hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
融合細胞の選択に関する新しい細胞工学的技術の開発

1.融合細胞の選択法として, (1)FITC結合およびXRITC結合オクタデシルアミンを作り, 2種の細胞をそれぞれの色素で蛍光染色し,細胞融合後2種の蛍光色素で標識された融合細胞を自動細胞分析分画装置によってソーティングする方法, (2)親細胞をアクチノマイシンDおよび塩酸エメチンで処理して,蛋白合成を阻害し,融合細胞を選択する方法, (3)ビオチン化親細胞(ミエローマ細胞)とビオチン化抗原と反応した感作リンパ球をアビジンを介して結合した後,細胞融合を行う方法試みた.種々の努力を行ったが,いずれの場合にも効率よく融合細胞を選別することはできなかった.2.融合効率を高めるための融合細胞に適した培地の検討では, (1)マウスB細胞ハイブリドーマ作製について,最近開発されたGIT培地が優れていることがわかった.融合頻度は,ミエローマ細胞8000個に1個の割合で融合細胞の増殖が認められた.これは既報の成績と比べて採光の効率である.(2)ヒト単クローン抗体作製についても, (マウス×ヒト)ヘテロミエローマ(SHM-D33)とEBウイルス感染によるリンパ芽球様細胞との細胞融合にGIT培地を使用すると,ミエローマ細胞5500個に1個の割合で融合細胞の増殖が認められた.この効率はこれ迄の報告の中で最高の効率である.この培地はクローニング効率を高め,ハイブリドーマの抗体産生量も高値を示した.この方法はヒト単クローン抗体作製に極めて有用と期待される.1.融合細胞の選択法として, (1)FITC結合およびXRITC結合オクタデシルアミンを作り, 2種の細胞をそれぞれの色素で蛍光染色し,細胞融合後2種の蛍光色素で標識された融合細胞を自動細胞分析分画装置によってソーティングする方法, (2)親細胞をアクチノマイシンDおよび塩酸エメチンで処理して,蛋白合成を阻害し,融合細胞を選択する方法, (3)ビオチン化親細胞(ミエローマ細胞)とビオチン化抗原と反応した感作リンパ球をアビジンを介して結合した後,細胞融合を行う方法試みた.種々の努力を行ったが,いずれの場合にも効率よく融合細胞を選別することはできなかった.2.融合効率を高めるための融合細胞に適した培地の検討では, (1)マウスB細胞ハイブリドーマ作製について,最近開発されたGIT培地が優れていることがわかった.融合頻度は,ミエローマ細胞8000個に1個の割合で融合細胞の増殖が認められた.これは既報の成績と比べて採光の効率である.(2)ヒト単クローン抗体作製についても, (マウス×ヒト)ヘテロミエローマ(SHM-D33)とEBウイルス感染によるリンパ芽球様細胞との細胞融合にGIT培地を使用すると,ミエローマ細胞5500個に1個の割合で融合細胞の増殖が認められた.この効率はこれ迄の報告の中で最高の効率である.この培地はクローニング効率を高め,ハイブリドーマの抗体産生量も高値を示した.この方法はヒト単クローン抗体作製に極めて有用と期待される.薬剤耐性細胞や選択培地を使用しないで融合細胞を選択する新しい方法の開発について研究し、次の成績を得た。1融合に用いる2種類の細胞をそれぞれ異なった螢光色素で非特異的に染着するため、FITC結合オクタデシルアミン(F18;緑色螢光)およびXRITC結合オクタデシルアミン(R18;赤色螢光)を合成し、シリカゲルクロマト法により単離した。両者ともに10ug/mlの濃度で培養液に添加し、細胞を12時間培養することによって100%に螢光標識され、しかも細胞増殖に影響を与えない。2自動細胞分画装置(EPICS-V)のアルゴンイオンレーザー、クリプトンイオンレーザーによりF18細胞、R18細胞をそれぞれ検出し、分離することが可能である。3抗原感作リンパ球をF18で螢光標識し、マウスミエローマ細胞株をR18で螢光標識して細胞融合を行った。細胞融合の1時間後に自動細胞分画装置で、二色螢光標識細胞を分画採取し、培養を試みた。その結果は大部分(98%)が非融合のミエローマ細胞で融合細胞は少数であった。4 F18細胞とR18細胞とを融合せずに混合培養すると、1時間後には融合操作を施したものと自動細胞分画装置上の分析パターンが近似していることが明らかとなり、培養中に互いに接触した細胞間における色素の移動が容易に生ずるためと考えられる。5上記の理由により別の選別方法を検討中である。(1)細胞のDNAに結合し、生体染色するヘキスト33342で、細胞融合後に染色し、DNA量の多い細胞を融合細胞として分画する。細胞の種類によって毒性濃度と染色必要最小時間に差があることを認めている。(2)B細胞ハイブリドーマをモデルとしてミエローマ細胞をFITCで染色し、蛋白合成阻害剤で処理してマウス脾臓細胞と融合し、螢光標識細胞をソーテングし融合細胞を集める。予備実験で多数のハイブリッド細胞が得られる成績を得ている。1.アクチノマイシン、エメチンを用いて蛋白合成阻害したミエローマ細胞を免疫マウス脾細胞と細胞融合した。1時間後に自動細胞分画装置を用い、サイズを指標にしてソーテングを行った。採取した融合細胞は当初抗体産生を行ったがクローニング中に抗体産生を行なわなくなった。

2.ヘキスト33342を用い、細胞DNAの生体染色を行い、DNA含量の多い融合細胞分画をソーテングした。ソーテングした細胞分画には非融合細胞が混入していた。またヘキスト33342の毒性のため融合細胞増殖の障害が認められた。3.最近開発されたGIT培地でミエローマ細胞を培養すると、従来の培地に比較して著しい増殖促進が認められる。この事から、ミエローマ細胞をGIT培地で培養し、融合後はGITにHAT、インスリンを添加したGIT-HLAT培地を選択培地として用いた。その結果、融合効率が飛躍的に上昇し、また融合効率はいずれの融合実験でも安定で80%以上のウエルで融合細胞コロニイの形成が認められた。また抗体産生ウエルも増加した。融合後従来【10^5】個のミエローマ細胞を1つのウエルに入れていたが、このGIT培地を用いると3x【10^4】個にミエローマ細胞を減らした方が良い融合効率を示した。この培地を用いる事により単クローン抗体作製が著しく容易となった。4.特異抗体産生ハイブリドーマをより効率よく作製するちめ、KLH免疫脾細胞をビオチン化KLHと反応させ、次にアビジンを添加し、KLH反応性脾細胞をアビジン結合状態とした。ミエローマをビオチン化し、両者を細胞融合したところ、179ウエル中115ウエルにコロニー形成があり、そのうち21.7%に特異抗体産生が認められた。コントロールは6.7%のみに特異抗体産生が認められた。
新規合成ブロックを用いるポルフィリノイドの合成と機能開発

ピロールを単位構造とする大環状化合物はポルフィリノイドと総称され、その特色ある分子認識能や光機能が注目されている。近年、新しい骨格を有する誘導体が活発に合成されているが、収率や一般性に問題があり、新しい合成ブロックその連結法の開発が急務である。本研究者が最近開発したビスアザフルベンは高い反応性を有し、中性条件下でのポルフィリノイド合成を可能にした画期的な合成中間体である。本研究ではビスアザフルベンの合成、構造反応性を明らかにし、その有用性を示す事を目的とした。1.ビスアザフルベン誘導体の開発ピロールのβ位(3位、4位)に異なる置換基を有する3種類の2,2'-ビピロール(MeEt体、EtEt体、i-BuMe体)を用い、ホルミル化、フェニルリシウムとの反応を経て、ビスアザフルベンを合成した。X線結晶構造解析によりフルベン特有の平面構造や結合距離を明らかにした。ピロール3位の置換基の嵩高さは環状化合物の安定性に大きな影響を与えるので、種々の誘導体を合成できたことは大きな成果である。EtEt体の収率が最も良いが(55%)、更に、条件検討を行う必要がある。2.ビスアザフルベンと2,2'-ビピロールの反応による巨大ポルフィリノイドの合成2,2'-ビピロール(MeEt体)とベンズアルデヒドとの酸触媒存在下での縮合反応ではピロール6個からなるロザリンのみが70%という高収率で得られる事が知られていたが、MeEt体のビスアザフルベンを用いるとロザリンは全く得られず、ピロール8個の[32]-オクタフィリンが39%で得られた。またi-BuMe体のビピロールの酸触媒反応ではロザリンとオクタフィリンが24%、39%で生成する事も見出した。3.ビスアザフルベンとオリゴピロールとの反応ビスアザフルベンはジピリルメタンと反応し、[34]-オクタフィリンを33%の収率で与えた。また、トリピランとの反応によって、サフィリンを37%の収率で与えた。これらの合成収率は従来の合成法によるものを大きく上回るとともに、これらの化合物は特色ある置換パターンを有するポルフィリノイドである。
レーザ溶射耐摩耗傾斜機能膜の開発

ガス-ワイヤ同軸方式のレーザ溶射法を用いて、チタンワイヤとアシストガスとの反応を利用した、チタン-窒化チタン系機能傾斜皮膜をアルミニウムあるいは軟鋼基材上に創出することに成功した。すなわち、基材上に、アルゴンガス濃度100%で皮膜を形成した後、段階的に窒素ガス濃度を増加させながら皮膜を積層した場合には、表層に近づくにつれ硬度が上昇し、線膨張係数は次第に減少する組成傾斜皮膜(Ti-TiN皮膜)を創出でき、逆に、基材上に窒素ガス濃度100%で皮膜を形成した後、段階的に窒素ガス濃度を減少させながら皮膜を積層した場合には、表層に近づくにつれ硬度が低下し、線膨張係数は次第に増加する組成傾斜皮膜(TiN-Ti皮膜)を創出できる。作製された傾斜皮膜は、次のような特徴を持つ。(1)多層皮膜になるほど耐熱衝撃性が向上する。例えば、単層皮膜または2層傾斜皮膜よりも5層傾斜皮膜の方が耐熱衝撃性は高い。(2)耐摩耗性が高い。単層窒化チタン皮膜であっても、皮膜厚さが厚ければ、基材の影響を受けず耐摩耗材として使用可能である。(3)耐摩耗性は、皮膜の積層順序(Ti-TiN皮膜あるいはTiN-Ti皮膜)や傾斜の程度には影響を受けず、摺動部の硬度に大きく依存する。表層硬度が高いほど耐摩耗性は高い。(4)基材に接する皮膜が、窒化チタンである場合の方がチタンである場合よりも摩擦による剥離強度は高い。また、界面剥離強度は膜厚の増加とともに増加する。すなわち、表層に一定厚さ以上のTiN皮膜、下層に耐熱衝撃特性を考慮した組成傾斜皮膜を形成し、かつ、基材界面にチタン濃度の高い窒化チタン層を形成させた窒化チタン系組成傾斜皮膜は、耐摩耗並びに耐熱衝撃特性の両面に優れた材料として使用可能である。1.レ-ザ溶射傾斜皮膜の作製開発改良した2重ノズルを有する溶射ガンを用い、混合比の異なるアルゴンおよび窒素ガスボンベを順次交換しながら、最大出力5kWのCO_2レ-ザで溶融させた純チタンワイヤを微粒化し、純アルミおよびS45C熱処理基材上に積層させることによって、TiとTiNの混合比のことなる傾斜溶射皮膜を作ることに成功した。2.レ-ザ溶射傾斜皮膜の摩擦摩耗評価試験純アルミおよびS45C基材上にTi-TiN傾斜皮膜を形成した試験片を作製し、相手材として軸受鋼球を使用したボ-ル・オン・ディスク試験機で皮膜の特性評価試験を実施し、(1)一定量以上の膜厚を持つTiN皮膜は基材の影響を受けず、耐摩耗性に優れた摺動材として使用できる。(2)各層の皮膜が厚くなると、その各層自身で外力(荷重・摩擦力)を支持するようになるため、傾斜皮膜としての特性を発揮することが困難となる。即ち、各皮膜層の厚さは摺動条件に応じて最適値があること等を明らかにした。3.面接触型摩擦摩耗試験機の開発任意形状の試験片の摩擦摩耗試験が可能な面接触型試験機を開発試作した。現在試運転の段階にあるが、既にSiCを相手摺動材として用い、単層TiN皮膜に比較して傾斜TiN皮膜の方が皮膜剥離が発生しにくい可能性が大であることを明らかにしつつある。

この結果は、溶射皮膜特性評価の根幹をなすものであり、摺動条件に応じた傾斜皮膜作製のためのレ-ザ溶射条件設定の基本を与えるものであると同時に、トライボロジ特性のアクティブコントロ-ルを材料面からなすための基盤を与えるものと考えられる。前年度その作製に成功したチタンワイヤとアシストガスとの反応を利用したチタンー窒化チタン系組成傾斜レーザ溶射皮膜をアルミニウムおよび軟鋼基材上に創出し、摩耗量のオンライン計測が可能になるように改良した面接触型摩擦摩耗試験機を用いて、創出皮膜のトライボロジ特性の評価を実験した。その結果、次のような知見が得られた。1.摩擦係数および摩耗量は、傾斜皮膜各層の硬度に応じて変化する。硬度が高いほど摩擦係数および比摩耗量は低下する。2.アルミニウム基材に溶射された100μm以下の純チタン皮膜を除いては、耐摩耗性は皮膜の積層順序や傾斜の程度には影響を受けず、皮膜摺動部の硬度に大きく依存する。すなわち、窒化チタン皮膜の厚さが一定以上あれば、基材の影響を受けず耐摩耗材料として十分使用可能である。3.基材に接する皮膜が、窒化チタンである場合の方がチタンである場合よりも摩擦による剥離強度は高い。また、界面剥離強度は膜厚の増加とともに高くなる。なお、剥離した場合の剥離面積は、鉄基材に比較してアルミ基材の方が広い。前年度および今年度の結果を総合すれば、表層に一定厚さ以上のTiN皮膜、下層に耐熱衝撃特性を考慮した組成傾斜皮膜を形成し、かつ、基材界面にチタン濃度の高い窒化チタン層を形成させた窒化チタン系組成傾斜皮膜は、耐摩耗並びに耐熱衝撃特性の両面に優れた材料として使用可能であると結論される。なお、本組成傾斜皮膜が更に優れた高温摺動材として使用されるためには、表面の最適加工法を確立することが必要と考えられる。
放射化微小球体を用いた肝腫瘍の血管内放射線治療の基礎的研究

注入に用いた微小球は、純粋な酸化イットリウム(Y2O3)で構成され、サイズは直径20-30μm、末梢まで到達しやすいように高い真球性を有している。微小球の化学耐久性は京都大学工学部により評価された。16羽の日本白色家兎(オス)を、非治療群(N=5)、非放射化微小球注入群(N=5)、放射性微小球注入群(N=6)に割り付けた。各々の家兎肝臓に、VX2腫瘍組織片を開腹下に直接植え込み、2週間後に腫瘍の生育をCT画像で確認し、家兎右大腿動脈より、カテーテルを用いて固有肝動脈を選択し、非放射化および放射化微小球をそれぞれ約30mg注入した。放射化微小球注入群における注入放射能は131-173MBqであった。腫瘍の増殖の観察はCT画像上で行った。各微小球注入後3週間(腫瘍植え込みから計5週間)で、CT撮影後に家兎の観察を終了し、肝臓、胃、十二指腸、脾臓、肺を切除し、それぞれの臓器より組織片を採取し、濃硝酸を用いて、7日間恒温震盪することで完全に溶解し、溶解液中に含まれるYをプラズマ分光計により定量し、各臓器および正常肝組織、肝腫瘍への分布を評価した。観察終了時の各腫瘍最大径の平均値は、非治療群で29.3mm、非放射化微小球注入群で25.3mmであったのに対し、放射性微小球注入群では、11.0mmであり有意差を認めた。(P<0.005)各組織でのYの定量結果では、肺や脾臓などの遠隔臓器に関しては、採取したサンプルからは、Yは検出されなかった。肝臓では、非放射化微小球注入群で74.9%、放射性微小球注入群で73.7%、胃および十二指腸では、それぞれ2%-5%のサンプルにYが検出された。また、注入後の肝臓の組織学的検討においては、注入した微小球は変形せずに、直径20-30μmの細動脈まで到達しているのが観察された。正常肝組織においてはグリソン鞘内の小葉間動脈、腫瘍組織内では腫瘍血管内への微小球の到達が確認された。家兎肝臓への血管内注入において、VX2腫瘍の著明な腫瘍増殖抑制効果が示された。また、他臓器への逸脱も認められず、安全性も証明することが出来た。放射性微小球を用いた肝臓腫瘍に対する内照射療法は海外では既に臨床応用されているが、その治療効果や組織内での微小球の動態等の評価は充分とは言えない。京都大学医学部では京都大学工学部との共同研究により高い化学耐久性と真球性を有する純粋なY_2O_3微小球の開発を進めており、家兎肝腫瘍モデルを用いて前臨床研究を行った。平成14年度の成果としてはY_2O_3の放射化方法の確立

日本原子力研究所との共同研究により、Y_2O_3の放射化に要する熱中性子の照射法の検討を行い、計画通りの放射能を有する微小球が得られ、得られた微小球が^<90>Yの半減期に合致する減衰を示すことも確認した。無被爆注入システムの開発放射化Y_2O_3微小球から生じるβ線を遮蔽し、術者の被曝やシステム外への放射能漏出などの問題が無く安全に放射性微小球の注入が行えるように、アクリルを用いたオリジナルの注入システムを製作・性能評価した。放射性微小球の注入による抗腫瘍効果の確認まず対照データとして無治療の家兎移植肝腫瘍や非放射化微小球を注入した家兎移植肝腫瘍の増殖を観察した。後者では、濃硝酸を用いた家兎組織の溶解実験を行い胃および十二指腸などの近接臓器にのみわずかなYの逸脱を認めるが、肺などの遠隔臓器および血液への逸脱は認めないことを確認した。現在までに8羽の家兎肝腫瘍モデルに対して放射化したY_2O_3微小球の注入実験を行い、うち3羽が評価可能であったが、上記の対照群の移植肝腫瘍の増殖に比べ、放射化微小球を注入した家兎では、有意な腫瘍増殖抑制効果を示した。平成15年度は(1)放射化微小球の腫瘍増殖抑制効果評価の追加実験(2)注入肝(腫瘍及び正常肝)のβ線による組織学的変化の評価(3)肝に対する実効線量の測定を行う予定である。放射性微小球を用いた肝臓腫瘍に対する内照射療法は海外では既に臨床応用されているが、その治療効果や組織内での微小球の動態等の評価は充分とは言えない。京都大学医学部では京都大学工学部との共同研究により高い化学耐久性と真球性を有する純粋なY_2O_3微小球の開発を進めており、家兎肝腫瘍モデルを用いて前臨床研究を行った。平成15年度の成果としては放射性微小球の注入による抗腫瘍効果現在までに6羽の家兎肝腫瘍モデルに対して131-173MBqの放射化したY_2O_3微小球の注入実験を行い、うち23腫瘍が評価可能であった。対照群として同時期に観察を行った家兎腫瘍モデル植え込みのみの無治療群(腫瘍最大径平均29.3mm)、非放射化微小球注入群(腫瘍最大径平均25.3mm)との比較で、放射化微小球を注入群(腫瘍最大径平均11.7mm)では、有意な腫瘍増殖抑制効果を示した。また放射性微小球を注入した群では、肺への転移や腹腔内播種などの腫瘍の二次的な進展も認められなかった。放射性微小球の注入における家兎肝臓の組織学的検討屠殺後の組織学的検討では、放射性微小球は、腫瘍部および正常部の動脈内のみに観察された。短期の観察ではあるが、放射性肝炎などの所見は得られなかった。小径微小球注入試験本研究に用いられてきた微小球の直径は20-30μmであるが、より直径の小さいものの方が、注入臓器内分布が改善するとの仮説がある。肝臓内をすり抜けずに停滞し、内照射療法が可能となる最適な微小球直径を検討中である。今回、非放射化微小球で10-15μmと15-20μmの微小球を準備し、注入試験を行った。現在のところ、組織学的には、20-30μm直径の微小球注入時と同様に肝臓の類洞や胆管系、静脈系には微小球は認められず、肺への逸脱は観察されていない。平成16年度の成果としては微小球の注入後における微小球分布の検討放射化微小球および非放射化微小球注入後の家兎を注入後3週間で屠殺し、肝、胃、十二指腸、両肺を取り出した。それぞれの臓器より0.20.4gの組織片を採取し、濃硝酸にて溶解後ICPを用いてYを定量し、微小球分布の評価を行った。検出されたYの定量では、大きなばらつきを認めたが、肝臓内では放射化微小球、非放射化微小球それぞれ74%、75%のサンプルでYが検出され、胃および十二指腸では2-5%のサンプルにしか検出されなかった。
細菌バイオフィルムにおけるスペシャリスト細胞出現プロセスの機械学習を用いた解明

細菌の細胞は無個性なものと思われがちだが、バイオフィルム(多数の微生物が集まって形成する立体的なコロニー)の中では数十種類の機能分化した細胞が役割分担しながら集団の頑健性を支えている。本研究では、当初は均一だった集団から、数十種類の機能分化した細胞が現れてくるプロセスを生きたバイオフォルム内部で網羅的かつ同時に可視化して解明することを目的とした。そこで本研究では、生きたバイオフィルムの内部を共焦点レーザー顕微鏡でスキャン(輪切り撮影・断層撮影)し、一細胞ずつ網羅的に調べることで各種のスペシャリスト細胞を捜し出す実験を計画した。バイオフィルムの観測データを集めるのと並行して、解析のためのプログラムを準備した。標準的なフロー培養で成長させた緑膿菌P. aeruginosa PAO1株のバイオフィルム内部の細胞蛍光を高解像度で記録することに成功した。またある細胞がどの種類のスペシャリスト細胞なのかを診断するプログラムの構築が完了した。本研究は細菌バイオフィルムが機能分化によって頑健性を獲得するプロセスを解明することが目的であり、この成果はその基礎的な方法論を確立するものである。バイオフィルムは抗生物質生産、醸造・発酵、活性汚泥など産業現場で活用され社会的に重要だが、感染症や食品汚染、パイプラインのつまりなどの原因でもあり、制御や除去が難しいことから問題となっている。本研究からは新しい発想の制御法(出現順序が最初のスペシャリスト細胞を狙う、など)がスピンオフすることが期待される。29年度が最終年度であるため、記入しない。
早期変形性膝関節症の病態解析：半月板逸脱・骨棘・ヒアルロン分解の病態とその関連

本研究は、変形性膝関節症(膝OA)の早期の病態に焦点をあて、我々の過去の研究成果をふまえ、主に骨棘と半月板逸脱(MME)、そしてヒアルロン酸(HA)分解の機序について、基礎及び臨床の両面から行うことで、膝OAの関節軟骨の摩耗の機序解明を目指している。[2]パールカンによる滑膜間葉系細胞の軟骨分化制御機序:軟骨及び滑膜のECMに存在するヘパラン硫酸プロテオグリカンであるパールカン遺伝子を滑膜で欠損したマウスでは、膝OA誘導時の骨棘形成が阻害されるが、その膝OA誘導後早期の解析を進めた。そして、軟骨摩耗の程度にコントロール群との間に差を認めないものの、骨棘形成初期の滑膜間葉系細胞から軟骨分化が抑制され、滑膜に発現するパールカンがTGFβのシグナルの下流でSmad2/3のリン酸化を制御することを示した。[3] HYBID遺伝子欠損マウスの膝OAモデルでの解析:膝OA早期の変化としての軟骨のHA分解には、既知のHYAL2/CD44やHYAL1に加え、新規分子HYBIDが重要な役割を担う。HYBID遺伝子欠損を用い、膝OAを誘導し、4週と8週後の膝OA重症度をOARSIスコアにて組織学的評価をすすめた。上記の如く、H30年度には[1]から[3]まですべての研究のサブテーマを順調に進めることができた。そして、本研究を立案するに至った「早期膝OAの機序」についての仮説について、それに矛盾することなく、さらにその仮説の信憑性を高めるに足りるデータを取得することができた。従って、計画通りに次年度も検討を重ねていきたいと考えている。本研究課題は、変形性膝関節症(膝OA)について、大きく3つの柱から成り立っている。ひとつは、早期膝OAの進行因子としての内側半月板逸脱(MME)と骨棘の関連性を検討する臨床研究であり、他の二つは、膝OAの初期変化としての骨棘の形成過程及び軟骨変性過程についての基礎研究である。臨床研究では、膝OAの早期から初期変化を起こすリスク因子としてのMMEと骨棘の関連性を示すことが大きな目標であり、これには膝OAという疾患が緩徐な進行過程を示すため、多くの登録数と長期にわたる観察期間を持つコホートを用いることが必要となる。その実現に向けて、H30年度には米国NIHが持つOAIのデータを取得することができた。次年度以降この解析を進める。特にこの6000名を超えるデータの中でも、発症前の早期膝OAのデータの抽出を行うことは容易ではないが、これについても共同研究者のスウェーデン・Lund大学のEnglund博士からその情報提供を受けており、対象者の抽出と解析が進められるものと考えている。基礎研究についても、軟骨及び滑膜のECMに存在するヘパラン硫酸プロテオグリカンであるパールカンの機能解析を通じて、骨棘の形成過程の早期の病態である滑膜に存在する間葉系細胞の軟骨分化の機序についての新たな知見を得ることができた。次年度は、今年度に得た知見の論文化を進める。さらに、軟骨及び滑膜に発現し膝OA初期の変化の一つである軟骨のヒアルロン酸分解の機序についても、新規HA分解因子であるHybid遺伝子欠損マウスを用いた膝OAモデルを順調に進めることができた。次年度は、このモデルの解析を進め、膝OA早期のヒアルロン酸分解の遅延が可能か否か、そして関節軟骨の変性や分解も阻害可能か否かを検討していく予定である。

臨床研究では、膝OAの早期から初期変化を起こすリスク因子としてのMMEと骨棘の関連性を示すことが大きな目標であり、これには膝OAという疾患が緩徐な進行過程を示すため、多くの登録数と長期にわたる観察期間を持つコホートを用いることが必要となる。その実現に向けて、H30年度には米国NIHが持つOAIのデータを取得することができた。次年度以降この解析を進める。特にこの6000名を超えるデータの中でも、発症前の早期膝OAのデータの抽出を行うことは容易ではないが、これについても共同研究者のスウェーデン・Lund大学のEnglund博士からその情報提供を受けており、対象者の抽出と解析が進められるものと考えている。基礎研究についても、軟骨及び滑膜のECMに存在するヘパラン硫酸プロテオグリカンであるパールカンの機能解析を通じて、骨棘の形成過程の早期の病態である滑膜に存在する間葉系細胞の軟骨分化の機序についての新たな知見を得ることができた。次年度は、今年度に得た知見の論文化を進める。さらに、軟骨及び滑膜に発現し膝OA初期の変化の一つである軟骨のヒアルロン酸分解の機序についても、新規HA分解因子であるHybid遺伝子欠損マウスを用いた膝OAモデルを順調に進めることができた。次年度は、このモデルの解析を進め、膝OA早期のヒアルロン酸分解の遅延が可能か否か、そして関節軟骨の変性や分解も阻害可能か否かを検討していく予定である。平成30年度は、上述の如く、概ね順調に計画を進めることができた。大きくは臨床研究と基礎研究の2本立てからなる本計画において、基礎研究で使用する研究費が当初の予定よりも少なかったことが次年度使用額を生じた主な理由である。平成31年度は、当初の計画通り基礎研究を進めるとともに、平成30年度の臨床研究の結果から生じた疑問を解決するため、基礎研究も進めていくため、実験に使用するために研究費を使用する割合が増加することが予想される。
近年の資産需要構造の変化と貨幣需要関数の安定性の研究

本研究は、M1統計量について日本銀行が提案する方法で接続を行い、その問題点を検討し、適切なM1統計量の接続について考えることを目的としている。ゆうちょ銀行が民営化されたことにより、今までM1統計には入っていなかった郵便貯金がM1統計に算入されるようになった。郵便貯金の動きは複雑であり、日本銀行が推奨する単純な接続方法では、この複雑な動きを捉えることができず、郵便貯金の動きを考慮する必要があることを示した。日本の貨幣需要関数は、近年その安定性に疑問が持たれている。具体的には、ミッシング・マネーの問題や貨幣乗数の低下の問題である。その背後には、金融技術の進化による家計の資産選択の変化が存在すると考えられる。そこで、本研究では、M1のミッシング・マネーやM2に関する貨幣乗数の大幅な下落等を説明できるような資産選択の変化と、貨幣需要関数の安定性の関係について研究することを目的とする。具体的には以下の6点について検討する。1変数の組み合わせ、2関数型、3データ、4金融資産、5貨幣概念。これらを検討することにより、安定した日本の貨幣需要関数を推定し、マクロ経済政策を研究する基礎とすることができる。本年度は、前述した目的を達成するために、これからの研究の基礎となる日本の貨幣需要関数の推定を行った。利用可能な一般的なマクロデータを使用し、現在主流の貨幣需要関数の推定法である誤差修正モデルを適用して貨幣需要関数の推定を行った。具体的には、データとしては、分析に耐えうる十分な長さの時系列データを得るため、旧「マネーサプライ」の指標である「M2+CD」を用いて分析を行った。また、関数型は実質GDPと短期利子率であるコールレートを使用した。その結果、符号条件は貨幣需要関数として矛盾のない推定を行うことができたが、推定した係数には一部常識では考えられない大きさの係数が推定された。これらが、貨幣需要関数の不安定性を示すものであると考えられる。また、これからの分析の方向性として、1構造変化を考慮に入れること、2金融資産を変数として考慮すること、3マネーストック統計を利用するためにデータの接続方法を考えること、4貨幣需要関数の変数の組み合わせを考慮すること、を提示することができた。本年度は、研究の基本とするためのスタンダードな貨幣需要関数の推定を行ったため、当初、予定していた最新の貨幣需要関数のサーベイを詳細に行うことができなかった。1変数の組み合わせ、2関数型、3データ、4金融資産、5構造変化、6貨幣概念。前年度は、旧「マネーサプライ」の指標である「M2+CD」を使って、スタンダードな貨幣需要関数の推定を行ったが、常識では考えられない大きさの係数が推定された。この原因は使用している貨幣量が時代に合わなくっている可能性があると考えられる。1つの研究の方向性として、正しい貨幣量を構築するために、M1やM2の変動の原因を探る必要があると考えられる。本年度は、前述した目的を達成するために、これからの研究の基礎となる日本の貨幣量のデータ構築を行った。具体的には、資金循環統計からM1を復元することである。M1のミッシング・マネーの原因を探るため、資金循環統計と接続する必要があった。完全な復元はできていないが、M1の変動の原因を探るには十分使えるデータとなった。本年度は、研究の基本とするためのデータの構築を行ったため、当初、予定していた最新の貨幣需要関数のサーベイを詳細に行うことができなかった。マネーストック統計とマネーサプライ統計は過去に何度か定義変更が行われてきた。そのため、M1、M2、M3や広義流動性などの各指標については、一貫したデータを得ることはできず、不連続が生じている。このままでは、経済分析を行うときに不都合であるため、日本銀行は、M2とM3を例として具体的に接続する方法を提案している。本研究は、M1統計量についても日本銀行が提案する方法で接続を行い、その問題点を検討し、適切なM1統計量の接続について考えることを目的としている。まず、日本銀行の推奨する方法で具体的にM1統計量を接続し、1955年から2017年までの接続計数を作成する。次に、郵便貯金の動きを考慮したM1統計量の接続計数を作成し、2つのM1統計量について比較を行い、2つの時系列の違いを分析した。その結果、2つのM1統計量は同じ時系列とは言えないことが分かった。そこで、日本銀行が推奨する接続方法を使ったデータを使用すると、実証研究に大きな支障が出ることを示した。

例として、2つのM1統計量を使った貨幣需要関数の推定を行い、推定係数に大きな違いがあることを示し、日本銀行が提案する方法の問題点を指摘した。本研究は、M1統計量について日本銀行が提案する方法で接続を行い、その問題点を検討し、適切なM1統計量の接続について考えることを目的としている。ゆうちょ銀行が民営化されたことにより、今までM1統計には入っていなかった郵便貯金がM1統計に算入されるようになった。郵便貯金の動きは複雑であり、日本銀行が推奨する単純な接続方法では、この複雑な動きを捉えることができず、郵便貯金の動きを考慮する必要があることを示した。金融資産として考慮すべき金融商品を絞り込むためにも、最新のサーベイを充実させたい。また、データの接続を行うために、経済統計の収集にも力を入れたい。また、本年度構築したデータとM1にはまだ誤差が大きいため、より整合的なデータ構築を行いたい。社会科学予定していた経済統計の収集を実行することができなかったので、ノートパソコンの購入を見送ったため。予定していた経済統計の収集を実行することができなかったので、ノートパソコンの購入を見送ったため。前年度に遂行できなかった経済統計の収集を行い、前年度に引き続いて、資料収集を行う。そのためのパソコンとソフトウェアの購入を行いたい。前年度に遂行できなかった経済統計の収集を行い、アルバイトを雇用し、データの構築を行いたい。前年度に引き続いて、資料の収集を行う。そのためパソコンとソフトウェアの購入を行いたい。
光子局在化を利用したナノ粒子光触媒の開発

本研究では、ランダム媒体中の光散乱長が分子間エネルギー移動に及ぼす影響について検討を行った。hydroxypropyl cellulose (HPC)水溶液中における光散乱長は、下部臨界溶液温度(LCST)において、HPCの相転移に伴って変化する。LCSTより高温では、HPC系は非析出性のナノ粒子鎖状凝集体を形成する。ナノ粒子のサイズは温度によって変化し、また溶液の組成にも依存する。一方、ドナー分子Rhodamine 6Gの蛍光発光スペクトルはアクセプター分子Kiton Redの吸収スペクトルと重なりを持つ。そこで、これらをHPC媒体中に添加して、レーザー励起による蛍光測定を行った。レーザーパルスポンプ光とほぼ同軸で逆向きの後方散乱光を測定することにより、溶液中のエネルギー移動過程を観測した。LCSTより高温において、HPC溶液中にRhodamine 6Gのみを添加した場合、水溶液に比較して後方散乱光は2.5倍に増大した。一方、Kiton Red/HPC溶液では最大2倍の増大が観測された。さらに、ドナー溶液、アクセプター溶液のいずれにおいても発光ピーク波長は長波長側へシフトした。これらの結果から、LCSTより高温ではHPC溶液中で光子の局在化が起こり、それが増幅自発発光(ASE)による発光増大へ寄与したものと考えられる。Rhodamine 6G/Kiton Red/HPC混合溶液の場合には、それぞれドナーとアクセプターに対応して、550nm並びに590nmに発光ピークが観測された。水溶液の場合と比較すると、590nmの発光は5倍に増大していた。この増倍率は、HPC中で観測されたドナー、アクセプター単独のASE効果の積(2.5x 2)に一致している。貴金属や半導体のナノ粒子を蛍光色素溶液に加えると、蛍光波長のシフトやバンド幅の減少など、蛍光スペクトルに顕著な変化が現れることが知られている。さらに光子の平均自由行程が蛍光波長と同程度になると、ランダムレーザーなどのコヒーレント発光が観測されるようになる。ランダムレーザーの発生機構は、分散粒子間で反射・散乱される光子の経路が過渡的に閉じたループを形成し、このような光子の局在現象は、局所的に高い光エネルギー密度を実現することによって、ナノ反応場における新しい光化学を出現させる可能性がある。本研究の意義は、光子の局在化とナノ粒子表面共鳴を組み合わせることにより、新たな光触媒の機構を創設することである。また、光エネルギー局在化は本質的にエントロピー的・散逸的反応系の対極に位置し、光エネルギーの有効利用や省資源に適した光化学システムへ結び付くことが期待できる。本年度は、温度による制御が可能なランダム媒体としてHPCを用いた実験を行った。HPCは41-42°C付近で相転移を起こす。この温度で、分子凝集により溶液は透明から不透明に変化する。色素をドープし、発光波長が平均自由行程に一致した条件下で、HPCは光子の局在化に適した媒体であることが認められた。Keton Red-HPC溶液の転移点において、後方散乱発光の急激なred shiftとsharpeningによって局在化の発生が観測された。ランダム溶液に関する従来の研究では、光子局在化の発生は、通常、溶液濃度の調整によって達成される。これに対して、HPC溶液は温度による容易な制御方法を提供する。溶液の変更は不要であるため、光子局在化と関連現象に関して、より直接的な観測が可能となる。この結果に基づき平成16年度は、HPC溶液に電荷移動プローブ分子を加えて、光子局在化による影響について検討する計画である。さらに、局在化条件での二光子過程促進の可能性に関しても実験を行う予定である。
地理情報としての地表形態の数量的表現

地表形態を自己アフィンフラクタルと考えれば、非整数ブラウン運動のスケ-リングパラメ-タ-(H)と同等のH^1でその性質を数量的に表わすことが可能である。計測は、まずある表面積を用いて区間分けを行い、それぞれの区間内の表面積(S)、底面積(A)、および計測点の高度の分散(Z^2)を求め、平均値をこの区間におけるそれぞれの計測値とする。さらに、区間の大きさを変えて計測を行い、Z^2S^V_Z、AS^V_Aの回帰式およびH^1=/V_Z/V_Aから計測範囲全体のH^1を求める。地形の場合はV_A〓1であるため、直接Z^2A^H^1を用いることも可能である。また、起状の大きさの表現として、ある底面積に対応するZの値(Zi)を用いる。1/25000地形図上の125m(80×80)メッシュ標高デ-タを用いた計測(4地域)からは、地形景観から受ける印象と予盾しない値が得られた。(槍が岳0.72;丹沢山0.61;八溝山0.48;磐城片貝0.46)。さらに、全国規模での地表形態を表現するために、国土数値情報の標高デ-タを用いて、H^1、Ziの計画を行った。この場合、メッシュが正方形でなく、緯度によって間隔が異なるため、2次メッシュごとに距離の補正を行い、面積の計算に長方形となる基礎メッシュを用いた。計測は2次メッシュを1単位として行い、予察的ではあるがほぼ妥当な結果が得られた。H^1の特に大きい値は、Ziの値にかかわらず、比較的新しい火山、高い残丘状地形、あるいは断層運動によると思われる地塁状山地が分布するところに集中している。中部山岳地帯はH^1もZiも比較的大きな値をとるが、紀伊山地ではZiは大きいがH^1は小さく、高度のそろっている高原状の山地を深い谷が刻んでいることを示唆している。
新興経済における持続可能な技術革新への移行 : インドネシアの事例

昨年度に引き続き、インドネシアにおけるクリーンエネルギー(生物燃料、地熱エネルギー等)および気候変動の研究を継続してきたが、最終年度は主に「国連持続可能な開発会議(リオプラス20)」で掲げられた2つ目のテーマ:『持続可能な開発のための制度的枠組』を、インドネシアにおける持続可能な社会の実現までのプロセスにいかに組み込むか、についての研究を行った。『持続可能な開発のための制度的枠組』では、国際、国内、地域それぞれのレベルでの政策を対象に研究・分析が進められている。本研究も、このように様々な角度やレベルからの分析を通して行った。具体的には、エネルギー政策(地熱、バイオ燃料)、森林政策(REDD+)、農業政策(パーム油)の3つの産業分野における政策課題を調査した。また学術レベルでは、テクノロジーや市場、環境といった側面からも研究を進めた。その結果、インドネシアのパーム油を用いた持続可能な枠組み推進に関して最も優れた提案を行った研究者に与えられる『ミトラ・アワード』を受賞した。(抄録なし)本研究の主な目的は、新興経済国での持続可能な社会への移行におけるコストを評価することである。特にインドネシアを事例としてとりあげ、定性的・定量的の両方のアプローチを使用するものである。定量的アプローチでは、ライフ・サイクル・アセスメント、エネルギー・モデリング及び空間分析を行い、定性的アプローチではステークホルダー(研究者、政策立案者、産業責任者、自治体代表者等)の参加を分析する。平成23年度においては、以下の3領域についての調査を実施した。1.エネルギー:インドネシアにおける地熱の影響と可能性について、エネルギー、経済、環境の視点から評価を行った。この調査は、定性的及び定量的の両面のアプローチから実施され、更に日本における新しいエネルギー源の可能性も探求した。更にこの調査結果は、中国・韓国・日本における燃料電池開発の比較調査にも利用されている。2.気候ガバナンス:インドネシアにて気候変化ガバナンスについて調査を実施した。特にREDD (Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation in Developing Countries)プラスメカニズムやそのネットワーク、機関(agency)の役割などについて調査することができた。また、アブラヤシ栽培林の影響による森林破壊のインパクトについて予備調査も実施した。3.ビジネスモデル:インドネシアにて地熱発電及びアブラヤシ栽培林のビジネスモデルについてフィールド調査を実施した。また日本企業がインドネシアにてこれらの事業を展開する可能性についても調査した。本研究実績は、以下の3つの研究分野に分けて概要することができる。1.エネルギー分野に関して、インドネシアにおける地熱エネルギーの経済的・環境的インパクト評価を継続して行った。本研究は量的・質的分析によって構成されており、日本における新しいエネルギー資源としての地熱の可能性を模索している。2.森林保全分野に関して、インドネシアにおける森林ガバナンスに対する公共政策の役割を引き続き研究した。また、インドネシアでの森林伐採に対するREDD+メカニズムとしての森林保護方針のインパクトに関するデータ収集も実施した。3.農業関連分野については、インドネシアにおけるパーム油に対するネットワークおよびビジネスモデルについて研究を行った。また、環境ガバナンスにおいてステークホルダーを積極的に参与させることの重要性についても研究を進めている。本年度に実施したインドネシアにおける持続可能な社会への移行の研究は、ドイツ教育省による2012年グリーン・タレント・アワードを受賞した。研究計画ではバイオ燃料源のみに着目していたが、現在の調査・研究活動はその枠を超え、インドネシアのクリーンエネルギー源の探求にあたり、アブラヤシ利用や地熱利用の可能性も探求している。更に、この調査・研究結果を震災後の日本でのエネルギー源探求において応用できると考えている。本研究は生物燃料に焦点を当てたものであるが、本年度の研究成果は、アブラヤシからの生物燃料の研究だけに留まらず、インドネシアにおけるより良いクリーンエネルギー資源である地熱エネルギーにも関連したものとなっている。さらに、地熱エネルギーは福島原発事故以降の日本における代替資源としても活用可能なものである。インドネシアにおけるクリーンエネルギー(バイオ燃料、地熱)利用及び気候変動についての調査を継続する。次の調査は、インドネシアにおける新REDD+メカニズムの役割や、持続可能なビジネスを目的としたアブラヤシ産業の企業の役割、そして地球温暖化防止と日本と福島の人々の生活向上を目的とした地熱の役割について行いたい。今後も、引き続き、インドネシアにおけるクリーンエネルギー(生物燃料、地熱エネルギー等)および気候変動の研究を継続する予定である。次のステップとして、インドネシアの気候基金における新しいREDD+メカニズム、インドネシアにおけるパームオイル産業における持続可能なビジネスモデルのための産業の役割、温室効果ガス排出量を抑制する地熱エネルギー、福島原発事故後の日本における人々の生活の改善といった、より広範な文脈に範囲を広げ研究を進めたいと考えている。(抄録なし)
3次元的精密切削法による顎骨補填材料の形成に関する研究

エックス線CT画像情報(現有機器により作成)を三次元切削装置に取り込むために開発したインターフェイスソフトにより、三次元切削装置で骨補填材料として用いるヒドロキシアパタイトやチタニウムを実際に切削し,切削能力および切削方法を検討した。方法:3次元的切削はソフトウェアーCATIVA Solution V4およびIBM RS60000を使用してCAD形状データの作製した後、荒取り加工、仕上げ加工のNC加工工程の設計を行った。装置は高速NCマシンを使用した。アパタイトの切削にあたっては冷却水をかけられないため、切削粉が舞ベアリング部分を破損しやすい。また、アパタイトが割れやすいため、負荷の少ない機械であることが必要である。以上のような条件が必要であることがわかった。今回使用した高速NCマシンはエアスピンドルによる工具回転軸で高速回転のため、切削粉が工具軸に入り込むことがなく、微少量ずつ切り進むため、アパタイトの負荷が非常に少ない。結果:加工条件および加工時間;主軸回転数は40000rpm、荒取り加工は切削速度3000、仕上げ加工は300016m/min、加工時間は荒取り加工2427min、仕上げ加工45195minであった。精度の検討;キャリブレーションシステムを使用して形状で特徴のある5点を選び、乾燥頭蓋骨、切削加工物のそれぞれを測定した。その結果、乾燥骨:切削加工物の計測値(mm)はa点では35.7:34.6、b点では29.2:29.2、c点では25.7:26.4 d点では15.5:15.7、e点では15.5:15.0であり、臨床的に十分な精度があることが示され、顎骨補填物として臨床に使用できるものと思われる。われわれは現在まで顎骨再建のために即時硬化型ヒドロキシアパタイトやチタニウムの生体反応に関する基礎的研究および臨床応用に関する研究を行い,これらの結果によりヒドロキシアパタイトおよびチタニウムが顎骨補填材料として適切であることを実証するとともに,エックス線CT画像情報を基にした三次元画像の構築および光造形法を応用した立体顎骨模型の作成に関する研究を行い,既に臨床に応用してた.本研究ではインターフェイスの開発としてエックス線CT画像情報(現有機器により作成)を三次元切削装置に取り込むためのソフトの開発し,基本切削を行い,骨補填材料の基礎的な物性強度の検討としてヒドロキシアパタイトやチタニウム金属の物性試験を行なったところ,下顎頸部においてはヒドロキシアパタイトの物性強度が下顎咀嚼機能時の応力に対してやや不十分であり,それに対してチタンの物性強度優っていた.切削機の機能検討では三次元切削装置により骨補填材料として用いるヒドロキシアパタイトやチタニウム金属を実際に切削し,切削が可能であることが確認できた.エックス線CT画像情報(現有機器により作成)を三次元切削装置に取り込むために開発したインターフェイスソフトにより、三次元切削装置で骨補填材料として用いるヒドロキシアパタイトやチタニウムを実際に切削し,切削能力および切削方法を検討した。また、骨補填材料の基礎的な物性強度について材料として用いるヒドロキシアパタイト、水酸アパタイトとリン酸3カルシウムとの複合セラミックスおよびチタニウムの物性試験を行った.複合セラミックスでは曲げ強度においヒドロキシアパタイトより強い性質を示した。補填材料と残存骨との結合法について、チタニウム性の小型ミニプレートを試作し加重負担に対する強度の基礎的検討として各種プレートの理工学的性質に関する計測を行った。その結果試作プレートは破断加重35Kgf、引っ張り強さ320Hv、引っ張り強さ290MPaであった。アパタイト自体に把持部を形成できない場合、このプレートを結合に応用できることが示唆された。

ヒドロキシアパタイトやチタニウムを三次元的切削法により形成した顎骨補填物の切削精度に関しては原型となったヒト乾燥頭蓋骨と各々のについて計測点を設定し、3次元立体計測装置により計測を行うための基礎的検討として計測に使用する3次元計測装置の精度を計測した。その結果、直径約112cmの範囲において0.3mmの位置的分解能があることが示され、顎骨補填物の精度の検討に使用できるものと思われた。エックス線CT画像情報(現有機器により作成)を三次元切削装置に取り込むために開発したインターフェイスソフトにより、三次元切削装置で骨補填材料として用いるヒドロキシアパタイトやチタニウムを実際に切削し,切削能力および切削方法を検討した。方法:3次元的切削はソフトウェアーCATIVA Solution V4およびIBM RS60000を使用してCAD形状データの作製した後、荒取り加工、仕上げ加工のNC加工工程の設計を行った。装置は高速NCマシンを使用した。アパタイトの切削にあたっては冷却水をかけられないため、切削粉が舞いベアリング部分を破損しやすい。また、アパタイトが割れやすいため、負荷の少ない機械であることが必要である。以上のような条件が必要であることがわかった。今回使用した高速NCマシンはエアスピンドルによる工具回転軸で高速回転のため、切削粉が工具軸に入り込むことがなく、微少量ずつ切り進むため、アパタイトの負荷が非常に少ない。結果:加工条件および加工時間;主軸回転数は40000rpm、荒取り加工は切削速度3000、仕上げ加工は300016m/min、加工時間は荒取り加工2427min、仕上げ加工45195minであった。精度の検討;キャリブレーションシステムを使用して形状で特徴のある5点を選び、乾燥頭蓋骨、切削加工物のそれぞれを測定した。その結果、乾燥骨:切削加工物の計測値(mm)はa点では35.7:34.6、b点では29.2:29.2、c点では25.7:26.4 d点では15.5:15.7、e点では15.5:15.0であり、臨床的に十分な精度がいることが示され、顎骨補填物として臨床に使用できるものと思われた。
サブ10フェムト秒分光を用いた光合成アンテナにおける電子コヒーレンス過程の解明

2018年度は、光合成色素タンパク複合体に結合する色素分子と周辺環境との相互作用を分子レベルでの解明を実現することを目的とし、そのための高感度サブ10フェムト秒コヒーレント分光計測の構築を行った。具体的には、(1)高強度サブ10フェムト秒光パルス発生技術の構築、(2)高感度ポンプ・プローブ分光計測機の構築を行った。(1)高強度サブ10フェムト秒光パルス発生技術の構築現有設備の100フェムト秒チタンサファイア再生増幅器を光源とし、出力パルスを希ガスが充填された中空糸ファイバー中に伝搬させることで、自己位相変調によるスペクトルの広帯域化を行い、その後チャープミラーで時間圧縮を行った。ファイバーに充填する希ガスにネオンを使用した場合には、12フェムト秒程度までしかパルス圧縮できなかったものの、代わりにアルゴンを使用することで、1パルスあたりのエネルギー400マイクロジュール、パルス幅7フェムト秒の光パルスを得ることに成功した。(2)高感度ポンプ・プローブ分光計測機の構築高感度検出を実現するため、レーザーのパルス繰返し1kHzに同期した検出システムの構築を行った。1024チャンネル検出と高速読み出しが可能なCMOSリニアイメージセンサーを導入した。ポンプ・プローブ分光計測系に構築した検出システムを組み込むことにより、3001000ナノメートルの波長域を一度に検出し、数秒の測定時間で10^-4程度までノイズレベルを低減させることができた。目標としていたサブ10フェムト秒光パルス発生技術の構築及び、高感度検出ポンプ・プローブ分光の構築が達成できた。また、その他にも現在稼働中のピコ秒時間分解発光分光を新学術領域研究内の共同研究に提供することにより、多くの研究成果が得られた。前年度確立した極超短光パルス発生法をさらに改良することにより、光パルス幅時間に電場周期が2サイクル以下となるような、サブモノサイクル化をめざす。光パルスのモノサイクル化を行うことにより、本申請で目的としている色素分子間総合作用の実時間計測に不可欠な、位相敏感測定の実現化期待される。また、2018年度に構築したサブ10フェムト秒光パルス発生技術と高感度ポンプ・プローブ分光計測器を組み合わせることで、光合成色素タンパク複合体に結合する色素分子と周辺環境との相互作用を分子レベルでの解明を行う。また、現在稼働中のピコ秒時間分解発光分光及び、100フェムト秒光パルスを使用したポンプ・プローブ分光を液体窒素温度下で行えるように実験系を改良し、新学術領域内共同研究者に公開する。
染色体損傷に依存しない遺伝情報システム異常の生成

がん抑制遺伝子によるがん化の場合,染色体の両アレルのがん抑制遺伝子に変異が生じる。2段階モデルの立場に立つと,最初はDNA複製誤りによる片一方のアレルへの突然変異の導入であり,2番目は,Loss of Heterozygosity (LOH)による両方のアレルの失活である。最近の統計によると,がん患者の50%以上にがん抑制遺伝子のLOHが観察されている。DNA複製誤りに伴う突然変異はヒトの場合も,大腸菌の場合も,概ね10^<-7>の頻度である。LOHは染色体全体を標的とする現象なので,その頻度は10^<-3>10^<-4>と非常に高い。LOH生成過程のうち染色体喪失(chromosome loss)は染色体不安定性(chromosome instability; CIN)と総称され,mitosisとの関連で生じると考えることが出来る。塩基置換型突然変異は誘発しないが発がん作用のある化学物質を調べ,酵母で染色体喪失を特異的に誘発するphenyl hydroquinone(PHQ)等の化学物質を明らかにした。PHQを用いて細胞周期への影響を調べたところ,Hog1(MAPK)依存的にG2/M境界で細胞周期を止め,高頻度に染色体喪失を導いた。hog1及びG2/M境界の遺伝子swe1遺伝子の破壊株では,染色体喪失は観察されない。またこれらのPHQは,Hog1タンパク質のリン酸化やSwe1タンパク質の安定化に関わり,染色体喪失を誘発することが明らかとなった。ヒト培養細胞をPHQ処理すると,酵母の場合と同様にG2/M期で細胞周期を停止すること,swe1遺伝子を破壊すると,染色体喪失等は観察されない。従って,酵母でもヒトでも同じ機構で,染色体喪失を導くと結論できる。染色体喪失が発がんの重要な要因であることを示している。発がん作用はあるが,エームス試験で突然変異誘発作用が認められない一群の化学物質について,その作用機構を酵母とヒト培養細胞を用いて明らかにしようとした。ここでは特にo-phenyl phenol(OPP)とその誘導物phenyl hydroquinone(PHQ)について調べたところ,酵母の場合,染色体喪失を特異的に誘発すること,G2/M期で細胞周期を止めることが分かった。ヒト培養細胞に対しても,mitotic indexを上昇させること,aneuploidyを導くことも明かとなった。G2/M期チェックポイントの代表的関所であるスピンドルチェックポイントとの関係を調べたところ,Mad2突然変異には影響されないこと,separaseの活性化が起きていないことなどから,OPP/PHQはスピンドルチェックポイントとは別の関所に作用してaneuploidyを誘導していることになる。OPP/PHQ処理した酵母の染色体や形態を観察すると,G2期ないしG2/M境界で周期の停止があるように見られる。作用点を明かにすることが今後の課題で合う。ヒト培養細胞に対しては,OPP/PHQ処理すると,p53の安定化とp21等の発現が上昇する。細胞はG2/M境界のあたりで停止した。またp53依存的にアポトーシスも誘導した。OPP/PHQはDNA損傷を誘導しない。以上の結果より,MAPK経路に関わってG2/M境界で細胞周期を止めている可能性が示唆される。今後は,OPP/PHQが直接関わるタンパク質を明らかにすると共に,どのような仕組みで異数性をするのかという問題を明らかにしたい。