hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
市民ランナーの安全で効率良いランニングフォーム学習支援システムの構築

走速度は地面反力により生み出され、ステップ長とステップ頻度の積により表すことができる。これらは、従前より研究されてきたが、幅広いレベルの市民ランナーは研究の対象とされていない。本研究の目的は、市民ランナーを対象に疾走時の走速度変化に伴うランニングフォームと地面反力の変化を明らかにし、ランニング指導上の基礎的知見を得ることである。13名(男5名、女8名)の市民ランナーが研究に参加した。ランナーは、屋内の50m全天候直線走路において、自ら選んだ6から10段階のペース(7'00"/kmから2'30"/kmの間の30秒毎)で、100mを疾走した(50mの往復)。走速度調整のため点灯式のペースメーカーに先導され、それぞれの試技の間に十分に休息した。疾走中のランナーの身体計測点28点の3次元座標をモーションキャプチャにより記録し、走速度、ステップ長、ステップ頻度、頭頂点の上下動を算出した。走路に埋設されたフォースプレートにより、前後方向(負の値をブレーキ成分、正の値を推進成分)と鉛直方向の地面反力のピーク値および力積を算出した。走速度の増加に伴い、ステップ長とステップ頻度は直線的に増加した。走速度の増加に伴い、推進・ブレーキ・鉛直の3方向の地面反力のピーク値は増大し、1歩当たりの接地時間は減少した。その結果、3方向の地面反力の力積の変化は、異なる傾向を示した。即ち、推進方向の力積は変化せず、ブレーキ方向は増大し、鉛直方向では緩やかに減少した。地面反力のピーク値の増加に伴い(3成分)ステップ長は増加した。また、鉛直方向の力積の減少に伴いステップ頻度は増加した。ステップ頻度の減少に伴い、また、鉛直方向の力積の増加に伴い、上下動が増加した。これらの知見をランニングフォームの指導に役立てることができるよう、各ランナーの特徴を検討することが必要である。マラソンを楽しむ多くの市民が、効率よいランニングフォームの獲得を求めている。コーチのいないランナーにとって、自分でランニングフォームを学習できる方法の開発は有益である。本研究テーマでは、まず腕振りと足の動きの同調を意識したドリルがランニングフォームに及ぼす即時的な効果を検討する。一般の市民ランナーに、ランニングフォーム改善につながるドリルを行わせ、その前後の走動作を比較した。ドリルの目的は、叩くような腕振りと着地を同調させ、脚の振り戻しの動きを身につけ、身体の下で着地するブレーキの小さい着地動作と、着地後に地面をしっかり押すことができる姿勢を作ることである。それを学習するドリルとして、1その場腕振りから・足踏み・ジョギング、2スクワット・スクワットジャンプ・連続ジャンプの2種類を行った。その際の意識する点として、身体の真下に足がフラットな感じで着地する、着地と腕振りを同調させる、着地と同時に、「しっかり踏ん張る」、「真上から押す」、「足の上に乗る」などの感覚を持つようにした。その結果、次の変化が観察された。6'00"/kmと4'30"/kmにおいては、同等の速度で走っているにもかかわらず、PostではPreと比較してストライドの増大がみられた。ランニング動作においては回復脚の膝を締め(膝関節角度↓)て膝を高く上げる(大腿角度↑)フォームに変化した。このことは、地面をしっかり押す動作により導かれたものと考えられる。Maxでは、着地時に着地脚を振り戻して身体の近くで着地するフォームに変化した(着地距離↓、脚角度↓、大腿角度↓、下腿角度↓)。下に向けた叩くような腕振りと脚の動きを同調させるドリルが、足を身体の下で着地させようとする動きにつながったものと考えられる。以上の結果から、本研究で行った腕と足を同調させるドリルはランニングフォームの改善に有効であることが示唆された。本研究の特徴は、ランナーのランニングフォームの特徴を捉えるためのセンサーを開発し、指導者のいない市民ランナーであっても自らがランニングフォームの改善に取り組むことができるようにしようとするものである。フォームの変化を最も反映できる特徴を見出し、センサーで捉えなければならず、現在進行中である。市民ランナーがランニングフォームに対して持つ意識を調査するため、北九州マラソン2017参加者へアンケートを実施した。全体的な傾向としては、体幹と腕振りを意識する回答が、腕振りでは肩甲骨を意識し肘を前後に振る回答が、足の運びでは足全体でフラットに身体の真下に着地しピッチを意識して走る回答が多かった。また、レース記録は意識の違いに影響していなかった。一方で、これらとは正反対の意識を持つランナーも多く、ランナーの意識の多様性が示された。また、ランニングフォーム判定のため、加速度センサーを用いた安価で専門知識の必要がなくても利用できる新たな動作解析システムの開発を進めた。このシステムは、ランナーがセンサーを手首と足首に装着し、上肢と下肢の動作の同調の様子をグラフにより確認し、フォーム改善につなげるものである。ランニング時の動作や筋電図を分析したこれまでの研究及び予備的な実験により、ランニング動作やその意識には個別性が高いことが示され、研究計画において示していたランニングフォーム学習法について、再検討する必要性があると考えられるため。

本研究の目的は、市民ランナーを対象に疾走時の走速度変化に伴うランニングフォームと地面反力の変化を明らかにし、ランニング指導上の基礎的知見を得ることである。13名(男5名、女8名)の市民ランナーが研究に参加した。ランナーは、屋内の50m全天候直線走路において、自ら選んだ6から10段階のペース(7'00"/kmから2'30"/kmの間の30秒毎)で、100mを疾走した(50mの往復)。走速度調整のため点灯式のペースメーカーに先導され、それぞれの試技の間に十分に休息した。疾走中のランナーの身体計測点28点の3次元座標をモーションキャプチャにより記録し、走速度、ステップ長、ステップ頻度、頭頂点の上下動を算出した。走路に埋設されたフォースプレートにより、前後方向(負の値をブレーキ成分、正の値を推進成分)と鉛直方向の地面反力のピーク値および力積を算出した。走速度の増加に伴い、ステップ長とステップ頻度は直線的に増加した。走速度の増加に伴い、推進・ブレーキ・鉛直の3方向の地面反力のピーク値は増大し、1歩当たりの接地時間は減少した。その結果、3方向の地面反力の力積の変化は、異なる傾向を示した。即ち、推進方向の力積は変化せず、ブレーキ方向は増大し、鉛直方向では緩やかに減少した。地面反力のピーク値の増加に伴い(3成分)ステップ長は増加した。また、鉛直方向の力積の減少に伴いステップ頻度は増加した。ステップ頻度の減少に伴い、また、鉛直方向の力積の増加に伴い、上下動が増加した。これらの知見をランニングフォームの指導に役立てることができるよう、各ランナーの特徴を検討することが必要である。ランニングフォームの特徴を表す指標として筋活動に着目し、さまざまなレベルの市民ランナーのランニングフォームと筋活動を記録し、センサーの開発に取り組む。ランニングフォーム学習のために考案したドリルを市民ランナーに行わせ、ランニングフォームの変化を調査する。ドリルの目的は、1身体の真下で着地し地面を真上から押すイメージを学ぶ、2着地とキックに同調した上肢の使い方を学ぶ、3上肢や遊脚から着地足へ体幹を通してパワーが伝達する動きとその感覚を学ぶことである。その達成のため、モモ上げ運動や、ジャンプ、バウンディング、スプリント走、体幹のスタビライゼーショントレーニング等から構成する。センサー開発については、ランニングフォームの判定を光や音で通知する機能を付けるために、複数の動作解析システムを同期する方法について検討する。準備が整わず、国際学会への参加を見送った。前年度までに、センサーを用いたランニングフォームの学習をモニター・記録する機器の購入等に至らなかったため、計画が次年度に持ち越され、次年度使用額が生じることとなった。研究成果を国際学会にて発表する予定である。
光合成細菌の凝集形成に関わる細胞外核酸様物質とその細胞表層の工学的な設計活用

本光合成細菌の自己凝集は、増殖に適した倉塩濃度3%よりも、増殖に不向きな5%の培地で生育する場合にむしろ顕著である。そこで、凝集に関わると予想される細胞表層局在因子を凝集性細胞から調製し、非凝集細胞を検定細胞として細胞凝集系の再構成をすることを目的として、本菌の自己凝集に関与する核酸様因子を同定し、より有効な細胞表層の設計改良を想定したうえで、細菌の凝集機構を明らかににし、水処理技術や種々の有用物質生産系へと応用するすることを目的とした。1)凝集細胞から遊離させた細胞未層の高分子性物質を抽出し、アニオン性コロイド粒子であるカオリンを用いて、水処理技術の定性分析・凝集活性定量法を確立した。2)低塩濃度で得られる凝集性の弱い細胞懸濁液に対して、特に2価金属イオンの存在下で、表層バイオポリマーが凝集活性を示すことを見い出した。3) DNaseまたはRNaseで処理した凝集細胞と、未処理細胞を走査型および透過型電子顕微鏡観察により比較観察した。4)以上の知見をもとに、凝集性を有する光合成細菌の有効な水処理系における活用事例研究として、高密度細胞バイオリアクターを構築し、塩分を含む種々の有機排水のモデルケースとして、酢酸を標的に好気的な高速処理を目詣した結果、タワーリアクターの上部に簡便な沈降ゾーンを設けるだけで、強い凝集力を有する本菌体は殆ど流出されず、DO制御による連続培養には、42.4gMLSS/lの高濃度に保持することができた。
ビスホスホネート性顎骨壊死におけるカルシウム作用の解明とその制御に基づく予防戦略

骨吸収抑制薬であるビスフォスフォネート(BP)は粘膜毒性を有することが知られている。本研究では、注射用BPであるゾレドロネート(ZA)を用いて、BPの上皮細胞毒性がカルシウムにより増強されることをin vitroで示してきた。単独では作用を有さない低濃度のZAが、培地中のカルシウム濃度の上昇に伴い増殖抑制やアポトーシス誘導を発揮するようになることは、BPの粘膜毒性を解明する上で重要な知見であると考えられた。ビスフォスフォネート製剤関連顎骨壊死は、骨代謝だけでは説明がつかず、初期病変として粘膜障害が注目されている。本研究は、ビスフォスフォネートにある本来は弱い粘膜細胞毒性が、カルシウムの動員により増強されるとの仮説に立ち、上皮細胞に対する障害を本剤とカルシウムの協調作用の観点から解明することを目的としている。ゾレドロネートは現在最もよく使われる注射用BPであるが、最高血中濃度が1uM程度であり、持続的な濃度はその1/10から1/100程度とされる。しかし、そのような臨床と相関のある濃度では、培養上皮細胞の生存にほとんど影響を与えないことが知られている。そこで、1uM以下の低い濃度でのゾレドロネートの作用について、カルシウムの及ぼす影響を調べた。培養細胞には、ヒト上皮細胞株(HaCaT細胞)を用い、細胞増殖活性、アポトーシス誘導を評価した。MTT法による細胞増殖アッセイの結果、標準のカルシウム濃度では1uM以下のゾレドロネートに増殖抑制効果はない。しかし、カルシウム濃度が増加すると、0.5uMのゾレドロネートにカルシウム濃度依存的な増殖抑制作用が認められた。また、Annexin-V/PIの二重染色によるフローサイトメトリーの結果、1uM以下のゾレドロネートがカルシウム存在下にアポトーシスを誘導することが明らかになった。さらに、こうしたゾレドロネートとカルシウムの相乗作用は、カルシウムキレート剤であるEGTAにより打ち消された。本結果より、低濃度であってもゾレドロネートが上皮細胞に対して毒性を発揮しうることが示され、ビスフォスフォネート顎骨壊死のメカニズムを解明する上で、重要な手がかりと考えられた。ゾレドロネートは現在最もよく使われる注射用BPであるが、最高血中濃度が1uM程度であり、持続的な濃度はその1/10から1/100程度とされるが、そのような1uM以下の臨床と相関のある濃度では、培養上皮細胞の生存にほとんど影響を与えないことが知られている。培養細胞には、ビスフォスフォネートの実験に比較的よく使用されているヒト上皮細胞株(HaCaT細胞)を用い、細胞増殖活性、アポトーシス誘導を評価し、以下の結果を得た。MTT法による細胞増殖アッセイの結果、標準のカルシウム濃度では1uM以下のゾレドロネートに増殖抑制効果はないが、カルシウム濃度が増加すると、0.5uMのゾレドロネートにカルシウム濃度依存的な増殖抑制作用が認められた。本結果より、臨床的な低濃度であってもゾレドロネートが上皮細胞に対して毒性を発揮しうることが示され、ビスフォスフォネート顎骨壊死のメカニズムを解明する上で、重要な手がかりと考えられる。骨吸収抑制薬であるビスフォスフォネート(BP)が粘膜毒性を有することは知られているが、その作用は充分解明されていない。本研究では、注射用BPであるゾレドロネート(ZA)を用いて、BPの上皮細胞毒性がカルシウムによって増強されることを下記の方法で示してきた。初年度は、培養細胞の生存にほぼ影響がないとされる1μM以下の低濃度ZAに対するカルシウム(Ca)の影響を、ヒト上皮細胞株(HaCaT)で調査した。その結果、単独では作用を有しない0.5μMのZAが、培地中のCa濃度の上昇とともに増殖抑制及びアポトーシス誘導を引き起こすことを明らかにした。このZAに対するCaの協調作用は、EGTAにより打ち消された。次年度は、このCaの協調作用について、ヒト扁平上皮癌細胞(HSC-4, KOSC, SAS)およびヒト乳癌細胞(MCF-7)で検討した。その結果、HaCaT細胞同様に、CaがZAの増殖抑制効果やアポトーシス誘導作用を著しく増強することが明らかになった。

さらにHSC-4でアポトーシスの内容を詳細に検討した結果、cleaved caspase-3, -9の上昇、細胞質内のチトクロームCの上昇、ミトコンドリア膜電位の変化などが生じていることが明らかになった。最終年度は、ZAに対するCaの相乗作用が、カルシウム溶液のpHの上昇とともに増強されることに着目して研究を行った。これまでのところ、増殖抑制やアポトーシス誘導、またZA作用の指標となるタンパクのプレニル化阻害が、アルカリ環境で強く発揮されることが示され、Caの相乗作用にリン酸カルシウム塩の形成が関与している可能性が強く示唆されている。以上より、BPが低濃度であっても、Caがその上皮細胞毒性を増強することがin vitroで示された。こうしたメカニズムが、BP投与患者の口腔粘膜の治癒遅延に関与するかがこの後の検討課題である。口腔外科学24年度には以下の13を遂行した。1.低濃度のゾレドロネートおよび種々の濃度のカルシウムを培地に添加した際の細胞増殖に与える影響をMTT法にて解析し、「研究実績の概要」に記した重要な知見を得た。2.アポトーシスへの影響を、Annexin-V/PIの二重染色によるフローサイトメトリーにて解析し、「研究実績の概要」に記した重要な知見を得た。3.薬物代謝酵素であるチトクロームP450系酵素のうち、上皮細胞など普遍的に発現しているCYP1A1, CYP1B1, CYP2C8、またQRやQPRTといった解毒酵素の発現をRT-PCR法にて解析した。その結果、ゾレドロネートによる発現の変動は観察されなかった。25年度には含嗽薬等を用いた上記カルシウム作用の制御実験を実施した。カルシウムキレート剤であるEDTAと比較しながら、代表的な含嗽薬であるイソジンガーグル、ネオステリングリーン、アズノール、コンクール、およびそれらの主成分であるポピンドンヨード、塩化ベンゼトニウム、アズレンスルホン酸ナトリウム、グルコン酸クロルヘキシジンのカルシウムの相乗作用に対する抑制作用をMTT法にて調査した。その結果、EDTAのようにカルシウムの作用を抑制するものはなかった。尚、これまでのゾレドロネートとカルシウムの相乗作用については、学術雑誌に投稿し掲載された。申請書において下記の研究を計画しており、以下のように14のうち4以外はすでに遂行されている。1.ゾレドロネート(ゾメタ)の濃度を1uM以下に設定し、培地に種々の濃度のカルシウム(CaCl2)を添加して細胞増殖に与える影響をMTT法にて解析し、上記の「研究実績の概要」に記した重要な知見を得た。2.アポトーシスへの影響を、Annexin-V/PIの二重染色によるフローサイトメトリーにて解析し、上記の「研究実績の概要」に記した重要な知見を得た3.薬物代謝酵素であるチトクロームP450系酵素のうち、上皮細胞など普遍的に発現しているCYP1A1, CYP1B1, CYP2C8、またQRやQPRTといった解毒酵素の発現をRT-PCR法にて解析した。本実験では、カルシウム濃度にともなう発現の変化などは認めらなかった。4.Fura 2-AMカルシウムイオン濃度測定法による細胞内カルシウムイオン動態の解析は本実験系では遂行が困難であることがわかり、45Caの取り込み実験を現在計画中である。
移植無細胞真皮マトリックスの生着過程における血管新生促進因子の研究

皮膚全層欠損創に真皮成分を構築するために種々の代用真皮が開発されてきたが、臨床的により信頼の高いものとなるためには、移植後のより速やかな血管新生と安定性が求められる。研究者は代用真皮の中で最も生理的な真皮マトリックス構造を有する同種真皮マトリックスを無細胞化し、その血管新生に与える影響について以下の実験を行った。(1)無細胞真皮マトリックスの作成:ヒト同種皮膚をデイスパーゼとトリトンX100で処理して細胞成分を完全に除去した無細胞真皮マトリックス(Acellular Dermal Matrix:ADM)を作成した。作成したADMは完全に無細胞であったが、基底膜部分にIV型コラーゲンなどの基底膜構成成分が残存していた。(2)無細胞真皮マトリックスの基本的な移植特性:細菌学的試験および細胞毒性試験にてADMの安全性を確認した後、ADMをラット背部皮下に作成した開放創に移植した。その結果ADMは免疫学的に拒絶されることなく速やかに生着することを確認した。皮下閉鎖創に移植したADMの血管新生は乏しいいものの長期間にわたって創部に残存する事が認められた。(3)種々の被覆方法による無細胞真皮マトリックスの血管新生の差異:ADMをラットの背部に作成した3個所の全層皮膚欠損創に移植し、その上を分層植皮、培養表皮シート、シリコンシートで被覆した。移植後5日目に生検しADMの血管新生を組織学的に検討した。その結果、表皮シートでカバーしたADMにおいてご最も豊富な血管新生が認められた。また培養表皮シートからIL8などの血管新生促進因子が分泌されることが示された。(4)無細胞真皮マトリックスの修飾:4-1 ADMのコラーゲンをグルタールアルデヒドで架橋した場合、血管新生には有意な影響を与えなかったが、長期的な安定性は向上する可能性が示された。4-2 ADMを移植に先立ちレシピエントの血清に浸漬したところ、血管新生には有意な影響を与えなかった。4-3ADM上で線維芽細胞を培養した。ADMへの線維芽細胞の接着のためには高濃度の細胞播種を要した。ADMの代りにコラーゲンスホンジに線維芽細胞を組み込んだ代用真皮において血管新生の促進は得られなかった。(5)ADMの臨床応用:以上の結果からADMの血管新生は主にその被覆方法に影饗される事が示され、現時点でのADM最も効果的な利用方法は、自家植皮との同時移植であると考えられた。この事から、ADMの臨床応用を試みた。杏林大学倫理委員会のガイドラインに従って、4例の重症熱傷例の創部の一部ADMを移植し同時に自家分層植皮でカバーした。移植ADMは全て良好に生着し、真皮の鋳型として機能することが示された。結論:移植されたADMの血管新生は、生きた表皮成分で被覆される時に最も促進された。ADMと自家植皮の同時移植はこうしたADMの移植特性に合致した方法であり、臨床的にも信頼性の高い方法であると考えられた。本研究は今後ADMの臨床的有用性の検討を進める上での基盤となるものであると同時に、ADMを基質とした複合培養皮膚の開発に向けた基礎研究ともなるものと考えられた。

ADMの代りにコラーゲンスホンジに線維芽細胞を組み込んだ代用真皮において血管新生の促進は得られなかった。(5)ADMの臨床応用:以上の結果からADMの血管新生は主にその被覆方法に影饗される事が示され、現時点でのADM最も効果的な利用方法は、自家植皮との同時移植であると考えられた。この事から、ADMの臨床応用を試みた。杏林大学倫理委員会のガイドラインに従って、4例の重症熱傷例の創部の一部ADMを移植し同時に自家分層植皮でカバーした。移植ADMは全て良好に生着し、真皮の鋳型として機能することが示された。結論:移植されたADMの血管新生は、生きた表皮成分で被覆される時に最も促進された。ADMと自家植皮の同時移植はこうしたADMの移植特性に合致した方法であり、臨床的にも信頼性の高い方法であると考えられた。本研究は今後ADMの臨床的有用性の検討を進める上での基盤となるものであると同時に、ADMを基質とした複合培養皮膚の開発に向けた基礎研究ともなるものと考えられた。研究方法と結果1)無細胞真皮マトリックスの作成と移植実験:ヒト同種皮膚をデイスパーゼとトリトンX100で処理して細胞成分を完全に除去した無細胞真皮マトリックス(Acellular Dermal Matrix:ADM)を作成した。細菌学的試験および細胞毒性試験にてADMの安全性を確認した後、ADMをラット背部皮下に移植した。その結果ADMは免疫学的に拒絶されることなく、速やかに生着することを確認した。2)無細胞真皮マトリックスの修飾:ADM上でヒト表皮細胞および線維芽細胞を培養し、ADMへの細胞の接着および構築された複合培養皮膚の組織像について検討した。その結果ADMへの表皮細胞、線維芽細胞の接着のためには比較的高濃度の細胞播種を要するものの、複合培養皮膚としての再構築が可能であることが明らかにされた。3)種々の被覆方法による無細胞真皮マトリックスの血管新生の差異:ADMをラットの背部に作成した。3個所の全層皮膚欠損創に移植し、その上を分層植皮、培養表皮シート、シリコンシートで被覆した。移植後5日目に生検しADMの血管新生を組織的に検討した。その結果、表皮シートでカバーしたADMにおいて最も豊富な血管新生が認められた。また培養表皮シートからIL8などの血管新生促進因子が分泌されることが示された。結論移植されたADMの血管新生が被覆上皮細胞により促進されることが示されたとともに、ADMを基質とした複合培養皮膚の生着の可能性が示唆された。皮膚全層欠損創に真皮成分を構築するために種々の代用真皮が開発されてきたが、臨床的により信頼の高いものとなるためには、移植後のより速やかな血管新生と安定性が求められる。研究者は代用真皮の中で最も生理的な真皮マトリックス構造を有する同種真皮マトリックスを無細胞化し、その血管新生に与える影響について以下の実験を行った。(1)無細胞真皮マトリックスの作成:ヒト同種皮膚をディスパーゼとトリトンX100で処理して細胞成分を完全に除去した無細胞真皮マトリックス(Acellular Dermal Matrix:ADM)を作成した。作成したADMは完全に無細胞であったが、基底膜部分にIV型コラーゲンなどの基底膜構成成分が残存していた。(2)無細胞真皮マトリックスの基本的な移植特性:細菌学的試験および細胞毒性試験にてADMの安全性を確認した後、ADMをラット背部皮下に作成した開放創に移植した。
動的錯体の自在制御に関する理論的研究

遷移金属元素とホウ素やヘテロ元素を含む動的錯体の構造、結合性と電子状態と反応性を明らかにした。(1)シリル架橋遷移金属2核錯体はシリレン架橋構造と見なすことも可能であり、その構造と結合性は、実験的にも理論的にも興味深い研究対象である。Pt, Pdのシリル架橋2核金属錯体の理論的研究を行い、シリルの架橋H原子はシリレン架橋とシリル架橋の中間状態であるが、全体としてはシリル架橋とみなす事が出来ること、金属間結合は通常考えられているσ結合でなく、π型に変形していること、agostic相互作用とシリルの3中心2電子相互作用が重要であることを明らかにした。(2)さらに、類似のメチル、ゲルミル、スタニル錯体の理論的研究も行い、これらも同様の電子状態と結合性を持つこと、メチルでも同じような錯体を形成可能であることを理論的に予言した。Agostic相互作用はメチル<シリル<ゲルミル<スタニルの順に強くなることが示された。(3)ビスシリレンあるいはジシレン架橋2核Rh,Pd,Pt錯体の構造と結合性を検討した。Rh, Pt錯体はビスシリレン架橋構造、Pd錯体はジシレン架橋構造であること、Rh錯体ではビスシリレンとジシレン架橋構造の相互変換が電気化学的に可能であること、Pd, Pt錯体では2電子酸化が非常に大きなエネルギー不安定化を起こすが、試薬酸化では対イオンが生じるために生成系が安定化し、試薬酸化還元によりこの相互変換が達成できることを理論的に予測した。白金(I)、パラジウム(I)のシリル架橋2核錯体の理論的研究を行い、これらの錯体の構造、結合性、電子状態を検討した。Pd-Pd間距離は2.437Åであり、金属間結合が存在している距離である。Pdに近いH原子とsiとの距離は1.605Åであり、Pd-H距離は1.880Åであった。これらの値はagostic相互作用をしているSi-H, Pd-H結合に近い。また、SiのNMR化学シフトを理論計算から求めたところ、典型的なシリレン錯体のそれよりもシリル錯体のそれに近いことが示された。以上よりこれらの錯体はシリレン架橋構造では無くシリル架橋構造であること、Si-H結合がPdの空のd軌道に電荷移動相互作用をしていることが明らかにされた。Pd-Pd距離は典型的なPd(I)2核錯体のそれに比べて長くなっているが、これは、agostic相互作用による歪みが金属間に被占d軌道を重ならせ、d-d結合を弱めていることによることが示された。白金錯体も同様の構造、電子状態をしている。Cp_2Zr, Pt(PH_3)_2とSi_2H_2の錯体の理論的計算を行い、実験分野で関心が持たれているアセチレン型構造が単離出来るか、検討した。遊離のSi_2H_2は1,2-H移動型、H架橋型がアセチレン型に比べてはるかに安定であったが、アセチレン型は含ケイ素三員環構造の金属錯体を形成し、その安定性はPt(PH_3)_2<Cp_2Zrの順に大きくなる。これらの結果からSiに置換基を導入することによりアセチレン型錯体の単離が可能であることが理論的に予測された。これはアセチレン型構造ではπ*軌道エネルギーが低く、Lewis塩基性が強い金属錯体ではπ逆供与相互作用が強くなり、アセチレン型構造を安定にしていることが明らかとなった。
植物の生理活性ペプチドが制御する受容体タイロシンキナーゼの構造生物学的研究

レグインスリンは、ダイズ種子でその存在が確認された分子量4kDaの生理活性ペプチドであり、その受容体タンパク質であるLBPに特異的に結合する。LBPは、分子量170kDaのタンパク質であり、レグインスリンが結合することで活性化される新奇な受容体様タイロシンキナーゼである。LBPは植物の原形質膜や細胞壁に局在するため、細胞内外の何らかの信号変換を行い、植物の成長や分化に関する情報伝達に関わると考えられている。平成16年度は、精製・結晶化条件を改良し、放射光実験施設PF BL5Aにおいて、2.6Å分解能の回折強度データを収集することに成功している。平成17年度は、硫黄原子の異常分散効果を利用したS-SAD法による構造解析の試み、X線溶液散乱を用いた低分解能溶液構造解析を行った。また、結晶化条件を改良し、2.5Å分解能のネイティブデータを収集することができた。CrKα線源、波長2.29ÅのX線を用いて、ネイティブ結晶の回折強度データを収集した。このデータに対し、いくつかのプログラムを用いて硫黄原子の探索を行ったが、有意な解の組を得ることができなかった。S-SAD法は非常に高精度な回折データを必要とするため、さらなる結晶化条件の改良および測定条件の工夫が必要であると考えられた。2)溶液構造解析高純度に精製したLBPを用いて、X線溶液散乱法とDummy Atom Model法を用いて、LBPの低分解能溶液構造解析を行った。その結果LBP4量体の会合状態を明らかにすることができた。レグインスリンは、ダイズ種子でその存在が確認された分子量4kDaの生理活性ペプチドであり、その受容体タンパク質であるLBP(Leginsulin Binding Protein)に特異的に結合する。すでにLBPの結晶化に成功し、放射光実験施設PF-AR NW12において、3.1Å分解能の回折強度データを収集することに成功している。しかし、これまでは結晶性の再現性が悪く、同型な結晶を恒常的に得ることが困難であった。重原子同型置換法(MIR)を適用した構造解析を行うには、同型な結晶を大量に必要とするため、網羅的な重原子誘導体の調製を試みることができなかった。今回、精製条件を再検討することで、同型な結晶を再現性良く得ることに成功し、かつX線回折の分解能が飛躍的に向上した。LBPはダイズ種子から精製し、その過程で硫安分画を行う。今回、硫安分画の行程を省き、代わりにイオン交換カラムを用いたことで、収量および純度を上げることができた。得られた試料で結晶化を行ったところ、これまでと同様な条件で結晶を得ることができた。さらに放射光実験施設PF BL5においてX線回折実験を行ったところ、2.6Å分解能までの回折強度データを収集することに成功した。今後は、網羅的に重原子誘導体結晶を調製し、MIR法による結晶構造解析を進めていく予定である。
匂い成分による風味向上メカニズムの分子レベルでの解析と調理・加工への応用

匂いにより風味が向上することはよく知られているが科学的な検証はなされていないことより、「こく」と表現される味の厚みや持続性を増強し嗜好性を高める効果を持つ匂い物質を探索し、かつその作用メカニズムを解明することを目的とした。スープ材料であるキャベヅなど数種の野菜類、セロリ、セルリアクの水蒸気蒸留物を調製し、それをチキンブイヨンに添加し、風味増強効果を定量的記述分析法による官能評価により調べた。すべての野菜類の香気に風味増強効果が認められたが、特にセロリおよび根セロリといわれるセルリアクの香気画分に顕著な効果が認められた。GC-MS-Olfactometryおよび官能評価を駆使し、主要な香気寄与成分を同定した。両者に共通でかつスープと同様に長時間煮込んでも安定なフタライド類およびセルリアクに特有の加熱香気成分であった2-methoxy-4-vinylphenolに焦点を当て、その含有量、閾値を調べ、添加量を決定し、2種類の方法により風味増強活性を調べた。ブイヨンに香気成分を溶かし、口に入れて吐き出させて調べる全口腔法と、口の中にブイヨンを入れておき、匂い成分をスープに触れないようガスとして口に導入し、レトロナーザルな匂い刺激を与え、スープの味への影響を調べる後鼻腔法である。香気成分は、最も含有量の多いsedanenolide単独と3種類のフタライド類混合物、2-methoxy-4-vinylphenolをさらに添加したときについて調べた。全口腔法において、フタライド類は単独でも十分風味増強作用を示したが、混合物のほうがより効果が大きいことが示された。一方、2-methoxy-4-vinylphenolの添加効果はほとんどなかった。後鼻腔法でも同様の効果が見られ、セロリやセルリアクの特有香気成分であるフタライド類は香気としての刺激により、「こく」といわれる風味増強活性を持っことが本研究で初めて明らかとなった。匂いと味が一体となった感覚を経験的に風味と呼んでいるが、本研究では匂いによる味質増強効果を科学的に検証する方法を確立するとともに、実際の調理における風味向上に寄与する匂い成分の探索及びその作用メカニズムを明らかにすることを目的とする。"こく"などの風味が重要視されるスープに注目し、チキンブロス調製の際、チキンだけでなくセロリや他の野菜類を加えることにより風味が増強されるのか、増強された場合、匂いあるいは味成分のいずれによるのかを定量的記述分析法を用いた官能評価により検証した。パネリストの話し合いにより評価用語として、複雑な風味を表す7語に、油、肉の臭みがない、味知覚を表す3語および総合評価を加えた計12種を決定した。チキンだけのブロスに、セロリまたはキャベツなど3種の野菜より調製した揮発性または不揮発性画分を加えた結果、不揮発性画分では総合評価においても風味上昇が認められなかったのに対し、揮発性画分を加えると、野菜、セロリいずれも顕著な風味増強が認められ、特にセロリの添加効果が大きいことを確認した。セロリの匂い成分について、GC-MS-Sniffingを用いて精査した。生、煮熟セロリ共通成分として、3-ブチルフタライド、セダノライド、セダネノライドのフタライド類、生セロリ香気成分として(Z)-3-ヘキセナールや(Z)-3-ヘキセノール、煮熟香気成分としてソトロン、β-ダマセノン、β-ヨノンなどを含む計13成分を主要香気寄与成分として同定した。

中でもフタライドの寄与が大きいことを確認し、HPLC分取によるセロリリーフオイルからの精製や合成物のフタライドを用いて、チキンブロス風味増強効果を調べた。フタライド類には、ごく希薄濃度で風味増強効果が認められ、さらにその効果には構造による差異があることを確認した。さらに立体構造を含め精査中である。昨年度に引き続き、匂いが風味増強効果を有する食品を探索し、その活性成分の分析および調理による変化を調べるとともに、匂い成分が味を持つのではなく、直接口から気体で鼻腔の受容体に達し、それを刺激することにより味質に影響を与えるかどうかを検証することを目的とした。昨年度、セロリ香気成分にチキンブロスの風味増強効果があることを認めたことより、欧米でスープなどの煮込み料理素材として使われるセロリと同属植物であるセルリアクに注目し、チキンプロスの風味向上効果を調べた。セルリアクおよびキャベヅ、カブ、マッシュルームの混合野菜より水蒸気蒸留により香気成分画分を調製し、チキンブロスにほとんどにおいが感じられない程度に加えた。官能評価の結果、混合野菜、セルリアク両香気成分ともにチキンブロスの風味増強効果が認められたが、その効果はセルリアクの方が高く、広がりがある、持続性がある、うま味があるなど"こく"をあらわす評価用語で有意に高く評価された。これらの効果を持つ香気成分を調べるため、まずセルリアクの特に加熱調理香気に寄与する成分をGC-MSおよびGC-Olfactometryにより精査し、3-ブチルフタライド、セダネノライド、セダノライド、ソトロン、2-メトキシー4-ビニルフェノール(MVP)等を含む12種の化合物を重要成分として特定した。さらに香気が風味に寄与することを確認するために、香気成分をレトロナーザルのにおい刺激として送り込む装置を開発し、フタライド類や、MVPを単独あるいはセルリアクに含まれる濃度比率による混合物のヘッドスペースガスをにおい刺激として風味向上効果を調べた結果、特にフタライド類で、匂い刺激による増強効果が顕著に認められ、香気が味質に影響することが科学的に証明された。MVPについては単独ではその効果は大きくなかったが、フタライドとの相加効果が認められた。
ポルフィロモナス・ジンジバリスによる細胞死のメカニズムの解析

本研究では、(1)膜障害により逸脱するLDHの活性を測定する方法(LDH assay)(2)ミドコンドリアの酸素活性をWST-1を用いて測定する方法(WST-1法)により、ヒト歯肉線維芽細胞(HGF)に対するP.gingivalisの細胞毒性について検索した。まず、P.gingivalisの外膜、外膜小胞及びLPSをHGFに作用させ24時間反応させた後HGFを溶解し、溶解液のLDH活性を測定した(LDH assay)。その結果、外膜、LPSではHGFのLDH活性に変化は認められず、外膜小胞を添加したHGFでLDH活性の低下が認められた。また、この作用は外膜小胞を100°Cにて15分間加熱処理することにより失われた。次に、外膜小胞の濃度を0、12.5、50、100μg/mlに調整してHGFに作用させ、22時間インキュベートした後培養液にWST-1溶液を添加し、HGFのミトコンドリアに存在する脱水素酵素の活性を測定した(WST-1法)。その結果、各濃度での活性はコントロールに比べて各々、98.4、89.2、69.4、57.8%と濃度依存的に活性が低下していることが分かった。同時に調べたLDH活性は104、98.1、82.7、83.6%とこれも濃度が上がるに従って低下する傾向が認められた。P.gingivalisの外膜小胞がHGFに対してアポトーシスを引き起こすのかどうかを、DNAフラグメンテーション検出キットを用いて調べた。その結果、外膜小胞濃度12.5、25、50、100μg/mlを添加したHGFのDNA断片量(OD_<450>)は、コントロールに比べて各々、1.5、1.9、4.8、6.8倍と濃度依存的に増加していた。また、加熱処理した外膜小胞を添加した場合にはこのような作用は認められなかった。外膜小胞によるHGFのDNAフラグメンテーションの時間経過を調べたところ、30分後にすでに22時間後に検出されるレベルまで達していることが分かった。今後は、このようなDNAフラグメンテーションがどの様な経路を経て起こっているものかを他の細胞系で明らかになっているいくつかのアポトーシス抑制物質を用いて検索していく予定である。
紫外レーザーを用いた有機材料の超精密加工と波長変換デバイス開発に関する研究

本研究では、主に、優れた特性を有するが育成が困難であった有機非線形光学材料DASTの単結晶育成、及びその高品質化を行った。本研究で得られた結果を以下に総括する。・溶液上部の析出をなくし、結晶成長を制御可能とするため、テフロン製の育成槽を作製した。このテフロン製の育成槽を用いることで、育成を安定に長期間続けることが可能となり、温度降下速度を制御することにより種々の成長速度(0.14mm/dayから1.2mm/day)で結晶育成することに成功した。・偏光顕微鏡による観察の結果、成長速度が0.4mm/day以下になると結晶全体で消光し、光学的に均一な結晶であることがわかった。・ロッキングカーブ測定をおこなったところ、成長速度が遅くなるにつれてピークがより鋭くなり、配向性が向上した。DASTの結晶性が成長速度に強く依存していることがわかった。種結晶から育成したDASTのロッキングカーブ半値幅は、最小値で37.4秒(成長速度0.14mm/day)と非常に高品質な結晶であることがわかった。一方、自然核生成で得られた結晶の中には、Si結晶の半値幅の1.5倍である15.8秒とさらに良質な結晶も存在していた。・種結晶から育成した結晶(FWHM 37.4秒)のX線トポグラフィにより結晶欠陥の観察をおこなったところ、種からの転位は見られたが、成長とともに厚みを増やしていった部分には目立った転位は存在せず、良質な結晶であった。・ビッカース硬度とロッキングカーブ半値幅には相関関係がみられ、半値幅の値が減少するにつれて、ビッカース硬度の値が49まで増加したことから、DASTの結晶硬度は、同じ有機イオン性結晶であるTHAMPやLAPと同程度であり、有機結晶の中では比較的硬い結晶であることがわかった。得られた結晶から、カット・研磨により30mm長の光学素子を作製し、誘導ブリルアン散乱発生の実験を行った。パルスのNd: YAG laser(波長1064nm、パルス幅13nsec、入力エネルギー100mJ以下)を集光入射させ、反射光のファブリー・ペロ-の干渉縞より18GHzのブリルアンシフトを観測し、80%の高エネルギー反射率の誘導ブリルアン散乱のスペクトルを測定することができた。世界で初めて固体結晶による強い誘導ブリルアン散乱を確認することができた。誘導ブリルアン散乱は、共振器、ホログラム等の幅広い応用が可能な位相共役光を発生させることができるため、この研究を通して有機結晶の新分野への応用の可能性を提示することができた。新有機結晶DAST(4-Dimethylamino-N-Methyl-4-Stilbazolium-Tosylate)を温度降下法で育成し、3日間で3×3×2mm^3の結晶を得ることができ、他の有機結晶と比較して結晶育成が容易であることが分かった。加工の際に重要となる硬度を測定し、ビッカース硬度61と有機結晶では大きく、従来の加工法が利用できる程度の硬さをもつことを明らかにした。本研究で得られた成果を以下にまとめる(1)有機非線形材料における誘導ブリルアン散乱(SBS)(2)有機非線形結晶DASTの育成DAST結晶の大型化育成を、0.01°Cの温度制御が可能な恒温水槽を用いた温度降下法で行った。大型結晶においては、配向性が不規則になり内部が不均一となる傾向が見られたが、育成容器の形状・撹拌機構の改良、育成溶媒・温度降下速度等の成長条件を変化させ、11日間で5.8×3.4×1.0mm^3の良質な単結晶を得ることができた。偏光顕微鏡を用いた消光度を調べたところ、これらの結晶内部は均一であることがわかった。さらに、X線回折装置を用いてθモードの回折ピークを測定した結果、偏光顕微鏡では差の見られなかった結晶においても、X線の回折ピークには顕著な違いが現れた。0.15mm/dayで育成した結晶は鋭い回折ピークが一つあるのに対し、0.40mm/dayで育成した結晶では数本の回折ピークが見られた。(3)有機非線形材料CMTC表面の超精密ドライ加工と薄膜蒸着CMTC結晶の表面にイオンビームを用いたドライ加工を施すことにより、良好な光学研磨面を作製することができた。さらに、SiO_2薄膜を蒸着したところ、有機材料にも低損失光学コーティングを行うことができることを確認した。種結晶から育成したDASTのロッキングカーブ

半値幅は、最小値で37.4秒(成長速度0.14mm/day)と非常に高品質な結晶であることがわかった。一方、自然核生成で得られた結晶の中には、Si結晶の半値幅の1.5倍である15.8秒とさらに良質な結晶も存在していた。・種結晶から育成した結晶(FWHM 37.4秒)のX線トポグラフィにより結晶欠陥の観察をおこなったところ、種からの転位は見られたが、成長とともに厚みを増やしていった部分には目立った転位は存在せず、良質な結晶であった。・ビッカース硬度とロッキングカーブ半値幅には相関関係がみられ、半値幅の値が減少するにつれて、ビッカース硬度の値が49まで増加したことから、DASTの結晶硬度は、同じ有機イオン性結晶であるTHAMPやLAPと同程度であり、有機結晶の中では比較的硬い結晶であることがわかった。
マルチモーダル処理による心的状態推定に基づいた音声対話システム

人間とロボットとの対話において、ユーザである人間が抱く対話に対する興味や意欲といった心的状態の自動推定に取り組んだ。興味や意欲の指標として、対話エンゲージメントという概念を用いた。一方的にシステムが話すのではなく、ユーザの様子や態度に合わせて、柔軟に変化する対話システムを実現するためには、対話エンゲージメントの自動推定は不可欠な要素である。はじめに、対話データに対して、複数の評定者にエンゲージメントの度合いを判断してもらうことで正解データを作成した。次に、エンゲージメントの推定モデルとして、キャラクタという評定者の特性を考慮する統計的モデルを提案した。ただし、入力として、ユーザの聞き手のふるまいを用いた。具体的には、相槌、笑い、うなずき、視線のふるまいである。エンゲージメントの判断は主観的であるため、評定者によって判断結果が異なることがある。そこで、このキャラクタという潜在変数を導入することで、各評定者の判断結果をより精緻に推定することが可能になった。このモデルは、感情認識などの主観性を伴う他の認識タスクにも適用することができる。エンゲージメント推定モデルを、実際の対話ロボットで利用するために、リアルタイム推定の実現にも取り組んだ。具体的には、深層学習技術を用いて、入力であるふるまいの自動検出モデルを実装し、これをエンゲージメント推定モデルと統合した。その結果、エンゲージメント推定の精度を保ちつつ、リアルタイムでの推定が可能であることを確認した。最後に、リアルタイムエンゲージメント推定システムを自律型アンドロイドERICAの対話システム上へ実装し、研究室紹介のデモンストレーションを行った。ここでは、アンドロイドERICAが研究室について紹介をするという設定で、来訪者であるユーザのエンゲージメントを自動的に推定し、これに応じてERICAのふるまいを動的に変化させるものである。29年度が最終年度であるため、記入しない。自然な会話における人間の多様なふるまいを分析するために、マルチモーダルなセンサを用いたデータ収録システムを構築した。複数のマイクロホン、マイクロホンアレイ、RGBカメラ、深度センサを同時制御可能にした。本システムを用いて、15セッションの対話データを予備収録した。現在、同データを用いて、多様なふるまいと心的状態との関係について分析を進めている。次年度は、本収録システムにより、約100セッションの対話データの収録を予定しており、上記の分析および心的状態推定モデルの学習に用いる予定である。対話システムの各要素技術についても研究・開発を行った。対話のインタフェースとして、人型アンドロイドERICAを用い、言語情報と非言語情報を統合したマルチモーダルな対話システムを実現した。また、ユーザのふるまいの自然性を実現するためには、従来の対話システムで見られるようにマイクロホン(またはスマートホン)をユーザが手に持つのではない、ハンズフリーの状況が望ましい。そこでマイクロホンアレイをERICAの周囲に配置した状況を想定した遠隔発話の音声認識について取り組んだ。音響モデルのマルチコンディション学習やデノイジングオートエンコーダの導入により、雑音環境下の遠隔発話でも、音声対話に充分な認識精度を実現した。さらに、複数のユーザと対話を行うためには、誰がいつ話しているかを検出する技術(話者区間検出)が必要である。音響情報だけでなく視線情報も用いることで、雑音環境下での頑健性を実現した。次年度以降に構築予定である、ユーザの心的状態を推定する対話システムにおいて、上記の各要素技術は、そのふるまいの自然性や頑健性に大きく寄与すると考えられる。大量の対話データを獲得するためのマルチモーダル収録システムが構築され、予備収録および心的状態推定モデルの検討が行われているため。また、最終的に構築される予定の対話システムの各要素技術の頑健性が本研究課題により向上しているため。さらに、学術雑誌や国際会議での発表も行われているため。人間どうしの自然な対話における多様なふるまいから、対話に対する興味や意欲を表すエンゲージメントの度合いを推定するモデルを構築した。エンゲージメントを推定することで、対話相手(ユーザ)の状態を理解するだけでなく、システムの適応的な行動やふるまいの実現が期待される。エンゲージメントの推定は客観的であり、推定する人に依存するため、高い精度での推定は困難であるといえる。そこで、エンゲージメントの度合いを推定する人のキャラクタ(性格)を潜在変数とする階層ベイズモデルを提案した。これにより、キャラクタを表す潜在変数の分布をデータから自動で学習しながら、同時にエンゲージメントの推定自体も学習することができるようになった。予備収録した対話データを用いて提案モデルを評価したところ、キャラクタを考慮しない場合に比べて、推定精度が向上することを確認した。また、複数のマイクロホンやカメラなどのマルチモーダルセンサを用いて、対話データ91セッションを収録した。このデータに対して、発話、ふるまい、エンゲージメントに関するデータを整備した。エンゲージメントは、複数の被験者に判断してもらい、上記の提案モデルの評価が行えるようにした。さらに、エンゲージメントの推定機能を実用化するための対話エージェントを想定して、自律型アンドロイドERICAのための対話システム、および音声認識の研究開発を行った。対話システムに関しては、マイクロホンやカメラなどから得られる多様なセンサ信号を統合し、同時にアンドロイド自身が多様なふるまいを生成することで、ユーザとのマルチモーダルインタラクションを実現した。また、本システムのデモンストレーション発表を行った。音声認識に関しては、マイクロホンアレイによるハンズフリー処理を指向し、デノイジングオートエンコーダを用いることで実時間かつ頑健な処理を実現した。

自律型アンドロイドによる自然な音声対話に関する研究に取り組んでおり、対話データを収録する環境を構築して、91名との対話を収録した。これを用いて、相槌やうなずきなどのマルチモーダルなふるまいとエンゲージメントレベル(心的状態)との関係を分析し、前者から後者を推定する統計的モデルを構築できたため。また、研究室ガイドや傾聴を行うシステムを構築し、複数の国際会議などでデモ発表を行ったため。人間とロボットとの対話において、ユーザである人間が抱く対話に対する興味や意欲といった心的状態の自動推定に取り組んだ。興味や意欲の指標として、対話エンゲージメントという概念を用いた。一方的にシステムが話すのではなく、ユーザの様子や態度に合わせて、柔軟に変化する対話システムを実現するためには、対話エンゲージメントの自動推定は不可欠な要素である。はじめに、対話データに対して、複数の評定者にエンゲージメントの度合いを判断してもらうことで正解データを作成した。次に、エンゲージメントの推定モデルとして、キャラクタという評定者の特性を考慮する統計的モデルを提案した。ただし、入力として、ユーザの聞き手のふるまいを用いた。具体的には、相槌、笑い、うなずき、視線のふるまいである。エンゲージメントの判断は主観的であるため、評定者によって判断結果が異なることがある。そこで、このキャラクタという潜在変数を導入することで、各評定者の判断結果をより精緻に推定することが可能になった。このモデルは、感情認識などの主観性を伴う他の認識タスクにも適用することができる。エンゲージメント推定モデルを、実際の対話ロボットで利用するために、リアルタイム推定の実現にも取り組んだ。具体的には、深層学習技術を用いて、入力であるふるまいの自動検出モデルを実装し、これをエンゲージメント推定モデルと統合した。その結果、エンゲージメント推定の精度を保ちつつ、リアルタイムでの推定が可能であることを確認した。最後に、リアルタイムエンゲージメント推定システムを自律型アンドロイドERICAの対話システム上へ実装し、研究室紹介のデモンストレーションを行った。ここでは、アンドロイドERICAが研究室について紹介をするという設定で、来訪者であるユーザのエンゲージメントを自動的に推定し、これに応じてERICAのふるまいを動的に変化させるものである。マルチモーダル対話収録システムを用いて約100セッションの対話データを収録し、心的状態のアノテーションを実施する。また、心的状態推定モデルの検討および精度検証を行う。さらに、これまでに構築してきた対話システムに、心的状態推定システムを搭載し、その有効性を確認する。本年度に収録した対話データを用いて、エンゲージメント推定モデルの評価をより大規模に行う。
C_<60>類固体の物性研究

本年度の主な成果を以下にまとめる。1)気相法によるC_<60>単結晶の作製従来からの溶液法による単結晶に加えて、より良質な単結晶を気相から成長させるために、まず特殊な電気炉を作製し、それによって物性測定に使用できる単結晶を得ることができるようになった。2)単結晶C_<60>を用いての電荷移動度の測定溶液法単結晶について、パルス光励起による電荷移動度の測定を行った。正孔に対してその移動度の温度依存性を測定した結果、分子の回転状態(固体中での)に依存した変化が得られた。気相成長単結晶についても測定中である。3)ナトリウムあるいはセシウムをドープしたC_<60>単結晶の導電性これまでその物性が明らかになっていない標記のドーピング結晶について抵抗率及び熱電能の測定を行った。ナトリウムの場合は室温から約200Kまでの間は金属的振舞を示すが、それ以下の温度では絶縁的振舞を示す。これは、2Na_3C_<60>→Na_2C_<60>+Na_4C_<60>なる不斉化反応が生ずるためと思われる。一方、セシウムでは、むしろ低温域(100K以下)で金属相の安定化がみられた。より詳しい研究が必要である。4)C_<70>へのドーピングについてC_<70>(高純度)粉末に、カリウム又はルビジウムをドープしてSQUIDによる磁化率の温度依存性を測定した。ドーピング条件をいろいろ変化させても、2K以上の温度で超伝導の存在は認められなかった。
脳血管攣縮の平滑筋細胞障害におけるアポトーシスの関与とサイトカインの効果の研究

我々のこれまでの脳血管攣縮の病態の一連の研究成果(動脈壁平滑筋のcyclic GMPの産生低下、高エネルギー燐酸含量低下、細胞内カルシウム濃度制御の障害、蛍光色素に対する細胞膜透過性亢進)は、平滑筋の細胞障害が進み、弛緩収縮の制御がはずれていることを示すものである。今までの研究の過程で得られた血管組織標本を用いて行った組織の電子顕微鏡観察では平滑筋細胞の密度の現象、核と細胞質の凝集は認められたものの、necrosisは認められなかった。攣縮脳動脈壁の組織学的検討については既に多くの論文が発表されていて、中膜の細胞壊死、内膜の剥離脱落などの変化が有名であるが、一方でそれが見られなかったとの否定的結果の報告もいくつか発表されている。我々の一連のこれまでの研究結果は平滑筋細胞のviabilityの低下を示唆するために、壊死とは異なった細胞死、細胞障害の機構様式に注目し殊にアポトーシスによる細胞障害の関与があるか検討している。平成7年度には従来より用いてきたイヌのクモ膜下出血モデルを用いて、攣縮脳動脈の平滑筋細胞にアポトーシスが起こるのか検討した。脳槽に自家血を注入、脳底動脈に慢性血管脳攣縮を誘発、一週間後の攣縮程度を脳血管撮影によって計測した後、脳底動脈を採取冷凍保存した。血管平滑筋の染色体DNAを抽出し、アガローズ電気泳動により解析してDNAの断片化、電気泳動上のラダーパターンを正常血管と比較検討した。一部の標本でDNA断片化を示す所見がえられたがさらに現在検討中である。またTUNEL法による組織学的検討も開始したが、現在のところまだ明確な結論は得られていない。脳槽に自家血を注入、脳底動脈に慢性血管攣縮を誘発、一週間後の攣縮程度を脳血管撮影によって計測した後、脳底動脈を採取冷凍保存した。

我々のこれまでの脳血管攣縮の病態の研究の成果は、脳動脈平滑筋のcyclic GMPの産生低下(Circ Res 70:248-256,1992)、高エネルギー燐酸の含量低下(J Neurosurg 76:991-996,1992)、細胞内カルシウム濃度の制御障害(J Cereb Blood Flow Met 16:334-341,1996)に続いて細胞膜の非特異的透過性の亢進の存在を示した。これらの結果は一貫して、平滑筋の細胞障害が進み、弛緩収縮の制御が外れている事を示すものである。組織学的な検討を行うと、平滑筋細胞の密度の減少、核と細胞質の凝縮は認められたものの、光学顕微鏡観察、電子顕微鏡観察のどちらによってもnecrosisは認められなかった。過去の文献においても、中膜の細胞壊死の報告が多いものの一方でこれが見られなかったとする論文も複数発表されている。われわれの一連のこれまでの研究成果は平滑筋細胞の障害とviabilityの低下を示すものであるために、壊死とは異なった細胞死、細胞障害の様式、すなわちアポトーシスの過程が起こっているかを検討した。犬のクモ膜下出血モデルを用いて、出血一週間後に血管撮影を行い攣縮が起こっている事を確認した脳動脈の平滑筋細胞を材料とした。血管平滑筋のDNAを抽出し、アガローズ電気泳動により解析したDNAの断片化すなわちゲル上のラダーパターンが見られるかを観察した。一部の標本で、陽性所見がえられたものの、ほとんどでは陰性であり、少なくともこの方法では、アポトーシスを証明する事はできなかった。