hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視覚情報と身体情報の統合過程

平成27年度は,前年度までに実験及び分析を終えていた,両眼視野闘争における知覚意識と座標系に関する研究成果を纏め,国際学術雑誌(Journal of Vision)に投稿,採択された。同じく,視覚探索におけるターゲット検出の非対称性と座標系に関する研究成果を纏め,国際学術雑誌に投稿中である.同じく,追跡眼球運動中のコントラスト感度における空間周波数異方性に関する研究成果を国際会議(Vision Science Society)において発表した.これらの研究成果は学位論文として纏め上げ,受理された。平成27年度は以下の研究テーマについて,心理物理学的手法と脳波計測による視覚実験を通し,人間の視知覚における空間的・時間的連続性という重要かつ興味深い特質の機序を部分的に明らかにした.これらの研究によって得られた成果は,日本視覚学会2016年冬季大会において発表した.現在,これらの成果を纏め,ハイ・インパクト・ジャーナルへの投稿を準備している.<新錯視を用いた時間知覚の連続性に関する検討:運動物体知覚の離散化現象>報告者らは,空間的にぼけた窓をもつ正弦波縞パタン(ガボール刺激)の縞が画面上で静止した状態で窓だけが画面を移動すると,刺激全体が点滅しつつとびとびに跳躍するように知覚される現象(「離散運動錯視」)を発見した.なお,錯視が物理的な輝度変動そのもののアーチファクトでないことは,刺激の時空間周波数分析その他の予備的検討により確認している.興味深いことに,この錯覚的な跳躍頻度が4-8Hzで一定となり,注意やバインディングの時間分解能と概ね一致することや,錯視観察中に同様の周波数帯域の神経律動が抑制されることは,意識的知覚が時間的に離散的なものであり,脳内において一定周期で更新されるという考えを示唆している.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。網膜上の運動信号は,眼球・身体運動により環境内の物体運動とは乖離しているにも関わらず,我々は一貫性のある運動を知覚している.例えば,右方向に移動する注視点を目で追いながら,注視点と等速で動く物体を観察するとき,我々は右方向への物体運動(網膜上では静止)を知覚することができる.視覚運動の知覚には,網膜上の輝度運動成分のみならず,モダリティーを越えて非網膜的な感覚運動情報が利用,統合されている.報告者は,こうした座標変換を含む,高次の運動信号が,初期視覚系の応答感度において表現されている可能性を見出した.Schutzら(2007)は,追視中の運動パタンに対する検出コントラスト感度は,網膜上の時間周波数に依存し,追視と同方向への運動パタン(1 cycle/deg)に対する感度上昇を単なる空間的注意の効果に帰している.しかし,報告者による感度測定の結果,刺激の空間周波数が10 cycle/deg以上では追視と逆方向に運動するときに僅かな感度上昇がみられ,感度変化の非対称性の関係が逆転した.さらに等輝度色パタン刺激を用いると,空間周波数に関わらず,追視と逆方向に刺激が運動するとき,同方向と比べて高い感度が得られた.視覚系の小細胞チャンネルは高い空間周波数や色信号に感度をもつことから,感度変化の異方性は視覚処理のチャンネルに依存して生じていると推察される.過去の神経生理知見により,環境内での位置や運動に相関して発火するニューロンがV1を含む皮質の多くの領野で発見されていることを考え合わせると,初期視覚系が運動物体の座標系ごとに異なる感度特性をもつ可能性がある.上記の研究成果は,日本視覚学会2015年冬季大会にてポスター発表をおこない,ベストプレゼンテーション賞を受賞した.平成27年度は,前年度までに実験及び分析を終えていた,両眼視野闘争における知覚意識と座標系に関する研究成果を纏め,国際学術雑誌(Journal of Vision)に投稿,採択された。平成27年度は以下の研究テーマについて,心理物理学的手法と脳波計測による視覚実験を通し,人間の視知覚における空間的・時間的連続性という重要かつ興味深い特質の機序を部分的に明らかにした.これらの研究によって得られた成果は,日本視覚学会2016年冬季大会において発表した.現在,これらの成果を纏め,ハイ・インパクト・ジャーナルへの投稿を準備している.<新錯視を用いた時間知覚の連続性に関する検討:運動物体知覚の離散化現象>報告者らは,空間的にぼけた窓をもつ正弦波縞パタン(ガボール刺激)の縞が画面上で静止した状態で窓だけが画面を移動すると,刺激全体が点滅しつつとびとびに跳躍するように知覚される現象(「離散運動錯視」)を発見した.なお,錯視が物理的な輝度変動そのもののアーチファクトでないことは,刺激の時空間周波数分析その他の予備的検討により確認している.興味深いことに,この錯覚的な跳躍頻度が4-8Hzで一定となり,注意やバインディングの時間分解能と概ね一致することや,錯視観察中に同様の周波数帯域の神経律動が抑制されることは,意識的知覚が時間的に離散的なものであり,脳内において一定周期で更新されるという考えを示唆している.基本的な感度特性の測定は完了し,上述通りの成果を得ている.

ただし,これらの成果の根拠である感度変化が当初予測された数値よりも小さいため,観察者に提示する視覚刺激を工夫,最適化した上で,再度の感度測定をおこなうことを検討中である.27年度が最終年度であるため、記入しない。これまで本研究では,初期視覚系が運動物体の座標系ごとに異なる感度特性をもつ可能性を示した.とはいえ,視覚感度の増減分がただちに視覚センサー応答と相関しているという考えは尚早であり,応答関数に関する数理モデルの構築・検証や生態学的な整合性を含め,今後慎重に検討を加える必要がある.これらの検討と平行して,早期に論文化を進め,国際専門誌に投稿予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。
担癌生体におけるナイーブT細胞の分化とその制御に関する研究

本研究では、TGF-betaなどの免疫抑制サイトカインが存在する担癌生体において、移入したナイーブT細胞が、免疫抑制的な働きをする制御性T細胞(Treg)に分化しないかを検討したが、そのような環境下でもナイーブT細胞移入後、Tregの増加は認めなかった。また、温熱療法の併用によりナイーブT細胞療法の抗腫瘍効果は増強されることをin vivoマウスモデルで確認した。ナイーブT細胞の有効な拡大培養法については、さらに検討の必要があり今後の課題である。ナイーブTリンパ球を使った養子免疫療法(ACT)の方が、分化したリンパ球を移入する従来のACTより強い抗腫瘍効果を発揮することが動物モデルで報告され、その臨床応用が期待さている。しかし、ナイーブTリンパ球の担癌生体内での動態・分化についての詳細な検討は行われていない。そこでナイーブTリンパ球の担癌生体内での動態・分化に関してマウス大腸癌皮下移植モデルを使って解析を行った。また、これまで我々が行ってきた温熱療法が、ナイーブTリンパ球の効果を増強するのかについて検討した。さらに、有効なナイーブTリンパ球の培養方法についても検討した。ナイーブTリンパ球が移入後担がん生体において、抗腫瘍免疫の観点から望ましくない分化すなわちTregへの分化に向かわないか危惧されるが、われわれの実験モデルにおいては、皮下腫瘍の免染、所属リンパ節および脾臓のFCMによる解析にて、Tregへの分化誘導はほとんど起こっていないことが確認された。ナイーブTリンパ球が担がん生体内においてエフェクターTリンパ球に分化するのか、Tregに分化するのかは、ナイーブTリンパ球によるACTをヒトへ臨床応用する上で最も重要なことであり、この研究の意義は非常に大きいと考えている。また、温熱療法との併用においても、相乗的に抗腫瘍効果を発揮することがマウス皮下移植モデルで確認された。ナイーブTリンパ球の培養方法については、従来のリンパ球拡大培養法を改良し、IL-15、IL-21、抗CTLA-4抗体などを使って行っているところであり、IL-15や抗CTLA-4抗体は拡大培養効率を有意に上昇させる効果があることを確認した。次年度は、これらサイトカイン、抗体を使ってナイーブTリンパ球比率を上昇させ、新たなナイーブTリンパ球培養法を確立し、in vivoのモデルにおいては、ナイーブTリンパ球の生体内での増殖能、所属リンパ節へのホーミング能についての検討を加えたい。ナイーブTリンパ球を使った養子免疫療法(ACT)の方が、分化したリンパ球を移入する従来のACTより強い抗腫瘍効果を発揮することが動物モデルで報告されているが、ナイーブTリンパ球の担癌生体内での動態・分化についての詳細な検討は行われていない。これまで我々はナイーブTリンパ球の担癌生体内での動態・分化に関してマウス大腸癌皮下移植モデルを使って解析を行っており、前年度までの研究で、移入したナイーブTリンパ球は担癌生体において、Tregへはほとんど分化しないことが、皮下腫瘍、所属リンパ節の免染、FCMによる解析にて判明した。22年度の研究では、ナイーブTリンパ球の期待される特性である、生体移入後の腫瘍局所への高い集積能および増殖能に関しての検討をおこなった。ナイーブTリンパ球をCSFEでラベルし、担がんマウスの尾静脈より投与し、腫瘍内および所属リンパ節での増殖能を、成熟・分化したリンパ球を多く含む活性化リンパ球(LAK)投与群と比較した。この結果、当初予想したとおり、移入したナイーブTリンパ球はLAKと比較して、所属リンパ節に多数集積し、同部においてより高い分裂能を示すことが明らかとなった。これは担癌モデルにおけるナイーブTリンパ球移入療法の有用性を裏付ける根拠として、臨床的意義は極めて大きいものと考えている。さらに、本研究と関連して、ACTが宿主の免疫機能に与える影響について、ACTをうけた各種進行癌患者の末梢血を用いて検討したところ、進行癌患者においても、ACTの介入により、末梢血のPHA刺激によるIFN-γやTMF-α産生能は亢進し、Tregは減少することが明らかとなった。さらに、ACT介入後にIFN-γやTMF-α産生能が亢進した患者では生命予後も良好なことがわかり、ACTの効果予測のサロゲートマーカーとなる可能性も示唆された。
アルミ合金膜を用いた次世代銅配線における表面酸化保護膜に関する基礎的検討

次世代配線材料として多くの期待を集めているCu薄膜は、Alと異なり表面からの酸化が配線層内部にまで進行するという問題を抱えている。その問題を早急に解決することがCu配線の適用にとって重要課題の一つとなっているため、Cuの表面からの酸化を高温まで抑制することを目的とし、最表面にCuの酸化保護膜を設けることを提案した。本研究では、そのような酸化保護膜として優れた自己酸化保護性を示すAlをCuと化合物を持たない高融点金属との合金とすることで、まず保護膜自身の熱的安定性を高め、同時にAl本来の自己酸化保護性に加えてAlが全て酸化反応に消費された後においても、合金としたもう一方の材料が酸化することでCu薄膜の酸化を抑制できるものと考え、Al-Mo及びAl-V合金のCu表面での酸化特性を検討した。その結果、どちらの合金を用いた場合においても極めてAl-richな合金組成において、大気中600°Cで1時間の酸化処理後においてもCuの酸化を効果的に抑制できることが明らかとなった(投稿準備中)。これは、Alがまず選択的に表面で酸化することでAl-oxide層が形成され、酸化処理温度の増加に伴って表面のAl-oxide層が成長し、Al-oxide層中へ固溶できないCuがコンタクト内部へ拝斥され、酸化の第2段階としてAlが消費されると次にMoあるいはVが酸化することでCuの酸化を抑制するという酸化過程を経ることにより、極めて有用な結果が得られたものと考えられる。このように600°Cという高温までCuの酸化を抑制できたという事実は、国内外を問わず現在までのところ報告されていないことから、Al-Mo及びAl-V合金薄膜は、大気中500°CまでCuの酸化を保護したというこれまでのパッシベーション技術におけるトップ・データ(申請者ら:J.J.A.P.35,1844(1966)及びThin Solid Films272,18(1996)を塗り替えるという極めて優れた保護特性を示すことが実証された。したがって、本研究は今後のCuのパッシベーション技術に関する研究にとって有用な指針を与えるものと考えられ、当初の計画は十分に達成されたものと思われる。
空間的に閉じ込められた励起電子系の実現とダイナミックス

本研究は大別して1,2以下の3項目に分かれる。1.有機ポリマー中に埋め込まれたPbI_2微粒子の光学的性質E-MAAポリマーに埋め込まれたPbI_2超薄膜単結晶で吸収スペクトルを測定すると単層から始まる数層の単結晶中では励起子の重心運動が閉じ込めを受けることを示す現象がみられた。発光スペクトルからは励起子の結合エネルギーが空間閉じ込め効果と電媒質閉じ込め効果のために飛躍的に増大することが明らかになった。また吸収スペクトルからは,単層と2,3層の結晶では結合状態にも変化が現れ,イオン性がより強くなることを明らかにした。ポンプ-プローブの実験からは励起子-フォノン相互作用が,強磁場下での反磁性シフトからは内部運動を表す励起子波動関数の空間閉じ込めの様子が明かとなった。2.NaCl中に埋め込まれたCuCl徴粒子の光物性。励起子吸収帯内のサイズ選択励起により1S励起子共鳴発光の寿命のサイズ依存性を測定することにより,巨大振動子効果による励起子超放射現象を初めて確認した。またサイズ選択励起法による発光線幅の温度依存性からは表面での励起子の位相緩和と音響形格子振動が低温では重要であることを示した。ホールバーニング分光からは光学非線形性が超微粒子1個当りの励起子数に依存することを明らかにした。3.ゼオライト中のPbI_2,HgI_2,BiI_3,Na,K,Rbクラスターの電子物性.PbI_2,HgI_2,BiI_3クラスターの光吸収スペクトルからは励起子エネルギーと振動子強度の量子サイズ効果が観測され,高密度状態ではクラスターの3次元配列による反射率の増大が観測された。Na,K,Rbクラスターの吸収スペクトルからはクラスター内の個別電子による吸収と表面プラズモンによる吸収がみられた。Kクラスターの帯磁率測定からは強磁性相が出現することを見出した。本研究で使用する主要な装置モ-ドロックYAGレ-ザを購入した後、その調整を行い、色素レ-ザの赤及び赤外領域での発振に成功した。伊藤は波長可変ピコ秒レ-ザを光源として、アルカリハライド中のCuCl微粒子の発光スペクトルの時間応答を液体ヘリウム温度で測定した。その結果、励起子分子の結合エネルギ-が粒子サイズが小さくなるにつれて増大することが分かり、この結果は萱沼が励起子分子の球形閉じ込めモデルを用いて変分計算により理論的に得られた結果とよく一致することが分かった。又、後藤は有機ポリマ-中のPbI_2微粒子についての研究を行った。PbI_2微粒子はポリマ-を酢酸鉛で熱処理することによりPbイオンを導入し、次にHIガス中で反応させて合成することに成功した。その粒子の形をTEMにより観測したところ直径100Å程度の平板状をしていることが分かった。吸収と発光スペクトルの測定から、平板状結晶の厚さ方向についての励起子の量子サイズ効果が見出された。野末、後藤、寺崎はゼオライト中にSeやPbI_2を導入し、その中にクラスタ-やマルチクラスタ-ができることを光学的手段とESRの測定から明らかにした。PbI_2のマルチクラスタ-になると有効質量近似が成り立たなくなることも分かり、フォノン振動については微粒子の弾性体モデルが適用できることを示した。NaCl中に埋め込んだCuCl微粒子を作り、その励起子発光を液体ヘリウム温度で測定した。励起光源にはピコ秒YAGレ-ザを用い、発光は分光してからシンクロスキャンストリ-クカメラで測定した。

その結果、微小空間に閉じ込められた励起子がコヒ-レントな状態にあり、超放射を起こすことを発光寿命の測定から明らかにした。又、温度が上昇するとフォノン散乱が起こりコヒ-レンスが破れてくることも分かった。又、フォノンのエネルギ-が空間的閉じ込め効果によるバンド折りたたみ効果のため小さくなることもラマン散乱の測定から明らかになった。有機ポリマ-中に入ったPbI_2微粒子は平板上の微結晶となっており、その大きさを透過電子顕微鏡で調べた。この物質の吸収スペクトルの測定から、微結晶の厚さに依存した量子サイズ効果が明らかになり、高次の準位への吸収帯も観測された。その結果、3層以上の結晶では励起子のサイズ量子化として説明できるエネルギ-位置に励起子吸収帯が現われるが、1,2層ではPbI_2の電子帯構造自身が変化していることが分かった。ゼオライト中に挿入されたPbI_2クラスタ-の乱反射スペクトルを測定した。PbI_2の挿入量を増やしてゆくと、1分子から5分子までのクラスタ-が細孔中に入り、特に飽和に近く挿入した場合には3分子と5分子が交互の細孔に入り2倍周期のラウエ像が観測された。単位挿入数あたりの吸収帯の面積は分子数が少ない程大きくなることが分かった。この現象は量子サイズ効果として説明できる。ナトリウム金属を挿入した場合には、クラスタ-内の電子遷移による吸収と電子プラズマによる吸収とが見出された。NaCl中に埋め込まれたCuClの励起子帯域における共鳴ラマン散乱スペクトルを測定すると,微結晶に特有な音響フォノンによる散乱ピ-クが観測され,そのエネルギ-は微結晶サイズが小さくなる程大きくなることが分かった。この現象は音響フォノンのサイズ効果を示しており,このことから微結晶における励起子ーフォノン相互作用についての知見が得られた。更に,励起子吸収スペクトルに見られる微細構造からNaCl結晶中ではCuCl結晶の外形は立方体をしており,立方体のCuCl結晶中での量子サイズ効果が見られることが分かった。ゼオライト中にpbI_2,HgI_2,BiI_3クラスタ-を挿入すると,励起子エネルギ-と振動子強度に量子サイズ効果が現われ,その程度はバルク結晶中での励起子のボ-ア半径の大きさに依存することが明らかになった。更に,高濃度にpbI_2を吸蔵させると,反射率が急激に大きくなることが分かった。この現象は単にモ-ショナルロ-イング効果によっては説明できず,PbI_2クラスタ-が格子を組んだクラスタ-結晶が実現したため,フレンケル励起子が発生したことによると考えて説明できた。金属カリウムを高密度にゼオライト中に入れると,単に表面プラズマによる吸収が見られるのみならず,非常に大きな帯磁率が4K以下で観測された。帯磁率の大きさと急激な温度変化からゼオライト中に吸蔵されたカリウムクラスタ-が互いに相互作用を及ぼし,強磁性を示すようになったと考えられる。実際に,履歴現象も観測され,10e程度の非常に弱い外部磁場でも帯磁率が急激に減少することが分かった。この敏感な外部磁場依存はスピンが非常に動き易いことを意味していると考えられる。本研究の目的は大別して3項目に分れられる.1,固体媒質中に埋め込まれた半導体超微粒子の電子励起状態を調べそのサイズや電子格子相互作用を調べる研究.この研究はPbI_2超薄片状単結晶を有機ポリマー中に埋め込んでその励起子によるホールバーニング効果をポンプ-プローブ分光により調ベた.
読字障害・書字障害に対する視覚効率の改善のためのプログラムの開発

本研究では,読み能力に関連する視覚の問題に焦点を当て,その改善を図るための援助プログラムの開発を目的として、以下の3つの研究を実施した。研究1読み能力と視機能に関する調査研究小学校3学年の通常学級に在籍する児童75名を選定し、視覚効率(Developmental Eye Movement Test:DEM)、視知覚能力(Test of Visual Perceptual Skills:TVPS)、読み能力(読書能力診断テスト)を実施した。調査結果から、読み検査とDEMおよびTVPSには有意な正の相関が確認され、読み能力に眼球運動と視知覚能力共に関係していることが示された。一方で、TVPSとDEMとの間には有意な相関関係は認められなかった。この結果は、眼球運動と視知覚の能力は互いに独立性の高く、眼球運動の改善のための援助プログラムが読み能力の改善に効果をもたらすという仮説を支持するものと考えた。上記の小学校3年生児童(75名)に加え、小学校4学年児童(65名)、小学校5学年児童(74名)を選定した。35年生児童のDEM得点の比較では、3学年と4学年、3学年と5学年にのみ有意な差が認められた。3学年児童に比べ、4,5学年児童では、読み理解に対する視覚効率の関係が小さくなっていた。なお、測定されたデータをもとに、DEMの学年別得点換算表を作成した。研究3読み困難児への支援プログラムに関する研究一卵性双生児に支援のためのプログラムを実施し、プログラムの有効性について検討した。対象児は小学校4学年に在籍する一卵性双生児の男子2名であった。主訴は、国語の読み書きの学習と他教科での読みを伴う課題の学業不振である。B児のみ、眼球運動促進プログラムを実施し、DEMおよび読み検査をトレーニング前後に実施して比較検討した。計60回のトレーニングを実施した結果、B児にのみDEMと読み検査に有意な向上が確認された。本研究では,軽度発達障害児の読み能力に関連する視覚の問題に焦点を当て,その改善を図るための援助プログラムを開発することを目的としている。今年度は援助プログラムの開発に先立ち、読み能力に関するアセスメントのバッテリーを検討し、それを用いて実態調査を行った。バッテリーの構成と測定方法は次の通りである。3)読み能力:標準読書能力診断テストBI型、BII型なお、直接観察による眼球運動の記録分析デジタルビデオを撮影した映像をパーソナルコンピュータで処理し、分析した。対象児として小学校3学年の通常学級に在籍する児童75名(男児41名、女児34名)を選定した。なお対象児には特別な眼疾患により視機能障害を持つ者は含まれてないことを確認した。これらの調査結果から、読み検査とDEMおよびTVPSには有意な正の相関が確認され、読み能力に眼球運動と視知覚能力共に関係していることが示された。一方で、TVPSとDEMとの間には統計的に有意な相関関係は得られなかった。この結果は眼球運動と視知覚の能力は互いに独立性の高い能力と考えることができる。これらの結果は、眼球運動の改善のための援助プログラムが読み能力の改善に効果をもたらすという仮説を支持するものと考え、次年次以降の研究を進めることとする。今年度は、先年度の研究に引き続き、読み能力と視覚効率に関する実態調査を行った。なお、先年度得た知見から、眼球運動のみを直接評価する方法として、Visagraph IIによる測定を加えた。

2)読み能力:標準読書能力診断テストC型(高学年用)なお、直接観察による眼球運動の記録分析は、デジタルビデオを撮影した映像をパーソナルコンピュータで処理し、分析した。対象児として小学校5学年の通常学級に在籍する児童(74名)を選定した。なお対象児には特別な眼疾患により視機能障害を持つ者は含まれてないことを確認した。これらの調査結果から、読み検査とDEMは有意な正の相関が確認され、読み能力と眼球運動に関係が認められた。しかしながら、昨年度の3学年児童に比べると、読み理解に対する視覚効率の関係は強くなく、むしろ速読能力に強い関係が認められた。このことは、学年進行に伴い、視覚効率と読み能力の関係は変化することが推察された。これらの結果は、3学年に加えて5学年児童においても、眼球運動の改善のための援助プログラムが読み能力の改善に効果をもたらすという仮説を支持するものと考える。本研究では,軽度発達障害児の読み能力に関連する視覚の問題に焦点を当て,その改善を図るための援助プログラムを開発することを目的としている。(1)今年度は、先々年度、先年度の研究に引き続き、読み能力と視覚効率に関する実態調査を小学校4年生児童を対象に行い、これまでのデータと合わせて総合的な分析と考察を行った。対象児及び調査に用いたバッテリーの構成と測定方法は次の通りである。対象児:小学校4学年児童65名(男子33名、女子32名)2)読み能力:標準読書能力診断テストC型(高学年用)35年生児童のDEM得点の比較では、3学年と4学年、3学年と5学年にのみ有意な差が認められた。3学年児童に比べると、読み理解に対する視覚効率の関係は強くなく、昨年度調査した5学年児童と同様の傾向であった。低読み能力群(11名)と高読み能力群(54名)では、DEM得点に有意差が認められ、読み困難児においては、その要因として眼球運動能力が関係することが推測された。(2)読み困難児である一卵性双生児に支援のためのプログラムを実施し、プログラムの有効性について考察する。対象児:小学校4学年に在籍する一卵性双生児の男子2名。主訴は、国語の読み書きの学習と他教科での読みを伴う課題の学業不振である(WISC-III:A児は:FIQ84、B児は:FIQ80)。方法:B児のみ・眼球運動促進プログラムを実施し、DEMおよび読み検査をトレーニング前後に実施して比較検討した。計60回のトレーニングを実施した結果、B児にのみDEMと読み検査のうち読み理解項目に有意な向上が確認された。
光化学治療に有効な光増感剤の開発に関する研究

光化学治療に有効な光増感剤を開発する目的で、1)簡便で確実な光増感物質のスクリーニング系を確立する、2)個々の光増感剤がそれぞれどの生体成分に作用し、光照射によりいかなる生体障害が誘発されるか、3)個々の薬剤がそれぞれどのような反応メカニズムで光増感障害を引起すか、を検討した。既知の光増感物質アクリフラビンは酵母にたいし、「細胞致死」「ミトコンドリア性変異(Petite誘発)」や「核性変異」誘発などの光増感障害を引起した。また酵母核DNA、大腸菌染色体DNAやプラスミドDNAの一本鎖切断も誘発されることが明らかとなった。さらにヘマトポルフィリンやケトプロフェン、アフロクアロンなどはヒト赤血球にたいして光溶血活性を示した。この光溶血活性と赤血球脂質過酸化能との間に密接な相関性が認められた。それぞれの細胞障害の誘発を指標として光増感物質を有効にスクリーニングできるか検討した。「酵母の核性変異誘発系」「ミトコンドリア性変異誘発系」「光溶血系」は検出できる光増感物質度が限定されていてあまり有効ではなかった。これらと比較して「酵母の細胞致死」および「プラスミドDNA一本鎖切断の誘発」を指標とするスクリーニング系はそれぞれ多くの薬剤の光増感性を確認することができ有用と考えられる。特に後者は抽出したDNAにたいする作用をin vitroで検討できるための操作も簡便で、多数の薬剤について短期間で追究できるなどの利点を持っている。ユーフラビンの光増感によるDNA鎖切断活性はNaN_3などの一重項酸素消去剤で著しく阻害される。一方クロルテトラサイクリン、プロトポルフィリンの活性はそれぞれD-マンニトールやカタラーゼなどのユーフラビンとは異なる活性酵素消去剤によって阻害されることが示された。今後この光増感剤のスクリーニング系を応用して、ポルフィリン類、アクリジン、チアジン、キサンチン、キノリン系化合物のなかから有効で副作用の少ない光増感物質を探索していく予定である。光化学治療に有効な光増感剤を開発する目的で光増感作用を示す薬剤のスクリーニングを行った.半数体酵母Saccharomyces cerevisiae DP1 1B/517にたいする細胞致死作用および変異誘発作用を指標として検索を行なった.キサンチン系色素6種,アクリジン系9種,アソ系8種,トリフェンルメタン系8種,キノリン系4種,テアジン系3種,その他4種の径42種の薬剤について光増感による酵母細胞致死作用を検討したところ,ユークラビン,プロフラビン,,アクリジンイエロー,リバノール,既にガンの光化学治癒に応用されているアクリジンオレンジなどのアクリジン化合物に強力な作用を持つものが多く見い出された.キノリン系ではピナシアノール,チアジン系のトるイジンブルー,チオニン,その他のものとしてヘマトポルフィリン,プロトポルフィリンなどが致死作用を示した.一方ミトコンドリア性変異誘発作用に関してはユーフラビン,プロフラビン,リバノール,アクリジンイエローやピナシアノール,チオニンが高い誘発能を示したほかトルイジンブルーにも活性が認められた.これらの関連化学物のなかに毒性が低く,強力な光増感活性を持つ光化学治療薬が見い出される可能性が示された.薬剤の光増感作用による変異誘発のメカニズムを明らかにする目的でDNAの一本鎖切断の誘発を検討した.

プラスミドYRp7をEscherichia coli中で増幅した後アルカリで容積したホモジェネートから抽出・精製した.ユーフラビン,ハマトポルフィリンなどの種々の増感剤を作用させた後光照射し,本研究費で買入したスラブゲル電気泳動システムを用いて電気泳動した.その結果Covaently Closed Circular状のプラスミドDNAに一本鎖切断が生じ,移動度の異なるOpen Circular DNAのbandが生ずることが示された.このような一本鎖切断の誘発活性も,有効な光増感剤をスクリーニングするうえで有力な指標になるものと考えられる.光化学治療に有効な光増感剤を開発する目的で、酵母細胞の致死活性および大腸菌プラスミドYRp7DNAの一本鎖切断活性を指標とした光増感物質のスクリーニング系を検討した。先に強力な光増感作用による酵母細胞致死活性や変異誘発活性の認められたユーフラビン、プロフラビン、アクリジンオレンジなどのアクリジン化合物に、強力なプラスミドDNA一本鎖切断活性が認められた。クロルテトラサイクリン、オキシテトラサイクリンも10100μMの濃度でDNA鎖切断作用を示した。ヒトに光増感皮膚障害を引起す可能性が示唆された9種の医薬品アフロクアロン、エノキサシン、トリクロルメチアチド、ピンドロール、ジゴキシン、クロルメザノン、メチクラン、ピロキシカム、グルベンクラミドについても検討したところ、筋緊張性疾患治療薬のアフロクアロンと化学療法剤のエノキサシンにプラスミドDNA鎖切断活性が認められた。アフロクアロンについては光溶血活性も確認された。このようにプラスミドDNAの一本鎖切断を指標とした光増感物質のスクリーニングは感度も高く、操作も比較的簡単で短時間に多数の薬剤を検定できるなど種々の利点を持っている。ユーフラビンの光増感によるDNA鎖切断活性はNaN_3などの一重項酸素消去剤で著しく阻害される。一方クロルテトラサイクリン、プロトポルフィリンの活性はそれぞれDーマンニトール(ハイドロキシルラジカル消去剤)およびカタラーゼ(H_2O_2消去剤)によって著しく阻害され、ユーフラビンとは異なる作用メカニズムでDNA鎖切断を引起しているものと考えられる。今後このDNA鎖切断作用を指標としたスクリーニング系を用いて、ポルフィリン類、アクリジン、キサンチン、チアジン、キノリン化合物のなかから、人や動物に毒性が少なく、癌などの異常増殖細胞にたいする光増感致死活性の高い光増感剤を探索するとともに、それらの光増感障害の誘発メカニズムを追究していく予定である。
スーパー抗原と内毒素による歯周組織の選択的アポトーシス

ヒトの歯肉上皮細胞を含む種々の抗原提示細胞のアポトーシスにおけるNF-κBの役割を中心にして、スーパー抗原とlipopolysaccharide(LPS)によるアポトーシス制御機構を解析した。ブドウ球菌が産生する代表的なスーパー抗原として知られるSEBはNF-κBの活性化を誘導し、NF-κB阻害剤であるPDTC前処理によってその活性は阻害された。また、PDTC処理によりSEB誘導アポトーシスは増強された。これらの結果より、SEB刺激はNF-κBの活性化を介したアポトーシス抵抗作用を付与する。また、NF-κBはCD80遺伝子の転写因子であることからアポトーシス抵抗性はCD80発現細胞に現れる。CD80発現抗原提示細胞はT細胞のCD28分子との結合により補助シグナルを伝達する。しかしながら、NF-κBは可溶性Fas ligandを誘導し、アポトーシス促進作用を示すことも明らかとなった。すなわち、スーパー抗原刺激ではアポトーシスが優位に誘導され、炎症性サイトカインの放出を減少させることが考えられた。一方、LPSはスーパー抗原とは異なりNF-κBを持続的に活性化し、抗アポトーシス・タンパクであるXIAPの合成を誘導し、SEB誘導アポトーシスを抑制した。宿主に広範な病変を引き起こす内毒素の存在下では、スーパー抗原によるアポトーシスは抑制され、サイトカインの持続的産生が起こり、病変を悪化させる可能性が示唆された。また、CD80陽性細胞は選択的にアポトーシスを免れる結果、T細胞に過剰なシグナルを伝達し、組織傷害性リンパ球を誘導することにより、病変の成立、進行に関与する。本研究により、スーパー抗原とLPSの複雑なアポトーシス調節作用が明らかとなり、これらの病原因子に対する口腔内免疫応答が今後、重要な研究テーマの1つになるものと考えられる。本年度はヒト歯肉上皮細胞を含む種々の細胞のアポトーシスを中心にして、スーパー抗原とlipopolysaccharide(LPS)によるアポトーシス制御機構を解析した。末梢血単核細胞を用いた実験系では、スーパー抗原(staphylococcal enterotoxin B : SEB)刺激により可溶性Fasリガンド(Fas L)がT細胞より産生され、Fas発現細胞(単球など)のFas/Fas L経路によるアポトーシスが誘導された。また、カスパーゼ8,10,3が順次活性化され、DNAの断片化が起こる結果も得られた。LPSで前処理することにより、このアポトーシスは抑制された。LPSは転写因子として知られるNF-κBの持続的な活性化を誘導し、抗アポトーシス蛋白であるIAPファミリー(XIAP)の合成を促進し、カスパーゼ3の活性を抑制することも示唆された。このことは、NF-κB阻害剤であるPDTCを加えることにより、アポトーシスが増強されることから確かめられた。歯肉上皮細胞のアポトーシスについても現在検討中であるが、同様のアポトーシス制御機構が関与することが期待される。スーパー抗原やLPS刺激によって誘導されるTNF-αやIFN-γなどのサイトカインもアポトーシスに深く関与しており、特にIFN-γはアポトーシス抵抗性を付与すると同時に、カスパーゼ・カスケードを活性化する作用を有することもわかった。以上の結果より、口腔内に常在する細菌より産生されるスーパー抗原による組織の傷害が、有害菌体成分として知られるLPSによって制御されることが明らかとなり、生体が恒常性を維持するために獲得した巧妙かつ重要な機構であると考えられる。本年度はヒトの歯肉上皮細胞を含む種々の抗原提示細胞のアポトーシスにおけるNF-κBの役割を中心にして、スーパー抗原とlipopolysaccharide(LPS)によるアポトーシス制御機構を解析した。

ブドウ球菌が産生する代表的なスーパー抗原として知られるSEBはNF-κBの活性化を誘導し、NF-κB阻害剤であるPDTC前処理によってその活性は阻害された。また、PDTC処理によりSEB誘導アポトーシスは増強された。これらの結果より、SEB刺激はNF-κBの活性化を介したアポトーシス抵抗作用を付与する。また、NF-κBはCD80遺伝子の転写因子であることからアポトーシス抵抗性はCD80発現細胞に現れる。CD80発現抗原提示細胞はT細胞のCD28分子との結合により補助シグナルを伝達する。しかしながら、NF-κBは可溶性Fas ligandを誘導し、アポトーシス促進作用を示すことも明らかとなった。すなわち、スーパー抗原刺激ではアポトーシスが優位に誘導され、炎症性サイトカインの放出を減少させることが考えられた。一方、LPSはスーパー抗原とは異なりNF-κBを持続的に活性化し、抗アポトーシス・タンパクであるXIAPの合成を誘導し、SEB誘導アポトーシスを抑制した。宿主に広範な病変を引き起こす内毒素の存在下では、スーパー抗原によるアポトーシスは抑制され、サイトカインの持続的産生が起こり、病変を悪化させる可能性が示唆された。また、CD80陽性細胞は選択的にアポトーシスを免れる結果、T細胞に過剰なシグナルを伝達し、組織傷害性リンパ球を誘導することにより、病変の成立、進行に関与する。本研究により、スーパー抗原とLPSの複雑なアポトーシス調節作用が明らかとなり、これらの病原因子に対する口腔内免疫応答が今後、重要な研究テーマの1つになるものと考えられる。
認知行動を制御するCa2+/CaMKシグナル伝達機構解明と操作

本研究課題では、生きた脳内におけるニューロンへのCa2+/カルモジュリン依存的な情報書込み過程を解明するため、1新規改良Ca2+シグナリングセンサー群の開発し、21光子イメージングによるCa2+シグナル・Ca2+エフェクター活性化の伝播・情報処理過程の解明を成体脳・発達期脳で進めた。さらに3長期記憶の固定におけるCa2+/カルモジュリン依存的な情報処理の高次機能発現における役割の解明をめざし、「神経回路への情報書込み」の分子的実体に迫る成果をいくつか得た。今後ともこれらの成果を元に、脳の根本的な作動原理の一端が一層明らかになるとともに、脳機能の計測から操作に至る基盤技術の開発が期待される。平成27年度は、本計画の開始期にあたり、まず、行動実験系の準備と、既存の蛍光プローブを越える新規センサー分子開発に取り組んだ。具体的には、マウスモデルにおける種々の認知行動実験やそれに付随するイメージング・諸計測システムを実現する環境を整え、一つ一つの実験の最適化に取り組んだ。場所記憶の生成・想起に必要と考えられている嗅内野-海馬歯状回の回路を刺激する光遺伝学的条件を整え、マウス疾患モデルに対する応用が可能となった(Yamamoto et al. Cell Rep 2015)。さらに、前年度中に開発した高速Ca2+インディケーターR-CaMP2を用い、種々のin vivo実験への応用を試みたところ、線条体機能評価のためのファイバーフォトメトリー(Kim et al. Nature Met 2016)や、小脳学習課題(Gaffield et al. J. Neurophys)などへの有用性が示された。さらに、R-CaMP2の他色への展開を図るとともに、これまでにないカルシウムシグナリングプローブの一例として、CREBリン酸化を感受する新たなセンサー分子pCREB-ARを創出した。これら一連のプローブは、改良とともに幅広い有用性が期待され、認知行動メカニズムの探索のみならず、その基盤となる回路形成におけるカルシウムシグナリング動態測定にも今後応用範囲が広がると考えられる(Horigane et al. Mol Brain 2016)。当初計画に基づき、新規カルシウムシグナルセンサープローブの開発が実現しているだけでなく、認知行動実験系も予想を上回る展開で順調に整備され、関連する論文発表も進んでいる。平成28年度には、平成27年度に開発したセンサープローブの最適化を引き続き続行するとともに、個体レベルのCaMKシグナリングの役割探索を実施した。また昨年度に引き続き、線形性の高いカルシウムセンサーの応用用途を拡大するため、国際共同研究を進めた。1)数多くの単色Ca2+シグナルセンサーをアデノ随伴ウィルスベクターに搭載し、神経活動に伴うシグナル活性の時空間ダイナミクスの測定を試みた。その結果、fiber photometryにおける2色活動測定法を新たに編み出した(Kim et al. Nat. Met 2016)。また、海馬CA1神経細胞や扁桃体細胞などにカルシウムセンサーを導入し、1光子蛍光内視鏡イメージングを実施し、Ca2+シグナル・Ca2+エフェクター活性化の伝播・情報処理過程の可視化の条件検討を開始した。2)複数のCaMK分子種について、個体レベルのでノックアウト・ノックダウン実験を実施し、その細胞形態・回路形成・神経可塑性・行動レベルの表現型を解析した。その結果、CaMKIの発生期のノックダウン・ノックアウト、CaMKIVのノックダウンなどで、回路形成上や、長期記憶想起異常などが観察された。これらの前提となる、カルシウム・カルモジュリン依存性多機能キナーゼ(CaMK)ファミリーに関する総説を執筆し、Journal of Neurochemistryに掲載が確定した(Takemoto-Kimura et al. J. Neurochem. 2017)。当初研究計画に基づき、新規カルシウムセンサープローブの改良や個体内イメージングへの応用の実験条件検討が順調に進んでいる。また認知行動実験についても、引き続き、順調にデータが蓄積されつつある。平成29年度は、本研究の最終年度にあたり、これまでの総決算として、1)新規カルシウム伝達経路シグナリングプローブのさらなる最適化・in vivo条件検討、2)個体実験系におけるシグナル解析の実施、3)Ca2+- CaMKシグナル伝達経路を規定する分子の部位特異的・時期特異的操作による特異的表現型解析等を実行した。具体的には、1)緑・赤以外のカルシウムセンサープローブにさらに改良を加え、二色以上の同時イメージングが可能な活動計測プロトコールを樹立した。2)pCREB-ARプローブのシグナル増強とin vivo展開への技術開発を実施し、さらにCREB下流遺伝子産物Arcの個体動物における可視化解析に関わる数多くの国際共同研究を先導した。3)CaM<I/CaMIV経路の操作を続行し、部位特異的な生理的機能についての探索を推進した。その過程で、大脳皮質幼弱神経細胞の突起内で自発的に誘発される新たなカルシウムシグナルを発見し、spontaneous regenerative Ca2+ Transient (SRCaT)と命名した。SRCaTは、電位依存的L型カルシウムチャンネルによるカルシウム流入を引きがねとしており、脳発生初期の脳層構造・細胞構築にも関与する可能性が示唆された。自閉症様症状をヒトで伴うL型カルシウムチャンネルを異所性に発現したところ、移動異常が誘発されたが、生後にチャンネル活性を正常化することによりこの異常が回復したことから、脳発達初期におけるL型カルシウムチャンネルの脳形成における意義が初めて明らかとなった。

本研究課題では、生きた脳内におけるニューロンへのCa2+/カルモジュリン依存的な情報書込み過程を解明するため、1新規改良Ca2+シグナリングセンサー群の開発し、21光子イメージングによるCa2+シグナル・Ca2+エフェクター活性化の伝播・情報処理過程の解明を成体脳・発達期脳で進めた。さらに3長期記憶の固定におけるCa2+/カルモジュリン依存的な情報処理の高次機能発現における役割の解明をめざし、「神経回路への情報書込み」の分子的実体に迫る成果をいくつか得た。今後ともこれらの成果を元に、脳の根本的な作動原理の一端が一層明らかになるとともに、脳機能の計測から操作に至る基盤技術の開発が期待される。次年度以降に、初年度に開発・改良したプローブ群や行動実験系を、Ca2+/CaMKシグナル伝達機構解明のために活用していく予定である。最終年度に向け、各種プローブのノウハウを確立し、さらにCaMKシグナルを破綻した動物モデルの解析を計画通りに進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。神経生化学29年度が最終年度であるため、記入しない。
広域近赤外線ディープサーベイによる原始銀河探査

我々は、ヨーロッパ宇宙機関(ESA)の打ち上げた赤外線宇宙天文台Infrared Space Obsevvatory(ISO)を用いて人類史上初の中間積概算(波長7ミクロン)による原始銀河探査を行なった。ハワイ大学マウナケア天文台の2.2m望遠鏡を用いて取得した波長2ミクロンのディープサーベイデータと比較した結果、少なくとも3個以上の中間赤外線源を発足した。銀河が形成時期に自分自身で生成したダストに取り囲まれると紫外や可視光では吸収の影響で見えにくくなるが、逆に赤外域ではその影響が弱くダスト自身の放射も見えてくる。我々の観測結果はこのようなダストに隠された形成途上の銀河の存在を強く示唆することとなり、銀河形成研究の進展に極めて大きな貢献をすることができた。合わせて波長100-200ミクロン帯のディープサーベイも行い同様に多数の遠赤外線源を新たに発足した。主たる目的である原始銀河探査の観測は平成8年2月に無事終了し良質なデータを取得することができた。この観測はひとつの天域について高性能近赤外カメラで数10時間に及ぶ積分を必要とするので来年度も同様な観測を行なう。今までに取得したデータの解析は順調に進んでおり、期待どおりの成果を得られる見通しがついた。この計画とタイアップして行なうことになっている。赤外線宇宙天文台も昨年11月に無事打ち上げられ、平成8年中に波長7ミクロン帯のディープサーベイが完了する予定である。クェーサーに関してはキットピーク天文台4m望遠鏡により赤方偏後ろを越えるクェーサーの近赤外分光観測に成功した。波長1ミクロンから24ミクロンをカバーする良質のデータが得られ,電解ガス中に含まれる鉄、酸素、及びマグネシウムの組成を評価することができた。元素合成進化論の立場からクェーサーの形成時期に強い制約を与える成果が得られた。またクェーサー形成機構の有力なアイデアとして「銀河群の合体」説を検討するためにコンパクト銀河群の系統的な研究も行なった。5大学電波天文台の受信器は3×5のマルチアレイ(世界最大)なので銀河群全体の分子ガス量を定量するのに格好の設備である。観測した全ての銀河群からCO輝線を搬出した。この観測は来年以降も継続する予定になっている。中間赤外カメラの開発も順調に進み、ワイオミング天文台の協力を得て最初の実験が行なわれた。開発したカメラは中間赤外域では世界最高の画素数(256×256)を有し、今後の観測成果が多いに期待される。本年度はクェーサーの観測的研究及び中間赤外カメラの開発に力点をおいて研究を行なった。山田亨はアメリカ合衆国キットピーク天文台の4m望遠鏡にマルチスリット分光器を用いてX線衛星「あすか」で検出されたX線源の同定観測を行なった。約100個の天体の中から10個以上に及ぶクェーサーを検出することに成功した。これらの研究はクェーサーを高赤外偏移組成まで系統的に研究するのに極めて重要な貢献をする。一方、谷口義明、村山卓、大山陽一はハワイ大学マウナケア天文台の2.2m望遠鏡に高性能光学分光器HARISと赤外分光器KSPECを用いて光赤外偏移クェーサーのスペクトルを取得した。サンプルは10個を越え、これらのデータから光赤外偏移クェーサーのホスト他行の化学進他及び星生成史を研究した。既にその成果の一部はスペインで開かれた「クェーサーホスト」研究会で、公表され非常に高い評価を受けた。これは我々のデータが質的にも量的にも世界一であることによる。中間赤外カメラについてはハワイ大学の開発状況をアラントクナガ博士らと検討し(招へい)、今後の具体的観測計画を策定した。また名古屋大学の開発した中間赤外カメラはアメリカ合衆国ワイオミング天文台で昨年に引き続いて試験観測を行ない、極めて高い観測性能を有することを立証した。我々は、ESAの打ち上げた赤外線宇宙天文台Infrared Space Observatory(ISO)を用いて、人類史上初の中間赤外線(波長7ミクロン)による原始銀河操査を行なった。ハワイ大学マラナケラ天文台の2.2m望遠鏡を用いて取得した波長2ミクロンのディープサーベイデータと比較した結果、少なくとも3個以上の中間赤外線源を発見した。銀河が形成初期に、自分自身が生成したダストに取り囲まれると紫外や可視光では吸収の影響で見えにくくなるが、主に赤外域ではその影響が弱い。我々の観測はこのようなダストによる光の吸収を受けた形成途上の銀河の存在を強く示唆することになり、世界中の研究者の注目を集めた。

またハワイ大学のアラントクナガ氏及び名古屋大学の研究者らが開発してきた赤外線カメラも完成し地上の天文台を用いた観測が行えるようになったのも極めて大きな成果である。
磁歪駆動アクチュエータ

本研究では、マイクロマシン技術を応用した、磁歪材料駆動の光スキヤナーに関して、計算機を用いた設計や、半導体微細加工を用いた実デバイスの作製を行い、新しい研究成果を得た。研究対象である磁歪材料駆動の光スキャナーは、将来自動車の衝突防止用赤外線レーザレーダに用いることを目的とするもので、6mm×8mmいう大きな鏡を水平に±10度以上、垂直に±2.5度以上偏向させる必要がある。また、共振周波数も水平方向で100Hz以上、垂直方向で500Hz以上とする必要がある。本研究では、計算機を用いた設計により、鏡を薄い片持ち梁で支えた構造もしくは鏡をジンバル型に支持した構造を、特別な磁歪材料薄膜で駆動することにより、このような要求仕様を満たせることを明らかにした。その設計に基づいて、半導体微細加工を援用したマイクロマシーニングプロセスにより、実際のデバイスを作製した。更に、ドイツのCAESAR研究センターに赴き、2種類の材料からなるナノメートルの薄膜を交互に成膜して、微小な磁界を加えただけできわめて大きな歪みを発生する磁歪膜を付加した。これを持ち帰って、磁界を加えて性能評価を行った。この結果、ジンバル型デバイスに対し、垂直方向に磁界を加えることで、所定の性能を満たすことができることを明らかにした。
心筋傷害に対する筋小胞体カルシウム放出抑制剤の有用性

心筋虚血、心肥大及び心不全において様々な要因によりカルシウム過負荷がおこり、それにより心筋障害が生ずることが知られている。心筋細胞においては、筋小胞体からのカルシウム放出が心筋細胞内カルシウム濃度を決定する最も大きな因子である。これを修飾する薬剤が新たな治療薬として心疾患に用いられる可能性がある。我々は、ハムスターの摘出灌流標本にfura2を負荷し、蛍光顕微鏡用いて観察し、カルシウム過負荷が心筋細胞の自発的かつ非同期的収縮を引き起こし,これが左室収縮機能及び拡張機能の低下を引き起こすことを明らかにした。さらにこの心筋細胞の自発的かつ非同期的収縮は、筋小胞体からのカルシウム放出を抑制するリアノジンにより消失し、このとき左室拡張末期圧のカルシウム過負荷による上昇は、有意に抑制された。次に我々は、臨床的により安全性の高い薬剤としてダントロレンを用いて、これがカルシウム過負荷時の左室収縮及び拡張機能に与える影響を検討した。ダントロレンは、カルシウム過負荷時の左室収縮期圧及びMax dp/dtを有意に上昇させ、一方、左室拡張末期圧の上昇を抑制した。このとき、心筋にfura2を負荷し蛍光顕微鏡で観察したところ、自発的かつ非同期的収縮は対照に比し抑制されていた。以上よりダントロレンは、カルシウム過負荷時の左室収縮及び拡張機能を改善する事が示された。今後、より選択的に心筋の小胞体からのカルシウム放出を抑制する薬剤が開発されれば、より安全に心筋をカルシウム過負荷から保護することができると思われる。
HGFからみた癌細胞と間質細胞の相互作用に関する分子細胞生物学的解析

がん細胞の増殖能や侵潤・転移能はがん細胞をとりまく宿主細胞との相互作用を介して大きく影響されることががん細胞-宿主相互作用として知られてきた。本年度は宿主間質に由来するHGFならびにがん細胞に由来するHGF誘導因子ががん細胞-宿主相互作用のメデイエーターとして、がん細胞の悪性化に関与することを明らかにした。胆のうがんは一般に高転移性で致死率の高い悪性のがんである。ヒト胆のうがん細胞は宿主組織内では高い侵潤能を有するものの、コラーゲンゲル上に培養しても自らゲル内に侵潤することはない。ところが、正常線維芽細胞とコラーゲンゲルをはさんでco-cultureすると胆のうがん細胞はゲル内に侵潤し、液性因子を介した間質細胞との相互作用が胆のうがん細胞の侵潤能を誘導している。しかも、このco-culture系でのがん細胞の侵潤はHGFに対する抗体により完全にブロックされ、間質由来の侵潤因子の実態はHGFであることを明らかにした。さらに胆のうがん細胞のゲル内侵潤はHGF以外での代表的な増殖因子では誘導されず、HGFは強力な侵潤誘導因子であるといえる。一方、興味深いことにがん細胞は間質線維芽細胞に対しHGFの産生を高める因子を産生、このHGF誘導因子(インジュリン)の実体はIL-1βであることを明らかにした。また同様に線維芽細胞が産生する口腔粘膜上皮がん細胞に対する侵潤誘導因子の実体もHGFであることを明らかにした。その他、ヒト肺小細胞がんやオリゴデンドログリオーマの中にはvariant HGFを産生し、しかもこれらの細胞においては、HGFがオートクリン的にがん細胞の運動性や侵潤能を高めていることを明らかにした。一方、HGFによるmotilityの亢進にはp125^<FAK>(focal adhesion kinase)を一過的なリン酸化が関与することを明らかにした。p125^<FAK>はβ1インテグリン結合することが知られており、HGF刺激後、初期のfocal adhesionの形成、細胞骨格の再構成にはp125^<FAK>のリン酸化が関与しており、HGFによる細胞のmotility亢進において細胞-マトリックスとの相互作用はp125^<FAK>を介して調節されていると思われる。これらの観点から、HGFによる侵潤をブロックするアンタゴニストの開発は今後がん治療という点で極めて重要になることが予測される。
L10型強磁性体の組織形成に及ぼす外場の影響の解析

L1_0型強磁性体は外場下での熱処理によってバリアントが単一化することが知られている。当該研究代表者による昨年度までの研究により、1.磁場印加が核生成に影響し、磁気的に有利なバリアントの核の数が増える、もしくは核の大きさが増大する。2.ひずみ場によって核の大きさが均質になるために界面エネルギーがより単一化を駆動するようになる。3.巨視的に材料が変形することによって生じる応力により、弾性ひずみエネルギーがさらに単一化を駆動する。といったメカニズムで単一化が生じることが明らかとなってきた。本年度は核生成段階および、組織の三次元性の影響について詳細に調べた。組織の三次元性の影響については計画外だが、ひずみ場および界面エネルギーの組織形成への寄与が三次元的拘束条件においては変化する可能性があるため検討を行った。その結果、核生成段階においては、ひずみ場の影響によって、一つのバリアントが生じた際に、他の種類のバリアントが隣に生じることがバリアント単一化に寄与していることが分かった。さらに、組織の三次元性による影響についても調べた。その結果、ひずみ場によって組織が二次元的になるために、ひずみ場や界面エネルギーの寄与は三次元的な拘束条件でも、二次元的な拘束条件の場合と定性的には変わらないことが分かった。弾性率や磁気異方性の影響についても調べ、上記のメカニズムから推測されるように、弾性率が大きいほど単一化しやすい傾向が得られた。これらの結果からは、弾性率が大きいほど単一化しやすいと言えるが、実際にはそのような状態では核生成が難しくなるため、適切な値が存在すると考えられる。これらのメカニズムの解明および、適切な弾性率が必要であるという指針が得られたことは、バリアント単一化のための材料プロセス設計指針の一般化に大きく寄与する、基礎の面でも応用面でも意義の大きい成果であるといえる。(抄録なし)L1_O型強磁性体は外場下での熱処理によってバリアントが単一化することが知られている。当該研究代表者によるこれまでの研究により、L1_O型強磁性体の磁場下熱処理によるバリアント単一化は、初期に磁場、中期に界面エネルギー、後期にひずみエネルギーが支配的となり単一化が起こることが明らかとなってきた。本年度はL1_O型強磁性体の中でもFePdの物性値を用いて、フェーズフィールド計算を行うことによってバリアント単一化のメカニズムを詳細に調べた。その結果、磁場は核生成段階で影響を及ぼしていることが分かり、微視組織の解析からは、変態ひずみによってL1_O規則相の粒が微細かつ均質になっていることが分かった。これらの結果から、以下のようなメカニズムであることが示唆された。1.磁場印加が核生成に影響し、磁気的に有利なバリアントの核の数が増える、もしくは核の大きさが増大する。さらにバリアント単一化の弾性率および磁場強度依存性を明らかにしている。これらは、バリアント単一化のための材料プロセス設計指針の一般化に大きく寄与する、基礎の面でも応用面でも意義の大きい成果であるといえ、(社)日本鉄鋼協会・(社)日本金属学会関西支部材料物性工学談話会平成24年度第3回講演会&ポスター発表会において研究発表優秀賞を受賞している。バリアント単一化のメカニズムを明らかにしたことから、本年度の目的である単一バリアント形成の指針の獲得がなされた。