hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形波動方程式の幾何学的対称性と解の構造

研究成果は以下の3つである.(1)空間1次元Chern-Simons-Dirac方程式系の初期値問題の適切性をSobolev空間の枠組みで研究し,適切となる初期値のSobolev指数を完全に分類した.また,適切となるSobolev指数の範囲が非凸となることを発見した.(2)非線形4階Schrodinger方程式の初期値問題に取り組み,尺度臨界Sobolev空間において時間大域的適切性及び自由解への散乱を示した.(3)Thirringモデルを含むより一般の非線形項をもつDirac方程式系の初期値問題について,適切及び非適切を考察した.本研究では,時間発展を伴う非線形偏微分方程式の初期値問題の適切性を,方程式の構造に着目してより広いクラスの初期値に対して解明することが目的である.平成26年度は,空間1次元Chern-Simons-Dirac方程式の初期値問題の適切性及び非適切性を研究協力者の町原秀二氏と共に研究し,次の結果を得た.先行研究では,いわゆる逐次近似法により適切性が証明されていた.我々は,逐次近似法においては先行研究で得られていた結果が最良であることを示し,それ以外の範囲における適切・非適切となるソボレフ指数を決定した.特に,適切となる指数の領域が非凸集合となることを証明した.適切性の証明においては,強い特異性が現れる部分を特定し,その部分だけを抜き出して取り扱うことに成功した.その他の部分については,非線形項の構造を最大限活用することにより良い性質を有することを示した.また,非適切性については,非線形項に内包される強い特異性をいかに抜き出すかが鍵となる.臨界ルベーグ空間においては適切性が得られていたが,尺度臨界な指数を持つソボレフ空間においては非適切となることを証明した.Chern-Simons場に比べてゲージ場の正則性が高い場合には非線形項から強い特異性だけを分離して取り扱うことが困難であった.適切性の証明で得られていた解の級数展開を利用して,各項の精密な評価を行うことにより,その困難を克服した.物理的な背景を持つ空間2次元の方程式を次元縮約した空間1次元チャーン・サイモンズ・ディラック方程式の初期値問題の適切性及び非適切性に関する研究を研究協力者の町原秀二氏(埼玉大学)と行い、適切および非適切となる初期値のソボレフ指数を完全に決定し、適切となるソボレフ指数の範囲が非凸であることを発見した。証明においては、数学的モデル方程式に関する研究結果を基に、強い特異性が現れる部分を特定し、その部分だけを抜き出して取り扱った。その他の部分については、非線形項の構造を活用して比較的良い性質を有することを示した。また、ティリングモデルを含むより一般の非線形項をもつディラック方程式に関して、適切及び非適切となる初期値のソボレフ指数に関する研究を町原秀二氏及びHyungjin Huh氏(Chung-ang大学)とともに行い、ティリングモデルで得られていた適切性の結果が最良であることを明らかにした。また、非線形項に十分な滑らかさがない場合には、正則性が高いソボレフ空間においても非適切となることを示した。非線形項に良い構造を持つ4階シュレディンガー方程式の初期値問題に取り組み、尺度臨界ソボレフ空間における初期値問題の適切性及び小さな初期値では時間大域的存在と自由解への散乱が得られることを示した(平山浩之氏(宮崎大学)との共同研究)。ここで、非線形項の良い構造とは、相互作用により共鳴現象が起こらないというものであり、非線形効果としては単純であるが、より複雑な非線形効果を取り扱うための土台が築けた。研究成果は以下の3つである.(1)空間1次元Chern-Simons-Dirac方程式系の初期値問題の適切性をSobolev空間の枠組みで研究し,適切となる初期値のSobolev指数を完全に分類した.また,適切となるSobolev指数の範囲が非凸となることを発見した.(2)非線形4階Schrodinger方程式の初期値問題に取り組み,尺度臨界Sobolev空間において時間大域的適切性及び自由解への散乱を示した.(3)Thirringモデルを含むより一般の非線形項をもつDirac方程式系の初期値問題について,適切及び非適切を考察した.適切となるソボレフ指数を平面上で完全に分類し,適切となる指数の領域が非凸集合となる結果を得た.逐次近似法を用いては適切性が得られない指数に対しても,特異性を詳細に観察することにより,適切性が証明された.また,その強い特異性を利用して解の集約を人工的に作り出すことに成功し,非適切性も得られた.空間1次元であろうともこのような結果は知られておらず,期待以上の進展が得られた.27年度が最終年度であるため、記入しない。数物系科学平成26年度は物理的な背景が薄い空間1次元のモデル方程式についての研究を行い,非線形項の特異性を精確に捉えることに成功した.平成27年度はそのような手法が物理的な背景を有する方程式,具体的にはハミルトン構造を有するChern-Simons-Dirac方程式やDirac-Klein-Gordon方程式など,に対して有効であるかを検討し,前年度までに培われた手法をより広範な方程式に適用可能なものとなるようさらに発展させる.27年度が最終年度であるため、記入しない。
分子イオンの高分解能分光-速度変調レーザー誘起蛍光法の開発

本研究の目的は、イオンの高分解能・高感度分光検出法として、速度変調法とレーザー誘起蛍光法を組み合わせた、新しい分光技術を開発することを目的とする。今年度、以下の成果を得た。(1)660-680nm帯外部共振器型半導体レーザーを光源とする、イオン・フリーラジカルの高分解能分光装置を開発した。イオン・フリーラジカル生成用に、ホローカソード放電管を製作した。しかし、導入した半導体レーザーの周波数スキャンの機構に問題があり、外部共振器鏡をル-フトップ型ミラーに変換するように設計変更をした。(2)ホローカソード放電イオン源のテストおよび最適生成条件を探るために、可視領域におけるH_2O^+の波長分散放出スペクトルを観測した。(3)速度変調放電管を作成し、上記H2O+の速度変調スペクトルを観測した。しかし、反応条件・放電条件等を広く変化させて信号強度を測定したが、現段階では、信号強度を最適化するにいたっていない。その原因を調査中である。(4)将来の発展の可能性の一つとして、超音速ジェットイオン源をレーザー誘起蛍光法と組み合わせることを考慮し、新しいタイプのコロナ放電ノズルを開発し、既知のH_3^+等のイオンの赤外スペクトルを観測し、性能を評価した。
子ども虐待への対応における家族介入的方法の有効性と問題点

日本における子ども虐待への対応は、<家族維持・福祉的>対応から<家族介入・司法的>対応へと移行しつつある。<家族維持・福祉的>対応においては、保護者との対立・強制を伴った介入的対応を出来るだけ避け、自発的な家族の再統合をめざすが、そのために虐待に有効に対応できず最悪の場合、虐待死に至るケースが近年増加しているからである。しかし親子分離のケースの大半において子どもは施設入所となるが、虐待を受けた子ども達においてはアタッチメントの欠如という問題があり、施設入所は親子分離の際の適切な措置であるのかという疑問が生じる。本研究ではこの問題に焦点を絞り、児童養護施設に対してアンケート調査を行った。調査対象は全国の児童養護施設から系統抽出法により抽出した100施設で、そのうち33施設から回答を得た。調査項目は問1、入所児童数およびその年齢構成、問2、養護問題発生理由別児童数、問3、入所児童のうち被虐待経験を持つ子ども達の抱える問題(自由記述)、問4、心理療法を行う職員の活動内容(自由記述)問5、小規模グループケアの活動内容(自由記述)、問6、入所児童と家族との交流について(形態別人数)、問7、「家族支援専門員(ファミリーソーシャルワーカー)」の活動内容、であった。回答結果の分析は以下のとおりである。児童養護施設の入所児童の40%は被虐待児であり、平成15年度の厚生労働省の児童養護施設等入所児童調査と比較し近年における入所児童に占める被虐待児の割合の増加が確認できた。またこれらの子どもたちにおいては、「反応性愛着障害」(DSM-TRの診断基準による)の行動特性を示す者が多かった。これらの子どもたちに対して心理療法がおこなわれていたが、現在の心理療法は「トラウマ療法」が中心であり、愛着障害に対して有効であるか疑問である。むしろ小規模グループケアに可能性が予測される。平成18年度は、子ども虐待への対応における家族介入的方法をめぐる以下の諸問題点につき、主として文献レビュー、理論的検討を行った。(1)児童相談所が行う一時保護、立入り調査等の際における警察の援助要請をめぐる問題2004年の改正児童虐待防止法では、第10条において「児童相談所長は第8条第2項の児童の安全確認又は一時保護を行おうとする場合において、これらの職務の執行に際し必要があると認める時は、当該児童住所又は居所を管轄する警察署長に援助を求めることができる」と規定している。しかし警察の協力は玄関の開錠のみにとどまり、住居への立入りは児童福祉司のみで行わねばならず、虐待親が刃物等を携行していて危険な場合が多い。イギリスのように、さらに踏み込んで警察の協力を要請すべきかどうか慎重に検討すべきである。(2)家庭裁判所の一層のコミットメントと司法的対応の強化をめぐる問題家庭裁判所のコミットメントは現状では小さいと言わざるを得ず、児童福祉法28条申立、および親権喪失宣告申立の事案につき検討と承認を行うのみである。アメリカのように、子ども虐待への対応の全過程での家庭裁判所の監視とチェックが必要かどうか、慎重に検討すべきである。(3)親子分離後の児童養護施設への入所をめぐる問題日本では親子分離後の処遇は、圧倒的多数が施設入所である。しかし虐待を受けてきた子は親密な人間関係についての問題を抱えている場合が多く、集団生活を営み特定の個人との親密な相互作用が保障されにくい施設はこのような被虐待児の適切な受け入れ先とは言い難い。受け入れ先の大半が、里親であるアメリカやイギリスの状況と対比しつつ、慎重に検討すべきである。日本における子ども虐待への対応は、<家族維持・福祉的対応>から、<家族介人・司法的対応>へと移行しつつある。

本研究では、<家族介入・司法的対応>とりわけ親子分離、そのなかでも施設入所に焦点を絞り、児童養護施設に対してアンケート調査を実施した。アンケート調査は、2008年2月15日から3月15日にかけて行い、調査討象については、全国の児童養護施設のうちから系統抽出法により100施設を抽出した。質問項目は以下のとおりである。問1、入所児童数およびその年齢別構成。問2、養護問題発生理由および理由別児童数問3、入所児童のうち被虐待経験を持つ子ども達の抱える問題(自由記述)。問4、2001年3月の通達により、虐待等による心的外傷の心理療法のため職員の配置が決定されたことを受け、当該施設における心理療法を行う職員の活動内容(自由記述問5、2004年4月に「小規模グループケア実施要綱」が定められたことを受け、当該施設における小規模グループケアの活動内容(自由記述)。問6、入所児童と家族との交流について、その形態と形態別人数。問7、2004年4月から「家族支援専門相談員(ファミリー・ソーシャルワーカー)の配置が決定されたことを受けて当該施設における家庭支援専門相談員の活動内容(自由記述)現在100施設のうち36施設から回答を得ており、鋭意分析中である。
骨形成因子刺激による骨膜性骨形成を利用した血管柄付き遊離骨移植組織の作成

ラットの下腿内側の骨膜は大腿動静脈の枝である伏在動静脈からの血管によって栄養されており、この骨膜を骨形成因子(BMP)で刺激し移植可能な骨形成の作成を試みた。まず顕微鏡下に顕微手術用器具を用いて下腿内側の骨膜を骨から剥離した。ウィスター系雄ラット20匹を各5匹づつからなる4群に分け、1群では骨膜の剥離、挙上のみ、2群ではcarrierのみを骨膜下に移植、3群ではcarrierとBMPを骨膜上に移植、4群ではcarrierとBMPを骨膜下に移植した。3群、4群におけるBMPとして、BMP10μgをBMPの担体として開発したポリ乳酸ポリエチレンブロック共重合体25mgに含ませたものを用い、手術後骨膜は可及的に修復した。手術後3週で脛骨を摘出、ソフテックスを用いて脛骨をX線撮影し、各群における新生骨の量を比較した。1群、2群において骨形成が認められ、骨膜挙上による刺激だけで骨形成が生じることがわかったが形成された骨量は少なく、骨量にはバラツキが大きかった。3群ではほとんど骨形成が見られなかったが4群では安定して良好な骨形成が生じた。このことから骨膜のcanvium layerにcarrierとともに骨形成因子を作用させると移植可能な充分量の骨形成が生じることが明かとなった。またラット大動脈内に刺入したカテーテルから造影剤を注入し、大腿動脈およびその分枝の造影が可能であることを確認した。次にラット大腿骨末梢1/3に骨欠損を作成し、下腿内側に形成された新生骨を栄養血管付きで剥離、挙上し、有茎組織移植として移動した。骨の固定が充分でなかったためか、まだ安定した骨癒合が起こることまでは確認できていないが移植骨は吸収されることなく長期間にわたって移植された部位に存在し続けることが確認された。実験1.ラットの下腿を解剖学的に剥離展開し、下腿内側の骨膜が大腿動静脈の枝である伏在動脈からの血管によって栄養されていることを確認した。また顕微鏡下に顕微手術用器具を用いて下腿内側の骨膜を骨から剥離した。伏在動静脈さらに中枢では大腿動静脈により栄養されるこの部の骨膜を用いて血管柄付き骨・骨膜移植片を作製した。ウィスター系雄ラット20匹を各5匹以上づつからなる3群に分け、各群において下腿内側で骨膜を剥離し、骨膜と骨の間に以下の物質を挿入した:1群:骨膜の剥離、挙上のみ、2群:carrierのみを骨膜下に移植、3群:carrierとBMPを骨膜上に移植、4群:carrierとBMPを骨膜下に移植。1群、2群において少量の骨形成が認められ、骨膜を挙上するとその手術侵襲だけで骨形成が生じることが確認された。しかしその際に形成される骨量は少なく、骨量にはバラツキが大きかった。このことは骨膜移植単独では充分な骨形成が起きず、臨床応用が困難である骨膜移植の現実と対応していると思われた。3群ではほとんど骨形成が見られなかった。骨膜にcarrierとともに骨形成因子を作用させると移植に用いることが可能な、充分量の骨形成が認められた。実験2.carrierとともに骨形成因子を移植したあと骨膜を閉じることが可能で、より大きな骨を形成し移植することが可能である、脛骨の骨膜全体を利用するモデルを作成した。

大腿動静脈を栄養血管として脛骨全体の骨膜を挙上した。作製された有茎骨膜片に大腿動静脈から血流が分布していることをマイクロアンジオグラフィを用いて確認した。来年度はこの実験系にcarrierとともに骨形成因子を作用させて新生骨を作成、実験的に作製した骨欠損に対して有茎および遊離の骨・骨膜移植を行う。ラットの下腿内側の骨膜は大腿動静脈の枝である伏在動静脈からの血管によって栄養されており、この骨膜を骨形成因子(BMP)で刺激し移植可能な骨形成の作成を試みた。まず顕微鏡下に顕微手術用器具を用いて下腿内側の骨膜を骨から剥離した。ウィスター系雄ラット20匹を各5匹づつからなる4群に分け、1群では骨膜の剥離、挙上のみ、2群ではcarrierのみを骨膜下に移植、3群ではcarrierとBMPを骨膜上に移植、4群ではcarrierとBMPを骨膜下に移植した。3群、4群におけるBMPとして、BMP10μgをBMPの担体として開発したポリ乳酸ポリエチレンブロック共重合体25mgに含ませたものを用い、手術後骨膜は可及的に修復した。手術後3週で脛骨を摘出、ソフテックスを用いて脛骨をX線撮影し、各群における新生骨の量を比較した。1群、2群において骨形成が認められ、骨膜挙上による刺激だけで骨形成が生じることがわかったが形成された骨量は少なく、骨量にはバラツキが大きかった。3群ではほとんど骨形成が見られなかったが4群では安定して良好な骨形成が生じた。このことから骨膜のcanvium layerにcarrierとともに骨形成因子を作用させると移植可能な充分量の骨形成が生じることが明かとなった。またラット大動脈内に刺入したカテーテルから造影剤を注入し、大腿動脈およびその分枝の造影が可能であることを確認した。次にラット大腿骨末梢1/3に骨欠損を作成し、下腿内側に形成された新生骨を栄養血管付きで剥離、挙上し、有茎組織移植として移動した。骨の固定が充分でなかったためか、まだ安定した骨癒合が起こることまでは確認できていないが移植骨は吸収されることなく長期間にわたって移植された部位に存在し続けることが確認された。
バイオインフォマティクス解析を用いた新規内因性血管新生抑制因子の同定

過去にエンドスタチンに特異的な血管新生抑制に関わる分子機構を発見し、その強力かつ広範囲な細胞内応答を「血管新生抑制シグナル」と命名したが、高感度real-time定量的PCR法にて数多くの物質の中から類似のシグナルを示すものを選択し、新規血管新生抑制因子を効率的にスクリーニングする方法を考案し、医薬品や合成ペプチドの中にも同様の作用を示すものが一定の頻度で存在すること、その一部は強力な抗腫瘍作用を示すことをこれまでに確認した。研究開始以前にすでに獲得し解析中であったペプチドライブラリーに加えて、新たにバイオインフォマティクス解析によって選択した新規生理活性候補ペプチド配列についてペプチド合成を行った。70%程度以上の純度のペプチドが合成できたものについては、これらが血管新生抑制シグナルを惹起するかどうかについてリアルタイムRT-PCRを用いてスクリーニングを行っている。すなわち、ヒト、ラットの各種培養血管内皮細胞を用いて、c-myc、c-fosなどの初期応答遺伝子、細胞遊走関連遺伝子、血管新生関連遺伝子の発現量に及ぼす作用を評価して、エンドスタチン型の血管新生阻害作用をきたす可能性を有する因子を選択している。こうしたスクリーニングにて得られた数多くの新規ペプチドをコードする遺伝子配列を用いて、ヒト主要臓器やヒト由来培養細胞系における発現を順次確認している。構造解析を詳細に行って得られたペプチド配列のうち何らかの生理活性が認められるペプチドはヒト組織においても発現している頻度が高く、これらの流れによって一定の頻度で新規生理活性候補ペプチドが効率よく選択できていると考えている。現在、選択されたペプチド性因子のなかに有用な物質がないかどうか、各種アッセイを行って検討中である。
大強度ミューオン源によるミューオン・レプトン・フレイバー非保存探索の新展開

本研究は、ミューオンのレプトン・フレイバー数を破るミューオン・電子転換過程の探索実験のための準備研究である。特に、その過程から発生する電子の運動量を正確に測定するための電子飛跡検出器を試作し、試験した。この電子飛跡検出器は、25ミクロン厚さのポリミド樹脂を陰極として、ストローの中心に陽極としてタングステン線を張ったものであり、ストロー・ガス・チェンバーと呼ばれている。ストローの軸方向の位置を決定するために、外側に銅ストライプの薄膜を置き、そこでの誘起電荷を読み出す。これを可能にするためには、ストローが導電性ではなく、ある電気抵抗を持つことが必要であり、抵抗のあるポリミド樹脂のストローの開発を行った。また、日本独自な技術で製作可能である一体型の継ぎ目無しのストローを世界で始めて使用し、真空中でも安定して動作するストロー・ガス・チェンバーを製作することができた。我々は30本のストローを組み立てて、その試作機を製作した。平成14年5月には、高エネルギー加速器研究機構(KEK)で、粒子ビームを使って性能評価をおこなった。試験の結果として、我々の目指す位置分解能が得られることがわかった。さらにストロー・ガス・チェンバーに加え、300マイクロンという極細のシンチレーティング・ファイバーを使った電子飛跡検出器の開発もおこなった。読み出し装置として、マルチアノード光電子増倍管を使用した。これも平成14年12月にKEKにおいてビームテストを行い、時間分解能や位置分解能を調べ、要求を満たす性能が得られることがわかった。以上により、ミューオン・電子転換過程を探索するために必要な電子飛跡検出器の作成にめどがたったと結論づけることができた。本研究は、ミューオン・レプトン・フレイバーを破るミューオン・電子転換過程を探索するための準備研究である。平成13年度では、その過程から発生する電子の運動量を測定するための電子飛跡検出器開発を行った。それは、極薄(25ミクロン)のストロー形状のポリミド樹脂を陰極とし、その中心に細いタングステン線を張ったストロー・ガス・チェンバーである。これまで、このストローはカプトン・フォイルをスパイラル状に巻いて接着していた。これでは、フォイルが重なった部分が厚くなって、必要とされる厚さの均一性が確保できない。そこで、我々は日本国内で一体型でストローを生成している会杜(I.S.T.社)を見つけ、その製品を使ってこのストロー・ガス・チェンバーができないかと研究開発を始めた。まず、ストロー軸方向の位置を決めるのに、横にカソード・ストライプを置き、これに誘起される電荷分布を測定する。このためには、ストローはある電気抵抗を持たねばならない。試作品を何枚か製作してもらい、その抵抗値とその一様性について測定した。その結果、我々の仕様を満たすものであることがわかり、プロトタイプの製作にかかった。また、ASDチップというLSIを用いて、その読み出し回路の製作をおこなった。平成14年度では、その過程から発生する電子の運動量を正確に測定するための電子飛跡検出器を、平成13年に引き続き、おこなった。

また、日本独自な技術で製作可能である一体型の継ぎ目無しのストローを世界で始めて使用し、真空中でも安定して動作するストロー・ガス・チェンバーを製作することができた。我々は30本のストローを組み立てて、その試作機を製作した。平成14年5月には、高エネルギー加速器研究機構(KEK)で、粒子ビームを使って性能評価をおこなった。試験の結果として、我々の目指す位置分解能が得られることがわかった。さらにストロー・ガス・チェンバーに加え、300マイクロンという極細のシンチレーティング・ファイバーを使った電子飛跡検出器の開発もおこなった。読み出し装置として、マルチアノード光電子増倍管を使用した。これも平成14年12月にKEKにおいてビームテストを行い、時間分解能や位置分解能を調べ、要求を満たす性能が得られることがわかった。
志賀毒素Bサブユニットの結合により誘導される細胞内刺激伝達の分子機構と作用の解明

志賀毒素(Stx)はO157株等の腸管出血性大腸菌(EHEC)が産生する主要な病原性因子で、RNA切断酵素活性を持つAサブユニットと標的細胞上の受容体Gb3に対する結合能を有するBサブユニットから構成される蛋白毒素である。Stxの細胞毒性の本態はAサブユニットの作用に起因した蛋白合成阻害であると考えられているが、最近、Bサブユニットを介する結合のみでも標的細胞に種々の変化がもたらされている可能性を示す知見が蓄積している。そこで、Stxの結合が標的細胞におよぼす作用について検討する目的で、毒素活性を欠く結合サブユニットのみの遺伝子組換え体(Stx1B)を作成し、腎癌由来細胞株ACHNを用いて、特に細胞接着、細胞骨格に着目して検討を行った。この結果、Stx1 Bの結合により、糖脂質豊富膜ドメインを介して一連の細胞内刺激伝達が誘導され、Ezrin、Paxillin等の細胞骨格の形成にかかわる蛋白のリン酸化が起こり、これに伴ってCD44、actin、tublin、vimentin、cytokeratin等の細胞内局在が変化して細胞骨格の再構成が誘導され、細胞接着性の低下や仮足形成といった細胞の形態変化が起こることが明らかになった。さらに、以上のような細胞変化に、Gb3/raftを介して誘導されるSrc型チロシンキナーゼ、PI3キナーゼ、Rhoキナーゼ等の活性化が関与することが示唆された。以上の結果は、Stxの持つ作用におけるB subの役割が単に毒素の標的細胞への吸着のみではなく、細胞内刺激伝達誘導によって積極的に細胞に変化をもたらし得ることを示している。しかし、このStx1 Bの結合よって誘導される細胞内刺激伝達、およびその結果生じる細胞の形態変化の生理的意義に関しては不明であり、現在この点に関して、特にそのEHEC感染による病態形成との関連に着目してさらに検討中である。
触媒化学とプラズマ工学融合による広帯域光利用型高機能触媒の創製

Heプラズマ照射によりW板表面に生成した樹枝状ナノ構造を酸化処理することによって,WO3/W複合材料を作製し,この材料が近赤外光照射下でメチレンブルー(MB)脱色反応を進行させることを見出した.MBが光触媒的に分解されていることを確認するために,この材料を入れたMB水溶液に近赤外光を照射しながらXANESを測定した.光照射によってMB分子のπ*(S-C)と*(S-C)結合に由来するピークが減少し,SO42ーに帰属されるピークが現れたことから,MB分子中のS-C結合が切れ,最終的にSO42ーになること,即ち,実際に光触媒反応によるMB分子の分解は進行していることを実証することができた直線型ダイバータプラズマ模擬試験装置NAGDIS-IIを用いて,板状タングステンにHeプラズマ(Heイオン)を照射し,照射後の材料を主にSEM, TEMを用いて観察した.プラズマ照射エネルギーや照射時間(照射量),材料表面温度の3つのパラメータを変化させながらタングステン表面に形成されるナノ構造を調べた結果,樹枝状ナノタングステン構造は,Heプラズマ照射エネルギーが80 eV程度(50130 eV),タングステン表面温度1300K以上,照射量1025/m2以上で形成することが分かった.一方,照射条件を変えるとタングステン表面に数ナノメートルの穴が開いたホール構造も生成することも明らかとなった.一方,Heプラズマの照射時間(照射量)によって,生成する樹枝状タングステンのサイズ(幅・長さ)がどのように変化するかを詳細に調べた.この構造変化は,光反射・吸収率の変化として敏感に現れると考え,Heプラズマ照射中に外部からレーザー光を導入し,タングステン材料の反射・吸収率変化をその場観測したり,照射後試料の拡散反射スペクトルを測定した.Heプラズマの照射と共に,紫外から近赤外領域における光反射率が単調に減少し,1025/m2以上照射すると,試料表面に長さ数マイクロメートル,幅数十ナノメートルの樹枝状構造が生成することが分かった.これら一連の実験により,樹枝状ナノタングステン生成過程を追跡・理解し,材料表面改質のための指針を得ることができた.一方,同様の実験をチタンに対しても行い,チタン表面にも樹枝状ナノ構造を生成させることに成功した.平成28年度に関しては,当初計画を立てた通りに順調に進展していると言える.プラズマ照射によるタングステン樹枝状構造の形成については,Heプラズマ照射中に外部からレーザー光を導入し,タングステン材料の反射・吸収率変化をその場観測したことにより,照射後の試料観察をするまでに,樹枝状構造の形成有無について大まかに判断できたところが功を奏したと思われる.また,研究計画に即して,研究準備や環境を順調に整えているため,現在のところ計画通りに遂行できたと判断する.Heプラズマ照射によりW板表面に幅数十ナノメートル,長さ数マイクロナノメートルの樹枝状ナノ構造体を形成させることに成功した.TEM観察より,W表面に数nmの酸化膜が覆っている部分と金属がむき出しになっている部分があり,ナノ構造体内部にはHeバブルが存在していることも確認できた.この樹枝状ナノ構造を酸化処理することによって,比表面積の大きなWO3/W複合ナノ材料を作製した.この材料の表面構造・組成や光学特性を調べ,光触媒としての活性を評価した結果,紫外近赤外の広帯域光を吸収し,メチレンブルー(MB)脱色反応を進行させることを見出した.また反応速度は,WO3とWの界面の割合が多い試料ほど大きいことも分かった.しかし,この脱色はMB分子の材料への吸着によっても起こるため,反応前後のMB水溶液に対して,MB分子中に含まれる硫黄を対象としたXANES測定を行った.反応前のMB水溶液のXANESスペクトルでは,MB分子に含まれるS-C結合に由来するπ*(S-C)とσ*(S-C)の吸収ピークが観察された.光触媒反応後のMB水溶液のスペクトルでは,これらのピークが減少し,σ*(S-O)のピークが明確になった.また,試料表面のS K-edge XANESスペクトルにもσ*(S-O)のピークが存在することから,MB分子の試料への吸着は,分子中の硫黄が水もしくはWO3由来の酸素と結合することで起こり,その後分子中のS-C結合が切れ,S-O結合を保ったまま脱離している事が示唆された.さらにスペクトルにSO42ーに帰属されるピークが観測されていることから,MB分子中の硫黄の化学状態は最終的にSO42ーになることが明らかとなった.このように,実際に光触媒反応によるMB分子の分解は進行していることを実証することができた.Heプラズマ照射によりW板表面に生成した樹枝状ナノ構造を酸化処理することによって,WO3/W複合材料を作製し,この材料が近赤外光照射下でメチレンブルー(MB)脱色反応を進行させることを見出した.MBが光触媒的に分解されていることを確認するために,この材料を入れたMB水溶液に近赤外光を照射しながらXANESを測定した.光照射によってMB分子のπ*(S-C)と*(S-C)結合に由来するピークが減少し,SO42ーに帰属されるピークが現れたことから,MB分子中のS-C結合が切れ,最終的にSO42ーになること,即ち,実際に光触媒反応によるMB分子の分解は進行していることを実証することができた平成28年度の研究において得られた知見を基に,板状タングステンにHeプラズマを照射し,試料表面に樹枝状ナノ構造を形成させる.

照射後の試料について表面酸化処理を行うことによってナノ構造WO3とWとの界面を有するWO3/W試料を作製する.この際の表面酸化処理は大気中で保持することによる処理,加熱酸化処理,酸化・還元剤を用いた処理など各種行い,WO3とWの割合を様々に変えた試料を作製する.作製した試料を用いて紫外近赤外光照射下で水分解による水素生成反応や有機物分解反応を行う.各触媒の分解活性を比較し,触媒表面の局所構造や酸化処理条件が光触媒活性に及ぼす影響について明らかにする.特に有機物分解反応については色素などの分解反応を計画しており,色素分子の試料表面への吸着と実際の分解とを区別することが重要となる.そのため,反応中の有機物分解プロセスをXAFS測定によって追跡し,反応メカニズムも解明することによって光触媒的に分解反応が進行していることを確認する.触媒化学
ペリオドンタルメディシンの機序解明-歯周感染に対する肝細胞応答を中心に

歯周組織炎症が末梢のインスリン抵抗性を高め、動脈硬化病変を進行させるまでに増幅される機序として肝臓における炎症反応の惹起が中心的役割を果たすとの仮説を設け、以下の点を明らかにした。1.歯周病細菌に対する抗体価高値糖尿病群(感染群)では総コレステロール値、LDL-コレステロール値が抗体値低値糖尿病群に比べ有意に高いことを明らかにした。2. LPSの直接作用により培養肝細胞のHMG-CoA還元酵素遺伝子発現は影響を受けなかったが、LPS作用でマクロファージから産生される濃度域のIL-6,TNF-αで遺伝子発現が増強することを明らかにした。すなわち、炎症存在下でコレステロール合成が促進される可能性を示した。3. IL-6の供給源を脂肪細胞にもとめ、マクロファージとの共培養系を確立し、細胞をLPS刺激した際の脂肪細胞からのIL-6およびMCP-1の産生性が著明に亢進することを明らかにした。4.また、高血糖に晒されたマクロファージはLPS刺激によりMAP kinaseの1種であるJNKの活性化を介してTNF-αやMCP-1を過剰に産生することを明らかにした。以上から、歯周感染により活性化を受けたマクロファージが脂肪組織に集積し、脂肪細胞との相互作用により多量のIL-6やMCP-1を産生し、MCP-1はマクロファージのさらなる脂肪組織への集積を促進すること、一方IL-6は門脈を介して肝臓に流入し、肝臓における炎症惹起のkey mediatorとなり得ることを明らかにした。糖尿病患者は高頻度に虚血性心疾患を発症することが知られている。2型糖尿病患者において歯周病感染が肝臓からのコレステロール合成に及ぼす影響を検討するために、歯周病細菌に対する血清IgG抗体価と血中脂質マーカーとの関連性を検討した。その結果、歯周病菌Porphyromonas gingivalisに対する血清IgG抗体価は血清総コレステロールならびにLDL-コレステロールと有意に相関することを明らかにした。一方、HDL-コレステロールや中性脂肪との関連性は認められなかった。この関連性を機序の面から検討するため、歯周病菌由来LPSやLPSによって単球系細胞から産生される炎症性サイトカインによって、肝細胞におけるコレステロール合成の律速酵素であるHMG-CoA還元酵素の遺伝子発現が影響を受けるかどうかを検討した。その結果、歯周病菌P.gingivalis由来LPSやE.Coli LPSでHMG-CoA還元酵素の遺伝子発現は影響を受けないものの、これらLPSによって誘導される濃度域のインターロイキン-6(IL-6)によってHMG-CoA還元酵素の遺伝子発現が上昇することを明らかにした。申請者らの以前の研究から歯周病感染によって炎症マーカーCRPの血中濃度が上昇すること、歯周治療によってCRP値が低下することが明らかとなっている。CRPはIL-6刺激によって肝細胞から産生されることが知られている。すなわち、歯周病感染によって上昇したIL-6が肝臓においてCRP産生を亢進するとともに、コレステロール合成を促進する可能性を示した。また、これにより歯周炎症が動脈硬化進行促進因子となることを明らかにした。歯周病が、軽微な慢性炎症として動脈硬化の増悪因子として働く可能性が指摘されている。歯周感染は虚血性心疾患の予知因子である高感度CRP値を上昇させる。しかしながら局所の感染症である歯周病が如何なる機序で肝細胞が産生するCRPを上昇させるのかについては不明な点が多い。そこで、細菌LPSがマクロファージを活性化し、さらに脂肪細胞からの炎症性サイトカイン産生を促進するとの仮説を立て、マクロファージ・脂肪細胞共培養系を確立し、その系にLPSを作用させた場合のアディポサイトカイン産生性を検討した。マウスマクロファージ由来細胞株RAW264.7とマウス由来前駆脂肪細胞株3T3-L1を使用し、3T3-L1を通法に従って分化誘導させた。

分化3T3-L1およびRAW264.7を、トランズウェルシステムで共培養し、両細胞をE.coli LPSで刺激した。それぞれの細胞を単独で培養したものも同様にLPSで刺激した。培養上清中のIL-6,TNF-α量を測定した。また、抗TNF-α中和抗体がIL-6産生性に及ぼす影響も調べた。3T3-L1とRAWの共培養系にLPSを添加することで、培地中のIL-6濃度が相乗的に増加した。IL-6はLPS刺激のみの脂肪細胞からも産生されたことから、主な産生細胞は脂肪細胞と考えられた。TNF-αについては、共培養することによる大きな変化は見られず、LPS刺激でRAW細胞からの産生が亢進したことから主な産生細胞はマクロファージと考えられた。抗TNF-α中和抗体の添加でIL-6産生が部分的に抑制された。LPSに代表される感染抗原に晒されたマクロファージがTNF-α等の液性因子を介して脂肪細胞を活性化し、脂肪細胞からのIL-6産生を促進することが示された。これにより産生されたIL-6は門脈を介して肝臓に集積し、肝細胞からのCRP産生に関与することを明らかにした。重度歯周炎症によって急性炎症マーカーであるC-反応蛋白値(CRP)が上昇することが知られている。CRPは炎症性サイトカインインターロイキン-6(IL-6)刺激で肝細胞が産生する急性期蛋白として知られる。そこで歯周炎症によって活性化され脂肪組織に集積したマクロファージと脂肪細胞との相互作用によって産生されたIL-6が門脈経由で肝臓に流入し、肝臓からのCRP産生に関与するとの仮説を設け以下の実験を行った。1.脂肪細胞とマクロファージの共培養系を確立した。2.同細胞培養系をLPS刺激した際のアディポサイトカイン産生性を検討したところ、脂肪細胞からのIL-6とMCP-1産生性が著しく亢進した。3.抗TNF-α中和抗体の添加によってIL-6産生が抑制されたことから、IL-6の産生亢進には々クロファージ由来TNF-αが関与することを明らかにした。4.リコンビナントTNF-αとLPSを脂肪細胞に作用させた際のIL-6の産生性は共培養で見られた場合の約30%であった。以上から、局所の感染症である歯周病がシステミックな炎症反応を惹起する機序として脂肪細胞-マクロファージ相互作用による炎症反応の増幅が関与することが明らかとなった。IL-6は肝細胞からのCRP産生に、MCP-1はマクロファージの脂肪組織への集積をより促進することで炎症反応をさらに亢進させ、これらが歯周炎症によるインスリン抵抗性惹起作用の一翼を担っているものと考えられた。
日本のイノベーション・システム:「全国イノベーション調査」データに基づく実証分析

平成17年度も,「全国イノベーション調査」のデータを用いて,日本のイノベーション・システムの特徴に関する分析を行った.まず,広範な国際比較より,日本ではイノベーション活動が相対的に少数の企業によって担われていることが確認された.連携の点では,イノベーション実現企業においては,とくに鉱工業の大規模企業で,大学等との協力が強く専門的な知識も重要視していることが見いだされた.他方,会社数として大きな割合を占めるイノベーション非実現企業においては,イノベーション実現企業とは異なり主としてコスト低減等が目指されてはいるものの,組織変化や経営戦略の実施といった非技術的側面での変化をよく行っていることが日本の特徴であることが窺われた.そして,組織イノベーションも広義のプロセス・イノベーションとみなすという立場をとるとすれば,20年ほど前の既存研究で指摘された特徴について,国全体としては,相変わらず"プロセス・イノベーション指向"であることが示唆された.なお,この調査の質問項目には多様な変数が含まれていることから,個票データを用いたイノベーション・システムに関する分析を,今後もさらに深めていくこととしている.また,日本のイノベーション・システムに関する理解を深めるために,企業の状況と並行して,研究集約大学における,研究からイノベーションにかかる現状について,機関別の研究資金や特許等に関するデータを用いて整理した.そして,日本の研究集約大学は,企業との共同研究や技術移転,スタートアップなど,産学連携活動の点でも大きな割合を占めているとともに,特許公開までの期間から公報データからはまだ明確ではないものの,近年の知的財産政策の展開や国立大学法人化に伴う制度の変革ともあいまって,規模がより拡大している状況が示された.また,現状分析から示唆される政策および運営上の留意点についても議論した.日本の民間企業におけるイノベーション活動に関する初の統計調査である「全国イノベーション調査」の結果が,『全国イノベーション調査統計報告』として2004年12月にようやく公表となった.そこで,16年度は,まずこの集計情報から,日本のイノベーション・システムの特徴についてEUに関するデータとの比較から,また,イノベーションのための情報源の利用と専有可能性における1990年代における変化について本領域における先駆的研究による結果との対比から,マクロ・レベルで明確化を図った.イノベーションの実現ならびに活動実施の状況については,日本はEUと比較して相対的に少数の企業によって担われており,とくに中規模企業における当該企業数の比率が少ないということが見いだされた.他方,イノベーション実現企業のみならず非実現企業においても,非技術的な変化である戦略・経営・組織上の変化を多く伴い,これらにかなり依拠して事業が行われていることが示された.プロダクト・コスト低減戦略や市場拡大・市場占有率向上戦略の実施,効率化を目的とした業務プロセスの組み替えならびに組織における機能部門・職能の内部化が相対的に高い比率を示していることは,広く日本企業全体の特徴として指摘されていることと符合する.また,大規模企業における情報源の利用についての変化については,より自社内の各部門の情報が利用されるようになっており,イノベーションの源泉となるシーズ(技術)側もニーズ(需要)側でも,社外からの情報を直接の契機とするというよりも,社外とは社内の各々の機能において対応する部門が情報を集積しており,それらの部門を通じてプロジェクトの進行にあわせて活用しているという変化が生じていることが伺えた.専有可能性については,市場に先行するよりも,プロダクトやプロセスに関する技術・知識を秘匿する傾向が強まったことが示唆された.平成17年度も,「全国イノベーション調査」のデータを用いて,日本のイノベーション・システムの特徴に関する分析を行った.まず,広範な国際比較より,日本ではイノベーション活動が相対的に少数の企業によって担われていることが確認された.連携の点では,イノベーション実現企業においては,とくに鉱工業の大規模企業で,大学等との協力が強く専門的な知識も重要視していることが見いだされた.他方,会社数として大きな割合を占めるイノベーション非実現企業においては,イノベーション実現企業とは異なり主としてコスト低減等が目指されてはいるものの,組織変化や経営戦略の実施といった非技術的側面での変化をよく行っていることが日本の特徴であることが窺われた.そして,組織イノベーションも広義のプロセス・イノベーションとみなすという立場をとるとすれば,20年ほど前の既存研究で指摘された特徴について,国全体としては,相変わらず"プロセス・イノベーション指向"であることが示唆された.なお,この調査の質問項目には多様な変数が含まれていることから,個票データを用いたイノベーション・システムに関する分析を,今後もさらに深めていくこととしている.また,日本のイノベーション・システムに関する理解を深めるために,企業の状況と並行して,研究集約大学における,研究からイノベーションにかかる現状について,機関別の研究資金や特許等に関するデータを用いて整理した.そして,日本の研究集約大学は,企業との共同研究や技術移転,スタートアップなど,産学連携活動の点でも大きな割合を占めているとともに,特許公開までの期間から公報データからはまだ明確ではないものの,近年の知的財産政策の展開や国立大学法人化に伴う制度の変革ともあいまって,規模がより拡大している状況が示された.また,現状分析から示唆される政策および運営上の留意点についても議論した.
精巣分化過程におけるRNAを介した転移因子の増幅機構

ウナギのゲノムライブラリーより,ウナギ全DNAを鋳型とした試験管内転写反応により調整したプローブを用いて,SINE(short interspersed element:短い散在性の反復配列)を含むクローンを単離した.幾つものクローンを塩基配列決定したところ,二種類のSINEユニット(転移する単位)配列の存在が明らかになった。それらのうち一つの3′側配列は,すでに当研究室で報告されている論文中で,ウナギのLINE(long interspersed element)様配列として記載されているものと塩基配列を共有していた.その論文中では3′末端配列を共有することでSINEがLINEの逆転写酵素を流用できるようになったという仮説を提唱しているが,今回単離したSINEとLINEの組み合わせは,ウナギ精細胞の各発生段階での発現パターンが解析できるため,その仮説を証明することが可能であると考えた.そのため次に,保存された逆転写酵素をもつLINE配列を単離することを試みた.まず3′末端配列からカセットPCR法を用いて5′方向へ共通配列を伸長していく方法を試みた.また多くの逆転写酵素に共通なモチーフを用いてプライマーを設計し,ウナギゲノムよりPCRによって増幅して塩基配列を決定し,3′方向へウォーキングを試みた.両者とも徐々にではあるが進行中である.これと同時に決定された配列を含む遺伝子座をゲノムライブラリーより単離することも試みている.LINEの配列が決定され次第,その逆転写酵素がSINEを鋳型にできるかの実験と,ウナギ精細胞の各発生段階における発現パターンを解析する予定である.ウナギのゲノムライブラリーより,ウナギ全DNAを鋳型とした試験管内転写反応により調整したプローブを用いて,SINE(short interspersed element:短い散在性の反復配列)を含むクローンを単離した.幾つものクローンを塩基配列決定したところ,二種類のSINEユニット(転移する単位)配列の存在が明らかになった。それらのうち一つの3′側配列は,すでに当研究室で報告されている論文中で,ウナギのLINE(long interspersed element)様配列として記載されているものと塩基配列を共有していた.その論文中では3′末端配列を共有することでSINEがLINEの逆転写酵素を流用できるようになったという仮説を提唱しているが,今回単離したSINEとLINEの組み合わせは,ウナギ精細胞の各発生段階での発現パターンが解析できるため,その仮説を証明することが可能であると考えた.そのため次に,保存された逆転写酵素をもつLINE配列を単離することを試みた.まず3′末端配列からカセットPCR法を用いて5′方向へ共通配列を伸長していく方法を試みた.また多くの逆転写酵素に共通なモチーフを用いてプライマーを設計し,ウナギゲノムよりPCRによって増幅して塩基配列を決定し,3′方向へウォーキングを試みた.両者とも徐々にではあるが進行中である.これと同時に決定された配列を含む遺伝子座をゲノムライブラリーより単離することも試みている.LINEの配列が決定され次第,その逆転写酵素がSINEを鋳型にできるかの実験と,ウナギ精細胞の各発生段階における発現パターンを解析する予定である.
乳酸菌のロイテリン産生経路における分子機構の解明

Lactobacillusreuteri JCM 1112^Tの全ゲノム情報から抗菌物質であるロイテリン(reuterin)産生能、すなわちグリセロール代謝系のpdu(propandiol utilization)オペロンを有していた。ロイテリンは広い抗菌スペクトルを示すことから、腸内細菌叢のバランス改善や腸管感染症防御においてL.reuteriのロイテリン産生能は重要な性質と考えられている。ロイテリンは主に、glycerol dehydratase(GD:EC.4.2.1.30)と1,3-propanediol dehydrogenase(PD:EC.1.1.1.202)が関与する反応系の中間物質3-hydroxypropionaldhydeを指す。本研究ではL.reuteri JCM 1112^Tにおけるロイテリン産生系路の分子機構の解明を目的として、本菌株の全ゲノム解析データからロイテリン産生に関与する遺伝子群を検索し、機能予測、パスウェイ解析および比較ゲノム解析を行った。pduオペロンを構築する全遺伝子のDNA配列とアミノ酸配列を推測し、そのGD遺伝子をコードしていると考えられる配列をクローニングした。そして、GD活性を測定し、lg菌体タンパク量当り250Uの活性を確認した。他の菌株のゲノムに対し同プライマーでPCRしたところ、構成遺伝子の並びの違うものが確認され、DNA配列が異なりPCR断片が増幅されてこないものがあった。L.reuteri JCM 1112^Tには、アデノシルコバラミン合成系であるcob/cbiが存在した。グリセロール代謝に重要なGDを含むpduオペロン、PD遺伝子およびcob/cbi遺伝子群は共にori付近に存在していた。これは、これらの遺伝子が、L.reuteri JCM 1112^Tにおいて重要であることを示唆するものである。Lactobacillus reuteri JCM 1112^Tの全ゲノム情報から抗菌物質であるロイテリン(reuterin)産生能、すなわちグリセロール代謝系のpdu(propandiol utilization)オペロンを有していた。本研究ではL.reuteri JCM1112^Tの全ゲノム解析データからロイテリン産生に関与するpropanediol utilization(pdu)clusterを検出した。L.reuteriのpdu clusterには、dha regulonではみられないpolyhedral organelles形成に関与する遺伝子群が存在していた。本菌ではL.collinoidesとL.brevisでは保存されているNADH:flavin oxidoreductase/NADH oxidasefamilyのドメイン構造を有する構造遺伝子が欠損していた。また、1,3-propanediol dehydrogenaseが発現している際、細胞内の酸化還元バランスを保つためにglycerol dehydrogenaseが利用されていると推察できる。Glycerol dehydrogenaseと1,3-propanediol dehydrogenaseが別の制御系によって調節されており、ロイテリンが多量に産生されていた。アデノシルコバラミン(AdoCbl)生合成に関与する構造遺伝子群を本菌のpdu cluster下流で検出し、L.reuteriで特徴的だったのは、他の細菌のcob/cbi clusterでは、異なるゲノム上の離れた位置に存在しているhemABCL、cobACDおよびcysG遺伝子が、本菌においてはcob/cbi cluster内に位置していた。これにより、L.reuteriはL-グルタミン酸からAdoCblまでの生合成に関与するほぼすべての酵素を1転写単位で転写することが可能となり、他の細菌よりも効率的にAdoCblを生合成し、細胞外にコバラミンが存在しない場合でもロイテリン産生が可能であると考えられる。乳酸菌でのAdoCbl生合成に関与する一連の遺伝子群の検出は本研究が初めてである。Lactobacillus reuteriは、一般にグリセロールからglycerol dehydratase(GD)によってロイテリンを産生する。GD遺伝子検出特異的プラーマーとしてforward

primer GD1: 5'-AARGAYAAHCCIGTICARATHGCIGC-3'、reverseprimer GD2: 5'-CCAIGGIGTRTCICCRTCIGTRAAIAC-3'を用い、L.reuteri 6菌株(JCM1112^T、JCM1081、JCM2762、ATCC53608、AFR2およびAFR154)に対してGD遺伝子の検出を行った。その結果、JCM1112^T、JCM1081、ATCC53608、AFR2およびAFR154の5菌株にGD遺伝子特異的なPCR断片の増幅が確認された。全ゲノム解析が完了しているJCM1112^Tの配列では、ロイテリン合成酵素とその活性化因子がオペロン(pduCDEGH)になっていた。そのDNA配列からforwardprimer pduCDE/F: 5'-CACCATGAAACGTCAAAAACGATT-3'、reverse primer pduCDEGH/R: 5'-ATTAAATCACCTGTTTGCCATTTCC-3'を構築した。このプライマーにより、JCM1112^TのpduCDEGH遺伝子をクローニングしロイテリン合成酵素活性を測定したところ、1g菌体タンパク量当り250Uの活性を確認した。他の菌株のゲノムに対し同プライマーでPCRしたところ、構成遺伝子の並びの違うものが確認され、DNA配列が異なりPCR断片が増幅されてこないものがあった。JCM1112^Tには、アデノシルコバラミン合成系であるcob/cbiが存在した。グリセロール代謝に重要なGDを含むpduオペロン、1,3-propanediol dehydrogenase遺伝子およびcob/cbi遺伝子群は共にori付近に存在していた。これは、これらの遺伝子が、L. reuteri JCM1112^Tにおいて重要であることを示唆するものである。