hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中枢神経系の病態発症におけるミクログリアの役割

本研究の目的はミクログリアの機能を解析することにより、神経系の病態の機序を探り治療法の開発に寄与することである。今回のプロジェクトの特徴はミクログリアをさらに細分化し、サブタイプ別に機能を検索する点である。今回得られた知見をまとめると、1) M-CSF欠損op/opマウス由来のGM-CSF依存性ミクログリアと正常マウス由来のミクログリアのIL-12産生能、IL-12受容体の表現を検索したところ、IL-12 p40の産生は両方に認められたが、GM-CSF依存性ミクログリアではp35の産生がなく機能的IL-12が産生されなかった。すなわち、p35とp40のへテロダイマーの機能的IL-12を産生するものと、産生しないかまたは正常のIL-12と拮抗するIL-12 p40を産生するサブタイプが存在することが確かめられた。今回の成績はミクログリアの双方向性の機能の存在を示唆している。また、ミクログリアはIL-12と同様に1型ヘルパーT細胞を誘導するIL-18をも産生することも明らかにした。これらの事実はミクログリアが脳内での免疫調節に重要な働きをすることを示している。2)種々のphosphodiesterase阻害薬のミクログリアのサイトカイン産生に対する作用を検索した。すべてのタイプのphosphodiesterase阻害薬はミクログリアのサイトカイン産生、とくにTNFalphaなどの炎症性サイトカイン産生を抑制することが明らかになった。一部のものはIL-10の産生を高めることも示され、免疫性神経疾患の治療に有用と考えられた。実際に、これらの薬剤は、マウスAIDSウィルス(LP-BM5)のグリア細胞への感染、および多発性硬化症のモデルである実験的アレルギー性脳脊髄炎の発症を抑制することも確かめられ、将来、脱髄のみならず、種々の神経難病の治療法開発に向けて有用な知見と考えられた。一方、GM-CSF依存性のタイプIIミクログリアはTNFやNOを産生しないことも明らかにした。3) IL-13がほかの増殖刺激との共同作用で、ミクログリアを多核巨細胞に変化させることを突き止めた。多核巨細胞は結核性病変とともにHIV脳症でも認められる病理学的変化であり、これが2型ヘルパーT細胞(Th2)由来のサイトカインにより形成されることから、これらの病変部位でのTh2の重要性が示唆された。神経系でのIL-13産生がないことも明らかにした。上記の成果は、ミクログリアの機能の研究さらにはおのおののサブタイプの研究により神経系での炎症、変性など種々の疾患の病態にアプローチできる可能性を示唆している。ミクログリアの機能について、本年度の計画の如く以下の検討を行った。

1)M-CSF欠損op/opマウス由来のGM-CSF依存性ミクログリアと正常マウス由来のミクログリアのIL-12産生能、IL-12受容体の表現を検索した。IL-12p40の産生は療法に認められたが、GM-CSF依存性ミクログリアではp35の産生がなく機能的IL-12の産生は認められなかった。すなわち、p35とp40のヘテロダイマーの機能的IL-12を産生するものと、産生しないかまたは正常のIL-12と拮抗するIL-12p40を産生するサブポピュレーシンが存在することが確かめられた。IL-12はヘルパーT細胞のサイトカイン産生パターンを規定するサイトカインであり、脳内での免疫調節に重要な働きをすると考えられている。今回の成績からミクログリアの双方向性の機能が示唆された。2)種々のphosphodiesterase阻害薬のミクログリアのサイトカイン産生に対する作用を検索した。すべてのタイプのphosphodiesterase阻害薬はミクログリアのサイトカイン産生、とくにTNFαなどの炎症性サイトカイン産生を抑制することが明らかになった。一部のものはIL-10の産生を高めることも示され、免疫性神経疾患の治療に有用と考えられた。実際に、これらの薬剤は、マウスAIDSウイルス(LP-BM5)のグリア細胞への感染、および多発性硬化症のモデルである実験的アレルギー性脳脊髄炎の発症を抑制することも確かめられた。この抑制の機序について、現在さらに検索中である。平成9年度の計画書に基づき、以下の研究を行った。1)昨年度までに報告したTNFα産生抑制作用をもつ種々のフォスフォジエステラーゼ阻害薬(PDEI)による多発性硬化症の実験モデルである実験的アレルギー性脳脊髄炎(EAE)に対する抑制効果を検討した。PDEIは単独でもEAEの発症を遅らせ、重症度を軽減させたが、in vitroでのTNFα産生抑制実験の結果と同様に、3種類のPDEIの併用によりより有効に抑制効果を認め、発症を8割抑制し、発症群でも重症度を有意に軽減させた。多発性硬化症の治療薬として有用と考えられた。2)ミクログリアのnitric oxide(NO)産生とそれを制御するサイトカインを検索し、TNFαやIL-1がNO産生を誘導し、上記PDEIがこれを抑制するすることを明らかにした。TNFαとNOはともに脱髄、神経変性のエフェクターと考えられており、PDEIがこの両者をともに抑制することは将来、脱髄のみならず、種々の神経難病の治療法開発に向けて有用な知見と考えられた。3)IL-13がほかの増殖刺激との共同作用で、ミクログリアを多核巨細胞に変化させることを突き止めた。多核巨細胞は結核性病変とともにHIV脳症でも認められる病理学的変化であり、これが2型ヘルパーT細胞(Th2)由来のサイトカインにより形成されることから、これらの病変部位でのTh2の重要性が示唆された。神経系でのIL-13産生がないことも明らかにした。平成10年度の計画書に基づき以下の研究を行った。1)ミクログリアのサブタイプに関する研究。ミクログリアには機能の異なる少なくとも2つのサブタイプがあることを報告してきたが、本年は分化したマクロファージのマーカーであるMac1陽性のタイプIミクロ
EFL読解における読解阻害要因とその学年差に関する研究

茨城高専の学生359名(4年生180名、1年生179名)を対象に、予備調査を経て完成した読解阻害要因に関する5段階尺度形式のアンケート調査を実施し、その結果を「1:全くあてはまらない5:とてもよく当てはまる」の中で1点から5点までの間で得点化を行い、因子分析と分散分析を行った。因子分析の結果、『情報統合能力因子』『スキーマ活用能力因子』『ボトムアップ処理能力因子』『動機付け因子』の因子が抽出され、各因子の標準因子得点に基づく分散分析の結果、『情報統合能力因子』の標準因子得点においては、1年生と4年生の間に有意差が見られ、1年生の得点の平均は4年生の得点の平均よりも有意に大きかった(F_<(1、57)>=14.43,ρ<.01)。すなわち、英語の論説文読解の際に、1年生の方が4年生よりも、より強く情報統合に関わる諸作業に困難を感じていると言える。一方、『スキーマ活用能力因子』の標準因子得点においても1年生と4年生の間に有意差が見られたが、4年生の得点の平均の方が1年生の得点の平均よりも有意に大きかった(F_<(1、357)>=8.83,ρ<.01)。このことから、4年生の方が1年生よりも論説文読解の際にトピックに関わる背景知識の不足や背景知識の利用能力の欠如といった問題をより強く感じていることが示されている。『ボトムアップ処理能力因子』に関しては1年生と4年生の間に優位傾向が見られ(F_<(1、357)>=2.81,ρ<.10)、4年生の標準因子得点の平均値:の方が1年生のそれよりも高いことから、4年生の方がボトムアップ処理、つまり、「文法知識」と「多義的な語彙の意味の把握」において困難をより強く感じていることが推察される。『動機付け因子』に関しても1年生と4年生の間に優位傾向が見られた(F_<(1、357)>=3.50,ρ<.10)。1年生の標準因子得点の平均値の方が4年生のそれより高く、興味・関心の欠如といった側面において1年生のほうが4年生よりもより強く困難を自覚していることが示唆されている。平成15年度においては平成13-14年度に実施した「日本人英語学習者の読解阻害要因に関する研究」に関連して収集した国内・国外における先行研究に加えて,新たな文献の調査を行い,読解阻害要因に関する理論的背景の部分を完成させ論文化した(茨城工業高等専門学校研究彙報2004)。先行研究の結果から,L2にける読解阻害要因には読解の構成要素である様々な下位レベル,上位レベルのスキルに加えて、学習者の情意的側面も存在することが示された。L2読解での阻害要因として中心を占めるのはボトム・アップ処理能力とトップ・ダウン処理能力であり、これらの両方を使用して情報を合する能力こそが読解力上位者と下位者の違いであるが、この情報統合能力の高い読み手はボトム・アップ処理能力にも優れているためテクスト読解に当たり、トップ・ダウン処理のアプローチを用いるだけの能力的ゆとりを残していることが推察される。

また、情意的要因、特に、動機付けは読解力テストとの有意な相関が報告されており、読書量とも関係していることが報告されている(Baker & Wigfield 1999)。このように情意的要因は重要な読解阻害要因であると推察される。理論的背景の研究に続いて、英語論説文読解阻害要因調査票を用いて調査を実施した。長文読解に十分慣れていないと考えられる高専の1年生179名とある程度長文読解に慣れてきている4年生180をアンケートの対象者とし,通常の英語の授業において英語教師の監督の下でアンケート調査を施した。データは本研究専用のパソコンを購入しEXCELを用いて集計した。またデータ入力に関してはマークシートリーダーを利用し効率性と正確さを確保した。データについては現在、統計処理中である。茨城高専の学生359名(4年生180名、1年生179名)を対象に、予備調査を経て完成した読解阻害要因に関する5段階尺度形式のアンケート調査を実施し、その結果を「1:全くあてはまらない5:とてもよく当てはまる」の中で1点から5点までの間で得点化を行い、因子分析と分散分析を行った。因子分析の結果、『情報統合能力因子』『スキーマ活用能力因子』『ボトムアップ処理能力因子』『動機付け因子』の4因子が抽出され、各因子の標準因子得点に基づく分散分析の結果、『情報統合能力因子』の標準因子得点においては、1年生と4年生の問に有意差が見られ、1年生の得点の平均は4年生の得点の平均よりも有意に大きかった(F_<(1、357)>=14.43,p<.01)。すなわち、英語の論説文読解の際に、1年生の方が4年生よりも、より強く情報統合に関わる諸作業に困難を感じていると言える。一方、『スキーマ活用能力因子』の標準因子得点においても1年生と4年生の間に有意差が見られたが、4年生の得点の平均の方が1年生の得点の平均よりも有意に大きかった(F_<(1、357)=8.83,p<.01)。このことから、4年生の方が1年生よりも論説文読解の際にトピックに関わる背景知識の不足や背景知識の利用能力の欠如といった問題をより強く感じていることが示されている。『ボトムアップ処理能力因子』に関しては1年生と4年生の間に優位傾向が見られ(F_<(1、357)>=2.81,ρ<.10)、4年生の標準因子得点の平均値の方が1年生のそれよりも高いことから、4年生の方がボトムアップ処理、つまり、「文法知識」と「多義的な語彙の意味の把握」において困難をより強く感じていることが推察される。『動機付け因子』に関しても1年生と4年生の問に優位傾向が見られた(F_<(1、357)>=3.50,ρ<.10)。1年生の標準因子得点の平均値の方が4年生のそれより高く、興味・関心の欠如といった側面において1年生のほうが4年生よりもより強く困難を自覚していることが示唆されている。
歯根表面に吸着する唾液蛋白質の解明および細菌付着について

有機質に富む歯根面は歯冠面に較べ、吸着する唾液蛋白質が異なる可能性が考えられた。実験では、抜去歯(歯冠面,歯根面)および合成ハイドロキシアパタイトを唾液に浸潰し、唾液蛋白質を吸着させた。サンプルバッファを用いて直接回収したサンプルを直ちにSDS-PAGEにかけ、泳動ゲルは銀染色した。顎・舌下線唾液では分子量約300,180から145,86,60,59,55,43キロダルトンの蛋白質バンドを認めた。根面吸着蛋白質は、主に180から145キロダルトンであった。歯冠面,歯根面あるいは合成ハイドロキシアパタイトの回収サンプルの泳動パターンに大きな違いは認められなかった。つぎに、全唾液では分子量300200,86,66,60,55キロダルトンの蛋白質バンドを認めた。電気泳動分析時、顎、舌下線唾液と較べ、全唾液では分離ゲル内に入らない物質が多量に認められた。硬組織を全唾液へ浸漬後、吸着蛋白質の回収を試みたが、バンドを検出できなかった。全唾液では硬組織表面に吸着し易い蛋白質が、凝集に巻き込まれて減少し、硬組織に吸着出来なかったと推測された。主な吸着蛋白質はStreptococcus mutansよりもStreptococcus Sanguisの吸着をより促進した。等電点電気泳動の結果は歯面吸着蛋白質を含む高分子量蛋白質はpI5付近の等電点を持つことを示唆した。我々が研究を進めてきた付着促進蛋白質(APPと略す)はS、nutans付着促進活性は極めて高いが、唾液含有量が少ないためか今回は検出できなかった。APPのアミノ酸組成はセリン、グリシン、グルタミン類が主で、この三つで全アミノ酸の約40%を占めていた。アミノ酸シークエンスについても検討を行っているが、N末端の閉鎖が示唆され、まだ結果を得るに至っていない。口腔組織への細菌付着は歯科疾患の発症に重要な役割を持っている。エナメル質表面への原因菌の付着に影響を与えるペリクル構成タンパク質に関しては、これまで多くの報告がなされてきた。本研究では近年増加傾向が指摘されている歯根面齲媒蝕に関連する根面象牙質上に形成されるペリクルを構成する唾液蛋白質をSDS-PAGE電気泳動的分離法を用いて調べた。抜去歯を清掃後、不要部分を樹脂で被覆し全唾液および顎舌下腺唾液中に一定時間浸漬した後、洗浄し吸着している蛋白質を歯面より回収した。サンプルの回収に関してはこれまで数種類の方法がみられる。回収方法によっては、あるいは歯によって回収される蛋白質が異なるケースもみられ、現在さらに検討をすすめている。これまでの研究結果からは、高分子蛋白質に関してはエナメル質と象牙質では吸着パターンは類似しているようである。これまで我々が分離し調べてきた高分子量タンパク質(付着促進タンパク質(分子量30万)、APPと略す)の他には分子量14万および10万の蛋白質が分離されている。吸着蛋白質の定性と同時にすすめてきたAPPの精製も進行している。これまでの方法ではアミノ酸分析時に若干の残存物の存在が認められてきたが、電気泳動法を用いた精製装置を用いることによって、そのような残存物をさらに分離・除外する方法を確立できた。

より精製されたAPPの化学分析で、蛋白質部分のアミノ酸組成はserine、glycine、glutamine類が主で、これらのアミノ酸が全アミノ酸の約40%を占め、ついでasparagine類、aruginine、threonine、proline、alanineが多かった。今回の分析結果とこれまでの分析結果は概ねでは類似しており、若干の違いは精製度の違いが反映しているものと思われる。細菌の口腔組織への付着は口腔疾患の発症に重要であるが,歯冠面に較べ有機質に富む歯根面では,吸着している唾液タンパク質が異なる可能性が考えられた。本研究では,抜去歯(歯冠面,歯根面)と合成ハイドロキイアパタイト,つまり硬組織表面を採取唾液に暴露し,唾液タンパク質を吸着させた。吸着しているタンパク質をサンプルバッファーを用いて回収し,直ちにSDS-PAGE電気泳動法を用いて分離した。泳動ゲルは銀染色し,染色されたバンドから,顎・舌下腺唾液中には分子量約300,180145,86,60,59,55,43kilodaltonのタンパク質バンドが認められた。このうち根面に吸着したタンパク質で回収・検出された主なタンパク質バンドは分子量180145kilodaltonのものであった。歯冠面、歯根面あるいは合成ハイドロキイアパタイトからの回収サンプルの泳動パターンに大きな違いは認めなかった。つぎに,全唾液には分子量300200,86,66,60,55kilodaltonのタンパク質バンドを認めた。硬組織を全唾液へ暴露後,吸着タンパク質の回収を試みたが,バンドを検出できなかった。電気泳動分析時,顎,舌下腺唾液と較べ,全唾液では分離ゲル内に入らない物質が多量に認められた。全唾液では硬組織表面に吸着しやすいタンパク質が,凝集に組み込まれて,硬組織に吸着できなかったのではないかと考えられた。放射能ラベル細菌の精製唾液タンパク質被覆硬組織表面への吸着実験は,主な吸着タンパク質はStr eptococcus mutansよりもStr eptococcus sanguisの吸着をより促進した。これは歯垢形成初期における歯垢中の細菌の分布とも一致している。これまで我々が研究を進めてきた付着促進タンパク質はS.mutans付着促進活性は極めて高いが,唾液含有量は少ないので他の検出法の使用が必要である。更に等電点電気泳動の結果は歯面吸着タンパク質を含む高分子量タンパク質はpl 5付近の等電点を持つ酸性タンパク質が主であることが示唆された。
ヒト培養甲状腺腫瘍細胞株の癌遺伝子発現

各種腫瘍の発生、増殖には多くの癌遺伝子が関与している。甲状腺では、各種腫瘍の発生にras,ret,p53が関係していると考えられているが、未だ不明の点が多い。我々は二種類の甲状腺腫細胞株を樹立した。hAGは腺腫様甲状腺腫より樹立した細胞株であり、hPTCは乳頭癌より樹立した細胞株である。両細胞株ともTSHによりcAMPを産生するので、TSHレセプターmRNAの発現を調べたところ、4.0kbにTSHレセプターmRNAのバンドを認めた。両細胞株ともtyrosine kinase (TK)の活性化によりその増殖は促進されるという共通点を持っていたが、hAGはprotein kinase A (PKA)およびprotein kinase C (PKC)により増殖が促進され、hPTCはPKAにより増殖が抑制され、PKCには影響されないという相違点もあった。各細胞株の癌遺伝子の発現はノーザンブロット法のよった。TSH,Phorbol myristate13-acetate(PMA),IGF-1の刺激前後で各細胞株より酸-グアニジン法によりRNAを抽出し、アガロースゲルにて電気泳動した後、ナイロンメンブレンに固定し、P^<32>にて標識した各種癌遺伝子とハイブリダイズさせた。細胞の転写活性と関連のあるmycはhAGにて正常細胞より高い発現があった。fosはPMAにてPKCを活性化すると一時間後をピークに発現が増加した。また、癌抑制遺伝子であるp53はhAG,hPTC共に正常細胞より発現が低下していた。TK活性を持つ癌遺伝子のうちret,srcの発現は両細胞株に認められなかったが、metの発現を両細胞株に認めた。metはTSH,PMA,IGF-1により発現の調節は受けておらず、細胞の癌化と関連しては、今後そのmutationを調べる必要があると思われた。
有機セレノボランを用いる新しい合成反応の開発と医薬品化学への応用

本課題研究により、(1)トリス(フェニルセレノ)ボラン及びトリス(メチルセレノ)ボランが酸素存在下ラジカル的に三重結合に付加して、ビニルセレニドを生成することを明らかにした。三重結合としては、末端アセチレンに収率よく反応した。この反応の機構については、^1Hーおよび^<11>BーNMRスペクトルを用いて決定した。(2)この反応を含窒素、含酸素、含硫黄エンイン化合物の閉環反応に応用したところ、環外にセレノメチリデン置換複素環化合物が好ましい収率で得られた。フェニルセレノ又はメチルセレノラジカルがオレフィンに環化付加する様式は、6ーエンド型よりも5ーエキソ型が優先して進行した。また、ジアステレオ選択的に閉環することも判明した。この閉環反応を用いて、カイニン酸誘導体の合成を可能にするモデル実験にも成功した。(3)テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランに塩化亜鉛または四塩化スズ存在下、トリス(フェニルセレノ)ボランを反応させると、エ-テル結合が切断されωーフェニルセレノアルコ-ルが収率よく得られることを見出した。(4)セレノボランを用いて合成したジセレノアセタ-ルにルイス酸を反応させてαーセレノカルボカチオンを発生させる方法を開発した。分子内にオレフィンをもつジセレアセタ-ルより発生させたカチオンはエンド選択的に閉環することを見出した。トリス(フェニルセレノ)およびトリス(メチルセレノ)ボランが酸素存在下ラジカル的に三重結合に付加して、ビニルセレニドを生成することを明らかにした。三重結合としては、末端アセチレン、電子吸引基を置換したアチレンや水酸基をもつアセチレン類が収率良く反応し、ジ置換アセチレン類では収率は低かった。この反応を含窒素エンイン化合物に応用したところ、セレノメチリデン置換ピロリジン誘導体が収率良く得られた。本反応では、フェニルセレノ(またはメチルセレノ)ラジカルのアセチレンへの付加によって生成するビニルラジカルがオレフィンに環化付加する様式は、6ーエンド型よりも5ーエキソ型が優先して進行した。含酸素エンイン化合物との反応でCーO結合が切断された生成物が得られたことから、トリス(フェニルセレノ)ボランを用いるエ-テル結合開裂反応を検討し、本セレノボランがルイス酸存在下56員環状エ-テルを位置選択的に開裂することを見出した。テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランに1.2モル当量のトリス(フェニルセレノ)ボランと0.02モル当量の塩化亜鉛を室温で反応させると、ωーフェニルセレノアルコ-ルが高収率で生成した。ルイス酸としては、塩化亜鉛、四塩化スズが効果的であり、CーO結合切断の位置選択性は四塩化スズを0.03モル当量用いた時が最も良かった。なお、本年度備品として購入した有機合成反応槽は、ー10°C室温の反応温度を制御しての反応に使用した。1.ビニルラジカル環化反応による炭素環状化合物の合成トリス(フェニルセレノ)ボランやトリス(メチルセレノ)ボランは、末端三重結合に選択的に付加してβーセレノビニルラジカルを生成することから、(アリル)(2ープロピニル)プロパン二酸ジメチルエステルを合成し、トリス(フェニルセレノ)ボランを用いて閉環反応させたところ、3ー(フェニルセレノ)メチレンシクロペンタンジカルボン酸ジメチルが得られた。この反応においては、フェニルセレノ基が2個導入された閉環体が副生成物として得られた。この反応の展開については目下検討中である。2.環化反応によるカイニン酸誘導体合成の検討4,4ージエトキシカルボニルー4ートリフルオロアセタミドー2ーブテン酸エステルをNープロパルギル化した後、アゾイソブチロニトリル存在下、トリス(フェニルセレノ)ボランを用いて閉環反応し、ピロリジン誘導体を合成した。

ビニルセレニドの官能変換、エステルの加水分解などについては、現在検討中である。3.ジセレノアセタ-ルより生成するαーセレノカルボカチオンの反応.セレノボランとアルデヒドやケトンカラセイセイスルジセレノアセタ-ルの1個のSeーC結合のみを選択的にルイス酸で切断して、αーセレノカルボカチオンを効率よく発生する方法を見出した。分子内にオレフィンを含むジセレノアセタ-ルにこの反応を応用すると、エンド選択的に閉環して6員化合物を生成した。今後この反応の応用へと展開していく予定である。
光をツールとする固体電子および電子・フォノン結合系の量子駆動理論

連携研究者(中村一隆)の研究室において行われているGaAsおよびdiamond単結晶における2連パルス励起法によるコヒーレントフォノン生成に関する実験データ解析と理論構築を中心に研究を行った。とくにGaAsでは本研究者(萱沼)の提案した電子・フォノン相互作用に基づく密度行列理論による摂動計算により、不透明域励起であるにも関わらず、コヒーレントフォノン生成に関わっているのは、瞬間的吸収過程ではなく誘導ラマン過程であることが明らかになっている。これは電子干渉のフリンジとフォノン干渉のフリンジとの絡み合いのパターンから結論された。この意外な発見は、国際会議などで公表済みであり、現在論文投稿中である。摂動計算から得られた干渉フリンジ形状と実験データをさらに詳しく比較すると、遅延時間0の近傍の干渉縞強度が実験では摂動理論値よりかなり小さい。これは2連パルスの光の干渉により、ラマン散乱の飽和が起きているためと考えられる。これを調べるために、Volterraの積分方程式を用いて任意の光強度で摂動計算を超えて応答を計算する手法を考案した。この結果から、ラマン過程の飽和現象が起きていることを定量的に明らかにした(論文準備中)。これらの研究の過程で、強いパルス光子場中における電子励起と駆動を取り扱う新しい理論的手法(Volterra積分方程式法)にたどり着いた。この手法を量子経路干渉の顕著な例である「動的局在と量子ゼノン効果」、「閾値以下トンネルイオン化」「高次高調波発生」などの動的諸問題に適用し、その有効性を確認した。現在、その一部を物理学会発表済みである。「2連パルス励起によるコヒーレントフォノン生成過程の解明」については、過渡反射率の特徴を理論的に解析することで、従来の常識を破る決定的な結論が得られており、現在、論文投稿中である。この理論は光と電子の相互作用に関しては、最低次の摂動計算に基づく。この成果を踏まえてさらに詳しく実験データを検討する過程で、ポンプ光強度が、すでに摂動計算の範囲を超えているのではないかと思われる特徴に気づいた。そこでポンプ光強度に関して制限を置かない計算を進める計画を立て、新たな理論の構築を行った。この理論を用いて、GaAs結晶における2連パルス実験データの再計算を試みたところ、より良い実験と理論の一致をみた。また、本研究課題のもう一つの目標であった「量子経路干渉による動的局在と量子ゼノン効果」に関しても、上記の計算手法が有効であり、こちらもほぼ解析を完了して論文作成準備中である。「研究実績の概要」および「進捗状況」の項で述べたとおり、本研究課題は初期の実験の急展開に合わせて研究課題を絞ったが、ほぼ当初の目的を達した。その結果は、逐次国内学会、国際会議等の研究集会で公表しており、現在、それらの成果を論文発表するべく取りまとめ中である。論文作成、公表に多少の時間を要するため一年の研究期間延長をお願いし、認められている。なお、本研究の遂行過程において、関連する新たな研究テーマ「強いパルス光で励起されかつ駆動される電子の動力学理論」が発展的に浮上してきた。これは光科学の広い分野にまたがる大きな研究テーマだが、その一部には本研究課題での成果も含まれるため、この部分は切り分けて本研究課題の成果として研究を実行し、成果を取りまとめる予定である。二つの研究目的のうち、「位相ロック2連パルスを用いた電子・フォノン結合系のコヒーレント制御理論」に関して、実験、理論ともに急進展があったので、今期はその問題に主力を注いだ。。実験的には、GaAs結晶で温度制御し、複数波長で位相ロックポンプ・プローブ測定が行われた。その結果を解析するために、2準位モデルより現実的な2バンドモデルでの定式化を行った。計算により得られた電子干渉フリンジを測定データと比較した結果、次のような新たな知見が得られた。1バンド端の近傍では、LOフォノン生成にはISRS(瞬間的誘導ラマン散乱)が支配的。一方、2LOフォノンプラズモン結合モード生成ではIA(瞬間的光吸収)が支配的である。また、3位相緩和にはバンド間励起に起因する不均一広がりの効果が支配的だが、動的な位相緩和も遅延時間の大きい領域で無視できない。1と2は、長年議論の続いていたコヒーレントフォノン生成機構の解明に寄与するものである。1の知見は、電子のフリンジに見かけのdephasing(位相緩和)とrephasing(位相再生)現象が実験で見られたことに基づく。これは複数の量子遷移経路間の干渉に起因することが理論モデルから明らかになった。また、Egモードなど対称性の低いコヒーレントフォノンの生成機構に関して、動的ヤーンテラー相互作用に基づく理論模型を提案した。従来、フォノン生成強度のポンプ光偏光への依存性がラマン散乱強度のそれと一致することを理由に、非対称モードの生成はISRS機構だとする議論があったが、ISRSとIAは同じ偏光依存性を示し、このことだけでは不透明域励起の場合の生成機構について決め手とならない。このモデルに基づき、全対称モードも含めて、不透明領域ポンプによる生成確率の定式化を行い、実験の解析をした。これらの成果は論文、国内学会、国際会議などの研究集会で発表済みである。実験の進展に伴い、理論モデルの改良を行った結果、「量子遷移経路干渉」という予想外の現象を発見した。これは電子干渉フリンジとフォノン干渉フリンジとの間で、さらに干渉効果が起きる現象である。その結果、電子干渉フリンジに異常なシグナル(dephasingとrephasing)が現れる。

GaAsという比較的単純と思われていた系においても、電子・フォノン結合系であることから、このような複雑な現象が観測されるのである。実験上の制御可能パラメータとして「温度」「励起波長」「パルス幅」「結晶のタイプ(n型かi型か)」などに依存して、常に新展開が見られそれに伴い理論的な理解も深まりつつある。たとえば、初期にはほぼ同じメカニズムが働いていると思われていたLOフォノン生成とLOフォノンプラズモン結合モード生成では大きく異なっているらしいことが明らかになっている。すなわちLOフォノンは基底状態で生成され、LOフォノンプラズモン結合モードは励起状態で生成されていると解釈される。これらの成果は、国際会議や国内学会では公表済みであるが、研究の進展に比較して、論文発表が追い付いていないことが反省点であり、早期に解決する予定である。連携研究者(中村一隆)の行っているGaAs結晶を対象とした2連パルス励起法によるコヒーレントフォノン生成および観測の最終的データがほぼ出そろったことを踏まえ、その理論構築に主力をおいて研究を実行した。遅延時間をアト秒の精度で制御した2連パルスで結晶を励起することにより、位相干渉効果により電子波動関数とフォノン波動関数を同時にコヒーレント制御することが可能となる。この原理を用いれば、長年、議論の対象とされてきたコヒーレントフォノン生成機構(瞬間的光吸収か瞬間的ラマン散乱か)の問題に解答を与えることができることに気づき、実験と理論解析を行った。その結果、生成されたフォノン強度の遅延時間依存性すなわち干渉フリンジに独特の構造が現れ、理論計算との比較により、n型GaAsでは不透明域励起であるにも関わらず100%誘導ラマン散乱過程がフォノン生成に寄与していることが判明した。これは従来の「常識」を覆す意外な発見である。この干渉フリンジ生成には、2連パルス誘導ラマン散乱に特有の量子経路干渉効果が働いている。この成果は国際会議・国内学会等で公表済みであり、論文投稿準備中である。量子経路干渉のもたらす別の興味深い現象に量子遷移の「凍結」がある。これは実験的にも知られている動的局在の根本原因であることが、萱沼により指摘されていたが、この「凍結現象」と、一見似た現象である「量子ゼノン効果」との共存・競合関係を理論的に研究した。そのために双方のメカニズムを含む新たなモデルを提案した。外場によりエネルギーが揺すられる空準位が、電子占拠された状態と繰り返し交差すると同時に途中で連続状態にこの電子を汲み上げるとする。このモデルで、二つの「凍結機構」の競合関係が明らかにされた。この成果は日本物理学会にて公表済みで、現在論文作成中である。コヒーレントフォノンについては、実験データの再解析を行った結果、過渡反射率の干渉フリンジに顕著な特異性が現れることが明らかとなった。そこで新たな理論模型による計算を行い、実験データとの比較検討を行った結果、コヒーレントフォノン生成機構に関して決定的な結論が得られた。従来の「常識」では、不透明域励起では瞬間的光吸収機構により電子励起状態でフォノン振動が励起されると考えられてきたが、実は瞬間的誘導ラマン散乱により基底状態でフォノン励起が起きているとことが判明した。
量子輸送理論に基づくナノ構邉デバイスにおけるキャリア輪送シミュレーション

量子輸送シミュレーション技術の開発過程において、3次元構造等の複雑な構造の取り扱いが必須である。これは、例えば2次元デバイスシミュレーションでは、ある一方向(MOSFETでは幅方向)に無限の大きさを仮定するため、ナノオーダのデバイスにおける原子の位置の情報が平均化され、ナデバイスの電気特性を正しく得られない可能性がある。このような背景から、量子輸送理論に基づくキャリア輸送シミュレーションを行うために、原子レベルのデバイス構造を取り入れることができる3次元デバイスシミュレータを構築した。本シミュレータでは、非平衡Green関数法によりキャリアの量子輸送の計算を行う。なお、電子間の相互作用は考慮されているが、フォイン散乱等の非弾性散乱は組み込まれていない。そのため、準弾道的な輸送計算となっている。1次元系のシリコンナノワイヤの電子状態および電流のシミュレーションを行った。その結果、1次元電子系に特徴的な1/√Eに比例する状態密度のピークが量子準位の位置に現れたこと等から。有限サイズのナワイヤに対しても解析的なモデルを適用できる可能性があることを示すことができた。実際にシリコンナノワイヤに対して、原子レベルの計算結果と解析的な解を比較すると、量子準位の位置に良い対応が見られた。計算時間の大幅な短縮とナノワイヤの電子回路モデルの構築に対して、重要な知見である乏考えられる。本研究により、原子レベルのシミュレーション環境を構築し、さらにナノワイヤの回路モデルの開発方針を示すことができた。これは、例えば2次元デバイスシミュレーションでは、ある一方向(MOSFETでは幅方向)に無限の大きさを仮定するため、ナノオーダのデバイスにおける原子の位置の情報が平均化され、ナノデバイスの電気特性を正しく得られない可能性がある。なお、電子間の相互作用は考慮されているが、フォノン散乱等の非弾性散乱は組み込まれていない。また、電流はランダウアー・ビュティカーの方法を用いて計算する。この方法では、ソースとドレインのFermi準位の間に存在する量子チャネルを独立に流れる電流の総和を計算して全電流を求めるため、量子準位間で電子は遷移しない。ナノオーダーのチャネル長デバイスでは、散乱頻度が少ないことから、上記の手法を用いることができる。平成18年度は、原子レベルで量子輸送を計算するシミュレータを導入した。
離散可積分系による非衝突ランダムウォーク系の分配関数の計算

非衝突ランダムウォーク系は、多粒子ランダムウォーク系の一つであり、粒子間の相互作用として、複数の粒子が同時刻に同位置を占めないという制約を課したものである。本研究では様々な構造を持つ格子グラフ上で非衝突ランダムウォーク系を扱い、統計解析の基礎となる分配関数について考察する。具体的には離散戸田方程式等に代表される行列式解を持つ離散可積分系を利用して、分配関数の閉形式が厳密に計算可能な格子グラフを系統的に構成する。また得られた格子グラフを離散力学系の初期値問題や組合せ論の数え上げ問題に応用する。本研究ではグラフ上の非衝突ランダムウォーク系を扱い,最終目的はその統計解析で重要である分配関数の閉形式表示(積表示)が実際に計算できるグラフを,離散力学系の一種である離散可積分系と対応付けて系統的に構成することにある.この最終目的を達成するための準備段階として,離散可積分系に付随する直交関数系(双直交多項式,対称双直交多項式,ローラン双直交多項式,RI有理関数,RII有理関数)を取り上げ,各直交関数系に対して重み付きグラフとその上の径路を用いた組合せ論的な解析を行った.具体的には次の二点を達成した.(1)双直交および対称双直交多項式に対して,それらが満たす線形方程式(漸化式)およびそこに現れる半無限行列の帯構造から,特に半無限行列をグラフの隣接行列とみなすことにより,対応する重み付きグラフを構成した.また直交関係式の拡張公式として,グラフ上の径路を用いて記述される数え上げ公式を与えた.これらの結果はViennot(1983)による直交多項式の組合せ論的解釈,特に重み付きMotzkin路や重み付きDyck路等の重み付き格子路を用いた解析に対して,一つの系統的拡張法を与えるものである.(2)RIおよびRII有理関数については,それらに付随する多項式項連分数であるFrobenius-StickelbergerThiele(FST)連分数を取り上げ,特にその再帰構造に着目して対応する重み付きグラフを導出した.この結果はFlajolet(1980)によるStieltjes連分数の組合せ論的解釈,特に重み付きDyck路を用いた解析に対して一つの拡張を与えるものである.特にFlajoletの結果と比較して特徴的な点は,FST連分数に対応するグラフが閉路を含むところにある.なおローラン双直交多項式についてもThron連分数を用いた同様の解析が可能である.また可積分系理論に対する派生研究として次の点も達成した.(3)直交多項式に付随する可積分系である離散戸田方程式および超離散戸田方程式に対して,その初期値問題の解を重み付きDyck路等を用いて組合せ論的に構成した.本研究ではグラフ上の非衝突ランダムウォーク系を扱い、最終的な研究目的は非衝突ランダムウォーク系の統計解析の基礎となる分配関数に対して、その閉形式表示(積表示)が実際に計算できるグラフを、離散力学系の一種である離散可積分系と対応付けて系統的に構成することである。この研究目的を達成するために、昨年度の直交関数に関する研究.を土台にして、直交関数に付随する離散可積分系(離散ハングリー戸田方程式、離散ハングリー・ロトカ・ボルテラ方程式、離散相対論戸田方程式、RI chain、RI chain)に対する重み付きグラフ上の径路を用いた組合せ論的な解析を行った。特に各離散可積分系に対して重み付きグラフを導入し、グラフ上の非衝突ランダムウォーク系の分配関数の閉形式表示の計算法を、離散可積分系の行列式解や直交関数の行列式表示等を用いて定式化した。さらに本研究の成果の応用として三角格子上の非交叉歩道の数え上げ問題を取り上げ、ローラン双直交多項式および離散戸田方程式を用いてその厳密解の具体形を求めた。具体的には非交叉歩道と行列式に関するGessel-Viennot-Lmdstromの補題により、非交叉歩道の数え上げ問題をNarayana多項式という組合せ論的多項式を成分とするハンケル行列式の計算問題に帰着させた。さらにそのハンケル行列式の値を、ローラン双直交多項式の行列式表示および離散戸田方程式の双線形形式を用いて具体的に計算した。三角格子上の非交叉歩道の数え上げ問題は、六頂点模型の統計力学等と関連深いアステカ・ダイアモンドのドミノ・タイリング問題と対応付けることができる。本研究の成果はアステカ・ダイアモンドに対して新たなクラスのドミノ・タイリング問題を厳密解込みで提示するものである。
没収・追徴の現代的課題(マネー・ロンダリング等の対策を中心に)

まず、特例法における没収・追徴規定の特色は、両者の関係が、従来わが国で考えられてきた「原則としての没収、補充としての追徴」という関係から、より並列的なものとして規定されていることであろう。このように追徴の比重を相対的に向上させた背景には、薬物犯罪に予防・撲滅のために、ともかくも犯罪組織の資金源を絶つという立法動機がある。この意味で今回の立法は、薬物犯罪以外の組織的な犯罪に対する今後の立法への布石と考えられるまた禁制薬物やそこから得た利益などに対する没収についてみれば、没収の要件としては、その対象となる利益が、現実に賭博行為その他の犯罪行為によって得られたものであることの認定が必要である。この点につき、今回の立法はその第18条で、特定の条件がみたされている場合にこれを推定するとした。特に薬物犯罪においてこの推定が合理的であること、一般予防・特別予防の必要性が大きいことを考慮するば、この立法は支持されるべきであろう。ただしこれにはもちろん反証が許される。その場合の挙証責任は被告人に負わせることができるであろう。また、特例法におけるいわゆるマネー・ロンダリング罪は、保護法益が明確でないという大きな問題点を持っている。今回の立法がこのような基本的な問題についての十分な検討を経ずに行われた背景には、この罪の創設が麻薬新条約の義務規定であったことがある。今後予想されるより一般的な立法への動きに対しては、この観点からの批判点な検討が必要であろう。本年度は、まず京都において、5月26日に研究準備会を開き、今後の研究の計画を立てた。その後、3月13日現在までに、4回の研究会を開いた。そこにおいては、主として実務家を招き、今回の立法についての検討を行った。第1回目は、6月11日に、厚生省から斉藤勲氏、樽見英樹氏、法務省青少年課から古田祐紀氏、本田守弘氏、警察庁刑事局保安部薬物対策課より古谷洋一氏を招き、麻薬新条約についての検討を行った。第2回目は7月19日に東京で行われ、外務省社会協力課から南孝明氏を、同じく外務省の国連付検事、青沼隆之氏を招き、第2回と同じく麻薬新条約について検討した。第3回の研究会は、8月31日より9月3日まで、沖縄で行われた。そこでは、佐伯会員がアメリカ合衆国連邦法における没収制度について、丸山会員が「国際的な協力の下に、規制薬物に係る不正行為を助長する行為等の防止を図るための麻薬および向精神薬取締法等の特例等に関する法律案」の概容について、京藤会員がイタリアの没収制度について、伊東会員が同法案の問題点について、山本会員が没収の基礎理論について報告を行った。第4回研究会は11月12日、大蔵省銀行局銀行課の山田孝仁氏、日弁連刑法改正対策委員会・麻薬新法特別委員会事務局長の黒田純吉氏が今回の立法についての問題点を指摘し、西村会員が香港におけるマネ-ロンダリングについて報告を行った。そして来たる3月28日から3月31日まで、北海道において、第5回研究会を開き、そこでは林美月子会員が没収と罪刑の問題を、林幹人会員が犯罪の特定と没収の範囲について報告し、さらに講師として和田吉弘氏を招き、麻薬新法における保全手続について説明をうける予定である。平成四年度の没収・追徴研究会の動活は、3月28日から31までの北海道合宿で始まった。第一日目には、北海道大学を会場にして、林幹人会員が、没収の要件としての犯罪行為の特定と没収の範囲との関係について報告を行った。第二日目には、ニセコプリンスホテルを会場にして、林美月子会員が没収と犯罪の均衡の問題について報告し、さらにゲスト報告者である明治学院大学の和田吉弘氏が、民事法の立場から、麻薬新法における没収・追徴に関する保全手続について報告をされた。第三日目には、長井圓会員が、制約物品をそのまま流通させて監視・追跡(いわゆるコントロールド・デリバリー)の問題点について報告を行った。

続いて、6月27日には、上智大学を会場にして、研究会を行った。そこでは大越義久会員が、ドイツにおける没収・追徴について報告し、安村勉会員が国連における、コントロールド・デリバリーについての議論を紹介した。また、ゲストとして日弁連刑法改正対策委員会・麻薬新法特別委員会事局長の黒田純吉氏と法務省青少年課の古田佑紀氏を招き、コメントをお願いした。8月27日から31日には沖縄合宿を行った。第一日目には清水一成会員が、比較法的見地からアジア諸国における没収・追徴の制度を紹介した。第二日目には沖縄県警からゲストを招き、沖縄における麻薬・覚醒剤犯罪とその取締の実態について報告をお願いした。第三日目には田中利幸会員が行政犯罪における没収・追徴について報告し、また研究会終了後に、研究報告書作成についての打ち合わせを行った。
拡散律速反応ダイナミクスに対する摩擦の記憶効果

拡散律速反応の速度論を理解する上で重要である以下の二点について研究した。まず、拡散律速反応の速度定数の時間依存性に対する摩擦の記憶効果を解析した。昨年は一般化フォッカー・プランク方程式に基づいた計算を行ったが、同様に記憶効果と慣性効果とが取り扱える方程式として、本年は一般化拡散方程式を出発点とした計算を行った。反応のモデルは、古典的なスモルコフスキ理論と同等のものであるが、慣性と摩擦の記憶の効果によって、速度定数は大きく影響を受けることがわかった。すなわち、反応速度定数は時間とともに単調に減少し定常値に達するが、その時間変化は通常の拡散方程式に基づくスモルコフスキ理論よりも緩やかであり、摩擦の記憶効果が長時間に及ぶようになるとそれがさらに緩やかになる。これは、昨年一般化フォッカー・プランク方程式から導いた結論と定性的に一致する。二つの理論から同じ効果が得られたことは、理論的解析の妥当性を示しているものと考えられる。今後、計算機実験などを行い、現実との対応を研究する予定である。次に、拡散係数の見積もりについてモデル計算を行った。一般に粘度と分子半径から拡散係数を見積もるために使われるストークスの法則を、局所的な粘度を考慮に入れて改良することを試みた。局所的粘度の効果は、拡散係数だけでなく、他の輸送性質(回転拡散や溶液の粘性)をも説明出来ることが明らかになった。
癌幹細胞をとりまく腫瘍低酸素環境ダイナミクスからの新たな放射線増感法への展開

低酸素環境は腫瘍の放射線治療に対する応答性をさまざまに変化させる。本研究では腫瘍低酸素の制御が治療の増感に寄与するかどうかを検討した。T98GおよびA172膠芽腫細胞は1%低酸素下で生残し、2週間連続培養でスフェロイドを形成し続けた。スフェロイドを低酸素毒tirapazamine (TPZ) 40 μMで処理すると、癌幹細胞マーカー遺伝子発現に有意変化は認められなかったものの、L-アミノ酸トランスポーター1(LAT1)の発現が有意に増強した。LAT1はホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の薬剤BPA取り込みに関与しており、TPZによる低酸素の制御によりBNCTを増感する可能性が示唆された。1)X線照射後の再酸素化遅延による細胞内ROSの産生と蓄積(廣瀬);通常の酸素条件で培養された細胞では照射されたX線の線量(0, 4, 6 Gy)の大きさに関わらず細胞内ROSの有意な産生は生じなかった。一方で低酸素で培養された細胞では照射されるX線の線量に比例して照射後の細胞内ROSの産生量が増強した。低酸素下の培養細胞を照射後に通常酸素化戻すと細胞内のROS産生量はコントロールレベルまで低下した。2)X線照射後の再酸素化遅延による細胞死誘因(廣瀬、佐藤);トリパンブルー色素排除試験による細胞増殖の評価:通常酸素下で6 Gy照射されたときと比較して、低酸素下で6 Gy照射され、照射後すぐに再酸素化された培養細胞の生残細胞数は有意に大きかった。照射後再酸素化までの時間を48、72時間と延長すると、生残細胞数は有意に減少した。同様の条件で、コロニー形成アッセイにより評価したところ、照射後再酸素化までの時間を24、48時間と延長すると、生残率は再酸素化延長とともに有意に減少した。低酸素下で培養された細胞にX線6 Gyを照射し、24時間後に0, 4, 6 Gyの再照射を行った。このとき1回目の照射直後もしくは再照射と30分前に再酸素化を行い、その生残率をコロニー形成法で評価した。照射後に低酸素を継続した細胞では放射線への感受性が増加した。3)X線照射後の再酸素化遅延によるCSC分布変化;in vitro(髙井、佐藤);フローサイトメーターQuanta SCを用い、Hoechst33342染色とベラパミルを用いたABCトランスポーター阻害によりSP細胞とnonSP細胞を区別し、照射後のSP細胞の経時的な割合の変化を解析することを試みた。しかしながらサイトグラム上で十分な分布の展開ができず、区別が困難のため現在方法を検討中である。作業手順が前後したものの、やや遅れながらもほぼ計画に沿って進行しつつある。一部の計画では機器の問題によりデータの収集が難しい状況もあり、計画変更も検討しながら進行しつつある。ただし、コロニー形成法を中心に時間を浪費する実験条件の策定ができており、今後の進展の加速は十分可能と判断している。また平成28年度に実施予定であった、CSCに関する低酸素増感剤PR350のCSC細胞表面マーカー陽性細胞のフローサイトメトリー解析はすでに進行中であり、一部は予定より早く進行しているといった状況である。1)X線照射後の再酸素化遅延によるCSC分布変化;in vitro(髙井、佐藤);前年まで実施していたフローサイトメーターQaunta SCの優位な機能であるCSC集団と考えられているSP細胞分画の分離が幾度のプロトコル変更でも方法の最適化に至ることが適わなかった。そこでこれに代わって、同様にCSC集団と考えられているCD133陽性細胞分画の分離をCD133陽性細胞の割合が多いといわれているT98Gヒト膠芽腫細胞株で実施した。CD133陽性細胞分画は72時間の慢性低酸素条件でその割合が有意に増加することが明らかとなった。これによりT98Gが本研究課題におけるCSC分画としての評価に適した細胞株であることが判明した。2)低酸素下T98Gの細胞特性;合わせて低酸素環境におけるT98Gの細胞特性を評価した。低酸素化の細胞の代謝について評価する目的で、アミノ酸代謝を利用したフェニルアラニン誘導体BPAを利用して代謝の変化を検討した。BPAはホウ素中性子捕捉療法の臨床利用される薬剤でもあり、アミノ酸代謝の性質からBNCT治療に対する腫瘍の治療抵抗性も合わせて検討することを目論んだ。低酸素環境下72時間での培養ではT98GはBPAの取り込みを有意に減少させた。またこの変調は酸素条件が21%、10%、3%、1%と低下するにつれて直線的に増強変化した。これよりホウ素中性子捕捉療法においても低酸素環境が腫瘍の治療抵抗性の本質に起因していることが明らかとなった。実験項目の一部に実験プロトコルの最適化で対応しきれなかったことがあり、使用する細胞株の変更とキーとなるCSC(癌幹細胞)分画の評価方法の検討という、非常に重要且つ慎重な検討を要す箇所が生じてしまったため、これに多大な時間を要す結果となった。このため実験系の基礎部分の再確立を要したため、これを基盤に実施しうるほとんどの実験項目を同時並行で実施できない状況であり、大幅な遅延を生じた。また同実験項目を担当する研究代表者の所属先が変わったため、これまでの実験実施環境へのアクセスの問題で、更に遅延を生じる結果となった。昨年までの検討により、T98G膠芽腫細胞において、低酸素の環境ではCD133陽性細胞分画が増加することが明らかとなった。

低酸素環境下に細胞特性が変化し、アミノ酸代謝が変調する可能性が示唆された。そこで本年度では、癌の組織中で構成される低酸素環境が癌幹細胞のニッチとしての必要な要素であるかどうかを評価し、放射線治療の増感に有利な因子を見出すことを目的とした。本年度が延長申請した研究期間最終年度であることから、一連の研究を総括し、一通りまとまった成果内容とすべく、一部研究計画を要した。方法および結果として、疑似的invivo環境として評価可能なスフェロイド評価を行った。詳しくは、T98G膠芽腫細胞を特殊なスフェロイド形成用のディッシュで培養し、形成されたスフェロイドを2週間そのまま培養した。サイズが300マイクロメートル以上に成育したスフェロイドを回収し、低酸素マーカーおよび癌幹細胞マーカータンパク質の遺伝子発現を評価した。しかしながら、CD133の遺伝子であるPROM1の発現は検出感度以下であった。スフェロイドに対する10Gy X線照射はCAIXおよびVEGFAの発現を上昇させたが、明らかなHIF1Aの発現増強は認めなかった。また幹細胞マーカーの上昇は認めなかった。低酸素環境の影響を消失させるため、低酸素で特異的に毒性示す薬剤Tirapazamine (TPZ)を用いた。スフェロイドをTPZで処理したとき、低酸素マーカーであるCarbonicAnhydrase IXに有意な発現が低下が認められた。しかし、癌幹細胞マーカーあるいは未分化マーカーのうちCD133以外の検出が可能な遺伝子であったCD44およびPOU5F1(Oct4遺伝子)はいずれもTPZ処理により軽度の増加を認め、予想と反する結果であった。一方で、アミノ酸トランスポーターLAT1の発現はTPZの処理で増強した。低酸素環境は腫瘍の放射線治療に対する応答性をさまざまに変化させる。本研究では腫瘍低酸素の制御が治療の増感に寄与するかどうかを検討した。T98GおよびA172膠芽腫細胞は1%低酸素下で生残し、2週間連続培養でスフェロイドを形成し続けた。スフェロイドを低酸素毒tirapazamine (TPZ) 40 μMで処理すると、癌幹細胞マーカー遺伝子発現に有意変化は認められなかったものの、L-アミノ酸トランスポーター1(LAT1)の発現が有意に増強した。LAT1はホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の薬剤BPA取り込みに関与しており、TPZによる低酸素の制御によりBNCTを増感する可能性が示唆された。1)X線照射後の再酸素化遅延による細胞内ROSの産生と蓄積(廣瀬);再酸素化遅延にともなう照射後の細胞内ROSについて、1回線量10ー20 Gyまで施行する。細胞周期変化に伴うROS産生量の変化を解析する。2)X線照射後の再酸素化遅延による細胞死誘因(廣瀬、佐藤);AnnexinーV染色、TUNEL assayによりアポトーシスを検出、フローサイトメトリー解析する。カスパーゼー3/7活性化、Fasやp53活性化の有無を確認する。β-ガラクトシダーゼ活性により老化様細胞死につき検討する。さらに10 Gy×3回のX線照射を低酸素化24時間間隔ごとに施行し、アポトーシスおよび老化様細胞死を呈する細胞の割合変化を解析する。オートファジーの特異的タンパク質LC3抗体よりオートファジーの機能活性化につき検討する。
筋組織内代謝変化を標的としたがん悪液質新規治療法の開発

がん悪液質はがん治療に対する抵抗性、有害事象の発生に関与し、治療成績向上の大きな障害となっている。申請者らは、先の研究においてヒト由来がん悪液質モデルを構築した。このモデルを用い筋細胞内における脂質代謝の変化ががん悪液質における筋萎縮の発症に深く関与することを証明した。本研究は、先の研究にて得られた結果を発展させ実臨床に適応するための橋渡し研究である。ヒト由来悪液質モデルを用いて脂質代謝関連剤による筋萎縮の抑制効果について評価するとともに、筋細胞内の代謝変化と筋萎縮の関連をさらに詳細に明らかにする。最終的には、脂質代謝を標的とした悪液質に対する安全でかつ新しい治療法の開発を目指す。