hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
LHC・ATLAS実験における超対称性粒子発見のための実験的研究

本研究ではLHC加速器を用いた超対称性粒子の早期発見を目指してATLAS実験に参加し、初期データを用いた検出器性能の理解・事象再構成法の改善および解析を推進してきた。加速器の故障により実験データを用いた検証は未だ行えていないが、特に超対称性事象の特徴的な信号である損失エネルギーの初期データを用いた検証法を確立した。また新たなカロリメータシミュレーションの開発・検証を行い、物理事象のシミュレーション時間をおよそ10倍改善し、高統計シミュレーションデータを用いた検出器性能の評価および物理解析を可能にした。本研究は、欧州原子核研究機構の陽子・陽子衝突型加速器(LHC)において設置されるATLAS検出器を用いて超対称性粒子を探索し、その発見を目指す実験的研究である。数TeVまでに存在すると思われている超対称性粒子を直接発見してその性質を探ることは、素粒子物理学の発展・新しい方向性を探る上で重要な研究である。理論研究やモデルの再構成などのこれまでの超対称性物理の研究を実験のレベルにまで高め、ATLAS実験において実験初期のデータ(積分ルミノシティ1fb^-1相当)を用いて超対称性粒子の発見を目指す。まず、研究課題の一つである横方向損失エネルギー(missing ET)の測定法の検証については、カロリメータ検出器でのジェットエネルギーの較正精度や物理事象のトポロジー依存性の定量的理解のもと、これらがmissing ET測定に与える系統誤差を評価した。研究成果はATLASコラボレーションが公表するComputing System Commissioning Noteの一部としてまとめられている。また、実験開始に向けてこれまでの検出器シミュレーションにとって代わる新しいシミュレーションの必要性が議論されており、その開発・検証を行った。高エネルギー実験ではデータの理解のために検出器シミュレーション・Geant4を用いることが一般的である。しかしLHC加速器での高エネルギー反応では数多くの高エネルギー粒子・ジェットが生成されるため、Geant4のように検出器での反応を1粒子毎トレースしていく枠組みでは膨大なCPU timeを費やす。特に多重の反応を繰り返してエネルギーを落としていくカロリメータ検出器シミュレーションの実行時間は深刻な問題となっており、有限のコンピュータ資源では物理解析に必要となる統計量のシミュレーションデータを準備することが難しい。そこでGeant4のe/gamma、ハドロンのカロリメータ内でのエネルギー損失をパラメータ化し、実行時間を10倍以上改善した新しいシミュレーションを導入した。QCD事象を用いて再構成されたジェットのシャワー形状やmissing ET分布、またその分解能や検出器位置依存性等がGeatn4シミュレーションをよく再現し、実用に耐えうるものであることを示した。今後この新しいシミュレーションを用いて大量のデータを生成し、超対称性粒子探索の準備解析を遂行するとともにより信頼性のあるシミュレーションデータを得られるように改善を行っていく。本研究はLHC加速器を用いた超対称性物理の研究のための実験開始までの準備研究およびLHC・ATLAS実験の初期データを用いた超対称性粒子探索を目的としている。LHC加速器の事故・修理によりデータ収集開始スケジュールが大幅に遅れ、当初の計画であった14TeV陽子衝突データの取得・およびそのデータ解析は遂行できなかったが、検出器シミュレーションを用いたジェットのエネルギー較正法や横方向損失エネルギーの評価法を検証し、2009年後半の実験開始直後のコミッショニングや超対称性粒子探索のバックグラウンド事象評価法の計略に大きな進展があった。特にLHCでの新しい物理現象探索には横方向損失エネルギーの測定が極めて重要であり、実データでの再構成能力の理解が肝要である。そこでWボソンのレプトン崩壊事象を用いた横方向損失エネルギー測定の評価法を提案、また現実的なバックグラウンド環境下における有効性を検出器シミュレーションデータを用いて行ない、数10pb^<-l>相当のデータ量においても高い精度での損失エネルギーのスケールや分解能の評価・物理事象のトポロジー依存性の理解が出来ることを示した。また膨大な実行時間が問題となっているGEANT4カロリメータシミュレーションを代替するfastシミュレーションの開発・検証も手掛けた。多くの物理過程においてジェット・電子や損失エネルギーの測定性能がGEANT4シミュレーションを良く再現することを示すとともに、更なる改善を目指して実際の検出器ジオメトリの導入やカロリメータのシャワー形状パラメータの再調整を行なった。
二層グラフェンの多孔構造における構造探索と物性制御

熱処理により端が融合した多層グラフェンの理論モデルとして二層グラフェンの多孔構造を提案し、構造発生アルゴリズムを構築した。グラフェンの上下二層を貫通する原子欠損領域を考え、ナノチューブで上下の欠陥を接合したナノ孔を周期的に配置する。接合部にはナノ孔あたり12枚の7員環を要する。比較的小さな系のπ電子状態には構造依存性があるが、大きな系はいずれも金属的であり、フェルミ準位近傍にナノ孔局在状態を持つことがわかった熱処理により端が融合した多層グラフェンの理論モデルとして二層グラフェンの多孔構造を提案し、構造発生アルゴリズムを構築した。比較的小さな系のπ電子状態には構造依存性があるが、大きな系はいずれも金属的であり、フェルミ準位近傍にナノ孔局在状態を持つことがわかった二層グラフェンが、二層を貫通する原子欠損領域(欠陥)を持つとき、欠陥に生じた端を上下の層にわたってつなぐと、閉じた端で囲まれた孔ができる。この孔を数多く形成すると、二層グラフェンの多孔構造ができる。二層グラフェンの多孔構造は、極端に短いチューブでグラフェンを接合したものともみなせる。電子材料や磁性材料としてグラフェンを応用する上で、端の存在は早くから注目されて来たが、近年、熱処理によって多層グラフェンの端が融合するという報告が相次いでなされ、グラフェンに「閉じた端」を与える道が開かれた。しかし、現在は閉じた端の形や配置を制御できる段陀になく、材料としての可能性は未知数である。そこで本研究では、閉じた端を持つ理想的な構造として二層グラフェンの多孔構造に焦点を当て、その構造探索と電子状態計算とを行うことで、新規材料としての可能性を理論面から明らかにすることを目的とする。可能な構造を網羅する構造発生アルゴリズムを構築する一環として、初年度は、トポロジーと対税性を利用した構造発生アルゴリズムを検討した。具体的には、閉じた端で囲まれた孔(ミクロ孔)がカイラリティを持たず、かつ周期的に配置された構造に限定して、その可能な構造を発生させる方法を検討した。その結果、ミクロ孔が12枚の7員環を持つ最も単純な場合、このミクロ孔が3配位または(配位のネットワークを作るように周期的に配置した構造に対しては、構造を決定するパラメタを明らかにすることができた。また、小規模な構造のいくつかに対しては、強結合モデルに基づく電子状態計算を行い、構造パラメタと電子状態との関連を調べた。二層グラフェンの多孔構造において、可能な構造を系統的に発生させるアルゴリズムの構築を行った,最も単純な場合、すなわち、閉じた端で囲まれた孔(ミクロ孔)が、1.12枚の7員環を持ち、2.螺旋対称性すなわちカイラリティを持たず、3.かつ周期的に配置された場合、について前年度に引き続き検討を行った。前年度までに構築した3および6配位ネットワークの構築に加え、今年度は4配位ネットワークに対する構造発生アルゴリズムの構築を集中的に行った。6配位ネットワークの場合と異なり、3配位ネットワークや4配位ネットワークの場合は、ミクロ孔本体のみならず、ミクロ孔とミクロ孔をつなぐ接合部にも7員環が位置する。この接合部7員環は、3配位ネットワークの場合は隣接するミクロ孔との間に1組存在し、隣接ミクロ孔間の距離を定めれば、すなわち2次元格子の単位格子を定めれば7員環の位置は一意に決まる。4配位ネットワークの場合は、4配位ネットワークの対称性がグラフェンの6員環ネットワークと整合しないため、単位格子は2個のミクロ孔を含む点で3および6配位ネットワークと異なっているが、その構造を系統的に発生させる上では大きな困難があることが昨年度までに明らかになっていた,それは、4配位ネットワークにおいて汝合部7員環の配置が特定の条件を満たす場合に、単位格子を定めても接合部7員環の位置に任意性が残るという問題であった.今年度はこの点を詳細に検討し、構造発生に必要なパラメタを1つ増やすことによって、可能な構造を系統的に発生させるアルゴリズムを開発した.これにより、二層グラフェンの多孔構造における最も単純な場合については、ネットワークのトポロジカルな構造を系統的に発生させることが再能となった。二層グラフェンの多孔構造を形成するミクロ孔が、(1)12枚の7員環を持ち、(2)それ自身カイラリティを持たず、(3)これが3,4,6配位となるように配置された周期構造を形成する、という3条件を満たす場合について、可能な構造を系統的に発生させた。π電子ネットワークのトポロジーはミクロ孔当たり12枚の7員環の配置によって決定されるが、上の3条件を満たす場合は、(a)ミクロ孔の配位数と(b)ミクロ孔をナノチューブとみなした場合の種類(チューブのカイラルベクトル)の2点に関して分類すると見通し良く電子状態を理解できることがわかった。大きな傾向として、ミクロ孔の配位数が3または4の場合は、チューブのカイラルベクトルによらず、二層グラフェンの多孔構造は金属的な電子状態を示す。一方、ミクロ孔の配位数が6の場合は、ミクロ孔がzigzagチューブであれば金属的な電子状態を示すが、ミクロ孔がarmchairチューブである場合は、ミクロ孔間の距離が小さなうちは半導体的な電子状態を示すことがわかった。

また、全体的に共通する傾向として、ミクロ孔間の距離が大きくなると、配位数やカイラルベクトルによらず、分散の非常に小さなバンドがフェルミ準位近傍に現れることがわかった。このフラットバンドの波動関数はミクロ孔の部分に局在しており、二層グラフェンの部分には波動関数の振幅をほとんど持たない。一方で、フラットバンド直下のバンドはミクロ孔の部分に波動関数の振幅をほとんど持たない。よって、二層グラフェンの多孔構造はグラフェン本来のπ電子状態を大きく変調し、フェルミ準位のわずかな制御によって、フェルミ準位の部分電荷を空間的に大きく変えることができることがわかった。二層グラフェンの多孔構造を7員環の配置から系統的に発生させるアルゴリズムを開発する段階で、4配位ネットワークにのみ見られる構造の特殊性が新たに明らかになったことから、4配位ネットワークに対しては、構造発生アルゴリズムが想像以上に複雑になり、開発に多くの時間を要したため。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定より多くの時間を要したが、二層グラフェンの多孔構造における最も単純な場合については、3、4、6配位ネットワークの構造を系統的に発生させることが可能となったため、今後はその構造をもとに電子状態計算を行い、構造パラメタと電子状態の関係を明らかにするという当初目的に向けて研究を進める。今年度の研究結果から、発生させた構造ならびに電子状態を効率的に理解するためには、トポロジカルなネットワーク構造のみならず3次元的な幾何学構造も同時に与える必要があると示唆されたため、今後は、当初の研究計画を一部変更して、構造パラメタから3次元構造を与えるプログラムの開発も検討する予定である。
てんかん脳波の自動分布処理と合成ダイナミック・トポグラフィの臨床応用に関する研究

研究成果を次の3項目にまとめる.1)棘波の自動検出:検出パラメ-タの尖鋭度の指標に二次微分値を用い,持続時間と振幅を藤森法で計測したが,尖鋭度と振幅の判定基準値は予備分析を行って症例および誘導法毎に対応的に決定する方式を試みた。この方式による自動検出率は,同一波形182サンプルを3名の専門医が視察した結果と対比したところ,89.7%で,第1種の過誤が10.3%,第2種の過誤が2.2%であった.これは従来の報告に比較しても高い検出率であり,トポグラフィ処理に十分応用可能な方式であった.2)棘波出現間隔ヒストグラムと基礎律動の等価的電位トポグラフィの合成:脳波トポグラフィは各周波数帯域における平均パワ-の平方根を各周波数のもつ脳波の等価的電位と定義し,20配色の二次元カラ-表示を行った.モンタ-ジュは仮想値を含む5行6列のマトリックスに対応させた.ヒストグラムはX軸に棘波出現間隔を,Y軸に棘波出現個数をとり,脳波解析時間を1エポック2,007秒の単位とし,そのサンプリング・インタ-バル毎にヒストグラムが作成され,部分てんかんの脳波解析に応用した.基礎律動と棘波の出現様態が集約的に観察可能であり,時系列的な定量表示として有用であった.3)棘波の形態評価と基礎律動の等価的電位トポグラフィの合成:棘波の形態評価の指標を3方法で検討し,波形のスロ-プの比を直接用いずに,波形の持続時間の比にスロ-プを置換する方式を自動処理の立場から考察して,その妥当性を検討した.測定した波形を平均±1標準偏差をもとに3群に分け,所定の三角形で表示し,それを脳波トポグラフィに合成した.合成像は連続的に処理され,波形の電位変動と形態変化がダイナミックに経時的に観察可能となり,部分てんかんの病態解析の一方法として有意義であった.研究成果を次の3項目にまとめる.1)棘波の自動検出:検出パラメ-タの尖鋭度の指標に二次微分値を用い,持続時間と振幅を藤森法で計測したが,尖鋭度と振幅の判定基準値は予備分析を行って症例および誘導法毎に対応的に決定する方式を試みた。この方式による自動検出率は,同一波形182サンプルを3名の専門医が視察した結果と対比したところ,89.7%で,第1種の過誤が10.3%,第2種の過誤が2.2%であった.これは従来の報告に比較しても高い検出率であり,トポグラフィ処理に十分応用可能な方式であった.2)棘波出現間隔ヒストグラムと基礎律動の等価的電位トポグラフィの合成:脳波トポグラフィは各周波数帯域における平均パワ-の平方根を各周波数のもつ脳波の等価的電位と定義し,20配色の二次元カラ-表示を行った.モンタ-ジュは仮想値を含む5行6列のマトリックスに対応させた.ヒストグラムはX軸に棘波出現間隔を,Y軸に棘波出現個数をとり,脳波解析時間を1エポック2,007秒の単位とし,そのサンプリング・インタ-バル毎にヒストグラムが作成され,部分てんかんの脳波解析に応用した.基礎律動と棘波の出現様態が集約的に観察可能であり,時系列的な定量表示として有用であった.3)棘波の形態評価と基礎律動の等価的電位トポグラフィの合成:棘波の形態評価の指標を3方法で検討し,波形のスロ-プの比を直接用いずに,波形の持続時間の比にスロ-プを置換する方式を自動処理の立場から考察して,その妥当性を検討した.測定した波形を平均±1標準偏差をもとに3群に分け,所定の三角形で表示し,それを脳波トポグラフィに合成した.合成像は連続的に処理され,波形の電位変動と形態変化がダイナミックに経時的に観察可能となり,部分てんかんの病態解析の一方法として有意義であった.脳波は国際式10-20法の電極からFz、Cz、Pzを除いた16チャンネルに正中線より3cm両側にそれぞれ4チャンネルを加えた24チャンネルで記録した。棘波の自動検出と分布処理にラボラトリ-・コンピュ-タ(ATAK450、256kw)を使用し、30Hzで3db/octに減衰する低域フィルタを通った波形を4msecでAD変換し、波形に重畳する微細な雑音を除外するために3点移動平均法でスム-ジングしてから、棘波検出のパラメ-タに波形の尖鋭度、持続時間、振幅を用いた。波形の尖鋭度の指標に二次微分値を用い、持続時間と振幅を藤森法で計測した。尖鋭度と振幅の判定基準値は予備分析を行って症例および誘導法毎に対応的に決定し、持続時間を2080msecとした。この方法による棘波の自動検出率を検討するために、3名の臨床医に脳波を解読してもらい、3名のいずれかが棘波と判定した波形と、自動検出した波形を182サンプル比較してみた。臨床医は全記録を解読してから、指定された部分の棘波を識別したが、3名の臨医がいずれも棘波と認めたサンプルは146箇で、そのうち自動検出されたものが131箇であり、検出率は89.7%で、第1種の過誤が、10.3%であった。

自動検出された波形のうちで、3名の臨床医がいずれも棘波と認めなかったサンプルは4個であり、第2種の過誤が22%であった。検出率が85%以上のデ-タについて2次元分布処理を行った。パルスに変換された棘波がエボック毎に配列されているデ-タテ-プを入力してエポック数を指定すると、指定したエポック数の時間帯で各チャンネルの棘波箇数が求められ、最大値を100とする各チャンネル毎の刺波出現率が算出された。モンタ-ジュに対応した5行6列のマトリックスを2880画素で補間処理を行うことによって、1020配色による棘波のカラ-トポグラフィを作成することが可能になった。棘波および鋭波・徐波複合体の自動識別と基調波のトポグラフィに関するソフトウェアを作成した。(1)棘波および鋭波・徐波複合体の自動識別に当っては,2ミリセカンドAD変換された波形上で,間隔が26ミリセカンドある3点を連続して求め,それらを結ぶ三角形の頂点と底辺の中点を結ぶ線の長さが50マイクロボルトにすることによって,棘波および鋭波を基調波からスクリ-ニングし,持続時間が80ミリセカンド以下を棘波として,120ミリセカンド以下を鋭波として同定した。次に,同定された棘波および鋭波の前後の波形の持続時間と振幅を求め,それぞれが200ミリセカンド,150マイクロボルトの場合に高振幅徐波とし,最終的に棘波および鋭波・徐波複合体として自動識別した。(2)基調波トポグラフィの作成に当っては,脳波のパワ-スペクトルを求め,各周波数帯域の平均パワ-の平方根を等価的電位と定義して等電図を作成した。仮想値4点を含む5行6列のマトリックスを2341画素で補間処理を行い,仮想値はそれぞれの近傍の2チャンネルの平均値として算出した。等価的電位の高い部位を赤色系に,低い部位を青色系に10または20配色で表示するように示した。基調波トポグラフィ上に他の要素による視覚表示を合成するために,脳波の解析時間は1エポック2,048セカンドの単位で任意に指定できるようにプログラムし,基調波の処理結果をデ-タ・カ-トリッジに収録した。1)10ー20方式の電極を含む24チャンネルのモンタ-ジュで脳波を記録し,ラボラトリ-・コンピュ-タ・システム(ATACー450,256KW)で棘波と鋭波の自動検出を行った。波形を4msecでAD変換してから,スム-ジング後に波形の尖鋭度,持続時間,振幅をパラメ-タとして棘波と鋭波を自動検出した。自動検出率を検討するため,3名の臨床医に同一の脳波を解続してもらい,その結果を対比したところ,89.7%の自動検出率が得られたので,検出率が85%以上のデ-タを分布処理および合成ダイナミック・トポグラムの解析資料とした。2)次に,チャンネル毎に棘波出現間隔ヒストグラムを作成し,それらを基礎律動の等価的電位トポグラフィ上に合成させ,棘波の出現様態と基礎律動の経時的変化をあわせて観察できるソフトウェアを開発した。プログラムは(1)基礎律動の等価的電位トポグラフィの作成,(2)棘波出現間隔とヒストグラムの作成,(3)両者の合成処理から成っている。処理結果はデ-タ・カ-トリッジに収録されて,脳波トポグラフィおよび棘波出現間隔ヒストグラムのカ-トリッジを同時入力すると,20配色のカラ-モニタ-TVに連続的に表示され,長時間記録も短時間で集約的に観察可能となった。3)さらに,棘波および鋭波の形態評価の結果を基礎律動の等価的電位トポグラフィ上に合成させ,てんかん波の合成ダイナミック・トポグラフィのソフトウェアを開発した。棘波および鋭波の形態評価の指標として上昇スロ-プと下降スロ-プの比を3方法で計測し,各方法による相違および相関を求めて最適指標を検討した結果,スロ-プの比を持続時間の比に置換できる方式を選定した。各波形毎の形態表示法を決めて,部分てんかん例を合成ダイナミック・トポグラフィで解析した。
全反射XAFS法によるイオン液体対イオンの表面での溶媒和構造に関する研究

(1)イミダゾリウム系イオン液体である1-decy1-3-methylimidazolium bromide(以下DeMIMBrと書く)の水溶液/空気表面吸着膜中での臭化物イオンには、水溶液中と同じように6水和状態のものと4水和程度でイミダゾリウムカチオンとイオンペアーを形成しているものの二つの状態がある。(2)通常、陽イオン界面活性剤と非イオン界面活性物質は、イオン-双極子相互作用によるシナジズムのために混合吸着膜において混ざりやすくなる。ところが1-hexyl-3-methyl imidazolium tetrafluoroborate(以下HMIMBF4と書く)と1-ブタノール混合系の吸着膜では、陽イオン-非イオン混合系であるにもかかわらず、混ざりにくくなるという全く逆の結果となった。これはイミダゾリウムカチオンとBF4アニオンの強い静電相互作用により、吸着膜でイオンペアーが形成され、したがって陽イオン-双極子相互作用が有効に働かないことによると結論した。(3)カチオンを共通にもつ1-hexyl-3-methylimidazolium bromide(以下HMIMBr)とHMIMBF4の混合吸着膜の研究により、ほぼ全混合組成領域において臭化物イオンは水溶液中と同じように6水和状態のものであることが全反射XAFSスペクトル解析から明確に示された。すなわちBF4アニオンはイミダゾリウムカチオンの近くで水素結合を主体としたイオンペアーを形成し、臭化物イオンは拡散電気二重層にフリーの6水和状態として存在し、対イオン分離がおこっていると考えられる。(4) DeMIMBrでは飽和吸着での占有面積が0.57nm2程度まで緩やかな変化が続いているが、HMIMBF4では飽和吸着での占有面積が0.71nm2程度と大きい一方で、曲線がほぼ垂直に立っていることが明らかである。したがってHMIMBF4では1分子当たりの占有面積は炭化水素やイミダゾリウムリングの断面積(それぞれ0.18nm2、0.32nm2程度)よりも大きいにも関わらず吸着膜の等温圧縮率が非常に小さく、密に詰まった状態にあることがわかる。この状況はイミダゾリウム環に水平方向にほぼ隣接した場所にBF4アニオンがイオンペアーと形成して存在すると考えられる。(1)溶液中ではBF4が2割程度でも、界面では8割程度以上がBF4である。また理想混合よりもさらに吸着膜はBF4に富んでいる。これらの結果は、BF4はBrに比べて水和が弱くまたイミダゾリウムカチオンとの相互作用が強いことによる。また、HMIMBrにHMIMBF4を加えた際にはBF4の優先的イオンペアー形成により対イオンの混合のエントロピーが著しく低下すること、一方HMIMBF4にHMIMBrを混合した際にはイオン対を形成していないイミダゾリウムカチオンの量が膜中で増加して静電反発によるエンタルピー上昇があることなどの可能性が高い。(2)全反射XAFS実験からは、K吸収端ジャンプ値で規格した後のEXAFS領域でのスペクトルは測定全濃度および混合組成でほとんど変化しない、したがって溶媒和構造解析に利用するk^3χスペクトルもほとんど全濃度および混合組成を変えても変化しない、ことが明らかになった。観測されたスペクトルの解析からは、ほとんどの全濃度および混合組成で、6水和したBrイオンのみが存在することが明確に示された。これは界面にBrとBF4がともに存在する場合には、明らかにBF4が優先的にイミダゾリウムカチオンとイオンペアーを形成し、Brはカチオン近傍から遠ざけられていることを示している。
癌細胞のコレステロール代謝とミネラル代謝に関連する制癌研究

1,エールリッヒ腹水癌細胞は増殖に当り膜成分であるコレステロール(CHL)を取り込む。マウス皮下に接種した場合に顕著な増殖を示す同癌細胞のCHL量は10^9細胞当り36mgの範囲であった。そこで同癌細胞に対するCHLの供給を阻害することで細胞増殖が抑制されるのではないかと考え,肝CHL合成を阻害するクロフィブレート(Clf.)とブラバスタチン(Prav.)を同癌細胞を腹腔内ないし皮下に接種したマウスに投与したところ,Clf.は20mg/kgまたはPrav.は400mg/kgの投与量で,それぞれエールリッヒ癌を含む4種類の異なる癌細胞の増殖を抑制し,DAsAの制癌性が確認された。2,ビタミンCの示す制癌作用は酸化型のデヒドロアスコルビン酸(DAsA)によることをマウスのエールリッヒ癌細胞で知見しているので,8年度はDAsAの他の癌種に対する制癌作用を検討した。1項同様にDAsAはエールリッヒ癌を含む4種の癌の増殖を抑制し,DAsAの制癌性が確認された。またDAsAの制癌機構としては発癌性の低分子アルデヒドの消去効果が示唆された。3.癌細胞の接種時に著量のCaが腹水内に移行し蓄積されることから,胆癌時の骨強度に与える影響を検討した。8年度はマウス腓骨の強度測定を試みた。食餌中のCa分の体内吸収とマウス腓骨の強度が摂取するタンパク質に強影響されることを確認し,食餌中の乳類タンパク質と魚肉タンパク質の添加がCaの吸収と腓骨強度を顕著に高めることを知見した。4.癌細胞が増殖に当りミネラルの特に銅を取り込むことを知見しているので,8年度より植物色素の銅キレートの制癌性を検索している。
視覚障害者の単独歩行に伴う心理・生理的ストレス反応と歩行に及ぼす影響

1.研究の目的視覚障害者の道路横断に生じる心身のストレス状態を明らかにするとともに,各種ストレスが歩行にどのような影響を及ぼすかを検討することを目的とした.2.対象全盲の視覚障害者6名.被験者の単独歩行歴は20年35年であった.3.手続き市街地域の音響式誘導設備が設置された横断歩道(道幅11.6m)を利用し,単独歩行時の生理的反応(心拍率,皮膚電気反射:トーヨーフィジカル社製),心理的反応(POMS不安・緊張尺度),騒音音圧(Rion社製騒音計),横断軌跡,方向見失い(内観)を測定した.各被験者の試行回数は1116回であり,総データ数は85であった.4.結果と考察各指標の変化を検討した結果,心拍,皮膚電気反射ともに騒音音圧が上昇する時期と同期して上昇するが,覚醒のピークは皮膚電気反射の方が早い傾向にあった.この結果は昨年度の結果を支持するものであった.また,歩行軌跡のパターンをクラスター分析によって検討すると,歩行軌跡は「離脱無し」,「離脱後復帰」,「離脱」,「後半離脱」の4パターンに分類可能であった.各群における各指標の差異を検討した結果,横断初期(0秒5秒)の騒音音圧に顕著な違いが認められ,離脱群の初期騒音は離脱無し群に比べて顕著に高かった.そこで,横断初期の騒音音圧のデータを基準として騒音高群(70db以上)と騒音低群(65db以下)を構成し,ストレス反応の差異を検討した.その結果,騒音高群における横断開始後78秒後の皮膚電気反射は騒音低群にくらべて顕著に高く,横断開始後1415秒後の心拍率は騒音低群に比べて顕著に低いことが明らかにされた.これらの結果は,昨年度の研究において示唆された知見を支持していた.以上本研究の結果をまとめると,(1)横断歩道離脱度の高い試行は,初期騒音が高い,横断前半の皮膚電気反射が高い,横断後半の心拍率が低いという特徴がある,(2)横断中の皮膚電気反射の変化は騒音音圧の変化と類似したパターンを示す,(3)横断後半の心拍率は,離脱度の高い試行ほど低い,(4)皮膚電気活動は情緒的反応成分を反映し,心拍率は方向定位に伴う認知的反応成分を反映している,と言うことができる.これらのことから視覚障害者の単独歩行による横断歩道離脱に及ぼすストレスの影響性を考察すると,視覚障害者が横断初期に高い騒音を経験することによって情緒的なストレス反応が高まり,それによって方向定位に関連する認知的活動が妨害され,離脱が生じると考えることができる.1.研究の目的視覚障害者の道路横断時に生じる心身のストレス状態を明らかにするとともに,各種ストレスが歩行にどのような影響を及ぼすかを検討することを目的とした.2.対象視覚障害者およびアイマスクにより視覚を遮断した晴眼者13名.3.手続き市街地域の音響式誘導設備が設置された横断歩道(道幅11.6m)を利用し,単独横断時の生理的反応(心拍率,皮膚電気反射:トーヨーフィジカル社製生体情報計測装置),心理的反応(POMS不安・緊張尺度),騒音音圧(Rion社製騒音計),横断軌跡,横断方向の見失い(内観)を測定した(各被験者とも8試行).4.結果と考察道路横断時の各指標の変化を検討した結果,心拍率は横断直後から上昇し,横断中後半にピークを示し,対岸到着前に下降する傾向にあった.皮膚電気反射は,横断直後から上昇し,横断中前半にピークを示し,その後も比較的高い状態が維持されていた.歩行軌跡は,ゼブラゾーン内を歩行し対岸へ到達するパターン(横断良好群)と,横断中盤からゼブラゾーンを大きく逸脱するパターン(横断不良群)との2つに大別された.次に,騒音音圧変化と生理的反応の変化との対応を検討した結果,皮膚電気反射は騒音の変化に対応した変化パターンを示し,心拍率は騒音変化と逆の変化パターンを示した.このことから,皮膚電気反射は,騒音に伴う情緒的な反応成分を反映し,心拍率は音源定位などの認知的活動を反映している可能性が示唆された.さらに,歩行軌跡と各指標との関連を検討した結果,横断良好群は横断後半から心拍率,皮膚電気反射ともに低下傾向を示すのに対し,横断不良群は横断終了まで比較的高い値が維持されていた.また,横断不良群は良好群に比べて,歩行時間および方向見失い率が高かった.このことから,横断時のストレスは横断方向の定位能を抑制し,歩行成績を悪化させる可能性があることが示唆された.1.研究の目的視覚障害者の道路横断に生じる心身のストレス状態を明らかにするとともに,各種ストレスが歩行にどのような影響を及ぼすかを検討することを目的とした.2.対象全盲の視覚障害者6名.被験者の単独歩行歴は20年35年であった.3.手続き市街地域の音響式誘導設備が設置された横断歩道(道幅11.6m)を利用し,単独歩行時の生理的反応(心拍率,皮膚電気反射:トーヨーフィジカル社製),心理的反応(POMS不安・緊張尺度),騒音音圧(Rion社製騒音計),横断軌跡,方向見失い(内観)を測定した.各被験者の試行回数は1116回であり,総データ数は85であった.4.結果と考察各指標の変化を検討した結果,心拍,皮膚電気反射ともに騒音音圧が上昇する時期と同期して上昇するが,覚醒のピークは皮膚電気反射の方が早い傾向にあった.

この結果は昨年度の結果を支持するものであった.また,歩行軌跡のパターンをクラスター分析によって検討すると,歩行軌跡は「離脱無し」,「離脱後復帰」,「離脱」,「後半離脱」の4パターンに分類可能であった.各群における各指標の差異を検討した結果,横断初期(0秒5秒)の騒音音圧に顕著な違いが認められ,離脱群の初期騒音は離脱無し群に比べて顕著に高かった.そこで,横断初期の騒音音圧のデータを基準として騒音高群(70db以上)と騒音低群(65db以下)を構成し,ストレス反応の差異を検討した.その結果,騒音高群における横断開始後78秒後の皮膚電気反射は騒音低群にくらべて顕著に高く,横断開始後1415秒後の心拍率は騒音低群に比べて顕著に低いことが明らかにされた.これらの結果は,昨年度の研究において示唆された知見を支持していた.以上本研究の結果をまとめると,(1)横断歩道離脱度の高い試行は,初期騒音が高い,横断前半の皮膚電気反射が高い,横断後半の心拍率が低いという特徴がある,(2)横断中の皮膚電気反射の変化は騒音音圧の変化と類似したパターンを示す,(3)横断後半の心拍率は,離脱度の高い試行ほど低い,(4)皮膚電気活動は情緒的反応成分を反映し,心拍率は方向定位に伴う認知的反応成分を反映している,と言うことができる.これらのことから視覚障害者の単独歩行による横断歩道離脱に及ぼすストレスの影響性を考察すると,視覚障害者が横断初期に高い騒音を経験することによって情緒的なストレス反応が高まり,それによって方向定位に関連する認知的活動が妨害され,離脱が生じると考えることができる.
骨形成を促進する受容体として働くＲＡＮＫＬの解析と治療への応用

歯科臨床では、局所の骨形成促進剤としてFGF-2などのタンパク製剤が使われているが、垂直性に骨量を増加させうる新規の骨形成促進剤はまだ臨床では用いられていない。我々は新たな骨形成促進剤開発の為に、破骨細胞分化促進因子であるRANKLに結合するペプチドが骨形成促進作用を示すことを明らかにしてきた。また、その骨量造成作用はBMP-2と合わせて用いれば、FGF-2単体ではなしえない垂直性の骨量造成を誘導する。一方、RANKLに結合するオステオプロテゲリン(OPG)や抗RANKL抗体には骨吸収抑制作用はあっても、骨形成促進作用は伴わない。このことは、RANKLに結合する分子がすべて骨形成促進作用を発揮するわけではないことを示している。本研究ではRANKLに結合するペプチドの骨形成促進作用発現メカニズムが、細胞膜上のRANKL分子の集合化(クラスタリング)誘導に関与すると仮定し、膜RANKLのクラスタリングを誘導すれば、新規骨形成促進剤開発への糸口がつかめるのではないかと考え、実験を進めた。2018年度は東京大学病院薬剤部との共同研究により、骨芽細胞の膜上RANKLが初期の骨芽細胞分化を促進させる受容体として働くことを明らかにし、Nature誌に発表することができた。破骨細胞が成熟してくると破骨細胞由来のRANKを多く載せた小胞を多く分泌するようになるが、この破骨細胞由来の分泌小胞をマウスの頭蓋骨欠損部に適応させるとBMP-2に匹敵する骨形成促進作用を示すことを外国人特別研究員のDr. Masud Khanが明らかにした。さらに、骨芽細胞の膜上にあるRANKL分子は、成熟破骨細胞由来分泌小胞刺激により増加してくるが、RANKL結合ペプチド刺激によっても、またOPG-FcをIgMでクラスタリング誘導しても増加することにより骨芽細胞分化が促進される可能性が明らかとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
頚部の交感神経節を中心とした支配領域検討のための神経解剖標識法による追跡

星状神経節ブロックの明確な作用機序、ひいては頭頸部交感神経系の神経解剖学的な支配領域を詳細に確定することを目的とし、ラットを用いて本研究の計画をたてた。ラットをネンブタールにて麻酔し、右星状神経節に神経標識物質(WGA-HRP)を微小ガラス電極を使用して注入。2日後に灌流、固定を行い、両側の交感神経節、脳血管や大動脈等の血管、および脊髄を取りだしてのち、血管は全載標本として、他はゼラチンにて包埋後クリオスタットにて65muの厚さの切片とした。それぞれについてHRP-TMB反応にて順行性、逆行性標識を行い、交感神経線維の走行の分布を観察した。星状神経節に注入を行った場合の標識性は明瞭であり、頸部血管系および、前肢の血管に神経終末を持つ像が観察された。また、注入側とは反対の左の交感神経節にも標識細胞が強く現れ、左右の交感神経系が密接な連絡を持つことが確認された。しかしながら、この連絡は、左右の交感神経が直接的な投射を持つとは考えにくく、両側の神経終末が緊密に接触する部分での神経標識物質の移送によるものと考えられる。さらに、ヒトにおいて、頭頸部の交感神経支配のうえで重要な位置を占めるのではないかと推測されている中頸神経節に対しても標識物質の注入を行った。星状神経節に注入を行った場合にみられる、頸部血管系に対する神経終末が、脳底部、あるいは顔面の血管においてその標識性が非常に弱いことから、この部位の交感神経支配は中頸神経節由来であることが想像された。しかしながらラットにおいては、中頸神経節を露出するため、鎖骨の一部を除去し、かつ鎖骨下の血管を傷つけない、というかなり困難な手術が必要なため、信頼に値する標識性が得られていない。今後は、手術における到達法などを再考慮し、さらなる追跡を試みる予定である。
脊髄損傷対麻痺者における運動時Natural Killer Cell活動変動

【目的】健常者における運動時の免疫機能はNatural Killer細胞(NK細胞)活性を指標として、多数の報告がある。しかし、脊髄損傷者においては、我々が車いすフルマラソンではレース直後にNK細胞活性が低下し、ハーフマラソンでは上昇する事が知られているだけである。今回我々は、実験室で運動強度を一定にし、2時間の運動を継続した時の免疫機能の変動を調査した。【方法】対象は男性脊髄損傷者7名(脊損者、年齢34.3±7.1歳、損傷レベルTh11L4)と健常男性6名(健常者、年齢28.8±7.7歳)とした。予めハンドエルゴメーターで被験者の最大酸素摂取量(VO2max)を測定した結果、脊損者は27.9±3.0ml/min、健常者は25.7±4.1ml/minであり、両群に有意差を認めなかった。VO2max測定とは別の日に、被験者はそれぞれのVO2maxの60%で2時間ハンドエルゴメーター運動を行った。採血は、運動前、1時間運動後、運動終了直後、終了後2時間の4回行い、白血球数、アドレナリン、NK細胞数、NK細胞活性を測定した。別の日に運動を行わないタイムコントロール実験を行った。【結果】健常者の白血球数と血中アドレナリンは運動直後に有意な上昇を見た。NK細胞数は運動直後の変動は有意ではなかったが、NK細胞活性は運動直後に有意に低下し、2時間後に回復した。【考察】車いすフルマラソンの実験モデルを行い、NK細胞活性は低下した。しかし、NK細胞活性は2時間後には回復した事から、車いすマラソンで選手が感染に留意する時間は数時間で良いと考えられる。本年度は研究計画に従い、健常被験者を対象としてコントロール実験を行った。被験者を予定している脊損者に年齢を合わせた被験者5名を対象とした。まず、上肢エルゴメーターを用い、1分当たり10Wずつ負荷を増加させるランプ負荷法によりそれぞれの被験者の最大酸素摂取量を測定し、平均25.7±4.1ml/kg/minであった。それぞれの被験者の最大酸素摂取量の60%負荷でエルゴメーターによる2時間の連続運動を実施した。運動前、運動開始1時間、運動終了、運動終了2時間で採血を行い、NK細胞活性、PGE、コルチゾール、アドレナリンの血中濃度測定を行った。同時に、CBCの測定も行った。NK細胞活性測定にはT cell leukemiacell lineを使い、Cell surface markerはFluorescence-activatedcell sorter/analyzerにより同定した。白血球は運動開始1時間では上昇傾向にあったが、著明な上昇ではなかった。運動終了時(運動開始2時間)でおおよそ安静時の2倍程度にまで上昇した。運動開始1時間よりNK細胞活性、PGE、コルチゾール、アドレナリンの血中濃度は上昇傾向を示した。しかし、脊髄損傷対麻痺者に対する実験は来年度に予定しているため、その結果を含め、統計学的検討を加えなくては何とも言えない。上記のように、研究計画通り、今年度は健常者を用いてのコントロール実験が行われ、研究としてはおおむね順調に実施されている。研究計画に従い、脊髄損傷対麻痺者を対象として本実験を行った。研究の参加に同意を得た脊損者7名(343±7.1)と健常者6名(28.8±7.7)に同じプロトコールで測定を行った。事前に上肢エルゴメーターを用いて測定した最大酸素摂取量は脊損者27.9±3.0、健常者25.7±4.1ml/kg/minで差を認めなかった。

それぞれの被験者の最大酸素摂取量の60%負荷でエルゴメーターによる2時間の連続運動を実施した。運動前、運動開始1時間、運動終了、運動終了2時間で採血を行い、NK細胞活性、PGE、コルチゾール、アドレナリンの血中濃度測定を行った。同時に、CBCの測定も行った。その結果、白血球数は両群とも運動開始とともに上昇した。NKCAの結果は、健常者では運動開始時間から運動終了2時間後まで上昇を認めた(P<0.05)。一方、脊損者では運動終了直後に低下(P<0.05)し、運動終了後2時間で回復した。血中アドレナリンは両群とも運動中上昇(P<0.05)し、運動終了2時間後回復した。血中コルチゾールは両群で、実験を通じて変動を認めなかった。PGE2は脊損者では運動終直後に浄書し、運動終了2時間後に回復したが、健常者のPGE2は実験中変化を示さなかった。本実験により、脊損者は2時間の最大酸素摂取量60%のエルゴメーター運動によりNKCAが低下することが判明した。今回の測定の結果より、NKCA低下にPGE2が関与している可能性がある。
脳梗塞Thorapeutic Windowの実験的検討

Cyclic AMP依存性プロテインキナーゼ(PKA)は、cyclicAMPが特異的に結合することで活性化され、種々の細胞内リン酸化反応を惹起し、c-Fos、Brain-derivedneurotrophic factor(BDNF)の発現を促進するなど細胞の各種修復機転などに関与している。一方、虚血急性期、脳内cyclicAMP濃度の有意な上昇が明らかにされているが、同時期に我々はPKAのcyclic AMP結合能が明らかに低下し、PKAを介する細胞内情報伝達系が障害されていることを観察した。今回、再潅流により上記障害の出現が抑制されるか否か、検討した。Sprague-Dawleyラットを使用、虚血群(n=7)、再潅流群(n=9)、sham群(n=7)に分けた。虚血群では血管内ナイロン糸法で右中大脳動脈起始部を5時間閉塞、再潅流群では同方法で右中大脳動脈起始部を1.5時間閉塞後、ナイロン糸を引き抜き3.5時間再潅流した。両群とも、閉塞1時間後に神経学的症候を観察し、少なくとも左側前肢の屈曲以上の明らかな脳虚血症状(Bedersonら,1986)を示した動物を実験に使用した。実験終了時に^<14>C-iodoantipyrine法で局所脳血流量(ICBF)を測定した。Sham群は、右内頚動脈分岐部を露出するのみとし、5時間後に上記と同様にICBFを測定した。その後、クリオスタットで連続脳切片を作成、切片の一部はそのままフィルムに感光し、ICBFオートラジオグラムを得、残りの切片からは、我々が開発した方法(Tanaka et al,1996)で^3H-cyclicAMP結合能を示すオートラジオグラムを得た。5時間の虚血後の再潅流によって、本モデルの虚血中心部である線条体では、血流回復にも関わらず、むしろPKAを介する細胞内情報伝達系の障害は進行していた。一方、虚血周辺部にあたる大脳皮質におけるPKAを介する細胞内情報伝達系の障害は、再潅流によって軽快することが示された。臨床的に血流再開療法を進めるにあたって、虚血中心部での再潅流傷害の対策が、PKAを介する細胞内情報伝達系の立場からも重要であることが示唆された。本年度は、脳梗塞治療におけるtherapeutic window(有効な治療開始可能な時間帯)を実験的に決めるための基礎データを、まず砂ネズミ一側総頸動脈結紮モデルで収集した。すなわち、局所脳血流量(1CBF)とcyclic AMP結合量を経時的に。オートラジオグラフ法により測定し、虚血性神経細胞傷害の指標であるcyclic AMP結合量の有意な低下((sham手術群の平均値-2*標準偏差)以下の値を示すことと定義した)を生ずる1CBFの値をischemicCBF thresholdとして求めた。

以上より、虚血の持続と共に、細胞傷害を惹起する脳血流量の閾値が、徐々に上昇し、虚血時間が長くなるほど、より軽度の脳血流量低下で細胞傷害が生ずる、虚血持続時間依存性が明らかとなった。さらに、海馬CA1のように虚血脆弱性を示す領域では、他の領域に比し、より軽度の虚血で傷害が示す部位特異性も明らかとなった。現在、ラット中大脳動脈閉塞モデルでの検討を継続中である。本年度は、ヒトの脳梗塞の病態により近い動物モデルである、ラット中大脳動脈閉塞モデルで、虚血持続時間、局所脳血流量(ICBF)減少の程度と細胞質小胞体へのCa^<2+>取り込み能、セカンドメッセンジャー系として重要なcyclic AMP依存性プロテインキナーゼ(PKA)のcylcic AMP結合能を検討した。中大脳動脈閉塞5時間では、ICBF<20ml/100g/min以下の重度虚血部位では、Ca^<2+>-ATPase活性による小胞体へのCa^<2+>取り込みは有意に低下していた。また、inositol 1,4,5-trisphosphate(IP3)による小胞体からのCa^<2+>放出能は、IP3受容体のIP3結合能が保たれているにも関わらず、尾状核-被殻で明らかに低下していた。また、PKAのcyclic AMP結合能も、Western blotによる検討でPKA蛋白は維持されているにも関わらず、ICBF<20ml/100g/min以下の重度虚血部位で有意に低下していた。これらのことは、虚血5時間の時点では、ICBF20ml/100g/min以下の領域は細胞内諸機能の重度な障害を受けていることを示している。なお、虚血3時間では、上記障害は、ICBFが7-10ml/100g/min以下の領域でのみ、限局的に認められた。以上より細胞内Ca^<2+>調節機構やセカンドメッセンジャ系の障害は虚血3時間以降5時間までにかなり進行するので、脳梗塞治療の有効な時間域は発症3時間以内であると考えられる。現在再灌流モデルで実験を継続中である。Sprague-Dawleyラットを使用、虚血群(n=7)、再潅流群(n=9)、sham群(n=7)に分けた。虚血群では血管内ナイロン糸法で右中大脳動脈起始部を5時間閉塞、再潅流群では同方法で右中大脳動脈起始部を1.5時間閉塞後、ナイロン糸を引き抜き3.5時間再潅流した。両群とも、閉塞1時間後に神経学的症候を観察し、少なくとも左側前肢の屈曲以上の明らかな脳虚血症状(Bedersonら,1986)を示した動物を実験に使用した。実験終了時に^<14>C-iodoantipyrine法で局所脳血流量(ICBF)を測定した。Sham群は、右内頸動脈分岐部を露出するのみとし、5時間後に上記と同様にICBFを測定した。その後、クリオスタットで連続脳切片を作成、切片の一部はそのままフイルムに感光し、ICBFオートラジオグラムを得、残りの切片からは、我々が開発した方法(Tanaka etal,1996)で^3H-cyclic AMP結合能を示すオートラジオグラムを得た。5時間の虚血後の再潅流によって、本モデルの虚血中心部である線条体では、血流回復にも関わらず、むしろPKAを介する細胞内情報伝達系の障害は進行していた。一方、虚血周辺部にあたる大脳皮質におけるPKAを介する細胞内情報伝達系の障害は、再潅流によって軽快することが示された。臨床的に血流再開療法を進めるにあたって、虚血中心部での再潅流傷害の対策が、PKAを介する細胞内情報伝達系の立場からも重要であることが示唆された。
有機溶剤による中枢神経障害の加齢による増強効果 テストバッテリ-によるラットの行動解析とin vivo脳マイクロダイアリシス

本研究は、加齢にともなって中枢神経系の代償的な機能が低下すると考えられている中高年の人々が、許容濃度付近の比較的低濃度の有機溶剤に反復暴露された場合に、青年期の人々が暴露を受けた場合の影響と比較して、中枢神経系の機能的障害を生じ易いのではないかと云う仮説を、トルエン暴露の場合について、若齢と老齢ラットを用いて実験的に量-反応関係を検討することを目的としている。1.初老期暴露群(21カ月齢から12週間暴露)(1)行動学的テストバッテリ-:100ppm、400ppm、1,000ppm暴露群について、最終暴露打ち切り後16日目(25カ月齢)から学習行動を観察したが、いずれの暴露群も対象群に比べてDRL12secの"時間どり行動"の習得が遅れ、1,000ppm暴露群は最後まで追いつくことが出来なかった。(T.Ikeda et.al.,第65回日本産業衛生学会講演集、1992,P.266)(2)in vivo脳マイクロダイアリシス:2.青年期暴露群(19週齢から12週間暴露)(1)行動学的テストバッテリ-:100ppm,400ppm,1,000ppm暴露群について、最終暴露打ち切り後16日目(33週齢)から実施したDRL12 secの習得過程において、暴露3群間に明瞭な量-反応関係は認められなかったが、暴露群の習得は対照群に比べて有意に早かった。TL1000ppm暴露群においても、老齢期暴露の場合とは異なり、習得の到達度に暴露影響は認められなかった。in vivo脳マイクロダイアリシス:トルエン長期暴露による慢性影響の発現には、暴露された時期の年齢要因が関係することが示唆された。本研究は、加齢にともなって中枢神経系の代償的な機能が低下すると考えられている中高年の人々が、許容濃度付近の比較的低濃度の有機溶剤に反復暴露された場合に、青年期の人々が暴露を受けた場合の影響と比較して中枢神経系の機能的障害を生じ易いのではないかと云う仮説を、トルエン暴露の場合について、若齢と老齢ラットを用いて実験的に量-反応関係を検討することを目的としている。〈効果〉1.初老期暴露群(21カ月齢から12週間暴露)(1)行動学的テストバッテリー:100ppm、400ppm、1,000ppm暴露群について、最終暴露打ち切り後16日目(25カ月齢)から学習行動を観察したが、いずれの暴露群も対照群に比べてDRL12 secの“時間どり行動"の習得が遅れ、1,000ppm暴露群は最後まで追いつくことが出来なかった。海馬アセチルコリン系に100ppm、1,000ppmの暴露群に量-反応関係の明瞭な慢性的影響が検出された。2.青年期暴露群(19週齢から12週間暴露)(1)行動学的テストバッテリー:100ppm,400ppm,1,000ppm暴露群について、最終暴露打ち切り後16日目(33週齢)から実施したDRL12 secの習得過程において、暴露群の習得は対照群に比べてやや早いものの、暴露3群間に明瞭な、量-反応関係が認められず、暴露との因果関係が有るとは云い難い。以上の結果から、トルエン長期暴露による慢性影響の発現には、暴露された時期の年齢要因が関係することが示唆された。

今後、青年期暴露群で、in vivo脳マイクロダイアリシスを実施し、仮説の検証を行う予定である。本研究は、許容濃度に近い比較的低濃度の有機溶剤に、反復暴露された場合に生ずる慢性的な中枢神経障害の程度と暴露を受けた年齢との関係をトルエンについて、若齢(青年期)と老齢ラットを用いて量一反応関係を次の二つのレベルから検討してきた。[(1)神経行動学的テストバッテリ-による評価、及び(2)in vivobrain microdialysisによって、free movingの状態で海馬のMuscarinic acetylcholine (Ach) receptorの応答の変化]。我々は昨年度、「青年期における低濃度トルエン長期暴露(12週間暴露)は、DRL12secの時間どり行動の習得過程において、暴露群(100ppm、400ppm、1000ppm)の習得が対照群に比較して有意に早かったが、最終的到達度は、老齢期暴露の場合とは異なり4群間に差は無かった」という結果を報告した(Jpn.J.Ind.Health vol・36,supppl.(1994)、P.S414)。今年度は、青年期のラットの海馬Achり動神経系についてin vivo brain microdialysisにより検討した。Fischer系雄ラットを昨年の学習実験と同一条件(給餌条件、暴露開始年齢、暴露条件)で飼育。生後45カ月齢から1日4時間、週6日、12週間暴露(0 ppm 100ppm,1000ppmの3群、各群n=7)。暴露打ち切り後4週目、プローブを挿入した24時間後の明期にダイアリシスした。ベースラインが安定後にScopolamineを投与(0.2mg/ml/Kg,ip)して,AChとCholineの細胞外濃度を15分毎に定量、同時にAutomexを使用して行動量を測定した。その結果、暴露打ち切り後4週間後の若齢(青年期)ラットの海馬のMuscarinic Ach receptorには低濃度トルエン長期暴露の慢性的影響は無いことが示唆された。老齢期暴露の場合には、100ppm暴露であってもMuscarinic Ach receptorに慢性的影響があることが示唆されたことから、比較的低濃度のトルエン長期暴露による慢性的中枢神経障害の発現には、暴露された時期の年齢要因が関係することが明かとなった。
単量体CRPの検出及び単量体CRP制御による新規抗炎症剤の開発

自己免疫疾患にはステロイドや免疫抑制剤が用いられるが、これらの薬剤は非特異的に免疫系を制御するため、治療が奏効しても有害事象が発生する症例が多く存在する。このため、これまでの方法とは全く異なる経路をターゲットとした治療法の開発が望まれる。本研究ではC reactive protein(CRP)制御による新規治療法の開発を目標とする。新規の疾患制御薬の開発だけでなく、有害事象の発生を最小限にできる可能性がある。
細胞間相互作用に果たすプリン受容体の役割

培養マウス乳腺分泌上皮細胞を機械的に刺激すると、液性因子(ATP,UTP,UDP)が放出されそれが周りの細胞のP_<2U>型プリン受容体を活性化することによるCa^<2+>波が観測される。この機械的刺激によって誘発されるCa^<2+>波は、生体内では腺胞を取り囲む筋上皮細胞の収縮がトリガーとなって起こると考えられる。それを証明するため、筋上皮細胞を含んだ培養乳腺細胞系を確立した。Ca^<2+>蛍光色素としてindo-1を負荷し共焦点顕微鏡によって蛍光像とノマルスキー像同時に観測した。オキシトシン投与によりコロニー中の筋上皮細胞がます反応し収縮がみられた。そして少し遅れて分泌上皮細胞で波のように広がるCa^<2+>上昇が数ヶ所で観測された。これが分泌上皮細胞であることは乳脂肪滴を持っているなど形態的にも推測されたが、P_<2U>受容体によってUTPに反応すること、P_2受容体の阻害剤であるスラミンがCa^<2+>波のみを抑制することによって確かめられた。すなわち筋上皮細胞の収縮が分泌上皮細胞への機械的刺激となってCa^<2+>波が発生することが明らかにされた。さらに興味深いことは、筋上皮細胞がATPに反応する事を見いだしたことである。単離した筋上皮細胞で調べた結果、ATPとADPは同等に反応しUTPとUDPはともに反応性は低いことから、P_Y型のプリン受容体の存在が示唆された。このことは既知のP_Y受容体の遺伝子配列を用いたRT-PCRによって確認された。また実際Ca^<2+>波が筋上皮細胞の収縮を引き起こすことは微小ガラスピペットを用いた機械的刺激によって発生させたCa^<2+>波によって筋上皮細胞が反応し収縮することによって確かめられた。以上の結果、乳腺腺胞において分泌上皮と筋上皮細胞が機械的刺激とヌクレオチド拡散によるCa^<2+>波を介して相互作用しているという新しい細胞間情報伝達系の存在が見いだされた。そしてプリン受容体がその情報伝達系のかなめとして働いていることが明らかにされた。