hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
真珠および螺鈿の保存科学的研究

(1)においては、出土遺物である「ローマ時代のネックレス」に使用されている真珠の劣化状態について下記の分析法によって検討を加え、国際文化財保存学会第16回大会(コペンハーゲン)でその成果を発表した。会場では欧米の研究者との議論の機会を持つことができた。蛍光現象、蛋白質、アラゴナイト結晶積層構造、結晶の微粒化や溶解、結晶型の変異、結晶の無機成分などについて、金属型光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、可視紫外分光光度計、分光蛍光光度計、FT-IRなどに加えX線回析分析やX線エミシオグラフィについても新たに取り入れ検討を加えた。そしてこれらの機材や手法を利用し多面的な方向からさらに解析中である。また、(2)においては、現世の螺鈿貝殻試料に対して昨年度導入した「キセノン耐光試験機」を用いて温湿度変化や光照射による長期間の劣化促進試験を継続実施中であり、時間経過による劣化進行のメカニズムについてさらに検討を加えている。これらの調査項目や使用機材・手法は画像や分析の双方から適宜選択することにより、両テーマが有機的にかつ相補的に真珠・殻体の劣化現象を解明できると考え、総合的な成果を期待している。これらの研究成果は、今後の伝統的な漆器工芸品を始めとする文化財の保存にとって有意義な情報を提供するであろう。一方、昨年度に引き続き今年度もヨーロッパ各地の博物館(コペンハーゲンのデンマーク国立博物館、ハリのルーブル博物館、スコットランドの国立博物館など)を訪れ、真珠工芸品の保存状況を視察する機会を得た。これらは今後の研究遂行の上で非常に意義のあることとなろう。本年度の研究では、真珠および螺鈿の光彩のメカニズムと類似性をもつ玉虫翅に注目し、1)キセノン光の長期間照射による劣化促進試験、2)物理的力を加える圧着試験、3)脱色剤への浸漬による反応試験、4)含有成分の分析などを通じて比較検討した。その結果、真珠および螺鈿と同様に、玉虫翅でも発色は色素に由来する実態色とキチン質の積層構造に由来する構造色に大別でき、これらが化学的、物理的損傷を与えられると色彩に変化(すなわち劣化現象)が生じることが明らかになった。1)、2)、3)では試験前後における分光反射スペクトル分析をおこない、スペクトル・ピークの短波長領域への移動やスペクトル形状の変化が観測された。また、4)では蛍光X線分析により含有金属成分の試験前後の分析を実施し、色彩に金属成分の関与が示唆された。一方、劣化状態の調査方法の検討として、螺鈿用殻体のキセノン光長期間照射による劣化促進試験をおこない、前後における分光反射スペクトル分析、分光蛍光分析などの諸方法を検討した。その結果、両方法が光エネルギーによる劣化現象の調査に適合していることが明らかになった。さらに、寒冷地における螺鈿装飾品の保存についての基礎情報を収集するために、山形県内の豪雪地帯の環境測定を実施した。対象として、山林に周囲をかこまれた寺院の建造物を選び、1年間にわたって内外の温度・湿度を一定時間間隔で計測した。また水分の出入や凍結・融解による殻体の不透明化現象についても考察した。
高専教育への青色ＬＥＤ製作実験の導入

今後の高度情報化社会では、より高集積で、より早く、より高機能な半導体デバイスが必要とされる。そこで、高専教育の高度化のために、理論と実践の両面から半導体デバイスを理解できる教育用教材の開発が望まれている。一方、日本の3人の研究者がノーベル賞を受賞したことより、高専の学生は青色LEDに興味を持っている。そこで、この青色LEDを用いて、学生たちにLEDの発光理論と製作法、発熱の問題を理解させるための実験方法を開発し、実際に新居浜高専の4年生の工学実験に導入した。そして、実験導入による教育効果について、実験前後の試験とアンケートにより検証を行った。本実験は、学生たちには好評であった。平成27年度は、高専の学生実験用に青色LED製作工程を作成することが目標である。徳島大からサファイア基板上に半導体結晶を成長させた青色LED用結晶基板22枚の供給を受けた。そして、豊橋技科大の研究設備を利用して青色LED製作実習を行い、提供を受けた結晶基板にて青色発光を確認することができた。この実習を踏まえて、新居浜高専学生実験用のLED構造と工程の検討を行った。この結果、LEDの大きさは、学生が扱いやすい大きめの0.8mm角とした。電極は円形として、大きさは発光時のLED温度を変化させるために、市販の電極面積に近い直径0.35を中心に0.2と0.5mmの3種とした。市販のLEDと同様な電極形状も用意した。学生実験で行う工程は、爆発性や有毒性のガスや薬品を使用しない最終電極形成とLEDチップ実装に決定した。それ以前の工程は豊橋技科大で試料作製することとした。決定した構造から3枚のフォトマスクを設計・製作できた。そして、最終電極形成直前の前処理試料まで作製することができた。チップ実装に関しては、新居浜高専の装置の条件出しを行い、サファイア基板の切断、チップの接着、ワイヤ接続などができるようになった。今後は早急に新居浜高専にて、学生実験と同様の工程である最終電極形成とチップ実装を行って、青色発光を確認する予定である。一方、学生実験への半導体デバイス製作実験導入に関しては、平成27年度後期の4年生の学生実験に、初めて太陽電池の製作実験を導入できた。シリコン単結晶の太陽電池を実際に製作して特性測定を行うと同時に、太陽電池の変換効率のコンピュータシミュレーションも導入することにより、理論的にも理解しやすい内容にしたことが特徴である。従来の座学だけの授業と比べ、学生の興味と理解度が向上して好評であった。教育効果について来年度導入する青色LED製作実験と比較検討する予定である。当初計画していた学生実験用に爆発性や有毒性のガスや薬品を使用しない安全な青色LED製作工程をほぼ作成できた。しかし、まだ新居浜高専にて青色LEDを完成できていない。この理由は、マスク設計におけるCADの互換性などの問題でマスク製作に時間がかかったこと。また、4年生の学生実験への太陽電池製作実験導入に優先的に時間をかけたことによる。しかし、先行して同じ半導体の製作実験を導入できたことにより、今後青色LED製作実験を導入する場合に必要な大変有意義な知見が得られた。限られた時間内での実験と講義内容の厳選、考察内容の吟味など、教育効果向上のための検討に活かしていく。平成27年度は、学生実験用の青色LED構造を決定して豊橋技科大にてフォトリソグラフィー用マスクを作製し、徳島大のLED用結晶基板を用いて、豊橋技科大でn形電極まで形成した試料を作製できた。平成28年度の目標は、平成29年度に新居浜高専の学生実験に導入するために、学生実験用として爆発性や有毒性のガスや薬品を使用しない安全で簡便な青色LEDの製作工程を開発して、LEDの製作実験と特性測定実験の各工程を完成させることである。まず、豊橋技科大にてn形電極まで形成した試料上に、新居浜高専にてアルミニウムのp形電極を、真空蒸着、フォトレジストを用いたリフトオフ、窒素中540°Cのシンタリングという安全で簡便な方法で形成できる技術を開発した。次に、ダイシング装置を用いて一辺0.95mm角のチップに切断して、ダイボンディング装置とワイヤボンディング装置を用いてTO-46Sヘッダー上にダイアタッチ材と金線を用いて実装してLEDパッケージを完成させた。その結果、2.6Vという比較的低い立ち上がり順電圧で明るい青色発光を確認でき、LED製作実験工程を完成させることができた。一方、特性測定実験では、チップとヘッダー間にほう珪酸ガラス板を挿入することで熱抵抗(発熱状態)が異なるLEDパッケージを製作して、ΔVF法による熱抵抗と発光層温度測定、及び光出力と発光ピーク波長を測定する実験工程を完成できた。この結果、発光層温度によって異なるLED特性が得られ、学生実験ではこれらの原因を考察する中で、青色LED特有の発光機構や発熱の問題点などを理解させることができる。当初の計画通りに、学生実験用の安全で簡便な青色LED製作実験工程と、デバイス設計上重要な発光機構や発熱の問題を考えさせるLED特性測定実験工程を完成できた。平成27年度は、学生実験用の青色LED構造を決定してフォトリソグラフィー用マスクを作製して、n形電極まで形成したLED用基板を作製できた。平成28年度は、学生実験に導入するための安全で簡便な青色LEDの製作と特性測定実験の各工程を完成させることができた。最終年度である平成29年度の目標は、研究課題名である「高専教育への青色LED製作実験の導入」とその教育効果の確認である。

平成29年度後期、本科4年生の電気情報工学実験2に、実験題目「青色LEDの製作と評価」として、総時間数15時間の実験を導入できた。製作では、フォトリソグラフィー法による電極形成とLEDチップのパッケージング工程を各学生が自ら体験し、透明な結晶からの青色発光を観察した。特性測定では、発熱状態が異なるLEDの発光部の温度測定と発熱が光出力やピーク波長に与える影響を考察して、デバイス設計に最も重要な発熱の問題を理解した。実験前後にテストとアンケートを実施して教育効果を確認した。テストは、半導体やLEDの基礎的問題からなり、正答率は47から63%に向上した。アンケート結果から、学生の半導体に対する興味と理解度がともに向上したことがわかった。特に学生が実際に作業した内容の理解度が大きく増加した。自由記述の感想欄の回答率も高く、内容は好評であった。安全に関しても問題はなかった。また、青色LEDが発明に至った経緯の説明から、常識に捕らわれない発想によって最先端技術に挑戦し続ける努力の重要性を認識させることもできた。以上から、高専教育の高度化を目指した本実験を導入することで、若い高専生の半導体への興味を向上させて、技術の本質から理解して半導体デバイスの材料や構造設計ができるイノベーティブな人材の育成に貢献できると期待できる。今後の高度情報化社会では、より高集積で、より早く、より高機能な半導体デバイスが必要とされる。そこで、高専教育の高度化のために、理論と実践の両面から半導体デバイスを理解できる教育用教材の開発が望まれている。一方、日本の3人の研究者がノーベル賞を受賞したことより、高専の学生は青色LEDに興味を持っている。そこで、この青色LEDを用いて、学生たちにLEDの発光理論と製作法、発熱の問題を理解させるための実験方法を開発し、実際に新居浜高専の4年生の工学実験に導入した。そして、実験導入による教育効果について、実験前後の試験とアンケートにより検証を行った。本実験は、学生たちには好評であった。平成28年度は、まず早急に新居浜高専にて、学生実験と同様の工程にて最終電極形成とチップ実装を行って青色発光を確認する。次に、学生にデバイス設計上の最重要課題である発熱の問題を考えさせる実験を作成する。ここでは、学生に発熱が異なるLEDパッケージを製作させ、LEDの発光部の温度を測定させる。簡単な理論からLED温度を計算させ、実験結果と比較させる。LED発光部の温度が電気的光学的特性に与える影響とその原因を考察させる。最後に、日本人3名がノーベル賞受賞に至った青色LED実現の重要な技術ブレークスルーである「異種材料間の結晶成長法」と「結晶欠陥と発光効率」、「p形結晶作製」を考察させるための説明資料を作成して実験書にまとめる。平成29年度は、実際に4年生の学生実験に「青色LEDの製作と評価」を導入して、教育効果について考察する。そして、先行導入している太陽電池の教育効果と比較検討する。平成29年度は、平成28年度に完成した実験工程と、日本人3名がノーベル賞を受賞した青色LEDの発明に至った重要な技術ブレークスルーを説明する資料を実験書にまとめて、後期の4年生の学生実験に導入する。
血管内皮前駆細胞培養シートによるハイブリット型血管網付き人工神経の開発

われわれは神経血行の重要性に着目し、神経血管網を有する人工神経の開発目指した。そこで臨床により近い視点から、ヒト末梢血をもとに血管内皮前駆細胞培養シートを作成し、移植神経周囲に追加移植する試みを行った(鳥取大学医学部倫理審査委員会の審査承認済み)。ヒト末梢血より分離した血管内皮前駆細胞をシート培養した所、安定的なシートの作成は困難であった。本実験はさらなる検討が必要と考えられた。そこでヒトより増殖能の強いルイス系ラット血管内皮細胞培養シートを作成する方法に変更した結果、安定的に作成することが可能になった。35mmフィブロネクチンディッシュで内皮細胞培養キット(EGM-2)を用いて培養した後、温度応答性培養皿上で5日間シート培養し、冷却することにより培養シートを獲得することができた。免疫不全マウスを3つの群に分け、グループI(n=4)は坐骨神経を切断し5mmのギャップを空けたもの、グループII(n=8)は5mmの間にフィブリンチューブを介在させたもの、グループIII(n=8)は5mmのフィブリンチューブを介在させ、先に作成した血管内皮細胞培養シートを巻きつけたものとした。週1回歩行分析をSSI(static sciatic index)により行った所、3週間以降、有意差をもってグループIIIが良好な結果であることが分かった。12週目に坐骨神経を採取し、神経ギャップ周囲の血管網構築の違いを組織学的に検討し、HE染色、抗neurofilament抗体、抗Myelin basic protein抗体による免疫抗体染色を行い、軸索、髄鞘の再生状況の差を検討する。本研究を踏まえ、近交系ルイスラット間で実験結果を再確認する予定である。われわれは、神程血管網を有する再生人工神経の開発を意図し、より高度な神経機能の回復を目指した。フィブリンチューブ人工神経に、血管内皮前駆細胞培養シートを巻き付けることで、神経ギャップ間の人工神経周囲に血管網を誘導し、血管網を有する人工神経を開発することとした。ウィスター系ラットの座骨神経ギャップモデルを作成し、特殊なフィブリンチューブ人工神経を移植した所、8週目において、ある程度の再生軸索が末梢坐骨神経に侵入し、神経再生がおきることが確認できた。次いで、末梢にヒト血管内皮前駆細胞培養シートを作成するに先立ち、安全性を確保し、血液供血者に対する説明と同意を得るために、鳥取大学医学部倫理審査委員会の審査を経て、本実験の承認を得た。血管内皮前駆細胞培養シートを作成するため、供血者より40mlの末梢血を採取し、血液をFicoll Paque Plus溶液に混和し、遠心分離を重ねて、中間層より単核球および血管内皮前駆細胞を抽出した。抽出された細胞をフィブロネクチンディッシュ60mm上で内皮細胞培養キット(EGM-2)を用いて4日間培養し、培養した血管内皮前駆細胞を温度応答性培養皿上でシート培養した。細胞がシート状になる条件を検討した結果、血管内皮前駆細胞培養シートが完成するためには、さらに4日間必要であることが分かった。次年度より、ヒト血管内皮前駆細胞培養シートを移植する免疫不全ラットに、座骨神経ギャップを作成し、移植、神経再生実験を実施する予定である。
新たな電波利用の安全性担保に向けた植込み型医療器EMI評価技術の展開研究

体内植込み型医療機器(心臓ペースメーカ/ICD)の電磁干渉影響(EMI)評価に用いる測定装置について,最高水準の感度と試験汎用性の両有を,高精度数値解析による電磁界評価およびマイクロ波回路設計,電気/光変換およびデジタル信号処理回路を内蔵する小型の擬似ペースメーカ開発により実現する.開発した装置を用いて,第5世代移動通信システム(5G),IoT,RFID等,および近年普及が進むワイヤレス電力伝送装置の電磁干渉影響特性の評価を実施し,植込み型医療機器の実機による試験結果との比較から本研究課題開発技術の有効性を実証する.体内植込み型医療機器(心臓ペースメーカ/ICD)の電磁干渉影響(EMI)評価に用いる測定装置について,最高水準の感度と試験汎用性の両有を,高精度数値解析による電磁界評価およびマイクロ波回路設計,電気/光変換およびデジタル信号処理回路を内蔵する小型の擬似ペースメーカ開発により実現する.開発した装置を用いて,第5世代移動通信システム(5G),IoT,RFID等,および近年普及が進むワイヤレス電力伝送装置の電磁干渉影響特性の評価を実施し,植込み型医療機器の実機による試験結果との比較から本研究課題開発技術の有効性を実証する.
PCR法を応用した歯周病原性細菌の特異的高感度検出法の確立と定量化の試み

辺縁性歯周炎の発症と進展に、Actinobacillus actinomycetemcomitansやPorphyromonas gingivalisが深く関与している。本研究では、これらの歯周病原性細菌に特異的で、高感度な検出と定量が行える細菌検査法の確立を目的とした。特異的高感度検出を行うために、polymerase chain reaction (PCR)法を用いた。A. actinomycetemcomitansの特異的検出には、ロイコトキシン遺伝子断片(396bp)を、またP. gingivalisの特異的検出にはコラゲナーゼ遺伝子断片(414bp)をそれぞれ標的として増幅するPCRプライマーを設計・合成した。PCR増幅反応後増幅産物をアガロース電気泳動法で解析すると、それぞれの細菌のPCRプライマーは、各細菌にのみ特異的に、期待された遺伝子断片を増幅した。このPCRプライマーにより、細菌数で50個までの検出が可能であった。次に、定量化を行うために、PCRプライマーの一方の5'末端をビオチンで、他方の5'末端をジオキシゲニンで標識した。あらかじめアビジンで前処置したマイクロタイタ-プレートに、標識プライマーを用いたPCR増幅産物を添加し、洗浄後更に、アルカリホスファターゼ標識抗ジゴキシゲニン抗体と、アルカリホスファターゼの基質を添加することによって発色反応の生じる検出系を作った。標識PCRプライマーを用いた増幅産物の吸光度値を測定することにより、試料中のA. actinomycetemcomitansとP. gingivalisの定量が可能であることを示した。歯肉縁下プラークを飼料として、標識PCR増幅反応と発色反応を組み合わせると、A. actinomycetemcomitansとP. gingivalisの特異的検出と定量が可能であった。A. actinomycetemcomitansとP. gingivalisの量的変動の解析により、治療効果の判定、再発の監視、治療方針の決定などを行う際に、有効な検査法となりうることが示唆された。本研究では歯周病原性細菌として注目されているA.actinomycetemcomitansとP.gingivalisをpolymerase chain reaction(PCR)法を用いて、歯肉縁下プラーク中より特異的に検出する方法を確立することを目的とした。PCR反応を行なうために、A.actinomycetemcomitansのロイコトキシン遺伝子の断片(396bp)と、P.gingivalisのコラゲナーゼ遺伝子の断片(414bp)を、それぞれ特異的に増幅するような2組のプライマーを合成した。A.actinomycetemcomitansとP.gingivalisの分離株を試料としてPCR反応を行ない、増幅産物の確認を、アガロースゲル電気泳動法により行なったが、その検出限界は、細菌細胞数で50100個まで検出することが可能で、従来のDNAプローブ法に比べて高い検出感度を示した。次に、成人性歯周炎患者より採取した歯肉縁下プラークを試料として、A.actinomycetemcomitansとP.gingivalisの検出を試みた。A.actinomycetemcomitansの検出率は68%、P.gingivalisの検出率は96%であり、従来の報告よりも高い検出率を示した。A.actinomycetemcomitansとP.gingivalisの定量を行なうために、PCR用プライマーの5′末端を、ビオチンとジゴキシゲニンでそれぞれ標識した。標識プライマーを用いたPCR反応を行ない、その増幅産物をアビジンをコートしたマイクロタイタ-プレート上で、アルカリフォスファターゼ標識抗ジゴキシゲニン抗体を用いて発色反応により検出する方法の確立を試みた。A.actinomycetemcomitansもP.gingivalisもともに、標識したプライマーで特異的に増幅することができ、発色反応による検出感度は、アガロースゲル電気泳動法のそれと同等か、やや高かった。標識プライマーを用いたPCR法により、歯肉縁下プラーク中の歯周病原性細菌の検出と定量が行なえることが示唆された。

歯肉縁下プラークを飼料として、標識PCR増幅反応と発色反応を組み合わせると、A. actinomycetemcomitansとP. gingivalisの特異的検出と定量が可能であった。A. actinomycetemcomitansとP. gingivalisの量的変動の解析により、治療効果の判定、再発の監視、治療方針の決定などを行う際に、有効な検査法となりうることが示唆された。今年度は、歯周病原性細菌として注目されているA. actinomycetemcomitansとP. gingivalisを、歯肉縁下プラーク中より特異的に検出し、定量化の可能なcolorimetircPCR法の確立を目的とした。前年度の研究により、A. actinomycetemcomitansとP. gingivalisをそれぞれを特異的に検出できるPCRプライマーが確立できたので、定量化のために、PCRプライマーの5'末端を、ビオチンとジゴキシゲニンでそれぞれ標識した。標識プライマーを用いたPCR反応を行い、その増幅産物をアビジンをあらかじめコーティングしたマイクロタイタ-プレートに一定量添加した。ビオチンとアビジンとの結合により、標識された増幅産物がマイクロタイタ-プレートに固着するので、アルカリホスファターゼ標識抗ジゴキシゲニン抗体を添加し、さらにアルカリホスファターゼの基質を添加することにより、発色が生じる検出系を確立した。A. actinomycetemcomitansとP. gingivalisの分離株を試料としてcolorimetric PCRを行なうと、両細菌とも、標識PCR産物の吸光度値は、50個から10^5個の間で、指数的に比例関係であった。これは、吸光度値から細菌数の定量化が可能であることを示した。そこで、歯肉縁下プラークを試料としたcolorimetric PCRを行ったところ、プラーク中のA. actinomycetemcomitansとP. gingivalisの検出と定量が同時に可能であった。歯周治療前後の歯肉縁下プラーク中のA. actinomycetemcomitansとP. gingivalisの量的変動の解析が可能であり、治療効果の判定、再発の監視、静止期から憎悪期への移行の予測などを行う際に有効な検査法となりうることが示唆された。また、マイクロタイタ-プレートを使用する検査法であるため、多試料の解析が可能であり、歯周炎の細菌検査法として充分臨床に応用できると考えられる。
パターナリズムの妥当性に関する法的・道徳的研究

当初は胚、接合子、胎児、脳死状態及び慢性植物状態の患者、痴呆症老人などに共通する「非自己決定性」状況を考慮しながらこれらに有効な他者決定の原理としてパターナリズムの問題を取り扱う予定であったが、その後、国内外の各文献を繙くうちに該概念が上記の諸状況に一概に適合しにくいことを知りパターナリズムの定義と要件、及びその妥当性の根拠について予め整理する必要が生じた。医のパターナリズムを眼目に置きながら、まずは法的パターナリズムの成立条件を幅広く検討すべくJ.S.ミル、H.L.A.ハート、G.ドゥオーキン、J.フアインバーグらの主要文献を中心にその概念史を整理した。ここではその法的制約から由来する「個人の自由への干渉」という規定の重要性が確認されたが、同一の規定を医のパターナリズムの要件として特定するには及ばなかった。後者においてはむしろ「患者自身の善」をどう評価するかが重要であり、多分に価値倫理的な側面を含む。松井はこのような視点から生命医療倫理関連の文献を踏まえ独自の解釈をも織りまぜながら「医師のパターナリズム」について哲学的考究を試み、その研究成果の一端を論文の形で公表した。また吉崎は、主に、「対処能力competence」を欠く患者に対するいわゆる人工延命措置中断をめぐるアメリカの判例理論を検討した。従来は、患者の意思の推測により決定を行なう「主観的基準」と、最善の利益を考慮可能な合理的な他者が決定を行なう「客観的基準」のいずれかにより説明されてきたが、「患者と価値観を共有する他者」を想定する共同体的評価基盤が用意されている点で両者には共通する面があると考え、この最後の視点を踏まえた論稿を準備中である。
マグノン量子凝縮の電気的制御

安定的なマグノン量子凝縮を電気的に実現し、巨視的コヒーレンス現象の出現を明らかにすることを目的とし、磁性絶縁体および金属磁性体におけるマグノン励起現象を研究した。金属磁性体において、量子凝縮に必須のマグノンモードの波形観測に成功し、干渉効果によるマグノン密度上昇の観測する成果を得た。また、ナノピラー構造のマグノン励起研究を行った。一方、磁性絶縁体においては、外部パラメータとして温度勾配を制御してマグノン量子凝縮の実現レートを変調できるようにするため、分光装置の改良をおこない、マイクロ波照射法による量子凝縮の観測に成功した。温度勾配下での量子凝縮実現のためのパルス励起法の開発に成功した。マイクロ波機器および国内唯一となるu-BLS分光装置実機を用いて、強磁性細線におけるマグノン密度の増大化実験を行った。強磁性細線におけるマグノン干渉効果を引き起こすことで、マグノン密度が急激に増大することを250ナノメートル空間分解能をもって正確に検出できた。これはボーズアインシュタイン凝縮(BEC)が生じる前の線形現象であり、今後、量子凝縮が生じることを証明するための比較対象となる基礎実験成果となる。強磁性薄膜試料は、研究室に導入してある超高性能スパッタ装置およびMBE装置を用いて成膜した。多層膜を外気に暴露することなく微細加工(ドライエッチング)をするために、H25年度補助金によって導入したアルゴンイオンミリング装置を駆使した。FeNi細線上に2本のマグノン励起アンテナを作製し、マグノン干渉効果によるマグノン密度増大化を実験した。マグノン信号を誘導起電力として検出する電気的手法、およびマグノン信号を光散乱の周波数シフトとして検出するu-BLS分光法により、実空間・実時間分解能を有しての検出に成功した。またBECを起こすのに必須であるマグノンのバックワードモードを、金属強磁性体FeNiにおいて初めて明確に検出できた。これにより金属強磁性体でのBEC研究の足がかりを得ることが出来た。一方、磁性絶縁体YIGにおける量子凝縮を観測するためのマイクロ波ストリップライン、およびマイクロ波注入素子、ペルチェ素子構造などアタッチメントを作製した。磁性絶縁体YIGにおけるマグノン量子凝縮を観測するため、YIG試料およびマイクロ波ストリップラインとペルチェ素子構造をブリルアン散乱分光装置レーザー系に取り込んだ。マイクロ波ストリップラインに注入するマイクロ波強度を最大で数Wに達するように、マイクロ波アンプによって入力マイクロ波を増幅し、マイクロ波照射法(パラメトリック励起)によって引き起こすマグノン数増大過程を、液相エピタキシャルYIG試料において研究した。マグノン信号を光散乱の周波数シフトとして検出するBLS分光法により、エネルギー保存則と運動量保存則を満たすようにマグノンが対生成する。今年度の実験研究によりパラメトリック過程を精度良く実現することに成功した。印加磁場に対して平行にマイクロ波を注入する場合と、垂直に注入する場合での励起閾値の差があり、対生成したマグノン数が指数関数的に増大することを観測した。一方で、マグノン量子凝縮の研究には運動量空間(マグノン波数)の情報を精度良く検出しなければいけないため、既存BLS装置に新たに波数分解能を持たせる装置改造を行った。また強大なマイクロ波を連続波として注入し続けることは、パラメトリック励起における熱効果を増大化し、量子凝縮現象の研究を阻害することが明らかとなったので、熱の効果を排除するためにパルスパターン信号発生器と高速スイッチによるパルス・マイクロ波励起法の導入を行った。パルス励起法により試料における発熱量を大幅に改善することができた。室温における磁性絶縁体YIGのマグノン量子凝縮を観測するため、YIG試料およびマイクロ波ストリップラインとペルチェ素子構造をブリルアン散乱分光装置(BLS)レーザー系に取り込んだ。マイクロ波ストリップラインに注入するマイクロ波強度を最大で3Wに達するように、マイクロ波アンプによって入力マイクロ波を増幅し、マイクロ波照射法(パラメトリック励起)によって引き起こすマグノン数増大過程を研究した。マグノンの量子凝縮過程において、マイクロ波で生成させたマグノンがエネルギー再安定状態に落ち込むまで数百ナノ秒の時間がかかった。多数のマグノンのエネルギー安定化すなわち量子凝縮過程を時間分解で研究するため、前年度に到達したパルス・マイクロ波励起法と同期を取ることで、BLSスペクトルの時間発展を観測した。さらに、運動量分解測定も行うため、ピンホールによる反射光分割を行い時間・波数同時分解測定を行った。この結果、運動量がマグノン分散関係で示される最安定状態に落ち込むことを実験的に確認できた。さらに熱的スピン流注入効果の測定を行ったところ、数ケルビンの温度差によるスピン流注入下では現在のところ安定に量子凝縮相を観測できていた。一方、YIGの熱安定性から数十ケルビンの温度をつけた場合の量子凝縮相では分光測定に難しさを伴い、レート方程式などの確立には至っていない。

マグノン量子凝縮の実現には、マグノン運動量状態を指定したBLS分光法と熱擾乱を排除するための技術を確立する必要性が見つかった。本年度、その波数分解能をもたせる装置改良とパルス・パラメトリック励起法の導入を終えたことで、最終年度で、マグノン量子凝縮における熱的スピン流注入効果、およびスピンホール効果によるスピン流注入効果を研究することができるようになった。一方、比較的磁気損失が高い金属を用いて量子凝縮を目指す実験研究においては、電子線描画装置の故障によって超微細加工試料作成ができない不運が続いたが、最終年度でスピントルク法(スピン注入法)によるマグノン励起実験および量子凝縮実験を行うことができるため。27年度が最終年度であるため、記入しない。マグノニクス量子凝縮体としての伝搬現象や巨視的コヒーレンス現象を観測するため、空間・波数分解を有した上での磁性絶縁体YIGにおけるBECを実現する。マグノンBEC状態を局所的に達成させて、外部パラメータを制御してBECの実現レートを変調できるようにする。また、スピン流だけで角運動量を受け渡してマグノンを生成する"直流スピントルク法"をあたらしく考案・構築する。磁性材料YIGやFeNiを微細加工し、スピン流注入素子を作製し、スピン流注入端子近傍のマグノン密度をu-BLS装置で観察する。マグノン量子凝縮の実現には局所的なマグノン密度の検出と、微細試料におけるマグノンのバックワードモードの検出という二つが必須の条件であった。今年度、明確な伝搬信号を検出されていなかったバックワードモードを金属強磁性細線で検出したことは、比較的磁気損失が高い金属を用いて量子凝縮を目指す場合に、マイクロ波照射法(パラメトリック励起)を起こせる可能性を示しており、重要な成果といえる。これにより磁性絶縁体・磁性金属におけるマグノン量子凝縮の測定へと発展させることができる。実験技術的には、助成によって真空中微細加工を可能にしたので、高精度・高品質の試料を作成できるようになった。次年度で導入するスピントルク法(スピン注入法)を容易に実行できるようになったため。量子凝縮体としての伝搬現象や巨視的コヒーレンス現象を観測するため、空間分解を有した上での磁性絶縁体YIGにおけるBECを実現する。u-BLS装置は250 nm程度の空間分解能があるため、300 nm程度のスピン流注入端子でも局所BECを観測可能である。この方法に困難が伴うときは50 nm程度のナノピラー構造型スピン流注入試料を作製する。
グリオブラストーマ治療抵抗性における腫瘍幹細胞の関与と幹細胞性維持機構の解明

悪性グリオーマにわずかに存在する腫瘍幹細胞が新たな治療ターゲットとして注目されている。一方、悪性グリオーマの高い浸潤能が治療抵抗性の最大要因であるものの、腫瘍幹細胞との関係は明らかでない。そこで、ヒト悪性グリオーマ細胞から腫瘍幹細胞の分離を行い、浸潤能を検討した。グリオーマ幹細胞は親株細胞に比べてin vitro、in vivoおいて強い浸潤能を示し、その強い浸潤能にはマトリックスメタロプロテアーゼ13が関与していることを明らかにした。【研究目的】近年、腫瘍の増大・再発に腫瘍中にわずかに存在する腫瘍幹細胞が大きな役割を果たしていることが明らかとなってきた。しかし腫瘍幹細胞の発生起源や腫瘍形成過程においてどの様な役割を担っているのか不明な点が多い。本研究課題はヒト膠芽腫細胞株(U251)から誘導した腫瘍幹細胞(Sphere細胞)を用いて、腫瘍増大への関与(浸潤能や幹細胞性獲得機構)を明らかにすることを目指している。【研究実績および今後の研究展開】U251を表皮細胞成長因子(EGF)、血小板由来成長因子(PDGF)および塩基性繊維芽細胞成長因子(bFGF)を含む無血清培地で培養を行うことにより、凝集塊を形成する浮遊細胞群(スフェアー細胞:Sphere細胞)を誘導し、幹細胞マーカーの発現や自己複製能などの腫瘍幹細胞としての特性を検討した。さらに、ヌードマウスを用いた造腫瘍能の評価及びBoyden chamber法、rat brain slice modelを用いた運動能、浸潤能について検討した。U251細胞株より誘導したSphere細胞は、腫瘍幹細胞マーカーであるCD133を発現し、自己複製能やcAMP上昇剤による神経様細胞への分化も確認できたことから腫瘍幹細胞の性質を有した細胞群であった。同細胞群は強い薬剤耐性能を有しており、ヌードマウス皮下や脳内において強い造腫瘍能を有していた。更にSphere細胞は遊走能、浸潤能共にU251親株細胞と比較して上昇しており、その強い浸潤活性については細胞外マトリックスを分解するマトリックスメタロプロテアーゼの一種であるMMP-13の酵素活性との相関関係が認められた。膠芽腫摘出組織を用いた解析では腫瘍辺縁部においてMMP-13の強い発現が確認できた。従って強い薬剤(抗癌剤)耐性能を持った腫瘍幹細胞が浸潤細胞として腫瘍辺縁部に位置し、MMP-13を利用して正常脳組織へ浸潤することが膠芽腫の有する治療抵抗性に大きく関与していることが示唆された。現在、shRNAを用いた遺伝子ノックダウン法により腫瘍幹細胞性の獲得に必要な因子の探索ならびに解析を進めており、腫瘍幹細胞性の獲得機構をさらに追求していく。最近、悪性脳腫瘍を初めとする様々な腫瘍組織中に「腫瘍幹細胞」が見いだされ、新たな治療ターゲットとして注目されている。腫瘍幹細胞は腫瘍中に数%程度存在する自己複製能、多分化能を有した細胞群で、この腫瘍幹細胞が分化増殖することで腫瘍組織全体を構成すると考えられている。また放射線治療や化学療法後の腫瘍再発に大きく関わることから「責任細胞」と考えられている。一方、悪性グリオーマの治療抵抗性の最大要因である高い浸潤能と腫瘍幹細胞の関係は国内外ともなされていない。そこで、ヒト悪性グリオーマ手術摘出組織の初代培養ならびにヒト悪性グリオーマ細胞株から腫瘍幹細胞の分離・同定を行い、浸潤能と腫瘍幹細胞の関係を明らかにすることを試みた。悪性グリオーマ細胞を増殖因子添加無血清培地にて培養することにより、CD133陽性、薬剤耐性能、分化能、強い造腫瘍能といった腫瘍幹細胞の特徴を有する細胞群の分離が行えた。分離したグリオーマ幹細胞はin vitroおいて強い運動能および浸潤能を示し、ラット脳スライスモデルおよびin vivo(ヌードマウスの脳内移植)においても高い浸潤能を示した。そのメカニズムとして、グリオーマ幹細胞においてはマトリックスメタロプロテアーゼ13(MMP-13)が高発現しており、この酵素を阻害すると浸潤能の抑制が見られたことより、腫瘍浸潤の一因を担っていることが示唆された。本研究は腫瘍幹細胞がグリオーマ浸潤の本体である可能性を示唆しており、今後はこれらの結果を踏まえて、腫瘍幹細胞がMMP-13を発現するメカニズム解明を端緒とし、腫瘍幹細胞の幹細胞性獲得・維持機構を解明し、腫瘍幹細胞の幹細胞性破綻を誘導する薬剤や遺伝子治療など新しいグリオーマの治療法の開発に繋げていく予定である。
精巣間細胞の前駆/幹細胞の同定

精巣間細胞(Leydig細胞:L細胞)の増加・更新が前駆細胞の成熟によるのか、幹細胞の分裂・増殖によるのかを知る目的で、ラットL細胞を選択的に傷害することが知られるethane dimethanesulphonate(EDS)を反復投与して、一旦消失したL細胞の再生の有無・程度を、主として形態計測学的に検討した。もし反復投与後にL細胞の“再生"が不充分で、ついに枯渇するならば限定的な数の前駆細胞の成熟による供給であり、充分な数のL細胞が“再生"するならば幹細胞の分裂による供給と考えられるとの想定の研究であった。EDS(75mg/kg BW,ip)初回投与30日後に2回目投与を行うと、L細胞は初回投与後と同様に直後に傷害されてマクロファージに貪食されて2日後には消失、血清テストステロン(T)値と前立腺重量の著明な低下、L細胞の数・体積の著しい減少がみられた。しかしその後の再生速度は初回投与後よりも早く、7日目から増加し始め、30日後にはL細胞の数・体積、血清T値は元の状態に回復した。Bromodeoxyuridineによる間質組織中の細胞の標識率は2回目投与2日後に急峻に上昇し、14日後には対照群と同程度になった。EDSを30日間隔で2回、4回反復投与すると、それぞれ30日後には対照群と同程度に回復し、精細管の体積パーセントと総体積の減少による精巣重量の減少以外、間質組織量やL細胞の総数・総体積、血清T濃度には著変はなかった。以上の成績は反復投与によるL細胞のEDS耐性の獲得ないし、EDS感受性の弱いL細胞の出現の可能性を否定しないが、EDS傷害後のL細胞の“再生"は部分的には前駆細胞の成熟によるものの、大部分は細胞分裂による増殖であることを強く示唆している。すなわちL細胞には幹細胞が存在すると考えられる。また精細管もEDSによって傷害されることが明らかになった。精巣間細胞(Leydig細胞:L細胞)の前駆細胞は何か、あるいは幹細胞は存在するかを知る目的で、L細胞を選択的に障害するとされているethanedimethanesulfonate(EDS)で障害されたL細胞の再生を検討した。EDS(75mg/kg,ip)1回投与後15日目のラット精巣重量は約1/2に減少し、血中テストステロン(T)値は1/3に、前立腺重量は1/2以下になった。成熟L細胞の総体積は1/10に減少した。投与3041日目には精巣重量および血清T値は対照群と同値に改復し、L細胞体質は対照群の70%に回復した。その時点でEDSの2回目に投与を行うと、血清T値、L細胞の数・総体積は24日後に著明に減少し、以後再び着実に増加した。30日後に血清T値および組織単位体積あたりのL細胞数は対照群と同値に復し、L細胞の総体積は60%程度に回復した。L細胞の障害が回復する1ヶ月間隔でEDSを反復投与し、その1月後の状態をみると、1回投与1月後と同じだった。すなわち、1、2、4回投与3041日後の血清T値はいずれも対照群と同値であり、L細胞の総体積はいずれも対照群の約1/2で一定であり、投与回数を重ねてもL細胞がさらに減少することはなかった。

以上の結果は、L細胞の再生・増加は有限の前駆細胞の分化によるのではなく、幹細胞の細胞分裂による供給であることを示している。当初、EDSはラットのL細胞を選択的に障害すると報告されたが、精細管に対する障害も気付かれている。本研究でもL細胞の障害による血清T値の減少だけでは説明できない精細管障害が認められた。この機序は今後の研究課題として残される。血中T値は投与後2-4日の間、著明に低下し、7日目から上昇し始め、30日後には対照群よりも高い値に回復した。前立腺重量は初回投与の影響で、対照群よりも低い状態が続いたが、2回投与後4-14日の間はさらに減少し、30日後には回復した。精巣重量は初回投与による精細管の障害のための軽度の減少が2回投与後30日間継続したが、2回目の投与による影響はなかった。精巣単位体積当りのL細胞の数および体積はともに2日目に著明に減少し、4日目から増加し始め、14日目には対照群とほぼ同じ値に回復した。形態学的には投与2、4日目のL細胞は数が減少し、サイズが小となり、脂肪滴を欠いていた。しかしL細胞の崩壊像はみられなかった。7日目になると、脂肪滴が出現し、細胞が肥大し始めた。30日後には対照群と区別がつかない状態に回復した。BrdU labelingindexは2日後に急峻に上昇し、14日後には対照群と同じになった。以上の成績は、EDS初回投与1月後のL細胞はEDS障害作用から回復していること、2回投与後も初回投与後と同様にL細胞の相当数が死滅するが、4日後から再生が始まり、1月後には復旧することを示している。昨年度の成績と併せ考えると、L細胞にはEDSの障害を受けない幹細胞が存在し、その細胞分裂によって成熟L細胞が供給されると結論される。
河川・河口と沿岸海域の水理現象と地形・底質のマルチスケール相互作用系の解明

河川・河口と沿岸海域における水理現象と地形・底質輸送の基本特性を理解するため,(1)河川から供給される土砂の海岸での移動範囲に相当する沿岸セルにおける海岸流・沿岸流の流動特性に関する研究,(2)沿岸セルの境界部に位置する遠浅の砂浜海岸における波浪と長周期波の伝播・遡上特性に関する研究を行った.(1)加越沿岸域における広域の土砂輸送現象を引き起こす海岸流および海浜流の基本特性を明らかにするために,人工衛星観測データと風・波・潮位等の現地定期観測データを利用した流動パターンの抽出および沿岸流動の数値解析的検討を行った.観測データの分析から,日本海沖を北上する低気圧により発生した南西からの風の継続により,北上する吹送流が海岸線に平行に発生し,大規模な地衡流へと発達するとともに海岸で水位上昇が発生する流動構造,および北東からの風を受けて海岸付近は南西への沿岸流だが,数km沖合からは北東方向への海岸流が卓越する複雑な流動パターンを明らかにした.また,これらの沿岸流動を対象に数値解析を行い,海岸水位の上昇および濁水の沿岸分布状況を概ね再現できることを示した.(2)沿岸砂州の周期的沖向き移動に対応した汀線変動が見られる石川県北部加越海岸を対象に,砂州位置の変化と波の伝播・遡上特性との関係を解明するため,石川県北部加越海岸の過去5年間の岸沖断面地形や波浪観測データに基づき,波浪と長周期波の数値解析を行った.その結果,長周期波高が風波波高を上回る汀線付近において,砂州は長周期波を低減できることがわかった.砂州は波高12 m以上の侵食性の波の遡上を抑制し,波高0.6 m程度の堆積性の波の遡上を促進した.砂州の移動は汀線を平衡位置近傍で変動させ,汀線位置を安定化する働きがあることがわかった.研究計画の主要課題である広域流砂系の土砂動態特性を解明する上で重要な様々な時空間スケールの河川・海岸域の水理現象に着目して,(A)沿岸海域における海岸流・沿岸流の流動パターンに及ぼす海流・風・波浪の影響,(B)砂州海岸における風波と長周期波の伝播・遡上特性と汀線位置・砂州配置の周期的変化との関係,(C)河口と周辺海岸における季節的地形変化と河川から海岸に流出する土砂量推定,に関する研究を並行して進めた.(A)研究実績の概要(1)の数値解析より,加越海岸における海底勾配の異なる北部と南部の海岸における鉛直流動構造の特徴,金沢港周辺における沿岸流の回り込みと大規模渦の発生,および北部加越海岸の北端部における沿岸流の反転など,従来研究で推測されている広域漂砂移動パターンと整合する結果が得られた.また,風・波浪の強さや向きによって,北部加越海岸における沿岸流の強さや岸沖方向の範囲が変化しやすいことがわかった.(B)(2)の研究結果から,砂州の有無による砂浜への波の遡上高の変化,および砂州位置の周期的変化による波の遡上端の変動幅を推定した.それらの推定値は,測量記録から得られた砂州位置の変化に伴う汀線位置の変動幅と一致した.これらの変動幅は汀線の季節的変動幅と同程度であり,本海岸の沿岸砂州が汀線変化や波の遡上に与える影響は大きいことを定量的に示した.(C)河川・海岸域の広域流砂系の要となる河口域の土砂動態特性を明らかにするために,加越海岸の最大の土砂供給源である手取川の河口を対象に,地形・外力に関する種々の観測記録の分析および数値解析による詳細な検討を行った.洪水による中規模河床変動,導流堤間の砂州のフラッシュおよび河口テラスの形成等,当時の地形変化の主な特徴を精度良く再現することができた.研究成果の一部は土木学会の研究発表会で発表するとともに,論文発表も実施した.河川・河口と沿岸海域における様々な時空間スケールの水理現象と地形・底質輸送過程に関する理解を深めるために,海岸への漂砂供給源となる河口と沿岸セルの末端部にある海岸を対象に研究をさらに進める.(D)冬期波浪による河口周辺域における地形変動と河川から海岸への年間の正味の土砂供給量の推定する.(E)海岸線が弓形で波・流れ等の自然外力の作用が沿岸方向に異なる海岸を対象に,汀線位置の様々な時間スケールでの変動特性および外力変動と海浜付近の波・流れの状態の関係を究明する.(D)波浪による河口テラスの消失と周辺海浜への土砂供給過程および気象・海象条件の変化による影響を明らかにする.洪水後の河口地形測量記録を利用して,夏・秋期の平均的な低波浪による河口テラス浅水深部の侵食,および冬期の高波浪によるテラス地形の消失とそれに伴う河口砂州の発達過程に関して,波・流れ・土砂輸送過程を考慮した数値解析を行う. (C)の洪水後のテラス地形を初期条件として利用して,洪水による河口砂州の侵食・河口テラスの形成から波浪によるテラス地形の消滅・河口砂州の形成までの一連の河口地形変化と外力変動の影響を検討し,河川から周辺海岸への土砂動態の基本特性を究明する.(E)侵食傾向が続く沿岸セル末端部の砂浜海岸における汀線位置の季節10年程度の変動成分の抽出と外力変動との対応関係を既存の観測データ等を利用して分析する.

汀線位置の時空間変化に拡散型方程式を適用して,岸沖方向と沿岸方向の漂砂に起因する汀線変動成分に分離して,汀線の各成分と波浪の関係を調べる.当該海岸は沿岸30km以上あり,緩やかに湾曲しているため,波浪・沿岸流などの外力の作用度合が沿岸方向に異なると予測される.そのため,付近の風・波の観測記録をベースに波浪・流況解析を実施し,汀線の沿岸方向の各区間の変動特性と外力変動との関係に着目した解析を実施する.河川・河口と沿岸海域における水理現象と地形・底質輸送の基本特性を理解するため,(1)河川から供給される土砂の海岸での移動範囲に相当する沿岸セルにおける海岸流・沿岸流の流動特性に関する研究,(2)沿岸セルの境界部に位置する遠浅の砂浜海岸における波浪と長周期波の伝播・遡上特性に関する研究を行った.(1)加越沿岸域における広域の土砂輸送現象を引き起こす海岸流および海浜流の基本特性を明らかにするために,人工衛星観測データと風・波・潮位等の現地定期観測データを利用した流動パターンの抽出および沿岸流動の数値解析的検討を行った.観測データの分析から,日本海沖を北上する低気圧により発生した南西からの風の継続により,北上する吹送流が海岸線に平行に発生し,大規模な地衡流へと発達するとともに海岸で水位上昇が発生する流動構造,および北東からの風を受けて海岸付近は南西への沿岸流だが,数km沖合からは北東方向への海岸流が卓越する複雑な流動パターンを明らかにした.また,これらの沿岸流動を対象に数値解析を行い,海岸水位の上昇および濁水の沿岸分布状況を概ね再現できることを示した.(2)沿岸砂州の周期的沖向き移動に対応した汀線変動が見られる石川県北部加越海岸を対象に,砂州位置の変化と波の伝播・遡上特性との関係を解明するため,石川県北部加越海岸の過去5年間の岸沖断面地形や波浪観測データに基づき,波浪と長周期波の数値解析を行った.その結果,長周期波高が風波波高を上回る汀線付近において,砂州は長周期波を低減できることがわかった.砂州は波高12 m以上の侵食性の波の遡上を抑制し,波高0.6 m程度の堆積性の波の遡上を促進した.砂州の移動は汀線を平衡位置近傍で変動させ,汀線位置を安定化する働きがあることがわかった.研究計画の主要課題である広域流砂系の土砂動態特性を解明する上で重要な様々な時空間スケールの河川・海岸域の水理現象に着目して,(A)沿岸海域における海岸流・沿岸流の流動パターンに及ぼす海流・風・波浪の影響,(B)砂州海岸における風波と長周期波の伝播・遡上特性と汀線位置・砂州配置の周期的変化との関係,(C)河口と周辺海岸における季節的地形変化と河川から海岸に流出する土砂量推定,に関する研究を並行して進めた.(A)研究実績の概要(1)の数値解析より,加越海岸における海底勾配の異なる北部と南部の海岸における鉛直流動構造の特徴,金沢港周辺における沿岸流の回り込みと大規模渦の発生,および北部加越海岸の北端部における沿岸流の反転など,従来研究で推測されている広域漂砂移動パターンと整合する結果が得られた.また,風・波浪の強さや向きによって,北部加越海岸における沿岸流の強さや岸沖方向の範囲が変化しやすいことがわかった.(B)(2)の研究結果から,砂州の有無による砂浜への波の遡上高の変化,および砂州位置の周期的変化による波の遡上端の変動幅を推定した.それらの推定値は,測量記録から得られた砂州位置の変化に伴う汀線位置の変動幅と一致した.これらの変動幅は汀線の季節的変動幅と同程度であり,本海岸の沿岸砂州が汀線変化や波の遡上に与える影響は大きいことを定量的に示した.(C)河川・海岸域の広域流砂系の要となる河口域の土砂動態特性を明らかにするために,加越海岸の最大の土砂供給源である手取川の河口を対象に,地形・外力に関する種々の観測記録の分析および数値解析による詳細な検討を行った.
歯根膜の幅を規定している要因に関する研究

歯根膜は常に一定の幅を保つことが知られている。本研究では、歯根膜の幅を規定し歯牙のアンキローシスを防ぐ因子とマラッセの上皮遺残との関連の解明を目的とした。生後112週のSD系ラット、培養マラッセ上皮細胞、実験的歯周炎を惹起させたラットを用いて、Cytokeratin、IV型Collagen、Laminin等の基底膜構成蛋白や接着蛋白、Connexin 43、32等のGap結合構成蛋白に対する抗体を用いて、免疫組織化学染色および免疫蛍光染色を行い、多重染色により共焦点レーザー生物顕微鏡により三次元的に観察した。これらの実験結果から、1)歯牙形成過程におけるエナメル器の上皮、ヘルトヴィッヒの上皮鞘、マラッセの上皮残遺には、CK19が強く発現する、2)へルトヴィッヒの上皮鞘およびマラッセの上皮残遺の周囲には、ラミニンが局在する、3)へルトヴィッヒの上皮鞘におけるラミニンは、象牙芽細胞が象牙質を形成し始める時期に消失していく、4)マラッセの上皮細胞間にはConnexin 43で構成されたGap結合が多数出現する、5)歯根膜では外骨膜から歯頚部を結ぶ線維芽細胞内にアクチン繊維が豊富に見られること。また、実験的歯周疾患罹患後の治癒過程において、細胞増殖関連抗原であるPCNA抗体(Proliferatinng Cell Nuclear Antigen)および、細胞増殖に関連したAgNORs(核小体形成体)を検討した結果からは、6)歯根膜細胞と共に付着上皮基底側および先端部での細胞増殖能が高いこと、7)歯根膜細胞の細胞増殖能は、創傷治癒初期には高いが再生したポケット上皮や長い付着上皮と比べて、比較的早期に一定となること、8)治癒過程に形成される長い付着上皮では、上皮の先端部のLamininが網状となって存在すること、などが示された。歯根膜は加齢によってもほとんど変化が見られず、矯正力による歯牙の水平的あるいは垂直的な移動によっても常に一定の幅を保つことが知られている。本研究では、歯根膜の幅を規定し歯牙のアンキロ-シスを防いでいるのが、マラッセの上皮遺残である可能性を考え、マラッセ上皮遺残の細胞生物学的特徴や細胞増殖能と共に、増殖やその制御をおこなっている因子を解明し、歯根膜の線維芽細胞とのインターラクションを明らかにすることを目的としている。本年度の研究としては、ヘルトヴィッヒの上皮鞘およびマラッセ上皮遺残の細胞生物学的特徴の解明のために、歯根形成および萌出期におけるマラッセの上皮残遺の形成過程を検討することを目的として以下の研究を行なった。実験材料には、生後112週のSD系ラット用い、固定、脱灰後、パラフィン包埋切片と共に、凍結切片およびマイクロスライサ-による組織薄片を作製し、Cytokeratin 19抗体、IV型コラーゲン抗体およびLaminin抗体を一次抗体として、免疫組織化学染色および免疫蛍光抗体染色を行い観察した。免疫蛍光抗体染色標本は多重染色を行ない、共焦点レーザー生物顕微鏡により三次元的に形態観察を行なった。これらの実験結果の検討から、歯牙形成過程に置けるエナメル器の上皮およびヘルトヴィッヒの上皮鞘、マラッセの上皮残遺には、CK19が強く発現しており、また、これらの上皮周囲には基底膜に相当する部位にラミニンの明瞭な局在を認めた。ラミニンの局在に関しては、歯髄側において象牙芽細胞が分化して象牙質を形成し始める時期に消失していくのが確認された。付着上皮および歯根膜細胞の細胞増殖