hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
膵β細胞外ストレスによるインスリン分泌能低下の新規分子機構の解明

グルココルチコイド刺激によるβ細胞機能(インスリン分泌能)への直接的影響を検証するため、本年度は高濃度ステロイド投与による効果を中心に検討を行った。引き続き膵β細胞株MIN6細胞を用いて、ヒトにおいてステロイドパルス療法に近い高濃度3000nMのデキサメサゾンで24時間刺激した。昨年度、グルココルチコイド受容体(GR)阻害剤(RU486)を用いた検討を行ったが、これらの変化がGR経路特異的な現象であることを確証するため、今年度はGR特異的なsiRNAを発現しGR発現を抑制することで、同様の検討を行った。いずれの結果もRU486使用時の結果と同様に、GR経路抑制によりインスリン遺伝子発現の抑制は解除されたが、インスリン分泌抑制効果は解除されなかった。続いて、炎症性サイトカインとして知られているMCP-1とVEGFの遺伝子発現ならびに分泌への影響もGRノックダウンを用いて検討しなおした。その結果、RU486使用時と同様にデキサメタゾンで共に抑制されたが、GRノックダウンによりその影響は解除されなかった。さらに、調節性分泌経路への影響を検討する目的でKCl刺激を行ったところ、高濃度デキサメタゾンでのインスリン分泌抑制は認められず、さらにRU486使用時同様、GRノックダウンを行っても変化はなかった。一方、プロインスリン/インスリン分泌比の抑制は、KCl刺激に関わらずデキサメタゾン刺激で同様に認められ、RU486使用時同様GRノックダウンでも解除されなかった。総括として、糖質コルチコイドは核内のGRを直接介しすることで、インスリンや炎症性サイトカイン遺伝子の発現を変化させる。一方、高濃度糖質コルチコイドはGR以外の細胞内情報伝達経路を介した構成性分泌経路の抑制効果を認めていることから、より短時間効果を発揮するnon-genomicな分泌調節経路の存在が改めて示唆された。今年度はグルココルチコイド慢性投与による膵β細胞機能に与える直接的影響に関して確証する目的で膵β細胞株を用いた実験を優先させてより詳細な検討を行った。その結果、グルココルチコイド受容体(GR)を介さないインスリンならびに炎症性サイトカインの分泌抑制効果について確証することができた。さらに、グルココルチコイドによる膵β細胞におけるインスリン分泌抑制の分子学的メカニズムとして、non-genomicな効果を介してプロインスリンからインスリンへの変換抑制の関与が示唆された。以上のことから、細胞実験に関して、追試を含めた結果の確認や新たな検討をするのに予想以上の時間を要してしまっている。当初の予定より細胞実験での検討に重点を置き詳細に検討したこと、条件設定後に動物実験の本実験を開始していることが本研究の進行がやや遅れている理由である。グルココルチコイドによるインスリン分泌抑制の新たな機序が示唆された。そこで、研究内容の一部を変更し、グルココルチコイドによるプロインスリンからインスリンへの変換抑制の機序を変換酵素の発現等を確認することでさらに詳細に検討していく。そのため、細胞実験での検討に重点を置き延長した最終年度の研究を推進していく。これまでの実験結果で得た興味深い知見をさらに考察していくため、グルココルチコイドによるインスリン分泌調節機構への詳細な検討を行っていく予定である。糖尿病患者に感染症や心的要因など過度のストレスが加わると耐糖能は悪化すが、その原因の一つとして、副腎皮質由来のコルチゾール分泌増加がインスリン分泌不全をもたらすことが以前から知られている。しかし、コルチゾールなどのグルココルチコイドがどのようにしてインスリン分泌不全をもたらすか詳細な機序について、十分には解明されていない。本研究は、グルココルチコイド刺激がグルココルチコイド受容体(GR)を介して転写因子等の細胞内分子・シグナル伝達を介してβ細胞機能(インスリン分泌)の低下をもたらすという仮説を立て、β細胞株やTgマウスを用いてこの仮説を検証することを目的としている。本年度は、ステロイドの慢性投与による膵β細胞機能障害の機序を明らかにするため、糖質コルチコイドのインスリン発現及び分泌への影響とその分子メカニズムを膵β細胞株を用いて検討した。膵β細胞株MIN6細胞を用い、相対的低濃度30nMから高濃度3000nMのデキサメサゾンで24時間刺激し、GR阻害剤(RU486)を用いて、インスリンの発現及び分泌に与える影響を検討したところ、インスリンの発現は低濃度刺激で増加し、中等度高濃度刺激では濃度依存的に低下したが、これらの影響はGR阻害剤投与で回復した。一方、インスリン分泌はすべての濃度刺激で著明に低下したが、GR阻害剤投与によりインスリン分泌抑制は低濃度で部分的にしか回復せず、高濃度になるにしたがい分泌抑制の回復効果がほぼみられなくなっていった。総括として、糖質コルチコイドのインスリン発現及び分泌に与える影響はその濃度によって異なること、インスリン分泌抑制効果は糖質コルチコイド投与量に依存してGR以外の細胞内情報伝達経路を介していることが明らかとなり、核外受容体等を介したnon-genomicなインスリン分泌調節経路の新たな存在が示唆された。ステロイドの慢性投与による膵β細胞機能障害の機序を膵β細胞株を用いた実験を行ってきた。その過程でグルココルチコイド受容体(GR)を介さないインスリン分泌抑制効果が明らかとなった。これらの細胞実験に関して、追試を含めた結果の確認のため予想以上の時間を要した。さらに、コルチコステロン徐放剤を用いた動物実験の検討において、異なる投与量での検討を計画する必要が生じてきたため、現在その条件設定を行っている最中である。このような理由から動物実験の本実験を開始するのが遅れている。

慢性炎症などの細胞外ストレスによりインスリン分泌低下を認める一方、抗炎症作用を有するグルココルチコイドは逆にインスリン分泌不全をもたらすことが指摘されている。その詳細な機序は十分に解明されていないため、本研究ではグルココルチコイド刺激によるβ細胞機能(インスリン分泌能)への直接的影響を検証している。本年度は、ステロイド慢性投与による濃度別影響をさらに詳細に検討した。膵β細胞株MIN6細胞を用いて、相対的低濃度30nM、中等度濃度300nM、ヒトにおいてステロイドパルス療法に近い高濃度3000nMのデキサメサゾンで24時間刺激し、GR阻害剤(RU486)を用いてGR経路によるインスリン等の発現及び分泌に与える影響を検討した。デキサメタゾン303000nMによるインスリン遺伝子発現の変化は、いずれもRU486により解除されたが、高濃度培養下でのインスリン分泌抑制効果は同阻害薬で解除されなかった。さらに、炎症性サイトカインとして知られているMCP-1とVEGFの遺伝子発現ならびに分泌も303000nMデキサメタゾンで共に抑制されたが、高濃度培養下での抑制はMCP-1分泌以外GR阻害剤添加により解除されなかった。調節性分泌経路への影響を検討する目的でKCl刺激を行ったところ、高濃度デキサメタゾンでのインスリン分泌抑制は認められなかった。一方、プロインスリン/インスリン分泌比および炎症性サイトカイン分泌の抑制は、KCl刺激に関わらず同様に認められ、ともにRU486で解除されなかった。総括として、糖質コルチコイドは膵β細胞の核内に存在するGRを介して、インスリンや炎症性サイトカイン遺伝子の発現を変化させる。一方、高濃度糖質コルチコイドはGR以外の細胞内情報伝達経路を介した構成性分泌経路の抑制効果を認めていることから、non-genomicな分泌調節経路の存在が新たに示唆された。本年度はグルココルチコイド慢性投与による膵β細胞機能に与える直接的影響を先行してより詳細に検討するため、膵β細胞株を用いた実験を優先させて行ってきた。その結果、グルココルチコイド受容体(GR)を介さないインスリンならびに炎症性サイトカインの分泌抑制効果が明らかとなった。この現象の基盤にある分子学的メカニズムをさらに検討する目的で、KCLを用いて調節系経路への影響を評価し、さらに構成性分泌経路への影響を確認する目的でプロインスリン/インスリン分泌比を検討した。以上のことから、細胞実験に関して、追試を含めた結果の確認や新たな検討をするのに予想以上の時間を要した。さらに、コルチコステロン徐放剤を用いた動物実験の検討において、異なる投与量での検討を計画する必要が生じてきたため、その条件設定に時間を要していた。まとめると、当初の予定より細胞実験での検討に重点を置き詳細に検討したこと、条件設定後に動物実験の本実験を開始していることがやや遅れている理由である。グルココルチコイド刺激によるβ細胞機能(インスリン分泌能)への直接的影響を検証するため、本年度は高濃度ステロイド投与による効果を中心に検討を行った。
音速濃度分析法によるフロン混合系の気液平衡に関する研究

今日,気液平衡に関する研究は,膨大な量の実験値データが蓄積されている。これらの研究では,ガスクロマトグフィによって露点・沸点濃度を調べられているのが一般である。しかし,フロン混合系の臨界点付近での蒸気圧は数MPaにも及ぶ高い圧力を持つ。従って,高圧容器から採集した試料をガスクロマトグフィに注入する過程で温度,圧力,濃度などを同一条件に保持するのが困難である。通常,両者間はパイプラインで直結されているが,特に温度保持が至難である。このことから,既存気液平衡研究の多くは室温付近の測定に限定されている。本研究は,気・液相中の音速を測定し,予め得た音速検量線から露点・沸点濃度,すなわち,気液平衡曲線を決定しようとするものである。高い蒸気圧を持つ混合系の気液平衡を測定するために高圧気液平衡測定装置を試作した。気液平衡セル(SUS316)には試料状態を目視できる光学窓,および系濃度を均一にするための撹拌翼を設けた。この装置の信頼性を確かめるため,化合物間の蒸気圧が大きく異なるHFC32+HFC134a系の気液平衡を温度:220360 Kの範囲で測定した。得られた結果の測定誤差は文献値から沸点圧力で±2.5%,露点圧力で±7%であった.さらに,両化合物間の蒸気圧差が小さいHFC32+HFC125混合系についても気液平衡を測定した。共沸点を持つこの系では前者より大きい測定誤差,特に露点圧力で現れた。これは気相混合系の試料調製誤差に起因し,今後の課題である。本装置は更に改良を加え,高精度の測定をする予定である。非塩素系フロンの地球温暖化係数が大きく,その製造・使用とも近々制限されようとしている。これに代わる自然冷媒の気液平衡測定が要請され,この装置の完成が嘱望されている。塩素系フロン:クロロジフルオロメタン(HCFC22)はルームエアコンの冷媒などとして汎用されている。本研究はHFC22に代わる物質として非塩素系フロン(HFC)混合系の基礎熱力学的性質である気液平衡を新しい測定法によって研究することを目的とする。従来の混合系気液平衡に関する研究では、平衡時における露点・沸点濃度をガスクロマトグラフィによって決定されているために、その不確かさは±0.03モル以上である。さらに、測定の困難さから、測定は室温付近のみに限られているのが現状である。信頼できる状態方程式を作成するためには、さらに高精度(不確かさ:±0.02モル以内)の気液平衡(露点・沸点曲線)の値が嘱望されている。本研究では、液体中の音速が精度よく測定できることに着目し、系が平衡状態における気・液相中の音速値から系の露点・沸点濃度を決定できる装置の開発を目標として「音速濃度分析法気液平衡測定装置」を製作・組み立てた。気液平衡容器には光学窓、攪拌翼、気・液相音速測定室を設けた。この装置では温度:220350K、圧力:52000kPaの広範囲で測定することができる。一方、既存の高圧音速測定装置を用いて、HFCフロン混合系:HFC32/HFC125,/HFC134aおよびHFC125/HFC143a二成分系について飽和蒸気圧、圧縮液体および飽和蒸気中の音速を測定した。

特に、HFC32/HFC125混合系では、低温でHFC125の0.2mole付近で共沸点を示し、それは昇温とともに低濃度側にシフトし、高温では消滅する新しい現象を見出した。さらに、飽和蒸気圧における液相中の研究から音速は濃度に対して±0.002モル以内で見積もれることが判った。平成10年度には気相中の音速と濃度の関係を調べる。この装置の完成は非塩素系フロンのみならず、次世代媒体として期待される自然冷媒の開発、さらには、高圧気液平衡の物理化学的研究に大いに貢献し得ると確信する。今日,気液平衡に関する研究は,膨大な量の実験値データが蓄積されている。これらの研究では,気液共存状態での気・液試料を採集し,ガスクロマトグフィによって露点・沸点濃度を調べられているのが一般である。しかし,フロン混合系の臨界点付近での蒸気圧は数MPaにも及ぶ高い圧力を持つ。従って,高圧容器から採集した試料をガスクロマトグフィに注入する過程で温度,圧力,濃度などを同一条件に保持するのが困難である。通常,両者間はパイプラインで直結されているが,特に温度保持が至難である。このことから,既存気液平衡研究の多くは室温付近の測定に限定されている。本研究は,気・液相中の音速を測定し,予め得た音速検量線から露点・沸点濃度,すなわち,気液平衡曲線を決定しようとするものである。高い蒸気圧を持つ混合系の気液平衡を測定するために高圧気液平衡測定装置を試作した。気液平衡セル(SUS316)には試料状態を目視できる光学窓,および系濃度を均一にするための撹拌翼を設けた。この装置の信頼性を確かめるため,化合物間の蒸気圧が大きく異なるHFC32+HFCl34a系の気液平衡を温度:220360 Kの範囲で測定した。得られた結果の測定誤差は文献値から沸点圧力で±2.5%,露点圧力で±7%であった。さらに,両化合物間の蒸気圧差が小さいHFC32+HFCl25混合系についても気液平衡を測定した。共沸点を持つこの系では前者より大きい測定誤差,特に露点圧力で現れた。気相混合系の試料調製誤差が大きかったと思われ,今後の課題である。本装置は更に改良を加え,高精度の測定をする予定である。非塩素系フロンの地球温暖化係数が大きく,その製造・使用とも近々制限されようとしている。これに代わる自然冷媒の気液平衡測定が要請され,この装置の完成が嘱望されている。
有機塩素化合物および油系に汚染された土壌のバクテリアによる無害化処理

油あるいはダイオキシンに汚染された土壌からこれらを効果的に除去する方法について、バイオレメディエーションのほかに選鉱学的手法の浮選を組み合わせて試験した。バクテリアは原油に生息しているバクテリア(山形県余目町の油井から採取したバクテリア:Psudomonas sp., Gammaproteobacteria網,Shewanella sp.を同定)を使用する。まず、油汚染土壌の浄化実験では、ガソリンスタンド跡地から採取した油汚染土壌(油含有率約3%)を対象に水酸化ナトリウムを添加して攪拌後、浮選すると油が浮遊し油を約60%除去することができた。ついで、土壌中の残油をバクテリアで分解させるために硫酸で土壌を中性に戻し、木屑を5%添加後、バクテリアを含む水を25%添加し攪拌した。攪拌にはタワーミルが効果的であった。水中のバクテリア濃度は約107cells/mlである。本研究では水中の不純物を除去するために超伝導磁石を使用した。油の炭素数にかかわらず、2週間で油の濃度は半減した。一方、ダイオキシン汚染土壌の一因として、ダイオキシンを含有する焼却灰により土壌が汚染されることから、ケロシンを捕集剤として浮選したところダイオキシン類を浮遊物に約10倍濃縮できた。また、合成ダイオキシン類を高濃度の1ppm(130ng-TEQ)となるように土壌中に混合して、バクテリア水溶液を添加して分解を試みたところ、30%の初期水分含有率(底質土壌を推定)の場合、1ヶ月程度で約85%のダイオキシンが分解できた。一方、初期水分含有率が少ない(通常の土壌を推定)の場合、1ヶ月で約35%のダイオキシンの分解率であった。水分含有量が多いほうがダイオキシンの分解にはより有効であった。油井の油水分離槽の水中からバクテリアを採取し、水中に分散させたダイオキシン類を1日程度で高速にある程度分解するバクテリアを用いて、油汚染土壌およびダイオキシン類汚染土壌の浄化を試みた。第1の、油汚染土壌に対しては、油汚染が濃厚な系に対しては、まず、選鉱学的処理により油を除去減少させたのち、バクテリアによる分解処理を試みた。油分含有率3%、pH6の土壌では、まず水酸化ナトリウム水溶液および過酸化水素水を添加してpH11.5として油をほぐし、ついでこれを水と混合して界面活性剤水溶液を添加して気泡に油を付着させる浮遊選鉱法で油除去を試みた。油の種類にもよるが、50%以上の油除去効果が得られた。この処理した後の油が残存している汚染土壌を10mesh以下と細粒にしてバクテリア水溶液を添加し、空隙剤として木屑も混入してかくはんした後、静置して油濃度を時間経過ごとに測定した。本実験では1週間ごとにサンプリングし、長期間による土壌の油分解実験を試みた。油の分解が確認され、さらに現在、長期間の油分解実験を継続調査中である。第2の土壌中のダイオキシン類のバクテリアによる分解に関しては、河川、湖沼のダイオキシン類を分解することを想定して、1gの土あたり高濃度の合成ダイオキシン10ppmを混合した土に、コロニー形成したバクテリア水を添加してダイオキシン類の分解実験を試みた。ダイオキシン類の濃度は48時間後に約10%減少することが確認された。一方、実際のダイオキシンで汚染された土壌想定実験では合成ダイオキシン類の濃度を1ppmとして模擬土壌に混合し、同様のバクテリア水を添加して分解を試みた。合成ダイオキシン類の濃度は12日後に約20%減少することが確認された。

現在、バクテリアの濃縮方法、各種条件を変化させてさらに調査中である。本年度は、ダイオキシン類に汚染された土壌と石油系炭化水素で汚染された土壌について、バイオレメディエーションによる汚染物の分解除去実験を行った。ダイオキシン類による汚染土壌は毒性量として130ng-TEQ/gに相当する模擬汚染土壌を調製し、原油生息バクテリア(余目バクテリア:Psudomonas sp.,Gammaproteobavteria網,Shewanella sp.を同定)を栄養源とともに投入した。代表的結果として、例えば、湖沼底質土壌を想定した模擬土壌において、バクテリア初期濃度約1.0×107cell/mlを1週間に一度加えると、ダイオキシン類の総濃度は1ヶ月で最大約85%分解され、毒性等量としては19.5ng-TEQ/gまで低下した。このとき、48塩素化ダイオキシン、フラン類のいずれの分解も確認することができた。次いで、油汚染土壌は人工的に作成した汚染土壌(A重油、5wt%)を対象とし、前述と同じく原油生息バクテリアと栄養塩を添加した。また、本実験では土壌中のバクテリア、栄養塩を混合するために、新たに設備導入したタワーミルを用いて混合作業を行った。実験としては、タワーミルによる混合後、4週間静置した場合と1週間おきに毎週タワーミルで攪拌した場合について比較を行った。その結果、1週間おきに攪拌した場合の方が油の濃度減少は初期段階の作業開始直後から確認され、4週間後の最終残存油分濃度も1週間おきに攪拌した方が低かった。このことから、タワーミルを用いた処理の方が分解速度が向上することがわかった。油あるいはダイオキシンに汚染された土壌からこれらを効果的に除去する方法について、バイオレメディエーションのほかに選鉱学的手法の浮選を組み合わせて試験した。バクテリアは原油に生息しているバクテリア(山形県余目町の油井から採取したバクテリア:Psudomonassp., Gammaproteobacteria網,Shewanella sp.を同定)を使用する。まず、油汚染土壌の浄化実験では、ガソリンスタンド跡地から採取した油汚染土壌(油含有率約3%)を対象に水酸化ナトリウムを添加して攪拌後、浮選すると油が浮遊し油を約60%除去することができた。ついで、土壌中の残油をバクテリアで分解させるために硫酸で土壌を中性に戻し、木屑を5%添加後、バクテリアを含む水を25%添加し攪拌した。攪拌にはタワーミルが効果的であった。水中のバクテリア濃度は約10^7cells/mlである。本研究では水中の不純物を除去するために超伝導磁石を使用した。油の炭素数にかかわらず、2週間で油の濃度は半減した。一方、ダイオキシン汚染土壌の一因として、ダイオキシンを含有する焼却灰により土壌が汚染されることから、ケロシンを捕集剤として浮選したところダイオキシン類を浮遊物に約10倍濃縮できた。また、合成ダイオキシン類を高濃度の1ppm(130ng-TEQ)となるように土壌中に混合して、バクテリア水溶液を添加して分解を試みたところ、30%の初期水分含有率(底質土壌を推定)の場合、1ヶ月程度で約85%のダイオキシンが分解できた。一方、初期水分含有率が少ない(通常の土壌を推定)の場合、1ヶ月で約35%のダイオキシンの分解率であった。水分含有量が多いほうがダイオキシンの分解にはより有効であった。
アフガニスタンとイラクにおける安定化・平和構築の課題:米国の政策・制度を中心に

1.今回の調査(2年目)によって、アフガニスタン・イラクにおける安定化・平和構築をめぐって、米国(及び国際社会)は一層深刻な課題に直面している現状が明らかになった。アフガニスタンにおいては、南部における反乱の再発、イラクにおいては反乱の悪化が見られ、米国の安定化政策の根本的な転換が余儀なくされた。双方の活動の終了点は未だにまったく見えないが、現状までの安定化活動の評価を行った。両国での安定化を巡る米国の政策・制度の現在までの変遷を辿り、問題点の評価及び理論化を行った。2.具体的な調査活動としては、米国・英国への研究旅行(06年9月)、安定化活動分野での国内外の専門家との交流(二名より関連資料(論文)を提出いただいた)、文献収集(インターネット資料を含む)などを実施し、その後は研究で得られた資料を基に分析、理論化、執筆活動(まとめ)を行った。3.調査の実績(1)近年の米国による安定化活動の評価を行い、中心的な問題点を戦闘から安定化への移行の失敗と位置付け、その原因について政策と制度の観点から考察した。特に、省庁横断プロセスと国防総省主導の安定化活動の実態と問題について検討し、民軍の活動の統合と戦略、活動、実施レベルの一貫性を問題化した。(2)イラク・アフガニスタン現地での経験を踏まえて現在まで行われた安定化活動の改革努力を政策レベル・現場レベル双方で概観し、課題を検討した。(3)安定化活動の効果的な実施の条件について理論化を試みると同時に、政策提言を試みた。双方の例において、明確な戦略的視野に基づいた民軍共同の活動計画、実施、評価、訓練のプロセスの設置が望まれると結論付けた。1.今回の調査(1年目)によって、アフガニスタン・イラクにおける安定化・平和構築をめぐって、米国(及び国際社会)は想像以上に深刻な課題に直面していることが明らかになった。米国の両国での対応は、米国の冷戦期とポスト冷戦期を通じた地域紛争に対する政策・制度と大きな分岐をなすと思われたが、実際、米国では政策上・制度上大きな変革がまさに両国の状況に対処するために起こりつつあることが確認できた。2.具体的な調査活動としては、米国への研究旅行(05年8月)、学会参加(05年11月)及び外務省主催会議参加(06年2月)、そして、文献収集(インターネット資料を含む)、新聞などメディアサーチを行った。3.確認された点は多々あるが、主要な傾向として以下の点があげられる。(1)ペンタゴン主導の実態、しかし、政策決定と実施の全てのレベルにおいてインターエージェンシーの傾向が強まったこと;(2)それに基づく具体的な組織改編;(3)ただし、米国内の多組織政策決定の方法が必ずしも民軍関係など国際的な活動調整の改善には至っていないこと;(4)安定化作業に対する国防政策上のプライオリティの付与とそれに基づく概念化・理論化の進展;(5)民主化を含む米国の地域及び世界戦略との適合性の問題などである。4.来年度の課題(1)国務省側の窓口が少なく、軍組織との活動調整などについてさらに調べる必要がある。(2)フィールドでのインターエージェンシーの政策実施に関わる問題など聞き込みを行う必要がある。しかし、近日はアフガニスタンにおいても治安の悪化がみられ、個人での研究旅行の計画は至難である(イラクは当初より想定外)。場合によっては、安全のため、米国における第二次聞き込み調査に変更する可能性がある。(3)米国の安全保障政策・戦略全般における安定化・復興開発の位置付けを明確にする。

双方の活動の終了点は未だにまったく見えないが、現状までの安定化活動の評価を行った。両国での安定化を巡る米国の政策・制度の現在までの変遷を辿り、問題点の評価及び理論化を行った。2.具体的な調査活動としては、米国・英国への研究旅行(06年9月)、安定化活動分野での国内外の専門家との交流(二名より関連資料(論文)を提出いただいた)、文献収集(インターネット資料を含む)などを実施し、その後は研究で得られた資料を基に分析、理論化、執筆活動(まとめ)を行った。3.調査の実績(1)近年の米国による安定化活動の評価を行い、中心的な問題点を戦闘から安定化への移行の失敗と位置付け、その原因について政策と制度の観点から考察した。特に、省庁横断プロセスと国防総省主導の安定化活動の実態と問題について検討し、民軍の活動の統合と戦略、活動、実施レベルの一貫性を問題化した。(2)イラク・アフガニスタン現地での経験を踏まえて現在まで行われた安定化活動の改革努力を政策レベル・現場レベル双方で概観し、課題を検討した。(3)安定化活動の効果的な実施の条件について理論化を試みると同時に、政策提言を試みた。双方の例において、明確な戦略的視野に基づいた民軍共同の活動計画、実施、評価、訓練のプロセスの設置が望まれると結論付けた。
金属ナノ周期構造を用いた高感度DNAアレイチップの開発

ガラスなどの固体基板上に電子線リソグラフィー/リフトオフ技術により、金属ナノ周期構造をシングルナノメートルの加工分解能で作製する技術を確立した。作製した金ナノ構造のプラズモン共鳴スペクトルが、構造体表面の誘電率変化に対して鋭敏に応答する光学特性を利用して、DNAのハイブリダイゼーションを共鳴スペクトルの波長シフトにより系統的にセンシングすることが可能であることを明らかにした。また、上記の方法だけでなく、金属ナノ構造がプラズモン増強により構造表面に光電場を著しく増大(入射光電場強度の〓10^5倍増強)させる効果を有する特徴を利用して、表面増強ラマン散乱(SERS)分光法を用いた化学/バイオセンサーチップの構築を行った。本研究では、金2光子励起発光計測、表面増強ラマン散乱計測、ならびに金属ナノ構造の光学特性とコンピューターシミュレーションによる金属構造の電場強度プロファイル解析を組み合わせることにより、金属ナノ構造の設計が光電場増強に及ぼす効果を詳細に明らかにし、高い電場増強を示す構造設計の最適化を導き出すことに成功した。また、半導体加工技術により金属ナノ構造を精密に作製することによってはじめて、ピリジンなどのSERS活性分子で、SERS強度がバルクに比べて10^<10>倍増強することを再現性高く観測することが可能であることを明らかにした。さらに、金属ナノ周期構造基板をレーザー干渉露光法により大面積に作製する方法論を示し、本成果により色素分子をラベルしなくてはならない従来型のDNAチップとは全く異なる検出原理に基づいた信頼性が高く、また低コストで迅速な遺伝子診断を可能にするDNAチップデバイスの開発が近い将来アウトプットされるものと期待される。本研究を遂行するために、半導体微細加工技術により金属ナノ周期構造を作製する方法の確立から研究を開始した。ガラス基板上に電子線リソグラフィーおよびリフトオフにより数10nm数100nmのサイズを有する金属ナノ構造体の作製方法を確立させた。金属ナノ構造の厚みは、金属のスパッタ速度を基に堆積時間により制御を行った。これにより、シングルナノメートルオーダーの加工分解能で金属ナノ周期構造を作製することに成功した。作製した構造体の局在表面プラズモンに基づく光学特性を、金属の種類、構造体のサイズ、形状、周囲の誘電率変化および構造間距離の効果など、様々なパラメーターを変化させて検討を行った。これらの結果から、作製した金属ナノ構造体の光学特性は、構造体のサイズ変化や周囲の誘電率変化に対し鋭敏た反応することが明らかになった。したがって、構造体上にDNA分子を固定してハイブリダイゼーションを誘起することにより反応に基づく誘電率変化から局在表面プラズモンのスペクトルがシフトし、高感度にDNAを検出可能な新しい発想のマイクロアレイチップを構築することが可能であることを提案した(特許出願済み)。これらの構造体へのDNA分子の固定化は3'末端にチオール基を有する合成ヌクレオチドを金構造体との共有結合により行った。一本鎖DNAを固定化した構造体上にターゲットDNAのバッファー溶液を滴下し、ハイブリダイゼーションを誘起したところ、ハイブリダイゼーション前後において金属ナノ構造体のスペクトルの顕著なシフトが観測され、本システムが正常に動作していることを明らかにした。また、表面増強ラマン散乱分光測定システムの構築や基礎原理実験をすでに完了させており、次年度の金属ナノ周期構造を用いた高感度DNAアレイチップの開発に向けて研究の準備体制が整っている。昨年度の研究において確立したシングルナノメートル幅のナノギャップ構造を有する金属構造体の作製方法を用いて、固体基板上に任意の設計でナノギャップ金属構造を作製し、基板上に分散させた分子(ローダミン6G)の表面増強ラマン散乱(SERS)シグナルの増強効果について検討を行った。ガラス基板上に電子線リソグラフィー/リフトオフ法により、数ナノメートルから数十ナノメートルのギャップ幅を有するナノギャップ金ダイマー構造を作製した。

なお、一つのナノブロック構造のサイズは、100x100x40(nm^3)であり、ギャップサイズは任意で、且つ数ナノメートルの分解能で制御されている。ローダミン6GのSERSスペクトルは、バルクのローダミン分子のラマン散乱スペクトルと良い一致を示し、作製した顕微ラマン分光測定装置、およびSERS分光計測が正常に行われていることを確認した。特筆すべき点は、入射光の偏光条件をダイマー構造に対して平行に入射した場合に、SERSスペクトルのピーク強度が、ナノギャップサイズが数10nmから10nmあるいは4nmと減少するにしたがって増大し、偏光条件を垂直に入射した場合には、ピーク強度はギャップサイズに依存しない結果が得られた点である。これは、偏光条件が平行の場合は、ギャップサイズが小さいほど、プラズモンカップリングにより電磁的な相互作用が誘起され、構造体近接効果によって増強されたものと考えられる。このことから、ナノギャップに存在する分子からのシグナルの検出に成功したと言える。また、同様の測定をローダミン分子以外(例えば、スルホローダミン、2,2'-ビピリジン)の分子を用いても行い、増強効果について検討を行ったところ、構造設計がSERS増強率に与える影響について詳細に解明することに成功した。この結果を踏まえて、次年度のDNA、タンパク質の検出に展開する。本年度は、昨年度最適化された構造設計に基づいて作製された金属ナノ構造を用いて、表面増強ラマン散乱分光特性について詳細に検討を行うと共に、新たに半導体加工技術やレーザー干渉露光法により高い再現性を有し、且つ繰り返し測定が可能なチップの作製や構造の大面積化(多検体アレイ検出)を実現する作製方法の確立、或いはDNA分子の高感度検出を行い分析チップとして有用であることを明らかにした。さらに、本研究では、新たに顕微ラマン散乱計測系に水浸対物レンズ(x100,N.A.=1.0)を用いてin-situで有機分子からの表面増強ラマン散乱スペクトル計測を行う測定システムを構築し、定量的に表面増強ラマン散乱計測における増強率を見積もることが可能になった。ピリジン分子の表面増強ラマン散乱強度の濃度依存性のプロットから、金属ナノ構造表面にピリジン分子が吸着している数(被覆率)をLangmuir吸着等温式によるフィッティングと吸着平衡定数の文献値から概算し、ラマン散乱強度から増強率を見積もったところ、バルク(溶液中のラマン散乱強度)に比べて10の10乗倍のラマン散乱強度が得られていることがわかった。時間領域差分法(FDTD法)により、作製した構造(設計)の光電場増強を数値シミュレーションしてみたところ、10の4乗倍の光電場増強が局所的に得られていることが算出され、表面増強ラマン散乱の増強率は、理論的に電場強度の2乗に比例するというこれまでの報告から、電磁的な増強効果は10の8乗倍、化学的な効果が10の2乗倍得られていることが本結果から見積もられた。
適応型テスト方式の実用化に関する研究

本研究の目的は、従来型テスト方式に基く場合よりも効率良く語彙理解力の測定を行うために、適応型テスト方式(順次呈示するテスト項目をその直前までの項目に対する被験者の反応情報に基いて決定していく手続によるテストの方式)を採用したコンピュータ制御によるプログラムテストを試作し、これを実施して得られた結果に基き適応型テスト方式を評価することにある。テストのためのプログラム:初期項目の決定、逐次項目の決定、そのための被験者の理解力推定値の逐次の推定、打ち切り基準に基く終了と最終的理解力の推定などを含む一連のテスト過程をコントロールするプログラムが構成された。実験:秋田市内の私立女子中、高等学校の中学2年生から高校3年生までの計5学年のべ637名に対して本適応型テストを実験的に実施した。結果:(1)適応型テストと固定型テスト-どの被験者に対しても同じ項目群を実施する従来の固定型テスト方式と比較して、適応型テストの方が、同じ精度の推定値を得るために必要な項目数が少いという意味で、測定効率の良いテストとなっていることが示された。(2)理解力と反応時間-語彙理解力推定値の大きさと反応時間の長さとの間には相関関係のないことが明らかになった。(3)フィードバックの影響-各項目への反応直後にその反応の正誤情報を被験者にフィードバックすることで、テストへの動機づけが著しく向上することが観察された。(4)実用性の検討-コンピュータを用いたテストのやり易さ、画面文字の読み易さ、及びライト・ペンの使い易さについて5段階評定によるアンケート調査を行った結果、本方式によるテストに対して、大部分の被験者が低抗感を示さないことがわかった。以上の結果から、本研究で用いた装置によるテストは、語彙理解力の測定のみならず、他の学力測定に関しても、充分に実用化の可能性があるものと言える。本研究の目的は、学力測定の精密化・効率化を実現するために、コンピュータ制御による適応型テストを試作することにある。このテストでは、順次提示するテスト項目の選択を直前のテスト項目に対する生徒個人の応答に基づいて制御することによって測定の最適化を行なう。これを実際に実施することによって、基礎データを得てその実用化のための条件を明らかにしたい。2年間の継続研究であるが、現在までの進行状況は以下の通りである。1.項目プールの作成:既に整備されている語彙理解尺度の項目プール中から適当な項目を選び出し、これを適応型テストの項目プールとした。2テスト方法の決定:テスト項目の選択基準・テストの打切り基準などソフト面及び具体的に利用するコンピュータ及び周辺機器などハード面の検討を行なった。3.プログラム開発:適応型テストを具体的に実施するためのプログラムを作成した。4予備実験:これは東京大学教育学部附属中・高等学校の協力を得て実施した。ここでは、テスト終了までの所要項目数及び時間・個人毎のテストの進行状況及び測定精度などについて検討した。また、テスト項目の適不適についても生徒の反応や教師の意見をもとに検討した。5改良:予備実験の結果を基にプログラムその他を改良。6.本実験の計画:本実験では次のことを調査することにした。(【i】)従来の固定型テストとの比較(【ii】)テスト情報量の安定性(【iii】)テスト開始時の項目の困難度の影響(【iv】)1項目実施毎に正誤をフィードバックすることの効果(【v】)1項目毎の応答時間(【vi】)中学校から高等学校にかけての6年間の発達的変化。

7.本実験:本実験のために必要な機器等を協力校(聖霊短大附属中・高等学校)へ搬入、担当教師との検討を行なった。本年度は本実験を引き続き実施し、得られたデータを基に6-(【i】)(【vi】)などの点を検討し、最終的な適応型テストプログラムを完成する。
酸化物ヘテロ界面におけるラシュバ効果の解明

原子レベルで制御された遷移金属酸化物ヘテロ構造は、新たな電子物性を開拓する舞台として注目されている。本研究では、高移動度電子が数nmに閉じ込められた二次元電子ガスを遷移金属酸化物界面にて実現した。2つの絶縁体からなるLaALO_3/SrTiO_3ヘテロ界面に生じる二次元電子ガスを、外部電圧やLaALO_3表面の電荷量を制御することで変調することに成功した。伝導性SrTiO_3を絶縁性SrTiO_3の間に挟んだデルタドープ構造では、二次元量子振動に加え、低温にて二次元超伝導相を観測した。メゾスコピック系物理学は、リソグラフィを施すことによって微細加工された金属薄膜や、半導体ヘテロ構造のような微小領域において電子の繰り広げる量子現象を研究する分野である。遷移金属酸化物は、単純金属や半導体と異なり、マクロな系であっても伝導電子が他の電子、格子、スピン等と強い相互作用を示すため、系を微小化することで期待される物理は自明ではない。新たな量子現象を追及するため、本研究では遷移金属酸化物ヘテロ構造においてメゾスコピック系を作製し、その輸送特性から新たな量子相の創成を目指す。本年度は、酸化物半導体であるSrTiO_3を数nmの狭い領域に閉じ込めたδドープ構造の示す電気伝導特性から、二次元電子系が形成されていることを確認した。本系では、マクロな系の伝導から予測されるよりも6倍程高い電子移動度が観測された。これは、閉じ込めた伝導層の電子が上下のバリア層へ浸み出し、より清浄な格子内を走ることに起因しており、系を微小化したことに特徴的な現象である。さらに、SrTiO_3が低温で超伝導転移することを利用するため、極低温で測定を行ったところ、超伝導電子対の輸送特性も二次元的な挙動を示すことを明らかとした。このように、高移動度二次元電子ガス相と、二次元の超伝導相を同じ系で実現した例は今回が初めてである。同様に電子を閉じ込めることができるLaAl03/SrTiO3ヘテロ界面においても、ヘテロ構造に外部電圧を印加し、電子を閉じ込める領域を変化させることで、その伝導特性を評価した。外部電圧によって、界面の電子移動度は10倍程変化するのに対し、電子密度はほとんど変化しなかったことから、今まで主張されてきた外部電圧は界面電子密度を変調するという主張に疑問を投げかける重要な結果が得られた。本研究では、遷移金属酸化物ヘテロ構造を用いてメゾスコピック系の物理を探求する舞台として(1)高移動度を示すSrTiO_3を用いたδドープ構造と、(2)絶縁体同士からなるLaAlO_3/SrTiO_3高移動度伝導性界面を対象とする。δドープ構造では、半導体中の電子散乱を抑えた清浄な格子中を走る電子物性の本質に迫る。(2)については、AFM(原子問力顕微鏡)の探針に電圧印加することで、界面伝導性をナノメートルスケールで制御して極微小デバイス作製を試みる。昨年度達成したAFM短針に電圧を印加して、LaAlO_3/SrTiO_3界面の電気伝導特性を変調する技術をさらに微小な試料に適用した。予めHallバーの形状にリソグラフィを用いて定義した伝導パス(5μm四方)の狭い構造に対し、表面から電圧を印加したところ、界面伝導パス内のキャリア密度を再現性よく不揮発に制御することに成功した。変調できるキャリア密度は10^<13>cm^<-2>と、通常のFETと同程度であることからスイッチング素子としての機能を十分有することを証明できた。δドープSrTiO_3構造では、伝導層のキャリア密度を減少させたところ二次元的なシュブニコフ・ドハース振動が明瞭に観測された。極低温での超伝導臨界磁場の磁場方位依存性からメゾスコッピ系物理の重要なテーマの一つであるスピン軌道相互作用の大きさの評価を行った。さらに、スピン軌道相互作用がSrTiO_3よりも潜在的に大きいとされるKTaO_3の単結晶を還元して低温にて電気伝導を測定したところ、還元方法の違いによって低温輸送特性が、高移動度二次元系から反局在まで変化することを見出した。δドープ構造では、半導体中の電子散乱を抑えた清浄な格子中を走るd電子高移動度系の本質に迫る。(2)については、原子間力顕微鏡(AFM)の探針に電圧印加することで、界面伝導性をナノスケールで制御して極微小デバイス作製を試みる。

AFM短針によるLaAlO_3/SrTiO_3界面の電気特性の変調が、表面に蓄積された電荷に起因することが明らかとなったことを利用し、極性分子吸着による表面電荷の蓄積を行った。その結果、吸着させる分子の単位体積当たりの分子双極子モーメントに比例して界面電子密度が変調されることが明らかとなった。この結果は、LaAlO_3/SrTiO_3界面を利用したセンサ応用や、ヘテロ構造の表面と固体界面がナノスケールで接近した際に生じる強い静電相互作用の存在を強く裏付ける結果である。δドープSrTiO_3構造では、二次元伝導層のキャリア密度を減少させることで、明瞭なシュブニコフ・ド・ハース振動を観測することに成功した。これを踏まえ、伝導層の厚さを系統的に変化させて三次元から二次元へと変化する際のSrTiO_3のフェルミ面形状を明らかにした。特に狭い領域に電子が閉じ込められた構造においては、伝導層内の電子エネルギー準位の量子化を観測することに成功した。
肺の線維化と気腫化の発生機序に関する研究

本研究の目的は肺実質傷害、線維化と気腫化、に関する組織の細胞相互関係、炎症担当細胞の機能を明らかにし、肺組織傷害のメカニズムを解明することである。方法:ヒトの肺組織傷害の動物実験モデルとしてハムスターのブレオマイシン(BLM)肺傷害を用い、(1)動物モデルの妥当性。(2)組織の細胞相互関係。(3)肺組織のビタミンE(VE)の影響。(4)外来性豚膵エラスターゼ(PPE)の影響。(5)タバコ煙暴露の影響。(6)肺組織の炎症担当細胞の機能について検討した。結果:(1)ハムスターの肺組織の抗酸化酵素はヒトに類似し、BLM投与の肺組織の病理像はヒトの特発性肺線維症に近似し、疾患モデルとして妥当である。(2)BLM処置後のII型上皮は肺胞マクロファージ(Mcf)に対する走化性因子を放出し、好中球の活性化能を増強した。(3)VE過剰投与ではBLM肺線維症を抑制できず、VE欠乏状態でのBLM投与は初期に高度の線維化、後期には気腫性病変を惹起した。BLMによる肺線維化にはHydrogen peroxideが関与し、BLM投与後の気腫化には初期の一重項酸素による高度の組織傷害と、これにつづく、peroxiradical、hydroperoxiradical、及びsuperoxideの発生が関与する。(4)PPEの投与は筋注部位に高度の炎症性病変を惹起し、血清中エラスターゼ活性を上昇させ、線維化を抑制する。(5)タバコ煙暴露とBLM投与は気腫性肺組織傷害を惹起した。喫煙による肺胞腔内のMcfの増加、BLMによる好中球の増加と活性化がその主因である。(6)喫煙暴露、BLM投与による泡沫Mcfはactivated Mcfであり、McfはILー1以外のFAFを産生する。(7)慢性炎症惹起物質であるBLMは、急性炎症惹起物質であるproteosepeptoneよりも肺胞腔内の好中球の粘着能、superoxide産生能を増強する。まとめ:肺組織傷害は同一の慢性炎症性刺激物質に、他の複合的な刺激の種類と内因の変化により気腫性傷害にも線維性傷害にも進展し得る。内因、外因の種類と他臓器の炎症との相関が重要である。ビタミンE(以下VE)欠乏状態でのブレオマイシン(以下BLM)投与は終局的に肺の気腫性変化を惹起する.VE欠乏状態でBLMを投与すると,肺の圧量曲線上肺弾性収縮圧の減少,静肺コンプライアンマの増加など気腫性変化が観察された.この弾性収縮圧の減少は,生食充填圧量曲線の検討より,組織自体の伸展性の増加によると考えられたが,肺胞気管支洗浄液(BALF)の脂質分析より,燐脂質,総レシチン量,不飽和レシチン量が,BLM投与群は無処置群より,減少し,更にVE欠乏BLM投与群ではこれらの脂質量が有意に減少し,この肺弾性収縮圧の減少に表面活性物質の変化も加わっていると考えられた. VE欠乏状態でのBLM投与は,BLM単独投与よりもII型上皮の燐脂質代謝が異常となり,肺表面活性物質の産生が抑制されたことを示している.

BALF中の総細胞数は,BLM投与群ではともに処置7日目前後にピークに達した. BLM投与による好中球の増加が, VE欠乏状態では,特に後期に抑制されていた.肺胞マクロファージはBLM単独投与群,VE欠乏BLM投与群ともに差を認めなかった.VE欠乏飼料で飼育したものでは,血清,肺組織ともにVE濃度の減少は明らかであった.組織中のSOD活性,過酸化脂質(LPO)はBLM投与例では,ともに同様の経時変化を示し,VE欠乏がBLM投与によるSOD及びLPO値の変動に基本的な影響を及ぼさないと考えられる.この組織のSOD活性及びLPO値はBALF中総細胞の増加は約一週間遅れて,細胞数と逆の変動を示した.このことは,肺胞腔内之出現した,あるいは出現する過程での好中球,マクロファージ,リンパ球などが,LPO値,SOD値の変動に影響を与えていることを示している.血清エラスターゼ活性は,BLM単独投与群とVE欠乏BLM投与群間に差があり,BLM単独投与群では投与初期に低値を示し,経時的に増加し,VE欠乏BLM投与群は処置早期にはコントロールと同値だが,経時的に減少傾向を示した.本研究の目的は肺実質傷害、線維化と気腫化、に関する組織の細胞相互関係、炎症担当細胞の機能を明らかにし、肺組織傷害のメカニズムを解明することである。方法:ヒトの肺組織傷害の動物実験モデルとしてハムスターのブレオマイシン(BLM)肺傷害を用い、(1)動物モデルの妥当性。(2)組織の細胞相互関係。(3)肺組織のビタミンE(VE)の影響。(4)外来性豚膵エラスターゼ(PPE)の影響。(5)タバコ煙暴露の影響。(6)肺組織の炎症担当細胞の機能について検討した。結果:(1)ハムスターの肺組織の抗酸化酵素はヒトに類似し、BLM投与の肺組織の病理像はヒトの特発性肺線維症に近似し、疾患モデルとして妥当である。(2)BLM処置後のII型上皮は肺胞マクロファージ(Mcf)に対する走化性因子を放出し、好中球の活性化能を増強した。(3)VE過剰投与ではBLM肺線維症を抑制できず、VE欠乏状態でのBLM投与は初期に高度の線維化、後期には気腫性病変を惹起した。BLMによる肺線維化にはHydrogen peroxideが関与し、BLM投与後の気腫化には初期の一重項酸素による高度の組織傷害と、これにつづく、peroxiradical,hydroperoxiradical,及びsuperoxideの発生が関与する。(4)PPEの投与は筋注部位に高度の炎症性病変を惹起し、血清中エラスターゼ活性を上昇させ、線維化を抑制する。(5)タバコ煙暴露とBLM投与は気腫性肺組織傷害を惹起した。喫煙による肺胞腔内のMcfの増加、BLMによる好中球の増加と活性化がその主因である。(6)喫煙暴露、BLM投与による泡沫Mcfはactivated Mcfであり、McfはIL-1以外のFAFを産生する。(7)慢性炎症惹起物質であるBLMは、急性炎症惹起物質であるproteosepeptoneよりも肺胞腔内の好中球の粘着能、superoxide産生能を増強する。まとめ:肺組織傷害は同一の慢性炎症性刺激物質に、他の複合的な刺激の種類と内因の変化により気腫性傷害にも線維性傷害にも進展し得る。内因、外因の種類と他臓器の炎症との相関が重要である。
若者の対話力を向上させるCDIOプロセス実習を含む工学系交流教育プログラムの開発

本研究では、若者の対話から得た知識を活用して工学的な観点から問題を解決する能力を育むことを目的に、就労前の工学系学生・生徒の対話力を、ものづくりを通して育成するための教育プログラムを構築する。平成23年度は以下の通り実施した。1)協力校(協力機関)における現状調査の実施シンガポール日本人会を訪問し、ロボットを用いた教育プログラムについて調査した。また、シンガポール日本人会にて親子20組を対象に科学教室を実施し、工学的な観点から対話しながら思考する教育プログラムの構築について検討した。レゴマインドストームによりライントレースカーを製作、走行フィールドとしてはシンガポール地域の高解像度衛星データを用いた。Brisbane School of Distance Education Australiaの協力を得て、遠隔教育における遠隔操作ロボットを試作した。さらにその活用について先方のスタッフと共に教育プログラムを構築するために基盤を構築した。2)Web活用型教育システムの設計と基盤部の試作Web活用型教育システム内で制御できるロボットシステムとしてレゴマインドストームを選定し、遠隔操作システムの基盤部を構築した。遠隔教育におけるロボット活用を見いだすための既存技術を調査し、上記で製作するシステムとの融合性を検討した。ロボットを用いた遠隔操作では走行専用フィールドを製作し、そのフィールド自体を教材として利用できるようにした。また、レゴマインドストームを用いたロボット製作とCDIOプロセスの関連づけを検討した。平成22年度は以下の通り実施した。1)協力校(協力機関)における現状調査の実施シンガポール日本人会およびSingapore Polytechnicを訪問し、ロボットを用いた教育プログラムについて調査した。また、シンガポール日本人会にて親子20組を対象に科学教室を実施し、対話しながら思考する教育プログラムの構築について検討した。Brisbane School of Distance Education Australiaの協力を得て、遠隔教育における遠隔操作ロボットを活用した教育プログラムについて検討した。遠隔操作環境が充実していることを確認した。2) Web活用型教育システムの設計と基盤部の試作Web活用型教育システム内で制御できるロボットシステムとしてレゴマインドストームを選定し、遠隔操作システムの基盤部を構築した。
早期に臨床応用が可能な放射線増感剤の開発

【目的】抗癌剤TS-1の1成分であるギメラシルは放射線の増感効果を有することが推察されている。ギメラシルによるDNA二重鎖切断修復に及ぼす影響を明らかにする。【方法】(1) DLD-1細胞(ヒト大腸癌細胞)、HeLa細胞(ヒト子宮頸癌細胞)を含む8種の細胞にてギメラシルの放射線増感効果をColony assay法を用いて検討した。(2)2種類の薬剤(Nocodazole、Thymidine)を用いて、G2/M期、S期、G0/G1期の3つの細胞周期にDLD-1細胞を同期させ、放射線増感効果が各細胞周期にてどのように異なるかを検討した。(3) DNA二重鎖切断の2つの修復経路の一方である非相同末端結合(NHEJ)を保持する細胞と欠損する細胞3組6種類の細胞を用い、Colony assay法を施行し、ギメラシルの放射線増感効果を調べた。(4)相同組み替え修復に障害のある細胞を用いてギメラシルの放射線増感効果を検討した。【結果】(1)8種の細胞すべてに於いてギメラシルの放射線増感効果が認められ、また全ての細胞において毒性は認められなかった。200から1000μMの濃度間で増感作用の上昇を認め、1000μMにてプラトーに達した。(2) S期において最もギメラシルの放射線増感効果が高かった。(3) DNA-PKcsを欠損し、非相同末端結合修復に障害のある細胞において強い放射線増感効果が認められた。(4)相同組み替え修復に障害のある細胞ではギメラシルの放射線増感効果は認められなかった。【結論】ギメラシルの放射線増感効果は、DNA二重鎖切断の相同組換え修復の阻害によるものと考えられる。また、ギメラシルの放射線増感効果が、細胞周期の中で一番放射線抵抗性であるS期で、もっとも効果が大きくみられ、臨床での有用性を示唆する。(1)DNA-PK(DNA依存性プロテインキナーゼ)活性を欠損し、非相同末端結合に障害がある細胞とその親の細胞の計3組6種類の細胞を用い、Colonogenic assayを施行した。M059K・M059J、CHO-K1・Xrs5、V79・XRV15Bの3組6種の腫瘍細胞をdishに撒き、CDHPを1000μM添加した群と添加しない群の2群に分け、24時間後に0,1,2,4Gyの照射を行なった。14日間培養後Colony数をカウントした。上記6種の細胞群にCDHPを0,200,1000,2500,5000μM加えた。24時間後に0あるいは4Gyの放射線照射を照射し、14日後に染色、Colony数をカウントした。CDHPによる増感効果が認められた腫瘍細胞はM059J、Xrs5、XRV15Bの3種類で、いずれもDNA-PK活性欠損細胞であった。ギメラルシルの濃度200から1000μMで放射線増感効果の上昇を認め、1000μMにてプラトーに達した。以上より、ギメラルシルによる放射線増感効果は相同組み替え修復の阻害によることが推察された。(2)照射24時間後のγH2AXフォーカスの残存は、DNA2重鎖切断修復の指標となる事が報告されている。DNA2重鎖切断修復経路の非相同末端結合修復に障害のあるM059J、Xrs5、XRV15B細胞では、ギメラルシル添加による照射24時間後の残存フォーカス数はギメラルシル非添加群に比べて高かった。親細胞のγH2AXの残存フォーカス数にはギメラルシル添加による影響がみられなかった。これはギメラルシル増感効果をcolonogenic asseyで検討した結果と一致した。Time Courseの検討では、照射後14時間まではフォーカス数に明らかな差がなく、824時間後で差が見られた。以上より、ギメラルシルの放射線増感効果が非相同末端結合修復障害細胞にのみ見られたことにより、ギメラルシルによる放射線増感効果は、DNA2重鎖切断修復経路のうちの相同組み替え修復の阻害によることが推察された。

200から1000μMの濃度間で増感作用の上昇を認め、1000μMにてプラトーに達した。(2) S期において最もギメラシルの放射線増感効果が高かった。(3) DNA-PKcsを欠損し、非相同末端結合修復に障害のある細胞において強い放射線増感効果が認められた。(4)相同組み替え修復に障害のある細胞ではギメラシルの放射線増感効果は認められなかった。【結論】ギメラシルの放射線増感効果は、DNA二重鎖切断の相同組換え修復の阻害によるものと考えられる。また、ギメラシルの放射線増感効果が、細胞周期の中で一番放射線抵抗性であるS期で、もっとも効果が大きくみられ、臨床での有用性を示唆する。