hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
親魚の年齢を卵に伝える母性遺伝因子の探索

雌親魚の年齢によって発現の異なる遺伝因子(親魚年齢マーカー)の発見を目指す本研究において、本年度は高齢魚と若齢魚から得た卵におけるミトコンドリアDNA(mtDNA)のコピー数を比較する再実験を実施した。2017年6月の産卵期に、4歳と1歳の雌マサバにホルモン(生殖腺刺激ホルモン放出ホルモンまたはヒト胎盤性生殖腺刺激ホルモン)を投与し、排卵を誘導した。4歳と1歳の雌マサバそれぞれ2および5個体より、得た排卵卵を約100粒ずつチューブに分けて、1個体につき10チューブほどを凍結した。1個体につき50粒の排卵卵を対象として、1粒からDNAを抽出した。マサバmtDNAのND1領域を対象とした定量PCR用のプライマーを設計し、リアルタイムPCRによりmtDNAコピー数を定量した。2015年の解析では、2歳と6歳の雌親魚から得た排卵卵において、高齢魚の卵の方が若齢魚の卵よりコピー数が多かった。しかし、2017年の解析では、年齢による差は現れず、飼育群によって年齢との相関に違いが出ることが分かった。本課題を通して、1)次世代シーケンサーを用いたRNA-seqにより、マサバ卵に発現する遺伝子の塩基配列情報を網羅的に解読した。2) RNA-seqにより、高齢と若齢の親魚から得た排卵卵において、統計的に発現量に差のある遺伝子を特定した。3)ある親魚群においては、高齢と若齢の親魚から得た排卵卵のmtDNAコピー数に差が出ることが分かった。雌親魚の年齢によって発現の異なる遺伝因子(親魚年齢マーカー)の発見を目指す本研究において、年齢の異なる雌マサバの排卵卵を得る必要がある。そこで本年度はまず、マサバの排卵誘導実験を実施した。産卵期に、人工孵化から養成されていて年齢が明らかなマサバ親魚を陸上水槽に搬送し、バイオプシーにより雌雄および成熟度合を判定した。卵黄形成を完了した雌個体にヒト胎盤性生殖腺刺激ホルモン(HCG)を投与して、排卵誘導した。HCG投与の3235時間後、排卵の確認できた個体を取り上げて排卵卵を回収した。卵の一部はRNA解析用に凍結保存し、一部はDNA解析用にエタノール固定した。本実験により、56歳、3歳、2歳のマサバそれぞれ2尾、4尾、3尾より排卵卵が得られた。また、「高齢魚ほど良質な卵を産出する」という母性効果を検証するため、得られた排卵卵の一部は人工授精に供した。受精卵は一定期間海水中でインキュベートした後、受精率および孵化率を計測した。結果、高齢群より得られた卵の方が、若齢群の卵に比べて受精率および孵化率が高いことが確認された。次に、次世代シーケンサーによるRNA-seq解析を行うため、排卵卵よりtotal RNAを抽出して、mRNAを精製した。56歳のマサバ2尾、2歳のマサバ2尾の排卵卵各30粒より、それぞれ716 ngのmRNAを得た。cDNAライブラリを作製し、Ion Protonシステムを用いてシーケンスした。さらに、排卵卵中のmtDNAコピー数を比較するため、定量法の検討を進めている。得られた排卵卵よりDNAを抽出した。ND1領域など、定量に適する候補領域をシーケンスした。本年度の大きな成果は、年齢の異なる雌マサバ親魚から排卵卵を得たことである。海産魚は一般的に、自発的に卵を得ることは難しく、さらに資源対象種である浮魚類の飼育実績は乏しい。本研究では、飼育実験系が小型浮魚類の中でも比較的確立されているマサバの利点を活かすことで、人工的な産卵誘導法を応用して高齢・中齢・若齢のマサバから計画的に排卵卵を得ることができた。さらに、これら排卵卵を用いた遺伝子発現解析においても、mRNA量の少ないサンプルから次世代シーケンサー解析を実施してシーケンスリードを得るなど、解析が順調に進捗している。雌親魚の年齢によって発現の異なる遺伝因子(親魚年齢マーカー)の発見を目指す本研究において、昨年度は若齢と高齢の雌マサバより排卵卵を採集して、IonProtonシステムによりシーケンスデータを得た。本年度はまず、それらシーケンスデータを解析した。若齢と高齢の雌マサバ各2尾のシーケンスデータをアセンブリしたところ、それぞれ約60,000のcontigを得た。クラスターデンドグラムを作成したところ、若齢と高齢の個体間ではグループは形成されなかった。発現量を比較解析した結果、若齢と高齢で発現量の異なる遺伝子が4個選定された。Blast検索により、それぞれ“GTPase IMAP family member 7"“Ependymin"“Collagen alpha 6"“FH1/FH2"と相同性の高い遺伝子であった。次に、各遺伝子の部分配列をもとに特異的プライマーを作成した。新たにマサバ卵巣よりRNAを抽出し、作成したcDNAをテンプレートとしてPCR増幅を行い、クローニングにより各遺伝子の塩基配列を決定した。今後は、real-time PCR用のプライマーを設計し、若齢と高齢の雌マサバの排卵卵における4遺伝子の発現量を定量する。また、排卵卵中のミトコンドリアDNA(mtDNA)コピー数を比較するため、定量法の検討を進めた。定量に適する領域としてND1を選定し、real-time PCR用のプライマーを設計した。

さらに、微量のDNAが抽出できる方法をいくつか比較することで、DNA回収率がよく、検量線が正確に描ける定量法を検討した。今後は、検体数を増やしてmtDNAコピー数を定量し、若齢と高齢の雌マサバによってコピー数に違いがあるかどうかを比較する。本年度の大きな成果はまず、マサバ排卵卵の次世代シーケンス解析により、ESTライブラリを作成したことである。マサバは我国の水産重要魚種であるとともに、サバ類は世界的にも商業価値が高いため、本研究で得られた遺伝子配列のデータは今後も様々な研究に役立つものと期待される。本研究では、若齢と高齢の雌マサバから得た排卵卵におけるRNA-seqにより、年齢によって発現量の異なる遺伝子が4個選定された。いずれも、卵の内側を支持する構造タンパク質に関連する遺伝子である。解析は当初の計画に沿って順調に進捗しており、新規情報も得られている。雌親魚の年齢によって発現の異なる遺伝因子(親魚年齢マーカー)の発見を目指す本研究において、本年度はミトコンドリアDNA(mtDNA)のコピー数の解析を重点的に進めた。昨年度、mtDNAのコピー数を比較するための定量法について検討を進め、定量に適する領域としてND1を選定し、real-time PCR用のプライマーおよびプローブを設計した。さらに、1粒の卵より安定的にDNAが抽出できる方法を検討し、マサバの卵1粒中のmtDNAコピー数を定量する手法を確立した。そこで本年度は、1年目に収集した、高齢と若齢の雌マサバの排卵卵よりtotal DNAを抽出し、マサバのND1配列に基づいて作製した特異プライマーとプローブを用いて、real-time PCRによるmtDNAコピー数を定量し、比較した。その結果、高齢個体をおいてmtDNAコピー数が有意に高いという結果を得た。1年目に得た標本数が限られていたことから、個体数を増やすことで結果の精度を高めて再現性を確認することを目的として、再度、排卵卵を採集することにした。産卵期の6月に、4歳と1歳の雌マサバにホルモン(生殖腺刺激ホルモン放出ホルモンまたはヒト胎盤性生殖腺刺激ホルモン)を投与し、排卵を誘導した。そして、4歳と1歳の雌マサバそれぞれ3個体より、得た排卵卵を約100粒ずつチューブに分けて、1個体につき10チューブほどを凍結した。現在は、1個体につき50粒の排卵卵を対象として、1粒からDNAを抽出する作業を進めている。本年度の大きな成果は、高齢と若齢の間でmtDNAのコピー数が異なることが示されたことにある。高齢魚においてmtDNAのコピー数が高かったことから、高齢の雌親魚が産む卵ほど卵質がよい理由に、mtDNAコピー数が関っている可能性が考えられた。この仮説をより精度高く検証するため、新たに標本を採集した。得られた結果の再評価が必要となったため、課題の遂行機関を1年延長することとした。雌親魚の年齢によって発現の異なる遺伝因子(親魚年齢マーカー)の発見を目指す本研究において、本年度は高齢魚と若齢魚から得た卵におけるミトコンドリアDNA(mtDNA)のコピー数を比較する再実験を実施した。2017年6月の産卵期に、4歳と1歳の雌マサバにホルモン(生殖腺刺激ホルモン放出ホルモンまたはヒト胎盤性生殖腺刺激ホルモン)を投与し、排卵を誘導した。4歳と1歳の雌マサバそれぞれ2および5個体より、得た排卵卵を約100粒ずつチューブに分けて、1個体につき10チューブほどを凍結した。1個体につき50粒の排卵卵を対象として、1粒からDNAを抽出した。
照葉樹林域における基質表層の回転と森林の更新動態

今年度は,過去2年間の調査経過を踏まえて,補完的な調査を行うとともに,調査結果の総合的評価を進めた。花崗岩を基岩とする紫尾山では,崩壊地形・表層土厚と森林植生の関連について調査し,崩壊跡地における植生遷移を表層土の発達と結びつけて整理した,さらに,植生を指標とすることにより,厚い表層土を有する斜面崩壊危険地の予測が可能であることを明らかにした。南九州の山地に多いマテバシイの純林は,その萌芽更新能によって古くから表層崩壊を防いできた。この種の堅果からの実生発生は林内では希である。1990年夏に鹿児島市北方の林内に皆伐試験区を設け,伐根からの萌芽の発生と生長の追跡調査を開始した。このマテバシイ純林の自然の分布についてもさらに調査を進めた。モミとツガの表層崩壊のスケ-ルや基質特性との関連について,火山活動の活発な霧島山地と小規模表層崩壊の卓越する屋久島で対比研究を進め,従来の一次遷移の禎点では説明できなかったこの2種の出現を表層の動態と結び付けて説明するモデルを整理しつつある。照葉樹種の表層動態と関連した種特性を比較的にみるために,屋久島で主要樹種(実生)の根系の形態を調査した。崩壊地によく出現するヒサカキやミツバツツジは浅根性でよく側方に分枝する根系を持つことが明らかになった。表層崩壊と対応した植物の種生物学的研究は,ミツバツツジ節の種群に注目して進めた。南九州では複進雑な分化がみられるこのグル-プの生態は斜面崩壊と結び付けて理解できそうである。今回,一次解析結果を調査報告書として刊行するが,現在さらに解析を進めており,その成果を遂夙原著論文として内外の専門誌に発表していく。萌芽更新を行うマテバシイ林の調査では、一本の幹、又は数本の幹が枯死することがあっても、一株がまとまって枯死することはない。従って、ギャップ面積は小さく、部分的な遷移はあまり起らない。一方伐採した後は、切株からの萌芽により、極めて早く回復し、実生からの再生は少ない。モミ・ツガ帯における森林の遷移過程の調査によると、アカマツ林の後に、モミが侵入し、最後にツガが侵入することが分った。モミとツガは生態的同位種と考えられてきたが、土壌の発達段階に応じて、モミ林、ツガ林と同一ヒエラルキーに並ぶ可能性もある。霧島の上記の研究とは対照的に、屋久島の花崗岩域のように急傾斜地では、モミは安定基質上に成立し、ツガ林は不安定基質上に対応しているようである。少し標高の低い場所において見られるイスノキ林、スギ林に於ても、これまで設定してある永久調査区において基質表層の調査を行った結果、幸屋火砕流堆積物の有無でみた過去6000年の表層安定度はこれまでの凡そ1000年単位よりもかなり高いことが推定された。崩壊地に頻出するツツジ群、ムラサキシキブ属は、生育地の母岩や土壌の性質よりも、崩壊地の周期の長さに対応していることがわかった。ムラサキシキブ属はツツジ群よりも崩壊周期の短かい環境に出現した。一方、植生の下で生起する現象をとらえるため、花崗岩地、火砕流斜面で一周期の間隔に起る土壌学的変化を調べた。

変化は土層上部への孔隙量、保水能の増加、粒子の細粒化、粒子表面荷電の増加、腐植の集積であり、一周期内に粘土鉱物の生成は進んでいない。従って、崩壊は粘土生成による滑落ではないことが推論された。火砕流、花崗岩地の急斜面においては、山崖崩れの周期が一般的に短かく、斜面の植生と、山崖崩れ跡地の形成年代、表土の厚さはよい対応関係を示している。下川は主としてしらす地域の斜面において、表層土厚と表層滑落型崖崩れ、植生と表層滑落型崖崩れについて調査を行ない、斜面の傾斜角度によって異なるが、崖崩れを起す限界表層土厚が存在し、これを予測するため、植生指標の有効性について検討した。表層土厚が薄い所では若い植生が多く、臨界に近い60cmの厚さでは極相に近い照葉樹林が存在していた。宮内は土壌学から崩壊の研究をすゝめ、花崗岩の場合、基盤層が変化して表層土になるのに200年で85cmに達することを示した。しらすの場合は風化過程でも一次鉱物に変化はなかったが、花崗岩では、構造の変化がみられた。田川は崩壊を防ぐ萠芽更新型植生としてのマテバシイ林の種子による更新と萠芽による更新との関係を追跡する中で、マテバシイと同属のシリブカガシ林についても調査をすゝめたが、シリブカガシは、あまり萠芽を出さず、実生による再生産が大きな比重を占めていること、及びマテバシイと異なり、人工で作られた森林ではない可能性が高いことを示した。甲山は屋久島の照葉樹林内の各種の樹木の直径分布及び生長の解析を行ない、樹木の直径分布をモデル化し、樹木の死亡と生長との間の関係について、解析をすゝめている。この方法が確立されると、林冠の回転周期の推定について根拠が与えられ、森林の回転周期と、立地条件との関係がはっきりしてくる。鈴木は霧島甑岳周辺に注目し、火山地形、火山噴出物、土壌形成と植生との関係を研究中である。その一つとして、硫黄山からの亜硫酸ガスの流れが、植生遷移の速度を制限している例を示した。尚,上記のガスが土壌にどう影響しているか分析中である。川窪は疎開地に容易に侵入するムラサキシキブ属の種の行動について、特に繁殖との関係について調査を行った。小笠原産のものでは雌花に偽花粉を持ち、媒介者を誘うが、日本列島のものでは見られない。このことが何を意味するか、更に研究をすゝめたい。今年度は,過去2年間の調査経過を踏まえて,補完的な調査を行うとともに,調査結果の総合的評価を進めた.花崗岩を基岩とする紫尾山では,崩壊地形・表層土厚と森林植生の関連について調査し,崩壊跡地における植生遷移を表層土の発達と結びつけて整理した.さらに,植生を指標とすることにより,厚い表層土を有する斜面崩壊危険地の予測が可能であることを明らかにした.南九州の山地に多いマテバシイの純林は,その萌芽更新能によって古くから表層崩壊を防いできた.この種の堅果からの実生発生は林内では希である.1990年夏に鹿児島市北方の林内に皆伐試験区を設け,伐根からの萌芽の発生と生長の追跡調査を開始した.このマテバシイ純林の自然の分布についてもさらに調査を進めた.モミとツガの表層崩壊のスケ-ルや基質特性との関連については,火山活動の活発な霧島山地と小規模表層崩壊の卓越する屋久島で対比研究を進め,従来の一次遷移の視点では説明できなかったこの2種の出現を表層の動態と結び付けて説明するモデルを整理しつつある.照葉樹種の表層動態と関連した種特性を比較的にみるために,屋久島で主要樹種(実生)の根系の形態を調査した.崩壊地によく出現するヒサカキやミツバツツジは浅根性でよく側方に分枝する根系を持つことが明らかになった.表層崩壊と対応した植物の種生物学的研究は,ミツバツツジ節の種群に注目して進めた.南九州で複雑な分化がみられるこのグル-プの生態は斜面崩壊と結び付けて理解できそうである.
B1-B細胞の抑制性機能に関する検討

天疱瘡などの自己免疫性疾患ではグロブリン大量療法の奏功する例が多いことが分かっているが、その作用機序はあまり分かっていない。また、効果が短期間しか持続しない例も多い。そこで、免疫反応を抑制する働きのあるサイトカインであるIL-10を産生する末梢血中のB細胞が、天疱瘡に対するグロブリン大量療法の前後で変化するかを検討したところ、長期的に効果の持続する例では治療後に比率が増加していることが判明した。細胞内のサイトカインを染色してフローサイトメーターで解析することにより、マウスの脾臓にIL-10を産生るB細胞が存在することを確認した。この細胞は、LPSやCpGなどによるToll-like receptor刺激だけではIL-10を産生せず、PMAとionomycinによる刺激が必要であった。脾臓のB細胞では、過去の報告のようにCD1dの発現が高いCD1d^<hi>CD5^+B細胞がIL-10を産生するが、IL-10の産生はCD9やCD38の発現とも相関する可能性があることが判明した。IL-10産生細胞が全てCD1dの発現が高い訳ではなく、現在IL-10産生細胞に特異的な分子を検索中である。一方、マウスの腹腔内に存在するB1-B細胞では、CD1dの発現とIL-10の産生には相関がなかった。また、B1-B細胞は刺激早期にIL-10を産生し、CpGにより48時間in viroで培養してCD86の発現が低下した細胞では、ほとんどIL-10を産生しなかった。その他の表面分子の発現も解析したが、今のところマウスの脾臓CD1d^<hi>CD5^+B細胞と腹腔内B1-B細胞との明かな相関を見いだせない。そのため、マイクロアレイによるmRNAの解析もまだ行っていない。IL-10を産生するB細胞は、ヒトの末梢血中にも存在することが判明した。しかし、CD1dは発現しておらずCD5も陰性であった。マウスのCD1d^<hi>CD5^+B細胞やB1-B細胞との異同を検討中である。また、自己抗体産生により水疱を形成する自己免疫性水疱症患者の末梢血中にもIL-10産生B細胞の存在が確認できたため、健常人との頻度・機能の差異を検討中である。マウスの脾臓のB細胞は、過去の報告のようにCD1dの発現が高いCD1d^<hi>CD5^+B細胞がIL-10を産生した。IL-10産生細胞に特異的に発現しているその他の表面分子を搜したところ、CD9とB7-DCがIL-10を産生しない細胞では登現していたいのに対して、IL-10を産生する細胞では発現する細胞と発現しない細胞がみられた。これらの分子の発現と抑制性機能の関係については現在検討甲である。しかし、IL-10産生細胞特異的な分子はまだ見つかっていない。腹腔内に存在するB1-B細胞は、PMA+ionomysinの刺激だけでも数時間の刺激でかなりの比率でIL-10を産生する。脾臓細胞ではLPSで先に48時間刺激するとIL-10産生細胞が増加するという報告があるが、腹腔内B1-B細胞はTLR刺激(CpG)で48時間先に刺激すると、むしろIL-10産生細胞は減少した。また、CD1dの発現とIL-10の産生にも相関がなく、マウスの脾臓CD1d^<hi>CD5^+B細胞と腹腔内B1-B細胞は、IL-10産生に関してはかなり違う性質を示すことが分かった。ヒトの末梢血中のB細胞は、マウスと同様の刺激ではIL-10を産生しないが、BrefeldinA存在下にPMA+ionomysinで20から24時間刺激すると、細胞内染色でIL-10産生細胞を同定できた。自己免疫性水疱症患者、皮膚筋炎患者と健常人で末梢血中のIL-10産生B細胞の比率を比較したが、優意な差は認めなかった。治療に伴うIL-10産生B細胞の変化に関しては、現在検討中である。また、まだ2例(天疱瘡1例、血管炎1例)のみしか検討できていないが、大量γ-グロブリン投与による治療の前後では、この検出方法ではIL-10産生B細胞に優意な差は認めなかった。マウス脾臓中のCD1d^<hi>CD5^+B細胞は、PMA+ionomycinでin vitroで4-5時間刺激すればかなりの比率でIL-10を産生することが分かっている。しかし、ヒト末梢血中のB細胞はマウスと同様の刺激方法ではほとんどIL-10を産生しない。そこで、ヒト末梢血中B細胞のin vitroでのIL-

10産生を細胞内染色で検出できる条件を検討した。CpGで48時間刺激後にBrefeldin A存在下にPMA、ionomycinで5時間刺激する方法や、初めからBrefeldin A存在下にPMA、ionomycinおよびCpGで5時間刺激する方法でIL-10産生B細胞分画を同定できると最近の論文では報告されているが、今回の検討では、CpGを併用しなくてもPMA+ionomycinで20時間刺激(最後の4-5時間のみBrefeldin Aを使用)で十分にIL-10産生細胞が検出できることが判明した。また、IL-10産生B細胞はCD5陽性であるとする報告があるが、今回の健常人での検討ではCD5陰性の集団が主であった。グロブリン大量療法がヒトIL-10産生B細胞に与える影響を検討した。成人川崎病では治療の前後でIL-10産生B細胞分画に変化はみられず、天疱瘡患者でもほとんどの症例では治療の前後で変化はみられなかった。しかし、グロブリン大量療法で長期寛解が得られた天疱瘡患者においてのみ、治療後にIL-10産生B細胞分画の増加を認めた。そのため、天疱瘡患者に対するグロブリン大量療法の作用に、IL-10産生B細胞が重要な役割を果たしていると考えられる。
抹茶特有の風味が生じるためには、なぜ碾茶を熟成保存する必要があるのか

抹茶は、5月に製造された新茶(碾茶)を半年以上低温下で熟成保存させ、それを茶臼で微細紛にしたものである。保存しない新茶(碾茶)を用いて製造した抹茶は、抹茶特有の香り、こく味などの風味に欠け、泡立ち性も劣ることが製茶業者では知られている。この研究は、「抹茶特有の風味が生じるためには、なぜ碾茶を熟成保存する必要があるのか」について明らかにすることを主目的とし、以下の結果が得られた。抹茶の官能評価では、碾茶を含気包装で6ヶ月間保存して調製した抹茶は、保存しない碾茶から調製した抹茶より、うま味・甘味があり、渋味・苦味が抑えられ、まろやか感があると判断された。また、窒素充填包装保存よりも含気包装保存の方が、抹茶らしい風味があると判断された。渋味・苦味成分であるカテキン類の抹茶溶出液中の量は、保存期間が長くなるにつれて僅かに減少した。苦味成分のカフェイン、うま味・甘味成分の遊離アミノ酸、甘味成分の遊離糖の各溶出量は保存期間中ほぼ一定であった。抹茶の泡立ち性は含気保存6ヶ月の抹茶が最も泡立ち性が良く、次いで窒素充填保存6ヶ月の抹茶、保存0ヶ月の抹茶の順であった。以上の結果より、碾茶を保存した抹茶の方が抹茶らしい風味であって、総合的においしいと評価が得られたのは、泡立ち性の向上がその一因であると推察した。碾茶を5°C、6ヶ月間保存しても、抹茶中の総ビタミンC及びアスコルビン酸の残存率は80%以上で高かった。クロロフィル及びクロロフィル誘導体含量、クロロフィラーゼ活性も変化がなかた。以上のことから、抹茶の風味生成のための碾茶保存条件では、茶葉の品質は劣化しないことが確認された。また、カテキン類、カフェイン、ペクチンは茶葉採取時期による抹茶の風味の違いに大きく寄与していないことが認められた。抹茶は,5月の新茶(碾茶)を約半年間位,冷暗所に熟成保存した後,粉末化した方が抹茶らしい風味が増すが,その理由は明かではない.そこで本年度は,碾茶保存による抹茶溶出成分中の各種呈味成分量の変化を明らかにし,それらの成分が抹茶の風味にどのように影響しているかを検討した.さらに抹茶らしい風味の生成(熟成)に酸素が必要かどうかについても検討した.製造直後(5月)の碾茶を含気包装と窒素充填包装条件の下で,10°C,6ヶ月間熟成保存させ,1ヶ月毎に碾茶を採取し,茶臼にて抹茶とした.各熟成期間の抹茶試料を用いて抹茶溶出液(85°C)を調製した。碾茶保存による茶葉の劣化度の指標として,ビタミンCとクロロフィル含量を測定したところ,ビタミンCは熟成期間中多少減少し,クロロフィル含量は変化がなかった.従って,碾茶保存により茶葉の劣化は生じていないことが認められた.抹茶の官能評価では,碾茶を含気包装で6ヶ月間保存して調製した抹茶の方が保存しない碾茶から調製した抹茶より,うま味・あま味があり,渋味・苦味が抑えられ,まろやか感があるという評価が得られた.また,碾茶を6ヶ月間保存した場合,窒素充填保存した抹茶と比べ,含気保存した方が抹茶らしい風味があると判断された.

抹茶の渋味・苦味成分であるカテキン類の溶出量は,含気保存,窒素充填保存ともに保存期間が長くなるにつれて僅かに減少した.苦味成分のカフェインとうま味・あま味成分である遊離アミノ酸・テアニンの溶出量は包装条件に関係なく一定であった.あま味成分の遊離糖の溶出量は,窒素充填包装では一定であったが,含気保存では多少減少した.以上の官能評価結果と溶出液中の各種呈味成分量とは必ずしも対応しないことから,含気保存による抹茶の風味の生成には他の要因があることが認められた.抹茶は5月に製造された新茶(碾茶)を約半年間ほど冷暗所にて熟成保存させた後、粉末化した方が抹茶らしい風味が増すが、その理由については明らかではない。抹茶は一般に泡茶と言われているように、気泡度が高く、泡の安定なものほど、外観、口あたりも良く美味と感じる。そこで、本年度は碾茶熟成による抹茶泡立ち性への影響について検討した。碾茶を25°Cと10°Cの2条件下、各々含気包装と窒素充填包装で06ヶ月間暗所で保存した。酸化反応の指標となるビタミンCは、窒素充填保存より含気保存の方が保存期間が長くなるにつれてより減少した。また、両保存条件共に10°Cよりも25°Cの方がビタミンCは減少した。抹茶泡立ち性は、6ヶ月含気保存した碾茶から調製した抹茶が最も泡立ちが良く、次いで6ヶ月窒素充填保存による抹茶、保存していない碾茶からの抹茶の順であった。両保存条件ともに碾茶保存温度による差はなかった。抹茶溶出液の粘度、溶出液中のべクチン量は6ヶ月間一定であった。界面活性を示すサポニンの溶出量は、保存期間が長くなるにつれて、また窒素充填保存よりも含気保存の方が増加した。さらに、ペクチンとサポニンの溶出量が各々異なる2種類の抹茶の泡立ち性は、ペクチン溶出量の多い抹茶よりもサポニン溶出量の多い抹茶の方が泡立ち性が良かった。以上の結果より、碾茶の保存による抹茶泡立ち性の向上に大きく関与している成分はサポニンであると推察した。更に、碾茶を酸素存在下で保存することによりサポニンが溶出されやすくなり、その溶出量増加の結果として抹茶泡立ち性が向上し、泡沫が抹茶にまったりしたまろやか感を与えると推察した。碾茶の熟成保存による茶葉の品質劣化程度と、茶葉採取時期の異なる碾茶の熟成による風味成分の相違について検討した。(1)茶葉中のビタミンC、クロロフィル及びクロロフィラーゼ活性の安定性碾茶を5°C、6ヶ月間保存しても、抹茶中の総ビタミンC及びアスコルビン酸含量の残存率は80%以上で高かった。抹茶の表面色、クロロフィル及びクロロフィル誘導体含量も変化がなく安定であることか認められた。クロロフィラーゼ活性は低下しなかったが、クロロフィルが安定であったことから、水分含量の少ない碾茶ではクロロフィラーゼは作用しないと推察した。以上のことから、抹茶の風味生成のための碾茶保存条件では、茶葉の品質は劣化しないことが確認された。(2)茶葉採取時期の比較茶葉採取時期の異なる(初期、中期、末期)碾茶の熟成保存による抹茶溶出液中の各種成分量(カテキン類、カフェイン、ペクチン、サポニン)及び抹茶総泡容積を測定した。カテキン類・カフェインの溶出量は、茶葉採取時期及びそれらの碾茶保存により大きな差はなく、また、抹茶にまろやかさを与える要因の一つである可溶性ペクチン量は風味が良好な初期の抹茶で多くなかったことから、カテキン類、カフェイン、ペクチンは茶葉採取時期による抹茶の風味の違いに大きく寄与していないことが認められた。抹茶泡立ち性に寄与するサポニン量は初期の抹茶において保存中増加したが、総泡容積の増加程度は各茶葉採取時期間で差がなかった。
酸化物ナノシート 1 枚の新規誘電特性の探索

本研究では酸化物ナノシート1枚の誘電率評価を試みた。その結果、ナノシート1枚の比誘電率は出発の層状体よりも高い可能性があるデータは得られた。しかしながら、酸化物ナノシート1枚を誘電体層とする容量素子を再現性よく作製することや評価することが難しく、メカニズムを考察するために必要な十分なデータを究期間内で得ることはできなかった。明らかになった課題としては、プローブ針と上部電極との高い接触抵抗を低減させる必要があることが示された。薄膜高誘電体材料の開発は消費電力を極限まで抑え、効率的な電気デバイスの作製に不可欠であるが、従来の高誘電体材料は、薄膜化に伴ってサイズ効果やデッドレイヤー効果による比誘電率の減少を引き起こしてしまう。最近、層状化合物の剥離から得られる二次元ナノ結晶(ナノシート)を用いた積層膜は、このようなサイズ効果が発現せず、また単結晶であるために約10nmの厚さでも高い比誘電率を保つことが報告されている。しかし、ナノシート1枚の比誘電率は評価されておらず、本研究では酸化チタンナノシートやCa2Nb3O10ナノシート1枚の誘電率評価を試みた。その結果、酸化チタンナノシート1枚の比誘電率を求めると、出発の層状物質の比誘電率よりも数倍大きくなる結果が得られた。通常、誘電体の誘電率は、膜厚が10nm以下になると減少するという報告あるため、これらの結果が正しいならば、この現象は誘電体に関する新しい正のナノサイズ効果となる。そこで本研究ではこれらの現象が真実であるかの確認と発現メカニズムについて調査した。測定システムとしては、原子間力顕微鏡の導電性カンチレバーを電極プローブとした、真空中等でも評価できるシステムを構築した。ナノシート1枚の比誘電率は出発の層状体よりも高い可能性があるデータは得られたが、酸化物ナノシート1枚を誘電体層とする容量素子を再現性よく作製することや評価することが装置の性能上難しく、メカニズムを考察するために必要な十分なデータを本研究期間内で得ることはできなかった。その他、ナノシートのリーク電流に関して、表面の吸着水によって表面抵抗が大きく変化することが明らかとなった。そのため、信頼性のあるデータを取得するためには、測定環境の湿度も精密に制御する必要があることが示された。厚さ1nm以下の酸化チタンナノシートを二枚の電極で挟んでキャパシタを作製し、その容量測定の結果から酸化チタンナノシート1枚の比誘電率を求めると、出発の層状物質の比誘電率よりも数倍大きくなる結果が事前実験で得られた。通常、誘電体の誘電率は、膜厚が10ナノメートル以下になると減少するという報告あるため、これらの結果が正しいならば、この現象は誘電体に関する新しい正のナノサイズ効果となる。本研究ではこれらの現象が真実であるかの確認と発現メカニズムについて調査することを目的としている。今年度は酸化チタンナノシート1層を誘電体層とするナノシートキャパシタの作成と、そのキャパシタの評価システムの構築を目的として研究を実施した。酸化チタンナノシートは、フラックス法によって作製した単結晶層状酸化チタンを剥離することによって作製した。このナノシートを平滑な単結晶グラファイト電極上に単層で堆積させた後、直径が数ミクロン程度の上部電極を堆積させることによって、目的のナノシートキャパシタ構造を作製した。キャパシタ評価システムとしては、原子間力顕微鏡で上部電極を探して、導電性のカンチレバーをプローブとして、誘電特性を評価するシステムの構築を目指した。このようにして作製したナノシートキャパシタと評価システムを用いて、誘電特性を評価したところ、事前実験で得られたような誘電特性が得られ、上記のような正のサイズ効果が存在する可能性が示された。また、この研究を通して、明らかになった課題としては、再現性・信頼性のある誘電特性を得るためには、プローブ針と上部電極との高い接触抵抗を低減させる必要があることが示された。今後は、さらに測定システムを改良し、測定の信頼性及び、再現性を向上させ、この異常な誘電特性の発現メカニズムについて明らかにしていく予定である。現状では測定の再現性に少し課題があるが、今年度の目標であった酸化チタンナノシートキャパシタの作製とナノ薄膜誘電率測定システムの構築は達成できたため、研究としての達成度はおおむね順調に進展していると考える。24年度はペロブスカイト構造をもつナノシート1枚(厚み約1.5nm)の誘電率測定を実施し、ナノシート構造と誘電率の関係を明らかにする予定である。測定の再現性については、素子作製プロセスと測定システムの両方から向上を試みる予定である。また、誘電率の増大が起こる機構に関して、誘電体膜厚を1nm以下していくと、誘電体内の金属イオンと酸素イオンがバルク空間にくらべて変位しやくするためと考えている。

そのため、ラマンなどの分光法による界面の結合状態の解析と表面原子の変位モデルを第一原理計算により検証し妥当なメカニズムを提案する。また、これらのメカニズムから新しい蓄電デバイスの素子構造の提案を目指す。赤外分光光度計の高感度反射測定ユニット及び、実験消耗品購入のために物品費として2000千円、旅費として300千円、その他経費として100千円(直接費合計:2400千円)の使用を予定している。
ショウジョウバエ視覚中枢を用いた脳の層構造形成機構の解明

ショウジョウバエ視覚中枢のメダラ神経節の発生過程を制御する分子機構を解析し、転写因子Drfの発現によって規定される神経細胞は約60種存在するメダラ神経細胞のうち9種の神経細胞を構成すること、高次の神経節であるロビュラの第1層および第4層特異的に投射すること、ロビュラに至る投射は幼虫期においてすでに見られることがわかった。また、神経細胞の種類と細胞体の位置には強い相関があることがわかった。脳の機能は遺伝情報によってプログラムされた発生過程を経て形成した神経回路およびその集積からなる層構造によって実現する。ショウジョウバエ視覚中枢のメダラ神経節は幼虫期において4種の転写因子の発現によって同心円状に区画化されており、それぞれの転写因子の発現によって区別される神経細胞が変態の過程で大幅に移動し、成虫においては全く異なる配置を示す。メダラ神経細胞は最終的にメダラ皮質と呼ばれる層構造を形成することから、メダラは脳の層構造形成機構を理解する上での優れたモデルと成りうる。メダラ神経節の発生を一貫して解析するため、平成19年度は4種の転写因子をコードする各遺伝子に対するGal4ノックイン系統の作製を試みた。今回採用したEnds-out法と呼ばれる方法では予想以上に効率が悪かったため、信頼性の高いノックイン系統を作出することができなかったが、一部の遺伝子に関しては発現を正確に再現するGal4系統を得ることができた。また、メダラの発生において重要な役割を果たす新たな因子を網羅的なin situハイブリダイゼーションおよび抗体染色によって探索し、その結果幼虫期メダラ神経細胞の一部(例えば背側特異的もしくは腹側特異的)で発現する分泌性因子および転写因子を見出した。このことから、メダラは同心円方向だけでなく、背腹軸方向にも区画化されており、これらの組み合わせによって多様な神経細胞が生み出される可能性が示唆された。ショウジョウバエ視覚中枢のメダラ神経節は幼虫期において保存された4種の転写因子の発現によって同心円状に区画化される。これらの転写因子によって規定される個々の神経細胞の移動パターン・投射パターンを明らかにするため、相同組み換え・エンハンサートラップなどの方法を駆使してそれぞれの遺伝子の発現を再現するGal4系統の作製を試みた。Ga14の標的配列であるUAS下流でGFPを発現させ、モザイク解析を組み合わせることによって個々の神経細胞の形態を調べたところ、4種の転写因子のうちDrfを発現するメダラ神経細胞については(1)少なくとも約60種存在するメダラ神経細胞のうち、9種の神経細胞を構成すること、(2)細胞体の位置がバラバラであっても、高次の神経節であるロビュラの第1層および第4層特異的に投射すること、(3)ロビュラに至る投射は幼虫期においてすでに見られることがわかった。また、4種の転写因子のうちHthを発現するメダラ神経細胞はほとんどの場合ロビュラには投射せず、メダラ神経節内の特定の層に投射していること、さらにこのような投射パターンの傾向は幼虫期においてもほぼ同様に見られることがわかった。DrfおよびHth陽性メダラ神経細胞は幼虫期において最終的な標的の近くまで投射した後、蛹期に細胞体の位置を大幅に変化させると考えられる。この細胞移動に重要な意味があるならば、細胞体の移動パターンと神経細胞の種類・転写因子発現の間には何らかの相関関係があるはずである。実際、成虫においてDrf陽性神経細胞のうちあるサブタイプについては細胞体が必ず脳の最も外側の領域に位置し、他のサブタイプについては脳のより内側というように、神経細胞の種類と細胞体の位置には強い相関があることがわかった。
分化誘導能を持つ糖転移酵素遺伝子の作用解析

本研究者等は、以前、神経芽腫瘍細胞(Neuro2a)にGD3合成酵素cDNAを導入したところ細胞は、増殖を停止し神経突起を伸展し、コリン作動性ニューロンの方向に分化することを明らかにした。この現象をさらに解析し、本研究期間において以下の結果を得た。分化過程のいくつかの段階の細胞群を用いて、Differential display法により、この過程で新たに発現してくるRNAの検出ならびにクローニングを行った。その結果、10種の異なるcDNA断片(GDAP-1-10)を得、そのORFのクローニングとその解析を行ってきた。その結果、1) GDAP-群はマウスの発生過程でE16-P7の時期に神経系に特異的にいずれも発現していた。また、P19細胞を神経系に分化させたときもGDAP-群の発現が同様に見られた。2)マウス、ヒトのcDNAライブラリーからGDAP-1のORFを含むクローンを幾つか得た。いずれも358アミノ酸からなり94%の相同性をもち、マウスとヒトとの間で高度に保存されたアミノ酸配列を持つタンパク質であることが明らかになった。現在のところデータベースに登録されておらず、新規タンパク質である。C-、N-末端側それぞれにMyc,FLAGをそれぞれ融合させNeuro2aに発現させると、N-末端側が細胞質、C-末端側がERに存在していた。アミノ酸配列を見ると、C-末端側近傍に一回膜貫通領域と推定される配列が見られる。また、細胞質領域に核移行シグナルに似た配列があることがあきらかになった。さらに、Two-hybrid systemを用いて、細胞質領域のGDAP-1と相互作用をするタンパク質を検索し、幾つかの候補を得たのでその同定・解析をも開始した。今後、これらGDAP-群の機能解析やTwo-hybrid systemなどにより、この細胞増殖抑制機構を解明して行く予定である。以前、本研究者等は、神経芽腫瘍細胞(Neuro2aのサブクローン)にGD3合成酵素のcDNAを導入したところ細胞はGD3とb-系列ガングリオシドを発現するようになり、増殖を停止し神経突起を伸展し、コリン作動性ニューロンの方向に分化することを明らかにした。この現象をさらに解析し、本年度は、以下の結果を得た。1.人為的発現制御系を用いてGD3合成酵素遺伝子発現系による分化過程の解析:テトラサイクリン応答系を組み込むことにより、GD3合成酵素遺伝子発現から神経突起伸展が誘導されるまで二週間に渡る経時的な解析が再現性良く行えることが明らかとなった。テトラサイクリン処理後8時間後にはGD3合成酵素mRNAの発現が見られ、以後ほぼ定常的にその発現が見られた。合成されてくるガングリオシドを分析した結果、まずGD3の発現がみられ、以後次第によりシアル酸を多く持つb-系列ガングリオシドの発現が見られた。この間に、細胞の増殖は次第に抑制され、アセチルコリンエステラーゼの発現が観察されるようになった。2.他の糖鎖遺伝子に分化誘導を引き起こす遺伝子があるか否かの検討:分化誘導がGD3合成酵素遺伝子にのみ見られる現象なのか否かを検討を開始した。α1,2-フコース転移酵素遺伝子をNeuro2a細胞に導入発現させると、GD3合成酵素遺伝子による分化とは異なった方向に分化させる能力が発現してくることが明らかになった。

分化過程のいくつかの段階の細胞群を用いて、Differential display法により、この過程で新たに発現してくるRNAの検出ならびにクローニングを行った。その結果、10種の異なるcDNA断片(GDAP-1-10)を得、そのORFのクローニングとその解析を行ってきた。その結果、GDAP-1のORFのクローニングと解析が進んだ。マウス、ヒトのcDNAライブラリーからORFを含むクローンを幾つか得た。いずれも358アミノ酸からなり94%の相同性をもち、マウスとヒトとの間で高度に保存されたアミノ酸配列を持つタンパク質であることが明らかになった。現在のところデータベースに登録されておらず、新規タンパク質である。C-.N-末端側それぞれにMyc,FLAGを融合させNeuro2aに発現させると、N-末端側が細胞質、C-末端側がERに存在していた。アミノ酸配列を見ると、C-末端側近傍に一回膜貫通領域と推定される配列が見られる。また、細胞質領域に核移行シグナルに似た配列があることがあきらかになった。さらに、Two-hybrid systemを用いて、細胞質領域のGDAP-1と相互作用をするタンパク質を検索し、幾つかの候補を得たのでその同定・解析をも開始した今後、これらGDAP-群の解析やTwo-hybrid systemなどにより、この細胞増殖抑制機構を解明して行く予定である。
トポロジカル分子添加による高分子の絡み合い制御およびその結晶化挙動への影響

ポリエチレングリコール(PEG)を対象とし、線状PEGに少量の環状、星型PEGを添加した際に生じる結晶化挙動の変化について検討した。ある程度分子量の高い環状、星型PEGは線状PEGと相溶し結晶系や結晶ラメラ構造に影響を与えることはなかった。一方、結晶化挙動(結晶核生成および球晶成長)は大きく影響を受けた。結晶核生成は環状、星型添加により促進された。これは、分子運動が活発な末端の減少に起因すると思われる。一方、球晶成長速度は、特定の分子量を有する環状分子を添加したときに著しく低下した。これは、環状分子による絡み合い密度増加のためであると推察した。対象分子としてポリエチレングリコール(PEG)を選択し、その線状および星型高分子において結晶化挙動の基礎的データ収集を行った。さらに、線状PEGに星型PEGをブレンドした試料において、結晶化挙動(結晶(球晶)成長速度および結晶核生成速度)の測定を行った。線状PEGと比較して、星型PEGの球晶成長速度は遅く、核生成速度は速かった。線状PEGと星型PEGのブレンド系においては、結晶核生成速度は星型PEG分率に比例して速くなる傾向が見られた。球晶成長速度は、星型PEGブレンドに伴い低下した。これらの結果は、分子末端の拘束による高分子鎖の運動性と関連すると考えられる。本研究の進捗を妨げる可能性がある最大の要因は、試料の調達である。現在までの所、研究目的を達するに十分な量の試料が入手出来ており、研究の進展に支障は生じていない。また、測定機器等も現有のもので足りており問題はない。前年度から引き続き、線状、星型、環状ポリエチレングリコール(PEG)の結晶化挙動の観察を行った。今年度は特に環状高分子の検討に力点をおいた。分子量約200から約4000にわたる環状および星型PEGを線状PEGにブレンドしてその結晶化挙動を検討した。添加環状PEGの分子量が低い場合には、線状PEGは環状PEGを結晶ラメラ外へ排除しながら結晶化したのに対し、比較的高分子量の環状PEGは線状PEGと共に結晶化した。環状・星型PEGは添加による結晶化速度(球晶成長速度)の変化を観察した。偏光顕微鏡観察より求めた球晶成長速度は、星型および環状PEGの添加により低下する傾向にあったが、特に環状分子添加系においてその低下傾向は顕著であった。アレニウス型プロットにより見かけの活性化エネルギーの評価を行ったところ、分子量2000の環状分子を添加した系において、特異的にみかけの結晶成長活性化エネルギーが大きくなることが分かった。これは線状分子が環状分子に入り込むことによって絡み合いが増加し分子拡散が妨げられることにより、結晶構造の形成が妨げられたためであると考えられる。またこの傾きの異常は高温においてより顕著であり、からみ合い効果が結晶加速度の遅い高温側でより顕著であることが示された。環状分子添加が結晶化速度に影響を与える条件が、分子の絡み合いが解ける時間と関係するのかもしれない。球晶生成数にも大きな添加効果が見られた。これは環状分子、星型分子においては、自由な末端が拘束され分子運動が抑制されていること、および分岐点周辺の分子密度の増大が生じやすいことによると考えられる。順調に進展している。資料の調達は、精密合成を専門とする民間ベンチャー企業との共同研究を行うことにより不自由なく行えている。また、構造解析に必要な放射光施設のビームタイムも問題なく確保出来ている。分子量の異なる環状ポリエチレングリコール(PEG)、腕鎖数の異なる星型PEG、およびその線状高分子との混合物の結晶化挙動とレオロジー特性、および結晶高次構造を評価した。分子量の制御された環状高分子の大量合成は非常に困難であるが、共同研究先の企業の協力により実現出来、本年度はレオロジー特性の評価も可能となった。いずれの試料においても、結晶構造の変化は無かった。また、結晶高次構造(長周期)は結晶化温度のみに依存し、添加した環状・星型PEGは線状PEGとともに結晶化していることが示唆された。結晶核生成(球晶生成)は、環状および星型高分子において高くなったが、環状と星型の比較において明確な差は見られなかった。ただし、星型高分子においては、腕差の数(ジャンクション部分の鎖密度)が高いほど、結晶核生成速度は高くなった。星型、環状高分子を添加すると球晶成長速度は著しく低下した。特に、環状高分子添加物においてその傾向は顕著であった。また、球晶成長速度は添加する環状物の分子量に大きく依存した。分子量約2000以上の環状PEGを添加した系では、球晶成長速度の低下が非常に顕著となった。添加環状PEGの分子量を更に高くすると、環状効果は見られなくなると考えられる。つまり、球晶成長速度を最も抑制する分子量が存在するはずである。今回の研究においては、その最適値について考察するには至らなかった。PEGの絡み合い点間分子量は、約2000であった。環状物添加効果が現れはじめる分子量と関係があるのかもしれない。

これは、分子運動が活発な末端の減少に起因すると思われる。一方、球晶成長速度は、特定の分子量を有する環状分子を添加したときに著しく低下した。これは、環状分子による絡み合い密度増加のためであると推察した。平成27年度の研究において、高分子鎖の末端の拘束が結晶化挙動(核形成速度、成長速度)に大きく影響することが分かった。この結果に基づき、以下の方針で今後の研究を行う。分子量の異なる星型・線状高分子を用い、末端拘束の効果を定量的に検討する。また、幾つかの分子量の環状ポリエチレングリコールにおいて、その結晶化挙動を調査する。研究状況の進捗によっては、線状/環状ブレンド系についても検討する。その結果を踏まえ、微細な核形成による高分子材料の外観の違いにも注目する。そのため、反射分光計の導入を検討するかもしれない。前年度の研究において、添加する環状PEGの分子量が結晶化速度(球晶成長速度)に重要な影響を与えることが示唆された。これは、環状高分子添加による高分子の絡み合い状態が変化している可能性を示しており、今後より詳細に検討したい。また、線状、環状、星型という分子の「かたち」は球晶成長速度のみならず結晶核の発生速度にも大きく影響することがわかってきた。これは、分子の末端の有無や分枝点近辺での分子密度や分枝運動性によるものと思われる。この効果は、各種分枝高分子や固体表面近傍における結晶化の促進・抑制とも深く関係するものと思われるので、より詳細な検討を加えたい。高分子物性・高分子構造概ね計画どおりに支出しているが、重要な試料は共同研究先から提供されたため、測定試料準備費が想定以下だった。星型高分子試料調達の費用に充当する予定である。
ニューマチックストラクチャの宇宙における形態制御に関する研究

本研究は、宇宙分野でのニューマチック構造の応用について考え、概念設計を行うことを主目的とした。具体的な宇宙分野での応用に関して、地球から最も近く有効な資源が豊富にある月での人類の長期にわたっての居住が可能な構造物を考えた。月面環境での制約条件から、概念設計例として、月面の表土であるレゴリスで覆われた半球形の二重膜構造物を示し、構造物の利点を整理した。ニューマチック構造の支配方程式については、等張力膜面とそれを支配する非線型微分方程式とその線形近似としてのポアソン方程式について述べた。さらに、微分幾何学からのアプローチ、近似方程式を用いた厳密解と有限要素法の定式化ならびに数値計算を行った。また、実際の膜構造は等張力膜面ではないという観点から、膜構造に関する仮想仕事の原理についてまとめた。宇宙分野での居住空間としてのニューマチック構造に求められる条件、仮想仕事の原理に基づいたRitz法による数値解析、地球外惑星でのニューマチック構造に関する概念設計について述べた。特に、モデルと実際の構造物との間に成立する相似則を新たに定式化した。また、相似則の確認のための基礎実験を行い、その結果、相似則はほぼ確認された。ニューマチック構造物の形態制御については、内部圧力を制御することが重要あると考えられる。内部圧力は膜面に対して均一に作用するので、部分的な形態制御のためには、部分的に膜厚を変化させることが考えられる。部分的な膜厚の変化は場合によっては局部的に大きな膜応力を生じさせることになり、構造上不利である。しかしながら、第3編で述べたようなSoilを膜面にかぶせることによってある程度形態の制御(静的な意味での)が可能であると結論づけることができる。1)ニューマチックストラクチャの形態を把握するために必要な微分方程式の検討を行い、2)地球外惑星上でニューマチックストラクチャの実現のための検討を行った。具体的には次のようである。1)微分方程式については、従来から等張力膜面を記述する微分幾何学に基づく微分方程式の導出について検討を行い、その近似方程式であるポアソン方程式の数値解析ならびにその結果である膜構造形態の可視化を行った。同時に、一般的なニューマチックストラクチャは等張力膜面構造ではないことから、力学的な考察からの形態記述方程式の導出の検討が必要であることもわかった。さらに、変分原理を用いた力学的解析から、ある相似側を導いた。この相似側によれば、一般的なニューマチックストラクチャの縮小モデルによる形態生成実験が可能であることがわかった。2)地球外惑星上でのニューマチックストラクチャの実現については、その可能性が充分である事がわかった。前提条件として、現在利用可能な膜材料を用いることを想定し、構造内で宇宙服を用いず生活可能な最低限の気圧を実現することである。また、宇宙空間特有の大きな温度差に対しても考慮した。その結果、地下埋設型の二重膜構造が適しているという結論を得た。惑星表面設置型の構造の場合、上記条件を満足するために必要な厚さは約1mにおよび非実現的であるが、地下埋設型であれば、埋設深度にもよるが、現在の技術で制作可能な膜厚さの範囲内で充分構造として成立し、惑星表面の温度変化の影響もほとんどないことがわかった。さらに、上記1)の相似側から、地球外惑星での埋設型構造物の地球上での縮小モデル実験が可能であることがわかった。1)ニューマチックストラクチャの形態を把握するために必要な微分方程式の検討を行い、2)微分方程式を基礎にした数値シミュレーションとモデル実験のための相似則を導出し、3)埋設実験の準備としての基礎実験を行った。

1)一般的なニューマチックストラクチャは等張力膜面構造ではないことから、力学的な考察からの形態記述方程式の導出を行った。形態記述方程式は、非線型微分方程式の形で記述される。この微分方程式は、解析的に解けないので、微分方程式から変分原理を用いて有限要素法による定式化を行った。2)1)で得られた有限要素法による定式化に基づいて、具体的な数値シミュレーションを実行した。また、力学的解析から、相似則を導いた。この相似則によれば、一般的なニューマチックストラクチャの縮小モデルによる形態生成実験が可能であることがわかった。さらに、膜材料のヤング率などの物性値同定にも利用可能である。なお、種々の膜構造の形態について相似則の導出を行い、ほぼ同じ形にまとめることができることがわかった。3)上記1),2)に基づき、縮小モデル実験のための基礎実験として、ゴム膜を用いた予備実験と本格的実験のための装置の検討を行った。予備実験の結果、膜構造の形態については、本研究で行った有限要素法による計算結果と傾向的によく一致した結果が得られた。また、相似則もほぼ正しいことを検証した。なお、実験においては、あくまでも予備実験であり、測定系に多くの誤差を含んでいるので、改善の余地がある。次年度以降検討する。1)ニューマチックストラクチャの形態を把握するために必要な微分方程式の検討を行い、2)微分方程式を基礎にした数値シミュレーションとモデル実験のための相似則を導出し、3)埋設実験の準備としての基礎実験を行った。具体的には次のようである。1)形態記述方程式は非線型微分方程式の形で記述される。さらに、薄板理論を拡張して、下に述べる実験結果を整理できる形の方程式を導いた。2)上で得られた有限要素法定式化に基づいて、具体的な数値シミュレーションを実行した。また、実験系と整合の取れる形の方程式に基づくシミュレーションも行った。予備実験の結果、膜構造の形態については、実測値と新しい微分方程式に基づく数値計算結果は傾向的によく一致した結果が得られた。しかし、実験系はあくまでも予備実験なので、測定系において十分な精度が得られないため、確認は不十分である。測定系に多くの誤差を含んでいるので、改善の余地がある。なお、本研究の一部を学会において講演している。
慢性膵炎の病態に関する研究ーー膵外分泌機能不全ラットの新しい実験モデルの作成

慢性膵炎は反復性・持続性の膵の炎症によって膵実質の脱落と線維化を来す進行性、不可逆性の疾患である。本症の治療において最も重要な課題は膵炎の再燃・進展の予防と高度に障害された膵機能の回復である。こうした研究に用いられる慢性膵炎のラット実験モデルとしては、エチオニン膵炎など代謝性のものが多く、ヒトの慢性膵炎に近い実験モデルの作成が望まれていた。本研究では、膵外分泌機能不全ラットの新しい実験モデルを作成すると共に、慢性膵炎の病態、特にセクレチンやコレシストニン(CCK)の分泌動態を検討した。膵外分泌機能不全ラットの新しい実験モデルは外科的な膵管の完全結紮によったが、実験モデルとして、より生理的に、また長期生存を可能にするためにはラットでは非常に困難なbiliary by-passの造設が問題であった。われわれはこのbiliary by-passを実体顕微鏡を用いたmicrosurgeryによりcholedocho-duodenostomyとして作ることに成功した。この新しい実験モデルでは膵実質の萎縮は術後約1ヵ月で完成した。膵外分泌機能不全ラットでは空腹時血中セクレチンおよびCCKは対照群に比して意に上昇した。また、合成トリプシン阻害剤の十二指腸内投与では血中セクレチンおよびCCKは対照群に比して著明に上昇し、この上昇は両者とも空腹時の値より高値を示した。これまで合成トリプシン阻害剤の経口投与によって起こる膵外分泌の亢進はトリプシンによる膵外分泌のnegative feedback機構から説明されてきた。しかし、この結果から、膵外分泌機能不全ラットでは腸管内にトリプシンが存在しないにもかかわらず、合成トリプシン阻害剤の十二指腸内投与によって血中セクレチンおよびCCKの上昇が認められた。従って、合成トリプシン阻害剤は膵外分泌のnegative feedback機構を介することなく、直接的にセクレチンおよびCCKの分泌を刺激することを明らかにした。