hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自動車の走行安全性を高めるタイヤ接地面の摩擦状態測定用触覚センサの開発

そのために,タイヤに任意方向の高荷重を負荷可能な走行模擬装置を開発した.同装置を用いて,センサを装着したタイヤを用い,摩擦係数測定実験を行った結果,タイヤの変形の影響を考慮することで,高荷重下において,広い範囲の摩擦係数を精度よく測定可能であることを確認した.正方形上の弾性平板をベースとし,その中心にウィスカと呼ぶ弾性棒を取り付け,ウィスカ先端に作用する鉛直および水平荷重によってベースに生ずるひずみから,それぞれの荷重の大きさを測定可能なセンサを提案した.ベースやウィスカの材質,寸法,また,ひずみを測定するひずみゲージの貼付位置などを決定するために有限要素解析を実施し,センサの設計を行うとともに,センサ単体での実験を行い,荷重値を求める式を導き,同式を用いて,ウィスカ先端に作用する鉛直荷重と水平荷重に相当する摩擦力が精度よく同時に測定可能であることを確認した.同結果に基づき製作したセンサを,空気を充填したタイヤ内へ装着し,ひずみゲージからの出力線を取り出して,センサの出力を測定可能とした.センサを取り付けたタイヤを簡易的なタイヤ回転実験装置に取り付けて出力を測定し,耐久性,測定の再現性などを考慮して,センサの構造を決定した.同センサによって,表面状態を種々変化させた接地面に回転接触した時の鉛直荷重,摩擦力を測定し,摩擦係数を求めた.その結果,製作したセンサは,摩擦係数が0.1から1.0の範囲において,0.1程度の分解能での測定が可能であることを確認できた.以上において提案したセンサで測定可能な摩擦力はタイヤ回転周方向のみである.車の走行時には旋回時など任意方向に摩擦力が作用する.そこで,以上のセンサのベース上のひずみ検知位置を増やすことによって,任意方向の摩擦力が測定可能なセンサの構造を提案した.また,同センサの有効性を確認するとともに,実際の車走行時の状態を模擬するために,高荷重が発生可能であり,さらに,任意方向への摩擦力を負荷可能な装置として,2自由度のパラレルメカニズムを用いた実験装置を提案した.同装置に関して構造解析等を行い,設計を行うとともに,モータの選定,詳細な寸法の決定等を行った.本年度の目標であった,鉛直荷重と任意方向の摩擦力が同時に測定可能なセンサを設計・製作するとともに,同センサの測定値処理に用いる実験式を導き,センサ単体では目的とする任意方向の摩擦係数の測定が可能であることを確認できた.また,実際の走行状況を模擬可能なパラレルメカニズムを用いた実験装置を製作して,その動作の確認を行い,次年度の研究にむけての環境を整えることができた.本年度の目標であった,鉛直荷重と一方向の摩擦力が同時に測定可能なセンサを設計・製作するとともに,目的とする摩擦係数の測定が可能であることを確認できた.また,任意方向の摩擦力を測定するためのセンサ構造の提案が行えたとともに,実際の走行状況を模擬可能な実験装置を設計することができ,次年度以降の研究の礎を構築できた.まず,製作した装置を用いて実験を行うための,センサの脱着が容易なタイヤを準備するとともに,校正および測定の精度を確認するための,接地面の摩擦係数測定装置を製作する.次に,摩擦係数が異なる種々の接地状態を実現するため,複数の材質や,液体,氷などを用いて接地面とするための治具を製作するとともに,これらに用いるための材料を準備する.次に,実際に複数の条件で製作したセンサにより摩擦係数を測定し,その結果を検討する.得られた結果から,センサ構造,材質などを見直し,実用的な荷重下で使用でき,十分な精度を確保するための改良を施す.さらに,以上の結果を基に,本センサを実際の車に用いるための,設計方法,測定方法をまとめ,本研究の総括とする.まず,提案した任意方向の摩擦力が測定可能なセンサに関して,有限要素法による解析およびセンサ単体を用いた実験より,センサの材質,寸法などを決定し,同センサのベースに生ずるひずみから,鉛直荷重の大きさ,摩擦力の大きさと方向を求める実験式を確立する.次に,実際の走行状況を模擬可能なパラレルメカニズムを用いたタイヤ回転実験装置を前年度の設計結果に基づき製作して,その制御系を構築する.
社会系教科における政治的リテラシーの育成を目指すカリキュラムの開発研究

(1)本研究では政治的リテラシーについて、<社会の変化><子どもの生活や意識><政治学や関連する諸科学>の三つの視点から検討を進めてきた結果、次のようなことが明らかとなった。ア.社会の複雑化に伴う論争的な問題の噴出は、社会的な合意形や利害調整に係わる資質や能力を求めるようになっていること。イ.国家と社会の関わりの変化に伴って公共性の在り方が変化しつつある中、公共性の創出についての個人としての関わり方について、政治学習の視点からさらに検討する必要があること。ウ.情報公開等に見られるような民主主義の在り方の変化は、政治参加の形態に変化をもたらすことが考えられる。政治的リテラシーについてもこの観点からの吟味が必要である。エ.子どもの政治意識を規定する要因についてはこれまで必ずしも十分に明らかにされてなく、政治的リテラシーの観点からさらに検討が必要である。オ.政治哲学における規範理論のもたらす知見は、自由や平等、正義などの社会的価値についての教材化に道を開くものであり、政治的リテラシーの観点からも研究する必要がある。カ.近年における政治の流動性の拡大は、政治についての見方や捉え方、判断力の育成を求めていること。(2)政治的リテラシーについては政治的価値とその政治における意味、政治システムの仕組みと機能、政治過程や政治的コミュニケーション、政治参加に関する知識や技能等として捉えることができる。政治的リテラシー育成の方法として、これまで不十分だと思われるものに事例研究的方法がある。特定の政治的事象を取り上げ、事象を構成する諸要因の分析や政治的入力と政治的調整、政治的出力等を資料を基に、調査していく学習である。1小中高等学校における政治学習の現状と課題について、教科書等を分析した結果、次のことが明らかになった。(1)日本国憲法に定められた政治の基本原理や制度の概要に関する知識が中心であり、しかも、中学校と高等学校では繰り返しが見られ、政治学習としての系統性に対する配慮が不十分であること。(2)実際の政治に関する事象を捉え認識する政治的な見方については、必ずしも十分な記述はなされていないこと。2政治的リテラシーの定義については次のような視点を設けて検討を進めている。(1)政治制度の理念や制度概要に関する知識の役割実際の政治的事象を捉える際に、政治制度の理念や制度に関する知識がどのような意義と役割を果たしているかの解明(2)政治的事象に対する興味関心の意義とその形成実際の政治的事象を捉える際に、政治に対する興味や関心がどのような規定要因となっているか、また、興味関心の形成要因についての検討(3)実際の政治的事象を捉えるフレームワークの特質政治的事象を捉える際に、児童生徒はどのような枠組みを持って行っているか、また、その枠組みが形成される背景や要因は何か(4)政治に対する判断を規定する要因政治に対する判断を規定している要因について、上記2(1)(3)と関連付けて整理する。本年度は、政治学習で目指す資質や能力像、政治的リテラシーについて、<社会の変化><子どもの生活や意識><政治学や関連する諸科学>の三つの視点から検討を進めてきた結果、次のようなことが明らかとなった。(1)社会の複雑化に伴う論争的な問題の噴出は、社会的な合意形や利害調整に係わる資質や能力を求めるようになっていること。(2)国家と社会の関わりの変化に伴って公共性の在り方が変化しつつある中、公共性の創出についての個人としての関わり方について、政治学習の視点からさらに検討する必要があること。(3)情報公開等に見られるような民主主義の在り方の変化は、政治参加の形態に変化をもたらすことが考えられる。(4)子どもの政治意識を規定する要因については、これまで必ずしも十分に明らかにされてなく、政治的リテラシーの観点からさらに検討が必要である。(5)政治哲学における規範理論のもたらす知見は、自由や平等、正義などの社会的価値についての教材化に道を開くものであり、政治的リテラシーの観点からも研究する必要がある。(6)近年における政治の流動性の拡大は、政治についての見方や捉え方、判断力の育成を求めていること。次年度は、政治的リテラシーの内容を構造化するとともに、政治学習改善の方向性について検討を進める。

(2)政治的リテラシーについては政治的価値とその政治における意味、政治システムの仕組みと機能、政治過程や政治的コミュニケーション、政治参加に関する知識や技能等として捉えることができる。政治的リテラシー育成の方法として、これまで不十分だと思われるものに事例研究的方法がある。特定の政治的事象を取り上げ、事象を構成する諸要因の分析や政治的入力と政治的調整、政治的出力等を資料を基に、調査していく学習である。
生体組織の音響特性と構造的特徴の相互理解による質的迅速細胞診断

本研究では、申請者らがこれまでに研究開発しノウハウを蓄積してきた「細胞単位での生体物性解析」と、「組織構造単位または臓器単位での特徴解析」とを計算機モデルを介して「病理学的知見」と結びつけることにより、統合的な生体物性モデルを作成し、臨床応用において「非侵襲な細胞診断」を実現することを究極的な目標としている。本課題の期間においては、その中から「細胞レベルでの質的病理診の具現化」に特化し、総合的生体物性モデルを介して薄切標本から音波のみで質的・形態的特徴を同時判定可能な新規の病理診断法を創出することを目指している。前年度の成果を踏まえ、自作の超音波生体計測システムを改良し、細胞内の小器官についての音響特性を解析可能な精度へ向上させた。具体的には、中心周波数500 MHzの超音波を用いて方位分解能4マイクロメートルで、数cm四方の領域について安定して計測し、二次元エコーデータを取得可能な状態とした。このシステムを用いて、複数の疾患に罹患したマウス・ラットの肝臓および皮膚科組織を計測し、取得されたエコー信号を解析することで、音速、減衰、音響インピーダンスの二次元マップを構築するとともに、各計測における最高分解能に相当する組織についての音響特性を評価した。その結果、肝臓においては正常肝、単純性脂肪肝、肝線維症・肝硬変、NASH(非アルコール性脂肪性肝炎)において音響特性に差異があることを再確認し、正常肝の肝細胞と疾患に罹患した肝臓の肝細胞の間に音響特性の差異があることも併せて確認している。また、高分解能での計測が実現したことにより、線維や脂肪を選択的にひょかすることも可能となった。また、同学術領域に参画中の研究者との連携により、音響特性の二次元マップと病理像との対応付けの高精度化を進めており、三次元への対応についても検討している。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、申請者らがこれまでに研究開発しノウハウを蓄積してきた「細胞単位での生体物性解析」と、「組織構造単位または臓器単位での特徴解析」とを計算機モデルを介して「病理学的知見」と結びつけることにより、統合的な生体物性モデルを作成し、臨床応用において「非侵襲な細胞診断」を実現することを究極的な目標とする。特に本課題では、その中から「細胞レベルでの質的病理診の具現化」に特化し、断総合的生体物性モデルを介して薄切標本から音波のみで質的・形態的特徴を同時判定可能(または既存の病理検査結果から質的評価が可能)な新規の病理診断法を創出することを目的としている。具体的には、主として肝臓を対象として、薄切標本において細胞レベルでの音響特性計測・解析を行い、同標本の病理診断結果と対応させて検討することで、単なる音響物性についての解析結果の積み上げではなく、組織種の違いや細胞変性と物性との関係性を踏まえた生体物性モデルを構築している。肝臓はマウス・ラットモデルをベースにしてNASHを軸にして検討を行った。NASHは疾患進行度に応じた線維化と多種の脂肪沈着を含むため、必然的に初期から重度の肝炎、肝硬変および脂肪肝が対象に含まれている。解析結果において、生体組織の種別による音響特性の差異に加え、疾患に伴う細胞変性による音響特性の変化についても認められている。申請者が研究室に所有する、超高周波対応に改良した生体超音波顕微鏡システムを用いて、マウス・ラット肝臓の物性計測を行った。超音波の周波数は250 MHzとし、1枚の標本について4μmの空間分解能で二次元スキャンすることで広範囲について計測し、その結果から音速と音響インピーダンスを算出した。計測後の標本について、コントロールと脂肪肝はHE染色、それ以外はAzan染色またはMT染色を施すことで、同一標本の物性分布と病理像を得ている。対象とした肝臓は、コントロール、肝炎・肝硬変モデル、単純脂肪肝モデルおよびNASHモデルの四種類のマウス・ラットであり、コントロールは普通食、肝炎・肝硬変モデルについては四塩化炭素投与、単純脂肪肝モデルについては高カロリー食、NASHモデルはメチオニン・コリン欠乏食による飼育とし、マウスモデルは業者が、ラットモデルは研究室で作成した。また、研究を推進する中で、NASHモデルのマウスを安定して作成する別の手法が企業により公開されたことを受け、そちらのモデルマウスでの検討も追加で行っている。本年度は、取得した二次元の音響特性分布像と病理像との位置関係を既存の画像処理法を用いて併せ込み、病理像上で確認できる細胞小器官の各構造や線維および脂肪組織がそれぞれ有する生体特性について音響特性分布像から読み取ることを試みた。その結果、肝臓の細胞組織であっても正常肝、脂肪肝、NASHおよび線維症の肝臓ではそれぞれ音響特性が異なることが確認された。

具体的には、中心周波数500 MHzの超音波を用いて方位分解能4マイクロメートルで、数cm四方の領域について安定して計測し、二次元エコーデータを取得可能な状態とした。このシステムを用いて、複数の疾患に罹患したマウス・ラットの肝臓および皮膚科組織を計測し、取得されたエコー信号を解析することで、音速、減衰、音響インピーダンスの二次元マップを構築するとともに、各計測における最高分解能に相当する組織についての音響特性を評価した。その結果、肝臓においては正常肝、単純性脂肪肝、肝線維症・肝硬変、NASH(非アルコール性脂肪性肝炎)において音響特性に差異があることを再確認し、正常肝の肝細胞と疾患に罹患した肝臓の肝細胞の間に音響特性の差異があることも併せて確認している。また、高分解能での計測が実現したことにより、線維や脂肪を選択的にひょかすることも可能となった。また、同学術領域に参画中の研究者との連携により、音響特性の二次元マップと病理像との対応付けの高精度化を進めており、三次元への対応についても検討している。二次元での検討結果を踏まえ、5種の各モデルを三次元に拡張して新たなモデルを作成する。ここでいう三次元モデルとは、二次元モデルを空間的に連続配置したものではなく、標本作製時の薄切間隔などを考慮して、例えば散乱体サイズを算出する時点で三次元計算を行うことを意味している。二次元像を基にした三次元像の再構成に関しては、本課題と同じ新学術領域において研究を推進している研究者と連携して、それらの新規提案技術を組み込むことも想定している。作成された総合的生体物性モデル(解析データが増える毎に逐次更新される)を用いて、モデル作成に用いていない薄切標本の音響物性値から染色像で確認される細胞および構造の変性と形態的特徴を推定し、実際の染色結果を用いた病理検査結果と比較することで、モデルを用いた診断法の妥当性を検証する。同様に、染色結果を用いた病理検査結果のみを既知の情報として、モデルを介して音響物性値をブラインドで推定し、その結果について音響物性値の解析結果と比較することで逆方向の検証を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
単一ナノ発光材料のモルフォロジー分析技術の開発と量子物性の解明

本研究では、半導体ナノ粒子などのナノ発光材料を対象として、その材料のサイズ・形状・材質などが発光特性に与える影響を研究した。顕微分光法と時間相関単一光子計数法を組み合わせ、空間的に孤立した単一のナノ物質の発光の特徴を分析できる新たな計測技術を開発した。開発した技術を用いて、単一のナノ物質から2つの光子が連続的に放出されるカスケード発光過程の特徴を調べた。カスケード発光を分析することにより、単一ナノ物質の光吸収断面積や、2光子放出プロセスの輻射再結合レートの比を決定できることを明らかにした。ナノ発光材料のもつ量子的な性質を深く理解することは、その材料を用いた光デバイス・光源・光技術の開拓を目指す研究分野において重要な課題である。本研究では、様々な単一ナノ発光材料に活用できる新しいモルフォロジー分析技術を開発することを目指した実験を実施した。本年度は、単一のナノ材料の発光の2次の光子相関を時間分解して計測し解析を行う、新しい吸収断面積スペクトル測定技術の開発を進めた。発光効率と検出効率の見積もり誤差に影響されやすい従来手法の問題点を解決するために、モデル計算を活用した解析技術を導入した。モデルには、多光子吸収プロセスと、2光子カスケード発光プロセスにおける非輻射再結合過程の影響を考慮した。測定装置の改良・解析技術の導入により、従来の吸収断面積スペクトル測定法の問題点を解決することができた。開発した手法を用いて、単一ナノ発光材料のモルフォロジー分析法の開発に向けた測定を実施した。直径が10 nm程度のサイズのCdSe/ZnSナノ粒子を対象に、吸収断面積の測定を行った。単一ナノ粒子に対して同時計測した2次の光子相関と減衰曲線を精密に分析することによって、吸収断面積の絶対値を決定できることを明らかにした。粒子サイズに応じて吸収断面積が変化することを意味する実験データを得ることができた。複数の粒子を測定した際に現れる統計的性質や、直線偏光の励起光を用いて測定した際に現れる偏光依存性を明らかにした。高密度励起条件下で活用できる新しい解析技術の構築にも着手することができた。励起子分子と励起子の輻射再結合レートの比を正確に決定できることを示唆する知見が得られた。当初計画していた通りに、単一ナノ粒子の吸収断面積の測定法に関して、従来手法のもつ問題点を解決することができた。単一ナノ粒子の吸収断面積を決定するだけでなく、2光子カスケード発光の特徴に関しても、多くの新しい知見を得ることができた。研究開始時には困難と予想していた、高密度励起条件下で活用できる新しい解析技術の構築にも着手することができた。励起子分子と励起子の輻射再結合レートの比を正確に決定できることを示唆する重要な知見も得られた。これらの点を考慮し、おおむね順調に研究が進展していると自己評価した。最終年度には、空間的に孤立した単一のナノ粒子から2つの光子が連続的に放出される2光子カスケード発光を精密に分析するために、高密度励起条件化で活用できる新しい解析技術を開発した。同時計測した強度相関のデータと発光減衰曲線のデータを精密に解析することにより、高密度励起条件でもカスケード発光の量子効率の相対値を決定できることを明らかにした。開発した新しい解析技術を活用し、単一のCdSe/ZnSナノ粒子における2光子カスケード発光の寿命と量子効率の関係性を高密度励起条件において調べた。高密度励起条件下で生じやすいナノ粒子のイオン化により、ナノ粒子の内部の電荷の数が変化し、その変化が2光子カスケード発光の寿命や量子効率に大きく影響することを明らかにした。また、ELディスプレイへの活用が期待される発光材料である、無機CsPbBr3ペロブスカイト量子ドットを対象として、単一ドット発光分光実験を行った。3つの電荷からなるトリオン状態の生成が、Snドープによって抑制されていることを明らかにした。様々なモルフォロジーをもつ単一ナノ発光材料に活用できる新たな2光子カスケード発光分析技術を構築し、その有効性を明らかにすることができた。初年度に実施した実験によって得られた知見に基づいて、吸収断面積スペクトル測定・モルフォロジー分析を活用し、ナノ発光材料の量子物性を解明するための実験に取り組む。初年度に着手した、高密度励起条件下で活用できる新しい解析技術の有効性を明らかにする。創出した新しい解析技術を活用し、2光子カスケード発光の寿命や量子効率の性質を調べる。

高密度励起条件下で生じやすい粒子のイオン化が、2光子カスケード発光の寿命や量子効率に与える影響を解明するための実験を実施する。また、異方的な形状をもつナノ粒子に対する吸収断面積スペクトル測定を実施し、その特徴を明らかにする。所属機関が変わることとなったが、以前の所属機関の共同利用制度を活用し、研究を推進する計画である。これら単一ナノ発光材料のモルフォロジー分析技術の開発と量子物性の解明に関連する成果を取りまとめ、論文発表や学会発表を行う。量子光物性,顕微分光
マルテンサイト変態の低温異常の解明と超弾性合金の低温応用

マルテンサイト変態に関連する低温異常現象の中で、Ti-Ni合金におけるストレイン・グラス(SG)現象およびNi基メタ磁性形状記憶合金におけるカイネティックアレスト現象の起源の解明とマルテンサイト変態への影響を明らかにするため、それぞれTi-51.8Ni合金およびNi-5Co-36Mn-14In合金(at.%)を用い、低温域におけるマルテンサイト変態挙動とその温度依存性について調査した。その結果、TiNiにおいては、SG状態からでも超弾性が発現すること、また正・逆変態の誘起応力ヒステリシスがSG状態において異常に大きくなることを突き止めた。さらにこの応力ヒステリシスの異常な増加傾向を利用することで、一定応力下の加熱過程において、平衡論的にはありえないはずの、母相からマルテンサイト相への変態が可能であることを確認した。一方NiCoMnInについては42Kの極低温でも超弾性が発現可能であることを明らかにするとともに、母相-マルテンサイト相界面の動力学に関する低温での異常な挙動が、外場の種類に寄らず普遍的に起こり得る現象であることを突き止めた。両合金を対象とした研究結果は、極低温における変態応力ヒステリシスの増大が低温異常現象と関連しているということを示唆しており、その学術的意義は大きい。また、低温異常が報告されておらず室温で良好な超弾性特性、組織制御性を有するCuAlMn基形状記憶合金を用いた調査では、4.2Kにおいても良好な超弾性特性が得られることを確認し、極低温での応用可能性を見出すことに成功した。本研究成果は、超伝導周辺技術や宇宙工学、低温冷媒のシール材などへの超弾性合金の応用を提案するものであり、その工学上の意義は非常に大きい。当初予定していた3つの合金に対し、低温でのマルテンサイト変態挙動を調査し終えた。また得られた変態挙動に対して、平衡熱力学、動力学の両面から考察を行うことで関連する異常現象とマルテンサイト変態の関連性を考察した。これらの成果は、Applied Physics Lettersをはじめとする学術誌に複数投稿している。加えて、TEM観察による組織評価や相平衡に関するデータも得ることができ、基礎学理の深化に貢献した。これまで報告されている低温異常現象とマルテンサイト変態の関連性について理解を深めることに成功したが、異常現象の起源や普遍性についてはまだ十分な検討ができていない。これらを検討するためには、マルテンサイト変態に限らず、一次の変態について動力学的見地に立った系統的な調査が今後は必要である。マルテンサイト変態に関連する低温異常現象の中で最も大きなインパクトを有するストレイン・グラス(SG)現象の起源の解明と普遍的な現象としてのコンセンサスを確立するため、SG現象が起こる合金ri-51.8Ni(at.%)を用い、低温域におけるマルテンサイト変態挙動とその温度依存性について調査した。その結果、SG状態においても超弾性が発現すること、また正・逆変態の誘起応力ヒステリシスがSG状態において異常に大きくなることを突き止めた。これと同様の変態挙動は、NiCoMnInメタ磁性形状記憶合金の一定磁場印加状態での加熱過程においても起こる(カイネティック・アレスト現象)ことが知られており、母相-マルテンサイト相界面の動力学に関する低温での異常な挙動が、外場の種類に寄らず普遍的に起こり得る現象であることを突き止めた。応力ヒステリシスの異常な増加傾向については、転位の引き摺りに関して現象論的解析を行った先行研究を転用する形で、その温度依存性が非熱活性化の成分と熱活性化の成分の和で表すことができることを明らかにした。この知見は、熱弾性型の形状記憶合金が、熱活性化および比熱活性化の成分どちらが支配的であるかによってカテゴライズできることを示唆しており、学術的に非常に意義が大きいばかりでなく、これら成分に関する情報を系統的に把握することで、形状記憶合金の低温応用にふさわしい合金系を効率よく見出す、もしくは推測することができるものと期待される。また室温で良好な超弾性特性、組織制御性を有するCuAIMn基形状記憶合金を用いた調査では、4.2Kにおいても良好な超弾性特性が得られることを確認し、極低温での応用可能性を見出すことに成功した。

両合金を対象とした研究結果は、極低温における変態応力ヒステリシスの増大が低温異常現象と関連しているということを示唆しており、その学術的意義は大きい。また、低温異常が報告されておらず室温で良好な超弾性特性、組織制御性を有するCuAlMn基形状記憶合金を用いた調査では、4.2Kにおいても良好な超弾性特性が得られることを確認し、極低温での応用可能性を見出すことに成功した。本研究成果は、超伝導周辺技術や宇宙工学、低温冷媒のシール材などへの超弾性合金の応用を提案するものであり、その工学上の意義は非常に大きい。Ti-Ni合金、高加工性Cu-Al-Mn合金を対象に、磁気特性等の基本変態特性の評価および機械特性の評価を行った。Ni基メタ磁性合金も評価段階にある。TEM観察による組織評価はまだ行っていないが、機械特性の評価から低温異常に関する知見を予想以上に得ることができ、今後さらなる進展が期待できる。当初予定していた3つの合金に対し、低温でのマルテンサイト変態挙動を調査し終えた。また得られた変態挙動に対して、平衡熱力学、動力学の両面から考察を行うことで関連する異常現象とマルテンサイト変態の関連性を考察した。これらの成果は、Applied Physics Lettersをはじめとする学術誌に複数投稿している。加えて、TEM観察による組織評価や相平衡に関するデータも得ることができ、基礎学理の深化に貢献した。同様の調査を他の合金系にも拡張して行い、低温異常現象の普遍的・系統的理解につなげる。当初の予定通り、TEM観察により組織学的評価を行うことで、ストレイングラス状態における界面の動的観察や内部組織の温度変化について調査する。新たに明らかになった応力ヒステリシスの低温異常の起源を調べるため、すでに調査したNi-Ti合金の熱処理を変えたものを用いて、異常現象と熱処理(空孔濃度)の関係について調査する。これまで報告されている低温異常現象とマルテンサイト変態の関連性について理解を深めることに成功したが、異常現象の起源や普遍性についてはまだ十分な検討ができていない。これらを検討するためには、マルテンサイト変態に限らず、一次の変態について動力学的見地に立った系統的な調査が今後は必要である。
経口的グルタミン摂取が運動時のレドックス調節,および免疫機能に及ぼす影響

激しい運動時や異化的疾病時にグルココルチコイド等によってもたらされると考えられる抗酸化機能抑制作用に対し,積極的な予防対策を講じるための栄養学的手段として,グルタミン経口摂取の影響を検討することを目的とした.すでに前年度までの解析の中で,グルココルチコイドによるグルタミンインバランスがグルタチオンレベルを低下させて生体の抗酸化機能を抑制する可能性が示唆されている.そこで,人工グルココルチコイド製剤を用いて異化亢進状態をシミュレートし,生体の抗酸化システムの変化に対して,グルタミン経口摂取が及ぼす影響について検討した.被験動物として7週齢のWistar系雄ラット(n=21)を用いた.12h L-D4サイクルによる1週間の予備飼育後に,dexamethasone(Dexa)を7日間連続で腹腔内投与する群(0.5mg/kg/BM/day,n=14)とプラセボ群(n=7)に分類した.Dexa投与群の半分は,本実験中,5%相当(重量)のL-glutamine添加飼料を摂取させるグルタミン摂取群とした.実験終了時の体重はDexaにより有意に低下したが,グルタミンの経口摂取はその低下を抑制することが示された.Dexa投与に伴う肝臓グルタチオンレベルの低下についても,有意差は認められなかったがやはりグルタミン摂取により抑制される傾向が示された.酸化ストレス指標として肝臓タンパク質カルボニル含有量を検討したが,群間に差異は認められなかった.しかしDNAの酸化的損傷マーカーと考えられる8-OHdG含有量を評価したところ,Dexa投与により認められた有意な8-OHdGレベルの増大は,グルタミン摂取群では完全に消失していた.これらの結果から,グルココルチコイドにより生じる体重減少などの異化や酸化損傷の促進現象は,いずれもGln摂取により軽減する可能性が示唆された.急性運動負荷による生体抗酸化機能の変化に対して,事前のグルタミン経口摂取が及ぼす影響について検討した.被験動物として7週齢のWistar系雄ラット(n=28)を用い,12h L-Dサイクルによって2週間にわたる予備飼育を行った.予備飼育の間,1日あたり10分間のトレッドミルランニング運動(10m/min)を週3回の頻度で行い,トレッドミル上での走行に慣れさせた.運動実験の1週間前に,ラットを5%相当(重量)のL-glutamineを添加した飼料を摂取するグルタミン投与群(n=14)と,窒素量をカゼインで調整したコントロール群(n=14)の2群に分類した.毎日飼料を回収して秤量し,日々の摂餌量を観察して運動実験に備えた.2週間の予備飼育終了後,各群の半分のラット(n=7)に,トレッドミルを用いた単回の疲労困憊運動(負荷漸増法)を負荷した.安静時,および運動直後に麻酔下に腹腔動脈から採血して失血死させ,下肢骨格筋(ヒラメ筋),および肝臓を速やかに採取した.血液サンプルは,アミノ酸分析のためにヘパリン処理をして血漿を分離し,残りからは血清を得てそれぞれ測定に充てた.グルタミン投与は骨格筋グルタミンレベルの有意な増加をもたらした.運動負荷により,両群共に血清CKやLDHレベルは増加し,コントロール群では血清過酸化脂質濃度の安静値からの有意な上昇が確認された.しかしグルタミン投与群では,血清過酸化脂質濃度はむしろ低下した.骨格筋中のグルタチオン濃度はコントロール群で運動により安静値に比し有意に低下したが,グルタミン投与群ではグルタチオン量の低下が抑制され,維持された.これらの結果から運動誘発性の生体レドックスバランスは,グルタミンの経口摂取によって影響され,事前のグルタミン経口摂取により運動後の酸化ストレスレベルを抑制できる可能性が示唆された.運動に伴う活性酸素種生成の亢進や抗酸化機能の低下現象に対して、グルタミンの経口投与が抑制的に作用することが示唆されている。すでに得られた知見と合わせると、グルタミンインバランスを是正することが抗酸化システムや細胞性免疫機構を正常に保つために重要な視点であると理解できる。しかしストレス時のグルタミン動態はグルココルチコイドの影響下にあると報告されており、運動そのものは酸素摂取量の増大などの様々な代謝的変化を伴うため、グルココルチコイドの単独効果に対するグルタミン摂取の影響を検討する必要がある。そこで人工グルココルチコイド製剤(Dexamethasone, Dexa)を用いて異化亢進状態をシミュレートし、末梢血リンパ球機能の変化に対して、グルタミン経口摂取が及ぼす影響について検討した。被験動物として9週齢のWistar系雄ラット(n=24)を用いた。2週間にわたる予備飼育を行い、5%相当(重量)のL-glutamineを添加した飼料を摂取するグルタミン投与群(n=12)と、窒素量をカゼインで調整したコントロール群(n=12)の大きく2群に分類した。2週間の予備飼育終了後、両群の半分のラット(n=6)に、0.5mg/kg/BM/dayの割合でDexaを7日間連続で腹腔内投与し、残りの半分にはplaceboとしてsalineを投与した。その結果、Dexa投与により、胸腺、副腎、脾臓の著明な萎縮と共に、遅筋を除く大部分の骨格筋にグルタミン濃度の低下を伴った萎縮が確認され、リンパ球数は減少し、リンパ球幼若化反応も低下した。これに対し、経口的グルタミン摂取を続けた場合、骨格筋内アミノ酸動態に対して有意な影響を及ぼさなかったが、骨格筋の萎縮が有意に抑制された。

またグルタミン摂取により、Tリンパ球数の減少は改善されないが、リンパ球幼若化反応の低下が軽減される傾向を示した。激しい運動時や異化的疾病時にグルココルチコイド等によってもたらされると考えられる抗酸化機能抑制作用に対し,積極的な予防対策を講じるための栄養学的手段として,グルタミン経口摂取の影響を検討することを目的とした.すでに前年度までの解析の中で,グルココルチコイドによるグルタミンインバランスがグルタチオンレベルを低下させて生体の抗酸化機能を抑制する可能性が示唆されている.そこで,人工グルココルチコイド製剤を用いて異化亢進状態をシミュレートし,生体の抗酸化システムの変化に対して,グルタミン経口摂取が及ぼす影響について検討した.被験動物として7週齢のWistar系雄ラット(n=21)を用いた.12h L-D4サイクルによる1週間の予備飼育後に,dexamethasone(Dexa)を7日間連続で腹腔内投与する群(0.5mg/kg/BM/day,n=14)とプラセボ群(n=7)に分類した.Dexa投与群の半分は,本実験中,5%相当(重量)のL-glutamine添加飼料を摂取させるグルタミン摂取群とした.実験終了時の体重はDexaにより有意に低下したが,グルタミンの経口摂取はその低下を抑制することが示された.Dexa投与に伴う肝臓グルタチオンレベルの低下についても,有意差は認められなかったがやはりグルタミン摂取により抑制される傾向が示された.酸化ストレス指標として肝臓タンパク質カルボニル含有量を検討したが,群間に差異は認められなかった.しかしDNAの酸化的損傷マーカーと考えられる8-OHdG含有量を評価したところ,Dexa投与により認められた有意な8-OHdGレベルの増大は,グルタミン摂取群では完全に消失していた.これらの結果から,グルココルチコイドにより生じる体重減少などの異化や酸化損傷の促進現象は,いずれもGln摂取により軽減する可能性が示唆された.
骨リモデリングに関与する細胞の相互作用

マウス骨髄より骨芽細胞と前破骨細胞を分離培養し、骨芽細胞は長期培養できる細胞株を得た。一方、前破骨細胞は、Interleukin(IL)3とIL6存在下で培養し、付着細胞を除いた。このようにして得た骨芽細胞のあるクロ-ンは、アルカリホスファタ-ゼ陽性であるばかりでなく、spleenより得たstem cellや上記の方法で得た前破骨細胞を酒石酸耐性酸ホスファ-タ-ゼ(TRACP)陽性多核細胞への分化を促進した。その際の分化誘導物質は、活性型ビタミンD_3でもプロスタグランジンE_2でもよかった。しかし、骨芽細胞非存在下では、TRACP陽性細胞は検出出来なかった。以上の事は、この得られた骨芽細胞から破骨細胞分化誘導因子が産生されている事を意味しており、今後この因子の産生機序の解明やこの因子がどのような物質なのかを研究する上で非常に貴重な細胞であると思われる。現在までのところ破骨細胞への分化誘導は、staurosporineなどのc-kinase阻害剤により抑制がかかることよりこの分化促進因子の産生には、たんぱくリン酸化が関与している可能性が示唆されている。更に、この骨芽細胞を用いプロスタグランジン添加による細胞内フリ-カルシウムイオンの変動をしらべたところE_2とF_<2a>により上昇することが明らかになり本細胞での機能発現にDG-c-kinase及びIP3-カルシウム系が関与している事が推測される。一方、IL-3とIL-6存在下で長期培養した骨髄細胞に鳥myelocytomatosis virusより単離した癌遺伝子MCV-38をパルス放電法により入れこみ増殖型前破骨細胞を得る試みを東ソ-研究所で行ったところ、いろいろな細胞がとれてきたので現在その細胞の同定を行っている所である。
自己浮上式海底熱流量計による西南日本沈み込み帯の熱的構造の研究

1.浅海域での地殻熱流量測定をめざして開発した自己浮上式海底熱流量計をほぼ完成し、長期計測を開始した。(1)試験的測定として、平成9年4月に相模湾の海底に設置し、5日後に回収した。プローブの防水に不備があったため温度データは得られなかったが、システム全体としては正しく動作した。(2)実際に熱流量測定を行うために、9年6月に2台を駿河湾の海底に設置した。うち1台は10年1月に回収を計画していたが、海況不良のために実行できなかった。この2台は、10年6月に回収する予定である。(3)システム全体をさらに小型・軽量化した改良型の装置を製作し、10年1月に海中動作試験を行った。2.9年10月、前年度に銭洲海嶺の南に設置した長期温度計測装置を回収した。四国海盆が新たに沈み込みを開始しつつあるとされる場所で、1年間の海底堆積物中の温度記録を得た。3.南海トラフ東部の付加体において、ガス・ハイドレートによる反射面の深さから推定される熱流量分布をまとめるとともに、9年4月にはプロープによる熱流量測定を行った。4.前年度に引き続き、近畿地方における熱流量測定を実施した。(1)孔井内の温度データが存在する地点について、熱伝導率の測定を行い、前年度と合わせて35地点で新たに熱流量が求められた。(2)淡路島北淡町の野島断層掘削孔に、光ファイバをセンサとする温度計測装置を設置して、長期観測を開始した。温度プロファイルは安定しており、コア試料について測定した熱伝導率データを用いて熱流量を求めることができた。また、放射性発熱量の測定も行った。5.これらの結果に基づいて、西南日本沈み込み帯の温度構造について検討を行っている。紀伊半島南部付近の高熱流量は、付加体中の物質の流動を反映している可能性がある。1.浅海域での地殻熱流量測定を可能とする、自己浮上式海底熱流量計の製作を行った。まず海底温度記録計部分、および音響切離装置部分を設計・製作し、7年11月に東京大学海洋研究所淡青丸の航海において、海中での温度計測と音響切離の動作試験を実施した。測定状態モニターのための音響パルスの周波数を変更する必要があるが、基本的な機能には問題がないことが確認された。2.上の結果に基づいて、これに接続する温度プローブ部分の設計を進めた。8年度の前半には、試作品を温度記録計、切離装置と組み合わせての設置・回収、及び温度勾配測定の試験を計画している。3.上記の淡青丸航海において南海トラフ東部での熱流量測定を実施したが、底質・海況等の条件のために質のよいデータが得られなかった。8年3月には、東京大学海洋研究所白鳳丸の航海において、銭洲海嶺付近を中心に熱流量測定を行い、西南日本の下に沈み込む四国海盆の温度構造について情報を得る予定である。四国地域において、熱流量測定に使用できる孔井を捜すためのアンケート調査を実施した。利用可能と思われるものが数地点見つかったため、8年度に測定を実施すべく、孔井の所有者と折衝中である四国の四万十帯の典型的な砂岩・泥岩試料について放射性発熱量を測定した結果、他の沈み込み帯の前弧域に比べて有意に高い値を示すことが明らかになった。1.前年度に引き続き、浅海域での地殻熱流量測定を可能とする、自己浮上式海底熱流量計の開発を進めた。(1)温度プローブ部分の試作品を製作し、8年7月に鹿児島大学水産学部かごしま丸の航海において、海底温度記録計部分、及び音響切離装置部分と組み合わせての設置・回収、及び温度勾配測定の試験を試みた。海底堆積物へのプローブの貫入、温度測定には成功したが、音響制御回路の不調により、設置・回収については十分な試験ができなかった。(2)上の結果に基づいて、音響制御回路の改善、熱流量計全体の小型・軽量化、温度プローブ部分の実用品の製作を行った。これらを使用しての設置・測定・回収試験を9年3月に実施する予定である。9年度の前半には、長期観測を開始することを計画している。2.8年7月に、銭洲海嶺の南に海底堆積物中の温度を長期計測する装置を「しんかい2000」により設置した。装置の回収は9年度に予定しており、四国海盆が新たに沈み込みを開始しつつあるとされる場所での温度構造についての情報が得られる見込みである。3.近畿地方において、紀伊半島から日本海沿岸にわたる地域で熱流量測定を行った結果、既存のデータと合わせて熱流量が東西に帯状の分布をしていることが明らかになった。これは、西南日本沈み込み帯の温度構造を解明する上での重要な境界条件となる。4.淡路島北淡町に掘削された深さ約1700mの孔井に、サーミスタ及び光ファイバセンサによる長期温度計測装置を設置する準備を進めた。掘削作業の遅れにより、設置は9年4月頃を予定している。この掘削孔で得られたコア試料について、熱伝導率と放射性発熱量の測定を開始した。

(2)実際に熱流量測定を行うために、9年6月に2台を駿河湾の海底に設置した。うち1台は10年1月に回収を計画していたが、海況不良のために実行できなかった。この2台は、10年6月に回収する予定である。(3)システム全体をさらに小型・軽量化した改良型の装置を製作し、10年1月に海中動作試験を行った。2.9年10月、前年度に銭洲海嶺の南に設置した長期温度計測装置を回収した。四国海盆が新たに沈み込みを開始しつつあるとされる場所で、1年間の海底堆積物中の温度記録を得た。3.南海トラフ東部の付加体において、ガス・ハイドレートによる反射面の深さから推定される熱流量分布をまとめるとともに、9年4月にはプロープによる熱流量測定を行った。4.前年度に引き続き、近畿地方における熱流量測定を実施した。(1)孔井内の温度データが存在する地点について、熱伝導率の測定を行い、前年度と合わせて35地点で新たに熱流量が求められた。(2)淡路島北淡町の野島断層掘削孔に、光ファイバをセンサとする温度計測装置を設置して、長期観測を開始した。温度プロファイルは安定しており、コア試料について測定した熱伝導率データを用いて熱流量を求めることができた。また、放射性発熱量の測定も行った。5.これらの結果に基づいて、西南日本沈み込み帯の温度構造について検討を行っている。紀伊半島南部付近の高熱流量は、付加体中の物質の流動を反映している可能性がある。
英国東インド会社トンキン商館文書を用いた近世ベトナム史の新研究

本研究は、大英図書館が所蔵する英国東インド会社(EIC)トンキン商館文書の分析を通じて、近世ベトナム政治史の解明を目指さんとしたものである。大英図書館での原文書閲覧とその分析により判明した事実のうち、特に重要なものに、以下のものがある。(1)EICのトンキン駐在に於いては、特に初期にはポルトガル語を話せる人材が大きな役割を果たした。(2)貿易港フォーヒエンには毎年多数のシャム船が入港し、盛んに取引を行っている。また、船長にはフォーヒエンに現地妻を持つ者もいるなど、広く海域アジア全般で見いだされる貿易港の特徴が当てはまる。本研究は、イギリスの大英図書館(British Library)が所蔵する英国東インド会社トンキン商館文書の分析を通じて、17世紀ベトナム政治史の解明を目指すものである。英国東インド会社は、断続はあるが17世紀後半に北部ベトナム(トンキン)に商館を開設していた。その記録は大英図書館に所蔵され、現在その全てが閲覧可能であり、ベトナムと欧州諸国との交渉や商館員のベトナム社会観察のみならず、それらを通じてベトナムの統治機構や政治権力の所在など多様な情報を含んでいる。商館文書の分析および漢文史料・既往研究との対象により、17世紀ベトナム王朝国家の政権構造を解明し、すでに解明の進んでいる幕府や清朝など同時期の東アジア・東南アジアの新興王権のそれとの比較を行う。2009年8月に大英図書館のIndia Record Officeに赴き、イギリス東インド会社トンキン商館文書を約2週間にわたって閲覧・調査した。全体の概要確認のほか、とくに商館設置初期の交渉部分について集中的に検討した。その結果、王族・宙官との具体的交渉過程やオランダ東インド会社との関係、通訳の活動などが具体的に判明した。また、同図書館所蔵のフランス語書籍も一部調査をおこなってマイクロフィルムからの紙焼きの形で入手した。そのなかには日本の公的機関が所蔵していない文献(Marini, Histoire nouvelle et cucieuse des royaumes de tongvin et de lao.)も含まれており、今後の活用が期待できる。本年度に於いては、当初計画では昨年度に同じく大英図書館(British library)にて史料調査を行う予定であったが中止した。その理由は、当該史料の整理を担当していたA.Farrington氏の遺稿を偶然入手したため、これと昨年度の調査結果とを併せて分析に集中する方が2年間という科研の期間を考えた場合、より有効に時間と資金とを利用できると判断したからである。これらの史料の分析により、以下のことが新たに判明した:(1)イギリス東インド会社のトンキン駐在に於いては、特に初期にはポルトガル語を話せる人材が大きな役割を果たした。これは既に一部で指摘されていた、ポルトガル語が南シナ海世界における共通語としての役割・重要性は、インドシナ半島東岸においてもしかも非カトリックの西洋人が関わる場合においても確認されることを意味している。今後は布教史や直接ポルトガルが関わったマカオやマラッカ、日本貿易など以外の場面においてもポルトガル語を用いた既往研究を参照する必要があるだろう。(2)フォーヒエンには毎年多数のシャム船(船長の民族的属性ははっきりしないことが多い)が入港し、盛んに取引を行っている。さらに、シャム船は当地でイギリス東インド会社とも貿易を行い、金銭貸借などをめぐって紛争も発生している。現地の地方官署・現地有力者は要請に応じてトラブル解決に動くものの、基本的に積極的な介入を好まなかった。
ゾル・ゲル法による2次電子増倍膜を用いたMCPの開発

電子増倍素子であるマクロチャネルプレート(以下MCP)の新しい製法に関する研究として、本年度は以下の様な成果が得られた。(1)MCPの基盤として感光性ガラスを導入することにより、フォトマスクにより任意の形状マイクロチャネルを形成することが可能となった。また高アスペクト比のチャネル形状を得るための露光時間および熱処理条件の最適値を見いだした。(2)マイクロチャネル内への電子増倍膜を鉛アルコキシドを用いたゾル・ゲル法により形成する方法を開発した。この方法によれば、毛細管現象を利用した高アスペクト比を有するマイクロチャネル内にアルコキシド液を均一に塗布し、鉛ガラスを用いた2次電子増倍膜を形成できる特徴がある。ゾル・ゲル法によるガラス化のための熱処理温度は600°C程度が必要であるが、この熱処理行程においてMCP基盤である感光性ガラスからシリコンが鉛ガラス内に拡散し、鉛成分が著しく低下する事が明らかになった。このためエッチングによりマイクロチャネルを形成した基盤を再度露光、熱処理により結晶化し、ガラスの軟化温度を800°C以上に高めることにより基盤から鉛ガラスへのシリコンの熱拡散を制御する事に成功した。(4)鉛ガラスの抵抗値を低下するために、ビスマスの添加を試みた。これにはビスマスのアルコキシドを鉛アルコキシドに添加混合し、ゾルゲル法によりガラス化することにより実現できる。この結果数%のビスマス添加と、水素還元時間の組み合わせにより、約7桁の範囲で膜抵抗値の制御が可能となった。また還元された鉛ガラス抵抗値は極めて安定であった。試作したMCPの増倍特性はアスペクト比7.9、印加電圧600V、入射電流50pAにおいて94倍が得られた。
小脳髄芽腫の細胞多様性と細胞系譜

本研究により、小脳髄芽腫は双極性の細胞形態をとる癌幹細胞から複数の樹状突起様構造を有する多極性の顆粒細胞様ニューロンまでを含む様々な分化度の細胞で構成されるヘテロな細胞集団であり、癌幹細胞が正常の小脳顆粒前駆細胞と良く似た分化段階を経て形成されることが示された。この髄芽腫細胞の分化度と一致した発現様式を示すmiRNA-Xについて、樹立した髄芽腫癌幹細胞株及びPtc1コンディショナルノックアウトマウスを用いて機能解析を行った結果、miRNA-Xが髄芽腫癌幹細胞の分化を誘導していることが示された。小脳腫瘍(髄芽腫)には治療標的となりうる癌幹細胞は存在するのか?治療標的としての癌幹細胞を考える際、癌幹細胞を頂点とした癌細胞の階層性が前提条件となる。しかし現状では、この階層性は愚か小脳髄芽腫を構成する癌細胞の多様性・種類すら不明である。そこで小脳腫瘍細胞の多様性と階層性を明らかにすべく、昨年から本年度にかけてPtc1へテロマウスに発生する小脳髄芽腫をモデルシステムとして、タモキシフェン誘導型Cre/loxPシステムを用いて小脳髄芽腫内の癌細胞を膜移行型EGFPよる分子遺伝学的標識を行い、免疫組織学的解析によって癌細胞の形態学多様性と細胞系譜についての解析を行った。その結果、小脳髄芽腫においては少なくとも一部のがん細胞は、起始細胞である小脳顆粒前駆細胞の発生・分化シークエンスと良く似た分化パターンをとることによって癌細胞の多様性・階層性が形成されることが示された。この新知見に基づいて、本年度は研究代表者の一連の研究(平成22-23年度挑戦的萌芽研究『miRNAの迅速かつ安価なin vivo解析技術の開発と脳腫瘍への応用』)により明らかにしたmiRNA(髄芽腫前がん細胞が癌への進展するかあるいは神経分化するのかの運命決定に関わるmiRNA)に着目して、髄芽腫におけるmiRNAの発現様式とニューロン新生様式を解析した。その結果、多くの髄芽腫検体においてmiRNAの部分的な発現が認められ、その発現様式は髄芽腫内のニューロン新生のパターンと酷似することが明らかとなった。すなわち同定したmiRNAは前がん病変のみならず癌細胞の分化誘導・増殖停止に働いている可能性が示めされた。そこでさらに機能学的解析によりmiRNAによる小脳髄芽腫細胞の分化誘導能を確かめるべく、小脳髄芽腫細胞株の樹立を行い、miRNAの機能解析に向けて現在その細胞性状の解析を進めている。<目的・方法>脳腫瘍には治療標的となりうる癌幹細胞は存在するのか?治療標的として癌幹細胞を考える際、癌幹細胞を頂点とした癌細胞の階層性が前提条件となる。しかし現状では、この階層性は愚か脳腫瘍を構成する癌細胞の多様性・種類すら不明である。そこで本年度は、Ptc1へテロマウスに発生する小脳髄芽腫をモデルシステムとして、癌細胞の多様性と階層性の有無を明らかにすべく、免疫組織学的(IHC)解析ならびに分子遺伝学的に散発性蛍光標識した癌細胞の3D形態(3D-CM)解析を行った。<結果>小脳髄芽腫の起始細胞である顆粒前駆細胞および顆粒神経細胞、ならびにBrdUと各種細胞増殖マーカーを用いたIHC解析の結果、小脳髄芽腫ではニューロン新生が生じており、増殖マーカー陰性・ニューロンマーカー陽性の細胞を含む様々な分化度の細胞で構成されるヘテロな細胞集団であることを明らかにした。次に未分化顆粒前駆細胞マーカーAtoh1陽性の小脳髄芽腫細胞をCre/loxシステムを用いて低濃度タモキシフェン投与によって散発性に恒久的GFP標識を行い、その髄芽腫細胞さらに娘細胞について経時的に3D-CM解析を行った。その結果、GFP標識直後においては双極性および単極性形態の細胞がドミナントであり、その細胞形態は胎生期あるいは生後の正常な顆粒前駆細胞とよく酷似していることが明らかになった。また少数ながら多極性の大型細胞の存在も認めた。GFP標識120時間後には、GFP標識クローン内の一部の娘細胞が、顆粒細胞ニューロンと似た未熟型dendrite構造を有するニューロン様細胞となることを明らかにした。以上の結果はIHC解析の結果とよく一致しており、小脳髄芽腫では少なくとも一部の髄芽腫細胞が、正常の小脳顆粒細胞の発生とよく似た分化シークエンスをとることによって、癌細胞の多様性・階層性を形成していることが示唆された。脳腫瘍には治療標的となりうる癌幹細胞は存在するのか?治療標的として癌幹細胞を考える際、癌幹細胞を頂点とした癌細胞の階層性が前提条件となる。

そこで本研究では、Ptc1へテロマウスに発生する小脳髄芽腫をモデルシステムとして、癌細胞の多様性と階層性の有無を明らかにすべく、免疫組織学的(IHC)解析ならびに分子遺伝学的に散発性蛍光標識した癌細胞の3D形態(3D-CM)解析ならびに細胞系譜解析を行った。さらに研究代表者が同定したmiRNA-X(平成22-23年度挑戦的萌芽研究)が、この階層性の形成に関与しているか否かを明らかにすべく機能解析を行なった。本研究の結果、小脳髄芽腫は新生ニューロンを含む様々な分化度の細胞によって構成されるヘテロな細胞集団であり、双極性の細胞形態を呈する髄芽腫(幹)細胞(の少なくとも一部)が、正常の小脳顆粒細胞と似た分化段階を経ることで小脳髄芽腫細胞の多様性と階層性が形成されていることが示された。さらに小脳髄芽腫より樹立した癌幹細胞株及びPtc1コンディショナルノックアウトマウスを用いてmiRNA-Xの機能解析を行った結果、miRNA-Xが小脳髄芽腫の癌幹細胞の分化を誘導し、その細胞多様性と階層性の形成に関与していることが明らかとなった。以上の結果から、miRNA-Xの補充療法及び発現誘導は、小脳髄芽腫内の癌幹細胞の根絶治療に極めて有効であることが示された。分子神経発生学、脳腫瘍生物学昨年度から本年度にかけて、小脳腫瘍細胞の細胞形態学多様性ならびに細胞系譜について細胞レベルのメカニズムを明らかにした。本年度はその分子機構の解明に取り組み、候補制御因子としてmiRNAを同定し、さらにmiRNAによる小脳腫瘍細胞の分化誘導能を機能解析により検証すべく髄芽腫細胞株の樹立に取り組み、現在までに細胞株樹立についても良好な結果が得られている。従っておおむね順調に本研究は進展しているものと考える。導入したCreERT2発現マウスの遺伝的背景の影響により、想定していなかった小脳髄芽腫の発生率の低下ならびに神経症状の出現遅延が生じたため、平成24年度3月頃より予定していた「小脳髄芽腫細胞の分子生物学的多様性」に関する解析を開始することができず、この解析に関する試薬類の購入費は一部次年度へ繰り越すこととなった。しかしながら当初の主たる達成目標、「小脳腫瘍細胞の細胞学的多様性の有無とその階層性」については、最終的には良好に解析データを得ることができた。また本研究の3D-CM解析により、この小脳腫瘍細胞の多様性と階層性は、少なくても部分的には、正常の小脳顆粒細胞の発生とよく似た分化シークエンスにより形成されうるデータも得られた。さらに、この知見に基づいて本研究代表者の一連の研究(平成22-23年度挑戦的萌芽研究「miRNAの迅速かつ安価なin vivo解析技術の開発と脳腫瘍への応用」)から、本研究代表者が同定したmiRNAがこの小脳腫瘍細胞の分化にも関与しうるという予備的知見も得られており、本研究はおおむね順調に進展したと考える。今後は樹立した髄芽腫細胞株(スフェア培養系及び単層培養系)について性状解析を進めていくともに、同定したmiRNAによる髄芽腫細胞株の分化誘導能(細胞形態及び分化マーカーをはじめとする遺伝子発現)を解析する。また現在改良を進めているmiRNA及びmiRNA inhibitorの(誘導型)発現トランスポゾンベクターを用いて、樹立した髄芽腫細胞株の移植マウスの解析、ならびにPtc1コンデショナルノックアウトマウスへのin vivoエレクトロポレーションに応用することによってin vivoでの髄芽腫の分化誘導、退縮効果についての解析も行う予定である。