hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞質因子検出 RNA 回路による細胞分画法の開発

細胞療法など生きた細胞の利用のためには、培養した細胞から目的とする特定の細胞のみを分画する必要がある。しかし生細胞を分画する既存の方法は細胞の表面抗原の有無に依存している。本研究課題では、細胞内部のマーカー因子によって発現制御される外来の遺伝子を設計して導入することにより、細胞内部の情報に基づいて生細胞の分画技術の開発に取り組んだ。特に医療分野での応用を目指し、対象細胞のゲノムDNA損傷を避けるため、mRNA分子を細胞に直接導入することとした。本課題で開発した手法により、2倍程度の小さなマイクロRNA活性の差に基づいて細胞を分画することに成功した。特定の細胞を分画する場合、従来は細胞表面の情報の違いを抗体分子を用いて検出していた。一方、本研究課題では細胞質因子として機能性RNA分子のひとつであるマイクロRNAに注目して、対象の細胞ごとに異なるマイクロRNAの生理活性に基づいて細胞を高精度に識別し、細胞を生きたまま分画する技術の開発に成功した。特に、本研究課題で新たに開発した技術を用いると、2種類の細胞株間にあるマイクロRNA活性の2倍以下程度のごく小さな違いに基づいて細胞を識別できることを発見した。また細胞外刺激による細胞分化にともなって変化するマイクロRNA活性を指標にして、同一の細胞株の細胞質因子の変化を識別、分画が可能であることを示した。さらに、精密にマイクロRNA活性を測定可能な本手法の特徴を応用して、2種類のマイクロRNA機能の相関関係を探索する手法へと発展させている。これらの研究成果を国内学会や国際的なシンポジウムで発表したほか、主要特許1件と関連特許1件として特許申請をおこなった。特に、国際的なシンポジウムで発表した際には優秀な研究発表として表彰されるなど、本研究の成果は国際的にも高い評価を得ている。申請者らは、細胞内の情報としてマイクロRNAの活性を基準として、その活性の微小な差に基づいて細胞を分画する技術を開発してきた。本年度はiPS細胞とiPS細胞から分化させた心筋細胞とを分画することに注目した研究を共同で実施し、その成果をまとめた研究論文が受理された。本研究課題の成果は、再生医療など細胞を生きたまま分離することを必要とする分野で特に有用であることが示された。また細胞に導入したmRNAが細胞内の情報を検知するだけでなく、その情報に応じてmRNAからの翻訳を制御するRNA結合タンパク質を発現することにより、合成mRNAを細胞に導入しても成立する遺伝子回路を構築することにも成功している。この成果は、米国の研究グループとの共同研究の一部として、RNA結合タンパク質とRNA分子に着目し、その細胞導入によって転写制御と同様の機能性をもつ遺伝子回路を達成した先駆的な研究論文として世界的にきわめて評価の高い論文誌に受理されるに至った。さらに、本年度の研究の進展により、1つのmRNA上でRNA回路を実行する技術の開発にも成功した。これまでの研究で開発してきた技術は1種類のマイクロRNA活性を1種類のmRNAで検出しており、情報とプローブは1対1に対応していた。外部から導入された合成mRNAによって検出される細胞内のマイクロRNAの活性を数理モデル化することにより、細胞内の複数のマイクロRNA活性情報を線形計算によって1つの信号に変換するRNA回路を、ひとつのmRNA上で実行できることを発見した。これにより個々の細胞の内部にある少数のマイクロRNA情報でなく、多数のマイクロRNA情報のプロファイルに基づいた細胞分画が可能となり、目的とする細胞をより精密、より高効率に生きたまま分画することが可能となった。本研究課題では、細胞の医療応用のために目的とする細胞を細胞内の情報に基づいて分離・精製するための新規手法の開発に取り組んだ。特に、人工的な遺伝子を細胞に導入しながら、対象の細胞が保持するゲノムDNAに対する悪影響を可能な限り排除するため、試験管内で人工的に合成したmRNAを細胞導入することとした。合成mRNAを細胞にリポフェクション法で導入した場合、個々の細胞で発現した導入遺伝子量はおおむね100倍程度のばらつきを示した。しかし、2種類の遺伝子を導入した場合には、個々の細胞で発現した2種類の遺伝子量は極めて高い相関を示すことを発見した。これら2種類の遺伝子量の比を指標とすると、遺伝子導入された細胞集団を2-4倍程度のばらつきで検出できた。これらの発見に基づいて、導入した2種類の遺伝子がmRNAからタンパク質へと合成される段階を、細胞内のマイクロRNA活性に従って細胞特異的に調節させることによって、2倍以下のマイクロRNA活性差の違いに基づいて細胞を分画する手法を開発した。本研究課題で開発された手法により、細胞内部にあるわずかな生理活性の違いを指標にして目的とする細胞を生きた状態のまま分取することが可能になった。この手法は、iPS細胞などの未分化状態の細胞を人工的に分化させて使用する再生医療分野をはじめとして、細胞を生きたまま応用する幅広い分野の進展に対して、高純度の細胞を調製するための基盤的技術として貢献すると期待できる。

本課題で開発した手法により、2倍程度の小さなマイクロRNA活性の差に基づいて細胞を分画することに成功した。本研究課題の研究成果の一部は、他の研究グループとの共同研究の結果、国際的に評価の高いトップジャーナルに2報の研究論文として受理されるに至った。さらに、当初は複数のmRNAを用いてRNA回路を構築することを目指した本計画の期待を超えて、1分子のmRNA上でも数理計算を実行できる回路の設計にも成功している。これらのことから、本研究課題は当初の研究計画以上に進展したと判断した。3件ともに前所属の京都大学iPS細胞研究所が作成したもの。分子生物学,合成生物学, RNA医工学これまでに当初の研究計画以上に研究開発が進展し、本研究課題で目的としていた技術開発の基本原理は完成している。今後は未発表の研究成果を公表するために、これまでの研究成果の再確認を行うとともに、様々な方向からその妥当性を検証することを重視する。まず第一に微小な差に基づいて細胞を分画する基盤技術の開発について研究成果を論文として公表することを急ぐ。次いで細胞内の複数のマイクロRNA活性に対して線形計算を実行して検出するmRNAの設計原理の発見についても研究成果を論文として公表することを目指す。当初の研究計画を上回り、遺伝子回路を構築しなくても高い精度の細胞分画が可能であることを発見した。この発見に注目して研究を進めた結果、新規の細胞分画法として2件の特許を申請するに至った。さらに国際的なシンポジウムで発表した際に優秀な発表として表彰されるなど、既に国際的にも高い評価を得ている。これらのことから、細胞分画法の開発という観点からは当初の計画以上に進展している。一方で、遺伝子回路を構築するための理論的アプローチについては、基本的な実験系を立ち上げた段階に留まっている。前述の通り、本年度は遺伝子回路を必要としない細胞分画法の確立に注力したため、その後の数理的な解析はやや遅れている。両者を総合的に判断しても、研究課題は当初の計画以上に進展していると言える。本研究計画は当初の期待以上に進展したため、本年度は本研究課題の研究成果を論文発表することに大きな労力を充てることとなった。論文発表には、新しい研究を展開することよりも、それまでに得られた研究成果の再確認が重視されるため、新しい研究材料の購入費用が比較的に低く抑えられる結果となった。また本年度の途中で申請者は京都大学から東京大学に異動となった。異動に際して研究活動をごく一次的に停滞させざるをえなかったこと、また新しい研究環境への対応に時間を要したことも次年度使用額が生じた理由の一部としてあげられる。これまでの研究によって遺伝子回路を必要とせずに高精度に細胞を分画する新規技術の開発に成功している。この新規技術を発展させ、より一層の細胞識別、分離能を実現するためには遺伝子回路を構築する必要があると考えられる。今後は遺伝子回路の構築と、その基盤となる理論的アプローチの開発に重点を置いて研究を進める。
電磁誘導透過による複素屈折率制御プラズマフォトニックデバイスの可能性

本研究の目標は、電磁誘導透過(EIT)を利用してプラズマの複素屈折率を制御することである。電磁誘導透過により期待される高密度プラズマの新機能の可能性を探求するために、理論的・数値計算的なアプローチを行った。[理論解析]昨年度開発した数値計算コードを利用して、電磁誘導透過によるプラズマの複素屈折率変化を評価し、超臨界密度からテラヘルツ波を発生させる条件の1つを明らかにした。従来、高密度プラズマ中のイオン波による電磁波は観測されないが、電磁誘導透過を利用することで高密度プラズマ中のイオン波を測定できる可能性を明らかにした。[実験]超高強度極短パルスレーザー生成高密度プラズマの電磁誘導透過によるパルステラヘルツ波診断を目的に、2種類のテラヘルツシングルショット時間波形計測器の開発を行った。電気光学サンプル法を利用しテラヘルツの時間波形変化を参照光との2次相関で測定する計測器を製作し、その性能評価を行った。また測定した時間波形をフーリエ変換することでスペクトルを評価する手法を確立した。さらに階段状のエシャロン板で時間変化をもったビームレットを作りこれを電気光学素子上にレンズでフーリエ変換したパルス列とテラヘルツ波を合わせさらにレンズでフーリエ逆変換する新手法を開発した。これらを利用して高密度プラズマからのテラヘルツ波時間波形をシングルショットで測定することを試みた。電磁誘導透過により期待される様々な状態、機能の可能性を探求するために、理論的・数値計算的なアプローチを行う。電磁誘導透過により従来観測できなかった高密度プラズマからのテラヘルツ波発生に関する研究に特化した実験を行う。本年度は以下の成果を得た。[理論解析]プラズマ中での電磁誘導透過(励起光、ストークス光、プラズマ波)に関する分散式からそれぞれの光の伝搬を数値計算した。実験との比較を行うために、励起光のスペクトル波形、パルス波形、プラズマの不均一性、などを考慮した数値計算コードを作成した。これをもとに、励起強度、プラズマ密度とその分布などのパラメーターにより、プラズマの複素屈折率を評価し実験条件を明らかにした。これらの結果を論文化できる段階まできた。[実験]電磁誘導透過によるテラヘルツ波計測を行うため、テラヘルツシングルショットスペクトル計測器の開発を行った。本計測器では電磁波を計測するために電気光学効果と呼ばれる現象を利用した。検出したいテラヘルツ電磁波とそのテラヘルツ電磁波のパルス幅に対し,十分パルス幅の長いチャープパルスを電気光学結晶にみ射し、相関を測定することでテラヘルツ電磁波のパルス波形を測定しフーリエ変換によりスペクトルを求めるシステムを構築した。以上、理論解析と計測器開発により次年度以降、本計測器を用いた実験を行う準備が整った。
1,4-Benzodiazepine類の短段階合成

aryl又vinyl halideと低原子価の金属から合成されるaryl又はvinylmetal錯体に対するCO挿入反応によるラクタム,ラクトン類の合成は既に我々によって報告されているが、本反応を利用しbenzodiazepine類が容易に合成出来る事を見出した。即ち0-ハロアニリン誘導体とアミノ酸誘導体をCO気流下でPdを触媒とし反応させると、一段階でbenzodiazepine骨格が合成される。本合成法はScheme1に示される如く二つのルートによって開発された。この時アミノ酸としてプロリンを用いるとpyrrolo-1,4-benzodiazepine誘導体が容易に得られる。天然にはpyrrolo-1,4-benzodiazepine骨格を有する一群の抗生物質が知られているが、それらの多くは抗腫瘍性活性を有する事から注目を集めている。既に我々はanthramycinの形式合成SEN-215の合成に付き報告しているが、本研究に於て、Tomaymycin Neothramycinの全合成に成功した。又その過程で、従来その構造の決定されていなかった。Prothracarcin,SEN-215の構造を合成的に決定した。更にNeothamycinの全合成の過程で、新しいquinazoline骨格の合成法を見出し、天然物であるvasicinone,rutecarpineの合成へと応用する事が出来た。
〓康の<論>における「言語」の研究

前年度に引き続き、〓康の残した<論>の訳注作りを行った。今年度は、「宅無吉凶摂生論(宅に吉凶無し摂生論)」を中心として、当時の予言思想や家相占いの情況、とくにこの頃から始まったとみられる「風水思想」と〓康との関係を研究した。結果的には、〓康の思想がいわゆる合理主義的な常識論とは異なり、理性で判断し知覚することのできない領域を残さなければならぬ、と考えていあこと、また、予言に託す人の心と「養生」とが、ある神秘的な要素を共有している点でつながっていること、などが分かった。ただし、訳注については、この論文の難解さが充分克服できず、軟没している。中国から出版された中国語訳も手に入ったが、細かい部分で読み方の間違いやあいまいなところが多すぎてあまり参考にならず、訳注はいまだ完成するには至っていない。論文として、〓康の言語の特質を堀り下げることを目的としているこの研究は、いましばらく継続させなければならない。その際の着眼点は、あくまでも〓康のロジック、概念の新しい組みかえ、戦略としての論争などという「言語」ゲームに据えられなければならない。今後の課題の大きさを痛感している。なお、言語思想一般については、多くの言語哲学的著作と研究者に触れ、問題の所在がますます明らかになった。語用論(プラグマティズム)と意味論(セマンティックス)との接点を求めることが、〓康のような現実的立場にアクチュアルに生きようとした思想家のことを考える際には必要であることが分かった。意味論研究としては、戦国時代の名家(めいか)や道家思想とのつながりを考える必要がある。また語用論的観点に、新しく中国古代哲学を考えるひとつのポイントになって来よう。いずれにせよ、研究の深化、拡がりに、この知見は大いに生かすことができると確信する。〓康の残した<論>の精確な解読とディスクールのもつ新しさ、認識の発見を読み取ろうとするこの研究では、ひとつには各論のテキストに忠実な訳稿を作ること、注をつけて、その論の意味をたしかめることが前提となる。本年度は、養生論論争音楽論をめぐっての論を中心に、その作業を行い、訳稿とパソコン入力した。注がまだ完成していないので、来年度に残すことになる。これで、<宅無吉凶摂生論>をのぞき、おおむね〓康の論の訳稿は完成する。今年の成果のもうひとつは、上記の養生論と音楽論を、神秘思想とのつながりで論した<〓康における「超越」と「神秘」-養生論、音楽論をめぐって>という論稿を作ったことである。この論稿では、超越でも神秘でもなく、かといって単なる形式論理ともいいきれない〓康の言説のもつ「新らしさ」、その思想の生動を指摘した。来年度は、さらにこの観点を広げてみてゆくことを考えるほか、言語哲学についてのいっそうの解明を期すことにする。前年度に引き続き〓康の残した<論>の訳注作りを行った。今年度のテーマは、「宅無吉凶摂生論」を中心として、当時の予言思想や家相占いの情況、特にこの時代ころから始まったと見られる「風水思想」と〓康の思想との関係を講究した。訳注については、この論文の難解さがなかなか克服できず、難渋した。中国から最近出版された中国語現代語訳が手に入ったが、細かい部分で読み方の間違いが多すぎて参考にならず、いまだ完成には至っていない。〓康が、予言や占いといった「非合理的」なものを、どのような意図と論理で記したのか。〓

康思想の全体像との比較を丁寧にあとづける作業とともに、今後の課題として残った。なお、言語思想については、多くの言語哲学的著作と研究者に触れ、問題の所在がますます明らかになった。また、〓康の「釈私論」について、そのユニークな公私論を、雑誌『宝積』5号(1994年7月)に発表した。
穂の光合成を通じたコムギの干ばつ抵抗性の改善

本研究では,携帯型CO2ガス交換測定チャンバーを新たに作成して,遮光実験ではなく,圃場において穂のCO2収支を測定する.これにより穂の光合成を直接測定して,i)干ばつ条件下において光を受けている穂の光合成が,潅水した通常栽培環境と比べてどの程度低下するのか?そして,ii)その低下程度にはコムギ系統間で差異が認められるのか?について調査する.コムギの穂での光合成を直接測定することにより,干ばつ環境下においても,穂の光合成を高く維持できるコムギ系統を新規に特定できる.そして,本研究より得られる新知見や新しい有望なコムギ遺伝資源は,今後のコムギの干ばつ抵抗性改善育種への利用が期待できる.本研究では,携帯型CO2ガス交換測定チャンバーを新たに作成して,遮光実験ではなく,圃場において穂のCO2収支を測定する.これにより穂の光合成を直接測定して,i)干ばつ条件下において光を受けている穂の光合成が,潅水した通常栽培環境と比べてどの程度低下するのか?そして,ii)その低下程度にはコムギ系統間で差異が認められるのか?について調査する.コムギの穂での光合成を直接測定することにより,干ばつ環境下においても,穂の光合成を高く維持できるコムギ系統を新規に特定できる.そして,本研究より得られる新知見や新しい有望なコムギ遺伝資源は,今後のコムギの干ばつ抵抗性改善育種への利用が期待できる.
骨髄腫細胞に発現するアポトーシス関連リン酸化蛋白質のクローニング

本研究の目的は、骨髄腫細胞株に見られるspontaneous apoptosisの機序とその制御機構を明らかにすることであった。CHX作用後の細胞内アポトーシス関連物質、特にBcl-2familyの発現を検討したところ、Bcl-2またはBcl-XLのアポトーシス抑制物質とBcl-XSまたはBAXのアポトーシス促進物質のバランスの不均衡がspontaneous apoptosis、CHX-apoptosisを制御していることを見出した。すなわち、Bcl-2,Bcl-XLの発現が強く、Bax,Bcl-Xsの発現が弱い細胞株はアポトーシスをおこしにくい。さらに、CHXによりBaxの発現が増強することも見出した。CHXによるBaxの発現増強は今まで報告がなく、BaxがいわゆるCHXによるsuperinductionといわれるparadoxicalな発現制御を受けるタンパク質の一つであることが示された。そこで、この関係が実際に患者サンプルでも観察されるかどうかを検討した。その結果、Bcl-2familyの発現は症例ごとにさまざまに制御されていることが判明した。すなわち、spontaneous apoptosisをきたしやすい、いわゆる劇症型骨髄腫といわれる症例では、細胞株と同じくBcl-2(-)、Bax(+)のパターンを示した。病像との関連では、病期が進むとBcl-XLの発現が増強する傾向が見られ、また、髄外浸潤例にもBc1-XLの発現が多く見られた。化学療法の前後では、Bcl-2、Bcl-XLの発現は変化せず、薬剤耐性化に直接関わる証拠は得られなかった。以上より、骨髄腫細胞のspontaneousapoptosisにはBcl-2familyの発現が深く関わることが示唆された。骨髄腫細胞の自然に起こるアポトーシスと、蛋白合成阻害剤であるCyc1oheximideが誘導するアポトーシスとに相関があることを見出し、そのメカニズムを解明するために、アポトーシス関連蚤白の発現を検討した。骨髄腫細胞株6種(RPMI8226,KHM-11,KHM-1A,KHM-1B,KMS-12-BM,KMS-12-PE)を用い、ウェスタンブロットでBcl-2 family of proteins(Bcl-2,Bcl-XL,Bcl-Xs,Bax)の発現を調べた。もっともCHXに感受性の高い細胞株であるKHM-11はBcl-2を発現しておらず、Baxを強く発現していた。一方、もっとも感受性の低い細胞株KMS12-BMはBcl-2を高発現しており、Baxは発現していなかった。両者の中間段階の細胞株はBcl-2を中程度に発現しており、Bcl-Xsを発現しているものもあった。以上のことから、骨髄腫細胞の自然に起こるアポトーシスとCHXによるアポトーシスはBcl-2とBaxの比によって決定される傾向が示された。さらに興味深いことに、CHX処理によりKHM-11ではBaxの発現が増強するとともにBcl-2の発現が減弱し、もともとBaxを発現していない細胞株KMS-12-BMではCHX処理によりBaxが誘導される現象が観察され、BaxがCHXによってsuper-inductionされる遺伝子群の一つである可能性が示され、Baxが骨髄種細胞のアポトーシスに果たす役割の重要性が示された。
低分子骨代謝調節物質のin vivo及びin vitro効果の解析

申請者らは、臨床応用可能な骨吸収抑制剤を得る目的で、破骨細胞の分化及び機能発現過程に作用する活性物質を天然物から探索してきた。これまでにデストラキシン、レベロマイシンA(RMA)、(-)-Epigallocatechin-3-gallate(EGCG)に骨吸収を抑制する活性があることを見出した。今回これらの化合物についてin vitro及びin vivoにおける作用機構の解析を行なった。デストラキシンは破骨細胞の分化や生存に影響を与えず破骨細胞による骨吸収を抑制した。デストラキシンは可逆的に活性化破骨細胞の形態変化を誘導した。電子顕微鏡の解析から、デストラキシン処理破骨細胞には波状縁や明帯が観察されないことが示された。以上の結果から、デストラキシンによる骨吸収抑制効果は活性化破骨細胞の形態的変化に由来すると考えられる。RMAは成熟破骨細胞に細胞死を誘導することにより骨吸収を抑えた。RMAの細胞死誘導は、ミトコンドリアから細胞質へのチトクロームcの放出、caspaseの活性化及びDNAの断片化が伴っていた。RMAの細胞死誘導はアクチンリングや骨吸収機能を有する破骨細胞に選択的であった。RMAの細胞死誘導効果は、破骨細胞膜周辺の酸性化を阻害するV-ATPase阻害剤、コンカナマイシンBによって阻害された。RMAは甲状腺・副甲状腺摘出ラットにおけるPTHによる血中カルシウムの増加を著しく阻害した。これらの結果から、活性化破骨細胞におけるレベロマイシンAの特異性は破骨細胞がつくる酸性環境によりRMAの細胞内透過性が上昇したことによると考えられる。従って、RMAは、活性化破骨細胞に特異的に作用する新しい骨吸収抑制剤として応用が期待される。EGCGは、フェントン反応の結果生じるヒドロキシラジカルにより、選択的に活性化破骨細胞の細胞死を誘導し、骨吸収を抑制した。お茶の主要成分の一つであるEGCGは過剰な破骨細胞の活性化による骨粗鬆症の発症を予防する目的で応用が期待される。申請者らは破骨細胞の分化、融合、生存、機能発現に関わるシグナル伝達機構を解明するためのツールとしてだけではなく臨床応用が可能な骨吸収抑制剤を得る目的で、破骨細胞の分化及び前単核破骨細胞の融合成熟、機能発現過程に作用する活性物質を微生物代謝産物中から探索してきた。これまでにデストラキシン、レベロマイシンを見出し、その作用機構を解析した結果、デストラキシンが破骨細胞における細胞骨格維持に関わるシグナルに作用するの対し、レベロマイシンは生存に関わるシグナルに作用することが示唆された。そこで、本研究では両化合物の標的分子の同定を含めて作用機構を解析するとともに、骨吸収促進疾患モデルにおける骨吸収抑制効果を調べることにした。破骨細胞は、骨吸収機能を発現するためには活性化される必要がある。この活性化過程では、アクチンリングの形成や骨吸収面の酸性環境形成が必須である。この酸性化を特異的に阻害するコンカナマイシンで破骨細胞を前処理し、レベロマイシンの効果を検討した。その結果、レベロマイシンのアポトーシス誘導効果は認められなかった。さらに、アクチンリングの破壊を誘導するカルシトニンやデストラキシンで前処理した破骨細胞にもレベロマイシンの効果は観察されなかった。この結果からレベロマイシンの効果発現は活性化破骨細胞の有するリング状の形態や酸性環境が重要であることが明らかとなった。また、TPTX(甲状腺、副甲状腺摘出)

ラットでは副甲状腺ホルモン投与によって骨吸収促進が促進され、血カルシウム濃度の上昇が誘導されるが、レベロマイシン(静脈)投与は血カルシウム濃度の上昇を完全に抑制した。以上レベロマイシンは、活性化破骨細胞に対する選択的な効果および動物実験における血中カルシウムの上昇抑制効果を示すことから、骨吸収抑制剤として臨床応用の可能性を含めて、さらに検討する必要があると考えられる。デストラキシンの作用機構解析については、標的分子を探索するために生産菌の培養による放射能標識デストラキシンの調製が進行中である。骨粗鬆症は、骨吸収を担う破骨細胞の数及び骨髄における脂肪組織の顕著な増加を伴う病理学的特徴を示す。申請者らは、臨床応用可能な骨吸収抑制剤を得る目的で、破骨細胞の分化及び成熟破骨細胞の機能発現過程に作用する活性物質を微生物代謝産物中から探索してきた。これまでにメバスタチン(コンパクチン)、デストラキシン、レベロマイシンを見出し、その作用機構の解析を行なってきた。本年度は、破骨細胞の初期分化を阻害するメバスタチンの作用機構を検討した。骨髄細胞培養において、メバスタチンは破骨細胞分化誘導因子の作用を阻害することにより、単核破骨細胞の形成を阻害した。ゲラニルゲラニル化阻害剤(GGTI)は、ラミンのゲラニルゲラニル化を阻害する濃度で、骨髄細胞から単核破骨細胞の形成を阻害したが、ファルネシバル化阻害剤(FTI)は単核破骨細胞の形成を阻害しなかった。GGTI処理骨髄細胞は突起を有しない丸い形態を示し、メバスタチン処理細胞とほぼ同じ形態であった。以上の結果からは、破骨細胞の初期分化に低分子G・蛋白質のゲラニルゲラニル化が重要であり、この過程が破骨細胞の分化調節の標的となりうることを示唆しており、骨吸収抑制剤の開発に重要なヒントを提供すると思われる。また、骨粗鬆症の病理学的特徴で骨形成能低下の原因である骨髄中脂肪組織の増加機構を解明し、さらに脂肪組織の増加を改善する低分子化合物を探索するために、骨髄由来のストローマ細胞株からインシュリンによる脂肪細胞への分化実験系を構築した。この脂肪細胞形成系は、ビタミンD3、retinoic acid、TGF βにより阻害され、脂肪細胞の分化を阻害する新規物質の探索に有効であると思われる。
ヒト巨核芽球細胞株(MEG-01)から血小板様粒子の産生増強とその同定

血小板の産生機序,産生調節機序の遅れは,研究試料となる巨核球の不足によるところが多く,申請者は巨核球系のin vitro分化モデル系の確立をMEG-01と亜株MEG-01s細胞株を用いて検討し,次のような研究成果を得ている。MEG-01とMEG-01s細胞から遊離される血小板様粒子の産生量の増強を種々の分化誘導物質で試みた結果,DNA合成を阻害する物質(アフィヂコリン,BudR,FudR,ヒドロウレア,mAMSA)が最もよい効果を示し,1050倍の増強を示した。遊離された粒子を分画し,粒子分画中の生細胞含有率をMTT法で測定すると,それらの約50%が代謝活性をもつことが示された.さらに同定は(1)サイズが35μm,(2)特徴的な細胞骨格,(3)血小板特異抗原(GPIIb/IIIa)の存在で決定した。血小板の生理活性を示すトロンビンによる形態変化,凝集活性は非常に低かったが,血小板活性化マーカーであるp-selectin(GMP-140or CD62)は,トロンビンによって20%の発現率の増強があり,血小板機能の1つである血小板内顆粒からの放出活性と類似の機能が認められた。MEG-01あとMEG-01s細胞の粒子形成と粒子の遊離機構を調べた。MEG-01とMEG-01s細胞は成熟巨核球で観察されている細胞質の長い突起であるproplateletに似た細長い突起を形成する。このことはMEG-01も巨核球の血小板産生と類似の機構で粒子を形成し,遊離していることが示唆された。これは巨核球系細胞株で細胞質突起の伸張と血小板様粒子形成を示したはじめての報告である。血小板の産生機序ならびに産生調節機序が明かにされていないのは巨核球の不足があげられる。この一つのアプローチは巨核球のモデル系としての巨核球細胞株の樹立である。申請者は8年前に巨核芽球細胞株(MEG-01)を樹立し、これが血小板様粒子を産生することを見つけた。しかし、産生量が非常に少なく、粒子の機能を調べることが難しい。そこで、本研究では分化誘導因子による粒子の産生増強を検討した。血小板様粒子としての同定は【.encircled1.】大きさが35mumであること、【.encircled2.】特徴的な細胞骨格(微小管)の存在、すなわち、微小管束が細胞の辺縁に輪状で存在すること、【.encircled3.】血小板特異抗原の糖タンパク質であるGPIIb/IIIaがあること、の3つの性質を持っていることで決めた。その結果つぎのことが明らかになった。他の細胞系の分化誘導に使われている物質、レチノイン酸、ジメチルスルホン酸、TPA,オカダ酸、シクロヘキサミンは粒子増強に何の効果も示さなかった。一方、DNA合成を阻害する物質、アフィデコリン,BudR、FudR、ヒドロウレア、mAMSAでMEG-OIS(MEG-01の亜株)を2日間培養すると、515倍の粒子の増大が観察された。そのうち、0.2mug/mlアフィデコリンで3日間培養することが最もよい効果を示した。

さらに、アフィデコリンによる血小板様粒子産生の増強はMEG-01のような巨核球系細胞株に特異的な現象で、培養株HL-60、線維芽細胞BALB/C3T3では観察されなかった。また、本研究で電子顕微鏡により、粒子の表面形態(走査電子顕微鏡観察)、微小管の局在(透過型電子顕微鏡の観察)で血小板と類似の構造が確認された。血小板の産生機序、産生調節機序の研究のおくれは、研究試料となる巨核球の不足によるところが多く、申請者は巨核球系のin vitro分化モデル系の確立をMEG-01細胞株を用いて検討してきた。平成5年度は、MEG-01細胞から遊離される血小板様粒子の産生量の増強を種々の分化誘導物質で試み、DNA合成を阻害する物質が最もよい効果を示した。本年度は遊離された粒子の機能を調べるために、MEG-01細胞から培養液に遊離される粒子を遠心により分画し、粒子密度の高い分画を調製した。分画された試料はMEG-01細胞の混入はなく、ほとんど直径24μmの球形、楕円体の粒子から成るが、円盤状、偽足をもった多角形のものも多少含まれた。粒子が生細胞かどうかはミトコンドリア内のみに存在する酸化還元酵素の染色によって確かめられた。血小板膜マーカーであるGPIIb/IIIa,GPIbの糖タンパク質をもち、さらに血小板のα-顆粒に存在するGMP-140タンパク質ももっていることが間接蛍光抗体法で示された。粒子が血小板の様な機能をもっているかどうかは、ADPやトロンビンによる粒子の活性化によって調べた。血小板は活性化すると、形態変化→粘着→放出→凝集の一連の反応をする。粒子のADP、トロンビンによる変化を走査電子顕微鏡で観察すると、偽足を出し、血小板のような形態変化をするものもあるが、それらは全体の1%にも満たなかった。血液凝固の基盤になる凝集も非常に少ないが、部分的には偽足をからませた粒子の大きな集まりが観察された。放出反応で、血小板内部にあるα-顆粒の膜タンパク質GMP-140が形質膜表面に出現するが、粒子でもADP、トロンビンによってGMP-140の出現の増強が蛍光染色で観察された。以上の結果から、MEG-01細胞は血小板と似た性質をもつ粒子を産生しうることが示唆された。血小板の産生機序,産生調節機序の遅れは,研究試料となる巨核球の不足によるところが多く,申請者は巨核球軽のin vitro分化モデル系の確立をMEG-01(亜株MEG-01s)細胞株を用いて検討してきた平成5年度は,MEG-01(MEG-01s)細胞から遊離される血小板様粒子の産生量の増強を種々の分化誘導物質で試みた結果,DNA合成を阻害する物質が最もよい効果を示し,1050倍の増強を示した。平成6年度は遊離された粒子を分画し,性質と機能をしらべた。粒子分画中の生細胞含有率をMTT法で測定すると,それらの約50%が代謝活性をもつことが示されたが,血小板の生理活性を示すトロンビンによる形態変化,凝集活性は非常に低かった。しかし,フローサイトメター測定による血小板活性化マーカーp-selectin(GMP-140 or CD62)の発現率は2030%もあり,血小板機能の1つである血小板内顆粒からの放出活性と類似の機能が認められた。平成7年度はMEG-01(MEG-01s)細胞の粒子形成と粒子の遊離機構を調べた。MEG-01(MEG-01s)細胞を長期培養すると,ふくらみ部分と細いくぼみ部分から成る長い突起を形成する。これは巨核球のproplatalet類似の形態で,抗チュブリン抗体を用いた蛍光染色では,突起のふくらみ部分は血小板にみられる特有のリング状微小管の細胞骨格構造が観察された。粒子分画の中にproplatelet様突起の断片状のものも観察されることから,MEG-01(MEG-01s)細胞は成熟巨核球で観察されているproplatelet突起による血小板産生と類似の機構で粒子を形成し,遊離していることが示唆された。
スーパートライボ軸受けを持つ小型フライホイールバッテリの可能性探究

小型フライホイールバッテリに必要な超低摩擦軸受けを実現する方策のひとつとして,既存軸受け材への超低摩耗・超低摩擦保護膜コーティングが考えられる。軟質から硬質まで異なる膜質を持つアモルファスカーボン(DLC)膜を形成する技術を確立し,用途に応じた膜質・特性の選択を可能にした。加えて,多結晶ダイヤモンド膜上にDLCを成膜したDLC/ダイヤモンド積層膜や,膜質の異なるDLC膜を積層した多層DLC膜を作製し,これら積層膜が,単層膜を超える高い耐摩擦摩耗性と低い相手材攻撃性を有することを明らかにした。好適なコーティング保護膜の選択により,軸受けのトライボ特性向上が見込まれる。蓄電デバイスとしてリチウムイオン電池などの化学電池が代表的であるが、回転エネルギーとして蓄積するフライホイールバッテリも考案されている。本研究では、家庭用やスマートグリッド用小型フライホイールバッテリの実現に向け、主要部品の一つである軸受に関し、超低摩擦摺動膜であるテトラヘドラルアモルファスカーボン(以下、ta-C)膜を用いたスーパートライボ軸受けの利用可能性を実験的および学術的に探ることを目的とした。本年度では、特に軸受けへのコーティングを目的としたta-Cコーティングと材料構造の検討について実験的に集中して取り組んだ。本研究では、T字状フィルタードアーク蒸着装置を用いることによって、ドロップレット(蒸発源から放出される微粒子)フリーな高品質ta-C膜を成膜した。ta-C膜は、成膜条件により膜質が大きく変化する。バイアス電圧等のプロセス制御により膜密度等が異なるta-C膜を作製し、膜の機械的特性変化を比較した。また、ta-Cコーティングでは、母材とta-C膜との間に中間層を形成する。本年度の研究成果により、中間層またはta-C膜の下地材を変化させることで、ta-Cコーティングによる機械的特性のさらなる向上が見出された。今後は、ta-Cコーティングによる機械的特性の向上、および軸受けへの成膜に適した中間層・下地材の検討・比較を実験的にさらに進める。加えて、中間層・下地材がコーティング膜特性に与える影響に対して、学術的な検討を行う予定である。蓄電デバイスとして回転エネルギーで蓄積するフライホイールバッテリなどが考案されている。これまでの研究により,母材/硬質中間層/ta-C膜の3層構造による著しい耐摩耗特性向上を見出した。本年度では,この3層構造を基本とし,軸受けに適した表面コーティング膜の検討を耐摩耗・摩擦試験から検討した。これまでは,非常に硬質なta-C膜を用いることで耐摩耗特性の向上を明らかにしてきたが,同時に相手材攻撃性の高さが問題となった。硬質中間層の凹凸形状が表面層であるta-C膜形状に反映され,膜表面の平坦性が失われていた。ta-Cに水素を含有したta-C:H膜を表面層とすることで,ta-C表面層より耐摩耗・摩擦試験時の相手攻撃性が緩和された。水素含有によりta-C膜が軟質化し,相手攻撃性の低減につながったと考えられる。また,著しい耐摩耗性の低下は見られず,硬質中間層を用いた特徴的な膜構造による膜全体の耐摩耗性向上が,表面層軟質化による耐摩耗性の低下を相殺したと考える。剛球の立ち上がり回転速さから摩擦特性の向上も明らかにした。本年度の研究により、ta-Cまたはta-C:Hを表面層とし硬質中間層を用いた3層構造が耐摩耗・摩擦特性を著しく向上させることが明らかとなり,相手攻撃性などのスーパートライボ軸受実現に必要なコーティング膜特性の改質・改善方法の方向性を見出すことができた。今後は、軸受けへの成膜にさらに適した表面層形成条件を探ることで,スーパートライボ軸受けの実現を可能とする表面コーティングを提案したい。前年に明らかにした耐摩耗コーティング構造を用いて,軸受けコーティングへの利用に適した材料の比較検討を行った。水素含有による軟質化ta-Cの表面層への適用により,実際の製品利用で重要なトライボ特性のひとつである相手攻撃性の低減を明らかにした。また,硬質中間層を用いた耐摩耗コーティング構造により,表面層軟質化によるコーティング膜全体の耐摩耗性の低下を抑制した。より実利用に近いコーティング膜の探求を行い,本研究課題の目指すスーパートライボ軸受実現のための薄膜コーティング法の確立の方向性を明らかにしつつある。蓄電デバイスとして回転エネルギーで蓄積するフライホイールバッテリも考案されている。本研究では、家庭用やスマートグリッド用小型フライホイールバッテリの実現に向け、主要部品の一つである軸受に関し、超低摩擦摺動膜であるテトラヘドラルアモルファスカーボン(以下、ta-C)膜を用いたスーパートライボ軸受けの利用可能性を探ることを目的とした。これまでの研究では,母材/硬質中間層/ta-C膜の3層構造による耐摩耗特性の向上に加え,表面膜をta-C膜からta-C:H膜とすることで,摩擦・摩耗時の相手材攻撃性の緩和を確認した。表面層となる薄膜には,その用途に応じた膜質を選択し用いることが求められる。

本年度では,軟質アモルファスカーボン膜からta-C膜までを同一装置により作り分ける方法を確立し,多用途なスーパートライボ軸受け実現に向けたコーティング薄膜の選択肢拡大を図った。さらに,高い耐摩耗性を持ちながら相手材攻撃性を緩和した高機能多層ta-Cコーティング膜を実現した。軸受表面として適したトライボ特性は,表面コーティング膜特性のみでなく,軸受相手材との相互作用によって多様に変化する。本年度の研究により、スーパートライボ軸受けの実現に近づく,ta-Cを含めた多様な摩擦摺動膜の作製方法を確立した。本研究成果は,好適な表面薄膜コーティングにより,軸受トライボ特性が向上する可能性があることを明らかにした。小型フライホイールバッテリに必要な超低摩擦軸受けを実現する方策のひとつとして,既存軸受け材への超低摩耗・超低摩擦保護膜コーティングが考えられる。軟質から硬質まで異なる膜質を持つアモルファスカーボン(DLC)膜を形成する技術を確立し,用途に応じた膜質・特性の選択を可能にした。加えて,多結晶ダイヤモンド膜上にDLCを成膜したDLC/ダイヤモンド積層膜や,膜質の異なるDLC膜を積層した多層DLC膜を作製し,これら積層膜が,単層膜を超える高い耐摩擦摩耗性と低い相手材攻撃性を有することを明らかにした。好適なコーティング保護膜の選択により,軸受けのトライボ特性向上が見込まれる。軸受けへの成膜に向けたta-C成膜条件と材料構造に関する最適化を進めた。T字状フィルタードアーク蒸着装置を用いて、各種母材へta-Cコーティングを試みた。ta-Cコーティングにおいて、母材との密着性は大きな課題であり、密着性向上にはta-C膜の成膜条件とともに中間層またはta-C下地材の検討を行う必要があった。本年度の研究により、軸受けへの成膜にも適用可能なta-C成膜条件を見出した。さらに、中間層・下地材の比較・検討により、中間層・下地材が膜の密着性のみならず、膜コーティング全体の機械的特性に大きな影響を与えることを確認した。特に耐摩耗性・摺動性に対し、特性の向上が見られた。コーティング膜の機械的強度は、軸受けの保護膜として特に重要な特性であり、本申請時に期待していた以上の成果である。ta-Cコーティングした軸受けに対する諸特性評価を行うための試験機試作に向けた検討・設計を行った。従来の摩擦・摩耗試験に用いられるピンオンディスク型試験機へ軸受けを形成することで、ta-Cコーティングした軸受けの性能評価を行う。母材とta-C表面膜との間に硬質中間層を用いた3層構造が,軸受に必要なトライボ特性を著しく向上させることが明らかになった。次年度も引き続き軸受コーティングに適した成膜条件等の検討を行っていく予定である。最終年度である次年度では,これまでに得られた研究成果をまとめ,本研究課題で提案したスーパートライボ軸受実現の可能性について明らかにする予定である。プラズマ応用工学/薄膜/ナノ材料合成・表面処理/再生可能エネルギー新たに中間層および下地材により、ta-Cコーティングの機械的特性向上が確認できたことから、次年度もさらに中間層・下地材の検討を行っていく予定である。特に機械的特性の向上が見込まれることから、ta-Cコーティングの軸受け適用時に期待される性能向上についてさらなる検討と実験的確認が必要である。また、中間層・下地材がコーティング膜特性に与える影響に対して、学術的知見を加える。
ウシ象牙芽細胞の分化と石灰化に影響する因子

培養開始後約12週間で1本の突起を有する細胞が数多く見いだされた。さらに20日前後にアルカリフォスファターゼ活性が上昇し、その後下降傾向を示し、それに伴いオステオカルシン産生量と基質中へのミネラルの蓄積が上昇した。一方、顕微鏡観察において46週後には鳥カゴ状のコロニーの形成が観察された。さらに89週迄には石灰化されたノジュール形成が確認された。この石灰化物を細断し、2.5%ギ酸中で24時間、脱灰可溶化した後、抽出された蛋白を透析、凍結乾燥した。この中に含まれるリン酸化物は陰イオン交換HPLCおよびSDS-PAGEで分析した結果、リン酸化されたフォスフォフォリンと考えられた。また培養条件下におけるこの細胞の細胞外カゼインキナーゼ活性ならびに細胞外5'ヌクレオチターゼ活性は、骨芽細胞と比較して明らかな高値を示した。細胞外での基質のリン酸化な培養後期(石灰化期)に亢進していた。現在、上記の培養系を用いて細胞外基質リン酸化と石灰化との間に因果関係がみられるか否かを検討中である。
攪拌型融雪雨量計に関する試験研究

本研究によって開発された撹拌型融雪雨量計は従来の溶液型融雪雨量計の溶液を低温・降雪時に撹拌することによって凍結を防ぎ、降雪の融解を促進させる機能を持たせた独創的なものである。また、太陽電池+バッテリ-仕様の観点からは太陽エネルギーを直接融雪に利用できるような機器の先駆的役割をなすものである。この試作機は従来の貯留式雨量計、ヒーター付き雨量計に比べれば、それぞれデータが短いインターバルで取れる点、AC100Vが供給できない場所(山地域や森林地帯)でも観測可能な点などが優れている。京都大学芦生演習林において、1995年から1997年にかけての二冬の野外長期稼動試験の結果、新撹拌型転倒マス雨量計と撹拌型貯留雨量計は約1000mmの期間総降水量、降雪強度50mm/日の降水も確実に記録し、撹拌型融雪雨量計の有効性が確かめられた。また、北海道演習林での野外試験によって、この試作機は暖地のみならず寒地の積雪地帯でも使用できる可能性が出てきた。現段階では撹拌器に市販のバスポンプが用いられているが、今後の課題として効率の良いモーターの選定(作成)及び太陽電池とバッテリ-の組み合わせの駆動電源装置システムの小型化・計量化が挙げられる。また、その実用化が図られれば、アメダスの観測所等などでも広く採用されるようになり、冬期の精度の良い降水量データが場所に制約されることなく得られる。冬期の降水量が正確に把握されれば、積雪地域おける降雪・融雪のメカニズムやその流域の流出特性の解明など、森林水文学の分野に大きく貢献することになる。それのみならず、冬期の降水量は夏期の渇水に大きく関与していると思われ、精度の高い降水量の見積と流出特性の把握は水資源という面にも有用なデータを提供することになる。平成7年度は撹拌型融雪雨量計の試作機の製作とその試験を行った。試作機の設計コンセプトは(1)無雪期の転倒マス型雨量計と同程度の精度がある、(2)日雨量を正確に把握できる、の2点とし、簡単な構造と無電源仕様でそれぞれの精度に適した2つのタイプの試作機を開発した。(1)については溶液型融雪雨量計をベースにし、撹拌器を備えたものを、(2)に対しては貯留式融雪雨量計(水位計を備えた装置)の試作機を1993年に行った予備実験(標高470m)のデータを基に製作した。まず、不凍液の種類や装置の構造などの検討を行った。低温室等で行ったテストの結果より、溶液の決定もかなり重要なポイントになることが判明し、(1)については3種類の溶液型雨量計を、(2)については水位計式貯留型雨量計を芦生演習林の事務所横の気象観測露場(標高360m)においてテストを行った。ヒーター付き雨量計、従来型不凍液、撹拌型不凍液、撹拌型ウィンドワッシャー液、水位計式貯留型の5種類の雨量計を併設して、長期間の稼働試験を行った。その結果、積算降水量が100mm程度を越えると従来型不凍液雨量計には表面に水の層ができて融雪能力が低下し、気温の低い日があれば、水の層は凍ってしまい、その後は観測不能となる。撹拌型雨量計では氷のかけらによって撹拌器が止まることがあったが、順調に観測を続けた。

水位計式もほぼ同様に稼働していた。しかし、ヒーター付き雨量計では、積算降水量がかなり少なくなった。これはヒーターの効果により、降雪の一部が蒸発或いは対流によって捕捉されないために生じたものと考えられる。また、降雪強度が30mm/日程度の雪までは上記の2つの撹拌型と水位計式は有効であったが、それ以上の降雪強度及び気温(溶液の温度)・溶液濃度に影響されることは明かで、溶液の量も含めて、今後これらの点を検討し、試験機に改良を加えていく必要がある。平成8年度は攪拌型融雪雨量計の改良型試作機製作とその試験を行った。前年度の稼働試験結果より、溶液のタイプ、量及び濃度が重要な要素となることが判明したので、溶液のテスト・検討を行った結果、溶液としてはメチルアルコールを、また蒸発防止のためにタービン油を使用すれば効果的であること、量については従来型(約4L)のおよそ3倍の容量をふまえて、試作機を作成した。稼働試験は昨年度の芦生演習林事務所横(標高360m)より標高の高い長治谷作業所前の気象観測露場(640m)に(新)撹拌型、(旧)撹拌型、水位計式撹拌貯留型、ヒーター付雨量計、従来型の5タイプの雨量計を併設して、長期観測を行っている。長治谷作業所は事務所に比べて積雪深はほぼ2倍、最大積雪深は平年で2m(1997年2月:210cm)と雨量計にとってはかなり厳しい条件になっている。現在も観測中であるため、全データの分析は春を待たなければならないが、1月、2月、3月にそれぞれ実施した集中観測では、(新)撹拌型、水位式撹拌貯留型は順調に稼働し、受水口の中に入った雪は全て融解され、降水量として記録されていた。ヒーター付雨量計については昨年度の観測結果で指摘した欠点の他、霰・雹などの融解に多くの熱量を必要とする降水に対しては、直ちには有効に働かず、霰・雹などが受水口のロ-ト部下端に集積することになり、それを徐々に解かして計測するために時間的なズレが生じることが確認された。今回、撹拌機は風呂ポンプを使用して、大容量の溶液撹拌にも対応できる対策を立てた。今年度の稼働試験によって、100V電源が常時使用可能な箇所での撹拌型融雪雨量計のシステムは一応確立すると考えられる。しかしながら、バッテリ-仕様のシステムに関しては、効率の良いモーターの選定(作成)と太陽電池との併設など今後の検討課題として残されている。平成9年度は攪拌型融雪雨量計の改良型試作機の試験結果の解析と報告書のとりまとめ、学会発表を行った。6月に稼働試験結果の解析と試作機の評価の検討会を開いた。水位式攪拌貯留型、新攪拌転倒マス型ともバスポンプを攪拌器としたことにより融雪能力がアップした。また、新攪拌型では溶液量13.5Lと旧型の約3倍にしたことも融雪能力のアップにつながっている。約1000mmの期間総降水量、降雪強度50mm/日の降水も確実に記録した。観測データは貯留型雨量計の値と比較してほぼ妥当な結果であった。集中観測時の降雪(霰)に対してヒーター付き雨量計では降雪記録に時間的な遅れが生じたが、本試作機では時間的な遅れは生じなかった。また北海道演習林での野外稼働試験の結果、本機は暖地のみならず寒地の積雪地帯でも降雪量の観測に有効であることが確かめられた。以上より、今回開発した攪拌型融雪雨量計は霰などの降水にも、低温にも有効であり、目的としていた攪拌型融雪雨量計とその観測システムは一応確立したと考えられる。これらの結果を1997年10月に酒田市で開催された日本雪氷学会全国大会で発表した。今後の課題としては、山間部の無電源地帯で実用化するための攪拌器の電源の小型化・軽量化と攪拌器の省電力化、すなわち効率の良いモーターの選定(作成)と太陽電池とバッテリ-の組み合わせなどが残されている。最後に、3年間の全ての稼働試験データをまとめて報告書を作成した。
ショウジョウバエ聴覚神経系の構造と機能の包括的な解明

本年度は、ショウジョウバエが音・重力・風の情報を検知するための感覚神経と脳中枢を解析し、ショウジョウバエの「耳」にあたる触角の付け根にある数種類の感覚神経(ジョンストン器官神経)が、触角の小さな振動に強く反応する細胞と、一定の方向への持続的な変位(角度の変化)に強く反応する細胞とに分類できることを発見した。細胞特異的に神経毒素を発現させてそれぞれの細胞群の神経伝達を特異的に遮断した個体群の行動を解析したところ、前者を遮断すると音に対する応答行動が、後者を遮断すると重力に対する応答行動が、それぞれ特異的に失われた。さらに、音を検知する神経と重力を検知する神経は脳内の別々の中枢に分かれて投射しており、これらの中枢の神経回路は、人間の脳の聴覚や重力感覚の中枢の回路とそれぞれよく似た構造になっていることを発見した。また、ショウジョウバエは強い風が来ると身構えて飛ばされないようにする習性がある。強い風は重力と同じように、触角の傾きを変化させる。このような風検知も、重力と同じ脳中枢で処理されていることを見出した。ショウジョウバエと人間は進化の過程で6億年以上前に分かれた、別々の枝のそれぞれ先端に位置している。このように進化的に遠く離れたショウジョウバエと人間において音や重力の情報処理回路が似ていることは、特定の種類の情報を処理するために最適な方法を求めてそれぞれが独自に進化した結果、同じような構造に行き着いた収斂進化の可能性を示している。
傾斜遠心顕微鏡を用いた血球の固体壁に対する付着特性の定量評価に関する研究

白血球の中で最も多数を占める好中球は,とくに細静脈において血管壁に付着し,転がりながら血液全体よりもゆっくりと移動することが知られている.また,血球径よりも細い毛細血管では,その低い変形能も加わって,血管を閉塞する場合がある.そのため,好中球の付着特性を明らかにすることは,微小循環における血流特性や,免疫反応における好中球の挙動解析に非常に重要である.そこで,傾斜遠心顕微鏡を用いて,種々の固体壁に対する付着特性を定量的に評価した.白血球の中で最も多数を占める好中球は,とくに細静脈において血管壁に付着し,転がりながら血液全体よりもゆっくりと移動することが知られている.また,血球径よりも細い毛細血管では,その低い変形能も加わって,血管を閉塞する場合がある.そのため,好中球の付着特性を明らかにすることは,微小循環における血流特性や,免疫反応における好中球の挙動解析に非常に重要である.そこで,傾斜遠心顕微鏡を用いて,種々の固体壁に対する付着特性を定量的に評価した.傾斜遠心顕微鏡を用いて,ガラス平板(以下,ガラス基板)およびMPCポリマーをコーティングしたガラス平板(以下,MPC基板)上におけるHL60細胞の挙動観察および付着率や平均移動速度の計測を行った.まず,個々のHL60の挙動を観察したところ,基板に垂直な軸に対して回転する運動が見られた.また,瞬間移動速度の時間変化より,HL60が移動と基板への付着を繰り返すstick-slip運動が見られた.ここで,MPCポリマーをコーティングすることにより,瞬間速度の変動は見られたが,基板への付着時間の割合が大幅に減少することが確認された.次に,血球の駆動力である遠心力の基板接線方向成分F_Tを変化させることにより,両基板ともに付着率が減少することが明らかになった.ただし,ガラス基板上ではF_Tの増加に対してなだらかに付着率が減少するのに対し,MPC基板上では急激に減少した.遠心力の基板垂直方向成分F_Nを増加させた場合,ガラス基板はF_Tの増加に対する付着率の減少の傾きは小さくなるが,MPC基板はほぼ変化が見られなかった.このことからMPCポリマーによる血球付着防止効果が確認された.最後に,HL60の平均移動速度Uから細胞と基板との間隔を見積もったところ,従来の研究において赤血球を用いて示された結果と同様に,Uの増加とともに基板から浮き上がることが示された.傾斜遠心顕微鏡を用いて,ガラス平板(以下,ガラス基板)およびMPCポリマーをコーティングしたガラス平板(以下,MPC基板)上におけるHL60細胞の挙動観察および付着率や平均移動速度の計測を行った.血球の駆動力である遠心力の基板接線方向成分F_Tを変化させた結果,付着率に関して,ガラス基板と比較してMPC基板の方が小さなF_Tで付着率の減少が見られた.これは,MPCポリマーの血球接着抑制効果の現れである.また,HL60細胞の移動速度計測において,傾斜遠心顕微鏡のロータの回転むら等に起因して連続画像の撮影位置がずれるために得られた速度データに誤差が含まれることが確認された.これまでは,基板にCrで十字線を描画し,その交点位置が常に画面内で一定となるように補正してきたが,HL60細胞のPTV計測のために全体的に画像を暗くする必要があり,十字線の認識が困難になる場合があった.そこで,特徴抽出でよく知られるHough変換によりこの十字線を抽出し,交点位置を取得する方法を考案した.その結果,CCDカメラの±1ピクセル以内でぶれを補正することに成功した.次に,ガラス平板に正常ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を培養し,この上におけるHL60細胞の挙動を観察した.このなかで,ガラス平板上にHUVECをコンフルエントになるまで培養し,HUVEC表面の凹凸がHL60細胞の挙動に与える影響を,個々の細胞に注目して観察した.その結果,核の存在するHUVECの中央を避けるようにHL60が移動することが確認された.細静脈において,赤血球が血管中央に凝集する(集軸効果)結果,白血球は血管壁の方に押し出されることが知られている.これが,白血球が血管壁上を転がるローリングの一因と考えられているが,赤血球により血管壁に押しつけられながら移動する白血球にとって,血管内皮表面の凹凸が挙動に影響を与えることが示唆された.