hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｘ線長期モニターを用いた原始星の統計的研究

(1)未だ星を形成しつつある初期の原始星(Class 0)がX線を放出していることを確認した。(2) MAXI/GSCで、巨大フレアの発生頻度が太陽フレアと同じ冪でエネルギーとともに落ちること、10桁に渡って黒点の面積がフレア規模と相関していること、HR1099の最大フレアエネルギー、を明らかにした。(3)II Pegを多波長同時観測し、Hα輝線で長期青方変移を、X線帯域で再加熱を観測し、超大規模ツーリボンフレアの証拠を得た。(4)Diamond Like Carbonの成膜により結晶を曲げる技術を確立し、Bragg反射を用いたX線偏光計として使えること、X線を集光できることを確認した。国際宇宙ステーション(ISS)に搭載された高感度の全天X線モニターMAXIを使って我々は運用開始2年目以降の星のフレアのサーチを行い、45発の巨大フレア(ルミノシティーが1e31ergs/s以上)の検出を確認した。特に1周回のみで検出される、decay timeの短いサンプルが増加した。また2012年4月18日(UT)にAT Micから、ルミノシティーが1e32ergs/s台のdMe型星としては過去最大のフレアを検出した。フレアの立ち上がりが5分程度の短い時間で急激な増光を示したことがわかった。最も巨大なX線フレアを起こすRS-CVn型連星II Pegを、26cm望遠鏡でのVバンド測光システムと28cm望遠鏡での分光システムで観測した結果、2012年11月12日にVバンドで相対等級0.5等の増光現象(フレア)をとらえた。増光には6分、減光には1時間かかり通常の明るさに達した。e-foldig timeは2000--2200秒であった。また、スペクトルを黒体放射モデルでフィッティングしたところ、温度T = 13000 K、Lbol = 2.97e33 erg/s、全エネルギーE = (5.9--6.5)e36 ergであり、Uバンド帯域のエネルギーEU = 1e36 ergであった。これは今まで確認されているフレアの中でも極めて大きいものと言える。さらにII Pegを2013年1月にX線、紫外、可視光において多波長同時観測し、Suzaku衛星で2発のフレアを確認した。現在解析中である。X線偏光に感度を持つ光学系を開発し、特許を出願した。星は塵に包まれながら、質量を増やしていき生まれる。しかし、その塵の厚さゆえ、誕生の現場は透過力の強いX線のみしか見る事ができない。この埋もれた原始星の基礎物理量(星の半径、角速度など)を測定するためには、X線から得られる諸パラメータと基礎物理量をつなぐユニバーサルな法則を得ることが必須である。我々は本年度は、太陽フレアに比べ桁違いに大規模な星のフレアを系統的にX線で観測し、星のフレアがどのように基礎物量と結びつくのかを研究した。また可視光、電波、赤外などで多波長観測を行った。さらに、まさに生まれようとしている原始星段階初期であるClass 0原始星からX線から出ていることを突き止めた。これらの観測的研究と並行して、将来、原始星の幾何に迫るための偏光に感度を持つ光学系の開発を行った。(1)全天X線監視装置MAXI/GSCを用いて起こる頻度が少ない星の巨大フレアを探査し、i)巨大フレアの発生頻度が太陽フレアと同じ冪でエネルギーとともに落ちること、(ii)太陽フレアからMAXIで検出される巨大フレアまでの10桁もの範囲で黒点の面積がフレア規模と強く相関していること、(iii)HR1099の最大フレアエネルギー、を明らかにした。(2)II Pegのフレアを多波長同時観測し、長時間に渡るHα輝線の青方変移とX線帯域での再加熱から、太陽で起こるツーリボンフレアの超巨大版の証拠を得た。(3)Class0原始星と分類される、未だ星を形成しつつある初期の天体からX線が出ていることを確認。星はいつからX線を放射し始めるかについての制限を与えた。(4)X線偏光に感度を持つ光学系を開発した。シリコン結晶にレーザーによるダメージを与え、X線の積分反射率との関係を明らかにした。1. Tタウリ型星TWA-7から、Tタウリ型星として最大規模のX線フレアをMAXIによって検出。この星には降着円盤や伴星が付随しないことから、従来提唱されてきた降着円盤や伴星の存在が巨大フレアの発生機構の重要要因であることの反例を実証した(Uzawa, Tsuboi, et al. 2011

PASJ 63, 713)。また、恒星の巨大フレアをMAXIでサーベイし、2年間で23個もの大規模フレアを発見した。結果、天体の自転速度がフレア規模を決める重要なパラメータであるヒントを得た(Tsuboi et al. 2011 4th Suzaku Science Conference at SLAC)。さらにこれら恒星フレアが銀河面X線放射(GRXE)の大部分として寄与している可能性をMAXIの結果を使って世界で初めて提唱した(Matsuoka et al. 2011 AIP conference proceedings 1427, 294)2.前主系列星V773Tauの多波長同時観測を行い、電波とX線でフレアを検出した(松村、他2011に本天文学会秋季年会)。3.非縮退系天体最速クラスの4500km/sの星風を持つ、銀河系唯一のWO型W-R連星系をXMM-Newton衛星で観測し、激しく吸収を受けた高温成分を初検出した(菅原、他2011に本天文学会秋季年会)。4. Chandra衛星及びSpitzer衛星で星生成領域L1228とIC5146を観測し、原始星候補天体からのX線を確認した(宮崎、他2011日本天文学会秋季年会)。5. Wolf-Rayet連星系WR 21aのX線光度を1978年から2008年にかけて調べ、通常の連星における変動とは全く異なる挙動を確認した(菅原、他2012日本天文学会春季年会)。MAXIによる無バイアスの星のフレア探査を進め、サンプルを大幅に増加させた。このことにより、星のフレア機構の基本物理量を統計的に議論する土台ができつつある。また、X線偏光に感度を持つ光学系の開発が軌道にのり、特許を出願できた。今年度は特にMAXIを用いての恒星およびYSOフレアの研究が飛躍的に進んだ。そのうちYSOのフレアについては査読論文が受理され、星一般のフレアに関する論文も査読論文として現在投稿中である。星の巨大フレアは何が起源として発生するかについてもヒントを既に得ており、今後さらにサンプルが増えることにより信頼度を上げていけると考えている。MAXIの星フレアの論文を完成させ、統計的議論を行う。またMAXIでフレアを発見した直後に可視光観測を自動で行える追尾システムを完成させる。活発なT Tauri型星の多波長観測の解析を終え、論文化する。さらにこれらの結果から原始星の基本パラメータとして何が言えるかを考え、星生成領域からのX線の論文にフィードバックを与える。X線偏光検出の感度をさらにあげるための新たなるパラメータについて模索する。平成23年度と同じく探査を進めつつ、惑星、褐色矮星から恒星質量の天体まで、質量・年齢ごとに分けてX線温度、X線強度変動、プラズマ密度などをまとめていく。また可視光フォローアップ観測を可能にし、可視光のパラメータも取得する。以上のサンプルで各物理パラメータの相関を統一的に調べあげ、その相関を原始星に適用し、原始星中心天体の基本物理量を明らかにする。偏光X線光学系の開発は、実際に簡単な光学系として組んで撮像能力を実証する。実際の観測に必要なレベルの測定をするための口径などを求め、実現性の検討を行う。MAXIでフレアが検出された星の可視光追尾を自動で行うことを可能にするために、スカイモニター(雲などの状況をモニターする)システムを作る。また、偏光X線光学系の開発のために新たな種類の単結晶、他結晶の購入を行う。
アゾ基と典型元素の相乗効果に基づく機能性分子の開発

4'位に様々な置換基を有する(E)-2-[ビス(ペンタフルオロフェニル)ボリル]アゾベンゼンを合成、単離した。X線結晶構造解析により、ホウ素はアゾ基の窒素からの配位を受けて四配位であり、ホウ素原子周りは正四面体構造であることが確認された。合成したアゾベンゼンのヘキサン溶液に光照射すると、異性化は進行せず、蛍光発光を示すことを見出した。紫外可視吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルにより、その光学的性質が4'位の置換基に大きく依存し、電子供与性が増すほどπ・π^*吸収極大波長および蛍光極大波長が長波長側にシフトし、Stokesシフトが小さくなることを明らかにした。置換基によって差はあるものの、いずれもアゾベンゼンとしては非常に高い蛍光量子収率を示した。室温で高い蛍光量子収率での発光を示すアゾベンゼンはこれまでにほとんど例が無く、特に4'位にメトキシ基を有する誘導体は史上最高の蛍光量子収率を示した。ホウ素置換アゾベンゼンが蛍光を発する原因を分子軌道計算から検討したところ、n軌道の準位が大きく低下し、π軌道の準位が相対的に上昇した結果、HOMOがπ軌道、LUMOがπ^*軌道となることがわかった。その結果に基づき、TD-DFT計算により一重項励起エネルギーを求めたところ、ホウ素置換アヅベンゼンでは基底状態から最低励起一重項状態への遷移がπ・π^*遷移であることがわかった。許容遷移となったことで遷移確率が上昇したため、アゾベンゼンとして極度に高い蛍光量子収率で蛍光を呈したものと推定された。ホウ素置換アゾベンゼンに酸を添加すると添加量に応じて徐々に蛍光強度が弱くなり、大過剰量の酸を加えると最終的に消光した。その後に塩基を添加して中和すると蛍光強度が回復し、酸塩基反応によってアゾベンゼンの蛍光発光を可逆的に制御できることがわかった。
プレガバリンの注腸投与の効果

平成30年度は、29年度に予定していていた神経障害性疼痛モデルラットにプレガバリンと生理食塩水を注腸投与した際の、Hot plate test,Von Fryfilamentを使用した行動学テストを用いた疼痛閾値の比較検討と神経障害性痛モデルラットにプレガバリンと生理食塩水を注腸投与し、脊髄後角ニューロンでのin vivoパッチクランプ記録による鎮痛効果の比較検討を行う予定であった。また、プレガバリンに関するこれまでの基礎研究、臨床研究の論文を再検討し、実際にラットで実験を開始するにあたり、実験計画(ラットでのプレガバリンの注腸投与の量)が適切かどうかを検討する予定であった。神経障害性モデルラットの作成を再学習し、どのモデルが今回の実験系に適切であるかどうか、もう一度連携協力者とともに再検討した。これまで、神経障害性疼痛モデル(CCIモデル)を作成しプレリミナリーの研究を行ってきたが、昨今の神経障害性疼痛モデルの多くがSNLモデルであることから、信州大学麻酔科の協力を得て、神経障害性疼痛モデルラット(SNLモデル)の作成方法を検討し、練習した。また、このSNLモデルを使用し、行動学テスト(Von Fryfilamentを使用)の行い方を再検討し、プレリミナリーな実験を開始し始めている。神経障害性疼痛らっと(SNLモデル)を作成し、手術後7日目に神経障害性疼痛であることを確認し、プレガバリン注腸投与を行い、前後のラットの行動学テストのデータ収集を収集している。当初の計画よりかなり遅れているのは、研究のテクニカルな問題ではなく、研究代表者の新しい環境に順応する時間的な問題や、システムの問題が大きかった。加えてマンパワーの問題も大きいと考えられた。緩和ケアで研修していた連携研究者が麻酔科業務にもどり、平成31年4月には院外の病院に転勤になった。しかしながら、平成30年10月から連携研究者として、当院麻酔科の医師と研究を継続できており、令和1年度は確実に研究は進むと考えれられる。研究代表者は信州大学で基礎研究を始めるにあたっての準備段階はクリアし、実際に研究を開始している。またマンパワーの問題に関しては、今後は麻酔科の連携研究者や麻酔科の大学院生にも協力していただき、実験をすすめていけたらと考えている。令和1年度は、まず、神経障害性痛モデルラット(SNL)にプレガバリンと生理食塩水を注腸投与した際の行動学テストを用いた疼痛閾値の比較検討を行う。具体的には、神経障害性痛モデルの作成し、7日目にVon Fryfilamentを使用した行動学的テストを用い痛覚過敏であることを確認しコントロール値とする。ラットを3群にわけ、プレガバリン3mg/kg、6mg/kgをそれぞれ0.5mlの生理食塩水に溶解し注腸投与、コントロールとして生理食塩水0.5mlを注腸投与とする。薬液投与前、投与後30分、60分、120分、240分後にVon Fryfilamentを使用した行動学的テストを行い、疼痛閾値を比較検討する。この実験系が軌道にのった段階で、脊髄後角ニューロンでのin vivoパッチクランプ記録による鎮痛効果の比較検討の実験系の準備を行い、実験を開始する。今後はプレガバリンだけでなく、新しく日本で発売になったミロガバリンを使用しての同様の研究を行いたいと考えている。平成28年度は、神経障害性痛モデルラットにプレガバリンと生理食塩水を注腸投与した際の、Hot plate test、Von Fryfilamentを使用した行動学テストを用いた疼痛閾値の比較検討と神経障害性痛モデルラットにプレガバリンと生理食塩水を注腸投与し、脊髄後角ニューロンでのin vivoパッチクランプ記録による鎮痛効果の比較検討を行う予定であった。研究代表者は旭川医科大学から信州大学に赴任して2年目であるため、信州大学の基礎実験に関するシステムを学習し、信州大学麻酔科に基礎実験を行う際の場所の提供、実験機器の使用許可をお願いし、実際にどのような手技や実験系が可能で、どのような手技や実験系が不可能かを麻酔科の実験室を見学し、確認した。動物実験を開始するにあたり、倫理委員会の書類を作成し、信州大学動物実験等実施規程に基づいた、動物実験施設初回利用講習会の受講を行った。プレガバリンに関する基礎研究、臨床研究の論文を再度検討し、特にプレガバリンの注腸投与の論文を抽出し、実際にラットで実験を開始するにあたり、実験計画(特にラットでのプレガバリンの注腸投与の量)が適切であるかどうかを検討した。神経障害性疼痛モデルラットの作成を再学習し、どのモデルが今回の実験系に適切であるかどうか再検討した。信州大学麻酔科での神経障害性疼痛モデルラットの作成状況、免疫染色(マイクログリアの染色)の基礎実験の状況を見学し、手技、抗体等の適切な薬品の選択を学習した。当初の計画よりかなり遅れているのは、研究のテクニカルな問題ではなく、研究代表者の新しい環境に順応する時間的な問題や、システムの問題(信州大学では昨年度、信州大学動物実験等実施規程の見直しが行われた)が大きいと考えられる。加えてマンパワーの問題も大きいと考えられる。緩和ケアで研修していた連携研究者が7月から麻酔科業務にもどり、実際に研究できるのは代表者のみになったためである。

平成29年度は、28年度に予定していていた神経障害性疼痛モデルラットにプレガバリンと生理食塩水を注腸投与した際の、Hot plate test,Von Fryfilamentを使用した行動学テストを用いた疼痛閾値の比較検討と神経障害性痛モデルラットにプレガバリンと生理食塩水を注腸投与し、脊髄後角ニューロンでのin vivoパッチクランプ記録による鎮痛効果の比較検討を行う予定であった。実際には、プレガバリンに関するこれまでの基礎研究、臨床研究の論文を再検討し、実際にラットで実験を開始するにあたり、実験計画(ラットでのプレガバリンの注腸投与の量)が適切かどうか検討した。神経障害性モデルラットの作成を再学習し、どのモデルが今回の実験系に適切であるかどうか、もう一度連携協力者とともに再検討した。これをふまえて、信州大学麻酔科の協力を得て、神経障害性疼痛モデルラット(CCIモデル)の作成方法を検討し、練習した。行動学テスト(Hot plate test,Von Fryfilamentを使用)の行い方を再検討し、プレリミナリーな実験を開始し始めている。プレガバリンを注腸投与するテクニックも再検討し、投与前後のラットの行動学テストのデータ収集を行っている。当初の予定より遅れているのは、研究のテクニカルな問題より、マンパワーの問題が大きいと考えられる。一昨年7月に連携研究者が麻酔科業務にもどり、研究の時間をとることが難しくなったことにある。平成30年度より、連携研究者ではないが、研究をサポートしてくれる麻酔科医が緩和ケアで研修を開始するので、この事態は少し改善すると考えられる。平成30年度は、29年度に予定していていた神経障害性疼痛モデルラットにプレガバリンと生理食塩水を注腸投与した際の、Hot plate test,Von Fryfilamentを使用した行動学テストを用いた疼痛閾値の比較検討と神経障害性痛モデルラットにプレガバリンと生理食塩水を注腸投与し、脊髄後角ニューロンでのin vivoパッチクランプ記録による鎮痛効果の比較検討を行う予定であった。また、プレガバリンに関するこれまでの基礎研究、臨床研究の論文を再検討し、実際にラットで実験を開始するにあたり、実験計画(ラットでのプレガバリンの注腸投与の量)が適切かどうかを検討する予定であった。これまで、神経障害性疼痛モデル(CCIモデル)を作成しプレリミナリーの研究を行ってきたが、昨今の神経障害性疼痛モデルの多くがSNLモデルであることから、信州大学麻酔科の協力を得て、神経障害性疼痛モデルラット(SNLモデル)の作成方法を検討し、練習した。また、このSNLモデルを使用し、行動学テスト(Von Fryfilamentを使用)の行い方を再検討し、プレリミナリーな実験を開始し始めている。神経障害性疼痛らっと(SNLモデル)を作成し、手術後7日目に神経障害性疼痛であることを確認し、プレガバリン注腸投与を行い、前後のラットの行動学テストのデータ収集を収集している。当初の計画よりかなり遅れているのは、研究のテクニカルな問題ではなく、研究代表者の新しい環境に順応する時間的な問題や、システムの問題が大きかった。加えてマンパワーの問題も大きいと考えられた。緩和ケアで研修していた連携研究者が麻酔科業務にもどり、平成31年4月には院外の病院に転勤になった。
GaN系量子ドット構造中の分極電界の制御とレーザ特性の高性能化に関する理論解析

AlN障壁層中のGaN量子ドットの電子状態を分極ポテンシャルに依存したsp^3強結合法を用いて原子レベルから理論計算した。本研究では、Keating型のValence-Force-Fieldポテンシャルを用いて歪分布の計算を行い、有限差分法を用いて分極によって誘起されたポテンシャルと電界の分布を計算した。ここでは、自発分極と歪によるピエゾ分極を計算に取り入れている。GaNドットの形状は、頂点の切り取られた六角形ピラミッド型で、底面の直径は10.14nm、高さは2.07nmを想定した。このドット寸法は、実験で成長されたGaN量子ドットの大きさに対応している。分極によって、量子ドット中には、最大で7.14MV/cmの強い電界が誘起されることが明らかになった。基底の電子と正孔準位間の遷移エネルギーは3.653eVであり、フォトルミネセンスの実験結果とよく対応している。上述の強い分極電界により、電子の波動関数はドットの頂点側に、正孔の波動関数は底面側に、それぞれ偏って分布する。その結果、両波動関数間の重なりが低下し、電子と正孔の再結合速度が減少することが予測される。(重なりの自乗値は7.97x10^<-2>である。)より寸法の大きな量子ドットの電子状態を計算するため、単一バンド有効質量近似法、及び歪に依存した8バンドのk・p法による計算プログラムを作成した。この計算手法を用いて、積層InAs量子ドットの電子構造の理論計算をあわせて行った。ここでは、歪分布の計算は連続弾性体モデルを用いて行い、変形ポテンシャルを通じて電子構造の計算に取り入れた。その結果、積層量子ドットでは、積層に伴い2軸性歪の低下が起きること、及び、ドット間隔6nm程度からドット間の電子の波動関数の弱い結合が見られることなどが明らかになった。この計算手法は、積層GaN量子ドットの電子状態の計算にも応用することが可能であるAlN障壁層中のGaN量子ドットの電子状態を分極ポテンシャルに依存したsp^3強結合法を用いて原子レベルから理論計算した。この計算手法は、積層GaN量子ドットの電子状態の計算にも応用することが可能であるAlN障壁層中のGaN量子ドットの電子状態を分極ポテンシャルに依存しだsp^3強結合法を用いて原子レベルから理論計算した。)今後さらに寸法の大きな量子ドットの電子状態を計算し実験結果との比較を行うために、単一バンドの有効質量近似法、および、8バンドのk・p法による計算プログラムを作成し妥当な計算結果の得られることを確認した。前年から引き続き、AlN障壁層中のピラミッド型

GaN量子ドットの電子状態を分極ポテンシャルに依存したsp^3強結合法を用いて原子レベルから理論計算した。本研究では、Keating型のValence-Force-Fieldポテンシャルを用いて歪分布の計算を行い、有限差分法を用いて分極によって誘起された電荷、ポテンシャル、及び電界を計算する。自発分極と歪によるピエゾ分極を計算に取り入れている。量子ドット中の分極電界と、電子・正孔の原子位置ごとの波動関数を正確に計算し、実験で成長されたGaN量子ドットの光学遷移エネルギーや時定数に対する分極電界の効果を調べた。さらに、より寸法の大きな量子ドットの電子状態を計算するため、単一バンド有効質量近似法、及び歪に依存した8バンドのk・p法による計算プログラムを用い、ピラミッド型InAs量子ドットと、積層InAs量子ドットの電子構造の理論計算をあわせて行った。ここでは、歪分布の計算は連続弾性体モデルを用いて行い、変形ポテンシャルを通じて電子構造の計算に取り入れた。その結果、積層量子ドットでは、積層に伴い2軸性歪の低下が起きること、及び、ドット間隔6nm程度からドット間の電子の波動関数の弱い結合が見られることなどが明らかになった。この計算手法は、積層GaN量子ドットの電子状態の計算にも応用することが可能である。
ラット光照射視細胞変性と虚血網膜に対するTGF-βや抗緑内障薬の効果

緑内障治療薬の薬理作用として眼圧下降だけでなく、網膜、視神経乳頭や脈絡膜における血流や神経保護効果に関する作用も知られている。イソプロピルウノプロストン(ウノプロストン)はプロスタグランジンF2α代謝産物で、眼圧下降作用を示し、網膜、視神経乳頭部の血管拡張作用や血流増加がある。我々は光照射網膜変性においてウノプロストンの網膜保護効果を検討したところ、ウノプロストンは濃度依存性を持って視細胞保護効果を示した。この作用機序として、眼圧下降も考えられる。そこで、ほかの緑内障治療点眼薬を硝子体に注入し視細胞保護効果について調べた.緑内障治療点眼薬として、ウノプロストン、チモロール、カルテオロール、ニプラジロール、ピロカルピン、ラタノプロスト、塩酸ドルゾラミドを使用した。白色ラットの硝子体に、各種点眼薬5μlを左眼に、コントロール液として燐酸緩衝液5μlを右眼に注入した。注入2日後から一週間連続光照射して、各種点眼液の視細胞変性への変性保護効果を検討した。コントロール眼では、視細胞の内節と外節が消失し、外顆粒層の厚さが減少していた。ウノプロストン注入眼は、視細胞が保存され、外顆粒層も保たれていた。塩酸ドルゾラミド注入眼は軽度の視細胞保護効果を示したが、その他の点眼薬は保護効果がなかった。ウノプロストンと塩酸ドルゾラミド点眼薬を硝子体に注入すると視細胞を保護する。骨形成因子(bone morphogenic protein:BMP)は骨誘導作用や上皮-間葉相互作用の誘導作用が知られ、TGF-βスーパーファミリーの一因子である。ラットの胎生期においては、BMPは中枢神経や網膜において発現がみられる。これまでに白色ラット連続光照射性網膜変性モデルにおいて、bFGF、神経栄養因子(BDNF、CNTF)やミッドカイン(MK)の硝子体注入は視細胞変性を遅延し,これらの因子が網膜保護作用があることが明かとなった。今回は、BMPの網膜変性遅延効果を、光照射網膜変性において検討した。因子として、遺伝子操作によって得られたヒトBMPを用いた。SpragueDawleyラットの硝子体に、因子を左眼に、コントロールバッファーを右眼に注入した。注入2日後より7日間連続光照射した後に、眼球を得、光学顕微鏡により観察した。網膜変性に対する効果を定量的に評価するために、外顆粒層の厚さを測定した。光照射により視細胞内節・外節は消失し、外顆粒層は23層と減少した。BMP眼では、PBS注入群に比較して視細胞変性は遅延した。一方、ヒトTGF-βは、光照射視細胞変性において遅延効果を示さなかった。BMPがラット網膜においてsurvival promoting activityを持つ可能性があることを示した。

コントロール眼では、視細胞の内節と外節が消失し、外顆粒層の厚さが減少していた。ウノプロストン注入眼は、視細胞が保存され、外顆粒層も保たれていた。塩酸ドルゾラミド注入眼は軽度の視細胞保護効果を示したが、その他の点眼薬は保護効果がなかった。ウノプロストンと塩酸ドルゾラミド点眼薬を硝子体に注入すると視細胞を保護する。
ソバの新品種育成と化学成分および栽培特性の比較検討

1.国産ソバの低収,作柄不安定性を解決するために、筆者らはこれまでに人為同質四倍体を作出し、新品種"みやざきおおつぶ"として種苗登録された。昨年からは宮崎,鹿児島,徳島,高知の各県で奨励され普及するに至っており、本品種の耕種基準を設定するとともに、化学成分の品種特性を明らかにしようとして本研究を展開している。2.本品種の中から自植性の高いホモスタイルを選抜し、近交系統を作出する作業を進めた。すでに第4自植世代を得、組合せ能力を検討する段階に達している。3.化学特性として脂質の変化に焦点をあて、調査した。九州産の四倍体みやざきおおつぶと宮崎在来の二倍体は東北産の信濃1号,階生早生などと比較された。総脂質および総脂肪酸含量とも九州産の2品種が高いことが分り、組成の点ではオレイン酸がリノール酸より多く含まれていることが判明した。東北産では逆の関係にあったことは昨年の結果と同様であった。4.栽培特性については、新品種の施肥反応を中心に葉面積,乾物重,子実収量などの調査を実施した。また硼素施田による稔性向上についても調査を行ない、今後の栽培の指針を得ようとした。みやざきおおつぶの多収には最適葉面積指数5前後を算出できた。また乾物重が【m^2】あたり160gを越えると過繁茂となり、収量低下をきたすことも判明した。硼素欠乏病的な症状は見えなかったが、硼砂施田によって栄養生長量,子実重の増大がみられた。ソバの低収・不安定性に起因する諸問題解決のため人為四倍体を作出し、新品種"みやざきおおつぶ"として登録された。本年からは宮崎・鹿児島・徳島の各県で奨励され普及するに至っている。本品種の栽培法を確立し、同時に化学成分の品種特性を明らかにしようとして本研究を展開している。本品種の中から自殖性の高いホモスタイルを選抜し、内婚系統を作出する作業を進め、本年はすでに第4自殖世代を得、組合せ能力を検討する段階に達した。栽倍特性の比較として、二倍体原品種とみやざきおおつぶを供試し施肥2水準、播種密度2水準を設定し、葉面積、乾物重、子実収量について調査した。葉面積は多肥区が標準肥区を上回り、乾物重は多肥標準密度区で最大乾物重を得た。同区の収量は311Kg/aを示し、二倍体の標準栽培区に対し180%の増収を示した。また硼素施用による稔性向上をねらって、0.5Kg/10a区と1.0Kg/10a区の2施用区の収量を調査したところ1.0Kg/10a施用区で7%の増収効果が認められ、今後の栽培体系の立案に参考資料を得た。化学特性として本年は脂質に関する調査を九州産のみやざきおおつぶ、宮崎在来と東北産の信濃一号、階上早生を比較した。総脂質および総脂肪酸含量は九州産2品種の方が高く、その組成ではオレフイン酸がリノール酸より多く含まれているのに対し、東北産では逆の関係にあった。また製粉後1週間で脂質、脂肪酸には九州・東北産とも変化は認めなかった。
非線形部分構造合成法の開発とその応用

機械・機器・構造物を実験的に同定し設定に活かす有力な手段として,モ-ド解析法およびそれを基礎にした動的挙動シミュレ-ション法が広く利用されている。しかしこれらは線形理論に基づいたものであって,最近の厳しい使用条件のもとでの精密な設計に対応するためには,系を非線形系として同定し,動的挙動を予測することが重要課題となっている。非線形系を対象とした同定法については,最近,活発に研究が進められている。しかしそれ基礎にした動的挙動シミュレ-ション法についてはほとんど研究されていない。そこでこの研究では,部分ごとの特性を組み合わせて機械・構造物の全体の系の挙動を予測する非線形部分構造合成法の開発を検討した。基本的な検討のため,簡単な例としてはりをとり上げた。非一様なはりを対象に,部分ごとの特性は既知であるとして,全体のはりの特性を予測する方法を検討した。問題を増分で定式化すれば,その範囲内では線形問題に帰着される点に注目し,線形系における部分構造合成法の考え方を利用し,一つの方法を提案した。数値シミュレ-ションによって提案した方法が有効であることを確認した。次にはりの実験モデル作成した。実験では,部分ごとの特性を実験的に把握することから始める必要があり,先に筆者が提案した同定法に基づいて同定を行った。その結果に上述の非線形部分構造合成法を適用した。得られた結果と,はり全体に対する実験結果とを比較し,実験でも,提案した方法が有効であることを確認した。今後は以上の考えに基づいた非線形部分構造合成法を汎用プログラムの形で完成させ,実際の複雑な系へ適用することを予定している。
原子スケールの構造揺らぎと光誘起相転移ダイナミックス

本研究では、レーザ光照射と走査トンネル顕微鏡(STM)法を組み合わせることにより、原子スケールの構造ゆらぎと光誘起金属-絶縁体相転移との関係を局所的かつ動的に調べた。Si(111)表面上に作成したインジウム(In)ナノワイヤー系について、レーザ光照射によって相転移が誘起されることを発見した。この相転移の発現機構として、Si基板のバンドが表面付近で湾曲しているために、基板から最表面In層に電荷が注入されて、In系の電子状態が変化して転移が誘起されるというモデルを提唱した。また、フェムト秒パルスレーザを用いた時間分解STM法を用いて相転移の動的挙動を調べた。その結果、相転移の速度は、バンド湾曲の緩和の速度によって決まることが明らかになった。さらに、探針-試料間電圧を変えることで、局所的に相転移を制御できることを明らかにした。本研究で明らかになった相転移現象および制御法は、これまで報告例がなく、全く新しい機構に基づくものである。この方法は、可逆的かつ高いスイッチング速度での相転移制御を可能とし、また、他の低次元金属/半導体基板系にも適用できるなど、幅広い応用が期待できる。本研究では、レーザ光照射と走査トンネル顕微鏡(STM)法を組み合わせることにより、欠陥などの原子スケールの構造ゆらぎと光誘起金属-絶縁体相転移との関係を局所的かつ動的に調べる。系の局所相状態は、STMによる構造観察および走査トンネル分光法(STS)による電子状態観察によって同定する。また、相転移の動的挙動は、フェムト秒パルスレーザを用いた時間分解STM法により調べる。本年度は、Si(111)表面上に作成したインジウム(In)ナノワイヤー系について、レーザ光未照射時(暗状態)と照射時(明状態)での相状態を調べた。暗状態ではほとんどの領域が金属状態であったが、明状態ではほとんどの領域で絶縁状態となっていた。この結果は、レーザ光照射によって相転移が誘起されていることを示している。この金属-絶縁体相転移の発現機構として、Si基板のバンドが表面付近で湾曲しているために、基板から最表面In層に電荷が注入されて、In系の電子状態が変化して転移が誘起されるというモデルを提唱した。さらに、レーザ光照射だけでなく、探針-試料間電圧を変えることによっても相転移を制御できることが明らかになった。この場合、探針の作る電場の空間広がりはナノメートルスケールであり、局所的な相転移制御が可能となるだろう。この方法は、可逆的かつ高いスイッチング速度での相転移制御を可能とし、また、他の低次元金属/半導体基板系にも適用できる可能性が直いため、光スイッチや光センサーなどへの応用も期待できる。本研究では、レーザ光照射と走査トンネル顕微鏡(STM)法を組み合わせるこにより、欠陥などの原子スケールの構造ゆらぎと光誘起金属-絶縁体相転移との関係を局所的かつ動的に調べた。まず、STMによる構造観察および走査トンネル分光法(STS)による相状態の局所物性評価により、Si(111)表面上に作成したインジウム(In)ナノワイヤー系について、レーザ光照射によって相転移が誘起されることを発見した。この金属-絶縁体相転移の発現機構として、Si基板のバンドが表面付近で湾曲しているために、基板から最表面In層に電荷が注入されて、In系の電子状態が変化して転移が誘起されるとしうモデルを提唱した。また、レーザ光照射だけでなく、探針-試料間電圧を変えることによっても相転移を制御できることを明らかにした。前述のモデルによれば、相転移の速度は、バンド湾曲の緩和の速度によって決まることが予想される。これを確認するため、フェムト秒パルスレーザを用いた時間分解STM法を用いて相転移の動的挙動を調べた。その結果、時間分解STMトンネル電流が、バンド湾曲の緩和時間と同程度の時定数(200ns程度)で時間変化しており、モデルの正しさを示していた。
実体モデルをベースとする意匠設計のための複合型形状計測と自由曲面生成の研究

本研究は,複数の形状計測センサを用いた効率的な複合型形状計測戦略法および獲得された離散的な測定点データに基づいた高品位自由曲面生成法を提案し,切削加工による検証実験で生成した曲面の評価を行い,実体モデルをベースとする意匠金型設計用リバースエンジニアリング支援アルゴリズムの確立を目的とした.その結果,以下のことが得られた.1)再形状計測戦略法と高品位自由曲面生成法の提案前年度の研究では,高速型非接触センサ(3-Dディジタイジングセンサ)用いて格子状に測定点データが得られる従来からの形状計測法より測定点データの総数が少なくなる境界高密度計測法を提案したが,形状急変部においては高品位な自由曲面を生成することは困難であった.そこで本研究では,高精度型非接触式センサ(光リング式変位センサ)を用いて形状急変部を効率的に再計測する境界高密度計測法を基本計測法とした高密度形状計測戦略法を提案した.そして,再形状計測で獲得した測定点データへ自由曲線をあてはめ,複数サイズのCoonsパッチで曲面を生成するため,測定点データへあてはめる曲線が既に良好に生成されている曲面と高次連続となる擬頂点を用いた接続法を提案した.提案した各種手法を計算機によりシミュレーションした結果,C^2級の自由曲面を生成できることが確認できた.さらに,実際の実体モデルを計測して獲得した測定点データを用いた検証実験を行った結果,小さいパッチのみで生成した曲面と同レベルのあてはめ誤差分布状態となったことから,提案した手法が有効であることが確認できた.2)切削加工実験による検証生成した自由曲面を評価するため,モデリングワックスを用いて切削加工を行った.その結果,測定誤差が含まれている測定。点データであっても特徴領域を損なうことなく滑らかな自由曲面を得ることができたことから,本研究で提案した各種手法の有効性が確認できた.本研究は,複数の非接触式センサを用いて実体モデルの形状を計測する複合型の新しい形状計測戦略法および獲得した離散的な形状(測定点)データに基づいた高品位CADモデル生成法を提案し,意匠金型用リバースエンジニアリング支援アルゴリズムの確立を目的としている.そこで,本年度の研究の結果,以下のことが得られた.1)複合計測を考慮した高密度形状計測戦略法これまでに開発してきた非接触式センサ(高速3-Dディジタイジングセンサ)により複合計測を考慮した高密度形状計測戦略法を提案した.本計測法は,センサのスキャン方向では高密度計測(1mm以下)を行い,スキャンライン間隔は比較的大きくした形状計測を行うため,測定点データが格子状に獲得される従来の高密度形状計測法より測定点データの総数を80%以下にすることも可能である.2)測定点データに基づく自由曲面生成法および形状急変部の抽出法獲得された測定点データに基づいて高品位な曲面を生成するため,スキャンライン上に獲得されている測定点データへ様々な形状が表現できるB-spline曲線をあてはめる.本あてはめ手法は,離散的な測定点データへ曲線論を適用して曲率を求め,曲率の大きい(形状の変化が大きい)場所に制御点を密に設定してあてはめ誤差の小さいC^2級自由曲線が生成できる.そして,すべてのスキャンラインに対してあてはめ処理を行い,測定点データへあてはめたB-spline曲線を境界曲線とするCoonsパッチを生成してC^2級の高品位自由曲面を生成する.さらに,パッチサイズを大きくした拡張パッチ曲面を生成することで,形状急変部の領域が抽出できる手法を提案した.なお,本研究で提案した高密度形状計測法,自由曲面生成法および形状急変部抽出法の有効性は,計算機によるシミュレーションおよび実際に実体モデルを計測して獲得した測定点データを用いた検証実験により確認した.本研究は,複数の形状計測センサを用いた効率的な複合型形状計測戦略法および獲得された離散的な測定点データに基づいた高品位自由曲面生成法を提案し,切削加工による検証実験で生成した曲面の評価を行い,実体モデルをベースとする意匠金型設計用リバースエンジニアリング支援アルゴリズムの確立を目的とした.その結果,以下のことが得られた.1)再形状計測戦略法と高品位自由曲面生成法の提案前年度の研究では,高速型非接触センサ(3-Dディジタイジングセンサ)用いて格子状に測定点データが得られる従来からの形状計測法より測定点データの総数が少なくなる境界高密度計測法を提案したが,形状急変部においては高品位な自由曲面を生成することは困難であった.そこで本研究では,高精度型非接触式センサ(光リング式変位センサ)を用いて形状急変部を効率的に再計測する境界高密度計測法を基本計測法とした高密度形状計測戦略法を提案した.そして,再形状計測で獲得した測定点データへ自由曲線をあてはめ,複数サイズのCoonsパッチで曲面を生成するため,測定点データへあてはめる曲線が既に良好に生成されている曲面と高次連続となる擬頂点を用いた接続法を提案した.提案した各種手法を計算機によりシミュレーションした結果,C^2級の自由曲面を生成できることが確認できた.さらに,実際の実体モデルを計測して獲得した測定点データを用いた検証実験を行った結果,小さいパッチのみで生成した曲面と同レベルのあてはめ誤差分布状態となったことから,提案した手法が有効であることが確認できた.2)切削加工実験による検証生成した自由曲面を評価するため,モデリングワックスを用いて切削加工を行った.その結果,測定誤差が含まれている測定。点データであっても特徴領域を損なうことなく滑らかな自由曲面を得ることができたことから,本研究で提案した各種手法の有効性が確認できた.
ダイオキシン類介在性アンドロゲン受容体分解による前立腺癌細胞増殖抑制

ヒト前立腺癌を含む細胞株におけるダイオキシン受容体の発現状態をウェスタンブロットにより確認した。各種ダイオキシン類を選定し、これらリガンドの増殖能、転写能を確認したところ、代表的なリガンドとしての3-Methylcholanthrene(3MC)の場合はLNCaP(前立腺癌細胞株)増殖は抑制され、アンドロゲンレセプター(AR)発現は減少していた。これは濃度依存性が認められた。それに対し、ARの転写能は逆に上昇していた。この現象はアンドロゲン存在下、非存在下いずれでもみられた。しかし他のあるリガンドでは増殖能、転写能ともに抑制していることが確認された。これによりホルモン不応性前立腺癌に対する治療効果が期待されると考えられた。まず、本来ダイオキシン受容体がヒト細胞に発現しているのか、発現しているのであればどの程度であるのか、ヒト前立腺株を含む細胞株におけるダイオキシン受容体の発現状態をウェスタンブロットにより確認した。細胞株ごとに差異を認めており、ホルモン不応性癌との関蓮が示唆された。そこで以下の条件を加えることによりその関連性を探っている。ダイオキシン受容体のcDNAをさまざまな臓器のcDNAライブラリよりクローニングを行い、プラスミド作成をした。ヒト胎児由来293T細胞へのダイオキシン受容体をリン酸カルシウム法にて一過性トランスフェクションを行い、ウエスタンブロッティングにより発現を確認した。現在はアンドロゲン受容体とともに強発現させ、アンドロゲン受容体のユビキチン化と分解を促進するかを確認している。また、前立腺癌細胞株へのダイオキシン受容体の恒常発現株の作成も平行して行っており、レトロウィルスベクターを用いてアンドロゲン受容体を発現する前立腺癌細胞株(LNCaP、22RV1)ヘダイオキシン受容体をトランスフェクトし、恒常発現株を作成中である。これにより内因性ARの発現が低下もしくは消失するかどうかを確認が可能となる。またそれがダイオキシン受容体の発現量依存性に変化するかも確認可能となる。これら、過剰発現系の検討が済み次第、siRNAによる発現抑制系の検討を行う。一方、各種ダイオキシン類を選定、購入した。今後これらリガンドが上記実験系に及ぼす影響を検討している。ただし、すべて有毒物質であるため廃棄方法などの設定が困難であるため予定より時間を要している状態である。ダイオキシン受容体がヒト細胞に発現しているのか、発現しているのであればどの程度か、ヒト前立腺株を含む細胞株におけるダイオキシン受容体の発現状態をウェスタンブロットにより確認した。細胞株ごとに差異を認めており、ホルモン不応性癌との関連が示唆された。ダイオキシン受容体をアンドロゲン受容体とともに強発現させ、アンドロゲン受容体のユビキチン化と分解を促進の有無を確認した。また、前立腺癌細胞株へのダイオキシン受容体の恒常発現株の作成も行い、レトロウィルスベクターを用いてアンドロゲン受容体を発現する前立腺癌細胞株(LNCaP、22RV1)ヘダイオキシン受容体をトランスフェクトし、恒常発現株を作成し、内因性ARの発現が低下もしくは消失するかどうか確認した。これら、過剰発現系の検討後にsiRNAによる発現抑制系の検討を今後も行っている。また各種ダイオキシン類を選定し、これらリガンドが上記実験系に及ぼす影響を検討した。いくつかの増殖実験を行ったところ、代表的なリガンドとしての3-Methylcholanthrene (3MC)の場合は、元来アンドロゲン非存在下ではLNCaP増殖は抑制されるが、3MCによりLNCaP増殖はさらに抑制された。アンドロゲン非存在下でも3MCは増殖を抑制した。
アルツハイマー老人斑構成因子CLAC-P/XXV型コラーゲンの生理機能の解析

これまでにCLAC-Pと相互作用し、機能を調節する可能性のある分子としてコラーゲン受容体型インテグリンに加え、硫酸化グリコサミノグリカン(GAG)を見出している。本年度はGAGがどのようなメカニズムでCLAC-Pと相互作用し、CLAC-Pの代謝や機能に影響を与えるのかを明らかにするため、細胞発現系を用いて検討を行った。GAGはプロテオグリカンとして存在し、成長因子や細胞外マトリックスと結合することでそれらの機能調節を行うことが知られており、CLAC-Pにおいても、類似のメカニズムが作用している可能性を考えた。メタボリックラベリングとGAG合成阻害剤・消化酵素処理の組み合わせにより、分泌型CLAC-Pがプロテオグリカンとの結合を介して細胞に保持されており、GAGの添加により競合的に遊離する結果、分泌量が増加することを明らかにした。またGAG添加はCol XXIII分泌にも促進的に働くが、Col XIII分泌には効果が少ないことも明らかにした。この結果はコラーゲンに存在する正電荷クラスターに相関しており、GAGへの異なる親和性によって各コラーゲンが独自の制御を受けていることを示唆している。アルツハイマー病老人斑より生化学的に同定されたCLAC蛋白の前駆体CLAC-Pはコラーゲンファミリー分子に分類され、新たにtype XXV collagen (Col XXV)とも名付けられた分子である。本研究では、CLAC-P/Col XXVを含む膜貫通型コラーゲンファミリーに着目し、その生理機能を解明を目指して主に相互作用分子の同定とその機能について解析を行っている。これまでに、膜貫通型コラーゲンの中で特に相同性の高いCol XIII、Col XXIIIとCLAC-P/Col XXVがいずれも脳に発現することを明らかにした。また、コラーゲンに対する抗体を作製し、アルツハイマー病剖検脳の免疫組織化学および生化学的検討を行った結果、アミロイドへの顕著な蓄積はCLAC以外に見出されず、アルツハイマー病への関与はCLAC-P/Col XXVに特異的な現象であることを見出した。また、CLAC-P/Col XXVおよびCol XIIIの細胞外領リコンビナント蛋白質をコラーゲンの構造を保持したまま細胞培養上清から精製する方法を確立し、これを用いてコラーゲン受容体インテグリンとの結合アッセイを行った。in vitroおよび細胞を用いたアッセイより、CLAC-P/Col XXVはインテグリンの基質として認識され、細胞の形態変化を誘導すること、その親和性・インテグリンサブタイプの選択制はCol XIIIとは大きく異なることを示した。その他、相互作用分子として、ヘパリンを始めヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸などのアニオン性グリコサミノグリカンを同定した。これらのグリコサミノグリカンは膜貫通型コラーゲンの細胞外領域の分泌の制御に影響を及ぼすことを見出したため、現在その詳細なメカニズムを解析している。.これまでにCLAC-Pと相互作用し、機能を調節する可能性のある分子としてコラーゲン受容体型インテグリンに加え、硫酸化グリコサミノグリカン(GAG)を見出している。
関節軟骨二重造影法の確立－MRIによる軟骨初期変性の可視化を目指して－

関節軟骨の変性を評価するために,近年MRIが用いられている.しかし関節軟骨は薄い層状である上に,隣接する関節軟骨と関節液は同程度の信号量であるため,MR画像上,明確な区別は困難である.われわれは,関節軟骨を描出するために,Mg2+を含む造影剤を関節内に注射しMRIの撮像を行った.本撮像法により,関節液の信号が低下し,関節軟骨とコントラストを生じた.また,関節軟骨の変性を早期に描出することが可能であった.従来の撮像法と比較して,より鮮明に関節軟骨を捉え,早期に軟骨変性を描出することができた.われわれはこれまでに陰性ー陽性多剤配合剤であるMinericを造影剤として利用した関節軟骨直接二重造影法を確立した.本研究ではこの方法を応用して,家兎膝OAモデルの変性関節軟骨における造影効果を評価することを目的とした.日本白色家兎4羽の前十字靭帯と内側半月板前節を切除し,膝OAモデルを作成した.動物用横置き型7.04TMRI装置を用いて,術後2,6,8週に膝関節のMRIを撮像した.右膝関節矢状断のプロトン密度強調画像とマルチスピンエコー法を用いたスピン・エコー画像を撮像し,スピン・エコー画像からT2計算画像を作成した.MR画像を撮像した後にMineric®(ニプロ株式会社,大阪,日本)を右膝関節内に1.0ml注入した.注入後に同様の条件下にMR画像を撮像した.大腿骨の内側顆と外側顆に関心領域を設定し,造影剤注入前後のT2値を測定した.また,8週後に右膝関節を摘出し,HE染色とサフラニンO染色を行い,組織学的評価を行った.造影前,内側顆のT2値は33.27 ms(2週後),33.04 ms(6週後),34.26ms(8週後)であり,外側顆は33.82 ms(2週後),35.48 ms(6週後), 34.40 ms(8週後)であった.造影後,内側顆のT2値は33.30 ms(2週後),36.32 ms(6週後), 38.21 ms(8週後)であり,外側顆は35.33 ms(2週後),35.56 ms(6週後), 38.07 ms(8週後)であった.造影によりT2値は延長し,術後も経時的に延長した.また,組織学的にもMR画像上に設定した関心領域で関節軟骨が変性していることを確認した.OAモデルにおける変性関節軟骨では軟骨基質であるコラーゲン線維の断片化およびプロテオグリカンの減少により陰性帯電が減少し,造影剤による造影効果が増強したと考える.この結果から,本法を用いて関節軟骨の変性初期を低侵襲に評価できる可能性があることが分かった.われわれはこれまでに陰性ー陽性多剤配合剤を造影剤とする関節軟骨直接二重造影法を確立した.この方法を用いて変性関節軟骨に対する造影効果を確認し,変形性関節症を早期に評価することを目的に実験を行った.雄性の日本白色家兎を使用した.右膝関節の前十字靱帯と内側半月板前節を切除し,変形性膝関節症モデル(膝OAモデル)とした.動物用横置き型7.04TMRI装置を用いて,術後2,4,6週に右膝関節の造影前後のMR画像を撮像した.プロトン密度強調画像とT2計算画像を作成した.大腿骨内側顆と外側顆の荷重部を関心領域に設定し,関節軟骨のT2値を計測し,造影前後のT2値を比較した.術後2,4,6週に右膝関節を摘出し,サフラニンO染色による組織学的評価を行った.造影前,内側顆のT2値は29.2±1.9 ms(2週後),31.2±2.0 ms(4週後),30.6±1.4 ms(6週後)であり,外側顆は29.3±1.9 ms(2週後),29.6±1.9 ms(4週後),30.5±1.7 ms(6週後)であった.造影後,内側顆のT2値は29.6±2.2 ms(2週後),31.9±2.1 ms(4週後), 33.3±1.0 ms(6週後)であり,外側顆は29.4±1.4 ms(2週後),32.6±2.0 ms(4週後), 33.9±1.9 ms(6週後)であった.膝OAモデル群では,造影後の外側顆のT2値は造影前と比較して有意に上昇していた.内側顆のT2値は有意差を認めなかった.組織学的評価では,膝OAモデル群で関節症性変化の進行を認めた.本法を用いて初期変性関節軟骨を低侵襲に評価できる可能性のあることが分かった.Minericを用いた研究はおおむね順調に進んでいる。ほぼ実験は終了しており、解析中である。ただし、新しい造影剤についての陽性造影剤と陰性造影剤の組み合わせを用いた研究はin vitroの段階で造影剤の組み合わせに苦慮しており、in vitroの研究を行っているところである。今年度にはin vivoの実験に移行できると考える。われわれは陰性ー陽性多剤配合剤を関節内に注射し,MR画像を撮像する関節軟骨直接二重造影法を確立した.

これにより,従来の撮像法と比較して,より鮮明に関節軟骨を描出することが可能になった.続いて変性した関節軟骨を評価するためにこの撮像法を使用した.雄性日本白色家兎の右膝関節の前十字靱帯と内側半月板前節を切除し,変形性膝関節症モデル(OAモデル)とした.動物用横置き型の7.04T MRI装置を用いて,controlモデルと処置2週後,4週後のOAモデル(2w OAモデル, 4w OAモデル)の右膝関節内側顆と外側顆のMR画像を撮像した.大腿骨内側顆と外側顆の荷重部を関心領域とし,T2値を測定した.controlモデルと2w OAモデル, 4w OAモデルのT2値をone-way ANOVAとDunnett検定で解析した.また,処置2週後,4週後のOAモデルの右膝関節を摘出し,サフラニンO染色による関節症性変化の程度を評価した.T2値に関して,大腿骨外側顆では注射前に4w OAモデルで有意に高値であったが,注射後には2w OAモデルで有意に高値であった.また,大腿骨内側顆では注射前に群間で有意差がなかったが,注射後には4w OAモデルで有意に高値であった.また組織学的評価では,2w OAモデルではサフラニンOの染色性が軽度低下し,4w OAモデルではサフラニンOの染色性が中等度低下し,表面が不整で,関節症性変化がより進行していた.本撮像法を用いることで,関節軟骨の変性を早期に低侵襲で評価できる可能性があると考えられた.関節軟骨の変性を評価するために,近年MRIが用いられている.しかし関節軟骨は薄い層状である上に,隣接する関節軟骨と関節液は同程度の信号量であるため,MR画像上,明確な区別は困難である.われわれは,関節軟骨を描出するために,Mg2+を含む造影剤を関節内に注射しMRIの撮像を行った.本撮像法により,関節液の信号が低下し,関節軟骨とコントラストを生じた.また,関節軟骨の変性を早期に描出することが可能であった.従来の撮像法と比較して,より鮮明に関節軟骨を捉え,早期に軟骨変性を描出することができた.現在造影剤を用いた動物実験は進んでおり、実際に造影効果も確認し、初期変性関節軟骨の造影も確認している。今後造影剤による関節軟骨の変性、組織学的な裏付け実験を進めている過程であり、おおむね順調に推移していると考える。現在行っている陽性-陰性造影剤の組み合わせを確定し、in vitroでの研究を遂行していく。in vivoでの家兎を用いた研究は組み合わせが確定次第、行っていく予定である。外科学現存の陽性造影剤(Gd-DTPA,Gd-DTPA-BMA,Gd(HP-DO3A),Gd-EOB-DTPA,クエン酸鉄アンモニウム,塩化マンガン,硫酸銅など)と陰性造影剤(フェルモキシデス,SHU555A,塩化鉄(III)など)を配合し,それをDCAとして用いてMRI造影効果を測定する.各造影剤の軟骨内部への浸透しやすさ,2剤の組合せについて検討する.各造影剤の軟骨への浸透能等濃度の造影剤について,電荷の正負および電荷量,分子量の大小で軟骨への浸透能変化を検証する.2剤の組合せを,正に荷電した陽性造影剤-負に荷電した陰性造影剤,正に荷電した陽性造影剤-正に荷電した陰性造影剤,負に荷電した陽性造影剤-負に荷電した陰性造影剤,負に荷電した陽性造影剤-正に荷電した陰性造影剤の4通りに関して検証する.有望な造影剤と判断された造影剤の組合せを用いin vitro研究としてウシ膝蓋骨関節軟骨を,2剤組み合わせの造影剤に一定時間軟骨を浸透させ,その造影効果を検証する.Gd-DTPAと比較し,コントロールは生理食塩水とする.消化酵素パパインを用いてPGおよびコラーゲンを変性させ,組織学的な変性所見を確認した後,同様に微量元素配合剤のT1短縮およびT2短縮効果を検証する.in vivo研究としてウサギを全身麻酔し,両膝関節内注射で造影剤を局所投与し,軟骨造影効果を検証する.撮像後,全身状態を経時的に観察することで副作用の有無を調べる.また投与直後,28日後に再び撮像し,造影剤の減少過程を追跡した後,膝関節軟骨の組織学的検査を行う.膝関節初期変性モデルを作成し,同様の実験を行う.