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マクロファージの自然免疫応答能から探る人工関節インプラント感染症

インプラント感染症に対する生体反応機構には未だ不明な点が多い。生体反応機構の解明により感染症の発生や病態の進行を抑制することで、人工関節の長期成績が向上すると期待されている。本研究では種々の炎症病態に深く関与する自然免疫系受容体、特にマクロファージに発現するToll様受容体(Toll-like receptor: TLR)とNod様受容体(Nod-like receptor: NLR)に着目し、感染性人工関節周囲組織におけるマクロファージサブタイプ分類とそれらにおける自然免疫系受容体、その関連分子の組織局在と機能解析を行い、人工関節インプラント感染症における生体反応機構を解明した。インプラント感染症に対する生体反応機構は未だ不明な点が多い。摺動面由来のインプラント摩耗粉はマクロファージに貪食され、異物肉芽腫反応を生じ、それに伴う催炎性サイトカイン過剰産生は、骨溶解を惹起し人工関節の弛みを引き起こす。マクロファージの異物認識反応に関わるToll様受容体(Toll-like receptor: TLR)の一部やNOD(Nucleotide oligomerization domain)様受容体(NOD-like receptor: NLR)の一つであるNLR witha pyrin domain 3 (NLRP3)は弛緩人工関節の病態形成に関与する可能性が示唆されている。2009年から2011年の基盤研究では、感染性人工関節周囲組織におけるTLRサブタイプの発現を明らかにし、その主たる細胞は好中球、マクロファージであることを示した。グラム陰性杆菌由来の菌体成分LPSを用いた刺激試験で、食細胞系においてTLR4発現が抑制される一方で、TLR2の発現が亢進する現象を明らかにした。また2012年から2014年の基盤研究ではインプラント感染症起炎菌の代表であるグラム陽性球菌菌体成分リポテイコ酸がマクロファージにおいてTLR4発現を抑制し、TLR2発現が亢進する現象を明らかにした。またマクロファージのサブタイプによって異なる可能性を明らかにした。本年度はリポタイコ酸を用いたマクロファージ刺激試験においてNLRP3発現が亢進すること、向炎症生サイトカインであるTNF-α発現・分泌が亢進する一方で、IL-1βの発現は亢進するものの分泌されない現象を明らかにした。感染性人工関節周囲組織およびマクロファージ刺激試験において、TLR2およびNLRP3反応系の一部の分子の発現動態の解析が進んでいる。人工関節の開発、臨床応用から半世紀余りが経過し、現在、膝関節、股関節を中心に、少なくとも年間200万件以上の手術が世界中で行われていると推定されている。変形性関節症、関節リウマチをはじめ、末期の関節障害の治療に人工関節はなくてはならない治療法の一つで、日常生活の質の向上に大きく貢献している。しかし、インプラント感染症や非感染性の骨溶解と弛みの問題は未だ長期成績に大きく影響している。本研究では、種々の炎症病態に深く関与する自然免疫系受容体、特にマクロファージに発現するToll様受容体(Toll-like receptor: TLR)とNod様受容体(Nod-like receptor: NLR)に着目し、これらの関連分子の組織局在と機能解析を行い人工関節インプラント感染症における生体反応機構の解明を目的としている。昨年度は、リボタイコ酸を用いたマクロファージ刺激試験においてNLRP3発現が亢進すること、向炎症性サイトカインであるTNF-alpha発現・分泌が亢進する一方で、IL-1betaの発現は遺伝子レベルで亢進するものの分泌されない現象を明らかにした。本年度は、LPSおよび非メチル化CpG DNAを用いたマクロファージ刺激試験においてTLRs, NLRP3及びそれらのアダプター関連分子の発現動態を解析した。また、感染性人工関節周囲組織におけるTLRs、NLRs並びアダプター関連分子の組織及び細胞局在を病理学的に検討し、非感染性弛緩人工関節周囲組織、変形性関節症並びに関節リウマチ滑膜組織と比較した。LPSおよび非メチル化CpG DNAを用いたマクロファージ刺激試験において、TLRs、NLRP3及びそれらのアダプター関連分子の発現動態の解析が進んでいる。また、感染性人工関節周囲組織におけるTLRs、NLRsおよび、そのアダプター分子をはじめとする関連分子の蛋白レベルでの組織及び細胞局在を病理学的に検索し、非感染性弛緩人工関節周囲組織、変形性関節症並びに関節リウマチ滑膜組織と比較検討を行っている。本邦における65歳以上の人口は過去10年で全人口の17.5%から24.1%と急激に増加している。米国における報告では、高齢人口の増加に伴って人工股関節全置換術は、2010年に65.5万件であったものが2020年には137.6万件に増加すると予想されている。しかし、インプラント感染症や非感染性の骨溶解と弛みの問題は未だ長期成績に大きく影響しているが、インプラント感染症に対する生体反応機構には未だ不明な点が多い。本研究では、昨年までにリボタイコ酸を用いたマクロファージ刺激試験においてNod様受容体発現が亢進すること、向炎症性サイトカインであるTNF-alpha発現・分泌が亢進する一方で、IL-1betaの発現は遺伝子レベルで亢進するものの分泌されない現象を明らかにした。

最終年の本年は、LPSおよび非メチル化CpG DNAを用いたマクロファージ刺激試験においてToll様受容体, Nod様受容体及びそれらのアダプター関連分子の発現動態を解析した。また、感染性人工関節周囲組織におけるToll様受容体、Nod様受容体並びにアダプター関連分子の組織及び細胞局在を病理学的に検討し、非感染性弛緩人工関節周囲組織、変形性関節症、関節リウマチ滑膜組織と比較した。種々の炎症病態に深く関与する自然免疫系受容体、特にマクロファージに発現するToll様受容体とNod様受容体に着目し、これらの関連分子の組織局在と機能解析を行った。これらの人工関節インプラント感染症における生体反応機構を解明することにより、人工関節感染症の発生や病態の進行を抑制することで、人工関節の長期成績が向上すると期待されている。インプラント感染症に対する生体反応機構には未だ不明な点が多い。生体反応機構の解明により感染症の発生や病態の進行を抑制することで、人工関節の長期成績が向上すると期待されている。本研究では種々の炎症病態に深く関与する自然免疫系受容体、特にマクロファージに発現するToll様受容体(Toll-like receptor: TLR)とNod様受容体(Nod-like receptor: NLR)に着目し、感染性人工関節周囲組織におけるマクロファージサブタイプ分類とそれらにおける自然免疫系受容体、その関連分子の組織局在と機能解析を行い、人工関節インプラント感染症における生体反応機構を解明した。当初の計画に基づいて、感染性人工関節周囲組織およびマクロファージ刺激試験でのTLR2およびNLRP3反応系分子の発現動態の解析を進めていく予定である。当初の計画に基づいて、感染性人工関節周囲組織およびマクロファージ刺激試験において、TLRsおよびNLRsとそのアダプター分子の発現動態の解析を更に進めて行く予定である。整形外科学
高起電力有機薄膜太陽電池のための新奇ナノ材料開発と構造制御

本研究では有機太陽電池の発電時の電圧ロスを無くして高起電力化するための材料やデバイス構造を検討した。バルクヘテロ接合型太陽電池の発電ロスを減らすための積層構造に、酸化チタンナノシートと酸化モリブデン等のキャリア選択層を上下に配置したナノハイブリッド構造により界面が改善され起電力や曲線因子が大幅に向上した。積層型や新規開発した液晶性フタロシアニンをp型層とした素子でもキャリア選択層の効果が得られた。内部光電子放出法や極低温での実験から低温で理論限界に近い起電力も得られ、新材料や構造制御の重要性が明らかとなった。また、液晶性フタロシアニンの分子カラムの配向制御(ホメオトロピック配向)条件も検討した。伊東(研究代表者)はHOMO準位の深さが異なるp型有機半導体(ドナー分子)とn型半導体(アクセプタ分子)のフラーレンを積層した太陽電池においてpn界面のエネルギー差ΔEを変化し、同時に太陽電池のキャリア取り出し層を系統的に変えてV_<bi>とΔEをパラメーターにして太陽電池性能を評価した。ΔEを十分に大きくしてもバッファー層を挿入しない場合は電極の仕事関数差で起電力が制限されるが、NiOやMoO_3等のバッファー層を挿入することで仕事関数差が実効的に増加し、ΔEに比例して起電力が増加し最大で起電力1.2Vを得ることに成功した。ただし、起電力は温度上昇により大きく低下し、材料/構造面からの新たなアプローチも必要であることが明らかとなった。新奇ナノ構造に用いる電子取り出し層用酸化チタンナノシートの作製に取りかかり太陽電池とすることには成功したが、予定した効率が得られず製膜条件の再検討が必要となった。また、分担者の太田らはフラーレンを側鎖に有するフタロシアニン系液晶半導体を合成し、製膜条件を検討を行い製膜は可能となった。フタロシアニン液晶半導体のカラムナー形成や配向性も確認できたが、フラーレンとフタロシアニン間のアルキル鎖が長く電子移動の弊害となったためか光電変換特性は得られなかった。分子構造の見直しを行うため、フラーレンを有しない液晶半導体の合成に着手し、製膜性やフラーレン誘導体との混合系における光電変換のためのデバイス構造の検証を開始した時点で本年度は終了したため、次年度も引き続き分子設計やデバイス作製に向けて取り組んでいく。本年度も引き続きp型有機半導体(ドナー分子)のHOMO準位とn型半導体(アクセプタ分子)のLUMO準位に着目して界面のエネルギーギャップに相等するΔEを材料の組み合わせにより変えて作製した有機薄膜太陽電池の起電力向上と変換効率の増加に着目した研究を進めた。蒸着型の太陽電池ではドナー材料にポルフィリン系材料からDBPやAlClPcといった平面型のπ共役系低分子であり、なおかつ可視光領域に広範な吸収と起電力に有利と考えられるイオン化ポテンシャルが大きな材料に着目した性能を評価した。DBPをドナー分子とすることで起電力については室温で0.9V程度の電圧が得られ,効率も2.7%が得られた。低温では1.2Vを超える素子も得られた。なお,これらの平面型の分子は分子面が基板に平行に堆積すると吸収係数と厚さ方向のキャリア輸送性が向上し有利であることから,基板表面を自己組織化単分子膜で修飾し分子配向制御を試みた。しかし,単分子膜と基板間に電位障壁が形成され効率が低下したため,透明電極上にNiOを形成しその上に同様の素子を作製したところキャリア選択性が改善し効率が増加した。また,H22年度に検討開始した酸化チタンナノシートを有する有機薄膜太陽電池において素子構造を見直し,電極界面の改善を行なった結果,昨年は1.8%程度であった効率を3%以上に改善することに成功した。さらなる効率向上にはn型のフラーレンの見直しも必要と考え,よりLUMO準位が高い位置にあるフラーレン系材料に着目した研究も開始し起電力向上が可能であることを実験的に確認した。液晶半導体を用いた有機新材料に関しては基板の表面処理や製膜時の温度や加圧等により分子配向の制御や薄膜形成を試み知見を得た。昨年度までに起電力向上の指針が得られたが、高起電力素子においてしばしば電極と半導体の接触の問題が発生した。そこで、インピーダンス解析を新たに検討し、接触抵抗低減に最適なキャリア選択層(バッファー層)の検討を行い、接触抵抗の改善やデバイス特性への影響を調べた。

バルクヘテロ接合型素子においては酸化チタンナノシートと電極界面の接触抵抗をインピーダンス解析して低減し、界面の改善と漏れ電流の低減を進めた結果、昨年まで2%前後であった同じ材料を用いても3.5%の効率まで改善できた。液晶半導体を用いた新規構造の有機薄膜太陽電池において、昨年度まではポリマー系と比べて液晶半導体の製膜が困難なために製膜段階で問題が発生し配向制御まで行うことができなかった。本年度は製膜法を改良してウェット膜厚の堆積速度を制御した製膜方法により、極薄でありながらもピンホールのない液晶半導体膜を得ることに成功した。これとフラーレンを積層した素子において効率は0.1%台と低いもののキャリア輸送性や整流性に優れた太陽電池を得ることに初めて成功した。新規合成した液晶半導体に関して太陽電池導入前段階である個々の薄膜については配向制御に成功するに至った。また、液晶半導体のHOMO準位位置を変えることで起電力を増加することができた。厚さ10nm程度の極薄のp型半導体層を塗布法により均一に製膜できる技術を得たことで同材料系を用いたデバイス開発の可能性を切り開くことができた。起電力化に向けた知見と成果は得られた他,ナノシートを用いた新規構造において効率を大きく改善できたことで本研究の最大の目標は達成しつつあると考えている。一方,研究を進行する中で分子の配向制御が新たな課題として浮き上がった。本研究の計画当初からこの課題を液晶半導体により実現することを目標としていたが,液晶半導体の合成と均一な薄膜化が当初予定していたよりも困難であったため配向制御までは到達できていない。薄膜化の知見が得られたことでこの分の今後遅れを挽回したい。以上より、全体としてはおおむね順調に進展していると判断される。24年度が最終年度であるため、記入しない。分子配向制御と高起電力化はそれぞれ,分辛の形状やπ共役構造と,吸収波長帯(エネルギーギャップ)とイオン化ポテンシャル等に大きく依存する。これらを同時に満たす分子を新規開発することはそれだけで-大プロジェクトとなることが,最近の世界的な研究の中で顕在化しつつある。そのため,液晶半導体について引き続き研究を進める一方で,同時に液晶半導体と形状が類似しているが高起電力化が期待できる平板状の有機分子に着目し,これと自己組織化膜とを組み合わせて別の視点から分子配向制御による高性能化を進めていく必要がある。
アーレントとヤスパースにおける「歴史性」と「全体主義」－哲学と政治思想の連環

先年度の研究にて、『人間の条件』において、物的基盤を持った共通世界というものに大きな重要性が与えられている旨を確認したが、本年度の前半にあっては、かかる物的共通世界を基盤として遂行される人間側の営みたる「行為」概念が、アーレントにあって如何なるものとして概念化され、また如何なる理由で重要視されているか、に関する研究を遂行した。結果として、強固な物的世界を基礎として、事物の存在に関する信念を不可疑的で共通に受容可能なものとすることにより、言論やプロパガンダによる恣意的な信念操作・事実歪曲に歯止めをかける一方で、それ以外の部分に関しては広範な解釈と言論の自由を認め、無限の解釈実践と言論によって信念の硬直化や単一原理の圧倒的妥当を防止し、以て公共空間内の人間の実質的対等性を保全することが、アーレントの思想内容の核心である、という知見を得るに至った。本年度の後半では『革命について』の分析に従事した。第一に、法乃至憲法の位置づけを考察した。結果として、アーレントにおける「法」は単なる行為の抑制のみならず、過去の自由な行為実践を継受せしめ、自由な公共空間を維持せしめる機能を有している、との知見を得るに至った。この研究に関連して、申請者はChristian Volkによる近著(Arendtian Constitutionalism. Law, Politics and the Order of Freedom)を書評した。第二に、『革命について』末尾において現れる階層秩序的な評議会制構想が『全体主義の起源』以来一貫して保持されているアーレントの中間集団に対する注目と、『人間の条件』をはじめとする哲学的著作において現れている自由な行為乃至言論を中心とする公共空間論と、が、如何にして結合されているか、に関する研究を行った。他方で、ヤスパースの研究については、殆ど進展は見られなかった。29年度が最終年度であるため、記入しない。申請者の研究課題そのものはアーレントとヤスパースとの政治思想の比較研究であるが、本年度は主としてハンナ・アーレントの側の思想の分析に注力することとなった。先ず本年度前半においては、アーレント『人間の条件』『過去と未来との間で』の包括的読解を行った。これは研究計画において予定されていた「原理論」(と、部分的には「歴史・現状分析」)に関する研究に属するものである。この研究の結果として、動的な変化を免れた耐久的な物的世界としての「共通世界」に対してアーレントは非常に重要な位置づけを与えている、という知見を得た。これに加えて、彼女の(1950年代の)判断力論や行為論は、このような共通世界の齎す共通の存在措定に基づいた、共通的に伝達可能な述定言明乃至言述の構成及びそのやり取りという見地から整合的に読解可能である、という見通しも得られた。本年度後半においては、アーレント『全体主義の起源』の包括的読解と先行研究のサーヴェイとを行った。これは研究計画において予定されていた「歴史・現状分析」に関する研究に属するものである。結果として、「安定的部分集団の存立可能性」と「安定的意味の存立と批判可能性」という二つの分析軸を設定することで、『全体主義の起源』という著作に対して相当程度一貫した解釈を与えることが出来る、との見通しが得られた。加えてかような分析軸を設定した結果として、本年度前半期の検討の結果として適示されたアーレントにおける物的・耐久的「共通世界」に対する期待乃至評価は、実は彼女の全体主義論における問題設定の延長線上に属するものとして観念可能である、という副次的な知見も獲得された。かような研究成果の一部を流用し、牧野雅彦氏による著書『精読アレント『全体主義の起源』』の合評会(アーレント研究会主催、於京都大学)において、コメンテーターとして報告を行った。以上述べられたことから明らかなように、少なくともアーレントに関しては、当初の研究計画において予定されていた原理論的議論乃至「哲学」と、政治的議論乃至「歴史・現状分析」と、の間の連関関係について、相当程度クリアな見通しを得られたと思われる。無論当初の計画においては、彼女の「歴史性」に関する概念的分析が予定されていたのであって、かかる作業の着手の為には、先述の如き共通存在措定に基づいた述定の構成とコミュニケーションとについて、それらがアーレントにあって如何なる(静態的特性から区別された)動態的特性を帰せしめられているか、に関する検討をも行わなければならないであろう。この意味では、アーレントの政治思想の分析も未だ完結を見た訳ではない。他方でヤスパースに関しては、アーレント研究の傍らでいくつかの議論の検討は行ったものの、かような「哲学」と「歴史・現状分析」との間の連関関係の明晰化を十全には行い得たとは必ずしも言い難い。とは言え、かようなヤスパースに関する乏しい検討と、先述の如きアーレントへの専心的注力と、の帰結として、アーレントとヤスパースとの間には全体主義という歴史的事象の把捉様態に関して相当程度差異が認められるとの推測が得られた。即ち、ヤスパースが「全体主義」を尚も自身の従前の、既に確立された概念枠組みの範囲内で理解しようとしたのに対して、アーレントは「全体主義」の根本的な新しさを認識しつつ、それを真に分析し得るように新たな概念構成を組み上げるに至った、との示唆的推測が獲得されたのである。

この種の知見は、未だ両者の思想の有意な比較的解釈としては不十分なれども、両者の政治思想の比較分析という本研究の企図には尚も一定の有益な知見を齎し得るものとは思われる。以上の如き状況に鑑み、本研究課題の遂行は概ね順調に進展している、と評価可能である。先年度の研究にて、『人間の条件』において、物的基盤を持った共通世界というものに大きな重要性が与えられている旨を確認したが、本年度の前半にあっては、かかる物的共通世界を基盤として遂行される人間側の営みたる「行為」概念が、アーレントにあって如何なるものとして概念化され、また如何なる理由で重要視されているか、に関する研究を遂行した。結果として、強固な物的世界を基礎として、事物の存在に関する信念を不可疑的で共通に受容可能なものとすることにより、言論やプロパガンダによる恣意的な信念操作・事実歪曲に歯止めをかける一方で、それ以外の部分に関しては広範な解釈と言論の自由を認め、無限の解釈実践と言論によって信念の硬直化や単一原理の圧倒的妥当を防止し、以て公共空間内の人間の実質的対等性を保全することが、アーレントの思想内容の核心である、という知見を得るに至った。本年度の後半では『革命について』の分析に従事した。第一に、法乃至憲法の位置づけを考察した。結果として、アーレントにおける「法」は単なる行為の抑制のみならず、過去の自由な行為実践を継受せしめ、自由な公共空間を維持せしめる機能を有している、との知見を得るに至った。この研究に関連して、申請者はChristian Volkによる近著(Arendtian Constitutionalism. Law, Politics and the Order of Freedom)を書評した。第二に、『革命について』末尾において現れる階層秩序的な評議会制構想が『全体主義の起源』以来一貫して保持されているアーレントの中間集団に対する注目と、『人間の条件』をはじめとする哲学的著作において現れている自由な行為乃至言論を中心とする公共空間論と、が、如何にして結合されているか、に関する研究を行った。他方で、ヤスパースの研究については、殆ど進展は見られなかった。以上の進捗状況に関する分析からも察されるが如く、今後はやはりヤスパースの原理的乃至哲学的議論に対する緻密な分析が先ずは遂行されねばならない。即ち哲学的主著『哲学』の精読が要請されることとなる。これに加えて、アーレントの「歴史性」に関する分析の為に、特に彼女の「物語」論や「行為」論に関する一層の検討が為されねばならない。その為には、『人間の条件』などの公刊資料のみならず、アーレントの未公刊資料(例えば1950年代の諸草稿や講義案)に対しても目を広げ、彼女のある種分散的な記述を体系的に把握する必要があるであろう。尚本研究課題の遂行計画立案時点では明確に把握されていなかったことであるが、アーレント、ヤスパース両者の(政治)思想の比較を十全ならしめる為には、両者の公刊著作ベースでの議論を静態的に分析するだけでは足らず、両者の思想形成過程の動的な変遷にも注意を払う必要がある。というのも、彼らの哲学と政治思想・現状分析との間の関係性が、各時点において常に同一的な構造を保ち続けている保証は存在しない為である。
茹で調理の環境負荷低減へむけたデンプン食品の水分移動に及ぼす流体挙動の解析

本研究は、環境負荷の大きい麺などのデンプン食品の茹で調理の負荷低減を実現する為の基礎研究であり、デンプン食品の水分移動は糊化によって決まる水分保持能力(WHC)が支配因子であり、糊化デンプンの分散断片が系外へ流出することなく表層部に堆積するとWHCが過度に上昇して、内部への水移動速度の低下を引き起こす。しかしながら、麺と流体との相対速度が適当な条件では、分散断片が流れによって系外へ溶出し、沸騰温度未満かつ少ない湯量であっても、内部への水分移動が促進されるため、環境負荷低減が実現される。本研究では表面WHCと分散溶出へ及ぼす流体挙動を定量化し、水分移動への影響を明らかにすることを目的とする。当該年度においては、前年度に実施した流路システムに加えて、鍋内での茹で調理と、さらに鍋内にビーカーを設置して閉鎖システムを作り、この中での茹で調理実験を行った。業務用ガスコンロの内外輪をいずれも全出力にし、ステンレス寸胴鍋内で麺を茹でた場合、麺は大きく移動するが、鍋内に設定した閉鎖システム内に麺を投入した場合、あらゆる茹で時間において麺は動かずに静置している様子が観察できた。平均含水率の測定結果から、閉鎖システム内の麺のほうが平均含水率は高くなり、その差は茹で時間の進行にともなって大きくなることが示された。また、MRIを用いた麺内部の水分分布の比較では、両者は顕著な違いを示し、閉鎖システム内の麺は、麺中心部への水分移動が遅く、逆に表面部分の含水率が著しく高くなるという結果であった。鍋内において大きく移動しながら茹でられた麺は、表面における過度の含水率上昇は見られず内部への水分移動が速いことが顕著に示された。偏光顕微鏡観察では、標準茹で時間において、通常の鍋内の茹で調理では糊化がほぼ完了しているのに対し、閉鎖システム内の場合には未糊化領域が残っていることが確認されたことから、麺の流動の有無は糊化領域に影響を与えることが明らかになった。染色画像の観察では、茹で時間の経過に伴い分散開始領域が麺の中心部へ移動する様子がわかるが、麺の流動がある場合、分散領域がより麺の中心部へ移動する様子が確認できた。一方、茹で時間の経過に伴い試料の固形分溶出は増加するが、麺の流動がある場合のほうが、固形分溶出が大きいことが顕著に示された。以上の結果から、流動がない状態での麺の茹で調理は、糊化後期過程に形成された分散領域から高分子が溶出することなく、高い保水能力が保たれていることから、内部への水分移動が遅延することが顕著に示された。麺類の茹で調理では、特に、茹で水と接触する麺表面において、主成分であるデンプンの糊化が先行するため水分保持能力が著しく上昇すると考えられるが、これを抑制するためには、糊化・分散した高分子断片が茹で水へと溶出する過程が必要であり、水の流れは重要な役割を果たすと予想される。本研究では、茹で水を含む調理空間(熱移動、鍋容器内の水の流れ)を考慮した麺の水分移動を予測するために、流量と加熱温度を制御できる流路システムを使用して、鍋内における流速相当の条件となるように管内流れを規定した流路内に麺を配置して調理実験を行った。円管試料部の平均流速、1.59,4.78,7.97cm/s、および流れを停止させた系で、茹で調理を行った。試料は、うどん(生麺,初期含水率32.2wet%)を使用した。この時の円管内の流れの状態、すなわち試料近傍の流速分布は、流体解析ソフトCFD2000によって検証した。茹で途上の麺をサンプリングし、重量乾燥法による平均含水率測定、MRI(磁気共鳴画像)法による試料内水分分布測定を行うことで吸水特性を調べ、さらに顕微鏡観察、膨潤率、固形分溶出率、デジタルマイクロスコープによる表面観察を行い、茹で進行に伴う試料の状態変化を評価した。平均含水率及び水分分布測定の結果より、茹で調理時の流速を変化させた場合、試料の平均含水率は同じであるが、内部の水分分布に違いが生じることが明らかになった。特に、流れを停止させた場合は、表面の含水率が著しく上昇し、内部の含水率が低いという結果が得られた。顕微鏡観察では、流速が大きくなる程、麺内のデンプン分散領域が少なくなるという結果が得られ、試料内部の水分分布と糊化分布及び分散分布には相関があることが示された。本成果は、国際会議(2012EFFoST Annual Meeting)で発表した。

環境負荷の大きい麺類などの澱粉食品の茹で調理の負荷軽減を実現するために、本研究では、麺と流体との相対速度が適当な条件では、糊化後の澱粉分散断片が流れによって系外へ溶出し、沸騰温度未満かつ少ない湯量であっても、内部への水分移動が促進されるという仮説に基づき、表面水分保持能力(WHC)と分散溶出へ及ぼす流体挙動を定量化し、水分移動への影響を明らかにした。うどん(生および半生麺;含水率20-30% wet basis)および乾麺スパゲティ(含水率7.2%wet basis)を用いて、一定流量の温水を連続的に流す流路システム内での実験と、実際の調理を想定した鍋内での茹で実験の二つの系について茹で実験を行った。流れの解析から、円管流路システムにおいて流速7.97 cm/s程度(CFDの解析結果から麺近傍では12 cm/s)の流れの状態において、内部への水分移動が速く、これに満たない流れでは、表面におけるWHCの上昇が大きく内部への水分移動が遅延するという結果が示された。一方、粒子追跡法によって求めた鍋内の麺の移動速度は8.7±0.796 cm/sであったが、この流れの影響を受けずに麺が停止した状態となる鍋内閉鎖系システムでは、内部の水分量は増加せずに、麺表層部においてのみ水分量が著しく上昇していることが明らかになった。円管内、鍋内ともに内部への水分移動と固形分溶出量の増加は相関があり、糊化後、分散過程の澱粉が茹で水の流れによって多く溶出することで、麺の表層部のWHCが弱くなり麺の中心部まで水分が移動することが明確に示された。以上のことから糊化・分散・溶出を考慮した水分移動のモデルと流れの影響は、麺の種類に因らず澱粉食品の煮熟調理において共通に適用できることが明らかになった。食品工学本年度は、当初、高分子の分散溶出量の特定を行うことを目標に据えていたが、より実際の茹で調理を想定した系で実験を行うことで、流れが及ぼす麺内部への水分移動の影響を明確にとらえることができた。初年度に実施した流れの状態(流速)を規定した流路システムでの実験に対して、麺流動の有無という観点から実験を行ったことで、吸水特性(平均含水率、水分分布)、糊化・分散分布さらに固形分溶出率において顕著な違いが得られたことから、予想している水分移動モデルの構築のための基盤が得られた。流れの解析と茹で調理麺の評価方法の検討を行い、おおむね計画していたアプローチが妥当であることが確認できた。しかしながら、高分子の分散溶出量の特定のうち、分散については、顕微鏡法での観測は達成されたが、高速液体クロマトグラフィーでの実験において、24年度購入したカラムオーブンによって、温度可変が可能になったため、観測温度を変えて試みたが、定量化に成功していない。よって、25年度の検討課題として加えたい。25年度に行った鍋内調理の定量化、すなわち麺流動の数値化が必要となる。また鍋内の固体(麺)と流体(水)との割合は、鍋内の麺流動に影響を及ぼすことが予想されることから、麺ー水の割合を変化させた茹で調理を実施して、評価することを目指す。鍋内におけるこれら結果と、流路システムで得られた結果から、本研究のポイントとなる水分移動のメカニズムをモデル化し、実際に茹で調理途上の麺内の水分移動を記述することを目指す。24年度に達成されていない、高分子分散量の定量に向けて、分析手法の検討をあらたに行う必要がある。具体的には、分離カラムの変更があげられる。流れの状態を変化させるという点では、沸騰下でない温度帯での実験を試みる必要があり、その場合の流速分布の解析も必要となる。本研究のポイントとなる水分移動の考え方は、デンプンを主成分とする麺類全般へ適用できるものと考えている。よって、うどん生麺以外の麺類、たとえば、スパゲティなども視野に入れて、実験を展開する予定である。
大型形状記憶型製品への道(Cu-12%Al合金の加工性)

Cu-12%Al合金を高周波真空溶解炉を用いて溶製した。得られた試料は室温においては脆いことが判明し、冷間圧延は出来なかった。そのため、微量添加元素の影響を検討し、Cu-12%Al-0.01%B合金では結晶粒径が微細になることが明らかとなった。さらに、内部摩擦の測定により、Cu-12%Al合金とほぼ同様の結果が得られた。マルテンサイトの形態などから判断して、形状記憶効果が期待された。しかし、結晶粒径のこの微細化にもかかわらず大きな延性は得られなかった。走査型電子顕微鏡観察により、この合金においても粒界破壊をしていることが判明した。この原因は母相の規則化と同時に粒界の脆化にあると考えられた。また、Cu-12%Al合金において連続加熱による電気抵抗変化を測定し、本合金の相変態挙動を検討した。その結果、明確なマルテンサイト変態が認められた。なお、室温性質はよくなかったが、高温での加工性が著しい(加工効果はほとんどせず)ことが判明した。また、強加工材において室温性質が改善されることが明らかとなった。すなわち、十数回の形状記憶実験を繰り返すことが可能であることが判った。大型形状記憶型製品への可能性を検討するために、本合金のバルク材を切削加工することにより、リングを作製した。このリングを高温に加熱後、室温で塑性加工をほどこし、さらに再加熱することにより、形状記憶効果の実験を行った。この結果、Cu-12%Al合金において、変態温度が高いことや回復量が完全でない点を考慮しながら利用目的を選択することにより、大型形状記憶型製品の利用の可能性が大きいことが明らかとなった。本年度はCu-12%Al合金を高周波真空溶解炉にて溶製し、鋳造した状態での機械的性質を調べ、これに基づいて約700°Cに加熱後、断面減少率10%から70%の加工を行った。強化工材については、途中で再加熱を併用した。この結果、30%加工まではほとんど内部組織の変化は光学顕微鏡観察では認められなかったが、50%から70%加工にかけては著しい結晶粒形の変形に伴うスリップバンドが観察された。試験片の温度履歴については、組織的には予想より影響が少ない結果を得ている。なお、加工前の切削による薄板材では曲げ加工は早期破断のため不可能だったのに較べ、強化工材では形状記憶現象を数回繰り返すことが確認された。また、定電流発生装置(100mA)と急速加熱用反射炉とを用いた連続加熱・冷却中(<600°C)における電気抵抗測定結果において、マルテンサイト相およびbeta相における変態温度を測定した。加工による影響は変態温度については大きな差がないことが判明した。合金の結晶粒微細化効果を目的としてボロン(<0.05%)およびFe(<0.5%)を添加した合金について、組織観察を行った結晶粒形が数分の1になることが確認された。しかし、まだ十分な塑性変形能は得られていない。この原因は、結晶粒が混粒になっていることおよび添加元素の結晶粒界への影響などであると判断し、添加量の検討等を行っている。高温での変形挙動については、変形抵抗は著しく低下し、加工が容易になることが判明したが、加工硬化が起こらないため均一変形が困難であることが明らかとなった。今年度もCu-12%Al合金を高周波真空溶解炉で溶製し、熱処理を施した。連続加熱(10°C/min)および冷却中の電気抵抗変化(購入したレコーダを使用)を測定し、明確な相変態挙動を知ることができた。

このデータに基づき、900°Cからの熱間圧延(購入した熱間ロールを使用)により強加工することにより室温加工性(購入したロードセル、アンプおよび指示計を使用)が著しく改善された薄板材を用いて、形状記憶効果(購入した発熱体を使用)を観察した。その結果、大きな形状記憶効果が認められた。また、形状記憶効果の繰返し実験においも、十数回の繰り返しにも耐えることが判明した。ただ回復量は次第に減少することが判った。なお、ボロンを添加して結晶粒径を細かくした試料について、防振性を測定した結果、母合金とほぼ同様の内部摩擦が測定された。これにより、この試料も形状記憶効果が十分に期待できるものと判断された。また、これらの試料の破壊のメカニズムを解明するために、走査型電子顕微鏡による破面観察を行った。その結果、結晶粒径を細かくした試料においても、やはり粒界破壊をしていることが判明した。この原因は結晶粒内が規則化しているために塑性変形がし難いことのほかに、結晶粒界そのものに脆化の原因があるものと考えられた。本研究の最終目的である、大型形状記憶型製品への可能性を検討するために、バルク材を切削加工することにより、リングを作製した。そのリングの一部をカットして隙間を作り、溶体化処理後、室温で変形させ、再び昇温(400°C以上)させるて、バルク材における形状記憶効果を確認した。このことにより、Cu-12%Al合金を用いることにより、回復量や昇温温度や加工性などの点から使用条件は限定されるが、大型形状記憶型製品は可能であることが判った。
癌関連線維芽細胞に特異的に発現する細胞膜マーカータンパク質の探索とその治療応用

がんは、我が国において死亡者数が第一位であり、有効な治療法の開発が喫緊の課題である。がんの周辺には、がんの浸潤、増殖を助ける、分化した線維芽細胞が存在することが知られている。この線維芽細胞は、がん関連線維芽細胞(Cancer Associated Fibroblast: CAF)と呼ばれ、がんの増殖や浸潤を助け、病態を悪化させる可能性が示されている。そのため、最近のがん治療開発では、がん細胞をとりまくCAFを標的とする治療戦略が積極的に進んでいる。従って、CAFを分化前の正常な線維芽細胞に戻すことができれば、がんの進行を抑制することが出来ると予想される。そのためにはまず、CAFのみを判別することが可能な、目印となる細胞膜表面蛋白質(マーカー受容体)が必要となる。そこで本研究では、CAFのマーカー受容体を同定し、CAFを標的とした新たながん治療開発の基盤を構築することを目的とする。本年度は、大腸がんモデルマウス(アゾキシメタン投与後にデキストラン硫酸ナトリウムを投与)からコラゲナーゼ等を用いて、がん関連線維芽細胞を純度よく単離する系を確立した。その後、分化状態の異なる、がん関連線維芽細胞からRNAを回収し、それぞれの細胞に発現する遺伝子をDNAマイクロアレイにより比較、解析した。その結果、いくつかのマーカー受容体候補分子群を同定することができた。現在は、これら分子が実際にマーカー受容体になるかについて一つ一つ、in situ hybridization法などを用いて詳細な検討を行っている。当初の計画通り、癌関連線維芽細胞の単離法を確立し、分化状態の異なる癌関連線維芽細胞間に発現する遺伝子の比較実験を行うことができた。したがって、おおむね順調に進展していると考えている。同定している、いくつかのマーカー受容体候補分子群から、一つ一つ、in situ hybridization法などを用いて検討を行い、真のマーカー受容体を同定する。
α-アクチニン分子のアクチン結合におけるカルシウム調節機構の解析

線維芽細胞や脳に発現するα-アクチニン分子はアクチン線維に対する結合がカルシウムによって抑制されるという性質を有する。この分子はアミノ基末端にはアクチン結合構造をカルボキシル基端にはカルシウム結合構造であるEF-ハンドモチーフを配しているが、逆平行に2量体を形成するため、一方のペプチド鎖のアクチン結合領域に他方のペプチド鎖のEF-ハンド構造領域が隣接することになる。そのためカルボキシル基端にカルシウムが結合するとこれが隣接するアクチン結合領域の機能に何らかの影響を与えるのではないかと考え、線維芽細胞型α-アクチニン分子のカルボキシル基端領域を欠損したリコンビナント分子を作製しアクチン線維との相互作用について解析を行った。線維芽細胞型α-アクチニンの全長をコードするcDNA中にはその3′端にSma IおよびSca I制限酵素で切断される部位が存在する。前者はカルシウム結合構造であるEF-ハンドモチーフの終末部に対応し、後者はさらにその41残基下流のアミノ酸と対応する。そこでこの酵素切断部位に終止コドンを挿入した。この操作で得られたリコンビナントα-アクチニンはカルボキシル基端の73残基(全長の約8%)および32残基(全長の約3.5%)を欠失しているがEF-ハンドモチーフは完全に保存されていることになる。このカルボキシル基端欠損分子を精製してアクチン線維との相互作用を解析したところアクチンに対する結合およびゲル化におけるカルシウム感受性の喪失が認められた。さらに、カルシウム非存在下における欠損分子のアクチン結合およびゲル化能は著しく抑制されたが、それはカルシウム存在下における線維芽細胞型分子(末欠損分子)と同程度のものであった。これらの結果はカルシウムによるα-アクチニンのアクチン結合調節がカルボキシル基末端の非常に局限された領域を介して行われることを強く示唆していた。
中国山地における民俗の形成と伝播-社会伝承を中心として-

本研究は、中中国山地を対象としてその民俗文化の実態や分布の分析を通して、地域的特徴を析出する事を目的としている。この地域は、島根、鳥取、広島、岡山の4県が県境を接する抱合地域である。古代より出雲、伯耆、備後、備中それぞれ別個の文化的伝統の上に立っているが、中国山脈は交通の障害となるよりは、文化交流の場として働いており、県を越えた民俗文化の類似性の濃い事が実証された。神戸上や高瀬の通婚圈の分析によっても、県境を越えての婚姻の多さを指摘できるし、村落における草分け伝承を見ても、異国からやってきて住みついたと伝える家が必ず1,2軒は認められる。中中国山地はかっての鈩製鉄地帯という特色を持つが、鉄山師たちは、国境を越えて自由に移動し、中国山地全体が一つの世界と写っていた。鈩関係の民俗や慣行を持つ点も中中国山地の村落に共有される特徴である。この地域に最も顕著な信仰習俗は荒神信仰である。この信仰は全域に浸透しているが、地域的ヴァリエーションも認められる。広島県や岡山県では村組単位に荒神を祀る事が多いのに対して、島根県や鳥取県では個人的に荒神を祀るのが一般的である。広島県の荒神は田の神として信仰されているが、岡山、鳥取、島根では牛馬の守護神とされている。また一部の地域では荒神は山の神と混同されているが、山の神が牛馬守護神とみなされているからである。中中国山地では農家経営のために緑肥料を不可欠とする地域であり、共有山を採草地として利用してきた。また中国地方は全国有数の和牛飼養地帯であるが、採草地を放牧場を兼ねて利用するのがこの地方の特色である。放牧場の所有形態は大きく部落有林と私有林に分けられる。前者は生活に必須であるがゆえに維持されてきた入会山を利用するもので、後者は鉄山に遡る利用形態であり、いずれもこの地方に特色的な慣行である。本研究は、中国山地の鳥取県、島根県、岡山県、広島県の4県が県境を接する地域を広域的に対象として、民俗の分布や伝播の状況を実態調査することによって、中国山地独特の地域性を抽出しようとするものである。当年度は、鳥取県と岡山県において集中的にフィールドワークを行った。聞き取り調査を実施したのは、以下の23地区に及んでいる。(鳥取県日南町)上阿毘縁、宮内、河上、萩原、湯河、萩山、神戸上(鳥取県日野町)秋縄、津地、久住(岡山県新見市)西谷、千屋井原、千原(岡山県神郷町)三室、上油野、下油野、上和忠、三坂、上梅田、下梅田、柳原、長久、中村聞きとり調査においては、主として社会伝承に関する資料を集中的に集めることを中心に作業を行った。その結果、両県の中国山地地域においては、族制面では、親方・子方慣行が、民間信仰として荒神信仰と山の神信仰が広く分布していることが判明した。また村制面においては、共同体による放牧地の経営、放牧地と草刈山を目的とした入会林野の共同所有というものが、この地域特有の民俗として浮かび上ってきた。荒神信仰や山の神信仰も、牛馬の守護神としての性格が強いが、これも放牧地経営が卓越するこの地域ならではの特色と言える。

今回聞き取り調査を行った上記集落は、ほぼ例外なしに、かってタタラ製鉄を行っていたという伝承を伴っている。タタラ師たちは、定着性が弱く、中国山地を広く移動していたと想像される。一方、これらの集落は、山間部であるにもかかわらず、閉鎖性が希薄であることを特徴としている。さらに、集落としての定型性、まとまりの弱さも一つの特徴である。たとえば、共有林が複数集落にまたがっている場合もあれば、集落内が細集団化して共有林を保有する場合も多い。こういった集落の性格形成にタタラ経営の風土がかなり影響を与えたと思われる。本研究は、鳥取県、島根県、岡山県、広島県にまたがる中国山地のこの地域を、一つの民俗圏として設定し、地域の民俗的特質を抽き出すことを目的とするものであるが、当該年度は、備後と出雲の比較を念頭に置き、島根県と広島県の諸村落を対象として、以下の各地区においてフィールドワークを実施した。(島根県仁多町)久比須、亀蒿、前布施、山方、林原(島根県横田町)木馬木、小馬木(島根県木次町)尾原、下布施、北原、芦原(広島県東城町)上千鳥、下千鳥、小串(広島県西城町)保賀谷、坂根、本谷、寺谷(広島県比和町)福田、小和田(広島県高野町)上湯川、下湯川今年度、特に集中的に資料を集めたのは入会林慣行に関するものであった。中国山地の広島県側では、入会林を放牧地として共同利用するケースが顕著である。比和町福田では、毛無山の山峰側200町の町有林、山麓側120町の部落共有林を合わせて福田牧野組合が牛の放牧場として利用していた。部落有林の管理主体が同時に牧野組合を兼ねていたが、町有林の部分については、福田奨善会という法人を別個に組織し、管轄してきた。一方の島根県側では、木馬木のような県境北帯では放牧地として利用する例もあるが、現在残っている入会林の大部分は採草地であった。前布施の下山は、全体で61筆に細分されて、現在は私有地となっているが、もともとは各家の耕作反別に比例して利用権を分割していたものを、戦後になって個人登記したものである。中国山地は和牛の産地としてつとに知られており、したがって牛に関する伝承も豊富である。特に牛馬神を祀る習俗は一帯に広がっている。牛馬神信仰の中心となるのは大仙信仰と縄久利信仰であり、この二神は備後、出雲を問わず分布している。但し、備後では山の神が牛馬の守護神として信仰されるのに対し、出雲では荒神が牛馬の守護神として祀られている等の地域差も認められる。本研究は、中中国山地を対象としてその民俗文化の実態や分布の分析を通して、地域的特徴を析出する事を目的としている。この地域は、島根、鳥取、広島、岡山の4県が県境を接する抱合地域である。古代より出雲、伯耆、備後、備中それぞれ別個の文化的伝統の上に立っているが、中国山脈は交通の障害となるよりは、文化交流の場として働いており、県を越えた民俗文化の類似性の濃い事が実証された。神戸上や高瀬の通婚圏の分析によっても、県境を越えての婚姻の多さを指摘できるし、村落における草分け伝承を見ても、異国からやってきて住みついたと伝える家が必ず1,2軒は認められる。中中国山地はかっての鈩製鉄地帯という特色を持つが、鉄山師たちは、国境を越えて自由に移動し、中国山地全体が一つの世界と写っていた。鈩関係の民俗や慣行を持つ点も中中国山地の村落に共有される特徴である。この地域に最も顕著な信仰習俗は荒神信仰である。この信仰は全域に浸透しているが、地域的ヴァリーションも認められる。広島県や岡山県では村組単位に荒神を祀る事が多いのに対して、島根県や鳥取県では個人的に荒神を祀るのが一般的である。広島県の荒神は田の神として信仰されているが、岡山、鳥取、島根では牛馬の守護神とされている。
時空間伸縮可能な逐次的自己組織化写像に関する研究と実時間人体姿勢計測への応用

自己組織化写像の追加学習法を確立し,逐次的に入力されるデータを追加学習できることを確認した.その学習法をビジョンベース人体姿勢計測の頑健化のために利用した.具体的には,姿勢計測に成功しているときは逐次的にその姿勢を追加学習し,一方で姿勢計測に失敗しているときは過去の事例から類似姿勢を取り出すことで,システムの頑健化を図った.また,自己組織化写像を階層的に配置した階層型自己組織化写像を利用した動作認識手法も開発した.自己組織化写像の追加学習法を確立し,逐次的に入力されるデータを追加学習できることを確認した.その学習法をビジョンベース人体姿勢計測の頑健化のために利用した.具体的には,姿勢計測に成功しているときは逐次的にその姿勢を追加学習し,一方で姿勢計測に失敗しているときは過去の事例から類似姿勢を取り出すことで,システムの頑健化を図った.また,自己組織化写像を階層的に配置した階層型自己組織化写像を利用した動作認識手法も開発した.本研究では、自己組織化写像(SOM)の新たな学習法を確立し、実時間モーションキャプチャシステム(MCS)の頑健化を応用事例として提示する。そのために以下に焦点を当てて研究を行う。1.これまでに研究代表者らによって研究されているSOMの追加学習法に加え、次元数の異なる学習データの学習法の確立、ならびに学習フェーズとSOMからデータを想起するフェーズとを信頼度に基づいて切り替える方法の確立を目指す。2.MCSから得られる特徴点情報には信頼度が導入されていないため、特徴点の追跡精度などを基にして信頼度を付加する方法を考案し、MCSとSOMを組み合わせて頑健化を目指す。まず、SOMの追加学習に関して、従来法ではニューロンの増加に伴い、計算時間も増加傾向にあった。MCSに応用する際には計算時間の安定化が求められるので、SOMの学習法に局所探索法と局所更新法を確立させた。次に、SOMに入力されるデータの次元数が異なる場合(例えば、MCSで一部の特徴点抽出に失敗した場合など)を想定し、SOMを階層的に配置することで、下位の層で次元数の違いを吸収する仕組みを開発した。また、類似データの想起法については、MCSにおいて特徴点の一部が欠落していたり、隠れなどによって観測できなかったりしたときなど信頼度が低い特徴点情報を過去に学習したデータを検索することで類似度の高いニューロンを想起させ、特徴点情報を修正・補完する想起法を確立した。最後に、MCSにおいて実際に人体の姿勢を推定した結果の各部位の3次元特徴点に、人体モデルに基づいて信頼度を付加し、3次元特徴点の追加学習と想起を信頼度に基づいて切り替えて実験を行い、追加学習と想起が適切に行えていることを確認した。本研究の目的は自己組織化写像(SOM)の新たな学習法を確立し,実時間モーションキャプチャシステム(MCS)の頑健化を応用事例として提示することである.本年度は,以下の研究成果が得られた.1.昨年度に開発したSOMの追加学習法をより多くのデータに対して適用し,システムの耐久性をテストした.以下の2で述べるオンラインMCS上でも十分に稼働することが確認できた.2.ステレオカメラから成るオンラインモーションキャプチャシステムを構築し,人体の特徴点追跡の頑健化のためにSOMを利用した.具体的には,特徴点追跡に成功しているときはSOMに特徴点情報を追加学習させ,一方で特徴点追跡に失敗したときは,SOMが追加学習した過去の事例から類似データを想起させることで,特徴点追跡を継続させる仕組みを確立した.特徴点追跡に成功しているかどうかは,特徴点追跡手法のひとつであるパーティクルフィルタの尤度を利用して判定を行った.実験により,SOMがMCSの頑健化に利用できることが確認できた.3.SOMを階層的に配置することで,効率よく動作の学習ならびに認識を行う手法を開発した.具体的には,階層化されたSOMにおいて,最下位層のSOMでは,動作の最小構成要素である姿勢を学習させた.つまり,SOM上の個々のニューロンは,姿勢情報を記憶していることになる.この最下位層のSOMに動作構成する姿勢を連続的に入力すると,各姿勢に最も類似した情報を記憶したニューロンが次々と活性化する.この連続した活性化パターンを動作を表すパターンとして,上位の層に配置されたSOMに学習させることで,動作認識を可能にした.本手法の利点は,動作長が異なるパターンが入力されても,その動作をSOM上のニューロンの活性化パターンとして表現できるため,動作長に影響を受けずに動作認識を達成できる点である.本手法の有効性は,実際の動作認識実験でも確認できた.
各段階における炭酸ガス分圧下での鎮痛機構の検討-脊髄後角単-細胞活動に対する影響による検索-

脊髄鎮痛機構における過換気の効果を検討する為に、脊髄横断ネコにおいて正常換気条件から段階的な過換気条件にして、Wide Dynamic Range(WDR)細胞の活動の変化を指標とした細胞外微小電極誘導法を用いて、自発発射数およびペアン鉗子ピンチ法による誘発発射数の変化を検索した。また過換気によるWDR細胞の反応の変化の作用機序について麻薬拮抗薬であるナロキソンあるいはα-拮抗薬であるフェントラミンにより影響を受けるかを検索し、内因性モルフィン様物質と内因性α-アドレナージック作動物質の関与の有無について検討した。その結果、脊髄後角細胞の自発発射数およびペアン鉗子ピンチ法による誘発発射数は、共に動脈血中の炭酸ガス分圧の低下に相関して減少した。過換気から正常換気に戻すことにより発射数の回復がみられた。また過換気により低下した単一細胞活動に対するナロキソン静脈内投与による拮抗効果が観察された。同様にして、フェントラミンの脊髄表面滴下によっても拮抗効果が観察された。これらの結果から、過換気はWDR細胞の反応に抑制効果を及ぼしていると考えられた。ナロキソン静脈内投与により、過換気による単一細胞活動への抑制効果が拮抗されたことから、この抑制機構には内因性モルフィン様物質が関与していることが推測された。また、α-アドレナージック拮抗薬であるフェントラミンも過換気による脊髄後角細胞活動への抑制効果を拮抗することから、α-アドレナージック受容体も関与していることが推測された。以上の結果から、脊髄鎮痛機構における過換気の効果には内因性脊髄後角細胞活動調節機構が関与しているためと考えられた。脊髄鎮痛機構における過換気の効果を検索するために、脊髄横断ネコにおいて正常換気条件から段階的な過換気条件(Paco_2が3035,2530,2025mmHg)にして、wide dynamic range(WDR)細胞の活動の変化を指標とした細胞外微小電極誘導法を用いて、自発発射数およびペアン鉗子ピンチ法による誘発発射数の変化を検討した。その結果、脊髄後角細胞の自発発射及びピンチ法による誘発発射数は、ともに動脈血中の炭酸ガス分圧の低下に相関して減少した。特にPaco_2 2025mmHgとPaco_2 2530mmHg群の両者が対照群に対して有意の低下を示した。また平均値ではなく、12個の細胞から得られた発射数-Paco_2のプロットすべてを用いた相関係数は、自発発射数で0.356(P<0.01),誘発発射数で0.296(P<0.05)であり、両者ともにWDR細胞活動とPaco_2との間に有意の相関関係があることが示された。これらの結果から、過換気はWDR細胞の反応に抑制効果を及ぼしているものと考えられた。脊髄鎮痛機構における過換気の効果を検索する為に、脊髄横断ネコにおいて正常換気条件から段階的な過換気条件にして、Wide Dynamic Range(WDR)細胞の活動の変化を指標とした細胞外微小電極誘導法を用いて、自発発射数およびペアン鉗子ピンチ法による誘発発射数の変化を検索してきた。今年度は、過換気によるWDR細胞の反応の変化の作用機序について麻薬拮抗薬であるナロキソンあるいはα-拮抗薬であるフェントラミンによる影響を受けるかを検索し、内因性モルフィン様物質と内因性α-アドレナージック作動物質の関与の有無について検討した。脊髄後角細胞の自発発射数およびペアン鉗子ピンチ法による誘発発射数は、共に動脈血中の炭酸ガス分圧の低下に相関して減少することは、前年度までの研究の結果から分かっている。今年度の研究から、過換気により低下した単一細胞活動に対するナロキソン静脈内投与による拮抗効果が観察された。

同様にして、フェントラミンの脊髄表面滴下によっても拮抗効果が観察された。これらの効果から、過換気はWDR細胞の反応に抑制効果を及ぼしていると考えられた。ナロキソンの静脈内投与により、過換気による単一細胞活動への抑制効果が拮抗されたことから、この抑制機構には内因性モルフィン様物質が関与していることが推測された。また、α-アドレナージック拮抗薬であるフェントラミンも過換気による脊髄後角細胞活動への抑制効果を拮抗することから、α-アドレナージック受容体も関与していることが推測された。以上の結果から、脊髄鎮痛機構における過換気の効果には内因性脊髄後角細胞活動調節機構が関与しているためと考えられた。