hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CD2分子を介した制御性T細胞の生存維持と機能発現に関連する遺伝子制御機構の解析

2遺伝子を欠如させたコンディショナルKOマウスの作製と解析:遺伝子組み換えキメラマウス及びCD2遺伝子組換えマウスは得られていない。現在BALB/c-C57BL/6 F1ハイブリッドES細胞を用いてCD2遺伝子組換えES細胞クローンの作出を検討している。本研究では、CD2分子の役割に着目し、制御性T細胞(Treg細胞)の生存維持あるいは機能発現維持における遺伝子制御機構を解明すると共に、Treg細胞特異的にCD2分子を欠損したマウスを作製・解析することで、免疫恒常性維持におけるCD2分子の重要性とその役割を明らかにすることを目的とした。本年度は、CD2刺激による誘導性Treg細胞でのマスター制御因子Foxp3の発現と機能発現維持と生存維持シグナルと遺伝子解析を中心に検討し、その成果をInternational Congress of Immunology 2016, Melbourneにて報告した。また並行して、CD2コンディショナルKOマウスの作製を検討と、CD2分子の糖鎖修飾などを考慮に入れたグルコサミノグリカンのTreg細胞への影響を検討した。(1)CD2を介したTreg細胞のシグナル解析と遺伝子解析:Treg細胞におけるCD2刺激は、Treg細胞の細胞生存に重要とされるBimの発現を減少させることを明らかにした。CD2刺激によるナイーブT細胞からの誘導性Treg細胞の分化誘導においては、PI3K/AktとJAK/STATが重要なシグナルであることを明らかにした。(2)CD2遺伝子コンディショナルKOマウスの作製:BALB/c-C57BL/6 F1ハイブリッドES細胞を用いて遺伝子組み換えクローンの作出を検討した。ターゲティングベクター上のNeo遺伝子を除くためのFLP遺伝子を発現するトランスジェニックマウス(EF-1-FLPマウス)の樹立とTreg細胞特異的にCre遺伝子を発現させたノックインマウス(Foxp3-Creマウス)の樹立をBALB/c系で検討した。(3)Treg細胞におけるグルコサミノグリカンの影響:グルコサミノグリカンの一種であるヘパリンがTreg細胞の分化を促進する作用があることを見出した。制御性T細胞(Treg)におけるCD2刺激の効果について検討した.CD2への単独刺激には,リガンドであるCD48の細胞外ドメインとマウスIgG-Fcとの融合タンパクを用いた.TregへのCD2刺激は, Tregのマスター制御因子Foxp3の発現を上昇させたが, TCR刺激よりもアポトーシス因子Bimの発現を低下させた.CD2刺激によるFoxp3発現上昇は, IL-2に部分的に依存し, TCR刺激との共刺激による相乗効果を認めた. TGF-β存在下のナイーブT細胞におけるCD2からのPI3K/AKTとJAK/STATシグナルにより,抑制機能を有するTregが誘導されることを見出した.当該年度の研究計画では、(1)CD2分子を介したTreg細胞の生存維持機構の遺伝子解析と(2) Treg細胞特異的にCD
皮膚線維芽細胞によるランゲルハンス細胞の機能調節

BALB/cマウス皮膚よりI-A抗原を用いたpanning法によってLCを単離し、新生児皮膚の真皮より採取した線維芽細胞と共培養し、LCの細胞表面の共刺激分子の変化をみた。結果、線維芽細胞のviabilityに結果が左右される事がわかった。そこで、死細胞より放出され、免疫系を活性化するdanger signalの影響もあると思われ、その影響をまず、検討する事とした。死んだ線維芽細胞より放出され、免疫系を活性化するdanger signalの一つとして、monosodium urate crystal(MSU)が報告されている(Nature;2003;425:516-521)。MSUはNALP3 inflmmasomeの活性化を引き起こし、樹状細胞の成熟を促すことがわかっている。そこで、LCにMSUがどのように作用するかを検証することとした。MSUの効果発現には細胞側のNALP3からCapase1の活性化という経路が関連していることが報告されているので、mouse Langerhanscell(LC)におけるNALP3の発現をmRNAレベルで調べたところ、fresh、培養LCでともにNALP3の発現が認められた。また、活性型caspase1の存在も免疫ブロットで確認した。一方、fresh mouse keratinocyteやそのcell lineとして知られるPAMではいずれも認められなかった。次に、MSU刺激によるLCのmaturationへの影響を調べたが、MSUによる明らかな共刺激分子の発現促進は認められなかった。しかし、MSU刺激は漂度依存性にLCからのIL-18の分泌を促進した。IL-18はLCのmigrationを促進する事が知られており、今後この結果のin vivoにおける意味をより詳細に検討する予定である。死んだ線維芽細胞より放出され、免疫系を活性化するdanger signalの一つに、monosodium urate crystal (MSU)が報告されている(Nature ; 2003 ; 425 : 516-521)。そこで、1)MSUがLCに作用するために必要な分子群をLCが有しているかどうか2)MSUがLC細胞表面分子,液性分子の分泌にどのように影響するか3)MSUのLCの機能修飾の検討4)in vitroの結果のin vivoでの意味付けを検討することとした。これまでに1)MSUが作用発現に必要な分子群(NALP3 inflammasomeの形成とcaspase 1)をLCが有していることを確認した。2)MSUがLCの成熟には影響しないが,IL-18分泌を促進することがわかった。3)MSU処理したLCのリンパ節への遊走が促進されることも確認できた。4)MSU処理したLCがIL-18依存性にリンパ節へ遊走促進することをIL-18KOマウスから採取したLCではMSU処理して,リンパ節への遊走が促進されないという結果から確認した。本年度はこれらの結果の臨床的意味づけをするため、接触性皮膚炎モデルにおいて、尿酸を経皮的に投与し,炎症に対してどのような影響を及ぼすかを検討する。4)MSU処理したLCがIL-18依存性にリンパ節へ遊走促進することをIL-18KOマウスから採取したLCではMSU処理しても,リンパ節への遊走が促進されないという結果から確認した。平成22年度はこれらの結果の臨床的意味づけをするため、MSUをマウス表皮に感作物質とともに外用したところ,皮膚接触過敏反応が増強された。これはMSUにより、所属リンパ節へのLCの遊走が促進された結果,リンパ節で提示された抗原量が増加したことを考えれば矛盾しない結果であった。以上から,MSUは皮膚免疫反応の増強に関与する可能性が指摘された。
高速AFMを用いたウイルスの細胞への侵入と出芽過程の動的解析

本研究は、ウイルスの細胞への侵入と出芽を高速チップスキャニング型原子間力顕微鏡(高速AFM)と電子顕微鏡を用いて観察し、感染過程を形態的に行う研究である。細胞表面に接着したウイルスがどのように細胞へ侵入し、感染増殖後、細胞から出芽する様子を高速AFMでリアルタイム観察を行う。また、電子顕微鏡を用いて細胞内におけるウイルスの挙動を形態学的に解析する。
準同期式スペクトル拡散無線LANに関する研究

本研究は,多元接続数が多くとれる実数直交擬似雑音系列による準同期式スペクトル拡散方式の室内無線LANへの適用性を研究し,室内無線LANに1つの選択肢を与えることを目的として,平成6年度から平成7年度まで行われた。本方式では,一定の遅延範囲で各局が無干渉で交信できるように,異なる系列で直交する周期的実数擬似雑音系列とシフト直交する有限長実数擬似雑音系列を組み合わせて符号を構成し,室内での光空間多元接続の実験を行って,基本的性質を明らかにした。結果として,振幅変調による狭帯域拡散および広帯域拡散の準同期式スペクトル拡散光空間無線LANの多重伝送において,多局間干渉およびデータ変調による符号間干渉はほぼ理論通りの低い値に抑えられた。本研究ではディジタル相関器の構成についても検討しており,今後ASICを使った本方式の実現が期待される。以下に研究成果を要約する。(1)室内無線LANにおけるマルチパスの見積りと把握室内の柱や壁が電波伝搬に与える影響をシミュレーションによって見積ると共に,室内の蛍光灯照明下での0.8μ帯のレーザ光をスペクトル拡散変調し,壁や天井による反射伝送が可能なことを確認した。(2)多元接続のための符号の構成異なる系列が直交する実数擬似雑音系列にシフト分に対応する0値を挿入し,データ変調後にシフト直交する有限長実数擬似雑音系列をたたみ込んで,局間干渉と符号間干渉を抑える符号を構成した。(3)準同期多元接続の性能解析ディジタル信号処理の誤差,雑音の相関出力への影響を解析した。(4)室内無線LANの評価実験±1チップのシフトを許容し,128局の交信が可能なスペクトル拡散光空間伝送を行い,希望信号対不要信号の改善率44dBを得た。本研究は,多元接続数が多くとれる実数擬似雑音系列による準同期式スペクトル拡散通信方式の室内無線LANへの適用性を研究し,室内無線LANに1つの選択肢を与えることを目的としたものである.本研究は来年度も引き続き行う予定であるが,本年度の研究実績を以下に要約する.1.室内無線LANにおけるマルチパスの見積りと把握室内の電波伝搬プロファイルの文献を調査するとともに,幾何光学および物理光学の手法に基づいて柱や壁が電波伝搬に与える影響をシミュレーションによって検討を行い,室内での電波による無線LANにおける電波のマルチパスを見積ることができた.また,室内の蛍光灯照明下で,0.8μ帯の半導体レーザ光をスペクトル拡散変調して空間伝送する実験を行い,粗い表面の白色の壁や天井でもレーザ光の反射伝送が可能なことがわかった.2.多元接続のための符号の構成一定の遅延範囲以内であれば局間干渉がない準同期式スペクトル拡散多元接続方式の符号を構成し,データ変復調の実験を行った.符号は異なる系列が直交する実数直交擬似雑音系列にシフト分に対応する0値を挿入し,データ変調した後にシフト直交実数有限長系列をたたみ込んで構成し,局間干渉がなく更に符号間干渉も抑えたデータ復調が可能なことが実証された.この項の符号構成の実験および前項のレーザ光伝送の実験において,本年度に本研究の設備として購入した任意波形発生器(横河電機(株)製AG1200)が符号を発生するために有効に使用できた.以上の実績により次年度の研究の遂行に十分な見通しが得られた.本研究は、多元接続数が多くとれる実数擬似雑音系列による準同期式スペクトル拡散通信方式の室内無線LANへの適用性を研究し、室内無線LANに1つの選択肢を与えることを目的としたものである。本研究は、初年度の昨年度に引き続き行ったもので、本年度の研究実績を以下に要約する。

1.準同期多元接続方式の性能解析本研究は、一定の遅延範囲で局間干渉が無く、多重局数(多元接続数)が最大になるような方式をディジタル信号処理に基づいて実現しようとするものである。そこで、たたみ込み合成に基づく符号を有限語長で発生し、高速相関処理も有限語長で行うときの誤差を明らかにし、同時に外来雑音の相関出力への影響を明らかにした。又、帯域制限された伝送路を通過した希望符号とシフトした不要信号の相関出力での干渉量を明らかにした。これらの処理で、受信側のクロック周波数に僅かな偏差がある場合についても検討した。2.室内無線LANの評価実験±1チップの間で無干渉となるべき符号を室内で光空間伝送して、ディジタル信号処理する実験システムを構成して実験を行った。符号は、設備備品費として平成6年度に購入した任意波形発生器(横河電機(株)製AG1200)から互いにシフトしたものを2チャネル発生し、波長0.83μmのレーザ光に変換し、光電変換の後に増幅、A/D変換し、ディジタル相関処理を行った。長さ256で多重局数が最大128局まで取れる符号で、室内の背景光雑音の存在下で相関処理を行ったところ、希望信号対不要信号の改善率は44dBであった。遠近のある室内で実用性が見込めることがわかった。本実験は指向性の鋭い光を用いた実験であるが、電波を用いる場合に大いに参考になるデータを提供するものとなる筈である。
ニホンジカの生息密度の推移と植生の破壊過程に関するモニタリング

ニホンジカ(以下、シカ)による植生への影響を評価した報告は多数あるが、シカの侵入前から、侵入後、植生の破壊に至るまでの過程をモニタリングした報告は見あたらない。そこで、本研究は、シカの侵入後間もない高知大学嶺北フィールドにおいて、過去に二度(H14、19年度)植生調査が行われている常緑広葉樹二次林(以下、EBF)と落葉広葉樹二次林(以下、DBF)を調査地とし、周辺のシカ密度の増加と植生の変化を並行してモニタリングすることで、シカの侵入から植生破壊に至る経過を記述するとともに、植生破壊にまで至らないシカの生息密度を見いだすことを目的として行った。H24年度は、EBF、DBFの各々に20×20mのシカ排除区と対照区を設け、植生を過去二度と同じ方法で調べると共に、高木層と亜高木層の樹幹の剥皮害を調べた。また、これら4調査区の各々に3×3mの小方形区を4つずつ、各小方形区内に1×1mの小方形区を1つずつ設け、それぞれ、低木層と草本層の枝葉の食害を調べた。更に、EBF、DBFとその周辺のスギ、ヒノキ壮齢林の各々に2×2mの小方形区を計40か所設け、2012年8月から1カ月毎にシカの糞粒数を調べると共に、調査地周辺において赤外線カメラによる撮影を実施した。植生調査と被害調査によりEBFとDBFの高木層、亜高木層、低木層、草本層それぞれの種組成と、各階層の植物に現時点ではシカによる食害が無いことを確認した。また、糞粒調査では、調査期間中にシカの糞粒は認められなかった。自動撮影カメラには4回/年のシカの写り込みがあった。これらの結果から、調査地周辺へのシカの侵入はあるものの、現時点では低密度であり、森林のタイプとは無関係に、食害が発生していないことが分かった。今回の調査結果をシカの密度が0に近いときのデータとして記録し、今後は今回設置した各方形区を永久プロットとしてシカの個体数、植生の被害状況、組成の変化についてモニタリングを継続していく予定である。
エクソソームを蛍光標識したトランスジェニックラットの開発と脳での解析

新たな細胞間コミュニケーション媒体として注目されるエクソソームの生体内での動態を調べるため、エクソソームを蛍光標識した実験動物の作製を試みた。エクソソームマーカーとして知られるCD63とGFPの融合タンパク質(CD63-GFP)を利用したトランスジェニックラットを作製した結果、CAGプロモーターとSox2プロモーターで発現する2種類の系統を得ることができた。血清等の体液、あるいはその組織を培養した培地上清から回収したエクソソームにおいて、CD63-GFPによる標識を確認した。さらに、細胞内への移行実験in vitroにおいても、トランスジェニックラット由来のエクソソームを識別することができた。エクソソームは細胞外へと放出される直径40100nmの小さな膜小胞であり、内部には種々の酵素やタンパク質の他、mRNAやmicroRNAといった核酸分子を含んでいる。この成分は細胞の生育状態・生育環境・細胞が取り込む物質により変化するため、血液から回収されたエクソソームを疾患マーカーとして利用する研究が近年推進されている。さらに、細胞外へと放出されたエクソソームは他の細胞に取り込まれることで遠く離れた細胞まで情報を伝達している可能性が示唆されている。しかし、エクソソームの解析は培養細胞を用いた実験系が中心であり、実際の生体内でのエクソソーム動態については不明な部分が多い。本研究は、動物個体におけるエクソソームの動態を明らかにするため、エクソソームを可視化させたトランスジェニック(TG)ラットの開発を行うものである。エクソソームマーカーであるCD63に蛍光タンパク質であるGFPを融合させたベクターをラットES細胞に導入し、ライン化したTG ES細胞株を胚盤胞にインジェクションしてキメララットおよびTGラットを作製した。CD63-GFPの発現プロモーターとして、全身性のCAGプロモーターと、主に神経幹細胞などの幹細胞で発現するSox2プロモーターのそれぞれを用い、両者とも現在までにTGラットを得ることができた。さらに、TGラットの血液から回収したエクソソームにおいて、ウェスタンブロットによりCD63-GFPの標識を確認した。現在、上記2系統を活用したエクソソームの動物モデル樹立を進めている。本研究では、新たな細胞間コミュニケーション媒体として注目される小型膜小胞エクソソームを生体内で可視化できる実験動物の作製を目的とする。初年度において、エクソソームマーカーであるCD63とGFPの融合タンパク質(CD63-GFP)を利用したトランスジェニックラットを作製した。CD63にはヒト由来のhumanCD63を用いることで、内在性rat CD63との識別をできるようにした。全身性のCAGプロモーターと、神経幹細胞などの幹細胞で発現するSox2プロモーターのそれぞれを用い、両者ともトランスジェニックラットを得ることができた。さらに、トランスジェニックラットの血清、あるいはその組織を培養した培地上清からエクソソームを回収し、ウェスタンブロットによりCD63-GFPの標識を確認した。本年度は、回収したエクソソームの細胞内への移行実験を行い、human CD63-GFPによる標識の確認を試みた。CAG/CD63-GFPラットの血清由来エクソソームの実験では、エンドソームマーカーであるLamp1の免疫染色によって、レシピエント細胞のエンドソーム内への取り込みを確認できた。また、Sox2/CD63-GFPラットの胎児由来神経幹細胞の培地上清から単離したエクソソームが、同じ細胞種である神経幹細胞に加えてアストロサイトにも移行することを確認した。脳におけるエクソソームの機能については、近年報告が増えているが、神経幹細胞については殆どない。そのため、本研究で作成したSox2/CD63-GFPラットが、生体内での神経幹細胞を取り巻くニッチの形成にどのような働きを持つのかを明らかにするモデルになると考えている。in vitroでの移行実験およびエンドソームの動態を観察することができたので、今後は生体内でのエクソソームの分泌・移行を確認できる実験系の確立を行う予定である。1年目に計画していたトランスジェニック(TG)ラットの作製を完了し、TG個体血液から回収したエクソソームにおいて、ウェスタンブロットにより標識を確認できた。また、脳におけるエクソソームの働きを解析する方法のひとつとして、大脳皮質ニューロンの初代培養や胎児の神経幹細胞からニューロンを分化させる方法を習得した。以上のことから、脳におけるエクソソームの働きを調べる実験系に必要な準備が進められている。分子生物学作成したトランスジェニック(TG)ラットにおけるエクソソームの標識を視覚的にも確認するため、標識に利用したヒトCD63を一次抗体とした免疫電顕を行う。この実験結果は、今後、生体内での標識エクソソームを識別する手法にも活用できる。今年度の方針として、ひとつはTGラット(Sox2;CD63-GFP)を用い、脳脊髄液(CSF)中に分泌されるエクソソームに神経幹細胞由来のエクソソームが含まれているかどうかを調べる。

CSFに分泌されるエクソソームの由来を明らかとすることは、今後、神経・精神疾患の診断に有用なマーカーの同定やCSF中に存在するエクソソームの役割を調べるうえで必要と考える。もうひとつは、セルカルチャーインサートプレートを用いた共培養によるエクソソームの移行実験を行う。中枢神経系が細胞障害を受けたときにどの細胞のエクソソーム分泌が促進・抑制され、どの細胞間でエクソソーム移行が生じるのかを、生体脳の性質を保持する初代培養を使ったスクリーニング系を立ち上げ、プロファイリングを行う。トランスジェニックラットの胎児あるいは新生児の大脳皮質細胞(神経細胞、各種のグリア細胞)をドナー側、WTラット由来の大脳皮質細胞をレシピント側としてそれぞれ共培養し、細胞障害を引き起こすストレスを与えたときのエクソソームの異種細胞間移行をレシピエント側のGFPの蛍光観察とqRT-PCRやGFPタンパク質の定量から解析する。初年度において計画していたトランスジェニックラットが作製できたが、まだ樹立したばかりであるため、その系統維持に必要なジェノタイピングやサザンブロットによるコピー数の確認を続ける必要があり、その分の費用を次年度に計上する。サンプルのジェノタイピングやサザンブロット解析に必要な消耗品と受託解析に使用する。
アポモルフィンによるアミロイドβ凝集阻害機構のＮＭＲ解析

42残基のアミロイドβ(Aβ42)の凝集は,アルツハイマー病(AD)発症の初期段階の病理変化である.そのため, Aβ42の凝集を抑制することはAD予防に寄与すると考えられる.本研究者らは,カテコール構造を有し,平面性の高いアポモルフィン(1)がAβ42の凝集を強く抑制すること,その過程において,主に2種の酸化体(2, 3)を形成していることを明らかにした.本研究では, 1の凝集抑制機構を,各種機器分析により分子レベルで解明することを目的とした.1は還元剤(TCEP)存在下ではAβ42の凝集を抑制しなかった.一方で, 2種の酸化体のうち, 2は不安定で単離することが困難であったため,より酸化が進行した3を単離同定し,凝集抑制能を調べた.その結果, 3は1より強い凝集抑制活性を示した.これらのことから,酸化体2あるいは3が抑制活性に関与している可能性が示唆された. o-キノン構造を有するこれらの酸化体は, Aβ42の塩基性アミノ酸残基とマイケル付加体を形成する可能性が考えられる.そこで, LC-MS分析に供したところ, 2の存在下では付加体と考えられるピークが観測されたのに対し, 3のみでは観測されなかった. 3とAβ42との相互作用をアミノ酸残基レベルで評価するために, ^1H-^<15>N SOFAST-HMQC NMRを測定した結果, 3はAβ42モノマーとは相互作用しないことが示唆された.以上から, 3はオリゴマーなどのAβ42凝集体と相互作用している可能性が考えられる.1は酸化の進行度によって, Aβ42へのマイケル付加ならびに凝集体への相互作用という異なる凝集抑制機構を有すると考えられるユニークな化合物である.1は脳内への透過率が高いことが知られていることから, 2および3も,脳内において同様に相互作用する可能性が考えられる.本研究は, Aβ42の凝集抑制を標的とした新たなAD予防薬の開発に資するものである.42残基のアミロイドβ(Aβ42)の凝集は,アルツハイマー病(AD)発症の初期段階の病理変化である.そのため, Aβ42の凝集を抑制することはAD予防に寄与すると考えられる.本研究者らは,カテコール構造を有し,平面性の高いアポモルフィン(1)がAβ42の凝集を強く抑制すること,その過程において,主に2種の酸化体(2, 3)を形成していることを明らかにした.本研究では, 1の凝集抑制機構を,各種機器分析により分子レベルで解明することを目的とした.1は還元剤(TCEP)存在下ではAβ42の凝集を抑制しなかった.一方で, 2種の酸化体のうち, 2は不安定で単離することが困難であったため,より酸化が進行した3を単離同定し,凝集抑制能を調べた.その結果, 3は1より強い凝集抑制活性を示した.これらのことから,酸化体2あるいは3が抑制活性に関与している可能性が示唆された. o-キノン構造を有するこれらの酸化体は, Aβ42の塩基性アミノ酸残基とマイケル付加体を形成する可能性が考えられる.そこで, LC-MS分析に供したところ, 2の存在下では付加体と考えられるピークが観測されたのに対し, 3のみでは観測されなかった. 3とAβ42との相互作用をアミノ酸残基レベルで評価するために, ^1H-^<15>N SOFAST-HMQC NMRを測定した結果, 3はAβ42モノマーとは相互作用しないことが示唆された.以上から, 3はオリゴマーなどのAβ42凝集体と相互作用している可能性が考えられる.1は酸化の進行度によって, Aβ42へのマイケル付加ならびに凝集体への相互作用という異なる凝集抑制機構を有すると考えられるユニークな化合物である.1は脳内への透過率が高いことが知られていることから, 2および3も,脳内において同様に相互作用する可能性が考えられる.本研究は, Aβ42の凝集抑制を標的とした新たなAD予防薬の開発に資するものである.
極表面その場分析による金属及び半導体エッチング表面の反応過程観察

金属、半導体表面とハイドロカーボン及びハロゲンラジカルの反応過程をX線光電子分光(XPS)、赤外反射吸収分光(IR-RAS)により調べた。まず、将来のLSI配線材料として注目されている銅(Cu)表面のメチルアルコールプラズマによる反応過程を検討した。エッチング処理後の表面結合状態をXPSにより調べた結果、C_<1s>,O_<1s>ピークからエッチング表面にはエッチング種であるハイドロカーボンの他にカルボキシル基(-COO-)の存在が認められた。また、Cuのスペクトルから、最表面は1価のCuで覆われていることがわかった。このことから、メチルアルコールプラズマに曝されたCu表面では、エッチングガスであるアルコールが酸化分解され酢酸(CH_3COOH)を形成し、Cuと反応して酢酸銅(I)(CH_3COOCu)を形成していると考えられる。酢酸銅(I)は昇華点が270°CとCu化合物の中では比較的蒸気圧の高い物質であり、これが基板表面へのイオン照射によりCu表面から脱離しエッチングが進行することが示された。次に、LSIデバイスの基板材料であるSi表面の反応過程を検討した。LSIプロセスにおいて一般的に使用されている水素終端Si表面とフッ素原子との反応をIR-RAS及びXPSで観察した。IR-RAS分析の結果、基板表面の終端水素は、フッ素原子の照射に伴い急速に減少する。それに対し、Si原子のフッ素化反応には、終端水素がほとんどなくなるまで遅れ時間があることが観察された。フッ素化反応過程についてはXPS分析においても同様な結果が得られた。これらのことから、基板表面に供給されたフッ素原子は、基板表面を終端している水素原子と選択的に反応し、HFとして水素を表面から引き抜き、表面の終端水素がほとんどなくなった後、はじめてSiのフッ素化が進行することがわかった。
医薬品の商標名類似度と処方関連度に基づく投薬ミス防止システム

平成17年度は,以下の4項目について研究した.(1)薬名間の類似性指標の設計(竹田,坂内)前年度に引き続き,薬名間の類似度を定量化する指標を設計した.各パラメータを決定するため,研究室現有のタキストスコープ装置を用いて視覚および聴覚に関する知覚誤りの実験を行った.得られたデータに機械学習アルゴリズムを適用しパラメータの学習を行った.(2)類似性指標の検証(澤田)日本薬剤師会などから報告されている「取り違え事例」(日本薬剤師会雑誌53(Sup 4):60-63,2001)や,澤田らがインターネット上に運営している薬剤師間コミュニティーサイト(薬学雑誌122:185-192,2002)に寄せられた事例の医薬品等をもとに,(1)の類似性指標の妥当性を検証した.(3)類似薬名検索方式の開発(篠原,竹田)(1)(2)の成果をもとに,与えられた医薬品名に対して高い類似度を示す医薬品を,医薬品データベース中から高速に検索するためのアルゴリズムを開発した.これを,WS上に実装し,その性能を評価した.(4)処方関連度辞書の構築(大谷,畑埜)医薬品の処方学的関連の度合を数量化した医薬品処方関連度辞書の構築を目指し,大量の処方箋データからのデータマイニング方式について検討した.平成16年度は,以下の2項目について研究した.(1)薬名間の類似性指標の設計(竹田,篠原)(2)類似性指標の検証(澤田,大谷)(1)においては,医薬品商標名間の類似度を定量化することを目指し,類似性指標を設計した.各パラメータを決定するため,研究室現有のタキストスコープ装置を用いて視覚および聴覚に関する知覚誤りの実験を行った.得られたデータに機械学習アルゴリズムを適用しパラメータの学習を行った.(2)においては,日本薬剤師会などから報告されている「取り違え事例や,澤田らがインターネット上に運営している薬剤師間コミュニティーサイトに寄せられた事例の医薬品等をもとに,(1)の類似性指標の妥当性を検証した.また,(1)(2)の成果をもとに,類似薬名検索方式の開発すなわち,与えられた医薬品名に対して高い類似度を示す医薬品を,医薬品データベース中から高速に検索するための索引構造とアルゴリズムを開発することを目指し,そのために不可欠な基礎的研究を行った.以上により,従来指標を上回る精度をもった医薬品名類似性指標を新たに開発することに成功しており,研究進捗状況はきわめて順調である.また,大量の処方箋データに基づいて,医薬品の処方学的関連の度合を数量化した,処方関連度辞書の構築を行い,(1)の類似度とあわせて用いることにより,実事例の処方において薬名の取り違え候補を検出するための処方チェック方式を開発することが課題である.平成17年度は,以下の4項目について研究した.(1)薬名間の類似性指標の設計(竹田,坂内)前年度に引き続き,薬名間の類似度を定量化する指標を設計した.各パラメータを決定するため,研究室現有のタキストスコープ装置を用いて視覚および聴覚に関する知覚誤りの実験を行った.得られたデータに機械学習アルゴリズムを適用しパラメータの学習を行った.(2)類似性指標の検証(澤田)日本薬剤師会などから報告されている「取り違え事例」(日本薬剤師会雑誌53(Sup 4):60-63,2001)や,澤田らがインターネット上に運営している薬剤師間コミュニティーサイト(薬学雑誌122:185-192,2002)に寄せられた事例の医薬品等をもとに,(1)の類似性指標の妥当性を検証した.(3)類似薬名検索方式の開発(篠原,竹田)(1)(2)の成果をもとに,与えられた医薬品名に対して高い類似度を示す医薬品を,医薬品データベース中から高速に検索するためのアルゴリズムを開発した.これを,WS上に実装し,その性能を評価した.(4)処方関連度辞書の構築(大谷,畑埜)医薬品の処方学的関連の度合を数量化した医薬品処方関連度辞書の構築を目指し,大量の処方箋データからのデータマイニング方式について検討した.
カニクイザル網膜静脈閉塞症モデルに対するリポソームによる薬物治療の開発

本年度の研究実施計画に従い研究を遂行した。改良コール酸除去法により、リポソームにタンパク質を内包した。tPA、ブタIgG、β-galactosidase、Heparine、HSA-Cy5.5の各蛋白質を内包した。内包率は各々、3.0、4.3、5.9、0.4、2.5%であった。いずれのリポソームも動的光散乱法により粒子径を測定したところ、粒子径100nmを有しており、空リポソームと比較してもリポソームの崩壊などは観察されなかった。次にヒトIgGを用いて、IgG濃度25mg/mlのIgG内包リポソームが作製可能であるか検討した。脂質成分DPPC/DPPE/DCP/Cholesterol/Ganglioside (15/5/5/40/15モル比)を秤量し、改良コール酸除去法により、IgG内包リポソーム溶液を得た。得られたリポソーム溶液に架橋試薬BS3を加えて撹拌し、リポソーム膜上にヒト血清アルブミンを結合させた。粒子径、脂質濃度、内包IgG濃度を測定した。IgG内包リポソームは、粒子径125nm、内包IgG濃度が2.11mg/mlであった。ヒト血清アルブミンを結合させたIgG内包リポソームは、粒子径111nm、内包IgG濃度が1.66mg/mlであった。濃縮操作により、IgG濃度25mg/mlのリポソームが可能であった。内包効率は使用IgG量の21.1、16.6%であった。Cy5.5内包リポソーム(蛍光色素内包リポソーム)を作成したところ、粒子径82nm、内包タンパク質濃度が1.4mg/mlであった。冷蔵保存、13か月後においても粒子径89nm、内包タンパク質濃度が1.3mg/mlであり、長期にわたって安定することが証明された。眼球内への1回の投与量が0.05mlであるとすれば、各々64回分、48回分に相当し、実験使用上可能なリポソームを作製できることがわかった。本年度の研究実施計画に従い研究を遂行したが、硝子体内注射に使用可能なリポソーム溶液の作成に予想以上の時間を要した。リポソームの脂質混合比を調節することにより、リポソームの崩壊性を検討したが、試行錯誤のため予想以上に時間がかかった。今後は作製したリポソームが十分な薬剤徐放性を有するかをまずin vitroで検討を行い、その後にin vivoで検討を行いたい。
ベージュ脂肪細胞の分化・活性化における分子機構の解明

ベージュ脂肪細胞は、交感神経の活性化等によって白色脂肪組織中に出現して発熱やエネルギー消費に関与する。その性質から肥満・糖尿病等の治療標的として注目されている。本研究では、ベージュ脂肪細胞活性化調節因子の探索並びにその分子機構の解明を目指す。マウス皮下白色脂肪組織より樹立した脂肪細胞株を用いてベージュ脂肪細胞の分化・活性化に関与する分子の探索と、その分子機能解析を行なっている。まず、白色脂肪細胞とベージュ脂肪細胞間での遺伝子発現プロファイルによる遺伝子解析を行い、CD105に着目した。ベージュ脂肪前駆細胞では、CD105がSmad2の活性化を抑制することでベージュ脂肪細胞への分化を制御していることが判明した。また、CD105は白色脂肪組織に存在するベージュ脂肪前駆細胞の細胞表面マーカーとして有用であることが示唆された。生体内において、ベージュ脂肪細胞の活性化を評価するためには18F-FDG PET/CTを用いる必要があるが、放射性同位元素を用いるため被曝を受けることなど問題がある。もし血中濃度検査に有用なバイオマーカーがあればより簡便にエネルギー燃焼型脂肪細胞の活性化を測定することが可能となることから、血中に存在しえる分子の探索を行った。その中からNMBとGRPに着目し、遺伝子改変マウスを作成して、ベージュ脂肪細胞分化・活性化への関与について検討を行っている。また、遺伝子発現プロファイルによる遺伝子解析から見出された他の分子群についてもCRISPR/Cas9を用いた遺伝子ノックアウト細胞を作成して、ベージュ脂肪細胞分化・活性化への関与を検討している。ベージュ脂肪前駆細胞に発現しているCD105について、細胞表面マーカーとしての有用性とそのベージュ脂肪細胞の分化・活性化における分子機構の解明を報告し、本研究により第23回アディポサイエンスシンポジウム若手優秀研究奨励賞および第91回日本生化学会若手優秀発表賞を受賞した。さらに、NMBおよびGRPに着目し、CRISPR/cas9によるゲノム編集により順調にノックアウトマウスの作成に成功した。現在、各々のマウス交配と両遺伝子のダブルノックアウトマウス作成を進めている。今後、NMBおよびGRPの遺伝子改変マウスを用いた研究をすすめる。ベージュ脂肪細胞は肥満症および糖尿病など代謝異常疾患との関連性や治療標的としての可能性が示唆されているため、高脂肪食負荷による肥満・糖尿病モデルを作成する。野生型とノックアウトマウスとの間において、体重増加に有意差が認められた場合、ベージュ脂肪の活性化によるエネルギー消費能が影響したのか、あるいは摂食量の増減が影響したのか、脂肪分化や摂食量定量またはメタボリックケージによる代謝量評価により明らかにする。CD105、NMB、GRP以外にも遺伝子発現プロファイルにおいてベーシュ脂肪細胞の分化・活性化に関与すると予想される分子が存在する。これらの分子についても引き続きCRISPR/Cas9による遺伝子ノックアウト細胞を作成し検討を行う。本学では、現在動物飼育施設の改修が始まっており、今後さらに飼育数の制限が懸念される。その対策として、施設外飼育のスペースを確保し、現在安定的な実験を遂行するための飼育環境を整備中であり、本研究計画の実施に問題ないものと考える。ベージュ脂肪細胞は、寒冷刺激などの環境刺激によって白色脂肪組織中に出現し、発熱やエネルギー消費に関与する。白色脂肪細胞とは異なる細胞であり、独自の分化機構を有していると考えられるが、その分子機構については不明な点が多い。マウス皮下白色脂肪組織より樹立した脂肪細胞株を用いてベージュ脂肪細胞の分化およびUCP1の発現に関与する分子の探索と、その分子機能解析を行なった。白色脂肪細胞とベージュ脂肪細胞間での遺伝子発現プロファイルによる遺伝子解析から、まずCD105に着目した。CD105が実際に生体内においてベージュ脂肪細胞前駆体特異的に発現し、細胞マーカーとして有用であるかFACS解析を行った。また、CD105の発現がベージュ脂肪細胞の分化に関与するのかCD105遺伝子欠損細胞を作成して機能解析を行った。結果として、マウス皮下白色脂肪組織には、CD105を発現する脂肪前駆細胞と発現しない脂肪前駆細胞に分けることができ、CD105陽性細胞は、UCP1を発現するべージュ脂肪細胞に分化することが判明した。CD105のべージュ脂肪細胞前駆体における機能を解明するためCRISPR/Cas9によりCD105遺伝子を欠損させたところ、エネルギー代謝効率の高いベージュ脂肪細胞への分化が抑制された。その分子機構として、Smad2の過剰な活性化が生じていることを見出した。CD105はTGF-βファミリー受容体に結合してそのシグナルを制御することが報告されているが、ベージュ脂肪前駆細胞においては受容体のシグナルを負に制御し、Smad2の活性化を抑制していることが示唆された。つまり、ベージュ脂肪前駆細胞ではCD105がSmad2の活性化を抑制することでベージュ脂肪細胞への分化が保持されていることが明らかとなった。エネルギー燃焼型白色脂肪細胞「ベージュ脂肪細胞」の分化および活性化に関与する分子としてこれまでの我々の研究より見出されたCD105について研究を行い、ベージュ脂肪細胞分化に関わる新たなシグナル経路の同定に至り、論文として報告することができた。また、CD105以外のベージュ脂肪細胞分化関連遺伝子としてneuromedin B(NMB)を見出しているが、本分子に関して生体レベルでの機能を検討するためCRISPR/Cas9によるゲノム編集技術によりノックアウトマウスを作製、さらにNMB受容体にはNMB以外にGastrin-releasing peptide (GRP)が結合することが報告されているためNMBと伴いGRPノックアウトマウスの作製も行い、いずれも樹立に成功した。

今後、これらのマウスモデルの解析を進める予定である。ベージュ脂肪細胞は、交感神経の活性化等によって白色脂肪組織中に出現して発熱やエネルギー消費に関与する。その性質から肥満・糖尿病等の治療標的として注目されている。本研究では、ベージュ脂肪細胞活性化調節因子の探索並びにその分子機構の解明を目指す。マウス皮下白色脂肪組織より樹立した脂肪細胞株を用いてベージュ脂肪細胞の分化・活性化に関与する分子の探索と、その分子機能解析を行なっている。まず、白色脂肪細胞とベージュ脂肪細胞間での遺伝子発現プロファイルによる遺伝子解析を行い、CD105に着目した。ベージュ脂肪前駆細胞では、CD105がSmad2の活性化を抑制することでベージュ脂肪細胞への分化を制御していることが判明した。また、CD105は白色脂肪組織に存在するベージュ脂肪前駆細胞の細胞表面マーカーとして有用であることが示唆された。生体内において、ベージュ脂肪細胞の活性化を評価するためには18F-FDG PET/CTを用いる必要があるが、放射性同位元素を用いるため被曝を受けることなど問題がある。もし血中濃度検査に有用なバイオマーカーがあればより簡便にエネルギー燃焼型脂肪細胞の活性化を測定することが可能となることから、血中に存在しえる分子の探索を行った。その中からNMBとGRPに着目し、遺伝子改変マウスを作成して、ベージュ脂肪細胞分化・活性化への関与について検討を行っている。また、遺伝子発現プロファイルによる遺伝子解析から見出された他の分子群についてもCRISPR/Cas9を用いた遺伝子ノックアウト細胞を作成して、ベージュ脂肪細胞分化・活性化への関与を検討している。ベージュ脂肪前駆細胞に発現しているCD105について、細胞表面マーカーとしての有用性とそのベージュ脂肪細胞の分化・活性化における分子機構の解明を報告し、本研究により第23回アディポサイエンスシンポジウム若手優秀研究奨励賞および第91回日本生化学会若手優秀発表賞を受賞した。さらに、NMBおよびGRPに着目し、CRISPR/cas9によるゲノム編集により順調にノックアウトマウスの作成に成功した。現在、各々のマウス交配と両遺伝子のダブルノックアウトマウス作成を進めている。本研究計画では、これまで我々が行ってきたベージュ脂肪細胞の分化・活性化に関与する遺伝子スクリーニングの結果をもとに、これら分子が実際にベージュ脂肪細胞分化に関与するのか検証を行うことが目的である。今年度はCD105の重要性を証明することができた。今後はさらに他の候補分子についても検討を進める。その中でも特にneuromedin B(NMB)について、ノックアウトマウスを用いて解析を行う。ただし、NMB受容体はGastrin-releasing
広塩性魚類における通し回遊現象の起源と進化に関する研究とその応用

今年度は,ベトナム・メコンデルタで盛んに養殖されているにもかかわらず,養殖用の種苗は天然の稚魚に依存しているOxudercinae亜科(トビハゼ・ムツゴロウを含むハゼ科の1グループ)のホコハゼPseudapocryptes elongatusを主な研究対象とした.現地で養殖用のホコハゼ種苗として採集されているOxudercinae亜科稚魚をサンプリングし,ミトコンドリアDNA cytochrome oxidase subunit I遺伝子の塩基配列を決定して厳密な種同定をおこなった.その結果,ホコハゼ仔稚魚と非常に類似した形態的特徴を持つParapocryptes属やScartelaos属の稚魚が出現し,ホコハゼとともに混獲されていることがわかった.また, DNAにより成魚と同一の配列を持つホコハゼ稚魚について,はじめてその形態を記載した.また,これまで2年間にわたり,筑後川河口域において採集されたエツ計215個体について,耳石Sr:Ca比による回遊パターンの解析を進めたところ, 1)未成魚期の初期に比較的高塩分を示す水域を利用した群と,より長期にわたって淡水域・低塩分の水域に滞在した群に大きく二分されることがわかった.ウナギ属魚類については,ニホンウナギの個体群特性が水系ごとに異なることを明らかにしたこれまでの研究成果を取りまとめ,原著論文としてFisheries Science誌で発表した.本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。漁獲対象種や固有種,絶滅危惧種などの魚種が含まれる広塩性魚類の回遊研究は,気候変動と生息域改変が急速に進む現在において,水産学・保全学上共通の喫緊の課題である.本研究では,広塩性魚類を広く研究対象として,通し回遊とその可塑性について研究を行った.本年度の主な研究成果を以下に示す.1.ベトナム・メコンデルタに生息するマッドスキッパーの一種Pseudapocryptes elongatusは,現地で盛んに養殖されており,単価も高く食品としての消費需要も高い.養殖用の種苗は天然の稚魚に依存しているが,天然環境下における浮遊仔魚期や産卵などの基礎的な生態すらほとんどわかっていない.本年度は,現地での標本採集を進め,得た標本について耳石を摘出し,その解析を進めた.採集した稚魚の耳石輪紋を計数したところ,仔魚期間が40日程度であることがわかった.また微量元素分析による耳石Sr:Ca比から,これら個体は淡水に遡上していないことが明らかとなった.2.4-10月に福岡県有明海研の筑後川・有明海調査の7定点においてプランクトンネット採集を行い,遡河回遊魚エツの仔稚魚を採集し,河川における個体密度データを蓄積した.また,産卵のため河川へ遡上した親魚から地元漁協により採卵採精されたエツ受精卵を,福岡県内水面研においてふ化後56日・74日まで飼育した.その結果,稚魚の耳石輪紋数は実際の日齢9割程度であり,耳石輪紋は日輪であることが示唆された.3.複数の水系から採集されたヨーロッパウナギの雌を用いて,耳石輪紋解析と耳石微量元素分析を行い,年間成長可能期間の積算温度と生息域に対する個体成長の線形混合モデルを構築した.その結果,ウナギの成長には年齢,生息域,積算温度が影響し,個体の成長パタンは経験水温など個体の生活履歴に影響を受け,夏の猛暑による成長への負の影響が検出できることがわかった.通し回遊魚・広塩性魚類には,固有種や絶滅危惧種など,水産上・保全上重要な魚種が含まれる.今年度は,遡河回遊魚エツ,ベトナム・メコンデルタに生息するマッドスキッパーの一種ホコハゼPseudapocryptes elongatuSに着目し研究を行った,エツCoilia nasusは,福岡県では好んで食されている水産上重要種であるが,大陸遺存種で日本では有明海にのみと限られた生息域を持つため,資源管理と種の保全の観点からも,その回遊生態の理解は必要不可欠である.また,ベトナム・メコンデルタに生息するホコハゼは,現地で盛んに養殖されているにもかかわらず,養殖用の種苗は天然の稚魚に依存したもので,天然環境下における生態はほとんど明らかとなっていない.そのため,これら通し回遊・広塩性魚類についての研究は,水産学・保全学上共通の課題である.本年度の主な研究成果を以下に示す.1.筑後川-有明海におけるエツの耳石Sr : Ca比の変化パターンを解析した結果,未成魚期初期の降河イベントの時期とその度合いは,個体ごとに異なることが示唆された.これにより,大陸の近縁種で報告されているような湖沼による陸封以外にも,本属魚類の遡河回遊生活史に多様な変異が生じうる可能性のあるものと考えられた.2.今年度は,現地でのホコハゼサンプリングを継続するとともに,昨年度の結果とあわせ,ホコハゼは仔魚期に淡水を経験せず,その期間は40日程度であることと,これまで記載されていなかった仔稚魚の形態的特徴と計数値についてとりまとめ,ミトコンドリアDNA cytochrome oxidase subunit I

遺伝子の塩基配列を基に近縁のOxudercinae亜科4属との系統関係の比較を進めている.今年度は,ベトナム・メコンデルタで盛んに養殖されているにもかかわらず,養殖用の種苗は天然の稚魚に依存しているOxudercinae亜科(トビハゼ・ムツゴロウを含むハゼ科の1グループ)のホコハゼPseudapocryptes elongatusを主な研究対象とした.現地で養殖用のホコハゼ種苗として採集されているOxudercinae亜科稚魚をサンプリングし,ミトコンドリアDNA cytochrome oxidase subunit I遺伝子の塩基配列を決定して厳密な種同定をおこなった.その結果,ホコハゼ仔稚魚と非常に類似した形態的特徴を持つParapocryptes属やScartelaos属の稚魚が出現し,ホコハゼとともに混獲されていることがわかった.また, DNAにより成魚と同一の配列を持つホコハゼ稚魚について,はじめてその形態を記載した.また,これまで2年間にわたり,筑後川河口域において採集されたエツ計215個体について,耳石Sr:Ca比による回遊パターンの解析を進めたところ, 1)未成魚期の初期に比較的高塩分を示す水域を利用した群と,より長期にわたって淡水域・低塩分の水域に滞在した群に大きく二分されることがわかった.ウナギ属魚類については,ニホンウナギの個体群特性が水系ごとに異なることを明らかにしたこれまでの研究成果を取りまとめ,原著論文としてFisheries Science誌で発表した.本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。研究プロジェクトの初年度として,フィールドの開拓・調査協力関係の構築および標本の収集を当初予定していた以上に行うことができた.有明海沿岸、筑後川、ベトナムメコンデルタなどのフィールドで、採集調査により魚類標本を多数収集できた.また,採集した標本を用いて耳石解析や微量元素分析を順調に進めることができた.研究プロジェクトの2年目となる今年度も,フィールド調査および標本の収集を予定どおりに行うことができた.また,採集した標本を用いた耳石微量元素分析についても引き続き順調に進め,さらに研究を発展させることができた.現在の計画を予定通り進め,継続して標本の採集および耳石実験を進める.また,得た成果は、順次取りまとまり次第発表する.現在の計画を予定通り進め,標本採集および耳石実験を継続する,また新たに,造伝子を使ったOxudercinae亜科について系統関係の推定を行う,得た成果は、順次取りまとめ発表する.
矯正診断のためのデジタルX線画像の評価とその臨床応用

I.本年度達成された研究成果および内容1)本大学歯学部放射線所有のディジタルX線画像処理用ワークステーション(CRステーション)をコンピュータネットワーク(TCR/IP接続Ethernet)に接続した。またネットワーク上のコンピュータからこのワークステーションとデータを共有するためのマイクロコンピュータとその通信制御用ソフトウエアを導入した。2)矯正科所有の画像処理用マイクロコンピュータに,高画像ディスプレイおよびネットワーク接続用ソフトウエアを導入し,ネットワークに接続した。3)1)の画像ステーションの保存画像規格を2)の画像処理コンピュータの規格に変換するプログラムおよび画像データ転送プログラムを開発した。4)従来法により撮影されたX線フイルムを利用して,レーザースキャナーにてディジタル化した画像データおよび,通常のスキャナーを利用して作製したディジタル画像を作成する手法を確立した。以上により,本大学放射線科所有の患者X線画像データが,従来のフイルムのみならずディジタルデータとして収集可能になり,矯正科独自の保管や利用が可能になった。II.現在の研究の進行状況現在このネットワーク画像転送システムを利用して,患者画像データの収集と成果,各種ディジタル画像の画質の比較,分析を行っている。各種ディジタル画像の画質の比較には,それぞれの画像を同一コンピュータのディスプレイ上で比較することだけではなく,すべてのデジタル画像に対し矯正臨床で行っているものと同様のトレースを行い,その際のトレース誤差および変動を指標にした統計的検討を行っている。これにより,従来の主観的な画質の評価に対し,客観的な評価を行うことが可能になった。
越波型波力発電開発に向けた越波量の定式化とそのシミュレーション技術の開発

海洋エネルギーを活用する技術を研究開発するために現在、越波型波力発電装置の開発を行っている。この越波型波力発電装置の実用機を設計するために一番必要となる要素は、波高と周期が変化する海洋波の越波量を把握することである。そこで本研究は、実際の海洋波である不規則波の有義波高と有義波周期に対する越波量を実験結果および波の統計解析と波動理論により定式化するとともに、砕波と越波現象を平面的に数値計算することが可能な数値計算ソフトを応用して、越波量を算定するシミュレーション技術を開発した。その結果、越波量を波エネルギーの関係で定式化するとともに、越波現象を数値シミュレーションする手法を確立した。平成24年度は研究計画に基づき下記の3項目について研究を行った。(1)わが国沿岸の波浪特性NOWPHASの波浪観測データを基に61地点の年間波エネルギー量を算定した結果、東北地方の年間波エネルギーが30,000kW/mを超え、特に日本海側では40,000kW/mを超える観測所がある。また、波高分布は標準偏差を考慮したRayleigh分布、周期分布はWeibull分布の4次が観測値と一致することが分かった。(2)越波量の特性実験Bretschneider-光易スペクトルで制御した不規則波が2サイクル以上計測できる条件を得るために貯水槽と貯水タンクを使用して厳密に越波量を計測した。波形勾配(H_<1/3>/L)と単位時間、単位幅当たりの越波量q(m^3/s/m)の関係から、越波揚程が大きくなると急激に越波量は減少し、どの越波揚程でも波形勾配が0.06を超えると越波量は大きく減少する。実海域の波高と周期の知見を得ていれば、ある程度の越波量の予測が立てられると言える。なお、今年度の越波量の実験は、多段水槽でなく、1つの水槽への越波量を評価したものである。(3)越波量のシミュレーション開発有限体積法を用いて質量、運動量、エネルギー等の保存式を、定常または非定常で3次元空間に適応し、反復法を使用して解く汎用熱流体解析ソフト=を自由水面の形状変化を取り扱えるVOF法を適用して越波する波を数値解析した。今回は全16の乱流モデルのシミュレートを行い、実験値との比較により最適な乱流モデルの選定を行った。その結果、最も実験の状態を再現できていたのはKLMODLという乱流モデルだった。この乱流モデルを用いた場合、流量は実験値の約80%、水面の水位はVOF値0.2を用いると波高、周期ともに実験値と同程度の精度が得られることが分かった。今年度は、様々な流体解析アルゴリズムを有する購入した流体解析ソフトをいかに実現象に適用すべきかについて研究を行った。越波式波力発電装置は、襲来した波を傾斜板によって遡上させ位置エネルギーを持たせる。そして、越波した水の送水エネルギーによってタービンを回転させ、トルクを得ることで発電するものである。開発している越波式波力発電装置は、どのような波の条件(波高・周期)に対しても効率良く波を越波させ、より多くの水を取り入れることが必須条件である。本研究は、貯水槽に大型水中ポンプを設置し、貯水タンクに越波流量を送水することにより、波高が大きな実験ケースでも十分な収録データを得ることができ、より正確な越波量を求めた。また、本実験で使用した多段水槽(1/10模型)は、開口部の幅が10cmとなっているため、幅の狭い貯水槽への越波量を計測することが可能となるよう各水槽にダイヤフラムポンプを用いて貯水タンクへ越波、流入した水を貯水し、越波量を正確に測定した。今年度は、不規則波の諸量と越波量の関係を明らかにした。この結果から、越波式波力発電の適地の予想と発電効率を考慮することによって発電量を見積もることが可能となる。越波式波力発電装置の基礎技術を確立するため、平面水槽において不規則波で行った波の打ち上げ高と越波流量の実験データを使用して数値解析を行った。遡上および越波流量算定のための数値計算のコードには、砕波や飛散等の自由水面を扱え、乱流モデルが考慮できる「熱流体計算ソフト」を用いた。まず、設置予定箇所での波浪観測結果を整理し、越波量算定に用いる代表的な波条件を設定した。次に模型実験にて計算モデルの再現性を検討した。最後に現地スケールでの形状データを対象に、不規則の水位変動の時系列を作成して現地における越波流量の算定を実施した。今年度は、数値計算の再現性が確認できたので、現地スケールでの形状に対する遡上、越波計算を実施した。