hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
近未来ニュートリノ振動実験に関連する現象論

ほとんどの場合、地球で観測されるν_e,ν_μ、ν_τのフラックスは等しくなることが知られているが、強い磁場がニュートリノ源に存在してかつニュートリノに比較的大きな磁気モーメントがある場合には、ν_eとそれ以外のフラックスに有意な差が出る状況が存在することがわかった。しかし、その導出には色々な仮定があり、現在それらがもっともらしいかどうかの吟味を行っている所である。今年度前半は、前年度から行っていた原子炉ニュートリノのエネルギースペクトル解析によるθ_<13>の測定に関する現象論的研究を最終的な形にして論文にまとめた。スペクトル解析では、ビンの数が16程度のとき、sin^22θ_<13>の感度の最適値は3.8σ(db)となる。ここでσ(db)はエネルギービン同士間の測定器固有の系統誤差で、同様な手法で昔行われたBugey実験では0.5%程度であった。又、感度はビンの数の1/2乗に反比例するのでビンの数を増やせば増やすほど感度が向上するように一見思われるが、エネルギー分解能が有限であるため、統計が十分大きい場合には結局最終的にエネルギー分解能がsin^22θ_<13>の感度に効いてくることが定性的には理解されている。その定量的議論については現在研究中である。年度の後半は、9月から開始された「ニュートリノファクトリーとスーパービームに関する国際調査検討会議」に関連したテーマについて主に研究した。研究代表者が世話人を引き受けている物理学部会の現象論小部会では、将来の大強度加速器による長基線実験で、新しい物理によるフレーバー非保存の相互作用の存在や、未知の種類のニュートリノの存在によるユニタリー性の破れを探るためにどれだけの振動確率の精度が要求されるか、という問題意識が高まってきている。具体的にはフレーバー非保存の相互作用が実験的上限値いっぱいの値を持って存在したとする時、将来の長基線実験でどのチャンネルにどの程度の大きさの寄与が出るか、を模型に依存しない形式で議論をした。その最終的結論は今現在得られつつある所で、近い将来論文に発表する予定である。又、この議論の過程で、木村らによる、標準的な物質中の3世代ニュートリノの振動確率に関する解析的結果を新物理がある場合に拡張し、見通しの良い方法で振動確率の近似式を求めることに成功した。
モデルベースト制御における機械学習とダイナミクスの融合に向けての基礎研究

制御工学のシステム同定におけるモデリングと,人工知能の機械学習における予測法の類似点と相違点を調査した。そのために,計測自動制御学会制御部門に設置した「モデルベースト制御における機械学習とダイナミクスの融合調査研究会」(主査足立)の活動を通して,制御分野と機械学習の両分野における最新の研究動向を調査した。その間,理化学研究所革新知能投稿研究センターの見学,(株)Preferred Networksの見学会を実施した。両者とも,現時点では方向性が異なり,また応用分野も異なっているため,一見すると相違点ばかりに見えるが,その根っこには共通点が多いことがわかってきた。具体的な研究内容としては,本田技術研究所との共同研究を通して,知見とデータが得られているガソリンエンジンの吸気システムの制御系設計問題に対して,機械学習を用いた新しい設計法の開発を開始した。制御系設計法としてモデル予測制御を用いるが,この制御パラメータをさまざまな運転条件における大量のデータからサポートベクター回帰を用いて学習する方法について検討している。また,物理化学的特性を考慮した二次電池のモデリングについても,共同研究を続けているカルソニックカンセイのデータを活用して,二次電池の一つの特徴量をセミパラメトリック法によって推定する方法について検討を進めている。これら二つの例だけでなく,今後は航空機などについても物理的特性を考慮したデータに基づくモデリングと制御系瀬刑法について検討を進めていく。モデル予測制御による自動車エンジンの吸気システム制御系に対して,機械学習を適用した新しい方法を考案したが,まだ初期的な検討にとどまっており,今後,さらにこの方向を発展させていきたい。モデル予測制御器の制御パラメータを機械学習によって学習する方法を検討しており,現在はサポートベクター回帰(SVR)の適用を考えている。機械学習の分野ではさまざまな学習法が提案されているので,今後はSVRよりもモデル予測制御に適した学習法を探して,検討していく。二次電池の特徴量の同定問題に関しては,対象をインパルス応答で記述したIIR(無限インパルス応答)モデルの近似であるFIR(有限インパルス応答)モデルを用いたモデリングに着目している。FIRモデルは機械学習との相性も良く,システム同定の分野ではよく研究されているモデルであるので,このモデルを用いた新しい二次電池の特徴量の同定法の開発をしていきたい。2018年度に当該経費にて参加を予定していたセミナーが、自然災害のため急遽開催が見送りとなったが、2019年度に改めて開催されることが確定しているため、当該参加に必要な経費を2019年度に使用する予定となっている。
有機ケイ素化合物および典型有機金属化合物の機能と物性

本研究班では,有機ケイ素化合物や,有機金属化合物の合成と反応の研究を通じて,新規機能性物質開発を目指した研究を行った.本年は研究計画において, 2年目に当たる.昨年に引続き,高歪み有機ケイ素化合物ならびに,高度にシグマーパイ共役の発達した化合物の物性を調査し,特に,光および熱的応答性を研究した(櫻井).有機ケイ素化合物のプラズマ分解による,非晶質Si-C薄膜の形成,および有機金属化合物の熱分解による化合物半導体薄膜の結晶成長における基礎過程について研究した(柊本).高歪み環状ポリシランのハロゲン化物を還元的に縮合して連結および縮合ポリシランを合成し,一次物性を調査した.特にラダー型ポリシランの合成に成功しその物性を研究した. (永井).ケトンおよびチオケトンとシリレンおよびゲルミレンの反応によるシラオキシプロパン,チアシラシクロプロパン,チアゲルマシクロプロパンの生成と物性を検討した(安藤). 5配位および6配位ケイ素化合物の合成を目指した新反応の開発と,炭素-ケイ素2重結合を有する有機ケイ素化合物の研究を行った(伊藤嘉彦).タングステンフィラメント方でゲルマニウム原子を蒸発させ,有機ハロゲン化物等との反応を行い,また,反応中間体の検出同定をクライオスタット等で行った(持田).有機ケイ素,ゲルマニウム,スズ化合物を合成し,多様な酸化-還元系における電子移動を研究した(伊藤健児).本研究班では,有機ケイ素化合物や,有機金属化合物の合成と反応の研究を通じて,新規機能性物質開発を目指した研究を行った.本年は研究計画において, 2年目に当たる.昨年に引続き,高歪み有機ケイ素化合物ならびに,高度にシグマーパイ共役の発達した化合物の物性を調査し,特に,光および熱的応答性を研究した(櫻井).有機ケイ素化合物のプラズマ分解による,非晶質Si-C薄膜の形成,および有機金属化合物の熱分解による化合物半導体薄膜の結晶成長における基礎過程について研究した(柊本).高歪み環状ポリシランのハロゲン化物を還元的に縮合して連結および縮合ポリシランを合成し,一次物性を調査した.特にラダー型ポリシランの合成に成功しその物性を研究した. (永井).ケトンおよびチオケトンとシリレンおよびゲルミレンの反応によるシラオキシプロパン,チアシラシクロプロパン,チアゲルマシクロプロパンの生成と物性を検討した(安藤). 5配位および6配位ケイ素化合物の合成を目指した新反応の開発と,炭素-ケイ素2重結合を有する有機ケイ素化合物の研究を行った(伊藤嘉彦).タングステンフィラメント方でゲルマニウム原子を蒸発させ,有機ハロゲン化物等との反応を行い,また,反応中間体の検出同定をクライオスタット等で行った(持田).有機ケイ素,ゲルマニウム,スズ化合物を合成し,多様な酸化-還元系における電子移動を研究した(伊藤健児).
半導体高速光スイッチと積層型多重リング共振器の集積化による高性能光バッファの実現

【研究目的】本研究の目的は、リング共振器導波路の光群遅延特性を利用した、光バッファの実現である。特に、報告者により提案された従来のリング共振器を垂直方向へ積層化する積層型多重リング共振器構造(提案素子)によって、従来素子と比較して遅延時間や動作帯域の拡大を図る事に本研究の目的がある。更にこの提案素子を報告者がこれまでに手掛けてきた、光の進行方向を高速に切り換える光スイッチと同一基板上へ集積化する。【積層型多重リング共振器の設計と作製】まず本研究の始めとして、提案の積層型多重リング共振器の光バッファとしての性能を数値計算によって見積もった。その結果、提案素子は従来素子と比較して遅延量100ピコ秒を与える帯域幅が、1.6GHzから4.4GHzと3倍程度となり広帯域化し得る事が示された。また実験に置いても、提案素子を作製するために必要なSiとSiO_2の多層膜の形成も試みた。結果として従来のスパッタ法により素子を作製する上で許容できる精度にて形成できる事が示された。更に、提案素子を作製する準備として単層のリング共振器の作製についても手掛けた。作製素子は120ピコ秒程度の光遅延特性を有している事が実験的に見積もられている。【高速光スイッチの多ポート化】一方で、光スイッチとの集積化の観点からは、これまではそのスイッチの入出力ポートが2x2ポートであったが、より多くの多重リング共振器を集積化する観点から、光スイッチの多ポート化が必要であった。そこで従来の2x2ポートの光スイッチを単位光スイッチとして、これを直列接続(カスケード接続)する事でポート数の拡張を図った。結果として、直接接続された単位スイッチ群は従来の2x2ポートと比較して遜色のない特性を示し、これまでの2x2ポート光スイッチが4x4ポートへと問題無く拡張された。
オルニチン脱炭酸酵素アンチセンス遺伝子による癌遺伝子治療

ODCのアンチセンスオリゴヌクレオチドによる癌化・浸潤・転移抑制を目指した遺伝子治療確立のため、異なる3種類のヒト癌細胞(MKN45胃癌、COLO201大腸癌、RD横紋筋肉腫細胞)を用いてin vitroでの増殖抑制実験を行った。増殖抑制実験は、トリパンブルー法あるいはMTT法で2,4,6日間、時間経過を追って行った。ODCアンチセンスオリゴヌクレオチドは、予備実験で、10μMの濃度が最適であったため、本実験では、この濃度を用いた。コントロールとしては、スクランブルオリゴヌクレオチドを用いた。アンチセンスオリゴヌクレオチドの担体として、テロペプチドを取り除いたI型コラーゲンを用いた。濃度は、予備実験の結果から0.018%で実験を行った。また、担体のコントロールとしてリポソームを用いて比較実験を行った。コラーゲンで包埋したODCアンチセンスオリゴヌクレオチドは、MKN45,COLO201,RD細胞の増殖を時間依存性に有意に抑制した。コラーゲン単独でも、ODCアンチセンスオリゴヌクレオチド単独でも、さらにコラーゲンの代わりのリポソームでも増殖抑制効果が見られたが、抑制の程度は小さかった。これらのin vitroの結果を得て、さらにin vivoの実験を開始した。胃癌、大腸癌、横紋筋肉腫細胞をヌードマウス皮下に移植し、腫瘍が、約200mgとなった時点で、ODCのアンチセンスオリゴヌクレオチドをアテロコラーゲンに包埋し、皮下、筋肉、腹腔の3つのルートで投与した。コントロールに比して腫瘍重量で0.2.13%に癌が縮小し、1回投与で5.6週間腫瘍抑制効果が持続した。本研究の結果、ODCのアンチセンスオリゴヌクレオチドと担体としてのコラーゲンを用いた新規の癌遺伝子治療法は有用である。オルニチン脱炭酸酵素(ODC)アンチセンス遺伝子による癌遺伝子治療を目的として、本年度は、ODC遺伝子が癌化をひきおこしたメカニズム及び癌浸潤・転移過程でのODCの役割を明らかにした。MAP kinaseは、細胞内情報伝達系の中心に位置し、癌化を含めて、細胞増殖、分化、細胞死などの細胞機能に密接に関与している。そこで、ODCを高発現させたCOS細胞およびODCを過剰発現し癌化をひきおこしたトランスフェクタントを用いて、MAP kinase(ERK,p38,JNK)の発現を解析した。その結果、トランスフェクタントにおいて、MAP kinase(ERK,p38)のリン酸化が持続的に亢進していることを見いだした。同時に、癌浸潤・転移過程で細胞外マトリックスの破壊に重要な役割を果たしているMMP-2の分泌が亢進していることも見いだした。その機構解明のため、MMP-2プロモーターを用いて、レポーターアッセイ、ゲルシフトアッセイを行い、ODCを過剰発現が、MMP-2プロモーターを活性化し、MMP-2の分泌を亢進させていることも明らかにした。トランスフェクタントが基底膜を浸潤する活性を、ボイデンチャンバーを用いた浸潤アッセイ法で解析したところ、基底膜浸潤能が著明に亢進していることが判明した。次に、ODCのアンチセンスオリゴヌクレオチド(ホスホロチオエイト)を、ODCを高発現しているCOS細胞およびヒト培養癌細胞株であるRD,MKN45,COLO201に導入し、細胞増殖抑制作用が有るか否かを解析した。その結果、いずれの細胞株に対しても著明な増殖抑制作用のあることを明らかにした。

ODCのアンチセンスオリゴヌクレオチドによる癌化、浸潤、転移抑制を目指した遺伝子治療確立のため、異なる3種類のヒト癌細胞(MKN45胃癌、COL0201大腸癌、RD横紋筋肉腫細胞)を用いてin vitroでの増殖抑制実験を行った。増殖抑制実験は、トリパンブルー法あるいはMTT法で2、4、6日間、時間経過を追って行った。ODCアンチセンスオリゴヌクレオチドは、予備実験で、10μMの濃度が最適であったため、本実験では、この濃度を用いた。コントロールとして醤、スクランブルオリゴヌクレオチドを用いた。アンチセンスオリゴヌクレオチドの担体として、テーロペプチドを取り除いたI型コラーゲンを用いた。濃度は、予備実験の結果から0.018%で実験を行った、また、担体のコントロールとしてリポソームを用いて比較実験を行った。コラーゲンで包埋したODCアンチセンスオリゴヌクレオチドは、MKN45, COL0201, RD細胞の増殖を時間依存性に有意に抑制した。コラーゲン単独でも、ODCアンチセンスオリゴヌクレオチド単独でも、さらにコラーゲンの代わりのリポソームでも増殖抑制効果が見られたが、抑制の程度は小さかった。これらのin vitroの結果を得て、さらにin vivoの予備実験を開始した。胃癌、大腸癌、横紋筋肉腫細胞をヌードマウス皮下に移植し、腫瘍が、約200mgとなった時点で、ODCのアンチセンスオリゴヌクレオチドをアテロコラーゲンに包埋し、皮下、筋肉、腹腔の3つのルートで投与した、コントロールに比して腫瘍重量で0.213%に癌が縮小し、1回投与で56週間腫瘍抑制効果が持続した。現在、個体数を増やして、この効果を確認すると共に、転移を抑制するかの実験も行っている。
膵発癌過程におけるselection pressureの網羅的解析と治療応用

本研究では、膵癌進行過程における癌細胞・間質細胞に対するselection pressureが腫瘍内のコンポーネントへ与える影響を解析し、浸潤性増殖や治療抵抗性等の形質を獲得させないための新たな治療法開発に向けた基礎検討を行うことを目的とした。膵発癌モデルマウス、KPCマウスにおいて酸化ストレス応答機構を欠損させた場合の影響を検討し、発癌・進展過程の抑制と抗癌剤感受性の回復がみられることを確認。酸化ストレス応答機構の中核を担うKeap1-Nrf2経路が膵癌進展に寄与することを明らかにした。また、膵癌宿主側の要因として腸内細菌叢変化に着目し、他の膵疾患と膵癌症例での細菌叢の差異を見出した。本年度は米国国立がん研究所マウスレポジトリよりLSL KrasG12Dマウス、LSL R172H p53マウス、Pdx-Creマウスを導入し、KPCマウスモデルの再現を行った。LSL KrasG12DおよびLSL R172H p53アレルを有するマウスとPdx-Cre発現マウスの掛け合わせで得られる、膵特異的に変異Krasおよび変異p53を発現するマウス(KPCマウス)では生後90日経過時点で多数の前癌病変出現を認め、20%程度には遠隔転移(肝転移・脾臓転移)を伴う膵癌の出現を確認した。また、変異Krasのみを膵特異的に発現するマウスでは低異型度の前癌病変の出現を認めるのみであった。変異p53のみを膵特異的に発現するマウスでは膵組織に明らかな変化がみられないことも確認した。上記のマウスより膵組織を摘出し、膵における遺伝子発現プロファイルの変化や遺伝子変異集積の状況を評価するため、RNAおよびDNA抽出を行っている。特にRNA抽出に際し、膵組織が大量のRNA分解酵素を含有するためにサンプルの劣化が著しいため、複数の方法を用いてRNA検体の最適な採取法・抽出法を検討中である。また、血液サンプルも採取し、一般的な血液像・生化学検査に加えてメタボローム解析を行うことを視野に入れ、検体を集積中である。すでに一般的な血液生化学検査は実施しており、膵発癌がみられる生後90日まではKPCマウスであっても明らかな検査値の異常をきたさないことを確認している。また、KPCマウスでみられる膵癌とヒト膵癌組織の類似性について、免疫染色を用いた比較も開始している。本年度は膵特異的に変異Krasおよびp53を発現するKPCマウスを作成し、肉眼的に確認できる膵癌が発生したものを複数確認した。形成された腫瘍を摘出し、コラゲナーゼによる処理によって癌細胞を単離し、細胞株を樹立した。これまでに2系統の細胞株を樹立し、標準的な膵癌に対する抗癌剤であるゲムシタビンへの感受性をMTTアッセイにて確認した。いずれの細胞株でもゲムシタビン処理後72時間経過後も50%程度の細胞がviabilityを維持しており、内因性の耐性が示唆された。また、マイクロアレイによる遺伝子発現プロファイルの評価を行い、これらの細胞株では薬剤耐性に関わるABCトランスポーターやグルタチオン合成酵素が発現していることが確認され、耐性獲得に貢献している可能性が考えられた。以上の結果はモデルマウスにおける膵発癌過程において発現遺伝子の淘汰が起こっていることを意味しており、膵発癌過程におけるselection pressureの詳細を解明する基礎となるデータである。また、近年様々な疾患と腸内細菌叢が関連していることが報告されているため、膵癌患者由来腸液検体からメタゲノムDNA抽出を行い、膵癌患者における錠剤細菌叢のプロファイリングにも着手した。便潜血用の微量検体から抽出したDNAを用いて腸内細菌由来16s rRNA遺伝子のPCR増幅を行い、解析が可能であることを確認している。本年度は膵発癌モデルマウスに発生した膵癌から細胞株を樹立し、癌進展に有利に作用する遺伝子群の発現を確認した。これらの遺伝子群の発現を制御する因子の解析には樹立した細胞株が利用できるため、今後の進捗が期待できる。また、膵癌患者における常在菌叢プロファイルの解析も微量の検体で施行可能であることが明らかになり、膵局所のみならず個体として病態形成に関与する因子の一つとして、膵発癌過程におけるselection pressureの解明に有用な解析対象と考えられる。これらの知見が得られ、次年度以降の解析に利用しうる細胞資源・検体の集積が進められており、本研究課題の進捗はおおむね良好と考えられる。本年度は研究計画の最終年度として、KPCマウス膵癌由来細胞株の抗癌剤耐性獲得機序と膵癌患者における腸内細菌叢プロファイルの変化について解析を実施した。KPCマウス膵癌由来細胞株はゲムシタビン処理によっても40-50%程度の生存性を示し、すでに内因性の耐性を有していると考えられた。当教室で保有するNrf2欠損KPCマウスの膵癌から樹立した細胞株は通常培養が可能であるが、ゲムシタビン処理による細胞生存率はほぼ10%を下回ることが判明している。両者の比較によって、種々の解毒機構に関わる多数の遺伝子発現に変化がみられることが明らかになった。KPCマウス膵癌由来細胞株において主に耐性獲得に寄与する因子を確認すべく、GST枯渇剤であるBSO処理をゲムシタビン投与と併用したところ、明らかな抗腫瘍効果の増強は確認されなかった。この結果はNrf2によって誘導されるゲムシタビン耐性の少なくとも一部が、グルタチオンによるROSの減少とは独立したメカニズムによるものであることを示唆している。

膵癌患者の腸内細菌叢プロファイルに関しては、慢性膵炎患者・自己免疫性膵炎患者との比較検討を行った。その結果、特に慢性膵炎患者で菌叢プロファイルの変化が大きいことが判明した。膵癌患者と自己免疫性膵炎患者の比較では、膵癌患者でparabacteroides属の検出率が高いとの結果が得られている。以上の知見に基づき、膵癌細胞の薬剤耐性獲得のメカニズム解明と膵癌進展に関わる腸内細菌叢の変化を含めた宿主側因子の解析を継続予定としている。本研究では、膵癌進行過程における癌細胞・間質細胞に対するselection pressureが腫瘍内のコンポーネントへ与える影響を解析し、浸潤性増殖や治療抵抗性等の形質を獲得させないための新たな治療法開発に向けた基礎検討を行うことを目的とした。膵発癌モデルマウス、KPCマウスにおいて酸化ストレス応答機構を欠損させた場合の影響を検討し、発癌・進展過程の抑制と抗癌剤感受性の回復がみられることを確認。酸化ストレス応答機構の中核を担うKeap1-Nrf2経路が膵癌進展に寄与することを明らかにした。また、膵癌宿主側の要因として腸内細菌叢変化に着目し、他の膵疾患と膵癌症例での細菌叢の差異を見出した。既報と同様に膵癌モデルマウスの構築が行われ、発癌時期や確率についても高い再現性が確認された。今後の実験に必要なサンプルも充分量確保されており、おおむね順調に進展している。次年度以降はマウス膵癌由来細胞株を用いて抗癌剤耐性株の樹立を行い、遺伝子発現プロファイルを網羅的に解析することで治療抵抗性の獲得に関わる遺伝子群の特定を行う予定である。同定された遺伝子についてはKPCマウスまたはKPCマウス由来膵癌細胞株を用いて作成したヌードマウス皮下移植モデルを用いて、薬剤による機能阻害やsiRNAによる発現抑制が治療感受性を回復させうるかの検討を行う。また、ヒト膵癌検体においてもそれらの遺伝子発現レベルを評価し、予後や抗癌剤への反応性、進展形式や再発期間の差といった臨床的アウトカムの予測に有用であるかの評価を行う。膵癌と腸内細菌叢の関係については、膵癌患者由来腸液検体に加えて非担癌患者由来腸液検体(慢性膵炎や総胆管結石など)での細菌叢プロファイル解析を実施し、膵癌特異的な細菌叢の変化がみられるかを評価する。特定の細菌叢変化が膵癌患者の予後や治療反応性と関連するかについても解析を実施し、特徴的な関連がみられる菌種についてはKPCマウスへの投与実験によってヒト膵癌にみられた臨床経過の変化の再現を試みる。また、早期の膵癌症例でも確認できる細菌叢の変化については、スクリーニング検査への応用が可能であるか検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学今後はKPCマウスにおいて膵組織における遺伝子発現プロファイル・遺伝子変異の状況、血液サンプルを用いたメタボローム解析を進め、膵発癌過程での経時的な変化を検討する。特に膵局所における細胞間相互作用の詳細や、膵癌微小環境における免疫応答・低酸素状態や酸化ストレスの変化などがみられるかについて評価を行うことを予定している。本年度は年度末に網羅的解析のデータ処理を集中的に行ったため、物品費の消費が予定より少なくなったため。
量子乱流場の三次元渦構造の可視化とラグランジュ速度の計測

超流動場の可視化のために,低温デュアーを取り囲む複数台のカメラ配置を実装できる体系を構築した.粒子位置とその大きさを算出する計算アルゴリズムを構築した.高速度カメラで撮影をした画像を時系列で解析をして,4時刻以上の粒子位置を追跡することで,ラグランジュ速度,加速度の算出をおこなった.量子渦と微粒子の相互作用から粒子軌道が特異な形状を示すことが観測された.つまり,ラグランジュ速度と加速度を算出することで,量子渦タングルの渦間距離を見積もる指標を提示できることが分かった.熱対向流下において,加熱するパワーを調整して流動状況を変化させ,その速度分布,加速度分布形状の変化を体系的に調査した.液体ヘリウムは、温度2.17Kにおいて粘性の極めて小さな超流動状態に転移する。超流動場では量子渦が形成され、それらが複雑に絡み合う量子乱流状態となる。量子渦は単一の循環値を持つ渦糸であり、その三次元的な運動を把握することが必要とされる。本研究では超流動場の三次元可視化システムを構築し、量子乱流場に播種した微細粒子のラグランジュ速度の計測をおこなう。現在、微粒子を画像処理により検出するアルゴリズムを完成させ、二次元でのラグランジュ計測が可能となった。粒子径により、ラグランジュ統計量に差異が現れることを明らかにした。粒子径の検出には、ラべリング手法を利用した。隣り合う領域で連結する部分を検出して、個別の粒子と認識してラベルを張り付ける。レーザーからの反射により、粒子表面では散乱による輝度値の大小が存在する。より輝度値の大きな粒子を選別して、その軌道を追跡した。散乱光の広がりから見積もられる粒子径と実際の粒子径を算出するには、いくつかの問題があることが分かった。熱対向流下においては、速度分布は粒子径により大きな影響を受けることがわかった。小さな粒子は、流れに追随して二峰性の速度分布を示すが、大きな粒子ではガウス分布に近い分布となる。より強い乱流状態では、粒子径の影響は小さくなる。また、ラグランジュ加速度の分布は、粒子径の影響が顕著には認められない。この傾向は、古典乱流中における微粒子の加速度統計と類似している。画像処理により粒子径を算出することは、光学系、撮像系との関連のみならず、粒子からの散乱光をどのように取り扱うのかが重要な問題であることがわかった。この知見を踏まえ、三次元における粒子軌道の解析をすすめていく。超流動乱流場における渦構造の三次元可視化システムの構築をおこなった。複数のカメラ(4台)を用いて、3次元空間内で流体中に播種した微粒子の瞬時速度を計測するレーザー光学系の設定、蛍光粒子の選定をおこなった。計測された変動速度場から微細な渦構造を抽出するため、速度勾配テンソルの第二普遍量を用いた。計測体系としては水を用いた円管流路内で複雑な乱流場が形成されるオリフィス下流を対象とした。オリフィスエッジからはく離する微細な渦構造を抽出できており、三次元空間内での微細渦の挙動を解析することができた。また、微細渦構造と合わせて渦層の抽出もおこない、微細渦との相互の配置を明らかにできた。超流動場の可視化のために、低温デュアーを取り囲む複数台のカメラ配置を実装できる体系を構築した。高速度カメラを三次元位置で調整可能な微動送り装置に設置して、複数カメラの光軸、焦点距離、撮像範囲の正確な設定ができるように工夫をした。微粒子を撮像して、その粒子位置とその大きさを算出する計算アルゴリズムを構築した。高速度カメラで撮影をした画像を時系列で解析をして、4時刻以上の粒子位置を追跡することで、ラグランジュ速度、加速度の算出をおこなった。量子渦と微粒子の相互作用から粒子のラグランジュ軌道が特異な形状を示すことが観測された。つまり、粒子のラグランジュ軌道に沿って、速度と加速度を算出することで、量子渦タングルの渦間距離を見積もる指標を提示できることが分かった。熱対向流下において、加熱するパワーを調整して流動状況を変化させ、その速度分布、加速度分布形状の変化を体系的に調査した。超流動場の可視化のために,低温デュアーを取り囲む複数台のカメラ配置を実装できる体系を構築した.粒子位置とその大きさを算出する計算アルゴリズムを構築した.高速度カメラで撮影をした画像を時系列で解析をして,4時刻以上の粒子位置を追跡することで,ラグランジュ速度,加速度の算出をおこなった.量子渦と微粒子の相互作用から粒子軌道が特異な形状を示すことが観測された.つまり,ラグランジュ速度と加速度を算出することで,量子渦タングルの渦間距離を見積もる指標を提示できることが分かった.熱対向流下において,加熱するパワーを調整して流動状況を変化させ,その速度分布,加速度分布形状の変化を体系的に調査した.三次元撮像系を構築し、粒子径の算出とそのラグランジュ軌道を計測する。粒子は直径の分かっている粒子を用い、反射光の影響を定量的に見積もる。粒子径の算出には静止流体中での沈降速度を計測することによって見積もり、その結果を画像処理と比較する。粒子数増やさず、粒子軌道を確実に追尾できるアルゴリズムを構築する。これまで使用してきたマクロレンズは、約6mm四方の領域を撮像できる。このレンズを用いた3次元計測では、被写界深度を3次元可視化領域と同等になるように光学系を改良する。ラグランジュ計測では、時間空間分解能が十分に確保される必要があるため、空間分解能を向上させることに重点を置く。

計測システムは、4方からカメラを設置できるようにする。レーザーを下方から入射させることにより、カメラ光軸への直接の入射を排除する。また、散乱光の波長を選別するためにバンドハスフィルタを使用する。微粒子には、レーザーからの発光を十分に確保できる蛍光粒子を用いる予定である。三次元空間中の微粒子の軌道追跡には、二次元空間で開発されたプログラムを改良する予定である。粒子選別が格段に難しくなることが予想されるため、既存のアルゴリズムを参考にすることで効率的な画像処理を実施する。ラグランジュ速度並びに加速度の算出を行い、その統計性を議論する。特に古典乱流の実験や数値計算で明らかにされている既存の結果と比較を行い、実験精度の検証をおこなう。流体工学
食道幹細胞培養モデルを用いたバレット食道の発生機構の解明

本来扁平上皮であるべき下部食道粘膜が円柱上皮におきかわった状態をBarrett食道という。我々は今Barrett食道の発生機序における胆汁酸の役割について報告してきた。しかしながら以前よりBarrett食道には胃酸の逆流も重要な位置を占めることが想定される。したがって胃酸刺激による扁平上皮を用いた検後の課題である。扁平上皮は胃酸に対する抵抗性が弱く、その詳細な検討が困難である。したがって食道膜下層を再現したモデルの作成を試みた。1.食道炎モデルの樹立慢性胃酸逆流モデルをラットを用いて作成した。このモデルの粘膜下層をディスパーゼやトリプシンなどの酵素を用いて、単細胞化し、ここからリンパ球を回収した。さらにこれを有効に培養することに成功した。2.食道上皮初代培養の樹立ラットの粘膜下層からファイブロブラストを分離培養した。ここに食道炎モデルから得た、リンパ球と共培養し、粘膜下層モデルを作成した。さらにこれをフィーダーとして、単細胞化したラット食道上皮細胞を培養した。3.胃酸暴露による影響の検討このモデルをpH4の培養液で短期培養を試みたところ、上皮細胞の増殖能の低下が抑制された。4.結論これらの結果から食道扁平上皮のみを用いたモデルでは胃酸のもつ本来の役割を検討することは困難であったが、今回作成したモデルを用いることで、Barrett食道の発生機序における胃酸の役割をさらに詳細に検討し得ることが示唆された。
「ショウジョウパエ分子生物学による生体高次機能解析」の総合的研究

昭和63年度から3年間の予定で行われている重点領域研究(1)「ショウジョウバエ分子生物学を用いた生体高次機能解析」の実験計画の立案・実施状況の評価と助言を行った。本年度は第2年度に当り、各計画班員・公募班員の研究ともにほぼ順調に進捗した。ショウジョウバエ分子生物学に関する邦文の解説書がないことが新しい研究者の参入に不便であることがたびたび指摘されていたが、班員の多くの協力を得て、その研究成果を盛り込んだ成書「分子生物学の進歩シリーズ」として日本分子生物学会10周年記念(堀田・岡田編集)の発刊に堀田が中心となって協力した。一方、世界のこの種の研究の動向についても調査した。欧州分子生物学機構(EMBO)や米国のコールドスプリングハーバー研究所のショウジョウバエ分子生物学・発生生物学・神経遺伝学等の研究集会に班員の参加を奨励し、その情報をサーキュラーや電話連絡にて普及し研究の推進をはかった。特に今年度の新しい動向としては、神経生物学研究の急増・体軸形成遺伝子の分子生物学の著しい発展・エンハンサートラップ法など新しい技術応用の発展が注目されたので、これらの技術導入を行った。わが国の独自の発展が本研究ではじまっているものについては、さらにその促進をするべく本総括班からも援助を行った。特に、イノシトール燐脂質の酵素遺伝子の欠損と視覚情報変換過程の関連、rafガン遺伝子の正常機能が胚の体軸形成過程に関与することの発見、他生物のホメオボックス遺伝子の発現パターンの解析、P因子遺伝子導入法の改良、培養細胞系を用いた新しい遺伝子発現の解析法などが特に重要である。これらの発展を踏まえて、平成2年6月に一般公開シンポジウムを開催すること、また平成2年4ー5月に開かれるEMBOワークショップに参加して本研究班の成果の一部を発表することを決めた。
有機フッ素化合物の新合成手法の開発と含フッ素生体関連物質合成への応用

1.ジフルオロシクロプロパン誘導体の不斉合成法の開発とグルタミン酸の化学修飾への応用シクロプロパン誘導体は高い反応性と構造的な平面性の特徴を有し、生理活性物質や機能材料分野での分子設計において重要な位置を占めている。我々は、このようなシクロプロパン環の特徴と有機フッ素化合物の特異性に基づき、新規な生理活性の発現などを指向した生体関連物質の化学修飾を検討してきた。先ず、合成化学的に未解決であった含フッ素シクロプロパン誘導体の不斉合成法の開発に取り組み、その結果、4-ブロモ-4、4-ジフルオロクロトン酸誘導体を用いるジフルオロシクロプロパン誘導体の不斉合成法の確立とジフルオロカルベン付加反応によるキラルな合成素子の開発に成功した。さらに、その応用として神経伝達物質として注目を集めているグルタミン酸のジフルオロシクロプロパンによる化学修飾および薬理評価を行ない、新規な代謝調節型グルタミン酸受容体アゴニストの発見に至った。2.ジフルオロビニルエーテル誘導体を用いる反応開発ジフルオロビニルエーテル誘導体は一般に安定で取り扱いが容易である。我々は、ケトンやイミン類の新規な活性化に基づくジフルオロビニルエーテル誘導体との効率的なアルドール型反応の開発に成功した。これらの反応は生理活性の面で興味がもたれる種々の加水分解酵素などの阻害剤の合成への応用が期待される。3.ジルコノセン等価体を用いる合成反応の開発ジルコノセン等価体を用いる合成反応の開発の一環として、ビニルシクロプロパン誘導体の環開裂反応を利用したステロイド側鎖の合成法の開発と、アルコキシメチルスチレン誘導体との特異な反応の発見とステロイド骨格の構築を指向した応用展開を行なった。4.ヨウ素化を基盤とする合成反応の開発ヨウ素による特異な活性化機構に基づく新規で有用な反応開発の一環として、N-アリルエナミド類の効率的なDiels-Alder反応の確立に成功した。さらに、最近我々が見いだしたヨードカルボ環化反応の不斉触媒化に成功し、本反応の有用性を高めることが出来た。今後、ジルコノセン等価体を用いる合成反応やヨウ素化を基盤とする合成反応は、種々の有機フッ素化合物合成に応用が期待されるものである。1.ジフルオロシクロプロパン誘導体の合成法の開発と応用シクロプロパン誘導体はその歪みに由来する高い反応性と構造的な平面性の特徴を有し、生理活性物質や機能材料分野での分子設計において重要な位置を占めている。このようなシクロプロパン環へのフッ素の導入は、フッ素原子の性質に基づく特異な反応性や物性が期待される。しかし、応用性に富む多官能性の含フッ素シクロプロパン誘導体の合成法の開発は光学活性体を含めて全く未解決な問題として残されていた。我々は、この問題点の解決に取り組みさらにその応用展開としてジフルオロメタノグルタミン酸の合成を検討した。その結果、4-ブロモ-4、4-ジフルオロクロトン酸誘導体とエステルあるいはアミドのリチウムエノレートとの反応をトリエチルホウ素共存下に行なうと対応するジフルオロシクロプロパン誘導体が位置および立体選択的に得られることを見いだした。本反応はラジカル連鎖機構で進行することが推定され、フッ素置換に基づく特徴であることを明らかにした。

さらに、本反応を不斉合成へ展開して、応用性に富む多官能性ジフルオロシクロプロパン誘導体の合成法の確立し、その応用として神経伝達物質として注目を集めているグルタミン酸のジフルオロシクロプロパンによる化学修飾を行なった。2.ジルコノセン等価体を用いる合成反応の開発ジルコノセン等価体を用いる合成反応の開発の一環として、ビニルシクロプロパン誘導体の環開裂反応を検討し、その位置選択性と反応中間体の構造および合成反応としての有用性を明らかにした。3.4位に不斉中心を有するα,β-不飽和エステルへの炭素ラジカルの付加反応グリセルアルデヒドアセトニドから誘導されるα,β-不飽和エステルへの炭素ラジカルの付加反応は極めて高い不斉誘導が発現することを見いだした。さらに本反応の遷移状態について理論計算の結果を踏まえて考察した。1.ジフルオロシクロプロパン誘導体の不斉合成法の開発とグルタミン酸の化学修飾への応用シクロプロパン誘導体はその歪みに由来する高い反応性と構造的な平面性の特徴を有し、生理活性物質や機能材料分野での分子設計において重要な位置を占めている。このようなシクロプロパン環へのフッ素の導入は、フッ素原子の性質に基づく特異な反応性や物性が期待される。しかし、応用性に富む多官能性の含フッ素シクロプロパン誘導体の不斉合成法の開発は全く未解決な分野であり、我々は、この問題点の解決に取り組みさらにその応用展開としてジフルオロメタノグルタミン酸の合成を検討した。その結果、4-ブロモ-4、4-ジフルオロクロトン酸誘導体を用いるジフルオロシクロプロパン誘導体の不斉合成法の確立とジフルオロカルベン付加反応によるキラルな合成素子の開発に成功した。さらに、その応用として神経伝達物質として注目を集めているグルタミン酸のジフルオロシクロプロパンによる化学修飾および薬理評価を行ない、新規な代謝調節型グルタミン酸受容体アゴニストの発見に至った。2.ジフルオロビニルエーテル誘導体を用いる反応開発ジフルオロビニルエーテル誘導体は一般に安定で取り扱いが容易である。我々は、ケトンやイミン類の新規な活性化に基づくジフルオロビニルエーテル誘導体との効率的なアルドール型反応の開発に成功した。ジルコノセン等価体を用いる合成反応の開発ジルコノセン等価体を用いる合成反応の開発の一環として、ビニルシクロプロパン誘導体の環開裂反応を利用したステロイド側鎖の合成法の開発と、アルコキシメチルスチレン誘導体との特異な反応の発見とステロイド骨格の構築を指向した応用展開を行なった。4.ヨウ素化を基盤とする合成反応の開発ヨウ素による特異な活性化機構に基づく新規で有用な反応開発の一環として、N-アリルエナミド類の効率的なDiels-Alder反応の確立に成功した。さらに、最近我々が見いだしたヨードカルボ環化反応の不斉触媒化に成功し、本反応の有用性を高めることが出来た。
黄土高原の森林再生を主眼とした自生樹種の生育特性と環境ストレス耐性に関する研究

(1)中国黄土高原におけるリョウトウナラ林の肥大成長に及ぼす気象条件の影響リョウトウナラ林において採取した木部コアを用いて、年輪の成長と気象変化との関係を年輪年代学的手法によって調べた。これらの結果から、土壌や大気が乾燥している初春では、降雨量が大きく影響することが明らかになった。また高温は成長を減退させることがわかった。乾燥ストレスの影響が激烈ではない日陰斜面では、円滑にリョウトウナラ林が回復する可能性が示唆された。(2)水欠乏条件下におかれた黄土高原由来の2樹種の光合成と水分生理特性1年生苗木の光合成測定により、ニセアカシアはリョウトウナラよりも光合成能や蒸散量が高いが、水利用効率は低いことが明らかになり、黄土高原ではニセアカシアよりもリョウトウナラの方が高い適応性を持つことがわかった。(3)延安の黄土高原に生育する14種の木本植物の水ポテンシャル夜明け前および日中の水ポテンシャルは、郷土種であるリョウトウナラよりも外来種であるニセアカシアの方で低かった。外来のニセアカシアは在来のリョウトウナラよりも強いストレス環境での生育を余儀なくされていることがわかった。また郷土種の灌木、亜高木5種は、より強いストレス環境に置かれていることも確認できた。(4)黄土高原に生育する4種の木本植物の水分生理特性適潤および水欠乏環境で育成した1年生実生苗を用いて、P-V曲線法により外来のニセアカシアと郷土種のリョウトウナラ、アブラマツ,およびコノテガシワの水分生理特性を比較した。この結果、ニセアカシアは他の樹種よりも多くの水を消費することがわかった。アブラマツは膨圧を細胞の弾性によって維持し、他の種は浸透調節によって維持していることが推測された。リョウトウナラとコノテガシワは、ニセアカシアよりも高い浸透調節能を持つようであった。1.中国の黄土高原におけるリョウトウナラ林の成長に及ぼす気象因子の影響:中国の黄土高原の陝西省北部における降雨量は500mm程度であり、草原から森林に移行する地域にあたる。ここに自生するリョウトウナラの年輪の解析から、過去における降雨をはじめとする気象条件の変遷と肥大成長との関係を解析した。この結果、肥大成長は前年度の9月期の降雨量に大きく左右されることが明らかになった。また10月期が温暖であれば、次年度の成長に良好であることも確認した。これらの成果は、オーストラリアのブリスベーンにおいて2005年8月に開催されたXXII IUFRO WORLDCONGRESSにおいて発表した。またこの研究成果の一部は、TREES-Structure and Functionという国際誌にThe effect of climate on radial growth of Quercus liaotungensis forest trees in Loess Plateau, Chinaというタイトルで投稿しており、近々、印刷の予定である。2.水欠乏ストレスかにおかれたニセアカシアおよびリョウトウナラ苗木の水ポテンシャルと光合成:中国の黄土高原に広く植栽されているニセアカシアと自生種であるリョウトウナラの苗木を用いて、水ストレス下における光合成を比較した。この結果、ニセアカシアはリョウトウナラに比べての光合成能および蒸散量が高いものの、水利用効率が低いことが明らかになった。これらの他、いくつかの生態学的な解析結果から、リョウトウナラはニセアカシアに比べてこの地域の環境に好適な水分生理的特性を持っていることが明らかになった。この成果は、2006年の2月に北京において開催されたthe 8th International Conference on Development of Drylandsにおいて口頭発表し、proceedingに論文を投稿している。
太陽光照明のためのエレクトロウェッティング効果を用いた高機能採光器の開発

エレクトロウエッティング(以下EWOD)効果を用いて小セル内の水・油等の界面形状を変形させ,入射方向の変化する太陽光を追尾して固定光ファイバーに導入する太陽光採光器が本研究の開発課題である.基本的な特性検討を研究目的として,界面形状と光透過集光特性の計算評価を実施した.簡易に効率よく太陽光を光ファイバーに導く太陽採光器が可能となれば,太陽光照明として幅広い応用が期待できる.EWOD現象には,基本的に三角プリズムのように全体的に入射光角度を曲げる効果と凸レンズのように平行入射を集光する2つの効果が期待できる.太陽追尾には前者,入射光密度を上げて細いファイバーに導入するためには後者が効果的である.本研究では2つの効果を複合した検討を実施した.解析手法として,到達光密度を,光ファイバー入射許容角内のファイバーへの入射光密度/容器開口部への太陽入射光密度,と定義し,入射角に対する解析計算結果を得た.光ファイバー入射許容角は60°,集光比(=開口面積/光ファイバー入射面積)は標準値を25とし,625まで変化させてその効果を検討した.EWOD液体は,水,シリコンオイル(KF-96-50cs),イオン液体(IL16)を選定し,13層を検討した.解析結果より,集光比25の際は13層のいずれも入射角30°程度までの到達光密度はほぼ一定となり,13層に対してそれぞれ1.5, 1.3, 2.3であった.また解析結果よりEWOD効果により全体的に入射光を曲げる効果を優先すると性能向上の可能性のあることが導かれた.そのため容器形状を四角錐台とする検討を行った.その結果,入射角度は11°までに狭められるが,3層の際の到達光密度は最大値13.5が得られ,性能向上の特性が得られた.本研究の結果は解析的に限られているが,EWOD効果を用いる新たな太陽光採光装置の可能性を明らかとする成果を得た.研究実施の初期段階は,水だけの単層と水・油の2層構造を目標として光透過特性の解析を行った.しかし,得られた到達光密度は最大1.5程度と限られた値であった.性能向上方法として,イオン液体を加えた3層構造の導入により3程度まで改善され,矩形容器から四角錐台形状の導入により13まで改善された.その導入項目の検討過程において,改善のためのパラメータが多く,研究計画の遅れの原因となった.セルの縦横高さ方向それぞれの比,集光面積比,EWOD液体の種類と組み合わせ,容器内に封入する各液体の体積比率,隣のセルの影響等が主に検討を行ったパラメータである.本研究課題の解析結果には,光経路における光吸収・反射・散乱による減衰項を含んでいない.その効果を含めた解析結果は,実際の容器形状を設計する際に必要な情報である.今後の解決が最初に必要な課題といえる.本研究課題内で,矩形容器,四角錐台形状内のEWOD効果による界面形状変化の実験を実施し,界面形状に関する成果は得たが,実際に光ファイバーと組み合わせた光透過の測定には至らなかった.今後の課題である.また傾斜設置のために密度差の小さいEWOD液体の選定も今後の遂行に必要な開発項目である.本研究で提案したEWOD効果を用いた太陽光採光器の今後の発展性として,軸長が断面が楕円のように異なる形状の有効性が指摘できる.太陽光入射角の変化は東西方向に大きく,水平天頂方向には小さいためである.本研究の対照的な構造の容器形状より高性能となることが期待できる.装置構造のシンプル化と性能向上を両立させる検討項目はパラメータが多く困難の多い課題であるが,本研究で得た以上の性能値が得られる余地は多く残されている.また,EWOD液体として特にイオン液体の可能性のある液体は多く,誘電率,屈折率,密度,光に対する安定性,価格などから総合的により高性能のものを選択する余地は多く残されている.本研究課題は継続して可能性を検討する対象の多い課題といえる.エレクトロウェッティング(EW)効果による液面形状変化を利用して太陽光軸を曲げて導く太陽光採光装置の研究・開発において、初年度(28年度)の研究計画は次の3項目である。1側壁EW容器作製と低電位化の検討、2光経路と透過光エネルギー量の測定実験実施、3数値解析モデルの制作、である。1に関しては、四角容器内側壁を電極とするセル(一辺510mm)を作製し、容器内メニスカス変形形状の基本的特性の測定実験を実施した。溶液には、水ならびにイオン液体(ホスホニウム系)[3C6C14P][NTf2]を単相、複相として用いた。容器内で上昇側の液面と側面の接触角変化として、交流電位差60Vにおいて純水で15°、イオン液体で5°の変化を測定した。EW効果による液面形状変化は、ヘルムホルツ自由エネルギーを最小とするメニスカス形状が解析可能である。作成した液面形状解析により、純水45°、イオン液体15°の計算結果を得た。今回の実験による測定値は理論値の約1/3である。大きな角度変化を得るための改善策として、電極・誘電膜の薄膜化を検討した。特に誘電膜の検討が必要と考え、誘電膜材料選定と引上げ式ディップコート作製法を新たに導入し、耐電圧の高い均質膜の効果検討を準備した。2の光透過量の測定は、光が散乱して広がるため測定方法の検討が必要である結果となった。

光量測定部の角度を変える装置に改造が必要である結果を得た。現状のレーザー光用パワーメータによる透過光量の測定値は50%程度である。3はヘルムホルツ自由エネルギーを最小とするメニスカス形状計算の差分法プログラムを作成し、側壁EW容器に対する数値シミュレーションが可能となった。実験結果と比較することで今後の研究に利用できる手法を整えた。研究計画項目は3項目で、各項目それぞれにおいて測定・計算結果の成果が得られている。しかし、得られた測定結果を数値的に検討すると、当初目標値に十分には達していない状況といえる。側壁EW容器内のメニスカス変化の測定結果は計算値の約1/3の15°程度であり、太陽光導入に最低必要な30°に達していない。光透過量の測定は光が広がる効果が大きく、測定法の改良の必要性で十分な測定値は得られていない。数値シミュレーション手法による解析は順調に進んでおり、レイトレース法との組合わせへと発展できる進捗状況である。エレクトロウェッティング(EW)効果を用いて太陽光を光ファイバーに導入する採光部開発が本研究の目的である.初年次に続き,実験ならびに計算による研究実施を実施した.実験による研究成果は,1低電圧作動電極・誘電薄膜構造の作製初年次の四角柱容器側壁に電極を設けるEW容器によるメニスカス形状変化は理論計算値の約1/2であった.膜作製方法の検討により50%メニスカス形状変化が改善され,理論計算値の2/3程度が得られる成果が得られた.2レンズ体移動方式の検討メニスカス変化により容器内のレンズ体傾斜を変化させる実験を実施した.水ならびにイオン液体を作動液体とした.レンズ密度が大きく十分な移動は期待できない結果となり,メニスカス屈折方式の優位性を確認した.3光透過光エネルギー量の測定光量計による透過光の強度測定装置を作製し実験を実施した.散乱光と液吸収割合が比較的大きく,液層厚さを小さくする設計がポイントであることが理解された.数値解析モデルによる研究成果は,1メニスカス形状計算と光路計算ソフトの結合EW効果による静止メニスカス形状は界面エネルギー差分法により計算され,その計算ソフトは自作した.その計算結果を光路レイトレース計算ソフトと結合させることで,光ファイバーへの有効入射量を求めることを可能とした.本年度は,四角柱容器側壁に電極を設ける形状に関して解析結果を得た.26角錐台形状・円錐台形状容器の設計角柱容器は作製容易の点が特徴である.一方,メニスカス角度と光軸の変化幅が比較的小さく,また側壁の影の影響が大きい.容器を6角錐台形状,円錐台形状とする検討を計算上で行う計算ソフトの改良を行った.接続する光ファイバー入射許容角に合わせる設計により,角柱容器より大幅な改善が期待できる結果が得られている.今後,実際の日射条件を考慮した解析へと進展予定である.太陽光を光ファイバーに導入するため,±20°以上の屈折角がを研究目標としている.現状の四角柱内メニスカスによる移動で得られた成果は半分以下である.レンズ移動体を用いる方法は解決策の1つである.しかし得られた実験結果より,期待できる光軸変化は大きくいはない結果であった.メニスカス屈折方式で,6角錐台形状と円錐台形状容器が有望であることを見出した成果を得た.その作製方法について現在検討中である.当初は単セル実験評価を2年目研究目標とし,屋外実験を含めた多数セル実験が3年目研究目標である.
脳動脈壁検体プロテオミクス解析を中心としたもやもや病の病因解析研究

もやもや病の血管病理については研究が困難な領域である。我々はこの問題についていくつかのアプローチを行った。1)患者および家族の了解を得てバイパス手術中に明らかに閉塞している血管がある場合のみ完全閉塞を確認後採取し病理学的に検討した。3例の検体が得られ従来の内頸動脈の報告と同様に内弾性板が肥厚蛇行重層化していた。2)MRI-CISS画像により内頸動脈、前大脳動脈、中大脳動脈の外径を測定したところ正常成人、動脈硬化性疾患の患者に比べ有為差をもって外径の狭窄が見られた。平成24年度はもやもや病における脳動脈の病理学的変化について可能な限り解析することを主眼としたが本来手術で得られる検体は非常に少量であり十分な検討を行うのには困難であった。そこで2つの方法にて検討した。1)倫理的に許される採取動脈の病理組織学的検討(手術前に同意を得て採取)2)放射線学的に脳動脈の病理を反映する所見の検討。以下に平成24年度に得られた成果をそれぞれ記載する。1)手術標本:もやもや病手術中に明らかに閉塞所見を呈していた中大脳動脈末梢部(M4)部を3例から摘出した。これらの断面を組織学的に検討したところ内弾性板が重層、屈曲しておりさらに内膜の肥厚を認めた。この所見は他の疾患には見られず今まではもやもや病の内頸動脈における特徴的な所見とされていたがこのように末梢血管にも見られる所見であることが発見された。2)MRI-CISS画像:three-dimensional (3D)constructive interference in steady-stateのIC-M1-A1のすべてが確認されるcoronal sectionにて内頸動脈(IC),中大脳動脈水平部(M1)の動脈外径をもやもや病患者51例、健常者41例、動脈硬化性脳動脈狭窄・閉塞症患者12例において測定した。また血管の内径の指標として脳血管撮影(DSA)からIC, M1の血管内径を評価し外径と比較検討した。IC, M1ともに血管内径の狭窄の進行に先行して血管の外径の狭窄が進行していることが明らかになった。本年度の結果からもやもや病の血管狭窄は動脈硬化性病変のような血管壁の肥厚などによる2次的血管内腔狭窄ではなく、むしろ収縮性の変化が先行する病態であることが示唆された。もやもや病の血管病理については本来生検が倫理的に不可能であり研究が行われていない領域である。1)患者および家族の了解を得てバイパス手術中に明らかに閉塞している血管がある場合のみ術中に完全閉塞を確認後採取し病理学的に検討した。3例の検体が得られ従来のautopsyから得られた病理学的研究と比較した。興味深い事に内頸動脈の報告と同様に中大脳動脈末梢(M4)血管であるにもかかわらず内弾性板が肥厚、蛇行、重層化していた。これらの所見はごく一部ではあるが本来の狭窄部位である内頸動脈と同様の所見である事はこういった狭窄所見が脳の動脈全てに起こりうることを示している。(外径径平均値;内頸動脈、4.04mm;動脈硬化性疾患、4.32mm;もやもや病、2.61mm)次にDSAから得られた上記各動脈の内頸値(内頸動脈C5部との相対値)との相関を検討するともやもや病において病期の早期から外径の狭窄が起こっている事が明らかとなった。以上の結果からもやもや病の血管病変は収縮性変化が先行している可能性がある。われわれはこれらの変化をconstrictive remodelingと命名し、動脈硬化性の変化outward remodelingと明確に区別するべきものとして報告した。もやもや病は、頭蓋内の両側内頸動脈の終末部に慢性進行性の狭窄とその進行に付随して周囲に側副血行路として新生血管網を生じる疾患である。本疾患は頭蓋内の血管病変が主体であり、その病因を明らかにするには血管自体の解析が必要である。その病理は1)平滑筋の変性細胞死による中膜の菲薄化2)内弾性板の彎曲、多層化、3)血管平滑筋増殖による内膜肥厚とされている(Surg.Cereb.Stroke 37;321-337,2009)。本来これらの血管の病変を詳細に検討できれば病因が明らかになると考えられるがこれらのデーターはすべて剖検から得られたものであり、もやもや病の病因研究を困難としている主な点は病変の主体が頭蓋内の血管であり生検が不可能(困難)なことである。