hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
劣化した映画フィルムを安全に複製するプリンター機構の開発

本研究では、通常のプリンターでは複製作業が不可能な極度に劣化したフィルムにも対応できるプリンターのフィルム送り機構を開発することが目標のひとつであったが、結果として、センサーを用いた画像処理システムを応用し、35mmフィルム用のフレーム自動補正装置の試作品を完成させ、新しいテスト用35mmフィルムを用いた位置補正の精度を確認する検証作業を実施することができた。最終年度である平成24年度は、センサーによるフィルムのユレ(ズレ)の検知し、撮影するフレームの自動補正機構について開発を行った。今年度はセンサーを用いた画像処理システムを応用し、35mmフィルム用のフレーム自動補正装置の試作品を完成させ、新しいテスト用35mmフィルムを用いた位置補正の精度を確認する検証作業を実施した。具体的には、センサーの基準点を設定したあと、35mmフィルムのパーフォレーションを位置センサーによって検知させ、設定した基準点からフレームがどれだけ移動したのかを測定する。そして撮影カメラを設置した可動式XYテーブルを測定値に合わせて自動的に動かして撮影することで、ユレが軽減した画像をうることが可能になる。今後はユレを最大限抑えられるようにセンサーとXYテーブルの連動精度を高めるとともに、新品フィルムだけでなく劣化したフィルムにも対応できるように改良を加える計画である。さらに、今年度は完成しなかった劣化フィルムの送り出し機構も今後完成させ、実際の劣化フィルムの画像撮影に役立てたい。なお、開発にあたり、部品の加工と組み立てについては城田精機株式会社の協力を、また位置補正の機構の検証実験については株式会社IMAGICAウェストの協力を得た。今年度は、研究計画に基づき、実際に検証作業を実施する現像所において2011年6月に打合せを行い、具体的な開発の手順や機構の詳細について議論を深めることができた。そのなかで、プリンターの各機構を開発するための各部品を購入する予定であったが、日々最新の機能を備えた部品が発売されていることなどもあり、部品選定に関する現像所との意見交換をより精緻に行ったため、次年度に延期することとなった。特に劣化フィルムの画像を撮影するデジタルカメラの解像度等の性能について検討を行ったり、フィルムのベース面についてキズを軽減させるウェットゲート機能を付加するかどうかを検討したりした。また、現状は35mmフィルムのみの対応を検討しているか、16mmフィルムやそのほかのフィルム・フォーマットにも対応できるようにできないかどうかについても検討を行った。フィルムセンサーの機構についても、より具体的に議論することができた。劣化して変形したフィルムの映像の部分を以下にセンサーで検知して正確な位置の撮影を行うためには、フィルムの両端に穿孔されたパーフォレーションをセンサーで感知し、4つ目パーフォレーションを検知するとモーターを停止させるようにすることを議論した。また、よりミクロのレベルの位置補正に関しては、映像が記録されているフレームの4つのコーナー(角)をセンサーで検知させ、カメラ位置を細かく補正するものを検討している。そのほか、破損フィルムやフィルムベースが弱っているフィルムを安全にカメラ位置まで送るためのシーケンサー・プログラムの見取り図についても、現像所の担当者と議論することができた。フィルム駆動ゲートの設計と開発につちえも業者と打合せを行った。現像所の複数の技術者たちと、研究計画をより充実したものにするために深い議論を実施できたことは評価できる点である。ただその結果、カメラの性能やセンサーの位置補正の具体的な工夫についても微調整が必要になったため、当初計画していた設計図や今年度の実施スケジュールも再調整することになり、結果として部品の購入が次年度に延期してしまうことになってしまった。次年度は、今年度議論した改良点を踏まえた上で、より精緻に設計した図面や作業フローに基づき、現像所と協力しながら研究目的の実現に向けて迅速に各作業を進めてゆきたい。次年度は、今年度議論したうえで選定を行った部品類を購入したうえで、研究計画に基づいた2つの機構を組み立てたうえで、実際の劣化フィルムをサンプルとして装填しながら実証テストを行い、2つの機構の制度を高めてゆきたい。その結果として、劣化フィルムを安全に撮影してフィルムの恒久的な保存に寄与するプリンター機構の実現を目指したい。
InAs量子カスケードレーザーの高性能化に関する研究

本研究ではInAs量子カスケードレーザーの活性領域におけるバンド構造と電気・光学特性の関係を明らかにすると同時に、どのように構造設計すれば特性の向上につながるかを理論、実験の両面から検討を行い、レーザーの高性能化を進めた。具体的には1.低温低閾値電流密度化、2.室温動作化、3.室温高出力化、及び4.高温動作を目指した。以下にその成果の概要を示す。1.低温低或閾値電流密度化振動子強度の大きいInAs/Al_<0.2>Ga_<0.8>Sb超格子構造を用いて、0.4kA/cm^2というこれまで報告されている最低閾値電流密度(液体窒素温度)に近い電流密度を実現した。又観測された発振波長(10.1μm)は設計値とほぼ一致した。2.室温動作化熱活性型のフォノン散乱による励起サブバンドへの注入効率の減少を抑えるために、励起サブバンドの波動関数が局在した発光層構造を用い室温パルス発振に成功した。このとき観測された室温(300K)における閾値電流密度は12kA/cm^2であり、発振波長は8.9μmで設計値にほぼ一致した。又最高動作温度は305Kであった。3.室温高出力化注入層のドーピング濃度を増大させ、注入電流のダイナミックレンジを増大させることで、室温においてピーク出力100mW以上の高出力化に成功した(発振波長12μm)。又室温における閾値電流密度を4.OkA/cm^2まで低減させることに成功した。観測された最高動作温度は340Kであった。4.高温動作化発光層として結合量子井戸を用いた構造に注目し構造と利得係数及び最高動作温度の関係について調べた結果、利得係数が最大となる構造で最高動作温度+100°Cを実現した。このとき観測された発振波長は6μmで、閾値電流密度は15.5kA/cm^2であった。本年度はInAs量子カスケードレーザの高性能化として閾値電流密度の低減と動作温度の向上に着目して、以下の2点について研究を行った。(1)注入層におけるドーピング濃度の最適化量子カスケードレーザの注入層におけるドーピング濃度の最適値は材料によって異なることが知られているが、InAs系ではこれまで報告されていない。注入層のドーピング濃度が異なる複数の試料を作製し発振特性を調べたところ、ドーピング濃度が低い試料では低温における閾値電流密度が低くなり、又ドーピング濃度が高い試料では最高動作温度が高くなることがわかった。注入層のドーピング濃度が5x10^<17>cm^<-3>、発振波長12.6μmのInAs/AlGaSb超格子カスケードレーザで観測された室温の閾値電流密度は4.0kA/cm^2であり、これまでInAs系で報告されている室温電流密度の中で最も低い値を実現した。(2)結合量子井戸を用いた発光層の検討発光層として結合量子井戸を用いた構造に注目し、構造と光利得係数、動作温度との関係について調べた。結合量子井戸は発光層構造の基本となる構造で、これを検討することで井戸間の結合の強さなど他の発光層でも重要となるパラメータを抽出することができる。

結合量子井戸の片側の井戸の厚さを変え光利得係数を求めたところ、計算結果と定性的に一致し、結合反結合エネルギの差がInAs縦光学フォノンのエネルギにほぼ一致したときに光利得係数が最大になることがわかった。光利得係数が最大となる構造で観測された最高動作温度は52°CとこれまでInAs系で報告されている最高動作温度よりも高い温度を実現した。本年度はInAs量子カスケードレーザーの高性能化として動作温度の向上と短波長化に着目して、以下の2点について研究を行った。注入層のドーピング濃度を増加させると最高動作温度が向上することに着目し、従来の素子と比較して1.4倍程度注入層ドーピング濃度を増大させた波長6μm InAs/AlSb量子カスケードレーザーを作製した。又光出力を増大させるために、周期数を30周期と1.5倍増大させた。温度300Kにおける閾値電流密度は5.3kA/cm^2とこの波長領域で動作するInAs量子カスケードレーザーで最も低い閾値電流密度を実現した。最高動作温度は390Kとこれまでの最高動作温度370Kを更新することに成功した。又連続発振に向けて重要である波長5-10μm用高反射鏡膜作製に関する技術を立ち上げ、その動作を確認した。波長4μm以下で動作する短波長InAs/AlSbも量子カスケードレーザーを作製した。注入層内サブバンドが形成する擬似電界を系統的に変化させた構造を作製し電流電圧特性を中心に評価を進めたところ、ターンオン電圧は擬似電界の大きさだけでなく、注入層の入り口、及び出口のサブバンドのエネルギ位置に大きく依存し、設計値と同じターンオン電圧を与える構造でのみレーザ発振することがわかった。以上の知見を元に短波長化を進めたところ、波長3.8μmまでの短波長化に成功した。
鳥類胚培養システムを用いた内分泌かく乱物質の高感度総合的アッセイの開発

前年度の研究によりウズラ胚培養系を用いることで、内分泌かく乱物質の検出が可能であることが示されたため、今年度は胚発生時に投与したホルモン様物質が鳥類に及ぼす影響を幅広く検討した。ウズラ胚発生初期(ふ卵2日後)にエストラジオール様物質を投与すると、胚発生中期(6日目)以降におこる生殖巣の発達がかく乱されることが明らかとなったため、生殖巣の発達に関わる遺伝子群の発現量を細かく解析した。まずエストロゲンレセプターαについて検討したところ、エストラジオール投与により発現が増加することが認められた。合成洗剤に含まれるノニルフェノールについても同様に検討したところ、エストラジオールより弱いながらもエストロゲンレセプターαの発現が上昇した。一方、ステロイド合成酵素の発現量を調節する転写因子SF1は、エストラジオールで弱く発現増強されたが、ノニルフェノールでは影響が認められなかった。これらの結果より、胚発生期に投与された内分泌かく乱物質が、鳥類の生殖巣に大きな影響を与えることが示された。次に内分泌かく乱物質が及ぼす長期的影響について検討を行った。エストラジオールで処理した胚を孵化・成熟させ生殖能を検討した。その結果エストラジオール処理したオスは受精能を持たないことが明らかとなった。このオス個体を解剖し、精巣を調べたところ、外見は大きく成熟した一対の精巣を持っていた。しかし、組織切片を作製し、顕微鏡レベルで解析した結果、精細管内腔に精子がほとんど見られず、精子形成に異常があることが明らかとなった。近年、非常に少量でも生物に様々な悪影響を及ぼす物質が内分泌かく乱物質として働く恐れが指摘されている。本研究では鳥類の胚発生を卵殻外で進行させる胚培養系を用いて簡便かつ網羅的に内分泌かく乱物質の影響を評価するためのアッセイ系を構築することを目的としている。本年は合成洗剤の界面活性剤として広く用いられてきた物質であるノニルフェノールの影響について主に検討した。まず、投与方法の検討を行った。女性ホルモンであるエストラジオール用いた実験においてよい成績を示した卵白への投与及びろ紙を用いた投与の2方法について検討した。その結果、ノニルフェノールは、卵白に直接投与するとまもなく沈殿し胚に吸収されないことがわかった。一方、ろ紙にしみこませて投与した場合は生存率低下および雌化が認められ、効率よく吸収されているものと考えられた。以上より環境ホルモン物質の評価には、ろ紙を用いて投与する方法が良いことがわかった。次にノニルフェノールが胚発生に及ぼす影響を検討した。まず胚の生存率を検討したところ、容量に応じて生存率が低下することが観察された。また生存胚においても有意に胚重量が低下した。生殖巣の形態を観察しノニルフェノールがメス化を引き起こすかを検討した結果、投与量に依存した生殖巣のメス化が観察された。この際のメス化の割合はエストラジオール及び合成女性ホルモンであるエチニルエストラジオールよりも低かった。この時の生殖巣の遺伝子発現を調べたところ、女性ホルモン合成経路の最終段階で働く酵素であり本来オスでは発現しないアロマターゼ遺伝子の発現が弱く認められた。以上のことより、ノニルフェノールは胚の成長を全般的に阻害する一方、弱いエストラジオール活性を示し、生殖巣のメス化を引き起こすものと考えられた。
エボラウイルスの宿主細胞への侵入機構の分子機構に関する研究

エボラウイルス粒子の宿主細胞への取込みにおいて、アクチン再構成に関与する種々の宿主因子が関与することが明らかになった。また、ウイルス粒子の取込みに伴ってメンブランラッフリングの形成が認められたことから、上記のアクチン関連因子の活性化を介してウイルス粒子が取込まれることが判明した。エボラウイルス感染は高い致死率を伴う重篤な出血熱を惹起するにも関わらず、現時点において有効な予防、治療法は確立されていない。エボラウイルスの生活環は宿主細胞が有する種々のマシナリーに大きく依存することが知られているが、その中でも宿主細胞への侵入過程は、鍵となる重要なステップである。しかしながら、エボラウイルスの侵入機構の詳細についてはほとんど理解されていないのが現状である。エボラウイルス粒子が宿主細胞に侵入する際には種々の宿主因子が活性化することが想定される。すなわち、RAC1、Arf6、Ras、Src、Cdc42等の上流因子、または、WAVE、PAK1、PI5K、PI3K、PLCなどの下流因子の活性化を介して下流へとシグナルが伝達し、それに引き続いてアクチン再構成が誘導され、最終的に細胞辺縁部のアクチンに富んだ構造(ラッフリング)が生じることでウイルス粒子が効率良く細胞内へ取り込まれる可能性が示唆される。当該年度に遂行した研究成果より、複数の標的宿主因子の活性化がウイルス粒子の取込みに重要であることが判明し、これらの因子がエボラウイルスの侵入過程において重要な役割を担うことが明らかとなった。なお、当該年度において得られた結果を含むエボラウイルスの侵入機構に関する研究成果を現在論文投稿中である。次年度において、さらに詳細な解析を行うことにより、エボラウイルス侵入機構の分子レベルにおける解析が進み、将来的にはエボラウイルス感染に対する薬剤の開発およびエボラウイルスの制圧に多大な貢献を与えることが期待される当該年度において得られた研究成果を以下に示す。1.エボラウイルス粒子の細胞への取込みに関与する宿主因子の同定本研究において、エボラウイルス粒子は、ウイルス由来の糖タンパク質GP依存的にマクロピノサイトーシスを介して宿主細胞へ取り込まれることを明らかにした。ウイルス粒子の取込み過程に関与する宿主因子を同定する目的で解析を行い、アクチン重合に関与する上流因子であるRAC1およびCdc42、または下流因子であるPAK1、PI3Kが関与することを明らかにした。また、ウイルス粒子の取込みに伴い、細胞辺縁部のアクチンに富んだラッフリングが生じることを証明した。以上の結果から、これらのアクチン重合関連因子の活性化に引き続いてアクチン再構成が誘導され、ウイルス粒子が効率良く細胞内へ取り込まれる可能性が示された。なお、上記の研究成果はPLoS Pathogens誌に掲載された。2.エボラウイルスGP分子内のムチン様ドメインの機能解析GP分子内には糖鎖修飾に富んだムチン様ドメインが存在する。また、エボラウイルスのco-receptorとしてC型レクチンが同定されていることから、GP分子内のムチン様ドメインがC型レクチンと結合することで、マクロピノサイトーシスが誘導され、エボラウイルスの細胞内への取込みが惹起されるというモデルを考えた。これを検証する目的で、ムチン様ドメインを欠失した変異GPを有するウイルス粒子を調整し、宿主細胞への取込み効率を検証した。その結果、野生型GPを持つVLPと比較して取り込み効率が低下していることが明らかとなり、ムチン様ドメインの重要性が示唆された。今後、本研究を発展させることで、エボラウイルス侵入機構の分子レベルにおける解析が進み、将来的には抗エボラウイルス薬の開発およびエボラウイルスの制圧に多大な貢献を与えることが期待される。
脳動脈瘤破裂要因となる瘤内ミクロ・マクロ流れの予見的研究

これからの高齢化社会では脳血管障害が深刻となるが、中でも脳動脈瘤は重篤な脳神経障害の原因となるので、その診断治療技術の向上が望まれる。しかしながらN.England Journal of Medicineの報告では、発見された脳動脈瘤の内破裂する例は、1%以下で殆んど破裂しない。しかし破裂すると危篤状態になるので、破裂の可能一性を事前に予知する技術、即ちリスクファクターの確立が望まれる。現在の所、医師の経験から破裂の危険を予知している。そこで、本研究では信頼性の高いリスクファクターを確立するために、二つのアプローチを取る。一つ目は脳動脈瘤の実際の患者(破裂と未破裂の確定診断されている症例)の動脈瘤CT画像を元に瘤内の血流構造を実験及びCFDによって解析し、破裂の可能性との関連を探る。特に破裂した症例と未破裂の症例における瘤内の血流の構造について検討を行い、リスクファクターを提案する。実際の患者のCT画像を基にしたリアリスティクなモデルによる予見的研究(Prospective study)である事がポイントである。しかしながら、患者の臨床症例では瘤の血管壁の構造などの情報を得るのは不可能であるので、破裂という力学現象を十分に立証できない。そこで二つ目のアプローチとしては、ラットの脳動脈に瘤を誘発させ、誘発した動脈瘤の血管壁の構造から動脈瘤の発生と進行のプロセスを明らかにする。さらに、動脈瘤の発生進行プロセスは血管壁のミクロ構造の変化の積分値として認識されるため、血管壁の細胞レベルでの血流による影響と血管壁の構造変化について詳細に検討を行った。その結果、患者の臨床症例における瘤内の流れでは、破裂と未破裂の瘤内流れに有意な差が認められ、有用な診断指標となることが明らかとなった。さらに、ラットにおける誘発動脈瘤モデルにおいては、瘤発生部には全ての例で低せん断になっていることが明らかとなり、従来の定説に反する結果を得た。近年,脳動脈瘤内の流れを観察すべく多くのモデル実験が行われてきたが,脳動脈瘤の複雑な形状が流れに与える影響は大きく,理想モデルでは瘤内の流れを十分に再現できていない.そのため実形状モデルを作成して,詳細な流れ場を調べる必要がある.瘤内血流構造と瘤壁構造変化,また瘤形態変化との詳細な関係は未だ解明されていない.瘤頭頂部,ブレブにて壁面せん断応力の高沸が報告されているが,せん断応力の大きさのみでは破裂,未破裂を分離することは出来なかった.一方,壁面せん断応力の向きの変化が瘤成長,破裂において重要であるといった報告もある.よって,本研究において実形状モデルを作成し,LDV,PIVを用いて瘤内の流れを定量化する.瘤内の流れの評価基準として,壁面せん断応力とその向き,大きさの変化をプロットする.加えて,その際に新たに渦度を瘤内の流れの評価基準として採用し,カラーマッピングする.血流を模擬した拍動流を静水圧による定常成分に,拍動発生器からの拍動成分を重ねて再現する.作動流体にグリセリン水溶液(58.4%)を用いた.モデルは形態変化モデルと,瘤壁の一部にアテローム性動脈硬化症の肥厚(プラーク)を認めた,壁構造変化モデルを選択した.modelA-1,2ともに,ブレブにて特徴的な低速度の再循環領域が見られた.低速度の再循環領域により瘤壁面の脆弱化が促されるという報告がある.壁面せん断応力はブレブにて低かったが,一方,壁面せん断応力の単位時間変動は先端部にてピークをとっていた.また,流れの剥離点付近と再付着点付近にても変動の増加が見られた.

一方,動脈瘤モデル内での渦度分布を見ると成長前モデルではブレブ内,ブレブエッジ(特に剥離点付近)において渦度の高沸が見られた.このことから,壁面せん断応力の変動が破裂,成長に関与している可能性があると考える.構造変化モデル(model B)動脈瘤内では非常に複雑な流れが形成され,壁面せん断応力はプラーク部と健常部で明確な違いは見られなかった.ブレブ出来始めの部位(point4)にてせん断応力変動の高沸が見られ,他の部位では比較的一定の低い値が見られた.これは形態変化モデルで見られた傾向と一致しており,この部位から成長が促されると考えられる.これからの高齢化社会では脳血管障害が深刻となるが、中でも脳動脈瘤は重篤な脳神経障害の原因となるので、その診断治療技術の向上が望まれる。しかしながらN. England Journal of Medicineの報告では、発見された脳動脈瘤の内破裂する例は、1%以下で殆んど破裂しない。しかし破裂すると危篤状態になるので、破裂の可能性を事前に予知する技術、即ちリスクファクターの確立が望まれる。現在の所、医師の経験から破裂の危険を予知している。そこで、本研究では信頼性の高いリスクファクターを確立するために、二つのアプローチを取る。一つ目は脳動脈瘤の実際の患者(破裂と未破裂の確定診断されている症例)の動脈瘤CT画像を元に瘤内の血流構造を実験及びCFDによって解析し、破裂の可能性との関連を探る。特に破裂した症例と未破裂の症例における瘤内の血流の構造について検討を行い、リスクファクターを提案する。実際の患者のCT画像を基にしたリアリステイクなモデルによる予見的研究(Prospective study)である事がポイントである。しかしながら、患者の臨床症例では瘤の血管壁の構造などの情報を得るのは不可能であるので、破裂という力学現象を十分に立証できない。そこで二つ目のアプローチとしては、ラットの脳動脈に瘤を誘発させ、誘発した動脈瘤の血管壁の構造から動脈瘤の発生と進行のプロセスを明らかにする。さらに、動脈瘤の発生進行プロセスは血管壁のミクロ構造の変化の積分値として認識されるため、血管壁の細胞レベルでの血流による影響と血管壁の構造変化について詳細に検討を行った。その結果、患者の臨床症例における瘤内の流れでは、破裂と未破裂の瘤内流れに有意な差が認められ、有用な診断指標となることが明らかとなった。さらに、ラットにおける誘発動脈瘤モデルにおいては、瘤発生部には全ての例で低せん断になっていることが明らかとなり、従来の定説に反する結果を得た。
サメのユニークな尿素保持機構:腎臓単離ネフロンの分子解剖による新展開

軟骨魚類が海に生きるために、体内に尿素を蓄積することは必要不可欠で、複雑な構造を持つ腎臓での尿素再吸収がそのことを可能にしている。ゾウギンザメで新規尿素輸送体を複数同定し、飼育下のドチザメでは尿素輸送体が環境浸透圧の変化によって細胞膜への集積が可逆的に制御されることを見出した。進行中の広塩性アカエイや培養系での解析とあわせ、軟骨魚類の腎機能、脊椎動物での腎機能の進化の解明に大きく貢献した。軟骨魚類(サメ・エイ・ギンザメ)は体内に尿素をため込むことで、体内の浸透圧を海水と同じレベルに保つ。その結果、海という高浸透圧環境でも脱水から免れ適応できる。この尿素による体液調節のしくみを明らかにするため、尿素調節にもっとも重要な腎臓に注目し、1)尿素代謝に関る膜輸送体の同定、2)環境浸透圧の変化に伴う膜輸送体分子の動態、という二つの研究を進めた。膜輸送体の同定は、全頭類のゾウギンザメを用いて進めた。ゾウギンザメは軟骨魚類で唯一ゲノムプロジェクトが進められており、しかも世界中で我々が唯一生理学的な研究を進められる、きわめて有用な軟骨魚だからである。これまでに3種類の尿素輸送体をクローニングすることに成功し、3種類全てが腎臓で発現していることを見出した。ひとつの動物種から3種類の尿素輸送体が得られたのは今回が初めてであり、軟骨魚類の尿素輸送体だけでなく、哺乳類を含めた脊椎動物の尿素代謝研究にとって大きな成果である。我々はこれまでにドチザメの腎臓において、尿細管の最終分節である集合細管にのみ尿素輸送体(UT-α)が発現し、この部位が尿素再吸収の場であることを示してきた。本研究では、体内の尿素濃度が変化した時にUT-αがどのような動態を示すのかを調べ、尿素再吸収機構の解明を進めようと考えた。その結果、通常の海水ではUT-αがドチザメの腎集合細管の頂端膜に局在するのに対し、30%海水では頂端膜から殆ど消失し、逆に130%海水群では局在量が若干増加した。血漿中の尿素濃度とUT-αの量の間には強い正の相関が見られ、頂端膜に存在するUT-αの量が尿素再吸収量、すなわち血漿中の尿素濃度を規定していることが示唆された。ゾウギンザメで発見したUT-βとUT-γを今後ドチザメでも解析することで、尿素再吸収機構の全貌解明が進むと期待している。昨年度の研究で、ゾウギンザメから3種類の尿素輸送体を世界で初めてクローニングすることに成功したが、今年度の研究からスプライシングバリアントを含む5種類の輸送体が腎臓で発現していること、ツメガエル卵を用.いていずれも機能的な促進型尿素輸送体であることを証明した。現在特異的な抗体を作成中であるが、予備的な染色結果からはUT-betaとUT-gammaはすでにドチザメで同定した尿素輸送体とは異なる尿細管分節に存在しており、尿素再吸収の分子機構解明のための大きな手がかりになることは間違いない。NaKCI共輸送体や水チャネルの同定も順調に進んでおり、これらの輸送分子群を今後総合的にマッピングしていくことにより、尿素再吸収の全貌を明らかにしていくことができると考えている。尿素輸送体分子の動態に関しては、環境浸透圧を増減させる「戻し実験」を行った。昨年度の研究で、ドチザメを低浸透圧環境におくと、尿素輸送体が頂端膜から消失することを発見したが、そのような個体を通常海水に戻すことにより頂端膜への尿素輸送体蓄積が回復することを見出した。このことは、頂端膜での尿素輸送体存在量が生理学的に制御されることを示している。頂端膜の尿素輸送体量は、血液中の尿素濃度と高い相関関係を示し、尿素再吸収に直接関与することを示唆している。また、血液中のバソトシン濃度とも正の相関を示し、バソトシンが尿素輸送体の制御因子である可能性を示した。
国境を超える水銀汚染問題の対策に関する研究

本研究は、「水俣病」の発生によって、水銀のもつ有毒性について世界の目を開かせた国であるわが国が、国境を越える汚染が問題となっている現在の水銀問題入の対策に関して、世界で主導的な役割を果たしている北欧諸国等と協力して問題に取り組むことができるように、先行する取組を調査した上で、わが国における様々な水銀をめぐる法令等の規定を整理し、水銀を可能な限り身の周りから除去するための取組のあり方を探ろうとするものである。平成21年度には、米国大統領に就任したオバマ氏による環境問題への方針転換に伴う影響の流動的状況からその前年度にも調査の実施を延期した北欧諸国等でのヒアリング調査を行う予定であった。しかしながら、ウプサラ大学地球科学教室のLars Hylander准教授との意見交換において、平成20年度に収集・整理したわが国における水銀の使用状況や、水銀に係る法規定等の資料をまとめ、併せて平成21年7月に成立した「水俣病被害者の救済及び水俣病問題の解決に関する特別措置法」の具体的な内容等についての情報提供を行うことも重要であると示唆されたため、わが国における水俣病に関する研究の進展の成果も含めて、当該特別措置法の措置の具体化の進展状況をみつつ、資料をまとめ報告可能となるように総括を行った。本研究は、「水俣病」の発生によって、水銀のもつ有毒性について世界の目を開かせた国であるわが国が、国境を越える汚染が問題となっている現在の水銀問題への対策に関して、世界で主導的な役割を果たしている北欧諸国や欧州委員会等と協力して問題に取り組むことができるように、先行する取組を調査した上で、わが国における様々な水銀をめぐる法令等の規定を整理し、水銀を可能な限り身の回りから除去するための取組のあり方を探ろうとするものである。平成20年度には、当初、先進的な水銀対策を進め、それを世界レベルでも実践しようと国際的なルール作りにも取り組んでいる北欧諸国等でのヒアリング調査を行う予定であった。しかしながら、水銀問題への国際的な取組の1つとして、遅々として進まないものの、その制定が提唱されている水銀規制の条約作りの動きが、米国大統領に就任したオバマ氏の方針によって大きく影響される可能性が高かったため、流動的な状態で調査を行うよりは、国際的なルール作りの場の一定の方向性が決まるまで待った方が良いと判断し、ヒアリング調査の実施を延期した。したがって、平成20年度には、我が国における水銀の使用状況や、水銀に係る法規定等の資料の収集および整理に努めた。海外でのヒアリング調査の際には、わが国の状況についての情報提供を行うことも重要であると考えられるため、わが国における水俣病に関する研究の進展の成果についてや、水銀の使用・排出状況等を示す各種の資料等について、アップデートを行いながら整理し始めることができるようになっている。また、水俣病の研究から明らかにされつつある有機水銀の慢性毒性についての科学的知見についても、申請者が関与してきている共同研究に引き続き協力して、その理解を深めることができた。
微細流路内での拡散現象を利用した微粒子の連続立体混合システムの構築

本研究では、単にかき回しても混ざらない微粒子同士を、均一あるいは任意の成分分布状態に「混合」させるための技術を開発した。時間に依存せず任意の成分分布をもつ微粒子の混合物を作るために、混合したい複数の微粒子を連続供給しながら、それぞれを多数に分割する。分割したもの同士を拡散混合することで局所的な混合比を保証し、その状態で全体を集約する。分割数を増やすことで、精密な混合が可能になり、また粒子の拡散速度が速くなる。これを実現するために、3次元的な微細流路をもつ連続立体混合システムを開発した。この技術を用いて、成分比率が連続的に変化する混合物を試作し、システムの性能を確認した。本研究の目的は、単にかき回しても混ざらない微粒子同士を、均一あるいは任意の成分分布状態に「混合」させるための技術を開発することである。混合したい複数の微粒子を連続供給しながら、それぞれを多数に分割し、分割したもの同士を拡散混合することで局所的な混合比を保証し、その状態で全体を集約する。分割数を多くすれば、より精密な混合が可能になり、また粒子の拡散速度が速くなる。これを実現するために、3次元的な微細流路をもつ連続立体混合システムを開発する。平成23年度は、連続立体混合システムを実現すべく、供給、流量計測、分割の各プロセスについて問題点の抽出と改善設計を行った。供給プロセスについては、本研究ではスクリューを用いた押し出しを行うが、ここで問題となるのは、スクリュー回転周期と同期して微粒子の供給量に脈動が生じることであった。この問題に対し、出口の形状を最適化して脈動が生じにくい構造にするとともに、スクリュー径を微細化して回転数を上げることで、脈動の低減を図った。流量計測プロセスについて、微粒子の流量をインラインで測定するために、供給器から落ちる微粒子を斜板に当て、その衝撃力の水平成分を計測することで単位時間当たりの流量を算出した。その値を供給器のスクリュー回転数にフィードバックすることで、一定量だけでなく、時間とともに変化する量を供給することも実現した。分割プロセスについては、粒子同士が強固に凝集していることが原因で粒子の流動性が著しく低下し、安定的に分割することが困難な場合があることが分かった。分割の精度を安定化するために、流路幅、深さ、断面形状、流路傾斜角などの条件を検討し、最適化を測った。現在の試作流路では、分岐部の調整なしの場合で10%程度の誤差が見られる。これを改善するために、系全体に振動を加える解決法を検討している。平成24年度は、前年度に引き続き、供給、流量計測、分割、拡散、集約の、個別のプロセスについて問題点を改善し、プロセス全体の確立を行った。試作したシステムを用いて、種々の微粒子の連続立体混合を試みた結果、混合の成否は粒子の流動性に強く依存すること、特に、粒径数10μm以下の小径粒子において安息角が高くなり、流動性が低下することがわかった。これが原因となって、混合中に供給量を任意に変更できる可変供給システムにおいて、微少流量のときにのみ粉体の流量が脈動するという理由で所望の流量を供給できないことが判明したため、供給装置内のスクリュー部分の設計を変更し、装置の再試作を行った。また、分割・拡散のプロセスにおいて、分割比率や拡散状態の均一性は、微細流路内の粒子速度が遅いほど、すなわち微細流路の角度が小さいほど高くなることを示した。そのため、安定した混合を実現するためには、流路の設置角を低くし、その際に流れが滞らないようにシステム全体を加振して安息角を低く保つ設計が必要である。本研究では、単にかき回しても混ざらない微粒子同士を、均一あるいは任意の成分分布状態に「混合」させるための技術を開発する。

この技術を用いて、たとえば金属からガラスへと無界面で変化する焼結体のような、成分比率が連続的に変化する物体を試作し、混合システムを評価する。平成25年度は、前年度に引き続き、個々のプロセスを統合して、連続立体混合システムの構築を行った。システムを評価するために、試作したシステムを用いて、種々の微粒子の連続立体混合を試みた。前年度までに、粒径が20μm程度以上であれば粒子同士の凝集が抑えられることがわかっていたが、構成比率を動的に制御した混合を行う場合には、流量の脈動を抑えること、分割比率を安定化させることが課題である。そこで、前者の問題を解決するためにスクリューポンプのらせん溝を微細化・並列化するとともに、スクリュー自体を短くしてかつ回転数を上げ、脈動の振幅を低減させることに成功した。後者の問題のためには、分割流路の加工順序を最適化させることで、分割比率の不安定要因を解消した。これらにより、混合する粒子の構成比率を動的に制御することが可能となり、デモンストレーションとして2種の粒子の比率が時間的に変化するグラデーション混合を行い、その性能を確認した。26年度が最終年度であるため、記入しない。マイクロハンドリング26年度が最終年度であるため、記入しない。微粒子の分割装置の試作開発過程において、当初予想し得なかった微粒子の強固な凝集による流動性悪化という理由により、試作した拡散装置の性能が十分に発揮されないことが判明した。したがって、微粒子の凝集状態・微細流路の形状と微粒子の流動性の関係を再検討した上で、分割装置を再試作した。これに4ヶ月を要したため、当初の計画よりはやや遅れている。混合中に供給量を任意に変更できる可変供給システムの試作開発過程において、当初予想し得なかった粉体の安息角の制約によって、微少流量のときにのみ粉体の流量が脈動するという理由により、所望の流量を供給できないことが判明した。したがって、供給装置内のスクリュー部分の設計を変更し、装置の再試作を行った。これに7ヶ月を要したため、当初の計画よりはやや遅れている。本研究を効率的に推進するために、混合に必要なプロセスにおけるパラメータの最適化を並行して行う。本研究で提案する手法は、供給、計測、分割、拡散、集約の5つのプロセスがそれぞれ独立で、直列に繋がっているため、上記の並列化が可能である。現在までに分割プロセスにおける粒子凝集の解消方法を検討しているが、拡散・集約プロセスにおいても凝集を避けながら効率的に拡散・集約するためのパラメータの最適化が必要と考えられる。これを同時に進め、最終的に一貫プロセスとして統合する。本研究を効率的に推進するために、統合システムを用いた混合比率の分析評価と、粒子を用いた機能デバイスの試作とを並行して行う。そのために、機能デバイスの中間原料として、2種粒子の混合比率が0%から100%へ無段階的に変わる集積物を製作し、その構成比率分布を計測することによってシステムの性能を評価する。
免疫不全症の遺伝子診断システムの構築と新規責任遺伝子の発見

高IgE症候群は、難治性のアトピー性皮膚炎、高IgE血症、細菌に対する易感染性を3主徴とする免疫不全症である。その原因遺伝子は、細菌まで明らかにとれていなかったが、2006年我々が単純ヘルペスウイルス感染症と細胞内寄生細菌感染症を合併する高IgE症候群の1つの原因遺伝子TYK2を発見した。さににこの発見を契機として、TYK2欠損症で障害が見られたサイトカインジナル遺達を詳細に検討することにより、古典的高IgE症候群の原因遺伝子がSTAT3であるとを我々が世界に先駆けて発見した。以上の発見により高IgE症候群は、いくつかのサイトカインのシグナル伝達の異常が原因で発症する症候群である可能性が示唆された。高IgE症候群は、慢性のアトピー性皮膚炎様の難治性湿疹、高IgE血症、細菌に対する易感染性を3主徴とする疾患である。免疫系以外の症状を合併する1型のものは、特徴的な顔貌と全身の骨、歯牙の異常を呈する。症状が免疫系に限局する2型のものは、重症の単純ヘルペスウイルスなどのウイルス感染症に反復罹患する。高IgE症候群の原因遺伝子は、一昨年まで世界的にも全く明らかにされていなかったが、2006年我々が2型高IgE症候群の原因遺伝子Tyk2を世界に先駆けて発見し、さらに昨年頻度が高く重要な1型高IgE症候群の原因遺伝子STAT3を同定した。STAT3の突然変異は、DNA結合領域に集積しており、コドン382のアミノ酸置換とコドン463の1アミノ酸の欠失がホットスポットだった。アミノ酸置換を有するSTAT3はサイトカインの刺激により正常にチロシンリン酸化されダイマーを形成したが、STAT3のターゲット配列に対する結合が正常の約4分の1に低下していた。突然変異を有するSTAT3はIL-6に応答してSTAT3-ルシフェラーゼレポーターが活性化されるヒト肝由来のHepG2細胞に発現させるとIL-6刺激によるルシフェラーゼ活性の誘導をほぼ完全に抑制し、IL-6のシグナル伝達に対してドミナントネガティブに働くことが証明された。以上の発見により高IgE症候群は、いくつかのサイトカインのシグナル伝達の異常が原因となって発症する症候群である可能性が示唆された。原発性免疫不全症は、免疫系遺伝子の異常により発症する疾患で、ヒトの免疫系遺伝子の生体内機能の解明に重要な貢献をしてきた。その1つの高IgE症候群は黄色ブドウ球菌による皮膚・肺の感染症、重症のアトピー性皮膚炎、血清IgEの高値を主徴とする疾患である。本症候群は、40年以上も前にその第1例が報告されていたにもかかわらず、我々が本研究を開始するまでその原因が不明だった。我々は、高IgE症候群に細胞内寄生細菌とウイルスに対する易感染性を合併する症例を発見したことを契機として、ヒトTYK2欠損症を世界で始めて同定した(lmmunity,2006)。さらにこのTYK2欠損症においてサイトカインシグナル伝達が障害されていることを見出したことから、STAT3の突然変異が高IgE症候群の主要な原因遺伝子であることを世界で始めて明らかにした(Nature, 2007)。高IgE症候群はSTAT3の異常によりにより発症することが明らかとなったが、その病態形跡機構はこれまで明らかではない。最近高IgE症候群においてTh17細胞の分化障害が起こっていることが明らかにされたが、これがなぜ、皮膚と肺に選択的に黄色ブドウ球菌感染症を引き起こすかは不明であった。そこで、我々は正常または高IgE症候群のT細胞を活性化し、その上清をケラチノサイトに投与したところ、正常の上清はケラチノサイトを刺激して、好中球をリクルートするケモカインCXCL8とβ-defensin2/3を大量に産生したのに対して、患者T細胞由来の上清では、それらの産生上昇がほとんど見られなかった。さらにこの現象はケラチノサイトと気管支上皮細胞に特異的に見られ、線維芽細胞、血管内皮細胞、マクロファージでは見られなかった。すなわち、Th17細胞から分泌されるサイトカインは肺と皮膚において感染防御に特に重要な役割を果たしていることが明らかになった。
細胞内薬物送達の制御を目指した新規構造スイッチング型膜透過ペプチドの設計と開発

アルギニンやリジン残基を多く含むペプチド(塩基性ペプチド)が細胞内に容易に移行することが見出され、この性質を利用したin vitroやin vivoでのドラッグデリバリーが盛んに研究されている。しかし現段階において、この塩基性ペプチドの細胞内移行は細胞選択性がなく(非特異的)、薬物キャリア分子としての将来への応用を考えた場合、高い細胞内移行能を部位特異的に自由に制御する技術が必ず必要となる。研究代表者らは塩基性ペプチドの細胞内移行能がその構造によって大きく変化することを見出していることから、本研究では構造を変化させることで自由に細胞内移行が制御できる塩基性ペプチドをデザインし、合成を行った。これまで、光照射やpH変化によって特異的に構造変化を起こし、細胞内移行能を獲得する塩基性ペプチドの設計および合成を行ってきた。具体的には光照射によって切断されるリンカーとしてニトロベンジル基を含むもの、あるいはpHの低下(pH5付近)により分子内で自己分解が起こるリンカーを組み込んだものを合成した。しかしながらこれらは非常に不安定であり合成が困難であることから、安定で簡単に合成できるものを目指し現在他の光感受性リンカーに関して引き続き検討を行っている。また、より実際的なターゲットとして、疾病特異的に細胞外で検出されるプロテアーゼに注目し、これらによって特異的に切断される配列を組み込んだ塩基性ペプチドを合成した。疾病特異的なプロテアーゼとして、前立腺特異抗原(PSA、前立腺がん)やマトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP、がん)、カテプシン(炎症部位)を取り上げ、これらの塩基性ペプチドが酵素処理により構造を変化させることを確認した。現在、これらのペプチドの細胞内移行が酵素の有無により制御可能であるかについて主にHeLa細胞を用いて検討を行っている。またPSAを培養液中に分泌する前立腺がん由来細胞株(DU145)を用い、前立腺がんへのターゲティングを目指し検討を行っている。これと同時に、塩基性ペプチドの細胞内移行において、濃度依存的にサイトゾルに直接移行する経路が存在することを見出した。通常塩基性ペプチドは、エンドサイトーシスによって細胞内に取り込まれることが知られているが、投与濃度が閾値を超えるとエンドサイトーシスだけでなく、サイトゾルへと直接移行することを見出した。この現象は、これまでの塩基性ペプチドの細胞内移行とは全く異なるものであり、今まで困難とされていた細胞質への直接的な物質導入の可能性を強く示すものである。この発見に関しては、学会発表を行うとともに、Bioconjugate Chemistry誌に発表した。また、塩基性ペプチドの細胞内移行に重要なアルギニン側鎖(グアニジド基)に注目し、これをソルビトールの水酸基に導入した新たな細胞内デリバリーベクターについても検討を行い、これがミトコンドリアに効率よく集積することなどを見出し、Angewandte Chemie International Edition誌に発表した。塩基性アミノ酸を多く含むペプチド(塩基性ペプチド)は、高い親水性を有するにもかかわらず、細胞内に容易に移行することが知られており、この性質を利用した薬物の細胞内デリバリー、特に細胞内に移行しにくい水溶性薬物への応用が期待されている。しかしこの塩基性ペプチドを薬物キャリア分子として考えた場合、高い細胞内移行能を自由に制御する技術が将来的に必要となる。本研究では前段階としてすでに明らかにしている塩基性ペプチドの細胞内移行における構造依存性に関する知見をもとに、その細胞内移行能を構造変化によって自由に制御できる塩基性ペプチドをデザインし、合成を行う。今年度は、平成17年度の研究計画に従い、光照射やpH変化によって特異的に構造変化を起こし、細胞内移行能を獲得する塩基性ペプチドの設計および合成を行ってきた。具体的には光照射によって切断されるリンカーとしてニトロベンジル基を含むもの、あるいはpHの低下(pH5付近)により分子内で分解が起こるリンカーを組み込んだものを合成した。しかしながら両者とも非常に不安定であり合成が困難であることから、安定で簡単に合成できるものを目指し現在他の光感受性リンカーに関して検討を行っている。これと平行して、より実際的なターゲットであるリソソーム酵素の切断配列を組み込んだ塩基性ペプチドに関し、検討を行っている。これと同時に、上記の塩基性ペプチドの細胞内移行を追う過程で得られた塩基性ペプチドの細胞内トラフィックに関する知見をBioconjugate Chemistry誌に発表を行った。また同様に、偶然にも負電荷を有する疎水性の分子(対アニオン)を共存させることにより、塩基性ペプチドがわずか数分で直接細胞質に移行することを見出した。塩基性ペプチドは通常、エンドサイトーシスによって細胞内に移行し、そのほとんどがエンドソーム小胞内にとどまることが知られているが、薬物キャリア分子として考えた場合、小胞からの脱出(細胞質への移行)という点が課題であった。今回見出した手法は、塩基性ペプチドの細胞内移行経路を劇的に変化させるものであり、今まで困難とされていた細胞質への直接的な物質導入を可能とするものである。この発見に関しては、ペプチド討論会や日本薬学会など様々な学会で精力的に口頭発表を行うとともに、現在論文を投稿中である。アルギェンやリジン残基を多く含むペプチド(塩基性ペプチド)が細胞内に容易に移行することが見出され、この性質を利用したin vitroやin vivoでのドラッグデリバリーが盛んに研究されている。しかし現段階においてこの塩基性ペプチドの細胞内移行は非特異的であり、薬物キャリア分子として将来への応用を考えた場合、高い細胞内移行能を自由に制御する技術が必ず必要となる。研究代表者らは塩基性ペプチドの細胞内移行能がその構造によって大きく変化することを見出していることから、本研究では構造を変化させることで自由に細胞内移行が制御できる塩基性ペブチドをデザインし、合成を行う。

今年度は、疾病特異的に細胞外に検出されるプロテアーゼの切断配列を組み込んだ塩基性ペプチドの設計および合成を行ってきた。具体的には前立腺特異抗原(PSA、前立腺がん)、マトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP、がん)やカテプシン(炎症部位)によって特異的に切断される配列を組み込んだ塩基性ペプチドを合成した。またこれらの塩基性ペプチドが酵素処理により構造を変化させることを確認した。現在、これらのペプチドの細胞内移行が酵素の有無により制御可能であるかについて主にHeLa細胞を用いて検討を行っている。またPSAを培養液中に分泌する前立腺がん由来細胞株(DU145)を用い、前立腺がんへのターゲティングを目指し検討を行う予定である。これと同時に、上記の塩基性ペプチドの細胞内移行を追う過程で得られた知見をBiochemistry誌などに発表を行った。また、偶然にも負電荷を有する疎水性の分子(対アニオン)を共存させることにより、塩基性ペプチドがわずか数分で直接細胞質に移行することを見出した。この現象は、これまでの塩基性ペプチドの細胞内移行とは全く異なるものであり、今まで困難とされていた細胞質への直接的な物質導入の可能性を強く示すものである。この発見に関しては、国内外の様々な学会で精力的に口頭発表を行うとともに、ACS Chemical Biology誌に発表した。また、塩基性ペプチドの細胞内移行に重要なアルギニン側鎖(グアニジド基)に注目し、これをイノシトールの水酸基に導入した全く新たな細胞内デリバリーベクターについても検討を行い、Aneewandte Chemie International Edition誌に発表した。アルギニンやリジン残基を多く含むペプチド(塩基性ペプチド)が細胞内に容易に移行することが見出され、この性質を利用したin vitroやin vivoでのドラッグデリバリーが盛んに研究されている。しかし現段階において、この塩基性ペプチドの細胞内移行は細胞選択性がなく(非特異的)、薬物キャリア分子としての将来への応用を考えた場合、高い細胞内移行能を部位特異的に自由に制御する技術が必ず必要となる。研究代表者らは塩基性ペプチドの細胞内移行能がその構造によって大きく変化することを見出していることから、本研究では構造を変化させることで自由に細胞内移行が制御できる塩基性ペプチドをデザインし、合成を行った。これまで、光照射やpH変化によって特異的に構造変化を起こし、細胞内移行能を獲得する塩基性ペプチドの設計および合成を行ってきた。具体的には光照射によって切断されるリンカーとしてニトロベンジル基を含むもの、あるいはpHの低下(pH5付近)により分子内で自己分解が起こるリンカーを組み込んだものを合成した。
単球・マクロファージの寛容誘導による関節炎モデル・マウスの治療

単球・マクロファージ系の樹立細胞であるU937細胞表面におけるCD14およびCD86の発現はphorbor myristate acetate(PMA)刺激により誘導された。PMAによって分化誘導されたU937はその培養上清中に種々のサイトカイン、即ちIl-1,Il-6,IL-8,TNFαを著しく産生することが認められた。このようなPMA刺激はU937細胞内での核内転写因子NF-kBの核内への移行を誘導することをelectrophoretic mobility shift assayによって確認した。そこで、NF-kBの抑制剤であるpyrolidine dithiocarbamate(PDTC)をあらかじめ投与しておくと、上記のPMAによるU937の活性化を抑えるのみならず、一部の細胞を細胞死(アポトーシス)に陥らせた。これは一連の細胞死シグナルのなかでも蛋白分解酵素であるcaspase-3の活性化によって起こっていることが、その酵素活性およびWestern blotによって確認された。PMA刺激はPDTCによるアポトーシスを回避する方向に働くことが示され、caspase-3の活性化そのものも抑制されることが解った。このようにして、PMA刺激時のU937細胞は活性化され、同時にNF-kBの発現を増強することによって、XIAPの発現を誘導しアポトーシスを回避するように働くことが解った。またこれらの細胞内メカニズムに基づいて、単球・マクロファージにPMA再刺激を行うことにより単球・マクロファージの寛容誘導の機構が示唆された。まず最初に、マウスにLipopoly sacharide(LPS)を投与した際の血清中のサイトカインの変動について検討を行った。サイトカインは主として、単球・マクロファージより産生されるInterleukin-(IL-1)、Tumor Necrosis Factor α(TNF-α)をELISA法にて測定した。LPS 5μg/kg,50μg/kg,500μg/kgをマウス腹腔内へ投与し、経時的に血清中のサイトカインをアッセイした。血清中サイトカインはIL-1,TNFの共に2時間後をpeakとしていずれの濃度においても検出された。また、その血清中サイトカイン濃度はLPSのdoseにdependentであった。更に、24時間後の血清中には殆ど検出できなかった。また、LPS投与後1日目をpeakに体重減少が認められ、次第に回復した。単球・マクロファージ系の寛容を誘導する目的で、あらかじめ1μg/kgのLPSを24時間前に投与し、同様の実験を行った。LPSを前日投与することにより、血清中に検出されるIL-1,TNFの濃度は著しく低下した。これらの実験結果をもとに、現在、DBA/Iマウスを用いてタイプIIコラーゲンによる関節炎モデルマウスを作成し、関節炎モデルマウスの発症に対するLPSの寛容誘導の影響について検討中である。Lipopo1ysaccharide(LPS)による寛容誘導において、Fen-yu Jinらがsecretary 1eukocyteprotease inhibitor(SLPI)の重要性を1997年2月Cellに発表した。私達はマウスにおけるLPS寛容誘導による関節炎モデルの治療に際し、このSLPIについて検討を行った。まず、ヒトSLPIは主として呼吸器病変において検討されているが、マクロファージ等の単球系細胞での発現はあまり検討されていない。そこで、単球系の細胞株であるU937についてRT-PCR法にてそのメッセージの発現を検討した。結果としてU937はSLPIを恒常的に発現している事がわかった。しかしながら、U937細胞表面にLPSレセプターであるCD14の発現がみられず、LPS刺激によるSLPIの発現増強はみられなかった。抗SLPI抗体を用いたウエスタンブロット法による蛋白レベルの解析においてもU937はSLPIを恒常的に発現していた。一方、U937はphorbor myristate acetate(PMA)刺激によりその表面にCD14分子の発現が誘導された。そこで、現在PMA刺激によって分化誘導されたU937をLPSにて刺激し、その際のサイトカイン誘導と共にSLPIの発現について検討している。また、ヒト末梢血単球をLPSで刺激しそのサイトカイン(IL-1,TNF)の誘導とSLPIの発現を検討している。

このようにして、PMA刺激時のU937細胞は活性化され、同時にNF-kBの発現を増強することによって、XIAPの発現を誘導しアポトーシスを回避するように働くことが解った。またこれらの細胞内メカニズムに基づいて、単球・マクロファージにPMA再刺激を行うことにより単球・マクロファージの寛容誘導の機構が示唆された。
曲面群の指標多様体上の写像類群による作用の幾何学

穴あきトーラスのSL(2,C)指標多様体において、BowditchによるQ条件、指標に対応する表現の離散性、写像類群の力学系の複雑さ、の3者の関連を中心研究を行った。特にリニアスライスと呼ばれる指標多様体の部分集合内において、離散領域の大域的な形状に関する小森洋平氏との共同研究を発表した。また、原始安定性というMinskyによって近年定義された力学系の複雑さをはかる概念について、計算機実験を行い、Q条件との比較を行った。階数nの自由群FnからSL(2,C)への表現全体の空間には、SL(2,C)の元が共役により作用する。表現空間をこの共役作用に関する幾何学的不変式論の意味での商は指標多様体と呼ばれ、現在活発に研究が行われている。特にこの空間には自由群Fnの外部自己同型群が自然に作用する。この作用について、幾何及び力学系の観点から理解を深めるのが、当初の目的である。特に階数nが2のとき、Bowditchにより与えられた指標多様体の元に関する条件には、対応する表現の像から得られるメビウス変換群の離散性との関連が予想されるが、現時点では不明な点が多い。本研究代表者は、この(1)Bowditchによる条件、(2)像の離散性、(3)対応する力学系の複雑さ、の3者の関連について、研究を行った。(1)と(3)について、両者を比較するための計算機実験を行った。ただし(1)や(3)の数学的な定義は無限個の不等式を経由するもので、そのままで計算機実験をすることは難しく、それを有限の計算により部分的な十分条件を導出することにより、計算機アルゴリズムの開発を行った。それに加えてアルゴリズムの実装も行い、計算機実験による結果の考察も行った。これらの結果はいくつかの研究集会などで発表を行った。(2)に関して、離散性領域の大域的な形状を中心に共同研究を行った。また、特別なスライス(部分集合)に対して、上記(1)と(2)の対応が一致しない例があることを見出し、これについて考察を行った。この作用について、幾何及び力学系の観点から理解を深めるのが、本研究課題の目的である。最終年度に実施した研究の成果について述べる。任意の閉3次元多様体は3次元球面の分岐被覆として得られることは古典的によく知られている。特に分岐点の集合として、双曲絡み目をとることが可能である。そこで、閉3次元多様体の複雑さの指標の一つとして、絡み目体積という不変量を米国アーカンソー大学のヨアフリエック氏と共同研究にて定義し、その基本的な性質を調べた。さらに、この結果査を読付き論文として発表した。また、シンガポール大学のタン氏と英国ウォーリック大学のシリーズ氏と共同研究を進め、階数2の自由群の指標多様体の特定の部分集合(一般化されたライリースライス)の幾何構造の研究を推進した。