hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自閉症モデルマウスを用いた自他認識機構の基盤的研究

また、自閉症モデルマウスにおける脳内アミノ酸の網羅的解析により異常分子の候補が同定された。さらに安静状態におけるfMRIの解析から、一部の脳領域において神経連絡の強度が上昇していることが示唆された。以上の様に、研究計画はおおむね順調に進展している。当初の計画では自閉症モデルマウスにおける脳責任領域を確定し、細胞種までの同定を予定していたが、責任領域の確定には未だ至っていない。c-fos染色を全脳で行う際にいくつかのトラブルが出てきたことが大きな問題であるが、この問題自体はある程度想定されていた範囲である。この問題を解決するためのArc-dVenusトランスジェニックマウスと自閉症モデルマウスとの仔がなかなか採れず、サンプリングに想定外の時間がかかったことが大きな問題であるといえる。H25年度に得られた結果を詳細に解析する必要がある。異常脳領域候補に対してはRNA、タンパク質レベルでの解析を推進することで更なる異常分子の探索を行う。また、異常分子の候補として同定されたセリンの自閉症モデルマウス脳内における減少に着目して、この減少を防ぐことで自他認識機構が改善されるかを解明する。基本方針としては当初の予定通りに、まずは自閉症モデルマウスにおける社会性責任領域の同定を行った後、細胞種を同定する。その後は時間の問題から標的組織・細胞における遺伝子発現解析による異常分子の探索に焦点を合わせる。しかし、やはり免疫染色で全脳を解析するのは限界があるので、同時にArc-dVenusトランスジェニックマウスと自閉症モデルマウスとを掛け合わせての解析も平行して行うこととする。上記が完了後は分子的解析に移行することとする。昨年度は研究室の異動に伴い、実験時間に制約を受けた。これにより予定していた実験のいくつかが遂行不可能となったため、未使用額が生じた。未使用額については生化学的解析のための消耗品、実験動物としてマウス、また遺伝子発現解析のための試薬等が主として使用される。主としてマウスの費用、免疫染色の消耗品がかかる。また、分子的解析にはLCMの消耗品、またGene Chipの費用がかかると考えられる。
スピン回転結合によるスピン流とフォノンの相互変換の研究

昨年度までに、非磁性絶縁体や磁性絶縁体に温度勾配や電場を印加することでフォノン角運動量が生成されることを理論的に提案し見積もり、生成されたフォノン角運動量を剛体回転や磁化に変換することを提案した。本年度は、主に以下の2項目について研究を行った。第一に、温度勾配により誘起されるフォノン角運動量と電場により誘起されるフォノン角運動量の高温極限と低温極限での振る舞いについて考察した。温度勾配により誘起されるフォノン角運動量の応答テンソルは、高温極限では定数に収束し、低温極限では温度の3乗に比例することを示した。一方、電場により誘起されるフォノン角運動量は、高温極限では消失し、低温極限では零点振動が主要な寄与として残ることを確認した。第二に、電子スピンとフォノン角運動量の変換についてスピン回転結合を用いずに微視的な模型で研究を行った。フォノン角運動量は、結晶格子の各原子の局所的な微小回転運動を表し、系の全体的な回転運動と異なり、スピン回転結合を適用できるかは自明ではない。簡単な模型として、最近接強束縛模型を用いて、スピン軌道相互作用を持ち空間反転対称性の破れた蜂の巣格子に格子点の局所回転運動を加えた系について電子スピン期待値を計算した。断熱近似を用いて、格子点が局所回転運動する場合と単純振動する場合についてそれぞれスピン期待値を計算した。その結果、格子点の微視的な回転運動はスピン軌道相互作用を介して回転軸方向のスピン期待値を有限にすることが分かった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は主に以下の2項目について研究を行った。第一に、温度勾配によって誘起されるフォノン角運動量について具体的な物質におけるオーダーの見積もりと実験的観測方法の提案と観測量のオーダーを見積った。極性物質である窒化ガリウム(GaN)と螺旋構造をもつ物質であるテルル(Te)とセレン(Se)についてそれぞれ第一原理計算を用いてフォノン分散を計算した。第一原理計算で得られたフォノン分散を用いて、温度勾配を印加したときに誘起されるフォノン角運動量のオーダーをそれぞれの物質で見積もった。生成したフォノン角運動量を観測可能な剛体回転に変換した際の剛体回転の角速度のオーダーを見積もった。また、窒化ガリウムの様な原子が有効電荷をもつ物質において、フォノン角運動量から磁化に変換することを提案し、生じる磁化のオーダーを見積もった。第二に、磁性体におけるフォノン角運動量の生成方法について研究を行った。時間反転対称性と空間反転対称性を破る場合は、温度勾配により生成されるフォノン角運動量が平衡成分と温度勾配による成分の2つの成分を持ち、温度勾配による成分が磁気点群に従うことを示した。一方で、時間反転対称性と空間反転対称性を破り、その積が保存する場合は、温度勾配ではフォノン角運動量を生成できないことが分かった。マルチフェロイクス物質などでみられる電気磁気効果の考え方を用いて、外部電場を印加することで結晶格子が微小変形し、時間反転対称性と空間反転対称性の積を破ることでフォノン角運動量が生成されることを提案した。2次元の質点とばねの模型をつくり、電場によって生成されるフォノン角運動量について計算した。これにより、非磁性体と磁性体におけるフォノン角運動量の生成方法が分かった。平成29年度に、具体的な物質におけるフォノン分散を第一原理計算を用いて計算し、温度勾配によって誘起されるフォノン角運動量のオーダーを見積もり、それが物質の剛体回転に変換した際の角速度を見積もった。また、剛体回転だけでなく原子核の回転運動が生成する磁化を有効電荷を用いて見積もった。次に、磁性体において、対称性から温度勾配によって誘起されるフォノン角運動量が磁気点群に従うことを示した。また、時間反転対称性と空間反転対称性を破り、その積を保存する場合は、電気磁気効果と同様に、外部電場を印加することで結晶が微小変形し、フォノン角運動量が生成されることを提案した。このように、第一原理計算、モデル計算、対称性の解析など理論的手法を用いることで、非磁性体や磁性体におけるフォノン角運動量の生成現象の提案と生成されたフォノン角運動量の観測方法の提案が行えた。これにより、フォノン角運動量と電子スピンや局在スピンの変換に関する研究の準備が整った。

フォノン角運動量は、結晶格子の各原子の局所的な微小回転運動を表し、系の全体的な回転運動と異なり、スピン回転結合を適用できるかは自明ではない。簡単な模型として、最近接強束縛模型を用いて、スピン軌道相互作用を持ち空間反転対称性の破れた蜂の巣格子に格子点の局所回転運動を加えた系について電子スピン期待値を計算した。断熱近似を用いて、格子点が局所回転運動する場合と単純振動する場合についてそれぞれスピン期待値を計算した。その結果、格子点の微視的な回転運動はスピン軌道相互作用を介して回転軸方向のスピン期待値を有限にすることが分かった。これまでの研究では非磁性体や磁性体においてフォノン角運動量を生成するにはどのような条件が必要であり、生成されたフォノン角運動量を観測するにはどのような手法が必要かを明らかにしてきた。ここまでに得られたフォノン角運動量の理論を活用し、当初の目的であるフォノン角運動量と電子スピンとの変換について研究を行う。非磁性金属においてフォノン角運動量を誘起したとき、電子スピンにスピン回転結合を適用しスピン蓄積やスピン流などを生成する理論を構築し、模型を立てて計算する。また、マルチフェロイクス物質の様な磁性絶縁体においてフォノン角運動量を誘起したとき、局在スピンにスピンフォノン相互作用を適用しフォノン角運動量がどのような原理で作用するのかを明らかにし、局在スピンとフォノン角運動量の変換機構について模型を立てて、計算する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
白血球表面抗原反応性単クローン抗体による炎症性サイトカインの産生制御に関する研究

単クローン抗体4C1がマクロファージのTNFαやILー6などの炎症性サイトカインの産生を抑制することから、4C1反応性抗原物質の同定ならびにマクロファージ活性化の抑制機序を検討した。1.4C1はマウスの腹腔マクロファージ、骨髄幹細胞由来のマクロファージ、或いはカゼイン誘導性腹腔好中球に反応性を示した。2.マクロファージのcDNAサブクローニングにより得られたCD14のcDNAをCOS-7に形質導入し、抗体との反応性を検討したところ、4C1は反応性を示した。また、既存のCD14抗体よりもLPSの抑制作用が高い新規マウスのCD14単クローン抗体であることが明らかとなった。3.IFN-γ及びIL-6によるMφからのNO産生,mRNA及びタンパク質レベルにおけるiNOSの発現誘導に対して4C1前処理が抑制的に作用することが示された。この抑制作用は,IL-6受容体へのIL-6の結合を抑制することにより起こるものではなく,MAPKファミリーのp38のリン酸化を抑制することが観察された。4.メチルーβーシクロデキストリン(MCD)処理で細胞膜ラフトの関与を検討したところ、MCD処理により細胞表面のCD14の発現量は、未処理の細胞とほとんど変わらなかったにもかかわらず、IFNーγ及びIL-6によるMφからのNO産生における4C1の抑制作用が失われた。このことからラフト形成が4C1の抑制作用発現に重要であることが示唆された。細胞膜ラフトの形成に4C1が影響を及ぼし、サイトカイン受容体からの情報伝達を部分的に抑制する機構が示唆された。白血球の表面抗原に対する単クローン抗体4C1がマクロファージの炎症性サイトカインの産生を抑制することから、その抗原物質の同定を第一目標として、免疫組織化学的染色法による抗原陽性細胞種、細胞の酵素処理による染色パターンの変化、及び細胞膜タンパク質の免疫沈降及び既存単クローン抗体との交差反応性などから検討した。その結果4C1はマウスのチオグリコール酸培地誘導性腹腔マクロファージ、骨髄幹細胞由来のマクロファージ、或いはカゼイン誘導性腹腔好中球に反応性を示し、脾臓のリンパ球や未分化の骨髄幹細胞には全く反応性を示さなかった。陽性細胞をPI-PLCで前処理すると反応性が失われたことから、4C1抗原はGPI結合型糖タンパク質である可能性が示唆された。4C1抗原はGPI結合型であり,4C1抗体はリポ多糖(LPS)で誘導されるマクロファージからのTNFαおよびIL-6産生を抑制し、FITC標識したLPSのマクロファージへの結合も阻害したことから、その抗原物質はLPS受容体として知られるCD14と類似していた。マクロファージ膜タンパク質をビオチン標識し、そのライセートを4C1で免疫沈降させ、SDS-PAGEした後、イムノブロットで抗原物質の分子量を測定したところ約55kDaであった。さらに免疫沈降物を既存のCD14抗体でプローブしたところ、4C1抗原は交差反応性を示した。マクロファージのcDNAサブクローニングにより得られたCD14のcDNAをCOS-7に形質導入し、抗体との反応性を検討したところ、4C1は反応性を示した。以上の結果から4C1の抗原物質はCD14であることが強く示唆された.既存のCD14抗体よりもLPSの抑制作用が高い新規マウスCD14単クローン抗体が得られた。

白血球の表面抗原に対する単クローン抗体4C1がCD14を抗原とすることが明確になったことから、本年度はマクロファージ(Mφ)の活性化におけるCD14の機能をさらに明確にすることを目的として,サイトカインによるMφの活性化における4C1の抑制作用について検討した.IFN-γ及びIL-6によるMφからのNO産生,mRNA及びタンパク質レベルにおけるiNOSの発現誘導に対して4C1前処理が抑制的に作用することが示された.この抑制作用は,IL-6受容体へのIL-6の結合を抑制することにより起こるものではなく,また,Fcγ受容体の関与もないことが示された.IFN-γ及びIL-6の受容体への結合に伴うSTATのリン酸化について検討したところ,4C1前処理によるSTATのチロシンリン酸化の抑制はみられなかった.しかし,IL-6の作用発現に関わる他のシグナル伝達経路であるMAPKのリン酸化について検討したところ,MAPKファミリーのうち,p38のリン酸化が抑制を受け,Erk1/2のリン酸化の増大が観察された.近年,細胞膜上にはCD14などのGPI-アンカータンパク質及び膜貫通型の増殖因子受容体,さらに,その近傍の細胞内領域にシグナル伝達分子が集積したマイクロドメイン(ラフト)があることが明らかとなってきている.そこでメチル-β-シクロデキストリン(MCD)処理で細胞からラフト形成に必要不可欠なコレステロールを除去することにより,ラフトの関与を検討したところ、MCD処理により細胞表面のCD14の発現量は、未処理の細胞とほとんど変わらなかったにもかかわらず、IFN-γ及びIL-6によるMφからのNO産生における4C1の抑制作用が失われた。このことからラフト形成が4C1の抑制作用に重要であることが示唆された.
ミクロ組織解析から構築した珪素鋼の集合組織形成機構の基礎的研究

1SEM/ECP法とSEM/EBSP法の比較従来から我々が行ってきたSEM/ECP法による組織評価とSEM/EBSP法の比較を行うため,アルミニウム単結晶に<011>引張変形を与えた試験片を用いて,変形・再結晶組織の解析を行った。その結果,従来のSEM/ECP法では判然としなかった,変形に伴う結晶回転の様相が明らかになった。再結晶粒が優先的に核生成する変形帯内部の結晶回転軸は,観察面(この場合は{0-11}面)法線そのものではなく,変形帯内での微妙な変形の差異によって変化する。また再結晶粒が変形帯内の微細組織に沿って成長する傾向も明らかになった。2Fe-Si合金単結晶の<123>および<112>引張変形・圧延変形と再結晶引張方向ないしは圧延方向が,<123>ないしは<112>であるFe-Si合金の変形(引張or圧延)と再結晶について調査した。引張変形においては,変形初期から試験片にくびれが生じ,変形はくびれ部に集中した。くびれ部内では交差すべりするすべり線が支配的で,直線状のすべりは一種類しか見られなかった。この様なすべりの特徴はやや低温(-30°C)で変形した試験においても同様であった。室温引張,低温引張試験片とも焼鈍による再結晶粒の形成は見られなかった。これに対して圧延試験片では,両方位共に交差すべりに加えて,二種類の直線状のすべりが観察された。また<112>試験片では,せん断帯の形成も見られた。焼鈍によって,両試験片とも再結晶粒が形成された。やや高温で焼鈍した<123>試験片は全面再結晶を起こしたが,<112>試験片ではせん断帯に沿って再結晶粒が形成された。再結晶粒の方位は,両試験片とも著しい偏りを見せた。再結晶粒の母相に対する結晶回転の回転軸は,<110>ないしは<112>軸と考えられるが,本研究で認められた回転軸は近接しており,どちらがより正しいかは明確ではなかった。平成12年度の研究においては,単結晶試験片における変形組織,焼鈍後の再結晶組織の解析手法として,電子背面散乱回折法(EBSD)を適用するため,基礎的な実験技術の確立を行った。まず,研究代表者の所属する研究グループにおいて,最も実験データの蓄積のある純アルミニウム引張試験片および,その試験片を再結晶させたものを,EBSD法により調査し,従来から用いている電子チャネリングパターン(ECP)法で得られたデータとの比較を行った。30%の引張ひずみを与えた<011>{110}試験片においては,特殊な変形帯(SBSS)内に形成された再結晶粒の形状と方位に,興味深い関係が見出された。再結晶粒は,変形時に活動した主すべり面もしくは準主すべり面のトレースに沿って引き延ばされた様な形態を示し,主すべりに沿って伸びた再結晶粒とSBSS方位は,(主すべりではなく)準主すべり面の法線を共有してた。70%の引張ひずみを与えた試験片においては,変形時にひずみの蓄積が比較的少ない二次すべり帯が核となって,焼鈍時にひずみ誘起粒界移動が起こる様子が明瞭に見出された。以上の知見は,従来のECP法では見いだせなかった項目であり,変形組織と再結晶の基本的な関係を示すものとして注目している。現在,30%引張試験片のデータは"Materials Transactions"誌に論文として投稿中である。

再結晶粒の方位は,両試験片とも著しい偏りを見せた。再結晶粒の母相に対する結晶回転の回転軸は,<110>ないしは<112>軸と考えられるが,本研究で認められた回転軸は近接しており,どちらがより正しいかは明確ではなかった。
基部被子植物アンボレラの花と生殖器官の発生学的研究

平成30年度の研究計画は、第一に、29年度の研究計画、すなわち、アンボレラの花が本来両性花であることを立証し、更に、なぜ雌雄の花、特に雄花では、発生初期に円錐状の頂部がカップ状に変化し、内外の雄しべ間で花粉の発生段階が大きく異なるか、その意味を明らかにする、そのための実験・観察を継続することであった。今年度新たに分かったことは、栽培中の雄株の雄花の中に心皮を複数個つける花が、かなり高い頻度で出現することっである。しかも、一部の心皮には、雌花の心皮と同様、1個の胚珠をつくることも確かめられた。アンボレラの野性株では、花が虫媒と風媒の両方を示すことが知られており、昆虫が少ないニューカレドニアでは、風媒への移行に伴い、両性花から単性花(雌雄異株)へと進化したのではないかと考えている。また、雄花では、1つの花あたり13から19本ある内外の雄しべ間で花粉の発生段階が大きく異なる。外側の雄しべが花粉を飛ばし始めてから、内側の雄しべが花粉を飛ばし終えるまでの期間を調べ、開花期間を予測することも30年度のテーマであった。その間隔は当初予想した1月よりは短いことが分かってきたが、確定する段階に至っていない。また、第二の研究計画は、栽培株と野生株の雌花を使い、雌性配偶体の発生を追跡することであった。この目的のために、H30年4月初めニューカレドニアで、少量の野生株の雌花を採集してきた。現在、発生過程を十分追跡できるまで十分の樹脂切片を作製中である。平成30年度は、アンボレラのほかに姉妹群被子植物の雌性配偶体の構造についても調査と観察を進めた。特に、アンボレラと同様基部被子植物の代表であるスイレン目やアウストロバイレア目に特有の4核4細胞の造卵器が、アブラナ目のバティス科でも見られる可能性あった(未発表)。そこで、雌性配偶体の発生を追跡した結果、全く異なる発生を示すことが明らかになった。アンボレラの雌花の仮雄しべと雌しべ、及び雄花に生じる心皮(雌しべ)の生殖組織の発生を調べるため、それぞれの樹脂切片の作成等、実験と観察はおおむね順調に進んでいる。ただ、一昨年中に、開花期間を調べるための準備した京都大学理学研究科付属植物園で栽培中のアンボレらの株のほとんどが枯死してしまい、現在雄株3株を残すのみとなった。そのため、そこで、一昨年同様、その調査を進めるため、東京大学理学系研究科付属植物園で栽培中の雌雄の株を利用し、技術職員の竹中桂子さんの助力を得て、観察を続けている。同時に、挿し木によって増殖した雌株を昨年秋に2株分譲してもらい育てている。現時点では順調に成長を続けており、秋から冬に花芽をつけると期待している。平成31年度は、研究計画の中でやや遅れている第一目標、アンボレラの花が本来両性花であること、内外の雄しべ間で花粉の発生段階が大きく異なるのは、長い送粉期間を確保するための適応形質であることを明らかにするための調査・観察を終了に努め、年度内には結果をまとめて論文に仕上げる。また、今年度中に第二の目標であるアンボレラの雌性配偶体が9細胞10核、すなわち、その造卵器が4助細胞をもつことを明らかにするための研究の完成に努める。そのために、予め保存してある雌花と新規に採集した雌花につくられる雌しべの樹脂切片を作成し、造卵器の発生の観察を完了したい。更に、アンボレラの姉妹群における花と雌雄生殖器官の形質の研究も進める。特に、アブラナ目バティス科の雌性配偶体の発生の研究、単子葉植物ショウブ科に見られる受精様式の観察終了、真生双子葉植物モチノキ目モチノキ科の雌性配偶体の発生の観察を行なう。平成29年度の研究計画は、アンボレラの花が本来両性花であること、なぜ発生初期に円錐状の頂部がカップ状に変化し、内外の雄しべ間で花粉の発生段階が大きく異なるか、その意味を明らかにすることであった。その方法として、以下の(1)(2)(3)の実験・観察を行った。(1)雄花に形成される雌蕊を樹脂切片にし、雌性配偶体の形成の有無を調べた。(2)雌花に形成される仮雄しべから花粉を取り出し、稔性の有無、また樹脂切片を作成し、正常発生の有無を調べた。また、発生初期に円錐状の頂部がカップ状に変化し、内外の雄しべ間で花粉の発生段階が大きく異なる。その意味を、それによって開花期間を引き延ばしていると仮説をたて以下の方法で調べてきた。(3)雄花30花にタグをつけ、それぞれの開花期間(およそ1月程度と推測)を調べた。形成される1319本の雄しべのうち、外側の雄しべが花粉を飛ばし始めてから、内側の雄しべが花粉を飛ばし終えるまでの期間を調べ開花期間を予測した。(1)は胚珠内に雌性配偶体の発生初期のものは観察されたが、最終的に完成して受精による胚の形成には至らないことが分かった。(2)については、明らかに不捻性の花粉以外に見られなかった。(3)は現在集計中であるが、当初期待したほどには1つの花の開花期間が1月ほどの長さではないことが分かってきた。

またアンボレラのほかに姉妹群被子植物の花の形態と構造についても調査と観察を進めた。特に単子葉植物ヤマノイモ目キンコウカ科に含まれる5属の花の解剖と発生の研究観察により、9つの形質について科内で変異があることを突き止め、各属の花の特徴を明らかにした。さらに、キンコウカ科の原始形質として、下位子房と隔壁蜜腺をもつことから、それらの特徴を科の特徴として、単子葉植物における形質進化を追跡した。これらの結果をまとめて論文として発表した(Tobe et al. 2018)。アンボレラの雌花の仮雄しべと雄花に稀に生じる雌しべの生殖組織の発生を調べるため、それぞれの樹脂切片の作成等、実験と観察はおおむね順調に進んでいる。ただ開花期間を調べるための準備した京都大学理学研究科付属植物園で栽培中のアンボレらの株のほとんどが枯死してしまい、現在3株を残すのみとなった。そこで、その調査を進めるため、東京大学理学系研究科付属植物園で栽培中の雌雄の株を利用し、技術職員の竹中桂子さんの助力を得て、観察を続けている。雄花1花の開花期間を写真画像で示すため、撮影した画像の解析を進めている。また、平成30年度の研究計画に合わせ、開花期の雌花の採集を行った。平成30年度の研究計画は、第一に、29年度の研究計画、すなわち、アンボレラの花が本来両性花であることを立証し、更に、なぜ雌雄の花、特に雄花では、発生初期に円錐状の頂部がカップ状に変化し、内外の雄しべ間で花粉の発生段階が大きく異なるか、その意味を明らかにする、そのための実験・観察を継続することであった。今年度新たに分かったことは、栽培中の雄株の雄花の中に心皮を複数個つける花が、かなり高い頻度で出現することっである。しかも、一部の心皮には、雌花の心皮と同様、1個の胚珠をつくることも確かめられた。アンボレラの野性株では、花が虫媒と風媒の両方を示すことが知られており、昆虫が少ないニューカレドニアでは、風媒への移行に伴い、両性花から単性花(雌雄異株)へと進化したのではないかと考えている。また、雄花では、1つの花あたり13から19本ある内外の雄しべ間で花粉の発生段階が大きく異なる。外側の雄しべが花粉を飛ばし始めてから、内側の雄しべが花粉を飛ばし終えるまでの期間を調べ、開花期間を予測することも30年度のテーマであった。その間隔は当初予想した1月よりは短いことが分かってきたが、確定する段階に至っていない。また、第二の研究計画は、栽培株と野生株の雌花を使い、雌性配偶体の発生を追跡することであった。この目的のために、H30年4月初めニューカレドニアで、少量の野生株の雌花を採集してきた。現在、発生過程を十分追跡できるまで十分の樹脂切片を作製中である。平成30年度は、アンボレラのほかに姉妹群被子植物の雌性配偶体の構造についても調査と観察を進めた。特に、アンボレラと同様基部被子植物の代表であるスイレン目やアウストロバイレア目に特有の4核4細胞の造卵器が、アブラナ目のバティス科でも見られる可能性あった(未発表)。そこで、雌性配偶体の発生を追跡した結果、全く異なる発生を示すことが明らかになった。アンボレラの雌花の仮雄しべと雌しべ、及び雄花に生じる心皮(雌しべ)の生殖組織の発生を調べるため、それぞれの樹脂切片の作成等、実験と観察はおおむね順調に進んでいる。ただ、一昨年中に、開花期間を調べるための準備した京都大学理学研究科付属植物園で栽培中のアンボレらの株のほとんどが枯死してしまい、現在雄株3株を残すのみとなった。そのため、そこで、一昨年同様、その調査を進めるため、東京大学理学系研究科付属植物園で栽培中の雌雄の株を利用し、技術職員の竹中桂子さんの助力を得て、観察を続けている。同時に、挿し木によって増殖した雌株を昨年秋に2株分譲してもらい育てている。現時点では順調に成長を続けており、秋から冬に花芽をつけると期待している。
マルチFPGAシステムにおける任意のデータアクセス幅のキャッシュ機構の実現

複数個のFPGAと,off-chipのDRAMから構成されるマルチFPGAシステムにおいて,DRAMアクセスレイテンシを効率よく隠蔽するための,任意のデータ幅を持ったキャッシュメモリ機構の研究を行った.同システムにおけるFPGAの個数と接続形態をパラメータとし,その性能を充足可能性問題,最大充足可能性問題,部分最大充足可能性問題,計算幾何の凸包算出,2次割当問題を用いて評価し,それぞれの問題において,どのような構成が最も有効であるかを評価した.本年は,充足可能性問題および最大充足可能性問題を対象とし,その解法のひとつであるWSATアルゴリズムの改良を行い,その性能を詳細に検討した.その結果,これらの問題の応用のひとつであるハードウェア検証において特に有効であることを明らかにした.次に,本アルゴリズムを,1個のFPGAと数バンクのDRAMからなるボードにマッピングした場合において,DRAMアクセス遅延を隠蔽するためのキャッシュの有効性をシミューレションによって評価した.本キャッシュはFPGAの内部リソースを用いて構成され,その連想度をDRAMからフェッチされるデータサイズに応じて変更することができる.これにより,データサイズの変動に対してより頑健となり,効率よくDRAMアクセス遅延を隠蔽することができる.評価の結果,外部DRAMのアクセス遅延を最大60%隠蔽することが可能であり,そのときおよそ26%の速度向上が可能であった.これらの研究結果について,国内研究会および国際会議において発表を行うとともに,論文誌への投稿準備を進めた.次に,複数FPGAからなる可変キャッシュ機構の有効性を検証するため,FPGAの個数を2個に増やした場合について検討を行った.その結果,FPGA間を接続するI/Oのスループットは十分であるが,レイテンシがやや大きく,DRAMのアクセス遅延を隠蔽するには不十分であることが判明した.一方,最大充足可能性問題を一般化した問題である部分最大充足可能性問題の高速解法ハードウェアの検討を行ったところ,こちらに関しては可変キャッシュ機構が有効に機能する見通しを得ることができた.本年は,2個のFPGAからなるシステムにおいて,可変キャッシュ機構の有効性を評価するとともに,FPGAの個数を更に増やした場合のシステム構成の検討を行った.FPGA間の接続に使用する高速IOには,スループットとレイテンシにトレードオフの関係があり,両立が困難である.キャッシュとして必要とされるデータ供給能力はIOの速度以外にも主記憶の構成,特に主記憶のデータ幅に依存する.本システムの目的はキャッシュであるため,レイテンシを小さくすることをより重視した.この場合,データ供給能力を上げるためにはIOの必要数が増加し,FPGAの個数を増やすことにより,FPGA1個あたりのIOの本数が限定されることから,キャッシュとしてのデータ供給能力は低下する.一方,FPGAの個数が増えることにより,キャッシュ容量増加によるミスヒット率の低減が期待される.また,構成の汎用性を考慮し,FPGAベンダから供給される代表的なボード上の主記憶の構成を想定した.アプリケーションには,(1)充足可能性問題,(2)部分最大充足可能性問題,(3)計算幾何学の凸包導出処理を用いた.(1)(2)は比較的ランダムアクセス頻度が高いとみられたもの,(3)は(1)(2)との対比のための,比較的ランダムアクセスの少ないとみられた問題である.しかしながら,今回の評価ではいずれの問題においてもデータアクセスパターンのランダム性が比較的小さく,キャッシュミスヒットの影響がさほど大きくなかったことから,システムを構成するFPGAの個数は2個が最適である結果となった.当初予定していた,(1)FPGAを2個用いた場合の可変キャッシュの性能評価,(2)(1)が有効でないアプリケーションに対してFPGAの個数を更に増やした場合の,有効な実装形態(最適な個数・FPGA間接続形態の評価)の検討,において,(2)の着手まで進んだものの,その有効性を示すまでに至らなかったため.本年度は,2個のFPGAからなるシステム(構成A)において,可変キャッシュ機構の実機評価(アプリケーションとして部分最大充足可能性問題を使用)を行うとともに,FPGAの個数を更に増やした場合(構成B)の同機構の有効性の評価を,昨年度に引き続き実施した(アプリケーションとして充足可能性問題,最大充足可能性問題,部分最大充足可能性問題,2次割当問題を使用).構成Aについては,現在,部分最大充足可能性問題の例題を用いてシミュレーション,および実機による評価を行っており,公開されている例題のうち中規模の問題において,シミュレーション評価で算出されたものとほぼ同程度の性能が得られる見通しがついている.今後,より多くの例題を用いて,所期の性能が得られることを確認する予定である.なお,シミュレーション評価に関しては,その一部を国際会議で発表した.構成Bに関しては,昨年度に引き続き、アプリケーションを追加・変更して評価を行ったが,IOの本数と,データ転送速度の不足を補うようなシステム構成を発見することはできず,昨年度と同様,FPGAの個数が2個のとき,最も性能が出る結果となった.なお,これらの過程で得られた研究成果について,部分最大充足可能性問題の実機評価の結果に関して,論文誌への投稿準備を進めているところである.今後,充足可能性問題,最大充足可能性問題と2次割当問題についても,構成Aを用いた場合の実機評価を進める予定である.複数個のFPGAと,off-chipのDRAMから構成されるマルチFPGAシステムにおいて,DRAMアクセスレイテンシを効率よく隠蔽するための,任意のデータ幅を持ったキャッシュメモリ機構の研究を行った.

同システムにおけるFPGAの個数と接続形態をパラメータとし,その性能を充足可能性問題,最大充足可能性問題,部分最大充足可能性問題,計算幾何の凸包算出,2次割当問題を用いて評価し,それぞれの問題において,どのような構成が最も有効であるかを評価した.1個のFPGAの内部リソースのみを用いたキャッシュ機構の有効性は検証することができたが,複数FPGAからなる可変キャッシュ機構を実現するための高速I/Oのレイテンシがやや大きく,その有効性を示すまでには至らなかった.昨年度評価に用いたアプリケーションのうち部分最大充足可能性問題は,充足可能性問題の変形であるが,種々の最適化問題をより統一的に扱うことのできる問題であるため,元の問題の性質により,提案手法が有効である例題と,そうでない例題とがあることが予想される.特に,前者に対してどの程度の有効性があるかを明らかにする.また,対象アプリケーションを,よりランダム性の高い問題に広げ,提案手法の有効性を検証する.提案手法が有効に機能すると考えられる部分最大充足可能性問題をターゲットとし,その性能を検証する.また,CPUにおける多階層のキャッシュのように,FPGA間のI/Oのレイテンシを隠蔽するための手法についての検討を行う.評価計画の変更を行い,購入実機をより廉価なものに変更したこと,また,実機評価の一部を翌年度に行うこととし,今年度予定していた物品購入の一部を取りやめたため,未使用額が生じた.実機評価の一部を翌年度に行うこととし,今年度予定していた物品購入を取りやめたため.実機評価のための物品購入および成果発表のための学会参加費にあてる.実機評価のための物品購入および成果発表のための学会参加費にあてる.
近代日本における鉄道技術の形成と鉄道業

本研究は創業(1872年)から鉄道国有化(1907年)にいたる日本鉄道業の形成過程を、技術者の養成・集積・組織化という新しい視角から見直すことを主要な課題としてきた。この課題に接近するため、4年間の研究期間中に、鉄道技術者関係資料の全国的な調査・収集を行うとともに、収集資史料をもとに明治期鉄道従業者データベースの作成をめざした。具体的には、(1)国立公文書館を中心として官営鉄道の技術者、事務系職員の履歴データを収集し、官営鉄道における技術者、運輸技能者集団の形成過程を明らかにする、(2)『帝国鉄道協会会員名簿』と『帝国鉄道要鑑』に掲載されている鉄道従業員の氏名録を基礎としてデータベースを作成する、(3)これらのデータを利用して技術者や事務系職員のキャリアパスを分析するといった三段階の作業を行った。その結果、以下の諸点が解明できたと考えている。まず技術者集団については、(1)明治初期に形成された留学経験者を軸とした技術者集団が1890年前後に崩壊する点、(2)日清戦後期には帝国大学出身者を軸とする技術者集団が、官営鉄道、日本鉄道、九州鉄道、山陽鉄道といった大鉄道において形成される点、(3)中小鉄道では技術者の流動性が高く、また人数も少ないため技術者集団の存在は認め難い点などが明らかになった。次に運行技術の面では、(1)運行システムの定着が官営鉄道では1887年前後に、日本鉄道では1892年前後に達成される点、(2)輸送量の増大や時間管理徹底のため1900年前後に集中して運行システムの改善が試みられる点、(3)運行技術者の定着度でも大鉄道と中小鉄道には有意な差が認められる点などが指摘できた。さらに鉄道国有化にともなう従業員の移動については、被国有化民営鉄道の技術系職員が多くの場合、国有鉄道に移ったのに対して、事務系のミドルマネジメントの多くが国有化を契機として他業種へ移籍していることが判明した。本研究の課題は、創業(1872年)から鉄道国有化(1907年)にいたる日本鉄道業の形成過程を、従来、必ずしも技術史研究の対象となってこなかった経営的技術をも視野に入れ、技術者(技能者)の養成・集積・組織化という視角から見直すことにある。四カ年計画の初年度である本年度は、(1)技術者の学歴・履歴調査と、(2)鉄道技術者のデータ・ベース作成を計画していた。この内、(1)に関連して、まず69月に交通博物館、国立公文書館、国立国会図書館などでとくに官営鉄道と日本鉄道会社の運輸技術関係資料の調査を行った。その一方で、8月以降、数度にわたり九州で九州鉄道会社、筑豊興業鉄道会社の技術関係資料の調査収集をおこなった。この過程で、官営鉄道と日本鉄道会社の運輸技術形成について、一定の見通しが得られたため、9月と10月の二度にわたり、学会報告をおこなった。ちなみに10月の報告である経営史学会全国大会共通論題報告「日本鉄道業における運行システムの形成」については、現在、その一部を雑誌論文として取りまとめ中である。また九州地方の鉄道企業については、研究発表欄記載の共著『明治の産業発展と社会資本』に「第8章炭鉱業の発達と鉄道企業ー筑豊の場合ー」という論文を執筆した。一方、(2)に関しては、現在、各地の調査で撮影したマイクロ・フィルムの現像・焼き付けと、複写もしくは購入資料の整理を行っている段階である。今後、さらに多くの事例を集めるとともに、データ・ベースのフォーマットなども考えていく必要がある。

本研究の課題は、創業から鉄道国有化にいたる日本鉄道業の形成・展開過程を、従来、必ずしも技術史研究の対象となってこなかった経営的技術をも視野に入れ、技術者(技能者)の養成・集積・組織化という視角から見直すことにある。4カ年計画の第2年度である本年度は、前年度に引き続き技術者の学歴・履歴調査を集中的に行った。まず7月から9月にかけて国立公文書館をはじめとする各地の文書館をまわり、鉄道技術者の関係史料を調査した。その結果、大阪府三田市で明治初期の鉄道土木技術者の史料を発掘したのをはじめ、いくつかの成果が挙がった。またその過程で、多くの鉄道運輸関係文献も発見し、今後の鉄道運行技術研究の手がかりを得た。さらにこの間、8月にはこれまでの研究のうち、鉄道創業から日清戦争前までの部分を総括し、『日本鉄道業の形成ー1869-1894年ー』(研究業績欄参照)という単著を刊行した。この本の主要な論点の一つが本研究が主題としている技術者形成の問題である。なお日清戦争以後に関しては8月(「鉄道技術者集団の形成と鉄道請負業」経営史学会関西部会大会)と11月(「北部九州地域における鉄道敷設と物流構造」鉄道史学会大会)の二度にわたり学会報告を、また12月にはセミナー(近代史研究会)での報告を行った。ちなみに11月の報告は、その後、鉄道運輸に関する追加調査を行った上で、現在、文章化しつつある。一方、本年度のもう一つの主題であった技術者データ・ベースの作成については、現在、帝国鉄道協会の会員名簿の累年入力により、鉄道技術者の移動を把握しようとしている。この作業を継続することにより、1900年代における鉄道業関係者の移動状況と、一種の社会集団としての帝国鉄道協会の性格が明らかになるはずである。本研究の課題は、創業から鉄道国有化にいたる日本鉄道業の形成・展開過程を、従来、必ずしも技術史研究の対象となってこなかった経営スキルの形成をも視野に入れ、技術者(技能者)の養成・集積・組織化という視角から見直すことにある。4カ年計画の第3年度である本年度は、第1,第2年度に引き続き技術者の学歴・履歴調査を集中的に行うとともに、その過程で収集した資料をもとに鉄道技術者データベースの作成を本格化した。まず7月から8月にかけて国立国会図書館をはじめとする各地の図書館・文書館をまわり、鉄道技術者の関係史料を調査した。その結果、帝国鉄道協会の会員名簿や工手学校の同窓会名簿および同窓会誌といった鉄道技術者団体や鉄道技術者養成機関関係者のリストが入手できた。またその過程で、榊原浩逸などの専門経営者の著作も発見し、今後の鉄道経営史研究の手がかりを得た。さらに、10月、12月、1月には名古屋、大阪、九州方面における技術者関係資料の追加調査を行い、データベース作成のための準備をおこなった。一方、本年度の主題であった技術者データ・ベースの作成については、帝国鉄道協会会員名簿の入力が終わり、現在、『帝国鉄道年鑑』付録の鉄道関係者名簿の入力に取りかかっている。これらのデータに、帝国大学、高等工業学校、工手学校といった各レベルの教育機関卒業生名簿をクロスさせることにより、鉄道技術者の学歴と集団化との関係を把握できると思われる。この作業を継続することにより、1900年代における鉄道業関係者の移動状況が明らかになり、それが日清日露戦間期における鉄道技術者集団の編成原理の解明につながると考えている。
天然有機物の不均質性を考慮したTRU核種との錯体形成と輸送のモデリング

実環境中には異種の天然コロイドが共存しており,コロイド間の相互作用によって金属イオンの全結合量が各天然コロイドへの結合量の線形和とは異なり,既往の結合モデルの加算性が成立しないことが報告されている.これは現状のモデルの大部分がコロイド間の相互作用を取り入れていないためであり,特に,フミン酸(以下,HA)のような比較的分子量が大きな天然有機物の金属(水)酸化物(Ox)に対する吸着やHA/Ox複合体に対する金属イオンの結合のモデル化は未解決の問題である.本年度は,HAとゲータイト(α-FeOOH)を含む系での銅イオンの結合等温線の測定を行い,得られた結果を2相系(銅/HA,銅/ゲータイト)での結合挙動と比較することで,ゲータイトへのHAの吸着が銅イオンの結合に与える影響を検討した.その結果,ゲータイトへの吸着に伴うHAの電荷調節の評価および吸着HA存在化でのゲータイト表面近傍の静電ポテンシャルの計算から,吸着に伴うHA官能基へのプロトンの競合の減少および表面近傍のポテンシャルの減少によって,HA/ゲータイト複合体への銅イオンの結合が影響を受けることを明らかとした.実環境中には異種の天然コロイドが共存しており,コロイド間の相互作用によって金属イオンの全結合量が各天然コロイドへの結合量の線形和とは異なり,既往の結合モデルの加算性が成立しないことが報告されている.これは現状のモデルの大部分がコロイド間の相互作用を取り入れていないためであり,特に,フミン酸(以下,HA)のような比較的分子量が大きな天然有機物の金属(水)酸化物(Ox)に対する吸着やHA/Ox複合体に対する金属イオンの結合のモデル化は未解決の問題である.本年度は,HAとゲータイト(α-FeOOH)を含む系での銅イオンの結合等温線の測定を行い,得られた結果を2相系(銅/HA,銅/ゲータイト)での結合挙動と比較することで,ゲータイトへのHAの吸着が銅イオンの結合に与える影響を検討した.その結果,ゲータイトへの吸着に伴うHAの電荷調節の評価および吸着HA存在化でのゲータイト表面近傍の静電ポテンシャルの計算から,吸着に伴うHA官能基へのプロトンの競合の減少および表面近傍のポテンシャルの減少によって,HA/ゲータイト複合体への銅イオンの結合が影響を受けることを明らかとした.実環境中には異種の天然コロイドが共存しており,コロイド間の相互作用によって金属イオンの全結合量が各天然コロイドへの結合量の線形和とは異なり,既往の結合モデルの加算性が成立しないことが報告されている.これは現状のモデルの大部分がコロイド間の相互作用を取り入れていないためであり,特に,フミン酸(以下,HA)のような比較的分子量が大きな天然有機物の金属(水)酸化物(Ox)に対する吸着やHA/Ox複合体に対する金属イオンの結合のモデル化は未解決の問題である.本発表では,HAとゲータイト(α-FeOOH)を含む系での銅イオンの結合等温線の測定を行い,得られた結果を2相系(銅/HA,銅/ゲータイト)での結合挙動と比較することで,ゲータイトへのHAの吸着が銅イオンの結合に与える影響を明らかにした.本年度の研究の結果,中性から酸性pH領域での,HA/ゲータイト複合体への銅イオンの結合量は,2相系における各成分に対する結合量の和と比べて大きいことがわかった.3相系での銅イオンの結合量の増加は,pHおよびHA/ゲータイト比が小さいほど大きく,また,塩濃度が低いほど低銅濃度域では大きく,逆に,高銅濃度域では小さくなった.ゲータイトへの吸着に伴うHAの電荷調節の評価および吸着HA存在化でのゲータイト表面近傍の静電ポテンシャルの計算から,吸着に伴うHA官能基へのプロトンの競合の減少および表面近傍のポテンシャルの減少によって,HA/ゲータイト複合体への銅イオンの結合が増加したものと結論付けられた.TRUの模擬物質としてランタニド元素を取り上げた.アルカリ性領域での反応を観測するため,電位差滴定によりH^+濃度測定および溶存化学種の組成の決定,加水分解反応の有無を調べ,Eu(III)からの発光スペクトルおよび発光寿命から第1水和圏の水の数および錯体の構造を議論した.一方で,酸性領域において複核錯体生成にともない,発光寿命減少が観測されることを発見した.中心ランタニドの脱励起機構には,周囲の-XH振動子の数(X=O,N,C)およびLn(III)-X間の距離が影響することから,イオン性N/OドナーであるPicで起こるかどうかをEu(III)の発光寿命解析を基にして検証した.配位子濃度が金属イオン濃度に比べて大過剰にある条件では,内圏水和数が1つである単核錯体[Eu(Pic)_4・(H_2O)]^-が生成されることが分かった.酸性条件で,フリーのアコイオンと1体1錯体のみが存在する場合に,軽水・重水中において発光寿命が全濃度によって変化することが分かった.これは,ランタニド-ランタニド間の相互作用があることを意味し,この方法で複核錯体生成[Eu_m(Pic)_m・n(H_2O)]^<2m+>が直接観測されることが分かった.

さらに,単核から複核錯体生成について電位差滴定で組成を決定するとともに分子内エネルギー移動に関わる金属-金属間の相互作用をレーザ分光によって観測することで3核錯体の構造決定を行なった.本研究では電位差滴定によって金属イオンの加水分解よりも低いpH5付近で溶液内にH^+の放出があることを確認した上でTb(III)の直接励起(355nm)に対して3核錯体が支配的な条件でEu(III)の発光が起こることを観測し,これらの情報から錯体の構造を決定した.量子化学計算では分子軌道(MO)法と密度汎関数理論(DFT)に基づく手法が用いられる.MO法は精密な計算法であるが,電子数の増加とともに劇的に計算コストが増大する.一方,DFT計算のコストはMO法と比べて少ない.DFT、による電子相関・励起状態の扱いはMO法と比較して簡便であることから,現在,重原子を含む分子の計算では,多くの場合DFTが利用されている.本研究は,フミン酸とTRU核種との相互作用・輸送現象の理解の基礎として,溶媒効果まで含めたDFT計算によりCu(II)-Glycine(Gly)錯体の高速配位子交換現象を明らかにすることを目的とした.Cu(Gly)_2錯体の構造最適化計算の結果から,気相中ではアキシアル位に水が配位した錯体よりも,Glyのみが配位した4配位の錯体の方が安定であることが分かった.一方,溶媒和効果を含めた計算においては,アキシアル位に水を1つ配位した5配位錯体が最も安定であると分かった.これは,5配位となることで構造の非対称性による誘起双極子のため,無極性な4配位錯体よりも溶媒和エネルギーが大きくなり,水溶液中で安定化するためであると考えられる.アキシアル位の水分子の移行による,4-5配位錯体間の交換速度を見積るためのTS構造最適化計算結果をFig.1に示す.Cu(II)と水分子の0原子間の距離を逐次変化させることによりFig.2のようなエネルギーダイアグラムを取得しTS構造を得た.反応の活性化エネルギーはΔG^*=12.8kJ/molと評価された.遷移状態理論によると速度定数は,298Kでk=3.61×10^10 s^-1であった.Cu(II)6水和物の水の交換速度が10^9 s^-1程度である5.Glyが4座配位したため,アキシアル結合はさらに弱くなりCu(II)6配位錯体よりも反応速度が速くなっている本研究の交換速度値は妥当であると考えられる.
歯髄線維芽細胞の酸化ストレスに対する応答機構

本研究において歯髄線維芽細胞内における免疫学的応答性について研究を行った。歯髄細胞は従来、一度炎症が発症すると不可逆性に進行するといわれ歯髄自身の細胞抵抗性については明確にされていない部分があり、歯髄における炎症反応について近年様々な研究がされている。また、老化現象においても酸化ストレス、特にフリーラジカルの影響が言われている。フリーラジカルは炎症反応において宿主の細胞や細胞外マトリックスなどの周囲の組織に対してまで過酸化し炎症の進展に深くかかわるものと考えられている。これらの生体の過酸化に対する抗酸化機構として重要な役割を担っている酵素の一つにスーパーオキシドジスムターゼ(SOD)がある。SODはその活性中心に金属を有する酵素であり銅・亜鉛-SOD(Cu,Zn-SOD)マンガン-SOD(Mn-SOD)、鉄-SOD(Fe-SOD)、細胞外SOD(EC-SOD)などの種類が存在し、ヒト組織中にはCu,Zn-SOD、Mn-SODおよびEC-SODが存在し、細胞質中にはCu,Zn-SODが存在していることが明らかになっている。そこで、本研究では歯髄繊維芽細胞の酸化ストレスに対する応答機構として細胞質内に存在するSODの動態を検索することと、それに伴う炎症性サイトカインの動態について検討を行った。その結果、歯髄線維芽細胞に酸化ストレスを作用させると細胞内SODは時間とともに増加し18時間から22時間でピークを迎え安定化する。その際p.gから抽出したLPSを作用させると若細胞においては炎症性サイトカインの生成は押さえられたが、老化細胞においては増加することが認められた。また、プラスミノーゲンアクティベーターを検討した結果、老化細胞においては増加することが認められた。これらの結果から、歯髄線維芽細胞において炎症時には細胞内SODの動態が重要な因子の一つであるとともに、その減少が歯髄炎のメカニズムの一端を担っている可能性が示唆された。今後、細胞内SODの動態によって誘導されうるiNOSの動態を検索するとともに、iNOSの発生に伴う各種炎症性サイトカインの検索と歯髄炎に伴うiNOSの生化学的シグナリングを検討する予定である。歯髄は一度炎症を起こし進行すると、創傷治癒機能が劣るために保存することが困難であり抜髄処置を行うことがしばしば多い。歯髄炎に対する生体の防御機構を検索することはいまだに明らかにされていない歯髄の炎症機構における反応メカニズムの解明に必要でありまた、歯髄保存療法を行う上でも重要な観点であることは言うまでもない。そこで今年度は従来から老化、炎症の進展に深く関与しているとされているフリーラジカル、特にスーパーオキサイドを歯髄培養細胞にアタックさせ細胞内SOD活性およびCu、Zn-SOD、Mn-SODの蛋白量を検討した。今回行ったSOD活性測定法は従来から使われているNBT法とESRスピントラッピング法を応用し、ELLISA Kitとの併用でSOD蛋白量を測定(radicalEIA法)した。まずESRスピントラッピング法においてヒポキサンチーキサンチンオキシダーゼ反応系から発生するスーパーオキサイドに濃度依存的にSODを作用させ、得られたシグモイド曲線をコントロールとした。培養細胞のスーパーオキサイドに対する消去能を先のシグモイド曲線から算定すると1.69unit/ml(比活性値)であった。次に培養細胞内SODの動態を検討する目的で一定時間スーパーオキサイドを作用させた際の24時間以内における培養細胞内SODの変化量を検討した結果、スーパーオキサイドを作用させてから18時間後にピークを示した。加えて同様の実験をNBT法とradicalEIA法で行った結果radicalEIA法の値がNBT法の値と比較して低い数値を示した。このことはNBT法においては比色計を用いて行うために誤差を生じやすいことが考えられる。これらの結果をもとに現在各種細胞内SODの動態と炎症性サイトカインとの関連について検討中である。

これらの結果から、歯髄線維芽細胞において炎症時には細胞内SODの動態が重要な因子の一つであるとともに、その減少が歯髄炎のメカニズムの一端を担っている可能性が示唆された。今後、細胞内SODの動態によって誘導されうるiNOSの動態を検索するとともに、iNOSの発生に伴う各種炎症性サイトカインの検索と歯髄炎に伴うiNOSの生化学的シグナリングを検討する予定である。
中枢神経再生医療の口腔領域疾患治療への応用

本年度は前年度の研究成果、即ち開発に成功した6-hydeoxy dopamineを用いた薬物誘発性パーキンソンモデル動物に対する更なる詳細な検討をおこなった。前年度に観察されたモデル動物の黒質ドパミン神経の脱落および神経系前駆細胞の移植による効果を定量的に検討した。その結果、モデル動物において神経系前駆細胞の移植直前の細胞数が、同細胞を移植することにより2週間後でも維持されることが判明した。嚥下中枢の存在する孤束核における神経細胞の脱落について検討をおこなったところ、モデル動物において同領域における神経細胞の脱落が認められた。また、神経系前駆細胞の移植により、移植直前の神経細胞数が維持されていた。これらの成果から、パーキンソンモデル動物における摂食障害は、嚥下障害を含む可能性が考えられる。しかしながら、モデル動物の肺および気管内に異物の存在が認められないことから誤嚥の可能性は低いと考えられる。次に、移植をおこなった神経系前駆細胞の体内における動態を検討した。培養状態の神経系前駆細胞にthymidineのトレーサーである5-bromo-2'-deoxyuridineを取り込ませDNA内に標識した。これら標識細胞をモデル動物に移植した。その結果、移植細胞は2週間後でも移植部位で確認できたが、損傷部位である黒質および孤束核では確認できなかった。したがって、移植による神経細胞脱落の減少は、神経系前駆細胞の損傷部位における分化による神経細胞の補充の可能性は低いと考えられる。さらに、定量的な検討から神経系前駆細胞の移植は神経細胞を増加させるのではなく、細胞数を維持していると推察される。これらの成果から、神経系前駆細胞は、何かしらの神経保護因子を分泌することにより神経細胞の脱落を抑制するものであると考えられる。本年度は、ラットを用いたパーキンソンモデル動物の作成および、これらモデル動物における摂食障害の評価法確立を目的に以下の実験をおこなった。さらに、これらモデル動物に対する神経前駆細胞の移植の効果について検討をおこなった。1)ラットに対して、6-hydroxy dopamineの脳内投与をおこなった。これらの動物について全身性運動障害を検討したところ、明らかな障害が認められた。2)これら動物について、薬物投与後4週間後に灌流固定をおこない、脳内のtyrosine hydroxylase陽性細胞数を検討したところ、黒質において対照群と比べ明らかな減少が認められた。3)運動障害の発生したラットについて、1週間の食事制限をおこない空腹状態にした。これら動物に一定量の餌を与え観察した。対照群に比べて、パーキンソンモデル動物では、摂食時間の延長および"食べこぼし"の量が対照群に比べ増加した。4)これらモデル動物に対して、同系統の新生児から調製した神経前駆細胞を移植したところ、移植2週間目には、摂食時間の延長および"食べこぼし"の増加が改善された。5)移植動物の脳内におけるtyrosine hydroxylase陽性細胞数を検討したところ、モデル動物で認められた黒質の陽性細胞数の減少が改善された。これらの結果を踏まえ来年度は、嚥下中枢の存在する孤束核に対する影響および、神経前駆細胞の移植より効果的な分化状態での細胞移植法の確立へと研究を進めたい。