hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
塑性衝撃波を伴う超高速切削による高機能表面の創成

切削は,圧縮ガスにより工具あるいは被削材を入れたサボを一気に加速させ,静止している被削材あるいは工具に衝撃的に衝突させて切削する,空気銃タイプとした.サボの加速系(銃筒)と切削を実現する空間,サボの減速系パイプは、大気と完全に隔離できるようにした.サボの加速距離を3m,加工チャンバーの直径を0.4m,サボの減速距離を3mとし,装置全体では長さ9mとした.サボを加速させる圧縮ガスを最大1.0MPaとして,最大切削速度を100m/sとした.今度は、被削材は塑性波伝播速度が低速な低融点材料にし,切削実験を行う予定である.切削速度が被削材の塑性波伝播速度を越えると,塑性衝撃波が発生し,非常に高い静水圧が発生する.そこで,超高速切削過程の塑性衝撃波の伝播と干渉を積極的に利用することにより通常の切削過程では得られないような高機能性を有する加工面を創成できる可能性について実験と解析の両面から検討した.まず当該期間において高速切削試験機の設計,試作を行った.装置の全長は9mで,中央に切削を実現する加工チャンバー,その両側面に全長それぞれ3mの加速管加速装置と減速管と減速装置がある.切削雰囲気は,真空,活性ガス,不活性ガスに制御できる.切削は,微小の超硬切れ刃を内蔵した質量15gの飛翔容器を圧縮ガスにより加速管内を加速させ,加工チャンバー内に設置した被削材を衝撃的に切削することで実現する.被削材ホルダーの下には圧電型動力計を設置し,衝撃切削力を測定できる機構とした.切削後の飛翔容器を安全に停止させるため,対向からの圧縮ガスにより飛翔容器を停止させる機構とした.飛翔容器の減速停止距離は3mである.数値解析より,3m以内に停止させるためには,減速用の圧力は加速用の圧力の10%増とすれば良いこととが分かった.解析より加速圧力0.9MPa,減速圧力0.99MPaの場合,切削速度は280m/sである.なお減速用のガスは,上記の条件の場合,加速用のガス噴射から17ms後に噴射する.この時間でガスの電磁バルブを制御する制御装置を製作し,機能を確認した.切削後の切りくずを無事に回収するため,切削後の切りくずは飛翔容器内に格納する機構とした.また飛翔容器の上面には白/黒模様があり,飛翔容器が光センサを通過した時のON/OFF信号の間隔から切削速度を算出する.予備実験から,切りくずが飛翔容器に格納されること,切削速度を計測できることを確認した.また流動応力が静水圧に依存するDrucker-Prager降伏条件をFEM切削シミュレーションに導入し,低速,高速,超高速切削機構を解析し,Mises体の場合との比較検討も行った.
X線透過法をもちいた天体衝突過程の新しい理解

本研究は、天体の高速度衝突現象の時間変化を新しい視点から調べるため、300kVのフラッシュX線装置を導入し,衝突現象をX線透過法により観測した.そのため、新しく導入した2台のフラッシュX線源を用いた衝突実験手法を開発し、衝突貫入やクレーター形成過程のX線透過観測を行った.さらに平行して数値シミュレーションも行った.その結果、多孔質標的への弾丸貫入とクレーター形成実験、クレーター掘削流の数値シミュレーション、さらに、クレーター形成時のエジェクタ観察に関して新しい結果を得ることができた.本研究は、天体の高速度衝突現象の時間変化を新しい視点から調べるため、300kVのフラッシュX線装置を導入し,衝突現象をX線透過法により観測した.そのため、新しく導入した2台のフラッシュX線源を用いた衝突実験手法を開発し、衝突貫入やクレーター形成過程のX線透過観測を行った.さらに平行して数値シミュレーションも行った.その結果、多孔質標的への弾丸貫入とクレーター形成実験、クレーター掘削流の数値シミュレーション、さらに、クレーター形成時のエジェクタ観察に関して新しい結果を得ることができた.本研究では,衝突現象の時間変化を調べるため300kVのフラッシュX線装置を2台購入し,宇宙科学研究所の二段式軽ガス銃の実験観察用チャンバーに設置することにした.本年度は,フラッシュX線による衝突現象の可視化に向けて,装置の導入とキャリブレーションを行った.標的内部の観察に関しては,フラッシュX線の性能試験のため,二段式軽ガス銃による実験配置を模擬して,X線管,イメージングプレート(IP),模擬試料を設置し,透過X線画像をIPを用いて取得した.さらに,読み取り装置にてデータをデジタル化して解析を行った.その結果,印荷電圧,試料密度,試料厚みとX線強度(IP画素値)の第0近似的な関係式を作成し,本実験に備えた.さらに,SUS,ガラス3.2mm弾丸が標的内で潜り混んだ時に,このX線出力とIPの組み合わせて確かに検出できることを確認した.蒸気雲とイジェクタの観察では,主として光学的手法を用いた衝突実験を行い,輝線発光スペクトルから衝突生成プラズマの圧力計測を行う方法を開発した.また,断熱膨張開始直後にイオン輝線の強い発光があることを発見した(衝突圧縮状態における高度の電離を示唆).さらに,大気中の斜め衝突において発生する超高速の衝突蒸気雲が形状を安定に保ちつつ高速飛散することを発見した.また,レーザーによる弾丸および平板飛翔体衝突と直接照射による高圧力の発生技術を開発し,衝突速度10km/s以上,1TPaまでの衝撃圧力の発生を可能にした.数値シミュレーションでは,Distinct Element Method(DEM)を用いた衝突および破片放出過程の予備的シミュレーションを行い,計算コードのチェックを行った.フラッシュX線装置の本格運用を開始し,2台のフラッシュX線源を宇宙科学研究所に設置された二段式軽ガス銃の実験観察用チャンバーに取り付け,衝突実験との同時運用を行った.並行して数値シミュレーションを行った.(1)多孔質標的への弾丸貫入実験:直径1.3mmのAl,Ti,SUS球弾丸と,直径3mm高さ2mmの円柱形岩石弾丸を速度27km/sで空隙率80-94%の多孔質ガラスビーズ焼結体と空隙率約50%の石膏に衝突させ,2方向からフラッシュX線を用いて観察した.さらに実験後に標的のX線透過画像を取得し,弾丸の貫入深さを決定した.弾丸の変形や破壊が小さい(弾丸質量の3分の1以上残る)場合は,弾丸速度の2乗に比例する抵抗と弾丸の強度に比例する抵抗により弾丸が減速するという式を用いて貫入距離をほぼ再現できることが分かった.また,弾丸の変形や破壊が大きい場合は,抵抗係数が2以上と大きくなることがわかった。(2)掘削流のシミュレーション:掘削流のシミュレーション:前年度に準備した様々な空隙率をもつ粉体ターゲットへの弾丸衝突のシミュレーションを行い,弾丸貫入・掘削流のシミュレーションを行った.結果として空隙が大きいほど圧縮貫入型孔の形成が見られイジェクタ放出に寄与する掘削流は見られなくなること,貫入抵抗則については弾丸速度の2乗に比例する抵抗ならびに弾丸速度に比例する抵抗が生じることが示された.とくに得られた貫入抵抗則については(1)の実験とも調和的であることが確かめられた.(3)エジェクタ観察:多孔質ガラスビーズ焼結体とシリカサンドに,直径3mmの金属弾丸を速度27km/sで衝突させ,高速度カメラを用いたイジェクタ観察を行い,岩石からの固体エジェクタの最高速度と同様に衝突初期発生圧力に応じて速度が大きくなることがわかった.前年度に引き続き本研究導入のフラッシュX線装置(宇宙科学研究所の二段式軽ガス銃の実験観察用チャンバーに設置)を利用した衝突実験を中心に研究を展開した。さらに、実験結果を惑星スケールに外挿するためにクレーター形成に関する数値シミュレーションを行った.(1)多孔質標的への弾丸貫入・クレーター形成実験:強度を持つ多孔質試料(石膏)への衝突実験を行い,クレーター孔のサイズ変化及び弾丸貫入深さ,クレーター孔周りの圧密層(周りより密度が高い)の厚みの変化を測定し,その時間変化を求めることができた.その結果,クレーター体積の成長に関するスケール則を高強度多孔質物質に対して初めて得ることに成功した.また、弾丸貫入実験より求めた弾丸貫入のモデルと弾丸破壊の経験式を用いて、多孔質氷小天体へのシリケイト質惑星間塵の潜り込み深さについて検討した。

その結果、空隙率90%の弾丸の大きさに比べて無視できる大きさ(細かさ)の空隙からなる天体への潜り込み深さは、弾丸直径の100倍程度となることがわかった。(2)掘削流のシミュレーション:今年度は粉体層における弾丸貫入・掘削流のシミュレーションを室内実験と同じ条件で行い,結果を比較した.結果的に,弾丸貫入時には衝撃波様の波の伝播や孤立分離波の伝播といった粉体特有の現象が観察された他,弾丸速度の2乗に比例する抵抗ならびに弾丸速度に比例する抵抗が貫入時に生じることが確認され実験とも調和的であることが確かめられた.また,この貫入抵抗は粒子間相互作用をあらわすパラメータによらないことが示され,様々な粉体状況への適用可能性が示された.(3)エジェクタ観察:直径3mmの岩石弾丸を空隙率約50%のシリカサンド標的に衝突させる実験を行い、エジェクタの先端速度を測定したところ、衝突速度とエジェクタ先端速度の関係は、空隙率40%のガラスビーズ焼結体と同程度であることがわかった。本年度までに,本研究で最も重要な課題であるフラッシュX線の立ち上げと,高速度衝突に伴うクレーター形成過程のその場観察に成功している。さらに,弾丸やターゲットの種類を変えた実験も順調に進んでおり,研究成果も着実に積み重ねている。また,この実験と比較すべき数値シミュレーションの研究も結果が出てきている。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在,2台のフラッシュX線を用いて衝突現象の観察を行なっているが,一連の衝突現象の時間変化を調べるためには,4-5回の同一条件による実験が必要である。実験の精度をあげて,さらに効率化するためには,フラッシュX線の数を増やす必要がある。そこで,別予算でさらにフラッシュX線を追加購入し3台での観測体制を実現する。
爪試料を利用した慢性的・蓄積的なコルチゾール分泌の評価法の確立

慢性的な心理社会的ストレスはうつや心疾患を引き起こすことが知られている。本研究では慢性的な心理社会的ストレスの評価手法として、爪に含まれるコルチゾールに注目し、その定量方法について検討を行った。14名の学生から爪試料を収集し、爪試料の粉砕粒度や抽出時間を段階的に実験条件として設定し、コルチゾールの測定を行った。その結果、粉砕粒度が細かいほど、また抽出時間が長いほど、コルチゾールの抽出量が多いことが示された。爪試料からのコルチゾールの定量において粉砕粒度や抽出時間が重要な要因であることが示された。平成27年度は爪試料からのコルチゾールの評価法の確立のために、測定法を中心に検討を行った。爪のコルチゾールの測定においては、検体の洗浄、粉砕、抽出、酵素免疫測定の工程を踏むが、本実験では、特に、爪検体の粉砕の際の細かさ(粉砕粒度)やコルチゾールの抽出時間について検討を行った。健常な14名の男性から爪を採取し、測定にあたって、粉砕粒度の条件(粗い、中程度、細かい)と抽出時間の条件(1、6、24、48時間)を設定した。上澄み液にろ過処理を施し、蒸発乾固させた後に、最終的にコルチゾールの抽出量を酵素免疫測定により評価した。その結果、粉砕粒度が細かいほど、また抽出時間が長いほど、抽出されるコルチゾールが多いことが示された。また、粉砕粒度と抽出時間の交互作用が有意であり、爪試料が中程度以上に粉砕されていて、かつ抽出時間が48時間の条件では、粉砕粒度の影響は小さいことも示された。爪のコルチゾールの定量においては、爪検体の細かさやそれに引き続く抽出時間の長さについて十分に留意する必要性が示された。これらの一部の結果は第11回日本感性工学会春季大会で発表を行い、また第86回日本衛生学会学術総会においても発表を行う予定である。爪のコルチゾールの測定条件について一定の見解が得られらため。爪に含まれるコルチゾールは数週間程度の比較的長期的なホルモンの状態を反映すると考えられており、慢性的なストレスの評価やストレス関連疾患のリスクの評価に利用できる可能性が考えられる。平成28年度は前年度から引き続き、爪試料からのコルチゾールの評価法の確立のために、測定法を中心に検討を行った。爪のコルチゾールの測定においては、検体の洗浄、粉砕、抽出、酵素免疫測定法の工程を踏むが、本実験では工程の短縮化を図り、粉砕の有無の条件と抽出後のフィルタ処理の有無の条件について検討を行った。その結果、粉砕が無い条件やフィルタ処理の条件ではコルチゾール濃度が低くなることが示された。一方で、条件間の相関は中程度であった。今後、抽出時間を長くするなどによって、工程の短縮化を図れる可能性が示された。なお、これらの成果について、3つの国内学会において発表を行った。また、2本の論文が受理され、別のデータについては国内の学術誌に投稿している状況である。また、既存の試料を利用して、爪のマニキュアへの暴露の影響についても検討を行った。その結果、マニキュアを普段利用している女性(11名)と利用していない女性(8名)のコルチゾール濃度は、それぞれ4.3±4.1pg/mg、3.4±1.0pg/mgであり、統計的な有意差は認められなかった。爪に含まれるコルチゾールについては基礎的な知見が乏しい状況であり、2年間に及ぶ一連の研究によって、爪試料からのコルチゾールの評価法について、一定の知見が得られた。今後、さらに妥当性の検証なども含めて、研究を進めていく予定である。平成27年度の実験で、爪検体を粉砕せずともコルチゾールをある程度、抽出できる可能性が示された。平成28年度は、測定の簡略化も考慮して、爪を粉砕しない条件においてコルチゾールを抽出できるかを検討する。また、それとあわせて、爪の成長速度の影響や、マニキュアへの暴露の影響も検討を進めたい。生理心理学外部機関に委託して被験者を募集することを想定していたが、長岡技術大学において学生を被験者とすることができたため、それにかかる費用を安く済ませることができた。爪検体を粉砕しないでコルチゾールを測定する条件について追加で検討を行うこととしたため、その実験費用として利用する。
2次元プラズモンを用いた高効率テラヘルツ光エミッタの試作

本研究は、半導体ヘテロ構造中の2次元電子のプラズマ振動を利用するという、従来とは異なる原理、アプローチにより、コンパクトな固体テラヘルツ光発光素子を開発することを目標としてている。本年度は、特に、時間分解テラヘルツ分光法を用いてAlGaAs/GaAsヘテロ構造中の2次元電子プロズモンの励起・緩和過程について検討を行った。極短寿命光伝導体とダイポールアンテナ構造を組み合わせた光伝導ダイポールアンテナとフェムト秒レーザからの光パルスを用いることにより、光励起直後の2次元電子のプラズマ振動が放出するバースト状の電磁波を100フェムト秒程度の時間分解能で測定することに成功した。プラズマ発光強度の温度依存性を検討したところ、室温付近においてはフォノン散乱が支配的なため、電子のドル-デ伝導によるブロードな発光スペクトルしか観測されないが、100k以下の低温になるに従ってフォノン散乱の抑制により、明瞭なプラズマ振動が観測された。またプラズモンによる時間分解プラズマ発光スペクトルとcw光吸収スペクトルを比較したところ、発光スペクトルから見積もられる緩和時間は、吸収スペクトルからも見積もられるそれの約1/10程度であった。この差は、光吸収過程においては電子系の大角散乱のみがそのスペクトルを支配するのに対して、発光過程には全ての散乱が同じ重みで緩和をもたらすことに起因しており、磁気抵抗から求められる単一電子散乱時間との比較から、プラズマ振動の支配的な散乱要因がイオン化不純物散乱であることが明らかになった。1.テラヘルツ光検出システムの構築本年度は,主に、半導体ヘテロ構造中の2次元プラズモンからのテラヘルツ光発光強度,およびそのスペクトルを精密測定できるシステムを構築することを予定して、研究を進めてきた。また、テラヘルツ光フィルターとなる高移動度AlGaAs/GaAsヘテロ構造の成長、およびフィルターの透過、吸収測定をフーリエ分光法を用いて較正できるシステムを構築し、その吸収特性を評価している。2.2次元電子プラズマからのテラヘルツ光発光AlGaAs/GaAsヘテロ構造表面に数ミクロンオーダーの微細金属グレーティングを形成した試料からの2次元電子プラズモンによるテラヘルツ光発光の基礎実験を、プリンストン大学との共同研究により行い、0.5-1.3THz近傍の周波数領域に狭帯域の発光を観測した。2次元電子プラズモン発光強度と入力電気パワーを詳細に検討した結果、波数の異なるホットなプラズマモード間の熱力学的温度は一致していること、さらに電子-電子相互作用は極めて短い時定数で効率よく電子系を平衡状態に導くこと、などがわかってきた。3.金属グレーティング結合器の理論と構造最適化実験的研究に平行して、金属グレーティング結合器、およびAlGaAs/GaAsヘテロ構造の構造最適化についての、理論的検討についても開始した。その中で、従来の2次元プラズモン発光の発光波長に関する理論は不十分であり、精密に電磁界分布を計算する必要があること、また発光強度の理論には誤りがあり、従来の素子構造ではmWオーダーの発光強度を得ることは困難であること等が明らかになってきた。今後、素子構造の変更、および最適化を考慮していく予定である。本研究は、半導体ヘテロ構造中の2次元電子のプラズマ振動を利用するという、従来とは異なる原理・アプローチにより、コンパクトな固体テラヘルツ光発光素子を開発することを目標としている。特に、2次元電子プラズモンの励起・緩和過程、超微細金属グレーティングカプラー構造の最適化,二次元プラズモンを効率的に励起するための構造最適化について検討を行っている。1.2次元電子プラズマからのテラヘルツ光発光:AlGaAs/GaAsヘテロ構造表面に数ミクロンオーダーの微細金属グレーティングを形成した試料に、直流の電界を印加することにより2次元電子プラズモンを励起し、0.15^1.3THz近傍の周波数領域に狭帯域のテラヘルツ発光を観測した。観測されたプラズモン発光の周波数は、金属グレーティングの効果を厳密に取り入れた理論により、よく説明されることがわかった。また、2次元電子プラズモン発光強度と入力

電気パワーを詳細に検討した結果、波数の異なるホットなプラズマモード間の熱力学的温度は一致していること、さらに電子-電子相互作用は極めて短い時定数で効率よく電子系を平衡状態に導くことなどが明らかになった。2.時間分解テラヘルツ分光法による2次元電子プラズマ振動の緩和過程の解明:極短寿命光伝導体とダイポールアンテナ構造を組み合わせたフォトコンダクティブ・ダイポールアンテナとフェムト秒レーザからの光パルスを用いることにより、2次元電子のプラズマ振動の様子を時間領域で直接評価することに成功した。観測されたプラズマ振動緩和時間は12ピコ秒程度であり、電子の運動量緩和時間に比べて非常に短く、むしろイオン化不純物散乱による単一粒子散乱時間とほぼ等しいことがわかった。今後、本方法を用いてプラズマ振動の励起および緩和のダイナミクスを明らかにしていく予定である。本研究は、半導体ヘテロ構造中の2次元電子のプラズマ振動を利用するという、従来とは異なる原理・アプローチにより、コンパクトな固体テラヘルツ光発光素子を開発することを目標としている。本年度は、特に、時間分解テラヘルツ分光法を用いてAlGaAs/GaAsヘテロ構造中の2次元電子プラズモンの励起・緩和過程について検討を行った。極短寿命光伝導体とダイポールアンテナ構造を組み合わせた光伝導ダイポールアンテナとフェムト秒レーザからの光パルスを用いることにより、光励起直後の2次元電子のプラズマ振動が放出するバースト状の電磁波を100フェムト秒程度の時間分解能で測定することに成功した。プラズマ発光強度の温度依存性を検討したところ、室温付近においてはフォノン散乱が支配的なため、電子のドル-デ伝導によるブロードな発光スペクトルしか観測されないが、100K以下の低温になるに従ってフォノン散乱の抑制により、明瞭なプラズマ振動が観測された。またプラズモンによる時間分解プラズマ発光スペクトルとcw光吸収スペクトルを比較したところ、発光スペクトルから見積もられる緩和時間は、吸収スペクトルから見積もられるそれの約1/10程度であった。この差は、光吸収過程においては電子系の大角散乱のみがそのスペクトルを支配するのに対して、発光過程には全ての散乱が同じ重みで緩和をもたらすことに起因しており、磁気抵抗から求められる単一電子散乱時間との比較から、プラズマ振動の支配的な散乱要因がイオン化不純物散乱であることが明らかになった。
超自然的存在の知覚が規範行動を促進する発達過程の子どもfMRI計測による検討

文化や社会に応じて超自然的存在の感じ方には大きな個人差が存在している一方,文化普遍的に何らかの形でそのような存在に関する伝説や神話が存在していることは,子どもの心の中に元型となるメカニズムが存在するからと考えられる,本研究では,子どもが超自然的存在を感じるようになるメカニズムを明らかにするため,fMRIで実行可能なリズム同期とパレイドリア錯覚を組み合わせた課題をオリジナルな開発,大人と子どもを対象として行動・fMRI実験を実施した.結果,リズムが同期すると錯覚が生じやすくなるという現象を大人と子供両方で発見した.この現象をベースに,子どもが超自然的存在を知覚するメカニズムについて考察を行った.本研究プロジェクトでは,子どもの発達過程において,原初的な超自然的存在を感じることが,向社会性を育むために重要な機能を担っているという仮説にもとづき,それを小学生を対象とした心理実験とfMRI実験により検証することを試みている.本年度は,この仮説を検証するために,実際には存在しないエージェントのイメージが子どもでどのように立ち上がるのかを調べる予備実験を行った.特に様々な宗教儀式において,超自然的存在の知覚を高めるためにリズムが用いられることが多いことを鑑み,リズムを用いた実験系を構築した.具体的にはランダムドット画像に浮かび上がるパレイドリア錯覚(無意味な刺激に生き物などがみえる現象)を用い,被験者と他のエージェントのリズムを同期させることでこの錯覚の効果が強まること,特にリズムが同期している際には被験者は動物の映像をランダムドットの中に見出す傾向があることを成人と小学生を対象とした心理実験により示した.また見えたものを実際に描画してもらうことで,それぞれに被験者にその被験者固有の様々なエージェントが立ち上がってみえることを示すこともできた.さらに小学生を対象としたfMRI実験も行い,この課題が十分に子どものfMRI課題として成り立つことを示すことができた.以上,平成26年度は子どもに存在しない様々なエージェントを知覚させることを可能にする画期的な実験課題を構築することができた.今後はこの課題を用いて,子どもの超自然的存在の知覚能力の発達過程を心理実験とfMRI計測により調べていきたいと考えている.本研究では,かみさまのような超自然的存在を子どもがどのように意識してふるまうようになるのかを認知科学的手法により明らかにすることを目的とする.特に脳機能計測に適用可能な課題を新しく作成することにより,fMRIを用いて超自然的存在を知覚している際の脳機能評価も行うことを計画した.平成27年度は,前年度に開発した宗教儀式を模した実験課題に基づき,成人被験者と子供の被験者を対象とした心理実験,fMRI実験を実施した.具体的には,集団のリズム同調がパレイドリア錯覚を増強するという現象に注目し,この現象が起こる背後の心理的,神経基盤について検討を進めた.また子供でも同様の現象が起こることを突き止めた.現在は得られた知見にもとづき,超自然的存在を感じる感覚の背後にある心理,神経基盤の発達過程についての考察を進めている.また我々は,幼児が超自然的行為者をいかに表象しているのか、ヒトと比べて特別な点はあるのかを検討した.具体的には、3歳から6歳の幼児が、超自然的行為者やヒトなどに、認知的な特性(例、計画する)や情動的特性(例、怖がる)を付与するかを調べた.その結果,幼児は、ヒトに対しては認知的特性も情動的特性も付与したのに対して、超自然的行為者には認知的特性のみを付与した.この結果は成人の参加者の先行研究と一致しており、幼児期において成人と同様の超自然的行為者概念を持っていることが示唆された.これらの結果は,超自然的存在を知覚するようになる子どもの発達機序に一定の光を当てるものである.文化や社会に応じて超自然的存在の感じ方には大きな個人差が存在している一方,文化普遍的に何らかの形でそのような存在に関する伝説や神話が存在していることは,子どもの心の中に元型となるメカニズムが存在するからと考えられる,本研究では,子どもが超自然的存在を感じるようになるメカニズムを明らかにするため,fMRIで実行可能なリズム同期とパレイドリア錯覚を組み合わせた課題をオリジナルな開発,大人と子どもを対象として行動・fMRI実験を実施した.結果,リズムが同期すると錯覚が生じやすくなるという現象を大人と子供両方で発見した.この現象をベースに,子どもが超自然的存在を知覚するメカニズムについて考察を行った.本来は既存の宗教オブジェクト(鳥居)を用いた実験計画を想定していたが,予備実験を重ねることで,鳥居では望ましい結果が得られないという結論になり,パレイドリア錯覚を用いた実験計画に方向転換をした.ただし研究の一貫性は保たれており,パレイドリア錯覚を用いた成人での予備実験(心理実験・fMRI実験)も順調に行得ており,研究は順調であると言える.認知科学成人の心理実験,fMRI実験はすでに完了しており,子どもの心理実験,fMRI計測の予備実験も順調である.平成27年度はこの方向で研究を確実に続けるとともに,子どもの規範行動が子どもがみたエージェントによってどのように変化するのかを調べていきたいと考えている.また文化比較的なアプローチもとりいれることで,このような超自然的存在の知覚がどのように宗教文化と結びつくのかについても明らかにしていきたい.研究課題の開発に今年度は力を入れたため,想定よりも被験者謝金を用いなかったため,来年度に研究費を計上した.主に子どもfMRIの実験謝金,成果発表の旅費などに使用する.
ピコ秒時間分解X線ホログラフィ

レーザープラズマX線(LPX)によるX線ホログラフィを目的に研究を始めたが、X線強度不足という問題に直面した。そこで、生体・医療などの分野での需要が大きいX線イメージングへの活用を目指し、時間分解能10psのレーザー固体アブレーション過程撮影を図って吸収像を取得した結果、金属サンプルでは10ショットで、生体サンプルでは100ショットで充分なコントラストを得られることがわかった。従って、シングルショット撮影には現状の10倍100倍のX線強度に増強する必要があることが判明した。そこで、X線発生量に大きく寄与しているプラズマ分布の分析を行ったところ、現状ではプラズマ広がりが大きく、これを小さくすることでX線強度10倍以上を実現できると結論づけられた。しかし、コントラスト比向上実験を行ったが、実際にX線発生への応用にまでは到らなかった。シミュレーションにより、レーザーのプリパルス(ASE)強度を10^<11>W/cm^2程度に抑えれば、X線量は10倍以上になるという結果を得た。また実験で発生X線の光子数を計測し最大値4.4×10^9[photons/shot/4πsr]を得た。プラズマの広がりを制御するために金属蒸着ターゲットを使用したところ、今のところ光子数に変化は見られないが、レーザーのパワーの増強にX線量の増大の傾向が見られる。レーザーのコントラストは約1桁向上している(ASE強度10^<12>W/cm^2)。また、半導体の相転移、ガスジェット中のメインパルスの相対論的自己収束、薄膜を利用したコントラストの向上策を継続中である。プリパルス制御(抑制)によりX線量が十数倍になり、また予定されているレーザー増設によりX線量の増大が見込まれる。原子配列のミクロな構造を明らかにする、あるいはより明瞭な物体像の取得を可能とするX線ホログラフィを極短X線パルスを用いてピコ秒レベルで時間分解化することを目的として研究を行った。極短パルスX線源としてレーザープラズマX線を採用し、X線干渉像取得への第一歩としてシリコン単結晶を用いたラウエ回折像取得実験を行った。その結果レーザープラズマ起源のCukα線のラウエ回折像の取得およびそれによる金属メッシュのイメージングに成功したが、X線強度が十分でないために像が不明瞭であるという問題が生じた。そこで、レーザーターゲットの安定化およびレーザー集光強度の最適化等によるX線増強を行い、さらにS/N比の向上を目指してX線計測およびX線イメージングを行った。レーザープラズマX線の安定した発生のためにはレーザー横モードの高品質化、プリパルスの制御によるプリプラズマの安定化等が重要となる。加えて、高精度な像の取得のためには現状200μm程度であるX線源サイズの縮小も課題となる。また、数値計算においても、X線干渉計を用いた位相コントラスト法によるX線イメージングのシミュレーションを行うプログラムを開発し、実験との比較を行っている。さらに、生体試料の時間分解X線回折の予備実験として、レチナール粉末結晶からのX線回折を行った。今後、時間分解X線イメージングの高精度化のために、レーザーの強化及び安定化、ターゲット形状の最適化等によりさらなるX線の増強を行い、合わせて時間ゲート付き2次元X線検出器の使用等によって像のS/N比の向上を目指す。その後X線ホログラフィの取得を行う。また、時間分解X線回折の生体試料への適用として、レチナール分子等の光誘起構造変化を示す生体分子のX線回折像の時間分解化による取得も行う予定である。時間分解能10psのレーザー固体アブレーション過程撮影を目的として吸収像を取得した結果、金属サンプルでは10ショットで、生体サンプルでは100ショットで充分なコントラストを得られることがわかった。

そこで、レーザープラズマX線発生量に大きく寄与しているプラズマ分布の分析を行ったところ、現状ではプラズマ広がりが大きく、これを小さくすることでX線強度10倍以上を実現できると結論づけられた。しかし、コントラスト比向上実験を行ったが、実際にX線発生への応用にまでは到らなかった。また、生命科学応用としてタンパク質の構造解析を目標にLPXの改良を行ってきた。12TWレーザー実験、SPring8実験参加、他短パルスX線源の検討により、短パルスX線の用途と必要照射強度の見通しが立てられた。シミュレーションにより、レーザーのプリパルス(ASE)強度を10^<11>W/cm^2程度に抑えられれば、X線量は10倍以上になるという結果を得られた。また実験で発生X線の光子数を計測し最大値4.4×10^9[photons/shot/sr]を得た。プラズマの広がりを制御するために金属蒸着ターゲットを倹用したが、今のところ光子数に変化は見られないが、レーザーのパワーの増強にX線量の増大の傾向が見られる。レーザーのコントラストは、約1桁向上している(ASE強度10^<12>W/cm^2)。また、半導体の相転移、ガスジェット中のメインパルスの相対論的自己収束薄膜を利用したコントラストの向上策を継続中である。プリパルス制御(抑制)によりX線量が十数倍になり、また予定されているレーザー増設によりX線量の増大が見込まれる。これにより1時間以内のLPXでのデバイシェラー環の取得の目処が立った。
脳腸相関の病態生理における脳腸ペプチドの役割

過敏性腸症候群(irritable bowel syndrome;IBS)は慢性で繰り返し生じる腹痛と便通異常を主体とする症候群であり、脳腸相関の異常を呈する代表疾患である。われわれは、脳の特定部位でcorticotropin-releasing hormone(CRH)を中心とする神経伝達物質が放出され、中枢神経機能を変化させることがIBSの病態の本質にあると仮説づけている。この仮説を動物実験とヒトで検証することを目的とする。(1)動物:ラット大腸内にミニバロスタットカテーテルを挿入し、圧インフレータに接続して膨張、弛緩を繰り返し、大腸伸展刺激を統制して加えた。腹壁装着トランスデューサにて疼痛に反応する腹壁収縮を検出し、内臓知覚を評価し、選択的CRH-R1拮抗薬のこれらに及ぼす影響を分析した。(2)ヒト:対象を健常成人、IBS患者とした。方法は、検査日にバロスタットカテーテルを大腸に留置する。被験者を東北大学行動医学生理検査室あるいは東北大学サイクロトロンRIセンターPET室でベッド上安静とした。バロスタットを圧インフレータに接続したコンピュータで大腸伸展刺激を条件刺激(音)を統制して与え、順序をランダムにしたCRHもしくはplaceboを投与した。同時にサイクロトロンで合成したH2^<15>Oを静注し、SET2400にて、PET撮影を行った。また、脳波計と心電計に刺激信号を入力し、内臓知覚大脳誘発電位・心電図波形を記録するとともに、経頭蓋磁気刺激検査(TMS)と脳の核磁気共鳴検査(MRI)を行った。動物でCRH-R1拮抗薬の内臓知覚減弱効果が得られ、ヒトではCRHによる拡大扁桃体賦活と経頭蓋磁気刺激による内臓知覚時の情動変容所見が得られた。初年度から仮説を支持する所見が得られ、今後の展開が期待される。この時の室傍核c-Fos、CRH活性を評価し、選択的CRH-R1拮抗薬のこれらに及ぼす影響を分析した。被験者を東北大学行動医学生理検査室あるいは東北大学核磁気共鳴検査(MRI)室でベッド上安静とした。バロスタットを圧インフレータに接続したコンピュータで大腸伸展刺激を統制して与え、順序をランダムにしたCRHもしくはplaceboを投与した群の画像分析を行った。また、脳波計と心電計に刺激信号を入力し、内臓知覚大脳誘発電位・心電図波形を記録するとともに、経頭蓋磁気刺激検査(TMS)と脳のMRIを行った。動物で大腸伸展刺激による室傍核CRHニューロンの活性化とCRH-R1拮抗薬によるその抑剃効果が得られた。ヒトではCRH投与あるいは経頭蓋磁気刺激による内臓知覚、情動と消化管運動の変容所見が得られた。初年度に続いて仮説を支持する所見が得られ、今後の展開が期待される。過敏性腸症候群(irritable bowel syndrome; IBS)は典型的なストレス関連疾患であり、便通異常に関連した腹痛・腹部不快感が慢性・再発性に持続する症候群である。そのストレス関連性の病態生理を解明するべく、corticotropin-releasing hormone (CRH)を中心とする脳腸ペプチドに焦点を当てて研究した。本年度は、大腸刺激による脳内CRH遊離が脳腸相関を駆動させて悪循環を形成すること、並びに、その過程には前頭前野機能が関与すると仮説を立て、これを検証した。この時の扁桃体c-Fos、CRH活性を評価し、選択的CRH-R1拮抗薬のこれらに及ぼす影響を分析した。方法は、検査日にバロスタットカテーテルを大腸に留置し、バロスタットを圧インフレータに接続したコンピュータで大腸伸展刺激を統制して与え、順序をランダムにしたCRHもしくはplaceboを投与した群の画像分析を行った。動物で大腸伸展刺激による扁桃体CRHニューロンの活性化とCRH-R1拮抗薬によるその抑制効果が得られた。ヒトではCRH投与による扁桃体のアロスタティック負荷がIBS患者で見られ、経頭蓋磁気刺激による内臓知覚、情動と消化管運動の変容所見、特に、背外側前頭前野の低頻度磁気刺激による内臓知覚-情動経路の低減を証明することができた。昨年度に続いて仮説を支持する所見が得られ、今後の展開が期待される。

過敏性腸症候群(irritable bowel syndrome; IBS)は慢性で繰り返し生じる腹痛と便通異常を主体とする症候群であり、脳腸相関の異常を呈する代表疾患である。われわれは、脳の特定部位でcorticotropin- releasing hormone (CRH)を中心とする神経伝達物質が放出され、中枢神経機能を変化させることがIBSの病態の本質にあると仮説づけている。この仮説を動物実験とヒトで検証することを目的とする。(1)動物:ラット大腸内にミニバロスタットカテーテルを挿入し、圧インフレータに接続して膨張、弛緩を繰り返し、大腸伸展刺激を統制して加えた。この時の室傍核c-Fos、CRH活性を評価し、選択的CRH-R1拮抗薬のこれらに及ぼす影響を分析した。(2)ヒト:対象を健常成人、IBS患者とした。方法は、検査日にバロスタットカテーテルを大腸に留置し、バロスタットを圧インフレータに接続したコンピュータで大腸伸展刺激を統制して与え、順序をランダムにしたCRHもしくはplaceboを投与した群の画像分析を行った。また、脳波計と心電計に刺激信号を入力し、内臓知覚大脳誘発電位・心電図波形を記録するとともに、経頭蓋磁気刺激検査(TMS)と脳のMRIを行った。動物で大腸伸展刺激による室傍核CRHニューロンの活性化とCRH-R1拮抗薬によるその抑制効果が得られた。ヒトではCRH投与あるいは経頭蓋磁気刺激による内臓知覚、情動と消化管運動の変容所見が得られ、IBS患者のストレス下における背外側前頭前野の賦活不全を発見することができた。昨年度に続いて仮説を支持する所見が得られ、今後の展開が期待される。過敏性腸症候群(irritable bowel syndrome; IBS)は便通異常に関連した腹痛・腹部不快感が慢性・再発性に持続する症候群である。IBSはまた、代表的なストレス関連疾患であり、心身症としての側面を持つ。そのストレス関連性の病態生理を解明するべく、脳腸ペプチドであるcorticotropin-releasing hormone (CRH)に焦点を当て、研究した。本年度は、大腸刺激による脳内CRH遊離が脳腸相関を駆動させて悪循環を形成すること、並びに、その過程には扁桃体が重要であり、その制御に帯状回や前頭前野が関与する、と仮説を立て、これを検証した。同時に、扁桃体にCRHを注入し、microdialysisにて、扁桃体noradrenaline、serotonin、dopamine遊離を測定し、選択的CRH-R1拮抗薬のこれらに及ぼす影響を分析した。方法は、検査日にバロスタットカテーテルを大腸に留置し、バロスタットを圧インフレータに接続したコンピュータで大腸伸展刺激を統制して与え、順序をランダムにしたCRHもしくはplaceboを投与した群のPETによるH2[15-O]の局所脳血流の画像分析を行った。動物で大腸伸展刺激による扁桃体からのnoradrenaline遊離とCRH注入によるその増大、CRH-R1拮抗薬による抑制効果が見られた。
コンビナトリアル合成MOCVD法による高格子不整合半導体薄膜の作製

ウルツ鉱型GaNがc軸方向に持つ非対称性(極性)が、MOCVD法によるGaN成長時に誘起する問題を明らかにすることを目的に研究を行ってきた。(1)N面GaN薄膜の成長モードN面(-c)GaN薄膜では、数10μmの大きさを持つ6角形ファセットが多く集まった表面モフォロジーが特徴である。成長初期段階からこの特徴的な6角形ファッセットが形成されていた。そして、成長時間と共にそれぞれの6角形ファッセットが衝突するまで横方向の成長が進み、その後c軸方向にスパイラルらしき成長が始まる様子が観察された。これは薄膜前駆体のシンクとして働いていた6角形のステップエッジがお互いに衝突した時点でシンクとして機能しなくなり、別のモードで平坦な6角形上にGaNが成長したためと考えられる。(2)不純物混入のGaN極性依存性成長条件に関わらず、C,O,Alの不純物はGa面(+c)GaNよりも-cGaNに多く含まれることが2次イオン質量分析(SIMS)より明らかになった。また、GaNにp型ドーパントを気相中に同量混入しても、-cGaNに多くのドーパントが含まれることがSIMSおよび発光スペクトルより確認された。これは+cと-c極性により表面構造が異なるため、前駆体のGaN成長表面での吸着エネルギーに差が生じたためと考えられる。N終端されたGaN表面上でGaと各不純物の吸着エネルギー(E_<ad>)をab initio molecur dynamics(MD)計算から求めた結果、不純物とGaとのE_<ad>の差が-cGaN表面上の方が小さいことがわかった。これは不純物が-cGaNの方に多く取り込まれるチャンスが大きいことを意味しており、実験結果と矛盾しない。(3)エッチングの極性依存性アルカリ溶液(KOH)に対して、+cGaNは安定、-cGaNはエッチングされることが分かった。このエッチング異方性は、GaNの作製方法によらず、極性のみに依存する。光電子分光法(XPS)による表面観察からKOHのエッチングメカニズムについて検討した。コンビナトリアル有機金属化学堆積法(MOCVD)で、系統的に高効率に窒化物半導体薄膜を作製し、成長メカニズムに関する知見を得ることを目的に研究を行ってきた。本年度はウルツ鉱型GaNの結晶構造に着目して(c軸方向が非対称であるため極性をもつ)、GaN極性の同定と制御、極性が決まるメカニズムについて検討した。MOCVDで作製したGaN薄膜の極性の同定には、非破壊で測定できる同軸型イオン散乱分光法(CAICISS)を用いた。c面サファイア基板を窒化処理することで、GaN表面は6角形ファセット(数10μm)となり、極性はN面(-c)となった。一方、窒化処理をしない基板上では、平坦な表面で、Ga面(+c)であることが明らかになった。通常、サファイア基板上のGaN薄膜は、薄い(20nm)バッファ層を介して作製される。CAICISS測定から窒化基板上のバッファ層は、アニールすることにより、+cから-cの極性に変わった。この極性の変化は、バッファ層内部に+cと-cドメインが存在し、かつ表面が+cドメインに覆われているモデルを考えることで説明できた。つまり、アニールにより+cドメインが昇華して、-cドメインがバッファ層内に残るというモデルである。バッファ層とGaN薄膜の極性の比較から、GaN薄膜の極性はアニールされたバッファ層の極性を引きずることが分かった。原料供給量比(Ga/N)を大きく変えても、この極性は変化しなかった。バッファ層とGaN層極性の系統的な結果から、GaNの極性は基板窒化、バッファ層のアニールによって制御できることを明らかにした。極性の違いによってGaN薄膜の光学的、電気的特性が異なった。これは極性の違いにより、表面構造が異なり、成長中に取り込まれる不純物量の違いによるものと考えている。特に-cGaN薄膜は、不純物を取り込みやすい理論計算結果を得ている。

また、GaNにp型ドーパントを気相中に同量混入しても、-cGaNに多くのドーパントが含まれることがSIMSおよび発光スペクトルより確認された。これは+cと-c極性により表面構造が異なるため、前駆体のGaN成長表面での吸着エネルギーに差が生じたためと考えられる。N終端されたGaN表面上でGaと各不純物の吸着エネルギー(E_<ad>)をab initio molecur dynamics(MD)計算から求めた結果、不純物とGaとのE_<ad>の差が-cGaN表面上の方が小さいことがわかった。これは不純物が-cGaNの方に多く取り込まれるチャンスが大きいことを意味しており、実験結果と矛盾しない。(3)エッチングの極性依存性アルカリ溶液(KOH)に対して、+cGaNは安定、-cGaNはエッチングされることが分かった。このエッチング異方性は、GaNの作製方法によらず、極性のみに依存する。光電子分光法(XPS)による表面観察からKOHのエッチングメカニズムについて検討した。
三次元培養筋を活用した骨格筋の新たな生理的機能の解明

平成30年度は、三次元培養筋を用いて最適化された急性電気刺激によって発現が誘導される遺伝子の発現解析、および分泌タンパク質の同定を試みた。マイクロアレイによる発現解析からコレシストキニン遺伝子が候補遺伝子として同定されたので、まず、三次元培養筋における発現解析をqPCR法で解析した。その結果、コレシストキニン遺伝子は、三次元培養筋において構成的に発現し、ELISA法によって微量だが培地中にも存在していることが明らかとなった。生体筋にでは、コレシストキニン遺伝子の発現は、ほとんど観察できないため、三次元化組織特有の細胞内環境がコレシストキニンの発現を誘導している可能性が示唆された。先行研究から、コレシストキニンは急性運動後に血液中濃度の上昇が観察されるが、低酸素環境ではその影響がみられないため、三次元化組織内部の低酸素環境がコレシストキン遺伝子の発現を惹起した可能性がある。そこで、低酸素培養によるコレシストキニンの発現を解析した。その結果、1%低酸素環境でコレシストキニン遺伝子の発現が上昇することが明らかとなった。低酸素環境では、Hif-1a転写因子が安定化し、ターゲット遺伝子の発現を誘導することが知られている。Hif-1a転写因子は、下流遺伝子のプロモーター内に存在するHRE(hypoxia response element)に結合することがしられているため、コレシストキニン遺伝子のプロモータ解析を行った。その結果、コレシストキニン遺伝子のプロモータ配列内にもHREが同定された。急性運動後は、末梢筋組織の酸素濃度は著しく低くなることが知られていることから、高地滞在中や急性運動後に観察されている血中コレシストキニン濃度の上昇は一部、骨格筋由来である可能性が示唆された。以上のことから、低酸素環境や急性運動後に見られる食欲抑制症状は、一部、筋細胞から分泌されるコレシストキニンが関与している可能性を突き止めた。低酸素環境下におけるコレシストキニン遺伝子の発現上昇が、実際の分泌動態に反映されているか、検証するまでには至っていない。予備的なELISA解析では、培養液中に微量に存在していることがわかっているが、ウエスタン解析を行うには濃縮条件を検討する必要がある。令和元年は、低酸素環境下におけるコレシストキニンの発現制御を詳細に検討するとともに、その分泌動態について解析を進めていきたい。平成29年度は、三次元培養筋を用いた分泌物質探索法の確立を目的に実験を遂行した。電気刺激による副次的な要因を除外するために、電気刺激に伴う電気分解や電気刺激が、細胞損傷や生存に与える影響を評価した。電気刺激条件の違いが三次元培養筋に与える影響に関しては、電気刺激システム収縮特性評価では、50Vの特定の強縮条件の電界強度で1時間印加しても、一度低下した張力が回復するために細胞への顕著な損傷はないものと判断した。しかしながら、本研究グループで開発した電気刺激システムでは、電気分解の影響が少なからず生じるために、新たに市販の電気刺激システムを購入した。この電気刺激システムは、カーボン電極を使用しており、電気分解を最小限に抑えることができる。本システムでは、電圧を上げると培地内の電界が乱れることが判明したために、40Vの特定の強縮の条件で電気刺激を与えた。培養筋の生存率をCellTiter-Glo3Dで当初、評価予定であったが、簡便なアラマーブルー法に変更して実施した。予備的な結果ではあるが、この電気刺激が細胞生存率に与える影響はないことが明らかとなった。この電気刺激条件では、収縮特性から判断される細胞損傷もないと判断できた。しかしながら、細胞生存率に影響を与えない範囲で細胞膜損傷が起きている可能性も否定できず、培地中のβアクチンおよびLDH放出量を評価するなど、より詳細な解析も検討課題として残された。電気刺激条件の違いが、培地の電気分解に与える影響は使用する電気刺激システムを変更することで解決した。また、電気刺激条件の違いが、三次元培養筋の細胞死や細胞損傷に与える影響に関しては収縮特性という機能的な側面と細胞死を判断する簡便な試薬を用いることで、副次的な作用が生じない至適電気刺激条件を確立した。その結果、コレシストキニン遺伝子のプロモータ

配列内にもHREが同定された。急性運動後は、末梢筋組織の酸素濃度は著しく低くなることが知られていることから、高地滞在中や急性運動後に観察されている血中コレシストキニン濃度の上昇は一部、骨格筋由来である可能性が示唆された。以上のことから、低酸素環境や急性運動後に見られる食欲抑制症状は、一部、筋細胞から分泌されるコレシストキニンが関与している可能性を突き止めた。低酸素環境下におけるコレシストキニン遺伝子の発現上昇が、実際の分泌動態に反映されているか、検証するまでには至っていない。予備的なELISA解析では、培養液中に微量に存在していることがわかっているが、ウエスタン解析を行うには濃縮条件を検討する必要がある。今後の研究は、至適電気刺激条件で、三次元培養筋を収縮させ、培地に分泌する化合物を質量分析法を利用して解析し、同定する。しかしながら、細胞生存率に影響を与えない範囲で細胞膜損傷が起きている可能性も否定できず、培地中のβアクチンおよびLDH放出量を評価するなど、より詳細な解析も同時に行う必要がある。令和元年は、低酸素環境下におけるコレシストキニンの発現制御を詳細に検討するとともに、その分泌動態について解析を進めていきたい。当該助成金が生じた理由として、研究を遂行する上で最適化した電気刺激装置が市販されていることが判明し、購入したため。今後はこの電気刺激装置を使用し、三次元培養筋に電気刺激を印加して培地中に存在する化合物を解析する試薬や消耗品を購入するために助成金を使用する。候補となるタンパク質のウエスタン解析を予定していたが、培地濃縮過程の適正化に時間を要し、予定していた実験を実施することができなかった。また、候補となるタンパク質の発現が生体筋では極めて低く、低酸素環境でのみ、発現が惹起される可能性があり、動物実験での発現解析は、動物への低酸素暴露環境の適正化も行う必要が生じたため、昨年度は実施することができなかった。今年度は、まず、三次元培養筋を低酸素暴露し、実際に候補タンパク質が培地中に存在するか、解析を行う予定である。使用計画として、培地濃縮に関わる消耗品、候補タンパク質の同定を行うための抗体、試薬を予定している。
非特異的免疫機構を利用した腫瘍特異的免疫の誘導

がん患者において腫瘍細胞に対する有効な獲得免疫反応の誘導に好適な自然免疫反応の促進と、それらを仲介する樹状細胞の機能に着目して研究を進めた。樹状細胞が分泌するサイトカインの一つでありIL-12と構造上・機能上数多くの点で関連を持つIL-23について、マウスの前脛骨筋肉内に発現プラスミドをin vivo electoporation法で遺伝子導入して強制発現させることにより、IL-23蛋白を継続的に全身投与したのと同じ状況を構築し、その抗腫瘍効果ならびに免疫学的機序について検討した。その結果、IL-23は有意な抗腫瘍効果を有しており、その効果はIL-12と同等のものであった。しかし、IL-12治療の際に見られるような血清中INF-gammaの上昇は見られず、抗CD4抗体あるいは抗CD8抗体を用いた場合、IL-23の抗腫瘍効果が完全に消失することが判明した。これに比して、抗AsialoGM1では、抗腫瘍効果は有意に減弱するものの完全消失は見られなかった。よって、IL-23による抗腫瘍効果の機序はIL-12のそれとは大きく異なることが示唆された。また、上記のIL-23の検討に用いられたのと同じIVE法を用いて、骨髄中の幹・前駆細胞がレセプターを持つサイトカインであるFlt3-Lの抗腫瘍効果について検討した。Flt3-ILの大量投与単独では有意な腫瘍縮小効果は得られなかったが、肝臓や脾臓を始めとする末梢臓器に大量の樹状細胞を動員され、担癌マウスにおいては皮下腫瘍部にも樹状細胞が動員され集籏することが判明し、他の免疫学的刺激を加えれば有効な癌免疫療法を構築できる可能性が示された。以上の結果より、これらの知見を総合的に理解し、かつ、更に検討して上で臨床応用すれば、新規がん免疫療法の開発が可能となると考えられた。現在まで、細胞性免疫反応、特に抗腫瘍特異的免疫反応に関しては、免疫の各々の局面に分けて詳細な検討がされることがほとんどであった。しかしながら最近では、免疫反応を真に理解するためには、包括的かつ統合的な視野で検討する必要があると考えられるようになってきた。そこで、自然免疫を賦活化することにより最終的には腫瘍特異的免疫を誘導することを目指して検討を進めた。まず、生体内での遺伝子発現により各種サイトカイン蛋白を全身的に供給する方法としてin vivo eloctroporation (IVE)の開発を進め、発現させるサイトカインに免疫グロブリンのFc部分を融合させることにより、高い血中濃度を維持する方法を確立した。また、IL-18遺伝子治療と樹状細胞腫瘍内投与の併用により、非常に強い全身的特異的免疫反応の誘導につながる可能性があり、臨床応用への発展が期待できることが示唆された。そして、このIL-18による腫瘍免疫療法においてNK-TよりもNK細胞が重要な役割を果たしていること、そして自然免疫反応を細胞傷害性T細胞による特異的(獲得)免疫反応につなぐ役割をになう樹状細胞の機能は、TFG-betaにより抑制され、免疫抑制すら誘導しかねないことが示された。これらの結果から、自然免疫の促進により最終的には有効な特異的免疫を誘導するという手法の免疫療法の機構が徐々に明らかになりつっあり、現実の治療へと応用され得る方法論であることが示唆された。本研究においては、がん特異的免疫療法の最終目的である腫瘍細胞に特異的な強い獲得免疫反応を成立させ確立させるための有効な方法として積極的に自然免疫反応を促進する方法について検討すると共に、この目的に合致した機能を持つ樹状細胞の誘導方法についても検討した。まず、in vivo eloctroporation(IVE)法やアデノウイルスベクターを用いて全身的あるいは局所的にIL-18などのサイトカインを発現させ、自然免疫反応の促進による腫瘍特異的免疫誘導につなげることができた。IL-18の自然免疫賦活化を介した腫瘍特異的免疫誘導の機構をin vitroにて詳しく解析するために、自然免疫をになうNK細胞、獲得免疫誘導に関連する樹状細胞とT細胞、そして抗原となる腫瘍細胞を共培養する実験系(Cooperative Co-culture System ; CCSにより検討した結果、NKTを用いたCCSでは誘導されたCTLの細胞傷害活性はNKを用いたCCSに較べて有意に低値を示した。このことから、IL-18の抗腫瘍効果においては、NK-TよりもNK細胞が重要な役割を果たしていることが示唆された。また、サイトカイン遺伝子を強制発現させることにより樹状細胞機能の制御ができることや、細菌由来の製剤であるOK-432を用いると樹状細胞を十分に成熟化させることができ、臨床応用も可能であることを見出した。この作用がToll Like Receptorを介したものかどうかについては結論が出ていないが、自然免疫を活性化する物質によりその後に続く獲得性免疫の促進に大きな役割を持つことをも具体的に示した結果と考えられ、本研究の基本的仮説を支持する結果と言える。

その結果、IL-23は有意な抗腫瘍効果を有しており、その効果はIL-12と同等のものであった。しかし、IL-12治療の際に見られるような血清中INF-gammaの上昇は見られず、抗CD4抗体あるいは抗CD8抗体を用いた場合、IL-23の抗腫瘍効果が完全に消失することが判明した。これに比して、抗AsialoGM1では、抗腫瘍効果は有意に減弱するものの完全消失は見られなかった。よって、IL-23による抗腫瘍効果の機序はIL-12のそれとは大きく異なることが示唆された。また、上記のIL-23の検討に用いられたのと同じIVE法を用いて、骨髄中の幹・前駆細胞がレセプターを持つサイトカインであるFlt3-Lの抗腫瘍効果について検討した。Flt3-ILの大量投与単独では有意な腫瘍縮小効果は得られなかったが、肝臓や脾臓を始めとする末梢臓器に大量の樹状細胞を動員され、担癌マウスにおいては皮下腫瘍部にも樹状細胞が動員され集籏することが判明し、他の免疫学的刺激を加えれば有効な癌免疫療法を構築できる可能性が示された。以上の結果より、これらの知見を総合的に理解し、かつ、更に検討して上で臨床応用すれば、新規がん免疫療法の開発が可能となると考えられた。