hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノメートルでの「切断」の科学：原子シミュレーションによる現象解明とモデル構築

本研究はナノメートルでの「切断」の科学として,材料内に刃先が進入し,分離するという現象に焦点を当てて,様々な分子動力学(MD)シミュレーションを行い,ワークの材料や結晶方位,刃先形状,刃先とワークの相互作用(モデルポテンシャルにより引力・斥力をあえて大きく振った検討など),温度など,様々な要因が切断・分離現象(切断面の荒れや離れた場所でのクラック発生など)に及ぼす影響を検討する.本年度は,bcc-Feおよびfcc-Alの薄板ワークにbcc-Fe単結晶の剛体ツールを押し込んで両断する切断シミュレーションを分子動力学により行った.ツール先端角度を変えた検討では,Feワークは刃が鋭いと切断時の転位射出が促進され比較的横方向に変形しやすく,きれいな切断面が得られたが刃の角度が大きくなると切断時に刃の前方に亜結晶が成長し,亜粒界での巨視的なすべりなどが生じて切断面が粗くなった.Alワークでも亜結晶の成長に伴い,亜結晶と母材の間で割れが起こることが示された.次に,ワークを多結晶体として切断シミュレーションを行い,粒界が切断面に及ぼす影響について検討した.平均結晶粒径が異なる二つの2次元ボロノイ多結晶と単結晶を対象に,先端角30°のツールで押し込みを行った結果,反力は単結晶と多結晶で大きな差はなく,Alワークの反力はほとんどない.Fe単結晶は前述のように射出転位による変形が支配的であったが,多結晶Feワークでは転位は粒界によって妨げられ,双晶変形が主な変形機構となった.Al多結晶ワークでは粒界での割れ・すべりが容易に起こり,空隙がワーク内部に観察された.Fe,Alとも多結晶ワークでは,刃先に数原子層の「膜」が存在し,これが母相のワークから分離する際に切断面の荒れを生じることがわかり,これをコントロールすることが良い切断面を得るために重要であることが示唆された.ナノインデンテーションに関する原子シミュレーションは多数行われているが,それを更に進めて「切断」まで想定したシミュレーション研究は無い.Fe,Alについて行った成果によって,刃先の結晶構造に同化した膜の形成・変形挙動が重要であることを明らかにしている.ここで,刃先の結晶方位およびワークとの親和性=異原子間の相互作用によって膜の有無が変わるのか興味深いところである.そこで,まだ論文としてはまとめていないが,hcp-Mgや3C-SiCの切断シミュレーションなどをすでに実施済みである.Mgでも膜は確認されたが,SiCでは形成されないことを確認している.ただし,Mgの切断シミュレーションでは刃を剛体Mgとしているため非常に親和性が高く膜形成しやすい条件であるのに対し,SiCは剛体ダイヤモンドの刃としている違いがあるのでさらなる検討が必要と考える.これまで培ったシミュレーション条件や現象観察のノウハウを活かして,刃先の切断現象における膜の役割をさらに検討する予定である.特に,これまでは刃を剛体としていたが,刃の変形を考慮した切断シミュレーションが必要と考える.ナノインデンテーションでも刃側の変形を考慮した研究は無く,新しい知見が期待される.これまで汎用分子動力学コードLAMMPSを使用してきたが,多数の原子の組み合わせを扱えるポテンシャル関数は提供されていないため,fcc 8種,bcc 4種,hcp 4種の相互作用を提供しているGEAMポテンシャルで独自コードを開発し,切断シミュレーションを実施可能な環境を整えている.当初計画では二年目に大規模化を目指していたが,切断初期の刃先の現象に限って言えばまだまだ様々な原子の組み合わせや刃先形状,刃の変形など検討すべき課題が多いため,直接的なスケールアップは得策でないと考え直している.すなわち,原子数万数十万レベルの系で様々な金属元素・刃先形状や結晶方位を考慮した検討を多数展開する方が切断現象の解明・モデル化につながる知見を得られるものと考える.進捗状況でも述べたように,GEAMポテンシャルでの独自コード構築が完了したので,まずは刃の変形を考慮した切断シミュレーションを,様々なワーク,ならびに結晶方位で実施する予定である.現在テスト計算として放物線ならびにくさび形状のナノFe刃でAlを切断するシミュレーションを行っているが,同じ結晶方位系([100]-[010]-[001])でワーク,刃を構成した条件で行ったところいずれもFeナノ刃が変形し曲がって侵入することがわかっている.結晶方位,表面構造などで「曲がらずに侵入させる」という新しい課題が,刃の変形を考えたシミュレーションで示唆されたものと考えている.なお,今回のテスト計算はワークの横方向に周期境界を与えており非常に弾性ひずみが大きくなる条件である.ナノレベルのワークで自由境界としたときは,今回のような刃の変形による切断方向の変化は小さくなる可能性がある.そのような要因も考慮しながら,ナノメートルでの切断現象解明につながる研究を進めて行く予定である.本研究はナノメートルでの「切断」の科学として,材料内に刃先が進入し,分離するという現象に焦点を当てて,様々な分子動力学(MD)シミュレーションを行い,ワークの材料や結晶方位,刃先形状,刃先とワークの相互作用(モデルポテンシャルにより引力・斥力をあえて大きく振った検討など),温度など,様々な要因が切断・分離現象(切断面の荒れや離れた場所でのクラック発生など)に及ぼす影響を検討する.本年度は,bcc-Feおよびfcc-Alの薄板ワークにbcc-Fe単結晶の剛体ツールを押し込んで両断する切断シミュレーションを分子動力学により行った.

ツール先端角度を変えた検討では,Feワークは刃が鋭いと切断時の転位射出が促進され比較的横方向に変形しやすく,きれいな切断面が得られたが刃の角度が大きくなると切断時に刃の前方に亜結晶が成長し,亜粒界での巨視的なすべりなどが生じて切断面が粗くなった.Alワークでも亜結晶の成長に伴い,亜結晶と母材の間で割れが起こることが示された.次に,ワークを多結晶体として切断シミュレーションを行い,粒界が切断面に及ぼす影響について検討した.平均結晶粒径が異なる二つの2次元ボロノイ多結晶と単結晶を対象に,先端角30°のツールで押し込みを行った結果,反力は単結晶と多結晶で大きな差はなく,Alワークの反力はほとんどない.Fe単結晶は前述のように射出転位による変形が支配的であったが,多結晶Feワークでは転位は粒界によって妨げられ,双晶変形が主な変形機構となった.Al多結晶ワークでは粒界での割れ・すべりが容易に起こり,空隙がワーク内部に観察された.Fe,Alとも多結晶ワークでは,刃先に数原子層の「膜」が存在し,これが母相のワークから分離する際に切断面の荒れを生じることがわかり,これをコントロールすることが良い切断面を得るために重要であることが示唆された.ナノインデンテーションに関する原子シミュレーションは多数行われているが,それを更に進めて「切断」まで想定したシミュレーション研究は無い.Fe,Alについて行った成果によって,刃先の結晶構造に同化した膜の形成・変形挙動が重要であることを明らかにしている.ここで,刃先の結晶方位およびワークとの親和性=異原子間の相互作用によって膜の有無が変わるのか興味深いところである.そこで,まだ論文としてはまとめていないが,hcp-Mgや3C-SiCの切断シミュレーションなどをすでに実施済みである.Mgでも膜は確認されたが,SiCでは形成されないことを確認している.ただし,Mgの切断シミュレーションでは刃を剛体Mgとしているため非常に親和性が高く膜形成しやすい条件であるのに対し,SiCは剛体ダイヤモンドの刃としている違いがあるのでさらなる検討が必要と考える.これまで培ったシミュレーション条件や現象観察のノウハウを活かして,刃先の切断現象における膜の役割をさらに検討する予定である.特に,これまでは刃を剛体としていたが,刃の変形を考慮した切断シミュレーションが必要と考える.ナノインデンテーションでも刃側の変形を考慮した研究は無く,新しい知見が期待される.これまで汎用分子動力学コードLAMMPSを使用してきたが,多数の原子の組み合わせを扱えるポテンシャル関数は提供されていないため,fcc 8種,bcc 4種,hcp 4種の相互作用を提供しているGEAMポテンシャルで独自コードを開発し,切断シミュレーションを実施可能な環境を整えている.当初計画では二年目に大規模化を目指していたが,切断初期の刃先の現象に限って言えばまだまだ様々な原子の組み合わせや刃先形状,刃の変形など検討すべき課題が多いため,直接的なスケールアップは得策でないと考え直している.すなわち,原子数万数十万レベルの系で様々な金属元素・刃先形状や結晶方位を考慮した検討を多数展開する方が切断現象の解明・モデル化につながる知見を得られるものと考える.進捗状況でも述べたように,GEAMポテンシャルでの独自コード構築が完了したので,まずは刃の変形を考慮した切断シミュレーションを,様々なワーク,ならびに結晶方位で実施する予定である.
不均一表面への多成分混合気体の吸着に関する研究

混合気体の不均一表面における吸着平衡の測定は,分離プロセスの設計に必要な基本的データであるが,測定データは少なく,単成分の吸着平衡データから簡単な方法で推算された値を代用しており正確ではない.今後,吸着分離プロセスによって従来分離の困難であった類似の物理化学的性質を持つ化学物の分離や,極微量含まれる物質の分離が可能となるためには,混合気体の吸着平衡について多くの実験の蓄積と知見が必要である.当研究室ではばねを内蔵した容量法実験装置により混合気体の吸着平衡測定を行っている.原理は物質収支に基づいている.この方法は長時間の繁雑な操作を伴なうので,多くのデータを蓄積することは困難であったし,又,ガスビューレットに多量の水銀を用いていたので問題があった.そこで,次の2点を改良し,実験をより正確に,より迅速に,そり簡単に行なえるようにした.(i)ばねの伸びを差動トランスを用いて電気的に測定し,レコーダに描かせるようにした. (従来はカセトメーターにより肉眼で測定していた. )(ii)水銀によりガスビューレットを廃止し,ベローズ式体積可変装置を設計し,装備した.《研究結果》(i)差動トランスによるばねの伸び測定は極めて精度が高く,温度が完全に一定であれば, 0点からの変位としては0.0025μm迄読取が可能である.しかし,恒温槽の温度変化は±0.1°Cの精度であり,これに伴なうばねの伸びの温度変位は0.0056mmであるから0.01mm迄が信頼できる限界と考えられる.金属製のばねの感度を40°Cで測定した結果0.05mm/mgであった.(ii)ベローズ式体積可変装置を設計図に基づいて製作した.混合気体の不均一表面における吸着平衡の測定は,分離プロセスの設計に必要な基本的データであるが,測定データは少なく,単成分の吸着平衡データから簡単な方法で推算された値を代用しており正確ではない.今後,吸着分離プロセスによって従来分離の困難であった類似の物理化学的性質を持つ化学物の分離や,極微量含まれる物質の分離が可能となるためには,混合気体の吸着平衡について多くの実験の蓄積と知見が必要である.当研究室ではばねを内蔵した容量法実験装置により混合気体の吸着平衡測定を行っている.原理は物質収支に基づいている.この方法は長時間の繁雑な操作を伴なうので,多くのデータを蓄積することは困難であったし,又,ガスビューレットに多量の水銀を用いていたので問題があった.そこで,次の2点を改良し,実験をより正確に,より迅速に,そり簡単に行なえるようにした.(i)ばねの伸びを差動トランスを用いて電気的に測定し,レコーダに描かせるようにした. (従来はカセトメーターにより肉眼で測定していた. )(ii)水銀によりガスビューレットを廃止し,ベローズ式体積可変装置を設計し,装備した.《研究結果》(i)差動トランスによるばねの伸び測定は極めて精度が高く,温度が完全に一定であれば, 0点からの変位としては0.0025μm迄読取が可能である.しかし,恒温槽の温度変化は±0.1°Cの精度であり,これに伴なうばねの伸びの温度変位は0.0056mmであるから0.01mm迄が信頼できる限界と考えられる.金属製のばねの感度を40°Cで測定した結果0.05mm/mgであった.(ii)ベローズ式体積可変装置を設計図に基づいて製作した.
蛍光寿命の相関解析による蛋白質‐リガンド複合体形成機構解明

蛋白質の構造揺らぎは生体機能発現と深くかかわっていることから,近年盛んに研究が行われている.本研究では平衡状態での構造揺らぎ解析の重要なツールである二次元蛍光寿命相関分光法を非平衡状態ダイナミクス研究に応用可能な手法へと拡張することを目的とした研究を行った.特に本研究ではリガンドの結合により誘起される蛋白質の構造変化追跡を目的とし,ケージド化合物の光解離に基づくリガンド放出を可能とする紫外光パルスと,蛋白質の構造変化追跡用の可視光パルスを同軸入射する新たな蛍光寿命相関分光装置の立ち上げに成功した.溶液中での蛋白質の動的性質理解は蛋白質が示す様々な生理学的機能を理解する上で重要である.本研究は平衡状態での蛋白質ダイナミクスを解析するために開発された二次元蛍光寿命相関分光法を,非平衡ダイナミクス検出可能な手法へ改良し,蛋白質ーリガンド複合体形成機構の解明に向けた研究を行うものである.そのために,本研究ではケージド化合物を用い,焦点領域内でケージド化合物からのリガンド放出を引き起こすと同時に,リガンド濃度増加により引き起こされる蛋白質-リガンド間相互作用を追跡する.本年度はそのための装置開発を行った.本装置では通常の共焦点顕微鏡システムを改良し,ケージド化合物の放出を誘起するための紫外光と蛋白質のダイナミクス検出用の可視光を同軸上で対物レンズに入射する必要がある.これら2つのレーザー光を準備するため,775nmの基本波を光パラメトリック発振器に入射することで,540nmの可視光を得ると同時に,基本波の残りを非線形結晶を用いて二倍波にすることで,紫外光を得た.また,ダイナミクス検出時に紫外光による影響が出ないように紫外光の繰り返し周波数をパルスピッカーで可視光の半分に調整し,可視光のみ照射されたときの信号を検出,解析できるよう解析プログラムの改良も行った.その後,装置の性能をテストするために,ケージド化合物としてケージドカルシウムを用い,カルシウムが紫外光により計画通り放出されているかどうかをカルシウム感受性色素の蛍光強度の増加を同軸入射している可視光によって検出した.実験の結果,立ち上げた装置によりカルシウムイオンが焦点領域内で増加していることが確認された.研究実績の概要で示した実績は研究計画において初年度に遂行を予定にしていたものである.ゆえに,それらが達成されたという事は,研究はおおむね順調に進展しているといえる.本研究では平衡状態でのダイナミクスを解析するために開発された二次元蛍光寿命相関分光法(2D FLCS)を非平衡ダイナミクス検出可能な手法へ改良し,蛋白質ーリガンド複合体形成機構の解明に向けた研究を行うものである.そのために,本研究ではケージド化合物を用い,焦点領域内でケージド化合物からのリガンド放出を引き起こすと同時に,リガンド濃度増加に伴う蛋白質-リガンド間相互作用を追跡する.初年度はそのための装置開発を行った.具体的には通常の共焦点顕微鏡システムを改良し,ケージド化合物の放出を誘起するための紫外光とダイナミクス検出用の可視光を同軸上で対物レンズに入射する新規共焦点顕微鏡システムを構築した.またテスト測定により構築した装置によりケージドカルシウムからカルシウムイオンが放出されていることを確認した.本年度は応用を行うべく,カルシウム結合蛋白質であるカルモジュリンの大腸菌発現,色素導入を行った.まずシステイン残基を2つ導入したカルモジュリン変異体のベクターを作成し,培養条件を検討したのち大腸菌により大量発現させ,カラムを用いてカルモジュリンを精製した.その後,ドナーおよびアクセプターとなる色素の結合,精製を順に行い,FRET色素を含むカルモジュリンの単離精製に成功した.本研究遂行のためには,本試料がカルシウム結合にともない,構造変化ならびにそれに付随するドナー蛍光寿命の変化が観測される必要がある.この点について検討すべく,カルシウム濃度に依存した蛍光寿命測定を行った.測定の結果,本試料においてはカルシウム濃度に依存した蛍光寿命の変化が非常に少なく,新規計測装置を用いた実験には不向きであるという事が明らかとなった.これは,作成した変異体のカルシウム結合能が低い,もしくはカルシウム結合後の構造変化に伴う色素間距離の変化が小さいためであると結論付けた.蛋白質の構造揺らぎは生体機能発現と深くかかわっていることから,近年盛んに研究が行われている.本研究では平衡状態での構造揺らぎ解析の重要なツールである二次元蛍光寿命相関分光法を非平衡状態ダイナミクス研究に応用可能な手法へと拡張することを目的とした研究を行った.特に本研究ではリガンドの結合により誘起される蛋白質の構造変化追跡を目的とし,ケージド化合物の光解離に基づくリガンド放出を可能とする紫外光パルスと,蛋白質の構造変化追跡用の可視光パルスを同軸入射する新たな蛍光寿命相関分光装置の立ち上げに成功した.今後は研究計画通り,蛋白質を試料とした実験を行っていく.そのためには,構造ダイナミクス検出のための蛍光色素を目的蛋白質に結合させる必要がある.まず,ターゲット蛋白質にアミノ酸変異を導入したミュータント蛋白質を大腸菌を用いて発現,精製する.今回はカルシウム結合蛋白質であるカルモジュリンについて,変異体を作成する.その後,色素を付与し,本装置を用いた測定を行う.測定では昨年度用いたケージドカルシウムを用い,カルシウムの増加に伴うカルモジュリンーカルシウム間相互作用を本装置で検出,解析する.

生物物理測定に用いる蛋白質試料の作製(変異体作成,大腸菌培養等)を行う予定であったが,当該年度中にそこまで研究を進めることができなかったため,未使用額が生じた.また,学会発表を行う予定でいたが,研究の進捗状況がそこまでには至らなかった.未使用額については,前年度達成できなかった蛋白質試料作製のための費用,ならびに成果報告(学会発表,論文投稿)のための費用に充てる.
外国人技術研修生の日本語学習の環境作りに関する調査研究

外国人技術研修者が生活の場でどのようにして日本人と関わり、コミュニケーション・ネットワークを形成していくのか,その際の問題は何か,それに対して日本語教育はどのような対応が可能であるかを明らかにすることを目的とし,インタビュー調査等を用いたエスノグラフィック調査により,長野県小諸市を中心に調査を行い以下の結果を得た.1)技術研修者を含む外国人のネットワーク形成にはボランティア的支援を行う日本人の側のネットワークの存在が前提となる2)日本人のネットワークには,外国人の危機状況に応じて支援を行う危機対応ネットワークと日常的なコミュニティ・ネットワークとがある.3)小諸市においては危機対応ネットワークには病気,怪我に対応する医療関係の医師ネットワーク,法律の問題に対応する弁護士ネットワーク,タイ語,タガログ語などができる日本人ボランティアネットワーク等がある.4)コミュニティ・ネットワークとしては,まだ明確なものは形成されていないが子供たちをキ-として保育園に形成される母親たちのネットワーク,外国人と結婚した日本人を中心としたネットワーク等が萌芽的な形で存在している.これらの地元の支援グループと外国人グループとの共同の活動を通して行うアクション・リサーチを行い,調査を継続し,さらに具体的な内容と問題の検討を行った.日本語教育関係の活動としては,こもろ日本語教室が試験的に開かれたが,これは当面ボランティア教師の養成を中心に,市民の間に外国人日本語を教えることの意味を考える場を提供することを目的としている。本研究は今年度で科学研究費補助金による調査研究を終了したが,アクション・リサーチの中で提起された問題については今後も引き続き調査研究を行う予定である.12年の滞在の外国人技術研修者が生活の場でどのように日本人とかかわり、コミュニケーション・ネットワークを形成しているのか、その際の障害は何か、それに対し日本語教育はどのような対応が可能であるかを明らかにすることを、エスノグラフィック調査により明かにすることを目的とし、以下の初年度の研究実績を得た。1.日本における外国人と日本人のネットワーキングの現状と、それに対する日本語教育の関わり方、日本人のサポートのあり方などの問題点や疑問点について討議し、具体的にコミュニケーション・チャンネルがどう開いているかに焦点をあて、調査研究を行うことを決定。2.調査の実施に先立ち、先行研究文献等により、調査方法の選択、調査時の注意点、インタビュウー後の対応等の検討を行った。3.調査地の選択に際し、技術研修者の多い候補地を選び、技術研究者と接触の可能性等について検討を行った結果、技術研修者との接触やインタビュウーが可能であっても、職場が居住地から遠く離れている場合には生活面で居住地域の人々との関わりが少ないであろうことが明かとなり、生活と職場が近接の調査地を検討した。その結果、長野県小諸市が調査地の適切性をみる予備調査の対象地となった。4.長野県小諸市における2日間調査を実施し、現地の外国人に対する日本人の考え方を食堂の店員、喫茶店の主人や不動産屋の主人等を対象に調査し、外国人については小諸市在住のレストランのタイ人などを対象に調査を行った。これにより、隣町の御代田には工場があり、外国人が多いこと、佐久市にも外国人が多いことが分かり、この2地点についても市役所等を訪れ調査を行った。5.以上の予備調査結果により、来年度の調査地点の絞り込みについての参考資料を得ることができた。外国人技術研修者が生活の場でどのように日本人とかかわり,コミュニケーション・ネットワークを形成しているのか,その際の障害は何か,それに対し日本語教育はどのような対応が可能であるかを明らかにするために,エスノグラフィックな調査を行った.本年度の成果は次のとおりである.昨年の予備調査の結果にもとづき,調査地を長野県小諸市に決定し,計3回の現地調査を行った.その調査から次の4点が明らかになった.1.技術研修者を含む外国人ネットワークの形成には,ボランティア的支援を行う日本人側のネットワークの存在が前提となる.2.日本人側のネットワークには,外国人の危機状況に応じて支援を行う危機対応ネットワークと日常的なコミュニティレベルでの友好関係を形成するコミュニティネットワークとがある.3.小諸市においては,危機対応ネットワークには,病気,怪我などに対応する医療関係の医師ネットワーク,法律の問題に対応する弁護士ネットワーク,タイ語,タガログ語などができる日本人ボランティアネットワークなどがある.4.コミュニティネットワークとしては,小諸市ではいまだ明確なものは形成されていないが,子供たちをキーとして保育園に形成される母親たちのネットワーク,外国人と結婚した日本人を中心としたネットワークなどが萌芽的な形で存在している.今後は,ひれらのネットワークの生成,発展を追跡していく予定である.本年度は.昨年度までの調査によって掘り起こされた当事者グループ,地元の支援グループとの共同によるさまざまな活動を通して調査研究か行われた.主たるグループは以下の通りである,1.アジアの家族の会(主としてタイ人と国際結婚をした人たちのグループ:当事者グループ)2.こもろ放俺夢(小諸の町起こし・農業起こしを考えるグループ:支援グループ)3.滝原マザ-ス(農村の女性たちのフリーマーケット・グループ:支援グル-フ)4.ソロプチミスト・小諸(国際交流女性団体:支援グループ)活動としては,数度にわたる交流会(野外パーティー・料理の会ほか)によって・各グループ間の交流をはかり,タイ人女性,フィリピン人女性とその家族,農村花嫁型のスリランカ婦人,ブラジル日系人とのコミュニケーンョンの促進を行った.

また,こもろ放俺夢主催の「アジアの中の小諸,小諸の中のアジア」と題するシンポジウム,滝原マザ-スのタイ訪問旅行なども行われた,日本語教育関係の活動としては,こもろ日本語教室が試験的に開かれたが,これは当面ボランティア教師の養成を中心に,市民の間に外国人に日本語を教えることの意味を考える場を提供することを目的としている.外国人技術研修者が生活の場でどのようにして日本人と関わり、コミュニケーション・ネットワークを形成していくのか,その際の問題は何か,それに対して日本語教育はどのような対応が可能であるかを明らかにすることを目的とし,インタビュー調査等を用いたエスノグラフィック調査により,長野県小諸市を中心に調査を行い以下の結果を得た.1)技術研修者を含む外国人のネットワーク形成にはボランティア的支援を行う日本人の側のネットワークの存在が前提となる2)日本人のネットワークには,外国人の危機状況に応じて支援を行う危機対応ネットワークと日常的なコミュニティ・ネットワークとがある.3)小諸市においては危機対応ネットワークには病気,怪我に対応する医療関係の医師ネットワーク,法律の問題に対応する弁護士ネットワーク,タイ語,タガログ語などができる日本人ボランティアネットワーク等がある.4)コミュニティ・ネットワークとしては,まだ明確なものは形成されていないが子供たちをキ-として保育園に形成される母親たちのネットワーク,外国人と結婚した日本人を中心としたネットワーク等が萌芽的な形で存在している.これらの地元の支援グループと外国人グループとの共同の活動を通して行うアクション・リサーチを行い,調査を継続し,さらに具体的な内容と問題の検討を行った.日本語教育関係の活動としては,こもろ日本語教室が試験的に開かれたが,これは当面ボランティア教師の養成を中心に,市民の間に外国人日本語を教えることの意味を考える場を提供することを目的としている。本研究は今年度で科学研究費補助金による調査研究を終了したが,アクション・リサーチの中で提起された問題については今後も引き続き調査研究を行う予定である.
ポリマー主鎖の構造異性化:位置選択的カチオン開環過程を伴う新規平衡重合

フタルイミド基をもつオキセタン(OxPI)をルイス酸と処理すると,オキセタニル基は開環重合性基としてではなくプロパンジオール等価体として振る舞い,イミドカルボニル基が隣接基関与して双環アセタール構造をもつ中間体(BA)ヘモノマー異性化してからカチオン重合することが分かった.重合は二つの経路で進み,室温以下ではモノマー異性化・カチオン開環重合と呼ぶべき連続反応によってアセタール主鎖を持つラクタムポリマー(PLmA)になり,130°Cではモノマー異性化・開環異性化重合してエーテル主鎖を持つイミドポリマー(PImE)になった.BAの開環重合の位置選択性は生長反応の速度論的支配と熱力学的支配によるもので,一つのモノマーから二つの構造異性体ポリマーが明確に作り分けられる.ルイス酸の存在下でPLmAプレポリマーを130°Cに加温すると,PImEに主鎖構造を含めて構造異性化することを見い出した.この反応は短時間の内に完全に進み,反応後のポリマー中には元の連鎖ユニット構造が全く認められない.この結果に興味を持って反応系を詳しく調べた結果,速度論的支配生成物のPLmAはルイス酸の存在下で高温にさらすと解重合してBAに戻り,これがカチオン開環異性化重合して熱力学的安定生成物のPImEに変わることが分かった.事実,BAからPLmAへの開環重合は平衡過程で,その天井温度は61°Cであった.従って,見かけ上のポリマー主鎖の構造異性化はポリアセタールをモノマー源とする開環異性化重合として進行している.以上に示したように,OxPIのカチオン重合で得られたこれまでに類例のない特徴は,反応がモノマー異性化・位置選択的開環重合機構で進み,介在する複数の素反応がワンポット内で統一的に制御できることに基づいていることを明らかにした.フタルイミド基をもつオキセタン(OxPI)をルイス酸と処理すると,オキセタニル基は開環重合性基としてではなくプロパンジオール等価体として振る舞い,イミドカルボニル基が隣接基関与して双環アセタール構造をもつ中間体(BA)ヘモノマー異性化してからカチオン重合することが分かった.重合は二つの経路で進み,室温以下ではモノマー異性化・カチオン開環重合と呼ぶべき連続反応によってアセタール主鎖を持つラクタムポリマー(PLmA)になり,130°Cではモノマー異性化・開環異性化重合してエーテル主鎖を持つイミドポリマー(PImE)になった.BAの開環重合の位置選択性は生長反応の速度論的支配と熱力学的支配によるもので,一つのモノマーから二つの構造異性体ポリマーが明確に作り分けられる.ルイス酸の存在下でPLmAプレポリマーを130°Cに加温すると,PImEに主鎖構造を含めて構造異性化することを見い出した.この反応は短時間の内に完全に進み,反応後のポリマー中には元の連鎖ユニット構造が全く認められない.この結果に興味を持って反応系を詳しく調べた結果,速度論的支配生成物のPLmAはルイス酸の存在下で高温にさらすと解重合してBAに戻り,これがカチオン開環異性化重合して熱力学的安定生成物のPImEに変わることが分かった.事実,BAからPLmAへの開環重合は平衡過程で,その天井温度は61°Cであった.従って,見かけ上のポリマー主鎖の構造異性化はポリアセタールをモノマー源とする開環異性化重合として進行している.以上に示したように,OxPIのカチオン重合で得られたこれまでに類例のない特徴は,反応がモノマー異性化・位置選択的開環重合機構で進み,介在する複数の素反応がワンポット内で統一的に制御できることに基づいていることを明らかにした.
多機能タンパク質CASKの内耳における分子機能解析

近年、難聴の原因遺伝子として報告されたcalcium/calmodulin-dependent serinekinase(CASK)の内耳における機能を探るため、CASKが発現する内耳領域の特定、CASK結合タンパクの同定、およびCASKノックアウトマウスの解析をおこなった。その結果、CASKの発現は有毛細胞、蝸牛および前庭神経、血管条で認められた。またその結合タンパク質は、核内分子から膜輸送に関わる因子など多岐にわたることが明らかとなった。またノックアウトマウスでは、内耳神経における細胞数の減少と軸索の形成異常とを見いだした。以上の結果から、内耳組織においてCASKが転写制御、神経発生、さらには血管条の機能に関与する可能性が示唆された。1CASKの発現時期と細胞内局在の解析ニワトリ胚凍結切片を用いた間接蛍光抗体法による解析から、CASKが初期胚(内耳原基形成期)で既に細胞質に発現しており、有毛細胞と同様な小胞様の局在を示すことを明らかにした。この初期胚における小胞と、有毛細胞で見られる小胞が同じものであるのかを確認するため、さらに種々のオルガネラマーカーとの二重染色を試みたが、そのいずれとも局在が一致しなかった。現在さらに別のマーカーを用いて検討を進めている。この細胞質小胞がCASKの輸送小胞であるのか、あるいは実際にCASKが機能している場であるのかを確認することはCASKの生理機能を知る上で非常に重要である。マウス組織での間接蛍光抗体法による解析、またin situハイブリダイゼーションによるmRNA発現の解析については、現在実施中である。また、間接蛍光抗体法の検討を同時に行い、抗原賦活化を行うことで抗CASK抗体の反応性が著しく向上することを見いだした。現在、さらにクリアな免疫染色画像を得ることを目標として、条件検討を進めている。2各種条件下でのCASK細胞内局在の解析内耳障害または再生時におけるCASKの細胞内局在の観察をおこなうため、ゲンタマイシンを用いたマウスおよびニワトリin vivo内耳障害モデルの確立を進めている。またニワトリ同様、マウス内耳においても細胞内カルシウムがCASKの局在に影響を与えていることが明らかとなり、この分子の生理機能におけるカルシウムの重要性がより高まった。現在、生細胞イメージング法の確立を進めている。1 CASKノックアウトマウスの解析LoxP-CASK-LoxP配列を染色体上に保持するマウスを、内耳特異的なプロモーターであるFoxg1の制御下でCreタンパクを発現するマウスと掛け合わせることにより、コンディショナルCASKノックアウトマウスを得た。このマウスから得た内耳組織の免疫染色を行い、内在のCASKが欠失していることを確認した。その上で内耳感覚上皮の形態学的な解析を行った。その結果、CASKノックアウトマウスでは有毛細胞数の減少が認められた。この結果から、CASKが有毛細胞の分化あるいは維持に関与することが示唆されるが、得られたマウスの数が未だ少数であるため、今後、検体数を増やすと同時に、有毛細胞以外への影響などについて、さらに詳細な解析を行う予定である。2 CASK結合タンパク質の解析CASKの結合因子を同定するため、マウス内耳組織から抗CASK抗体を用いた免疫沈降によりCASKタンパクを沈降させ、これにより共沈する分子を質量分析により解析した。その結果、共沈物中に細胞内膜輸送において重要な役割を果たすESCRTタンパク質を検出した。共沈物中からは、細胞内で複合体を形成すると考えられる数種のESCRT分子が検出されたことから、CASKが複合体の一部として機能する可能性が考えられる。CASKが細胞膜受容体のエンドサイトーシスに関与するとの報告はあるが、ESCRTとの関係はこれまでに報告がなく、CASKが未知の膜輸送に関与し、結果として内耳機能に重要な役割を果たしている可能性が示唆される。1.CASKと転写制御前年度に引き続きおこなった免疫沈降実験により、新たに何種類かの核タンパク質(SAF-B1,SP120,MOV10,hnRNP M,ASF/SF2)を共沈物中に検出した。これまでにCASKが核内において転写活性の調節に関与するとの報告があり、また申請者らはCASKが内耳神経細胞の核内に発現していることを見いだしていることから、CASKがこれらの分子と複合体を形成し、転写制御などの機能を有する可能性が考えられる。これまでのところ、SP120については免疫染色法により、マウス内耳神経細胞の核内に発現していることが認められた。これらの結果から、内耳神経細胞でCASKがSP120の機能に関与する可能性が示唆された。2.CASKと神経軸索

これまでにおこなったマウス内耳の免疫染色実験の結果から、CASKが内耳神経において、ニューロフィラメント(NF)と呼ばれる神経細胞特異的な中間径フィラメントと同局在を示すことが明らかとなった。中間径フィラメントは一般的に細胞の形を決定する上で重要な機能を果たすとされているが、NFの神経細胞における機能にはまだ不明な点が多い。これまで、GSK3βやCDK5によるNFのリン酸化が神経軸索の正常な形成に重要であることが報告されている。申請者らはCASKノックアウトマウスで内耳神経における細胞数の減少と軸索の形成異常とを見いだしており、この結果から、内耳神経細胞においてはCASKがNFのリン酸化酵素として働き、軸索の成長や軸索内の物資輸送に関わっているのではないかと考えている。これまでの申請者らの研究により、CASKの遺伝子異常患者において認められた先天性難聴は、有毛細胞の減少によるものではなく、主に内耳神経細胞の減少および軸索形成異常によるものである可能性が強く示唆された。
有機スズ化合物の脳・神経系に対する発達毒性の評価に関わる実験的研究

妊娠ICRマウスに飲料水に塩化TBTを0,15,50ppmに混ぜるか、餌中に125ppmを混ぜるかして投与を行い、F1マウスが生後3週間になって乳離れするまで曝露を行った。オスのF1マウスについて脳各部位の神経伝達物質及びその代謝産物の濃度を生後1、2、3週それぞれの時点で検討した。餌中に125ppmを混ぜて投与した群は生後すぐ全頭死亡した。50ppm投与群のF1マウスは生後1週時点の平均体重が対照群に比べ有意に低かった。F1マウスの神経伝達物質及びその代謝産物の濃度は生後3週で、50ppm投与群の線状体のDA、大脳のHVA、15ppm群及び50ppm群のF1マウスの延髄のセロトニン濃度が対照群に比べ有意に高かった、母マウスに関しては、125ppm投与群で、小脳、延髄、中脳、線状体のセロトニン濃度が対照群より有意に低く、またセロトニンの代謝産物5-HIAAの濃度も母マウスの125ppm投与群で小脳、中脳、線状体で対照群に比べ、有意に低かった。F1マウスに関しては50ppmの曝露で生後3週の時点で神経伝達物質の変化が観察された。この濃度は、系は異なるが、成獣で観察された毒性を生じる濃度よりも低かった。母ラットでは125ppmの曝露でセロトニン代謝に影響が見られた。同様に妊娠ICRマウスに飲料水に塩化TBTを0,15,50ppmに混ぜ投与を行い、F1マウスが生後3週間になって乳離れするまで曝露し、オスのF1マウスの大脳から膜画分を調製し、リガンド[^3H]MK-101のNMDA受容体への結合を検討した。生後1週の15ppm投与群、生後3週の15,50ppm投与群のF1マウスにおいて対照群に比べ、特異的な結合の低下が見られた。F1マウスの大脳のNMDA受容体へのリガンドの結合がTBT投与によって低下した。他に成獣マウスの神経毒性、マウスの発達免疫毒性についても検討した。有機スズ化合物のうち、トリブチルスズ(TBT)化合物の発達神経毒性について検討した。マウス成長期のTBT chlorideの投与実験について神経伝達物質及びその代謝産物について実験結果をまとめた。次いで、TBT chlorideを飲料水(15ppm,50ppm)または食餌(125ppm)中に混ぜて妊娠マウスに与することにより、仔(F1マウス)への母乳及び胎盤経由での曝露による神経系への影響を脳各部位の神経伝達物質及びその代謝産物、また、大脳中のN-methyl-D-asparatate(NMDA)受容体へのリガンドの結合を指標として検討した。仔マウスについては、生後3週の乳離れまでの各週について雄で検討した。食餌中に125ppmのTBTを混ぜて投与した群からの仔マウスは、生後すぐに死亡した。仔マウスの成長抑制は生後1週目が顕著であった。神経伝達物質とその代謝産物については、生後3週目に線条体におけるドーパミンの高値が見られた。

一方、母親マウスに関しては、125ppm投与群で、脳各部位を通じて、セロトニン(5-HT)及び5-HTの代謝産物、5-HIAAの低値が観察された。NMDA受容体に対する非競合的拮抗剤をリガンドとして使用した結合実験については、生後3週目でTBT投与群に有意なリガンドの結合の低下が観察された。以上より、TBTの発達神経毒性を評価するにあたり、神経伝達物質及びその代謝産物、NMDA受容体への結合を指標とする場合、3週目が適当である可能性が示唆された。母親マウスの結果を併せて考えると、TBTの神経毒性については、母乳や胎盤経由による曝露の毒性の強さや性差があることが示唆された。本年度は、昨年度の妊娠マウスに投与を行った二世代実験の研究で示唆された、トリブチルスズ(TBT)化合物のメスマウスにおける神経伝達物質への影響について検討した。発達期のメスのBALB/cマウスの各群に1月間、塩化TBTを0,25,50,125,250ppm混ぜた餌を自由に摂取させた。投与終了後、脳を採取、分割し、脳内各部位(大脳、小脳、延髄、中脳、線条体、下垂体)中の神経伝達物質及びその代謝産物を高速液体クロマトグラフィーで測定した。250ppm投与群では体重及び脾臓の相対重量の顕著な減少が見られた。ドーパミン(DA)とDAの代謝産物、homovanillic acid(HVA)についてHVA/DAが、延髄と中脳で250ppm群で平均値が対照群に比べ有意に上昇し、下垂体でも250ppm群の平均値は高値であった。以上により、TBTはDA代謝に影響することが示唆された。これは本年度にまとめ終わったオスの結果と一致しており、性差があるとは言えなかった。また二世代曝露実験として、妊娠したWistar系ラットに、餌に塩化TBTを0,50,125ppm混ぜて自由に摂取させ、生まれた仔ラットを1週令、2週令、3週令で処理し、大脳及び中脳からRNAを抽出した。抽出したRNAについて、オリゴヌクレオチドマイクロアレイの手法を用いて遺伝子変化の検討を行っている。更に以上の実験で得たサンプルを利用し、免疫系への影響についても検討を行い、神経系との関連を検討中である。妊娠ラットにTBT chlorideを餌中に混ぜて(0,50,125ppm)投与し、生まれてきたオスのF1ラットについて、生後1,2、3週それぞれの時点で処理して大脳皮質及び中脳のサンプルを得た。サンプルからtotal RNAを抽出し、cRNA増幅後、蛍光標識した。これにDNAマイクロアレイを行い、対照群から調製した標識cRNAと二色競合ハイブリダイゼーションを行って遺伝子発現の差異を検討した。発現に差が見られた代表的な遺伝子に関してはリアルタイムPCRを用いて確認を行った。その結果、TBTに曝露されたF1ラットでは、50ppm群、125ppm群ともに大脳皮質では遺伝子の発現変化が余り見られなかったが、中濃度では50ppm群でも多数の遺伝子に発現変化が見られ、125ppm曝露群では更に多くの遺伝子で発現変化が見られた。特にドーパミンの合成や代謝に関わる遺伝子群やミトコンドリア関連遺伝子群が顕著に発現低下していた。この結果はリアルタイムPCRによる検討でも確認された。また妊娠マウスにTBT chlorideを0,25,50,125ppm投与してF1マウスについて、神経伝達物質及びその代謝産物を指標にして発達神経毒性を検討した実験、大脳から調製したN-methyl-D-asparetate (NMDA)受容体に対する特異的リガンドの結合を指標にした実験に関し、総括し、論文にまとめた。生後3週の時点でドーパミン代謝の変化や、NMDA受容体への結合の低下が曝露群で観察された。また同じ方法の投与で、免疫系への影響の実験を総括し、論文にまとめた。感染防御について免疫毒性が示された。
移動ロボットの3次元位置・変位の測定方法の研究

広い範囲を2次元的,3次元的に移動するロボット及びマニピュレータの位置・変位の測定において,自由度が高く,相対的にサブミクロンの測定精度を持つ新しい精密測定手法の開発を目的として以下の項目を実施した.1.コーナーキューブプリズムをターゲットとして,1つのレーザ測長機を鏡でトラッキングする絶対位置測定システムに,相対変位検出用の光学系を付加することによって,絶対精度50μm,相対精度0.1μm以下の3次元位置測定システムを構築した.また,このシステムにより移動ロボットの追尾を行い,その有効性を実証した.2.ターゲットをコーナーキューブプリズムから球形の鏡面に置き換えて,1つのレーザ測長機を鏡でトラッキングすることによって,1.と同様な測定システムを構築した.球形ターゲットの使用によって測定の方向的な自由度を向上させることができた.また,球形ターゲットの実用上の問題点の解析を行った。.3.レーザ測長機を絶対測長方式のレーザ測定手法に置き換えて,球形ターゲットに対して,トラッキングミスに対応できる方式である絶対測長システムを構築するための基礎的検討を行った.絶対測長に関しては,実用的なシステムを構築するにいたらなかったため,今後の研究のテーマとなる.今後は,これまでの研究成果を基に絶対測長方式のレーザを実際に組み込んだシステムの構築を目指している.このシステムでは,移動ロボットの追尾,絶対位置測定,相対変位測定を柔軟に行えることを目指す予定である.広い範囲を2次元的,3次元的に移動するロボット及びマニピュレータの位置・変位の測定において,自由度が高く,相対的にサブミクロンの測定精度を持つ新しい精密測定手法の開発を目的として以下の項目を実施した.1.コーナーキューブプリズムをターゲットとして,1つのレーザ測長機を鏡でトラッキングする絶対位置測定システムに,相対変位検出用の光学系を付加することによって,絶対精度50μm,相対精度0.1μm以下の3次元位置測定システムを構築した.また,このシステムにより移動ロボットの追尾を行い,その有効性を実証した.2.ターゲットをコーナーキューブプリズムから球形の鏡面に置き換えて,1つのレーザ測長機を鏡でトラッキングすることによって,1.と同様な測定システムを構築した.球形ターゲットの使用によって測定の方向的な自由度を向上させることができた.また,球形ターゲットの実用上の問題点の解析を行った。.3.レーザ測長機を絶対測長方式のレーザ測定手法に置き換えて,球形ターゲットに対して,トラッキングミスに対応できる方式である絶対測長システムを構築するための基礎的検討を行った.絶対測長に関しては,実用的なシステムを構築するにいたらなかったため,今後の研究のテーマとなる.今後は,これまでの研究成果を基に絶対測長方式のレーザを実際に組み込んだシステムの構築を目指している.このシステムでは,移動ロボットの追尾,絶対位置測定,相対変位測定を柔軟に行えることを目指す予定である.移動ロボットの3次元位置・変位の測定方法の研究の初年度として、以下の研究を行った。1.粗動・微動で多自由度で移動できるロボットを開発した。(1)ピエゾ素子を利用した、多自由度移動ロボットを制作して、その機能を評価した。(2)粗動モードでは、3自由度で定盤面上を絶対的に移動できた。(3)微動モードでは、6自由度で相対的にマイクロメータオーダの位置決めが行えた。2.移動ロボットを追尾するためのレーザ測距システムを開発した。(1)トラッキングミラーとレーザ測長機を利用した、2次元レーザ測距システムを開発した。(2)粗動モードの移動に対して、レーザが追尾し、絶対的な位置の計測が行えていることを、3次元測定機を利用して確認できた。3.移動ロボットの微動モードに対応させるために、レーザ測距システムに相対変位計測システムを付加した。(1)PSD(半導体位置検出素子)をトラッキングミラーに組み込んだシステムを付加し、移動ロボットの微動モードの微小変位の計測を行った。(2)電気マイクロメータによる測定と比較して、このシステムが微小変位を正しく測定できることを確認した。広い範囲を2次元的,3次元的に移動するロボット及びマニピュレータの位置・変位の測定において,自由度が高く,相対的にサブミクロンの測定精度を持つ新しい精密測定手法の開発を目的として以下の項目を実施した.1.コーナーキューブプリズムをターゲットとして,1つのレーザ測長機を鏡でトラッキングする絶対位置測定システムに,相対変位検出用の光学系を付加することによって,絶対精度50μm,相対精度0.1μm以下の3次元位置測定システムを構築した.また,このシステムにより移動ロボットの追尾を行い,その有効性を実証した.2.ターゲットをコーナーキューブプリズムから球形の鏡面に置き換えて,1つのレーザ測長機を鏡でトラッキングすることによって,1.と同様な測長システムを構築した.球形ターゲットの使用によって測定の方向的な自由度を向上させることができた.また,球形ターゲットの実用上の問題点の解析を行った.レーザ測長機を絶対測長方式のレーザ測定手法に置き換えて,球形ターゲットに大して,トラッキングミスに対応できる方式である絶対測長システムを構築するための基礎的検討を行った.絶対測長に関しては,実用的なシステムを構築するにいたらなかったため,今後の研究のテーマとなる.今後は,これまでの研究成果を基に絶対測長方式のレーザを実際に組み込んだシステムの構築を目指している.このシステムでは,移動ロボットの追尾,絶対位置測定,相対位置測定を柔軟に行えることを目指す予定である.
SNRIの疼痛緩和メカニズム探索に関する基礎および臨床の連携研究

本研究は、慢性疼痛の重症度や慢性疼痛に対するセロトニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬(SNRI)の治療効果の指標として、末梢血中のセロトニンやノルアドレナリン再取り込み部位(SERTとNAT)タンパク質の発現量あるいはセロトニンやノルアドレナリン濃度がなり得るかどうか検討するため、疼痛性障害患者や慢性疼痛モデルマウスにおける脳内や末梢血中のそれらの濃度の測定法の確立を行っている。以下の3つのパートから構成される。1,疼痛性障害患者のセロトニンおよびノルアドレナリン関連分子の変化、2,慢性疼痛モデルマウスの疼痛行動および精神行動の評価、3,マウスの脳内と末梢血中のセロトニン関連分子の測定および関連解析その結果として、脳内-血液間の関連性検証からSNRIによる疼痛緩和効果メカニズムの明確化を目指す。1については、疼痛性障害患者に対してSNRIの疼痛改善効果を確認し効果に影響を与える要因として、血中サイトカイン、末梢血のセロトニンやノルアドレナリン再取り込み部位(SERTとNAT)の発現やセロトニンやノルアドレナリンの濃度等について検討した。2については、坐骨神経部分結紮モデルマウスの情動行動評価・疼痛試験を行う。慢性疼痛モデル動物である坐骨神経部分結紮(PSNL)マウスを作製し、疼痛行動を評価するためVon Frey試験における機械刺激に対する閾値およびプランター試験における温熱刺激に対する逃避行動潜時を測定した。3については、マウス脳内および末梢血での標的分子の測定方法の確立を目指す。マウス1個体から脳組織と末梢血とを同時に採取し、セロトニン関連分子のタンパク質の変化が中枢と末梢血で相関しているかどうかを関連解析した。愛知学院大学歯学部外来を初診し、疼痛性障害であるBurning mouth syndrome (BMS)と診断され本研究に同意の得られた患者に対して、ヂュロキセチンの疼痛改善効果に関するデータ集積にあたっている。まず、1について、健常者との比較では、初診時患者のユビキチン化SERTやNATタンパク質はそれぞれ減少や減少傾向であり、総SERTやNATタンパク質(tSERT・tNAT)はいずれも増加していた。しかし、ユビキチン化SERTタンパク質/tSERTあるいはユビキチン化NATタンパク質/tNATはそれぞれ減少あるいは減少傾向であった。一方、治療後患者のユビキチン化SERTタンパク質とユビキチン化SERTタンパク質/tSERTは減少しており、tNATは増加していた。治療前後の比較では、初診時と比較し治療後ではVASおよびHAM-Dのスコアは減少していた。初診時と比較して治療後のtSERT・ユビキチン化SERTタンパク質は減少しており、ユビキチン化NATタンパク質/tNATは増加していた。初診時に抑うつ状態を有する患者では、初診時と比較して治療後のtSERTは減少傾向であり、tNATは減少していた。次に、2について、慢性疼痛モデル動物である坐骨神経部分結紮(PSNL)マウスでは、偽手術マウスと比較して、温熱刺激に対するアロディニア反応、自発運動量およびショ糖嗜好性、および意欲が低下しており、うつ様行動が認められた。最後に、3ついて、前頭前皮質、海馬、および血小板のいずれにおいても両マウスのtSERT発現量に有意な変化は認められなかった。慢性疼痛マウスはうつ様行動を惹起するが、脳組織および末梢血におけるtSERTの発現には影響しない可能性が示された。疼痛性障害患者におけるSNRI治療前後の末梢血中分子変化については、対象患者数150名をめどに症例の集積を続ける。現在も、新規患者が続々と訪れているため、目標症例数は十分到達可能な目標である。研究対象者が少ない場合、研究分担者の栗田賢一教授、伊藤幹子非常勤講師の協力により、愛知学院大学歯学部第一口腔外科学講座の教室員約400名以上に、適宜、啓発する。それでも研究遂行に支障がある場合は、愛知学院大学歯学部第一口腔外科学講座の関連する複数の総合病院口腔外科から適宜協力を得る予定である。今後の研究の推進方向であるが、まず、疼痛性障害患者におけるセロトニンおよびノルアドレナリン関連分子の変化については、追加症例の解析に加え、疼痛・うつ症状とトランスポーター関連タンパク質発現変化との関連性、および血漿中セロトニンやノルアドレナリンとそれらの代謝物の末梢血中濃度との関連性など、これらの解析を進めていく方針である。次に、マウスの脳内と末梢血中のセロトニン関連分子の測定および関連解析については、今後、SERTの代謝機構に関与するユビキチン化SERTタンパク質に加え、疼痛治療薬のSNRIの作用点であるtNATおよびユビキチン化NATタンパク質の発現変化を確認し、精神行動との関連性やSNRI投与による影響を検討していく方針である。本研究の成果は、国内外の雑誌、学会などで発表を行っていく。さらに、ウェブサイトでの研究成果を公表し、プレスリリースにより国民に向けて研究成果を発信する予定である。本研究は、1.疼痛性障害患者におけるSNRI治療前後の末梢血中分子変化、2.疼痛障害モデル動物におけるSNRI投与前後の脳内分子変化、3.両者の比較による脳内-血液間の関連性検証からSNRIによる疼痛緩和効果メカニズムの明確化を目指す。

1については、疼痛性障害患者に対する新規Serotonin and Norepinephrine Reuptake Inhibitors(SNRI)であるデュロキセチンの疼痛改善効果を確認し、疼痛改善効果に影響を与え得る要因として、血中サイトカイン、末梢血のセロトニンやノルアドレナリン再取り込み部位(SERTとNAT)の発現やセロトニンやノルアドレナリンの濃度等について検討する。そのために、愛知学院歯学部外来を初診し疼痛性障害であるBurning mouth syndrome (BMS)と診断され本研究に同意の得られた患者に対して、ヂュロキセチンの疼痛改善効果に関するデータ集積にあたった。2については、(1)坐骨神経部分結紮モデルマウスの情動行動評価・疼痛試験を行う。具体的には坐骨神経部分結紮モデルマウスを作製し、安定した情動障害や疼痛反応が評価できる系を確立し、さらに(2)マウス脳内および末梢血での標的分子の測定方法の確立を目指す。実験マウスから安定して末梢血が採取できる方法を確立する。採取した血液を血漿と血球に分離し、さらに血球は赤血球、白血球、血小板に分離する。血漿は標的分子の濃度の測定に、分離血球は標的分子の発現パターンの解析に使用する。疼痛性障害患者に対する新規Serotonin and Norepinephrine Reuptake Inhibitors(SNRI)であるデュロキセチンの疼痛改善効果を確認した。患者の初診時と治療後のユビキチン化SERTタンパク質発現は健常者と比較して有意に少なく、総NATタンパク質発現は有意に増加していた。しかし、口腔内慢性疼痛患者の初診時と治療後との間には差がなかった。初診時と治療後のユビキチン化NATタンパク質の発現は、健常者と比較して差はなかったが、治療後では初診時より有意に増加していた。疼痛の程度は治療後では有意に減弱していた。以上の結果から、口腔内慢性疼痛の発症にはユビキチン化SERTと総NATのタンパク質発現が関与する可能性があり、SNRIは疼痛の改善とユビキチン化NATタンパク質の発現に影響を与えるものと示唆された。現在、口腔内慢性疼痛とうつ症状の緩和との関連性とタンパク質発現変化やセロトニン濃度との関連性について解析している。本研究は、慢性疼痛の重症度や慢性疼痛に対するセロトニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬(SNRI)の治療効果の指標として、末梢血中のセロトニンやノルアドレナリン再取り込み部位(SERTとNAT)タンパク質の発現量あるいはセロトニンやノルアドレナリン濃度がなり得るかどうか検討するため、疼痛性障害患者や慢性疼痛モデルマウスにおける脳内や末梢血中のそれらの濃度の測定法の確立を行っている。以下の3つのパートから構成される。1,疼痛性障害患者のセロトニンおよびノルアドレナリン関連分子の変化、2,慢性疼痛モデルマウスの疼痛行動および精神行動の評価、3,マウスの脳内と末梢血中のセロトニン関連分子の測定および関連解析その結果として、脳内-血液間の関連性検証からSNRIによる疼痛緩和効果メカニズムの明確化を目指す。1については、疼痛性障害患者に対してSNRIの疼痛改善効果を確認し効果に影響を与える要因として、血中サイトカイン、末梢血のセロトニンやノルアドレナリン再取り込み部位(SERTとNAT)の発現やセロトニンやノルアドレナリンの濃度等について検討した。2については、坐骨神経部分結紮モデルマウスの情動行動評価・疼痛試験を行う。慢性疼痛モデル動物である坐骨神経部分結紮(PSNL)