hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シュリンクフィッタを用いた光学レンズの超精密接合法の基礎的研究

高精度なレーザースキャナーが開発されればこの問題が解決される.ところで,高精度なレーザースキャナーを開発する上で一番の問題は,レーザー光線を如何に高精度に絞り込むかである.すなわち,複数枚の光学ガラスを鏡筒に組み込む際に,如何に個々のレンズの軸心を合わせるかにかかっている.本研究の目的は,申請者が考案したシュリンクフィッタを用いて,光学レンズ群を鏡筒に超高精度に接合する技術を確立することである.昨年度は,光学レンズ群を締りばめしたときの変形具合を3次元有限要素法で計算した.そして,軸心がλ/2以上変形しな限界いシメシロを各レンズに対して求めた.次いで,その計算結果を基にシュリンクフィッタと鏡筒の寸法を設計し,製作を行った.シュリンクフィッタ材料としては,以前より使用しているポリイミドとアクリルを用いた.室温のみで実験を行った結果,当初の目的どおりに走査幅30mmにわたってスポット径約6μmを得ることに成功した.本年度は,温度を5°Cから70°Cの間で変動させて実験を行った.シュリンクフィッタ材料としては,キャストナイロンを用いた.その結果,昨年度と同様に走査幅30mmにわたって安定したスポット径を得ることができた.
植物細胞のストレス応答に伴うカロース分泌と核凝縮の免疫電子顕微鏡解析

植物に接種したナシ黒斑病菌胞子は発芽して発芽管を形成し、発芽管先端が膨化して付着器が作られる。その後付着器底部から生じた貫穿菌糸は表皮細胞の細胞壁に侵入を試みる。感染時に見られる貫芽菌糸は植物に対する最初の病原菌の攻撃器官である。そのため貫穿菌糸は菌の侵略力が発揮される感染器官と評価できる。菌の貫穿菌糸は、感受性ナシ葉のクチクラ層を突破した後、直下の表皮細胞に直接侵入せず、ペクチン層とこれに連続する中層に沿って侵入菌糸として伸長して組織に増殖する。それに反して、抵抗性ナシ葉に接種した菌はクチクラ層に微侵入するが、それ以降の侵入行動は制限される。このことは抵抗性葉では、貫穿菌糸の侵入時にナシ葉の抵抗性機構がすでに発動することを意味する。病原性発現に関わる活性酸素の生成が病原菌の感染器官に認められた。活性酸素の検出は塩化セリウム法とエネルギーフィルター電顕法を併用して行われた。抵抗性葉に接種した菌の付着器底部と貫穿菌糸先端の細胞壁のみに活性酸素の生成を認めた。貫芽菌糸は付着器底部から生じるので、これら2つの生成部位は同一部位として評価できる。一方、感受性葉と菌の組合わせでも、抵抗性葉の場合と同様に、付着器底部と貫穿菌糸に活性酸素は出現したが、ペクチン層で増殖する侵入菌糸の細胞壁には活性酸素の生成は認められなかった。生成した活性酸素により貫芽菌糸先端の細胞壁を硬化させて侵略力を増強させていると考えている。病原菌ストレス以外に、菌の生産するAK毒素を処理した宿主細胞の原形質膜障害部位に活性酸素の生成が観察された。活性酸素は多くの植物病害では抵抗性機構誘導のシグナル分子としての評価が確定しつつある。しかし、本研究の結果から、菌感染や毒素処理した宿主組織の系で病原性発現にかかわる形で菌側と植物側の双方に活性酸素が生成することが判った。ナシ黒斑病菌を接種した感受性ナシ葉では、菌はクチクラ層とペクチン層を突破後、直下の表皮細胞の細胞質に侵入せず、ペクチン層と中層に沿って菌は伸長して組織内に増殖した。この結果は本菌がクチクラとペクチンを好んで分解して増殖する腐生的な病原菌であり、イモチ病菌のように宿主細胞の細胞質に直接に侵入する殺生菌的な行動をとらないことを示す。また、菌の侵入前に葉細胞の原形質連絡糸に原形質膜変性が生じていたことから、発芽時にAK毒素を分泌するという仮説はこの研究でも証明された。菌を接種した抵抗性葉では、侵入菌糸は普通クチクラ層に微侵入するだけで、ペクチン層にさえ侵入出来ない。パピラは感受性葉や抵抗性葉に関わらず双方の表皮細胞で非特異的に形成された。興味あることに、抵抗性葉で観察されたパピラは、菌がクチクラ層を突破した時点ですでに形成されたし、双方の品種葉で見られたパピラでは、パピラそのものに貫穿した菌糸は全く観察されなかった。これら結果は、抵抗性葉のクチクラ侵入時に抵抗性機構がすでに発動していることを意味すると同時に、パピラは抵抗性に直接貢献していない細胞傷痍反応であることを示唆する。感受性葉ではAK毒素により原形質膜変性が特異的に誘導されるが、この変性部位にカロースと膜片が形成される。膜片は毒素により崩壊した原形質膜から生じるが、膜片には活性酸素が生成していることが細胞化学的塩化セリウム法とエネルギーフィルター電顕法により観察された。この結果は毒素による傷害膜の形成に活性酸素が関わることを示す。免疫電顕法により解析した結果、パピラとカロースにはβ-1,3-グルカンが集積することが証明された。また、毒素処理した感受性細胞ではこのグルカンはゴルジ装置で合成され、ゴルジ小胞を介して膜傷害部位に転送されていることが判った。パピラにβ-1,3-グルカンの集積が認められたことは、グルカンが菌のクチナーゼによるクチクラ層からの分解物、すなわちクチクラの分解脂肪酸シグナルにより誘導されたと考えられた。また、詳細な電顕観察の結果、毒素処理及び感染組織で見られる核凝集はアポトーシスによるものでなく壊死細胞で生じるpknosisであると判断した。抵抗性葉に接種した菌の付着器

底部と貫穿菌糸先端の細胞壁のみに活性酸素の生成を認めた。貫芽菌糸は付着器底部から生じるので、これら2つの生成部位は同一部位として評価できる。一方、感受性葉と菌の組合わせでも、抵抗性葉の場合と同様に、付着器底部と貫穿菌糸に活性酸素は出現したが、ペクチン層で増殖する侵入菌糸の細胞壁には活性酸素の生成は認められなかった。生成した活性酸素により貫芽菌糸先端の細胞壁を硬化させて侵略力を増強させていると考えている。病原菌ストレス以外に、菌の生産するAK毒素を処理した宿主細胞の原形質膜障害部位に活性酸素の生成が観察された。活性酸素は多くの植物病害では抵抗性機構誘導のシグナル分子としての評価が確定しつつある。しかし、本研究の結果から、菌感染や毒素処理した宿主組織の系で病原性発現にかかわる形で菌側と植物側の双方に活性酸素が生成することが判った。植物に接種したナシ黒斑病菌胞子は発芽して発芽管を形成し、発芽管先端が膨化して付着器が作られる。その後付着器底部から生じた貫穿菌糸は表皮細胞の細胞壁に侵入を試みる。感染時に見られる貫芽菌糸は植物に対する最初の病原菌の攻撃器官である。そのため貫穿菌糸は菌の侵略力が発揮される感染器官と評価できる。菌の貫穿菌糸は、感受性ナシ葉のクチクラ層を突破した後、直下の表皮細胞に直接侵入せず、ペクチン層とこれに連続する中層に沿って侵入菌糸として伸長して組織に増殖する。それに反して、抵抗性ナシ葉に接種した菌はクチクラ層に微侵入するが、それ以降の侵入行動は制限される。このことは抵抗性葉では、貫穿菌糸の侵入時にナシ葉の抵抗性機構がすでに発動することを意味する。病原性発現に関わる活性酸素の生成が病原菌の感染器官に認められた。活性酸素の検出は塩化セリウム法とエネルギーフィルター電顕法を併用して行われた。抵抗性葉に接種した菌の付着器底部と貫穿菌糸先端の細胞壁のみに活性酸素の生成を認めた。一方、感受性葉と菌の組合わせでも、抵抗性葉の場合と同様に、付差器底部と貫穿菌糸に活性酸素は出現したが、ペクチン層で増殖する侵入菌糸の細胞壁には活性酸素の生成は認められなかった。
超高速・超高精度な液温制御を実現する内部翼加熱型電磁誘導加熱撹拌装置の開発

(1)IH撹拌機の翼伝熱特性把握本研究では490<Re<54000の範囲において誘導加熱された撹拌翼まわりの熱伝達特性を明らかにし、これらを基に熱伝達率をj因子の形に一般化し、他の撹壁伝熱や翼伝熱方式と比較した。また、電磁界ー熱流体連成解析を行い、精度検証を実施した上でその手法を確立し、以下の結論を得た。1) IHMI(Induction Heating Mixing Impeller)の翼伝熱に関して、準定常状態における撹拌翼温度と槽内溶液温度の差から熱伝達率hを求め、次の伝熱相関式を得た。j=Nu/(Pr^(1/3) Vis^(-0.14) )=4.13Re^0.532) IHMIの撹拌翼伝熱におけるj因子は、槽壁伝熱の5倍、従来の撹拌翼伝熱の2倍である。3)電磁界ー熱流体連成解析を行い、実験値と比較し誤差率は14.0 %、時定数τの誤差率は9.1 %の精度であり、電磁界・熱流体の連成解析手法が確立された。(2)IH撹拌翼による非定常混合特性2017年度は、外部コイルから翼を誘導加熱する構成であったが、2018年度ディスクタービン翼2枚に絶縁された誘導加熱コイルをパッキングした内部加熱ディスクタービン翼と、誘導加熱用高周波インバータを設計製作した。(3)IH撹拌機への非接触給電システムの構築1)円筒型コイル形状の給電効率や加熱効率を実験的、解析的に評価した。その結果、トランスレスにて給電効率95%以上、加熱効率90%以上と実用に供しうることを検証した。2)巻数比2対1での変圧を確認し、周波数30[kHz]の場合に最適な効率が得られた。3)熱負荷を伴う等価回路を構築し、等価回路から算出された給電効率は十分な精度で実験値と一致した。IH撹拌翼の伝熱特性については、水、グリセリン60Wt%、グリセリン80wt%水溶液を用いて回転数1060rpmの範囲において、翼溶液間の伝熱特性を把握した。その結果を欧州化学工学会のEuropean Conference on Mixing主催のMixing16に投稿、発表した。また、孤立混合領域の混合促進による消滅時間に関する実験に向けては、2017年度における外部からの誘導加熱レイアウトに代えて、新たに内部翼IH加熱装置を作製し、2019年度から実験開始の目途がたった。さらに、非接触給電に関しても、円筒コイル形の等価回路による理論値と実験値が十分に一致すること、また、給電効率95%以上、加熱効率90%以上と十分に実用に供しうる効率が実験的に得られた。翼の伝熱特性に関しては実験的に基本的なデータが蓄積された。平成31年度は晶析装置を想定し、水、グリセリン水溶液による定常熱解析を行う。また、実用的な観点から、誘導加熱コイルが撹拌翼に囲まれた密閉撹拌翼を試作し、その伝熱特性、加熱時定数などを把握する。内部翼加熱撹拌によるIMR(孤立混合領域)の除去に関しては、2018年度に試作したディスクタービン誘導加熱翼にて高粘性流体を用いた層流混合場での撹拌操作実験を新たに行い、IMR除去性能に関する基本データを蓄積する。同時に、その混合促進メカニズムについて考察する。非接触給電方式に関しては、コンパクト化、高効率化を目指した円筒形の構成を提案し高効率な給電効率、加熱効率を実験的かつ等価回路モデルにより解析的に把握することが出きたので、発表・論文投稿する予定である。(1)IH撹拌機の翼の伝熱特性撹拌伝熱操作として、一般的に槽外にジャケットを槽内に螺旋状のコイルを設置する方法がある。槽外部からの伝熱に関しては研究事例が多い。本研究では、提案の扁平型誘導加熱コイルを縦型撹拌翼に挟み込んだ内部誘導加熱撹拌翼周りの熱伝達特性を把握する実験を行った。その結果、j因子のReに対するべき指数は0.38であり、リボン翼のジャケット伝熱の1/3に近い。323< Re <4000の範囲では槽外加熱方式と比較して本方式の方が優れていることが分かった。(2)IH撹拌翼による非定常混合特性撹拌槽では通常乱流状態で混合を行うことが効率的であるが、混合する物質が剪断に対して脆弱である場合や流体の粘性が高い場合には、層流状態での混合操作が必要となる。撹拌槽内の層流混合場では、対流によって物質移動が迅速に行われる通常の撹拌混合領域以外に、その領域との境界面において拡散移動による物質交換が支配的な孤立混合領域(IMR)が出現し、このIMRの存在により槽内全体の均一混合が妨げられるため、IMRの除去に関する研究は多い。本研究では、電磁誘導による内部誘導加熱攪拌翼により、高粘性流体の混合促進を目指した。低Reynolds数域での撹拌操作を行い、IMRの形状変化を可視化実験により観察した。その結果、IMR消滅時間は従来の1680 sから970 sと大幅に短縮された。これは、槽内の流動を不安定化することで物質移動が促進されたためと考えられる。

(3)IH撹拌機の非接触給電特性・加熱特性容器上部に非接触給電用コイル対を搭載したトランスレス電磁界共振型非接触給電方式を提案した。その結果、正確な電力・熱収支からトランスレス化を実現した上で加熱効率67 %を達成した。さらに非接触給電用コイル対の7385 %の大幅な軽量化を実現し実用性があることが分かった。福井工大、神戸大、大阪工大間および連携研究員(阪大平田名誉教授、関西電力中尾研究員)とのコラボレーションによる電気、機械、化学工学などの異分野知識の融合・相乗効果ならびに早急な装置の立ち上げにより研究が加速された。その結果、誘導加熱撹拌翼の伝熱特性の把握、孤立混合領域(IMR)の消滅の観察および非接触給電の給電・加熱効率の取得を通じて電磁誘導加熱撹拌翼に関する貴重な基本データが取得され、学会発表6件、特許出願1件の形で多くの成果を上げることができた。(1)IH撹拌機の翼伝熱特性把握本研究では490<Re<54000の範囲において誘導加熱された撹拌翼まわりの熱伝達特性を明らかにし、これらを基に熱伝達率をj因子の形に一般化し、他の撹壁伝熱や翼伝熱方式と比較した。また、電磁界ー熱流体連成解析を行い、精度検証を実施した上でその手法を確立し、以下の結論を得た。1) IHMI(Induction Heating Mixing Impeller)の翼伝熱に関して、準定常状態における撹拌翼温度と槽内溶液温度の差から熱伝達率hを求め、次の伝熱相関式を得た。j=Nu/(Pr^(1/3) Vis^(-0.14) )=4.13Re^0.532) IHMIの撹拌翼伝熱におけるj因子は、槽壁伝熱の5倍、従来の撹拌翼伝熱の2倍である。3)電磁界ー熱流体連成解析を行い、実験値と比較し誤差率は14.0 %、時定数τの誤差率は9.1 %の精度であり、電磁界・熱流体の連成解析手法が確立された。(2)IH撹拌翼による非定常混合特性2017年度は、外部コイルから翼を誘導加熱する構成であったが、2018年度ディスクタービン翼2枚に絶縁された誘導加熱コイルをパッキングした内部加熱ディスクタービン翼と、誘導加熱用高周波インバータを設計製作した。(3)IH撹拌機への非接触給電システムの構築1)円筒型コイル形状の給電効率や加熱効率を実験的、解析的に評価した。その結果、トランスレスにて給電効率95%以上、加熱効率90%以上と実用に供しうることを検証した。2)巻数比2対1での変圧を確認し、周波数30[kHz]の場合に最適な効率が得られた。3)熱負荷を伴う等価回路を構築し、等価回路から算出された給電効率は十分な精度で実験値と一致した。IH撹拌翼の伝熱特性については、水、グリセリン60Wt%、グリセリン80wt%水溶液を用いて回転数1060rpmの範囲において、翼溶液間の伝熱特性を把握した。その結果を欧州化学工学会のEuropean Conference on Mixing主催のMixing16に投稿、発表した。また、孤立混合領域の混合促進による消滅時間に関する実験に向けては、2017年度における外部からの誘導加熱レイアウトに代えて、新たに内部翼IH加熱装置を作製し、2019年度から実験開始の目途がたった。さらに、非接触給電に関しても、円筒コイル形の等価回路による理論値と実験値が十分に一致すること、また、給電効率95%以上、加熱効率90%以上と十分に実用に供しうる効率が実験的に得られた。翼の伝熱に関して平成29年度はグリセリン水溶液による実験を行ったが、平成30年度は水を被加熱媒体とした実験を行う。
外部刺激による結晶内微小空間の構造制御とその機能材料への応用

本研究では,微小な空孔を有する高分子結晶に応力(一軸延伸,圧縮,ひねり等)などの外部刺激を与えたときの構造変化を,分子動力学(MD)シミュレーションを用いて再現し,結晶の変形によって引き起こされる結晶内の微小な空間の構造変化を定量的に解析する。人為的な刺激により微小空間の構造を変化させることができれば,結晶の機能性を自在にコントロールすることが可能になり,分離膜などの機能材料に応用できる可能性がある。特に,CO_2の分離を念頭におき,結晶内に比較的大きなキャビティーを残存させつつ,キャビティーの形や結合性をCO_2の効率的分離に最適な形状に変化させることを目指した。本研究では,外部刺激(温度,結晶に印加する応力,包接されるゲスト分子の種類や数の変化など)による結晶構造変化を分子動力学(MD)シミュレーションによって再現し,それによって引き起こされる結晶内微小空間の構造変化を定量的に解析する。さらに,ゲスト分子が感じるポテンシャル場が,結晶内微小空間の変化によってどのように変化するかを,MD法,および,量子化学計算により解明する。人為的に結晶構造を変化させることにより微小空間の構造変化を誘起することができれば,結晶内微小空間の機能性を自在にコントロールすることが可能になる。これを実現するためには,どのような外的要因の変化を与えれば,どのような微小空間におけるポテンシャル場の変化が生ずるかを,分子レベルから定量的に解析する必要がある。本研究は,この関係を明らかにするものであり,結晶内微小空間の機能材料としての応用の道を拓くものである。平成19年度は,まず,計算環境の整備を進めた。研究室で保有するクラスター型並列計算機システムの基幹部品を最新のものに入れ替え,大幅な性能改善を図った。ソフトウエアについては,申請者が独自に開発したPAMPSを使用する。これにより,高分子/低分子混合系の分子シミュレーションを,並列計算機上で効率的に実行する環境が整った。次に,立体規則性ポリメチルスチレンの各種包接結晶を取り上げ,単結晶モデルについてMDシミュレーションを行い,結晶の安定性を調べた。結晶中に包接されたゲスト分子をすべて取り除くと結晶は崩れてしまうが,一部のゲストを残すことにより結晶構造が安定に保たれることが明らかとなった。この場合,ゲストの抜け跡が大きな空孔として残存する。得られた結晶構造に対して自由体積のクラスター解析を行い,結晶内微小空間の構造を定量的に解析した。本研究では,外部刺激による結晶構造変化を分子動力学(MD)シミュレーションによって再現し,それによって引き起こされる結晶内微小空間の構造変化を定量的に解析する。今年度は,シンジオタクチックポリスチレン(s-PS),およびシンジオタクチックポリメチルスチレン(s-PMS)の包接結晶を対象としてシミュレーションを進め,結晶内微小空間の大きさ,形,結合性を定量化した。クラスター解析を行うことにより,結晶内微小空間の結合性を計算した。また,応力により結晶構造の変化を誘起させ,それに伴う結晶内微小空間の形状,大きさ,および,結合性の変化を定量的に解析した。さらに,ゲスト分子が包接されることによる結晶構造の変化についても解析した。特に,s-PMS/THF系の包接結晶膜が比較的大きなキャビティーを有し,かつ,結晶の安定性も高いことが予測された。

本研究では,外部刺激による結晶構造変化を分子動力学(MD)シミュレーションによって再現し,それによって引き起こされる結晶内微小空間の構造変化を定量的に解析する。さらに,ゲスト分子が感じるポテンシャル場が,結晶内微小空間の変化によってどのように変化するかを解明する。人為的な刺激により結晶内微小空間の構造を変化させることができれば,結晶内微小空間の機能性を自在にコントロールすることが可能になる。これを実現するためには,外的要因の変化と微小空間におけるポテンシャル場の変化の関係を,分子レベルから定量的に解析する必要がある。これにより,結晶内微小空間の機能材料としての応用の道を拓くことを目的とする。今年度は,昨年度に引き続いて,シンジオタクチックポリスチレン(s-PS),およびシンジオタクチックポリメチルスチレン(s-PMS)の包接結晶を対象としてシミュレーションを進め,結晶内微小空間の大きさ,形,結合性を定量化した。特に,結晶構造に応力を印加することにより結晶構造を変化させ,それに伴う結晶内微小空間の形状,大きさ,および,結合性の変化を定量的に解析した。s-PMS/THF系の包接結晶膜が比較的大きなキャビティーを有し,かつ,結晶の安定性も高いことが予測された。さらに,二酸化炭素の分離を念頭においた検討も進めた。また,関連する系として,無機ガラスに圧力を加えた場合の挙動についても検討した。本研究は,分子動力学(MD)シミュレーションを用いて,キャビティーを有する高分子結晶に応力などの外部刺激を与えたときの構造変化を再現し,それによって引き起こされる結晶内微小空間の構造変化を定量的に解析する。外部刺激と微小空間におけるポテンシャル場の関係を,分子レベルから定量的に解析することにより,ゲスト分子が感じるポテンシャル場が微小空間の変化によってどのように変化するかを解明する。人為的な刺激により微小空間の構造を変化させることができれば,結晶内微小空間の機能性を自在にコントロールすることが可能になり,分離膜などの機能材料に応用できる可能性がある。今年度は,シンジオタクチックポリスチレン(s-PS),およびシンジオタクチックポリメチルスチレン(s-PMS)の包接結晶に加えて,インバートガラスやタンパク質結晶も対象としてシミュレーションを進めた。結晶構造に静水圧や応力(一軸延伸,圧縮,ひねり等)を印加することによって結晶構造を変化させ,それに伴う結晶内微小空間の形状,大きさ,および,結合性の変化を定量的に解析した。特に,CO_2の分離を念頭におき,s-PS包接結晶の応力挙動を入念に解析し,結晶内に比較的大きなキャビティーを残存させつつ,キャビティーの形や結合性をCO_2の効率的分離に最適な形状に変化させることを目指した。現在のところ,この微妙な条件を見出すには至っていないが,継続的に研究を進めているところである。
強誘電・反強誘電性混合液晶におけるカイラル場と自発分極異常に関する研究

本研究では、液晶における巨視的な分極発現のメカニズムと分子構造、分子配列の対称性との関係を明らかにする事を目的とし、パルスレーザー照射による焦電効果の測定、自己保持薄膜における分極反転電流測定や電気光学応答の測定などを行い、以下の成果を得た。界面近傍における液晶のオーダーパラメータの空間分布の歪みに起因する巨視的分極である界面分極と、液晶配向場の空間的な歪みに起因するフレクソエレクトリック分極の符号及び絶対値を、短パルスレーザーを光源とした焦電効果の測定から精度良く評価し、四重極子の寄与が重要であることを明らかにした。焦電効果の測定では、分極の絶対値の評価に際して、複屈折の温度依存性を利用した新しい液晶試料内の温度測定技術を提案し、その測定技術を確立した。これにより高精度に界面分極、フレクソエレクトリック分極の絶対値を評価することが可能となった。代表的なネマチック液晶である5CBの垂直配向界面での分極に関しては、分極がバルクから基板界面を向いており、5CB分子のアルキル基が基板方向を向いていることが明らかとなった。また、このことと界面分極の大きさが、配列した分子の双極子モーメントから期待される値に比べて小さいこととを考慮すると、5CB分子の双極子モーメントは有効に寄与しておらず、四重極子の配向秩序の空間分布による分極が界面分極に寄与している可能性が示唆された。5CB、80CB、MBBAなどのフレクソエレクトリック分極の絶対値と符号を評価し、5CBのフレクソエレクトリック分極係数の符号が負であり、80CBのそれと符号が逆であることが明らかとなり、その原因が永久双極子モーメントの分子内での向きに関係するものであることを指摘した。さらに、80CBのスメクチックA相におけるフレクソエレクトリック分極の評価も行った。強誘電性液晶は分子が層状に配列したスメクチック層構造を形成するために、自己保持膜の作製が可能である。そこで、自己保持膜並びに自己保持膜を固体基板表面に張り付けた自己保持転写薄膜における電界印加に伴う分極反転のダイナミクスを調べた。櫛形電極の付いたガラス基板上へ強誘電性自己保持膜を転写し、三角は電圧を印加した際に流れる分極反転電流を測定した。その結果、分極反転挙動は転写した膜の総数に依存し、特に、200層程度以下の薄膜においては分子の反転ダイナミクスが基板界面の影響を受けることが明らかとなった。また、非強誘電相であるスメクチックA相においても分極反転電流が観測され、しかも総数の減少に伴って分極反転電流から評価した自発分極の値が増大することを見出した。この減少は、液晶空気界面における分子がチルトされた結果によるものであると解釈される。一方、自己保持膜に制限は電圧を印加した際の分子反転に伴う自己保持膜の振動の解析を行った。その結果、膜の振動挙動は、液晶分子が接する自由界面の雰囲気に強く依存することが明らかとなった。特に、エタノール等の有機溶媒ガス雰囲気下では、膜の共振周波数のシフトが観測され、また、有機溶媒の種類によってそのシフト量が変化することが確認された。この現象は、自由界面のガスの種類によって自己保持膜の表面張力が変化したためと理解できる。さらに、減圧下での振動挙動の解析も行い、共振周波数の圧力依存性も見出した。液晶の界面近傍のオーダーパラメータの空間分布の歪みに起因する巨視的分極である界面分極と、液晶配向場の空間的な歪みに起因するフレクソエレクトリック分極の符号及び絶対値を、短パルスレーザーを光源とした焦電効果の測定から精度良く評価し、四重極子の寄与が重要であることを明らかにした。

ここで、分極値の絶対値の評価に際して、複屈折の温度依存性を利用した新しい液晶試料内の温度測定技術を確立した。5CBの垂直配向界面での分極に関しては、分極がバルクから基板界面を向いており、5CB分子のアルキル基が基板方向を向いていることが明らかとなった。このことと界面分極の大きさが配列した分子の双極子モーメントから期待される値に比べて小さいこととを考慮すると、5CB分子の双極子モーメントは有効に寄与しておらず、四重極子の配向秩序の空間分布による分極の寄与の可能性が考えられる。また、5CBのフレクソエレクトリック分極係数の符号が負であり、80CBのそれと符号が逆であることが明らかとなり、その原因が永久双極子モーメントの分子内での向きに関係するものであることを指摘した。さらに、80CBのスメクチックA相におけるフレクソエレクトリック分極の評価も行った。ピリミジシ系ホスト液晶に螺旋誘起力の強いカイラルドーパントを添加し、螺旋ピッチの長きが数百ナノメーター以下の短ピッチ強誘電性液晶を実現し、螺旋ピッチを系統的に変化させた試料を用いて、それらの自発分極、誘電率、電気光学応答などの測定を行い、誘電率の異常な温度依存性の原因を螺旋構造の温度依存性によるものであるとして検討を行った。
胆道閉鎖症の病因-血中母体マイクロキメリズムの可能性についての研究

胆道閉鎖症(以下BA)の病因として血中母体マイクロキメリズムの可能性が示唆され本研究開始後、BMG Gastroenterology 2004,4に8例中7例のBA患者の肝組織にmaternal microchimerismの存在が発表された。この実験に関する方法は我々の予定したものと同一のものであり、男児のみについての対象であったため、実験系を、女児にも適応できるよう以下の実験を施行した。13名の生体肝移植患者とドナーである母親のHLAを分析し、その系列を結果として出した。そこで、HLAのClass IのA, B, Cの中で、ミスマッチを示す、母親のHLA Class A, Class Bの中で、入手可能な抗体を選択し、患児の移植時摘出肝組織に免疫染色を施行した。抗体は、HLAモノクローナル抗体(A23,A24,A30,A31,A11,A2,A25,A26,A34+)が、現時点で使用可能であり、全例につき、免疫染色を施行した。全例患者肝組織に母親由来のHLA-A抗体(患者には存在しない)が肝組織、胆管上皮に陽性であることが確認された。又、上記掲載論文で、確認されている、maternal microchimerismの存在に関して、Fluorescent in situ hybridization(FISH)法により、上記とは別の5例(男児)についてX-Xchromosomesが検出され、同様の結果が得られた。以上、この1年間に得られた新知見である。次に、血中に検出された、Fibrocyteを抽出し、上記母親由来HLAのClassIの患者とミスマッチの抗体で染色されることが出来れば、maternal microchimerismの血中での存在が確認されることとなる。胆道閉鎖症(以下BA)の病因として血中母体マイクロキメリズムの可能性が示唆され本研究開始後、BMG Gastroenterology2004,4に8例中7例のBA患者の肝組織にmaternal microchimerismの存在が発表された。この実験方法は我々の予定したものと同一であるが、対象が男児のみであったため、実験系を、女児にも適応できるよう以下の実験を施行した。そこで、HLAのClass IのA, B, Cの中で、ミスマッチを示す、母親のHLA Class A, Class Bの中で、入手可能な抗体を選択し、患児の移植時摘出肝組織に免疫染色を施行。5例のうち1例で陽性反応を認めるも、再現性が認められないため、再検討することとした。又、7名のBA患者の血液より、Fibrocyteの細胞を検出するために、CD45,Cytokeratinの抗体を使用し、フローサイトメトリー法にてFibrocyteをBA患者の血中から文献上初めて検出することに成功した。この結果より、BA患者における線維化マーカーであるヒアルロン酸や、Collagen IVを誘導しているFibrocyteの存在が確認されたことになる。今後の研究として次に、この血中に検出された、Fibrocyteを抽出し、上記母親由来HLAのClass Iの患者とミスマッチの抗体で染色されることが出来れば、maternal microchimerismの血中での存在が確認されることとなる。又、上記掲載論文で、確認されている、maternal microchimerismの存在に関して、Fluorescent in situ hybridization(FISH)法により、上記とは別の5例(男児)についてX-Xchromosomesが検出できるかどうか現在検討中である。

胆道閉鎖症(以下BA)の病因として血中母体マイクロキメリズムの可能性が示唆され本研究開始後、BMG Gastroenterology 2004,4に8例中7例のBA患者の肝組織にmaternal microchimerismの存在が発表された。この実験に関する方法は我々の予定したものと同一のものであり、男児のみについての対象であったため、実験系を、女児にも適応できるよう以下の実験を施行した。13名の生体肝移植患者とドナーである母親のHLAを分析し、その系列を結果として出した。そこで、HLAのClass IのA,B,Cの中で、ミスマッチを示す、母親のHLA Class A, Class Bの中で、入手可能な抗体を選択し、患児の移植時摘出肝組織に免疫染色を施行した。抗体は、HLAモノクローナル抗体(A23,A24,A30,A31,A11,A2,A25,A26,A34+)が、現時点で使用可能であり、全例につき、免疫染色を施行した。全例患者肝組織に母親由来のHLA-A抗体(患者には存在しない)が肝組織、胆管上皮に陽性であることが確認された。又、上記掲載論文で、確認されている、maternal microchimerismの存在に関して、Fluorescent in situ hybridization (FISH)法により、上記とは別の5例(男児)についてX-Xchromosomesが検出され、同様の結果が得られた。以上、この1年間に得られた新知見である。次に、血中に検出された、Fibrocyteを抽出し、上記母親由来HLAのClass Iの患者とミスマッチの抗体で染色されることが出来れば、maternal microchimerismの血中での存在が確認されることとなる。(目的)胆道閉鎖症の病因論を追求するために、本症患者肝組織におけるmaternal microchimerismの存在について検討した。実験2:胆道閉鎖症患者9名(女)とその母親のHLA class Iのtypingを行い、患者に存在せず、母親のみに存在する、HLA class Iのモノクローナル抗体を患者の肝組織を用いて免疫組織化学染色を施行した。(結果)実験1:胆道閉鎖症6名(男)全例において、本来は、XY chromosomesのみが肝組織に存在するはであるが、患者肝組織の肝細胞、胆管上皮に、XYとXX(通常は女性のみに存在)の発現が認められた。実験2:胆道閉鎖症9名(女)の肝組織に、患者本人には存在せず、母親由来のHLA-class I抗体が肝組織と胆管上皮に発現しているのが確認された。この発現の強度に関しては、患者の予後とは相関しなかった。(まとめ)本研究は、初めて、男性だけでなく、女性の胆道閉鎖症患者と、maternal microchimerismの関連を示唆した論文ではある。胆道閉鎖症の原因論としてウイルス説、自己免疫疾患説などが述べられているが、多くは、後天性の疾患と考えられていた。今回の研究の成果により、maternal microchimerism、つまり、母胎間での問題が大きくクローズアップされ、肝組織における、maternal microchimerismの存在による異種の抗原の発現が標的となり、肝、胆管組織破壊が起こることが示唆された。(今後の展望)
閉塞性睡眠時無呼吸症における新たな舌突出型装置の臨床的有用性に関する検討

睡眠時無呼吸症(OSA)は睡眠時無呼吸症候群の中で最も多い症例で、睡眠中の筋弛緩や舌根沈下により上気道が狭窄する事で、断続的な無呼吸や低呼吸を誘発する疾患です。いびきや日中の過度な眠気を生じるだけではなく、重症な場合には脳血管障害や心臓血管障害を発症するリスクが高く十分な治療が必要である。本邦での治療はH16年に保険導入された上下の歯牙にマウスピースを装着し下顎を前方に牽引した位置で固定する上下一体型口腔内装置(OA)が主流で、5080%の患者に有効であるとの報告がある。しかし、OA装着には欠損歯が多い場合、重度の歯周病がある場合、顎関節症状のある場合などは作製が難しい。また副作用として、痛みや不快感が出現する事も多いため継続使用が困難な症例も多くみられる。そのため治療を断念せざるを得ないケースが少なくないため、適応条件が少なく副作用の少ない、OA装置に換わる治療法の確立が必要と考える。そこでニュージーランドで開発された舌突出型装置(TSD)は、従来の一体型装置とは異なり歯牙の影響を受けず舌を直接牽引する事を目的とした装置で、舌疾患がある場合、シリコンアレルギーのある場合を除きOA装置が困難であるとされた症例にも使用が可能である。海外ではこの装置でOSAの治療効果があるとの報告もあるが、現時点で本邦及びアジア圏での研究は行われておらず十分に認知されていない状況である。欧米では肥満がOSAの誘因である事が多いが、アジア人におけるOSAの誘因は小額症など骨格的要因による気道閉塞が多くみられるため、直接舌を牽引するTSDの治療効果が期待できると考える。そこで本研究ではTSDにおける臨床的治療効果の有用性とMRIにより上気道の体積変化をOAと比較検討する事で、今後のOSA治療の確立を検討する事を目的としている。臨床研究をスタートして1年間でまだ目標症例数に達していない。(あと45症例必要)研究内容としては有用な結果が得られていると感じているが、実際のOSA治療に入る前に一般歯科治療を必要とする症例が多く、同意は得られているが、実際の研究治療を始めるまでに時間がかかっている事が原因と考える。研究期間を1年間延長し、引続き被験者収集中。現在集まったデータをまとめ、次回開催の学会で報告できるよう解析に努める。今後も現在被験者である症例の追跡調査をメンテナンスと共に行う。睡眠時無呼吸症(OSA)は睡眠時無呼吸症候群の中で最も多いタイプで、睡眠中の筋弛緩や舌根沈下により上気道が狭窄する事で、断続的な無呼吸や低呼吸を誘発する疾患である。いびきや日中の過度な眠気を生じるだけでなく、重度な場合には脳血管や心臓血管障害を発症するリスクが高く十分な治療が必要である。本邦での治療は平成16年に保険導入された下顎を前方に牽引し歯牙により固定する上下一体型口腔内装置(OA)が主流で、5080%の患者に有効であるとの報告がある。しかしOA装置には欠損歯が多い場合などは作製が難しく、また、痛みや不快感により継続使用が出来ない症例も多くみられるなど適応条件が多くあり不適応となり治療が出来ないケースは少なくないため、OAに替わる治療法の確立が必要と考える。そこで、海外で開発された舌突出装置(TSD)は従来の構造とは異なり、舌の牽引を目的とした装置のため適応条件は少なく、OA不適応とされた症例にも使用が可能である。海外では睡眠時無呼吸症の効果も期待できるとの報告もある。このTSD装置を用いた研究は日本ではほとんど行われておらず十分に認知されていない。アジア人におけるOSA患者は小顎症などの骨格的要因による気道閉塞が多くみられるため、直接舌を牽引するTSDの治療効果が期待できる。そこで本研究ではTSDにおける治療効果の有効性とMRIにより上気道の体積変化をOAと比較検討する事で今後のOSA治療の確立を模索する事を目的としている。初の研究の為、事前に受講すべき講習会が多くスタートが遅れた。研究計画を立てるうえで、解析に必要な特定のパソコン及びソフトの入手、予備撮影による事前評価に必要以上に時間がかかっている。しかしOA装置には欠損歯が多い、歯周病疾患がある、顎関節症がある場合などは作製が難しく、また、痛みや不快感が出る事も多いために継続使用が出来ない症例も多くみられるなど適応条件が多くあり治療が行えないケースが少なくないため、適応条件の少ないOAに替わる治療法の確立が必要と考える。そこで、ニュージーランドで開発された舌突出型装置(TSD)は従来の構造とは異なり、舌の牽引を目的とした装置のため歯牙の影響がなく、適応条件が少ないため今までOA治療が困難であるとされた症例にも使用が可能である。

また、海外では閉塞性睡眠時無呼吸症の治療効果も期待が出来るとの報告もある。このTSD装置を用いた研究は日本ではほとんど行われておらず十分に認知されていない。アジア人におけるOSA患者は小顎症などの骨格的要因による気道閉塞が多くみられるため、直接舌を牽引するTSDの治療効果が期待できる。そこで本研究ではTSDにおける臨床的治療効果の有効性とMRIにより上気道の体積変化をOAと比較検討する事で今後のOSA治療の確立を模索する事を目的としている。初の研究の為、事前準備に手間取りスタートが遅れた。研究計画を立てるうえで、解析に必要な特定のパソコン及びソフトの入手、予備撮影による事前評価に必要以上に時間がかかった。比較対象とする従来のOA治療を行ったうえで行う研究のため、通常の保険診療に時間がかかる被験者が多いため。睡眠時無呼吸症(OSA)は睡眠時無呼吸症候群の中で最も多い症例で、睡眠中の筋弛緩や舌根沈下により上気道が狭窄する事で、断続的な無呼吸や低呼吸を誘発する疾患です。いびきや日中の過度な眠気を生じるだけではなく、重症な場合には脳血管障害や心臓血管障害を発症するリスクが高く十分な治療が必要である。本邦での治療はH16年に保険導入された上下の歯牙にマウスピースを装着し下顎を前方に牽引した位置で固定する上下一体型口腔内装置(OA)が主流で、5080%の患者に有効であるとの報告がある。しかし、OA装着には欠損歯が多い場合、重度の歯周病がある場合、顎関節症状のある場合などは作製が難しい。また副作用として、痛みや不快感が出現する事も多いため継続使用が困難な症例も多くみられる。そのため治療を断念せざるを得ないケースが少なくないため、適応条件が少なく副作用の少ない、OA装置に換わる治療法の確立が必要と考える。そこでニュージーランドで開発された舌突出型装置(TSD)は、従来の一体型装置とは異なり歯牙の影響を受けず舌を直接牽引する事を目的とした装置で、舌疾患がある場合、シリコンアレルギーのある場合を除きOA装置が困難であるとされた症例にも使用が可能である。海外ではこの装置でOSAの治療効果があるとの報告もあるが、現時点で本邦及びアジア圏での研究は行われておらず十分に認知されていない状況である。欧米では肥満がOSAの誘因である事が多いが、アジア人におけるOSAの誘因は小額症など骨格的要因による気道閉塞が多くみられるため、直接舌を牽引するTSDの治療効果が期待できると考える。そこで本研究ではTSDにおける臨床的治療効果の有用性とMRIにより上気道の体積変化をOAと比較検討する事で、今後のOSA治療の確立を検討する事を目的としている。臨床研究をスタートして1年間でまだ目標症例数に達していない。(あと45症例必要)研究内容としては有用な結果が得られていると感じているが、実際のOSA治療に入る前に一般歯科治療を必要とする症例が多く、同意は得られているが、実際の研究治療を始めるまでに時間がかかっている事が原因と考える。現在研究実施計画書作成は完了し倫理審査提出の段階。倫理審査承認後は速やかに研究を開始できるよう準備を進めている状態。研究がスタートすれば対照症例数はあるので順調にすすめていけると思われる。アクティブに進めている被験者2名。合わせて新患配当時被験者収集中。年内にはデータ収集、分析開始が出来るよう努め、合わせて臨床では各装置の使用状況の確認及びアンケート調査、定期健診でのメンテナンスを行う予定。研究期間を1年間延長し、引続き被験者収集中。現在集まったデータをまとめ、次回開催の学会で報告できるよう解析に努める。
妊娠性糖尿病におけるインスリン抵抗性亢進への歯周病の関与に関する包括的研究

本研究は、歯周病と妊娠性糖尿病との関連を明らかにするために、1.妊婦を被験者とした歯周病と妊娠性糖尿病の関連の調査、2.胎盤でのインスリン抵抗性の亢進への歯周病原細菌の関与に関する解析を臨床サンプル、in vitro, in vivo研究での実施、3.妊娠性糖尿病妊婦への歯周治療介入の効果、を行うこととしている。前年度は1を中心に実施したため、本園度は2のIn vitro研究を中心に実施した。胎盤由来細胞であるBewo細胞を用い、刺激因子としてFusobacterium nucleatum LPS(FnLPS)とインスリンを用いた。BeWo細胞のIL-6、IL-8、TNF-a、IL-1bの遺伝子発現をreal timePCR法にて解析を行った。また、インスリンレセプターであるIRSとそのリン酸化、AKTとそのリン酸化をウエスタンブロット法にて解析した。その結果、FnLPS刺激によりIL-6とIL-8の遺伝子発現はコントロールと比較し1.4倍、2.2倍上昇した。また、インスリンを添加すると引き起こされるIRSとAKTのリン酸化は、FnLPSの刺激により濃度依存的に減少した。このことにより、FnLPSにより胎盤由来細胞であるBewo細胞にて炎症性物質が誘導されること、さらにはFnLPS刺激により胎盤由来細胞であるBewo細胞のインスリン抵抗性が引き起こされる事が示された。このことは、歯周病原細菌であるFnが胎盤のインスリン抵抗性に関与することにより、歯周病が妊娠性糖尿病におけるインスリン抵抗性に影響する可能性が示唆できる。本年度は、In vitro研究を中心に実施したがBeWo細胞を用いて行い、抗体の濃度や刺激時間の設定を含め他分析を行ったlしかしながら、他の胎盤由来細胞であるJEG3や胎盤から分離培養するプライマリーの細胞を用いた分析までいたらなかったため、やや遅れている。今後もin vitro、in vivo研究を行っていく。大学院生の先生を研究協力者に加えて研究を遂行することで、当初の研究計画をよりスピーディーに進めていく。本研究は、歯周病と妊娠性糖尿病との関連を明らかにするために、1.妊婦を被験者とした歯周病と妊娠性糖尿病の関連の調査、2.胎盤でのインスリン抵抗性の亢進への歯周病原細菌の関与に関する解析を臨床サンプル、in vitro, in vivo研究での実施、3.妊娠性糖尿病妊婦への歯周治療介入の効果、を検討することとしている。本年度は、1.を中心に研究を実施した。被験者は15名の正常妊娠妊婦,14名の切迫早産で糖代謝異常の妊婦(TPL/糖代謝異常), 16名の切迫早産で糖代謝正常の妊婦(TPL/糖代謝正常)とした.全ての妊婦にプロービングポケット深さやクリニカルアタッチメントレベルを含む歯周組織検査を実施した.被験者から採取した唾液,歯肉縁下プラーク,および絨毛膜組織におけるP. gingivalis,F. nucleatum,P. intermedia,A. actinomycetemcomitans,T. denticola, T. forsythiaの検出はPCR法で行った.その結果、歯周組織検査結果と口腔内サンプルからの歯周病原細菌の検出率は,TPL/糖代謝異常とTPL/糖代謝正常の間に有意差は認められなかった.絨毛膜組織ではTPL/糖代謝正常はF. nucleatumとP. gingivalisが検出されたのに対し,TPL/糖代謝異常はF. nucleatum,P. intermedia,T. forsythiaが検出された.正常妊娠妊婦の絨毛膜組織はいずれの歯周病原細菌も検出されなかった.これらの結果より、歯周病が切迫早産妊婦の糖代謝異常のリスク因子となることを示すことができなかった.しかしながら,絨毛膜に存在するF. nucleatum,P. intermedia,T. forsythiaが糖代謝異常と関連する可能性が示唆された.今後は、胎盤でのインスリン抵抗性の亢進への歯周病原細菌の関与に関する解析を臨床サンプル、in vitro, in vivo研究での実施を行う予定である。本年は、妊婦における歯周病と妊娠性糖尿病の関連生の調査に関して順調に研究を進めることができた。しかしながら、臨床サンプル, In vitro, In vivo研究は予備実験の段階であるため、やや遅れていると思われた。

このことにより、FnLPSにより胎盤由来細胞であるBewo細胞にて炎症性物質が誘導されること、さらにはFnLPS刺激により胎盤由来細胞であるBewo細胞のインスリン抵抗性が引き起こされる事が示された。このことは、歯周病原細菌であるFnが胎盤のインスリン抵抗性に関与することにより、歯周病が妊娠性糖尿病におけるインスリン抵抗性に影響する可能性が示唆できる。本年度は、In vitro研究を中心に実施したがBeWo細胞を用いて行い、抗体の濃度や刺激時間の設定を含め他分析を行ったlしかしながら、他の胎盤由来細胞であるJEG3や胎盤から分離培養するプライマリーの細胞を用いた分析までいたらなかったため、やや遅れている。臨床サンプルの解析を進め、予備実験を行っていたin vitro、in vivo研究を行っていく。大学院生の先生を研究協力者に加えて研究を遂行することで、当初の研究計画をよりスピーディーに進めていく。今後もin vitro、in vivo研究を行っていく。本年で予定していた、臨床サンプルを用いた分析、In vitro, in vivo研究が予備実験段階であり、予定より遅れたため。予定していたin vivo研究が予備実験段階であり、予定より遅れたため次年度使用額が生じた。次年度使用額は、次年度のIn vivo研究の動物購入と解析に用いる計画である。
食べ物のおいしさが免疫機能に及ぼす影響

食べ物の美味しさと免疫機能との関連を明らかにするため、動物にとって好ましい味覚溶液(甘味)と免疫反応を誘発するLPSを組み合わせた味覚嫌悪学習において、味覚刺激によって生じる行動変化と脳活動との関連についてマンガン造影MRI法を用いて調べた。その結果、行動変化においては学習獲得後の甘味刺激によって嫌悪性行動が認められた。甘味刺激により、扁桃体および視床下部背内側核を含む部位の活動が認められた。扁桃体の活動は他の薬物と組み合わせた場合にも認められたが、視床下部背内側核の活動では認められなかったことから、視床下部背内側核が味覚と免疫反応を結びつける部位として特異的に働いていることが明らかとなった。食べ物のおいしさが免疫力に影響を及ぼすことを科学的に実証することを目指す。おいしさの重要な要因である味覚嗜好性には脳が深く関与している。一方で、脳は免疫機能の制御を行っている。そこで、脳内で味覚情報が処理されることで免疫系が活動すると想定する。動物に味溶液(例えば、甘味溶液)を摂取させた後で免疫反応を引き起こすリポポリサッカリドを投与すると、脳内での味覚情報処理と免疫反応が結びつき、動物はその味を嫌うようになる(味覚嫌悪学習)。このことから、味の情報は免疫系の活動と結びつきやすいと考えられるが、そのメカニズムは不明である。本研究では、この現象のメカニズムを行動、脳活動、免疫機能の観点から調べ、味覚嗜好性と免疫系の関係を明らかにすることを目的とした。当該年度では、味覚嫌悪学習獲得後に味溶液が再び呈示され、不味いと感じた時に活動する脳部位を、マンガン造影MRI法を用いて同定することを計画した。実験の結果、リポポリサッカリドによる味覚嫌悪学習獲得後の想起過程において、扁桃体および視床下部背内側核を含む部位の働きが認められた。リポポリサッカリドの対照として用いた生理食塩水または塩化リチウムでは視床下部領域に強い活動はみられなかったことから、リポポリサッカリドによる味覚嫌悪学習獲得において特異的に働く部位であることが明らかとなった。さらに、リポポリサッカリド投与の前に免疫抑制剤で処置しておくと、学習の獲得が阻害されたことから、リポポリサッカリドによる免疫反応が味覚嫌悪学習の獲得に重要であることが示唆された。以上の研究成果は、食べ物のおいしさ・まずさが免疫反応と強く結びついていることを示す食行動における基礎的知見であると考えられ、「よく噛み、味わい、楽しく食べる」という健康の基盤を維持し、向上させるという臨床的発展も望まれる。年度前半では、リポポリサッカリドを用いた味覚嫌悪学習の実験パラダイムを確立するため、学習獲得に適切なリポポリサッカリドの濃度の検索に時間が割かれた。脳神経活動を同定するために用いたマンガン造影MRI法は先行研究で既に実験手続きが確立されていたため、実験パラダイムの確立後は計画的に実験を遂行することができた。それにより、計画の後半で、リポポリサッカリドを用いた味覚嫌悪学習の想起過程において特異的に働く脳部位を同定するという成果が得られた。さらに、免疫抑制剤を用いてリポポリサッカリドによる味覚嫌悪学習の獲得のメカニズムについて調べたことで、味覚情報と免疫機能に強い関連性があることがわかった。以上のことから、今後の研究進展に大きく寄与する成果であったものと評価できると判断した。動物に味溶液(条件刺激)を摂取させた後で免疫反応を引き起こすリポポリサッカリド(無条件刺激:lipopolysaccharides, LPS)を投与すると、脳内での味覚情報処理と免疫反応が結びつき、動物はその味を嫌うようになる(conditioned taste aversion, CTA;味覚嫌悪学習)。本研究では、この現象のメカニズムを行動、脳活動、免疫機能の観点から調べ、味覚嗜好性と免疫系の関係を明らかにすることを目的とし、LPSによるCTA獲得後に甘味溶液が再び呈示され、不味いと感じた時に活動する脳部位を、マンガン造影MRI法を用いて同定することを計画した。無条件刺激として、LPSと効果の異なる薬物に塩化リチウム(LiCl)を用いて、薬物の効果による行動及び脳活動の比較を行った。実験の結果、行動変化においては、LPSまたはLiClを投与し条件づけを行った群のマウスは甘味刺激によって嫌悪性行動を表出した。その際の脳活動として、扁桃体または視床下部背内側核を含む部位の活動が認められた。扁桃体の活動はLPS及びLiClを無条件刺激とした場合に認められたが、視床下部背内側核での活動はLPSを条件刺激とした場合にのみ認められた。サッカリン溶液の代わりに蒸留水を呈示した場合には、嫌悪性行動はみられず、またこれらの部位での活動も観察されなかった。これらの結果から、扁桃体は条件刺激による嫌悪性行動の表出に関わる部位であると考えられた。また、LPSを無条件刺激とした場合でのみ観察された視床下部背内側核は、体温制御に関連することで知られており、LPSによるCTA獲得後の味覚刺激によって体温が変化するという報告(Bull et. al., 1991)もある。これらのことから、味覚情報と免疫機能との情報伝達部位として視床下部背内側核が重要な役割を担っていることが明らかとなった。

甘味刺激により、扁桃体および視床下部背内側核を含む部位の活動が認められた。扁桃体の活動は他の薬物と組み合わせた場合にも認められたが、視床下部背内側核の活動では認められなかったことから、視床下部背内側核が味覚と免疫反応を結びつける部位として特異的に働いていることが明らかとなった。前年度で、リポポリサッカリドによる味覚嫌悪学習の獲得後の想起過程に関連する脳部位が扁桃体また視床下部領域であることがわかった。また、免疫抑制剤により味覚嫌悪学習の獲得が阻害されることが明らかとなった。これらの結果から、リポポリサッカリドの投与により体内の免疫細胞が活性化され、その情報が扁桃体や視床下部領域へ伝達されることで味覚情報と結びつき、学習の獲得がなされたものと考えられる。本年度では、それらの脳部位の機能について検討する。具体的には、扁桃体または視床下部領域を薬物で一時的に抑制させ、味覚嫌悪学習獲得後の味溶液の再呈示による摂取行動に及ぼす影響について調べる。さらに、学習獲得後の免疫機能を調べるため、味覚嫌悪学習獲得後の味溶液の再呈示時における免疫細胞の動態について、鉄粒子造影剤による免疫イメージング技術を用いて可視化を試みる。機能形態学、行動免疫学、脳神経科学、食生活学