hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
流動層内水平円管周りの粒子挙動と熱伝達特性に及ぼす粒子間付着力の影響

ビーズ粒子をアルカリ液で洗浄し、表面性状を変化させ粉粒体特性を変えることも今後の新たな課題として考えている。今年度は、年度当初の計画に従って、次の2種類の実験研究を実施した。1.粒子間付着力を制御できるガラスビーズの作成。4種類の表面処理(グリシロシラン、アクリルシランとアミノシラン処理及びインク塗布)を行った平均粒径230及び440μmのガラスビーズについて、雰囲気湿度を3585%変化させパウダーテスターを用いて粉体特性を測定した。これらの内、グリシロシラン処理とインキ塗布粒子は、雰囲気湿度の増加とともに安息角が増加する特性が、他の処理粒子に比べて顕著であり、流動化空気の湿度を変えることによって、液架橋による粒子間付着力を制御できることがわかった。2.感温液晶シートによる流動層内水平円管周りの熱伝達特性の可視化観察感温液晶シートとステンレス鋼箔を重ねて両面接着テープで貼り付けた50mm径のガラス製円管を作成、流動層内に設置し、ステンレス鋼箔に通電加熱し液晶シートの発色を管内からマイクロカメラで観察した。発色分布から求めた平均熱伝達率分布は、従来の熱電対による測定結果と大差なかった。面的に同時にとらえられた管表面温度分布の時間変化から管表面に接触する気泡や粒子群の挙動を知ることができ、粒子間付着力が強くなると、管表面上の粒子群の動きが遅くなり、表面上の広がりは、より限定的であること等が観察された。今後の課題は、円管内面の広い範囲を同時観察できるように鏡やマイクロカメラの配置を工夫すること、及びマイクロカメラの信号をディジタル化し、画像処理ができるようにすること等である。本年度の研究実施計画に従って、主に次の2種類の可視化観察実験を実施した。1)感温液晶シートによる温度場の可視化観察ガラス管製伝熱管(外径50 mm)にステンレス鋼薄膜発熱体(厚さ15μm)と感温液晶シートを貼り付け、管内側からマイクロカメラと鏡を用いて、感温液晶の発色(43.7°C48.3°C)を可視化し温度場の観察を行った。鏡の形状を楕円形状とし、同時に観察できる可視化範囲を管軸方向に8cm、周方向に120°まで広げた。又、発色の可視化ビデオ信号からニューラルネットワーク法により温度分布を計算し、定量的な熱伝達率分布を求めた。これらの結果からは、空気の相対湿度が増加(約60%→80%)し粒子間付着力が大きくなると、管周りの熱伝達率が低下し、分布の時間的変動が非常に緩やかになることが観察された。2)レーザーライトシートによる管周りの可視化観察透明なガラス管の内側から、レーザーライトシートを管軸に垂直に管表面に照射し管周りの粒子と気泡の挙動を可視化観察した。管外表面に蛍光塗料を塗布することにより管表面が明確に識別でき、粒子接触の状態、気泡の形状、粒子間付着力の増加により生じた粒子塊などが極めて明瞭に可視化観察できた。観察結果から気泡の接触時間割合などの管周りの分布を求めて、粒子間付着力が管周りの気泡および粒子挙動に与える影響を定量的に評価した。この可視化法は、管に接触する粒子挙動を直接観察するための優れた手法の一つであると思われる。
新しいビタミンPQQ測定とそれによる肝疾患のスクリ-ニング

最近、種々の酵素の補酵素として発見されたピロロキノリンキノン(PQQ)は新なビタミンの可能性をもっている。しかし生体試料中の全PQQ定量法や種々疾患々者の血清PQQ量は全く不明である。そこで血清中の全PQQ量の測定法を確立し、それによって健康者及び肝疾患々者の血清PQQ定量を目的とする研究を行った。1.血清を塩酸々性(pH1.02.0)にして遠心、全PQQを含む上清を陰イオン交換セルロ-スに吸着させたのち,セルロ-スをカラムに充填。カラムを洗〓後、PQQを0.2N苛性ソ-ダで溶離回収。回収液を燐酸々性にし直ちに蛍光モニタ-とデ-タ処理機を装備したHPLCでPQQを分析した。PQQは再現性よく完全に分離された。しかし血清PQQは極めて微量で、肝疾患々者のそれは検出限界量であった。従って多量の血清からPQQを分離濃縮することなく正確な定量をすることは困難で,スクリ-ン法として用いるには一層の改良を要することが判明した。2.PQQをハプテンとするヘモシアニン及びメチルアルブミン複合体を作製し,これらで兎の免疫した。この結果、えられた兎血清はPQQーヘモシアニン及びPQQーメチルアルブミン複合体と強い反応を示したが、同時にヘモシアニンやメチルアルブミンそのものとも反応した。一般にPQQは蛋白やアミノ酸と容易に,かつ非特異的に反応し、これらと複合体を形成する。このため上記の抗血清がPQQそのものと特異的に抗原抗体反応することを明らかにする必要がある。PQQと蛋白等との,特に抗血清蛋白との非特異的反応を除去しない限り,PQQ定量にこの抗血清との反応を利用することは現実に困難である。そこで目下PQQと抗血清との反応から非特異的反応を除外する方法を検討中である。
中世末期浄土寺院における学問の研究-良定の著書を通して-

本研究は、浄土宗名越派の学侶である良定(袋中)の著作の調査(資料収集)を通して、中世末期における、浄土宗寺院の学問のあり方を探るものである。ただし、良定の学問を規定していく上で重要になってくる名越派や白旗派の学問体系は、良定研究と同様、いまだ未解明な部分が多い。したがって、本研究では、如来寺、専称寺など、名越派寺院の悉皆調査をも併せて行った。名越派のいわきにおける拠点であった如来寺(いわき市平山崎矢ノ目)蔵聖教の悉皆調査は、書肆カードを用いての整理を行ったが、蔵書量が膨大(約3000冊)なため、整理・分類までに、まだ数年を要する。書肆データは、コンピューターを用い、データベース化を進めている。また、スキャナーなどを用い、画像データの蓄積も行っている。専称寺(いわき市平山崎梅福)では聖教の予備調査を行い、悉皆調査に入る準備を進めている。調査を進めるなかで、名越派の根本書『題額集』を発見した。いまだ未紹介の書である。如来寺には、6種の写本があり、他寺蔵のものとも校合した上で、紹介を予定している。また、良定の叔父の著作『三語集』を発見した。天竺・震旦・本朝の持経者の伝を集めた本書は、名越派・良定の学問を知る上で重要である。調査と並行して、良定の著作の内、『題額聖讃』、『涅槃像考文抄』の諸本収集を行った。『題額聖讃』は、『題額集』の注釈書である。如来寺から唯一の写本を発見した。『涅槃像考文抄』は、その内容から、絵解きと深く関わる重要な作品であることがわかった。11年度5月より毎月2日(8月は5日)の割合で如来寺(いわき市山崎)の聖教悉皆調査を始めた。調査はカード取りと写真撮影(カメラ・デジタルカメラ・デジタルビデオ)を中心に進めている。カードによって得た情報は、データベース化を考え、雛形作りをしている。如来寺蔵の聖教は総点数1500を優に超え、調査終了にはあと2年は最低でもかかることが予想される。特に月形箱に納められている名越派の秘書類は、浄土宗全書に収められている該書と字句の異同が著しく、名越派の教説を考えてゆく際に、重要なものとなる。月形箱の秘書の内、『題額集』は浄土宗全書には採られていないが、名越派を支える根本の書である。良定の『題額聖〓讃』(以下『聖〓讃』と記す)も、『題額集』の注釈書であることが確認できた(『題額集』は国書総目録にも単独の項目がないが、大谷大学蔵『題額聖〓讃』では『聖〓讃』とセットになっている。但し版本であり、如来寺蔵の写本群とは、やはり字句の異同が見られる)。将来的には、如来寺、壇王法林寺(末見。12年度調査予定)の蔵書調査の成果をもとに、テキストクリティークを重ね、名越(派)叢書の刊行を目指したいと考えている。如来寺の聖教調査を進める中で、良定の著書の内『聖〓讃』の写本を発見した。書写年代は近世前期と目される。内閣文庫蔵本・大正大学蔵本・東洋大学蔵本・大谷大学蔵本・龍谷大学蔵本ともに版本であり、写本は確認されていない。貴重なものであることは言うまでもない。諸本と校合しつつ、翻刻を進めている。
肺胞内で異物を捕捉するレクチン様蛋白質ＳＰーＤによる受容体を介した炎症制御機構

正常及びKOマウスのアレイ解析によって,KOマウスでは次のような遺伝子の発現量が著増していることが明らかになった:Cytokines, TNF-alpha, IL-1 beta, CXCL9, CXCL16, CCL3, CCL8, CCL9, CCL21, Ctsk, Mmp12, Saa3, and Gpnmb。炎症性サイトカインに関しては定量qPCRによっても確認すると共に,発現の経時変化を追跡した。その結果,サーファクタントの蓄積よりも遅れて炎症性サイトカインが誘導され,主として肺胞マクロファージから分泌されることが分かった。Matrix metalloproteinases (Mmps)に関しては肺気腫との相関も期待されるので,より詳細に発現誘導にいたるシグナル伝達経路を解析したところ,SP-Dの蓄積によってマクロファージ内に多量の活性酸素ROSが生成し,NFkBを介して発現が誘導されていることが明らかになった。従って,膜7回貫通型受容体Ig-Heptaはサーファクタント量を最適化することにより肺におけるガス交換を助けるのみならず,その成分であるSP-Dを介して,マクロファージが起点となる自然炎症の制御もするという2重の役割を果たしていることになり,興味深い結果といえる。2.メタボローム解析Ig-Hepta/GPR116ノックアウトマウスの肺胞では,サーファクタントが大過剰に合成されており,代謝系が更新していると考えられる。代謝系のどこにIg-Hepta/GPR116のシグナルが作用しているかを明らかにする手掛かりを得るために,メタボローム解析を行なった。その結果,正常マウスとKOマウスの肺組織では,数個の代謝産物で差があるという今後の展開につながる結果を得た。25年度が最終年度であるため、記入しない。1.発生段階及び炎症依存性のIg-Heptaの発現量の変動と発現細胞の特定(1) Ig-Heptaの発現部位の決定と各発生段階での発現量の推定:本研究では,最近作製に成功したKOマウス(Ig-Hepta-/-)の特徴,すなわちTargeting vectorにnls-LacZが組み込まれており,発現部位と発現量をb-galactosidaseアッセイによって同定・定量できる性質を活用して,Ig-Heptaが肺のどの細胞に多く発現しているかを発生段階を追って決定した。その結果,サーファクタントを合成分泌している肺胞II型細胞に特異的に発現していること,及び分娩1日前から合成が盛んになり,分娩に伴う肺呼吸に備えていることが明らかになった。(2)肺胞内炎症とIg-Heptaの発現量との相関:KOマウスでは,通常の施設で飼育した場合,生後数日で肺胞サーファクタントが過剰となり,その後白血球の浸潤も顕著となる。これが飼育環境中に浮遊する異物によるものか,Ig-Hepta欠損に伴う本質的なものかを明らかにするために,理化学研究所バイオリソースセンターの高度清浄環境下で飼育したKOマウスについて,週齢を追って白血球の浸潤の有無を調べた。その結果,高度清浄環境下で飼育した場合でも,同様に肺胞サーファクタントの過剰が起き,それに伴って二次的にマクロファージの肥大化やマクロファージからの炎症性サイトカインの放出が起きていることが明らかになった。2. KOマウスの肺胞内へ浸潤・集積する白血球集団のプロファイリングIg-Heptaノックアウトマウスの肺胞には多数の白血球が浸潤し蓄積している。炎症性細胞のマーカータンパク質に対する抗体を用いて,肺胞洗浄液BALF中に含まれる浸潤性白血球細胞の種類を同定したところ,大多数のマクロファージの中に少数のリンパ球が混在することが分かった。計画した以下の2項目に関し,興味深い結果を得,現在論文を投稿中である。

1.発生段階及び炎症依存性のIg-Heptaの発現量の変動と発現細胞の特定2. KOマウスの肺胞内へ浸潤・集積する白血球集団のプロファイリング平成25年度は,アレイ解析やメタボローム解析など網羅的な解析を行い肺胞サーファクタントと自然免疫の調節においてかなめとなっている受容体Ig-Hepta/GPR116のシグナリング機構を解明する方針である。25年度が最終年度であるため、記入しない。
食・栄養が脳・神経系に及ぼす影響の解析－うつ病危険因子としての葉酸欠乏－

平成30年度は、葉酸欠乏によるメチル基修飾異常が神経成熟抑制を引き起こすメカニズムを追究するために、葉酸欠乏条件下で分化させた培養神経幹細胞および葉酸欠乏マウスを用いて検討を行った。また、葉酸欠乏が視床下部-下垂体-副腎皮質系(HPA系)機能に与える影響を葉酸欠乏マウスを用いて評価した。まず、培養神経幹細胞を用いて葉酸欠乏が神経成熟関連遺伝子群のmRNA発現に及ぼす影響を解析したところ、神経幹細胞の維持や神経細胞の成熟に関与する遺伝子群の発現減少および神経細胞への分化に関与する遺伝子群の発現増加が観察された。発現変動が顕著であったTbr2とNeuroD1は、葉酸欠乏マウスの歯状回においても同様の発現変動が見られ、メチル基供与体であるS-アデノシルメチオニンの投与により対照群と同等にまで回復した。葉酸欠乏によるメチル基修飾異常と遺伝子発現変動の関連性を見出すため、葉酸欠乏により発現が変動した遺伝子において転写開始点付近のDNAメチル化およびヒストンH3K27トリメチル化をin vitroで解析した。その結果、葉酸欠乏により大部分の遺伝子において転写開始点付近の低メチル化が確認できた。以上の結果から、転写開始点付近の低メチル化に起因する神経成熟関連遺伝子群の発現変動が葉酸欠乏性の神経成熟抑制を引き起こすものと推察された。一方、葉酸欠乏がHPA系ネガティブフィードバック機構に与える影響をデキサメタゾン抑制試験により評価した。その結果、対照マウス、葉酸欠乏マウスともに、ネガティブフィードバックが正常に引き起こされていることが確認できた。また、強制水泳ストレス負荷後に血清コルチコステロン濃度を測定することでストレス応答性に与える影響を評価したところ、両マウスともに血清コルチコステロン濃度の有意な増加が見られた。以上の結果から、葉酸欠乏はHPA系機能に影響を及ぼさないものと考えられた。本年度研究計画として、1)葉酸欠乏条件で培養した神経幹細胞における神経成熟関連遺伝子群のmRNA発現量の解析、2)葉酸欠乏条件において発現が変動した遺伝子の転写開始点付近におけるDNAメチル化およびヒストンメチル化状態の解析、3)葉酸欠乏マウスにおけるデキサメタゾン抑制試験、4)ストレス曝露後における葉酸欠乏マウスの血中グルココルチコイド濃度の測定を挙げていた。項目1)、2)では、細胞の培養条件や解析条件の検討をしていたため、解析がやや遅れており、次年度においても引き続き検討していく予定である。項目3)、4)については研究実施計画通りに実施した。平成31年度は、葉酸欠乏が神経細胞の形態および神経活動に与える影響を明らかにするために、葉酸欠乏マウスの海馬における神経細胞樹状突起の長さおよび樹状突起スパイン数をゴルジ染色法により解析する。神経活動に関しては、葉酸欠乏マウスに強制水泳ストレスを負荷した2時間後に、海馬におけるc-fos(神経活動マーカー)の陽性細胞数を免疫染色法により解析する。一方、予備的検討から葉酸欠乏マウスの白血球数が増加傾向にあることを見出しており、葉酸欠乏マウスでは軽度な炎症が生じている可能性が考えられる。また、葉酸欠乏によりマクロファージの炎症反応が増強されることや末梢組織の炎症反応がうつ様行動を誘発することが報告されるており、免疫機能の変化が脳・神経系機能に影響を与えるものと考えられる。そこで、葉酸欠乏が免疫系に与える影響及びうつ様行動と免疫系との関連性を明らかにするために、葉酸欠乏マウスの炎症反応について解析する。具体的には、葉酸欠乏マウスの血液および脳内における炎症性サイトカインのmRNA発現量をreal-time PCR法により解析する。葉酸欠乏マウスにおいて炎症反応が見られた場合は、うつ様行動に対する抗炎症薬の作用を解析する。定常状態において炎症反応が見られない場合は、細菌由来内毒素であるlipopolysaccharideを葉酸欠乏マウスの腹腔内に投与することで炎症を引き起こし、炎症性サイトカインのmRNA発現量とうつ様行動を解析する。mRNA発現量に変化が見られた炎症性サイトカインについては、遺伝子転写開始点付近のDNAやヒストンのメチル化をmethylated-CpG island recovery assayおよびクロマチン免疫沈降法により解析し、炎症におけるエピゲノム変動の関与を追究する。本年度は、葉酸欠乏により神経細胞の成熟異常が引き起こされるメカニズムを明らかにするために、葉酸欠乏培地で培養したマウス胎仔脳由来神経幹細胞および葉酸欠乏マウスを用いて検討を行った。まず、マウス胎仔脳由来神経幹細胞を葉酸欠乏培地または対照培地で7日間接着培養することで分化させ、免疫染色法により細胞の分化・成熟を評価した。葉酸欠乏条件で分化した細胞では、神経細胞であるTuj1陽性細胞の数が増加しており、神経細胞への分化が促進しているものと考えられた。しかしながら、成熟神経細胞であるMAP2陽性細胞の数は減少しており、in vitroにおいても神経成熟抑制が確認できた。また、葉酸欠乏条件で分化させた細胞ではDNAメチル化やヒストンH3K27トリメチル化といったメチル基修飾が減少していた。こうしたメチル基修飾の減少は、葉酸欠乏によるメチル基供与体の不足によるものであり、神経成熟抑制に関与するものと推測される。そこで、メチル基供与体不足によるメチル基修飾減少と神経成熟抑制の関連性を明らかにするために、メチル基供与体であるS-アデノシルメチオニン(5 μM)を葉酸欠乏培地中に添加したところ、葉酸欠乏によるMAP2陽性細胞数の減少は対照培地で培養した場合と同程度にまで改善した。In vitroにおいて神経成熟抑制におけるメチル基修飾減少の関与が示唆されたことから、in vivoにおいてS-アデノシルメチオニンの影響を検討した。

葉酸欠乏マウスに対して、7週齢時から2週間S-アデノシルメチオニン(50 mg/kg/day)を腹腔内投与した結果、葉酸欠乏によるうつ様行動と神経成熟抑制の改善が見られた。以上の結果から、葉酸欠乏によりメチル基供与体の不足が生じることでメチル基修飾が減少し、神経細胞の成熟が抑制されることでうつ様行動が誘発されるものと推察される。本年度研究計画として、1)葉酸欠乏培地で培養した神経幹細胞における細胞の分化・成熟度の評価、2)培養神経幹細胞における神経細胞への分化・成熟に対するメチル基供与体の影響の解析、3)神経細胞の分化・成熟に関わる遺伝子のDNAメチル化状態の解析、4)葉酸欠乏マウス海馬のメチル化シトシン陽性細胞の局在の解析を挙げていた。項目1)、2)において、培養神経幹細胞の培養条件やS-アデノシルメチルメチオニン濃度の検討をしていたため、項目3)および4)に関しては解析途中であり、次年度においても引き続き検討していく予定である。平成30年度は、葉酸欠乏によるメチル基修飾異常が神経成熟抑制を引き起こすメカニズムを追究するために、葉酸欠乏条件下で分化させた培養神経幹細胞および葉酸欠乏マウスを用いて検討を行った。また、葉酸欠乏が視床下部-下垂体-副腎皮質系(HPA系)機能に与える影響を葉酸欠乏マウスを用いて評価した。まず、培養神経幹細胞を用いて葉酸欠乏が神経成熟関連遺伝子群のmRNA発現に及ぼす影響を解析したところ、神経幹細胞の維持や神経細胞の成熟に関与する遺伝子群の発現減少および神経細胞への分化に関与する遺伝子群の発現増加が観察された。発現変動が顕著であったTbr2とNeuroD1は、葉酸欠乏マウスの歯状回においても同様の発現変動が見られ、メチル基供与体であるS-アデノシルメチオニンの投与により対照群と同等にまで回復した。葉酸欠乏によるメチル基修飾異常と遺伝子発現変動の関連性を見出すため、葉酸欠乏により発現が変動した遺伝子において転写開始点付近のDNAメチル化およびヒストンH3K27トリメチル化をin vitroで解析した。その結果、葉酸欠乏により大部分の遺伝子において転写開始点付近の低メチル化が確認できた。以上の結果から、転写開始点付近の低メチル化に起因する神経成熟関連遺伝子群の発現変動が葉酸欠乏性の神経成熟抑制を引き起こすものと推察された。一方、葉酸欠乏がHPA系ネガティブフィードバック機構に与える影響をデキサメタゾン抑制試験により評価した。その結果、対照マウス、葉酸欠乏マウスともに、ネガティブフィードバックが正常に引き起こされていることが確認できた。また、強制水泳ストレス負荷後に血清コルチコステロン濃度を測定することでストレス応答性に与える影響を評価したところ、両マウスともに血清コルチコステロン濃度の有意な増加が見られた。以上の結果から、葉酸欠乏はHPA系機能に影響を及ぼさないものと考えられた。本年度研究計画として、
大口径望遠鏡による超高エネルギーガンマ線観測

最終年度にあたる今年度は以下の望遠鏡各部の調製を国内で行い12月オーストラリアに移送し99年1月に現地紐み上げを行った、また3.8m望遠鏡による観測データ解析を今年も続け以下のような成果を得た。[1]7mチェレンコフ望遠鏡は98年度までに望遠鏡各部の製作は終了している。今年度は、6月に三菱工場において、経緯儀台の動作確認とコントロール調製用ソフトの試験を行い、望遠鏡の姿勢制御が予定の精度で行えることを確認した。7月から10月にかけ、反射面を構成する小型球面鏡の改良を行い最終的に0.1度以下の集差で光を集光出来る鏡の製作に成功し、当初の目標を十分満たすものが出来た。さらに11月、小型球面鏡の反射面への取り付け調製作業を行う。この作業は大型鏡の性能を決定する重要な作業である。この調製により大型鏡全体での0.1度程度での集光を達成できるよう調製を行った。同時に現地でのより精度を上げる為の調製を行うために取り付けた小型鏡の位置調製用モータの制御試験を行い十分な精度で現地で調製を行えることが判明した。今年度は、ケーブルを一式そろれまず、すべてのPMTおよびアンプBOXのゲイン調製を行い仕様を満たしていることを確認した。さらに、全読みだし回路を組み上げオンラインの調製、オンラインソフトの開発を行った。特にTDCを用いたADCシステムの校正用パラメータを求めた。望遠鏡の各部の調製を終え12月にオーストラリアに輸送し、99年1月にウーメラで組み上げ作業を行い2月初旬に組み上げ完了動作試験を行い正常に動作することを確認。3月までにカメラおよび電子回路を組み上げ3月に最初の調製を兼ねた観測を行う。[2]オーストラリアでの観測の成果として我々の装置の特徴である各PMTの時間情報を使い、1台の望遠鏡では従来不可能な3次元的なシャワーの到来方向決定に成功し、これを超新星残骸SN1006から検出されたTeVγ線に使いその精度を改良し、1TeVから20TeVにおける微分スペクトルの検出に成功した。このデータと他波長のデータをもとに、加速されている粒子が電子であることが判明しさらには、加速機構を解明する為に重要な磁場、拡散計数、最高加速エネルギーなど多くの情報を得ることに成功した。これはいままで全く謎であった衝撃波加速の機構を初めて観測した大きな成果である。さらに98年度はSN1006と似たRXJ1713の観測を行い現在解析中である。これら超新星残骸の研究により宙線加速の謎を明らかにして行くことが出来る。重点領域研究(1)「大口径望遠鏡による超高エネルギーガンマ線観測」の初年度にあたる今年度は以下の開発・製造を行なった。特に開発において得られた成果も述べる。[1]研究の中心となる7m方物面反射鏡の、全体設計をまず行なった。

さらに主鏡を構成する小型球面鏡の開発および製作と、その小型球面鏡を取り付け一枚の大型方物面鏡を構成するための支持板の製作を、東大宇宙線研究所および東工大でおこなった。その開発で方物面を採用することにより、時間特性を使った新しい解析が可能であることがわかり、100GeV以下のγ線検出のバックグランドとなる宇宙線μ粒子がほぼ、除去できることがわかった。また、小型球面鏡をCFRPで製作するという全く新しい試みを行なっている。これにより望遠鏡の大幅な計量化が可能になった。どちらも世界で最初の試みであり、これからの大型チェレンコフ望遠鏡の雛型となると確信している。[2]ガンマ線カメラの設計、および光電子増倍管(PMT)の選択、カメラの回路部の開発を東工大で行なった。また、それに必要なシステムを設置した。さらに、読みだし電子回路の設計および製作の一部を行なった。特に、時間測定装置のみで、到来時間、および電荷を測定する回路システムの開発を行ない、実現可能であることがわかった。さらに、大量の夜光に対するPMTの影響および対策を検討し、低ゲインでPMTを動作し、これらの影響を除去できることがわかった。[3]約600本必要なPMTの評価システムの開発を名古屋大および神戸大で行なった。重点領域研究(1)「大口径望遠鏡による超高エネルギーガンマ線観測」の次年度にあたる今年度は以下の開発・製造を行ない、また現存の装置からのデータ解析を行い、以下のような成果を得た。[1]望遠鏡本体で、放物面鏡の反射鏡骨組み構造体の製作、駆動電力部、制御部の製作、及び小型球面鏡の精度評価システムの製作を行なった。[2]γ線カメラではPMTモジュールの開発および製作およびカメラの取付部の設計行なった。電子回路システムにおいてはアンプーディスクリカードの製作および、回路全体の動作試験を行なった。またデータ収集システムの試作を行なった。[3]オーストラリアでの観測の成果として北天のかに星雲からのTeVγ線の統計を7σにまで増やし、7TeVから70TeVまでのエネルギースペクトルを出すことに成功した。このデータは天文学史上、天体からの最高エネルギーの信号であり、カニ星雲の粒子加速解明に非常に重要なデータとなった。さらに、超新星残骸SN1006から、ASCAで観測から予測されたTeVγ線を発見した。これは、広く信じられている超新星残骸の宇宙線起源を示す最初の発見である。さらには、銀河空間の磁場の始めて仮定なしで求めることに成功した。このように、宇宙の高エネルギー現象を理解するに画期的な成果を得ることが出来た。重点領域研究(1)「大口径望遠鏡による超高エネルギーガンマ線観測」の3年度にあたる今年度は以下の開発・製造を行ない、また現存の装置からのデータ解析を行い、以下のような成果を得た。[1]望遠鏡本体の経緯儀台および駆動機構部の製作を行なう。他反射鏡骨組み構造体の借り組み上げを行ない、自重による歪み等の計測、制御ソフトの開発等を行なう。[2]γ線カメラではPMTのゲイン調整と回路調整を行なった。小型鏡の取り付け精度測定装置を製作する。[3]オーストラリアでの観測の成果としてまず超新星残骸SN1006から、ASCAで観測から予想されたTeVγ線を97年度も確認し、検出を確かなものにした。
血中滞留性を向上した網膜標的光応答型 siRNA 送達システムの構築

血液網膜関門(BRB)等の存在により薬物送達が困難な後眼部(特に網膜)を標的とし、網膜色素上皮細胞に発現するトランスフェリン(Trf)受容体を指標とし、かつ血中でも高い安定性を示すTrf修飾核酸内封リポソーム製剤を構築した。非侵襲的な点眼で投与可能であり、結膜、強膜、脈絡膜血管を介して網膜近傍に核酸を送達可能であることをラットによるin vivo評価で明らかにした。さらにリポソームの構成脂質および組成により核酸放出のトリガーとなる光・温度に対する感受性を付与する可能性を示唆し、核酸医薬による網膜疾患治療への応用を期待する基礎的成果を得た。眼には血液網膜関門(BRB)が存在し、点眼や静脈注射では後眼部への薬物送達は困難であるため、加齢黄斑変性症などの網膜疾患には硝子体内注射による治療が適用されている。本研究は、疾患関連因子の産生を遺伝子レベルで抑制する短鎖リボ核酸(siRNA)をくすりとし、これを非侵襲的かつ効率的に網膜などの後眼部に送達させるためのデリバリーシステムの構築を目指す。平成22年度は、先ず、核酸を内封する脂質ナノ粒子(リポソーム)の調製法について検討した。薄膜法では核酸はほとんど内封されなかったのに対し、カチオン性高分子ポリエチレンイミン(PEI)と複合体を形成させた核酸をコアとして界面活性剤除去法によってリポソームを調製したところ、封入率が約80%、粒子径約180nmの負電荷を持つ核酸内封リポソームを得た。このとき、脂質量の増加に伴う封入率の増大が確認された。さらに、生体内での核酸の安定性向上を期待して、ヒアルロン酸およびポリエチレングリコール(PEG)の修飾を試みた。siRNA単独では、RNase Aにより速やかに分解されたのに対し、PEGを修飾した群では試験開始24時間後も約60%のsiRNA残存率を示し、生体内のヌクレアーゼによる分解から核酸を保護するキャリアとなっていることが確認された。また、網膜色素上皮細胞への選択的な送達を期待して、網膜細胞に発現するトランスフェリン(Trf)受容体に着目し、Trfをリガンドとして修飾した核酸内封リポソームの調製を試みた。その結果、調製したリポソームは、網膜細胞において高い遺伝子導入能を示し、細胞表面のTrf受容体を介して取り込まれることが確認された。さらにラットに点眼し、網膜組織周辺への分布について、ラット眼球切片の共焦点顕微鏡観察によって、調製したTrf修飾リポソームが点眼後網膜近傍に特異的に分布することが示唆された。現在、さらに小さくヒト網膜細胞におけるリポソームの細胞内取込みならびに凍結乾燥による粉末化について検討を進めている。はじめに、凍結乾燥リボソーム再水和時に核酸溶液を加えて核酸を内封することを目的として、凍結保護剤として機能するピアルロン酸を修飾したDOTAP/DOPEリボソームを調製し、凍結乾燥前後の物性を評価した。リボソームは粒子径約100nmを示したものの再水和後は約3倍の粒子径増大を示し、凝集あるいは多層リボソームとなることが確認された。また、核酸封入率は極めて低く調製段階での核酸のロスが大きく製造効率が低いことが判った。これを踏まえ、核酸を内封する調製法を界面活性剤除去法に変更し検討を行った。脂質(DOPE/CHEMS/DSPE-PEG)の薄膜に界面活性剤溶液を添加して得た混合ミセル溶液に核酸と塩基性高分子(ポリエチレンイミン)の複合体を滴下後、界面活性剤を除去し核酸封入リボソームを調製した。得られたリボソームは粒子径100150nm、70-100%の核酸内封率を示した。また、スクロースを凍結保護剤とした乾燥前後の粒子径および封入率に変化はなく1ヶ月以上安定であることを確認した。さらに、網膜指向性を付与するため、網膜色素上皮細胞に発現するトランスフェリン(Trf)受容体に着目した。リボソーム表面へのTrf修飾を試み、ヒト網膜色素上皮細胞(ARPE-19)における取込み挙動および遺伝子発現性、ラットへの点眼投与による眼内挙動を評価した。その結果、本リボソームがTrf受容体を介してARPE-19に取り込まれること、血清存在下でも高い遺伝子発現性を示すこと、ラット眼組織切片において網膜近傍に選択的に滞留することが確認され、Trfをリガンドとした網膜指向性付与の可能性を示唆した。また、将来的に光応答性リボソームを設計する基礎検討として、まずは温度感受性リボソームの処方を検討した。DOPE/CHEMSに温度感受性脂質DPPCとリゾ脂質(MSPC)を添加したリボソームを調製し、温度による内封物の放出性を評価した。

その結果、一般的に安定性が低いことで知られるDPPC含有リボソームの安定性を高め、相転移温度以上の温度ではMSPC添加リボソームにおいてのみ放出される可能性を示した。今後さらに処方を確立すべく検討を進める予定である。本年度は、網膜指向性核酸内封リポソームの調製ならびに投与経路によるラットでの体内分布について検討した。網膜色素上皮細胞に発現するトランスフェリン(Trf)受容体に指向性を示すTrf修飾核酸内封リポソームに蛍光標識し、ラットまたはマウスに点眼、硝子体内注射、尾静脈内投与を行い、一定時間後の眼組織切片、尾静脈投与においては各臓器を摘出し、蛍光量測定および蛍光イメージングシステムIVISにて体内挙動を観察した。その結果、尾静脈投与では、全身に分布するものの肝臓にトラップされる傾向がみられ眼内への移行量は少なく、点眼による前眼部への投与では確実に後眼部の網膜近傍に核酸内封リポソームが送達できることを示した。また、硝子体内投与は侵襲的投与であるにも関わらず点眼に比べ網膜への送達性は低いことを確認した。さらに、点眼投与においては、Trf修飾リポソームは血管が豊富に存在する脈絡膜中にも安定に存在し、網膜近傍に局在するのに対し、Trf未修飾のリポソームは前眼部の角膜に多く局在したのち涙液等によって速やかに排泄されることが観察され、Trf修飾リポソームは主に結膜および強膜を介して脈絡膜に入ったのち網膜近傍に送達されることが推察された。また、光応答性を付与するためのリポソーム処方検討も行った。本研究は、金ナノ粒子を含有させることで光照射による発熱が生じ、これによりリポソーム膜が不安定となり核酸を放出させるストラテジーであるため、前年度と同様に先ず温度感受性の高い組成について検討した。体温付近の相転移温度を示すDPPCとリゾ脂質(MSPC)をベースとし、膜安定性を確保するためコレステロール等も処方した核酸内封リポソームを調製し、物性および加温による内容物の放出性等を評価し、体温以上の45°Cで核酸放出を示す温度感受性核酸内封リポソームが得られ、金ナノ粒子含有による光応答性の可能性を示唆した。核酸を高効率で内封し、血中滞留性を向上し網膜への指向性を付与したリボソーム調製の可能性は示しているが、光応答性を示し得る処方設定および調製法の検討が未だ基礎検討の段階である。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後、投与経路による後眼部への指向性(体内動態)をラットで評価する。また、当初、凍結保護作用および血中滞留性向上機能を有するビアルロン酸を修飾したリボソームとする予定であったが、最終的な後眼部への核酸送達を確実にするためには前眼組織などにも発現するヒアルロン酸受容体への結合を回避し、より指向性を付与する必要性があり、このため他のリガンドあるいは脂質を用いた処方検討も積極的に進めていく。さらに、血管新生因子を阻害するsiRNAによる疾患モデル動物での治療効果の評価法についても検討を進める。
神経難病患者・家族の家族看護に関する研究

難病患者とその家族への支援に関する文献検討では、家族ダイナミクスの良循環を促進する看護師の役割について[情報収集]、[医療職の連携]、[患者・家族の教育]、[関係作り]などが挙がった。訪問看護を行う看護師へのインタビュー調査では、難病患者とその家族への介入において、看護師は介入初期から信頼関係を築き、療養前からの家族関係や主となる介護者の信頼する家族の存在を把握することが大切であることがわかった。選定された文献を要約し、家族ダイナミクスの良循環を促進する看護師の役割について24のコードが抽出され、7カテゴリーが抽出された。7つのカテゴリーとコード数は、[情報収集: 3]、[認知領域への支援: 8]、[情緒領域への支援: 4]、「行動領域への支援: 4」、[医療職の連携: 2]、[患者・家族の教育: 2]、[関係作り: 1]であった。また家族ダイナミクスの悪循環を形成する要因については、<コミュニケーション不足>、<介護疲労>、<介護への不安と自信のなさ>、<家族間の遠慮と期待>、<マンパワー不足>5つのコードが抽出された。神経難病患者は病気の発症と身体機能の衰え、告知を経て患者を含む家族成員は不安といら立ちを抱え、通常の家族機能が維持できなくなる。難病状態にある患者の家族は、予後の不安や介護負担などでパワーレス状態となりやすいため、家族ダイナミクスが悪循環とならないよう、また悪循環を断ち切るには、家族のセルフケア機能を促進させる第3者の介入が必要と考えられる。看護師は家族機能のアセスメントを通して行動を解釈し、信頼関係を築きながら情緒的支援を行い、単なる介護技術や退院調整への教育だけでなく、その家族が自分自身の問題に気づいて対処できるよう家族をエンパワーメントしていくことが求められていることが示唆された。以上より、来年度はこれらのカテゴリーについての質問項目を整理し、医療従事者に向けて神経難病患者・家族の家族システム看護についての意識・実態調査を行う。訪問看護を受ける家族を対象にしたアンケート結果からは、訪問看護・介護職に求められる家族支援のあり方として、家族の訴えや要望に耳を傾け、それを理解して適当なケアや情報を提案・提供してもらいたいという内容が指摘されていた。一方では訪問看護師を対象としたインタビューでは、訪問看護師が病状の段階によって家族のニーズが変化している事、その時期を十分に捉えきれていない現状があるのではないかと感じている事実があり、適切な時期に家族のセルフケア機能を円滑にするための介入について、看護職へのアドバイスを必要としていることが考えられた。これらの文献よりインタビューガイドを作成し、予備調査を行い訪問看護師を対象とした調査を行う予定である。難病患者とその家族への支援に関する文献検討では、家族ダイナミクスの良循環を促進する看護師の役割について7カテゴリーが抽出された。7つのカテゴリーは、[情報収集]、[認知領域への支援]、[情緒領域への支援]、「行動領域への支援」、[医療職の連携]、[患者・家族の教育]、[関係作り]であった。また家族ダイナミクスの悪循環を形成する要因については、〈コミュニケーション不足〉、〈介護疲労〉、〈介護への不安と自信のなさ〉、〈家族間の遠慮と期待〉、〈マンパワー不足〉5つのコードが抽出された。これらをもとに訪問看護を行う看護師へのインタビュー調査を行った。対象者は神経難病患者とその家族のケアに5年以上携わる訪問看護師8名で、家族ダイナミクスが良循環あるいは悪循環を辿ったと思われる事例を通して、その要因についてどう考えるかのインタビューを行った。インタビュー結果を質的に分析した結果、難病患者とその家族のセルフケア能力を左右する要因には、先行文献の要因に加えて「療養前からの家族関係」が影響していることがわかった。また、コミュニケーション不足を良循環に変化する要因として、医療職など第三者の関わりが緩衝材的に影響することも明らかとなった。難病状態にある患者の家族は、予後の不安や介護負担などでパワーレス状態となりやすいため、家族ダイナミクスが悪循環とならないよう、また悪循環を断ち切るには、家族のセルフケア機能を促進させる第三者の介入が必要と考えられる。看護師は家族機能のアセスメントを通して行動を解釈し、信頼関係を築きながら情緒的支援を行い、家族をエンパワーメントしていくことが求められていることが考えられた。本研究の成果は平成23年8月に日本難病看護研究学会で発表予定である。
特異的感染阻害ペプチドを用いたHIV-1の細胞侵入分子機構の解析

今回の研究課題において、HIV-1Gag蛋白質の構成成分であるマトリックス蛋白質(MA)とカプシド蛋白質(CA)の部分ペプチドライブラリーを作製し、これらを細胞内に導入することによってHIV-1の複製を阻害できるかを検討した。その結果、MAでは9番目の部分ペプチド、CAではCAのN末端領域とC末端領域のリンカー部分を含む15番目の部分ペプチド、C末端領域の二量体相互作用に重要な部分を含む19番目の部分ペプチドをはじめとする数カ所のCA部分ペプチドが抗HIV-1活性を示すことが明らかになった。われわれが見出したHIV複製を阻害するHIV-1MA(マトリックス蛋白質)の部分ペプチド(15mer)の中で、その抗HIV-1活性が高かったMA-8LとMA-9Lについてどの領域(またはアミノ酸)が活性にとって重要かを明らかにするため、1)ペプチドの長さ(15 mer)を変えずに、MA-8LとMA-9Lの間で1残基ずつずらした部分ペプチドを作製し、2)細胞内に導入した部分ペプチドの活性発現に有用と考えられるクロロキンを培養液に添加して、X4HIV-1とR5 HIV-1に対する抗HIV-1活性を評価した。その結果、C末端側のペプチド配列(ほぼMA-9Lに近い)が抗HIV-1活性発現に重要であることが明らかになった(論文投稿中)。MAの部分ペプチドについては、MA9Lのアミノ酸を一部改変したもの中から、抗HIV-1活性がより高く、細胞毒性がより低いものを見出すべく見当を行った。その結果、残念ながらoriginalのMA9Lと同等以上の性質をもつものは見出せなかった。一方、CAの部分ペプチドについては、スクリーニングで抗HIV-1活性が認められたfragment15の抗HIV-1活性発現に重要なアミノ酸残基の検討を行った。fragment15そのものが一番高い活性を示した(論文投稿中)。研究分担者である玉村教授の協力もあり、今年度も概ね順調に計画を遂行できた。昨年度より継続中のHIV-1CAの部分ペプチドでは、C-terminal domainのdimerの相互作用面に相当する領域の部分ペプチド(19L)についてアルファへリックス性の向上を考慮して種々の部分ペプチドの配列についてそれらの抗HIV-1活性および細胞毒性の検討を行った。その結果、MUP004と命名した部分ペプチドが細胞毒性なしに顕著なHIV-1活性を示すことが明らかになり、新たなメカニズムの抗体HIV-1薬のリード化合物になることが示唆された。研究分担者の玉村先生のご協力もあり、概ね順調に計画を遂行できている。CA部分ペプチドについては、活性の向上が難しそうなfrangemt15にかわり、CA-CA間の相互作用に影響を与えることが期待されるfrangemt19の最適化に重点をおいて検討を行う。ウイルス学MAの部分ペプチドについては、9Lの配列を基本として25mer程度のより長い部分ペプチドでへリックス構造をとらせたり、stapling法を用いて構造の安定化を図り、より高い抗HIV-1活性を有する部分ペプチドの創製を試みる。CA(カプシド)の部分ペプチドについてもそのライブラリーの中で見つかった複数の抗HIV-1活性を有する部分ペプチドについて詳細に評価する。残額に相当する消耗品がなかったため。年度未納品等にかかる支払いが平成27年4月1日以降となったため、当該支出分については次年度の実支出額に計上予定。平成26年度分についてはほぼ使用済みである。H28年度の消耗品の購入に充当する。上記の通り。
規則細孔構造を有する膜を利用したダブルエマルションプロセッシング技術の開発

本研究では,液滴径(0.1100 μm)と液滴の階層構造が任意に制御可能な単分散複合エマルション調製法の開発を目指している.より具体的には,複合エマルションのなかでもダブルエマルションにターゲットを絞り,マイクロフルイディック技術で調製する液滴径の大きな(液滴径100μm以上)ダブルエマルションを,規則的な細孔構造を有する膜で処理するという新しい技術を開発すること,さらにこれをテンプレートとした機能性微粒子調製技術を開発することを目的としている.最終年度となる平成30年度は,平成29年度までに得られた成果を基に,規則的な細孔構造を有する多孔体を膜と見立てたPDMSマイクロ流体デバイスの構造の最適化を図り,これまで以上に精度よくダブエルエマルション液滴の分裂を制御することに成功した.その一例として,ダブルエマルション液滴が分裂前に楕円形に圧縮されるような流路構造を設計することで,2つの体積が等しいダブルエマルション液滴へ分裂する確率を向上させることができた.また,流路分岐点のディメンションとダブルエマルション液滴径の比の値も,等体積分裂に大きな影響を与えることが明らかとなった.さらにこれらの成果を踏まえて,複数の流路分岐点を直列に配置した規則多孔体を作製し,ダブルエマルション液滴を複数回分裂することにも挑戦した.その結果,1つのダブルエマルション液滴の分裂を繰り返し,8つの小さなダブルエマルション液滴を作ることなど,高度な分裂制御を実現することができた.本研究では,液滴径(0.1100 μm)と液滴の階層構造が任意に制御可能な単分散複合エマルション調製法の開発を目指している.より具体的には,複合エマルションのなかでもダブルエマルションにターゲットを絞り,マイクロフルイディック技術で調製する液滴径の大きな(液滴径100μm以上)ダブルエマルションを,規則的な細孔構造を有する膜で処理するという新しい技術を開発すること,さらにこれをテンプレートとした機能性微粒子調製技術を開発することを目的としている.初年度となる平成28年度は,当初の計画通り,マイクロフルイディック技術で調製したOil-in-Water-in-Oil (O/W/O)型ダブルエマルションを,SPG膜,金属メッシュといった規則的な細孔構造を有する多孔体で処理すること,さらに規則的な細孔構造を有する多孔体と見立てたPDMSマイクロ流体デバイスを設計しこれを用いて処理することを行った.その結果,処理に用いる多孔体の構造によって,処理後のダブルエマルションの液滴径が縮小すること,および処理後のダブルエマルションの中間層厚みが減少することを明らかにした.とくに,規則的な細孔構造を有する多孔体中をダブルエマルションが透過する挙動をハイスピードカメラで可視化することに成功したことは,今年度の大きな成果と言える.このハイスピードカメラ観察により,多孔体を透過する際に液滴径が縮小するメカニズム,および中間層が薄くなるメカニズムを,規則的な細孔構造を特徴づけるパラメータとの関係から推定することができた.おおむね研究実施計画通り研究を進めることができている.本研究では,液滴径(0.1100 μm)と液滴の階層構造が任意に制御可能な単分散複合エマルション調製法の開発を目指している.より具体的には,複合エマルションのなかでもダブルエマルションにターゲットを絞り,マイクロフルイディック技術で調製する液滴径の大きな(液滴径100μm以上)ダブルエマルションを,規則的な細孔構造を有する膜で処理するという新しい技術を開発すること,さらにこれをテンプレートとした機能性微粒子調製技術を開発することを目的としている.2年度目となる平成29年度は,第1に,規則的な細孔構造を有する多孔体を膜と見立てたPDMSマイクロ流体デバイスを用い,分裂により生成される液滴径と液滴構造を制御する手法の確立を試みた.その結果,平成28年度に得られた結果より推定された規則的な細孔構造を特徴づけるパラメータとの関係を,より詳細に理解することができた.また,分裂前の液滴径や,液滴に最内相が占める割合といったダブルエマルション自体を特徴づけるパラメータも,分裂による液滴径制御に重要な役割を果たすことを明らかにした.第2に,これまでの検討はOil-in-Water-in-Oil (O/W/O)型ダブルエマルションを用いて行ってきたが,Water-in-Oil-in-Water (W/O/W)型ダブルエマルションでも同様の検討を行い,W/O/WエマルションでもO/W/Oエマルションと同様のメカニズムで分裂がおきることを明らかにした.第3に,分裂後の液滴をテンプレートとして粒子化する手法を検討し,液滴構造を転写した微粒子を調製することに成功した.研究実施計画通り研究を進めることができている.本研究では,液滴径(0.1100 μm)と液滴の階層構造が任意に制御可能な単分散複合エマルション調製法の開発を目指している.より具体的には,複合エマルションのなかでもダブルエマルションにターゲットを絞り,マイクロフルイディック技術で調製する液滴径の大きな(液滴径100μm以上)ダブルエマルションを,規則的な細孔構造を有する膜で処理するという新しい技術を開発すること,さらにこれをテンプレートとした機能性微粒子調製技術を開発することを目的としている.最終年度となる平成30年度は,平成29年度までに得られた成果を基に,規則的な細孔構造を有する多孔体を膜と見立てたPDMS

マイクロ流体デバイスの構造の最適化を図り,これまで以上に精度よくダブエルエマルション液滴の分裂を制御することに成功した.その一例として,ダブルエマルション液滴が分裂前に楕円形に圧縮されるような流路構造を設計することで,2つの体積が等しいダブルエマルション液滴へ分裂する確率を向上させることができた.また,流路分岐点のディメンションとダブルエマルション液滴径の比の値も,等体積分裂に大きな影響を与えることが明らかとなった.さらにこれらの成果を踏まえて,複数の流路分岐点を直列に配置した規則多孔体を作製し,ダブルエマルション液滴を複数回分裂することにも挑戦した.その結果,1つのダブルエマルション液滴の分裂を繰り返し,8つの小さなダブルエマルション液滴を作ることなど,高度な分裂制御を実現することができた.当初の研究実施計画通り研究を進めていく.当初の研究実施計画通り研究を進めていく.当初は,規則的な細孔構造を有する多孔体として,より多くの可能性を検討する予定であったが,平成28年度の検討で用いた3種類の多孔体だけでも多くの興味深い結果が得られることが分かったため,これら物品消耗品に充てる予算が当初計画ほどはかからなかった.当初は,W/O/W型ダブルエマルションの検討には,新しく規則多孔体デバイスを作製する必要があると考えていたが,O/W/O型の検討で用いたデバイスの表面処理を施すことで対応できたため,これに充てる予算が当初計画より小さくて済んだ.平成30年度は,新しい構造を有する規則多孔デバイスを作製したり,これまで以上に消耗品を使用する予定であり,予算総額としては当初予定通りの使用を計画している.平成29年度以降はさまざまな構造を有するPDMSマイクロ流路を作製する予定であり,本次年度使用額はこれに充てる計画である.また平成29年度で予定している予算は,研究実施計画書通りに研究を進めるために,予定通り使用する.
水環境試料を対象とした医薬品代謝物の機器分析法の開発および適用

水環境試料中の医薬品3物質及び代謝物5物質を対象として、LC/MS/MSによる同時分析法を開発し、下水処理および浄水処理過程の対象物質濃度の測定を行った。下水試料中の対象物質濃度を測定したところ、7物質が数十ng/Lからμg/Lの範囲で検出された。水道原水及び浄水からもカルバマゼピンとその代謝物が同程度で検出されたことより、医薬品原体だけでなく代謝物が水道原水に存在し、また、浄水中に残留する可能性が示された。本研究の分析対象として、国内の水環境での検出事例、下水処理における原体の除去性等について考慮した上で、医薬品原体として解熱鎮痛剤のアセトアミノフェン(AAP)、抗てんかん剤のカルバマゼピン(CBM)、消炎鎮痛剤のジクロフェナク(DCF)の3物質を選択した。次に、ヒト体内における代謝経路や代謝産物、各々のヒト尿中排泄率及び標準品の入手性について考慮し、AAPの主要尿中排泄物としてアセトアミノフェングルクロン酸抱合体(AAP-GuL)及びアセトアミノフェン硫酸抱合体(AAP-SuL)、CBMの代謝産物の一種であり薬理活性を有するカルバマゼピン10,11エポキシ体(CBM-EPO)、DCFの主要尿中排泄物としてジクロフェナク4^'水酸化体(4^'OH-DCF)及びジクロフェナク5水酸化体(5OH-DCF)の5物質を選択した。医薬品原体として解熱鎮痛剤のアセトアミノフェン(AAP)、抗てんかん剤のカルバマゼピン(CBM)、消炎鎮痛剤のジクロフェナク(DCF)の3物質、代謝物としてアセトアミノフェングルクロン酸抱合体(AAP-GuL)および硫酸抱合体(AAP-SuL)、カルバマゼピン10,11エポキシ体(CBM-EPO)、ジクロフェナク4'水酸化体(4'OH-DCF)および5水酸化体(5OH-DCF)の5物質を対象として、昨年度までに開発したLC/MS/MSを用いた高感度同時分析法を用い、下水処理および浄水処理過程の対象物質濃度の測定により、それらの除去効果や水環境中の存在状況について調査を行った。下水試料中の対象物質濃度を測定したところ、AAP-GuLを除く7物質が全試料から数十ng/Lからμg/Lレベルで検出され、医薬品原体と同程度の濃度で代謝物が下水処理水中に存在していることが明らかとなった。浄水場の工業用水系原水からはAAP-GuLおよびAAP-SuLを除く6物質が数十ng/Lレベルで検出され、上水系原水及び浄水からもCBMおよびCBM-EPOが同程度で検出されたことより、医薬品原体だけでなく代謝物が水道原水に存在し、また浄水中に残留する可能性が示された。本研究の結果より、下水及び水環境中に医薬品代謝物がその原体と同程度の濃度で存在する可能性が明らかとなり、その中にはCBM-EPOのように原体と同様の薬理活性を有するものもあることから、今後、水環境における汚染の全体像や挙動を把握し、有効適切な処理方法を明確にすること、また、水環境中における水生生物等への影響の有無を評価することが必要である。
強い物理的制約下でも実現可能な量子情報処理

多体量子系の制御へ向け、引き続き限定アクセス下でのハミルトニアン推定の問題に注力した。まず、これまでに得たスピンネットワークに対する同種の問題を、外界との相互作用が存在する状況下でいかに扱うかを考察した。スピンネットワークの「端部」のみへのアクセス(状態準備、観測)により全系のハミルトニアンを同定する"gatewayscheme"では、端部から注入した「信号」が系内を伝播して端部へ戻る様子を観測してすべてのスピン間結合係数を求める。しかし、外界との相互作用がある場合、この信号が外界へ逃げてしまい、ハミルトニアンの情報を織り込んだ信号が端部へ戻らない。そこで、端部アクセスの条件を緩和し、gateway scheme遂行上最低限必要な物理量を制御・観測する方法を考案した。状態準備は端部のみで行い、観測は全系のエネルギー固有状態で行う。実際、これは生体分子系等の、観測を一部に限定することが困難な場合には現実的な仮定であり、本手法の応用例として光合成機構内のエネルギー輸送に関わるシステムのひとつであるFMO複合体への適用を論じた(UC Berkeleyとの共同研究)。また、本gateway schemeの実証のため、近畿大学のグループとともに3つの核スピンをもつ分子を用いたNMR実験を行い、ハミルトニアン推定を試みた。この実験では、サンプル内の磁場の不均一さが災いし、本手法をそのまま適用することはできなかったが、(効率は下がるものの)代替手法を用いて所望のパラメーター推定が可能であることを実証できた。多体量子系をその量子性を保ったまま自在に制御することは非常に難しい。量子力学的制御には、各構成要素(量子ビット)、およびそれら要素間の相互作用をすべて意のままに操ることが求められる。しかし、これは技術的に困難であるばかりでなく、マクロな制御系とミクロな被制御系との相互作用を通して全体の量子コヒーレンスを壊してしまうことにつながる。この影響を最小限に抑えるために、すべての要素を制御する代わりに、量子系への人為的制御を最小限に抑えて上述の困難を軽減する手法を探るのが本研究の目的である。具体的には、N個のスピン1/2粒子からなるネットワークの一部だけにアクセスして、2^N次元をなす空間内で系を制御することを考える。まず、制御するにあたっては、当該スピンシステムのダイナミクスを記述するための種々のパラメータを限られたアクセス下で推定する必要がある。したがって、「ハミルトニアン・トモグラフィ」は量子制御において非常に重要な問題であり、本年度はこれに注力した。例えば、1次元スピン鎖であれば、端部のスピンのみの状態制御と観測を通して残りのスピン間相互作用の結合定数や局所磁場強度を推定するタスクなどである。全磁化を保存する場合に加え、イジングモデルなど物理的にも重要な多くのケースにも適用可能な推定方法を構築する必要があった。そこで、(準)粒子の生成・消滅演算子について2次であるハミルトニアンに対するパラメータ推定方法を提案した。これは特別な場合としてイジングモデルを含んでおり、当該推定法は(準)粒子がフェルミオン、ボソンのいずれでも適用可能である。NMRや超伝導量子回路において検証・実践可能な方法であり、またさらに広いクラスの問題への応用可能性を秘めるものと期待している。