hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
共創的意思決定システムの理論構築と検証

本研究では,不完全情報問題を共創システムの概念にもとづき扱おうとするものである.共創とは単独の行動主体のみでは解けない問題を,複数の行動主体の相互作用の結果として有効解を創発する集合的意思の形成過程と捉える.計算論的創発,ゲーム理論,産業政策論の立場から理論的に追究するとともに,計算機実験.被験者実験,フィールド調査の手法により検証を行い,共創的意思決定システムの確立を目指し研究を推進した.研究成果は以下の通りにまとめることができる.1.共創的意思決定システムの理論構築共創的意思決定システムの理論について,その基本概念とモデリング,および研究フレームを示し,共創的方法論が研究対象とする実世界ジレンマについての考察を行った.2.経済主体間の共創的意思決定:リサイクルシステムにおける行動主体の意思決定意思決定主体として,リサイクルシステムにおける生産者,消費者,回収業者,処理業者をモデル化し,適切に廃棄物が回収できるようなリサイクルシステムの分析を行い,制度設計の問題について考察し,共創的意思決定による問題解決の有効性を示した.3.人工システムにおける共創的意思決定:生産システムにおける作業分担の自己組織化作業者として人を生産システムに導入し,複雑な半導体生産において効率的な作業分担が自己組織化できていることを確認し,人工システムにおける共創的意思決定の有効性を示した.4.企業間における共創的意思決定:インターネットビジネスにおけるユーザーの意思決定モデルの構築インターネットビジネスにおいて,企業のコンテンツ開発を支援することを目指し,インターネットユーザーの意思決定モデルを構築し,実際のWebアクセスログを用いて,その有効性を示した.本研究では,不完全情報問題を共創システムの概念にもとづき扱おうとするものである.共創とは単独の行動主体のみでは解けない問題を,複数の行動主体の相互作用の結果として有効解を創発する集合的意思の形成過程と捉える.計算論的創発,ゲーム理論,産業政策論の立場から理論的に追究するとともに,計算機実験.被験者実験,フィールド調査の手法により検証を行い,共創的意思決定システムの確立を目指し研究を推進した.研究成果は以下の通りにまとめることができる.1.共創的意思決定システムの理論構築共創的意思決定システムの理論について,その基本概念とモデリング,および研究フレームを示し,共創的方法論が研究対象とする実世界ジレンマについての考察を行った.2.経済主体間の共創的意思決定:リサイクルシステムにおける行動主体の意思決定意思決定主体として,リサイクルシステムにおける生産者,消費者,回収業者,処理業者をモデル化し,適切に廃棄物が回収できるようなリサイクルシステムの分析を行い,制度設計の問題について考察し,共創的意思決定による問題解決の有効性を示した.3.人工システムにおける共創的意思決定:生産システムにおける作業分担の自己組織化作業者として人を生産システムに導入し,複雑な半導体生産において効率的な作業分担が自己組織化できていることを確認し,人工システムにおける共創的意思決定の有効性を示した.4.企業間における共創的意思決定:インターネットビジネスにおけるユーザーの意思決定モデルの構築インターネットビジネスにおいて,企業のコンテンツ開発を支援することを目指し,インターネットユーザーの意思決定モデルを構築し,実際のWebアクセスログを用いて,その有効性を示した.本年度は下記の4項目を実施した.(1)共創的意思決定の定式化および基本モデルの構築(2)ゲーム理論による経済主体間の共創的意志決定のモデル化(3)創発的計算論による人工システムにおける共創的意思決定のモデル化(4)企業間共創的意思決定過程のモデル化(1)では,共創的意思決定システムに対して目的および環境に注目して,意思決定過程の問題の困難さのクラス分類を行い,幾つかの抽象的な基本モデルを構築した.(2)ではネットワーク囚人のジレンマというフレームワークで,意思決定主体間の協調行動の創発に着目したモデルの構築を行った.このモデルに基づく被験者実験と計算機実験により基本的な性質等を明らかにし,経済主体間の共創的意思決定モデルの基礎部分の構築を行った.さらに(3)では,人工物生産システムを対象とし,スケジューリングとフロアレイアウトを共創的意思決定の結果として同時に解決するシステムを構築するために,半導体生産システムを対象としてモデルの構築を行った.計算機実験により生産過程の時間的・空間的計画を同時に解決できることを明らかにした.また(4)ではデジタルビジネス産業に着目し,インターネットによる教育サービス(Eラーニング)を対象にして,各コンテンツ・システム等の供給者と顧客間のビジネスプロセスの共創的関係のモデル化を試みた.特に日本のEラーニング企業の4事例について比較分析することで,企業間共創的意思決定過程に対するモデルの基礎部分が構築できた.以上より,共創的意思決定システムの確立のための基礎となるモデル構築に関する研究成果を得ている.これらの成果の一部は学会等で報告がなされ,さらに来年度に未発表の成果について報告を行う予定である.(1)被験者実験による経済主体間の共創的意思決定の検証前年度において構築したモデルの検証のために,20台程度の計算機からなる被験者実験施設を構築し,被験者実験を行った.京都産業大学の既存の被験者実験施設と連携し,ネットワーク型囚人のジレンマ,リサイクル市場における意思決定やネットワーク外部性製品の購買意思決定に関する実験を行った.(2)創発的計算を用いた生産過程における共創的意思決定前年度に構築した生産過程における共創的意思決定システムを,実工場からのデータを用いた実レベル問題に拡張し,検証を行った.

さらに,人工システムと人との共創的意思決定の可能性を探るため,人をエージェントとしてモデル化し仮想工場内に介在させることで人工システムとの相互作用を実現した.人を含んだ人工システムの共創的意思決定を,計算論的創発の結果として実現可能かどうか検証を行った.(3)フィールド調査による企業間共創的意思決定過程の調査,分析前年度に構築したモデルを基にマルチエージェント・シミュレータを作成し,動的に変化する企業間の共創的関係の成立過程を観測した.そして有効な共創的関係の形成手法を計算機実験により検討した.(4)共創的意思決定システムの理論およびモデルの体系化経済主体問の共創的意思決定・人工システムにおける共創的意思決定・企業間共創的意思決定の3つの意思決定システムにおけるモデル,検証の結果に基づき,共創的意思決定システムの理論およびモデルの一般化および体系化を行い,研究成果の一部を関係学会等で公表している.
メコンデルタにおける耕畜エネルギー複合システムの構築と評価

世界有数の稲作地帯であるメコンデルタでは、今後肉牛生産が急速に伸びることが想定される。水田、肉牛生産、バイオガスそれぞれに関する温室効果ガスの緩和策を融合させることで、生産される食料あたりの温室効果ガス発生量を最小化しつつ、食料の増産と生計向上を達成しうるシステムを構築する。そして、包括的な環境影響評価によりその有効性を実証することを目的として本プロジェクトを実施した。複合システムは専業システムと比較してGHG排出量が25%低いことが示された。これは主として複合システムの水稲生産におけるGHG低減が寄与していた。水田グループでは50軒の稲作農家の各作期の稲ワラの管理様式の聞き取り調査結果と農家圃場での温室効果ガスの測定結果を整理し、稲ワラ利用に由来する温室効果ガス発生量を定量評価した。また、ウシの糞尿を利用したバイオガスダイジェスターの消化液施用による稲の栽培試験実施に向けて、現地農家の合意を得た。畜産グループでは乾燥稲ワラか生稲ワラ、あるいは乾燥ビール粕か生ビール粕を配合したTMRもしくは発酵TMRを調製し、在来去勢牛に給与しメタンの発生量を調査した。乾燥稲わらか生稲わらを配合したTMRと発酵TMRでは、メタン産生量に差は認められなかった。生ビール粕を配合した発酵TMRを給与した牛では、乾燥ビール粕給与に比べて、メタンの産生量が有意に低下することが示された。バイオガスグループでは肉牛農家で、肉牛の排せつ物の投入量とバイオガスの発生量を5日間に亘り調査した結果、排せつ物(乾燥重量)当たりのバイオガス発生量は1日当たり約170 L/kg程度であることが示された。バイオガス燃焼効率の改善のために調理用コンロの改良を行った。具体的にはバイオガスと空気の合流地点(混合部)の構造を工夫することで、空気の流速を増し、負圧を発生させ、バイオガスの供給がスムーズに行われるようにして、調理用コンロを試作したLCAグループでは肉牛農家の調査を実施して、肉牛の飼養管理と飼料作物栽培に関する情報を整理した。農家は全28軒で、繁殖(6軒)、肥育(16軒)、繁殖と肥育の両方を行う農家(6軒)に分類された。また、肉牛の成長曲線を得た。水田、畜産、バイオガスグループそれぞれで、温室効果ガスのモニタリングとそれに関連する調査を計画とおりに進めている。LCAグループでは、水田ならびに肉牛の専業システムにおけるLCAを行うに十分なデータを入手しており、複合システム構築のための調査も進めており、順調に進展している。本研究は、世界有数の稲作地帯であるメコンデルタにおいて、今後肉牛生産が急速に伸びることを想定し、水田、肉牛生産、バイオガスに関するそれぞれの緩和策を融合させることで、生産される食料あたりの温室効果ガス発生量を最小化しつつ、食料の増産と生計向上を達成しうるシステムを構築し、包括的な環境影響評価によりその有効性を実証することを目的とする。本年度、水田分野においては、AWD節水灌漑技術の導入により、常時湛水と比較して養分転流の促進、耐倒伏性の増強、土壌中の硫化水素発生の抑制等による増収効果と、温室効果ガス発生抑制の効果を確認した。また、バイオガスダイジェスターから排出される消化液をイネに施用するポット試験の準備を完了した。畜産分野では、1)エレファントグラスとイナワラの青刈り給与、2)1)に糖蜜を添加したサイレージ、3)1)にビール粕を添加したサイレージ、4)1)のサイレージの4つの飼料を牛に給与して消化管からのメタン生成量を測定した。サイレージ調製により体重当たりのメタン発生量が抑制されることが示された。バイオガスに関しては、ウシ飼養農家でバイオガス発生装置を利用しているところで、装置に投入した排泄物量とメタンの発生量の関係を求めて、250ー300L/kgであることが示された。また、バイオガスを使用する調理用コンロの改良を行い、燃焼効率を調べた。環境影響評価については、肉牛と水稲農家の調査を継続し、肉牛および水稲LCAモデルを構築した。その解析から水稲専業システムにおいて、発生する温室効果ガスのほとんどをメタンが占めており、水田からイナワラを持ち出している地域では水田からのメタン排出量が低いことが示された。肉牛専業システムにおいては、タイにおける粗放的及び集約的肉牛生産からの温室効果ガス排出量の中間の値であることが示された。本研究の最終的な目標は、水田、肉牛生産、バイオガスに関するそれぞれの緩和策を融合させて、生産される食料あたりの温室効果ガス発生量を最小化しつつ、食料の増産と生計向上を達成しうるシステムを構築し、包括的な環境影響評価によりその有効性を実証することである。包括的な環境影響評価に向けて、肉牛および水稲LCAモデルを構築し、それぞれの専業システムの評価を行った。現在、水田、肉牛生産、バイオガスそれぞれにおける緩和策に関する評価を実施している。水田分野で試験の実施が遅れていたが、ポット試験の準備も完了し、具体的なデータが得られつつあることから、最終年度に、それぞれの緩和策を融合させたシステムにおける包括的な環境影響評価を実施できる状況にあり、当初の目標を達成できると考えている。

本研究は、世界有数の稲作地帯であるメコンデルタにおいて、今後肉牛生産が急速に伸びることを想定し、水田、肉牛生産、バイオガスに関するそれぞれの緩和策を融合させることで、生産される食料あたりの温室効果ガス発生量を最小化しつつ、食料の増産と生計向上を達成しうるシステムを構築し、包括的な環境影響評価によりその有効性を実証することを目的とする。水田分野について、ベトナム・メコンデルタの典型的な牛飼養農家の使用するバイオガス発生装置から排出される消化液が化肥尿素に代わる窒素肥料として水稲作に利用可能であることを示した。現地水田土壌を充填したポットに化成尿素に代えて消化液を用いて水稲を栽培したところ、化成尿素と比較して遜色のない籾収量が得られた。LCAに関して、メコンデルタ地域の肉牛および水稲農家調査を実施し、水稲および肉牛LCAモデル構築に必要なデータの収集を行った。得られたデータを基に、水稲および肉牛LCAモデルを構築した。構築したモデルを用いて水稲および肉牛専業システムのLCAを行い、それぞれの温室効果ガス(GHG)排出量を明らかにした。また、専業システムのLCAモデルに耕畜エネルギー複合システムのための各種技術の効果を追加して複合システムLCAモデルを構築し、複合システムのGHG削減効果を明らかにした。複合システムは専業システムと比較してGHG排出量が25%低く(157 vs 209 tCO2e/FU)、主として複合システムの水稲生産におけるGHG低減が寄与していた。これは今回、稲わらの量から水田面積あたりで飼養できる肉牛頭数を求めて機能単位としたところ、肉牛生産頭数に比べてコメの生産量の方がかなり多いためと考えられた。世界有数の稲作地帯であるメコンデルタでは、今後肉牛生産が急速に伸びることが想定される。水田、肉牛生産、バイオガスそれぞれに関する温室効果ガスの緩和策を融合させることで、生産される食料あたりの温室効果ガス発生量を最小化しつつ、食料の増産と生計向上を達成しうるシステムを構築する。そして、包括的な環境影響評価によりその有効性を実証することを目的として本プロジェクトを実施した。複合システムは専業システムと比較してGHG排出量が25%低いことが示された。これは主として複合システムの水稲生産におけるGHG低減が寄与していた。水田グループでは現地農家水田での有機質肥料使用実態調査を行うとともに、現地圃場試験の一環として、牛飼育農家においてポット試験を実施する。収量・温室効果ガス発生量に着目し、消化液等の家畜排泄物の利用とAWD節水灌漑の相互作用を評価する。畜産研究グループでは、稲ワラとビール粕を混合したサイレージの発酵品質調査と、稲ワラと、メタン抑制効果の期待できる飼料資源を給与よるメタン抑制効果を実証する。バイオガスグループでは肉牛農家におけるモニタリング(原料供給量、ガス発生量・成分、ガス使用量、消化液の量・成分)を開始するとともに、調理用コンロを含むバイオガス発生装置の改良および他用途利用の検討を行う。LCAグループでは今年度得られたデータの補間および信頼性を高める目的で、追加の農家調査を行うとともに、水稲生産および肉牛生産専業システムのLCAモデルを構築する。水田分野では、イネに消化液を施用するポット試験において、収量や温室効果ガスの発生量に関するデータを取得する。肉牛分野では、現地の飼料資源を活用した飼養試験を継続し、温室効果ガスの発生量をモニタリングする。バイオガスについても、肉牛農家でのバイオガス利用のモニタリングを継続するとともに、コンロの改良等による改善策を提案する。
ＣＮＴ可飽和吸収体と光変調器を併用したハイブリッドモード同期レーザの開発

本研究では、GHz帯の高繰り返しフェムト秒パルスの生成を目指し、可飽和吸収体と光変調器を併用したハイブリッドモード同期レーザの研究に取り組んだ。可飽和吸収体として、カーボンナノチューブ、グラフェンならびに半導体素子を試作/評価し、これらをソリトンレーザとして最適設計した能動モードレーザ共振器内に挿入することで、繰り返し周波数が約10 GHz、パルス幅が約500 fsのフェムト秒パルス列の生成に成功した。H25年度は、新たにグラフェンを用いた可飽和吸収体(SA: Saturable Absorber)を作製し、それを用いた受動モード同期レーザの性能評価を行なった。また、本課題で試作したSAならびに市販品の半導体SAを使用して、ハイブリッドモード同期レーザによるGHz帯高繰返しフェムト秒パルスの発生実験を行った。まずグラフェンを用いた受動モード同期レーザ実験において、パリマー材としてポリビニルアルコールを用いたSAを試作し、これを用いて繰返し周波数6.7MHz、パルス幅570fsのフェムト秒パルスの発生に成功した。しかし、その耐損傷閾値が低く、最大出力電力は約10mWであった。この値は、H24年度に試作したCNTを用いて得られた同電力31mWと比較して3分の1の数値である。以上より、ハイブリッドモード同期レーザへ適用するSAとしてCNTを採用することにした。つぎにハイブリッドモード同期レーザ実験において、半導体SAを使用した際に、繰返し周波数約10GHz、パルス幅480fsのフェムト秒パルスの生成に成功した。また高調波モード同期をオフにした受動モード同期動作時に、繰り返し周波数24MHz、パルス幅500fsのフェムト秒パルスが得られることを確認した。これらの結果より、高調波モード同期の次数を制御することで、繰返し周波数が数10MHzから10GHzの範囲で可変のフェムト秒パルスの生成が原理的に可能であることを示した。一方、本課題で試作したCNTの損傷閾値は60mWであり、目標とする10GHzの高繰返しフェムト秒パルスを生成するために素子に求められる損傷閾値100mW(計算値)を達することが困難であった。この結果より、CNTを用いたハイブリッドモード同期レーザにより生成可能なフェムト秒パルス列の繰返し周波数は5GHz程度に制限されることがわかった。本年度は、これまでに実績のあるCNT材料を用いた可飽和吸収体の耐久性の向上を図った。まず、導電性ポリマー(P3HT)とCNTの複合体CNT/P3THを分散させた溶媒を光ファイバコネクタの端面に塗布し、自然乾燥させるといった簡便なプロセスにより、小型の可飽和吸収体を作製した。つぎに、ファイバ端面に塗布したCNT膜を、耐熱性に優れたシロキサンで覆うことにより、CNTが空気と直接触れないような工夫を施した。これにより、従来30 mW以下の入力光電力で損傷していたCNT可飽和吸収体の損傷閾値を50 mW以上に拡大することに成功した。そして本可飽和吸収体を用いた受動モード同期ファイバレーザを作製し、出力電力31 mW、パルス幅280 fs、繰り返し周波数22 MHzの高出力フェムト秒パルスを得ることに成功した。また本年度は、可飽和吸収体を用いたハイブリッドモード同期ファイバレーザについて、そのパルス特性の数値解析を先行して行った。その結果、共振器内の平均分散値を制御することで、平均電力が100 mW以下の条件で繰り返し周波数が10 GHzのフェムト秒パルスを出力できることを明らかにした。またこの数値解析より、10 GHzの高繰り返しパルスに適した可飽和吸収体を実現するためには、本年度作製した可飽和吸収体の更なる損傷閾値の向上が必要であることを明らかにした。一方、ハイブリッドモード同期ファイバレーザのパルス発生実験に関しては、光位相変調器をモードロッカとした能動モード同期レーザ共振器を新たに構築し、本レーザより2 ps以下のピコ秒パルスが出力できることを確認した。以上のようにハイブリッドモード同期レーザの実験準備を整えた。研究課題の1つである耐損傷性に優れた可飽和吸収体の作製については、CNTをシロキサンでカバーし、酸素に直接触れないよう工夫を施すことにより、これまでの耐損傷性を倍増することに成功している。酸化防止策による耐損傷性の拡大効果を検証する成果を得ている。もう1つの課題である、ハイブリッドモード同期レーザによるフェムト秒パルス発生については、先行して数値解析を行い、来年度の目標とする100 mWの耐損傷性を有する可飽和吸収体を使用することにより、所望のパルス特性が得られることを明らかにしている。また、基盤となる能動モード同期ファイバレーザを新たに構築し、ピコ秒パルスが得られることを確認している。このようにハイブリッドモード同期レーザの実験準備を整えている。可飽和吸収体の作製中にCNTの周囲に酸素が混入しないよう、その作製プロセスを見直し、また、作製後においても酸素が侵入しないよう素子構造を改良する。

これらにより10 GHzの高繰り返しパルスに適した高い損傷閾値(約100 mW)を有する可飽和吸収体を実現する。また、ハイブリッドモード同期レーザの高出力化および共振器内の3次以上の高次分散に対するマネジメントを行い、フェムト秒パルスの発生に適したレーザ共振器を改良試作する。本レーザと上述した可飽和吸収体を組み合わせ、最終目標である10 GHz以上の高繰り返しフェムト秒パルスレーザを実現する。さらに、CNT以外の材料としてグラフェンを用いた可飽和吸収体の作製ならびに評価を行ない、CNTと同様にハイブリッドモード同期レーザへの応用の可能性について検証する。またこれらカーボン材料の耐損傷性の向上が困難であった場合に備え、半導体可飽和吸収体を適用したハイブリッドモード同期レーザの実験も同時に行う。次年度使用額(2450円)の使途として、モード同期レーザの出力特性を評価する際に使用する、電気ケーブル接続用コネクタの購入費にあてる予定である。
海産魚の卵成熟誘起ホルモンの同定とその生成機構

本研究は、海産魚の卵成熟誘起ホルモン(MIH)の生成機構の解明を目的として、養殖・栽培漁業対象種(トラフグ、ブリ、マダイ)、多獲性魚(マサバ)、性転換魚(ササノハベラ)を対象として、それらの各発達段階にある卵濾胞を採取し卵形成の種々の過程(成長と成熟)を制御するステロイド性諸因子、特に、MIHに焦点を当て同定するとともに、その合成経路および合成に関与するステロイド代謝酵素を解明した。まず、卵黄形成促進ホルモンであるエストラジオール-17β(E2)の合成経路を上記5種において決定し、特に、性転換を行うササノハペラとマダイでは卵濾胞でアンドロゲンであるテストステロン(T)が合成されず、E2はアンドロステンジオン(AD)からエストロン(E1)を経て合成きれることを明らかにした。次に各魚種のMIHを明らかにし、併せてその合成経路も解明した。すなわち、ブリでは17,20β-ジヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン(17,20β-P)が、一方トラフグでは17,20β,21-トリヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン(20β-S)がMIHであり、マサバ、マダイ、およびササノハベラでは17,20β-Pと20β-Sの両方がMIHとして機能していることが明らかとなった。さらに、これらの魚種において、E2合成系からMIH合成系への転換は、C17,20-リアーゼの活性低下と20β-HSDの活性上昇により引き起こされ、卵成熟時に起こるC17,20-リアーゼの活性低下と20β-HSDの活性上昇は、魚類において共通したMIH合成機構であることがうかがわれた。以上の研究により、これまで殆ど情報のなかった海産魚の卵成熟誘起ホルモンの実体とその合成機構が明らかとなり、今後これらの情報が増養殖分野、特に飼育環境下では成熟、産卵を行わない魚種の種苗生産技術の開発に大きく貢献することが期待される。本年度は、養殖・栽培漁業対象種であるホシガレイを対象にして、それらの各発達段階にある卵瀘胞を採取し卵形成の種々の過程(成長と成熟)を制御するステロイド性諸因子、特に、卵成熟誘起ホルモン(MIH)の解明を目的として研究を行った。ホシガレイの卵の発達様式は卵群同期発達型で、産卵様式は発達した卵群が複数回に分けて成熟・排卵される分割産卵型を示した。また、本種の産卵期は1月を中心とした約1ヶ月で、総産卵数(TF)と全長(TL)の関係式から、平均全長427mmで約45万粒の卵を産むと推定された。次に、各成熟段階にある濾胞付き卵母細胞を[^3H]プレグネノロン(P5)とともに培養し、卵成熟時に瀘胞組織で合成されるステロイドホルモンの解析を行った。TLCで10のバンドが確認され、それぞれ再結晶法で同定した結果、デヒドロエピアンドロステロン(DHA)、アンドロステンジオン(AD)は卵黄形成期に高い合成量を示し、核移動期から成熟期にかけて減少した。一方、核移動期に17α-ヒドロキシプロゲステロン(17α-P4)、11-デオキシコーチゾル(S)、17.20β-ジヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン(17.20β-P4)、および17.20β,21-トリヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン(20β-S)の生成量が増加した。

このことより、本種の瀘胞細胞では、まず、P5が17α-P5に転換された後、卵黄形成期には17α-P5からDHA、ADが合成され、これらのステロイドはエストラジオール17β(E2)に転換され、卵黄形成を促進すると考えられた。一方、卵成熟期にはいると、17.20β-P4、20β-Sが産生された。17a-P4、Sも多量に合成されていたが、これらはそれぞれ17.20β-P4、20β-S生成のための中間代謝物であるので、ホシガレイの卵成熟には、17,20β-P4、.および20β4のいずれか、あるいは両方が関与していることが示唆された。この、E2合成系から17,20β-P4、20β-S合成系への転換は、C17-20リアーゼの活性が成熟期に入ると低下し、20β-HSD、および21-ヒドロキシラーゼ活性が上昇することによるものと考えられた。さらに、酵素免疫測定法を用いて血中のステロイド量を測定した結果、卵成熟期で17.20β-P4は45122pg/ml、20β-Sは70103pg/mlの血中量を示し、これら2種のステロイドが成熟期に実際に体内で合成されていることが確認された。このように、本年度の実験結果から、本種の卵成熟には20β-ヒドロキシプロゲスチンである17.20β-P4、および20β-Sが関与していることが示された。今後、各種ステロイドのin vitro卵成熟誘起活性の比較や、卵膜表面のMIHレセプターに対する各種ステロイドのバインディングアッセイなどの実験を通じて、本種のMIHを最終的に決定したい。本年度は、養殖漁業対象魚中最も重要種の一つであるであるブリを対象にして、それらの各発達段階にある卵瀘胞を採取し卵形成の種々の過程(成長と成熟)を制御するステロイド性諸因子、特に、卵成熟誘起ホルモン(MIH)の解明を目的として研究を行った。ブリの卵の発達様式は非同時発達型で、数日間隔で成熟、産卵が複数回行われる。まず、各成熟段階にある瀘胞付き卵母細胞を[^3H]プレグネノロン(P5)とともに培養し、卵黄形成期および卵成熟時に瀘胞組織で合成されるステロイドホルモンの解析を行った。TLCにより代謝物を分離し、各代謝物を再結晶法で同定した結果、卵黄形成期の卵瀘胞では、P5,17αヒドロキシプレグネノロン(17-P5)、デヒドロエピアンドロステロン(DHEA)、アンドロステンジオン(AD)、テストステロン(T)およびエストラジオールエストラジオール17β(E2)の経路で、E2が合成された。一方、核移動期から成熟期にかけては、DHEA、AD、TおよびE2の合成量は減少し、それらに代わって、17α-ヒドロキシプロゲステロン(17-P4)、17,20β-ジヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン(17,20β-P4)、11-デオキシコーチゾル(S)および5βープレグナン-17,20β-ジヒドロプロゲステロン(5β-17,20β-P)の生成量が増加した。これらの卵成熟期に合成量の増加したステロイドを本種のMIH候補と考え、in vitroにおける卵成熟誘起能を比較した結果、17,20β-P4が唯一、他のステロイドより圧倒的に高い卵成熟誘起能を示した。さらに、これらの^3H標識化合物を合成し、成熟期の卵細胞膜画分から調整したMIH受容体との結合試験を行った結果、17,20β-P4が唯一高い結合能を示した。これらの結果より、本種の卵成熟には17,20β-P4がMIHとして機能していることが明確に示され、本種のMIHが17,20β-P4であることが証明された。また、E2合成系からMIH合成系への転換は、C17,20-リアーゼの活性低下と20β-HSDの活性上昇により引き起こされ、これは、これまで報告された全ての魚種において共通した卵成熟におけるMIH合成機構であることが明らかとなった。
食品成分の生体内有効性を制御する概日リズム因子のデータベース構築とその応用

食品成分が体内で機能を発揮する過程に関与している様々な因子が刻んでいる日周リズムについて、文献学的かつマウスを用いた動物試験により追跡し、そのデータベースを構築した。次に、体内で刻まれている様々なリズムが、光暴露や単独隔離ストレスのような外的因子によって影響を受ける可能性を得た。さらに、アントシアニン等の食事成分の体内への吸収パターンが摂取時刻によって異なることを示した。本研究の目的は、生体内で刻まれている様々な概日リズムによって、摂取した食品成分の生体内有効性がどのように制御されているのかを明らかにし、その制御機構のデータベースを構築するとともに、概日リズムを調節できる食品成分を探索することである。平成23年度は、メラトニンをほとんど生合成できないマウス(C57BL/6)および生合成できるマウス(C3H)から経時的に採取した肝臓および血液試料を用いて、様々な因子、例えば、血中のコルチコステロンやPAI-1レベル、肝臓中の時計遺伝子やPai-1遺伝子等が刻む日内リズムを測定するとともに、文献学的にデータを集約した。また、外界からの刺激が体内で刻まれているリズムに及ぼす影響を調べる為に、特に、概日リズムをリセットする主要因子である光に着目して研究を実施したところ、暗期の光曝露がBma11/やClock等の時計遺伝子だけでなく、Pai-1遺伝子の発現にも作用することを見出すとともに、光曝露がPai-1に作用する機序が、光曝露時に副腎から分泌されたノルアドレナリンを介している可能性を示唆するデータを得た。さらに、機能性食品成分としてビルベリーに含まれているアントシアニンに着目して、摂取する時刻によって、体内への吸収量が異なるか否かを調べたところ、1)暗期(活動期)に投与した方が、明期(休眠期)に投与するよりも胃からの流出時間が短く、そして回腸への到達時間が早いこと、2)血中レベルにも変化が見られるとの結果を得た。ヒトや実験動物をはじめとする生物の体内では、多くの生体機能、例えば、睡眠/覚醒、神経活動、ホルモン分泌、体温、酵素活性に約24時間周期のリズム(概日リズム)が認められている。ところが、実験動物を用いた多くの食品成分の有効性評価は、生体の概日リズムを考慮に入れて実施されてこなかった。本研究は、体内で刻まれている様々な概日リズムによって、摂取した食品成分の生体内有効性がどのように制御されているのかを明らかにし、その制御機構のデータベースを構築するとともに、概日リズムを調節できる食品成分を探索することを目的として推進しており、平成25年度の研究では次の結果を得た。1.乳清タンパク質ペプチドを被験試料として用い、異なる時間帯に同じ量をマウスに経口投与したところ、胃内通過速度、血中遊離アミノ酸濃度に違いがみられることを見出した。また、その差異には、消化管におけるトランスポーターの発現量の日内リズムだけでは説明できない要因が存在していることがわかり、現在、そのメカニズムを探究中である。2.脂質代謝系に作用することが報告されているブルーベリー葉抽出物を含む食餌を与えたマウスの血中および肝臓中脂質含量を覚醒期直後と睡眠期直後に比較測定した結果、同じ試料であっても、評価する時間帯によって結果が異なる可能性を示唆するデータを得た。3.ヒト肝がん培養細胞株を用いて、体内時計に作用する食品因子のスクリーニングを開始した。本研究は、体内で刻まれている様々な概日リズムによって、摂取した食品成分の生体内有効性がどのように制御されているのかを明らかにし、その制御機構のデータベースを構築するとともに、概日リズムを調節できる食品成分を探索することを目的として推進しており、平成24年度の研究では次の結果を得た。1.消化管を対象として、機能性成分の吸収代謝機構を制御している因子を中心にして日内発現リズムを追跡したところ、これまで未報告の因子の遺伝子発現にも明確な日内発現リズムが存在することを見出した。2.食品機能性成分としてアントシアニンや機能性ペプチドを用いて試験を実施したところ、それら成分の体内吸収量が摂取時刻により変化する可能性を示唆する知見を得た。またその変化を惹起する要因は、睡眠期と活動期間における消化管内通過速度の違いや吸収をつかさどっているトランスポーターの発現強度の違いにあると考察した。3.機能性食品成分が体内で刻まれているリズムに及ぼす影響を細胞試験により評価していくために、ヒトの肝がん培養細胞を用いた試験系を立ち上げた。

本研究は、体内で刻まれている様々な概日リズムによって、摂取した食品成分の生体内有効性がどのように制御されているのかを明らかにし、その制御機構のデータベースを構築するとともに、概日リズムを調節できる食品成分を探索することを目的として推進しており、平成26年度の研究では次の結果を得た。1.精製飼料を自由摂食している条件下で、雌性C57BL/6マウスの血中および肝臓中脂質量の日内変動を追跡したところ、血中脂質は食事由来、肝臓中脂質は生合成由来でリズムを刻んでいることを見出した。2.通常、ラットを24時間自由摂食させると、一日に二度ピークを示す日内リズムを示し、最初のピーク(朝食)の方が後のピーク(夕食)よりも高まる。一方、ラットにとっての朝食時間帯と夕食時間帯に精製飼料を自由摂食させる時間制限給餌をおこなったところ、摂食量のピークが逆転し、夕食時間帯の方が高まることを示した。その理由は、給餌間の絶食時間帯における体重減少が活動期の方が激しかったことから、活動に伴うエネルギー消費量に起因していることが予想された。現在、24時間自由摂食実験の場合は、何故朝食の方が摂取量が高まるのか、その原因を探索している。3.機能性素材の1つであるイソフラボンを豊富に含む大豆を被験試料として、機能性成分は朝食に摂った方が効果が高まるのか、それとも夕食時に摂取した方が効果が高まるのかをマウスを用いた系により評価したところ、大豆は夕食に摂取した方が脂質代謝改善効果が望める可能性を示すデータを得た。26年度が最終年度であるため、記入しない。時間機能性食品学26年度が最終年度であるため、記入しない。2種類の系統のマウスを用いて、血液および肝臓中の幾つかの因子の概日リズムの測定を終了している。また実際に摂取する時刻の違いにより、みられる生体内有効性が異なる可能性を示唆するデータを得ている。さらに、研究を推進する過程で、体内で刻まれているリズムが外界からの刺激(光曝露)により変化するという、予定していなかった結果を得ており、これは今後の研究を推進する上で極めて興味深い知見といえる。平成25年度に実施した研究により、乳清タンパク質由来のペプチドを摂取させた時の血中アミノ酸量が投与時間により異なること、またその差異は消化管のトランスポーターが刻んでいる発現リズムだけでは説明できないことを見出した。またマウスに試料混餌を与えた時には、評価する時間帯でその効果に違いがみられるとの興味深い結果を得ている。また細胞実験においても、体内時計に作用する可能性を示す食品因子があることを示唆した。したがって、本研究は概ね順調に進展していると判断する。平成24年度に実施した研究により、消化管において吸収代謝を制御しているシステムの中に新たにリズムを刻んでいる因子を見出した。また、機能性食品成分の吸収量が摂取時刻によって異なる可能性があることを動物個体レベルで見出した。さらに、食品因子が体内で刻まれているリズムに及ぼす影響を評価する為の細胞を用いた試験系を導入できた。したがって、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。昨年度の研究で、外界からの刺激(光曝露)が概日リズムに作用するとの知見を得た。
環境測定用オゾン・センサの開発とそれを用いた様々な規模を持つオゾン汚染の把握

本研究は、ナノテクノロジーの成果を活用した小型センサの実用化を行い、オゾン濃度の把握が乏しい地域での長期測定、また都市域での精密測定を行うものである。3年間の研究期間において、オゾンセンサの実用化に向け、1)センサ応答に影響を与える環境条件を特定とその較正法の確立、2)モニタリングデータ送信システムの構築、3)遠隔地や森林域での環境測定への適用を行った。その結果、気温の季節変動に対する較正を行うことで、センサーを用いた環境モニタリングが可能であること、自動化とともに無人化が可能であること、さらに本センサーがオゾンの森林影響評価に大きく寄与できることを示した。初年度にあたる平成25年度には、環境大気測定用の半導体型オゾンセンサの実用化に向け、1)センサの応答に影響を与える環境条件の特定、2)モニタリングデータ送信システムの構築、そして3)遠隔地での環境測定への試験的適用を行った。以下にそれぞれについて、その概要をまとめる。1.センサの応答に影響を与える環境条件の特定:気象要素(気温、湿度、風速)および他の汚染物質成分の影響について、同時測定を行い、その影響の度合い、および補正方法の検討を行った。さらに、センサの器差について検討を行い、較正手段を検討した。2.モニタリングデータ送信システムの構築:携帯通信端末およびマイコンボードを用いることで、容易かつ安価なデータ送信システムを構築し(研究成果を2013年大気環境学会年会で発表)、北海道黒松内町ブナセンターにて試験的運用を開始した。3.遠隔地での環境測定への試験的適用:札幌市手稲山山頂および北海道大学天塩演習林にセンサを設置し、試験的な測定を開始した。研究成果の一部を2013年大気環境学会年会で発表した。本研究は、ナノテクノロジーの成果を活用した小型センサの開発・実用化を行い、オゾン濃度の把握が乏しい地域での長期測定、また都市域での精密測定を行うものである。二年目にあたる平成26年度には、環境大気測定用の半導体型オゾンセンサの開発・実用化に向け、1)センサ較正法とモニタリングデータ送信システムの確立、2)遠隔地でのリモート環境測定そして3)森林での環境測定を行った。1.センサ較正法とモニタリングデータ送信システムの確立:これまでの測定結果を用いて、年間を通したセンサー(気温)較正法を確立し、紫外線吸収法で測定したオゾン濃度との相関係数は0.94となった。モニタリングデータ送信システムについては、天塩演習林や手稲山において、すでに6カ月以上のデータ取得が継続されており、自動化とともに無人化に成功した。2.遠隔地でのリモート環境測定:天塩演習林や手稲山の測定が継続している。都市汚染の少ないこれらの観測では、粒子センサーを用いた微粒子計測を同時に行っており、高濃度汚染時に微粒子を伴う場合とそうでない場合があることがわかった。3.森林での環境測定:北海道黒松内ブナセンターにセンサを設置し、試験的な測定を開始した。初年度(平成25年度)には、オゾンセンサの実用化に向け、1)センサ応答に影響を与える環境条件の特定、2)モニタリングデータ送信システムの構築、3)遠隔地(札幌市手稲山山頂および北海道大学天塩演習林)での環境測定への試験的適用を行った。1)については、気象要素および他の汚染物質成分の影響について、その度合いや補正方法の検討を行うとともに、センサの器差について較正手段、2)については、携帯通信端末とマイコンボードを用いることで、容易かつ安価なデータ送信システムを構築した。二年目(平成26年度)には、1)センサ較正法とモニタリングデータ送信システムの確立、2)遠隔地でのリモート環境測定、3)森林(北海道黒松内ブナセンター)での測定を行った。1)については、これまでの結果に基づき、年間を通したセンサー較正法を確立し、紫外線吸収法で測定したオゾン濃度との良好な一致(相関係数は0.94)を得た。データ送信システムについては、天塩演習林において、すでに1年以上のデータ取得が継続されており、自動化とともに無人化に成功した。2)については、都市汚染の少ない天塩演習林や手稲山で、粒子センサーを用いた微粒子計測を同時に行い、越境輸送によるオゾンの高濃度時に微粒子を伴う場合とそうでない場合があることがわかった。最終年度(平成27年度)には、光化学スモッグ時を対象として、東京都多摩丘陵に設置されたタワーの4箇所にセンサを設置し、高度別の植物暴露濃度の把握を試みた。その結果、樹冠(樹木の上端)下部に最小値を持つような特異的な高度分布が得られ、オゾンの森林影響評価に大きく寄与できることを示した。

平成26年度に行うことを予定した、1)センサ較正法とモニタリングデータ送信システムの確立、遠隔地でのリモート環境測定そして3)森林での環境測定について、以下にその達成状況をまとめる。1)センサ較正法とモニタリングデータ送信システムの確立:前年度に得たほぼ1年間にわたる気象要素および他の汚染物質成分測定結果を用いて、最も影響の大きい気温補正法を検討し、標準測定法である紫外線吸収法で測定したオゾン濃度と高い相関係数(0.94)を得、センサーによるオゾン測定が有効であることを示した。また、モニタリングデータ送信システムについても、天塩演習林や手稲山において、自動化とともに無人化に成功した。2)遠隔地での環境測定への試験的適用:札幌市手稲山山頂および北海道大学天塩演習林に設置したセンサー計測により、高濃度時に大陸からの汚染気塊の輸送や上空からの輸送を示唆する有用なデータが取得されつつある。3)森林での環境測定:北海道黒松内ブナセンターにセンサを設置し、試験的な測定を開始し、順調にデータが得られている。なお、前年度に環境化学会誌に公表した「大気中のオゾン測定センサ・ネットワークの開発」については、第24回環境化学技術賞の受賞が決定した旨、連絡を受けている。以上のことから、本年度の達成度は「おおむね順調に進展している」と評価した。大気保全工学最終年度では、これまでに確立した較正法およびデータ送信システムを検討を行ったセンサを用いて、光化学スモッグを対象として、東京都の多摩丘陵で測定を行う。これには二つの意味合いがある。。1)都市域オゾンの分布:光化学オキシダントについては、大気汚染測定局による測定がなされてきたが、測定局の密度は低く、どのような分布をしているのかが明確でない。高。化学スモッグ時に、オキシダント汚染の広がりや影響範囲を知るためには、密度の高い測定が不可欠になる。本研究では、多摩丘陵周辺にセンサーを配置し、都市域の濃度変動把握に対するセンサの有用性を確認する。2)オゾンの影響が懸念される森林域での測定:オゾンの植物影響については、近年多くの研究がなされているが、測定装置の問題から曝露濃度の把握が十分ではない。本研究では、多摩丘陵に設置これたタワーにセンサを設置し、現地における植物の暴露濃度の把握を試みる。平成25年度に行うことを予定した、1)センサの応答に影響を与える環境条件の特定、2)モニタリングデータ送信システムの構築、そして3)遠隔地での環境測定への試験的適用について、以下にその達成状況をまとめる。1)センサの応答に影響を与える環境条件の特定:北海道環境科学センターの協力を得て、ほぼ1年間にわたり、気象要素および他の汚染物質成分との同時測定を行うことができ、最も影響の大きい気温補正に関する十分なデータを得た。またセンサの器差についても5台のセンサーを用いた同時測定から、較正手段を得ることができた。2)モニタリングデータ送信システムの構築:構築したデータ送信システムを利用して、1ヶ月間データ送信実験を行った。期間中に一度データ送信が停止したがシステムの再起動により再開された。
高温好気法による有機性廃棄物の分解

(1)20L反応槽による豚ふん分解:杉チップの入った反応槽に、水分80.5%の豚ふんを、0.95,2.0kg/dで投入した。ふんの減量率は約76%、有機物分解率は28%であり、負荷が大きくなるほど減量率、分解率は低下した。(2)75m^3の実用規模反応槽による野菜くずの分解:カラマツチップ入りの反応槽に270日間に、298.1トンの野菜くずを、平均投入量1.7トン/dで投入した。反応槽水分は、ほぼ5055%程度で推移した。温度は、補助ヒータなどによって、ほぼ50°C内外であった。野菜くず質量減少率は95.6%であり、有機物減少率は93.0%であった。(3)恒温条件下における野菜くず、食用油の分解:40°C,60°Cの反応槽に、野菜くず、食用油を投入した結果、10日間の野菜くずの分解率は40°Cでは43.9%、60°Cでは33.9%であった。食用油は3日間の分解率は、40°Cで34.0%、60°Cで41.3%であった。負荷が小さいほど分解速度、分解率は大きくなった。(4)高濃度酸素通風による野菜くずの分解:大気酸素濃度空気と30%の高酸素濃度空気を通風した場合、2週間の野菜くずの分解率は高酸素濃度条件の方で36%、大気酸素濃度条件は29%であった。5.無通風堆積高温好気法における水分と副資材粒径が発酵分解に及ぼす影響:堆肥水分を体積含水率で表すと、体積含水率を低くする方が発酵分解が進んだ。体積含水率は堆肥発酵の難易性を表す指標として適していた。副資材が6mm以下の木材チップでは、体積含水率38%が最適であった。本年度は二つの実験を実施中である。1.20L分解槽による豚ふんの高温好気法分解の予備実験分解槽には担体として杉チップを入れ、これに水分を80.5 %.w.b.に調整した豚ふんを、投入負荷0.9,1.5,2.0kg/20L・dで投入した。空気を底部から2L/minで供給し、堅型オーガで内容物を常時撹拌した。ふん尿投入後約2時間で最高温度約45°Cに達し、その後徐々に低下した。好気的分解中のpHは9.09.4の間で推移した。投入負荷が0.9kg/dの時、ふん尿の減量率は約76%、有機物分解率は28%であり、負荷が大きくなるほど減量率、分解率は低下することがわかった。2.75m^3の実用規模分解槽による野菜くずの高温好気法分解実験処理施設は荷受けホッパー、粉砕機、粉砕くず供給ポンプ、分解槽(有効容積42m^3)、移動式堅型撹拌オーガ、脱臭室で構成されている。分解槽には担体としてカラ松チップを投入した。毎日約2トンの平均水分約88%のタマネギ、ニンジン、キャベツなどの野菜くずが投入された。分解槽は4560°Cの間を推移し、pHは9以上を示している。約3ヶ月間の運転後では、野菜くずの減量率は約84%、有機物分解率は76%である。野菜くずのみの投入では、有機物分解による発熱量よりも、投入水分が多いため、分解槽は徐々に水分が蓄積される傾向にある。

今後は小型分解槽を用いて、投入材料の投入量、水分、有機物量を変えて、有機物分解の難易性、最適運転条件を明らかにする予定である。本年度も引き続き二つの実験を実施中である。1.1Lおよび6L分解槽による野菜くず、食用油の分解1)静置式実験:40°C,60°C恒温の菌床(種堆肥)の中に、野菜くず、食用油を投入して分解速度、分解率を測定した。野菜くずは、3日目までは分解速度が速いが、その後10日目までは遅くなる。10日間の分解率は40°Cでは43.9%、60°Cでは33.9%であった。食用油は開始後1.5日目までは分解速度が速くその後は低下する。3日間の分解率は、40°Cで34.0%、60°Cで41.3%と野菜と違って60°Cの方が高くなった。また負荷が小さいほど分解速度、分解率は大きくなる。2)撹拌式実験:1日1回内容物を撹拌する実験では、静置式より分解速度は低下した。野菜くずと食用油の両方を投入した実験では、食用油の分解速度、分解率は食用油だけの時より大きくなった。2.75m^3の実用規模分解槽による野菜くずの高温好気法分解実験270日間の実験期間中、179日間に野菜くずの投入をし、その総量は298.1トン、平均投入量1.7トン/日であった。分解槽水分は、70%以上にもなることがあったが、最終的には5055%程度になった。分解槽温度は、補助ヒータなどの加熱によって、ほぼ50°C内外であった。分解槽の投入廃棄物質量減少率は95.6%であり、廃棄物中有機物減少率は93.0%であった。野菜くずは水分が88%と高く、これが持つ有機物発熱量だけでは、水分が蒸発せず、補助熱源が必要なことが明らかとなった。本年は二つの実験から成っている。1.高濃度酸素通風時の高温好気法における有機物の分解21%の大気酸素濃度の空気を通風した場合と30%の高酸素濃度の空気を通風した場合の野菜くずと食用油の分解率を調査した。1)野菜くずでは高酸素濃度条件の方が通常酸素濃度条件よりも分解率が高かった。1週間の分解期間では1113%で両条件に大きな差は現れなかったが、2週間では2936%となって両条件とも分解率が大きく上昇し、しかも高濃度条件の方が分解が進み、差が開くことが認められた。2)食用油の分解は4日間で実施した。高濃度では16%、通常濃度では22%と野菜くずとは逆に高濃度の方が分解が悪い結果となった。これは菌床(種堆肥)の違いが原因と考えられるが、現在追試験中である。2.無通風堆積高温好気法における水分と副資材粒径が発酵分解に及ぼす影響堆積物の水分を体積含水率で表すと、基本的に体積含水率を低くする方が発酵分解を進ませる結果となった。副資材が木材チップの場合、チップ平均粒径が6mm以下では体積含水率が40%以下であれば発酵は進み、38%が最適であった。6mm以上の場合では体積含水率が30%以下の方が発酵が進み、29%が最適であった。また6mm以下の副資材の方が発酵が進む体積含水率領域が広いことがわかった。以上のように体積発酵の場合、質量水分よりも体積含水率の方が発酵の難易性を表す指標として適していることが判明した。
フリーラジカルによるミトコンドリア軸索内輸送障害と軸索変生

神経細胞の機能と形態を保持するために必要なエネルギーは、ミトコンドリアによって供給される。神経細胞は軸索を持つゆえ、エネルギー供給のためには、ミトコンドリアは軸索輸送により運ばれなければならない。軸索内におけるミトコンドリアの輸送が破綻すると、様々な病態が引き起こされる。特に、軸索変性はミトコンドリア輸送障害と深く関与している。ミトコンドリアは酸化呼吸によってATPを供給する際、フリーラジカルを大量に放出する。フリーラジカルである一酸化窒素は、細胞に対して毒性を持ち、ミトコンドリアの酵素であるスーパーオキシドディスムターゼ(SOD)によって除去されている。本研究では、ミトコンドリアの軸索内輸送動態がフリーラジカルによってどのような影響を受けるのかについて調べた。実験は、ビデオ増感顕微鏡を用いて行った。一酸化窒素供与薬であるNOC18は、順行性・逆行性のミトコンドリア軸索輸送を抑制した。SOD阻害薬であるdiethyldithio carbamateもミトコンドリア輸送を抑制し、軸索変性を起こさせた。一酸化窒素消去薬であるPTIOがミトコンドリア軸索輸送を促進させたことから、内因性の一酸化窒素は常時、ミトコンドリア軸索輸送を抑制していると考えられる。一方、ヒドロキシルラジカルの消去薬であるdimethyl thioureaでは変化がみられなかったことから、ヒドロキシルラジカルは軸索輸送障害に関与していないことが示唆された。これは、ヒドロキシルラジカルはわずかマイクロ秒(100万分の1秒)しか存在しない)ためであると考えられる。本研究より、内因性、外因性のフリーラジカルは、ミトコンドリア軸索輸送を抑制することが示された。ミトコンドリア軸索輸送の障害は軸索変性に至ることから、異常に増加したフリーラジカルはミトコンドリア軸索輸送を障害し、神経細胞に変性を起こす可能性が示唆された。神経細胞は他の細胞と異なり長い軸索を持っている。そのため、軸索末端に至るまでエネルギーを供給するためには、軸索輸送というシステムによってミトコンドリアが運ばれなければならない。特に、軸索変性はミトコンドリア輸送と深く関与していると考えられる。一方、ミトコンドリアは酸化呼吸によってATPを供給する際、フリーラジカルを大量に放出する。この一酸化窒素は、細胞に対して毒性を持ち、ミトコンドリアの酵素であるスーパーオキシドディスムターゼ(SOD)によって除去されている。本研究では、この基礎的研究に基づき、さらに、ミトコンドリアの軸索内輸送動態がフリーラジカルによってどのような影響を受け、軸索変性に至るのかを明らかにすることを目的とした。実験は、生体内の微小構造の動態を生きたままリアルタイムに観察できるビデオ増感顕微鏡を用いて行った。本法により、フリーラジカルによるミトコンドリア輸送の動態を経時的に観察し、輸送の障害から軸索変性にいたる経過を解析した。フリーラジカルの添加は、ミトコンドリア輸送を遅延、減少させた。この作用は、フリーラジカルの除去薬により可逆的に元に戻った。しかし、軸索輸送の遅延・減少が続くと、軸索変性を起こした。SODを阻害して内因性のフリーラジカルを増加させても同様の変化が見られた。

そのため、軸索末端に至るまでエネルギーを供給するためには、軸索輸送によってミトコンドリアが運ばれなければならない。軸索内におけるミトコンドリアの輸送が破綻すると、様々な病態が引き起こされる。特に、軸索変性はミトコンドリア輸送と深く関与していると考えられる。一方、ミトコンドリアは酸化呼吸によってATPを供給する際、フリーラジカルを大量に放出する。この一酸化窒素は、細胞に対して毒性を持ち、ミトコンドリアの酵素であるスーパーオキシドディスムターゼ(SOD)によって除去されている。本研究では、この基礎的研究に基づき、さらに、ミトコンドリアの軸索内輸送動態がフリーラジカルによってどのような影響を受け、軸索変性に至るのかを明らかにすることを目的とした。実験は、生体内の微小構造の動態を生きたままリアルタイムに観察できるビデオ増感顕微鏡を用いて行った。本法により、フリーラジカルによるミトコンドリア輸送の動態を経時的に観察し、輸送の障害から軸索変性にいたる経過を解析した。前年度には、フリーラジカルの添加がミトコンドリア輸送を遅延、減少させることを報告した。本年度では、さらに詳細な検討を行った。フリーラジカルの添加はミトコンドリアの軸索輸送を阻害するのみならず、軸索変性を引き起こした。SOD阻害薬して内因性のフリーラジカルを増加させても同様に軸索変性を起こした。フリーラジカル除去薬を同時に添加した場合には濃度依存性に、フリーラジカル誘導性ミトコンドリア軸索輸送障害及び軸索変性を抑制した。ミトコンドリアはフリーラジカルにより、形態的変化(膨張)を示した。神経細胞の機能と形態を保持するために必要なエネルギーは、ミトコンドリアによって供給される。神経細胞は他の細胞と異なり長い軸索を持っている。本研究では、これらの知見に基づき、さらに、ミトコンドリアの軸索内輸送動態がフリーラジカルによってどのような影響を受け、軸索変性に至るのかを明らかにすることを目的とした。