hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
巨大・複合機能システムをつくるための「超分子合成化学」

光機能性分子であるポルフィリン誘導体を基盤とした複数の超分子システムの開発に成功した。トリスポルフィリン誘導体を自己組織化させると超分子ポルフィリンナノリングが定量的に生成する。この内部にエネルギー受容体をゲスト分子として導入することに成功した。また、6個の安息香酸を有するポルフィリンナノリングを垂直に連結した超分子ポルフィリン組織体の構築にも成功した。これらは人工光合成系への応用が期待される。本研究では、仕掛けを有する分子を超分子自己組織化させ、大きさが数ナノメートルを超える巨大な超分子系や複数の機能性分子が組合わされた複合超分子系を効率よく構築する方法論の開発とその機能発現の開発を目的とする。本年度は以下の成果を得た。1.光合成のモデル系として、ナノメートルサイズの穴をもつポルフィリンナノリング内にエネルギー受容体(アクセプター)を超分子化学的に導入し、光捕集アンテナーアクセプター複合体を構築することに成功した。蛍光スペクトル測定装置を用いて、ポルフィリンナノリングを励起するとエネルギー移動を経て、内部のアクセプター分子からの発光が観測された。蛍光寿命測定装置によりエネルギー移動効率は約90%と見積られ、超分子内での効率的なエネルギー移動がおこっていることが明らかとなった。この成果は人工光合成につながる意義のある研究である。2.チオフェニレン連結ビスイミダゾリル亜鉛ポルフィリン分子(単位分子)のチオフェン部の3,4位にオクチル基を導入し、超分子自己組織化することにより、単位分子が710個自己組織化した巨大環状体が、効率的に構築できた。得られた大環状体はオレフィンメタセシス反応による共有結合固定化によって安定化することができ、それぞれの環状体を単離することに成功した。この成果は巨大超分子を構築する新しい方法論を提案するものである。3.基板上で約200nm離れた金ナノ粒子間を幅約1nmの機能性ポルフィリン分子を用いて、自己組織的に配線することに成功した。原子間力顕微鏡による観測により、配線分子が基板に接地しながら金ナノ粒子を配線している様子が確認できた。この成果はナノ化学研究領域にインパクトを与えるものである。<光捕集アンテナ機能を有する超分子ポルフィリンナノチューブの構築>光合成の光捕集アンテナモデル系として、内径約2ナノメートルの穴をもつ樽状のポルフィリンナノリングの上下に安息香酸を3個ずつ、計6個を取り付けることにより、ナノリング間の協同的な水素結合を利用したナノチューブの構築を試みた。カルボン酸をもつナノリング溶液は、クロロホルム中に単純に溶解することが不可能であったため、一旦アンモニウム塩として溶解し、系中で酢酸を添加することによって、カルボン酸体を発生させた。その結果、酢酸添加に伴って、紫外可視吸収スペクトルや蛍光スペクトルの変化が観測され、組織体が形成されていることが分かった。マイカ基板上に組織体溶液をキャストし、乾燥後、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面を観測したところ、平均高さ約27nmのナノ構造体が観測された。また、超分子ナノチューブの末端にのみ相互作用するエネルギー受容体をナノチューブに超分子化学的に導入し、ナノチューブ由来の蛍光スペクトル変化を追跡したところ、ナノチューブ部からエネルギー受容体へのエネルギー移動が観測され、光捕集アンテナ機能を有することが明らかとなった。6.8×10^<-7>M濃度の溶液ではナノリングと受容体の複合体の化学量論比が約5:1となり、これはAFM観測の結果とほぼ一致した。この成果は人工光合成系の構築につながる意義のある研究であり、ナノ化学の発展にも大きく寄与するものである。本研究では、仕掛けを有するユニット分子を超分子自己組織化させ、大きさが数ナノメートルを超える巨大な超分子系や複数の機能性分子が組合わされた複合超分子系を効率よく構築する方法論の開発とその機能発現の開発を目的としている。本年度は、特に紅色光合成細菌の光捕集アンテナモデル系として、安息香酸を上下3個ずつ、計6個を取り付けたポルフィリンナノリングを化学合成し、ナノリング間の協同的な水素結合を利用したナノチューブの構築をおこない、ナノチューブ内での励起エネルギー移動を調べることを目的とした。(結果)上下に安息香酸を3個ずつ、計6個を取り付けた内径約2ナノメートルの穴をもつ樽状のポルフィリンナノリングの合成に成功した。

マイカ基板上に組織体溶液をキャストし、乾燥後、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面を観測したところ、平均高さ約27nmのナノ構造体が観測された。また、超分子ナノチューブの末端にのみ相互作用するエネルギー受容体をナノチューブに超分子化学的に導入し、ナノチコーブ由来の蛍光スペクトル変化を追跡したところ、ナノチューブ部からエネルギー受容体へのエネルギー移動が観測され、光捕集アンテナ機能を有することが明らかとなった。6.8x10^<-7>M濃度の溶液ではナノリングと受容体の複合体の化学量論比が約5:1となり、これはAFM観測の結果とほぼ一致した。この成果は人工光合成系の構築につながる意義のある研究であり、ナノ化学の発展にも大きく寄与するものである。
血小板並びにTGF-β1によるエンドセリン-1産生促進作用とその病態生理学的意義

血小板を培養血管内皮細胞に添加すると、エンドセリン-1(ET-1)遺伝子発現増加に伴ってET-1遊離が促進された。同様の作用は、血小板懸濁液を加温後、血小板を除去した上清画分を用いた場合にも認められた。血小板中に豊富に存在することが知られているtransforming growthfactor-β1(TGF-β1)を内皮細胞に添加した場合もET-1産生は用量依存的に増加した。これらTGF-β1及び血小板上清画分によるET-1産生促進作用は抗TGF-β1中和抗体により有意に抑制されたことから、血小板はTGF-β1の遊離を介して内皮細胞におけるET-1産生を促進的に調節している可能性が示唆された。血小板を含む多くの細胞から放出されるTGF-β1は大部分が生物学的に不活性な潜在型であり、生物活性の発現には、潜在型から活性型への活性化が必須である。そこで、血小板のET-1産生促進作用におけるTGF-β1の役割をより明確にするため、潜在型TGF-β1を活性化する方法として知られている酸処理及び熱処理を上清画分に施し、血小板の作用におよぼす影響について調べた。ADPにより凝集を惹起した血小板の上清画分に含まれるTGF-β1は、大部分が潜在型であり、酸処理または熱処理により上清画分中の活性型TGF-β1濃度は約10倍に増加し、同時に、内皮細胞からのET-1遊離促進作用も有意に増強された。また酸処理及び熱処理は内皮細胞におけるET-1遺伝子発現についても増強作用を示したことより、これら血小板作用の増強効果は活性型TGF-β1の増加によるものと考えられた。酸処理及び熱処理を施した上清画分に相当する濃度のTGF-β1を内皮細胞に添加した場合、ET-1産生促進作用は酸処理及び熱処理を施した上清画分の作用に比し明らかに弱いものであった。また、熱処理を施した上清画分に抗TGF-β1中和抗体を併用した場合、ET-1産生促進作用に対し有意な抑制はみられたが、その抑制は完全なものではなかった。以上血小板は、TGF-β1の遊離を介して内皮細胞におけるET-1産生を遺伝子レベルから促進的に調節している可能性が示唆された。また本作用は、単に血小板の凝集(活性化)のみに依存するものではないことも示された。さらに、血小板によるET-1産生促進作用は、活性型TGF-β1濃度と正の相関を示すが、本作用は活性型TGF-β1に加えて、TGF-β1と血小板から同時に放出される他の血小板由来因子との相互作用によっても修飾されている可能性が示唆された。さらに、血小板によるET-

1産生促進作用は、活性型TGF-β1濃度と正の相関を示すが、本作用は活性型TGF-β1に加えて、TGF-β1と血小板から同時に放出される他の血小板由来因子との相互作用によっても修飾されている可能性が示唆された。
北タイにおける大豆の力学的特性の研究

タイにおける大豆は蛋白質、脂肪およびビタミン源として重要な位置を占めてきた。また大豆の国内消費量は最近の家畜飼料の需要の増加のため大きく拡大している。このため大豆の不足を生じ輸入の増加を来すこととなった。北タイは大豆の生産地として大きな位置を占めている。しかし大豆生産は未だ稲作のような機械かが進んでおらず、また品種の改良もこれからというのが現状である。大豆生産においては特に労力がかかる大豆の収穫・加工作業における機械化は重要な課題となっている。本研究の目的はとくに問題として指摘されている大豆収穫と処理加工時の衝撃による損傷と品質低下を防止するための基礎研究である。このため含水率、衝撃方向、衝撃速度が大豆の品質や損傷に与える影響を明らかにした。さらに衝撃を加えた大豆の発芽試験を実施し、衝撃速度が発芽とその後の生長にいかなる影響を与えるかを調べた。これらを定量的に調べるため衝撃試験機の設計・製作した。衝撃試験装置は大豆が脱穀・調製時に受けるのと同じ衝撃を実現させるべく、可変速モータによ衝撃チップを回転させる形式とした。試験機は回転式衝撃円盤とそれに時調されている大豆保持円盤から構成されている。衝撃円盤は可変速モーターとコントローラーにより回転速度を制御されている。大豆保持円盤の外周には直径1.3mmの小孔が直径方向に3個あり、これは大豆を保持しなないときに水銀柱130mmの真空圧システムに結合されている.円盤の小孔に手で特定の方向に置かれた大豆は衝撃円盤の外周に取り付けたチップにより衝撃を加えられるまで部分真空により保持される。チップで衝撃を与えられた大豆は衝撃円盤の接線方向に飛ばされ収集器の上に掛けられた布により受け止められる。タイにおける代表的大豆品種のCM60を供試し速度および含水率を変化させた場合について前方および側方から衝撃を与えてそれらの影響を明からにした。その結果、速度6.1mm/sおよび12.9mm/sで衝撃を受けた大豆は,含水率10.7%から16.7%の範囲では可視的な損傷は生じなかった。衝撃速度が19.1mm/sおよび25.1mm/sのときは大豆に物理的損傷が生じた。大豆に対して前方から衝撃を与えた場合、側方からの衝撃に比べより大きな損傷が生じた。また含水率の低い大豆は高いものより損傷が多くなった。なお、衝撃速度と含水率との間には相関が見られた。また、衝撃による損傷が見られなかった大豆であっても発芽率については衝撃により低下することが確認された。発芽に対する衝撃の影響は側方よりも前方から衝撃を受けたときにより大きかった。また、高速の衝撃に対しては低速の場合より発芽率が低下した。さらに、含水率が低い大豆は高いものと比べるとより大きく発芽率の低下見られた。これらの実験結果から大豆の収穫・処理過程、すなはち脱穀、選別、搬送、貯蔵施設やプラントの設計において許容される衝撃力、速度を明らかにした。同時にそれらの条件下において要求される大豆の力学的特性を明らかに出来た。また、大豆の収穫、加工、調製時における損傷防止および収穫加工機械やプラントの適正運転につき具体的な基準を提供した。同時に収穫の機械化や加工・調製の各過程において損傷に強い品種の評価についても客観的基準データを得られるので大豆の品種改良に当たり資するところ大であると考えられる。

衝撃速度が19.1mm/sおよび25.1mm/sのときは大豆に物理的損傷が生じた。大豆に対して前方から衝撃を与えた場合、側方からの衝撃に比べより大きな損傷が生じた。また含水率の低い大豆は高いものより損傷が多くなった。なお、衝撃速度と含水率との間には相関が見られた。また、衝撃による損傷が見られなかった大豆であっても発芽率については衝撃により低下することが確認された。発芽に対する衝撃の影響は側方よりも前方から衝撃を受けたときにより大きかった。また、高速の衝撃に対しては低速の場合より発芽率が低下した。さらに、含水率が低い大豆は高いものと比べるとより大きく発芽率の低下見られた。これらの実験結果から大豆の収穫・処理過程、すなはち脱穀、選別、搬送、貯蔵施設やプラントの設計において許容される衝撃力、速度を明らかにした。同時にそれらの条件下において要求される大豆の力学的特性を明らかに出来た。また、大豆の収穫、加工、調製時における損傷防止および収穫加工機械やプラントの適正運転につき具体的な基準を提供した。同時に収穫の機械化や加工・調製の各過程において損傷に強い品種の評価についても客観的基準データを得られるので大豆の品種改良に当たり資するところ大であると考えられる。共同研究の準備は日本,タイ両国で進めているが平成5年度はまず9月に法貴がチェンマイ大学に赴き,スパサクとスラサクの研究に参加し,相互討論により内外の基礎研究成果のつき合せを行った。その中で衝撃試験機の設計と製作のための具体的な検討と打合せを実施した。続いて佐藤がチェンマイ大学に到着し,引継ぎを行うと共に計測とデータ処理に関して打合せを行った。さらに衝撃試験機の設計を行い,製作に必要な部品の現地調達を行った。同時に今後調達可能な部品の調査を行うと共に現地の機械工作および電気関係技術レベルの調査を実施し今後に備えた。10月下旬にスパサクおよびスラサクが三重大学に来学し,それまでに収集した資料と検討・打合せ結果に基き試験装置の設計の詳細な詰めを行った。それに従って装置の一部を製作し,スパサクとスラサクはチェンマイ大学に帰学後装置を製作し基礎実験を実施することとした。今年度の研究実績を具体的にまとめると以下のようである。1.大豆の衝撃速度測定のためのフォトセンサーおよび計測システムの開発を行い基礎実験を終了した。2.このシステムをチェンマイ大学に送り現地でテストを行った結果,良好なデータが得られることを確認した。3.また大豆の衝撃力測定のためのひずみゲージ型変換器の設計と製作を三重大で行った。校正を行った後,チェンマイ大学に発送する予定である。4.今後は上記計測システムを用いて各種含水率の大豆試料につき衝撃速度を変えた場合の時間一力曲線を得ると共に各条件下での大豆の損傷に与える衝撃速度の影響を定量的に明らかにする。5.これらの成果は関係の国際学会等で発表の予定である。前年に実施した研究の総合的評価を行った上で、衝撃試験機の制作および実験を行った。又衝撃試験機制作のための装置部品は現地調達を主とし、一部を三重大にて制作し部品を供給する体制をとった。
東アジア近代民衆宗教運動の比較研究

特に中国(台湾)系の民衆宗教の代表的教団、紅卍字会道院系及び一貫道系の団体に絞って、資料収集をおこなうともに、それらの日本での活動について聴取調査、参与観察をおこなった。いまのところ、日本国内では前者の系統に関しては日本道院、多摩道院の二団体、後者に関しては天道総天壇、天道日本総天壇、先天大道日本総天壇、孔孟聖道院、道徳会館、中国嵩山少林寺(活動休止)の六団体の存在が確認された。これらの分立状況は母国におけるこれらの教団の分立を背景としている。調査を通して、これらの団体の日本への浸透の経緯や日本での活動の実態については、全ての団体に関してというわけではないが、ある程度明らかになった。歴史的にはまず紅卍字会道院が、日本の大本数と提携するという特異なしかたで戦前に日本に入った。一貫道系が日本に入るのは戦後になってからであり、しかも活発になったのは比較的最近のことである。一貫道系の団体の多くは台湾から入っているが(一団体は韓国経由)、台湾におけるこれらの団体の活発な布教活動を背景としていると思われる。しかし両系統の団体とも日本人メンバーが中心となって活動しているというという点では共通している。こうした中国系の宗教結社は外地では華人のエスニックな相互扶助団体になる傾向があることを考慮すると、この点は日本での展開の特徴の一つといえる。特に菜食の実践、瞑想などの修行の面では日本の若者の姿が目立つ。日本の若者の間での精神世界への関心の高まりがこれらを受け入れる日本側の土壌となっている面がみられる。これらの中国系民衆宗教は、シャーマンの託宣による教団指導、諸教融合的傾向など日本のそれと共通の体質を少なからずもっているが、日本のそれらと比べると、全体として禁欲主義、現世超越、秘密主義の傾向がやや強いように思われる。これらの団体が日本に受容される際に、それらがどのように作用するかを更に検討していきたい。
大規模な統計的推論における信頼性評価：統計力学的アプローチ

統計学や統計的機械学習と呼ばれる分野では、データをモデル化してデータの背後の情報を理解したり、データをもとにして種々のタスクを自動化することが行わる。近年、精力的な研究開発によって手法の性能が向上し、様々なことが行えるようになってきている。しかし、一方で手法は複雑になり、出力結果がどの程度信頼できるか評価することが難しくなっている。そこで、本研究では汎用的な信頼性評価アルゴリズムに対する高速な近似手法の構築とその近似の影響の理解、および複雑な手法の数理構造の解明を目指す。いずれも、統計力学の平均場近似の手法を利用している点が本研究の特色・独創的な点である。
気道のＴｈ２環境決定におけるＴＳＬＰ等の活性物質とアラキドン酸代謝物との相互作用

生体内外の活性物質が気道上皮にいかなる影響を与えているかを検討した.1気道上皮はTRPA1とTRPV1を恒常的に発現しておりこの発現はウイルス感染モデルであるpoly ICの刺激により増強する.2TRPA1のagonist; allyl-isothiocynanateはpoly ICの前処置によって炎症性サイトカインIL-6の産生を増強する.3ケラチノサイトはIL-33を産生してアレルギー性炎症を惹起することが示されているが,TNFaとINFrはケラチノサイト産生IL-33を増強する.4感作によるアレルギー性皮膚炎を起こしたマウスに抗IL-33抗体を皮下注するとほぼ完全に抑制する.乳幼児喘息の増加の要因として考えられる免疫系環境がTh2優位環境へシフトする機序における気道上皮細胞の役割を,環境要因と気道上皮の相互作用の観点から明らかにするため気道培養細胞と動物モデルを用いて,ウイルス感染,化学物質および喫煙等による影響を暴露強度と時期の観点から検討している.更に,その制御が脂質系調節因子であるアラキドン酸代謝系物質によりいかなる2次的調節を受けているかを生化学的,分子生物学的手法を用いて解析を試みている.気道上皮は種々の活性物質を産生し,同時にToll-like receptorや接着因子,サイトカイン,ケモカイン,アラキドン酸代謝物に対する受容体を細胞表面に発現している.気道上皮はこれら活性物質からのシグナルを通して,RANTES・Eotaxin・IL-8等のケモカイン,PGE2・15HETEなどのアラキドン酸代謝物,IL-1β・IL-11・G-CSFなどのサイトカインを産生する.また, ICAM-1等の接着因子,Tall like receptor(TLR-2,3,8,9など)を発現し,ウイルス等の病原体に反応してインターフェロンを産生し感染防御に働くと共に自然免疫担当細胞としても作用する.最近,従来は神経細胞に発現して温度センサーとして機能していると考えられていたTRP(温度感受性受容体)が他の細胞にも発現することが報告されている.今回,我々は気道上皮細胞にTRPA1が発現していることを明らかにし,気道炎症の進展に関与している可能性を見出し,更にその意義について検討を続けている.また,昨年度,TNFaが炎症性サイトカインであるIL-33の皮膚上皮であるケラチナサイトからの産生増加を引き起こすことを報告したが,今年度は更にINFrが同様の作用を示すことを見出し報告した.生体内外の活性物質が気道上皮にいかなる影響を与えているかを検討した.1気道上皮はTRPA1とTRPV1を恒常的に発現しておりこの発現はウイルス感染モデルであるpoly ICの刺激により増強する.2TRPA1のagonist; allyl-isothiocynanateはpoly ICの前処置によって炎症性サイトカインIL-6の産生を増強する.3ケラチノサイトはIL-33を産生してアレルギー性炎症を惹起することが示されているが,TNFaとINFrはケラチノサイト産生IL-33を増強する.4感作によるアレルギー性皮膚炎を起こしたマウスに抗IL-33抗体を皮下注するとほぼ完全に抑制する.乳幼児喘息の増加の要因として考えられる免疫系Th1/Th2環境がTh2優位環境へシフトする機序を,環境要因と気道上皮の相互作用の観点から,気道培養細胞と動物モデルを用いて明らかにするために培養気道上皮および,ケラチナサイトを用いた実験系を確立した.これらの培養細胞より産生される種々の活性物質,およびToll-like receptorや接着因子等の細胞表面分子発現が,抗原暴露やウイルス感染,および喫煙等の環境要因により受ける影響を暴露の強度と時期の観点から検討し,更に,その制御が脂質系調節因子であるアラキドン酸代謝系物質によりいかなる2次的調節を受けているかを生化学的,分子生物学的手法を用いて解析を進めている.気道上皮はサイトカイン,ケモカイン,アラキドン酸代謝物に対する受容体を発現し,これらの活性物質からのシグナルを通して,RANTES・Eotaxin・IL-8等のケモカイン,PGE2・15HETEなどのアラキドン酸代謝物,IL-1β・IL-11・G-CSFなどのサイトカインを産生する.また, ICAM-1等の接着因子,Tall like receptor(TLR-2,3,8,9など)を発現し,ウイルス等の病原体に反応してインターフェロンを産生し感染防御に働くと共に自然免疫担当細胞としても作用する.今年度は上皮細胞の機能を活性物質(アラキドン酸代謝物およびサイトカイン),傷害因子とのクロストークの観点から検討するため,気道上皮細胞と皮膚ケラチナサイトを種々の条件下で培養し,細胞表面のTSLP,アラキドン酸代謝系酵素,サイトカイン/ケモカインのmRNA発現,蛋白発現等を検討した.その結果,ケラチナサイトがIL-33を産生することを確認し,その産生がTNFaで誘導されることを見いだした乳児の喘息の発症には遺伝的素質に加えてTh2の免疫環境が重要であると報告されている.最近の喘息患児の増加は環境要因の変化がその原因であると考えられる.その中でウイルス感染,化学物質,種々の抗原性を有する物質の暴露が重要である.外的な因子に最初に暴露されるのは粘膜上皮や皮膚の上皮細胞であり,これらの細胞が発現している受容体,受容体を介して産生する活性物質がTh2免疫環境に関与していることが強く示唆される.

今回その機序を解明することを目的に研究をおこなった.ヒトの気道上皮や皮膚上皮はサイトカイン,ケモカイン,プロスタグランディン,ロイコトリエンなどに対する受容体や温度感受性受容体(Transient Receptor potential cation channel;TRP)等を発現し,種々の活性物質のシグナルに反応してPGE2, 15HETE,IL-1β,IL-11, IL-8,eotaxin3等の活性脂質,ケモカイン,サイトカインを産生することが判明している.近年IL-33がTh2免疫環境の形成に重要な役割を果たしていることが報告されているが,我々はケラチノサイトがIL-33を産生することを確認し,産生がTNFαやINFγで制御されていることを確認した.上皮細胞が感染や刺激に伴う炎症に反応してIL-33を発現を誘導し,Th2免疫環境の形成に関与しており,アレルギー性炎症の発現に役割を果たしていることを明らかにした.また気道上皮において温度感受性受容体の一つであるTRPA1の発現がウイルス感染のモデルと考えられるPolyIC刺激で増加することが判明した.この意義については明確ではなく今後の研究が必要である.小児科学実験動物を用いた系は,今年度も十分な進展が得られなかった.来年度に向けて継続して研究を進める.一方で,細胞培養を用いた研究はある程度の結果を得ることができた.昨年度確立したケラチナサイトおよび気道上皮細胞の培養系を用いて種々の検討をおこなった.IL-33は種々の外的刺激により上皮細胞から産生され,リンパ球に作用して,Th2サイトカインであるIL-5, IL-4, IL-13等の産生を刺激することが報告されているため,アレルギー疾患の発現に関してきわめて重要な活性物質である.昨年,アレルギー性炎症が関与していると考えられるアトピー性皮膚炎のターゲット細胞であるケラチナサイトに対してTNFa,が強い誘導作用をもつことを見出した.今年度はINFrが,ケラナサイトからのIL-33産生をmRNAおよび蛋白レベルで刺激することが明らかとなった.抗IL-33抗体を用いてIL-33の作用を抑制することで炎症反応が有意に抑制されることが判明した.このことより`IL-33および,TNFaやINFrをターゲットとした抗炎症治療法の開発が考えられる.TRPに関しては,気道上皮が恒常的にTRPA1を発現していることが明らかとなった.TRPA1のリガンドであるAITCはIL-6の産生を誘導し,Poly(IC)で細胞を前処理することにより,AITCによるIL-6の産生は更に増強することが判明した.その機序はPoly(IC)によるTRPA1の発現増強によると考えられる.実験動物を用いた系の研究が遅れている原因は,主に上記細胞培養系の研究を進めていることが一因である.ケラチナサイトおよび気道上皮細胞の培養については確立ができた.IL-33は種々の外的刺激により上皮細胞から産生され,リンパ球に作用して,Th2サイトカインであるIL-5, IL-4, IL-13等の産生を刺激することが報告されているため,アレルギー疾患の発現に関してきわめて重要な活性物質であることが推測されている.今回,気道上皮ではないが,同じ,アレルギー性炎症が関与していると考えられるアトピー性皮膚炎のターゲット細胞であるケラチナサイトに対して種々の活性物質の作用を検討し,その中から,TNFa,が強い誘導作用をもつことを発見した.
移植肺へのIL-10遺伝子導入によるトレランス誘導に関する研究

【背景】免疫抑制作用を持つ物質の遺伝子を臓器に発現させることで,臓器移植後の拒絶反応を抑制できる可能性がある.IL-10遺伝子をラット移植肺に導入することで,移植肺の拒絶反応が抑制できるか否かについて検討した.【方法】まず,アデノウイルスヴェクターを用いて,β-galactosidase遺伝子(adv-β-gal)の経気道的導入を行い,肺胞上皮細胞への導入を染色で確認した.次いで,ラット肺移植モデルを用い,IL-10遺伝子(adv-vIL-10)の経気道的導入が,移植肺拒絶反応を抑制するか否かについて検討した.BNラットをドナー,Lewラットをレシピエントとして同所性肺移植を行った.移植3日前に,ドナー肺に3×10^8 pfu/0.3mLのadv-vIL-10またはadv-β-gal(コントロール)を経気道的に注入した.移植後6日目に移植肺を摘出し,拒絶反応の程度のグレーディング(14)を行った.また,移植肺の炎症所見のパラメーター(浮腫,血管炎,肺胞内出血,壊死)につき,スコアリング(04)を行った.【結果】拒絶反応の程度は,adv-vIL-10群で3.75±0.5,adv-β-gal群で4.0±0で,両群間に統計学的な有意差を認めなかった.炎症所見のパラメーターのスコアにも,両群間に有意差を認めなかった(浮腫:3.5±0.6vs.4±0,血管炎:1.5±0.6vs.1.5±0.6,肺胞内出血:2.3±1.0vs.2.5±0.6,壊死:1.5±0.5vs.1.75±1.3.【考察・結論】移植肺への遺伝子導入は,拒絶反応を軽減する傾向にあったが統計学的有意差に至らなかった.アデノウイルスヴェクターの抗原性が実験結果に影響している可能性があるためliposomeをベクターとした実験を進行中であり,liposomeを用いた移植肺への遺伝子導入に成功している.【背景】免疫抑制作用を持つ物質の遺伝子を臓器に発現させることで,臓器移植後の拒絶反応を抑制できる可能性がある.IL-10遺伝子をラット移植肺に導入することで,移植肺の拒絶反応が抑制できるか否かについて検討した.【方法】まず,アデノウイルスヴェクターを用いて,β-galactosidase遺伝子(adv-β-gal)の経気道的導入を行い,肺胞上皮細胞への導入を染色で確認した.次いで,ラット肺移植モデルを用い,IL-10遺伝子(adv-vIL-10)の経気道的導入が,移植肺拒絶反応を抑制するか否かについて検討した.BNラットをドナー,Lewラットをレシピエントとして同所性肺移植を行った.移植3日前に,ドナー肺に3×10^8 pfu/0.3mLのadv-vIL-10またはadv-β-gal(コントロール)を経気道的に注入した.移植後6日目に移植肺を摘出し,拒絶反応の程度のグレーディング(14)を行った.また,移植肺の炎症所見のパラメーター(浮腫,血管炎,肺胞内出血,壊死)につき,スコアリング(04)を行った.【結果】拒絶反応の程度は,adv-vIL-10群で3.75±0.5,adv-β-gal群で4.0±0で,両群間に統計学的な有意差を認めなかった.炎症所見のパラメーターのスコアにも,両群間に有意差を認めなかった(浮腫:3.5±0.6vs.4±0,血管炎:1.5±0.6vs.1.5±0.6,肺胞内出血:2.3±1.0vs.2.5±0.6,壊死:1.5±0.5vs.1.75±1.3.【考察・結論】移植肺への遺伝子導入は,拒絶反応を軽減する傾向にあったが統計学的有意差に至らなかった.アデノウイルスヴェクターの抗原性が実験結果に影響している可能性があるためliposomeをベクターとした実験を進行中であり,liposomeを用いた移植肺への遺伝子導入に成功している.本研究の目的は,移植肺への免疫抑制性サイトカインIL-10の遺伝子導入が,拒絶反応を制御し,さらにレシピエントに移植肺に対する免疫寛容(トレランス)を誘導するか否かについて,ラット肺移植モデルを用いて検討することである.平成14年度には,近交系ラットを用い,以下の2種類の経路で,レポーターgene(β-galactosidase)を移植肺に導入することができるか否かについて検討した.遺伝子導入に際しては,アデノウイルスベクターを用いた.(1)摘出肺への経気道的なベクター直接注入による遺伝子導入ラット摘出肺の気管支断端より,ベクター溶液を0.30.5mlを直接注入し,まず同系肺移植を行って遺伝子導入の可否を検討した.35日後に移植肺を摘出して,X-gal染色を施してβ-galactosidase発現の有無を観察したとこと,肺胞上皮細胞ならびに肺胞マクロファージに導入が確認された.(2)摘出肺の肺動脈へのベクター注入による血管内皮細胞への遺伝子導入

肺移植時に用いる肺保存液にベクターを溶解し,これを肺動脈から注入することで肺血管内皮細胞への遺伝子導入が可能か否かについて検討した.レポーターgeneを含む溶液を肺動脈から注入し,30分経過後に肺移植を行い,35日後に移植肺を摘出して,X-gal染色を施してβ-galactosidase発現の有無を観察したが,この方法では,肺血管内皮細胞における遺伝子導入が確認されなかった.今後,レポーターgeneをMAAに接着させる方法を用いて,肺血管内皮への遺伝子導入が可能か否かについても検討する.本研究の目的は,移植肺への免疫抑制性サイトカインIL-10の遺伝子導入が,拒絶反応を制御し,さらにレシピエントに移植肺に対する免疫寛容(トレランス)を誘導するか否かについて,ラット肺移植モデルを用いて検討することである.平成15年度には、MHC不適合の近交系ラットを用い,IL-10を経気道的にドナー肺に導入することで拒絶反応が抑制できるか否かについて検討した.遺伝子導入に際しては,アデノウイルスベクターを用いた.(研究方法)BN→Lewの組み合わせで,左肺移植を行った.移植3日前にドナー左肺に経気道的にIL-10遺伝子を導入した群と,β-galactosidaseを導入した(コントロール)2群を作成した.移植後6日目に,移植左肺を摘除し.移植肺の拒絶反応の程度を病理学的にスコアー化して両群間で比較検討した.(研究結果)移植肺における拒絶反応のグレード,細胞浸潤のスコア,出血のスコア,壊死のスコアともに,両群間で統計学的な差異は認められなかった.(考察)IL-10の遺伝子導入では,移植肺の拒絶反応は抑制できないという実験結果を得たが,この結果は,我々が行った心移植モデルを用いた実験の結果と相反する.拒絶反応のグレードに差が見られなかった原因の一つとして,アデノウイルスベクター自体が炎症を惹起し,これが特に炎症細胞の多い肺で顕著に起こった可能性も考えられる.今後は,遺伝子導入に用いるベクターとして,liposomeなど炎症を惹起しないものを用い,IL-10の遺伝子導入が移植肺の拒絶反応を抑制するか否かについて検討する.【背景】免疫抑制作用を持つ物質の遺伝子を臓器に発現させることで,臓器移植後の拒絶反応を抑制できる可能性がある.IL-10遺伝子をラット移植肺に導入することで,移植肺の拒絶反応が抑制できるか否かについて検討した.【方法】まず,アデノウイルスヴェクターを用いて,β-galactosidase遺伝子(adv-β-gal)の経気道的導入を行い,肺胞上皮細胞への導入を染色で確認した.次いで,ラット肺移植モデルを用い,IL-10遺伝子(adv-vIL-10)の経気道的導入が,移植肺拒絶反応を抑制するか否かについて検討した.BNラットをドナー,Lewラットをレシピエントとして同所性肺移植を行った.移植3日前に,ドナー肺に3×10^8pfu/0.3mLのadv-vIL-10またはadv-β-gal(コントロール)を経気道的に注入した.移植後6日目に移植肺を摘出し,拒絶反応の程度のグレーディング(14)を行った.また,移肺の炎症所見のパラメーター(浮腫,血管炎,肺胞内出血,壊死)につき,スコアリング(04)を行った.【結果】拒絶反応の程度は,adv-vIL-10群で3.75±0.5,adv-β-gal群で4.0±0で,両群間に統計学的な有意差を認めなかった.炎症所見のパラメーターのスコアにも,両群間に有意差を認めなかった(浮腫:3.5±0.6vs.4±0,血管炎:1.5±0.6vs.1.5±0.6,肺胞内出血:2.3±1.0vs.2.5±0.6,壊死:1.5±0.5vs.1.75±1.3.【考察・結論】移植肺への遺伝子導入は,拒絶反応を軽減する傾向にあったが統計学的有意差に至らなかった.
ヘリックス相互作用認識を利用した人工EGF受容体の創製と細胞機能制御

本研究課題では、ヘリックス相互作用認識ペプチドを用いた細胞膜における人工受容体の特異的な二量体化と、その受容体活性化を制御可能なシステム構築を目的としている。モデル受容体としてEGF(epidermal growth factor)受容体を用い、人工ペプチドリガンドを用いることで受容体活性化制御を行った。結果として、分子連結型ペプチドリガンドによって効果的に目的受容体の活性化が達成され、さらに細胞由来ナノマテリアルを融合した新規リガンド創製にも成功している。本研究課題では、生体に存在しないコイルドコイル形成配列で特異的に活性化される人工epidermalgrowthfactor(EGF)受容体システムの構築を目的としており、短鎖のロイシンジッパーペプチドを利用することで、その相互作用による受容体の二量体化及び受容体の活性化を誘導する方法論を創出する。最終的には細胞治療を指向した生体内で利用できる人工受容体システムを構築する。これまで、人工ヘリックス配列2分子をリンカーで繋げたリガンドを調製し、そのペプチドと相互作用する人工ヘリックス配列を融合したEGF受容体を遺伝子工学で細胞膜に構築した。本システムでは、人工EGF受容体への特異的なリガンド結合及び活性化が確認され、細胞応答としてラメリポディア形成や細胞遊走の制御が可能であることを確認している。しかし、本手法の人工受容体活性化には、ペプチドリガンドが10μM程度の濃度が必要であり、生体内での応用の為には更なる効率的な受容体活性化システムの創出が必要であった。そこで、ペプチドリガンドの活性可能を高める為に、細胞膜への集積性を狙った疎水性基(アシル化)を修飾したリガンドペプチドを創製した。その結果、人工受容体の活性化効率が著しく上昇し、ペプチドリガンドが100nMといった低濃度においても効率的に受容体を活性化することに成功した。リンカーで結合させていない疎水性基修飾ヘリックスでは人工受容体の活性化が殆ど誘導されないことから、本方法論における疎水性基及びリンカーの重要性が示された。本研究課題において、人工的に創製されたロイシンジッパーペプチドを利用し、コイルドコイル形成による人工epidermal growthfactor receptor(EGFR)の二量体化及び、それに伴う受容体活性化を誘導するシステム構築を目的とし、最終的にはこの人工受容体による生体内での細胞治療・細胞制御技術に繋げる。これまでの研究で、人工ヘリックスペプチドを2分子繋げたリガンドを調製し、そのペプチドと相互作用する人工ヘリックス配列を細胞外配列に融合したEGFRを遺伝子工学で細胞膜に構築した結果、人工EGFRへの特異的なリガンド結合、及び、受容体活性化が確認され、アクチン骨格再構成によるラメリポディア形成や、細胞遊走といった細胞応答を本システムで制御可能であることを確認している。本研究では、さらに効率的な受容体活性化可能な人工リガンドの開発のため、新たにロイシンジッパーペプチドを細胞由来マテリアル基盤上で密度の高いリガンド体の創製を行った。100nm程度のサイズを有する細胞分泌小胞に人工ロイシンジッパーペプチドを構築することで、分泌小胞膜に結合したペプチド量に依存して人工EGFRを高い効率で活性化することを明らかにした。現在、マルチヘリックス型や、磁性ビーズ搭載型リガンド等についても検討を続けており、細胞治療に最も適する人工EGFR-リガンドシステムの構築を進める。本研究課題において、人工的に創製されたヘテロなコイルドコイルを形成するロイシンジッパーペプチドを利用し、人工epidermal growthfactor receptor(EGFR)の二量体化及び、それに伴う受容体活性化を誘導するシステム構築を目的とする。また本技術を用いて生体内での細胞治療・細胞制御技術に展開する。これまでの研究で、人工ヘリックスペプチドを2分子繋げたリガンドを合成し、そのペプチドリガンドと認識・相互作用する人工ヘリックス配列を細胞外配列に融合したEGFRを遺伝子工学で細胞膜に構築した結果、ペプチドリガンドによる人工EGFRへの特異的な受容体活性化が確認されている。本研究では、さらに機能的・効率的な受容体活性化可能な人工リガンドの開発のため、細胞由来マテリアルである100nm程度のサイズを有する細胞分泌エクソソームを利用し、エクソソーム膜上に人工ヘリックスペプチドの構築を行った。結果として、エクソソーム膜上へのロイシンジッパーペプチドの密度、及び、ペプチドの構築構造の違いによってヒト乳癌細胞上に発現させた人工EGFRの活性化効率に大きく影響を与えることが示された。また、効果的にEGFRの活性化を示す条件によって、EGFRのTyr1173のリン酸化、及び、そのシグナル応答によるアクチン骨格への影響(ラメリポディア形成)の可視化に成功し、人工受容体-リガンドシステムの開発における重要な基盤的知見が得られるに至った。研究の達成度として、おおむね順調に研究が進展していると判断できる。

上記の通り、将来的に生体内で活用できる細胞治療を指向した人工受容体-リガンドシステムの構築を目指しており、本年度における研究実績で示したように、細胞由来のマテリアルを基盤にした人工リガンドの創出を行うことで、生体において適応性の高いシステム開発に繋げ、今後引き続きペプチドリガンドの最適化を進める。また、本システムはリガンドの種類によっては薬物送達への応用も可能であることから、単に受容体活性化システムによる細胞機能制御の枠を超えた、さらに診断・治療といった医療へ貢献ができる将来性の高い技術となることが大いに期待できると考えられる。細胞ペプチド化学生体適応、及び、高効率に受容体活性化が可能なペプチドリガンドの最適化とあわせて、細胞治療を指向した膵臓細胞への人工EGFR安定発現細胞の構築、及び、インスリン分泌に関する評価を行う。マウス膵臓細胞は、EGFRの活性化によってインスリンが分泌されることが報告されている。本研究では人工EGFRをマウス膵臓細胞に発現させることで、細胞からのインスリン分泌を人工受容体-リガンドシステムで制御する技術を開発する。まずは一過性にEGFRを発現させた細胞で、各種の人工リガンドによる受容体刺激によるインスリン分泌の評価を行う。さらに、安定的に人工EGFRが細胞膜に発現する膵臓細胞も作製し、動物に移植することで、in vivoでの人工EGFRの活性化制御、及び、インスリン分泌の制御が可能か検討を行う。研究の達成度として、おおむね順調に進展していると判断できる。将来的には細胞治療を指向した人工受容体-リガンドシステムの構築を目指して研究を進展させているが、本年度において研究実績の概要で示した通り、従来法よりも格段に効率性の高い人工リガンド創製に成功している。実際に本システムを生体で使う場合は、更に低濃度で特異的に受容体を活性化できるシステムを創出する必要があると考えられ、引き続きペプチドリガンドの最適化を行う。しかしながら、今回機能化に成功した手法は今後の開発において重要な基礎的知見になることは間違えなく、またEGF受容体以外の人工受容体開発にも役立つことが考えられる。次のステップとして、ペプチドリガンドの最適化とあわせて、今後の研究の推進方策に記載の通り人工受容体の二量体可視化やマウス膵臓細胞等への人工受容体の構築の研究へと展開するが、本研究成果を基盤とした高機能な人工受容体システムの構築を推進していきたい。今後の推進方策にも記述したが、引き続き生体への適合性の高い人工リガンドの創製が必要であり、細胞分泌小胞のみならず生体内分解能を有するポリマーや、既に薬物送達に利用されているリポソーム等を基盤に、次年度において継続的に生体内での機能性の高い人工リガンドの開発と評価を行う為に、次年度使用を行う。高効率に受容体活性化可能なペプチドリガンドの最適化とあわせて、以下の研究を推進する。(1)人工EGF受容体の二量体化の可視化細胞膜における人工EGF受容体のリガンドによる二量体化を可視化できるシステムを構築する。このシステムを活用することで、人工リガンドによる受容体の活性化の最適化の指標となり、高精度な人工リガンド-受容体システムを確立するための重要な情報になる。
ニュートリノ質量行列の現象論的研究

当研究は、ニュートリノ振動に関する実験データの解析結果を手がかりとして、ニュートリノ質量行列の構造を明らかにすることを目的にしている。当研究の最終年度はこれまでの現象論的分析に基づいて、フレーバーの起源を探るためニュートリノ理論の対称性に基づいた現象解析を行なった。また、KamLANDの新しいニュートリノ振動の実験結果やWMAPの宇宙背景輻射のデータに基づいて、ニュートリノ質量行列の新しい現象論的分析と宇宙のバリオン生成との関連を解明した。また、以下の三つの共同研究をすすめた。・都立大(南方)計画班と宇宙線研(梶田)計画班と共同して、1年に2回の研究会を開催した。・愛知大学(坂東)計画班と共同研究をすすめて成果をまとめた。・富士吉田における国際SummerInstituteに参加し、京大(九後)計画班、愛知大学(坂東)計画班、皇學館て松岡)計画班と共同討議をおこなった。研究の進展状況とこれまでの主な研究成果は以下の通りである。(2)シーソー機構の具体的モデルをTexture Zerosに基づいて研究し、その典型的パターンを発見した。(3)宇宙のバリオン生成をLeptogenesisから説明するため、質量行列のモデルを用い、ボルツマン方程式を数値的に解くことによってその予言をおこなった。(4)SO(10)GUTモデルに基づいてニュートリノ質量とニュートリノ混合を求め、データと比較した。その結果、実験データと矛盾のない解が得られた、初年度はニュートリノ振動の実験データを用いた現象論的研究を行い、ニュートリノ質量行列のモデルについて以下のような成果を得た。1太陽ニュートリノデータが大角度MSW解を示しているというスーパー神岡実験グループの結果をもとに、U(1)フレーバー対称性のような世代構造を支配するモデルを明らかにした。その結果、偶然に支配されない質量行列の構造には、Z_2対称性のような離散群があらたに必要とされる結論に至った。2 S_3やO(3)対称性のような非アーベル群フレーバー対称性について、これまでの成果をもとに詳細なモデルを示した。3 SU(5)大統一理論の立場から、クォーク混合(CKM行列)とレプトン混合(MNS行列)の関係を定量的に議論し、bi-maximal混合(大角度が二つある混合行列)を得るための条件を示した。4ニュートリノと荷電レプトンの質量行列の可能なパターンを現象論的に見つけだした。以上のような研究をすすめながら、新潟大学において11月(約50名)と3月(約20名)に全国規模の研究会をそれぞれ二日間にわたって開催し活発な研究交流をおこなった。これらの成果の一部は、論文発表だけではなく、2000年7月大阪で開催された高エネルギー物理学国際会議での分科会、9月イタリアOtrantoで開催されたNOW2000での招待講演や12月東京で開催されたNOON2000での招待講演で発表している。なお、初年度は、研究分担者がいなかったが、次年度は研究をさらに活発化するため分担者を加える予定である。初年度に引き続き、新しいニュートリノ振動の実験データを用いた現象論的研究を行い、ニュートリノ質量行列のモデルについて以下のような成果を得た。1.最近のデータをもとに、レプトンの混合行列の各成分の大きさをきめ、クォークの場合と比較できるようにした。現在の実験データを用いても、レプトンの混合行列の各成分の大きさは十分決まることが判明した。2.SU(5)大統一理論の立場から、クォーク混合(CKM行列)とレプトン混合(MNS行列)の関係を定量的に議論し、bi-maximal混合(大角度が二つある混合行列)を得るための条件を繰り込み群の手法を用いて求めた。3.ニュートリノと荷電レプトンの質量行列の可能なパターンを現象論的に分類した。その結果、かなり多くのパターンが可能であることが判明した。この研究は、モデルを作る場合に役にたつであろう。4.ニュートリノ質量行列のモデルとμ→eγの分岐比の大きさの関係を明らかにした。ニュートリノ質量が縮退型のとき、この分岐比の大きさは比較的小さく押さえられ実験の上限と矛盾しないことが判明した。なお、これらの成果の一部は、論文発表だけではなく、2001年5月に筑波市で開催されたNeuFACT01や12月に柏市で開催されたNOON2001で発表している。この研究は、ニュートリノ振動に関する実験データの解析結果を手がかりとして、ニュートリノ質量行列の構造を明らかにすることを目的にしている。初年度はこれらの現象論的分析に基づいて、フレーバーの起源を探るためニュートリノ理論の対称性に基づいた現象解析を行った。また、KamLAND等新しいニュートリノ振動の実験結果にもとづいて、ニュートリノ質量行列の新しい現象論的分析もあわせて行なった。とりわけ、超対称性理論の専門家を分担者に加え、この方面の理論研究も推進した。研究実績は以下の通りである。2シーソー機構の具体的モデルをTexture Zerosに基づいて研究し、その典型的パターンを発見した。3宇宙のバリオン生成をLeptogenesisから説明するため、質量行列のモデルを用い、その予言をおこなった。4スーパー神岡の実験グループや日本のニュートリノ理論研究のグループで討論するため、今年1月に40名規模の全国的研究会を新潟大学において開催し、現象面の研究と理論面の研究の発展性について検討した。

当研究の最終年度はこれまでの現象論的分析に基づいて、フレーバーの起源を探るためニュートリノ理論の対称性に基づいた現象解析を行なった。また、KamLANDの新しいニュートリノ振動の実験結果やWMAPの宇宙背景輻射のデータに基づいて、ニュートリノ質量行列の新しい現象論的分析と宇宙のバリオン生成との関連を解明した。また、以下の三つの共同研究をすすめた。・都立大(南方)計画班と宇宙線研(梶田)計画班と共同して、1年に2回の研究会を開催した。・愛知大学(坂東)計画班と共同研究をすすめて成果をまとめた。・富士吉田における国際SummerInstituteに参加し、京大(九後)計画班、愛知大学(坂東)計画班、皇學館て松岡)計画班と共同討議をおこなった。研究の進展状況とこれまでの主な研究成果は以下の通りである。(2)シーソー機構の具体的モデルをTexture Zerosに基づいて研究し、その典型的パターンを発見した。(3)宇宙のバリオン生成をLeptogenesisから説明するため、質量行列のモデルを用い、ボルツマン方程式を数値的に解くことによってその予言をおこなった。(4)SO(10)GUTモデルに基づいてニュートリノ質量とニュートリノ混合を求め、データと比較した。その結果、実験データと矛盾のない解が得られた、
ドクメンテーションのための文章解析と情報抽出の研究

この研究は科学技術研究報告や新聞雑誌などに含まれる主要情報をテキスト解析により同定し、これから目的に応じていろいろな情報抽出を行なわうとするものである。このため各専門分野や、記述対象の物あるいは性質,関係,事象ごとに、いくつかのフレーム情報を用意しておく。そして与えられたテキストの標題,各節の見出しなどから試行錯誤的に選定したフレーム情報と、テキストを構文解析してえられたパラグラフや文節間のコヒーレント情報を用いてトップダウン的、且、ボタムアップ的にテキスト解析を行ない、テキストに含まれている主要情報を同定する。また主要情報を構成する要素などに関する補足情報については、対応するフレーム情報などを参照して必要なレベルまで同定し、フレームの形式に標準化する。このような方法により、机上実験及び計算機実験を行なったところ、特許関係の文書や科学技術や社会経済などの新聞報道記事など、フレームの項目や内容の種類に関して多様性が大きくないものについては、実用上かなりよい見通しがえられた。しかし一般の技術論文などは、新しく知見がえられた特定事項に記述が集中し、記述形式や内容が多様であって、主要情報抽出の自動化のため、今後の研究が必要である。なお、このようにして求めたテキストの解析結果から、指定された長さ以下の要約文を生成する問題や、関係データベースに主要なフレーム情報を抽出する方法について、考察と実験を行なった。今後はこのような方向で考察と実験を進めるとともに、ドクメンテーションのための能率的なデータベースの構築と更新などについても考察を進めたい。
超音波による生きた細胞の非侵襲粘弾性イメージング

本研究では、個々の培養細胞を、集束超音波を用いて連続的・非侵襲的に定量観察し、絶対値としての弾性パラメータと等価な意味をもつ音響インピーダンスで表示するシステムを開発した。細胞の弾性には細胞骨格の状態が大きく反映されることから、これらの変化が現れやすい抗癌剤投与後のガン細胞の細胞骨格の変性過程,および筋芽細胞の分化過程を連続観察し、観察手法の有効性を実証した。あわせて再生医療への応用を目指し,iPS細胞の観察を試みた。本研究では、再生医療や動物実験を伴わない薬剤効果の評価などへの応用を目指し、生体細胞を広帯域集束超音波を用いて定量観察し、粘弾性パラメータによる2次元プロファイルとして表示するシステムの実現を目指す。平成27年度は以下を実施した。(1)培養器の設計・試作高分子フィルムで隔離された細胞に対して上下方向から集束超音波を送波するため、特別な培養器を設計試作した。培養器は基板フィルム1枚または2枚を含むものとし、必要に応じ培養空間の厚さを自由に変化できるものとした。培養時には培養液の流動を確保する必要があることから、基板の間隔を拡げるが、超音波振動子の作動距離はレンズ先端から100μm程度以下となるため、観察時にはこの間隔を細胞厚さ程度に狭くする。計測の再現性を確保するために、この間隔は超音波の反射をモニタして一定に保つようにした。基板材料としてポリスチレンを使用するが、横波に対する応答を測定する場合には縦波と横波の応答が時間軸上で重ならないアクリル樹脂を使用する。(2)観察システムの設計・試作直線状に音軸を合わせた2個の振動子を配置し、音軸を保ったまま水平方向(x-y方向)に走査するシステムを設計試作した。振動子は個別のパルス発生器を用いて駆動し、受信した反射波形は適宜増幅と波形整形を行った後2チャンネルのA/D変換器を通して計測用コンピュータに入力する。光学顕微鏡による同視野の観察が可能なように、ステージを工夫した。装置の試作、データ取得と、音場解析結果から粘弾性を推定するプログラムの作成が完了していることなどから、おおむね順調に進展していると考えている。本研究では、再生医療や動物実験を伴わない薬剤効果の評価などへの応用を目指し、広帯域集束超音波を用いて生体細胞を定量観察し、粘弾性パラメータによる2次元プロファイルとして表示するシステムの実現を目指す。平成28年度は走査装置を高速化するとともに、実際に細胞を培養して非侵襲連続観察を行い、データを蓄積した。(1)培養細胞に集束させた超音波の反射波形の取得:集束超音波ビームを細胞培養したプラスチック基板に対して入射させ、その応答(反射)を、視野の中で「細胞がない部分」と「ある部分」について測定・比較することにより細胞の音響インピーダンス分布を推定した。「細胞がない部分」からの反射には培養液の音響物性が反映されるため、これを参照波形として利用した。(2)音響パラメータの取得:音速および音響インピーダンスの測定は、組織切片を対象としたものでは既に開発が概ね終了しているが、細胞レベルでは厚さが極端に薄くなることから、信頼できる測定が行われるに至っていない。本年度は細胞レベルの測定に際し、振動子の走査装置の微振動を抑制するため中程度の走査範囲(300ミクロン程度)の圧電走査装置を導入し、データ取得を行った。また、波形分離アルゴリズムを改良し、3次元形状を考慮した細胞内の粘弾性分布表示方法を検討した。(3)分化過程の定量観察:培養細胞は培養器表面に密着しているとは限らず、分化の過程で3次元構造が変化するとともに、培養器表面からの剥離を生じることが判ったため、これらの状況を超音波の反射波形から波形分離の手法を用いて把握する方法を検討した。実際のデータに適用し、分化とともに剥離が発生することを見極め、剥離距離を考慮した上で細胞本体の音響インピーダンス値を補正計算する方法を提案した。本年度の目標である、データ取得と、音場解析結果から粘弾性を推定するプログラムの作成が完了していること、および、その成果を利用して細胞の分化過程などのデータ取得に成功していることなどから、おおむね順調に進展していると考えている。平成29年度は、解析アルゴリズムを改良するとともに,実際に細胞を培養して非侵襲連続観察を行い、データを蓄積した。(2)音響パラメータの取得:これまでの波形分離アルゴリズムを改良し、3次元形状を考慮した細胞内の粘弾性分布表示方法を検討した。このアルゴリズムをヒトの皮膚の計測結果に適用し,3次元音響インピーダンスマップを取得することに成功した。皮膚の層構造が明瞭に認識できるようになり,加齢との相関を示すパラメータを抽出した。さらにこのアルゴリズムを培養細胞の計測結果に適用したところ,グリア細胞については比較的明瞭な3次元音響インピーダンスマップが取得できた。細胞の3次元観察については多くの細胞について安定なデータ取得が実現できなかったため,今後の検討課題とする。(3)細胞の定量観察:筋芽細胞の分化にともなう,細胞骨格の音響インピーダンス値の変化を抽出するアルゴリズムを提案した。