hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨軟部腫瘍に対する腫瘍融解ウイルス療法の個別化医療の確立

本学で開発された腫瘍融解アデノウイルス(テロメライシン)は効果発現にCARやhTERTの存在が必要で、骨軟部腫瘍へのウイルスの臨床応用にむけた適応症例の選別のために簡便にその評価を行う必要がある。今回、本学で開発したテロメライシンにGFP遺伝子を組み込み細胞内のウイルス増殖により緑色蛍光を発するテロメスキャンを骨軟部悪性・中間悪性腫瘍に感染させ蛍光発現を評価した。ウイルス投与24時間後の蛍光陽性数はCARの発現強度との相関が有意に認められ、経時的な蛍光の増強にhTERTの発現が関連する傾向が見られた。テロメライシンの肉腫への適応をウイルスの組織片への投与のみで評価できる可能性が示された。我々は骨軟部腫瘍への腫瘍融解アデノウイルス(テロメライシン)の臨床応用を目指しているが、そのためには腫瘍がCARを発現し、ウイルスが感染可能であることを把握することが適応患者選択の基準として必要である。しかし、細胞膜上のCAR発現の解析は手技として煩雑である。そのため、テロメライシンへGFP遺伝子を組み込み、細胞内のウイルス増殖により緑色蛍光を発するテロメスキャンを臨床腫瘍組織へ投与し、腫瘍ごとの蛍光発現の有無を観察し、腫瘍融解ウイルスの感染傾向を評価した。骨軟部腫瘍49検体を対象として、検体は2mm立方へ細切し、ウイルス投与群、非投与群(各n=3)に分け、培養した。ウイルスは培養開始時に2.4*106 PFU/wellを投与し、培養開始後24-48時間後に蛍光顕微鏡で蛍光発現を確認した。本計画は平成27年度に、1.骨軟部腫瘍患者由来の腫瘍組織に対して免疫染色を行い、CARの発現を評価する2.患者由来の腫瘍組織に対して腫瘍融解アデノウイルスを投与し、感染傾向を評価することを目標としており、当初の計画通り進行している。【目的】本学で開発された腫瘍融解アデノウイルス(テロメライシン)は、骨軟部肉腫細胞株に対しても抗腫瘍効果を示すことをこれまでに報告してきた。今後骨軟部腫瘍へテロメライシンを臨床応用するためには適応症例の検索が必要となるが、腫瘍のコクサッキーアデノウイルス受容体(CAR)の発現によるウイルスの感染可能性を評価することは煩雑である。一方、テロメライシンにGFP遺伝子を組み込み、細胞内のウイルス増殖により緑色蛍光を発するテロメスキャンが開発されており、肉腫細胞株ではその感染による蛍光発現がCAR発現に相関することが報告されている。そこで我々はテロメスキャンを臨床腫瘍組織へ投与後、蛍光発現を観察し、腫瘍ごとの腫瘍融解ウイルスの感染傾向を評価した。【方法】当科で診断・治療した骨軟部腫瘍77検体を対象とした。検体を細切し、ウイルス投与群、非投与群に分け培養した。培養開始時のウイルス投与後24および48時間以後に蛍光発現を確認し、hTERTの発現をPCRで、CARの発現を免疫染色で評価した。【結果】蛍光発現の陽性率は悪性(肉腫)92.6% (50/54)、中間悪性83% (5/6)、良性94.1% (16/17)で、経時的に蛍光が増強したものは各々74.1%、50%、64.7%であった。CARおよびhTERTの発現は良性と比べ肉腫で有意に高く(p<0.05)、24時間後の蛍光陽性数と関連はなかったが、経時的な蛍光の増強にhTERTの発現が関連する傾向が見られた。前年度に引き続き患者由来腫瘍組織へのテロメスキャンの投与を行い、サンプル数を順調に増やした。また、同サンプルの免疫組織学的染色によるCARの評価およびPCRでのhTERTの評価を行い、一定の結果を得た。平成29年度以降で、PDXへの投与を予定しているが、PDXの作製に難渋している。骨軟部腫瘍へのテロメライシンの臨床応用のためにはウイルス感染に適した症例の検索が必要となるが、骨軟部腫瘍のコクサッキーアデノウイルス受容体(CAR)やhTERTの発現を一例ごとに評価することは煩雑である。一方、テロメライシンにGFP遺伝子を組み込み、細胞内のウイルス増殖により緑色蛍光を発するテロメスキャンも本学で開発されており、肉腫細胞株ではその感染による蛍光発現がCAR発現に相関することが報告されている。そこで我々はテロメスキャンの臨床腫瘍組織への感染による蛍光発現の評価によりCARおよびhTERTの発現を間接的に評価できるかを検討した。【方法】当科で診断・治療した骨軟部悪性・中間悪性腫瘍56検体を対象とした。ウイルス投与後24および48時間以後に蛍光発現を確認した。またhTERTの発現をPCRで、CARの発現を免疫染色で評価した。【結果】ウイルス感染後24時間での蛍光発現の陽性率は64.3%で、ウイルス感染24時間後から48時間後で経時的に蛍光が増強したものは66.1%であった。CARの発現率は94.1%、hTERTの発現率は37.5%であった。ウイルス投与24時間後の蛍光陽性数はCARの発現強度との相関が有意に認められた。

経時的な蛍光の増強にはhTERTの発現が関連する傾向が見られた。【考察】今回の結果から、臨床検体においても24時間後の蛍光発現がCARの発現強度と関連し、経時的な蛍光の増強がhTERTの発現と関連が示唆された。テロメライシンの肉腫への応用に際してウイルスの組織片の投与のみで、ウイルス療法の適応が評価できる可能性が示唆され、今後のさらなる検討が期待される。本学で開発された腫瘍融解アデノウイルス(テロメライシン)は効果発現にCARやhTERTの存在が必要で、骨軟部腫瘍へのウイルスの臨床応用にむけた適応症例の選別のために簡便にその評価を行う必要がある。今回、本学で開発したテロメライシンにGFP遺伝子を組み込み細胞内のウイルス増殖により緑色蛍光を発するテロメスキャンを骨軟部悪性・中間悪性腫瘍に感染させ蛍光発現を評価した。ウイルス投与24時間後の蛍光陽性数はCARの発現強度との相関が有意に認められ、経時的な蛍光の増強にhTERTの発現が関連する傾向が見られた。テロメライシンの肉腫への適応をウイルスの組織片への投与のみで評価できる可能性が示された。平成28年度以降は、骨軟部腫瘍患者由来の腫瘍組織からPDXモデルマウスを作製し、腫瘍融解アデノウイルス(テロメライシンおよびテロメスキャン)を腫瘍内へ注射投与することで、臨床に近い環境におけるウイルスの抗腫瘍効果を検討し、テロメライシンの臨床応用へ向けた研究を進めていく。細胞株を用いたテロメススキャンの感染傾向の解析、患者由来腫瘍組織へのテロメスキャンの感染の検討をここまでで行うことができた。平成29年度は最終年度であり、PDXの作製とウイルス投与を行い、腫瘍が生体内に存在する状態でのテロメスキャンの感染傾向を解析する。また、これまで蓄積したデータを解析し、テロメライシンの臨床応用へ向けた最適な組織の選択を可能とする条件を検討していく。骨軟部腫瘍本年度に行っていた骨軟部腫瘍患者由来の腫瘍組織に対する分子生物学的検討とウイルスの投与研究を次年度以降も継続し、また患者骨軟部腫瘍由来PDXモデルマウスの作製とウイルス投与を行うため、引き続き研究費を要する。患者由来骨軟部腫瘍組織を用いたPDXの作製のためのマウス購入費用が不足したため、前倒し請求を行ったが、平成28年中ではPDXの作成とウイルス投与の研究が完了せず、その分未使用額が生じた。骨軟部腫瘍患者由来腫瘍組織の分子生物学的検討と同組織へのウイルス投与患者骨軟部腫瘍組織由来のPDXモデルマウスの作製とウイルス投与次年度も平成28年度と同様の研究を進めていく必要があり、動物やウイルス製剤の購入及び解析のための分子生物学的実験材料に使用する。また、これまでの蓄積データを応用するための患者データの取得や総括的議論のための物品に使用する。
カドミウムの細胞輸送における亜鉛輸送体とカルシウムチャネルのクロストーク

カドミウム(Cd)は人体に腎臓や骨の疾患を引き起こす環境汚染物質であるが、Cdの細胞への取り込み、細胞からの排泄機構はほとんど明らかになっていない。Cdは必須微量元素ではないため、亜鉛の輸送体やCaチャネルを介して輸送される可能性がある。本研究は、亜鉛の排出輸送体であるZnT-1に注目し、ZnT-1がCdの排泄に関与しているか、またZnT1の発現が高く、Caチャネルの発現が低くなっている細胞を作成し、Cdの輸送が変化しているかどうかを検討した。MT遺伝子を発現するマウス胎仔由来細胞P^+から高濃度のCdに耐性を示す耐性細胞(A^+70、B^+70)を樹立し、様々な金属に対する細胞毒性と金属輸送について解析した。A^+70、B^+70におけるCdのLD50は約200μMでありP^+の約7倍の耐性を示した。MTの発現はA^+70、B^+70において。mRNAレベル及び蛋白レベル共に著しく上昇した。しかし、A^+70、B^+70の細胞内Cd蓄積量(24時間後)、および、Cd取り込み速度(1時間後)はP^+に比べて減少していた。A^+70、B^+70ではZn輸送体ZIP8、2価鉄輸送体DMT1および電位依存型CaチャネルのうちL-type(Cacnα_<1C>),T-type(Cacnα_<1G>)のチャネルのサブユニットの発現が低下していた。Cdの排泄は、培地をCd-freeにして1日後にはA^+70、B^+70で若干亢進したが、7日後にはほとんど差がなくなった。Znを細胞外へ排泄する輸送体であるZnT1は培地にCdが存在するとmRNAレベルで著しい上昇を示したが、膜画分の蛋白レベルはほとんど変化を示さなかった。一方で、Ca channelのうち、L-type(Cacnα_<1C>),T-type(Cacnα_<1G>)のチャネルのサブユニットの発現が低下していた。これまでの報告で、ZnT-1とCaチャネルがクロストークしており、ZnT-1の発現上昇でCa流入が低下することが報告されているが、本細胞においてはこのようなクロストークがあるかどうかは今後さらに検討が必要である。ZnT1の高発現がCd排泄のわずかな増加と連動していたが、因果関係についてはさらに検討が必要である。以上のことから、MT遺伝子が発現しているCd耐性細胞においても、MTの発現亢進のみならず、Cdの取り込みの抑制、排泄の亢進もCd耐性獲得に関与すると考えられる。今後、Cd輸送機構についてさらに検討していく必要がある。昨年度までの検討により、本研究室で樹立したMT+/+Cd耐性細胞においてZnT1の発現上昇が見られた。ZnT1は細胞外にZnを排泄する輸送体であるが、他の2価金属の排泄に関与しているかどうかは不明である。そこで、Cdの排泄にZnT1関与しているかどうか検討した。HEK293細胞およびHeLa細胞にZnT1遺伝子を導入し、Cd排泄に及ぼす影響を検討した結果、ZnT1を過剰発現してもCdの排泄は変化していなかった。しかし、この系でmRNAレベルではZnT1発現上昇を確認できたが、タンパクレベルではその発現上昇が確認できなかった。そのため、ZnT1高発現系を用いた実験はさらに検討が必要である。一方、Cdに対して高い感受性を示すRBL-2H3細胞からCd耐性細胞(RBL-Cdr)を樹立した。RBL-Cdr細胞はCdの取り込み効率が顕著に低下した細胞であった。この細胞においてもMT+/+Cd耐性細胞と同様にL-type Ca chamel (CaV1.2)の発現が顕著に低下していた。そこで親株にCaV1.2 siRNAを導入して発現抑制してCdの取り込み効率を調べたが、変化は観察されなかった。このようにZnT1, CaV1.2がCd輸送に関与するかどうか個別に検討を行ったが、ZnT1とCaV1.2などのCa chamelが相互に発現を調節しているかどうかまでは明らかにできなかった。しかし、ZnT1, CaV1.2のいずれもCd輸送に何らかの役割を果たすことが示唆された。今後さらにこれらの役割やクロストークについては検討する必要がある。
冠拡張薬による心筋虚血予防が局所麻酔薬使用時に、虚血心へどのような影響を与えるか

1研究目的:虚血性心疾患を有する患者の歯科治療に際しては、一般には心筋虚血予防のために、冠動脈拡張薬を投与して治療を行っている。しかし、これらの冠動脈拡張薬投与時に、歯科用局所麻酔薬を使用した際、虚血性心疾患を有する患者ではその循環動態、心機能が、どのように影響を受けるかについては、今まで詳細な検討はされていない。特に歯科用局所麻酔薬に添加されている血管収縮薬との関連については全く不明である。そこで本研究では、実験犬の冠動脈を狭窄し、虚血性心疾患モデルを作成し、この虚血心モデルに、冠動脈拡張薬および血管収縮薬を使用した際の循環動態、心機能の変化について検討し、また同一心における虚血領域と非虚血領域の心機能の変化についても観察する。2.方法:ビーグル犬を用い、気管内挿管全身麻酔を施行し、人工呼吸下に実験を行う。実験準備として、心電図を装着し、、動脈カテーテル、肺動脈カテーテル等を挿入する。続いて、実験犬を開胸し、左冠動脈前下行枝、回旋枝にそれぞれ電磁血流計のブローベ、同領域の心筋にそれぞれ超音波クリスタルを装着し、左室内には左室圧測定のためのカテーテルを挿入する。検討する薬剤として血管収縮薬としてエピネフリンを、冠動脈拡張薬としてニトログリセリンを投与し、健常心、左冠動脈前下行枝を狭窄した虚血心モデルについてそれぞれ検討する。3.結果:非虚血心ではエピネフリン投与で心拍数の増加、血圧の減少、心拍出量の増加、冠血流量の増加が見られた。虚血心においてはエピネフリン投与で非虚血心と同様な変化が見られ、虚血域での機能低下が生じものの心機能自体は維持された。虚血心においてエピネフリンとニトログリセリンを併用すると、肺動脈圧、全末梢血管抵抗が改善された。【研究目的】虚血性心疾患を有する患者の歯科治療に際しては、一般に心筋虚血予防のために、冠動脈拡張薬を投与して治療を行っている。しかし、これらの冠動脈拡張薬投与時に歯科用局所麻酔薬を使用した際、特にそれらに添加されている血管収縮薬が虚血性心疾患を有する患者に対し循環動態・心機能にどのように影響を与えるかについて詳細な検討はされていない。そこで本研究では実験犬の冠動脈を狭窄し、虚血性心疾患モデルを作成して、冠動脈拡張薬及び血管収縮薬を使用した際の循環動態、心機能の変化について検討を行った。【方法】ピーグル犬をウレタンとクロラロースの持続静脈内投与で麻酔を維持し、循環動態の安定を確認した後エピネフリン(Epi)を20ng/kg/minまたは80ng/kg/min、ニトログリセリン(NTG)を2.5μg/kg/min、または5μg/kg/minで単独または併用で持続静注し、その後、左冠動脈前下行枝を狭窄して虚血心モデルを作成し、同様の投薬を行い、循環動態、心機能諸指標の変化を観察した。【結果及び考察】1.心筋虚血前と虚血後:体血管抵抗係数が上昇した。これはvital organへの血流維持のため、全末梢血管抵抗の亢進が起こったものと考えられる。2.Epi投与時:非虚血時に比べ虚血時では、心拍数、Rate Pressure Product、冠動脈血流量が増加した。3.Epi及びNTG併用時:非虚血時に比べ虚血時では、動脈圧、心拍数が上昇した。4.現時点では虚血心に対しEpiとNTGの併用は心機能の改善という点では有用と想像されるが、心筋酸素需要バランスという点についてはもう少し検討を要する。また、虚血心に使用するEpiの量に対しNTGの至適投与量については今後検討する予定である。
アジアにおける先天性多数歯欠損に関する遺伝学的調査

歯の先天性欠損は、顎顔面領域の最も頻度が高い先天異常の一つである。欠損が多数歯にわたる場合は、咀嚼、発音、摂食といった口腔機能に重大な障害を引き起こし、患者のQOLに深刻な影響を与える。本研究の成果として特筆すべき点は、家族性多数歯欠損家系より同定されたPAX9の新規変異体321_322insGであり、この変異体のmRNAは、野生型mRNAと比較して半減期の短い不安定なものであった。本研究では、多数歯欠損に関連したアジア人の疾患関連遺伝子やその遺伝子機能を明らかにする目的で、日本、モンゴルと中国の患者を対象とした家系調査と、その資(試)料を用いた遺伝子解析を行ってきた。具体的には以下の条件を満たす家系が対象となる。1)第三大臼歯を含み口腔内に6本以上の先天性欠損歯を有すこと2)症候群性の異常を合併しないこと3)本人や家系内の親族がDNA(血液、爪)を含む資(試)料を供与してくれること歯の先天性欠損は、顎顔面領域の最も頻度が高い先天異常の一つである。歯の先天性欠損は、顎顔面領域に見られる最も頻度が高い先天異常の一つである。本課題で研究対象とされるのは、6本以上の多数歯欠損が家族性にみられ、非症候群性に発症するケースである。このような欠損に関しては、Caucasianの資(試)料を用いた欧米の研究が先行し、アジアの資(試)料を用いた研究成果が得られていない。そしてこれまで明らかとなったMSX1やPAX9に関しても、単独の遺伝子の変異が報告されただけであり、遺伝子の相互作用やその他の遺伝子の関与については不明である。また多数歯欠損のみられる患者では、欠損しなかった歯のサイズも小さいことが報告され、患者の口腔内に萌出した歯の形態や構造に興味が持たれる。平成19年度は、先天異常多数歯欠損サンプルの収集に関するネットワーク作り、サンプル収集を呼びかける資料や文書の作成、本研究の倫理審査委員会における承認申請書、遺伝子変異の同定を目的としたシステム構築を目的とした。ネットワーク作りに関しては、中国北京市の首都医科大学口腔医学院矯正学講座Yuxing Bai主任教授、モンゴル国ウランバートル市のHealth Sciences University of Mongolia Bazar Amarsaikhan歯学部長を訪問し、サンプル収集の具体的方法について話し合い、資料提供を呼びかける現地語のパンフレットを作成した。また機関内の倫理審査委員会承認後、日本人先天異常多数歯欠損患者を用いて実用的な遺伝子変異解析システムを構築した。10名近くの日本人先天異常多数歯欠損患者のX線写真、DNA試料、病歴記録に関するデータベースを作成した。本課題で研究対象とされるのは、家族性に智歯以外の6歯以上の先天性多数歯欠損を症候群性に随伴する患者資(試)料である。これらの患者では、発音、咀嚼、咬合といった重大な機能障害を随伴ことが多い。そこで昨年度は、日本人とモンゴル人の家族性先天性多数歯欠損患者15名の資料収集を行い、提供されたDNA試料から遺伝子解析を行った。1.これら得られた資(試)料より、PAX9遺伝子のエクソン2に変異を持つ患者1名と、エクソン4に変異を持つ患者1名を発見した。ベータベースよりいずれも報告のない新規変異であり、この変異遺伝子機能を解析中である。2. MSX1遺伝子のエクソン1下流に11塩基の繰り返し配列が存在する。この領域の機能と歯の発生との関連に興味が持たれ、現在遺伝子機能を解析中である。本計画では、家族性先天性多数歯欠損患の遺伝子解析をメインテーマとしている。昨年度、本課題の遂行を目的として、モンゴルHealth Science University of Mongoliaに出張した際、多数の欠損歯を随伴することで知られる無汗性外胚葉異形成症のモンゴル人罹患患者を発見した。本疾患の原因遺伝子であるEDA、EDAR、EDARADDの遺伝子解析を行った結果、EDARADDのdeath domainに新規変異を同定した。現在、患者家族を含めた広範な解析を行っており、変異遺伝子機能の解析も併せて進めている。1)第三大臼歯を含み口腔内に6本以上の先天性欠損歯を有すこと2)症候群性の異常を合併しないこと3)本人や家系内の親族がDNA(血液、爪)を含む資(試)料を供与してくれること本年度は、家族性に症状があらわれた先天性多数歯欠損の大家系を探すことができ多数歯欠損を伴う患者よりDNA試料を提供してもらい既知遺伝子を解析した。その結果、PAX9遺伝子に罹患患者全員が321_322insGという遺伝子変異を有していた。

興味深いことに、同じ家系であってもこのような多数歯欠損の見られない方には、この遺伝子変異はなかった。この遺伝子変異は国内外を問わず全く報告のないものであり、その変異遺伝子機能は大変興味深いものであった。そこで、哺乳類の細胞(COS-7)にこの変異を含むPAX9遺伝子を導入した。興味深いことに、この変異体は野生型と比較して、同程度の転写が起こるものの、mRNAが分解されやすかった。その結果、合成されるタンパク量は野生型と比較してはるかに少なかった。この結果は、Western blotのみならずFITCラベルした免疫染色でも追試が可能であった。すなわち、今回発見された321_322insG変異をPAX9遺伝子に持つ非症候群先天性多数歯欠損家系の原因は、機能的PAX9タンパク量の不足が原因と考えられた。本研究課題では、家族性多数歯欠損に関連したアジア人の疾患関連遺伝子やその遺伝子機能を明らかにする目的として、中国、モンゴル、日本の患者を対象とした家系調査と変異遺伝子解析を行ってきた。1)第三大臼歯を含み口腔内に6本以上の先天性欠損歯を有すこと、2)症候群性の異常を合併しないこと、3)本人や家系内の親族がDNA(血液、爪)を含む資(試)料を供与してくれること、の3点を満たす家族性の多数歯欠損症患者よりPAX9遺伝子の新規変異を同定した。この変異体(321_322insG)は、標的遺伝子に対するDNA結合部位として知られるpaired domainにフレームシフト型変異を持ち、26アミノ酸短い変異タンパクを発現することが明らかとなった。転写阻害剤であるactinomycin Dを用いた実験より、この変異遺伝子mRNAは、野生型mRNAと比較して、半減期の短い不安定なものであった。本研究の成果は、"Non-syndromic oligodontia witha novel mutation of PAX9"として、研究代表者を筆頭著者として、Journal of Dental Research誌に掲載された。以上の結果より、321_322insG PAX9遺伝子を持つ非症候群先天性多数歯欠損家系の原因は、機能的PAX9タンパク量の不足が原因と考えられ、dominant negativeeffectではなく、ハプロ不全によって起こることが明らかとなった。
進行性下顎頭吸収の発症メカニズムの分子生物学的解析

本研究はウサギ顎関節に対して機械的伸展ストレスおよび機械的圧縮ストレスを与え,下顎頭の形態にどのような影響を及ぼすのかを検討した。前方延長では下顎頭前面部において有意に骨吸収を認めた。HE染色において骨の吸収がみられ, TRAP陽性を示す破骨細胞が多く存在していた。軟骨組織の減少に伴い軟骨細胞外基質のII型コラーゲンが減少していた。前方延長することで顎関節部では下顎頭前面と関節円板とに機械的圧縮ストレスが生じていることが考えられた。ウサギ顎関節は過度な機械的圧縮ストレスに対して許容力が小さいことが考えられた。下顎頭吸収には軟骨細胞の関与の可能性が示唆された。本研究の目的は動物(ウサギ)を用いて顎矯正治療モデルを再現し、分子生物学的に解析することで進行性下顎頭吸収のメカニズムを行うことである。まず、平成25年度は下顎頭吸収モデルを確立することであり、μ-CTを用いた骨吸収部の微細構造評価、さらには組織学的検討を行うことである。ウサギを塩酸ケタミン60mg/kg筋注とペントバルビタールナトリウム0.35mg/kg緩徐静注による全身麻酔を施し、顎下部正中切開で両側の下顎骨下縁を露出させ、皮質骨骨切りは下顎最後臼歯後方で行った。骨切り部位から対称的にキルシュナーワイヤー(直径2.0mm)を2本ずつ計4本経皮的に貫通させ、結紮線と即時重合レジンによって自作製延長装置と固定した。前方へ延長させたものを下顎頭部の伸展群、後方へ延長させたものを圧縮群の2群に分ける。各群、待機期間を設けずに0.25mm/回を2回/日のペースで10日間、計5mmの延長を行った。術後は感染予防にセファゾリンナトリウム50mg/kg/日を筋注投与した。各群延長終了直後、1週後、2週後、4週後に2羽(4側)ずつ計16羽(32側)の試料採取し、下顎頭部の骨吸収を画像検査・組織学的検査により検証した。μ-CTでは各群において伸展群のほうが圧縮群よりも下顎頭部に吸収を認めた。またいづれも下顎頭部の前方部において吸収が顕著に認められ、延長終了後2週目において吸収が著しかった。組織学的評価ではHE染色で下顎頭軟骨層の厚みの減少、軟骨細胞層の乱れが認められ、μ-CTにおいて吸収が認められた下顎頭前方部ではTRAP陽性を示す破骨細胞が多数存在していた。現在、軟骨層の評価として免疫染色を行い評価をしている。本研究の目的は動物(ウサギ)を用いて顎矯正治療モデルを再現し、分子生物学的に解析することで進行性下顎頭吸収のメカニズムを解明することである。平成25年度に下顎頭吸収モデルを確立した。μ-CTで骨吸収部の微細構造評価を行い、さらには組織学的評価を行った。HE染色で下顎頭軟骨層の厚みの減少、軟骨細胞層の乱れが認められ、μ-CTにおいて吸収が認められた下顎頭前方部ではTRAP陽性を示す破骨細胞が多数存在していた。平成26年度は軟骨層の評価をアルシアン・ブルーを用いた特殊染色、I型・II型コラーゲンを用いた免疫染色にて評価した。下顎頭の圧縮群と比較して伸展群では特に下顎骨延長終了2週目、4週目において、アルシアン・ブルー染色では軟骨層の破壊が顕著に確認できた。また延長終了後2週目、4週目の伸展群では、軟骨組織の減少に伴って軟骨細胞外基質のII型コラーゲンが有意に減少した。さらに一部の肥大・空胞化した軟骨細胞にはII型コラーゲンが認められなかった。現在、各実験群の顎関節滑液を採取し各種炎症性サイトカインの検出を確認している。骨格性下顎後退症患者に対して行う顎矯正手術後の進行性下顎頭吸収が注目されてきた。その原因として前方移動量が多いことや関節円板の位置異常,さらにはエストロゲンの関連等が指摘されている。本研究は,ウサギ顎関節に対して機械的伸展ストレスおよび機械的圧縮ストレスを与え,下顎頭の形態にどのような影響を及ぼすのかを検討した。1回0.25mmを1日2回の割合で7日間,計3.5mmの前方延長および後方延長を行った。前方延長したものをA群、後方延長したものをB群とした。形態学的評価をマイクロCTで行い,組織学的評価をHE染色,酒石酸抵抗性酸性フォスファターゼ(TRAP)染色,エラスチカ・マッソン染色,アルシアン・トルイジン・ブルー染色を行った。I型・II型コラーゲンを用いた免疫組織化学的評価を行った。マイクロCTにて,各週ともA群で下顎頭の吸収、特に下顎頭前面部において有意に認めた。特に延長終了後2週目, 4週目で顕著に認められた。HE染色において骨の吸収がみられた部分では, TRAP陽性を示す破骨細胞が多く存在していた。さらにエラスチカ・マッソン染色で骨の内層に骨芽細胞が多くみられ,表層の膠原線維は平滑だった。またA群の延長終了後, 2週目・4週目では軟骨層の破壊が顕著に確認できた。下顎骨を前方延長することで顎関節部では下顎頭前面と関節円板との過度なストレス、いわゆる機械的圧縮ストレスが生じていることが考えられた。

一方で下顎骨を後方延長することで顎関節部では機械的伸展ストレスが生じており、ウサギ顎関節は過度な機械的伸展ストレスよりも機械的圧縮ストレスに対して許容力が小さいことが考えられた。さらに下顎頭吸収には軟骨細胞の関与の可能性が示唆され、軟骨組織に関する詳細な検討が必要であることが示唆された。本研究はウサギ顎関節に対して機械的伸展ストレスおよび機械的圧縮ストレスを与え,下顎頭の形態にどのような影響を及ぼすのかを検討した。前方延長では下顎頭前面部において有意に骨吸収を認めた。HE染色において骨の吸収がみられ, TRAP陽性を示す破骨細胞が多く存在していた。軟骨組織の減少に伴い軟骨細胞外基質のII型コラーゲンが減少していた。前方延長することで顎関節部では下顎頭前面と関節円板とに機械的圧縮ストレスが生じていることが考えられた。ウサギ顎関節は過度な機械的圧縮ストレスに対して許容力が小さいことが考えられた。下顎頭吸収には軟骨細胞の関与の可能性が示唆された。初年度で下顎頭吸収モデルを確立させ、その確認を免疫染色を用いた組織学的評価を完了できた。現在はそのメカニズムを分子生物学的(顎関節滑液解析)に評価しているところでありおおむね良好と考える病態科学系歯学・歯科放射線学現在各群1羽ずつ下顎骨延長を行い、顎関節の滑液を採取し滑液解析を行っている。滑液解析はELISA法、CBA法を用いてIL-1β、IL-6、TNF-αのタンパク量を測定している。各群2羽ずつ増やし統計学的解析を併せて行う予定とする。なお、滑液は解析に対して十分量採取できているため、ELISA法を先行して行っている。初年度は下顎頭部吸収モデルを確立することであり、そのモデル作製段階として組織学的評価で免疫染色を用いた評価が完了していないため。ただし、その評価は現在進行中であり現時点での進行状況としてはおおむね良好といえる。当初の予定より実験動物の飼育費が少なかったため、26404円の残額が生じた。平成26年度は平成25年度で行ったプロトコールに従い、個体数を増やし画像評価、組織学的評価を完了させる。また、各群3羽ずつ下顎骨延長を行い、顎関節の滑液を採取し顎関節の滑液を解析する。滑液解析ELISA法、CBA法を用いて各種サイトカインIL-1β、IL-6、TNF-αのタンパク量を測定する。本研究では滑液解析を2つの方法で行うことにしているが、これはサイトカインのタンパク量をより確実に測定するためである。しかし、採取する滑液が少量である場合は、微量のサンプルから同時に数種類の物質の濃度を網羅的に測定することができる利点をもったCBA法を優先して行う予定である。平成26年度の残額を平成27年度の物品費に使用する予定である。
シリコン中の希土類元素による発光過程に関する基礎的研究

パルス色素レ-ザ照射による不純物ド-プの検討:シリコン基板上にEr薄膜(約100nm)を真空蒸着し、これをクライオスタットに固定したのちEr膜上からパルス色素レ-ザを1発照射した。(照射条件:パルス幅0.5μs、エネルギ-密度1.81.9J/cm^2、波長584nm、圧力6x10^<ー4>P、室温照射)照射直後の77Kでのフォトルミネセンス(PL)測定(アルゴン・イオンレ-ザ、514.5nmにより励起)では、バンド端の発光以外何ら認められなかった。1.22.1J/cm^2の範囲のエネルギ-密度を照射したn形FZSiでは、アニ-ル温度700750°C(窒素ガス雰囲気、500900°C、各温度15分等時アニ-ル)でErが関与する1.54μmの発光が最大となることが明らかとなった。同様の測定をn形CZーSiについて行なったところ、酸素析出に起因すると考えられる転移によるブロ-ドな発光が1.54μmに現われ、Er関連の発光と分離することが不可能であった。1.8,2.1J/cm^2照射したnーFZーSiの700°Cにおける等温焼鈍では約20分でEr発光強度は最大となり、その後ゆるやかに減少する。p形試料についての初期的な実験によると、n形試料に比べて、発光強度は小さい。Erを蒸着した試料を1200°C、24時間真空中で熱処理した試料では、顕著な発光線を何ら見出だせなかった。以上より、レ-ザ照射によるErド-プの原因として、(1)照射により発生した温度勾配によるストレス、(2)強励起によるボンド・ウイ-クニング等が考えられる。4.2Kでの分解能を上げたPL測定によると、1.54μm以外に1.65μmを中心にブロ-ドなサイドバンドが観測され、これらの発光線が立方晶位置のErによる発光であると推論した。1.54μmの発光強度は励起アルゴン・イオンレ-ザパワ-の約1/2乗に比例し、発光が2分子反応で生じていること示唆している。光学活性なEr原子の場所分布の測定は現在進行中である。本方法で得られたErの発光強度は励起子の関与した発光に比べて1/40程度であり、デバイス化へ向けてEr濃度の増加法を検討する必要がある。
神経細胞局所で脂質分子分布の偏りを作り・維持するシステムの分子解剖学的研究

質量顕微鏡法やマイクロ流路デバイスを用いた先行研究により、神経細胞の神経突起上には細胞体側から神経突起の先端に向けて脂質分子の分布に偏りがある事が分かっているが、その偏りを生じさせる分子メカニズムは良くわかっていない。本研究では、従来の方法に加え、質量顕微鏡法の高解像度化や蛍光顕微鏡観察法を用いる事で、この分子メカニズムの解明を試みている。マイクロ流路デバイスを用いた神経細胞への蛍光標識脂肪酸局所投与を行い、蛍光顕微鏡ライブ観察により脂肪酸分子の移動を経時的に追った。結果、神経突起上の脂肪酸分子輸送には移動速度に差があり、細胞体から神経突起先端までの移動速度(順行速度)は逆行時の速度(逆行速度)に比べて510倍程度速い事を明らかにした。この事は、脂肪酸分子分布の偏りが動的なメカニズムにより制御されている事を示唆している。また、アジ化ナトリウム処理により細胞内輸送を抑制した神経細胞では、順行速度が極端に低下した事から脂肪酸分子の極性を持った移動は細胞内輸送によるものであると考えられた。質量顕微鏡法の高解像度化に関しては、電子顕微鏡試料調製法を応用した新規TOF-SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析法)試料調製法を開発する事で超高解像度化に成功し、約200 nm(神経突起一本スケール)の空間解像度で神経突起上の脂肪酸分子分布観察に成功した。しかし、想定以上にイオン化効率が悪い事が明らかとなった(1%前後と想定したが、推定値でイオン化効率は0.1%以下)。また、超高解像度条件では飽和脂肪酸や一価不飽和脂肪酸と同程度存在するはずの多価不飽和脂肪酸の検出が困難である事も明らかとなった。神経突起上での脂肪酸分子輸送に動的極性がある事を明らかにした。また、その極性が能動輸送によるものである事も明らかにした。質量顕微鏡法をサブミクロンスケールまで超高解像度化する事に成功し、一本の神経突起における脂肪酸分子分布を可視化する事が出来た。マイクロ流路デバイスを用いて神経細胞に炭素鎖長や不飽和度が異なる各種脂肪酸を添加し、神経細胞の生存率や形態などを調べる事で神経突起における脂質分子分布の偏りがどのような生理作用を持つか調べる。他の蛍光標識脂質(フォスファチジルコリンなど)に関しても、局所投与を行う事で蛍光顕微鏡を用いた分子の移動の経時的観察を行う。同様に、安定同位体標識脂肪酸の局所投与を行い、質量顕微鏡法により局所に取り込まれた脂肪酸がどのようなメカニズム(脂肪酸のまま輸送されるか、リン脂質に組み込まれて輸送されるか、など)で神経突起上を輸送されるか明らかにする。この時に用いる質量顕微鏡法は、従来のMALDI-IMS法(マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量顕微鏡法)を主とする。ただし、TOF-SIMS法のイオン化効率の向上も試み、サブミクロンスケールでの神経突起上の脂肪酸分子分布の偏りを検出できる試料調製法および測定条件を開発する。クリックケミストリー手法を用いる事、蛍光標識脂肪酸が市販されていない多価不飽和脂肪酸類に関しても、蛍光顕微鏡観察により神経突起上での分布を調べる事を試みる。

同様に、安定同位体標識脂肪酸の局所投与を行い、質量顕微鏡法により局所に取り込まれた脂肪酸がどのようなメカニズム(脂肪酸のまま輸送されるか、リン脂質に組み込まれて輸送されるか、など)で神経突起上を輸送されるか明らかにする。この時に用いる質量顕微鏡法は、従来のMALDI-IMS法(マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量顕微鏡法)を主とする。ただし、TOF-SIMS法のイオン化効率の向上も試み、サブミクロンスケールでの神経突起上の脂肪酸分子分布の偏りを検出できる試料調製法および測定条件を開発する。クリックケミストリー手法を用いる事、蛍光標識脂肪酸が市販されていない多価不飽和脂肪酸類に関しても、蛍光顕微鏡観察により神経突起上での分布を調べる事を試みる。
新疲労測定調査票の開発とその応用に関する研究

本研究は,個人の疲労状態,とりわけ過労状態を簡易に評価するための「疲労調査票」を開発し,健康管理への応用可能性について具体的に検討することをめざした.研究成果は,以下の3点に集約される.1)新疲労調査票の構成(斎藤和雄,斎藤健)「疲労調査票」は1:慢性疲労状態を表わす10項目の質問,2:全く疲れていないときを「0」,非常に疲れているときを「10」とする無段階疲労度スケール,3:通院中の病名および通院頻度,4:直前1カ月の休日,5:直前1週間の勤務時間および残業時間などを記入する形式を採用した.2)労働者の慢性疲労の現状とその背景要因(高倉,神山)約1,400名を対象として,「疲労調査票」を用いた調査を実施した.訴え項目数の合計が「0」でかつ疲労度スケールが「0」のものを(1)疲労なし群,訴え数の合計が「7」以上かつ疲労度スケールが「7」以上のものを(3)過労群,その他を(2)疲労群とした.その結果,有病者の疲労なし群は6.7%,疲労群が92.0%,過労群は1.3%,健常者の疲労なし群は6.9%,疲労群は91.5%,過労群は1.6%であった.また,残業時間の多い群に過労群が有意に多く,自覚症状も増加し,訴え項目数と疲労度スケール双方の成績には有為な相関が認められ,2つの異なったスケールを組み合わせた「疲労調査票」は慢性疲労の測定に有効であることが示唆された.3)自覚的ストレス感とライフスタイルとの関連(神山)約1,100名を対象として健康習慣指数を用いた調査を実施した結果,常に強い自覚的ストレス感を有し,低い健康習慣レベル状態にある者は全体の8.5%であることが明らかとなった.以上から,疲労・ストレス対策の一次スクリーニングとして新疲労調査票,健康習慣指数の活用意義は大きいと考えられた.本研究は,個人の疲労状態,とりわけ過労状態を簡易に評価するための「疲労調査票」を開発し,健康管理への応用可能性について具体的に検討することをめざした.研究成果は,以下の3点に集約される.1)新疲労調査票の構成(斎藤和雄,斎藤健)「疲労調査票」は1:慢性疲労状態を表わす10項目の質問,2:全く疲れていないときを「0」,非常に疲れているときを「10」とする無段階疲労度スケール,3:通院中の病名および通院頻度,4:直前1カ月の休日,5:直前1週間の勤務時間および残業時間などを記入する形式を採用した.2)労働者の慢性疲労の現状とその背景要因(高倉,神山)約1,400名を対象として,「疲労調査票」を用いた調査を実施した.訴え項目数の合計が「0」でかつ疲労度スケールが「0」のものを(1)疲労なし群,訴え数の合計が「7」以上かつ疲労度スケールが「7」以上のものを(3)過労群,その他を(2)疲労群とした.その結果,有病者の疲労なし群は6.7%,疲労群が92.0%,過労群は1.3%,健常者の疲労なし群は6.9%,疲労群は91.5%,過労群は1.6%であった.また,残業時間の多い群に過労群が有意に多く,自覚症状も増加し,訴え項目数と疲労度スケール双方の成績には有為な相関が認められ,2つの異なったスケールを組み合わせた「疲労調査票」は慢性疲労の測定に有効であることが示唆された.3)自覚的ストレス感とライフスタイルとの関連(神山)約1,100名を対象として健康習慣指数を用いた調査を実施した結果,常に強い自覚的ストレス感を有し,低い健康習慣レベル状態にある者は全体の8.5%であることが明らかとなった.以上から,疲労・ストレス対策の一次スクリーニングとして新疲労調査票,健康習慣指数の活用意義は大きいと考えられた.昨今、過労、過労死などが社会的問題となり、労働者の疲労、ストレス問題が大きな関心を集めている。しかしながら、現在までのところ疲労を客観的に診断する確立された指標が存在しないため、簡便で、かつ信頼性の高い疲労評価法の開発が望まれている。本研究では疲労および過労をより簡易にかつ客観的に判断することのできる、質問項目が少なく、得られた回答から判定が簡易にできる基準が設けられた疲労調査票を開発することを目的とした。本年度は、疲労調査票を作成し、それを用いてフィールド調査を行い、その有効性などを検討した。得られた成績は、以下のごとくである。1.調査票の作成:調査票は、10の質問項目と疲労度スケールからなり、質問項目は主に慢性疲労および過労症状を、また、疲労度スケールは自覚される疲労の度合を把握するために用い、その組み合わせにより疲労度を評価できるように作成した。2.疲労調査:疲労調査は、工場労働者、公務員など8職種を対象とし、職種による疲労度の違いおよび疲労度と性、年齢、勤務時間、休日の有無などとの関連について検討した。その結果、1)疲労度は年齢により差が認められること、2)直前一週間の残業時間が多いほど疲労度が高いこと、3)直前一ケ月の休日数が少ないほど疲労度が高いことなどが、明らかになった。

本研究の目的は,個人の疲労状態,とりわけ疲労状態を簡易に評価するための「疲労調査票」を開発することである.研究計画の最終年度である平成8年度の研究経過は,以下の3点に集約される.すなわち,1)疲労調査票の判定基準の設定(神山,斉藤健)前年度に行った検討を踏まえ,「疲労調査法」における疲労の判定基準を設定し,試作を行った.その構成は,設問1は慢性疲労状態を表わす10項目の質問に対して「はい」,「いいえ」で答える,設問2は全く疲れていないときを「0」,非常に疲れているときを「10」とする無段階疲労度スケールに,現在の自覚的疲労程度を示す形式を採用した.2)労働現場における疲労調査の実施とその解析(高倉,神山)「疲労調査票」を用いた調査を実施し,工場労働者,団体役員,地方公務員等約1400名より回答を得た.訴え項目数の合計が「0」でかつ疲労度スケールが「0」のものを(1)疲労なし群,訴え数の合計が「7」以上かつ疲労度スケールが「7」以上のものを(3)疲労群,その他を(2)疲労群とした.その結果,有病者の疲労なし群は6.7%,疲労群が92%,過労群1.3%,健常者の疲労なし群は6.9%,疲労群は91.5%,過労群は1.6%であった.また,残業時間の多い群に過労群が有意に多く,自覚症状も増加し,その傾向は健常者で明確に認められ,訴え項目数と疲労度スケール双方の成績には有意な相関が認められた.以上から,2つの異なったスケールを組み合わせた「疲労調査票」は慢性疲労の測定に有効であることが示唆された.3)全体のまとめおよび報告書の作成(斉藤和雄)上記の成績は,本研究の当初の目的はほぼ達成されたことを示す.そこで,得られた知見を抽出し,今後の課題等についても検討を加え研究内容をまとめた.
原子間力顕微鏡を用いた歯質-接着性充填材界面の解析

原子間力顕微鏡(AFM)は試料の前処理が不要で、大気中や水中でのin situの観察が可能である。さらに、三次元分析やライン分析による形状解析が容易に行うことができる。本研究では、象牙質接着性コンポジットレジンと象牙質との接着機構を検索するために、AFMによる界面の形状解析を行った。ヒト新鮮抜去大臼歯の頬側面および舌側面に円柱窩洞を形成し、コンポジットレジン(IMPERVA BONDシステム+LITE-FIL II :IB群、BONDWELL LCシステム+ESTIO LC : BL群)を充填した。水中浸漬1週後、歯軸と平行に切断、表面を10%リン酸水溶液処理し窩底象牙質-充填物界面をAFM観察するとともに、ライン分析による形状解析を行った。AFM観察後、臨界点乾燥、Pt-Pd蒸着し、同一試料のSEM観察を行った。AFM像では、両群とも界面に間隙は認められず、レジン側から象牙質にかけて連続的に移行していた。象牙質の界面側前縁には数μmの幅の無構造な層が観察された。ライン分析による断面プロファイルは、象牙質前縁の無構造な部位に一致してレジン側から象牙質側へとなだらかな移行型を示し、この移行型は、象牙質表層と表層下へのレジン成分の浸透度の相違によって生じた耐酸性の勾配を表しているものと考えられた。AFM像と同一部位のSEM像では、界面に沿った間隙が認められた。この間隙はAFM像では観察されなかったことから、試料の前処理あるいは観察時の真空環境に伴って生じたものと考えられた。以上の結果からAFMによるin situの観察およびライン分析応用の有用性が確認され、AFMを用いた界面の形状解析が今後接着機序の解明に大いに寄与することが示唆された。
天然水中における有機塩素化合物の光分解挙動に関する研究

本年度は対象有機塩素化合物として2-クロロフェノールを取り上げた。この化合物は天然水中で直接光分解、間接光分解の両方を起すため、緩衝液中の照射実験結果を利用して、間接光分解による光分解速度定数Ksを求め、その季節依存性を検討した。以下に湖沼水と海水に分けて得られた知見の概要を示す。1.湖沼水北潟水のKsは冬期以外は正の値を示し、春から秋にかけては直接光分解だけでなく間接光分解が起ることが示された。全光分解に対する間接光分解の寄与率の平均は約15%であった。また、Ksと試水のCODとの間に相関がみられた。一方、貧栄養湖である武周ヶ池の場合、Ksが正の値をとるのは夏期のみであり、他の季節では土壌起源のフミン質による抑制効果がみられた。2.海水越前海岸の表層水中のKsは北潟湖の場合と同様、冬期以外は正の値を示し、全光分解に対する間接光分解の寄与率も同程度であった。CODは年間を通して1mg/l以下であり、また、クロロフィルa濃度は北潟湖の約1/50であることから、海水中には極く微量ながら効率よく間接光分解に寄与する有機物が存在することが明らかになった。以上、いずれの天然水においても一次生産に起因する有機物、即ち、動植物プランクトンの代謝生成物あるいは分解生成物中の溶存有機物が間接光分解に寄与することが示唆された。また、この間接光分解は三重項増感分解あるいは光化学的に生成する一重項酸素による分解である可能性が大きいことも示された。今後、上記の推定を実験的に裏付けるとともに間接光分解に寄与する溶存有機物の解明、さらには分解生成物の同定・定量などを行って、天然水中の光分解全体の評価をする予定である。
デジタルファブリケーションで実現する質感表現を目的としたメタマテリアルの開発

本研究課題の目的は、物質の幾何学的な変形に応じて光学的な特性である質感を自在に変化させることが可能なメタマテリアルを作製することである。本研究課題の特徴は構造色に代表されるミクロな構造を工夫することで物体表面の色をコントロールする技術と異なり、マクロな構造の少しの変化によりマイクロメートルからミリメートルオーダーのミクロな内部構造を変化させることで物体表面で起きる光学的な振る舞いをコントロールすることを目的としている点である。実際に提案手法によって計算された構造を用いることで、物体色を変化させるメタマテリアルの作成を行った。本構造は汎用的な3Dプリンタによって作成することができる。また、特定の部分のみ色を変化させることも可能であり、色の遷移度合いもある程度中の構造によってコントロールすることが可能である。提案した手法は、色の遷移度合いや変化する色を計算機によるシミュレーションによって容易に導くことが可能である。提案手法の製造上の制約として、物体の弾性が異なる二材を用いる必要があるため、硬い素材および弾性の強いゴムライクな素材、水溶性のサポート材と3種類以上の素材を印刷可能な3dプリンタを必要とする。また、3dプリンタの解像度によって変形度合いが決定されるため、製造時にはより解像度の高い3dプリンタが求められる。本研究成果は、応力の変化を視覚的に求められるアプリケーションにおいて、汎用的なデジタルファブリケーション機器のみで開発が可能である。本研究課題の目的は,物質の幾何学的な変形に応じて光学的な特性である質感を自在に変化させることが可能なメタマテリアルを作製することである.本研究課題の特徴は構造色に代表されるミクロな構造を工夫することで物体表面の色をコントロールする技術と異なり,um-mm単位というマクロな構造を工夫することで,物体表面で起きる光学的な振る舞いをコントロールすることを目的としている点である.具体的には,タコの体色変化に代表されるように,内部の構造を自由に変形させることによって,物体の色を自由に変化可能な構造を探求する.初年度は先ずデジタルファブリケーション機器が理想的な精度を持ったものであると仮定し,光学的な質感と幾何学的な形状・変形の関係をモデル化する事し,シミュレーション環境において理想的な環境において質感の動的な変化を確認した.シミュレーション環境によって製作された構造は,ミクロ的には構造が変化し,色が変化するが,マクロ的には形状が変化しない物質となっている.また,計算機によって出力されたものを実際に製作するために,当初の予定であった積層方式の3Dプリンタを用いた製造ではなく,より高い精度で物体の加工が可能なレーザーカッターに代表されるような切削による加工技術を本研究課題に導入するための光学系の設計・実装を行った.これにより,um精度での切削加工が可能となり,製作物が実環境においてより理論値に近い状況で実証実験を行うことが可能となった.ミクロな内部構造を変形させることで物体色が変化するが,マクロな構造が変化しない構造をシミュレーション環境において探索することは経験に基づく初期値を必要とし,計算コストも非常に高いという問題が存在した.そのため,実験の1サイクルを回すのに時間がかかり,当初の研究計画より遅れが生じている.本研究課題の目的は、物質の幾何学的な変形に応じて光学的な特性である質感を自在に変化させることが可能なメタマテリアルを作製することである。初年度に発見した構造をベースとして実際にものを製作し,性能の評価を行う.また,本年度に実装したum精度の加工が可能な光学系を用いたデジタルファブリケーション機器を実際に使用することで,より精度の高い加工を容易に行う.当初の予定では3Dプリンタに代表されるような積層型のプリンタをシミュレーションした結果に使用することを目的としていたが,レーザー加工に代表されるような切削による加工を用いることでより精度の高い加工技術を前提とした技術の開発を行う.研究計画当初においては,シミュレーションで得られた結果を3Dプリンタによって製作することを想定していた.しかし,3Dプリンタの性能が想定より悪く,また,実際に製作された物体が熱などの製造時における外的要素によって理想の形状から大きく外れ,結果として製作物が理想形状が所有するはずの性質を有しないという問題が生じた.そのため,積層方式の3Dプリンタからレーザーカッターに代表されるような光を用いた切削方式の加工方法に変更することでより精度の高い加工を可能とし,この問題を解決しようとした.
核燃焼プラズマ制御のための干渉・偏光計測法の開発

短波長の遠赤外レーザーを用いた2波長干渉計を、大型ヘリカル装置の高性能運転並びにITERのような燃焼プラズマ実験のために開発した。THzレーザー光源として、波長57.2μmと47.6μmでの高出力同時発振を実現した。新型2波長レーザー干渉計を開発し、その基本性能である、振動補正を確認した。偏光計測用に新しく光弾性変調素子を開発し、ITERの計測要求を満足する偏光計測を可能にした。国際協力によって進められているITER計画を成功させるためには、核燃焼によって生成されるアルファー粒子を制御し、反応を持続させることが不可欠である。そのためには、閉じ込められたアルファー粒子の振る舞いを調べることは重要な研究課題であるが、その生成、閉じ込めに関係したプラズマパラメータの詳細な計測も核反応プラズマの自立性を確保するために重要である。本研究計画では、核反応率に密接に関係する密度分布と、プラズマの閉じ込め特性及びアルファー粒子の閉じ込めに密接に関係する内部磁場分布の計測法の開発を進めている。今年度に得られた主要結果を以下に示す。1)ITERの計測計画では、内部磁場分布計測のために波長118.8-μm CH3OHレーザー偏光計の使用を計画している。しかしながら、波長118.8-μmはITERサイズのプラズマでは、屈折効果が大きく波長の大きさが最適でないと考えられる。本研究では、これまでに40-100μmの波長領域において、複数のレーザー発振を確認した。この中で、特色あるレーザー(大出力かつ波長の大きさが最適)として、57.2μmと47.6μmの2本の発振線を確認し、それぞれに関しての発振特性を調べた。2)干渉・偏光計測器を構築するために必要な光学部品の開発、試験を進めた。特に、ITER計測において主要開発項目であるコーナーキューブ反射鏡について調査研究を進めるとともに、既存の反射鏡の反射率の波長特性試験を実施した3)57/48μmレーザーを用いた干渉・偏光計測の検出方式の検討を行った。既存の装置で代表的な検出方式(強度変化による方式、偏光面回転法、光弾性変調器を使用した方式)での問題点や計測精度の比較検討を行った。それらを元に、光弾性変調器を用いた方式を改良した光学系を考案し、近赤外光を用いたベンチテストを開始した。現在、テストを継続中であるが、新方式での偏光計測の原理検証に成功している。核燃焼プラズマの自立性を確保するためには、核反応率に密接に関係する密度分布と、プラズマの閉じ込め特性及びアルファー粒子の閉じ込めに密接に関係する内部磁場分布の制御が重要である。本研究計画では、これらのプラズマパラメータの計測法としてレーザーの干渉・偏光計測法の開発を進めている。今年度に得られた主要研究結果を以下に示す。1)ITER等の次期核融合実験装置の内部磁場分布を計測するために、最適なレーザー波長と考えれる40-100μmの波長領域において、これまでに得られた57.2μmと47.6μmの2本の高出力レーザー発振線の発振特性に関して新しい知見が得られた。励起用CO2レーザーと直交した偏光成分を持つ57.2μm線は単一のレーザー発振線であるのに対して、平行方向には47.6μmの他に54μmと85μmの新しい発振線が発見された。この新しい発振線は共振器圧力の調整によって発振を抑える事が出来、計測上問題が無い事が判った。2)干渉・偏光計測器を構築するために必要なレーザビーム分配器、合成器等の光学部品の開発、試験を進めた。新しく光学定数計測システムを確立し、短波長領域で使用可能な光学素子として、結晶水晶、CVDダイヤモンド、高抵抗シリコン基板を選定し、各々の光学定数を正確に計測し光学設計に必要な情報を得ることが出来た。3)これまでの検討により、ITERでの偏光計測には光弾性変調器を使用した方式が適していることが分かったが、10μm以上の波長域での光弾性変調器はこれまで無かった。そこで、光弾性素子材料等の最適化を行い、57/48μmで透過特性の良い高抵抗シリコンを素子とする、新たな光弾性変調器を開発・試作した。現在、透過率や変調効率等の性能評価を進めている。また、ITERでの密度分布計測で計画されているCotton-Mouton偏光計測の検証実験を、核融合研のCHSにて行った。その結果、限定的な条件では数値計算値と合致する計測結果が得られたが、完全な除去が難しい素子間の多重反射光が大きな誤差要因となることや、プラズマの周辺領域では計算値との差が大きい等、問題があることを明らかにした。これより、Cotton-Mouton偏光計測を用いなくてよい、57/48μmレーザー干渉偏光計の方が有利であることが分かった。核燃焼プラズマの自立性を確保するためには、核反応率に密接に関係する密度分布と、プラズマの閉じ込め特性及びアルファー粒子の閉じ込めに関係する磁場分布の制御が重要である。