hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミクロスコピック熱流体輸送計測による微小流路内沸騰熱伝達機構の解明

初年度は計画通り,1局所熱輸送計測用のMEMS熱流束センサの開発,2PIVによる薄液膜内流動観察実験を実施した.1について,開発した熱流束センサは二つの薄膜温度センサを,絶縁層を挟んで熱流方向(基板厚方向)に積層した構造をとっている.非定常熱伝導解析を行った結果,絶縁層材料に3ミクロン程度の低熱伝導率材料SU-8を用いれば,沸騰時の10kHz程度の100kW/m2以上の熱流束変動を計測できることがわかり,実際にMEMS加工プロセスでセンサを製作した.センサが適切に働いているか調べるための予備実験として,高温液滴滴下実験とプール沸騰実験を実施し,液滴が壁面へ衝突する際の熱流束変動,プール沸騰気泡底部ミクロ液膜の蒸発に伴う熱流束変動を計測することができた.次年度以降,ミニ・マイクロチャネル内流動沸騰系へセンサを適用し,局所熱輸送を計測することで支配的な伝熱素過程を明らかにする.2について,プール沸騰系で高速顕微鏡と高輝度LED,粒径約100ナノメートルのメラミントレーサー粒子を用いてミクロ液膜の流動速度の計測を試みた.しかし,三相界線近傍に粒子が堆積している様子は見えたものの,液膜内に粒子が観察できなかった.粒子の分散状況やサイズ,光源強度を調整し,引き続き,次年度以降も実験を行う予定である.MEMS熱流束センサを無事製作することができ,今後,沸騰実験を進められる状況にある.PIV実験については撮影・実験条件の工夫が必要である.開発したMEMS熱流束センサを用いて,ミニチャネル内流動沸騰において局所伝熱量を計測する実験を行う.熱流束条件を変えながら,いずれの伝熱素過程が全伝熱量に対して支配的な役割を持っているかを明らかとする.PIV実験については,トレーサー粒子の分散状況の改善,粒子サイズ,光源強度を調整するなど撮影・実験条件を変更して,液膜内速度の可視化を目指す.液膜内速度の測定が難しい場合には,トレーサー粒子を用いない高速顕微観察で薄液膜挙動を観察していく.初年度は計画通り,1局所熱輸送計測用のMEMS熱流束センサの開発,2PIVによる薄液膜内流動観察実験を実施した.1について,開発した熱流束センサは二つの薄膜温度センサを,絶縁層を挟んで熱流方向(基板厚方向)に積層した構造をとっている.非定常熱伝導解析を行った結果,絶縁層材料に3ミクロン程度の低熱伝導率材料SU-8を用いれば,沸騰時の10kHz程度の100kW/m2以上の熱流束変動を計測できることがわかり,実際にMEMS加工プロセスでセンサを製作した.センサが適切に働いているか調べるための予備実験として,高温液滴滴下実験とプール沸騰実験を実施し,液滴が壁面へ衝突する際の熱流束変動,プール沸騰気泡底部ミクロ液膜の蒸発に伴う熱流束変動を計測することができた.次年度以降,ミニ・マイクロチャネル内流動沸騰系へセンサを適用し,局所熱輸送を計測することで支配的な伝熱素過程を明らかにする.2について,プール沸騰系で高速顕微鏡と高輝度LED,粒径約100ナノメートルのメラミントレーサー粒子を用いてミクロ液膜の流動速度の計測を試みた.しかし,三相界線近傍に粒子が堆積している様子は見えたものの,液膜内に粒子が観察できなかった.粒子の分散状況やサイズ,光源強度を調整し,引き続き,次年度以降も実験を行う予定である.MEMS熱流束センサを無事製作することができ,今後,沸騰実験を進められる状況にある.PIV実験については撮影・実験条件の工夫が必要である.開発したMEMS熱流束センサを用いて,ミニチャネル内流動沸騰において局所伝熱量を計測する実験を行う.熱流束条件を変えながら,いずれの伝熱素過程が全伝熱量に対して支配的な役割を持っているかを明らかとする.PIV実験については,トレーサー粒子の分散状況の改善,粒子サイズ,光源強度を調整するなど撮影・実験条件を変更して,液膜内速度の可視化を目指す.液膜内速度の測定が難しい場合には,トレーサー粒子を用いない高速顕微観察で薄液膜挙動を観察していく.
幼弱神経系における興奮形態形成連関による回路形成制御機構

本研究では、幼弱神経系における興奮形態形成連関による回路形成制御機構を解明するため、1)まず脳発達期におけるin vivo幼弱神経系にて、L型Ca2+チャンネル依存的な新規Ca2+動員機構SRCaTが発生する時期・条件を解明し、さらに2)SRCaTの下流で興奮形態形成連関を担うCa2+/CaM伝達経路を明らかにし、引き続き、3)興奮形態形成連関により制御される神経回路形成ステップを同定する。本研究課題は、マウス脳発達期ニューロンでのL型カルシウムチャネル依存性の新たなカルシウム流入機構(SRCaT)の解明を目指す。SRCaTの発生機序や下流シグナル伝達経路を解明し新たな脳回路形成機構を明らかにするとともに、SRCaT破綻が自閉症など神経発達障害の分子機構となりうる可能性を明らかにする。SRCaTは、研究代表者が高性能カルシウムインディケーターを開発することにより発見した新規カルシウム動態であり、学術的独自性の高い研究課題といえる。SRCaTの理解を深めることで新たな脳回路形成メカニズムや脳発達障害の原因メカニズムが解明され、新分野を切り開く研究として発展することが期待される。
欠陥強磁性酸化物薄膜の合成と構造解析

スピントロニクスへの応用を目指したMnドープZnOやCoドープTiO_2など磁性不純物を含む酸化物半導体の強磁性の起源に関する研究の過程で、HfO_2やSc^<3+>を添加したZnOなど磁性イオンを含まない酸化物が作製条件によっては室温で強磁性的挙動を示すことが明らかにされた。これらの物質では酸素欠陥に捕獲された不対電子が強磁性を担うとするモデルがあるが、微視的な構造に関しては不明な点が多い。本研究では、このような欠陥強磁性酸化物を薄膜として合成し、強磁性的挙動を導く機構を解明する目的で実験を遂行した。さらに、「機能元素のナノ材料科学」の範疇において磁気モーメントを持つ元素(広く点欠陥も含む)を機能元素として捉え、ナノ構造を薄膜に特化し、準安定相が凍結された薄膜における強磁性の実現と結晶構造に基づく機構の解明、複数の価数のカチオンからなる固溶体薄膜の合成、磁性の評価、精密な構造解析に基づく磁気的性質の説明へと研究を展開した。まず、パルスレーザー堆積法を用いて作製した非晶質TiO_2薄膜が結晶と同様の室温強磁性を示すことを見いだした。作製条件が磁気的性質に及ぼす影響を調べることにより、基板と薄膜の界面付近に局在したTi^<3+>と酸素欠陥由来のスピンが強磁性の起源であり、Ti^<3+>とF^+中心の間に形成される束縛磁気ポーラロンがスピンの強磁性的配列を安定化すると推測した。また、磁性半導体の一種であるイルメナイト-ヘマタイト固溶体薄膜において、X線回折パターンは無秩序相に対応しているにもかかわらず、磁化の温度依存性がフェリ磁性的となる場合があり、これまでその原因が不明であったが、本研究のHAADF-STEMを用いた詳細な結晶構造解析により、X線回折からは無秩序相と思われていた薄膜がantiphase boundaryを含む秩序相からなり、秩序相がフェリ磁性的な挙動に寄与していることが明らかになった。スピンエレクトロニクス素子の作製において重要になる物質は磁性半導体である。これまで、遷移元素でドーピングした酸化物半導体の強磁性の機構として束縛磁気ポーラロンモデルが提案されている。また、磁性イオンを含まない酸化物において、作製条件によっては室温で強磁性的挙動が観察されることが知られており、" d^0強磁性"と名づけられている。このような酸化物の点欠陥に基づく欠陥強磁性は、新しい磁気秩序の機構として興味深いばかりでなく、新規な酸化物磁性材料を設計し、スピンエレクトロニクス素子へ展開する上でも非常に重要である。本研究では、欠陥強磁性酸化物を薄膜として合成し、高分解能電子顕微鏡観察などにより欠陥構造に関する直接的かつ定量的な情報を得て、現在提唱されている強磁性の機構を検証し、新たな酸化物磁性体薄膜材料の開発への指針を得ることを目的とする。今年度は安定相が反強磁性にもかかわらず特定の条件下で薄膜を作製すると強磁性を示すようになるEuTiO_3を中心に強磁性秩序の機構を調べた。薄膜作製にはパルスレーザー堆積法(PLD法)を用い、基板にSrTiO_3を用いて還元雰囲気下でEuTiO_3薄膜を作製すると、得られた薄膜は強磁性的挙動を示した。詳細なX線回折測定と解析の結果、薄膜は配向した単結晶であり、面内の格子定数は文献値と一致するものの面外方向には格子が伸びていることが明らかとなった。報告されている第一原理計算の結果と照らし合わせ、この体積の増加が強磁性相を安定化すると考えた。また、このEuO-TiO_3系において非晶質薄膜の作製にも成功し、これが強磁性転移を示すことも見いだした。非晶質酸化物の長距離強磁性は世界初の発見である。

また、磁性半導体の一種であるイルメナイト-ヘマタイト固溶体薄膜において、X線回折パターンは無秩序相に対応しているにもかかわらず、磁化の温度依存性がフェリ磁性的となる場合があり、これまでその原因が不明であったが、本研究のHAADF-STEMを用いた詳細な結晶構造解析により、X線回折からは無秩序相と思われていた薄膜がantiphase boundaryを含む秩序相からなり、秩序相がフェリ磁性的な挙動に寄与していることが明らかになった。
PET/CT/MRIによるがん自動診断システムと陽性判定データベースの構築

がんは高齢者の死亡原因の半数近くを占めているが、一方最近の医療技術では発見が早ければ治癒率は著しく改善されている。早期がん発見のため、一度の検査で全身からあらゆる種類のがんを位置情報付きで検出できる点で、CT、MRI、PET等によるいわゆる画像診断は極めて有効である。本研究では通常は専門医(読影医)によって行われる画像診断の一部をコンピュータによる診断支援(CAD)システムに置き換えることを目的とした。読影医の数不足、画像の多様化や画質精細化による負担増にも対応できる。最近AI(Deep Learning)を用いた診断手法が注目されているが、全身の診断を行うには、膨大な数の、しかも多岐にわたる「異常」の例を集めなければならず、現実的でない。そこで本研究では比較定期少ない症例数でも診断支援システムが構築できる手法を模索した。これまで全身画像からの全タイプのがん診断に対しては、病態の多様性や判断ロジックの複雑性がネックとなり良い成果が得られていなかった。申請者らは読影医のロジック解析を基にPET-CT画像を用いた上半身(頭頸部と胸腔)の診断について良好な成績を持つアルゴリズムを開発済であるので、これを基に、全身を対象とし、CTやMRIだけでも自動診断が行えるよう、しかも参照症例数を少なくできるよう工夫した。基本アイディアは、(広義の)臓器領域の認識においては、熟練読影医が行っている大局的な認識法にならい、かつ動的な閾値変更(DTA)法など申請者らが提唱した手法を活用し、臓器や部位を正確に特定する。その上で局所的な判断は機械学習と診断データベースによって精度を上げる。申請者らの既存研究ではPET-CTに集中していたが、本研究では画像診断が多種の診断機器(モダリティ)に拡散していることに鑑み、まずMRIの多種画像による診断支援を試み、骨領域についてのみであるが、有効な結果を得た。申請者らによって今までに研究開発してきた画像診断アルゴリズムはPET-CTに偏っていたものであったので、これをいろいろなモダリティに対応し、普遍性を高め同時に新しい視点の機能開発を考えるため、まずはMRI多種画像に拡張することを考えた。ここで言う多種画像とはMRIのT1画像、造影T1画像、T2画像、拡散強調画像などのことであり、さらに撮影パラメタによって各種あり得る。共同研究者の群馬県立がんセンター放射線診断部のご協力を得て20症例の全身MRI画像(主にT1と拡散強調画像)を入手し、これに既に開発済みの動的閾値決定法(DTA法)によって大局的な臓器領域抽出を行った。さらに、悪性腫瘍などの異常部位のあるところを、主に形体的な異変から異常部位を抽出することを試みた(PET画像からの診断では放射性ブドウ糖であるFDGをマーカーとして、その集積の態様から異常を判断するので、MRIの場合は方法は根本的に異なる)。その結果、異常部位の判断が困難である症例もある一方で、骨領域では骨の一部が消失してしまう骨腫瘍などに対しても、異常の検出が精度よく行える例があることが分かった。ただし症例数が少ない為、骨腫瘍のすべてのタイプを尽くしたわけではなく、読影医からの聞き取りとアルゴリズムへの反映もまだ十分ではないので、今後確定診断付きの症例を増やして、少なくとも骨腫瘍については診断装置(診断エンジン)として実用できるレベルに近づけたいと考えている。それ以外の臓器領域を含む全身がん診断については、現在群馬県立がんセンターを交えて研究、議論中である。PETとMRIの組み合わせも考えられるが、両方を同時点で撮像する例は非常に少ない。PET-MRIと言う装置も開発されているが、日本での導入数は数台にとどまっており、現実的ではない。今までの成果を踏まえ、引き続きMRIを中心とした自動診断システム(診断エンジン)の研究開発に注力してゆく。最終的な姿としては、PETを含む多種のモダリティを横断的に利用できる医療支援システムであり、診断データベースに蓄積した情報を活用して、がん以外も含む全身からの異常(病変、兆候も含む)、および医師も見落としていた異常(病変)をくまなく洗い出せることが目標である。初年度の研究に於いて、MRIによる骨腫瘍診断で、個々の異常と異常の痕跡(以前の病変により骨の一部が溶けて消失している例など)の形態を骨領域全体として全体的な評価を行うことができるのではないかと言う意見が共同研究者側から出た。これは領域ごとに身体状態を指標によって評点化することを意味しており、新しい情報提供の形態になり得るとも考えられる。2年目の研究に於いては、この点を踏まえ、MRIの複数種画像を用いて、画像種類や撮影プロトコルの標準化とそれに基づく診断アルゴリズムの精緻化を共同研究者と共に進め、まずはMRIによる自動画像診断の有効性を臨床データを元に評価確立したい。その上で、(別時点でも良いので)近い時点のPET画像を用いた診断支援(自動診断をを含む)を利用して、個々の病変、あるいは病変の可能性が高い領域についての確定診断を出してゆく、という診断の全体像を考えて行きたい。また、初年度は準備的な作業が多く、一部成果は合っても学会等の発表に至らなかったケースも多かった。2年度目からは研究の深化と共に、部分的にでもまとまった結論を発出してゆきたいと考えている。

本研究では通常は専門医(読影医)によって行われる画像診断の一部をコンピュータによる診断支援(CAD)システムに置き換えることを目的とした。読影医の数不足、画像の多様化や画質精細化による負担増にも対応できる。最近AI(Deep Learning)を用いた診断手法が注目されているが、全身の診断を行うには、膨大な数の、しかも多岐にわたる「異常」の例を集めなければならず、現実的でない。そこで本研究では比較定期少ない症例数でも診断支援システムが構築できる手法を模索した。これまで全身画像からの全タイプのがん診断に対しては、病態の多様性や判断ロジックの複雑性がネックとなり良い成果が得られていなかった。申請者らは読影医のロジック解析を基にPET-CT画像を用いた上半身(頭頸部と胸腔)の診断について良好な成績を持つアルゴリズムを開発済であるので、これを基に、全身を対象とし、CTやMRIだけでも自動診断が行えるよう、しかも参照症例数を少なくできるよう工夫した。基本アイディアは、(広義の)臓器領域の認識においては、熟練読影医が行っている大局的な認識法にならい、かつ動的な閾値変更(DTA)法など申請者らが提唱した手法を活用し、臓器や部位を正確に特定する。その上で局所的な判断は機械学習と診断データベースによって精度を上げる。申請者らの既存研究ではPET-CTに集中していたが、本研究では画像診断が多種の診断機器(モダリティ)に拡散していることに鑑み、まずMRIの多種画像による診断支援を試み、骨領域についてのみであるが、有効な結果を得た。申請者らによって今までに研究開発してきた画像診断アルゴリズムはPET-CTに偏っていたものであったので、これをいろいろなモダリティに対応し、普遍性を高め同時に新しい視点の機能開発を考えるため、まずはMRI多種画像に拡張することを考えた。ここで言う多種画像とはMRIのT1画像、造影T1画像、T2画像、拡散強調画像などのことであり、さらに撮影パラメタによって各種あり得る。共同研究者の群馬県立がんセンター放射線診断部のご協力を得て20症例の全身MRI画像(主にT1と拡散強調画像)を入手し、これに既に開発済みの動的閾値決定法(DTA法)によって大局的な臓器領域抽出を行った。さらに、悪性腫瘍などの異常部位のあるところを、主に形体的な異変から異常部位を抽出することを試みた(PET画像からの診断では放射性ブドウ糖であるFDGをマーカーとして、その集積の態様から異常を判断するので、MRIの場合は方法は根本的に異なる)。その結果、異常部位の判断が困難である症例もある一方で、骨領域では骨の一部が消失してしまう骨腫瘍などに対しても、異常の検出が精度よく行える例があることが分かった。ただし症例数が少ない為、骨腫瘍のすべてのタイプを尽くしたわけではなく、読影医からの聞き取りとアルゴリズムへの反映もまだ十分ではないので、今後確定診断付きの症例を増やして、少なくとも骨腫瘍については診断装置(診断エンジン)として実用できるレベルに近づけたいと考えている。それ以外の臓器領域を含む全身がん診断については、現在群馬県立がんセンターを交えて研究、議論中である。PETとMRIの組み合わせも考えられるが、両方を同時点で撮像する例は非常に少ない。
膀胱癌に対するmTORC1/2阻害剤を併用した新規抗癌治療戦略の確立

以下の5つの結果を得た。1) TAM familyの一つであるAXL、そのリガンドGas6が腎盂尿管癌の予後因子であることを同定した。2)ニコチン曝露によりT24膀胱癌細胞においてPI3K-Akt-mTORの活性化が誘導された。NVP-BEZ235はその活性を阻害し細胞増殖を抑制した。3) NVP-BEZ235はニコチン投与により生じた皮下腫瘍の増殖、pS6活性を抑制した。4)シスプラチンとNVP-BEZ235併用により有意な殺細胞傷害効果が確認された。5)同所性膀胱腫瘍モデルにおいてNVP-BEZ235膀胱内注入はPI3K-Akt-mTOR経路を阻害し有意な抗腫瘍効果を示した。本年度はPI3K-Akt-mTOR pathwayと関連のあるAXL (レセプターチロシンキナーゼのTAM familyの一つ、Gas6はそのリガンド)に注目した免疫組織学的検討を行った。上部尿路上皮癌に対して腎尿管全摘除術・膀胱部分切除術が施行された161例を対象とし、摘出検体を用いて免疫組織学的染色を行い、AXL及びGas6の蛋白発現を確認した。AXLは94症例(58.3%)で強陽性、Gas6は89症例(55.3%)で強陽性であった。AXL強発現群は有意に術後転移を認め、またGas6強発現症例であった。病理学的T因子、腫瘍grade、壁内脈管侵襲の有無、AXL発現、Gas6発現は有意な癌特異的生存と関連する因子であった。多変量解析において、病理学的T因子(pT2以上、odds ratio(OR)=5.1, p=0.009)、Gas6強発現(p=0.038、OR=2.15)、AXL強発現(p=0.016、OR=3.32)が独立した癌特異的生存を予測する因子であった。これらの3因子を用いて上部尿路上皮癌の癌特異的生存を予測するリスク分類を行った。低リスク(OR 1.00-3.32, 36症例)、中リスク(OR 5.19-17.23, 82症例)、そして高リスク(OR 37.05, 43症例)に分類し生存解析を行ったところ、各群間で有意差を認めた。3年癌特異的生存率は低リスク群で92.9%、中リスク群で82.8%、高リスク群で51.9%であった。AXL及びそのリガンドであるGas6の発現はお互いに強く関連し、共に上部尿路上皮癌の術後の癌特異的生存を独立して規定する因子であった。2)ニコチンによるT24の細胞増殖能の変化: 5-10μMのニコチン曝露下で有意なT24細胞増殖が認められた。ニコチン性アセチルコリンレセプター(nAChR)のα7サブユニットのアンタゴニストmethyllycaconitine (MLA) 100μMを投与したところ、10μMのニコチン曝露細胞において有意な細胞増殖抑制が確認された。3)ニコチン曝露によるPI3K/Akt/mTOR経路とT24細胞増殖への影響: 10μMのニコチン曝露にて有意なpAkt/pS6の上昇を認めた。NVP-BEZ235 (0-1000nM)をニコチン非曝露下、および10μMのニコチン曝露下で投与した。ともに濃度依存性のT24細胞増殖抑制効果が確認された。本年度は喫煙によるPI3K-Akt-mTOR pathway亢進機序解明とmTOR阻害剤の治療効果検証を研究計画としており、これに対してニコチンによるPI3K-Akt-mTOR pathwayを介した細胞増殖、またNVP-BEZ235のmTOR complex 1および2の阻害による増殖抑制効果を検討。ニコチンよる膀胱癌細胞における増殖シグナルの詳細を解明した。皮下腫瘍モデルを用いたニコチン投与下におけるPI3K-Akt-mTOR阻害による抗腫瘍効果の検証を行った。マウスを無治療群、ニコチン単独投与群(1 mg/kgのニコチンを週3回投与)、NVP-BEZ235単独投与群(40 mg/kgのNVP-BEZ235を連日経口投与)、ニコチンおよびNVP-BEZ235併用投与群の4群に分けて検討した。検討した4群(無治療群、ニコチン単独投与群、NVP-BEZ235単独投与群、ニコチンおよびNVP-BEZ235投与群の21日目の平均腫瘍径はそれぞれ、470 mm3、930 mm3、282 mm3、295 mm3であった。免疫染色解析において腫瘍内のpS6の発現は無治療群と比較しニコチン投与群で有意に高く、NVP-BEZ235単独投与群、ニコチンおよびNVP-BEZ235投与群において有意に低かった。次いでニコチン暴露膀胱癌細胞に対するシスプラチン及びPI3K-Akt-mTOR阻害による殺細胞傷害併用効果の検証を行った。

シスプラチン単独投与群、NVP-BEZ235単独投与群、シスプラチン及びNVP-BEZ235投与群の細胞数はニコチン単独コントロール群の細胞を100%とすると、それぞれ58%、45%、11%であり、シスプラチンにNVP-BEZ235を併用することにより有意な殺細胞傷害効果が確認された。またシスプラチン投与によりpAkt、pS6蛋白の発現は増加し、NVP-BEZ235はこれらの発現を強く抑制した。最後に同所性膀胱腫瘍モデルを用いたPI3K-Akt-mTOR阻害による抗腫瘍効果の検証を行った。NVP-BEZ235膀胱内注入群の平均膀胱重量は72.8 mgでコントロール群の207 mgと比較して有意な低下を認めた。免疫染色の検討においてNVP-BEZ235膀胱内注入群ではpAkt、pS6、p4EBP1の発現が有意に抑制されていた。以下の5つの結果を得た。1) TAM familyの一つであるAXL、そのリガンドGas6が腎盂尿管癌の予後因子であることを同定した。2)ニコチン曝露によりT24膀胱癌細胞においてPI3K-Akt-mTORの活性化が誘導された。NVP-BEZ235はその活性を阻害し細胞増殖を抑制した。3) NVP-BEZ235はニコチン投与により生じた皮下腫瘍の増殖、pS6活性を抑制した。4)シスプラチンとNVP-BEZ235併用により有意な殺細胞傷害効果が確認された。5)同所性膀胱腫瘍モデルにおいてNVP-BEZ235膀胱内注入はPI3K-Akt-mTOR経路を阻害し有意な抗腫瘍効果を示した。本年度は尿路上皮癌におけるPI3K-Akt-mTOR pathwayの臨床的意義の解明を研究計画としており、これに対してAXL、Gas6など関連蛋白の発現解析を上部尿路癌において検討。その予後的意義を解明した。今後はニコチン曝露下におけるNVP-BEZ235のin vivoの抗腫瘍効果、ニコチン曝露下におけるCDDPの反応およびNVP-BEZ235併用療法の効果を検討しin vivo研究を進める予定である。膀胱癌
精神疾患リスク遺伝子産物の構造生物学的研究

SynGAP遺伝子は、ヒトの精神疾患リスク遺伝子の代表的なものの1つで、その遺伝子産物蛋白質の具体的な働きや構造、変異型SynGAPがどのような異常を引き起こすかなどの情報は、創薬など精神疾患治療法開発に重要であるため近年注目されている。本研究では、SynGAPおよびパートナー蛋白質のRap1Bを大腸菌発現系で大量に調製し、構造生物学的手法で研究を行った。結果、Rap1Bの結晶構造解析によりその詳細なスイッチ機構の解明に成功した。また、マラカイトグリーン法を利用して、SynGAPによるRap1BのGTPase活性促進を小スケールで測定できる系を確立した。変異によって精神疾患を発症するリスクが高くなる遺伝子は、「精神疾患リスク遺伝子」と呼ばれる。代表的な精神疾患リスク遺伝子産物synGAPの機能を、構造生物学の手法(X線結晶構造解析、超遠心分析など)で調べて、精神疾患発症メカニズム解明に貢献する。SynGAPは脳神経細胞内でRap1bのシグナルON・OFFスイッチ機能をコントロールするという重要な役割を果たしている。両者はどのように結合して機能発揮しているのか、相互作用解析や、SynGAPとRap1bの複合体のX線結晶構造解析などを行って解明する。まず、Rap1bの結晶構造解析に成功した。GDP結合型Rap1b、そしてGTPのアナログであるGppNHp結合型Rap1bの高分解能結晶構造解析に成功し、基質の違いによってRap1bのタンパク質部分がどのように構造変化するかを詳細に知ることが出来た。この構造変化はRap1bのシグナルON・OFFスイッチ機構そのものである。また、このON構造とOFF構造の間の平衡を調節しているアミノ酸残基を特定することに成功した。実際にこのアミノ酸残基を置換すると、構造変化の平衡をシフトさせることができた。Rap1bをはじめとしたGTPase型タンパク質は、その分子進化の過程で最適なアミノ酸残基が選ばれていると考えられる。Rap1bとSynGAPを混合することでRap1bのGTPase活性が上昇する実験も進展している。SynGAP側の特定のアルギニン残基がRap1BのGTPase活性上昇に重要な役割を果たしていることを確認した。Rap1bとsynGAPの複合体結晶構造解析を目指している。まずRap1bの高分解能結晶構造解析に成功した。Rap1bの結晶構造解析に成功した。Rap1bをはじめとしたGTPase型タンパク質は、その分子進化の過程でシグナルON・OFFスイッチ機構に関わる最適なアミノ酸残基が選ばれていると考えられる。Rap1bとSynGAPを混合することでRap1bのGTPase活性が上昇する現象を測定する実験を進めている。SynGAP側の特定のアルギニン残基がRap1bのGTPase活性上昇に重要な役割を果たしていることを確認した。synGAPの特定の箇所のリン酸化修飾によるRap1b活性調節機構について検討している。RRap1bとsynGAPの複合体結晶構造解析を目指している。Rap1bの高分解能結晶構造解析に成功した。マラカイトグリーン発色を利用したRap1bのGTPase活性測定系を確立した。Rap1b単独ではGTPase活性は弱いが、SynGAPを混合することによって飛躍的に活性が強くなる。SynGAP中のアミノ酸残基で、特定のアルギニン残基が特に重要な役割を果たしていることを確認した。一方、天然型SynGAPに近い長さを持つ長鎖型SynGAPの調製を試みている。synGAPの特定の領域がリン酸化されることでSynGAPによるRap1b活性機構が調節されることが最近判明したため、グルタミン酸残基やアスパラギン酸残基を疑似リン酸化残基に見立てる手法で、変異型SynGAPの調製を試みている。

両者はどのように結合して機能発揮しているのか、相互作用解析や、SynGAPとRap1bの複合体のX線結晶構造解析などを行って解明する。Rap1bの結晶構造解析に成功した。GDP結合型Rap1b、そしてGTPのアナログであるGppNHp結合型Rap1bの高分解能結晶構造解析に成功し、基質の違いによってRap1bのタンパク質部分がどのように構造変化するかを詳細に知ることが出来た。この構造変化はRap1bのシグナルON・OFFスイッチ機構そのものである。また、このON構造とOFF構造の間の平衡を調節しているアミノ酸残基を特定することに成功した。実際にこのアミノ酸残基を置換すると、構造変化の平衡をシフトさせることができた。Rap1bをはじめとしたGTPase型タンパク質は、その分子進化の過程でシグナルON・OFFスイッチ機構に関わる最適なアミノ酸残基が選ばれていると考えられる。SynGAPによって、Rap1bのGTPase活性が上昇する現象を測定する実験系を確立した。GTPase活性の測定には、放出されたリン酸をマラカイトグリーンによって検出する手法を利用した。SynGAP側の特定のアルギニン残基がRap1bのGTPase活性上昇に重要な役割を果たしていることを確認できた。この実験系を、アミノ酸変異型SynGAPの機能をアシストする化合物探索のためのハイスループット系に利用する。SynGAP遺伝子は、ヒトの精神疾患リスク遺伝子の代表的なものの1つで、その遺伝子産物蛋白質の具体的な働きや構造、変異型SynGAPがどのような異常を引き起こすかなどの情報は、創薬など精神疾患治療法開発に重要であるため近年注目されている。本研究では、SynGAPおよびパートナー蛋白質のRap1Bを大腸菌発現系で大量に調製し、構造生物学的手法で研究を行った。結果、Rap1Bの結晶構造解析によりその詳細なスイッチ機構の解明に成功した。また、マラカイトグリーン法を利用して、SynGAPによるRap1BのGTPase活性促進を小スケールで測定できる系を確立した。Rap1bとSynGAPの複合体結晶構造解析を目指す。Rap1bと安定な結合を示すsynGAPを探索する。発現調製するsynGAPの「長さ」を調整する。また、synGAPの特定の領域がリン酸化されることで活性がコントロールされることが最近判明したため、リン酸化型synGAPの調製や、疑似リン酸化型synGAPの調製を試みて、Rap1bと安定な結合を示すsynGAPを探索する。良いものが得られ次第、Rap1bとsynGAPの複合体の結晶化スクリーニングを行う。引き続き、Rap1bと安定な結合を示すsynGAPを探索する。
Gemininによる心筋細胞を維持する分子機構の解析

ポリコーム遺伝子群はNkx2.5の発現維持機能を介して心臓の発生を制御するだけでなく、細胞の増殖と分化を同時に制御するGemininに対するE3ユビキチンリガーゼとして機能することを見つけた。一方で、ポリコーム遺伝子群であるRae28の心筋特異的高発現またはPcgf5の欠損によっては拡張型心筋症を発症する。従って、心臓発生だけでなく、心筋維持にもポリコーム遺伝子群が重要な役割を果たしている。Geminin-EYFPノックインマウスを作製して、心筋の中にGemininの高い発現を示す細胞を見つけた。これはS/G2/M期にある心筋、あるいは心臓幹細胞の可能性が考えられ興味深い。成体では心筋細胞は分裂することはなく、高度の心筋障害による重症心不全の患者に対しては心臓移植しか救命の手立てがないと考えられており、先端的治療法として、iPS/ES細胞、さらには線維芽細胞から誘導した心筋を用いる方法に期待が寄せられている。しかし、これらの細胞からin vitroで誘導した心筋細胞を移植しても長期的には生体内で維持され難く、また生体に備わっている心筋維持の分子機構についても充分には解っていない。研究室ではポリコーム遺伝子群の一つRae28/Phc1を成体心筋で発現させると心筋が脱落し拡張型心筋症を発症することを明らかにしているが、本研究ではこの独自に開発したモデルマウスβMHC-Rae28 tgと新たなポリコーム遺伝子Pcgf5のノックアウトマウスを用いて心筋維持の分子機構を明らかにすることを目指す。Pcgf5ノックアウトマウスが心筋維持の異常を示し、成体において致死になることが解った。さらに、Gemininタンパク質はポリコーム複合体1の直接の標的であるを明らかにしているので、黄色蛍光タンパク質EYFPの遺伝子をGeminin遺伝子のコーディング領域に融合したノックインマウス(Geminin-EYFP KI)を作製した。Pcgf5ノックアウトマウスやβMHC-Rae28 tgにGeminin-EYFP KIを交配し、Gemininを可視化し、心筋アポトーシスが生じる際のGemininの発現動態を追跡する計画である。また、Geminin- EYFP KIの線維芽細胞からiPS細胞を作製しており、本細胞を用いてin vitroで心筋細胞に誘導し心筋の安定維持におけるGemininの発現動態の解析に利用する計画である。本研究ではポリコーム遺伝子群の遺伝子であるRae28/Phc1やPcgf5のノックアウトマウスを用いて、心臓における同遺伝子群の役割を明らかにすることを計画した。ポリコーム遺伝子群は心臓発生制御において中核的役割を果たしているNkx2.5の発現維持機能を介して心臓の発生を制御するだけでなく、細胞の増殖と分化を同時に制御するGemininに対するE3ユビキチンリガーゼとして機能することを見つけた。一方で、Rae28の心筋特異的高発現またはPcgf5の欠損によって心筋が脱落し、拡張型心筋症を発症することが解った。従って、心臓発生だけでなく、心筋維持にもポリコーム遺伝子群が重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。また、研究室ではポリコーム遺伝子群はGemininタンパク質の安定性を制御することによって幹細胞機能を担っていることを明らかにしている。そこで、Gemininの分子機能について解析を進めるとともに、独自に作製したGeminin-EYFPノックインマウスを用いてGeminin分子を可視化し、心筋におけるGemininの役割を解析した。その結果、成体においても心筋の中にGemininが高い発現を示す細胞が同定された。これは細胞周期に入ってS/G2/M期にある心筋、あるいは心臓幹細胞の可能性が考えられ興味深い。本研究は、心臓発生だけでなく心筋維持にポリコーム遺伝子群が重要な役割を果たしていることが明らかにするだけでなく、その直接的標的の一つであるGemininの発現動態を指標として心筋の分裂や心臓幹細胞の解析に道を開くことが期待される。幹細胞生物学本研究ではこの独自に開発したモデルマウスβMHC-Rae28 tgと新たなポリコーム遺伝子Pcgf5のノックアウトマウスを用いて心筋維持の分子機構を明らかにすることを目指す。Pcgf5ノックアウトマウスが心筋維持の異常を示し、成体において致死になることを明らかにした。さらに、黄色蛍光タンパク質EYFPの遺伝子をGeminin遺伝子のコーディング領域に融合したノックインマウス(Geminin-EYFP KI)を作製した。Pcgf5ノックアウトマウスやβMHC-Rae28 tgにGeminin-EYFP KIを交配し、Gemininを可視化し、心筋に脱落が生じる際のGemininの発現動態を追跡する計画である。また、Geminin- EYFP KIの線維芽細胞からiPS細胞を作製した。以上のように研究計画はおおむね順調に進んでいる。

Pcgf5ノックアウトマウスが心筋維持の異常を示し、成体において致死になることを明らかにした。さらに、黄色蛍光タンパク質EYFPの遺伝子をGeminin遺伝子のコーディング領域に融合したノックインマウス(Geminin-EYFP KI)を作製した。そこで、Pcgf5ノックアウトマウスやβMHC-Rae28 tgにGeminin-EYFP KIを交配し、Gemininを可視化し、心筋の脱落が生じる際のGemininの発現動態を追跡する計画である。また、Geminin- EYFP KIの線維芽細胞からiPS細胞を作製した。本細胞を用いてin vitroで心筋細胞に誘導し心筋の安定維持におけるGemininnの発現動態の解析に利用する計画である。
ベースメタル合金を利用した新規プラズモニクス材料の探索

合金材料の誘電率を決定するための透過・反射スペクトル計測システムを構築し、合金系における誘電率の決定と、DrudeーLorenzモデルに基づく解析を行った。得られたパラメーターやX線結晶構造解析の結果を基に合金の状態と誘電率との関係性を結びつけることに成功した。ベースメタル材料として特に銅・アルミニウム系での計測を行い、そのプラズモニクス材料としての応用の可能性を模索した。本年度はベースメタル合金の作製手法の確立及び、その光学的特性を評価するための実験システムの構築を目的として研究を実施した。合金材料の作製は真空蒸着装置を用いた、交互積層方法により実施した。蒸着条件として、アルミニウム表面の酸化被膜の有無が後に述べる光学的性質にたいして大きな影響を与えることが、実験的に明らかとなり、酸化被膜を除去するための適切な条件検討を行い、その条件を決定するに至った。このように確立した手法を用いて、様々な膜厚条件下における透過スペクトル・反射スペクトルを、ドルーデローレンツモデルによる最小二乗フィッティングを行うことにより、誘電定数する手法を開発した。これらの手法を用いて、純粋な金、銀、銅、アルミニウムなどの材料における誘電率を決定したところ、文献値と非常に良い一致を示す結果が得られ、装置が正常に動作していることを確認できた。そこで、本手法を銅とアルミニウムを主成分とした合金系に適応し、銅80%、アルミニウム20%の合金および、銅90%、アルミニウム10%の合金系において、誘電率をを決定するに至った。これらの結果を、プラズモニクスに関連する自由電子の振舞であるドルーデモデルで解析したところ、金属の電気伝導率が向上し、プラズモン共鳴に有利に働く要因が存在することが明らかになった。今後これらの手法のその他の組成の、銅-アルミニウム系合金へと適応し、一連の組成における合金プラズモニクスの振舞を明らかにしていく。本研究ではプラズモニクス材料として安価で従来の貴金属材料を上回る機能を示す材料の作製・評価を目的として研究を実施した。特にベースメタル合金と呼ばれる銅やアルミニウムなどを中心とした材料の合金系での誘電率決定を目的として研究を実施した。本研究を通して一連の金属材料の複素誘電率を決定するためのシステムの構築を完成させた。特に角度依存の光透過・反射スペクトルから精度よく誘電率を決定することができるようになった。これを用いて、従来の貴金属合金系での誘電率を世界で初めて決定すると共に、金属の持つ自由電子の振舞とプラズモン共鳴との関係性について定量的に明らかにすることに成功した。これらの知見と共に、銅・アルミニウム合金系での誘電率決定に向けて実験を重ねた。幾つかの組成で誘電率を決定するに至ったが、金銀銅などと比較して、表面酸化物の影響が大きく、計測精度を向上させることができなかった。しかしながら自由電子の電気伝導度の点で、良い特性を示す結果が得られ、今後測定精度を向上させることで、有用な材料を見出すことができることが示唆される結果が得られた。光材料初年度の目的であった、光学特性評価システムおよび、合金膜作製手法の確立を概ね完了することができたため。様々な組成の合金材料での計測まで到達できなった点もあるが、概ね順調に進展していると言える。様々な組成のベースメタル合金に対して、本手法を適応して、誘電率決定を行っていきたい。それにより、一連のベースメタル組成において、組成の変化に対してどのような光学的変化が起こるのかを調べ、体系的な知見を得る。また、X線結晶構造解析も導入し、薄膜の結晶状態と光学的な振舞との間の関連性を明らかにする。次年度後半には、ベースメタル合金材料に、プラズモン共鳴以外の新たな機能(水素吸蔵機能や形状記憶機能)等を付加させるための特殊合金系についても検討を行う。これにより、安価な金属を用いてるという利点に加え、新しい光機能を付加した材料開発を行う。
温罨法の器具の違いが生体反応と温度感覚に及ぼす影響

【はじめに】温罨法は、身体の一部に温熱刺激を与えることにより保温と筋緊張緩和を促進する看護技術である。これまでの研究に引き続き平成18年度の研究では、熱源が異なる器具を用いた場合の保温と安楽の効果に注目した。【研究方法】対象は研究協力の同意が得られた成人24名。実験は冬季に実施し、温度は20°C、相対湿度50%に調節した。下着と長袖寝衣を着用し、掛け物はアクリル毛布1枚とした。15分間の安静臥床の後に毛布で身体を被覆した。湯たんぽを貼用した。生理学的指標としてR-R間隔、表面皮膚温度、腋窩温、皮膚血流量、寝床内の温湿度を連続測定し、R-R間隔より心拍数と心拍変動解析によるHF、LF成分を求めた。HFのパワー値を副交感神経反応の指標、LFとHF成分の比(LF/HF)を交感神経反応の指標とした。心理学的指標として温冷感と湿度感、快適感をそれぞれリカートスケールで得点化した。統計解析、Wilcoxonの順位和検定により基準値との差とSpearmanの相関により各項目間の関連性を検証した。有意水準は5%未満とした。【倫理的配慮】聖隷クリストファー大学倫理委員会による承認を得て実施した。【結果】安静臥床終了時の足趾皮膚表面温度21.86±3.48°C、寝床の足元温度21.85±2.64°C、足趾温冷感-2.83±0.92点。HFのパワー値は45分まで上昇し、30分と45分で基準値との間に有意差を認めた。全身温冷感は快適感との間に高い正の相関(r=0.703)が認めた。足趾温冷感は快適感(r=0.664)とHFのパワー値(r=0.255)との間に正の相関を認めた。【考察】足元に使用した湯たんぽによる皮膚表面への温熱刺激は、身体の温冷感を改善し副交感神経の活動を亢進させる。湯たんぽの効果は60分を目安に評価し、湯たんぽの温湯の交換や足浴など保温や安楽を促進する援助を再検討する必要がある。【目的】本研究では、湯たんぽと電気毛布の温湯と電気による熱源、および、電気毛布の使用範囲(足元・全身)の違いによる保温と安楽の効果を検証することを目的とする。【倫理的配慮】研究の実施にあたっては、聖隷クリストファー大学倫理委員会の承認を得た。対象者には研究への協力を文書および口頭で説明した。その上で、匿名性維持と秘密保持に関する事項および同意後も途中で中止できることを明記した同意書により同意を得た。【方法】同一被験者に対して「湯たんぽ」「電気毛布:足元」「電気毛布:全身」の温罨法器具を無作為に割り付け、日を変えて実施し、客観的指標(心拍数、腋窩温、皮膚温、皮膚血流量、寝床内気候)、主観的指標(温度感覚、湿度感覚、快適感)を測定した。【結果】研究協力の同意を得た健康な学生5名(女性4名、男性1名)に対して実験し、以下の結果を得た。1)熱源の違いによる保温と安楽の効果:2名の被験者が温湯を熱源とした湯たんぽを「自然でより快適」と答えた。この2名の、電気毛布(全身)使用時の腋窩温の変動を見ると、120分間に0.60.9°C上昇し、他の3名に比べて変動が大きかった。一方、腰部湿度は、他の3名に比べて変動が小さかった。2)電気毛布の使用範囲の違いによる保温と安楽の効果:熱源が同じでも足元と全身では「足だけが暖かくなりすぎて不快」「全身が暖まり快適」「段々暑くなる」など、主観的指標の測定結果に個人差を認めた。【考察】熱源の違いに関わらず、温罨法を実施する際には、対象の至的寝床内気候を予測し、それを維持することが重要である。特に、電気を熱源とした温罨法器具を用いる場合は、温度感覚、腰背部湿度、体温の経時的変化から過度な保温に注意する必要がある。【目的】本研究の目的は温罨法の器具の違いが生体反応と温度感覚に及ぼす影響を検証することである。昨年度に引き続き平成17年度の研究では、熱源が異なる器具を用いた場合の保温と安楽の効果とその個体差に注目してきた。その上で、匿名性維持と秘密保持に関する事項および同意後も途中で中止できることを明記した同意書を交わした。【方法】同一被験者に対して日を変えて「湯たんぽ」「電気毛布」を無作為に割り付けた。実験は冬季(12月から4月)に行った。主観的指標として温度感覚・湿度感覚・快適感、客観的指標として心拍数・腋窩温・皮膚温・皮膚血流量・寝床内気候を測定した。【結果】平成17年度は2名の学生に対して実験を行い、平成16年度の5名のデーターと合わせて解析した。

1)主観的評価:湯たんぽを「自然な暖かさ」で「快適」と答えた4名は、電気毛布を「不自然な暖かさ」で「不快」と評価した。電気毛布の不自然な点は「暖かくなりすぎる」「暑い」「汗をかく」であった。2)客観的評価:心拍数・腋窩温・皮膚温・皮膚血流量・寝床内気候に器具の違いを示す有意な所見は見当たらなかった。【考察】電気を熱源とし、設定した温度を一定に保つ電気毛布は、寝床内の温度が一定であること、広範囲に暖まることが高く評価された。一方、温湯を熱源とする湯たんぽは湯温が徐々に下降し、保温効果に優れているとは言い難い。ところが、この点がかえって評価されていた。【結語】温罨法は器具の特徴を踏まえて使用することで、個に適した寝床内気候を調節することができる。【はじめに】温罨法は、身体の一部に温熱刺激を与えることにより保温と筋緊張緩和を促進する看護技術である。これまでの研究に引き続き平成18年度の研究では、熱源が異なる器具を用いた場合の保温と安楽の効果に注目した。【研究方法】対象は研究協力の同意が得られた成人24名。実験は冬季に実施し、温度は20°C、相対湿度50%に調節した。下着と長袖寝衣を着用し、掛け物はアクリル毛布1枚とした。15分間の安静臥床の後に毛布で身体を被覆した。湯たんぽを貼用した。生理学的指標としてR-R間隔、表面皮膚温度、腋窩温、皮膚血流量、寝床内の温湿度を連続測定し、R-R間隔より心拍数と心拍変動解析によるHF、LF成分を求めた。HFのパワー値を副交感神経反応の指標、LFとHF成分の比(LF/HF)を交感神経反応の指標とした。心理学的指標として温冷感と湿度感、快適感をそれぞれリカートスケールで得点化した。統計解析、Wilcoxonの順位和検定により基準値との差とSpearmanの相関により各項目間の関連性を検証した。有意水準は5%未満とした。【倫理的配慮】聖隷クリストファー大学倫理委員会による承認を得て実施した。【結果】安静臥床終了時の足趾皮膚表面温度21.86±3.48°C、寝床の足元温度21.85±2.64°C、足趾温冷感-2.83±0.92点。HFのパワー値は45分まで上昇し、30分と45分で基準値との間に有意差を認めた。全身温冷感は快適感との間に高い正の相関(r=0.703)が認めた。足趾温冷感は快適感(r=0.664)とHFのパワー値(r=0.255)との間に正の相関を認めた。【考察】足元に使用した湯たんぽによる皮膚表面への温熱刺激は、身体の温冷感を改善し副交感神経の活動を亢進させる。湯たんぽの効果は60分を目安に評価し、湯たんぽの温湯の交換や足浴など保温や安楽を促進する援助を再検討する必要がある。
Frozen allograftの靭帯及び靭帯付着部における超微構造

Frozen allograft後の靭帯付着部(enthesis)の再生、修復過程は、北岡が家兎を用いた実験で初めて明らかにしたが、その微細構造に関しては不明である。微細構造に着目して形態学的にどのレベルまで再生されるのかを明らかにすることが、今後のfrozen allograftの研究および臨床応用にあたって必要と考える。(方法)体重3Kg日本白色家兎を用い、ケタラール(40mg/kg)の筋肉内投与後、耳介静脈よりネンブタール持続投与により麻酔を行った。家兎15匹に対し、あらかじめ-80度にて2週間保存した膝蓋靭帯付着部を移植した。これらを2週、4週、6週、8週の時点で透過電顕にて観察した。またコントロールとして正常家兎5匹、凍結保存付着部5肢を透過電顕にて観察した。また正常家兎5匹を用い、走査電顕にて付着部毛細血管レベルの小孔を観察した。(結果)正常付着部電顕像では靭帯から骨にかけて膠原線維に沿って軟骨細胞が出現し徐々に周囲の石灰化が進行する像が認められた。これに対し凍結保存群では靭帯膠原線維の構造、配列に変化はみられないものの軟骨細胞は細胞膜の破壊、細胞内小器官の形成不良、核の濃染、破壊等細胞の壊死像と考えられる像がみられた。移植群では2週、4週では凍結群と比べほぼ変化はみられなかったが68週では細胞内小器官の発達は乏しいもの形状的に軟骨細胞に類似した細胞が出現していた。正常付着部走査電顕では石灰化軟骨層およびtide markにかけて毛細血管レベルの小孔が多数みられたが、非石灰化軟骨層には明かなものはみられなかった。(考察)移植後、enthesisに未成熟な軟骨細胞が68週で出現したがこれが今後成熟軟骨細胞へと分化していくのか今後さらに経時的観察が必要と考える。またこれに並行してenthesisの血行支配に関してfrozen allograftでの再生過程を明らかにする予定である。
単分散球状透明導電性多孔体を用いた新規光エネルギー変換システムの創製

単分散球状酸化スズ多孔体は,まず,当研究所オリジナル材料である単分散球状メソポーラスシリカを鋳型とした構造転写技術により単分散球状カーボン多孔体を合成し,さらにその単分散球状カーボン多孔体を鋳型とすることにより合成できる.単分散球状酸化スズ多孔体の合成について種々の検討を行った結果,粒子径制御,細孔径制御,細孔構造について,以下の成果・知見が得られた.(1)粒子径制御テンプレートとなる単分散球状カーボン多孔体の粒子径を変えることにより,単分散球状酸化スズ多孔体の粒子径がどのように変化するかを調べた.その結果,単分散球状酸化スズ多孔体の粒子径は,単分散球状カーボン多孔体の粒子径に較べて約15%収縮し,0.39,0.59,0.77μmの単分散球状カーボン多孔体を鋳型として,それぞれ,0.33,0,50,0.65μmの単分散球状酸化スズ多孔体が合成できることが分かった.単分散球状カーボン多孔体の粒子径は,さらに幅広い範囲で変えることが可能であり,単分散球状酸化スズ多孔体を0.2-1μmの範囲で制御できる.(2)細孔径制御単分散球状酸化スズ多孔体の細孔径は,単分散球状カーボン多孔体の細孔径には依存せず,焼成温度に大きく依存することが分かった.焼成温度を350°C-550°Cと変えることにより,細孔径を5.6-23.6nmの間でコントロールすることができる.(3)細孔構造単分散球状酸化スズ多孔体は,数nm-数十nmの酸化スズナノ結晶から構成されていることが分かった.焼成温度に応じてナノ結晶のサイズが変化することにより,細孔径が変化する.単分散球状酸化スズ多孔体は,まず,当研究所オリジナル材料である単分散球状メソポーラスシリカを鋳型とした構造転写技術により単分散球状カーボン多孔体を合成し,さらにその単分散球状カーボン多孔体を鋳型とすることにより合成できる.単分散球状酸化スズ多孔体の合成について種々の検討を行った結果,粒子径制御,細孔径制御,細孔構造について,以下の成果・知見が得られた.(1)粒子径制御テンプレートとなる単分散球状カーボン多孔体の粒子径を変えることにより,単分散球状酸化スズ多孔体の粒子径がどのように変化するかを調べた.その結果,単分散球状酸化スズ多孔体の粒子径は,単分散球状カーボン多孔体の粒子径に較べて約15%収縮し,0.39,0.59,0.77μmの単分散球状カーボン多孔体を鋳型として,それぞれ,0.33,0,50,0.65μmの単分散球状酸化スズ多孔体が合成できることが分かった.単分散球状カーボン多孔体の粒子径は,さらに幅広い範囲で変えることが可能であり,単分散球状酸化スズ多孔体を0.2-1μmの範囲で制御できる.(2)細孔径制御単分散球状酸化スズ多孔体の細孔径は,単分散球状カーボン多孔体の細孔径には依存せず,焼成温度に大きく依存することが分かった.焼成温度を350°C-550°Cと変えることにより,細孔径を5.6-23.6nmの間でコントロールすることができる.(3)細孔構造単分散球状酸化スズ多孔体は,数nm-数十nmの酸化スズナノ結晶から構成されていることが分かった.焼成温度に応じてナノ結晶のサイズが変化することにより,細孔径が変化する.
歯髄神経の化学的刺激に関する生理学的研究および歯髄疾患に伴う痛みの疫学的研究

歯髄疾患に伴う痛みに関係していると考えられる末梢神経ならびに中枢神経系の変化を動物実験にて解析した基礎的研究と,歯科疾患に起因すると考えられる頭頚部の痛みを主訴に歯科外来を受診した患者を対象とした臨床的調査を総合して行う有機的研究を実施し,以下の通りの実績成果を得た。1)ラットの臼歯歯髄に細神経線維興奮性かつ起炎性物質であるmustardoilを直接適用させて化学的刺激を加え,誘発される反射性咀嚼筋活動の変異を観察した結果,主に刺激と同側の咬筋に有意な筋筋活動の増加を認めた。bradykininやcapsaicinは,mustard oilと異なるパターンの筋活動をそれぞれ誘発した。2)ネコの歯髄にmustard oilを直接適用させて化学的条件刺激を加えつつ,下歯槽神経駆動頚髄ニューロンの応答性の変化を観察した結果,同ニューロンは一過性に応答性を増加させ末梢受容野の拡大も観察された。この事実は,mustard oilによる化学的歯髄刺激が中枢性過敏化過程の動因として関与していることを示唆している。3)ネコ歯髄にmustard oilを直接適用させた場合の機能的単一歯周組織支配神経線維の機械的応答性の変化を観察した結果,同神経線維の応答性に過敏化が生じることが明確になった。この過程には軸索反射により歯根膜内に発生した神経原4)性炎症が関与している可能性が考えられた。歯髄疾患に起因すると考えられる頭頚部の痛みを主訴に歯科外来を受診した患者を対象に,痛みと原因疾患との関係と明らかにすることを目的とした臨床的調査を行った結果,いわゆる感染根管症例に伴って難治性の痛みを訴える患者が多いことが明確になった。歯髄疾患時の歯髄神経興奮性のモデル実験系として,mustard oilによる化学的刺激法は有用と考えられた。歯髄疾患に伴う痛みに関与すると考えられている細い歯髄神経の機能特性を生理学的・神経学的に明確化することを目的とした基礎的研究と,歯科疾患に起因すると考えられる頭頸部の痛みを主訴に歯科外来を受診する患者を対象とした臨床的疫学的研究を合体させた有機的研究を行い,ここまでに以下の通りの成果を得た.1)ラットの露出させた歯髄にmustard oilなどの起炎性化学物質を直接作用させ,その際に誘発される反射性咀嚼筋の筋活動の変異を生理学的に解析した結果,主に化学物質を作用させた歯と同側の咬筋に有意な筋活動の増加を認めた。2)ネコの歯髄に起炎性化学物質(mustard oil)を直接作用させ,その際に機能的単一歯周組織神経に誘発される神経発射活動を経時的に解析した。機械的刺激に応答する歯根膜線維は,mustard oilを作用させた直後から約30分間その活動性を増加させた。3)歯髄疾患に起因すると考えられる頭頸部の痛みを主訴に来院した患者について,その症状の解析を主に行ったが,研究対象とした患者数が当初予定していた数より少ないため,統計学的に痛みと症状との有意な関係は得られなかった。平成6年度には,上述のような結果が得られたが,これは当初に計画した研究計画のほぼ80%の実績と考えられえる。臨床疫学的研究において,研究対象となる臨床症状を持った患者数が少なかったことは如何ともしがたく,平成7年度に来院する患者に期待をつなぐものである。歯髄疾患に伴う痛みに関与すると考えられている歯髄内細神経線維を化学的に刺激し,その際に観察される末梢神経および中枢神経系における変化を神経生理学的に解析した基礎的研究と,歯科疾患に起因すると考えられる頭頚部の痛みを主訴に歯科外来を受診した患者を対象とした臨床的研究を総合して行う有機的研究を実施し,本年度には以下の通りの成果を得た。:1)ネコの歯髄に細神経線維興奮性かつ起炎性物質であるmustard