hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
テスラ級超強磁場高応答キッカーシステムの開発と省電力高効率粒子線入出射法の実現

テスラ級キッカーシステムに関して、電磁石原型機を製作し、性能評価試験を実施した。その結果、目標以上の1.3T/0.9μsを達成した。実際の高エネルギー粒子との相互作用を確認するべく、高エネルギー加速器にインストールし、100 MeV陽子の軌道制御を試みた。その結果、想定通りの軌道変位が確認でき、原理実証完了と判断した。磁石構造を変え、飽和条件と非飽和条件での比較も行い、飽和条件での早い立ち上がりと、フラットトップの形成も確認できた。これらを基盤とした広範囲な応用の検討も行い、高エネルギー粒子科学だけでなく、育種や、医学利用への展開も拓けたため、それぞれ新たに研究をスタートさせる予定である。本年度は計画4か年の最初の年度であり、準備期間の位置付けであります。安価提供を期待していた磁性体製造業者が関連製品の供給停止を発表したため、研究計画全体を見直しております。大きな変更なく、当初目標を達成できる見込みであります。応用研究として、本研究での開発技術を含めた新たな加速器を考案し、理論研究における成果を学会で発表しました。この新たな加速器は、本研究課題の磁場発生技術と35 MV/mの加速性能を備えた高周波加速空洞を組み合わせる事で可能となったもので、円形加速器において加速に要する時間の短縮、及び、Mpps級高繰り返しビーム出力化を可能とするものであり、ミューオン等の単寿命粒子の加速にも適したものとなっております。本年度は計画4か年の2年度目にあたり、研究計画全体の準備期間の後半の位置付けになっております。前年度に発生しました磁性体安価供給メーカーの該当品供給終了に伴う研究計画の見直しに関して、大電流強磁場励磁実験を研究分担者の励磁電源及び実験施設をお借りし、電磁石はKEKで共同利用が終了したものをお借りすることで補うこととなりました。また、当初予定では、「進捗によりビーム実験を開始する」としておりましたが、ビーム実験のために設置する機器の製造に関して早めることができなかったため、次年度に実施することになりました。本年度は計画4か年の3年度目であり、いくつかの成果が出始めております。下記4項目が主たる研究課題細目です。(1)に関しては、1.3T/0.9μsの検証を終了しました。磁性体特性の高応答特性を検証するべく、70kA励磁試験を実施し、μsオーダーでの磁性体の飽和とfast recoveryを確認致しました。(2)に関しては、実験計画初案を作成し、いくつかの準備が必要であることが判明し、現状加速器性能の確認作業に取りかかりました。残念ながら、加速器の重故障が発生しビーム試験が延期となりました。(3)に関しては、セプタムフリー入出法の提示と検証を行い、有為な省電力化が見込める事を確認致しました。(4)に関しては、高エネルギー応用への展開が拓け、様々な情報が集まりつつあります。ビーム試験の遅れが生じておりますが、研究分担者の研究計画時点以上のご尽力を戴き、研究全体としての遅れはかなり回復したと考えております。===<自己評価・細目>===(1)テスラ級キッカーシステムの原理実証機の設計・製作・性能評価試験:A[*評価基準: D:設計完了;C:実証機製作;B:性能評価試験; A:最適化検討;S:副産的効果];;(2)テスラ級キッカーシステムのビーム制御試験:C[*評価基準: D:ビーム実験計画策定;C:事前ビーム性能確認;B:現地励磁試験;A:ビーム制御試験; S:副産的効果];;(3)テスラ級キッカーシステムによる高エネルギー粒子制御機器の省電力化:A[*評価基準: D:高エネルギー粒子線制御情報収集;C:個別省電力化検討;B:個別適応評価試験;A:制御全体省電力化検討;S:副産的効果] ;;(4)本技術の応用研究: S[*評価基準: D:応用可能分野情報収集;C:応用法策定;B:応用試験;A:公開討論等による応用展開促進; S:副産的効果];;<**>全項目に対してEは進捗なし。一昨年度に発生しました磁性体安価供給メーカーの該当品供給終了に関する問題への対応検討のため、かなりの日数を要しました。当該年度は、各研究分担者の尽力により、細部の再検討等を行った結果、各種評価試験が実施可能となり、昨年度までの遅れを回復できたと考えております。前身の基盤研究(C)において、磁性体の非線形特性を利用する事で従来技法の3倍の磁場を約半分の立ち上がり時間で、且つ、寸法比1/10のコンパクトな電磁石で達成した。これに関する学術論文が査読者から高い評価を受け専門学術誌に掲載された。基本原理は特許4543182号として公開され、多くの副産的成果も挙げることができた。この技術を展開し3台バンプ軌道制御法と波形重畳法を適用する事で従来技法の10倍となる1テスラ級出力の可能性も拓ける。今日まで必須とされてきた大電力セプタム装置の負担軽減や粒子線入出射機器全体の省電力・省スペース化も期待できる。

本研究課題ではテスラ級超強磁場高応答キッカー電磁石システムの開発を目的とし、これによる入出射効率改善及び加速器性能向上を目指す実働加速器でのビーム制御試験、また、本技術及び副産的技術による多分野への応用展開の検討を実施する。今日まで必須とされてきた大電力セプタム装置の負担軽減や粒子線入出射機器全体の省電力・省スペース化も期待できる。本研究課題では、(i)テスラ級超強磁場高応答キッカー電磁石システムの開発を目的とし、(ii)これによる入出射効率改善及び加速器性能向上を目指す実働加速器でのビーム制御試験、(iii)入出射全体での省電力化への指針の構築、また、(iv)本技術及び副産的技術による多分野への応用展開検討を実施する。前年度までに、(i)、(iii)、(iv)に関して完了した。当該年度にそれらの成果をまとめ、その一部を専門学術誌の特集号に投稿し、5編全てが掲載された。なお、(ii)に関しては、予定していたビーム供給源が重故障を起こし約1年停止したため、本来本年度で研究終了となる予定であったが、科研費の研究期間延長制度を適用させて戴き、次年度に実施する。下記1点を除き殆どの研究課題細目に関しては、予定通り、完了した。ビーム実験を予定していたが、ビーム生成を予定していた粒子線加速器が長期的(1年弱)重故障を起こした。そのため、本研究課題のビーム実験も相応に遅れる結果となった。本年度は、研究目標細目の一つである、ビーム制御試行実験を主として研究を行って来た。高エネルギー粒子源としては、京都大学・原子炉実験所のFFAG加速器から供給される100 MeV陽子線を用いた。本研究課題で試作した最大約0.5 Tのパルス電磁石システムを用いて100 MeV陽子線の軌道制御を試み、想定通りの重心軌道変位を確認した。なお、100 MeV陽子線の軌道変位の確認は、蛍光スクリーンを用いて行った。100 MeV陽子線とパルス電磁石励磁タイミングを徐々にずらし、相互作用の様子も観測した。その結果、100 MeV陽子線の重心軌道の変位は、パルス電磁石の磁場波形とほぼ一致した。また、パルス電磁石の通常励磁(磁性体ヨーク非飽和)と、飽和条件の2つのケースで実験を試みた。飽和条件時に、100 MeV陽子線の重心軌道の固定と、長く安定したフラットトップの形成を確認した。これは、磁性体飽和による効果と判断できる。これをもって研究細目:ビーム制御試験の成功とみなす。前身の基盤研究(C)(一般)21540310では工学的検証に終始していたが、本研究課題のこの成果により、実際にその有用性を検証できた。この結果をもとに、更なる性能向上の検討と、広い分野への応用の検討も行った。その一部である医学利用への応用に関して道が拓けつつあり、小規模サンプル試験を行った。その結果、研究価値があると判断し、別途改めて研究計画を立案し展開していくこととなった。本研究課題は本年度をもって終了するが、副次的成果も多く、様々な分野に展開していく予定である。他方、ここでは非線形現象の一部を取り上げて研究を進めて来た。有効な非線形現象は他にも多くあり、この観点からも広く展開していきたい。テスラ級キッカーシステムに関して、電磁石原型機を製作し、性能評価試験を実施した。その結果、目標以上の1.3T/0.9μsを達成した。
ハイブリッドパターンによるナノ粒子集積構造の形成と化学センサーへの応用

幾何学形状と化学状態をパターニングした基板上では、液体に対して選択的な濡れを実現できる。このパターン基板を微粒子懸濁液から引き上げることで、mm四方に領域に・mオーダーの粒子集積構造(列)を選択的形成させることが可能となった。この技術を応用して酸化錫粒子のラインアンドスペース状微細構造を基板上に作製し、同構造にエタノール気化ガスが吸着すると酸化錫粒子列の抵抗値が減少するため、ガスセンサーとして機能することが確認された。フォトリソグラフィとエッチングプロセスにより幅50150μm,深さ1μm以下の微細溝配列をSiウェハ上に作製し,この基板に対してコンタクトプリントでオクタデシルトリクロロシラン(OTS)の自己組織化単分子膜を凸部上に転写した,これにより,微細溝内部を親水性に保ったまま,その周囲の凸部をOTSで疎水化したハイブリッドパターンが形成可能となった.このハイブリッドパターンの濡れ性はコンタクトプリント条件に依存しており,特にOTSの転写元であるPDMS押し付け時間によってOTS分子の転写密度が変わるため,その水接触角をある程度制御可能である,微粒子整列の選択性を向上させるためには,凸部を一定以上に疎水化することが必要だが,過剰な押し付け時間は微細溝内部へのOTS転写を引き起こして全体的に疎水化してしまうため,ハイブリッドパターンの効果が得られなくなる.今回の基板では,凸部の水接触角が70°程度になる条件が,後述する微粒子整列に最も適切であった.このパターン基板をポリスチレン粒子(粒径1μm)の懸濁液に浸漬させ,所定の条件で引き上げることで微細溝内部に選択的に粒子を自己整列させることが可能となった.この粒子列は自己集合にしたがった六方最密充填であるが,その整列方位は幾何学的な拘束によって一様となる.そのため,整列方位が異なる粒子列(ドメイン)の境界で発生する線欠陥を抑止することができた.また,凸部の疎水化が懸濁液の濡れ広がりに十分な選択性を与えることがCCD顕微鏡によるその場観察で確認でき,このことが上記の選択的かつ高充填な微粒子整列を可能にしたと言える.これらのことは,従来の化学的パターン(親水/疎水パターン)あるいは幾何学的パターンのみを施した基板への微粒子整列と比較して,ハイブリッドパターンが選択性や欠陥密度の点で優位性を持ち,結果として自己整列技術による高精度な微細構造作製が実現できることを示唆している.前年度明らかにしたハイブリッドパターン基板への微粒子整列条件を利用し、酸化錫および酸化亜鉛(粒子直径数10nm)懸濁液のライン&スペース状構造を作製し、ガスセンサーへの応用を検討した。酸化錫などの金属酸化物は、酸素の脱着によって電子空乏層(電位障壁)の厚さが変化するため、センサー素子として利用可能である。はじめに酸化錫の整列条件を調査したところ、一定濃度以上の粒子懸濁液を用いることで、安定した整列構造が得られることが明らかとなった.粒子列を挟む形で金電極を設けてプローブを接触させ、LCRメーターを用いた4探針法により構造の抵抗特性を調査した。室温(23°C)ではGΩオーダーの高い抵抗値を示すが、温度の上昇にともなって抵抗値が急激に減少し、半導体中の電子が価電子帯から伝導帯に励起され電荷の担体の数が増加する傾向が確認できた。そこで光整列幅179μm、平均粒子膜厚1.17μmの粒子構造をパターン基板上に作製し、温度270°Cにおけるガスセンサーの基本特性を調査した。サンプルガスとして1vol.%に調整したエタノール気化ガスを準備し、真空チャンバー内に基板を設置した後にエタノールガスを導入し、ガス導入前後における粒子間抵抗変化を測定した。エタノール曝露前に7.8MΩであった抵抗値は、曝露後に6.2MΩまで減少した。すなわち、粒子整列構造をガスセンサーとして利用できることを検証できた。以上から、ハイブリッドパターン基板上での酸化錫粒子の整列条件を明らかにし、次いで同構造がエタノールを対象としたガスセンサーに応用可能であることを実証した。
コンクリート構造物における炭酸ガス固定化効果の基礎的検討

国内では,コンクリートおよびコンクリート構造物における環境配慮を促進するために,コンクリート材料の開発とコンクリートの運用システムの改善を推進し,環境負荷低減効果を具体的に示すことが求められている。本研究では,コンクリート構造物における炭酸ガス固定化効果の基礎的検討として,各種セメントを用いたコンクリート材料における炭酸化現象を実験的に捉え,環境負荷低減に資する技術的仕組みを示すとともに,骨材の需給バランスが不安定になり,局所的に同一種類の骨材を使用せざるを得ない状況も生じることを踏まえ,その状況に対応するコンクリートをファミリー型のコンクリートとし,その基礎的物性についても同様に評価を行う。そして,最後に,コンクリート材料の運用システムで環境負荷を生じやすい輸送段階に着眼し,材料供給地と消費地までの輸送距離と,輸送量ならびに二酸化炭素排出量による環境負荷評価を輸送手段の区別を踏まえて行い,環境負荷低減に資するシステム運用上の課題について整理をおこなう。本年度は,予定した研究計画に合わせたかたちで大きく2つの検討を行った。1つ目は,コンクリート構造物における炭酸ガス固定効果を説明する上での必要条件となる,コンクリート構造物の施工段階における輸送時環境負荷を,関東首都圏をモデルとして骨材重量と移動距離にの積で換算されるトンキロ値と二酸化炭素ガス排出量により算出した。これはコンクリート構造物のライフサイクル全体で排出される二酸化炭素総排出量の輸送時排出量に関係づけられる基礎的知見となり得る。2つ目は,コンクリートによる炭酸ガス固定効果に関わる物性面に関わる基礎的知見を得るために,調合条件(W/C=0.45,0.5,0.65,0.8)を変えたモルタル試験体を作成し,促進中性化試験(温度20度,60度,相対湿度60%)を想定最大暴露材齢60年分を目処にモルタル試料を炭酸化させ,一定の材齢ごとの自由水量,結合水量を測定するとともに,割裂引張強さ,圧縮強さならびに水銀圧入式ポロシメータによる微細構造を測定し,炭酸化による微細構造の変化を予備的に評価をした。また打設後40年ほどを経過した実構造物からのコアコンクリートを採取し,示差熱熱重量測定器により水酸化カルシウム量および炭酸カルシウム量の組成重量差を評価し,炭酸化による固定化効果を評価する上での基礎的知見を得た。本年度の検討により,下に示す成果が得られた。1)首都圏において施工された一定量の鉄筋コンクリート造建築物を対象に導出した施工段階における輸送時環境負荷データ(骨材重量と移動距離の積で換算されるトンキロ値と輸送による燃焼燃焼に伴い排出されるCO_2排出量)を精査するとともに,石灰石骨材コンクリート化の普及と再資源化の拡大に伴う炭酸ガス排出量の削減効果ならびに輸送負荷の季節間変動の影響に関する検討に着手し,年間を通じての環境負荷量の算定に関する基礎的知見を得た。2)各種セメント(N, M, FB, BB)を用いたセメント系材料を製造し,一定期間存置した後に複数の粒度に破砕・分級した上で,破砕時の粒度構成,破砕時の乾湿状態ならびにセメントの化学組成等が炭酸ガス固定量に及ぼす影響について実験を行った。3)炭酸ガスが固定化された再生微粉末をはじめ,その比較対象として各種微粉末を原材料に用い,ペースト,モルタルおよびコンクリートを製造し,その基礎的物性(フレッシュ性状,力学特性,耐久性)を評価するための試験体を作成した。本年度の検討により,以下に示す成果が得られた。1)首都圏において施工された鉄骨造および鉄筋コンクリート造建築物を対象とした施工段階における輸送時環境負荷を,前年度の成果(コンクリート用骨材量と移動距離の積で換算されるトンキロ値と輸送による燃焼燃焼に伴い排出されるCO_2排出量による評価)を利用して,主要な構成材料に関する輸送時環境負荷量を算定し,構造種別の違いによる影響を評価し,都市建築ストック量全体における総負荷量を出すための基礎的知見を得た。2)各種モルタル(N,M,FB,BBセメントを使用)を十分に養生した後に,同試料を粉砕し,再生骨材製造時の微粒分になった条件を想定した材料特性を把握した後に,これらが新モルタルの混和材として再利用する際,十分に炭酸化し,二酸化炭素を固定化させることで,二酸化炭素が十分に固定化されていない微粒分よりも,モルタルの乾燥収縮量が抑制されることが確かめられた。3)カーボンニュートラル材料としての建築資材の位置づけを整理した上で,海洋生物殻廃棄物で二酸化炭素固定化時期が,人間の寿命尺度と比較して十分に小さいものを抽出し,細骨材として利用したところ,骨材粒形に起因する破壊特性が向上する特性が見出された。

同時に,850度を越す一定の熱環境下に暴露させた場合においても,材料組織が二酸化炭素を分解させず,細骨材の成分として保持されやすい傾向にあったため,カーボンニュートラル建材としての位置づけを得やすい材料であることが確かめられた。
レーザー励起螢光法による超高感度分析のための誘導体化試薬の設計・開発

カルボン酸の螢光誘導体化試薬AE-OTf[2-(アントラセン-2,3-ジカルボキシイミド)エチルトリフルオロメタンスルホネート]を基に、螢光励起波長をレーザー光源の発振波長に合わせる為の螢光発色基の設計・合成を行った。AE-OTfの螢光発色基である2-(アントラセン-2、3-ジカルボキシイミド)エチル(AE)基の励起極大波長(298nm)を長波長側にシフトさせる為にアントラセン環上にメチレンジオキシ基、ジメチルアミノ基、アセチルアミノ基の導入を検討した。メチレンジオキシ基の導入は、4,5-メチレンジオキシ-ベンジルアルコールを出発原料とし、6工程で6,7-メチレンジオキシアントラセン-2,3-ジカルボアルデヒドを合成し、これから更に3工程で2-(6,7-メチレンジオキシアントラセン-2,3-ジカルボキシイミド)エタノールを合成した。この化合物の螢光励起波長は325nmでヘリウム-カドミウムレーザーの発振波長に一致し、レーザー励起螢光法への応用が期待できた。一方、ジメチルアミノ基、及びアセチルアミノ基は、AE-OHを原料とし、水酸基をアセチル化後無水酢酸中硝酸によりアントラセン環の9位をニトロ化した。これをパラジウム触媒により接触水素添加することによりアミノ基への変換を行ったが、アミノ化物は得られなかった。そこで、直接接触水素添加の際に同時にアミノ基をアセチル化或いはジメチルアミノ化するため、無水酢酸或いはホルムアルデヒドを加え反応を行った。その結果、目的化合物をそれぞれ合成することができた。これら化合物の励起極大波長は310nm付近でエキシマレーザー(XeCl)の発振波長(308nm)に近かった。今回合成した3種の化合物ともレーザー光源の発振波長に励起波長が近く、その分析への応用が大いに期待できた。
DPP-4阻害薬による急性腎障害後線維化軽減効果の検討

Dipeptidyl peptidase-4(DPP-4)阻害薬は糖尿病治療薬として臨床で使用されている薬剤だが、最近AKIおよびCKD動物実験モデルに対して腎保護効果が報告されている。しかしながら、DPP4阻害薬がAKI後CKD/線維化に与える影響については今までに報告がない。そこで、AKI後線維化に対するDPP-4阻害薬の効果を検証した。まず、AKI後CKD/線維化を起こすモデルの作成を行った。安定してAKIを誘発できる酢酸ウラニウムにて回復期の線維化の評価を行ったところ、投与2週間から2ヶ月までは線維化を残すものの、線維化は徐々に退縮し6ヶ月までに消失することがわかった。次に、AKI後CKD/線維化を生じると報告されているアリストロキア酸を用いて、AKI後CKDモデルを確立した。確立したアリストロキア酸腎症モデルに対して、複数のDPP-4阻害薬を投与したが、今回実施できた投与量では明らかな急性期および慢性期の腎保護効果は得られなかった。次にシスプラチン腎症に対するDPP-4阻害薬の効果を検証したところ、あるDPP-4阻害薬はシスプラチン腎症の急性期腎障害を軽減し、障害ピークでのアポトーシスの減少を認めた。また、AKIを軽減することで投与14日目の腎機能障害を軽減し、投与14日目の線維化および尿細管障害マーカーのKidney Injury Molecule-1(KIM-1)の発現を減少させた。腎障害出現後のDPP4阻害薬投与は腎機能障害のピークを軽減することはできなかったが、腎機能障害の回復を早め、投与14日目のアポトーシス細胞、線維化、KIM-1発現を減少させた。以上のことからDPP-4阻害薬はシスプラチン腎症に対するAKIおよびその後の線維化を軽減する可能性が示唆された。
シリカ直接電解還元と液体合金カソードを用いた高生産性太陽電池用シリコン製造法

1.溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明平成29年度までの研究により、溶融CaCl2中における液体Znカソード上でSiO2の電解還元においては、「直接電解還元」と「電解生成したCa-Zn合金による間接還元」の二つのメカニズムが存在することが明らかになっていた。また、トータルとして還元速度を向上させるためには、その両者が進行する0.6 V (vs. Ca2+/Ca)付近の電位が有望であることも明らかになっていた。以上を踏まえ、平成30年度は、より効率的な電極構造として、アルミナ製タンマン管中にSiO2棒を複数束ねたものを浸漬した形状の電極を使用した。これにより、三相界面の増大による直接電解還元速度の向上およびCa-Zn合金による間接還元速度の向上が達成された。今後は、生成するSi中のCa不純物濃度を考慮した最適電解条件を探索する必要がある。2.液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化前年度に引き続き、種々の条件で液体Zn-Si合金からのSi析出実験を行った。平成30年度は、種結晶として多結晶Si棒を使用して、析出Siを効率的に回収することを検討した。まず、金属級Siを原料として1123 KでSi飽和の液体Si-Zn合金を準備した。その中に多結晶Si棒を浸漬させて、773 Kまで降温し、固体Siを析出させた。その結果、多結晶Si棒付近に多数のSi結晶の析出が確認されたが、エピタキシャル成長ではないためにZnの巻込みが多かった。今後は、単結晶Si板などを使用してエピタキシャル成長や面方位により成長形態・速度の違いを検討する必要がある。「1.溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明」については、これまでよりも効率的な電極構造を開発した。また、「2.液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化」については、種結晶を用いることで、目的とする場所にSiを析出可能であることを確認した。1.溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明H30年度までの研究により、溶融CaCl2中における液体Znカソード上でのSiO2の電解還元においては、「直接電解還元」と「電解生成したCa-Zn合金による間接還元」の二つのメカニズムが存在すること、還元速度を向上させるためには0.6 V (vs. Ca2+/Ca)付近の電位が有望であることが明らかになった。また、より効率的な電極構造としてSiO2棒を複数束ねたものを浸漬した形状が有効であることが分かった。本年度は、還元速度とCa不純物混入のトレードオフ関係を調べ、最適な電解条件(電位、電流密度)を見出す。特にCa-Zn合金中のCa活量を熱力学計算および実験の両面から求め、Si中へのCa不純物混入のメカニズムとその防止策を検討する。2.液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化H30年度までの研究により、液体Zn-Si合金からのSi析出の際に、降温速度が小さいほど得られるSi粒が大きくなり、Si粒が大きいほど不純物が少ないことが明らかとなった。また、種結晶として多結晶Si棒を用いると、その上にSiが優先的に析出することも分かった。ただし、析出物中にZnの巻込みが多いことが課題であった。以上を踏まえ、本年度は、種結晶として単結晶Si板を用い、エピタキシャル成長させることでZn巻込みの大幅な低減を図る。具体的には、(100)面と(111)面の単結晶Si板を種結晶として、液体Zn-Si合金からSiを析出させる。試料を電子顕微鏡やX線回折などで分析することでエピタキシャル成長を確認し、ICP-AESで分析することでZn不純物量を明らかにする。さらに、より実用的なSi回収法として、基板となる種結晶付近をガス冷却することを検討する。以上より、連続的かつ効率的な回収法の提案を目指す。1.溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明まず、メカニズム解明のための実験手法の確立を行った。実験目的によって、大・中・小の液体Zn電極を使い分けた。電極(小)は、反応の電位依存性の検討など電気化学的挙動解析に最適であることが明らかとなった。次に、反応界面の分析のために電極(中)を作製した。この電極は、「溶融塩/液体Zn/固体SiO2」三相界面の再現性に優れており、反応界面の特定も容易である。実際に電解還元を行った結果、電解時間に応じて、反応界面が内部へ進行する様子が観察された。電極(大)は、大容量での還元実験に用いた。電解後に、サンプルを水洗・切断した後、反応界面部分をSEM/EDXを用いて分析した。その結果、反応界面付近へのSi析出を確認した。さらに、Zn全体を酸溶解させた後のSiについて、形態をSEM観察した。得られたSiについては、フッ酸および硝酸の混合液で溶解させた後ICP-AESにより分析し、不純物濃度を明らかにした。2.液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化グラファイトるつぼ中に高純度Znを装荷し、上部を溶融CaCl2でカバーした。中央のカーボン管を使用して、金属級Si(純度99%、不純物濃度既知)を投下した。

完全に液体合金化した後に、種々の降温パターンでSiを析出させた。その後、断面観察を行った後、Znを酸溶解させ、得られたSiの形態・組成をSEM/EDXで、不純物量をICP-AESで分析した。原料Si、原料Zn、生成Si、および実験後Zn中における各種不純物元素濃度を分析することで、不純物除去率を算出した。その結果、主な金属元素は予想通り大きく減少すること、既存の手法では除去が困難なBやCも大きく減少することが明らかとなった。さらに、理論的には減少しないと予想されたOも減少することが明らかとなった。「1.溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明」については、平成28年度の目標である「実験手法の確立」が達成できた。また、「2.液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化」についても、実験手法が確立しており、今後の研究の進展が期待できる。1.溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明平成29年度は、前年までに確立したメカニズム解明のための実験手法を活用して、溶融CaCl2中における液体Znカソード上でSiO2の電解還元においては、「直接電解還元」と「電解生成したCa-Zn合金による間接還元」の二つのメカニズムが存在することを明らかにした。具体的には、1.0 V (vs. Ca2+/Ca)では液体Zn電極上での直接電解還元が、0.6 Vではそれに加えてCa-Zn合金による間接還元が進行する。トータルとして還元速度を向上させるためには、その両者が進行する0.6 Vが有望であることが分かった。ただし、卑な電位だとCa-Zn合金中のCa活量が大きくなり、生成するSi中のCa不純物濃度も増大するため、トータルの還元速度とCa不純物濃度を考慮した最適電解条件を探索する必要がある。2.液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化前年度に引き続き、種々の条件で液体Zn-Si合金からのSi析出実験を行った。まず、金属級Siを原料として1123 Kで作製した液体Si-Zn合金を773 Kまで降温し、固体Siを析出させた。10 K/hの降温速度で得られた粒径2 mm以上のSi粒子中の不純物濃度分析から、析出による不純物除去率はAlとCaで99 %以上、FeとTiは95 %以上、Bは88 %であった。ここでは、析出の際の降温速度が小さいほど得られるSi粒が大きくなり、Si粒が大きいほど不純物が少ないことが明らかとなった。低純度の金属級Siを原料に用いたにも関わらず、金属元素の含有濃度は、精製工程の原料Siに求められるレベルを満たしており、電解生成したSi-Zn合金を用いることでさらに高純度なSiが得られると期待できる。「1.溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明」については、「直接電解還元」と「電解生成したCa-Zn合金による間接還元」の二つのメカニズムが存在することを明らかにした。また、「2.液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化」については、析出Siの粒径を増大させるための基礎データが取得でき、より大きな粒径のシリコンの純度が高いことも確認した。1.溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明
「言語活動」を生かし「ＰＩＳＡ型言語力」を育てるための教育方法に関する臨床的研究

OECDの生徒の学習到達度調査(PISA)の背景にある学力観のうちで、特に「言語力」に関わる要素について解明を行った。主体的判断力、批判的思考力、創造的発想力などにつながる「言語力」の解明である。それを国語科、社会科など複数の教科教育にどう生かせるかを検討した。また、そういった学力を子どもたちに育てていくために「学び合い」を生かした「言語活動」の指導のあり方を追究した。PISA「読解力」問題及び全国学力・学習状況調査「国語B」問題を分析・検討し、前提となる言語学力観を解明していった。前者についてはOECDの「キー・コンピテンシー」の検討を行った。その中のどの要素が「読解力」と深く関わるのかについて検討した。後者については文部科学省・都道府県の関係文書の検討を行った。また、全国学力・学習状況調査「B問題」で好結果を出している県の質問紙を分析・検討し、どういった要因がその結果と関係しているかを解明していった。特に「思考を深める発問・指導」「話し合い(学び合い)」「児童・生徒の発言の確保」等の要因が深く関わっている可能性があることが見えてきた。「学び合い」を重視した「言語活動」を展開しながらPISA型「読解力」の育成をめざしていると考えられる実践事例を収集し分析・検討を行った。秋田県の事例を重視した。そこには秋田大学教育文化学部附属小中学校も含まれている。それに加え、茨城県、千葉県、東京都等の実践事例についても収集を行い分析・検討を行った。その結果、いくつかの課題はあるものの、PISA型「読解力」の育成に有効と思われる「言語活動」を生かした授業実践が広く生まれつつあることを確認した。韓国を訪問し、学び合いを重視していると思われる国語や算数の実践事例を収集し分析・検討した。また、韓国の教師および大学教員と研究交流を行った。その際に韓国のPISA「読解力」についての考え方、それに関わる教育方法、授業研究方法等について意見を聴取した。また、フィンランドから教員養成大学の教員を招き、フィンランドの教育理念、教育制度、教育内容等について研究交流を行った。特にどういう点がPISA学力向上に関わっているかを考察した。本研究の目的は、「PISA型言語力」の解明(教科内容の解明)と、それを有効に子どもに身につけさせる教育方法についての解明を行うことである。26年度は、25年度に行った「PISA型言語力」についての系統試案の作成をさらに進めた。特に国語の説明的文章分野と物語・小説分野に関わる試案を作成し検討を行った。それは『国語力をつける物語・小説の「読み」の授業』(阿部昇著、2015、明治図書)などで発表した。また、「言語活動」の中でも、特に学び合いや学習集団を重視した教育方法について検討を行った。子ども相互の学び合いを生かす秋田県の「探究型授業」や全国各地の「問題解決型授業」さらには海外の授業実践も検討しながら、新しい教育方法の解明を進めた。26年度は、「PISA読解力」に関わる教科内容と教育方法を重視していると思われる授業実践事例の収集につとめた。国内では、広島県、高知県、秋田県はじめ全国各地の小中学校を訪問し「PISA型言語力」に繋がると思われる「国語」「数学」等の授業事例を収集した。特に秋田県については、秋田県検証改善委員会委員長として多くの小中学校を訪問し、事前研究の取り組みも含め情報収集を行った。また、秋田大学教育文化学部附属小学校・附属中学校の事例も多く収集した。海外では、フィンランド、大韓民国、中華人民共和国を訪問し、「PISA型言語力」に繋がると思われる「母国語と文学」「国語」「数学」等の授業事例を収集した。それらの事例については、現在分析中である。学習指導要領が意識しているPISA学力の具体がより明確になってきている。また「言語活動」さらには「アクティブラーニング」といった教育方法がねらうものについても、かなり具体的な成果が生まれつつある。本研究の目的は、「PISA型言語力」の解明(教科内容の解明)と、それを有効に子どもたちに身につけさせる教育方法についての解明を行うことである。27年度26年度に行ってきた「PISA型言語力」の系統試案を整理し直した。『国語科の「言語活動」を徹底追究するー学び合い、学習集団、アクティブ・ラーニングとしての言語活動』(阿部昇他編著、2015、学文社)などで発表した。「PISA型言語力」に関わる授業を、2015年7月に行われたNIE大会・秋田大会で複数の教師に新聞を使うかたちで実践をしてもらった。そこでは「PISA型言語力」に関わる教材開発、グループ等を使った探究型授業方法、国語科と社会科のコラボ授業の試みなどを行った。それらをDVDに収録し、丁寧な検討を行った。また、秋田大学教育文化学部附属小学校、附属中学校、秋田県東成瀬村立東成瀬小学校・中学校をはじめとする公立小中学校などで、教師とともに「PISA型言語力」に関わる複数教科の授業研究を行った。教科内容の解明、探究型教育方法の解明がかなりの程度進展した。探究型教育方法はアクティブ・ラーニングと共通する点が多い。さらに、フィンランド、大韓民国への研究視察を通じて「PISA型言語力」に深く関わると思われる授業を取材した。それを詳細に検討した結果「PISA型言語力」と探究型教育方法の親和性の高さを再確認することができた。

全国学力・学習状況調査の秋田県の結果分析を、秋田県検証改善委員会委員長として秋田県教育委員会の指導主事とともに行った。その結果、秋田の探究を重視する授業スタイルと、特に「B問題」の好結果とは相関がある可能性が高いことが明かとなってきた。それらは『秋田県・学校改善支援プラン』(秋田県検証改善委員会)で一部を公表した。今後、著作としてまとめ発表していく予定である。(2016年7月刊行予定)OECDの生徒の学習到達度調査(PISA)の背景にある学力観のうちで、特に「言語力」に関わる要素について解明を行った。主体的判断力、批判的思考力、創造的発想力などにつながる「言語力」の解明である。それを国語科、社会科など複数の教科教育にどう生かせるかを検討した。また、そういった学力を子どもたちに育てていくために「学び合い」を生かした「言語活動」の指導のあり方を追究した。26年度は、25年度までに行った「PISA言語力」の系統試案の作成をさらに進めること、「言語活動」でも特に学び合いや学習集団を生かした実践事例を収集し分析・検討を行うこと、それに基づきPISA型言語力」を育てるための教育方法の提案を行うことをめざした。(1)「PISA言語力」の系統試案の作成については順調に進み、複数の著作・論文でそれを発表した。(阿部昇『国語力をつける物語・小説の「読み」の授業ーPISA読解力を超えるあたらしい授業の提案』2015、明治図書など)(2)「言語活動」でも特に学び合いを生かした実践事例を収集し分析・検討を行うことについては、国内では広島県、秋田県はじめとする全国各地で収集を行うことができた。秋田県では多くの公立小中学校および秋田大学教育文化学部附属小学校・附属中学校での収集ができた。特に事前研究・事後研究を含む取材を行った。海外では、フィンランド、大韓民国、中華人民共和国で収集を行うことができた。各国の小中学校の「母国語と文学」「国語」「中文」、「数学」などの授業である。それらの分析・検討はかなり進んでいる。これからもその分析・検討は進めていく。(3)「PISA型言語力」を育てるための教育方法の提案については、上記(2)の分析・検討の中で進んできた。これについても複数の著作・論文で発表している。(阿部昇編著『授業で子どもに必ず身につけさせたい「国語の力」』(2014、学文社など)国語科教育25年度・26年度の研究に基づいて「PISA型言語力」を育てるための授業を、さらに全国の小中高の教師に実践してもらい、それらの有効性を臨床的に検証する。また、研究を総括し、学会、研究誌等に発表をする。(1)小中高の教員による研究授業実施ー26年度までに構築した「PISA型言語力」に関わる教科内容案・教育方法案にもとづいて、教材選定→指導過程→授業素案までを構築する。授業素案では、グループを使う際のー1グループの人数、2グループ編成の仕方、3司会への指導、4どういう課題が適切か、5話し合いの時間、6グループへの助言のあり方、7グループと全体の話し合いの関係性ーなどに留意する。そして、全国の小中高の教員に研究授業をしてもらう。
食中毒の暴露時点の推定に関する研究

本研究では、まず、潜伏期間に対数正規分布を仮定した場合の曝露時点の簡単でかつ精度の良い最尤推定量を提案した。この推定問題は3パラメータ対数正規分布の最尤推定量の問題として古くからの推定困難性が知られていたが、プロファイル尤度法により、簡単な直線深索法で推定できることを示した。さらに、本研究では最尤推定量は存在しないというSmith(1963)の証明は数学的には正しくても統計学的には誤りであり、データの精度内での範囲でlocalではあるが最尤推定量が存在し、しかも、統計学的にはこの推定量が有効であることを示した。また、信頼区間も直線索法で描いたプロファイル尤度関数から簡単に求めることができることも提案した。次に、潜伏期間に対数正規分布等の確率分布が仮定できない(適合しない)場合の方法として、過去の事件の発症時間分布から抽出された特性値から曝露時点を推定する回帰モデルを検討した。すなわち、曝露時点が既知の過去の食中毒事件録(厚生省環境衛生食品衛生課編の全国食中毒事件録)の発症時間分布のデーターベース化をはかり、分布の代表的な特性を抽出した最適な回帰モデルを検討し、その妥当性を検討した。更に、本研究で開発された方法の普及のための簡便性を考慮して、パソコンを利用して視覚的にかつ容易に計算できるコンピュータプログラムの開発も行った。本年度は方法論の理論的検討とシミュレーションによる推定精度の検討を行った。まず、潜伏期間に従来の対数正規分布を仮定した場合の曝露時点の最尤推定量を検討する。この推定問題は3パラメータ対数正規分布の最尤推定量の問題として古くから推定の困難性が知られているが、実は極めて簡単な方法で推定できることを示した。すなわち、原点(暴露時点)をαとする対数正規分布を仮定したモデルでのαの関数である対数尤度関数を最大にする最尤推定値αを直線探索法(line search)で求める方法である。Smith(1963)はglobalな最尤推定量は存在しない(imadmissible)ことを証明した。しかし、本研究ではSmithの証明は数学的には正しくても統計学的には誤りであり、データの精度内での範囲でlocalではあるが最尤推定量が存在し、しかも、統計学的にはこの推定量が有効であることを示した。また、信頼区間も直線探索法で描いたプロファイル尤度関数から簡単に求めることができるこも提案した。さらに本方法の普及のための簡便性を考慮して、パソコンを利用して視覚的にかつ容易に計算できるコンピュータプログラムの開発も行った。応用事例として、平成8年度に勃発したO-157に基づく集団食中毒の事例3件に適用し、ある程度の妥当な推定値が得られた。これらの結果は日本計量生物学会で発表するとともに、応用事例を含めた結果は日本公衆衛生学会誌に掲載予定である。前年度は潜伏期間に対数正規分布等の確率分布を仮定した方法を検討したが、今年度は確率分布が仮定できない場合の方法論の検討を行った。その概要は次の通りである。1.過去10数年間にわたって厚生省環境衛生局食品衛生課編の全国食中毒事件録(今年度のO-157食中毒事件も含む)のデータを収集・データベース化した。2.潜伏期間の確率分布の適合度が良くない場合の方法として、暴露時点と原因物質がある程度確定している過去の事件録の発症日時間分布の特徴を記述する幾つかの指標を抽出した。抽出した指標を説明変数、曝露時点までの距離を表す指標を被説明変数としだ画帰モデルを検討した。3.潜伏期間に確率分布を仮定する方法と仮定しない方法の長所短所を検討し、将来の食中毒事件に対応できる方法論を検討するとともにその解析ソフトを開発した。これらの研究成果は日本公衆衛生学会(1999年秋)で発表するとともに、日本公衆衛生学推誌に論文を投稿する予定である。
好酸球分化における新規インターロイキン-5受容体の役割の解明

好酸球は気管支喘息などのアレルギー疾患の病態の進行に深く関与するエフェクター細胞である。インターロイキン-5(IL-5)は好酸球の分化・成熟に必須なサイトカインであるが、分化・成熟した後の好酸球にも作用し、同細胞を活性化したりアポトーシスを抑制したりする。これまでIL-5のターゲットとしてIL-5Rα(variants 1,4)鎖が同定され、IL-5の作用はすべてこの既知IL-5Rα鎖を介し発揮されるものと考えられていた。しかし、IL-5が好酸球に対し分化誘導作用を発揮する分子メカニズムに関しては既知IL-5Rα(variants 1,4)鎖では説明できない。本研究では新たなレセプターを探索した結果、ヒトIL-5レセプター(IL-5R)α鎖の2つの新規splicing variantsを見いだし、variant 7(AB288089)およびvariant 8(AB288090)と命名して遺伝子データベースに登録した。これまでIL-5のターゲットとしてIL-5R α(variants 1,4)鎖が同定され、IL-5の作用はすべてこの既知IL-5R α鎖を介し発揮されるものと考えられていた。しかし、IL-5が好酸球に対し分化誘導作用を発揮する分子メカニズムに関しては既知IL-5R α(variants 1,4)鎖では説明できない。IL-5はこれらvariants 7,8から成るIL-5Rに作用することで造血幹細胞の好酸球への分化・成熟に関与している可能性が強いため、これまで未解明であった造血幹細胞から好酸球への分化・成熟に新規IL-5R α鎖variants7,8が実際に関与しているのかを次年度に明らかにする。本結果は、造血幹細胞から好酸球への分化機序を解明しうる可能性を持つものであり、好酸球の分化を抑制する薬物の開発につながるという意味において社会的な意義・貢献も大きい。本研究ではヒト由来CD34陽性幹細胞を好酸球に分化させた時に発現する新たなレセプターを探索した結果、ヒトIL-5レセプター(IL-5R)α鎖の2つの新規splicing variantsを見いだし、variant 7(AB288089)およびvariant 8(AB288090)と命名して遺伝子データベースに登録した。Variants 7および8はそれぞれ978bpおよび636bpであった。また、この2つの遺伝子はヒト好酸球性白血病細胞株HL-60 clone 15細胞が成熟好酸球に分化する過程でも発現することが明らかになった。
elastic tissue engineering

現在医工学技術の開発競争は世界中で繰り広げられ、近未来の一大産業へと成熟することが期待されている。これまでに皮膚、軟骨、骨に関してはさまざまな技術が開発され、実用化への目処も立ってきた。また、様々な組織に由来する幹細胞、前駆細胞の単離技術、種々のサイトカインを用いた分化誘導技術の進歩により、体外で組織を構築し、生体に移植するというストラテジーも現実味を帯びてきた。しかしながら、一方で骨格筋、血管、心臓、神経、腸管など弾力性と強度が共に要求される軟部組織の医工学技術の開発は遅々として進まない。これら軟部組織の人工臓器の作成には弾性と組織親和性を併せ持つ新規の足場材料の開発が不可欠と考えられる。我々はエラスチンからなる伸縮性ハイドロゲルと、伸縮性の生体吸収性合成高分子からなるナノファイバー構造体の開発を行い、その物性、生物学的特性の解析を行うとともにin vitroにおいて伸展細胞培養を行い、動的組織再生に関する検討を行ってきた。その成果は(1)第20回ライフサポート学会(演題:口頭発表"再生医療支援用に開発した生体吸収性エラスチン複合材料")、(2)第53回高分子討論会(演題:動的組織培養を支援するエラスチン化ナノファイバー)、(3)第42回日本人工臓器学会大会(演題:組織工学用バイオエラストマーの開発□動的培養基材としてのエラスチンゲルシート)、などで平成16年度に報告してきている。現在これらの基礎研究の結果を踏まえて人工血管、人工靭帯の開発を手がけており、平成17年度にはin vivoでの実験を行いこれら技術の確立と臨床への展開を模索する。
性ホルモンに着目した治療抵抗性うつ病の治療法および認知症予防法の確立

認知症の予防対策が重要とされるなか、介入可能な認知症リスク因子としてうつ病が知られてきている。また一方で、性ホルモンとうつ病との関連が示唆されている。本研究は、うつ病患者に関して性ホルモン値と抑うつ症状および認知機能の関連性を解析し、うつ病患者の予後予測や治療法の開発につなげることを第1の目的とする。次に、抗うつ薬治療における治療抵抗性うつ病患者に対して、産婦人科の協力を得て性ホルモン補充療法を行い、治療抵抗性うつ病の治療可能性および認知症発症の予防可能性を明らかにすることを第2の目的とする。
Atg29の解析に基づくオートファジーの制御機構の研究

Atg29はリン酸化タンパク質であり、オートファジーが誘導される飢餓条件でAtg1キナーゼによってリン酸化される。Atg29のリン酸化はオートファジーを誘導する重要な役割を果たしていることが想定されるが、その機能は解っていない。Atg29は、他のAtgタンパクと同様、PAS(pre-autophagosomal structure)に局在することがわかっている。出芽酵母ではautophagyに類似した生合成経路(Cvt経路)が構成的に働いており、オートファジーのみならずCvt経路のためにもAtgタンパク質がPASに適切にオーガナイズされている。そのため、PASは栄養源によらないものと考えられていた。しかし、Atg29はPAS上で飢餓条件特異的にリン酸化されるため、PASそのものの状態が栄餐源に応じて変化する可能性を検討した。Cvt経路を遮断しても、オートファジーには全く影響を与えないので、Cvt経路を遮断した状態、すなわちatg11遺伝子破壊株ですべての実験を行った。その結果、オートファゴソームを作るPASは栄養源にsensitiveである(言い換えれば、オートファジーが誘導される条件でPASが形成される)ことが観察できた。細胞を栄養飢餓から解除するとPASの輝点が消失した。さらに、Cvt経路には必須ではなく、オートファジー特異的に作用するタンパク質(Atgl7,Atg29,Atg31)と、Atg1キナーゼ複合体(Atg1-Atg13)がオートファゴソームを作るPASの土台になっていることを明らかにした。これらの結果の一部は、論文としてまとめ、受理された。加えて、Atg1によるAtg29のリン酸化部位の大まかなマッピングを行いAtg29のC末端領域が特に強く、N末端も弱いながらもリン酸されることを見いだした。1.リン酸化型Atg29複合体の単離・精製Atg29はリン酸化タンパク質であり、オートファジーが誘導される飢餓条件でAtg1キナーゼによってリン酸化される。Atg29のリン酸化はオートファジーを誘導する重要な役割を果たしていることが想定されるが、まだその機能は解っていない。そこで、Atg29のおおまかなリン酸化部位を同定する実験を行ってきた。まず、大腸菌から精製したGST-Atg29標品を用いて、Atg1によるin vitroキナーゼアッセイを行った。Atg1はAtg29内のC末端半分を効率よくリン酸化したが、N末端半分も弱いながらリン酸化された。次に、細胞内のATG29のC末端欠失変異体を作成し、飢餓時におけるリン酸化の程度をSDS-PAGEによるAtg29のband shiftにより解析した。Atg29内の104-120残基内にリン酸化部位があることが解った。しかし、これらの欠損変異体でもある程度オートファジーの活性が保持されていたため、より重要なリン酸化部位はN末端領域に存在し、そのリン酸化はband shiftを誘起しない可能性が考えられた。その上、リン酸化部位が複数ある場合も想定された。そのため、現在、研究室のメンバーと共同でAtg29のin vivoラベル実験を計画している。野生株とATG1破壊株とを比較することで、上記の実験結果と併せてAtg29リン酸化の詳細とその意義を次年度までに明らかにしたい。2.ATG29と協調してオートファジーを制御する因子の探索本年度中に、新規のオートファジーに関わる遺伝子であるCis1/Atg31の同定し、その遺伝子破壊株の表現型解析を行った。これらの結果は、論文にまとめ投稿し、最近受理されたところである。さらに、Atg31は上記のAtg29、Atg17と相互作用することも明らかにした。Atg31の解析は研究室のメンバーと共同で行った。
精神的ストレスによる免疫寛容破綻とアレルギー性疾患発症機序の解明

喘息をはじめとするアレルギー性疾患の発症には、免疫寛容の破綻が重要であることが明らかとなり、我々もこれまでにマウスのアレルギー性喘息モデルを用いて検討してきた。本研究ではさらに、ストレス負荷で産生される内因性グルココルチコイドと制御性T細胞分化誘導の抑制を中心に検討し、精神的・身体的ストレスによるアレルギー性疾患の病態形成機序の解明と新しい治療法の基盤となる研究を行うことを目的とする。免疫寛容誘導喘息マウスをもちいて、喘息マウスで認められる喘息気道応答(気道過敏性の亢進、気道上皮細胞の粘液産生増加、気道への好酸球浸潤増加)は、免疫寛容の誘導により抑制されることを確認した。そして、寛容誘の誘導と同時にストレスを負荷すると、喘息気道応答は、再び増加することを明らかにした。この炎症惹起は、気管支肺胞洗浄液に含まれるインターロイキン(IL)-4、IL-5、IL-13の増加を伴い、2型ヘルパーT(Th2)細胞優位な免疫応答により引き起こされていることを明らかにした。この喘息気道応答の変化は、ストレス単独負荷群では認められなかった。これらのことから、精神的ストレスは免疫寛容の誘導を抑制して、抗原感作によるTh2優位な免疫応答を引き起こし、喘息発症を誘発させ易くすることが示唆された。さらに、免疫寛容の誘導でおこる制御性T細胞(Treg)の増加が、ストレス負荷により抑制されることが明らかになった。また、この制御性T細胞の減少は、成体マウスおよび乳児マウスにおけるストレス負荷においても惹起されることを見出した。当初目的としていた、モデルの作製をおこなうことができた。さらに現在、精神的ストレスに対する生体応答である、グルココルチコイド放出を血中濃度を測定することで確認している。現在、精神的ストレスが免疫寛容の誘導を抑制する機序に、ストレス応答性グルココルチコイド放出の関与をグルココルチコイド受容体拮抗薬を用いて検討したところ、グルココルチコイド拮抗薬の投与は、ストレスの影響を打消し、免疫寛容の誘導がおこるり、それに続き喘息気道反応が抑制されることが明らかになった。おおむね予定通り進行していると考える。ストレス負荷による抗原提示細胞の修飾と免疫寛容の成立に与える影響を検討していく。近年、喘息をはじめとするアレルギー性疾患の発症には、免疫寛容の破綻が重要であることが明らかとなり、我々もこれまでにマウスのアレルギー性喘息モデルを用いて検討してきた。本研究ではそれをさらに発展させ、ストレス負荷で産生される内因性グルココルチコイドと制御性T細胞分化誘導の抑制を中心に検討し、精神的・身体的ストレスによるアレルギー性疾患の病態解明と新しい治療法の開発を目的とする。平成29年度では、免疫寛容誘導喘息マウスを作成し、ストレスを負荷すると抗原誘発性喘息応答が惹起されること確認をした。喘息モデルは卵白アルブミン感作・吸入することにより作成した。免疫寛容は、感作前に卵白アルブミン単独を吸入させることにより誘導した。精神的ストレスは、拘束ストレスを免疫寛容誘導期に負荷した。喘息モデルマウスで認められる気道炎症(気道過敏性の亢進、気道上皮細胞の粘液産生、気道への炎症細胞の浸潤)は、免疫寛容の誘導により抑制されることを確認した。さらに、寛容誘導期のストレス負荷は、気道炎症を再び増加回復させることをを明らかにした。またこの炎症惹起は、気管支肺胞洗浄液に含まれるインターロイキン(IL)-4、IL-5、IL-13の増加と一致していた。この気道炎症の変化は、ストレス単独負荷群では認められなかった。これらのことから、精神的ストレスは免疫寛容の誘導を抑制して、抗原感作を引き起こし、喘息発症を誘発させ易くすることが示唆された。免疫寛容誘導マウスの作製およびマウスに対するストレス負荷の影響については実験データを取得でき、当初目的としていた、モデルの作製をおこなうことができた。現在、精神的ストレスが免疫寛容の誘導を抑制する機序に、ストレス応答性グルココルチコイド放出が関与するか検討を行っている。

さらに、免疫寛容の誘導でおこる制御性T細胞(Treg)の増加が、ストレス負荷により抑制されることが明らかになった。また、この制御性T細胞の減少は、成体マウスおよび乳児マウスにおけるストレス負荷においても惹起されることを見出した。当初目的としていた、モデルの作製をおこなうことができた。さらに現在、精神的ストレスに対する生体応答である、グルココルチコイド放出を血中濃度を測定することで確認している。現在、精神的ストレスが免疫寛容の誘導を抑制する機序に、ストレス応答性グルココルチコイド放出の関与をグルココルチコイド受容体拮抗薬を用いて検討したところ、グルココルチコイド拮抗薬の投与は、ストレスの影響を打消し、免疫寛容の誘導がおこるり、それに続き喘息気道反応が抑制されることが明らかになった。おおむね予定通り進行していると考える。ストレス負荷で放出されるグルココルチコイドが、免疫寛容に及ぼす影響を確かめるために免疫応答について、免疫細胞活性化、サイトカイン変動の詳細を検討していく。肺と肺の所属リンパ節気道リンパ節において免疫細胞(抗原提示細胞、T細胞)へ与える影響を調べる。ストレス負荷による抗原提示細胞の修飾と免疫寛容の成立に与える影響を検討していく。順調に実験がすすみ、予定よりも少ないマウスの匹数で結果をまとめられたために次年度予算が生じた。次年度は、当初の予定通り組織からの細胞の分離と移入、免疫細胞解析およびグルココルチコイドの影響を検討するために、細胞分離のための酵素、免疫細胞解析用抗体及びグルココルチコイド受容体阻害剤の使用を予定している。また、移入に伴い、使用するマウスの匹数も増加する予定である。実験の進捗が順調で、マウスの購入が予定よりも減ったため。