hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セロトニン神経路の発達・成熟に対する栄養因子の作用機序の解明

また、硫酸化糖鎖との関連性についても、まだ進展がみられていない。分子神経生物学H26年度の研究結果から、BDNF、GDNF, FGF2はそれぞれセロトニン神経細胞の生存や発達にたいして促進作用を持つ。しかし、BDNF, GDNFと異なり、FGF2はおなじモノアミン神経細胞の系譜であるドーパミン神経細胞にはそういった促進作用は示さない。このことから、FGF2は特にセロトニン神経細胞としての性質(発達)を増強する効果が強いと考えられる。このFGF2については、硫酸化糖鎖の発現に対する影響も同様に検出し、栄養因子間、並びに栄養因子と硫酸化糖鎖の相互作用の可能性も合わせて考察したい。また、EGFなど、ドーパミン神経に対する栄養作用がみられる他の栄養因子との比較も行いたい。サリドマイドが示した生存発達抑制効果に関しては、炎症シグナルの一つであるIκB/NFκBが関与する可能性があるが、セレブロンのようなユビキチン化経路など、それ以外の可能性も考えられる。また、栄養因子の添加で見られたように、セロトニン細胞そのものの性質を減弱するのか、あるいは、同じモノアミン系であるドーパミン細胞的な性質も(選択性なく)減弱させるのかはまだ不明である。そのため、引き続き培養系を用い、ユビキチンープロテアソーム系の関連や、TPH/THの2重陽性細胞がサリドマイドにより影響を受けるかを検討する。そのため、次年度で計画していた遺伝子改変マウスについては、栄養因子の遺伝子改変マウスだけでなく、セレブロンノックアウトマウスでの検証を行い、その関連性を明らかにする。以上の実験結果をふまえ、余裕があれば、in vivoでのセロトニン神経路における検証実験にも取り組みたい。試薬などはキャンペーン価格などを利用し、予定金額より安く購入できたものがあったためH27年度の研究費からは次年度への繰り越し分が発生しているが、これは、FGF2をはじめとする栄養因子効果の差異やサリドマイドの作用機序を確認する為、主に培養系での実験に引き続き使用する。また生存・発達効果に関しては遺伝子改変マウスを主に検討し、硫酸化糖鎖に関しては、免疫化学的方法や分子生物学的方法を用いてその発現変化の裏付けをとる。その後、余裕があれば、in vivoでのセロトニン神経路における栄養因子活性についての実験にも取り組みたい。
オリゴデンドロサイト前駆細胞を用いたTmem86aの機能解析

平成30年度は当初、使用予定していたOPC単離キットが入手できなかったため、計画を変更し、まず市販のヒト組織由来cDNA(8種類)を用いたRT-PCR法によりTmem86aの発現を調べた。その結果、ヒトTmem86aは調べた組織の中で胎盤が最も高く、次いで脳、腎臓、肺で高く、骨格筋では低かった。この発現パターンはリゾプラスマロゲナーゼと同定されたヒトTmem86bの結果と類似していたが、プラスマローゲンの生合成系の酵素であるアルキルジヒドロキシアセトンリン酸シンターゼやジヒドロキシアセトンリン酸アシルトランスフェラーゼとは異なっていた。次に、FLAGタグ付加ヒトTmem86aをメタノール資化酵母H. polymorphaおよび昆虫細胞を用いて過剰発現を試みたが、現在までのところ、特異的発現には成功していない。一方、タグ付加ヒトTmem86bはいずれの宿主を用いても強い発現が認められた。そこで、ヒトTmem86bの組換え発現酵母株由来のミクロソーム画分を用いてリゾプラスマロゲナーゼ活性検出のための条件検討を行った。Tmem86bのリゾプラスマロゲナーゼ活性については、最近、他の研究グループにより再現性が得られないとの報告もあるため、本当に活性を有するか否かを含め再現性を明らかにすることは学術的にも重要である。さらに、市販の抗ペプチド抗体によるTmem86aの検出が困難であったため、自作でヒトTmem86aに対する特異抗体の作製を目的として、大腸菌を用いて組換え体(Tmem86a全長とマルトース結合タンパク質との融合タンパク質)の発現を試みたが、その発現効率は低かった。そこで、様々なN末端欠失体との融合タンパク質の発現株を作製したところ、160残基目からC末端までを含む融合タンパク質が最も発現量が多かった。現在、組換え大腸菌から精製を行っているところである。オリゴデンドロサイト前駆細胞を用いる実験以外はおおむね計画通りに進んでいる。自作のラットcDNAを用いたRT-PCRによる予備実験では、Tmem86bがラット肝で多く発現しているのに対して、Tmem86aは肝より脳で多く発現しており、今回得られたヒト組織由来cDNAを用いた結果と一致しなかった。ヒト組織の場合は個体差が大きいため、その影響かもしれない。また、ヒトTmem86aの機能的異種発現系の確立を目指して、FLAGタグ付加ヒトTmem86aをメタノール資化酵母H. polymorphaおよび昆虫細胞を用いて過剰発現を試みたが、現在までのところ成功していない。大腸菌による組換え体の発現でも効率が悪かったことから、膜タンパク質でもあるTmem86a(特に、タンパク質全長)の過剰発現はかなり困難が予想される。OPC単離キットを取り扱っていた代理店が販売を終了してしまったため一部計画を変更したが、このキットを生産販売している海外メーカーより直接購入が可能か、代替製品が他にないか等について今後も検討したい。また、自作のラットcDNAを用いたRT-PCRによる予備実験では、Tmem86bがラット肝で多く発現しているのに対して、Tmem86aは肝より脳で多く発現しており、今回得られたヒト組織由来cDNAを用いた結果と一致しなかった。ヒト組織の場合は個体差も大きいと考えられるため、今後さらに、市販のラットの各種組織由来cDNAを用いてTmem86aの発現を詳しく検討する予定である。FLAGタグ付加ヒトTmem86aの機能的な異種発現系の確立は困難なため、今後は異種発現に成功しているFLAGタグ付加ヒトTmem86bを利用して、Tmem86aとのキメラタンパク質の発現を試みる予定である。また、ヒトTmem86bについては引き続き、リゾプラスマロゲナーゼ活性の有無を含め、再現性について詳細に検討する予定である。さらに、Tmem86aに対する特異抗体の作製も引き続き行う予定である。

そこで、様々なN末端欠失体との融合タンパク質の発現株を作製したところ、160残基目からC末端までを含む融合タンパク質が最も発現量が多かった。現在、組換え大腸菌から精製を行っているところである。オリゴデンドロサイト前駆細胞を用いる実験以外はおおむね計画通りに進んでいる。自作のラットcDNAを用いたRT-PCRによる予備実験では、Tmem86bがラット肝で多く発現しているのに対して、Tmem86aは肝より脳で多く発現しており、今回得られたヒト組織由来cDNAを用いた結果と一致しなかった。ヒト組織の場合は個体差が大きいため、その影響かもしれない。また、ヒトTmem86aの機能的異種発現系の確立を目指して、FLAGタグ付加ヒトTmem86aをメタノール資化酵母H. polymorphaおよび昆虫細胞を用いて過剰発現を試みたが、現在までのところ成功していない。大腸菌による組換え体の発現でも効率が悪かったことから、膜タンパク質でもあるTmem86a(特に、タンパク質全長)の過剰発現はかなり困難が予想される。OPC単離キットを取り扱っていた代理店が販売を終了してしまったため一部計画を変更したが、このキットを生産販売している海外メーカーより直接購入が可能か、代替製品が他にないか等について今後も検討したい。また、自作のラットcDNAを用いたRT-PCRによる予備実験では、Tmem86bがラット肝で多く発現しているのに対して、Tmem86aは肝より脳で多く発現しており、今回得られたヒト組織由来cDNAを用いた結果と一致しなかった。ヒト組織の場合は個体差も大きいと考えられるため、今後さらに、市販のラットの各種組織由来cDNAを用いてTmem86aの発現を詳しく検討する予定である。FLAGタグ付加ヒトTmem86aの機能的な異種発現系の確立は困難なため、今後は異種発現に成功しているFLAGタグ付加ヒトTmem86bを利用して、Tmem86aとのキメラタンパク質の発現を試みる予定である。また、ヒトTmem86bについては引き続き、リゾプラスマロゲナーゼ活性の有無を含め、再現性について詳細に検討する予定である。さらに、Tmem86aに対する特異抗体の作製も引き続き行う予定である。物品費、人件費などの未使用分については翌年度に繰り越し、次年度以降で使用する予定である。
ニュ-ロン・グリア関認識の分子機構

ニュ-ロンとグリアの相互認識過程に介在する微量の情報伝達蛋白質である神経成長因子(NGF)などの栄養因子類の発現について、まずNGFの培養アストログリア細胞での合成制御について興味ある知見がみられている。林らは、NGF生合成がカテコ-ルアミン類によって大幅な促進がなされることを明らかにしていたが、1,4ーベンゾキノン誘導体による著しい促進をさらに見いだし、中枢神経系での脳の老化に関与すると考えられているNGF産生系の制御機構の解明へ、新しい知見を加えた。畠中らは成熟ラットの中枢ニュ-ロン培養系でNGFが確かに生存維持作用をもつことを明らかにしている。田中らは、今回末梢ニュ-ロンへ作用するシュワン細胞の産出する新しい栄養因子を神経腺維腫抽出液より精製することに成功した。分子量4,400で現在構造解明中である。植村らは、末梢ミエリンの主要構成成分であるPO蛋白質のcDNAをC6細胞に導入したところ、末梢ニュ-ロンの軸索突起作用を見出している。一方、三木らは、従来から研究を続けている神経突起伸展因子の受容体抗体の作製に成功し、受容体発現経路を調べている。その結果受容体は加齢と共に減少した。また受容体クロ-ンの構造も解析中である。これら研究以上での神経繊維成長の分子機構をみた研究として、視神経上位規覚中枢再支配の生理学的証明とマトリックスとの関係を調べた研究、およびrho蛋白質のADPリボシル化を介した神経繊維伸長の証明などがある。班員間の共同研究としては、池中らと畠中らとの神経発生過程の解析についてのもの、および畠中らを中心とする軸索変性における細胞骨格の役割についてのものがある。
万引事件に対する店舗・統制側の反作用についての実証的研究

1.統制機関の設定は全て大型店舗の保安担当とした。具体的には、東京・京都・大阪・岡山・高知・鹿児島の6都市内の各々4店舗程度の協力を得ることができた。2.用意した調査項目は第一次調査と第二次調査に分かれる。第一次調査については、全店舗の保安課長クラスに対する面接聞き取り調査によって、(1)概要-面積・要員・保安活動の状況、(2)実態-年間実数・金額・品目等、(3)万引き対策-状況・具体策・効果・方法、(4)万引き観-担当者の属性・原因観・誘因、(5)その他-説諭の方法・印象的なケ-ス・誤認、などを調査した。第二次調査については、各店舗に保管されてある調書の類の照会を依頼して、全ケ-スについての特徴を書き写しする許可を得た。その内容は、日時曜日・年齢・性別・学齢・被害品目・数量・価格合計・措置・共犯者数・居住地特性等である。3.全ての資料収集の中から特徴的なケ-スを抽出すると、首都圏A百貨店の場合、実質要員14人・年間実員224人・被害金額約500万円・少年比60%・男女比1:1・多発時間帯-夕方・推定暗数10倍等であり、地方圏B百貨店の場合、実質要員18人・年間実員205人・被害金額約110万円・少年比85%・男女比4:1・推定暗数10倍等ということであった。全数処理中であるが、少年保護の精神と検挙主義の間にあって店舗側の方針が多様であり、特に措置のあり方については老舗の地場資本型百貨店がより保護的であるのに対して、新興の中央資本型ス-パ-は機械的処置の傾向が強かった。4.現場における説諭と警察送致の分かれ目は、累犯度や被害金額や要保護性等が要因となって担当者の判断と関わっていくようである。さらに、最寄りの派出所が書類送検を行うか否かの基準を調査すれば、このプロセスの全体像がかなり明確になってくると思われる。
カベオラ膜結合型ビタミンD受容休を介する神経一骨一免疫系による造血制御の解明

血液は骨で造られる。サイトカインG・CSFによる造血幹細胞の骨髄から末梢血への動員に、交感神経シグナルによる骨芽細胞の抑制が重要である。本研究において私達はビタミンD_3受容体(VDR)ノックアウトマウスを用い、VDRがG・CSFによる骨芽細胞の挿制とそれに引き続く造血幹細胞動員に必須であることを明らかにした。本研究は、カルシウム調節因子として認識されてきた活性型ビタミンD_3が造血幹細胞移動の神経系による調節に極めて重要な役割を果たしており、神経一骨一免疫系による造血制御において有機的統合システムの要としてVDRが機能している事を証明した独創的研究成果として世界的に注目されている。血液は骨で造られる。血液は骨で造られる。サイトカインG-CSFによる造血幹細胞の骨髄から末梢血への動員には、交感神経シグナルによる骨芽細胞の抑制が重要であることを片山らは明らかにしてきた。また、幹細胞が骨芽細胞ニッチを認識する際、骨芽細胞周辺のカルシウム濃度を感知していることが報告されている。そこで私達は、G-CSFによる動員で造血幹細胞がニッチを離れる際、交感神経系とカルシウム調節ホルモンが協調して働く可能性を想定した。代表的なカルシウム調節ホルモンである副甲状腺ホルモンやカルシトニンがG-CSFによる造血幹細胞動員を、若干ながら各々が促進したり阻害する事が報告されているが、もうひとつの主要なカルシウム調節ホルモンである活性型ビタミンD3の関与についてはこれまで報告がない。本研究において私達はビタミンD3受容体(VDR)が、G-CSF投与による成熟骨芽細胞の抑制と引き続く造血幹細胞動員に必須であることを、VDRノックアウトマウスを用いin vivoで証明した。また、カテコラミン刺激によりVDRが骨髄で急激に変化することや、培養骨芽細胞でも同様の現象を確認し、ビタミンD3の作用が受容体側の発現量で調節されている可能性が示唆された。本研究は、カルシウム調節因子として認識されている活性化ビタミンD3が造血幹細胞移動の神経系による調節に極めて重要な役割を果たしており、神経-骨-造血という3つの異なる組織の有機的統合システムの要として本ホルモンの新たな機能を提示する独創的な研究成果である。血液は骨で造られる。サイトカインG-CSFによる造血幹細胞の骨髄から末梢血への動員に、交感神経シグナルによる骨芽細胞の抑制が重要である。本研究において私達はVDRノックアウトマウスを用い、ビタミンD_3受容体(VDR)がG-CSFによる骨芽細胞の抑制とそれに引き続く造血幹細胞動員に必須であることを明らかにしてきた。培養骨芽細胞のみならずマウス骨髄の骨芽細胞において、種々のβ2アドレナリン受容体アゴニストが、暴露後短時間でmRNAのみならず蛋白レベルにおいてもVDRを著明に発現誘導している事を見出した。ヒト24-hydroxylase遺伝子のビタミンD応答配列を用いたルシフェラーゼアッセイにより、発現誘導されたVDRは核内受容体として機能し、その転写活性が交感神経刺激により上昇することも確認した。更に、骨芽細胞では交感神経刺激により誘導されたVDR蛋白は、リガンドである活性型ビタミンD_3と長時間にわたって安定型複合体を形成し、受容体下流シグナルとして、破骨細胞とのカップリングや免疫応答に重要なRankl mRNAの発現増加を維持することも発見した。生理的な活性型ビタミンD_3である1,25-(OH)_2D_3の血中濃度は数10pg/mlと厳密にコントロールされているが、個体における生物活性が、血中リガンド濃度の変動以上に、特異的受容体の発現変動によりダイナミックに調節されていることもはじめて明らかとなった。本研究は、カルシウム調節因子として認識されてきた活性型ビタミンD_3が造血幹細胞移動の神経系による調節に極めて重要な役割を果たしており,神経-骨-免疫系による造血制御において有機的統合システムの要としてVDRが機能している事を証明した独創的研究成果として世界的に注目されている。血液は骨で造られる。生理的な活性型ビタミンD_3である1, 25-(OH)_2D_3の血中濃度は数10pg/mlと厳密にコントロールされているが、個体における生物活性が、血中リガンド濃度の変動以上に、特異的受容体の発現変動によりダイナミックに調節されていることもはじめて明らかとなった。

本研究は、カルシウム調節因子として認識されてきた活性型ビタミンD_3が造血幹細胞移動の神経系による調節に極めて重要な役割を果たしており、神経-骨-免疫系による造血制御において有機的統合システムの要としてVDRが機能している事を証明した独創的研究成果として世界的に注目されている。本年度は本研究を臨床応用につなげる事を最終目標として、VDBアゴニスト・アンタゴニストが幹細胞動員や生着促進薬剤として有用かどうか検討した。正常マウスに様々な投与量・投与スケジュールにて活性型ビタミンD_3やその他のVDR作動薬を投与して、造血幹細胞動員や骨髄移植成績など臨床効果を検討した。
南極氷床における涵養量の推定手法に関する研究

2009年における南極昭和基地の有人観測による降雪記録に基づき、客観解析気象データによる気圧・比湿のデータ解析から、降雪時に特徴のある気圧パターンを抽出できた。しかしながら、降雪量の違いについては気圧や比湿の空間分布からは推定が難しく、この問題に対して、衛星観測による雲画像データから水蒸気量としてのパラメータとなりうるか検討を行った。結果、南極内陸上まで侵入する擾乱システムに伴う雲の検出に成功し、28件中5件の特に降雪量の多かったブリザードイベント時に同様な雲が検出できた。今後はこのような降雪に影響の大きな雲を自動検出し、水蒸気量へ変換することで各イベントの重み付けを実施する予定である。平成26年度は、南極昭和基地で観測された天気概況および南極地域観測隊の記録日誌による降雪事例のデータ収集をまず実施した。特に、2008、2009年は東南極大陸で多雪の観測報告が各国の基地からもあり、まず初動としてこの2009年に絞って詳細なデータ解析を行うこととした。客観解析気象データを用いて、観測された降雪イベント時の様々な要素の空間パターンを検討した結果、特定の気圧配置と水蒸気の空間分布の抽出に成功した。得られた気圧配置・水蒸気の空間パターンと南極氷床の年涵養量を回帰モデルで表現し、降雪量推定モデルとする予定である。降雪量を推定することが難しい場合でも、空間パターンの多様性とそれぞれの発生頻度を定量化することで、南極氷床コアや表面積雪の分析結果の考察に役立つことが国際シンポジウムにおいての研究成果発表の際に指摘を受けた。本研究の目的である、空間統計に基づいた南極氷床における降雪量推定モデルの開発に学術的な意義が深いことを裏付けられたともいえる。また、先に得られた気圧配置・水蒸気の空間分布と同様な分布を自動的に抽出する手法について機械学習に知見のある研究者と検討を行ったところ、高解像度のグリッドデータを扱うため計算が多少大変ではあるが可能であることを確認した。一つのイベントに対する降雪量の重み付けを推定するために、この自動空間パターン認識手法が降雪量推定モデルに必須であるが、まだ一部問題が残っているために検出の自動化が完了していない。このパターンは近隣の自動気象観測器によって降雪イベントが観測された際の擾乱システムと同様であることが確認でき、沿岸部から内陸部にかけて南極氷床への涵養に大きな影響を与える降雪と関連が深いことが示唆された。しかしながら、降雪量の違いについては気圧や比湿の空間分布からは推定が難しく、この問題に対して、平成27年度では衛星観測による雲画像データから、雲の面積・高度の推定を行い、水蒸気量としてのパラメーターとなりうるか検討を行った。衛星観測による輝度温度を用いた雲の識別アルゴリズムをデジタル画像処理に基づき開発した。結果、1事例ではあるが南極内陸上まで侵入する擾乱システムに伴う雲の検出に成功し、今後同様な事例を検出することで、降雪量の多い雲と少ない雲の識別が可能となることが期待できる。涵養量の推定モデルについては、上記の状況からプロトタイプの完成には至らなかったが、雲情報を水蒸気量に関係したパラメーター化することで、これまでの入力値だけは推定が難しかった降雪量の推定が可能になることが予想できる。今後、本研究を基に、降雪量の多い雲と識別された雲パターンを教師とした自動抽出を実施し、年間涵養量の推定およびパラメーターとしての重み計算を実施する予定である。また、当初予定には無かったが、国際共同研究として、南極域全体について結合された衛星雲画像に本手法を適用させ、降雪をもたらす擾乱システムを抽出・解釈を進める研究を平成27年度途中より開始した。南極昭和基地における有人観測データと客観解析気象データおよび衛星観測による雲データを用いて降雪と関係のある気圧勾配の特定パターンを得ることは出来た。近年、昭和基地を含む東南極大陸への水蒸気輸送イベントについて報告のあった論文に掲載されている大気循環場の空間パターンと本研究で得られた特定パターンは類似しており、結果の検証もできたといえる。降雪量を推定する回帰モデルの開発は一部問題が未解決のため完了しておらず、平成27年度前半も引き続きモデルの開発を行うこととなった。極域気候学、データ同化降雪量推定モデルの開発を平成27年度前半には完了させ、実施計画を漸進させる予定である。
国際経営マネジメントの革新-内なる国際化-

多国籍企業の国際経営マネジメントは、着実に変化している。日本親会社のなかに海外勤務経験者の日本人が増大し、社長など経営幹部にも海外経験者が多い。外国人の役員も増えており、海外子会社からの外国人の逆出向者や出張者も珍しくない。英語の使用がふえ、会議の進め方や情報のやりとりのあり方も変化し、意思決定のあり方にも変化がみられる。内なる国際化は進展している。ただ、変化は時間をかけて進む性格のものであり、漸進的である。主要な多国籍企業8社および研究テーマに関連する大学・研究所など8組織にインタビュー調査を実施した。インタビュー調査からつぎのことが明らかになった。海外子会社の日本人社長、日本語、親会社の非国際性で特徴づけられるこれまでの国際経営マネジメントは、不適当になってきており、今後は海外子会社の現地人社長、英語、内なる国際化の特徴の国際経営マネジメントに変えていくことが必要である。この国際経営マネジメントの革新は、慎重なプラグマティズムで漸進的にすすめる。これが共通の基本的な考え方である。内なる国際化では、国際経営の歴史が長くなり、海外事業の規模が大きくなったことにともない、海外勤務経験のある日本人の社長、役員、管理者、専門家、技術者などは着実に増大している。また、外国人役員のいる企業はふえており、日本親会社のなかの外国人管理者も増大している。内なる国際化の進展の理由は、海外事業の高い成長率である。内なる国際化を慎重に漸進的にすすめる理由のひとつに言語がある。日本親会社では基本的に日本語で仕事がなされており、これを、外国人が参加する仕事の場面に限定しても、英語に変えることは難事である。海外勤務経験者など一部の日本人を別にすると、日本人の英語力の不足のために英語で仕事をすることは非現実的である内なる国際化は、スピードは速くないが着実に進展していることは否定できない。20年前であれば、親会社のなかに外国人はほとんどいなかった。現在では、親会社の本社などには外国人はめずらしい特別の存在ではなくなっている。親会社のなかに外国人がいることにともなって、言語、会議のあり方、情報のやりとり、意思決定のプロセスなどマネジメントのあり方が変化しているが、変化の中身の詳細については、第2年度の研究に待ちたい。平成19年度のインタビュー調査(多国籍企業8社と大学・研究所など8組織)につづいて、平成20年度には多国籍企業5社およびテーマに関連する大学など6組織にインタビュー調査を実施した。これまでの国際経営の歴史と最近の進展によって、英語で仕事のできる日本人は増大している。英語を共通言語にして国際経営を行うには、英語のできる日本人が必要であるが、日本親会社の本社の2割程度の日本人がこの要件を満たしていればよいとの意見が聞かれた。相当数の多国籍企業はこの水準に達している。多国籍企業では、経営理念や基本的な経営方法(何々ウエイなどと表現されることが多い)は、親会社と海外子会社のすべての経営幹部、上級管理者などに理解・共鳴してもらうように努力されている。他方、具体的な行動様式や情報のやりとり、意思決定の仕方などについては、根回し、インフォーマルな情報の交換や相談の重視、その反面として正式な会議での議論が少ないなどのような日本的な特徴が減り、さまざまな国の文化に根ざした多様な行動や態度を容認する方向に変化している。多国籍企業がめざしているのは、価値統合と行動多様性の両方であると考えることができる。全体として、多国籍企業の国際経営マネジメントは、着実に変化している。
ナノ加工ガラスを用いた細胞膜タンパク質一分子蛍光その場観察手法の開発

細胞膜タンパク質間相互作用のリアルタイム1分子蛍光イメージングを可能にするナノ導波路を光学シミュレーションにより設計、実際にガラス基板上に作製するプロセスを構築し、導波路の形状に依存した実行可能性を評価した。掘下型導波路と埋込型導波路の2種類の作製プロセスを確立し、特に掘下型構造において従来の6倍以上のS/Nでタンパク質間相互作用を解析できることを示した。埋込型導波路については、最終目標である膜タンパク質間相互作用解析には至っていないが、要素技術を構築し、1分子蛍光を検出できることを見出した。細胞膜上で高濃度に発現した膜タンパク質間の相互作用を、リアルタイムにその場で観察するための一分子蛍光イメージング法を開発する。我々が提案するこの新手法は、半導体微細加工技術を活用して、細胞を接着させるスライドガラスに予めナノ加工を施し、作製したナノ構造配列を通してエバネッセント場を局所的に発生させることにより、細胞膜上に高濃度に発現したタンパク質を1分子ずつ識別し、それらの間の結合・解離の様子をリアルタイムにイメージングする。このナノ加工スライドガラスの設計と作製を行い、細胞膜上のタンパク質を1分子レベルで蛍光観察する。ナノ加エスライドガラスを用いた細胞膜タンパク質間相互作用の一分子蛍光イメージング法を開発することが本研究の目的である。従来の全反射エバネッセント照明法の限界は、蛍光分子濃度が50nM以上になると、高い背景光のために一分子蛍光を識別できないことである。一方、ゼロモード導波路を用いた場合では、1μM以上の蛍光分子濃度でも一分子観察可能であるが、ナノ開口部に細胞膜が落ち込むため、自然な細胞膜環境を阻害する。本研究では、この問題を解決するための新しい構造を提案する。初年度である2008年度の計画は、(1)光学理論計算によるナノ構造形状の設計、(2)設計に基づくナノ加工スライドガラスの試作、および(3)試作したナノ加工スライドガラスを用いた一分子蛍光観察の実行可能性評価である。(1)理論計算結果により、ナノ開口部の直径を100-200nmにすることで、蛍光分子濃度1μMでも一分子を識別できるだけ励起光を閉じ込められることを確認した。(2)石英ガラス上のアルミニウム薄膜に配列形成したナノ開口部にテトラエトキシオルソシランを化学気相堆積法により埋め込むことで、細胞膜観察に適した構造を形成できることを示した。(3)最初の試作品を用いて評価した結果、蛍光分子濃度500nMにおいて一分子蛍光観察できることを確認した。特に、ナノ開口側壁の形状が光の閉じ込めに影響することを見出した。これらの結果は、提案する構造が、従来の全反射エバネッセント励起を用いた場合の濃度限界の10倍を達成していることを示している。細胞膜タンパク質間相互作用を一分子レベルで解析するためのナノ構造をスライドガラス上に形成し、その実行可能性を評価することが本研究の目的である。2009年度の目標は、2008年度に実施した近接場シミュレーション結果に基づいて、スライドガラス上にナノ導波路を形成するプロセスを構築すること、および、作製したナノ導波路から基板表面に染み出す近接場領域の体積を見積もり、どの程度まで蛍光標識分子の濃度を高濃度化できるかを調査することである。(1)細胞膜の自然な流動性を確保するためには、従来からの凹型のゼロモード導波路ではなく、平坦な表面を持つ導波路が必要となる。この導波路の簡便な作製プロセスを構築した。従来の凹型のゼロモード導波路を作製し、テトラエトキシシラン(TEOS)を化学気相蒸着法で1ミクロン厚まで堆積し、その後フッ素系反応ガスのプラズマでエッチングすることにより凹型の導波路内部を一様にガラスで充填することができ、さらにナノメートルオーダで平坦な表面を獲得することに成功した。(2)試作した平坦な表面をもつ導波路から染み出す励起光の近接場領域の体積を、導波路の直径ごとに評価した。はじめに、この導波路の表面に蛍光標識分子が1個だけ吸着した場合の蛍光強度(シグナル蛍光強度)を導波路の直径ごとに評価した。さらに、導波路表面への吸着を抑制しながら、一定の濃度の蛍光標識分子を溶液に分散させたときに、近接場領域から発せられる蛍光の強度(背景光強度)を導波路の直径ごとに評価した。これらの値から近接場領域体積とシグナル/バックグラウンド比を見積もったところ、直径100nmの導波路で1マイクロモル/リットルの濃度まで1分子蛍光観察ができることを見出した。昨年度までに完成したナノ導波路を用いて、実際にタンパク質間相互作用を観察することにより、その実行可能性を評価した。本年度は、これまでに一分子観察の実績があり、水溶性タンパク質であるシャペロニンGroESとGroEL間の相互作用を、膜タンパク質観察用に改良した構造に固定してその相互作用を確かめ、その結果を構造形成にフィードバックすることを行った。

さらに、並行して、細胞体、仮足、神経突起などの特定の細胞部位を、ナノ導波路の表面にアライメントして固定する技術も開発した。GroES-GroEL間相互作用観察の結果、新構造では、従来のゼロモード導波路より近接場が広く染み出し、その結果、より微細で高アスペクトの形状に導波路を改良する必要が見出された。それでもなお、現時点で、500nMの濃度まで蛍光標識分子の濃度を高められることが判明した。従来のリアルタイム一分子蛍光イメージングでは、高々100nMの蛍光標識分子濃度で結合・解離のリアルタイム観察が行われてきているので、500nMまでの濃度で観察できることは従来法と比較して遜色なく、構造が平坦になっている分だけ膜タンパク質観察に適しているが、より高濃度下での一分子蛍光観察を実行できるように構造の改良が必要である。このために、ナノインプリント法を用いた導波路作成プロセスを新たに開発し、より微細な導波路を簡便かつ高スループットで作成できるかどうかを調査した。その結果、UVナノインプリント法のリフトオフプロセスにより、直径30nmの導波路を作成できる見込みを得た。一方、アミノ基、ポリエチレングリコール、アルキル鎖などを主鎖とするシランカップリング剤で導波路表面を位置選択的にパターニングすることにより、特定の細胞部位を位置選択的に導波路表面に固定できることが分かった。細胞膜上で高濃度に発現した膜タンパク質間の相互作用をリアルタイムにその場で観察するために、細胞を接着させるスライドガラスに予めナノ加工を施し、作製したナノ構造配列を通して近接場を局所的に発生させ、近接場内で1分子間相互作用を蛍光イメージングすることが目的である。2011年度には、細胞をスライドガラス上に固定する技術の構築と、遺伝子導入によるタンパク質の蛍光標識を行った。モデルとして、ヒト膵臓癌細胞とラットの海馬の神経細胞を用いた。ヒト膵癌細胞では、末端基の異なる有機シラン単分子膜を用いることにより、ガラス基板表面に細胞接着可能領域と細胞接着阻害領域とを予め作り込み、その後に細胞を播種することで、1細胞レベルでの固定を可能にした。神経細胞では、酸化チタンの光触媒能を積極的に活用して、軸策と樹状突起を特定の方向に伸長させる技術も構築した。加えて、遺伝子導入により、軸策特異的に発現するタンパク質(kif5C)を蛍光で特異的に染めることにも成功した。一方、細胞接着可能な平坦な表面を持つナノ導波路の作製プロセスの再現性の向上を図つた。自然な状態で細胞を導波路上に接着させるために、導波路コアを埋め込む材料のエッチング厚の制御が重要となる。エッチング時に触針膜厚計で逐次モニタリングしながらエッチングを施すことでこれを達成した。これらの技術を組み合わせることにより、直径100nmのナノ導波路の配列上に(間隔5μm)、1細胞レベルで細胞体、仮足、神経突起、などを局所的にアライメントした状態で接着させ、それでもなお、細胞の機能活性を維持することに成功した。初年度に購入した光学シミュレータを用いて、ナノ導波路内に閉じ込められる近接場、ならびに、この近接場内にある1分子からの蛍光の伝搬を再現した。これにより、ナノ導波路上に配置したタンパク質1分子に照射される励起光強度と、この1分子からの蛍光が検出器まで伝搬する効率(検出効率)を算出した。
ナノ空間の電子機能マッピングで解き明かす三元系高分子ブレンド太陽電池の動作原理

近年盛んに開発が進む共役高分子は、半導体としての電子特性と高分子本来の優れた成形加工性をあわせ持つことから、次世代エレクトロニクスの基幹材料として様々な薄膜デバイスへの応用が検討されている。本研究では、電子ドナー性、電子アクセプタ性を有する共役高分子の三成分ブレンド膜を光活性層に用いる新たな高効率高分子太陽電池を提案し、その発電原理の解明を行う。
高次生物機能中分子創製法を応用した難治性膵癌の根絶技術と糖鎖医薬の具現化

【背景・目的】末梢血liquid biopsyとして遊離癌細胞(CTC)がある。切除可能膵癌患者(PK)末梢血中の循環癌細胞をTelomeScan F35を応用しviabilityを加味したv-CTC検出に成功した。本研究ではPK患者でのv-CTCの臨床的意義、v-CTC上のPD-L1発現を解析した。【対象】PK 39例を解析した。Surgery first群(S群)、NACRT(N群)で解析した。【結果】[S群]男/女=12/12、計24例、全例根治切除できた。術前/後を通してv-CTC陰性症例は6例で、5例が無再発生存した。術前/後のいずれかまたは術前/後両測定点でv-CTC陽性例は18例で、13例は根治切除に関わらず早期再発した。術前v-CTC陽性で術後v-CTC陰性化またはv-CTCが減少した症例10例でも9例が再発した。[N群]男/女=4/11、計15例、全例根治切除できた。5例で3点を通してv-CTC陰性で全例無再発生存した。NACRT前よりv-CTC陽性例6例では、5例がNACRT後にv-CTC数が有意に増加し、内3例で早期肝転移再発しv-CTC血管内播種誘発が示唆された。[PD-L1発現]S群:18例(内3例CTC陰性)、N群:3例(内1例CTC陰性)で解析した。S群CTCの術前/後での発現率は術前で38 cells中37 cells(97%)が陽性、術後で16 cells中13 cells(81%)が陽性であった。N群CTCのNACRT前/後/術後での発現率は各々、4 cells中2 cells(50%)が陽性、28 cells中27 cells(96%)が陽性、2 cells中1 cell(50%)が陽性であった。【結語】v-CTC検出は有意な予後マーカーで、CTC上にはPD-L1が高率に発現し免疫チエックポイント阻害剤の有効性が期待できる。【背景・目的】切除可能膵(PK)癌患者に新規テロメラーゼ特異的ウイルス製剤(TelomeScan F35)を応用し末梢血中の生きた遊離癌細胞(viable CTCs)検出を行い予後予測、治療効果判定を行った。PKに対し強度変調放射線治療(IMRT)を用いた術前化学放射線療法(NACRT)を行っており、PK患者のv-CTC検出の有無、臨床的意義を解析した。【治療・対象】2013年1月からPKにIMRT 60Gy+GEM (800mg/m2)+S-1 (80mg/m2)によるNACRTを実施、NACRT前・後、術後にv-CTC値を測定した(N群)。さらに同時期に実施したPK surgery first症例でも術前・後でv-CTC値を測定した(S群)。【結果】N群は男:女=5:11、計16例、年齢中央値は69歳(4478)であった。[v-CTC推移]5例(31%)がNACRT前よりv-CTC陽性(1-4 cells)で、5例中1例はNACRT後にv-CTCは陰性化したが、残り4例でv-CTC値はNACRT後急上昇し(4-56 cells)、術後1ヵ月でもv-CTCは陽性を維持し(2-27 cells)、術後半年1年でv-CTCは陰性化した。v-CTC上昇の4例中1例は術後8ヵ月で肝転移のため死亡した。[S群]男:女=5:3、計8例、年齢中央値70歳(5385)。7例にR0手術を行った(PD:DP=5:2)。術前後共にv-CTCが0であった症例は4例で、1例は術前v-CTCは陰性であったが術後4 cellsと上昇、S-1補助療法後v-CTCは陰性化した。術前v-CTC陽性(14 cells)は3例(38%)で、2例は術後陰性化、残り1例は術中に微小肝転移が判明し切除不能とした。【考察・結語】PKにおけるv-CTC値は早期転移巣形成などを予測できる良好なバイオマーカーである。研究計画にしたがっておおむね順調に研究は進行できた。膵癌における生きた遊離癌細胞(viable CTCs)検出の真の意義については、臨床経過と対応させて解析をすすめることにより、予後因子を良好に反映できるバイオマーカーとなり得るか否かを明らかにできると考えている。また、膵癌根治に向けた強力な癌ワクチン療法を確立すべく、膵癌細胞表面に結合できるα-gal-GDの分子設計にも着手した。その結果、最もヒト自然抗体に認識され、抗腫瘍免疫を惹起できるα-gal-GDの分子構造を決定でき、viable CTCs、さらにはviable PTCs(腹腔内に遊離してきた生きた膵癌細胞)に結合させ癌細胞捕捉実験を進める準備が整いつつある。【背景】本邦では切除可能膵癌(PK)症例の腹腔洗浄細胞診(CY)の意義は確立されていない。また細胞診は判定基準の施設間差や検出感度、腹腔浮遊癌細胞(PTC)のviabilityが加味されておらず必ずしも腹膜再発を予測し得ない。

【結語】PTCのviabilityを加味したTelomeScan腹腔洗浄細胞診は腹膜再発予測ツールとして有用である。切除可能膵癌患者における生きた腹腔内遊離癌細胞(viable PTCs)検出の真の意義については、検出結果と患者臨床経過と対応させ解析した結果、腹膜再発の予後因子を有効に反映できるバイオマーカーとなり得ることを明らかにできた。また、癌細胞表面にランダムに結合できるα-gal-GDの分子設計にも着手でき、viable CTCs、さらにはviable PTCsに結合させ癌細胞捕捉実験を進める準備が整備できた。【背景・目的】末梢血liquid biopsyとして遊離癌細胞(CTC)がある。切除可能膵癌患者(PK)末梢血中の循環癌細胞をTelomeScan F35を応用しviabilityを加味したv-CTC検出に成功した。本研究ではPK患者でのv-CTCの臨床的意義、v-CTC上のPD-L1発現を解析した。【対象】PK 39例を解析した。Surgery first群(S群)、NACRT(N群)で解析した。【結果】[S群]男/女=12/12、計24例、全例根治切除できた。術前/後を通してv-CTC陰性症例は6例で、5例が無再発生存した。術前/後のいずれかまたは術前/後両測定点でv-CTC陽性例は18例で、13例は根治切除に関わらず早期再発した。術前v-CTC陽性で術後v-CTC陰性化またはv-CTCが減少した症例10例でも9例が再発した。[N群]男/女=4/11、計15例、全例根治切除できた。5例で3点を通してv-CTC陰性で全例無再発生存した。NACRT前よりv-CTC陽性例6例では、5例がNACRT後にv-CTC数が有意に増加し、内3例で早期肝転移再発しv-CTC血管内播種誘発が示唆された。[PD-L1発現]S群:18例(内3例CTC陰性)、N群:3例(内1例CTC陰性)で解析した。S群CTCの術前/後での発現率は術前で38 cells中37 cells(97%)が陽性、術後で16 cells中13 cells(81%)が陽性であった。N群CTCのNACRT前/後/術後での発現率は各々、4 cells中2 cells(50%)が陽性、28 cells中27 cells(96%)が陽性、2 cells中1 cell(50%)が陽性であった。【結語】v-CTC検出は有意な予後マーカーで、CTC上にはPD-L1が高率に発現し免疫チエックポイント阻害剤の有効性が期待できる。局所進行膵癌の患者において、viable CTCsの検出は予後因子として非常に重要であることが明らかになった。さらに、テロメスキャンを用いて膵癌患者の腹腔内の遊離癌細胞の検出にも成功しており、今後、臨床経過と照合し腹膜再発の予測因子となり得るかを解析する。さらに、平成28年度で進めてきたα-gal-GDの分子設計を確定し、ヒト免疫細胞に最も捕捉されやすいα-gal-GDを選定し、viable CTCs、さらにはviable PTCsに結合させ癌細胞捕捉実験を進める。また、現在、世界中で臨床応用されている膵癌の癌抗原であるMUC1, Mesothelinにα-gal-GDを結合させた複合体を合成し(世界初のワクチンマテリアル)、膵癌癌抗原に対する抗腫瘍免疫反応を惹起できるかを検証し、さらにin vivo実験により膵癌腫瘍増大抑制試験を行い癌ワクチンとしての有効性を解析する予定である。
過分極地弛緩連関に関する細胞薬理学的研究

イヌ・ブタの冠・脳動脈において、アゴニスト(ヒスタミン、セロトニン)の収縮タンパクCa感受性増強作用もK^+チャネル開口薬の過分極作用で抑制される。また、アゴニストが存在しなくとも、脱分極の程度が大きければ大きいほど、収縮蛋白Ca感受性が高いことを我々は見いだした。30mMKCl脱分極の〔Ca^<2+>]iの増加と収縮張力に対して、レブクロマカリム(過分極)やKCl濃度減少(再分極)により、[Ca^<2+>]iの減少とともに弛緩が生じた。レブクロマカリムの[Ca^<2+>]iの減少の程度は約40%なのに、張力の減少は約60%と弛緩効果が大きく生じた。種々の濃度のレブクロマカリムの存在下の[Ca^<2+>]i対張力関係とKCl濃度減少時の関係を検討すると、ほぼ同一の曲線となった。細胞外Ca^<2+>濃度を減少して得られる曲線に比べて明らかに同じ[Ca^<2+>]iの減少でも張力の低下が大きかった。同様の弛緩を生じるレブクロマカリムの過分極の程度とKCl濃度減少の再分極の程度は良く一致していた。90mMKCl脱分極した後、KCl濃度低下の再分極、Ca拮抗薬のベラパミル、そして90mMKClのCaCl_2濃度低下の脱分極維持時の、[Ca^<2+>]iと張力の関係を検討すると電位固定の2つの曲線が重なり合い、Ca^<2+>の流入が減少すれば同程度の弛緩が生じる。一方、再分極の曲線がそれらの右下方となり脱分極を維持した他の曲線と異り、同様のCa^<2+>流入減少でも膜電位が深いと大きな弛緩効果が生じた(過分極弛緩連関)。さらに、レブクロマカリムによる過分極が、アゴニストのCa^<2+>流入に対してどのように影響するかを細胞内Ca^<2+>ストアを枯渇させた条件下で検討すると、Ca^<2+> permeable channelを介するCa^<2+>流入は、過分極によって増加することが示された。イヌおよびブタの冠動脈において、アゴニストの収縮タンパクCa感受性増強作用もKチャネル開口薬の過分極作用で抑制され、逆に脱分極の程度が強ければ強いほど、収縮タンパクCa感受性増強作用が高い。30mM KC1で脱分極して得られる[Ca^<2+>]_1の増加と収縮張力に対して、レボクロマカリムを作用させたり(過分極)KC1濃度を減少する(再分極)と、[Ca^<2+>]_1の減少とともに弛緩が生じた。レボクロマカリムの[Ca^<2+>]_1の減少の程度は約40%なのに、張力の減少は約60%と弛緩効果が大きく生じた。

そこで種々の濃度のレボクロマカリムの存在下の[Ca^<2+>]_1対張力関係とKC1濃度を減少した際の関係を検討すると、ほぼ同一の曲線となった。細胞外Ca^<2+>濃度を減少して得られる曲線に比べて明らかに同じ[Ca^<2+>]_1の減少でも張力の低下が大きかった。イヌ冠動脈の膜電位を測定してさらに検討した。同様の弛緩を生じるレボクロマカリムによる過分極の程度とKCl濃度減少による再分極の程度は良く一致していた。90mMKC1-2.5mM CaCl_2の生理的塩類溶液で脱分極したした後、CaCl_2濃度はそのままにKC1濃度を低下させ再分極させた場合、Ca拮抗薬のベラパミルを作用させた場合、そして90mM KC1濃度はそのままで脱分極は同じレベルに維持したままCaCl_2濃度を低下させた時の、[Ca^<2+>]_1と張力の関係を検討すると、電位は固定したままの2つの曲線がほぼ重なり合い、Ca^<2+>の流入が減少すれば同程度の弛緩が生じる。一方、再分極の際の曲線がそれらの右下方となり脱分極を維持した他の曲線と異り、同様のCa^<2+>流入減少でも膜電位が深いと大きな弛緩効果が生じた。
スプリントパフォーマンス向上に最適なレジスタンストレーニング法の究明とその効果

本研究ではT2強調画像を用いて,1)スプリント走における下肢筋群の筋活動水準を明らかにしたうえで,スプリント走に重要となる筋を究明し,2)各レジスタンストレーニングについて,筋毎および同一筋内の筋活動水準の部位間差と種目間差を検討する.そのうえで,3)スプリント走で筋活動水準の高い筋の改善を目的としたレジスタンストレーニングの継続的な実施が筋の形態的特徴および力学的特性,疾走能力に与える影響を明らかにすることとした.1)臀筋群および大腿二頭筋長頭,半腱様筋,内転筋群に大きな筋活動がみられた一方,大腿直筋を除く大腿四頭筋ではほぼ筋活動がみられなかった.また,競技レベルによる違いはみられなかった.2)では,ヒップスラストでは臀筋群および内転筋群の,ノルディックハムストリングスおよびレッグカールでは半腱様筋の,グッドモーニングでは大腿二頭筋および半腱様筋を含むハムストリングスの筋活動水準が高く,それ以外のトレーニングでは臀筋群の筋活動が高まる一方で,大腿直筋を除く大腿四頭筋の筋活動が高いことが明らかとなった.加えて,ノルディックハムストリングスおよびレッグカールを除くすべてのトレーニングで,半腱様筋の活動はほぼみられなかった.2)の結果を受けて,3)ではスプリントパフォーマンスの向上に効果的なレジスタンストレーニングとして,ヒップスラスト,ノルディックハムストリングスおよびグッドモーニングを3か月実施し,下肢筋群の筋形態,筋機能および疾走能力に与える効果を検証した.その結果,各トレーニングで筋活動が起こる筋群において肥大がみられ,股関節伸展筋力において大幅な改善がみられた.さらに,100m走の競技パフォーマンスを決定する最高疾走速度にも有意な向上が認められた.2年かけて実験を行う予定であったが,1年目ですべての実験が完了し,分析・執筆作業に入ったため.データ収集は終了したため,分析を進め,成果を論文ベースで発表する.本研究ではT2強調画像を用いて,1)スプリント走における下肢筋群の筋活動水準を明らかにしたうえで,スプリント走に重要となる筋を究明し,2)各レジスタンストレーニングについて,筋毎および同一筋内の筋活動水準の部位間差と種目間差を検討する.そのうえで,3)スプリント走で筋活動水準の高い筋の改善を目的としたレジスタンストレーニングの継続的な実施が筋の形態的特徴および力学的特性,疾走能力に与える影響を明らかにすることとした.1)臀筋群および大腿二頭筋長頭,半腱様筋,内転筋群に大きな筋活動がみられた一方,大腿直筋を除く大腿四頭筋ではほぼ筋活動がみられなかった.また,競技レベルによる違いはみられなかった.2)では,ヒップスラストでは臀筋群および内転筋群の,ノルディックハムストリングスおよびレッグカールでは半腱様筋の,グッドモーニングでは大腿二頭筋および半腱様筋を含むハムストリングスの筋活動水準が高く,それ以外のトレーニングでは臀筋群の筋活動が高まる一方で,大腿直筋を除く大腿四頭筋の筋活動が高いことが明らかとなった.加えて,ノルディックハムストリングスおよびレッグカールを除くすべてのトレーニングで,半腱様筋の活動はほぼみられなかった.2)の結果を受けて,3)ではスプリントパフォーマンスの向上に効果的なレジスタンストレーニングとして,ヒップスラスト,ノルディックハムストリングスおよびグッドモーニングを3か月実施し,下肢筋群の筋形態,筋機能および疾走能力に与える効果を検証した.その結果,各トレーニングで筋活動が起こる筋群において肥大がみられ,股関節伸展筋力において大幅な改善がみられた.さらに,100m走の競技パフォーマンスを決定する最高疾走速度にも有意な向上が認められた.2年かけて実験を行う予定であったが,1年目ですべての実験が完了し,分析・執筆作業に入ったため.データ収集は終了したため,分析を進め,成果を論文ベースで発表する.トレーニング機器を中古を購入することで,予算を抑えることができた.一方で,申請者の所属機関が変更になったことから,追加の実験を行う際に旅費等が必要になったことから,抑えた予算をそちらに分配し,使用する.
フラクタルによる鋳造材のデンドライト組織の評価

Al基合金の一方向凝固実験を行い,縦断面,斜断面および横断面のフラクタル次元を測定した.部分凝固時間が同じであれば各断面のフラクタル次元は等しい値となった.この結果は凝固組織から,凝固時の冷却速度を容易に見積もることを可能にする.また,デンドライト組織形態を評価する他のパラメータとして新たに無次元周囲長を検討した.フラクタル次元および無次元周囲長の異なる組織形態の試料の引っ張り試験を行った.フラクタル次元および無次元周囲長が増加すると,引っ張り強さが増加した.一方向凝固した試料の無次元周囲長から共晶凝固時の固相率における固液共存体の透過率を求めることが出来た.最初にフラクタル次元の新しい測定法の検討を行った.実験で観察される初晶デンドライト組織のフラクタル次元を測定するために,初晶と共晶領域を識別し,初晶デンドライトの形状を抽出する必要がある.従来はこの作業を目視で初晶と共晶を識別し,手書きで初晶-共晶界面形状を抽出していた.しかしこの方法では測定者の感覚によって誤差が生じやすく,基準が曖昧であった.また目視と手書きによる識別に多くの時間を要した.そこでAl-Si二元合金を対象として組織写真のRGB値から初晶固溶体と共晶Si相を識別し,共晶領域を識別する新たなアルゴリズムを開発した.続いて一方向凝固実験を行い,チル部から柱状晶,柱状晶-等軸晶遷移(CET),上部が等軸晶領域となる試料を作成し,縦断面および横断面のフラクタル次元を測定した.フラクタル次元は柱状晶領域,CET領域,等軸晶領域全体を通して部分凝固時間の1/3乗に負の相関を持って連続的に減少した.また,部分凝固時間が同じであれば縦断面および横断面のフラクタル次元は等しい値となることが分かった.この結果は任意の切断面でフラクタル次元を測定することにより,部分凝固時間を求めることができる可能性を示している柱状晶領域の縦断面組織から2次デンドライトアーム間隔(SDAS)とフラクタル次元の関係を求めた.両者は負の相関を示した.この結果から2次アーム間隔の測定が困難な組織でも,任意の面でのフラクタル次元を測定することにより,2次アーム間隔に変換できる可能性を示した.Al-Cu二元系合金,Al-Si-Cu三元系合金のフェーズフィールドシミュレーションで得られたデンドライト組織のフラクタル次元を調査した.その結果,両二元系合金とも初期組成が増加するとフラクタル次元は増加した.また,三元系合金では同じ組成の二元系合金よりもフラクタル次元が大きい値を示した.前年度の研究成果としてAl-Si合金の一方向凝固実験により,縦断面と横断面のデンドライト組織形態は異なるが,そのフラクタル次元は部分凝固時間が同じであれば等しくなることを明らかにした.この結果を確認するために,本年度では斜断面のデンドライト組織のフラクタル次元も測定した.その結果,部分凝固時間が同じであれば縦断面,横断面,斜断面に観察されるデンドライトのフラクタル次元はほぼ等しいことを確認した.この結果は従来デンドライト2次枝間隔から推定していた部分凝固時間が,2次枝間隔測定が困難な条件でも簡便に求めることが出来る可能性を示している.続いて凝固組織形態を評価するパラメータとしてフラクタル次元とともに無次元周囲長の有効性について検討した.従来の単一デンドライトに対する無次元周囲長の定義を拡張し,実組織の断面に2次元的に観察される複数の初晶の総面積とその総周囲長を測定し,その総面積と等しい円の周囲長と測定した総周囲長との比として新たに定義した.その結果,フラクタル次元と同様に部分凝固時間が等しければ縦断面,横断面,斜断面の無次元周囲長はほぼ等しくなることを明らかにした.試料をAl-Cu合金に拡張した.Ai-Si合金の針状共晶形態に対してAl-Cu合金の層状共晶形態においても昨年度に開発した初晶形態の識別アルゴリズムが有効であることを確認した.また部分凝固時間が同じであれば縦断面,横断面,斜断面のフラクタル次元および無次元周囲長は同じであること,および両パラメータは部分凝固時間の1/3乗と逆相関を持つことを明らかにした.フラクタル次元および無次元周囲長が1/3乗則と逆相関を持つことは,両パラメータがオストワルド成長を反映していることを示している.また,初期Cu濃度が増加するとフラクタル次元および無次元周囲長の値は増加することを明らかにした.Al-Si,Al-Cu合金の一方向凝固実験を行い,柱状晶,CE),等軸晶領域となる試料を作成し,縦断面,斜断面および横断面のフラクタル次元を測定した.フラクタル次元は部分凝固時間の1/3乗に負の相関を持って連続的に減少した.部分凝固時間が同じであれば各断面のフラクタル次元は等しい値となることが分かった.この結果は従来デンドライト2次枝間隔から推定していた部分凝固時間が,2次枝間隔測定が困難な条件でも簡便に求めることが出来る可能性を示している.デンドライト組織形態を評価するパラメータとしてフラクタル次元とともに無次元周囲長の有効性について検討した.