hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ＡＭＰＫ・ｍＴＯＲシグナルをターゲットとした子宮筋腫に対する新治療戦略

上記(1)(2)の内容を第63回日本産婦人科学会学術集会ならびに第84回日本内分泌学会学術集会で報告した。糖尿病治療薬であるメトホルミンは、一般臨床においても汎用される薬剤であり、また婦人科領域では多嚢胞性卵巣の排卵障害改善薬としても使用されている現状からすると、比較的副作用の少ない薬剤といえる。このように安全な薬剤により、細胞レベル・動物実験レベルで子宮筋腫の抑制効果を認めたことより、今後の実地臨床での応用が期待できる。研究開始当初は東北大学での東日本大震災被災による影響から実験計画の遅れを認めたが、その後は順調に進展している。初年度において明らかにした、メトホルミンによる子宮筋腫細胞への抑制効果に関する報告を今年度英文論文として報告でき、さらに細胞増殖以外の作用メカニズムとしての血管新生抑制の新しいデータが集まりつつあることから、おおむね順調に進展していると考えられる。In vivo、in vitroにおけるメトホルミンの子宮筋腫細胞に対する増殖抑制効果を証明し、学会発表ならびに論文投稿まで行ったことから判断すると、おおむね順調に進展していると考えられる。今年度の研究の中心は、臨床データの解析による、メトホルミンを用いた子宮筋腫治療薬開発の可能性検討を中心とする。PCO患者におけるメトホルミン投与が子宮筋腫サイズ変化に及ぼす影響を臨床データをもとに検討をおこなう。初年度・今年度にえられた基礎研究データをまとめ、in vitro in vivoの系における、メトホルミンによる血管新生抑制に関するプロジェクトに関する論文発表を行う。3月に発生した東日本大震災により実験の中断を余儀なくされた期間があったため、いくつかの課題が実験できずに今年度にくりこしとなった。当初の計画と合わせて、これらの課題を平成24年度に実施する。臨床データの収集解析のための費用が中心となる。膨大な量のデータ処理が必要とされるため、効率的な研究運営のために研究補助員の雇用を行い対応する。最終年度のため、これまでの成果発表のための学会参加費・論文作成関連費用が必要とされる。平成23年度は、上記のようにおおむね順調に経過したが、3月に発生した東日本大震災により実験の中断を余儀なくされた期間があったため、いくつかの課題が実験できずに今年度にくりこしとなった。そのため、平成23年度に発生した繰越金は平成24年度に当初の計画した実験と併せて遂行するために使用予定である。
筋電位から随意運動を推定するリハビリ支援ロボットのための促通的訓練システムの開発

平成30年度は、「訓練の負担と訓練による上達過程の調査と分析」を目標として、以下の項目に沿って研究を遂行した。(a)訓練課題の設定と訓練データの収集、および(b)訓練の条件変更による比較:前年度に試作した訓練システムを用いて、ロボットアームを40秒以内で90度の関節角度を往復運動させる操縦課題を設定して、2名の健康な成人の被験者が感じる訓練の負担と訓練による上達過程のデータ収集を行った。訓練は10回実施して、1回の訓練毎の平均した筋電強度の推移を調査した。その際、被験者の手関節を拘束して動かなくした状態で10回訓練した場合と、拘束しないで自由に動かせる状態で10回訓練した場合とで条件を変えて、それぞれの訓練の前後で手関節を拘束しない状態での操縦課題を実施したときの往復回数の結果から訓練効果の比較を行った。結果は、いずれの被験者も手関節を拘束して動かなくした状態で訓練を行った後の方が、往復回数が多くなり訓練効果が高いことが確認できた。また、手関節を拘束した状態での訓練の前後では筋電強度の向上が見られた。一方で、訓練中はほとんどの例で筋電強度が減少する傾向が見られた。訓練後の被験者の感想と合わせると、訓練を継続していく中で被験者の疲労が蓄積していった可能性が考えられる。以上の研究成果を国際計測連合主催の国際会議IMEKO2018(英国ベルファスト)で発表した。その際、研究成果が高く評価され、ベストプレゼンテーション賞を受賞することができた。(c)訓練装置の改良:これまで、手関節を被験者の手関節を拘束して動かなくした状態で訓練した後の方が、訓練効果が高いという結果が得られているが、このままでは手関節の運動を伴った訓練ができない。そこで、サーボモータとウォームギア、力センサを利用して、手関節の運動を伴いながらも訓練中に安全に抵抗力を与えることのできる装置を試作した。平成30年度は、訓練の負担と訓練による上達過程の調査と分析」を目標としていた。被検者2名で収集できたデータはまだ少ない状況であるが、得られたデータの分析結果は良好であり、訓練条件の変更による効果的な訓練手法の実施可能性および有用性を示すことができた。特に、国際計測連合主催の国際会議IMEKO2018での発表で受賞することができたので、本研究で得られたられた結果は高く評価される成果であったと考えられる。また、訓練の上達過程における被験者の負担に関するデータが得られたので、次年度以降に予定している訓練の負担を軽減しつつ上達を促すシステムの構築に役立てることができると期待される。さらに、手関節の運動を伴いながらも訓練中に安全に抵抗力を与えることのできる装置を試作することができた。この装置の動作確認には成功したが、強度不足のためにシャフトが曲がる問題が生じた。この問題については、再度設計を見直したところ容易に改良できることを確認したので、次年度には考案した装置を用いた訓練を実施できる見通しである。以上から、本年度は概ね研究計画に沿って進めることができた判断できる。平成30年度までに得られた研究成果をもとにして、今後は以下の項目に沿って研究を遂行する。1)操縦訓練システムの改良:手関節の運動を伴いながらも訓練中に安全に抵抗力を与えることのできる装置を改良する。特に、抵抗力を伝えるシャフトをアルミ製のものから真鍮製かステンレス製のものに変更して強度を上げる。2)促通刺激の適用:前年度までの研究結果から、手関節の運動に抵抗力を加えて訓練を行うと訓練の効果が変わる可能性を確認することができた。そこで、サーボモータとウォームギア、力センサを利用して、手関節の運動を伴いながらも訓練中に安全に抵抗力を与えることのできる装置を適用した訓練を実施する。そして、手関節を自由に動かせる状態で訓練を実施た場合や、手関節を拘束して全く動かせない状態で訓練を実施した場合とを比較して、効果的な訓練方法の開発に寄与する知見を得る。3)補助低減化手法による訓練支援:前年度に構築した操縦システムにおいて、はじめて操縦を経験する被験者は操縦課題を容易に達成できないことを確認している。そこで、経験の浅い被験者が操縦する際には、表面筋電センサの出力信号の一部の情報だけを用いて、自動制御により操縦課題の達成を補助することを考える。そして、往復回数の評価の値に応じて補助を低減していくことで、訓練時の負担を軽減しつつ上達を促すシステムを構築する。この方法を適用したときの訓練の効果について調査と分析を行う。4)訓練の実施と評価:効果が高いと考えられる訓練プロトコルを適用した訓練の実施と訓練結果の評価を行い、得られた知見について学術講演会等で研究成果を発表する。平成29年度は、「表面筋電位でロボットハンドを制御する訓練システムの構築」を目標として、以下の項目に沿って研究を遂行した。(a)上腕固定台の設計:訓練者が楽な姿勢で上腕を固定することができる台を作成した。その際、手関節は自由に運動できるようにして、固定台にウレタンゴムを敷き、面ファスナーを用いて上腕を傷めずに固定できる構造にした。(b)表面筋電位測定システムの構築:上腕を台に固定した状態で、表面筋電センサ(ID2PAD:追坂電子機器製)を2個使用して、手関節の掌屈と背屈に関する2箇所の表面筋電位を測定するためのシステムを構築した。そして、複数の被験者を対象に手関節を掌屈させて意識して強く力んだときの表面筋電位の変化を調べた。

その結果、繰り返し測定を実施すると表面筋電位の大きさが少しずつ大きくなる場合があることを確認した。これにより、訓練をすることで少しでも大きな表面筋電位を発生できるようになる可能性があることが分かった。(C)ロボットアーム制御システムの構築:手関節の掌屈と背屈の運動をモデル化した1リンク回転ロボットアームを試作し、測定した被験者の表面筋電位の値に応じて操縦することができる制御システムを構築した。そして、試作したロボットアームを一定時間内で往復運動をさせる操縦課題と往復回数による評価を設定して、複数の被験者に繰返し試行した結果、訓練の効果が見いだせることを確認した。その際、被験者の手関節を拘束して動かなくした状態で訓練した場合と、拘束しないで自由に動かせる状態で訓練した場合とで条件を変えて比較すると、前者の方が訓練の効果が高い傾向にあることが分かった。以上の研究成果について、平成29年12月に開催された計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会、および平成30年3月に開催された日本機械学会中国四国支部第56期総会講演会で発表した。平成29年度は、「表面筋電位でロボットハンドを制御する訓練システムの構築」を目標としていた。上腕固定台については、ウレタンゴムと面ファスナーを用いることで、手関節は自由に運動できる状態で上腕を傷めずに固定するという目的に沿ったものを作成できた。ただし、訓練の条件を変えるためには、手関節の運動を拘束する方法や、振動や力覚を提示する刺激装置を取り付ける方法を今後工夫する必要がある。また、表面筋電位測定システムとロボットアーム制御システムについては、訓練を主題とする本研究の目的から高性能化を追求せず、表面筋電センサの出力信号の大きさを測って、その値に応じてロボットアームの駆動モータの指令値を生成するという単純な制御システムを構築することにしたので、滞りなくこれらのシステムを実現することができた。そこで、試作したロボットアームを一定時間内で往復運動をさせる操縦課題と往復回数による評価を設定して、複数の被験者に繰返し試行した結果、訓練の効果を見いだせることが確認できた。以上により、おおむね研究計画に沿って研究を進めることができたといえる。そしてさらに、条件を変えて訓練を行うと訓練の効果が変わる可能性があることが分かったので、得られた知見を次年度の研究に役立てることができる。平成30年度は、「訓練の負担と訓練による上達過程の調査と分析」を目標として、以下の項目に沿って研究を遂行した。(a)訓練課題の設定と訓練データの収集、および(b)訓練の条件変更による比較:前年度に試作した訓練システムを用いて、ロボットアームを40秒以内で90度の関節角度を往復運動させる操縦課題を設定して、2名の健康な成人の被験者が感じる訓練の負担と訓練による上達過程のデータ収集を行った。訓練は10回実施して、1回の訓練毎の平均した筋電強度の推移を調査した。その際、被験者の手関節を拘束して動かなくした状態で10回訓練した場合と、拘束しないで自由に動かせる状態で10回訓練した場合とで条件を変えて、それぞれの訓練の前後で手関節を拘束しない状態での操縦課題を実施したときの往復回数の結果から訓練効果の比較を行った。結果は、いずれの被験者も手関節を拘束して動かなくした状態で訓練を行った後の方が、往復回数が多くなり訓練効果が高いことが確認できた。
緑内障患者における身体活動と眼圧の変動に関する研究

本研究では、緑内障患者における身体活動が眼圧に及ぼす影響を検討するため、全国の盲学校や弱視学級における緑内障生徒の身体活動の実施状況に関する実態調査、および、色々な形態の運動が眼圧に及ぼす影響を測定することを目的とした。この測定では、使用した空気式眼圧計による正確な眼圧の測定方法をまず確立することを目的とした。結果は以下の通りであった。1.盲学校や弱視学級では、緑内障や網膜剥離等、激しい身体活動を眼科医から制限されている生徒に対して、他の生徒とは異なる授業内容を実践しているところがほとんどであった。内容は、軽スポーツなど、主に運動強度の低い種目が多かった。また、眼科医との連携などはあるものの、具体的にどの程度の運動強度の身体活動が眼圧に悪影響を及ぼさないか等に関する指導や助言などを受けている学校はほとんど無く、保健体育担当教諭が、各生徒の状況をみながら運動をおこなわせているのが実態であった。2.空気式眼圧計を用いての測定方法の確立に関しては、連続して56回の測定を行いその平均値を測定結果として用いることにしたが、測定値のばらつきがかなり大きくなる場合があったり、測定に時間がかかること等、問題点が残った。また緑内障患者では、眼圧が高すぎて今回用いた眼圧計では測定できない場合があった。3.各種の運動を実施させた際の眼圧は、緑内障患者、および晴眼者において、軽運動(ストレッチング)、有酸素運動(50%VO_2max・30分間の自転車エルゴメーター運動)ともに、運動前に比べて運動直後および30分後において有意の変化はみられなかった。晴眼者を対象として、高強度のウエイトトレーニングをおこなわせた場合の眼圧は、運動前に比べて運動直後に上昇する傾向があったが、有意の変化ではなかった。また各種の運動において、心拍数や血圧(最高・最低)と有意の相関はみられなかった。
記憶を操作するケミカルプローブの開発

標的細胞選択的にエピジェネティクス関連酵素の働きを制御する実験手法を開発するため,ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤として知られるSAHA(ボリノスタット)を修飾して,標的細胞選択的にその阻害活性を制御できる分子を設計・合成し,その化学系性質を検証した。光分解性保護基であるBhc基で修飾したBhc-SAHAとPLE作動性が期待されるMCPCM-Bhc-SAHAの合成を行った。精製PLEやPLE発現細胞溶解液との反応では、MCPCM-Bhc-SAHAの酵素分解性保護基が脱保護されることを確認した。405 nm光を照射すると、Bhc-SAHAからSAHAが生成すること、一方,MCPCM-Bhc-SAHAは光分解が生じないことを確かめた。HeLa細胞核抽出液を用いてHDAC阻害作用の残存活性を評価したところ, Bhc-SAHAおよびMCPCM-Bhc-SAHAの阻害活性はSAHAの1/1000程度に低下していることを確認した。さらにBhc-SAHAを用いると、405 nm光照射時間依存的にHDACの阻害作用が増加することが確認された。HEK293T細胞の内在性HDACの阻害効果を生細胞を用いて評価した。その結果,Bhc-SAHA存在下では核抽出液の結果と同様に、405 nm光照射を行うことでHDACの阻害効果の回復が確認できた。MCPCM-Bhc-SAHAでは、PLE発現細胞かつ光照射有りの条件下で強力なHDAC阻害作用が見られた。標的細胞選択性を付与する酵素/基質ペアを探索することで,内在性酵素による影響を最小限に抑える組合せを見出すことも可能と考えられる。さらに,互いに直交的にはたらく酵素/基質ペアを用意して,同一細胞内で複数のシグナル分子を独立に操作する多因子制御への展開の道を拓く研究成果が得られたと考えている。29年度が最終年度であるため、記入しない。光で記憶を操作可能にする新規ケミカルプローブを,以下の二つのアプローチで開発することを目指した。研究項目1では,狙った細胞種選択的に光活性化できるケージド化合物を新たに開発し,モデル生物個体脳において任意の細胞内シグナル伝達経路を自在に制御する手法,および,神経細胞における新規タンパク質合成を人工的に制御する手法に応用する。研究項目2では,領域内共同研究として,非侵襲的にドーパミン作動性神経の働きを制御するケミカルプローブを合成する。(1)任意の神経細胞の生理機能を光制御するケージド化合物の設計・合成任意の神経細胞の機能制御を目指して,細胞内シグナル伝達に関与する酵素類の阻害剤,および,いくつかのセカンドメッセンジャー類の新規ケージド化合物を設計・合成した。さらに細胞種選択性を付与するため,任意の酵素存在下で光感受性を獲得する修飾を施した。合成した酵素作動性ケージド化合物の光物理学的および化学的性質を検証した後,選択した酵素存在下で光感受性を獲得することを組換え体の酵素を用いる実験,目的酵素を一過的に発現した哺乳動物細胞溶解液中,および,生細胞を用いる実験で実証した。以上の結果を基にして,目的酵素発現細胞内でのみ光感受性を獲得するケージドリアノジンレセプターアゴニスト,および,ケージドcAMPの合成に応用した。(2)非侵襲的にドーパミン作動性神経の働きを制御するケミカルプローブの合成目的達成のために,ドーパミン生合成に関与する酵素の阻害剤を任意の酵素作動性に変換することを試みた。数種類の阻害剤を選び,豚肝臓エステラーゼ存在下でのみ阻害機能を発揮すように修飾した誘導体を設計・合成した。これにより,選択した酵素を強制発現した細胞の機能を選択的に制御可能になると期待できる。研究項目1では,従来型のケージド化合物の欠点を克服するために,任意の酵素存在下で光感受性を獲得する新規ケージド化合物の開発と化合物レパートリーの拡充を目指して研究を行った。その結果,当初の予定通り細胞内シグナル伝達に関与する酵素類の阻害剤,および,いくつかのセカンドメッセンジャー類の新規ケージド化合物を設計・合成して,目的の化学プローブのレパートリーを増やすことができた。細胞種選択性を付与するために導入した酵素応答性は,試験管内での検討のみならず,哺乳動物培養細胞内でもある程度期待通り働くことを実証することができた。さらに,光感受性を獲得する鍵になる酵素として,ベーターガラクトシダーゼ,豚肝臓エステラーゼ,および,ニトロリダクターゼの使用が可能であることを明らかにし,酵素と化学プローブペアの選択肢が拡充で切ることも確認した。これにより,たとえば,同一モデル細胞個体を用いて,複数の生理機能を選択的に制御する実験系構築の端緒が開かれたと考えている。また,この過程で,合成した化学プローブの生細胞内への導入を容易にする分子設計の指針も確率することができた。研究項目2では,非侵襲的にドーパミン作動性神経の働きを制御することが期待されるケミカルプローブを複数種合成した。具体的には,ドーパミン生合成に関与する酵素の阻害剤を数種類選び,豚肝臓エステラーゼ(PLE)存在下でのみ阻害機能を発揮すような分子修飾を施した。合成した化合物について修飾による機能喪失と機能回復の有無を検証したところ,化学修飾しても機能が失われないもの,また,PLE存在下でも機能回復しないものがあることが明らかになった。合成する化合物の構造の多様性を確保して,トライアンドエラーで検証する必要があると考えられる。

標的細胞選択的にエピジェネティクス関連酵素の働きを制御する実験手法を開発するため,ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤として知られるSAHA(ボリノスタット)を修飾して,標的細胞選択的にその阻害活性を制御できる分子を設計・合成し,その化学系性質を検証した。光分解性保護基であるBhc基で修飾したBhc-SAHAとPLE作動性が期待されるMCPCM-Bhc-SAHAの合成を行った。精製PLEやPLE発現細胞溶解液との反応では、MCPCM-Bhc-SAHAの酵素分解性保護基が脱保護されることを確認した。405 nm光を照射すると、Bhc-SAHAからSAHAが生成すること、一方,MCPCM-Bhc-SAHAは光分解が生じないことを確かめた。HeLa細胞核抽出液を用いてHDAC阻害作用の残存活性を評価したところ, Bhc-SAHAおよびMCPCM-Bhc-SAHAの阻害活性はSAHAの1/1000程度に低下していることを確認した。さらにBhc-SAHAを用いると、405 nm光照射時間依存的にHDACの阻害作用が増加することが確認された。HEK293T細胞の内在性HDACの阻害効果を生細胞を用いて評価した。その結果,Bhc-SAHA存在下では核抽出液の結果と同様に、405 nm光照射を行うことでHDACの阻害効果の回復が確認できた。MCPCM-Bhc-SAHAでは、PLE発現細胞かつ光照射有りの条件下で強力なHDAC阻害作用が見られた。標的細胞選択性を付与する酵素/基質ペアを探索することで,内在性酵素による影響を最小限に抑える組合せを見出すことも可能と考えられる。さらに,互いに直交的にはたらく酵素/基質ペアを用意して,同一細胞内で複数のシグナル分子を独立に操作する多因子制御への展開の道を拓く研究成果が得られたと考えている。研究項目1では,平成28年度に続いて,さらにケミカルプローブのレパートリーの拡充を目指す。特に,有機小分子性化合物を用いる利点を活かすため,channel rhodopsinを用いるいわゆるoptogeneticsでは実現が困難な光制御の実現を目指す。光制御できる機能に細胞内の新規タンパク質合成を選びanisomycinのケージド化合物の開発も行う。R-Bhc-ケージド化合物の持つ細胞種選択性は,第一の鍵である酵素との反応性に依存している。すなわち細胞内に入って働くことが必須であることから,細胞膜透過性を付与できなかったものは使用できないという欠点を持つ。そこで,目的実現のための第2の方法として,DREADD (designer receptors exclusively activated by designer drugs) ,および,受容体の不活性化が実現できる新しいDREADDシステム(KORD)の光制御を可能にする化学プローブを設計・合成する。いずれの化合物とも細胞膜上で働くため,細胞内への導入の問題を回避できる特徴を持つ。研究項目2では引き続き,各種MCPCM体の合成と化合物提供を実施する。ドーパミン作動性神経細胞の活動の制御に加えて,いくつかの細胞内シグナル伝達経路を選択的に制御するため,aktの阻害剤であるhonokiol,ERKに対するFR180204,PI3Kを阻害するPI103等のMCPCM体の合成,PLEとの反応性の解析,安定性を検討する。
抗酸化ストレスタンパク質の発現に及ぼす運動の影響

本研究では,レドックス調節因子で抗酸化ストレスタンパク質としても機能するストレス誘導性のチオレドキシン(TRX)が一過性の運動後と運動トレーニングでどのように発現するかを検討した。30分間の一過性の水泳運動では,末梢血単核細胞質画分と核タンパク質画分のTRXは,運動後12時間に増加して24時間までその傾向が続いた。タンパク質が酸化ストレスによって変性したカルボニルタンパク質は,運動後12時間で最も高い値を示した。これらの結果から末梢血単核細胞のTRXは,一過性の運動後12時間から24時間に発現が増加することが明らかになった。血漿IL-6が運動後24時間に最も高い値を示したのは,TRXの発現増加が関与しているのかもしれない。次にマウスに4週間のトレッドミル(25m/min,60分間/日,5日間/週)運動を負荷した後に,腓腹筋とヒラメ筋の細胞質画分,核画分のTRXとRedox factor-1(Ref-1)の発現を検討した。運動トレーニング群ではTRXは腓腹筋の細胞質画分で有意(P<0.05)に増加した。しかし,ヒラメ筋の細胞質画分では有意(P<0.05)に減少した。骨格筋でTRXの発現に違いがみられた要因は明らかではないが,筋の代謝様式の違いによる酸化ストレスの関与が示唆される。Ref-1は両筋肉の核画分で有意(P<0.05)に減少した。Ref-1はDNAの修復酵素としても働くことより,DNA修復,レドックス調節,他の遺伝子発現などに働いた結果ではないかと考えられる。本研究の結果から,一過性の運動もしくは運動トレーニングによってTRXやRef-1のような抗酸化ストレスタンパク質は,その発現に影響を受けることが明らかになった。本研究は運動による酸化的ストレスが抗酸化作用を示すストレスタンパク質(抗酸化ストレスタンパク質)の発現と転写因子であるDNA結合タンパク質に及ぼす影響について検討することを目的とする。本年度は核内の抗酸化ストレスタンパク質が一過性の運動によって発現するかどうかを明らかにするを目的とした。抗酸化ストレスタンパク質としては分子量が27kDaの小さい熱ショックタンパク質(HSP27)の発現について検討した。運動は一過性の水泳運動とし、運動後回復期の単核球核タンパク質をウエスタンブロット法によって分析した。実験動物は8週齢の雄ICRマウス(日本チャールス・リバー株式会社)、体重30-37gを用い、水温35±1°Cの水槽で60分間の水泳運動を実施させた。単核球の採取は運動前、運動後1時間、3時間、6時間にそれぞれマウス3匹の血液をプールして行った。マウスのリンパ球から細胞質画分と核抽出画分を調整し、核タンパク質をSDS-PAGE電気泳動を行い、HSP27の抗体を用いWestern Blottingによって分析した。その結果運動後6時間に採取した単核球核タンパク中にHSP27の発現が最も強く確認された。このことは運動ストレスによってHSP27の合成が促進し、運動後数時間経って核内に移行したものと考えられるが、さらに長時間の経時的検討を行う必要がある。また水泳運動には浸水によるストレスも加わるので、その影響についても検討する。HSP27がなぜ核内に移行するのかについては明らかではないが、DNAの酸化的損傷の防御、遺伝子の転写因子への影響などが推察される。今後HSP27の詳しい検討と転写因子の発現やサイトカイン濃度の変化についても総合的に検討する予定である。

本年度は転写調節因子で抗酸化ストレスタンパク質としても機能するチオレドキシン(TRX)と,転写因子のNF-κBが一過性の運動後にどのように発現するかを経時的に検討した。運動は一過性の水泳運動とし、運動後回復期のリンパ球細胞質と核のタンパク質画分をウエスタンブロット法によって分析した。さらに、NF-κBの活性化を推定するために血漿サイトカイン濃度も検討した。方法:実験動物は8週齢の雄ICRマウス、体重30-37gを用い、水温35±1°Cの水槽で30分間の水泳運動を実施させた。リンパ球の採取は運動前、運動後30分、3時間、6時間、12時間、24時間にそれぞれマウス5匹の血液をプールして行った。マウスのリンパ球から細胞質画分と核抽出画分を調整し、タンパク質画分をSDS-PAGE電気泳動を行い、TRX抗体(京都大学ウイルス研究所、淀井淳司教授の提供)、NF-κB(p65)抗体を用いウエスタンブロットによって分析した。酸化的ストレスの指標はタンパク質カルボニル基を分析した。結果と考察:細胞質画分のタンパク質カルボニル基は運動後12時間で最も高値を示した。タンパク質の酸化的ストレスは運動直後よりも12時間程度経過した時点で現れることが示唆された。NF-κBの活性化に関与するTRXは細胞質画分と核画分でともに運動後12時間で最も発現が強かった。NF-κB(p65)の発現量は細胞質画分と核画分でともに運動後12時間で最も低下していた。このことはNF-κBのDNAへの結合が促進したために発現量が低下したのではないかと考えられるが,NF-κBのDNA結合活性を測定していないために明らかではない。しかし、運動後24時間の血漿IL-6濃度が最も高かったことより,NF-κBの活性化が運動後1224時間で起こっていたものと推察される。本年度は,抗酸化ストレスタンパク質であるチオレドキシン(TRX)と核内でTRXと結合して転写因子の活性化に関与するRedox factor-1(Ref-1)が運動トレーニング後に骨格筋でどのように発現するかを検討した。ICR雄マウスに4週間のトレッドミル(25m/min,60分間/日,5日間/週)運動を負荷した後に,腓腹筋とヒラメ筋の細胞質画分,核画分のTRXとRef-1の発現をウエスタンブロットによって分析した。腓腹筋のクエン酸合成酵素活性(CS)はコントロール群(34.8±5.7(SE)units/mg protein)に比べて運動群(43.7±7.1(SE)units/mg protein)では有意な差は認められなかったが高値を示した。TRXは運動トレーニング群の腓腹筋細胞質画分で発現量が有意(P<0.05)に増加した。しかし,ヒラメ筋の細胞質画分では有意(P<0.05)に減少した。骨格筋でTRXの発現に違いがみられた要因は明らかではないが,筋の代謝様式の違いによる酸化ストレスの関与が示唆される。Ref-1は両筋肉の核画分で有意(P<0.05)に減少した。Ref-1はDNAの修復酵素としても働くことより,DNA修復,レドックス調節,他の遺伝子発現などに働いた結果ではないかと考えられる。本研究の結果から,運動トレーニングによってTRXやRef-1のようなレドックス調節に関与する抗酸化ストレスタンパク質は,その発現に影響を受けることが明らかになった。
大推力動力伝達機構の逆可動化制御を可能にするスライディングモードフィルタ理論

本研究課題においては,大出力の減速機付き駆動装置を逆可動化し,外力に対して柔軟に反応する位置制御および力制御を実現するための各種要素技術の開発と理論研究を行った.得られた成果のうち主なものは下記のとおりである.(1)新しい摩擦補償制御手法を確立した.これにより,弾性のある駆動機構においても効果的な摩擦補償を行うことが可能になった.(2)スライディングモード理論にもとづいたノイズ低減フィルタの数値的性質を明らかにし,位置制御と力制御における有用性を明らかにした.(3)モーターが飽和する場合にも安全に動作する新しい力制御手法を提案した.【1】タイミングベルトとボールねじ駆動機構からなる1自由度の実験装置を設計・製作した.この実験装置はアクチュエータとボールねじ機構の間に弾性ベルトが存在し,かつ,ボールねじ駆動部には摩擦がある機構である.比較的小型のモーターで大きな力を発生するために適した機構であるが,摩擦や弾性などため,従来の力制御手法の適用には困難を伴う機構である.【2】新しい摩擦補償制御手法についての基礎アイデアを得た.「摩擦モデル」をそのまま摩擦補償に用いる従来のアプローチでは,デバイスと制御器内のモデルが同時に静止摩擦状態に陥るという問題がある.この問題を発見した上で,その問題を迂回するための新しい手法を考案した.【3】研究代表者らが以前提案したスライディングモードフィルタについて,その数学的性質を明らかにするための理論研究を行った.4つのフィルタのうち3つについては重要な着想が得られ,安定性の証明の原型ができた.【4】以前に考案したロボット関節のためのシステマティックな摩擦力同定手法について,詳細な文献調査と追加の実験・考察を行ったうえで論文を執筆した.この論文はすでに掲載済みである.また,スライディングモードフィルタを用いたPDD2(比例・微分・二階微分)位置制御について,詳細な文献調査と追加の実験・考察を行った.さらに,これをアドミッタンス制御に適用した場合に安定性が向上する効果についても追加の考察を行った,これらのそれぞれの成果についても,学術論文を投稿した.平成27年度に雇用予定であった外国人学術研究員が諸般の都合により急遽帰国することになり,繰越申請をおこなった.それに伴う遅れは,平成28年度に入ってからおおむね取り戻すことができた.【1】前年度に初期アイデアを得た摩擦補償の制御則について,詳細な実験と調査を重ねて対外発表と論文投稿を行った.特に,静止摩擦時のディザーと組み合わせることによって,弾性のある駆動機構においても効果的な摩擦補償を行うことができた.【2】上記の摩擦補償制御則に類似の外力推定法を考案した.これについては国際会議で発表を行った.また,これを用いて力センサを用いないアドミッタンス制御を実現した.【3】非平滑な制御則の一つであるプロクシベースト・スライディングモード制御について,新しいアプローチから安定性解析を行い,論文を投稿した.この論文は採録が決定している.ここで考案した安定性解析の手法は,スライディングモードフィルタやスライディングモードオブザーバにも適用できる可能性がある.【4】新しいスライディングモード微分器を提案し,国内の学術講演会で発表した.これは古典的なスライディングモードオブザーバと同じ形式を持つが,用いられている関数の傾きが収束の速さに重要な役割を担うことに着目し,改良を施した.また,後退オイラー法で実装することによって,チャタリングを抑制することができた.【5】新しいアドミッタンス制御手法を考案した.トルクに制限を設けた上で,力センサ以外の部位での外力にも安全で滑らかな応答を示す.この手法は,大出力駆動機構において,力センサを用いる制御と用いない制御を安全に共存させるために極めて有用であると考えられる.摩擦補償や安定性解析について複数の論文を投稿することができた.【1】前年度に考案した摩擦補償手法は摩擦のパラメータの事前同定が必要であった.本年度においては,摩擦パラメータを1ストロークで同定する手法を考案し,国内の学術会議で発表した.また,一往復の運動時に慣性係数(質量)を同時に同定する手法も考案した.【2】前年度に考案した新しいアドミッタンス制御手法について,特許出願を行った.またそれを拡張し,六軸ロボットに適用することに成功した.トルクに制限を設けた上で,力センサ以外の部位での外力にも安全で滑らかな応答を示す.また,ドリフトを防ぐためにクーロン摩擦特性などを付与する方法も考案した.この手法は,大出力駆動機構において,力センサを用いる制御と用いない制御を安全に共存させるために極めて有用であると考えられる.また,摩擦補償と統合することで,力センサ外力と力センサ以外への外力の両方に鋭敏に反応する有用な制御則を構築できた.この技術については,論文投稿済みである.【3】本研究課題の理論的基盤になっている非平滑な制御則である「プロクシベースト・スライディングモード制御」(PSMC)のノイズと外乱に対する応答特性を明らかにした.スライディングモードを維持したまま弾性的な変位を示すことを数値例によって示した.この成果については国際会議で発表予定であり,また,学術論文として投稿準備中である.【4】前年度までに提案した4種類の放物線型スライディングモードフィルタについて,シミュレーション結果を整理したうえで位置制御への応用を行った.この成果は学術論文として出版済みである.なお,この研究は,ミャンマー人研究者との共同研究である.

【5】アクチュエータの出力とその時間変化率に制限があるシステムの制御について,スライディングモード制御を拡張した制御手法を提案した.国際会議での発表を行い,また,学術論文が採録済みである.本研究課題においては,大出力の減速機付き駆動装置を逆可動化し,外力に対して柔軟に反応する位置制御および力制御を実現するための各種要素技術の開発と理論研究を行った.得られた成果のうち主なものは下記のとおりである.(1)新しい摩擦補償制御手法を確立した.これにより,弾性のある駆動機構においても効果的な摩擦補償を行うことが可能になった.(2)スライディングモード理論にもとづいたノイズ低減フィルタの数値的性質を明らかにし,位置制御と力制御における有用性を明らかにした.(3)モーターが飽和する場合にも安全に動作する新しい力制御手法を提案した.【1】新しい摩擦補償制御則について,その諸性質を実験によって明らかにするとともに,理論的な解析を行う.この制御則は,既存の摩擦モデルをそのまま用いるのではなく,付加的な項によって静止摩擦状態における応答特性を改善したものである.その付加的な項はスライディングモード理論から着想を得たものであり,それの理論的解析のためには,非平滑システム特有の理論体系を再構築する必要がある.【2】摩擦モデルに付加的な項を加えること静止摩擦状態での振る舞いを修正するというアイデアを用いて,外力推定の手法を確立する.装置の摩擦力は制御性能を低下させるが,一方で,外乱によって装置が不要に揺動するのを防ぐ効果もある.そのため摩擦補償を伴わない外力推定手法にも多くの有用な応用が考えられる.【3】上記と並行して,研究代表者らが以前提案したスライディングモードフィルタの数学的性質を明らかにする.このフィルタもフィルタ自体が非平滑な動的システムであり,また,入力の変動によってスライディング面が変動する.このことに着目した理論解析を行う.【1】考案した新しい微分器の理論的観点から精査し,早期に論文投稿を目指す.新しい微分器はSlotineらによって提案されたスライディングモードオブザーバの特殊例であると見ることができるが,後退オイラー法を用いた実装によって符号関数の取り扱いがより理論的に厳密になる.従来の連続時間理論に近い性質が現実のデバイスで実現できる可能性があり,この観点から精査をおこなう.【2】上記の微分器を用いて実験装置の逆可動化と力制御を実現する.特に加速度情報を用いた外力推定と慣性補償,および,摩擦補償を組み合わせる.【3】新しいアドミッタンス制御についても早期の論文投稿を目指す.また,摩擦補償などと組み合わせることによってどの程度の効果が得られるかを検証する.29年度が最終年度であるため、記入しない。機械力学・制御29年度が最終年度であるため、記入しない。
口腔癌の樹状細胞腫瘍内投与療法における細胞障害性Tリンパ球機能の探索

頭頸部癌患者のCD8+Tリンパ球において、pro-apoptotic蛋白Baxの強発現が認められBax/Bcl-2(anti-apoptotic蛋白)比が健常人と比較して上昇していること、このことにより主としてCTLに分化し、癌細胞障害活性を発現するCD8+Tリンパ球がアポトーシスを起こしやすくなることで、抗腫瘍免疫活性が低下していることが報告された。そこで、本研究では、頭頸部癌患者におけるBaxならびにBcl-2遺伝子発現と治療効果との関連性につき検討した。当科において治療を行った79例の頭頸部癌患者より末梢血単核球(PBMC)を採取し、Bax及びBcl-2遺伝子発現を半定量RT-PCR法にて検索し、densitometric analysisを行い内部コントロールGAPDHとの比として表現した。生存および再発において、Bcl-2/Bax比が有意に高値を示した。一次治療として放射線療法+経口抗癌剤(TS-1あるいはUFT)+免疫療法剤OK-432同時併用療法を行った56例においてCR群ではPR+SD群と比較してBcl-2/Bax比が有意に高値を示した。さらに、Bcl-2/Bax比が高値の群では、有意な生存日数の延長を認めた。OK-432を腫瘍内投与した54例においてIFN-γが誘導された群では有意にBcl-2/Bax比が高値を示した。頭頸部癌患者におけるBcl-2及びBax遺伝子発現が有用な予後因子となることが強く示唆された。来年度は、Bax強制発現Tリンパ球を投与されたマウスおよびBax欠損Tリンパ球を投与されたマウスを作製し、樹状細胞療法の治療効果につき詳細に検討する。
高度電磁気特性非破壊評価システムの開発

本研究では,高度電磁気特性非破壊評価システム開発に向けて,本システムに必要な基礎技術に対して研究を行った。その際に,焼入れされた鉄鋼材の磁気特性に着目し,焼入れ深さや度合いの非破壊評価技術の開発を行った。まず,焼入れされた鉄鋼材のBHループの形状に着目し,深さ方向の磁気特性と硬度の関係を明らかにした。さらに,低い周波数から高い周波数の磁気特性を利用することで,焼入れ深さや度合いの評価が可能であることを示した。次に,周波数を変化させ,磁束の浸透深さをコントロールすることで,深さ方向の磁気特性に関する情報を得るため,周波数探査技術の開発を行った。周波数探査技術として,周波数掃引励磁スペクトログラム法を提案し,その有用性を示した。また,焼入れされた鉄鋼材の磁気特性を評価するために,磁気センサを開発した。本センサを用いることで,焼入れされた鉄鋼材の透磁率,保磁力や磁気損失などの磁気特性を評価することが可能となった。さらに,周波数掃引励磁スペクトログラム法を組み合わせることによって,磁気特性の値をスペクトログラム化でき,焼入れ領域や深さの推定が可能となった。さらに,非破壊材料評価技術の応用として,配管の減肉評価を行った。まず,基本モデル磁気センサを用いて,従来の磁束密度のみの測定だけでなく,磁界強度も測定し減肉評価を行った。その結果,磁界強度を評価することで減肉の有無に対して大きな変化が得られ減肉評価に有効であることを示した。本研究において,周波数探査技術や磁気特性の評価技術を用いることで,焼入れ深さや度合いの非破壊評価が可能であることを示した。これらの技術は,製造後の鉄鋼製品の保守検査として劣化,損傷評価や寿命予測などの材質評価にも用いることもでき,産業界の幅広い分野に応用できる。産業界では,鉄鋼材が構造物機械部品として幅広い分野で用いられ,これらの部品に優れた機械特性を持たせるため熱処理が施されている。現在,このような熱処理による機械特性の変化は,機械的手法を用いて,材質評価が行われている。この際に,試料を破壊するため別途参照試料が必要であり,実際の製品の材質評価を行うことが不可能である。本研究では,機械的手法に代わり,電磁気的手法を用いて非破壊的に鉄鋼材の材質評価を行うシステム(高度電磁気特性非破壊評価システム)を開発し,その実用化を目指すことである。本システムを開発することによって,熱処理による鉄鋼材の材質評価を行え,優れた鉄鋼材開発のための製造支援技術の一つとして用いることができ,産業界に貢献できると考えている。これまで,熱処理のコントロールやメカニズムが非常に複雑であり,磁気特性との関係は明らかにされていない。そのため,まず,本システムを開発するための基礎技術の構築ため,熱処理によって鉄鋼材の磁気特性がどのように変化し,機械特性とどのような関係があるか検討を行う。本研究では,熱処理の一つである焼入れに注目し,様々な条件の焼入れ鉄鋼材を作製し,焼入れ前後で磁気特性がどのように変化しているか測定を行った。焼入れ鉄鋼材の磁気測定結果から,焼入れによって磁気特性が変化していることがわかった。さらに,焼入れ温度,時間などの焼入れ条件によっても磁気特性や機械特性は変化するため,焼入れ条件についても検討していく必要があることがわかった。今後は,焼入れ条件や焼入れによる磁気特性変化についてさらに詳細に検討を行い,高度電磁気特性非破壊評価システムの開発を行っていく。本研究の目的は,電磁気的手法を用いることによって,外部から非破壊で材質評価を行うシステムを開発することである。そのため,我々は,焼入れが施された鉄鋼材について着目し,焼入れ深さや度合いの評価を行っている。平成19年度の計画として,前年の結果に基づき,さらに様々な鉄鋼材の磁気測定を行い,磁気特性や機械特性の相関関係を明らかにしていくことである。また,実際に磁気特性を外部から非破壊評価できるような磁気センサの構造について検討を行っていく必要がある。まず,我々は,これまで研究に用いてきた炭素鋼以外にも,低炭素鋼板でも焼入れによって高硬度が得られることがわかった。そのため,低炭素鋼板の磁気特性を明らかにし,磁気特性と機械特性の比較を行った。その結果磁気特性及び機械特性の関係から,焼入れ効果有無の評価が可能であることがわかた。しかしながら,低炭素量にも関わらず,焼入れ効果が得られた要因についてはわかっていない。焼入れ効果の要因として,焼入れ前の状態や焼入れ条件の影響が考えられる。我々は,焼入れ前状態の機械的要因(ひずみ,残留応力)に着目した。その際に,様々な焼入れ条件の試料に対して磁気特性を行う必要があり,新しい磁気測定システムの開発を行った。平成19年度では、主に焼入れ低炭素鋼板の磁気特性の結果について,国内学会や国際学会にて報告し,様々な研究者と議論を行ってきた。また,実用化に向けて磁気センサの検討を行った。磁気センサの開発する際に,どのように励磁し,どのように焼入れ鉄鋼材内部の磁気特性の変化を検出するか,測定結果をどう扱うかといった問題があげられる。これまでの磁気センサでは,試料と磁気センサの間隔が数mm程度で測定が行われているが,我々は,磁気センサを離れた位置に設置し測定を行い,材料の何らかの変化が得られないかどうかを数値シミュレーションを用いて検討を行っている。

その際に,焼入れされた鉄鋼材の磁気特性に着目し,焼入れ深さや度合いの非破壊評価技術の開発を行った。まず,焼入れされた鉄鋼材のBHループの形状に着目し,深さ方向の磁気特性と硬度の関係を明らかにした。さらに,低い周波数から高い周波数の磁気特性を利用することで,焼入れ深さや度合いの評価が可能であることを示した。次に,周波数を変化させ,磁束の浸透深さをコントロールすることで,深さ方向の磁気特性に関する情報を得るため,周波数探査技術の開発を行った。周波数探査技術として,周波数掃引励磁スペクトログラム法を提案し,その有用性を示した。また,焼入れされた鉄鋼材の磁気特性を評価するために,磁気センサを開発した。本センサを用いることで,焼入れされた鉄鋼材の透磁率,保磁力や磁気損失などの磁気特性を評価することが可能となった。さらに,周波数掃引励磁スペクトログラム法を組み合わせることによって,磁気特性の値をスペクトログラム化でき,焼入れ領域や深さの推定が可能となった。さらに,非破壊材料評価技術の応用として,配管の減肉評価を行った。まず,基本モデル磁気センサを用いて,従来の磁束密度のみの測定だけでなく,磁界強度も測定し減肉評価を行った。その結果,磁界強度を評価することで減肉の有無に対して大きな変化が得られ減肉評価に有効であることを示した。本研究において,周波数探査技術や磁気特性の評価技術を用いることで,焼入れ深さや度合いの非破壊評価が可能であることを示した。これらの技術は,製造後の鉄鋼製品の保守検査として劣化,損傷評価や寿命予測などの材質評価にも用いることもでき,産業界の幅広い分野に応用できる。
酵素包括ゾル-ゲルシリカモノリスマイクロチャネルバイオリアクターの開発

内径数mmのPEEKチューブやガラス毛細管,内径数百μmのPEEKSTLチューブの内部に,テトラメトキシシランとメチルトリメトキシシランの1:4混合物を前駆体としたゾル-ゲル法により,プロテアーゼもしくはリパーゼを包括した有機-無機ハイブリッドシリカモノリスをその場形成させた.モノリスは直径数μmの微粒子の集合体からなり85%程度の空隙を有する.この空隙を基質溶液の流路とする固定化酵素マイクロバイオリアクターを構築した.まず,乾燥に伴うシリカの収縮を最小限にするために,種々のゾル-ゲル反射条件,ならびにPFGやPVAなどの添加剤の効果を検討した.その結果,酵素サンプルに当初から安定化剤として添加されているデキストリンをさらに追加添加し,最終量を最適化することによって収縮が防止できることを見出した.つぎに,有機溶媒中におけるプロテアーゼによるグリシドールと酪酸ビニルのエステル交換およびリパーゼによるグリシドールと酪酸からのエステル合成をモデル反応に,同じ固定化酵素ゲル粒子の懸濁回分反応器との比較において,流通マイクロバイオリアクターの性能を検討した.その結果,一定の時間因子においては,マイクロバイオリアクターの反応率は単なる回分反応器の反応率を上回ることが分かったが,マイクロバイオリアクター内の酵素反応速度は基質の液固間物質移動過程によって影響を受けていることが明らかとなった.この効果を回分反応器とマイクロバイオリアクターにおける酵素反応速度の単純なモデル解析によって定量的に表し,マイクロバイオリアクターの性能方程式を決定した.さらに,リアクターの高性能化のために,テトラメトキシシランとジメチルジメトキシシランの混合物を原料とした気相もしくは超臨界相ゾル-ゲル反応によって酵素のシリカ被覆を行い,一層の活性向上がもたらされることを見いだした.内径数mmのPEEKチューブやガラス毛細管,内径数百μmのPEEKSILチューブの内部に,テトラメトキシシランとメチルトリメトキシシランの1:4混合物を前駆体としたゾル-ゲル法により,プロテーゼ包括有機-無機ハイブリッドシリカモノリスをその場形成させた.モノリスは直径数μmの微粒子の集合体からなり60%程度の空隙を有する.この空隙を基質溶液の流路とする固定化酵素マイクロバイオリアクターを構築した.乾燥に伴うシリカの収縮を阻止するために,種々のゾル-ゲル反応条件,ならびにPEGやPVAなどの添加剤の効果を検討した.その結果,酵素サンプルに当初から安定化剤として添加されているデキストリンをさらに追加添加し,最終量を最適化することによって収縮が防止できることを見出した.プロテアーゼによる有機溶媒中のグリシドールと酪酸ビニルのエステル交換をモデルに,同じ固定化酵素ゲル粒子の懸濁回分撹拌槽との比較において,流通マイクロバイオリアクターの性能を検討した.主要な変数としては,チューブ長さ,内径,および固体当たりの酵素含有率を取り上げ,それらが反応率におよぼす効果を検討した.その結果,マイクロバイオリアクター内の酵素反応速度は基質の液固間物質移動過程によって影響を受けていることが明らかとなった.この効果は回分反応器と流通マイクロバイオリアクターにおける酵素反応速度の単純なモデル解析によって定量的に表された.これらからマイクロバイオリアクターの設計方程式を決定した.酵素の高密度充填および物質移動抵抗の低減が今後の課題となる.内径数mmのPEEKチューブやガラス毛細管,内径数百μmのPEEKSTLチューブの内部に,テトラメトキシシランとメチルトリメトキシシランの1:4混合物を前駆体としたゾル-ゲル法により,プロテアーゼもしくはリパーゼを包括した有機-無機ハイブリッドシリカモノリスをその場形成させた.モノリスは直径数μmの微粒子の集合体からなり85%程度の空隙を有する.この空隙を基質溶液の流路とする固定化酵素マイクロバイオリアクターを構築した.まず,乾燥に伴うシリカの収縮を最小限にするために,種々のゾル-ゲル反射条件,ならびにPFGやPVAなどの添加剤の効果を検討した.その結果,酵素サンプルに当初から安定化剤として添加されているデキストリンをさらに追加添加し,最終量を最適化することによって収縮が防止できることを見出した.つぎに,有機溶媒中におけるプロテアーゼによるグリシドールと酪酸ビニルのエステル交換およびリパーゼによるグリシドールと酪酸からのエステル合成をモデル反応に,同じ固定化酵素ゲル粒子の懸濁回分反応器との比較において,流通マイクロバイオリアクターの性能を検討した.その結果,一定の時間因子においては,マイクロバイオリアクターの反応率は単なる回分反応器の反応率を上回ることが分かったが,マイクロバイオリアクター内の酵素反応速度は基質の液固間物質移動過程によって影響を受けていることが明らかとなった.この効果を回分反応器とマイクロバイオリアクターにおける酵素反応速度の単純なモデル解析によって定量的に表し,マイクロバイオリアクターの性能方程式を決定した.さらに,リアクターの高性能化のために,テトラメトキシシランとジメチルジメトキシシランの混合物を原料とした気相もしくは超臨界相ゾル-ゲル反応によって酵素のシリカ被覆を行い,一層の活性向上がもたらされることを見いだした.
希土類元素・遷移金属・水のリザーバーとしての緑簾石族鉱物の構造特性

多様な岩石で広い温度圧力条件で普遍的に産するレアアースリザーバーとしてもよく知られる緑簾石族鉱物を主な研究対象とした。本研究で日本国内より3種類のレアアースを含む新鉱物を見出し,産出地域のレアアース濃集過程を明らかにするとともに,元素の挙動と結晶構造の関係の法則性の理解に貢献した。また世界で初めてバナジウム緑簾石族鉱物の合成に成功し,バナジウムの挙動を解明した。陰イオンの挙動としてOH基に着目し,陽イオンの酸化数変化が水素結合に一般的に影響を与えることを緑簾石類縁鉱物であるパンペリー石で再確認し,法則性の確立のため含水準輝石を用いて検討したところその正当性が確認された。本研究は,天然・合成緑簾石族鉱物における希土類元素や遷移金属元素などの陽イオンおよびOH基をはじめとする陰イオンの挙動が結晶構造にどのような影響を与えるのかを系統的かつ体系的に解明し,配位多面体ごとのキャラクタリゼーションを行うことで造岩鉱物一般に広く適用できるイオン置換と結晶構造変化,水素結合との関係に関する一般則を見出すことを目的とする.本研究では地殻上部マントルまでの広い温度圧力条件で生成する緑簾石を主な研究対象としている。緑簾石は,その生成プロセスを反映する多様な化学組成を持ち,希土類元素やストロンチウム,さらに水のリザーバーとしての役割を担っている.緑簾石族鉱物がこのような重要な役割を担っていることはこれまで天然試料の研究を通じて理解されてきたが,「希土類元素や他の資源金属の貯蔵庫としての役割」や「地殻から上部マントルにおける水の循環との係り」を鉱物合成実験や相平衡実験などの実験鉱物学的なアプローチによる実態の解明は本研究のオリジナリティーであるといえる.また緑簾石族鉱物は,多様な温度圧力条件で生成するだけではなく,様々な配位多面体(9, 10配位,3種類の6配位と4配位)からなる結晶構造をもつ.さらにOH基だけではなくフッ素や塩素などの多様な陰イオンが存在することが知られている。そのため,本鉱物は陽イオン置換と構造変化の関係の法則性の確立,さらに陰イオンが構造に与える影響の検討に最適であるといえる.本研究課題を達成することにより,地球・惑星構成物質としての鉱物の化学組成,安定性,物理的性質を統一的に理解し,かつ,地殻から下部マントルまでの鉱物の存在状態と物質循環の体系的解明の基礎が構築されるといえる.本研究は,天然・合成緑簾石族鉱物における希土類元素や遷移金属の陽イオンおよび陰イオンの挙動が結晶構造に与える影響を系統的かつ体系的に解明し,配位多面体ごとのキャラクタリゼーションを行うことで造岩鉱物一般に広く適用できるイオン置換と結晶構造変化,水素結合との関係に関する一般則を見出すことを目的する.本研究はその目的の達成のため以下の4つの課題を設定した:(1)陽イオンの結晶内分配の支配要因:バナジウムの挙動の解明と3価の遷移金属イオン間の分配係数の決定,(2) 6配位席における遷移金属イオンの挙動:Ca-REE3+置換を伴う緑簾石族鉱物の系統的な検討,(3)陰イオン(OH, OD基)が結晶構造に与える影響:重水素と水素,(4)構造的類縁鉱物群における陽イオンの挙動と水素結合システム:配位多面体の特性の理解.これまで課題(1), (2)については下記のように当初目標以上の研究成果が得られている.(1)含Vクリノゾイサイトの合成を世界で初めて成功させ, X線構造解析を用いてこれまで知られていなかったバナジウムの挙動を決定し,結晶構造変化への影響を明らかにした。さらにこれまでFeを含むクリノゾイサイトや緑簾石のみで指摘されていた不混和領域の存在を確認した(Nagashima et al. in preparation).(2)レアアースを含む緑簾石族鉱物である褐簾石に属する3種の新鉱物「ランタンバナジウム褐簾石」「ランタンフェリアンドロス石」「ランタンフェリ赤坂石」の研究を通じて,複合置換(Ca2++Me3+=REE3++Me2+)が結晶構造に与える影響を検討し,さらにMn2+の挙動を既知の研究とあわせて系統的に理解した.この成果は,国際誌に2編の論文として公表済みである.本研究は、天然・合成緑簾石族鉱物における希土類元素や遷移金属の陽イオンおよび陰イオンの挙動が結晶構造に与える影響を系統的かつ体系的に解明し、配位多面体ごとのキャラクタリゼーションを行うことで造岩鉱物一般に広く適用できるイオン置換と結晶構造変化、水素結合との関係に関する一般則を見出すことを目的としてきた。そこで平成27年度は緑簾石類縁鉱物を用いた陽イオン置換と陰イオン置換の関係の解明を主に進めた。申請者は、緑簾石類縁鉱物であるパンペリー石やサーサス石に関して、同種・同構造の鉱物であっても陽イオンの酸化数変化が異なる水素結合システムの構築を促すことを指摘するなど、陽イオン置換と陰イオン置換の密接な関係について報告してきた。そこで平成27年度は(1)パンペリー石のFe3+卓越種であるジュルゴルド石を用いて本現象についての再検討、(2)本現象の普遍性を検討するため準輝石族鉱物を用いた検討の2つの課題に取り組むことで、その普遍性の検証を試みた。(1)の成果:4つの酸素がOH基を形成するパンペリー石において、本研究では7か所の水素位置が決定された。