hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低温フォトニックアシスト常伝導空洞による高電界・高Ｑを兼ね備えた新領域電子加速管

電子線形加速器で超伝導空洞と代替可能な高いQ値と常伝導の高電界を合わせ持つ、液体窒素温度で低損失な誘電体フォトニック構造を用いた加速空洞の実証が目的である。フォトニック構造は構造周期で決まる周波数帯のみにバンドギャップが存在し、電磁波を閉じ込める事ができる。また誘電体の誘電損失は低温で非常に小さくなる事が知られており、誘電体でフォトニック構造を作れば非常に高いQ値の加速空洞が構成できる。さらに電界強度についても誘電体には超伝導におけるクエンチのような原理的な限界が存在しない。これらを材料の誘電損失の評価から空洞の形成までを行うのが本研究の課題である。本研究は液体窒素温度で10^7程度のQ値が得られる、フォトニックアシスト常伝導加速空洞の開発を目的としている。開発課題としては、低損失誘電体の材質の検討、フォトニック構造の形成方法、フォトニック構造の配置、単空洞での高電界試験を行い、このフォトニックアシスト常伝導加速空洞が超伝導空洞と代替可能で、さらに常伝導加速管並みの非常に高い電界が得られる事を実証し、最終的には量産を見据えた製造方法の検討を行っていく事が目標である。初年度は、フォトニック空洞の材質の低温での誘電損失の評価及び空洞の測定のための冷却チェンバーを設計・製造した。さらにフォトニック構造のための低損失誘電体の材質及び、形成方法、配置などの検討・試験を行った。低損失誘電体の材質評価:液体窒素温度で10^<-7>程度の誘電損失を得るには高純度アルミナや、他の物質でも十分な低損失になる物質は存在する。フォトニック空洞を形成するには誘電率の高い物質程フォトニックの層数が少なくて済む。いくつかの候補物質について粉末を焼結した物と、いくつかのサンプル材料を入手し、誘電損失の比較測定を行った。フォトニック構造の形成方法:フォトニック構造の形成方法は材質によるが、高純度アルミナであれば通常の焼結で形成できる。フォトニック構造を分割し、焼結前に機械加工もしくはプレスで形成できコストも安い。フォトニック構造の配置の決定:誘電体航跡場加速用のチューブ型の空洞をフォトニックにも取り入れる事で、より簡単な構造で本研究のフォトニック空洞が構成できる事が分かり、シミュレーションにより検討を行った。本研究の目的は、電子線形加速器で超伝導空洞と代替可能な高いQ値と常伝導の高電界を合わせ持つ、液体窒素温度で低損失な誘電体フォトニック構造を用いた加速空洞の実証である。フォトニック構造は誘電体によって形成されるが、誘電損失は低温で非常に小さくなる事が知られており、誘電体でフォトニック構造を作れば、非常に高いQ値の加速空洞が構成できる。研究期間内に明らかにする課題としては、低損失誘電体の材質の検討、フォトニック構造の形成方法、フォトニック構造の配置、単空洞での高電界試験を行い、このフォトニックアシスト常伝導加速空洞が超伝導空洞と代替可能で、さらに常伝導加速管並みの非常に高い電界が得られる事を実証する。高純度アルミナ空洞の形成方法については、当初高純度アルミナ粉末を高温焼結する方法を行なっていたが、この方法では充填率が上がらなかった。そこでアンモニウムドーソナイト(NH4AlCO3(OH)2)を焼結する事によって市販のアルミナ以上に超高純度のアルミナを形成できるようになり、本研究のアルミナ空洞を研究所内で製造できるようになった。これによって通常のアルミナの製造期間を遥かに上回る速度で様々な試験ができるようになった。また空洞の冷却試験についても行なってきたが、冷凍機の不具合によって、平成23年度の補助金の一部を繰り越し、平成24年度の補助金で冷凍機を購入し、これを用いてQ値の測定を行った。冷凍機による冷却試験ができない研究期間については、上記の形成方法の向上や、詳細な材質評価、シミュレーションによる空洞の最適化やマイクロ波送電系の設計を行った。

研究期間内に明らかにする課題としては、低損失誘電体の材質の検討、フォトニック構造の形成方法、フォトニック構造の配置、単空洞での高電界試験を行い、このフォトニックアシスト常伝導加速空洞が超伝導空洞と代替可能で、さらに常伝導加速管並みの非常に高い電界が得られる事を実証する事が目的である。高純度アルミナを、開発した冷却試験チェンバーを用いて、Q値測定を行い、低温でQ値が上昇する事が確認できた。Q値測定にはギャラリーモードという誘電体の全反射を利用した高次モードによる測定を用いた。これにより、市販のアルミナより低い損失が得られ、アンモニウムドーソナイトの焼結によって得られるアルミナが非常に高純度で、本研究に必要な十分な低い損失が得られる事が分かった。その後、高純度マグネシアに材質を変更した所、高純度アルミナ以上に高いQ値が得られるようになり、さらにもう一つ特徴的な事として、常温ですら当初想定していたQ値に近い値が得られる事がわかった。さらに多セルの空洞についても電磁波計算等を進め、設計を簡略化した。また高電力試験等を行ってきた。本研究の目的は、電子線形加速器で超伝導空洞と代替可能な高いQ値と常伝導の高電界を合わせ持つ、液体窒素温度で低損失な誘電体フォトニック構造を用いた加速空洞の実証である。フォトニック構造は構造周期で決まる周波数帯のみにバンドギャップが存在し、電磁波を閉じ込める事ができる。フォトニック構造は誘電体によって形成されるが、誘電損失は低温で非常に小さくなる事が知られており、誘電体でフォトニック構造を作れば、非常に高いQ値の加速空洞が構成できる。さらに電界強度についても誘電体には超伝導におけるクエンチのような原理的な限界が存在しない。研究期間内に明らかにする課題としては、低損失誘電体の材質の検討、フォトニック構造の形成方法、フォトニック構造の配置、単空洞での高電界試験を行い、このフォトニックアシスト常伝導加速空洞が超伝導空洞と代替可能で、さらに常伝導加速管並みの非常に高い電界が得られる事を実証する。本年度は、アンモニウムドーソナイト(NH4AlCO3(OH)2)を焼結する事によって製造した高純度アルミナを、開発した冷却試験チェンバーを用いて、Q値測定を行い、低温でQ値が上昇する事が確認できた。さらに多セルの空洞についても電磁波計算等を進め、設計が簡略化できる事が分かった。また高電力試験のためのチェンバーや分析系の設計を進めた。本研究では冷却空洞による高いQ値を得る事が目的であり、このためには超高純度のアルミナ等の不純物の少ない誘電体の製造方法と、初年度に製造した試験チェンバーの空洞の冷却試験によるQ値測定が重要である。誘電体の製造方法については、アンモニウムドーソナイト(NH4AlCO3(OH)2)の焼結によって、超高純度のアルミナが製造できるようになり、さらに石膏型を使用する事で水分を取り除く事ができ、高密度のアルミナが得られるようになった。
人工アンチドット格子を持つ高温超伝導体の渦糸状態

人工的に制御された微細孔を、高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_8+y(Bi2212)の高品質単結晶薄膜およびBi2212固有ジョセフソン接合に導入することで、人工孔格子が渦糸系に与える影響をab面内・面間輸送特性を通して系統的に調べた。結果として、人工孔格子をもつBi2212の渦糸相図をおよそ明らかにした他、渦糸状態と孔格子の幾何学パラメータとの関係、マッチング効果におけるc軸渦糸相関の変化を解明できた。高温超伝導体における渦糸研究に於いて、これまで物質そのものが持つ特性に注目した研究が主流であったが、ここ数年来、我々は人為的に微細な構造を制御して導入し、渦糸物質に及ぼす影響を調べてきた。これまでの研究における微細加工プロセスの改善によって、渦糸物質の相転移を観測できるほど高品質で詳細な物性測定に適う試料ができるようになり、人工的なナノ構造を導入した高温超伝導体中の渦糸物性を明らかにすべく、アンチドットの微小化・高精度化とともに、面間伝導や微小磁化測定などへ測定物理量を広げる試みを行った。具体的な成果として、高温超伝導体における分数マッチング効果、ピン止めされた渦糸固体の融解相転移を初めて見出した。融解転移は明瞭な抵抗のジャンプとして観察され、条件によっては一次相転移の様相を示す。相転移温度は駆動電流にも依存する点がアンチドットがないBi2212で知られていた結果と異なっており、ピン止めポテンシャルと熱揺らぎの競合が相転移の起源であることを示している。比較実験として同一試料中でアンチドットの有無による物性の違いををフロー抵抗で想定し、渦糸相図のどのように変化するかを調べ、渦糸相図の変化は概ねアンチドット中の渦糸飽和数と不可逆曲線の大小関係で議論することができることが分かった。また、相転移出現の条件には、アンチドット径やアンチドット間隔、Bi2212膜自体の膜質が関係していることが分かってきた。1μm間隔・アンチドット径100-300nmでは一次相転移が観察されるのに対して、400nm以上では相転移らしい変化は見られず、超伝導ネットワーク的な振る舞いを示した。高温超伝導体の磁場中での特性を決めるのは、超伝導体中に生成された渦糸(量子化磁束)である。これまで、高品質単結晶中での物質固有の特性に注目した研究がなされ、従来超伝導体では見られなかった多彩な渦糸状態・渦糸相図が明らかにされてきた。一方我々は、ここ数年来、FIBなどを用い微細な構造を人工的に制御して導入し、渦糸物質に及ぼす影響を調べてきた。これまでの研究における微細加工プロセスの改善によって、渦糸物質の相転移を観測できるほど高品質で詳細な物性測定に適う試料ができるようになってきたが、引き続きアンチドット格子を持つ高温超伝導体中の渦糸状態について未知の知見を得るために、更なる試料作製・測定方法の改善を行った。昨年度までに見出した、高温超伝導体における分数マッチング効果、ピン止めされた渦糸固体の融解相転移については、アンチドット格子の対称性やアンチドット径・密度による依存性を明らかにした。この一次相転移は、アンチドットをランダムに配置した場合には観察されず、明瞭な分数マッチング効果も現れないことから、ピン止め格子の対称性が重要な役割を果たしていることを示している。渦糸格子自体は、アブリコソフ三角格子として知られるように、通常、正三角格子を組む傾向があるため、マッチング磁場においてアンチドット正三角格子によるピン止めは最も強い。一方、アンチドット正方格子の場合、渦糸系は正三角格子を組むことでエネルギーを下げ、ピン止め格子から外れる浮遊固体相が現れる可能性が理論的に指摘されていた。実際、ピン止め力が弱いと考えられる正方格子試料では、浮遊固体相の存在を示す2段階の相転移が観察できた。また、結晶のc軸方向の電気伝導を調べることで、渦糸の超伝導面間相関についての知見を得るべく、アンチドット格子を導入した固有ジョセフソン接合試料を作製し、整数マッチシグ効果の観測に成功した。今後、引き続き試料の質を向上させ、渦糸系の相図や相転移を議論可能な試料の作製に取り組む。第2種超伝導体の磁場中での特性を決めるのは、超伝導体中に生成された渦糸(量子化磁束)である。なかでも、高温超伝導体では、高い超伝導転移温度や大きな異方性、短い超伝導コヒーレンス長といった要因により、従来超伝導体では見られなかった多彩な渦糸状態・渦糸相図が明らかにされてきた。これらの研究の進展には、渦糸のピン止め中心となる欠陥が極力少ない高品質単結晶が作られるようになったことが大きく寄与している。

一方、本研究では、高品質試料に逆にFIBなどを用い微細な構造を人工的に制御して導入し(人工ピン止め)、渦糸物質に及ぼす影響を調べた。表面保護層の最適化など微細加工プロセスの改善によって、渦糸物質の相転移を観測できるほど高品質で詳細な物性測定に適う試料ができるようになった。本年度は、アンチドット格子やランダムに配置された人工ピン止めを持つ高温超伝導体中の渦糸状態、特に渦糸の超伝導面間相関についての知見を得るべく、更なる試料作製・測定方法の工夫や改善を行った。試料作製に関しては、プロセス数を極力減らすため、劈開とFIB加工のみでの、アンチドット格子を導入した固有ジョセフソン接合試料作製を実現した。昨年度までに面内渦糸フロー抵抗測定により見出した高温超伝導体における分数マッチング効果、ピン止めされた渦糸固体の融解相転移について、c軸電気抵抗測定からも同様に観察することに成功した。さらに、c軸抵抗測定ではこれらの現象の見え方に大きな電流依存性があることが分かり、適当な引加電流では渦糸系の相転移による巨大かつ急峻な抵抗転移を見出した。また、面内抵抗測定ではアクセスできなかったピン止めされた渦糸固体相内部の様子がc軸ジョセフソン臨界電流測定により明らかになった。
経済ネットワークの構造-リンク形成の費用・効率性と対安定性をめぐって

(1) Effects of Players' Asymmetry ona NetworkFormation :本研究ではネットワーク形成問題にプレイヤーの非対称性を導入し,理論分析とシミュレーション分析を行った.とくに,リンクの価値関数の凸性や凹性とネットワークの効率性,安定性とのあいだの関係を明らかにした.(2) Delegating the Decision-Making Authority toTerminatea Sequential Project :本研究は企業内ネットワークにおける権限配分についての研究である.とくに,通時的な投資を伴うようなプロジェクトを,収益性に応じて途中でストップすべきかどうかに依存して,最適な権限配分が異なることを明らかにしている.(1) Effects of Players' Asymmetry ona NetworkFormation :本研究ではネットワーク形成問題にプレイヤーの非対称性を導入し,理論分析とシミュレーション分析を行った.とくに,リンクの価値関数の凸性や凹性とネットワークの効率性,安定性とのあいだの関係を明らかにした.(2) Delegating the Decision-Making Authority toTerminatea Sequential Project :本研究は企業内ネットワークにおける権限配分についての研究である.とくに,通時的な投資を伴うようなプロジェクトを,収益性に応じて途中でストップすべきかどうかに依存して,最適な権限配分が異なることを明らかにしている.現代の社会や経済のさまざまな局面で経済主体が一対一のペア間で協力関係(リンク)を作り,結果として協力関係のネットワークを形成していくことがある.例えば,研究者間の共同プロジェクト,企業間の研究開発,国際間のFTAなど挙げることができる.経済主体のペアがリンクを形成するインセンティブはリンクやネットワークへの参加によって得られる利得とリンクの形成と維持に伴う費用の2つに依存する.これらの基本的な考え方をベースに,2009年度はまず,従来の研究でおかれてきたすべてのプレーヤーが同じ生産性を持っていると仮定を変更して,プレーヤーの1人が大きな生産性をもつとした場合結果がどうなるか,とくに生産性の高いプレーヤーがネットワークの中心に位置しやすいことが予想されるが,その直観を具体的な状況を想定しながら妥当であるケースと反例が見つかるケースについて分析を行った.現実の経済でも,大きなプレーヤーを中心としてネットワークが形成される場合と,小さなプレーヤーの集まりによって大きなプレーヤーに対抗する形でネットワークが形成されることがあるが,これらの違いが生じる理由について理論的に明らかにしている.また,ネットワークのリンクの価値が直接的なコネクションだけではなく,間接的なコネクションにも依存するケースの分析を行い,例えば研究開発に伴うスピルオーバーが存在する場合における安定的な研究開発ネットワークと効率的なネットワークとの間の関係を分析した.この研究においても非対称なプレーヤーを想定し,大きなプレーヤーがネットワーク形成において果たす役割について分析している.現代の社会や経済のさまざまな局面で経済主体が一対一のペア間で協力関係(リンク)を作り,結果として協力関係のネットワークを形成していくことがある.例えば,OSなどを通じたユーザーとコンテンツの接続,企業間の研究開発,国際間のFTAなど挙げることができる.経済主体のペアがリンクを形成するインセンティブはリンクやネットワークへの参加によって得られる外部性も含めた利得とリンクの形成と維持に伴う費用の2つに依存する.これらの基本的な考え方をベースに,2009年度はプレーヤー間の非対称性とリンクに生じる直接的,間接的外部性の効果について分析を行った.2010年度はこれまでの研究を踏まえ,2つの研究を集中的に行った.1つはシミュレーションによる分析である.プレーヤーの数を35に限定した上で,リンク接続の費用,プレーヤー間の非対称性の程度,直接・間接的外部性の程度を変化させたときに実現するネットワークの変化と,効率的なネットワークとの乖離の変化について分析した.もう1つは両面性市場とプラットフォームの分析への応用である.例えば,パソコンのOSはOSとコンテンツ,またはOSとユーザーがリンクを結ぶことでネットワークを形成している.また,ユーザー間,コンテンツのプロバイダー間,そしてユーザーとプロバイダーとのあいだに直接・間接のネットワーク外部性が生じている.リンク形成のインセンティブはOSのようなプラットフォームの価格・非価格戦略に依存しており,プラットフォームの提供者がネットワーク外部性をコントロールしながらどのようなインセンティブを与え,またどのようなネットワークが実現するのかについて分析した.企業間の共同研究開発,国家間のFTA,電気通信の相互接続など,相互のリンクを形成する個別のインセンティブと,結果として実現するネットワーク性質を調べることが研究の目的である.これまで,プレイヤーが対称的なケースに焦点を当てて分析を行い,ネットワークの対安定性と効率性との関連を調べる上で,リンクの価値関数の凸性,凹性が重要であることを明らかにした.本研究では,より現実的な状況としてプレイヤーの貢献が非対称であるような状況を想定し,シミュレーション分析を行った.主要な結論として,凸性のもとではプレイヤーの非対称性はネットワークの対安定性や効率性に対して影響を及ぼさないが,凹性のもとでは対安定的なネットワークと効率的なネットワークの乖離が大きくなることが分かった.このことから,自発的なネットワーク形成に対する政策的介入のあり方を検討することができる.企業内ネットワークの中でも,本研究は企業内の権限配分の構造を分析している.とくに複数の連続的な投資が必要なプロジェクトについて,プロジェクトの継続を決定する権限をどの主体に与えることが望ましいかを分析している.主体が自身のキャリアについて関心を持つとき,もし,プロジェクトの状況がよくないときにはストップすることが目的ならば,後で投資を行う主体に権限を与え,プロジェクトを常に継続することが目的ならば先に投資を行う主体に権限を与えることが効率的であることを明らかにしている.
鉄筋腐食可視化システムの開発と教材としての活用

コンクリート中の鉄筋の腐食状況を直接観察することは出来ない。そこで、本研究では、コンクリートを透明な水性ゲルに置き換えて腐食機構の再現を行った。これにより、鉄筋の腐食過程の経時変化を目視により観察することが可能となり、それぞれの腐食要因下での腐食過程を継時的に比較することが出来るようになった。水性ゲルにより鉄筋腐食の進行を可視化した上で、そこに自然電位法およびpH測定を併用して適用し、目視による腐食評価と測定値による評価を行い比較・検討した。このことで、自然電位法の信頼性、精度の検証が可能となった。また、水性ゲルのpHを測定することで、自然電位法では診断しきれなかった、より詳細な鉄筋の腐食診断が行えるようになった。水性ゲルのゲル化剤として、特殊PVA(ポバール)およびアジピン酸ジヒドラジドを使用した。なお、指示薬としてBTB溶液等を使用し、視覚のみで腐食状況の確認が行えるようにした。鉄筋腐食可視化システムにおいて、鉄筋の端部の状態や加工の有無が腐食に大きく影響を及ぼすことが確認出来た。更に、鉄筋の端部を保護することにより、鉄筋の腐食作用を抑制することも確認出来た。また本研究では、水性ゲル可視化システムの再現性を証明するとともに、水性ゲルと実際のコンクリートにおける自然電位の値の関係性についても実証してきた。水性ゲルとモルタルを一体化させた供試体を作製し、自然電位の値がほぼ一致することが確認できた。
膜微小ドメインによるAMPA受容体チャネル活性制御：超高精度1分子法による解明

本研究の目的は、1分子蛍光観察と超解像蛍光観察を組み合わせた超高精度イメージング法により、神経細胞上でのAMPA受容体(AMPAR)のイオンチャネル活性の膜微小領域内外での分布を明らかにし、シナプス可塑性を生み出す機構を解明することである。これによりAMPARがどのような膜環境下にあるときに、活性を発揮するのかを明らかにする。我々は、HEK293細胞に発現させたAMPARの輝点同士が共局在する様子を高精度1分子観察することによって、AMPARの4量体は安定ではなく単量体も存在することを明らかにした。さらに、マウス神経細胞にHalo7-AMPARのcDNAを導入し、2,3週間培養した後に、1分子観察したところ、Halo7-AMPA受容体は約100ミリ秒という短寿命の(みかけの)ホモダイマーを形成することを見出した。また、ポストシナプス上のHomer-1bドメイン以外の領域でもHalo7-AMPARの単量体と短寿命のダイマーが検出された。また、Homer-1bドメイン上のシナプス領域中ではHalo7-AMPARの運動は非常に遅いが、シナプス領域外では速い成分も存在していることを見出した。これらのデータに基づき、刺激に応じて神経細胞が、シナプス領域内外のAMPAR密度を迅速に調整しシナプス伝達効率を変更できるのは、AMPAR単量体の速い動きが原因であるというモデルを提案した。このモデルをさらに検証するためには、Homer1bの超解像観察とAMPARの1分子観察を同時行う必要がある。そこでまず、培養細胞で膜構造の高速超解像観察と膜貫通型タンパク質の1分子観察を同時に行い、実験系を確立することに成功した。現在、Homer1bの超解像観察とAMPARの1分子観察の同時観察を行っている。これにより、シナプス内外でのAMPARの会合状態を明らかにすることが期待できる。我々は、当該年度、AMPARの輝点同士が共局在する様子を高精度1分子観察することによって、神経細胞膜上でもAMPA受容体の4量体は安定ではなく、100ミリ秒以下の寿命であり単量体も存在することを明らかにした。特にポストシナプス上のHomer-1bドメイン以外の領域でAMPARの単量体と短寿命のダイマー、オリゴマーが検出された。これらのことは、Homer-1bドメイン上のシナプス領域中ではAMPARの運動は非常に遅いが、シナプス領域外では速い成分も存在している、という我々の実験データともよく一致している。次にこのモデルを検証した。そのため、膜上の局所ごとのAMPARのチャネル活性の可視化を試みた。GluA1、GluA2に蛍光タンパク質カルシウムセンサーのCase12タグを付加させたタンパク質をHEK293細胞に発現させて、1分子観察の条件を探った。Case12の4分子が会合すると、輝点として観察可能で、十分なシグナル/ノイズ比が得られることを確認した。これによりAMPARサブユニットを追跡しながらグルタミン酸添加後のカルシウム流入を可視化することにより、チャネル活性を調べることができる。神経細胞膜上でのAMPARの短寿命ダイマー、オリゴマーの存在を確認できたことは、非常に画期的だと考えている。また、「刺激に応じて神経細胞が、シナプス領域内外のAMPAR密度を迅速に調整しシナプス伝達効率を変更できるのは、AMPAR単量体の速い動きが原因である。」というモデルを提案する上で、シナプス内外でのAMPARの拡散係数とAMPARの会合度に相関がみられたことも大きな意義がある。これらの発見によって、シナプス可塑性の機構を解明するための研究が一気に進む可能性がある。また、AMPAR4量体ごとのチャネル活性の可視化法を検討していて、上手く行く見通しが立ってきた。当初の目標を達成しており、研究計画は順調といえる。

また、Homer-1bドメイン上のシナプス領域中ではHalo7-AMPARの運動は非常に遅いが、シナプス領域外では速い成分も存在していることを見出した。これらのデータに基づき、刺激に応じて神経細胞が、シナプス領域内外のAMPAR密度を迅速に調整しシナプス伝達効率を変更できるのは、AMPAR単量体の速い動きが原因であるというモデルを提案した。このモデルをさらに検証するためには、Homer1bの超解像観察とAMPARの1分子観察を同時行う必要がある。そこでまず、培養細胞で膜構造の高速超解像観察と膜貫通型タンパク質の1分子観察を同時に行い、実験系を確立することに成功した。現在、Homer1bの超解像観察とAMPARの1分子観察の同時観察を行っている。これにより、シナプス内外でのAMPARの会合状態を明らかにすることが期待できる。蛍光タンパク質カルシウムセンサーのCase12タグを付加させたGluA1, GluA2を刺激後、1分子観察することで、チャネル活性の可視化の方法論を確立する。その後、ポストシナプスマーカーであるHomer-1bが形成するドメインや糖脂質ドメインを高空間精度で蛍光観察する。例えば、Homer-1bを有機色素で蛍光ラベルし、超解像顕微鏡法で観察する。これらを両方とも達成した後に、微小ドメイン内外のAMPARチャネル活性を測定する。
凍結細胞の運命：バイオインフォマティクスに基づく医療用細胞の品質評価技術の構築

【研究目的】本研究では、凍結・解凍後の細胞・組織の状態、品質評価技術を提案することを目的として、最終的には、医療用細胞の品質の向上を目指す。具体的な研究課題として、1長期凍結保存した細胞の品質評価(組織由来幹細胞など)、2凍結保存した細胞・組織構築物の品質評価、3凍結保存した組織・臓器の品質評価、について検討した。【研究成果】1年目における各々の研究課題に対する主な成果をまとめた。19年以上前に凍結保存したヒト脂肪組織由来幹細胞(ASCs)を解凍し、その品質について検討した(中林、宮本)。解凍後のヒトASCsの生存率は90%以上であり、解凍・培養後のヒトASCsは線維芽様細胞の形態を示し、マイコプラズマも検出されず、脂肪・骨への分化が確認できた。2三次元培養デバイスTASCL(Tapered Stencil for Cluster Culture)を用いて、均一なヒト脂肪様組織構築物を大量に創製した(池内、宮本)。続いて、ガラス化凍結法も用いてこれらを凍結し、液体窒素下で保管した。結果、凍結・解凍後のヒト脂肪様組織構築物の状態も良く、その機能も維持していることが確認できた。3マウスから採取した各々の組織をガラス化凍結法により凍結し、液体窒素下で保管した(河野、宮本)。結果、凍結・解凍後の動物組織の状態は、組織ごとに異なることが確認できた。以上より、本研究では、123で得られた成果をもとに、有効な細胞・組織の品質評価技術の構築について検証している。実験動物を用いる研究については、各大学・研究施設の動物実験指針に準拠して研究を実施した。ヒト細胞・組織を用いる研究については、機関の外部委員を含めた倫理審査委員会において生命倫理、安全管理を厳重に審査する。倫理委員会の承認かつ実施施設の長の許可を得て、全ての研究を遂行した。本研究課題は、凍結・解凍後の細胞・組織の状態、品質評価技術を提案することを目的とする。1年目は、本課題に関わる研究者(研究代表者、研究分担者、研究協力者)とともに、まず、1長期凍結保存した細胞の品質評価、2凍結保存した細胞・組織構築物の品質評価、3凍結保存した組織・臓器の品質評価について、各々の研究課題に取り組んだ。長期凍結保存したヒトASCs(9年)は、multipotencyを有し、その有効性を示すことができた。ガラス化凍結法により、特定の組織の凍結保存の有効性を確認できた。以上より、各研究者は、各々の課題について、研究開発を連携して進めることができた。現在までに、細胞、細胞・組織構築物、組織・臓器に対して、各々の品質評価に成功している。また、123で得られた知見をもとに、医療用細胞の品質評価技術の構築を推し進めている。2年目の研究の推進方策として、1年目に引き続き、1長期凍結保存した細胞の品質評価、2凍結保存した細胞・組織構築物の品質評価、3凍結保存した組織・臓器の品質評価、を基本方策として研究を推進する。各々の研究課題で得られた成果をもとに、凍結・解凍後の細胞・組織の状態、医療用細胞の品質評価技術の構築を、本課題に関わる研究者で協力・連携しながら研究開発を進める。実験動物を用いる研究については、各大学・研究施設の動物実験指針に準拠して研究を実施する。特に、動物愛護と動物福祉の観点から実験動物使用は、目的に合致した最小限にとどめる。またその際、麻酔等手段により苦痛を与えない等の倫理的配慮をおこなう。実験者は、管理者と相互協力のもと適切な環境のもと飼育管理を行う。倫理委員会の承認かつ実施施設の長の許可を得て、全ての研究を遂行する。また、それぞれの組織については倫理的な手続きおよび考え方が年次毎に異なると予想され、「ヒト幹細胞等を用いる臨床研究に関する指針」に従い、新の社会的な影響を十分に考慮する。さらに、ヒトゲノム・遺伝子解析研究に関する倫理指針(平成25年4月1日改正)を遵守して本研究を実施する。【研究成果】

1年目における各々の研究課題に対する主な成果をまとめた。19年以上前に凍結保存したヒト脂肪組織由来幹細胞(ASCs)を解凍し、その品質について検討した(中林、宮本)。解凍後のヒトASCsの生存率は90%以上であり、解凍・培養後のヒトASCsは線維芽様細胞の形態を示し、マイコプラズマも検出されず、脂肪・骨への分化が確認できた。2三次元培養デバイスTASCL(Tapered Stencil for Cluster Culture)を用いて、均一なヒト脂肪様組織構築物を大量に創製した(池内、宮本)。続いて、ガラス化凍結法も用いてこれらを凍結し、液体窒素下で保管した。結果、凍結・解凍後のヒト脂肪様組織構築物の状態も良く、その機能も維持していることが確認できた。3マウスから採取した各々の組織をガラス化凍結法により凍結し、液体窒素下で保管した(河野、宮本)。結果、凍結・解凍後の動物組織の状態は、組織ごとに異なることが確認できた。以上より、本研究では、123で得られた成果をもとに、有効な細胞・組織の品質評価技術の構築について検証している。実験動物を用いる研究については、各大学・研究施設の動物実験指針に準拠して研究を実施した。ヒト細胞・組織を用いる研究については、機関の外部委員を含めた倫理審査委員会において生命倫理、安全管理を厳重に審査する。倫理委員会の承認かつ実施施設の長の許可を得て、全ての研究を遂行した。本研究課題は、凍結・解凍後の細胞・組織の状態、品質評価技術を提案することを目的とする。1年目は、本課題に関わる研究者(研究代表者、研究分担者、研究協力者)とともに、まず、1長期凍結保存した細胞の品質評価、2凍結保存した細胞・組織構築物の品質評価、3凍結保存した組織・臓器の品質評価について、各々の研究課題に取り組んだ。長期凍結保存したヒトASCs(9年)は、multipotencyを有し、その有効性を示すことができた。ガラス化凍結法により、特定の組織の凍結保存の有効性を確認できた。以上より、各研究者は、各々の課題について、研究開発を連携して進めることができた。現在までに、細胞、細胞・組織構築物、組織・臓器に対して、各々の品質評価に成功している。
位相共役光発生を用いた超短パルス光の時空間制御法の開拓

光学的に不透明な媒質をレーザーなどのコヒーレント光が透過する際には、多重散乱や光の拡散が起こり、ある特定の場所に光を効率よく集めることが非常に困難となる。本研究課題では、空間領域と時間領域の波形制御を融合させることで、散乱体透過後の超短パルス光を空間上の任意の1点に集光し、時間方向に拡がった超短パルス光の特性を操作、最適化することを目的としている。平成30年度はこれまでに構築した時間領域と空間領域の波形制御法を組み合わせることにより、超短パルス光の時空間波形制御の評価を行った。光源には非同軸光パラメトリック増幅器で発生させた可視領域の広帯域パルス光を用い、時間領域でのパルスシェーパーにより、パルス幅を9 fsまで圧縮した。空間領域での光散乱の波形制御法や伝播特性の計測には、透過行列(Transmission Matrix)をベースとした手法を採用した。散乱体としては拡散角度0.5度のビーム整形光学拡散板を用いた。透過行列の位相共役を計算し、その値を液晶空間光位相変調器に書き込むことで、空間上のある1点での超短パルス光の強度を最適化することができる。スペクトル分解した透過行列の行は空間光位相変調器の1024個の領域に対応し、列は各波長に対応した位相成分を表す。実験結果から、透過行列の位相共役の計算において、どの波長領域の成分を取り入れるかで、最適化した超短パルス光のスペクトル分布が異なることがわかった。スペクトルの中心波長領域で強度最適化を行った超短パルス光について、時間領域でのパルスシェーパーにより時間幅の最適化を行ったところ、11 fsまで圧縮することができた。これは超短パルス光の強度を最適化した後、超短パルス光のスペクトル幅が狭くなったことによる。透過行列(Transmission Matrix)法を用いることにより、長時間の光学的干渉精度を保持したままで、散乱体透過後の超短パルス光の光学特性を計測し、空間上の任意の1点に集光することができた。また、拡散角度0.5度のビーム整形光学拡散板を用いた場合での超短パルス光の時空間波形制御を行うことが可能になった。これまでの研究期間で、時空間領域での波形制御の原理検証実験を完了することができたと考えている。すでに学会発表は行っている。更なる実験データの追加のため、事業期間を延長したが、研究自体は順調に進んでいる。論文投稿のためには、異なる条件での測定実験を行い、補足データなどを追加する必要がある。現在、拡散角度5度の光学拡散板を用いた時空間波形制御の実験を行っている。今後はこれらの実験結果を追加し、より詳細な解析を行う。その後、投稿論文としてまとめる予定である。特に、超短パルス光を適用した場合では、試料での多重散乱により時間特性も大きく変化するため、短い時間幅という特徴を活かした分光計測を行うことができない。本研究課題では、デジタル位相共役法と時間領域の波形制御(パルスシェーピング)を融合させることで、散乱体透過後の超短パルス光を空間上の任意の1点に集光し、時間方向に拡がった超短パルス光の特性を操作、最適化することに挑戦する。平成28年度は2次元液晶空間位相変調器を用いて、デジタル位相共役法の光学系を構築した。特にHe-Neレーザーをベースとした光学系を組み立て、完成した装置の評価を行った。実験ではまず、レーザー光を2つに分け、一方は散乱体(光学拡散板)を通すことにより拡散光を発生させた。もう一方は参照光として用い、ビームスプリッターにより、拡散光と重ね、その強度分布をCCDカメラで測定した。拡散光の波面の位相分布はピエゾ素子を用いた4段階位相シフト法により決定した。計測した波面の位相共役に対応する量を計算し、空間位相変調器に書き込むことにより、位相共役光を得た。さらに得られた位相共役光が散乱体透過後に空間上の任意の1点に集光できることを確認した。空間位相変調器を用いた4段階位相シフト法による波面位相分布の計測も行い、この手法でも位相共役光を発生させることができた。デジタル位相共役法の再生精度を向上するために、ゼルニケ多項式を用いた手法により、装置のキャリブレーションを行い、集光点の輝度が向上することを確認した。当初、予定していた連続発振光を用いたデジタル位相共役法の光学系は完成した。この測定で必要な計測ソフトウェアなどの作成も問題なく完了し、計画通りに進行している。今後は超短パルス光を用いた実験へ応用する。平成29年度は時間領域の波形制御法と空間領域の波形制御法を組み合わせることにより、超短パルス光の時空間波形制御のための光学系を構築し、その性能評価を行った。

時間領域の波形制御法では既存の光学系を改良し、MIIPS (Multiphoton Intrapulse Interference Phase Scan)法により、パルス光の時間幅の最適化や制御を行った。さらに空間領域の波形制御法では転送行列法をベースとした光学系を構築した。散乱体としてはホログラフィックディフューザー(光学拡散板)を用いて、時空間領域での波形制御法の原理検証実験を行った。時空間領域での波形制御ではまず、2次元液晶空間位相変調器を用いて空間領域での制御を行い、光学拡散板透過後に空間上の任意の1点に集光できることを確認した。その後、時間領域の波形制御法により超短パルス光に位相変調を与え、スペクトル干渉法を用いて、超短パルス光の位相を評価した。その結果、光学拡散板では波長に依存した位相変調を与えても集光の度合いに変化がなく、予想される位相変調からのずれも小さいことがわかった。このことは時間領域と空間領域での波形制御を組み合わせることにより、拡散板透過後も超短パルス光の時空間特性の制御が可能であるということを示している。当初、デジタル位相共役発生法による空間領域での波形制御を予定していたが、超短パルス光への応用では光学系の構築が容易である転送行列法をベースとした制御法に変更した。その結果、平成29年度中に光学拡散板を用いて、超短パルス光の時空間領域での波形制御の原理検証実験を完了することができ、計画通りに進行している。今後はデジタル位相共役発生法をベースとした光学系の構築や多重散乱が起こるような系への応用に挑戦する。光学的に不透明な媒質をレーザーなどのコヒーレント光が透過する際には、多重散乱や光の拡散が起こり、ある特定の場所に光を効率よく集めることが非常に困難となる。本研究課題では、空間領域と時間領域の波形制御を融合させることで、散乱体透過後の超短パルス光を空間上の任意の1点に集光し、時間方向に拡がった超短パルス光の特性を操作、最適化することを目的としている。平成30年度はこれまでに構築した時間領域と空間領域の波形制御法を組み合わせることにより、超短パルス光の時空間波形制御の評価を行った。光源には非同軸光パラメトリック増幅器で発生させた可視領域の広帯域パルス光を用い、時間領域でのパルスシェーパーにより、パルス幅を9 fsまで圧縮した。空間領域での光散乱の波形制御法や伝播特性の計測には、透過行列(Transmission Matrix)をベースとした手法を採用した。散乱体としては拡散角度0.5度のビーム整形光学拡散板を用いた。透過行列の位相共役を計算し、その値を液晶空間光位相変調器に書き込むことで、空間上のある1点での超短パルス光の強度を最適化することができる。スペクトル分解した透過行列の行は空間光位相変調器の1024個の領域に対応し、列は各波長に対応した位相成分を表す。実験結果から、透過行列の位相共役の計算において、どの波長領域の成分を取り入れるかで、最適化した超短パルス光のスペクトル分布が異なることがわかった。スペクトルの中心波長領域で強度最適化を行った超短パルス光について、時間領域でのパルスシェーパーにより時間幅の最適化を行ったところ、11 fsまで圧縮することができた。これは超短パルス光の強度を最適化した後、超短パルス光のスペクトル幅が狭くなったことによる。
角膜ジストロフィにおける病態修正をめざした薬理学的アプローチ

膠様滴状角膜ジストロフィ(GDLD)は常染色体劣性遺伝を示す角膜にアミロイドが沈着し著しい血管浸入がおこる疾患である。M1S1遺伝子が原因遺伝子として同定され、ほとんどの症例で遺伝子変異が存在することが明らかになっている。角膜ジストロフィのなかで、最も重症で治療に抵抗する疾患であり本研究はこの疾患研究に集中した。M1S1の角膜における機能についてはこれまで、全く明らかにされていなかったが、我々はM1S1の遺伝子発現モデルおよび特異抗体を用いた研究からは細胞間の接着に関与していることを明らかにした。またGDLDをおこし点変異がこのタンパク質の局在の異常をまねくことを発現実験を用いて明らかにした。角膜に沈着したアミロイドにはラクトフェリンが含まれていることは、我々の研究で示されていたが、これはバリア機能の破綻が涙液からのラクトフェリンの浸入を招いている可能性をしめした。ラクトフェリンはin vitroの実験において角膜組織に種々の炎症メディエイターを発現させることが観察されたが、これまでの我々の肥満細胞の一連の研究から肥満細胞のキマーゼもまた角膜上皮のバリア機能を阻害することが示されており、遺伝子異常に加えこれらの炎症性の要因がGDLDの表現型を特徴づけている可能性が示唆された。GDLDにおいては、細胞接着の強化、炎症メディエイターのコントロールを薬理学的に行なうことにより進行を抑制しうる可能性があると考えられた。接着強化には、ラミニン5投与および角膜においてはほとんど研究されていないJAM-1の発現強化について研究を進めている。炎症メディエイターについては薬物によるこれらのコントロールを行う研究を継続している。膠様滴状角膜ジストロフィ(GDLD)の責任遺伝子であるアミノ酸置換をともなう変異型のM1S1の発現実験を行なったところ、細胞内の局在が変化し、同時にバリア機能の低下が観察された。角膜内のアミロイド沈着はラクトフェリンからなっているが、角膜上皮のバリア機能の破綻により涙液からのラクトフェリンの浸入を招いている可能性が示唆された。しかし、単なるタイトジャンクションの機能障害のみで、臨床的にGDLDに見られる著しいバリア機能の破綻を説明し得るものか疑問が残っている。薬理学的にM1S1の機能を補填すると同時に、沈着するアミロイドがさらに炎症反応をまねき、その機能障害を悪化させている可能性があり、これを薬理学的にコントロールすることで治療ができると考え、さらに研究を進めている。一方、ラクトフェリンの遺伝子には複数のポリモルフィズムが高頻度に認められることが明らかになっている。ラクトフェリンの変異が直接にGDLDの原因にはならないことは既に示されているが、重症度に何らかの関与を行なっている可能性もあり、変異型と野生型の角膜実質細胞への影響の違いについて検討する実験系を作成した。これらの研究成果の一部は学会(2004年Association for Research in Vision and Ophthalmology総会)で発表した。M1S1は膠様滴状角膜ジストロフィ(GDLD)の原因遺伝子であるが、その機能は十分解明されていなかった。今回の研究で、GDLDの角膜上皮の電子顕微鏡による観察では形態学的にタイトジャンクションがみとめられないこと、M1S1の発現実験では細胞間の接着に関与していることが明らかになった。また、Junctional adhesion molecule-1 (JAM1)は上皮のバリア機能に関与していることが近年明らかになっており、我々がおこなった免疫組織化学的な検討では角膜上皮におけるJAM1はM1S1と共通した局在をしめしておりM1S1との相互作用が示唆された。ラクトフェリン、キマーゼによるバリア機能の障害機構が解明され、これらを薬理学的にコントロールできる可能性を検討している。
経営学における意図せざる結果の研究

意図せざる結果の探究は,その成立時点から現在に至るまで社会科学の主要な関心事であったといっても過言ではないが,経営学的な研究は,この社会科学の伝統的な流れの中に位置づけられないまま現在に至っている.今回の研究では,まず第1に,アメリカ経営学と日本経営学の発展史をその成立から今日に至るまでひもときながら,実は若干の例外を除いて両経営学の伝統に「意図せざる結果の探究」がほとんど存在しておらず,「科学としての経営学」を目指す活動として発展してきた部分がほとんどであることが示されている.しかし,近年にいたって,実は,経営学の研究においても「意図せざる結果」を探求することが意味があり,可能であるという立場が登場しつつあることも示された.第2に,こういった学説史的な議論が整理された後で,さらにいかにすれば「意図せざる結果の探究」を促進することができるのかという視点から,思考法の整理が行なわれた.素朴行為記述,変数システム記述,行為システム記述という3タイプの思考法と,後2者の弁証法的活用が重要だという示唆が得られている.素朴行為記述とは,一般の人々が通常心に抱く「周囲の人間を登場人物とするドラマ仕立てのストーリー」である.これが必ずしも大局的にみて客観的な記述として合意形成できないものであるのに対し,変数システム記述と行為システム記述はより多数の間主観的合意形成を目指す記述である.変数システム記述は,あたかも社会システムを変数のシステムとして扱おうとするものであり,近年のオーソドクシーと言えるだろう.行為システム記述は,、この変数システムの矢印の部分を人間の行為として読み解くものである.しばしば多くの研究者が変数システム記述をもってすべてが解明されたと思いがちになるが,実は変数システム記述を出発点として行為システム記述へと到達することが社会研究の主たる目的なのである.意図せざる結果の探究は,その成立時点から現在に至るまで社会科学の主要な関心事であったといっても過言ではないが,経営学的な研究は,この社会科学の伝統的な流れの中に位置づけられないまま現在に至っている.今回の研究では,まず第1に,アメリカ経営学と日本経営学の発展史をその成立から今日に至るまでひもときながら,実は若干の例外を除いて両経営学の伝統に「意図せざる結果の探究」がほとんど存在しておらず,「科学としての経営学」を目指す活動として発展してきた部分がほとんどであることが示されている.しかし,近年にいたって,実は,経営学の研究においても「意図せざる結果」を探求することが意味があり,可能であるという立場が登場しつつあることも示された.第2に,こういった学説史的な議論が整理された後で,さらにいかにすれば「意図せざる結果の探究」を促進することができるのかという視点から,思考法の整理が行なわれた.素朴行為記述,変数システム記述,行為システム記述という3タイプの思考法と,後2者の弁証法的活用が重要だという示唆が得られている.素朴行為記述とは,一般の人々が通常心に抱く「周囲の人間を登場人物とするドラマ仕立てのストーリー」である.これが必ずしも大局的にみて客観的な記述として合意形成できないものであるのに対し,変数システム記述と行為システム記述はより多数の間主観的合意形成を目指す記述である.変数システム記述は,あたかも社会システムを変数のシステムとして扱おうとするものであり,近年のオーソドクシーと言えるだろう.行為システム記述は,、この変数システムの矢印の部分を人間の行為として読み解くものである.しばしば多くの研究者が変数システム記述をもってすべてが解明されたと思いがちになるが,実は変数システム記述を出発点として行為システム記述へと到達することが社会研究の主たる目的なのである.まず平成12年度は経営学における意図せざる結果の探究を行なってきた既存の研究を幅広くレビューし,大まかな学説史的見取り図を描いた.まず第1に,現代日本の経営学に見られる研究スタンスの特徴を整理する作業が行なわれた.この作業では,日本の経営学において極端な実証主義バイアスが作用しており,「意図せざる結果の探究」にとって有益な合理主義的思考法を阻害している可能性があることが指摘された.またその作業の中で,学説史の研究そのものに意図せざる結果という視点が取り入れらてもいる.第2に,アメリカ経営学から現代の日本経営学に至る学説の流れについても,方法論に注目しながら明らかにする作業が展開された.まずテイラーから始まる科学的管理法やその後のホーソン工場実験から始まる人間関係論等が,法則定立的な志向をもった「素朴な科学としての経営学」を構築する運動であると位置づけ,その後のコンティンジェンシー理論を「洗練された科学としての経営学」を構築する運動であったと位置づけた.その上で,これらの科学を志向した運動自体が戦略論の導入以来,きわめて科学として成立しがたい状況になってきていること,しかもその状況の中で日本ではさらなる理論的発展が生じ,不均衡なシステムを強調する研究が活発化し,科学としての経営学という方向性が魅力的ではなくなってきたことが示された.その結果として,意図せざる結果に注目した経営学的研究はきわめて高い研究意義をもつものであることが明らかになったと思われる.意図せざる結果の探究は,その成立時点から現在に至るまで社会科学の主要な関心事であったといっても過言ではないが,経営学的な研究は,この社会科学の伝統的な流れの中に位置づけられないまま現在に至っている.

今回の研究では,まず第1に,アメリカ経営学と日本経営学の発展史をその成立から今日に至るまでひもときながら,実は若干の例外を除いて両経営学の伝統に「意図せざる結果の探究」がほとんど存在しておらず,「科学としての経営学」を目指す活動として発展してきた部分がほとんどであることが示されている.しかし,近年にいたって,実は,経営学の研究においても「意図せざる結果」を探求することが意味があり,可能であるという立場が登場しつつあることも示された.第2に,こういった学説史的な議論が整理された後で,さらにいかにすれば「意図せざる結果の探究」を促進することができるのかという視点から,思考法の整理が行なわれた.素朴行為記述,変数システム記述,行為システム記述という3タイプの思考法と,後2者の弁証法的活用が重要だという示唆が得られている.素朴行為記述とは,一般の人々が通常心に抱く「周囲の人間を登場人物とするドラマ仕立てのストーリー」である.これが必ずしも大局的にみて客観的な記述として合意形成できないものであるのに対し,変数システム記述と行為システム記述はより多数の間主観的合意形成を目指す記述である.変数システム記述は,あたかも社会システムを変数のシステムとして扱おうとするものであり,近年のオーソドクシーと言えるだろう.行為システム記述は,この変数システムの矢印の部分を人間の行為として読み解くものである.しばしば多くの研究者が変数システム記述をもってすべてが解明されたと思いがちになるが,実は変数システム記述を出発点として行為システム記述へと到達することが社会研究の主たる目的なのである.
牛の乳頭部と乳頭管の病態生理学的研究

本研究は、乳房炎の発生にとって最も重要な乳頭部と乳頭管の病態生理学的な側面を明らかにすることを目的とした。そのため乳房臓器と生体材料ついて、超音波診断を含む各種乳房炎検査を実施し、臓器についてはさらに病理組織学的および微生物学的検索を実施した。まず乳牛の乳頭測定とともに乳質検査、細菌検査を行い、その関連を検討した。その結果、乳房炎陽性群は陰性群に比べ乳頭傾斜度と乳頭管直径の測定値が有意に大きかった。乳頭管直径の大きいものは小さいものに比べ、細菌の分離される分房が有意に多かった。泌乳牛の正常な乳頭の超音波断層像は、乳頭壁の表皮、内膜およびフルステンベルグのロゼット部などはエコーレベルが高く、筋層はエコーレベルが低く、乳管洞乳頭部や乳頭管などはエコーフリーな像として描出された。超音波診断では、これらの正常な乳頭の他に、乳管洞乳頭部の閉塞、内膜の肥厚、膿痕、ポリ-プ、憩室、狭窄、奇形などの診断が可能であり、いずれも形態学的観察所見と一致していた。11頭44分房からの細菌の分離状況はStaphylococcus spp.が14分房と最も多く、次いでStreptococcus spp.の13分房、Corynebacterium spp.の6分房の順であった。細菌陽性の分房は乳頭部が乳腺部よりも有意に多く、総菌数は同様か乳腺部の方が少ないかまたは陰性であった。分離菌(属)と病理組織学的病変との関連性も検討したが、感染細菌の種類による相違はみられなかった。病理組織学的検索では、臨床型乳房炎か潜在性乳房炎かにかかわらず、多くの例に炎症像が認められた。乳腺部では、間質および腺胞腔内の炎症細胞浸潤や間質の肥厚などが多くみられ、乳頭部では、上皮下組織への炎症細胞浸潤や粘膜上皮の剥離などが多くみられ、乳頭内膜炎を併発していた。これらの研究成果は、乳房炎の早期発見、予防、治療対策の確立に有用である。本研究は、乳房炎の発生にとって最も重要な乳頭部と乳頭管の病態生理学的な側面を明らかにすることを目的としている。そのため乳房臓器と生体材料について、超音波診断を含む各種乳房炎検査を実施し、臓器についてはさらに病理組織学的および微生物学的検索を実施している。本年度は、乳牛の乳頭測定とともに乳質検査、細菌検査を行い、その関連を検討した。しかし、乳頭長と乳頭管長には有意差は認められなかった。また、乳頭の形態と細菌の分離状況を比較すると、乳頭管直径の大きいものは小さいものに比べ細菌の分離される分房が有意に多かった。以上のことから、乳頭傾斜度の大きい乳頭や乳頭管直径の大きい乳頭は乳房炎に罹患しやすいことが示された。また乳房材料について、超音波診断と肉眼的および組織学的観察を実施した。

未経産牛の乳頭は乳管洞乳頭部が細いエコーフリーな像を示し、乾乳牛の乳頭は内膜が不明瞭であった。超音波診断では、これらの正常な乳頭の他に、乳管洞乳頭部の閉塞、内膜の肥厚、膿瘍、ポリ-プ、憩室、狭窄、奇形などの診断が可能であり、いずれも形態学的観察所見と一致していた。これらの研究成果は、乳房炎の早期発見、予防、治療対策の確立に有用である。本研究は、乳房炎の発生にとって最も重要な乳頭部と乳頭管の病態生理学的な側面の解析を目的としている。そのため乳房臓器と生体材料について、超音波診断を含む各種乳房炎検査を実施し、臓器についてはさらに病理組織学的および微生物学的検索を実施している。本年度は、主に微生物学的および病理組織学的検索を実施した。まず乳牛の臓器材料から乳管洞乳頭部と乳腺部の2カ所に貯留する乳汁を採取し、細菌の汚染状況を比較した。11頭44分房からの細菌の分離状況はStaphylococcus spp.が14分房と最も多く、次いでStreptococcus spp.の13分房、Corynebacterium spp.の6分房の順であった。また、28分房の乳頭部と乳腺部についてみると、細菌陽性の分房は乳頭部が乳腺部よりも有意に多く、総菌数は同様か乳腺部の方が少ないかまたは陰性であった。以上の結果、乳頭部の方が乳腺部よりも多種類と数の細菌汚染を受けていることが判明した。乳頭の形態と細菌の分離状況をみると、乳頭管直径の大きいものでは小さいものに比べ、細菌の分離される分房が有意に多かった。分離菌(属)と病理組織学的病変との関連性も検討したが、感染細菌の種類による相違はみられなかった。病理組織学的検索は乳頭先端部、中間部、乳腺部の3カ所について行った。これらの部位では、臨床型乳房炎か潜在性乳房炎かにかかわらず、多くの例に炎症像が認められた。乳腺部では、間質および腺胞腔内の炎症細胞浸潤や間質の肥厚などが多くみられ、乳頭部では、上皮下組織への炎症細胞浸潤や粘膜上皮の剥離などが多くみられ、乳頭内膜炎を併発していた。