hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
導電性ナノシートを用いた革新的レドックスキャパシタ電極の創製

層状化合物MXeneにおける電極反応機構を解明するために、様々なアルカリ金属イオンを含有する電解液中でキャパシタンスを調べた。その結果、従来型の活性炭電極とは異なり、アルカリ金属イオンの種類に大きく依存することが分かった。また、X線構造解析による層間距離の変化を調べたところ、溶媒和半径が大きなイオン程、層間距離が大きくなることが分かった。このことは、MXeneの層間に溶媒和したイオンが貯蔵されていることを示している。更に、層間距離が大きな系ほど大きなキャパシタンを示したが、この結果は、MXeneの電極反応が従来型のキャパシタ電極反応の理論式では記述できないことを示している。すなわち、一般的には層間距離が小さくなるにつれてキャパシタンスは大きくなると考えられているが、今回の系では傾向が逆となっている。そこで、電子状態計算、溶媒和構造計算、電位計算を行い、総合的な視点から電極反応を検討した。その結果、貯蔵された電荷間の誘電率が大きな変調を受けていることが分かり、特に、溶媒分子の永久双極子モーメントと外部電場が共鳴し、大きなキャパシタンスを示していることが明らかとなった。以上の結果から、MXeneをキャパシタ電極材料として用いる際に、キャパシタンスを最大化するための方法論を具体的に明らかにすることに成功した。今後は、実験と計算による協業を更に進化させ、構成元素や表面末端基がキャパシタンスに与える影響を精査し、更なるキャパシタンス増大への指針を得ることを目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。高出力型2次電池の実現を目指し、ナノシートMXeneを負極活物質とする電極の開発を行った。特に、資源・コストの両面から利点の大きい、Ti2CTxの組成を持つMXeneに着目し、ナトリウムイオンを可動イオンとした電極評価を行った。その結果、180 mAh/gの安定な可逆容量と、1.3 V vs. Na/Na+の高出力化に有利な反応電位を示すことが分かった。更に、ナトリウム鉄硫酸塩と組み合わせたフルセルを試作したところ、安定な駆動することが分かった。この得られた高性能な電極特性の原因を調べるためにNa MAS NMRを測定したところ、溶媒とナトリウムイオンが共挿入することでMXene層間空間を広げ、高速なイオン移動を実現していることが分かった。Ti2CTxとナトリウムイオンを組み合わせた電極において、非常に大きな容量と安定な電極駆動を確認することに既に成功した。また、Na MAS NMRを利用することで、電極反応の機構も明らかにすることに成功しており、当初の計画以上に研究が進展している。分散型エネルギー社会を構築するためには電気自動車の普及が重要な課題であり、その普及に資する高入出力型蓄電デバイス開発への要請が強まっている。本研究開発では、負極におけるイオン拡散抵抗の低減により、リチウムイオン電池の高出力化を目指した。具体的な開発対象としては、金属導電性の層状化合物MXeneに着目した。MXeneは、一般組成式Mn+1XnTx(M: Ti, V, Cr, etc., X: C, N, T:表面官能基, n = 1, 2, etc.)で表される。MXeneをリチウムイオン電池用負極として応用することで、リチウムイオン電池の高出力化が期待される。本年度では、コスト的優位性の高いMXene Ti2CTxについて、リチウムイオン電池の負極材料として評価した。Ti2AlCからのAl層脱離は、LiFを溶解した希塩酸で処理することで行った。粉末X線回折から、Ti2C層間距離が6.8 &Aring;から8.7 &Aring;まで広がり、Al層の脱離、および表面官能基Tの修飾によりイオン挿入脱離に利用可能な層間空間が形成されたことが示唆された。得られたMXene Ti2CTxについて20 mA/gで定電流充放電試験を行った結果、SEI形成に起因して初回クーロン効率は70%程度であったが、2サイクル目以降は250 mAh/gを超える可逆な充放電容量が、99%を超える高いクーロン効率で得られた。また、100サイクル後の容量維持率は77%であった。MXene Ti2CTxの出力特性を調べた結果、2000 mA/gの高速充放電条件下においても130 mAh/gの充放電容量を示し、MXene Ti2CTx電極の優れた出力特性が確認された。この性能は、実用正極材料と組み合わせたフルセルにおいても確認され、高性能負極材料であることが実証された。この結果は、Adv. Energy Mater. (IF = 15)に掲載された上に、内容が高い評価を受け、back coverに本成果を示すイラストが掲載された。

更に、層間距離が大きな系ほど大きなキャパシタンを示したが、この結果は、MXeneの電極反応が従来型のキャパシタ電極反応の理論式では記述できないことを示している。すなわち、一般的には層間距離が小さくなるにつれてキャパシタンスは大きくなると考えられているが、今回の系では傾向が逆となっている。そこで、電子状態計算、溶媒和構造計算、電位計算を行い、総合的な視点から電極反応を検討した。その結果、貯蔵された電荷間の誘電率が大きな変調を受けていることが分かり、特に、溶媒分子の永久双極子モーメントと外部電場が共鳴し、大きなキャパシタンスを示していることが明らかとなった。以上の結果から、MXeneをキャパシタ電極材料として用いる際に、キャパシタンスを最大化するための方法論を具体的に明らかにすることに成功した。今後は、実験と計算による協業を更に進化させ、構成元素や表面末端基がキャパシタンスに与える影響を精査し、更なるキャパシタンス増大への指針を得ることを目指す。平成27年度の研究によりMXeneが非常に有望な電極材料であることが明らかになった。しかし、反応機構を支配する要因が未だ明らかになっておらず、組成、末端基、構造を制御したMXeneでの系統的な検討が必要である。また、反応機構を支配する要因を明らかにした上で、更なる高性能化を行う必要がある。2016年度までの研究により、MXeneという新しい層状化合物が優れた電極特性を示すことを明らかにすることができた。しかし、その原因となる反応機構が解明されていない。有機電解液と水系電解液での静電容量の差、レドックスが生じるcriteria、イオン拡散経路、イオン貯蔵サイト、など、反応を直接的に支配する要因は未解明である。この点については、第一原理計算を積極的に取り入れながら、研究開発を遂行する。更に、界面におけるSEI形成やバインダーとの相互作用なども明らかになっておらず、今後、電気化学的手法による解析を推し進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。
動画・脳波・呼吸心拍情報に基づく統合的新生児発作モニタリングシステムの提案

当初、新生児の発作時動画像解析を行ったが保育器内環境の影響で児の四肢位置情報の抽出が困難であった。その後対象を乳児に変更し、乳児のてんかん性spasmsについて、動画像から抽出した四肢運動量変化量、運動量相関、脳波振幅変動、速波振幅を指標にしてNeural Network(LLGMN)を用いることで、90%以上の識別率、感度、特異度でspasmsと非発作時の運動を自動識別できた。また新生児用のマット型モニタの開発を行い、体表脈波信号処理の最適化を行ったところ、心拍信号と呼吸信号の抽出に成功した。本研究により新たな新生児発作モニタリングシステム開発のために重要な基本的技術を確立することができた。動画と脳波による発作自動判別プログラムに関しては、まず発作時の体の動きがわかりやすい乳児のビデオ脳波データを用いてプロトタイプを作成し、評価を行った(学会発表:IEEE Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2015)。新生児発作のデータに基づいたものではないが、本研究の核となる動画像と脳波による発作自動判別システムのプロトタイプができた意義は大きいと考えられる。新生児発作のビデオ脳波データに関しては、これまでに蓄積されている10例の新生児発作のビデオ脳波データをレビューし、臨床発作(CSz)の部分と発作間欠時のビデオ脳波データ切り出しを行った。研究の進捗がやや遅れたため、発作自動判別システムに新生児発作データを学習させるところまでは至らなかったが、データの準備ができたため、次の段階としてデータの学習に進む予定である。また、発作自動判別プログラム開発に並行して、新たな発作時ビデオ脳波データの記録も進めている。エアパックセンサを用いた呼吸、心拍のモニタリングシステムに関しては、乳児用のシステムを基盤にして開発を進めているが、普段使用しているモニタリングシステムから呼吸・心電図のデジタル情報を取り出してエアパックのデータと時系列を合わせて記録するために新たなプログラムを作成する必要性が生じたため、現在はプログラムの開発に着手したところである。プログラムが完成し次第、データ収集を開始する予定である。当初の予定では、研究1年目に新生児発作データを用いて発作自動判別プログラムに発作時データの学習をさせる予定であったが、ビデオ脳波記録の量(記録時間)が予想外に膨大であり、脳波を視察して発作を抽出していく作業に時間がかかってしまったため、データの切り出しまでしかできなかった。また、エアパックセンサを用いた呼吸・心拍モニタリングの部分に関しては、呼吸・心電図情報の取り出しのために新たにプログラムを作成する必要性が生じ、進捗が遅れた。今年度は臨床発作を呈した新生児10例の動画像解析を行った。しかし、発作の動きが小さいことや、撮像角度の影響、保育器内の新生児の周囲にあるポジショニング用のリネン類の影響、黄疸に対する光療法の影響、四肢に留置されている輸液ルートの影響等をうけ、general movement解析用に開発された動画像解析プログラムでは児の動きを正確に解析することが困難であった。新生児の発作時動画像解析が計画通り進まなかったため、動画像と脳波を統合して発作を検出するプログラムの開発は、新生児の代わりに乳児の発作時動画像・脳波のデータを用いて行うこととした。研究協力施設に依頼し、乳児の発作時動画像・脳波のデータを研究に使用するための準備を行った。3年目は、乳児の発作時動画像・脳波の解析を10例を目標に行い、臨床発作の自動識別プログラムを完成させる予定である。新生児発作の発作時脳波の解析については、ニューラルネットワークを用いた、新たな手法でのプログラム作成に着手した。新しい発作時脳波解析については、新生児の発作時脳波データと、上記の乳児の発作時脳波データを用いて開発を進めていく予定である。非侵襲的な呼吸、心拍数計測については、今年度エアパックセンサの改良を行い新生児用のプロトタイプが完成したところである。3年目は、エアパックセンサを用いて新生児の呼吸、心拍数等のデータを取得し、同時に記録した呼吸数や心電図、血圧などのデータとの関連を調査する予定である。当初の予測と異なり、様々な条件が重なったことで動画像解析プログラムで新生児発作の動きを解析することが困難であった。このため、動画像解析に関しては計画より遅れている。発作時脳波の新たな解析については、方向性が定まり解析プログラムの開発が始まっている。非侵襲的な呼吸・心拍測定については、予定よりもエアパックセンサの完成が遅くなったが、新生児用のプロトタイプが完成しデータ取得の準備はできた。あらたな新生児発作モニタリングシステムの提案を目指し、動画像と脳波の解析による発作検出プログラムの開発と非侵襲的な呼吸・心拍・血圧モニタリング装置の開発を並行して進めた。まず新生児の発作時動画像解析を10例行ったが、新生児集中治療室の保育器内環境・背景の影響で児の頭部・体幹・四肢位置情報の抽出が困難であった。このため、体と背景のコントラストが付きやすい環境で記録された少し月齢の大きい乳児のてんかん発作時脳波・動画像を用いて発作時動画像解析システムの開発を進めた。乳児のてんかん性spasmsについて、計測した動画像からフレーム間差分画像を作成し、児の身体を左右上下肢の4つの部分領域に分割し、各領域における運動量、運動量の変動、四肢運動量の相関を指標とした。脳波に関しては振幅を評価し、脳波振幅変動と速波振幅を指標とした。

四肢運動量変化量、四肢運動量の相関、脳波振幅変動、速波振幅の4つを指標にしてLinearized Gaussian Mixedture Networkを用いることで、平均識別率95.2%、平均感度96.2%、平均特異度94.2%でspasmsと非発作時の自発運動を自動識別することが可能であった(医師によるビデオ脳波記録判読による発作診断をリファンレンスとした)。非侵襲的な呼吸、心拍、血圧データを発作自動識別に利用するための研究として、新生児用のマット型バイタルサインモニタの開発を行った。成人用の体表脈波センサでは新生児の持続モニタリング用には固すぎたため、体圧分散マットを利用して新たな体表脈波センサを開発した。新生児3例について、覚醒時、睡眠時の体表脈波信号と心電図の同時記録を行い、体表脈波信号処理の最適化を行ったところ、心拍信号と呼吸信号の抽出に成功した。本研究により新たな新生児発作モニタリングシステム開発のために重要な基本的技術を確立することができた。当初、新生児の発作時動画像解析を行ったが保育器内環境の影響で児の四肢位置情報の抽出が困難であった。その後対象を乳児に変更し、乳児のてんかん性spasmsについて、動画像から抽出した四肢運動量変化量、運動量相関、脳波振幅変動、速波振幅を指標にしてNeural Network(LLGMN)を用いることで、90%以上の識別率、感度、特異度でspasmsと非発作時の運動を自動識別できた。また新生児用のマット型モニタの開発を行い、体表脈波信号処理の最適化を行ったところ、心拍信号と呼吸信号の抽出に成功した。既に切り出しが完了した新生児発作データを用い、27年度に作成した自動判別プログラム(プロトタイプ)にデータの学習をさせる予定である。また、新たな発作時ビデオ脳波データの記録に関しては、これまで同様に症例の蓄積を進めていく。病棟モニタリングシステムからのデータ取り出しプログラムが完成し次第、エアパックセンサを用いた呼吸・心拍データの記録を開始する予定である。新生児の発作時動画像解析が計画通り進まなかったため、動画像と脳波を統合して発作を検出するプログラムの開発は、新生児の代わりに乳児の発作時動画像・脳波のデータを用いて行うこととした。乳児の発作データが多数蓄積されている研究協力施設に依頼して、乳児の発作時動画像・脳波のデータを研究に使用するための準備が整っており、3年目は乳児の発作時動画像・脳波の解析を10例を目標に行い、臨床発作の自動識別プログラムを完成させる予定である。新しい発作時脳波解析については、新生児の発作時脳波データと、上記の乳児の発作時脳波データを用いて新生児用、乳児用としてそれぞれ開発を進めていく予定である。エアパックセンサについては、今後、新生児の呼吸、心拍数等のデータを取得し、同時に記録した呼吸数や心電図、血圧などのデータとの関連を調査する予定である。胎児新生児学エアパックセンサのデータ収集開始が遅れたため、エアパックセンサとデータ取り込みシステムの開発・改良のための予算があまり使用されていない。当該年度にもプロトタイプの評価について、国際学会などで発表する為旅費を計上していたが、研究がやや遅れたため学会発表を行うことが出来なかった。
中学生・高校生の登校拒否に対する記憶療法

筆者は,これまでに連鎖法,かけくぎ法,音声変換法,頭文字法などによる種々な記憶課題(材料)を開発し,それらを登校拒否児童生徒に適用し,保健室登校を含めると8割以上の再登校を実現してきた。しかし,中学生・高校生の登校拒否の治療的援助における重要な課題の一つは,学習面の遅れと学習への不安感の克服である。登校拒否児童生徒の治療的援助への導入期,再登校促進期及び事後援助段階において適用できる連鎖法の基本を踏まえた「英単語」の記憶材料を作成し,すでに開発してきた技法や材料と併用することによって,一層の効果を企図することが,本研究課題であった。本研究は,平成6年度のみの採用によって実施されたものである(当初3年間の計画で申請)。その結果,以下の研究成果が得られた。1.連鎖法による英単語記憶リストの開発(1)中学生及び高校生用(主として,高校生用)の連鎖法による英単語記憶リスト(2,264語)を作成した。(2)連鎖法による英単語絵画刺激(250語)の作成(カラーの絵画原版及びスライド)。(3)連鎖法による英単語記憶技法の個別学習用テープ1本を試験的に作成した。ただし,当初の目標であった総単語3,000語,絵画刺激500語は,予想以上の時間と経費を要したために実現できなかった。2.登校拒否生徒に対する連鎖法による英単語記憶リストの試験的適用(1)記憶療法への導入段階での適用1事例(高校1年女子,自殺未遂後断続的不登校。4回の記憶療法で再登校),(2)中学3年次に再登校を実現し,高校に進学した2事例の事後援助(公立高校1年在学中の女子1例,通信制高校1年在学中の男子1例に適用。月に1回,3-8回実施。1回30語,1リスト平均1分で記憶可能。登校継続中)。平成7年度以降において,記憶リストの補充を行うとともに,本格的な事例研究を実施する予定である。登校継続中)。
GLT-1ノックアウトマウスにおける細胞移植による神経回路再生

【目的】神経幹細胞および骨髄由来神経系細胞を用いてその神経細胞への分化、シナプス形成、あるいは、神経細胞の保護効果を電気生理学的手法を用いて観察し、これらが電気的神経活動の側面からどれだけ中枢神経系細胞の機能を有しているかを探ることを主な目的とする。この再生医療の疾患モデルとして、GLT-1(グルタミン酸トランスポーターsubtype)のノックアウトマウスを用い、興奮性アミノ酸の神経毒性に対する保護作用について追及し、虚血、外傷、痙攣発作などによって損傷された神経回路を、新たに再構築するという観点から、従来のantinecrotic、antiapoptotic thrapyの概念ではない、神経幹細胞を主体とした移植、すなわち<replacement therapy>の可能性を検討していく。【方法】マウス海馬スライスの電気生理学的実験の予備実験として、D9-11のラット幼若海馬スライス培養を用い、形態を経時的に観察した。【結果】(1)ラット海馬培養系を用いて最大35日間にわたり安定して海馬の解剖学的基本構築を保ちながら、培養スライスを維持することができた。(2)培養開始後7日目のスライスを用いて、無グルコース、無酸素状態を導入したところ、新鮮スライスと同様にfield potentialの消失を確認した。【結論】幼若ラット海馬の培養を最大35日まで継続することは可能であった。次年度は、幼若GLT-1ノックアウトマウスを用いて表記の実験に着手する。(629字)
大動脈弓部病変に対する,経カテーテル的ステントグラフトによる治療法の開発

超薄型人工血管を用いたステントグラフトの胸部大動脈(弓部,下行大動脈)における実験的検討【背景】ステントグラフト治療は,high riskの大動脈瘤症例を中心に行われるようになってきた.しかし,従来の器材では,シースが太くなり末梢動脈からのアプローチが困難である.また屈曲部や枝のある部分への留置は極めて困難である.これら問題の解決には,新しい器材の改良が必要である.【目的】試作した超薄型人工血管(壁厚75μm,有孔度380ml/cm^2/min/120mmHg)を用いたステントグラフトの生体内での長期的な組織適合性を明らかにすること.また,同ステントグラフトの大動脈弓部へのアプローチについて検討すること.【方法】雑種成犬を用い,下行大動脈に自己大腿動脈パッチを2か所縫着.そのうち1か所に試作のステントグラフトを留置し,6か月後に組織学的検査をおこなった.また,他の成犬を用い,試作した枝付人工血管で作製したステントグラフトを,外腸骨動脈から透視下に大動脈弓部に留置を試み、血行動態を観察した.【結果】下行大動脈に留置したステントグラフトの開存,新生血管内膜の発育は良好であった。パッチ縫着部は,ステントグラフトのない部分で瘤化を認めたが,ステントグラフト部では瘤化は認めなかった.また,大動脈弓部へのアプローチではシースの改良により,弓部分枝への人工血管枝の挿入を含め大動脈弓部への留置は可能であったが、動脈内壁との固定が悪く,グラフトの拡がりが不十分であった.【結語】試作の超薄型人工血管を用いたステントグラフトは長期的な組織適合性および耐圧性も安定しており,下行大動脈など屈曲,蛇行の少ない部分への使用は可能であると思われた.当教室では,これらステントグラフトを用いた治療は臨床応用され良好な結果を得ている.しかし,弓部へのアプローチにはステント,人工血管共にさらなる改良が必要である.【目的】従来より細いシースでも挿入可能なendovascular surgery用超薄型graft(壁厚75μm)を試作し、生体内での短期的および長期的な組織適合性を検討した。また、同stentgraftの大動脈弓部へのアプローチの可能性について検討した。【方法】1)Cook社性Z-stentと超薄型graftを縫合し、stentgraftを作製した。雑種成犬11頭を用い、下行大動脈に自己大腿動脈パッチを2ヶ所に縫着し、胸部大動脈瘤モデルを作成した。外腸骨動脈よりstentgraftを胸部下行大動脈内に留置した。1ヵ月後と6カ月後に犠牲死させ,組織学的検討を行った。2)成犬2頭に対し、試作した枝付の人工血管の先端部にのみstentを縫着したstentgraftを外腸骨動脈アプローチで透視下に大動脈弓部に内挿を試み、急性期の血行動態を観察した。【結果】1)1ヵ月後と6カ月ともにstentgraft留置部の開存は良好で、内面には新生血管内皮が認められた。stentgraftを留置しなかったパッチ縫着部は瘤化を認めたが、stentgraft留置部分では瘤化を認めなかった。2)大動脈弓部へのアプローチでは、弓部分枝への人工血管枝の挿入を含め,大動脈弓部への留置は可能であったが、動脈内壁との固定がなく、stentgraftの拡がりが不十分であった。【結語】今回開発したstentgraftを用いることで、従来より細いシースを用いて末梢動脈よりのアプローチによる大動脈瘤治療が可能性可能であった。試作の超薄型人工血管を用いたstent grartの下行大動脈への使用は長期的にも安定であだ。しかしながら、弓部へのアプローチにはさらなる改良が必要である。超薄型のグラフト(ポリエステルのmonofilamentからなる50denirの糸を用い、従来のポリエステル製woven graftの織り方を改良したもの)を用い枝付きの人工血管を作製した。本グラフトにて作製したステントグラフトが、胸部下行大動脈など屈曲のない部分での動脈瘤モデルに対して有効であることは以前に報告している。作製した人工血管の中枢および末梢側にZステントを固定し枝付きのステントグラフトを作成。このステントグラフトがシース内を挿入、移動可能であることを確認。さらにガイドワイヤーを用いることにより人工血管の枝の部分を目標の分枝に内挿可能であることを確認した。雑種成犬を用い左腸骨動脈、両側頚動脈を露出。ガイドワイヤーをそれぞれに通し、左腸骨動脈から枝付き人工血管を内挿したシースを挿入。透視下に人工血管の先端が上行大動脈に、枝がそれぞれの頚動脈に内挿する位置で人工血管を押し出した。直後の剖検では人工血管の固定位置はほぼ目標の位置に固定されていた。しかし血管内壁への固定は不十分であった。今回試作の人工血管は枝の部分をふくめてもシースに挿入、移動可能で、厚さの点において問題はなかった。しかし、形状はストレートに伸ばされたもので、この点で屈曲部位に適応するには不十分であった。蛇腹をつけるなどの改良が今後の課題である。また、ステントについては、ステンレス線を用いて新しい形状のものを現在作製、改良中である。また他の素材を用いてのステントの作製も検討中である。

超薄型人工血管を用いたステントグラフトの胸部大動脈(弓部,下行大動脈)における実験的検討【背景】ステントグラフト治療は,high riskの大動脈瘤症例を中心に行われるようになってきた.しかし,従来の器材では,シースが太くなり末梢動脈からのアプローチが困難である.また屈曲部や枝のある部分への留置は極めて困難である.これら問題の解決には,新しい器材の改良が必要である.【目的】試作した超薄型人工血管(壁厚75μm,有孔度380ml/cm^2/min/120mmHg)を用いたステントグラフトの生体内での長期的な組織適合性を明らかにすること.また,同ステントグラフトの大動脈弓部へのアプローチについて検討すること.【方法】雑種成犬を用い,下行大動脈に自己大腿動脈パッチを2か所縫着.そのうち1か所に試作のステントグラフトを留置し,6か月後に組織学的検査をおこなった.また,他の成犬を用い,試作した枝付人工血管で作製したステントグラフトを,外腸骨動脈から透視下に大動脈弓部に留置を試み、血行動態を観察した.【結果】下行大動脈に留置したステントグラフトの開存,新生血管内膜の発育は良好であった。パッチ縫着部は,ステントグラフトのない部分で瘤化を認めたが,ステントグラフト部では瘤化は認めなかった.また,大動脈弓部へのアプローチではシースの改良により,弓部分枝への人工血管枝の挿入を含め大動脈弓部への留置は可能であったが、動脈内壁との固定が悪く,グラフトの拡がりが不十分であった.【結語】試作の超薄型人工血管を用いたステントグラフトは長期的な組織適合性および耐圧性も安定しており,下行大動脈など屈曲,蛇行の少ない部分への使用は可能であると思われた.当教室では,これらステントグラフトを用いた治療は臨床応用され良好な結果を得ている.しかし,弓部へのアプローチにはステント,人工血管共にさらなる改良が必要である.
ラット初乳に対する単クローン抗体を用いた中枢神経系発達に関する研究

初乳を産生すると考えられる妊娠末期乳腺、特に乳腺上皮細胞質内抗原を認識する単クローン抗体を作製し、その抗体が認識する抗原の分布領域を検索した。さらに、その抗体の中で神経細胞を認識する抗体を確立し、認識抗原の特性を検討した。Wistar系ラットを交配し、妊娠18日目または20日目に灌流、脱血後、乳腺を採取した。0.1%SDSを含むPBSでホモゲネートし、10,000×g、4°C、60分間遠心分離した上清を免疫抗原とした。Balb/cマウスに免疫抗原液を完全アジュバンド、不完全アジュバンド、抗原液のみ、というように数回免疫した後、免疫マウスの抗体価を測定し、抗体価の上昇したマウスの脾臓細胞を無菌的に採取、単離し、脾臓細胞とミエローマ(NS-1)をポリエチレングリコールにより細胞融合した。その後、ELISA法により抗体価を確認しながら単クローン抗体産生細胞(hybridoma)を作出した。この結果、数種類の抗体産生細胞が得られ、泌乳2日目ラットの乳腺凍結切片を用い免疫組織化学により検索し、乳腺上皮細胞内抗原を認識する抗体(MG2E7)を得た。成熟ラット臓器中にMG2E7が認識する抗原をウエスタンブロット法により検索したところ、乳腺の他、大脳皮質、小脳、骨格筋にその存在(分子量約55kDa)が確認された。さらに、ラット新生仔神経細胞初代培養系を用い、neuron specific enolaseとMG2E7を併用し免疫細胞化学を行なったところ、同一細胞種(neuron)を認識し、グリア細胞にその発現は認められなかった。また、アイソタイピングにより、MG2E7はIgM(κ)であることが確認された。以上の事から、乳腺上皮細胞(乳汁)由来の物質が乳仔発育期の中枢神経系(neuron)に対し重要な影響を及ぼしている可能性が示唆された。また、今回得られたMG2E7の特性から、中枢神経系の発達のみならず高次脳機能に関する研究においても有用と考えられる。初乳に含有される様々な生理活性物質の中枢神経系における標的領域やその機能の発現に対する影響を追求するために、ラット初乳に対する単クローン抗体の作製を行った。Wistar系ラットを交配し、分娩翌日の泌乳1日目または2日目のラットから乳仔を離乳させた。6時間離乳の後、母親はネンブタール麻酔し、オキシトシンの腹腔内投与後、乳頭から乳汁を採取した。乳汁は脱脂の後、60000×g、4°C、60分間、超遠心分離することによりカゼイン分画を除去し、milk infranatant(MI)を採取し、免疫抗原とした。BALBCマウスに免疫抗原液を完全アジュバンド、不完全アジュバンド、抗原液のみ、というように数回免疫した後、免疫マウス抗体価を測定し、抗体価の上昇したマウスの脾臓組織を無菌的に採取し、単離された脾臓細胞とミエローマ細胞(NS-1)をポリエチレングリコールを用い細胞融合した。その後、ELISA法による抗体価を確認しながら、単クローン抗体産生細胞(hybridoma)を作出した。この結果、約10種類の単クローン抗体産生細胞が得られた。これらの細胞の培養上清を一次抗体して用い、泌乳2日目のラット乳腺凍結切片の免疫組織化学を行ったところ、得られた抗体産生細胞すべてにおいて、腺胞腔以外の乳腺組織での反応は認められなかった。これは、得られた抗体が、乳腺組織を構成するタンパクに対する抗体ではないことを示している。さらに、ウエスタンブロット法を用い、抗体認識抗原の分子量を調べたところ、約50kDaを認識する抗体グループと約100kDaを認識する抗体グループの2種類に大別された。今後は、この抗体の特異性を生化学的に調べ、認識抗原の特徴を調べる。さらに、神経系におけるこれら抗体の認識抗原の局在を確認し、行動学的意義についても検討する予定である。

さらに、ラット新生仔神経細胞初代培養系を用い、neuron specific enolaseとMG2E7を併用し免疫細胞化学を行なったところ、同一細胞種(neuron)を認識し、グリア細胞にその発現は認められなかった。また、アイソタイピングにより、MG2E7はIgM(κ)であることが確認された。以上の事から、乳腺上皮細胞(乳汁)由来の物質が乳仔発育期の中枢神経系(neuron)に対し重要な影響を及ぼしている可能性が示唆された。また、今回得られたMG2E7の特性から、中枢神経系の発達のみならず高次脳機能に関する研究においても有用と考えられる。
グルタミン酸輸送体異常とリン酸化タウの相互作用の解析

過剰リン酸化タウに結合する蛋白質としてグルタミン酸輸送体EEAT2を同定し、タウオパチーにおけるリン酸化タウとの相互作用を解析した。{方法・結果}PHFタウカラム、合成リン酸化タウカラムを用いて健常人剖検脳抽出液よりPHFtauに結合する蛋白質を精製。分離し、質量分析器にてグルタミン輸送体EEAT2を同定した。EAAT2は通常ダリア細胞に発現しているがタウオパチー脳では神経細胞に発現し、アルツハイマー病脳の神経原綿維変化、進行性核上性麻痺脳glial fibrillary tangles、大脳皮質基底核変性症脳神経原綿維変化にリン酸化タウとともに局在していた。アルツハイマー病脳サルコシル不溶性分画(PHF分画)には全長EAAT2とともにN末端EAAT2が認められた。一方健常人脳のサルコシル不溶性分画にはEAAT2は認められなかった。AD脳、PSP脳を用いた抗タウ抗体による免疫沈降では全長、N末端EAAT2はリン酸化タウと共沈降した。抗EAAT2抗体による免疫沈降ではリン酸化タウが共沈降した。一方健常人脳では共沈降されなかった。またアルツハイマー病、進行住核上性麻痺のタウオパチー脳に発現しているEAAT2は健常人脳に発現しているEAAT2より、リン酸化タウに結合し易い傾向があることを明らかにした。また新たに作成した新規抗EAAT2抗体においても同様の結果を確認した。EAAT2とパーキンソン病原因蛋白質α-synuclein、アルツハイマー病原因蛋白質アミロイドβとの間に明らかな結合は認められなかった。これらの結果よりグルタミン酸輸送体EEAT2はリン酸化タウとともにタウオパチー発症に関与していることが示唆された。過剰リン酸化タウに結合する蛋白質としてexcitatory aminoacidtransporter 2(EEAT2)を同定し、タウオパチーにおけるリン酸化タウとの相互作用を解析した。{方法・結果}PHFタウカラムを用いて健常人剖検脳抽出液よりPHF tauに結合する蛋白質を精製・分離し、質量分析器にてグルタミン輸送体EEAT2を同定した。EAAT2はアルツハイマー病脳の神経原線維変化、進行性核上性麻痺脳glial fibrillary tangles、神経原線維変化にリン酸化タウとともに局在していた。アルツハイマー病、進行性核上性麻痺のタウオパチーにおいて、特異的にEEAT2はリン酸化タウに結合することを明らかにした。{結論}平成17年度においてEAAT2はAD、PSPリン酸化タウと特異的に結合しタウ凝集体・神経原線維変化の構成成分の一つであることを明らかにした。平成18年度はEAAT2はtauopathyにおける凝集体形成・細胞変性に関与していることを明らかにしていく予定である。
β型トランスフォーミング増殖因子レセプターの作用の研究と臨床応用

β型トランスフォーミング増殖因子(TGF-β)は細胞の増殖を抑制するほか多彩な作用をもった生理活性物質である。TGF-βは二種類のセリン-スレオニンキナーゼ型レセプター(I型、II型)によってシグナルを伝達し、細胞内ではSmadという蛋白質を介してシグナルを伝達する。本研究では以下のプロジェクトについて研究を行った。1)TGF-βI、II型レセプターの種々の疾患における発現:網膜芽細胞腫や扁平上皮癌、前立腺癌などを中心にレセプターの発現と変異の有無を検討した。網膜芽細胞腫の培養細胞株ではII型レセプターの発現を認めないが、分化にともない発現が見られた。II型レセプターのプロモーター領域には変異は見られなかった。またI型レセプターにも異常があることが示唆されたが、Smadには異常は見られなかった。前立腺癌でもI、II型レセプターの発現の低下を認めた。2)TGF-βレセプターの細胞内基質の同定とcDNAクローニング:酵母を用いたtwohybrid法により、ショウジョウバエのI型レセプターThick veinsの基質となるペプチドしてDIAP1(Drosophila inhibitor of apoptosis-1)をクローニングした。3)シグナル伝達分子Smadの作用と疾患における異常の検討:TGF-βレセプターのシグナル伝達分子Smad2の異常を同定するため、遺伝子構造の決定を行った。さらにSmad2にはエクソン3が転写されないタイプのものが存在することを明かにした。エクソン3のないSmad2はこれをもつものよりも活性が高い可能性が示唆された。1.β型トランスフォーミング増殖因子(TGF-β)レセプターの種々の疾患における発現:TGF-βのI型、II型レセプターの発現を検討し、胃癌や脳腫瘍などの組織では悪性度が増すにつれてレセプターの発現が上昇することを確認した。一方、分子レベルでは遺伝性大腸癌でII型レセプターに変異がみられることが報告され、我々はさまざまな扁平上皮癌でII型レセプターの遺伝子異常の有無を現在検討中である。これに対し、前立腺癌の細胞株LNCaPではI型レセプターに異常があることを確認した。2.TGF-βレセプターに対するTGF-βの結合部位の研究:TGF-βIII型レセプターに対する結合部位にはN末端近傍とC末端近傍に2カ所のリガンド結合部位があることを確認した。現在その機能的役割を検討中で、今後新しい薬剤をデザインするさいの貴重な情報となると考えられる。3.TGF-βII型レセプターによるI型レセプターの活性化のメカニズムの研究:TGF-βのI型レセプター活性化にはGSドメインとよばれる特異的構造が重要であることが知られている。今回我々は、I型レセプターの膜貫通領域とGSドメインの間に位置する領域に変異を加えることによってこの領域が細胞増殖抑制のシグナル伝達には重要であるが、細胞外マトリックスの産生は重要ではないことを示唆する所見を得た。1.β型トランスフォーミング増殖因子(TGF-β)レセプターの疾患における発現:我々は網膜芽細胞腫の細胞株ではTGF-βのII型レセプターの発現が見られないことを確認した。網膜芽細胞腫細胞をブチル酸ナトリウムで分化させるとII型レセプターの発現が誘導された。しかしTGF-βへの反応はII型レセプターだけでなくI型レセプターをともに導入してはじめて見られたことからI型レセプターにも何らかの異常がある可能性が示唆された。2.TGF-βII型レセプターによるI型レセプターの活性化のメカニズム:我々はI型及びII型レセプターのリン酸化部位の同定を行い、I型レセプターでは主としてGS領域とよばれる構造のなかのセリンとスレオニン残基がリン酸化されていることを確認した。またGS領域以外にも165番目のセリンがリン酸化されることを確認した。

この165番目のセリンのリン酸化は細胞のアポトーシスを促進することが確認された。3.TGF-βレセプターの細胞内基質の同定:TGF-βのI型レセプターの細胞内領域に結合する蛋白をtwo-hybridを用いてスクリーニングし、FKBP12などを同定した。FKBP12はI型レセプターのキナーゼの直接の基質ではなく、I型レセプターに対してシグナル伝達以外の間接的な調節作用を有していることを示す結果を得た。4.TGF-βのシグナル伝達分子Smadの働き:TGF-βレセプターのシグナル伝達分子として最近Smadというファミリーの蛋白質が報告された。我々の実験でSmad2やSmad3はともにTGF-βとアクチビンのシグナルを伝達したが、その作用の仕方は両者で異なることが示唆された。またSmad2とSmad4はTGF-β刺激により細胞内で複合体を作り、核内へ移行することを確認した。β型トランスフォーミング増殖因子(TGF-β)は細胞の増殖を抑制するほか多彩な作用をもった生理活性物質である。TGF-βは二種類のセリン-スレオニンキナーゼ型レセプター(I型、II型)によってシグナルを伝達し、細胞内ではSmadという蛋白質を介してシグナルを伝達する。本研究では以下のプロジェクトについて研究を行った。1)TGF-βI、II型レセプターの種々の疾患における発現:網膜芽細胞腫や扁平上皮癌、前立腺癌などを中心にレセプターの発現と変異の有無を検討した。網膜芽細胞腫の培養細胞株ではII型レセプターの発現を認めないが、分化にともない発現が見られた。II型レセプターのプロモーター領域には変異は見られなかった。またI型レセプターにも異常があることが示唆されたが、Smadには異常は見られなかった。前立腺癌でもI、II型レセプターの発現の低下を認めた。2)TGF-βレセプターの細胞内基質の同定とcDNAクローニング:酵母を用いたtwo-hybrid法により、ショウジョウバエのI型レセプターThick veinsの基質となるペプチドとしてDIAP1(Drosophila inhibitor of apoptosis-1)をクローニングした。3)シグナル伝達分子Smadの作用と疾患における異常の検討:TGF-βレセプターのシグナル伝達分子Smad2の異常を同定するため、遺伝子構造の決定を行った。さらにSmad2にはエクソン3が転写されないタイプのものが存在することを明らかにした。エクソン3のないSmad2はこれをもつものよりも活性が高い可能性が示唆された。
Cyckooxygenase 2の脊髄侵害刺激伝達における役割について

Cyclooxygenase-2(COX-2)inhibitorとしてNS398を用いて、NS398をラット髄腔内投与することにより、COX-2の脊髄侵害刺激伝達における役割を検討した。痛みの動物実験モデルとしては、以下の2種類の炎症性疼痛モデルを用いた。1)ラット後肢へフォルマリンを投与し、痛みの行動を検討するフォルマリンテスト、および2)ラット後肢へカラゲニンを皮下注し、熱刺激に対して過敏な状態(thermal hyperalgesia)を作るカラゲニンテストの2種類を用いた。フォルマリンテストでは、NS398をフォルマリン皮下注10分前に髄腔内投与すると、投与量依存性に痛みの行動を強く抑制した。しかしながら、フォルマリン皮下注7分後にNS398を髄腔内投与しても、痛みの行動に対して効果がなかった。これらの効果は、COX-1・COX-2のnon-selective inhibitorであるindomethacinを髄腔内投与した際と同程度のものであった。カラゲニンテストでは、カラゲニン皮下注後2時間で、十分なthermal hyperalgesiaの状態となった時点でNS398を髄腔内投与したところ、投与量依存性にthermal hyperalgesiaの程度が抑制された。NS398髄腔内投与により、52.5°Cホットプレートテストにおける潜時には影響しなかった。以上の結果より、COX-2により産出されるprostaglandinが、炎症性疼痛時の脊髄侵害刺激伝達に重要な役割を果たしていることが示唆された。生理的な状態では、COX-2により産出されるprostaglandinは多くの役割を果たしていない。また、脊髄におけるCOX-1によるprostaglandin産生は、侵害刺激伝達に関与していないことが示唆された。脊髄におけるCyclooxygenase-2 (COX-2)の侵害刺激伝達に関する役割を検討した。COX-2 inhibitorとしては、NS398を用い、COX-1とCOX-2のnon-selective inhibitorとしては、indomethacinを用いた。侵害刺激としては、ラットフォルマリンテストを用いた。フォルマリンテストは、ラット後肢に5%フォルマリン50μlを皮下注し、その後の痛みの行動の回数により、疼痛の程度を評価した。上記の薬物を髄腔内へ投与し、そのフォルマリンテストに対する効果を検討することにより脊髄COX-2の役割と検討した。NS398及びindomethacinをフォルマリン皮下注10分前に行うと、両者ともに同程度の痛みの行動の抑制作用がみられた。一方、NS398及びindomethacinをフォルマリン皮下注7分後に髄腔内投与すると、フォルマリンによる痛みの行動に対する抑制作用は見られなかった。以上の結果より、COX-2は脊髄に存在しており、脊髄のCOX-2のより産生されるprostaglandinは、フォルマリンテスト時の侵害刺激伝達に重要な役割を果たしていることが示唆された。Cyelooxygenase-2(COX-2)inhibitorとしてNS398を用いて、NS398をラット髄腔内投与することにより、COX-2の脊髄侵害刺激伝達における役割を検討した。1)ラット後肢へフォルマリンを投与し、痛みの行動を検討するフォルマリンテスト、及び2)ラット後肢へカラゲニンを皮下注し、熱刺激に対して過敏な状態(thermal hyperalgesia)を作るカラゲニンテストの2種類を用いた。これらの効果は、COX-1・COX-2のnon-

selective inhibitorであるindomethacinを髄腔内投与した際と同程度のものであった。カラゲニンテストでは、カラゲニン皮下注後2時間で、十分なthermal hyperalgesiaの状態となった時点でNS398を髄腔内投与したところ、投与量依存性にthermal hyperalgesiaの程度が抑制された。NS398髄腔内投与により、52.5°Cホットプレートテストにおける潜時には影響しなかった。以上の結果より、COX-2により産生されるProstaglandinが、炎症性疼痛時の脊髄侵害刺激伝達に重要な役割を果たしていることが示唆された。生理的な状態では、COX-2により産生されるProstaglandinは多くの役割を果たしていない。また、脊髄におけるCOX-1によるProstaglandin産生は、侵害刺激伝達に関与していないことが示唆された。
蛋白質を用いた修飾ｔＲＮＡの調製法の開発

本研究では,大腸菌体内で構成させたtRNAー蛋白質複合体を用いて,目的の成熟tRNAを簡便かつ高純度に調製する系を構築することを目指す.まず,大腸菌由来tRNA(Met)アセチルトランスフェラーゼ(E.coli TmcA)の変異体のうち,tRNAとの結合活性の高いK205A変異体を用いて,大腸菌体内からtRNA(Met)を調製する系を確立した.更に,その結晶化を行い,6Å程度の分解能の回折を与える結晶を得た.更に,セレン導入蛋白質とtRNA(Gln),tRNA(Glu),tRNA(Lys)の共発現系を構築し,生体内で形成される蛋白質ーtRNA複合体から高純度のtRNAを調製した.本研究では大腸菌体内で構成された蛋白質-tRNA複合体を用いて,目的の成熟tRNAを簡便かつ高純度に調製する系を構築する事を目指す.平成24年度までに,複数種の蛋白質-tRNA複合体が得られていたが,平成25年度は,セレン導入蛋白質とtRNAの複合体に注目し,その解析を目指した.この蛋白質はtRNA(Gln),tRNA(Glu),tRNA(Lys)を基質とするため,これらの共発現系を構築した.tRNAの発現ベクターにはpET22b,蛋白質の発現にはpCOLAを用いた.大腸菌中で形成した複合体を精製し,Urea PAGEにより解析した結果,非常に高純度のtRNAが得られた.詳細についての知見を得るために,蛋白質-tRNA複合体の結晶化を行ったところ,PEG3350を含む条件下で結晶が得られた.クライオプロテクタントの添加などの結晶化条件の最適化の末,4Åの分解能のX線回折データを収集する事に成功した.格子定数はa=90, b=104, c=130 alpha=90, beta=108, gamma=90である事がわかった.分子置換法による構造解析を試みたが,有意な解は得られなかった.解析に向け,今後,良質な結晶を得る必要がある.期間全体を通し,TmcA(K205A)変異体を用いたtRNA(Met)の調製系,およびセレン導入蛋白質を用いたtRNA(Gln),tRNA(Glu),tRNA(Lys)の調製系を構築した.これらのRNAはいずれも,Niアフィニティクロマトグラフィーを用いて大腸菌破砕液から簡便に得る事ができ,本研究の有用性が示された.さらに,生体内から得られたこれらの成熟tRNAの詳細な解析に向け,各々のtRNAの結晶化および初期X線回折データの収集を行った.構造解析には至らなかったが,結晶学的パラメータを決定する事ができた.詳細な構造解析に向け,今後は,これらの結晶の改良を進める必要がある.本研究では,大腸菌体内で構成させたtRNAー蛋白質複合体を用いて,目的の成熟tRNAを簡便かつ高純度に調製する系を構築することを目指す.まず,大腸菌由来tRNA(Met)アセチルトランスフェラーゼ(E.coli TmcA)の変異体のうち,tRNAとの結合活性の高いK205A変異体を用いて,大腸菌体内からtRNA(Met)を調製する系を確立した.更に,その結晶化を行い,6Å程度の分解能の回折を与える結晶を得た.更に,セレン導入蛋白質とtRNA(Gln),tRNA(Glu),tRNA(Lys)の共発現系を構築し,生体内で形成される蛋白質ーtRNA複合体から高純度のtRNAを調製した.本研究では,大腸菌体内で構成させたtRNAー蛋白質複合体を用いて,目的の成熟tRNAを簡便かつ高純度に調製する系を構築することを目指す.今年度は,大腸菌由来tRNA(Met)アセチルトランスフェラーゼ(E.coli TmcA)を用いて,大腸菌体内からtRNA(Met)を調製する系を確立した.野生型E.coliTmcAよりもtRNAとのアフィニティーの高いK205変異体を取得し,これを大腸菌BL21(DE3)に大量発現させた.菌体内可溶性画分から,E.coli TmcA K205A変異体の末端に付加したHis Tagを用いて,tRNA-蛋白質複合体をアフィニティー精製し,さらに,ゲル濾過等により高純度に精製した.これに,塩を加える事でtRNAとE.coli TmcAを解離させ,tRNAのみを得る事ができた.塩基の修飾によりtRNAの構造の違いについての知見を得るために,得られたtRNAの結晶構造解析を試みた.結晶化スクリーニングの結果,リチウムイオンおよびPEG6000を含む結晶化条件下で調製したtRNAの結晶を得る事ができた.さらに,大型放射光施設にてX線回折実験を行い,6A程度の分解能の回折を確認した.さらに,修飾による構造変化を議論するために,in vitro転写により,修飾のないtRNA(Met)も調製し,その結晶も作製した.大型放射光施設にてX線回折実験を行い,分解能3.2 Aの回折データを得る事ができた.得られた結晶の結晶学的パラメータは,P2(1)2(1)2(1) a = 64.8 A, b = 85.6 A, c=94.2 Aであった.

本研究では,あらゆるtRNAを大腸菌体内から調製する系を確立すること,および,得られたtRNAの分子特性を評価する事を目的としている.今年度は,tRNA(Met)に焦点を当て,調製系の構築,X線結晶構造解析により分子特性の評価の系を構築することができた.中でも,野生型よりも高いアフィニティーを持つ変異体を用いる事の有用性を示すことができた点は,大きな成果と考えている.また,大腸菌から精製したtRNAは修飾が均一ではなく,良好な結晶は得られないのではないかという可能性を危惧していたが,結晶を得ることができるということを示せた点も,今年度の大きな成果と言える.今年度は,多種のtRNAへと展開する事ができてはいないが,これらの知見を生かし,次年度以降により広汎なtRNAへと応用したい.平成24年度に構築した,tRNA調製および得られたtRNAの評価の系を,種々のtRNAへと展開する.アミノアシルtRNA合成酵素,tRNA修飾酵素を中心に,E.coli TmcAと同様の手法を用いて大腸菌発現系の構築・結合活性の高い変異体の取得および分子特性の評価を行う.平成24年度に,試薬や実験器具類の購入について検討して節約を行った結果,1,620,000円の使用残高が生じたが,これを平成25年度に実施予定であるtRNA精製系構築のための消耗品費購入にに充てる.また,本年度,蛋白質精製用の消耗品費として使用した7,717円(本年度内に納品完了済)の支払いが,次年度以降となった.平成25年度の研究費のうち,遺伝子実験用試薬,カラムなどの消耗品費に70万円,大型放射光施設での実験や学会等の旅費として30万円計上する.
成長抑制因子の発現調節機構

培養ラット大脳から調製したアストロサイトを使い、(1)GIF発現がアストロサイトの分裂増殖やneuroglial interactionによって変化するかどうかを、蛋白およびmRNAレベルで調べた。その結果、GIF発現は、GFAP発現とは異なり、細胞の分裂増殖やneuroglial interactionとは無関係におこっていた。(2)GIF発現が細胞成長因子やサイトカインによって誘導・抑制されるかを調べたところ、EGFはGIF発現を誘導したが、nFGFや50%酸素はGIF発現を変化させなかった。EGF,bFGF,50%酸素はGFAP発現を変化させなかった。IL-1βはGIFmRNAとGFAP mRNAを減少させるが、GIF蛋白を増加させることがわかった。IL-1βとEGFによるGIFmRNA発現の時間変化を調べたところ、IL-1βでは、添加1-2時間後には一旦mRNAが増加したが、8時間後以降は減少していった。EGFの場合は、逆に8時間後までは減少し、以降増加していった。IL-1βとEGFによるGFAP mRNA発現もGIF mRNA発現と同様の時間変化を示した。IL-1β添加の場合に認められたGIF蛋白発現とmRNA発現との不一致の原因は現在のところ不明である。(3)培養アストロサイトから、24時簡に分泌されるGIF量は、細胞内レベルの約1/3に達していた。bFGF、EGF、IL-1β添加によって分泌量は変化しなかった。
DNSによる壁乱流再層流化の促進・抑制のための制御方法に関する研究

流路幅縮小により流速が増加する溝乱流の直接数値シミュレーション(DNS)を実行し,各種流路形状での,高精度乱流データベースを構築した。併せて,一般曲線座標系に適応可能な高次差分スキームによる計算結果の信頼性,複雑な流れ場でのDNSの実用性を確認した。データ解析により,加速を伴う溝乱流の乱れの変化,再層流化,逆遷移過程の発生,促進機構を考察した。特に,乱流統計量に着目して,乱流エネルギーの生成率などの乱れの減少への定量的な寄与を調べた。その結果,以下のことがわかった。レイノルズせん断応力,乱れ強さの各成分および主流方向渦度は,流路幅の縮小率が大きいほど乱れの減少は顕著になる。本計算でも加速パラメータを乱れ強さ減少,再層流化の指標とすること,および実験で示された値が妥当であった。主流方向乱れ強度の変化の様子から,内層,外層に分けることができ,外層では加速に伴って,負の生成の効果が現れる。負の生成効果は,ストリークの引き延ばしに対応しており,その結果,流れの加速は,ストリーク構造には影響せず,特に外層領域でその強度を弱めている。壁面近傍である内層領域では,流路幅の縮小率,流れの加速率に関わらず,両方の項の増減はバランスして,乱れ強さ維持されていると考えられる。流れの加速(順圧力勾配)は,主流方向以外の成分への再配分によるエネルギー供給を制御する効果があり,その結果,主流方向成分の様子に関わらず,主流方向以外の乱れ強さは流路幅全体で減少した。これより,縦渦の変化は,おもに主流方向からの再分配によるところで,2次的なものである。滑り速度を設定した場合,固定壁の場合には,加速区間において,変化することのなかった壁面近傍から乱れ強さの最大値が減少した。乱れ生成と抑制のバランスを崩して,乱れを減少させる効果を作りうることを示した。一般曲線座標での乱流の直接シミュレーションを実現するために,既存の計算プログラムの拡張,改良を行った。その後,計算スキームの精度とプログラムの信頼性を検証するために,これまでに報告実績のある比較的単純な流れ場での実験結果およびスペクトル法による直接シミュレーションの結果と本プログラムの計算結果を比較した。各種の平均特性値および瞬時のストリーク,渦構造などの乱流特有の組織構造とその動的な性質を観察し,その結果,精度よく再現されていることを確認した。これにより,今後の研究過程において,本プログラムが,流れ場の設定,再現,観察のためのツールとして有用であることを証明した。流路幅を途中で縮小させ,流れに急激な加速を設定して,直接シミュレーションを実施した。その結果,壁面近くの速度はいったん増加して,その後減速し,層流の速度分布に近づく。各位置での壁面摩擦速度によって整理された速度分布は,初め減少して,その後,増加する。乱れ強度分布は加速に伴い減少するが,途中で最大値が増加する。などの再層流化現象の特性が見られ,これまでの実験と同様な乱流逆遷移現象が再現されていることを確認できた。本計算により得られた乱流統計量による考察の結果,以下のことが新たに示された。加速が始まると,壁から離れた領域で生成がほとんど無くなり,それに対して消散は比較的維持されている。その結果,急激に乱れ強度は減少している。特にバッファ領域から流路中央までで顕著な変化がみられる。この領域では,圧力勾配によるエネルギー供給が平均流の加速に費やされて,乱れエネルギーへの分配がなくなる。さらに,下流の平行区間では,層流化の傾向は弱まるが,すぐに乱れの回復は始まらない。乱流の組織構造において,密接に関連しているといわれるストリークと縦渦の応答性に顕著な違いがみられる。などを明らかにした。

滑り速度を設定した場合,固定壁の場合には,加速区間において,変化することのなかった壁面近傍から乱れ強さの最大値が減少した。乱れ生成と抑制のバランスを崩して,乱れを減少させる効果を作りうることを示した。