hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電解セル付きエレクトロスプレー質量分析による多核金属錯体の迅速・高感度分析

溶液試料が流出している注射針に高電圧を印可すると,大気圧下で液体がその先端から噴霧・イオン化するエレクトロスプレー(ES)化の方法がある.我々はこの方法を利用した質量分析法(ES-MS)により,迅速・高感度・簡便性を備えた分析技術を発展させるのが目的である.化学反応,電気化学反応及び光化学反応などの多目的に利用できる反応セルを試作し,それをESのインターフェースを通して質量分析計と結合した.それによって,各反応生成物のオンライン質量分析が可能になり,不安定な反応中間体及び反応一次生成物の捕捉・同定に役立つ技術の開発に成功した.1.電気化学反応:溶液中で中性の分子はESスペクトルの測定ができない.そのために電気化学反応により事前に中性分子を電解酸化して分子イオンを作る.フェロセンのアセトニトリル溶液をモデルとして,電解酸化によるオンライン質量スペクトルを測定し,支持電解質などの電解条件を調べた.その結果,分子イオンを効率よく得るためには,1mM程度の支持電解質をどうしても必要とする.しかし,共存する支持電解質イオンは,目的の分子イオン信号の感度を大きく低下させることがわかった.この効果について,まだ詳しく解明されていないので現在研究中である.2.光化学反応:アセトニトリル溶媒中で,RuL_2B^<2+>(L=2, 2'-bipyridine, B=diamines)錯体イオンの光照射を行い,光反応生成物のオンライン質量分析を行った.配位子の光置換反応において,溶液中で2座配位子が単座配位した反応中間体をはじめて捕捉・同定した.また,光酸化反応において,ジアミン配位子が2電子酸化されたモノイミン中間体の存在を確認し,さらに,新しい酸化反応経路を見いだすことができた.このようにオンラインES-MS法が,不安定な反応中間体及び活性種の迅速・高感度な同定手段として非常に有効であることがわかった.溶液試料が流出している注射針に高電圧を印可すると,大気圧下で液体がその先端から噴霧・イオン化するエレクトロスプレー(ES)化の方法がある.我々はこの方法を利用した質量分析法(ES-MS)により,迅速・高感度・簡便性を備えた分析技術を発展させるのが目的である.化学反応,電気化学反応及び光化学反応などの多目的に利用できる反応セルを試作し,それをESのインターフェースを通して質量分析計と結合した.それによって,各反応生成物のオンライン質量分析が可能になり,不安定な反応中間体及び反応一次生成物の捕捉・同定に役立つ技術の開発に成功した.1.電気化学反応:溶液中で中性の分子はESスペクトルの測定ができない.そのために電気化学反応により事前に中性分子を電解酸化して分子イオンを作る.フェロセンのアセトニトリル溶液をモデルとして,電解酸化によるオンライン質量スペクトルを測定し,支持電解質などの電解条件を調べた.その結果,分子イオンを効率よく得るためには,1mM程度の支持電解質をどうしても必要とする.しかし,共存する支持電解質イオンは,目的の分子イオン信号の感度を大きく低下させることがわかった.この効果について,まだ詳しく解明されていないので現在研究中である.2.光化学反応:アセトニトリル溶媒中で,RuL_2B^<2+>(L=2, 2'-bipyridine, B=diamines)錯体イオンの光照射を行い,光反応生成物のオンライン質量分析を行った.配位子の光置換反応において,溶液中で2座配位子が単座配位した反応中間体をはじめて捕捉・同定した.また,光酸化反応において,ジアミン配位子が2電子酸化されたモノイミン中間体の存在を確認し,さらに,新しい酸化反応経路を見いだすことができた.このようにオンラインES-MS法が,不安定な反応中間体及び活性種の迅速・高感度な同定手段として非常に有効であることがわかった.溶液試料が流出している注射針に高電圧を印可すると,大気圧下で液体がその先端から噴霧・イオン化するエレクトロスプレー(ES)イオン化の方法がある.我々はこの方法を利用したES質量分析法による,迅速・高感度・簡便性を備えた分析技術を発展させるのが目的である.化学反応,電気化学反応及び光化学反応などの多目的に利用できる反応セルを試作し,それをESのインターフェースを通して質量分析計と結合した.それによって,各反応生成物のオンライン質量分析が測定できるようになった.1.電気化学反応:溶液中で中性の分子はESスペクトルの測定ができない.そのために電気化学反応により事前に中性分子を電解酸化して分子イオンを作る.フェロセンのアセトニトリル溶液をモデルとして,電解酸化によるオンライン質量スペクトルを測定し,支持電解質などの電解条件を調べた.その結果,分子イオンを効率よく得るためには,1mM程度の支持電解質をどうしても必要とする.しかし,共存する支持電解質イオンは,目的の分子イオン信号の感度を大きく低下させることがわかった.この効果について,まだ詳しく解明されていない.2.光化学反応:アセトニトリル溶媒中で,RuL^<2+>_3(L=2,2'-bipyrazine and 2,2'-bipyridine)錯体イオンの光配位子置換反応を行い,質量分析法によりはじめて溶媒が配位したRuL_2(CH_3CN)^<2+>_2の生成を検証した.今回の測定では,反応中間体,例えば,RuL_3(CH_3CN)^<2+>ような単座配位子を含む錯体イオンの生成をはっきりと示すことができなかった.

単座配位した中間体の寿命は短いので,現在の光源より一層強い光源を用いて,スプレーが起こっている針先の液滴に直接光照射を行って中間体を捕捉・同定する予定である.溶液試料が流出している注射針に高電圧を印可すると,大気圧下で液体がその先端から噴霧・イオン化するエレクトロスプレー(ES)化の方法がある.我々はこの方法を利用した質量分析法(ES-MS)による,迅速・高感度・簡便性を備えた分析技術を発展させるのが目的である.化学反応,電気化学反応及び光化学反応などの多目的に利用できる反応セルを試作し,それをESのインターフェースを通して質量分析計と結合した.それによって,各反応生成物のオンライン質量分析が測定できるようになった.1.電気化学反応:溶液中で中性の分子はESスペクトルの測定ができない.そのために電気化学反応により事前に中性分子を電解酸化して分子イオンを作る.フェロエンのアセトニトリル溶液をモデルとして,電解酸化によるオンライン質量スペクトルを測定し,支持電解質などの電解条件を調べた.その結果,分子イオンを効率よく得るためには,1mM程度の支持電解質をどうしても必要とする.しかし,共存する支持電解質イオンは,目的の分子イオン信号の感度を大きく低下させることがわかった.この効果について,まだ詳しく解明されていないので研究中である.2.光化学反応:アセトニトリル溶媒中で,RuL_2B^<2+>(L=2,2′-bipyridine,B=diamines)錯体イオンの光照射を行い,光反応生成物のオンライン質量分析を行った.配位子の光置換反応において,溶液中で2座配位子が単座配位した反応中間体をはじめて捕捉・同定した.また,光酸化反応において,ジアミン配位子が2電子酸化されたモノイミン中間体の存在を確認し,さらに,新しい酸化反応経路を見いだすことができた.このようにオンラインES-MS法が,不安定な反応中間体及び活性種の迅速・高感度な同定手段として非常に有効であることがわかった.
ゲノム解析に伴う大量知識情報処理の研究

本領域は全体を1つの計画研究班としているが、大きく3つの研究内容に分けられる。(1)配列解析における並列処理と知識処理技術の開発を行うこと、(2)生物学の広範な専門的知識をゲノム解析で利用できる形に体系化すること、(3)ゲノム関連デ-タのデ-タベ-ス化を行うことである。(1)としては、超並列コンピュ-ティングのためのプログラミング言語の設計と実装、並列推論マシンによるマルチプルアライメント法の開発、演繹デ-タベ-スの手法によるタンパク質立体構造デ-タの解析、ゲノム解析のための視覚的なユ-ザ・インタ-フェ-スの検討と仮説管理の枠組みの検討を行った。(2)としては、ス-パ-ファミリ-を特徴づける配列モチ-フの自動抽出、プロファイルを用いた配列デ-タの再構成、リガンドの化学構造による酵素の辞書化、膜タンパク質に関する知識ベ-スの構築、生物活性をもつ断片ペプチドライブラリ-の作成、突然変異体スペクトルのデ-タベ-ス化を行った。(3)としては、ヒトゲノム統合化デ-タベ-スの構築、癌関連遺伝子解析のための分散デ-タベ-スの研究、実験支援のラボラトリ-デ-タベ-スの構築、日本語版ヒト遺伝子地図デ-タベ-スの構築、ゲノム物理地図デ-タの情報化の検討を行った。この中でス-パ-ファミリ-の配列モチ-フライブラリ-や断片ペプチドライブラリ-などは、すでにコンピュ-タネットワ-ク「ゲノムネット」を通じて一般公開している。また、マルチプルアライメントの試作システム、ヒトゲノム統合化デ-タベ-スと日本語版ヒト遺伝子地図デ-タベ-スの試作版も完成した。研究班会議としては、計画研究と公募研究の班員による最初の会合を7月11日に京都で開催し、1月6日と7日に東京で今年度の研究発表会を行った。年度末には研究成果報告書として印刷したものを発行した。
ＧＰＣＲ信号伝達経路を標的とする新規膵腫瘍分子診療法の開発

膵臓がん細胞、正常膵管上皮細胞に活性化型変異GNAS遺伝子を導入して表現型を解析し、分子診療標的となるGPCR経路活性化関連遺伝子を網羅的に同定した。変異GNAS導入により細胞内cAMP濃度は上昇しGPCR経路が活性化されたが細胞の生存増殖は抑制された。変異GNAS導入により粘液遺伝子を含む大規模な遺伝子発現変化が誘導され、MAPK、PI3K経路とGPCR経路との相互作用が示された。GNAS遺伝子改変マウスモデルを作成し、KrasG12Dとの二重変異モデルで膵管内乳頭粘液性腫瘍類似の腫瘍が発生することを示した。本モデルはGNAS変異関連疾患のバイオマーカー検索や薬物試験に有用と考えられた。膵がん細胞におけるGPCR活性化の影響を解析するため、膵腫瘍において認められたG蛋白αをコードする遺伝子であるGNASの活性化型変異ベクターを作成し、膵がん細胞に導入してその表現型を解析した。変異GNAS導入によりcyclic AMPの上昇と粘液遺伝子の発現変化を認めたが細胞増殖の亢進はおこらず,一部では増殖抑制効果が認められた。次世代シーケンサーを使用したSAGE法で網羅的な遺伝子発現を解析した所,MAPK経路関連遺伝子,PI3K経路関連遺伝子の発現変化を認めた。膵がん細胞におけるGPCR経路とMAPK経路,PI3K経路との関連を明らかにするため変異GNAS導入膵がん細胞をMAPK抑制剤,PI3K抑制剤で処理し,その表現型を解析した所、GPCR経路へのフィードバック抑制効果が一部の細胞で認められた。しかし、これらの相互作用は細胞株により異なる反応を示し,株により,MAPK依存性またはGPCR依存性の何れかのパターンに分類されることが明らかとなった。このことは、膵臓がんの発生進展過程における信号伝達経路活性化とそれへの依存性は個々のがんにより異なることを示唆する。以上の結果は膵臓がんにおけるGPCR活性化の効果を知る上での新規かつ重要な知見であり,論文発表した(Komatsu et al. PLoSONE 9(2): e87875, 2014)。「研究の目的」申請者は膵臓がんにおいてcAMP依存性キナーゼ(PKA)が活性化していることを見出したがPKAが含まれるGタンパク共役受容体(GPCR)信号伝達経路の膵臓がんへの関与についてはこれまでほとんど知られていない。本研究では膵臓がんにおいて活性化GPCR経路に関連する分子を機能的にスクリーニングし,膵臓がんの診断・治療に有効な新規分子診療標的を同定して新たな分子診療法の開発に寄与するを目的とする。「研究成果」膵臓がん細胞においてGPCR経路活性化の影響を調べるため活性化型変異GNASを構築,導入し,cAMPの細胞内濃度の変化、in vitroでの細胞増殖,生存活性の変化およびグローバルな遺伝子発現の変化を検索した。変異GNAS導入によりcAMP細胞内濃度は上昇したが、発現量がほぼ均一であるにもかかわらず、cAMP上昇の程度は細胞株により様々であった。In vitroでの細胞増殖・生存活性は変化しないか、一部では抑制が認められた。遺伝子発現変化を次世代シーケンサーを使用したSAGE法で解析したところ、ダイナミックな遺伝子発現の変化が認められ、その変化は細胞株によって極めて多様であった。これらからGPCR経路活性化に特異的なphenotypeに関与すると考えられる発現変化遺伝子を抽出し、その結果,MAPK、PI3K信号伝達経路関連分子の遺伝子発現変化が認められ,GPCR経路とのcrosstalkが存在し影響している可能性が示唆された。よって、これらcrosstalkの影響を検索するためMAPK経路に着目し,MAPK活性抑制剤を投与してその影響を検索した所、GPCR活性化と拮抗する、あるいは、相乗的に変化する遺伝子群が存在することを見出した。人体病理学膵臓がんにおけるGPCR活性化の効果をin vitroでの詳細な解析により明らかにし、論文発表に至った。GPCR標的遺伝子としてターゲットすべき遺伝子群を見出す段階で、変異G蛋白を使うGPCR活性調節により、より明瞭にGPCR経路活性化と関連する遺伝子群を見出し,さらに、MAPK, PI3K経路とのcrosstalkに関与している遺伝子群を見出すことができた。Crosstalkの解析を追加し,膵臓がん細胞においてより効率的に作用しうるGPCR経路標的遺伝子を同定して分子標的治療開発につなげるべく,当初の予定に沿って研究を遂行して行く。GPCR活性化によって細胞増殖抑制効果を示す膵がん細胞があり、そのような細胞ではGPCR活性化がMAPK活性を干渉していることがこれまでの研究で示された。GPCR経路,MAPK経路干渉機構をより詳細に解析することにより,膵臓がん治療のための新たな分子標的を同定する。Crosstalkに関与する遺伝子群をさらにスクリーニングするためPI3K信号伝達経路とのinteractionを検索する。

それらの結果を踏まえ、RNA干渉による機能標的スクリーニングを行い、重要な分子標的を見出し、続いて当初予定していた候補標的発現抑制の増殖生存への作用機構の解析、遺伝子クローニング、蛋白レベルの解析、発現抑制の造腫瘍性に対する効果の解析、標的候補抑制の正常細胞における効果の解析を順次行って行く。該当無し
デングウイルス感染早期の高感度かつ迅速診断法の確立

タイ保健省にて、1デング熱患者の血液検体を用い、培養細胞上にウイルスを感染させ、細胞内に発現したウイルス蛋白質を蛍光修飾抗体により検出後、血清型(1-4型)を識別した。次に、2血液上清にEDTAを加え、ゲノムRNAを単離後、逆転写酵素により相補鎖DNA合成、PCRにて二重鎖DNAを増幅し、血清型を識別した。3デングウイルスを中和するIgM, IgGに結合する、抗IgM,抗IgG抗体をプレート上に固定化後、ELISA法にて検出した。以上の知見をもとに、ペプチド核酸を固定化した基板上で、ウイルス遺伝子と蛋白質複合体を捕獲、これを化学修飾抗体により可視化することに成功した。平成27年度は、分担者とタイ王国の保健省医科学局を訪問し、デングウイルスの臨床検体を用いたウイルス診断方法とウイルス血清型(14型)の識別方法を学んだ。具体的には、検体から、培養細胞を用いてウイルス分離を行い、細胞で増幅したウイルスを血清型選択的に免疫染色する抗体を用いて型別診断する方法、イムノクロマトグラフィーを用いたデングウイルス診断法の仕組みとその活用方法を学んだ。抗体免疫染色法は高度な技術は要しないが診断までに時間がかかること、イムノクロマトは他のフラビウイルス属に含まれる他のウイルスとの交差性があるという課題を理解した。一方で、ウイルスゲノムを抽出した後、ポリメラーゼ連鎖反応を用いて、遺伝子を配列選択的に増幅できるかをリアルタイムに解析する手法や、TaqMan probeにて解析する手法を学んだ。これらの遺伝子増幅法を用いるとウイルスゲノムを高感度に識別できること、抗体検出法に比べて特異度が高いことを学んだ。しかし、ウイルスゲノム抽出には技術経験と高額な試薬、診断時間がかかること、また臨床現場で使うことは難しいことも理解した。そこで、当該研究において、デングウイルスの保存配列に相補的なペプチド核酸を用い、デングウイルスを遺伝子増幅操作を用いず、その場で捕獲・可視化することを目指した。まず、アフリカミドリザルの腎上皮培養細胞を用いて、デングウイルスの14型全てを培養増幅し、その遺伝子配列を確認した。次に、このウイルスの感染力価をfocus forming assayにより調べた。感染力価の明らかになったウイルスを用い、ペプチド核酸により、標的ゲノムを捕獲できるかを評価した。その結果、標的ウイルスゲノムを捕獲するこはできたが、非特異的な相互作用も認められた。今後、配列選択性の向上を目指して研究を進める予定である。タイ王国内で行われているデングウイルスの臨床検体診断法を習得し、研究室にデングウイルスの増幅システムを構築し、ウイルス感染力価を測定した。また、デングウイルスの保存配列に対して、核酸塩基相補的なペプチド核酸を合成し、標的ウイルスゲノムを捕獲検出するまで研究を進めることができた。今後、ペプチド核酸によりデングウイルスを効率的に捕獲すること、さらに高感度に可視化することを目指す。核酸化学
励起サイトを特定した分子クラスター内振動緩和の研究

本年度の研究実績は以下のとおりである。1.フェノール水素結合クラスター(フェノール水和クラスター、フェノール多量体)のOH伸縮振動スペクトルを測定し、クラスターの構造決定に成功した。赤外-紫外二重共鳴分光法を用いフェノール水和クラスター(フェノール(H_2O)_n)のn=14までのクラスターのフェノール側、水分子側のそれぞれのOH伸縮振動の赤外スペクトルを測定した。さらにab initio計算結果との比較から、n【greater than or equal】2のクラスターはring構造が安定であり、ring構造クラスターではring内のOH基の伸縮振動は大きく振動数低下し、一方ringの外側のOH基の伸縮振動はほとんど変化せず、localモード的になっていることが分かった。またring内のOH伸縮振動の振動緩和がring外側のOH伸縮振動の緩和よりも10倍以上速くなっており、緩和に振動モード依存がみられた。フェノール二量体、三量体では赤外およびRamanスペクトルを測定し、特に三量体においてOH伸縮振動が赤外スペクトルとRamanスペクトルとで強度交代を示すことからその構造がC_3回転軸をもつring構造であることを明らかにした。2.トルエン二量体のホールバーニング分光およびRamanスペクトルの測定を行った。ホールバーニング分光では、二量体には平行型と垂直型の異性体が存在することを明らかにした。Ramanスペクトル測定の結果、単量体と二量体でモード12のRaman強度が大きく異なることを見いだし、その強度変化はモード12の振動とメチル基の内部回転準位との相互作用によることを明らかにした。
サワガニに寄生する肺吸虫2種の地理的分布様式と宿主特異性

1.サワガニからメタセルカリアを採取する方法として、ペプシンによる消化法、ホモジナイザ-による粉砕法、ガラス板による圧平法を比較した結果、圧平法と粉砕法の併用が最も検出率が高いことが判明した。2.野外からのサワガニの採集法として、石起こし法、枠法、トラップ法を比較した結果、感染率の推定や比較のためには枠法を用いるか、一定以上の大きさの個体について検討する必要があることが明らかとなった。3.愛知県東部から静岡県西部における肺吸虫の分布を調査した。サワガニでは静岡県から愛知県新城市周辺まで低率ながら広く分布するが、新城市以北には分布していなかった。野生哺乳動物では感染率は極めて低かった。4.静岡県引佐郡三ケ日町でウェステルマン肺吸虫(Pw)と宮崎肺吸虫(Pm)が同じサワガニ個体群内に混在することが判明した。Pwは卵巣の形態がPmに類似していたが、構成タンパクの解析から明確に鑑別された。Pmの第1中間宿主と思われる貝は発見できなかったが、Pwの宿主とされるカワニナが分布しており、2種の混在を可能にしている主要な要因が第1中間宿主の分布であることが示唆された。しかし、同じ生態学的地位を占める近緑種が同所的に分布することは、さらに追究すべき問題と考えられる。5.実験的終宿主への感染では回収個体の約16%がPwであり、ラットではPwは主に胸腔内に遊離していた。また、2種が同じ虫嚢から回収されることはなく、混在していても種の独立性が保持されていた。6.2種の卵巣の形態学的差異を明らかにするため、連続切片からのコンピュ-タによる立体再構築を行なった。Pwはいくつかの特有なパタ-ンが存在するが、原則的に6葉に分岐した構造が一貫して確認され、Pmでは分岐の構造は複雑多様で、両者の形態には根本的違いがあることが示唆された。今年度はサワガニの検査法および採集法を検討し、また宮崎肺吸虫ならびにウェステルマン肺吸虫の分布に関する予備的な調査を行った。1.検査法:従来からのガラス板による圧平法および人工胃液による消化法は、メタセルカリア(mc)の検出精度、労力(時間)などにおいて必ずしも最良とはいえない。そこで、ホモジナイザーでカニを粉砕し、大量の水で濾過することによりmcを分離する粉砕法を考案し、これら3法について比較した。消化法は最も回収率が低くかったが、これは消化液によりmcが死亡したためと思われた。圧平法と粉砕法では同程度の回収率を得たが、圧平法の残渣をさらに粉砕したところ、多数のmcが検出された。従って圧平法と粉砕法の併用が最も高い精度をもたらすことが明らかになった。2.採集法:通常の石起こし法で採集されたカニの甲幅の頻度分布は、一山型の分布を示し、生残曲線を考慮した場合に予想される齢構成と一致しない。そこで一定面積内のカニをフルイを用いてすべて採集したところ、理論的齢構成とよく一致した。これは齢による棲息場所の違いによると思われる。このため石起こし法によるデータは個体群全体の感染状況を正確に反映しているとは言い難い。全個体の採集は通常難しいので、感染レベルを相対的に比較するためには、基準としてある大きさを設定し、それ以上の個体のデータを用いることが実際的であろう。

3.分布:宮崎肺吸虫は静岡県西部ではほとんどの地域に分布し、愛知県でも新城市東部から鳳来町および東栄町にかけて分布している。しかし、ウェステルマン肺吸虫はいずれの地域からも見いだされず、また、新城市西北部から作手村にかけては肺吸虫の感染が全く見られなかった。このため野生哺乳類からウェステルマン肺吸虫成虫が報告されている新城市を中心として、今後さらに詳細な調査を行う必要がある。前年度に引き続き、サワガニの採集法の検討を行なった。通常用いられる石起こしによる採集法で得られたサンプルを、方形枠を用いた全数採集法のサンプルと比較すると、甲幅の小さい若齢の個体の割合が極端に小さく、サワガニ個体群の齢構成を反映できるのは、甲幅が16mm以上の個体についてのみであった。従って、肺吸虫の調査に当たっては、甲幅16mm以上の個体について感染状況を整理することで相対的評価が加納になるものと考えられた。また、トラップを用いた採集法のサンプルは、石起こし法とほぼ同様の傾向を示した。前年度に静岡県引佐郡三ヶ日町で採集された肺吸虫の中にウェステルマン肺吸虫に酷似する個体が発見されたが、こうした個体はその後も確実に採集され、3頭の犬か回収された50虫のうち6虫(12.0%)がこのタイプであった。圧平標本で見る限り、これらの虫体の卵巣はウェステルマン肺吸虫に酷似するものの、分岐の状態がやや複雑であるなど必ずしも典型的とは言えなかった。そこで、その形態を詳細に検討するために連続切片からコンピュ-タによる立体像の再構築を行なった。その結果、これらの虫体の卵巣は、かなりの変異はあるものの、基本的にはウェステルマン肺吸虫の特徴とされる6本の分岐を持っていることが明らかになった。また、長瀬ら(1982)がウェステルマン肺吸虫として報告した新城市のタヌキから得られた虫体もほぼ同様の形態を示していた。従って、この地域には宮崎肺吸虫とウェステルマン肺吸虫が同じサワガニ個体群の中に混在していることが明らかとなった。しかし、第1中間宿主については、未だにいずれの貝も採集されておらず、今後とも調査を継続する必要がある。1.愛知県および静岡県産の野生動物における肺吸虫の寄生状況を調べ、タヌキ70頭、キツネ33頭、テン7頭、ハクビシン6頭、イタチ15頭の計121頭のうち、1頭のタヌキに虫卵を含む虫嚢を確認した。一方、三ケ日町周辺の山中で野生動物の糞を採集し検便を行なったところ、6検体中3検体より肺吸虫卵が検出された。従って、全体としては低率でも、地域によってはかなりの密度で感染動物が分布することが示唆された。2.三ケ日町産の肺吸虫について、連続切片からのコンピュ-タによる立体再構築像および圧平標本での卵巣の形態、特に分岐の特徴を検討した。染色標本では、圧平の有無にかかわらず分岐の単純さから宮崎肺吸虫(Pm)とウェステルマン肺吸虫(Pw)を区別することができた。立体構築像ではPwはいずれも56本の比較的単純な分岐が基部から分れるに対し、Pmでは多くの個体で基部が膨大し、そこから多数の細分岐が分れる傾向を示した。また、虫体の一部を切り取り、アビジン結合性タンパクの電気泳動像を検討したところ、形態学的特徴と一致した結果が得られ、体成分の面でもPmとPwの混在が確認された。3.三ケ日町において等1中間宿主貝の採集を試みたが、Pmの宿主と考えられる貝は採集できなかった。しかし、Pwの宿主とされるカワニナは数回の調査で計188個体が採集された。肺吸虫の寄生は確認できなかったが、カワニナの存在が両種の混在にとって主要な要因になっていることが示唆された。4.ラットへの感染実験では、虫嚢内から回収された虫体はいずれもPmであった。
ヒトNKTサブセットのアジュバント効果を応用したTh17応答制御法の開発

CD1d拘束性のインバリアントNKT細胞は、自己免疫疾患や感染症、腫瘍免疫応答に重要な役割を演じている。しかしながらNKT細胞のもつ詳細な免疫制御機構は未だ解明されていない。本研究は、NKT細胞を活性化することにより、樹状細胞におけるIL-12p70産生が増強し、その一方でIL-23産生が抑制される。これに起因してメモリーCD4+T細胞におけるIL-17産生を抑制することを明らかにした。このことは、NKT細胞がIL-12p70誘導性の細胞性免疫応答を促進するとともにIL-23依存性の炎症性病態を抑制することを示唆する重要な観察である。健常人末梢血単核球をα-GalCerにて複数回刺激することによってヒトVα24インバリアントNKT細胞株を樹立した。さらにVα24^+6B11^+CD4^+CD8β^-、(CD4^+サブセット)およびVα24^+6B11^+CD4^-CD8β^-(DNサブセット)の各サブセットを、高速自動セルソーターを用いて精製した。一方、CD14^+モノサイトを精製分離し、IL-4、GM-CSF存在下6日間培養することでモノサイト由来樹状細胞を誘導した。これにα-GalCerをパルスしてNKTサブセットと共培養した。CD4^+サブセットおよびDNサブセットは共にDCにおけるHLA-DR, CD40, CD80, CD83, CD86分子の発現上昇を誘導してDCの成熟を促進した。DNサブセットはDCに対して強力な細胞傷害性を示してDCの細胞死を誘導した。また、CD4^+サブセットと共培養したDCは、IL-12p40, IL-12p70の著しい産生上昇を示したが、DNサブセットと共培養したDCはこれらのサイトカインを産生しなかった。生存DCの細胞内IL-12p70, IL-10の評価では、CD4^+サブセットの影響により成熟分化したDCは、IL-12p70^+IL-10^+であり、DNサブセットの影響により成熟分化したDCは、IL-12p70^-IL-10^+であった。これらのDCとアロナイーブCD4^+T helper細胞を共培養して、T helper分化誘導能を評価したところ、CD4^+サブセットの影響により成熟分化したDCは、IFN-γ陽性細胞数の増加とIL-4陽性細胞数の減少を示すTh1分化を優位に促進し、DNサブセットの影響により成熟分化したDCは、IFN-γ陽性細胞数の減少とIL-4陽性細胞数の増加を示すTh2分化を優位に促進することが明らかになった。以上より、ヒトNKTサブセットは、DCに対して異なるアジュバント効果を示し、DCを介して免疫応答性を制御しうることが明らかとなった。健常人末梢血単核球よりVα24 invariant NKT(iNKT)細胞を高速自動セルソーター使用して精製分離した。さらにCD4+CD8β-(CD4)およびCD4-CD8β-(double negative : DN)の2つのサブセットに分離し、それぞれの細胞株を樹立した。一方、末梢血単核球よりCD14モノサイトを磁気分離し、これにIL-4,GM-CSFを加えることにより、モノサイトDCを誘導した。モノサイトDCに、種々のToll様受容体アゴニストあるいは細菌を加え、IL-12/23産生を評価したところ、大腸菌と結核死菌を加えた場合にIL-23産生が誘導されることが明らかとなった。この条件に、iNKT細胞由来の液性因子を加えた解析により、iNKT細胞由来の液性因子は、DCにおけるIL-12産生を促進してIL-23産生を抑制することが明らかとなった。iNKT細胞の産生するTヘルパー(Th)サイトカインに対する中和抗体、およびリコンビナントサイトカインを用いた解析では、iNKT細胞由来のIFN-γ,IL-4,IL-13のそれぞれが相乗効果を示すことによりDCにおけるIL-12産生を増大させることが明らかとなった。一方、IL-4,IL-10,IL-13は、IFN-γによって誘導されるIL-23産生を著しく抑制することが明らかとなった。Th細胞共培養系においては、iNKT細胞を活性化することにより、メモリーTh細胞におけるIL-17産生が著しく抑制されることが明らかとなった。以上より、iNKT細胞はDCにおけるIL-12/23バランスを制御して、自己免疫疾患の成因に深く関与することが示唆されているTh17応答を抑制することが明らかとなった。しかしながらNKT細胞のもつ詳細な免疫制御機構は未だ解明されていなかった。

私達は、NKT細胞と樹状細胞(DC)の相互作用に着目して、NKT細胞の免疫制御機構の解析を行った。NKT細胞とDCとの共培養系より、NKT細胞の活性化はDCの成熟を誘導するとともに、DCにおけるIL-12p70産生を促進する。その一方でIL-23産生を抑制することが明らかとなった。これの分子メカニズムは、NKT細胞が産生する調和のとれたTヘルパーサイトカインによるものであった。つまり、NKT細胞の産生するIFN-γ,IL-4,IL-13は、相互相乗効果によってDCにおけるIL-12p70産生を促進する。ところがNKT細胞の産生するIL-4,IL-10,IL-13は、IFN-γによって誘導されるIL-23産生を抑制する。これらIL-12/23産生制御は、IL-12p35,IL-23p19の遺伝子発現制御によるものであった。さらに、これに起因してメモリーTヘルパー細胞におけるIL-17産生が抑制されることが明らかになった。これらの観察は、NKT細胞がIL-12p70誘導性の細胞性免疫応答を促進するとともにIL-23依存性の炎症性病態を抑制することを示唆しており、NKT細胞が自己免疫応答に対して抑制的に作用し、腫瘍免疫応答に促進的に作用するメカニズムを説明しうるものである。
金属／非金属グラニュラー磁性膜の低温スピン波

ブリルアン散乱による金属磁性膜からの低温磁気光散乱測定を行うために無冷媒冷凍装置とBLS装置を整備した。300K15Kの温度範囲と2.0kOe4.5kOeの磁場中で超常磁性Co-Al-Oグラニュラー膜からの磁気散乱測定を行い、強磁性スピン波と類似した磁気散乱スペクトルの観測に成功した。金属超常磁性膜の磁気散乱スペクトルの定量解析に必要な理論式を導出した。この理論式を用いた解析の結果、150K付近を中心として磁気散乱ピークの振動数と半値幅に異常な温度変化を見いだした。この異常な温度変化は、微粒子磁化の歳差運動と10ps程度の緩和時間を持つ磁化の緩和過程が結合した結果と解釈できる。申請者は25年以上にわたりブリルアン散乱法を駆使して、金属磁性体のスピン波分光研究と交換相互作用定数を中心とする磁気定数の評価を行ってきた。申請者の研究グループは金属/非金属グラニュラー強磁性膜(TM-Al-O:TM=Fe,Co)の磁性と輸送現象の係わりに注目し、低温磁場中での磁気・輸送物性を精力的に研究してきた。Fe,Co膜共に100K以下の温度領域で電気抵抗の極小が出現し、高温側はTの2乗則に、低温側ではlogT則に従うことを見出した。室温では強磁性スピン波をブリルアン散乱で観測していることから、2乗則は理論的に予想されているスピン波散乱項と解釈できる。スピン波散乱が明瞭な形で観測されたのはこの物質系が最初の例である。これらの膜の磁化測定を行い、Fe膜の磁化曲線は室温から4.2Kまで殆ど磁化曲線の形状が変化しないのに対し、Co膜では温度低下に伴い磁化曲線が非対称化し、同時に保持力が対数的に振る舞うことを見出した。これらの磁化曲線の温度変化はこれまで報告例がなく、新しい物理現象がこの材料系に内在している可能性が考えられる。加えて、Co-Al-O膜では磁化の温度変化がBloch則に全く従わないことも明らかになった。我々のグループは詳細な研究から、G. Herzerが1990年に提案したrandam anisotropy modelを低温で適用できる可能性があり、強磁性Co-Al-Oグラニュラー膜に作用する交換相互作用の振る舞いが新規な磁気現象を理解するためのキーポイントであると結論するに至った。これらの研究成果を通じて、TM-Al-Oグラニュラー膜における低温ブリルアン散乱の研究目的が明確化すると共に、他の磁性膜についても今後の重要な研究課題として認識された。申請代表者は大震災に付随して発生した多くの困難・問題点を解決して、低温ブリルアン散乱測定を可能にした。大学が立地する石巻市は、平成23年3月11日の東日本大震災により大きな被害を受けた。建物の3階にある実験室では、長時間の強い揺れにより、実験機器に深刻な被害が発生した。このため、研究初年度の平成23年度は大部分の時間を研究室を震災前の状態に復帰させること、および破損したレーザーを含む実験装置の修理と交換に費やさざるを得ず、当初の研究計画に大幅な変更と遅れを生じた。平成24年度は低温装置と分光器の整備に努め、新規光源として青色固体レーザーを科研費で備品購入した結果、平成24年度末には申請研究の目的である磁性膜の低温磁場中でのブリルアン散乱実験が可能になった。平成25年度はCo-Al-O超常磁性膜について、4.5kOeまでの磁場中で室温300Kから15Kまでの温度範囲で磁気光散乱スペクトルの測定を行った。測定と並行して、超常磁性膜からの磁気散乱スペクトルを定量的に解析するための理論式を導出した。この理論式を用いて測定されたスペクトルの解析を行った結果、150K付近を中心として磁気散乱ピークの振動数と半値幅に異常な温度変化が存在することを見出した。これらの温度変化に対して単一分散を仮定して解析した結果、室温程度の低い活性化エネルギーと、τ10ps程度の短い緩和時間を持つ分散として説明できることが分かった。これまで、ブリルアン散乱による低温における磁性薄膜の磁化動力学に関する研究はほとんど行われていない。本研究で得られた重要な成果は、1長距離磁気秩序状態が発生しない超常磁性体において、強磁性的な磁気励起が存在することを確認したこと、2強磁性微粒子の磁化の運動に関連すると思われる速い緩和過程を初めて観測したことである。本研究で確立された低温ブリルアン散乱測定法は強磁性膜の低温スピン波測定のみならず、単結晶磁性体や金属試料の弾性研究にも適用できる。

申請者はこれまで20年以上にわたりブリルアン散乱法を駆使して磁性膜中に熱励起されたスピン波を研究してきた。ブリルアン散乱法によれば、スピン波振動数の磁場変化測定から磁性膜の基本磁気定数の組(交換相互作用定数・磁気異方性定数・飽和磁化・磁気回転比)を定量的に決定できる。申請者と共同研究者はTM-Al-O (TM=Fe,Co)強磁性グラニュラー磁性膜について、交換相互作用定数の逆二乗と電気抵抗の間に比例関係と、100K以下で電気抵抗率に対数発散項が現れることを報告したが、これらの起因は不明である。金属磁性膜のブリルアン散乱はシグナルが弱いため、室温でも1時間以上のスペクトル積算が必要である。ブリルアン散乱の一般論によれば信号強度は絶対温度に比例するため、低温ではさらに長時間のスペクトル積算が必要になる。そのため、金属磁性膜試料の低温測定は殆ど報告されていない。申請者は平成22年度に長時間低温を維持できる無冷媒式冷凍機を入手し、この冷凍機に磁場中測定に用いるための改造を施し、最大磁場4 kOeにおいて最低到達温度10Kを達成した。本研究では、TM-Al-O(TM=Fe,Co)グラニュラー磁性膜の低温スピン波測定を行い、逆二乗則および対数項の起因解明を目的とする。平成23年度は東日本大震災により実験機器へ甚大なダメージを受けたためほぼ1年近く研究停止状況に追い込まれたが、平成24年4月時点でほぼ研究再開可能な状態に復帰した。超常磁性Co-Al-O膜について室温から15Kまでの任意温度・磁場中でブリルアン散乱測定による磁気励起振動数の磁場-温度変化の測定を再開した。現有装置を用いて15Kで4時間にわたるスペクトル積算を達成し、磁気励起スペクトルを観測することに成功した。この結果、強磁性膜についても室温から15Kまでの任意温度・磁場中でブリルアン散乱測定が可能であると判断する。大震災で保有していたアルゴンガスレーザーが使用不能に、固体レーザーも発振が不安定になった。平成23年末に英国のメーカーへ修理に出していた固体レーザー(532nm/75mW)が再納入され、各装置の点検が完了し、課題研究の再開が可能になったのは大震災発生から1年以上を経た平成24年4月であった。しかし、その後も頻発する大小の余震による揺れからレーザー共振器内部の精密光学系を保護する必要があると判断し、レーザー装置も空気バネ式除振台に搭載することにした。同時に、ペルチェ素子を用いてレーザーヘッドにも26±0.5 °Cの温度制御を加え、発振状態の長時間安定性を確保することとした。装置改修と平行して、アルゴンレーザーの488nm発振線を固体レーザーに置き換えるべく候補機種の選定を行った結果、昭和オプトロニクス社の空冷式DPSSレーザー(JUNO473nm, J050BS-18-11-11/50mW)一式を備品として新規購入することとした。このレーザーは8月初めには納入されたが、ビーム拡がりが7mradと気体レーザーに比べて約1桁程度大きな値を持つため、収束用光学系を新たに付加する必要があった。これらの改修作業を全て完了し、各装置が正常に動作することを確認できたのは12月に行ってからであった。この時点で実験を再開できる状況になったが、4年次配属学生3名の卒研指導に時間を取られ、課題研究への対応ができなかった。課題研究を再開したのは平成25年2月後半に入ってからで、分光器・光学系の調整からスタートした。3月に入り、震災前から低温セルに収められている超常磁性Co-Al-O膜の磁気励起散乱測定から再開したが、以降は比較的順調に実験が進んでいる。
ミリ波無線LAN用開口面アンテナの設計および測定法に関する研究

ミリ波無線LANの高度化に不可欠な技術であるビーム整形技術,マルチビーム化についてホーンアンテナ,リフレクトアレーを取り上げ,基礎的検討を行った.まず,ホーンアンテナについては,テーパ形状として曲線フレア構造を採用し,サービスエリアに応じてビーム整形を行う新しいタイプのホーンを提案している.設計例として,円形,及びだ円形のカバレッジを高い利得で照射する円形ホーン,及び方形ホーンを各々試作し,数値計算および実験により妥当性を確認している.さらに,ホーン開口面における励振モード係数を2次計画法により決定する方法を提案し,従来のペンシルビーム,及び新たに開発した整形ビームいずれの場合でも,低交差偏波特性を保ちつつ,低サイドローブ特性が容易に実現できることを明らかにしている.一方,リクレクトアレーについては,マルチビーム化の基礎的検討として,マイクロストリップ素子の配置と周波数特性について検討を加え,広帯域化のための設計指針を明らかにしている.さらに,リフレクトアレーの設計,試作,実験により,周波数特性,及びマルチビーム特性に関する評価を行い,良好な結果が得られている.このようなアンテナをミリ波帯で簡易に測定評価するため,平面走査近傍界測定法についても検討を加えている.また,ホーンアンテナの給電系として用いる導波管フィルタの新しい構造の提案,リフレクトアレーを多周波数帯で共用化する際に必要となる周波数選択膜の最適化設計法も開発しており,このようなミリ波アンテナ及び周辺技術は今後のミリ波応用分野の発展に大きく寄与するものと期待できる.ミリ波無線LANの高度化に不可欠な技術であるビーム整形技術,マルチビーム化についてホーンアンテナ,リフレクトアレーを取り上げ,基礎的検討を行った.まず,ホーンアンテナについては,テーパ形状として曲線フレア構造を採用し,サービスエリアに応じてビーム整形を行う新しいタイプのホーンを提案している.設計例として,円形,及びだ円形のカバレッジを高い利得で照射する円形ホーン,及び方形ホーンを各々試作し,数値計算および実験により妥当性を確認している.さらに,ホーン開口面における励振モード係数を2次計画法により決定する方法を提案し,従来のペンシルビーム,及び新たに開発した整形ビームいずれの場合でも,低交差偏波特性を保ちつつ,低サイドローブ特性が容易に実現できることを明らかにしている.一方,リクレクトアレーについては,マルチビーム化の基礎的検討として,マイクロストリップ素子の配置と周波数特性について検討を加え,広帯域化のための設計指針を明らかにしている.さらに,リフレクトアレーの設計,試作,実験により,周波数特性,及びマルチビーム特性に関する評価を行い,良好な結果が得られている.このようなアンテナをミリ波帯で簡易に測定評価するため,平面走査近傍界測定法についても検討を加えている.また,ホーンアンテナの給電系として用いる導波管フィルタの新しい構造の提案,リフレクトアレーを多周波数帯で共用化する際に必要となる周波数選択膜の最適化設計法も開発しており,このようなミリ波アンテナ及び周辺技術は今後のミリ波応用分野の発展に大きく寄与するものと期待できる.超高速伝送を達成するための高性能な特性でもってかつ短い波長であっても実用化が可能な斬新な開口面アンテナの1次放射器について検討した.本研究では,1次放射器としてホーンアンテナを用い,反射鏡アンテナの開口能率を向上させるため,ホーンの基本モードと高次モードを最適な合成比で励振している.これより1次放射器の開口面分布および1次放射パターンを評価したところ,励振する高次モードの数に応じてホーンの開口径をうまく選べば高能率特性だけでなく低交差偏波特性も同時に得られることが初めて明らかになった.さらに,低交差偏波特性をもつ1次放射器において,放射パターンのサイドローブレベルを抑えるための励振モード係数を最適化手法により決定する方法を提案している.その際,ホーンの開口面分布を円筒モード関数の重畳で表し,開口径を与えたときに既知となる各モードの放射パターンを基に制約条件式および目的関数を定義し,2次計画法により最適な励振モード係数を求めている.このような開口面分布を実現するために,モード整合法および一般化多モード伝送方程式法を基にした厳密な電磁界解析を行い,非線形最適化手法によってコンパクトなアンテナ構造となるようホーンのテーパ曲線を決定している.こうして得られたホーンを鏡面修整カセグレンアンテナの1次放射器として用いれば,1次放射器と副反射鏡によるブロッキングを最小にするための自由度が増し,従来に比べてサイドローブレベルを抑えた設計が可能となることをも数値計算により確認しており,高利得な開口面アンテナ実現においても有効な1次放射系が得られている.高利得・低交差偏波特性をもつアンテナとして,2枚の軸対称な反射鏡からなるカセグレンアンテナがよく用いられているが,本研究では,副反射鏡および1次放射器のブロッキングによるサイドローブレベルの上昇を抑えることができる新しい鏡面系および1次放射器の設計法を提案している.鏡面系については,副反射鏡の開口径が波長に比べて十分大きくない場合でも精度良く設計するため,波動的な影響を考慮した最適化手法を用いた設計法を検討している.まず,副反射鏡によってブロッキングが生じた場合の最適開口面分布を2次計画法によって求め,これより幾何光学近似を用いて主・副反射鏡の鏡面座標に関する微分方程式を導き,数値的に解くことによってこの最適開口面分布を実現する鏡面座標を決定している.次に,こうして得られた鏡面座標を初期値として,非線形の最適化手法を用いて所望の放射特性が得られる鏡面形状を決定している.

設計にあたって放射特性を正確に評価するために,鏡面上に誘起される電流分布を基にした解析法である電流分布法を用いている.また,開口面位相分布を広帯域にわたって一様にするために,光路長一定の条件を用いている.これより,非線形最適化の未知変数は,副反射鏡の座標成分と法線ベクトルによって定義され,光路長一定の条件を用いて主反射鏡の形状が決定されることになる.また,回転対称な主ビームと低交差偏波特性をもつカセグレンアンテナの一次放射系として,複モードホーンを取り上げ,ブロッキングの影響を最小限に抑えるため,ホーン開口面にビームウエストをもつホーンの設計法を提案している.これによって,鏡面系の設計において用いた理想的な1次放射パターンが容易に実現できることになり,利得低下やサイドローブレベルの上昇といった問題を充分小さく抑えることが可能となる.さらに,提案する鏡面系および1次ホーンをミリ波帯で設計し,放射特性を実験的に評価している.その結果,測定評価したカセグレンアンテナの放射特性は,計算値と比較的よく一致し,提案している方法の妥当性を確認している.一方,アンテナの放射特性の評価法として,円筒面走査による近傍界測定を取り上げ,振幅だけの測定で遠方界特性を評価できる最適化手法を用いた方法について検討し,実験的に妥当性を検証している.本測定法は,位相変動による影響を受けないため,ミリ波帯でアンテナの放射解特性を評価する場合に特に有効である.無線LANの高度化に不可欠な技術であるビーム整形あるいはマルチビーム化について基礎的検討を行っている.まず,ビーム整形については,サービスエリアに応じたビーム整形を行うホーンアンテナについて検討している.ホーンの設計にあたっては,任意方向の利得が最大となるユニバーサル放射パターンから励振モード係数を求め,最適化手法を用いて円形領域全体を効率よく照射するホーンの形状を決定している.この方法を用いてX帯でホーンを設計,試作し,放射パターンを測定したところ計算値とよく一致することを確認している.ビーム整形の効果については,従来の単純なペンシルビームをもつ複モードホーンと比較し,カバレッジ内の最低利得を1dB以上高くできることを確認している.また,マルチビーム化については,これまで基本検討を行ってきたリクレクトアレイを引き続き取り上げ,広帯域化のためのマイクロストリップ素子の形状および配置法について詳細な検討を行っている.その結果,アレイアンテナのような配置では狭帯域になることが判明し,新たにこれまでない密に素子を配置する設計法について提案している.実際にリフレクトアレイアンテナを設計し,数値解析によって周波数特性を評価したところ,比帯域が30%以上の広帯域な特性が実現可能であることを確認している.さらに,アンテナの放射特性の評価法として,位相測定の不要な方法について検討している.従来,レーダの分野では,フェーズドアレイの素子電界ベクトル回転法が電力のみを測定する方法としてよく用いられており,この測定法をホーンアンテナの開口面分布測定に応用することを提案している.実験的な検討として,標準ゲインホーンを用いた測定を行い,通常の遠方界測定結果あるいは計算値と比較的一致する良好な結果が得られている.比較的
ブラッグピーク近傍の重粒子イオンを用いたイオン特異的な生物効果の研究

重粒子イオンなどの荷電粒子放射(イオン)線は画期的な放射線がん治療法として実用段階にある。本課題では、ブラッグピーク近傍の重粒子イオンによる細胞致死効果およびDNA二本鎖切断(DSB)とその修復について解析を行った。細胞致死効果およびDSB誘発率を定量し、イオンの物理的な性質との相関を体系的に示した。また、それらDSBの殆どが培養細胞によって修復不可能なほど複雑な損傷であること、またDSB末端構造がイオン種によって異なることも証明した。プロトンまたは重粒子イオンなどの荷電粒子放射(イオン)線は、局所線量分布がその飛跡に集中し、さらにはその止まり際において急激なLETの上昇(ブラッグピーク)を示す。本研究は、Braggピーク近傍の重粒子イオンを照射して、哺乳類培養細胞における細胞致死、DNA二本鎖切断誘発とその修復の研究から、イオン固有の高密度電離・励起による生物効果を明らかにするとともに、そのメカニズムを解くことを最終的な目標としている。治療に用いられている高エネルギーなイオンのブラッグピークはフラグメンテーションなどにより軽二次粒子を含む。そのためピュアなイオンビームによる照射実験を可能にする必要があり、本課題では6MeV/n程度に加速したイオンを用いることが可能な照射システムをHIMAC-MEXPコースに構築した。最も軽粒子であるプロトンからキセノンイオンまでの照射実験が可能となった。まず、プロトンのブラッグカーブに沿って、3.4、2.6、2.0MeVのエネルギーにて、細胞致死効果をコロニー形成法を用いて測定した。最もエネルギーの低いプロトンビームでは、X線に対。ておよそ1.6倍も効率よく細胞致死を誘発することを確認した。さらに、Neイオンでは、3.0MeV/n(LET:974keV/μm)と1.1MeV/n(LET:1460keV/μm)で照射を行い、LETの増加にともなって細胞致死の作用断面積(σ)が減少する傾向を示した。これは、エネルギーの減少に伴いLETは増加するが、そのイオンの飛跡に沿って起こるδ-rayなどの空間的分布(イオントラック構造)が縮小することを反映していると考えられた。同様の傾向をArイオンでも確認した。CHO-K1細胞(Chinese Hamster Ovary)に重粒子線がん治療装置HIMACの中エネルギービームコース(MEXP)に導入される6MeV/n低エネルギーな重粒子線を照射し、その細胞致死効果を測定した。C、O、Ne、Ar、Feイオンのブラッグカーブに沿って、個々のイオン種において複数の異なる線エネルギー付与値で照射し、細胞致死の作用断面積σの測定を行った。これらのイオン種についてのσの取得はほぼ完了した。その結果、Oイオンのブラッグピークに最も近い位置(LET : 1000keV/um)において最大を示すことを確認した。DNA二本切断数誘発量については、パルスフィールドゲル電気泳動法(PFGE法)を用いて測定した。その結果、照射イオンフルエンスあたりのDNA二本鎖切断数についてもσ同様の傾向を示し、LETに対してOイオン(LET : 1000keV/um)付近で最大を示した。このことから、致死およびDNA二本鎖切断両はLET値のみならず、イオン固有の物理的な性質であるイオントラック構造の影響が大きいことを確認できた。そして、DNA二本鎖切断の修復については、PFGE法を用いて断片化したDNA量を計測することで、評価した。その結果、Cイオン、Oイオン、Arイオンを照射した細胞では、断片化したDNAの修復はほとんど確認できなかった。しかし、生存率曲線より計算された細胞核に1粒子が細胞核ヒットした時に誘発する致死的な損傷の平均数は、1.0未満であったことから、細胞致死を誘発するには、細胞核を1粒子以上がヒットする必要があることを確認した。CHO-K1細胞に重粒子線がん治療装置HIMAC-MEXPコースに導入される6MeV/n低エネルギーな重粒子線を照射し、1)細胞致死効果測定、2)誘発されたDNA二本鎖切断(DSB)の末端構造の解析、3)DSB誘発率の測定、4)DSB修復過程について解析を行った。1)細胞致死効果については、C、O、Neイオンのブラッグカーブに沿って、細胞致死の作用断面積σの取得を完了し、Oイオンのブラッグピークに最も近い位置(LET:1000keV/um)において最大を確認した。Cイオンのブラッグピークでの測定したσに対しておよそ1.5倍であった。2)放射線誘発DSBではほとんど生成されないといわれていたDSB末端3'OHが、Arイオンの飛跡に沿って生成されることをTUNEL法を用いて確認した。細胞核内イオントラックを可視化することに成功した。またC,O,Neでは確認できないことから、切断末端構造はイオントラック構造を反映していると考えられた。3)DSB数は、パルスフィールドゲル電気泳動法を用いて測定した結果、C、Ar、Feイオンのブラッグピークでは1イオン通過によって2050個程度のDSBが生成される推定した。

4)また、PFGE解析では、硬X線照射12時間後では断片化したDNA量が照射直後の20%程度であるのに対して、Cイオンのブラッグピークでは、照射後24時間経ってもその量的変化は確認されなかった。DSB部位をγH2AXを指標に免疫蛍光染色した結果では、12時間後まではγH2AX部位は消失せず、損傷部位移動・集積が進行していることは確認した。