hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
急激な温暖化における太平洋高緯度海洋の役割～過去１１回の温暖化アーカイブの構築

本研究は,過去100万年間の急激な温暖化に着目し,太平洋高緯度海洋の海底堆積物コアの環境指標の分析によって,温暖化における太平洋高緯度海洋の役割を解明することを目的とした.全体の研究成果として,以下の2点が上げられる.(1)ベーリング海において,深海底地積物コアについて世界で初めて詳細な年代層序(酸素同位体比層序,火山灰層序,光ルミネッセン層序などの総合)を確立し,過去の温暖期の時期を特定することができたことができた.(2)太平洋高緯度域は,温暖化に対し,急激な海氷減少を伴って敏感に応答し,また,寒冷化に対して正のフィードバック的な役割を果たしていることがわかった.本研究は,過去100万年間の急激な温暖化に着目し,太平洋高緯度海洋の海底堆積物コアの環境指標の分析によって,温暖化における太平洋高緯度海洋の役割を解明することを目的とした.全体の研究成果として,以下の2点が上げられる.(1)ベーリング海において,深海底地積物コアについて世界で初めて詳細な年代層序(酸素同位体比層序,火山灰層序,光ルミネッセン層序などの総合)を確立し,過去の温暖期の時期を特定することができたことができた.(2)太平洋高緯度域は,温暖化に対し,急激な海氷減少を伴って敏感に応答し,また,寒冷化に対して正のフィードバック的な役割を果たしていることがわかった.本年度は,第一年度に引き続き,ベーリング海で得られた海底掘削堆積物コア試料についての試料分析を行った.すべての基盤となる急激な温暖化の時期の正確な年代設定を行うため,堆積物コアから採取された試料(特にU1341地点,U1343地点)について,底生有孔虫殻の酸素同位体比測定,火山灰層序,光ルミネッセンス年代測定,古地磁気層層序,微化石層序を行い,年代モデルの構築を引き続き行った.ターゲットとなる過去100万年間に発生した11回の氷期・間氷期サイクルについて対象試料を確定し,より正確な年代設定を行うための追加試料処理を実施した.2)対象とする11回の温暖期の堆積物コア試料について,(a)U1341, U1343, U1342, U1340の堆積物コアについて,非破壊蛍光X線スキャン,透過X線画像イメージング,拡散分光反射能イメージング,自然ガンマ線強度,帯磁率などの非破壊コア計測を継続して行った.(b)U1341,U1343地点についての底生有孔虫殻の酸素同位体比測定の測定および浮遊性有孔虫殻のMg/Ca測定のための前処理などを行った.(c)生物ポンプ・環境プロクシについて,バイオマーカー分析,生物起源オパール分析,有機炭素量分析などを継続して行った.3)堆積物コアの透過X線画像イメージから,海氷起源粒子(漂流岩屑)を自動的に認識・検知するために開発した画像解析ソフトウェアを使って,画像処理実験,抽出パラメータの検討などを行った.得られた成果について,論文・学会発表などで公表した(研究発表を参照).太平洋高緯度海洋の役割について、主としてベーリング海における古環境について,以下の成果が得られた.(1) 2009年の国際統合深海掘削計画323次航海で深海掘削によって得られたベーリング海中央部海底堆積物について,U1343地点での有孔虫の酸素同位体比による層序を確立し,本件で対象とした温暖期の年代を明確にする事ができた.(2) U1343地点コア中の計82枚のテフラ層について,火山ガラスの主成分化学組成を分析し,テフラ層序を明らかにした.U1343コアについては,48層のテフラ試料のうち17試料については円磨された鉱物や砂サイズの火山岩片等を含み,火山ガラスの主元素組成が不均質であったことから,季節海氷もしくは氷山によって運ばれた層である可能性が推定された.(2)これら17試料は特に79万年前のブリュヌ・マツヤマ(BM)境界以降に顕著に現れることから,ベリンジア(寒冷期に陸化したベーリング大陸棚)周辺の大陸氷床の崩壊のシグナルをとらえている可能性がある.(3)数cm以上の層厚をもつ6層のテフラ層は,U1343コアの酸素同位対比層序年代から噴出年代を算出すると,それぞれ0.378Ma, 0.518-0.529Ma, 0.822-0.824Ma, 1.008Ma, 1.108Ma, 1.547Maになった.これらのテフラ層はベーリング海に広く分布する重要な指標テフラである可能性が高い.太平洋高緯度海洋の役割について、主としてベーリング海における古環境について,以下の成果が得られた.(1) 2009年の国際統合深海掘削計画323次航海で深海掘削によって得られた海底堆積物試料を用いて、ベーリング海における過去9万年間の高解像古環境変動を、酸素同位体、バイオマーカー等の環境プロキシを分析し,ベーリング海の気候変動は、北太平洋中層水(NPIW)の循環と密接な関連があること,(2)堆積物密度の変動を追うとダンスガード・オシュガー周期が見いだされ,ダンスガード・オシュガー周期の幾つかでは、海洋表層において高生物生産の特徴を示し、3-5°Cの表層水温上昇と底層水の酸素濃度減少を伴っていること,(3)ベーリング海中層水は、氷期・間氷期のタイムスケールで変動していること.

6万年前頃からベーリング海中層水は、新しく低塩分で現在よりも高酸素濃度を保持した状態で、融氷期の開始旗期まで持続したこと,(4)ボーリング・アレロード期には、ベーリング海掘削サイトU1340では高生物生産、酸素極小層の発達、脱膣が発生していたこと,浮遊性・底性有孔虫の放射線炭素年代の比較を行なうと、ベーリング海中層水は、現在よりもより高いベンチレーション(鉛直循環)を伴っていたこと.これはボーリング・アレロッド期には、ベンチレーションと酸素濃度の関係が解離していた事を示す。中層水の生成海域においては、生物生産支配の酸素濃度変化は、広く北太平洋海域で見られる低酸素化とおおいに関連すること.特に、ボーリング・アレロード期にはこの傾向は強かった。当初予定していた研究計画の若干の変更を行ったものの、研究費を繰越して行う予定であった試料の測定についてもほぼ予定どおり結果をとりまとめることができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究代表者(坂本)の所属機関移動に伴い,2012年,試料,実験室などの移動や,研究費の移管などを行った.研究費の移管は2012年10月2013年1月まで要し,新所属機関で使用可能となったのは2013年2月となった.また,密封放射線源を使用する,光ルミネッセンス年代測定装置,自然ガンマ線強度測定装置などは,放射線源の移動に伴う許認可(文部科学省)を必要としたため,研究費繰り越しを行ったが,2013年7月に認可がおり,2013年9月に移管を行い,装置調整を含め,その後,本格稼働となった,以下のように推進していきたい.1)年代測定に関しては,古地磁気層序(岡田),火山灰層序(青木),酸素同位体比層序(坂井・池原),放射年代法(小栗),微古生物層序(高橋),を先行して行い,装置の移管の終わっていない,光ルミネッセンス年代は,装置移管後に集中して行う事にする.2)当初計画では,過去の古水温の定量的な復元法である有孔虫のMg/Ca比古水温を測定する予定であったが,酸素同位体比測定に絞って測定を実施するようにする.3)堆積物コアの透過X線画像イメージの画像解析ソフトウェアを使い,海氷プロクシによる海氷復元を集中的に行う.4)非破壊蛍光X線スキャン,透過X線画像イメージング,拡散分光反射能イメージング,帯磁率などの非破壊コア計測を継続して行う.5)生物ポンプ・環境プロクシの測定を継続して行う.6)可能な部分から成果の公表を行っていく25年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は以下の研究を推進した1)年代測定に関しては,古地磁気層序(岡田),火山灰層序(青木),酸素同位体比層序(坂井・池原),放射年代法(小栗),微古生物層序(高橋),を先行して行い,装置の移管の終わっていない,光ルミネッセンス年代は,装置移管後に集中して行う事にする.2)当初計画では,過去の古水温の定量的な復元法である有孔虫のMg/Ca比古水温を測定する予定であったが,酸素同位体比測定に絞って測定を実施するようにする.3)堆積物コアの透過X線画像イメージの画像解析ソフトウェアを使い,海氷プロクシによる海氷復元を集中的に行う.4)非破壊蛍光X線スキャン,透過X線画像イメージング,拡散分光反射能イメージング,帯磁率などの非破壊コア計測を継続して行う.5)生物ポンプ・環境プロクシの測定を継続して行う.6)可能な部分から成果の公表を行っていく
音響化学とナノ・マイクロ技術を融合した新規がん治療方法の開発

本研究では、超音波によって音響化学的に活性化され抗腫瘍効果を示すフラーレン誘導体のスクリーニングを行った。Sarcoma 180細胞に対する殺細胞作用は、polyhydroxy fullerenes (PHF)およびpyrrolidine tris-acid fullerenesで著しく増強された。PHFを用いて超音波併用時マウスに移植したcolon 26腫瘍細胞の増殖抑制を確認した。この殺細胞作用増強に対する活性酸素の関与を活性酸素消去剤およびESRの測定により確認した。これらの結果から、水溶性フラーレン誘導体と超音波を併用した音響化学療法のがん治療への応用の可能性が示唆された。超音波は生体に対する深達性に優れるので、外部エネルギーとして用いれば、生体深部にある患部にも適用することができると考えられる。さらに、超音波の音圧に感応して周波数特異的に共振するナノ微粒子でがん組織を標的化すると、このナノ微粒子が目的部位に集積したかどうかを超音波画像診断によって可視化し確認できる。そして、薬物の集積を確認した上で、超音波を照射し、ナノ微粒子を音響化学的に活性化させることで、抗腫瘍効果を発現することができる。そこで、本研究では、DDS単独の技術的な限界を克服することを目的に、遠隔作用力を持つ外部エネルギーである超音波と音響化学的に抗腫瘍活性化するナノ微粒子を組み合わせた新たな治療システムの開発を行うことを目的とした。これまでに、超音波単独、または薬物との併用による抗腫瘍効果を、in vitro腫瘍細胞を用いて確認した。超音波と併用することにより殺細胞効果が発現、または増強されるナノ粒子をスクリーニングした結果、フラーレン、水酸化フラーレン及びトリスフラーレンで優れた増強効果を認めた。活性酸素種消去剤添加の殺細胞作用に対する効果とESRによる活性酸素種の測定から、殺細胞作用機序における一重項酸素の関与を確認した。本年度は、水酸化フラーレンを用い、マウス皮下に移植した実験腫瘍(Colon26)を対象に、薬物の体内動態と音響化学療法の効果を調べた。水酸化フラーレンを直接腫瘍に注入後超音波照射を行った。薬物・超音波それぞれ単独では効果を生じない投与量と強度において腫瘍の増殖を抑制できることが確認された。この結果からin vivoにおいてもフラーレン誘導体が音響化学的に抗腫瘍活性化されていることが示された。次年度以降は、ナノ微粒子の活性化するための超音波を照射条件の詳細な検討とナノ微粒子の音響化学的活性化によるアポトーシス誘導の検討を行う予定である。集束超音波治療は、腫瘍などを非侵襲的に治療する方法として臨床に用いられ始めている。超音波が有するキャビテーション作用は、生体を加熱する作用を顕著に加速し、また、音響化学反応を引き起こす。我々は、このような音響化学反応を、腫瘍組織において発生させ、がんを治療する音響化学療法研究を進めてきた。一方、薬物のターゲティングを実現する方法の一つとして、ナノ粒子を利用したターゲティングの研究が広く行われている。半径100nm程度大きさをもつナノ粒子はEPR効果により腫瘍部位に対して高い集積性をもつことと物理エネルギーによって励起し活性酸素種を産生することが知られている。本研究では外部エネルギーである超音波と音響化学的に抗腫瘍活性化するナノ及びマイクロ微粒子を組み合わせた新たな治療システムの開発を行うことを目的とした。これまでに、超音波単独、またはナノ粒子との併用による抗腫瘍効果を、培養細胞で調べた結果、超音波とフラーレン、水酸化フラーレン及びトリスフラーレンを併用することにより殺細胞効果が増強されることを確認した。本年度は、活性酸素種に特異的な消去剤による音響化学的誘発される殺細胞作用に対する阻害効果の検討を行った。ヒスチジン、トリプトファンなどが阻害効果を示し、一重項酸素の殺細胞作用における関与を推定した。また、超音波照射による水溶液中での一重項酸素生成を、ラジカル生成を指標として電子スピン共鳴(ESR)により測定した。さらに、マウス固形腫瘍colon26を用いた実験においても超音波と水酸化フラーレンの併用が超音波または薬物単独と比べて著しい腫瘍増殖抑制を示すことが確認され、ナノ粒子を用いた音響化学療法のがん治療における有用性が示された。

これまでに、超音波単独、または薬物との併用による抗腫瘍効果を、in vitro腫瘍細胞を用いて確認した。超音波と併用することにより殺細胞効果が発現、または増強されるナノ粒子をスクリ-ニングした結果、フラーレン、水酸化フラーレン及びトリスフラーレンで優れた増強効果を認めた。活性酸素種消去剤添加の殺細胞作用に対する効果とESRによる活性酸素種の測定から、殺細胞作用機序における一重項酸素の関与を確認した。次年度は、水酸化フラーレンを用い、マウス皮下に移植した実験腫瘍(Colon26)を対象に、薬物の体内動態と音響化学療法の効果を調べる。水酸化フラーレンを直接腫瘍に注入後超音波照射を行い、薬物・超音波それぞれ単独では効果を生じない投与量と強度において腫瘍の増殖を抑制できることが確認する。昨年度までに、超音波単独、またはナノ粒子との併用による抗腫瘍効果を、in vitro腫瘍細胞を用いて確認した。超音波と併用することにより殺細胞効果が発現、または増強されるナノ粒子をスクリーニングした結果、フラーレン、水酸化フラーレン及びトリスフラーレンで優れた増強効果を認めた。超音波の作用には物理作用と、キャビテ-ションを介して発生する活性酸素種による化学作用とがあると推定されるため、活性酸素種消去剤添加の殺細胞作用に対する影響を検討した。OHラジカルの消去剤であるマンニトールとスパーオキサイドラジカルの消去剤であるSODの添加は併用による殺細胞効果に対し有意な抑制作用を示さなかったのに対し、一重項酸素の消去剤であるヒスチジンの添加が、超音波とフラーレン、または水酸化フラーレン併用処置の殺細胞効果を著しく抑制することを認め、殺細胞作用機序における一重項酸素の関与を確認した。超音波照射による水溶液中での活性酸素生成をラジカル生成を指標として電子スピン共鳴(ESR)により測定した。活性酸素に特異的なスピントラップ剤による生成量の測定と消去剤による阻害効果により一重項酸素の関与を推定した。本年度は、水酸化フラーレンを用い、マウス皮下に移植した実験腫瘍(Colon26)を対象に、薬物の体内動態と音響化学療法の効果を調べた。水酸化フラーレンを直接腫瘍に注入後超音波照射を行った。薬物・超音波それぞれ単独では効果を生じない投与量と強度において腫瘍の増殖を抑制できることが確認された。この効果は投与量に依存して増強され、一定の超音波強度より上の強度領域で認められた。これはキャビテーションに特有の現象であり、薬物活性化におけるキャビテーションの関与を強く示唆した。以上の結果からin vivoにおいてもフラーレン誘導体が音響化学的に抗腫瘍活性化されていることが示された。昨年度までに、超音波単独、またはナノ微粒子との併用による抗腫瘍効果を、in vitro腫瘍細胞を用いて確認した。超音波と併用することにより殺細胞効果が発現、または増強されるナノ微粒子をスクリ-ニングした結果、フラーレン、水酸化フラーレン及びトリスフラーレンで優れた増強効果を認めた。
高品質米製造のための高水分状態での品質予測

高水分籾を脱ぷして玄米試料を作るためのインペラ籾すり機の研究を行った。高水分でも脱ぷ率は回転数およびエネルギーに対してワイブル分布関数で表せた。西山の理論によって設計した新型羽根と従来羽根を比較すると、20%以上の高水分籾では新型羽根の方が砕米も少なく良好であった。1996年産32品種の試料により1995年産試料から作った検量式に対してvalidationを行った。化学分析は、測定者が異なり、また、アミローズ測定機の機種は同じAuto AnalyserIIであるが、別の機械を使った。その結果、水分r=0.95,蛋白質0.75,アミロース0.76となった。これから、蛋白質においてやや低いが、その他は乾燥玄米を使う市販機と比べて遜色がなかった。これらの結果から、インペラ籾すり機で脱ぷした高水分玄米からのNIR成分・食味予測は、各成分について吸光度2次微分スペクトルから3波長以上を選択して検量式を作れば、乾燥玄米を使う市販の分析機に勝るとも劣らない精度を有していることがわかった。よって本方式は、高精度を要しないRC入口での分析には問題なく使えることがわかった。更に、水分の予測精度が高いことから、高水分領域では精度が低い電気抵抗式水分計に代わって、高精度の水分計として使用できることが明らかになった。西山の理論によって設計した新型羽根と従来羽根を比較すると、あきたこまちでは新型羽根が砕米も少なく良好であったが、従来羽根の方が良い品種もあった。インペラもみすり機で脱ぷした高水分玄米を試料(品種数20,サンプル数64)として、NIR分析計(クボタK-AS100)で吸収スペクトルを測定し、15.5%まで乾燥した玄米または精白米試料で化学分析して求めた蛋白質およびアミロース含量によって検量式を作成した。2次微分で3波長を使った場合の検量式の精度は、相関係数で、蛋白質r=0.94,アミロースr=0.94となった。いままで乾燥試料を使ってもNIRでは検量が難しいとされたアミロースが、高水分玄米試料でこれだけ高い相関係数値を得たことは特質すべき事といえる。
災害時におけるトイレ機能確保のための事業継続計画とその実践に関する研究

本研究は、自治体等の災害時トイレ機能確保のための事業継続計画策定ガイドラインを構築し、具体的に自治体等を支援することを目的とする。(1)事例研究は、南三陸町と女川町、熊本市等でヒアリング調査を行い、常総市とネパールのカトマンズとサクーでは仮設トイレの設置状況を視察した。(2)アンケート調査は、熊本地震の被災者および熊本県内31自治体を対象に、仮設トイレの使用状況と調達に関して実施した。(3)ワークショップは、(1)(2)より得た調査結果より試案したトイレ機能BCPの精度向上のため計画したが、災害廃棄物処理計画を策定する自治体に個別に知見を提供するに留まり、実施できなかった。今後の課題としたい。本年度は、研究初年度であったため、事例研究や実態調査をもって、災害時におけるトイレ機能確保に関する問題の所在を検証し、課題を抽出して整理した。自治体へのヒアリングとしては、6月に南三陸町と女川町を訪問し、震災時のトイレ状況について情報を得た。調査事例としては、9月に発生した常総市の水害について、発災4日後に常総市に訪問し、市役所前に17基の仮設トイレが設置されていることを確認した。また、10月末から2日間、震災半年後のネパール・カトマンズの避難キャンプならびに郊外のサクーの仮設住宅を訪問し、ヒアリング調査を行った。(英語によるメモあり)平山は、行政および企業に対してアンケート調査を設計する前の準備を行った。また、日本トイレ研究所のトイレフォーラムにおいて共同研究者の平山がかつて講演した資料を共有し、また岡山も9月にトイレラボにおいて講演した際に、東日本大震災時の石巻市の避難所のトイレの状況および破壊された下水処理場と下水管への仮設住宅の接続状況、浄化槽の状況等と、常総市の視察調査結果速報をまとめて発表した。研究発表としては、10月にインド・デリーで開催されたIDRiM2015においても、同様の内容で発表を行った。さらに2月に山形県山形市で開催された集団災害医学会においても、特別講演として災害時のトイレが特に女性にとって過酷なものであり、そのために健康被害が起こること、従って、災害時のトイレも最低限のアメニティを保つことが重要であるという旨の発表を行った。平山も学会口頭発表ならびに論文発表を行っている。岡山は、世田谷区の小学校・中学校・高校において、災害時に避難所となった際のトイレマネジメントをどのように行うべきか、マニュアル作成を行うプロジェクトにも参加し、知見を提供した。当初計画においては、文献調査とケーススタディから、災害時におけるトイレ機能確保に関する問題の所在を検証し、課題を抽出して整理するというものであった。これに関して、実際に常総市ならびにネパール・カトマンズとサクーの調査を実施し、これまでの事例(例えば東日本大震災時の石巻市等)を比較し、特に日本においては、災害時に避難所においてどのようなトイレマネジメントを行うべきか、具体的に課題を抽出し、それを解決するための計画づくりが進行した。さらに、災害時にトイレが使えなくなる原因は、停電によって水が流れなくなることによるものだが、水およびエネルギー独立型のトイレであれば災害時(停電時)でも使用できる。そのような防災トイレの実装について、山形県長井市において検討を始めた。大学や企業を対象としたBCP策定状況のヒアリングあるいはアンケートについて、平山が担当した。平成27年度はアンケート調査設計のための準備を行った。平成28年度は、当初予定では、災害時において停電によって水洗トイレが長期間使えなくなる状況への対応として、発災直後からトイレ(つまり人の排泄)およびし尿処理が継続的に実施できるよう、トイレ機能におけるBCPを試案し、それに関するワークショップを実施することになっていた。また、前年度に抽出された課題より、停電時でも使用できる地域の再生可能エネルギーを利用した災害トイレの実証の検討を行うことになっていた。しかしながら、平成28年4月に熊本県を中心に熊本地震が発生したことから、当初予定を一部変更して、熊本地震の被災地における災害時トイレの状況を調査するためアンケート調査を加えて実施した。アンケート調査は、益城町と熊本市を中心とした仮設住宅において、合計1400通の調査票を配布し、234人の被災者から回答を得た(有効回答率17%)。さらに、災害廃棄物が発生した熊本県内の31自治体に、仮設トイレの調達に関するアンケート調査を実施し、14自治体から回答を得た(有効回答率45%)。報道においては東日本大震災時同様、特に女性が仮設トイレの使用を避けるために水分摂取を少なくするため、健康被害が起こることが伝えられたが、調査結果からは仮設トイレ使用の問題点において特に男女間の差異が現れなかった。自治体における仮設トイレの調達については、自治体が自ら行わず、熊本県環境整備事業協同組合が調達・配置・し尿処理を一括して行ったことがわかった。被災者および自治体のいずれにおいても、東日本大震災時に行った同様の調査結果とは異なっていることがわかった。また、トイレおよびし尿処理は、水道事業とも大きく重なる。そこで災害時の水道事業体の事業継続マネジメントにおける現状と課題を明らかにした。平成28年度は、当初予定では、災害時において停電によって水洗トイレが長期間使えなくなる状況への対応として、発災直後からトイレ(つまり人の排泄)およびし尿処理が継続的に実施できるよう、トイレ機能におけるBCPを試案し、そのワークショップを実施することになっていた。あわせて、平成27年度の実績より、災害時の避難所のトイレBCPの試案がだされたが、そのためには電力を地域の再生可能エネルギーから調達する必要があるという新たな課題が抽出された。そのため、山形県長井市で、災害トイレの実証を行うための検討を行うことになった。

平成28年4月に熊本県を中心に熊本地震が発生したことから、当初予定に加えて、熊本地震の被災地における災害時トイレの状況を調査するため、アンケート調査を実施した。制度面の検証と課題の抽出を、この調査結果を踏まえて行うこととしたため、とりまとめがやや遅れている(平成29年度に継続されている)。また、同様に、災害トイレのBCPを検討するにあたっても、平成27年度にまとめた「学校(避難所)におけるトイレ対応の試案」に、現時点においては新たなものが加わっておらず、また、大学での実際の避難訓練につなげることも困難であった。そのためワークショップの開催は保留した。次年度の課題となっている。山形県長井市における災害トイレの実装については、別プロジェクトの構築を行いながら推進している。研究費獲得には至っていないが、概ね計画通りに進めている。また、水道事業者を対象とした水道事業のBCPに関する調査研究も、米国とのBCP策定状況の比較とともに、予定通り進められている。大災害等によって停電・断水が起こると、トイレの水洗化が高度に発達した日本においてはトイレが使用できなくなる。人は排泄を我慢することができないため、避難所などでは発災後24時間以内に便器が汚物で溢れ使用できなくなる。被災者の健康と人権に密接に関係する災害時トイレ対策は極めて重要であるが、実際には災害廃棄物処理計画及び防災計画においてあまり認知されていない。そこで本研究は、自治体や企業等への災害時におけるトイレ機能確保のための事業継続計画策定ガイドライン構築し、具体的に自治体や企業等を支援することを目的として実施された。平成29年度は、熊本地震の発生から1年経ち、発災年である平成28年に実施した被災者及び自治体へのアンケート調査の結果を分析し、成果をまとめた。被災者への調査については、発災後の被災者の避難行動、避難中の排泄の状況などを明らかにした。特に東日本大震災時のアンケート調査結果と比較し、発災後にトイレに行きたくなるまでの時間(6時間以内に7割の人がトイレに行きたくなる)や、発災後に最も困ったこと(眠れる環境、トイレ)などが同様であることを確認した。被災自治体を対象としたアンケート調査では、やはり東日本大震災と同様に仮設トイレが充足するまでには1週間以上かかったという回答が多かった。一方、最初に仮設トイレが届くまでの時間は、熊本地震の被災地においてははるかに早いことがわかった。仮設トイレを実際に調達した自治体が震源地近くの自治体に集中していたが、震源地の益城町などの詳細は不明であったため、自治体の対応に関する詳細な調査が必要になった。したがって、平成29年には熊本県の被災自治体を訪問し、ヒアリング調査を実施した。これらの調査研究における成果をまとめ、国内外の学会及び雑誌において発表した。本研究は、自治体等の災害時トイレ機能確保のための事業継続計画策定ガイドラインを構築し、具体的に自治体等を支援することを目的とする。
双極子モーメントを有するモノマーによる分極π造形

昨年度から取り組んでいるカルバゾールデンドリマーとベンゾフェノンを連結した緑色の熱活性化遅延蛍光(TADF)を示すデンドリマーについては有機層全塗布型有機EL素子へと展開した。TADF材料を用いた同種の有機EL素子へと素子としては最高の17.0%の外部量子効率を示した。カルバゾールとトリアジンを組み合わせたTADFデンドリマーについては第3世代及び第4世代のカルバゾールデンドロンをホストとして有機層全塗布型TADF有機EL素子を作製すると外部量子効率16.1%を示すことが明らかとなった。A01班武田グループとA02班の山本グループと行っているジベンゾフェナジンとカルバゾールデンドリマーを組み合わせた分子の自己集合と雰囲気による発光色変化については、国際共同研究も交えてメカニズムの解明につながる成果が得られた。A01班辻グループとは炭素架橋オリゴフェニレンビニレン(COPV)とカルバゾールデンドリマーを組み合わせた分子の合成に成功した。A02班山本グループとA03班竹延グループへ試料提供を行い光学材料として展開出来ることを見出した。カルバゾール線状オリゴマーについては3量体の両端にチオフェノール基を連結した分子の単一分子電気伝導度測定をMCBJ法(Mechanically Controllable Break Junction)によって測定した所、狙い通りにダイオード特性を示すことが明らかとなった。ダイオード特性の発現メカニズムについては当初の予想とは異なるものの伝導軌道の分子内での分布が電界印加によって変化することが起源であることを明らかとした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ベンゾフェノンとカルバゾールデンドリマーを組み合わせた熱活性化遅延蛍光(TADF)材料に関して末端を種々の官能基で修飾したデンドリマーを新たに合成した。末端に嵩高い置換基を導入した場合には薄膜状態で発光量子収率が向上することを見出した。蛍光寿命測定を行ったところμ秒程度の寿命の発光成分が観測されたことから発光がTADF成分を含んでいることが明らかとなった。これらに加えて、既存のTADFデンドリマーに関しては領域内の他グループへと供給して共同研究を行った。A02班山本グループではカルバゾールートリアジンデンドリマーの自己組織化を検討した。第3世代デンドリマーがアモルファス球体とポーラス結晶の2つの形態へと自己組織化することを見出した。ガス吸着測定よりポーラス結晶の比表面積を測定を行い細孔径分布や表面積を明らかとした。ポーラス結晶が発光色変化を使った溶媒蒸気センシングへと適用可能であることを見出し論文として報告した。前回公募時より継続していたA03班竹延グループとのTADFデンドリマーを電気化学発光セルの発光層として使用する共同研究に関しても論文として報告した。既存のデンドリマーだけでなくデンドロン部位もビルディングブロックとして他グループへと供給を行った。特にA01班武田グループのジベンゾフェナジンと結合した分子は自己組織化と発光の刺激応答性を明らかとするためにA02班山本グループとの3グループ共同研究へと発展させた。当初予定していた、新規なTADFデンドリマーの開発に成功し領域内共同研究も新規なものを含めて多数実施することが出来た。領域内共同研究の論文も複数発表することが出来たことから概ね順調に進展していると考えている。引き続き塗布型TADF材料の開発を行い、領域内での共同研究先へと供給を行う。これまでに続けてきた共同研究に関しては年度内での論文発表に向けて仕上げ作業を行う。
餌資源のストイキオメトリックな改変に伴う生物間相互作用の変化

本研究の目的は、河川生態系における落葉分解速度と腐食食者の多様性との関係を検証するにあたり、腐食食者体内の化学量比の違いが影響しているかどうかを検証することである。河川上流の生態系は陸上生態系から流入する落葉リターをベースとする腐食系の食物連鎖が発達している。そのため一時消費者として落葉リターを摂食する分解者が優占している。それら分解者による落葉リターの分解効率(摂食効率)は,河川下流部および海洋への資源供給速度にも影響し,生物の群集構造や景観構造を維持する上で非常に重要な生態系機能であると考えられている。落葉リターのC/NおよびC/P比は樹種間で大きく異なることが知られているが、近年、分解者の体組織も同様にC/NおよびC/P比が分類群間で大きく異なることが分かってきた。つまり,単位体積あたりの体を構成するために必要な栄養塩量が分解者分類群間で異なることが考えられる。そこで我々は,体に多くの栄養塩を含む(C/NおよびC/P比が低い)腐食食者は栄養塩豊富な餌資源を選択的に摂食するのではないかと予測した。一方,体内にあまり栄養塩を含まない(C/NおよびC/P比がより高い)腐食食者は,あまりえり好みをしないのではないかと考えた。これらのことから,様々なC/NおよびC/P比の落葉リターが存在する環境では,様々なC/NおよびC/P比を有する腐食食者が存在する方が,落葉リターの分解効率が上昇するのではないかと予測した。私は2012年度秋期に室内実験を行い,マイクロコズムに様々な組み合わせで落葉リターと腐食食者を投入し,落葉リターの分解効率を検証した。その結果,ストイキオメトリックな多様性が高いほど分解効率が高くなるという予測を示唆する結果を得ることができた。本研究はアメリカ生態学会(査読付き)にて発表した。実験データは全て分析および統計解析を終え、既に投稿論文として投稿し現在査読中である。順調に行けば数ヶ月中に受理される可能性が高い。今回の室内実験により得られた現象(腐食食者体の化学量比の違いが、落葉分解速度に影響する)が野外の生態系にも当てはまることかを検証する必要がある。また、より一般性を高めるために陸域生態系の落葉分解速度と腐食食者との関係に関しても今後、検証して行く必要があると思われる。近年,生物多様性と生態系機能との間に関係性があるという報告が多くなされている。しかし,そのメカニズムの解明には至っていないのが現状である。私は河川生態系における重要な生態系機能である落葉リターの分解速度とそれらを摂食する腐食動物の多様性に着目した。河川生態系における腐食動物は種間で体組織を構成している栄養塩比率(例えば炭素(C):窒素(N):リン(P))が異なる。また同様に彼らの餌資源である落葉リターのC:N:P比も種間で大きく異なる。つまり,NやP等の栄養塩が豊富な体組織を有する腐食動物はより栄養塩豊富な落葉リターを摂食する,というように河川の腐食動物は体を構成している元素比率が異なることで,好んで摂食する落葉リター種が異なることが考えられる。もし上記のようなことが生じる場合,腐食動物の体組織のストイキオメトリック(化学量論的)な多様性が高い方がより効率よく落葉を分解することが考えられる。そこで昨秋,私は様々な質のリターを小容器に投入し,そこに腐食動物をストイキオメトリックな多様性を処理ごとに変えて投入するマイクロコズム実験を行った。そして実験終了後,落葉リターの分解速度を処理間で比較してやった。加えて,実験終了前後の落葉リターの化学特性や微生物コロナイジング量の定量等の化学実験を行っており,現在も継続中である。現在までの結果として,予想通り腐食動物のストイキオメトリックな多様性が上昇するに従って落葉リターの分解速度も上昇する傾向が観察されている。本研究は,河川腐食動物の多様性が落葉リターの分解という他の群集および生態系の安定性に影響を与えかねない要因を変動させることを示唆し,そのメカニズムに迫る一歩となりえるかもしれない。

これらのことから,様々なC/NおよびC/P比の落葉リターが存在する環境では,様々なC/NおよびC/P比を有する腐食食者が存在する方が,落葉リターの分解効率が上昇するのではないかと予測した。私は2012年度秋期に室内実験を行い,マイクロコズムに様々な組み合わせで落葉リターと腐食食者を投入し,落葉リターの分解効率を検証した。その結果,ストイキオメトリックな多様性が高いほど分解効率が高くなるという予測を示唆する結果を得ることができた。本研究はアメリカ生態学会(査読付き)にて発表した。昨秋の室内実験の結果,自らが唱えていた仮説を概ね指示する結果となった。その結果,研究の最終目標である論文の執筆に順調にとりかかることができそうである。ただ,解析手法等,検討すべき問題が少しある。実験データは全て分析および統計解析を終え、既に投稿論文として投稿し現在査読中である。順調に行けば数ヶ月中に受理される可能性が高い。昨秋に得られた室内実験および現在継続中の化学実験のデータを解析する。また,国際誌に投稿するための論文の執筆を開始する。交付申請書には野外調査も同時に行う予定であったが,室内実験のサンプル数が膨大になり化学実験等に相当の時間がかかるため,野外調査は今後の課題とする。今回の室内実験により得られた現象(腐食食者体の化学量比の違いが、落葉分解速度に影響する)が野外の生態系にも当てはまることかを検証する必要がある。また、より一般性を高めるために陸域生態系の落葉分解速度と腐食食者との関係に関しても今後、検証して行く必要があると思われる。
ナノ構造型電極アレイを用いたマイクロパターン神経回路の機能計測

生物の脳は,多数の神経細胞が精密に配線された回路網である.あまりの複雑さゆえ,この回路網が脳システムとしての機能を実現する原理はいまだ多くが理解されていないが,回路機能をシャーレ内で再構成することができれば,これを解析するための新しいモデル実験系を創成することができる.本研究課題では,半導体技術を応用して細胞外基質タンパク質をパターン転写した基板を用いて生きた神経細胞による自己組織的な回路形成を誘導することで,生体内での機能を模倣した神経回路を培養系に再構成することを目指した.並行して,多点電極デバイスを用いた神経活動計測を高感度化するための,新しい信号増強法の開発に取り組んだ.培養神経回路の機能(活動)は,パッチクランプ法,細胞外電位測定法,蛍光Caイメージング法などの手法を用いて計測することができる.このうち細胞外電位計測法は,集積化電極基板(multi-electrode array; MEA)を用いて神経細胞の活動電位を計測する手法である.集積化電極基板での測定は細胞に非侵襲であり時間分解能が高いため,基礎研究や薬理研究などで幅広く用いられているが,計測される信号は細胞内での電位変化(約100 mV)に比べて34桁ほど小さい.この感度は,神経細胞が閾値電位を超えた際に発生させる活動電位のタイミングを調べるのには十分であるが,閾値下の膜電位変化を計測することはできない.MEAの各電極で単一神経細胞の活動を記録するためには,電極のサイズを数um程度に小さくする必要があるが,電極のサイズを小さくすると,電極インピーダンスが上昇し,信号が減少する.そこで,電極インピーダンスを上げることなく,計測面積を単一細胞計測が可能なサイズ(数um)まで微細化するために電極をナノスケールで3次元化する.我々はこれを実現うるためのデバイスを開発し,培養神経回路での高感度計測を実証する.さらに,神経細胞のマイクロパターニング技術(APL 2011; J Neurochem 2012; Biofabrication 2014)を導入することで,電極の直上に細胞を正確に配置し,実験のスループットを向上させる.また最終年度にはこのデバイスを用いて,回路構造を規定した培養神経回路(「人工神経細胞回路」)の長期機能計測を行う.3次元ナノ構造電極デバイス上でラット大脳皮質神経細胞を安定に培養できることを確認した.さらに培養神経回路の計測を行い,従来デバイスの10倍以上の信号が計測できる手応えを得た.並行して,細胞外電位計測の感度を向上するための別のアプローチに関する検討も行った.具体的には,電極上の神経細胞を絶縁性フィルムで被覆し、細胞-電極間のシール抵抗と接地点との間に直列にインピーダンスを挿入すし,シール抵抗を上げるというアイディアに基づいて実験を実施し,実際に信号が増幅できることを示した.この実験については,2016年1月に原著論文がApplied Physics Letters誌に掲載された.電極上に神経細胞を配列させるための新規パターニング法の開発や,神経回路の構造と機能との関係を調べるための計算機シミュレーションについても研究を進め,得られた成果は原著論文や学会発表として発表した.ガラス基板上に細胞親和性が異なる2種類の材料をパターニングしておくことで,それをテンプレートとして用いて生きた細胞をパターニングすることができる.本研究ではこの技術を脳神経系の回路素子である神経細胞と組み合わせて,生きた神経回路の諸特性をボトムアップに調べるための新しい実験系を構築し,その回路機能を計測した.本年度は特に,神経回路を構成する細胞数と神経活動の同期に焦点を当てて研究を進めた.神経系において同期活動はシナプス荷重値の調整や神経信号伝達において重要な役割を果たしている.本研究では,自発活動と呼ばれる外部入力がない状態での活動に着目して,いくつの細胞が集まると同期した自発活動が発生するのか,そして,回路を構成する細胞数が変化すると自発活動パターンはどのように変化するのか,を調べた.その結果,まず前者については,たかだか12個からなる神経回路でも同期した自発発火が起こることが分かった.ただ,自発発火の発生や伝播には細胞数だけでなく,シナプス結合の密度も重要な役割を果たすため,細胞間がより密に結合した回路をつくることができれば,より少ない数の細胞で神経回路を同期させられる可能性もある.後者の問いについては,回路の構成細胞数が減少すると同期発火の頻度が下がることが分かった.さらに,これらの結果は積分発火ニューロンモデルを用いた計算機シミュレーションにより理論的に考察した.またこの間に,テンプレート基板の作製法としてマイクロコンタクトプリンティング法によるプロセスを最適化した.これは今後,多点電極アレイなどへの神経細胞パターニングへと研究を展開する際に適合性が高い手法である.微小電極アレイの高感度化技術の開発については昨年度に成果が上がったため(Matsumura, Yamamoto et al., Applied Physics Letters 2016),本年度は培養神経細胞のマイクロパターニング技術とその機能計測に注力して研究を進めた.その結果,神経細胞の同期現象に関する新しい知見などを得ることができ,それらの結果を4報の原著論文などとして発表することができた.

半導体リソグラフィやソフトリソグラフィ技術を用いてガラス基板上に細胞親和性が異なる2種類の材料をパターニングしておくことで,それをテンプレートとして用いて生きた細胞をパターニングすることができる.本研究ではこの技術を脳神経系の回路素子である神経細胞の培養技術と組み合わせて,生きた神経回路の諸特性をボトムアップに調べるための新しい実験系を構築し,その回路機能を計測している.本年度は特に,パターニングした培養神経回路の構造とダイナミクスとを結び付ける数理モデルに関する研究で成果が上がり,計算論的神経科学分野の国際誌に原著論文を発表することができた(H. Yamamoto et al., Frontiers in Computational Neuroscience 12, 17 (2018)).ここでは,生体神経回路を特徴づけるモジュール構造に注目して,数学的に単純な位相振動子ネットワークにおいて個々のモジュールの内部構造がネットワーク全体の同期性に及ぼす影響を系統的に解析した.その結果,複数のモジュールからなるネットワークにおいては,同期を促進する接続構造が孤立ネットワークの場合と異なることなどが明らかになった.モジュール構造型ネットワークにおける構造機能相関については,培養神経細胞を用いた実験でも研究が進み,国内外の学会にて成果を報告した.ここでは特に,ネットワークにおける素子の同期化と非同期化という一見矛盾したダイナミクスを両立するための構造基盤としてモジュール構造が有利であることを明らかにすることができ,現在,原著論文の投稿準備も進めている.生物の脳は,多数の神経細胞が精密に配線された回路網である.あまりの複雑さゆえ,この回路網が脳システムとしての機能を実現する原理はいまだ多くが理解されていないが,回路機能をシャーレ内で再構成することができれば,これを解析するための新しいモデル実験系を創成することができる.本研究課題では,半導体技術を応用して細胞外基質タンパク質をパターン転写した基板を用いて生きた神経細胞による自己組織的な回路形成を誘導することで,生体内での機能を模倣した神経回路を培養系に再構成することを目指した.並行して,多点電極デバイスを用いた神経活動計測を高感度化するための,新しい信号増強法の開発に取り組んだ.デバイス作製プロセスを簡便化するために,電極デバイスのパッシベーション膜をSiO2/SiN膜から有機絶縁膜に置き換える.有機絶縁膜上でも神経細胞が安定に培養できることを確認する.また3次元ナノ構造電極デバイス上で信号を安定に取得するために,電極構造の最適化や電極デバイス上での細胞パターニングを行う.本年度までに確立した培養神経回路の構造制御技術を用いて,生体大脳皮質に類似した構造を有する培養神経回路を再構成する.さらに,その自発発火パターンや刺激応答といった回路機能の評価を進める.ナノバイオサイエンス概ね計画通りに執行したが,当該研究課題を推進するために残額で購入できる物品が無くなったため,次年度予算と合算して使用することにした.概ね計画通りに執行したが,当該研究課題を推進するために残額で購入できる物品がなくなったため,次年度予算と合算して使用することにした.次年度使用額は年度予算の1%以下であり,使用計画に変更はない.次年度使用額は年度予算の10%未満であり,使用計画に変更はない.
オーキシンによる遺伝子発現の制御

タバコ葉肉プロトプラストの培養初期においてオーキシンで誘導される遺伝子parA,parB,parCが単離されたが、この内parA,parCはいわばparAファミリーを構成することが分かった。parAファミリーにはオーキシンにより誘導を受けないC-7の他、トウモロコシのBz-2やジャガイモのprp-1をはじめいくつかの遺伝子が属することが分かったが、それらの機能として大腸菌の栄養欠乏時に合成されるタンパク資SSPとの相同性から、転写活性因子であることが推定された。もしもそうだとするとparAの遺伝子産物は核に局在する必要があるが、これはparAの遺伝子産物を大腸菌で生産し、それに対する抗体を調製し細胞を蛍光抗体法で調べることにより確認された。一方、parBの遺伝子産物はこれと対照的に細胞質に存在し、特にプラスチドの周辺に存在するのが特徴的であった。更に、parBの産物はオーキシンと結合することがアザイドオーキシンとの結合で示された。また、parBの転写制御に関するシスエレメントをトランスジェニック植物を用いて同定したが、以前より判明していたparAのそれと併せてオーキシン応答の特徴が明確になった。更に、植物培養細胞の増殖にはオーキシンの存在が必須であるが、オーキシン飢餓状態において後にオーキシンを加えて誘導される遺伝子を探索したところ、オーキシンに応答する遺伝子arcAが新たに単離されたが、これは三量体のGTP結合タンパク質のGのモチーフをもち、Gタンパク質が植物ホルモンの作用にも直接的に関与している最初の証拠となった。タバコ葉肉プロトプラストの培養初期から単離したオ-キシンで誘導される遺伝子parのcDNAを用いて、タバコゲノムライブラリ-よりpar遺伝子のゲノムDNAを単離したが、この遺伝子は読み枠にイントロンを一つ持っていた。プロモ-タ-を単離することが出来たので、このプロモ-タ-をレポ-タ-遺伝子ベ-タグルクロニダ-ゼにつないだプラスミドを調製し、葉肉プロトプラストに改良したエレクトロポレ-ション法で導入したところオ-キシンに応答したGUS活性を検出することができたが、これは最初の報告であった。従って、更にシス領域を限定するためプロモ-タ-を削ってプロトプラストへ導入したところ、プロモ-タ-上の111 bpにほぼ同定できた。par遺伝子は、ダイズのGmhsp26ーAとホモロジ-があることがわかったが、カドミウムで誘導されることは共通であったが、preーmRNAからイントロンの除去は正常に進行し、温度ショックで誘導がかからないなど異なった点が多く、祖先は共通であるが異なった方向に分化したものと推定した。大腸菌のsspとのホモロジ-は低いが、類似のアミノ酸で比較すると両者は極めて良く似ているのでpar遺伝子もsspと似た機能をしているものの推定された。また、タバコ葉の膜分画に、トウモロコシで詳しく調べられた21kのオ-キシン結合タンパク質abpに免疫学的に同一の22kのabpがあり、細胞の表層でオ-キシンの信号伝達に関与しているという可能性を示すデ-タも得られたが、このタンパク質の機能についてはまだ今後の研究が必要である。タバコ葉肉プロトプラストは、適当な条件で培養すると細胞周期のGoーS期の転換をとげるが、この変化に際してオ-キシンは重要な役割を果している。そこでオ-キシンにより誘導される遺伝子を追跡したところ、これまでparAが単離されていたが、新たにparB,parCを単離することができた。単離されたparBの塩基配列を決定したところトウモロコシのグルタチオンSートランスフェラ-ゼIII(GST)とホモロジ-が見られた。そこで翻訳領域を大腸菌の発現ベクタ-へ導入したところ発現産物は実際にGSTの酵素活性を示したが、これはオ-キシンで誘導される遺伝子として機能が同定された初めての例であった。次には、このGSTの役割はなんであるかが重要な課題であるが、動物細胞の腫瘍化のマ-カ-酵素といわれる胎盤型GSTとのホモロジ-は、高等生物の細胞分裂に共通して関わるGSTの役割を予想させた。一方、parCとその後単離されたオ-キシンにより影響を受けない遺伝子Cー7は、いずれも、parAと類縁があり、遺伝子ファミリ-を形成していたが、いずれも大腸菌ので培地よりアミノ酸などを除いたときに見られるStringent Starvation Protein(SSP)とのホモロジ-から遺伝子発現制御における役割を予想させた。この群に属する遺伝子は様々の異なった外的シグナルに対応して発現しているものと思われ、植物細胞での巧みな適応戦略があるものと予想された。なお、この研究において細胞周期に起こる詳細な変化の追跡が重要であるので細胞骨格の追跡も行なったが、いくつかの新しい知見が得られた。従って、今後さらに遺伝子発現制御の因子を解析しオ-キシンの遺伝子発現制御機構に迫る予定である。

もしもそうだとするとparAの遺伝子産物は核に局在する必要があるが、これはparAの遺伝子産物を大腸菌で生産し、それに対する抗体を調製し細胞を蛍光抗体法で調べることにより確認された。一方、parBの遺伝子産物はこれと対照的に細胞質に存在し、特にプラスチドの周辺に存在するのが特徴的であった。更に、parBの産物はオーキシンと結合することがアザイドオーキシンとの結合で示された。また、parBの転写制御に関するシスエレメントをトランスジェニック植物を用いて同定したが、以前より判明していたparAのそれと併せてオーキシン応答の特徴が明確になった。更に、植物培養細胞の増殖にはオーキシンの存在が必須であるが、オーキシン飢餓状態において後にオーキシンを加えて誘導される遺伝子を探索したところ、オーキシンに応答する遺伝子arcAが新たに単離されたが、これは三量体のGTP結合タンパク質のGのモチーフをもち、Gタンパク質が植物ホルモンの作用にも直接的に関与している最初の証拠となった。
内耳内リンパ液特性の生理機能の解析とその破綻に立脚した疾患の探索

本研究では、内耳を満たす特殊な細胞外液「内リンパ液」の物性や成分の測定とその制御機構の同定、生理的意義や疾患との関連の理解を目指した。これらの目的の達成には、内リンパ液を純度良く採取することが必要である。二連管電極を用いて正確に内リンパ液を同定して採取を試みたが、十分量を得ることができなかった。内リンパ液の物性が基づく成分にイオン動態は影響する可能性がある。従って、蝸牛のK+動態を詳細に実験で明らかにした。結果を基に数理モデルを構築し、イオン動態の異常で難聴が起こる可能性を理論的に示した。難聴・目眩を伴う突発性難聴・メニエール病や、老人性難聴等の内耳疾患は、耳科領域では比較的多いが、その病因は殆ど不明である。これらの一部の治療には、ステロイド等の古典的薬物が用いられるが、無効の場合が多く、効果的な治療法の開発が待ち望まれる。申請者は、上記の疾患が、内耳を満たす粘稠な細胞外液「内リンパ液」の物性や成分の異常に立脚するという仮説をたて、まず、(1)高粘稠性に注目した、内リンパ液の物性の、聴覚に対する生理的意義の理解を目指す。次に、(2)蛋白質・脂質を中心とした内リンパ液成分の同定と、その内耳機能での役割の解析を行う。更に、(3)内リンパ液の物性や成分の破綻に基づく疾患の探索を進め、最終的に(4)内耳疾患に対する新しい治療法の開発に繋げる。多面的な実験手法に加えて、計算科学も駆使して定量的な解析を行い、統合的に研究を推進する。本年度は、まず、動物の内リンパ液を採取するための方法論を検討した。2連管電極を用い、一方で電位を測定しながら内リンパ液腔を同定し、もう一方で液体を抽出する方法を考案している。電位の計測は十分に可能であるが、液体の搾取は困難を極めており、一層の改良が必要である。また、(3)の疾患探索の際に対象となる蝸牛のイオン輸送動態をより詳細に理解するための準備も行った。蝸牛外リンパ液腔に分布する細胞には、幾つかの重要なイオン輸送体が分布する。これらは、内リンパ液からのイオン供与を受けて正常に機能し、更に内リンパ液環境の恒常性を維持する。外リンパ液腔に阻害薬を還流する実験方法を確立し、その空間に面した輸送体を直接阻害して内リンパ液環境を観察する系を開発した。本年度は、引き続き、動物の内リンパ液を採取するための方法の開発に尽力した。内リンパ液は粘性が高く採取困難が予想されたため、外リンパ液を題材として、微小ガラス管による液体抽出を試した。1連管電極の口径の大きさを調整することで、ある程度の量の外リンパ液を得た。内リンパ液の採取を行う予定である。また、(3)の計画において、内リンパ液の成分が判明した際に、それらが内リンパ腔に面するイオン輸送体に与える影響についての研究を予定しているが、その実験系がほぼ完了した。即ち、丸ごとの血管条をそのまま単離し、内リンパ腔側の膜にパッチクランプを施行する方法である。これにより、イオン輸送体素子を、in vivoに近い形で解析できるようになった。申請者は、上記の疾患が、内耳を満たす粘稠な細胞外液

「内リンパ液」の物性や成分の異常に立脚するという仮説をたて、まず、(1)高粘稠性に注目した、内リンパ液の物性の聴覚に対する生理的意義の理解を目指した。そして、(2)タンパク質・脂質を中心とした内リンパ液成分の同定と、その内耳機能での役割の解析を目的とし、さらに、(3)内リンパ液の物性や成分の破綻に基づく疾患の探索を進め、最終的に(4)内耳疾患に対する新しい治療法の開発に繋げることを志向した。多面的な実験手法と計算科学を駆使して定量的な解析を可能とする研究を計画した。前年度までに、同じく蝸牛の体液である外リンパ液をガラス管で採取する方法を確立していた。今年度は、その方法を2連管に応用し、一方で電位測定をしながらもう一方の管で体液を採取する方法を試した。この手法では、電位測定により、+80 mVを示す内リンパ腔の場所を正確に把握できるため、内リンパ液の純度よい取得が可能である。しかし、現在の方法では、内リンパ腔にガラス管が到達する前に、外リンパ液が混入することが判明した。得られた内リンパ液の量が少なく、その含有成分を検討することはできなかった。一方、内リンパ液の成分に立脚した物性に影響を与えうる蝸牛側壁のイオン輸送機構の詳細を明らかにした。即ち、螺旋靭帯や血管条のK+輸送分子を介して駆動されると予測されていた組織レベルのK+一方向性輸送が、実際に生体内で機能し、内リンパ液環境の成立に重要であることを実験で示した。また、この結果は、数理モデルにより概ね再現され、理論的な裏付けがなされた。内リンパ腔は狭小で、その中の内リンパ液は少なく且つ粘性が高いため、解析に十分量の内リンパ液が採取できず、それが計画を遅らす理由となっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。11で述べた問題点は残っているが、外リンパ液を題材とした試験的実験において方法論の進展も見られているので、それを更に発展させて行きたい。また、+80mVと高い電位をモニターすることで内リンパ腔を正確に同定する方法は既に前年度までに確立しているので、開発中の液体採取法と組み合わせれば、純度が高い内リンパ液が採取可能であると考えている。また、少量の内リンパ液の粘度の測定に従来法が不適切であれば、異分野の研究者と連携して新たな測定装置の開発にも着手したい。