hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低酸素レポーター移植担癌マウスと低酸素レポータートランスジェニックマウスの開発

具体的内容:低酸素レポーター移植担癌マウスは、低酸素応答遺伝子のプロモータ領域に存在する低酸素反応領域(hypoxia response element:HRE)の下流に,核医学レポーター遺伝子であるヒトNa+/I-共輸送蛋白(hNIS)遺伝子を連結した遺伝子構造(HRE/hNIS)を作成して培養癌細胞に安定導入し、ヌードマウスに移植することにより作成する。そのためにまず、HREの下流に生物発光ルシフェラーゼ(Luc)遺伝子を連結したベクターpGL4.26[HRE/Luc]を作成し、癌細胞株に一過性導入した上で低酸素負荷を加えて生物発光強度を測定することによって、HREの低酸素反応性をin vitroで確認した。また、hNISについても、99mTcO4-集積試験によってin vitro評価を、培養癌細胞に安定導入してヌードマウスに移植した担癌マウスを99mTc SPECTでin vivoイメージングして評価を行った。一方、低酸素レポータートランスジェニックマウスは、強力なCAGプロモータの下流にhNISを連結したpCAGGS-hNISを作成し、マウスの受精卵にマイクロインジェクションして子を得た。遺伝子型の確認(genotyping)はできたが、in vivoでの99mTcO4-集積試験系では否定的な結果となった。現在、系統確立に向けて、結果を改善させる方法を模索している。意義・重要性:移植担癌マウスは、(1)放射線治療抵抗性と低酸素との関係に関する研究、(2)低酸素によって活性化される様々な分子過程に関する研究、などに発展する。トランスジェニックマウスは、(1)癌誘発によって自然発生に近い癌に関するin vivo研究、(2)虚血性疾患における低酸素状態に関する研究、などに発展する。さらに、^<18>FAZAや^<18>FMISOによる低酸素PETイメージングと比較することによって、これらの妥当性をin vivoで評価することが可能となる。はじめに、研究計画の変更(改善)について報告する。まず、当初の計画では、レポーター遺伝子の上流に組み込む低酸素反応性転写因子HREについて、実験経過が思わしくなければ複数コピーのHREを組み込む等の工夫をする、としていたが、新たに得られた知見をもとに最初からなるべく多くのコピーのHREを組み込むことを目指した。また、作製した遺伝子コンストラクトは、レンチウイルスベクターを用いて培養細胞に導入した上で細胞自動解析分離装置(FACS)を用いて導入細胞を選択的に集めることを検討していたが、予備実験の結果、より安全性と確実性が高い、リン酸カルシウム法によって培養細胞に導入した上で安定発現株を樹立する方法を採用することとした。今年度は、研究実施計画に基づき、低酸素レポーター移植担癌マウスの作成を目指して実験を行った。HREは血管内皮増殖因子(VEGF)遺伝子のプロモータ領域からサブクローニングした。pGL4.26ベクターにHREを複数個連結して挿入したレポーターベクターを作成した。これをリン酸カルシウム法によってヒト由来大腸癌細胞株に導入して様々な低酸素状態で培養し、低酸素によって誘導されるルシフェラーゼの活性を比較した。その結果、我々が作製したHREは、低酸素状態に良好に反応し、異なる2個の遺伝子を同時に発現させることができることが確認できた。来年度は、ルシフェラーゼ遺伝子をhNISレポーター遺伝子に置き換えて安定導入した培養癌細胞株を樹立し、ヌードマウスに移植して増殖させることにより、低酸素レポーター移植担癌マウスを作成し評価する。これによって、低酸素状態をインビボで経時的に観察できるようになり、低酸素研究に有用な動物実験モデルが出来上がる。なお、今年度の研究成果については、平成20年5月に開催される日本分子イメージング学会にて発表する予定である。
シナプス維持、可塑性を制御する神経栄養因子シナプトトロフィンファミリーの解析

Cbln1はClq/ TNF-alphaスーパーファミリーに属する新しい分泌タンパク質であり、小脳顆粒細胞に豊富に発現する。cbln1ノツクアウトマウスは平行線維-プルキンエ細胞間におけるシナプス形成不全やLTDの障害が見られることから、成熟小脳においてシナプス形成維持やシナプス可塑性に関わることが示唆されている。また興味深いことに、これまでにCbln1には少なくとも他に構造的に非常に類似した3つのファミリー分子(Cbln2, Cbln3, Cbln4)が神経系で存在していることも明らかにされてきた。今回、私はCblnファミリー分子の詳細な発現(18年度)に加え、生化学的特性を明らかにした。Cblnファミリー分子をHEK293細胞や培養小脳細胞に導入してその生化学的特性を調べたところ、CblnファミリーはCbln3を除いて全てが糖鎖修飾を受ける分泌タンパク質であった。Cbln1は6量体を形成することが知られているが、Cblnファミリー間での相互作用をHEK293細胞での共発現により解析したところ、互いにホモマー、ヘテロマーを形成した。さらに、上記のように分泌能を持たないCbln3が、in vivoでCbln1とヘテロマーを形成することで一部分泌されることを免疫電顕やcbin]ノックアウトマウスの解析などにより明らかにした(Lijima, et. al, Eur. J. Neurosd, 2007)。現在はCbln1の小脳におけるシグナル伝達機構について解析中である。Cbln1はClq/TNF-alphaスーパーファミリーに属する新しい分泌タンパク質であり、小脳顆粒細胞に豊富に発現する。cbln1ノックアウトマウスは平行線維-プルキンエ細胞間におけるシナプス形成不全やLTDの障害が見られることから、成熟小脳においてシナプス形成維持やシナプス可塑性に関わることが示唆されている。また興味深いことに、これまでにCbln1には少なくとも他に構造的に非常に類似した3つのファミリー分子(Cbln2,Cbln3,Cbln4)が神経系で存在していることも明らかにされてきた。今回、私はCblnファミリー分子の詳細な発現及び生化学的特性を明らかにした。Cblnファミリーはほぼ神経特異的な分子であり、Cbln1及びCbln3は小脳顆粒細胞で豊富に発現するが、Cbln1が嗅球、視床、嗅内皮質など他の様々な領域にも強く発現していることを明らかにした。それに対し、Cbln2、Cbln4は主に発生段階において嗅球、大脳皮質、視床など広範に発現が認められたが、いずれも小脳には全く発現していなかった。(Miura et al.,Eur.J.Neurosci,2006)。次に、Cblnファミリー分子をHEK293細胞や培養小脳細胞に導入してその生化学的特性を調べた。CblnファミリーはCbln3を除いて全てが糖鎖修飾を受ける分泌タンパク質であった。さらに、上記のように分泌能を持たないCbln3が、in vivoでCbln1とヘテロマーを形成することで一部分泌されることを免疫電顕やcbln1ノックアウトマウスの解析などにより明らかにした(Iijima et al.,Eur.J.Neurosci,2007)。
嚥下運動の客観的定量評価システムの開発 -超音波画像と顎運動・筋電図の同時解析-

嚥下は,咀嚼の最終段階に発現する各種筋活動と反射が統合された複雑かつ巧妙な運動であり,その評価は非常に難しいのが現状である。実際,嚥下運動の開始時点についても喉頭挙上時とするか舌の挙上時とするかでいまだ意見が一致しておらず,申請者らが目指した嚥下運動の客観的定量評価システムの構築には,乗り越えなければならない多くの問題が存在している。このため申請者らは,咀嚼から嚥下に至る一連の運動を嚥下検査のゴールデンスタンダードとも言われるVideofluorography(VF)を用いて評価することから研究を開始した。そこで,X線被爆の問題も考慮して,高齢者の有歯顎者ならびに上下顎無歯者の義歯装着・非装着時を対象として,水(バリウム10%含有)嚥下をVFにより経時的に記録することで,一連の動作時の舌運動等を評価し,それに関わる各種筋活動について推察することで,将来的な非侵襲的評価法の確立へのステップとした。その結果,無歯顎者の総義歯装着時と非装着時の嚥下を比較することで,食塊の奥舌への送り込みと喉頭挙上との間のタイミングがずれることにより喉頭流入が起こる可能性が示され,この時の舌の前後的ならびに上下的な位置がそのことに関与しているのではないかということが推察された。すなわち,従来言われているよりも高率で喉頭流入が生じた無歯顎時の嚥下では,食塊を奥舌に送り込む際,舌が十分に挙上されておらずやや前方位にあることが示され,このことは舌を上下顎堤に挟んだ状態で陰圧を形成しているものと考えられた。そして,適合のよい総義歯装着時には,舌の挙上が十分に起こり喉頭流入も起こらないことが確認できた。現在,この時の舌骨上筋群の筋活動について検討を始めており,また,再現性が難しい超音波画像における診査部位の決定についても評価している最中であり,今後この研究を進めることで,目指すべき嚥下運動の客観的定量評価も確立できうるものと確信している。嚥下運動は,咀嚼の最終段階に発現し,生命維持に必要な摂取物を消化管に導くために,各種筋活動と反射が統合された複雑かつ巧妙な動作により成立している。申請者らは,この嚥下運動を顎運動,咀嚼筋および舌骨上筋群の筋活動ならびに舌・咽頭などの軟組織の動態を,顎運動ならにび筋活動様相は顎運動解析装置・筋電図を用いて,嚥下時の舌・咽頭等の運動動態を超音波を用いて非侵襲的に同時解析を行うことを目指している。しかしながら,現在までのところ,超音波による舌運動の評価方法は確立されておらず,従ってまず,舌運動の評価方法の確立を目的として研究を行っている。嚥下運動は,舌による食塊の咽頭部の嚥下反射が誘発される部位までの送り込みがあって,はじめて嚥下反射が誘発される。従って,この瞬間の舌の状態をとらえることで,嚥下開始時が明らかとなる。しかしながら,超音波画像では,食塊の位置の評価が行えないため,この嚥下反射が起こり始める瞬間を確認できない。そこで本年度は,本学歯科放射線学講座の協力も得ながら,Viedeofluorography(VF)を用いて,経時的な舌動態の解析を行った。すなわち,X線被爆の問題も考慮して,高齢者の有歯顎者および無歯顎者を対象として,水(バリウム10%含有)嚥下時をVFにより経時的に記録することで,舌の経時的な挙動を評価した。その結果,これまでに,咽頭部への食塊の送り込み方には,食塊を舌背中央部にのせて送り込む方法と口腔底に一度ためてから奥舌へと送り込む2種類の方法があることがわかってきた。また,協力を得ている放射線学講座の研究により,舌神経を麻痺させることで,嚥下の誘発に障害が起こることも示され,今後この研究を進めることで,嚥下運動の開始時を評価するための舌の挙動を明確にしえるものと考えている。

その結果,無歯顎者の総義歯装着時と非装着時の嚥下を比較することで,食塊の奥舌への送り込みと喉頭挙上との間のタイミングがずれることにより喉頭流入が起こる可能性が示され,この時の舌の前後的ならびに上下的な位置がそのことに関与しているのではないかということが推察された。すなわち,従来言われているよりも高率で喉頭流入が生じた無歯顎時の嚥下では,食塊を奥舌に送り込む際,舌が十分に挙上されておらずやや前方位にあることが示され,このことは舌を上下顎堤に挟んだ状態で陰圧を形成しているものと考えられた。そして,適合のよい総義歯装着時には,舌の挙上が十分に起こり喉頭流入も起こらないことが確認できた。現在,この時の舌骨上筋群の筋活動について検討を始めており,また,再現性が難しい超音波画像における診査部位の決定についても評価している最中であり,今後この研究を進めることで,目指すべき嚥下運動の客観的定量評価も確立できうるものと確信している。
新規LIM/homeodomain蛋白質の遺伝子構造とその機能解析

耐性14日齢マウス脳cDNAより得た新規な塩基配列をもつLIM/homeodomain蛋白質ファミリーのcomplementary DNA(cDNA)クローン(以下、その推定蛋白質をL3と呼ぶ)のhomeodomainおよびLIM motif以外の領域における一次構造は、塩基配列解析の結果,他のメンバーとは全く異なっていた。また、そのmessenger RNA(mRNA)は、神経系では極めて限局した領域に発現しており、かつ、既知のLIM/homeodomain蛋白質のmRNAの分布と相補的発現を示すことが判明した。それらLIM/homeodomain蛋白質ファミリーのmRNAの発現境界は、近年提唱されている脳(本研究においては特に前脳)の分節構造と一致するため、L3を含むLIM/homeodomain蛋白質ファミリーは前脳の分節構造の分化と維持に関与している可能性が高い。また,L3cDNAの情報をもとに,129Svマウス肝臓由来IFIXIIゲノムライブラリー(Stratagene社)より得た7つの陽性クローンの塩基配列解析(約35kbの領域)がほぼ終了した。現在エクソン1より上流の5'-flanking regionの塩基配列解析を残しているが,その領域(約11kb)に関してもすでにサブクローニングが終了しているので,それらの塩基配列を決定して遺伝子構造を明らかにする。また同時にヒト遺伝子ライブラリーのスクリーニングも進行中である。さらに,L3の役割を明らかにする目的でL3遺伝子欠損マウスを作製するため,現在ターゲティングベクターを作製している。L3の場合,コード領域だけで8つのイントロンによって30kbの領域に分割されているため,その全てをネオマイシン耐性遺伝子に置き換えることは困難であることが予想される。この点をふまえ,ターゲティングベクターの構築を検討中である。
角膜内皮不全が角膜上皮幹細胞疲弊症を来すメカニズムの解明

ウサギの角膜内皮を切除することにより、人工的な水疱性角膜症を発生させ、ウサギ水疱性角膜症モデルを作成した。水疱性角膜症により、角膜上皮のターンオーバーが亢進していることが示唆された。長期間の水疱性角膜症では角膜上皮幹細胞が枯渇し、輪部機能不全を起こしている可能性が考えられた。当該年度における研究成果としては、水疱性角膜症家兎の作製および正常家兎と水疱性角膜症家兎の周辺角膜を比較検討したことである。一般的に家兎の角膜内皮細胞はヒト角膜内皮細胞と異なり分裂増殖可能であるため、角膜内皮への損傷程度が弱い場合には水疱性角膜症の発生期間が短くなり、今回の実験目的である「長期間の水疱性角膜症」となるモデルは成立できない。我々は角膜内皮への損傷を最小限としてかつ長期間におよぶ水疱性角膜症が発症する手技をまず確立した。次に正常家兎と水疱性角膜症にて表在性血管侵入させた家兎の2群の強角膜輪部を採取し、2-3mmサイズに切片とし35mm-dish内にてBrd-Uが10μMになるよう調整したSHEM溶液内で、37°C5%CO2、湿度95%にて1週間培養した。その後Brd-Uの入っていないSHEM溶液にて培養し、Brd-U残存を観察した。Brd-Uにてラベルされた細胞は核が蛍光染色されるため、染色されない他の細胞核と容易に区別できる。それを利用してある面積あたりの全ての細胞核の個数と、Brd-Uラベルされた細胞核の個数を比で表し"labelingindex(%)"とした。このLabelmg indexを正常家兎と水疱性角膜症モデル家兎で比較し、角膜上皮幹細胞のturn over亢進の指標とした。現在までヒト強角膜輪部細胞などの報告では日数が経過するにつれてlabeling indexは減少する報告があり、培養1日目で62.8%であったものが、培養21日目には2.3%まで低下するという報告がある。この2.3%のLabel retaming cellsの中に角膜上皮幹細胞があると考えられている。我々の研究でも水疱性角膜症家兎の方が、正常家兎に比較して角膜上皮幹細胞が若干ではあるが少ない傾向であった。上皮幹細胞が疲弊している可能性を示唆する結果であったと考えている。長期にわたる水疱性角膜症において、角膜上皮が結膜上皮化する臨床例を多く経験する。これは水疱性角膜症に起因して上皮のターンオーバーが亢進し、角膜上皮幹細胞の枯渇を誘発している可能性が考えられる。そこで我々は水疱性角膜症モデルを白色家兎で作成し、水疱性角膜症の角膜上皮への影響を検討した。まず、30mg/kg/日の投与黛でBrdUを耳静脈より10日間投与したウサギの左眼を逆向きのシンスキーフックを用いて内皮を剥離し、ウサギ水疱性角膜症モデルを作成した。経時的変化を観察するため、右眼をコントロールとして、作成直後、1週間後、2週間後、6週間後の眼球を摘出し角膜組織を包埋した。上皮の増殖・分裂速度を観察するため、角膜組織切片を作成し、抗BrdU、抗Ki67抗体を用いて免疫染色を行った。内皮を剥離直後から角膜実質の白濁が観察され、1週間後にはコントロールの5倍以上の角膜厚となる水疱性角膜症を作成することができた。2週間後、角膜周囲から一部血管侵入も認められるようになったが、6週間後でも結膜上皮の角膜への侵入は認められなかった。1週間後、2週間後においてBrdU陽性率を比較したところ、水疱性角膜症の角膜上皮でBrdU陽性率が減少傾向を示していた。また、Ki67陽性率においては水疱性角膜症の角膜上皮で増加傾向が観察された。これらの結果から、水疱性角膜症によってその角膜上皮のターンオーバーが亢進し、角膜上皮幹細胞の枯渇を誘発している可能性が考えられた。
ナイトの不確実性の理論と応用：その更なる飛躍

ナイトの不確実性は、不確実性の度合いが深く、伝統的な経済理論で仮定されていたような、単一の確率で不確実性を記述することが難しい状況を分析することを目的として開発された。このような理論の代表的なものが、上で紹介したギルボアとシュマイドラーによる、複数の確率を仮定して不確実性を記述するモデルであり、近年、盛んに用いられている。申請者は、拙著の完成後、エントロピー理論における重要な概念である「カルバック・ライブラーの情報量」と呼ばれる指標が、上記モデルと密接に関係していることに気が付いた。これを足掛かりとして、ナイトの不確実性を情報理論とを関係づける試みも本研究課題に含めたいと考えている。
走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いた生体分子極微細構造の構築

本研究では,走査型電気化学顕微鏡(SECM)とエンザイムイムノアッセイ(ELISA)を組み合わせた新しい極微量・多項目計測法(SECM-ELISA)の開発,およびこのシステムをガンや妊娠の際に血液に放出されるタンパク質(抗原)であるhPL, hCGの極微量・局所検出に用いた.計測用基板として,微細加工方により2つの凸部(50μmx50μm)を作製したガラス基板を用いた.この基板の2つの凸部分に,2種の異なる抗体(抗HPLおよび抗HCG)を固定した後,測定対象物である抗原タンパク質を含む試料溶液1滴(0.01ml)を滴下した.次いで酵素(HRP)を標識固定した抗体の混合溶液に浸漬,洗浄後SECM測定を行い,局所タンパク質の2次元画像化を行った.計測用基板を,1.0mMフェロセニルメタノール(FMA)溶液中に浸漬し,探針電位を400mVvsAg/AgClに設定しSECM観測を行うと,基板表面の凹凸に起因するFMAの酸化電流の二次元プロファイルが得られた.その後測定溶液に0.5mM H_2O_2を添加し,電位は50mV vsAg/AgClに保持し,SECM測定を行ったところ,それぞれ,対応する抗体が固定化された凸部のみで顕著な還元電流の増加が観察された.これは,この領域で抗原-HRP標識抗体複合体が生成し,HRPがH_2O_2によるFMAの酸化を触媒することによりFMA^+が生成したことを示している.従って,FMA^+の還元電流を画像化することにより,抗原の所在を特定し,さらに定量することができることが明らかとなった.このシステムを利用することにより,1滴の血液で100種以上の抗原の検出が可能であり,特に,乳幼児や老人など多量の採血が困難であり,反復計測が必要な場合の診断に有効な計測法であることが示された.本研究では,走査型電気化学顕微鏡(SECM)とエンザイムイムノアッセイ(ELISA)を組み合わせた新しい極微量・多項目計測法(SECM-ELISA)の開発,およびこのシステムをガンや妊娠の際に血液に放出されるタンパク質(抗原)であるhPL, hCGの極微量・局所検出に用いた.計測用基板として,微細加工方により2つの凸部(50μmx50μm)を作製したガラス基板を用いた.この基板の2つの凸部分に,2種の異なる抗体(抗HPLおよび抗HCG)を固定した後,測定対象物である抗原タンパク質を含む試料溶液1滴(0.01ml)を滴下した.次いで酵素(HRP)を標識固定した抗体の混合溶液に浸漬,洗浄後SECM測定を行い,局所タンパク質の2次元画像化を行った.計測用基板を,1.0mMフェロセニルメタノール(FMA)溶液中に浸漬し,探針電位を400mVvsAg/AgClに設定しSECM観測を行うと,基板表面の凹凸に起因するFMAの酸化電流の二次元プロファイルが得られた.その後測定溶液に0.5mM H_2O_2を添加し,電位は50mV vsAg/AgClに保持し,SECM測定を行ったところ,それぞれ,対応する抗体が固定化された凸部のみで顕著な還元電流の増加が観察された.これは,この領域で抗原-HRP標識抗体複合体が生成し,HRPがH_2O_2によるFMAの酸化を触媒することによりFMA^+が生成したことを示している.従って,FMA^+の還元電流を画像化することにより,抗原の所在を特定し,さらに定量することができることが明らかとなった.このシステムを利用することにより,1滴の血液で100種以上の抗原の検出が可能であり,特に,乳幼児や老人など多量の採血が困難であり,反復計測が必要な場合の診断に有効な計測法であることが示された.
複素力学系の研究

本年度は、実解析的単峰写像のくりこみ理論と複素力学系の放物型不動点の分岐について主に研究を行った。まず、単峰写像のくりこみについては、SulliranのRiemann、surface laminationのTeichmuller空間を利用した理論の全体的な流れを把握し、その基礎付けを行った。複素力学系の放物型不動点の分岐については、Ecalle円筒の理論を精密化し、それに関連した放物型くりこみを定義した。この放物型くりこみは、適当な力学系の族に制限すれば、その反復が一様に評価されることがわかり、その応用としてCantor集合と線分の直積に微分同相な部分集合を含むJulia集合をもつ2次多項式を構成することができた。
膀胱上皮に発現する尿意センサー分子の同定と機能解析

既知の尿意センサーには、1.カルシウムイオンチャネル、2.酸感受性という共通点がある。我々はこれらのチャネルを抑制した状態で膀胱上皮細胞に酸刺激を与えてみたところ、pH<5の酸刺激で細胞内のカルシウム濃度が上昇し、この現象はカルシウムイオンチャネルを介した細胞外からのカルシウム流入によることが分かった。この膀胱上皮細胞の酸応答は、食道上皮細胞では観察されず、すなわち膀胱上皮細胞の酸応答機構は膀胱に特異的なものであることが示唆された。排尿行動は、まず膀胱内の尿貯留を知覚することから始まる。すなわち、尿意である。尿貯留に伴って、膀胱の壁が伸展すると、膀胱上皮に存在する機械/化学受容器(尿意センサー)が活性化し、末梢神経にシグナルを伝えることで尿意が起こると考えられている。既知の尿意センサーには、1.カルシウムイオンチャネルであり、2.酸感受性がある、という共通点があるが、我々はこれらのチャネル全てを抑制した状態で膀胱上皮細胞に酸刺激を与えてみたところ、pH<5の酸刺激で細胞内のカルシウム濃度が上昇し、この現象はカルシウムイオンチャネルを介した細胞外からのカルシウム流入によることが分かった。こうした結果は既知の尿意センサーと特徴が酷似した、未だ同定されていない新規尿意センサーの存在を示唆するものである。これらの背景から、本研究は新規尿意センサー遺伝子のクローニングを第一の目標とし、研究を開始した。発現クローニングに先立って、まず膀胱上皮細胞における酸応答機構の詳細な検討を行った結果、1.既知の酸感受性のイオンチャネルであるASICファミリーの膀胱上皮細胞における発現を分子生物学的、組織学的手法を用いて検証したが、どのチャネルの発現も認められなかった。2.膀胱上皮細胞で観察される酸応答は、他組織においても同じように見られるのかを食道上皮細胞を用いて観察したところ、食道上皮細胞ではpH<3の酸刺激で細胞内カルシウムストアを介したカルシウムシグナルが認められ、膀胱上皮細胞の応答機構は組織特異的なものである可能性が示唆された。しかしながら今回の研究期間において発現クローニング法を用いた探索で新規尿意センサー候補のイオンチャネルを単離するには至らなかった。強制発現に用いた細胞株自身が酸応答をしたり、蛍光試薬に体する酸の影響が大きな問題となった。発現クローニングに先立って、まず膀胱上皮細胞における酸応答機構の詳細な検討を行ったので、以下に報告する。1.既知の酸感受性のイオンチャネルであるASICファミリーの膀胱上皮細胞における発現を分子生物学的、組織学的手法を用いて検証したが、どのチャネルの発現も認められなかった。以上の結果を踏まえながら、現在研究計画書に沿って発現クローニングを進めている最中である。酸感受性のカルシウムイオンチャネルを発現クローニングを用いて同定することが目標だが、カルシウムイメージングで用いる蛍光試薬のいくつかは、それ自体が酸の影響を受けることがわかったため、複数の蛍光試薬を用意して、実験条件を確定することに時間を要したため。他組織の酸刺激に対する応答様式とは異なり、膀胱上皮細胞における酸応答はカルシウムイオンチャネルを介した特異的な様式であることがこれまでに分かった。今後も研究計画書通り、発現クローニングを進めていく。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため、当初の見込額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初の予定通り計画を進めていく。
周期構造基板を用いた強磁性ナノ粒子の規則配列化と高密度磁気記録媒体への応用

「単結晶表面原子ステップの1次元ならびに2次元規則配列構造を利用した基板、および、高分子球を2次元配列化させた基板などを用いた1次元、ならびに2次元規則配列強磁性ナノ粒子膜」を実現し、次世代超高密度磁気記録媒体への応用を目的として以下の事項について研究を行った。すなわち、(1)NaCl(110)基板への斜め蒸着による金属ナノ粒子細線列形成、(2)NaCl(001)ステップ基板へのFePtナノ粒子規則配列構造形成、(3)Si(113)ステップ基板へのAgナノ粒子形成、(4)SrTiO_3(001)ステップ基板へのPt、Pdナノ粒子形成、(5)ポリスチレン球を用いた球リソグラフィーによる金属ナノドット周期配列構造形成、の5項目である。この中で、特にNaCl(001)ステップ基板上での4nmサイズFePtナノ粒子規則配列構造形成に成功し、粒子サイズ低下による規則相形成温度の低下ならびに単結晶ナノ粒子形成を達成した。このとき、粒子サイズの低下・高密度化に伴い保磁力が急速に減少していったが、これは粒子体積の低下に伴う磁化の熱擾乱が顕在化した結果と考えられる。強磁性ナノ粒子のサイズと規則度、硬磁気特性との相関を今後詳細に検討する必要がある。一方、Si(113)ならびにSrTiO_3(001)ステップ基板への金属元素蒸着では、非常に微細なナノ粒子が超高密度で形成されることが判明した。しかしながら、明瞭な周期的原子ステップの存在にも関わらず、そのステップエッジへのナノ粒子優先的・選択的配列は見られなかった。また球リソグラフィー技術により、Au、Pdナノドットの周期配列構造を形成することができ一応の成功を見たが、球の分散・配列に統計変動があり、その制御性が今後の課題である。磁気記録媒体の高密度化に伴い次世代型超高密度磁気記録媒体の開発が望まれている。記録密度向上には記録単位の微細化が不可欠であり、かつ磁化が熱擾乱に対し安定であることが必要である。この要請を満たす材料として大きな結晶磁気異方性を有し磁化反転に際し巨大な保磁力を示すFePtやCoPtなどの硬質磁性ナノ粒子が注目されている。我々は、電子ビーム蒸着法を用いてNaCl(001)単結晶基板上に方位配向FePt、FePdナノ粒子を合成してきた。これらのナノ粒子では貴金属(Pt、Pd)とFeの逐次蒸着により作製され、貴金属ナノ粒子が単結晶基板上にエピタキシャル成長し、続いて蒸着されるFeナノ粒子が貴金属ナノ粒子を種結晶としてエピタキシャル成長するため、方位配向したFe/貴金属複合ナノ粒子が得られる。蒸着後、熱処理を施すことにより貴金属とFeとの合金化・規則化反応を促し、最終的にL1_0型規則合金ナノ粒子を得ている。規則化した10nmサイズの方位配向FePt、FePd規則合金ナノ粒子分散薄膜はその構造に由来する大きな結晶磁気異方性を反映して室温で35kOeの保磁力を示す。現在、ナノ粒子の周期的配列化が国内外で活発に検討されている。本研究では、周期的な表面構造を有する基板をテンプレートとして用い、上述の方位配向強磁性規則合金ナノ粒子の周期配列化を試みた。テンプレートにはNaCl(100)ならびに(110)基板を用いた。高分解能電子顕微鏡観察および電子回折実験の結果、NaCl(100)劈開面上の高次の原子ステップに5nmサイズのFe/Ptナノ粒子が捕獲され、8nm間隔(粒子間距離3nm+粒子径5nm)で周期配列している様子が観察された。

また、イメージの光学変換パターン上に1次の小角散乱が出現し、周期構造が広範囲にわたり形成されていることが判明した。NaCl(110)基板を用いた場合にも同様に周期構造が形成され光学変換パターン上に1次の小角散乱が出現したが、形成された周期構造は約15nm間隔であった。次世代超高密度磁気記録媒体として、高い保磁力を持つ硬磁性ナノ粒子を10-20nm間隔で周期規則配列させた媒体が期待されており、多くの研究が進められている。現在、ナノ粒子としては高い結晶磁気異方性を有するFePt, FePdL1o型規則合金ナノ粒子が注目されている。我々は、これまで大気中中劈開したNaCl単結晶基板を真空中で400°Cに加熱してPt、Feの逐次蒸着を行い、さらに蒸着後に600°Cにて規則加熱処理を行うことによりFePtナノ粒子を形成してきた。本研究では単結晶基板表面に形成される微細な原子ステップを利用してナノ粒子の規則配列化と高密度配置を試みた。その結果、僅かに傾斜したNaCl(001)基板上において4nmサイズのFePtナノ粒子が規則的に高密度に配列した組織が形成され、その粒子密度は1.5×10^<12>cm^<-2>のオーダーであり通常の蒸着法により形成される粒子密度よりも一桁大きい値となった。しかしながら、粒子が非常に微細かつ高密度分散であるため蒸着後の約500°C以上での熱処理において粒子はステップエッジに沿って凝集し1次元的な細線へと形態が大きく変化した。さらに粒子サイズが約7nm以下の場合、400°Cでの蒸着直後に単一バリアントのL1o型規則相が形成されることが判明した。規則化温度低減、c-軸配向制御につながると考えられる。NaCl(001)基板だけでなく(110)基板においても粒子の規則配列が一部に見られたが、その形態制御は困難であった。SrTiO_3(311)基板上に形成される微細な原子ステップを利用したナノ粒子規則配列化についても検討したがPt、Pdをともに非常に高密度に基板表面上に分散し、ステップエッジへの優先的な配列は見られなかった。現在,新たに、高分子球粒子2次元規則配列を利用した、FePt, FePdナノ粒子2次元規則配列構造の作製を試みつつある。
移流項を伴うロトカ・ボルテラ系の空間パターン解に対する研究

非線形拡散を伴うロトカ・ボルテラ系に対して定常解の大域分岐構造に関する数理情報を引き出した。まず、ディレクレ境界条件のロトカ・ボルテラ競争系において、片方の交差拡散項を無限大にした極限系に対して定常解の部分集合が形成する大域分岐枝が得られた。また、ロトカ・ボルテラ系に関連する反応拡散移流系に対して、拡散と移流を無限大とした極限系の定常解の形成する大域分岐構造が得られた。平成21年度においては、数理生物学モデルの反応拡散方程式のひとつであるロトカ・ボルテラ系の研究に従事し、とかく、移流項がロトカ・ボルテラ系の定常解の構造に及ぼす非線形効果の数学的抽出に力を入れた。本年度の研究成果として、移流のひとつである相互拡散(cross-diffusion)を伴うロトカ・ボルテラ系において、定常解の高さや滑らかさが相互拡散の大きさには無関係に抑えられることが判明した。具体的には、ディレクレ境界条件の下で、任意の定常解の空間2階微分まで含めたアプリオリ評価が、相互拡散の大きさに依存しないことが証明された。相互拡散を伴うロトカ・ボルテラ系の定常解に対する既存のアプリオリ評価では、空間次元に対する制約が3以下であったのに対して、本年度の研究成果においては、競合系の場合では空間次元が5以下、被食者捕食者系の場合では空間次元4以下と空間次元に対する制約が緩和されている。定常解の高さや滑らかさが相互拡散に依存せずに抑えられることが保証されたことによって、相互拡散を無限大とした漸近解析も可能となった。本年度は「ディレクレ境界条件の下で競合系の共存定常解に対し相互拡散を無限大とした漸近解析」を施し、共存定常解の片方の成分が、相互拡散の大きさに反比例することが証明できた。この結果は生物学的な視点では、競合する2種の生物から成るコミュニティーにおいて、相互拡散効果を保持する生物種の方が生き残りやすいことを示唆している。上記の研究成果の内、被食者捕食者系の共存定常解に対するアプリオリ評価については、国際的な学術雑誌Nonlinear Analysisに掲載された。また、競合系の共存定常解に対するアプリオリ評価や相互拡散を増大させる漸近解析については、やはり国際的な学術雑誌Applicable Analysisに掲載予定である。平成22年度においては、移流項を伴うロトカ・ボルテラ系の空間定常パターンを解析した。とりわけ、餌が同じで生存競争をしている2種の生物の個体数変化を記述するロトカ・ボルテラ系において、競争相手が多い場所から少ない場所へ移流する効果を増大させたときに、定常解の空間分布がどのように変化するか考察した。数理モデルの見地では、上記の移流が生存競争に有利か不利かを数学的に説明することが主眼となる。本研究課題の平成21年度においては、ディレクレ境界条件の下で、移流の強さを無限大とした極限系を導出していたが、平成22年度においては、その極限系の解集合が形成する大域分岐構造が得られた。この極限系の解構造によって、生存競争をする2種の生物が上記の移流をする種としない種に分かれた場合、移流しない生物種の個体数密度は競争相手の移流の強さに反比例することが分かった。一方で、移流しない種は、競争相手の移流が強くなるほど、より低い増殖率であっても生存可能であることも明らかとなった。これらの2つの結果は、生存競争における移流効果は競争相手の数を減らすという点では有利だが、競争相手がより低い増殖率でも生存可能にする(耐性を高める)不利な側面も併せもつことを示唆している。なお、極限系はノイマン境界条件でも考察した。ディレクレ境界条件で得られた定常解の成す分岐枝は、ノイマン境界条件では定数解に自明化する点が難所であり、この定数解からの非定数解の分岐を解析することが課題となる。この課題に対して、平成22年度においては、非定数解の局所的な分岐を証明するとともに数値的な分岐枝の追跡を行った。定常解の集合が形成する分岐構造の大域的な解析は平成23年度に継続される。代表的な移流項のひとつである「交差拡散(cross-diffusion)」を伴うロトカ・ボルテラ競争系の研究に従事し、交差拡散が共存定常解に及ばす効果を解析した。具体的には、有界領域において縄張り争いをする2種類の生物に対する個体群密度について、定常状態を記述する楕円型偏微分方程式を取り上げた。定常状態を記述する楕円型偏微分方程式系に対して、1999年にLouとNiは、ノイマン境界条件下においては、交差拡散を無限大とした際の解の漸近挙動は「両種の棲み分けが起こる」か「交差拡散効果のない生物種が絶滅する」の2種類であることを数学的に示している。平成23年度の本研究によって、ディレクレ境界条件の下では、同じ楕円型方程式系の解は、交差拡散を無限大にすると、必ず「交差拡散効果のない生物種が絶滅する」ことが証明できた。

この結果は、生物種の生存競争においては、ディレクレ境界条件が、共存の可能性を排除することを数学的に示唆している。さらに、生物種の絶滅レートは交差拡散の逆数であることも分かった。具体的な方法として、絶滅種と交差拡散の積と生き残る種をそれぞれ新たな未知関数とした系で、交差拡散を無限大にした際に、未知関数の極限が満たす「極限系」の解析を行った。その結果、極限系の解集合の成す有界な曲線の抽出に成功した。ノイマン境界条件の下では、絶滅を特徴付ける極限系の解析は進んでいないことから、本研究によって、(境界条件が異なるものの)関連する系の解構造が解明できたことは、移流項を伴うロトカ・ボルテラ系の今後の研究に寄与すると考えられる。なお、上記の研究成果は、平成23年度日本数学会秋季総合分科会(函数方程式論)や京都駅前セミナーにおいて口頭発表を行った。その成果は、国際的な学術雑誌に投稿中である。
フラビウイルス科ウイルスの複製・成熟に関する研究

日本脳炎ウイルス(JEV)を始めとしてフラビウイルスは細胞質内で複製するウイルスでありながら、その構造蛋白質の一つであるコア蛋白質が核内にも移行することが知られている。なぜウイルスがこのように無駄とも思えることを行っているのかを検討した。受入研究室においてこれまでにJEVコア蛋白質の核移行シグナル(NLS)が同定されている。すなわち、アミノ酸42および43位をアラニンに置換するとコア蛋白質の核移行が消失する。そこでまず、この変異をJEVAT31株の感染性cDNAクローンpMWJEATに導入したpMWJEAT/M4243を作製した。pMWJEATおよびpMWJEAT/M4243を鋳型にして合成した完全長のRNAをVero細胞にエレクトロポレーション法で導入し、培養上清中から野生型とNLS変異ウイルスを回収した。これらのウイルスを蚊由来C6/36細胞で継代増幅後、VeroおよびC6/36細胞での増殖性を検討した。変異ウイルスJEAT/M4243に導入したアミノ酸置換は、C6/36細胞で継代増幅後のウイルスでも保存されていた。また、コア蛋白質の特異抗体を用いた蛍光抗体法によって、野生型ウイルスのコア蛋白質は細胞質だけでなく核内にも局在するが、変異ウイルスのコア蛋白質は核内には局在しないことを確認した。変異ウイルスはVero細胞で、野生型ウイルスに比べて非常に小さなプラークを形成した。また、Vero細胞にMOI=5で両ウイルスを接種すると、変異ウイルスでは野生型ウイルスに比べて、培養上清中への感染性ウイルスの放出や感染細胞内でのウイルス蛋白質の産生が遅かった。一方、C6/36細胞では、このような遅延は認められなかった。以上のことからJEVはコア蛋白質を核移行させ、ウイルスの複製・成熟に有利な環境を作り出していることが推測された。
広領域表面テクスチャ生成のための加工システムと微小変位装置の開発

本研究の目的は金属等の微細な凹凸形状すなわち表面テクスチャを作成するため、市販のツールシャンクに装着できる微小変位装置とその加工システムの開発である。この装置は加工箇所が一般の幾何形状に対してはボールねじの変位量によって、また、表面テクスチャ形状に対しては、圧電素子を組み込む。この表面は数百マイクロメートルの微小変位を有している。この様にして、それぞれの形状に対応できる加工システムを開発した。(1)平成23年度に開発したソフトウェアと装置を以下の加工実験及び評価に基づいて改良した。特に微小変位加工装置においてはPZTの変位を拡大する梁機構を放電加工により作成した。しかしながら、所定の拡大変位を得るためには梁部分の精密加工が必要であり,難削加工になる。そのため、試行錯誤による複数回の加工実験を行なった。また,作業者に使いやすいCAD/CAMシステムの開発・統合を計画し,小林が作成に当たった。(2)加工実験及び評価加工された表面テクスチャの評価は走査型白色干渉計やSEM等により高精度表面計測を行なった。表面計測は大学院生が行なった。また、加工実験で不具合が生じた場合もあったが、システムを修正し、再実験を行なった。本研究においては金属等の微細な凹凸形状の表面テクスチャを作成するため、規格化された市販のツールシャンクに装着する微小変位装置用の加工システムの開発を目的としている。現在、市販されているマシニングセンタのスピンドルヘッドは重量が大のため、その駆動機構のボールねじが過負荷状態となってしまう。また表面テクスチャ作成の様な微小な動きを連続的に加工する場合には、ボールねじへの負荷が長時間に及び、スピンドルヘッドを支えるスライダレールに局所的な繰り返し摩耗が発生し、加工機に対して限界を超える荷重がかかる。そこで、今回、被削材の加工対象箇所が一般的な幾何形状に対してはボールねじの変位量に従って、また、表面テクスチャの様な数百マイクロメートル程度の微小変位を繰り返す形状に対しては、新規に開発した圧電素子を組み込み、それぞれの形状に対応して加工を行った。上述の表面テクスチャ作成を実現させるため、以下に示す2つの開発課題を設定した。(1)表面テクスチャ用CAD/CAMシステムの開発表面テクスチャはCGシステム及び形状処理の分野において多数研究がなされている。そこで扱われている技術は画像データであり、3次元形状ではない。そのため機械加工データとしては不十分である。現状のCAMシステムは、工具経路の最適化ができない。更に、一般の幾何形状と表面テクスチャ形状との作成はZ方向の工具移動を2タイプに分離するため、それぞれの駆動機構に対して同期をとる。今回のCAMシステムはこれらに対処できる。(2)ツールシャンクを有する微小変位装置の開発微小変位機構を有するツールシャンクは工作機械の主軸に直接設置することからは超音波振動切削装置と類似している。しかしながら、この装置が一定の振幅を持つ振動であるのに対し、今回、開発したツールシャンクは表面テクスチャ形状に対して変位の制御をするものである。近年、機械加工の分野においては、視覚的付加価値・質感・機能向上等によりシボ加工が注目されてきている。このシボ加工により成形品表面への塗装を不要とする部品が成形できるため、環境に優しい製品を作成できるメリットがある。しかしながら、微細な凹凸のあるシボ形状を加工するためには工具の微小な上下運動が必要となり、スピンドルを支持するステージのレール表面やボールネジへの摩耗等が問題となっている。その解決手段として、本研究においてはスピンドルを微小移動させるアクチュエータにPZTを装着した表面テクスチャ作製装置を開発する。平成23年度は、主に表面テクスチャ作製装置とその制御プログラムを開発した。開発した装置は、スピンドルのアクチュエータにPZTを装着し、テコの原理を使用した切欠き機構によりその微小移動を増大させ、スピンドル移動として応用した。最終目標は革シボ加工を想定しており、深さ200μm程度の加工の可能な装置にする予定である。本装置は、PZTを用いた移動量拡大機構、制御PC、PZTドライバ、ファンクションジェネレータ及びXYZ軸ステージにより構成される。制御PCによりXYZ軸ステージの位置と加工する波形及び周波数等の加工条件を入力し、その条件を基に作られる信号をファンクションジェネレータに入力する。そして、得られた電圧信号をPZTドライバに入力することによりPZTが伸縮し、そのスピンドルの移動量を拡大機構により増大させ、被削材表面を加工する。本研究においては金属等の微細な凹凸形状の表面テクスチャを加工するため、規格化された市販のツールシャンクに装着する微小変位装置用の加工システムの開発を目的としている。また表面テクスチャ加工の様な微小な動きを連続的に行う場合には、ボールねじへの負荷が長時間に及び、スピンドルヘッドを支えるスライダレールに局所的な繰り返し摩耗が発生し、加工機に対して限界を超える荷重がかかる。

そこで、被削材の加工部が一般的な幾何形状に対してはボールねじの変位量に従って、また、表面テクスチャの様な数百μm程度の微小変位を繰り返す形状に対しては、今回開発した圧電素子を組み込み、それぞれの形状に対応した加工を行った。開発した表面テクスチャ作製装置を用い,正弦と三角の2種の2次元波形を加工した。それぞれの波形は、正弦波形の場合、振幅1030μm、波長2001000μmとし、三角波形の場合、振幅30μm、波長1000μmとして、それぞれ設定し、加工した。その結果、次のことが判明した。(1)入力波形と加工形状を比較すると、加工形状のほうが小さかった。その原因は、装置自体及びPZTの剛性が低く、加工時の負荷に対応できなかったことと考えられる。また、試料保持の方法等に試料の荷重がかかる場合、一部に変位があったと推定される。(2)加工形状、周期は上述(1)のように高さ方向は設計値通りとはなっていなかったが、ほぼ設計値どおりに加工された。(3)正弦波の15周期(山)を120回加工した結果により、PZTを用いた連続的な微小凹凸の加工が可能であることがわかった。これは精度よく正弦波形の平面加工が可能であることを示している。平成25年度以降も平成24年度と同様の体制で実施する。微小変位装置の改良と加工実験及び評価を継続して行なう。以上の3年間の研究成果をまとめ論文作成・投稿をする。最終年度の後半には開発目標を達成させる。そしてこの加工システムを商品化する予定である。更に、システム開発、実験により得られた実用データを次の開発課題にフィードバックし、システムの機能向上をはかる。平成23年度は表面テクスチャ作製装置を開発し、約30μmの最大振幅を持つ微細形状の加工を可能とした。しかしながら、装置の設計段階においては目標として高さ200μmの形状の加工可能な装置としていた。本年度に開発した装置は要求仕様を満足していない。主たる原因は、(1)PZT拡大機構が有効に機能していない、(2)装置の主要部品の材料がアクリルによって試作されており装置の剛性が低い等が考えられる。今後は装置全体をステンレス等の金属により作成し、またPZT拡大機構を改良し、目標とする高さ200μmの形状を加工可能な装置に改良する予定である。さらに、現在、正弦波形、三角波形、矩形波形等の単純な幾何形状を試作加工するインターフェースとなっているが、今後、通常のCADデータによってでも加工できるCAMシステムを開発する予定である。該当なし平成24年度は平成23年度に開発した表面テクスチャ作製装置の改良分として主に研究費を使用する。具体的には、(1)PZT拡大機構の試作費、(2)表面テクスチャ作製装置の主要部品の材料の変更による再作成のための諸費用、(3)加工実験のためのエンドミルや被削材等の消耗品費である。また、研究成果の報告として学会発表のための費用を計上している。
母体免疫由来の母乳栄養による新生児期免疫再構築に関する研究

乳幼児の免疫学的未成熟な期間における母体免疫の有効性について、従来より指摘されている移行抗体の役割のみではなく、免疫担当細胞の誘導や免疫学的メモリーの獲得等、乳幼児自身の免疫システム構築の側面から検討を行った。1肺炎球菌の表面共通蛋白抗原であるPspAを用いた母体免疫により、新生児マウスの脾臓において抗PspA特異的抗体産生細胞が非免疫群由来の新生児マウスと比較して有意に多く検出された。すなわち、母体免疫により新生児マウスの体内には経胎盤あるいは母乳を介した移行抗体のみではなく、肺炎球菌に対する免疫担当細胞が誘導されていることが確認された。2母体免疫により誘導された抗肺炎球菌特異的免疫能は、肺炎球菌感染症に対する予防効果を認めた。母体からの移行抗体が消失している5週齢前後の仔マウスにPspAを皮下接種し、抗肺炎球菌特異的抗体を誘導した後、肺炎球菌を全身感染させた。免疫群由来の仔マウスは非免疫群由来の仔マウスと比較し、生存期間の有意な延長を認めた。3母体免疫により、仔マウスは肺炎球菌抗原に対する長期的な免疫学的メモリーを獲得した。5週齢前後の仔マウスにPspAをアジュバントを用いずに皮下接種し、血清中に誘導される抗PspA特異的抗体を経時的に測定した。非免疫群由来の仔マウスでは抗体価の上昇は軽度であり、PspA皮下接種から2週間後に血清抗体価のピークを認めたのに対し、免疫群由来の仔マウスの血清中抗体価は接種後1週間後から有意な上昇を認め、2週目以降も抗体価の上昇を認めた。PspAを用いた母体免疫により、新生児マウスに抗肺炎球菌特異的免疫応答の持続的な誘導を行うことが示された。今後、免疫誘導の詳細な機構を解明することで、新たなワクチン開発における有用な情報が得られることが望まれる。
繊維集合体における隙間のないユニークなパッキング構造化の研究

円柱型フィラメントからなるクモの糸繊維の集合体では、繊維が平行に並んで理想的に詰まったとしても繊維相互は線接触でしかない。現実は、一本の繊維で力学強度(応力)が大きくとも、集合体となると繊維間に隙間が多くあり、応力が大幅に落ちるという問題点がある。この問題点を解決すべく、繊維の軸と垂直方向の弾性率を考慮して、繊維軸に垂直方向に加圧することによって、繊維を変形させ、繊維間の面接触を増やすことを試みた。その結果、繊維軸に垂直な方向での弾性率と圧力という因子を考慮することによって、繊維を変形せしめて、接触面を増やせることに成功した。現代科学では不可能と思われていた『間隙の多い集合体繊維を間隙のないパッキング構造の集合体に変化させる条件』をクモの糸束を用いて探るのが目的である。繊維の非線変形を作り出し、繊維間の面接触によるずり力のアップに基づいた結果、紐全体の力学強度アップを図るべく実験に取り組んだ。オオジョロウグモは沖縄県で、コガネグモは高知県で採集した。多数のオオジョロウグモおよびコガネグモから人海戦術で牽引糸を取り出した。次に、牽引糸の集合体である糸束を作り、それをねじるなどの加圧における糸の本数やねじり方によるデータを整理し、コガネグモとオオジョロウグモのうち、どちらのクモの糸の断面が多角形(polygonal)になり易いのかを調べた。その結果、コガネグモには少し捕獲帯が混じっているが、伸びが著しく弾性に富むことが判明した。一方、オオジョロウグモの牽引糸は太くて均一な束を作成できることが明らかになった。クモの糸を加圧することにより、繊維の非線形変形によって隙間を軽減する仕組みを調べるべく、繊維軸方向の弾性率のみならず繊維軸と垂直方向の弾性率を測定した。その結果、繊維集合体における繊維間の隙間の軽減は、軸方向と垂直な方向における弾性率の掛け合いを考慮することが非常に大切であることが明らかになった。なお、紐の断面における繊維の変形は、電子顕微鏡観察によった。特に、繊維集合体における繊維間の隙間をどのように軽減すればよいのかについては、ねじり回数や湿度、本数などを考慮するとともに、紐の均一性を維持する方法を探索した。クモの細い糸は弾性的で、高弾性率で、力学的に強いという特徴があることから、夢の繊維として注目されている。将来的に実用化されるとしたら、繊維集合体として利用される。ところが、クモの糸の集合体では繊維間に隙間が多く、バルク密度は低く、力学応力は細い糸と比べて大幅に低いという問題がある。その理由は、クモから長い糸を採取しにくいところにある。また、集合体を構成する円柱状フィラメントを並べても、フィラメント相互の間隙をなくすことは不可能なところにある。そこで、クモの糸の集合体の高付加価値化を狙って、タイル張りのように間隙のないクモの糸の集合体を作ることができれば、クモの細い糸と同様な特性が得られるかもしれない。特に、繊維間の隙間の軽減は、繊維同士が面で接触することから、弾性率の大幅アップにつながる。ここでは、現代科学では不可能と思われている繊維間に隙間のない繊維集合体を作ることに挑戦するのが本研究の目的である。本年度における研究成果としては、まずは、オオジョロウグモの採集を行い、次にオオジョロウグモから100 cm長の糸束を作ることに労力を費やした。また、10,000本以上からなるクモの糸束を捩じる実験を行い、糸束の断面を電子顕微鏡にて観察し、隙間の軽減状態を調べた。その結果、捩じる前はクモの糸のフィラメントの断面が円形であったが、捩じることにより多角形に変化するなど断面構造が大幅に変化しており、隙間が軽減した構造が一部ではあるができていることを確認した。捩じり回数や温度湿度などで非線形の塑性変形の度合いが依存していることが分かった。しかし、今のところ、隙間のない構造変化が起こっているのは全体の一部にしか過ぎないレベルである。クモの糸は柔軟性と強度を共に備えているという特徴から、近年、繊維の新素材としてとみに注目を集めるようになってきた。今のところ、クモは共食いのため、糸の大量生産には向いていない。しかし、将来において遺伝子工学などの手段を用いて、クモの糸の大量生産が可能になると、実用的にもクモの糸の繊維集合体の性質が重要になる。そのため、天然のクモの糸の集合体で、その力学特性をあらかじめ調べておいて、実用化に向けて待機しておく必要がある。本年度はジョロウグモの単繊維において、その繊維軸方向の弾性率と、それに垂直な方向における圧縮弾性率を測定した。従来から軸方向の弾性率測定がほとんどであったが、軸方向に垂直な圧縮弾性率の測定は珍しいものであった。二方向での弾性率の値に基づいて加圧の方法や、湿度の条件を探ってみたところ、得られた弾性率の大きさによって変形のしやすさが理解できるようになってきた。その結果、湿度の環境下においては、特に収縮と変形の兼ね合いが問題になってくることが分かってきた。実験結果に基づいて、クモの糸の繊維集合体の隙間の軽減化のメカニズムが議論できるレベルになってきた。また、太さの異なるクモの糸のフィラメントを用いた実験でも、繊維間の隙間をなくするメカニズムの裏付けするヒントを得ることができるようになってきた。