hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
副作用のないステロイド薬の開発に繋がる創薬ターゲットに関する研究

慢性閉塞性肺疾患(COPD),アトピー性皮膚炎および関節リウマチなど慢性炎症を基礎とする疾患は増加傾向にあり,現代の大きな社会問題となっている.これら慢性炎症の殆どは難治性であり,非ステロイド性抗炎症薬では十分に奏効せず,一方,グルココルチコイド製剤は長期投与によって重篤な副作用を生じる.グルココルチコイドのように奏効し副作用が少ない高品位な医薬品の開発を行うために,我々は,多くの漢方方財に含まれる甘草の主成分であるグリチルリチン(GL)をそのリード化合物となり得ると考え,研究を進めてきた.本研究により,GLは核内で転写因子NF-kBのp65サブユニットタンパク質のDNA結合を抑制することが判明した.すなわち,GLの作用部位は核内でNF-kBと複合体を形成し得るタンパク質である可能性が高いと考えられた.この仮説を元に,種々の検討を行った結果,GLの結合部位の1つはHMGB1と呼ばれる核内に豊富に存在するタンパク質であり,GLがHMGB1のNF-kBの共役因子としての作用を抑制した可能性が考えられた.しかしながら,マイクロアレイ解析法にて調べたGL処理細胞での遺伝子発現様式の変化は,HMGB1の欠損細胞での解析結果として報告されているものと必ずしも一致せず,HMGB1以外にもGL野作用部位が存在する可能性が推定された.これらの成績は,GLのユニークな薬理作用が複数の結合部位に同時に作用した結果である可能性を示唆しており,新規抗炎症薬の開発原理を考える上で興味深い.慢性閉塞性肺疾患(COPD),アトピー性皮膚炎および関節リウマチなど慢性炎症を基礎とする疾患は増加傾向にあり,現代の大きな社会問題となっている.これら慢性炎症の殆どは難治性であり,非ステロイド性抗炎症薬では十分に奏効せず,一方,グルココルチコイド製剤は長期投与によって重篤な副作用を生じる.グルココルチコイドのように奏効し副作用が少ない高品位な医薬品の開発を行うために,我々は,多くの漢方方財に含まれる甘草の主成分であるグリチルリチン(GL)をそのリード化合物となり得ると考え,研究を進めている.本研究では,GLの作用機序の詳細を分子レベルで解明,最終的には受容体を同定し,新規創薬ターゲットとして提唱することを目的としている.本年度は,主に,炎症性サイトカインシグナルにおけるGLの阻害部位を明らかとし,GL受容体を検索するためのソースを絞り込むことと,GLの実効性をより明確にするためのin vivo試験を行った.その結果,GLは転写因子NF-κBの活性抑制作用をもつものの,そのサブユニットであるp65タンパク質の核移行には影響しないことがわかり,GLの作用部位が核内にあることを強く示唆するデータを得た.一方,GLは転写因子NF-κBに繋がるLPSだけでなくSTAT6の活性化を生じるTh2サイトカインによる気道粘液の産生亢進にも著明な抑制作用をもつことが判明し,GL受容体が種々の炎症を引き起こすNF-κBおよびSTAT6の両転写因子を抑制する,これまでにない広い作用スペクトルをもつ抗炎症薬となり得ることが示唆された.これらの成績は,次年度のGL受容体の解明に向けた基礎データであるとともに,本研究により画期的な抗炎症薬を開発できる可能性を強く示唆する重要な成績である.慢性閉塞性肺疾患(COPD),アトピー性皮膚炎および関節リウマチなど慢性炎症を基礎とする疾患は増加傾向にあり,現代の大きな社会問題となっている.これら慢性炎症の殆どは難治性であり,非ステロイド性抗炎症薬では十分に奏効せず,一方,グルココルチコイド製剤は長期投与によって重篤な副作用を生じる.グルココルチコイドのように奏効し副作用が少ない高品位な医薬品の開発を行うために,我々は,多くの漢方方財に含まれる甘草の主成分であるグリチルリチン(GL)をそのリード化合物となり得ると考え,研究を進めてきた.本研究により,GLは核内で転写因子NF-kBのp65サブユニットタンパク質のDNA結合を抑制することが判明した.すなわち,GLの作用部位は核内でNF-kBと複合体を形成し得るタンパク質である可能性が高いと考えられた.この仮説を元に,種々の検討を行った結果,GLの結合部位の1つはHMGB1と呼ばれる核内に豊富に存在するタンパク質であり,GLがHMGB1のNF-kBの共役因子としての作用を抑制した可能性が考えられた.しかしながら,マイクロアレイ解析法にて調べたGL処理細胞での遺伝子発現様式の変化は,HMGB1の欠損細胞での解析結果として報告されているものと必ずしも一致せず,HMGB1以外にもGL野作用部位が存在する可能性が推定された.これらの成績は,GLのユニークな薬理作用が複数の結合部位に同時に作用した結果である可能性を示唆しており,新規抗炎症薬の開発原理を考える上で興味深い.
シスチン尿症(non―TypeI)の責任遺伝子の同定

【目的】シスチン尿症は腎尿細管におけるシスチンおよび塩基性アミノ酸の先天性吸収障害であるが、今回非タイプ1シスチン尿症に関与すると考えられるアミノ酸トランスポーターhuman BAT1を同定しその発現の局在に関する組織学的検討および機能解析を行った。【結果】アミノ酸トランスポーターhuman BAT1は487個のアミノ酸よりなる12回膜貫通型蛋白であり腎および肝に発現が見られた。腎においては近位尿細管細胞の管腔側膜上に局在した。機能解析の結果BAT1はシスチンおよび塩基性アミノ酸に対して強い取り込み活性を示した。FISH解析ではBAT1遺伝子は19q12-13.1に位置しこれは患者家系解析による非タイプ1シスチン尿症の遺伝子座と完全に一致した。【結論】BAT1は腎尿細管におけるシスチンおよび塩基性アミノ酸のトランスポーターであり、BAT1遺伝子は非タイプ1シスチン尿症の原因遺伝子である可能性が強く示唆された。1)ヒトBAT1遺伝子(cDNA)のクローニングラット腎より先に同定したアミノ酸トランスポーターBAT1より保存された領域約500塩基対を設定しこれをPCR法により増幅しクローニングプローブを作製した。ヒトの腎cDNAライブラリーをこのプローブによりスクリーニングし陽性クローンを得た。このクローンのシークエンスを解読し.1664塩基対よりなりプロモーター:polyA構造を含む全長クローンであることを確認した。このクローンは487アミノ酸からなる蛋白をコードレラットBAT1との相同性は87%と高く、ヒトにおける相同クローンと考えられた。2)ヒトBAT1の機能解析ヒトBAT1が腎におけるシスチンの輸送体であることを証明した。ヒトBAT1およびタイプエシスチン尿症の責任遺伝子であるヒトrBATクローンをそれぞれ機能発現ベクターpcDNA3.1にくみこみ、サル腎由来の培養細胞COS7細胞に共発現させ_<14>C標識の各種アミノ酸のとりこみ実験をおこなった。この結果BAT1,rBATを共発現させた細胞ではどちらか単独あるいはコントロールのベクターのみを発現させた細胞にはみられないシスチンおよび塩基性アミノ酸のとりこみ活性が認められた。BAT1が腎尿細管に発現していることを免疫組織染色にて証明した。FISH解析によりBAT1のヒトゲノムにおける位置は家系解析によるnonTypeIシスチン尿症の遺伝子座と一致しておりBAT1がnon Type Iシスチン尿症の責任遺伝子である可能性が強く示唆された。次年度は患者解析をおこないBAT1がnonTypeIシスチン尿症の責任遺伝子であることを証明する。
細胞質における機能性RNA生成機構の解明とRNAベクター技術への応用

microRNA(miRNA)は約22塩基の機能性RNAであり、多岐にわたる生命現象を制御している。miRNAは前駆体としてゲノムから転写された後、核および細胞質で段階的なプロセッシングを受け、成熟miRNAとして機能することが知られている。一方、細胞質で産生されるmiRNAの生成機構については十分な理解が得られていない。本研究課題では、細胞質におけるmiRNA生成の作用機序を明らかにし、効率よく機能性RNAを発現できるRNAベクターを開発する。
潜伏感染したヒト免疫不全ウイルスを活性化する細胞性因子の分子遺伝学的研究

潜伏感染したヒト免疫不全ウイルスI型HIV-1を活性化する細胞性因子の同定及び解析を目指して本研究を始めた。HIV-1の転写はウイルス自身にコードされているタンパク質Tatがウイルス転写産物の上流にあるTAR(trans-acting responsive)領域に結合することにより活性化されると報告されている。申請者は、このTatと同様な働きをする細胞性因子の存在をCAT assayにより、様々な細胞株について検討した結果、マウステラトカルシノーマ幹細胞株とヒトT細胞株Jurkatにその可能性を見い出した。そこで、TatのTAR領域への結合能に注目して、発現ベクターlambdagt11に組み込まれたcDNA librariesからTAR-RNAに結合能を持つ細胞性因子を検索する方法が研究開発してきた。その結果、現在までに、マウステラトカルシノーマ幹細胞株OTF9-63 cDNA libraryから1クローン、ヒトT細胞株Jurkat cDNAlibraryから4クローンがそれぞれTAR-RNAに結合するタンパク質をコードするcDNAクローンとして分離できた。これら五つのクローンのうちFTR1については、Jurkat細胞に導入し、CAT assayを行った結果、FTR1単独では、HIV-1の転写には影響を与えないが、TatによるHIV-1の転写活性化を抑制することが判明した。これは、申請者が開発した方法がHIV-1転写活性を制御する細胞性因子を同定するのに有効な手段であることを確認するものであるとともに、TAR領域に結合能のある細胞性因子の中にはTatとは異なりHIV-1の転写を抑制する働きがあるものが存在することを示唆し、そのような遺伝子を利用すれば、ヒト本来が持つHIV-1に対する抵抗性を高めることができるという可能性を提示した。
中世盛期スコットランドの王国共同体形成過程における教皇特任裁判官による紛争解決

中世盛期のスコットランドは、アイデンティティの異なる多様な地域の集合体から出発し、やがて王権を中心に王国共同体意識を共有する統一王国へと発展する。その過程においては、王国の人々(とくに有力者層)が共同体意識を育む土台として、広域にわたる実質的な人的交流関係の構築が想定されるが、その道筋は多様かつ複雑で、未解明の部分が多い。本研究では、そうした人的ネットワーク形成の重要な回路のひとつとして、教皇特任裁判官による紛争解決に焦点をあてる。12世紀後半から13世紀にかけて急増した当該裁判では、教皇が王国内の聖界有力者を裁判官に任命したが、その人選は通常の裁判や仲裁とは異なる場合が多く、受任者と紛争当事者との間に異例な接触の機会を創出した。また、紛争解決の過程では当事者間の和解を優先するために、聖俗多様な人々を巻き込みながら解決法が模索される場合も希ではなく、事後継続的な人間関係が形成された形跡も垣間見える。本研究では、個々の紛争の経緯を具体的に明らかにし、紛争に関与した人々の動態を詳細に分析することで、教皇特任裁判を媒介とした人的交流関係構築の実態を解明することを目的とする。研究開始にあたる初年度は、12・13世紀のスコットランドでおこなわれた教皇特任裁判の事例を網羅的に把握し、各々の紛争解決のプロセスを跡づけるための史料の収集整理に努めた。具体的な史料としては、教皇文書やスコットランドの国王・聖俗諸侯が発給した証書が中心となるが、未刊行の史料も少なくない。当初の計画では、初年度から海外の文書館で未刊行史料の調査を開始する予定であったが、配当された予算が4年間継続して海外調査を実施するに十分ではなかったため、初年度の海外調査は断念し、次年度以降に集中的に効率よく調査を実施して当初の目標を実現できるよう、慎重に事前調査をおこなった。「研究実績の概要」に記した通り、予算の関係から海外の史料調査の回数を減らす必要が生じ、当初予定していた海外の文書館での作業開始を次年度に先延ばしすることとなったため。4年間の研究期間のうち前半の2年間は、教皇特任裁判そのものの進行過程で残された史料から、紛争解決のプロセスに関わった人物の情報を収集整理し、量的な分析によって判明する傾向の把握に努める。とくに2年目は、未刊行史料の調査が中心となる。初年度の遅れを取り戻すべく、集中的に海外の文書館での史料調査を進める。その上で、刊行史料の情報と併せて個々の紛争解決の経緯を詳らかにし、すべての紛争関係者(紛争当事者、特任裁判官、審問対象者、証人、仲裁に移行した場合の仲裁人、他の裁判に移行した場合の裁判権者、合意形成のための協力者など)の情報を網羅的に抽出してデータベースを作成する。それをもとに、各人物の間でどのような形で接触の機会が生じていたのか、特に聖俗の制度的な枠組みを超えた関係性について、数量化して特徴を分析する。その後の計画としては、紛争解決のプロセスへの参加をきっかけに接触の機会を持った人物たちが、事後にどのような新たな関係を築くに至ったのかを明らかにする一方で、特定の人物数名の長期的な活動を詳細に跡づけることを通して、各種多様な経験の中で教皇特任裁判という機会が人的交流関係の構築の上で有した特徴を明らかにしていく予定である。

4年間の研究期間のうち前半の2年間は、教皇特任裁判そのものの進行過程で残された史料から、紛争解決のプロセスに関わった人物の情報を収集整理し、量的な分析によって判明する傾向の把握に努める。とくに2年目は、未刊行史料の調査が中心となる。初年度の遅れを取り戻すべく、集中的に海外の文書館での史料調査を進める。その上で、刊行史料の情報と併せて個々の紛争解決の経緯を詳らかにし、すべての紛争関係者(紛争当事者、特任裁判官、審問対象者、証人、仲裁に移行した場合の仲裁人、他の裁判に移行した場合の裁判権者、合意形成のための協力者など)の情報を網羅的に抽出してデータベースを作成する。それをもとに、各人物の間でどのような形で接触の機会が生じていたのか、特に聖俗の制度的な枠組みを超えた関係性について、数量化して特徴を分析する。その後の計画としては、紛争解決のプロセスへの参加をきっかけに接触の機会を持った人物たちが、事後にどのような新たな関係を築くに至ったのかを明らかにする一方で、特定の人物数名の長期的な活動を詳細に跡づけることを通して、各種多様な経験の中で教皇特任裁判という機会が人的交流関係の構築の上で有した特徴を明らかにしていく予定である。「研究実績の概要」に記した通り、本年度に予定していた海外調査を取り止めたため、旅費計上分の予算を繰り越すこととなった。繰り越し分は3分割して翌年以降の海外調査費に上乗せし、研究計画を遂行するのに必要な調査が十分に行えるだけの渡航期間を確保する予定である。
植物系磁性材料による磁性寒天の高周波磁束制御とその応用研究

磁性寒天はゼリー状で柔軟性があり,磁気的性質と保水性を持つなど磁気応用工学上興味ある特徴を有している。しかし,磁性寒天は磁性流体を用いて作製する場合は作製手順が複雑であり,磁性粉末の場合は磁性粉末が沈殿することが問題である。さらに,磁気特性・発熱特性についても十分明らかにされていない。本研究では,磁性粉末が均一分散性の良好な新たな磁性寒天の作製法を明確にし,磁性寒天を発熱体として用いるために必要な磁気特性および発熱特性を測定して磁気加熱材料としての実験的検討を行った。以下に,結果を述べる。(1)磁性粉末を用いた磁性寒天の均一性は,磁性寒天の上下の見掛透磁率の値がほぼ一致しており,均一分散性の良好な磁性寒天が作製できることが実証できた。さらに,磁性流体を用いて磁性寒天を作製する場合の手順を簡略化できた。(2)磁気特性については見掛透磁率が17%向上し,最高値で2.1(センダスト)の値を示した。さらに,磁化の値が高いのは磁性粉末および磁性寒天共にパ-マロイ50%とステンレスSUS430Lであった。これは磁性粉末の特性によるものであるが,磁性粉の密度や粒径によって磁化の値が左右される場合があることがわかった。(3)発熱特性については飽和磁束密度が高く,損失が大きい材料が望ましいと考えられるが磁性寒天の発熱は飽和磁束密度への依存性が強いことがわかった。本研究では双方の値が高い感温フェライトNi-Cuとセンダストで作製した磁性寒天の飽和温度の値が高く良好な結果を示した。しかし,磁性寒天は磁性流体を用いて作製する場合は作製手順が複雑であり,磁性粉末の場合は磁性粉末が沈澱することが問題である。本研究では,新たな磁性寒天の作製法を明確にし,磁性寒天を発熱体として用いるために必要な発熱特性および磁気特性を測定して磁気加熱材料としての実験的検討を行った。(1)作製法については磁性粉末を用いた場合,磁性寒天の上下の見掛透磁率の差を64%減少した。これは磁性粉末の特性によるものであるが,磁性粉末の密度や粒径によって磁化の値が左右される場合があることがわかった。しかし,磁性寒天は磁性粉末を用いて作製する場合,磁性粉末が沈殿することが問題である。さらに,周囲温度および湿度によりゲル,ゾル,キセロゲル状態に変化するため,保水性および柔軟性も変わってくる。

磁性寒天を高周波磁界による培地として用いる場合,ゼリー状として存在可能な周囲環境について明らかにする必要がある。また,各状態における磁気特性・発熱特性についても十分明らかにされていない。本研究では,磁性寒天の高周波帯域での誘電特性および複素透磁率,飽和磁束密度,保磁力,単位体積当たりの磁心損失などの磁気特性を明らかにした。これらの結果より,磁性寒天を発熱体として用いるために必要な発熱特性を測定して磁気発熱材料としての実験的検討を行った。
視覚野神経活動から予測される脳刺激型人工視覚のシミュレーションと評価

過去のボランティア患者を被験者とした臨床実験によれば、失明者の視覚野を電気刺激すると光覚と呼ばれるスポット状の光を知覚することが知られている。このことから失明者の視覚野を、カメラでとらえた画像に基づいて多点電気刺激することによって、視覚機能を部分的にも再建する試みが始まり、現在、その研究は世界中に広がっている。この視覚再建システムを脳刺激型人工視覚再建システム(以下人工視覚)と呼ぶ。人工視覚を開発するためには、どのように電極を視覚野上に配置し、どう電気刺激を行えば、失明者のQOL向上に有用な視覚的知覚が生じるかを理解する必要があるが、この理解は進んでいない。本研究では、まず齧歯類を用いた動物実験により、複数の電極から与えられた電流刺激に対する視覚野神経の応答を画像計測し、期待される光覚、すなわち光の感覚、と電流刺激の関係を調べた。さらに実験結果に基づき、仮想的に光覚イメージを再現する装着可能な光覚シミュレータを開発した。シミュレータは、ポータブルカメラ、バックパック型パーソナルコンピュータ(PC)およびヘッドマウントディスプレイ(HMD)から成る。PC上には、過去の解剖学・生理学的な研究から導かれた、視野座標から視覚野脳表座標へ座標変換するマップ(wedge-dipoleマップ)が構成されており、このマップの逆変換を使って脳表の電気刺激パターンを、視野上の光覚パターンに変換した。視覚健常者がこのHMDを装着し、シミュレーションにより再構成された光覚イメージを見ることによって、様々な環境における光覚パターンを再現し、外界認識のレベルを心理物理実験によって定量的に解析が可能である。簡単な心理物理実験によって、仮想的に脳表への電極配置や電気刺激様式を変化させながら視覚認識レベルを解析した結果、現状の技術によって可能な範囲での電極配置、刺激法について有用な指標を得ることができた。本研究の目的は、失われた視覚機能を電子回路システムによって部分的にも再生する試み(人工視覚再建)によって、どのようなレベルの視覚機能が再建されるかを評価することである。このために、動物実験によって電気刺激の効果を検証しながら、その結果に基づいて、人工視覚によって惹起されると予想される光覚パターンをヘッドマウントデスプレイ(HMD)上にリアルタイムで再現し、再建される視覚機能を心理物理実験によって評価する。平成28年度は、電気刺激が視覚皮質のどの程度の範囲に興奮をもたらすかを、げっ歯類を実験動物としてin vivoおよびin situ(スライスした大脳視覚野)において、電位感受性色素を用いてイメージング解析した。ここではまず単一電極を用いて、電気刺激が少なくとも電極付近に限局した範囲の神経細胞群を興奮させることを示し、その範囲の電流強度依存性を求めた。さらに刺激の強度とともに時間的なパターンを変化させ、応答の特性を解析した。次に複数の電極を用いて、電気刺激を時間差を与えながら行い、刺激がどのように干渉するかについて刺激強度を変えながら検討を加えた。現在これらの結果を、皮質神経回路を考慮したコンピュータシミュレーションによって解析しているとともに、皮質応答を定式化するモデルを検討中である。この動物実験と平行して、HMDを用いたシミュレータの開発を行った。まずイメージセンサおよび画像処理と電気刺激による光覚パターンを再現するための計算機ボードを、バーチャルリアリティなどで使用されているHMDに接続することによって、ウェアラブル型のシミュレータプラットフォームを作成した。光覚パターンの再現には、仮想計算ボード上に、仮想視覚野を作成した。平成28年度は本研究の初年度にあたり、電気刺激がどのような興奮を視覚野に惹起させるを解析するための動物実験データの取得、および仮想視覚野をインプレメントしたウェアラブル型の光覚パターンシミュレータを作成することが目的であった。動物実験では、従来から研究室で実施されていた単一電極による電気刺激に実験に加え、複数の電極から電気刺激を加えた場合の計測実験を行い、基本的なデータを得ることができた。これは当初の計画どおりの進捗である。この実験データに関し、初期的ではあるが簡単な数式を用いてモデルによる解析を行っており、興味ある進展が期待される。さらに将来的な心理物理実験を視野にいれて、発達過程で視覚を失う網膜変性マウスについても、単一刺激によるin vivo動物実験を行い、データを収集した。この変性マウス実験結果は、当初予定していなかった計画以上の進展であり、現在論文を投稿中である。ウェアラブル光覚シミュレータについては、当初使用を予定していたHMDではなく、本研究目的により合致し、修正がたやすい構成のHMD仕様に変更したため微調整部分に多少の遅延があるが、開発の目途は立った。この修正の中には、来年度に予定していた眼球運動の追跡機能を組み込むことが含まれ、予定外の進展である。さらにシミュレータに搭載する仮想視覚野モデルの作成が前倒しで進捗できた。これらの進捗により、現状のウェアラブルシミュレータをプロトタイプとして、研究会において発表した。以上からウェアラブルシミュレータの開発も予想以上に進展していると自己評価している。以上、動物実験および光覚シミュレータ開発の両面において、予想以上の成果が上がっており、初年度にもかかわらず一部論文投稿にまでこぎつけた。これらの状況から区分(1)と自己評価する。網膜の機能障害によって全盲となった障碍者の失われた視覚機能を、脳視覚野に埋植した電子回路システムによって部分的にも再建させようという研究(脳刺激型人工視覚)が世界的に盛んになって来ている。ただしこの技術によって、どのようなレベルの視覚情報が得られるかは明らかにはなっていない。本研究の目的は、動物実験とバーチャルリアリティ技術を応用したシミュレーションによりこの問題を明らかにすることである。今年度の実績を以下に記す。

1.動物実験による解析脳刺激型人工視覚がどのようなレベルの視覚機能を再建できるかを神経科学的側面から検討するために、げっ歯類の視覚野に電気刺激を行いその応答を解析した。まず様々な刺激頻度、パターンにおける皮質回路の応答の時空特性を、単一の電極刺激で解析した。次に2本の電極を一定距離、離して刺入し、刺激がどのように干渉するかを解析した。その結果、皮質回路は高頻度の刺激パルス列に対し、一過性に応答する成分と持続的に応答する成分があること、また繰り返し刺激に応じて、応答範囲が除々に狭まることが分かった。また実際の脳型人工視覚で想定される電極間距離、電流強度では複数の電極による皮質応答は、ほぼ線形加算的であることを示唆する結果を得た。2.VR技術を応用したシミュレーション以上の実験から得られた結果に基づいて、光に惹起された光覚の特性をモデル化し、昨年度開発したウェアラブルシミュレータに組み込み、仮想視覚野を多点で刺激した場合の光覚パターンをヘッドマウントディスプレイ上に実時間で再現した。このシミュレータは、仮想視覚野上に任意に電極を配置したときの予測光覚パターンを提示できる。HMDには、アイトラッキングカメラが装着され、眼球運動にともなう網膜上の光覚パターンのずれを補正することができる。本年度の目標と、進捗状況を項目別に以下に述べる。1.動物実験目標は、電気刺激によって惹起される皮質回路の時空間特性の定量化、その生理学的メカニズムの解明、および複数電極間の干渉の有無の検討、であった。これらの内容は、2で述べるシミュレーションのために必要となる、実験では、電気刺激によって惹起される皮質回路の応答を電位感受性色素によって記録し、その時間経過、空間的広がりを詳細に解析した。特にここでは臨床的にも使用が想定される繰り返し頻回刺激を行った場合、その応答に一過的な成分と持続的な成分があることを見出した。さらに空間的な広がりについては、興奮性信号と抑制性信号の競合が重要な役割を果たすことを見出した。以上は現在英文論文にまとめ、国際誌に投稿準備中である。2.光覚パターンシミュレータ開発CMOSイメジャーカメラ、アイトラッキング付きヘッドマウントディスプレイおよびVR用パーソナルコンピュータから成るシミュレータを完成させた。アイトラッキングは、シミュレータとしては非常に有用な機能であるが独自開発の敷居が高かったので当初の計画には入っていなかった。にもかかわらず今回開発にこぎつけた点は当初計画以上の成果である。またこのシミュレータに対し、上記の動物実験で明らかとなった視覚野回路応答の時空間的な性質を組み込んで、実時間でダイナミックに光覚パターンを予測する機能を装備した。以上の汎用的な光覚パターンシミュレータは国内外において見当たらない。この成果は、国内学会において発表し、現在国際誌に投稿するための論文として執筆中である。
非通常病原体(スクレイピ-病原体)感染症の診断法の開発

1。抗ヒツジPrP抗体の作成:SAF画分からSDSーPAGEにより精製されたヒツジPrPを免疫して作成したウサギ血清は抗体価も特異性も高いものであった。またウシPrPともヒツジのそれと同様に反応した。2。ヒツジ臓器からのPrP検出用試料の調製:マウス臓器の為に用いていた方法をヒツジ組織のために改良を行なった。3。PrPの検出:スクレイピ-と診断あるいは疑われたヒツジ7頭、と畜場で食肉用に屠殺されたヒツジ30頭、外部の農場から帯広畜産大学に導入され、別の研究目的に供されたもの17頭、および実験感染させたもの10頭、合計64頭の臓器からPrPの検出を行なった。臨床的にも病理組織学的にもスクレイピ-と診断されたヒツジ6頭は何れもPrPが検出された。臨床的にスクレイピ-が疑われ病理組織学的に否定された1頭からは検出できなかった。と畜場から分与を受けた臓器からは全例検出できなかった。一見健康で別の研究目的に供されたものの内、3頭のリンパ節および脾臓からPrPが検出された。これらは同じ牧場で生産されたものであった。実験的に静脈内接種した群のヒツジから経時的に臓器採取を行なった。接種後16ヶ月および18ヶ月に実験に供した各2頭の内それぞれ1頭の各種臓器にPrPが検出された。また14ヶ月後にリンパ節をバイオプシ-した3頭中1頭にPrPが検出された。このヒツジは6ヵ月後にスクレイピ-を発症した。また14ヶ月には検出されなかった2頭の内1頭は5ヵ月後に発症し、各種臓器からPrPが検出された。さらに家畜衛生試験場より分与を受けたスクレイピ-感染妊娠ヒツジの胎盤からPrPが検出された。このことは臨床応用の際、試料採取を考慮するうえで重要な知見と云える。家畜衛生試験場でスクレイピ-を扱う体制が整ったため、本法の実地での応用を依頼している。1。2。3。1.本年度10頭ヒツジを購入し、スクレイピー発症ヒツジの脳乳剤を静脈内接種した。1頭は事故で死亡したが残りは現在飼育観察中である。死亡したヒツジの臓器は接種初期の材料として保存。2.本年度は現在までの所、野外発生例が入手できなかった。3.試料調整法の検討は脾臓については一応解決した。リンパ節は予想外に夾雑蛋白が多く、現在なお検討中である。4.ヒツジSAF(PrP)のmRNAに対するcDNAのクローニングは、初期には原因がはっきりしないが調整したmRNAが保存中に速やかに低分子化したため、大きなcDNAの合成が出来なかった。しかし、RNAの扱いを換えたため、最近では2kb以上のものが合成できるようになった。このものを用いてヒツジ脳のcDNAライブラリーを作れるようになった。およそ10^6個のファージからスクリーニングを行なったが、はっきりと陽性のクローンは得られていない。

これは現在用いているプローベがハムスターのPrPのcDNA断片の為か、ノーザンおよびサウサンブロットハイブリダイゼイションに於いても、充分な陽性反応が得られない事を反映しているのかもしれない。5.4.の成績が遅れているため、まだ実施できないでいる。6.野外例の脾臓の試験的な成績では、スクレイピー陽性と組織学的および臨床的に診断されたものは何れも陽性であった。3.に関連するが、脾臓については、改良する余地は在るものの、診断に用いられる事が確認された。陰性対照および、未知の材料としてと畜場で解体されるヒツジの材料の分与を依頼しているが、本疾病が人畜共通伝染病の可能性を完全に否定できていないため、もし陽性例が出たときにどのように対応するのか判らないとして、材料入手に困難を来している。1.リンパ節からの試料調整法の確立:食塩処理を行なったサルコシ-ル出物を遠心する条件およびプロテア-ゼ(PK)量を検討し、遠心条件を60,000gに、PK量を16μg/0.1g組織量に変え、再現性よく、特異的にSAF蛋白が検出できる条件を見いだした。即ち、SAF蛋白をマウス臓器から検出するDoietal(1988)の方法を上記の部分だけ変更することによってヒツジに応用することが出来た。2.本方法によるヒツジSAF蛋白の検出:スクレイピ-と診断あるいわ疑われたもの、と畜場で処理されたもの、および本学において他の研究の目的で解体されたものの、中枢神経、脾臓およびリンパ節(個体によって3臓器全てわ揃っていない)からSAF蛋白の検出を行なった。臨床的および病理組織学的にスクレイピ-と診断された5頭はすべてSAF蛋白が検出された。臨床的にスクレイピ-が疑われたが組織学的に否定された1頭からは検出できなかった。と畜場から得た36頭からも検出できなかった。帯広近郊の農家で飼育されていて本学に分与され、別の研究目的で解体された2頭(5月および3年4月例)の脾臓およびリンパ節からSAF蛋白が検出された。この2例は確認のためにマウスに接種し観察している。3.実験感染ヒツジ:本年度は6頭に感染させ、5カ月目にリンパ節のバイオプシ-を実施した。7、8、9、11カ月目にそれぞれ2頭ずつ殺処分し採材する予定。昨年度接種したヒツジを17および19カ月に各2頭ずつ採材のために処分した。4.ヒツジSAF蛋白の遺伝子のクロ-ニング:CDNAクロ-ニングが遅れているので、染色体遺伝子のクロ-ニングを実施し、塩基配列を部分的に決定している。1。実験感染ヒツジからのPrPの検出:実験感染したヒツジの内、14ヶ月目にリンパ節のバイオプシ-を行なった3頭中1頭にPrPが検出され、その6ケ月後にスクレイピ-を発症した。まだ残り2頭中1頭が5ヵ月後に発症し、何れも発症時には検査した脳、リンパ節および脾臓からPrPが検出された。これらの成績はマウスと同様に発症前からリンパ節あるいは脾臓にPrPが蓄積されることを示していると同時に、マウスほど遺伝的な背景が均一でないため、成績がバラつくことを示している。しかし少なくともPrPが検出された個体はスクレイピ-を発症することが確かめられた。発症前いつからPrPが検出されるようになるかは重要な点であり、将来遺伝的な正常の均一なヒツジを用い、例数を増した実験が必要なことが判った。2。胎盤からのPrP検出:妊娠しているヒツジがスクレイピ-となった例の胎盤を分与され、PrPの検出を試みることができた。陰性対照が存在しない不完全な試験であってが、PrPが検出された。このことは出産時期に、感染雌を摘発することが可能なことを示唆している。リンパ節のバイオプシ-より出産時に胎盤を個体別に採取し検査することは将来検討する価値が充分ある。現在さらに陰性対照と一例スクレイピ-の疑われる個体の胎盤の分与を受けたため、この点を確かめている。
深部静脈血栓症急性期における凝血学的マーカーと下肢静脈エコーの有用性に関する研究

【目的】深部静脈血栓症(DVT)の診断は、身体所見、下肢静脈エコー、凝血学的検査等を用いて行われる。凝血学的検査のうち、フィブリン分解産物(Dダイマー)はその診断的有用性が確立されているが、それ以外の検査マーカーの有用性は明らかではない。本研究は、DVTが高率に発症する可能性がある震災時において、被災者に対し下肢静脈エコーを施行し、凝血学的マーカー(フィブリン/フィブリノゲン分解産物: FDP、Dダイマー、可溶性フィブリン: SF、プロトロンビンフラグメント: F1+2、トロンビンーアンチトロンビン複合体: TAT、プラスミン・α2プラスミンインヒビター複合体: PIC)測定を行い、DVTの頻度およびDVTとマーカーの関連性について検討した。【方法】能登半島地震発生後に避難所生活を余儀なくされていた一般住民でインフォームドコンセントが得られた237例のうち、下肢静脈エコーと凝血学的検査を行い得た197例(平均年齢: 72.4±11.5歳,女性: 133例)を対象とした。1.問診の結果、2. DVTの頻度、3. DVTと凝血学的マーカーの関連性について解析を行った。問診、DVTの頻度、DVTとFDP、Dタイマー、SFにおける関連性の結果の一部は、前年度の科学研究費補助金実績報告書にて報告した。【結果】(1)DVT陽性群(n=28)のF1+2 (平均値400±193pmol/mL)、TAT (3.7±4.6ng/mL)、PIC (1.4±0.9μg/mL)は、陰性群(n=169)のF1+2 (306±155pmol/mL)、TAT (2.1±3.9ng/mL)、PIC (1.0±0.4μg/mL)に比しいずれも有意に高値であった(p<0.01、FDPおよびDタイマーはp<0.001で有意差あり)。陰性群の中にSF同様、複数マーカーにて高値を示す症例が存在し、血栓形成準備状態が示唆された。(2)ROC曲線から算出したF1+2、TAT、PICの曲線下面積は、0.658、0.694、0.657であり、FDP (0.765)およびDタイマー(0.762)においてDVTの予測能・診断能が高いと考えられた。(3)感度と特異度は、F1+2 (78.6、49.7)、TAT (78.6、55.0)、PIC (53.6、75.1)であり、FDP (85.2、65.9)およびDタイマー(85.2、64.7)が高値であった。SFは、両群で有意差無し(p=0.102)、曲線下面積は0.595、感度および特異度(78.6、42.6)と最も低かった。【まとめ】今回の検討では、凝血学的マーカーのうちFDPおよびDタイマーがDVT検出に有用であると考えられた。SFに関しては、DVT発症1日目に上昇するため検査時期が影響した可能性があり、更なる検討が必要である。また、他のマーカー(F1+2、TAT、PIC)を含め震災時のみならず、悪性腫瘍や術後等の疾患を追加し、急性期発症DVTに有用なマーカーを検討していきたいと考える。【結果】

(1)DVT陽性群(n=28)のF1+2 (平均値400±193pmol/mL)、TAT (3.7±4.6ng/mL)、PIC (1.4±0.9μg/mL)は、陰性群(n=169)のF1+2 (306±155pmol/mL)、TAT (2.1±3.9ng/mL)、PIC (1.0±0.4μg/mL)に比しいずれも有意に高値であった(p<0.01、FDPおよびDタイマーはp<0.001で有意差あり)。陰性群の中にSF同様、複数マーカーにて高値を示す症例が存在し、血栓形成準備状態が示唆された。(2)ROC曲線から算出したF1+2、TAT、PICの曲線下面積は、0.658、0.694、0.657であり、FDP (0.765)およびDタイマー(0.762)においてDVTの予測能・診断能が高いと考えられた。(3)感度と特異度は、F1+2 (78.6、49.7)、TAT (78.6、55.0)、PIC (53.6、75.1)であり、FDP (85.2、65.9)およびDタイマー(85.2、64.7)が高値であった。SFは、両群で有意差無し(p=0.102)、曲線下面積は0.595、感度および特異度(78.6、42.6)と最も低かった。【まとめ】今回の検討では、凝血学的マーカーのうちFDPおよびDタイマーがDVT検出に有用であると考えられた。SFに関しては、DVT発症1日目に上昇するため検査時期が影響した可能性があり、更なる検討が必要である。また、他のマーカー(F1+2、TAT、PIC)を含め震災時のみならず、悪性腫瘍や術後等の疾患を追加し、急性期発症DVTに有用なマーカーを検討していきたいと考える。
対流圏-成層圏結合のダイナミクスに関するメカニスティックモデル実験

最近、全球規模の気候変動における、対流圏-成層圏結合変動の重要性が特に認識されてきた。特に、冬季北半球では対流圏-成層圏結合変動が活発であり、そのような結合変動の端的な例としては成層圏突然昇温(SSW)がある。SSWとは、成層圏極域の温度が数日の間に数十度も上昇するとともに、時に成層圏極渦の崩壊の起きる、大変スペクタクルな現象である。SSWの特徴やメカニズムに関しては、観測データ解析・大循環モデリング・理論など様々な研究が活発になされているが、SSWモデリングにおけるモデル分解能の重要性に関しては十分には理解されていない。ここでは、SSWを含む、対流圏-成層圏の理想的な大規模循環をよく再現する全球メカニスティックモデルを用いて、モデル分解能(特に鉛直分解能)がSSWの再現にどのようなインパクトを与えるか調査した。主として鉛直分解能を変えた長期間積分より、分解能の低減に伴い、モデル中の惑星波活動の様子が弱く再現されることが分かった。その結果、平均温度・東西風の様子も異なるようになる。次に、標準分解能実験で現れたSSWの直前から、低減した鉛直分解能でリスタートさせる実験を行なったところ、SSWの再現性がリスタートのタイミングと分解能に依存することが示された。ただし、リスタートの時期がSSWに十分近ければ、低分解能でもSSWは再現できた。以上の結果は、日本気象学会平成19度秋季大会において発表した。対流圏-成層圏結合気候システムの性質をよりよく理解するために、簡略(理想)化した全球大気循環モデルを用いた数値シミュレーション(実験)とデータ解析を行った。最も基本となる対流圏-成層圏システムをモデル化するため、地表の境界条件は東西一様に平らな陸と設定した。この設定では、場合により、傾圧擾乱(温帯低気圧)の非線型効果により惑星規模の擾乱(惑星波)が対流圏で励起され、成層圏に伝播する。このような惑星波は、この理想的な状況では対流圏の影響を成層圏に及ぼすのに決定的な役割を果たす一方、その力学は十分には理解されていない。今年度は、このような惑星波の挙動(対流圏での励起や成層圏に伝播していく様子)やその結果生じる成層圏の顕著イベントに注目する数値実験・解析を進めた。モデルランは所属先の情報処理センターで実行し(課金なし)、データ解析は手元のマシンで行った。モデルで再現される系の変動の様子が実験設定パラメータに依存するかを予備実験により精査した。検討したパラメータは、水平分解能、基本温度場の影響、温度緩和・上層摩擦の時間スケール、対流パラメタリゼーションの影響、数値拡散、などである。次に、上記の実験設定パラメータを最も一般(現実)的と思われるものに固定して、モデルの長時間ランを実行した。このデータサンプルを用いて、惑星波の挙動に関する力学的診断解析を行った。モデルランにおいて顕著な成層圏イベントをいくつか特定し、事例解析により、それらが対流圏から流入してくる惑星波活動により生じることを見た。さらに、この惑星波イベントの対流圏起源を準地衡渦位方程式に基づいて診断した結果、波動間の非線型相互作用により惑星波の活動が強化される結果を得た。特に後半部について論文を現在準備中で、日本気象学会気象集誌に近々投稿予定である。近年、大気の季節内・年々変動における、対流圏-成層圏結合変動の重要性が認識されてきた。このうち、対流圏が成層圏に影響を及ぼすプロセスを担うのは、対流圏で励起され成層圏に伝播する惑星波(PW)である。PWの励起源としては、大規模な山岳地形や海陸コントラストに加え、総観規模の傾圧波(SW、日々の天気図に見られる高低気圧)の非線型効果がある。地表の東西非一様性が比較的強い北半球では前者のプロセスが重要であり、一方海洋が大きな領域を覆っている南半球では後者のプロセスが優勢である。SWによるPW励起プロセスについては、理想的な状況を想定した大気数値モデルを用いた実験的な先行研究がある。本研究では、同様のモデル設定を用いたシミュレーションデータの診断的解析により、このプロセスの理解を深めることを試みた。実験設定としては、理想的状況を考察するため、変動の大きな冬季に注目し、実験条件は完全に東西一様なものとした。従って、この実験で得られるPWは全てSWからの強制で生じるものである。まず1200日に及ぶモデルデータにおいて、PWが対流圏で増幅し成層圏に伝播する顕著な事例を特定し、該当期間における対流圏循環の様相を詳細に解析した。PW増幅を、準地衡渦位(QGPV)方程式を用いて診断した。すると、ごく高緯度におけるSWからの非線型強制がこのPW増幅に寄与していることが分かった。一方、このような強制を生む、気圧場などでのSWの総観的な特徴はあまり顕著なものではなかった。以上の結果は、日本気象学会平成18年度秋季大会において発表した。

SSWの特徴やメカニズムに関しては、観測データ解析・大循環モデリング・理論など様々な研究が活発になされているが、SSWモデリングにおけるモデル分解能の重要性に関しては十分には理解されていない。ここでは、SSWを含む、対流圏-成層圏の理想的な大規模循環をよく再現する全球メカニスティックモデルを用いて、モデル分解能(特に鉛直分解能)がSSWの再現にどのようなインパクトを与えるか調査した。主として鉛直分解能を変えた長期間積分より、分解能の低減に伴い、モデル中の惑星波活動の様子が弱く再現されることが分かった。その結果、平均温度・東西風の様子も異なるようになる。次に、標準分解能実験で現れたSSWの直前から、低減した鉛直分解能でリスタートさせる実験を行なったところ、SSWの再現性がリスタートのタイミングと分解能に依存することが示された。ただし、リスタートの時期がSSWに十分近ければ、低分解能でもSSWは再現できた。以上の結果は、日本気象学会平成19度秋季大会において発表した。
キラルなピンセット型分子の自己組織化によるカーボンナノチューブの高純度精製

本研究では、4,6-ジベンゾフランジアルデヒドに対するジエチル亜鉛の不斉付加反応を活用することで、ピンセット型キラルジアミン、キラルビスウレアを高立体選択的に得ることに成功し、両者がそれぞれキラル酸、キラルアニオンに対して高いキラル識別能を有することを見出した。また、ジウンデシル基を有するジベンゾフラン型キラルジアミンと芳香族ジアルデヒドから合成したイミンポリマーによる、単層カーボンナノチューブの有機溶媒への可溶化を実現した。さらに、前例のない円偏光発光スイッチングを行えるキラルジアミン誘導体の合成や、ナノサイズの空孔を有する大環状ヘキサイミンの自己組織化にも成功した。本研究では、ピンセット型分子によるカーボンナノチューブの選択的可溶化に基づく高純度化、特に、キラルな分子ピンセットによるらせん型カーボンナノチューブの右らせん型と左らせん型の分割を目的としている。平成27年度の研究では、高い不斉認識能を有するキラルな分子ピンセットを創製することに成功した。まず、4,6-ジベンゾフランジアルデヒドに対するジエチル亜鉛の不斉付加反応により得たキラルジオールをジアミンへと変換し、各種芳香族アルデヒドとのイミン形成を行った後に還元することで、異なるπ平面部位を有する種々のピンセット型キラルジアミンを合成した。ラセミ体のマンデル酸をモデル化合物として用い、各種ピンセット型キラルジアミンによる不斉認識挙動をNMR、UV、蛍光スペクトルの測定から評価した。その結果、1HNMRスペクトルにおいて、ピレン環を有するピンセット型キラルジアミンでは、マンデル酸に対し4分の1倍モル量のみのキラルジアミンを用いた場合に両エナンチオマーのシグナルが大きく分離したのに対し、アントラセン環を有するピンセット型キラルジアミンでは混合比によらずシグナルが分離することを見出した。このように、ジベンゾフラン骨格を有するピンセット型キラルジアミンの不斉認識能がπ平面部位に大きく依存することは、らせん型カーボンナノチューブの不斉認識を行う上で重要な知見である。一方、ピンセット型分子によるカーボンナノチューブの高純度化に関しては、ジベンゾフラン骨格を有するキラルジアミンと長鎖アルキル基を有する芳香族ジアルデヒドとの自己組織化によるカーボンナノチューブの可溶化について検討を行ったが、現在のところ満足のいく可溶化条件を見出せておらず、さらなる検討が必要である。ピンセット型キラルジアミンが高い不斉認識能を有することを見出しただけでなく、芳香環の違いによって不斉認識挙動が大きく異なるという当初想定していなかった興味ある知見を得ることができた。一方、ピンセット型キラルジアミンが高い不斉認識能を有することが明らかとなったため、カーボンナノチューブの可溶化については、平成27年度の当初計画に記載したピンセット型キラルジアミンを単独で用いる手法ではなく、平成28年度の計画とした自己組織化を利用した手法の一部を先に検討した。以上を総合すると、本研究課題は概ね順調に進展している。本研究では、高い不斉識別能を有するキラルなピンセット型分子の創製と、これを用いたカーボンナノチューブの選択的可溶化に基づく高純度化、特に、らせん型カーボンナノチューブの右らせん型と左らせん型の光学分割を目的として検討を行った。まず、4,6-ジベンゾフランジアルデヒドに対するジエチル亜鉛の不斉付加反応により高立体選択的に得たキラルジオールから、種々のπ平面部位を有するピンセット型キラルジアミンを合成した。各種ピンセット型キラルジアミンのキラルカルボン酸に対する不斉識別挙動をNMR、UV、蛍光スペクトルにより評価したところ、ピレン環またはアントラセン環を有するキラルジアミンが高い不斉識別能を有することを見出した。また、キラルビスウレア型分子へと展開することで、キラルアニオンに対しても高い不斉識別能を示すことが明らかとなった。これらの結果は、らせん型カーボンナノチューブの光学分割を行う上で重要な知見となる。一方、ピンセット型分子によるカーボンナノチューブの高純度化に関しては、長鎖アルキル基を有するジベンゾフラン型キラルジアミンのラセミ体と芳香族ジアルデヒドから得られるイミンポリマーを用いることで、カーボンナノチューブの有機溶媒への可溶化を実現した。また、光学的にほぼ純粋な、長鎖アルキル置換ジベンゾフラン型キラルジアミンを得ている。さらに、ナフタレン型キラルジアミンとジアルデヒドとの自己組織化により、ナノサイズの空孔を有するキラル大環状分子を得ることにも成功している。これらの成果を活用し、今後さらなる検討を重ねることでカーボンナノチューブの光学分割を実現する。なお、関連する研究として、本研究により得たピレン環を有するピンセット型分子により、前例のない円偏光発光(CPL)スイッチングを実現することにも成功した。平成28年度は、当初計画通り、ピンセット型キラルジアミンとの自己組織化に用いる各種ジアルデヒドを合成し、カーボンナノチューブの精製に向けた検討を順次行う。

また、平成27年度の研究で得られたピンセット型キラルジアミンの興味ある不斉認識挙動についても、各種スペクトル及び会合定数の測定を行うことでその詳細を明らかとする。有機合成化学、超分子化学
系外惑星直接観測のための超高ダイナミックレンジ光学系の研究

系外惑星直接観測に必要な超高ダイナミックレンジを得る光学系として、非対称ナル干渉計(UNI)、補償光学、コロナグラフ、の高精度化に関する研究を行った。UNIの効果により、補償光学がλ/100 rms精度の時に、約λ/600 rmsの実質的波面補正に成功し、コロナグラフの最終焦点像のノイズレベルを1桁以上低減した。8分割位相マスクコロナグラフは、10%の帯域で2E-8のコントラストを得た。また、UNI部の安定化に4分割位相マスクが有効なことを示した。1995年以来、太陽系以外の惑星(系外惑星と呼ぶ)は、恒星のドップラー速度と明るさの変化などで間接的に約400個が確認され、近年、巨大惑星が直接撮像で検出された。系外惑星(特に地球型惑星)の直接検出と特徴の分析は現代天文学の最大の課題の1つとなっている。直接検出には、惑星よりも極めて強い恒星の回折光を減光するコロナグラフ手法と、散乱光(スペックル)を抑えるλ/10000rms精度の波面補正法で、10桁以上の広いダイナミックレンジを持つ撮像光学システムが必要である。本研究では、非対称ナル干渉(UNI)と、続けて配置する位相振幅補正(PAC)用の補償光学で、λ/10000rms相当の波面補正を目指し、2段立体サニャックまたは8分割位相マスクをコロナグラフとして結合し、10桁のダイナミックレンジを目指す。UNI部を強固に改造した結果、ナル干渉後の出力波面が安定し、また、PAC補償光学の制御アルゴリズムの改善も加えて、波面の位相誤差・振幅誤差ともに、従来より高い約λ/100rms(λ/640rms相当)の波面補償精度に速く収束するようになった。立体サニャック干渉計型コロナグラフを結合して測定した、PAC補償光学による焦点面でのスペックルの低減も約1桁に向上し、UNI-PAC法の実証レベルが上がった。また、波面制御精度の高い可変形鏡の導入を進めている。立体サニャック干渉計では、1段でのアクロマティック性を示した査読論文が出版された。2段では干渉計の配置について数値計算と考察検討を行い、特に偏光半透鏡の消光比が性能を左右することを考慮に入れて光学配置を決定し、実験推進中である。8分割位相マスクは、米国との国際協力の可能性が浮上し、打ち合わせを進めている。本研究では、非対称ナル干渉(UNI)と、続けて配置する位相振幅補正(PAC)用の補償光学で、λ/10000ms相当の波面補正を目指し、2段立体サニャックまたは8分割位相マスクをコロナグラフとして結合し、10桁のダイナミックレンジを目指す。UNI部では、非対称ナル干渉計による波面誤差の拡大現象が安定的に計測され、実験値は2つの波面に部分相関がある場合として説明できることが判った。PAC部では、可変形鏡と波面センサーの光学的マッチングや制御アルゴリズムを改善し、可変形鏡の制御精度を向上させた結果、約λ/1000rmsのレベルに制御可能になった。注目されるUNI-PACの効果については、波面センサーで測定した位相・振幅の制御結果のみならず、立体サニャックコロナグラフ焦点面のスペックルレベルで1桁以上の低減が確認され、極めて理論に近い形で実証されるに至った。ただし、現在の実験系では、波面センサーと本光路の非共通光路の光学素子の持つ波面誤差のため、実質的には位相誤差で約λ/100rms(約λ/600rms相当)の精度に留まっていることも明確になり、対策を計画中である。8分割位相マスクコロナグラフは、アクロマティック性の証明やフォトニック結晶の高品質が注目され、米国JPLとの国際協力が進行中である。1995年以来、太陽系以外の惑星(系外惑星と呼ぶ)は、恒星のドップラー速度や明るさの変化などで間接的に約700個が確認され、直接撮像による明るい巨大惑星の検出も13個になり、系外惑星(特に地球型惑星)の直接検出と特徴の分析は現代天文学の最大の課題の1つとなっている。直接検出には、惑星よりも極めて強い恒星の回折光を減光するコロナグラフ手法と、散乱光(スペックル)を抑えるλ/10000rms精度の波面補正法を用いた、10桁以上の広いダイナミックレンジを持つ撮像光学システムが必要である。

本研究では、非対称ナル干渉(UNI)と、続けて配置する位相振幅補正(PAC)用の補償光学で、λ/10000rms相当の波面補正を目指し、2段立体サニャックまたは8分割位相マスクをコロナグラフとして結合し、10桁のダイナミックレンジを目指す。UNI部の安定化のため、新たに発案した4分割位相マスクを用いた非対称ナル干渉計を試行し、時間的に高い安定性を得るとともに、UNIの特徴である波面誤差の拡大現象を理論予測および数値シミュレーションどおり実験でも確認した。UNIの内部の波面誤差について、その上流にある初段補償光学によって除去する際、位相を一致させて除去するよりも電場の虚数部を一致させて除去する方が除去性能が高いことを見出した。PAC部の制御は、波面センサーにおける残差値としてλ/1000rmsに、UNIによる倍率をかけると約λ/6000rms相当に到達した。しかし、達成されたダイナミックレンジは約5桁で頭打ちとなり、偏光子や可変形鏡などの光学素子の構造などによって、波面セシサーの測定にλ/100rmsレベルの波面誤差を生じていると推測される。高精度の8分割フォトニック結晶マスクは、NASA/JPLの高コントラストテスト装置において、20%の帯域で世界第2位の2E-8のコントラストを得た。