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DNAナノデバイス創製におけるバイオ・ナノ流動ダイナミクス

本年度はDNAナノデバイス創製のための基礎研究として、フントスピン多重度則の成立要因を研究した.フントのスピン多重度則は「同一電子配置から生じる多重項の中で,スピン最多重度状態が最も低いエネルギーを示す」という経験則である.原子から固体中の部分電子系にまで幅広く成立する.この経験則は多くの教科書・参考書で「原子核電子間引力エネルギーVeeの低下,すなわち交換エネルギーによる利得に原因する」と説明されている.しかし,この摂動論的な解釈はビリアル定理に違反する誤謬である.分子系のフント則については,H2,O2, C2などの低励起状態に対して,HFおよびClによる研究が既に行われている.その結果,これらの分子の高スピン状態では,すべてVeeは増加し,その安定性はVenの低下に原因することが報告されている.しかし,これらの計算は高精度を欠いており,フント経験則の解釈に重要である差のビリアル定理が十分満たされていない.本研究では,これらの分子系から生じる三重項と一重項に対して,ビリアル定理およびエネルギー差に対するを高精度で満たす計算を実行した.この計算結果から,高スピン状態では,Veeは増加し,その安定性はVenの低下に原因することが判明した.DNA内における電荷移動の理論的解析を行うために,Kmineasらによって開発されたポラロンモデルを基に,新しい理論モデルを提案した.本理論モデルでは,これまで考慮されていなかった温度の効果を取り込んでいる.電荷の運動は時間依存シュレディンガー方程式,DNAの塩基対および水分子の運動はNewton方程式により記述され,同時に解かれる.DNA中のポラロンの平均移動速度について検討し,既存のモデルおよび実験値との比較を行った.平均移動速度が温度の上昇に伴い,増加することを見いだした.また,我々の開発した数値コードを用いて,理論モデルに用いられるパラメータを詳細に検討した.この研究により17年度の研究実施計画に記した,DNAのI-V特性の温度依存性を調べるための基礎モデルが構築された.DNA分子とOHラジカルの相互作用を第一原理計算により解析した.電離放射線はDNAを取りまく水溶液の中にOHラジカルを生じさせる.DNAはこのOHラジカルによって損傷を受けることが知られている.しかし,OHラジカルがどのようにDNAと相互作用し,分子構造や電子状態にどのような影響を及ぼすかという量子化学レベルでの知見は未だに得られていない.本論文では,OHラジカルとDNAを構成するAT対の相互作用に着目し,これらの系に対する第一原理計算を行った.その結果,OHラジカルと塩基が相互作用することにより,AT間の水素結合が弱まることを見出した.この研究により研究の目的に記した紫外線などによるDNA損傷の微視的機構に関する知見が得られた.本年度はDNAナノデバイス創製のための基礎研究として,磁性の起源であるフントスピン多重度則の成立要因を研究した.フントのスピン多重度則は「同一電子配置から生じる多重項の中で,スピン最多重度状態が最安定エネルギーを示す」という経験則である.原子・イオン・分子の基底および低励起状態について幅広く当てはまる.多くの教科書は「スピン最多重度状態と多重度のより少ない状態では,原子核電子間引力エネルギーV_<en>および運動エネルギーTは同一なので,スピン最多重度状態の安定性はパウリの排他原理による電子間斥力エネルギーV_<ee>の低下,すなわち交換エネルギーによる利得に原因する」と説明している.しかし,この摂動論的な説明はビリアル定理に違反する誤謬である.この経験則を正しく解釈することは,分子および固体の電子状態の実際の研究が経験則に大いに依存している点からも電子論の進展のために大切である.分子のフント則の解釈については,H2,O2,C2などの低励起状態に対して,HFおよびCIによる研究が既に行われている.その結果,原子の場合と同様に,これらの分子の高スピン状態では,全て,V_<ee>は増加し,その安定性はV_<en>の低下に原因することが報告されている.一方CH2の基底状態については,HFおよびCI計算の結果から,高スピン状態で,V_<ee>は減少しV_<en>は増加しており,CH2は上記解釈の例外であると報告されている.しかしこの計算では高スピン状態と低スピン状態のエネルギー差に関するビリアル関係が全く満たされておらず,正しい解釈を与える計算精度には達していない.本研究では,CH2の基底電子配置から生じる三重項と一重項に対して,ビリアル定理を高精度で満たすHFおよびCI計算を実行した.この2つの計算結果から,CH2は例外ではなく,高スピン状態では,V_<ee>は増加し,その安定性はV_<en>の低下に原因することが判明した.本年度はDNAナノデバイス創製のための基礎研究として、フントスピン多重度則の成立要因を研究した.フントのスピン多重度則は「同一電子配置から生じる多重項の中で,スピン最多重度状態が最も低いエネルギーを示す」という経験則である.原子から固体中の部分電子系にまで幅広く成立する.この経験則は多くの教科書・参考書で「原子核電子間引力エネルギーVeeの低下,すなわち交換エネルギーによる利得に原因する」と説明されている.しかし,この摂動論的な解釈はビリアル定理に違反する誤謬である.分子系のフント則については,H2,O2, C2などの低励起状態に対して,HFおよびClによる研究が既に行われている.

その結果,これらの分子の高スピン状態では,すべてVeeは増加し,その安定性はVenの低下に原因することが報告されている.しかし,これらの計算は高精度を欠いており,フント経験則の解釈に重要である差のビリアル定理が十分満たされていない.本研究では,これらの分子系から生じる三重項と一重項に対して,ビリアル定理およびエネルギー差に対するを高精度で満たす計算を実行した.この計算結果から,高スピン状態では,Veeは増加し,その安定性はVenの低下に原因することが判明した.
遷移金属合金クラスターの状態図と機能性

本研究を通して、次ぎのことが明らかにされた。1)プラズマ・ガス中凝集クラスター堆積装置に2種類の金属ターゲットを配置し、5-10nmサイズの合金クラスターを発生させ基板上に堆積した。透過電子顕微鏡観察、EDX分析により、a)化合物形成型Co-Al合金クラスターの場合、組成揺らぎが最も小さく中央組成ではB2型規則相が形成される、b)規則相形成型Co-Pt合金クラスターの場合、組成揺らぎがやや大きくなり不規則相が形成される、c)全率固溶型Co-Pd合金クラスターの場合、組成の揺らぎが大きく不規則相が形成される、d)非固溶型Nb-Ag合金クラスターの場合も、不規則固溶体が形成されるが、組成は2山状に分布する。2)Coクラスターの室温における磁化過程のサイズ依存性を測定し、超常磁性/強磁性転移の臨界サイズが約8nmφであることを明らかにした。3)Coクラスター表面を酸化させ、基板に堆積したCo/CoOコア・シェルクラスター集合体において、トンネル型電気伝導・磁気抵抗効果、クーロンブロッケード効果が観測された。更に、磁気緩和現象において、温度の1次に比例する古典的熱活性型緩和から温度に依存しない量子トンネル型緩和へのクロスオーバーが約8Kで生じることが判明した。4)Co,Cu,Ti,Cr表面を酸化させたコア・シェルクラスター集合体の電気伝導は、Cuの場合の除き、酸素導入量の増加にともない、抵抗温度係数が正の金属状態から最終的には指数関数的な半導体状態へと変化する。その途中の状態では、高温で金属的なTに比例した温度変化、低温では-logTに依存する温度変化を示し、電子が弱局在の状態にある。現在、電子状態について検討中である。尚、コア・シェルクラスター集合体は微量ガス検出用センサーや触媒として有用であると考えられる。本研究では、「クラスターからの物質創製」をめざし、次ぎのような課題を達成したいと考えている。1)合金クラスターの組成揺らぎと構造の安全性、状態図と電子状態の解明。2)クラスター集合化・制御配列による特異な物性発現の可能性の探求。本研究計画初年度の計画を通して、次ぎの点が明らかになった。a)スパッタクラスター源に2種類の金属ターゲットを配置したプラズマ・ガス中凝集クラスター堆積装置により、合金クラスターを発生させて基板上に堆積させた。5-10nmサイズの合金クラスターにおいては、バルク合金の平衡状態図を反映した合金相が形成され、クラスター間の組成分布は、化合物形成型Co-Al合金が最も狭く、規則相形型Co-Pt金ではやや広く、非固溶型Nb-Ag合金では2山状に分布する等、合金クラスター形成に関する基礎的知見が明らかになりつつある。b)Coクラスターにおいては、超常磁性/強磁性転移の臨界サイズが約8mmφである。c)Co/CoOコア・シェルクラスター集合体において、トンネル型電気伝導・磁気抵抗効果、クーロンブロッケード効果が観測されたが、更に、磁気緩和現象を詳細に測定することにより、温度の1次に比例する古典的な熱活性型磁気緩和から温度に依存しない量子トンネル型緩和へのクロスオーバーが約8Kで生じることが判明した。強磁性Coと反強磁性CoOシェルの界面での強い交換磁気異方性のため、一方向異方性と共に一軸異方性が増強され、約10nmとかなり大きいコアサイズのクラスターでも8K以下で巨視的量子トンネル効果が観測できたと考えられる。本研究のもう一つの主題であるクラスターの電子状態解明のため、担持クラスターについて光電子分光測定を行うべく準備を進めている。

本研究では、「クラスターからの物質創製」をめざし、次ぎのような課題に挑戦した。a)合金クラスターの組成揺らぎと構造の安定性、状態図と電子状態の解明。b)クラスター集合化・制御配列による特異な機能性発現の可能性の探求。本研究計画第2年度の研究を通して、次ぎのような点が明らかになった。1)我々のグループで設計・製作したプラズマ・ガス中凝集クラスター堆積装置のスパッタ室内に2種類の金属ターゲット(CoとPt、CoとPd)を配置し、高圧の希ガスプラズマによりクラスターを発生させ、基板上に堆積させた。透過電子顕微鏡により、基板担持クラスターのサイズ、形状、構造の観察を行うと同時に、EDXにより、化学組成分析を行った。バルク状態の平衡状態図に準拠して実験結果を整理すると、規則相形成型のCo-Pt合金の場合、クラスター状態では不規則相が形成されクラスター間の組成揺らぎは比較的小さいが、全率固溶型のCo-Pd合金の場合、クラスター状態では不規則相が形成され、クラスター間の組成の揺らぎが大きい(大きなサイズのクラスターの方か平均組成に比べてPd高濃度となる)。2)単体金属(Co,Cu,Ti,Cr,)ターゲットを用い、1)と同様の方法でサイズ単分散のクラスターを発生させ、クラスター堆積室に僅かに酸素を導入してクラスター表面を酸化させ、基板に堆積・集合化した。これらコア・シェルクラスター集合体の電気伝導は、Cuの場合の除き、酸素導入量の増加にともない、抵抗温度係数が正の金属状態から最終的には指数関数的な半導体状態へと変化する。その途中状態では、高温で金属的なTに比例した温度変化、低温では-logTに依存する温度変化を示し、電子が弱局在の状態にあることを示唆しており、現在、電子状態について検討中である。尚、コア・シェルクラスター集合体は微量ガス検出用センサーや触媒として有用であると考えられる。
海外建設プロジェクトの官民連携手法に関する調査分析と国際化戦略

本研究課題では、わが国の建設関連企業が今後とも海外建設プロジェクトで活躍できるような国際化戦略の基礎となる理論の構築を行うことを目的とする。これまでの国際化戦略は、設計事務所による設計、建設会社の請負による施工というように、在来の固定的な業務分担を前提にしており、すでに市場開拓の上でも経営的にも限界にきている。世界的に新たな官民連携手法が模索されている中で、その動向を把握して、わが国の建設関連企業の強みを活かす方策が求められているのである。本研究課題では、発注・契約方式の多様化をふまえて、新たな業務分担関係を構想しつつ国際化戦略を検討するところに特色がある。研究期間全体を通して期待される成果は、日本の設計事務所や建設企業体の担当しうる領域の提示を含む、一連の仮説の検証である。初年度は、多様な発注・契約方式をとる建築プロジェクトの調査分析を行った。従来の設計施工分離発注方式や設計施工一括発注方式だけではなく、CM方式や各種のアドバイザーの参画する形態が採用されている。特に、ホテルでは事業者側のデザイナーやテナントであるホテルオペレータの果たす役割の大きいことが再確認された。これらは、発注・契約方式に関わらず、意思決定の遅延要因となって影響することがある。それを工期遅延や工事費超過に至らせないよう、調整者の果たす職責は大きい。誰が調整者となるかは、臨機応変と考えられていたが、発注・契約方式やCMR、ゼネコンの体制に依存する部分もある。次年度以降も契約やリスク管理、そこに求められるマネジメント技術/方法の関係性などを詳細に分析する。大学の教育研究のエフォートが大きく、まとまった期間の海外調査を行うことが難しい。初年度は、国内近郊地域での調査分析を先行させた。次年度は、数量積算システムの導入を考えている。これにより、個別の設計図書と工事費の関係をシミュレートしやすくなり、プロジェクト評価に寄与する。
低分子量GTP結合蛋白質によるエフェクター活性制御の分子機構

1.RasとRap1によるヒトRaf-1,B-Rafの異なった活性調節の分子機構の解明に成功し、Ras/Rap1によるRaf活性調節におけるRasアクチベータ領域とRafシステインリッチ領域間のRas翻訳後修飾ファルネシル化依存性の第二の結合の強度の重要性を最終的に証明した。さらに、この第二の結合のRaf-1の第二保存領域CR2の燐酸化による調節を示し、RasによるRaf活性制御の新機構を提唱した。2.出芽酵母アデニル酸シクラーゼについても、その結合蛋白質CAPとシクラーゼC末端領域の複合体がファルネシル化されたRasの第二の結合部位であり、この第二の結合がRasによるアデニル酸シクラーゼの活性化に必須である事を証明した。標的蛋白質の活性化に於てRasの翻訳後修飾(ファルネシル化)が必須である分子機構が解明され、第二の結合の存在とその重要性が標的蛋白質の種類によらず普遍的である事が示唆された。3.新規ヒトホスホリパーゼC,PLCεを発見して、Ras/Rap1とのGTP依存性結合、Ras,Rap1との共発現による細胞質から各々細胞膜およびゴルジ装置への移送とホスホリパーゼC活性の活性化を示し、Ras/Rap1の標的蛋白質である事を証明した。PLCεは、CDC25類似ドメインにてRap1グアニンヌクレオチド交換促進活性を持ち、Rap1活性化を通じてシグナルを自己増幅することを示した。4.線虫とヒトから新規Rap1,2特異的グアニンヌクレオチド交換促進蛋白質(GEF)RA-GEF-1,2を発見した。RA-GEF-1は、そのRAドメインにてRap1・GTPと結合してゴルジ装置へ移送され、そこに存在するRap1をそのGEFドメインにて活性化する自己活性化型のGEFである事を示した。一方、RA-GEF-2はRAドメインにてM-Ras・GTPと結合し、Ras/Rap1-GEF活性を有した。研究は、当初の研究計画の通り順調に進んでおり、以下に述べる結果を得た。1、RasとそのホモログRap1によるヒトRaf-1,B-Rafの異なった活性調節の分子機構の解明に成功し、Ras/Rap1によるRaf活性調節におけるRasアクチベータ領域とRafシステインリッチ領域間のRas翻訳後修飾依存性の第二の結合の強度の重要性を最終的に証明した。2、出芽酵母アデニル酸シクラーゼについても、その結果蛋白質CAPのN末端領域とシクラーゼC末端領域の複合体がファルネシル化されたRasの第二の結合部位であり、この第二の結合がRasによるアデニル酸シクラーゼの活性化に必須である事を遺伝学的、生化学的に証明し、結合認識の分子機構を予測した。標的蛋白質の活性化に於てRasの翻訳後修飾(ファルネシル化)が必須である分子機構が解明され、第二の結合の存在とその重要性が標的蛋白質の種類によらず普遍的であることが示唆された。3、線虫で発見した新規Ras標的蛋白質PLC210のヒトホモログ(PLC-εと命名)を同定し、Ras/Rap1とのGTP依存性結合、Ras,Rap1との共発現による細胞質から各々細胞膜およびゴルジ小体への移送とホスホリパーセC活性の活性化を示し、Ras/Rap1のエフェクターである事を証明した。PLC-εは、神経管周囲の未分化な神経前駆細胞特異的に発現されていた。

次年度の本研究において、Ras/Rap1による活性化の分子機構を詳細に解析する。4、線虫とヒトからRap1,Rap2に対してGTP依存性に結合するRAドメインとGDP-GTP交換促進活性を持つGEFドメインとの両者を有する二つの蛋白質RA-GEF-1,2を発見した。Rap1,2に対して、エフェクターとしてと活性制御因子としての両方の働きを有する可能性があり、その作用の分子機構を次年度において解析する。1.Ras/Rap1の第二の結合部位であるRafシステインリッチ領域がRaf第二保存領域CR2によってマスクされており、CR2内Ser-259の燐酸化によって開放され、Ras/Rap1結合能力を獲得するという燐酸化による調節機構を示した。この結果に基づき、RasとRafの第一の結合→細胞膜移行→CR2燐酸化→第二の結合→活性化というRasによるRaf活性制御の分子機構を提唱した。2.出芽酵母アデニル酸シクラーゼC末端領域とその結合蛋白質CAPとの複合体がファルネシル化されたRasの第二の結合部位であり、この第二の結合がRasによるアデニル酸シクラーゼの活性化に必須である事を遺伝学的・生化学的に証明した。標的蛋白質の活性化に於てRasの翻訳後修飾(ファルネシル化)が必須である分子機構が解明され、第二の結合の存在とその重要性が標的蛋白質の種類によらず普遍的である事が示唆された。3.昨年度発見したRas/Rap1結合能力を有するヒトホスホリパーゼC,PLCεについて、Ras,Rap1との共発現による細胞質から各々細胞膜およびゴルジ装置への移送とホスホリパーゼC活性の活性化を示し、Ras/Rap1の標的蛋白質である事を証明した。PLCεは、CDC25類似ドメインにてRap1グアニンヌクレオチド交換促進活性を持ち、Rap1活性化を通じてシグナルを自己増幅する事を示した。4.昨年度発見したヒト新規Rap1,2特異的グアニンヌクレオチド交換促進蛋白質(GEF)RA-GEF-1,2のうち、RA-GEF-1は、そのRAドメインにてRap1・GTPと結合してゴルジ装置へ移送され、そこに存在するRap1をそのGEFドメインにて活性化する自己活性化型のGEFである事を示した。一方、RA-GEF-2はRAドメインにてM-Ras・GTPと結合しRas/Rap1-GEF活性を有した。
即時型アレルギー疾患におけるサイトカイン産生異常の解析

〔目的〕アレルギー患者末梢血リンパ球及び好塩基球の,アレルゲン特異的刺激によるIL-4産生を直接測定し,両細胞間でIL-4産生細胞としての能力,及び特質を比較することにより,アレルギー発症機構における役割を明らかにする。〔方法〕患者末梢血よりパーコール比重遠心法,及びmagnetic beadsを用いたnegative selection法により,リンパ球及び好塩基球を単離し,ダニ抗原刺激により産生されるIL-4を,高感度のbioassay法を用いて測定した。〔結果と考察〕ダニRAST高値(Score>3)を示す患者のリンパ球及び好塩基球は,ダニ特異的刺激によりIL-4を産生した。好塩基球のダニ刺激によるIL-4産生能は、リンパ球と比較して,そのポピュレ-ョンの少なさを考慮しても十分に高く(20500倍),好塩基球はリンパ球と共に患者生体内でル-チ産生源としての役割を担っていると考えられる。好塩基球は低濃度(110ng/ml)のダニ抗原に応答し,高い値のIL-4を産生するのに対し,リンパ球のIL-4産生には高濃度(110μg/ml)のダニ抗原を必要とした。このアレルゲンに対する感受性の差異は,アレルギー発症におけるリンパ球と好塩基球の,IL-4産生細胞としての役割の違いを示唆する。一方,血清総IgE高値(RIST>2000IU/ml)を示し,ダニを含む複数のアレルゲンに対し高いRAST値を示す多感作患者リンパ球からは,ダニに対するIL-4産生を認めなかった。この結果は多感作患者は単感作患者と異なる発症機構を有することを示す。
西欧教会ならびにオペラ劇場の動学的音場解析と評価・再現

日欧の木造・石造建築物の比較測定に基づき、西欧教会、オペラ劇場の動的音楽音響特性を、そこで行われる演奏・儀礼との関係に基づいて明らかにした。上下方向に移動変化する音楽音響に既存の評価法がなかったため、相関解析を用いてこれを定式化し数理を準備した。これを用い、作曲家リヒャルト・ヴァーグナーが設計に直接関与したバイロイト祝祭劇場の音楽音響ダイナミクスを、ヴァーグナー楽劇の上演を伴って収録解析した。その成果に基づいて空間演奏の要素を伴う指揮の技法を初めて体系化、国際公刊した。この過程で創出した新しい非線形音楽音響解析手法群を適用し、古代ギリシャ・ハルモニアのヘテロダイン共鳴などの機構も明らかにした。2011年から13年までの前回科研の成果に基づき2014年の研究を遂行した。ドイツ連邦共和国バイエルン州バイロイト祝祭劇場との共同測定をボローニャ大学工学部環境工学科マッシモ・ガライ研究室との共同実験として実施した。ヴァーグナー本人が指定し今日では殆ど守られることのない、奈落の底からの歌唱や舞台上最高部、キャットウオークでの歌唱と、その電子音響的な増幅・調整を通常の線形・非線形音場評価に加えて行った。我々はこれに対しaugmented amplificationの考え方でバイロイト祝祭劇場という楽器そのものを響かせるアプローチを採用した。高所や奈落の底などの位置に、場合によっては壁面に向け観客と反対方向に音を放射し、十分な建築側壁反射を伴う響きを得るようにした。これに伴う多重反射で通常は言語の明瞭度が損なわれる。そこでスピーカー設置後の響きの伝達関数を測定し、その逆関数を予めPAに際してイコライジング処理することで原理的に音声言語明瞭度を一切失わないまま歴史的建造物の建築音場を生かす電子音響併用の演奏システムを構築し、ヴァーグナー自身の指定に従って「パルジファル」「ニーベルングの指環」「トリスタンとイゾルデ」などの部分上演をシステムを用いるものと用いないもの双方の条件で3次元音場収録実施、有効な結果を得、解析を進めている。音場内での言語認知の明瞭度評価については本質的にはヒト脳の言語認知そのものを探知、評価するのが最も原理的である。そこで研究代表者が1997ー9年にかけ理論付けを行った音声言語のシニュソイダル分解と弦合成のシステムを組み直し、長年ご協力を得ている株式会社島津製作所の近赤外光スペクトロスコピーによる脳血流可視化システム(fNIRS)を用いた認知評価を行った。ヒト脳内で言語認知が発生した際に前頭前野連合野のニューロンで発生するシグナルの観測に初めて成功した。平成26年度に実施したバイロイト祝祭劇場建造以来初めてのヴァーグナー楽劇時空間解析は十分な成果を収め、後続研究を展開することとなったが、二つの問題が明確化した。一つは容積的に考えオペラハウスは現在の物理測定での限界に近く、ゴシック大聖堂などの測定にインパルス応答などを用いる場合、高出力の試験音波を発生させる必要があるが、そのようにして得られた結果は必ずしも人間の声や楽器音響がその空間内で響いた際の応答と一致しないことで、測定法の改善が必要であること。いまひとつはパリで発生した自爆テロ以降、私たちが測定対象として考えている歴史的教会のいくつかがテロのターゲットになっている可能性を指摘された事である。そこでこれらを踏まえ方針を小変更し、新測定系の開発を開始、同時に新たな研究目標を立て多くの成果が得られた。ゴシック聖堂の音響分析は西欧音楽におけるポリフォニー創発のメカニズムを探ることが本質的な目標であるが、更に音楽史を遡り古典古代西欧のハルモニア成立のメカニズムを実測とシミュレーションを併用して解析、14分音などで定義されるエンハーモニックが差分低音のヘテロダイン共鳴で保持される事実を明らかにした2各種陰影音階で用いられる3分音、8分の3音などの音程も同様に差分ヘテロダインの構造を持つことを明らかにした32世紀プトレマイオスのへリコンを物理的に再現した。これは2007年A. Barkerによる再現と独立して行った2000年振りの再現である4ヘリコンが実現している内分共鳴を一般化、有理数次倍音を導入することで琴柱1本のモノコードから短三和音、増三和音、減三和音など多様な響きを導き出すことに成功した。これは同時にゲーテが彼の「和声学」で提起している短調のジレンマを解決したことをも意味している。琴柱を2本以上用いる分割共鳴の新たな理論枠組みと実験を引き続き継続している西欧教会とオペラハウスの音響ダイナミズムをプローブとしてポリフォニーという西欧音楽の構造そのものの本質の解明が本研究の長期的な課題であるが、今年度の進展は古代ギリシャにおける「1音」Tonosの定義に物理的な共鳴実体を与え、そこから敷衍してハルモニアとクロマティズムのすべてに音楽音響の基礎付けを与える事が出来たという意味で歴史的価値を有する。すなわち従来は「完全4度と完全5度の間に生まれる音程差」を「一音」と定義し、古典的な弦長の比で考察されていた古代音楽学に19世紀以降のフーリエ解析の手法を導入、振動数比8:9のトノスが差分音程1=8の3オクターヴ下に相当する唸り=差分低音を同時に鳴らすために安定共鳴する事実を古典音楽学に導入、同様の手法(ヘテロダイン共鳴解析)で古典古代ハルモニアの一通りの問題系を一挙に解決することが出来た。詳細については来年度以降の継続的に研究の深化を進める。

ハルモニア研究の対象であるプトレマイオス「ヘリコン」の再現からは、一般に自然数で示される倍音インデックスを有理数=分数に拡張し「内分共鳴」の構造を一般化することで、近代以降の三幹音を基礎とする和声とはまったくことなる「内分共鳴」現象を一般化し、副産物として別の古典的問題の解決が得られた。J.W.von Goetheは世界各地の民族舞踊の少なく見積もっても半分が短調の響きを持つのに、自然倍音列からは短三和音が容易に得られないジレンマに気づき問題として提示したが解決することは無かった。差分共鳴の観点から一弦琴を分割すると元の弦長と内分2弦長はフィボナッチ数列をなす。ここから2:3:5あるいは3;5;8という基本的な短三和音の数比を一弦琴上で再現、ゲーテのジレンマを解決するとともに素数共鳴などの基本的な現象を発見、体系化の仕事に着手している。建築音響の脳認知を用いた測定に関しても新たな開発に着手した。最終年度は今回科研と前回併せて6年のまとめと後続研究準備に注力した。西欧教会音楽、オペラ上演の空間音楽音響の現出に焦点を当て、かつて存在しない指揮法のテキストModern Principles for Music Conducting(Tokyo University Press、英文)を執筆、ドイツ、イギリス、アメリカの研究協力者と内容を精査し出版を準備した。2016年9月刊行の予定は、5月に科研出張からの帰国時の交通事故、怪我により刊行が遅れ2017年中に発行予定である。バイロイト祝祭劇場におけるヴァーグナー楽劇の時空間設計に原形を与えたゲーテ戯曲の空間演出、ならびにゲーテ「楽音論」の検討から、ゲーテが批判しつつ立脚したニュートンの色彩/音律仮説、デカルトの局座標調和論から古代ギリシャ・ハルモニアに至る時空間の調和理論をデジタルシステムで検証、「楽音論」新訳を含む出版を準備している。過去6年の科研の総決算として、日本学術振興会の科研費研究の価値還元プロジェクト「ひらめき☆ときめきサイエンス」を申請、採択され、東京大学大講堂にて中学高校生向けの管弦楽とオペラの空間演奏、脳機能可視化等を伴う音楽教室を実施。本研究で確立した数理物理認知の基礎的方法を中学高校また大学教養レヴェルで一般的に取り扱うテキストを準備、木造石造の違い、西欧教会と日本国内の建築/宗教祭祀例との対照を含め東京大学出版会からテキスト出版を準備、Modern Principles for Music Conductingに続きの上梓を予定している。これらに基づき「ひらめき☆ときめきサイエンス」を学振で担当された有機化学の白川英樹・筑波大学名誉教授と実空間内での音波の局在と伝播を有機導体、有機振動体(ピエゾフィルムなど)で観測制御する関連基礎の共同研究を開始、2017年4月現在、知財申請準備を進めている。日欧の木造・石造建築物の比較測定に基づき、西欧教会、オペラ劇場の動的音楽音響特性を、そこで行われる演奏・儀礼との関係に基づいて明らかにした。上下方向に移動変化する音楽音響に既存の評価法がなかったため、相関解析を用いてこれを定式化し数理を準備した。これを用い、作曲家リヒャルト・ヴァーグナーが設計に直接関与したバイロイト祝祭劇場の音楽音響ダイナミクスを、ヴァーグナー楽劇の上演を伴って収録解析した。その成果に基づいて空間演奏の要素を伴う指揮の技法を初めて体系化、国際公刊した。この過程で創出した新しい非線形音楽音響解析手法
再認記憶の脳領野間ネットワークダイナミクス：サルｆＭＲＩ賦活領域の硬膜下電極記録

平成24年度までに,再認記憶課題遂行中のマカクサルに対する機能的磁気共鳴機能画像法(fMRI)実験を行い,ヒトとサルに共通の記憶想起に関わる大脳ネットワークを同定し,その成果を米国Neuron誌に報告した。平成25年度は,記憶記銘時の脳活動に着目し,サルの大脳のどの領域が,後の記憶想起の成否を予測するかを調べた。すると,サルにおいてもヒトと同様に,海馬を中心とする内側側頭葉が記憶記銘の処理に深く関わることが示された。内側側頭葉の中でも嗅周皮質は親近性に基づいた記憶の記銘,海馬と嗅内皮質は回想に基づいた記憶の記銘に関わり,機能分化していることが分かった。嗅周皮質,海馬はヒトでもそれぞれ,親近性,回想に基づいた記銘に関わることが知られ,ヒトとサルに共通の神経基盤の存在が示唆された。ヒトではサルに比べて解剖・組織学的な知識が少なく, MRIを用いた領野間の境界描出法が確立されていない。解剖学的知識が豊富なサルを用い,高空間解像度の機能画像をもとにマッピングを行った本研究の結果は,これまでヒトの海馬傍回皮質が担っていると考えられてきた記憶処理に関わる機能が,実際には嗅内皮質で処理されている可能性を示唆した。これらの知見をまとめた原著論文は平成26年1月に米国The Journal of Neuroscience誌に掲載された。ヒトを対象とした研究では,再認記憶想起時に活動する脳領域の一部は,記憶の強さなど記憶に対する主観的な評価と関係することが知られている。このように記憶の状態を評価しモニタリングする認知機能をメタ記憶といい,ヒトが意思決定をするときに重要な役割を果たすことが知られ,近年活発に研究されている。再認記憶課題に記憶の自信度を評定するメタ記憶課題を追加し,サルの訓練を行った。(抄録なし)2頭の覚醒下サルに,自然物や建物などの4枚のピクチャリストを記銘させ10秒程度の遅延時間の後に提示されるターゲットピクチャが見たものか否かを判断させる認知記憶課題を遂行させ,課題遂行中の脳活動を記録する事象関連型fMRI実験を行い,サルの再認記憶の想起に関わる脳領域を同定した。その結果,ヒトの先行研究と同様に,前頭葉・外側頭頂葉・内側頭頂葉・海馬にわたる広い範囲に強い賦活が同定され,賦活領域は2頭の間で強く再現した。このうち特に外側頭頂葉については近年のヒトを対象としたfMRI研究により再認記憶への関与が初めて知られるようになった領域で,それが再認記憶想起の過程においてどのような機能を担っているかについてははっきりと分かっておらず,現在も議論が続いている。外側頭頂葉のような特定の領域の機能を調べるためには,より統制された条件下で実験が可能なモデル動物を用いた研究が有用であるが,動物を用いた比較研究は現在までほとんど行われていない。なぜなら,ヒトの外側頭頂葉のうち再認記憶想起に関わる下頭頂小葉と呼ばれる領域は進化的に新しく,サル以下の下等動物において細胞構築学的に相同な領野は存在しないと考えられてきたためである。本研究課題の本年度の成果として初めて明らかになったサルの再認記憶の想起に関わる頭頂葉領域は,ヒトと同様の実験パラダイムをサルに適用することによって同定された領域で,かつ,他の領野との機能的結合がサルとヒトで似通っていることから,ヒトの下頭頂小葉と機能的に相同と考えられる。次年度以降の本研究課題を含む今後の研究によって,サルのこの領域の機能が,侵襲的な手法を組み合わせたより詳細な方法で調べられれば,頭頂葉の記憶想起過程における役割が明らかになり,ひいては,ヒトの再認記憶想起過程における外側頭頂葉の機能の理解が深まることが期待される。平成23年度に機能的磁気共鳴機能画像法(fMRI)実験を行い,ピクチャの記憶想起課題遂行中の2頭の覚醒下サルにおいて,再認記憶の想起に関わる脳領域を同定した。記憶想起に関わる領域は後部頭頂葉,前頭葉、内側側頭葉に代表される大脳皮質の広範な範囲に及んでいた。それを踏まえて,24年度には,覚醒状態のサルに対して安静時の自発的活動を計測し,同定した領域間の機能的結合を調べ,その強弱により,再認記憶関連領域を複数のグループ(モジュール)に分割した。すると,後部頭頂葉で見つかった二つの代表的な活動領域-下頭頂小葉と頭頂間溝-は,それぞれ違うモジュールに属し,それぞれ,記憶したピクチャリストの最初(初頭効果)と最後(新近効果)の想起に関与することが分かった。過去のヒトを対象としたfMRI研究においては,再認記憶の想起時に後部頭頂葉の関与が一貫して報告されてきたが,サルで後部頭頂葉と記憶想起の関係を示したのは本研究課題が世界で初めてである。後部頭頂葉の中でも初頭効果と相関して活動する領域は,記憶への関与が知られている内側側頭葉の海馬と課題遂行中に結合を強めることも確かめられ,サルの後部頭頂葉は海馬と相互作用することで長期記憶の想起に関与することが示唆された。後部頭頂葉はヒトで特によく発達した進化的に新しい領域であり,サルの後部頭頂葉にヒトと機能的に相同な領域が存在し,それが機能と神経結合の両方で分化していることは,ヒトに特有の認知能力の神経基盤を解明するうえで大きな手かがりとなる。

サルはシステム神経科学の分野でモデル動物として研究されてきており,過去の知見と組み合わせることでヒトの記憶の想起のメカニズムに対する理解が深まることが期待される。これらの知見をまとめた原著論文は25年2月に米国Neuron誌に掲載された。平成24年度までに,再認記憶課題遂行中のマカクサルに対する機能的磁気共鳴機能画像法(fMRI)実験を行い,ヒトとサルに共通の記憶想起に関わる大脳ネットワークを同定し,その成果を米国Neuron誌に報告した。平成25年度は,記憶記銘時の脳活動に着目し,サルの大脳のどの領域が,後の記憶想起の成否を予測するかを調べた。すると,サルにおいてもヒトと同様に,海馬を中心とする内側側頭葉が記憶記銘の処理に深く関わることが示された。内側側頭葉の中でも嗅周皮質は親近性に基づいた記憶の記銘,海馬と嗅内皮質は回想に基づいた記憶の記銘に関わり,機能分化していることが分かった。嗅周皮質,海馬はヒトでもそれぞれ,親近性,回想に基づいた記銘に関わることが知られ,ヒトとサルに共通の神経基盤の存在が示唆された。ヒトではサルに比べて解剖・組織学的な知識が少なく, MRIを用いた領野間の境界描出法が確立されていない。解剖学的知識が豊富なサルを用い,高空間解像度の機能画像をもとにマッピングを行った本研究の結果は,これまでヒトの海馬傍回皮質が担っていると考えられてきた記憶処理に関わる機能が,実際には嗅内皮質で処理されている可能性を示唆した。これらの知見をまとめた原著論文は平成26年1月に米国The Journal of Neuroscience誌に掲載された。ヒトを対象とした研究では,再認記憶想起時に活動する脳領域の一部は,記憶の強さなど記憶に対する主観的な評価と関係することが知られている。このように記憶の状態を評価しモニタリングする認知機能をメタ記憶といい,ヒトが意思決定をするときに重要な役割を果たすことが知られ,近年活発に研究されている。再認記憶課題に記憶の自信度を評定するメタ記憶課題を追加し,サルの訓練を行った。本研究課題の目的を達成するための第一段階目の目標として定めた,事象関連型fMRI実験によるサルの再認記憶に関わる脳領域の同定が完了した。平成二十三年度末現在,この研究成果に関して対外発表を行う準備旨を進めている。当初の計画通り,記憶想起課題遂行中のサルの全脳の神経活動をfMRIによって調べ,ヒトと相同の記憶想起関連領域を同定することができた。ヒトと同様に,記憶想起に相関した活動が頭頂葉の広範な領域で確かめられ,記憶想起に加えて記憶の確信度判断を要求する課題を習得させたサルを用いて,より主観的な記憶想起に関わる領域を絞り込んでいくための準備が完了した。当初の計画通り,本研究課題でこれまでに明らかになった再認記憶の想起に関わる領域の機能をより詳細に検討するために,サルに想起した記憶に対する主観的な確信度判断を要求する課題を付け加え,サルの確信度に応じた脳賦活の違いをfMRI法を用いて調べ,サルにおける主観記憶処理プロセスをヒトと比較検討する予定である。それが完了したら,頭頂葉や海馬などの記憶想起への関与が同定された領域に皮質電位を記録するための電極を埋め込み,これらの領域の応答のダイナミクスを高い時間解像度で記録・解析し,再認記憶想起のネットワークダイナミクスを調べる予定である。ヒトを対象とした研究では,再認記憶想起時に活動する脳領域の一部(本研究課題でサルにも同様の活動が確かめられた脳領域の一部)は,記憶の強さなど記憶に対する主観的な評価と関係することが知られている。
注意及び認知の発達に関する研究

目的:児童及び成人の随伴性陰性変動(CNV)とその後の脳波回復過程を研究することで、注意、認知などに関する脳機能の発達的変化を明らかにすること。対象:成人7名(平均260.57±21.1ヶ月)、児童8名(平均110.63±152ヶ月)。方法:被験者に刺激間間隔2秒、50%確率の音刺激弁別ボタン押し課題を課し、CNVを測定した。また、ウィスコンシンカード分類課題、WISC-III知能検査の「積み木模様」「数唱」「迷路」K-ABCの「位置探し」を施行した。そして、非標的時すなわちボタン押しをしなかった時のFz、Czにおける早期及び後期CNVの振幅、CNV解消時間を、成人群と児童群で比較した。そして、早期及び後期CNVの振幅、CNV解消時間と認知検査粗点の相関を見た。結果:早期及び後期CNV振幅は成人群-児童群間で有意差は認められなかった。Fzにおいて後期CNVが出現した成人7名と児童7名のCNV解消時間は、成人群が児童群よりも有意にCNV解消時間が短かった(p<0.01)。Czにおいて、後期CNVが出現した成人7名と子ども5名のCNV解消時間は、成人群-児童群の間で統計的有意差は認められなかった(t=-1.99,p=0.74)。早期及び後期CNVの振幅、CNVの解消時間と認知検査スコアの相関は、Czで導出された後期CNV振幅とWISC-IIIの「迷路」に有意な相関(r=.604,p<0.05)が認められたが、他では認められなかった。結論:CNV振幅には成人-児童間で明らかな差が認められないが、後期CNVが出現した対象者のCNV解消時間を比較するとFzにおいて、成人群が児童群よりも有意に短く、注意して反応した後の脳内の過程に児童-成人間で差があることが示唆された。そして、CNV振幅とその解消時間は加齢に伴う視覚記憶、聴覚記憶、実行機能課題などのスコア向上とは関係がないと推察された。本研究は、事象関連脳電位の一つである随伴性陰性変動(CNV)とCNV回復過程を用いて、注意の発達を引き起こす脳機能の発達的変化を明らかにすることを目的としたものである。本年度は、CNV、CNV解消課程に影響を及ぼす要因をとらえるため、成人12名(男子6名、女子6名;平均年齢21歳7ヶ月±8ヶ月)を対象とし5種の異なる条件を用いてCNVおよびその解消課程を測定した。実験した5種の条件とは、第1刺激(S1)の2秒後に提示される第2刺激(S2)直後にボタン押し反応を課した1)単純運動反応課題条件、S1後2秒後に提示される2種のS2刺激のうち標的刺激の直後に運動反応することを課した2)弁別運動反応課題標的条件、非標的刺激の際に反応させない3)弁別運動反応課題非標的条件、S1後2秒後に提示される2種のS2刺激のうち標的刺激を心的に数えさせる4)弁別計数課題標的条件、非標的刺激を無視させる5)弁別計数課題非標的条件であった。12名の被験者のGrand averageを用いて5条件のCNV、CNV解消課程を比較した結果、CNVの平均振幅には各条件間で統計的有意差は認められなかった。一方、CNV解消課程においてCNVが基線に回復するまでの時間いわゆるCNV解消時間は単純運動反応課題条件が最も長く、その他の条件との間に統計的有意差が認められた。これ以外の条件間にはCNV解消時間の統計的有意差は認められなかった。この結果から、CNV解消課程には第2刺激の弁別の有無がもっとも強く影響することが推察された。次年度は、CNV、CNV解消課程の波形を成人と小児で比較し、その差について研究する予定である。そして刺激弁別能力と関係する認知機能を評価し認知機能の発達的変化とCNV、CNV解消課程の関係についてもとらえたい。

早期及び後期CNVの振幅、CNVの解消時間と認知検査スコアの相関は、Czで導出された後期CNV振幅とWISC-IIIの「迷路」に有意な相関(r=.604,p<0.05)が認められたが、他では認められなかった。結論:CNV振幅には成人-児童間で明らかな差が認められないが、後期CNVが出現した対象者のCNV解消時間を比較するとFzにおいて、成人群が児童群よりも有意に短く、注意して反応した後の脳内の過程に児童-成人間で差があることが示唆された。そして、CNV振幅とその解消時間は加齢に伴う視覚記憶、聴覚記憶、実行機能課題などのスコア向上とは関係がないと推察された。
ボリウム自動調節型補聴器の開発

ボリウム自動調節型補聴器を開発する目的で基礎的、臨床的研究を行った。ボリウム自動調節型(ノンリニアー)補聴器は、会話音のレベルの変動にあわせて補聴器の利得(増幅度)が変化する。その結果、いろいろなレベルの会話音が快適なレベルで聞き取れる利点がある。しかし、レベルを変化させる補聴器の動作が会話音の明瞭度を低下させる可能性がある。以上の長所と欠点の評価を2音節語表で検討した。新しい知見として得られた研究結果は以下のようであった。1)感音性難聴患者では、第2音に対して第1音がその言語情報を遮蔽し、明瞭度を低下させるように作用した。2)老人性難聴患者では、アナログ・リニアー増幅型補聴器(ボリウム固定型補聴器)、アナログ・ボリウム自動調節型補聴器、およびデジタル・ボリウム自動調節型補聴器の3種類の補聴器いずれにおいても、レベルの低い語音の聴取で明瞭度を改善させる効果があった。3)アナログ・リニアー補聴器に比較して、ボリウム自動調節型補聴器では語音のレベルが低いときに明瞭度をより大きく改善させる効果があった。4)ボリウム自動調節型補聴器では、語音のレベルが高いときに明瞭度を悪化させない効果があった。5)ボリウム自動調節型補聴器におけるアナログ増幅とデジタル増幅の比較では、デジタル増幅が語音のレベルが低いときにより有効であった。以上の研究成果は、デジタル補聴器(ソニー方式)の開発に貢献し、また、デジタル補聴器(HD10)の難聴にあわせた適合法の開発に貢献した。研究成果の報告として、6編の研究発表を行い、図書1編を発刊した。平成7年度の研究成果として、以下の成果を得た。1)ボリウム自動調節型補聴器を開発するためのマスター補聴器(試作器)を作成した。試作器は、a)外界の音のどの範囲のレベルを増幅することが雑音の少ない補聴器となるか、b)外界の音のどのレベルに入力に対して、どの程度の増幅度がもっとも適切であるか、c)雑音の程度に応じてどのような調整と条件の変更を加えるべきか、の3点を検討する目的にかなったものとなった。2)ボリウム自動調節型補聴器を評価するための検査音源を作成した。この検査音源は、研究代表者が作成した無意味2連音節語音でDATに録音したものを、10dB間隔で異なる3つのレベルで提示できるように編集したものである。3)検査音源を使用し、コントロールを得る目的で正常聴力者を用いて、語音明瞭度検査を行い結果を解析した。2連音の聴取では、第1音の明瞭度は第2より低下する。この原因には、聴覚の情景分析の現象が関与していると考えられた。4)感音性難聴で研究を開始した。この補聴器の有効性を検討するために、はじめに、連続して発声された語音(2連音節語音)の性質の検討を行った。2連音節語音では、第1音の明瞭度は第2音より低く、その原因は発声を連続して行うことであった。正常聴力者と感音性難聴患者を比較すると、感音性難聴患者では、第2音に対して第1音がその語音情報を遮蔽し、明瞭度を低下させるように作用した。以上の知見は独創的である。ついで、ノンリニアー増幅の効果を検討した。具体的には、老人性難聴を対象とし、2連音節語表を使用し、検査語音のレベルを変化させて聴取させ、各レベルの第1音と第2音の語音明瞭度を求めた。さらに、同一条件で検査語音を呈示し、アナログ・リニアー増幅型補聴器(ボリウム固定型補聴器)、アナログ・ボリウム自動調節型補聴器、およびデジタル・ボリウム自動調節型補聴器の3種類の補聴器を使用して聴取された。3種類のいずれの補聴器も、レベルの低い語音の聴取で明瞭度を改善さる効果があった。

アナログ・リニアー補聴器に比較して、ボリウム自動調節型補聴器では語音のレベルが低いときに明瞭度を改善させる効果があった。また、語音のレベルが高いときに、明瞭度を悪化させない効果があった。ボリウム自動調節型補聴器におけるアナログ増幅とデジタル増幅の比較では、デジタル増幅が語音のレベルが低いときにより有効であった。以上の結果は新しい知見である。
水酸化カルシウム貼薬が接着性根管充填用シーラーに及ぼす影響の解析

本研究の中で、接着性根管充填用シーラーを用いたときのガッタパーチャで占められた面積の割合(PGP)に対する、水酸化カルシウム製剤であるカルシペックスIIを貼薬したときの影響を評価した。カルシペックスIIを用いた根管に根管充填を行う際に、Thermafil法用いると、カルシペックスIIの影響を受けにくく、根管封鎖性が高まり、また、シングルポイント法を行う場合には、メタシールを用いることによって、同様に根管封鎖性が高まることが明らかとなった。本研究は、有用な根管貼薬剤として頻用されている水酸化カルシウム製剤が接着性根管充填用シーラーに及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。初年度に当たる平成21年度は、透明レジン製規格根管模型を用いた実験系で、洗浄後の根管内にある水酸化カルシウム製剤の残存状態を解析し、根管形態と残存状態の関連を調べた。レジン製透明根管模型に、作業長を根尖相当部から1ミリ短い長さとして次の3種類の方法;1.Kファイルを用いた従来法2.Kファイルを用いたステップバック法3.Ni-Ti製ファイルのエンドウェーブを用いた方法で根管拡大を行った。その後プレミックスタイプの水酸化カルシウム製剤であるカルシペックスIIを拡大した根管内に貼薬し、水硬性仮封材であるキャビトンで仮封後37°C湿度100%で3日間保管した。次に仮封材を除去し、臨床で頻用されている次亜塩素酸ナトリウム+過酸化水素水の交互洗浄でカルシペックスIIの除去操作を行い、除去後の残存状態を設備備品として購入したデジタルマイクロスコープを用いて詳細に観察した。その結果、エンドウェーブで形成された根管が最も効果的にカルシペックスIIを除去できるが、根尖近くの根管内のカルシペックスIIは完全には除去できないことを確認した。次に除去操作を行っても根尖近くに残存するカルシペックスIIがその後の根管充填に使用する接着性根管充填用シーラーにどのような影響を与えているかについて解析するために、根尖部にカルシペックスIIが残存した状態を再現した実験系の確立を試みた。レジン製透明根管模型にエンドウェーブを用いて根管形成を行い、マイクロシリンジを用いてカルシペックスIIを5mg根尖部に注入した状態が、根管洗浄後に最も多くカルシペックスIIが残存した状態に近いことが確認されたため、この実験系を用いて平成22年度の研究を遂行することとした。研究2年目にあたる平成22年度は、平成21年度で確立した、水酸化カルシウム製剤のカルシペックスIIがNiTi製ファイルのエンドウェーブで根管形成した透明レジン製規格根管模型の根尖部に残存した状態を再現した実験系を用いて、根管充填用シーラーとして接着性根管充填用シーラーのスーパーボンド根充シーラー、ユージノール系のキャナルス、非ユージノール系のキャナルスN、および水酸化カルシウム系のシーラペックスを使用して、シングルポイント法あるいはThermafil法のいずれかで根管充填を行った場合に、残存したカルシペックスIIが根管封鎖性へどのような影響を及ぼしているかについて調べた。根管封鎖性の評価は根尖側1ミリおよび3ミリにおけるガッタパーチャ充填率を求めることで行った。その結果、キャナルスおよびシーラペックスはシングルポイント法およびThermafil法のどちらの場合も、残存したカルシペックスIIの影響を受けて根管封鎖性が低下することが判明した。一方、スーパーボンド根充シーラーとキャナルスNはThermafil法を用いると、残存したカルシペックスIIの影響を受けにくいことが明らかとなった。このことから、カルシペックスIIを根管貼薬剤として臨床応用する際には、シーラーにスーパーボンド根充シーラーあるいはキャナスルNを用いたThermafil法で根管充填を行うと、根管封鎖性が高まり良好な臨床成績が得られる可能性が示唆された。研究の最終年度である平成23年度では、今回の実験系を用いて国内で市販されているリアルシールSEシーラーおよび海外でのみ市販されているMetaSealについて残存したカルシペックスIIの影響を明らかにする予定である。平成21年度で確立したNiTi製ファイルのエンドウェーブで根管形成した透明レジン製規格根管模型の根尖部に水酸化カルシウム製剤のカルシペックスIIが残存した状態を再現した実験系を用いて、平成22年度で得られたレジン系シーラーのスーパーボンド根充シーラー(以下SBS)と非ユージノール系シーラーのキャナルスNはThermafil法(以下TF法)を用いると、残存したカルシペックスIIの影響を受けにくいという結果をもとに、成分の異なるレジン系シーラーであるAH plus jet(以下AH)とMetaSeal(以下MS)についてSBSとともに残存したカルシペックスIIの影響を分析した。

根管充填法としてシングルポイント法(以下SP法)とTF法を用い、SP+AH群、SP+MS群、SP+SBS群、TF+AH群、TF+MS群、TF+SBS群の6群に分けて、全ての標本を作業長から1mmと3mmの位置で水平に切断し、断面積に対してガッタパーチャが占める面積の割合(以下PGP)を測定し解析を行った。その結果、作業長から1mmでは、SP+MS群はSP+AH群とSP+SBS群よりもPGPは有意に大きく、作業長から3mmでは、SP+MS群とSP+AH群の方が、SP+SBS群よりPGPは有意に大きいことが判明した。また、3つのシーラーとの組み合わせにおいて、TF法の方がSP法よりPGPは有意に大きく、作業長から1mmと3mmにおいて、TF+AH群、TF+MS群、TF+SBS群のPGP間には有意差が認められなかった。このことからカルシペックスIIを根管貼薬剤として用いた根管に根管充填を行う際に、TF法を行う場合には、AH、MS、SBSを用いると、カルシペックスIIの影響を受けにくく、根管封鎖性が高まり、また、SP法を行う場合には、MSを用いることによって、同様に根管封鎖性が高まることが明らかとなった。
口腔癌低酸素微小環境と癌浸潤メカニズムの解明

口腔癌におけるEMTに関わる癌微小環境の解析として、まずin vitroにおいて口腔癌細胞を用いて微小環境に存在する細胞群のEMTへの関与とその役割を明らかにすることを目的とする。口腔癌細胞株OSC-19をGFPでラベルした後で、CD11b骨髄細胞および血管内皮細胞共存下に培養し、低酸素および通常酸素分圧で培養した際の細胞形態およびEMT関連蛋白(TWIST, Snail, Slug)の発現度を解析した。その結果、通常酸素分圧に比較し、低酸素環境化で培養した癌細胞でより運動能の上昇が認められた。さらに癌の微小環境に存在する細胞群においても低酸素下における細胞の運動能上昇を認めた。固形癌の低酸素領域では周辺組織への浸潤と転移、そして放射線治療や抗癌剤への耐性などの悪性化因子が増加する事が知られている。癌の低酸素領域では低酸素誘導転写因子(hypoxia-inducible factor-1; HIF-1)が多くの癌細胞で活性化される。これまでの実験結果で口腔癌細胞に対して放射線治療を行った際に腫瘍内において低酸素状態が誘導される事を見出した。さらに腫瘍内の低酸素がより誘導される条件下では癌のリンパ節転移が促進されるかどうかをルシフェレースを導入した舌がん細胞株を用いてインビボイメージングシステムを用いて計測した。その結果、急性の低酸素を誘導した条件下では癌の頸部リンパ節転移が促進される事を発見した。本研究では口腔癌におけるEMTに関わる癌微小環境の解析として、まずin vitroにおいて口腔がん細胞OSC-19を用いて、微小環境に存在する細胞群のEMTへの関与とその役割について解析を行った。ヒト舌がん細胞株であるOSC-19細胞をレトロウィルスを用いてGFPでラベルした後で、CD11b+骨髄細胞および血管内皮細胞を共存下に培養し、低酸素および通常酸素分圧で培養し、その際の細胞形態およびEMT関連タンパクの発現度を解析した。さらにこれらの細胞を三次元培養し、癌細胞の浸潤能の変化を観察したが、明らかな違いは見出せなかった。今後さらに条件検討を繰り返した後、再検討を行う予定である。口腔癌におけるEMTに関わる癌微小環境の解析として、まずin vitroにおいて口腔癌細胞を用いて、微小環境に存在する細胞群のEMTへの関与とその役割を明らかにする。口腔癌細胞株OSC-19をGFPでラベルした後で、CD11b骨髄細胞および血管内皮細胞共存下に培養し、低酸素および通常酸素分圧で培養した際の、細胞形態およびEMT関連蛋白(TWIST,Snail,Slug)の発現度を解析した。その結果、通常酸素分圧に比較し、低酸素環境下で培養したがん細胞でより運動能の上昇が認められた。現在はこれらの細胞のEMTにおける役割を解明している。またこれらの細胞を3次元培養し、癌細胞の浸潤能の変化を調べている。癌の基礎研究今年度の予定として上記に加えて分子メカニズムの解明を目標としているが、現在解析中で間もなく結果が明らかになるものと思われる。今後はEMTを起こした口腔癌細胞の薬剤耐性メカニズムの解明を行う予定である。研究が順調に進んだ為実験回数が当初計画より少なくてすんだ為。また研究に尽力し学会参加を本年度はおこなわなかったため。新たに実験を計画している事と実験動物および飼育費用の上昇に当てる予定である。