷な腐食環境においても優れた耐食性を備えていることが明らかとなり,その耐食性はアモルファス単相合金が得られる限り,急冷リボン状合金と変わらないことが明らかとなった.しかし,合金組成,試料サイズによってはアモルファス相中にfcc Niが析出し,それは耐食性を低下させた.ただし,そのサイズが2-3nmまで低下すると,その影響はかなり小さくなり,析出する結晶サイズにより耐食性が大きく変化することが判明した.作製したバルク合金のうち,Ni-10Cr-5Nb-16P-4B合金が最も幅広い過冷却液体状態の温度範囲を示したので,このアモルファス合金粉末をガスアトマイズ法により作製し,これをさらに過冷却液体域の708Kにおいてシース圧延することにより厚さ2mmの板材も作製した.このアモルファス構造はX線回折および高分解能透過電子顕微鏡観察により確認された.しかし,濃厚塩酸中における耐食性は鋳造アモルファス合金よりも劣る.1週間濃厚塩酸中に浸漬した試料の表面を観察した結果,圧延材にはもとのアトマイズ粉末の粒子の境界に相当すると考えられる部分が選択的に腐食されていることがわかった.おそらく,圧延のために昇温した際,粒子表面にある厚さの酸化物膜が形成し,その酸化膜あるいはその酸化膜の形成による酸化膜直下の合金組成が変化した領域が優先的に腐食することにより,圧延で得られたアモルファス合金は急冷または鋳造アモルファス合金よりも耐食性が劣るものと考えられる.クロムを5-15at%程含み,タンタルを5at%程度添加した場合,過冷却液体状態を示す温度領域が50K程度あり,銅金型鋳造法で直径1mmのバルク状アモルファス合金が作製できた。タンタル,クロム量をさらに増やすと過冷却液体領域は狭くなり,アモルファス相は鋳造法では生成しなくなった。モリブデンを添加した場合には15at%クロムを含む合金に10at%のモリブデンを添加することで,過冷却液体領域はかなり狭くなるものの,直径1mmのバルク状アモルファス合金が得られた。このように,タンタルやモリブデンを含むNi-Cr-P-B合金系でバルク状アモルフアス合金が生成することが確認された。得られた合金の耐食性を6M HC1溶液中で評価し,同じ組成の急冷リポン状アモルファス合金と比較した。1週間の浸漬腐食試験の結果,直径1mmのNi-15Cr-10Mo-16P-4BやNi-10Cr-5Ta-16P-4Bなどのバルク状アモルフアス合金は腐食速度1×10^<-3>mm y^<-1>以下の優れた耐食性を備えていることが明らかとなった。

動電位分極測定から,これら合金は6M HC1中において自己不働態化しており,不働態電流密度は直径1mmのバルク合金とリボン状合金では違いが認められなかった。しかし,直径2mmのバルク状Ni-10Cr-5Ta-16P-4B合金はX線回折からはアモルファス構造が確認されたにもかかわらず,同じ組成の急冷リポン状合金や直径1mmの合金よりも約3倍ほど高い不働態電流密度を示した。透過電子顕微鏡により構造を詳細に検討した結果,直径1mmのバルク合金はほぽ完全なアモルファス構造を示すのに対し,直径2mmの合金の場合にはアモルファスマトリックス中に2-3nmのfcc Niナノ結晶が分散していることが明らかとなった。6M HC1溶液中において活性溶解するような結晶が析出することにより,耐食性が低下したと考えられる。しかしながら,直径2mmのNi-15Cr-10Mo-16P-4B合金では約20nm程度のfcc Niがアモルファス相中に析出しており,この場合には2桁程度も不働態電流密度が上昇することから,析出する結晶相が耐食性に有害であっても,そのサイズが数nm以下まで小さくなるとその影響はかなり小さくなると考えられる。Ni-16 at% P-4 at%B合金へクロムとニオブの2種類の耐食金属を添加して,銅金型鋳造法によりバルクアモルファス合金の作製を試みた.その結果,クロムとニオブの同時添加が直径1 mm以上の円柱状アモルファス合金を得るために必要であり,クロムとニオブはそれぞれ10 at%以下の添加量でなければならないことが判明した.また,Ni-5Cr-10Nb-16P-4B合金では直径2mmまでアモルファス単相となった.この鋳造法でアモルファス化した組成範囲はDSC熱分析において結晶化前に幅広い過冷却液体状態の温度域を持つ組成と対応し,アモルファス形成能と過冷却液体状態の安定性との相関性が確認された.得られたバルクアモルファス合金の耐食性を濃厚塩酸中において評価した結果,12 mol dm^<-3> HCl中においても自己不働態化し,同じ組成の急冷リボン状アモルファス合金と同等の高耐食性を有することが明らかとなった.作製したバルク合金のうち,Ni-10Cr-5Nb-16P-4B合金が最も幅広い過冷却液体状態の温度範囲を示したので,このアモルファス合金粉末をガスアトマイズ法により作製し,これをさらに過冷却液体域の708 Kにおいてシース圧延することにより厚さ2 mmの板材を作製した.このアモルファス構造はX線回折および高分解能透過電子顕微鏡観察により確認された.しかし,濃厚塩酸中における耐食性は鋳造アモルファス合金よりも大きく劣る.1週間濃厚塩酸中に浸漬した試料の表面を観察した結果,圧延材にはもとのアトマイズ粉末の粒子の境界に相当すると考えられる部分が選択的に腐食されていることがわかった.おそらく,圧延のために昇温した際,粒子表面にある厚さの酸化物膜が形成し,その酸化膜あるいはその酸化膜の形成による酸化膜直下の合金組成が変化した領域が優先的に腐食することにより,圧延で得られたアモルファス合金は急冷または鋳造アモルファス合金よりも耐食性が劣るものと考えられる.
変形性顎関節症における軟骨細胞の機能障害の解明および治療法の開発

変形性顎関節症(TMJ-OA)は加齢による退行性変化や二次的要因として歯の喪失や不正咬合などの咬合異常、軟骨代謝異常などが報告されている。平成23年度では下顎頭の形態形成において、分泌性タンパク質であるインディアンヘッジホッグ(以下、Ihh)が軟骨細胞の増殖、分化や軟骨基質の産生を調節することを報告した。平成24年度では、TMJ-OAの発症、進行とIhhの関係を遺伝子レベルで明らかにするため、TMJ-OAのモデルマウスとして老化促進マウス(SAMP8)を用い、生後8週齢のSAMP8と正常老化マウス(SAMR1)の下顎頭軟骨の特徴を解剖学的、組織学的および骨・軟骨関連遺伝子、ヘッジホッグ関連遺伝子を分子生物学的(in situハイブリダイゼーション、レーザーマイクロダイセクション、定量的RT-PCR)に解析した。その結果、SAMP8の下顎頭表層部は粗造で、アグリカンの分布が著しく減少し、軟骨内骨化の亢進が認められた。Ihhは前肥大軟骨細胞に、Patched 1は増殖層にみられたが、SAMP8はSAMR1より遺伝子発現が減少し、MMP13の遺伝子発現の増加が認められた。つぎに、両マウスの切歯の一部を削合し、咬合異常モデルを作製、削合2週、4週後に同様に解析した。その結果、SAMP8はSAMR1よりも下顎頭の矮小化と形態異常が認められ、アグリカンが著しく減少し、増殖層におけるPCNA陽性細胞の減少が認められた。さらに、SAMP8がSAMR1よりもIhh、Patched1、Gli1、Col II、Aggrecanの遺伝子発現が減少し、MMP13の遺伝子発現の増加が認められた。以上の結果より、SAMP8の下顎頭軟骨の退行性変化はヘッジホッグシグナルの変異が関与し、咬合異常により退行性変化が促進することが示唆された。変形性顎関節症は加齢に伴う下顎頭軟骨細胞の細胞外環境の変化や過剰な生体力学的荷重などが誘因となり発症する。その病態には下顎頭軟骨細胞の変性が指摘されており、加齢的変化や軟骨変性に陥った軟骨組織ではプロテオグリカンなどの軟骨基質の産生が低下することが報告されている。我々は、これまで下顎頭の形態形成において、分泌性タンパク質であるインディアンヘッジホッグ(以下、Ihh)が軟骨細胞の増殖、分化や軟骨基質の産生を調節することを報告した。本研究では、変形性顎関節症の発症、進行に伴う下顎頭の形態変化におけるIhhの役割を遺伝子レベルで明らかにすることを目的とする。平成23年度では、加齢(成長期から老年期の正常マウス)に伴う下顎頭の形態変化を解剖組織学および骨・軟骨関連遺伝子の時空的な発現を解析するため、in situハイブリダイゼーション法により検索した。その結果、成長期マウスではIhhは前肥大軟骨細胞層に認められ、細胞増殖に関与する副甲状腺関連蛋白(以下、PTHrP)の発現が下顎頭表層部で検出された。しかし、加齢に伴い、IhhとPTHrPの発現が減少し、Histone H4C(増殖細胞層マーカー)および2型コラーゲン(幼若軟骨細胞マーカー)の発現の低下が認められた。さらに、レーザーマイクロダイセクションシステムを用いて、下顎頭軟骨の表層に存在する軟骨細胞と深層に存在する軟骨細胞を採取し、遺伝子発現量を解析した。その結果、加齢に伴い下顎頭表層部では、IhhレセプターであるPatched1の遺伝子発現量が減少し、MMP13の遺伝子発現量の増加が認められた。

このことから、Ihhは下顎頭表層部にPTHrPの発現を促し、増殖層の前軟骨細胞の増殖に関与するが、加齢に伴いヘッジホッグシグナルの減少と軟骨マトリックス分解酵素が増加し、軟骨内骨化が進行することが示唆された。平成23年度では、加齢(成長期から老年期の正常マウス)に伴う下顎頭の形態変化について、骨・軟骨関連遺伝子の時空的な発現をin situハイブリダイゼーション法により検索した。現在、レーザーマイクロダイセクションシステムを用いて、下顎頭軟骨の表層に存在する軟骨細胞と深層に存在する軟骨細胞を採取し、加齢に伴う下顎頭の各層におけるヘッジホッグシグナル分子およびヘッジホッグ関連分子群の発現の変異をマイクロアレイ(Hedgehog signaling pathway PCR array: SA Bioscience)により解析中である。変形性顎関節症(TMJ-OA)モデルマウス(SAMP8)を用い、TMJ-OAの発症、進行におけるヘッジホッグシグナルの変異を解析し、平成23年度に解析した正常マウスの実験結果と比較、検討する。さらに、マウスに不正咬合モデル(マウスの切歯のトリミング)を作製し、不正咬合による下顎頭の形態変化におけるヘッジホッグシグナルの役割を解析する。本研究遂行にあたり、実験用動物(マウス)、実験用動物飼料、分子生物学実験試薬(RT-PCR関連、in situハイブリダイゼーション法、レーザーマイクロダイセクションシステム、マイクロアレイ、等)、ガラス器具、プラスチック器具、一般試薬、成果発表(旅費)を使用予定である。