hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報を融合するニューラルネットワークの学習法とその応用

本研究の目的は,生体が行う複数の異種情報の融合を数理的にモデル化し,異種の情報を有機的に融合するニューラルネットワークの学習モデルを確立し,それを実現する学習アルゴリズムを開発すること,およびその応用を検討することである.まず,「人間の脳が行う情報の融合を数理的にどのようにモデル化するか」を一般的に論ずるのは困難であると予想されるので,解決の糸口を見つけるため,異種の情報に内在する関係が教師データとして与えられる場合を考え,これらの関係を学習することにより情報を融合させる学習法について検討した.すなわち階層型のニューラルネットワークをおよびリカレントニューラルネットワーク対象として,この考え方に基づいた情報を融合する学習法を開発し,そのための効率の良い学習アルゴリズムを導いた.また,複素信号を直接扱うことができるとして最近注目を集めている複素ニューラルネットワークに対しても同様の検討を行った.次に,異種の情報に内在する関係が教師データとして直接得られない場合に対処するために,対象のモデルを学習ループに内包して学習する方法を考案し,それを実現する学習アルゴリズムを開発した.さらにこの方法を,対象のモデルに不確定さを含む場合に対処できるように発展させるため,対象のモデル自身を学習により獲得する機構を持った情報を融合する学習法の枠組みを検討し,その学習アルゴリズムを開発した.さらに,開発した情報を融合する学習法の応用として,ロボットビジョンにおける陰影画像からの形状復元問題や動き場の推定問題,連想記憶やニューロオシレータの実現問題などに応用する方法を検討した.また,情報の融合がこれらの実際問題への応用にどのように有効に働くかその情報融合のメカニズムを解析し,開発した学習法の性能を検討することにより本申請研究を完成させた.また,今後に残された問題についても整理した.本研究の目的は,生体の行う複数の異種の情報の融合を数理的にモデル化し,得られた異種の情報を有機的に融合するニューラルネットワークの学習モデルを確立し,それを実現する学習アルゴリズムを開発することとその応用を検討することである.初年度である本年度は,「人間の脳が行う情報の融合を数理的にどのようにモデル化するか」を一般的に論ずるのは非常に困難であることが予想されるので,その解決の糸口を見つけるため、次のように研究を進めた.異種の情報が学習データとして与えられた場合、少なくともそれらに内在する関係を考慮した学習が必要となり,それが情報の融合の第1歩と考えられる.そのため,与えられた異種の情報に内在する関係が明示的に与えられるとして学習問題を検討した.具体的にはまず多層型のニューラルネットワークを対象として検討を始めた.すなわちネットワークの写像能力に着目し,異種の情報に内在する関係が教師データとして与えられるとした場合,これらの関係を学習によりネットワークの写像関係として実現する問題として定式化した.また.この定式化に基づき学習アルゴリズムを開発した.さらに,この学習法を物体の陰影画像からの形状復元問題に応用し,画像の陰影情報だけでなく物体の表面の奥行きや表面勾配の情報が得られる場合それらの情報を融合して,精度良く表面形状を復元する方法を提案した.次に,ニューラルネットワークのダイナミクスの機能を用いる問題に対して情報の融合を実現するため,リカレントニューラルネットワークを対象とした.すなわち,ネットワークのダイナミックスを利用した連想記憶やニューロオシレータなどを,異種の情報を融合した学習により実現するための方法,および情報融合がこれらの実現にどのように有効に作用するかの検討を行った.本研究の目的は,生体が行う複数の異種情報の融合を数理的にモデル化し,異種の情報を有機的に融合するニューラルネットワークの学習モデルを確立し,それを実現する学習アルゴリズムを開発すること,およびその応用を検討することである.まず,「人間の脳が行う情報の融合を数理的にどのようにモデル化するか」を一般的に論ずるのは困難であると予想されるので,解決の糸口を見つけるため,異種の情報に内在する関係が教師データとして与えられる場合を考え,これらの関係を学習することにより情報を融合させる学習法について検討した.すなわち階層型のニューラルネットワークをおよびリカレントニューラルネットワーク対象として,この考え方に基づいた情報を融合する学習法を開発し,そのための効率の良い学習アルゴリズムを導いた.また,複素信号を直接扱うことができるとして最近注目を集めている複素ニューラルネットワークに対しても同様の検討を行った.次に,異種の情報に内在する関係が教師データとして直接得られない場合に対処するために,対象のモデルを学習ループに内包して学習する方法を考案し,それを実現する学習アルゴリズムを開発した.さらにこの方法を,対象のモデルに不確定さを含む場合に対処できるように発展させるため,対象のモデル自身を学習により獲得する機構を持った情報を融合する学習法の枠組みを検討し,その学習アルゴリズムを開発した.さらに,開発した情報を融合する学習法の応用として,ロボットビジョンにおける陰影画像からの形状復元問題や動き場の推定問題,連想記憶やニューロオシレータの実現問題などに応用する方法を検討した.また,情報の融合がこれらの実際問題への応用にどのように有効に働くかその情報融合のメカニズムを解析し,開発した学習法の性能を検討することにより本申請研究を完成させた.また,今後に残された問題についても整理した.

本研究の目的は,生体の行う複数の異種の情報の融合を数理的にモデル化し,異種の情報を有機的に融合するニューラルネットワークの学習モデルを確立し,それを実現する学習アルゴリズムを開発すること,およびその応用を検討することである.本年度は,昨年度に引き続いて「人間の脳が行う情報の融合を数理的にどのようにモデル化するか,またそのモデルをどのように学習問題として実現するか」の問題を解決するために,次のように研究を進めた.多層型のニューラルネットワークを対して前年度得られた成果を,リカレントニューラルネットワークへ発展させた.すなわち異種の情報に内在する関係が教師データとして与えられる場合,これらの関係を実現するための学習法をリカレントニューラルネットワークに対して開発した.また,教師データが直接与えられない場合に対処するため,対象のモデルを学習ループに内包して学習する方法を考え,それを実現する学習アルゴリズムを開発した.また,開発した学習法をロボットビジョンにおける物体の陰影画像からの形状復元間題に応用し,従来困難とされていた中心投影系における形状復元を実現するための学習法を開発した.さらに,ニューラルネットワークのダイナミクスの機能を用いる問題に対して,情報の融合を実現のための基礎的な検討として,リカレントニューラルネットワークを対象し次のような検討を行った.最近,信号処理などの分野で注目を集めている複素ニューラルネットワークに対し,エネルギー関数の存在条件を検討し,またその条件を用いて連想記憶記憶を実現しそのダイナミックスを解析した.この解析は,実数信号にはない複素信号の特徴である振幅と位相の情報が,ネットワークのダイナミックスによりどのように情報融合されるかを検討する基礎となるものである.本研究の目的は,生物が行う複数の異種の情報の融合を数理的にモデル化し異種の情報を有機的に融合するニューラルネットワークの学習モデルを確立し,それを実現する学習アルゴリズムを開発すること,およびその応用を検討することである.本年度は最終年度であるので,前年度までに得られた基本的な成果をもとに研究を完成させるべく,次のように研究を進めた.多層ニューラルネットワークおよびリカレントニューラルネットワークに対して前年度までに開発した,異種の情報に内在する関係が教師データとして与えられる場合にこれらの関係を学習することにより情報を融合する学習法について,さらに次のことを検討した.すなわち開発した学習法を,情報融合学習の効果,学習の収束性,学習の効率などの観点から検討し,この結果をもとにしてより性能の高い学習法の開発を行った.また,異種の情報に内在する関係が教師データとして直接得られない場合に対処するために,前年までに対象のモデルを学習ループに内包して学習する方法を考案し,それを実現する学習アルゴリズムを開発した.この方法は,対象のモデルが既知であることが前提であり応用の範囲が限られる.そこでこの方法を対象のモデルに不確定さを含む場合に対処できるように発展させるため,対象のモデル自身を学習により獲得する機構を持った情報を融合する学習法の枠組みを検討し,その学習アルゴリズムを導出した.さらに,上記の研究により得られた情報を融合する学習法の応用として,ロボットビジョンにおける陰影画像からの形状復元問題や動き場の推定問題や,連想記憶やニューロオシレータの実現問題などに応用する方法をさらに検討した.
病的血管リモデリングに伴うコラーゲン線維の三次元構造変化

高度光学計測技術である第2高調波発生(SHG)法により,血管組織内部のコラーゲン線維の3次元的な分布および配向状態を計測できることを示した.また,脳動脈瘤の病理組織標本の分析および動脈瘤における血行力学解析から,血管壁に作用する複雑な応力場が, SHG法により計測されるコラーゲン線維の3次元構造に関与していること明らかにした.本年度はまず,血管壁内のコラーゲンの配向状態を観測するためのSHG画像取得の高速化と定量的な評価手法の確立を行った.従来のSHG顕微鏡では入射光の偏光を波長板で機械的に制御していたため測定時間が長いという問題があった.そこで,電気光学変調器を用いてSHG観測の高速化を実現した.測定時間は従来法の1/10程度まで改善され,画像構成アルゴリズムの改良も行ったことより,in vivo計測における体動による誤差がないSHG画像の取得に成功した.さらに,評価指標として配向ベクトルを定義し,従来の光学顕微鏡では可視化ができないサブミクロンスケールのコラーゲン構造の定量解析が可能となった.次に,病理解剖により摘出されたヒト脳動脈瘤の病理組織標本(ヘマトキシリン・エオジン染色およびアザン染色)を作製し,動脈瘤壁の中でのコラーゲンの配向状況を調べた.その結果,動脈瘤のネック部でコラーゲンの配向が乱れ,ところどころで線維が不連続となっていることが観察された.さらに,動脈瘤内の力学場を明らかにするため,臨床で得られた動脈瘤を有するヒト脳血管のCT画像から様々な動脈瘤の実形状モデルを構築し,壁の応力解析および瘤内の血流解析を行った.その結果,動脈瘤のネック部では,主応力およびミーゼス応力とも変化が大きく,また,血圧による等方引張変形だけでなく,比較的大きなせん断変形も生じていることがわかった.また,動脈瘤のネック部では血流が乱され,他の部位より大きな壁せん断応力が作用することがわかった.こうした壁に作用する応力場が,組織のリモデリングによる複雑なコラーゲンの配向を引き起こしている可能性が示唆された.以上の結果から,血管内視鏡でSHGによるコラーゲン配向の計測が可能になると,医用画像に基づく計算力学解析とを組み合わせることにより,臨床において脳動脈瘤の進行予測が可能になるのではないかと考える.高度光学計測技術である第2高調波発生(SHG)法により,血管組織内部のコラーゲン線維の3次元的な分布および配向状態を計測できることを示した.また,脳動脈瘤の病理組織標本の分析および動脈瘤における血行力学解析から,血管壁に作用する複雑な応力場が, SHG法により計測されるコラーゲン線維の3次元構造に関与していること明らかにした.ホルマリン固定した家兎大動脈を用いてSHG顕微鏡観察を行った.SHGには,Cr:Frレーザ(CrF-65P, Avesta Project)を光源とした使用した.実験では,偏光方向を一方向に定め,60倍油浸対物レンズを用いて試料を観察し,600x600um, 256x256pixcelのBitmap形式のグレースケール画像を血管表面から深さ180umまで10um間隔で取得した.血管表面から取得したグレースケール画像では輝度値の分布が存在した.また,血管表面から深さ方向の連続断層画像においても輝度値の分布が存在することが確認できた.しかし,測定深さが70umより深くなると取得画像内の輝度値の大きさや輝度値の存在する領域がともに小さくなり始め,測定深さが130umより深くなると十分な精度で検知するのが困難であった.血管表面近傍における計測画像で輝度値の分布が観察されたことから,本手法によりコラーゲン分子の存在を検知できることが分かった.また,各コラーゲン分子が照射したレーザの偏光方向に整列しているとき,発生する第2高調波が強くなるため,取得した画像内で大きな輝度値を持つ領域はレーザの偏光角度に近い配向角度を持つコラーゲン分子が多いことが分かった.このことから,一つの試料に対してレーザの偏光角度を変更して計測することでコラーゲンの詳細な配向情報を取得できることが確認できた.当初計画していたSHG法による血管組織観察手法の確立はほぼ終えることができたが,血管壁深部の3次元コラーゲン構造を計測するための計測条件や試料の作成方法の検討に時間を要した.このため,力学的負荷に対する血管壁のリモデリングの解明につなげるための血管形状や部位によるコラーゲン構造の違いに関する検討や高血圧中の血管壁組織変性イメージングを十分に行うことができなかったが,計測方法は確立したので,次年度に計画の遅れを取り戻すことは可能である.今回の実験で明らかとなった問題点は,測定深さが80umを超えたときに,画面内の輝度値の大きさと輝度値の存在する領域が減少し,十分な情報が得られなくなることである.この原因には,測定深さが深くなるにつれてコラーゲンの量が減少した可能性と,SHG顕微鏡が測定できる深さの限界に達した可能性がある.今後は,X線CT計測や染色法を用いて血管壁深部でのコラーゲンの量や配向を調べることで,これらの原因を判断しながら,血管壁におけるコラーゲンの3次元の配向を解析できるようにしていく予定である.SHG計測に関しては手法および装置ともほぼ完成している状況であるので,その計測結果を検証するため装置や試料の作成,および力学的負荷に対する血管壁のリモデリングの解明につなげるための動物実験に研究費を使用する予定である.また,得られた研究成果を発表するための経費にも使用する.
ミオシン頭部のATP結合部位とアクチン結合部位の相互作用の研究

ミオシン頭部(S-1)の20K、23K、50Kの各ドメインを、5-ヨ-ドアセトアミドフルオレッセイン、4-フルオロー7-ニトロベンズー2ーオキサー1,3-ジアゾ-ル、9-アントロイルニトリルで特異的に螢光標識したS-1誘導体(各々AF-S-1、NBD-S-1、AN-S-1)を調製した。これらの標識Sー1にATP等のヌクレオチドが結合すると、標識されている螢光団の螢光強度は減少した。螢光変化の大きさは、AN-S-1>AF-S-1>NBD-S-1の順であった。特にAN-S-1の螢光変化は非常に大きく、これを利用してATPase反応に伴って起こる23Kドメインの構造変化を実時間で追跡することができた。一方、ミオシンに無機リン酸の構造類縁体であるオルトバナジン酸(Vi)をADPと共に加えると非常に安定な三元複合体が生成することが知られている。三種類の螢光標識S-1も総てADP・Viと三元複合体を形成し、複合体の生成に伴ってその螢光強度が変化した。この場合も螢光変化の大きさはAN-S-1>AF-S-1>NBD-S-1の順であった。三元複合体生成の速度定数は三種類の標識S-1で大きな差はなく、0.030.05s^<-1>であった。他方アクチンが結合した時の螢光変化はAF-S-1でしか検出されなかった。以上の結果からミオシンのATP結合部位は三つのドメインが近接している領域の23Kドメイン上にあり、ATP結合により起こる構造変化の“信号"はこの領域を介して各ドメインに伝えられることが示唆された。逆にアクチン結合部位で起こる構造変化は、今回の研究では20Kドメイン上でしか検出できなかったので、アクチン結合部位からATP結合部位への“信号"の伝わるル-トは、ATP結合部位からアクチン結合部位への“信号"が伝わるル-トとは別にあると思われる。
電子・陽電子プラズマのジェット流内部波動と極小閉じ込め実験研究

(1)実験に必要な低速陽電子を得るために、非中性トラップに陽電子を蓄積する実験とそれに必要な理論解析に協力した。結晶タングステンで入射後に減速・再放出された低速陽電子ビームを高密度電子プラズマで減速して、陽電子プラズマとして蓄積する。このために必要な高密度(10^<10>cm^<-3>)主軸長20cmの非中性楕円体電子プラズマをまず実現した。次に、この電子プラズマを用いて、40mCiの^<22>Naから放出され固体アルゴンで減速後入射される陽電子の蓄積を行った。50秒間の蓄積で全陽電子数3x10^5個を蓄積することが出来た。現在もこの蓄積粒子数を挙げる努力をしている。この方式は超高真空で低温陽電子を蓄積できる新しいものであるので、蓄積数を大きくするための最適な条件を見いだすにはもう少し調整実験の期間が必要である。(2)上記のトラップした陽電子をパルスビームとして取り出し、電子と混合して陽電子・電子プラズマ(pair-plasma)のジェットを発生する装置を完成した。磁場400G発生コイル、ジェット流路となる内径36mm超高真空パイプ、混合電子発生部、同必要電源等を整備した。しかし、ジェットを発生して内部の静電波動を観測するためには、トラップからパルスビームとして引き出す全陽電子数が10^8個を超える必要がある。(1)で述べたように蓄積陽電子数はこの値に達していないので、この実験を遂行することが申請期間ないにはできなかった。さらに陽電子蓄積数が上がった時点で、この装置を用いた電子・陽電子プラズマジェット流の内部波動の観測と陽電子・電子混合プラズマの閉じ込めの実験を行う予定でいる。1.実験に必須である非中性トラップに陽電子をため込む理研における実験に協力した。ここでは、入射した低速陽電子を電子プラズマで減速する非断熱過程でトラップ内に陽電子プラズマを形成する。このためには高密度の非中性プラズマをまず発生する必要がある。静電調和ポテンシャル井戸のなかに直径1mmで主軸長30cmの回転楕円体電子プラズマを形成し、陽電子減速に十分な10^<11>cm^3を作ることに成功した。2.陽電子と電子を混合して陽電子・電子プラズマ(pair-plasma)混合流を発生する主要な部分を設計製作した。混合流を導くための400G発生磁場コイル、コイル内に挿入して混合流内の波動励起実験のための内径36mm超高真空容器、混合用電子発生部を完成させた。この真空容器は電子・陽電子プラズマの波動の励起と計測のためのグリッド電極を挿入できるようになっている。多粒子数の陽電子プラズマが得られるようになれば、トラップよりパルス的に放出した陽電子流を利用してpair-plasmaの波動の実験ができると期待される。
島弧マグマ供給系の構造モデルと岩石系列の時空変化

本研究の目的は、火山地質学的、岩石学的、地球化学的手法を用いて、個々の島弧火山体・火山群における岩石系列の時空変化を明らかにし、それらのデータに基づいて、島弧マグマ供給系の構造モデルを確立することにある。今年度は、表記課題のもとに、高精度分析法の開発ならびに各地の火山体・火山群についての基礎的研究を行い、マグマ供給系の検討を行った。高精度分析法の開発としては、光量子放射化分析における各種補正・定量計算を自動的に行うとともに得られた定量分析結果を直ちに解析し、地図上に表示するシステムを構築した。さらに試験的に火山岩試料についての標準添加ガラスビ-ドを用いたレーザアブレーションICP質量分析法の評価を共同研究者とともに行い、本法が難溶性鉱物を含んだ試料に対しても有効であることを確認した。今年度、噴出物の時空変化を検討した火山体・火山群は、東北本州弧高原火山ならびに蔵王火山群、乗鞍火山列木曽御嶽火山、琉球弧霧島火山群、奄美大島白亜紀現地性火山岩類、メキシコ火山帯西部の陸弧火山群である。これらのいずれの火山においても、複数の岩石系列岩が存在する。今年度の研究により、それら多様な岩石系列は、マントル起源物質の組成、部分溶融度の違いだけではなく、マントルから地表に連なるマグマ供給系内での結晶分別作用が異なる深度で行われることによっても生じていることが明確になってきた。また、推定される分別深度は地震学的に予想されているマグマ溜り深度とも極めて良い一致を示すことも明瞭になってきた。異なるテクトニクスはそれぞれ固有のマグマ供給系を通して、特徴的な岩石系列を生じているらしく、今後は火山学的・岩石学的に推定されるマグマ供給系の構造とそれが置かれたテクトニクスとの関連を追求してゆきたい。
わが国のアルコール性肝障害の病態と成因の解明に関する総合的研究

アルコール性肝障害の病態と成因を解明し、わが国の現状を把握する目的で以下の研究を行い、大きな成果をあげることができた。1.診断基準の設定:従来より本症の診断は欧米諸国から提唱された基準が使用されてきたため、実情に即したとはいえなかった。そこで、肝線症・慢性肝炎・非特異変化を入れた6病型に分類した新しい診断基準を作成し、実際に臨床的に使用しやすい基準を提唱した。2.実態調査に関する研究:最近のわが国における現状を把握する目的で、全国主要病院内科113施設における昭和60年までの10年間の総計14,917例の本症を分析した。そして、本症の病態が近年欧米型に変化しつつある現状を明らかにした。とくに、重症型アルコール性肝炎と、アルコール性肝硬変の肝細胞癌合併率が著増していることを指摘し、この両者の病態解明の重要性を指摘した。3.病態解明に関する研究:班員施設の症例をすべて集績して分析した。まず重症型アルコール性肝炎14例を解析し、本症の病態は過剰飲酒に起因した肝不全と多臓器不全の発生による予後不良な疾患であることを明示した。大酒家の肝細胞癌319例とその癌組織22標本を分析し、肝癌発生は細小結節性肝硬変の時期から認められること、癌細胞DNAにはHBA・DNAの組み込みは分子生物学的に証明されないことを明らかにした。肝組織学的に90症例の経過を追跡し、アルコール性肝硬変は高度肝線維化ないし慢性肝炎活動型の病型から進展するという肝硬変成立機構を解明した。さらに、116症例の栄養学的背景を調査し、肝硬変では総熱量の半分がアルコールに由来することを明らかにした。4.成因に関する研究:肝Kupffer細胞がアルコールによって機能低下の状態に陥ることを示し、またアルコールによって変異した肝細胞膜に対する抗体の産生の証明と1gA産生能変動の成立を示して、細胞生物学的にアルコールが肝細胞障害を惹起させる機構の一部を解明した。
C型レクチンを介した微生物多糖による免疫応答制御

1970年代からC. albicans感染患者の血清に免疫抑制的な成分が存在する事が知られていた。そこで申請者は、C. albicans表面マンノプロテイン由来N-glycanを用い、その免疫抑制作用を検討した。当該N-glycanをリポ多糖と共にマウスに投与したところ、血液内の免疫抑制性サイトカインIL-10の産生昂進を認めた。一方で、IFN-gおよびTNF-aの産生は抑制された。また、当該N-glycanは致死的な敗血症モデルにおいてマウスの死亡率を改善した。よって、当該N-glycanは生体のIL-10産生を昂進し、免疫応答を抑制することが示唆された。C. albicans感染患者の血中には免疫抑制作用を示す成分が存在し、これは菌体表面の糖鎖を含む画分に由来することが示唆されている。そこで、本研究では精製した当該糖鎖をマウスに投与し、その免疫抑制作用を探ることを目的とする。25年度の実験から以下の結果を得た。C. albicans菌体よりFehling方にて精製したN-glycan(400 μg/マウス)を大腸菌リポ多糖(30 μg/マウス)と共にマウスに投与し、エンドトキシンショックにおけるN-glycanの影響を検討した。その結果、血液中の免疫抑制性のサイトカインIL-10の産生昂進が確認された。この際、他の炎症性サイトカインTNF-α、IFN-γの産生は抑制された。また、C. albicans表面に存在するO-glycan混入の可能性を排除するために、糖鎖の精製過程でβ-elimination処理を行ったが、上記サイトカイン産生誘導には影響しなかった。また、TLR4ノックアウトマウスを用いた場合は、IL-10産生が認められなかった。よって、C. albicans表面N-glycanがLPS刺激下でのIL-10産生昂進に働く事が明らかになった。次に、リポ多糖の投与量を上げ(200 μg/マウス)致死性のエンドトキシンショックにおけるN-glycanの影響を検討したところ、前述と同様にIL-10の産生昂進と死亡率の改善が認められた(p < 0.01、Wilcoxon test)。また、マウスをClodronate/liposomeで処理しマクロファージを欠失すると、IL-10産生が大きく減少した。以上の結果より、C. albicans表面N-glycanがマクロファージのIL-10産生を昂進し、免疫抑制効果を発揮することが明らかとなった。25年度の研究より、C. albicans N-glycan糖鎖がリポ多糖を用いたマウス敗血症モデルにおいて、免疫抑制性のIL-10の産生を誘導しマウスの生存率を改善することを明らかとした。また、clodronate/liposome用いてマウスマクロファージ(Mφ)を除くとIL-10の産生が低下することも示した。これらに続き、26年度は以下の結果を得た。clodronate/liposomeを用いた実験結果を確認するために、マウス腹腔より常在性Mφを精製し、in vitroにてLPSにて刺激したところ、N-glycan存在下でIL-10の産生が3倍以上昂進した。この際に、Mφを抗SIGNR1抗体及び抗マクロファージマンノースレセプター抗体で処理した結果、前者によってIL-10の産生が低下した。次に、in vivoにおいてN-glycanに誘導されるIL-10の意義を推察する為に、マウス敗血症誘導時にIL-10に対する中和抗体を投与したところ、当該N-glycan存在下のマウス生存率が低下した。敗血症は急性期(35日)に過剰な免疫応答を引き起こすだけでなく、後期(13週間)においては逆に危険な免疫抑制状態を惹起する。そこで、敗血症誘導時にオボアルブミン(OVA)を投与し、2週間後の抗原特異的IL-10産生を脾臓細胞を用いて検討した。その結果、N-glycanによるIL-10産生への影響は認められなかった。よって、C. albicans N-glycanは敗血症急性期における免疫抑制に働くものの、後期におけるIL-10産生には影響しない事が示唆された。先の研究で、精製C. albicans N-glycanがIL-10の産生昂進を介してマウス敗血症モデルにおける生存率を改善すること、当該IL-10産生がclodoronate/liposomeに感受性であること、および精製した常在性腹腔マクロファージに於いても当該糖鎖によるIL-10産生昂進が確認された。一方で、実際の臨床における敗血症では数週間後に起きる免疫抑制状態も問題とされている。26年度の結果では、少なくとも当該N-glycanによって誘導されるIL-10は、敗血症後期における抗原特異的IL-10の産生誘導には働かないことを確認した。続いて本年度は以下の実験結果を得た。始めに、ヒツジ赤血球を用いた遅延型過敏反応(DTH)におけるリポ多糖および当該N-glycanの影響を検討した。マウスの一方の足蹄にヒツジ赤血球を投与し同時に当該N-glycanおよびリポ多糖を静脈投与した。

1週間後に別の足蹄に赤血球を投与し、1日後に腫れを測定した。その結果、リポ多糖を投与すると足蹄の腫れが減少することから、敗血症による後期免疫抑制が生じていることが示された。一方で、当該N-glycanを投与すると足蹄の腫れはほぼ正常レベルまで回復した。よって、当該N-glycanは敗血症初期には過剰な免疫応答を抑制し、後期には免疫抑制を解除することが示唆された。予備的な実験で、敗血症誘導時にOVAを投与し、2週間後のin vitroにおける抗原特異的サイトカイン産生を検討したところ、前述の様にIL-10産生には変化が認められなかったが、IFN-g産生の顕著な昂進が見られ、この結果は当該N-glycanが敗血症後期における免疫抑制の解除を超えて免疫応答の促進に働く事を示唆している。以上の結果から、C. albicans N-glycanが敗血症の初期における過剰な免疫応答、および後期における抑制的な免疫応答の双方を改善できる可能性が示唆された。1970年代からC. albicans感染患者の血清に免疫抑制的な成分が存在する事が知られていた。そこで申請者は、C. albicans表面マンノプロテイン由来N-glycanを用い、その免疫抑制作用を検討した。当該N-glycanをリポ多糖と共にマウスに投与したところ、血液内の免疫抑制性サイトカインIL-10の産生昂進を認めた。一方で、IFN-gおよびTNF-aの産生は抑制された。また、当該N-glycanは致死的な敗血症モデルにおいてマウスの死亡率を改善した。よって、当該N-glycanは生体のIL-10産生を昂進し、免疫応答を抑制することが示唆された。C. albicansN-glycan糖鎖によって誘導されるIL-10がマウス敗血症における生存率の改善に働く事、および糖鎖の宿主側の認識細胞並びにそれに発現するレセプターの一つとしてレクチンSIGNR1の関与を明らかにした。これらの結果は、本機構解明の基礎的部分を成すものである。また、当該糖鎖が敗血症後期において、抗原特異的IFN-g産生を昂進するとの新規な発見があり、敗血症治療の新たな可能性が示された。免疫学IL-10産生細胞の生体内局在等を明らかにする為に、IL-10-VENUSノックインマウスのBalb/c系統へのbackcrossが完了したのでこれを用いる。また、SIGNR1ノックアウトマウスについてもBalb/c系統へのbackcrossが完了したので、当該機構へのSIGNR1の関与を個体レベルで確認する。また、敗血症後期におけるIFN-g産生昂進の機構を明らかにする為に、OVA特異的TCRトランスジェニックDO11.10マウスのT細胞を、Balb/cマウスに移植し敗血症を惹起し、その挙動を解析する。可能であれば、日和見感染菌の感染実験により、当該IFN-g産生昂進の意義を確認する。前述の様に、C. albicans糖鎖に免疫抑制作用の強いIL-10産生誘導がある事、および実験モデルにて生体における意義を明らかにした。一方で、マウスにおける上記IL-10産生細胞の同定を細胞内サイトカイン染色にて検討したが、明確な結果は得られなかった。他法として、IL-10遺伝子の3'-非翻訳領域に蛍光蛋白質VENUS遺伝子をノックインしたマウスの利用も試みたが、現在まで明確な結果は得ていない。ここで用いたマウスはB57BL/6系であるが、N-glycanによるIL-10産生はBALB/
雪氷上に存在する不純物中の各成分が表面アルベドへ影響する割合の評価

1)アラスカ山脈のGulkana氷河・Jarvis氷河、Black Rapids氷河において2017年4月中旬に採取した積雪試料を、実験室にてSP2という機器を用いて分析を行った。分析作業は、技術者を雇用して実施した。各試料について、重量濃度および粒子数の粒径分布が明らかになった。解析を行った結果、ブラックカーボンの重量濃度は、それぞれの試料採取場所ごとの間で値にばらつきはあったものの、平均で6μg/L程度の量が得られた。試料は合わせて7箇所で採取され、表面から02cm、210cmの層、前年の夏に表面だった層の3種類の層から採取された。積雪中に含まれるブラックカーボン以外のエアロゾルについても粒子数を測定し、ブラックカーボンの粒子数と比較した。また、化学物資循環を予測する領域気候モデル(WRF-chem)で予測された値と近い値を示した。モデルでは、シベリアの森林火災の影響の有無を調べるため、森林火災の影響を省いた場合についても計算を行った。今回扱った2017年春の試料については、シベリア森林火災の影響は20%程度だった。2)降水採取・分析:モデル検証精緻化に資する降水(雨雪ともに)について、引き続き富山大学で冬季間に1日間隔の試料採取を行った。また、より広範な領域における検証を行うために、北極海(研究船みらいの北極海航海)において採取された降水の分析も行った。3)中高緯度のBC沈着フラックス定量とモデルとの比較:北極海上・富山におけるBC沈着フラックスを推定した。領域化学輸送モデルWRF-Chemや全球モデルNICAM-Chemの計算結果と比較を実施した。富山のような狭い領域で起伏の大きい地点での降水場の予測は、解像度の違いに大きく影響受けることがわかり、アラスカ氷河においても同様な点を考慮してモデル計算を行う必要があることが示唆された。北極域(アラスカ)でのサンプリングと、その試料分析、分析結果を使用した解析が進んでいる点では順調と言える。当初予定に追加して、試料に含まれる全粒子の数を測定し比較することができた。当初予定では、シベリアについても同様の観測を行う予定であったが実施できなくななった。しかし、当初予定に加えてアラスカでの多点観測を行うことができた。その結果、数十km程度離れた条件の異なる場所のでの濃度の違いを検討することができた。アルベドについての観測や解析は実施できていない。アルベドを測定するのは困難であったため、積雪試料を多く採取すること、ブラックカーボン以外のエアロゾルの粒径を測定することとした。化学物質輸送モデルの利用により、ブラックカーボンの起源について推定することができた。アラスカのブラックカーボンの起源についての検討は一時期のものであり、モデルによる起源の推定はシベリアの森林火災についてのみである。試料採取地点の近隣地域からの輸送される物質についても検討する必要がある。富山については、起伏の大きな領域について表すことが難しく、検討課題である。アラスカについて、本年使用した試料は、2017年の4月のある時期に一回に採取したものである。年ごとの比較のため、来年度も試料採取した同サイトにてサンプルを採取し比較する。また、同年の時系列変化を追うため、一つのサイトにて、より深部までのサンプルを取得して分析を行う。分析後、積雪中に含まれるブラックカーボンの重量濃度から、アルベドのへの影響を検討し、夏季の日射吸収量の違いから、ブラックカーボンの雪面融解に寄与する量を推定する。他の地域の氷河表面の融解との比較を行い、アラスカの氷河融解に寄与する物質についてブラックカーボン・ダスト等の影響を評価する。富山については、雪・雨についての分析を引き続き行う。長期にわたり継続的に採取したため今度はこれら試料について分析を行い、降水の中に含まれるブラックカーボンが降水の形態による違いを明らかにする。同様に、北極域についても、取得した試料の分析を継続し、それらデータの解析を行う。1.国内試料の採取と分析札幌と富山の露場にて季節積雪の試料採取と分析を行った。札幌の試料については複数回の採取を行い、冬季間中の時期による違いを明らかにした。富山に関しては、研究協力者(富山大・杉浦氏)がサンプリングを行い、SP2にて同様の分析を行った。札幌では不純物濃度が高いことが明らかになった。2.手法の検討本研究では分析機器としてSP2を利用している。気象研で実施されている他の方法(EC/OC)との比較も実施し、同サンプルの場合は近い値が得られることを確認した。また、近くの異なる場所で採取されたサンプルについても分析を行ったところ、雪の採取場所の違いが結果の違いに大きく現れることがわかった。引き続き、より多くのサンプルを用いて、異なる分析手法(EC/OC)との比較を行う。3.氷河上の雪採取の事前準備雪氷面への効果の高い地域として、ブラックカーボン堆積量の多いアラスカ地域の氷河にて平成29年に雪サンプルの採取を行う。融解の進んでいない試料が得られる4月にサンプリングを行うため、試料の採取方法、場所の選定、輸送方法について検討し、準備を行った。これらの地域に関して、輸送源や気候の特徴を事前に把握した。45月にはアラスカ北部では北極海側から気塊が流入する傾向にあるが、アラスカ山脈では南部より流入する。また、アラスカ山脈の氷河では積雪量が多いため、サンプリングが容易に実施できると考えられる。そのため、採取する氷河はGulkana氷河、BlackRapids氷河、Jarvis氷河とした。

国内試料の採取・分析が順調に進んでおり、季節や場所による傾向が見えてきた。平成28年度は当初計画よりやや早めに進んだと言える。今後の研究の進捗にも影響する重要な部分であることから、手法の比較検討はより多くの試料を用いて引き続き来年度も実施する。また、平成29年度のサンプリング準備に関しても、採取場所の選定および採取準備が予定通り進んだ。同年度以降に実施する分析・解析に必要な試料の採取ができる見込みであることから、順調であると言える。1)北極域試料採取分析:アラスカ山脈で近隣に位置する3つの山岳氷河(G、B、J)において雪面および雪内部の試料採取を実施した。分析機器(SP2)にて含まれるブラックカーボン(BC)濃度を粒径ごとに定量化した。粒径分布でピークは2箇所に現れた。BC濃度は採取場所により最大10倍以上の違いが現れた。氷河GとBにおいて内部よりも積雪表面に多くのBCが蓄積していた。本研究で得られたBC濃度は塚川(2016)より大きく、Doherty etal., (2010)と同程度であった。2)国内試採取分析:北大低温研と富山大学で冬季間継続的な1日間隔の試料採取を行った。前者は手法の検証のため、後者はBC沈着フラックス(単位時間・単位面積当たりのBC沈着量)について大気数値モデルによる計算値と観測値との直接比較のためである。富山大学では降雪の採取も行った。試料は分析を開始しモデル計算との比較を行っている。3)BC分析手法の検証: SP2と他機器による異なる分析方法(熱光学的手法)による元素上炭素(EC)との比較を継続して実施した。単純な比較では系統的な差(ECが3090%過大評価傾向)が見られるものの、それぞれの手法の不確定性(熱光学的手法の分析プロトコル・SP2の可測粒子径範囲)を考慮することでその差を説明しうることがわかった。4)富山市におけるBC沈着フラックス定量と領域化学輸送モデルとの比較:アメダスの降水量のデータを用いて、BC沈着フラックスを推定した。領域化学輸送モデルWRF-Chemの計算結果と比較を実施した。観測値をもとに推定したBC沈着フラックスは2017/1/9から1/19の間で、3-800μg m-2 d-1の範囲で大きく変動した。モデルにおいては同程度の変動範囲(12-700μg m-2 d-1)を示したが、降雪時に過小評価、降水時に過大評価の傾向であった。研究代表者の産休育休により研究が遅れている状況である。その間、分析技術者を雇用し、研究分担者が研究を進めることで、上記の実績に記載した内容を実施することができた。1)アラスカ山脈のGulkana氷河・Jarvis氷河、Black Rapids氷河において2017年4月中旬に採取した積雪試料を、実験室にてSP2という機器を用いて分析を行った。分析作業は、技術者を雇用して実施した。各試料について、重量濃度および粒子数の粒径分布が明らかになった。
薄膜巨大応力によるインバー膜の格子伸縮制御と磁性

Fe-Ni合金スパッタ薄膜の格子伸縮と原子磁気モーメントの関連について研究を行った。ガラス基板上のFe-Ni膜は純鉄からNi組成増加につれてbccからfccへ変化し途中構造の混在状態では非晶質化が認められた。fcc単相を実現するために熱処理を行うと結晶化が進行し飽和磁化も減少した。そこでAu下地膜の上に成膜しアズデポ膜として30at%Ni以上でfcc構造の膜が実現できることが分かった。このAu下地膜上のFe_<0.7>Ni_<0.3>膜について膜厚を変化させ成膜し、結晶面間隔を膜法線方向および膜面内方向で測定することにより格子変形を評価し、原子磁気モーメントとの関連を調査した。その結果,格子はfccから変形しており、原子間距離増加に伴い原子磁気モーメントが減少することが明らかとなった。更に積極的に格子変形を導入するためにMo膜の成膜条件と膜応力、配向性等の評価を行い、成膜時Arガス圧制御により応力状態を変化させることができることを確認した。以上の結果を踏まえてAu下地膜上に成膜したFe_<0.7>Ni_<0.3>膜に応力膜としてのMo膜を積層させた。この場合は膜面内での変形が著しく結果としてより大きな平均原子間距離の変化が誘起された。そして原子間距離増加に伴い原子磁気モーメントが増加することが分かった。結果をfccに対する理論計算と比較すると、必ずしもエネルギー極小に対応する原子磁気モーメントは実現されないことが明らかとなった。これは薄膜という異方性に起因する特有の現象であると考えられる。本研究費により高周波電源を購入し、既存の電源と合わせて二種類の異なるターゲットの交互連続成膜を実現した.膜応力源であるMo膜に関してはdcスパッタ条件(電圧、電流、スパッタガス圧力)を広範囲に振って成膜し、応力発現との関連を調査した.その結果、Mo膜応力は電圧、スパッタガス圧を一定にした場合であっても、膜厚により変化することが明らかとなった.Fe-Niインバースパッタ膜に関してはFeとNiの複合ターゲットを用いることによって純Feから49at%Niの範囲で組成制御を実現した.アズデポ膜はアモルファス構造であったがfcc構造を実現するためには真空中熱処理が必要であった.この熱処理により構造的にはNi組成増加に伴いbccからbccとfcc混在、そしてbccが消失しfcc単相になる直後の組成25at%Niで熱処理前に比べ最大の飽和磁化減少を示した.一方、Au膜を下地として成膜するとアズデポ膜で既にfcc単相膜が形成できることが明らかとなった.このAu下地の膜と熱処理膜は同組成であっても面間隔に差異があり対応する原子磁気モーメントにも差異が認められた.この意味でもFe-Ni合金系に於いても原子間距離による磁気モーメント制御の可能性が見出された.これらの結果を踏まえてFe-Ni膜上にMo応力膜の積層を試みた.しかし単純な積層では磁性膜全体の面間隔を変化させるには至らなかった.従って、nmスケールの周期での積層多層膜を作製することで応力伝達する方法を平成9年度に行うこととした.Fe-Ni合金スパッタ薄膜の格子伸縮と原子磁気モーメントの関連について研究を行った。そこでAu下地膜の上に成膜したアズデポ膜として30at%Ni以上でfcc構造の膜が実現できることが分かった。このAu下地膜上のFe_<0.7>Ni_<0.3>

膜について膜厚を変化させ成膜し、結晶面間隔を膜法線方向および膜面内方向で測定することにより格子変形を評価し、原子磁気モーメントとの関連を調査した。その結果,格子はfccから変形しており、原子間距離増加に伴い原子磁気モーメントが減少することが明らかとなった。更に積極的に格子変形を導入するためにMo膜の成膜条件と膜応力、配向性等の評価を行い、成膜時Arガス圧制御により応力状態を変化させることができることを確認した以上の結果を踏まえてAu下地膜上に成膜したFe_<0.7>Ni_<0.3>膜に応力膜としてのMo膜を積層させた。この場合は膜面内での変形が著しく結果としてより大きな平均原子間距離の変化が誘起された。そして原子間距離増加に伴い原子磁気モーメントが増加することが分かった。結果をfccに対する理論計算と比較すると、必ずしもエネルギー極小に対応する原子磁気モーメントは実現されないことが明らかとなった。これは薄膜という異方性に起因する特有の現象であると考えられる。
フォンヴィレブランド因子切断酵素の抗血栓作用による新規脳梗塞治療薬の探索

脳梗塞の後遺症による要介護者は増加の一途をたどり、大きな社会問題となっている。現在の脳梗塞治療薬は血栓溶解剤のt-PAのみである。しかし、t-PAは脳梗塞発症から34.5時間以内に投与しなければ脳出血を誘発するリスクを高めてしまうため、使用できる患者はわずかしかいない。そこで、我々は止血血栓を維持した状態で、病的血栓を溶解する生理作用を持つ酵素で、血液凝固制御因子のADAMTS13に注目した。ADAMTS13はその特徴的な血栓溶解様式により、脳梗塞発症から長時間経過した場合においても、脳出血の誘発なしに脳保護効果を示すことから、脳出血のリスクが少ない新たな血栓溶解剤となりうることを見出した。内因性生理活性物質ADAMTS13(a disintegrin-likeand metalloprotease with thrombospondin type 1 motifs 13)は、血液凝固のtriggerであるフォン・ヴィレブランド因子(von Willebrand factor;VWF)を切断するメタロプロテアーゼである。本研究課題は、ADAMTS13が脳梗塞発症時において果たす役割の解明とADAMTS13を利用した治療法の確立を目的としている。本年度は、ADAMTS13の脳梗塞に対する治療効果を詳細に解析した。実験は、ddY雄性マウスに中大脳動脈(MCA)閉塞処置を行い、ADAMTS13を虚血前と虚血後に投与した後、TTC染色を行い、梗塞巣への治療効果を評価し、血栓溶解薬として脳梗塞に使用されている組織プラスミノーゲン活性化因子(t-PA;tissue plasminogen activator)と比較した。その結果、ADAMTS13の脳虚血前および虚血直後の投与はMCA閉塞により発現する梗塞巣を用量依存的に抑制した。このとき、t-PAと比べて出血傾向が低いことも明らかにした。次に、ADAMTS13は、血管内皮細胞、ミクログリア、マクロファージ等のスンカベンジャー受容体のCD36と結合し、炎症反応との関わりを有することが知られている。そこで、MCA閉塞処置後の脳内CD36の変化を検討した結果、CD36陽性細胞が梗塞巣周辺領域に認められた。よって、脳梗塞時、ADAMTS13は脳保護的に作用することが明らかとなり、CD36を介した抗炎症作用がその脳保護機序に関与していることが考えられた。ADAMTS13はt-PAに比べて、脳出血のリスクが低く、治療投与開始時間が長い脳梗塞治療薬となることが示唆された。内因性生理活性物質ADAMTS13(a disintegrin-likeand metalloprotease with thrombospondin type 1 motifs 13)は、血液凝固の標的であるフォン・ヴィレブランド因子(VWF)を切断するメタロプロテアーゼである。本年度は、ADAMTS13による脳梗塞改善作用の本体を調べるために構造中に含まれるADAMTS13(34-688)およびthrombospondin type-1(Tsp-1)が脳梗塞を改善するかについて検討した。実験は、ddY雄性マウスに4時間の中大脳動脈(MCA)閉塞処置を行い、ADAMTS13、ADAMTS13(34-688)およびTsp-1を4時間のMCA閉塞後に尾静注した。その結果、いずれも脳梗塞体積を有意に減少させた。中でも、ADAMTS13(34-688)が最も強力な改善作用を示した。次に、Tsp-1の治療可能時間を検討した結果、Tsp-1は、MCA閉塞後2時間後の投与では改善したが、4時間後投与では改善しなかった。以上の結果から、ADAMTS13による脳梗塞保護効果には、ADAMTS13(34-688)およびTsp-1の関与が考えられた。また、VWF切断に必要な領域であるADAMTS13(34-688)が最も強力な改善作用を示したことから、この領域がADAMTS13による脳保護作用に重要であることがわかった。さらに、Tsp-1は抗炎症作用を有することを明らかにしているので、ADAMTS13による脳保護作用には、血小板凝集抑制作用に加えて抗炎症作用を有していることが示唆され、ADAMTS13はより安全で有益な脳梗塞治療薬となりうる可能性を示した。本年度は、ADAMTS13が脳梗塞に対して虚血前あるいは虚血後投与でも治療効果を示すことを明らかにした。また、ADAMTS13は、劇的な治療効果をもつt-PAに比べて、脳出血のリスクが低いことがわかった。

この成果は、ADAMTS13が治療開始可能時間の長い脳梗塞治療薬となることを示唆した。さらに、ADAMTS13は、抗血栓作用のみではなく抗炎症作用を有する可能性を示唆した。これらの本年度の結果は、次年度のADAMTS13を利用した新たな脳梗塞治療法を見出すための基盤となった。本年度は, ADAMTS13が脳梗塞に対して治療効果を示すことを明らかにした.また, ADAMTS13は,劇的な治療効果をもつt-PAに比べて,脳出血のリスクが低いことが示唆された.この成果は, ADAMTS13が治療開始可能時間の長い脳梗塞治療薬となることを示唆した.次年度以降, ADAMTS13を利用した新たな脳梗塞治療法を見出すための基盤となった.本年度、明らかにしたADAMTS13の脳梗塞に対する治療効果の治療可能時間について解析する。ADAMTS13とt-PAの差別化を更に追及するとともにADAMTS13の作用機序を解析する。ADAMTS13の構造中にThrombospondin-1(Tsp-1)が含まれていることが明らかになっている。そこで、Tsp-1の脳保護作用についても検討を行う。さらに、A172細胞を用いてTsp-1の作用が、本年度明らかにしたCD36を介して抗炎症作用を有するか検討し、脳梗塞時のCD36を中心とした炎症反応とADAMTS13の関わりを検出する。本年度,明らかにしたADAMTS13の脳梗塞に対する治療効果を詳細に解析する. ADAMTS13とt-PAの差別化を更に追及するとともにADAMTS13の作用機序を解析する.ADAMTS13は,血管内皮細胞,ミクログリア,マクロファージ等のスンカベンジャー受容体のCD36と結合することが知られている.また,本年度の成果より, MCA閉塞処置後のADAMTS13K.O.マウスはW.T.に比べて脳内HMGB1濃度が高く,強い炎症が起きていることが明らかとなった.よって, HMGB1,CD36を中心とした炎症反応とADAMTS13の関わりを検出する.次年度は、ADAMTS13の脳梗塞に対する治療効果の治療可能時間について解析する。本年度得られたADAMTS13が脳梗塞に対して治療効果を示すことを基盤とし、実験を行う。これらの実験は、研究代表者の所属機関である福岡大学に設置されている現有設備にて、遂行可能であるため、設備備品については特に使用しない、本年度研究経費として、消耗品費600千円を使用する予定である。研究計画のADAMTS13とt-PAの差別化やADAMTS13の作用機序を解析するために必要となる分子生物学研究試薬、細胞実験研究試薬に400千円、実験動物の購入(餌代などを含む)に200千円計上した。また、昨年度予定していた培養細胞における基礎検討の131.800円については、本年度に行うA172細胞におけるADMATS13による炎症作用の関与を明らかにするために使用する。これらの経費により、平成25年度に本件研究を遂行する予定である。この他、研究成果発表費用に旅費、論文の校閲費および印刷費として、200千円を使用する予定である。
砂漠を緑地化する革新的肥料の分子機構解明：植物鉄輸送体の未知の機能探索

本研究課題は、全世界の陸地の約1/3を占めるアルカリ性不良土壌(砂漠土壌)での農耕を可能にし、近未来に訪れる食糧危機を未然に回避することを試みる。ムギネ酸類はイネ科植物が生産する天然の鉄キレート剤である。我々は、合成したムギネ酸類やその安価誘導体を投与すると、砂漠土壌を用いた圃場でもイネが正常に生育することを見出した。しかしながら、ムギネ酸類の添加による詳細な成長促進機構やムギネ酸取り込みトランスポーターの3次元構造および機能の詳細は未だ不明のままである。本研究では、独自に開発したケミカルバイオロジー的手法を用いてこれらの機構解明に挑む。
医食同源の栄養生化学的解明-スパイシ-フードによる生体防御機能の亢進

実験動物としてラットを用い唐辛子の辛味成分であるカプサイシンを0.01%含む餌を与えたところ、開始後3日間は餌を食べず、体重の低下が認められた。この濃度ではヒトは危険な口腔内刺激で俗に言う口から火を噴く状態であり、ラットにも辛すぎると思われた。カプサイシン濃度をヒトが激辛料理として食べられる辛さの限界と思われる0.001%に下げたところ食餌量に変化は認められなかった。そこで12時間から1日、3日、1週間後カゼイン誘導腹腔好中球を採取し、96穴マイクロケモタキシスチャンバーシステムを用いた簡便測定法により遊走活性亢進を検討した。その結果、激辛餌投与群では普通食群に比し遊走活性減少が認められた。この激辛餌投与はラットにとってストレスとして作用したか、またはラットが非感受性と思われた。同様に健康人に0.001%カプサイシンを含む水を100ml飲用させ12時間後の末梢血好中球を採取し、同様に遊走活性亢進を検討した。その結果、カプサイシン飲用群では激辛料理(激辛ラーメン、極辛カラシ明太子、極辛カレ-)を食べた群と同様に末梢血好中球の遊走活性亢進を認め、細胞内カルシウムの濃度亢進が認められた。そこでカプサイシンは食後、1から2時間でそのほとんどが吸収されることからカプサイシンが好中球を直接刺激するのかどうかを検討するために、健康人普通食投与群より同様に末梢血好中球を採取し、0.1から1マイクロモーラーのカプサイシンで刺激後、好中球の遊走活性を測定した。その結果、非刺激群との差は認められず、ヒトにおいて激辛料理による末梢血好中球の遊走活性亢進は辛み成分であるカプサイシンの間接作用であることが明らかになった。なお本研究を進めるにあたりNHKを始め各社テレビ局や雑誌社より取材を受け、トウガラシを食べると健康に良いことが全国にテレビ、雑誌を通じ広く知れ渡ることとなった。健康人男子にラーメンやカレ-を食べてもらい、2-20時間後に採血し末梢血好中球のf-MLFに対する遊走能を位相差倒立顕微鏡下でビデオ撮影を行った。録画ビデオ60分間を1分間のコマ落とし技術法により末梢血好中球を観察すると激辛ラーメンを食べた後約10時間をピークに運動性の亢進が認められ、それは一過性の生体反応であった。なお激辛ラーメンの食後、2時間後、20時間後並びに辛くないラーメン、インド料理専門店のカレ-やカレ-専門店での辛いカレ-食後は顕著な好中球遊走活性亢進は認められなかった。このことから末梢血好中球の機能亢進を維持するには、一日に1度は激辛料理を食べることが必要と思われた。またラットに辛味成分のカプサイシンを0.01%含む餌を与えたところ、開始後3日間は餌を食べず、4日目から食べ始めた。そして1週間後カゼイン誘導腹腔好中球を採取し、96穴マイクロケモタキシスチャンバーシステムを用いた簡便測定法により遊走活性亢進を検討した。その結果は予測に反し、激辛餌投与群では対象に比し遊走活性減少が認められた。この激辛餌投与はラットにとってストレスとして作用したものと思われた。南米チリは疫学的に胆嚢がん多発国と言われ、食習慣上トウガラシ摂取があることから、その成因にがん遺伝子/がん抑制遺伝子とともに辛味成分カプサイシンの毒性、変異原性やトウガラシ中のカビなどの環境因子による影響等が注目されているので、毎日激辛料理を食べること、無理矢理激辛料理を食べることは注意すべきことと思われた。本研究におけるビデオ録画ならびにコマ落とし技術法はNHK科学番組部ディレクター神部恭久氏、NIKON社関係各位の皆様にご協力いただいた。本録画ビデオの一部は昨年8月21日にNHKの科学情報番組で放送された。

そこでカプサイシンは食後、1から2時間でそのほとんどが吸収されることからカプサイシンが好中球を直接刺激するのかどうかを検討するために、健康人普通食投与群より同様に末梢血好中球を採取し、0.1から1マイクロモーラーのカプサイシンで刺激後、好中球の遊走活性を測定した。その結果、非刺激群との差は認められず、ヒトにおいて激辛料理による末梢血好中球の遊走活性亢進は辛み成分であるカプサイシンの間接作用であることが明らかになった。なお本研究を進めるにあたりNHKを始め各社テレビ局や雑誌社より取材を受け、トウガラシを食べると健康に良いことが全国にテレビ、雑誌を通じ広く知れ渡ることとなった。