hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ＥＢウイルスによる難治性歯周病発症機序の解明

近年、Epstein Barr virus (EBV)の歯周疾患への関与が示唆されており、われわれは慢性歯周炎患者の病変部から高率にEBVを検出すること、病態の進行に伴いEBVとP.gingivalisなどの共感染が認められることを見出した。さらに、細菌の代謝産物酪酸がEBVを再活性化、歯肉線維芽細胞からの炎症性サイトカインの産生を強く誘導することを解明し、細菌とEBVの負の連鎖が歯周病発症と進展において重要な役割を担っている事が示唆された。歯周病の予防と治療において新たにウイルス感染を考慮する必要性の分子基盤を提示することが出来た。歯科の二大疾患である歯周病と齲蝕はともに細菌感染症であり、齲蝕が進行すると炎症が歯根にまでおよび根尖性歯周炎が発症する。歯周病は世界で最も蔓延している感染症であるが、近年、歯周病が誤嚥性肺炎などの全身疾患の原因となることが明らかとなり、超高齢化社会を迎えるわが国において歯周病対策はより重要となる。また歯周病と根尖性歯周炎は歯を喪失する最大の要因となることから、QLO維持のためにも両疾患の病因の解明と新規治療法の開発は重要である。近年、進行性や難治性の歯周病および根尖性歯周炎の発症にEBウイルス(EBV)が関与するとの興味深い臨床報告が多数なされている。歯周ポケットや唾液仲のEBV量と歯周病の進行度が相関しており、特に重症の歯周疾患ではその関連性はより高くなる。また、歯周病原菌の量とEBVのDNA量も相関関係にあることが報告されている。しかしながら、わが国においてはEBVの検出をおこなった臨床研究はない。またEBVが歯周疾患の発症にどのように関与しているのか?この問題に関しては具体的な報告は一切ない。本年度は、EBVによる歯周疾患発症の分子機構について継続的に取り組んだとともに、歯周病と根尖性歯周炎患者の病変からのEBVの検出をPCR法を用い試みた。その結果、進行性の歯周疾患においてEBVのDNAが有意に検出された。また、EBVのEBERがB細胞の局在と一致して認められたことから、日本人においてもEBVが歯周疾患の進行に深くかかわっていることが示唆された。歯周病は成人の80%以上が罹患している細菌感染症である。近年、歯周病が誤嚥性肺炎などの全身疾患の原因となることが明らかとなり、超高齢化社会を迎えるわが国において歯周病対策はより重要となる。最近、進行性や難治性の歯周病の発症にEBウイルス(EBV)が関与するとの興味深い臨床報告が多数なされているが、病態の形成にEBVがどのように関与しているかについては不明である。EBVは潜伏感染状態にあるため、病気の発症に関与するには、まず潜伏ウイルスが再活性化される事が必須である。最近の研究から、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)によるクロマチンレベルでのEBV潜伏感染機構が明らかとなってきたが、一方で生体内においてどのような状態(病態)が潜伏感染の破綻を引き起こすかは不明である。今年度は、EBV潜伏感染細胞であるAkataやDaudi細胞に菌体、もしくは菌の培養上清を添加し再活性化に必須である転写因子ZEBRAの発現を検討した。その結果、歯周病原菌、P. gingivalisやFusobacterium nucreatumがHDAC阻害作用を有する酪酸を放出する事でZEBRAの発現を誘導し、EBV複製を促進している事を示した。酪酸以外の物質にEBVの活性化作用はみられなかった。歯周病原菌によるEBV活性化が転写レベルで起こっているか否かを検討するために、ZEBRAプロモーターを安定的に導入したB95-8 EBV感染細胞を用いてLuciferase assayを行った結果、歯周病原菌は転写レベルでZEBRAを誘導している事が解った。細菌とウイルスの微生物間相互作用が、EBVの再活性化とその後の病態形成に関与している事が示唆された。近年,Epstein-Barrウイルス(EBV)と歯周病発症との関連性を示す興味深い臨床研究データが複数の施設から報告されている。われわれは、これまでに歯周病変部からEBVが検出されること、歯周病原菌が酪酸を介して潜伏感染EBVを再活性化することを報告してきた。歯周病の主な原因が宿主側に求められる中,宿主細胞内に寄生し免疫機能低下を誘導するウイルスがその発症に関与するという説は,これまで細菌感染のみでは説明が困難であった歯周病の病因論確立に繋がる可能性がある。しかし,ウイルスがどのように病態形成に関与しているのか,その具体的な分子機構に関しては世界的に報告がない。実験の結果、感染性をなくしたEBVは歯肉線維芽細胞やマクロファージからから大量の炎症性サイトカインを誘導する事を見出した。

詳細な解析を進めたところ、EBVによる炎症性サイトカイン産生にはNF-kBや一部のMAPKが関与していることが明らかとなった。歯周疾患の発症と進展において,炎症性サイトカインは骨吸収への関与など中心的な役割を演じる。これまでのわれわれの一連の研究成果から、EBVは局所および全身の相乗的な作用により歯周病の発症と進展に深く関与している可能性がある。微生物学大きく分けた研究課題の2つとも順調に進行していると共に、患者からのEBV検出も試みEBVと歯周疾患の関連に関して基礎から臨床的研究まで広く発展した。また、学会発表で成果を報告すると共に、論文としても発表することができた。研究課題は大きく2つに分けたが、そのうちの1つの課題である「歯周病原菌によるヒストン修飾を介する潜伏感染EBV再活性化メカニズム」に関して、いくつかの学会で毛研究成果を発表すると共に、論文として公表する事が出来た。本年度、歯周病患者とEBVの関連性に関しては論文として発表することができたため、引き続き根尖性歯周炎患者からのEBVの検出解析をすすめ論文としてまとめる。またEBVによる歯周疾患発症と進展のメカニズムに関しては、最後に残された課題であるEBVによる炎症性サイトカイン誘導におけるTLRとNF-κBの関与を中心に解析をすすめる。炎症性サイトカインの誘導には、転写因子NF-κBの活性化が最も重要であることが知られている。この点を調べるために、細胞を刺激した前後で核抽出液を調整し、抑制因子IκBaやNF-κB p65などの状態を各抗体を用いたWB法にて、またNF-κBプロモーターへの影響をルシフェラーゼアッセイにて調べる。さらに、実際の細胞内IL-6プロモーター上での各分子のダイナミックな動態を、ChIP assayにて検討し転写レベルでサイトカインが誘導されているか否かを調べる。さらに、EBVの歯周疾患発症への関与を証明するために、ヒト化マウスを用いた動物実験を開始する準備を行う。具体的にはヒト化マウスの歯肉、歯根内にEBVを確実に作用する技術を習得し、動物実験の基盤を作る。2年目の本年度は、潜伏感染EBVの詳細な活性化機構を明らかとすると共に、活性化したウイルスがどのように歯周病の病態に関与するのかについて重点的に研究を行う。具体的には、1)潜伏感染細胞内ZEBRAプロモーター上でのダイナミズム:実際に感染細胞内でのHDAC1やアセチルヒストンH3の動態と転写活性化との関連性を調べる。具体的には、EBV潜伏感染細胞と種々の修飾ヒストンH3抗体、またこれまでプロモーターへの結合が報告されているHDAC-1-2,-7の特異抗体を用いてChIP assayを行い培養上清添加前後での変化を比較する。2)ウイルスによる炎症性サイトカイン誘導作用の解析:ウイルスによるIL-6やIL-8の誘導能はELISAにて定量すると共に、mRNAレベルでの発現を確認するためにリアルタイムPCRを行う。3)ウイルス誘導性サイトカイン産生におけるToll-like receptor(TLR)/MyD88の関与:これまでに他のヘルペスウイルスのエンベロープ蛋白がTLRを認識する事が報告されているが、EBVがTLRをレセプターとしている可能性がある。従い、種々のTLRに対する中和抗体を用いて、歯肉線維芽細胞と歯肉上皮細胞におけるEBV誘導性サイトカイン産生におけるTLRの関与を調べる。
献腎移植における移植腎予後と心機能を評価するバイオマーカーの確立

献腎移植における移植腎予後と心機能を評価するバイオマーカーの開発を行う目的で、血清を用い解析を行った。献腎移植における移植腎予後を評価するバイオマーカーに関する研究ではNGAL, L-FABPならびにHMGB-1に着目し有用性について検討した。各々が心停止下献腎移植における移植腎機能回復のバイオマーカーとして有用であることを示した。心機能を評価するバイオマーカーに関する研究では、心不全マーカーである血清高感度トロポニンTとNT-proBNPに着目した。両者は移植腎機能回復に影響を受けるものの、心イベント発症の有無や、潜在的心疾患のモニタリングを行う上で有用なバイオマーカーである事が示唆された。献腎移植における移植腎予後と心機能を評価するバイオマーカーの開発を行う目的で、現在まで研究室にて保存した血清を用い、解析を進めた。対象は研究開始時と比較しさらに症例が増加した。対象症例数は心停止下献腎移植27例、生体腎移植29例、脳死下献腎移植4例。移植前、移植後1か月、移植後1年の血清高感度トロポニンTとNT-proBNPをElecsys immunoassay(Roche Diagnostics)を用いて測定した。心イベント発症の有無について比較検討した。移植前の高感度トロポニンTとNT-proBNPは各々44.4±4.9pg/ml, 2058±321 pg/mlと高値であり、移植後速やかに低下した。。心停止下献腎移植では移植後1か月の高感度トロポニンTとNT-proBNPは各々44.6±5.0 pg/ml, 1670±688 pg/mlと、生体腎移植と比較し、低下が緩徐であった。心イベント発症有の症例では、高感度トロポニンTとNT-proBNPは移植後1ヶ月で各々57.2±6.0pg/ml, 4793±2742pg/mlと心イベント発症無の症例と比較し、高値を示した)。心不全マーカーである血清高感度トロポニンTとNT-proBNPは、移植腎機能回復に影響を受けるものの、心イベント発症の有無や、潜在的心疾患のモニタリングを行う上で有用なバイオマーカーである事が示唆された。また、移植腎予後に関するバイオマーカーの候補としてHMGB-1に関する検討を開始し。プレリミナリーデータではあるが、心停止下献腎移植と生体腎移植症例において移植後の変化に差がみられることが判明し継続して解析を進める予定である。本研究の要旨は、本年度の臓器保存生物医学会で発表した。そこで得られた意見をもとに追加して解析を加え、日本泌尿器科学会総会では口演に採択され発表予定である。心不全マーカーである血清高感度トロポニンTとNT-proBNPは、移植腎機能回復に影響を受けるものの、心イベント発症の有無や、潜在的心疾患のモニタリングを行う上で有用なバイオマーカーである事が示唆され、日本泌尿器科学会、アジア移植学会そして欧州移植学会で研究内容を口演発表した。移植腎予後に関するバイオマーカーの候補としてHMGB-1に関する検討を行ったところ、移植前の血清HMGB-1は4.3±0.5 ng/mlであった。献腎移植では移植後の変化がPOD1:6.6±0.9, POD2:5.9±0.8, POD3: 5.1±0.7 ng/mlであったのに対し生体腎移植ではPOD1:5.2±0.4, POD2:6.8±0.4, POD3: 5.7±0.4ng/mlと移植後のピークに相違が認められた。DGF期間の相違による検討ではDGF-SがPOD1:5.9±1.1, POD2:5.1±0.9, POD3: 4.9±1.0 ng/mlに対してDGF-LがPOD1:7.4±1.8, POD2:7.0±1.4, POD3: 4.9±1.2 ng/mlと高い傾向が認められた。さらに移植術直後の検討では献腎移植では9.0±1.0 (p<0.01)と生体腎移植とを比較し有意な上昇を認めた。移植術直後の新たな結果を加えて本年度の日本泌尿器科学会総会ならびに国際移植学会に演題が採択され報告予定である。miRNAに関する検討では献腎移植腎内で発現亢進する17つの遺伝子と発現低下する3つの遺伝子に着目した。詳細はここでは明らかとしないが、結果をもとに継続して血清中のmiRNAの変化に着目し、研究を継続した。現在移植術直後の血清を用いて45サンプルに関してreal time PCRによる定量実験を行っている。具体的には内部標準2遺伝子(rnu44,u6)と13候補遺伝子に解析を絞り、献腎移植ならびに生体腎移植直後の血清中にあるmiRNAと予後相関について検討している。

献腎移植における移植腎予後と心機能を評価するバイオマーカーの開発を行う目的で、本年度は現在まで研究室にて保存した血清と尿を用い、解析を進めた。対象は研究開始時と比較し、症例が増加し、心停止下献腎移植30例、脳死下献腎移植4例、脳死下膵腎同時移植5例と生体腎移植50例、ならびに生体膵腎同時移植2例となった。移植腎予後を評価するバイオマーカーの開発を目的とし、移植前と周術期の各タイムポイントで、血清L-FABPとKim-1について検討した。血清L-FABPについては、移植後いわゆるdelayed graft function群(DGF)、DGFで移植後1週間以上透析を要する群(DGF long)、移植後直ちに腎機能を発現する群(immediate function (IF))に分けて検討したところ移植後早期でDGF, DGF longは血清L-FABPの有意な上昇を認めた。一方、Kim-1については症例毎に移植前から高値を示す症例があり、今後変化率などの検討を、各臨床経過で再検討する予定である。一方心機能を評価するバイオマーカーとして高感度トロポニンT、NT-proBNPに関して検討するべく準備を進めている。基礎実験は既に終了したものの、内シャント閉鎖や心血管イベントの発症した症例の検体蓄積が不十分であり、検討は次年度に持ち越す予定である。一方当初次年度で行う予定の移植腎生検に関するmiRNA arrayを用いた検討では、症例の蓄積があり、一部の遺伝子発現解析を開始し、終了した。今後次年度に向けて継続解析の予定である。血清L-FABPに関する研究内容は、プレリミナリーデータを本年度の臓器保存生物医学会で発表した。意見交換をもとに追加して解析を加え、抄録を日本泌尿器科学会総会、米国泌尿器科学会、米国移植学会に送り、いずれも演題が採択された。今後論文化を予定している。献腎移植における心機能を評価するバイオマーカーの開発に関する研究では、高感度トロポニンTとNT-proBNPに関して解析を行い、心イベント発症の有無について比較し検討を既に終了した。今後アジア移植学会と欧州移植学会に抄録を送り、今後論文化を進める予定である。移植腎予後に関するバイオマーカーの候補として新たにHMGB-1に着目し、あらたに検討を進めている。今後検討項目追加を予定し、近日中に検討を終了する予定である。一方移植腎1時間生検を用いたmiRNAに関する発現解析では、献腎移植16例と生体腎移植20例脳死腎移植4例が保存され、一部の解析を終了した。移植腎1時間生検は、ドナー側の摘出前の要素(特に死戦期の変化や摘出までの虚血状態)と、移植後に虚血再灌流障害によって引き起こされる新たな変化の両者を含み、graftのviabilityを判断する新しいツールとして使用できる可能性があり、既に解析を行いさらにmiRNAがターゲットとする遺伝子に関してデータ解析を進めている。全体としての進捗状況として、血清、尿を用いた解析は、献腎移植における心機能を評価するバイオマーカーの検討も終了し、今後は移植腎1時間生検を用いたmiRNA arrayによる解析のターゲット遺伝子の解析と、新たに着目したHMGB-1などおおむね順調に研究計画が順調に進展していると考えられる。献腎移植における移植腎予後を評価するバイオマーカーの開発に関する研究では、血清L-FABPとKim-1に関する検討を既に終了した。
中赤外高出力フッ化物ガラスファイバーレーザーの短パルス高強度化技術の確立

エルビウムを添加したフッ化物ガラス光ファイバーを用いた波長2. 8μm帯ファイバーレーザーの高平均出力化および高ピーク出力化に関する実験研究を実施した。平均出力が10 Wを超える波長可変ファイバーレーザーおよびQスイッチパルスファイバーレーザーを開発し、赤外域レーザー技術を進展させた。フッ化物ガラスファイバーを用いた高強度中赤外光パルスの発生・増幅の基礎技術の開発を目的とし、本年度は以下の二項目について実験実証を行った。(1)高出力広帯域波長可変ファイバーレーザー発振器の開発:中赤外光パルスの短パルス化にはより広い波長帯域で高い光利得が得られることが望ましいが、他の研究グループがこれまでに得た帯域幅は約2800ナノメートルの中心波長において130ナノメートル程度であり、光出力も2ワット程度に過ぎなかった。本研究で開発した光ファイバ放熱システムにより光ファイバの温度を低く抑えた結果、世界最高値である170ナノメートルの帯域幅と11ワットの光出力を達成した。(2)高ピーク出力パルスファイバーレーザー発振器の開発:共振器のQ値を高速に変化させることによりジャイアントパルスを発生させ高いピーク出力を得る技術は一般的であるが、2800ナノメートル帯の中赤外ファイバーレーザーでは実証例が少ない。音響光学素子を用いたパルス発振ファイバーレーザー発振器を開発し、約50ワットのピーク出力と1ワット以上の高い平均出力を得た。パルス幅は最短で250ナノ秒、パルスエネルギーは約16マイクロジュールである。今後の短パルス化により1000ワット以上の高ピーク出力が期待できる。以上の成果により、フッ化物ガラスファイバーレーザーの短パルス高強度化および高平均出力化に関する重要な基礎技術の一部が確立した。本研究成果の一部は米国光学会のOptics Letters誌に掲載された。フッ化物ガラスファイバーを用いた高強度中赤外光パルスの発生の基礎技術の開発を目的とし、本年度はQスイッチパルス発振における短パルス化と高ピークパワー化の実験実証を行った。共振器のQ値を高速に変化させることによりジャイアントパルスを発生させ高いピーク出力を得る技術は一般的であるが、2800ナノメートル帯の中赤外ファイバーレーザーでは実証例が少ない。昨年度までに開発した音響光学素子を用いたパルス発振ファイバーレーザー発振器の高出力化を図り、900ワットの高いピーク出力と12ワット以上の高い平均出力を達成した。パルス幅は最短で90ナノ秒、パルスエネルギーは最大で100マイクロジュールである。以上の成果により、フッ化物ガラスファイバーレーザーの短パルス高強度化および高平均出力化技術が飛躍的に進展した。今後レーザー加工、外科治療などの分野へ応用が可能になると期待される。
新半導体超格子評価用の紫外・青領域超短パルスレ-ザ-と分光システムの開発

本研究の目的は、今後の光エレクトロニクスに必要なワイド・バンドギャップ半導体超格子材料を評価するための、紫外・青領域の超短パルス・レ-ザ-光源と光子計測分システムを開発することにある。昭和63年度から平成2年度までの3年間で得られた研究成果は、次の通りである。1.紫外、深紫外領域のピコ秒パルス光を、励起光として分光測定に用いる手法を確立した。これは、非線形光学結晶(βーBaB_2O_4とKTP)を用いて、モ-ド同期YAGレ-ザ-の3次、4次高調波(波長:353、266nm)を、高効率で得る光学システムであり、この装置を完成させた。また、YAGレ-ザ-で同期励起される波長可変色素レ-ザ-の出力光を、βーBaB_2O_4を用いて深紫外の波長可変・2次高調波(280ー310nm)を、高効率で得る手法を確立した。2.超高速時間分解分光に適した、新しい「3重分光器」を設計し、作製した。この3重分光器は、測定する光パルスの時間幅を広げる原因となる分光器内の光路差を、差分形の光路を採用して打ち消し、10ピコ秒の時間分解能を確保するとともに、高分解分光の行える最終段分光器を組み合わせた3重分光器である。この新分光器と、超高速応答マイクロチャネル・プレ-ト型光電子増倍管を用い、超高速アンプ系で光信号の弁別を行い、単一光子計数法による超高速発光時間分解分光計測法の確立を行った。3.Cd_xMu_xTeーCdTe超格子を、ホット・ウォ-ル・エピタキシ-法により作製し、開発された超高速時間分解分光システムを用いて、発光の時間変化を測定し、磁気光エレクトロニクス材料として大きな可能性があることを確かめた。また、ZnTeーZnSe超格子の発光の時間特性を測定し、この系に特有のタイプII型超格子の発光機構を明らかにした。さらにZnSeの単結晶と薄膜の、紫外域励起子発光を測定し、その過渡的時間応答を調ベた。本研究の目的は、次世代光エレクトロニクス機能素子材料となるワイド・バンドギャップ半導体超格子材料を評価するための、紫外・青領域の超短パルスレーザー光源と光子計測分光システムを開発することにある。今年度はこの目的に沿って、次のような研究実績を得た。1.新型非線形光学材料・βーBaB_2O_4およびKTPを用いてアルゴンレーザーおよびYAGレーザーの超短パルス出力光を、高効率に高調波変換する手法を確立した。これに関して結晶品位の評価、結晶方位決定についてアスカル(株)・相馬弘年との協同研究を行った。またYAGレーザーの4次高調波を発生させるため、結晶微動機構を作製してβーBaB_2O_4により、266nmの深紫外ピコ秒パルス2mWの出力で得た。

2.単一光子計数法による超高速発光時間分解分光を確立するため、これまで使用していたピコ秒光子計数装置に超高速応答マイクロチャネル・プレート型光電子増倍管と高速アンプ系を導入し、時間応答性を高め、応答速度200ps、時間分解能25psの特性を得た。3.開発された超短パルスレーザー分光システムを用いて、ホット・ウォール・エピタキシー法で作製されたZnTeーZnSe超格子の発光の時間分解分光を開始し、青色発光を示す超格子の発光寿命を測定し、寿命と超格子成長条件との関係を調べ発光効率を向上させる条件を明らかにした。4.ZnS、ZnSeバルク結晶の紫外域励起子発光を測定し、その過渡的時間応答を調べた。また半磁性半導体Cd_<1ーX>Mn_XTeの磁気ポーラロン効果を発光の時間応答より明らかにした。5.ZnSーZnSe、ZnSーCdS超格子の発光特性と発光寿命を調べ、ZnTeーZnSe系超格子との違いを調ベた。この結果より紫外・青色発光素子素材として最適な材料を検討した。本研究の目的は、光エレクトロニクス機能素子材料として、今後開発の必要なワイド・バンドギャップ半導体超格子材料を評価するための、紫外・青領域の超短パルスレ-ザ-光源と光子計測分光システムを開発することにある。今年度は、次のような研究を行った。1.紫外、深紫外領域のピコ秒パルス光を、励起光として分光測定に用いる手法を確立した。これには、非線形光学結晶(β-BaB_2O_4およびKTP)を用いて、モ-ド同期YAGレ-ザ-の3次、4次高調波(353、266nm)およびYAGレ-ザ-で同期励起される色素レ-ザ-の2次高調波(280ー310nm)を、高効率で得る光学システムを作製した。2.超高速時間分解分光と高分解能分光が可能な、新しい「3重分光器」を作製した。超高速時間分解分光を行うためには、光パルスの時間幅を広げる原因となる分光器内での光路差を、生じないようにする必要がある。この光路差を打ち消し高い時間分解能が得られる2重分光器と、高分解能分光の行える最終段分光器を組み合わせた3重分光器を作製した。この新分光器と、超高速応答マイクロチャネル・プレ-ト型光電子増倍管と、高速アンプと組み合わせて、単一光子計数法による超高速発光時間分解分光測定系の確立ができた。最終段に多チャネル光検出器を導入した効率的な高分解能計測は、今後の課題である。3.ホット・ウォ-ル・エピタキシ-法による、種々のDd_<1-x>Mn_xTeーCdTe超格子を作製し、開発された超短パルスレ-ザ-分光システムを用いて、この発光特性を測定した。これらの半磁性半導体超格子では、磁性イオンに起因する特有の磁気光学的性質があり、今後の光エレクトロニクス材料として大きな可能性があることが確かめられた。また、ZnSeの高純度バルク結晶とMOCVD法で作製された高効率発光特性を持つ薄膜の紫外域励起子発光を測定し、その過渡的時間応答を調べた。本研究の目的は、今後の光エレクトロニクスに必要なワイド・パンドギャップ半導体超格子材料を評価するための、紫外・青領域の超短パルス・レ-ザ-光源と光子計測分光システムを開発することにある。今年度は、この目的達成のために、次の研究を行った。これは、非線形光学結晶(βーBaB_2O_4とKTP)を用いて、モ-ド同期YAGレ-ザ-の出力光を、3次および4次高調波(波長:353および266nm)に変換するもので、高効率・波長変換システムを完成させた。2.YAGレ-ザ-で同期励起される波長可変色素レ-ザ-の出力光を、βーBaB_2O_4を用いて深紫外の波長可変・2次高調波(波長可変範囲:280ー310nm)を、高効率で得る手法を確立した。3.超高速時間分解分光に適した、新しい「3重分光器」を設計し、作製した。
カオスを利用した振動式混合装置の開発

本研究では,液体と液体または液体と粉体の攪拌・混合・融解プロセスの高効率化をはかるため,攪拌漕内で往復運動する攪拌フィンの運動に非線形振動系の共振現象及びカオスを利用した新たなる振動型混合装置を開発した.本研究では,ネオジム磁石の磁気反発力により浮上する攪拌フィンを使用し,攪拌フィンの加振力として周期変動する磁力を用いた非接触加振方式を採用した。本研究では,2つのタイプの混合装置(I型,II型)を製作した.混合装置I型は,軽量型攪拌フィンを使用し,非線形振動系の共振を利用して,攪拌フィンを大振幅かつ高振動数域で振動させるものである.混合装置II型は,強力な磁気ばねにより比較的重量の大きい攪拌フィンを浮上させ,その系に発生するカオスを攪拌に利用するものである.攪拌フィンの運動を支配する運動方程式を構築し,数値シミュレーションを行うとともに,試作機による攪拌フィンの振動実験を実施した.さらに,攪拌槽内の液体の運動の可視化実験を行い,攪拌槽内の液体の運動について検討を行った.数値解析及び実験の結果から,次の結論を得た.(1)混合装置I型では,攪拌フィンの大振幅かつ高速の往復運動を容易に実現でき,技術的に実用化も十分可能であるとの見通しを得ることができた。(2)混合装置II型では,広い周波数領域で攪拌フィンの運動にカオスを発生でき,このカオスを攪拌操作に利用できることを確認した.(3)混合装置を高振動数域で運転した場合,装置全体に激しい振動が発生した.このため,この振動の原因である攪拌フィンの加振用スライダ-クランク機構の不つり合い慣性力を除去する新たな振動除去装置を開発した.今後この振動除去装置を混合装置I型に設置して,実用化に向けた詳細な実験を行っていく計画である.本研究では,液体と液体または液体と粉体の攪拌・混合・融解プロセスの高効率化をはかるため,攪拌漕内で往復運動する攪拌フィンの運動に非線形振動系の共振現象及びカオスを利用した新たなる振動型混合装置を開発した.本研究では,ネオジム磁石の磁気反発力により浮上する攪拌フィンを使用し,攪拌フィンの加振力として周期変動する磁力を用いた非接触加振方式を採用した。(2)混合装置II型では,広い周波数領域で攪拌フィンの運動にカオスを発生でき,このカオスを攪拌操作に利用できることを確認した.(3)混合装置を高振動数域で運転した場合,装置全体に激しい振動が発生した.このため,この振動の原因である攪拌フィンの加振用スライダ-クランク機構の不つり合い慣性力を除去する新たな振動除去装置を開発した.今後この振動除去装置を混合装置I型に設置して,実用化に向けた詳細な実験を行っていく計画である.本研究では,液体と液体,または液体と粉体の攪拌・混合操作の高効率化をはかるため,攪拌漕内で往復運動する攪拌フィンの運動に非線形振動系により発生するカオスを有効に利用した新たなる振動型攪拌・混合装置を開発する。攪拌フィンのカオス運動により誘発される周辺流体の運動,並びに被混合物質の混合メカニズムを明らかにし,カオスという現象が物質の攪拌・混合に有効利用できることを検証する。研究初年度にあたる本年度は,攪拌フィンの駆動部となるカオスの発生機構の検討を行い,機械式と電磁式の下記2種類の攪拌フィン駆動機構の開発を行った。(1)飛移り型カオス混合装置(機械的駆動方式):飛移り型Duffing系でモデル化される機構を利用したカオス発生装置を製作し,基礎実験を実施した。その機構による駆動される撹拌フィンに,周期的な振動以外に不規則振動を発生させることが可能となった。不規則振動の発生条件(振動系のパラメータ)の特定を行った。(2)磁気力型カオス混合装置(電磁的駆動方式):攪拌槽内に置かれた永久磁石の反発力により空中浮上する撹拌フィンに対して,攪拌漕外に設置された電磁石の電磁力を変動させることにより周期的な強制力を作用させ,撹拌フィンに振動を発生させる駆動機構の開発を行った。基礎実験の結果,磁気反発力の強い非線形性により,攪拌フィンには分数調波振動などの非線形振動を発生させることが可能となった。上記の2つの振動系の復元力特性の数学モデルを作成し,理論解析モデルを完成した,また,平均法に基礎をおく非線形振動系に対する高精度近似解析手法を改良して数値解析を実施した。

数値解析上では現在未確認ながら,基礎実験の結果では,極めて強い非線形性を有する上記の2つの振動系においてカオス様の不規則振動を発生させることが可能となった。本研究では,液体と液体,または液体と粉体の攪拌・混合プロセスの高効率化をはかるため,攪拌漕内で往復運動する攪拌フィンの運動に非線形振動系により発生するカオスを利用した新たなる振動型攪拌混合装置の開発を目指す。本年度の研究では,攪拌フィンを磁気反発力によって攪拌槽内で浮上かつ振動させて攪拌を行う振動型攪拌混合を試作した。本試作機では,攪拌フィンの加振力として周期変動する磁力を利用する無接触加振方式を採用した。このため,攪拌フィンの駆動用としてシャフトのような機械部材は不要であり,外部環境から攪拌槽内を完全に遮断することができる。このため,攪拌槽からの混合液の漏出や混合液への外部からの不純物の混入を防止できる。本装置は,攪拌フィンの質量と磁気反発力によるばねにより構成される1自由度振動系を利用している。本装置では,一般には最も避けるべき共振現象を逆に攪拌フィン部の運動に有効利用していることが特徴である。このため,攪拌フィンの大振幅振動が容易に実現でき,さらに,振動系の固有振動数を調整することにより,攪拌フィンの高振動数の振動も実現可能となる。本年度の研究では,まず,攪拌フィンの運動をシミュレートするため理論解析を実施した。まず,攪拌槽内で浮上する攪拌フィンの数学モデルを構築した。シューティング法などを利用して攪拌フィンの基本的な振動特性を解明し,振幅の周波数応答特性やカオスの発生する条件などを明らかにした。さらに,試作機による基礎振動試験を実施した。攪拌フィンの運動を実際に計測し,本装置における今後改良すべき問題点を明らかにした。理論解析及び実機による実験を通して,磁気浮上する攪拌フィンを利用した本試作機は,高性能振動型攪拌混合装置として実用化できる可能性のあることを確認した。本研究では,液体と液体,または液体と粉体の攪拌・混合・融解プロセスの高効率化をはかるため,攪拌漕内で往復運動する撹拌フィンの運動に非線形振動系の共振現象を利用した新たなる振動型混合装置の開発を目指す。本研究では,磁気反発力より浮上する攪拌フィンを使用し,攪拌フィンの加振力として周期変動する磁力を用いた非接触加振方式を採用した。このことにより,撹拌フィン駆動用シャフトのような機械部材は不要となり,外部環境から撹拌槽内を完全に遮断することができる。このため,攪拌槽からの混合液の漏出や混合液への外部からの不純物の混入を防止できるという利点がある。平成18年度の研究成果を踏まえて,本年度の研究では,新たなる振動式混合装置を製作した。本年度の研究では,昨年度の試作機に対し攪拌フィンの小型軽量化を行うとともに,フィンの往復運動の拘束方式などを変更し,攪拌フィンが高速かつ滑らかに往復運動できるように改良した。また,磁石間ギャップを容易に変更できる構造とし,系の固有振動数を調整可能とした。その結果,攪拌フィンの非線形共振を高振動域で発生させることが可能となった。新装置の解析モデルを構築し,数値シミュレーションを行うとともに,試作機による攪拌フィンの振動実験を実施した。さらに,攪拌槽に実際に液体を流入させ,攪拌フィンの運動による液体の運動の可視化実験を行い,攪拌槽内の液体の運動について検討を行った。数値解析及び実験の結果から,本装置は大振幅かつ高速の攪拌フィンの往復運動を実現でき,高性能混合装置として十分に実用化できるとの見通しを得ることができた。ただし,攪拌装置の外枠及び架台部に過大な振動が発生したため,高振動域での運転に障害が発生した。
高速イオン挙動測定システムのデジタル信号処理化によるkHz領域での高速イオン輸送

JT-60Uで使用してきたダイヤモンド検出器による高速中性粒子計測の計数率上限(2×10^5cps)を大幅に高めて、測定精度の向上もしくは測定時間の高速化を図ることにより、高速イオンのより詳細な挙動測定を行うために、本科研費補助金で購入したFlash ADCを利用したデジタル信号処理システムの構築を行った。本システムは、従来のアナログ信号処理システム(ダイヤモンド検出器-プリアンプ-メインアンプ-ADC)とは異なり、プリアンプ直後の信号をFlash ADCに直接取り込んで逐次デジタル化し、その後デジタル化データをPCに転送した後、ソフトウエアを用いて波形処理を行い、信号取得を行う方法である。システムの構築にあたっては、Flash ADCからPCへのデータ転送がデータ収集速度の律則となるため,内蔵メモリがフルになるまでデータを連続的に収集する方式を採用した。この方式では、限られたメモリ内になるべく多くの事象を蓄積する必要があるため,α粒子線源^<241>Am(アメリシウム)を用いた性能試験を行い、サンプリング時間の上限値を設定した。購入先であるロシアの研究所からの納入が遅れたこともあり、本システムを構築した時、JT-60U実験は既に終了していたため、本システムを核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDの接戦ポートに設置されていたダイヤモンド検出器に導入し、プラズマ実験による高速中性粒子の信号取得を行った。その結果、目的としていた10^6cpsを超える計数率下でも測定が可能であるとの見通しがたった。今後、本システムをJT-60U接戦ポートに設置しているダイヤモンド検出器に導入し、高速イオンのより詳細な挙動解析を目指し、プラズマ実験における高速中性粒子計測を行っていく。本年度は、ダイヤモンド検出器を用いた高速イオン挙動測定システムのデジタル信号処理システムの構築に向けた準備を行った。まずは、より最適化されたデジタル信号処理システムシステムの構築のために、従来のアナログシステムによる信号処理のデータベース化を図った。データベースを作成するために、α粒子線源^<241>Am(アメリシウム)を用いて、ダイヤモンド検出器から出力される信号の波形特性を調べた。また、JT-60トカマク実験装置におけるプラズマ実験に本アナログシステムを適用し、プラズマに対するダイヤモンド検出器の計数率特性や最大計数率の依存性を調べた。この解析で得られた最も重要な点は、本研究で掲げている高速イオン輸送研究を詳細に行うためには、従来のアナログシステムで得られている最大計数率よりも1桁以上の計数率で信号を測定する必要があるということであり、デジタル信号処理システムの導入の必要性が再確認されたことである。次に、これらの解析をもとに、開発を進めているデジタル信号処理システムが本研究で使用するダイヤモンド検出器に最適になるようロシアTRINITI研究所のV.A.Krasilnikov氏と議論を進めた。それにより最適と考えられるスペックを決定し、デジタル信号処理システムの主幹となる、高速デジタル変換装置(Flash ADC compact PCI,200MHz,12bits)の作成をTRINITI研究所に依頼した。この高速デジタル変換装置の作成段階においてもさらに議論を重ね、更なる最適化を図った。そして、納入後に予備データの取得を行った。
ウイルス感染によるインターフェロン誘導に必須な新規細胞内情報伝達因子の同定

インターフェロン制御因子-3(IRP-3)は様々な細胞の細胞質に存在しており、ウイルスや細菌の感染によりC末端領域に存在するセリン・スレオニン残基がリン酸化されて核に移行し、CBP/p300と会合することによりインターフェロンβ(IFNβ)の発現を誘導する。しかし、このIRF-3の活性化に重要な役割を果たしているタンパク質キナーゼの本体については現在のところ全く判っていない。本研究は、このIRF-3キナーゼの同定を中心に、RF-3活性化の細胞内情報伝達機構の解析を目的とする。発現スクリーニングを行う目的で、IFNβプロモーターの下流にH-2K^kまたは緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子を組み込んだレポータープラスミドによるHeLa細胞の安定形質転換細胞株を樹立した。これらの細胞株にdsRNAを加えると、いずれのレポーターでも活性の上昇が認められた。しかしながらdsRNA添加後の細胞傷害のため、スクリーニングには不適当であることが判明した。そこで、レポーター遺伝子の活性化に先んじて起こると考えられるIRF-3の核内移行に着目し、アッセイシステムを構築することにした。このためにまず、GFPとIRF-3の融合タンパク質(GFP-IRF3)を細胞に発現させ、dsRNAやLPSの添加、あるいはニューキャッスル病ウイルス(NDV)の感染によるGFP-IRF3の細胞内局在の変化を調べた。HeLa細胞を用いた場合、どの刺激を加えてもGFP-IRF3は細胞質に留まり、顕著な核内移行を示さないことが分かった。そこで、U937、THP-1、COS7、およびHT1080などの細胞について検討したところ、HT1080についてのみ、NDV感染またはdsRNA添加に依存してGFP-IRF3が核内に移行することを確認した。この現象は、刺激後30分から起こり、少なくとも10時間後まで持続することが分かった。24時間後まで観察を続けた結果、NDV感染の場合にはほとんどの細胞が死滅したのに対し、dsRNA添加では特に死細胞の増加は認められなかった。従って、HT1080細胞のGFP-IRF3安定形質転換株を用いることにより、dsRNA刺激に依存したGFP-IRF3の細胞内局在変化を指標にして情報伝達因子をスクリーニングすることができると考えられる。インターフェロン制御因子-3(IRF-3)は様々な細胞の細胞質に不活性型として存在しているが、ウイルス感染やdsRNAの投与によりC末端領域に存在するセリン・スレオニン残基がリン酸化されて活性化し、核に移行してCBP/p300と会合することによりインターフェロンβ(IFNβ)の発現を誘導する。しかし、このIRF-3の活性化に重要な役割を果たしているリン酸化酵素の本体については現在のところ全く判っていない。本研究は、ウイルス感染時におけるIRF-3のC末端領域のリン酸化に関与する酵素、及びIRF-3活性化に伴う細胞内情報伝達機構の解析を目的とする。IFNβプロモーターをもつルシフェラーゼレポータープラスミドを作製し、IRF-3発現プラスミドと共に種々の細胞に導入し、dsRNA添加前後のレポーター活性を比較した。ほとんどの細胞でdsRNAの添加によらずレポーター活性の恒常的な上昇が認められたが、HeLa細胞では添加前の活性が低く、dsRNAの刺激によってレポーター活性が誘導された。

NTera2細胞においても同じく添加前の活性が低かったが、dsRNAを添加してもそれ以上の活性の増加を認めなかった。従ってこれら細胞株においては、他の細胞とは異なるIRF-3活性化機構が存在することが考えられる。この結果を踏まえ、IFNβプロモーターの制御下にマウスH-2K^k遺伝子を発現するプラスミドをHeLa細胞に導入し、安定形質転換株を得た。この細胞株にIRF-3を導入しdsRNA刺激後のH-2K^kの発現を確認したが、dsRNA添加後の細胞傷害が著しく、以後の解析には適さないことが判明した。そこで、選択マーカー遺伝子をGFPに変更し、先と同様に安定形質転換株を得た。この細胞株にcDNA発現ライブラリーを導入することにより、IRF-3とdsRNA刺激に依存したGFPの発現増強を指標にして情報伝達因子をスクリーニングすることができる。これらin vivoアッセイシステムの構築と並行して、IRF-3のリン酸化をin vitroで誘導し検出する実験系の構築を試み、IRF-3の恒常的なリン酸化を検出することに成功したが、dsRNA添加によるC末端部位のリン酸化を誘導するまでには至らなかった。
高表面積を有するグラファイト様窒化炭素の開発と触媒反応への活用

グラファイト様窒化炭素(g-C3N4))を出発原料として,硫酸処理により層構造を剥離することで,乱雑な構造を保つメレム連結集積体(nanoC3N4)を作る方法を確立した.次に,nanoC3N4が水中で塩基性を示すことを確認し,シアノ酢酸エステルとアルデヒドとのKnoevenagel反応が水中で効率的に進むことを見出した.nanoC3N4中の塩基成分は水中には溶け出さず,反応後はろ過により回収・再使用が可能である.反応生成物は有機溶媒で抽出後,濃縮することで単離される.水層に不溶な固体塩基触媒を新たに作り出すことに成功した.グラファイト様窒化炭素(g-C3N4))を出発原料として,硫酸処理により層構造を剥離することで,乱雑な構造を保つメレム連結集積体(nanoC3N4)を作る方法を確立した.次に,nanoC3N4が水中で塩基性を示すことを確認し,シアノ酢酸エステルとアルデヒドとのKnoevenagel反応が水中で効率的に進むことを見出した.nanoC3N4中の塩基成分は水中には溶け出さず,反応後はろ過により回収・再使用が可能である.反応生成物は有機溶媒で抽出後,濃縮することで単離される.水層に不溶な固体塩基触媒を新たに作り出すことに成功した.層状のグラファイト型窒化炭素(g-C3N4)は安価なメラミンなどの原料を加熱して得られる高分子化合物で,メレム分子が縮合したポリマー鎖が水素結合で平面構造を作り,その平面が積層する構造を持つ.しかし,g-C3N4は比表面積が8 m2/gと極端に小さく,g-C3N4表面が反応場となる電極材や光触媒への適用は困難であった.本研究では,(1)ポスト処理によるg-C3N4多孔質化でmpg-C3N4同様の150 m2/gを超える高表面積を達成すること,(2)(1)を安価で工業的によく使われる試薬と簡便な処理のみを用いて達成すること,の2点を主目的とした.g-C3N4は薬品耐性が強く,また全ての溶媒に不溶であるため,酸・塩基・有機溶媒中でg-C3N4は速やかに沈降するが,濃硫酸中でのみ特異的にg-C3N4が完全に分散・懸濁することを見出した.また,濃硫酸中で分散させた後に洗浄を行ったg-C3N4の積層構造が大きく崩れることをX線解析により見出した.ナノポーラス窒化炭素(nanoC3N4)と呼ぶこの多孔性窒化炭素は濃硫酸中で撹拌後,水洗を行い,得られた固体を残留硫酸を除くためにNaOH水溶液中で撹拌後,再び水洗し,エタノール中で撹拌・濾別後,真空乾燥して得られるnanoC3N4は170 m2/gの高表面積を示した.ICP分析により得られたnanoC3N4は,約1重量%のナトリウムを含むことがわかり,これにより固体塩基性を発現する.NaOHの代わりにCsOHを用いて中和することで,セシウムを10重量%含むnanoC3N4が得られ,いろいろな金属種を導入したnanoC3N4の調製の道が開かれた.グラファイト様窒化炭素(g-C3N4)は,メラミンを加熱分解することで合成される有機高分子であり,メレムポリマー鎖が集合して積層した特徴的な構造を持つ.炭素と窒素が交互に配置したベンゼン様の六角ユニットが縮環したメレム骨格は,グラファイト表面とは異なる物性を示す魅力的な構造である.しかし,メレム骨格が整然と並ぶために比表面積が小さく,機能性材料としての使用には不適であるなどの欠点があった.本研究では,g-C3N4を出発原料として,硫酸処理をすることで,乱雑な構造を保つメレム連結集積体(nanoC3H4)を作る方法をまず確立した.次に,この高表面積化したnanoC3H4の特性を調べたところ,後処理に使用した水酸化ナトリウム溶液のナトリウム成分が微量に残留し,これによりg-C3H4にはない塩基性を示すことが分かった.後処理剤として種々の水酸化アルカリを使用することで,異なるアルカリ金属イオンを含むnanoC3H4が個別に調製された.これらのアルカリ含有nanoC3H4は,水中に分散しても,水層は塩基性を示さないことから,nanoC3H4骨格中に強く保持されたアルカリ成分は,水中では溶け出さないことが明らかになった.そこで,水中でシアノ酢酸エステルとアルデヒドとのKnoevenagel反応に固体塩基触媒として利用した.その結果,nanoC3H4中に含まれるアルカリと同量の水酸化アルカリ水溶液中での反応と比較して,遥かに高い固体塩基触媒作用を示すことがわかった.反応後,ろ過によりnanoC3H4を回収できるので,単純な水酸化アルカリを使用した場合と異なり,再利用も可能である.水溶液から有機溶媒で抽出した生成物を濃縮するのみで,目的生成物を良い収率で得られたことから,新たな水溶媒中での有機合成法を確立することができた.触媒有機化学高表面積を示す多孔質窒化炭素を簡便に作り出す手法を開発し,種々の金属イオンの導入法も確立した.次年度にこれらの固体塩基触媒作用を探索できる状況ができた.

種々のアルカリ金属イオンをnanoC3N4に導入し,その水中での分散性の高さ,アルカリ成分の溶け出しがない特徴を活かすことで,ユニークな水中での固体塩基触媒反応を開発する.窒化炭素物質nanoC3N4へのナトリウムイオン以外のアルカリ金属イオン,例えばセシウムイオン,の導入が,予想していたよりも容易に進むことがわかり,調製を試みる回数を減らすことができるとともに,予定の水酸化アルカリ試薬を余分に購入する必要がなくなったため.次年度予算額と合算した予算額に納まるように,物質調製の手法を工夫しながら予算の執行を行う.
全盲児童生徒が筆の線描の理解を深められる触図として翻案する方法

全盲児童生徒への図の提供は、触図という説明的な触れる図が活用されている。それは紫外線硬化樹脂や立体コピーといった線を盛り上げる方法が用いられている。これらの方法は簡便だが情報量は限定される。そこで、これまで作成されていない情報量の多い触図、即ち筆の線によるじみやたれ、筆速や線の重なりなどを感じられる触図作製の方法を研究することを目的に取り組んだ。作製はアクリル樹脂やUV樹脂を使って筆での模写等によって情報量の多い原型を作り、サーモフォーム(点字複写装置)によるごく薄い熱可塑性樹脂シートで触図を作製し、目的とするような感覚情報が得られるかどうか、視覚経験の異なる視覚障害者を被験者に情報の収集を行なった。筆の線や点がイメージする微細な段差のある触図は、触察すると濃い、薄い、乾いた、湿った、滲んだ等のイメージが得られた。しかし、サイズを小さくした書や絵画の翻案物からは、それらのイメージの広がりはほとんどなく、段差のある高さの変化がノイズと感じた例もあり、評価に差が生じた。他の触図形式と比較したが、立体コピーより評価が高かったのは段差が複数作製された層構造としての空間感であった。A4サイズで翻案すると小さな高さの変化のある作成は難しく、教材の吟味を重ねることと翻案物はそのサイズを等倍以上に翻案すべきと感じた。研究結果からは、微妙な形状や高さの変化する物から、筆を使った絵画や線のイメージをより深く広げる翻案の可能性が感じられた。サイズの問題や手作業の限界等の課題があり、さらに研究する必要はあるが、本研究で得られた知見などは、新たな触図作成機を製作した事業所、その機器で触図を作るパソコン用アプリケーションを作成する事業所等と情報交換ができ発展させられる内容を含むものだと考えている。また、視覚障害者の美術館での触図による鑑賞においても新たに提案できる内容を含んでいると考えている。
接着因子を利用した多能性幹細胞由来神経細胞移植における神経機能再生促進法の開発

パーキンソン病に対するヒト多能性幹細胞を用いた細胞移植治療において、移植したドパミン神経細胞が有効性を発揮するには、脳内の神経細胞と機能的なシナプスを形成する必要があります。今回の研究において、iPS細胞由来ドパミン神経細胞移植において、エストラジオール誘導体が、線条体神経に選択的に発現するインテグリンα5の活性化を介して、移植したドパミン神経とのシナプス形成を促進し、運動機能の早期改善に寄与することが示されました。また同時に、既存薬が細胞移植治療の質的向上に寄与することを示しており、本研究をモデルケースとして、細胞移植治療の効果向上を目的とした創薬研究が進展することが期待されます。本研究課題では、パーキンソン病に対する細胞移植治療において、脳環境を改善することにより、移植細胞の機能性を向上することによって治療効果の改善を目指している。H26年度の計画として設定した「黒質ドパミン神経の支配を受ける線条体神経の特性解析」については、トランスシナプストレーサーを用いた組織学的検討により、詳細な検討を進めることができた。またマイクロアレイ解析によって、その神経に選択的に発現する細胞接着因子の特定に成功した。ヒト多能性幹細胞から誘導したドパミン神経は、パーキンソン病に対する細胞移植治療の有力なツールになることが期待されている。細胞移植治療において、移植したドパミン神経細胞が有効性を発揮するには、脳内の神経細胞と機能的なシナプスを形成する必要がある。本研究では、まずトランスシナプストレーシング法を用いて、移植したドパミン神経細胞が、移植後にシナプスを形成するべき脳内の神経細胞にインテグリンα5が選択的に発現していることを明らかにした。次に、雌性成体ラットにエストラジオール誘導体(エストラジオール安息香酸エステル)を全身持続投与することで、この神経細胞に発現するインテグリンα5が活性化し、細胞接着が亢進することを明らかにした。さらに、パーキンソン病モデルラットにエストラジオール誘導体を全身持続投与し、ヒトiPS細胞由来ドパミン前駆細胞を移植することで、移植したドパミン神経細胞と脳内の神経細胞のシナプス形成が促進され、異常行動の早期改善に寄与することを明らかにした。また、ヒト死後剖検脳を用いた解析において、インテグリンα5の被殻での遺伝子発現は、正常高齢者とパーキンソン病患者で変化がなかった。この結果は、今回の実験動物を用いた研究成果をヒトに応用できる可能性を示唆している。また本研究では、既存薬が細胞移植治療の質的向上に寄与することを示しており、本研究をモデルケースとして、細胞移植治療の効果向上を目的とした創薬研究が進展することが期待される。標的になる分子の存在がはっきりしたことで、今後の治療効果の改善に向けた研究戦略を立てやすくなった。またその方法論についても、方向性が示すことができた。神経薬理学薬剤を用いて、上記の分子の活性化とその機構の糸口をつかむことができたので、H27年度はこの分子を標的として、移植した神経細胞とホストの線条体神経のシナプス形成促進の方法論を構築したいと考えている。
天ぷらのおいしさ評価のための画像処理技術の開発

天ぷらのおいしさの要素として衣のさくみがあるが、おいしい衣を作るためのメカニズムは詳しく解明されていない。その理由の一つに、油中における衣形成のリアルタイム観測の難しさが挙げられる。そこで、調理過程における気泡による油面の泡立ち解析には同時共起行列を用いたテクスチャ解析と、Contrast特徴を用いることで時系列的に評価する手法を確立した。また、できあがりの衣評価についても同時共起行列を用いたテクスチャ解析と、破断解析の結果をPLS回帰分析(Partial Least Squares回帰分析)を用いることで、破断解析をすることなく高い相関で推定できることを確認した。まず、てんぷらの調理過程解析の研究として、油面の泡立ち動画像から得られた画像特徴量と、一定時間間隔での水分蒸発量の推移データの計測より、画像処理による水分蒸発量推移計測法の開発を行った。画像特徴は、調理過程の油面の泡立ち、油面のゆらぎなどを共起行列特徴を用い評価した。また、撮影と合わせ調理過程での水分蒸発量の計測から得られたデータとの関係を見ることで、水分蒸発と油面の画像特徴に相関があることを見出した。また以上の方法を、調理温度条件(160度、180度、200度)を変化させ撮影実験を行い、計測を行った。また、水分蒸発量推移計測法の検証を行うとともに、どのような水分蒸発過程をとるのがよいのか定量的評価を行った。結果、これら3つの温度の変化で画像特徴に大きな違いがあらわれることを確認し、油の中で起こっている天ぷらの頃も変化の仮説に照らし合わせ、それぞれの段階と画像特徴に関連がみられることから、本手法の有効性が確認できた。続いて、てんぷらのできあがり評価について、官能検査を行い、おいしい衣の条件を決定し、また衣の物性測定を行った。さらに、できあがりの衣を透過照明装置で撮影することで、温度変化で衣画像に変化が起こることを確認し、その画像から凹凸特徴である、テクスチャ特徴量を抽出することで、先の官能検査、物性測定との相関関係が期待されることを発見した。これらより、調理過程の解析、並びにその結果から得れたできあがりの衣を画像特徴として定量的に評価する基盤が整った。天ぷらの調理法は非常に困難で、非熟練者がおいしく揚げることは難しい。そこで、画像処理技術を用いて衣形成過程を解析した。さらに、できあがりの衣の形状特徴についても画像解析し、天ぷらをおいしく揚げるための要因を画像処理結果と調理科学的知見に基づいて明らかにした。調理過程解析では、水分蒸発量の推移、油面の泡立ちの画像特徴抽出とその推移の評価を行った。できあがり評価では、衣の透過照明画像による凹凸の定量的テクスチャ解析、さくみ評価のために破断解析を行った。また、できあがりについて官能検査を行った。実験は天ぷらを揚げる上で一般的に適温とされている180度、低温とされる160度、高温とされる200度についてそれぞれ撮影を行った。それ以外の条件は全て統一した。調理過程における気泡による油面の泡立ち解析には同時共起行列を用い、Contrast特徴を用いることで時系列的に評価できることを確認した。また、できあがりのころも評価についても同時共起行列を用いたテクスチャ解析と、破断解析の結果をPLS回帰分析(Partial Least Squares回帰分析)を用いることで、破断解析をすることなく高い相関で推移できることを確認した。天ぷらのおいしさの要素として衣のさくみ等があるが、おいしい衣を作るためのメカニズムは詳しく解明されていない。そこで本研究では、画像処理技術を用いて衣形成過程を解析し、衣の水分蒸発量の推移を高精度で定量化する。さらに、できあがりの衣の形状特徴についても画像解析し、天ぷらをおいしく揚げるための要因を画像処理結果と調理科学的知見に基づいて明らかにすることを目標とする。調理過程解析では、揚げ調理中の画像を撮影するための最適なカメラ、照明条件など、撮影方法の確立を行い、撮影された気泡、油面の揺らぎ情報からどのように画像特徴を抽出するかの検討を進めた。また、一定時間間隔での水分蒸発量の推移を実測し、基礎データを得ることができた。さらに、できあがり評価では、できあがった天ぷらから衣を壊さず分離することが難しいため、安定して画像計測ができる衣サンプルの取得方法を確立し、衣の画像処理に適した透過照明装置とカメラの選定、ならびに計測システムの開発を行った。また、画像処理による、衣の凹凸特徴の抽出法の開発を行った。