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母乳脂質濃度調節における核内受容体およびドコサヘキサエン酸の相互作用の解明

母乳は乳児にとって、理想的な栄養物である。多くの母乳成分は、初乳から移行乳を経て、成乳に成るとともに成分含量は急激に変化する。授乳期の経過とともに、母乳中のタンパク質、ミネラル成分は顕著に減少し、逆に乳糖および脂肪成分は上昇する。また最初の30日間において、母乳中の脂質濃度は増加するが、これらの脂質濃度調節機構は不明であった。我々は、乳腺組織に存在する核内受容体群(LXR: liver X receptorとPPARα: peroxisome proliferator-activated receptor、脂質代謝に関係する転写因子)が母乳中の脂質濃度調節に関与することを見いだした。また、DHA(ドコサヘキサエン酸)は、胎児・乳児の神経発達に重要な不飽和脂肪酸であり、さらには脂質代謝に関係する核内受容体の活性化に影響することで知られている。今までの研究成果を進めて、DHAが授乳期の乳腺組織において核内受容体(LXRとPPARα)の活性化に影響するメカニズムと母乳脂質濃度調節に関与するか否かを検討した。実験系としては、妊娠期および授乳期雌ラットにおいて、母体乳腺および肝臓組織の脂質代謝調節遺伝子群(核内受容体LXR、PPARαおよびFXRの標的遺伝子群)の発現変化をreal-time PCR法で検討した。その結果、授乳期において、LXRおよびFXRの標的遺伝子群の発現が若干変動していた。母体および授乳中のDHA濃度は、それぞれの脂質濃度と一定の相関を認めた。DHA濃度は核内受容体遺伝子群との関連性は今後さらなる検討が必要である。今までの研究成果を進めて、DHAが授乳期の乳腺組織において核内受容体(LXRとPPARα)の活性化に影響するメカニズムと母乳脂質濃度調節に関与するか否かを検討する。実験系としては、主に動物実験を行い、授乳期の乳腺組織における核内受容体(LXRとPPARα)の標的遺伝子群と脂質およびDHA濃度との相関を検討する。さらに核内受容体(LXRとPPARα)の遺伝子欠損マウスを用いて、DHA濃度への影響も研究する。現在、予備実験として、母乳中のDHA濃度と脂質、脂溶性ビタミン濃度との相関を検討している。1)DHAと脂質・脂溶性ビタミンとの相関Wistar雌ラット(17週齢)妊娠期および授乳期(4・14・21日)において、母体乳腺および肝臓組織の脂質代謝調節遺伝子群(核内受容体LXR、PPARαおよびFXRの標的遺伝子群)の発現変化をreal-time PCR法で検討した。その結果、授乳期において、LXRの標的遺伝子群の発現が若干変動していた。また、母体および授乳中のDHAを測定し、脂質および脂溶性ビタミンとの相関を検討中である。2)LXRα遺伝子欠損マウスおよびPPARα遺伝子欠損マウスにおける母乳脂質動態に関する検討:現在、遺伝子欠損マウスの準備中である。1)DHAと脂質・脂溶性ビタミンとの相関Wistar雌ラット(17週齢)妊娠期および授乳期(4・14・21日)において、母体乳腺および肝臓組織の脂質代謝調節遺伝子群(核内受容体LXR、PPARαおよびFXRの標的遺伝子群)の発現変化をreal-

time PCR法で検討した。その結果、授乳期において、LXRおよびFXRの標的遺伝子群の発現が若干変動していた。また、母体および授乳中のDHAを測定し、脂質および脂溶性ビタミンとの相関を検討中である。2)LXRα遺伝子欠損マウスおよびPPARα遺伝子欠損マウスにおける母乳脂質動態に関する検討:現在、遺伝子欠損マウスの準備中である。母乳は乳児にとって、理想的な栄養物である。多くの母乳成分は、初乳から移行乳を経て、成乳に成るとともに成分含量は急激に変化する。授乳期の経過とともに、母乳中のタンパク質、ミネラル成分は顕著に減少し、逆に乳糖および脂肪成分は上昇する。また最初の30日間において、母乳中の脂質濃度は増加するが、これらの脂質濃度調節機構は不明であった。我々は、乳腺組織に存在する核内受容体群(LXR: liver X receptorとPPARα: peroxisome proliferator-activated receptor、脂質代謝に関係する転写因子)が母乳中の脂質濃度調節に関与することを見いだした。また、DHA(ドコサヘキサエン酸)は、胎児・乳児の神経発達に重要な不飽和脂肪酸であり、さらには脂質代謝に関係する核内受容体の活性化に影響することで知られている。今までの研究成果を進めて、DHAが授乳期の乳腺組織において核内受容体(LXRとPPARα)の活性化に影響するメカニズムと母乳脂質濃度調節に関与するか否かを検討した。実験系としては、妊娠期および授乳期雌ラットにおいて、母体乳腺および肝臓組織の脂質代謝調節遺伝子群(核内受容体LXR、PPARαおよびFXRの標的遺伝子群)の発現変化をreal-time PCR法で検討した。母体および授乳中のDHA濃度は、それぞれの脂質濃度と一定の相関を認めた。DHA濃度は核内受容体遺伝子群との関連性は今後さらなる検討が必要である。1)DHAと脂質・脂溶性ビタミンとの相関母体および母乳中DHA濃度と脂質・脂溶性ビタミンとの相関を検討し、さらに母体肝臓および乳腺組織の遺伝子発現との相関も検討してみる。2)LXRα遺伝子欠損マウスおよびPPARα遺伝子欠損マウスにおける母乳脂質動態に関する検討:哺乳LXRα遺伝子欠損マウスおよびPPARα遺伝子欠損マウスに、それぞれPPARαとLXRのリガンドを投与する。投与後翌日-2日後に、乳腺組織を摘出する。また血液および母乳を採取する。母乳中の脂質濃度(中性脂肪・コレステロール・総脂質など)およびDHA濃度を測定し、母乳中濃度に影響が見られるか否かを検討する。また、母乳中DHA濃度と脂質濃度の相関を検討する。
ヒト消化器癌の肝転移に関連したモノクロナール抗体の作製と臨床応用に関する研究

消化器癌の肝転移機構を解明し、それに特有な性質を利用して肝転移の診断や予防、治療を行うことを目的にして、肝転移関連モノクロナール抗体の作製を行った。その作製のために、肝転移機構の全ての性状が備わっていると考えられるヒト大腸癌肝転移巣からの癌細胞を免疫源とした。また、高肝転移ヒト大腸癌細胞培養株を樹立し、肝転移能の増強とともに変動する性状を検討した後、高肝転移細胞に対するモノクロナール抗体の作製を行った。手術で得られたヒト大腸癌肝転移細胞を免疫源として細胞融合法にてモノクロナール抗体を作製した結果、(1)ヒト大腸癌やその肝転移巣と高率に反応し、(2)大腸癌細胞と肝細胞の接着を有意に阻害する、(3)これまで報告の細胞接着分子とは異なる抗原を認識するモノクロナール抗体2種類を得た。ヒト大腸癌細胞株をSCIDマウスの脾内に注入し、得られた肝転移巣の細胞を再び脾内に注入して肝転移を作製する操作を繰り返して、高肝転移細胞を樹立した。高肝転移能の獲得過程における癌細胞表面抗原の変化をみると、増殖因子受容体や糖鎖抗原の発現量に変化はなかったが、CEAやsialyl Le^a抗原など接着分子の発現が有意に増強した。高肝転移細胞になったことで発現あるいは消失する未知の抗原を認識するモノクロナール抗体を得るため、高肝転移細胞を免疫源として数回の細胞融合操作を行ったが、これまで、高肝転移細胞とその親株で反応性を異にする抗体は得られていない。本研究によって、ヒト大腸癌の肝転移形成に細胞接着分子が重要な役割を担っていることが示された。肝転移関連モノクロナール抗体を、いわゆる「癌のミサイル療法」の担体として用いた肝転移の治療や、モノクロナール抗体が認識する抗原あるいは細胞接着分子の大腸癌原発巣における発現の多寡、すなわち、高肝転移細胞の含有率から肝転移ハイリスク例を選定する等の臨床応用に関しては、今後の課題として残された。手術時に得られたヒト大腸癌の肝転移巣を免疫源として、細胞融合法にてモノクローナル抗体を作製した。大腸癌細胞培養株や大腸癌原発巣および、その肝転移巣との反応性を検討した結果、ヒト大腸癌肝転移巣と比較的高率に反応する2種類の抗体(324抗体、367抗体)を得た。何れの抗体も、これまでの検討では既知の抗原とは反応せず、flow cytometerを用いたconjugate formation assayにてヒト大腸癌細胞とヒト肝細胞の接着を阻害したことから、細胞接着に関連する未知の抗原を認識しているものと考えられた。癌細胞と肝との接着という、癌の肝転移形成機構の重要な部分に関与するものであり、肝転移関連モノクローナル抗体を樹立できたと考えている。また、ヒト由来の大腸癌培養細胞株から教室で樹立した2種類の肝高転移細胞株(LS174T-LM,SW1116-LM)を、各々、免疫源として、同様に、細胞融合法にてモノクローナル抗体を作製した。現在、その反応特異性を検討中である。我々の最近の肝高転移細胞における表面抗原の解析では、肝転移巣形成にはCEAやsialyl Le^a,sialyl Le^x抗原などの細胞表面接着分子の発現増強が重要との知見を得ており、今回のモノクローナル抗体も細胞の接着に関連する抗体ではないかと推測している。本年度の研究において、肝転移形成における大腸癌細胞表面の接着分子の重要性が明らかになった。前年度にヒト大腸癌肝転移巣を免疫源として得られた

モノクロナール抗体が細胞接着に関連する抗体との結果を得たが、これが大腸癌の肝転移形成に普遍的に重要なものか否かを評価するため、本年度は、まず、我々が樹立した二種類の高肝転移ヒト大腸癌培養細胞株を免疫源として新たなモノクロナール抗体の作製を試みた。しかし、SCIDマウスに肝転移を繰り返して作製した高肝転移細胞とその親株との間で反応性が異なるモノクロナール抗体は、計6回の細胞融合操作を行っても得られなかった。このため、肝転移形成に関わる既知の細胞表面抗原の特徴を求める目的で、高肝転移細胞が高肝転移能を得る際の細胞表面抗原(接着分子、増殖因子受容体、糖鎖抗原)の経時的変化を、それらに対する市販の抗体を用いたflowcytometoryで測定した。その結果、高肝転移細胞になるにつれて、CEAやsialyl Le^a,sialyl Le^x,Le^x抗原など接着分子の有意な増加が認められた。増殖因子受容体や糖鎖抗原の量に変化はなかった。これより、前年度と同様に、肝転移に及ぼす細胞接着因子の重要性が再確認された。原発巣における高肝転移細胞の同定や、その多寡と肝転移形成の関連、あるいは、モノクロナール抗体と制癌剤の複合体を用いた肝転移巣の治療は、今後の検討課題として残された。
血管ニッチシグナルによるがん細胞の悪性化機構の解明

血管は組織に酸素や養分を運搬するという基本的な機能に加え、幹細胞の維持や自己複製に関与するという、いわゆる血管ニッチの概念が徐々に証明されつつある。我々は、自己複製中のがん幹細胞を識別できるマーカー分子を発見し、がん幹細胞は、がん組織の辺縁の血管近傍に局在することを解明し得た。本研究では、がん幹細胞の生態学的適所の破綻による幹細胞性喪失の誘導をはかることを目的とし、腫瘍周囲の血管とがん細胞がどのような細胞間相互作用を行い、がんの悪性化と関わるのか、その分子メカニズムの解明を行うために研究を計画してきた。血管とがん細胞の相互作用という観点で、従来からの研究成果に立脚し、3つの研究項目について研究を行った。平成30年度には以下のような成果を得た。(研究項目1:Galectin-3による転移性血管ニッチの制御)マウス由来メラノーマ細胞では、Galectin-3 (Gal-3)の発現が抑制されると、がんの転移が促進していることが判明していたが、ヒト由来のメラノーマでも同様のことが観察されることを証明した。また、MMTVによる乳がん自然発がんモデルにおいても、Gal-3のノックアウトマウスと交配することで、Gal-3がないことで、がんの転移が増強することを解明した。(研究項目2:可溶性Tie1による血管構造の制御)血管構造の維持にかかわることが遺伝子改変マウスの解析で解明されている、受容体型チロシンキナーゼであるTie1に着目し、血管新生が開始する時点でTie1の細胞外領域が切断されるメカニズムを解析した。この切断にマトリックス消化酵素であるMMPがかかわることが判明した。(研究項目3:上皮間葉転換抑制血管ニッチシグナルの解明)血管内皮細胞の種々の培養条件により単離してきた分子の中で、本年度1種の分子が、がん細胞の上皮間葉転換を抑制する可能性があることが判明した。血管は単に酸素や養分を運搬する導管としての機能のみならず、臓器特有の幹細胞の維持がなされる生態学的な適所、いわゆるニッチとしての機能を有することが明らかにされてきた。この血管ニッチの概念は、正常組織のみならず、最近がん組織においても広がりをみせつつある。我々は、従来より正常組織の幹細胞と血管内皮細胞の機能的な相互作用を見いだし、がん組織におけるがん細胞と血管系細胞との相互作用の分子機序の解明に取り組んできた。本研究では、がんの悪性化を抑制する為の分子論的構築を行う為に、血管に関連する研究を以下の、3つの研究項目に分けて研究を行ってきた。研究項目1:Galectin-3による転移性血管ニッチの制御。研究項目2:可溶性Tie1による血管構造の制御。研究項目3:上皮間葉転換抑制血管ニッチシグナルの解明、である。研究項目1では、従来の解析結果、Galectin-3 (Gal-3)の発現が低下したがん細胞ではαvβ3インテグリンの発現が亢進し、マトリックスを介して血小板との凝集を誘導することで、血小板に囲まれたがん細胞塊形成が誘導されることが判明した。研究項目2では、血管内皮細胞に発現する受容体型チロシンキナーゼの解析から、血管新生の開始に先立ち、Tie1の細胞外切断が生じていることを見いだし、可溶性Tie1が血管新生あるいは血管の構造変化に影響を与えるか否かを解析したところ、可溶性Tie1が血管の成熟化に関連することを見いだしてきた。研究項目3では、全身にがんが播種されるのを抑制する為の、何らかのバリア機能を血管が有する可能性があることを解析してきている。血管内皮細胞から分泌されるいわゆるアンジオクラインシグナルの中で、単離した複数遺伝子の中では1種の分子が、がん細胞においてE-cadherinからN-cadherin陽性化のEMT変化を抑制する可能性が示されてきた。研究項目1:Galectin-3による転移性血管ニッチの制御ーGal-3の発現低下はがん細胞の遠隔的な転移を促進するメカニズムの一つであることが判明してきた。そこで、がん細胞でGal-3の発現がどのような環境で制御されるのか、Gal-3の遺伝子プロモーター制御下にEGFPを発現するレポーター遺伝子を構築し、がん細胞に遺伝子導入することで、Gal-3の発現をモニタリングする。具体的には、がん組織において、がん細胞と血管との位置関係とEGFPの発現との関係を組織学的に観察する。血管が分泌する、いわゆるアンジオクラインシグナルが、がん細胞の転移を誘導する環境を提供する可能性があり、その分子シグナルを明らかにしていく。研究項目2:可溶性Tie1による血管構造の制御ーTie1はTie2とともに血管内皮細胞に発現して、血管の恒常性維持に関わるレセプター型チロシンキナーゼである。血管新生の開始に先立ち、Tie1の細胞外切断が生じ、この可溶性Tie1が血管の成熟化に関連することを見いだしてきた。そこで、今後可溶型Tie1がどのような機序で、血管構造の安定化に寄与するのかを、血管内皮細胞に発現するTie1の結合相手を同定することで検討を進める。研究項目3:上皮間葉転換抑制血管ニッチシグナルの解明ー血管内皮細胞から分泌されるアンジオクラインシグナルのスクリーニングにより、EMTにかかわる新規物質を発見してきた。今後、この遺伝子の遺伝子改変マウス(ノックアウト、トランスジェニックマウス)の作成準備に入る。

平成31年度には一定の解析結果が得られると考えられるが、本解析を通した、知的財産(特許出願)に向けても研究を推進する。血管は酸素や養分を運搬する導管としての機能の他、臓器特有の幹細胞の維持がなされる生態学的な適所、いわゆるニッチとしての機能を有することが明らかにされてきた。この血管ニッチの概念は、正常組織のみならず、がん組織においても適応されることが明らかにされつつあり、我々は、がん組織におけるがん細胞と血管系細胞との相互作用の分子機序の解明に取り組んできた。本研究では、がんの悪性化を抑制する為の分子論的構築を行う為に、1)がん細胞の転移性血管ニッチの形成、2)血管構造安定化の破綻とがん細胞の悪性伸展に関わる分子機序、さらに、3)正常の血管が元来有するがん悪性化を抑制するバリア機能を解明することを研究の目的として研究を遂行した。1)に関しては、Galectin-3 (Gal-3)がどのような機序でがん細胞の転移の活性化と関わるのかを検討し、元来Gal-3の発現が低く転移性の高いB16-BL6細胞とGal-3の発現が高く転移性の低いB16細胞、そしてGal-3をCRISPR-Cas9システムでノックアウトしたB16細胞を作製し、これらの細胞で発現の異なる分子について、特に接着因子の発現の差について比較検討し、いくつかの候補因子の単離が終了した。2)に関しては、血管内皮細胞に発現して、血管の恒常性維持に関わるレセプター型チロシンキナーゼTieファミリー分子に関して、我々は血管新生の開始に先立ち、Tie1の細胞外切断が生じていることを見いだしたことから、本年度、可溶性Tie1が血管新生あるいは血管の構造変化に影響を与えるか否かを解析し、可溶性Tie1が血管の成熟化に関連することを見いだした。3)に関しては、正常組織由来血管内皮細胞の無血清培養に成功した培養上清を用い、TGFβによるがん細胞のEMT現象を抑制する分子が複数同定された。研究項目1では、Galectin-3(Gal-3)による転移性血管ニッチの制御を明らかにする為に、まずGal-3がどのような機序でがん細胞の転移の活性化と関わるのかを検討し、元来Gal-3の発現が低く転移性の高いB16-BL6細胞とGal-3の発現が高く転移性の低いB16細胞、そしてGal-3をCRISPR-Cas9システムでノックアウトしたB16細胞を作製し、Gal-3の有無によるがん細胞の転移能の解析を行った。その結果、Gal-3の発現とがん細胞の転移は逆比例することが判明し、このGal-3が関わる、がん細胞の転移のメカニズムについて、遺伝子解析の結果、いくつかの候補遺伝子が絞り込まれてきており、当初の計画通りに研究が進んでいる。また、研究項目2は、可溶性Tie1による血管構造の制御に関する研究であるが、血管新生の開始に先立ち、Tie1の細胞外切断が生じていることを見いだしたことに立脚して、このTie1の細胞外切断が、がんの悪性化と関連することを予想して、Tie1細胞外が切断されないマウスの作製に挑んできた。現在、Tie1切断領域に変異を挿入した遺伝子が挿入されたマウスを確認できるようになってきたことから、本マウスの作成における計画は順調に進んでいると考えられる。研究項目3は、上皮間葉転換抑制血管ニッチシグナルの解明である。血管から分泌される上皮間葉転換にかかわる分子の単離を行い、現在、その候補分子がいくつか単離されてきており、当初の計画に沿った研究が遂行されている。
臓器特異的インスリン抵抗性評価系の確立とその規定因子の研究

体組成計測、安定同位体標識グルコース併用高インスリン正常血糖クランプ検査にて臓器特異的インスリン抵抗性を算出、核磁気共鳴スペクトロメトリーMRSから肝細胞内脂肪含量および筋細胞内脂肪含量を定量、肝生検を試行し、肝病理像・免疫組織学的評価を行った。肝脂肪化は、肝インスリン抵抗性と正相関し、骨格筋インスリン感受性と逆相関した。骨格筋脂肪量は、骨格筋・肝臓・脂肪組織のインスリン抵抗性/感受性指標と相関せず。骨格筋脂肪量や体脂肪量は自身のインスリン感受性と関連せず。脂肪化とインスリン抵抗性の両者が他臓器と関連しているのは肝臓のみであり、肝臓が全身のインスリン抵抗性形成に中心的な役割を果たしていた。インスリン抵抗性は臓器間で不均一であり、2型糖尿病病態把握のためには臓器特異的インスリン抵抗性の正確な評価が必要であるが、ヒトでは包括的に検証されていない。本研究は臓器脂肪化の関連を包括的に解析し、臓器特異的インスリン抵抗性を形成する臓器連関因子を抽出し、臓器特異的インスリン抵抗性の簡便な指標の確立が目的である。非アルコール性脂肪性肝疾患NAFLD患者69名を対象に、体組成計測、安定同位体標識グルコース(6,6-2H2グルコース)併用高インスリン正常血糖クランプ検査にて臓器特異的インスリン抵抗性、MRSから肝細胞内脂肪含量・筋細胞内脂肪含量、肝生検サンプルより肝病理像・免疫組織学的評価を行った。得られたデータから種々の臓器特異的インスリン抵抗性指標を各々算出(平均±標準誤差)した。1肝インスリン抵抗性の指標:b-HGP 2.43±0.08mg・kg-1min-1、b-HGP×空腹時インスリンの積(f-IRI) 32.0±2.0 [(mg・kg-1min-1)×(μU/mL)]、クランプ検査前後のHGP抑制率(%HGP)69.3±2.8%2骨格筋インスリン抵抗性の指標:クランプ時のRd(c-Rd)3.52±0.10 mg・kg-1min-1 3脂肪組織インスリン抵抗性の指標:クランプ検査前後のFFA抑制率(%FFA)77.0±1.4%4肝脂肪化の指標:肝病理(脂肪化steatosis)Brunt分類5/33/15/16、MRSによるIHL9.63±1.01mmol/l、ALT 60±4 IU/L 5骨格筋脂肪化の指標:MRSによるIMCL28.29±1.49 AU、徐脂肪体重50.2±1.3kg6脂肪組織の脂肪蓄積の指標:体重82.3±2.7kg、BMI 30.3±0.9、体脂肪量82.3±2.7kg、体脂肪率36.3±1.3%上記結果の相関について検討したところ、肝インスリン抵抗性は、骨格筋・脂肪組織インスリン抵抗性と有意に関連、筋インスリン抵抗性も脂肪組織インスリン抵抗性と有意に関連し、各インスリン標的臓器間で、インスリン抵抗性が相互に関連していることを明らかにした。MRSで測定した肝脂肪量IHLは,肝組織像の肝脂肪化スコアと強く正相関(r = 0.750, P < 0.001)し,MRS検査で正確に肝細胞内の脂肪蓄積を測定できることを確認した.さらに、肝脂肪化は,肝インスリン抵抗性(HGP×FPI)と正相関(r = 0.401, P = 0.001)するだけでなく,遠隔臓器である骨格筋インスリン感受性(Rd)と有意に逆相関(r = -0.495, P < 0.001)した.すなわち、肝脂肪量が多いほど肝インスリン抵抗性が高く,肝脂肪量が多いほど骨格筋インスリン感受性が低い,すなわち骨格筋インスリン感受性が高いことが明らかとなった.同様に,脂肪化スコアで層別に検討すると,脂肪化の少ないスコア0と比較し,高度脂肪肝群(スコア3)において,肝インスリン抵抗性は有意に高く,骨格筋インスリン感受性は有意に低かった.さらに詳細に検討するために,既報で肝脂肪量と関連が報告されている年齢,BMIなどの因子で補正する多変量解析を行った.年齢,性別,BMIで調整しても,肝脂肪化スコアは,肝インスリン抵抗性と正に,骨格筋インスリン感受性と負に関連した.年齢,性別,体脂肪量で調整しても,肝脂肪化スコアと骨格筋インスリン感受性の負の関連は有意であった.骨格筋脂肪量IMCLは,骨格筋,肝臓,脂肪組織,いずれのインスリン抵抗性/感受性指標とも相関せず.また,体脂肪量は,肝インスリン抵抗性と正相関,骨格筋インスリン感受性と逆相関したが,脂肪組織インスリン感受性(%FFA)とは相関しなかった.すなわち,骨格筋脂肪量や体脂肪量は自身のインスリン感受性と関連しなかった。脂肪化とインスリン抵抗性の両者が他臓器と関連しているのは肝臓のみであり,肝臓が全身のインスリン抵抗性形成に中心的な役割を果たしている可能性がある.また,今回の肝脂肪化と骨格筋インスリン抵抗性の関係から,肝と骨格筋の臓器間ネットワークの存在が示唆された。H25-26年度、脂肪化とインスリン抵抗性の両者が多臓器と関連しているのは、脂肪細胞や骨格筋ではなく肝臓のみであり、肝臓が全身のインスリン抵抗性形成に中心的な役割を果たしていること、肝脂肪化と骨格筋インスリン抵抗性との関係から肝と骨格筋の臓器間ネットワークの存在を明らかにした。

当教室は、肝臓が、肝臓由来のホルモンいわゆるヘパトカイン(セレノプロテインP:SeP)を分泌し、骨格筋・全身のインスリン抵抗性を形成する可能性を提唱した。男性において血中SePは糖尿病群で高値であったが、女性において耐糖能別に差を認めなかった。男性において、血中SePは血糖値・グリコアルブミン(r = 0.385, P = 0.021)と正に相関、インスリン分泌能マーカーHOMA-beta(r = -0.495, P = 0.001)、CPI(r = -0.424, P = 0.006)と負に相関した。とりわけ女性において、血中SePは肝インスリン感受性指標である肝糖産生抑制率(r = -0.393, P = 0.047)、MRSから求めた肝細胞内脂肪含量(r = 0.481, P = 0.037)、脂肪組織インスリン感受性指標FFA抑制率(r = -0.444, P = 0.023)と有意に関連することを観察した。男女ともに脂質改善薬スタチン内服者の血中SePは高値であった。男女ともに血中SePは高インスリン正常血糖クランプ検査前後で低下した。すなわち、男性においてSePは血糖指標を正に相関し、インスリン分泌指標と負に相関した。女性においてSePは肝および脂肪組織インスリン抵抗性、肝細胞内脂肪含量と正に相関した。男女ともにSePは高インスリン血症下で抑制・スタチン内服者のSePは非内服者と比較し高値であった。SePは、肝臓と脂肪組織のインスリン抵抗性、肝細胞内脂肪含量とくに肝糖産生亢進を反映する臨床指標の可能性がある。SePの作用が性別により異なり、SePの機能を解明することで個々に応じた性差医療に津ながら可能性がある。SePがスタチンによる耐糖能悪化の機序に関連する可能性がある。体組成計測、安定同位体標識グルコース併用高インスリン正常血糖クランプ検査にて臓器特異的インスリン抵抗性を算出、核磁気共鳴スペクトロメトリーMRSから肝細胞内脂肪含量および筋細胞内脂肪含量を定量、肝生検を試行し、肝病理像・免疫組織学的評価を行った。肝脂肪化は、肝インスリン抵抗性と正相関し、骨格筋インスリン感受性と逆相関した。骨格筋脂肪量は、骨格筋・肝臓・脂肪組織のインスリン抵抗性/感受性指標と相関せず。骨格筋脂肪量や体脂肪量は自身のインスリン感受性と関連せず。脂肪化とインスリン抵抗性の両者が他臓器と関連しているのは肝臓のみであり、肝臓が全身のインスリン抵抗性形成に中心的な役割を果たしていた。H26年度の計画のうち、臓器特異的インスリン抵抗性を規定する因子の同定については、当初予定していたよりも対象患者の保存血清と臓器特異的発門の測定に時間を要したため、現時点では十分な解析結果が得られていない。ただし、今回の対象サンプルで当教室で同定したヘパトカイン(セレノプロテインP)の測定し結果を得ており、近々セレノプロテインPの血中濃度と肝インスリン感受性指標,脂肪組織インスリン感受性指標,肝細胞内脂肪含量の関連性を報告できる予定である。代謝内分泌学本研究は横断研究のため,肝臓の脂肪化と骨格筋インスリン抵抗性の因果関係は明らかではないが,肝臓の脂肪化と骨格筋インスリン抵抗性を結ぶ臓器連関として,次のような機序が想定される.1つ目の仮説は,骨格筋のインスリン抵抗性が高インスリン血症を来し,二次的に肥満・内臓脂肪蓄積に加えて,肝臓の脂肪化を来す可能性,2つ目の仮説は,FFAやアミノ酸などの栄養素が互いに影響を及ぼし,肝臓の脂肪化と骨格筋インスリン抵抗性が形成される可能性,3つ目の仮説は,肝臓の脂肪化が中枢神経などの神経経路を介して骨格筋インスリン抵抗性を修飾する可能性がある。
物質フローと施策効果から見たエコタウンを含む産業共生の検証とポストエコタウン

物質フロー分析、ライフサイクルアセスメントによるエコタウン事業の環境負荷削減効果の分析、マテリアルバランス表の作成とそれを用いた都市レベルの資源循環構造分析とエコタウンの寄与度分析の手法を開発し、北九州エコタウン事業を対象に評価した。また、中国の生態産業園区建設事業を対象に、日本のエコタウン事業との共通点と相違点を整理し、青島市で建設中の静脈産業園への経験移転可能性について物質フローと施策効果の面から分析した物質フロー分析、ライフサイクルアセスメントによるエコタウン事業の環境負荷削減効果の分析、マテリアルバランス表の作成とそれを用いた都市レベルの資源循環構造分析とエコタウンの寄与度分析の手法を開発し、北九州エコタウン事業を対象に評価した。また、中国の生態産業園区建設事業を対象に、日本のエコタウン事業との共通点と相違点を整理し、青島市で建設中の静脈産業園への経験移転可能性について物質フローと施策効果の面から分析した中国の循環経済実現に向けた政策の概況と、試験的取り組みとして指定されているモデル園区に関する政策レビューを行った。特に、生態工業モデル園区に関しては、建設段階(既存、新規建設、仮想)と産業構成(動脈、総合類、静脈)の視点から、既に指定されている16カ所の園区の分類を試みた。またエコタウン事業の評価、比較を行うための総合的評価フレームを検討した。レジームとアクターとしての「行政」、「民間(企業)」、「その他(市民)」、ライフサイクルフェーズとしての「外部環境」、「立地・運営支援」、「実績」、「波及効果」のマトリクスで各年度の情報を整理し、それを更に時系列で情報を整理するフレームになっている。奥行きは、時間(年代)で分析する方法のほか、エコタウンの発展段階で分析することも考えられるが他地域や他国のエコタウンとの比較のためは後者のほうが適しているといえる。このフレームを用いて、北九州エコタウンと中国青島市の新天地静脈産業園の比較を行った。その結果、新天地にも家電リサイクル工場が稼働しているが、廃家電を集めるための法的根拠、社会システムが整備されていないこと、技術的にも差があること、さらに分別したのちの再資源化・再商品化のしくみがやはり整備されていないことなどを明らかにした。北九州エコタウンについて「波及効果」に注目し、MFA(マテリアルフロー分析)、LCA(ライフサイクルアセスメント)を行った。その結果、CO_2削減効果で約15万t-CO_2になることがわかった。さらに、企業環境管理の分野で開発・導入が進んでいるマテリアルフローコスト会計を、地域の循環連鎖の評価に拡張するための理論的検討を行うとともに、具体的な基本フレームを開発した。それを北九州エコタウンに立地する廃木材・廃プラスチックリサイクル事業を対象にケーススタディを行い、現状把握と課題抽出、対策評価といった作業が統一的なフレームで実行可能となることが実証された。日本、中国、韓国の生態工業団地(EIP)建設に関して、その動向をレビューし比較分析をすることで、各国の相違点、共通点を抽出した。また、3か国の中で北九州市、大連市、蔚山市の各都市に焦点を当て、北九州市の経験からの各都市の政策インプリケーションを検討した。さらに、青島市と類似のリサイクル団地として日本の北九州市を比較対照とすることで、中国の資源循環拠点の置かれた現状を分析した。比較の視点としては、昨年度検討した総合的評価フレーム、すなわち(1)外部環境、(2)立地・運営支援、(3)実績、(4)波及効果とした。分析の結果、リサイクル法が整備されていないこと、手放した後に廃棄にまわる家電が多くないことを主な理由として、リサイクルの入口問題で苦慮していること、出口を十分に検討せずに開始していることから、再生資源の需要について空間的あるいは技術的検討が必要なことを明らかにした。また、引き続き北九州エコタウンのマテリアルフロー分析(MFA)及びLCAを用いてCO2、資源消費における環境負荷削減効果を推計した。対象企業は北九州エコタウン内に立地する17企業である。その結果、CO2削減量は年間に約180×10^3t-CO2、資源消費では鉄に換算すると110×10^3t分の環境負荷削減効果があることが分かった。さらに、循環資源の搬入、再商品化製品の搬出の距離帯別の輸送過程の負荷に関する分析、環境負荷削減効果の構成項目による考察を行った。日本のエコタウン造成には、各地域における廃棄物循環システムの構築や、既存産業立地による先端知識の保有、他インフラの設備などの利用といった背景の他、自治体間の横並び競争と波及効果の現象がエコタウン造成に大きな影響を与えた。従って、エコタウン決定における自治体のガバナンスという面から分析枠を組み立て、自治体職員への聞き取り調査・分析を行った。また、韓国の資源再生センター(エコタウン)、廃棄物制度などに関する訪問調査を行った。エコタウン事業は、事業開始後10年以上を経て、所期の目標を達成しているか評価を受ける時期にある。また、第2次循環型社会形成推進基本計画で示されるような地域循環圏との関わりや、アジア諸国でのエコタウン建設への日本からの経験移転なども期待されつつある。これらの要請に耐えうる物質フローの観点からの評価手法の開発と、それを用いた北九州エコタウン事業の評価を行った。MFA (Material Flow Analysis)による循環資源の距離帯別輸送距離分析、LCA(Life Cycle Assessment)によるエコタウン事業の環境負荷削減効果、産業連関表の枠組みを利用したマテリアルバランス表の作成とそれを用いた都市レベルの資源循環構造分析とエコタウンの寄与度分析の手法を開発し、結果を示した。

エコタウンの投入・算出に関わる輸送構造分析では、北九州エコタウンの場合、地域循環圏の観点からは50300kmの広域的な資源循環に対して大きな役割を果たしていることが判明した。なお、資源の搬出側を見ると、再生品の資源需要が身近にあることがエコタウンの運用には重要であるということも言える。また、エコタウンの全市に対する寄与度を分析した結果、循環利用率で2.3%、リサイクル率で4.0%という結果が得られた。施策効果の観点からは、Eco-Industrial Park (EIP)を巡る中国の循環経済促進法と政府間意思決定、リサイクルシステム、韓国の資源循環促進法(2007年改正)、EIP促進法(グリーン生産とリサイクル地域造成)等について研究し、地域内のコミュニティ形成、市民団体との合意形成過程について分析した。そこでは、各主体(中央省庁・広域自治体・基礎自治体・各企業・地域住民・研究大学・市民団体等)の役割と調整機能、情報公開と信頼構築・経済とのリンクを分析要因とした。
ＣＥＳ合成構造建築物の動的耐震性能評価技術の開発

本研究課題は、鉄骨と繊維補強コンクリートのみで構成される鉄骨コンクリート(Concrete Encased Steel:以下、CES)合成構造システムを対象とした時刻歴地震応答解析による動的耐震性能評価法の開発、並びに袖壁付CES柱、有開口CES耐震壁及びスラブ付CES架構等の構造性能の検討と復元力特性モデルの構築を目的としたものである。特に、有開口CES耐震壁やCES梁に関しては、損傷制御レベルにおける部材耐力の評価法の構築も目的としている。平成28年度は本課題の最終年にあたり、有開口CES耐震壁とスラブ付CES梁の構造性能評価に関する研究に加え、損傷制御耐力式を構築するためのRC梁の実験を行った。有開口CES耐震壁に関する研究では、縦長開口を有する場合の構造性能の把握を目的として、開口高さの異なる2体の試験体を用いた静的載荷実験を実施した。その結果、開口高さの高い壁試験体は開口高さの低い壁試験体と比べて梁鉄骨フランジの引張降伏が早期に生じることから、2層引張側壁から1層圧縮側壁にかけての応力伝達能力が若干低下するが、両者の最大耐力に大きな差異はみられないことを示した。スラブ付CES梁に関する研究では、厚肉スラブが取り付いた場合のCES梁の構造特性を把握することを目的として、スタッドの有無を実験変数とした2体の試験体を用いて静的加力実験を実施した。その結果、スタッドの有無に拘わらず安定した復元力特性を示すことを確認した。一方、梁の損傷制御耐力式の構築に関する研究では、高強度せん断補強筋を用いたRC部材を対象として、せん断スパン比およびせん断補強筋比の異なる試験体を用いた静的載荷実験を実施した。これらの実験結果に基づいて最大せん断ひび割れ幅から推定可能な損傷耐力式を提案した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は、鉄骨とコンクリートのみから構成される鉄骨コンクリート(Concrete Encased Steel:以下、CES)構造システムを対象とした時刻歴地震応答解析による動的耐震性能評価法の開発、並びに袖壁付CES柱、有開口CES耐震壁及びスラブ付CES架構等の構造性能の検討と復元力特性モデルの構築を目的としたものである。平成26年度は、有開口CES耐震壁及びスラブ付CES梁の構造性能評価に関する研究を実施した。有開口CES耐震壁に関する研究では、中高層壁フレーム建築物における連層耐震壁の下部2.5層を想定した実大の約1/3スケールの試験体を3体用いて、開口の有無、開口サイズを実験変数とした静的載荷実験を実施し、破壊性状、終局強度および復元力特性に及ぼす開口の影響を検討した。その結果、1開口サイズの増大に伴い初期剛性が低下するが、最大耐力時以降の変形能力が向上すること、及び2RC有開口耐震壁で慣用されているせん断強度式は、CES有開口耐震壁のせん断強度を過小評価することを明らかにした。さらに、FEM解析により有開口耐震壁の応力伝達メカニズムを検討し、壁板及び付帯柱の圧縮ストラットの形成パターンを明らかにし、それに基づいたせん断強度評価式を提案した。一方、スラブ付CES梁に関する研究では、中高層建物の梁を想定した約1/2.5スケールの試験体3体を用いて、スラブの有無及び内蔵鉄骨断面積比を実験変数とした静的載荷実験を実施し、耐力と変形性能について検討した。その結果、1スラブの有無に拘わらずCES梁は紡錘型の安定した復元力特性を示すこと、2スラブ筋は変形角1/200rad.でほぼ降伏していること、及び3終局曲げ強度は一般化累加強度理論により概ね評価可能であることなどを明らかにした。本研究課題は、鉄骨と繊維補強コンクリートのみで構成される鉄骨コンクリート(Concrete Encased Steel:以下、CES)構造システムを対象とした時刻歴地震応答解析による動的耐震性能評価法の開発、並びに袖壁付CES柱、有開口CES耐震壁及びスラブ付CES架構等の構造性能の検討と復元力特性モデルの構築を目的としたものである。平成27年度は、有開口CES耐震壁及びスラブ付CES梁の構造性能評価に関する研究と12層CES造建築物の試設計を行った。有開口CES耐震壁に関する研究では、中高層壁フレーム建築物における連層耐震壁の下部2.5層を想定した実大の約1/3スケールの試験体2体を用いて、開口位置を変数とした静的載荷実験を実施し、破壊性状、終局強度及び復元力特性に及ぼす影響を検討した。なお、開口位置は1層及び2層共に同一方向に偏在したもの(偏在開口壁)と1層と2層で逆方向に偏在したもの(対角開口壁)とした。実験の結果、(1)偏在開口壁の最大強度は、対角開口壁のものと比べて正載荷及び負載荷共に低下すること、及び(2)対角開口壁の2層境界梁は、偏在開口壁のものに比べて大きな引張応力が生じ、せん断応力伝達に有効に作用していること、などを明らかにした。スラブ付CES梁に関する研究では、中高層建築物の低層部の梁を想定した約2/5スケールの試験体2体を用いて、内蔵鉄骨とスラブ間のスタッドの有無が耐力と変形性状に与える影響を調べるための静的載荷実験を実施した。その結果、スタッドを配した梁は、配さないものに比べて、最大強度時以降の耐力低下が少なく、安定した紡錘型の履歴性状を示すことなどを明らかにした。

試設計では、これまで検討してきた柱、梁及び耐震壁の復元力特性モデルの適用性を検討するために、12層の壁フレーム構造のCES建築物を設計対象とした。平成27年度は、有開口CES耐震壁及びスラブ付CES梁の構造性能評価に関する研究と12層CES造建築物の試設計を行うことを目的としたが、いずれの研究も概ね当初計画通りに進んでおり、所定の成果が得られている。本研究課題は、鉄骨と繊維補強コンクリートのみで構成される鉄骨コンクリート(Concrete Encased Steel:以下、CES)合成構造システムを対象とした時刻歴地震応答解析による動的耐震性能評価法の開発、並びに袖壁付CES柱、有開口CES耐震壁及びスラブ付CES架構等の構造性能の検討と復元力特性モデルの構築を目的としたものである。特に、有開口CES耐震壁やCES梁に関しては、損傷制御レベルにおける部材耐力の評価法の構築も目的としている。平成28年度は本課題の最終年にあたり、有開口CES耐震壁とスラブ付CES梁の構造性能評価に関する研究に加え、損傷制御耐力式を構築するためのRC梁の実験を行った。有開口CES耐震壁に関する研究では、縦長開口を有する場合の構造性能の把握を目的として、開口高さの異なる2体の試験体を用いた静的載荷実験を実施した。その結果、開口高さの高い壁試験体は開口高さの低い壁試験体と比べて梁鉄骨フランジの引張降伏が早期に生じることから、2層引張側壁から1層圧縮側壁にかけての応力伝達能力が若干低下するが、両者の最大耐力に大きな差異はみられないことを示した。スラブ付CES梁に関する研究では、厚肉スラブが取り付いた場合のCES梁の構造特性を把握することを目的として、スタッドの有無を実験変数とした2体の試験体を用いて静的加力実験を実施した。その結果、スタッドの有無に拘わらず安定した復元力特性を示すことを確認した。一方、梁の損傷制御耐力式の構築に関する研究では、高強度せん断補強筋を用いたRC部材を対象として、せん断スパン比およびせん断補強筋比の異なる試験体を用いた静的載荷実験を実施した。これらの実験結果に基づいて最大せん断ひび割れ幅から推定可能な損傷耐力式を提案した。平成26年度は、有開口CES耐震壁及びスラブ付CES梁の構造性能評価に関する研究を実施することを目的としたが、両研究ともに概ね当初計画通りに進んでおり、所定の成果が得られている。平成28年度以降は、平成27年度に実施した有開口CES耐震壁及びスラブ付CES梁の構造性能評価に関する研究を継続すると共に、試設計した12層CES壁フレーム建築物に対する時刻歴地震応答解析及び静的非線形荷重増分解析を実施し、平成27年度までに構築したCES柱、梁及び耐震壁の復元力特性モデルの妥当性を検証する。さらに、これらの研究成果に基づいてCES造建築物の動的耐震性能評価法を開発する。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度以降は、平成26年度に実施した有開口CES耐震壁及びスラブ付CES梁の構造性能評価に関する研究を継続すると共に、既に試設計が終了しているCES造建築物を対象として、時刻歴応答解析を実施し、解析モデルの妥当性を検証する。
海洋構造物の破壊に及ぼす海洋波のグル-ピング特性の効果に関する研究

1.椹木は捨石堤の安定に及ぼすグル-ピングの影響について実験的に検討し,グル-ピング効果を含めた不規則波に対する新しい設計公式を提案した。すなわちまず不規則波の波高,砕波帯相似パラメタ-および波エネルギ-それぞれの「連」の概念を導入し,エネルギ-和の連数と安定限界の関係を実験的に見出した。さらに初期勾配および捨石の摩擦効果を考慮し,許容破壊率の概念を反映させた新しい設計公式を提案した。2.出口は現地浅海域において波浪の実測を行い,グル-ピングを表すパラメタ-と波の不規則性を表すパラメタ-との相関について調べた。その結果波高の連長および波群係数と,スペクトルの帯域幅および尖鋭度のパラメタ-との間には強い相関はみられなかったが,グル-ピングが強くなると波高の出現分布がレ-リ-分布からずれ,若干平担になった。3.出口・後野は合成波を用いて波群に伴う長周期水位変動の特性およびそれが浅海域での波変形,平均水位および沿岸流に及ぼす影響を調べた。その結果波群は砕波帯内では微弱になるが波群に拘束された長周期波は逆に増幅され,平均水位や沿岸流に長周期の変動がみられること,および個々波の変形に対しても長周期波の影響が大きいこと等がわかった。4.青木は係留浮体の動揺および長方形湾の振動という2種類の振動系に対して,グル-ピング周期での振動の特性を明らかにした。その結果,係留浮体に対してはグル-ピング周期が係留系の固有周期と同調する時に動揺が最も大きくなること,また長方形湾については群波の浅水変形過程で発生した長周期自由波の影響が顕著であること等がわかった。5.小野は不規則波を用いた2次元移動床実験を行い,規則波実験との比較を行って不規則性の影響を検討した。その結果,最も顕著な差異が現われるのは浮遊砂濃度の鉛直分布を決定する拡散係数であり,不規則波により拡散係数は,規則波のそれの1.52倍であることがわかった。1.椹木は捨石堤の安定に及ぼすグル-ピングの影響について実験的に検討した。捨石堤の安定に関しては先に、波高のみならず周期の影響も考慮したSurf Similarity Parameter ξが重要であることを明らかにした。これをグル-ピングを有する不規則波に拡張するために、波高、ξおよび波のエネルギ-の「連」の概念を導入し、エネルギ-和の連数で定義されるRun-Sum(Esum)と安定限界の関係を実験的に見出し、新しい安定公式を導出した。さらに新公式と、従来の規則波を対象としたハドソン公式とを比較し、後者が危険側の値をとることを明らかにした。2.出口は現地浅海域において波浪の実測を行い、グル-ピングがどのような形で現われ、いかなる水理現象を誘起するかについて検討した。まずグル-ピングが不規則波自身のもつ不規則性に内在しているのかどうかを検討するために、波高の連長J(H^^ー)、Groupiness Factor GFと、帯域幅パラメ-タν、尖鋭度パラメ-タQp等の不規則性を示すパラメ-タとの相関性について検討を行った。その結果J(H^^ー)とGFの間には強い相関が認められたが、それらと不規則性を表すパラメ-タの間には全く相関がみられなかった。

しかしグル-ピングが強くなると波高の出現頻度分布がReyleigh分布からずれ、若干平担になることがわかった。3.後野は波浪変形に及ぼすグル-ピングの影響のうち、特に波群に拘束された長周期の水位変動が波変形に及ぼす影響を2次元水槽内の2成分波を対象に調べた。その結果、(1)波群は砕波帯内では微弱になること(2)波群に拘束された長周期水位変動の振幅は汀線近くまで存在し、増幅されること(3)波別解析された個々波は汀線近くで長周期水位変動の影響を大きく受けること等が明らかになった。4.青木は2次元矩形浮体が種々のグル-ピング特性(GF、グル-ピング周期Tg等)から受ける影響について検討し、Tgの影響が大きいことを明らかにした。1.椹木は前年度の研究成果に基づき,グル-ピング効果を含めた不規則波に対する捨石堤の新しい設計公式を提案した。この設計公式は,不規則波の周期効果を含む波のグル-ピング特性,構造物の初期勾配および捨石の摩擦効果を考慮し,さらには許容破壊率の概念を明確に反映した式となっており,従来の設計公式であるハドソン式のもつほとんどの問題点を解決するものである。2.出口・後野は,2成分および3成分合成波によって強制的に作り出されたグル-ピング特性が砕波帯内の平均水位および沿岸流に及ぼす影響について実験的な検討を加えた。その結果,このような入射波に対しては,砕波帯内においてもグル-ピング周期に対応した平均水位と沿岸流の拘束された長周期変動が生じ,通常指摘されているように,砕波帯内では拘束を解かれた自由波のみが存在するという結果にはならなかった。3.青木は,外洋に面した漁港などの小規模港湾でみられる数分周期の水面の振動現象をグル-ピングに関連する現象と考え,群波による長方形湾の長周期振動について実験的に検討した。その結果,群波が湾口部で砕波しない場合には湾の振動は長周期波による強制振動の応答特性と類似しており,これは群波の浅水変形過程で発生した長周期自由波によるものと考えられること,および湾口部で砕波することによって振動の振幅が増幅されることはないことなどが明らかになった。4.小野は,不規則波による漂砂移動を定量化する第一歩として,非砕波の領域における不規則波を用いた2次元移動床実験を行ない,同じ実験条件(有義波および平均波に対応する)の規則波実験との比較を行うことにより,入射波の不規則性の影響を検討した。その結果,最も顕著な差異が現われるのは浮遊砂濃動の鉛直分布を決定する拡散係数であり,不規則波による拡散係数は規則波のそれの1.52倍であることがわかった。
種々の単位胞サイズを持つ金属間化合物のヒューム・ロザリー型相安定化機構の研究

研究代表者はFLAPW-Fourier法を開発し,フェルミ準位に生成する擬ギャップの成因に預かる格子面群の抽出を可能にしてきた.第1の成果として、RT-, MI-型近似結晶群に対する相安定化機構を解明した.第2に、種々の単位胞サイズの金属間化合物の中でフェルミ準位に擬ギャップを形成している系を選び、その成因をHume-Rothery型相安定化機構で統一的に説明した.第3に、周期律表の周期4, 5, 6に属する遷移金属元素のe/aを信頼度高く決定しし、単位胞サイズ、結合形態、結晶構造などの合金環境効果に関係なくHume-Rothery型相安定化機構が成り立つことを実証した.単位胞に2個から1178個までの原子を含む種々の単位胞サイズの金属間化合物の中でフェルミ準位に擬ギャップを形成している系を抽出し、我々が開発したFLAPW-Fourier解析法により、擬ギャップの成因がHume-Rothery型相安定化機構で統一的に説明出来るかどうかを調査する研究を遂行している.平成24年度の成果として、9月上旬にオーストラリアのケアンズで開かれたAperiodic2012に参加し、単位胞にそれぞれ336個と168個の原子を含むZn6Sc及びCd6Ca近似結晶について、1原子あたりの電子濃度e/aとFermi準位の電子と相互作用するBrillouin zoneの抽出を行い、これらの化合物では、Hume-Rothery相安定化機構が働いて安定化していることを示す発表を行った.また、準結晶の発見で2011年ノーベル化学賞を受賞したイスラエルのShechtman博士に捧げる記念論文集の出版に際して、我々は本研究のこれまでの成果を発表し国際貢献を果たした.その中で、遷移金属元素に対して負のe/a値を提唱するRaynorモデルを使って、Tsaiらは彼らが発見した一連の準結晶がe/a=1.8で安定化していると主張してきたが、我々はこの問題をFLAPW-Fourier法で理論解析を行うことで正しくはe/a=2.2で安定化していることを明らかにした.本年度には、また、周期律表元素のe/aをFLAPW-Fourier法で精度高く評価する手段として4面体法と重心法を確立し、3d遷移金属とその化合物のe/aを決定することが出来た.その結果、大部分の化合物のe/a値はその単位胞のサイズ、結晶構造、結合形態によらず、構成元素が持つe/aの組成平均で決まることを示した.周期律表の周期4に含まれるKからCuまでの11元素それぞれとAl, Znを組み合わせて得られる金属間化合物群について、1原子あたりの遍歴電子数e/aの決定と遍歴電子の干渉効果を調べた前年度の成果を受け継いで、本年度にはその延長で周期5に含まれるRbからAg及び周期6に含まれるCsからAuまでの合計22の元素とMg, Al, Zn, Cd, Inで形成する膨大な数の金属間化合物群についてそのe/aの決定と干渉条件を調査した.こうしてKからAuまでの合計33の元素が多価金属元素のマトリックスに固溶している場合のe/a値を求めることに成功した.その値は結晶構造、単位胞サイズなど元素の周りの環境によらず決まることを示した.この成果はPhilosophical Magazineに公表した.2013年9月にはポーランドのKrakowで開かれた第12回準結晶国際会議に出席し、上記に述べた成果とともに単位胞に52個の原子を含むガンマ相合金群、熱電材料として知られているSkutterudite化合物群TMX3 (TM=Co, Ni, Rh, Ir, X=P, As, Sb)そして電荷移動が顕著なことで知られているZintl化合物群MX (M=Li , Na, X=Al, Ga, In, Tl)が構成元素の種類によらず、それぞれe/a=1.60, 4.34, 2.09と同じ電子濃度を持つことを示し、遷移金属元素を含む化合物群に対するHume-Rothery電子濃度則の成立とその理論的根拠を始めて明らかにした.また、この国際会議のポスターセッションで研究代表者は単位胞に680個の原子を含む2/1-2/1-2/1近似結晶Na27Au27Ga31のe/aの決定と干渉条件の抽出結果を報告した.このように巨大な単位胞をもつ2/1-2/1-2/1近似結晶に対して第一原理電子構造計算FLAPWを成功させたのは国の内外を問わず初めてである.この国際会議のProceedingsはActa Physica PolonicaAに掲載される予定である.研究代表者はFLAPW-Fourier法を開発し,フェルミ準位に生成する擬ギャップの成因に預かる格子面群の抽出を可能にしてきた.第1の成果として、RT-, MI-型近似結晶群に対する相安定化機構を解明した.第2に、種々の単位胞サイズの金属間化合物の中でフェルミ準位に擬ギャップを形成している系を選び、その成因をHume-Rothery型相安定化機構で統一的に説明した.第3に、周期律表の周期4, 5, 6に属する遷移金属元素のe/aを信頼度高く決定しし、単位胞サイズ、結合形態、結晶構造などの合金環境効果に関係なくHume-Rothery型相安定化機構が成り立つことを実証した.