hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
等温凝固を利用した異種金属複合化フィラ材料の開発研究

鋳鉄系材料と鋼を複合化する方法としてブレーズ法に着目し,比較的低温で等温凝固により合金相を晶出させて接合でき,かつ高強度が得られる合金フィラの開発をめざした。銅に合金元素を添加することにより低融点化を図た数種のCu-X合金(X:MnあるいはAg)及びCu-X-Y合金フィラ(Y:Fe,Cr,Al)を作製し,先ず球状黒鉛鋳鉄と鋼の接合実験を行った。その結果,いずれのフィラを用いた場合でも等温凝固による鋳鉄側から鋼側に向かって合金相の晶出が起こったが,その中でもCu-25%Mn合金フィラを用いると,1223Kと低い温度で接合でき,純銅を用いた場合よりも約80K低い温度(約1300K)で純銅の時と同程度の接合強さ(約300MPa)が得られた。そこで,Cu-25%Mn合金フィラを他の鋳鉄系材料に適用できるか否かを調査するため,高クロム鋳鉄及びニハード鋳鉄を用いて鋼との接合実験を行った結果,高クロム鋳鉄と鋼の接合においても1223Kで接合でき,約220Mpaの接合強さが得られること,また,ニハード鋳鉄の鋼の接合でも約1300Kの接合で約300MPaの接合強さが得られることが判明した。なお,接合強さの向上を目的にCu-25%Mn合金に第3元素を添加したフィラを作製したが,第3元素添加の効果はほとんど認められなかった。これらのことから,Cu-25%Mn合金フィラは等温凝固を利用した鋳鉄系材料と鋼の複合化のための低融点合金フィラとして極めて有望であると考えられる。1.低融点フィラの合金設計および作製鋳鉄と鋼を複合化するための低融点フィラとしてCuにMnを25,34,48%添加したCu-Mn合金を溶製し,冷間圧延により厚さ100μmの箔を作製した。それぞれ融点は1158K,ll43K,1175Kである。Cu-25%Mn,Cu-34%Mn,Cu-48%Mnフィラを用いて,接合温度を1223K1383K×0.6ksで接合実験を行った結果,いずれのフィラを用いても,純銅を用いた場合と同様に,FCD側から等温凝固によりFe-Mn-Cu-Cからなる合金相が晶出し,接合温度の上昇とともに成長した。接合強度もそれにともない増加したが,3種のフィラの中ではCu-25%Mnフィラを用いた場合に高い接合強度が得られた。3.従来フィラを用いた接合条件の検討Ag-28%CuフィラおよびCu-35%Znフィラを用いて高クロム鋳鉄と鋼の接合実験を行った。接合温度をJISに規定されている温度よりも高くして1273K以上にすると,いずれの場合も鋳鉄側から合金相が晶出し,接合強度も増加した。しかし,Cu-35%Znフィラでは温度を高くするとZnの蒸発に起因した接合不良が生じた。1.開発フィラに対する最適接合条件の検討昨年度の研究で,鋳鉄と鋼を複合化するための低融点フィラとしてCu-25%Mn合金フィラが最も良好あることが判明した。本年度はCu-25%Mn合金フィラを用いて,最適接合条件を検討するため接合時間を変化させた実験を行い,1273Kの低温度でも接合時間を3ksにすると,それよりも110K高い1383Kの接合温度で0.6ks保持したときと同等の接合強度が得られることが判明した。2.低融点合金フィラの作製及び接合性の調査1で述べたように,昨年度は低融点フィラとしてCu-25%Mn合金を開発した。

ここでは,さらに優れた低融点フィラを開発するため,Cu-25%MnにFeまたはCrを添加した合金フィラ及びCu-43%AgにFeを添加した合金フィラを作製し,球状黒鉛鋳鉄を用いて鋼との接合性を調査した。その結果,Cu-25%MnにFeを1.4%添加した合金は優れた接合性を示し,Cu-25%Mn合金にFeを含有させることによって,より良好な低融点合金フィラ作製の可能性が示唆された。3.従来フィラを用いた接合条件の検討Ag-28%Cu合金フィラ(BAg-8)を用いて球状黒鉛鋳鉄と鋼の接合実験を行った。接合温度をJISに規定されている温度よりも高い1173K以上にすると,いずれの場合も等温凝固により鋳鉄側から合金相が晶出し,接合温度の上昇とともに接合強度も増加した。しかし,Cu-25%Mn合金フィラを用いた場合と比較すると接合強度は低く,上記2で実施したCu-43%Ag合金フィラの結果も合わせて考えるとAg-Cu系合金フィラは接合強度の観点からCu-地合金フィラよりも接合性に劣る。1)低融点フィラの作製及び接合性の評価昨年までの研究で,Cu-25%Mn合金にFe(1.4%)を添加した合金は,よりすぐれた低融点合金フィラになる可能性が指摘された。そこで,本年度はCu-25%Mn合金にFeの添加量を3.5%に増加させた合金を作製し,球状黒鉛鋳鉄と鋼の接合実験を行った。その結果,Cu-25%Mn-3.5%Feフィラを用いてもCu-25%Mn合金フィラ及びCu-25%Mn-1.4%Fe合金フィラを用いた場合と同等の接合性しか得られなかった。2)開発フィラの他実用材料への適用研究これまでは,接合母材として球状黒鉛鋳鉄を用いてきた。本年度は接合母材として球状黒鉛鋳鉄以外の実用鋳鉄材料として高クロム鋳鉄及びニハード鋳鉄を使用し,開発したCu-25%Mn合金フィラ及びCu-25%Mn-Fe合金フィラを用いて鋼との接合実験を行った。その結果,高クロム鋳鉄の場合には,Cu-25%Mn含金フィラ及びCu-25%Mn-Fe合金フィラのいずれの場合にも,純銅を用いた場合よりも低温で等温凝固により合金相が晶出・成長して接合された。また,両フィラともに1150Kでの接合で,純銅を用いて1383Kで接合したときの接合強度と同等の値が得られた。また,ニハード鋳鉄についても,等温凝固により接合が可能であり,球状黒鉛鋳鉄の場合と同等の接合性が得られた。3)総合評価これまで得られたデータを総合的に評価すると,Cu-25%Mn合金フィラが等温凝固を利用した異種金属複合化フィラとして有望であると考えられた。
Invisible膵癌に対する新規診断治療法の開発

画像診断に基づく膵癌治療には限界があり、画像では診断できないinvisible膵癌(目に見えない膵癌)を診断し治療を行うことが必要である。本研究の目的は原発巣が膵癌と診断できる膵癌特異的なエクソソームの同定およびその機能を解明することにより、invisible膵癌の診断治療法を開発することである。膵液より回収した膵癌特異的なエクソソームを用いて網羅的遺伝子解析を行う。同定した膵癌特異的エクソソームに関連するマイクロRNAおよび遺伝子に対する標的治療法を開発し、その有効性の検討を行なう。また臨床病理学的検討を行い、バイオマーカーとしての有効性についても検討する。
共鳴振動効果を用いた制御機能を持つ固体触媒の開発

本研究では、制御機能を持つ固体触媒を開発することを目的とし、自発分極軸方向が表面に垂直なニオブ酸リチウム(LiNbO_3)単結晶強誘電体基板に金属触媒、高分散金属触媒、および合金触媒を薄膜で接合し、高周波印加により強誘電体基板に発生できる周期性の格子変位である共鳴振動を応用した。強誘電基板を水素処理し、表面層に還元層を析出させた強誘電体単結晶基板を用いたAg触媒上のエタノール分解反応において、共鳴振動によってエチレン生成活性はほとんど変化せず、アセトアルデヒ生成活性が顕著に増加するが、未処理基板を用いたAg触媒の場合には,逆にアセトアルヒド生成活性は変化せず、エチレン生成活性のみが共鳴振動によって増加することを示し、共鳴振動効果は基板の状態に依存することを見出した。Pdを薄膜で高分散担持させたPd/Mo触媒において、エチレンの部分酸化反応に対し共鳴振動が、二酸化炭素生成を抑制し、アセトアルデヒド生成反応を選択的に促進することを示し、共鳴振動が高分散状態で存在する配位不飽和なPdに顕著な効果を与えることを明らかにした。また、エチレンの部分酸化反応に対し、AgCu合金触媒では,顕著な失活は抑制されること、共鳴振動によってAgやCu単独金属では、失活した活性の回復はほとんど見られないのに対し、CuAg合金触媒では活性増加が見られること、さらにCuAgやAuAg合金薄膜において共鳴振動効果が合金組成依存性および共鳴振動周波数依存性を持つことを明らかにした。これらの結果に基づき、共鳴振動による触媒の活性化には、共鳴振動状態で発生する格子変位量とその表面に存在する定在波の密度の両因子が寄与し、低周波での活性化エネルギーの顕著な減少は大きな格子歪みに起因することを明らかにし、制御機能を持つ固体触媒の開発には、共鳴振動効果がきわめて有用であると結論した。本年度は、固体触媒表面上の酸化反応の反応選択性に及ぼす共鳴振動効果を明らかにすることを目的とし、d電子金属であるPd金属の高分散触媒を作製し、エチレンの部分酸化反応に対する活性と反応選択性に及ぼす共鳴振動効果を調べた。強誘電体基板として、自発分極軸方向が表面に対し垂直なニオブ酸リチウム(LiNbO_3)単結晶を用い、その表面にMoを100nmの電極基板として蒸着した後、Pdを0.510nmの薄膜で高分散担持させたPd/Mo触媒を作製した。Pd/Mo触媒上のエチレン酸化反応において、主生成物としてアセトアルデヒドおよび二酸化炭素が生成するが、非共鳴振動状態においては、Pdの膜厚増加とともに、アセトアルデヒド生成の選択性は低下した。Pdの膜厚が5nm以上の厚膜領域では、厚み方向の共鳴振動(TERO)は、アセトアルデヒド生成反応の選択性を低下させるが、3nm以下のPd薄膜領域では、厚み方向の共鳴振動は、逆に二酸化炭素生成を抑制し、アセトアルデヒド生成反応を選択的に促進することを見出した。レーザードップラー法を用いて厚み方向の共鳴振動による表面に垂直な格子変位の大きさを測定し、Pdの膜厚変化に依らず、格子変位量は一定であることを示した。また、原子間力顕微鏡(AFM)像の観察から、Pdの膜厚の減少させることによって、Pdが著しく高分散されることを示した。以上の結果に基づき、Pd厚膜領域では、低指数面が表面を構成するのに対し、薄膜領域では配位不飽和なPdが表面に高密度で存在し、Pdの膜厚を変えた場合に生じる共鳴振動の異なる活性化効果は、これらの微細構造の違いに基づくことを明らかにした。

昨年度は自発分極軸方向が表面に対し垂直なz-カットニオブ酸リチウム(LiNbO_3)強誘電体単結晶表面に蒸着したMo表面に、さらに、Pdを薄膜で高分散担持させたPd/Mo触媒において、エチレンの部分酸化反応に対し共鳴振動効果がPd分散依存性をもつことを明らかにした。本年度は、さらに、酸化反応の選択性に及ぼす共鳴振動効果を確立するため、s電子金属であるCuおよびAg金属触媒について、結晶基板上へのそれぞれの配向金属薄膜、およびCuAg合金薄膜を作製し、エチレンの部分酸化反応に対する活性と反応選択性に及ぼす共鳴振動効果を調べた。強誘電体結晶の両面に、CuあるいはAgを50300nmの薄膜で交互に蒸着し二層構造とし、真空下高温加熱した。オージェ電子分光渋およびX線光電子分光法を用いた深さ方向分析において,真空加熱によりCuとAgの均一分布膜が形成していることを示した。AgやCu単独金属触媒では、エチレン酸化反応の繰り返しで活性が,低下し触媒は失活するが,AgCu合金では,顕著な失活は抑制されること、および共鳴振動によって、AgやCu単独金属では、失活した活性の回復はほとんど見られないのに対し、AgCu合金触媒では、活性増加が見られることを見出した。また、Pd/Mo触媒において共鳴振動効果がPd分散依存性を持つ昨年度の結果について、仕事関数の変化に基づき解析した。共鳴振動によって金属の仕事関数は変化するが,その変化の方向は金属の表面構造に依存しており,共鳴振動によって低指数面では仕事関数が増加し,高指数面では逆に減少するCu表面に対する結果に基づき、Pd厚膜領域では、低指数面が表面を構成し、一方薄膜領域では配位不飽和なPdが表面に高密度で存在するため共鳴振動のPd分散依存性が生じる機構が妥当であることを実証した。本研究は、周期性の格子変位である共鳴振動効果を応用し、制御機能を持つ固体触媒を開発することを目的とし、これまでにエチレンの部分酸化反応に対し、Mo表面にd電子金属であるPd=を高分散させたPd/Mo触媒において共鳴振動効果がPd分散依存性をもつこと、さらに、CuとAgを均一に混合させたCuAg合金薄膜において共鳴振動効果が合金組成依存性を持つことを明らかにしてきた。本年度は、共鳴振動効果をさらに発展させるため、共鳴振動を発生させる強誘電体基板の特性を変え、共鳴振動が触媒の格子変位および反応選択性に及ぼす効果について調べた。z-カットLiNbO_3強誘電体結晶の酸化物表面を573-973Kで水素処理し、表面層に還元層を析出させた単結晶基板を作製し、その結晶の両面に、Agを100nmの薄膜で蒸着して触媒素子を得た。水素還元温度を変えた素子について共鳴振動特性を調べ、共鳴振動特性は、973Kの高温処理に至るまで保たれるが、格子変位は753Kの処理では、ほぼ維持されるのに対し、973K処理では未処理基板の30%程度にまで低下することを示した。973Kの高温で処理した場合には、エタノールの分解反応に対する共鳴振動による活性増加の効果はほとんど観察されず、この結果は格子変位がきわめて小さいことに関連した。これに対して、753Kで還元処理した基板を用いたAg触媒の場合に、共鳴振動によってエチレン生成活性はほとんど変化せず、アセトアルデヒ生成活性が顕著に増加した。未処理基板を用いたAg触媒の場合には、逆にアセトアルヒド生成活性は変化せず、エチレン生成活性のみが共鳴振動によって増加したことから、基板の性質によってAg触媒の選択性に及ぼす共鳴振動効果が大きく異なるきわめて興味ある結果が得られた。
インビトロ血管新生系を利用したヒト血清のもつ血管形成能解析の有用性に関する研究

(背景と目的)インビトロ血管新生の培養系に血清を微量加えることで、血清のもつ毛細血管形成能を知ることができるが、この系を用い病態解析や治療効果判定における本検査の有用性を引き続き検討した。(方法)培養ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)を使用した。検体としては全身性炎症性疾患としてヒトで川崎病の血清、動物でマウスをLPS処理しARDSを惹起させたモデルの血清を使用した。前年に解析をおこなった川崎病患者については、中期予後も追跡した。細胞外基質成分をゲル化したGrowth factor reducedMatrigelでコートしたプレート上にHUVECを播種・培養した。形成された血管長の合計を画像解析で計算し定量した。(結果)川崎病患者の中期予後,:発症1年後の血清によるHUVEC管腔形成能は免疫グロブリン治療(IVIG)反応例・不応例ともに健常例と有意差を認めなかった。臨床的には急性期の浮腫も改善している時期で、昨年の結果とあわせ実験結果と臨床像はよく相関していた。LPS処理マウス:ARDSを惹起させたマウス血清によるHUVEC管腔形成能は、正常マウス血清によるものと比し有意な低下を認めた。インビボ・インビトロ両者でP38MAPK阻害剤がLPSにより惹起されるさまざまな反応を抑制することが知られているが、P38MAPK阻害剤で培養細胞の前処理をおこなうことでARDSマウス血清によるHUVEC管腔形成能の低下を抑制することが可能であった。川崎病患者血清でのP38MAPK阻害剤の効果:IVIG不応例の治療直後血清によるHUVEC管腔形成能は、IVIG反応例における治療直後血清と比し有意な低下を認めた。P38MAPK阻害剤による前処理をおこなうとIVIG不応例血清によるHUVEC管腔形成能低下を抑制することができた。(考察)以上から強い全身性炎症性疾患ではその血清のもつHUVEC管腔形成能が低下していることが示唆され、病態と相関があることも示唆された。またこの実験系を用いることで薬剤の治療効果判定につながる可能性があると考えられた。(背景と目的)インビトロ血管新生の培養系に血清を微量加えることで、血清のもつ血管内皮細胞増殖能や毛細血管形成能を知ることができるが、この系を用い病態解析や治療効果判定における本検査の有用性を検討した。患者検体として、後天性心疾患の代表である川崎病の血清を収集した。肺疾患は収集中。本年度は、22例の凍結血清を使用した。22例中、10例が免疫グロブリン療法(IVIG)反応例、12例がIVIG不応例で冠動脈瘤を併発していた。細胞外基質成分をゲル化したGrowth factor reduced-Matrigelでコートしたプレート上にHUVECを播種、培養した。形成された血管長の合計を画像解析にて計算,定量評価した。全ての実験において同一の健常成人血清をアッセイ間の対照血清として用い、形成された血管長を100%として算出した。(結果と考察)IVIG反応例:治療前血清によるHUVEC管腔形成能は、健常小児例ならびに有熱疾患血清によるHUVEC管腔形成能と有意差を認めなかった。IVIG不応例:治療前血清におけるHUVEC管腔形成能は、健常血清や有熱対照血清に比べて既に有意な低下が見られた。更に、初回IVIG療法後の患者血清による刺激下では、対照血清のみならずIVIG反応例のIVIG療法後血清によるHUVEC管腔形成能と比しても、有意な低下がみられた。臨床症状との関連:このようなHUVECの機能障害を惹起するIVIG不応例の血清採取時期は約10病日で、臨床的に、浮腫が強く低アルブミン血症を呈し冠動脈拡張が始まる時期でもあり、実験結果と臨床像は良く相関していた。また、心筋梗塞と急性心不全を合併した重症患者2例では、この発作時の血清によるHUVECの管腔形成は全くみられなかった。このように、冠動脈の炎症や心筋虚血では、血清による血管新生機能が障害され、臨床経過とよく相関がみられた。次年度以降の実験として、動物ではマウスをLPS処理しARDSに似た状態を惹起させ、現在、これらの血清サンプルを収集している。LPS処理

マウス:ARDSを惹起させたマウス血清によるHUVEC管腔形成能は、正常マウス血清によるものと比し有意な低下を認めた。インビボ・インビトロ両者でP38MAPK阻害剤がLPSにより惹起されるさまざまな反応を抑制することが知られているが、P38MAPK阻害剤で培養細胞の前処理をおこなうことでARDSマウス血清によるHUVEC管腔形成能の低下を抑制することが可能であった。川崎病患者血清でのP38MAPK阻害剤の効果:IVIG不応例の治療直後血清によるHUVEC管腔形成能は、IVIG反応例における治療直後血清と比し有意な低下を認めた。P38MAPK阻害剤による前処理をおこなうとIVIG不応例血清によるHUVEC管腔形成能低下を抑制することができた。(考察)以上から強い全身性炎症性疾患ではその血清のもつHUVEC管腔形成能が低下していることが示唆され、病態と相関があることも示唆された。またこの実験系を用いることで薬剤の治療効果判定につながる可能性があると考えられた。
魚類変態期におけるメタロチオネインの機能に関する研究

本年度は、(1)メダカ胚におけるメタロチオネインの発現様式の検討、(2)メダカメタロチオネイン遺伝子およびその発現調節領域のクローニングを試みた。(1)マイクロインジェクション法を用いた遺伝子導入技術により、ニジマスメタロチオネイン遺伝子の発現調節領域(rtMT-A)にバクテリアのクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子(CAT)を連結した遺伝子(rtMT-A-CAT)をハプロイド当たり1コピーを染色体にホモに持つメダカの系統を確立した。この系統を用いて次のような実験を行った。各発生段階の胚を1個ずつCATアッセイし、メタロチオネインの発現様式を検討した。その結果、発生初期から孵化後7日目までは、発現量が多く、その後次第に減少していき孵化後2週間目以降は全く発現されていないことが明らかとなった。また、重金属(今回は亜鉛を用いた)に対する暴露を行い同様の実験を行ったところ、同様な発現様式が観察されたものの、重金属による発現誘導は観られなかった。これらの結果から、胚の時期において、メタロチオネインは、これまで考えられていた金属包含による解毒機能ではなく、発生過程に不可欠な機能を有することが示唆された。(2)すでにクローニングされているとう利点から、上記の実験では、ニジマスのメタロチオネインの調節領域を用いて実験を行ったが、胚におけるメタロチオネインの機能を明らかにするためには、遺伝子導入が行われる宿主とメタロチオネインの由来が同一であることが望ましい。そこで、メダカメタロチオネイン遺伝子のクローニングを試みた。既報の他生物のメタロチオネイン遺伝子の保存された配列を参考にしてPCRプライマーを作成し、メダカメタロチオネイン遺伝子の増幅を試みた。アニール温度、ポリメラーゼなど様々なPCR条件を検討したにもかかわらず、現在のところメダカのメタロチオネインと思われる産物は得られていない。
メカニカルストレスによる軟骨細胞の増殖と分化の制御を明らかにするための研究

ATDC5細胞を用いてメカニカルストレスの効果について研究した。ATDC5細胞はインシュリン添加によりプロテオグリカンの産生を増加させるなど、インシュリン依存性に分化する。インシュリン添加開始日をdayOとし、day4,7,14,21,28にメカニカルストレスの負荷を行った。Histone H4は、培養期間を通じて一定の発現が認められたが、メカニカルストレスに対する反応はday 4でのみ認められた。Type IIコラーゲンは、インシュリン無添加群ではday 7で軽度の上昇が認められたが、それ以降は変化なく、メカニカルストレスに対する反応性は認められなかった。一方、インシュリン添加群では培養日数とともに発現量は増加し、day 21,28でメカニカルストレスに対する反応性も有意に増大した。Type Xコラーゲンの発現量は、両方の群で培養日数とともに徐々に増加した。メカニカルストレスに対する反応性は、インシュリン無添加群ではday 28にわずかに認められたのみであった。一方、添加群ではday 7より認められ培養日数とともに反応性は増大した。アグリカンの発現量は、無添加群ではday 7に増加し、それ以降ほとんど変化なかった。メカニカルストレスに対する反応性は培養後期でのみ認められた。添加群ではday 7以降も著明な増加が認められたが、メカニカルストレスに対する反応性が確認できたのはday 7のみであった。Histone H4は未分化な時期にメカニカルストレスに反応した。Type IIコラーゲン、Type Xコラーゲン、アグリカンの3種ともメカニカルストレスに反応するが、その反応性の獲得にインシュリン添加が必須(高度な分化)なのはType IIコラーゲンのみで、Type Xコラーゲンはインシュリン無添加でも長期培養による中等度の分化で反応し、アグリカンは初期分化のみで反応性が認められた。以上より、メカニカルストレスに対する反応性は、ATDC5細胞の分化度の違いによって変化することが明かとなった。(目的)メカニカルストレスがどの分化段階の軟骨細胞に作用し,骨化を促進させるのかを明らかにするために,軟骨前駆細胞から凝集領域期,軟骨結節期,肥大型細胞期を経て,石灰化まで分化するATDC5細胞を用いて,軟骨の分化とメカニカルストレスに対する反応を検討した.(方法)ATDC5細胞を4.2×7.5cmのプラスチックプレートに1×106cell/plateの密度で37°C,5%CO2存在下に培養した.培養開始後4,7,14,21,28日目に細胞の分化段階を確認し,培養液中でプラスチックプレートを4点曲げて彎曲させる方法によってメカニカルストレスを負荷した。メカニカルストレスの頻度は0.5Hz,大きさは4200μstrainとし,負荷開始後1,6,12,24時間の時点でtotal RNAを抽出した.ノーザンブロット法でII型,X型コラーゲン,アグリカンmRNAの発現量をコントロール群と比較し,どの分化段階でメカニカルストレスに最も強く反応したのかを検討した.(結果)ATDC5細胞は,培養開始後4日目に凝集領域を形成,7日目に結節が出現,21日目に肥大型細胞を認めた.培養開始後4,7日目では負荷時間を長くしてもメカニカルストレスの効果は認めなかった.

しかし,培養開始後14日目よりメカニカルストレスによるII型,X型コラーゲン,アグリカンmRNAの発現増加が認められた.特にX型コラーゲンは分化が進むほど強く反応した.これらの発現増加は24時間の負荷で最も著明に認められた.(考察と結論)ATDC5細胞を肥大型細胞へと分化させると,メカニカルストレスに反応してII型,X型コラーゲン,アグリカンmRNAの発現が増加した.分化の初期の段階ではこれらの因子の発現増加は認められなかったが,細胞増殖などに影響を与える可能性があり,さらなる検討が必要と考えられた.(目的)メカニカルストレスがどの分化段階の軟骨細胞に作用し,骨化を促進させるのかを明らかにするために,ATDC5細胞を用いて,軟骨の分化とメカニカルストレスに対する反応を検討した.(方法)ATDC5細胞を4.2×7.5cmのプラスチックプレートに1×106 cell/plateの密度で37°C,5%CO2存在下に培養した.培養開始後4,7,14,21,28日目に細胞の分化段階を確認し,培養液中でプラスチックプレートを4点曲げて彎曲させる方法によってメカニカルストレス(0.5Hz,2800μstrain)を負荷し,負荷開始後1,6,12,24時間の時点でtotal RNAを抽出した.ノーザンブロット法でII型,X型コラーゲン,アグリカンmRNAのALP,PTH/PTHrP receptor, osteopontin mRNA発現量をコントロール群と比較し,どの分化段階でメカニカルストレスに最も強く反応したのかを検討した.(結果)ATDC5細胞は,培養開始後4日目に凝集領域,7日目に軟骨結節,21日目に肥大型細胞を認めた.培養開始後4,7日目ではメカニカルストレスの効果は認めなかった.しかし,培養開始後14日目よりメカニカルストレスによるII型,X型コラーゲン,アグリカンmRNAの発現増加が認められ,特に,X型コラーゲンは分化に伴い,メカニカルストレスによる発現量の増加を認めた.ALP,PTH/PTHrP receptor, osteopontinではメカニカルストレスによる発現量の変化は明らかでなかった.(考察と結論)ATDC5細胞を肥大型細胞へと分化させると,メカニカルストレスに反応してII型,X型コラーゲン,アグリカンmRNAの発現が増加した.更に,石灰化過程でのメカニカルストレスに対する反応を確認するため,培養期間を延長し検討する必要があると考えられた.(目的)メカニカルストレス(MS)がどの分化段階の軟骨細胞に作用し,骨化を促進させるのかを明らかにするために,ATDC5細胞を用いて,軟骨の分化とMSに対する反応を検討した.(方法)ATDC
人工衛星観測データを用いた海洋浮遊物の分布・移動・集積機構の研究

本年度は、昨年度までに作成した海面流速場の信頼性を調べるために、漂流ブイのデータを収集して、漂流ブイデータから計算された海面流速場と、本研究によって人工衛星データをもとに作成された海面流速場と比較検討した。用いたのは、海面での流れを直接反映している、抵抗体が外れている漂流ブイのみである。比較の結果、基本的な流れのパターンは両者で一致したが、その定量的な値は大きく異なっていた。その理由として、衛星データは、広い範囲の平均的な値であること、あるいは漂流ブイは強流帯に収束しやすいことなどが考えられる。また、北半球と比べて南半球での比較結果は、あまり良くなかったが、これは南半球での漂流データの密度が低いことが、理由として考えられる。さらに、ゴミを多く排出していると思われる大都市をピックアップして、大都市から放出されたゴミの移動についても検討した。その結果は、海域によって、大きく異なり、日本付近で排出されたゴミは、その移動の特徴は2種類に分けられ、1つは黒潮・黒潮続流・北太平洋海流に乗って、短期間に東方に移動し、もう1つは黒潮反流に乗って南西方向に移動することがわかった。また、漂流ブイデータのモデルへの同化についても検討を行った。同化方法は修正法である。同化によって、1ヶ月後のブイの位置は、3°程度の誤差で予報できることがわかった。また、同化結果は、同化に用いられるブイデータの密度に大きく依存し、同化データが豊富な海域では、同化による貢献は非常に大きいが、密度が低い海域にブイが入ると急速に予報精度が落ちることがわかった。本研究には、2種類の人工衛星データを必要とする。1つは海面高度データであり、もう1つは海上風データである。前者は、海面での地衡流を計算するために必要であり、後者は海面でのエクマン吹送流を計算するために必要である。前者については、Kuragano and Shibata(1997)によって格子化されたデータセットを利用した。このデータは時空間に対して最適内挿法を適用して作成されたデータである。海上風データについては、WOCEで作成されたERS-1の海上風データを利用した。両方のデータを用いて海面での流速場を推定した。その際に、赤道上での流速は、萩谷・久保田(1999)での計算方法を適用して算出した。このようにして得られた流速場を用いて、1年間だけシミュレーションを行い、浮遊物の移動について調べた。その結果は、1年間の間に多くの浮遊物はエクマン収束帯に集まることがわかった。この特徴は従来調べられていた北太平洋だけではなく、北大西洋や南太平洋でも共通した現象であった。また、独自の海上風データセットを作成する目的で、海上風データの統計的性質を検討した。具体的には、ECMWF海上風データの日平均値から気候学的月平均値を作成し、両者の間での標準偏差を計算した。これを気候学的月平均値の誤差とした。また、ECMWF海上風データから非相関スケールも算出した。さらに、一定期間の間に格子に入る観測データを平均し、その平均値を真値として観測誤差を算出した。以上の統計量を用いた最適内挿法を利用して、ERS-1の観測データから1日ごとの1゚格子データセットを作成した。その結果はWOCEで提供されているデータセットよりも優れていることが明らかになった。Kuragano and Shibata(1997)によって作成された5日間隔、1°格子のTOPEX/POSEIDON海面力学高度データから地衡流速場を、またNCEP再解析データ(NRA1)の風応力データからエクマン流速場を作成した。データの使用期間は1993年から1999年までの7年間である。この2種類と、それを合成した3種類の海面流速場を用いて、海洋浮遊物の全球におけるシミュレーションを行った。

初期状態として、海面浮遊物を全球の緯度・経度10°ごとに配置した。その結果、すべての海で中緯度域に浮遊物が集積することがわかった。さらに、インド洋と南大西洋では、北太平洋のようなベルト状の分布ではなく、中央部の特定の狭い海域に集中して浮遊物が存在することがわかった。この原因を調べるために、海上風場と地衡流場を詳しく調べた結果、南大西洋の集積域は、海上風が非常に弱いことがわかった。また、インド洋では、東岸付近で南風、西岸付近で北風が卓越していることがわかった。これは中央部で強いエクマン収束があることを示唆している。さらに、北太平洋ではエクマン収束域に北太平洋海流のような強い地衡流が存在するが、インド洋や南大西洋にはエクマン収束帯に必ずしも強い地衡流が存在するわけでは無いこともわかった。このような特徴が原因で、南インド洋や南大西洋では、浮遊物が比較的狭い中央部に集中して集積するものと考えられる。昨年度作成した海面流速場の評価をするために、漂流ブイによる流速データとの比較を行った。ただし、用いたのは海面流速を観測していると思われるドローグの外れた漂流ブイのデータのみである。比較した結果、両者の流速データは全球での分布などといった定性的な性質については比較的良く一致していた。しかしながら、北半球と南半球では、その類似性は著しく異なり、南半球での相関は非常に低かった。これは南半球の漂流ブイデータの数が少ないためと思われる。また、定量的には明らかに大きな相違が存在し、漂流ブイデータの方が大きい値であった。これは、平均化の問題であると予想される。また、特定海域から排出された海洋浮遊物の移動についても検討した。沿岸域における大都市に注目して、各都市から500kmの範囲で1ヶ月間おきに定常的に海洋浮遊物が排出されたと仮定してシミュレーションを行った。その結果、日本付近から排出された海洋浮遊物の移動は大きく分けると2通りに分かれ、一部は黒潮・黒潮続流に乗って短時間に北太平洋中央部に移動し、一部は黒潮の沖合の反流に乗って、南西方向に移動しフィリピンなどに漂着する浮遊物も少なくないことがわかった。本研究でのシミュレーション結果の評価として、漂流ブイの軌跡を用いて比較した。その結果、予測期間が1ヶ月間の場合には、位置の誤差は約300kmであった。これはモデルの格子3個分に相当する。さらに、修正法を利用して、漂流ブイによって算出された表面流速データを同化することを行った。漂流ブイデータの半分は同化には用いず、同化結果の検証用データとして使った。同化結果を検証した結果、検証用ブイの位置付近に他のブイがあるかどうかによって大きく位置の予測精度が変わることがわかった。
色素ナノ粒子/ファイバーを保持膜を用いる高感度金属イオン検出システムの開発

本課題はppbレベルにある規制値を測定可能な高感度金属イオン検出システムに向けての基盤研究であり、1)色素ナノ粒子/ファイバー保持膜の開発、2)妨害イオン除去膜の開発、3)これらを一体化させたシリンジの開発、さらに4)試作した反射式光度計とマッチングを行う。本年度は1)について、比色試薬の多くは水溶性(イオン性)試薬であり、ターゲット拡張を目指し、これらをナノ化-膜化する技術の確立および2)妨害イオン除去膜の作製に重点を置いた。数百ナノメートル程度のシリカ、アルミナもしくはイオン交換性ラテックスなどの表面に、イオン性分析試薬を静電吸着させ凝集体とし、生成したナノコンポジットをメンブレンフィルターでろ過し、製膜する。担体およびイオン性試薬の組み合わせを反対電荷としたときのみ製膜できたことから、静電相互作用によって凝集体が生成する過程に基づいて製膜していることがわかった。溶液pHや試薬とコロイドの量比も製膜に重要であった。スルホン化もしくはアルキルアミン化されたラテックス微粒子は強酸性および強塩基性イオン交換体であるため、広いpH範囲で製膜できた。電荷の異なる、ルモガリオン(1-)、バソフェナントロリン(2-)、HNB(3-)、TPPS(4-)、TMPyP(4+)、に適用し、すべての物質を膜にすることに成功した。これらはアルミニウムイオン、鉄(II)イオン、カルシウムイオン、水銀イオン、カドミウムイオン等用の検出膜となりうる。実際にTMPyPと不定形シリカからなるナノコンポジット膜によるカドミウムイオンの検出膜は、100mLの検液を通液することで、茶色から緑の色変化によりppbレベルの定量が可能であった。2)においては、セルロース繊維に妨害イオンを除去するためのキレート基を化学修飾するために、まず塩化ホスホリルにて塩素化処理を行った。これにより末端にアミノ基を有するさまざまな官能基を導入することが可能である。
高度治療計画のための術前リハーサルシステムの開発

本研究では、鏡視下手術における高度治療計画の支援を目的として、患者個人のボリューム像を用いた術前リハーサルシステムに関する研究開発を実施した。最終年度は、開発してきた基盤技術を術前リハーサルシステムとして統合し、外科医・医療スタッフと共同で、症例データ適用による試用試験を行った。本研究では、鏡視下手術における高度治療計画の支援を目的として、患者個人のボリューム可視化像(ボリューム像)を用いた術前リハーサルシステムに関する研究開発を目的としている。手術時に想定される生体臓器・軟組織の物理的な変化の実時間シミュレーション、可視・可触化に関する要素技術を新規開発し、医療手技の試行、綿密な手術計画の立案を支援するシステム構築・検証を目指す。初年度は、医用画像データから生成される患者ボリューム像上で、術中に想定される変形や切開などの物理現象をシミュレートし、実時間で可視化するためのシミュレーションフレームワーク、手術プラン入力用のインターフェースを開発した。より具体的な研究開発項目を下記にまとめる。(1)ボリューム像の実時間変形・加工シミュレーション技術の開発手術中に生体内部の物理現象をシミュレートし、ボリューム像の変化として可視化するための有限要素モデル、ボリュームレンダリング要素技術を開発した。検証の結果、開発モデルは臓器に対する切開や変形の際の形状変化を妥当かつ高速にシミュレートし、シミュレーション結果を可視化できることが分かった。(2)手術計画入力インターフェースの開発患者ボリューム像に対して切開と開創、把持などの手術手技を簡便に入力可能なインターフェースを開発した。術具による面操作に対応し、操作領域を実時間可視化することによって三次元操作を支援できる。(3)鏡視下手術における手術手技試行環境の構築患者ボリューム像に対し、鏡視下術具デバイスを通して手術手技を試行できる環境を準備した。高度治療計画のための術前リハーサルシステムの実現に向け、本年度は臓器変形シミュレーション結果の可視化アルゴリズムの向上、生体臓器に代表される弾性体の力学特性計測環境の構築、患者個人の医用画像データからのモデリング作業の自動化に関する研究開発を実施した。具体的な研究成果は次の通りである。(1)ボリューム変形・陰影処理アルゴリズムの開発ボリューム変形結果を高速に、かつ、陰影の変化を伴って可視化するボリュームグラフィクスアルゴリズムを開発した。GPU (Graphic Programming Unit)上での演算に対応し、汎用PCにおいても512^3の大規模な医用画像を用いた臓器変形シミュレーション結果を毎秒10フレーム以上でリアルタイムに描出することが可能となった。(2)弾性体操作時の位置・姿勢・力計測システムの開発テック技販社製3軸力センサとMicroBird6軸位置・姿勢計測装置を用い、弾性体に対する押し込み操作などに対して発生する力と位置・姿勢情報をリアルタイムに計測可能なシステムを構築した。また、計測した触覚情報を、力覚提示デバイスを通して体感できるシステムを開発した。(3)臓器・手術法テンプレートの開発患者個人の医用画像集合からモデリング作業を必要とせずに手術シミュレーションを実施するための臓器・手術法テンプレートを開発した。本テンプレートは、生体組織の不均一な弾性分布、物理条件を保持し、最小二乗近似により患者個人の医用画像データヘパーソナライズが可能である。具体的な研究成果は下記のとおりである。(1)術前リハーサルシステムの構築これまでに開発した技術を統合し、サーバから取得した患者個人の医用画像集合から形状・弾性情報を供えたボリューム像を生成し、モデルに対して直接的に計画内容の入力、手術手技の模擬を行うためのインターフェースとシミュレーションエンジンを備えた術前リハーサルシステムを構築した。(2)臨床症例データ適用による術前リハーサルシステムの試用試験胸腔鏡下の肺腫瘍摘出手術、泌尿器科における腎臓摘出手術などを対象として、症例データをシステムに適用することにより、術前リハーサルを想定した検証を実施した。手術において録画された術野映像と比較し、実際の臓器の変形に類似したシミュレーションが可能であることを確認した。(3)ボリューム像の術中支援画像としての有効性と課題の検証6自由度位置・姿勢取得センサと開発システムを組み合わせ、術前において症例ボリューム像上に計画された内容を、支援画像として術中において用いることを想定した実験環境を構築した。術中の内視鏡の動きと連動してシミュレーション結果を提示できることを確認した。
多波長光を用いた高精度実時間水面センシング方式の研究

防災・減災、漁業、環境及び娯楽応用の観点から、海、湖沼・ダム及び河川の水面及び地象センシングは重要である。その実現技術の一つとして我々が検討している、多波長・多経路の光ビームを用いた実時間動作型の水面センシングシステムに関し、その構成法の検討結果を報告する。特に、高出力増幅自然放出光源の高ピークパワー・低コヒーレンス特性、及び良好な受光パワー時間波形特性を実験により明らかにした。理論検討として、新規提案システム技術であることから従来技術及び関連記述の調査・分析を行い、解説記事及び全国大会での発表を行った。本提案方式のシステム構成に関し、適用形態、全体構成及び構成回路について考察・設計を行った。また、新規センシング方式として、偏波変調法と経路分離法の提案を行った。本提案システムの基本光学特性の実験検証を行った。今年度の実験検討は、室内実験とし、CW光または偏波スクランブリング光を用いた。CW光の波長数は、1または2とした。上記の偏波変調法及び経路分離法の原理確認実験に成功した。光源として増幅自然放出光源(ASE)とレーザ光を用いた。ASE光の広帯域性の実験確認と光フィルタでの多波長光への切り出し実験、2波長光の受信光回路における分離実験に成功した。室内実験において水槽の水面を波立たせ、ガウシアンビームを水面に照射した場合の受光パワーの時間波形を測定し、水面形状変化に対応した時間波形が得られることを確認した。パルス光または変調光を用いたシステム構成の実現可能性を確認した。さらに、数値計算により、光ビーム伝搬距離、光送信器・光受信器配置、及び水位変動と所要時間分解能の関係を定量的に明らかにした。光送受信器の配置は、前方向配置及び後方向配置とした。また、水面形状の時間変化と、受光パワーの時間変化の対応関係を、簡単な具体例を取り上げて、数値計算により定量評価した。無給電型の光受信回路の構築に向けた検討として、受光パワーの光ファイバ入射角依存性の実験により明らかにした。フィールド調査として、河川、本学の近郊にある河川として朝酌川、湖沼としての宍道湖及び中海、海としての島根半島の日本海において、水面形状基本特性撮影として静止画・動画撮影などを行った。H25年度の検討に引き続き、多波長・多経路の光ビームを用いた実時間動作型の水面センシングシステムに関し、その構成法と動作・性能に関する検討を推進した。まず、理論及び方式検討として、光パルスを用いた構成における信号対雑音比特性を考慮し、光パルス受信判定の閾値レベルを有するシステム構成の提案を行った。また、多波長の光パルスの発生法として、増幅自然放出光源、光サーキュレータ、アレイ導波路回折格子、光遅延用光ファイバ及びファイバミラーモジュールなどを用いた光源の提案を行い、1経路多波長または多経路多波長の送受信構成の提案を行った。また、室内実験において、上記の提案の構成・動作及び基本特性の確認を行った。水面でのフレネル反射特性に関し、雨滴落下時などのフィールド環境を想定し、フィールド調査及び室内実験を行った。室内実験では、実験水槽への水滴落下時の受光パワー時間波形の基本特性を確認した。特に、光ファイバコリメータモジュールから送出される光ビームのモードフィールド径(MFD)依存性を実験確認した。水面における水面波の特性波長に比べMFDを大きく設定することにより、光パルスの安定した受信が可能であることを確認した。また、水面近傍の水中からの拡散反射光の受光パワー特性を室内実験により調べた。川の水と水道の水及びCW光を用いて実験を行い、受光パワーのレベル及び時間波形の基本特性を評価した。さらに、我々が提案した経路分離法及び偏波変調法における水位検出精度特性の検討を行った。1.55micron近傍の伝搬光を用いることにより、数mm程度までの水位検出が可能であることを実験確認した。また、水中での光の吸収係数の波長依存性を考慮した理論・実験検討により、本システムにおける最適波長に関する特性の明確化を行った。我々はこれまでに,「光水面センシングシステム」の提案とその性能に関する検討を行っている.H26年度までに,水面及び水面近傍からの鏡面反射と拡散反射,また,護岸や橋脚などの構造物からの拡散反射を用いた水面センシング技術について報告している.特に,我々が提案する経路分離法における,CW光伝搬特性を明らかにしている.H27年度はおもに,パルス光を用いたセンシングに関する実験検討を行っている.まず,上記の経路分離法に,1経路多波長の光パルスを用いることにより,水面センシングの高速化・高性能化を図った実験検討を行った.経路分離法の光源として,増幅自然放出光(ASE光)のスペクトルスライスとパルス化により,3波長の無偏波・低コヒーレンス光を発生させた.上記の光源を用いた室内実験により,拡散反射光の受光ピークパワーに関し,高い値及び良好な時間安定性を実験確認した.また,受光パワー時間波形の水面状態依存性の明確化を行った.その結果,我々が提案する方法が,水面が波立った場合においても適用可能であることを明らかにした.また,光パルスのピークパワーが,パルス変調のパラメータである繰り返し周波数及びデューティに顕著に依存することを実験により明らかにした.送信光のピークパワーとして約54Wという高い値が得られた.次に,散乱光受光型の光水面センシングシステムにおいて,光伝搬特性の実験検証を行った.

湖の水を用いた室内実験により,水面が静かな場合および波立った場合のいずれにおいても,雑音レベルに比べ十分高い信号レベルが得られた.また,高出力ASE光源特性および受光パワーの散乱媒質依存性を実験により明らかにした.ASE光源を用いることで,SBSによる波形歪が生じないことを確認した.また,受光パワーは液体中の散乱体の濃度が高いほど高い値を示し,入力光パワーに対して線形な応答を示すことを確認した.防災・減災、漁業、環境及び娯楽応用の観点から、海、湖沼・ダム及び河川の水面及び地象センシングは重要である。その実現技術の一つとして我々が検討している、多波長・多経路の光ビームを用いた実時間動作型の水面センシングシステムに関し、その構成法の検討結果を報告する。特に、高出力増幅自然放出光源の高ピークパワー・低コヒーレンス特性、及び良好な受光パワー時間波形特性を実験により明らかにした。提案システムの構成・動作に関する検討が進み、我々の提案技術である経路分離法及び偏波変調法の特性明確化が顕著に進展した。実験水槽とフィールドの水を用いた実験検討についてCW光及び多波長のパルス光を用いた鏡面反射特性及び拡散反射特性の明確化が大きく進展した。伝搬光のビーム径及び波長の最適化に向けた特性明確化を達成した。光計測本方式の変調光に対する信号対雑音比特性、適応距離、水位・波高の分解能などの基本特性を、実験室及びフィールドにおいて検証する。実用上十分な精度を有する実時間水面センシングシステムの実現可能性を示す。計測可能距離として、陸地から10m10km程度、また、水位及び波高の測定分解能として1cm1m程度を目指す。本方式の信頼性・安定性及び経済性を考慮した構成最適化を行う。さらに、本方式と従来技術との性能及び信頼性などの比較を行い、本方式の適用領域を明らかにする。特に、光源構成、使用波長、ビーム径、波長数及び経路数の明確化・最適化を行う。多波長光システムのメリットの明確化を行う。また、経路分離法及び偏波変調法の有効性の検証を行う。システム構成に関する明確化、新規方式提案、設計技術検討、実験検証などの多くの成果が得られた。室内実験系構築を行い原理確認を行った。特に、受光パワーの時間波形の実験評価、2波長光を用いた多波長・多経路システム構成の原理確認実験に成功した。また、システム構成要素に関する設計技術構築、実験による特性評価を行った。システム適用領域の明確化に資する具体的な知見を得ることができた。さらに、簡単なフィールド調査を行い、対象物である各種の水面の形状基本特性に関する知見が得られた。本年度の研究計画及び研究の振興に基づき必要な装置・部品を購入したが、使用計画額と実績の間に少額(944円)の差分が生じたため、次年度に繰越して使用することが効果的であると判断した。平成25年度の検討結果を踏まえて、今後、以下の理論及び実験検討を行う。まず、理論検討では、水面形状の時間変動に対応した受信信号波形が算出可能なシミュレータの構築を行う。具体的には、海、湖沼及び河川などの適用場所、地形や気象状況等に応じたシミュレーションが可能なシミュレータの作成を目指す。
世界の持続可能な食料生産と消費の実現に向けた政策を支援する環境ホットスポット分析

本研究では、世界の食料サプライチェーンにおいて日本の消費活動が食料生産の持続可能性に影響を与えるホットスポットを特定できる手法の開発を目指す。食料生産の持続可能性に関わる特に重要な環境要素として「水資源」、「栄養塩」、「土地」に着目し、持続可能性に関わる複数の環境側面の許容量(プラネタリー・バウンダリ)を包括的に評価する指標を開発すると共に、日本の活動に関わる複雑なサプライチェーン構造において持続可能性のリスクとして鍵となるポイントを抽出する手法を構築する。これにより、持続可能な食料生産と消費の実現に向けてより効率的かつ効果的な政策立案の支援に貢献できると期待される。
初期齲蝕に対するエナメル質再構築法の開発の為の基礎研究

エナメル質はエナメル芽細胞によって形成される。このエナメル芽細胞のエナメル質形成様式を解明することによって、初期う蝕の強固な再石灰化を促進できるかもしれない。そのために、成熟期エナメル芽細胞に特異的に発現する分子を解析した。今回着目したAnxa2は成熟期エナメル芽細胞に発現し、LAMP1・LAMP2・エナメリンと局在を共にする時期があり、LAMP2とAnxa2との結合に抑制的に働いていることが予測された。我々が今までにおこなってきたスクリーニングによるデータベースを利用して、成熟期エナメル芽細胞に特異的に発現する分子候補として、まずアネキシンa2を選択した。この分子が、実際に成熟期エナメル芽細胞に発現しているかどうか確認するため、pEF6/V5-His-TOPOベクターを用いて真核細胞発現ベクターの構築を行い、歯原性上皮細胞株(mDE6)に遺伝子導入をおこない、安定発現細胞株を作成した。この細胞中のmRNAレベルでの様々な分子の発現量の違いをマイクロアレイで解析した結果、アネキシン2過剰発現細胞で増加していたmRNAはkeratin comples 1 acidic gene-15、カルシトニン、FGF14、減少していたmRNAはBMP15、タイトジャンクションの接着因子であるclaudin-12、FGF20などであった。アネキシンa2タンパクの発現を、マウス上顎切歯のパラフィン切片を用いて、免疫染色を行い解析した結果、前分泌期には認められなかったが、分泌期に発現し始め、徐々に発現量が増加し、成熟期後期に最も発現が多く認められた。アネキシンa2は、酵母を用いたtwo hybrid法により、エナメルマトリックス蛋白のひとつであるエナメリンと結合することが明らかとなっている。しかしながら、実際のエナメル質の成熟過程において、分解吸収されるエナメルマトリックスと組織内で共局在するかどうか明らかとなっていない。そこで、現在、アネキシンa2とエナメリンとの局在を免疫組織染色により解析中である。今後は、アネキシンa2以外の分子についても解析を進めていく予定である。エナメル芽細胞の成熟期過程に重要と考えられる分子の包括的なスクリーニングを行ない、その分子機能を明らかにすること、そして既に成熟期に強い発現を示すことが明らかなAnxa2の分子機能を明らかにすることを目的とし、Anxa2とLAMP2分子との相互作用・Anxa2の細胞内におけるエナメルマトリックスとの相互作用・Anxa2の細胞内におけるエナメルマトリックスとの相互作用の検討をおこなった。マウス下顎骨をパラフィン包埋した薄切切片を用いて、Anxa2とLAMP1、LAMP2、エナメリンを重複蛍光染色しその局在を調べた結果、Anxa2とLAMP2でエナメル芽細胞分化の成熟期において同様の局在が認められ、LAMP1とエナメリンで分泌期・成熟期前期で同様の局在が認められた。また、エナメリンでコートした培養ディッシュ上に歯原性上皮細胞とAnxa2過剰発現細胞を撒き、Anxa2で免疫沈降し、LAMP1、LAMP2タンパク発現を調べた結果、LAMP1、LAMP2、両方のタンパクの発現が認められた。LAMP1はAnxa2を過剰発現細胞ではAnxa2と結合しているLAMP1の発現が減少し、LAMP2は歯原性上皮細胞とAnxa2過剰発現細胞の両方でエナメリン上で培養した細胞のほうがAnxa2と結合しているLAMP2の発現が減少した。これらのことから、Anxa2とエナメリンはそれぞれ、LAMP1、LAMP2とAnxa2との結合に抑制的に働いていることが予測された。これらの結果を基に、Anxa2とLAMP1、LAMP2、エナメリンなどがエナメル質の構築に実際にどのように作用するかを検討し、将来的には実質欠損を伴うエナメル質齲蝕におけるエナメル質の再構築(再生)法の開発へと繋げたい。
除鉄による幹細胞性喪失のメカニズムの解明と癌幹細胞治療への新展開

1)幹細胞性維持に関わる未知の鉄代謝経路の解明幹細胞性マーカー(Nanog等)を発現している口腔扁平上皮細胞癌株HSC-2,食道腺癌OE33に対して、鉄キレート剤(DFX)を投与すると3価の鉄の取り込みに主に関与するトランスフェリンレセプター(TfR)には明らかな変化は認められなかったが、2価鉄の取り込みを行うDMT-1の発現がWB法で著名に低下していた。2価鉄を蛍光プローブ(Ferhonox-1)で細胞を染色して検討すると、DFXを投与すると細胞内2価鉄の局在に変動が認められた。2)新しい着想に基づく癌幹細胞治療法の新機軸への挑戦HSC-2, OE33に対して、鉄キレート剤(DFX)により幹細胞性を抑制し、CDDPと併用する治療法の検討を行った。DFXの投与を行うと癌細胞の増殖抑制効果に加えて、WB法で幹細胞性マーカーのNanog, Sox2, Ocr3/4, klf4の発現抑制が認められ、Sphere formation assayでSphere形成能の抑制が認められ、機能的にも幹細胞性が抑制されている事が明らかとなった。一方、CDDP単独の投与では幹細胞性マーカーの発現低下やSphere形成能の低下は認められなかった。さらに、HSC-2細胞株を用いてヌードマウスに皮下腫瘍を作成し、CDDPとDFX併用を行うと単剤と比較して抗腫瘍効果が増強される事が確認された。これらのことから、幹細胞性の制御には2価鉄が深く関係している事が示唆され、鉄キレート剤を用いる事で癌細胞の幹細胞性が機能的にも抑制されることが明らかとなり、鉄代謝を標的とする事で癌の幹細胞性を制御できる新たな治療法となり得る事が示唆された。幹細胞性の制御に2価鉄が深くかかわっている知見を得る事ができ、担癌動物モデルにおいても抗腫瘍効果の増強効果を確認する事ができた。幹細胞性制御のメカニズムの解明には至っていないものの、基礎データの収集ができたことと動物実験の結果も得ることができたため、概ね順調に進展していると考えられた。今後は引き続き、幹細胞性維持に関わる未知の鉄代謝経路の解明するために、幹細胞マーカーについて蛋白レベルでの変化以外にもmRNA等のデータを収集し、幹細胞性制御のメカニズムを明らかにする。また、幹細胞性制御時に合わせて変化する癌幹細胞の機能面(サイトカイン等)に着目し、その変化を明らかにすることで、新たな癌幹細胞の理解と治療応用時の優位性につなげていきたい。これらの結果をまとめる事で、計画通りの研究の遂行が可能と考えている。予定していた実験がスムーズに進んだため、試薬等の購入が想定よりも少なくできたため、次年度使用額が生じた。次年度も予定された実験を行い、最終的に計画通りの研究を進めたいと考えている。