hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腫瘍抗原特異的T細胞抗原レセプタ-の構造解析

移植されたFBLー3腫瘍を排除した同系マウスの脾細胞をインタ-ロイキンILー2と不活化した腫瘍細胞抗原の存在下でMLTC培養を行い腫瘍抗原特異的T細胞を増殖させた後,次の3つの方法を用いてT細胞クロ-ンを選択し、TCRの構造解析を試みた。(1)單クロ-ン抗体法:CTLクロ-ンNo.8に対して作製された單クロ-ン抗体N9ー127は、FBLー3特異的CTLクロ-ン総数396のうち,44の細胞傷害活性を阻害した。No.8はcDNA解析の結果,Vα_IJα_<II2ー2>CαとVβ_<10>Dβ_<2,1>Jβ_<2,7>Cβ_2からなるTCRを発現していることが明らかになった。44クロ-ンについてN9ー127抗体による細胞傷害活性阻害テストを行った結果,低濃度の抗体で阻害されるもの(No.8型)と,高濃度の抗体を要するもの(B5ー10型)とがほぼ同数存在した。塩基配列をアミノ酸配列に翻訳すると,いずれもβ鎖の1残基以外はα,β両鎖とも全く同じ配列を示した。異なるβ鎖の1残基はDβーJβ結合部CDR3に存在し、No.8型ではグリシンをB5ー10型ではアスパラギン酸を示した。(2)サザン解析法:22匹の担癌マウスよりそれぞれMLTC細胞を調整し,Jβ1,Jβ2をプロ-ブとしてサザン解析を行ったところ,MLTCー1,ー14,ー15の3種が鮮明なJβ2の再配列バンドを示した。MLTCー14由来のクロ-ンSB14ー11についてcDNA解析を行ない,発現されているTCRとしてVα11Jα2B4CαとVβ14Dβ_<2,1>Jβ_<2,1>Cβ_2を固定した。(3)FACS解析法:單一のMLTC細胞について表面抗原をFACSによって解析したところ,CD8^+92%,CD4^+6%,Vα_3^+68%,Vβ_3^+36%の結果をえた。このMLTC細胞より23種のT細胞クロ-ンを分離したところ,15種がVα_3^+であり,そのうち8種はVα_3^+Vβ_3^+であった。
血液脳関門輸送担体遺伝子発現系を用いた新薬スクリーニング系の開発

中枢作用薬の開発において、血液脳関門透過性を評価することは最も重要な課題の一つである。本研究は血液脳関門輸送担体を遺伝子レベルで解明し、基質認識特性を解析する発現系を開発することを目的とした。脳毛細血管内皮細胞の脳側細胞膜に発現している輸送担体として、グリシン、プロリンなどを輸送するシステムAを遺伝子レベルで解明することができた。ATA2がその実体であることが明らかになり、この輸送系は浸透圧依存的に誘導されることが分かった。この成果は論文として受理された。さらに、タウリンを輸送するTAUTが発現していることを明らかにした。この輸送担体は、浸透圧依存性、サイトカイン反応性で、タウリン高濃度下でダウンレギュレーションを受けることを明らかにした。一方、有機アニオン輸送系の一種OAT3がラットの血液脳関門において、インドキシル硫酸などの尿毒症物質やデヒドロェピアンドロステロン硫酸抱合体を輸送することを明らかにした。また、骨硬化症マウスにおいてその発現が低下していることが報告されているRoctが、OAT3のマウスカウンターパートであることを明らかにした。さらに、血液脳関門に発現しているCRTが脳内エネルギー蓄積物質として重要なクレアチンを循環血液中から脳内へ輸送する働きがあることを明らかにした。以上、これまで未知の血液脳関門輸送機能を遺伝子レベルで明らかにすることができた。特に、有機アニオン系薬物の脳内移行性を顕著に阻害していると推定されるOAT3,RoctについてはORFの全長cDNAを単離し、発現系用いてISやHVAなどの基質を輸送する機能を有していることを明らかにした。これらの成果は、中枢作用性新薬開発において非常に有用な手法として活用することができる。本年度は、血液脳関門の実体である脳毛細血管内皮細胞の条件的不死化細胞株を樹立し、この細胞特性を解析した。その結果、P-糖蛋白、ヘキソース輸送系、有機アニオン輸送系が発現、機能していることが明らかになった。さらに、血液脳関門特異的な輸送担体遺伝子の探索の準備として、輸送担体を比較するために、血液脳脊髄液関門の実体である脈絡叢上皮細胞、血液網膜関門の実体である網膜血管内皮細胞、骨髄細胞から末梢血管内皮細胞について、それぞれ条件的不死化細胞株を樹立し、その輸送担体の機能と遺伝子発現を解析した。これらの細胞を用いて、血液脳関門を中心とした輸送担体の遺伝子クローニングを行った。脳側細胞膜に発現している輸送担体として、システムAの遺伝子配列を解明することができた。この輸送系は高浸透圧下で顕著に輸送活性が増加すると共にmRNA量も顕著に増加した。さらに、タウリン輸送担体の全遺伝子配列を明らかにすることができた。また、インドキシル硫酸などの尿毒症物質や、デヒドロエピアンドロステロン硫酸抱合体を輸送する輸送担体の遺伝子配列も明らかにすることができた。さらに、これらの輸送担体の遺伝子配列をもとに、特異的なアミノ酸配列を選択し、抗体を作成した。現在、脳毛細血管内皮細胞の血液側膜に特異的に発現していることが報告されているP-糖蛋白に対する抗体をコントロールとして、免疫染色条件を検討中である。この手法を用いてin vivoでの輸送担体の局在性を明らかにする予定である。輸送担体遺伝子導入した安定発現株を樹立した際に、血液側から脳方向へのドラッグデリバリーのスクリーニング系として用いることができるか、あるいは脳から血液方向の排出輸送系に認識されるかどうかを解析する系に用いることができるかを明確にする。

本研究は血液脳関門輸送担体を遺伝子レベルで解明し、基質認識特性を解析する発現系を開発することを目的とした。脳毛細血管内皮細胞の脳側細胞膜に発現している輸送担体として、グリシン、プロリンなどを輸送するシステムAを遺伝子レベルで解明することができた。ATA2がその実体であることが明らかになり、この輸送系は浸透圧依存的に誘導されることが分かった。この成果は論文として受理された。さらに、タウリンを輸送するTAUTが発現していることを明らかにした。この輸送担体は、浸透圧依存性、サイトカイン反応性で、アウリン高濃度下でダウンレギュレ-ションを受けることを明らかにした。一方、有機アニオン輸送系の一種OAT3がラットの血液脳関門において、インドキシル硫酸などの尿毒症物質やデヒドロエピアンドロステロン硫酸抱合体を輸送することを明らかにした。また、骨硬化症マウスにおいてその発現が低下していることが報告されているRoctが、OAT3のマウスカウンターパートであることを明らかにした。さらに、血液脳関門に発現しているCRTが脳内エネルギー蓄積物質として重要なクレアチンを循環血液中から脳内へ輸送する働きがあることを明らかにした。以上、これまで未知の血液脳関門輸送機能を遺伝子レベルで明らかにすることができた。特に、有機アニオン系薬物の脳内移行性を顕著に阻害していると推定されるOAT3, RoctについてはORFの全長cDNAを単離し、発現系用いてISやHVAなどの基質を輸送する機能を有していることを明らかにした。これらの成果は、中枢作用性新薬開発において非常に有用な手法として活用することができる。
新規受容体PEを介したボツリヌスD型神経毒素の細胞内侵入機構の解明

ボツリヌスD型神経毒素はphosphatidylethanolamine(PE)に結合するが、実際PEを介して細胞内に侵入し、毒性を発現させているのかどうかについては明らかにされていない。そこで本研究では、毒素の細胞内侵入機構を調べるため、毒素受容体結合領域の結晶構造を明らかにし、さらに神経分化させたマウス胚性腫瘍細胞株P19が本毒素に高感受性であることを見出し、毒素の作用機序解明に有用であることを示した。ボツリヌスC型およびD型神経毒素は他型と異なり、蛋白質受容体を介さずに細胞内に侵入すると考えられているが、その機構の詳細については明らかにされていない。また、本毒素に感受性のある有用な細胞株が確立されておらず、毒素の細胞内動態を研究する上で感受性細胞の確立は必須と言える。そこで、本研究では、マウスEmbryonal carcinoma由来のP19細胞に対する本毒素の作用について検討を行った。P19細胞をレチノイン酸で処理し、ニューロンに分化させた後、各種毒素の受容体結合ドメインの組換え蛋白(Hc)を作用させた。結合後、細胞内に侵入したHcをウサギ抗Hc抗体を用いて免疫染色し、蛍光顕微鏡で観察した結果、C型およびD型毒素共に細胞内に侵入していることが確認された。また、Biacoreで結合能が低下していたHcの一残基置換体について同様の実験を行ったところ、いずれの変異体もP19細胞への結合・侵入は認められなかった。さらに、神経毒素をP19細胞に処理し、C型、D型毒素の細胞内基質(Syntaxin 1AおよびVAMP 2)の切断を調べたところ、いずれの基質も毒素処理により切断されていた。このことから、P19細胞は本毒素に感受性があり、毒素の細胞内動態を調べる上で有用な細胞株であると考えられた。また、P19細胞をグリコシルセラミド合成阻害剤PPMPで処理し、ガングリオシドの発現を低下させた後、C型Hcを作用させたところ、Hcの細胞内侵入が認められず、さらにFACS解析でP19細胞に結合していないことが示された。このPPMP処理細胞にガングリオシドを添加したところ、Hcの結合・侵入の回復が見られた。これらの知見からC型毒素は、細胞表面のガングリオシドを介して作用していると考えられた。ボツリヌス神経毒素に対して感受性をもつ細胞株として前年度新たに見出したP19細胞を用いて、C型及びDCモザイク神経毒素のガングリオシド認識機構の差異について、比較検討を行った。C型毒素受容体結合ドメイン(HcC)およびDCモザイク毒素受容体結合ドメイン(HcDC)のP19細胞内への取り込みを検討したところ、両Hcともに細胞内にHcが取り込まれることが確認された。しかしながら、PPMP処理によりガングリオシド合成を抑制した細胞ではいずれのHcもほとんど認められなかった。また、PPMP処理したP19細胞に対して、GT1b、GD1bを添加するとHcCの取り込みは回復したが、HcDCは取り込まれなかった。一方、GM1aを添加するとHcDCが細胞内に取り込まれたが、HcCは細胞内に取り込まれなかった。また、これまでの実験から、HcC、HcDCともに、特定のトリプトファン残基がガングリオシドとの結合に不可欠であることがわかっている。そこでこれらトリプトファン残基をアラニンに置換し、P19細胞に対する結合性を調べた結果、いずれの変異体も結合しないことがわかった。以上のことから、BoNT/CおよびBoNT/DCの毒作用の発現には、それぞれ特異的なガングリオシドへの結合が不可欠であると考えられた。このことは、本毒素のガングリオシド結合領域のトリプトファン残基を置換した変異体で、細胞への結合・取り込みが認められなかったことからも裏付けられる。本年度はガングリオシドを介して細胞に作用するC型およびDCモザイク毒素について検討を行ったが、次年度は、P19細胞を用いてD型およびCDモザイク毒素のホスファチジルエタノールアミンを介した毒作用発現機構について検討を行う予定である。ボツリヌス神経毒素はAからG型に分類され(BoNT/A-G)、神経終末に作用して弛緩性麻痺を引き起こす。毒素の作用機序解明のためには細胞レベルでの解析が不可欠であるが、BoNTに高い感受性を示す有用な細胞株はいまだ確立されていない。本研究では、神経細胞に分化誘導したP19細胞がBoNTに対して高い感受性を示すことを証明するため、これまで毒素感受性細胞としてよく用いられてきた初代培養海馬神経細胞及びマウス神経芽細胞腫由来のNeuro2a細胞と比較検討を行った。BoNT/C或いはBoNT/DCで細胞を処理し、細胞内基質であるSyntaxin-1、SNAP-25、VAMP-2の切断を調べたところ、P19細胞のこれら基質は海馬神経細胞内のものと同程度切断されていたが、Neuro2a細胞内の基質は全く切断されなかった。

また、受容体結合領域であるHc蛋白の細胞内への取り込みをみた結果、いずれのHc蛋白もP19細胞と海馬神経細胞内には取り込まれたが、Neuro2a細胞にはほとんど取り込まれなかった。これらのことより、P19細胞は初代培養神経細胞と同程度の毒素感受性を示すことがわかった。この毒素感受性と細胞表面のガングリオシドの局在との関係性を明らかにするため、細胞表面のガングリオシドGM1をコレラ毒素Bサブユニットを用いて、可視化観察した結果、細胞表面のガングリオシドはNeuro2a細胞よりもP19細胞、海馬神経細胞で多く発現していることがわかった。以上のことから、本研究で見出したP19細胞は、高感受性ではあるが大量調製や手技の煩雑さといいう欠点を持っていた初代培養神経細胞に換わる、新たなボツリヌス毒素感受性細胞株として、毒素作用解明にむけた基礎的研究の発展に貢献できると考えられる。
特性X線生物照射システムの開発

放射線の生物作用の基礎過程の解析など、最近、放射線生物学の分野で単色軟X線への関心が急速に高まってきた。本研究では、生物照射用の単色X線発生装置の試作に取り組んだ。その結果、高性能の特性X線生物照射システムが完成した。本装置は、世界で第5機目、我が国では第1号機となる。構成は、熱陰極型のX線発生装置、超低電圧XG電源コントロ-ラと線量測定システムから成る。昭和63年度に発生装置の基本部分が完成し、平成元年度に線量測定システムが完成し、特性試験、線量と線質の測定および照射条件の設定を行なったのち、実際に発生装置を使った細胞照射実験を行なった。本照射装置は、最大出力2kWで、管電圧は120kVの範囲で可変であり、X線管の電圧・電流特性は5kV以下の超低電圧領域でも変動率0.1%以下の高い安定性を示す。フライトチュ-ブ内に設置したリング型モニタ-チェンバ-は、本機特有の新しい試みであったが、超軟X線に対しても高精度で動作することがわかった。直径46mmの試料照射野内の線量分布は誤差1%以内の高い均一性を示した。比例計数管によるエネルギ-スペクトルの測定の結果、制動放射の混入率は銅KX線で約10%、アルミKX線では1%以下に下げることができた。外挿チェンバ-による線量の絶対値の測定で照射条件を設定し、ハムスタ-培養細胞で致死効果を見たが、再現性の高い結果が得られたる超軟X線領域は、発生装置や線量の測定・制御など未経験で、物理学の分野でも開発的要素が多く、本研究の成果は他の分野への波及効果も大である。本装置が完成したことにより、英国メディカルリサ-チカウンシルからは相互比較に中心とした共同研究の申し込みがあり、国際的にも国内的にも本装置を利用した共同利用による研究の推進と成果に期待がもてる。本研究は昭和63年度に成立し、2カ年計画で生物試料照射用の特性X線発生装置を開発しようとするものである。生物照射用特性X線発生装置は、英国の1研究室、米国の2研究室で試作されているが、我が国では本研究が最初である。X線回折など単色X線発生装置で豊富な経験を持つ理学電機株式会社の協力により開発を進めた。特に超軟X線領域は未経験な分野であったが、外国の例を参考に、製作会社の技術陣と、試作も含めて検討を進めてきた結果、生物照射用の固定対陰極型X線発生装置Rー1300型を製作した。本装置は最大出力2kWで、管電圧120kV可変の超低電圧電源コントローラを装着し、ターゲットは固定式で炭素(0.28keVX線)、アルミ(1.49keVX線)および銅(0.93keVおよび8.05keVX線)とし、次年度に種類を増やしてシステムアップする。X線源から試料面までの距離は220mmで、φ40mmの広い照射野が得られる。照射野内でのX線強度差は炭素ターゲットで管電圧5kV運転時で約2.3%であり、均一である。試料面で、外挿チャンバーにより線量の実測、比例計数管によりX線スペクトルの測定を行なう。また、フライトチューブ内にモニターチャンバーを設置し、照射中の線量をモニターすると同時に照射時間の制御を行なう。

本装置はその基本部分の製作が完了したので、本年度末より漏洩X線等の安全性の確認、X線スペクトルの測定、線量測定など性能試験と試験的照射実験に入る予定である。なお、当初予定をしていた回転対陰極型装置はターゲットがコスト高となる上、ターゲット交換による磁気シールの劣化が問題となること、また、エンドウインドウ方式の開放型管球もターゲット交換がコスト高となることから、検討の結果不適当と判断し、本装置の製作に決定した。上記特徴のほかに、ターゲットの交換が簡単であり、將来多くのターゲット金属を揃えることにより広域の単色X線が得られる。本研究では、最近放射線生物学の分野で急速に関心が高まってきている単色軟X線を発生させる特性X線生物照射システムの試作に取り組み、昭和63年度にその基本部分が完成した。世界で第5機目、我が国では第1号機となった。本年度は、X線測定システムの完成、性能試験、照射条件の設定および発生装置を実際に使った生物照射の実験を行なった。標的金属としてアルミおよび銅を選び、X線管の電圧特性、電流特性を調べた結果、5kV以下の超低電圧領域でも高度に定安した高性能の装置であることが証明された。フライトチュ-ブ内に設置したリング型モニタ-用イオンチェンバ-は、本機特有の新しい試であったが、超軟X線に対しても高精度で動作することがわかった。直径46mmの試料照射野内の線量誤差は1%以下であり均一な線量分布をする。その他、フライトチュ-ブのHeガスの流量、比例計数管のPー10ガスの流量、ガス置換の速度、適正印加電圧などの条件設定を行なったのち、エネルギ-スペクトルの測定、外挿チェンバ-による線量の絶対値の決定、吸収特性を調べた。制動放射によるX線の混入は、銅KαX線で10%、アルミKαX線では1%以下に下げることができ、また線量率はKαX線で149rad/mA/min、アルミKαX線で6.3rad/mA/minという世界で最も高い線束が得られることがわかった。生物試料照射用のホルダ-を作成し、ハムスタ-培養細胞で致死効果に関する実験を行なった。線量効果は3回の繰り返し実験でも再現性が高いことが確認された。超軟X線領域は、生物学的効果についてもそうであるが、線量の測定や制御など物理学の分野においても開発的要素が多い。他の分野への波及効果も大である。本機が完成したことにより、英国メディカルリサ-チカウンシルからは相互比較を中心とした共同研究の申し込みがあり、国際的にも国内的にも本機を利用した研究の成果が期待できる。
走査電子顕微鏡付き材料試験機の木質材料工学への応用

本研究では、走査電子顕微鏡(SEM)については非専門であるが、これを用いれば、それぞれの研究分野において有用な新知見が得られると確信するものが、本統一課題のもとに各分担課題を立案・実施することにした。得られた成果を要約すると、以下のとおりである。1.木材の静的および疲労破壊:試料として木材:ヒノキ、ブナ、ケヤキ、木質材料:集成材、LVL、合板、MDFを用い、引張・圧縮・引張りせん断、引張圧縮疲労の各破壊過程を、SEM観察によりリアルタイム的に明らかにした。2.細胞壁の剛性および成長応力の発現過程:引張・圧縮あて材部の成長応力・剛性発現とゼラチン層、リグニン含量、ミクロフィブリル傾角との関係を明らかにした。また、外力・自重と成長応力・枝の力学的特性との関係を実験的モデル的に考察した。3.早生樹種の組織構造と利用適性:熱帯地方の有望植林樹種としてユ-カリに注目し、乾操時の落ち込み防止と乾操時間短縮に、加圧缶によるスチ-ミング処理が有効なことを実証した。4.丸のこの切削条件と加工表面との関連:歯先の諸角度・摩耗程度・一歯当りの送り量、切削方式・方向と加工表面との関係をSEM観察写真で明示すると共に、春・秋材部における面形成機構の差異を明らかにした。5.木材接着界面の静的および疲労破壊:スギ構造用集成材のフィンガ-ジョイントラミナについて、曲げ破壊形態をSEMで観察し、その結果を基に、接合耐力の破壊力学的予測を検討した。6.機能性複合高分子の集合形態:オリゴ糖置換スチレモノマ-から放射線重合によるミクロフェアの作成を試み、液中で直径約1μmのミクロスフェアを確認した。7.吸湿性塗料塗布材の吸放湿挙動:吸湿性塗料塗布材は、放湿過程では無塗装とウレタン塗装の中間の収縮挙動を示し、促進曝露試験ではウレタン塗装の塗膜剥離に近い剥離を生ずることを明らかにした。木質材料工学の諸分野における専門的手法に電顕観察を加味することにより、各々の分野に新知見を提供することを目的として、7項目について検討した。本年度は研究計画の初年度であるため、走査電子顕微鏡付き材料試験機を購入設置し、調整作業を一通り終了した段階であるが、各分担課題の成果及び検討事項をまとめると以下のようである。1)木材の静的及び疲労破壊:国産広葉樹材(ブナ)を試料として静的試験による破壊状況の電顕観察を行った。2)細胞壁の剛性及び生長応力の発現過程:引張アテ材部のゼラチン層が外力を分担する要素となりうることを、縦方向ヤング率の測定結果から明らかにした。3)早生樹種の組織構造と利用適性:木材細胞壁の物性評価のために、超音波顕微鏡の応用可能性を検討しており、対象物の表面形状の電顕観察を計画中である。4)丸のこの切削条件と加工表面との関連:丸のこ切削時の振動は、切削過程中の削り代変化による自励振動であることを明らかにした。5)木材接着界面の静的及び疲労破壊:木質材料の接着界面の特徴的な破壊過程の理解のために、対象材料として集成材、合成、パ-チクルボ-ドをとり挙げることとし、現在、準備中である。6)機能性複合高分子の集合形態:オリゴ糖置換スチレンモノマ-を含む水溶液にコバルト60を照射したところ、重合反応がほぼ完全に進行して、安定な懸濁液となった。

電顕観察により、0.9及び1.0μmの直径からなる微小球体が生成していることを確認した。7)吸湿性塗料塗布材の吸放湿挙動:各種塗装処理材の塗膜界面の状態を観察し、吸湿性塗膜の耐久性に関する基礎資料を得た。本年度は研究計画の第2年度で、低真空観察装置と観察用同期装置を導入し、各種材料の低真空下におけるSEM観察、などを行った。研究成果の内容を要約すると、以下のとおりである。1.木材の静的及び疲労破壊:針広葉樹材について、静的引張および引張・圧縮疲労試験を行い、広葉樹のケヤキでは、早材部道管における亀裂発生が破壊の契機となることが多いこと、などの新知見を得た。2.細胞壁の剛性および成長応力の発生機構:圧縮あて材の成長応力と剛性発現を検討し、リグニン含有量・ミクロフィブリル傾角の増大と共に成長応力は増大し、ヤング率は反比例的に減少することを明らかにした。3.早生樹の組織構造と利用適性:ユ-カリ生材丸太のスチ-ミング処理が丸太の残留応力除去に有効なことを示し、また処理温度、コラプスとの関係を検討した。4.丸のこの切削条件と加工表面との関連:丸のこ歯のリ-ド角と加工面形成との関係をベイツガの切削実験で調べ、リ-ド角の増大に伴い、顕著なナイフマ-クおよび仮道管の押しつぶれが現われることを見いだした。5.木材接着界面の静的および疲労破壊:集成材・合板の引張、圧縮試験を行い、負荷方向と接着層が平行な引張では、亀裂の進展が接着層で一時的に阻止されること、などを明らかにした。6.機能性複合高分子の集合形態:オリゴ糖の肝細胞培養機能を解析するため、ラクト-ス置換スチレンの乳化共重合物を設計・合成した。7.吸湿性塗料塗布材の吸放湿挙動:吸湿性塗料塗布材の脱湿過程における収縮率を測定し、その値が無塗装材とラッカ-塗装材・ポリウレタン塗装材の中間にあることを明らかにした。本年度は研究の最終年度であるので、各分担課題がそれぞれ完了するよう研究計画を調整・実施した。また、これまでの研究成果を小冊子に取りまとめ、印刷・公表することにした。本年度、新たに得られた研究成果を各分担課題ごとに示すと、以下のとおりである。1.木材の静的および疲労破壊:引張における木材の亀裂発生は,引張強さの数%程度の低い応力でも起き、また引張圧縮疲労における亀裂の伸展は主に細胞長軸に垂直に生じることをSEM観察で明らかにした。2.細胞壁の剛性および成長応力の発現過程:枝つけ根の丸みやヤング率と異方性の低下は、自重や外力に対する枝の可撓性の増大に有効なことを、有限要素法と実測による応力解析の結果から明らかにした。3.早生樹種の組織構造と利用適性:早生樹種のユ-カリの利用適性について検討し、加圧缶による水蒸気加熱処理が落ち込み防止と乾燥速度の向上に有効なことを、乾燥実験とSEM観察の両面から明らかにした。4.丸のこの切削条件と加工表面との関連:歯先の諸角度・摩耗などの切削条件がベイツガ気乾材の加工表面形成に及ぼす影響をSEM観察で調べ、春・秋材間にある面形成機構の差異を明らかにした。5.木材接着界面の静的および疲労破壊:接着界面の耐力機構を解明するために、フィンガ-ジョイントラミナの曲げ試験と接合部のSEM観察を行い、それらの結果から接合耐力を予測することを試みた。6.機能性複合高分子の集合形態:生医学材料などとして広い応用をもつミクロスフェアの作成を目的として、オリゴ糖置換スチレンモノマ-の重合を試み、直径0.9および1.0μmのミクロスフェアを得た。
船舶の閉鎖空間における温湿度環境制御に関する研究

客船での快適空間の創出や生鮮食品輸送における温湿度管理には、閉鎖空間における温湿度環境の制御が重要であり、その制御要因と空間内温湿度との関係を把握する必要がある。これには、温度差による熱および水分の乱流熱拡散現象を正確に解析しなければならない。このため、循環する気流速が遅いために温度成層を形成しやすい閉鎖空間を対象に、次の事項について研究し、結論を得た。1.浮力の影響を含めた非等方性乱流拡散現象を解析するために必要な乱流輸送項の近以式を導いた。これには、レイノルズ応力および乱流熱流については、Launderの式に基づき、卓越項の選択により微分可能な陽関数の形に表現し、さらに乱流湿流についてはその輸送方程式の変形と実験による定数の同定により実用式を誘導した。2.非等方性乱流における運動量、温度、湿度などに関する輸送方程式を導き、これらの式が閉鎖空間の温湿度環境の解析に適用可能であることを調べるために、差分法と有限要素法を用いた3次元解析を行った。3.温風吹き出しのあるコンティナ型の断熱室において、気流速と温湿度の計測を行い、計算値と比較して数値解析法の妥当性を確認した。4.数値解析と実験により、温熱環境制御のための主要因は吹き出し口と排気口の位置より決まる気流パタ-ンであり、空間内温度の均一化のためには対流の活発化による温度成層の形成を防げる必要がある。5.給湿がある閉鎖空間における温湿度環境を調べるために、床からの自然蒸発がある場合と給気を強制加湿する場合について断熱室を用いて実験を行い、温湿度の計測を行った。この結果、湿度環境の支配要因は、換気量、気流の状態、発生蒸気量、加湿水分量、空間内温度および外気湿度であり、これらの要因と湿度の関係を明らかにした。冷凍冷蔵庫、空調のある船室のような船舶の閉鎖空間において、温冷風の吹き出しにより温度環境を制御する場合には、快適さの維持、積荷の熱的損傷からの保護、熱エネルギ-効率の観点から、その温湿度環境を高精度に制御し、均一温湿度空間を実現しなければならない。このためには、その伝熱特性を十分に把握した上で、非等温に伴う浮力の影響も含めた非等方性乱流場の熱および水分拡散問題として解析する必要がある。以上の目的のため本年度は次の事項について研究した。1.非等温乱流場の解析のためには浮力の影響を含めたレイノルズ応力と乱流熱流が必要である。これらをLaunderの式に基づき、卓越項の選択により微分可能な近似式で表わし、これにより輸送方程式における浮力の影響を明確にした。また、この近似式の妥当性について調べた。2.非等方性乱流拡散を扱う空間内状態方程式を導いた。これらの式が閉鎖空間内の温熱環境の解析に適用可能であることを調べるために、差分法とFEMを用いた3次元解析を行って流速および温度分布を求めた。一方、温風吹き出し中のコンティナ型の断熱室において、気流速と温度の計測を行い、計算結果との比較を行った。3.断熱室における実験と数値計算により、閉鎖空間の温熱および冷熱環境について解析した。これにより、環境制御の主要因は気流パタ-ンに対し支配的な吹き出し口と排気口の位置であり、温度均一化のためには対流が活発化する組合せを選ぶ必要があることが分かった。4.給湿がある場合の閉鎖空間における温湿度環境を調べるために、床から水分蒸発がある場合と吹き出し空気を強制的に加湿する場合について実験を行い、温度および湿度の計測を行った。

この結果、閉鎖空間内の湿度は換気量、気流の状態、発生蒸気量、強制加湿水分量および外気湿度が大きく影響し、これらの要因と湿度の関係を明らかにした。客船での快適空間の創出や生鮮食品輸送における温湿度管理には、閉鎖空間における温湿度環境の制御が重要であり、その制御要因と空間内温湿度との関係を把握する必要がある。これには、温度差による熱および水分の乱流熱拡散現象を正確に解析しなければならない。このため、循環する気流速が遅いために温度成層を形成しやすい閉鎖空間を対象に、次の事項について研究し、結論を得た。1.浮力の影響を含めた非等方性乱流拡散現象を解析するために必要な乱流輸送項の近似式を導いた。これには、レイノルズ応力および乱流熱流については、Launderの式に基づき、卓越項の選択により微分可能な陽関数の形に表現し、さらに乱流湿流についてはその輸送方程式の変形と実験による定数の同定により実用式を誘導した。2.非等方性乱流における運動量、温度、湿度などに関する輸送方程式を導き、これらの式が閉鎖空間の温湿度環境の解析に適用可能であることを調べるために、差分法と有限要素法を用いた3次元解析を行った。3.温風吹き出しのあるコンティナ型の断熱室において、気流速と温湿度の計測を行い、計算値と比較して数値解析法の妥当性を確認した。4.数値解析と実験により、温熱環境制御のための主要因は吹き出し口と排気口の位置より決まる気流パタ-ンであり、空間内温度の均一化のためには対流の活発化による温度成層の形成を妨げる必要がある。5.給湿がある閉鎖空間における温湿度環境を調べるために、床からの自然蒸発がある場合と給気を強制加湿する場合について断熱室を用いて実験を行い、温湿度の計測を行った。この結果、湿度環境の支配要因は、換気量、気流の状態、発生蒸気量、加湿水分量、空間内温度および外気湿度であり、これらの要因と湿度の関係を明らかにした。
発生初期の脳の放射線抵抗性獲得に関する実験的研究

Slc:ICRマウスを午後6時から午前6時までの照明(昼夜逆転)条件で飼育した.朝9時に雌雄同居させ,午後6時に交尾を確認したものについて,正午を受精すなわち妊娠0日とみなした.妊娠8.0日の胚を培養系に移して0.052.0Gyのγ線またはX線照射を行った.γ線源はコバルト60,0.4Gy/min,X線は140kVp,5mA,0.5mm Al+0.5mm Cuフィルター,4rpmターンンテーブル,104mGy/min;0.05Gy照射には21mGy/minももちいた.照射16時間後に胚の細胞をクエン酸ナトリウム液中で解離し,細胞解析装置をもちいて細胞周期の変化を検索し,FITC標識抗体をもちいてサイクリンBの増減を観察した.熱ショック蛋白質HSP70の時間的増減を,FITC標識抗体をもちいて検索した後,線量依存性についてイムノブロットによって検索した.1Gy照射による急性変化として,細胞周期のG_2+M期の遅延がみられたが,4-6時間後には回復した.照射1,2時間後にはサイクリンBの増加がみられたが6時間後には対照と同程度にもどった.放射線はサイクリンBの蛋白量には影響を与えないようで,G_2+M期にある細胞集団の増加によって組織中のサイクリンBが増加したと思われる.いっぽうHSP70は照射1時間から4時間後まで増加がみられ,6時間後も維持された.HSP70の誘導には線量依存性がみられたが,0.05Gyの低線量でおも無処置群より増加していたので,これによって後の高線量に対する抵抗性が獲得されるか否か検討した.妊娠8.0日の2時間前,午前10時に母体に0.05Gy前照射し,4時間後の午後2時に0.5Gyまたは1.0Gy照射した.妊娠18日に胎仔の神経管奇形を観察し,0.5Gy,0.55Gyまたは1.0Gy単回照射の群と比較した.図に結果を示したが,0.05Gy前照射による抵抗性獲得はみられず,むしろ線量の相加的効果が現れた.少量の放射線前照射により,in vitoでもin vivoでも細胞に放射線抵抗性ができることは,染色体傷害の観察によって示された(1,2).胎児の発生に及ぼす影響の観察では,高い線量を分割して照射した実験しかないが,単回照射と比べて影響が軽減されたもの(3),差がないもの(4,5),返って増強されたもの(6)など結果は一致しない.さらに胎児の放射線適応応答の有無について研究が必要であろう.Slc:ICRマウスを午後6時から午前6時までの照明(昼夜逆転)条件で飼育した.朝9時に雌雄同居させ,午後6時に交尾を確認したものについて,正午を受精すなわち妊娠0日とみなした.妊娠8.0日の胚を培養系に移して0.052.0Gyのγ線またはX線照射を行った.γ線源はコバルト60,0.4Gy/min,X線は140kVp,5mA,0.5mm Al+0.5mm Cuフィルター,4rpmターンンテーブル,104mGy/min;0.05Gy照射には21mGy/minももちいた.照射16時間後に胚の細胞をクエン酸ナトリウム液中で解離し,細胞解析装置をもちいて細胞周期の変化を検索し,FITC標識抗体をもちいてサイクリンBの増減を観察した.熱ショック蛋白質HSP70の時間的増減を,FITC標識抗体をもちいて検索した後,線量依存性についてイムノブロットによって検索した.1Gy照射による急性変化として,細胞周期のG_2+M期の遅延がみられたが,4-6時間後には回復した.照射1,2時間後にはサイクリンBの増加がみられたが6時間後には対照と同程度にもどった.放射線はサイクリンBの蛋白量には影響を与えないようで,G_2+M期にある細胞集団の増加によって組織中のサイクリンBが増加したと思われる.いっぽうHSP70は照射1時間から4時間後まで増加がみられ,6時間後も維持された.HSP70の誘導には線量依存性がみられたが,0.05Gyの低線量でおも無処置群より増加していたので,これによって後の高線量に対する抵抗性が獲得されるか否か検討した.妊娠8.0日の2時間前,午前10時に母体に0.05Gy前照射し,4時間後の午後2時に0.5Gyまたは1.0Gy照射した.妊娠18日に胎仔の神経管奇形を観察し,0.5Gy,0.55Gyまたは1.0Gy単回照射の群と比較した.図に結果を示したが,0.05Gy前照射による抵抗性獲得はみられず,むしろ線量の相加的効果が現れた.少量の放射線前照射により,in vitoでもin vivoでも細胞に放射線抵抗性ができることは,染色体傷害の観察によって示された(1,2).胎児の発生に及ぼす影響の観察では,高い線量を分割して照射した実験しかないが,単回照射と比べて影響が軽減されたもの(3),差がないもの(4,5),返って増強されたもの(6)など結果は一致しない.さらに胎児の放射線適応応答の有無について研究が必要であろう.
生物肥料・生物農薬として機能すうるスーパー微生物資材の創生

小柳津らによって分離されたイネ科植物の根に非常に強い親和性を示す細菌P.fluorescens HP72のカビ病に拮抗する原因について解明するため、拮抗物質の構造解明を行った。その結果、この細菌の作る拮抗物質はPh1であることが明らかとなった。次にこのPh1を生産しない変異株をニトロソグアニジンによる変異誘導で作製し、これらの株に拮抗性があるか確認した。この結果、拮抗性は拮抗物質の生産とは関係なく、根での生残性が拮抗性の原因になっていることが判明した。今年度は微生物農薬の開発研究とは別に、植物のリン酸吸収およびマンガンなどの微量要素の吸収を促進する微生物資材として、アーバスキュラー菌根菌(AM菌)およびその他の植物共生菌類の開発に関する研究も行った。トウモロコシとコムギの輪作を行っている圃場において、トウモロコシの栽培期間にこれの根に共生する菌類の感染率を測定したところ、特定の菌類で感染率の著しい上昇が見られた。この菌について、マンガン吸収との関係について統計的解析を行った結果、この菌の感染は植物のマンガン吸収と深い関わりがあることが判明した。この菌類はまだ分離、同定されていないが、微生物肥料として有望と考えられた。また、AM菌の多様性が土壌の肥沃性と関係しているかを解明するため、分子生物学的手法によるAM菌の多様性の評価技術の開発を行った。この結果、植物根内のAM菌を直接同定する方法が確立された。現在、この手法を用いて火山灰地帯に最初に生育するいわゆるパイオニア植物のAM菌の同定を行って、パイオニアとしての能力との関係を解明している。小柳津らによって分離されたイネ科植物の根に非常に強い親和性を示す細菌P.fluorescensHP72の遺伝子ライブラリーより、植物根親和性に関与する遺伝子をシバを用いたバイオアッセイにより分離することを行っている。本研究では、分離された遺伝子の構造解析を行い、遺伝子の機能を解明し、イネ科植物におけるこの菌株の根定着性のメカニズムを解明することを目的としている。本年は、遺伝子ライブラリーを導入した植物親和性を示さないP.putida株から植物親和性を示す菌株の選別を、イネを栽培して根に生残する菌株を選ぶことにより行った。その結果、現在までのところ目的の遺伝子は得られていない。次に、拮抗性物質の生産に関与する遺伝子の分離を試みている。さらに今後は、HP72株で得られた植物根高親和性を、イネ科植物以外の植物の根圏細菌においても成立させることが可能か、以下の5つの観点から検討する。1)HP72株の植物親和性遺伝子がイネ科以外の植物にも適用できないか。2)HP72株の植物親和性遺伝子がイネ科以外の植物に適用できない場合は、HP72の親和性のメカニズムを考慮して、他の植物に対する親和性遺伝子の分離は可能か。3)親和性遺伝子と病原菌に対する拮抗性を同時に賦与するベクター系を開発できないか。4)植物側の遺伝的改良によって親和性をより高くできないか。本年度は、小柳津らによって分離されたイネ科植物の根に非常に強い親和性を示す細菌P.fluorescensHP72のカビ病に拮抗する原因について解明するため、拮抗物質の構造解明を行った。

トウモロコシとコムギの輪作を行っている圃場において、トウモロコシの栽培期間にこれの根に共生する菌類の感染率を測定したところ、特定の菌類で感染率の著しい上昇が見られた。この菌について、マンガン吸収との関係について統計的解析を行った結果、この菌の感染は植物のマンガン吸収と深い関わりがあることが判明した。この菌類はまだ分離、同定されていないが、微生物肥料として有望と考えられ、次年度においては分離を行う予定である。今年度は微生物農薬の開発研究とは別に、植物のリン酸吸収およびマンガンなどの微量要素の吸収を促進する微生物資材として、アーバスキュラー菌根菌(AM菌)およびその他の植物共生菌類の開発に関する研究を行った。また、AM菌の多様性が土壌の肥沃性と関係しているかを解明するため、分子生物学的手法によるAM菌の多様性の評価技術の開発を行った。この結果、植物根内のAM菌を直接同定する方法が確立された。現在、この手法を用いて火山灰地帯に最初に生育するいわゆるパイオニア植物のAM菌の同定を行って、パイオニアとしての能力との関係を解明している。
中和処理殿物フェライトの有効利用に関する研究

酸性坑内水を中和処理する過程で坑水に共存するAl,SiO_2AsのほとんどはFe^3と共沈除去できる。前処理後の一部は鉄酸化バクテリアで処理し残存する。Fe^<2+>は全てFe^<3+>とし乾燥焼成し、Fe_2O_3を回収する。残りの坑水はCa(OH)_2により中和してFe(OH)_2を生成し、Fe_2O_3回収工程で得られたFe(OH)_3と混合し、フェライトを生成する。その後フェライトは石膏と混合状態にあるため磁選機でFe_3O_4とCaSO_4を分離し、得られたフェライトのX線回折の結果Fe_3O_4のピークのみ認められるがFe^<3+>/Fe^<2+>=6.0付近の値であることからFe_3O_4とγ-Fe_2O_3の固溶体と考えられ、格子定数値も両者の中間値8.36〓であった。飽和磁化65emu/g、比重4.2、粒径薬250〓である。1.水ベース磁性流体の特性、磁性流体の作成は試薬による方法に準じておこない、比較のため試薬から作成したFe_3O_4を用いた水ベース磁性流体を作成した。両者の磁性流体のTEM写真から坑水フェライトの磁性流体は分散粒子の凝集により約400〓、試薬からのものは300〓程度の粒子が観測されるが平均粒径はいずれも約100〓であり磁性流体として良好と言える。坑水フェライトの磁化曲線からヒステリシスを持たず外部磁場10KOeで飽和し、濃度24%で飽和磁化18emu/g、しかし、試薬から作成のと比較して約半分の値であるが粘性率はほぼ同値であった。次に粘性率の磁場依存の測定から坑水フェライト磁性流体は凝塑性流動を示し磁場をかけると粘性率は最初急激に増加しその後緩やかに増加し800Oe磁場においてその増加は約1015倍となり磁性流体特有の見かけ粘度の増加が認められた。2.比重差選別作成した磁性流体をもちい分離試料としてPCBアルミ合金Zn,Cuのスクラップを使用し選別機の磁化を変化させることによって磁性流体の比重差を設定し良好な分離効果が認められた。今後より磁化の大きいフェライトの回収と磁性流体の作成による坑水フェライトの応用範囲が拡大する。中和処理殿物フェライトの有効利用に関する研究/フェライト/磁性流体/粘性率と磁化/比重差選別酸性坑内水を中和処理する過程で坑水に共存するAl,SiO_2AsのほとんどはFe^3と共沈除去できる。中和処理殿物フェライトの有効利用に関する研究/フェライト/磁性流体/粘性率と磁化/比重差選別
骨形成におけるフェロトーシス抑制機構の解明と生体材料への応用

実験では骨芽細胞(MC3T3-E1)に対するエラスチンの効果を検証した。文献によれば、フェロプトーシス(調節壊死)経路によって誘導される細胞死は、エラスチンによって誘導される可能性がある。したがって、骨芽細胞MC3T3E1に対するエラスチン(フェロプトーシスの細胞死誘導剤)の効果を評価するための系統的な細胞研究を行った。研究結果は、エラスチンがMC3T3-E1骨芽細胞への細胞死を誘導し得ることを確認した。これは他の細胞についての他の研究者報告と同様であった。25μMエラスチンは細胞に大量の細胞死を引き起こした。細胞増殖試験では、50μMエラスチンが6時間でほぼ100%の細胞死を起こすことを確認した。5および10μMのエラスチンは、12時間から24時間後に部分的な細胞死を起こした。今後はフェロスタチン-1は、癌細胞におけるフェロプトーシス経路の細胞死抑制剤としてよく知られており、MC3T3E1骨芽細胞にもこの試薬を使用し、細胞生存率試験でエラスチンによって誘発される細胞死に影響を与えるかを検証する。培養した骨芽細胞および0、1、2、5、10、25および50μMのエラスチンを各実験条件に24時間添加した、その後、エラスチン、培地および5μMのフェロスタチン-1を24時間使用してフェロスタチン-1の細胞死抑制または細胞死回復効果を調べる。また、フェロスタチン-1の使用料を変化させた場合の効果についても検証する。フェロプトーシス(調節壊死)経路によって誘導される細胞死は、エラスチンによって誘導されるとことが解かった。フェロスタチン-1は、癌細胞におけるフェロプトーシス経路の細胞死抑制剤としてよく知られており、MC3T3E1骨芽細胞にもこの試薬を使用し、細胞生存率試験でエラスチンによって誘発される細胞死に影響を与えるかを検証する。培養した骨芽細胞および0、1、2、5、10、25および50μMのエラスチンを各実験条件に24時間添加し、その後、エラスチン、培地および5μMのフェロスタチン-1を24時間使用してフェロスタチン-1の細胞死抑制または細胞死回復効果を調べる。当該助成金(減額)での備品購入ができなかったため、大半を実験のための人件費と研究打合せのための旅費に使用したため次年度使用額が生じた。翌年度分として請求した助成金は大部分を実験に使用する物品費に使用する計画である。
鳥類における他者の行為を通じた認知とその脳内機構に関する研究

本年度は、カラス(ハシブトガラス)が他個体の「行為」を理解しうるかについて、観察学習課題を用いた実験を行い検証した。実験は、二行為手続き法を用いた。2通りの開け方が可能な、餌の入った箱を、デモ個体が特定の1つの方法のみで開けている様子を、観察個体に一定期間呈示した。観察期間終了後、デモ個体がいない条件下において、観察個体に同じ箱を提示し、いずれの方法で箱を開けるかを問うた。さらに、異なる2つの箱を用い、デモ個体-観察個体の社会的順位関係に着目し、異なる組み合わせ(上位-下位,下位-上位)を準備することで、観察学習の可否だけでなく、そこにおける社会的文脈の関与も検証した。結果、観察個体である8個体すべてが、テスト第1試行目から、観察したのと同じ方法で箱を開けることに成功した。また、上位個体は観察した行為を、第2試行目以降も継続したが、下位の観察個体の中には、第2試行目以降、観察したのとは異なる方法を改めて学習した個体が見られた。以上のことから、「(1)カラスは他個体の行為を観察することで、問題解決の行為を学習することができる。」、「(2)観察により学習した方法を継続するか否かの戦術面においては、個体同士の社会的順位関係により異なる可能性がある。」ことが見出された。これらのことは、カラスが他個体の行為を通じて外界の因果関係を理解する認知能力を持つ可能性を示唆すると共に、それが導く行動戦術は、社会的文脈により個体間で異なる可能性を示唆する。今後は、カラスが観察学習をする際の手がかりを心理学的に明らかにすると共に、その神経科学的基盤についても検証する必要がある。本年度は行動実験を中心に行い、下記3点の知見を得た。1.飼育下におけるハシブトガラスの群れには線形の社会性順位が存在する。飼育下のハシブトガラス14個体について、餌を奪い合う状況下における個体間順位の有無を調べた。一対対戦法を全個体総当り戦で行い、各個体の威嚇・服従行動を解析した。結果、一部に逆転関係が見られるが、14個体間に有意な線形性の順位関係が見出された。これは、ハシブトガラスが互いに個体弁別を行うことを示唆する。また、順位は体重や嘴長などの物理的特長とは無相関であり、個体弁別が複雑な認知過程を含む可能性が見出された。さらに、雄が雌よりも高順位を占めること、繁殖期を除く期間は順位が安定していることが分かった。本知見は次年度、「観察学習における社会的順位の影響」の検証に重要な知見である。2.ハシブトガラスは利き足を持つ。上述1の実験中、餌を食べる際に典型的に見られる、餌を足で押さえつける行動を解析した。13個体が同行動を示し、うち12個体が常に同じ足を用いた。続いて、嘴に付いた輪ゴムを足で外す行動を解析したところ、全個体が、餌押さえ行動と同側の足を用いた。これらは、ハシブトガラスが利き足を持つことを示唆する。3.ハシブトガラスは確率推論を用いることができる。ハシブトガラスは、「餌が入っていない透明な箱」と「餌が入っているか分からない黒い箱」を提示された場合、それが初めての状況であっても、まず黒い箱を探索した。ハシブトガラスが餌を探す際に、「無い」という情報を積極的に用いることで、不確定な餌の在り処を推測している(確率推論)ことを示唆する。彼らが大型霊長類に匹敵する認知機能を持つことを示す例である本年度は、カラス(ハシブトガラス)が他個体の「行為」を理解しうるかについて、観察学習課題を用いた実験を行い検証した。」ことが見出された。
節足動物の運動制御系にみられる冗長性に関する研究

1)ザリガニ脳内ノンスパイキング巨大ニューロン系に関する研究:ノンスパイキング巨大介在ニューロン(NGI)には、複眼からの光感覚入力、平衡胞からの重力感覚入力、歩脚の自己受容器からの機械感覚入力が収斂している。これらの3種の感覚入力間には、序列が存在し、重力感覚入力が存在する条件では、他の感覚入力のNGIに対する刺激効果は抑えられる。また、NGIによって駆動させる眼柄の補償運動のゲインは、歩行などの運動中枢によって支配されている。2)コオロギの巨大介在ニューロン糸及び行動トリガーニューロンに関す研究:神経索中の8対の巨大介在ニューロンのうち、背側を走行する4対の巨大介在ニューロン(dGI)はそれぞれ脱分曲電流の注入によって、脚が接地している場合には歩行運動が、脚に空中に浮いている場合には飛翔運動を、脚や体が水に接している場合には遊泳運動を解発する。複数のdGIに同時通電すると、それぞれの刺激効果が加算され、潜時が短縮し、運動の持続時間が延長する。一方、脳内には、肢が接地した状態では歩行運動を、空中に浮いた状態では飛翔運動をそれぞれ解発する18本の行動トリガーニューロンが存在する。神経索の切断実験の結果は、食道下神経節には肢などからの自己受容入力を統合し、感覚入力に適合する運動パターンを選択する神経機構が存在することを示唆する。3)以上の結果は、節足動物の運動制御系には、冗長性に基づく"false safe"の原則が存在するとともに、"synergic action"による運動の安定制御機構や運動パターンの選択機構が存在することを強く暗示している。二つの実験系を用いて、運動制御系にみられる冗長性を中心に解析を行い以下の成果を得た。1)ザリガニ・ノンスパイキング巨大ニューロン系:ノンスパイキング巨大介在ニューロン(NGI)はこれまでに5対発見されているが、そのうち少なくとも3対のNGIは複眼からの光感覚入力、平衡胞からの重力感覚入力、歩脚の自己受容器からの機械感覚入力が収斂していることを確認した。また、冗長的に収斂する3種の感覚入力間には、序列が存在し、動力感覚入力が存在する条件では他の感覚入力のNGIに対する刺激効果は抑えられることも見いだされた。さらに、NGIによって駆動される眼柄の補償運動のゲインは、歩行などの運動中枢によって支配されていることを示唆する結果が得られた。2)コオロギの巨大介在ニューロン系:8対の巨大介在ニューロン(GI)のうち、背側にGIは脱分極電流の注入によって、脚が接地している場合には歩行運動が、脚が空中に浮いている場合には飛翔運動が、脚や体が水に接している場合には遊泳運動がそれぞれ解発されることを見いだした。また、複数のGIに同時通電すると、それぞれの刺激効果が加算することを見いだした。1)ノンスパイキング巨大介在ニューロン(NGI)には、複眼からの光感覚入力、平衡胞からの重力感覚入力、歩脚の自己受容器からの機械感覚入力が収斂している。また、NGIによって駆動される眼柄の補償運動のゲインは、歩行などの運動中枢によって支配されている。2)神経索中の8対の巨大介在ニューロンのうち、背側を走行する4対の巨大介在ニューロン(dGI)はそれぞれ脱分極電流の注入によって、脚が接地している場合には歩行運動が、脚が空中に浮いている場合には飛翔運動を、脚や体が水に接している場合には遊泳運動を解発する。

神経索の切断実験の結果は、食道下神経節には肢などからの自己受容入力を統合し、感覚入力に適合する運動パターンを選択する神経機構が存在することを示唆する。3)以上の結果は、節足動物の運動制御系には、冗長性に基づく“false safe"の原則が存在するとともに、“synergic action"による運動の安定制御機構や運動パターンの選択機構が存在することを強く暗示している。今後、本研究で明らかにされた“冗長性"を基本にする神経機構の動作原理をさらに追求して行くことは、高次神経系のメカニズムの解明にとって極めて重要な知見をもたらすことになろう。
共役系高分子ポリジアセチレンを用いた光情報記録膜の試作研究

本研究の目的は、従来にない新しいタイプの高密度・高速の光情報記録材料として、有機共役系高分子ポリジアセチレン(以下PDAと略記)の光異性化を利用した薄膜素子を試作開発し、その実用化に必要とされる基礎的な知見を蓄積することにあった。その第一の要件は、高い品質をもった大面積のPDA薄膜の作製技術を確立することであった。そのため合成化学専門グループ(東大工・長谷川研究室)の協力により、各種の側鎖置換基をもったジアセチレン・モノマー物質を合成し、これらについて組織的な研究を行った結果、真空蒸着法による成膜化が可能な一連のモノマー物質を見出すことができた。この方法によって得られたPDA薄膜は、作製法の容易さ、膜の高品質性と大面積性など多くの点で、ラングミュア・ブロジェット法などの従来の成膜技術にくらべて優れた特徴をもっている。さらに簡単な処理により膜内の高分子主鎖配列に高い方向性を与えることが可能であることが確められた。このPDA膜について種々な条件下での光クロミズム特性を詳しく評価した。青色相から赤色相への光相変化効率の光波長、光強度依存性、パルス光照射による過渡特性を測定した結果、この色相変化が電子励起過程によるフォトン・モードにより支配的な影響を受けていることが結論された。その高速応答性(10ns以下)、高分解能性(数μm以下)から、光情報記録材料としてきわめて有用な特徴をもつことが確められた。その波長特性から光相変化機構に電子注入過程が関与していることが推測され、この予測に基づいて有機色素(金属フタロシアニン)による増感効果を調べた結果、近赤外域で顕著な増感作用を示すPDA-有機色素二重膜を開発することができた。これは半導体レーザーを光源とする光情報記録素子の開発に有用な知見である。さらに可逆的色相変化の可能性を詳しく検討した。本研究の目的は、共役系高分子ポリジアセチレンに見られる特徴的な光クロミズム現象を利用した光情報記録膜を開発することである。この目的を実現するために、3ケ年間にわたる研究期間をおいて目標とすべきテーマは次の如くである。(1)共役系高分子ポリジアセチレンの電子物性、とりわけその光クロミズムを支配している微視的機構の解明。(2)ポリジアセチレン薄膜作製技術の確立。(3)有機薄膜個有の諸問題、とくに有機分子の電子状態と膜構造との関連性を精密に調べるために有効な分光的評価法の開発。(4)光情報記録機能の発現と良質な薄膜化に適したポリジアセチレンの合成とその性能評価。研究計画の初年度にあたる昭和61年度においては、上記の目標に関して概略して次のような研究成果を得た。(1)に関しては側鎖基の種類によって多様な形態をとるポリジアセチレンの特徴を活かして、良質の単結晶、薄膜、溶液の各種ポリジアセチレンの分光測定を行い、これらに共通している色相変化の原因となっている共役主鎖の電子状態に関する知見を得た。(2)については、ラングミュア・ブロジェット法、真空蒸着法、溶液カスト法などの各種の成膜法によって得られたポリジアセチレン薄膜の性質を比較検討し、各方法の改善に努めた。それぞれに特色をもったこれらの成膜法の中でも、特に重要と思われる真空蒸着法について着条件の最適化をはかり、また配向性膜作製の可能性を追求した。