hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
実験的および計算的アプローチを駆使したメカノケミカル反応の速度論構築に関する研究

メカノケミカル反応は、機械的エネルギーが反応物に作用することで進行するが、その反応速度は多数の因子に影響される。例えばボールミルの場合では、容器回転速度等のミルの操作条件や粒子径分布等の粒子物性によって、粒子に作用する機械的エネルギーが大きく変化するため、反応速度のコントロールは経験に基づいて行われることが多い。そこで本研究では、メカノケミカル反応の反応速度をコントロールするための基礎的検討として、数値計算と実験を用いたメカノケミカル反応における反応速度式の決定手法の提案に取り組んだ。数値計算では、メカノケミカル反応装置に遊星ミルを採用し、遊星ミルにおけるボールおよび粒子挙動のシミュレーションを離散要素法(DEM)を用いて行った。なお、数値計算条件は実験条件に基づいて設定した。さらに、メカノケミカル反応に使われる機械的エネルギーとして「粒子の衝突エネルギー」を、さらに単位時間あたりに着目粒子が異種粒子と衝突する回数である「粒子の衝突頻度」を算出した。実験では、モデル反応系として酸化亜鉛ナノ粒子と酸化鉄ナノ粒子から亜鉛フェライトナノ粒子を乾式で合成するメカノケミカル反応を取り上げ、各容器回転速度に対する反応速度を測定し、反応速度定数を決定した。数値計算から得られた粒子の速度分布を熱統計力学に基づいて考察し、粒子の挙動が反応速度に及ぼす影響を検討した。さらに、粒子の衝突エネルギーおよび粒子の衝突頻度と、実験から得られた反応速度定数との関係を検討することで、メカノケミカル反応の反応速度式の決定手法を提案することができた。本研究の目的は「メカノケミカル反応の全過程で成立する反応速度式を決定する」ことである。本年度の研究において、反応の終盤や、容器回転速度が非常に大きい、または小さい場合等を除いて成立する反応速度式を、統計力学的および熱力学的なアプローチを用いて決定することができた。本年度の研究では、ミリング処理中の粒子径変化をほぼ無視できる領域を対象としてメカノケミカル反応の反応速度式を決定することができた。しかし、メカノケミカル反応では、反応と同時に起こる粉砕や凝集により粒子径が経時的に変化する場合があり、粒子径の変化は粒子に作用する機械的エネルギーに大きな影響を及ぼし、反応速度を変化させる可能性がある。そこで来年度は、粒子径の変化する反応系にも適用可能なモデルを提案し、反応速度式の決定手法をより一般化することを目指す。具体的には、粒子径および粒子個数を変化させて粒子に作用する機械的エネルギーを数値計算し、粒子径および個数とエネルギーの関係性を検討する。得られた関係性を現モデルの反応速度式に組み込むことにより、粒子径および個数の変化を考慮できると考えられる。さらに、構築した決定手法を実際の合成プロセスに活かすことも試みる。反応速度式の決定手法を用いてメカノケミカル反応の反応速度を制御することで、目的の物性をもつ粒子をより容易に合成できると考えられる。解析対象には、メカノケミカル反応を用いて合成した磁性材料を採用予定である。磁性材料は優れた誘導加熱特性から温熱療法への応用が期待されており、さらにメカノケミカル反応で磁性材料を合成することで、有機溶媒を使用せずに微小な粒子が得られる可能性がある。本研究では、磁性材料を温熱療法に用いる場合に不可欠な粒子の誘導加熱特性の制御を、メカノケミカル反応の反応速度を制御することで行う。具体的には、合成装置である遊星ミルの容器回転速度を変化させて磁性材料を合成し、得られた磁性材料の誘導加熱特性を評価することで、反応速度と磁性材料の誘導加熱特性の関係性を検討する。さらに、得られた関係性に基づいてボールの充填量およびボール密度などの合成条件を詳細に決定することで、誘導加熱特性の制御された磁性材料を合成できると考えられる。

本年度の研究では、ミリング処理中の粒子径変化をほぼ無視できる領域を対象としてメカノケミカル反応の反応速度式を決定することができた。しかし、メカノケミカル反応では、反応と同時に起こる粉砕や凝集により粒子径が経時的に変化する場合があり、粒子径の変化は粒子に作用する機械的エネルギーに大きな影響を及ぼし、反応速度を変化させる可能性がある。そこで来年度は、粒子径の変化する反応系にも適用可能なモデルを提案し、反応速度式の決定手法をより一般化することを目指す。具体的には、粒子径および粒子個数を変化させて粒子に作用する機械的エネルギーを数値計算し、粒子径および個数とエネルギーの関係性を検討する。得られた関係性を現モデルの反応速度式に組み込むことにより、粒子径および個数の変化を考慮できると考えられる。さらに、構築した決定手法を実際の合成プロセスに活かすことも試みる。反応速度式の決定手法を用いてメカノケミカル反応の反応速度を制御することで、目的の物性をもつ粒子をより容易に合成できると考えられる。解析対象には、メカノケミカル反応を用いて合成した磁性材料を採用予定である。磁性材料は優れた誘導加熱特性から温熱療法への応用が期待されており、さらにメカノケミカル反応で磁性材料を合成することで、有機溶媒を使用せずに微小な粒子が得られる可能性がある。本研究では、磁性材料を温熱療法に用いる場合に不可欠な粒子の誘導加熱特性の制御を、メカノケミカル反応の反応速度を制御することで行う。具体的には、合成装置である遊星ミルの容器回転速度を変化させて磁性材料を合成し、得られた磁性材料の誘導加熱特性を評価することで、反応速度と磁性材料の誘導加熱特性の関係性を検討する。さらに、得られた関係性に基づいてボールの充填量およびボール密度などの合成条件を詳細に決定することで、誘導加熱特性の制御された磁性材料を合成できると考えられる。
末梢組織障害後の三叉神経痛覚過敏の発現およびその維持機構

ラット口唇部へ5%formalin50オ1注入による痛覚過敏モデルを用い、抹消神経組織の障害後の誘発される痛覚過敏行動を測定し、三叉神経脊髄路核部に挿入したループ型マイクロダイアリスチューブを用いて疼痛刺激時の脳脊髄液中のglutamate、aurine,Serineの量の変化を検討した。その結果、formalin注入による2層性の痛覚過敏反応の発現と注入10-20分後における脳脊髄液中のglutamate増加が明らかとなった。さらに、治療群としてformalin注入前10分にwムContoxin(N型Caチャネル阻害薬)、Staurosporine(ProteinKinaseC阻害薬: PKC)、morphine(オ受容体作動薬)のいずれかを三叉神経脊髄路核部のクモ膜下腔内より投与し、痛覚過敏行動と脳脊髄液中のglutamate,taurine,Serineの濃度を経時的に検討した。その結果、いずれの薬剤においても痛覚過敏反応の抑制および脳脊髄液中のgulutamateの減少がもたらされた。すなわち、シナプスにおけるN型Caチャネルおよび細胞内情報伝達系PKCの不活性化やオ受容体の活性化がformalin注入による2層性の痛覚過敏反応1、2相ともの疼痛関連行動の抑制と脊髄glutamate放出の抑制が明らかとなった。このことより顔面部痛覚過敏の発現では三叉神経脊髄路核と過敏状態では痛覚情報の三叉神経脊髄路核と隣接する部への入力およびその抑制様式について、シナプス前、後の伝達、細胞内情報伝達系での調節機構が非常に重要であり、その一部が本研究により解明された。現在では、これら薬理学的根拠に基ずく治療法の理論的基盤を得ることを目的として神経栄養因子、mRNAの挙動を含めた連鎖する分子レベルでの調節機構の解明を行っている。ラット口唇部へformalinを注入するモデルを用い、末梢神経組織の障害後に誘発される痛覚過敏行動と、三叉神経脊髄路核尾側亜核とそれに隣接する延髄外側網様体における細胞内情報伝達系を経時的に検討し,その後、治療群として交感神経遮断薬の影響を検討する。初年度は口唇部への5%formalin50ul注入による痛覚過敏モデルを用い、注入後60分間の痛み関連行動としてscratching行動を測定した.行動測定はformalin注入60分間を最初の10分間は1分間隔,その後は5分間隔で行った.また,注入後1、6、24時間、7、14日に断頭し凍結後三叉神経核標本を作成した。その結果、2相性(1-9分:急性痛と10-60分:痛覚過敏)パターンを観察した.また,三叉神経脊髄路核部に挿入したマイクロダイアリスチューブを用いた疼痛刺激時の脳脊髄液中のglutamate,taurine,Serine,GABAの変化では,注入10-20分でのglutamateおよびGABAの増加が明らかとなった(一部はInternat1onal Association of Dental Research(IADR),vancouver,1999で報告)。さらに平成11年度は神経栄養因子、mRNAの挙動を含めた連鎖する分子レベルでの調節機構の解明を行い、これら薬理学的根拠に基ずく治療法の理論的基盤を得る予定である。ラット口唇部へ5%formalin50μl注入による痛覚過敏モデルを用い、、末梢神経組織の障害後に誘発される痛覚過敏行動を測定し、三叉神経脊髄路核部に挿入したループ型マイクロダイアリスチューブを用いて疼痛刺激時の脳脊髄液中のglutamate taurine,Serineの量の変化を検討した。その結果、formalin注入による2層性の痛覚過敏反応の発現と注入10-20分後における脳脊髄液中のglutamateの増加が明らかとなった。

さらに、治療群としてformalin注入前10分にw-Conotoxin(N型のCaチャネル阻害薬)、Staurosporine(Protein Kinase C阻害薬:PKC)、morphine(μ受容体作動薬)のいずれかを三叉神経脊髄路核部のクモ膜下腔内より投与し、痛覚過敏行動と脳脊髄液中のglutamate taurine,Serineの濃度を経時的に検討した。その結果、いずれの薬剤においても痛覚過敏反応の抑制および脳脊髄液中のglutamateの減少がもたらされた。すなわち、シナプスにおけるN型Caチャネルおよび細胞内情報伝達系PKCの不活性化やμ受容体の活性化がformalin注入による2層性の痛覚過敏反応の1、2相ともの疼痛関連行動の抑制と脊髄glutamate放出の抑制が明かとなった。このことより顔面部痛覚過敏の発現では三叉神経脊髄路核の過敏状態では痛覚情報の三叉神経脊髄路核と隣接する部への入力およびその制御様式について、シナプス前、後の伝達、細胞内情報伝達系での調節機構が非常に重要であり、その一部が本研究により解明された。現在では、これら薬理学的根拠に基ずく治療法の理論的基盤を得ることを目的として神経栄養因子、mRNAの挙動を含めた連鎖する分子レベルでの調節機構の解明を行っている。
新規インジウム錯体の開拓

私たちはこれまで、モリブデンと硫黄からなる不完全キュバン型アクア錯体[Mo_3S_4(H_2O)_9]^<4+>(A__-)が、いろいろな金属と反応して、混合金属キュバン型Mo_3MS_4(M=Fe,Co,Ni,Cu,Sn,Hg)骨格を持つ錯体となることを報告してきた。インジウムの化合物の例は非常に少なく、硫黄原子を配位子とする錯体の例は知られていない。インジウムを含む新規化合物の合成は、インジウムの物性の新たな発見につながる期待が持たれ、学問的にも実用面からもたいへん興味深い。私たちはシングルキュバン型(図1)モリブデンーインジウム錯体[Mo_3InS_4(pts)_2(H_2O)_<10>](pts)_3・13H_2O(B__-)に加えてサンドイッチキュバン型(図2)インジウムーモリブデン錯体[(H_2O)_9MO_3S_4InS_4Mo_3(H_2O)_9](pts)_7・nH_2O(C__-)の合成にも成功し、良好な単結晶が得られたのでX線構造解析を行なった。得られた錯体について電子スペクトル、電気化学的性質の測定をはじめ各種の物性測定を行なった。A__-を「硫黄を配位原子とする3座配位子」と考えると、化合物はB__-はインジウムに3つの硫黄と3つの酸素(2つはpts^-から、そして1つは水から)を配位原子とする6配位8面体錯体と考えることが出来、また化合物C__-は6つの硫黄原子を配位子とする6配位8面体錯体と考えることが出来る。結果の一部はすでにInorg・Chem.に投稿し、現在印刷中である。
先駆的EMT分子マーカーによる口腔癌由来循環内腫瘍細胞の検出ならびに制御

癌が転移する上で、脈管系浸潤は必須のプロセスである。がん細胞が脈管・循環内環境に適応するために上皮間葉転換(EMT)を獲得している可能性が、現在非常に強く示唆されている。そこで、本研究では、これらの分子マーカーならびに、EMT時のユニークな選択的スプライシング制御によって調節される分子をも指標とした、口腔癌由来の循環内腫瘍細胞(CTC)の同定を試みる。これまでに、複数の乳がん細胞でのcharacterizationを行い、転写因子のETS1とESE1に着目し、その機能解析を行い、その結果、EMTでの役割の一部を明らかにすることができ、すでに論文が海外査読付き雑誌に受理された。それらの解析の中で、ESE2やESE3もESE1同様に、特異な発現が検出されたため、その遺伝子のクリーニング、抗体の検定を行い、さらに乳癌のみならず口腔癌での発現解析もすでに施行した。その結果、ESE3はESE1とは異なった分子メカニズムでETS1の機能を制御していることが判明し、さらにESE3の機能領域が、選択的スプライシングによって制御されている可能性があり、現在も詳細に解析を進めている。一方、本研究を実施している間に、新規のマーカー分子と思われる複数の遺伝子を細胞に導入し解析したところ、その中のある1つの遺伝子(gene X)によって、顕著なEMTが誘導(上皮分子マーカーE-cadherinの低下と間葉系分子マーカーN-cadherinの上昇)され、EMT実行転写因子のZEB1/ZEB2も劇的に上昇した。そこで、本研究では、gene Xを「先駆的癌性EMTマーカー分子」として確立するために、その分子機能解析や癌性EMT誘導の分子機構、癌性EMT様細胞形質の特性などを解析する。本研究を遂行するために、「研究計画最終年度前年度応募」をおこない、採択されたため、継続して研究を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。口腔癌が転移する上で、脈管系浸潤は必須のプロセスである。研究代表者は、これまでのEMTに関する研究実績をもとに、EMT時に発現制御される新規分子マーカーの同定に一部成功し、悪性度との相関性も明らかにした。本研究では、これらの分子マーカーならびに、研究代表者が見出したEMT時のユニークな選択的スプライシング制御によって調節される分子をも指標とした、口腔癌由来の循環内腫瘍細胞(CTC)の同定を試みる。これら研究目的のもと、本年度は以下の3点に関する研究を遂行した。1.Ets1によるEMT調節転写因子のZEB1とZEB2発現調節機構:これまでに悪性度の高い乳がん細胞で高発現しているEMT調節転写因子としてZEB1とZEB2を見いだしている。さらに、Ets1がこのZEB1/ZEB2の発現を正に制御していること、さらに分子レベルでEts1ファミリー分子のESE1が負に制御していることを見いだし、現在その詳細な分子機構を解析している。さらに口腔癌でも同様に検討を進めている。2.EMT調節転写因子Snailと細胞老化作用:膵臓癌ではSnailの発現に伴い、EMTが惹起され運動性の亢進が認められる。そこで、これまで不十分だったSnailの発現を強力に抑制したところ、細胞老化が誘導され、細胞増殖能の減弱を認めた。さらに、CAFなどの繊維芽細胞でも同様の現象が確認できたことから、がん細胞と周囲のCAFを同時に細胞老化させる新たな治療法の可能性を現在考え、実験を継続中である。3.collective cell invasionとEMT:EMTが誘導された細胞こそが、CTCに移行しやすいとのアイデアのもと、コラーゲンゲルを浸潤したがん細胞をCTCと見立てるような実験手法を検討中である。これまでに行ったアレイなどの情報をもとに、新たなEMT分子マーカの開発やその発現機能の解析を行っており、その進捗状況は非常に順調である。一方、エクソンアレイのデータなどを用い新たなスプライシングバリアントを探索しているが、かなりの労力がかかり、計画より多少遅れている。しかし、少しずつではあるが進捗しているので、平成28年度中には遺伝子を絞り込み、PCR法などにより新たなスプライシングの変化を検討できると考えている。またCTCのin vivo実験を行う前に、in vitroでの実験系の構築もすこし遅れている。市販のチャンバーではシングルセル浸潤への指向性が強く、目的としたcollective cell invasionの判定には不向きであることが判明した。そこで、試作や評価できる市販品の選定などに時間を費やされ、すこし遅れている。しかし、現在は評価できる系が構築されつつあり、平成28年度中に、目的の実験を遂行できると考えている。まず、複数の乳がん細胞でのcharacterizationを行い、転写因子のets1とese1に着目し、その機能解析を行った。その結果、EMTでの役割の一部を明らかにすることができ、ごく最近論文に受理されている。

そこで、口腔癌での発現を検討したところ、これらの遺伝子以外に、ファミリー分子のESE2やESE3も発現が見られたため、その遺伝子をクローニング、機能解析を現在行い、乳がん同様に悪性度との相関性を検討している。また、EMTを誘導できる細胞を樹立し、浸潤能や運動性が高進していることを確認し、さらに、in vitroで浸潤した後、CTCのごとく浮遊して生存している可能性を確認できた。ただし、その割合がごく少数であることから、現在、この生存に関する液性因子や細胞外基質の影響を検討している。今後はこれらの実験を遂行し、EMTとCTCの関連性を明らかとし、ets1やese1を含めた他のファミリー分子がCTCの分化マーカーとなるかどうかを、細胞レベルと組織レベルで検討する予定である。EMTのマーカー分子として、ets1やese1を同定し、すでに論文に受理されておりこの点では、進捗状況は順調と考えている。ただし、新たなスプライシング変化に伴うマーカー分子の同定は、少し遅れているが、全体的にはおおむね順調である。癌が転移する上で、脈管系浸潤は必須のプロセスである。がん細胞が脈管・循環内環境に適応するために上皮間葉転換(EMT)を獲得している可能性が、現在非常に強く示唆されている。そこで、本研究では、これらの分子マーカーならびに、EMT時のユニークな選択的スプライシング制御によって調節される分子をも指標とした、口腔癌由来の循環内腫瘍細胞(CTC)の同定を試みる。これまでに、複数の乳がん細胞でのcharacterizationを行い、転写因子のETS1とESE1に着目し、その機能解析を行い、その結果、EMTでの役割の一部を明らかにすることができ、すでに論文が海外査読付き雑誌に受理された。それらの解析の中で、ESE2やESE3もESE1同様に、特異な発現が検出されたため、その遺伝子のクリーニング、抗体の検定を行い、さらに乳癌のみならず口腔癌での発現解析もすでに施行した。その結果、ESE3はESE1とは異なった分子メカニズムでETS1の機能を制御していることが判明し、さらにESE3の機能領域が、選択的スプライシングによって制御されている可能性があり、現在も詳細に解析を進めている。一方、本研究を実施している間に、新規のマーカー分子と思われる複数の遺伝子を細胞に導入し解析したところ、その中のある1つの遺伝子(gene X)によって、顕著なEMTが誘導(上皮分子マーカーE-cadherinの低下と間葉系分子マーカーN-cadherinの上昇)され、EMT実行転写因子のZEB1/ZEB2も劇的に上昇した。そこで、本研究では、gene Xを「先駆的癌性EMTマーカー分子」として確立するために、その分子機能解析や癌性EMT誘導の分子機構、癌性EMT様細胞形質の特性などを解析する。本研究を遂行するために、「研究計画最終年度前年度応募」をおこない、採択されたため、継続して研究を行う。EMTマーカー分子の探索は、平成27年度までと同様に進める予定で、特に問題ない。またマーカー分子の発現機構解析は、非常に順調に進んでおり、平成28年度中にその一部を論文として報告する予定である。
良い心臓ほど血液の慣性力を有効に利用して心機能を高める

左室は,駆出末期に弛緩を開始する前に,駆出の方を先に停止するという性質を持っている.左室が自ら駆出を停止すると,それ以前に速度を得ていた血液は自らの慣性力(運動量)で左室から大動脈へ流出しょうとするので,左室心筋の弛緩開始前であっても左室圧は急速に低下する.この圧低下は,左室にとっては収縮末期の後負荷軽減となる.収縮末期の後負荷軽減は,それに続く等容弛緩期を短くし,さらに左房からの血液流入も速くする,つまり,左室の拡張機能を高める.以上の考察より,我々は,正常な心臓では血液の慣性力の効果が強く現れるが,病的心臓では慣性力の効果は小さいか全くみられないという仮説を立てた.この仮説を検証するために,左室圧とその時間微分からフェイズループを作り,これを利用して血液の慣性力の効果の大きさを定量的に評価する方法を考案した.この方法を虚血性心疾患25例に応用したが、慣性力の大きさは,左室拡張末期圧,心係数,心拍出量係数,駆出率,Peak negative dP/dtと有意(p<0.05)の相関を示した.また,運動負荷テスト中の慣性力の増強の程度は,運動耐用能の高い例ほど大きいことが明らかとなった.これらにより,我々は,血液の慣性力は心臓の動作状態を示す新しい指標であると結論した.左室は,駆出末期に弛緩を開始する前に,駆出の方を先に停止するという性質を持っている.左室が自ら駆出を停止すると,それ以前に速度を得ていた血液は自らの慣性力(運動量)で左室から大動脈へ流出しょうとするので,左室心筋の弛緩開始前であっても左室圧は急速に低下する.この圧低下は,左室にとっては収縮末期の後負荷軽減となる.収縮末期の後負荷軽減は,それに続く等容弛緩期を短くし,さらに左房からの血液流入も速くする,つまり,左室の拡張機能を高める.以上の考察より,我々は,正常な心臓では血液の慣性力の効果が強く現れるが,病的心臓では慣性力の効果は小さいか全くみられないという仮説を立てた.この仮説を検証するために,左室圧とその時間微分からフェイズループを作り,これを利用して血液の慣性力の効果の大きさを定量的に評価する方法を考案した.この方法を虚血性心疾患25例に応用したが、慣性力の大きさは,左室拡張末期圧,心係数,心拍出量係数,駆出率,Peak negative dP/dtと有意(p<0.05)の相関を示した.また,運動負荷テスト中の慣性力の増強の程度は,運動耐用能の高い例ほど大きいことが明らかとなった.これらにより,我々は,血液の慣性力は心臓の動作状態を示す新しい指標であると結論した.
マウス脳腫瘍モデルのin vivo 環境での継代による、腫瘍溶解性ウイルスの開発

まずマウス脳腫瘍モデルの作成を試みた。いくつかの細胞株を候補に挙がったが、文献や当科の研究にて安定した結果がみられている細胞株である、U87d-EGFRグリオーマ細胞株と、GL261グリオーマ細胞株を用いることにした。ヌードマウス(Balbc nu/nu)にU87d-EGFRグリオーマ細胞株を、野生型マウス(C57BL6)にGL261グリオーマ細胞株を移植し、マウス脳腫瘍モデルを作成することとした。マウス脳腫瘍モデルの作成は、他の実験でも重要であり必要不可欠な実験手技であるが、開始してすぐには安定したモデルを作成することは難しかった。当初用いていた細胞株の増殖能がin vitroで弱かったことや、手技も不安定であったためと考えられた。現在用いている細胞のin vitroでの増殖能は問題なく、また細胞株の移植の手技も確立し、マウス脳腫瘍モデルが安定して作成できるようになった。脳腫瘍モデルに投与するウイルスは、単純ヘルペスウイルスを遺伝子操作して作成した腫瘍溶解性ウイルスである。当科が所有するいくつかの腫瘍溶解性ウイルスの候補の中から、in vitro実験にて比較的安定した結果が得られていたものを選択した。できるだけ同じロットで実験をすすめていけるように、これをVero細胞に感染させて増殖させ、その後精製してストックを作成した。この腫瘍溶解性ウイルスを、マウス脳腫瘍モデルの腫瘍組織に注入し、腫瘍内での増殖を図った。これは増殖したウイルスを腫瘍組織から抽出し、それを新しく作成したマウス脳腫瘍モデルに投与することによって継代することを目的としている。腫瘍へのウイルスの投与を繰り返し行い、継代に適した力価を現在検討している。マウス脳腫瘍モデルの作成に時間がかかってしまったことが一因にある。培養の環境が悪かったためか、継代の途中でコンタミネーションがあったためか、原因は解明できなかったが、当初用いていた細胞が適切でなく、うまく増殖しなかったためと思われる。手技の確立にも時間を要した。マウス脳腫瘍モデルの腫瘍組織内でのウイルス増殖については、投与するウイルス量が少なすぎると採取が難しく、多すぎると盛んな増殖が得られない。適正な量を確認するのに難渋している。引き続き、計画に沿って研究・実験を進めていく。投与するウイルスの適正量を決定したのち、ウイルスの継代を行う。最終的には10-20回継代した継代株を確立する。また、今回用いている腫瘍溶解性ウイルスを使用した予備実験も行っており、これも並行して行っていく。継代株が確立できたら、継代を行い親株と継代したウイルスをin vitro/ in vivo実験で比較し、抗腫瘍効果やマウス脳腫瘍モデルの生存期間などを比較する。毒性試験、継代株のin vivo/in vitro環境での、親株と比較しての抗腫瘍効果について検討、継代株および親株の、in vivo環境での免疫応答の検討などを行い、それらに差異がみられれば、腫瘍溶解性ウイルスの継代株と親株での遺伝子変異の検索、検討を行えればと考えている。また、今回用いている腫瘍

溶解性ウイルスを使用した予備実験も行っており、これも並行して行っていく。継代株が確立できたら、継代を行い親株と継代したウイルスをin vitro/ in vivo実験で比較し、抗腫瘍効果やマウス脳腫瘍モデルの生存期間などを比較する。毒性試験、継代株のin vivo/in vitro環境での、親株と比較しての抗腫瘍効果について検討、継代株および親株の、in vivo環境での免疫応答の検討などを行い、それらに差異がみられれば、腫瘍溶解性ウイルスの継代株と親株での遺伝子変異の検索、検討を行えればと考えている。平成30年度は、物品費を節約、また研究室に既存の消耗器材等を利用したため次年度への使用額が生じた。繰り越しされる額は、物品費(動物、抗体・キットの購入等)また資料収集のための学会出張旅費へ充てる予定である。
Bcl11b変異による過剰歯形成機構

マウスが過剰歯形成や上顎切歯低形成を示すことを見いだした。この変異体マウスでは切歯エナメル上皮幹細胞領域であるlaCLの萎縮、細胞増殖低下やLRC減少が確認された。Bcl11bはFGFやShh経路に直接作用はせず、エナメル芽細胞前駆細胞や幹細胞において内因的に働く可能性が示唆された。申請者はBcl11bS826G/KOマウスが胸腺細胞や腸上皮だけでなく、過剰歯の形成や切歯の低形成といった歯における異常を持つことを見いだした。このS826GアリルはENU変異体由来の機能低下型アリルである。過剰歯形成は胎生期のE14.5前後から起こるので、この時期でのマウス臼歯歯胚におけるBcl11bの発現を調べた結果、Bcl11bは外胚葉性の細胞に発現し、E13.5では口腔上皮や歯胚プラコードに、それ以降は外エナメル上皮側でより強く発現することがわかった。また興味深いことにBcl11bの発現の強弱に相反してβ-cateninの発現が認められ、Bcl11bがβ-cateninを抑制的に制御する機構が歯胚形成過程でも働いている可能性が示唆された。また、E14.5においてS826G/KOの臼歯歯胚領域が野生型と比較して拡大していることも確認した。現在K14creERによるBcl11bのCKOマウスを用いて過剰歯形成機序を引き続き解析中である。一方、申請者はこの過剰歯形成の研究と並行して、S826G/KOマウスの切歯低形成に関する研究も進めてきた。マウス切歯のエナメル上皮幹細胞はその基部にあるlaCL内に存在し、TA細胞やエナメル芽細胞を供給する。S826G/KOではlaCLの萎縮やLRC(幹細胞)およびTA細胞の減少、早期分化様の表現型が確認された。laCL由来の細胞株を用いてS826Gアリルの転写抑制活性を調べた結果、in vivoの発現と矛盾なく、p27やβ-cateninの転写抑制活性が低下することを確認した。FGFやShhシグナリング経路には大きな変化はなかったことから、S826G/KO切歯の低形成はlaCL周辺の幹細胞やTA細胞におけるBcl11b標的遺伝子発現の異常による可能性が強く示唆された(revision submitted to Mech.Dev.)。2011年6月に投稿した論文(研究実績の概要の項を参照)のrejectに伴い、追加実験やブラッシュアップがあり、また腸管におけるBcl11bの機能に関する論文もGenes & Developmentに投稿したがrejectとなりこちらも追加実験中である。主にこれらが原因となり時間的にも実験材料となるマウスの確保にも支障をきたし、当初予定としていたS826G/KOマウスやfloxマウス、TOPGALマウスの解析がおくれてしまった。引き続きS826G/KOマウスやコンディショナルKOマウス、TOPGALマウスの解析を行う。S826G/KOに関してはE11.5、E13.5、E14.5、E15.5、E18.5、計5ステージでサンプリングを行ない、過剰歯形成過程を細かく確認する。その他に関しては複数の遺伝子やアリルの組み合わせとなるためこちらの望むマウスを十分得るのが困難となるが、すでにS826G/KOでは歯胚領域の拡大傾向がE14.5の時期に確認できたことから、この時期にしぼってサンプリングを行う。すでにBcl11bの発現とβ-cateninの発現が相反することが明らかになったので、TOPGALマウスの系でBcl11b機能低下によるWnt/β-catenin経路の亢進が期待される。ただし、成体マウス切歯の系ではBcl11b機能低下が幹細胞(LRC)やTA細胞の減少を引き起こしており、Wnt/β-catenin経路活性化によって期待される増殖促進効果と一致していない。Bcl11b機能低下によるβ-catenin亢進はTOPGALに反映されるような転写活性化や細胞増殖への影響よりもcadherin等を介した細胞接着への影響の方が大きいことも考えられるため、新たにcadherin(E-cadherin)の発現も確認する。大量のマウス作製が必要となるが、学内動物施設では不十分なため外注でIVFを行う。また必要に応じて抗体やキット類、チューブ類などの消耗品購入に充てる。論文投稿時のネイティブチェックや学会発表のための出張費にも使用する。
シーケンシャルポリペプチドを用いた細胞内への遺伝子導入

本研究では、分子量、化学構造、シーケンスの制御されたポリカチオン分子の新規遺伝子導入キャリヤーへの応用について検討した。合成したシーケンシャルポリペプチドとDNAとの複合体の物理化学的特性が遺伝子発現頻度を大きく左右することが明らかとなった。特に、従来から利用されているPLLの遺伝子導入効率の低さをセリン残基の導入と側鎖の3級カチオン化で飛躍的に増大させることに成功した。従来から提唱されている細胞内分布制御、特に、ライソソームから細胞質内への移行や、それに続く核への移行性を達成しただけでは遺伝子の高効率発現は誘導できない事も明らかとなった。調整したプラスミドの物理化学的特性(特に、光散乱法による密度測定、CD測定によるDNA分子の構造変化と易動性、表面ゼータ電位測定による荷電状態測定、蛍光プローブ法による複合体のコンパクションの程度の測定、等)について検討し、細胞抽出液を利用したin vitro転写・翻訳実験系によるそれら複合体の転写・翻訳の際の認識挙動との相関性について考察した。その結果、複合体のコンパクションの低さと、他のポリアニオン添加によるインターエクスチェンジ反応が遺伝子発現効率を大きく左右するファクターであることを解明できた。ポリペプチド、特にポリ-L-リジン(PL)を用いた遺伝子導入は古くから研究されているが、近年、PLによる遺伝子導入効率がきわめて低いことが問題視されている。そこで、キャリヤーとなるポリペブチドに要求される化学的性質について検討を行った結果、親水性側鎖官能基と塩基性度の高いカチオン性基が重要であることが明らかとなった。この知見に基づき、従来のPLの性能を高めることを目的として、PLに25モル%のセリン残基を導入したPLS、および、側鎖1級アミノ基を3級アミノ化したPtmLを合成した。さらに、両性質を兼ね備えるPtmLSも合成しその遺伝子導入効率について検討した。その結果、PL、PLS、PtmLでは有意な発現効率が認められなかったのに対して、PtmLSではでは、従来から発現効率が高いと指摘されているポリアルギニンを凌ぐ結果が得られた。また、トリメチル化が細胞内局在に大きく影響を与えることや、親水性側鎖の導入がキャリヤー/DNA複合体のコンパクションを抑制することによって転写・翻訳を促進しているなどのメカニズムも明らかとなってきた。これらの結果は、今後、遺伝子治療用非ウィルスベクターの分子設計の根幹をなす重要な知見であり、従来から進められてきたような既存のポリマーの転用ではなく新たなキャリヤー分子の創成が可能になるものと思われる。
UMS技術によるエレクトロニクス材料表面の超高精度特性解析・評価法

本研究では、本研究代表者らが発明・開発した超音波マイクロスペクトロスコピー(UMS)技術を電子デバイス材料(LiNbO_3,LiTaO_3,Si,GaAs)とデバイス作製プロセスでよく使用されるプロトン交換層、エピタキシャル膜、イオン注入層、SiO_2等のアモルファス膜と材料基板表面の問題に適用した。1.高精度直線集束ビーム(LFB)システムの確立:専用の自動試料搬送装置と自動給排水装置を開発し、高信頼性・高精度測定を可能とした。システム校正のため標準試料(GGG,Si,Ge,LiNbO_3,LiTaO_3)を開発した。2.ボンド法を用いたX線回折装置による超精密格子定数測定法を開発した。3.LFBシステムによる材料評価法における試料裏面反射波の影響の除去法および近似補正法を開発した。4.LFBシステムによる単結晶の評価法の開発:(1)弾性表面波(SAW)デバイス用LiNbO_3,LiTaO_3単結晶を取り上げ、電子材料単結晶の評価法を確立した。5.SAWデバイス用LiNbO_3,LiTaO_3単結晶ウェハの評価・選別の方法を確立した。6.LFBシステムによる薄層/基板構造試料の評価解析法の開発:(1)Z-cut LiTaO_3単結晶基板上のプロトン交換層およびその作製プロセスとシステムの評価解析法を確立した。(2)Si単結晶基板表面のイオン注入層の評価法を開発した。本研究では、本研究代表者らが発明・開発した超音波マイクロスペクトロスコピー(UMS)技術を半導体材料(GaAs,Si)とデバイス作製プロセスでよく使用されるエピタキシャル膜、イオン注入層、SiO_2等のアモルファス膜と材料基板表面の問題に適用するものである。平成9年度の研究成果を要約すると以下の通りである。1.システムの安定化:UMSシステム専用の自動試料搬送装置と自動給排水機構を開発し、漏洩弾性表面波(LSAW)速度測定分解能0.001%を実現できる見通しを立てた。2.広い周波数範囲(100MHz1GHz)をカバーする複数個の超音波デバイスを開発し、システム校正法を確立した。3.薄膜の音響特性(弾性定数、密度、膜厚)や基板表面の評価や物質界面の残留応力等を解釈するために必要な基本プログラムを開発した。4.GaAs結晶の組成評価法としてUMSシステムを適用するための実験手順を確立した。5.超精密格子定数測定(ボンド法)用X線回折装置の構築:1×10^<-6>Å以上の分解能を達成。6.表面荒さとLSAWの伝搬特性の関係の解明の基礎実験:表面荒さが、研磨剤♯1000,♯1500,♯2000,♯3000,仮つや研磨、光学研磨の合成石英ガラスを用意し、表面荒さを共焦点レーザ顕微鏡で測定し、UMSシステムによる実験に備えた。平成10年度の研究成果を要約すると以下の通りである。1.システムの安定化:専用の自動試料搬送装置と自動給排水機構を開発し、恒温チャンバー内に設置されたUMSシステムと組み合わせ、長時間測定に対して高精度・高信頼性を達成し、繰り返し測定を可能にした。2.複素V(z)曲線解析法の開発:広い周波数範囲(100MHz1GHz)に対して測定回路、測定手順、解析手順について検討を行った。3. LFBシステムによる薄膜/基板構造の音響特性(音速・減衰量)の測定手順と解析法を確立した。4.超音波計測によるGaAs結晶の組成評価法の開発:化学組成比の異なるGaAs単結晶基板に対してLFBシステムを適用し、その漏洩弾性波弾性表面波の速度の変化を検出した。また、それらの密度を測定した。

5.ボンド法を用いたX線回折装置による超精密格子定数測定法の確立:Si(111),(110),(100),(311),(331)に対して格子定数aを測定し、1×10^<-6>A以上の分解能を達成した。6.表面荒さとLSAWの伝搬特性の関係の解明の基礎実験:光学研磨した合成石英ガラスの表面を各種粒径の異なる研磨剤(#1000,#1500,#2000,#3000など)で荒らし、その表面荒さを共焦点レーザ顕微鏡で測定した結果とLFBシステムによって測定した音響特性(音速・減衰量)の結果と比較した。本研究では、本研究代表者らが発明・開発した超音波マイクロスペクトロスコピー(UMS)技術を電子デバイス材料(GaAs,Si,LiNbO3,LiTaO3)とデバイス作製プロセスでよく使用されるエピタキシャル膜、イオン注入層、SiO_2等のアモルファス膜と材料基板表面の問題に適用するものである。平成11年度の研究成果を要約すると以下の通りである。1.直線集束ビーム(LFB)システムによる単結晶の評価法の開発:(1)弾性表面波(SAW)デバイス用LiNbO3,LiTaO3単結晶に対して、前年度までに開発した高精度・高信頼性システムを適用して電子材料単結晶の評価法を確立した。(2)Si単結晶の音響特性のドーパント(P)依存性を明らかにした。2.LFBシステムによる材料評価法における試料裏面反射波の影響:(1)市販ウェハのような試料厚さの場合には漏洩弾性波弾性波(LSAW)の測定原理上、重大な測定誤差が発生することを明らかにし、裏面反射波を考慮した測定モデルを与え、その除去法(速度の周波数依存性に対する移動平均法)を開発した。(2)上記除去法は多数点測定においては長時間かかるので、それを改善する近似補正法を開発した。3.SAWデバイス用LiNbO3,LiTaO3単結晶ウェハの評価・選別の方法を確立した。4.Si単結晶基板表面のイオン注入層の評価法の開発:イオンの種類およびその注入濃度によってはLSAW速度が大きく変化し、本超音波法による評価法の有用性を明らかにした。
創造実験と連携した環境情報ソフトの開発とその実践的利用

本研究は、高等専門学校における技術者教育と環境教育との融合性を検討し、教育現場で実践されている教授内容をさらに発展させ、環境と人類との共生に取り組むために必要な意識を定着させる授業を実践することを目的とする。本研究では下記内容の研究を実施し、成果を得た。1.創造実験の中で環境教育の実践現在、本校において実践されている環境教育の内容を検討した。その内容は主に環境計測が主体であることが判明し、それとモノ作り教育の関係を調査した。その結果、センサーなどの測定装置の仕組みの理解と併せて環境教育を実践することが本校では最適であると判断した。電気工学科の実験授業では多数の測定装置を使用するが、その中でもテスターは最も基本的な測定装置である。そこで,本校電気工学科3年次の創造実験で、テスターの仕組みを金沢市河川水の抵抗値を測定させながら理解させ、併せて河川水に含まれる物質の違いが河川水の抵抗値の違いとして現れることを調べる授業を実施した。2.教材内容の検討1(地上での観測)センサーの仕組みの理解と併せて環境教育を実践するための教材を検討した。赤外線暗視カメラを用いて都市域における鉛直熱分布画像を作成した。人間の目では捉えることのできない興味深い画像に教育効果が期待できると思われる感触を得た。3.教材内容の検討2(上空からの観測)ADEOS/POLDERセンサーで観測された地表面偏光度データを解析した。これも上記の熱分布画像同様,人間の目では捉えることができない情報であり,学生の地球大気に対する興味を引き出す効果が期待できる。ここでは,偏光データを放射輝度データと関連付けて解析し,環境教育用データとしての利用性を調査した。本年度は下記内容の研究を実施し,成果を得た.1.教材内容の検討現在、本校において実践されている環境教育の内容を検討した。その結果、センサーの仕組みの理解と併せて環境教育を実践することが本校では最適であると判断した。2.授業(創造実験)での実践電気工学科の実験授業では多数の測定装置を使用する。その中でもテスターは最も基本的は測定装置である。本校電気工学科3年次の創造実験で、テスターの仕組みを金沢市河川水の抵抗値を測定させながら理解させ、併せて河川水に含まれる物質の違いが河川水の抵抗値の違いとして現れることを調べる授業を実施した。本年度は下記内容の研究を実施し,成果を得た.・教材内容の検討1(地上での観測)昨年度に引き続き,センサーの仕組みの理解と併せて環境教育を実践するための教材を検討した.赤外線暗視カメラを用いて都市域における鉛直熱分布画像を作成した.人間の目では捉えることのできない興味深い画像に教育効果が期待できると思われる感触を得た.・教材内容の検討2(上空からの観測)ADEOS/POLDERセンサーで観測された地表面偏光度データを解析した.太陽光は地表面で反射するとき偏光される.これも上記の熱分布画像同様,人間の目では捉えることができない情報である.ここでは,偏光データを一般的なリモートセンシング画像である地表面反射画像データと関連付けて解析するシステムを構築した.
超流動乱流における量子渦の可視化と普遍的エネルギースペクトルの解明

超流動乱流中の微細粒子を可視化するため,撮影カメラの光学系の改良をおこなった.その結果,3時刻以上の粒子を検出できる割合が向上し,粒子径分布の計算が文献値として既知の分布と一致するようになった.実験体系および解析プログラムの改良により,超流動乱流場の微細粒子のラグランジュ軌道の撮影をおこなった.粒子軌道に沿った速度構造関数を計算することで,そのべき指数を算出ることができた.このべき指数は,ラグランジュスペクトルのべき指数と等価である.粒子径によりこのべき指数は異なることが明らかとなった.また,粒子速度と加速度の確率密度関数から,常流動成分と超流動成分の割合が大きく影響することが明らかとなった.量子乱流場の三次元可視化システムを構築するため、微細粒子の生成法、レーザー光学系の調整をおこなった。既存の連続光レーザー(4W)と高速度カメラをセットにした計測をおこない、1kHzでの連続撮影を可能とした。また、より微細な領域を可視化できるように光学系を改良することで、6mm四方まで狭めることができ、時間・空間分解能を向上させて量子乱流場の計測に適用した。その結果、渦タングルの自己相似構造が自発的に形成される過程、量子渦のつなぎ替えを可視化することができた。熱対向流状態において、微細粒子のLagrange速度の計測から、流動場の特性を明らかにした。熱対向流が理想的に形成される熱流束では、常流動成分と超流動成分にそれぞれピークを持つ速度分布が形成される。しかし、そのピーク値は二流体モデルより計算される速度より小さな値を示した。熱流束が大きいくなるにつれて、対向流は崩れ、発達した乱流状態が形成された。この状態における粒子加速度を算出した結果、古典乱流と同様に強い間欠性を示すことが明らかになった。粒子加速度が大きな値を示す物理的背景には、量子渦のつなぎかえが関係することを可視化により確認できた。量子渦にトラップされた微細粒子は、渦のつなぎ変えやタングルに捕捉される過程で大きな加速度を生じる。これが、速度場の間欠性と深くかかわることがわかった。また、粒子のラグランジュ速度を常流動成分、超流動成分に分離することで、加速度統計に差異が出ることが予想される。装置の故障や計測器の不具合により、可視化実験が遅れていたが、おおむね予定通りのデータ解析をおこなえた。超流動乱流中に播種する微細粒子の選定をおこなった。従来の文献では、固体水素を用いることが提案されていたが、窒素を用いた粒子生成を試みた。ヘリウムデュアーに窒素を注入するための微細管を設置し、混合比、注入圧力、ヘリウムバスの温度を変化させながら生成される粒子径の分布を調査した。生成される微粒子は、注入圧力とヘリウムバスの温度に大きく影響されることが明らかになった。注入圧力が小さい場合には、微細な粒子が形成されないこと、また、ヘリウムバス温度が低い場合には、微粒子は時間とともに凝集することが明らかになった。凝集の過程をより詳細に調べるために、時間経過ごとに画像を撮影し、粒子径の分布関数を算出した。分布関数の時間経緯から、凝集が起こる粒子径について考察をおこなった。すべての微細粒子が凝集するわけではなく、粒子の運動と大きくかかわることが予想された。温度が1.9Kより低温になると、超流動成分が卓越した流れになり、微細粒子の凝集が加速されることが観測された。すなわち、微粒子の生成には粘性を持つ常流動成分の割合が重要と考えられ、粘性流体との総合干渉で微細な粒子が形成さえると考えられる。注入管の直径を細くすることで、初期の噴出乱流で微細化を期待したが、その効果はあまり出なかった。微細な粒子の形状をより正確に検出するために、画像処理プログラムの改良をおこない、粒子の境界を正確に検出することが可能となった。以上の知見より、微細粒子を生成するための圧力、温度、混合比などのパラメータの影響を明らかにすることができた。計測系の修理も完了して、実験を再開できた。粒子生成の条件についても知見が得られ、実験計画に従って進める予定である。超流動乱流中の微細粒子を可視化するため、撮影カメラの光学系の改良をおこなった。また、微粒子を生成するための装置と粒子播種の方法を試行することで、数ミクロン程度の微細粒子を生成することができた。撮影された画像粒子は、ミー散乱の影響で過大評価されているため、事前に粒子径分布が既知の粒子を同じ体系で計測することで、散乱の影響を除去して、真の粒子径を算出できる方法を確立した。微粒子のラグランジュ軌道は。画像処理により算出する。昨年度までのプログラムでは、粒子径を算出する際に境界形状をバックグランドから正確に区別できなかったため、エッジ検出の判定基準の見直しをおこなった。これにより、3時刻以上の粒子を検出できる割合が向上し、粒子径分布の計算が文献値として既知の分布と一致するようになった。超流動場の温度は、これまで1.9Kから下げる際には数時間を要したため、播種した粒子が凝集してしまう問題があった。この点を改善するために、減圧系ポンプを増設することと排気系を改良することで、1.7Kまで短時間で達することが可能となった。上記の実験体系および解析プログラムの改良により、超流動乱流場の微細粒子のラグランジュ軌道の撮影をおこなった。

粒子軌道に沿った速度構造関数を計算することで、そのべき指数を算出ることができた。このべき指数は、ラグランジュスペクトルのべき指数と等価である。粒子径によりこのべき指数は異なることが明らかとなった。また、粒子速度と加速度の確率密度関数から、常流動成分と超流動成分の割合が大きく影響することが明らかとなった。超流動乱流中の微細粒子を可視化するため,撮影カメラの光学系の改良をおこなった.その結果,3時刻以上の粒子を検出できる割合が向上し,粒子径分布の計算が文献値として既知の分布と一致するようになった.実験体系および解析プログラムの改良により,超流動乱流場の微細粒子のラグランジュ軌道の撮影をおこなった.粒子軌道に沿った速度構造関数を計算することで,そのべき指数を算出ることができた.このべき指数は,ラグランジュスペクトルのべき指数と等価である.粒子径によりこのべき指数は異なることが明らかとなった.また,粒子速度と加速度の確率密度関数から,常流動成分と超流動成分の割合が大きく影響することが明らかとなった.液体Heの温度は、デュアー内の圧力を調整することで飽和蒸気圧線に沿って変化させている。現状のロータリーポンプでは、超流動状態(2.17K)から1.7Kまで温度を下げるのに約3時間を必要とし、これ以下の低温に達することができない。Landauが提示した二流体モデルでは、1.7K以下では超流動成分が支配的となり、量子渦タングルの形成が活発になるため量子乱流状態も大きく異なることが予想される。従って、より低温での実験を実施する。また、より微細な粒子を生成するため、粒子の生成方法を改善する。これまでの予備実験から、超流動状態において水素を微小量播種することが有効と考えられる。三次元流動場の可視化については、光学系の調整をおこない、量子乱流状態のHe温度依存性を継続的に計測する。可視化窓が限られているため、狭い視野角で撮像できる光学系を構築する。微粒子の追跡アルゴリズムを改良する。空間分解能の向上には、顕微鏡レンズを準備している。これまでの約2倍に空間分解能を向上させることができる。時間分解能を調整することで、より高精度の粒子速度および加速度の算出を実施する。撮像系の改良をおこない、可視化システムの構築を進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。流体工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
昆虫の偏光視の時間補償を司る神経機構の解明

昆虫は天空の偏光パターンをナビゲーションに利用するが、太陽高度によって変化する偏光情報の時間補償のしくみは明らかでない。本研究では、コオロギ脳内の偏光感受性ニューロンの応答を長時間記録することにより、時刻によってe-ベクトル変化に対する応答の振幅が変化することを明らかとした。これは偏光視システムが体内時計の制御下にあり、偏光を利用したナビゲーション行動の時間補償に寄与することを示唆している。多くの昆虫は天空の偏光パターンから自らの向いている方角を検出し、それをナビゲーションに利用する。本研究では、脳内の偏光感受性ニューロンの活動を長時間記録することにより、これらのニューロンが時刻(太陽高度)によって変化する天空の偏光パターンをどのように時間補償しているのかを解明することを目的としている。本年度はまず、偏光情報が脳内でどのように情報処理されているのかを調べるため、ミツバチを用いた行動学的実験を行った。昆虫では、視覚の一次中枢である視葉のうち視髄においてPOLニューロンとよばれるニューロン群によって、偏光情報が3種類のe-ベクトル情報に集約されていることが明らかとなっている。このことは、偏光の情報がヒトにおける色覚と同様な機構によって処理されることを示唆している。また、これまでの電気生理学的研究により、脳の高次中枢である中心複合体においてe-ベクトルの情報がさらに細かくコードされていることが明らかとなっており、中心複合体がコンパスの役割を果たす領域であると考えられている。これらの事実から、昆虫が偏光により方向を知覚するメカニズムとして、自らの回転運動により天空をスキャンする方法(successive method)と、神経回路の発火パターンによってスキャンすることなく一意に方向を検出できる方法(instantaneous method)の2つの仮説がある。今回、拘束状態のミツバチを用いて、特定のe-ベクトルの方向と砂糖水とを連合させる学習実験の確立を試み、ミツバチは頭部を回転させることなく異なる2種類のe-ベクトルを識別できることが明らかとなった。この結果は昆虫が偏光の情報処理にinstantaneous methodを利用していることを初めて示したものであり、これまでの電気生理学的知見から予測されていた仮定を証明するものである。今後は、情報処理の過程にあるPOLニューロンとコンパスの座である中心複合体のニューロンの両方から、偏光刺激に対する応答を長時間記録することによって、これらのニューロンのe-ベクトルチューニングが時刻によってどのように変化するかを調べる予定である。本研究では、脳内の偏光感受姓ニューロンの活動を長時間記録することにより、これらのニューロンが時刻(太陽高度)によって変化する天空の偏光パターンをどのように時間補償しているのかを解明することを目的としている。本年度は、昆虫がナビゲーション中に偏光情報をどのように利用しているのかを調べるため、拘束したミツバチを用いたナビゲーション行動観察用のフライトシミュレータの構築を行った。シミュレーター内に拘束したミツバチにゆっくりと回転するe-ベクトルの偏光刺激を上部から与えると、e-ベクトルの回転に追随した飛行方向の変化が観察された。このことは、飛行中のミツバチが自らの飛行方向を参照する情報として、情報からの偏光を利用していることを示唆している。そこで、ミツバチの飛行軌跡に応じたフィードバック制御により上方からの偏光刺激を変化させるシステムを構築し、フライトシミュレータに組み込むことを計画中である。また、偏光視システムの時間補償の実態を調べるため、偏光視の一次中枢である視葉の一部の視髄に存在する偏光感受性ニューロンからの長時間記録を試みた。視髄にはPOLニューロンとよばれる一群の偏光感受性ニューロンがあり、これらのニューロンは両側の視髄に入力部位と出力部位をそれぞれ持つ、特徴的な形態を示す。このため、出力側の軸索を含む視柄から吸引電極による細胞外記録を試みた。吸引電極による多ユニット記録から回転するe-ベクトルの偏光刺激に対する応答を解析することにより、POLニューロンの記録ユニットを単離できることが確認された。そこで、これらのユニットの偏光刺激に対する応答を長時間記録し、応答の振幅やe-ベクトルチューニングが時刻によってどのように変化するかを詳細に検討している。本研究では、昆虫の偏光に対する行動および脳内の偏光感受性ニューロンの活動を長時間記録することにより、これらのニューロンが時刻(太陽高度)によって変化する天空の偏光パターンをどのように時間補償しているのかを解明することを目的としている。これまでの研究により、フライトシミュレータ内に拘束したミツバチが、飛翔する際に上方からの偏光刺激に応答して飛行方向を変化させることが確認された。そこで本年度は、同様なフライトシミュレータを用いて拘束ミツバチの飛翔軌跡の詳細な観察を行い、上方からのe-ベクトル方向の変化との相関を調べた。その結果、ゆっくりと回転するe-ベクトルの偏光刺激を上部から与えると、ミツバチは回転に追随して左右へのターンを繰り返すことが明らかとなった。