hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アンジオポイエチン‐１を介した血管成熟化と特異化の分子機構の解明

マウスを用いたneuregulin-1の心筋保護作用の検討:neuregulin-1(NRG-1)というEGFファミリーに属する心筋細胞の生存、分裂回転に影響を及ぼす増殖因子は心筋細胞でAng1の分泌を強く誘導する因子であるが、このNRG-1を心筋梗塞作製後に投与して野生型とAng1ICKOマウスの間で心筋梗塞サイズの定量比較、心機能比較検討を行ったが、何れに置いても有意差は見られなかった。よって、胎生期の心臓の血管新生においてAng1は極めて重要な機能を担うのに対して、成体ではAng1の心臓での血管新生に及ぼす影響は大きくないことが推察された。心臓を栄養する冠血管内皮の起源は明らかでなかった。我々は心筋細胞由来のangiopoietin-1(Ang1)の心臓での役割を検討した。心筋細胞特異的Ang1欠損マウスでは心外膜直下の冠静脈の形成のみが特異的に障害されて、一層内側の冠動脈形成には影響が見られなかった。心筋由来のAng1が静脈洞内皮を心房・心室内へと心外膜直下に遊走させて冠血管網を形成させることを明らかにした。また、ES細胞由来Flk1陽性内皮前駆細胞に対してVEGF,cAMPとともにAng1を作用させると静脈化させる作用があることも明らかにした。以上より、心筋細胞の分泌するAng1は冠静脈形成に必須であることが明らかとなった。アンジオポイエチン1(Ang1)心筋特異的欠損(Ang1CKO)マウスの解析から、心筋由来Ang1が冠血管のうち冠静脈形成に必須の役割を担うことを明らかにすることが出来た。また、Ang1が未分化内皮前駆細胞の系で静脈分化に関与することも同時に明らかにすることが出来たことから概ね順調に進んでいる。上記の成果はNature Communications 2014 Jul 29; 5:4552. doi: 10.1038/ncomms5552、にて2014年7月に発表した。27年度が最終年度であるため、記入しない。循環器内科学成体におけるアンジオポイエチン1の機能解析を、心筋梗塞モデル、下肢虚血モデルで進めて、アンジオポイエチン1の成体、胎生期での機能的差異を解明したい。また、COMP-Ang1を心筋細胞、平滑筋細胞で過剰発現するトランスジェニックマウスの作製も完了しており、このマウスでも心筋梗塞モデル、下肢虚血モデルを作製して解析を進めたい。アンジオポイエチン1心筋特異的欠損(Ang1CKO)マウスの解析を通じて、心臓発生においてアンジオポイエチン1がどのような役割を担うかを上記のごとく分子機構の解明を詳細に進めている。冠静脈内皮細胞の起源についてもin vitro器官培養系を立ち上げて、静脈洞内皮であることも明らかに出来ている。冠静脈形成に心筋由来アンジオポイエチン1が重要であることは、世界に先駆けた発見であり大きな成果が出つつあると考える。成体におけるアンジオポイエチン1の機能解析を下肢虚血時の血管新生モデルで今後は詳細に解析を進めて、アンジオポイエチン1の担う成体と胎生期での機能の差異をアンジオポイエチン1の血管平滑筋特異的薬剤誘導性欠損マウスの解析を通して明らかにして行きたい。さらに、COMPーAng1血管平滑筋特異的過剰発現マウスの系も立ち上げており、その過剰発現モデルからも血管恒常性維持におけるアンジオポイエチン1の機能も明らかにしたいと考える。
リソソーム不安定化がもたらす樹状細胞のダイイングコード発信機構と免疫学的重要性

MHCクラスIはエンドソーム・リソソームへの輸送とリサイクリングによって抗原を補足・提示する。私たちは、樹状細胞におけるMHC-Iの輸送が、シス型MHC-I受容体Ly49Qによって制御され、MHC-IとLy49Qのシス相互作用が破綻するとリソソームの不安定化が引き起こされること、その結果パイロトーシス様細胞死とそれに伴うIL-1放出が惹起されることを見いだした。この結果は、MHC-IとLy49Qのシス相互作用が、これら分子の輸送先であるリソソームの安定化を媒介していることを示している。本研究はMHC-IとLy49Qのシス相互作用によるリソソーム不安定化のメカニズムと、産生されるIL-1&#61538;のダイイングコードとしての免疫学的意義を明らかにすることを目的とした。リソソーム不安定化に膜脂質組成が関与する可能性を考え、脂質代謝酵素の細胞内局在を免疫組織学的手法によって解析した結果、樹状細胞はLy49Qを発現する分化段階を境にスフィンゴミエリン-セラミドサイクルに関わる脂質代謝酵素の発現分布のパターンを変化させること、Ly49Q欠損樹状細胞では発現分布パターンの異常が生じることを見出した。さらに成熟した樹状細胞では、比重遠心法によって当該酵素の細胞内局在検討したところ、炎症刺激に伴って細胞膜から後期エンドソームへ移行すること、Ly49Q欠損樹状細胞では当該酵素の移行が阻害されていることを見出した。脂質代謝酵素がLy49Qの発現に依存した制御をうけてエンドリソソームに刺激依存的に局在するという知見は、刺激下においてエンドリソソームの膜脂質組成がLy49Q依存的に制御されている可能性を示唆し、リソソーム不安定化の一つのメカニズムである可能性が考えられる。重複制限により本研究提案を中止することとなり、上記以外で本年度計画した実験は行われていない。27年度が最終年度であるため、記入しない。
塩素化ナフタレンの環境動態

塩素化ナフタレン(PCNs)は、近年、外因性内分泌撹乱化学物質として注目されているダイオキシン類と同様の生体影響が懸念されている。しかし、その発生源、環境中のレベルおよび動態に関する情報は不足している。そこで本研究では、環境試料の微量分析法を確立し、今日の我が国の環境汚染の状況を解明し、環境汚染物質としての評価を行った。まず環境中の最大のシンクと考えられる土壌・底質について検討したところ、分析した全ての試料からPCDDs/DFsとともにPCNsが検出され、PCNsによる広範囲な土壌汚染が明らかとなった。PCNsの残留組成パターンは、大きく山間地・都市土壌タイプと水田土壌タイプの二つに大別された。即ち山間地、都市土壌では5塩素置換体が、水田土壌では4塩素置換体が優占していた。また河川底質中のPCNs組成は水田土壌における組成とほぼ一致した。PCNs汚染給源に関する検討の結果、山間地においては燃焼過程が汚染給源として寄与しているのに対し、市街地など人的活動の影響が大きい地域では、燃焼過程以外の給源も寄与していることが推定された。さらに愛媛県と大阪府下のヒトの脂肪組織を用い検討した結果、いずれの試料からも検出され、特に検出濃度は大阪試料が比較的高い傾向が見られた。特に高濃度の同族体・異性体として46塩素置換体が検出された。また毒性影響を評価するために、Giesyらによって提唱されているPCNsの毒性等価換算係数を用いて毒性等量値を求め、PCDDs/DFsのそれと比較検討したところ、PCNsはPCDDs/DFsの数%であり、PCNsの今日の土壌残留濃度はPCDDs/DFsの毒性的なインパクトに比較して低いということが結論づけられた。塩素化ナフタレン(PCNs)は、近年、外因性内分泌撹乱化学物質として注目されているダイオキシン類やPCBsと同様の生体影響が懸念されている。しかしながら、その発生源、環境中のレベルおよび動態に関する情報は不足している。そこで本研究では、環境中のPCNs汚染を評価するための微量分析法を確立し、主要な給源と考えられるハロワックス製剤(PCNsを主成分として含む)及び焼却灰について検討した。組立てた分析法の概略は、焼却灰試料の場合、希塩酸と混合・静置後、室温で乾燥させトルエンを用いソックスレー抽出を行った。次に得られたトルエン溶液を少量に濃縮し、大容量のヘキサンに再溶解し、その溶液について濃硫酸処理を行い妨害物を除去した。さらにシリカゲルとアルミナを充填剤として用いるカラムクロマトグラフィーにより妨害物を分離・除去した。なお分析機器としては高分解能ガスクロマトグラフ/高分解能質量分析計を用いた。本分析法によるPCNsの回収率は良好であった。環境中に残留しているPCNsの給源の一つとして燃焼生成が考えられる。そこで上記に示した分析法を用い焼却施設より得た焼却残灰及び飛灰についてPCNsとダイオキシン類の濃度を明らかにした。その結果、PCNsはそれら試料より検出され、燃焼生成していることが示唆された。その生成量は、ダイオキシン類と同レベルかあるいはそれ以上であった。次に、ハロワックス製剤と焼却灰中のPCNs異性体を詳細に比較検討したところ両者に違いが見られ、前者はα位置換体、後者ではβ位置換体が優占していた。特に、両者間におけるこのような特徴的な異性体組成を指標としてハロワックス製剤起源と燃焼起源の寄与の見積が可能であることが示唆された。

塩素化ナフタレン(PCNs)は、近年、外因性内分泌撹乱化学物質として注目されているダイオキシン類と同様に非意図的に人間活動によって生成し、しかもダイオキシン類に極めて類似する生体毒性影響が懸念されている。しかしながら、その発生源、環境中のレベルおよび動態に関する情報は不足している。そこで本研究では、環境中のPCNs汚染を評価するために、まず環境試料を対象とする精度の高い微量分析法を確立し、環境分布と動態を解析するとともに汚染の毒性学的評価を試みた。試料として愛媛県と大阪府下のヒトの脂肪組織を用い濃度レベルと残留特性について検討した。その検出濃度は大阪試料が比較的高く2,000乃至250,000pg/g(脂肪重当)であった。高濃度の異性体として1,2,5,8-/1,2,6,8-TeCN,1,2,3,5,6-/1,2,4,6,7-PeCN,1,2,3,6,7-PeCN,1,2,3,4,6,7-/1,2,3,5,6,7-HxCNが確認され、これらの異性体は人体内で代謝分解されにくいか、日常的に曝露量が多いことが考えられる。さらにPCNs濃度はPCDD/DFsと比較して高い傾向を示した。一方、Giesyらが近年報告しているPCNsのTEFs(2,3,7,8-TeCDD毒性等価係数)を用いてTEQs(毒性等量値)を求めると、PCDD/DFsより低い値であった。PCNsの人体汚染に関する毒性評価に関する最終的な結論を導くためには、さらに試料数を増やして検討する必要があろう。なお前年度、焼却灰中に検出した比較的高濃度のPCNsに関して培養細胞を用いる毒性試験を実施し毒性学的評価を行ったところ、PCNs以外のフラクションに強毒性物質の存在を示唆した。平成12年度は松山平野を対象に、各種土壌中のPCNs濃度レベル、組成を明らかにしPCDDs/DFsの測定結果とも比較検討し土壌汚染の特徴について明らかにした。其の結果、分析した全ての試料からPCNsが検出され、広範囲な土壌汚染様相が明らかとなった。そこで同族体及び異性体組成を手がかりに汚染給源を解明することを試みた。PCNsの残留組成について、山間地・都市土壌タイプと水田土壌タイプの二つに大別された。即ち山間地、都市土壌では5塩素置換体が、水田土壌では4塩素置換体が優占していた。さらに松山平野の河川底質中のPCNs組成についても比較検討したところ、水田土壌の組成とほぼ一致した。PCNsの汚染給源として燃焼生成が考えられるところから、焼却場飛灰中のPCNsと比較したところ、その組成パターンは上述の山間地・都市土壌タイプと水田土壌タイプのいずれのタイプとも異なっていた。一方、PCDDs/DFs濃度との関連を明らかにするために回帰分析を行った。其の結果、山間地土壌のPCNsとPCDDs間に相関関係が見られた(r=0.90,p<0.05)。このことは、山間地においては燃焼過程が汚染給源として寄与しているのに対し、市街地など人的活動の影響が大きい地域では、燃焼過程以外の給源も寄与していることを示唆している。なおPCNs組成について類似性が見られなかったのは、土壌中で一部の同族体・異性体が分解し飛灰中の組成パターンと異なったためと考えられる。毒性的評価に関しては、Giesyらによって提唱されているPCNsの毒性等価換算係数を用いて毒性等量値を求めたところ、PCDDs/DFsに比較して寄与率は数%であり、PCNsの今日の土壌残留濃度はPCDDs/DFsの毒性的なインパクトに比較して低いということが結論づけられた。
ヘアケラチンK85の機能解析 ‐なぜK85の遺伝子変異は貧毛症を引き起こすのか

毛髪の形成機構と貧毛症の発症機序の解明に向けて、動物培養細胞にヒトのヘアケラチンK85および貧毛症のK85変異体をそれぞれ発現させ、K85の機能および遺伝子変異の影響を解明することが本研究の目的である。K85は中間径フィラメント(IF)の一種で、K35とペアとなって毛皮質細胞の分化段階で最初に発現される。そこでまず、ヒトのK85とK35の遺伝子を、人工合成した(外注)。次に、両遺伝子を動物細胞内で発現するベクターに連結した。具体的には、K85をpAcGFP1-Hyg-N1に、K35をpDsRed-Monomer-N1に連結した。これによりK85とK35は、それぞれのC末端に緑色蛍光蛋白質AcGFP1と赤色蛍光蛋白質DsRedが融合された蛋白質として発現される。対照としてサイトケラチンK14とK5のcDNAを、pAcGFP1-Hyg-N1とpDsRed-Monomer-N1に連結した。動物細胞としてSW-13細胞とHaCaT細胞を用いた。SW-13細胞は内在性のサイトケラチンを発現しないが、少数の細胞がビメンチンを発現する。そこで遺伝子導入に先立って、内在性のビメンチンを発現する細胞(Vim +)と発現しない細胞(Vim -)を単離・クローニングした。HaCaT細胞にK5-K14とK35-K85のペアをそれぞれ発現させると、細胞質全体に広がるIFを形成した。K5-K14とK35-K85は内在するサイトケラチンと共重合している可能性がある。現在、SW-13細胞(Vim -)と(Vim +)におけるK5-K14とK35-K85の発現を解析中である。これまでの所、細胞質にIFを形成する細胞と、短い繊維状やドット状のものを形成する細胞が見られた。今後は、他の種類の動物細胞についても同様の解析を進めるとともに、IFや短い繊維状構造物の詳細な解析を行う予定である。1.目的蛋白質であるヒトのヘアケラチンK85とK35、対照となるサイトケラチンK14とK5を、それぞれ緑色あるいは赤色蛍光蛋白質と融合させて動物細胞内で発現させるための系を計画通り構築できた。2.解析に用いる動物細胞のSW-13細胞から、内在性のビメンチンを発現する細胞(Vim +)と発現しない細胞(Vim -)をそれぞれ単離・クローニングした。3.動物細胞内で発現させたヘアケラチンあるいはサイトケラチンがつくる中間径フィラメントなどの重合産物の細胞内局在を、緑色および赤色の蛍光を使って解析する方法を確立できた。4.HaCaT細胞を用いた解析から、K35-K85とK5-K14のペアはそれぞれ、内在するサイトケラチンと共重合して中間径フィラメントを形成する可能性が示された。これまでの所、K35とK85は内在性サイトケラチンの有無に依存して、細胞質に中間径フィラメントを形成する場合と、核の周囲に短い繊維状の構造物などを形成する場合が見られた。そこで今後は、内在性サイトケラチンの種類や発現量がHaCaT細胞やSW-13細胞とは異なる他の種類の動物細胞を購入し、同様の解析を行う予定である。それによってヘアケラチンの特性を明らかにしたい。また、貧毛症の変異をもつK85を動物細胞内で発現させて、野生型K85との機能性の違いを明らかにする。並行して、K35とK85が形成する中間径フィラメントや繊維状構造物の詳細な解析を行う予定である。一方、ヘアケラチンの動物細胞における発現量の高低が、中間径フィラメントの形状に影響する可能性も考えられる。そこでヘアケラチンの発現量を現在の系よりも高くするために、他の発現プラスミドを購入し、それに乗り換えることも検討したい。平成29年度は繰り越された研究費を使って、内在性サイトケラチンの種類や発現量がHaCaT細胞とは異なる他の動物細胞を購入する予定である。同時に、培地や血清などが大量に必要となるため、その購入にあてる。また、動物細胞におけるヘアケラチンの発現量を現在の系よりも高くするために、他の発現プラスミドを購入し、それに乗り換えることも検討したい。

SW-13細胞は内在性のサイトケラチンを発現しないが、少数の細胞がビメンチンを発現する。そこで遺伝子導入に先立って、内在性のビメンチンを発現する細胞(Vim +)と発現しない細胞(Vim -)を単離・クローニングした。HaCaT細胞にK5-K14とK35-K85のペアをそれぞれ発現させると、細胞質全体に広がるIFを形成した。K5-K14とK35-K85は内在するサイトケラチンと共重合している可能性がある。現在、SW-13細胞(Vim -)と(Vim +)におけるK5-K14とK35-K85の発現を解析中である。これまでの所、細胞質にIFを形成する細胞と、短い繊維状やドット状のものを形成する細胞が見られた。今後は、他の種類の動物細胞についても同様の解析を進めるとともに、IFや短い繊維状構造物の詳細な解析を行う予定である。1.目的蛋白質であるヒトのヘアケラチンK85とK35、対照となるサイトケラチンK14とK5を、それぞれ緑色あるいは赤色蛍光蛋白質と融合させて動物細胞内で発現させるための系を計画通り構築できた。2.解析に用いる動物細胞のSW-13細胞から、内在性のビメンチンを発現する細胞(Vim +)と発現しない細胞(Vim -)をそれぞれ単離・クローニングした。3.動物細胞内で発現させたヘアケラチンあるいはサイトケラチンがつくる中間径フィラメントなどの重合産物の細胞内局在を、緑色および赤色の蛍光を使って解析する方法を確立できた。4.HaCaT細胞を用いた解析から、K35-K85とK5-K14のペアはそれぞれ、内在するサイトケラチンと共重合して中間径フィラメントを形成する可能性が示された。これまでの所、K35とK85は内在性サイトケラチンの有無に依存して、細胞質に中間径フィラメントを形成する場合と、核の周囲に短い繊維状の構造物などを形成する場合が見られた。そこで今後は、内在性サイトケラチンの種類や発現量がHaCaT細胞やSW-13細胞とは異なる他の種類の動物細胞を購入し、同様の解析を行う予定である。それによってヘアケラチンの特性を明らかにしたい。また、貧毛症の変異をもつK85を動物細胞内で発現させて、野生型K85との機能性の違いを明らかにする。並行して、K35とK85が形成する中間径フィラメントや繊維状構造物の詳細な解析を行う予定である。一方、ヘアケラチンの動物細胞における発現量の高低が、中間径フィラメントの形状に影響する可能性も考えられる。そこでヘアケラチンの発現量を現在の系よりも高くするために、他の発現プラスミドを購入し、それに乗り換えることも検討したい。主な理由として、人工遺伝子の合成価格が近年かなり低下したことや、動物細胞発現用プラスミドおよびHaCaT細胞を既に手元に所有していたことなどがあげられる。平成29年度は繰り越された研究費を使って、内在性サイトケラチンの種類や発現量がHaCaT細胞とは異なる他の動物細胞を購入する予定である。同時に、培地や血清などが大量に必要となるため、その購入にあてる。また、動物細胞におけるヘアケラチンの発現量を現在の系よりも高くするために、他の発現プラスミドを購入し、それに乗り換えることも検討したい。
自然免疫応答を制御する免疫受容体MAIR-IIの機能解明

自然免疫応答は、感染防御機構の最前線で働き、さらに抗原特異的な獲得免疫応答を誘導する重要なシステムである。MAIR-II (CD300d)は、自然免疫応答で働く好中球、マクロファージ、樹状細胞に発現する受容体であるため、自然免疫応答の活性化に重要な役割を有していることが考えられる。本研究では、自然免疫応答の活性化制御機構におけるMAIR-IIの役割を解明することを目的として、MAIR-II遺伝子欠損マウスを作製し、感染症モデルについて検討した。盲腸結紮穿孔法(CLP)による敗血症モデルを検討したところ、野生型マウスは全例生き残るのに対し、MAIR-II遺伝子欠損マウスでは、120150時間以内に約80%のマウスが死亡し、生存率が低下するという結果を得た。さらに、MAIR-II遺伝子欠損マウスは、CLP実施後20時間において、野生型マウスに比べ、腹腔内のGr-1陽性、F4/80陽性細胞の数が低下し、腹腔内および血液中の菌量が増加していた。このことから、MAIR-IIは、感染症の際、細菌の殺菌作用等に重要な役割を果たしていると考えられる。現在、MAIR-II遺伝子欠損マウスに対し、細胞移入実験を行い、CLPによる生存率の低下に関与する細胞を同定しているところである。その上で、MAIR-IIが、その細胞による貪食能や殺菌作用を正に制御するメカニズムを解明していくつもりである。MAIR-II(CD300d)は、自然免疫応答で働く好中球、マクロファージ、樹状細胞に発現する受容体であるため、自然免疫応答の活性化に重要な役割を有していることが考えられる。自然免疫応答の活性化には、Toll-like receptor(TLR)が重要な働きを有しているため、TLR4のリガンドであるLPSの投与による敗血症モデルを検討したところ、野生型マウスは投与後24時間で全例死亡するのに対し、MAIR-II遺伝子欠損マウスは全例生き残り、生存率が亢進するという結果を得た。敗血症の死因の一つに炎症性サイトカインの過剰産生があることから、LPS投与後の血漿中炎症性サイトカインの量を測定したところ、野生型マウスに比べ、MAIR-II遺伝子欠損マウスでは有意に低下していた。そこで、MAIR-II陽性細胞のうち、炎症性サイトカイン産生に働く好中球および腹腔マクロファージを、in vitroでLPS刺激したところ、MAIR-II遺伝子欠損マウス由来の好中球および腹腔マクロファージの炎症性サイトカインの産生量は有意に低下していた。このことから、MAIR-IIはLPSによる炎症性サイトカイン産生を増幅することが示され、TLR4のシグナル伝達経路を正に制御することが示唆された。そこで、MAIR-IIによるTLR4シグナル増幅の分子機構について検討するため、TLR4の下流で炎症性サイトカイン産生に働くMAPKとNF-κBの活性化を比較検討したところ、NF-κBの活性化はMAIR-II遺伝子欠損マウス由来の好中球において低下していた。次に、MAIR-IIの下流で働くSykの活性化を検討するため、LPS刺激による炎症性サイトカイン産生の系をSyk阻害剤存在下で検討したところ、野生型およびMAIR-II遺伝子欠損マウス由来の好中球共に炎症性サイトカイン産生が低下した。SykがMAIR-IIおよびTLR4の下流で働くことを示唆していることから、MAIR-II遺伝子欠損マウス由来の好中球では、LPS刺激によるSykのリン酸化が減弱することが予想される。以上のことから、MAIR-IIは、TLR4シグナル伝達経路においてSykを介してNF-κBの活性化および炎症性サイトカイン産生を増幅することが示唆された。自然免疫応答は、感染防御機構の最前線で働き、さらに抗原特異的な獲得免疫応答を効率良く誘導する重要なシステムである。MAIR-II(CD300d)は、自然免疫応答で働く好中球、マクロファージ、樹状細胞に発現する受容体であるため、自然免疫応答の活性化制御に重要な役割を有していることが考えられる。さらに、MAIR-II遺伝子欠損マウスは、CLP実施後20時間において、野生型マウスに比べ、腹腔内のGr-1陽性、F4/80陽性細胞の数が低下し、腹腔内菌量が増加していた。そこで、CLPの際、MAIR-II遺伝子欠損マウスに対し、野生型マウスの骨髄由来Gr-1陽性細胞を移入したところ、生存率が改善するという結果を得た。これらのことから、MAIR-IIは、細菌感染の際、病原体排除に関わる重要な分子であることが示唆されるため、MAIR-IIの機能を人為的に作用させることで、治療の標的分子として期待できると考えられる。

自然免疫応答は、感染防御機構の最前線で働き、さらに抗原特異的な獲得免疫応答を誘導する重要なシステムである。MAIR-II (CD300d)は、自然免疫応答で働く好中球、マクロファージ、樹状細胞に発現する受容体であるため、自然免疫応答の活性化に重要な役割を有していることが考えられる。本研究では、自然免疫応答の活性化制御機構におけるMAIR-IIの役割を解明することを目的として、MAIR-II遺伝子欠損マウスを作製し、感染症モデルについて検討した。盲腸結紮穿孔法(CLP)による敗血症モデルを検討したところ、野生型マウスは全例生き残るのに対し、MAIR-II遺伝子欠損マウスでは、120150時間以内に約80%のマウスが死亡し、生存率が低下するという結果を得た。さらに、MAIR-II遺伝子欠損マウスは、CLP実施後20時間において、野生型マウスに比べ、腹腔内のGr-1陽性、F4/80陽性細胞の数が低下し、腹腔内および血液中の菌量が増加していた。このことから、MAIR-IIは、感染症の際、細菌の殺菌作用等に重要な役割を果たしていると考えられる。現在、MAIR-II遺伝子欠損マウスに対し、細胞移入実験を行い、CLPによる生存率の低下に関与する細胞を同定しているところである。その上で、MAIR-IIが、その細胞による貪食能や殺菌作用を正に制御するメカニズムを解明していくつもりである。
テンソル圏における積分・フーリエ変換・指標の理論の研究

(a) 2017年度まではテンソル圏における『随伴代数』および随伴代数を用いて構築されるテンソル圏における積分理論について研究を行っていた.2018年度は,柴田大樹氏との共同研究として,これらの理論の準ホップ代数への応用を与えた.具体的には, (1)有限次元準ホップ代数Hの表現圏の随伴代数AがBulacu, Caenepeel, Panaiteの構成したYetter-Drinfeld圏におけるある可換代数と同じであることを示した.(2) Hがユニモジュラーである場合にAはフロベニウス構造を持つことが知られているが,その構造をHの積分および余積分を用いて明示的に表示した.(3) mをH上のモジュラー関数とするとき, Hの表現圏におけるm-twisted modified traceをHの余積分などを用いて明示的に表示した.以上の結果はarXiv:1812.03439として公開中であり,学術雑誌に投稿中である.(b) Fuchs, Schaumann, Schweigertは,有限テンソル圏C上の完全C-加群Mに対してMの双対セール関手を定義した.これは有限テンソル圏の様々な問題に対して有効であることが知られていたが, Cが有限次元ホップ代数の表現圏の場合でさえも具体的な表示は良くわかっていなかった.2018年度はCが有限次元ホップ代数Hの表現圏, MがH上の余加群代数の表現圏の場合にMの双対セール関手と関連する同型射をHの積分などを用いて具体的に表示した.さらに,この結果を用いて, Mのピボタル構造などについても調べた.以上の結果は,アメリカ数学会などで発表し, arXiv:1904.00376として公開中であり,学術雑誌に投稿準備中である.有限テンソル圏における積分および指標の理論は,有限テンソル圏およびその上の加群圏に関する一般的な結果を得るために有効であった.今年度は,これらの理論において中心的な役割を果たす対象(すなわち随伴代数のフロベニウス構造・圏論的積分・圏論的余積分・修正トレース・双対セール関手など)が,いくつかの具体的な場合にどのように表示されるかを決定した.これらの結果は,今後,これまでに発見されたテンソル圏に対する一般的理論を応用していく上で重要なステップであると考えられる.このような意味で,研究はおおむね順調に進展していると判断する.昨年度の(co)endについての研究や,今年度の修正トレースなどについての研究を通して,有限テンソル圏において『モノイダル圏的な言葉』で定義されるものと『アーベル圏的な言葉』で定義されるものとの関係性が明らかになりつつある.次年度は,これまでに得たこのような知見に基づいて,有限テンソル圏の指標の空間や,モジュラーテンソル圏の指標の空間へのモジュラー群の作用などについて研究していく予定である.今年度は、テンソル圏における『随伴代数』について研究を行った。これはテンソル圏とその中心との間のある随伴を用いて定義されるものであり、リュバシェンコ型の位相的量子場の理論の構成においても中心的な役割と持つものである。随伴代数に関する研究成果の応用として、まず有限テンソル圏の中心のピボタル構造およびリボン構造の分類を行い、有限次元ホップ代数の量子ダブルのピボタル構造およびリボン構造の分類(Kauffman-Radford)を一般化するような結果が得られた(arXiv:1602.06534)。ピボタル構造を持つような有限テンソル圏では研究代表者がこれまで研究してきた『内部指標理論』を適用することができるが、このような意味でもピボタル構造の分類は重要である。また、有限テンソル圏の中心がいつリボン構造を持つかどうかを判定できるようになったことで、スフィリカルなフュージョン圏の中心はモジュラーテンソル圏となるという結果の『非半単純』な一般化も得られた。次に、随伴代数に関する研究成果の応用として、有限テンソル圏における積分の理論を有限次元ホップ代数の積分の理論を一般化する形で構築した(arXiv:1702.02425)。この理論を用いることで、例えばLorenzによる随伴代数と積分を用いたカルタン行列の階数の公式などの、ホップ代数の表現論におけるいくつかの結果を有限テンソル圏へと一般化することに成功した。またKashina-Montgomery-Ngによって導入された有限次元ホップ代数のindicatorを有限テンソル圏へと一般化し、彼らの証明したindicatorの『ゲージ不変性』に対して概念的な説明を与えることができた。本年度は、有限テンソル圏に対する積分とフーリエ変換の理論を基礎づけ、それを応用して有限次元ホップ代数に対して知られている結果を有限テンソル圏へと一般化することを目標としていた。研究実施以前に調べる予定だった問題も多くが解決できた。また、積分理論を用いて有限次元ホップ代数のindicatorを有限テンソル圏に対して一般化できるという予想外の結果も得られた。平成28年度はテンソル圏における『随伴代数』について研究し、その応用としてテンソル圏における積分理論を構築していた。この結果を論文誌Algebras and RepresentationTheoryに投稿していたが、平成29年度に入ってから受理された。平成29年度は、そのようなテンソル圏における積分理論を展開する上で培った技術を基にして、テンソル圏におけるある種のendおよびcoendの研究を行った。

この研究における重要な観察は、上述の随伴代数や、リュバシェンコ型の位相的量子場の理論の構成において用いられるあるホップ代数を含む多くの(co)endは、テンソル圏の作用から自然に生じる関手の随伴により『関手的に』得ることができるというものである。この観察により、ある種の(co)endの存在性が分かりやすい形で証明されるとともに、多くの重要な結果が得られる。主要なものを挙げれば(1)有限テンソル圏における指標と類関数の理論を有限テンソル圏上の加群圏まで一般化した。(2)類関数の空間に対してフィルトレーションを導入し、その低次項の表現論的意味付けを与えた。(3)有限テンソル圏の森田双対から、元のテンソル圏のDrinfeld centerへの誘導関手の明示的な記述を与えた。(4) ribbon factorizable Hopf algebraのHochschild cohomologyへのモジュラー群の射影的な作用を、モジュラーテンソル圏の場合へ一般化した。なお、以上の結果はarXiv:1801.02493として公開中であり、論文誌への投稿を準備中である。共形場理論やテンソル圏の研究において現れるある種の(co)endは、普遍性によって定義されるものであり、その構造等に言及することは難しかった。平成29年度に得られた結果は、ある種の(co)endを扱う上で基本的であり、今後の応用が期待される。このような意味で、研究は順調に進展しているといえよう。(a) 2017年度まではテンソル圏における『随伴代数』および随伴代数を用いて構築されるテンソル圏における積分理論について研究を行っていた.2018年度は,柴田大樹氏との共同研究として,これらの理論の準ホップ代数への応用を与えた.具体的には, (1)有限次元準ホップ代数Hの表現圏の随伴代数AがBulacu, Caenepeel, Panaiteの構成したYetter-Drinfeld圏におけるある可換代数と同じであることを示した.(2) Hがユニモジュラーである場合にAはフロベニウス構造を持つことが知られているが,その構造をHの積分および余積分を用いて明示的に表示した.(3) mをH上のモジュラー関数とするとき, Hの表現圏におけるm-twisted modified traceをHの余積分などを用いて明示的に表示した.以上の結果はarXiv:1812.03439として公開中であり,学術雑誌に投稿中である.(b) Fuchs, Schaumann, Schweigertは,有限テンソル圏C上の完全C-加群Mに対してMの双対セール関手を定義した.これは有限テンソル圏の様々な問題に対して有効であることが知られていたが, Cが有限次元ホップ代数の表現圏の場合でさえも具体的な表示は良くわかっていなかった.2018年度はCが有限次元ホップ代数Hの表現圏, MがH上の余加群代数の表現圏の場合にMの双対セール関手と関連する同型射をHの積分などを用いて具体的に表示した.
肝癌における癌悪性化シグナルを標的とした新規治療法の確立

肝癌におけるNotchシグナル活性化と癌悪性化メカニズムの関連性を検討した。Notchシグナルの阻害剤であるγ-secretaseinhibitor (GSI)は、単独では培養肝癌細胞の細胞増殖にほとんど影響を与えなかったが、抗癌剤の細胞増殖抑制作用を倍増させた。肝がんの化学療法においてNotchシグナル制御を行う事が抗癌剤耐性化抑制に寄与する可能性が示唆された。抗癌剤耐性化の克服により化学療法の必要な肝がん患者の予後を改善できる可能性がある。本年度の最大の目的は、RUNX3遺伝子の導入及びsiRNAによる遺伝子発現コントロールによりNotchシグナルの制御を確認することである。Notchシグナルの活性化により肝癌のEMT及び幹細胞化を引き起こすTwistの発現が亢進することが確認できた。また、我々の細胞制御系によりNotchシグナル下流分子であるHES, Heyの発現が制御されること、細胞移動能活性化、E-cadherin制御などによりEMTが制御されている事も確認できた。以上より当該研究は、おおむね順調に進行していると考えられる。本年度の最大の目的は、Notchシグナルの活性化がEMTを制御していることの確認及び、Notchシグナルの活性化と癌幹細胞化制御の関連性の確認である。研究の遂行によりNotchシグナルの活性化は、EMT制御のみならず癌幹細胞化及び抗癌剤耐性化に係わるMRPの発現まで制御している事が確認できた。Notchシグナル阻害による抗癌剤効果増強は、Notchシグナル阻害による癌幹細胞化の阻害が原因となっていることが予測されたため、colony formation assayにより癌幹細胞化を評価した。その結果GSIとcisplatinの併用により特にcolony formationの阻害効果が強く認められた。Western blottingでGSIとcisplatinの併用によりMRP(Multidrug Resistance Protein)の発現低下が起こっていることが確認できた。また、癌幹細胞化と関連ある分子であるEpCAM, Twist, ZEB1, Snail, SlugはいずれもGSIとcisplatinの併用により発現低下していることが確認できた。以上より、Notchシグナルを阻害することによりcisplatinの効果を増強できる可能性が証明できた。1.癌幹細胞化による抗癌剤耐性化機構の解明:a. in vitroでの癌幹細胞化と抗癌剤耐性化の関連を検討:遺伝子発現制御肝癌培養細胞を5FU(0.01-100nM),cisplatin(0.01-100nM)を含む培地で培養し、5FUの抗癌剤効果を検討する。Notchシグナル活性化やMRP1-5の発現に与える影響についてはWestern blotで検討する。b. in vivoの検討:SCIDマウス実験モデルにおける癌幹細胞抑制療法の検討:2bと同様に腫瘍モデルを作成し、2, 4, 6, 8週で剖検し、腫瘍径、重量を測定する。上記モデルに5FU, cisplatinを腫瘍接種後2週より週に一度腹腔内投与する。5FU(20 mg/kgを中心に検討), cisplatin(2.5 mg/kgを中心に検討)との併用による効果を評価する。摘出した腫瘍は免疫染色及びWestern blotによりNotchシグナル、幹細胞マーカー、MRP1-5発現を評価する。2.臨床検体を用いた検討: 5FUとcisplatinの併用療法施行前に、肝癌組織の採取し、標本の癌部、非癌部組織を用いて検討を行う。a. Jagged-1, Notch, Hey, HES, Twist, RUNX3,癌幹細胞化マーカーの発現・活性化をWestern blot ,免疫組織染色により評価する。b. aの分子発現との関連性について、MRP1-5発現と合わせてWestern blot及び免疫組織染色により評価する。肝組織での検討結果とin vitro実験での解析結果に解離がある場合には、分化度別の組織を用いたマイクロアレイ解析を用いて、その他の癌幹細胞化、抗癌剤耐性化関連分子の抽出を行う。3.癌幹細胞抑制療法の検討: Hep3B, PLC, Huh7, HLE, SK-Hep1と、RUNX3発現およびTwist発現を制御した遺伝子改変肝癌培養細胞を用いる。これら細胞をγセクレターゼ阻害剤で処理し、幹細胞機能、抗癌剤耐性化克服の効果を検討する。1.臨床検体を用いた検討: 5FUとcisplatinの併用療法施行前に、肝癌組織の採取し、標本の癌部、非癌部組織を用いて検討を行う。それぞれの組織は病理学的検討を行い、組織学的な高分化群、中分化群、低分化群の評価・分類を行う。臨床経過から抗癌剤効果が判明している症例については、その効果と関連分子発現の相関について検討を行う。a. DCP発現とNotchシグナル活性化について検討する。Jagged-1, Notch, Hey, HES, Twist, RUNX3,癌幹細胞化マーカーの発現・活性化をWestern blot,免疫組織染色により評価する。

b. aの分子発現との関連性について、MRP1-5発現と合わせてWestern blot及び免疫組織染色により評価する。肝組織での検討結果とin vitro実験での解析結果に解離がある場合には、分化度別の組織を用いたマイクロアレイ解析を用いて、その他の癌幹細胞化、抗癌剤耐性化関連分子の抽出を行う。2.癌幹細胞抑制療法の検討: Hep3B, PLC, Huh7, HLE, SK-Hep1と、RUNX3発現およびTwist発現を制御した遺伝子改変肝癌培養細胞を用いる。これら細胞をγセクレターゼ阻害剤(Merck 565765) 0.1-100μMで処理し、0, 1, 3, 5日後にサンプルを回収。a.幹細胞機能の評価: Western blot, MTTアッセイ,フローサイトメトリーにより癌幹細胞機能を検証する。b.抗癌剤耐性化克服の効果: 5FU, cisplatinの効果を評価し、抗癌剤の効果増強を確認する。c. MRP発現を評価し、抗癌剤耐性化との関連を検討する。消化器内科細胞培養などに使用する試薬を、所属教室の共同試薬を使用したため、残金が生じた。研究分担者の大西、岩室の使用がないが、共同試薬及び他の分担者の研究費で購入した試薬で研究は遂行している。細胞培養などに使用する試薬を、所属教室の共同試薬を使用したため、残金が生じた。研究分担者の大西、岩室の使用がないが、共同試薬及び他の分担者の研究費で購入した試薬で研究は遂行できている。繰越金は、平成28年度の細胞培養試薬及び抗癌剤、抗体など実験試薬購入に使用する。繰越金は、平成29年度の細胞培養試薬及び抗癌剤、抗体など実験試薬購入に使用する。
脳のミトコンドリア機能障害に対するケトン体の作用

ミトコンドリアはエネルギー産生の場であり、細胞の生死において重要な細胞小器官である。アルツハイマー型認知症の進行にはアミロイドβによるミトコンドリアの機能障害が関与しており、この機能障害の改善が認知症予防の標的となる。しかしながら、アミロイドβによる脳ミトコンドリアの機能障害をケトン体が改善させるのかについては明らかとなっていない。そこで本研究では、ケトン体の脳におけるミトコンドリアタンパク質増加作用とについて明らかにすることを目的とした。本事業期間(平成28, 29年度)では、ケトン体によるミトコンドリアの増加、ならびに、そのメカニズムを検証した。細胞株を用いてケトン体であるβヒドロキシ酪酸の刺激を24時間、実施し、刺激後、ミトコンドリア関連タンパク質(COX-lV, VDACタンパク質)を測定した。その結果、ミトコンドリア関連タンパク質の増加を認めた。ケトン体でによるミトコンドリア増加メカニズムの検証として、Time-Resolved Fluorescence Energy Transfer (TR-FRET)競合アッセイ法を用いて、ケトン体とPPARに対するケトン体の結合を評価した。その結果、ケトン体におけるPPARα, PPARδに対する結合は示さなかった。この結果は、ケトン体によるミトコンドリアの増加には、PPAR以外の経路(メカニズム)が関与していることを示唆する。以上、本研究では、ケトン体がミトコンドリアタンパク質の増加を示し、そのメカニズムとしてPPAR以外の他の経路が関与している可能性を明らかとした。しかしながら、ケトン体が機能障害を改善させるかに関しては不明なままであるため、ケトン体によるミトコンドリアの増加が認知機能を改善させるかについてはさらなる検証を要する。平成27年度の研究内容を継続しつつ、ケトン体によるミトコンドリア増加メカニズムの検証を実施した。分化させた神経細胞株を用いてβヒドロキシ酪酸刺激を24時間、実施した。添加後、ミトコンドリアタンパク質、βヒドロキシ酪酸によるヒストンのアセチル化、PGC1αタンパク質を測定した。さらにミトコンドリア系のmRNAの検出を試みた。その結果、ミトコンドリアタンパク質、βヒドロキシ酪酸によるヒストンのアセチル化、PGC1αタンパク質、共に、変化は見られなかった。さらなる課題として、培養条件、並びに刺激条件の検討を要する。Time-Resolved Fluorescence Energy Transfer (TR-FRET)競合アッセイ法を用いて、ケトン体とPPARに対するケトン体の結合を評価した。その結果、ケトン体はPPARには結合しない結果を得た。これは、PPAR以外の経路(メカニズム)が関与していることを示唆する。当初は、アミロイドβ遺伝子導入細胞の安定発現株の構築を行う計画であったが、研究環境の整備が困難であったため、断念した。そこで、神経細胞株を用いることとしたが、その培養条件の検討ならびに、PCR法の測定のセットアップに時間を要し、神経細胞によるケトン体の効果・メカニズムを明らかにすることができなかったため、進捗状況はやや遅れていると判断した。ミトコンドリアは細胞の生死において重要な細胞小器官であり、脳のミトコンドリアの機能障害は脳細胞の死をもたらし、脳萎縮を誘発する。運動は脳のミトコンドリア機能障害を抑制させる可能性が報告されているが、ミトコンドリア機能障害に対する栄養処方については確立されていない。

そこで本研究課題では、ケトン食による脳のミトコンドリア機能障害の改善効果とそのメカニズムを明らかにしながら、脳萎縮や認知症予防のための運動および栄養処方の確立を目指す。平成28年度は、骨格筋培養細胞C2C12を用いてケトン体であるβヒドロキシ酪酸はミトコンドリア関連タンパク質を増加させるかについて検証した。筋管を形成した分化誘導4日目のC2C12に対して、0.05, 0.10, 0.25, 0.50, 1.00, 2.00, 3.00 mM βヒドロキシ酪酸を24時間にわたって刺激した。刺激後、Western blottingを用いてVDACタンパク質を検出した。その結果、コントロール(DMSO)と比較して0.50, 2.00 mM βヒドロキシ酪酸刺激においてVDACタンパク質量の有意な増加を認めた。以上の結果から、ケトン体であるβヒドロキシ酪酸は骨格筋細胞におけるミトコンドリア関連タンパク質を増加させる可能性が示唆された。金沢大学先端科学・イノベーション推進機構博士研究員の任期が終了し、平成28年度4月より早稲田大学総合研究機構スポーツ栄養研究所研究助手として着任したことにより、平成28年度の計画であるケトン食による脳ミトコンドリア機能の改善効果の検証実験が遅れている。平成28年度の計画であった呼吸活性測定実験が本学所属研究室では困難であったため、平成28年度は平成29年度に計画していた細胞培養実験にまずは着手した。その結果、平成29年度に計画していた“培養細胞を用いたケトン体によるミトコンドリアタンパク質合成の検証"については、その効果の可能性を示唆できた。平成30年4月2日から、米国のテキサス大学南西医療センターへ異動のため、本研究課題を継続することが困難であることから、補助事業廃止を申請するが、今後は、本研究課題で得られた成果をアメリカスポーツ医学会にて発表し、論文投稿を行う。次年度は、ケトン体によるミトコンドリアタンパク質合成のメカニズムを明らかにするために、ケトン体によるヒストンアセチル化(Western blotting)および、ミトコンドリア関連遺伝子のプロモーター領域におけるヒストンアセチル化についてクロマチン免疫沈降法を用いて検証する。また、ケトン食摂餌による脳のミトコンドリア機能の改善効果についても検証する。平成30年4月2日から、米国のテキサス大学南西医療センターへ異動のため、本研究課題を継続することが困難であることから、補助事業廃止を申請するため、次年度使用額は生じない。平成28年度4月より早稲田大学総合研究機構スポーツ栄養研究所研究助手として着任したため、平成28年度の計画であった呼吸活性測定実験の立ち上げが本学所属研究室では困難であった。そのため、平成29年度に計画していた細胞培養実験にまずは着手し、遺伝子導入関連の試薬等が不必要になったため、未使用額が生じた。
結晶材料組織解析のための電子線トモグラフィー技術の高度化

透過電子顕微鏡(TEM)により結晶の内部ナノ構造を3次元観察するための試料ホルダーシステムおよびソフトウェアを開発した。さらに、強磁性を有する材料について非磁性材料と同様に3次元観察を行う手法を開発した。これらの成果により、多結晶試料中の転位(線状の結晶格子欠陥)などを電子線トモグラフィーにより3次元観察する技術が大きく進歩するとともに、これまで不可能と考えられてきた鉄鋼材料など強磁性体の3次元ナノ構造観察が可能となった。(1)TEM内で結晶方位を確認し、試料の適切な回転角度を決定するための作業支援用ソフトウェアの基本設計を行った。本年度は、電子顕微鏡に付帯するCCDカメラ等の撮像装置制御およびデータ解析に使用されているGatan社Digital Micrographソフトウェアのスクリプト機能を利用し、試料の観察部位がホルダーの回転軸(機械軸)上にない状況を想定して作業支援ソフトウェアに必要な機能の選定を行った。試料を傾斜させながら像を3枚程度撮像し、これらを重ねた上で高速フーリエ変換を行う事によって、試料の傾斜軸=ホルダーの回転軸を一義に決定できる事が確認できた。(2)圧縮センシングによる3D画像の試料厚み方向の寸法再現精度を決定する因子をリストアップし、測定条件の異なる実験データからの3D画像を基に個々の因子を重み付け、定量評価することで、実験条件の違いや実験上の制約を加味した寸法校正手法を設計するための準備を行った。傾斜角度範囲、角度ステップ、撮像モードを基に10通り以下の校正曲線を作成することで、材料解析に一般的に用いられる実験条件をほぼ網羅できた。また、コントラストの低い像に関しては信号/ノイズ比が低くなるため、圧縮センシング法ではエッジ成分と一緒にノイズ成分が一部増幅されてしまうことが明らかになった。磁性体の電子線トモグラフィー観察手法の確立に向けた研究を進め、加速電圧200kVの汎用透過電子顕微鏡での高角度環状暗視野走査透過電子顕微鏡法による、直径3mm鉄鋼材料ディスク形状試料の3D組織観察に一定の目処を付けた。主な知見を以下にまとめる。(1)機械研磨後の試料厚みと、試料傾斜に伴う電子線照射領域移動量の間には線形関係が認められた。(2)レンズ電流を変えずに、試料高さを変えて焦点合わせを行う方法により、非磁性試料と遜色ない3D再構成画像が得られる。(3)試料傾斜時には、鏡磁性体薄膜試料に様々な方向から応力がかかり、特に薄い領域や亀裂が入った領域は、傾斜時に変形や破損を起こすことがある。また、±0°傾斜近傍での試料の変形は、試料上のX(主試料傾斜)軸とY軸(Xに直交)軸の両方の傾斜成分を数°程度持っていた。(4)連続傾斜像の撮影条件を最適化しつつ、フェライト中のV-C系析出物の3D分布観察を行った。3D画像データから求めたV-C系析出物の体積率は、平衡状態図から求められる析出物の体積率と一致した。更に、自主開発した高角度3軸傾斜試料ホルダーにおいて、任意の角度に回転できる試料台の設計と各部材の製作、および試料の回転角度を回折図形から求めるためのソフトウェアの開発を進めた。これらについては、次年度も継続して行う。透過電子顕微鏡(TEM)による三次元(3D)観察法、電子線トモグラフィー(ET)は、結晶性材料、例えば鉄鋼材料などへの適用が遅れている。これは、TEM内での結晶方位調整の難しさ、試料の形状や磁性に由来した連続傾斜画像の取得の制約など、種々の課題による。本研究ではこれらの諸課題の解決をめざし、以下の成果を得た。(1)結晶方位制御ETの確立:試料ホルダー上での試料回転角を測るソフトウェア、およびホルダー上で任意の角度に試料を回転できる試料ホルダー台を開発した。これらを、過去に開発した高傾斜三軸試料ホルダーと組み合わせることにより、試料ステージ上での試料回転角の調整をピンセット作業なしに行えるようになり、作業効率と回折条件設定精度が向上した。(2)強磁性体試料のためのET観察手法の確立:強磁性体試料でも非磁性試料と同様なET観察が行えるかどうかを検討した。薄膜形状の鉄系試料の場合、試料厚みの低減が有効であった。具体的には、機械研磨で30ミクロンまで薄くすると、連続傾斜観察が可能になるほど磁性の影響が抑えられ、更に試料高さで像のフォーカスを合わせつつ連続傾斜像を撮影すれば、非磁性材料の場合に匹敵する空間分解能で鉄中の析出物の3D観察が可能となった。一方、試料傾斜に伴うナノスケールでの局所的な変形や破損は、試料の体積や厚みを減らしても避けられないことがあり、試料形状アプローチの限界が示された。(3)圧縮センシングアルゴリズムの適用:フィルター逆投影FBPや逐次反復計算SIRTなどの既存手法と圧縮センシング(CS)による3D再構成法を、材料系の連続傾斜像データに適用し、CSを比較評価した。その結果、FBPの1/10程度の連続傾斜像枚数でもCSでは正しい3D画像が得られることや、FBPおよびSIRTに比べて試料傾斜角度不足による3D画像分解能の異方性が低減されることが明らかとなった。

これらの成果により、多結晶試料中の転位(線状の結晶格子欠陥)などを電子線トモグラフィーにより3次元観察する技術が大きく進歩するとともに、これまで不可能と考えられてきた鉄鋼材料など強磁性体の3次元ナノ構造観察が可能となった。本課題の中心的なタスクである強磁性体試料の電子線トモグラフィー観察法の確立において、概ね目標通りの成果が得られため。27年度が最終年度であるため、記入しない。電子顕微鏡、金属材料ハード(回転機構付試料ホルダー台)とソフト(試料回転角測定ソフト)を組み合わせて、回折コントラストによる3D観察の簡便化と高速化を図る。鉄鋼材料(強磁性体)中の転位の3D観察に挑戦する。電子線の曲がり、および試料の変形に伴う回折条件の変化を追随する方策を練る(ビーム傾斜機構の援用など)。圧縮センシングアルゴリズムにより、傾斜像枚数を減らすことを、磁性体3D観察の成功率および寸法再現精度の向上に活かせないか検討する。当初予定では、高傾斜3軸試料ホルダーにセットした試料を任意の角度に回転できるホルダー台を開発する予定であったが、ホルダー台の製作業務の依頼先業者の都合等により、次年度以降に持ち越しになった。一方、当初は次年度に予定していたソフトウェア開発の方で成果を挙げることができており、ハード開発の遅れをソフト開発でカバーできている。結果として、研究全体の達成度としては目標レベルに達しているものと判断された。高傾斜3軸試料ホルダー上の試料を任意の角度に回転するためのホルダー台の製作が当初の予定よりも遅れているため。(1)試料回転角度測定用ソフトウェアを強磁性体の観察に対応させるため、試料を傾斜させず並進移動した像からだけでもホルダーの回転軸が決定できるようにする。(2)コントラストが低い像に対する圧縮センシング法の有効性を高めるために、画像処理手法に基づくノイズフィルタリングによる改善方法を校正曲線作成と併せて検討する。(3)磁性体試料の連続傾斜像観察のなかでも、回折条件を一定に保つことが必須となる転位の連続傾斜像観察を可能とするための方法を検討する。高傾斜3軸試料ホルダー用試料回転台作製費用に234,623円27年度が最終年度であるため、記入しない。高傾斜3軸試料ホルダー上の試料を任意の角度に回転するためのホルダー台の製作が、製作依頼先業者の事情(受注過多)等により行えず、来年度以降に実施となったため。それに伴い、研究協力先であるバージニア工科大学でのホルダー台動作テストも行えなくなったため。高傾斜3軸試料ホルダー用試料回転台製作費用に2,358,350円、研究・打合せ旅費に1,900,000円、実験補助のための短期雇用費に300,000円、共用電子顕微鏡使用料に400,000円。