hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
配偶子への分化可能な生殖細胞株の開発

また、EG細胞を単独で培養した場合はGas6の効果は見られず、共存する生殖隆起体細胞を介した効果であることが示唆された。一方、新たな精原細胞株を樹立する目的で、当研究室ですでに得ているBcl-2を精原細胞で過剰発現するトランスジェニックマウスの精巣を解離後、STO細胞フィーダー上で培養した。培養後、生殖細胞特異的なTRA98モノクローナル抗体で染色し、生殖細胞数の経時変化を調べたところ、正常マウスでは培養開始後30日以降生殖細胞は消失したが、このトランスジェニックマウスの生殖細胞は45日まで生殖細胞が確認され、より長期間にわたって培養下で維持できることがわかった。さらに、精母細胞以降の生殖細胞を特異的に認識するTRA369モノクローナル抗体で染色した結果、培養開始後10日目で、10%程度の生殖細胞がこの抗体陽性の精母細胞に分化していることがわかり、Bcl-2トランスジェニックマウスの精原細胞は培養後も分化能を保持していることが明らかになった。本研究では、マウスおよびラット始原生殖細胞および精原細胞から培養細胞株を樹立して、さらにこれを配偶子まで分化させる系を確立することを目的とした。そのためにまず、すでにマウス始原生殖細胞から樹立された全能性細胞株であるEG細胞を、生殖隆起体細胞と共培養した時に、この細胞が始原生殖細胞に分化している可能性があるかどうかをマーカー遺伝子の発現により調べた。その結果、始原生殖細胞で特異的に発現しているmVH遺伝子の発現が誘導され、さらにその効果は、EGFによって置き換えられることがわかった。このことから、EGFにより、EG細胞が始原生殖細胞としての性質を持つように分化誘導されることが示唆された。培養後、生殖細胞特異的なTRA98モノクローナル抗体で染色し、生殖細胞数の経時変化を調べたところ、正常マウスでは培養開始後30日以降生殖細胞は消失したが、このトランスジェニックマウスでは45日まで生殖細胞が確認され、より長期間にわたって培養下で維持できることがわかった。
単一アクチンフィラメント顕微直視・操作によるアクチン細胞骨格形成メカニズムの解明

Latrunculin A(ラトランキュリンA:海綿から精製される薬品:以下LAT-A)は、細胞生物分野で、アクチンフィラメントを崩壊させるために用いられる。しかし、その崩壊を引き起こすメカニズムは不明である。研究代表者は、TIRF顕微鏡を用いて、LAT-Aによるアクチンフィラメント崩壊の過程を実時間観察した。結果、LAT-Aはアクチンを切断するのではなく、アクチンフィラメントの両端に結合し、構造異方性を変えずに、両端の脱重合を促進させ、ADP-actinとほぼ等しい脱重合速度にすることが明らかになった。高濃度のLAT-A存在下では、少数ではあるが、LAT-Aはアクチンを切断していることも明らかになった。重合時にLAT-Aを加えた実験から、LAT-Aはモノマーアクチンに結合しやすいことが明らかになった。更にアクチンに結合しているヌクレオチドを変えることにより、LAT-Aは、特にATP-actinに結合しやすいことが明らかになった。以上から、LAT-Aによるアクチンの急速な溶解は、両端からの速い脱重合と、モノマーアクチンの働きを抑えることによるモノマー量の減少によるものであること、またその脱重合速度、結合解離定数が明らかにされた。加えて、これらのメカニズムが、アクチン内のATP加水分解が、LAT-Aによって促進されるために起こるのかを調べるため、リン酸放出の速度を計測した。その結果、LAT-Aによる脱重合の促進は、ATP加水分解の促進によるものではないこと、LAT-Aは、ATP加水分解なしにモノマーアクチンの働きを抑えることが明らかになった。アクチンとLAT-A複合体の構造から、おそらくLAT-Aは、アクチンの構造をATP-actinに保ったまま、分子ダイナミクスをフィラメントとしては不安定にし、アクチン分子同士の結合を抑制することが示唆された。アクチンは全ての真核細胞に存在して柔らかい細胞骨格を担うため、重合・脱重合を繰り返している。この重合・脱重合のエネルギーには、アクチンモノマーに結合した1個のATPが使われる。しかし、ATPはアクチンが重合するためには必要ではなく、むしろアクチンがフィラメントとして存在する時間を制御するためのタイマー的な働きが大きいと考えられている。研究代表者は既に、ATPが結合したアクチン(ATP-アクチン)の重合メカニズムを明らかにしている。しかし、この条件では、時間が経つほどフィラメントアクチンによる自発的なATP加水分解が起こり、ADP-PiアクチンとADP-アクチンが存在してしまっていた。そこで、フィラメント化した後、ATPが加水分解されて脱重合していくまでのメカニズムを詳細に検討するため、ADP-アクチンのよる重合・脱重合観察実験を行った。ADP-アクチンにする際には大量のアクチンが必要なため、Yale大学のT.D.Pollard研との共同研究により、アクチンに結合させる色素を高価なTMR-5-MAから安価なOregon-Greenにし、励起レーザーとして青色レーザーを用いた。またフィラメントの一部をガラス面に固定するため、NEM化して動けなくしたミオシン(NEM-Myosin)を調製した。さらにフィラメント長を計測するためのプログラムを導入することができ、解析の時間が飛躍的に向上した。解析結果から、ADP-アクチンはATP-アクチンに見られるようなレッドミルを生じていなかった。これは、アクチンフィラメントの両端の極性(臨界濃度)に差がなくなったためと考えられる。しかし、両端それぞれの重合・脱重合速度は以前として異なっていた。また無機リン酸Piを添加したところ、ADP-アクチンの重合速度は変化しなかったが、脱重合速度が著しく抑制される結果が得られた。この結果は、PiはADP-アクチンモノマーに結合するのではなく、ADP-アクチンフィラメントに結合することを意味する。これらの結果から、3つのヌクレオチドを結合した状態でのアクチン重合・脱重合メカニズムが1本のアクチンフィラメント上で明らかになった(Biophysical Society 47th Annual Meeting 2004/02 Baltimore, USA・論文投稿準備中。)細胞内において柔らかい細胞骨格を担うアクチンは、ATP加水分解を利用したタイマー機能により、モノマーとポリマーの状態を保っている。本年は、エヴァネッセント場(TIRF)顕微鏡下で、ADP、ADP-P_1アクチンの重合・脱重合の直視から得られた値より、ヌクレオチドが関与したアクチン重合・脱重合を動力学的見地から解明することが出来た。昨年はOregon Green色素をアクチンに結合させていたが、この色素を結合したアクチンは重合・脱重合機能が低下することが難点であった。本年度は、AlexaGreen色素を代わりに用いた。Lysineに結合するこの色素は、アクチンの重合・脱重合には影響を及ぼさないことが判明した。また細胞生物の分野において、細胞内のアクチンフィラメントを溶かすために、ラトランキュリンAという薬品が日常的に使われているが、その溶解メカニズムは明らかでない。そこでラトランキュリンAがアクチンフィラメントを溶かす過程をTIRF顕微鏡下で実時間観察し、長いフィラメントをハサミで切るように溶かすのではなく、アクチンのB端と呼ばれる端に結合し、B端からアクチンフィラメントを溶かしていることが分かった。また高濃度ではラトランキュリンAはアクチンを切断することが分かった。以上から、ラトランキュリンAによるアクチンの急速な溶解は、切断作用による短いアクチンフィラメントの増加と、B端の数の増加によることが明らかにされた。さらに驚くべきことには、このラトランキュリンAはADP-P_1アクチンとADPアクチンには殆ど結合しなかった。

現在、構造の面と結合様式の面から、ラトランキュリンAによるアクチン溶解メカニズムの解明を行っている。この結果は、数多くあるアクチン脱重合タンパク質の性質を解明する上で大きな手助けになると確信している。Latrunculin A(ラトランキュリンA:海綿から精製される薬品:以下LAT-A)は、細胞生物分野で、アクチンフィラメントを崩壊させるために用いられる。しかし、その崩壊を引き起こすメカニズムは不明である。研究代表者は、TIRF顕微鏡を用いて、LAT-Aによるアクチンフィラメント崩壊の過程を実時間観察した。結果、LAT-Aはアクチンを切断するのではなく、アクチンフィラメントの両端に結合し、構造異方性を変えずに、両端の脱重合を促進させ、ADP-actinとほぼ等しい脱重合速度にすることが明らかになった。高濃度のLAT-A存在下では、少数ではあるが、LAT-Aはアクチンを切断していることも明らかになった。重合時にLAT-Aを加えた実験から、LAT-Aはモノマーアクチンに結合しやすいことが明らかになった。更にアクチンに結合しているヌクレオチドを変えることにより、LAT-Aは、特にATP-actinに結合しやすいことが明らかになった。以上から、LAT-Aによるアクチンの急速な溶解は、両端からの速い脱重合と、モノマーアクチンの働きを抑えることによるモノマー量の減少によるものであること、またその脱重合速度、結合解離定数が明らかにされた。加えて、これらのメカニズムが、アクチン内のATP加水分解が、LAT-Aによって促進されるために起こるのかを調べるため、リン酸放出の速度を計測した。その結果、LAT-Aによる脱重合の促進は、ATP加水分解の促進によるものではないこと、LAT-Aは、ATP加水分解なしにモノマーアクチンの働きを抑えることが明らかになった。アクチンとLAT-A複合体の構造から、おそらくLAT-Aは、アクチンの構造をATP-actinに保ったまま、分子ダイナミクスをフィラメントとしては不安定にし、アクチン分子同士の結合を抑制することが示唆された。
亜鉛めっき鋼材の腐食疲労に関する基礎研究

溶融亜鉛めっき鋼材の耐腐食疲労の設計手法を確立することを目的に,大気雰囲気中の疲労と腐食環境下での疲労のき裂発生・進展過程を解析することにより疲労強度低下要因となるめっき組織を明らかにした。腐食の有無に関わらず,低ー中サイクル域における疲労強度低下要因となる組織は合金層であった。高サイクル域における疲労強度低下要因となる組織は純亜鉛層であった。腐食環境下では,表面酸化により表面が硬化した。酸化物の形成がき裂発生を遅らせ,結果として腐食環境下の疲労強度が増加した。これは腐食環境下で緻密な腐食層を形成させる合金設計をすることで腐食疲労を抑制できることを意味し,今後の材料設計に活かせる。平成27年度の目標は,亜鉛めっき鋼材の疲労破壊に関する基礎データを取得し破面観察することにより,溶融亜鉛めっきの処理の有無や,酸洗処理の有無の影響を明らかにすることと,マクロ組織的に起点部を同定することであった。そこで,供試材に,炭素鋼まま材,溶融亜鉛めっき処理した炭素鋼材(酸洗有),溶融亜鉛めっき処理した炭素鋼材(酸洗無)の3種を用い,疲労試験を行った。荷重波形は応力比R=0.01,正弦波である。酸洗処理の有無は疲労強度には影響を及ぼさなかったが,めっきの有無は疲労強度に影響を及ぼした。炭素鋼まま材と溶融亜鉛めっき処理した鋼材(酸洗有)の疲労強度を比較した時,低サイクル(10000回以下)側では両者の疲労強度に差はなかったが,高サイクル(10000回以上)側では溶融亜鉛めっき処理した鋼材の疲労強度は炭素鋼ままの疲労強度よりも低下した。また,サイクル数が増すにつれて,両者の疲労強度の差は大きくなった。破面解析した結果,低サイクル側の全ての供試材の破断部先端はくびれており,延性破壊していた。低サイクル側では,全ての供試材の破壊機構が同じであったため,疲労強度に差がなかったと考えられる。一方,高サイクル側において,溶融亜鉛めっき処理した炭素鋼材の疲労破壊起点部は明確にめっき部で形成されていた。また,溶融亜鉛めっき処理した炭素鋼材では,中サイクル(10000回から100000回)では複数個の起点部が存在していたが,高サイクル(100000回以上)での1個の起点部であった。以上より,高サイクル側で疲労強度が低下した要因はめっき部に要因があること,めっき部を起点とする疲労破壊機構がサイクル数に依って変化することが示唆された。平成27年度では以下のことを明らかにした。・溶融亜鉛めっきの処理の有無や酸洗処理の有無の影響・上記材料の疲労破壊起点部をマクロ組織レベルで同定研究計画に記載した目標を達成できている。平成28年度の目標は疲労起点部とその進展方向を明確にすることである。試験片のサブクラックや破面を詳細に観察した。亜鉛めっきは3層構造をしており,それらの層の相はη相,ζ相,δ1相である。サイクル数によって疲労起点部は変化した。すなわち,低サイクル側(10000回以下)では最表面のη相が起点部であり,中サイクル(10,000100,000回)ではζ層あるいはδ1層が起点部であり,高サイクル(100,000回以上)ではη相が起点部であった。低サイクルや高サイクルのstage II形状は楕円状であったが,中サイクルは三日月状であった。中サイクルの起点部は複数あり,めっき部をき裂進展していた。溶融亜鉛めっきした炭素鋼はいずれも炭素鋼ままよりも疲労強度が低下した。この要因はめっき部で起点が発生容易であったためと考え,η相のみを除去する表面処理を行った。η相は高サイクル側の疲労強度を低下させる要因であり,それを除去することにより疲労強度が大きくなる。しかし,η相除去材は,中サイクルの疲労強度は溶融亜鉛めっき材と差がなく,中サイクルの疲労破壊低下要因はη相にない。この結果は,破面観察から得られたζ層あるいはδ1層が起点部であることを支持する。これらの実験結果を元に溶融亜鉛めっき材の疲労破壊挙動をモデル化した。腐食疲労装置を完成させ,試験を開始した。実際に環境により疲労強度が変化することを確認した。当初の研究計画通りに研究を進め,目標を達成できる研究成果が得られている。高湿度環境下における溶融亜鉛めっき鋼材の疲労強度を評価した。鋼材にはS45Cを用いた。大気雰囲気中での疲労強度と比較して,高湿度環境下におけるめっき材の疲労強度は高応力・低サイクル側で増加し100000回に近づくほど大きくなった。疲労限は高湿度環境下でおよそ480MPaであり,大気雰囲気中では,410MPaであった。破断面を解析し,疲労破壊起点部とき裂の安定成長域について解析した。高応力・低サイクル側から低応力・高サイクル側にかけて破断面の形態が変化した。すなわち,高応力・低サイクル側では,複数箇所からき裂が発生・進展しており,き裂の安定成長域の破断面形状が三日月形状であった。一方,低応力・高サイクル側では,一箇所からき裂が発生・進展しており,き裂の安定成長域の破断面形状は楕円形状であった。

高湿度環境下において,破断面形態が遷移する破断サイクル数は,大気雰囲気中でのそれよりも大きかった。なお,破断サイクル数に依らずき裂起点部は亜鉛めっき層であった。以上の結果から,高湿度環境下では,亜鉛めっき層が何かしらの要因で強化されたことが示唆される。その要因を特定するために,破断面上の亜鉛めっき層組織を解析した。その結果,高湿度環境下では亜鉛めっき層表層が大きく酸化されていた。昨年度までの研究で,高サイクル側では,亜鉛めっき層の最も表層にある純亜鉛相が変形易であり,入込み・突出しが表面上で形成容易であるため疲労強度が低下していることが分かっている。純亜鉛相は酸化されると静的強度が増加する。高湿度環境下において疲労強度が上昇した要因は,高湿度によりめっき表面が酸化され,表面上での入込み・突出しが形成し難くなり,初期き裂の形成が抑制されたため,と考えられる。溶融亜鉛めっき鋼材の耐腐食疲労の設計手法を確立することを目的に,大気雰囲気中の疲労と腐食環境下での疲労のき裂発生・進展過程を解析することにより疲労強度低下要因となるめっき組織を明らかにした。腐食の有無に関わらず,低ー中サイクル域における疲労強度低下要因となる組織は合金層であった。高サイクル域における疲労強度低下要因となる組織は純亜鉛層であった。腐食環境下では,表面酸化により表面が硬化した。酸化物の形成がき裂発生を遅らせ,結果として腐食環境下の疲労強度が増加した。これは腐食環境下で緻密な腐食層を形成させる合金設計をすることで腐食疲労を抑制できることを意味し,今後の材料設計に活かせる。平成28年度は,亜鉛めっき鋼材における疲労破壊のモデル化を行う。具体的には以下のことを実施する。・サブクラックの起点部とその進展方向を観察する。・溶融亜鉛めっき処理した炭素鋼材における疲労破壊機構をモデル化する。平成28年度までで溶融亜鉛めっき鋼の疲労破壊形態についてはモデル化できた。腐食疲労試験装置も完成したため,平成29年度は腐食疲労試験を開始し,腐食が溶融亜鉛めっきの疲労強度に及ぼす影響を明らかにする。機能・構造材料順調に研究が進捗し,研究協力者に対する謝金を減額できたため。試験片の本数は計画時よりも多くなっているため,それらに使用する。
光空間電界による液晶分子のナノ周期配向制御と光情報処理応用

本研究者は、これまで光波による分子配向・機能制御と光情報処理応用をキーワードに、(1)光導電性液晶中の光空間電界による分子再配列型フォトリフラクティブ効果、(2)色素ドープ液晶の巨大非線形光学効果、(3)光架橋性高分子液晶の軸選択的光架橋による熱安定分子配向制御、などの研究を行ってきた。液晶材料は、分子配列が協調的に起こり、マクロ年巨大誘電率異方性を有するため、外場に対して効率的に反応し、わずかな分子配列の変化で大きな屈折率の変化が誘起される。これらの液晶系材料特有のユニークな諸現象と、実時間ホログラム光学系、非線形フーリエ変換光学系、熱安定分子配向と光回折素子、といったキーワードを組合せることによって、実時間光情報処理や従来にない高機能光デバイスへの応用を実現できる可能性がある。本研究は、このような背景のもと、本研究者が行ってきた上記の光機能性液晶の諸効果を光情報処理分野に応用することを意図して計画された。さらに、本研究では、現在までに見出されている光波制御分子配向制御について、ナノレベルを標榜した制御技術の検討を同時に目指した。これらの検討の結果、(1)実時間ホログラムによる光画像の空間周波数実時間選択再生の実証、(2)非線形フーリエ変換光学系による画像の明暗反転実時間処理の実証、(3)高分子との複合化による分子再配列型フォトリフラクティブ効果の高効率化とメカニズム解明、(4)液晶への光制御型凹凸レンズの形成とメカニズム解明、(5)光架橋性液晶高分子への偏光ホログラム形成と偏光変換回折素子への応用の実証、といった成果を上げることができた。これらの諸実証によって、光波の情報処理への高度応用にとって、液晶の光波分子配向制御技術が大きな役割を果たすことが示された。平成12年度平成13年度奨励研究(A)(課題番号:10283029)によって、光導電性を付与した液晶材料に干渉光を照射することによって、光空間電界の発生と液晶分子の周期的な再配列によって「分子再配列型フォトリフラクイティブ効果」というメカニズムによってホログラム形成が可能であること、当該材料による高効率な位相共役光発生、などの光情報処理応用実証が行われた。さらに、本研究の研究目的に沿い、実験的・理論的検討を行った結果、以下に示す結果を得た。(1)高分子と液晶の複合体を用いた周期構造形成において、複合体のモルフォロジー(高分子と低分子液晶の相溶性、低分子分散サイズの大きさ)が大きな影響を与えることがわかり、その影響を定量的に評価し、材料改質への知見を得た。(2)実時間ホログラム応用として、フーリエ変換光学系を用いて、2次元光画像の空間周波数を選択的に再生することを試みた。(3)高機能光デバイスへの応用として、偏光ホログラムの手法を用いて、周期的な分子配向を薄膜中に固定化し、回折機能と偏光変換機能を併せ持つ光デバイスを提案した。これらの結果は、本研究で検討している材料系が、実時間応用から高機能光デバイスまで幅広い応用分野を構築可能である可能性を示唆している。特に、偏光と回折機能は、今後のフォトニクス向けの幅広い応用を示唆しており、産業的な波及効果が期待できる。光導電性を付与した液晶材料に干渉光を照射することによって、光空間電界の発生と液晶分子の周期的な再配列が実現されることが見出されている(分子再配列型フォトリフラクティブ効果)。また、機能性色素をドープした液晶では、液晶分子配向の光波制御により巨大な非線形光学効果が発現することも見出されている。

また、このような実時間的な効果ではなく、液晶材料の光架橋機能を付与することで、熱的に安定な偏光回折素子の形成が可能であることがわかっている。このような種々の光波制御分子配向制御についてナノレベルを標榜した制御技術の検討と光情報処理分野への応用を目指した結果、光機能性液晶を用いた以下の成果を挙げることができた。(1)実時間ホログラムによる光画像の空間周波数実時間選択再生の実証(2)非線形フーリエ変換光学系による画像の明暗反転実時間処理の実証(3)高分子と液晶の複合化による分子再配列型フォトリフラクティブ効果の高効率化とメカニズム解明(4)液晶への光制御型凹凸レンズの形成とメカニズム解明(5)光架橋性液晶高分子への偏光ホログラム形成と偏光変換回折素子への応用実証これらの諸実証によって、光波の情報処理への高度応用にとって、液晶の光波分子配向制御技術が大きな役割を果たすことが示された。特に、上記(5)に示した、光架橋性液晶高分子を用いた偏光変換回折素子については、光波の回折と同時に偏光状態の変換を行うという従来の回折素子に無い機能を付与した熱的に安定な光学素子を始めて実現したものであり、高速・高密度ホログラム記録だけでなく、光ヘッドに用いる回折素子や、液晶表示素子を高機能化する機能性フィルムなどへの応用が期待される。
新奇無触媒クリック反応によるπ電子材料の物性および集積構造の自在制御

π共役分子は、有機薄膜デバイスの主役級の材料であるが、所望の光学および電子物性を引き出すためには、合成上の煩雑さや薄膜上での集積構造制御における困難が伴う。本研究では、研究代表者が見出した電子受容性π共役分子とアミンの無触媒クリック反応を基軸として、新奇π電子材料の物性探索と薄膜上での集積構造の自在制御に取り組む。本クリック反応を独自の切り口として、従来の化学反応では達成し得ないπ電子材料と薄膜科学の融合を図り、有機薄膜デバイス分野におけるパラダイムシフトを目指す。
準周期解の分岐解析とその電気回路への応用

本研究では準周期解の分岐現象を分類するためのツールであるリアプノフバンドルを考案し,さまざまな分岐を明らかにし分類した.そして,それらを再現可能な平易な離散時間力学系と連続時間力学系である電気回路を例に挙げ説明した.この取り組みにより,準周期解の局所分岐を分岐前後のリアプノフバンドルのトポロジーにより,サドル・ノード分岐,周期倍分岐,被覆度倍分岐,ネイマルク・サッカー分岐の4つに4つに分類することに成功した.さらに,分岐図中に現れる複雑に交差する準周期解の同期引き込み領域であるアーノルドレゾナンスウェブの分岐構造をニュートン法とリアプノフバンドルによるトポロジー解析により明らかにした.本研究において扱われるトーラスとはアトラクタのとる解軌道の形状であり、1-トーラスは周期解、2-トーラス以上は準周期解と呼ばれる。準周期解の分岐解析は従来困難とされてきて、ほとんど行われていない。2入力PLL回路を用いた電子回路実験により2-トーラスの被覆度倍分岐が起こることを示した。加えてサドル・ノード分岐が発生することも示した。具体的にはPLL回路に2つの非共鳴な正弦波の和によりFM変調されたベースバンド信号を入力することにより実現した。SPICEによるシミュレーションも併せて行い、電子回路実験と正規化した微分方程式を用いた数値実験に生じる誤差が実験において用いているPLL内部のVCOにおけるFM変調遅延によるものであることを明らかとした。上記の内容をInternational Journal of Bifurcation and Chaos誌に投稿し、採録が決定している。離散時間力学系における2-トーラスと連続時間力学系における3-トーラスのすべての局所分岐の解析を行い、例を示した。連続時間力学系の分岐例はすべて具体的な電子回路をもととしている。ここにおいて2-トーラス以上である準周期解の分岐判別法を従来の準周期解の断面である1-トーラス上の支配的リアプノフバンドルの形状によるものから、さらに1次元低い断面である0-トーラス上の支配的リアプノフバンドルにより分類可能であることを示した。上記の内容を「Quasi-Periodic Bifurcations of Higher-Dimensional Tori」という題名でInternational Journal of Bifurcation and Chaos誌に投稿し、採録が決定している。平成27年度において当初の予定通りPLL回路による電子回路実験による被覆度倍分岐の発生に成功した。これに加えて、準周期解の局所分岐理論をn次元へと一般化することに成功した。これらにより準周期解の局所分岐を統一的に説明が可能となり、さらに自動判別手法を用いることで準周期解を連続変形しつつ局所分岐の判定を行うことが可能となった。以上により準周期解の局所分岐解析手法の基礎を確立したといえる。これによって、自然界に普遍的に存在する振動子の相互作用として現れるさまざまな準周期現象の説明ができ、さらにはその制御へとつながる可能性がある。準周期解の局所分岐構造をリアプノフバンドルにより統一的に説明することに成功した。加えて、0次元断面上の0次元トーラスにおけるリアプノフバンドルの位相分布から準周期解の局所分岐を判別する手法を開発し、その具体例を示すことができた。準周期解の局所分岐解析の進捗は順調であるといえる。一方で、準周期解の実問題への応用として発振器の結合系を用い最適化問題を解く手法を検討しているが上手い実装方法が確立できていない。本研究では、電気回路を代表とする振動子の結合系に多く現れるうなり振動の一種である準周期解の、パラメータ変動に伴う解の定性的変化である分岐の解析を行った。高次元準周期解の局所分岐解析を0次元断面である1点の近傍の安定性を表すリアプノフバンドルのトポロジーのみから判定可能であることを明らかにし、自動判定アルゴリズムを実装した。さらに、縮退した分岐などの複雑な分岐判定に対応するために深層学習の一種であるConvolutional Neural Networkを用いることができないか検討・試作した。また、高次元準周期解の局所分岐解析理論を完成させた。今まで求解不可能であった不安定解であるサドル型準周期解に対してもお局所分岐解析手法であるリアプノフバンドルを求解するアルゴリズムを開発・実装した。これは2次元以上の離散時間力学系の準周期解に対するニュートン法が開発されたことによる。そしてさらに、サドル型準周期解を連続変形し求解するアルゴリズムを開発した。これによって、今まで明らかでなかったアーノルドレゾナンスウェブ(高次元のアーノルドの舌)のレゾナンスの交差点や根元に現れていた分岐現象が明らかとなりつつある。本研究では準周期解の分岐現象を分類するためのツールであるリアプノフバンドルを考案し,さまざまな分岐を明らかにし分類した.そして,それらを再現可能な平易な離散時間力学系と連続時間力学系である電気回路を例に挙げ説明した.この取り組みにより,準周期解の局所分岐を分岐前後のリアプノフバンドルのトポロジーにより,サドル・ノード分岐,周期倍分岐,被覆度倍分岐,ネイマルク・サッカー分岐の4つに4つに分類することに成功した.さらに,分岐図中に現れる複雑に交差する準周期解の同期引き込み領域であるアーノルドレゾナンスウェブの分岐構造をニュートン法とリアプノフバンドルによるトポロジー解析により明らかにした.準周期解の局所分岐の判別方法を従来その断面である1次元トーラスで行っていたが,さらにもう1次元低い0次元トーラス、すなわち点で行うことが可能であることに気付いたため,数値実験による具体的な適用例を挙げ、その有効性を示していく。研究計画の変更として新たに「発振器の結合系による最適化問題の求解」を課題として追加する。

これは準周期解の分岐解析にもとづく応用例である。近年、サドル型の準周期解をフーリエ級数近似することによりニュートン法による求解を可能とする手法が編み出された。これを取り入れることによりサドル型の準周期解に対してもリアプノフバンドルが計算可能になると予測され、これをもとに不安定多様体を計算し、その接続関係を判定することで大域的分岐の分岐解析を行っていく予定である。電気電子工学当初予定していた高次元トーラスである2-トーラスや3-トーラスのリアプノフ指数とリアプノフバンドルの計算に使用する計算機の購入が所属大学に設置されている並列計算機により代替できたことにより次年度使用額が生じた。平成28年から参加したプロジェクト経費により数値計算に用いる高性能な計算機が支給され、さらに旅費に関しても支給されたために次年度使用額が生じた。所属大学の異動により新たに研究環境を整える必要が生じたため、分岐解析に用いる計算機一式、回路実験に用いる装置を一式の購入予算とする。次年度使用額1,745,979円と翌年度請求額1,100,000円の合計2,845,979円が平成29年度分の合計助成金額となる。広範囲な分岐パラメータ探索に用いる並列計算機の購入に2,000,000円、最新の分岐解析手法を調査するための謝金として300,000円、その他書籍代等として300,000円を使用する予定である。
口腔内刺入用の密封小線源治療アプリケーターの研究

現在までに、適応症例数の推定を終了し、代表的ケースでの次元的検討を進め予備的なアプリケーターのデザインを開始している。今後は代表例以外での適用時を推定して検討を進める。1.適応症例の推定について1)腫瘍部位に関して精密照射を目指す場合、外照射が適応とは言えない症例:0内は延べ悪性腫瘍患者数1361例中の百分率下顎骨の内側に位置している:舌、口腔底下顎歯肉の舌側(49%)上顎歯槽突起の内側に位置する:口蓋、上顎歯肉の口蓋側(13.8%)頬部・眼球の内側に位置する:上顎洞→篩骨洞(13.8%)2.アプリケーター設計上の制約・留意点について特に直接刺入法用アプリケーターに素材・形態上の制約が多く、正常組織との隣接部にスペーサーを用いる等の方法があるが、アプリケーター形態的なアプローチが必要。3.口腔内刺入法など低侵襲小手術の理論的検討予想以上に、口腔内照射の適応症例が多いと考えられる。:口蓋、上顎歯肉の口蓋側(13.8%)特に上顎洞腫瘍に対しては、複数バルーンを用いたアプリケーターが有用と考えられる。
保型表現と周期

Gross-Prasad予想は,特殊直交群の保型形式を部分特殊直交群に制限した時,その消滅性とある種の保型L関数の特殊値の消滅性が同値であることを主張する。前年度までの池田保氏(京都大)との共同研究において,特殊直交群の保型形式の制限を,保型L関数の特殊値や局所因子,そしてArthur予想に現れる2のベキを用いて具体的に表す予想の定式化に成功した。この予想を低次元の場合に証明するため,今年度はWee Teck Gan氏(UCSD)との共同研究において,吉田リフトに対応する保型表現の,対角埋め込みに関する制限について研究した。まだ詳細は詰めていないが,Kudlaによるシーソーや,Rallisの内積公式,そして以前証明した,三重線形写像を三重積L関数を用いて表す公式を使って,予想を証明する方針が立った。前年度の平賀郁氏(京都大),池田保氏(京都大)との共同研究において,局所体上の簡約代数群の離散系列表現に対し,形式次数の研究を行った。この研究に関する論文の執筆を担当し,論文は既に出版が予定されている。さらに大域的な周期をL関数で表す公式に基づき,形式次数を与える積分のある種の一般化を,一般線形群に対して考察した。そのために,討論や実験的な計算を行い,いくつかの知見を得ることができたが,実際にどのような現象が起きているのかを把握するまでにはいたらず,今後の課題として残った。前年度に引き続き、Gross-Prasad予想の研究を行った。Gross-Prasad予想は、特殊直交群の保型形式を部分特殊直交群に制限した時、その消滅性とある種の保型L関数の特殊値の消滅性が同値であることを主張する。前年度、池田保氏(京都大)との共同研究において、特殊直交群の保型形式の制限を、保型L関数の特殊値や局所因子、そしてArthur予想に現れる2のベキを用いて具体的に表す予想の定式化に成功した。低次元の場合にこの予想を証明するため、今年度はJacquet予想に現れる、ある種の三重線形写像について研究した。特に、大域的な三重線形写像を、三重積L関数や随伴L関数の特殊値と、局所的な三重線形写像の積で表す公式を証明した。また、平賀郁氏(京都大)、池田保氏(京都大)との共同研究において、局所体上の簡約代数群の離散系列表現に対し、形式次数の研究を行った。形式次数はHarish-Chandraによって証明されたPlancherel公式に現れる非常に基本的な量であるが、その定量的研究は非常に困難である。この共同研究においては、局所Langlands予想の仮定の下で、形式次数を局所因子を用いて表す予想を定式化し、今まで知られていた実例との整合性を確かめた。また、p進体上の3変数ユニタリ群の安定離散系列表現に対して、形式次数とエンドスコピーを関連づけることにより、予想を証明した。この予想はPlancherel測度に関するLanglands予想の自然な拡張になっているが、現在まで知られてなかったと思われる。前年度に引き続き,Gross-Prasad予想の研究を行った。
異種界面形成に基づいた協奏的な電子物性の開拓

本研究課題では、光化学反応を利用することによって超伝導特性を可逆に制御できるような材料を創出することを目的とした。ホウ素ドープダイヤモンド(BDD)表面の終端原子を変換することによって、臨界電流密度の可逆な制御を達成し、これは超伝導体積分率の変化に対応していることが磁化測定から明らかとなった。つまり、BDDの超伝導特性が表面に極めて敏感であることがわかった。BDD表面にアゾベンゼン化合物を導入したAZ-BDDを作製したところ、光化学反応に伴った臨界電流密度の増幅率は55%であり、この値は先行研究の4倍に達した。これは、BDDが表面に敏感な超伝導特性を示すことに起因していると考えられる。超伝導ダイヤモンドの特性を化学的に制御することを目的として研究を遂行した。具体的には、超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド(BDD)を合成し、その終端構造を水素、および酸素に変化させた場合の超伝導特性を検討した。磁化測定および電気輸送測定を行ったところ、超伝導特性の一つである臨界電流密度に関して、水素終端BDDのほうが酸素終端BDDよりも大きいことが明らかとなり、さらにこの変化は可逆であった。特に、磁化測定から超伝導体積分率を算出したところ、水素終端BDDのほうが酸素終端BDDよりも大きいことがわかり、この変化が臨界電流密度の変化に影響を及ぼしていることが示唆された。以上のように、ホウ素ドープ型ダイヤモンドの超伝導特性は表面に敏感であることを明らかとした。次に、超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド(BDD)において、その超伝導特性を能動的に制御するために、外場応答性物質との複合化を試みた。ここで、BDDが優れた電極として機能することを利用して、電気化学的手法を取り入れることとした。具体的には、外場応答性物質として、光照射によって可逆に幾何構造が変化するアゾベンゼン化合物を選択した。はじめに、BDD表面に末端アルキン部位を有する化合物を電解還元反応によって固定化し、このアルキン終端BDDに対して、アルキン部位に選択的に環化付加するアジド基を末端に有するアゾベンゼン化合物を反応させた。その結果、アルキン終端化ならびにアゾベンゼン終端化させたBDDにおいても超伝導特性は保持されていることがわかった。さらに、アゾベンゼン終端BDDに対して、紫外光および可視光を交互に照射したところ、アゾベンゼン化合物のフォトクロミズムに伴って、臨界電流密度が可逆的に変化することを見いだした。超伝導ダイヤモンドの特性を光化学反応を利用して制御することを目的として研究を遂行した。そのために、超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド(BDD)を気相合成し、その表面に光応答性物質を固定化することとした。第1の取り組みとして、光照射によって幾何構造が可逆に変化するアゾベンゼン化合物をBDD表面に固定化させた、無機ー有機ヘテロ界面を構築した。その際に、BDDが優れた電極として機能することを利用し、BDD表面に末端アルキン部位を有する化合物を電解還元反応によって導入し、アルキン部位に選択的に環化付加するアジド基を分子末端に有するアゾベンゼン化合物を反応させた。その結果、一連のプロセスにおいてもBDDの超伝導特性は保持されていることがわかった。また、電気化学測定を中心とした評価によって、BDD表面に固定化されたアゾベンゼン化合物は最密充填に近い密度で単分子膜を形成しており、かつ光照射によって可逆的に異性化することがわかった。超伝導特性に関しては、アゾベンゼン化合物のフォトクロミズムに伴って臨界電流密度が可逆に変化し、この際の光増幅率は55%に及ぶ結果が得られた。第2の取り組みとして、光照射によって常磁性から強磁性へ磁気相転移を示すCo-Feプルシアンブルー類似体(Co-Fe PBA)をBDD表面に固定化させた、無機ー無機ヘテロ界面を構築した。あらかじめ液相合成したCo-Fe PBAの分散液をBDD表面に滴下するという簡便な手法を用いた。その結果、Co-Fe PBAとのヘテロ界面形成によってBDDの上部臨界磁場が減少することがわかり、さらに、Co-Fe PBAの光磁気相転移に伴って臨界電流密度が可逆に変化する結果が得られた。その際に、超伝導ダイヤモンドと光応答性物質との異種接合界面を形成することによって、超伝導特性と光応答性が協奏的に作用するようなシステムを構築した。2015年度は、「超伝導ダイヤモンド」と「フォトクロミックなアゾベンゼン化合物」による無機ー有機ヘテロ界面について検討を行った。2014年度に、このヘテロ界面における光照射に伴った可逆な臨界電流密度の変化を観測し、ACS Applied Materials & Interfaces誌に論文が掲載された。2015年度はこの成果を発展させるため、上述の臨界電流密度の変化を定量的に議論することとした。具体的には、超伝導ダイヤモンド表面に固定化するアゾベンゼン化合物の密度を厳密に制御することを試みた。Cu(I)を触媒としたClick反応を利用したアゾベンゼン化合物の固定化において、Cu(I)の生成に還元剤ではなく、電解還元を用いることとした。特に、電解還元を適用することによって、Cu(II)の還元に用いる電気量で触媒となるCu(I)の生成量、つまりアゾベンゼン化合物の固定化量を制御できると考えた。

実際にはモデル化合物としてフェロセン誘導体を用いて検討を行ったところ、当初のねらい通り、電解還元に用いる電気量に応じてフェロセン誘導体の固定化量を精度よく制御でき、分子修飾電極の作製において、Electro-Click反応が非常に有用であることを示した。本研究課題では、光化学反応を利用することによって超伝導特性を可逆に制御できるような材料を創出することを目的とした。ホウ素ドープダイヤモンド(BDD)表面の終端原子を変換することによって、臨界電流密度の可逆な制御を達成し、これは超伝導体積分率の変化に対応していることが磁化測定から明らかとなった。つまり、BDDの超伝導特性が表面に極めて敏感であることがわかった。BDD表面にアゾベンゼン化合物を導入したAZ-BDDを作製したところ、光化学反応に伴った臨界電流密度の増幅率は55%であり、この値は先行研究の4倍に達した。これは、BDDが表面に敏感な超伝導特性を示すことに起因していると考えられる。本研究課題では、超伝導特性を化学的に制御することを目的とし、特に、光応答性物質とのヘテロ界面を形成することによって、基盤物質であるホウ素ドープ型ダイヤモンド(BDD)の超伝導特性と光応答性物質の物性を協奏的に作用させることを最終目標としている。平成26年度は、当初の研究計画に基づき、光応答性物質とのヘテロ界面の形成と超伝導特性の能動的制御に関する検討を行った。光応答性物質として、フォトクロミズムを示すアゾベンゼン化合物を用いた場合では、光照射に伴って、超伝導を示すBDDの臨界電流密度が可逆に変化する結果が得られた。特に、この際の光増幅率は55%に及び、一連の結果を学術雑誌(ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 887-894.)に発表した。また、光応答性物質として、光磁気相転移を示すCo-Feプルシアンブルー類似体(Co-Fe PBA)を用いた場合では、BDD表面に固定化したCo-Fe PBA磁性体の影響によって、BDDに実効的に作用する磁場が変化し、BDDの上部臨界磁場が減少することがわかった。さらに、光照射によってCo-Fe PBAの磁気相転移を促したところ、BDDの臨界電流密度が可逆に変化する結果が得られた。この一連の結果は学術雑誌(Carbon)に投稿し、現在のところ査読中である。以上のように、超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンドと光応答性物質とのヘテロ界面形成によって、BDDの超伝導特性を光化学反応を介して能動的に制御できることを2例見出し、1例は学術論文に発表、もう1例は論文投稿中という段階に達したことから、本研究課題は当初の計画以上に進展していると判断した。光機能性材料最終年度である平成27年度は以下に挙げるようなポイントに関して重点的に研究を遂行する。平成26年度において、超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド(BDD)と光応答性物質とのヘテロ界面形成によって、超伝導特性の1つである臨界電流密度を可逆に光制御することを達成した。そのうち、フォトクロミックなアゾベンゼン化合物をBDD表面に固定化させた、無機ー有機ヘテロ界面に関して、臨界電流密度の可逆な光変化に関する詳細なメカニズムを検討してゆく。その際に、ヘテロ界面の電子状態変化に着目し、走査型トンネル分光法を用いることとする。
プロバイオティクス優位腸内細菌パターン形成ワクチンの開発

炎症性腸疾患発症に関して特異的な腸内細菌への絞込みを目的とし、健常人(HC)、原発性硬化性胆管炎合併潰瘍性大腸炎(PSC/UC)患者糞便を無菌マウスへ移植したマウス(HCマウス、PSC/UCマウス)を作成し、PSC/UCマウスでは肝臓内Th17細胞の集積を認めた。PSC/UCマウスのみでKlebsiella pneumonia, Proteus mirabilis, Enterococcus gallinarumの同定培養に成功。Q-PCR法にて解析しPSC/UC患者に高頻度にこれらの腸内細菌が検出。ある特定の悪玉菌の腸内細菌が腸管外病変へ関与する事を見い出し、発展性が期待できる成果と考える。腸内細菌は21世紀に発見された新臓器であり、腸内細菌の構成バランスが崩れた不安定化が、近年、我が国を含む先進諸国で増え続ける慢性免疫疾患(炎症性腸疾患、リウマチ疾患、喘息、アレルギー、肥満、糖尿病、自閉症)の原因と考えられている。しかし、これらの疾患の制圧のために、さらなるブレイクスルーが必要である。本研究課題において、学童期の免疫機構成立期前後に、候補悪玉菌死菌をワクチンとして投与し、人工的に免疫記憶を獲得する斬新な方法論を着想し、慢性免疫難病制圧の挑戦に挑む。本発想は、善玉菌を非自己、善玉菌を自己と正確に認識するシステムを免疫機構成立期に完成させるための悪玉菌死菌をワクチンとして利用した介入であり、能動免疫によって悪玉菌の定着を生涯にわたって拒絶するシステムであり、安価で慢性免疫難病疾患の発症を抑制する画期的なストラテジーを樹立する挑戦である。平成27年度では、これまで本研究室で精力的に研究を行ってきた善玉菌プロバイオティクスの代表として、Clostridium butyricum (Cell Host Microbe 2013, Immunity 2014)をフォーカスし検討を行った。すなわち、Clostridium butyricum死菌成分を細胞壁分画、細胞質分画に分離し、細胞壁分画に急性DSS腸炎を抑制する活性を有することを確認した。この際、死菌、細胞壁分画はDSS投与2週間前から経口投与とした。一方、DSS投与3ヶ月前より2週間経口投与したところ腸炎抑制活性を見出すことはできなかった。本実験は投与時期を変え(3ヶ月前、1ヶ月前より2週間)3回行なったがいずれも腸炎抑制活性を見出すことはできなかった。Clostridiumbutyricum死菌の腸炎抑制活性には経口免疫寛容(oral tolerance)メカニズムという側面が存在するという仮説に基づいたものであるが、今後、アジュバントなどの使用などの改良が課題となった。また、もう一つ独創的なモデルを確立した。すなわち、人工的にdysbiosis環境を作製することによって全身脱毛という表現系を持つマウスの確立である。具体的にはバンコマイシン投与とビオチン欠乏食によりマウスはほとんどの系統でdysbiosisを呈し、腸管外で表現系(全身脱毛)を有するモデルが最適であることに着目した。バンコマイシン投与+ビオチン欠乏食マウスはLactobacilus murinus菌単独で60%という極めて極端なdysbiosisを誘導することを見出した。本モデルはClostridium butyricum(善玉菌)を投与すると脱毛を抑制することも確認している。以上、平成27年度は残り2年のための基盤となる極めてユニークなモデルを確立した。炎症性腸疾患の発症に関しては、腸内細菌の乱れ(dysbiosis)と多様性の減少が重要である。特異的な腸内細菌への絞り込みを目的として、健常人(HC)、原発性硬化性胆管炎合併潰瘍性大腸炎(PSC/UC)患者糞便を無菌マウスへ移植したヒト糞便化マウス(HCマウス、PSC/UCマウス)を作成した。PSC/UCマウスでは肝臓内Th17細胞の集積を認めた。また、PSC/UCマウスでserum amyloid Aの発現亢進も確認した。この現象はHCマウスでは認めなかった。このことは、腸管外合併症としてのPSC免疫現象に腸内細菌が関与する証拠であり、次に、責任腸内細菌を同定する目的で、我々は腸管ではなく腸間膜リンパ節が腸管外免疫反応の責任部位と仮説を立て、同部位の嫌気性培養を実施したところ、PSC/UCマウスのみでKlebsiella pneumonia, Proteus mirabilis, Enterococcus gallinarumの同定培養に成功した。Q-PCR法にて解析したところ、PSC/UC患者に高頻度にこれらの腸内細菌が検出されることを確認した。ある特定の悪玉菌の腸内細菌が腸管外病変へ関与することを見いだしており、発展性が期待できる成果と考えている。今後、これらの悪玉菌細菌によるワクチン開発をさらに推進してきたい。

ある特定の悪玉菌の腸内細菌が腸管外病変へ関与する事を見い出し、発展性が期待できる成果と考える。我々が見出した善玉菌プロバイオティクスの代表Clostridium butyricumの腸炎抑制活性に経口免疫寛容が関与することを実証するために、平成28年度以降も投与時期、投与量、アジュバント使用などの改良を試みる。さらに、投与方法を経口免疫寛容の関与から離れ、皮下投与+/-アジュバント投与を試みたい。また、細胞壁成分のさらなる細分化分画の作製も同時に進める予定である。さらに、各分画の免疫抑制メカニズムをin vitroにて検証する。具体的には、制御性T細胞誘導能、マクロファージ/樹状細胞からのIL-10、TGF-b産生能を検討する。さらに、全身脱毛を発症するバンコマイシン投与+ビオチン欠乏食マウスで著明に増加するLactobacilus murinusについても死菌化し経口投与、皮下投与を行い、脱毛抑制効果の有無を検証する。すなわち、善玉菌、悪玉菌の代表を死菌化ワクチンとして用いる対照的なモデルを検証することで、残りの2年、腸内細菌菌体成分のワクチン応用という挑戦的な課題に取り組む予定である。炎症性腸疾患
放射線がん治療効果は超音波一酸化窒素産生によって増高させられるか？

新たな放射線がん治療法として、低酸素濃度領域下でも一酸化窒素(NO)をX線感受性物質として活用すれば、癌細胞の殺細胞効果のある事がin vitro実験で報告されている。しかしNOを生成する化合物は毒性が強く、in vivo実験に於いてはX線感受性NO治療の成功例は報告されていない。新たにNO産生法として、けい皮的調音波照射による低侵襲的技術を我々は所有している。この超音波によるNO産生技術と放射線治療技術の異なる物理エネルギー照射による新たなX-USFusion法の有効性を胆癌ラットin vivo実験で実証することを目的としている。本年度はX線照射装置を改良し、X線照射領域内に動物を置くと共に、その腫瘍部に超音波をけい皮的照射し得る実験系を設計製造した。特に超音波振動子が形成する音場分布の3次元的状況を正確に測定し、腫瘍内中心部に必要な超音波強度、即ちNOを充分発生し得る超音波強度となる様、音響化学的な基礎検討を行った。超音波によるNO産生量を定量測定する為に、NO電極法を用い、超音波周波数500KHz、その強度0.52W/cm2の可変範囲で既報のNO濃度が充分得られる事を、正常組織及び固形がん腫瘍(9LGLOMA)内部で確認した。その状態で放射線曝露を併用し、X-US FUSION法の腫瘍縮退効果を10日間の治療介入で比較検討し得る予備的実験を試みた。その結果からX線照射量、超音波強度、及びそれらの曝露時間等について幅広い検討を早期がんから末期がんについて行い得ることを確認し得た。これら初年度における実験的成果の上に有効性とその治療効果に関するメカニズム追求を展開し得る見通しを得た。低侵襲的超音波照射によって生ずるNOをX線感受性物質として活用する新たな放射線がん治療の道を開く為の、挑戦的道程の基盤を形成することに成功した。1)本研究では、放射線照射と超音波照射を同時に行わなければ固形がん縮退効果は得られない。同時に2つのエネルギーを動物に照射するに際し、放射線照射装置の密封度が極めて高く超音波発射振動子を同放射線領域内に置きつつ、そのエネルギー源となる超音波振動子駆動電圧ラインを放射線曝露領域外へ引きだす事が難しかった。放射線装置内を一部改造し、また超音波駆動用電源ラインを細小化する事によって実現したが、それには2か月を要した。2)超音波照射によるNO産生に関する電磁環境整備に時間を要した。超音波によるNO産生量は、酸化膜電極を用いるNOメーターによって測定されるが、超音波照射を行う本法では、超音波振動子駆動系からの漏えい電磁波が強く、この成分がNOメーター内に混入していた。すなわち超音波の発射が振動子から出されていなくとも、振動子駆動系に500KHzの信号を印加すると、NOメーターはその積分値をあたかもNO産生量の如く表示するという危険があった。実験動物を電気的に浮かしながら、測定系としては完全にシールドする超音波照射実験系を設計製作する必要がある。このシールド環境の整備、及び実験的な確認のために、約1ヶ月を必要とした。3)培養細胞をラット下肢外側に生着させる際に、その生着率の低さ、また腫瘍成長の個体によるばらつきが大きく、X線超音波併用法の効果を定量評価する為の主要サイズを適切に設定し、早期癌状態、中期がん状態、末期がん状態に分けて検討する為の腫瘍成長速度の標準化の事前の実験に約1ヶ月半2か月の時間を要した。これらの理由により、初年度の所期の目的は概ね達成しているが、実験精度、比較統計学的検討等に時間的送れがやや生ずることとなった。初年度に於いて本プロジェクトを円滑に進めるための基盤を整えた。特にNO測定系の電磁環境の整理、安全で漏えいの無いX線照射環境の整備、腫瘍サイズとその成長過程を踏まえた実験プロトコールの確率等について、再現性の高い実験系を整え得た。この基盤の上に(1)超音波強度とNO産生量の定量的関係の明示(2)腫瘍内低酸素領域の確定とそれを踏まえた放射線感受性NOによる殺細胞効果の病理組織学的評価(3)腫瘍の早期(直径約10mm未満)、中期(直径1020mm未満)、末期(直径20mm以上)の各成長過程におけるO2濃度の腫瘍内分布を測定し、その低濃度O2領域に対し放射線超音波併用法を適用し、低酸素下での有効性を評価する。この実験過程の間、固形がん組織内でのNO濃度、O2濃度を実時間測定し、腫瘍退縮とそれら放射線感受性物質の濃度との関係を明らかにする。さらに超音波によるNO産生のメカニズムをin vitro実験で明らかにする。これによってX線超音波併用治療法の基本メカニズムについて実証的に解明する。また、動物実験における腫瘍内外の病理組織学的状況を安全性の観点から分析し、安全性確保のための閾値を明瞭にする。以上の実験的検討を通して、新たな放射線超音波併用がん治療法の新技術展開の基礎を示すものとする。この挑戦的実験、即ち2つの物理エネルギー併用法が真に固形がん治療に有効かどうかを、しかも安全な条件で実用化可能性があるかどうか、判断し得る基礎的データを明示する事を以って成功とする。本年度は実験環境を整えるために、様々な持具等、カットアンドトライ的な試行錯誤を繰り返してきた。最終的には極めて安定、且つ再現性の高い実験環境を整える事が出来た。