hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高活性、高立体選択性、リビング重合を実現する究極のポストメタロセン触媒の開発

α-オレフィンの高活性、高選択性ならびにリビング重合性を実現するため、一連の新規[OSSO]配位子とそれらを有する前周期遷移金属錯体を開発した。結果として、dMAOで活性化された4族遷移金属およびタンタル錯体を前触媒とした1-ヘキセンの重合反応では、完璧なイソ選択性でポリマーを与えた。特に、[OSSO]配位子を有するジクロロジルコニウム錯体は、dMAO存在下で1-ヘキセンの重合反応を促進させ、極めて高い重合活性で完璧なイソタクチックポリマーの生成を見出した。本研究では、独自に開発した混合ドナー型[OSSO]四座配位子を活用し、それを有する4族遷移金属錯体が1-ヘキセンの重合反応において、極めて高活性かつ高イソ選択的に進行する有用な触媒であることを見出している。本研究では、αーオレフィン重合における長年の課題であった高活性、高立体選択性ならびにリビング性の三点を同時に達成する究極のポストメタロセン触媒の開発を目的としている。平成23年度では、[OSSO]四座配位子を有する種々のチタン錯体や5族遷移金属錯体の合成を行い、それぞれ1-ヘキセンの重合反応を検討した。結果として、高いイソ選択性の発現を見出すことに成功したが、すでに報告している類似のジルコニウム錯体やハフニウム錯体に比べて重合活性が著しく低下することがわかった。平成24年度では[OSSO]四座配位子におけるシクロアルカン環の効果を検証するため、7員環から10員環のシクロアルカンを縮環させた[OSSO]型配位子を合成し、対応するジルコニウム錯体を触媒とした1-ヘキセンの重合反応を行った。結果として、いずれの中員環を有する[OSSO]型ジルコニウム錯体は完璧な1-ヘキセンのイソ選択的重合反応を達成し、その重合活性は従来のポストメタロセン触媒よりも高い値を示し、8員環が最も高い活性となった。一方、[OSSO]四座配位子のフェノレート部位のオルト位に様々な置換基を有する誘導体の合成についても検討し、嵩高いアダマンチル基や種々のトリアルキルシリル基、さらにオリジナルの[OSSO]四座配位子に置換しているtーブチル基よりも立体的に小さなフェニル基やカルバゾリル基を有する誘導体をそれぞれ開発した。今後、これらの配位子を活用し、αーオレフィンの中でも汎用性の高いプロピレンやスチレンの重合、それらの共重合をそれぞれ検討し、これまでにない精密重合を達成する触媒系の発見を目指していく。本研究では、独自に開発したtransーシクロオクタン環を有する混合ドナー型[OSSO]四座配位子を用いた一連の前周期遷移金属錯体を合成し、αーオレフィンの重合反応において長年の課題であった高活性、高イソ選択性、リビング重合の三点を同時に達成する究極のポストメタロセン触媒の開発を目的としている。今年度はまず、[OSSO]四座配位子を有する種々のチタン錯体や5族遷移金属であるバナジウム、ニオブならびにタンタル錯体の合成に成功し、これら錯体の分子構造解明だけでなく、1ーヘキセンの重合反応を検討した。その結果、ジクロロチタン(IV)錯体、クロロ架橋チタン(III)二核錯体ならびにトリクロロタンタル(V)錯体において触媒活性が発現し、それぞれ対応するポリ(1ーヘキセン)をほぼ完全なイソタクティシティーで与えた。しかしながら、重合活性は対応する[OSSO]四座配位子を有するジルコニウム錯体やハフニウム錯体に比べかなり低いものであった。次に、重合に使用するαーオレフィンの汎用性を検証するため、[OSSO]四座配位子を有するジクロロジルコニウム(IV)錯体を用いた種々のαーオレフィン重合を検討した。まず、1ーヘキセンの重合反応では、ジルコニウム(IV)錯体と乾燥メチルアルミノキサン(dMAO)との組み合わせがこれまでの配位重合触媒を驚愕する高活性(18,000 g mmol-1 h-1)かつ高イソ選択性(mmmm >95%)を同時に達成した。また、1,5ーヘキサジエンを用いた環化重合反応においても、transーイソ選択的に対応する環化ポリマーであるポリ(メチレンシクロプロパン)が生成し(α= 75%、σ= 19%)、また重合活性においてもすでに報告されている[ONNO]四座配位子を有するジルコニウム錯体よりも16,000倍以上大きな値であった(810 g mmol-1 h-1)。

本研究課題では、配位重合触媒の長年の課題であった高活性、高イソ選択性、リビング重合の三点を同時に達成するシングルサイトポストメタロセン触媒の開発を目標に挙げているが、現在までのところリビング重合以外の二点の特徴を併せ持つ重合触媒の開発に成功しており、特にその重合活性においては、これまでのポストメタロセン触媒をはるかにしのぐ高活性な触媒系であることを見出しており、次年度の研究目標であるαーオレフィン同士のブロック共重合化反応へ技術転換に向けて達成可能な知見であると考えている。特に使用するαーオレフィン同志での重合活性の違いは、モノマーを逐次的に添加することによって、分子量、分子量分布、ブロック連鎖などの一次構造を精密に制御できると考えており、またイソ選択的な重合反応は新たな二次構造を生み出すための必須条件であり、これらを伴った新しいブロック共重合体の構築を目指していく。前年度に引き続き、開発した[OSSO]四座配位子を有するジルコニウムやハフニウム錯体を前触媒とした汎用性の高いモノマー(エチレン、プロピレン、スチレンなど)のイソ選択的重合反応の開発を検討する。次に、これらの触媒システムをαーオレフィン同士のブロック共重合化反応へ技術転換し、モノマーの逐次添加による分子量、分子量分布、ブロック連鎖などの一次構造を精密に制御し、また新たな二次構造を生み出す高イソ選択性の発現を伴った新しいブロック共重合体の構築を検討する。具体的には、1ーヘキセンとプロピレンをモデルモノマーとして共重合反応に使用し、二次構造発現に必要な高イソ選択性の達成を目指した触媒と重合条件の最適化をスクリーニングしていく。また、最適化された触媒と重合条件を他のαーオレフィン同士(プロピレンやスチレン)あるいはエチレン、ジエンとの共重合反応に応用し、新規なブロック共重合体の構築に挑戦する。生成が予想されるブロック共重合体はこれまでに例のない新規なポリマー群であり、分子量分布測定だけでなく諸物性(ガラス転移温度、屈折率、密度、曲げ弾性率など)を明らかにしていく。なお、本研究が計画通りに進まない場合においては、[OSSO]四座配位子におけるフェノキシド部位の見直しを考えている。[OSSO]四座配位子には触媒系全体をC2対称とし、立体選択性の発現を促す目的でフェノキシド部位の2位と4位に嵩高い置換基であるtーブチル基を置換してあるが、これらの置換基をさらに立体的に大きいもの(アダマンチル基やトリメチルシリル基)や小さいもの(メチル基)へ、あるいはクロロ基のような電子的効果を睨んだものへと変換し、置換基変換による本研究の達成を目指す。次年度の研究経費の使用計画として、主に有機金属試薬、有機溶媒、重水素化溶媒、特殊ガラス器具(高真空マニフォールドやシュレンク型フラスコやシュレンク型試験管)、ならびに高純度アルゴンなどの消耗品に充てる予定である。加えて、本研究成果を国内だけでなく世界の研究者に発表・アピールするため、2件の国際学会(均一系触媒の国際シンポジウム:フランス・トゥルーズ、有機金属化学の国際会議:ポルトガル・リスボン)に参加し、これらの旅費として使用を考えている。
原音復元可能な音響電子透かし技術への信号変形耐性付加

音響信号に対して可逆秘匿情報と強耐性秘匿情報を秘匿し,検出して利用する新しい音響情報秘匿手法を開発した。情報秘匿済み信号に対して変形が無い場合は,完全な原信号への復元と可逆秘匿情報の完全検出を実現し,符号化などの変形がある場合でも強耐性秘匿情報が高い確率で検出できる。本技術はディジタル音楽データの配信時に,可逆秘匿情報を用いた高音質化などの付加価値を与えつつ,強耐性秘匿情報を用いた著作権管理を同時に行うことができる。また,知覚符号化が加わった情報秘匿済み音楽を,知覚符号化のみの音質劣化程度に復元することもできる。原音への完全復元が可能な可逆音響電子透かし手法に対して,情報秘匿済み信号への変形耐性を付加すること,つまり可逆かつ強耐性電子透かし技術の開発が,本研究の目的である。本年度は,まず変形への耐性を評価するために,様々な音響信号を対象とした音響電子透かし埋め込み済み信号へどのような信号処理攻撃を実施するのが妥当であるかを,処理後の客観音質評価より検討した。その結果,音響電子透かし技術における耐性評価を行う際に,実施すべき信号処理攻撃が明らかになった。この成果を,平成25年6月開催のICA2013(国際音響学会議)において発表した。また,24年度に開発した,時間波形上の振幅操作によって実現される可逆かつ強耐性電子透かし技術について,平成25年4月に電子情報通信学会情報ハイディング及びその評価基準委員会において策定された,新しい音響電子透かし技術の評価基準を用いて耐性評価を行った。その結果,一部の試験音源についてはこの基準を満たさないことが分かった。しかし,客観音質評価に関しては基準を満たした。この成果を,平成25年10月開催のIWDW2013(電子透かしとディジタル法科学に関する国際会議)において発表した。さらに,上述の可逆かつ強耐性電子透かし技術に用いられた新しい可逆情報秘匿の基本手法である一般化拡張法を定式化して,音響信号波形の線形予測誤差差分に適用した論文を,電子情報通信学会英文誌Enriched MultiMedia特集号に投稿した。この一般化拡張法を,整数MDCT後の周波数領域における帯域毎の振幅変調に適用することで,可逆かつ強耐性である電子透かしの特徴に加えて,情報秘匿済み信号にMP3などの情報圧縮処理を含む一般的な変形処理が加わった場合に,原信号の音質へ近づける復元処理が可能な技術の開発を行った。原音への完全復元が可能な可逆(リバーシブル)音響電子透かし手法に対して,情報秘匿済み信号への変形耐性を付加することが,本研究の目的である。24年度の実施計画に挙げた従来手法の改善として,原信号を短い時間区間に分けて埋め込み処理を行い,検出時にはその時間区間を自動的に検出できる仕組みを取り入れ,部分的な改変があっても,それ以外の区間では原信号に復元できる改善を行った。さらに,秘匿データ量を可変として,情報秘匿済み音響信号の音質劣化度合いを制御できるように改善を行った。この成果は,平成24年7月開催のIEEE国際会議IIHMSP2012において発表した。一方,この手法に対し情報秘匿済み音響信号への変形耐性付加をさらに試みたが,音質を大きく劣化させてしまうことが明らかになり,方針を転換した。そして,波形を短時間区間毎に分割し,それぞれの区間の平均パワーを量子化して強耐性秘匿情報を埋め込む手法を新たに開発した。この手法は,量子化の際に行う振幅増幅によって生じる整数振幅値の隙間に,可逆秘匿情報を加算することにより,強耐性電子透かしと可逆電子透かしの両方の特徴を同時に満たすことができた。さらに,強耐性音響電子透かし技術の評価基準を用いて耐性および音質の評価を行ったところ,この基準を満たしていることも明らかになった。この成果は,平成25年10月開催のIWDW2013(電子透かしとディジタル法科学に関する国際会議)に投稿準備中である。また,ここで用いた評価基準における信号処理攻撃の根拠に関しては,平成25年6月開催のICA2013(国際音響学会議)において発表予定である。強耐性電子透かしと可逆電子透かしの両方の特徴を同時に満たす音響電子透かし手法の開発はこれまでに無く,高音質の音楽配信やその著作権管理,メタデータ記録など新しい応用分野を切り開くと期待される。音響信号に情報を秘匿する電子透かし技術において,情報秘匿済み信号が変形を受けない場合は,完全な秘匿情報の抽出および完全な埋め込み前の原信号への復元が可能である一方,情報秘匿済み信号に対する変形処理が加わった場合でも,秘匿情報の一部が高い確率で検出可能である技術を実現することを研究の目的とした。そのため,秘匿情報をリバーシブル秘匿情報と強耐性秘匿情報の二種類に分けて,前者を周波数領域における整数MDCT

係数値の拡張の隙間に秘匿し,後者を拡張の時間周波数パターンに秘匿する手法を開発した。コンピュータシミュレーションの結果,情報秘匿済み信号からリバーシブル秘匿情報は完全に検出でき,原音にも完全に復元できることを示した。また情報秘匿済み信号の音質劣化は,十分に小さいことが分かった。さらに,知覚符号化(MP3やAAC)による変形が,情報秘匿済み信号に加わった場合でも,強耐性秘匿情報が十分な検出率をもって検出できること,そしてそのような変形が加わった後でも,埋め込み前の原信号にある程度まで復元すること(セミリバーシブル復元)が実現できた。この研究の過程において,符号化や雑音付加などの情報秘匿済み信号への攻撃(信号処理変形)をどの程度まで想定すべきなのかについて,変形処理後にどこまで原音の音質に近づけられるのかという観点から検討を行った。また,著作権管理等を目的とする強耐性電子透かし技術が満たすべき性能(秘匿情報量,攻撃(信号処理変形)耐性,情報秘匿済み信号の音質劣化)としての基準に関する検討を行った。音響情報処理音響電子透かし技術における耐性評価を行う際に,実施すべき信号処理攻撃が明らかにし,その成果を国際会議にて発表できた。これは当初の研究計画にはなかった事項ではあるが,強耐性電子透かしを評価する過程でその必要性が明らかになったものである。また,情報秘匿済み信号に与えられる部分的な信号処理に基づく攻撃(改変)に対して,改変されていない部分の完全復元を可能とし,かつ改変部分からも秘匿情報の一部が高い確率で検出できる手法を開発および評価し,その成果を国際会議にて発表できた。さらに,この技術で用いられる新しい可逆電子透かし手法である一般化拡張法を定式化した論文を学術誌に投稿できた。これらの研究内容に対する成果発表は,当初の計画以上に進んでいる。一方で,本年度当初の目標としていた,情報秘匿済み信号に対するMP3符号化などの変形処理を経た信号から,原信号の音質へ近づける復元処理を可能にする手法は,まだ開発途上である。しかし,自身が過去に開発した周波数帯域分割と振幅変調を用いた強耐性音響電子透かし手法を一部取り入れることで,順調に開発は進んでいる。これらを総合すると,おおむね順調に進展しているといえる。原音への完全復元が可能な可逆(リバーシブル)音響電子透かし手法を改善し,これに信号変形耐性を付加するという本研究の目的に対して,部分的な改変に対して改変されていない部分の完全復元を可能とする手法を開発し,さらに強耐性電子透かしと可逆電子透かしの両方の特徴を同時に満たす基本手法の開発と評価が達成できた。また,音響電子透かし技術の評価手法に関しても,攻撃となる信号処理の度合いとその音質劣化の面から検討することで,これまで研究者間で我田引水的に行われてきた評価手法に対しても,一定の根拠を与えることができた。国際会議および国内研究会へ参加することにより,新しいアイデアの着想を得て,研究目的を達成するための新たな手法の開発に成功した。可逆かつ強耐性電子透かし技術を用いて情報秘匿を行った信号に対して,MP3符号化などの変形処理が加わった信号から,原信号の音質へ近づける復元処理を可能にする手法を開発する。この手法は,一般化拡張法を整数MDCT後の周波数領域における帯域毎の振幅変調に適用することで実現する。
ストロンチウムを含むガラス質粒子の形成過程の解明

本研究では、環境中に分布するストロンチウムを含むガラス質粒子の存在形態やガラス質粒子の形成過程を把握することで、事故時の炉内事象の再現および解明を目指している。平成30年度は、福島第一原子力発電所近傍で採取した堆積物を分析した。堆積物を蒸留水で懸濁させ、透過型電子顕微鏡を用いて分析したところ、数μmサイズの球形のガラス質粒子が多数認められた。このうち、鉄やストロンチウムを検出したが、放射性ストロンチウムの有無は明らかでない。また、放射性物質を含む粒子を採取するため、堆積物から沈降法により細粒分を分画した後、オートラジオグラフィ分析、電子プローブマイクロアナライザー分析等を組み合わせることで、放射性物質を含む粒子の単離に成功した。これらの粒子は主に数μmサイズの球形で構成されており、化学組成から、これまでに報告のあるタイプA粒子であることがわかった。また、堆積物の様子を実体顕微鏡で観察した結果、数mm-数100μmサイズのガラス質粒子が多数確認された。これらの粒子は、形状や化学組成から、タイプB粒子に関連する粒子と考えられ、タイプA粒子と形成過程が異なる可能性が示唆された。さらに、放射性セシウムを含む粒子を集束イオンビーム加工装置で薄膜化した後、透過型電子顕微鏡を用いた分析を実施した結果、nmサイズの酸化鉄鉱物の凝集を確認した。これらの結果より、数種類のガラス質粒子の基礎的な特徴を捉えることができた。平成30年度は、当初の計画通り、放射性物質を含む粒子の単離方法を確立することができた。さらに、数100μmサイズのガラス質粒子を薄膜化する技術についても、習得することができたため、おおむね順調に進展していると判断できる。放射性ストロンチウムを含む粒子を単離し、質量分析装置に供するための試料作製に注力する。また、ガラス質粒子については、偏光顕微鏡等を用いて外形を観察し、さまざまな前処理を施した後、内部構造を観察する。さらに、一般的なガラス質素材を分析することで、ガラス質粒子の起源物質を特定する。当初の計画において想定していた成果発表より実際の発表件数が少なくなったことや、実験研究補助に係る人件費を支出せずに済んだこと等により、次年度使用額が生じることとなった。次年度使用額は、令和元年度分の経費と合わせ、分析に係る物品購入費や成果発表に係る費用として使用する。
近代沖縄における学校受容の二重構造化過程-報徳会運動の新機軸-

本研究課題「近代沖縄における学校受容の二重構造化過程-補と区会運動の新機軸-」における平成18年度の研究は、これまで収集してきた資・史料の分析を中心に行った。これまで明らかにしてきたように、日本本土の近代化過程は「旧慣尊重政策」によるイエ/ムラの論理の擬制化によって推進されるものであったが、その実体化の過樫には、旧慣(前近代的秩序)を解体しつつ再編することで自らの存在意義を示した近代学校が大きな役割を担うものであった。それに対し、近代沖縄における近代化政策は「旧慣温存政策」であり、いわば統治体制においては琉球王国時代の旧体制が維持されたまま、近代学校による「近代思想」の徹底化が図られるというものであった。本土(主に九州)から招聘された教師による学校を中心とした近代化政策は、沖縄の人々に対しいわば「異文化」を浸透させようとするものであり、その過程は決して容易なものではなかった。そのため、各地でみられた児童の不就学に対し、字(シマ)を単位とする風俗改良会が形成されることになる。官製的性格を強く持つ風俗改良会は、思想善導機能を発揮し、沖縄における近代学校の基本的性格(本土への同化装置)を形成するものとなった一方で、内部において次第に醸造された"シマ感情"により民衆化されるケースも現れ、近接するシマとの競合関係による緊張を生みつつ就学奨励などにおいて大きな役割を果たしていくことともなった(後の学事奨励会)。こうして、沖縄の近代化過程では、近代化=本土化を促す近代学校という学校観により「日本人化」のための学校という観念(たとえば那覇や伊計)が生まれると同時に、旧来から底流する"シマ"感情を醸成し、「旧慣尊重」によって維持された旧沖縄からの脱却、あるいは「新しいシマ」、「新しい沖縄」への意識を形成するためのツールとして位置づけられるという二重構造化されるものともなったのである(たとえば読谷村)。平成16年度における本研究は、沖縄県内外に散在する関連史・資料の収集をなすとともに、収集した史・資料の分析をなし、研究課題の周辺的事項についての整理を試みた。日本近代化過程における民衆統合のメカニズムは、「前近代的秩序」の擬制化過程であった。「旧慣尊重」政策により、とりわけ学校において、前近代的秩序は擬制化され、民衆は近代に馴致していったのである。一方、沖縄の近代化過程は、琉球処分以後、「旧慣温存」政策によって統治機構の温存をはかりつつ、教育政策によって「本土化」をすすめるというものであった。いずれの過程においても、学校は重要な役割を担ったが、前者のコンセプトが旧来的な価値との親和性によって民衆に近代を馴致させるものであったのに対し、後者のコンセプトは、旧来的な価値と新たな価値(近代)との間にある圧倒的な落差を以て人びとの遅滞意識を喚起し、その受容を促すものであったのであった。当初、その中心的な役割は、本土から招来された学校教員が担ったが、その活動を主体的に受容し、自主的な展開へと転化させたのは各字に生起した風俗改良会であった。平成16年度の本研究では、近代沖縄における学校受容の構造には、風俗改良会の地域的展開が極めて大きく関与しているという仮説を得たのである。本研究課題「近代沖縄における学校受容の二重構造化過程-報徳会運動の新機軸-」の平成17年度研究は、前年度に引き続き、沖縄県内外に散在する関連史・資料の収集を中心とした作業をなすとともに、収集した史・資料の分析をなし、研究課題の周辺的事項についての整理を試みた。琉球処分後における沖縄の近代化は、統治機構の旧来的な在り方を維持・強化する「旧慣温存」政策を採りつつ、教育政策においては「本土化」を促す急進的な方向で進められるものであった。学校を中心とする「本土化」政策は、本土から招聘された教師を中心にすすめられたが、のち、各地において字単位で形成された風俗改良会の各種事業に引き継がれることとなった。秩序、統制、そして感情などをすべて包容する字(シマ)による風俗改良事業は、旧来からの機能を継承しながら徐々に近代を志向するものとなり、学校への積極的な関与により、「本土化」を進める推進力となったのである。近代沖縄における学校受容の構造には、風俗改良会等における地域活動が極めて大きく関与しているのである。「旧慣温存」と「本土化」の融合による特異な近代化は、やがて新しい指導者たる地域青年たちによる自己実現の場となりながら、近代化にむけた地域活動を用意するようになる。その際、彼らの活動を強く動機付けたものは、シマ感情であった。そしてそのシマ感情は、「旧慣温存」を受け旧支配者層に対する対抗意識として、或いは、「本土化」を受け「日本人」に対する対抗意識として、急速に強まりを見せていった。

それに対し、近代沖縄における近代化政策は「旧慣温存政策」であり、いわば統治体制においては琉球王国時代の旧体制が維持されたまま、近代学校による「近代思想」の徹底化が図られるというものであった。本土(主に九州)から招聘された教師による学校を中心とした近代化政策は、沖縄の人々に対しいわば「異文化」を浸透させようとするものであり、その過程は決して容易なものではなかった。そのため、各地でみられた児童の不就学に対し、字(シマ)を単位とする風俗改良会が形成されることになる。官製的性格を強く持つ風俗改良会は、思想善導機能を発揮し、沖縄における近代学校の基本的性格(本土への同化装置)を形成するものとなった一方で、内部において次第に醸造された"シマ感情"により民衆化されるケースも現れ、近接するシマとの競合関係による緊張を生みつつ就学奨励などにおいて大きな役割を果たしていくことともなった(後の学事奨励会)。こうして、沖縄の近代化過程では、近代化=本土化を促す近代学校という学校観により「日本人化」のための学校という観念(たとえば那覇や伊計)が生まれると同時に、旧来から底流する"シマ"感情を醸成し、「旧慣尊重」によって維持された旧沖縄からの脱却、あるいは「新しいシマ」、「新しい沖縄」への意識を形成するためのツールとして位置づけられるという二重構造化されるものともなったのである(たとえば読谷村)。
イオン性ゲルの物性と構造に関する基礎的研究

体積相転移のメカニズムに関する研究:ゲルの体積相転移に対する従来の現象論を批判的に検討し、2つのゲル相の間の相転移であるという考えが誤りである事を指摘した。従来の考えと異なり、収縮相はゲルではなくて析出網目であるという新しい相転移モデルを提案した。Poly-N-isopropylacrylamideゲルの収縮相の動的光散乱測定および弾性測定を初めて実行し、新たに提案されたモデルを支持する結果を得た。イオン性ゲルのメソ相形成に関する研究:イオンを含むゲルにおける電荷分離を伴うメソ相形成を光散乱によって初めて検出した。メソ相周期は光の波長よりも遙かに小さいので、これまで光散乱では検出出来ないと考えられていたが、本実験により緩和時間に顕著な以上が見出された。体積相転移点近傍とスピノーダル点近傍における弾性率および弾性緩和測定:電子天秤と微動電動ステージを用いた弾性率測定装置を開発した。この装置は特に、ゴム状物質やゲルの機械的測定に適し、静的弾性率のほか、応力一定の弾性緩和、ひずみ一定の弾性緩和を共に高精度で測定できる。この装置を用いて、体積相転移を起こして収縮相に入ったゲルの弾性率と弾性緩和を初めて測定し、またスピノーダル分解に伴う弾性以上の存在を初めて見出した。生体多糖ゲルと合成ゲルとの構造的相違の研究:生体ゲルであるゼラチンおよびκ-carrageenanと合成ゲルであるイオン性アクリルアミド系ゲルとの動的光散乱測定を行い、両者の動的挙動の相違を、解析検討し、両者の架橋構造の相違に対する知見を得た。本研究課題の目的は、イオン性ゲルにおける最も基本的な量である、ゲル内外の平衡電位および対イオン(可動イオン)の空間分布を、実験・理論の両面から追求する事であり、本年度の研究実施計画は、ゲル内の電位分布と対イオン濃度の分布を決定することであった。以下、それらにつき、研究の進行状況を述べる。1)電位分布の測定:倒立型顕微鏡、ガラスピペット電極、マニピュレータ、及びエレクトロメータを組み合わせて、ゲルの局所的電位測定装置を構成した。現在、装置の調整中であるが、近日中に測定に取りかかれる見込みである。特に、表面層と内部での電位の差、および内部での電位不均一性に注目して、測定を行う。2)局部的pHによる対イオン濃度の空間分布の決定:予備測定としての微少pH電極(電極部0.1mm)を用いたpH測定を行った。その結果、20mMのアクリル酸を含むN-Isopropylacrylamide(NIPA)ゲル(総濃度700mM)で、表面から内部への電位勾配が観測できた。この方法では0.1mm以下の分解能は得られないが、このようなスケールでも電位分布が観測されることは、表面層がかなり厚いものであることを示唆する。今後は、pH感受性色素を用いる方法で、より詳細な測定を行う予定である。3)イオン性ゲルにおける構造形成:正及び負のイオン性基を等量づつ含むNIPAゲルの熱測定において、体積相転移が、2段階で起こることが見いだされた。体積相転移が、近接した温度での逐次転移として起こることは、従来知られていない初めての現象であり、網目の中に特殊な構造が形成されていることを示唆する、非常に興味深い結果である。今後は熱測定、膨潤測定、弾性率、電位分布などから、新しい内部構造の解明を行う予定である。交付申請書に記載したとおり、本年度はイオン性ゲル内部の電位分布およびpH分布の測定を行った。電位分布については、本研究費(昨年度分)で購入したエレクトロメータおよびLCRメータを中心とするシステムを用いて行った。電極には、細胞内電位測定と同様に、AgClーKClを内容とする微小ガラス電極を用いた。測定の結果、静電誘導によると思われるバックグラウンドがかなり高く、信頼性のあるデータを得るためには、装置全体の静電遮蔽と、特に電極付近の絶縁をより完全にすることが必須であることが分かった。pH分布測定に関しては、微小pH電極を用いた予備測定を行い、さらにpH

感受性色素と顕微鏡を用いた局所的測定も実行中であるが、空間分解能の点で満足できる結果を得るには至っていない。したがってこれらの結果については、未だ公表する段階には無いが、装置に改良を加えて測定を続行中であるので、1年以内には、成果を公表できる見込みである。以上の測定に加えて、イオン性ゲルの弾性測定も実行中である。これは従来ほとんど研究されていないテーマであるが、剛性率のイオン組成依存性と、転移点近傍での振る舞いについて興味がある結果が得られつつある。これについても、1年以内に発表する予定である。
家族性大腸腺腫症の遺伝子異常および長期予後に関する研究

家族性大腸腺腫症(FAP)の大腸切除後の患者管理方針を確立するため、十二指腸病変と小腸病変の臨床病理学的特徴、およびAPC遺伝子と臨床徴候の関係について検討した.FAPの十二指腸には多彩な形態を呈する腺腫が発生するが、今回の検討で陥凹型腺腫が存在することが明らかになった.このタイプの腺腫はFAP25例中10例に認められ、隆起型腺腫よりも有意に組織学的異型度が高く、細胞増殖能が高かった.癌化率が高いとされている十二指腸乳頭部を10年以上にわたって経過追跡したところ、18例中組織学的異型度が進行した症例は5例で、初回検査時と最終経過観察時で増殖能に有意差を認めなかった.以上より、FAPにおける十二指腸のサーベイランスでは陥凹型病変に着目すべきであるが、予防的な十二指腸乳頭切除術は不要と考えられた.一方、FAP19例の終末回腸を拡大内視鏡を用いて観察すると、大腸のaberrant crypt fociに類似した微小腺腫が5例に認められ、うち3例で経過観察中に直腸癌が診断されていたが、他の14例では直腸癌の発生をみなかった.従って回腸微小腺腫は直腸癌を予測する指標の1つになりうると考えられた.FAP37例のAPC遺伝子をPCR-SSCP法を用いて検索したところ、15例で本遺伝子の変異が確認された.10例ではエクソン15に変異を認め、これらの症例では密生型大腸腺腫症と多彩な大腸外病変がみられた.これに対し、エクソン4、5、ないし9に変異がみられた4例は診断時年齢が40歳以上で200個以下の大腸腺腫と軽微な大腸外病変を臨床的特徴としていた.このことから、APC遺伝子診断を導入することでFAPの病態に即した治療および管理方針を決定することが可能と思われた.家族性大腸腺腫症(FAP)の大腸切除後の患者管理方針を確立するため、十二指腸病変と小腸病変の臨床病理学的特徴、およびAPC遺伝子と臨床徴候の関係について検討した.FAPの十二指腸には多彩な形態を呈する腺腫が発生するが、今回の検討で陥凹型腺腫が存在することが明らかになった.このタイプの腺腫はFAP25例中10例に認められ、隆起型腺腫よりも有意に組織学的異型度が高く、細胞増殖能が高かった.癌化率が高いとされている十二指腸乳頭部を10年以上にわたって経過追跡したところ、18例中組織学的異型度が進行した症例は5例で、初回検査時と最終経過観察時で増殖能に有意差を認めなかった.以上より、FAPにおける十二指腸のサーベイランスでは陥凹型病変に着目すべきであるが、予防的な十二指腸乳頭切除術は不要と考えられた.一方、FAP19例の終末回腸を拡大内視鏡を用いて観察すると、大腸のaberrant crypt fociに類似した微小腺腫が5例に認められ、うち3例で経過観察中に直腸癌が診断されていたが、他の14例では直腸癌の発生をみなかった.従って回腸微小腺腫は直腸癌を予測する指標の1つになりうると考えられた.FAP37例のAPC遺伝子をPCR-SSCP法を用いて検索したところ、15例で本遺伝子の変異が確認された.10例ではエクソン15に変異を認め、これらの症例では密生型大腸腺腫症と多彩な大腸外病変がみられた.これに対し、エクソン4、5、ないし9に変異がみられた4例は診断時年齢が40歳以上で200個以下の大腸腺腫と軽微な大腸外病変を臨床的特徴としていた.このことから、APC遺伝子診断を導入することでFAPの病態に即した治療および管理方針を決定することが可能と思われた.1.家族性大腸腺腫症(FAP)の十二指腸・小腸病変に関する研究大腸切除術施行前ないし結腸切除後1-22年経過したFAP患者19例を対象とし、回腸の腫瘍性病変を検討した。回腸を拡大内視鏡を用いて観察し生検組織を採取した。組織は腺腫の有無およびPCR法によるamplification refractorysystemを用いたApc遺伝子codon 1061、1068よび1309の異常の有無を検討した。回腸の通常観察では、19例中3例に単発ないし多発する腺腫性ポリープを認めた。拡大観察では、全例で微小隆起が認められ、このうち5例では組織学的に軽度(3例)ないし中等度(2例)異型の腺腫が診断された。これら5例の拡大内視鏡所見は、小型円形腺口開口部の散在4例、鋸歯状変化1例で、非腺腫14例の表面構造(絨毛状4例、管状10例)とは異なっていた。同腸微小腺腫5例中2例、非腺腫14例中3例の回腸粘膜にcodon1309の遺伝子異常が同定された.回腸微小腺腫陽性5例中3例では大腸切除後の経過中に早期直腸癌が診断されていたが陰性14例では直腸癌の発生はみられなかった。以上より、FAPでは十二指腸のみならず小腸に腺腫が高率に発生すると考えられた。また小腸腺腫の発生にはいわゆるmutation cluster regionの関与は少ないと思われた。

2. FAPのゲノム遺伝子の検討診断の確定した61例のFAP患者から白血球DNAを抽出しApc遺伝子と表現型との関連を検討中である。まず、表現型が極めて軽微なFAP患者2例を抽出し、Apc遺伝子の変異を検討した。その結果、1例で従来attenuated familial adenomatous polyposisに好発するとされているexon3の遺伝子異常を同定できた。今後さらにApc遺伝子を検討し、表現型との関係を明らかにする予定である。1.家族性大腸腺腫症(FAP)の十二指腸病変に関する研究a)FAP患者25例を対象とし、十二指腸の陥凹型腺腫と隆起型腺腫の異型度およびKi-67標識率を用いた細胞増殖能(LI)を比較した.25例中15例は隆起型腺腫のみ観察されたが、10例で陥凹型腺腫を認めた.陥凹型腺腫は隆起型腺腫よりも中等度異型腺腫が多く(70%vs.27%)、LIも高かった(59.7±9.5vs.47.5±10.7).以上より、FAPの十ニ指腸病変のサーベイランスにおいては、陥凹型腺腫に着目する必要があると考えられた.b)十ニ指腸乳頭部が10年以上の長期にわたって経過観察された18例を対象とし、十ニ指腸乳頭部の内視鏡所見、組織像、およびLIの経過を遡及的に検討した.2例では内視鏡的に乳頭が増大し、組織学的には5例で異型度が変化した(正常から軽度異型2例、軽度から中等度異型3例).FAP診断時に乳頭腺腫陽性であった12例では初回検査時と最終検査時のLIに差はなかった.以上より、FAPの乳頭腺腫の進展は比較的遅いことが示唆された.2.FAPのゲノム遺伝子の検討PCR-SSCP法およびダイレクトシークエンス法でgenomic DNAのAPC遺伝子変異を同定した15例の臨床徴候を検討した。変異部位はエクソン15が10例、エクソン4が2例、エクソン5、9、13が各1例であった。エクソン15の遺伝子変異10例中8例は密生型大腸腺腫瘍症で、検索した9例全例に胃ないし十二指腸病変を認め、8例中7例に網膜色素上皮過形成(CHRPE)を認めた。エクソン4,5ないし9に変異を認めた4例は、大腸腺腫数が200個以下で、attenuated FAPの病態に合致していた。長期経過とAPC遺伝子変異部位を解析することで、治療方針や患者管理における遺伝子診断の意義が確立可能と考えられる。
神経線維イメージングを用いた脳回路原理の探究

光学測定系を工夫・改善し、300個以上のシナプスから100 Hzという高速での撮影を可能にした。この革新的な新技術を用いて、i)海馬CA3野樹状突起の回路演算様式を解析した結果、興奮性入力と抑制性入力のバランスが線維の局所では崩れていることを見出した。この結果はCell Report誌で発表した。ii)経験によって一度活動したCA1野神経細胞は、上流のCA3野からの精密な軸索回路による特異的入力によって再活性化すること、また樹状突起イメージングを行うことで、この再活動そのものを繰り返すことによって再活性化する細胞セットの精度が高まることを発見した。この結果はScience誌に報告した。神経細胞はシナプス入力を発火出力へと変換する回路素子である。入力情報の大半は樹状突起で受け取られ、細胞体へと伝えられる。この過程は非線形である。すなわち、シナプス入力は、そのまま単純加算的に細胞体の脱分極を引き起こすわけではなく、複雑な形をした樹状突起のどこで、いつ、どのように生じるかによって細胞体に及ぼす影響が異なる。したがって、神経回路の動作原理を解明するには、i)人工的な刺激で誘導したシナプス活動でなく、自然に生じる入力パターンで実験する必要がある、ii)多数のシナプスから同時に記録する必要がある。今年度は複数のスパイン(シナプス後部構造)のカルシウム動態を通じてシナプス入力を可視化し、自然なシナプス活動のin situパターンを記録した。とくに今年に入り、400個近いのスパインから、しかも100 Hzという高速での同時撮影が可能にした。この大規模イメージングと細胞体での古典的な電気生理学的記録を組み合わせることで、シナプス活動が必ずしも細胞体に伝わらないことを発見し、そのメカニズムにGABAが関与していることを見いだした。ニューロンは細胞体から樹状突起という線維構造を伸ばしている。樹状突起は上流の細胞からの情報を興奮性シナプス入力として受け取り、脱分極応答として細胞体に伝えている。複数の細胞からのシナプス入力は細胞体へ伝わる過程で統合される。この際、ニューロンが脱分極し発火閾値に達すると活動電位が発生し、情報は下流の細胞へと出力される。従来、樹状突起は周囲の細胞から受け取った情報を細胞体へ伝える以外の機能を有していないと考えられてきた。しかし近年、樹状突起はシナプス入力を非線形に加算し、ニューロンの活動動態を多様化している可能性が示唆された。これは樹状突起が積極的に情報演算を行っていることを意味している。ただし、こうした樹状突起に関する知見はシナプスを人工的に活性化させることで得られたものである。そのため、脳内で生じる自然なシナプス入力に対し、樹状突起がどのような情報処理を行っているのかについて不明な点が多い。そこで本研究は、樹状突起が自然なシナプス入力に対して行う情報処理機構に迫った。その結果、樹状突起は抑制性シナプス入力によって一部の興奮性シナプス入力のみを細胞体に伝えていることがわかった。また、抑制性シナプス入力の効果は、特定の同期シナプス入力だけを細胞体へ伝えるために働いていることも示唆された。ニューロンは複数の情報を受け取る一方で、その出力応答は選択的である。樹状突起は、受け取った情報を抑制性シナプス入力によってフィルタリングすることで、ニューロンの選択的な発火活動を実現していると考えられる。さらに、こうした樹状突起の情報選定機構の破綻がASDなどの疾患の原因である可能性がある。樹状突起のデータについてはCell Reportsに論文としてまとめることができた。さらに疾患(ASD)モデルマウスについても、解析ができ、予想外の知見を得ることができた。この点については当初予定された計画よりも大幅に研究がすすんでいる。in vivo軸索イメージングについては光学系の開発が予定よりも一年遅れたが、その分、よい遺伝子改変マウスが入手でき、効率のよい実験系が立ち上った。樹状突起はシナプス入力を非線形に加算し、ニューロンの活動動態を多様化している。ただし、こうした樹状突起に関する知見は、シナプスを人工的に活性化させることで得られたものである。そこで我々は、樹状突起が自然なシナプス入力に対して行う情報処理機構に迫った。本研究では自然なシナプス入力に注目するため、多数の自発的な神経活動が観察されるラット海馬切片培養を用いていた。シナプスの後部構造であるスパインがシナプス入力を受け取ると、スパイン内へCa2+が流入する。そこで、Ca2+イメージング法を用いてCA3錐体細胞樹状突起へのシナプス入力を蛍光強度変化として捉えた。同時に、細胞体よりパッチクランプ法を用いて興奮性シナプス後電流(EPSC)を記録した。我々はシナプス入力とEPSCのタイミングを比較することで、一部のシナプス入力はEPSCと同時に記録されないことを発見した。このことから我々は、一部のシナプス入力は細胞体に伝わらず、EPSCを発生させていないと推察した。

また、各スパインへのシナプス入力がEPSCと同時に記録された確率(EPSC probability)を算出したところ、EPSC probabilityはスパインごとに異なることを見出した。以上の結果より、樹状突起は、受け取った情報を抑制性シナプス入力によってフィルタリングすることで、ニューロンの選択的な発火活動を実現していると考えられた。「研究実績の概要」に記したように、我々は一部のシナプス入力はEPSCと同時に記録されないことを発見した。これを深く掘り下げるために、スパインの形態とEPSCprobabilityとの関係を調べた。スパインは形態によって電気的性質や受容体の発現量が異なる。そこで、Ca2+イメージングを行った後、超解像顕微鏡を用いてスパイン形態を観察した。しかし、スパインの体積や長さにEPSC probabilityとの相関はなかった。このことは、スパインの電気特性や受容体の発現量ではシナプス入力が細胞体へ到達することの成否を説明できないことを意味している。さらに、EPSCが記録されるシナプス入力(有効なシナプス入力)とEPSCが記録されないシナプス入力(無効なシナプス入力)でCa2+蛍光強度変化率(%ΔF/F)を比較したところ、有効なシナプス入力の方が大きいことを見出した。これまでに、抑制性シナプス入力が個々のスパインへのCa2+流入を調節していることが示唆されている。以上から、本現象が抑制性シナプス入力によって引き起こされていると想定された。そこで、GABAA受容体阻害薬picrotoxinを細胞内適用した。その結果、EPSC probabilityの分布は高確率側にシフトすることがわかった。また我々は、抑制性シナプス入力によって一部の興奮性シナプス入力が細胞体へ到達できていないとすれば、picrotoxinの細胞内適用によりEPSC頻度が増加すると考えた。そこで、2細胞から同時パッチクランプ記録を行い、一方にのみpicrotoxinを細胞内適用したところ、picrotoxinを適用した細胞はEPSC頻度が高かった。これらの結果から、抑制性シナプス入力により、一部の興奮性シナプス入力は細胞体へ伝わらず、無効化されているという驚くべき知見が明らかになった。上記を考慮するに、研究は順調に進展していると判断された。記憶の長期的な保存には、新たに形成された記憶を安定化させる「固定化」というプロセスが必要とされる。このとき、海馬において、記憶形成時に活動した細胞が自発的に活動することが知られている。つまり、記憶を長期的に保存するためには、記憶形成時に活動した特定の細胞集団が繰り返し活動することが必要であると考えられる。しかし、これら特定の細胞集団が選択的に活動するメカニズムに関してはほとんど明らかになっていない。神経細胞は、樹状突起において、スパインという突起構造を介したシナプス入力を受けることで発火する。このとき、どのスパインが、いつ、どのような入力を受けるかが、神経細胞の発火様式を大きく左右する。現在、シナプス入力の時空間パターンを説明するモデルとして、クラスター型と分散型が提唱されている。
動物モデルを用いたHTLV-1発がん機構の解析

lckプロモーターの制御下にヒトT細胞白血病ウイルスI型(HTLV-I)のpX遺伝子を発現するlck-pXラットは上皮型胸腺腫を発症する。このラットの腎被膜下に腫瘍化前のlck-pXラット胸腺を移植することにより、胸腺腫の悪性化と考えられる現象が観察された。この悪性胸腺腫では、オリジナルの胸腺腫で認められるp16とARFの発現が認められず、p16/ARF領域遺伝子の欠失が本腫瘍の悪性化に中心的な役割を果たしていると考えられた。HTLV-Iが原因となる成人T細胞白血病(ATL)は一般にキャリア状態から腫瘍化し、くすぶり型や慢性型といった低悪性度のATLから急性型やリンパ腫型といった高悪性度のATLへと進展する経過をたどる。高悪性度のATLへの移行の際にはp16やp53の遺伝子異常を高率に伴っていることが知られている。従って、lck-pXラットでの胸腺腫の悪性化はヒトATLの急性転化でみられる現象の一部を観察している可能性がある。良性腫瘍の状態から高悪性度腫瘍の状態までを連続的に観察できる本実験系はHTLV-I関連腫瘍の悪性化機構を解明する上で有用なin vivoモデルである。一方、HTLV-Iがヒト以外の動物で効率よく増殖できないのは、ウイルス粒子の形成に必要なRexの働きを支持する宿主因子CRM1が、ヒト以外の動物ではHTLV-Iに対して低い支持活性しか示さないためであると考えられている。実際にHTLVV-1持続感染ラットT細胞株にヒトcrm1遺伝子を導入することにより、HTLV-I p19発現が増加した。ヒトcrm1遺伝子導入ラットはHTLV-1に対する高感染感受性宿主となる可能性が期待される。
超音波刺激が筋衛星細胞，マクロファージ，筋細胞間のクロストークに与える影響

超音波刺激は、筋損傷からの回復を促進させることが明らかになりつつある。しかし筋損傷からの回復促進の治療戦略を設計するためには、超音波刺激による筋損傷からの回復促進効果と、そのメカニズムを明らかにする必要がある。そこで本研究の目的は、超音波刺激による筋損傷からの回復促進に、各細胞間のCross-Talkがどのように関与しているのかを明らかにすることとした。本研究の結果から、マウス培養筋衛星細胞を用いて、超音波刺激によって筋衛星細胞の増殖が促進することを明らかにした。また、刺激強度依存的に筋衛星細胞の増殖が促進することも明らかになった。筋損傷を受けた理学療法対象者が,早期にADL能力を獲得するためには,できるだけ早く筋損傷を回復させる必要がある.治療的超音波には,皮膚潰瘍,腱損傷,骨折の治癒促進効果があると報告されており,骨格筋への応用も期待されているが,詳細なメカニズムは不明である.これまでに,我々は遠心性収縮による前脛骨筋の筋損傷モデルラットを用いて,損傷2時間後に10分間の超音波刺激を1度だけ行うと組織学的,機能的に筋損傷からの回復を促進することを明らかにしている.そこで今回,超音波刺激によって筋分化調節因子であるMyoD,Myogeninなどのタンパク量が変化するか,またサイトカインであるIL-6などのmRNAの発現量が変化するかどうかを調べた.その結果,MyoD,Myogeninのタンパク量は超音波刺激によって増加することが分かった.また,IL-6のmRNA量が増加することが示唆された.また,マウス骨格筋より採取した筋衛星細胞に対して超音波刺激による細胞応答を解析している.これまでに,マウス長趾伸筋から筋衛星細胞を剥離し,ディッシュに播種し筋衛星細胞を増殖させたのちに,分化培地へ変えることにより筋管細胞へと分化することを確認してある.また,超音波刺激を加えることで培地温度の上昇をしないこと,筋衛星細胞が基質から剥離しないことを確認してある.超音波刺激によって筋衛星細胞の増殖率が変化するかどうかを検証中である.治療的超音波には,皮膚潰瘍,腱損傷,骨折の治癒促進効果があると報告されており,骨格筋への応用も期待されているが,詳細な効果やメカニズムは不明である.これまでに,我々は前脛骨筋の筋損傷モデルラットを用いて,損傷2時間後に10分間の超音波刺激を行うと,組織学的,機能的に筋損傷からの回復を促進することを報告した.しかし,どのようなメカニズムで回復が促進したのかは不明である.近年,炎症性細胞,筋衛星細胞と筋細胞の間での複雑なcross-talkにより筋再生が生じていることが明らかになってきている.そこで本年はマウス筋衛星細胞の初代培養を用いて,超音波刺激により筋衛星細胞の増殖が促進されるかどうかを明らかにすることを目的とした.マウス長趾伸筋から採取した筋衛星細胞をディッシュに播種した.播種後4日間は,増殖培地にて培養し,播種後4日目にコンディション培地に交換した.培地交換から2時間後に,細胞増殖マーカーであるEdU (10μM)を添加し,その後超音波治療器(UST-770,伊藤超短波)を用いて,10分間の超音波刺激を加えた.また,マウスから採取した長趾伸筋をコンディション培地中に浮遊させた状態で超音波刺激を10分間加え,その培地を筋衛星細胞に添加した.超音波刺激6時間後に,細胞を固定しEdU染色と核染色を行い,核とEdU陽性細胞数をカウントした.その結果,超音波刺激を加えた群の核数に対するEdU陽性細胞数は67.6±9.8%,超音波を加えなかった群では57.2±10.9%で,超音波刺激を実施すると有意にEdU陽性細胞が増加した.また,培養筋衛星細胞に超音波刺激を行った培地を添加した群のEdU陽性細胞数の割合は,62.0±10.8%となった.マクロファージとの共培養を実施する予定であるが,共培養に適した培地条件の検証に時間がかかっているため,当初の目的を達成できていない.治療的超音波には、皮膚潰瘍、腱損傷、骨折の治癒促進効果があると報告されており、骨格筋への応用も期待されているが、詳細な効果やメカニズムは不明である。これまでに、我々はラット前脛骨筋の筋損傷モデルを用いて、損傷2時間後に10分間の超音波刺激を行うと、組織学的、機能的に筋損傷からの回復を促進することを報告した。しかし、どのようなメカニズムで回復が促進したのかは不明である。そこで本研究では、マウス筋衛星細胞の初代培養を用いて、超音波刺激により筋衛星細胞の増殖が促進されるかどうかを明らかにすることを目的とした。マウス長趾伸筋から採取した筋衛星細胞をディッシュに播種した。播種後4日間は、増殖培地にて培養し、播種後4日目にコンディション培地に交換した。培地交換から2時間後に、細胞増殖マーカーであるEdU (10μM)を添加し、その後、超音波治療器を用いて、10分間の超音波刺激を加えた。増殖に最適な超音波刺激の条件を明らかにするために、周波数、刺激強度、duty cycleの条件を変えて刺激を行った。超音波刺激5時間後に細胞を固定し、EdU染色と核染色を行い、核とEdU陽性細胞数をカウントした。全核数に対するEdU陽性細胞数の割合を算出し、増殖率とした。

周波数の違いによる効果を比較したところ、1MHzに比べ3MHzの方が有意に増殖率が高かった。刺激強度の違いによる効果を比較したところ、0.1W/cm2や0.5 W/cm2に比べ1.0 W/cm2の方が有意に増殖率が高かった。また、duty cycleの違いによる効果を比較したところ、5%、50%に比べ20%の方が増殖率が高い傾向が見られた。超音波刺激は、筋損傷からの回復を促進させることが明らかになりつつある。しかし筋損傷からの回復促進の治療戦略を設計するためには、超音波刺激による筋損傷からの回復促進効果と、そのメカニズムを明らかにする必要がある。そこで本研究の目的は、超音波刺激による筋損傷からの回復促進に、各細胞間のCross-Talkがどのように関与しているのかを明らかにすることとした。本研究の結果から、マウス培養筋衛星細胞を用いて、超音波刺激によって筋衛星細胞の増殖が促進することを明らかにした。また、刺激強度依存的に筋衛星細胞の増殖が促進することも明らかになった。マウスから採取した筋衛星細胞に対して超音波刺激を加え,その増殖率を測定する予定だったが,増殖を測定するための培地の条件などを検証することに時間がかかったため,当初目的を達成できていない.マクロファージと筋衛星細胞との共培養条件を確定し,当初予定の共培養条件下での超音波刺激の影響を明らかにしていく.理学療法学1)増殖率を測定する方法を確立し,H26年度の目的であった超音波刺激に対する筋衛星細胞,マクロファージ,筋管細胞の細胞応答の解析を実施する.2)筋衛星細胞,マクロファージ,筋管細胞の共培養下での超音波刺激による細胞応答の解析を進める.共培養に適した条件(培地組成など)を決定するのに予備実験が必要と考えられるので,1)の研究と同時に進行していく予定である.当初計画していた,マクロファージとの共培養実験を実施することができなかったためマウスから採取した筋衛星細胞に対して超音波刺激を加え,その増殖率を測定する予定だったが,増殖を測定するための培地の条件などを検証することに時間がかかったため,当初目的を達成できなかった.そこで,当初予定していた増殖率測定キットなどの購入をしなかったため.次年度に実施するマクロファージとの共培養実験に使用する.H27年度に増殖率測定キットの購入に使用する.
異なる半導体量子構造間の量子捕獲ダイナミクス

複数個の電子的に独立した、異なる井戸幅の量子井戸から構成される半導体量子複合構造系において、光生成された電子・正孔ペアまたは励起子(エキシトン)の競合的量子捕獲過程が現れる機構を格子温度などの関数として明らかにするために、発光ダイナミクスについて研究を実施し、以下の成果が得られた。(1)フォトルミネッセンス発光における量子捕獲過程の存在3種類又は4種類の異なる井戸幅を持った量子井戸各々の極低温における励起子フォトルミネッセンス発光強度のピコ秒時間分解測定を実施した。低いエネルギーの発光バンドが他の発光バンドよりも格段に弱い発光を示す特異な現像は、発光再結合寿命時間とは異なる、量子捕獲過程によって決まる短い発光寿命時間をもつことを複数個の試料について実験的に検証した。(2)量子捕獲ダイナミクスの格子温度効果量子井戸間の競合的量子捕獲ダイナミクスが支配的となる、励起子発光過程が示す格子温度効果は、独立した量子井戸が通常示す発光再結合寿命時間の格子温度効果とは全く異なる新たな特性を有することを実験的に明らかにした。(3)量子捕獲ダイナミクスの井戸幅揺らぎ依存性分子線エピタキシャル結晶成長時に成長中断法を用いて作製した単原子層テラス構造を有するGaAs量子複合構造系の試料について、量子捕獲ダイナミクス過程が存在することを実験的に検証した。本実験の詳細な解析から複合量子井戸からの発光強度分布に及ぼす効果は、障壁層バンド端と第一励起サブバンドエネルギー準位の相対的なエネルギー位置関係が重要であることを新に発見した。(4)量子複合構造系の量子捕獲ダイナミクスとその機構外部障壁クラッド層のヘテロ構造のみが異なるGaAs量子複合構造系の試料間の比較から、クラッド層が混晶導体ではなくGaAs/AlAs超格子で構成された試料では、発光強度分布及び発光ダイナミクスが全く異なった発光特性を示すことがわかった。また、格子温度効果を調べ、量子捕獲過程による発光強度分布差が現れる機構は外部障壁クラッド層のエネルギー構造の違いにより変わり得ることを示した。複数個の電子的に独立した、異なる井戸幅の量子井戸から構成される量子複合構造系において、光生成された電子・正孔ペアまたは励起子(エキシトン)の競合的量子捕獲過程が現れる機構を、格子温度などの関数として、発光ダイナミクスの研究から明らかにした。今年度は以下の項目について研究を実施し、論文としてまとめた。(1)反ストークスフォトルミネッセンス発光における量子捕獲過程の存在の確認、3種類又は4種類の異なる井戸幅を持った量子井戸各々の極低温における励起子フォトルミネッセンス発光強度のピコ秒時間分解測定を実施した。低いエネルギーの発光バンドが他の発光バンドよりも格段に弱い発光を示す特異な現象は、発光再結合寿命時間とは異なる、量子捕獲過程によって決まる短い発光寿命時間をもつことが複数個の試料について実験的に検証された。(2)量子捕獲ダイナミクスの格子温度効果の確認、上記の量子井戸間の競合的量子捕獲ダイナミクスが支配的となる、励起子発光過程が示す格子温度効果は、独立した量子井戸が通常示す発光再結合寿命時間の格子温度効果とは全く異なる特性を有することが解った。今年度は以下の項目について研究を実施し、3件の論文としてまとめた。(1)量子捕獲ダイナミクスの井戸幅揺らぎ依存性