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望遠鏡と顕微鏡：イタリア・オランダ・イギリスとアカデミー

本研究は科学機器の歴史について、主に望遠鏡と顕微鏡に光をあて、イタリア・オランダ・イギリスのケースに加え、フランスの事例の研究を行った。この研究では哲学機器とも呼ばれた数学機器や、望遠鏡と四分儀を組み合わせた測地機器、また物理教育に使われた一連の力学機器などを検討したその際、科学機器自体の歴史を基礎に、科学の組織化、いわゆるアカデミーなどの制度化についても検討を行った。科学機器の歴史を通じて、科学史をより広く、また深い観点から検討するための基礎的な作業である。今年度は「望遠鏡」の歴史研究に焦点をあてた。まずイタリアについては、三浦がヴェローナのトリチェリ博物館などの研究機関において、科学器具の現地調査と関連資料の収集を行い、一定の成果を得ている。オランダについては塚原の指導の下、協力者・橋本寛子がライデン国立民族学博物館での資料調査(マッティ・フォレル氏)を行い、司馬江漢の天文学関連の描写についての報告会を開催している。フランスについては隠岐の協力も得て、文化研究の観点から、小笠原および協力者の栢木清吾・横山純が文化研究の会議(Crossroad 2012)に参加し発表を行っている。イギリスについては中島が指導を行う協力者・多久和理実がニュートン光学についての研究会を行い報告している。この成果をマンチェスターで2013年に開催される国際科学史連合の大会で報告する予定である。また広島で開催された文化研究の会議(カルチュラル・タイフーン)の席上、協力者・太田淳(広島大学)とのセッションが開催され、海賊のテクノロジーとしての望遠鏡という観点について議論を深めた。この太田との協力は科学史研究に東南アジア史のより実証的な観点を齎すものであり、台湾での資料調査によりVOCについての貴重な資料を入手した。(収蔵先:中央研究院人文社会科学研究中心亜太地域専題研究専題中心)。この一部は太田によってKyoto-Cornell Joint International Workshop "Trans-national Southeast Asia : Paradigms, Histories, Vectors"、京大東南ア研「東南アジア交易史における「長期の19世紀」」などに参加し報告を行っている。本研究プロジェクトはおおむね順調に進んでおり、これまでに一定の成果を得ている。なかでも研究協力の方向性として、中間的な報告書を作成する方針で進んでおり、そのための章割りや担当のテーマの設定などを、以下のように行っている。0)塚原東吾:序論.1)三浦伸夫:科学機器(ガリレオの軍事コンパスの世界への波及)、イタリア17世紀.2)中島秀人:顕微鏡とロバート・フック、18世紀のイギリス.3)隠岐さや香:科学アカデミーと科学機器、18世紀のフランス. 4)塚原:オランダの「エージェント性」、17ー18世紀オランダ. 5)平岡隆二:日本における科学機器、日本。この方向性で今後のプロジェクトを展開してゆく予定である。各自の研究は、おのおのイタリア、フランス、オランダ、イギリスおよび日本を中心に進めている。三浦はヨーロッパでの調査の成果として、イタリアを中心に、数学機器としての比例尺の成立と伝搬についての小論を作成中である。塚原はオランダでのローマン博物館の光学機器コレクションの調査などを行い、オランダの科学機器について、同じ光学機器でも望遠鏡から顕微鏡への技術的な際についての検討を行い、一定の成果を得た。隠岐は「望遠鏡付き四分儀」を開発したピカールの業績と、それを継承して測地事業を行ったカッシーニの業績に注目して、新たな視点を開いている。小笠原はイギリスにおける視覚文化の問題に文化研究の観点から検証をこころみており、今後の成果が期待される。また同様にイギリスについて中島は、ロバート・フックの科学的業績を詳細に再検討し、ロイヤル・ソサイエティの科学実験機器の技術的起源を追及している。この研究プロジェクトに協力をしている平岡は日本における光学機器、とくに長崎におけるレンズ作成者の系譜をたどり、堅実な史料調査を展開している。このように三浦・塚原の海外での現地調査や、国内外でのこの科研研究会のメンバーによる文献調査・史料・現物調査などさまざまな歴史学的手法をとり、それぞれの専門領域で、一定の成果につながる結果をだしている。これらをもって現在は、中間報告書の作成が進められているのだが、これは校正や編集上の手もかなりいれてあるため、なかなか出来がいいので、アウトリーチ用(一般向け)のものとしての刊行も視野に入れているが、今後の研究成果の最終報告に向け、どのような仕様をとるか、また研究の到達点をどのようにすり合わせるかを考えた検討に入ることにしている。以上が、現在までのおおまかな研究実績である。本研究会は、科学機器の歴史について、とくに、望遠鏡と顕微鏡に焦点をあてたが、科学機器一般について検討して、イタリア・オランダ・イギリスに加えて、フランスのケースも検討した。科学機器のなかでも数学機器、特にイタリアでの比例尺、ウルビーノ学派の数学機器、そしてガリレオ・ガリレイの発明品である「幾何学的軍事コンパス」については三浦が検討し、海外での調査により豊富な史料を得ている。オランダの科学機器についてはライデン大学で大陸では最も初期にあたるニュートン力学関連の実験機器、および顕微鏡について塚原が検討している。またいわゆる科学アカデミーの成立やその形成過程、そしてその機能などに焦点の一つを当てたが、いわゆる科学についての制度化(インスティチューショナリゼーション)全般を検討した。

そのなかでは、やはりイギリス・ロンドンのロイヤルアカデミーと、フランス・パリの科学アカデミーが中心となるが、前者は中島秀人が特にロバート・フックの望遠鏡について検討し、また後者については隠岐さや香がジャン・ピカール、そしてカッシーニ一族の測量器具(いわゆる望遠鏡つき四分儀)による子午線の観測についての研究を行った。これらの日本への導入について、平岡が長崎への望遠鏡の伝来から国産化のプロセスを調査し、長崎でのガラス職人であった「眼鏡師」について詳細な歴史的研究を行い、日本での望遠鏡の制作の先駆けとなった森家(御用眼鏡師)の系譜をたどる実証研究を展開した。これらの研究は中間報告書にまとめられ、現在、今後の学術出版にむけ準備中である。またこれについての国民一般に対する啓発的活動の一環として、中間報告に基づいた教科書レベルにも使用できる啓蒙書の刊行も行い、学術的成果の社会的還元の努力を行った。本研究は科学機器の歴史について、主に望遠鏡と顕微鏡に光をあて、イタリア・オランダ・イギリスのケースに加え、フランスの事例の研究を行った。この研究では哲学機器とも呼ばれた数学機器や、望遠鏡と四分儀を組み合わせた測地機器、また物理教育に使われた一連の力学機器などを検討したその際、科学機器自体の歴史を基礎に、科学の組織化、いわゆるアカデミーなどの制度化についても検討を行った。科学機器の歴史を通じて、科学史をより広く、また深い観点から検討するための基礎的な作業である。調査は順調に進行している。三浦はイタリアを中心に、数学機器としての比例尺の成立と伝搬についての小論を作成中である。塚原はオランダでの光学機器コレクションの調査などを行い、同じ光学機器でも望遠鏡から顕微鏡への技術的な際についての検討を行い、一定の成果を得た。隠岐は「望遠鏡付き四分儀」を開発したピカールの業績と、それを継承して測地事業を行ったカッシーニの業績に注目している。イギリスについて中島は、ロバート・フックの科学的業績を詳細に再検討している。この研究プロジェクトに協力をしている平岡は日本における光学機器をたどり、堅実な史料調査を展開している。このように現在は、中間報告書の作成が進められており、これはなかなか出来がいいので、アウトリーチ用(一般向け)のものとしての刊行も視野に入れて、今後の研究成果の最終報告に向け、どのようjに研究の到達点をどのようにすり合わせるかを考えた検討に入ることが現在までの研究実績である。中間報告書も、順調に作成が進んでいる。27年度が最終年度であるため、記入しない。中間報告書の最終的な作成、編集や図版の整備、および図版についての版権などの検討それに伴うアウトリーチ活動による検証、この研究の成果について広く意見を世に問いながら、最終報告に向けてこれを還元させていく方向を模索する。補完的な調査・検討、および最終報告会(国際シンポジウムを企画中)最終報告書の仕様の検討および決定を行い、それぞれに研究成果を集成したあと、最終報告書の作成に入りたい。基本的に順調である。おおむね順調に進展している。特に望遠鏡の歴史については、ガリレオをはじめとして三浦・塚原が進めており、また隠岐・中島の協力も得て、一定の進展がみられた。
気道確保困難時の病態形成に関わる舌根沈下や上気道閉塞の発生メカニズムの解明

歯科治療を行う上で、全身麻酔は広く用いられており、その安全性は保障されていなければならない。全身麻酔導入時に人工呼吸ができなくなり、また気管挿管も不可能な状態になる、CICV(can't intubate can't ventilation )という致死的な転帰をたどる合併症が存在する。このCICVは歯科患者の全身麻酔においても発生し、心停止や重篤な脳障害を引き起こされるため、解決しなければならない重要な問題である。私たちは、ラットの頸動脈灌流標本を用いて、自発呼吸活動を視覚的に観察した。加えて、電気生理学的に横隔膜の支配神経、上気道開存につながる筋肉を支配する神経からの活動を記録した。今年度の計画により、高二酸化炭素血症の状態であると、横隔神経と上気道構成筋群を支配する神経(上喉頭神経舌下神経迷走神経頸髄神経)との活動の協調性がずれることが判明した。灌流液中の酸素分圧を調整することにより、その標本を低酸素の状態に調整した。実際に脳組織中の酸素分圧を計測し、それに伴い、低酸素の状態に標本が調整されているかを確認した。低酸素に調整した標本を用いて、呼吸活動を記録し、横隔膜の支配神経と上気道構成筋群支配神経との間の活動の協調性にずれがないことを確認した。また、この標本に高二酸化炭素ガス血症を再現するように炭酸ガスにて負荷をかけ、横隔膜の支配神経と上気道構成筋群支配神経との活動の協調性にずれが発生することを確認した。全身麻酔薬に用いられるプロポフォール、バルビツレートといった鎮静薬や塩酸デクスメデトミジンを灌流液中に付与してデータの取得を行った。全身麻酔に用いる薬剤を用いて、上気道構成筋群に対する影響を解析している。しかしながら、標本に対しての容量の調整や、その薬剤選択を先行研究を参考にしながら試行錯誤中である。また、低酸素の状態で記録したデータを解析している。合わせて、低酸素かつ、高二酸化炭素血症の状態で得られたデータを解析している。昨年度同様、標本の精度を高めて、信頼性の高いデータの取得を目指して行っていく。歯科治療を行う上で全身麻酔は広く使われているが、その安全性は保証されていなければならない。全身麻酔による致死率は極めて低いが、全身麻酔導入時に人工呼吸ができなくなり(Can't Ventilate:CV)しかも気管挿管ができなくなり、(Can't Intubate: CI)致死的な転帰を辿ることがある。このCVCIは歯科患者にも起こりうる危険な合併症である。この状態になると速やかに低酸素血症に陥り、心停止や重篤な脳障害が引き起こされるため、解決しなければならない重要な問題となっている。しかしながら、CVCIの病態形成に関わるメカニズムの詳細な解明はされていない。全身麻酔や静脈麻酔に用いられる鎮静薬の多くには、呼吸抑制がある事は知られているが、その中でもとりわけ、α2作動薬には、呼吸抑制がほとんど無く、安全に管理ができると言うメリットがある。そこで、オピオイドを用いた実験と同様に、α2作動薬であり、臨床でも使われている塩酸デクスメデトミジンを灌流液中に付与し、その灌流液を用いて標本の自発呼吸活動及び、上気道構成筋群支配神経に対する影響を吸引電極を用いて電気的活動を記録、解析した。上記の実験で、それぞれの薬剤が上気道構成筋群支配神経に与える影響を知る事ができた。その上で、CO2負荷をかけて実験を行った。CO2負荷をかけた場合に観察できた、横隔神経と上気道構成筋群支配神経との活動の乱れが、上記の薬剤によってどのような影響を受けるのかを観察した。経動脈灌流標本の作成スキルは安定しており、作成時に大きなトラブルもないため。

全身麻酔に用いる薬剤を用いて、上気道構成筋群に対する影響を解析している。しかしながら、標本に対しての容量の調整や、その薬剤選択を先行研究を参考にしながら試行錯誤中である。また、低酸素の状態で記録したデータを解析している。合わせて、低酸素かつ、高二酸化炭素血症の状態で得られたデータを解析している。口腔生理学教室に所属する研究員と密に連携を図り、引き続き研究を行っていく。さらなる標本の作製のため、技術の向上と、場合によってはバソプレシンを用いて標本の記録可能時間を延長し、データの数を多くしていく。昨年度同様、標本の精度を高めて、信頼性の高いデータの取得を目指して行っていく。想定したより初期投資にかかる費用を抑えることができたため、今年度の予算に比べて低く研究を行うことができた。また、人件費や謝礼に関しては今回共同研究などを行わなかったため、使用せず、費用の使用を抑えることができた。次年度以降の研究では、使用する薬剤や、使用する予定の機器に購入しなければならない物品も想定されるため、今年度の使用を控えて抑えられた分を含めて運用していく予定である。
森林を題材とした新しい環境教育の創造とプログラムの開発・実践・評価

(1)森林環境教育の多様な広がりを,森林・林業の歴史認識,環境教育,野外教育, ESDなどの関連教育分野との関係性,学校教育の中での位置づけ,エコツーリズム,森林ボランティア,障害者活動などの関係において整理し,森林ESDや山村の持続性など,今後につながる視点を提起した。(2)研究代表者および分担者のそれぞれのフィールドで,新たな森林環境教育プログラムの開発と実践を行い,プログラムの教育効果を分析した。(3)国内外の森林環境教育プログラムの事例調査と分析を行った。本年度の研究実績1.森林環境教育の体系の検討森林環境教育の背景や歴史を整理し、関連する各分野(環境教育・野外教育・理科教育・林業教育等)との関係性を考慮しながら、森林環境教育の体系について検討した。2.森林環境教育プログラムの開発と演習林での実践および評価に関する検討鹿児島大学演習林をはじめとして、岩手大学演習林、東京大学富士演習林、愛媛大学演習林などで新たなプログラム開発と実践を行った。また、アンケート調査により実践の成果を明らかにするとともに、プログラムの評価方法についての検討を行った。3.自然学校と森林環境教育プログラムに関する調査森林環境教育プログラムの主要な担い手である自然学校を対象として、プログラムの内容と開発方法,フィールドの環境,指導者育成方法などについて現地を視察し、聞き取り調査をおこなった。調査は千葉県、長野県、岐阜県、三重県等で、国内の主要な自然学校を調査対象とした。また、自然学校関係者のフォーラムに参加し、森林環境教育への意識や取り組みについて探った。4.研究会の開催11月に鹿児島大学演習林にて研究会を実施した。研究会では、分担者それぞれの研究経過の報告と議論のほかに、鹿児島大学演習林でのプログラム実践現場を見てもらい、プログラム評価について検討した。5.研究成果の公表本年度の研究成果については,日本環境教育学会第17回大会(5月)、日本野外教育学会第9回大会(6月)、第118回日本森林学会(2007年4月)などで発表した。本年度の研究実績1.森林環境教育の体系の検討昨年度に引き続き,研究代表者および分担者がそれぞれの専門分野に基づいて森林環境教育の背景や歴史を整理し,関連する各分野(環境教育・野外教育・理科教育・林業教育等)との関係性を考慮しながら,森林環境教育の体系について検討した。2.森林環境教育プログラムの開発と演習林での実践および評価に関する検討鹿児島大学演習林をはじめとして,愛媛大学演習林,岩手大学演習林,東京大学富士演習林などで新たなプログラム開発と実践を行った。特に鹿児島大学演習林では,新たに小学校の総合学習を利用した林業体験プログラムの開発・実践を行い,アンケート調査およびビデオ撮影によるプログラムの評価方法に関する検討を行った。3.国内外の森林環境教育プログラムに関する調査森林環境教育プログラムを実施している国内の自然学校等を対象として,プログラムの内容,開発方法,フィールド環境,指導者育成方法,地域との連携などについて現地を視察し,聞き取り調査をおこなった。また,米国の国立公園で実施されているプログラムや中国内モンゴルでの環境教育への取り組み等についても調査した。4.研究会の開催10月に愛媛大学演習林にて,1月に鹿児島大学演習林にて計2回の研究会を実施した。研究会では,分担者それぞれの研究経過の報告と議論のほかに,愛媛大学では視覚障害者を対象とした森林教育プログラムを,鹿児島大学では小学校の林業体験プログラムの実践に立会い,プログラムの評価に関する調査と検討を行った。5.研究成果の公表本年度の研究成果については,日本環境教育学会第18回大会(5月)、日本野外教育学会第10回大会(6月)、第119回日本森林学会(2008年3月)などで発表した。1.森林環境教育の体系の検討最終年度は,報告書および書籍の出版を計画しながら,研究代表者および分担者がそれぞれの専門分野に基づいて役割分担をして,森林環境教育の枠組みと新たな体系にっいて検討した。2.森林環境教育プログラムの開発と演習林での実践および評価に関する検討鹿児島大学演習林,愛媛大学演習林,岩手大学演習林,東京大学富士演習林などで新たなプログラム開発と実践を行った。それぞれの活動では,参加者へのアンケート調査や観察,ビデオ解析などの手法により,プログラムの教育効果や評価について検討した。鹿児島大学演習林では,昨年度から実施している林業体験プログラムについて,参加した児童への事前事後および半年後のアンケート調査を行い,プログラムの教育効果を明らかにした。愛媛大学演習林では,視覚障害者に対応した森林環境教育プログラムおよび教材の開発とその効果について評価を行った。3.国内外の森林環境教育プログラムに関する調査森林環境教育プログラムを実施している国内の自然学校等を対象として,プログラムの内容,開発方法,フィールド環境,指導者育成方法,地域との連携などにっいて現地を視察し,聞き取り調査をおこなった。また,森林環境教育の普及に関連するビジネスモデルとして,英国のパートナーシップおよびソーシャルエンタープライズの事例を視察・調査した。4.研究会の開催6月に東京にて,10月に岩手大学にて計2回の研究会を実施した。

研究会では,分担者それぞれの研究経過の報告と議論をするとともに,本科研の報告書と,報告書をベースにした新しい森林環境教育の書籍を出版する計画について検討した。5.研究成果の公表本年度の研究成果については,第120回日本森林学会(2009年3月)などで発表した。
分子性気体の大気圧非平衡プラズマの素過程と発光分光計測に関する研究

酸素、窒素、およびその混合気体を中心として、放電プラズマ内部での励起状態の生成消滅に関して、レート方程式を立式し、定常状態の数密度を、電子温度・密度、ガス温度の関数として表現した。大気圧アルゴンプラズマ及び低気圧窒素プラズマを対象として、励起状態の生成消滅を記述することが可能となった。放電気圧を上昇させることに対応する理論モデルの構築が今後の課題として残された。酸素、窒素、およびその混合気体を中心として、大気圧放電プラズマを生成した際に、その内部で、電子衝突による分子の振動・電子励起状態生成や、解離性衝突による原子・ラジカルの生成、負イオン、各種の準安定状態などの生成消滅につき、データレビューを実施した。電子衝突は勿論、ラジカルや励起状態同士の衝突反応、基底状態分子との衝突による失活反応についても、各種の素過程データを収集した。各種の断面積データや反応速度定数の収集評価と共に、各種反応の逆反応速度係数についてもデータの収集に努めた。逆反応速度定数に関するデータのない場合には、分光学的手法に則り、分配関数から平衡定数を理論計算により求めた。その際も、各種の分子に関して振動・回転等の分子に関する基本データが必要となったので、これらの収集に関して各種の文献調査を実施した。断面積データのある程度の収集とともに、平成20年度後半から、プラズマ内における励起状態や原子状ラジカル、負イオン等の生成消滅に関して、レート方程式を立式し、定常状態におけるそれら励起状態等の数密度を、電子温度・密度、ガス温度の関数として表現できる様にしたが、いまだ大気圧状態での生成消滅を矛盾無く記述することは完成していない。現状では、与えられた速度係数が低気圧放電時に取得され、低気圧時に妥当とされた値であることが判明したので、まずは低気圧時の窒素プラズマを対象として、励起状態の生成消滅を検討し、放電圧力数Torrの範囲で、励起状態の生成消滅を記述することが可能となった。今後、放電気圧を上昇させることに対応する理論モデルが必要であることが判明した。実験的には、まずは大気圧の酸素、窒素あるいはそれらの任意の混合比の放電気体を主な対象として、計測可能な発光線・発光帯の同定をおこなった。分子気体の大気圧非平衡プラズマに関連して、対象となる酸素/窒素プラズマにつき、励起状態数密度の、各種のプラズマパラメータに対する依存性を体系的に検討した。また、それぞれの粒子種の生成消滅の素過程につき、主要な過程を抽出した。その結果、電子温度(あるいは等価的に電子平均エネルギー)・密度、ガス温度の関数として、励起種・ラジカル種の密度変化を検討した.特に、当該の励起種が、容易に観測可能なスペクトルを放出するもの、その発光強度比が各パラメータの一価関数となるものの存在について検討し、プラズマパラメータの容易な導出につながる発光準位の同定を行った。実験研究でも適切にプラズマパラメータを反映すると考えられる準位に関して、発光強度の強度比や絶対強度の変化から、電子温度・密度の変化が適切に捉えられているかを評価した。実験的に、放電条件を変化させた際の値の変化につき、様々な角度から考察を加えた。圧力数Torrの放電窒素プラズマを対象として、素過程に基づき、電子エネルギー分布関数(EEDF)および電子基底状態の振動分布関数(VDF)を求めた後、各種励起状態の数密度をSelf-Consistentに求めるモデルを構築し、励起状態の生成消滅のメカニズムを調べた。実験との比較検討の結果、第2正帯の発光分光計測実験から検出されるC状態はおよそコロナ平衡である一方、第1正帯の発光分光計測実験から検出されるB状態や準安定のA状態は準安定状態や基底X状態の振動励起準位が重要であることなどが理解された。平成21年度までに確立した手法に則り、希ガス・酸素・窒素及びそれらの混合プラズマによる各種の減圧非平衡プラズマ、および大気圧非平衡プラズマを対象として発光分光計測実験を実施した。また、モデリングに基づく誤差の評価を行い、計測結果の信頼度の向上を図った。実験研究として、連携研究者宮崎大学湯地敏史講師の実験室・実験装置を借用し、放電媒体中に存在する発光しないラジカル種のレーザー誘起蛍光実験ともクロスチェックを実施した。すなわち、数値モデルでは、発光しない励起種・ラジカル種も取り入れられているが、これらについても正しくモデルが表現できているか否かに関して、実験検討を行った.これにより、理論モデルの一層の精緻化を図った。具体的には、酸素・窒素を中心とする分子気体大気圧非平衡プラズマについて、励起状態の生成消滅の主要な素過程の反応断面積や反応速度係数についてレビューを行った。これらを組み合わせ、各種の励起状態、特に分光計測にかかる電子励起状態の数密度を、電子温度(電子エネルギー分布について平衡を仮定できない場合は、換算電界に対応する電子平均エネルギー)、電子密度、ガス温度、放電気体組成比の関数として表現するような計算コードを作成した。また、電子温度・密度の計測に最適な準位の同定を実施した。これにより、発光強度比のみで求められる励起温度と電子温度・密度との対応表を作成した。分子気体の大気圧非平衡プラズマの生成と発光分光計測実験を行い、計測の容易な準位の同定と、それらの発光強度の変化につき、理論モデルのクロスチェックをおこなった。
脱灰エナメル質の再石灰化に関する研究

歯冠表面のエナメル質や窩洞辺縁のエナメル質を酸処理して、そこへ接着性レジンを塗布し、修復物と歯質と接着させる臨床術式は歯科診療技術に著しい進歩をもたらしたが、口腔内に露出されたままとなる脱灰エナメル質表面の処理については、改善を要するところである。本研究は酸処理を施したエナメル質表面の口腔液による再石灰化現象を、本研究室で開発した灌流系実験装置を用いて、in vitroで検討することを目的として行った。すなわち、脱灰エナメル質表面に石灰化促進因子としてフッ素を、また石灰化阻害因子としてdiphosphonateの一種であるHEBPを作用させて、それらの因子が再石灰化過程に及ぼす影響を、分析化学的ならびに電顕的に検討し、それぞれの結果を「酸処理エナメル質の再石灰化におよぼすHEBPの影響」(清水保、1986)および「酸処理エナメル質の再石灰化に及ぼすフッ素濃度の影響」(水野弥生、1987)という2論文にまとめて公表した。これら一連の研究結果は、本研究室で開発した灌流系実験装置が、in vitroにおける再石灰化現象の検討に適したものであることを明確にし、酸処理エナメル質の再石灰化に、低濃度のフッ素イオンの存在が、組織学的にも、分析化学的にも好ましい影響を与えることを明らかにすることができた。これらの結果は、臨床への活用も可能であり、また本研究の基礎を確立したものと考えられる。ウシ表層エナメル質を60%リン酸で30秒間処理したものに、PH=3,リン酸の濃度を0.1Mとして、フッ素の濃度だけを0.05%,0.1%,0.5%,および1.2%と変化させた酸性フッ素リン酸溶液(以下APF溶液と略す)を前処理として作用させた後、本教室で考案した淮流采石灰化装置を用いて再石灰化実験を行い、酸処理エナメル質表層への沈着物について、分析化学的検討を加えるとともに、電顕ならびにXMAによる観察を行った結果0.05%および0.1%のフッ素を含む、低濃度APF処理群と、0.5%および1.0%のフッ素を含む、高濃度APF処理群では、酸処理エナメル質の再石灰化過程に明瞭な差違が認められた。すなわち、低濃度APF処理群では、再石灰化初期から層状沈着物の形成が進み、時間の経過と共に均一な層状沈着物の形成が認められたのに対して、高濃度APF処理群では、再石灰化初期にはフッ化カルシウムの生成を示唆する塊状沈着物が形成され、時間の経過と共に、その上に層状沈着物が形成された。これらの現象から、酸処理エナメル質の再石灰化を促す目的で、APF溶液を脱灰歯表面に作用させる場合には、従来から臨床で用いられている、1.2%のフッ素を含むAPF溶液よりは、0.05%ないし0.1%のフッ素を含むAPF溶液を用いる方が、脱灰エナメル質の再石灰化が効果的に促進されることが示唆された。本年度はフッ素徐放性シーラント(以下, Fーシーラントと略す)の開発に伴い,研究計画を追加修正して,酸処理エナメル質にFーシーラントを塗布した際にみられる, Fーシーラント直下およびFーシーラントを塗布した部位周辺の酸処理エナメル質によるフッ素の取り込み量を生検法により定量すると共に, Fーシーラント塗布が酸処理エナメル質の耐酸性付与にどの程度の効果を発揮するかを検討することとした.これら一連の実験は,分析化学的手段と電顕観察からなっているが,両者ともに現在進行中である.また,当初の研究計画であるin situにおける酸処理エナメル質の再石灰化過程の研究についても,酸処理エナメル質スラブを着脱し得る口腔装置の開発を行った.
天体観測用中間赤外線検出器の開発

波長域5-30μmの中間赤外線領域は天文学においてはまだ未開拓の電磁波領域である。とりわけ、検出器の現状は将来のスペース観測に必要とされる性能に比して極めて不十分である。これを打開するために我が国の半導体技術を生かし、検出器とその周辺技術の開発を行った。具体的成果を以下にまとめる。1)検出器の開発燐(P)のドープ量が通常より大きく、かつ他の不純物濃度が極めて低いシリコン結晶を用いて28μmまで感度がある薄型光半導体検出器を試作した。その特性を低背景放射光下で評価した結果、感度が通常より数倍高く、過渡特性にも優れていることがわかった。この素子を用いて5x5の小規模アレー検出器を製作し、これが天文観測用に十分な性能を持っていることを確かめた。2)極低温動作MOSFETの開発検出器を極低温(2-4K)で低雑音かつ低消費電力で動作させるためのMOSFETを開発した。これによって多素子アレー検出器のための極低温エレクトロニクスへの目処が得られた。3)天文観測への応用製作した5x5 SiPアレー検出器を別途開発した中間赤外ファブリ・ペロ-分光システムの焦点面に置き天体観測用分光器を開発した。低背景放射光学系のために検出器の性能が生かされ、高い性能を有していることが確かめられた。波長12.8μmの一価電離ネオンの原子線の地上からの観測を主目的として現在活躍中である。シリユン中に燐を高濃度にドープした基盤を入手し、赤外線検出器としての評価を行なった。低背景放射下での性能向上を目的として先ず素子そのものの特性をしらべた。P以外の不純物原子の量が極めて少ない(10^<12>cm^<-3>)ため、暗電流が従来の検出器に比べて極めて少なく、雑音も熱雑音に押えられることがわかった。この結果を用いて天文観測用の検出器を製作しその特性をしらべた。製作した検出器を厚さ0.2mmとし、光の入射方向に透明電極をけたものである。測定の結果、この検出器は光子から伝導電子への変換効率2,NEP10^<-17>W/√√<Hz>と世界でもトップクラスの性能が得られた。これは用いた素材が極めて純度の高い特殊なものであること、素材に最適化した設計を行なったこと、等によるものである。上記で得られた結果を基に、2次元PL-化への検討を行なった。その第1歩として5×5素子の小型PL-とJ-FET PL-を組み合せたものを現在製作中である。これは素子数は少ないが、読み出し雑音、感度の点では世界最高の性亮を有するはずであり、実際の天体観測に用いる予定である。より大型PL-については読み出し回路(MPX)が必要であり、低温で動作する低雑音読み出し回路を現在検討中である。スペースでの使用を目的とするより高性能な検出器としてBIB検出器がある。これを試作するため、必要なシリコン基盤を求める努力を行なったが現在のところ適当な素材がなく中断している。これについては平成5年度に再度試みる予定である。昨年度に引き続き、Si:P中間赤外線検出器及び低雑音読み出し回路の開発を進め、以下の様な成果を得た。1.薄型Si:P検出器の製作・性能評価厚さ200μmの検出器の透明電極を取り付け性能向上をはかった。その結果、初年度に製作した従来タイプに比べ約5倍の感度上昇を実現し、NEP10^<-17>W・Hz^<-1/2>の世界最高水準の結果を得た。この新型検出器について低背景放射下での性能を調べた。外因性光電導型に通常見られる過渡特性が少しみられたが、従来型に比べてその程度はかなり小さく、スペースにおける赤外観測に使用するのに十分な性能であることが確認された。

前記Si:P検出器によって5×5の小型アレーを製作し、個々の素子にJFETアンプをつなげ、天文観測用に使えるようにした。素子は全て正常に動作し、良好な結果が得られている。別途開発のファブリ・ベロー分光器と組み合わせて、平成6年度に試験観測を行う予定である。3.低雑音読み出し回路の開発将来の2次元大型アレー化のためには低雑音読み出し方式の開発が不可欠である。このため、2次元アレーの読み出し回路、データ処理システムを製作した。InSb 256×256アレー(サンタ・バーバラ社製)のエンジニアリング・モデルを購入し、これを用いて平成6年度に各種読み出し方法を試みる予定である。平成6年度は前年度に引き続き、以下の課題についての研究を行った。平成5年度製作し、その性能を確かめたSiP5x5アレーを中間赤外ファブリーペロ-分光器に取付け、分光撮像器を開発・製作した。装置全体は設計どおりに動作することが確かめられ、平成6年4月にハワイ島マウナケア山頂のIRTF望遠鏡によって活動的銀河中心核の観測を行う予定である。2.液体ヘリウム温度で動作する低雑音MOSFETの開発三菱電機、Valley Oak両社に依頼して低温動作MOSFETを試作した。液体ヘリウム温度での特性を調べたところ、FETとしての動作が確認でき、また雑音も必要とされる仕様を満たしていることがわかった。今後、検出器と組み合わせ、アレー検出器開発へと向かう道が開かれたといえる。3.低雑音読みだし方法の開発256x256InSb素子を利用して低雑音読みだし方法の開発を行った。単純なCDS方式、多サンプリング方式を試み、目標とする性能を実現した。
太陽活動極大期におけるオーロラ微細構造の南北半球対称性・非対称性の研究

本研究課題は、太陽活動が極大期の期間中に、地球上で唯一存在するオーロラ帯の「昭和基地-アイスランド共役点」において、オーロラの微細構造とダイナミックスを高精度で同時観測する。この南北同時観測記録より、オーロラ動形態の南北両半球の対称性・非対称性を定量的に解析し、オーロラの発生・加速機構を観測事実から明らかにすることが主な研究目的である。観測は、主に南北半球が同時に暗夜になる秋分期の9月に、アイスランドの2箇所(Husafell, Tjornes)にて高感度オーロラTVカメラや多色天頂フォトメータ観測装置を設置し、昭和基地とのオーロラ同時観測を実施した。さらにアイスランド国内に3箇所ある超高層現象モニタリング装置の通年観測も実施した。この研究計画期間中の4年間で得られた主な研究成果として、1)2003年9月26日に発生した昭和基地とアイスランドでのオーロラは観測史上初めての極めて形状やオーロラの運動、強度変化が良いオーロラであった。このオーロラの共役性と地磁気共役点位置の時間変動に関して興味深い結果が得られた、2)衛星と地上共役点同時観測データを用いて脈動オーロラの発生領域・発生機構に関する新しいモデル提案ができた、3)2003年11月23日の南極大陸での日食時に昭和基地とその共役点であるアイスランドで強い電離圏擾乱が観測され、その詳しいデータ解析をSuperDARNレーダーや南北半球の地磁気ネットワークデータを用いて解析し、日食に伴うオーロラの励起に関する初めての成果を得ることができた、4)全天オーロラTVカメラと電離圏E層から反射されるHFレーダーとの同時観測により、東西に延びたオーロラアークと電離圏電場や沿磁力線電流との関係、そして、HFレーダーエコーの生成物理機構に関する知見が得られた、5)自然電磁波動強度の統計的比較から、共役点における日変化、季節変化、年変化を明らかにすることができた。本研究課題は、地球上で唯一存在するオーロラ帯の「昭和基地-アイスランド共役点」において、太陽活動の極大期におけるオーロラの微細構造とダイナミックスを高精度で同時観測する。本年度は9月の秋分期にアイスランドの4箇所(Husafell, Tjornes, Raufarhofn, Grimsstadir)に高感度オーロラTVカメラを設置し、昭和基地とのオーロラ同時観測を実施した。参加者は4名であり、アイスランド滞在中の前半は国内に3箇所ある超高層現象モニタリング装置の点検・整備作業を実施し、その後、4箇所に別れてのオーロラ集中観測を実施した。快晴日は例年より少ない3晩のみであり、1晩は昭和基地との同時観測に成功した。また、12月の冬至付近の最も暗夜が長い時期に、アイスランドに設置してある英国レスター大学の大型短波レーダーと可視オーロラとの同時観測の目的で、Tjornesにて高感度オーロラTVカメラ観測を実施した。異常気象と思える好天に恵まれ、10晩の観測期間中に7晩が快晴であり、活発なオーロラを観測することができた。本研究課題は、地球上で唯一存在するオーロラ帯の「昭和基地-アイスランド共役点」において、オーロラの微細構造とダイナミックスを高精度で同時観測する。本年度は9月の秋分期と3月の春分期の2回アイスランドでのオーロラ共役点観測を実施した。

9月の観測では、アイスランドの3箇所(Husafell, Tjornes, Grimsstadir)に高感度オーロラTVカメラを設置し、昭和基地とのオーロラ同時観測を実施した。参加者は4名であり、アイスランド滞在中の前半は国内に3箇所ある超高層現象モニタリング装置の点検・整備作業を実施し、その後、3箇所に別れてのオーロラ集中観測を実施した。快晴日は例年より多い9晩あり、2晩は昭和基地との同時観測に成功した。また、3月の春分時期には2ヶ所(HusafellとTjornes)において昭和基地とドーム基地との同時観測を実施した。10間の短い観測期間であったがアイスランド側では4晩の観測ができた。そのうち、ドーム基地は毎晩快晴であり、全ての晩で同時観測データが得られた。しかし、昭和基地での快晴日3晩はアイスランド側の天気と同期しなく、同時観測データは得られなかった。このオーロラ共役点観測に加えて、アイスランドに設置してある英国レスター大学の大型短波レーダーと可視オーロラとの同時観測の目的で、9月と3月の観測に合わせて特別観測を実施した。興味深い現象としては、南北バンド状オーロラの突然の発生とそれに伴う脈動オーロラ領域の移動の関係をHFレーダーと同時に観測できた。また、その共役点観測にも成功し、発生機構として電離圏が大きな役割を演じていることを示唆している。本研究課題は、地球上で唯一存在するオーロラ帯の「昭和基地-アイスランド共役点」において、オーロラの微細構造とダイナミックスを高精度で同時観測する。この南北同時観測記録より、オーロラ動形態の南北両半球の対称性・非対称性を定量的に解析し、オーロラの発生・加速機構を観測事実から明らかにすることが主な研究目的である。本年度は春分期である平成15年の3月からの延長である4月と9月の秋分期の2回アイスランドでのオーロラ共役点観測を実施した。参加者は4月、9月ともに3名であり、アイスランドの2箇所(Husafell, Tjornes)に高感度オーロラTVカメラを設置し、昭和基地とのオーロラ同時観測を実施した。9月の観測では、アイスランド滞在中の前半は国内に3箇所ある超高層現象モニタリング装置の点検・整備作業を実施し、その後、2箇所に別れてのオーロラ集中観測を実施した。快晴日は6晩あり、その内、4晩は昭和基地との同時観測に成功した。現時点での初期結果では、9月25日と26日の夜に観測された共役点オーロラは、特に研究面で興味深い現象であった。26日イベントは、弱い東西オーロラアークの出現からブレイクアップの開始、その後の南北アーク、そして脈動オーロラヘと続く一連のオーロラサブストーム現象が終始非常に良い共役性を示していた。このような極めて良い共役性オーロラ画像データは世界的にも初めてであり、今後の研究成果が大いに期待できる。一方、25日イベントは、アイスランドの2箇所(Husafell, Tjornes)と昭和基地との同時観測ができた日である。この日のオーロラは、強いオーロラブレイクアップが起きたが、その形状や動きは非共役であった。この相異なる特徴を有する2例を対比することにより、オーロラの発生機構を探る上で貴重なデータを提供するものと期待している。
英語と日本語の動詞の基本的意味・比喩的意味の比較分析

二言語における単語の意味を比較した場合、概ね同じ意味領域を占め、互いの訳語として想起されるペアもあれば、一方の言語において非常に大きな意味領域を占め、もう一方の言語に訳す場合に多種の訳し分けが必要な語もある。本研究では、前者の例として主に上下への移動を示す語群、後者の例として日本語のツケル・ツク・ダス・デルを分析の対象とした。その結果、次のような知見が得られた。1.項構造の違いを丁寧に見てゆき、項構造の違う用法を別の語とすることにより、語の意味をより正確に記述することが可能となる。2.日本語の「をツケル」という表現が、英語では一動詞であらわされる場合が多くある(「名前をツケル」=nameなど)。このことは、ツケルという動詞の意味がある意味で「希薄」であることを示すと同時に、日英語における意味のコード化の方法に違いがあることを示す。3.今回分析の対象とした語の派生的意味の中には、「労力を必要とするか否か」を要素とするものがいくつか見られた。認知言語学では、意味を人間中心にとらえることを提唱しているが、この事実はこの主張を裏付けるものとして興味深い。4.述語には、行為や状態でなく「存在・出現」をあらわすために用いられるものがある。「台所にゴキブリがデタ」「おばけがデタ!」におけるデルが一つの例である。通常、自動詞がもつ意味に対応する意味が、語彙的に関連のある他動詞にあるものだが、「存在・出現」には使役者や原因が存在するとは意識されないので、この意味に対応する意味はダスにはない。平成12年度は主に他動詞を対象とし、同じ意味領域を担う日英の動詞の基本的意味と比喩的意味の広がりの違いを研究した。その結果、以下の成果が得られた:1、語彙的・意味的に関連のある一項動詞と二項動詞の対は多く知られているが、日本語のアゲルには、語彙的・意味的に関連のある二項動詞(例「手をアゲル」)と三項動詞(例「荷物を二階にアゲル」)がある;2、日本語のサゲルには、継続動詞のサゲル(例「絵の位置を少しサゲル」)と第四種動詞のサゲル(例「肩から大きな袋をサゲテいる」)の、語彙的・意味的に関連はあるが別の二つの動詞がある;3、日本語のオトスには、「重力に逆らって支えていたものを支えるのをやめる」という意味側面があり、このことがオトスの比喩的意味の派生に関わっていて、そのことから意味領域で重なる部分のあるサゲルの比喩的意味との違いを説明できる;4、日本語の他動詞アケルの派生的意味のひとつに「容器を空にする」というものがあり、この意味でアケルが使われた場合目的語は容器(「グラスをアケル」)でも内容物(「ビールをアケル」)でもありうるが、対応する自動詞アクでは、主語は容器でしかありえない(「グラスがアク」、「×ビールがアク」);5、日本語のヒラクと英語のopenどちらにおいても、「初めて」という意味要素を持つ比喩的意味がある;これらの成果は他動詞と自動詞の関係、動詞と形容詞の関係などにも示唆を与えるが、特に(3)は、以前研究者が分析したナガスの派生的意味においてと同様、人間がどの程度の労力を用いているかということが意味の派生に大きく関わっている、つまり人間の主観が意味の派生に関わっていることを示して興味深い。
生細胞蛍光プローブの分子設計を目的とした蛍光発光原理解明

現在,ポストゲノム時代における重要な研究課題として細胞内外に作用する分子の働きを,機能しているその場で解明することが挙げられるようになった.この目的のため,細胞内分子と特異的に反応して可視化することができる機能性分子をデザイン・合成し,生物応用を行った.【レシオイメージングを可能とするFRET型センサー分子】異なる2波長での蛍光強度を測定しその比(レシオ)を検出するレシオ測定法は,蛍光プローブ自身の局在や濃度変化等の影響を減じることができるため,イメージングを行う際に有用な測定法である.レシオ測定を可能とする手法の1つにFRET(蛍光共鳴エネルギー移動)が挙げられる.本研究では、重なり積分変化によってFRET効率を変化させる手法を新規に提案し,タンパク質チロシンホスファターゼ(PTP)を標的としたセンサー分子の開発を行った.PTPは,細胞機能(分化,増殖,癌化,神経機能)に関与すると報告されているが,活性調節機構に関して不明な点が多く生理的条件下でのPTP活性検出法が求められていた.FRETにおいて,ドナーの蛍光とアクセプターの吸収の重なりの大きさ(重なり積分)は,エネルギー移動効率を規定する因子の一つである.今回,Fluoresceinが2つのコンフォメーション(lactone型とquinoid型)をとることに着目して,重なり積分変化をスイッチとする新規設計法を考案し,PTP活性蛍光センサーをデザイン・合成した.感度・酵素との親和性ともに優れていたセンサー分子をレシオイメージングに適用した結果,生細胞におけるPTP活性を直接検出することが可能となり,正常細胞の接触状態に依存するPTP活性上昇を初めて捉えることに成功した.さらに,アラキドン酸代謝経路より産生される活性酸素種がPTP活性の調節因子となっていることが示された.現在,ポストゲノム時代における重要な研究課題として細胞内外に作用する分子の働きを,機能しているその場で解明することが挙げられるようになった.この目的のため,細胞内分子と特異的に反応して可視化することができる機能性分子をデザイン・合成し,生物応用を行った.【レシオイメージングを可能とするFRET型センサー分子】異なる2波長での蛍光強度を測定しその比(レシオ)を検出するレシオ測定法は,蛍光プローブ自身の局在や濃度変化等の影響を減じることができるため,イメージングを行う際に有用な測定法である.レシオ測定を可能とする手法の1つにFRET(蛍光共鳴エネルギー移動)が挙げられる.本研究では、重なり積分変化によってFRET効率を変化させる手法を新規に提案し,タンパク質チロシンホスファターゼ(PTP)を標的としたセンサー分子の開発を行った.PTPは,細胞機能(分化,増殖,癌化,神経機能)に関与すると報告されているが,活性調節機構に関して不明な点が多く生理的条件下でのPTP活性検出法が求められていた.FRETにおいて,ドナーの蛍光とアクセプターの吸収の重なりの大きさ(重なり積分)は,エネルギー移動効率を規定する因子の一つである.今回,Fluoresceinが2つのコンフォメーション(lactone型とquinoid型)をとることに着目して,重なり積分変化をスイッチとする新規設計法を考案し,PTP活性蛍光センサーをデザイン・合成した.感度・酵素との親和性ともに優れていたセンサー分子をレシオイメージングに適用した結果,生細胞におけるPTP活性を直接検出することが可能となり,正常細胞の接触状態に依存するPTP活性上昇を初めて捉えることに成功した.さらに,アラキドン酸代謝経路より産生される活性酸素種がPTP活性の調節因子となっていることが示された.「生細胞プローブのデザイン・合成とその応用」生体内において,蛋白質に結合していない遊離のZn^<2+>は細胞死や神経伝達に関与していることが報告され,近年着目されるようになった.しかし,Zn^<2+>の作用機序に関しては不明な点が多い.そこで,Zn^<2+>を可視化することが,有効であると考え蛍光プローブの開発を行った.まず,PETの機構を用いZn^<2+>のホストを蛍光団に組み込むことで蛍光プローブを作成した.Zn^<2+>ホストとしてTPEN類縁体を用い,フルオレセインを蛍光団として用い,Zn^<2+>類をデザイン・合成した.このうち,ZnAF-2はnMの濃度変化を測定でき,最高感度かつ選択的であり,ミリ秒単位での濃度変化を測定できる.さらに,細胞膜透過性に修飾したZnAF-2 DAを合成し,正常時及び虚血時におけるラット脳海馬におけるZn^<2+>濃度変化を可視化することに成功した.正常時,Zn^<2+>はCA3及び歯状回において高濃度で存在するが,虚血や脱分極刺激によってCA1において濃度上昇することを示した.これは生きた状態でのZn^<2+>濃度変化を可視化した初めての例である.・マクロCALIを用いた組織レベルでのレーザー分子機能不活化法の確立本研究では初めに,疎水性クロモフォアであるマラカイトグリーンを結合させた標的高親和性CALI用高機能性分子MGIP_3を合成した.続いて,モルモットの平滑筋組織を用いて組織レベルでのCALI(マクロCALIと呼ばれる)を行い,MGIP_3が有効に機能するか検討した.レーザーにはNd : YAG-色素レーザー(パワー15mJ, f3mm)を用い,光学系を組み立てることで組織断片に効率的に光照射できるように実験系を作成した.膜透過性に処理した平滑筋組織にMGIP_3を添加しレーザーを照射すると,IP_3受容体からのCa^<2+>放出が抑制された.Ca^<2+>

放出能は照射前後における活性を蛍光プローブを用いて測定した.この抑制はレーザー照射時間およびMGIP_3の濃度に依存して変化した.また,MGIP_3の光学異性体やマラカイトグリーンを添加してレーザーを照射してもこの抑制はみられなかった.以上の実験から,CALI用高機能性分子MGIP_3を用いたCALIにより,IP_3受容体を組織レベルで特異的に不活性化できることが示され,細胞内情報伝達系におけるCa^<2+>の時間と場所による役割の違いを詳細に解明していくことができると考えられる.また,本研究は合成小分子がCALI用プローブとして機能しうることをはじめて示した例である.FRET型蛍光プローブによるチロシンフォスファターゼ(PTP)活性可視化異なる2波長での蛍光強度を測定しその比(レシオ)を検出するレシオ測定法は誤差を小さくすることができるため,バイオイメージングを行う際に特に有利な測定法である.レシオ測定を行うためには,ターゲット分子との相互作用で励起波長ないし蛍光波長がシフトする特性をもつ蛍光プローブ(レシオプローブ)が必要となる.今回,FRETを利用したレシオプローブ設計法を新規に提案し,その方法に基づいてPTPをターゲットとしたプローブの開発を行った.FRETにおいて,重なり積分は,エネルギー移動効率を規定する因子の一つである.Fluoresceinが吸収特性の異なる2つのコンフォメーションをとることに着目して,重なり積分変化をスイッチとする新規設計法を考案した.フェノール性水酸基に置換基を導入してlactone型となったFluoresceinはCoumarinとの間にスペクトルの重なりを持たないために,FRETは起こらない.標的酵素によって置換基が加水分解を受けると,quinoid型となりCoumarinとの間に大きな重なり積分が生じる.従って,FRETによるアクセプター蛍光が観測されるようになる.PTPによって加水分解されるリン酸基を導入した化合物1は,FluoresceinとCoumarinを繋ぐリンカーの構造をrigidなcyclohexyl基にしており色素団の会合を阻害させてある.水溶液中で1は,PTPの一種であるPTP1Bを添加したところ,Coumarin蛍光が減少し515nm付近のFluorescein蛍光が増大した.PTP活性によって蛍光波長がシフトし,1は酵素反応前後でFRET効率が劇的に変化することが明らかとなった.このプローブを用いて生細胞内のPTP活性変化について可視化解析に成功した.
生体内活性酸素産生と炎症免疫に及ぼす放射線被ばくの影響

慢性炎症はがん、心筋梗塞などの発生に大きく関わっていると考えられる。原爆被爆者では、被爆後50年以上経過した現在においても、がん・心疾患・糖尿病など「加齢病」のリスクがいまだに高い。我々は、被爆者では炎症状態の亢進が起きており、様々な疾患のリスクを高めているのではないかと考え、原爆被爆対象者について血液試料を用いて、炎症性サイトカインIL-6、TNF-α及びIFN-γ、炎症性指標であるC-反応性蛋白(CRP)、抗炎症性サイトカインIL-10の血漿中レベルを測定し、被曝線量との関係を検討した。また、血清中活性酸素測定のためのマルチプレート法による実用的システムを確立し、放射線被ばくの影響についても調べた。その結果、炎症性マーカー(IL-6,TNF-α,IFN-γ,IL-10,CRPが放射線被曝線量に依存して有意に増加していること、および、被曝線量の増加に伴い、活性酸素産生量が統計学的に有意に上昇することを見出した。この活性酸素産生量の増加は炎症性指標であるIL-6およびCRPの増加に比例していた。さらに、マウスを用いて放射線照射後のリンパ球の割合と炎症指標レベルの変化についても調べた。その結果、照射マウスの血中および胸腺、脾臓、リンパ節中のリンパ球数は減少していたが、照射マウスと未照射マウスの血漿中の炎症関連サイトカイン、胸腺、脾臓、リンパ節細胞中のサイトカイン量において有意な差は認められなかった。このことは、被爆者に認められている持続的炎症状態は被爆による免疫担当細胞の減少とともに、感染などの炎症の誘起が重要な役割を果たしているのかもしれない。我々は、被爆者では炎症状態の亢進が起きており、様々な疾患のリスクを高めているのではないかと考えた。この可能性を検証するために、原爆被爆生存者の長期コーホート研究の中から選ばれた450名の対象者について血液試料を用いて、炎症性サイトカインIL-6、TNF-α及びIFN-γ、炎症性指標であるC-反応性蛋白(CRP)、抗炎症性サイトカインIL-10の血漿中レベルを測定し、また、血清中の活性酸素をROS assay systemを用いて測定し、被曝線量との関係を検討した。解析は多変量回帰モデルを用いた。その結果、以下のマーカーが放射線被曝線量に依存して有意に増加した:(1)IL-6(P=0.0002)、CRP(P=0.0001)、TNF-α(P=0.01)、IFN-γ(P=0.01)、IL-10(P=0.04)。また、活性酸素の血清レベルも被曝線量に依存して増加した(P=0.02)。これらの炎症関連マーカーは、加齢によっても増加することから、免疫学的加齢(炎症状態の加齢による亢進)の指標と考えられる。これらのマーカーと放射線被曝、加齢の相互作用を解析した結果、1 Gyの放射線被曝は約9.7年の免疫学的加齢に相当すると推定された。この結果は、炎症抑制は作動しているが、より強い炎症促進により持続的な炎症状態が被爆者に惹起されていることを示唆する。すなわち、被爆後50年以上経過した現在においても、放射線被曝の免疫系への影響が炎症の亢進という形で持続し、加齢による炎症状態の亢進と相乗的に作用して、被爆者における糖尿病や心筋梗塞などの様々な疾患のリスクの増加に関与している可能性がある。

我々は血清中活性酸素測定のためのマルチプレート法による実用的システムを確立し、放射線被ばくの影響について、原爆被爆者の生体内活性酸素産生量と炎症との関連を疾患発症の分子疫学的観点から調べた。今回開発した測定法はフェントン反応を用いて過酸化物から発生するフリーラジカルをアルキルアミンと反応させ、反応したアルキルアミンを比色法によって測定する方法である。原爆被爆者と非被爆対象者からなる成人健康調査対象集団から炎症疾患の既往歴のある人を除いて無作為に選んだ442名の血清試料を用いて活性酸素産生量を測定した。その結果、被曝線量の増加に伴い、活性酸素産生量が統計学的に有意に上昇することを見出した(1Gy当り約5%上昇,P=0.002)。この活性酸素産生量の増加は炎症性指標であるIL-6およびCRPの増加に比例していた(各々、P=0.05,P=0.0006)。また、マウス(BALB/c,C3H/HeN,C57BL/6J)に放射線を2Gy照射後、1週間から6ヶ月間経時的に血漿中の炎症関連サイトカイン(IL-6, TNF-α,IL-10, IFN-γ)を測定、さらに、照射、未照射のマウスの胸腺、脾臓、リンパ節を採取し、抗CD3抗体存在下あるいは非存在下で細胞を培養し、上清中のIL-6とTNF-α産生量と培養後の細胞中のサイトカイン遺伝子発現量をreal time PCR法により測定した。その結果、照射マウスの血中および胸腺、脾臓、リンパ節中のリンパ球数は減少していたが、照射マウスと未照射マウスの血漿中の炎症関連サイトカイン、胸腺、脾臓、リンパ節細胞中のサイトカイン量において有意な差は認められなかった。このことは、被爆者に認められている持続的炎症状態は被爆による免疫担当細胞の減少とともに、感染などの炎症の誘起が重要な役割を果たしているのかもしれない。