hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イオン液体が誘導するポルフィリン会合体によるユビキタスエネルギーシステムの構築

ポルフィリンJ会合体の形成には特殊な環境や複雑な構造のポルフィリン誘導体が必要であり実用化が難しい。本研究では単純な構造のポルフィリンをイオン液体を媒体に用いてJ会合体形成を実現した。また,光エネルギーの効率利用システムの構築を目指し,ポルフィリンーイオン液体間の蛍光共鳴エネルギー移動や凝集誘起蛍光発光にも成功した。イオン液体をより強力で効果的な蛍光能を有する蛍光ドナーとして活用するために,蛍光団をイオン液体構造に導入した蛍光イオン液体を複数合成し,低融点化法も見出した。この技術はイオン液体自身の電気伝導性も利用し,光化学材料,光電変換システムや光キラル化学への展開が期待される機能性色素として電気化学や光化学デバイスへの応用が期待されるポルフィリンJ会合体は、液ー液界面や気ー液界面,包接体などの特殊な環境下や複雑な構造のポルフィリン誘導体において形成されるため実用化が難しい。本研究は、単純な構造のポルフィリンを用い、イオンのみからなる媒体であるイオン液体中においてJ会合体を構築し、光エネルギーの獲得を目指す。当該年度は、蛍光能を有する機能性イオン液体の開発と、ポルフィリン構造とこれを溶解するイオン液体構造がポルフィリン会合体形成へ与える影響を調査し、形成されたポルフィリン複合体の光特性も評価した。蛍光能を有する機能性イオン液体として、粘性と融点を抑える観点から単純で小さな蛍光分子を採用し、イオン液体構造として最も一般的なイミダゾリウム骨格へ導入したものをデザインし、合成したところ、やや粘性は高いものの低い融点を示す室温イオン液体が得られた。単純な構造のポルフィリンとして、カチオン性ポルフィリンであるTMPyP、アニオン性ポルフィリンであるTPPS、非イオン性且つ非水溶性ポルフィリンであるTHPPを用いて調査した。J会合体形成はポルフィリン構造とイオン液体のアニオン種の影響を大きく受けることが示された。また、ポルフィリンJ会合体形成には酸の添加が有効であることが報告されているが、溶媒に中性のイオン液体を用いた本研究の系においても、酸性イオン液体を添加することでJ会合体が効果的に形成されることが明らかになった。合成した蛍光能を有する機能性イオン液体は、イオン液体化することにより蛍光強度の減少が観察されたものの、計画通り低い融点を示す室温イオン液体が得られた。また、単純な構造のポルフィリンのイオン液体中における会合体形成についても、適切なポルフィリン構造とイオン液体構造の選択により、特殊な環境下でなくても形成可能であることを見い出した。機能性色素として電気化学や光化学デバイスへの応用が期待されるポルフィリンJ会合体は、液ー液界面や気ー液界面,包接体などの特殊な環境下や複雑な構造のポルフィリン誘導体において形成されるため実用化が難しい。本研究は、単純な構造のポルフィリンを用い、イオンのみからなる媒体であるイオン液体中においてJ会合体を構築し、光エネルギーの獲得を目指すと共に,ポルフィリンに次いでイオン液体中において通常の媒体とは異なる分子挙動と光機能を示す色素の探索を行う。また,イオン液体自体に蛍光能を付与することで溶質ー溶媒間の近接した環境下での効率的な光エネルギー導出を目指す。当該年度は、前年度に続いて蛍光能を有する機能性イオン液体の開発と、ポルフィリン会合体形成へ与えるイオン液体構造や添加物の効果を調査し、形成されたポルフィリン複合体の光特性を評価した。蛍光能を有する機能性イオン液体開発においては,色素部位へのイオン液体骨格の導入位置や接合部位構造の影響を粘性,融点といったイオン液体としての側面と光特性といった光機能性色素としての側面の両面から評価した。また,今年度新たに取り組んだ課題として,凝集誘起発光(Aggregation-Induced Emission Enhancement:AIEE)特性を有する機能性色素に着目し,従来の水や有機溶媒とは異なるイオンのみからなる媒体であるイオン液体中およびイオン液体/有機溶媒混合系での挙動,並びに光特性を調査した。当該年度は蛍光能を有するイオン液体開発においてはイオン液体部位の構造と導入位置が物性に与える影響と新たな骨格を有する蛍光イオン液体の開発に取り組んだ。今回導入したイオン液体部位の構造においては,蛍光イオン液体の置換基の位置は蛍光波長には影響をほとんど与えないことが明らかとなった。また新たな骨格を有する蛍光イオン液体については合成途中である。ポルフィリン会合体形成においては,酸性条件下でイオン液体の構造がポルフィリンのプロトン化や会合体形成に影響を及ぼし,それに伴い異なる蛍光能を有することが明らかになった。最後にAIEE特性を有する色素に対し,有機溶媒へイオン液体を添加することで塩=イオン添加効果を調査し,イオン液体のアニオンが影響することが示唆された。本研究は、単純な構造のポルフィリンを用い、イオンのみからなる媒体であるイオン液体中においてJ会合体を構築し、光エネルギーの獲得を目指すと共に,ポルフィリンに次いでイオン液体中において通常の媒体とは異なる分子挙動と光機能を示す色素の探索を行った。

また,イオン液体自体に蛍光能を付与することで溶質ー溶媒間の近接した環境下での効率的な光エネルギー導出を目指した。当該年度は,継続して取り組んでいる蛍光能を有する機能性イオン液体の開発として,2系統の新たな蛍光イオン液体開発を合成した。一つは媒体としての粘性と融点低下を目指しコンパクトな蛍光団をイオン液体化した。もう1種は,低融点化を目的に嵩高い置換基を有する蛍光団のイオン液体化を行った。このイオン液体の光特性は,これまで申請者らが開発してきた蛍光イオン液体とは異なり,蛍光団自体が分子内ドナーアクセプター型π電子系を構築可能であることから長波長側の蛍光発光が得られた。前年度から取り組んでいる凝集誘起発光(AggregationーInduced Emission Enhancement: AIEE)特性を有する機能性色素のイオン液体中での挙動,並びに光特性研究については,蛍光色素の構造が酸添加により変化することから,酸性イオン液体を含む酸の添加効果を調査した。イオン液体のアニオン構造の光特性への影響を調査すると共に,高い蛍光強度を示す構造へ誘導体化した蛍光色素のイオン液体中での光特性を調査した。ポルフィリンJ会合体の形成には特殊な環境や複雑な構造のポルフィリン誘導体が必要であり実用化が難しい。本研究では単純な構造のポルフィリンをイオン液体を媒体に用いてJ会合体形成を実現した。また,光エネルギーの効率利用システムの構築を目指し,ポルフィリンーイオン液体間の蛍光共鳴エネルギー移動や凝集誘起蛍光発光にも成功した。イオン液体をより強力で効果的な蛍光能を有する蛍光ドナーとして活用するために,蛍光団をイオン液体構造に導入した蛍光イオン液体を複数合成し,低融点化法も見出した。この技術はイオン液体自身の電気伝導性も利用し,光化学材料,光電変換システムや光キラル化学への展開が期待される2015年度は蛍光性イオン液体の開発と、イオン液体中でのポルフィリン会合体形成能と光特性を調査した。蛍光分子は分子固有の励起波長をもつ。このため今後は、多様な溶質の励起波長に適用することを考慮し、蛍光性イオン液体を複数の骨格において開発する。また、会合体形成よる光機能を発現する分子はポルフィリンのみではない。次年度以降はポルフィリン以外の分子においても、イオン液体中での会合体形成能と光機能を調査する計画である。蛍光分子は分子固有の励起波長と蛍光波長を持つ。このため次年度は新たな蛍光色素構造を有する蛍光イオン液体の開発に取り組む。イオン液体中でのポルフィリン会合体形成については会合体構造の解明に取り組む。ポルフィリン以外の機能性色素分子への検討において,AIEE特性を有する色素についてイオン液体のアニオン構造効果が観察されたことから,次年度は条件を精査すると共に,酸性イオン液体などを用いた酸添加効果も調査する。最終的には開発した蛍光分子を媒体とした光エネルギーの効果的獲得につなげる機能物質化学生物有機化学当初購入を予定していた超純水製造装置が前年度末に学内予算により購入されたため未使用額が生じたが、平成28年度に新たに国際会議での発表を予定しているため、当初予定通りの計画に加えて研究を進めていく。
ヒートポンプ熱交換器の着霜回避にむけたスラッシュ相の流動・伝熱特性の解明

本研究では、スラッシュ相の生成過程における伝熱特性,さらに生成される氷の特徴を解明するため,次の実験的研究を行った.試験容器内に,水と水より重い非水溶性の冷媒を入れ,冷媒を循環させる.冷媒は外部で熱交換され-10°Cに冷やされ,容器底面から噴流として容器内に流入する.容器内部の冷媒と水は,噴流により攪拌され除熱され,温度が低下する.水温は一度-2°C程度の過冷状態を示した後,氷晶が発生し0°Cとなる.この後は,水温は0°Cを維持し,氷の量が増加する.この時の熱伝達率を,氷が発生するまでは水温の変化から,また,氷が発生した後は,容器内にヒ-タを入れ氷を融解するのに必要な熱量を測ることで氷の量を測定し求めた.この結果,噴流の熱伝達率は,通常の平板への衝突噴流熱伝達による値より大きく,噴流が水の内部へ進入して伝熱面積が増加する事を示していた.また,氷が発生すると熱伝達率が氷の発生前より約2倍に上昇し,氷の量が増加するに連れて熱伝達率が低下することが分かった.発生する氷については,高倍率のCCDカメラを通して観察した結果,噴流部で直接水が低温の冷媒に接触して発生するのは1mm以下の径の扁平な氷であり,生成時に持っていた突起や六角形構造は,0°Cの水中ですぐに無くなり,曲率の小さい構造となること,水と冷媒が接触している界面には先端部が樹枝状の薄い氷が連続的に生成することが分かった.また,発生する氷の形状を定量的に評価するためフラクタル次元の概念を使用し,過冷度が増加すると,氷晶の複雑さが増加し,フラクタル次元が増すことが示された.本研究では、スラッシュ相の生成過程における伝熱特性,さらに生成される氷の特徴を解明するため,次の実験的研究を行った.試験容器内に,水と水より重い非水溶性の冷媒を入れ,冷媒を循環させる.冷媒は外部で熱交換され-10°Cに冷やされ,容器底面から噴流として容器内に流入する.容器内部の冷媒と水は,噴流により攪拌され除熱され,温度が低下する.水温は一度-2°C程度の過冷状態を示した後,氷晶が発生し0°Cとなる.この後は,水温は0°Cを維持し,氷の量が増加する.この時の熱伝達率を,氷が発生するまでは水温の変化から,また,氷が発生した後は,容器内にヒ-タを入れ氷を融解するのに必要な熱量を測ることで氷の量を測定し求めた.この結果,噴流の熱伝達率は,通常の平板への衝突噴流熱伝達による値より大きく,噴流が水の内部へ進入して伝熱面積が増加する事を示していた.また,氷が発生すると熱伝達率が氷の発生前より約2倍に上昇し,氷の量が増加するに連れて熱伝達率が低下することが分かった.発生する氷については,高倍率のCCDカメラを通して観察した結果,噴流部で直接水が低温の冷媒に接触して発生するのは1mm以下の径の扁平な氷であり,生成時に持っていた突起や六角形構造は,0°Cの水中ですぐに無くなり,曲率の小さい構造となること,水と冷媒が接触している界面には先端部が樹枝状の薄い氷が連続的に生成することが分かった.また,発生する氷の形状を定量的に評価するためフラクタル次元の概念を使用し,過冷度が増加すると,氷晶の複雑さが増加し,フラクタル次元が増すことが示された.
システムオンフィルムに向けたウェットプロセスによる新high-k薄膜トランジスタ

本研究は、オールウェットプロセスで高性能な酸化物薄膜トランジスタ(TFT)の実現を目指している。膜の堆積方法を従来の高コストな真空プロセスから単純かつ低コストな化学溶液(CSD)法にし、同時に高性能化も狙った。今年度は薄膜堆積プロセスの立ち上げと最適化、溶液法の低温化、TFTの作製と評価であったが、さらにhigh-k材料のゲート絶縁膜への応用にも取り組んだ。最初に、化学溶液法によるInGaZnO(IGZO)膜の堆積プロセスの立上げと最適化に取り組んだ。プロセス温度と組成効果の結果より、焼成温度700900度、組成In:Zn=4=1が最適であった。この焼成温度は高過ぎるため、次に溶液法の低温化を狙った。UV/O_3処理を初めて導入し、290度という低温プロセスにおいても、通常プロセスの700度で焼成したTFTと同程度の性能を得ることに成功した。膜中の炭素が劣化の原因であることを突き止め、有機系溶液に替わり水溶液系溶液を導入した。これにより、300度という低温で、これまでに報告された中で最も大きい移動度19.5cm^2/(V・s)を達成した。また、残留炭素が大幅に減少していることも確認した。最後に、新規high-k材料であるSrTa_2O_6(STA)の低温プロセス化とゲート絶縁膜への応用に取り組んだ。STAは700度で高誘電率、低リーク電流になることを示し、UV/O_3処理によりプロセス温度を500度まで低下させ、かつ低リーク電流化することに成功した。スパッタIGZO膜をチャネル層とした場合、TFTのS値はほぼ理論限界に達し、非常に高い移動度237.4cm^2/(V・s)が得られた。一方、400度の溶液法InZnO(IZO)膜の場合、低ゲート電圧5Vで高いオンオフ電流比10^6を得た。サブスレッショルド(S)値は0.08V/decadeである。本研究により、CSD法の低温化と高性能化が同時に実現できることを示した。
次元性を制御したナローギャップ半導体の機能デバイス化

熱流を直接電流に変換可能な熱電半導体の高性能化に向けた研究である。熱電半導体を2次元化することにより、Seebeck係数が向上することが理論的に予想され、先行研究によると、最適条件では、3次元状態のデバイスよりも性能が2. 5倍まで向上する。本研究では、蒸着薄膜、結晶方位制御バルク材、および人工層状化合物半導体について、次元性と熱電特性について調査した。光・熱・発電と情報伝達のための層状化合物ナローギャップ半導体デバイスと人工多層膜半導体デバイスの開発が本研究の目的である。本研究はバンドギャップが0.5eVから1.5eVの層状化合物ナローギャップ半導体を土台に、部分的な元素置換体、単結晶箔の堆積物、および、パルスレーザー蒸発法、ないし、スパッタ蒸発法による多層薄膜試料から、効率の良い熱電発電冷却素子、赤外LEDガラス素子およびガラス半導体レーザーを創製しようと考えた。本補助金によって、高真空スパッタ蒸着装置を購入して品位の高い多層膜試料を作製しようと計画した。本年度は以下の研究を行った。1. RhO系層状化合物熱電半導体の合成と構造解析早稲田大学との共同研究であり、Biを含む4層の岩塩構造をもったブロック層とRhO2三角格子とが積み重なった結晶である。ブロック層とRhO2層の格子定数の差によって違った(3+1)次元の結晶になった。現在も継続中の研究だが、従来コバルト三角格子系だけが酸化物熱電半導体として研究されてきた所、デラフォサイト系化合物も前者に劣らず高い性能を示すことが本研究グループによって発見された。3. Bi_2Te_3化合物熱電半導体の発電デバイス化熱電発電効率15%を目指した実用材料研究の一部であり、2段型熱電発電モジュールの低温段部分に利用する材料の組成最適化と長期使用に耐える熱電発電ブロック作製に関する研究と熱電性能評価装置の開発に関する研究を含んでいる。現在も継続中の研究であり、電気抵抗率を単結晶のab面内と同じ程度に低下させると同時に熱伝導率は多結晶材料と同様に低く保つ手段としてフレーク状の単結晶のc軸を揃えて積み重ね、放電プラズマ焼結法によってバルク状に加工した。前年度からの研究の継続だが、本年度化学組成を最適化することに主眼を置いた。本年度成果を得た研究は次の通りである。1. Delafossite型構造を持った酸化物半導体の開発林等はCuCrO_2化合物にMgなどをドーピングし、熱電性を詳細に研究した。また、中性子回折実験を行って低温における磁気構造も研究した。2.ドーピングしたC0系三角格子酸化物半導体の結晶構造の精密解析湯蓋等による研究であり、高分解能電子顕微鏡を用いてBiを含むCa-121と命名されているC0O_2三角格子酸化物半導体における長周期構造を研究し、この化合物が3つの岩塩構造格子と5つのC0O_2底面心格子を基本格子単位としたDiscommensurate構造を持つことを発見した。3.酸化物半導体の焼結助剤による焼結密度向上酸化物半導体の緻密なバルク体を作ることが実用上重要であり、適切な焼結助剤により、焼結密度を上げることに成功した。4. C0O2三角格子化合物へのインターカレーションNa_xC0O_2(0.3≦x≦0.8)をハロゲン還元法で作製し、結晶構造と物理的性質を研究した.X=0.58付近に√<7>a×√<7>a相を発見した。ドーピングをした場合の長周期変調構造の変化を詳しく調べた。1.デラフォサイト型酸化物結晶の析出が期待されるシリカ系ガラスの作製を行った。結晶化処理によりCuAlO_2相が認められたが、同時にCuOの析出により不均質生成の課題が明らかとなった。均質化の方法として、Ar雰囲気中における結晶化により単相に近い結晶化ガラスが得られた。この場合、出力因子は最大で1.2×10^<-5>WK^<-2>m^<-1>(950K)であった。2.ZnO/ZnMgO多層膜試料をスパッタ蒸着法で作製して熱電子放射効果と2次元伝導性による熱電定数の変化を系統的に測定した。3.パルスレーザー蒸発法を用いて半導体Mn_4Si_7薄膜を作製して熱電係数を測定した。4.熱電半導体CuFeO_2の粉末試料と単結晶試料を用いて10Kかち200Kの範囲で冷中性子散乱実験を行った。その結果、15K付近のネール温度、から高温側の広い温度領域で、5meV以下め低エネルギー磁気励起子を観測した。これは、この結晶中では鉄イオンに由来する反強磁性的な相互作用を持ったスピンがガラス状態を作っていることによる。5.CuFeO_2と類似の構造を持ったCuMnO_2についても、低温度領域で冷中性子散乱実験を行ったが、こちらは、ガラス状態のスピンは観測されず、反強磁性磁気相関だけが見えた

6.熱電半導体Mn_4Si_7の単結晶のX線精密構造解析を最小二乗法とMaximum Entropy法で行い、適切な電子密度分布を観測した。7.Ca346半導体単結晶のX線構造解析を行って、適切な空間群を決定した。1.有機物半導体のTTF-TCNQとペンタセンの薄膜試料を真空蒸着法によってガラス基板上に製膜して電気伝導性と熱電性能の膜厚(50600nm)、結晶方位および温度依存性を測定した。試料は双方ともC軸が基板と垂直に製膜されたがエピタキシャル状態ではなかった。前者はn型、後者はp型の半導体であり、堵較的高い熱電性能を示した。2.室温から冷却することにより、100K以下の領域で、CuFeO_2が常磁性状態からスピングラス相に転移することを冷中性子散乱実験から発見したが、本年度ではこの試料に第3元素を添加した場合のスピン揺動状態について、冷中性子散乱実験と磁気測定により研究した。3.熱電性能の向上を目指してp型のデラフォサイト型構造の酸化物熱電半導体、CuFeO_2にNi,ZnないしMnを部分置換した試料を作製し、性能評価した。また、n型酸化物鉄酸化物としてFe_3O_4を選び、FeイオンをNi,ZnないしMnで部分置換して性能評価した。4.熱電半導体を実用化するには、熱履歴や熱勾配により半導体にかかる熱歪みが半導体や電極の破壊を起こさないような工夫をする必要がある。また、半導体の酸化も防止する必要がある。今期、個々の熱電半導体とほぼ同等な熱膨張係数をもったSnO-ZnO-P_2O_5ガラスを開発して熱電半導体の表面を保護する研究を行った。
活動時筋スティフネスの空間不均一性とその生理学的意義の解明

本研究は、超音波せん断波エラストグラフィを用いて測定した骨格筋スティフネスについて、その空間不均一性と筋痛や筋損傷との関連性について検討することを目的としている。平成30年度は安静時および活動時における上腕二頭筋スティフネスの空間不均一性とその収縮様式の違いについて検討する予定であったが、使用していた超音波エラストグラフィ装置にいくつかの不具合が生じ、メーカーおよび代理店の調査や部品交換に数か月を要することとなったため、予定していた実験を実施できなかった(この実験については研究期間を延長し、次年度に実施することとした)。そこで、今年度の主な目標はこれまでに取得した筋スティフネスの基礎データを論文としてまとめ、公表することに変更した。結果として、前脛骨筋・腓腹筋(内側頭)のスティフネスについて報告した論文を一編と、大腿直筋・内側広筋・外側広筋のスティフネスについて報告した論文を一編、公表することができた。ただし、これらの論文で報告したのは安静時の筋スティフネスのみであるため、活動時筋スティフネスとその空間不均一性の評価方法については別途、論文としてまとめることを計画している。また、これらとは別に遅発性筋痛を引き起こすような伸張性収縮運動の前後(直前、直後、1日後、2日後、5日後)において、腓腹筋の安静時スティフネスを測定することができたが、予想に反して筋スティフネスの有意な変化は認められなかった。ただし現時点では測定範囲における筋スティフネスの平均値を測定したのみであるため、今後は空間不均一性の変化についても検討する。上述の通り、本研究課題を遂行する上で必須の機器である超音波せん断波エラストグラフィ装置に不具合が生じ、予定していた実験を実施できなかったため、研究期間を延長することとした。上腕二頭筋スティフネスおよびその空間不均一性を安静時、随意収縮時、電気刺激時(低頻度、高頻度、随意収縮との組み合わせ)で比較する。また、その後の遅発性筋痛や筋損傷の程度を確認することで、筋スティフネスが空間的に不均一であることの生理学的意義について検討する。本研究は、超音波せん断波エラストグラフィを用いて測定した骨格筋の活動時スティフネスについて、その空間不均一性と筋痛や筋損傷との関連性について検討することを目的としている。平成28年度は筋スティフネスの空間不均一性を評価する方法の確立を目的とし、筋スティフネスの空間的分布を示したエラストグラフィ画像から筋スティフネス値を1ピクセル単位で抽出し、空間平均や空間標準偏差を分析するコンピュータプログラムを開発した。この妥当性を検討するため、対象筋(大腿四頭筋または上腕二頭筋)、収縮条件(随意収縮または電気刺激)、収縮強度が異なる様々なエラストグラフィ画像を取得し、それぞれについて超音波エラストグラフィ装置に内蔵されているソフトウェア(Q-Box)で分析した値と、新規に開発したコンピュータプログラムで計算した値との比較を行った。その結果、コンピュータプログラムで計算した筋スティフネスの値(空間平均および空間標準偏差)とQ-Boxで分析した値との一致度は非常に高かった(決定係数はいずれも0.99以上)。また、Q-Boxで分析した値を基準とした場合の推定誤差は空間平均において2.6±2.4%、空間標準偏差において5.8±3.3%(いずれも平均±標準偏差)であった。このコンピュータプログラムは、筋スティフネス値の分析範囲(形状や面積)を自由に設定できる、ノイズやアーチファクトに由来する外れ値を除去して分析できる、分析処理を自動化・高速化できる、などのメリットを有しており、次年度以降の研究において有効に活用できるものと考えられる。研究成果としては、若齢女性の下腿筋スティフネスについて基礎的なデータを第71回日本体力医学会大会で発表したことが挙げられる。現在、このデータについては学術誌への投稿準備を進めている。対象筋(大腿四頭筋または上腕二頭筋)、収縮条件(随意収縮または電気刺激)、収縮強度が異なる様々なエラストグラフィ画像について、当初予定していたほどの数は取得ができなかったものの、開発した筋スティフネス分析プログラムの妥当性はほぼ確認できたため「おおむね順調に進展している」と評価した。平成29年度は前年度までに作成した筋スティフネスを1ピクセル単位で分析するコンピュータプログラムの改良をさらに進め、空間的自己相関係数(Moran's I、Geary's C)を算出することに成功した。これにより、プログラムはほぼ完成したといえる。また、健康な成人男性10名を対象として、小指外転筋(Abductor digiti minimi, ADM)における活動時筋スティフネスの空間不均一性を調べた。小指外転筋を被検筋とした理由は、サイズが小さく、全筋レベルでの空間不均一性が評価できるためである。また、小指の外転はほぼADM単独で遂行されると考えられており、ADMの発揮筋力を小指外転トルクから比較的容易に推定できる点も理由となった。その結果、筋収縮の強度が非常に低い時(随意最大筋力の10%)には各被検者に共通するような筋スティフネスの部位差は認められなかったが、強度が少し高くなると(随意最大筋力の20%)、浅部よりも深部で筋スティフネスが有意に高くなることがわかった。しかし、さらに強度を上げると(随意最大筋力の30%)、このような部位差は再び認められなくなった。

これらの結果は、筋内における運動単位(筋線維)の動員パターンを反映したものと考えられる。今後は同様の方法論を上腕二頭筋に適用し、筋スティフネスの空間不均一性およびその収縮様式による違いを検討したい。小指外転筋を対象とした研究は当初の計画には含まれていなかったため、その分だけ遅れが生じたといえる。しかし、これにより活動時筋スティフネスの空間不均一性を分析するプログラムの妥当性を十分に確認することができたため、研究の意義は十分にあったと考えている。本研究は、超音波せん断波エラストグラフィを用いて測定した骨格筋スティフネスについて、その空間不均一性と筋痛や筋損傷との関連性について検討することを目的としている。平成30年度は安静時および活動時における上腕二頭筋スティフネスの空間不均一性とその収縮様式の違いについて検討する予定であったが、使用していた超音波エラストグラフィ装置にいくつかの不具合が生じ、メーカーおよび代理店の調査や部品交換に数か月を要することとなったため、予定していた実験を実施できなかった(この実験については研究期間を延長し、次年度に実施することとした)。そこで、今年度の主な目標はこれまでに取得した筋スティフネスの基礎データを論文としてまとめ、公表することに変更した。結果として、前脛骨筋・腓腹筋(内側頭)のスティフネスについて報告した論文を一編と、大腿直筋・内側広筋・外側広筋のスティフネスについて報告した論文を一編、公表することができた。ただし、これらの論文で報告したのは安静時の筋スティフネスのみであるため、活動時筋スティフネスとその空間不均一性の評価方法については別途、論文としてまとめることを計画している。また、これらとは別に遅発性筋痛を引き起こすような伸張性収縮運動の前後(直前、直後、1日後、2日後、5日後)において、腓腹筋の安静時スティフネスを測定することができたが、予想に反して筋スティフネスの有意な変化は認められなかった。ただし現時点では測定範囲における筋スティフネスの平均値を測定したのみであるため、今後は空間不均一性の変化についても検討する。上述の通り、本研究課題を遂行する上で必須の機器である超音波せん断波エラストグラフィ装置に不具合が生じ、予定していた実験を実施できなかったため、研究期間を延長することとした。平成29年度は当初の計画通り、静的収縮時における上腕二頭筋スティフネスの空間不均一性と遅発性筋痛・筋損傷との関連性を明らかにすることを目的として、以下の二つの実験を行なう予定である。・低頻度電気刺激条件と高頻度電気刺激条件との比較・随意収縮・電気刺激複合条件(電気刺激中に随意収縮を付加)と電気刺激単独条件との比較いずれの実験についても、運動前後における筋痛・筋損傷指標、運動中における筋スティフネス値を測定・評価する。また、これらの実験に先立つ予備実験の段階で取得した画像を利用し、新規に開発した分析プログラムの妥当性検討と改良をさらに進める。平成30年度は、随意収縮時における上腕二頭筋スティフネスの空間不均一性と遅発性筋痛・筋損傷との関連性を明らかにすることを目的として、昨年度に実施できなかった以下の二つの実験を実施する予定である。
ベトナムの海藻とその資源についての調査研究

日本の亜熱帯-暖温帯に生育している暖海性の海藻種群は、その起源を熱帯に持つ例が多く、わが国のそれらの海藻種群の系統分類学的研究に熱帯の種群の知見は不可欠である。われわれの研究グループは、昭和60年度より平成2年度まで、フィリピン諸島の海藻種群の分類学的、生態学的な調査を文部省国際学術調査(課題番号0201064)により調査を行い多くの知見が得られた。海流の影響でベトナム沿岸域は、日本・フィリピンの海藻種群の起源と分布域を考える時に、重要な位置にあることがわかった。ベトナム沿岸からの海藻の報告は、ごく一般的なものが僅かになされているにすぎず、未知の海域であった。そこで平成4年度から2年間の海藻種群の系統進化学に関する調査、有用海藻資源の調査および他海域で養殖されているキリンサイやオゴノリの移植実験が行われた。研究対象種群は、系統分類の試料として紅藻のアマノリ属、オキツノリ科、フジマツモ科(特にソゾ属)、テングサ科、オゴノリ科、ムカデノリ科および褐藻のホンダワラ科の藻体の採取が精力的に行われた。ベトナム研究者は、ベトナム沿岸の海藻フロラを明らかにするために、一般的海藻採取を行った。第1年度の調査は、ダナンから南下しメコン河口域までの南ベトナム海域の20定点で行われた。第2年度は国境の町、モンカイから南下し、北ベトナムから中部ベトナム沿岸までの22定点の調査地で行われた。2年間の調査結果から、北ベトナム沿岸は、紅河の影響で塩分が低く、濁度も高く海藻の植生は貧弱であった。北緯17.5°付近のドンホイ沿岸で、南下する海流と北上する暖流がぶつかり、急に海藻植生は豊かになった。南ベトナム沿岸は河川からの濁りの影響の強い所は、海藻は極端に少なくなるが、沿岸から少し離れた島々は、豊かな海藻群落がみられた。南ベトナムの広大なラグーンはオゴノリの養殖が行われており、多くのサンゴ礁池にはテングサ類、キリンサイ類がみられ、漁民により採取されていた。採取されたオキツノリ科、ソゾ属、オゴノリ科の試料は一部、日本に生の状態で持ちかえり培養が行われており、生活史、交雑実験などにより系統進化学の研究が続行されている。今までに明らかになったことは、次のような事項である。1.オキツノリ科の交雑実験により、日、比、ベトナム産の系統進化の関係が明らかになりつつある。2.ソゾ属のベトナム産の種類について、細胞内成分の検討が試みられ、日本、比、ベトナム産との系統進化が研究されている。3.2種のアマノリ属の試料が得られ、暖海性のアマノリ属の形態、分類的検討が行われた。4.ムカデノリ科、スギノリ科の試料が充分に得られたので、日本産の種群と分類的検討が行われた。5.ホンダワラ科については、第1年度の試料により2種が新種として報告されたが、第2年度の試料からさらに新種となる試料が出ると期待されている。また北ベトナム産のホンダワラ類は、九州から中国沿岸に出現する種と共通するものが、多いことがわかった。6.ベトナムの有力な寒天原料のオゴノリ類の生態的調査と品質の分析を行い、その実態を把握した。7.粘着成分として用途が広いカラゲナン原料のキリンサイ科Kappaphycus Alvareziiの藻体を日本からベトナム中部、ニャチャン沿岸の養殖池への移植を行ったが、成功し現在数トンの収穫を行っており、ベトナムの新しい海藻資源として期待される。8.採取されたベトナム沿岸の乾燥海藻標本は、日本側は北海道大学標本庫に整理されて保存される。2年間にわたった調査により、日、比、ベトナムを結ぶ海藻種群の分布域、系統進化的検討が詳細に行われ、新らたな知見が多く出ることが期待されている。つぎの調査海域としてマレーシアの北ボルネオ、サワワク海域の調査を予定しており、これらの調査によって、東南アジアの海藻に関する研究目的が完結する。

第2年度は国境の町、モンカイから南下し、北ベトナムから中部ベトナム沿岸までの22定点の調査地で行われた。2年間の調査結果から、北ベトナム沿岸は、紅河の影響で塩分が低く、濁度も高く海藻の植生は貧弱であった。北緯17.5°付近のドンホイ沿岸で、南下する海流と北上する暖流がぶつかり、急に海藻植生は豊かになった。南ベトナム沿岸は河川からの濁りの影響の強い所は、海藻は極端に少なくなるが、沿岸から少し離れた島々は、豊かな海藻群落がみられた。南ベトナムの広大なラグーンはオゴノリの養殖が行われており、多くのサンゴ礁池にはテングサ類、キリンサイ類がみられ、漁民により採取されていた。採取されたオキツノリ科、ソゾ属、オゴノリ科の試料は一部、日本に生の状態で持ちかえり培養が行われており、生活史、交雑実験などにより系統進化学の研究が続行されている。今までに明らかになったことは、次のような事項である。1.オキツノリ科の交雑実験により、日、比、ベトナム産の系統進化の関係が明らかになりつつある。2.ソゾ属のベトナム産の種類について、細胞内成分の検討が試みられ、日本、比、ベトナム産との系統進化が研究されている。3.2種のアマノリ属の試料が得られ、暖海性のアマノリ属の形態、分類的検討が行われた。4.ムカデノリ科、スギノリ科の試料が充分に得られたので、日本産の種群と分類的検討が行われた。5.ホンダワラ科については、第1年度の試料により2種が新種として報告されたが、第2年度の試料からさらに新種となる試料が出ると期待されている。また北ベトナム産のホンダワラ類は、九州から中国沿岸に出現する種と共通するものが、多いことがわかった。6.ベトナムの有力な寒天原料のオゴノリ類の生態的調査と品質の分析を行い、その実態を把握した。7.粘着成分として用途が広いカラゲナン原料のキリンサイ科Kappaphycus Alvareziiの藻体を日本からベトナム中部、ニャチャン沿岸の養殖池への移植を行ったが、成功し現在数トンの収穫を行っており、ベトナムの新しい海藻資源として期待される。8.採取されたベトナム沿岸の乾燥海藻標本は、日本側は北海道大学標本庫に整理されて保存される。2年間にわたった調査により、日、比、ベトナムを結ぶ海藻種群の分布域、系統進化的検討が詳細に行われ、新らたな知見が多く出ることが期待されている。つぎの調査海域としてマレーシアの北ボルネオ、サワワク海域の調査を予定しており、これらの調査によって、東南アジアの海藻に関する研究目的が完結する。平成5年1月中旬から2月中旬にかけて4週間、ベトナム南部のキエンジャン付近、中部のニャトラン並びにダナン付近で、フイールド調査をベトナム側研究者と共同で行った。珊瑚礁並びに岩礁海岸の潮間帯・亜潮間帯で遊泳並びに潜水により生育量の定性的調査を行い、資源海藻として重要な紅藻テングサ科、ムカデノリ科、オゴノリ科、オキツノリ科、フジマツモ科、アマノリ属並びに褐藻ホンダワラ科の種の研究材料の採集を重点的に行った。将来の研究対象となり得る他のグループについてもサンプルを得た。得られた材料は、(1)顕微鏡観察用の液浸標本、(2)標本庫に納入する押し葉標本、(3)日本産種と詳細に比較検討を要するテングサ属、シマテングサ属、オキツノリ属、ムカデノリ科、オゴノリ属については培養用の生体標本、(4)寒天やカラゲナン強度(テングサ科・シマテングサ科・オゴノリ科・ミリン科・オキツノリ科)及び生理活性物質探索(フジマツモ科のソゾ属)のための化学分析用の乾燥試料とした。
完全非侵襲脳循環代謝測定に基づく一酸化炭素中毒予後予測法の開発

本年度は、昨年度の研究推進方策に沿って、一酸化炭素中毒患者10例の半卵円中心(脳実質)を興味領域とするMRSから算出される脳温と、同断面の脳脊髄液(CSF)を興味領域内の平均拡散係数(MD)値から算出される脳温との相関について確認した。その結果、症例数が少ないため予備的な結果ではあるが、有意な相関はみられなかった。これは、症例数以外に、MD値の温度変化に対する感度の低さ(1°Cの変化に対してMD値23%程度の上昇)に加え、撮像データ(b値の数)不足によるMD値の精度低下によるものと考えられた。そのため、本年度は、共同研究先であるフランス原子力庁サクレー支所Neurospin研究所にて動物用超高磁場MRI17.2TMRI装置でラット撮像を実施し、解析精度を検証するソフトウェアを開発した。本ソフトウェアを用いて、これまでに提案された代表的な3つのDWI信号モデル(mono-exponential、bi-exponential、kurtosis)を同一ラットデータにて比較したところ、mono-exponentialは他の2つのモデルに比べ、MD値を過少評価する可能性があることが明らかとなった。当初、温度を変更した造影剤、または生理食塩水を静注してラット撮像を実施する予定であったが、これらの特殊な状況下での実験前に、MD値を算出する解析モデルの検証を行う必要性があることが明らかとなった。そのため、本年度は生理食塩水の静注などをせず、通常の状態でのラット撮像をさらに実施した。今回は、motion probing gradient(MPG)の軸数を変更して撮像を実施した。内訳は、1軸(n=4)、3軸(n=3)、6軸(n=1)とし、6軸については拡散テンソル解析も行った。その結果、得られたすべての拡散パラメータマップ上にて、mono-exponentialモデルとそれ以外のモデルとの相違が定性的に確認できた。これらの結果については学会発表を行う予定である(2014年4月19日)。本研究では一酸化炭素中毒(CO中毒)予後予測を目的とし、完全無侵襲による脳循環代謝測定法の開発を目指してきた。初年度は、ファントム実験による温度計測精度測定を実施する予定であったが、1)使用予定であった研究機3 Tesla MRI(3TMRI)が修理不可、2)健常者の測定実験によって脳温精度が推定可能であったことから、ファントム実験は行わず、本年度並行して実施予定であった患者撮像を、新たに導入された臨床機3TMRIにて2週目にのみ撮像することとした。今年度までに取得したすべての健常者、患者の半卵円中心におけるmagnetic resonancespectroscopy(MRS)データについて解析を進めた。その結果、MRSで計測したCO中毒患者脳温は、健常者と有意に異なることが明らかとなった。特に、CO中毒後、重篤な症状を来さない患者における脳温は、重症化する患者に比べて、脳循環代謝異常を示す特異的な値を示し、CO中毒患者の予後を予測する上で重要な所見が得られた。また、当初次年度に予定していた拡散テンソルイメージング(DTI)をMRS撮像と同時に実施し、CO中毒患者における半卵円中心の白質障害をDTIのfractional anisotropy(FA)にて評価した。その結果、DTIのFAとMRS脳温が相関することが明らかとなり、白質障害の程度が少ない場合であっても脳循環代謝障害が存在している可能性が示唆された。現在この結果について論文投稿を予定している。1.CO中毒急性期に脳温は変化し、亜急性期まで遷延する。2.CO中毒亜急性期の脳温は、白質障害の程度と有意に相関する。3.新たに開発したDWIに基づく脳温マップでの計測結果は、MRSに基づく従来法で得られた結果と有意に相関する。上記結果から、本研究では、さらなる大規模な症例数での検討が必要ではあるが、CO中毒患者での非侵襲的脳循環代謝測定を達成し、予後予測を一部可能にした。また、single-voxel(一つの興味領域)でのMRSでは困難であった脳温マップを、DWIに基づく新たな解析法にて実現した。本研究で検証・開発された脳循環代謝測定法は、1)MRIに基づき被爆を伴わない、2)造影剤が不要というが利点ある。今後は1)他の脳循環代謝関連疾患での測定、2)同疾患の病態生理との相関関係の検証、3)脳循環代謝量の定量化を目指した精度向上を試み、超高磁場ヒト用7TMRIでの応用も視野に入れて、研究を継続する。MRIを用いた非侵襲的な脳機能計測および脳循環代謝計測一酸化炭素中毒患者の脳温計測では、DTIとMRSでの結果に有意な相関がみられなかったが、その原因の一つと考えられるDWI信号解析モデルの影響について、動物実験にて明らかにすることができたため。また、異なるDWI信号モデルで得られるマップについて比較可能なソフトウェアを開発できたため。当初の予定では、初年度は主としてファントム実験にて計測精度を明らかにしたのち、ヒトでのMRS計測結果を解析する予定であったが、装置の不具合によってファントム実験を中止とし、健常者および患者のMRIデータ取得中心に切り替えることとなった。しかし、3TMRIでの計測精度が良好であったことから、ヒトでの計測だけでも十分有用なデータが得られ、当初の目的であった完全非侵襲脳循環代謝測定法の開発に向け重要である下記について初年度のうちに明らかにすることができた。1)CO中毒後2週目の患者の脳温は、健常者と明らかに異なる。

2)CO中毒後重篤な症状を呈さない患者では、重篤な症状を呈する患者に比べ、2週目の脳温が特異的な所見を示す。また、次年度に別途予定していたDTIデータもすでに取得済みであり、CO中毒患者の半卵円中心における白質障害が脳温と相関することも新たな知見として得ることができた。一方で、研究機3TMRIに隣接した施設において撮像を予定していたpositron emission tomography(PET)や病院内でのsingle-photon emission tomography(SPECT)は、患者の状態等により実施できなかった。しかし、当施設で以前撮像された慢性脳虚血患者におけるMRS脳温はoxygen extraction fraction(OEF)等と相関することが明らかとなっていることから、今回得られたCO中毒患者におけるMRS脳温も同様の意味を表していると考えられた。最終年度は、これまでに取得した残りの一酸化炭素中毒患者データの再解析を実施し、DWI信号モデル以外の影響についても再度検討する。また、共同研究先であるNeurospinにてラットの撮像実験を継続し、DWI信号モデルのMD値への影響についての解析結果をまとめる。さらに、開発したソフトウェア上にて、高精度なMD値を用いた脳温算出処理を実装し、臨床応用に向けたインタフェースの実装も行う。次年度に撮像を予定していたDTIデータはすでに初年度に取得できたことから、次年度はまず下記を実施する。次に、当初撮像を予定していた研究機3TMRIが修理不可であることから、臨床機3TMRIでの患者撮像以外についての実験は、新たな研究装置による実験系が必要となる。また、初年度のヒトによる計測結果から、ファントムではなく生体を用い、拡散強調像(diffusion weighted imaging: DWI)計測実験によって脳温メカニズムを明らかにする必要があると考えた。以上のことから、次年度以降は下記を検討している。1)動物用超高磁場MRI(717.2T)を用いて、温度を変えた造影剤または生理食塩水を静注したサルまたはラットのDWIを実施する。2)ヒト用超高磁場MRI(3Tまたは7T)を用いて、健常者を対象としたDWIを実施する。上記で用いるDWIは、これまで臨床で簡易的に用いられた2つのb value(b=0, 1000等)での撮像ではなく、複数のb value(b=03000等)から算出される本来の計測精度を重視したDWIとする。また、b valueはその値の大きさによって、灌流と生体内拡散が混在する(低値:灌流+拡散、高値:拡散)ことから、温度に最も影響されるb valueも明らかにする。また脳内の解剖構造おける温度変化が、どの拡散パラメータに最も影響を与えるかを明らかにするために、取得可能な拡散パラメータすべての全脳マップを作成する。動物用MRIは、共同研究先であるフランス原子力庁MRI研究センターNeurospinのものを利用する。これまで取得した患者データの解析結果から、特別な造影剤や生理食塩水での実験前に解析方法の検証を行う必要があることがわかり、動物実験で用いる試薬や材料費が不要となったため。また、成果発表等を行わなかったため。
メカニカルストレスに伴う歯周組織のコラーゲン分解・産生について

骨芽細胞に対して機械的な刺激を加える実験系を用い、メカニカルストレスに伴う歯周組織のコラーゲン分解・産生に関する研究を行った。さらに、in vivoにおける遺伝子の特定も行った。In vitroの実験系における、培養シャーレの底面が自由に伸縮細胞実験系により、培養骨芽細胞および培養線維芽細胞にメカニカルストレスを加え、その経時的形態変化、細胞増殖能、コラーゲン合成能、コラーゲン分解能などを検討した結果、細胞形態変化と細胞増殖能、コラーゲン合成・分解の間に強い関係が認められた。また、in vivoの実験系では、Msx2などの遺伝子が牽引力と関係があることがわかった。メカニカルストレスに伴う歯周組織のコラーゲン分解・産生に関する研究において、平成19年度は、初年度であるために、主として、実験方法の確立および予備実験の成果を報告する。我々はすでに、マウス培養骨芽細胞に対して機械的な刺激を加える実験系を確立している。すなわち、底面がフレキシブルな培養シャーレに、底面より陰圧を断続的に加え、底面に伸縮を加えることにより、細胞に機械的刺激を加えるものである。しかし、この実験系では、細胞に対する均一な伸展力を加えることが不可能であるので、本年度、同じ培養シャーレを応用し、底面に石膏でできた半球をあて、シャーレ上部より荷重を加えることにより、培養線維芽細胞に機械的な伸展力を段階的に加えることが可能な実験系を確立した。また、歯根膜線維芽細胞の細胞系の確立も行なっており、種々の線維芽細胞に対し、強弱種々の牽引力をかけた際の細胞分裂能とコラーゲン合成能を検討中である。さらに、来年度にはコラーゲン分解能に関して、同様の実験を行なう予定である。さらに、機械的な刺激の細胞変化に対する初期変化の様相を明確にするために、牽引力をかけた直後からの培養細胞微速度ビデオ撮影法を開発し、検討している。予備実験結果では、牽引刺激を受けた細胞は、まず最初に、細胞外部のマトリックスに対して、やや遅れて伸展を始める。この細胞自体の伸展が、次のステップであるコラーゲン合成系を刺激し、さらには、細胞分裂能やコラーゲン分解酵素の合成系も刺激するのではないかという予備実験データも出初めている。しかしながら、強弱種々の機械的な刺激に対して、細胞の反応が多岐に渡るために、明確な結論は、さらなる実験が必要であろう。メカニカルストレスに伴う歯周組織のコラーゲン分解・産生に関する研究において、まず、我々が開発した実験系、マウス培養骨芽細胞に対して機械的な刺激を加える実験系を用いた。さらに、同じ培養シャーレを応用し、底面に石膏でできた半球をあて、シャーレ上部より荷重を加えることにより、培養線維芽細胞に機械的な過的な伸展力を段階的に加えることが可能な実験系を確立した。また、歯根膜線維芽細胞の細胞系の確立も行なっており、種々の線維芽細胞に対し、強弱種々の牽引力をかけた際の細胞分裂能とコラーゲン合成能を検討した結果、細胞分解能とコラーゲン合成能の上昇が見られた。このことは、遺伝子レベルでも検討され、ある程の裏付けを得ることができた。さらに、機械的な刺激の細胞変化に対する初期変化の様相を明確にするために、牽引力をかけた直後からの培養細胞微速度ビデオ撮影法を開発し、検討した。牽引刺激を受けた細胞は、まず最初に、細胞外部のマトリックスに対して、やや遅れて伸展を始めることが理解された。最初は牽引された方向に沿って移動し、牽引されることが判明した。さらに、この細胞自体の伸展が、次のステップであるコラーゲン合成系を刺激し、さらには、細胞分裂能やコラーゲン分解酵素の合成系も刺激するのではないかと考察された。強弱種々の機械的な刺激に対しては、刺激量に対応して反応する傾向がみられたが、細胞の反応が多岐に渡るために、明確な結論は得られなかった。
活性種の相互変換に基づくリビング同時重合系の開発

本研究では、種々のリビング重合を可能とするドーマント種に複数の活性種を与える触媒を共存させ、可逆的に異なる活性種を生成させることで、活性種を相互に変換しながら1本のポリマー鎖を形成する、従来の活性種の枠を超えた新規なリビング重合系の開発を目的とした。本年度は、これまでに見出した相互変換型リビングカチオン/ラジカル重合系を確立するとともに、アニオン重合からラジカル重合への活性種変換についても検討した。(1)炭素-硫黄結合をドーマント種とした相互変換型リビングカチオン/ラジカル重合系の開発種々の反応条件下、イソブチルビニルエーテル(IBVE)とアクリル酸メチル(MA)の相互変換重合を検討した。適切な開始剤系を用いることで相互変換重合が進行し、1本のポリマー鎖中で活性種が変換した平均の回数は、ルイス酸やRAFT試薬の構造、反応条件によって異なり、例えばモノマーが100回付加する間に約3回から8回まで制御できることがわかった。また得られたポリマーは変換回数によって異なる熱物性を示すこともわかった。さらに、IBVEとメタクリル酸メチル(MMA)やアクリロニトリルとの組み合わせにおいても、反応条件を設計することで相互変換重合が可能であり、さまざまな組成や連鎖を有するカチオン重合性およびラジカル重合性モノマーのセグメントからなるマルチブロック共重合体を合成できることを明らかとした。(2)炭素-ハロゲン結合をドーマント種としたリビングアニオン重合からリビングラジカル重合への活性種変換MMAの立体特異性リビングアニオン重合の生長末端をハロゲン化し、得られた炭素-ハロゲン結合からリビングラジカル重合を行うことによる活性種変換について検討した。ルイス塩基存在下、適切なハロゲン化物を用いることで定量的に末端のハロゲン化が可能であり、活性種変換によりさまざまなブロック共重合体やステレオブロックポリマーが合成できることを明らかとした。平成25年度辞退平成25年度辞退本研究では、種々のリビング重合を可能とするドーマント種に複数の活性種を与える触媒を共存させ、可逆的に異なる活性種を生成させることで、活性種を相互に変換しながら1本のポリマー鎖を形成する、従来の活性種の枠を超えた新規なリビング重合系の開発を目的とした。平成25年度辞退平成25年度辞退
in situ免疫法による動脈硬化発症マウス内皮細胞の接着因子発現制御機構の解析

動脈硬化形成の極初期には単球が内皮細胞の表面に付着することが知られている。この単球はその後内皮下に侵入し、そこに沈着した脂質を貧食することによって泡沫細胞となり脂肪線条病変を形成する。この単球の侵入過程には内皮細胞と単球の双方に発現する接着因子が関与していると考えられるが、動脈硬化においてどの接着因子が制御的役割を果たしているかはまだ明らかではない。そのため本研究では動脈硬化自然発症マウス(Apoliporotein E(ApoE)欠損マウス)を用いて内皮細胞上に発現される接着因子の発現動態を観察することを目的とした。方法は大動脈をそのまま切り開いて染色するin situ免疫染色法を用い、内皮細胞上のVCAM-1、ICAM-1ならびにPECAM-1の発現を内腔表面から広範に観察した。VCAM-1は対照のマウスではほとんど発現が見られず、一部の内皮細胞に弱く発現が見られるのみであった。一方、ApoE欠損マウスでは大動脈弓部小弯側などの動脈硬化好発部位のいくつかの内皮細胞に発現が見られた。このことよりVCAM-1の発現にはコレステロールの血中レベルが関与していることが示唆された。また、この発現は泡沫細胞巣が形成される前より発現していたこと、進行病巣ではshoulderの部位に発現していたことより動脈硬化の発生と進展に大きく関与していることが示唆された。ICAM-1はApoE欠損マウスの動脈硬化好発部位に広範に発現していたことから、これも動脈硬化の発生に関与していることが示唆された。しかし対照マウスでも同様の発現、つまりshear stressの強い部には弱く、弱い部には強く発現をしていたことから、ICAM-1の発現には血液の変化が関与していることが考えられた。PECAM-1はコレステロールの値や血流の変化に関係なくいずれの部位にも一様に発現しており、動脈硬化の発生に制御的役割を果たしているとは思われなかった。以上のように動脈硬化の発生にはVCAM-1ならびにICAM-1が重要な働きをしている可能性が示唆された。本研究は動脈硬化を自然発症するapoE欠損マウスを用いて、内皮細胞上に発現する接着因子の発現動態を形態学的に検討することを目的としている。これは単球と内皮細胞の相互反応という動脈硬化の初期病変形成を理解するに当たって重要な意義を持つものと思われる。方法はin situ免疫法により光顕的、電顕的に観察する方法をとった。これはマウスの大動脈を潅流固定後、切り開いてスライドグラス上に貼り付けそのまま免疫染色を施すものであるが、この方法によって内皮細胞表面の広範な観察が可能になる。検索した接着因子はE-selectin,P-selectin,VCAM-1,ICAM-1,PECAM-1である。この結果VCAM-1とICAM-1の発現ならびに分布に興味深い知見が得られた。まずICAM-1は、大動脈弓部小弯側などのshear stressが弱いと思われるような部位に強く発現していた。これはapoE欠損マウスにも対照マウスにも同様に見られたことからICAM-1の発現には血流が関与している可能性が示唆された。またこのICAM-1が強く発現している部位は動脈硬化の好発部位であることは興味深い。電顕的には細胞の境界領域やmicrovilliに局在する傾向が見られた。一方、VCAM-1は動脈硬化の好発部位のいくつかの内皮細胞に発現していた。

これはapoE欠損マウスのみに見られ、対照マウスには発現が見られなかったことからVCAM-1の発現には脂質が関与している可能性が示唆された。電顕的には細胞表面に全体的に発現していたが、下流域に強く発現する傾向が見られた。E-selectinとP-selectinの発現は見られず、またPECAM-1は電顕的には細胞境界領域に局在し、血流や脂質の影響を受けないように思われた。本研究は動脈硬化自然発症マウス(Apoliporotein E欠損マウス)を用いて内皮細胞上に発現される接着因子の発現動態を観察し、動脈硬化発症のメカニズムを検討することを目的としている。方法は動脈をそのまま切り開いて染色するin situ免疫染色法を用い、内皮細胞を広範に観察した。検索した接着因子はE-selectin,P-selectin,VCAM-1,ICAM-1ならびにPECAM-1であるが、平成7年度の研究ではVCAM-1とICAM-1が動脈硬化好発部位に強く関連して発現しているという興味深い結果が得られた。しかしこれはfoam cell lesionが見られ始める8週齢のマウスのみを用いた検討であり、時間経過を追って観察したものではなかった。このため本年度は内皮細胞上への単球の接着が見られるようになる6週齢のマウス、ならびに進行した病変である粥腫の形成が見られる20週齢のマウスを用いて更なる検討を行った。この結果VCAM-1はfoam cell lesionの出現前から脂質の制御下に動脈硬化好発部位の内皮細胞に発現し、病変の発生に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。一方、ICAM-1は週齢やApoE欠損の有無に無関係に動脈硬化好発部位に広範に発現しているところから、動脈硬化の発生に何らかの役割を果たしてはいるもののkey proteinとしてではなく、補助的な役割を果たしている可能性が示唆された。また、VCAM-1、ICAM-1いずれも20週齢の粥腫病変ではshoulder部の方が頂上部よりも強い発現がみられ、進行した粥腫でも水平方向への病変の進展に両者の接着因子が重要な役割を果たしている可能性があることが示唆された。このようにVCAM-1とICAM-1は動脈硬化の発生ならびに進展に重要な役割を果たしている可能性があるという興味深い結果が本研究から得られた。電顕的にはVCAM-1が発現している内皮細胞下には浮腫状の変化と無定形物質の沈着が見られたが、脂質の関与に関しては今後の検索課題である。E-selectinとP-selectinは発現が見られなかったことから、これらの接着因子の動脈硬化発生への関与は薄いと今回考えられたが、最終的な結果を出す前には他の抗体を用いなどして今後も充分に検討していく必要があると思われた。