hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多チャンネル高速イオン温度測定装置の開発によるイオン系摂動輸送研究

本年度は、昨年度までに完成させたイオン温度やプラズマ回転速度を高時間・高空間分解かつ高精度で測定できる多チャンネル高速イオン温度測定装置を用いて、JT-60の種々のプラズマに対してイオン系摂動輸送実験を実施した。本測定装置の開発によって、これまでほとんど行われていなかったイオン系の摂動輸送研究が可能となった。研究は研究実施計画に従って順調に進展したが、当初予定していたアイスペレットによる外部摂動印加実験は、ペレット入射装置の運転がなかったために実施できなかった。イオン系への外部印加型の摂動源として中性粒子ビーム、電子サイクロトロン波を変調入射する実験を実施した。その結果、中性粒子ビームを摂動源とした場合にプラズマ回転速度への変調成分の観測に成功し、摂動輸送解析によって輸送行列の非対角項に対応するピンチ項の存在を明らかにした。一方、電子サイクロトロン波入射の場合にはイオン系への有意な変調成分が観測されなかったことから、イオン系輸送と電子系輸送の相互作用が小さいことを明らかにした。また、内部誘起型の摂動源としてプラズマ周辺部に局在する崩壊現象を対象に測定を実施したが、本装置では崩壊現象に伴う背景光の変化を十分に除去できず、摂動に対する応答データを取得できなかった。一方で、本装置によって内部輸送障壁を有する負磁気シアプラズマの測定を実施したところ、従来の装置では観測できなかったイオン系内部輸送障壁の遷移現象を観測した。そこで、内部輸送障壁における遷移現象を内部誘起型の摂動源としてデータ解析を実施した。その結果、イオン温度勾配と電流分布の強い相互関係を定量的に示すとともに、両者の関係にヒステリシスが存在することを明らかにした。本研究は,イオン温度分布を高時間・高空間分解で測定できる計測システムを新たに構築することによって,これまでほとんど研究の行われていないイオン系の摂動輸送研究を様々な閉じ込めモードに対して行ない,「イオン系輸送過程の基礎特性」および「イオン系輸送と電子系輸送の相互作用」等について明らかにすることを目的としている。このことを目指して、本年度は、イオン温度分布を高時間・高空間分解で測定できる荷電交換分光計測システムの構築およびデータ解析用ソフトウェア開発に重点を置いて研究を進めた。まず高い量子効率(>90%)が得られる背面照射型で高速フレームレートを実現するデジタルCCDカメラを導入した。本CCDカメラはCCDチップで検出した光電子を、多段のゲインレジスターに通すことによりCCDチップ上で増幅(1000倍)させてからA/D変換(10MHz)で読み出すことをでき、512x512のピクセル数を持つ超高感度CCDカメラである。駆動試験を行った結果、1x16ビニング設定により、チャンネル数32/フレームレート409Hz、あるいはチャンネル数20/フレームレート588Hzでデータ取得に成功し、本研究目的を達成するために十分な性能を持つことを確認した。またテストデータを用いてイオン温度やプラズマ回転速度を導出するためのデータ解析用ソフトウェアの開発を行うとともに、JT-60実験運転に同期したデータ処理システムの構築を行い、3台のパーソナルコンピューターを用いて分散処理することによりギガバイト程度の大容量データを安定に処理することに成功した。また既存データを用いて、摂動源についての検討を開始した。電子サイクロトロン波入射により、イオン温度やプラズマ回転速度に摂動を与えられることを示すとともに、運動量輸送に内向きピンチが存在していることを明らかにした。本年度は、昨年度に引き続きイオン温度分布を高時間・高空間分解で測定できる荷電交換分光計測システムの構築およびデータ解析用ソフトウェア開発に重点を置いて研究を進めた。まず、昨年度に調整を行ったCCDカメラに組み合わせる分光器として、収差補正されたカメラ交換レンズを配置したレンズ分光器を導入した。このレンズ分光器は、F=2.8と高スループット特性を有しており、従来の分光器に比べて明るさを10倍程度改善できた。その結果、データの測定精度を劣化させることなく、従来の約20倍に相当する2.5msの時間分解能で、空間31チャンネルのイオン温度データを取得できるシステムを完成させた。本システムは、本研究目的を達成するために十分な性能を有している。そして本システムを用いて、JT-60の内部輸送障壁をもつ負磁気シアプラズマの測定を行った。その結果、定常的に維持された強い内部輸送障壁において、イオン温度勾配が急激な上昇と減少を繰り返す遷移現象が起こっていることを初めて観測した。また、中性粒子ビームの入射をバランス入射からCO入射に切り換えることによってトロイダル回転分布に摂動を加え、強い内部輸送障壁を劣化させることによるコールドパルス伝搬のデータを取得し、輸送解析を進めた。さらに、高時間分解能測定により、内部輸送障壁形成が極めて急速な遷移現象(イオン温度上昇率1keV/10ms)であることを初めて明らかにした。

研究は研究実施計画に従って順調に進展したが、当初予定していたアイスペレットによる外部摂動印加実験は、ペレット入射装置の運転がなかったために実施できなかった。イオン系への外部印加型の摂動源として中性粒子ビーム、電子サイクロトロン波を変調入射する実験を実施した。その結果、中性粒子ビームを摂動源とした場合にプラズマ回転速度への変調成分の観測に成功し、摂動輸送解析によって輸送行列の非対角項に対応するピンチ項の存在を明らかにした。一方、電子サイクロトロン波入射の場合にはイオン系への有意な変調成分が観測されなかったことから、イオン系輸送と電子系輸送の相互作用が小さいことを明らかにした。また、内部誘起型の摂動源としてプラズマ周辺部に局在する崩壊現象を対象に測定を実施したが、本装置では崩壊現象に伴う背景光の変化を十分に除去できず、摂動に対する応答データを取得できなかった。一方で、本装置によって内部輸送障壁を有する負磁気シアプラズマの測定を実施したところ、従来の装置では観測できなかったイオン系内部輸送障壁の遷移現象を観測した。そこで、内部輸送障壁における遷移現象を内部誘起型の摂動源としてデータ解析を実施した。その結果、イオン温度勾配と電流分布の強い相互関係を定量的に示すとともに、両者の関係にヒステリシスが存在することを明らかにした。
記憶学習の汎化能力に関する研究

訓練データを用いた教師付き学習の目的は,訓練データ以外の入力に対しても正しく答えられるようにすること,すなわち,高い汎化能力を得ることである.しかし,誤差逆伝搬法に代表される多くの学習法は,訓練データに対する誤差だけを小さくしようとする記憶学習であり,高い汎化能力が得られるという直接的な理論的保証はない.こうして,次の問題が生じる.第一は直接的には汎化能力を要請していない記憶学習によって高い汎化能力を得ることができる場合がある理由を解明することであり,第二は記憶学習が有効に働く適用範囲を見極めること,第三は適用範囲を更に拡大する方法を開発することである.第一の問題に対しては,「許容性」の概念を導入することにより明確な解答を与えた.第二の問題に対しては,まず「射影学習族」という概念を導入することにより,無限に多くの種類の学習方式を同時に論じることができる理論的基盤を確立した.そして,許容性と射影学習族の概念を活用することにより,狭義の記憶学習の射影学習族における適用範囲を明らかにした.第三の問題に対しては,多くの解決法があることを示した.まず記憶学習の概念を機械的記憶学習から誤り修正型記憶学習へ拡張し,適用範囲を更に拡大できることを示した.また能動学習の立場から,汎化能力を最も高める最適な訓練データの設計法を与えた.更にモデル選択の立場から,部分空間情報量基準(Subspace Information Criterion : SIC)を提案した.これは,有限個の訓練データに対しても有効性が理論的に保証されたモデル選択基準になっている.このSICを用いることにより,例えば正則化学習の最適パラメータの決定法を与えた.訓練データを用いた教師付き学習の目的は,訓練データ以外の入力に対しても正しく答えられるようにすること,すなわち,高い汎化能力を得ることである.しかし,誤差逆伝搬法に代表される多くの学習法は,訓練データに対する誤差だけを小さくしようとする記憶学習であり,高い汎化能力が得られるという直接的な理論的保証はない.こうして,次の問題が生じる.第一は直接的には汎化能力を要請していない記憶学習によって高い汎化能力を得ることができる場合がある理由を解明することであり,第二は記憶学習が有効に働く適用範囲を見極めること,第三は適用範囲を更に拡大する方法を開発することである.第一の問題に対しては,「許容性」の概念を導入することにより明確な解答を与えた.第二の問題に対しては,まず「射影学習族」という概念を導入することにより,無限に多くの種類の学習方式を同時に論じることができる理論的基盤を確立した.そして,許容性と射影学習族の概念を活用することにより,狭義の記憶学習の射影学習族における適用範囲を明らかにした.第三の問題に対しては,多くの解決法があることを示した.まず記憶学習の概念を機械的記憶学習から誤り修正型記憶学習へ拡張し,適用範囲を更に拡大できることを示した.また能動学習の立場から,汎化能力を最も高める最適な訓練データの設計法を与えた.更にモデル選択の立場から,部分空間情報量基準(Subspace Information Criterion : SIC)を提案した.これは,有限個の訓練データに対しても有効性が理論的に保証されたモデル選択基準になっている.このSICを用いることにより,例えば正則化学習の最適パラメータの決定法を与えた.教師付き学習とは,訓練データからその背後にある法則を推定する問題である.よく用いられる学習方式は誤差逆伝搬法であり,訓練データに対する誤差だけを小さくしようとするものである.一般に記憶学習とよばれているこのような学習方式が頻繁に用いられる理由は,第一に記憶学習が多くの前提知識を必要としないからであり,第二に工学的に実現しやすいからであると考えられる.ところで,教師付き学習の目的は,学習したい法則にできるだけ近い法則,すなわちできるだけ汎化能力の高い法則を推定することである.しかし,記憶学習は訓練データに対する誤差だけを小さくしようしているので,必ずしも学習結果の汎化能力が高いとは限らない.にも関わらず,記憶学習によって高い汎化能力が得られることがあることも経験的に知られている.こうして,次の問題が生じる.第一は,直接的には汎化能力を要請していない記憶学習によって高い汎化能力を得ることができる理由を解明することである.第二は,記憶学習が有効に働く適用限界を見極めることであり,第三は,適用限界を更に拡大する方法を開発することである.当研究代表者は,「許容性」の概念を導入することによって,既に第一の問題に対して明確な答を与えている.そこで本年度は,第二の問題,すなわち記憶学習をどこまで広い範囲の学習方式の実現手段として適用していくことができるかどうかという"記憶学習の適用範囲"の問題を解明した.このような問題を論じるためには,適用可能な学習方式を探す探索範囲を決めなくてはいけないが,本研究では無限に多くの種類の学習方式を含んでいる「射影学習族」を採用した.その結果,射影学習族における適用範囲が,訓練データの選び方,及び,学習の雑音抑制能力によって決まることがわかった.訓練データを用いた教師付き学習の目的は,訓練データ以外の入力に対しても正しく答えられるようにすること,すなわち,高い汎化能力を得ることである.しかし,誤差逆伝搬法に代表される多くの学習法は,訓練データに対する誤差だけを小さくしようとする記憶学習であり,常に高い汎化能力が得られるとは限らない.それにも関わらず記憶学習が頻繁に用いられる理由は,第一に記憶学習が多くの前提知識を必要としないからであり,第二に工学的に実現しやすいからであると考えられる.こうして,次の問題が生じる.

第一は直接的には汎化能力を要請していない記憶学習によって高い汎化能力を得ることができる場合がある理由を解明することであり,第二は記憶学習が有効に働く適用範囲を見極めること,第三は適用範囲を更に拡大する方法を開発することである.第一の問題に対しては,「許容性」の概念を導入することにより明確な解答を与えた.第二の問題に対しては,まず「射影学習族」という概念を導入することにより,無限に多くの種類の学習方式を同時に論じることができる理論的基盤を確立した.そして,許容性と射影学習族の概念を活用することにより,狭義の記憶学習の射影学習族における適用範囲を明らかにした.今年度は,第三の問題に対して多くの解決法があることを示した.まず記憶学習の概念を機械的記憶学習から誤り修正型記憶学習へ拡張し,汎化能力を高めることができることを示した.また能動学習の立場から,汎化能力を最も高める最適な訓練データの設計法を与えた.更にモデル選択の立場から,部分空間情報量基準(Subspace Information Criterion:SIC)を提案した.これは,有限個の訓練データに対しても有効性が理論的に保証できるモデル選択基準になっている.このSICを用いることにより,例えば正則化学習の最適パラメータの決定法を与えた.訓練データを用いた教師付き学習の目的は,訓練データ以外の入力に対しても正しく答えられるようにすること,すなわち,高い汎化能力を得ることである.しかし,誤差逆伝搬法に代表される多くの学習法は,訓練データに対する誤差だけを小さくしようとする記憶学習であり,高い汎化能力が得られるという直接的な理論的保証はない.こうして,次の問題が生じる.第一は直接的には汎化能力を要請していない記憶学習によって高い汎化能力を得ることができる場合がある理由を解明することであり,第二は記憶学習が有効に働く適用範囲を見極めること,第三は適用範囲を更に拡大する方法を開発することである.第一の問題に対しては,「許容性」の概念を導入することにより明確な解答を与えた.第二の問題に対しては,まず「射影学習族」という概念を導入することにより,無限に多くの種類の学習方式を同時に論じることができる理論的基盤を確立した.そして,許容性と射影学習族の概念を活用することにより,狭義の記憶学習の射影学習族における適用範囲を明らかにした.第三の問題に対しては,多くの解決法があることを示した.まず記憶学習の概念を機械的記憶学習から誤り修正型記憶学習へ拡張し,適用範囲を更に拡大できることを示した.また能動学習の立場から,汎化能力を最も高める最適な訓練データの設計法を与えた.更にモデル選択の立場から,部分空間情報量基準(Subspace Information Criterion: SIC)を提案した.これは,有限個の訓練データに対しても有効性が理論的に保証されたモデル選択基準になっている.このSICを用いることにより,例えば正則化学習の最適パラメータの決定法を与えた.
軟らかい地面における車輪走行メカニズムの解明

砂質土上を走行する車輪に作用する応力分布とその時間的な変化をより詳細に測定するために複数個の荷重計を車輪踏面に連続して配置した剛性車輪を製作した。自然状態における砂質土(豊浦砂)において単輪による走行実験を繰り返し行ない,すべり率,輪荷重等の条件を変えて,沈下量,駆動トルク,牽引力,車輪接地面の応力分布などのデータを収集した。車輪と砂の接触状態ならびに砂の流動を透明な側壁を通して撮影し,粒子画像速度測定法(PIV)により砂粒子の速度分布と流動パターンに関するデータを収集した。それらの流動パターンが遷移するときの車輪表面の垂直応力ならびに剪断応力の分布変化を荷重計で捉えた。実験では砂質土内部の応力分布についての測定が不可能であるため,実験と同じ車輪走行条件において有限要素法で数値解析を行い,実験結果と合わせた解析を行った。砂の流動に伴い,剪断ひずみが周辺より大きい領域が車輪下のある深さに発生して,車輪が接触する砂表面まで進展することが数値解析で見られるが,このとき,車輪と砂の接触による車輪表面の応力が増加する傾向にあることが分かった。走行実験における車輪表面の応力値は,剪断ひずみが増大する領域との接触で増加し,これにより変動していると考えられる。剪断ひずみが増大する領域は帯状をしており,すべり線と捉えることができあるが,PIVで観測した砂粒子の流動はその時刻における瞬間的なものであり,速度差が大きい境界とは必ずしも一致しなかった。なお,本研究で計測したデータの一部は投稿論文に活用しているが,新しい成果については,まとめて国際会議で発表するとともに,論文誌に投稿する。また,学会・研究会等において関連する研究の報告,講演会の聴講,他の研究者と意見交換するなど,研究遂行のための情報を収集した。砂質土上を走行する車輪に作用する応力分布とその時間的な変化をより詳細に測定するために複数個の荷重計を購入して,車輪踏面に連続して配置した剛性車輪を設計ならびに製作した。車輪と砂の接触状態は透明な側壁を通して撮影し,粒子画像速度測定法(PIV)により砂粒子の速度分布と流動パターンに関するデータを収集した。それらの流動パターンが遷移するときの応力分布の変化を捉えるために複数個の荷重センサで測定しているが,システムの構成とそれぞれのセンサの校正や同期などの調整に時間を要したために収集したデータ数が限られ,パターン遷移の条件等を解明するまでには至らなかった。力の測定ができるのはあくまでも車輪踏面の応力分布に限られるために,砂質土内部の応力分布については実験と同じ車輪走行を有限要素法(FEM)で数値解析する必要がある。汎用の数値解析ソフトウェアには複数の計算モデルがあるが,適切な計算モデルを用いるためのテスト計算により数値解析の準備を行なった。車輪の走行性に関しては,これまでに明らかになった地面との相対速度であるすべり速度と沈下量,駆動トルク,走行抵抗並びに牽引力の関係を用いて,模型車両の車輪すべりを抑制する制御方法に応用して,実験を通した検討を行った。すべり率,輪荷重等の条件を変えて車輪の走行実験を繰り返し行ない,沈下量,駆動トルク,牽引力,車輪接地面の応力分布などのデータを収集するための時間を要した。砂質土の流動パターンが遷移するときの応力分布の変化を捉えるために複数個の荷重センサで測定しているが,センサの個数が増えたためにシステムの調整に時間が掛かった。このため,収集したデータ数が限られ,パターン遷移の条件等を明らかにするデータが揃わず,十分な検討をするに至らなかった。有限要素法における数値解析では,これまでに使用していた学校契約のソフトウェアのライセンス更新がなされなかったことから,別のソフトウェアを使用せざるを得ず,これまでの研究室の資産が活用できなかった。このため,新たなソフトウェアで適切な計算モデルを探すためのテスト計算が必要となった。それらの流動パターンが遷移するときの応力分布の変化を捉えるために複数個の荷重センサで測定しているが,センサ取り付け部に構造上の問題があり,車輪の改良を行っている。5個のセンサの内,3個のセンサで比較的良好なデータが取得できているため,これらのデータを使って解析を進めている。収集データ数が限られるため,パターン遷移の条件等を解明するまでには至っていない。砂質土内部の応力分布については実験と同じ車輪走行条件で有限要素法などの数値解析が必要であるが,研究環境で使用可能な汎用の数値解析ソフトウェアに計算上の制約があることから,研究で必要となる数値計算が困難であることが分かった。他の計算方法にて解析が可能か再検討を行った。なお,本研究で計測したデータの一部を投稿論文に活用した。

車輪の走行性に関しては,これまでに明らかとなった地面との相対速度であるすべり速度と沈下量,駆動トルク,走行抵抗並びに牽引力の関係を用いて,模型車両の車輪すべりを抑制する制御方法に応用して,実験による検討を行った。模型車両に適応した制御方法について学会で発表した。また,学会・研究会等において関連する研究の報告,講演会の聴講,他の研究者と意見交換するなど,研究遂行のための情報を収集した。砂質土の流動パターンが遷移するときの応力分布の変化を捉えるために複数個の荷重センサで測定しているが,これらのセンサの調整に時間が掛かっていることに加え,計測車輪の構造上の問題が明らかになった。このため,収集したデータ数が限られ,パターン遷移の条件等を明らかにするには至らなかった。有限要素法における数値解析では,これまでに使用していた学校契約ソフトウェアのライセンス更新がなされなかったことから,これまでの研究室の資産が活用できていない。別のソフトウェアで検討を行ったが,機能に制約があることから所望の数値解析が行えないことが明らかとなった。別の解析方法が行えないか検討している。砂質土上を走行する車輪に作用する応力分布とその時間的な変化をより詳細に測定するために複数個の荷重計を車輪踏面に連続して配置した剛性車輪を製作した。自然状態における砂質土(豊浦砂)において単輪による走行実験を繰り返し行ない,すべり率,輪荷重等の条件を変えて,沈下量,駆動トルク,牽引力,車輪接地面の応力分布などのデータを収集した。車輪と砂の接触状態ならびに砂の流動を透明な側壁を通して撮影し,粒子画像速度測定法(PIV)により砂粒子の速度分布と流動パターンに関するデータを収集した。それらの流動パターンが遷移するときの車輪表面の垂直応力ならびに剪断応力の分布変化を荷重計で捉えた。実験では砂質土内部の応力分布についての測定が不可能であるため,実験と同じ車輪走行条件において有限要素法で数値解析を行い,実験結果と合わせた解析を行った。砂の流動に伴い,剪断ひずみが周辺より大きい領域が車輪下のある深さに発生して,車輪が接触する砂表面まで進展することが数値解析で見られるが,このとき,車輪と砂の接触による車輪表面の応力が増加する傾向にあることが分かった。走行実験における車輪表面の応力値は,剪断ひずみが増大する領域との接触で増加し,これにより変動していると考えられる。剪断ひずみが増大する領域は帯状をしており,すべり線と捉えることができあるが,PIVで観測した砂粒子の流動はその時刻における瞬間的なものであり,速度差が大きい境界とは必ずしも一致しなかった。なお,本研究で計測したデータの一部は投稿論文に活用しているが,新しい成果については,まとめて国際会議で発表するとともに,論文誌に投稿する。前年度に引き続き実験装置を用いてのデータ収集ならびに数値解析による検証を継続する。収集した実験データと数値解析の結果から車輪と地面の相互作用により生じる沈下や駆動力の発生メカニズムを明らかにする。
ＰＥＧ脂質と外部刺激を利用した新規細胞膜表面修飾法の開発

細胞膜表面への機能分子の修飾は、細胞の機能制御を通して、細胞治療の治療効果向上に繋がる技術となり得る。中でもPEG脂質と細胞膜の相互作用を利用した細胞膜表面修飾は、細胞の種類を問わず修飾できる点、混和するだけで簡便に修飾できる点で臨床応用への期待が高いが、一方で、修飾効率の向上が課題である。本研究では、超音波照射やシクロデキストリン添加により、細胞培養液中でミセル様集合体を形成するPEG脂質の分散を促進することにより、細胞膜修飾効率の向上に成功した。初年度作成したPEG鎖長が2000、5000、10000のPEG脂質の先端にFluoresceinを結合させた、Fluorescein -PEG脂質で間葉系幹細胞の表面を修飾し、予めディッシュ上に培養した血管内皮細胞へ添加し、接着する間葉系幹細胞の数を評価した。その結果、修飾量の増大に伴い、またPEG鎖の分子量の増大に伴い、血管内皮細胞との接着数が減少した。さらに、より血管内に近い状況で細胞間接着を評価することを目的に、流路の底部に血管内皮細胞を培養後、一定の流速で、PEG脂質で表面を修飾された間葉系幹細胞を含む培地を流路に流し、顕微鏡でリアルタイムイメージングして得られたデータに基づき、間葉系幹細胞の流速の変化を算出する方法を確立した。PEG鎖の分子量が10000のPEG脂質で表面を修飾した間葉系幹細胞と、未修飾の間葉系幹細胞の移動速度を比較すると、PEG脂質で表面を修飾された間葉系幹細胞の方が移動速度が速かった。そこで、より分子量の小さなPEGすなわちエチレングリコールの繰り返しが、2, 6, 12, 24 (45の場合分子量約2000に相当)のPEG脂質を合成し、それらで表面を修飾した間葉系幹細胞と血管内皮細胞との結合を評価した。その結果、分子量が大きいほど、また修飾量が多いほど接着する細胞数が減少した。さらに繰り返しが2の場合は、修飾量が増大しても接着する細胞数はほとんど変化しなかった。さらに、接着分子ICAM1に認識されるペプチドを、繰り返しが2のPEG鎖を介して脂質に結合させたペプチドPEG脂質で表面を修飾した間葉系幹細胞と血管内皮細胞の接着を評価したところ、静置状態での評価および流れ場における評価を行ったところ、ランダム配列のペプチドで修飾した場合と比較して、血管内皮細胞との接着数が増加および移動速度の低下が認められた。以上、PEG脂質を介して細胞表面にリガンドを修飾する方法を確立し、さらに本法により標的細胞との接着を制御できた。本研究の目的は、PEG脂質を用いて短時間で効率よく細胞膜表面を修飾する方法の開発である。初年度は、まず、PEG鎖長が2000、5000、10000のPEG脂質の先端にFluoresceinを結合させた、Fluorescein -PEG脂質を合成した。合成後、MALDI-TOFMSによる分子量測定により、目的物が合成できていることを確認した。次に、ヒト由来間葉系幹細胞株を用いて、細胞膜表面への修飾量の評価法を確立した。表面修飾された細胞にトリパンブルーを添加し、細胞膜表面の蛍光を消光させた細胞と、消光させない細胞の蛍光強度の差から算出し、細胞膜表面の外側に修飾されている分子数を評価した。既に、我々は細胞分散液の温度上昇が修飾量を増大させることを確認しているため、超音波照射による水温上昇の影響を排除する方法を確立した。細胞分散液を水槽につけて10分間、各強度で超音波照射し、細胞分散液が37度に維持できる水槽の温度を決定した。また、超音波の強度の上昇に伴い修飾量も増大し、超音波照射しない場合と比較して修飾量は最大3.2倍になった。一方、各強度で10分間超音波を照射後の細胞生存率を照射しない場合と比較したところ、3 (W/cm2)まではほとんど違いはなかったが、4 (W/cm2)では生存率が有意に減少した。さらに、細胞分散液に添加するFluorescein -PEG脂質の濃度の影響を評価したところ、0.1 (mM)までは濃度の上昇に従い修飾量も増大するが、0.1 (mM)と0.5 (mM)までは大きく上昇することはなかった。最後に、超音波照射時間を延長すると修飾量が増大し、超音波照射した場合と同程度の修飾量にするのに必要な超音波照射せずに修飾した場合の修飾時間を比較すると、超音波照射により約1/2の時間で修飾できた。初年度は、各PEG鎖長のfluorescein-PEG脂質の合成、細胞膜表面への脂質の修飾量の評価法の確立、超音波照射による細胞膜表面修飾の方法の確立を終え、最終的に超音波照射をしない場合の修飾法と比較して、短時間で修飾できるようになった。また、次年度への準備として、PEG鎖長が2000より短いPEG脂質の合成・精製法をほぼ確立できている。

また、次年度、標的指向化を目的としたリガンドとして接着分子に認識されるペプチドを合成し、その結合定数のSPRによる評価を開始した。したがって、当初の計画はおおむね順調に進んでいると言える。超音波を用いた修飾法は初年度にほぼ確立された。しかし、実際にはもう少し修飾効率を上げる方法が必要になると考えられるため、超音波照射に加え、さらに修飾量を増大させる方法を検討する。さらに、今回は、PEG脂質として購入できる範囲で実験を行ったが、細胞膜表面修飾には、2000より短いPEGの方が適している可能性があるため、新たに短いPEG鎖を持つPEG脂質を自ら合成・精製する方法を確立した。そこで、次年度は、この短いPEG鎖による細胞膜表面修飾、さらにPEG修飾された細胞を実際に生体内で使用することを踏まえ、修飾された細胞とその他の細胞との細胞間接着などの評価へと進める予定である。本年度、短いPEG鎖の合成・精製法の確立を目的に小スケールで合成を開始した。次年度は、本格的にスケールアップさせるため、これらの合成に必要な、各鎖長のPEG、脂質および合成試薬、ガラス製品などを購入する。また、細胞培養に必要な試薬類、プラスチック製品の購入、また、細胞、細胞を採取するためのマウス、の購入に充てる予定である。さらに、2年目は、成果の公開を目的とした学会発表、論文投稿、英文校正などへの使用も予定に入れている。
非線形偏微分方程式系における準周期的アトラクターの構造解析

14年度までの代表者等による研究によって、準周期関数における無理数振動数の代数的な性質がその軌道の次元評価に深く関連することが調べられた。15年度における本研究では、複雑さの度合いを計る指標として次元のGAPの概念が導入され、KAM定理におけるディオファンタス条件と深く関連のある無理数振動数の組の代数的な条件のもとに、多振動数をもつ準周期軌道における再帰的次元のGAPの評価が得られた。これらの結果は、日本数学会年会(2003年3月)、国際研究学会NACA03での講演発表(2003年8月)をはじめ、数理解析研究所短期共同研究集会「準周期タイリングとその周辺」2003年11月、などにおいて講演発表され、その成果は論文リストに参照されるように、Proc.NACA2003をはじめとする学術論文誌に掲載予定である。非線形偏微分方程式系に現れる準周期的アトラクター解の次元解析においては、ヘルダー連続性が重要な指数となるが、これに関連した結果を、分担者三沢が日本数学会特別講演で発表し、Annalidi Matematicaをはじめ、論文リスト(5)-(7)の成果を得ている。また、関連する確率論の研究分野においては、分担者大島が論文リスト(3)、(4)の研究成果をPotential Anal.等に、さらに、準周期タイリングに関連して、分担者貞広等により論文リスト(8)の成果が得られている。14年度における本研究では、代表者によって導入された再帰的次元を利用し、特に3振動数以上をもつ準周期系にたいしてその軌道の再帰的次元の解析を行い、この研究を基礎として、様々な非線形偏微分方程式系に現れる準周期的アトラクター解の解析を行うことを目的とした。本年度の代表者等による研究によって、準周期関数における無理数振動数の代数的な性質がその軌道の次元評価に深く関連することが調べられた。特に複雑さの度合いを計る指標として次元のGAPの概念が導入され、KAM定理におけるディオファンタス条件と深く関連のある無理数振動数の組の代数的な条件のもとに、多振動数をもつ準周期軌道における再帰的次元のGAPの評価が得られた。これらの結果は、南京大学で開催された2002 ICM Satellite Conference of the Fractal Geometry and Applicationsでの講演発表(2002年8月)をはじめ、京都大学数理解析研究所短期共同研究集会「準周期タイリングとその周辺」2002年6月、「フラクタルの数学的諸相」2003年1月などにおいて発表され、その成果は論文リスト(1)-(3)に参照されるように、Discrete and Continuous Dynamical Systemsをはじめとする学術論文誌に掲載予定である。非線形偏微分方程式系に現れる準周期的アトラクター解の次元解析においては、ヘルダー連続性が重要な指数となるが、これに関連した結果を、分担者三沢が日本数学会特別講演で発表し、Annali di Matematicaをはじめ、論文リスト(6)-(8)の成果を得ている。また、関連する確率論の研究分野においては、分担者大島が論文リスト(4)-(5)の研究成果をTohoku Math. J.等に、さらに、準周期タイリングに関連して、分担者貞広等により論文リスト(9)の成果が得られている。本年度までの代表者等による研究によって、準周期関数における無理数振動数の代数的な性質がその軌道の次元評価に深く関連することが調べられた。これらの結果は、2003年日本数学会年会(2003年3月)、東京工業大学で開催された国際研究学会NACA03での講演発表(2003年8月)をはじめ、京都大学数理解析研究所短期共同研究集会「非線形解析学と凸解析学の研究」2003年9月、「準周期タイリングとその周辺」

2003年11月、などにおいて講演発表され、その成果は論文リスト(1)-(2)に参照されるように、Proc.Nonlinear Analysis and Convex Analysis2003をはじめとする学術論文誌に掲載予定である。非線形偏微分方程式系に現れる準周期的アトラクター解の次元解析においては、ヘルダー連続性が重要な指数となるが、これに関連した結果を、分担者三沢氏が、論文リスト(5)-(7)の成果を得ている。また、関連する確率論の研究分野においては、分担者大島により論文リスト(3)-(4)の研究成果を、さらに、数学基礎論の分野に関連して、分担者角田氏により図書リスト(1)の成果が得られている。
間葉性遊走とアメーバ様遊走に於けるRacGAP因子FilGAPの機能解析

FilGAPは低分子量GTP結合タンパク質Racを特異的に不活化する因子である。本研究でFilGAPによる動物細胞の運動制御機構を解析した。(1)葉状仮足を介した間葉性遊走におけるFilGAPの機能解析を行い、FilGAPは2次元環境下で運動している細胞の葉状仮足の形成を細胞前部に限定させる機能があることが示唆された。(2)ヒト乳がん細胞MDA-MB-231は、3次元培養条件下(3D)でBleb型と間葉型の形態を混在して持っているが, FilGAPを欠失した細胞は間葉型の形態になり、Bleb型に移行できなくなった。これからFilGAPは3DでBleb型の運動に必要な因子であることが明らかになった。また、MDA細胞はFilGAP存在下でより高度の浸潤能を示すことが明らかになった。(3)FilGAPはRho/ROCKシグナル伝達系で、リン酸化され活性化することで、3DでのBleb構造の形成に関与していることが明らかになった。平成22年度には、葉状仮足を介した間葉性遊走におけるFilGAPの機能を明らかにすることを目標に研究を行い,以下の成果を得ることができた。複数のRNAiでFilGAPを欠失させると傷の修復が予想に反して遅くなることが明らかになった。そこで、Time-lapse顕微鏡観察により,創傷治癒アッセイでFilGAPを欠失させた細胞の運動を詳細に解析した。まずFiIGAPをRNAiで欠失させると葉状仮足が細胞の進行方向だけでなく、側面にも多数ランダムに形成されることが明らかになった。また、運動している細胞の面積もコントロールに比べて大きくなることがわかった。運動している細胞の速度にはFilGAP KD細胞とコントロールで差が認められなかった。細胞内FilGAPの局在を間接蛍光抗体法を用いて解析したところ、FilGAPは運動している細胞の側面と尾部に局在していることが明らかになった。以上からFilGAPは2次元環境下では、運動している細胞の葉状仮足の形成を細胞前部に限定させる機能があることが示唆された。2 3Dでの間葉性遊走の解析FilGAPのsiRNA処理したMDA細胞をI型コラーゲンゲル上で培養し、3Dゲル上を移動している細胞形態をTime-lapse顕微鏡で観察した。コントロール細胞はアメーバ型形態と間葉性形態を頻繁に変換させながら運動しているのに対して、FilGAPを欠失させた細胞では3Dで間葉性形態を維持しながら運動することが明らかになった。また、浸潤アッセイで、FilGAPを欠失させた細胞は運動能が減少することが明らかになった。平成23年度には、Blebを介したアメーバ様遊走におけるFilGAPの機能を明らかにすることを目標に研究を行い,以下の成果を得ることができた。1 3Dでのアメーバ様運動におけるFilGAPの機能解析ヒト乳がん細胞MDA-MB-231は、3次元培養条件下(3D)でBleb型と間葉型の形態を混在して持っているが,FilGAPの発現をRNAiで欠失させると大部分の細胞が間葉型に変化する。Time-lapse顕微鏡で細胞の動的挙動を観察したところ、FilGAPを欠失した細胞は一度間葉型の形態になるとアメーバ型の形態に戻ることができなくなることがわかった。また、浸潤アッセイで3Dでの運動能を測定したところFilGAPを欠失した細胞は浸潤能が低下することがわかった。以上からFilGAPは3DでBleb型の運動に必要な因子であり、細胞はFilGAP存在下でより高度の浸潤能を示すことが明らかになった。2 3Dでのアメーバ様運動におけるFilGAPの制御機構FilGAPはRhoの標的タンパク質であるROCKによりリン酸化されることで活性化される。このシグナル伝達系が3DでのBelb構造の形成に関与しているか検討した。活性化型RhoおよびROCKをMDA-MB-231細胞で過剰発現させると、細胞はBleb構造を形成する。FilGAPの発現をRNAiで欠失させると細胞は葉状仮足を伸展させ、アメーバ型の形態をとらなくなった。また、FilGAPのROCKによるリン酸化部位をアラニンに変異させた非リン酸化型FilGAP変異体はBleb構造を形成しないが、アスパラギン酸に変異させた疑似リン酸化型FilGAP変異体はROCK特異的阻害剤存在下でもBleb構造を形成することがわかった。

以上からFilGAPはRho/ROCKシグナル伝達系で3DでのBleb構造の形成に関与していることが明らかになった。平成24年度には、がん細胞のBlebを介したアメーバ様遊走におけるFilGAPの機能を明らかにすることを目標に研究を行い,以下の成果を得ることができた。1様々な上皮由来がん細胞におけるFilGAPの機能解析平成23年度までにヒト乳がん細胞MDA-MB-231を用いて得られたFilGAPのアメーバ様遊走における重要性が、他のがん細胞でも当てはまるかどうか、様々なヒト由来上皮がん細胞を用いて解析した。ヒト上皮がん細胞株として、肺がん(A549),前立腺がん(PC-3),結腸線がん(SW620)細胞を用いて、FilGAPファミリー分子(FilGAP, ARHGAP22, ARHGAP25)の発現をRNAiで抑制したところ、FilGAPの発現を欠失させたときのみ細胞が間葉型に変化した。これからFilGAPは上皮がん細胞のBleb型の運動に必要な因子であることが示唆された。2アメーバ様運動におけるFilGAPの制御機構と浸潤への関与平成24年度には、FilGAPの細胞内でのリン酸化状態が、細胞形態の変化に対応しているか検討した。MDA細胞をコラーゲンゲル上で培養し,Rhoを活性化させるリゾホスファチジン酸(LPA)を添加すると細胞は、一過性にBlebを形成し、アメーバ様構造をとる。このとき細胞内FilGAPのリン酸化が形態変化に伴って変動することを確認した。また、浸潤アッセイで浸潤した細胞の形態を解析したところ、正常細胞では間葉型とアメーバ型が混在しているが、FilGAPを欠失した細胞は、アメーバ型の細胞が減少していた。以上の結果から、FilGAPはアメーバ型の形態へと変化させることによって、がん細胞の浸潤・転移に関与していることが示唆された。研究目的に掲げた3つのテーマの内、1)Blebを介したアメーバ型細胞運動におけるFilGAPの機能解析については、ヒト乳がん細胞でのBeleb形成におけるFilGAPの重要性を確立し、その知見を分子生物学会で発表した。また、現在論文を投稿中である。2)Bleb形成におけるFilGAP結合タンパク質Arf6の機能についても研究を進めており、活性化型Arf6はFilGAPと特異的に結合し,FilGAPによるBleb形成を促進させる知見を得ている。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度には、FilGAP結合タンパク質であるArf6のBleb構造形成における機能解析を進め、学会や論文で発表する。今後,Arf6のRNAiによるKDの効果などを検討しArf6のBleb形成における機能を確立したい。また、がん細胞の間葉-アメーバ様移行(MAT)におけるFilGAPの機能解析は、ヒト乳がん細胞で得た知見を他のがん細胞でも検討し、FilGAPのMATにおける重要性を一般化して行く予定である。
電波による位置天文学研究の企画

1.国立天文台野辺山宇宙電波観測所及び通信総合研究所関東支所(鹿島)の研究分担者等による野辺山45mアンテナと鹿島34mアンテナを結ぶミリ波帯VLBI観測で、一酸化ケイ素メ-ザ-電波源の2本の輝線から群遅延時間を求め、VLBIでメ-ザ-電波源の絶対位置を測定することに世界で初めて成功した。また、晩期型星周辺におけるメ-ザ-源の空間分布を明らかにした。2.鹿島34mアンテナとオ-ストラリアのパ-クス天文台64mアンテナを中心に、日本、オ-ストラリア、中国、ロシアの7カ所を結ぶ国際VLBI観測を組織し、クェ-サ-、パルサ-、水酸基メ-ザ-源、メタノ-ルメ-ザ-源の観測を行った。現在までに、国産記録装置を用いた日本ーオ-ストラリア基線の相関処理で、1.6GHz、2GHz、8GHzの各周波数帯で干渉縞の検出に成功し、解析を進めている。3.国立天文台水沢観測センタ-に建設しているVLBI用10mアンテナの駆動制御系、光伝送系、受信機系の設計を終え、高位相安定・超広帯域光伝送系の特性試験を行い、高い性能を確認した。4.国立天文台で開発して512複素ラグを持つ強力な簡易型VLBI相関処理装置を立ち上げ、実際の観測デ-タの処理を行い、連続波電波源とメ-ザ-線スペクトル電波源の双方で干渉縞の検出に成功した。5.集合アンテナ型という新しいデザインに基づく最高の位置計測システムとして検討中のVERA(地球回転・電波位置天文用VLBI)によって実現される、基線ベクトル決定、複視野相対VLBIなどの新しい高精度観測法の原理を明かにするとともに、概念設計を進めた。6.宇宙空間VLBI(VSOP)の観測信号系の設計を進めた。7.140名を超える研究組織「VLBI懇談会」を中心とする研究会の組織や観測の企画調整の態勢を作り、将来の発展の基礎を固めた。1.6mVLBIアンテナの完成と国内・国際観測の実施電波による位置天文学研究推進の一環として進めてきた6mアンテナのVLBI用への改造並びに駆動系・受信機系・伝送系の開発、1989年夏に完了し、国立天文台野辺山宇宙電波観測所に設置して同所のVLBI記録装置につないで観測を開始した。郵政省通信総合研究所関東支所(茨城県鹿島町)の26mアンテナとの間で、9月21日の第一回試験観測で相関検出に成功し、10月12日には3cmを切る精度で基線長決定に成功した。その後、当初の目標通り、地球回転VLBI太平洋観測網(IRIS-P)による月一回の国際観測を実施している。これにより、小口径アンテナでのVLBI位置計測の可能性を実証すると共に、天体電波のアナログ中間周波数信号の光ファイバ-ケ-ブルによる高位相安定伝送技術を確立した。同アンテナは、4素子法相対VLBI実験やパルサ-の群遅延時間観測に使われる予定である。2.天体メ-ザ-源のVLBI観測野辺山の45mミリ波望遠鏡と鹿島の34mアンテナとの間で、43GHz帯におけるミリ波VLBI実験を行い、1989年10月及び12月の観測で晩期型星周辺及び星形成領域における一酸化ケイ素メ-ザ-源の相関検出に成功し、天体メ-ザ-源による位置天文計測の展望をひらいた。新しいK-4型VLBIシステムに立脚して宇宙空間VLBI(VSOP)や計画中のVERA(地球回転・基準座標系用VLBI)のデ-タを処理するための大型汎用相関処理装置と、小規模の研究・実験的観測の処理をめざす小型相関処理装置の設計方針を固め、開発に着手した。1.天体メ-ザ-源のVLBI観測野辺山一鹿島基線によるミリ波帯VLBI観測をひき続き行い、その結果の解析から、天体メ-ザ-源の位置の高精度決定につながる重要な予備的成果を得た。2.簡易型VLBI相関処理装置の開発Kー4型VLBIシステムをベ-スにして、最高の処理速度を持ち、様々なVLBI記録形式のデ-タのほとんど全てを処理し、スペクトル観測の処理にも優れ、今後の電波による天体位置計測に大きな力を発揮する、小型・可搬のVLBI相関処理装置の開発を進め、今年の夏には完成する予定となっている。3.口径10m短波長・高精度VLBI用アンテナの開発天体メ-ザ-源の位置観測、新しいバ-ストサンプリング方式による高精度VLBI位置計測実験、国際地球回転観測の強化を目標に、口径10mVLBI用アンテナの開発に着手した。光ファイバ-ケ-ブルによる広帯域信号伝送、ディジタルサ-ボによる駆動制御等の新しい技術課題に取り組んでいる。同アンテナは国立天文台水沢に設置する予定であり、今年度は基礎と架台部の製作が完了した。4.国際VLBI観測野辺山に設置した6mアンテナと通信総合研究所関東支所の34mアンテナを利用して、国際地球回転観測並びにドイチとの国際Kー4型VLBI実験を実施した。2.鹿島34mアンテナとオ-ストラリアのパ-クス天文台64mアンテナを中心に、日本、オ-

ストラリア、中国、ロシアの7カ所を結ぶ国際VLBI観測を組織し、クェ-サ-、パルサ-、水酸基メ-ザ-源、メタノ-ルメ-ザ-源の観測を行った。現在までに、国産記録装置を用いた日本ーオ-ストラリア基線の相関処理で、1.6GHz、2GHz、8GHzの各周波数帯で干渉縞の検出に成功し、解析を進めている。3.国立天文台水沢観測センタ-に建設しているVLBI用10mアンテナの駆動制御系、光伝送系、受信機系の設計を終え、高位相安定・超広帯域光伝送系の特性試験を行い、高い性能を確認した。4.国立天文台で開発して512複素ラグを持つ強力な簡易型VLBI相関処理装置を立ち上げ、実際の観測デ-タの処理を行い、連続波電波源とメ-ザ-線スペクトル電波源の双方で干渉縞の検出に成功した。5.集合アンテナ型という新しいデザインに基づく最高の位置計測システムとして検討中のVERA(地球回転・電波位置天文用VLBI)によって実現される、基線ベクトル決定、複視野相対VLBIなどの新しい高精度観測法の原理を明かにするとともに、概念設計を進めた。6.宇宙空間VLBI(VSOP)の観測信号系の設計を進めた。7.140名を超える研究組織「VLBI懇談会」を中心とする研究会の組織や観測の企画調整の態勢を作り、将来の発展の基礎を固めた。
免疫抑制薬を超越する新規Physical Medicineとその受容体の発見

本研究室では,特定条件の微弱パルス電流(MES-55 pps)と42°Cの温熱刺激であるHeatshock (HS)との併用(MES+HS)が,ヒト及びマウスにおける種々の疾患の炎症病態を改善することを見出してきた.本研究では,種々の免疫過剰疾患のうち,難治性皮膚疾患である乾癬に着目し,Physical medicineを用いた種々の検討を行った.乾癬モデルに対して,MES+HS処置は,imiquimod塗布により惹起された表皮の肥厚化,各種病態関連遺伝子発現(Keratin6A,IL-17A,IL-22,S100A8,Reg3γ)およびAktリン酸化を抑制した.申請者らは,最近,独自の戦略で物理的なストレスを最適化し,医療へ応用が可能な新たなPhysical Medicine (MES 55 pps)を開発した.近年,新規の特定条件の電流(MES 5,500 pps)が,免疫抑制薬と同等以上の過剰免疫抑制作用を示し,かつ,まるで特異的な受容体を認識することを見出したが,その詳細な機序については不明である.そこで,本研究では,中枢性炎症を主徴の一つとするアルツハマー病(AD)に着目し,MES 5,500 ppsがミクログリアの活性を制御し, AD病態を改善しうるか種々の検討を行った.まず,マウスミクログリア細胞株MG6, BV2細胞を用いた検討により, MES 5,500 ppsがLPS誘導性のIL-1β, IL-6およびMIP-1αの発現増加を顕著に抑制し,中枢性炎症を負に制御することを示した.また,この作用はMES 5,500 pps処置の際に,培養液中に産生された何らかの因子に起因することを明らかにした.次に,生物学的,化学的,物理的手法などあらゆる手法を駆使することにより, MES 5,500 pps処置により培養液中に産生される中枢性炎症抑制因子の網羅的探索を行った.その結果,上記の中枢性炎症抑制因子の正体は,タンパク質成分および核酸成分ではない液性因子Xであることが分かった.最後に, AD患者と極めて類似した病理を示すAPPNL-G-F KIマウスにおけるMESの有効性を評価した.その結果, MES 5,500 ppsは, AD病態未発症の同マウスにおいて, MIP-1αの発現増加傾向を示し,また, AD病態進行中の同マウスにおいて, IL-1βの発現減少傾向を示した.一方, MES 55 ppsは総タウタンパク質の発現を減少させた.本研究では,新規のPhysical MedicineであるMES 5,500 pps刺激が,ミクログリアの過剰な活性化を抑制し,AD病態の一部を改善する可能性を明らかにした.また,そのメカニズムとして,MES 5,500 pps刺激により生じる液性因子の関与を明らかにするに至った.本発見は,MES 5,500 pps刺激が,免疫・炎症抑制作用を有するという仮説を裏付けるものであり,その作用機序に関する示唆を与えたため,当初予定の通り、研究が進んでいるといえる.生体は,外界から暴露される様々な化学的あるいは物理的刺激を感知し,あらゆる環境に適応することが可能である.臨床の現場においては,物理的な刺激を応用した医療機器(あるいは医療手段; Physical medicine)が用いられ一定の成果が得られているものもあるが,その作用メカニズムの本体は意外にも不明な点が多い.申請者らも,微弱パルス電流刺激が,様々な疾患に有効であることを証明してきたが,電流刺激がどのような分子機序を介して,種々のシグナル分子に影響を与え,病態改善作用を示すのか,その分子基盤の実体は明らかにできていない.申請者らは、微弱パルス電流の条件検討の実験の過程で,高パルス頻度刺激の微弱パルス電流(5,500 pps)が,電気不応答の非興奮性細胞の代表とされていた免疫細胞(T lymphocytes)における過剰な免疫応答(IL-2,TNFα,IFNγ)を劇的に抑制することを見出した。また,その作用は,電流刺激により産生されたhydrogen peroxide (H2O2)を介した作用であることが示唆された(未発表).大変興味深いことに,これまで,微弱パルス電流の作用として申請者が報告した生理現象の多く(Akt・p53・p38・AMPK活性化,Hsp72誘導,胃潰瘍・虚血再灌流障害に対する保護効果,プロテアソーム阻害効果,アミロイド形成抑制・タンパク質結晶化抑制効果,ES細胞の分化促進効果など)は,H2O2処置によっても引き起こされることも報告されてきており,微弱パルス電流の作用本体は,H2O2の適度な産生にあることが示唆されてきた。本研究室では,特定条件の微弱パルス電流(MES-55 pps)と42°Cの温熱刺激であるHeatshock (HS)との併用(MES+HS)が,ヒト及びマウスにおける種々の疾患の炎症病態を改善することを見出してきた.本研究では,種々の免疫過剰疾患のうち,難治性皮膚疾患である乾癬に着目し,Physical medicineを用いた種々の検討を行った.乾癬モデルに対して,MES+HS処置は,imiquimod塗布により惹起された表皮の肥厚化,各種病態関連遺伝子発現(Keratin6A,IL-17A,IL-22,S100A8,Reg3γ)およびAktリン酸化を抑制した.

今後は,MES 5,500 pps刺激による免疫・炎症抑制作用のメカニズムの詳細を明らかにするとともに,他の病態モデルに対する影響を評価し,可能であれば,標的分子の同定を目指した研究を展開する予定である.総合領域研究自体は概ね良好に進んだが,MES 5,500 pps刺激の分子同定にまでは至らなかったことから,当初予定より少し予算が残ったと考えられる.本年度は,上述のようにMES 5,500 pps刺激の分子同定を行うための実験に繰越額をまわし,実験を展開する予定である.
腎臓における酸化型脂肪酸の生合成と生理活性に関する研究

生体内で合成される酸化型飽和および不飽和脂肪酸(ヒドロキシ体、エポキシ体など)が種々の生理・病理作用をもつことが発見され、脂肪酸誘導体の新しい役割が注目されている。申請者もスンクス(Suncus murinus、新しい実験動物として注目されている)の腎臓ミクロソーム(Ms)の酵素系が脂肪酸の水酸化を特異的に行うことをみいだし、本研究において酸化型脂肪酸の生合成経路と生理活性を検索した。1.補酵素および阻害剤を用いた実験により腎Msにおけるヒドロキシ脂肪酸の生合成にはシトクロムPー450(Pー450)およびNADPH-P-450レダクターゼが関与していることが明らかとなった。2.腎Msを可溶化し、アミノオクチルセファロースカラムクロマトグラフィーによりPー450を部分精製した。FPLCにより更に精製を試みたところ4種類のPー450が含まれることが判明したが、FPLCのカラムが小さいことおよびFPLCによって単離されたPー450が不安定であることから、各Pー450の諸性質を調べる十分量のPー450が得られなかった。今後大きな分取用カラムを用いて4種類のPー450を単離し物理化学的性質を調べる計画である。3.Pー450の精製標品を得ることが現状では困難なので、腎Msを用いて脂肪酸の水酸化反応の基質特異性を調べた。飽和脂肪酸の中ではラウリン酸(C_<12:0>)が最も活性が高く67.3nmol/nmol Pー450/min)、活性の順序はC_<12>>C_<10>>C_<14>>C_<13>>C_<16>>C_8>C_<18>であった。不飽和脂肪酸であるC_<18:1>、C_<18:2>、C_<18:3>も基質となりC_<18:0>より活性が高かった。すべての基質において生成物はωおよび(ω-1)ヒドロキシ体であり、不飽和脂肪酸の場合エポキシ体は生成しなかった。4.C_<12:0>およびC_<14:0>のヒドロキシ体の生理活性(血小板凝集活性)を調べたところ低い活性がみられた。今後他の生理活性を調べる予定である。
敗血症時の自然免疫におけるCCケモカインリセプター8とそのリガンドの機能解明

マウス腹膜炎誘発敗血モデル(cecal ligation and puncture ; CLP)時の浸潤マクロファージにはCCR8の発現増強がみられた。そこで,本モデルにおけるCCR8の生物学的意義を知るために、CCR8-/-およびCCR8+/+にCLPを行い,敗血症に伴う致死率を比較すると、CCR8-/-マウスではCCR8+/+に較べその生存率は有意に高かった。このとき,腹腔内および血中の菌数はCCR8-/-マウスで有意に低く,in vitroにおける菌消化能はCCR8-/-マクロファージで増強していた。腹腔マクロファージのLPS刺激培養上清中の活性酸素、ライソゾーム酵素、一酸化窒素(NO),TNFαおよびCXCL10の産生量は,CCR8-/-マクロファージで有意に高かった。また、脾細胞をconAで刺激した培養上清では,CCR8-/-脾細胞はIFNγ,IL-12の高値,IL-4,IL-13の低値を示した。以上より、CCR8-/-マウスでの免疫反応は自然免疫に必須なI型免疫反応にシフトし、細菌排除に効率的であることが示唆された。次に、本モデルでのCCR8のリガンドを検索した.すると,CLP後の腹腔内でのCCL17の一過性上昇が検出され,CLPマウスに抗CCL17抗体を投与し、腹腔内および抹消血中の細菌数を検討すると、抗体投与群ではコントロールに比べ有意な菌数の増加が観察された.このときの腹腔内TNFαおよびCXCL10の産生量はコントロールに較べ有意に増加していた。したがって、CCL17は敗血症時の自然免疫反応を抑制する作用を持つことが示され、CCR8-CCL17の作用は自然免疫時の生体防御に負に働くことが示唆された。