hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
唾液腺粘液嚢胞発症モデルシステムの樹立とその治療法の開発に関する研究

平成6年度及び7年度の研究成果より以下の結果が得られた。1)患者から得られた粘液嚢胞内容液について、それに含まれる蛋白分解酵素活性を検索したところ、内溶液中には正常唾液に比較して著しい蛋白分解酵素活性の上昇が検出された(Azuma M.,J. Oral Pathol Med.,24 299-302,1995)。2)1)により粘液嚢胞の発生・拡大には周囲結合組織を分解するための蛋白分解酵素活性が重要であることが明らかになったことから、次に実験系において嚢胞形成と蛋白分解酵素活性との関連につき解析した。すなわち、SV40 DNAによって不死化された正常ヒト唾液腺導管上皮細胞(NS-SV-DC)をin vitroにおいてTGF-β1にて処理した後、マトリゲルと混和しメ-ドマウス背部皮下に移植したところ、嚢胞様構造物を構築した。3)この際、細胞より分泌されるMatrix metalloproteinase (MMP-2)とTissue inhibitor of metalloproteinase-1 (TIMP-1)活性につき検索したところ、TIMP-1については変化が見られなかったが、MMP-2活性については著明な上昇が認められた。更に、TGF-β1、MMP-2及びTIMP-1 mRNAの発現につき検索したところ、TGF-β1とMMP-2については発現の上昇が見られたが、TIMP-1については認められなかった(Azuma M.,J. Oral Pathol Med.,1996,in press)。4)MMP-2のインヒビターであるTIMP-1をマトリゲルに混和することにより、TGF-β1によって誘導されるNS-SV-DCからのMMP-2を中和した際、嚢胞様構造物の構築は抑制された。従って、以上の研究結果より、唾液腺粘液嚢胞発症のメカニズムの解明及びin vitroでの嚢胞発症モデルシステムの樹立は達成され他ものと言える。更に、発症のメカニズムに立脚した粘液嚢胞の治療法、すなわち蛋白分解酵素活性の抑制という新たな治療概念が提唱されたものと言える。本研究を遂行する上で我々は、粘液嚢胞発症のメカニズムを以下の作業仮説のもと検証することとした。1.嚢胞の発生・拡大には周囲結合組織を分解するため、ある種の細胞からの蛋白分解酵素活性の上昇が必要である。2.蛋白分解酵素活性の上昇を引き起こす分子としては、Transforming growth factor-β1(TGF-β1)などの生体内に普遍的に存在し、かつ臓器の形態形成に関与する分子である。まず、上記の仮説1.を実証するため実際の患者から得られた粘液嚢胞内容液について、それに含まれる蛋白分解酵素活性を検索した。その結果、内容液中には正常唾液に比較して著しい蛋白分解酵素活性の上昇が検出された(Azuwa M.J.Oral Pathol.Med.;1995,in press)。従って、我々の作業仮説1.は実証されたものと考える。次に仮説2.についてin vitroとin vivoの実験系を用いて検証した。すなわち、SV40 DNAにより不死化された正常ヒト唾液腺導管上皮細胞(NS-SV-DC)を1ng/ml或いは5ng/

mlのTGF-β1にてin vitroにおいて処理した後、基底膜成分から構成されているマトリゲルと混和し、ヌードマウス背部皮下に移植し、形成物につき検索したところ、5ng/mlのTGF-β1にて処理されたNS-SV-DCにおいてのみ嚢胞様構造を構築した。この際の細胞より分泌されるコラゲナーゼとtissue inhibitor of metalloproteinases-1(TIMP-1)活性につき検索したところ、TGF-β1(1ng/mlと5ng/ml)処理によりコラゲナーゼ活性の上昇は認められたが、TIMP-1については変化が認められなかった。更に、TGF-β1、72-kDaコラゲナーゼ(MMP-2)とTIMP-1のmRNA発現につき解析したところ、5ng/mlのTGF-β1により処理された細胞においてのみ、TGF-β1とMMP-2のmRNA発現の上昇が認められた、TIMP-1のmRNAには変化が認められなかった。この所見はヌードマウスでの嚢胞形成の結果と合致するものであり、我々の作業仮説2.も実証されたものと考える。従って以上の結果より、当該年度の目標は達成されたものと言える。平成6年度の研究結果より以下の2点を明らかにした。すなわち、1)粘液嚢胞の発生・拡大には粘液嚢胞内容液に存在する蛋白分解酵素活性の上昇が重要であること(Azuma M.,J.Oral Pathol.Med.,24:299-302,1995)、2)TGF-β1にて処理されたヒト唾液腺導管上皮細胞(NS-SV-DC)をマトリゲルと混和後、ヌードマウス背部皮下に移植することにより、嚢胞様構造物が構築され、その構築にはNS-SV-DCの蛋白分解酵素活性の上昇が関与していることを明らかにした(Azuma M.,J.Oral Pathol.Med.,1996, in press)。従って、平成7年度においては、上記ヌードマウス背部皮下にて形成される嚢胞様構造物を用いて、蛋白分解酵素のインヒビター投与による嚢胞様構造物消失の有無につき検討した。すなわち、TGF-β1にて処理されたNS-SV-DCをMatrix metalloproteinase-2,-9(MMP-2,-9)のインヒビターであるTissue inhibitor of metalloproteinase-1(TIMP-1)を1μgの割合で含むマトリゲル内に混和し、ヌードマウス背部皮下に移植後、嚢胞形成の有無につき検索したところ、TIMP-1を混和しないグループ(10匹)においては全例嚢胞を形成したが、TIMP-1を混和したグループ(10匹)においては全例嚢胞様構造物の形成が抑制された。更に、in vitroにおいてTGF-β1にて処理されたNS-SV-DCから分泌されるMMP-2とMMP-9のTIMP-1による活性抑制につき検討したところ、明らかにMMP-2とMMP-9の抑制が認められた。すなわち、in vivoで見られた嚢胞様構造物構築の抑制はTIMP-1によるMMP-2とMMP-9の抑制に起因していることが明らかとなった。従って、以上の結果より平成7年度の目標は達成されたものと考える。
DNAアプタマーによる生体ストレスマーカー分子検出系の開発

8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OHdG)はDNAの構成成分である2'-deoxyguanosine (dG)が酸化されることにより生成される物質である。8-OHdGが生成するとDNA→RNAが発現する等生体に悪影響を及ぼすため生体は損傷したDNAを修復する機構をもっており、修復過程の結果、8-OHdGは正常なdGに置き換えられ、血中に排出される。8-OHdGは、比較的安定な物質であり、体内で分解されることなく、最終的に尿中に排出される。このように、尿中に存在する8-OHdGは生体内での酸化ストレスと密接に関係している。従って、尿中の8-OHdGの存在量を測定することは、生体がどの程度酸化ストレスにさらされているか、ひいては老化の程度、疾病の有無等を間接的に評価することにつながる。現在、この8-OHdGは免疫学的測定法を用いて測定することが可能である。しかしこの測定素子である抗体は熱、pHに対し不安定な性質を持ち、測定環境には制約がある。そこで本研究室では8-OHdGの測定素子として生体材料であるDNAアプタマーを用いる方法に注目した。DNAアプタマーは特定の分子と結合できる一本鎖のDNAの総称である。一般にDNAは生体内では二本鎖で存在し二重らせん構造を形成するが、一本鎖のDNAは様々な高次構造を形成することが知られており、この高次構造の様々な立体構造が分子との結合に関与していると考えられている。DNAアプタマーは、その分子の性質上、環境変化に安定であり、大量合成も容易である。これらの性質は熱、pHに不安定な抗体や酵素などのタンパク質と比較して有利である。本研究では8-OHdGを認識するDNAアプタマーの選抜とその機能評価、及びバイオセンサーのセンサ素子への応用を目的とし研究を行っている。これまでに我々は8-OHdGを認識するDNAアプタマーの選抜に成功し、その配列を特定した。そこで本研究では特定された配列について、BLACORE、蛍光偏光法及び限外ろ過の原理を用いて機能評価を行った。その結果、Sequence Qと命名した配列に8-OHdGに対して強い親和力を示すデータが得られた。またSequence Qについて8-OHdGと構造が類似したdGに対しては結合を示すデータは得られなかった。このことからSequence Qの8-OHdGに対する親和性は特異的なものであると考えられる。さらにCDスペクトル解析を用いてSequence Qの構造解析を試みたがG-カルテット構造を示すようなスペクトルは得られなかった。
ゴマリグナンセサミノールの新規脂質代謝調節機能の解析

ゴマに含まれるリグナンの一種であるセサミノールは、そのほとんどが配糖体として存在している。本研究ではそのアグリコンであるセサミノールの脂質代謝改善作用についてラットを用いて検討した。セサミノールを0. 0. 20%含む食餌を4週齢雄のSprague-Dawley系ラットに4週間摂食させた。その結果、セサミノールは、添加量依存的に血清および肝臓脂質、特にトリグリセリド濃度低下作用を示すことを初めて明らかにした。この効果は、従来の既存の食品成分に比べて明らかに大であり、またその低下の機序は脂肪酸の合成と参加における酵素活性の逆向きの応答に伴うものであった。ゴマは、必須脂肪酸であるリノール酸を多く含み、さらにリグナン類であるセサミン、セサミノール、セサモール、セサモリノール、セサモリン等を含むことが知られている。リグナン類は一般的に、強い抗酸化活性を示すことが報告されており、特にセサミンはアルコール代謝促進作用、抗ガン作用、血圧上昇抑制作用、脂質代謝改善作用等の多様な生理作用を発揮することからサプリメントとして広く市販・利用されている。一方、リグナン類の一種であるセサミノールは、セサミンに水酸基が1つ付加された構造を持ち、セサミンと同様の効果を発揮する可能性が期待される。しかしながら、セサミノールの大部分はセサミノール配糖体として存在しており、ゴマやゴマの搾油かすからアグリコンであるセサミノールを大量に分離・調製することが困難であったことから、セサミノールアグリコンの機能性についてはこれまで十分には検討されていない。本研究では、セサミノールの脂質代謝改善作用についてラットを用いて検討した。コレステロールを含むあるいは含まない食餌にセサミノールアグリコンを添加し、4週齢雄のSprague Dawleyラットに4週間自由摂食させた。体重増加量には全ての群間で差が認められなかった。また、剖検の結果、全てのラットに異常は認められなかった。平均摂食量は、セサミノール群で低かったことから、食餌効率はセサミノール群で高かった。現在、血清および肝臓脂質濃度、肝臓での脂質代謝関連タンパク質の遺伝子発現量、食餌脂肪の吸収率、肝臓のトコフェロール含量等を測定している。ゴマは古くからさまざまな生理活性を発揮することが報告されており、その有効成分はセサミンやセサミノール、セサモリン等のリグナン類であると考えられている。ゴマに含まれるリグナン類の一つであるセサミンは、アルコール代謝促進作用、抗ガン作用、血圧上昇抑制作用および脂質代謝改善作用等の多様な生理機能を発揮することが報告されている。一方、セサミンに水酸基が1分子付加された構造を有するセサミノールは、セサミンと同様あるいは高い水溶性を示し、消化・吸収されやすいと考えられることから、セサミンを上回る生理活性を発揮する可能性が期待されている。しかしながら、ゴマに含まれるセサミノールは、ほとんどがセサミノール配糖体として存在しており、アグリコンであるセサミノールとしてはごく微量しか存在しておらず、生理活性を研究するのに十分な量を単離することが困難であったことから、これまでほとんど研究されていない。これまでに、宮崎県内の企業がセサミノール配糖体をセサミノールに加水分解する微生物をスクリーニングし、セサミノールを大量に製造する方法を世界に先駆けて確立している。本研究では、0.05%0.20%セサミノールを食餌に添加し、コレステロール添加食ラットの脂質代謝に及ぼす影響を検討した。その結果、セサミノールは食餌への添加量依存的な効果が認められ、0.15%および0.20%添加群で血清および肝臓脂質濃度の顕著な低下作用が認められた。さらに、肝臓における脂肪酸代謝関連酵素のmRNA量もセサミノールの添加量依存的な効果が確認された。以上の結果から、セサミノールはセサミンに匹敵する脂質代謝改善作用を有することが明らかとなった。
高濃度ATPが変性タンパク質の蓄積を抑制する仕組みの解明

これまでに申請者は「生命のエネルギー通貨」であるATPが、細胞内で常に高濃度に保たれること(ATP恒常性)、またATP動態異常が異常タンパク質の蓄積を惹起するのを発見した。しかしその詳細や生理的意義は不明であった。そこで本研究ではATPによりタンパク質品質管理機構が制御される分子機構の解明を目指す。多くの神経変性疾患ではタンパク質恒常性の破綻による変性タンパク質の蓄積やエネルギー代謝活性の低下が発症要因になる。本研究によりATP恒常性の破綻がタンパク質恒常性の破綻に帰結する分子機序が明らかになれば、神経変性疾患の発症機構の解明や治療薬の創発にも繋がると期待される。
間質性肺炎疾患におけるリン脂質代謝異常の解析と質量分析による検査法の開発

気管支肺胞洗浄液(BALF)は、間質肺炎疾患群の診断や病態把握に用いられるが、BAL中脂質組成と病態との関係は明らかでない。マトリックス支援イオン化飛行時間型質量分析法、ガスクロマトクマトグラフィー質量分析を用いて、脂質分子種、脂肪酸組成、脂質代謝酵素活性の測定法を構築した。測定法は、微量試料での迅速測定であり、良好な測定精度を示した。質量スペクトルよるBALF中リン脂質プロファイルを作成し、血清リン脂質プロファイルと合わせて解析することで、BALF中のリン脂質分子種組成の変動を検出できた。これらは、肺サーファクタントや肺胞細胞のリン脂質代謝異常を捉える指標となると考えられた。これまで,マトリックス支援イオン化飛行時間型質量分析(MALDI-TOF MS)、ガスクロマトグラフィー質量分析(GC MS)を用いて、リン脂質およびその代謝産物、トリグリセライド(TG)、コレステロール、脂肪酸などの定量測定法を確立した。また、リン脂質や他の脂質の分解に関わる酵素の反応性を検討し、MALDI-TOF MSによる酵素活性の測定法を確立した。リン脂質水解酵素であるホスホリパーゼA2は、PCを特異的に水解しリゾPCを生成した。さらに、TGやコレステロールエステル(CE)の水解酵素においては、TGやCEだけでなく弱いながらリン脂質の水解反応を示し、脂質代謝酵素の性質を検討できた。また、スフィンゴ脂質(SL)やホスファチジルコリン(PC)は、有機溶媒下酸性条件で脂肪酸が水解され、副産物を生じないでリゾSLやリゾPCが生成された。また、スフィンゴ脂質の糖鎖にも関係なく水解されたことから、酵素反応とは関係なく比較的緩和な条件でリゾ体が生じることを確認できた。この反応は、定量分析における内部標準物質としてのリゾ体の生成に利用できた。次いで、気管支肺胞洗浄液(BAL-F)の脂質組成をMALDI-TOF MSおよびGC MSで分析し、肺サーファクタントの構成主要成分であるジパルミトイルホスファチジルコリン(DMPC)以外にコレステロールなどを同定できた。また、末梢血中の血小板および単核球の調製とマクロファージの分化などの手技を確認し、これらの細胞膜におけるリン脂質組成を分析した。これらのことから、MALDI-TOF MSおよびGC MSにより、BAL-Fの脂質代謝産物の定量的分析と分泌される酵素による脂質代謝産物の分析ができ,MALDI-TOF-TOF MSおよびLC MS/MSによる脂質分子種の同定ができるようになった。間質肺炎疾患群の診断や病態把握に用いられる気管支肺胞洗浄液(BALF)中の可溶成分には、肺サーファクタント由来の脂質が含まれるが、ヒトBALFの脂質組成は十分に明らかにされてない。本研究では、マトリックス支援イオン化飛行時間型質量分析計(MALDI-TOF MS)を用いBALF中リン脂質分子種の測定系を構築した。質量スペクトルより、BALF中に特徴的なリン脂質のピークとして、ホスファチジルコリン(PC)で脂肪酸側鎖にパルミチン酸(C16:0)とミリスチン酸(C14:0)を持つPC(C16:0/14:0)とジパルミトイルPC(C16:0/16:0)が検出された。さらに、PC(C16:0/18:03)、PC(C18:0/18:03)、PC(16:0またはC18:0/20:4)の12種類のPC分子種が検出された。また、リゾPC(LPC)分子種のLPC(C14:0C20:4)が7種類、スフィンゴミエリン;SM(C16:0)が検出された。これらの分子種は、MALDI-TOF-TOF MSによるMS/MS分析で同定された。BALFおよび血清中のPCおよびLPC分子種の組成をMALDI-TOF MSにより比較検討した。血清では、PC(C16:0/14:0)とPC(C16:0/16:0)はほとんど検出されず、BALFでは、PC(C16:0/18:1)、PC(C16:0/18:2)などのパルミチン酸(C16:0)を含むPC分子種が血清中の組成比率より高値に検出された。また、LPCは血清中と同様にLPC(C16:0)が主なピークであったが、LPC(C16:0)/PC比は、血清中の組成比に比べると低値であった。BALF中のリン脂質組成は血清中組成と異なり、肺サーファクタントや肺胞細胞のリン脂質代謝異常を捉える指標となると考えられた。

マトリックス支援イオン化飛行時間型質量分析(MALDI-TOF MS)を用いた内部標準法により、脂肪酸側鎖別のコリン含有リン脂質およびその代謝産物の定量測定系を確立した。定量測定系は、内部標準品(IS)によりキャリブレーションを行い、ISを試料に添加して質量分析を行い、ISとのピーク比から各リン脂質濃度を測定した。再現性、直線性、酵素法との相関性などの基礎的検討より、良好な測定精度を得ることができた。この定量測定系を応用してリン脂質水解酵素である市販ホスホリパーゼA2の酵素活性測定法を確立することができた。タイムコースや酵素濃度および基質濃度変化による基礎的検討から、良好な測定精度を得ることができた。現在、生体試料中の脂質分解酵素活性測定の検討を行っている。肺胞洗浄液(BAL-F)をクロロホルム/メタノール(C/M:2/1 v/v)有機溶媒混液を用いて脂質成分を抽出し、濃縮操作後に薄層クロマトグラフィ(TLC)により、BAL-Fの脂質組成を検討した。さらに、この脂質試料の脂質組成をMALDI-TOF MSで分析した。BAL-F試料では、検体採取の際リドカインが用いられたため、そのイオンピークを同定し除外する必要があった。BAL-F脂質試料中において、肺サーファクタントの構成主要成分であるジパルミトイルホスファチジルコリン(DPPC)を同定できたが、試料によっては検出感度以下でDPPCが検出されなかった。また、MALDI-TOF MSによりDPPC以外の脂質ピークを複数検出し、検体材料により脂質プロフィルの相違が観察された。現在、この未同定分子の分子構造および由来についての検討を進めている。マトリックス支援イオン化飛行時間型質量分析(MALDI-TOF MS)およびガスクロマトグラフィー質量分析(GC MS)を用いて、リン脂質およびその代謝産物、トリグリセライド(TG)、コレステロール、脂肪酸などの脂質組成分析法が確立され、また各脂質の内部標準物質の調製ができたことから、内部標準物質を用いた微量高感度定量質量分析を可能とした。さらに、本法を利用して、脂質の水解に関わる脂質分解酵素の活性測定の基礎的な検討を行うとともに、基質特異性などの酵素の性質の分析を可能とした。次いで、マクロファージの前駆細胞の単核球細胞や末梢血血小板などの細胞中の脂質組成の分析が可能となり、気管支肺胞洗浄液(BAL-F)に含まれるマクロファージの脂質組成の分析が可能となった。このことから、これらのBAL-Fや抹消血液細胞が分泌する脂質分解酵素反応をMALDI-TOF MSで分析できる可能性が示された。さらに、当研究実施施設において、新たにMALDI-TOF-TOF MSおよび液体クロマトグラフィー質量分析(LC MS/MS)が導入され、これらの装置による脂質分子種の同定法の検討をおこない、脂肪酸側鎖の異なる分子種の組成決定の精度をあげることが可能となった。これらの質量分析装置の分析により、リン脂質およびその代謝産物、関連する脂質水解酵素活性の測定系が確立でき、次年度の目標である患者試料のBAL-Fや血清を用いて、その脂質組成および酵素活性代謝異常の分析に向けて研究が進行している。本研究では、間質性肺炎などの呼吸器疾患の検査で得られる肺胞洗浄液(BAL-F)を用いて、肺胞内の脂質代謝の障害とその機序の解明を目的としている。そのため、BAL-F中の脂質およびその代謝産物を分析、同定するとともに、代謝機序に関わる脂質分解酵素を測定し、代謝異常を証明することと、そのマトリックス支援イオン化飛行時間型質量分析(MALDI-TOF MS)を用いた臨床検査法の確立である。
ヒト顎骨骨肉腫細胞株のin vitro培養系における分化・石灰化機構について

骨形成における初期石灰化機構を解明するため、当教室で樹立したヒト下顎骨骨肉腫由来細胞株の生物学的性状について検討した。A,B2つのクローンを比較したが、クローンBはALP活性は低く、PTHによるcAMPの上昇は認められなかった。これに対してクローンAは培養初期より高いALP活性を認め、PTHを培地中に添加すると、濃度依存性にALP活性の上昇がみられ、cAMP合成では10 MのPTHを投与すると約13倍に上昇した。また、PGEを添加すると、PTHの反応とは逆に濃度に依存して10Mでcontrolの74%にALP活性が抑制された。さらに活性化ビタミンDを培地中に添加してもALP活性の上昇は認められなかったこの細胞の染色体数は57-59にピークがみられ、トリプシンGバンド法にて8細胞分析の結果では、8pの共通した異常が認められた。この細胞株はヌードマウス移植可能であり、1×10個を腹部皮下に接種すると、1-2週間後に直径5-6mmの腫瘍を形成し、腫瘍の増大が認められた。腫瘍細胞は母組織とほぼ同一の組織像を呈し、3か月経過すると腫瘍内に類骨の形成が見られた。A、B両細胞共にTypeI collagen産生能がmRNAで欠如していた。さらにオステオカルシン合成も両細胞共に認められなかったが、クローンAでは、mRNAの発現は認められた。これらの結果から骨肉腫の場合、骨芽細胞の分化のどの段階で腫瘍化したかによって腫瘍の性質が異なり、さらに骨肉腫では通常の石灰化とは異なる機序によって骨の破壊、新生が起こっている可能性が示唆された。骨代謝における骨芽細胞の機能を検索することを目的として、36歳男性の下顎骨に発生した骨肉腫から株化腫瘍細胞を樹立し、A、Bの2つのクロ-ンについて分析した。1.細胞の倍加時間はA細胞が18時間、B細胞は19.8時間であった。2、ALPase活性はA細胞では、培養直後から上昇を認め培養7日、13日目にピ-クがみられ高い活性を示した。しかしB細胞ではその活性は低く、上昇は認められなかった。3、Ca量はA細胞では培養15日以降から増加を認め、37日以降ではその著しい増加が認められた。これに対してB細胞では、35日以降から増加を認め、50日以降その増加が顕著になった。4、B細胞では、培養中アリザリンレッドSによって染めだされるnoduleの形成が認められ、培養日数の増加に伴いその染色程度も増大した。5、PTHを培養上清中に添加すると、A細胞では濃度に依存してALPase活性が促進されたがB細胞では変化がなかった。1α25(OH)_2D_3を添加しても、A、B細胞ともにALPase活性には変化がなかった。6、A細胞はヌ-ドマウスに移植すると腫瘍を形成し、腫瘍内に骨および類骨の形成が認められた。しかしB細胞では腫瘍の形成は認められなかった。さらにオステオカルシンの合成、PTHによるcAMP合成の変化など他の骨芽細胞の分化ヌ-カ-についても検討中である。樹立したヒト下顎骨骨肉腫由来細胞株のクローンAについて骨茅細胞としての性質をさらに検索し以下の結果を得た。1.3.5cmの培養dishに7×10^4個の細胞を播きβグリセロリン酸やアスコルビン酸を添加することなく培養を続けると、培養3週目頃から結節状に厚く盛り上がった部位が多数みられ、培養日数の経過とともに拡大が認められ、結節内にはvon kossa染色で強く染色される顆粒状の石灰化物が多数みられた。2.PTHを培養上清中に添加すると濃度依存性にALPase活性、cAMPの上昇が認められた。

しかし、1α25(OH)_2D_3を添加してもALPase活性の上昇はみられなかった。3.培養5,7,15,30日目に培地内のオステオカルシン量を測定したが、オステオカルシンの合成は認められなかった。また、PTH、1α25(oH)_2D_3を添加しても合成量に変化はみられなかった。4.PGE_2を添加すると、PTHの反応とは逆に濃度に依存してALPase活性が抑制された。また細胞内cAMPの合成は認められるもののその量は、PTHに比べ非常に弱かった。さらにTGF-βのALPase活性、Ca合成に対する影響やPGE_2の合成量について検討中である。骨形成における初期石灰化機構を解明するため、当教室で樹立したヒト下顎骨骨肉腫由来細胞株の生物学的性状について検討した。A,B2つのクローンを比較したが、クローンBはALP活性は低く、PTHによるcAMPの上昇は認められなかった。これに対してクローンAは培養初期より高いALP活性を認め、PTHを培地中に添加すると、濃度依存性にALP活性の上昇がみられ、cAMP合成では10-^<-6>MのPTHを投与すると薬13倍に上昇した。また、PGEを添加すると、PTHの反応とは逆に濃度に依存して10^<-7>Mでcontrolの74%にALP活性が抑制された。さらに活性化ビタミンDを培地中に添加してもALP活性の上昇は認められなかったこの細胞の染色体数は57-59にピークがみられ、トリプシンGバンド法にて8細胞分析の結果では、8P^-の共通した異常が認められた。この細胞株はヌードマウス移植可能であり、1X10^7個を腹部皮下に接種すると、1-2週間後に直径5-6mmの腫瘍を形成し、腫瘍の増大が認められた。腫瘍細胞は母組織とほぼ同一の組織像を呈し、3か月経過すると腫瘍内に類骨の形成が認められるが、接種1か月の腫瘍塊を取り出し、これをホモジネートし4Mグアジニン塩酸で処理した材料をヌードマウスに移植すると同部に骨様構造物の形成がみられた。このことは、この細胞株がBMPを合成している可能性があり、現在BMPの種類について検索中である。わらわれの細胞株はオステオカルシンの合成は認めておらず、BMPはオステオカルシンを合成するような成熟した骨芽細胞では合成されないとの報告もあり、今後骨芽細胞の分化の研究においてもこの細胞株は有用と思われる。尚、結果については、英文雑誌に投稿中である。
ＥＧＦシグナル阻害による癌治療計画の支援システム構築を目指した新規診断薬の開発

癌治療計画を支援可能な新規放射性薬剤の開発を行った。新規に合成した化合物は、標的に対する親和性が弱く、新規イメージング薬剤としては不適であった。これらの結果を基に検討した結果、側鎖が活性に大きく影響すると考えれた。また、既存化合物を用いて抗癌剤の薬効予測が可能であった。新規化合物による治療計画支援システムの構築には至らなかったが、親和性の異なる化合物の検討から、効果予測が早期に可能と考えられた。分子細胞生物学,分子遺伝学の研究の進歩に伴い,分子レベルでのがん治療が展開されつつある。多くの分子標的治療薬が開発され,有効性を示唆する結果が得られつつある。また、テーラーメイド医療を目指して、これらの分子レベルでの癌治療効果の予測を適正に評価できる方法の開発が活発に行われている。核医学診断は、放射性分子プローブを用いることにより遺伝子やタンパク質の発現又はその働きを画像化する非侵襲的かつ全身検索可能な診断方法であるため、分子標的薬剤の治療効果予測や治療効果判定を行える診断技術として注目されており、テーラーメイド医療を可能にする有力な手法の一つと考えられる。したがって、本法に使用される新規放射性薬剤の開発が必要不可欠である。構造活性相関に基づき、EGFR-TK阻害剤のヨウ素誘導体のドラッグデザインとその合成を行い、新規化合物を合成した。さらに、新規化合物の合成法改良による総収率の改善とこれらの放射性ヨウ素標識体の合成について検討を行った。合成法の改良により各化合物を効率良く合成することができた。次いで、放射性ヨウ素標識化合物を放射性ヨウ素導入部位にトリブチル基を導入した誘導体から合成することを計画した。これら誘導体の合成は、高収率で得ることができた。続いて、放射性ヨウ素標識について検討したところ目的である放射性ヨウ素標識体を得ることができた。本標識法は、臨床使用される核種での適用が直ちに可能であり、臨床使用に適した標識法での合成が可能であることが確認された。さらに、新規化合物の活性測定を行い、各種標識体のインビトロ、インビボ双方におけるSPECT用癌イメージング薬剤としての可能性について種々の検討を行った。新たに合成した新規化合物はいずれも高いEGFR-TK阻害活性を示した。これら化合物のは、投与1時間後で比較的高い癌集積性を示した。上皮成長因子受容体(EGFR)は、細胞の分化・増殖に関与している受容体であり、多くの癌細胞において過剰発現が認められている。このことから、上皮成長因子受容体チロシンキナーゼ(EGFR-TK)を標的とする分子標的治療薬の開発が活発に行われ、4-アニリノキナゾリン骨格を有するゲフィチニブやエルロチニブが肺癌の治療薬として用いられている。近年、これらと同等の活性を有するチエノピリミジン誘導体が報告され、注目を集めている。一方、放射性薬剤を用いた核医学診断法は、癌に発現した標的分子の動態を画像化することから、癌の早期診断と抗癌剤の治療効果予測が可能となる。このような背景を基に、チエノピリミジン骨格を有する化合物N-((5-(4-(3-iodophenoxy)thieno[3,2-d]pyrimidin-6-yl)furan-2-yl)methyl)-2-morpholinoethanamine(6)をドラッグデザインし、合成した。しかしながら、本化合物のEGFRーTKに対する阻害活性は既存の薬剤に比べても大幅に低く、薬剤設計の改善が必要と考えられた。一方、EGFR-TK標的抗癌剤耐性を生じた癌を検出可能な画像診断薬剤としては、当初mーTor阻害剤をもとに合成を検討したが、合成が難しいと考えられた、そこで、新たにmPI3キナーゼを標的とした薬剤の合成を検討し、その合成に成功した。現在、様々な上皮成長因子受容体チロシンキナーゼ(EGFR-TK)阻害剤が開発され、臨床利用されているが、副作用や患者のQOL、医療経済効果の観点から、治療効果予測や早期治療効果判定、さらには、薬剤耐性出現の早期把握が重要である。従って、これらを検出しうる診断技術の開発が切望されている。申請者は、これまでに、EGFR-TK阻害剤の治療効果予測や早期治療効果判定を可能にする新規画像診断薬剤の開発に成功した。本研究では、EGFR-TK阻害剤耐性に着目し、その要因であるEGFR-TK遺伝子の2次変異あるいはPI3キナーゼ活性化により生じるEGFR-TK阻害剤耐性を早期に検知し、癌治療計画を支援可能な画像診断システムの構築に有用な新規放射性分子イメージング薬剤の開発を行う。本年度の研究では、画像診断によるEGFR-TK阻害剤を用いた癌治療計画支援システムの構築のために(2)EGFR-TK阻害剤奏功癌の薬剤耐性を早期検出するための新たな分子イメージング薬剤の開発を計画した。

Zhouら(NATURE 462 24-31 2009)は、「門番役」のタンパクのアミノ酸残基であるCys797に着目し、この残基と共有結合を形成することによってT790M型EGFRと不可逆的に反応する化合物のスクリーニングを行い、数種のピリミジン化合物を同定した。中でも、WZ4002はCys797との共有結合が形成されて変異型の門番役残基と相互作用していることが示された。申請者は、このことに着目し、T790M変異を検出しうる新規分子イメージング薬剤として、新規ピペリジンのヨウ素誘導体のドラッグデザインを行い、合成した。既報の合成法を基に数段階の反応を経て目的の新規ピペリジン誘導体の合成に成功した。現在、様々な上皮成長因子受容体チロシンキナーゼ(EGFR-TK)阻害剤が開発され、臨床利用されているが、副作用やQOL、医療経済効果の観点から、治療効果予測や早期治療効果判定が重要である。従って、これらを検出しうる診断技術の開発が切望されている本研究では、新たなEGFR-TK活性診断薬剤の開発を行うとともに、EGFR-TK阻害剤耐性の要因であるPI3キナーゼ活性化に着目し、PI3キナーゼ活性の把握により、EGFR-TK阻害剤耐性を早期に検知し、癌治療計画を支援可能な新規放射性分子イメージング薬剤の開発を行った。本研究では、画像診断による肺癌の早期発見とEGFシグナル阻害による治療計画の支援のために1EGFR-TK阻害剤奏功癌の選別2EGFR-TK阻害剤奏功癌の薬剤耐性の早期検出を達成するための新たな分子イメージング薬剤の開発を行う。以上の背景を基に、EGFR-TKならびにPI3キナーゼ分子阻害剤であるチエノピリミジン誘導体に着目し、新規放射性薬剤を開発することを計画した。種々の検討の結果、新規化合物の合成に成功した。しかしながら、これらの化合物は、標的に対する親和性が弱く、新規イメージング薬剤としては不適であった。これらの結果を基に構造活性相関について検討したところ、側鎖が種類が活性に大きく影響するものと考えれた。一方、これまでに合成したキナゾリン誘導体を用いて、抗癌剤の薬効予測を行ったところ、判定の有無には、結合部位の親和性が重要であり、適切な親和性を持つものが、効果判定で有効であることが明らかとなった。以上、新規化合物による治療計画支援システムの構築には至らなかったが、親和性の異なる化合物の検討から、効果予測が早期に可能であることが明らかとなった。放射薬品化学本研究の目的は、1EGFR-TK阻害剤奏功癌の選別2EGFR-TK阻害剤奏功癌の薬剤耐性の早期検出3EGFR-TK阻害剤薬剤耐性獲得の要因の正確な情報提供し、EGFR-TK阻害剤による癌治療計画を支援するシステムの構築に繋げることにある。さらには、本システムの開発により抗癌剤による副作用の危険性を回避するだけでなく、不要な投与を減らすことによる医療経済効果が期待できる。本年度の研究では、2種の新規分子イメージング薬剤(WZ4002、CCI-779)のうちにEGFR-TKイメージング薬剤ついて非放射性化合物を合成し、これらの阻害活性の測定を行った。。さらに、放射性ヨウ素標識体の合成を行い、インビトロ、インビボにおいて、これら新規薬剤の分子イメージング薬剤としての可能性について基礎的に評価した。
慢性うつ病に対する修正版マインドフルネス認知療法の開発と効果検証

寛解期のうつ病患者のために開発されたマインドフルネス認知療法(Mindfulness-Based Cognitive Therapy: MBCT)プログラムは必要とされる時間が長く、集中の継続時間や活動水準が寛解期の患者より低いと思われる慢性うつ病患者のために、負担が少ないプログラムの開発が望まれていた。本研究は、慢性うつ病患者に対して負担の少ないマインドフルネス認知療法を開発し、その効果を検証することを目的としていた。オリジナルのMBCTプログラム(120分×8セッション、1日のリトリート)は約3240分(自宅での宿題も含む)ほどの時間を要していたが、本研究で作成した低用量MBCT(Low-dose Mindfulness-Based Cognitive Therapy : MBCT-ld)プログラムは約1065分で実施できるものであり(90分×6セッション、短い時間の自宅練習)、参加者の負担がかなり少ない(約67%軽減)。本研究では、この6週間のプログラム(MBCT-ld)を健常者対象に予備的に実施し、その実施可能性を探った。その結果、プログラムの運用に問題はなく、人生満足度において有意な改善が得られた。また、参加者からはプログラムに対して好意的なフィードバックも得られた。今後、MBCT-ldプログラムを慢性うつ病の患者対象に実施し、実施可能性と治療効果について、さらなる検討が必要になると考えられる。本研究は1うつ病再発予防のために開発されたマインドフルネス認知療法(Mindfulness-Based Cognitive Therapy: MBCT)を改良して慢性うつ病の治療に特化した修正プログラムを開発する、2慢性うつ病に対する修正版マインドフルネス認知療法の効果検証を目的としている。2016年度の目標は、海外で行われているMBCTを一旦そのまま日本に導入することであった。本研究代表者はイギリスの機関(Mindfulness Network CIC)よりがスーパービジョンを受けながらMBCTを実施し、指導能力を向上させた。その後オックスフォード大学マインドフルネスセンターよりMBCTインストラクターとして認定され、今後のMBCTプログラム実施に関して信頼性が得られたと思われる。現在、慢性うつ病患者に対するMBCTを開始しており、今後実施する中で得られた知見をもとに慢性うつ特化したプログラムの開発をしていく予定である。当初予定していた医療機関での患者のリクルート数が予想を下回っているため。2017年度の目標は、海外で行われているMBCTを一旦そのまま日本に導入し、その効果を検証することであった。そのためにまず必要なのがMBCTを海外と同じ基準で正確に実施できることであった。これまで本研究代表者はMBCTの指導力を少しずつ向上させており、2016年度にオックスフォードマインドフルネスセンター(Oxford Mindfulness Centre)よりMBCTインストラクターとして正式に認定され、後にイギリスのマインドフルネス専門機関(Mindfulness Network)よりMBCTのスーパーバイザーとして認められている。これにより、本研究代表者が実施するMBCTの質が担保されたといえる。現在、慢性うつ病患者に対するMBCTを医療機関で実施しており、少しずつデータを収集している。このデータを年度内に分析し発表する予定である。また、慢性うつ病に特化したプログラムについては現在試作段階であるが、2パターンのプログラムを試作し、それらを精神的に比較的健康と思われる健常者およびアスリートを対象にそれぞれ実施し、結果を発表している。今後、これらの知見を踏まえて、慢性うつ病に特化してマインドフルネスのプログラムを開発し、その効果を検証していく予定である。協力医療機関を増やし、リクルートを促進させる。協力医療機関を増やし、慢性うつ病のリクルートを促進させる。参加予定であった研修会(海外)が学内業務のため参加できなかったため。購入予定の書籍などを次年度にまわしたため。なお、それらは今年度に購入予定である。積極的に海外での研修会に参加し、マインドフルネス認知療法の指導技術を高めていく。本センターは、わが国初の大学附属マインドフルネスセンターである。
戦時期〜戦後復興期の日本の企業再編成-紡績企業の事例を中心に

戦時期戦後復興期の日本の企業再編成をテーマとする本研究では、個別企業のケースを素材に、紡績業全体の動向について考察した。昨年度までは、とくに東洋紡績と倉敷紡績を事例に、戦時経済における企業経営についての分析を行った。今年度は、それをさらに拡張すべく、戦時期の紡績企業(10大紡)全般について、企業経営(経営方針、企業行動、企業財務)と経済環境(戦時統制経済の進展)との関わりについて、総括的に研究をまとめ、従来の通説とは若干異なる新しい見方を提起した(1999年度5月開催の社会経済史学会で研究報告を行った)。その成果は、現在、学会誌『社会経済史学』に投稿予定のため執筆中である。このほか、今年度は、戦時復興期の紡績業における企業再編成を中心的な検討対象とした。具体的には、戦後の財閥解体の一環として行われた持株処分、過渡経済力集中排除法、企業再建整備における紡績企業の経営再建についての評価である。その成果は、原朗編『戦後復興期の日本経済(仮題)』所収論文として発表予定である。申請者は、平成10年度において、[1]戦時期(19371945年)および[2]戦後復興期(19451955年)の両時期にわたる日本の繊維産業・企業に関する研究を進めた。[1]に関しては、これまでの申請者の東洋紡績(株)の事例に関するふまえ、さらに他企業の事例についての新たな分析を行った。このなかで、倉敷紡績(株)についてはすでに論文として研究発表している。倉敷紡績は東洋紡績ほど企業規模が大きくなかったため、戦時経済において要請された役割(経営資源の活用)は相対的には小さなものにとどまった。しかし、その役割の性質や企業行動ー戦時期の経済環境に適合的な対応ーには東洋紡績と共通する点が多かった。具体的には、(1)本業の繊維事業を中心とする経営規模の拡大、(2)企業整備による繊維企業数社の合併と、資本金・固定資産の増加、(3)時局産業への投資の拡大と、内部替保・固定資産(とくに工場)の利用、(4)他企業の株式買収と子会社化による「企業グループ」の展開、などが指摘できる。しかし、ここでも東洋紡績の場合と同様に確認される点は、戦時期の経営規模拡大と「企業グループ」化は、戦時統制の要請と一致する限りにおいて実現されたにすぎないものであったということである。申請者は、現在、鐘淵紡績の事例についても、同社一次資料に基づいて進めている。[2]に関しては、過度経済力集中排除法の指定を受けた諸企業が持株会社整理委員会に提出した資料(「正式書類」)その他諸資料を収集し、検討を進めた。中間報告として、2度にわたり研究会等の場での報告を行った。この研究についても、数カ月以内に論文としてまとめるれる予定である。なお、以上の研究成果について、同時期の政府・企業間関係に詳しい海外の研究者からレビューを受けるため、平成11年3月に渡仏することになっている。
テッポウエビ類の発音計数による浅海域環境評価法の実用化に関する研究

浅海域底層の生物環境の良否を簡易に評価する指標として、世界中の海に生息する特徴的なパルス音を終始発しているテッポウエビに着目した。その一分間あたりの発音回数(パルス数)が環境指標として利用可能であるかを探ってきた。本研究は、これまでの研究を受け、本手法を実用化するための課題を解決し、テッポウエビの発音計数による浅海域生物環境評価法が誰にでも利用可能できるものにすることである。1.パルス計測システムの開発(テッポウエビカウンター):本装置を用いれば、現地でテッポウエビカウンターに水中マイクを接続し、計測ボタンを押すだけでパルス数(回/分)を表示することができる。2.測定条件明確化のための海域調査:上記テッポウエビカウンターを用い港湾にて各月の定点モニタリング調査と兵庫県の沿岸部のパルス数分布調査を実施した。その結果、定点モニタリングではパルス数の季節変化を再現するとともに夏期の貧酸素発生によるパルス数の減少を確認することができた。また兵庫県の日本海側ではどの地点でもほぼ同数のパルス数であったのに対し、瀬戸内海側ではパルス数が日本海側より多い地点や全く観測されない地点が混在していた。テッポウエビ類は水質よりもその場の生息環境を反映するため地点間の水質の相対比較は難しいと考えられる。3.既存の環境指標生物との関係の明確化:今後も引き続き学会参加あるいは文献検索を通じて情報を収集していく必要がある。本事業により開発されたテッポウエビカウンターは、改良すべき点があるもものの水中マイク一本で海域に生息するテッポウエビ類の生息状況を誰でも簡単に知ることができる装置である。複雑さを増す環境汚染を総合的に評価する指標の一つとしても有用となり得ると考えている。平成17年度は、パルス計測システムの開発、室内実験のためのテッポウエビの畜養水槽の設置および実験水槽の作製を行い、研究体制を整えることを目的とした。1.パルス計測システムの開発周波数フィルターを用いたノイズ除去・精度評価アルゴリズムを完成させ、現地でノートパソコンを用いてチューニングを行う。パルス計測システムは、水中マイクとノートパソコンの構成である。パルス計測システムの校正のための水中音圧計を購入した。水中音圧計と現在の計測システムで計測される音圧レベルの比較を行った結果、周波数帯により音圧レベルに明らかな差が生じ、現行の計測システムの問題点が新たに生じてきた。現在、計測システムの改良中である。2.測定条件明確化のための海域調査と室内実験開発されたパルス計測システムを用い、明石港、二見人工島、加古川河口域でパルス数と溶存酸素濃度、水温などの水質の環境調査を行う。水質調査のためのハンディ多項目水質測定器を購入した。パルス計測システムは完成には至っていないが、現行の機器により定期的に明石市沿岸部5地点でパルス数と水質の観測を実施している。この結果、全ての調査地点でテッポウエビのパルス音を確認することができた。水質との関係についてはデータの蓄積が必要である。3.既存の環境指標生物との関係の明確化土木学会、水環境学会を中心に関連する各種研究発表会、技術講演会などへの参加、文献収集を実施している。平成18年度は、テッポウエビカウンターの設計・製作をおこなった。1.パルス計測システムの開発水中マイクとテッポウエビカウンターで構成される計測器の試作器の開発を行った。テッポウエビカウンターは水中マイクで録音した水中音響を周波数フィルター処理した後、パルス計数をおこなう仕組みをもつ。試作はパルスを計数するための3つのパラメータを任意に調節する機能を有している。現在、海域および実験室にて、試作器のチューニングを実施している。2.測定条件明確化のための海域調査と室内実験上記で作成したテッポウエビカウンターを利用し加古郡播磨町の人工島を中心に周辺海域においてテッポウエビ類のパルス数と溶存酸素濃度、水温などの水質の環境調査を実施中である。3.既存の環境指標生物との関係の明確化当初、考えていたようにテッポウエビ類に生態やパルス音に関連する文献は多数存在するが、他の生物との関連を述べた論文や書籍が少ない。今後も引き続き学会参加あるいは文献検索を通じて情報を収集していきたい。研究成果は、2006年11月30日12月2日に開催された建設技術展2006近畿のポスターセッションにて報告した。また,現在、海洋音響学会の研究論文を投稿中である。

浅海域底層の生物環境の良否を簡易に評価する指標として、世界中の海に生息する特徴的なパルス音を終始発しているテッポウエビに着目した。その一分間あたりの発音回数(パルス数)が環境指標として利用可能であるかを探ってきた。本研究は、これまでの研究を受け、本手法を実用化するための課題を解決し、テッポウエビの発音計数による浅海域生物環境評価法が誰にでも利用可能できるものにすることである。1.パルス計測システムの開発(テッポウエビカウンター):本装置を用いれば、現地でテッポウエビカウンターに水中マイクを接続し、計測ボタンを押すだけでパルス数(回/分)を表示することができる。2.測定条件明確化のための海域調査:上記テッポウエビカウンターを用い港湾にて各月の定点モニタリング調査と兵庫県の沿岸部のパルス数分布調査を実施した。その結果、定点モニタリングではパルス数の季節変化を再現するとともに夏期の貧酸素発生によるパルス数の減少を確認することができた。また兵庫県の日本海側ではどの地点でもほぼ同数のパルス数であったのに対し、瀬戸内海側ではパルス数が日本海側より多い地点や全く観測されない地点が混在していた。テッポウエビ類は水質よりもその場の生息環境を反映するため地点間の水質の相対比較は難しいと考えられる。3.既存の環境指標生物との関係の明確化:今後も引き続き学会参加あるいは文献検索を通じて情報を収集していく必要がある。本事業により開発されたテッポウエビカウンターは、改良すべき点があるもものの水中マイク一本で海域に生息するテッポウエビ類の生息状況を誰でも簡単に知ることができる装置である。複雑さを増す環境汚染を総合的に評価する指標の一つとしても有用となり得ると考えている。
冷却気体原子を用いた量子光学(自然発光の抑制、量子ゼノン効果、ボーズ凝縮)

本研究における最大の目標であった、ルビジウム気体原子のボースアインシュタイン凝縮(BEC)を1998年末に実現し、コヒーレント物質波の特性解明に関して世界的に見ても大きな貢献をすることができた。特に、原子波のブラッグ反射を利用したマッハツェンダー型の原子波干渉計による高精度干渉実験、さらには原子波のコヒーレント増幅の確認などである。特に後者は今後の物質波光学の進展に大きな礎となった。また、光と原子の相互作用の基礎として、1原子と1光子の相互作用の様子を実時間で観測した。真空槽内に高Q値微小共振器を設置し、冷却されたルビジウム原子が通過する際の共振器からの透過光強度を測定する。原子は共振器内の1光子と相互作用すると、共鳴周波数がラビ分裂するため、その効果が透過光強度の変化として観測される。今回は数光子と1原子の相互作用の効果が観測された。また、高次の共振モード(TEM01)を用いた1光子による1原子の捕獲法を提案し、予備実験としてTEM01による1原子観測信号を得た。今後は、原子が共振器内に侵入した際に光周波数をシフトさせて1光子による1原子捕獲を実現させる。最後の量子ゼノン効果のに関しては、人的資源の不足からシミュレーションのみにとどまり、実験的な確認にまで至ることはできなかった。今年は、新しい技法によるボ-スアインシュタイン凝縮(BEC)の実現に向けた実験を行った。95年にアメリカで実現されたBECハ、レーザーによる予備冷却の後、磁気トラップに移行し蒸発冷却により原子の位相空間密度を上昇させる。したがい磁場の残る場所に原子は捕獲されるため高精度の分光には不向きであり、またコイルを動かすわけには行かないので、冷却原子を自由に操作することはできない。我々はすべて光を用いたとラップによるBECの可能性を探索し、今回、画期的な方法を開発することができた。それは、断面がド-ナツ状のレーザー光を用い、中央の光電場の一番小さいところに原子をトラップする方法である。この方法は、従来の磁場を用いたとラップに比べ、装置が簡便なこと、トラップされた原子はレーザーを操作することにより自由自在に操れること、外場がゼロのとことに原子をため込むことができるため物理の基本原理を検証する実験などに応用できることなど、大きな優れた特徴を持っている。この方法により、現在のところ寿命1.5sec程度の原子の閉じこめに成功しており、真空度をさらにあげることで分オーダーの閉じこめをめざしている。また、この光トラップと偏光冷却の共存も確認している。これは、ド-ナツを小さくしていくこと(断熱圧縮)で高密度を図るとき、偏光冷却で原子の温度上昇を防ぐことができるということを意味している。すなわち、ボ-ズ凝縮のクライテリオンである温度1μK、密度10^<15>/cm^3という条件が十分達成可能であるということを示している。本研究の一つの目的である「極低温に冷却された原子のボーズ凝縮(BEC)の観測」は98年12月12日に達成された。まず、通常の磁気光学トラップを行い、ルビジウム原子を1mK程度にまで冷却した。次に、レーザー周波数をAO変調器でシフトさせ、これも通常の偏光勾配冷却を行い、20μKまで原子を冷却した。光による冷却は、反跳の効果でこのあたりが限界であるため、これ以降は、クローバーリーフ型の四重極磁場中に原子を捕獲し蒸発冷却を行った。四重極磁場中に捕獲された気体原子は、その速度の速いものはトラップの障壁を乗り越えて外に出ていく(蒸発する)。トラップ内の熱平衡状態を保ちながら、次第に障壁の高さを下げていくことで、トラップ内にとどまっている気体原子の温度を次第に下げることができた。この方法により、気体原子を300nK程度にまで冷却した。ルビジウム気体原子がこの程度にまで冷却された場合、そのドブロイ波長は原子間の平均距離よりも長くなり、原子の波動性(物質波)が顕著に現れてくる。そこで、冷却された原子がボゾンの場合、ひとつの量子状態にマクロな数の原子が入るといったボーズ凝縮が起こる。

気体原子がボーズ凝縮したことの確認は、再びレーザーを照射し、その散乱された様子から速度分布を測定することで行った。速度分布が熱分布と異なっていることを観測することで、気体原子のボーズ凝縮を確認した。以上の手法により、日本では初めてBECの実現に成功した。98年末に実現したルビジウム原子ボーズ凝縮体(BEC)の特性解明を行った。光定在波による原子波のブラッグ反射を利用した原子波スプリッター・全反射鏡を作成し、それによりマッハツェンダー型の原子波干渉計を構築した。原子波の経験する経路に差を設けることで原子波干渉を100%のコントラストで観測できた。これまでは70%程度が限界であったため、今回の改良により高感度・高分解能な計測への応用に道を開いた。また、BEC原子に非共鳴光を照射して原子波が増幅される現象を世界で初めて観測し、それがコヒーレント増幅作用であることを上述の原子波干渉計により確認した。この効果を利用すれば、原子レーザーの高出力化が期待される。光と原子の相互作用の基礎として、1原子と1光子の相互作用の様子を実時間で観測した。真空槽内に高Q値微小共振器を設置し、冷却されたルビジウム原子が通過する際の共振器からの透過光強度を測定する。原子は共振器内の1光子と相互作用すると、共鳴周波数がラビ分裂するため、その効果が透過光強度の変化として観測される。今回は数光子と1原子の相互作用の効果が観測された。また、高次の共振モード(TEM01)を用いた1光子による1原子の捕獲法を提案し、予備実験としてTEM01による1原子観測信号を得た。今後は、原子が共振器内に侵入した際に光周波数をシフトさせて1光子による1原子捕獲を実現させる。
天然水中の金属と錯体形成する有機成分に関する研究

天然水中の溶存有機物の半量を占める構造未同定の高分子量物質は、環境中での生物的もしくは非生物的な作用の結果生成したもので、水を媒体とした物質の移動や代謝の進行を反映すると共に、微量元素など共存成分と相互作用することで、それらの物質循環の要としての役割を果たしていると目されている。本研究では、時間的・空間的に変動の大きい天然水中の微量高分子量有機物の化学的性状を記述するために、意味ある量で効率的にこれを分離・捕集することを第一の目的とした。本助成で購入したミリポア社のタンジェンシャル・フロ-濾過装置は、目詰まり等のマイナス点を極力抑え、短時間で大量の水試料を処理できるという利点を備えており、迅速に多数の溶存有機物試料を分離する目的に合致するものである。本年度課題に先行および並行しては、複数の水試料に対する加圧・撹拌方式の限外濾過で分画した各分画の天然水濃度での錯体形成能を測定した。また銅イオンを添加した試水を分子量分画した場合の銅イオンの分布を分析した。この結果、溶存有機炭素の36±9%を占める分子量1,000以下の成分は銅イオンとの相互作用が小さく、29±7%の1,000以上10,000以下と22±16%の10,000以上100,000以下に分画される高分子量成分が銅イオンとの強い相互作用に大きな役割を果たしていることが確認された。そこで、タンジェンシャル・フロ-濾過装置では、分子量1,000以上の成分を分離・回収することを目的とし、ミリポア社のPCACフィルタ-による、都市河川水(2試料)の限外濾過を試み、孔径0.6μmのガラス繊維濾紙で濾過済みの40lの河川水を10時間以内で1lにまで濃縮することができた。1l程度の試水であれば、次段階の分子量分画は、精密な加圧・撹拌方法の限外濾過でも短時間に遂行し得る。今後、炭素量の収支等の濾過効率、ならびに回収された有機物の分子量分布・錯体形成能等の分析を進める予定である。