hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分子メソスコピック構造の転移キネテックス-ジャイロイド構造を中心にして-

高分子共重合体を対象にした実験(長谷川)、水・界面活性剤系を対象にした実験(今井)と理論グループ(太田・野々村)が共同で研究を行った。太田・野々村はメソスコピック構造に対して多重モード展開を適用して構造転移の基本的性質、特に、ソフトマター系で最大の特徴的構造であるジャイロイド相の形成と安定性に関する数値シミュレーションと理論解析を行った。高分子共重合体のミクロ相分離構造の静的動的性質および、構造間転移のキネテックスに関する理論的研究を行った。モード展開法によって得られた新しい結果として2元共重合体として、BCC球構造、ヘキサゴナル円柱構造、ジャイロイド構造、ラメラ構造が安定な構造として得られ、さらに、Fddd構造も熱平衡安定構造であることを確認した。また穴あきラメラ構造は準安定であることを示した。また構造転移のキネテックスでは共連結キュービック構造であるジャイロイドと、一軸異方性のラメラ構造の間の転移では途中に、共連結一軸性構造であるFddd構造を準安定状態として経由することが明らかとなったこれらの結果は共同研究者である長谷川、今井の実験と密接な関係があることを強調する。まず、熱平衡Fddd構造の存在は長谷川らによって2元共重合体のX線散乱実験で観測されている。また特記すべきことは、これまで既に研究し尽くされたと思われてきたポリスチレン・ポリイソプレンジブロック共重合体について、温度の上昇とともにラメラ、Fddd構造(斜方晶系に属する共連続構造)、Gyroid構造へとモルフォロジー転移する複数の試料を発見したことである。この実験は2元共重合体メルトに対するものであるが、今井の実験系である水・界面活性剤では転移のキネテックスはかなり様相が異なることが明らかとなった。高分子共重合体のミクロ相分離をモード展開法で解析し、相分離構造間転移の様子を理論的に詳細に調べた。特に、ジャイロイド構造が関与する転移については、中間準安定構造としてFddd構造が現れることを世界で初めて確認した。また、ロッド・コイル共重合体のミクロ相分離ダイナミクスを記述するモデルを導入し、数値シミュレーションを行った。分子レベルの非対称性に由来する弾性効果がメゾ構造にどのような非対称性をもたらすかを解明した。さらに、電場をかけたときのドメインの構造変化とその安定性を調べた。ポリスチレン-ポリイソプレンジブロック共重合体/ホモポリスチレン混合系におけるスポンジ構造からジャイロイド構造への転移、およびHPL構造からジャイロイド構造への転移を、転移が進行するグレインバウンダリーの3次元電子線トモグラフィー観察により研究した。その結果、HPLの穴あきラメラ相が交互にそれぞれ別のジャイロイドネットワークに連結している様子が観察され、トポロジカルな構造変化の機構解明の手がかりが得られた。非イオン性界面活性剤の秩序構造転移について研究を展開し、球状ミセルの秩序構造としてHPL-BCC-A15の3つの相の存在を明らかにした。このうちA15構造はケルビン多面体として知られているものであり、表面積最小の原理に従って、最密充填格子(HCP)からBCCを経てA15構造へと転移することを実験的に初めて明らかにした。関連する研究として、温度勾配下での高分子溶液の相分離では非常に重要であることが知られている対流効果の研究を行った。これをなるべく簡単に扱うため、その第一歩としてマランゴニ対流の2次元モデルを構築しその解析を行った。このモデルは界面の変形を伴った対流にも容易に拡張でき、計算時間が大幅に短縮できる利点をもつ。結果は現在投稿中である。(野々村、太田)これまで、高分子共重合体の構造間転移を発展方程式から導いた振幅方程式により調べてきた。

たとえば、構造転移の途中で出現する穴あきラメラ構造の安定性について振幅方程式で解析し、準安定状態であることを確認し、今井グループの実験と比較検討した。今年度は元の発展方程式を高速に解くプログラムを組み、それを用いたラメラ相からダブルジャイロイド相やFddd相からラメラ相への転移のシミュレーションを行った。このプログラムでは構造の発展と同時にシステムサイズも変えることができるため、構造周期の異なるジャイロイド構造と他の構造間の転移も容易に扱うことができる。また、ラメラ相とダブルジャイロイド相が界面を接して共存しているとき、その界面の構造や界面の運動を数値的に調べ、長谷川グループの実験と比較検討を始めている。数値シミュレーションでない成果としてはジャイロイド構造の弾性理論を進展させた。(今井)界面活性剤/水系でのラメラ相からダブルジャイロイド相への転移機構をその前駆現象および中間構造の観点から統一的に記述した。特に中間構造であるロンボヘドラル相(3層穴あきラメラ構造)はラメラ相からだけではなく、シリンダー相からの転移でも中間構造として見出されるダブルジャイロイドへの普遍的なゲート構造である。(長谷川)ポリスチレン-ポリイソプレンジブロックコポリマー/ホモポリスチレンブレンドについて電子線トモグラフィーを用いてラメラ/ジャイロイドグレインバウンダリーの3次元構造を明らかにした。ポリスチレン-ポリイソプレンジブロックコポリマー単体が高温ではFddd空間群の対称性を持つ構造を平衡状態でとりうること、低温ではラメラ構想への秩序-秩序転移を起こすことをSAXS測定およびTEM観察により見出した。高分子共重合体を対象にした実験(長谷川)、水・界面活性剤系を対象にした実験(今井)と理論グループ(太田・野々村)が共同で以下の研究を行った。太田・野々村はメソスコピック構造に対して多重モード展開を適用して構造転移の基本的性質、特に、ソフトマター系で最大の特徴的構造であるジャイロイド相の形成と安定性に関する数値シミュレーションと理論解析を行った。高分子共重合体のミクロ相分離構造の静的動的性質および、構造間転移のキネテックスに関する理論的研究を行った。モード展開法によって得られた新しい結果は以下の通りである。(1)2元共重合体として、BCC球構造、ヘキサゴナル円柱構造、ジャイロイド構造、ラメラ構造が安定な構造として得られ、さらに、Fddd構造も熱平衡安定構造であることを確認した。穴あきラメラ構造は準安定であることを示した。(2)ジャイロイド構造の弾性定数を解析的に計算し、数値的に得られていた結果と比較した。(3)構造転移のキネテックスでは共連結キュービック構造であるジャイロイドと、一軸異方性のラメラ構造の間の転移では途中に、共連結一軸性構造であるFddd構造を準安定状態として経由することが明らかとなった。これらの結果は共同研究者である長谷川、今井の実験と密接な関係があることを強調する。まず、熱平衡Fddd構造の存在は長谷川らによって2元共重合体のX線散乱実験で観測されている。さらに、転移の中間構造としてのFddd構造の出現も長谷川らによって世界で初めて確認された。
流通オンライン化の経済分析と新しい競争政策

本研究では、オンライン化した流通に対する新しい競争政策のありかたを示すことを目的としてきた。第一に、オンライン流通業者が用いることが多い、定額料金制度がもつ排除効果について経済モデルを用いて明らかにした。第二に、オンライン流通を多面的プラットフォームと捉え、従来型流通業との違いについて既存研究を整理し、加えてプラットフォーム間の合併の影響を考察した。第三に、多面的プラットフォームとしての流通業者と生産者との間の排他的取引契約が、流通業者間の競争に与える影響について、新しい理論モデルを構築し、排他的取引契約によって生産者が流通業者に対する交渉力を確保するメカニズムを明らかにした。平成26年度においては、オンライン流通の実態と既存判例の調査によって分析対象の現状を把握し、本質的に競争に影響している要因を見極めること、およびそれらを踏まえて経済モデルを構築することに注力した。また、平成26年度の公正取引委員会競争政策センターにおける客員研究員を拝命し、そこでオンライン流通を念頭に置いたプラットフォーム事業者の競争に関する研究プロジェクトに携わることができた。そのため、公正取引委員会の担当者、法学者、実証・理論両分野の経済学者と定期的に議論を重ねることが可能になり、また実際のオンライン流通事業者の調査にも接することができた。それらを踏まえて、「オンラインプラットフォームにおける排他的取引契約」と「地理的制約がないオンライン流通と既存流通との競争を踏まえた排他的取引契約」の2つのトピックについて、経済理論論文としてまとめる作業を継続しており、27年度前半のうちに完成する予定である。さらに、目標として掲げた判例収集については、Association of Competitive Economics年次大会(於ドイツ、マンハイム大学)に参加し、主にヨーロッパにおける最新の判例に接し、当局・経済学者・当事者側コンサルタントの3者の立場からの経済分析を聞くことができた。その際、この分野のリーダー的存在であるMartin Peitzマンハイム大学教授と親交を得ることが出来たのは、今後の研究の継続に大きな意味を持つ。Peitz教授は27年度来日予定があり、継続して本研究への助言を仰ぐ。また日本の判例収集については、審判決研究会(岡田羊祐一橋大学教授、林秀弥名古屋大学教授主宰)へ参加し、定期的に審判決に関する情報収集を行った。本研究で得た知見を生かし、当研究会において発行予定の研究書において、流通に焦点を当てた判例分析を担当、現在執筆中である。本研究では、オンライン化した流通に対する新しい競争政策のありかたを示すことを目的としている。2015年度は、オンライン化した流通を生産者と消費者の間の間接ネットワーク効果を実現する「多面的プラットフォーム」と捉え、以下の2つの成果を得た。第一に、オンライン化した流通業と従来型流通業との競争における違いについて既存研究を整理し、競争政策上の留意点を明らかにした。加えて合併に伴う影響を従来型流通と比較して考察した。これは、公正取引委員会での共同研究成果(2015年12月に競争政策研究センターディスカッションペーパーとして公表)の1章として公開されている。第二に、多面的プラットフォームとしての流通業者と生産者との間の排他的取引契約が、流通業者間の競争に与える影響について、新しい理論モデルを構築した。そこでは排他的取引契約によって生産者が流通業者に対する交渉力を確保するメカニズムを明らかにした。この論文は、2015年11月の日本応用経済学会での報告を始め、2つの大学での研究セミナーで報告し、2016年4月には共著者による国際学会での報告を行った。さらに2つの国内外の学会で報告することが決まっている。上記二点に加え、前年度からの継続的な課題として、マーケットプレイスや販売代理店的な流通業者の価格設定が新規参入を排除する可能性とそのメカニズムについて、JASRAC事件を題材に法学者と連携した事例研究の執筆を完了している。これは2016年内に発行予定の書籍の1章となる。以上の研究成果から、多面的プラットフォームとしてのオンライン流通について、企業間のより詳細な意思決定を考察する枠組みを整理し、構築することができた。また流通業者が用いる契約形態が、流通業者の新規参入に影響を与えることを示すことができた。これらは今後、多面的プラットフォーム研究を継続する上で重要な基礎となる。情報収集、及びネットワーキングについてはほぼ計画通りに行うことができている。特に、流通業者による定額料金制の参入阻止効果についての経済分析を行い、英文論文を1本、査読付雑誌に公刊することができた。さらに、平成26年度の情報収集を元にして、新たにオンライン流通業者の特徴である、地理的制約が無いこと、多面的市場におけるプラットフォームの役割を持つことの2点に焦点を当てた新しい理論論文を2本構想することができた。この2本については、すでに初期的な分析を終了し、大まかな結果を得ており、27年度中には完成させる目処が立っている。また、研究計画上にあった実態調査における実務家等へのヒアリングについては、前述の公正取引委員会競争政策センターのプロジェクト参加によって、プロジェクト内で分担して行っているヒアリング結果によって効率的に代替することができている。産業組織論

最終年度である平成27年度においては、これまでの調査・分析を取りまとめる形で研究成果の発表、公表に注力する。本年度前半では、前年度に基本的な分析を行っている2つの経済モデルについて、2本の英文論文として完成させディスカッションペーパーとして公表する。また、情報収集を継続するため、関連図書・資料の収集し、国内外の研究会、学会へ参加する。本年度後半は、本研究の最終的な研究成果の報告・公表に焦点を絞る。上記のディスカッションペーパーを英文雑誌に投稿し、刊行を目指す。同時に国内学会だけでなく、小規模な研究会でも報告を行い関心の近い研究者からの意見を踏まえて論文を改訂していく。さらに、前年度から継続している判例調査を元に、2つ程度の国内外の関連判例を選び、日本語でケーススタディを書き、競争政策担当者や競争法学者への問題提起を行うことで、継続的な学際研究の基礎を作ることを目指す。所属先の備品の更新に伴い、比較的新しく性能のいいPCの貸与があり、デスクトップパソコンの購入を見送ったため。また、公正取引委員会のプロジェクトに客員研究員として参加できたため、センタースタッフや他の研究員との作業分担により、予定していた実態・判例調査にあたっての資料整理に伴う人件費を支出する必要がなくなったため。所属先が変更になり、新しい所属先ではパソコンの貸与が無いため、26年度に見送ったデスクトップPCを27年度の早い段階で購入し、論文データや資料の保存を確実、かつ効率的に行う。また、最終年度であるため、研究についての議論および成果の発表を行うために国内外の学会や研究会に参加することを予定しており、その旅費として支出することを計画している。特に、日本経済学会や応用経済学会等への参加により、関心の近い研究者からの助言を得ることを予定している。さらに、継続的に近年出版された競争政策や経済法関連の専門書を購入することを計画している。
メタロカルベン活性種の創出と触媒的分子活性化への応用

カルベンはCX2で表される中性の2価炭素化合物であり、その反応性は置換基Xの種類によって大きく変化する。N-ヘテロサイクリックカルベンは、π供与性のアミノ基を有する環状カルベンであり、その高い求核性から、近年、均一系触媒の開発において重要な配位子となっている。我々は、d電子を有する遷移金属ユニットが、カルベン炭素に対するπ供与基として働く可能性に着目し、2つのルテニウムユニットを置換基とする、新規カルベンの合成に取り組んできた。これまでの研究により、2核Ruイミド・メチリジン錯体[(Cp*Ru)2(NPh)(CH)]BF4 (1)の低温での脱プロトン化と引き続く捕捉反応により、カーバイド錯体[(Cp*Ru)2(NPh)(C)] (2)の生成を示唆する結果を得ている。本年度は、錯体2の反応性、NMRによる同定、DFT計算による電子状態の解明を行い、求核性と求電子性を併せ持つ一重項カルベンとしての性質を明らかにした。錯体2の反応性に関しては、CO2およびPh2S=CH2との反応で対応するC-C結合生成物が得られたことから、カルベン炭素が求核性と求電子性の両方を有していることが示された。また、P(OMe)3との反応で、カルベン炭素へとCp*のメチル基との分子内C-H挿入が進行したことも、2がambiphilicな反応性を有していることを表している。13Cでエンリッチした1をTHF中低温で脱プロトン化し、13C NMRを測定したところ、2のカルベン炭素に帰属されるシグナルが675 ppmに観測された。これによりメタロカルベン2の生成を直接観測することに成功した。さらに、2のHOMOおよびLUMOのエネルギー準位を、NHCにおける対応する軌道エネルギーと比較することにより、2のカルベン炭素がNHCのカルベン炭素と比べて高い求核性と求電子性を有することが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。カルベンは一般式CX2で表わされる中性の2価炭素種であり、その高い反応性から有機合成における重要な活性種として注目されてきた。特に、N-ヘテロサイクリックカルベンに代表されるヘテロ原子置換カルベンは、遷移金属錯体触媒の配位子および有機分子触媒としての性質が近年活発に研究されている。我々は、2つのRuユニットを置換基とするカルベン(ジルテノカルベン)を部分構造として含む異種3核Ru2Ptカーバイド錯体の発見を契機に、反応活性種としてのメタロカルベンの創出に取り組んできた。昨年度までの研究により、2核Ruイミド・メチリジン錯体[(Cp*Ru)2(μ-NPh)(μ-CH)]BF4 (1)の低温での脱プロトン化と引き続く各種試薬による捕捉反応により、メタロカルベン2が生成することを示唆する結果を得ている。本年度は、13C NMRによるジルテノカルベン2の観測に成功するとともに、2を活性種とする様々な分子の活性化が可能であることを明らかにした。さらに、新規なジルテノカルベンの前駆体となることが期待されるホスフィド架橋2核ルテニウムメチリジン錯体の合成にも成功した。

本研究は、遷移金属ユニットを置換基とする新規なカルベンであるメタロカルベンを研究対象とし、(1)その合成方法の開発、(2)反応活性種としての性質の解明および(3)メタロカルベンを活性種とする新規な触媒的分子活性化法の開発を目的とした2年間の研究である。1年目の本年度において(1)と(2)を達成していることから研究はおおむね順調に進展しているといえる。これまでに合成方法を確立したメタロカルベンの触媒反応への応用について検討を行う。特に、触媒の配位子として多くの反応に利用されているN-ヘテロサイクリックカルベンのかわりにメタロカルベンを用いることで、メタロカルベンの特長を明らかにし、その特長を活かした新規な触媒反応の開発を目指す。
悪心・嘔吐に関する神経生理学的解析～過分極作動性カチオンチャンネルの役割～

過分極作動性カチオンチャネル(Ihチャネル)は中枢神経系においてペースメーカーの役割を担っており、Ihチャネルが延髄最後野内でどのような機能を果たしているか興味深いところである。今回Ihチャネルの機能を電気生理学的に検証し、延髄最後野におけるセビメリンの応答を解明し、悪心・嘔吐発症機序を解明することを目的とした。その結果、セビメリン誘発の悪心・嘔吐に延髄最後野が関与している可能性が示唆された。本研究は,中枢神軽系において検出される過分極作動性カチオンチャネル(1hチャネル)の活性制御機序と生理機能について電気生理学手法を用いて調べ,延髄最後野,孤束核,扁桃体および海馬体の各部の脳機能調節メカニズムをイオンチャネルレベルで明らかにしようとするものである。実験動物にはSD系の雄性ラットと幼若スンクス(7-21日令程度)を用いる。ハロセン麻酔後に断頭,素早く脳を摘出し12°Cの蔗糖リンゲル液:(mM)248Sucrose, 5KCl,1.6MgCl2,26NaHCO3,2.0CaCl2,10Glucose,中に1分間浸漬後,マイクロスライサーを用いて,扁桃体-海馬系を含む厚さ150-200μmの新鮮脳の水平断スライス標本および最後野を含む延髄前額断スライス標本を作製する。スライス標本は室温の人工脳脊髄液ACSF(mM)124NaCl,5KCl,1.6MgCl2,26NaHCO3,2.0CaCl2,10Glucose中で95%O2-5%CO2でバブリングしながら1時間インキュベートした後,潅流装置に移す。上記の脳スライス標本を用いて,近赤外光を用いたノマルスキー微分干渉顕微鏡下にて同定した神経細胞からホールセル記録を行う。現在,ホールセル記録を行っている途中であり,来年度も継続して行う予定である。また,スンクスの中枢神経系における1hチャネルの特性を調べるためには,生後2週間までの幼若スンクスを入手する必要がある。しかし,現状では安定供給が期待できない。そこで,当施設でスンクスの自家繁殖を行い,実験動物として22年度以降より安定供給をはかれるよう準備を始める。従来、悪心・嘔吐研究は末梢性のメカニズムを中心に解明されていたが、中枢性メカニズムについては未だ不明であった。近年、化学受容性嘔吐誘発域とされる延髄最後野の単一ニューロンレベルでの解明が進み、延髄最後野内にIhチャネルの存在が証明された。Ihチャネルは中枢神経系においてペースメーカーの役割を担っており、このチャネルが延髄最後野内でどのような機能を果たしているか非常に興味深いところである。口腔乾燥症は歯科疾患を増悪させるのみならず補綴処置を困難にさせる要因にもなり得る。塩酸セビメリンは口腔乾燥症の治療薬として用いられているが、副作用として悪心・嘔吐を惹起することが報告されている。そこで、今回Ihチャネルの機能を電気生理学的に検証し、延髄最後野におけるセビメリンの応答を解明し、悪心・嘔吐発症機序を解明することを目的とした。SD系の雄性ラット(7-21日令程度)を実験動物に用いて、最後野を含む延髄前額断スライス標本(150-200μm)を作製し、パッチクランプ法を用いて最後野ニューロンの神経活動を記録した。セビメリンを還流投与して最後野ニューロンの反応を検討した。その結果、最後野ニューロンの約40%においてセビメリンに対する興奮性応答を示した。つまり、電位固定法により微小シナプス後電流の頻度の増加は見られなかったが、濃度依存性に内向き電流を示した。一方で、抑制性応答を示した最後野ニューロンは認められなかった。尚、この結果はIhチャネルの有無に関わらず同様であった。よって、最後野ニューロンのセビメリンに対する応答はシナプス後膜に存在するムスカリン受容体を介するものであることが示唆されたと同時に、セビメリン誘発の悪心・嘔吐に延髄最後時が関与している可能性が示唆された。
豪農日記の研究

豪農や地方の知識人が書き残した日記やそれに類する記録は、、古くから所在が知られておりながら、その史料的検討ならびにその史料的体系化の試みはほとんどなされてこなかった。そこで私は、まず豪農の日記やそれに類する日記史料の既刊分の調査に集中した。他方で、豪農あるいは農民に限定しないで、ひろく既刊の日記史料について推理しておく必要性を感じ、時期的には幕末から明治期というほぼ19世紀段階の日記史料を、公卿関係,政治家関係,志士関係と分けて検討した。その多くは『日本史籍協会叢書』や『野史台維新史料叢書』(ともに東京大学出版会復刻)に所収されているが、政治家・志士関係のものには伝記や単行本の形で刊行されているものも少なくない。また政治家とかかわって藩政・幕政史料にも多くの日記史料が含まれていること、その他旅日記・祭日記関係も少なくなく、これらには末刊のものが尨大であることも判った。さて、既刊日記史料の整理とともに、農民の日記については、長野県東筑摩郡朝日村の調査を行ない、ほぼ一村全体の史料の中から日記という名称のついた史料を抽出して検討したところ、その多くが実際は金銭出入帳や大福帳と同じ経営的史料であることがわかり、こうした内容でなく、私的部分や村落生活史や村落状況にかかわる記述の多い日記史料に照準を合せて整理を加えることにした。その結果、豪農および在地知識人の手になり生活史的内容が豊かであるか生活史的記述が多いであろうと思われる既刊日記をリスト化し、本学部紀要に発表した。既刊リストの充実をはかるとともに、今後は来刊で内容の豊かな愛知県の古橋日記、長野県麻績村葦沢家「歳中日記帳」など二・三の日記の解読をすすめると同時に、内容の検討を行なって、個別論文の蓄積をしていくつもりである。
ナノテクノロジー材料としての希土類ポリ酸を用いたメゾスコピック構造の構築と光物性

1.Eu^<3+>のSquare-antiprism型8水和イオンをもつ[Eu(H_2O)_8]_2[V_<10>O_<28>]・8H_2Oが初めて合成され,結晶構造とD_<4d>対称場におけるEu^<3+>の発光挙動が議論された。この化合物が水溶液中のEu^<3+>の水和モデルとして有効であることが示された。2.希土類金属イオンRE^<3+>3個をもつ[R_3(H_2O)_3(SbW_9O_<33>)(W_5O_<18>)_3]^<18->と6個をもつ[R_6O_2(H_2O)_6Al_2(Nb_6O_<19>)_5]^<26->について,R=Tb/Eu混合系で合成しTb^<3+>→Eu^<3+>エネルギー移動の挙動を詳細に調べ,エネルギー移動はdipole-dipole相互作用によりForster-Dcxter機構で伝達されていることを実験的に示した。4.化合物1内の2つのREサイトSite I, Site IIについてRE^<3+>の種類による占有率の違いを発光スペクトルと結晶構造解析の両面から検討した。欠陥Lindqvist型および欠陥Keggin型ポリタングステン酸の2種類の配位子を1:1および2:1の比で含む混合配位子型の希土類ポリ酸[Ln(BW_<11>O_<39>)(W_5O_<18>)]^<15->(Ln=Ce,Eu,Er)(1)、[(SbW_9O_<33>){Ln(W_5O_<18>)}_2]^<15->(Ln=Dy,Ho,Er)(2)がWO_3,H_3BO_3またはSb_2O_3,Ln^<3+>を含むpH7-8の水溶液から単離され、X線構造解析により結晶構造が求められた。1では[W_5O_<18>]^<6->と[BW_<11>O_<39>]^<9->の欠陥部位の末端酸素がLn^<3+>に結合しているのに対し、2の[SbW_9O_<33>]_<9->では欠陥部位の末端酸素および非欠陥部位の架橋酸素の両方がLn^<3+>に結合する、新しい配位様式を示した。Ln^<3+>の配位子場はいずれもsquare-antiprism型構造(8配位)であった。アニオンの対称性は1,2とも近似的にC_Sであるが、1の場合K^+カチオンの結合によりアニオンがわずかに折れ曲がっており対称性はC_Sより低下していた。二種類の希土類金属イオンを含むヘテロポリ酸はその構造と発光特性を研究することにより希土類金属イオン間に働く双極子-双極子相互作用を調べる上での格好のモデルを提供し、希土類蛍光体の分子論的解釈や分子設計に重要である。本年度は構造的に異なる3種類のTb^<3+>/Eu^<3+>を含むヘテロポリ酸を合成し希土類金属イオン間のエネルギー移動がForster-Dexterタイプのものであることを実証した。(2) Tb^<3+>→Eu^<3+>へのエネルギー移動は電気双極子-電気双極子相互作用によるForster-Dexterメカニズムで説明でき、Tb^<3+>の発光とEu^<3+>へのエネルギー移動の割合が等しくなるTb-Eu距離である臨界距離(R_0)、最近接間のエネルギー移動速度(k_<εΓ>)が求められた。(3)母体への励起により生成される0→M(M=W、Mo、Nb)lmct状態からのLn^<3+>へのエネルギー移動は0→Mlmct三重項状態から上記と同様Forster-Dexterメカニズムで起こると推定された。0→Mlmct三重項状態の^3T_<1u>→^1A_<1g>発光とEu^

<3+>の^5D_1→^7F_j発光とを与える3を用いてTb^<3+>,Eu^<3+>へのエネルギー移動速度がエネルギー移動による^3T_<1u>→^1A_<1g>発光寿命の変化から4.3x10^6s^<-1>と見積もられた。2.化合物1内の2つのREサイトSite I, Site IIについてRE^<3+>の種類(イオン半径)による占有率の違いを発光スペクトルと結晶構造解析の両面から検討した結果, SIte Iには種々のRE^<3+>が入るのに対しSite IIにはサイズの小さなRE^<3+>が優勢的に入ることを見いだし,その理由を考察した。
エストロゲンの膵β細胞における糖代謝への影響

我々はエストラジオールE2がハムスターインスリノーマ細胞HIT-T15細胞のインスリンmRNA発現を抑制することを見出した。またestrogen receptorα(ERα)を過剰発現させたHIT細胞でE2が濃度依存性にラットインスリンプロモーターの転写を抑制することを確認した。この現象は従来知られている既知の配列を介してのものではなく、E2-ERαが直接転写調節因子PDX-1やBETA2と相互反応して起こることを解明した。我々はエストロゲン受容体とインスリン発現の関係についてtransient transfectionによる解析を試み,エストロゲン受容体(ERα)がエストロゲン依存的にインスリンプロモーターの転写を抑制するという結果を得た。これらの事象がどのようなメカニズムで起きるのか解明することを目的とする。これまでの実験結果より、ERαはエストロゲンに依存してラットインスリンプロモーター上転写開始地点より-238から-148bp上流に位置するE2regionに作用することがわかった。この部位には膵β細胞特異的転写因子であるPDX-1、BETA2/E47が関係することが知られている。エストロゲンの結合したERαはPDX-1、BETA2およびE47となんらかの相互作用をしている可能性がある。平成22年度の実績は以下の通りである。PDX-1、BETA2およびE47のそれぞれをGal4DNA結合領域に融合させたキメラ発現プラスミドを作成し、これらのキメラ蛋白の転写活性化能に対するERαおよびE2の効果をtransient transfection法を用いてHIT-15細胞において解析した。得られた結果からERαはE2存在下においてE47とは反応しないが、PDX-1、BETA2とは反応する可能性が示唆された。一方DNA結合領域に変異を起こしたERαとはPDX-1、BETA2は反応しなかった。そこでIn vitro pull down assayを行ったところ、ligand依存的にERαとPDX-1、BETA2が結合することが示唆された。現在はゲルシフトアッセイおよびチップアッセイの準備中である。妊娠後期や閉経後のようなエストロゲンが増減している状態、あるいはエストロゲン製剤を投与するような状況下でのエネルギー、糖代謝バランスを解析することは臨床上においても極めて重要なことと思われる。Gal4キメラシステムによるルシフェラーゼアッセイの結果からERαはE2存在下においてPDX-1、BETA2と反応する可能性が示唆された。平成23年度の実績は以下の通りである。平成22年度に引き続きIn vitro pull down assayを行いligand依存的にERαとPDX-1、BETA2が結合する可能性のある結果を確認した。transient transfectionをハムスター膵β細胞HIT-T15以外にラットインスリノーマ細胞INS1を用いて行ったが、HIT細胞とは異なる結果を得た。現在実験系を再検討しているところである。またINS1細胞にエストラジオールを添加してQ-PCRを施行した。こちらも現在条件を検討している最中である。またゲルシフトアッセイおよびチップアッセイも準備中である。我々はエストロゲン受容体(ERα)とインスリン発現の関係についてハムスター膵β細胞HIT-T15を用いてtransient transfectionによる解析を試み,ERαがエストロゲン依存的にインスリンプロモーターの転写を抑制するという結果を得た。これらの事象がどのようなメカニズムで起きるのか解明することを目的とした。初めにノーザンブロッティングを行い、HIT-T15細胞はエストロゲン存在下でインスリンmRNAの発現を抑制することを確認した。deletionアッセイの結果からERαはエストロゲンに依存してラットインスリンプロモーター上転写開始地点より-238から-148bp上流に位置するE2regionに作用することがわかった。エストロゲンの結合したERαはPDX-1、BETA2およびE47となんらかの相互作用をしている可能性があると考え、Gal4キメラシステムによるルシフェラーゼアッセイを行った。

解析結果からERαはE2存在下においてPDX-1、BETA2と反応する可能性が示唆された。in vitro pull downassayを行いligand依存的にERαとPDX-1、BETA2が結合する可能性のある結果を確認した。我々の実験結果からハムスター膵β細胞HIT-T15においてはエストロゲンはERαと結合しPDX-1、BETA2と相互作用をしてインスリンプロモーターの転写を抑制することが解明された。妊娠後期や閉経後のようなエストロゲンが増減している状態、あるいはエストロゲン製剤を投与するような状況下でのエネルギー、糖代謝バランスを解析することは臨床上においても極めて重要なことと思われる。他のグループから本研究と相反する結果が報告された。用いている培養細胞が異なっていたため、報告されている論文で用いられているものと同じ細胞を入手していくつかの実験をやり直している。そのため当初の予定よりやや遅れていると判断される。24年度が最終年度であるため、記入しない。申請者のデータは実験材料にハムスターの膵β細胞を用いており、他のグループのラット膵細胞を用いた結果と相反する部分がある。まず他のグループの実験を追試し、申請者の結果との相違の理由を検討する。当初の研究計画ではより分子生物学的に分子レベルのメカニズムを究明する予定であったが、培養細胞にエストロゲンを添加してのQ-PCRやラットやマウスの膵細胞を用いたin vivoの実験を行うなど研究計画を変更していく必要が生じている。
中央アジアにおける大型家畜利用の再評価―ラクダ牧畜の変遷を中心に

世界には、おもにモンゴルに分布するフタコブラクダとアラビア半島からサハラ砂漠に分布するヒトコブラクダの2種の家畜ラクダがいる。これらは別種だが、カザフスタンでは昔から目的に応じて2種の交配が行われてきた。近年は、乳量の多いヒトコブラクダと、寒さに強くてカザフスタンの気候に適したフタコブラクダを交配させたハイブリッドの作出が盛んになってきている。そこで、ラクダの動物としての特性をDNA、生態、行動の点から解明すると同時に、ラクダを人間がどのように利用してきたか、その相互交渉の歴史と現状についての研究を進めた。3年計画の初年度であり、カザフスタンにおける大型家畜飼育の現状を調査するための調査地選定を広くおこなった。同時に、ラクダ、馬など大型家畜飼育の状況を調査した。4月から5月にかけて、代表者(今村)がカザフスタン西部の乾燥地域(アラル海周辺)において、大型家畜飼育の分布と現状の調査を行った。さらに、8月にメンバー全員でカザフスタン東部山岳地帯および、中部イリ河周辺地域において広域調査を行うと同時に、次年度の本調査へ向けて各自が予備調査をおこない、研究体制を構築した。次年度へ向けた準備として、(1)調査地の選定、(2)カザフスタンの関連研究者との連携と情報交換、(3)アルファラビ大学との関係強化をおこなった。以下に項目ごとに説明する。(1)家畜の生態、行動、遺伝、利用法、文化について総合的に研究できる調査地を選定するため、アルファラビ大の協力を得てキルギス国境の集落とイリ川河畔の集落に滞在した。そして山岳地帯と低地の家畜の種類、牧畜方法の比較をおこなった。また、家畜にGPSをつけて家畜の行動調査を予備的におこなった。牧畜技術、乳加工の方法についての聞き込み調査も行った。調査を受け入れてくれる酪農家を探し、最終的にアルマトィから西へ100キロの場所にあるアクティ村の酪農家から次回(2015年以降)の調査の承諾を取り付けた。(2)現地の植物学者、畜産学者、遺伝学者、人類学者と会い、今後の研究協力体制について話し合った。家畜の血液、乳などの資料を現地でどのように保存し、どのように分析するかについて、また、必要に応じて日本に持ち帰るための手段、ルートについても話を詰めた。(3)これまでのアルファラビ大との協力体制を強化し、日本チームの研究結果をどのような形で発表し、いかにして成果をカザフスタンに還元できるかについてヌルタジン教授を中心に話し合った。3年計画の2年度目であり、もっとも充実して研究をすすめることができた。(1)ヒトコブラクダとフタコブラクダの分布と産業化の歴史(今村・風戸担当):ソ連時代以前は、耐寒性から、カザフスタン西南部のみにヒトコブラクダが生息し、それ以外の地域はフタコブラクダが分布していた。しかし、ソ連時代にミルク生産の観点から、東部、南部の地域でヒトコブラクダの導入が急激にすすんだ。その結果、ヒトコブラクダは耐寒性が弱いにも関わらず、東部で大量のヒトコブラクダが飼われている。一方、西部地域では、昔ながらのフタコブラクダが飼われ、小規模経営が行われている。(2)ヒトコブラクダとフタコブラクダの遺伝子(斎藤担当):コブの形とミトコンドリアDNAが、必ずしも一致しないことが明らかになった。ヒトコブラクダとフタコブラクダが分岐したのは200万年前といわれており、これら完全な別種が家畜化の歴史を経て雑種を作出していた経緯を明らかにすることが今後の課題である。(3)ラクダの生態学的基盤(星野担当):ラクダ牧場(ヒトコブラクダが多数派)でラクダの行動分析、植生調査を行った。ラクダが利用する牧草地の土壌と植生、行動域、餌となる植物の成分分析から、ラクダが他の家畜より、はるかに乾燥や気候変動に強い動物であることがわかった。(4)ラクダ乳など経済的価値の評価(石井担当):家畜としてのラクダは18か月間連続して搾乳できるきわめて経済効果の高い動物であることが明らかになった。ヒトコブラクダとフタコブラクダの乳成分の分析から、フタコブラクダのほうが、脂肪分が多くカロリーが高いことがわかった。しかし、搾乳できる乳量はヒトコブラクダがフタコブラクダより2倍近く多い。このため、両方の長所を引き出そうと2種を交配させる酪農家もいる。以上、ラクダの生物学的特性、環境への耐性、経済価値、人間との歴史的関係が総合的に明らかにされた。ラクダの生態学的調査から、ラクダが気候変動に強い動物であるということが再確認できた。ヒトコブラクダとフタコブラクダを比較し、乳成分の基本的な違い、さらに乳成分の季節変動も明らかになった。遺伝子の解析から、ヒトコブラクダとフタコブラクダという完全に別種の動物が交配し子孫を残すという事実が確認された。さらに、こぶの形態と遺伝子が一致しないという新発見があった。これらは人間が歴史的にラクダをともなって東西交易したことの投影である可能性がある。また、カザフスタンで採取したヒトコブラクダDNA資料に、起源の古い個体があった。これは、ラクダの起源地あるいは家畜化の過程の解明に一石を投じる発見である。以上のような新発見がいくつもあったが、しかし、家畜飼育における経済学的側面、歴史的側面については十分に資料を収集したとはいえない。

カザフスタンという国が経済統計などを公表しない国であるというハンディがあるが、できる限り資料を集めることが今後の課題である。カザフスタンにおけるヒトコブラクダとフタコブラクダ、それらの雑種を対象に研究を進めた。その結果、これらの気候条件におうじた分布、遺伝的な違い、生態学、行動学的特徴、乳量と品質などの畜産学的特徴について解明できた。分布については北緯45度を堺に北にフタコブラクダが、南にヒトコブラクダが飼育される傾向がある。1.リモートセンシングによる結果から、ラクダは、他の家畜(ウマ、ヒツジなど)と競合しない場所を牧草地に選んでいることがわかった。また、ラクダが食べる植物種は多様で、草丈の高いものをまばらに食んでいる。つまり、生態系へのインパクトが小さい。酪乳の点から見ても、ラクダは、搾乳期間が2年間で18か月も続くという驚異的な動物である。つまり、仔ラクダを出産(3月4月)後、授乳中に次の仔を妊娠し(交尾期1月3月)、妊娠6か月までうえの仔ラクダに授乳し、同時に搾乳可能だという。2.ラクダの発酵乳酒の経済的価値が上がったことにより、雑種が作られている。乳量の多いヒトコブラクダに、寒さに強いフタコブラクダを掛け合わせることで、両者の長所を兼ね備えた雑種を作ろうという動きである。私たちは、カザフスタン全土のラクダのDNAを採取し、遺伝学の専門家を中心に分析した。現在はミトコンドリアDNAの分析結果だけが出ているが、見かけがヒトコブのものでも、MtDNAはフタコブ、また、その逆の個体もあった。このことから、雑種が作られた歴史は相当に古いと考えられる。3.この100年のカザフスタンにおけるラクダ飼育は、伝統的な遊牧からソ連時代を経て、現在、市場経済の中でラクダ牧畜がおこなわれている。この結果ラクダ牧畜経営には、季節移動をともなう家族経営、町におけるラクダの庭飼い、数百から千頭規模の企業経営など、さまざまな経営形態が共存している。世界には、おもにモンゴルに分布するフタコブラクダとアラビア半島からサハラ砂漠に分布するヒトコブラクダの2種の家畜ラクダがいる。これらは別種だが、カザフスタンでは昔から目的に応じて2種の交配が行われてきた。近年は、乳量の多いヒトコブラクダと、寒さに強くてカザフスタンの気候に適したフタコブラクダを交配させたハイブリッドの作出が盛んになってきている。そこで、ラクダの動物としての特性をDNA、生態、行動の点から解明すると同時に、ラクダを人間がどのように利用してきたか、その相互交渉の歴史と現状についての研究を進めた。本年度は初年度であり、本格的なデータ収集までには至らなかったが、次年度へ向けて、調査地の選定、カザフスタンの関連研究者との連携と情報交換、アルファラビ大学との関係強化などをおこなうことができ、本年度の目標はおおむね達成できた。カザフスタン国内における家畜の分布について、乾燥地および西部地帯のラクダ優位、東部、北部の草原地帯および東南部山岳地帯におけるウマ優位という一定の結論を出すことができた。また、研究を進めるうちに、純系カザフスタン産フタコブラクダの数が急激に減少しているという新たな問題を発見することができた。現場に足を運ぶことで、問題が浮き彫りになりカザフスタンの研究者からも研究協力の要請を受けることになった。帰国後も、平成27年度の総合調査を成功させるため、カザフスタンの研究者とメールなどで緊密に連絡をとり、情報交換や研究計画について意見を交わしている。
日高山脈・十勝平野における最終氷期の古環境復元に関する研究

1.テフロクロノロジーに基づいて,十勝平野南部の諸河川の段丘地形および段丘礫層の精査を行い,酸素同位体比ステージ53の河川の堆積・侵食史を数千年1万年の時間精度で確立した.2.日高山脈起源の風成塵の量的検討および,その供給を可能にする自然(ツンドラ)環境の評価を検討した:氷期には日高山脈起源の細粒物質が十勝平野に大量に供給されていた.3.現河床礫について、札内川の現河床および、それらが段丘化した層準において、粒度組成調査を現地で行った.このデータに基づいて,氷期の河川の剪断応力を復元し,氷期の古水文環境を論じた:氷期の河川の流量は,現在に比べて大きかったとは言えず,氷期の堆積の主因は融雪洪水・山域の土砂供給にあった解釈された.4.幌尻岳周辺域について空中写真判読を繰り返し,岩石氷河の可能性のある堆積地形を認め,山岳永久凍土環境に関する検討を行った.さらに,地温,気温を観測し,現在の凍土環境に関する資料を得た.5.十勝平野北西部山麓における化石周氷河現象の記載資料から,氷期の永久凍土環境を再検討した.1.テフロクロノロジーに基づいて,十勝平野南部の諸河川の段丘地形および段丘礫層の精査を行い,酸素同位体比ステージ53の河川の堆積・侵食史を数千年1万年の時間精度で確立した.2.日高山脈起源の風成塵の量的検討および,その供給を可能にする自然(ツンドラ)環境の評価を検討した:氷期には日高山脈起源の細粒物質が十勝平野に大量に供給されていた.3.現河床礫について、札内川の現河床および、それらが段丘化した層準において、粒度組成調査を現地で行った.このデータに基づいて,氷期の河川の剪断応力を復元し,氷期の古水文環境を論じた:氷期の河川の流量は,現在に比べて大きかったとは言えず,氷期の堆積の主因は融雪洪水・山域の土砂供給にあった解釈された.4.幌尻岳周辺域について空中写真判読を繰り返し,岩石氷河の可能性のある堆積地形を認め,山岳永久凍土環境に関する検討を行った.さらに,地温,気温を観測し,現在の凍土環境に関する資料を得た.5.十勝平野北西部山麓における化石周氷河現象の記載資料から,氷期の永久凍土環境を再検討した.1.テフロクロノロジーに基づく河成礫層の精査十勝平野南部の諸河川の段丘地形および段丘礫層の精査を行った.テフラについては,歴舟川,豊似川の上流部および平野の数地点で試料を採取し,現在室内で分析を行っている.2.河成砂礫の水文学的調査現河床礫について、札内川の現河床および、それらが段丘化した層準において、粒度組成調査を現地で行った.また、このデータに基づいて陸水物理学的解析を行った.3.岩石氷河の調査空中写真判読を繰り返し,岩石氷河の可能性のある堆積地形を抽出した.4.永久凍土活動層の化石形の調査十勝平野北西部山麓において調査を行った.これまでに記載したデータを新しい観点から見直した.以上の調査から、以下の諸点の整理を行った.1.南十勝河川の氷期の堆積・侵食史を数千年1万年オーダーで編年した.2.日高山脈起源の風成塵の供給について検討を開始した.3.氷期の古水文環境を検討する基礎として、現在の水文条件と河川による砂礫の野外資料を得た.1.テフロクロノロジーに基づく河成礫層の精査十勝平野南部の諸河川の段丘礫層の精査を実施した.ローム層については,歴舟川,楽古川の上流部および平野の数地点で試料を採取し,室内実験を開始した.この調査は日高山脈起源の風成塵の量的検討および,その供給を可能にする古(ツンドラ)環境の評価に関わる.クッチャロカルデラの形成に関わるテフラ(Kc-5)の分布を発見し編年学的意義を検討した.2.現河床砂礫の水文学的調査現河床礫,数層準の段丘礫について砂礫の粒度組成調査を豊似川で実施した.このデータに基づいて陸水物理学的解析を行った.人間活動(森林伐採:開墾)による過去百年間における,水文環境の劇的な急変を示す堆積物を認めた.3.山岳永久凍土環境の調査日高山脈において現地調査を実施した.ボロシリ岳トッタベツ岳周辺において,岩石氷河の可能性のある岩塊地形のマッピングをおこなうとともに,簡易温度計20台を設置し通年の気象観測を実施している.1.テフロクロノロジーに基づく河成礫層および古環境復元の精査十勝平野南部において諸河川の段丘礫層およびテフラの精査を実施した.楽古川の海食崖において新たにAafa-4,Sns,K-chテフラを同定し,十勝平野においてこれらの火山灰層序を確立するとともに,年代学的意義ならびに最終間氷以降の海水準変動への意義について検討した.日高山脈起源の風成塵の量的検討および,その供給を可能にする古(ツンドラ)環境の評価に関わる野外資料の観察・記載をおこなった.2.現河床堆積物の地形学的・水文学的調査現河床礫,数層準の段丘礫について砂礫の粒度組成調査を札内川で実施した.

1947年米軍撮影の航空写真判読によって当時の河床を復元するとともに河床砂礫の粒度分析調査,堆積状況の精密な記載を実施した.これらのデータに基づいて陸水物理学的解析を行った.3.人為環境変動の調査人間活動(森林伐採:開墾)によって水文・地形・土壌環境が劇的に急変していることを示す地形,堆積物および葦群落について現地調査をおこなった.4.山岳永久凍土環境の調査日高山脈において現地調査を実施した.ポロシリ岳トッタベツ岳周辺において,昨年度設置した簡易温度計20台から観測資料を回収し,通年の気温資料を得た.気温観測は引き続き実施されている.1.テフロクロノロジーに基づく河成礫層の精査十勝平野南部において諸河川の段丘礫層およびテフラの補充調査を実施した.十勝川河口付近から釧路にかけて,完新世の火山灰について精査を行い,完新世の地形変化の編年に関する基礎的な資料を得た.2.現河床砂礫の水文学的検討現河床礫,数層準の段丘礫の粒度組成調査結果について,陸水物理学的解析を行った.その結果,氷期の河川の剪断応力が,現在の河川に比べて小さいという従来の見解とは異なり,両者はほぼ同じ値を示した.このデータは,氷期の河川が著しい堆積を引き起こした原因は山岳上流域における土砂の供給の増大にあることを強く示唆している.3.水文環境の急変と河川の応答の検討人間活動(森林伐採:開墾)によって水文環境が劇的急変していることを示す地形,堆積物および葦群落について基本的な野外資料,気象資料,開墾に関わる歴史的資料の収集,解析を実施した.森林伐採:開墾による水文・地形・土壌環境の劇的な変化に対する河川の応答モデルの基礎として検討している.4.山岳永久凍土環境の調査日高山脈のポロシリ岳トッタベツ岳周辺において,簡易温度計20台による観測資料を回収し,雪面下温度の情報を得た.この資料に基づいて,日高山脈山頂周辺における永久凍土分布の可能性について検討を行っている.
マウスにも使える画期的な粉末微粒子吸入装置の作製

粉末吸入製剤の全身性および肺局所的な薬効を明らかにするためには、汎用実験動物のマウスの肺に粉末吸入製剤を確実に投与する必要がある。本研究では、粉末製剤を呼吸に同期させて投与する画期的な装置の開発に取り組み、以下の成果を得た。1)胸腔の圧力を低下させることで人工的に呼吸を再現できるマウス用陰圧式人工呼吸器を完成させた。2)陰圧式人工呼吸器は、従来技術であるPenn-Century社製投与デバイスDP-4Mに比べ、粉末微粒子吸入製剤の送達効率を3倍高めた。3)肺結核の治療を目的として、抗結核薬のリファンピシンを製剤化し、肺へ投与した結果、十分な抗結核効果を得られる薬物量が肺へ送達されていた。前年度に「鉄の肺」が作製できたことから、平成25年度は、小型実験動物のマウスの肺へ微粒子粉末を吸入させること、さらに微粒子の肺における分布を明らかにすることを目標とした。はじめに、粒径の小さな活性炭をマウスに吸入させ肺を摘出したところ、活性炭が肺全域へ送達されていることがわかった。さらにその肺の組織切片を作製したところ、活性炭が肺胞部位にまで送達されていることが明らかとなった。従って、「鉄の肺」を用いて呼吸に同期させて粉末を吸入させることにより粉末を効率よく肺胞へ送達させることができると示唆された。そこで、吸入型の抗結核治療薬として研究を進めている粉末微粒子、すなわち抗結核薬のリファンピシンを20%内包したポリ(乳酸ーグリコール酸)微粒子をマウスへ0.5 mg吸入させた。まず、マウスの肺へ投与するための既存の装置であるPenn-Century社製DP-4Mと本装置の肺への微粒子の送達量について比較したところ、「鉄の肺」はDP-4Mに比べ3倍以上高い肺への送達量を示し、乾燥肺組織重量あたり60 μgのリファンピシンを送達できていたことが明らかとなった。さらに、微粒子の肺における分布を明らかにするため、肺を五葉に分け、それぞれの葉へ送達された微粒子中のリファンピシン量を定量した。「鉄の肺」により吸入させた微粒子はマウスの各肺葉へ均等に送達されており、各肺葉へ送達されたリファンピシン量は乾燥肺葉組織重量あたり4780 μgであった。この量はリファンピシンが効果的に抗結核作用を示す濃度である5 μg/mLを超えると考えられ、「鉄の肺」が肺への薬物送達において極めて有用な装置であると考えられた。以上のことから、前年度からの研究を通して、マウスに対しても吸入させることのできる画期的な粉末微粒子吸入装置を完成することに成功した。本研究において平成24年度に達成する目標は、マウスのような1回呼吸量がわずか0.2 mLの小動物に対して、エアロゾル化微粒子製剤を吸入させることができるよう、「鉄の肺」を製作することであった。本装置により、マウスの胸腔部を任意の圧力差で減圧させることができるため、肺の膨張を促すことができ、それに従った薬剤の吸入をさせることができる。まず、マウスの胸腔部を完全に収納し、かつ密閉度の高い容器をアクリル材により作製した。さらに、呼吸のようにパルス上の圧力差を発生させることができるように、周期的に圧力差を生じることのできる電子制御回路を設計し、製作した。鉄の肺へ収めたマウスは、麻酔下において呼吸数は低下していたが、1分間に100回程度の呼吸を10分間以上安定して繰り返していた。また、このときに鉄の肺へ発生させた圧力差は10 cmH2Oであったが、麻酔からの覚醒率は100%であったことから、肺に負担の少ない呼吸を鉄の肺により再現できていたと考えられる。本装置の設計にあたって、ヒトの意識的な呼吸制御方法である深呼吸や息こらえを再現することを目標としていた。これらを達成するために、鉄の肺へ生じさせる圧力差を大きく、または圧力差を持続させることのできる電子制御回路を製作した。その結果、20 cmH2O程度の圧力差による呼吸および1分間に60回程度の低頻度での呼吸を再現できた。以上のことから、当初の目的に掲げたように任意の呼吸を再現することのできる鉄の肺が完成し、薬剤の吸入実験へと移る準備が整った。平成24年度に達成するべき目標は任意の呼吸を再現できる鉄の肺の製作であった。そのためには、肺にパルス上の圧力変化が生じる呼吸を模倣することが必要不可欠であり、さらにマウスのような小動物においては1分間の呼吸回数が160回程度であることから、瞬間的なパルス制御のできる電子制御回路の設計および製作が必要であった。

さらに、ヒトの呼吸制御方法である深呼吸および息こらえを再現できる機能を電子制御回路に組み込む必要があった。研究実績の概要に示したように、周期的な呼吸を再現し、圧力および呼吸頻度を変動させた呼吸をマウスに於いて再現することができた。従って、本研究は当初に掲げた年度目標を達成しており、順調に進展している。本年度は、完成した薬物吸入装置を利用して、マウスへ微粒子製剤の粉末を吸入させる実験を行う。まず、最適な吸入条件を検討するため、安静時のヒトにおいて呼吸によって生じる圧力変化は1020 cmH2O、吸気と呼気の比(I:E比)が1:21:3であることを参考として、肺へ流出入する空気の特性を計測し、肺に負担をかけない吸入に最適な条件を検討する。さらに、呼吸リズムにシンクロナイズドさせた投与条件を見いだすことを目標に掲げ、そのためにマウスの肺へ最も効率よく送達できる呼吸頻度に関しても検討する。吸入させた微粒子の肺への送達性および分布は、蛍光色素を内包させた粉末微粒子を吸入させた後に、肺を実体蛍光顕微鏡により観察することで評価する。また、適切な条件検討が絞り込まれたら、抗結核薬のリファンピシンを含有した粉末微粒子をした弱毒結核菌のBCGを感染させたマウスに吸入させ、肺におけるBCGの生存率をcolony forming units (CFU)として求め、鉄の肺が吸入装置として妥当であるか検討する。以上挙げたような検討を行い、マウスへも微粒子粉末を吸入させることのできる画期的な装置を完成させることを、本研究の最大の目標とする。マウスへの微粒子粉末の送達性を評価するため、研究費は主として実験動物の購入費に充てる。また、微粒子粉末の肺への送達性および分布を検討するために、蛍光色素を含有した微粒子を調製するための費用として使用する。鉄の肺で再現した呼吸を適切に評価するための実験機器や、鉄の肺を最適化するための材料の購入にも使用する予定である。