hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラット視神経挫滅モデルにおける塩酸ロメリジンの神経保護効果

また、H.E染色による組織切片を用いて、視神経挫滅後の網膜各層(内網状層、内顆粒層および外顆粒層)の構造的変化が認められるか否かについても検討した。いずれの層においても対照眼と比較し、統計学的有意な変化は認められなかった。眼科領域において様々な神経変性疾患(緑内障や網膜色素変性症など)が存在し、そのいずれもが確固たる治療方法が確立されていない。今回用いた視神経挫滅モデルは、Secondary degeneration(二次的変性)を今後分子生物学的あるいは種々の薬効評価をするのに有効なモデルであると考えられた。そこで我々は、この視神経挫滅モデルを用いて塩酸ロメリジンの神経保護効果を検討した。方法は、塩酸ロメリジン10 or 30mg/kgの量を1日2回の割合で経口摂取にて4週間投与し、同様の手段にて網膜神経節細胞および網膜内層の変化について検討した。網膜神経節細胞死は、塩酸ロメリジン10mg/kg or 30mg/kgの両群ともに約10%程度に抑えられた。両群間に有意差はなかったものの、両群ともコントロール群に対し有意に網膜神経節細胞が保護された。塩酸ロメリジンは、二次的変性を来たす視神経疾患の障害を軽減することから、将来の新しい視神経変性疾患の治療薬としてその可能性が示唆された。
急性冠症候群発症における流体力学的研究

急性冠症候群(ACS)は突然死を来す重篤な疾患である。治療技術の向上によりACSを発症した患者の予後は改善したが、厳重な動脈硬化のリスク管理にも関わらず、急性冠症候群を発症する患者は増加している。冠動脈疾患のスクリーニングとして、冠動脈CT(CCTA)や心筋SPECT、心臓MRI(CMR)といった様々なImaging modalityが用いられるが、ACSは冠動脈の狭窄度に起因せず、プラークの破綻から発症する。そのため現在行われているスクリーニング検査ではACSの発症を予測することは困難とされる。冠動脈に及ぶ動脈硬化性プラークの進展・破綻には、血管内超音波(IVUS)や光干渉断層法(OCT)などカテーテルを用いた侵襲的方法による検討により冠動脈壁に加わる圧力とされる血管ずり応力(wall shear stress: WSS)の関与が示唆されている。そのため、WSSはACSを引き起こす因子として注目されている。近年、冠動脈CTを用いた数値流体解析(Computed Fluid Dynamics: CFD)により、非侵襲的に冠動脈内における流体力学を評価することが可能となり、冠血流予備能比(FFR)やWSSの計測が可能となった。本研究の目的は、冠動脈CTにおける形態学的評価、プラーク性状評価に加え、FFRによる生理学的評価、WSSによる血行力学的評価を組み合わせたMulti-functionalな観点から、急性冠症候群発症の関連因子を同定し、リスク層別化を行うことである。2012年以降に冠動脈CTを施行され、冠動脈CT検査施行後に急性冠症候群を発症した症例を対象として症例選択を行った。当院において、2008年12月より320列CT装置が導入されていたことから、対象症例の期間を延長して、症例数を拡大しているためやや遅れ気味で進んでいる。当該研究における対象症例は、現時点で当初予定していた30例以上の対象症例が収集できている。次年度は、CFD解析を委託する企業と解析方法につき協議を行い、解析が可能な症例を選定した後、解析の依頼を行っていく。解析に際し、除外された症例などにより予定していた症例数に達しない場合は今年度に引き続き、カテーテルデータベースから対象となる症例を収集し、症例数の拡大を行っていく。次年度の受託解析費用に使用するため。
国際機関を通じた環境協力と健康評価高度化を目的とする多試料同時分析システムの開発

技術的成果としては、生きた試料・液体試料を分析可能な分析法である「大気PIXE」において、初めて正確な定量分析法を開発、また学術研究を主に行う「真空PIXE」と「大気PIXE」を同時に効率良く行う新しい方法が開発された。国際協力として、アジア住民の有害元素暴露評価のために数千の試料分析を行い、また海外の多くの国際機関において講演・議論を行い、有害元素広域的汚染問題解決のための国際協力ネットワークを確立した。平成19年度においては、先ず大気PIXEのための物理量の測定・計算が行われ、真空PIXEと同等の精度での定量分析が可能となった(国際誌に掲載済)。次に、4検出器(真空PIXEのためのSi(Li)2台・Ge1台と、大気PIXEのためのSi(Li)1台)を同時に用いたデータ収集システムが整備され、真空・大気同時分析システムのためのハードウェアが整えられた。さらに、同時分析のためのビーム輸送システムの改良が行われ、最適な測定条件を与える輸送パラメータが確立された。同時分析時における真空、大気それぞれの測定条件が検討され、それぞれ単独測定の際の条件と同等の条件が得られることが確認できた。また、種々の標準試料を用いて、同時分析時における定量精度・感度が単独分析と同等であることが確認された。続いて真空PIXEにおいて確立されている「毛髪試料に対する無標準・無調製法」が大気PIXEに対しても確立され、同時分析開発の報告とともに、2編の論文として国際誌に投稿された。血清・尿など、他の試料に関しても、「大気PIXEにおける無調製。無標準法」の開発が進められている。このように真空・大気同時分析の方法論、システムが全て整えられ、一部の環境試料の測定が本システムにより開始されている。CCOP(東・東南アジア地球科学計画調整委員会)から委託された試料の分析もすでに開始され、モンゴル、フィリピン、インドにおける小規模金鉱山従事者の、有害重金属曝露評価が行われている。当施設においては、年間1万試料の割合で国内共同利用研究に関わる分析が行われ、国際環境協力のためのマシンタイムをとる事が困難だったが、本採択研究により、マシンタイムの問題がほぼ解決され、国際環境協力を行う環境が整備された。平成19年度において、真空・大気同時分析のためのX線計測用電子機器が整備され、また大気PIXEにおける定量分析法が開発され、真空・大気同時分析の基盤が整えられた。平成20年度には、実使用に耐えうる真空・大気同時分析法が確立され(次頁文献1)、その精度・測定効率の検証が行われ、最適なビーム輸送条件が検討された。その結果、実際の共同利用分析に同分析システムが応用可能となった。さらに大気PIXEにおける毛髪試料に対する無標準法が新たに開発され(次頁文献2)、アジア地域における有害元素汚染地域住民の毛髪分析が、大気PIXEにおいても可能となり、マシンタイム不足の問題がほぼ解消された。現在同システムを用いて、ナノ粒子発生源として注目を集めているエンジンオイル試料に対する無標準定量分析法等の開発が行われている。有害元素暴露健康影響の地域的・鉱物学的解釈に関しては、アジア数カ国の汚染地域住民の毛髪、さらに小規模金鉱山における土壌・水・植物などの試料を採取しその分析を進めた結果、健康影響への因果関係や有害元素暴露のメカニズムが明らかにされつつある。また人民の健康評価に関しては、ヒゲ・毛髪試料を用いた経日的体内元素濃度変化の評価法が確立され、食物・飲料摂取との因果関係を明らかにする強力な方法として応用が期待される。分担者村尾がCCOP(東・東南アジア地球科学計画調整委員会)のバンコク駐在員となり、同機関との協力関係がさらに緊密なものとなった。平成20年11月にはバンコクで行われた「CCOP-CASM Asia-Pacific FAO Colloquium on PIXE」において世良が特別講演を行い、有害元素広域的汚染解決に向けての共通認識を深め、特に食料汚染問題に対する具体的対策立案の方向性が確認された。また試料取集や、成果の人民への還元に必要なネットワーク確立に関しても、具体的成果があげられた。
地震動増幅特性の評価のための，地盤-地下構造物群の3次元連成応答解析手法の開発

地下構造物群の周りでは地震時に複雑な波動場が生じ,地表において局所的な地震動増幅が発生する可能性がある.本研究ではこのような増幅特性の評価のため,地盤-地下構造物群の詳細な3次元連成解析を行うための技術開発を行った.ここでは,デジタル都市データから地盤と地下構造物群の大規模3D有限要素モデルを高速・並列・ロバストに自動構築する方法,及び,京コンピュータ全系において高い性能の出る有限要素法プログラムを開発した.地下構造物群の周りでは地震時に複雑な波動場が生じ,地表において局所的な地震動増幅が生じる可能性がある.このような増幅特性の評価には,地盤-地下構造物群の詳細な3次元連成解析を使うことが合理的である.従来の研究では,詳細3Dモデルの作成と大規模計算が課題となり,都市スケールの詳細3D地盤-地下構造物群の連成解析は達成できていない.そこで本研究では,デジタル都市データから地盤と地下構造物群の高詳細3Dモデルを自動構築する手法,及び,地震応答解析の高性能計算手法を開発し,京コンピュータ等を使った連成地震応答解析を行う.本研究により,地下構造物による地震動の増幅特性を定量的に分析できるようになり,地上構造物の耐震設計の安全性・合理性の向上につながる可能性がある.当該年度は上記研究計画のうち,地盤と地下構造物群の高詳細3Dモデルの自動構築手法の開発を進めた.ここでは,対象領域のうち物性境界の近くでは細かいoctreeで,物性が均質な部分では荒いoctreeで空間を区切った上で,それぞれのoctreeを四面体に分割することで性質の良いメッシュを生成する.各octree毎に並列でメッシュが生成可能であるため,大規模メッシュをロバスト・高速に生成できる方法となっている.モデル化手法の検証のため,複雑形状を持つ発電所形状モデルに適用し,26億自由度の四面体二次要素有限要素メッシュを作成した.このメッシュの品質確認のため,京コンピュータ2304ノードを使った地震応答解析を実施し,複雑形状をもつ地盤-発電所構造物系の連成地震応答解析に利用できることを確認した.地下街の幾何形状は発電所に比べて単純であるため,上記の手法を地下街に適用することで100億自由度級の地盤-地下構造物群の連成モデル生成が可能と期待できる.京の計算リソース(平成28年度HPCIシステム利用研究課題募集における「京」若手人材育成利用枠)を獲得しており,また,地下街の形状データの入手目途もついているため,来年度の研究計画である実際の地下街の大規模適用計算も予定通り実施できると考えている.地下構造物群の周りでは地震時に複雑な波動場が生じ,地表において局所的な地震動増幅が生じる可能性がある.このような増幅特性の評価には,地盤-地下構造物群の詳細な3次元連成解析を使うことが合理的である.従来の研究では,詳細3Dモデルの作成と大規模計算が課題となり,都市スケールの詳細3D地盤-地下構造物群の連成解析は達成できていない.そこで本研究では,デジタル都市データから地盤と地下構造物群の高詳細3Dモデルを自動構築する手法,及び,地震応答解析の高性能計算手法を開発し,京コンピュータ等を使った連成地震応答解析を行う.本研究により,地下構造物による地震動の増幅特性を定量的に分析できるようになり,地上構造物の耐震設計の安全性・合理性の向上につながる可能性がある.当該年度は上記研究計画のうち,地盤-地下構造物群の高詳細3Dモデルの自動構築手法の高速化を実施すると共に,高速解析のためのソルバーを開発した.開発したモデル自動構築プログラムを共有メモリ計算機の64コアで実行することで,四面体二次要素11,321,249,889個(49,064,764,344自由度)からなる複雑構造メッシュを17時間22分で全自動で生成できるようになった.また,開発した通信削減型ILU前処理ソルバーの実行性能は,82,944計算ノードからなる京コンピュータ全系で10.1% (1.07PFLOPS)を達成した.これにより,有限要素解析の大幅な高速化が可能となり,高性能計算技術の世界最高峰の国際会議SC16で最優秀ポスター賞を受賞した.最後に,開発したモデル生成手法と高速解析手法を使った実在都市の地震応答解析を実施した.地下構造物群の周りでは地震時に複雑な波動場が生じ,地表において局所的な地震動増幅が発生する可能性がある.本研究ではこのような増幅特性の評価のため,地盤-地下構造物群の詳細な3次元連成解析を行うための技術開発を行った.ここでは,デジタル都市データから地盤と地下構造物群の大規模3D有限要素モデルを高速・並列・ロバストに自動構築する方法,及び,京コンピュータ全系において高い性能の出る有限要素法プログラムを開発した.来年度は,実際の地下街の大規模適用例計算を行うことを計画している.この問題の高精度・高速計算の実現のため,以下の2点を進める計画である.1)高速・並列モデル生成手法の形状補正:当該年度に開発した高速モデル生成手法は,入力幾何形状に対して部分的に形状近似が含まれる方法となっている.来年度は,形状近似を減らしながらも,高速・ロバストにモデル生成が可能な方法を開発する計画である.2)地盤-

地下構造物系の連成地震応答解析に適した高性能計算手法の開発:2015年度に実施した地盤-発電所構造物系の地震応答解析では,本研究課題開始前に地盤の地震応答解析を念頭に開発した地震応答解析手法を使っている.汎用の有限要素法のため,地盤-地下構造物系の連成地震応答問題の解析が可能であるものの,地盤単体の問題と収束特性が異なる本問題に対して計算効率の面で最適とはなっていない.そこで来年度は,地盤-地下構造物系の連成地震応答解析問題に適した高速解析アルゴリズムを開発し,解析規模を拡大する計画である.計算地震工学当該年度に行った大規模試行解析において出力したデータサイズが当初想定していたより少なかったため,当該年度に購入する予定であった大容量ファイルサーバの購入を来年度(2016年度)に延期した.2016年度のなるべく早い時期に大容量ファイルサーバを購入する.
住民参加型自殺予防対策の効果に関する実証的検証研究

平成30年度は秋田県内17市町村、岩手県釜石保健所管内、山形県最上保健所管内の市町村の自殺対策に取り組むボランティア1000人を対象にアンケート調査を実施した。518人から回答を得た(回収率51.8%)。ボランティアの11.8%が利用者の自殺を(利用者に限定しないと53.5%で23%が家族親戚)、5.6%が自殺未遂を、そして21.2%が希死念慮の訴えを経験していた。また54.4%が自殺した人のことを、25.5%が自殺をするのではないかと思う人のことを話し合っていた。さらに16.1%が自分たちの活動が地域の自殺を減らすことに役立っていると、45.8%がどちらかといえば役立っていると評価していた。自殺を避ける態度は、地域の人よりも少ないと認識していて、相談先や支援制度についても多くの人が知識を持っていた。これらの結果には地域差もあり、秋田県中央地区で活動しているボランティアは、自殺・自殺未遂した人とのかかわりが多く、秋田県南地区ではうつ病の人や希死念慮を訴える人とのかかわりが多かった。これらの結果からボランティア養成においては、自殺対策を意識するかどうかが活動に大きく影響し、希死念慮への対応方法に関する内容が不可欠であると考えられた。これらの結果からボランティア(ゲートキーパー)養成講座用のスライドを作成し、秋田県が開催した研修会に提供した。地域での連携については、保健師(22.4%)や地域包括ケアセンター(19.3%)、社会福祉協議会(18.3%)が多く、保健師との連携が最もうまくいっていると評価されていた(71.4%)。一方で保健師を対象としてフォーカスグループインタビューでは、保健師はボランティアにできるだけ自立して活動することを希望していた。住民ボランティアは地域の自殺に深くかかっていく可能性を有しているが、保健師など行政の専門職との連携が効果的であることが確認された。1.A県内のボランティア(メンタルヘルスサポーター)養成の実態過去10年に行われた養成講座の受講者の実態について確認した(県庁担当課協力)。その結果、(市町村合併後の)平成16-26年度までに4,129人(延べ人数)が受講していた。2市町は独自に実施していなかったが、保健所で開催した養成講座に参加しており、県内全ての自治体で養成されていることが確認された。2.ボランティアの取り組み自殺予防活動をしている2団体に所属しているボランティア35名を対象に、活動の実態(研修への参加を含む)とゲートキーパー自己効力感尺度(Gatekeeper self-efficacy scale, GKSES)を実施した。その結果69.7%が6年以上、24.2%が11年以上の活動歴があり、初期に養成されたボランティアが長期間にわたって活動していることが確認された。相談については60.0%が相談を受けたことがあり、その内容は「健康問題」「家庭問題」「経済・生活問題」と自殺の要因とされている内容と一致していた。37.1%が所属する自治体の保健センター(保健師)と連携しており、養成講座から保健師とのつながりが継続していた。A県では自殺率が現象しており、ボランティアは自分たちの活動の成果を実感していた。これらの結果はGKSESにも反映されていた。またメンタルヘルスサポーターを対象としたフォローアップ研修会参加者185名を対象とした調査では53.3%が活動を通して「死にたい」という訴えを受けとめていただが、その内45.8%はその後相談していなかったことがわかった。これらの結果を参考に、調査内容を検討した。平成27年度中に実施予定であった調査が、倫理審査の関係で調査が28年度にずれ込んだが、28年度に予定していたケース研究についても調査と一緒に実施する。調査依頼を通して市町村担当保健師との情報交換が進み、平成28年度実施予定の質的調査のデータを先に得ることができた。1)H28年度にA県で開催した養成講座に参加したボランティアを対象に活動状況等について調査を行った(415名、回収率70.1%)。23.1%が「現在関わりたいと思う心配な人がいる」と回答していた。またゲートキーパーに期待される「気づき」「声かけ」「つなぎ」について、困難を感じるのは10%未満で、30%前後は積極的に役割を果たしたいと考えていた。心配な人の有無と役割に対する困難度の関連では、心配な人がいない群の方が役割に積極的な傾向がみられた。実際に心配な人がいる人が援助行動できるように支援する必要性が明らかになった。2)サロン活動などに参加しているボランティアを対象に活動状況等について調査を行った(141名、回収率72.3%)。39.7%が身近に自殺した人がいたと、33.3%が「死にたい」と訴えられたことがあったと回答していた。死にたいと訴えられたことの有無とボランティアとしてのスキルの自己評価との関連では、訴えられたことがある群の方がスキルがあると自己評価する傾向にあった。ボランティアでも希死念慮を受け止める経験を通して自信を持てるようになることが示唆された。3)保健所(2カ所)、市町村(4カ所)の保健師を対象とした自殺対策の状況、とくにボランティアの役割についてのヒアリングを行った。ボランティアが運営しているサロン活動については、つながることで心配な人が安定することを感じていた。一方で現在起きている自殺について、新たな役割を期待する意見もあった。

4)若年層の自殺対策について、引きこもりの人を支援しているボランティアのヒアリングを行った。居場所づくりについては、自殺対策と引きこもり対策が連携することが効果的な支援につながるという意見があった。A県で新たに取り組んだボランティア養成の評価に取り組んだことから、当初予定していた地域間の特徴についての研究をH29年度に実施することにしたため。研究1:メンタルヘルスサポーターや傾聴ボランティアとして地域でサロン活動を展開しているボランティアが自殺対策に果たしている役割の検討を引き続き実施した。2017年7月に県内で活動しているメンタルヘルスサポーターを対象とした研修会を開催し、県全体と各市町村の自殺の状況について資料を配付し現状を確認した。過去1年間の活動状況と地域の現状に関する情報を収集した結果、身近に自殺者がいた人は全体の2割程度で、地域の自殺が減少したと感じているボランティアが多く、地域の自殺者数の動向を実感していた。このことは今後自殺者数が減少するという予想にもつながっていた。別の調査では自殺対策に関わる際には継続的な研修の必要性を感じており、ボランティア支援としての研修の場を提供することが重要であることがわかった。研究2:2つの自治体において、過去3年間の自殺者について住民がどのように関わっていたと思われるか、また当該自殺を予防するためにどんな対策が考えられたかを保健師を対象にしたグループインタビュー形式で情報を収集した。その結果地域で孤立していたケースは少なく、自殺に至るような生活上の問題は顕在化していないケースが多かった。しかし健康上の問題を抱え医療機関を利用していることが多かったことから、住民ボランティアとして病気を抱えている人への対応が今後必要とされる活動だと考えられた。住民ボランティアのサロン活動は身体的には健康だが悩みを抱えている人が利用することが多いが、自殺者の背景から身体的な病気を抱え通院している人が利用できるサロンの必要性が示唆された。研究対象地域でゲートキーパー養成講座が始まり、その参加者の背景についての分析などを行ったことで、調査票の作成に時間がかかり調査時期が遅くなった。また調査を予定していた地域の一部で自然災害が発生したため、調査を延期した。そのため年度内に調査を実施することができなかった。平成30年度は秋田県内17市町村、岩手県釜石保健所管内、山形県最上保健所管内の市町村の自殺対策に取り組むボランティア1000人を対象にアンケート調査を実施した。518人から回答を得た(回収率51.8%)。ボランティアの11.8%が利用者の自殺を(利用者に限定しないと53.5%で23%が家族親戚)、5.6%が自殺未遂を、そして21.2%が希死念慮の訴えを経験していた。また54.4%が自殺した人のことを、25.5%が自殺をするのではないかと思う人のことを話し合っていた。さらに16.1%が自分たちの活動が地域の自殺を減らすことに役立っていると、45.8%がどちらかといえば役立っていると評価していた。自殺を避ける態度は、地域の人よりも少ないと認識していて、相談先や支援制度についても多くの人が知識を持っていた。これらの結果には地域差もあり、秋田県中央地区で活動しているボランティアは、自殺・自殺未遂した人とのかかわりが多く、秋田県南地区ではうつ病の人や希死念慮を訴える人とのかかわりが多かった。
活性化シグナルと免疫制御異常

本研究ではB細胞抗原受容体(BCR)からのシグナルによるB細胞活性化の負の制御、特に未熟B細胞ではBCR刺激によるアポトーシスの分子機構について解析を行った。未熟B細胞WEHI231細胞ではBCRシグナルによりアポトーシスが誘導される。その際、新規のタンパクの合成が必須であり、そのタンパクがミトコンドリアを標的とすることを見いだした。この新規タンパクのcDNAを単離し、iWH37と名付けた。iWH37はアポトーシスの際にミトコンドリアに局在し、VDAC, Bakと結合する。iWH37をCos7細胞に強発現すると、ミトコンドリアにiWH37が局在した場合は細胞死が誘導された。WEHI231細胞ではiWH37はBCR刺激により誘導される。iWH37cDNAをWEHI231細胞に一時的に発現させるとミトコンドリア膜電位の低下が誘導される。これらの結果から、iWH37は未熟B細胞の細胞死に関与する新規分子と考えられた。BCR刺激したWEHI231細胞の細胞抽出物を抗iWH37抗体で免疫沈降し、その沈降物を電気泳動して抗リン酸化チロシン抗体でブロットすると80kDa,20-25kDaのリン酸化タンパクがiWH37に結合して沈降してくることがわかった。現在これらの性状について解析中である。また、SHP-1を介するBリンパ球活性化の負の制御機構について解明した。BCR単独ではSHP-1を活性化できず、抑制性共受容体の存在下でBCR架橋がおこることによりはじめてSHP-1の活性化がおこった。さらに、SHP-1はIga/Igbそのものやシグナル分子SykやBLNK/SLP-65のリン酸化を負に制御したが、Lynは制御しなかった。Bリンパ球においてSHP-1は抑制性共受容体により活性化され、BCRそのものやその近傍のシグナル分子のリン酸化を負に制御することによりBリンパ球の活性化を負に制御することが明らかとなった。さらに、IgGとIgMのキメラを用いた検討から、IgGの細胞内領域がCD22のリン酸化を阻害することが明らかとなった。以上から、IgGの細胞内領域がCD22によるシグナル阻害を解除し、その結果、IgG-BCRはIgM-BCRやIgD-BCRに比べ効率よくシグナルを伝達し、IgG陽性細胞の効率よい活性化と効率よいIgGの産生がおこると考えられた。これまで、免疫グロブリンのクラス特異的なBCRシグナル制御の存在は知られていなかったが、今回の結果でその存在がはじめて明らかとなった。B細胞抗原受容体からのシグナルは種々の補助受容体からのシグナルによって正負の制御を受けている。本研究では特に負の制御の機構について解析を行った。B細胞共受容体CD22はSHP-1フォスファターゼを活性化することによりB細胞抗原受容体シグナルを負に制御することが示されている。しかし、SHP-1欠損マウスがB細胞の過剰活性化と自己抗体産生を伴う激しい自己免疫疾患を呈するのに比べ、CD22欠損マウスは軽いB細胞の活性化亢進を認めるのみである。我々はCD72分子がCD22同様にSHP-1の活性化に関与するITIMを持ち、実際にSHP-1と会合することを明らかにした。CD72を発現しないB細胞株K46にCD72ベクターを導入してCD72トランスフェクタントでは抗原受容体架橋によるERKの活性化とカルシウム流入が有意に低下しており、CD72がB細胞抗原受容体を介するシグナルを負に制御することが明らかとなった。B1細胞上にはCD5が発現されており、負の制御に関わっている。CD5にもITIMが存在し、SHP-1が会合する。さらに我々は、B1細胞上にLy49受容体の発現を見出し、Ly49からのシグナルがB1細胞活性化に負の制御を行っていること、SHP-1が会合することを見つけた。これらの結果から、B2細胞では、FcγRIIB,CD22,CD72,B1細胞ではCD22,CD72,CD5,Ly49などの負の制御を行う補助受容体が機能し、ともにSHP-1が会合することにより、脱リン酸化反応によりB細胞の過剰活性化や自己免疫の発症を制御していることが強く示唆された。さらに、重要なことは、いずれの場合もLynキナーゼの活性がSHP-1のリクルートメントに必須であることを明らかにしたことである。活性化したSHP-1がB細胞抗原受容体の成分Igα/IgβやSyk,、BLINK/SLP-65など抗原受容体またはその近傍の分子を脱リン酸化することを明らかにした。LynキナーゼおよびSHP-1がこれらの分子を標的とすることにより抗原受容体シグナルを負に制御することが強く示唆された。本研究ではB細胞抗原受容体(BCR)からのシグナルによるB細胞活性化の負の制御の分子機構について解析を行った。(1)未熟B細胞ではBCR刺激によりアポトーシスが生じる。

iWH37をCos7細胞に強発現すると、ミトコンドリアにiWH37が局在した場合は細胞死が誘導される。WEHI231細胞では、iWH37はBCR刺激により誘導されることから、未熟B細胞の細胞死に関与する新規分子と考えられる。(2)SHP-1を介するBリンパ球活性化の負の制御機構を明らかにする目的で、IgM-BCRを発現するマウスミエローマ細胞J558Lμm3にCD22、CD72などの抑制性共受容体、SHP-1のドミナントネガティブフォームのcDNAを導入した。BCR単独ではSHP-1を活性化できず、抑制性共受容体の存在下でBCR架橋がおこることによりはじめてSHP-1の活性化がおこった。さらに、SHP-1はIgα/Igβそのものやシグナル分子SykやBLNK/SLP-65のリン酸化を負に制御したが、Lynは制御しなかった。Bリンパ球においてSHP-1は抑制性共受容体により活性化され、BCRそのものやその近傍のシグナル分子のリン酸化を負に制御することによりBリンパ球の活性化を負に制御することが明らかとなった。次いでSHP-1活性化が異なるか検討した。Bリンパ球株K46にIgM, IgD, IgGのアイソタイプのBCRを導入したところ、これらすべてのアイソタイプのBCR架橋によってCD72のリン酸化とCD72とSHP-1の会合がおこり、IgM, IgD, IgGのどのアイソタイプによってもSHP-1の活性化がおこることが明らかとなった。本研究ではB細胞抗原受容体(BCR)からのシグナルによるB細胞活性化の負の制御、特に未熟B細胞ではBCR刺激によるアポトーシスの分子機構について解析を行った。未熟B細胞WEHI231細胞ではBCRシグナルによりアポトーシスが誘導される。その際、新規のタンパクの合成が必須であり、そのタンパクがミトコンドリアを標的とすることを見いだした。この新規タンパクのcDNAを単離し、iWH37と名付けた。iWH37はアポトーシスの際にミトコンドリアに局在し、VDAC, Bakと結合する。iWH37をCos7細胞に強発現すると、ミトコンドリアにiWH37が局在した場合は細胞死が誘導された。WEHI231細胞ではiWH37はBCR刺激により誘導される。iWH37cDNAをWEHI231細胞に一時的に発現させるとミトコンドリア膜電位の低下が誘導される。これらの結果から、iWH37は未熟B細胞の細胞死に関与する新規分子と考えられた。BCR刺激したWEHI231細胞の細胞抽出物を抗iWH37抗体で免疫沈降し、その沈降物を電気泳動して抗リン酸化チロシン抗体でブロットすると80kDa,20-25kDaのリン酸化タンパクがiWH37に結合して沈降してくることがわかった。現在これらの性状について解析中である。また、SHP-1を介するBリンパ球活性化の負の制御機構について解明した。さらに、SHP-1はIga/Igbそのものやシグナル分子SykやBLNK/SLP-65のリン酸化を負に制御したが、Lynは制御しなかった。
分子生物学的手法を用いたγ-アミノ酪酸生成乳酸菌の検出方法の開発

昨年度に発酵食品から分離した乳酸菌のうち、なれずしから分離した3株がLactobacillus plantarumと簡易同定され、同じ属・種でありながら、γ-アミノ酪酸(GABA)生成能に違いが見られた。そこで、理化学研究所からL.plantarum標準株7株を購入し、グルタミン酸含有培地にて嫌気培養を行い、培地中に生成したγ-アミノ酪酸(GABA)量を、高速液体クロマトグラフィー(逆相イオンペアクロマトグラフィー/ポストカラム誘導体化法)にて測定を行い、GABA生成能の有無を確認したところ、GABA生成株、非生成株、わずかに生成する株の3つに分類された。この10株を用い、昨年度、設計したプライマーを用いて、グルタミン酸脱炭酸酵素関連遺伝子であるgadBを増幅させ、塩基配列の違いについて検討を行った。その結果、GABA生成能と塩基配列との間に相関はなく、10株のgadB遺伝子はほとんど同じ配列であることが明らかとなった。よって、L.plantarum関しては、gadB遺伝子の配列を利用したGABA生成菌の検索は困難であることが明らかとなった。GABAの生成についてはgadB遺伝子以外にもgadCおよびgadR遺伝子の関与が報告されており、これらの違いについても検討する必要がある。また、昨年度、設計したプライマーを用いて、L.plantarumの他にもStaphlococcus pasteuriおよびLactobacillus brevisのgadB遺伝子を増幅させることができたので、今後は、この株についてGABA生成能との関連を検討していく予定である。今年度は、なれずし、漬物などの伝統的な発酵食品を分離源とし、乳酸菌分離培地であるGYP平板培地を用いて、乳酸菌の分離を行った。その結果、96株の乳酸菌を分離することができた。この分離乳酸菌および申請者保有の保存の乳酸菌について、グルタミン酸含有培地にて嫌気培養を行い、培地中に生成したγ-アミノ酪酸(GABA)量を、高速液体クロマトグラフィー(逆相イオンペアクロマトグラフィー/ポストカラム誘導体化法)にて測定を行い、GABA生成能の有無を確認した。その結果、数種類の乳酸菌がGABAを生成することが明らかとなった。GABAの生成量は菌株によって、かなり差があり、その中でも、水産系発酵食品から分離された3株のGABA生成能が高かった。そこで、この3株について、小サブユニットribosomal RNA遺伝子断片を遺伝子増幅装置により増幅し、塩基配列を分析し、遺伝情報データベースによるホモロジー検索により、同定を行った。その結果、1株がEnterococcus属、2株がLactobacillus属の同種の乳酸菌であると同定された。Enterococcus属の乳酸菌についてはこれまでGABA生成能を有すると報告されてきた菌とは異なる属種の乳酸菌であった。次年度は、さらにGABA生成乳酸菌の検索を行うとともに、同種のGABA生成菌と非生成菌の塩基配列の違いについて分析を行う予定である。昨年度に引き続き、発酵食品を分離源とし、乳酸菌分離培地であるMRS平板培地を用いて、乳酸菌の分離を行った。その結果、新たに48株の乳酸菌を分離することができた。この分離乳酸菌について、グルタミン酸含有培地にて嫌気培養を行い、培地中に生成したγ-アミノ酪酸(GABA)量を、高速液体クロマトグラフィー(逆相イオンペアクロマトグラフィー/ポストカラム誘導体化法)にて測定を行い、GABA生成能の有無を確認した。このうち、いくつかの菌株については、昨年度の分離菌株と同定度のGABA生成能が見られたので、これらの菌株については、相同性検索による簡易同定のため、16srRNA遺伝子配列を現在解析中である。また、昨年度分離したGABA生成乳酸菌4株について、野村が報告しているLactococcus lactisのGABA生成に関与する酵素GADの遺伝子配列を元に設計されたプライマーを用いて、PCRにより増幅を試みた。その結果、L lactisと同条件の55°Cのアニーリングでは、増幅は見られなかった。そこで、4265°C間の12種の温度を設定し、PCRを行ったが、やはり増幅は見られなかった。異属・異種の乳酸菌の場合、GADの塩基配列がかなり異なることが推測され、次年度はいくつかの属のGADを増幅できる新たなプライマーの設計を行う予定である。

GABAの生成についてはgadB遺伝子以外にもgadCおよびgadR遺伝子の関与が報告されており、これらの違いについても検討する必要がある。また、昨年度、設計したプライマーを用いて、L.plantarumの他にもStaphlococcus pasteuriおよびLactobacillus brevisのgadB遺伝子を増幅させることができたので、今後は、この株についてGABA生成能との関連を検討していく予定である。
胎生期大動脈由来Sca-1陽性細胞の腎内皮障害に対する有用性

マウス胎児背側大動脈由来Sca-1陽性細胞(EASCA1C)が,腎糸球体内皮修復に関与するかどうかの検討を行った。コラゲナーゼ処理背側大動脈初代培養後,胎児大動脈由来Sca-1陽性細胞を分離抽出した。EASCA1Cの内皮細胞への分化条件を,in vitroで検討したが,内皮細胞への分化は観察できなかった。なお,マウス摘出背側大動脈3次元培養下の萌芽血管新生における,TGF-βの役割についても検討した。低酸素下,VEGF添加にて,コラーゲンゲル3次元培養下での管腔形成が促進し,TGF-βで阻害されることがわかった。なお,EASCA1Cの血管形成における役割についても検討した。低酸素下,VEGF添加にて,細胞遊走および,コラーゲンゲル3次元培養下での管腔形成が促進し,TGF-βで阻害されることがわかった。TGF-βがEASCA1Cの形態的分化に関わっていることが示唆された。胎児期において,血管系の構築とその形態維持は,腎などの器官形成に不可欠である。一方, TGF-βは血管新生に対し,促進・抑制両方の調節作用を担うことが報告されているが, TGF-βの胎児血管萌芽時期における機能は十分に明らかにされてない。そこでマウス胎児背側大動脈のコラーゲンゲル3次元培養系にてTGF-βの形態的影響と,その機能について検討した。摘出背側大動脈を筒状に裁断し,コラーゲンゲルに包埋し,低酸素(5%), VEGF存在下に培養すると,新生血管の萌芽が観察される。ここにTGF-β1を添加すると,濃度依存性に新生血管数が減少した。TGF-β1の中和抗体, ALK5阻害薬にて部分的ながらTGF-β1の影響は相殺された。TGF-β2, TGF-β3, ActivinAでも同様に,新生血管数が減少したが, BMP-2では新生血管数には変化がなかった。siRNAによるALK1, ALK5の遺伝子ノックダウンした後,摘出背側大動脈にvEGFとTGF-β1を添加したところ, TGF-β1の作用はALK5のノックダウンにてより強く,相殺された。われわれはこれまで,低酸素下後腎培養液中にVEGFが分泌され,同培養液にて摘出背側大動脈か照血管萌芽が促進されることを報告している。非萌芽背側大動脈ではTGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, ActivinA遺伝子の発現が認められ,腎などの臓器由来のVEGFによる余剰的血管萌芽に対し,背側大動脈内因性TGF-βが抑制的に作用していると考えられた。
大気圧低温プラズマによる骨折治療

プラズマによる骨表面化学構造変化においては、微細な変化を生じていた。プラズマ処理骨の骨細胞に対する効果においては、各条件下で骨芽細胞系培養細胞数に有意差を認めなかった。プラズマ処理骨の骨癒合に対する効果においては、非処理骨釘に比べ酸素プラズマ処理骨釘が良好な骨癒合と高い固定強度を獲得していた。1.プラズマによる骨表面化学構造変化黒毛和牛長幹骨から骨片を採取し、表面にプラズマ発生装置にてプラズマ照射を行った。プラズマ照射後の骨片表面にX線を照射し、生じる光電子のエネルギーを測定し、サンプルの構成元素とその電子状態を分析しているが、現在プラズマ照射の至適条件の検討中である。2.プラズマ処理骨の骨細胞に対する効果黒毛和牛大腿骨から骨片を採取し、表面にプラズマ発生装置にてプラズマ照射を行った。プラズマ処理した骨板上で、骨芽細胞系培養細胞MT3T3-E1を2x10^6/dish濃度で培養し、培養後1週の骨片上の細胞をアクリジンオレンジで染色して形態を観察し、骨芽細胞形質の発現や石灰化を検索しているが、骨芽細胞系培養細胞の付着しやすい骨片へのプラズマ照射の至適条件の検討中である。3.プラズマ処理骨の骨癒合に対する効果黒毛和牛長幹骨から骨片を採取し、精密に作製できる工作機械(誤差0.5μm;MTS4、ナノ社、東京)で、直径3mm、長さ20mmの骨釘を作製し、表面にプラズマ照射を行った。本照射条件は、アドテック社製大気圧下プラズマ発生装置を用いて、電力150w、He流量3L/min、ガスO_2で行った。静脈麻酔下に日本白色家兎(17羽)大腿骨顆部を展開して、これに骨孔を作製してプラズマ処理骨釘(12羽)を挿入し、術後1週と2週にと殺して、骨移植部をマイクロCT、インストロン引っ張り試験器による引き抜き強度、組織学的変化を比較した。コントロール群はプラズマ処理を行わなかったものとした(5羽)。マイクロCTではプラズマ群の新生骨梁は有意に増加していた。固定強度においては術直後には両群間に有意差を認めなかったが、術後2週ではプラズマ群のほうが有意に高かった。組織学的評価では、破断は新生骨梁と骨釘の間では生じておらず、新生骨梁ほぼ中央でおきていた。1.プラズマによる骨表面化学構造変化黒毛和牛長幹骨から骨板を作製し(10x10x3mm)、その表面を平滑に処理しプラズマ照射を行った。プラズマ条件を気圧下(1分),電力100w,起動ガス(Ar)1slm,反応ガス(O_2)0.1slmで照射後、X線光電子分光法で表面性状を評価したところ、微細な変化を生じていることを確認できた。2.プラズマ処理骨の骨細胞に対する効果上記の如く骨板に骨孔を作製しプラズマ照射を行った。プラズマ条件は大気圧下(1,30,60分),電力150w,起動ガス(He)3slmとし、反応ガスに酸素と窒素(各2slm)の2種を用いた。プラズマ処理した骨板上で、骨芽細胞系培養細胞MT3T3-E1を1x10^6/dish濃度で培養し、培養後4週の骨片上の骨芽細胞数をアクリジンオレンジで染色して観察したところ、プラズマ照射時間、反応ガスの種類の間に有意差を認めなかったものの酸素、窒素共に30分、60分で細胞数が多い傾向にあった。3.プラズマ処理骨の骨癒合に対する効果黒毛和牛長幹骨から骨釘を作製(直径3mm,長さ20mm)し、オートクレープ滅菌後プラズマ照射を行った。条件は大気圧下(30分),電力150w,起動ガス(He)1slm,反応ガスに酸素と窒素(各2slm)および反応ガスなしの3群とした。非処理骨釘を対象群とし日本白色家兎の大腿骨顆部へ移植した。術後10日で屠殺しマイクロCTによる骨癒合評価の後、固定強度を測定した。非処理骨釘に比べ酸素プラズマ処理骨釘が良好な骨癒合と高い固定強度を獲得していることを確認した。骨癒合に対し促進効果を与える可能性があると考える。
組織再編取引における利害調整のあり方と取締役の責任

本研究は、米国法を比較対象として、わが国の組織再編法制全体に係る法的規整の在り方について検討するものである。とりわけ、本研究では組織再編の場面における取締役の義務について、過去の米国判例から歴史的な変遷を踏まえて再検討し、今日の議論に至るまでの潮流・背景を探りつつ、わが国の法制度への示唆を得ることを企図するものである。
炎症とがん:転写因子NF-κBによる抗アポトーシス機構と発がん促進作用

NF-κBは発がんとがんの進展に重要な役割を演じる転写因子である。我々はその主要なサブユニットであるp65(RelA)と結合する因子の包括的遺伝子スクリーニングを酵母two-hybrid screening法を用いて同定し、これらのNF-κBの生物機能の分子論的解析を進めた。その結果、今年度はp65の転写活性化ドメインに結合する因子として新たに転写コレプレッサー蛋白AES/TLE(Groucho related genes)とFUS/TLSを同定した。FUS/TLSはAES/TLEによる転写抑制を解除し、また逆にAES/TLEはFUS/TLSによるNF-κBによる転写の活性化を抑えた。FUS/TLSはTAFII蛋白のひとつと考えられており転写基本因子TFIIDの一部を構成することから、AES/TLEによるコレプレッサー作用はNF-κBの転写活性化に関わる特定のTFIIDのリクルートを排除するためと考えられた。また、p65中央部分に結合する因子として同定した53BP2のアポトーシス誘導作用とそのがん細胞株での発現の意義を明らかにし、NF-κBのアポトーシス抑制機構には遺伝子発現を必要としない経路があることを確かめた。今回我々が明らかにしたNF-κB相互作用因子の同定によるNF-κBの生物機能の解明はがん治療の標的をよりピンポイントするために有用と考えられた。今後は、NF-κBを中心とする相互作用因子の同定をさらに進めるとともに、これらの分子間相互作用の全体像を解明していき、NF-κBによる発がんとがん進展のメカニズムとその弱点を明らかにし、新たながん治療開発の基礎を確立したいと考えている。
三次元直線運動、三次元回転運動の6軸を同時に測定しうる振戦解析装置の開発

振戦を客観的に測定しようとする試みは、光学系、ストレンゲージ、加速度測定機(accrerometer)などを使用して、現在までに様々なものが試みられたが、これらの方法は、主に一方向の直線成分のみしか測定出来ないため、実際の振戦の様に、三次元的な、しかも回転要素も加わるものには対応しきれず、他方、測定に煩雑な手順を必要としたために、実際の臨床場面で使用されることは少なかった。本研究において、我々は、回転要素をも含めた振戦運動を6軸(X,Y,Zの三次元直線運動,及びazimuth,elevation,rollの3次元回転運動)同時に、簡便にかつ十分な精度で解析し得る装置の開発を行った。平成8年度にデータの解析法の開発および改善を行い、平成9年度に解析結果の表示法の改善および正常値の決定を行った。開発された振戦解析装置は、3 space isotrack及びパーソナル・コンピューターを使用し、16秒間で512点のサンプル価採取を行い、上記6軸の振戦運動の振幅、および角度変化を検出するもので、プログラム言語の変更、DOSファイルへのコンパイルなどによって、機器立ち上げ時間、解析、表示時間は、当初の1/20となり、一般臨床家にとって、十分使用に耐えうる速さとなった。また、フィルタを使用することにより、螺旋描画時の振戦をも検出できるものとなった。平成9年度には、振戦解析装置による解析結果にフーリエ解析を加え、さらに振戦のベクトル表示を試みた。正常値は、directional square mean;0.0531【plus-minus】0.0539cm,rotational square mean;0.1930【plus-minus】0.2027度であった。これにより、パーキンソン氏病の淡蒼球手術効果の解析が行われ、手術により、振戦が統計的に有意に改善するものの、正常値には到らないことが明らと振戦を客観的に測定しようとする試みは、光学系、ストレンゲージ、加速度測定機(accrerometer)などを使用して、現在までに様々なものが試みられたが、これらの方法は、主に一方向の直線成分のみしか測定出来ないため、実際の振戦の様に、三次元的な、しかも回転要素も加わるものには対応しきれず、他方、測定に煩雑な手順を必要としたために、実際の臨床場面で使用されることは少なかった。これにより、パーキンソン氏病の淡蒼球手術効果の解析が行われ、手術により、振戦が統計的に有意に改善するものの、正常値には到らないことが明らと本研究の最終的な目標は、3 space isotrack及びパーソナル・コンピューターを使用して、一般臨床医の使用に耐える簡便、迅速かつ正確な振戦解析装置を開発することである。平成8年度の研究計画として、1)角速度表示の精密化、2)プログラム言語の変更による解析、表示速度のスピード・アップ、3)ら旋描画など、運動負荷時の振戦解析法の確立、を挙げた。1)は、我々の試作機で、角度変化の精度が低い点を改良することを目的としていたが、角度変化のみならず、直線成分の変化についても、解析後に最小単位を変更して各々表示できるように改良した。2)は、プログラム言語にBASICを用いたため、試作機では、機器立ち挙げ時間、解析、表示に要する時間が長かった欠点を改善することを目的とした。プログラム言語をBASICからQBASICに変更し、さらにDOSファイルにコンパイルすることで各々の待機時間は1/20に短縮し、一般臨床医にとって使用に耐えうる速度となった。3)では、運動負荷時の振戦解析の簡便化を目的とした。当初のアイディアは、負荷された運動を一方の3 space isotrackにて検出しておき、振戦+運動を検出した他方のデータから除算して振戦のみのデータを得る、という物であった。しかしながら、試行錯誤の結果、負荷された運動のみをフィルタを用いずに検出することは不可能あることが判明した。いずれフィルタを用いるのであれば、あらかじめフィルタにより消去できる範囲に運動負荷を限定し、3 space isotrackを一つのみ使用して振戦+運動の検出を行い、フィルタにより運動要素を消去した方が、煩雑でなく、データにartifactが混入する危険性も低い。以上より、フィルタを用いた運動解析法に変更し、生データ採取後、使用するフィルタを選択出来るようにプログラムを改良した。

振戦を客観的に測定しようとする試みは、光学系、ストレンゲージ、加速度測定機(accererometer)などを使用して、現在までに様々なものが試みられたが、これらの方法は、主に一方向の直線成分のみしか測定出来ないため、実際の振戦の様に、三次元的な、しかも回転要素も加わるものには対応しきれず、他方、測定に煩雑な手順を必要としたために、実際の臨床場面で使用されることは少なかった。本研究において、我々は、回転要素をも含めた振戦運動を6軸(X,Y,Zの三次元直線運動,及びazimuth,elevation,rollの3次元回転運動)同時に、簡便にかつ十分な精度で解析し得る装置の開発を行った。平成8年度にデータの解析法の開発および改善を行い、平成9年度に解析結果の表示法の改善および正常値の決定を行った。開発された振戦解析装置は、3 space isotrack及びパーソナル・コンピューターを使用し、16秒間で512点のサンプル価採取を行い、上記6軸の振戦運動の振幅、および角度変化を検出するもので、プログラム言語の変更、DOSファイルへのコンパイルなどによって、機器立ち上げ時間、解析、表示時間は、当初の1/20となり、一般臨床家にとって、十分使用に耐えうる速さとなった。また、フィルタを使用することにより、螺旋描画時の振戦をも検出できるものとなった。平成9年度には、振戦解析装置による解析結果にフーリエ解析を加え、さらに振戦のベクトル表示を試みた。正常値は、directional square mean;0.0531±0.0539cm,rotational square mean;0.1930±0.2027度であった。これにより、パーキンソン氏病の淡蒼球手術効果の解析が行われ、手術により、振戦が統計的に有意に改善するものの、正常値には到らないことが明かとなった。
ウナギの精子形成開始の分子機構:生殖腺刺激ホルモンによるΔ^5-3β-HSDの活性化

脊椎動物の精子形成の調節機構を明らかにする上で、ウナギは、唯一、in vitro系で精子形成を完全に再現できる動物である。私たちの研究室では、この系を用いて、生殖腺刺激ホルモン(GTH)により精子形成誘起ホルモンである11-ketotestosterone(11-KT)の産生が起こり、精子形成が開始することを明らかにしてきた。申請者は、この過程で、ステロイド代謝酵素である3β-HSDの活性化によって、11-KTの著しい産生が引き起こされることを、ステロイド代謝実験によって、明らかにしてきた。本研究では、このGTHによる11-KTの産生を誘起する3β-HSDの活性化の分子機構を解明することを目的として行われた。その結果、1)ウナギの3β-HSD cDNAをプローブとして、ノーザン解析を行ったところ、GTH投与後、3日で、発現量の増大が認められた。2)cDNAの配列から予想されるアミノ酸配列を基に、二種類のオリゴペプチドを作製し、これを抗原として、ポリクローナル抗体を作製した。これらを用いて、ウェスタン解析を行った結果、0日でも、3β-HSD蛋白の存在が認められるが、GTH投与後、1、3日で著しい増加が認められた。3)上述の抗体を用いて、免疫組織化学を行ったところ、ウナギの精巣組織では、間質部位に存在する電顕的にステロイド産生細胞と確認されるライディヒ細胞が、特異的に免疫染色された。また、今回得られた抗体は、ウナギ以外の魚類(ニジマス・ティラピア・ベラ等)、マウス・ウサギ・ニワトリ・アフリカツメガエルにおいても、交叉が、ウェスタン・免疫組織化学レベルで認められた。以上のことから、ウナギの精子形成誘起ホルモンである11-KTの産生は、精巣内の3β-HSDの転写・翻訳の促進によって引き起こされることが、明らかとなった。
耐熱合金の高温水蒸気酸化機構と高温エネルギー変換の高効率化

本研究では,耐熱合金の耐腐食性を著しく低下させる高温水蒸気酸化について、その機構を水蒸気酸化に関わる素過程に注目して実験的に明らかにした.水蒸気含有雰囲気では、水蒸気から解離した水素が合金内部に溶解し、内部酸化物/合金界面に吸着する。界面における酸素の輸送が増大し、内部酸化が促進されるため、保護性酸化皮膜が形成しにくくなる。他方、本研究では、鉄系やクロム系酸化皮膜中の水素透過能を測定した。金属と酸化皮膜で水素透過能と厚さの積をそれぞれに比較することで、高温酸化に及ぼす透過水素の影響を定量的に評価できることを明らかにした。(1)内部酸化/外部酸化の遷移に及ぼす水素の影響フェライト系Fe-Cr合金を用いた内部酸化実験を,水素の存在下/非存在下において700°Cで行い,内部酸化層中の酸素の拡散に及ぼす水素の影饗を調べた。その結果、合金中に溶解し水素は内部酸化物/母相金属の界面における酸素の輸送を促進することを明らかにした。(2)外部酸化膜の形成に必要な合金元素濃度に及ぼす水蒸気の影響種々の濃度のフェライト系Fe-Cr合金を用いて,内部酸化/外部酸化の遷移に関する実験を、700°C、乾燥および湿潤雰囲気で行った。この際、新たに開発した酸化中の試料表面の酸素ポテンシャルを連続的に測定手法を応用し、その酸素ポテンシャルから、内部酸化/外部酸化の遷移を評価できることを提案し、酸化後の試料の断面観察と比較して確認した。その結果、雰囲気の水蒸気が解離して合金中に溶解し水素が(1)で示したように、内部酸化物/母相金属の界面における酸素の輸送を促進することに対応し、湿潤雰囲気ではより高濃度のCrが外部酸化膜の形成に必要となることを明らかにした。(3)Cr_2O_3酸化皮膜中に水素透過能Fe-Cr合金箔を制御された条件で酸化することによって作製したCr_2O_3皮膜の水素透過能を、膜両側の酸素分圧を同じにしながら,水素分圧のみを変化させ、1000°Cで測定した。その結果、低酸素分圧下におけるCr_2O_3皮膜中では酸素空孔の位置に、水素が中性原子として溶解することを示唆した。1)Cr_2O_3酸化皮膜中の水素透過能Fe-Cr合金箔を制御された条件で酸化して、合金の両側に厚さ約2μmのCr_2O_3皮膜を作製した。その後、膜両側の酸素分圧を同じにしながら水素分圧のみを変化させ、水素透過能を1000°Cで測定した。この手法はこれまでなかったものである。得られた水素透過能とその酸素活量依存性から低酸素活量下では、水素が中性原子として酸素空孔の位置に低濃度で溶解すること、すなわち、Cr_2O_3中の主たる欠陥構造を変化させないことから、Cr_2O_3皮膜の成長には水蒸気の影響はないことを示した。2)鉄系酸化物皮膜(FeO,Fe3O4,Fe2O3)中の水素透過能測定Pd-Fe合金箔を制御された条件で酸化し、合金上に単相の鉄系酸化物膜を作製して、その水素透過能を測定することを計画している。合金上に単相の鉄系酸化物膜を生成させるためには、Pd-Fe中のFeの活量に対応した酸化条件を設定することが必要である。そこで、Pd-Fe,Fe-O|安定化ZrO2|Airなる酸素濃淡電池により、650800°CでPd-Fe(150at.%Fe)中のFeの活量を測定した。3)熱サイクル酸化における酸化皮膜中の亀裂発生の検出酸化過程において酸化皮膜中に亀裂が発生すると、部分的に酸素加速度、すなわち、酸素の消費量が増大し、試料近傍の酸素分圧が低下する。そこで、試料近傍の酸素分圧を連続的のモニターすることにより、亀裂の発生をin-situに検知できることを実験的に検証した。水蒸気雰囲気でFe-Cr合金の熱サイクル酸化を行った結果、冷却時に亀裂が発生し、サイクル数の増大とともに亀裂が発生のしやすくなることを示した。1)外部皮膜の成長に及ぼす水素(プロトン)の影響ア)FeO、Fe_3O_4,Fe_2O_3などの鉄系酸化物中への水素の溶解形態と透過能Pt-Fe合金中のFeの活量と濃度の関係を973K1273Kの温度範囲、Fe濃度1 at%64at%の範囲で決定した。この結果をもとに、FeO中の水素透過能測定に供する酸化物膜を作製する条件を検討した。すなわち、Pt-64at%Fe合金箔を1273Kで酸素分圧を制御した条件での酸化挙動を調べた。層状のFeOの外部酸化膜が得られること、酸化後の合金中のFe濃度は51at%まで低下することすること、少量の内部酸化物も析出することを明らかにした。