hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
放射線感受性の腫瘍内不均一性に関する分子生物学的解析

放射線感受性の腫瘍内不均一性を解析する目的で、p53遺伝子型の異なるヒト由来腫瘍をヌードマウスに移植して、炭素線、X線を照射後、cDNAアレイ解析、アポトーシス誘発、GFAP発現等の検討を行なった。p53野生型腫瘍では小線量でも高率なアポトーシス誘発と顕著な遺伝子発現の変化を認めたが、同一腫瘍内でもGFAP陽性細胞のアポトーシスは低率で遺伝子発現も異なる傾向を認めた。p53変異型では大線量照射後の遺伝子発現に有意な変化を認めたが、X線と炭素線で異なることを明らかにした。腫瘍内の放射線感受性が不均一な原因として細胞周期や分化程度の相違、その他の影響が示唆されているが、個々の腫瘍組織内の細胞不均一性についての遺伝子レベルでの報告は乏しいので、放射線感受性の腫瘍内不均一性を解明することを目的として実験をおこなった。3種のヒト由来腫瘍(上衣芽腫:p53野生型、原始神経外胚葉性腫瘍(PNET):p53野生型、膠芽腫:p53変異型)をヌードマウス皮下に移植し、200kVのX線または炭素イオン線2Gyを照射して、4、6、24時間後に摘出した。組織の一部はフォルマリン固定後、パラフィン包埋切片を作製して、H.E.染色、GFAP染色、TUNEL染色をおこなってGFAP発現、アポトーシス誘発等を評価した。他の組織からはRNAを摘出してcDNAアレイ解析をおこない、階層型クラスタリング、Gene Ontology解析、Pathway解析等も実施した。また、組織の一部からは凍結切片も作製し、レーザーマイクロダイセクションによって、アポトーシスが高率な部位と低率な部位を区別して採取し、RNAを抽出した。p53野生型の上衣芽腫、PNETでは、高率にアポトーシスが誘発され、4、6時間後に顕著な遺伝子発現を示した。これらのPathway解析ではアポトーシス、p53伝達経路、細胞周期等に関与する遺伝子の有意な発現が認められた。ただし、これまでの解析では、X線と炭素イオン線は同様の傾向を示し、顕著な差を認めていない。一方、p53変異型の膠芽腫では,アポトーシスの誘発、遺伝子発現はいずれもわずかであった。平成19年度は、p53野生型腫瘍において、X線と炭素イオン線の照射によるアポトーシス、p53伝達経路、細胞周期に関係する遺伝子発現を明らかにした。今後は線量効果関係、レーザーマイクロダイセクションで摘出した部位別の検討、p53変異型腫瘍の詳細な検討を実施予定である。放射線感受性が腫瘍間で不均一な原因として遺伝子レベルでの相違の他に、細胞周期、酸素分圧、分化程度等の影響が指摘されているが,本研究では個々の腫瘍組織内の細胞の不均一性と放射線感受性の関係について遺伝子レベルで解明することを目的として実験をおこなった。ヒト由来腫瘍3種(上衣芽腫:p53野生型、原始神経外胚葉性腫瘍(PNET):p53野生型、膠芽腫:p53変異型)をヌードマウス皮下に移植し、200kVのX線または炭素イオン線2Gyを照射して、4、6、24時間後に摘出して検索した。次に1、4、8、16Gy照射後の4、6時間後についても同様の検討をおこなった。組織の一部はフォルマリン固定、パラフィン包埋切片で、H.E.染色、GFAP染色、TUNEL染色をおこなってGFAP発現、アポトーシス誘発等を評価した。他の組織からはRNAを摘出してcDNAアレイ解析、階層型クラスタリング、Gene Ontology解析、Pathway解析等を実施した。さらに組織の一部で凍結切片を作成し、レーザーマイクロダイセクションによって、アボトーシスが高率な部位と低率な部位を区別して採取し、RNAを抽出してcDNAアレイ解析、他同様の解析を実施した。p53野生型の上衣芽腫、PNETでは、2Gy照射後4、6時間に高率なアポトーシス誘発と顕著な遺伝子発現を認め、そのPathway解析ではアポトーシス、P53伝達経路、細胞周期等に関与する遺伝子の有意な発現が認められたが、X線と炭素イオン線は同様の発現傾向を示した。一方、P53変異型の膠芽腫においては、2Gy照射後のアポトーシスの誘発、遺伝子発現の変化はわずかであり、それ以上の線量についての解析を継続中である。凍結切片による上衣芽腫の腫瘍内の比較検討では、腫瘍の分化とアボトーシスの頻度によって遣伝子発現が異たることを示唆したが、詳細については解析中である。

上衣芽腫(p53野生型)、原始神経外胚葉性腫瘍(PNET)、膠芽腫(p53変異型)をヌードマウス皮下に移植して,炭素イオン線(290MeV/u, 6cm-SOBP)、X線(200kV : 20mA) 0.5Gy, 2Gy, 8Gy, 16Gyの1回照射をおこない,6時間後に腫瘍を摘出して、RNA安定液に浸透後、RNAを抽出してcDNAアレイ解析,階層型クラスタリング, Gene Ontology解析, Pathway解析を実施した。組織標本では、ホルマリン固定,パラフィン包埋切片でTUNEL染色,GEAPの免疫組織化学をおこない,アポトーシス誘発,グリアへの分化を検索した。さらに2Gy照射後6時間の上衣芽腫からは凍結切片を作製して、血管周囲の腫瘍細胞とそれ以外の部位の腫瘍細胞をレーザーマイクロダイセクションで採取して、それぞれからRNAを抽出して同様の解析をおこなった。アポトーシスは照射後6時間をピークに上昇したが、同一線量の比較ではこれまでの結果と同様、炭素イオン線照射後の方が高率であった。遺伝子発現の検討では、p53変異型の膠芽腫においては、2Gy照射後6時間では非照射対照群とほぼ同様であったが、8Gyおよび16Gy照射群で顕著な遺伝子発現の変化を認め、しかもX線後と炭素イオン線後では有意に異なっていた。一方、p53野生型腫瘍においては、2Gy照射後6時間でもX線炭素イオン線のいずれでも高率なアポトーシス誘発と顕著な遺伝子発現がみられたが,両者はほぼ同様の発現で、そのPathway解析ではいずれでもアポトーシス,p53伝達経路,細胞周期等に関与する遺伝子の有意な発現が認められた。ただし、p53野生型の上衣芽腫のマイクロダイセクションによる検索では、血管周囲の腫瘍細胞にはグリアへの分化がみられ、アポトーシスが低率で、遺伝子発現においても他の部位と異なる傾向を認めた。
パーキンソン病患者には何故癌の発生が少ないのか？－癌発症予防の基礎的研究－

平成29年度において、ヒト肝臓癌細胞とヒト乳癌細胞について、パラコートによる治療効果を確認するための実験を行ったが、肝臓癌細胞は、正常肝細胞よりパラコートラジカルへの感受性が高く、ラジカルによる細胞増殖刺激効果を考慮して、パラコート濃度3μM程度の低濃度で、7日以上の長期間の観察を行うことで治療効果が期待できる可能性が示唆された。しかし、乳癌細胞は、正常乳腺細胞よりパラコートラジカルへの感受性が低いという結果であり、肝臓癌細胞と乳癌細胞で結果が異なった。そこで、乳癌細胞と正常乳腺細胞については、確認のための再実験を行った。用いた細胞は、これまでと同じく正常乳腺細胞としてHMEC、乳癌細胞としてMCF 7。培地は、同じHuMEC培地を用いた。培養2日後、パラコートの最終濃度が0(Control)、1、2、3、4、5μMになるように培地交換を行った。その後3日ごとに培地交換を行った。細胞生存率を、パラコート添加の翌日(1日目)、2日目、4日目、7日目に測定した。正常乳腺細胞は1日目からパラコート濃度が増加するに従って生存率が低下したが、乳癌細胞は、1日目は、パラコート1μMで生存率が増加し、2日目以降、パラコートの濃度が増加するに従って生存率が低下する傾向が認められた。乳癌細胞が1日目にパラコート1μMで生存率が増加したのはラジカルによる細胞増殖刺激効果の可能性があるが、前回の実験と同様に、乳癌細胞が正常乳腺細胞よりパラコートラジカルへの感受性が低いという結果であった。パーキンソン病患者に癌の既往が少ないことが知られている。我々の研究結果から、ナイアシンの体内代謝産物である1-methylnicotinamide (MNA)が脳内ミトコンドリアのcomplex Iでラジカルを産生し、パーキンソン病の発症に関与していることが示唆され、同様の現象が全身に起こり、活性酸素に弱いがん細胞が増殖を抑制されているのではないかという仮説にたどり着いた。平成27年度は、まず癌細胞と正常細胞との活性酸素感受性の差から仮説の裏付けを行い、さらにパラコートによる癌治療の可能性を探った。マウスヘパトーマ細胞のセルライン、およびマウス正常肝細胞を用い、パラコートが細胞に及ぼす影響について比較した。細胞を5%CO2インキュベーターで適宜増殖させた後、プレートの各wellに200μlの培養液にて4,000個(2.0×10,000 cell/ml x 0.2)の細胞を播種し、培養した。培養を始めて2日後に、各グループ12 wellずつ、パラコートの最終濃度が0μM(control)、1μM、5μM、10μM、50μMになるようパラコートを添加した。パラコート添加後、1日目、2日目、4日目に細胞生存率を測定した。データは、SPSS17.0 J for windowsで解析し、Dunnett t testを用いて群間比較を行った。有意水準を1%未満とした。ヘパトーマ細胞は、5μM以上の濃度群で、どの日目でもコントロールと比較して細胞数が有意に減少したが、正常肝細胞では、1日目と2日目では10μM以上で、4日目では5μM以上の濃度群でコントロールと比較して細胞数が有意に減少した。1-5μMの間に、ヘパトーマ細胞が死に、正常細胞が生き残る最も治療効果の高い濃度が存在することが明らかとなった。平成27年度においては、当初パラコートを用いたモデルにより、癌細胞と正常細胞との活性酸素感受性の差を測り、実験条件等の検討後、MNAを用いた本実験を実施し、in vitroにて仮説の検証を試みる予定であったが、パラコートの実験により、1-5μMの間に、ヘパトーマ細胞が死に、正常細胞が生き残る最も治療効果の高い濃度が存在することが明らかとなり、パラコートによるがん治療の可能性を追求する実験を延長して検討することにした。平成27年度中に、パラコート濃度1-5μMの間で、ヘパトーマ細胞が死に、正常細胞が生き残る最も治療効果の高い濃度決定のための詳細実験を開始しており、この結果を踏まえてin vivo実験に進む予定である。昨年度の実験からパラコート1-5μMの間に、ヘパトーマ細胞が死に、正常細胞が生き残る最も治療効果の高い濃度が存在することが明らかとなった。平成28年度は、この濃度を決定するため、マウスヘパトーマ細胞のセルラインおよびマウス正常肝細胞を用い、パラコート0μM(control)、1μM、2μM、3μM、4μM、5μMの濃度で感受性の差を比較した。ヘパトーマ細胞は、3μM以上の濃度群で、どの日目でもコントロールと比較して細胞数が有意に減少したが、正常肝細胞では、1日目ではどの濃度でも、2日目では3μMまで、7日目では2μMまでの濃度群でコントロールと比較して細胞数の減少が見られなかった。この結果、ヘパトーマ細胞が死に、正常細胞が生き残る最も治療効果の高いパラコートの濃度は、2日目までは3μM、7日目では2μMであることがわかった。さらに、同様の実験系で、パラコートの代わりにニコチンアミドと1-methylnicotinamide(MNA)に対する感受性を比較した。細胞を5%CO2インキュベーターで適宜増殖させた後、プレートの各wellに200μlの培養液にて4,000個の細胞を播種し、培養した。

培養を始めて2日後に、各グループ12wellずつ、ニコチンアミド又はMNAの最終濃度が0mM(control)、0.01mM、0.1mM、1mMになるよう添加し、添加後、1日目、2日目、4日目、7日目に細胞生存率を測定した。ニコチンアミドを添加したヘパトーマ細胞は、どの濃度、どの日目においても細胞数の有意な減少は見られず、正常肝細胞は、1mMの濃度で7日目に減少した。MNAも同様で、ヘパトーマ細胞は細胞数の有意な減少は見られず、正常肝細胞は、1mMの濃度で4日目、7日目に減少した。この結果、ニコチンアミドとMNAについては、治療効果が期待される濃度の設定はできなかった。ヘパトーマ細胞が死に、正常細胞が生き残る最も治療効果の高いパラコートの濃度は、パラコート添加後2日目までは3μM、7日目では2μMであることがわかった。この結果を踏まえ、さらにニコチンアミドとMNAによる実験を実施した結果、この実験系では治療効果が期待される濃度の設定はできないことがわかった。ニコチンアミドとMNAに対する反応が悪いのは、ヘパトーマだけなのか、癌細胞共通なのかは今のところわからない。このため、癌好発マウスを用いてMNAによる癌治療効果を確認するin vivoの実験に進むことを中止し、ヘパトーマ以外の癌細胞について、パラコート、ニコチンアミド及びMNAによる治療効果をさらにin vitroで確認する方が重要と判断した。現在、研究の方向性の修正を行い、平成29年度に向けて実験準備に入っている。ヒト肝臓癌細胞、ヒト乳癌細胞について、パラコートによる治療効果を確認するための実験を行った。用いた細胞は、正常肝細胞としてHP-NP2、肝臓癌細胞としてHep G2、正常乳腺細胞としてHMEC、乳癌細胞としてMCF 7。培地は、HP-NP2には、Plating MediumとしてDMEM、Maintenance MediumとしてWilliams E Medium、Hep G2には、2種類の培地を用い、正常肝細胞と同じWilliams E MediumかDMEM+10%horse serum培地、HMECとMCF 7には、同じHuMEC培地を用いた。培養2日後、パラコートの最終濃度が0(Control)、1、2、3、4、5μMになるように培地交換を行った。その後3日ごとに培地交換を行った。細胞生存率を、パラコート添加の翌日(1日目)、2日目、4日目、7日目に測定した。同じ培地を使った肝臓の細胞の実験では、両者の差は明瞭ではなく、4日目、7日目になると両者ともどの濃度でも生存率が低下しなくなった。専用培地を使った実験では、4日目までは、正常肝細胞の生存率が2μM以上で肝臓癌細胞より先に生存率の低下が始まったが、7日目では、肝臓癌細胞が3μM以上で生存率が低下したにもかかわらず、正常肝細胞は5μMになってから低下した。乳腺の細胞の実験では、乳癌細胞は、1日目から7日目まで4μM以上で生存率が低下したが、正常乳腺細胞は、2日目までは、4μM以上で生存率が低下し、4日目では3μM以上で、7日目では2μM以上で生存率が低下した。乳腺においては、乳癌細胞より正常乳腺細胞がパラコートラジカルへの感受性が高いという結果であった。肝臓では、それぞれの専用培地を使った実験で、7日目では、肝臓癌細胞が正常肝細胞よりパラコートラジカルへの感受性が高いという結果であった。
超音速圧縮機翼列の不始動フラッタおよび始動状態空力減衰力に関する研究

航空用エンジンの超音速翼列では、設計点に近い高回転数で、かつ背圧の高い高負荷状態において曲げモードフラッタが発生する。これは翼前縁における離脱衝撃波を伴っているため、不始動フラッタと呼ばれている。本研究の目的はこの不始動フラッタの発生機構を、始動状態との比較において、即ち衝撃波挙動に焦点を当てながら解明することである。実験方法としては、中央翼が振動可能な2次元遷音速直線翼列風洞を用い、1翼振動法により現象を観測する。遷音速域でマッハ数を可変とするため、風洞超音速膨張部の上壁を可撓壁とし、翼列上流部の風洞壁では境界層吸込みを行っている。翼列背圧を制御するため、翼列下流に絞り部を設け、また流れの翼列方向への一様性を高めるため、翼下流のフラップ板は多孔とし、背面に空間を設けて圧力の均一化を図っている。計測は、風洞壁の一部を鏡面とし、シュリーレン画像による衝撃波の可視化と、風洞側壁面及び翼面上の圧力計測を行い、次の結果を得た。(1)定常流れで背圧が低いとくには、衝撃波形態は翼前縁後縁に付着した斜衝撃波であるが、背圧が上がると翼間衝撃波が生じ、さらに上がると前縁離脱衝撃波に移行する。翼振動時背圧が低いと、翼振動が衝撃波変動に及ぼす影響は軽微であるが、背圧が高くなると衝撃波に対して非線形的な影響を及ぼす。理論解析では、セミアクチュエータディスク法により離脱衝撃波を伴う振動翼列を扱う方法を開発した。その結果、離脱衝撃波の存在は超音速流れのマッハ数が1に近づくほどフラッタに対して危険であることを予測した。また、2次元振動翼列まわりの圧縮性流れを解析するオイラーコードを開発した。計算結果から、曲げモードフラッタはファンの回転方向に伝播するモードで生じること、始動状態よりも離脱衝撃波を伴う不始動状態の方がフラッタを起し易いこと等が明らかとなった。本研究は航空機用エンジンのファン先端部のように、超音速で作動する翼列の非設計点で観察される、離脱衝撃波を伴うフラッタの特性と発生機構を明らかにすることを目的としている。そのために、翼の振動と離脱衝撃波の変動との相対関係、離脱衝撃波後方で振動する翼に作用する非定常空気力等の諸性質を解明することが必要であり、さらに単独翼から翼列翼となった場合の相違を明らかにしなければならない。本年度は単独翼について、曲げ振動時の衝撃波形状の変化と、その動きを捉えることを目標に実験を行った。まず、既存の空気源設備を拡張して超音速風洞とするため、翼試験部並びに消音設備部を設計製作し、流路の通風特性を確認した。試験断面は幅50^<mm>×高さ180^<mm>、流速はファン翼列を想定し、試験断面でマッハ数1.4となるように超音速ノズルを設計した。次に、翼の加振装置は高速のオ-トバイ用エンジンを利用し、一部設計変更して製作した。最大150Hzの往復振動を翼に加えることが可能である。計測はシュリ-レン写真により翼及び衝撃波の動きを捕捉した。光学計測を行うため、風洞試験部は一方を光学ガラス壁、他方を鏡面加工金属壁とし、加振翼は鏡面壁を貫通して加振装置に片持ち支持させた。

このため、翼の振幅相当分は鏡面壁に孔が開くこと、また超音速翼は比較的薄肉平板に近く固有振動数が低いため(約250Hz)、振動数を上げると翼の並進運動に一次曲げモ-ド成分が加味されること、また定常的な空力負荷によるたわみが無視し得ないレベルで含まれること等の難点が存在する。試験の結果、遷音速時振動翼上に生じる衝撃波の動きや、衝撃波が振動に伴って変形する様子を捕らえることができた。本年度は昨年度完成させた遷音速風洞試験部と加振装置を用い、まず単独翼が曲げ振動を行う際、それに伴って離脱衝撃波や付着衝撃波が変動する様子を光学的に捕捉した。計測には購入した高速度カメラとフィルム画像解析装置を用い、翼振動に伴う衝撃波振動の振幅や位相遅れを定量的に把握した。その結果、翼例の設計点に近い流入マッハ数M_1=1.4の場合、斜衝撃波は翼の前縁に付着して移動し、衝撃波に沿う変動の波は弱いことが判明した。これに対し、設計点よりも低い流入マッハ数M_1=1.15の場合、前縁から翼弦長の20%程度離れた位置に垂直衝撃波に近い離脱衝撃波が発生し、極めて非線形性の強い動きをすること、また、変動の振幅も相対的に大きいこと等が判明した。遷音速流れの領域では風洞壁境界層の影響や、翼の挿入によるブロッケ-ジの影響が強いため、上下壁および側壁に境界層吸込み部を装着して流路特性を改善し、単独翼並びに翼列翼の実験を進めている。一方、解析的には離脱衝撃波を流れに垂直な衝撃波で近似し、翼列をセミアクチュエ-タディスクで模擬する超音速不始動フラッタのモデルを構築し、翼に作用する振動空気力を算出した。その結果、流入マッハ数が高い場合は安定であっても、低下して遷音速域に入るとかなり広い無次元振動数の範囲で不安定となりフラッタが発生することが判明した。また、離脱衝撃波と翼前縁との距離が小さくなるほどフラッタの危険性が増すことが確かめられた。翼列前縁の流れが全域衝撃後方の亜音速流の場合や、全域衝撃波前方の超音速流の場合にはフラッタが起こらないか、起こったとしても極く無次元振動数の低い範囲であり、超音速不始動フラッタには離脱衝撃波の存在が決定的に重要であることが明らかとなった。昨年までの単独翼の実験により、遷音速流域で風洞壁境界層や翼挿入によるブロッケージの影響が強く現れているため、流路特性を改善する必要が生じた。本年度は、風洞上下壁のうち上壁を可変形状壁に製作し直し、さらに下壁および側壁面には境界層吸入部を設けた。要求マッハ数に応じて流路面変化の最適化と境界層制御によって流れ場の改善を図り、翼列実験を行った。本研究の対象である翼列圧力比の高い場合に生じる不始動状態を実現するため、下流ディフューザ内に絞り弁を設置し、翼列圧力比を変化させた。実験は設定マッハ数1.4における風洞内流れ場を壁面静圧及び光学計測により観察し、可変形状壁所境界層吸込みによる効果を調査した。その結果、壁形状を最適化することにより風洞マッハ数を設定値へ±0.02の誤差で近づけることが可能であること、境界層制御により翼スパン方向への非一様性が改善されることが明らかになった。また、絞り弁の調整により任意の翼列圧力比の流れ場を得ることができ、圧力比が2.0程度以上では、翼列前縁に離脱衝撃波を生じ、不始動状態の実現が確認された。それにともない、圧力比の小さな始動流れから、大きな不始動流れへ遷移する過程での衝撃波形状の変化、及び、圧力分布の変化が得られ、現象の基本となる遷音速翼列の定常流れ場の特性が明らかとなった。数値解析法では、2次元振動翼列に対して移動格子網を用い、オイラー方程式をTVDスキームで解く手法を確立した。一翼振動による影響係数法に基づいており、翼列6ピッチ分の非定常流れ場を解析して周期的成分を抽出した。
地盤材料を対象にしたX線CT結果と3次元離散数値モデルの比較検討

本研究の目的は、個別要素法(DEM)による数値解析と、産業用X線CT装置を用いた粒状材料を対象とした模型実験との比較検討により、土のような粒状体で構成された地盤構造物の3次元挙動における、粒子径の大きさおよび粒度特性の影響について明らかにするものである。対象とする実現象は、トンネル切羽崩壊現象解明についてしばしば実施される「落とし戸」実験である。以下、実施した内容について示す。1.落とし土現象模型実験システムの開発および実験の実施:CT装置の仕様に合った落とし戸現象を模擬する実験装置を新たに開発した。また、この装置を用いて、粒径および落とし戸のサイズをいろいろ変えた実験を実施することで、落とし戸による3次元的な地盤内挙動の把握と、この現象における粒径と落とし戸のサイズによる影響について検討した。2.DEMを用いた実験の数値シミュレーションの実施:1)で実施した実験についてDEMを用いた3次元数値解析を実施した。3.実験結果と解析結果の比較検討:1.と2.の結果を比較検討することで、実験から得られる密度変化によるCT画像および3次元特徴抽出画像と、数値解析より得られる応力・変形を比較検討することで、粒子径の大きさや地盤特性の違いが落とし土現象に与える影響について検討した。その結果、解析結果は実験結果とかなりの精度で一致しており、実験の精度と解析手法の有効性について確認した。以上は、単年の研究ではあるが、目的どおりの成果を挙げることができ、その成果は欧文誌1編(投稿中)、国際会議論文4編(2編、2編投稿中)に発表している。
超潤滑の実験的研究

超潤滑を実験で実証するための基礎研究として,平成3年度では見かけの接触面積が摩擦係数に及ぼす影響を調べる目的で,物体のすベり初めを正確に把握することができる顕微傾斜装置を用いて,ニッケル平板上で金属平板をすべらせて得られる最大静止摩擦係数とアルミニウムの見かけの接触面積との関連を検討し,次のことがわかった。(1)最大静摩擦係数μは見かけの接触面積Aが小さい程大きくなる。(2)見かけの接触面積が同一である場合,最大静摩擦係数μは見かけの接触面積の外周長さRに比例して増大する。(3)空気中での乾燥摩擦において,接触圧力,表面あらさ,雰囲気条件(温度,湿度),表面の清浄度が一定であれば,A_0以下の見かけの接触面積におけるμの値はAとRから決めることができる。なお,A_0はμの値がAに関係しないμ_0を示す限界の接触面積であり,A_0以上の接触面積ではアモントン・クーロンの法則にしたがう。ボールや転がりを利用する転がり摩擦はすベり摩擦に比ベて摩擦係数が極めて小さい。粒子係数が110nmであるダイヤモンド超微粒子の転がりを利用すれば,摩擦の軽減が期待でき,超潤滑を実験的に実証できる。そこで,平成4年度ではクラスタダイヤモンドを分散してアルミニウム基複合材についてすべり摩擦をおこない,次のことがわかった。(1)摩擦係数はダイヤモンドが多いほど小さい。(2)同一のダイヤモンド含有量では真空中の摩擦係数は空気中より大きい。(3)鋼球と複合材の組合せでは,ダイヤモンドを10%含む複合材の空気中における摩擦係数は極めて小さく,0.04である。超潤滑を実験で実証するための基礎研究として、本年度は見掛けの接触面積が摩擦係数に及ぼす影響について調べる目的で、物体のすべり初めを正確に把握することができる顕微傾斜装置を用いて、厚さが一定である種々の形状のアルミニウム、銅、ステンレス、鉄などの薄平板、更には各種の紙などをニッケル平板上ですべらせてえられる最大静摩擦係数とアルミニウムの見掛けの接触面積との関連を検討した。ここで顕微傾斜装置とは斜面上に置かれた物体の動きを光学顕妻鏡で拡大して観察することにより、斜面上にある物体のすべりの開始角度を正確に把握することができる高精度傾斜装置である。摩擦材料には厚さ10μmの純アルミニウムを、また、固定平板として厚さ1mmの純ニッケルを用いた。摩擦実験は空気中において温度27±1°C、湿度25±1%の恒温、恒湿下で行った、摩擦実験はいづれの条件でも表裏5回づつ計10回繰り返して行い、その算術平均値を摩擦係数μの代表値に用いた。その結果、次のことがわかった。(1)最大静摩擦係数は見掛けの接触面積が小さい程大きくなる。(2)見掛けの接触面積が同一である場合、最大静摩擦係数は見掛けの接触面積の外周長さに比例して増大する。(3)空気中での乾燥摩擦において、接触圧力、表面あらさ、雰囲気条件(温度、湿度)、表面の静浄度が一定であれば、A_0以下の見掛けの接触面積におけるμの値はAとRから決めることができる。なお、A_0はμの値がAに関係しないμ_0を示す限界の接触面積であり、A_0以上の接触面積ではアモントン・ク-ロンの法則に従う。ボールやころの転がりを利用する転がり摩擦はすべり摩擦に比べて摩擦係数が極めて小さい。一方、爆発衝撃法で作成したクラスタダイヤモンドの粒子径は110nmである。従って、ダイヤモンド超微粒子の転がりを利用すれば、摩擦の軽減が期待でき、超潤滑を実験的に実証できる。そこで、本研究ではクラスタダイヤモンドを分散したアルミニウム基複合材について、真空中および空気中のすべり摩擦特性を調べる目的でサファイヤ球とや鋼球と組合わせてすべり摩擦をおこなった。

すべり摩擦はピン・オン・プレート式の摩擦試験機を用いた。すべり摩擦条件は回転数30rpm、接触荷重33g、摩擦時間60分、室温である。摩擦雰囲気は5×10^<-3>Paの真空中および大気中である。サフャイア球と複合材の組合せでは、摩擦係数はダイヤモンドが多いほど小さいこと、および、同一のダイヤモンド含有量では真空中の摩擦係数は空気中より大きいことがわかる。一方、空気中における複合材の摩擦面は多数の摩耗紛が認められる。しかし、真空中の摩擦面では摩耗紛がほとんど認められない。従って、摩耗紛が真空中と空気中における摩擦係数の差異に大きな影響を及ぼすことがわかる。鋼球と複合材の組み合わせでは、ダイヤモンド含有量と摩擦係数の関係がサフャイア球の場合に対応する。しかし、ダイヤモンドを10%含む複合材の空気中における摩擦係数は極めて小さく、0.04である。
双極子配向を制御した有機結晶の作成と誘電性および複屈折性

大規模かご型分子骨格の内部にπ電子系を回転子として架橋した分子は、その構造の類似性から“分子ジャイロコマ"と呼ばれている。これまでに我々はベンゼン環を架橋した分子について、その合成・構造解析法を確立し、さらに結晶中における環の回転運動とそれに伴う結晶複屈折変化を明らかにしてきた(W. Setaka and K. Yamaguchi, PNAS, 109, 9271 (2012))。本研究では、双極子モーメントを有するπ電子系として、フラン、チオフェン、セレノフェンを回転子として架橋した誘導体を合成し、結晶内部における環配向秩序の温度依存性と、それに伴う結晶複屈折と誘電損失の変化を明らかにした。大規模カゴ型骨格の内部にπ電子系を架橋した分子を、結晶中でもπ電子系が1軸回転可能な「分子ジャイロコマ」として設計し、結晶内部の回転運動の観察とそれに由来する機能性について検討している。本年度は、双極子モーメントを有する回転子として、チオフェン環を架橋した分子を設計し、検討した。チオフェン架橋分子ジャイロコマは、すでに報告済のベンゼン架橋体と同様に合成することができた。単結晶の構造解析をX線回折実験で行ったところ、個々の分子が回転軸を揃えてスタックした結晶構造をしていた。チオフェンには0.52 Dの双極子モーメントがあり、結晶内部での配向秩序に興味が持たれる。低温(200 K( = -73 °C))での構造解析の結果は、結晶全体として分極を打ち消すように隣接分子同士で5員環の向きが反対になるように整列していた。興味深いことに、温度上昇と共に相転移を伴って、結晶内部のチオフェン環の配向が変化し、285 K( = 12 °C)以上では、配向無秩序化が観察された。さらに、この無秩序相ではチオフェン環が回転することや、結晶複屈折が変化する機能性を明らかにした。本研究成果は、化学専門誌上で報告した(Setaka, W.; Yamaguchi, K. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14560-14563. )。また、類似の分子ジャイロ誘導体においてチオフェン環の酸化において、カゴ骨格の立体保護効果により、反応速度が顕著に遅くなることを報告した(Setaka, W.; Ohmizu, S.; Kira, M., Chem. Commun. 2014, 50, 1098-1100.)。さらに、関連する分子ジャイロの合成や性質に関する論文発表2件(Org. Lett.およびOrg.Biomol.Chem.)を行い、分子ジャイロの合成法と結晶複屈折制御法の特許が計2件成立した(特許第5235927号、および特許第5274506号)。本研究では、大規模かご型骨格の内部にπ電子系を架橋した分子を、結晶中でもπ電子系が1軸回転可能な「分子ジャイロコマ」として設計、合成し、結晶内部のπ電子系の回転運動や配向変化に伴う複屈折変化や誘電性を検討している。本年度は、ベンゼン環を回転子とする分子ジャイロのかごサイズが異なる誘導体を合成し、回転ポテンシャルのかごサイズ効果や複屈折に及ぼす影響を確認した。その結果、かごサイズが増大するにつれ回転障壁が小さくなることをNMR緩和時間の温度依存性の解析により明らかにした。回転障壁のかごサイズ依存性は、理論計算によっても再現することができた。以上の結果は、米国化学会の専門誌上でfull paperとして報告した(J. Org. Chem., 79, 8288-8295 (2014).)。また、かご側鎖とベンゼン回転子を連結している元素をゲルマニウムとする誘導体を新規に合成し、すでに報告済のケイ素誘導体と比較した。その結果、ゲルマニウム誘導体ではGe-C(Ph)結合長が伸長していることが単結晶X線結晶構造解析から明らかになり、ベンゼン環の回転障壁がケイ素誘導体よりも減少していることが示された。また、結晶複屈折の温度依存性は、ケイ素誘導体の結果と定性的に一致することを確認した。本研究成果は英国王立化学協会の専門誌上でfull paperとして報告した( RSC Adv., 4, 58624-58630 (2014).)。さらにセレノフェン架橋分子ジャイロコマの結晶構造と複屈折変化について検討し、有機典型元素討論会で報告した。発表を担当した学生は、学生優秀講演賞を受賞した。さらに研究代表者は、米国で開かれた分子機械に関するワークショップでチオフェン架橋分子ジャイロの配向変化と複屈折性に冠する招待講演を行った。このように本研究については、内外の関連する研究者から高い評価を得た。本研究では、大規模カゴ型アルキル骨格の内部にπ電子系を架橋した分子を、結晶中でもπ電子系が1軸回転可能な「分子ジャイロコマ」として設計、合成し、結晶内部のπ電子系の回転運動や配向変化に伴う複屈折変化や誘電性を検討してきた。本年度は、すでに16族ヘテロ5員環であるフラン、チオフェン、セレノフェン誘導体について、固体中での環の回転運動とそれに伴う複屈折変化を系統的に比較検討した。研究成果は現在学術雑誌に投稿中である。誘電性についても検討し、双極子モーメントの大きな環を架橋した誘導体において、固体中の分子運動に由来するシグナルが観察された。現在詳細を検討中である。

このほか、ナフタレン架橋体について、様々な環サイズの誘導体を合成し、溶液中の環の回転障壁がカゴサイズに依存することを明らかにした(論文:J. Org. Chem., 80, 9959-9966 (2015))。また、ピレン架橋体では、カゴ側鎖の立体保護効果により、高濃度条件においてもエキシマー蛍光が観察されない特異な性質を明らかにした(論文:Org. Biomol. Chem., 13, 10511-10516 (2015).)。研究代表者は、2件の国際会議での成果発表と1件の招待講演を行った。大規模かご型分子骨格の内部にπ電子系を回転子として架橋した分子は、その構造の類似性から“分子ジャイロコマ"と呼ばれている。これまでに我々はベンゼン環を架橋した分子について、その合成・構造解析法を確立し、さらに結晶中における環の回転運動とそれに伴う結晶複屈折変化を明らかにしてきた(W. Setaka and K. Yamaguchi, PNAS, 109, 9271 (2012))。本研究では、双極子モーメントを有するπ電子系として、フラン、チオフェン、セレノフェンを回転子として架橋した誘導体を合成し、結晶内部における環配向秩序の温度依存性と、それに伴う結晶複屈折と誘電損失の変化を明らかにした。本研究は、分子ジャイロコマのπ電子系回転子の結晶内における配向変化とそれに伴う複屈折変化および誘電性を研究対象としている。これまで萌芽的知見であったベンゼン架橋分子ジャイロの固体物性が、本年度検討した関連する誘導体の性質との比較により、構造と物性の対応が明確になった。つまり、関連する化合物について構造や物性をデザイン可能な状態に研究を進展することができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。物理有機化学分子ジャイロの合成と構造物性相関研究において、さまざまな誘導体を設計することが可能になった。今後は、さまざまな誘導体で系統的に比較できるよう、研究を進展させたい。研究の基盤となる、代表的化合物(チオフェン架橋分子ジャイロコマ)の合成法を確立し、構造解析や複屈折性の評価が行えることを確認し、論文として報告することができた。つまり研究法を確立した。この結果、次年度以降に検討している類似化合物の研究を実施できる見通しが立った。本研究に携わる大学院学生数が増え、消耗品費など経常的に研究に必要な経費が増大すると予想したから。本研究計画の最も基本的な化合物の合成法を研究法を確立することができた。今後は、この方法論を類似の周辺化合物の研究に適用して、研究を展開させていきたい。すなわち、チオフェンと同族の類縁体であるセレノフェンやフラン、およびそれらの酸化体について、双極子モーメントの大きさと構造・物性の相関を系統的に明らかにしていきたい。引き続き適正な執行に努める。研究代表者が研究機関を異動しため、研究体制作りに時間を要し、消耗品に関わる物品費・人件費およびその他の支出が少なくなったため。
枯草菌グルコン酸オペロンのリプレッサ-蛋白質の構造と機能

本課題遂行のため、グルコン酸オペロンのリプレッサ-(GntR)蛋白の結晶化、分子遺伝学詣なGntR蛋白の機能ドメインの解析、およびGntR蛋白のDNA結合のキネテックスの解析の3手法を採用している。各々の手法で得られた成果を箇条書にする。1.Brennan博士との共同研究のGntR蛋白の結晶化では、最近PEG溶液からかなりの良好な結晶が得られたが尚小型である。X線解析に耐える大きさの結晶を得るべく努力している。2.分子遺伝学的方法でGntR蛋白のDNA結合ドメインを解析した成果を述べる。欠失解析の結果DNA結合能にはN末側の71アミノ酸が必要であることが明らかになった。つぎに、クロラムフエニコ-ル耐性をグルコ-ン酸で誘導可能として系で、ヒドロキシルアミン処理により多数のGntR方異を得た。この中でGntR給白の安定性に影響しない変異をSDSーPAGEにより選抜し、その変異gntRの塩基配列を決定することにより方異蛋白の置換アミノ酸を同定した。その結果、4種のDNA結合能に影響する点変異の同定に成功はた。Leuー43変異はGntRのDNAへの結合能を完全に欠失させ、他の点変異(Thrー66,Lysー74とGlnー75)は、DNA結合能を野生型に比して低下させた。これらの方異はすべてGntRフアミリ-の保存領域に存在した。従って、GntRのDNA結合ドメインはN末端側に存在し、特にこのフアミリ-の保存領域がDNA結合能に重要な役割を果していることが類推できた。3.GntR蛋白のDNA結合のキネテックスの解析により、この蛋白のオペレ-タDNAへの結合能は誘導物質たるグルコン酸あるいはグルコノーδーラクトンが存在すると特異的に阻害されるが、逆にオペレ-タ-配列を持たないDNAへの結合能が誘起されることが判った。
5年間の追跡調査からみた思春期男女の骨量変化と最大骨量決定要因の解明

我々は、平成12年に412人の中学1年生について腰椎及び大腿骨頸部の骨密度測定、体格・握力測定、既往歴・ライフスタイル面接調査、カルシウム摂取調査からなるbaseline studyを実施し、平成14年度には中学3年生346人(男子:127人,女子:219人,追跡率:84.0%)に第1回目のfollow-up studyを行った。さらに、平成16年度は高校2年生205人(男子:79人,女子:126人,転校等で追跡不能な生徒を除いた場合の追跡率:55.5%)について2回目のfollow-up studyを実施した。5年間にわたる追跡研究より、以下のことが明らかとなった。1.男女とも中学1年から高校2年にかけて有意に骨密度は増加(腰椎骨密度年間増加率:男子8.9%/yr,女子4.6%/yr,大腿骨近位部:男子6.3%/yr,女子3.8%/yr)していた。中学1年から中学3年の増加率(腰椎:男子10.4%/yr,女子6.0%/yr,大腿骨近位部:男子8.6%/yr,女子5.3%/yr)は、中学3年から高校2年の増加率(腰椎:男子6.1%/yr,女子2.8%/yr,大腿骨近位部:男子3.5%/yr,女子2.0%/yr)に比較して有意に大きく、中学校期は骨密度の獲得において非常に重要な時期であることが示唆された。2.性的発達が早い生徒ほど高い骨密度を示した。しかしながら、骨密度増加率については逆の関係がみられ、性的発達の早い生徒では増加率が有意に小さかった。3.中学期及び高校期とも体重の重い生徒では高い骨密度を示し、この時期の体重管理は骨量獲得にとって重要であることが示唆された。4.中学校期及び高校期のスポーツ活動はこの時期の骨密度を決定する重要な要因であると考えられた。5.カルシウム摂取量及び牛乳・乳製品の摂取は、骨密度及びその変化率と顕著な関係を示さなかったが、この時期のカルシウム摂取は骨量獲得に対して好影響を及ぼしていることが示唆された。平成12年度に中学1年生を対象に実施した調査をBaselineとして、平成14年度は中学3年生にFollow up調査を実施し、平成16年度は高校2年生を対象に第2回目のFollow up調査を実施した。調査は、腰椎及び大腿骨頸部の骨密度測定、体格・握力測定、既往歴・ライフスタイル、カルシウム摂取量調査、24時間食事内容調査であった。最終的に、高校2年生321名(男子:128名、女子:193名)について調査を行い、Baselineからの追跡受診者は205名(男子:79名、女子:126名)、追跡率は55.5%(男子:64.2%、女子:51.2%)であった。主な結果は以下の通りである。1.男女とも各部位の骨密度は中学1年生から高校2年生にかけて増加しており、中学1年から高校2年の4年間における年間骨密度変化率は、男子で腰椎8.9%、大腿骨近位部6.3%、女子では腰椎4.6%、大腿骨近位部3.8%であった。中学1年から中学3年の変化率と比較して、中学3年から高校2年にかけての変化率は男女とも小さくなっており、高校期では骨成長のピークを過ぎたことが推測される。

特に、女子においては第二次性徴の発来が早い生徒で増加率が小さく、小学校高学年から中学校期に重点的な対策をとる必要があることが示唆された。2.高校期の運動部活動及び中学校期の運動部活動時間が多い生徒ほど高校2年生の時点で骨密度が高かく、中学・高校期に積極的にスポーツ活動を行うことがすすめられる。しかし、女子では高校期に約2/3の生徒が運動部に所属していなかった。今後は、これまでの5年間の調査資料から中学校及び高校期において骨量をできるだけ高めるための実行可能で有効な方策について検討する。我々は、平成12年に412人の中学1年生について腰椎及び大腿骨頸部の骨密度測定、体格・握力の測定、既往歴・ライフスタイル面接調査、カルシウム摂取調査からなるbaseline studyを実施し、平成14年度には中学3年生346人(男子:127人,女子:219人,追跡率:84.0%)にfollow-up studyを行った。さらに、平成16年度は高校2年生205人(男子:79人,女子:126人,転校等で追跡不能な生徒を除いた場合の追跡率:55.5%)について2回目のfollow-up studyを実施した。結果は以下の通りであった。1.男女とも中学1年から高校2年にかけて有意に骨密度は増加(腰椎骨密度年間増加率:男子8.9%/yr,女子4.6%/yr,大腿骨近位部:男子6.3%/yr,女子3.8%/yr)していた。中学1年から中学3年の増加率(腰椎:男子10.4%/yr,女子6.0%/yr,大腿骨近位部:男子8.6%/yr,女子5.3%/yr)は、中学3年から高校2年の増加率(腰椎:男子6.1%/yr,女子2.8%/yr,大腿骨近位部:男子3.5%/yr,女子2.0%/yr)に比較して有意に大きく、中学校期は骨密度の獲得において非常に重要な時期であることが示唆された。2.性的発達が早い生徒ほど高い骨密度を示した。しかしながら、骨密度増加率については逆の関係がみられ、性的発達の早い生徒では増加率が有意に小さかった。3.中学期及び高校期とも体重の重い生徒では高い骨密度を示し、この時期の体重管理は骨量獲得にとって重要であることが示唆された。4.中学校期及び高校期のスポーツ活動はこの時期の骨密度を決定する重要な要因であると考えられた。5.カルシウム摂取量及び牛乳・乳製品の摂取は、骨密度及びその変化率と顕著な関係を示さなかったが、この時期のカルシウム摂取は骨量獲得に対して好影響を及ぼしていることが示唆された。
D-phenylalanineを持つ神経ペプチドachatin-Iの情報伝達機構

PONでachatin-Iにより引き起こされたIinは,H-89ならびにW-7により顕著に抑制され,IBMXにより軽度に増強された.これに反してv-RCDNにおけるIinは,これらの薬物によりまったく影響されなかった.一方v-RCDNのIinは,KT5823により著しく抑制されたが,PONのIinはまったく影響されなかった.これらの結果より,神経作用性ペプチドachatin-Iは,2種の巨大神経細胞PONとv-RCDNに同様なNa^+依存性のIinを引き起こすが,そのシグナル変換機構はおそらく異なっており,PONではPKAとCa^<2+>/calmodulin-dependent protein kinaseにより,v-RCDNではPKGによると考えられる.PONでachatin-Iにより引き起こされたIinは,H-89ならびにW-7により顕著に抑制され,IBMXにより軽度に増強された.これに反してv-RCDNにおけるIinは,これらの薬物によりまったく影響されなかった.一方v-RCDNのIinは,KT5823により著しく抑制されたが,PONのIinはまったく影響されなかった.これらの結果より,神経作用性ペプチドachatin-Iは,2種の巨大神経細胞PONとv-RCDNに同様なNa^+依存性のIinを引き起こすが,そのシグナル変換機構はおそらく異なっており,PONではPKAとCa^<2+>/calmodulin-dependent protein kinaseにより,v-RCDNではPKGによると考えられる.Achatin-Iにより発生するPONの内向き電流は,H-89の存在下で抑制され,逆にIBMXの存在下で軽度に増強した.これらの実験より,PONの場合には,achatin-Iにより発生する興奮は,cyclic AMP系の関与によると考えられた.このことは,先に確かめられたcyclic AMPの細胞内投与により,神経膜の脱分極が起こることと一致する.またW-7は,PONにおけるこの内向き電流をやはり抑制した.このことはachatin-Iの作用発現に,calmodulinが関与することを示唆するものである.以上のように,PONについてはいくつかの実験結果が一致するが,v-RCDNについては,achatin-Iにより顕著な内向き電流が発生するものの.この内向き電流は,H-89,IBMXならびにW-7により,全く影響を受けなかった.この結果より,v-RCDNにおけるachain-Iの興奮作用の細胞内機構が,PONの場合と異なるのか,それとも使用したinhibitorの効果が,細胞の種類により異なるのかは,結論する事が出来ない.PONにおけるI_<in>は,本年度検定されたKT5823以下のシグナル伝達機構抑制物質により,まったく影響を受けなかった.これに反してv-RCDNにおけるI_<in>は,KT5823により顕著に抑制された.昨年および本年の研究結果により,achatin-Iは2種の巨大神経細胞PONとv-RCDNに,同様なNa^+依存性のI_<in>を引き起こすが,そのシグナル変換機構はおそらく異なっており,PONではPKAとCa^<2+>/calmodulin-dependent protein kinaseにより,v-RCDNではPKGによると考えられる.
光電子移動反応における安定ラジカルオン効果-パルス反応による反応制御

ラジカル種やラジカルイオン種は、有機化学反応において短寿命中間体とされ、その構造と反応性については不明なことが多い。本研究では、ラジカルとラジカルイオン種の反応について検討するもので、ラジカルイオン種による酸化還元反応の制御因子を解明することを目的とする。光化学的にラジカルとラジカルイオン種を同時に発生し、ラジカルの酸化・還元反応について系統的に検討した。反応系はかなり複雑であるが、ラジカルの酸化生成物(カチオン種)と還元生成物(アニオン種)を定量することにより、制御因子を解明することが可能になった。アニオン種とカチオン種の比は、通常の定常光照射では1:10であるのに対し、レーザー光をパルス照射すると生成比は1:1となった。パルス間隔を短くすると、この比は徐々に増加する。この事実は、酸化剤であるラジカルカチオンと還元剤であるラジカルアニオンの濃度比が、パルス間隔と共に変化することを示すものである。その他の反応例として、芳香族カルボン酸塩とシアノ芳香族化合物への光照射による光脱炭酸反応がある。カルボン酸アニオンの一電子酸化、脱炭酸、ラジカルの還元が溶媒カゴ内で高効率で進行する。この場合、レーザーフラッシュ分光法によりカルバニオンの生成を確認した。還元力が弱い場合でも、長寿命のラジカルアニオンにより徐々に還元が進行することが判明した。寿命が長く濃度比が高くなるために還元が進行するもので、安定ラジカルイオン効果によるものである。これらの結果より、活性中間体の相対濃度によって反応の選択性が支配されることが明確に示された。
甘味鎮痛の中枢機序を機能的磁気共鳴画像法を用いて解明する実証研究

本研究の目的は成人を対象に甘味刺激による一時的な痛覚抑制効果の中枢機序について解明することであった。研究では3.0テスラの磁気共鳴画像装置を用いて、実験的疼痛に対する甘味による効果をブロックデザインによって検証した。また、機能的磁気共鳴画像装置を用いた実験と並行して、甘味強度が異なる物質を用いて痛覚受容への影響についての検証や成人女性における月経周期による痛覚感受性の変化についても検証した。本研究の実施によって痛覚受容に対する味覚刺激による影響についての新たな知見及び示唆を得ることができた。甘味による一時的な痛覚抑制効果は、海外において新生児領域で応用が試みられているが、それ以外の対象では検証自体がこれまでほとんど行なわれていない。本研究の目的は甘味による痛覚抑制効果がどのような鎮痛機序で発現に至るのかを、成人を対象に明らかにすることである。まず、甘味による鎮痛効果は成人では性差が発現に関与しており、女性に比べて男性の方が効果を得やすいことを明らかにした。よって、従来は新生児領域のみで応用可能と考えられていた甘味による鎮痛手段は、成人領域でも部分的に応用できる可能性が示唆された。こうした成果は今年度行なわれた第36回日本看護研究学会の交流集会において公表し、臨床における新たな鎮痛手段としての応用が期待できることを提言した。また、甘味刺激による痛覚刺激に対する効果を明らかにするために、機能的磁気共鳴画像装置を用いて検討を開始した。次に、こうした甘味による鎮痛効果は甘味強度に依存して発現するものなのか、あるいは甘味物質であっても甘味の種類によっても異なるものなのか否かを明らかにする必要性があると判断した。そこで、高甘味度甘味料の一つを用いて、同様に痛覚刺激に対する効果について検討を開始した。その結果、高甘味度甘味料による味覚刺激は無味に比べて痛覚受容を抑える傾向はあるものの、糖類の甘味刺激とは異なる反応を示すデータが得られ始めた。そのため、現在までに得られている結果については、平成23年度に行なわれる国内の関連学会で公表するために演題登録を既に完了し、次年度もこれに関する研究を進めていく予定である。甘味による一時的な痛覚抑制効果は、海外では新生児領域で応用が試みられているものの、それ以外の対象ではこれまで検証自体が十分におこなわれているとはいえない。平成23年度は甘味による一時的な痛覚抑制効果が甘味強度に依存するものなのか否かを明らかにするため、昨年度に引き続き、高甘味度甘味料の1つを用いて痛覚刺激に対する影響について検証した。その結果、高甘味度甘味料による甘味刺激は無味に比べて痛覚受容を抑えるものの、庶糖の甘味に比べると痛みに対する効果が同等ではないことが示唆された。この研究結果に関しては国内専門学会で学会発表した。また、次年度には投稿ができるように追加データを収集するとともに、現在研究成果をまとめている状況にある。次に、成人女性では成人男性と比べて甘味による効果の発現に違いがあるという知見を得たことから、女性の月経周期に着目し、成人女性の痛覚感受性が月経周期によってどのような影響を受けるのかを検証した。この研究結果については、平成24年度に開催される国内学会にて報告する予定である。また、甘味による痛みに対する効果について、これまでに国内外を通じて明らかにされている研究成果や我々が明らかにした知見を国内の看護系学会(交流集会)を通じて紹介した。以上から、平成23年度は計画した研究を継続的に実施するとともに、データが収集できるにつれて得られた研究結果の報告をおこなった。本研究の目的は成人を対象に機能的磁気共鳴画像装置を用いて甘味による一時的な痛覚抑制効果を解明することであった。機能的磁気共鳴画像装置は空間分析能に優れているが、実験では脳画像データに加えて情動反応や主観的指標等の指標も併用して行なった。平成24年度は採択課題の最終年度であり、昨年度に引き続いて実験を継続実施した。研究は実験的疼痛を用いてブロックデザインで実施した。その上で、研究のデータ収集及び解析については予定通り終了し、痛覚潜時等の指標も含めて有用性を示唆するデータが得られた。そのため、現在は学会誌への投稿に向けて原稿を執筆中である。今後は速やかに投稿し、受理にこぎつけることができるように努力していく。また、機能的磁気共鳴画像装置を用いた実験と並行して取り組んでいた関連研究についても引き続き行った。甘味強度が異なる甘味物質を用いて痛覚受容への影響について検証した研究では、健康成人では甘味強度に比例して必ずしも痛覚潜時が影響を受けるわけではないことが明らかになった。これについては、国内の学術集会で研究結果を発表した。また、若年成人女性における月経周期別の痛覚感受性についての研究は、同じ熱痛刺激であっても月経周期別に痛覚感受性に変化が生じ、卵胞期の方が黄体期よりも痛覚閾値が高いという結果が得られた。

このほか、研究目的を達成するために行った予備実験データについても同様に解析を行った上で今後発表していく。これまでは研究データの収集に力を注いできたことから、論文での公表が十分に行なわれているわけではない。ただし、投稿及び査読に対応できるだけのデータの収集は継続的にその数が確保できるように努めてきている。よって、次年度はこれまでに取り組んだ研究を論文で公表できるように努力したい。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画にそって、継続して研究をおこなってきている。また、研究の進捗に応じて新たな着眼点や知見も得られはじめた。よって、次年度はこれまでに収集できた研究データを論文で公表するために、必要なデータ数を確保するとともに、収集データの整理及び論文作成を中心に展開していきたい。