hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
AEおよび電磁放射の測定によるき裂の評価に関する研究

強誘電体固体材料が破壊する際に電磁波が放射されるという現象は、固体中のき裂生成問題に関する全く新しい計測パラメータとなりうると考えられる。この可能性を追求するために、本研究では、き裂生成に伴う電磁放射の発生モデルを構築し、そのモデルをAE(アコースティック・エミッション)計測と併せた破壊試験を実施することによって実験的に検証・改善し、AEすなわち微視割れの発生と電磁放射の関係を実際の応用のために明らかにした。すなわち、(1)電化よってき裂面上に分離した電荷の双極子モーメントと,き裂壁の振動に基づく解析から、電磁放射発生モデルを導出し、モデルを検証するために、(2)花崗岩についてAE計測を併せた破壊試験において電磁信号とAE信号との相関を試験し、(3)AEすなわち微視割れの発生と電磁放射に明らかな相関があることを見出した。さらに、(4)岩石の応力履歴の定量的な推定に、電磁信号の計測が極めて有効であろうとの知見を得た。そして、上述の実績の(4)に特に主眼をおいて、実際への応用として、岩石の応力履歴推定手法を検討した。稲田花崗岩と庵治花崗岩の繰返し荷重負荷試験における電磁放射とAE計測を行い、電磁放射は新たな微視き裂が生成される時だけに放射されることを確認し、これに基づく履歴最大応力の推定は、岩石試料に主き裂が形成される応力にほぼ等しい、破壊応力の80%までを正確に推定できることを明らかにした。これに対して従来から提案されているAEのカイザー効果による履歴の推定は破壊応力の僅か20%程度までであって、応力履歴の推定に電磁放射計測がいかに有効であるかの知見を得るとともに、AEと併せた計測が、試料中に生じる微視割れの位置とモードの推定に極めて重要であることも示した。強誘電体固体材料が破壊する際に電磁波が放射されるという現象は、固体中のき裂生成問題に関する全く新しい計測パラメータとなりうる可能性がある。本研究はこの可能性を追求するために、研究初年度として以下のような準備と試験研究を実施した。1.電磁放射の発生モデルの理論的解析き裂生成に伴う電磁放射の発生モデルについて、新たに生成されたき裂面上に分離した正負の電荷の振動によって生じる電磁場をローレンツの理論に基づき解析し、き裂方位と大きさの効果を定量的に考慮した破壊による電磁放射発生モデルを導出した。2.電磁放射計測装置の改善電磁波計測では特に信号対雑音比(S/N)の向上が重要である。この問題に関して現有設備を以下のように改善し、それによる電磁信号の計測しきい値を明らかにした。(1)極超低雑音増幅器の設計と試作低雑音プリアンプ(仕様:増幅度20dB/40dB、周波数帯域500Hz1MHz、入力インピーダンス10MΩ/20pF、出力インピーダンス50Ω、ノイズレベル3nV/sqrHz)を試作し、電磁信号とAE信号との相関を得るための計測システムとして改良した。(2)材料試験機試験セクションのシールディングさらに、試験機およびその周辺からの電磁的背景雑音を遮蔽するために、厚肉(25mm)のアルミニウム製チャンバーを設計・製作し、現有する材料試験機に装備した。(3)前項(2)及び(3)の結果、従来60dB以上であった計測しきい値を40dBまで下げることが可能となった。3.試験片の製作および計測試験電磁信号とAE信号との相関を試験し、モデルの検証をするために、花崗岩試験片についてAE計測と併せた破壊試験を実施した。その結果、AEすなわち微視割れの発生と電磁放射の相関が認められ、あわせて、岩石の応力履歴の定量的な推定に、電磁信号の計測が極めて有効である知見を得た。

強誘電体固体材料が破壊する際に電磁波が放射されるという現象は、固体中のき裂生成問題に関する全く新しい計測パラメータとなりうると考えられる。この可能性を追求するために、本研究では、き裂生成に伴う電磁放射の発生モデルを構築し、そのモデルをAE(アコースティック・エミッション)計測と併せた破壊試験を実施することによって実験的に検証・改善し、AEすなわち微視割れの発生と電磁放射の関係を実際の応用のために明らかにする。前年度では、(1)電化よってき裂面上に分離した電荷による電磁場をローレンツの理論に基づく解析から、電磁放射発生モデルを導出し、モデルを検証するために、(2)花崗岩についてAE計測を併せた破壊試験において電磁信号とAE信号との相関を試験し、(3)AEすなわち微視割れの発生と電磁放射に明らかな相関が認められた。さらに、(4)岩石の応力履歴の定量的な推定に、電磁信号の計測が極めて有効であろうとの知見を得た。本年度は、前年度の実績の(4)に特に主眼をおいて、実際への応用として、岩石の応力履歴推定手法を検討した。稲田花崗岩と庵治花崗岩の繰返し荷重負荷試験における電磁放射とAE計測を行い、電磁放射は新たな微視き裂が生成される時だけに放射されることを確認し、これに基づく履歴最大応力の推定は、岩石試料に主き裂が形成される応力にほぼ等しい、破壊応力の60%までを正確に推定できることを明らかにした。これに対してAEのカイザー効果による履歴の推定は破壊応力の僅か15%程度までであって、応力履歴の推定に電磁放射計測がいかに有効であるかの知見を得るとともに、AEと併せた計測が、試料中に生じる微視割れの位置とモードの推定に極めて重要であることも示した。また、計画していた電磁放射とAEの負荷速度依存性については、試験した負荷速度0.020.5mm/min.の範囲では、特筆すべき依存性は見られていない。この可能性を追求するために、本研究では、き裂生成に伴う電磁放射の発生モデルを構築し、そのモデルをAE(アコースティック・エミッション)計測と併せた破壊試験を実施することによって実験的に検証・改善し、AEすなわち微視割れの発生と電磁放射の関係を実際の応用のために明らかにした。すなわち、(1)電化によってき裂面上に分離した電荷による電磁場をローレンツの理論に基づく解析から、電磁放射発生モデルを導出し、モデルを検証するために、(2)花崗岩についてAE計測を併せた破壊試験において電磁信号とAE信号との相関を試験し、(3)AEすなわち微視割れの発生と電磁放射に明らかな相関があることを見出した。そして、上述の実績の(4)に特に主眼をおいて、実際への応用として、岩石の応力履歴推定手法を検討した。稲田花崗岩と庵治花崗岩の繰返し荷重負荷試験における電磁放射とAE計測を行い、電磁放射は新たな微視き裂が生成される時だけに放射されることを確認し、これに基づく履歴最大応力の推定は、岩石試料に主き裂が形成される応力にほぼ等しい、破壊応力の80%までを正確に推定できることを明らかにした。
三陸内湾域における無給餌養殖の再構築

2011年3月の東日本大震災とそれに伴う津波により完全に壊滅した三陸内湾域の無給餌養殖を再構築するために、内湾環境およびそこでの生物生産を評価し、さらに持続的な複合養殖を確立するためのナマコ導入の可能性を検討した。震災の影響は基礎生産力に最も顕著に認められ、湾内の基礎生産は震災前と比べて増加したが、これは河川からの栄養塩の供給の増加を反映したものであった。一方、底質の有機物含量には震災の前後で大きな変化は無く、地震による地形変化もカキ・ホタテの養殖生産量にほとんど影響しなかった。マナマコは貝類養殖施設下部で高い成長速度を示し、この海域の複合養殖水族として有望であることが判った。大槌湾においてカキ養殖域(O)、ホタテ養殖域近傍(S)と、養殖域から離れた対照区(C)を中心に生物・環境観測および試料の採取を2012年7月、8月、9月、11月、2013年3月に行った。7、8月は水柱が成層し、表層混合層の栄養塩はほぼ枯渇状態にあったが、それ以外の時期は表層に栄養塩が残存していた。植物プランクトン群集はいずれの観測時にも珪藻類が卓越していた。種組成は季節によって変化したが、各月における測点間の種組成の違いはほとんど認められず、湾内における海水交換により均一な組成の群集が分布すると考えられた。沈降粒子はこれまでに7月および11月の試料について解析が終了しており、7月は植物プランクトンが、11月は鉱物性と思われる粒子が相対的に多かったが、全体として不定形の凝集粒子が大量に存在し、貝類の糞あるいは擬糞に由来することを示した。炭素・窒素フラックスは全体に7月よりも11月が大きく、これは、表層付近における栄養塩環境の好適化によって一次生産が夏季よりも増加したことを反映したものであった。沈降粒子のC/N比は測点、調査時期によらずほぼ一定であり、植物プランクトンと底泥の平均的な値の中間であった。これは、植物プランクトンが直接捕集されていたことに加えて貝類の糞等が大半を占めていたことを反映したものと考えられた。またCにおける沈降粒子は顕微鏡下における組成やC/N比においてO、Sと違いが認められず、これは沈降粒子が水平的な移流により輸送される過程が沈降粒子の分布において重要である可能性を示唆する。二枚貝養殖棚下に設置した生け篭内でナマコの成長を調べた結果、最初の1か月目では体重が減少したが、その後当初体重を上回る成長を示し、貝類の糞粒が餌料として好適であることを示しており、二枚貝類とマナマコとの複合養殖実現の可能性を示した。大槌湾におけるフィールド観測をもとに、底質に有機物含量、マナマコの成長解析、モデル解析について以下の成果を得た。平成25年8月9月に大槌湾の4定点における海洋環境および水質、底泥(AVS(全硫化物)、IL(強熱減量)、COD(化学的酸素要求量)、底生生物)を調査した。養殖域と養殖施設から距離のある海域を比較すると、後者では昨年度同様AVS、IL、CODのいずれもが前者より低かった。一方、ホタテ養殖域ではIL、CODともに観測した中では最も高く、この地点では震災後、IL、CODともに漸増する傾向が認められ、ホタテガイの糞などの沈降による底質への有機物負荷が進行していることが示唆された。一方、底泥中のAVSはカキ養殖域で最も高かった。以上から、貝類養殖により底泥の有機物負荷は震災後増加傾向にあると判断された。なお、何れの地点もDOは7mg/Lを下回ることはなく、湾内外の海水交換により酸素の供給が十分であることが示唆され、数値シミュレーションによってこれが確認された。数値モデルの改良については、ホタテ養殖域における底泥の酸素消費メカニズムの理解および河川流量の組み込みについて進展した。平成24年11月に生後6か月のマナマコを養殖籠3基に収容し、カキ・ホタテガイ養殖棚下(試験区)および非養殖筏下(対照区)に設置し、成長を追跡した。各群とも、平成25年5月までの成長度は極めて高かったが、その後9月まで顕著な低下を示した。しかしその後は、本年度3月まで体重が増え続け、前年度3月時の体重にまで回復した。これらの結果から、春先から初夏にかけての植物プランクトンの増殖が二枚貝類の排泄物を増加させ、そのことがナマコの成長度を高めたこと、および夏から秋にかけて、植物プランクトンの減少と水温上昇によるナマコの代謝の低下が、体重の急激な減少を招いたことが示唆された。

前年度に引き続きマナマコの現場成長解析、大槌湾における海洋観測と試料の分析および数値シミュレーション解析により研究を進めた。マナマコの成長は3月から急上昇し、5月に最高値に達した後、7月から9月にかけて急下降して最低値に達するという季節変動が明らかになった。この変動は、クロロフィルを指標とした餌料環境の変化と夏眠が関与していることが示唆された。大槌湾における観測では夏季に底質に重点を置いて集中観測を行い、本研究期間内で経年的な底質悪化が無いこと、また、酸揮発性硫化物および粒状炭素量が大震災以前とほぼ同程度であることが認められた。さらに、観測結果に基づいてアンモニウム、酸揮発性硫化物、溶存酸素の数値シミュレーションを行った。モデル計算の検証結果は良好であり、底泥表面での酸素消費速度は震災以前の観測結果とほぼ同程度であった。以上の結果は、いったん津波により底質表層が湾外に洗い出されたものの既に震災前と同程度の底質環境になっていることを示す。現在、無給餌養殖規模が小さく、陸域の経済活動が震災前よりはるかに低いことと考え併せると、大槌湾では、活発な湾内外の海水交換による物質の流出が大きく、これが底質環境の維持に働いていることを示唆する。東日本大震災による大津波の影響で湾奥域の地形は大きく変化したが、この変化が大槌湾内の養殖生産量に及ぼす影響を春季を対象として物理ー生態系モデルシミュレーションにより評価した。その結果,湾中央部で実施されることが多いホタテ養殖にはほとんど影響がなく,比較的湾奥部で実施されるカキ養殖であってもわずかな変化に留まることが判った。しかしながら、河川の流入方向が基礎生産動態に影響を及ぼすことから、局所的には養殖適地の分布が震災前とは変わっている可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。農学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定していた大槌湾における生物・環境の観測、セディメントトラップによる沈降粒子束把握、底質の性状把握、マナマコの摂餌生態解析が順調に進み、また、大槌湾の物理・生物モデルの改良は予定以上に進捗している。ただし、下記のように、マナマコの餌料同化解析の実験は終了したが、その試料の炭素・窒素安定同位体解析試料は未分析のままである。以上から上記のように判定した。現場観測を当初の予定通り実施し、順調に試料の収集、データの解析が進んでいる。養殖域の物質循環を解析するための物理ー生態系モデルの改良も順調に進んでいる。とくに、これまで当該海域における栄養塩動態において大きな不確定要素であった河川流入についての解析が進んだ。すなわち、大槌周辺河川において水位計を設置し,比較的降水量の多い期間において,河川流量観測を実施し、得られた結果に基づいて,大槌湾周辺河川における河川流量や栄養塩負荷の時系列を推定した。この結果,構築した手法は,2013年度だけでなく,過去,不定期に観測されている流量や栄養塩負荷の時系列も精度良く推定できることが明らかとなった。最終年度である次年度には、モデル解析によって大槌湾の貝類養殖の環境収容力の評価が達成できる見込みが十分にあると言える。現場観測については、平成24年度に行った項目について、観測事例を積み重ねるとともに、湾内に流入する栄養塩量の把握を行い、物質循環のモデル解析を進める。来年度は、最終年度であることから、これまでに得られた現場観測データの品質検査を行い、それらを改良した物理ー生態系モデルへ適用して、現在の大槌湾の貝類養殖の環境収容力評価を行う。その結果を、震災以前に得た環境収容力と比較して、大槌湾の貝類養殖について震災/津波の影響について解析を進める。
13Ｃ呼気試験による不正咬合者の矯正治療前後における胃排出速度評価

矯正治療前後における不正咬合患者の、咬合と咀嚼、消化器機能との相互関連性について検討した。成人女性不正咬合患者7名、正常咬合者7名を対象とした。被験者の歯科矯正治療前後において胃排出速度検査、咀嚼機能試験を実施した。その結果、Pre-Tx groupにおいて胃排出速度・咀嚼能力は、Post-Tx group・Control groupに比して有意に減少していた。また、Post-Tx groupとControl groupとの間には有意差は認められなかった。この結果より歯科矯正治療による咀嚼機能の改善により、胃排出速度の上昇が認められ、胃排出機能を亢進させる可能性が示唆された。不正咬合者は、正常咬合者と比較して咀嚼機能の低下を認めることが知られている。さらに、近年では、咀嚼と消化には深い関連があり、咀嚼機能の低い不正咬合者では、咀嚼が不十分な結果、胃腸の機能的負担を増すことが示唆されている。我々は、先行研究において13C呼気試験法を用いた胃排出速度検査により不正咬合者の液状食の胃排出速度は正常咬合者に比較し遅延していることを明らかにした。矯正歯科治療により不正咬合者の咀嚼機能は改善することが知られているが、胃腸機能の変化については未だ報告が無い。本研究課題の目的は、不正咬合者をモデルとして、歯科矯正治療に伴う胃腸機能の変化を解析し、咬合と咀嚼、消化器機能との相互関連性を明らかにすることである。試料と方法としては、矯正歯科外来に来院した不正咬合患者20名を被験者とし、矯正歯科治療前後のデータ採得を行う。データ採得は胃排出機能検査、咀嚼機能試験、筋電図、顎運動検査およびアンケート調査とする。胃排出速度の測定は13C呼気試験法にて行い、Tmax(実測値)を求める。咀嚼機能は咀嚼力判定ガムを80回咀嚼させ、色彩色差計を用いてCIELAB表色系にて定量的に評価する。また食品摂取アンケートとFSSG問診票調査を実施し、スコアを算出する。Tmax、咀嚼困難スコア、筋電図、顎運動検査から得られた主成分スコアおよびFSSGスコアについて、初診時のデータと比較検討を行い、胃排出機能の改善にいかなるパラメータ変化が寄与したかを調べる。このようにして不正咬合患者の矯正治療前後で胃腸機能の評価を行うことにより、矯正歯科治療・外科的矯正治療の意義を客観的に明確に示すことができる。当初の計画では不正咬合者群の被験者数は20としていたが、研究のための拘束時間への同意を得るのが現在難航しており、被験者数が目標に届いていない。咀嚼による食物の粉砕が不十分であると、胃の機能的負担が増え消化吸収に悪影響を与えることが知られている。不正咬合患者では正常咬合患者に比べ、咀嚼機能や胃腸機能が有意に低下しているが、矯正歯科治療に伴って咀嚼機能が改善するとの報告がある。しかし、矯正歯科治療に伴う咀嚼機能の改善ならびに胃腸機能の変化について定量的に評価した報告は未だない。そこで、本研究では矯正歯科治療前後における不正咬合患者の咀嚼機能と胃腸機能の変化を解析し、正常咬合患者と比較することで、咬合と咀嚼・消化機能との相互関連性について検討した。被験者として、東京医科歯科大学歯学部附属病院矯正歯科外来に初診来院し、永久歯列を有する成人女性不正咬合患者7名を抽出した。同様に正常咬合者7名(対照群)も対象とした。被験者の矯正歯科治療前(Pre群)および治療後(Post群)において胃排出速度検査、咀嚼機能試験およびアンケート調査を実施した。胃排出速度の測定は液状試験食を使用した13C呼気試験法を用いて行い、呼気中13CO2存在率がピークになるまでの時間Tmax(実測値)を求めた。咀嚼機能は咀嚼力判定ガムを80回咀嚼させ、色彩色差計を用いて定量的に評価した。また、被験食品51食品を調査対象とした食品摂取アンケートと胃腸機能の自覚症状を調査するためのFSSG問診票調査を実施し、スコアを算出した。不正咬合患者の矯正歯科治療前後ならびに正常咬合者のTmax、咀嚼能力、咀嚼困難スコアおよびFSSGスコアを比較した。Pre群におけるTmax、咀嚼能力および咀嚼困難スコア、Post群ならびに対照群に比べ有意に減少していた。また、Post群と対照群の間には有意差は認められなかった。矯正歯科治療によって、咀嚼機能の改善だけでなく胃排出速度も上昇も認められ、矯正歯科治療によって胃排出機能が亢進させる可能性が示唆された。

この結果より歯科矯正治療による咀嚼機能の改善により、胃排出速度の上昇が認められ、胃排出機能を亢進させる可能性が示唆された。目標とする被験者数を確保するため、被験者となりえる患者にアプローチしていく。咀嚼機能当初予定していた被験者数が得られていないため、各種計測に必要な費用が予想よりも低くなったため。次年度に被験者数を目標通り確保し、前年度分の費用を使用する。
単純K3特異点のリンクについて

一つの多項式の零点集合を超曲面という。本研究では、複素超曲面上にある孤立特異点の位相幾何学的構造を明らかにすることを目的としている。孤立特異点の位相幾何学的構造を明らかにするとは、特異点の近傍で定義されるリンクと呼ばれる多様体の位相型を決定し、そのリンクの球面への埋め込まれ方を明らかにすることである。本研究対象である単純K3特異点は、複素3次元正規孤立特異点であり、そのQ-分解的極小モデルの例外因子が既約な正規K3曲面であるような特異点として代数幾何学的には特徴付けられている。今回、島田伊知朗氏(広島大)と共同研究により、ある超曲面単純K3特異点のリンクの微分位相型を完全に決定した。研究主結果は以下のとおりである。本研究の目的は、(1)非退化な超曲面単純K3特異点のリンクの位相型の決定(2)非退化な超曲面単純K3特異点のリンクの位相型とそのQ-分解的極小モデルの例外因子として現れる既約な正規K3曲面との関係を明らかにすることである。平成19年度は、主に(1)の解決をめざし、(2)の研究も考慮しながら研究を進める計画であった。得られた研究成果は以下のとおりである。まず(1)の非退化な超曲面単純K3特異点のリンクの位相型について予想をたてた。この特異点は、米村氏によって95組に分類されているが、従来の方法を高次元に拡張した方法を利用することにより、そのほとんどの組において予想が正しいことが証明できた。しかし全ての組に対して証明するには至らなかった。また特性多項式に注目した別証明も試みたが、成果は得られなかった。これらの研究から、高次元孤立特異点のリンクの位相型の研究には、新しい研究方法として、研究目的(2)の特異点解消で現れる例外因子の情報を本質的に使う必要性に気付いた意義は大きい。その後、研究目的(1)と(2)の研究を同時に行うことによって、予想の解決をめざしている。これまでの研究成果として、例外因子として現れる正規K3曲面がある特異点のみを持つ場合には、予想が証明できている。この証明方法は、さらに一般化できる可能性を秘めているので、この方法を継続して試みる意義はあると考えている。リンクに注目した主な理由は、代数幾何学的に定義された特異点が、どの程度リンク上に位相的性質を反映しているかを調べるためであったが、予想しているリンク上には可算無限個のトーリック佐々木-Einstein計量が存在することも知られている。従って、この多様体がリンクとして現れる可能性のある超曲面単純K3特異点を研究する重要性は大きい。本研究の目的は以下のとおりであった。(1)非退化な超曲面単純K3特異点のリンクの位相型の決定。(2)非退化な超曲面単純K3特異点のリンクの位相型とそのQ-分解的極小モデルの例外因子として現れる既約な正規K3曲面との関係を明らかにする。これらの目的は、島田伊知朗氏(広島大)と共同研究を行うことでほぼ達成され、得られた研究主結果は以下のとおりである。非退化な超曲面単純K3特異点のリンクの微分位相型は、実2次元球面と実3次元球面の直積のいくつかの連結和になる。証明において、スメール氏の結果である「リンクの微分位相型が、リンクの2次元ホモロジー群のみで決定できる」ことが本質的に使われる。これまでリンクの2次元ホモロジー群は、特異点のミルナー・ファイバーにおけるモノドロミーの緻密な計算により決定されてきたが、高次元での計算はかなり複雑になる。そこで本研究では、特異点の解消で現れる正規K3曲面の持つ特異点の情報を用いて、正規K3曲面の特異点から構成される格子がK3格子に原始的に埋め込まれていることを証明することにより、リンクの2次元ホモロジー群を求めた。本研究により、高次元特異点の新しい研究手法を開発した意義は大きい。
心拍と呼吸の位相が社会的知覚に及ぼす影響

本研究は,心拍や呼吸のタイミングと感情知覚の関連を調べた。成果の一つとして,他者の表情は,心臓が収縮した瞬間に見るほうが,心臓が拡張している時よりも,感情のポジティブ・ネガティブさが明確に感じられること,および息を吸っている瞬間の方が,吐いているときよりも表情のポジティブさを明確に感じられることを示唆した。また,呼吸の吸う・吐くという活動に合わせて脳波が変動している様子を調べ,高周波ガンマ帯域の呼吸性変動の大きさが,個人の自律神経系の健全さや,呼吸の正確な知覚力と逆相関していることを示唆した。これらの知見は,心と体の関連について,生理的・認知科学的に検討する新しいアプローチを拓くものと言える。本研究は,身体の生理活動がリアルタイムで我々の認知に与える影響を明らかにするために,息を吸う・吐くという呼吸の位相と,心拍の拡張期・収縮期の位相がが,自己・他者の感情の認識や印象に与える影響を検証するものである.本研究は,(1)呼吸と心拍との位相が自他の感情強度の知覚に及ぼす影響,(2)対象の好悪の印象形成に及ぼす影響,および(3)上記の2点に共通する心身相関の個人差要因,の3つの項目を検討する.H28年度は,研究項目(1)に関して,呼吸の位相の影響を検討する複数の実験を行った.主な実験では,成人男女を対象として,6種の感情表情および1種の中性表情画像の感情強度評定課題を実施した.その結果,刺激の瞬間提示時の実験参加者の呼吸位相(呼気時か吸気時か)によって,知覚する感情強度が異なる可能性示唆された.さらに,性別によって,呼吸位相が影響を及ぼしやすい感情価が異なる可能性が示唆された.また別の実験では,呼吸位相の影響をより精緻に検討するために,視覚提示された顔表情の感情価の判断を行う単純反応時間課題を実施した.ここでは刺激提示のタイミングの呼吸位相が5つに区分された(吸気前期/後期/呼気前期/後期/呼気後ポーズ).成人女性を対象とした検討の結果,呼気前期ではネガティブ表情に対する判断反応が僅かに遅れていた.ここでも,呼吸の影響が知覚内容の感情価,あるいは感情カテゴリーに依存する可能性が示唆されている.ただし,これらは極めて弱い効果であり,さらに呼吸位相以外の関連要因・統制要因も進める必要がある.3つの研究項目のうち1つ「呼吸位相が感情強度の知覚に及ぼす影響」が進展し,また研究項目3「心身相関の個人差要因」についても前倒しで進行している.本研究は,身体の生理活動がリアルタイムで我々の認知に与える影響を明らかにするために,息を吸う・吐くという呼吸の位相と,心拍の拡張期・収縮期の位相が,自己・他者の感情の認識や印象に与える影響を検討するものである.H28年度は,ドイツ・ウルム大学との共同研究を進め,呼吸と心拍の位相が表情認知に与える影響を精査する実験を行ない,分析をほぼ終えた.主に以下の2つの知見を得た.<心拍と呼吸の位相が中性表情の感情価判断に及ぼす影響>刺激が提示された瞬間の心拍および呼吸の位相が,ニュートラル表情刺激の感情価判断に及ぼす影響を検討した.実験の結果,感情価の判断は,提示される画像タイミングが心拍・呼吸周期のどの相にあたるかによって,影響を受けることが示唆された.具体的には,心拍位相については,拡張期と比べて収縮期に提示された刺激に対する感情価がより明確になっていた.また呼吸周期については,呼気の途中に刺激が提示された場合に,他の相に比べて,ポジティブな感情価の評価が強くなる傾向が示唆された.さらに,このようなパターンには,内受容感覚の個人差との正の相関が観測された.<呼吸性脳波変動:基本動態および個人差の検討>呼吸と認知のリアルタイムの連動について,神経活動レベルでのメカニズムを理解するために,呼吸の吸気・呼気のサイクルに連動して脳波の各周波数帯のパワーがどのように変動するか,その変動の個人差がどのような機能と関連するか,という2点を検討した。その結果,呼吸に合わせた脳波振幅の変動パターンを記述するとともに,とくに高周波γ帯域パワーの呼吸性変動量には,個人の呼吸性心拍数変動の強さや,呼吸性内受容感覚の正確さと負の相関が見られた.これらの知見は,内受容感覚が意識的な感情知覚に及ぼす影響とそのメカニズムに関して新たな知見と研究方法を提供するものといえる.3点の研究項目のうち2つ「心拍・呼吸位相が感情認知に与える影響」および「心身相関の個人差要因」について,研究が大きく進展している.ドイツ・ウルム大学との国際共同研究によって上記の研究項目についての実験データを取得し,分析もほぼ終えている.また,当初の計画を超えた,脳活動と身体生理活動のリアルタイムの相互作用に関する研究も進められている.一方で,データの発表と論文化がやや遅れている点に留意して「おおむね順調」という判断をしている.本研究は,身体の生理活動がリアルタイムで認知に与える影響を明らかにするために,息を吸う・吐くという呼吸の位相と,心拍の拡張期・収縮期の位相が,自己/他者の感情の認識や印象に与える影響を検討するものである。H29年度は,内受容感覚と外受容感覚の時間的統合(両刺激の同期性)に関する脳波ERPのパターンを報告した(Fukushima et al. in press)。また,下記の成果をまとめ,それぞれ学会発表を行った。現在各成果の論文化を進めている。<心拍と呼吸の位相が中性表情の感情価判断に及ぼす影響

>刺激が提示された瞬間の心拍および呼吸の位相が,ニュートラル表情刺激の感情価判断に及ぼす影響を検討した。実験の結果,心拍位相については,拡張期と比べて収縮期に提示された刺激に対する感情価がより明確になっていた。また呼吸周期については,呼気の途中に刺激が提示された場合に,他の相に比べて,ポジティブな感情価の評価が強くなる傾向が示唆された。さらに,このようなパターンには,内受容感覚の個人差との正の相関が観測された。<呼吸性脳波変動の基本動態および個人差の検討>呼吸と認知のリアルタイムの連動について,神経活動レベルでのメカニズムを理解するために,呼吸の吸気・呼気のサイクルに連動して脳波の各周波数のパワーがどのように変動するか,その変動の個人差がどのような機能と関連するか,という2点を検討した。その結果,呼吸に合わせた脳波振幅の変動パターンを記述するとともに,とくに高周波ガンマ帯域パワーの呼吸性変動量には,個人の呼吸性心拍数変動の強さや,呼吸性内受容感覚の正確さと負の相関が見られた。これらの知見は,内受容感覚が意識的な感情知覚に及ぼす影響とそのメカニズムに関して新たな知見と研究方法を提供するものと言える。本研究は,心拍や呼吸のタイミングと感情知覚の関連を調べた。成果の一つとして,他者の表情は,心臓が収縮した瞬間に見るほうが,心臓が拡張している時よりも,感情のポジティブ・ネガティブさが明確に感じられること,および息を吸っている瞬間の方が,吐いているときよりも表情のポジティブさを明確に感じられることを示唆した。また,呼吸の吸う・吐くという活動に合わせて脳波が変動している様子を調べ,高周波ガンマ帯域の呼吸性変動の大きさが,個人の自律神経系の健全さや,呼吸の正確な知覚力と逆相関していることを示唆した。これらの知見は,心と体の関連について,生理的・認知科学的に検討する新しいアプローチを拓くものと言える。H28年度は,身体内受容感覚の心理学的研究における世界的権威の一人であるO. Pollatos教授(ドイツ・ウルム大学)の研究室に滞在し,主に研究項目1「呼吸位相が感情強度の知覚に及ぼす影響」を検討する実験を中心にデータを集める.ここで欧州のデータを収集し,H29年度の予定である研究項目3の「心身相関の個人差要因」について,国際比較・文化比較という観点からの検討も,本年度から前倒しで始める.H29年度には,残る研究項目である「対象の印象形成に心拍・呼吸位相が及ぼす影響」の検討を勧める.また,これまでに得られたデータの論文化を急ぎ,順次発表する.国際学会を含めた成果の学会発表の予定をしている.生理心理学新生児の計画ではH27年度は200万円超のポリグラフ装置を購入する予定であった.交付額がこれに満たなかったために,H27年度は予算を執行せず,次年度繰り越しにより,H28年度交付額と合算で購入する予定である.計上していたポリグラフ装置の購入が主な予算執行予定であった.しかし,H28年度は9割以上の期間,共同研究先のドイツ・ウルム大学に滞在し,同大学の設備を利用する必要が生じたために,予算執行計画を変更した.H28年度に呼吸と心拍,脳波同時測定可能のポリグラフ装置を購入することで執行する.本装置購入は本計画申請段階で計上していたものである.H28年度はその他,当該年度交付額を,実験参加者謝金,論文校閲・投稿料,出張旅費に使用する.H
熱水鉱床開発に向けたADCPによる懸濁物質の種類・濃度のリアルタイムモニタリング

本課題は、超音波流速計(ADCP)による熱水鉱床の探査および開発時に発生する異なる懸濁物質濃度および種類の非接触計測である。日本周辺海域には海洋資源となりうる新たな海底熱水鉱床の存在が予想される。また、熱水鉱床周辺海域には熱水由来の特異な化学合成生態系が存在し、これら熱水鉱床の開発を実施するに際し、周辺生態系に対し環境影響評価をするため、採鉱時にどのような種類の懸濁物質がどの程度の濃度で発生・拡散・堆積し、周辺海域の生態系に影響を及ぼすか、懸濁物質を計測することで把握する必要がある。本研究では多変量解析をADCPに用い、まずは計測が容易な沿岸海域の異なる懸濁物質の濃度を推定する手法を開発した。ADCPはトランスデューサーから超音波を発射し,浮遊懸濁物質からの反射波の位相の「ずれ」を計測し、流向流速を計測する機器である。一方,ADCPは反射波の強度である散乱強度も計測しており,散乱強度から海中の浮遊懸濁物質の濃度分布が非接触で定量できると考えた。散乱強度から,濁度の鉛直分布を推定するために,超音波の距離減衰を考慮し,計測層における応答を算出するモデル式を作成した。さらに,伝搬モデルを使って求めた濁度は,浮遊砂泥のみならず,動物・植物プランクトンといった複数種類の濁度に対する応答が足し合わせと考え,ADCPにより計測した濁度から,海中の浮遊砂泥および動物・植物プランクトンの濃度分布を推定することを試みた。ADCPがトランスデューサーを4個保有している点に注目し,4個のトランスデューサーの各計測値は,複数種類の懸濁物質の応答がトランスデューサーごとに異なる重みで,独立した信号として混合されたものとし,主成分分析,および独立成分分析といった統計的な手法により,海中の浮遊砂泥の濃度と動物プランクトンや植物プランクトン濃度分布といった異なる懸濁物質濃度の情報を抽出することを可能とした。本研究の目的は、超音波流速計(ADCP)による熱水鉱床の探査および開発時に発生する懸濁物質濃度および種類の非接触三次元計測である。また、既知の熱水鉱床周辺海域には熱水由来の特異かつ貴重な化学合成生態系が存在し、今後、これら熱水鉱床の開発を実施するに際し、周辺生態系に対し環境影響評価をすることが不可欠である。そのため、採鉱時に重金属等を含むどのような種類の懸濁物質がどの程度の濃度で発生・拡散・堆積し、周辺海域の生態系に影響を及ぼすか、懸濁物質を計測することで把握する必要がある。本研究では多変量解析をADCPに用い、非接触で懸濁物質の種類および濃度をリアルタイムモニタリングする画期的に研究である。本年度は、まず懸濁物質の粒子径が音響散乱にどのように影響を与えるかを検証する実験を実施した。具体的には本学既設の円柱アクリル製の水槽(直径1m、高さ3m)を、下方横穴から取水し上方に供給することで鉛直循環式の水槽に改造した。水槽内に各種粒子径のカオリン粒子(濁度の標準物質)を投入し、ADCPを水槽上部に設置し、トランスデューサーからの音波を鉛直下方に向けて音波を送受信した。なお、このときADCPの4つのトランスデューサーの相互影響を除くため、3つの回線を切断し1つのみのトランスデューサーから放射される音波の懸濁物質に対する応答を取得した。上記実験を各粒子径、さらには粒径分布がガウス分布に従うように投入(海域の粒径分布はガウス分布に従う)することで粒径分布に対するADCPの応答実験を実施した。得られた計測データよりADCPによる粒径分布に対する応答も含めた粒子の音響散乱モデルを構築した。研究初年度なため、実験が主となり当初のイメージ通りに進んでいる。当初からここまではある程度、実験結果やその考察方法も予想していたことが順調に進んでいる要因と考える。本研究は、超音波流速計(ADCP)による熱水鉱床開発時に発生する懸濁物質濃度および種類の非接触三次元計測である。日本周辺海域には海洋資源となりうる海底熱水鉱床の存在する。また、熱水鉱床の開発を実施するに際し、周辺生態系に対し環境影響評価をすることが不可欠である。そのため、採鉱時に重金属等を含む懸濁物質がどの程度発生・拡散・堆積し、周辺生態系に影響を及ぼすか、懸濁物質を計測することで把握する必要がある。トランスデューサー(音波の送受信装置)から発した音波は,水中の懸濁物質や水により減衰・拡散しながら水中を伝播し,懸濁物質に反射され、再度トランスデューサーで受信する。申請者は、日本近海の熱水鉱床近傍においてADCPを長期間設置観測することで熱水鉱床近傍における懸濁物質濃度の鉛直分布計測に成功した(Arai et al. 2011)。また、2013年より、従来用いられてきた簡易の水中音波伝搬モデルを、FDTD法を用いた数値計算にし、計測データと数値計算の統合化を図ることで、ADCPによる濁度計測の大幅な精度向上を達成した(可視化情報学会2015)。本研究過程を通して次の新たな三つの可能性を示唆することができた。1重金属を含む高密度な懸濁物質やプランクトンのような明らかに密度・構造の異なる懸濁物質の音響散乱特性は各々異なる。2濁度を構成している懸濁物質の粒子径の分布が異なれば音響散乱特性も異なる。3FDTD法による数値計算は計算時間を要するため、実海域における計測には適していない。

そこでこれらの問題点を解決すべく、ADCPには4つのトランスデューサーを有している点に着目し、多変量解析を用いることで1を解決する。さらに既設の水槽実験および実海域における実験を通して2と3を解決する。超音波流速計(ADCP)による熱水鉱床の探査および開発時に発生する懸濁物質「濃度」および「種類」の非接触計測である。この目的を達成する上で研究期間は平成28年度から平成30年度の3ヵ年とする。【平成28年度】懸濁物質の粒径分布がADCPの散乱強度に及ぼす影響を実験より求め粒径分布を考慮した散乱モデル式を構築した。【平成29年度】ADCPに備わった4つのトランスデューサーの信号を主成分分析や独立成分分析をすることで懸濁物質の種類ごとの濃度分布の計測を実現している。本課題は、超音波流速計(ADCP)による熱水鉱床の探査および開発時に発生する異なる懸濁物質濃度および種類の非接触計測である。日本周辺海域には海洋資源となりうる新たな海底熱水鉱床の存在が予想される。また、熱水鉱床周辺海域には熱水由来の特異な化学合成生態系が存在し、これら熱水鉱床の開発を実施するに際し、周辺生態系に対し環境影響評価をするため、採鉱時にどのような種類の懸濁物質がどの程度の濃度で発生・拡散・堆積し、周辺海域の生態系に影響を及ぼすか、懸濁物質を計測することで把握する必要がある。本研究では多変量解析をADCPに用い、まずは計測が容易な沿岸海域の異なる懸濁物質の濃度を推定する手法を開発した。ADCPはトランスデューサーから超音波を発射し,浮遊懸濁物質からの反射波の位相の「ずれ」を計測し、流向流速を計測する機器である。一方,ADCPは反射波の強度である散乱強度も計測しており,散乱強度から海中の浮遊懸濁物質の濃度分布が非接触で定量できると考えた。散乱強度から,濁度の鉛直分布を推定するために,超音波の距離減衰を考慮し,計測層における応答を算出するモデル式を作成した。さらに,伝搬モデルを使って求めた濁度は,浮遊砂泥のみならず,動物・植物プランクトンといった複数種類の濁度に対する応答が足し合わせと考え,ADCPにより計測した濁度から,海中の浮遊砂泥および動物・植物プランクトンの濃度分布を推定することを試みた。ADCPがトランスデューサーを4個保有している点に注目し,4個のトランスデューサーの各計測値は,複数種類の懸濁物質の応答がトランスデューサーごとに異なる重みで,独立した信号として混合されたものとし,主成分分析,および独立成分分析といった統計的な手法により,海中の浮遊砂泥の濃度と動物プランクトンや植物プランクトン濃度分布といった異なる懸濁物質濃度の情報を抽出することを可能とした。今後は実海域の懸濁物質に対するデータ解析をし、その妥当性を評価する。そのうえで想定される課題及びその対応策は以下(問題)粒径分布に対する音響散乱実験を実施するに際し、カオリンと実海域の浮遊懸濁物質ではその密度が異なるため、正しい実験結果を得られない可能性がある。(対応)カオリンの使用を中止し、実海域の採水および採水試料中の粒径分布の分析数を増やすことで、実海域中の浮遊懸濁物質に対する音響散乱応答実験回数を増やす。(問題)多変量解析によりプランクトンや無機懸濁物質といった因子ごとに起因する音響データに分離できない。(対応)分離できない原因は因子間に数学的無相関・独立性がないことが考えられる。
細胞間伝播性alpha-Synuclein構造体の同定とその産生機構の解析

パーキンソン病に特徴的なレビー小体の形成領域は病気の進行に伴って脳内を拡大する。現在、病変拡大の分子的背景としてプリオン様伝播仮説が注目されているが、細胞間を伝播する分子の性質については不明な点が多い。本研究では凝集形成能を有する線維様αーシヌクレイン(αSyn)画分を出発材料として生化学分画を行い、様々な分子形態を有する高分子化αSynの分離を行った。更に、病的神経が産生した高分子化αSynを分離した。病的神経が産生した高分子化αSynはある均一な分子量を持ち、レビー小体様凝集体の形成を誘導することができた。本研究結果は病的神経が産生する細胞間伝播性Seedの同定に繋がるものと期待される。α-Synucleinはパーキンソン病に特徴的な細胞内凝集体“レビー小体"の主要構成タンパク質であり、遺伝子の変異あるいは重複が家族性パーキンソン病の発症を引き起こすことから、その発症に関わる重要な責任分子の一つであると考えられている。レビー小体の形成はパーキンソン病の進行に伴って中脳黒質から大脳皮質へ上向性に伝播・拡大する。近年、神経細胞に障害を引き起こす過程において、α-Synucleinが高分子化した重合核“Seed"が細胞間を伝播し、近傍の細胞内へ取り込まれることが重要であるとの報告が相次いだ。これは“細胞間伝播仮説"と呼ばれ、脳内で病変が伝播する分子メカニズムとして注目されている。α-Synucleinは重合する過程において様々な形態を取り得ることは既に知られているが、実際に細胞間伝播を担うSeed分子の構造がどのようなものか、そしてその分子はどのようにして産生されるのか、現在も不明な点が多く残されている。本研究では、線維様α-Synuclein分子を出発材料として生化学分画を行い、得られた各画分に含まれる高分子化α-Synuclein分子の性質について解析を行った。線維様α-Synuclein分子から多様な分子種が得られると共に、これらの構造体がレビー小体様細胞内凝集の形成を誘導できることを明らかにした。更に、海馬初代培養神経細胞を用いて病態モデル神経を作出し、この病態神経から得られる高分子化α-Synucleinを分離することができた。この分子は複数の特徴的な性質を有しており、現在、細胞毒性と共にその産生メカニズムについての解析を行っている。本研究では、線維様α-Synucleinあるいは病態モデル神経が産生する様々な高分子化α-Synuclein構造体に着目し、その生化学的特性を明らかにすると共に、どのような構造の分子が細胞間伝播を担う“Seed"として機能しているのか、明らかにすることを主眼としている。現在までに病態神経から特徴的な性質を有する高分子化α-Synucleinを分離することができており、本研究が着目すべき分子構造の候補を見出すことができた。また、この構造体は神経細胞を介して産生されるものであり、線維様α-Synuclein単独構造から派生する分子ではないと考えている。神経細胞によるプロセッシングが必要であると推察しており、このことは本研究が目指すSeed産生機構の解明を進める上で非常に重要であるといえる。今後はこの候補分子の生化学的性質を解析すると共に、Seedとして細胞間伝播に機能すること、更にその産生メカニズムの詳細について明らかにすることを中心に研究を遂行しようと考えている。尚、本研究を遂行する過程で、野生型マウス嗅球においてα-Synucleinを高発現する傍糸球体細胞が存在しており、神経細胞として幼若な性質を有していることを示す知見を得ることができた。嗅球はパーキンソン病の最初期に障害を受ける部位として知られており、本結果はその発症への関与のみならず、α-Synucleinの生理的機能の解明にも繋がることが期待される。α-シヌクレインはパーキンソン病の病理所見であるレビー小体の主要構成分子である。レビー小体の形成領域は病気の進行に伴って下部脳幹から大脳皮質に向かって上向性に広がって行く。近年、この病変の拡大には、高分子化した病原性α-シヌクレイン“Seed"が神経細胞間を伝播することが重要であるとの報告が蓄積されてきた。しかしながら、細胞間を伝播するSeed分子の構造やその性質については未だ不明な点が多い。本研究では、Seedの性質とその産生メカニズムについて解析を行った。過去の報告により、精製した単量体α-シヌクレインを人工的に試験管内で重合させ、高分子化させた線維様α-シヌクレイン“Fibril"を含む培地で神経細胞を培養すると、レビー小体様凝集体が形成されること、更に、マウス黒質、あるいは線条体にこれを投与することによって凝集体の形成が脳内各所、及び大脳皮質にまで伝播することが明らかとなっている。本研究では、Fibrilを調製し、これを出発材料として生化学分画を行い、Fibrilから二次的に産生されるα-シヌクレインオリゴマー画分を回収した。各画分には多様な分子種が含まれており、培養神経細胞内にレビー小体様凝集体の形成を誘導できることを確認した。Fibrilに由来する様々なα-シヌクレインオリゴマー構造を分離した後、レビー小体様凝集体を有する病的神経細胞が産生するSeed構造を明らかにするため、病的神経細胞を一定期間培養した培地中に含まれる高分子化α-シヌクレインの分離・同定とその性質について解析を行った。

その結果、当該培養液中にはある特定の分子量を有するα-シヌクレインオリゴマーが含まれていること、更に、この分子構造がレビー小体様凝集体の形成を誘導できることを明らかにした。本研究結果は、病的神経が自ら産生するSeed分子の同定に繋がるものと期待される。パーキンソン病に特徴的なレビー小体の形成領域は病気の進行に伴って脳内を拡大する。現在、病変拡大の分子的背景としてプリオン様伝播仮説が注目されているが、細胞間を伝播する分子の性質については不明な点が多い。本研究では凝集形成能を有する線維様αーシヌクレイン(αSyn)画分を出発材料として生化学分画を行い、様々な分子形態を有する高分子化αSynの分離を行った。更に、病的神経が産生した高分子化αSynを分離した。病的神経が産生した高分子化αSynはある均一な分子量を持ち、レビー小体様凝集体の形成を誘導することができた。本研究結果は病的神経が産生する細胞間伝播性Seedの同定に繋がるものと期待される。病態モデル神経から得られる高分子化α-Synucleinの解析を進める。また、その産生には神経細胞及び内在性α-Synucleinの存在が必須であると推察しており、α-Synucleinノックアウトマウスを用いながら、そのSeed能の評価と産生メカニズムについての解析を実施する。細胞間伝播メカニズムを解析する過程において、細胞のどこから、どのようにしてSeedが取り込まれるのかを明らかにすることは重要である。細胞内取り込み過程の可視化は蛍光標識した高分子化α-Synucleinを含む培地で海馬初代培養神経細胞を培養し、その培養過程を経時的に観察する。更に、注目している高分子化α-SynucleinがSeedとして機能していることを明らかにするために、Seedに対する構造特異的モノクローナル抗体を作製し、細胞内取り込みの阻害活性を評価できるシステムの構築を目指す。構造特異抗体の作製は得られた高分子化α-Synucleinを抗原として用いる。得られたハイブリドーマの中から、dot blot assayとELISAによって単量体や線維様構造には反応せず、標的の分子構造にのみ反応する抗体をスクリーニングする。構造特異抗体が存在する培養条件下において、Seedの神経細胞内への取り込みを阻害することができるか、凝集体の形成効率に着目して評価を行う。神経解剖学実験器具(細胞培養に使用する消耗品)の購入を予定していたが、年度末に進めていた実験(条件の検討等)に時間を要したため、当該器具の購入を次年度に変更した。そのため、今年度の使用見込額との間に差が生じてしまった(11,738円)。実験計画を遂行するに当たり、前年度に購入する予定であった実験器具は今年度も必要不可欠であるため、生じた差額分は消耗品購入費用として使用する。
抗う蝕DNAワクチンの開発に関する基礎的研究

DNAワクチンとは,抗原タンパクをコードするDNAを細胞内に導入して直接発現させることにより免疫応答を誘導する手法である.Streptococcus mutansは,グルカン合成酵素グルコシルトランスフェラーゼ(GTF)を3種類産生し,これらの協同作用で合成された粘着性グルカンにより歯面に付着し,デンタルプラークを形成してう蝕を発生させる.そこでGTFのうち,gtfB遺伝子でコードされる非水溶性グルカン合成酵素,GTFBを標的としてDNAワクチンを構築し,特異的な免疫応答誘導の可能性を追求した.GTFは,機能領域としてスクラーゼ活性部位(CAT)とグルカン結合部位(GBD)を有する.S. mutansのgffB遺伝子を鋳型としてCATあるいはGBDを増幅し,サイトメガロウイルス由来のプロモーターを有する哺乳類発現ベクターpcDNA3に組み込み,DNAワクチンpcDNA3/CAT, pcDNA3/GBDを構築した.これらのDNAワクチンを遺伝子導入したマウス線維芽細胞よりRT-PCRを行い,哺乳類細胞におけるCATあるいはGBDに特異的なmRNAの発現を検討した.その結果,CAT, GBDに相当するmRNAの発現が各々の細胞で確認され,これらのmRNAが翻訳されて合成されたタンパク抗原により特異的免疫応答が誘導される可能性が示された.つぎにDNAワクチンを遺伝子導入した細胞より抗原タンパクの発現をウサギ抗GTFB抗体を用いてウエスタンブロット法を用いて調べたが,明確な結果が得られなかった.そこでDNAワクチンの標的にした領域のみをリコンビナントタンパクとして発現させ,それらに対する抗血清を作成し,抗原タンパクの発現を検討したところ,陽性の結果が認められた.これらの結果は本研究で構築したDNAワクチンは,S. mutansGTFに対して特異的な免疫反応を誘導することは可能であるが,その量は低く,う蝕の抑制のためにはより強力な誘導法の開発が必要であることを示唆している.DNAワクチンとは,抗原タンパクをコードするDNAを細胞内に導入して直接発現させることにより免疫応答を誘導する手法である.Streptococcus mutansは,グルカン合成酵素グルコシルトランスフェラーゼ(GTF)を3種類産生し,これらの協同作用で合成された粘着性グルカンにより歯面に付着し,デンタルプラークを形成してう蝕を発生させる.そこでGTFのうち,gtfB遺伝子でコードされる非水溶性グルカン合成酵素,GTFBを標的としてDNAワクチンを構築し,特異的な免疫応答誘導の可能性を追求した.GTFは,機能領域としてスクラーゼ活性部位(CAT)とグルカン結合部位(GBD)を有する.S. mutansのgffB遺伝子を鋳型としてCATあるいはGBDを増幅し,サイトメガロウイルス由来のプロモーターを有する哺乳類発現ベクターpcDNA3に組み込み,DNAワクチンpcDNA3/CAT, pcDNA3/GBDを構築した.これらのDNAワクチンを遺伝子導入したマウス線維芽細胞よりRT-PCRを行い,哺乳類細胞におけるCATあるいはGBDに特異的なmRNAの発現を検討した.その結果,CAT, GBDに相当するmRNAの発現が各々の細胞で確認され,これらのmRNAが翻訳されて合成されたタンパク抗原により特異的免疫応答が誘導される可能性が示された.つぎにDNAワクチンを遺伝子導入した細胞より抗原タンパクの発現をウサギ抗GTFB抗体を用いてウエスタンブロット法を用いて調べたが,明確な結果が得られなかった.そこでDNAワクチンの標的にした領域のみをリコンビナントタンパクとして発現させ,それらに対する抗血清を作成し,抗原タンパクの発現を検討したところ,陽性の結果が認められた.これらの結果は本研究で構築したDNAワクチンは,S. mutansGTFに対して特異的な免疫反応を誘導することは可能であるが,その量は低く,う蝕の抑制のためにはより強力な誘導法の開発が必要であることを示唆している.DNAワクチンとは、抗原タンパクをコードするDNAを細胞内に導入して直接発現させることにより免疫応答を誘導する手法である。Streptococcus mutansは、グルカン合成酵素グルコシルトランスフェラーゼ(GTF)を3種類産生し、これらの協同作用で合成された粘着性グルカンにより歯面に付着し、デンタルプラークを形成してう蝕を発生させる。本年度は、3種のGTFのうち、gtfB遺伝子でコードされる非水溶性グルカン合成酵素、GTFBを標的としてDNAワクチンを構築し、特異的な免疫応答誘導の可能性を追及した。GTFは、機能領域としてスクロースを加水分解するスクラーゼ活性部位(CAT)とグルカンを重合するグルカン結合部位(GBD)を有する。本研究では、各機能部位をコードする遺伝子領域を増幅するPCRプライマーを設計した。その際、プライマーにはベクターに組み込むための制限酵素認識部位とタンパク発現の開始コドンを付与した。これらのプライマーを用い、gffB遺伝子を鋳型としてCATあるいはGBDを増幅し、上記の制限酵素認識部位でサイトメガロウイルス由来のプロモーターを有する哺乳類発現ベクターpcDNA3に組み込み、DNAワクチンpcDNA3/CAT, pcDNA3/GBDを構築した。これらのDNAワクチンは、プライマーに付与した開始コドンとCAT、GBDをコードする遺伝子領域を320bp、1226bpの挿入断片中に各々含んでいた。これらのDNAワクチンを遺伝子導入したマウス繊維芽細胞より抽出した総RNAを用いてRT-PCRを行い、哺乳類細胞におけるCATあるいはGBDに特異的なmRNAの発現を検討した。その結果、CAT、GBDに相当するmRNAの発現が各々の細胞で確認され、これらのmRNAが翻訳されて合成されたタンパク抗原により特異的免疫応答が誘導される可能性が示唆された。

DNAワクチンとは,抗原タンパクをコードするDNAを細胞内に導入して直接発現させることにより免疫応答を誘導する手法である.Streptococcus mutansは,グルカン合成酵素グルコシルトランスフェラーゼ(GTF)を3種類産生し,これらの協同作用で合成された粘着性グルカンにより歯面に付着し,デンタルプラークを形成してう蝕を発生させる.そこでGTFのうち,gtfB遺伝子でコードされる非水溶性グルカン合成酵素,GTFBを標的としてDNAワクチンを構築し,特異的な免疫応答誘導の可能性を追求した.GTFは,機能領域としてスクラーゼ活性部位(CAT)とグルカン結合部位(GBD)を有する.S.mutansのgffB遺伝子を鋳型としてCATあるいはGBDを増幅し,サイトメガロウイルス由来のプロモーターを有する哺乳類発現ベクターpcDNA3に組み込み,DNAワクチンpcDNA3/CAT, pcDNA3/GBDを構築した.これらのDNAワクチンを遺伝子導入したマウス線維芽細胞よりRT-PCRを行い,哺乳類細胞におけるCATあるいはGBDに特異的なmRNAの発現を検討した.その結果,CAT,GBDに相当するmRNAの発現が各々の細胞で確認され,これらのmRNAが翻訳されて合成されたタンパク抗原により特異的免疫応答が誘導される可能性が示された.つぎにDNAワクチンを遺伝子導入した細胞より抗原タンパクの発現をウサギ抗GTFB抗体を用いてウエスタンブロット法を用いて調べたが,明確な結果が得られなかった.そこでDNAワクチンの標的にした領域のみをリコンビナントタンパクとして発現させ,それらに対する抗血清を作成し,抗原タンパクの発現を検討したところ,陽性の結果が認められた.これらの結果は本研究で構築したDNAワクチンは,S.mutansGTFに対して特異的な免疫反応を誘導することは可能であるもが,その量は低く,う蝕の抑制のためにはより強力な誘導法の開発が必要であることを示唆している.