hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
聴カリスク計の開発と騒音曝露による聴力影響評価への応用

騒音の個人曝露評価のツールとして,騒音曝露による聴力の一過性閾値移動(TTS)を迅速にシミュレートするための聴力リスク計の演算ユニットを開発した。当初は,ユニット内に曝露騒音レベルの測定,記録,TTS演算,表示の機能を持たせる予定であったが,経費的に難があった。一方で,サブノートタイプのパソコンのCPUの高速化が進み,従来の数十分の一の早さで演算可能であることが判明し,ユニット内には曝露レベルを記録しておき,一旦携帯用パソコンにデータを転送して,演算・表示するシステムとして開発することに変更した。現在完成したユニットは,TTSの5つのテスト周波数2,3,4,6,8kHzの臨界帯域のバンドパスフィルタとA特性フィルタを内蔵し,各フィルタの音圧レベルに比例した01Vの直流電圧出力(6チャンネル)を取り出すことができる。ダイナミックレンジは50dBで,50-100,60-110,70-120dBの3段階の範囲に切り換えることが可能である。寸法は60mm×100mm×25mmの小型で約200gの重量となった。このユニットと既に開発して使用している携帯型のデジタルテープレコーダを用いた個人騒音曝露計を同一の作業者に着用してもらい,高速輪転機による印刷作業現場において曝露騒音の比較を行った。その結果,騒音レベルについては,23dBAの乖離が認められたものの,TTSの臨界帯域レベルの測定値,さらにはTTSのシミュレーション結果においては良い一致をみた。したがって現場の個人騒音曝露計として十分活用可能であることが明らかとなった。従来,記録時間と同じだけの分析時間を要していたものが,数十分の一以下の所要時間ですむようになったことになる。騒音の個人曝露評価のツールとして、騒音曝露による聴力の一過性閾値移動(TTS)を迅速にシミュレートするための聴力リスク計の演算ユニットを開発した。当初は、ユニット内に曝露騒音レベルの測定、記録、TTS演算、表示の機能を持たせる予定であったが、経費的に難があった。一方で、サブノートタイプのパソコンのCPUの高速化が進み、従来の数十分の一の早さで演算可能であることが判明し、ユニット内には曝露レベルを記録しておき、一旦携帯用パソコンにデータを転送して、演算・表示するシステムとして開発することに変更した。現在完成したユニットは、TTSの5つのテスト周波数2,3,4,6,8kHzの臨界帯域のバンドパスフィルタとA特性フィルタを内蔵し、各フィルタの音圧レベルに比例した01Vの直流電圧出力(6チャンネル)を取り出すことができる。ダイナミックレンジは50dBで、50-100、60-110、70-12-dBの3段階の範囲に切り換えることが可能である。寸法は60mm×100mm×25mmの小型で約150gの重量となった。6チャンネル分の出力をすでに入手しているデータロガーに保存することで、上記のテスト周波数のTTSを算出するために必要なデータを得ることが可能となった。従来は、これだけの情報を得るためには、携帯型のデジタルテープレコーダを作業者に装着して曝露騒音を記録し、後日再生して、周波数分析するという手段を取らざるを得なかったが、このユニットの開発により、分析に要する時間は数十分の一以下ですむようになった。今後は、携帯型パソコンにデータを転送し、測定終了後、迅速に現場において、TTSのシミュレーション計算を実施し、表示するためのアプリケーションプログラムを開発することが課題となる。同時にさまざまな騒音職場に持ち込んで、ユニットの実証試験を進めていく。第1年次に騒音の個人曝露評価のツールとして、騒音曝露による聴力の一過性閾値移動(TTS)を迅速にシミュレートするための聴力カリスク計の演算ユニットを開発した。

完成したユニットは,TTSの5つのテスト周波数2,3,4,6,8kHzの臨界帯域のバンドパスフィルタとA特性フィルタを内蔵し,各フィルタの音圧エネルギーに比例した01Vの直流電圧出力(6チャンネル)を取り出すことができる。ダイナミックレンジは50dBで,50-100,60-110,70-120dBの3段階の範囲に切り換えることが可能である。6チャンネル分の出力をデータロガーに保存することで,上記のテスト周波数のTTSを算出するために必要なデータを得ることが可能である。本年度は,このユニットと既に開発して使用している携帯型のデジタルテープレコーダを用いた個人騒音曝露計を同一の作業者に着用してもらい,高速輪転機による印刷作業現場において曝露騒音の比較を行った。その結果,騒音レベルについては,23dBAの乖離が認められたものの,TTSの臨界帯域レベルの測定値,さらにはTTSのシミュレーション結果においては良い一致をみた。したがって現場の個人騒音曝露計として十分活用可能であることが明らかとなった。従来,記録時間と同じだけの分析時間を要していたものが,数十分の一以下ですむようになったことになる。現在は,携帯型パソコンにデータを転送し,測定終了後,迅速に現場において,TTSのシミュレーション計算を実施し,表示するためのアプリケーションプログラムの開発に取り組んでいる。
補間画像に基づく高精度な画像位置ずれ推定に関する研究

1.周波数応答の理論解析と基底関数幅の設定:周期RBFの連続時間出力をフーリエ変換することにより周波数領域に変換し,RBF補間関数の周波数応答を理論的に解析し,基底関数幅との関係を明らかにした.2.補間特性の比較:RBF補間特性,spline補間,Lanczos補間の特性を周波数領域で理論比較し,RBF補間の補間特性が優れていることを解析的に示した.3.DCTを用いた補間画像の高速生成:ガウス関数の分離性に着目した多次元RBFの高速算法を周期的2次元RBFの場合に拡張した.さらに,DCTに基づくRBF係数の高速算法を2次元RBFの場合に拡張した.4.2次元補間関数の周波数応答の解析:1次元RBF補間関数の周波数応答の理論解析結果と基底関数幅の最適設定法を2次元信号の場合に拡張した5.補間画像に基づく高精度位置ずれ推定:RBF補間画像を用いて,2枚のディジタル画像間の位置ずれ,つまり平行移動量,スケール変換率,回転角をサブピクセル精度で推定した.そして,位置ずれ量を連続変数に持つ評価関数を勾配法を用いて最適化することで,サブピクセル精度で位置ずれ量が推定できること明らかにした.その際,ガウス関数の高収束性に着目した高速算法を導出した.また,着目している画像の領域を調節することで,推定精度と計算量の関係を評価した.6.超解像画像の生成:高解像度画像と低解像度画像の関係を示すダウンサンプリング過程が,DCT領域でスカラで表現した.さらに高解像度画像復元問題の解析解を導出し,それを使ってDCTを用いた高速算法を開発した.また,ダウンサンプリング過程の適用可能範囲を明らかにした.1.周波数応答の理論解析と基底関数幅の設定:周期RBFの連続時間出力をフーリエ変換することにより周波数領域に変換し,RBF補間関数の周波数応答を理論的に解析し,基底関数幅との関係を明らかにした.2.補間特性の比較:RBF補間特性,spline補間,Lanczos補間の特性を周波数領域で理論比較し,RBF補間の補間特性が優れていることを解析的に示した.3.DCTを用いた補間画像の高速生成:ガウス関数の分離性に着目した多次元RBFの高速算法を周期的2次元RBFの場合に拡張した.さらに,DCTに基づくRBF係数の高速算法を2次元RBFの場合に拡張した.4.2次元補間関数の周波数応答の解析:1次元RBF補間関数の周波数応答の理論解析結果と基底関数幅の最適設定法を2次元信号の場合に拡張した5.補間画像に基づく高精度位置ずれ推定:RBF補間画像を用いて,2枚のディジタル画像間の位置ずれ,つまり平行移動量,スケール変換率,回転角をサブピクセル精度で推定した.そして,位置ずれ量を連続変数に持つ評価関数を勾配法を用いて最適化することで,サブピクセル精度で位置ずれ量が推定できること明らかにした.その際,ガウス関数の高収束性に着目した高速算法を導出した.また,着目している画像の領域を調節することで,推定精度と計算量の関係を評価した.6.超解像画像の生成:高解像度画像と低解像度画像の関係を示すダウンサンプリング過程が,DCT領域でスカラで表現した.さらに高解像度画像復元問題の解析解を導出し,それを使ってDCTを用いた高速算法を開発した.また,ダウンサンプリング過程の適用可能範囲を明らかにした.1.DCTを用いた周期RBFNの高速計算従来型のRBFNは,絶対可積分な有限エネルギー信号を対象としているにもかかわらず,滑らかさを全入力区間で評価していた.このため,有限区間の観測信号を補間しようとするとギブス現象が生じ,観測区間の両端で大きな補間誤差が生じた.そこで,周期信号に対する滑らかさを評価する汎関数を新たに定義し,ミラー周期出力をもつRBFNを導出した.ついで,周期RBFNを用いて,有限区間の観測信号をミラー拡張した周期信号を効率よく補間した.その際,周期RBFNの出力がRBF係数とガウス基底関数の巡回畳み込みで表されることに着目し,DCTを用いて周期RBF係数を高速に計算する方法を開発した.2.周波数応答の理論解析と基底関数幅・正則化係数の最適設定まず,周期RBFNの連続時間出力をフーリエ変換することにより,周波数領域に変換した.信号がナイキスト条件を満たす場合,サンプリング定理より,補間関数の所望の周波数応答は理想低域通過特性となる.そこで,RBF補間関数の周波数応答と理想低域通過特性との二乗誤差を表す評価関数を導出し,その評価関数を最小化する基底関数幅を非線形最適化手法を用いて計算し,画像の局所的な周波数特性に応じて基底関数幅を最適化した.3.補間特性の比較RBF補間特性と,従来のSpline補間,Lanczos補間の特性を,周波数領域で理論比較した.その結果,3次のSpline補間,Lanczos補間よりの優れた補間特性を有することを解析的に示した.また,補間特性と数値的安定性とトレードオフについて検討した.1.DCTを用いた補間画像の高速生成ガウス関数の分離性に着目した多次元RBFNの高速算法を,周期的な2次元RBFNの場合に拡張した.さらに,初年度に導出したDCTに基づくRBF係数の高速算法を2次元RBFNの場合に拡張した.そして,理論,実験の両面から処理速度を評価した.2.2次元補間関数の周波数応答の解析初年度に導出した

1次元RBF補間関数の周波数応答の理論解析結果と基底関数幅の最適設定法を2次元信号の場合に拡張した.ついで,RBF補間,Spline補間,Cubic補間,Lanczos補間の特性を理論的に評価しそれぞれの補間手法の特徴の違いを,周波数領域で定量的に評価した.3.補間画像に基づく高精度位置ずれ推定RBF補間画像を用いて,2枚のディジタル画像間の位置ずれ,つまり平行移動量,スケール変換率,回転角をサブピクセル精度で推定した.具体的には,2枚のディジタル画像からRBFNを用いて補間画像を生成し,二つの補間画像間の二乗誤差を表す評価関数を導出した.そして,位置ずれ量を連続変数に持つ評価関数を勾配法を用いて最適化することでサブピクセル精度で位置ずれ量が推定できること明らかにした.そして,着目している画像の領域を調節することで,推定精度と計算量の関係を評価した.また,勾配法における初期値依存性について考察した.1.実画像を用いた性能評価元のデジタル画像がナイキスト条件を満たすと仮定し,sinc関数補間により位置ずれ画像を生成した.そして,提案する位置ずれ推定法の精度を評価した.また,位相相関に基づく従来法に比べ,小さな画像を扱う場合は推定精度が向上することを確かめた.さらに,画像の特定の位置に着目した位置ずれ推定が行えることも確かめた.実際の観測画像には雑音が含まれるため,推定精度が低下することが予想される.そこで,正則化係数を導入することで雑音の影響を考慮した補間画像を生成し,その補間特性を理論的に評価した.また,正則化係数を導入することで位置ずれ推定精度が向上することを示した.さらに,画像の特定の位置に着目した位置ずれ推定が行えることも示した.2.超解像画像の生成高解像度画像復元では,正則化手法によって,ダウンサンプリングされた低解像度画像から高解像度画像を復元する手法である.まず,高解像度画像と低解像度画像の関係を示すダウンサンプリング過程が,DCT領域でスカラで表現できることを示した.さらに高解像度画像復元問題の解析解を導出し,それを使ってDCTを用いた高速算法を開発した.また,ダウンサンプリング過程の適用可能範囲を明らかにした.最後にシミュレーションにより,提案法が3次splineよりも復元性能がよいことを示した.
新着想に基づく革新的な触媒的不斉合成反応の開発

平成20年度も引き続き米国ハーバード大学、化学生物学科のEric N.Jacobsen研究室で研究を行った。塩化水素は、現在世界的に製造されており、多くの工業プロセスに積極的に利用されている。また、安価でしかも調製容易であることから究極の塩素化剤であり、実際アルケンやアルキンなどの炭素-炭素不飽和結合に対して容易に付加反応が進行することが知られている。しかしながら、金属触媒存在下では、その強い酸性から触媒を失活させうるため、金属錯体触媒を用いるエナンチオ選択的なハロンゲン化反応では、NCS,NBS,NISのような正電荷を有するハロゲン化剤を用いるのが一般的であった。Jacobsen研究室では長年にわたりチオウレアを基本骨格とするキラル有機触媒の開発が精力的に行われており、この研究を基盤として、報告者はチオウレアとホスフィン部位を有する多点認識型の触媒が塩化水素を効率良く活性化し、メソアジリジンに対してエナンチオ選択的に付加することを見い出した。すなわち、塩化水素の塩素アニオンをチオウレアが捕獲し、そのカウンタープロトンにホスフィンが配位することで、塩化水素のイオン的な乖離が起こり、反応が加速されると共に、効果的な不斉環境場が構築されると推定している。実際、このメソアジリジンに対する不斉ヒドロ塩素化で、70-92%eeという高い不斉収率が達成された。ReactIRを用いた反応解析より、ホスフィノチオウレア触媒を用いることにより無触媒反応に比べ、140倍もの反応加速効果が観測されている。また、31P NMR解析により、反応系中ではリン原子が量論的にプロトネーションされていることを突き止めた。現在、単純アルケンに対する不斉ヒドロ塩素化の検討を行っており、この不斉反応が実現できれば真に有用な反応になることは確実であり、報告者はこの二年でその足がかりを築くことができた。平成19年度は、アメリカハーバード大学のEric N. Jacobsen研究室に研究の拠点を移した。Jacobsen教授は触媒的不斉合成反応の開発研究の分野では世界的な第一人者であり、これまでにも極めて効果的かつ実用化にも耐えうる触媒系の開発に次々と成功している。特に最近は多点制御の概念を取り入れて、求核剤と求電子剤を同時に活性化する数多くの触媒の合成に成功している。報告者は本年度、多点制御の概念に基づき,チオウレアないしはウレア部位とサレン部位をリンカーで結合させた金属触媒をあらたに設計し,その合成に取組んだ。その結果、様々なリンカーを用いてこれら2つの部位を結合させた金属錯体の合成に成功した。NMRによる直接的な構造解析は困難であったものの、ESI-MSによる質量分析からは目的の錯体が合成されたことが確認された。そこで予備的な検討として、得られた新規錯体を触媒として、これまで困難とされてきたラジカル反応の触媒的な制御や、オレフィン類の位置選択的な不斉エポキシ化反応などを試みた。これまでのところ,これらの反応では満足する結果は得られていない。さらに、チオウレア部位と適切なブレンステッド酸からキラルな酸を調製し、これによって活性化された基質に対し、リンカーで結合した金属求核剤が分子内で付加することにより,高い反応性および高い選択性が実現されることを期待して,新たな触媒系の設計を開始した。
フェムト秒パルスに応答する3次非線形光学素子の高効率化

本研究の目的は、フェムト秒極限光パルスに高効率でスペクトルひろがりを与える自己位相変調素子を見いだすことである。そのために、本年度は以下の項目について研究を行った。1.2次、3次非線形性の大きい有機材料DAN(4-(N,N-dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzene)を用いたファイバーを作製し、群速度分散が大きく非線形性も大きい材料を用いたファイバー中のフェムト秒光パルス伝搬についての実験的・理論的研究を行った。DANファイバー伝搬後のパルスには長波長側へのスペクトルシフトが見られ、これは自己位相変調を引き起こす原因となる非線形屈折率の応答速度の有限性に起因することを明らかにした。2.2次・3次分散、伝搬損失、初期周波数チャープ、自己急峻化の効果の他、正常分散域における非線形屈折率の応答時間効果を初めてとりこみ、DANファイバー中のフェムト秒パルスの伝搬およびパルス圧縮効率に関する理論解析を行った。その結果、非線形屈折率の応答時間効果が存在する場合でも、2・3次の位相分散補償を行えば、応答時間が存在しない場合と同程度のパルス圧縮効率が得られることを明らかにした。具体的には、DANファイバーを用いることによって、100W,100fsの光パルスを10fs程度に圧縮可能なことが示された。また、その結果、非線形性は大きいが、応答時間がある程度遅いと考えられる有機材料もパルス圧縮用自己位相変調素子として有望であると結論づけられた。以上の項目を通じて、高効率自己位相変調素子の実現へ向けて重要な指針を示せたものと考える。
ナノ構造化糖鎖素子を介した機能糖鎖集密化バイオマテリアルの創出

非水系酵素触媒反応による糖鎖合成技術と構造性糖鎖集積造膜技術を開発し、生理不活性な樹木糖鎖のセロオリゴ糖をナノ構造化素子として機能利用することで、種々の生理活性オリゴ糖鎖をナノレベルで密度制御した新規バイオインターフェースの創出に成功した。ハイブリッド糖鎖自己組織化膜上で細胞培養を行ったところ、細胞形態や生理応答、自然免疫のシグナル伝達等に顕著な影響が見られ、分子ではなく界面ナノ構造が直接誘導する生体反応の存在を実証した。再生医工学分野で注目の糖鎖系バイオマテリアルの学理と新技術を学術領域とする「グライコナノアーキテクトニクス」の研究基盤を開拓した。ナノ工学とバイオ技術の融合による生体機能材料の研究が盛んに行われているが、医用材料分野で注目の糖鎖材料の機能開発は遅れている。本研究では、独自の「非水系酵素触媒反応による糖鎖合成」と「構造性糖鎖の集積造膜技術」の融合・先進化により、生命現象に直結する糖鎖の構造と機能を模倣した新規糖鎖系バイオマテリアルの創出を目指す。本年度は、オリゴ糖アセンブリの生体機能について、その人為的再現と材料工学的応用に向けて、樹木細胞壁の構成糖であるセルロースを「ナノ構造化素子」として機能利用するコンセプトを多面的に検討した。1.非水系酵素触媒反応による疎水性アルコールの一段階ラクトシル化2.セロオリゴ糖の構造部位を持つ生理機能糖の合成セロペンタオースの非還元末端部位にガラクトースを有するヘテロオリゴ糖を有機合成的手法により合成した。3.糖鎖集積界面の設計セロヘキサオースとキトヘキサオースの還元末端選択的S誘導体化と金基板への自己組織化により、任意の割合で糖鎖が集密化した糖鎖界面の設計を試み、レクチン・細胞アッセイによる表面糖鎖機能との相関性を評価した。4.逆ミセルを反応場とする糖鎖集密化金ナノ粒子の合成界面活性剤AOTを用いてドデカン中でNMMOを水相とする逆ミセルを形成させ、単分散(8.5nm±0.7nm)の金ナノ粒子の合成と同時に糖鎖を表面修飾することに成功した。ConAアッセイにより、表面糖の認識を確認した。ナノ・バイオ研究の発展にともない、医用工学分野で注目の糖鎖機能材料の開発機運が高まっている。本研究では、独自の「非水系酵素触媒反応による糖鎖合成」と「構造性糖鎖の集積造膜技術」により、生命現象に直結する糖鎖の構造と機能を模倣した糖鎖系バイオマテリアルの創出を目指している。本年度は、樹木糖鎖のセロオリゴ糖や甲殻類の骨格分子であるキトオリゴ糖を対象に、ナノ構造化素子機能の発現と制御を試みた。特に、糖鎖密度とバイオ機能の関係性を解明するため、糖鎖集積状態の制御と動物細胞を用いたバイオ機能発現を検討した。1.非水系酵素触媒反応による糖鎖合成機構の解明精製セルラーゼを用いて界面活性剤被覆酵素を調製し、セロビオースからのセルロース合成機構を精査した。Exo型酵素によりオリゴ糖合成が促進され、Endo型酵素により分子鎖伸長反応が起こる基本機構が示唆された。2.糖鎖ハイブリッド集積界面の設計と機能検討セロヘキサオースとキトヘキサオースの還元末端選択的S誘導体化と金基板への自己組織化により、様々な糖鎖密度のハイブリッド界面を設計した。QCMとXPSを併用することで、膜表面の詳細な糖鎖比率を算出することに成功し、キチン61%・セルロース39%の膜において、ヒト肝ガン細胞HepG2のスフェロイド形成が観察された。さらに、シトクロムP4501A1によるEROD活性を測定したところ、市販のスフェロイド形成基板を上回る肝機能の発現が見られた。すなわち「糖鎖側の材料設計により細胞側を操作する」糖鎖系バイオインターフェースの機能創出に成功した。3.逆ミセルを反応場とする糖鎖集積金ナノ粒子の合成界面活性剤AOTを用いてイソオクタン中でNMMOを水相とする逆ミセルを形成させ、超単分散の金ナノ粒子の合成と糖鎖の表面修飾に成功した。ConAおよびWGAによるレクチンアッセイにより、表面糖の認識を確認した。ナノ・バイオ研究の急速な発展に伴い、医工学分野で注目の糖鎖機能材料の開発機運が高まっている。本研究では、独自の「非水系酵素触媒反応による糖鎖合成」と「構造性糖鎖の集積造膜技術」により、細胞表面の糖鎖ナノ集積構造の人為的模倣によるバイオ機能の高発現に向けて、樹木細胞壁を構成するセルロースを「ナノ構造化素子」として用いる新コンセプト「グライコナノアーキテクトニクス」の研究基盤の構築を目指している。本年度は、以下の重要な成果を得た。1.酸アシスト非水系酵素触媒反応による糖鎖合成無保護・未修飾の構成糖から、一段階で多糖類や複合糖質を合成可能な非水系酵素触媒反応は、その低収率(5%)が課題であった。

しかし、非プロトン性有機溶媒中にわずかな有機酸を共触媒として添加することで、飛躍的な収率向上を達成した(セルロース合成で約30%、キチン合成で約80%)。これは、酸触媒が基質糖のC1位を一時的に活性化することによる協奏的触媒効果と推測される。2.糖鎖ハイブリッド集積界面の設計と生体応答制御セロヘキサオースとキトヘキサオースの還元末端選択的S誘導体化と金基板への自己組織化により、様々な糖鎖密度を持つインターフェースを設計した。キチンを認識するToll-like receptor 2 (TLR2)を有するHEK293細胞を用いてアジセイしたところ、膜表面のキチン密度応答的に自然免疫系のシグナル伝達が働き、細胞炎症挙動が変化する現象を見出した。さらに本系では、キチン密度0.12chains/nm^2の条件で最も高い細胞応答性を示し、これはTLR2の刺激受容スポットの占有面積と相関性が見られた。逆に、キチン密度を高くすると細胞応答性は著しく低下した。すなわち、密度制御可能な糖鎖集積膜を細胞表面に認識させ、その生理応答現象をマテリアル側のナノ構造設計で操作する本研究課題の本質に迫る成果を得た。ナノ・バイオ融合研究の発展にともない、医工学分野で注目の糖鎖についても新規バイオマテリアルの開発機運が高まっている。本研究では、独自の「非水系酵素反応による糖鎖合成」と「構造性糖鎖の集積造膜技術」により、培養細胞の生体反応に直接働きかけるバイオインターフェース材料の開発を行ってきた。最終年度は以下の重要な成果を得て、「グライコナノアーキテクトニクス」の研究基盤を構築した。1.プロトンアシスト非水系酵素触媒反応による糖鎖合成法の確立FDA認可の糖脂質アナログ非イオン性界面活性剤により、高活性な保護酵素の調製が可能になった。有機酸の共触媒効果が非水系で酵素活性部位のプロトン化に起因することを見出し、種々の糖鎖合成の高効率化を達成した。2.糖鎖ハイブリッド集積膜の設計法の確立重合度26のセロオリゴ糖の還元末端基をS誘導体化してナノ構造化素子として利用し、0.10.8chain/nm2の密度範囲で生理機能オリゴ糖の制御を達成した。レクチン認識レベルで均一なナノ構造界面の設計に成功した。3.糖鎖系バイオインターフェース機能の高発現マイクロパターニング技術の導入で様々な形状・配列に設計した糖鎖ハイブリッド集積膜上で、HepG2細胞やHEK293細胞胞等を培養し、細胞種に応じた生体応答を確認した。特に、筋芽細胞C2C12をマイクロレール上で培養したところ、細胞サイズの10倍程度の幅で顕著に一軸配向が起こり、筋管細胞への分化誘導・集合が認められた。4.細胞免疫シグナル伝達系の直接活性化技術の開発TLR2発現HEK293細胞を用いた細胞アッセイにより、特定の糖鎖密度で自然免疫系の応答反応が著しく増大する現象を定量的に明らかにした。細胞と接する基材界面からの生体刺激で細胞動態を制御するマテリアルセラピーの概念を実証するもので、グライコナノアーキテクトニクスの大きな成果である。ナノ・バイオ研究の発展にともない、医工学分野で注目の糖鎖についても新規バイオマテリアルの開発機運が高まっている。
蛇紋岩メランジにおける交代作用と変形の相互作用

長崎変成岩類(九州西端に分布する低温高圧型変成帯)において、蛇紋岩メランジに見られる交代作用と変形の相互作用を記載した。その結果、交代作用に伴う空隙率や間隙水圧の変化が変形や流体移動のメカニズムに影響を与えている事例が見出された。同様の現象が、岩石の機械的混合場である前弧スラブ-マントル境界でも起きている可能性が考えられる。長崎変成岩類の蛇紋岩メランジにおける交代作用と変形の成因的相互関係を明らかにすることを目的として野外調査および室内研究を実施した。野外調査では、研究地域の踏査を実施し蛇紋岩メランジの産状を記載するとともに室内研究用の試料を採集した。室内研究では試料の薄片顕微鏡観察、全岩化学組成分析、EPMA分析、ラマン分析などを実施した。その結果として以下の成果を得た。1.蛇紋岩メランジの分布と周辺の地質を記載した。特に蛇紋岩メランジ周辺の片岩類の変形を記載・整理して、両者の変成・変形史の比較を行う基礎データを得た。この作業は対象地域が広いためまだ完了に至っていないため、平成22年度も継続して実施する予定である。2.西樫山岩体(西彼杵)において泥質片岩の曹長岩化に伴う流体生成を明らかにした。ここでは特に泥質片岩の石墨の消費によりCH_4または/およびCO_2が生成されている点が沈み込み帯における炭素循環を考える上で重要である。変形は小さく曹長岩化との関係は明瞭ではなかった。研究成果は学会およびシンポジウムで発表されたほか、論文としてAmerican Mineralogistに投稿され改稿中である。3.川原木場岩体(野母)において泥質片岩の曹長岩化を記載した。ここでは曹長岩化に伴うものと思われる変形が観察された。また、採集試料の薄片顕微鏡観察および全岩化学組成分析により曹長岩化に伴う物質移動が明らかになった。今後、交代作用と変形の成因的相互関係については解析を進めていく予定である。長崎変成岩類の蛇紋岩メランジを対象に、蛇紋岩メランジにおける交代作用と変形の相互関係を明らかにすることを目的とした野外調査および室内研究を実施した。野外調査は西彼杵地域と野母地域にて地質踏査と試料採集を実施した。室内研究では試料の薄片顕微鏡観察、全岩化学組成分析、顕微ラマン分析などを実施した。1.西彼杵地域では、泥質片岩の曹長岩化がメランジマトリックスとの接触部に認められる。顕微ラマン分析により曹長岩化した泥質片岩中にCH_4の流体包有物が見出された。これにより昨年度からの課題だった交代作用に伴う流体生成過程の曖昧さが解決された。以上の結果を今後できるだけ早く論文として投稿する予定。2.野母地域では、泥質片岩の片理に沿った曹長岩化が認められる(西彼杵地域とは異なるタイプの曹長岩化)。こちらでは、顕微ラマン分析によりCH_4およびCH_4+CO_2の流体包有物が見出された。また、全岩化学組成にもとづく物質移動解析では曹長岩化に伴う固相の体積減少が見出された。今後、交代作用と変形の成因的相互関係について解析を進め、早い時期に学会発表および論文投稿を行いたい。3.西彼杵地域の蛇紋岩メランジにブロックとして含まれる交代岩の記載的研究を行った。ヒスイ輝石岩については論文1編が受理公表されたほか、さらに1編を投稿中である。オンファス輝石岩については論文1編を投稿中である。また、これらの研究結果をハンガリーで開催されたIMA general meetingにてポスター発表した。長崎変成岩類の蛇紋岩メランジを対象に、蛇紋岩メランジにおける交代作用と変形の相互関係を明らかにすることを目的として室内研究(薄片顕微鏡観察、全岩化学組成分析など)を行った。その結果、以下の成果を得た。(1)ヒスイ輝石岩およびオンファス輝石岩の構造岩塊は周縁部に曹長岩の反応帯を伴う。反応帯は、構造岩塊がメランジ中に捕獲されて上昇する過程で形成されたと考えられる。アイソコン法による質量-体積バランス解析では、反応帯の形成に伴う固相体積の増加が示された。このことは岩石の間隙率の低下を示唆し、昨年度に行った泥質片岩の構造岩塊に見られる曹長岩化(間隙率の増加を伴う)と逆の結果となった。ヒスイ輝石岩の場合、反応帯により構造岩塊がメランジ中の流体相から隔離されて、高圧で安定な鉱物組み合わせ(ヒスイ輝石+石英)の保存につながった可能性がある。(2)泥質片岩中の蛇紋岩体は、外側に向かって、滑石帯、ドロマイト+マグネサイト+石英帯、緑泥石帯、白雲母帯、曹長石帯からなる反応帯を伴う。滑石帯から蛇紋岩中にマグネサイト+石英脈、白雲母帯から泥質片岩中にドロマイト脈が伸びている。

アイソコン法による質量-体積バランス解析では、滑石帯および曹長石帯に対して反応対形成に伴う固相体積の減少と流体の生成が示された一方、ドロマイト+マグネサイト+石英帯と緑泥石帯に対して固相体積の増加が示された。白雲母帯では固相体積の減少と流体の消費が示された。このことは、反応帯の中央部で間隙率の低下、両端で間隙率の増加が起きることを示し、露頭で観察される変形構造(鉱物脈)の産状と調和的である。
超高分解能光散乱スペクトロスコピーによる複雑系の内部ダイナミクスの研究

我々がこれまで培ってきた新たな光ビート分光光散乱法を用いて,特にこれら内部自由度の運動がその複雑な物性に寄与するソフトマターの物性研究を,揺らぎ観察という面から推進した.我々はこれまで液晶の研究を重点的に進め,その基礎的物性に関する多くの知見と技術の蓄積がある.したがって,観察対象として液晶を選んだ.また,我々がごく最近開発した迅速光ビートBrillouin散乱法を利用すると,ミリ秒以内に測定を終えることできるため,試料の熱吸収の影響を最小限に抑えることが可能であり,このことが本研究では大きな利点となった.配向揺らぎの観察には,白濁のない液晶分子の固体結晶やスメクティック相を生成する必要がある.というのも,白濁により迷光が生じると,光を用いた測定が極めて困難になるためである.そもそも,この白濁は液晶分子の固体結晶が小さな結晶粒の集まりになることや,スメクティック相が単一ドメインで形成させていないことなどが原因で生じる.利用する分光法の空間分解能は10マイクロメートルの程度であるため,これ以上大きな液晶分子の結晶,あるいは,単一ドメインを生成する必要があった.そのために,専用の試料セルを用意し,液晶相の液晶配向ドメインを大きくし白濁を抑え,上述の分光法により配向揺らぎを観察した.単一ドメインのサイズがより大きいものとなるよう,8CBなどの比較的アスペクト比の大きい試料を重点的に測定した.物体内の音波の伝わる速さを調べることで物質の弾性率を求めることができ、音波の減衰する様子を調べることで、音波が媒質中のさまざまな自由度と結合しそのエネルギーが流れていく過程を知ることができる。弾性率や粘性率は物質の力学的性質を特徴付けるもので、その測定は物理工学上非常に重要である。最も一般的な音波の測定法には超音波パルス法や超音波共鳴法といった圧電素子を用いて超音波を送受信することによって測定するものや、Bragg反射法や光偏向法といった超音波の送信には圧電素子を用い、受信つまり検出には光を用いて測定する方法などがある。しかし、上述の測定法はどれも圧電素子を接触させるため音場を乱す場合や、そもそも測定対象に圧電素子を取り付けられない場合には問題となる。物質中では、熱揺動によって起こる密度の揺らぎが超音波なって常に伝搬している。この超音波の伝わる速さや減衰する様子を光散乱(Brillouin散乱)により調べることができる。超音波の送信にデバイスを用いる必要がなく、また、超音波の受信、つまり、検出には光を用いるため完全に非接触である。本研究ではこのBrillouin散乱を利用した測定方法を採用した。Brillouin散乱を利用した方法にも熱フォノンと光の相互作用時間が十分に長くない場合には、測定精度に不確定性が生じるといった問題があった。また、Brillouin散乱は散乱能が非常に小さく、Brillouin散乱を利用した方法は測定に長時間を要するといった問題点があった。そこで、本研究では以上の問題点を解決すべく、周波数分解能の向上、光ビート分光法の迅速化を図った上で、超高分解能迅速Brillouinスペクトロスコピーを開発した。このスペクトロスコピーを利用することでソフトマターの遅い現象変化をリアルタイムで観察可能となる。我々がこれまで培ってきた新たな光ビート分光光散乱法を用いて,特にこれら内部自由度の運動がその複雑な物性に寄与するソフトマターの物性研究を,揺らぎ観察という面から推進した.我々はこれまで液晶の研究を重点的に進め,その基礎的物性に関する多くの知見と技術の蓄積がある.したがって,観察対象として液晶を選んだ.また,我々がごく最近開発した迅速光ビートBrillouin散乱法を利用すると,ミリ秒以内に測定を終えることできるため,試料の熱吸収の影響を最小限に抑えることが可能であり,このことが本研究では大きな利点となった.配向揺らぎの観察には,白濁のない液晶分子の固体結晶やスメクティック相を生成する必要がある.というのも,白濁により迷光が生じると,光を用いた測定が極めて困難になるためである.そもそも,この白濁は液晶分子の固体結晶が小さな結晶粒の集まりになることや,スメクティック相が単一ドメインで形成させていないことなどが原因で生じる.利用する分光法の空間分解能は10マイクロメートルの程度であるため,これ以上大きな液晶分子の結晶,あるいは,単一ドメインを生成する必要があった.そのために,専用の試料セルを用意し,液晶相の液晶配向ドメインを大きくし白濁を抑え,上述の分光法により配向揺らぎを観察した.単一ドメインのサイズがより大きいものとなるよう,8CBなどの比較的アスペクト比の大きい試料を重点的に測定した.
地理カリキュラムおよび地理授業計画書の開発研究

本年度は,米国の地理カリキュラム及び地理教科書の分析を通して,わが国の地理授業開発の課題を解明しようとした。その結果,以下の成果が得られた。1.米国テキサス州の教育動向に注目し,同州のカリキュラムと教科書『世界文化と地理』に内在する地理教育論を解明した。分析の結果,(1)認識対象を社会の事象・問題に求めた総合的な「社会研究」になっていること,(2)地理学独自の視点・方法を限定的に位置づけ,人文・社会諸科学のそれを広く活用していること,(3)世界の様々な「地域」の社会研究を保障していることを指摘した。また学習指導要領の地理教育と比較すると,市民性の育成にコミットできる可能性が大きいことを明らかにした。本成果は,『中研紀要教科書フォーラム』(中央教育研究所)に発表した。2.1の成果を受けて,日本の「地誌学習」に内在する原理的問題を指摘した。学習指導要領と教科書を分析した結果,(1)認識対象が地域の地理的事象に限定されていること,(2)対象の捉え方として,地理学固有の視点・方法が過剰なまでに大きく設定されていること,(3)地理学習が目的化してしまい,国家・社会の本質把握や批判的思考力の育成にコミットしていないことを明らかにした。本成果は,『東書E-net』『教室の窓』(東京書籍)に発表した。3.2の成果を受けて,日本の「地誌学習』を総合的な「社会研究」に変革する授業モデルを開発した。具体的には,(1)アフリカ地域の紛争現象を取り上げ,(2)同現象が発生している理由を,エスニック集団の対立モデル(歴史・文化的視点),権力者の対立モデル(政治・経済的視点),被支配者層の対立モデル(社会・心理的視点)をもちいて分析させる,(3)最終的には,紛争国家にみられる社会構造を解明させる授業を開発した。本成果は,『社会認識教育の構造改革』(明治図書)に発表した。1.中国とロシアを事例に「市場経済移行国」の社会構造を解明させる教授書(約7時間)を開発した。教材にはNHKのドキュメンタリー番組を取り入れ,同番組の中国解釈を批判的に学習させるとともに,そこに提示された知識をさらに体系化,一般化させる単元構成を試みた。これまで「総合的社会科学研究としての地理教育」の授業は,国家社会の学習,とりわけ先進国・発展途上国の学習に限定される傾向にあった。本研究で開発した教授書試案によって,総合的社会科学研究の対象を旧社会主義国にまで拡張させる方法論を示すことができた。2.沖縄と山口を事例に「地域の特色」「地域の区分」の概念を解明させる教授書(約6時間)を開発した。ウェブやポスター,文献資料などに現われた言説を批判的に読み解くメディアリテラシー指導を組み込むことで,他者によって地域像が科学的・社会的に構成される過程を対象化させる単元構成を試みた。これまで「地理学研究としての地理教育」では,地域(の区分や特色)の存在が所与として扱われる傾向にあった。本研究で開発した教授書試案によって,これらの概念をメタ的に認知させる方法論を示すことができた。3.米国を調査フィールドに,近代社会・近代学校で必要とされた地理カリキュラムを網羅的に収集し,地理教育内容編成論の類型化を試みた。あわせて,同成果を日本の授業開発に応用する論理を提起した。本研究を通じて,いわゆる「地理科」と「社会科地理」の差異,意義ならびに限界を,原理的なレベルのみならず,具体的なカリキュラム・授業に即して論証することに成功した。本年度は,これまで日米両国で発表されてきた地理カリキュラムおよび地理授業を収集し,地理教育論の全体像の解明につとめた。1.日本の地理カリキュラム・地理授業については「地理主義教育論」と性格規定し,同理論の下位類型の設定と事例の位置づけを試みた。具体的には,(1)学問的地理学教育論と教育的地理学教育論,(2)内容主義教育論と方法主義教育論の各視点を設定し,これらを掛け合わせることで4つの類型をみちびいた。また,各類型を代表するカリキュラム・授業の事例を指摘するとともに,「地理主義教育論」に共通する課題として,国家・社会の理解が十分に保証されず,国民・市民教育にコミットしない,むしろそれを妨げる点を明らかにした。2.米国の地理カリキュラム・地理授業については,インディアナ州教育省の成果に注目し,「地理主義教育論」の一般モデルを明らかにした。同カリキュラムは,(1)社会を研究対象にしていること,(2)地理学固有の分析視点を限定的に位置づけ,人文・社会諸科学の視点を広く活用した「総合社会研究」になっていること,(3)世界各地の様々な事例研究を媒介にして,身近なコミュニティーの特質や課題,自らの参加・行動のあり方を考えさせる「間接社会研究」になっていること指摘した。あわせて,地理主義教育論と比較したとき,国家・社会の理解が担保され,国民・市民教育にコミットする程度が大きいことを明らかにした。3.一連の研究で,「地理主義教育論」と「地理主義教育論」の目標論,教科課程における地理の位置づけの違いが浮き彫りになった。前者は,地理・歴史・公民の三分野制を擁護し,現行の国家・社会に子どもを適応させる思想教育に陥りやすいのに対して,後者は,統合社会科を志向し,国家・社会に対する子どもの自立的・主体的な思想形成を支援しうることを明らかにした。

本年度は,米国の地理カリキュラム及び地理教科書の分析を通して,わが国の地理授業開発の課題を解明しようとした。その結果,以下の成果が得られた。1.米国テキサス州の教育動向に注目し,同州のカリキュラムと教科書『世界文化と地理』に内在する地理教育論を解明した。分析の結果,(1)認識対象を社会の事象・問題に求めた総合的な「社会研究」になっていること,(2)地理学独自の視点・方法を限定的に位置づけ,人文・社会諸科学のそれを広く活用していること,(3)世界の様々な「地域」の社会研究を保障していることを指摘した。また学習指導要領の地理教育と比較すると,市民性の育成にコミットできる可能性が大きいことを明らかにした。本成果は,『中研紀要教科書フォーラム』(中央教育研究所)に発表した。2.1の成果を受けて,日本の「地誌学習」に内在する原理的問題を指摘した。学習指導要領と教科書を分析した結果,(1)認識対象が地域の地理的事象に限定されていること,(2)対象の捉え方として,地理学固有の視点・方法が過剰なまでに大きく設定されていること,(3)地理学習が目的化してしまい,国家・社会の本質把握や批判的思考力の育成にコミットしていないことを明らかにした。本成果は,『東書E-net』『教室の窓』(東京書籍)に発表した。3.2の成果を受けて,日本の「地誌学習』を総合的な「社会研究」に変革する授業モデルを開発した。具体的には,(1)アフリカ地域の紛争現象を取り上げ,(2)同現象が発生している理由を,エスニック集団の対立モデル(歴史・文化的視点),権力者の対立モデル(政治・経済的視点),被支配者層の対立モデル(社会・心理的視点)をもちいて分析させる,(3)最終的には,紛争国家にみられる社会構造を解明させる授業を開発した。本成果は,『社会認識教育の構造改革』(明治図書)に発表した。
量子ドット音増感剤の開拓と難治性感染症治療への応用

本研究では、超音波照射で一重項酸素を高効率に発生する音増感剤(超音波に応答して活性酸素を生成する物質)として、金量子ドットを新規に創出することである。「超音波と量子ドッドとの相互作用」の観点から金量子ドットの音増感作用機構を明らかにし、超音波照射で一重項酸素を高効率に発生する金量子ドットの粒子設計指針を確立することで、他の量子ドット系にも適用できる「量子ドット音増感剤」という新たな領域を開拓する。量子ドットの音増感剤作用によって生成する一重項酸素による感染症細菌の殺菌作用、及び量子ドットの触媒的酸素生成能を利用して、難治性感染症である歯周病の超音波治療法を新たに開発する。
多価イオンを伝導種とする新規固体電解質を用いた環境保全用化学センサの開発

窒素酸化物(NOx)ガスは大気汚染を引き起こす毒性ガスであり、地球環境保全のためにはNOxガスの大気中への排出量を極力削減する必要がある。効果的に削減するためには、個々の発生源でのその場計測が必要であり、小型で精度良くNOxガスを検出できるセンサの開発が望まれている。本研究では、3価のAl^<3+>イオン伝導性固体電解質と安定化ジルコニアを組み合わせ、検出極に耐水性に優れる酸化ガドリニウムと亜硝酸カリウムとの固溶体を用いた新規なNOxガスセンサの開発を行った。450°CにおいてNOガス検出特性を調べた結果、NO濃度の増加および減少時どちらにおいても理論通りの応答を示し、また、応答速度も約15分と迅速であった。一方、NO_2ガスに対する応答特性を調べたところ、NO_2に対してもNOガスの場合と同様、理論通りの応答を示すことが明らかとなった。さらに、NOとNO_2ガスに対するセンサ出力は、同濃度のガスに対して同程度の値を示したことから、個々のガス種に対する優れた検出特性に加えて、これらガスの混合ガス中でトータルNOxガス濃度が測定できると考え、NO+NO_2のトータル濃度を一定にし、混合割合を種々変化させたガス中でセンサ出力を測定した結果、全ての混合割合において一定のセンサ出力が得られることが分かった。以上のことから、固体電解質に3価のAl^<3+>イオン伝導性固体電解質と安定化ジルコニアを、検出極に酸化ガドリニウムと亜硝酸カリウムとの固溶体を用いたセンサは、個々のNOxガスのみばかりでなく、トータルNOxガス濃度がその場計測できる新規なNOxガスセンサとなることがわかった。本研究では実用的な炭酸ガスセンサの開発を目的に、種々の雰囲気中で安定なSc^<3+>イオン伝導体を用いた炭酸ガスセンサの開発を行った。Sc^<3+>イオン伝導体としては我々が開発したSc_2(WO_4)_3およびSc_<1/3>Zr_2(PO_4)_3を用い、また、センサ出力の酸素分圧依存性を除去するため酸化物イオン伝導体である安定化ジルコニアを合わせて用いた。さらに、検出極には希土類のオキシ炭酸塩と炭酸リチウムとの固溶体を用いたセンサを作製し、炭酸ガス検出特性を評価した。Sc_2(WO_4)_3およびSc_<1/3>Zr_2(PO_4)_3を用いたセンサは炭酸ガス濃度が変化するに従い、起電力値は変化し、濃度を元に戻すと起電力値も回復することから、可逆的な応答を示すことが明かとなった。また、応答に要する時間は1分半であったことから、迅速に炭酸ガスに応答していることがわかった。また、水蒸気が存在する雰囲気中においても本センサは炭酸ガスにのみ応答しており、水蒸気の影響を受けないことがわかった。さらに、酸素、窒素酸化物のセンサ出力への影響を調べた結果、これらのガスの影響を全く受けず、炭酸ガスのみに応答しており、ガス選択性にも優れていることが明らかとなった。また、センサの長期安定性を調べた結果、測定開始直後からセンサ起電力に変化は認められず、長期安定性も有していることがわかった。

450°CにおいてNOガス検出特性を調べた結果、NO濃度の増加および減少時どちらにおいても理論通りの応答を示し、また、応答速度も約15分と迅速であった。一方、NO_2ガスに対する応答特性を調べたところ、NO_2に対してもNOガスの場合と同様、理論通りの応答を示すことが明らかとなった。さらに、NOとNO_2ガスに対するセンサ出力は、同濃度のガスに対して同程度の値を示したことから、個々のガス種に対する優れた検出特性に加えて、これらガスの混合ガス中でトータルNOxガス濃度が測定できると考え、NO+NO_2のトータル濃度を一定にし、混合割合を種々変化させたガス中でセンサ出力を測定した結果、全ての混合割合において一定のセンサ出力が得られることが分かった。以上のことから、固体電解質に3価のAl^<3+>イオン伝導性固体電解質と安定化ジルコニアを、検出極に酸化ガドリニウムと亜硝酸カリウムとの固溶体を用いたセンサは、個々のNOxガスのみばかりでなく、トータルNOxガス濃度がその場計測できる新規なNOxガスセンサとなることがわかった。
動脈硬化予防に用いる健康学習教材としての血管内皮細胞機能検査の有効性の検証

我々は,動脈硬化予防研究の一環として,禁煙外来において禁煙の健康教育を実施したところ,国外論文において禁煙成功率1020%に比べ,1年間で75%という高い禁煙成功率を修めた。一方で,血管内皮細胞機能(Endothelial cell function ECF)の多様性を駆血後血管拡張反応(Reactive Hyperemia Peripheral Arterial Tonometry RH-PAT)の解析により評価した結果,自覚的疲労がRH-PATに対するECFの応答性に大きく影響する因子であることを発見した。これまでの海外の研究では血管内皮細胞機能の決定要因は加齢,性差,喫煙,食事等のライフスタイル,血圧,脈波速度(PWV)等であったが、今回の我々の研究では血管内皮細胞機能(ECF)に影響する要因として,『自覚的疲労感』という結果を得た。これらをさらに分析すると、生活上の自覚的負荷が強い影響を与えていることが判明した。また、本研究の一環として、動脈硬化予防のために運動習慣を実行・継続している人々の特性およびそれを実現する促進要因について解析した。その結果,対象者の特性として病気の有無に関わらず自覚的健康観が良好で,禁煙等他の生活習慣の改善がみられた。運動の促進要因は,施設の立地条件や交通アクセスのよさ等で,運動継続期間に影響を及ぼす要因として自覚的健康観,家族の重病度,施設満足度等があった。また,継続期間によって運動継続要因の方向性が異なっていた。今回私たちは,医療機関に勤務する健常な職員を対象に本機器を用いて検査を実施したところ,76人中26人がRH-PAT indexは1.67未満であった。すなわち被験者の3分の1が,検診結果は特に異常なしの結果が出ているにもかかわらず,冠動脈内皮機能障害の可能性が高いということである。更に,RH-PAT index<1.67であった23人に対しておよそ6か月後に再検査を行なったところ,18人中13人が同様の結果(RH-PAT index<1.67)であった。この結果より,検査日時が勤務終了直後や直前の時間帯であったため,健常人であっても心身の疲労の度合いによって血管内皮細胞機能は疲弊している者がおり,一時的に内皮機能障害状態にあるのではないかと考察した。しかし,複数回測定したところ2回ともRH-PAT index<1.67であった者の割合が72.2%であったことから,この状態が長期に持続すれば,永続的な冠動脈内皮機能障害関連疾患になる可能性が考えられる。
宿主免疫評価に基づいた口腔癌分子標的免疫療法の開発

近年、癌治療において免疫療法はある程度、確立された治療として認知されてきた。しかしながら、免疫を評価するバイオマーカーは確立されていない。今回、われわれは、患者の局所免疫状態のマーカーとして、IL-6とIL-8を同定した。IL-6は、血管新生および予後との相関が認められ、IL-8は予後と局所におけるCD163陽性のM2マクロファージとの相関が示された。これらのデータは、口腔癌に対する個別化免疫化学療法の開発につながるものと考えられる。宿主免疫評価およびバイオマーカーの探索として、multi-ELISAの手法にて抗腫瘍免疫活性の促進あるいは抑制に働く各種サイトカイン、ケモカインついて健常人および癌患者間における発現プロファイルを比較検討した結果、早期口腔癌におけるIL-6の予後指標としての有用性が示された。また、全病期におけるIL-8の予後指標の有用性が示された。レトロスペクティブ解析において早期癌ではセンチネルリンパ節生検によるステージングを導入することにより予後予測が観察期間内において100%可能であった。また、癌微小環境下でのIL-6の局在は癌間質であり、primary culture細胞および癌間質の線維芽細胞の培養細胞におけるELISAでの検討においても、癌間質からの分泌が強く、間質と癌細胞の進展におけるかかわりが示唆された。IL-8に関しては、局所免疫の検討を行い、癌微小環境下におけるM2マクロファージおよび好中球とIL-8の相関が示され、PBMCを用いたvitroの研究においてはIL-8の刺激によりM2マクロファージへの分化促進が認められその相関が示唆された。また、免疫抑制分子の解除に寄与する抗がん剤の探索に関しては、臨床研究を行っている樹状細胞ワクチン療法における免疫抑制の原因分子の一つであるPD-Lsに対して5-FUおよびdocetaxelによる発現抑制が認められ、同時にアロT細胞の分裂およびIFN-γ産生の増強が認められ、樹状細胞がんワクチンと抗がん剤の最適併用プロトコールの確立に寄与する結果と考えられた。近年、がんに対する新規治療法として分子標的免疫療法が注目されている。そこで、本研究では口腔癌患者の免疫抑制状態を反映するバイオマーカーを探索すること、またその免疫抑制機序を明らかにすることを目的とした。最初に口腔癌患者の治療前血清を用いて予後予測因子のスクリーニングをMultiplex Suspention Array Systemを用いて行った。その結果、早期癌患者において血清中のIL-6およびIL-8低値患者が、高値患者に比べて有意に生存期間が延長していることが明らかになった。本研究では特にIL-8による免疫抑制機序の解明を試みた。まず、口腔癌50症例の手術標本を用いて、腫瘍微小環境下におけるIL-8発現および腫瘍免疫抑制に関与しているCD163陽性M2マクロファージの浸潤を免疫組織化学染色にて評価した。その結果、腫瘍微小環境下におけるIL-8の分泌とCD163陽性M2マクロファージの腫瘍周囲への浸潤度には正の相関が認められ、それぞれが独立して予後不良予測因子となることが明らかとなった。つづいて、IL-8によるCD163陽性M2マクロファージへの分化誘導の確認をin vitroにて行った。IL-8により末梢血単核球細胞はCD163陽性M2マクロファージへ分化誘導され、IL-10産生能の亢進が認められた。以上の結果より、腫瘍微小環境下のIL-8の発現およびCD163陽性M2マクロファージの浸潤が予後予測バイオマーカーとして有用である可能性が示めされた。また、その免疫抑制機序としては腫瘍細胞により産生されるIL-8によって単球からCD163陽性M2マクロファージへの分化誘導が促進され、そのM2マクロファージにより産生されるIL-10などの免疫抑制性サイトカインによる可能性が示唆された。これまで、宿主免疫評価バイオマーカーの探索として、口腔扁平上皮癌患者の術前血清を用いたmulti-ELISAの手法にて、発現プロファイルを検索した結果、early stageにおけるIL-6、all stageにおけるIL-8の予後指標としての有用性が示された。まず、IL-8に関する検討から開始し、癌微小環境下における局所免疫との検討において、M2マクロファージおよび好中球との相関が認められた。本結果は、PBMCを用いたvitroの系においてもIL-8刺激によるM2マクロファージへの分化誘導が認められた。本年度は、IL-6に関する検討を行った。早期癌を厳密に定義するため、センチネルリンパ節生検を導入することにより、より高い相関が示された。また、癌微小環境下においては、血管新生との相関が認められ、血清IL-6値と腫瘍血管数との相関が示された。さらに、IL-6の局在が腫瘍間質にあることから、cancer associated fibroblast (CAF)を樹立し、検討を行った。正常部から樹立したnormal fibroblast (NF)に比較し、IL-6およびVEGFの分泌能が高いことを示し、抗ヒト化抗IL-6 R抗体によるVEGFの分泌抑制を示し、IL-6シグナルと血管新生因子との相関を示した。さらに、vivoの系においては、抗体薬によるIL-6シグナルの阻害が口腔扁平上皮癌細胞の増殖抑制に寄与することを示し、新たな口腔癌治療におけるマーカーおよび治療標的としての有用性を示した。