hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重力場中の光の湾曲における宇宙定数の寄与に関する研究

時空は,質点の位置が特異点となってしまうため,球面上の三角分割をそのまま用いることは出来ない.しかし,中心からある一定半径の円弧を持つ扇型の領域から,光の測地線上の2点と時空中心とを含む扇状の領域を引き算し,その結果現れる曲がった時空上での二角形を考え,この二角形に対してGauss-Bonnetの定理を用いることで光の全曲がり角αを求めることが可能になる.Gauss-Bonnetの定理を用いると,光の全曲がり角αはGauss曲率の面積積分を用いた表現と,光の測地線上の2点での光の到来方向と測地的曲率の線積分との和を用いた表現の2つが得られる.現在は,双方の定式化を用いてSchwarzschild-de Sitter時空中での光の曲がり角を計算し,両者で計算結果が一致することを検証しており,併せて論文化作業も行っている.重力場中における光の曲がりに対する宇宙定数Λの寄与を明らかにするために,平成29年度は微分幾何学におけるガウス・ボネの定理を用いる新たな手法で研究を行った.まず,光の全曲がり角の議論における混乱は,そもそも「光の全曲がり角は何か?」という全曲がり角の定義が極めて曖昧なことにある.光の全曲がりという場合,本来は「2つのヌル測地線の方向の変化」を評価したいわけであるが,それぞれのヌル測地線は異なった時空上に存在するために,同一時空上で簡単に比較することができない.そこで,曲がった時空中で光の全曲がり角を定義するために,光の測地線,動径方向の2つのヌル測地線,そして背景時空におけるヌル測地線を曲がった時空に投影した基準曲線を用意し,これらから作られる四角形に基づいて,光の全曲がり角の定義を提案し,この定義とガウス・ボネの定理から,光の全曲がり角を計算するための2つの計算公式を導入した.また,宇宙定数Λを含むSchwarzschild-de Sitter時空においては,宇宙定数Λは光の全曲がり角にO(Λm)の項として寄与し,O(Λ)の項は現れないことを示した.これは,Schwarzschild-de Sitter時空の背景時空であるdeSitter時空において光が曲がらないことを反映していると捉えることができる.また,宇宙定数Λによる光の全曲がり角をSchwarzschild-de Sitter時空上で見積もると,光源と観測者が共にde-Sitter horizon近傍に位置する場合に重力レンズ効果により観測出来る可能性があることを示した.重力場中での光の曲がりに対する宇宙定数Λの寄与について(1) SyngeのWorld functionに基づくtime transfer functionを用いて評価し,宇宙定数が光の曲がりに寄与することを示した,(2)光にとってのRiemann計量であるopticalメトリック上に光の測地線,2本の動径方向のヌル測地線,背景
片麻痺患者の転倒パターンの分類と転倒前に生じる運動学的・運動力学的初期異常

本研究では片麻痺患者が歩行中に転倒しそうになった場面を三元動作解析装置にて分析し,異常動作が初めに出現した身体部位とその時期を明らかにする.片麻痺患者の転倒場面を計測することは一般的には困難であるが,患者の定期的な歩行計測を10年分振り返り,転倒しそうになって介助者から支えられた試行をピックアップする.そして,転倒パターンを分類した後,転倒しそうになったときと安全に歩けた時の動作を比較し,片麻痺患者の転倒パターンの傾向と転倒のメカニズムを明らかにすることが本研究の目的である.本研究では,中伊豆リハビリテーションセンターで計測してきた歩行データの中から,片麻痺患者が歩行中に転倒しそうになった試行について後方視的に分析した。これによって片麻痺患者が歩行中にバランスを崩す方向を分類し,転倒前に生じる運動学的・運動力学的な異常がいつ,どこに生じるのかを分析することが研究目的であった。過去6年間に三次元動作解析装置で計測された歩行動作(28519試行)中,計測中に転倒しそうになって介助を要した36人(43試行)について,転倒の方向とその理由を重心の動き・関節角度変化などから分類した。その結果,麻痺側前方へ転倒する患者が最も多く,転倒の方向としては5パターン,転倒の機序は7パターンに分類することができた。具体的には,非麻痺足を内側に接地して継足状態となり,麻痺側前方に倒れる継足型が12人,麻痺足を振り出そうとした際に膝が屈曲せずにつま先が引っ掛かり麻痺側前方へ倒れる引っ掛かり型が6人,膝折れ型が2人,麻痺側股関節が内転して側方へ流れる横流れ型が6人,非麻痺側を大きく振り上げることで屈曲姿勢が増悪して麻痺側後方へ倒れる屈曲型が6人,麻痺側足関節の背屈制限により立脚期に重心が非麻痺側後方へ押し戻される逆戻り型が3人,あらゆる方向へ倒れる失調型が1人であった。今回の結果をもとに,患者を分類して転倒の予防に貢献することができると考える。なお,本研究内容については,2019年6月に開催される国際リハビリテーション医学会で発表予定である。特に問題なく,計画通りに進行している。データの解析は順調に進んでおり,学会発表も決定している。今後は,論文執筆に向けて準備を進めていく。
ラット膀胱平滑筋のムスカリン受容体における細胞内情報伝達機構に関する研究

[目的]膀胱平滑筋のムスカリン受容体刺激によってさまざま細胞応答がおこるが,その一つとしてプロスタグランジンが放出されることが報告されている。今回私はその前段階のアラキドン酸の放出機序について検討した。[方法]10週令のSprague-Dawley系雄ラットを断頭屠殺して膀胱を摘出し,平滑筋層を1mm^3大に細切する。膀胱平滑筋細片を95%O_2/5%CO_2で飽和したKrebs-Hansleit液中で[^3H]-アラキドン酸と一定時間インキュベートする。その際アラキドン酸がプロスタグランジンに変換されないようあらかじめ阻害剤(インドメタシン)を加えておく。膀胱平滑筋細片をKrebs-Hansleit液で洗浄後に,カルバコールで刺激しする。その後に2mlのクロロホルム/メタノール(1:2)を加えて反応を止め、Bligh-Dyer法で総脂質を抽出する。ついで総脂質をシリカゲルプレートを用いて薄相クロマトグラフィーで展開する。オートラジオグラフィーで各分画を検出し、それらを液体シンチレーションカウンターで放射活性を測定する。またAtropineで前処理した膀胱平滑筋を用いて、アラキドン酸放出にムスカリン受容体が関与するかどうかを検討する。[結果・考察]膀胱平滑筋における[^3H]-アラキドン酸の摂取は30分まで経時的に増加し,大部分はリン脂質分画に取り込まれていた。10μMのカルバコール刺激によって遊離[^3H]-アラキドン酸が放出され,これは1mMのAtropineによって完全に抑制された。膀胱平滑筋はムスカリン受容体刺激によって収縮するが,リン脂質からのアラキドン酸放出とその代謝が収縮の維持に関与している可能性が示唆された。
技術リスクの未然防止と事後対策の両面での技術の方向づけにみる日本的特徴

前年度に行った高度技術に由来する環境および健康リスクのマネ-ジメントとコミニケ-ションの日米比較の結果を受け,本年度は物質変換と利用の高度技術の安全性評価の断面として,事後対策の特徴と未然防止対策の特徴をまとめ、多元的判断を要する集合的グロ-バル・リスクへの方向づけを行った。事後対策の特徴としてPCBの焼却処理を事例とした検討から日本におけるリスク・マネ-ジメントの要件として,(1)行政や事業者の責任体制の明確化,(2)目標達成までの段階的合意形成過程の重視,(3)状況を柔軟に取り込み熟度をあげる適応制御型マネ-ジメント,(4)多重の安全性の確保や運営上の市民関与の推進,が挙げられ,リスクコミュニケ-ションの特徴として,(1)専門家間での適切なコミニケ-ション,(2)行政スタッフの果たす調整的役割,(3)市民への包括的かつ木目の細かい対応,(4)合意形成を促進する先導的な情報提供源としてマスメディアへの期待,の4項目にまとめられた。未然防止対策の事例として,ガリウム・七素半導体を取り上げ,企業への質問紙調査から,消費後の半導体部品の回収・リサイクルは困難であり,製品全体の設計思想からの総合的な変更が必要であるとの共通認識がある一方,徴量化学物質のリスク観は二分し,物流代謝情報の技術的管理策でリスクを軽減させたい意向をもつ。また,業界,回収業者,行政,市民との連携を構想していることも明らかになった。ついで,このような高度技学技術に由来するリスクを評価するために,リスク軽減度とシステム変更の困難度を定性的に評価・比較する手順を検討した。最後に,地球境環問題の登場とともに要請されつつある製品の環境保全性と費用負担,産業振興上の配慮・実行可能性を技術的に評価する方法を予備的に検討した。
界面分子制御による無電解めっき反応を利用したメタルカプセルの調製

本研究ではマイクロカプセルの更なる機能化を探求する目的で,「無電解めっき反応」に着目し,マイクロカプセル上への金属結合された層の構築を目指した。実験結果から,表面における金属触媒の担持が極めて重要であることが分かり,当初の目標であった液液界面や気液界面への直接金属膜の導入は実現できなかったが,今後の開発の可能性を示唆できた。一方で,pH制御によって無電解めっき反応によるマイクロカプセルへの磁気特性の付与を実現できた。本研究ではマイクロカプセルの更なる機能化を探求する目的で,“無電解めっき反応"に着目した。金属結合で形成されたマイクロカプセル膜は,高温でも安定な無機材料であり,緻密なカプセル膜によって高いガスバリア性,物理的強度,電気導電性などの機能付与が期待される。本来,無電解めっき反応は高分子材料表面のめっき処理が特徴のひとつであり,本研究では,この無電解めっき作用機序を分子レベルで解明して,無電解めっきに適した液滴界面・気体(バブル)界面の分子設計を行って金属性マイクロカプセル(メタルカプセル)の創製に挑むものである。平成25年度は,「高分子微粒子表面上での無電解めっき反応特性」を調べるために,様々な因子(界面電荷,表面形状,還元剤,触媒の有無など)が無電解めっき反応に与える影響について詳細に検討した。その結果,微粒子表面への金属触媒の担持は,無電解めっきを促進するうえで極めて重要なことが分かった。触媒となる金属を効果的に微粒子表面へ析出させるために表面電荷は重要であり,還元剤も析出を制御するために適切なものを選ぶ必要があることが見いだされた。これらの結果から,「高効率無電解めっきに必要な材料表面の分子設計指針」に関する様々な知見を見いだすことができ,さらに「液体をコアとする無電解めっき反応特性」についても検討するに至った。油相を内封するマイクロカプセル表面への無電解めっきに成功し,上述の各種因子の最適化によって,膜厚のある無電解めっきを効率的に実施できる条件を見いだすことができた。本研究ではマイクロカプセルの更なる機能化を探求する目的で,「無電解めっき反応」に着目し,マイクロカプセル上への金属結合された層の構築を目指してきた。様々な界面での無電解めっき反応機構の実験結果から,表面における金属触媒の担持が極めて重要であり,スズを用いてパラジウム触媒を効率良く担持できれば,様々な界面への金属めっき膜の導入が可能であることが明らかとなった。無電解めっき反応機構が明らかになった結果,当初の目標であった液液界面や気液界面への直接金属膜の導入は,本研究期間内に実現することができなかったが,得られた知見から,今後それらの界面に高効率でパラジウム触媒を析出担持する手法の可能性を見いだすことができ,本研究期間終了後でも,液液界面や気液界面への無電解めっき反応を継続して研究することとした。一方で,無電解めっき反応条件を検討してきた結果,溶液pHの制御によって無電解めっき反応によって生じるニッケル粒塊のサイズが変化し,それにともなって磁気特性も制御できることが分かった。これによって,無電解めっき反応によるマイクロカプセルへの磁気特性の付与が可能になり,当初予定していなかったマイクロカプセルの機能化を実現することができた。コロイド・界面化学,化学工学研究実績の概要に記載したように,当初計画していた平成25年度の各検討事項について,無電解めっきを効率良く行うための知見をいずれにおいても得ることができており,液体をコアとするカプセル表面の無電解めっき反応を検討するまでに至った点で,十分進展していると言える。微粒子表面への無電解めっき反応がどの程度進行したのかを,膜厚以外のパラメーターで測定できれば,更なる知見を見いだすことができ,無電解めっき反応に必要な基材表面の設計に繋げることが可能になると期待される。そのため,今後は表面分析手法を拡大して,めっき後の表面情報を多く見いだして機構解明に繋げたい。
マルチハザード社会の安全・安心を守るためのCombatGISの開発

平成18年度は以下の研究を進めた。(1)モバイルGISを利用した緊急被害調査支援システム(POS)の開発とフィージビリティースタディー平成17年度は、新潟中越地震発生後、被災地の小千谷市で被災地支援活動を行った経験、教訓に基づき緊急被害調査業務支援システム(POS)のプロトタイプを構築した。POS Systemは、緊急被害調査に着目し,被災現場での被害状況・情報の収集(PDA, GPSを利用した調査対象物の位置や入カデータ等調査データの収集とデジタルカメラを利用した調査写真の収集)を行い、現場調査後,調査データとデジタルカメラの写真をデータ登録支援ツールを利用し蓄積・管理し、さらに地図や帳票へ情報集約するといった被災地においてボトルネックとなっていた情報処理過程を効率化,一元化した情報システムである。本年度は、POS Systemを基盤とし、平常時の国道や国道に関連する構造物及び施設の調査に着目した情報システムを構築した。まず、平常時に毎日行われる国道の点検業務の業務フロー、情報処理過程を分析、整理し国道点検業務支援システムの構築また、その緊急時への応用事例を国道異常(地震)時巡回支援システムとして実践的に示すことによって、平常時と緊急時の継続性のある情報システムを提案した。平常時と緊急時が連携できる情報システムを構築することで、情報の収集業務,蓄積業務,集約業務といった情報の流れに着目した業務フローは同様の形態(パターン)であることが分かった.これらの業務フローのパターンを明示化し、整理することは、平常の業務と緊急時への応用の事例等複数の業務を包括的に効率化できる情報システム構築にとっては重要であることが明らかになった。(2)緊急被害調査支援システムの標準化とCombat GISの開発本研究で目指す、いかなる危機、ハザードに直面しても、効果的な危機対応を遂行することが可能な情報システムを構築するためには、危機的状況にのみ利用できる情報システムでは役に立たないケースが多い。つまり、平常時の段階から多くの自治体等の職員に利用されることが重要となる。危機対応を行う、地方自治体職員は、標準的な屋外調査支援システムを開発し、自治体職員とのケーススタディを通して、その有用性及び活用方法を検証した。ケーススタディでは、京都府宇治市職員の協力を得、河川占用施設調査業務におけるPOS Systemの利用及びフィードバックを行い、緊急被害調査支援システムの標準化を行った。あらゆる分野のフィールド調査において利用できる情報システムを構築することによって、あらゆる危機が発生しても、現場での情報収集からその整理(集約作業)が効果的に実施できる情報システムを構築したことにつながり、本研究の目指すCombat GISの開発を実現したことになる。平成17年度は以下の研究を進めた。(1)米国におけるGISを活用した危機対応に関する調査2001年9月11日の同時多発テロ事件以降Homeland Security省の創設された。2001年9月11日のテロ事件、2003年南カリフォルニアで発生した大規模森林火災の2事例は危機対応におけるGISの実践的活用を示した事例であり、従来の自然災害中心の防災対策では不十分であることが明らかになった。これらの成功事例からマルチハザードを対象とした危機対応にGISを活用するためには、時々刻々変化する被災地の状況を把握すること(状況把握、意思決定支援)、危機対応支援ツール等を利用し戦略的・効果的な災害対応を支援すること(緊急対応支援)、状況把握とともに将来的な危機の推移を予測すること(将来予測)、防災関係機関間や市民に効果的に情報を提供すること(情報提供)、事前対策から応急対策、復旧・復興対策といった時間推移にともなう危機対応業務の変化を支援可能な一元化された包括的な情報共有システムを構築すること(情報共有)が重要であることが明らかになった。(2)日本におけるGISの活用状況とGISを活用した危機対応支援の方策先駆的に統合的なGISの活用を進めている自治体の考え方・プロセス・失敗例・成功例を具体的にヒアリングした結果から、これまでの自治体におけるGISの導入はGISのヘビーユーザー(土木、都市計画、道路等)を中心とした測量技術中心の手法であり、初期導入に数億円のコストを費やしていた。他自治体では同様の方法を進めることは困難であり、京都府宇治市の協力を得、今後の自治体におけるGISを活用した危機対応支援の方策を検討した。その方策どは、データ、データベースや情報システムだけではなく、組織や人材を考慮した持続可能なEnterprise GISである。特に、これまでGISと無縁に思われていた部局の参画、部局間の連携が可能な仕組みづくりといった自治体の業務に根ざしたGISの活用方策を実践的な取り組みに基づき示した。(3)2003年新潟中越地震におけるGISを活用した支援活動新潟中越地震発生後、最も甚大な被害を受けた小千谷市では市内の建物の被災度を全数調査する家屋被害認定調査を実施した。調査業務を効率化するためのモバイルデバイス・PDAとGPSユニットを使用したデータ入力アプリケーションのプロトタイプを開発した。被災地での支援活動で得られた教訓をもとに緊急被害調査業務支援システム構築のための要件定義を行い、緊急被害調査業務の流れを整理し、緊急被害調査業務支援システム(POS)を構築した。緊急被害調査における情報処理は、被災現場でのデータ入力と市役所等に戻ってからの情報処理に大きく分けられ、調査業務の全体像を包括した情報処理モデル及び情報システムを構築した。

(1)モバイルGISを利用した緊急被害調査支援システム(POS)の開発とフィージビリティースタディー平成17年度は、新潟中越地震発生後、被災地の小千谷市で被災地支援活動を行った経験、教訓に基づき緊急被害調査業務支援システム(POS)のプロトタイプを構築した。POS Systemは、緊急被害調査に着目し,被災現場での被害状況・情報の収集(PDA, GPSを利用した調査対象物の位置や入カデータ等調査データの収集とデジタルカメラを利用した調査写真の収集)を行い、現場調査後,調査データとデジタルカメラの写真をデータ登録支援ツールを利用し蓄積・管理し、さらに地図や帳票へ情報集約するといった被災地においてボトルネックとなっていた情報処理過程を効率化,一元化した情報システムである。本年度は、POS Systemを基盤とし、平常時の国道や国道に関連する構造物及び施設の調査に着目した情報システムを構築した。まず、平常時に毎日行われる国道の点検業務の業務フロー、情報処理過程を分析、整理し国道点検業務支援システムの構築また、その緊急時への応用事例を国道異常(地震)時巡回支援システムとして実践的に示すことによって、平常時と緊急時の継続性のある情報システムを提案した。平常時と緊急時が連携できる情報システムを構築することで、情報の収集業務,蓄積業務,集約業務といった情報の流れに着目した業務フローは同様の形態(パターン)であることが分かった.これらの業務フローのパターンを明示化し、整理することは、平常の業務と緊急時への応用の事例等複数の業務を包括的に効率化できる情報システム構築にとっては重要であることが明らかになった。(2)緊急被害調査支援システムの標準化とCombat GISの開発本研究で目指す、いかなる危機、ハザードに直面しても、効果的な危機対応を遂行することが可能な情報システムを構築するためには、危機的状況にのみ利用できる情報システムでは役に立たないケースが多い。つまり、平常時の段階から多くの自治体等の職員に利用されることが重要となる。危機対応を行う、地方自治体職員は、標準的な屋外調査支援システムを開発し、自治体職員とのケーススタディを通して、その有用性及び活用方法を検証した。ケーススタディでは、京都府宇治市職員の協力を得、河川占用施設調査業務におけるPOS Systemの利用及びフィードバックを行い、緊急被害調査支援システムの標準化を行った。あらゆる分野のフィールド調査において利用できる情報システムを構築することによって、あらゆる危機が発生しても、現場での情報収集からその整理(集約作業)が効果的に実施できる情報システムを構築したことにつながり、本研究の目指すCombat GISの開発を実現したことになる。
テラヘルツ二次元相関分光法の新規開発

テラヘルツ領域の二次元相関分光法を開発した.テラヘルツパルス列を生成する光学系を構築し,気体や固体サンプルの二次元相関スペクトルを測定した.しかし測定したサンプルには分子振動モード間の相関に起因する非対角ピークが観測されなかった.その理由として,テラヘルツ光の強度が弱い事,測定した物質の振動モードの同定が難しい事が挙げられる.この問題の解決のため,スペクトル構造の起源が明確なサンプルの探索を行ない,poly-hydroxybutylateが高次構造に起因する振動構造を持ち,二次元相関分光に適していることを見出した.テラヘルツ領域の二次元相関分光法を開発した.テラヘルツパルス列を生成する光学系を構築し,気体や固体サンプルの二次元相関スペクトルを測定した.しかし測定したサンプルには分子振動モード間の相関に起因する非対角ピークが観測されなかった.その理由として,テラヘルツ光の強度が弱い事,測定した物質の振動モードの同定が難しい事が挙げられる.この問題の解決のため,スペクトル構造の起源が明確なサンプルの探索を行ない,poly-hydroxybutylateが高次構造に起因する振動構造を持ち,二次元相関分光に適していることを見出した.テラヘルツ二次元相関分光法の新規開発のため,時間遅延可変なテラヘルツパルス列を生成するための光学系を構築した.具体的には,一般的に用いられるテラヘルツ時間領域分光法と同様に半導体基板上に形成されたアンテナにフェムト秒レーザーを照射する手法を用いた.ビームスプリッターにより励起レーザーを分割し異なる時間遅延を持ったパルス列を生成したものをアンテナに照射し,時間遅延を制御したテラヘルツパルス列を生成した.今年度は時間遅延を変えたテラヘルツパルス列をガス及び様々な固体のサンプルに照射し,それに対するサンプルの応答を二次元フーリエ変換し観測した.しかし今年度の段階ではまだ分子の状態間の相関を二次元フーリエ空間上で観測することはできていない.これは異なる振動準位間の相関が3次の非線形分極として現れるため強度が弱く,励起パルス信号やFIDなど他の信号にかき消されてしまったためであると考えられる.今後は位相整合条件に考慮し,より高感度に目的の信号を検出できる光学系を構築する.また,テラヘルツ光と近赤外,赤外光のスペクトルの相関を研究し,テラヘルツスペクトルにおける水素結合の構造を明らかにするため,温度変化させたときのスペクトル間の相関を用いた二次元相関分光の新規開発を試みた.今年度の段階では,二次元分光を行うために必要なサンプルの温度を制御する装置の製作を行った.光と電波の中間領域の電磁波であるテラヘルツ(THz)領域の分光情報には分子の内部回転や大振幅振動運動、あるいは分子錯体やクラスターの分子間振動運動に起因する多様な吸収が観測される.しかしながら,アミノ酸やタンパク質などの生体関連巨大分子の分光では,水和に伴う速い緩和や,構造揺らぎに伴う不均一幅のために線幅がブロードとなり,通常の周波数領域の一次元分光では得られる情報に限りがある.本研究では通常の吸収分光で得られない分子間振動の詳細な情報を得ることを目的としてTHz二次元相関分光法の開発を試みた.本年度は昨年開発したTHzパルス列発生装置による二次元相関分光を試みた.対象となるサンプルとしてこれまでTHz周波数帯で測定され,スペクトルに吸収構造が現れるとわかっている糖などの分子性結晶を測定した.しかしこれらの分子の二次元相関スペクトルには吸収構造の相関を示すピークが観測されなかった.その原因として,現状で得られるテラヘルツパルス光は3次の非線形過程である赤外二次元分光を達成するためには十分な強度が無いことが考えられる.また,糖などのスペクトルはその吸収構造の同定が難しく,ピーク同士の相関が実際に得られるのかを推測することが難しいという現状がある.そこで本年度後半は,よりスペクトルに明快な構造が現れ,吸収の帰属が容易であると思われる物質の探索を試みた.その結果,生分解性ポリマーであるpoly-hydroxybutylateがTHz領域に鋭いピークを持ち,また,各ピークがポリマー内の高次構造に起因する振動構造であることを明らかにした.この結果によってTHz二次元分光によって高分子の高次構造に関する情報が得られることが期待される.
7または8族遷移金属錯体によるC-H結合の選択的活性化と有機合成への応用

本研究では配位不飽和種を容易に生成すると考えれらる7および8族遷移金属錯体を合成単離し、これらと種々の置換オレフィンや活性水素化合物との反応を検討することにより、官能基をもつ有機化合物のC-H結合の選択的活性化について明らかにした。まず、出発物質として、ReH(C_2H_4)_2(PMe_2Ph)_3、(1)、ReH(N_2)(PMe_2Ph)_4、(2)、〔MnMe_2(dmpe)_2〕^+〔Alme_4〕^-、(3)、〔Mn-Me_2(dmpe)_2〕^+〔BPh_4〕^-、(4)、RuH_2(PPh_3)_4、(5)、Ru(C_2H_4)(PPh_3)_3、(6)、Fe(N_2)(depe)_2、(7)、を合成単離した。錯体2、5または6と活性水素化合物との反応ではエノラートアニオンが金属に配位した錯体を単離した。シアノ酢酸エステルから誘導されるエノラート錯体では、エノラートがシアノ基で金属に配位しており、温和な条件下でアルデヒドやアクリロニトリルと容易に反応し、それぞれアルドール型およびマイケル付加型生成物を与えた。これに対し、2,4-ペンタンジオン由来のエノラート錯体は反応性が低く安定であった。錯体2,5,6,エノラート錯体およびRu(Cod)(cot)1dep系はシアノ酢酸エステルとアルデヒドとのアルドール型反応およびマクリロニトリルとのマイケル型反応の良好な触媒となった。これらの結果は、本研究で単離された錯体がこれらの触媒反応の活性中間体であることを示しているとともに、その基賃選択性を裏付けるものである。錯体5または6と不飽和カルボン酸エステルとの反応ではSp^2性およびSp^3性のC-H結合の選択的切断が起き、酸化的付加生成物であるヒドリドアルケニルおよびヒドリドアリル型の錯体が得られた。後者ではさらにαアリル中間体を経てジエン型の錯体が生成した。これらの錯体の生成に関する位置選択性は生成物の熱力学的安定性に強く依存した。また、レニウム錯体によるα-シアノケイ皮酸エステルとテトラシアノエチレンとのオレフィンメタセシス反応が見い出された。配位不飽和種を容易に生成する(エチレン)トリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム(0)とシアノ酢酸エステルとの反応から、シアノ酢酸エステルがルテニウムに酸化的付加したヒドリド(1ーアルコキシカルボニルー1ーシアノメチル)ルテニウム(II)錯体、RuH(NCCHCOOR)(NCCH_2ーCOOR)(PPh_3)_3を単離した。(R=Me,Et)これらの錯体はTHF/ヘキサン系から再結晶することにより精製し,赤外およびNMRスペクトル,元素分析,X線構造解析および化学反応性等から同定した。

また、これらの錯体はジヒドリドテトラキス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム(II)とシアノ酢酸エステルとの反応からも得られる。これらの錯体は最近村橋等により見い出されたルテニウム触媒によるアルド-ルおよびマイケル型反応の活性中間体と考えられる。実際にこれらの錯体はべンズアルデヒドやアクリロニトリルと室温で反応し,対応するアルド-ルおよびマイケル反応生成物を与えるだけでなく,これらの反応の触媒としても有効であった。また、これらの酸化的付加生成物は塩化水素による酸分解で等モルのシアノ酢酸エステルを遊離した。またヨウ化メチルとの反応ではα位がメチル化された2ーシアノプロピオン酸エステルが生成した。さらに,この錯体のX線構造解析を行ったところ、構造はオクタヘドラルであるが,脱プロトン化して生成したノ-アルコキシカルボニル-シアノメチル基はメチン炭素ではなくシアノ基でルテニウムに結合していることが分かった。この結果は^1HーNMRでメチン炭素がリン核とカップリングしていないことと一致する。さらにこの錯体と一酸化炭素との反応では、配位したシアノ酢酸エステルとトリフェニルホスフィンが一酸化炭素が置換した錯体,RuH(CO)_2(NCCHCOOR)(PPH_3)_2が生成した。この錯体のアルド-ル反応に対する活性は相対的に低かった。昨年度、ルテニウム錯体を触媒とする高選択的アルドール型およびマイケル型反応の活性中間体を単離し、その構造と若干の化学反応性について明らかにした。今年度は引きつづきこの触媒反応機構を明らかにするため、動力学的に検討した。その結果、系中にはルテニウムエノラート錯体が存在し、これと求電子試薬であるアルデヒド位置選択的に反応するものと推定された。また、シアノ基を有さない2、4-ペンタンジオンから誘導されるエノラート錯体も同様の構造を有するが、求電子試薬とは反応しないことが明らかとなり本触媒反応の基質選択性を裏付けた。またこのアルドール型触媒反応における三級ホスフィンの効果を明らかにするため、Ru(cod)(cot)/PR_3系とα-シアノカルボン酸エステルの反応を試みた結果、この系も触媒となり、さらに活性中間体も単離できた。また、ヒドリド(二窒素)テトラキス(ジメチルフェニルホスフィン)レニウム(エ)とα-シアノカルボン酸エステルとの反応からレニウムエノラート錯体を単離し、その構造も明らかにした。この錯体では分子間での水素結合が結晶中で認められ、エノラートの高い求核体性を示唆した。これらの錯体もα-シアノカルボン酸エステルのアルドール型およびマイケル型反応の触媒となることから、触媒反応の活性中間体と考えられる。さらにこのレニウムエノラート錯体とベンズアルデヒドとの反応では、アルドール型反応における最終生成物、シアノケイ皮酸エステルがレニウムに配位した錯体が単離された。以上これらの触媒反応ではシアノ基の遷移金属への配位が重要であることがわかった。
クローンギンブナを用いた魚類造血幹細胞の性状解析

造血幹細胞は,造血前駆細胞の段階を経てすべての血球に分化・成熟する能力と自分と同じ能力をもった細胞を複製する能力を有する細胞であると定義されている.この造血幹細胞の持つ2つの能力(多分化能,自己複製能)により,血球は一生の間枯渇することなく,供給されると考えられる.現在までのところ,この造血幹細胞の存在を証明するには,移植実験系が必要不可欠とされている.すなわち,ドナー(提供者)から造血幹細胞を含む細胞集団を分離し,レシピエント(受給者)に移植する.そして移植後のレシピエント血中にドナー由来の血球が長期にわたって供給されることを確認しなければならない.ところが魚類では,このような移植実験に適した近交系やクローン系統が知られていなかったため,これまで魚類造血幹細胞の研究はほとんど行われてこなかった.申請者らは天然雌性発生魚である3倍体クローンギンブナ(ドナー)の造血組織から分離した細胞をクローンギンブナとキンギョの4倍体雑種(レシピエント)に移植し,移植細胞の増殖・分化能を長期間にわたって追跡することにより,魚類の主要な造血部位である腎臓中に"多分化能"と"自己複製能"を持った造血幹細胞が存在することを示した.また,SP(side population)細胞分離法を用いてドナーから造血幹細胞を分離し,分離したSP細胞をレシピエントに移植することにより,造血幹細胞の存在を"プロスペクティブ"に証明することにも成功した.次に,この分離したSP細胞を用いて,造血幹細胞の発現遺伝子解析などを行い,魚類造血幹細胞も哺乳類と同様の遺伝子発現(ABCG2など)を示すことを明らかにした.造血幹細胞は,造血前駆細胞の段階を経てすべての血球に分化・成熟する能力と自分と同じ能力をもった細胞を複製する能力を有する細胞であると定義されている.この造血幹細胞の持つ2つの能力(多分化能,自己複製能)により,血球は一生の間枯渇することなく,供給されると考えられる.現在までのところ,この造血幹細胞の存在を証明するには,移植実験系が必要不可欠とされている.すなわち,ドナー(提供者)から造血幹細胞を含む細胞集団を分離し,レシピエント(受給者)に移植する.そして移植後のレシピエント血中にドナー由来の血球が長期にわたって供給されることを確認しなければならない.ところが魚類では,このような移植実験に適した近交系やクローン系統が知られていなかったため,これまで魚類造血幹細胞の研究はほとんど行われてこなかった.申請者らは天然雌性発生魚である3倍体クローンギンブナ(ドナー)の造血組織から分離した細胞をクローンギンブナとキンギョの4倍体雑種(レシピエント)に移植し,移植細胞の増殖・分化能を長期間にわたって追跡することにより,魚類の主要な造血部位である腎臓中に"多分化能"と"自己複製能"を持った造血幹細胞が存在することを示した.また,SP(side population)細胞分離法を用いてドナーから造血幹細胞を分離し,分離したSP細胞をレシピエントに移植することにより,造血幹細胞の存在を"プロスペクティブ"に証明することにも成功した.次に,この分離したSP細胞を用いて,造血幹細胞の発現遺伝子解析などを行い,魚類造血幹細胞も哺乳類と同様の遺伝子発現(ABCG2など)を示すことを明らかにした.【目的】我々は既にクローンギンブナを用いた移植実験によって硬骨魚類の主要な造血器官である腎臓中に自己複製能および多分化能を有する造血幹細胞が存在していることを示した。本研究では魚類造血幹細胞の分離法を確立するため、ギンブナの腎臓からside population(SP)細胞の分離および移植を試みた。【方法】3倍体クローンギンブナ(Carassius auratus langsdorfii)の腎臓から白血球を分離し、Hoechst 33342を7.5μg/mlの濃度で添加して25°C、90分間染色した。またサンプルの一部にはABCトランスポーターの阻害剤であるverapamilを500μMの濃度で添加して染色を行った。染色後、フローサイトメトリー(FCM)によるSP細胞のソーティングを行い、これを3倍体ギンブナとキンギョ(Carassius auratus)の交配によって得られる4倍体雑種の尾部血管から移植した。移植後、DNA染色を行った末梢血白血球のFCM解析により、DNA含量の異なるドナー由来細胞の割合を長期間観察するとともに、ドナー由来細胞のソーティングを行い、形態観察およびRT-PCRによる多分化能の解析を行った。【成績】SP細胞はギンブナの腎臓から約0.18%の割合で検出され、染色時にverapamilを加えたものではこれがほぼ消失していた。レシーピエント4検体のうち、3検体で移植40週以上に亘ってドナー由来細胞が末梢血中に維持されていた。さらに多分化能の解析によってSP細胞からT細胞を含む全ての種類の成熟血液細胞へ分化していることが示された。【結論】以上より、哺乳類の骨髄SP細胞と同様にギンブナ腎臓SP細胞中にも造血幹細胞が濃縮されており、SP細胞は魚類においても造血幹細胞の分離法として有用であることが示された。哺乳類の造血幹細胞は、細胞膜中のABCG2トランスポーターの働きによりHoechst色素に難染性を示す細胞集団(SP細胞)に含まれる。我々は既に魚類の造血幹細胞が腎臓SP細胞に含まれることを報告しているが、魚類におけるHoechst排出機構は未解明である。

そこで本研究では、魚類腎臓SP細胞においても哺乳類と同様の機構が働いているかをゼブラフィッシュ(Danio rerio)を用いて調べた。【方法】ゼブラフィッシュの腎臓造血細胞をHoechst33342で染色し、フローサイトメトリー(FCM)によりSP細胞のソーティングを行った。その後、それらの細胞を用いてRT-PCRによりゼブラフィッシュABCG2(zABCG2)の遺伝子発現を調べた。さらに、COS-7細胞へzABCG2をトランスフェクションし、zABCG2のHoechst排出能を調べた。【結果】ゼブラフィッシュには4種類のABCG2(zABCG2a,b,c,およびd)が存在し、腎臓SP細胞においてはzABCG2aおよびcが発現していた。このうち、zABCG2aはヒトABCG2とアミノ酸同一性が最も高く、組織における発現パターンも似ていることから、ゼブラフィッシュではzABCG2aがヒトABCG2と類似の機能を有していることが示唆された。そこで、zABCG2aをCOS-7細胞に発現させ、FCM解析を行ったところ、Hoechstに難染性を示す細胞集団が認められ、それらの細胞はzABCG2aのmRNAを発現していた。以上より、魚類腎臓SP細胞においてもABCG2がHoechst排出に関与しており、造血幹細胞のHoechst排出機構は魚類から哺乳類まで保存されていることが示された。
ヒト赤血球代謝シミュレーションと代謝物質一斉測定技術による血液長期保存手法の開発

血液保存液PAGGG-M(phosphate-adenine-glucose-guanosine-gluconate-mannose)は保存血の品質保持に必須なATPと2,3-ビスホスホグリセリン酸(2,3-BPG)を6週間に渡って維持可能な保存液として注目を集めている(de Korte et al.,Transfusion,2008)。しかしPAGGG-MがATPを2,3-BPGの減少を阻止するメカニズムは明らかでない。本研究では数理モデルによるシミュレーションとメタボローム解析によってPAGGG-Mが代謝物質を維持するメカニズムの解明を試みた。PAGGG-Mによる保存を再現したモデルでの予測結果から、PAGGG-Mによって保存された赤血球では、1.アルカリ性の環境下でグアノシン代謝が亢進する2.グアノシンの消費によりペントースリン酸回路および解糖系上流部の基質が蓄積する3.蓄積した基質の利用により解糖系後半が活性化する、というメカニズムによって、効率よくATPと2,3-BPGを産生しているという仮説を提示した。さらに、キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計によって、ペントースリン酸回路のリボース5リン酸およびリブロース5リン酸、解糖系上流のフルクトース1,6ビスリン酸の蓄積を実験的に確認し、作成した代謝モデルと提唱した仮説の確からしさを実証することができた。以上により、代謝シミュレーションとメタボローム解析の双方向からのアプローチによって、低温保存された赤血球の代謝物質の減少を阻止するメカニズムを明らかにした。この成果は、「in silicoでの予測と網羅的なメタボローム解析により現象を根本から理解・説明する」という新たな方法論によって得られたものであり、血液保存研究に革新的かつ独創的な視点を与えることができたといえる。数理モデルの解析とメタボローム測定によって、保存赤血球の代謝メカニズムを明らかにすることができた。また、保存血液に必須な代謝物質を維持するメカニズムについても、シミュレーションモデルを利用した予測によって詳細に説明することができた。現在までに、既存の血液保存法を模した複数の保存赤血球モデルの構築に成功している。今後は、それらのモデルを利用した最適化シミュレーションの取り組みを通して、より優れた血液保存手法を予測・提示することが可能である。また、ここで提示された新たな手法を実証するためには、しかるべき研究機関との連携あるいは共同研究が望まれる。本研究は赤血球の代謝を模したシミュレーションモデルを利用して、血液の品質を長期にわたって維持できる保存手法を提案することを目的とする。さらに、メタボローム解析を中心とした実験によって、提案した保存手法の効果を実証する。コンピュータシミュレーションを駆使した本研究のアプローチによって、従来型の研究方法では見出せなかった新たな保存法を提案でき、血液保存研究に革新的な視点をもたらすことが可能である。まず、日本で最も一般的な輸血用血液であるRC-MAPを模したシミュレーションモデルを構築し、赤血球代謝変動の予測と数理解析を行い、血液の品質保持に不可欠なArpや2,3-ビスホスホグリセリン酸(2,3-BPG)の減少を招く作用メカニズムの解明を目指した。ここでは酵素反応などのモデルの内部構成要素がArpと2,3-BPGの動態に与える影響を解析し、個々の反応段階が寄与する影響を定量的に評価した。この結果、解糖系上流の代謝酵素であるヘキソキナーゼとホスホフルクトキナーゼの高活性化によってArpと2,3-BPGが維持されることがわかり、これらの酵素が保存赤血球の代謝不全を理解する上で重要な反応段階だと考えられた。ただし、実際の血液保存においては、これらの酵素の活性を高めることは非常に困難である。そこで、これらの酵素の高活性化と同様の効果が得られる保存処置の方法を、最適化をはじめとした計算機科学的な手法を用いて求めたところ、グルコース6リン酸(G6P)やフルクトース6リン酸(F6P)の増加によって同様の効果が得られることが予測された。この結果を踏まえて、F6Pの前駆物質であるマンノースを保存液に添加する血液保存プロトコルを新たに提案し、マンノース代謝機構を新たに追加したモデルを利用したシミュレーション予測によってその効果を確認した。結果、マンノースの添加によって赤血球中のG6P・F6Pが増加し、ATPや2,3-BPGが長期間に渡って維持される可能性が示唆された。

さらに、キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量分析計によって、ペントースリン酸回路のリボース5リン酸およびリブロース5リン酸、解糖系上流のフルクトース1,6ビスリン酸の蓄積を実験的に確認し、作成した代謝モデルと提唱した仮説の確からしさを実証することができた。以上により、代謝シミュレーションとメタボローム解析の双方向からのアプローチによって、低温保存された赤血球の代謝物質の減少を阻止するメカニズムを明らかにした。この成果は、「in silicoでの予測と網羅的なメタボローム解析により現象を根本から理解・説明する」という新たな方法論によって得られたものであり、血液保存研究に革新的かつ独創的な視点を与えることができたといえる。数理モデルの解析とメタボローム測定によって、保存赤血球の代謝メカニズムを明らかにすることができた。また、保存血液に必須な代謝物質を維持するメカニズムについても、シミュレーションモデルを利用した予測によって詳細に説明することができた。現在までに、既存の血液保存法を模した複数の保存赤血球モデルの構築に成功している。今後は、それらのモデルを利用した最適化シミュレーションの取り組みを通して、より優れた血液保存手法を予測・提示することが可能である。また、ここで提示された新たな手法を実証するためには、しかるべき研究機関との連携あるいは共同研究が望まれる。
上皮間葉相互作用におけるＴｈｙｍｏｓｉｎβ１０と４の機能解析と歯の再生への応用

本研究では、以前、歯胚発生過程で特異的な発現様式を示すことを報告したThymosin beta 4(Tb4)と相同性の高いTb10の歯胚発生過程における発現様式と機能について解析した。IHS法を用いたTb10とTb4発現局在解析の結果、マウス歯胚発生過程においてTb10は主に間葉組織の細胞増殖が活発な部位に発現していたのに対し、Tb4は上皮組織に発現していた。Tb10発現抑制実験において歯胚器官培養では、細胞増殖活性の低下と歯胚形態形成不良が認められ、歯原性細胞培養でも増殖活性が低下していた。以上の結果から、Tb10は歯胚発生過程において形態形成に重要な役割を果たしている事が示唆された。1)マウス歯冠形成期までにおけるThymosin beta 10 (Tb10)とThymosin beta 4 (Tb4)のmRNA発現局在の検索を行ってきたが、今年度はさらに、マウス歯根形成期から歯根完成期におけるそれぞれの因子の発現様式について詳細に比較検討した。その結果、Tb10 mRNAは前象牙芽細胞に発現しており、HERSとその周囲の間葉系細胞にも発現を認めた。一方、Tb4はエナメル芽細胞においてほぼ消失しており、それ以外の部分でも発現が認められなかった。2)歯髄細胞株mDPにsiRNAを応用しTb10発現抑制による象牙質分化マーカー発現への影響を解析したが、それについて再度検討を行った。その結果、象牙質基質タンパクであるDMP-1とDSPPの発現に変化を認めなかったことから、Tb10は象牙芽細胞の分化に影響しないことが示唆された。また、歯原性上皮細胞株mDE6においてもsiRNAを応用し、Tb10発現抑制によるエナメル質分化マーカー発現への影響を検討した結果、エナメル質基質タンパクであるAmelogenin, Ameloblastin, Enamelinの発現に変化を認めず、Tb10はエナメル芽細胞の分化に影響しないことが示唆された。3)器官培養下siRNAを応用しTb10発現抑制によるE11.0下顎およびE15.0歯胚の組織形態の変化を再度検討した。Tb10siRNAを応用し8日間培養したE11.0下顎において、エナメル器形成の抑制が有意に認められた。また、E15.0歯胚においては、間葉細胞が少なく、エナメル上皮の歯乳頭方向への伸長が認められず、歯冠形態は鍾状を呈していなかった。しかしながら、エナメル芽細胞や象牙芽細胞の分化はコントロール群と同様に認められた。以上より、Tb10は歯胚発生過程において分化に影響せずに、増殖に影響する可能性が示唆された。Thymosin beta4(Tb4)と高相同性を有するThymosin beta10(Tb10)が、マウス胎生15.5日齡(E15.5)歯胚に発現していることを見出し、Tb4 mRNAが歯原性上皮細胞に強く発現しているのとは対照的に、Tb10は主に歯乳頭細胞に発現することを確認した。そこで本研究では、マウス歯胚形成過程におけるTb10の発現様式と機能について解析することを目的とした。In situ Hybridization法(ISH法)を用いたTb10とTb4のmRNA発現局在検索の結果、歯胚形成過程においてTb4が上皮組織に発現しているのに対し、Tb10は主に歯原性間葉由来の組織に発現していた。また、胎生期におけるこれらの発現部位は細胞増殖が活発な部位と一致していた。更に、出生後では基質分泌細胞に成熟するまでの間の前象牙芽細胞と前エナメル芽細胞に強く発現が認められた。歯根形成期では、Tb10mRNAはヘルトヴィッヒ上皮鞘(Hertwig's epithelialroot sheath, HERS)や、その周囲の歯原性間葉細胞にも発現が認められたが、Tb4mRNAは発現が認められなかった。siRNAによるTb10機能阻害下でE11.0下顎とE15.0歯胚を8日間培養し、Tb10の影響を組織形態学的に検索したところ、Tb10 siRNA処理群では歯胚の発育不良が有意に認められた。そこで、細胞増殖活性への影響をKi67免疫組織染色にて、アポトーシスへの影響をTUNEL染色にて検索した。その結果、Tb10 siRNA処理群の歯胚では細胞増殖活性の低下が認められた。一方、Tb10 siRNA処理によるアポトーシスへの影響は認められなかった。また、マウス歯髄細胞(mDP)とマウス歯原性上皮細胞(mDE6)を用いてTb10 siRNA処理による機能阻害を行ったところ、細胞増殖活性の低下が認められた。本研究により、Tb10が歯胚形成過程において、時期および部位特異的に発現し、主に歯胚を構成する細胞の増殖活性を制御することで歯胚形成に関与している事が示唆された。Tb10

発現抑制実験において歯胚器官培養では、細胞増殖活性の低下と歯胚形態形成不良が認められ、歯原性細胞培養でも増殖活性が低下していた。以上の結果から、Tb10は歯胚発生過程において形態形成に重要な役割を果たしている事が示唆された。1)マウス歯胚発生過程におけるThymosinb10(Tb10)とThymosin b4 (Tb4)のmRNAの発現様式の検索を行った。その結果、Tb10とTb4は時期特異的に異なる発現パターンを示した。Tb10は主に間葉細胞、象牙芽細胞に発現を認め、特に前象牙芽細胞から分化期象牙芽細胞にかけて発現が強かった。一方で、Tb4は主に上皮細胞、エナメル芽細胞に強く発現を認めた。また、定量解析では両遺伝子ともに下顎においては、歯堤形成時期である胎齢12日(E12)、歯胚においては帽状期であるE15、基質形成期である生後1日齢(P1)で発現量が増加した。以上のことから、Tb10は象牙芽細胞分化に、Tb4はエナメル芽細胞分化に関与している可能性が推察された。2)歯髄細胞株mDPにsiRNAを応用しTb10とTb4発現抑制による象牙質分化マーカー発現への影響の検討を行った。その結果、象牙質基質タンパクであるDMP-1とDSPP、転写因子であるRunx-2の発現量減少が認められた。Tb10は象牙芽細胞の分化や基質形成に関与していることが示唆された。3)器官培養を用いたTb10の発現抑制による歯胚形成への影響の検討を行った。E11下顎の器官培養にsiRNAを応用しTb10の発現を抑制し8日間培養した結果は、コントロール群では歯胚が帽状期に達しているのに対し、Tb10抑制群では歯胚は蕾状期のままで形態形成が抑制されていた。E15歯胚を同様の方法で8日間培養した結果は、Tb10抑制群ではコントロール群と比較して間葉細胞が少なく、間葉組織と上皮組織を裏返したようなinside-outの形態を呈した。Tb10は、歯胚の形態形成に関与していることが示唆された。これらの結果より、歯胚の発生過程においてTb10は象牙芽細胞の分化や基質形成および歯胚の形態形成に必要不可欠な因子であることが示唆された。本研究の目的は、歯胚発生過程におけるTb10の分子調節機構および機能を解析し、Tb4との比較検討を行い、Tb10とTb4が歯の上皮間葉相互作用および歯の形態形成にどのように関わっているか明らかにすることである。これまでに、1)マウス胎生10.5日から生後14日齢までの歯胚におけるTb10とTb4のmRNAの発現様式を詳細に比較検討した。また、2)歯髄細胞株mDPに加え、歯原性上皮細胞株mDE6においてもTb10発現抑制における歯原性分化マーカー発現への影響を検討した。さらに、3)器官培養下siRNAを応用したTb10発現抑制による歯胚形成への影響を検討した。これらの結果から、Tb10は歯胚形成過程において時期および部位特異的に発現し、歯胚の発生・発育に関与する必須の因子であることが示唆された。このように、歯胚発生過程におけるTb10の役割について確実に解明された内容について論文を投稿し、現在revise中である。そのために、1)Tb10のmRNAの発現様式の検索を行い、2)歯髄細胞株mDPにおけるTb