hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
培養器外直接発根法による植物苗の急速大量生産に関する環境調節工学的研究

その結果、光強度の低い場合には培養液濃度の違いによる生長差は比較的小さいのに対し、光強度の高い場合には倍養液濃度の違いによる生長差が大きくなり、培養液濃度が生長に及ぼす影響は、光強度によって異なることが分かった。(2)栽植密度の異なる試験区を設け、栽植密度が生長に及ぼす影響を試験した。その結果、栽植密度の高い試験区ほど生長が遅く、植物が生長して葉面積指数がある値を超えると相対生長速度(RGR)が低下することが分かり、スペーシングの指標として葉面積指数が利用できると考えられた。(3)発根促進剤(オーキシン)処理が発根・生長に及ぼす影響について試験した結果、今回の処理方法では有意な効果は見られず、さらに別の処理方法での試験が必要と考えられた。本研究の「培養器外直接発根法」は、従来の培養法における培養器内でのシュート伸長ステージ・発根ステージ、および培養器から取り出した後の順化ステージの時系列的な3ステージを、環境制御技術によって培養器を用いることなく光独立栄養生長条件下で同時並行的に達成しようとする方法である。本研究では、この方法によるウィルスフリー苗の効率的生産のための好適栽培条件の探索を目的にしている。今年度は、継代培養された培養由来のイチゴ小植物体を用い、主に生育過程での枯死抑制のための条件について検討し、以下の成果を得た。(1)前年までの試験で枯死する小植物体がみられた。その一因として、植え付け直後の外植体基部の培地との接触不良による吸水阻害が推定された。そこで、外植体を植え付けたロック-ル培地の養液水位が異なる試験区を設け、養液水位が小植物体の枯死および成長に及ぼす影響について実験的に調べた。その結果、植え付けてから発根するまでの培養液水位を、外植体基部よりも高い位置に維持することで、枯死率が低下することが分かった。(2)実験に用いたグロースチャンバー内に設置した、防風用プラスチックトンネルの通気および内部の光強度が小植物体の枯死に影響を及ぼしていると考えられたので、これについて試験した。その結果、栽培初期でのトンネルの通気を抑え、かつ栽培日数経過にともない光強度を段階的に高くすることで、成長抑制を小さくしつつ枯死を抑制できることが確認できた。
網膜の情報伝達に関与する一酸化窒素の機能的役割

目的:一酸化窒素(NO)は、血管平滑筋弛緩因子として同定されたが、近年、神経伝達物質、あるいは神経調節因子としての役割が注目されている。網膜においても、NO合成酵素の存在が報告されており、視覚情報伝達にNOが関与すると予測される。私たちは、ラット摘出網膜標本からの内因性アセチルコリン(ACh)の遊離を想定し、それにおよぼすNOの影響を検討し、さらにその遊離調節機序をGABA作動系との関連で解明した。方法:Wistar系雄性ラットを用いて、摘出網膜標本を作成し、Krebs液で潅流した。この標本から遊離した内因性AChは、固定化酵素カラムと高速液体クロマトグラフィーを用いて電気化学的に測定した。結論:ラット網膜において、NOはACh遊離に抑制的に関与する。さらにこの作用にはNOによるGABA作動性神経の賦活が介在するであろう。目的:一酸化窒素(NO)は、血管平滑筋弛緩因子としての機能のみならず、最近では中枢および末梢神経系での伝達物質の遊離調節にも関与するとされる。私たちは、ラット摘出網膜標本からの内因性ドパミンおよびアセチルコリン(ACh)の遊離を想定し、これらの神経伝達物質の遊離機構を検討してきた。そこで今回はAChに焦点を絞り、内因性ACh遊離に及ぼすNOの影響を検討し、さらにその遊離調節機序をGABA作動系との関連で解明した。さらにこの作用にはNOによるGABA作動性神経の賦活が介在するのであろう。
神経細胞樹状突起の形態を調節する分子メカニズム

(1)ドレブリンと他のアクチン関連蛋白との関係を生化学的に解析するために、ドレブリン、ミオシン、アクチン、トロポミオシン、α-アクチニン、カルデスモン、ゲルゾリン等を精製した。次にドレブリンと他の精製蛋白を種々組み合わせてアクチンフィラメントとの共沈実験を行い、ドレブリンはトロポミオシン、α-アクチニンと競合的にアクチンフィラメントに結合することを見いだした。ドレブリンの解離定数は1.2x10-6であった。またmotility asayによりドレブリンを加えるとアクチンフィラメントの動きがわかり、このことによりドレブリンがミオシンフィラメントとアクチンフィラメントの関係を調節していることが示唆された。また上記蛋白に対する特異抗体を用いて、ドレブリン遺伝子導入線維芽細胞の免疫染色を行い、突起形成を起こすアクチンフィラメントからはトロポミオシンが失われていることが解った。(2)ドレブリン特異抗体を固定化したビーズを用いて樹状突起スパインの細胞骨格蛋白群を調節すると、ドレブリンの他、アクチン、3種のミオシンとゲルゾリンがその中に含まれるていたが、さらに多くの未同定蛋白が含まれていることを蛋白電気泳動法により確認された。そこでこの標本を免疫源としてモノクローナル抗体を作製したところ、脳に特異的なミオシン用蛋白を認識する抗体、神経細胞が分泌する細胞外基質を特異的に認識する抗体、カルモデュリンカイネースを認識する抗体がとれた。その他にもまだ抗原が同定されていないが、脳に特異的な抗体がいくつかとれている。(3)ES細胞からドレブリン遺伝子をクローニングしその配列を明らかにした。この遺伝子を八木らにより新たに開発されたgene targeting用のプラスミドに組み込み、ターゲッティングようのベクターを作製した。ドレブリンの解離定数は1.2x10^<-6>であった。(2)ドレブリン特異的抗体を用いた免疫沈降法により、アクチン以外のドレブリン結合蛋白についての生化学的解析を行うと共に、ドレブリン結合蛋白に対するモノクローナル抗体を免疫沈降物を免疫原として試みた。数種のハイブリドーマが確立されたが、現在その抗原の解析中である。この遺伝子を八木らにより新たに開発されたgene targeting用のプラスミドに組み込み、これを用いてドレブリンA欠失マウスを作製する実験を現在行っている。

またmotility asayによりドレブリンを加えるとアクチンフィラメントの動きがわかり、このことによりドレブリンがミオシンフィラメントとアクチンフィラメントの関係を調節していることが示唆された。また上記蛋白に対する特異抗体を用いて、ドレブリン遺伝子導入線維芽細胞の免疫染色を行い、突起形成を起こすアクチンフィラメントからはトロポミオシンが失われていることが解った。(2)ドレブリン特異抗体を固定化したビーズを用いて樹状突起スパインの細胞骨格蛋白群を調整すると、ドレブリンの他、アクチン、3種のミオシンとゲルゾリンがその中に含まれるていたが、さらに多くの未同定蛋白が含まれていることを蛋白電気泳動法により確認された。そこでこの標本を免疫源としてモノクローナル抗体を作製したところ、脳に特異的なミオシン用蛋白を認識する抗体、神経細胞が分泌する細胞外基質を特異的に認識する抗体、カルモデュリンカイネースを認識する抗体がとれた。その他にもまだ抗原が同定されていないが、脳に特異的な抗体がいくつかとれている。(3)ES細胞からドレブリン遺伝子をクローニングしその配列を明らかにした。この遺伝子を八木らにより新たに開発されたgene targeting用のプラスミドに組み込み、ターゲッティングようのベクターを作製した。。
集団の多様性がマッチングに与える影響について

人と人、あるいは人と物の望ましい組み合わせを分析することが「マッチング理論」の役割である。労働市場における労働者と企業のマッチ、移民市場における移民と受け入れ国のマッチなど、様々な市場に応用可能な理論である。本研究では、労働者や移民の「多様性」に着目する。例えば移民を受け入れる場合、若い低学歴の移民と年配で高学歴の移民のどちらを受け入れるべきかは、受け入れ国の何らかの受け入れ目標に依存する。このように多種多様な人物が存在する状況で、企業や受け入れ国の「受け入れ目標」を満たすような受け入れ方式はどのようなものか、また公平で効率的で安全なマッチの仕方は何かを模索する。
アナログ電話回線によるテレカンファレンスシステムの構築

本研究は、千葉病院・水道橋病院の2病院間の口腔外科医局に設置したApple Macintoshをアナログ回線(28800BPS)経由で外部のインターネットプロバイダーに接続し、日常診療の中で両院間の患者の口腔内写真やX線、さらに治療経過といった診療情報を交換する事を目的とした。一般の接続業者を利用する場合医療情報の特殊性から法律的な意味も含めて、何らかの情報の安全性を考慮する必要がある。今年度は、アナログ電話回線を使用する情報伝達システムとして、情報の収集基盤ともなる医療情報のデータベースシステムを外部インターネットにも連動する"イントラネット"に注目し、RDBMSとWeb Serverを中心としたシステム構築を中心に行った。インターネット技術の急速な発展(JAVA,ACTIV-Xなど)がシステム構築決定の遅れとなり、全体のシステム構成決定が遅れた。その結果、1)千葉病院、水道橋病院の口腔外科医局は、インターネットのIP接続(アナログ電話回線:V.3428800BPSモデム、医療関連専用プロバイダーMedical Bank Institute Japan)を利用し、システム構成はMacintoshとQuick Time Conferencing Kit、Netscape Navigater3.0.1を使用した。2)患者情報は、カラー写真画像はディジタルカメラ(SONY DSC-F1)、X線フィルムはイメージスキャナあるいはTVカメラで取り込んだ。3)患者情報のデータベース化は、WindowsNT上にWeb Server(WebGrobe:NTTtelecom)とRDBMS(Sybase Anywhere)を連結した"イントラネット"で構築した。さらに、画像の管理運用には、教室のMacintosh WGS8150/110でWebStarとCumulasNetworkでCD-ROM(KODAK PhotoCD)の管理を行い、WindowsNTのWebServerに連動した本研究は、千葉病院・水道橋病院の2病院間の口腔外科医局に設置したApple Macintoshをアナログ回線(28800BPS)経由で外部のインターネットプロバイダーに接続し、日常診療の中で両院間の患者の口腔内写真やX線、さらに治療経過といった診療情報を交換する事を目的とした。さらに、画像の管理運用には、教室のMacintosh WGS8150/110でWebStarとCumulasNetworkでCD-ROM(KODAK PhotoCD)の管理を行い、WindowsNTのWebServerに連動した
ブレーンワールドシナリオにおける非線形・非摂動的な重力相互作用の解明

(1)ブレーン宇宙におけるブラックホールについてブレーンワールドシナリオにおける強い重力系として、私はブラックホールについて研究を行った。ブレーン宇宙モデルの下でブラックホールを具体的に構成してみせようとする試みがこれまでにも多々あったが、今のところ厳密解としての構成は特殊な場合を除いて成功していない。また、静的ブラックホール解の存在を否定する議論もAdS/CFT予想にもとづいてなされている。このような状況で、私は数値的手法を用いてこの問題に取り組み、具体的な解の構成に成功し、そのブラックホール-局在化ブラックホールと命名-の諸性質について研究をすすめた。ブラックホール熱力学の観点からは、このブラックホールがある温度で連続的な転移を起こすことを見出した。また、時空に特異点がない事、熱力学量に特異な振る舞いが現れない事から、このブラックホールが物理的な解であり、おそらくは一意的な解を表していることを主張した。(2)カルーザ・クラインブラックホール(1)の手法を発展.応用させ、カルーザ・クライン(コンパクト化)理論におけるブラックホール真空解の構成を行った。このブラックホールはブラックストリングの(グレゴリ・ラフラメ)不安定性の最終状態として期待され、近年の研究にともなって注目されるようになった。そこで私は共同研究者とともに、具体的な数値解の構成を行い、このブラックホールがどのようにしてブラックストリングへと移りかわっていくか、という事について研究を進めた。その結果、ブラックホール/ブラックストリング遷移について疑問を投げかける否定的な結論を得た。具体的には熱力学量の不一致等である。また一方で、ブラックホールの存在によって、一旦コンパクト化された時空がほどけてしまう、デコンパクト化が生じる事を発見した。近年の新たな試みであるブレーンワールドシナリオとは、我々の宇宙を高次元中に埋め込まれたブレーンによって実現しようとする理論モデルである。私はこのモデルにおける非線形・非摂動的な重力相互作用を解き明かし、それによってブレーンワールドシナリオに特有な理論的予言等を得ることを目指し、以下のような研究を行った。(1)ブレーンワールドモデルにおける重力場の高次摂動について以前、私と共同研究者は重力場の高次摂動の影響をブレーンワールドモデルにおいて評価し、観測的な制限との比較を行った。この研究を発展させ、完結した結果を得るために、私はさらに研究をすすめた。私は共同研究者と共に、2枚のブレーンをつかったブレーンワールドモデルにおいて、静的軸対称な摂動展開を行い、このモデルにおけるポストニュートニアンの評価を行った。その結果、いくつかの例外的な場合が考えられるものの、このモデルにおける重力の振る舞いは4次元のそれと矛盾しないことが確認された。逆に、ポストニュートニアンの観測によって、モデルの正否を明らかにすることは難しいことが分かった。(2)ブレーンワールドモデルにおけるブラックホールについてブレーンワールドモデルに基づくブラックホールの性質を解明することは未解決問題とされ、強い重力場の振る舞いを解明するにあたって重要な間題であると認識されてきた。私は共同研究者と共にこの間題に取り組み、ブラックホールを表す(数値)解をブレーンワールドモデルの下で初めて明らかにした。このブラックホールは5次元時空中にあるにもかかわらず、4次元的な振る舞いを示すことが明らかにされ、これにより強い重力場の振る舞いについての知見が進んだ。この研究による成果は現在投稿中である。
ジルコニアセラミックスの擬弾性と強靭化機構に関する研究

顕著な擬弾性挙動を示す3Y-TZPを用い、広範囲に亘る応力速度をパラメータとした引張破断試験を実施し、ジルコニアセラミックスの機械的特性に及ぼす擬弾性の影響を調査した。静疲労き裂進展による影響を除くために試験は全て真空環境下(8.0×10^<-3>Pa以下)にて行った。また、RT及び400°C高温環境下において試験を実施し、破断強度の応力速度依存性について比較検討を行った。負荷中に発生するひずみの測定に関しては、ひずみゲージの高温環境下への適用が困難であるため、新たな試みとして差動トランスを用いた変位測定による間接的なひずみ測定法の導入を検討した。強度の特異な負荷速度依存性がRTだけでなく応力誘起相変態が不活性化されている400°Cにおいても見られた。また、400°Cにおける強度はRTよりも全体的に低い傾向にあるものの、擬弾性ひずみの発現要因と考えられるイオンの微小移動が活性化する高速度下においてはRTと同等の強度を示した。以上の結果より、擬弾性の発生が主原因となり強度の負荷速度依存性を生み出していると判断された。擬弾性の発現性を向上させることは材料の強靭化につながるものと考えられる。差動トランスによるひずみ測定に関しては、試験片の変形から得られる直接的な値ではないため、ノイズや荷重信号との位相差など様々な問題を生じたが、試験法や解析法を十分に検討することによりこれらの問題を軽減させ、微小変化である擬弾性ひずみの測定法を確立した。本年度は上記試験の他、擬弾性の発現メカニズムをより詳細に調べるため、8Y-FSZ単結晶試験片を用いることにより擬弾性による微小変化を精密に測定した。単結晶の特徴を生かし、擬弾性発現効率の結晶方位依存性を調べた。擬弾性発現効率は各結晶方位間で大きく異なり、<100><<110><<111>となった。添加陽イオン-酸素欠陥対モデルを考慮することにより、擬弾性は構成イオンの微小移動により生じるものと推定された。種々のジルコニアセラミックス(Ce-TZP、3Y-TZP、8Y-FSZ、Mg-PSZ)に対して、1000°C水素ガス中8hの加熱処理を行い、熱処理前後の質量及び様々な力学特性の変化を測定した。その結果、Ce-TZPにおいてのみ還元効果が認められ質量の大幅な低下を生じたが、他の材料に変化は認められなかった。還元に伴いCe-TZPでは硬さ及び内部摩擦が増加したが、その一方で工業的に重要な破壊靭性値の著しい低下が確認された。Ce-TZP内部においてはCe^<4+>がCe^<3+>へ価数変化(還元)することにより酸素欠陥が導入され、質量の低下及び内部摩擦の増加を示したものと考えられた。他の材料においては、添加陽イオン(Y^<3+> or Mg^<2+>)の価数変化に対して非常に高いエネルギーが必要とされるために還元効果が現れなかったものと結論された。破壊靭性値の低下現象に関しては、高温水素中還元処理中に導入された水素による脆化作用が検討された。しかしながら、真空中熱処理による脱水素処理後においても機械的特性に変化が見られなかったことから、破壊靭性値の著しい低下は水素脆化によるものではなく酸素欠陥に起因する相変態能の低下が主原因であることが明確に示された。多量の酸素欠陥を含んだ還元Ce-TZPにおいて擬弾性測定及び引張試験を実施した結果、酸素欠陥の導入によりCe-TZPの擬弾性特性が大きく向上し、擬弾性の発現効率が引張強度に強く影響を及ぼすことが明らかとなった。これは研究課題である擬弾性の発現及び強靭化メカニズムの解明に対して重要な知見である。これらの結果は有益な研究成果として学術誌Acta Materialiaに受理掲載された。

本年度は上記試験の他、擬弾性の発現メカニズムをより詳細に調べるため、8Y-FSZ単結晶試験片を用いることにより擬弾性による微小変化を精密に測定した。単結晶の特徴を生かし、擬弾性発現効率の結晶方位依存性を調べた。擬弾性発現効率は各結晶方位間で大きく異なり、<100><<110><<111>となった。添加陽イオン-酸素欠陥対モデルを考慮することにより、擬弾性は構成イオンの微小移動により生じるものと推定された。
透水性に影響を及ぼす岩石の構造のマルチスケール則に関する研究

データが取得された座標を考慮する全ての分野で,精度の高い空間分布推定は不可欠である。このときデータ分布よりも更に広い範囲,あるいはデータの空間分解能以上の詳細な範囲を対象にした場合,推定精度が悪いことは明らかである。しかしながら,スケールを超えた空間分布推定が重要となるケースは,地球科学の分野で多い。例えば,ボーリングコアという大きさが限られた範囲からの地質の物性や特徴を,フィールドスケールまで外挿する場合などである。このようなマルチスケールでの空間分布推定法について検討し,焼き鈍し法を用いた地球統計学的シミュレーション法が適していることを見出した。本手法ではデータやセミバリオグラムのスケール則が考慮されている。その適用対象例として,多孔質岩石の模擬モデルであるセメント気泡材を選んだ。計算の対象領域は1×1cm^2,5×5cm^2,10×10cm^2,50×50cm^2,1×1m^2,5×5m^2と拡大するが,空隙率は一定におく。領域の大きさとその中に含まれる最大空隙,および最大空隙半径とセミバリオグラムとの間には関連性があることがわかり,任意の大きさの領域における空隙分布のモデリング法が確立できた。2次元空隙分布モデリングの結果から,空隙率は一定であるにも拘わらず,領域が大きくなるにつれて空隙の最大連結距離は増大することがわかった。これが透水係数のスケール効果の主な要因であると考えられる。空隙分布と透水係数の実測値について検討したところ,連結空隙の体積の平均値は空隙率の増加とともに急増するが,それは空隙率の増加に伴う透水係数の増加率と類似していた。さらに,代表的な多孔質岩石であるBerea砂岩も解析の対象とし,種々の大きさの領域に対して2次元空隙分布モデリングを行った。この結果においても領域が大きくなるにつれて空隙の最大連結距離は急増する傾向が得られた。岩石の透水性は,空隙と亀裂に代表される微小構造と密接に関連する。そこで,本研究は透水性を正確に評価するために,各スケールでの空隙・亀裂の空間分布の特徴を定量化し,微小構造のスケール依存性,およびそれと岩石の透水係数との関係を明らかにすることを目的とする。今年度は異なったスケールでの空間分布推定に適した手法を見出すとともに,これとデータやバリオグラムのスケール則との組み合わせを考案した。以下に成果を要約する。(1)粗い間隔のデータから細かい間隔での空間分布を推定する問題に対して,阿蘇カルデラのDEMデータを用いた。異なる6種類のデータ間隔のDEMを用いたところ,標高の頻度を表すヒストグラムとデータ分布に対するバリオグラムはスケールが異なっても類似しており,バリオグラムのパラメータもいずれもスケールとは線形的な関係にあることがわかった。これを用いれば任意のスケールでのバリオグラムが推定可能となる。地球統計学とニューラルネットワークに基づく5種類の空間分布推定法を検討したところ,simulated annealing (SA)の推定精度が最も高いことが明らかになった。他の手法では平滑化効果で推定値の範囲が実際よりも狭くなっている。(2)スケール則を考慮した空間分布推定法の対象として,多孔質岩石の模擬モデルであるセメント気泡材に注目し,任意の大きさの領域における空隙分布推定を試みた。まず,(1)領域の大きさと空隙の最大半径γ_<max>との関係,(2)γ_<max>とバリオグラムとの関係,(3)空隙半径の積算確率分布,というスケール則を明らかにした。

1×1cm^2,5×5cm^2,10×10cm^2,50×50cm^2,1×1m^2の5種類の計算領域を設定し,スケールとSAを用いたところ,いずれも妥当な空隙分布モデルが得られた。さらに,各モデルにおける最大連結距離に基づけば透水係数が推定できることが明らかになった。データが取得された座標を考慮する全ての分野で,精度の高い空間分布推定は不可欠である。このときデータ分布よりも更に広い範囲,あるいはデータの空間分解能以上の詳細な範囲を対象にした場合,推定精度が悪いことは明らかである。しかしながら,スケールを超えた空間分布推定が重要となるケースは,地球科学の分野で多い。例えば,ボーリングコアという大きさが限られた範囲からの地質の物性や特徴を,フィールドスケールまで外挿する場合などである。このようなマルチスケールでの空間分布推定法について検討し,焼き鈍し法を用いた地球統計学的シミュレーション法が適していることを見出した。本手法ではデータやセミバリオグラムのスケール則が考慮されている。その適用対象例として,多孔質岩石の模擬モデルであるセメント気泡材を選んだ。計算の対象領域は1×1cm^2,5×5cm^2,10×10cm^2,50×50cm^2,1×1m^2,5×5m^2と拡大するが,空隙率は一定におく。領域の大きさとその中に含まれる最大空隙,および最大空隙半径とセミバリオグラムとの間には関連性があることがわかり,任意の大きさの領域における空隙分布のモデリング法が確立できた。2次元空隙分布モデリングの結果から,空隙率は一定であるにも拘わらず,領域が大きくなるにつれて空隙の最大連結距離は増大することがわかった。これが透水係数のスケール効果の主な要因であると考えられる。空隙分布と透水係数の実測値について検討したところ,連結空隙の体積の平均値は空隙率の増加とともに急増するが,それは空隙率の噌加に伴う透水係数の増加率と類似していた。さらに,代表的な多孔質岩石であるBerea砂岩も解析の対象とし,種々の大きさの領域に対して2次元空隙分布モデリングを行った。この結果においても領域が大きくなるにつれて空隙の最大連結距離は急増する傾向が得られた。
テラヘルツ分光用ヘテロダイン超伝導ミクサ素子の光物性研究に根ざした開発

テラヘルツ天文学の重要な検出デバイスであるヘテロダイン超伝導検出器(HEBミクサ)に対して超高速分光による評価を導入し,その動作機構を詳細に理解することによって,検出性能を抜本的に向上させることを目指して研究を進めた.まずHEBミクサに用いられているNbTiN薄膜の伝導特性を,テラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)で調べた.NbTiN薄膜試料をスパッタリング装置によって作製し,DC伝導度(7.6×105 S/m)や超伝導転移温度Tc(11K)の測定を含めた一連の評価手順を確立した.THz-TDS測定の結果,0.2 3.0 THzの帯域においてMattis-Bardeenモデル(超伝導薄膜の伝導モデル)に従う複素光学伝導度スペクトルが得られ,そこから超伝導ギャップエネルギーや電子-格子結合強度などの超伝導特性に関する情報を導いた.さらにZimmermannモデル(Mattis-Bardeenモデルの拡張モデル)による解析から,励起準粒子がおよそ数10 fsの散乱時間を持つことを見出し,本手法よりNbTiN薄膜の伝導物性に関する知見が得られることを示した.研究期間の後半では,NbTiN薄膜に対して可視光ポンプ-THzプローブ時間分解測定を行い,光励起によるクーパー対の破壊・回復ダイナミクスを観測した.クーパー対の回復時間はヘテロダイン検出の観測帯域の広さに直結するため,このパラメータを実験から評価することは重要である.今回の測定の結果,破壊されたクーパー対は数100 psの時間スケールで回復することが示唆された.今後はこれらの評価手法に基づいた膜厚やバッファ層に対する物性の系統的調査や,クーパー対緩和ダイナミクスのモデル解析を進めることで,検出器の動作機構についてさらに有用な知見が得られると期待される.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。
慢性腎臓病におけるp53の翻訳後修飾の関与

がん抑制遺伝子として知られるp53はユビキタスに発現する転写因子であり,多様な標的遺伝子発現制御を担うことで種々の外部刺激に対する細胞応答を誘導し,生体組織の恒常性維持に重要である.興味深いことに,ASマウスにおいて,病態進行に従い糸球体におけるp53タンパク質発現が低下していることが示された.そこで全身性p53欠損ASマウス(p53+/- or -/- AS)を作成し,p53+/+ ASマウスと病態を比較した結果,p53欠損によってタンパク尿,腎炎,腎線維化病態が顕著に促進されることが見出された.また,p53欠損によりASマウス糸球体における細胞性半月体形成が促進されたことから,podocyte増殖に関与することが示唆されたため,p53のpodocyteにおける機能を調べた.マウスポドサイト細胞株,初代培養糸球体上皮細胞を用いた検討の結果,p53はpodocyteの増殖・遊走を抑制し,またNephrinやPodocinなどのpodocyte機能遺伝子発現を正に制御し得ることが示された.そこでCRE-loxPシステムによりpodocyte特異的p53欠損ASマウスを作成し,病態を比較した結果,podocyte特異的p53欠損によってもAS病態が増悪すること,podocyteの増殖,足場構造の破綻,糸球体レベルでの遺伝子発現パターンの変化が生じることが示された.本結果より,podocyteにおけるp53がAS腎病態抑制的に働くことが示された. (本研究内容は腎臓学のトップジャーナルであるJASNに本年3月に受理された。)26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は主に野生型マウスと慢性腎臓病症状を示すモデルであるCol4a5変異マウスの腎糸球体におけるp53翻訳後修飾状態を調べるため検討を行った。手法はマウスより腎糸球体のみを単離し,タンパク質抽出を行った後,抗p53抗体によるp53タンパク質の精製を行い, nanoLC-MS/MS解析によってp53の翻訳後修飾を確認する方法を選択した。しかしながら,腎糸球体のタンパク質溶液からp53を免疫沈降により精製する過程で, nanoLC-MS/MS解析に充分量なp53を得ることに成功していない。これは充分量のp53を得るためのタンパク質量を糸球体から回収出来なかったことに起因すると考えられたため,回収に用いるマウスの匹数を増やし再度検討を行っているところである。一方Col4a5変異マウスにおいて腎糸球体上皮細胞であるpodocyte特異的にp53を欠損させたところ病態が悪化することが示された。この結果は腎糸球体でも特にpodocyteにおけるp53の重要性を示唆するものであり,今後はpodocyte-p53の翻訳後修飾とその機能との連関にも焦点を当て研究を進めて行く予定である。さらに、アポトーシスを誘導する遺伝子(BAX, p53AIP等)のp53結合配列(p53-A)と腎機能維持に重要とされるp53標的遺伝子(p21, BMP-7等)のp53結合配列(p53-B)をそれぞれpromoterに導入したGFP, DsRED vectorを作製した後(p53-A-GFP, p53-B-DsRED vec),これらvectorを安定的に発現する細胞株を樹立し薬剤のスクリーニングに用いることで選択的なp53翻訳後修飾誘導薬の同定を行う。まだ腎糸球体のタンパク質溶液からp53を免疫沈降により精製する過程で, nanoLC-MS/MS解析に充分量なp53を得ることに成功していないため遺伝子機能応用学研究室充分量のp53を得るためのタンパク質量を糸球体から回収出来なかったことに起因すると考えられたため,回収に用いるマウスの匹数を増やし再度検討を行っているところである。
石綿肺早期発見と病態解明をめざすイオンビームを応用した新手法の開発

肺組織内の微量の元素分布を測定できるmicroPIXEを使用し、アスベストなど吸入粉塵による肺線維症の発症機序の解析をおこなった。珪素を経鼻投与したマウスや肺線維症の患者の肺組織での検討から、肺組織中の珪素表面に鉄が多量に沈着し、その周囲に酸化ストレスや細胞死を誘導するマーカーの発現が増強することが明らかとなった。また、肺線維症の患者12例の解析から、2例に吸入粉塵が原因と思われる多量の珪素が検出された。さらに職場での25年間のアルミニウム吸入によると思われる肺線維症患者の肺組織を、microPIXEにて測定したところ多量のアルミニウムの沈着を同定し、労災申請につながった。(1)発癌、線維化の病態解明:アスベスト吸入患者の手術摘出肺組織から、連続切片を作成する。microPIXEを使用した組織切片中の元素分析から、アスベストの位置を同定する。一方、免疫組織染色により遺伝子産物の発現分布の同定と、レーザーマイクロダイセクション法によるアスベスト周囲組織の遺伝子解析を行う。以上の各データを総合し、アスベストの発癌、線維化の機序を明らかとする。24年度は、石綿肺患者の組織を採取し、肺組織中のアスベスト周囲からレーザーマイクロダイセクション法にて組織を採取している。手技が高度なため確立に時間を要したので、採取した組織の遺伝子解析は25年度となる。(2)粉塵吸入が疑われる患者のパラフィン包埋肺組織を用い、粉塵吸入の有無と吸入があった場合の粉塵の種類の同定:アスベストを含めた塵肺吸入による肺線維症の発症を証明する目的で、他施設より4症例につき大気マイクロPIXEによる測定依頼があった。肺組織をPIXEにて分析した結果、1例において職場で使用していたアルミニウムが大量に検出され、職業性のアルミニウム吸入による肺線維症の可能性が明らかとなり、労災認定の際の参考資料となる。この症例については、25年度に発表予定である。他の1例については、肺組織内に特別多量の元素沈着は測定されず、粉塵吸入とは関係のない肺線維症であると証明した。他に関しては25年度測定予定である。今まで我々がPIXEにて解析してきた症例につき、論文化した。(Shimizu Y, Dobashi K. Curr Med Chem)アスベスト関連肺疾患の病態解明や診断における有用性につきこれまでの成果をまとめた総説が学術雑誌に受理、公表された。(Curr Med Chem. 2013Feb 1;20(6):789-93.)発癌、線維化の病態解明では、マウスシリカモデルにおいて、吸入されたアスベストに体内の鉄が沈着しアスベスト小体を形成することを明らかとし、米国胸部疾患学会に今年度発表し、現在論文作成中である。酸化ストレスによる肺の線維化にRho-associated coiled-coil containing protein kinaseが、重要な役割を果たしていることを明らかとした。(Int J Immunopathol Pharmacol. 2014Jan-Mar;27(1):37-44.)現在、アスベスト周囲の組織にEGFRやALKなどの遺伝子変異があるか検討している。粉塵吸入が疑われる肺線維症の患者の吸入粉塵の同定については、他施設から5症例の肺生検検体が送付された。大気マイクロPIXEによる解析から、このうち1症例において職場で扱っているアルミニウムが、多量に肺組織に沈着していることを明らかとし、職場でのアルミニウムの吸入が肺線維症の原因であると同定できた。この症例は、呼吸器学会関東地方会にて発表し、現在論文作成中である。アスベストなど珪素を含む吸入粉塵による、肺線維症の発症機序を解明するため、珪素を吸入させるマウスシリカモデルを作成し、その肺組織を採取し、大気マイクロPIXEと免疫染色により検討した。吸入開始7日目に比較し56日目のマウスの肺組織中には、吸入された珪素に一致して、体内の鉄が多量に沈着し複合体を形成していた。その複合体は肉芽組織と一致し、しかも肉芽組織中の組織球にはアポトーシスを誘導するFasやオートファジー機能の指標であるp62の発現が増強されていることが明らかとなった。これらの結果から、珪素・鉄複合体は、組織を破壊しオートファジーを傷害することで病変を形成することが示唆された。(J Clin Biochem Nutr. 2015Jan;56(1):74-83)粉塵吸入が疑われる肺線維症患者の吸入物質の同定に関しては、他の2施設から合計5例の依頼があり、現在解析中である。

昨年度他施設から依頼があり、解析した職場でのアルミニウム吸入により惹起された肺線維症症例において、その大気マイクロPIXEによる測定結果は労災申請の一助となり、またその症例報告がInternal Medicineにすでに受理されており、2015年に掲載される予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。呼吸器内科26年度が最終年度であるため、記入しない。発癌、線維化の病態解明に関しては、現在肺組織から遺伝子を採取中である。肺内のアスベスト周囲からレーザーマイクロダイセクション法により組織を採取する方法の確立に時間を要したためやや遅れている。25年度には予定していた遺伝子解析を行いその結果が出るので遅れは取り戻せる。粉塵吸入が疑われる患者のパラフィン包埋肺組織を用い、粉塵吸入の有無と吸入があった場合の粉塵の種類の同定に関しては、他施設より4件の依頼があり、今後さらに症例を重ねる予定であり、こちらは計画通りに進んでいる.今までの本プロジェクトにより得られた成果を総説論文として発表できた。発癌、線維化の病態解明では、マウスモデルでアスベスト小体の形成を明らかとし、また肺線維化に関する論文も発表できた。現在、アスベスト周囲のEGFRやALKの遺伝子変異を検討中であり、順調である。気管支鏡採取肺組織による石綿肺の早期診断では、現在、気管支鏡サンプルを大気マイクロPIXEにて測定中である。粉塵吸入が疑われる肺線維症の患者の吸入粉塵の同定については、今年度他施設からの依頼も増え、職業性アルミニウム吸入による肺線維症患者であることを証明し、その成果も発表できた。今後さらに依頼が増えることが予想される。発癌、線維化の病態解明に関しては、レーザーマイクロダイセクション法は、24年度確立できたので、25年度は遺伝子解析を加速化させる。粉塵吸入が疑われる患者のパラフィン包埋肺組織を用い、粉塵吸入の有無と吸入があった場合の粉塵の種類の同定に関しては、25年度ホームページを作成し、広く全国より検体を募集する。1発癌、線維化の病態解明については、26年度は、24-25年度に引き続き、石綿肺の患者の肺組織を使い上記測定を行う。すでに、石綿肺のケイ素分布に一致してFasの発現が増加していることを報告している。現在肺組織に沈着したアスベストの周囲にEGFRやALKの遺伝子変化が存在するかを検討中である。2気管支鏡サンプルによるアスべスト肺の早期診断法の確立に関しては、引き続き気管支鏡サンプルでの測定を継続し、統計解析をおこない早期石綿肺診断基準を策定する。今年度も引き続きサンプル数を増やす。3H25年度に引き続き、全国より粉塵吸入が疑われる患者のパラフィン包埋肺組織を送付してもらい、大気マイクロPIXEにて解析し、職業性粉塵吸入と病変と間の因果関係につき検討し、粉塵の種類の同定までおこなう。発癌、線維化の病態解明に関して、石綿肺組織からアスベスト周囲の組織をレーザーマイクロダイセクションにより採取し、その遺伝子解析を行うが、手技が高度なためその確立に時間がかかった。そのため遺伝子解析の開始が遅れた。24年度分の遺伝子解析費用を25年度に使用する。大気マイクロPIXEの使用時間に上限があるため、25年度に行う予定のいくつかの検体の処理とPIXEによる測定ができなかったため26年度に延期した。
次世代煙流動ゾーンモデルの開発と利用基盤構築に関する研究

本研究では、大規模建築物における火災拡大と避難行動の予測モデルを改良し、避難計画および消防活動計画に利用可能なプログラム開発を行うことを目標とした。多様な火災性状に対応した煙流動予測モデルの提案のため煙流動模型実験を行い、水平開口に生じる二方向流れの発生条件と流量を定式化した。また、壁際で可燃物の燃焼が加速する問題に対してはウレタンブロックの燃焼実験を行い、壁からの熱フィードバック効果を検討した。煙による視野閉塞と照度低下に関しては白煙による散乱光測光実験を行ない、作業面切断公式を拡張する方法を検討した。既存の二層ゾーン煙流動モデルの改良と並行して、これらのモデルの組み込みを行っている。本研究は3つのサブテーマから構成される。個々のテーマは最終的には煙流動性状予測と避難性状予測モデルに組み込まれ、最終的には統合モデルとし、ケーススタディを経て実建物プロジェクトへの利用を可能とする計画である。各サブテーマの平成23年度における成果は下記の通りである。サブテーマ1(多様な火災性状に対応した煙流動予測モデルの提案)については、既存の二層ゾーン、多層ゾーンモデルの問題点を整理した上で、注目すべき物理現象について模型実験等を行いモデル化する。平成24年度は、排煙口形状を考慮した排気効率の導入、排煙ファンの耐熱性と作動継続性の判定、ウォールプルーム(上昇気流)による煙層の乱れ等について情報収集を行った。また、水平開口の流れについては、模型実験を行い、単純一方向流が成立しなくなる限界条件の定式化を行った。また、避難安全設計用の火源モデルについて、ウレタンブロックを用いた実験を行い、出火位置による火災拡大性状の違いの定量化に着手した。サブテーマ2(大空間における出口選択と歩行安全性の評価モデル)については、煙層存在時の避難者の視野における輝度分布からの出口発見の評価方法、歩行空間における床面照度の予測モデルの作成を行う。平成24年度は、白煙による煙層が存在する条件下で模型実験を行い、天井の面光源により形成される床面照度分布・光源輝度および煙層輝度を測定し、煙層による光の散乱の影響を調べた。今後これを定式化して視野輝度分布の予測を行うための基礎データを得た。またゾーンモデルで計算される区画内各種煙性状予測値を用いて避難経路の床面照度を導く簡易予測モデルについて着手し、白および黒の水浴液を使った模型実験の結果を元にそのモデルの有効性について検証した。サブテーマ3(避難行動予測と煙流動予測の統合モデルへの組み込み)については、平成24年度は、エレベータ避難予測コードの調査、ポテンシャル法による避難モデルの調査などの基礎的作業を行った。本研究では、大規模建築物における火災拡大と避難行動の予測モデルを改良し、避難・消防活動計画に利用可能な技術基盤整備を目標とした。1)多様な火災性状に対応した煙流動予測モデル:出火室内の可燃物の燃え拡がりとフラッシュオーバーの発生は避難安全等に大きな影響がある。これを設計用シナリオとして評価するため、実務的に用いられているオープンカロリメータの測定データから、様々な位置での可燃物の燃焼性状を予測する方法を検討した。さらに、フラッシュオーバーに至る直前で、火源の燃焼が激しくなる状態では、既存の二層ゾーンモデルの数値解法では数値的に不安定となることを示し、その改善方法を検討した。また、大空間での排煙方法に関しては、水平方向に広がった煙では温度が低下して浮力を失うので、水平開口からの排出効率が低下し、外気が室内に逆流する二方向流が生じやすい。二方向流の発生条件と二方向流時の正味流量の予測するモデルを作成した。2)大空間における出口選択と歩行安全性の評価モデル:大空間での避難では、煙層下を避難者あるいは緊急要員が歩くことが想定される。この状況での視野輝度分布は経路発見の容易さ、床面照度は歩行の容易さに直結する。黒煙が存在する盛期火災時では、視野輝度分布や床面照度は既往のモデルを適用可能であるが、くん焼時や初期火災時に発生する白煙に対しては、散乱光予測において不十分な点が残されていた。本研究では煙の光学的濃度と厚みを変化させ内装反射のない模型空間の光源下に充満させて測光実験を実施した。その結果をもとに白煙粒子の反射率と煙層内での平均衝突回数を推定し、白煙の散乱を考慮した煙層輝度と床面照度の予測法を検討した。3)避難行動予測と煙流動予測の統合モデルへの組み込み:火災拡大、煙流動および視野輝度・床面照度を統合した予測アルゴリズムについて検討した。プログラムの試作作業は現在も継続している。

各サブテーマの平成24年度における成果は下記の通りである。サブテーマ1(多様な火災性状に対応した煙流動予測モデルの提案)については、既存の二層ゾーン、多層ゾーンモデルの問題点を整理した上で、注目すべき物理現象について模型実験等を行いモデル化した。平成24年度は、主として微小な圧力差における水平開口の流れについて模型実験を行い、一方向流が成立しなくなる限界条件と、二方向流となる領域での流量予測式を作成した。避難安全設計用の火源モデルについて、ウレタンブロックを用いた実験を行い、可燃物が壁もしくは壁入隅部にある場合に、自遊空間に比べて発熱速度が増加することを実験的に定量化した。サブテーマ2(大空間における出口選択と歩行安全性の評価モデル)については、煙層存在時の避難者の視野における輝度分布からの出口発見の評価方法、歩行空間における床面照度の予測モデルの作成を行う。平成24年度は、白煙による煙層が存在する条件下で模型実験を集中して行い、天井の面光源により形成される床面照度分布、煙層下端面での輝度分布を測定し、煙による光の散乱の影響を調べ、定式化に着手した。サブテーマ3(避難行動予測と煙流動予測の統合モデルへの組み込み)については、平成24年度は、初期火源の発熱速度の簡易式の作成、強いプルームで生じる数値的不安定の除去を行った。おおむね順調に推移している。引き続き研究に注力する。25年度が最終年度であるため、記入しない。サブテーマ1、2については基本的な実験はおおむね終了し、その分析を平成25年度に行う。サブテーマ3については、避難性状の組み込みが残されているが、平成25年度に実施することとしている。当初の計画に沿って研究を推進する。実験結果の取りまとめの段階であり、必要に応じて研究協力者の助言を仰ぎながら推進していく。
保存・散逸性を保つ有限要素スキームの統一的構築に関する研究

1次元の問題に対して,保存・散逸性を保つGalerkinスキームの統一的構築の枠組みを完成した.この枠組みにおいて,従来重要とされてきた変分導関数の代わりに,偏導関数が同じく重要な役割を果たしうることを明らかにし,さらにその適切な離散化方法を提案した.この枠組みを利用して,KdV方程式,非線形シュレディンガー方程式など,代表的な種々の方程式を離散化し,実際に保存・散逸性が保持されることを確かめた.さらに,計画立案時点では予期されていなかった,まったく新しいタイプの偏微分方程式に対しても,上記の枠組みが拡張可能であることを,追加の成果として発見した.これは時間微分項にさらに空間微分がかかっているCamassa-Holm型の方程式であり,従来,これに対する保存スキームは発見されていなかったが,本研究により初めて保存スキームの存在が確かめられ,実際に数値実験によりその有効性が示された.研究実績の概要は以下のとおりである.本研究は,国産の数値手法である「離散変分法」を有限要素法に拡張することを目的としていたが,その中で特に空間1次元の場合について重点的な研究を行い,種々の知見を得た.まず,本来差分法の枠組を用いて定義されていた「離散変分導関数」が素直にGalerkin法の枠組に拡張され,それにより素直な有限要素法版離散変分法が定義されることを,空間1次元のいくつかの標準的問題に対し示した.以降,これを「ナイーブ版有限要素離散変分法」と呼ぶ.しかし離散変分法で対象とする問題には,通常時間2階(以上)の微分項が含まれ,ナイーブ版有限要素離散変分法で構築したスキームでは,1階連続微分可能な基底関数(通称C^l要素)が求められる.一方,有限要素離散変分法では,将来,空間2次元以上の問題を対象とすることが想定されているため,H^l要素でスキームが完結することが極めて望ましい.そこで次に,H^l要素のみで完結する有限要素離散変分法の検討を行った.ここでは,本質的に高階微分を含む変分導関数を諦め,偏導関数とその離散版のみで問題(スキーム)を書き下すことが基本的なアイデアである.これにより,いくつかの標準的な問題に対して,H^l要素の範囲内で離散変分法(最早,「離散偏導関数法」と呼ぶべきものである)が構築可能であることが確認された.研究実績の概要は以下のとおりである.本研究は,国産の数値手法である「離散変分法」を有限要素法に拡張することを目的としていたが,その中で以下の知見を得た.まず前年度までの研究により,本来差分法の枠組を用いて定義されていた「離散変分導関数」が素直にGalerkin法の枠組に拡張され,それにより素直な有限要素法版離散変分法が定義されることが,空間1次元のいくつかの標準的問題に対し示されていた.このとき特に有限要素法による実装を念頭に,近似空間を(C^1ではなく)H^1にとれることも示した.本年度は,この研究を以下の2点で拡張した.1.Korteweg-de Vries方程式などで実際に実装計算を行い,構築されたスキームの有用性を確認した.2.従来,「離散変分法」で扱えなかった新しいタイプの浅水波方程式(具体的には近年注目を集めているCamassa-Holm方程式など)に対して,有限要素法版離散変分法が拡張・適用可能であることを示した.1次元の問題に対して,保存・散逸性を保つGalerkinスキームの統一的構築の枠組みを完成した.この枠組みにおいて,従来重要とされてきた変分導関数の代わりに,偏導関数が同じく重要な役割を果たしうることを明らかにし,さらにその適切な離散化方法を提案した.この枠組みを利用して,KdV方程式,非線形シュレディンガー方程式など,代表的な種々の方程式を離散化し,実際に保存・散逸性が保持されることを確かめた.さらに,計画立案時点では予期されていなかった,まったく新しいタイプの偏微分方程式に対しても,上記の枠組みが拡張可能であることを,追加の成果として発見した.これは時間微分項にさらに空間微分がかかっているCamassa-Holm型の方程式であり,従来,これに対する保存スキームは発見されていなかったが,本研究により初めて保存スキームの存在が確かめられ,実際に数値実験によりその有効性が示された.
新規経皮呼吸促進剤の開発

O-アルキルおよびO-アシル誘導体の経皮吸収促進活性を、抗炎症薬ケトプロフェンの経皮呼吸速度を指標としてラットにより評価した結果、O-エチルメントール(MET)に極めて強力な吸収促進活性を見いだした.そこでMETの促進機構の解析,皮膚刺激性の検討ならびに臨床応用を目指した薬理活性試験を実施した。ケトプロフェンのin vitro皮膚透過,in vivo経皮呼吸および薬理活性において,METは0.5%程度の極めて低濃度から十分な活性を発現し、同等の促進活性をメントールで得るためには少なくとも23%の高濃度が必要であった。皮膚を均一な一枚膜と仮定し,Fickの第2法則より導かれた拡散式より累積透過量-時間曲線を解析した結果,METはケトプロフェンの皮膚中での拡散性の増大に寄与することが示された.薬理活性におけるケトプロフェンの抗炎症効果の評価より得られた浮腫率時間曲線下面積とin vivo経皮吸収活性評価より得られた血中濃度時間曲線下面積の間には良好な相関性(r=0.940)があり,経皮呼吸による持続的な抗炎症作用が確認された.ヒドロゲル適用後の皮膚表面の組織学的検査によって得られた刺激スコアより,METの皮膚に対する刺激作用は濃度に依存して増大することが認められた。これに対し,経皮吸収促進活性は極めて低濃度から得られたことにより,吸収促進活性と皮膚刺激性の発現部位は異なることが示唆された.皮膚表面の形態変化を走査型電子顕微鏡および共焦点レーザー顕微鏡により観察したところ,METを含有するヒドロゲルを皮膚に適用すると,表面の角質細胞が低濃度から明確に識別できるようになり,さらに未処理皮膚に比べて表面構造の平滑化が見られた.したがって,METは角質細胞間隙の脂質部分に分配し,この部分の構造を変化させることによって薬物の皮膚透過性を改善させるものと考えられる.O-アルキルおよびO-アシル誘導体の経皮吸収促進活性を、抗炎症薬ケトプロフェンの経皮呼吸速度を指標としてラットにより評価した結果、O-エチルメントール(MET)に極めて強力な吸収促進活性を見いだした.そこでMETの促進機構の解析,皮膚刺激性の検討ならびに臨床応用を目指した薬理活性試験を実施した。これに対し,経皮吸収促進活性は極めて低濃度から得られたことにより,吸収促進活性と皮膚刺激性の発現部位は異なることが示唆された.皮膚表面の形態変化を走査型電子顕微鏡および共焦点レーザー顕微鏡により観察したところ,METを含有するヒドロゲルを皮膚に適用すると,表面の角質細胞が低濃度から明確に識別できるようになり,さらに未処理皮膚に比べて表面構造の平滑化が見られた.したがって,METは角質細胞間隙の脂質部分に分配し,この部分の構造を変化させることによって薬物の皮膚透過性を改善させるものと考えられる.メントールを出発物質として新たに合成した誘導体の吸収促進活性をケトプロフェンのラットにおける経皮吸収速度を指標として評価した.その結果,エーテル誘導体の活性はエステル誘導体に比較して高く,とくにエチルエーテル誘導体でコントロールの80倍の活性が得られた.エーテル誘導体の促進活性は化合物の疎水性に大きく依存しており,疎水性が強過ぎても,また弱過ぎても著しく低下することから,促進活性を発現する上で促進剤の疎水性に最適値の存在が示唆された.エチルエーテル誘導体に見いだされた強力な吸収促進作用の機構を明らかにする目的で,皮膚の疎水性ルートを経由して透過する薬物としてフルルビプロフェンを,また親水性ルートを経由する薬物としてイソニアジドを選び,これら薬物のin vitro皮膚透過に及ぼすエチルエーテル誘導体の促進活性を比較した.その結果,エチルエーテル誘導体はフルルビプロフェンの透過を著しく増大させたが,イソニアチドの皮膚透過に対する作用は弱く,その活性はメントールとほぼ同程度であった.また,エチルエーテル誘導体はフルルビプロフェンの皮膚への分配に対してはほとんど影響を与えず,薬物の皮膚内拡散を著しく増大させる作用を示した.以上より,エチルエーテル誘導体の作用発現部位は主に角質細胞間隙の脂質層であり,この部位の構造を変化させることによって優れた吸収促進作用を発現するものと推測された.また,皮膚の組織学的検査から,エチルエーテル誘導体は他の化合物に比較すると刺激作用が弱く,新規経皮吸収促進剤として有望な化合物であると考えられる.昨年度までの研究において,O-アルキルおよびO-アシルメントール誘導体の経皮吸収促進作用をラットによりスクリーニングした結果,O-エチルメントールにきわめて強力な吸収促進活性を見出した.そこで今年度はO-エチルメントールに着目し,促進機構の解析,皮膚刺激性の検討ならびに臨床応用を目指した薬理活性試験を実施した.

なおモデル薬物として昨年度と同様にケトプロフェンを用いた.ケトプロフェンのin vitro皮膚透過,in vivo経皮吸収および薬理活性において,O-エチルメントールは0.5%程度の極めて低濃度から十分な活性を発現し,同等の促進活性をメントールで得るためには少なくとも23%の高濃度が必要であった。皮膚を均一な一枚膜と仮定し,Fickの第2法則より導かれた拡散式より累積透過量-時間曲線を解析した結果,O-エチルメントールはケトプロフェンの皮膚中での拡散性の増大に寄与することが示された.薬理活性におけるケトプロフェンの抗炎症効果の評価より得られた浮腫率時間曲線下面積とin vivo経皮吸収活性評価より得られた血中濃度時間曲線下面積の間には良好な相関性(r=0.940)があり,経皮吸収による持続的な抗炎症作用が確認された。ヒドロゲル適用後の皮膚表面の組織学的検査によって得られた刺激スコアより,O-エチルメントールの皮膚に対する刺激作用は濃度に依存して増大することが認められた。これに対し,経皮吸収促進活性は極めて低濃度から得られたことより,吸収促進活性と皮膚刺激性の発現部位は異なることが示唆された。皮膚表面の形態変化を走査型電子顕微鏡および共焦点レーザー顕微鏡により観察したところ,O-エチルメントールを含有するヒドロゲルを皮膚に適用すると,表面の角質細胞が低濃度から明確に識別できるようになり,さらに未処理皮膚に比べて表面構造の平滑化が見られた。したがって、O-エチルメントールは角質細胞間隙の脂質部分に分配し,この部分の構造を変化させることによって薬物の皮膚透過性を改善させるものと考えられる。