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植物性産業廃棄物の再資源化システムとその応用に関する研究

産業廃棄物である焼酎蒸留粕は2003年から海洋投棄の禁止が予想されるため,その有効利用として家畜の飼料化や農業資材への応用が検討されている。日本の家畜飼料自給率が25%である今日,植物性産業廃棄物から家畜飼料を作製する技術は資源の有効利用と廃棄物量削減の観点から重要である。本研究では,焼酎蒸留粕の地域循環資源化システムの提案とその焼酎蒸留粕と稲わらから家畜の飼料、農業資材の作製と有用有機物を回収する実験を行い,1)焼酎蒸留粕と稲わらを混合粉砕後,圧搾ろ過を行い,ろ過残渣物に小麦粉を添加することで,現在市販されている配合飼料と同等成分の飼料を作成できる。2)焼酎蒸留粕と稲わらを混合粉砕することにより,圧搾時に稲わらの繊維が繊維膜として働き,固形物の高除去率が得られる。3)甘藷粕中のアルコールはすべての温度,圧力条件において蒸留開始直後に多く回収され,濃度は約20,000mg/Lである。4)エタノールを回収する最適条件は,蒸留温度:80°C,圧力27kPa,蒸留時間:5分であった。5)エタノールを回収する最適条件は,蒸留温度:80°C,圧力:27kPa,蒸留時間:5分であった。6)菌糸塊は圧搾濾液1m3当たり21kg生成され、圧搾残渣物と菌糸興を原料とした作製飼料は105kg作製できる等の結果を得た。有機性産業廃棄物の再資源化システムにしたがって、焼酎蒸留粕と稲藁を粉砕器で粉砕混合後,加圧濾過し、残留物は飼料化、濾液は糸状菌、酵母菌の培養実験を行う。加圧濾過は、試料を金網の上に置いた直径10cm,深さ25cmのアクリル板円筒の中に流し込みプレスする。13年度の計は、1)麦焼酎蒸留粕に添加する稲藁量、圧力、加圧時間と廃液量の関係および廃液中の水質分析を行い、2)加圧濾過後の残留物に穀類(麦粉)を加え半練り状し、飼料を作成とその分析を行う。2)加圧濾過後の残留物を用いた農業資材化(育苗ポット)の実験は研究分担者が行うとなっている。平成13年度の研究計画に従い実験を行った結果、以下の結果が得られた。計画1)では、(1)焼酎粕と稲ワラの粉砕混合は3%が最適であり、稲ワラが水分吸収剤あるいは繊維ろ過膜の役割を果たし、圧搾ろ過後のSS除去率が約8696%となった。(2)作製飼料は甘藷粕(100g)に稲ワラ3g、小麦粉5gと麦粕(100g)に稲ワラ4g、小麦粉5gを添加し、作製した飼料は他の配合飼料に比べると粗蛋白質、粗脂肪が他の飼料成分に比べて多いが、カルシウム、リンの含有率が少なく、粗繊維、粗灰分の含有率は60%前後であった。しかし、稲ワラ、穀類の添加量とその他にビタミン、ホルモン等を添加することにより栄養バランスの取れた家畜飼料作製が可能である。このように、甘藷粕、麦粕に稲ワラと穀類を添加することで簡単に飼料化ができ、年間を通して安定した飼料供給ができることが判明した。計画2)では、1)焼酎粕と稲ワラを混合粉砕することにより、稲ワラが水分吸収剤あるいは繊維ろ過膜の役割をはたし加圧ろ過後のろ液中のSS除去率が約91.1%となった。2)稲ワラ添加時で、120μmの目開き、12.5kPaの時固液分離能が量も優れていた。計画3)では、1)焼酎蒸留粕と稲わらの混合比100:5の時にポットを作製しやすいことが判明した。2)作製したポットを古紙ポットや蘇生紙ポットと比較すると、引張り強さは甘藷粕ポットで約1/3、麦粕ポットで約1/101/20と低い値であった。

3)本作成ポット紙は古紙、蘇生紙ポットに引張り強さで劣ったが、苗を定値する期間、ポット形状を,維持できれば農業資材として十分利用可能である。14年度の計画は、1)飼料化後の廃液を用いて、糸状菌による廃液処理の実験を行い、処理効率と菌増殖量を検討する。2)糸状細菌は培養過程で、菌糸塊を形成するため、その菌糸塊を混合試料に加え、飼料の作製を行う。3)ポットの製に最適な稲藁添加量で作製したポットの物理・化学的特性については研究分担者が行うこととなっている。平成14年度の研究計画に従い実験を行い,以下の結果が得られた計画1)では,糸状菌(白色腐朽菌)による甘藷焼酎粕の固液分離後のろ液を用いた廃液処理の実験を行い1)白色腐朽菌による有機物除去率は最大74%であった。2)原液中のDOC/E_<260>比が600前後であり、実験終了時のDOC/E_<260>は150と減少した。3)振とう培養後の菌糸塊を再度培養した場合、菌糸塊が崩壊する現象は観察されなかった。計画2)では,ビーカーによる実験では飼料作製を行う為の菌糸塊が得るれなかったために,飼料作製ができなかった。次年度にこの実験を再度行う。また,圧搾時の圧力を上げるために,焼結線金網を利用した実験を行った結果,金網の目開き10μmでは圧力10KPaが最適であった。計画3)では、蘇生紙ポットと古紙ポットの中に含まれる化学成分の乾物重量は全体的な傾向として蘇生紙ポットは古紙ポットと比較して肥料の三要素である窒素、リン酸、カリウムを多く含有していることが明らかとなった。また、その割合は古紙混合比が増加すると減少した。これは古紙混合比の増加にともない、単位重量当たりに占める焼酎粕含有量が減少するためである。しかし、ポット全体でこれらの成分含有量を比較すると古紙混合比が大きい程多くなった。次に各々の化学成分について両ポットを比較すると、窒素は古紙混合比3%で2.04%、5%で1.64%、7%で1.36%であり、古紙ポットより610倍程度含有していることがわかった。同様にリン酸で1013.6倍程度、カリウムで57倍、カルシウムで1.11.5倍程度、マグネシウムで1.2倍程度多く含有していることがわかった。15年度の計画は、1)家畜飼料製造後の廃液と焼酎蒸留粕を減圧蒸留し,その廃液が生物学的脱窒の有機炭素源として利用できるか否可を検討する。2)14年度計画の菌糸塊に混合試料を加えた飼料化実験が十分でなかったため,今年度再度実験を行う。3)飼料化農業資材化および廃液の有効利用から、焼酎蒸留粕の地域内再資源化システムを検討する。4)焼酎粕で作製したポットを用いた植物の育苗実験を研究分担者が行うこととなっている。平成15年度の研究計画に従い実験を行い以下の結果が得られた。計画1)では、減圧蒸留液中のアルコール類はメタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、i-アミルアルコール、βフェネチルアルコールの成分であり、甘藷粕中のアルコールはすべての温度、圧力条件において蒸留開始直後に多く回収され、濃度は約20000mg/Lである。なお、エタノールを回収する最適条件は、蒸留温度:80°C、圧力:27kPa、蒸留時間:5分であった。主成分がエタノールであることから、減圧蒸留液は生物学的脱窒の有機炭素源として利用できることが判明した。計画2)では、圧搾ろ液による白色腐朽菌の培養を行い、菌糸塊に増殖した白色腐朽菌の成分分析を行った結果、菌糸塊100g中に粗蛋白質が43.5%含まれており、飼料の原料として有用であることが判明した。この菌糸塊と焼酎粕の圧搾残渣物を利用した作成飼料成分は、粗蛋白質、粗脂肪か市販の配合飼料に比べて2倍以上含まれており、飼料成分としては十分であることがわかった。計画3)では、圧搾残渣物の農業資材への適用(育苗ポット、飼料作成)と圧搾ろ液の有効利用として、減圧蒸留液の生物学的脱窒への利用、白色腐朽菌による菌糸塊の飼料化の利用などを考慮すると、焼酎蒸留粕の地域内再資源化システムの構築が可能である。
脳磁図を用いた色彩調和判断における時間的機序の解明

H30年度には、時間分解能に優れる脳磁図(MEG)を用いてデータの取得が完了した色彩刺激の記憶実験の解析を行った。ここでは、色彩の高次認知に関わる前頭前野の働きに着目し、どのような活動が生じるかを時間周波数解析によって明らかにした。さらに、脳に対する非侵襲刺激法である経頭蓋直流刺激(transcranial direct current stimulation: tDCS)を併用し、記憶成績で表される記憶表象の亢進または変容が生じるかどうかを検証した。時間周波数解析の結果、前頭前野では4から7Hzのθ帯域の同期が高まることがわかった。さらに、直前に施行したtDCSによって、刺激呈示から270ミリ秒後に82-84Hzのγ帯域の同期が高められることがわかった。しかし、このγ帯域の同期の強さと記憶成績とは有意な相関がないことから、記憶表象そのものに影響を与えたとは考えにくい。この結果は、Frontiers in Human Neuroscienceに掲載された。前頭前野の果たす役割については、さらなる検討が必要である。また、前年度に実施した14名の健常成人を対象とした色彩調和判断時の脳機能計測データを、2018年12月に行われたACA2018(The 4th Asia Color Association Conference、タイ・チェンマイ)および平成30年度日本色彩学会関西支部大会(寝屋川市)にて発表した。本研究課題で進めてきた色彩調和の神経基盤に関する成果の一部は、「情動と言語・芸術」の第2章として出版された。筆者らが以前行った実験より、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)によって同定された色彩調和の責任領域は、調和する配色とそれ以外の配色との比較では内側前頭眼窩皮質(medial orbitofrontal cortex: mOFC)および前部帯状回(anterior cingulate cortex: ACC)であり、不調和な配色とその他の配色との比較では扁桃体(Amygdala)であった。この実験からは色の調和・不調和を単独で表現している脳領域を探し当てることはできず、調和・不調和は別個の領域で表現されていることがわかった。fMRIで得られるデータは領域の特定に威力を発揮するが、時間分解能の制約から、視覚刺激がまず最初に入力される視覚野と、これらの責任領域の間に、どのようなダイナミクスが生じているのかを検出することが難しい。本研究の主眼は、およそ1秒ほどの間に行われる色の調和・不調和の判断がなされるまでに、脳のどの領域がどのようなタイムコースで賦活しているかを、時間分解能に優れる脳磁図(MEG)で検証することである。平成28年度には、色知覚と視覚的記憶に関する基礎的知見を収集するため、健常成人を対象とした脳のネットワーク構造を調べる実験を行い、のべ40名分のデータを取得した。14名分の解析結果からは、視覚刺激の呈示から150ms程度で高次視覚野の活動がピークを迎え、その後から頭頂領域でのβ帯域における脱同期が起こることがわかった。前頭前野ではまだ明確な差が得られておらず、脳のネットワーク構造に着目した解析データの蓄積を進めていく。平成28年4月に大阪大学から金沢大学への所属変更と、実験を予定していた装置であるMEGおよび視覚刺激呈示装置の所管変更があった。まずは本装置を用いた際の色知覚と視覚的記憶に関する基礎的知見を収集するため、健常成人を対象とした脳のネットワーク構造を調べる実験を行い、のべ40名分のデータを取得した。本研究では、感覚入力から1秒ほどの間に行われる判断がなされるまでに、脳のどの領域がどのようなタイムコースで賦活しているかを、時間分解能に優れる脳磁図(MEG)で検証することである。H29年度には、MEGによって得られた脳神経活動データの時間周波数解析を行った。定常的・周期的な音刺激を入力すると、聴覚野で聴性定常反応(auditory steady state response:ASSR)と呼ばれる刺激と同期した脳活動が得られることが知られており、24名の健常成人を対象とした実験とデータ解析を行った。25ms周期で現れる刺激に対しては、一次聴覚野に推定される活動電流源が40Hzで振動していたことと、刺激の提示タイミングが脳活動の位相を決定づけていたことを明らかにし、直前に施行した経頭蓋直流刺激(transcranial direct current stimulation:tDCS)に対して頑健であったことを論文にて報告した。また、H29年度には、14名の健常成人を対象として色彩調和判断時の機能的磁気共鳴画像法(fMRI)データの検討を行った。配色刺激に対して、調和の判断を行っているときと、色差の判断を行っているときの比較を行ったところ、同様の刺激を提示していても色彩調和判断時に両側の紡錘状回・頭頂間溝・下前頭回・前部帯状回で活動が高まっていたことがわかった。fMRI実験で得られたデータをもとに関心領域を設定し、MEGデータ解析における足がかりとする。加えて、前年度より課題となっていた前頭前野の活動の抽出においては、ASSR論文で用いた試行間の位相同期、そして領域間の位相同期を援用しつつ、機能的ネットワークの解明を進める。fMRIによる関心領域の設定と、MEGデータ解析手法の整備を行った。MEGデータ解析においては、当初仮説を設定していた扁桃体の活動を抽出することが困難であることがわかり、実験パラダイムの見直しを進める。

ここでは、色彩の高次認知に関わる前頭前野の働きに着目し、どのような活動が生じるかを時間周波数解析によって明らかにした。さらに、脳に対する非侵襲刺激法である経頭蓋直流刺激(transcranial direct current stimulation: tDCS)を併用し、記憶成績で表される記憶表象の亢進または変容が生じるかどうかを検証した。時間周波数解析の結果、前頭前野では4から7Hzのθ帯域の同期が高まることがわかった。さらに、直前に施行したtDCSによって、刺激呈示から270ミリ秒後に82-84Hzのγ帯域の同期が高められることがわかった。しかし、このγ帯域の同期の強さと記憶成績とは有意な相関がないことから、記憶表象そのものに影響を与えたとは考えにくい。この結果は、Frontiers in Human Neuroscienceに掲載された。前頭前野の果たす役割については、さらなる検討が必要である。また、前年度に実施した14名の健常成人を対象とした色彩調和判断時の脳機能計測データを、2018年12月に行われたACA2018(The 4th Asia Color Association Conference、タイ・チェンマイ)および平成30年度日本色彩学会関西支部大会(寝屋川市)にて発表した。本研究課題で進めてきた色彩調和の神経基盤に関する成果の一部は、「情動と言語・芸術」の第2章として出版された。実験の結果、他社の装置を用いた場合にはノイズで覆い隠されてしまう高い周波数の脳律動データも得られていることがわかり、解析上の可能性が広がった。平成29年度には解析を強化するための装置の購入と美的評価実験を行い、研究を推進する予定である。データ取得の完了と論文執筆に努める。また、行動指標として眼球運動データを併用する予定である。色彩輝度計を購入予定であったが、金沢大学所蔵の色彩輝度計を使用できることとなり、購入を見送ったため。MEGに対する負担額が軽減されたため、次年度の実験時に眼球運動測定装置を導入し、視線計測データを加えた解析を行う予定である。次年度にデータ解析のためのワークステーションを追加し、研究のさらなる推進に充てる予定である。
酵母-インフルエンザレプリコン系の確立とその応用

本研究はインフルエンザウイルスの複製関連タンパク質を酵母細胞内で発現させ、インフルエンザウイルスのRNAレプリコンを機能させることを目的とした研究であった。4つの複製タンパク質とcap-1型mRNAを発現させることにより,弱いながらも転写反応の再現は見られたものの,ゲノム複製反応の再現は見られなかった。この研究過程において、GSTタンパク質との融合タンパク質として酵母細胞内で外来タンパク質を発現させ,穏和な条件で外来タンパク質を精製して他のサブユニットタンパク質を単離同定する系を開発した。この系を利用して、酵母転写因子のある種の核内移行が酸化ストレスに感受性であることが証明された(発表ずみ).一方、細胞抽出液を用いてウイルス複製関連タンパク質を解析している過程で、インビトロで複製関連タンパク質を翻訳・発現させてRNAゲノムの複製を試みた。この系においてインフルエンザウイルスゲノムの複製は観察できなかったものの、増幅するRNAレプリコンが存在することがわかった。これは細胞全タンパク抽出液のS-30分画内で増幅するものであり、酵母細胞質由来のレプリコンである.少なくともそのうちの一つは酵母のdsRNAウィルスであるL-Aであることが予想された。L-Aを含まない株を使用して抽出液作製を行った場合には、先に見られた強いレプリコン活性は観察されなかった。またL-Aを酵母から精製しておき、L-Aフリーの抽出液に添加した場合には,レプリコン活性が観察された。この実験は、すべて無細胞抽出液で行っており、RNA複製、翻訳、転写のすべての反応が無細胞で行われたことを示唆する。実際,微量の反応液を出発材料としてスケールアップ可能であり、成熟ウイルスが回収された。この系は、歴史上ウイルスを無細胞で増殖させることのできる初めての系となる可能性がある.本年度はインフルエンザウイルスの宿主因子の解析、およびRNAレプリコンの複製過程の解析を目指し、このウイルスの転写反応を酵母細胞内で再現することを試みた。内在性のRNAウイルスLA,Mをもたない酵母株MBS(MATa,his3,leu2,trp1,ura3,ade2,can1,L-o,M-o)に対し、鋳型RNA相補鎖遺伝子、誘導可能なT7RNAポリメラーゼ遺伝子、ワクチニアウイルス由来2'-O-methyltransferase遺伝子を染色体のaurl領域に組み込んだ酵母株を作製した。鋳型RNA相補鎖遺伝子はT7RNAポリメラーゼの誘導的発現により、インフルエンザウイルスプロモーター領域にはさまれたルシフェラーゼ遺伝子の相補鎖を発現する構造となっている。一方インフルエンザウイルスの複製蛋白質であるPA、PB1、PB2、およびRNA結合蛋白質NPの遺伝子を各々プラスミドベクターに誘導可能なプロモーターの支配下に組み込んだ。さまざまな組み合わせでこれらプラスミドを上記酵母株に導入し、蛋白質の発現誘導を行う前後でのルシフェラーゼ活性の変化を調べ、転写反応が起こっているかどうかを調べた。4つの複製蛋白質を発現させた場合、15株中1株について、誘導条件下約400倍のルシフェラーゼ活性の上昇がみられた。このような強い発現誘導は現在のところ4つの複製蛋白質すべてが存在している場合にのみ観察された。この酵母株の細胞抽出液を調製し、素精製したRNPを用いて、GTPの付加反応とRNA合成の伸長反応が確認できた。従ってインフルエンザウイルス転写反応が起こっていることが強く示唆される。今後は酵母内でのウイルスゲノム複製反応再現に焦点を当てる。一方上記システムを利用して、宿主因子である高等動物の2'-O-methyltransferaseのクローニングを行う方法を検討中である。この系は、歴史上ウイルスを無細胞で増殖させることのできる初めての系となる可能性がある.
再発胃癌患者に対する放射線治療と抗PD-1抗体併用療法の腫瘍免疫学的解析

本研究は、研究代表者・分担者らによる医師主導試験「標準治療不応の切除不能な進行・再発胃がんに対する局所放射線療法とNivolumab(抗PD-1抗体)併用療法の第I/II相臨床試験」に含まれるトランスレーショナル研究として行われている。当該試験は、福島県立医科大学臨床研究審査委員会で承認され、2018年3月より試験開始、4月に第1例目の患者が登録され、現在までに約13例の患者が登録された。40例/2年間の予定からは、やや遅れていたため、患者登録の推進のため、臨床試験を福島医大・単施設から多施設化し、現在は患者登録は増加している。当初の予定通りに進められると考えている。。登録された患者については、プロトコールに従い、1治療前、2放射線治療後、3抗PD1抗体治療中、4治療後、に臨床検体(末梢血・腫瘍組織)の採取、及び、臨床情報の収集が行われている。これまでに収集した臨床検体(末梢血・腫瘍組織)は、一定数に達したら一括して解析する(1末梢血中のリンパ球サブセット(CD4、CD8、Treg、Th17、等)、各リンパ球分画におけるPD1発現、2末梢血単核球網羅的遺伝子解析、3包括的自己抗体プロファイリング、4腫瘍組織のPD-L1、HLA cla ss I、腫瘍浸潤リンパ球)ことにしており、全て、研究室内の液体窒素タンク・冷凍庫内に凍結保存している。本研究は、研究代表者・分担者らによる医師主導試験「標準治療不応の切除不能な進行・再発胃がんに対する局所放射線療法とNivolumab(抗PD-1抗体)併用療法の第I/II相臨床試験」に含まれるトランスレーショナル研究として行っている。当該試験の患者登録は、20例/1年間、を想定していたが、想定よりやや遅れているため。患者登録の推進のため、臨床試験を福島医大・単施設から多施設化し、現在は患者登録は増加している。。臨床試験への患者登録数が予定を下回り、検体の解析が次年度になったため。
心・肺機能の神経性調節:低酸素下で生き延びる機構を探る

急性および慢性低酸素性肺高血圧、急性出血性低血圧、睡眠時無呼吸症候群、急性心筋梗塞のラットモデル並びにM2ムスカリン性アセチルコリン受容体欠損マウスを用いて、低酸素状態や運動時あるいは心臓虚血時に生き延びる機構として、交感神経系を介した肺血管トーンおよび心拍リズムの調節が極めて重要であることを明らかにした。また、自律神経調節作用を有するグレリンが急性心筋梗塞時の不整脈発生および低酸素性肺高血圧の進展に対して抑制効果を持ち、臨床応用の候補となり得ることを示した。心肺機能の神経性調節を研究するためには、心臓及び肺を特異的に支配する交感神経活動を直接記録することが重要である。麻酔下ラットを開胸して星状神経節を露出後、そこから心肺方向に分岐する主な3つの神経束を電気刺激した結果、心拍を特異的に変化させる1本の神経束と心拍の応答はなく肺動脈圧を上昇させる1本の神経束が存在することを確認した。さらに、それぞれの神経束から銀電極を用い、異なる放電パターンを持つ神経活動の記録に成功した。放射光高速微小血管造影法を麻酔下ラットに応用して、急性低酸素負荷時の肺小動脈応答を対照、両側星状神経節切除及び両側副腎摘出ラットで調べた。対照では、低酸素に対して弱い収縮応答が生じた。この弱い応答は、星状神経節切除、副腎摘出のいずれの処置に対しても強い収縮応答に転じた。また、これらの処置を同時に行うと、さらに強い収縮応答が生じた。以上の結果より、低酸素時、肺交感神経、副腎のいずれも低酸素性肺血管収縮応答を減弱させるように働くことが分かった。β-アドレナリン受容体の遮断剤であるプロプラノロールを投与によっても低酸素時の弱い収縮応答は強い応答に転じた。他方、α-アドレナリン受容体遮断は低酸素性収縮応答にほとんど影響を及ぼさなかった。これらから、急性低酸素時、副腎を含めた交感神経系は、主にβ-受容体性肺血管拡張機構を賦活することで、肺の局所性機構で起こる低酸素性肺血管収縮応答を減弱することが分かった。このβ性拡張機構は、急性低酸素時の肺高血圧進展を抑制する全身循環維持機構と考えられた。本年度は、近年、自律神経調節能を持つペプチドとして注目されているグレリンの低酸素・虚血時の心・肺応答に対する効果に焦点を当てた。新しい研究成果は以下の通りである。1.ラット急性心筋梗塞モデルに対してグレリンを皮下投与し、自律神経調節を介した心臓保護作用を調べた。その結果、冠動脈閉塞直後から心臓交感神経の電気活動は増大したが、同時にグレリンを皮下投与すると、この神経活動増大は完全に消失した。このときグレリンは、閉塞後の不整脈の発生回数及び不整脈による死亡を有意に減少させた。以上より、グレリンは急性心筋梗塞時の交感神経緊張増大による不整脈死の発生率を低下させる効果を有することが示唆された。2.ラット肺高血圧モデルに対するグレリン皮下投与の肺循環降圧効果を、血管形態と機能の両面から評価した。2週間、ラットに低酸素の連続負荷と毎日1回の生理的食塩水(対照)あるいはグレリン皮下投与を行い、両者を比較した。グレリン投与により、肺動脈圧は有意に減少し、右心室肥大や肺細動脈の平滑筋肥厚はほぼ正常化しな。また、肺高血圧の促進因子であるエンドセリン1の遺伝子・タンパク発現増大や肺血管反応性増大もほぼ完全に正常化した。以上より、グレリンは肺高血圧症の進展を抑制する効果を有することが分かった。3.SPring-8放射光高速微小血管造影法を麻酔下マウスに応用し、右心室に挿入した自作カテーテルより特殊注入ポンプで造影剤を注入するin vivoマウス右心室系の可視化技術を開発した。右心室から肺動脈幹、肺葉動脈、肺小動脈、肺細動脈(100μm径)、肺静脈、左心室までの内腔の描出及び造影剤の流れがクリアーに描出できた。将来、この技術のグレリンKOマウスへの応用により、右心室系循環障害の分子機構研究が進むものと期待される。本年度は、自律神経調節能を持つグレリンの低酸素時換気応答での役割および心臓ムスカリン性アセチルコリンM_2受容体の運動初期心拍応答での役割を、遺伝子改変マウスを用いて調べた。また、睡眠時無呼吸症候群(SAS)および肺高血圧症のラットモデルを作製し、交感神経系の肺高血圧進展抑制作用およびRho-kinaseの高血圧促進作用について調べた。1.グレリンKOマウスと対照マウスの慢性低酸素負荷後の急性低酸素に対する換気応答を比較した。対照では慢性低酸素負荷により急性低酸素応答が減少したが(呼吸順応)、KOマウスでは、減少しなかった。この結果より、グレリンは低酸素環境下呼吸順応の調節因子であることが示唆された。2. M_2受容体KOマウスに心電図送信器を植え込み、運動初期の心拍応答をテレメトリー計測した。対照と比較して応答の大きさや立ち上がり速度に差はなかった。

KOでの応答はβアドレナリン受容体阻害薬で消失した。従来、運動開始初期の心拍応答は、迷走神経活動の減弱によって起こると考えられてきたが、この結果は、交感神経性因子も重要であることを示唆した。3.ラットに5%02と20%02を3分ごとに繰り返す間歇的低酸素(IH)を1日8時間、4週間に渡って負荷してSASモデルを作製した。また、慢性低酸素負荷で肺高血圧症を作製した。SASモデルでは対照に比べ低酸素性肺血管収縮応答は減弱していたが、β受容体阻害下では、逆に対照より増強しており、重大な肺高血圧症に進展した。SASでは交感神経系を介したβ性肺血管拡張作用の賦活によって肺循環が維持されていることが示唆された。また、低酸素性肺高血圧ラットにRho-kinase阻害剤を投与すると、多くの肺細動脈の再開通が見られた。血管平滑筋のRho-kinase活性亢進を介したスパズム的な肺細動脈の強収縮が、肺高血圧進展で極めて重要であることが示唆された。
産後うつ病の母親と乳児の相互作用-近赤外線分光法による新しい試み

本研究の目的は、母親と乳幼児の相互作用において、抑うつ的な母親の乳児と一般の母親の乳児では、母親が乳児をあやしている際に、脳の前頭前野における血流変化のあり方に違いが認められるのかどうかを検討することであった。Edinburgh Postpartum Depression Scale(EPDS)によって、母親の抑うつ感情を測定し、高得点を示した母親と低得点を示した母親で,相互作用中の脳血流量の変化を調べた。抑うつ得点の高かった母親については、相互作用の前後において、ヘモグロビンの濃度変化に大きな違いは認められなかった。これに対して,抑うつ得点が低かった母親については、相互作用開始直後に酸化ヘモグロビン濃度が上昇していることが認められた。母親の抑うつの程度によって、母子の相互作用中の脳血流量の変化のあり方が、異なっていることが示唆された。ただし,今回の結果の再現性については,データを積み重ねて慎重に検討する必要がある。[研究の目的]抑うつ的な母親の乳児と一般の母親の乳児では,母親が乳児をあやしている際に,脳の血流量に違いが認められるかを明らかにすることであった。[研究実施計画]1歳半の乳幼児を持つ母親とその乳幼児について,測定を行った.母親の抑うつ感情を測定するために、エジンバラ産後うつ病自己評価票(Edinburg Postnatal Depression Scale: EPDS)を使用した。脳機能の測定するために,近赤外線分光法(Near infrared spectroscopy: NIRS)を用いた。これにより、乳幼児であっても、母親の働きかけに対する乳児の反応パターンに違いがあるのかを、脳血流量の変化の視点から検討することができる。乳幼児には、日立メディコ社製のETG-4000を、母親には浜松ホトニクス社製のNIRO-200を使用した。両機種ともに、脳血液中の酸素化ヘモグロビン・脱酸素化ヘモグロビン・総ベモグロビンを、それぞれ別々に測定することが出来る。ETG-4000では、695nmと830nmの2波長を使用した。NIR O-200では、775nm・810nm・850nmの3波長を使用した。ETG-4000は、乳児用プローブの24チャンネルを使用した。母親に使用したNIRO -200は2チャンネルで使用した。本年度は,昨年度に加えてさらに多くの研究協力者を募る予定であったが,状況の変化により研究協力者の確保を進めることが次第に困難となってきた。そのため,これまで収集したデータを元に分析を実施し,論文を発表する準備を整えていた。今後は国際誌への投稿を積極的に目指していきたい。平成23年度は,対象者のリクルートと測定を開始した.1歳半の乳幼児を持つ母親とその乳幼児8組について,測定を行った.母親の抑うつ感情を測定するために、エジンバラ産後うつ病自己評価票(Edinburg Postnatal Depression Scale: EPDS)を使用した。NIRO-200では、775nm・810nm・850nmの3波長を使用した。母親に使用したNIRO-200は2チャンネルで使用した。両機器共に、額の前頭部に装着した。解析の結果,抑うつ得点の高かった母親については、相互作用の前後において、ヘモグロビンの濃度変化に大きな違いは認められなかった。一方、抑うつ得点の低かった母子については、母子の間でやや異なった変化のパターンが見られた。つまり、母親においては、相互作用開始直後は、開始直前に比べて大きくヘモグロビンの濃度が上がっている様子が捉えられた。子どもにおいては、相互作用開始後は、相互作用の開始前に比べて、周期的に変化している様子が捉えられた。

現在も,結果を解析中である.生後3ヵ月と8ヵ月の乳児を対象に加え,さらに多くの研究協力者を募る必要が有るため.ホームページ等で,積極的に広報を行い,研究協力者を募る.また,保健センターや保健所で実施している親子教室に出向き,直接研究の紹介を行い,研究協力者を募る.現在の所,大きな変更は予定されていない.
大規模システムのリスク管理における多目的意思決定

1.大規模システムのリスク管理においては、一般に意思決定グループは単一ではなく複数存在し、それぞれの立脚点によって価値観が大きく異なる。本研究ではこうした点に起因するコンフリクトの解消のための新しいグループ意思決定支援システムの開発を、まず(a)グループ間の決定権には差がなく、(b)全ての評価項目が関数表現可能である、ことを前提として行い、次いでこうした条件を緩和したより現実的な解決手順について検討した。(1)グループの価値システムの定量化に階層分析法を適用することにより、従来の多目的最適化手法をグループ意思決定問題に援用できる。(2)コンフリクトの解消において、リスクコミュニケーションのパラダイムにおける意思決定グループ間での情報の公平な共有と互譲の考え方が効果的である。(3)競合する評価間のトレードオフ関係が価値観の異なるグループ毎に明示され、人間の主観的な判断として選好基準を表現するような、マン・マシン間の対話過程の改善に留意した解決手順を与えた。2.1.での前提を緩和した新しい解決手順で定式化される組み合せ最適化問題を解くために遺伝アルゴリズムの導入を試み、その具体的な実現化と併せて対話的過程における負荷の面からの実用性について検討を行った。3.放射性廃棄物管理システムの運用計画問題を具体的応用例とした。数値実験を通じて、それぞれの場合に提案する支援システムがコンフリクトを伴う問題解決に効果的であることを示した。4.帰着する多目的線形計画問題の新しい計算法が、ある種の大規模システムの現実的な解法として効率的であることを示した。1.大規模システムのリスク管理においては、問題解決に携わる意思決定主体は単一ではなく複数存在し、それぞれの立脚点によって価値観が大きく異なるためコンフリクトが存在するのが通常であるため、問題を単純に多目的最適問題として定式化するのでは不十分である事が明らかになった。2.競合する評価間の相対的重要度を価値基準の異なる主体毎に定量的に評価した上で、コミュニケ-ションを通じて意思主体間でのコンフリクトの解消が順次なされていき、最終決定が得られるような新しい意思決定手法の開発を行った。(1)価値システムの定量化に階層分析法が効果的に利用でき、意思決定主体が複数の場合に拡張して適用することにより、従来の多目的最適化手法を多目的下でのグル-プ意思決定問題に援用できる、(2)コンフリクトの解消において、リスクコミュニケ-ションのパラダイムにおける意思決定主体間での情報の公平な共有と互譲の考え方が効果的である、ことがわかった。(3)(1)、(2)の知見に基づき、競合する評価間のトレ-ドオフ関係が価値基準の異なる主体毎に明示され、人間の主観的な判断として選好基準を表現するような、また適用上の柔軟性を考慮してマン・マシン間の対話過程の改善に留意した、多目的意思決定手法の開発を行った。3.具体的応用例として、放射性廃棄物管理システムの運用計画策定について検討を加えた。そこで数値実験を通じて、提案する解決手順がリスク管理を伴う問題解決に非常に効果が期待されることを示した。また併せて、ここで出現する多目的線形計画問題の効率的数値解法についても工夫を行い、新しい計算法が大規模システムやある種の現実的な問題の解法として優れていることを示した。前年度に開発したグループ意思決定支援システムの解決手順においては、(a)グループ間の決定権には差がなく、(b)勘案すべき全ての評価項目が関数表現可能である、ことを前提としていた。しかし現実の工学・社会システムにおける種々の応用においては、通常関与する問題毎にグループ間の決定権は異なる。また定量的な評価に定性的・感覚的判断を加えて人間固有の総合的な評価が必要となるような状況も少なくないと考えられる。そこで本年度の研究においては、1.上述の前提条件を緩和してより現実的な解決手順について考察を加えた。

即ち、(a)については各グループの決定権の影響力を重み係数として表すことで、また(b)については評価項目の識別を通じた段階化の手順を適用することによって、大筋では先の定式化を踏襲しながらも、新しい解決手順を与えた。2.帰着して定式化される組み合せ最適化問題を効果的に解くために、遺伝アルゴリズム(Generic Algorithm;GA)の導入を新たに試み、その具体的な実現化について検討を行った。3.前年度にも取り上げた放射性廃棄物管理システムの運用計画問題を具体的応用例とした。安全性の評価には、リスク指標として定量化可能な部分に加え定性的判断も必要であるとして、問題設定を拡張して考察を行った。解決手順全般の有効性に加えて、GAの導入に伴う対話的解法としての実用面からの妥当性についても数値実験を通じて検証を行った。
水文地中探査レーダーの開発

最終年度にあたり、特に、実流域での流出解析のさいに必要となる表層近傍の土層構造の解析に力点をおいた研究を実施した。購入した地中レーダーは、現地測定用であるがAC100Vの電源を必要とし、レーダーアンテナ、モニター装置、発電器を現地に運搬する必要がある。したがって、解析の対象とする実流域の選択にあたって、(1)計測器の運搬に必要な道路があること。(2)地中レーダーで測定後の検証のための土層の掘削が可能であること。を考慮して函館市郊外の造成中のゴルフ場で測定を実施した。工事用の道路が整備され、造成にともなう掘削予定地を前もって地中レーダーで測定した。本研究で得られた結果を以下にまとめる。(1)ゴルフ場からの降雨流出量を測定するために、水位計2台、雨量計2台を設置してデータを収集した。(2)不飽和浸透流の計算に必要な体積含水率サクション、不飽和透水係数体積含水率の関係をゴルフ場から数カ所にわたって表層土壌を採取して、測定した。(3)山腹斜面上場の土層構造を超小型アンテナを用いて測定し、表層土層厚を測定した。(4)上記の測定結果を用いて2次元不飽和浸透流解析を行い、実測値と比較して良好な結果を得ている。市販の地中レーダーは、埋設ケーブル、水道鉄管などの埋設物を地上から発見するために開発されたものである。これらの埋設物は土層とは異質なものであり、かなりの精度でその位置を地上から推定できる。一方、この地中レーダーを表層近傍の土層構造の解析に利用しようとすると、次のような問題点を列挙できる。(1)土層構造が表層と下層に明瞭に区分できる場合には、その境界層を推定できるが、表層と下層の境界が明瞭でない場合レーダー画像出力だけではその判断が難しい。(2)超小型アンテナは小型で現地の測定に適しているが、最大深度が1mで限界がある。(3)誘電率の設定が9段階になっているが、さらに細かく設定する必要がある。本研究で用いた地中探査レ-ダ-は、表ー1に示す日本無線(株)製のレ-ダ-アンテナである。地中探査レ-ダ-の構成は、図ー1に示す通り本体装置と送信アンテナよりなっている。送信アンテナとして、中型、小型、超小型の3種類があり、それぞれ中深度用(深度0.52.0m)、低深度用(深度0.151m)などと性格付けられている。免許を必要としない微弱電波機器程度の電波しか放射しない。本年度は、中型、小型、超小型レ-ダ-各々の特性を調べるため、図ー2のような砂場で図ー3に示すように鉄板とコンクリ-ト塊を埋設した。この場合、実験は『移動測定』で行い、同一の埋設物を二次元で捉えるための工夫をした。これは、埋設物のエコ-を消去する手法も考えているためである。本年度の成果(1)超小型アンテナにより砂層中の水分の移動状態が測定できることがわかった。水分を定量的に評価するため、テンショメ-タ-でサクション圧を測定している。(2)エコ-処理については、過剰のレ-ダ-でグランドクラッタ-を除くのと同じ原理を採用した。実験用の砂層厚が1m程度であるので、超小型アンテナの場合のみについて解析した。近年、低廉な地中探査レ-ダ-が市販されている。

これらのレ-ダ-は、本来、地中に埋設された水道管や地中のケ-ブルの探査を目的に開発されたものである。出力が微弱で法律的な規制を受けないのが特長である。最近では、考古学の遺跡の発掘の事前調査にも利用されるようになり、この応用範囲が拡大しつつある。本研究は、水文現象に関連する現地調査に低廉でかつ法的規制のない地中探査レ-ダ-を利用する手法の開発、測定可能範囲やその精度を調査するものである。したがって、最も一般的に用いられている日本無線株式会社製のレ-ダ-を対象とした。実験に用いた地中探査レ-ダ-は、本体装置と送信アンテナより構成されている。送信アンテナとして、表-1に示すように中型、小型、超小型の3種類があり、それぞれ、中深度(深度0.52.0m)、低深度(深度0.151.0m)の測定範囲である。このような低廉な地中探査レ-ダ-は周波数帯が固定されており、アンテナの大きさを変えることにより周波数を変化させた。研究の内容を、以下に示す。(1)砂層を用いた室内実験(2)現地における地層構造の計測(函館、苫小牧、北見)(3)地下水位、含水量の測定(4)結氷河川の氷厚の測定(5)凍結深度の測定。地層構造については、地表面下1m前後までは地層の境界や傾きを測定できることが分かった。地中の含水率に関しては、飽和に近い場合にはその境界を判読できるがその他の場合には、現在の性能では難しいことが分かった。氷厚の測定に関しては、氷が純氷である場合には氷厚の測定が可能であるが、気泡の多い氷や雪が凍った氷では測定が不可能である。寒冷地の土壌の凍結深度の測定に関しては現在のところ良好な結果が得られていない。
封入体筋炎におけるオートファジーの意義

当初の研究計画であった骨格筋特異的オートファジー欠損マウスを用いた封入体筋炎との類似性の検証については、本研究開始後にヒトにおける報告がなされたため意義は乏しいと考えた。そこで、封入体筋炎と同じく炎症性筋炎に分類される多発性筋炎のモデル動物を用いて筋炎におけるオートファジー活性異常の有無を解析したところ、これまでの解析では明らかなオートファジー活性異常を認めていない。骨格筋におけるオートファジーの重要性を明らかにする目的で,骨格筋特異的オートファジー欠損マウスの作成を行った。具体的には、東京医科歯科大学細胞生理学分野よりAtg5^<flox/flox>マウス(オートファジーに必須の遺伝子であるAtg5のエクソン3領域にloxP配列を付加したマウス)を供与頂き、これに骨格筋特異的なCreリコンビナーゼ発現系であるMLCl-Creマウスを交配し新たなマウス系列を構築した。このマウスの尾より抽出したDNAを用いてPCRで解析したところ、Atg5 floxアレル(Atg5^<flox/flox>マウス由来のアレル)およびCreアレル(MLCl-Creマウス由来のアレル)の双方が検出され、Atg5 wild typeアレルが検出されないマウスが存在した事から、Atg5^<flox/flox>;MLCl-Creマウスが作成できたことが確認された。現在は、実際に骨格筋においてオートファジーが欠損している事を確認する実験を行う一方で、その後の研究に用いうる週齢のマウスを十分な個体数確保することを目的として継続的にマウスの交配を行っている。今後は、このマウスを用いて、当初予定していた封入体筋炎様の筋病変の病理学的・生理学的な検討を行う予定である。前年度に作成したAtg5^<flox/flox>;MLC1-Creマウスについて、Atg5の骨格筋特異的な欠損をWestern blotによって確認した。次に、Atg5^<flox/flox>;MLC1-Creの骨格筋を組織学的に評価したところ、正常マウスと比して筋萎縮が見られることが明らかとなった。計画では、この筋萎縮と封入体筋炎の類似性について更に解析する方針であった。しかしながら、ヒト封入体筋炎においてオートファジー異常が見られるとの報告がなされた(Am J Pathol. 2010Sep; 177(3):1377-87.)ことから、オートファジー欠損筋の解析は封入体筋炎の病態解明において意義が乏しいものと考えられた。そこで、封入体筋炎と同じく炎症性筋疾患に分類される多発性筋炎について解析し、それによって封入体筋炎のみならず炎症性筋疾患全般におけるオートファジーの機能を明らかにすることを新たな目的として多発性筋炎のモデルマウスであるC-protein induced myositis(CIM)を用いた解析を行った。CIMを誘導したマウスに飢餓処理を行い、その骨格筋におけるオートファジー活性を解析した。CIMマウスの骨格筋を回収し、Western blotおよび免疫組織染色によってLC3やp62の解析を行ったところ、筋炎部位においてオートファジー活性に明らかな亢進や低下は認められなかった。
湖沼における植物の種多様性の保全のための発芽生態学的研究

霞ヶ浦を主なフィールドとした平成16年度までの研究により、湖岸や湖底の土砂中には、現在地上植生から消失した種も含めて多様な水生植物の土壌シードバンク(埋土種子集団)が残存していることが明らかにされた。また、湖岸植生帯を構成する植物種の多くが自然の水位変動に適応した発芽戦略をもつが現在の人為的な水位管理条件下では種子からの更新の機会が大幅に抑制されていることが示された。平成17年度は、これまでに明らかにされた湖岸の植物の発芽特性、特に発芽季節と発芽や実生定着に対する冠水の影響に関する知見を活用し、湖沼の水位管理のパターンに対する湖岸の植物の発芽・定着適地(発芽セーフサイト)の動態を予測するモデルを構築し、予測・検討を行った。この研究では、先行研究の結果を踏まえ、湖岸の植物の発芽セーフサイトの定着条件を定義し、この条件をみたす場所の面積を、霞ヶ浦をモデル湖沼として湖岸の微地形(国土交通省による横断測量調査結果を活用)のデータと湖の水位データ(国土交通省による日平均水位記録を活用)から算出した。その結果、霞ヶ浦の場合では、現在の「管理目標水位」(水門による水位管理の目標とする水位で、長期を対象にした場合の平均値と一致)を現在よりも10cm上昇させると湖岸の植物のセーフサイトは50%程度まで減少すること、15cm低下させると2倍程度に増加することなどが予測された。水生・湿地生植物の発芽に対する水文環境の重要性は多くの研究からも示されているが、具体的な湖沼管理のプランが湖岸の植物に及ぼす影響を定量的に予測した研究はほとんど存在しない。植物の発芽・定着特性、湖岸地形、水位から植物のセーフサイトを予測する本モデルは、霞ヶ浦以外の湖沼でも適用が可能であると考えられる。(1)発芽特性のスクリーニング霞ヶ浦の湖岸に生育する植物39種の種子を採取し、発芽・休眠温度特性および発芽・休眠解除に対する冠水の影響を明らかにする室内実験を行った。その結果、春発芽の性質をもつ種が23種、裸地を選択して発芽する性質をもつ種が16種確認された。また冠水条件下で発芽が抑制される種が32種確認された。一方、文献調査から霞ヶ浦がかつては冬から春に水位が低下し、春に冠水しない裸地が湖岸に広く存在したことが示され、これらの種は自然の水位変動に適応した発芽特性を持つことが示された。それに対して、現在の霞ヶ浦をはじめとする湖沼の多くでは、本来水位が低かった季節にも高い水位を維持する管理が行われており、このことが湖岸植生の衰退要因になっていることが示唆された。これらの成果は原著論文として登校中であるが、Aquatic Botany誌から仮掲載許可の通知を受けている。(2)植生と物理環境の動態の調査水分条件について環境勾配がある野外実験施設に水生植物の土壌シードバンクを含む土砂をまきだし、発芽・定着場所を調べることにより水生植物の発芽・生育場所と比高の関係を分析した。この成果は論文として公表した。また霞ヶ浦の湖岸で、地表面温度等の物理環境の連続測定を開始した。(3)発芽・定着適地の検証実験富栄養化した湖沼において再生が望まれる植物である沈水植物のモデルとしてササバモを選び、様々な水深・土壌水分条件にシードバックを設置し、発芽挙動を調べる実験を開始した。測定は来年度まで継続する予定である。(1)発芽特性のスクリーニング水位変動パターンの人為的改変が湖岸の植物の発芽の失敗を招く可能性を検討するために、霞ヶ浦の湖岸に生育する25種の植物を対象に、発芽に対する温度条件の効果と冠水の効果を検討した。春に発芽する植物がもつ特徴として知られる休眠解除に対する低温の要求性は、14種で認められた。裸地を検出して発芽する性質として知られる変温要求性は、8種で認められた。冠水による発芽の抑制は18種で認められた。湿潤条件と冠水条件をシミュレートした野外実験から、対象としたすべての種の実生出現時期は春に集中していることが示された。また実生定着に対する冠水による抑制効果は19種で認められた。これらのことは、湖岸の植物の多くは、春季に水位の低下によって露出した地表面で発芽することに適応していることを示唆している。今日行われている、冬季から春季にかけて水位を上昇させる管理は、発芽・定着適地の喪失という影響を通して、湖岸植生帯を構成する多くの種の更新を阻害すると予測される。(2)湖岸植生帯における実生定着条件水位変動パターンの人為的な改変が、湖岸の植物の種子からの更新に及ぼす影響を明らかにするために、霞ヶ浦において、植物の実生更新に及ぼす要因の研究を行った。残存する植生とその周辺における微地形の測量の結果、過去の水位条件の下では春季には冠水しなかったハビタットも、現在の水位管理のもとでは冠水していることが明らかになった。比高の異なるミクロサイトにおける実生の出現と定着の分析の結果、春季におけるミクロサイトが冠水している日数と、同時期における実生の発生密度および種数の間には有意な不の相関があることが示された。実生の死亡は、大抵の場合、冠水と同時に生じていた。人為的な水位上昇による実生更新の失敗は、近年の霞ヶ浦における湖岸植生の衰退の主要なメカニズムの一つであると考えられる。

霞ヶ浦を主なフィールドとした平成16年度までの研究により、湖岸や湖底の土砂中には、現在地上植生から消失した種も含めて多様な水生植物の土壌シードバンク(埋土種子集団)が残存していることが明らかにされた。また、湖岸植生帯を構成する植物種の多くが自然の水位変動に適応した発芽戦略をもつが現在の人為的な水位管理条件下では種子からの更新の機会が大幅に抑制されていることが示された。平成17年度は、これまでに明らかにされた湖岸の植物の発芽特性、特に発芽季節と発芽や実生定着に対する冠水の影響に関する知見を活用し、湖沼の水位管理のパターンに対する湖岸の植物の発芽・定着適地(発芽セーフサイト)の動態を予測するモデルを構築し、予測・検討を行った。この研究では、先行研究の結果を踏まえ、湖岸の植物の発芽セーフサイトの定着条件を定義し、この条件をみたす場所の面積を、霞ヶ浦をモデル湖沼として湖岸の微地形(国土交通省による横断測量調査結果を活用)のデータと湖の水位データ(国土交通省による日平均水位記録を活用)から算出した。その結果、霞ヶ浦の場合では、現在の「管理目標水位」(水門による水位管理の目標とする水位で、長期を対象にした場合の平均値と一致)を現在よりも10cm上昇させると湖岸の植物のセーフサイトは50%程度まで減少すること、15cm低下させると2倍程度に増加することなどが予測された。水生・湿地生植物の発芽に対する水文環境の重要性は多くの研究からも示されているが、具体的な湖沼管理のプランが湖岸の植物に及ぼす影響を定量的に予測した研究はほとんど存在しない。植物の発芽・定着特性、湖岸地形、水位から植物のセーフサイトを予測する本モデルは、霞ヶ浦以外の湖沼でも適用が可能であると考えられる。
波動加熱用新型アンテナの研究

スロット型リジターノコイルを、壁を兼ねたアンテナという観点からミラー磁場中の電子サイクロトロン共鳴加熱の場合について実験を行い、リジターノコイルの特性を詳しく調べた。その主な成果は次の通りである。1.パラメータの径方向分布の制御:密度3×【10^(11)】【cm^(-3)】、電子温度10eV、イオン温度2eVなるECRプラズマ中に、直径9cmのリジターノコイルを設置し、2GHz帯マイクロ波伝送回路を用いてマイクロ波を供給し、プラズマパラメータの径方向分布の制御を試みた。マイクロ波パワーの制御により密度勾配を変化させた時のドリフト波の周波数と振幅の関係を測定した。この結果は、衝突型ドリフト波の分散式から得られる結果とよく一致した。2.フルート波の抑制機構の解明:フルート波がスタブチューナーの制御により抑制されることを実験的に見出した。この物理的機構を解明するため、プラズマ電位の空間分布を詳しく測定した。この結果、プラズマ電位が高くなるとフルート波が抑制されることがわかった。3.リジターノコイルからの不純物の発生:材質の異ったりジターノコイル(Cu,Al)によるプラズマ生成を行い、不純物の発生を調べた。この結果、(1)パラメータは殆ど差がないこと、(2)コイルからのスパッタリングはCu製の場合が多いこと、(3)スパッターされる不純物は銅であること、等を見出した。更に、プラズマ中に挿入されたガラス板に付着した不純物の厚みの時間変化を測定した。時間に比例して厚みが増加することがわかった。又、不純物の二次元分布測定を行い、マイクロ波のフィーダ付近から不純物が発生していることを見出した。
肝臓の近位尿細管細胞におけるビタミンDの代謝調節機構の分子生物学的研究

生体のカルシウムバランスは小腸からのカルシウムの取り込み、腎臓における再吸収、骨からのカルシウムの溶出と蓄積によって巧妙に調節されている。我々はこれまでに、腎臓ならびに小腸におけるビタミンDの作用を、活性型ビタミンD[1α,25(OH)_2D_3]によって特異的に誘導される24-水酸化酵素と、本酵素の発現に必須の因子であるビタミンD受容体(VDR)の発現を指標にして検討してきた。その結果、1α,25(OH)_2D_3を合成している腎臓の近位尿細管細胞ではVDRの発現が完全に抑制され、24-水酸化酵素も発現せず内分泌器官として機能することを見い出した。また、ビタミンD代謝酵素の内でこれまで精製ならびに遺伝子のクローニングがなされなかった25(OH)D_3-1α-水酸化酵素のクローニングをした。本酵素はミトコンドリア型シトクロムP450であることから、1α-水酸化酵素活性が亢進しているビタミンD欠乏ラットと本酵素活性が完全に抑制されている1α,25(OH)_2D_3を投与したラットの腎臓からmRNAを調製し、シトクロムP450でその配列が保持されているフェレドキシンならびにヘム結合領域のアミノ酸配列からdegenerateprimerを構築して、RT-PCR法によってクローニングした。1α-水酸化酵素活性は2469bpの遺伝子からなり501のアミノ酸からなるP450蛋白質であった。また、本酵素は、ビタミンD欠乏食あるいはビタミンDを含む低カルシウム食で飼育した腎臓で著しくその発現が増強した。1α-水酸化酵素活性は酵素活性法によって調べた結果から、腎臓の近位尿細管細胞に局在すると報告されている。マイクロダイセクション法によって採取した近位尿細管細胞を用いて、1α-水酸化酵素mRNAの局在をRT-PCR法で調べたところ、本遺伝子は近位尿細管細胞に局在し、ビタミンD欠乏試料による飼育ならびに低カルシウム食飼育の転写段階でその発現が促進されていることが明らかになった。生体のカルシウムのバランスは、小腸からのカルシウムの取り込み、腎臓における再吸収、骨からのカルシウムの蓄積と溶出によって巧妙に調節されている。我々はこれまでに腎臓、骨ならびに小腸におけるビタミンDの作用を、活性型ビタミンD[1α,25(OH)_2D_3]によって特異的に誘導される24-水酸化酵素の発現を指標にして検討し、VDRの発現がカルシウムのバランスを正に保つために重要であることを見い出した。そこで今回、腎臓の近位尿細管細胞がVDRの発現を介して、ビタミンDの内分泌器官から標的器官にスイッチされる機序の解明を行った。腎臓は高度に分化した細胞が集合して一つのネフロンを形成していることから、各セグメントの機能も部位によって著しく異なっている。近位尿細管細胞は、1α,25(OH)_2D_3を産生する内分泌器官であるが、ビタミンD受容体(VDR)を有する標的器官としての性質も有している。しかし、1α,25(OH)_2D_3を産生する内分泌器官になぜVDRの存在が必要なのか、またその受容体の役割に関しては未だ明らかでない。我々は、ビタミンDの標的組織で共通して1α,25(OH)_2D_3によって誘導されるビタミンDの代謝酵素、24-水酸化酵素の発現を指標に腎臓のVDRの役割をマイクロダイセクション法を用いて検討した。