hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
消化管穿孔時の定圧自動送気内視鏡の安全性と有用性に関する前臨床研究

8mmHgで10分間SPACEを施行し、その間の胃内、腹腔内圧を連続測定し循環動態の変化とともに評価した。穿孔部の閉鎖は行わず、内視鏡による正面視を意識し観察するに留めた。手動送気では送気開始後2分間は胃内圧、腹腔内圧共に設定圧以下に留まっていたが、3分後より腹腔内圧が上昇しはじめ、7分後には49.87mmHgに達した。胃内圧も5分後より上昇を始め、9分後には38.21mmHgに達し、腹部は膨満し過送気状態となった。(2)穿孔部閉鎖モデルにおける圧動態:(1)と同様のモデルを使用し、手動、SPACE両群において穿孔部のクリップ閉鎖を試みた。完全閉鎖には手動送気群で33分及び50分、SPACE群で44分及び55分を要し、この間胃内から腹腔内へと漏出する送気ガスに伴う腹部膨満が経時的に進行したが、SPACE群では設定した胃内圧(8mmHg)を大きく逸脱する圧上昇はこさなかった。一方、手動送気群では腹腔内圧が20mmHgを超えた。(3)より実臨床に近いモデルを用いた検証:胃壁の穿孔部を開腹下ではなく内視鏡的に作成したモデルにおいて(2)と同等の実験を行い、より実臨床に近い環境下で手動送気とSPACEによる消化管圧動態の違いを検証した。内視鏡的に作成した全層性の胃穿孔+送気モデルにおいては(1)(2)と同様手動送気群でSPACE群よりも有意に腹腔内圧が上昇した。医師の習熟度に依存してきた内視鏡的粘膜下層剥離術をより安全で標準的な治療法として普及させるべく送気法の改良を試みた。胃壁に意図的に穿孔をきたしたモデルを作成し定圧自動送気法(A群)と手動送気法(B群)との間で比較検討した。その結果A群では胃内圧、腹腔内圧ともに設定圧以下の推移となったが、B群では胃内圧、腹腔内圧共に内圧が上昇し過送気状態となった。またA、B両群に穿孔部のクリップ閉鎖を試み、A群では設定した胃内圧を大きく逸脱する圧上昇は来さなかったがB群では腹腔内圧が設定圧を大きく超えた。より実臨床に使いモデルを用いた検証では全層性胃穿孔+送気モデルにおいてもB群でA群よりも腹腔内圧が上昇した。当初計画では研究1年目に穿孔モデルを用いた送気ガスの漏出実験を行ってベースライン・データを蓄積したうえで、研究2年目(平成26年度)にn=5規模の穿孔モデル(大型動物)を用いた前臨床実験を行う予定であった。平成26年度実績では、実際にはn=4と当初計画より1頭少ないものの実験を遂行することができ、当該研究はほぼ計画通り進展しているものと考えられた。さらに、上述のごとく、当該研究ではSPACE群に比して手動送気群で胃内から腹腔内へ漏出する送気ガスの量が多くなり、そのために腹腔内圧の上昇度がSPACE群以上に顕著となることが明らかとなった。よって穿孔部閉鎖手技における圧制御の重要性、安全性をパイロット的には実証することができたと評価される。いっぽうで、開腹による漿膜側からの「胃壁全層性穿孔モデル」は軟性内視鏡による消化管側からの穿孔部閉鎖が当初想定以上に技術的に困難で、結果として手技時間がかなり長時間となったことから、真のエンドポイントである「手動送気とSPACEという送気様式の違いによる安全性の違い」を仮説通りに検証することはできなかった。胃穿孔部の作り方、穿孔のサイズや部位、さらには穿孔部の閉鎖法(クリップか縫合器か等)を研究目的にあわせて最適化する、という2年目の計画目標を完全に達成したとは言えず、さらなる実験モデルの最適化、実験方法の見直しも必要と考えられた。以上を総合的に判断したところ、研究計画に大きな遅れは生じておらず、現在までの達成度は「おおむね順調に進展している」と考えられた。医用システム
一次繊毛に発現するPDGF受容体の神経幹細胞と神経細胞新生における役割の解明

一次繊毛は、機械的および化学的環境変化を感知し、細胞の遊走、分化、分裂を制御する。神経幹/前駆細胞(NSPCs)の一次繊毛においてPDGFRαは高発現するが、その役割は解明されていない。本研究はPDGFRαーKO NSPCsを解析し、neuronとoligodendrocyteへの分化能、遊走能が著明に抑制されることを見いだした。mRNA-microarray、pathway analysis、qRT-PCRの結果、Axonal guidance signaling関連遺伝子群の有意な発現増減が確認された。これらの遺伝子と、PDGFRαおよび一次繊毛の関係についてはさらなる検討が必要である。PDGFR-αKOマウスとコントロールマウスにおいて、生後1日目と生後8週目の成体期の2点より神経幹細胞を分離し、各種分化マーカーを用いて、分化能と遊走能を比較検討した。培養した神経幹細胞に4OH-タモキシフェンを加えてKOを誘導した場合は、生後1日目および生後8週目のいずれもPDGFR-αKOにより、遊走能が著明に低下し、オリゴデンドロサイトおよび神経細胞への分化能も著明に抑制され、アストロサイトへの分化は亢進した。ところが、生後8週目のマウスにタモキシフェンを予め投与し、PDGFR-αKOを誘導した状態で、神経幹細胞を分離すると上記の変化は認められなかった。in vivoで脳の状態を染色等で観察すると、KOをエスケープしたオリゴデンドロサイト前駆細胞の旺盛な増殖が誘導されたことが確認された。これらのタモキシフェンによるKO抵抗性前駆細胞は、培養細胞に分離しても4OH-タモキシフェンによるKO抵抗性が認められた。平成27年度の研究計画のうち、下記を実施した。平成28年度計画のうち、下記を既に実施した。申請時の研究計画のうち、平成27年度予定の1) PDGFRαKO KO培養神経幹細胞の分化能、遊走能、増殖能、細胞周期の変化を検証、2) PDGFRαKO conditional knockout mouseのSVZおよびSGZにおける神経幹細胞動態の評価を概ね終了した。平成28年度以降の研究計画のうち、1) PDGFRαKO神経幹細胞における遺伝子発現の解析を終了した。平成28年度以降の研究計画のうち2)脳虚血病変病変により誘導されるSVZの神経幹細胞活性化の評価は、生理的状態で有意差が出ない場合に行う予定の計画であったため実施しない方針とした。mRNAマイクロアレイとpathway analysisの結果、神経細胞の軸索伸長に関する遺伝子の低下等が見いだされた。今後はこれらの因子について詳細に解析し、形態学的差異に至ったメカニズムを解明に迫る予定である。また、in vivoでPDGFRαKOを誘導すると脳室下帯においてNSPCsの活性化、再動員を刺激する可能性が示唆されたが、そのメカニズムの解明も試みる。実験病理学主として消耗品の物品購入に際して、端数として574円の残額が生じた。次年度の物消耗品購入比に充当する。
岐阜県の放課後子ども教室の実施率向上に資する活動環境整備の研究

岐阜県内の放課後子ども教室の実施状況について、全42市町村のうち、41市町村については、担当部局に対して対面によるインタビュー調査を、1自治体については、電話によるインタビュー調査を実施した。インタビュー調査の結果として、放課後子ども教室が実施されている自治体においては、この制度を上手く活用していることが分かった。一方、実施されていない自治体においては、それぞれの自治体において、何らかの子どもの学びの場が設けられていることが判明し、放課後子ども教室の実施か未実施かを重点をおくのではなく、子どもにとっての学びの場が、どのように用意され、地域の中に学びの場が作られているのか、に着眼点をおいて研究を進める必要があることが分かった。さらに、放課後子ども教室の実施状況に関わらず、自治体による差違が予想以上に大きく、また小子化による子どもの減少だけでなく、地域の人材の不足についても、多くの自治体から指摘された。このような状況を踏まえ、自治体の人口動態などの特徴と合わせて把握することが必要となった。一方で、これまでの社会教育的な取組みの枠組みを超えて、放課後子ども教室や、地域における子どもの活動を、まちづくりに携わる人材育成のチャンスと捉える積極的な取組みを行っている自治体もあり非常に興味深い結果が得られた。放課後子ども教室実施自治体での実施場所の現地調査においては、特に活発に活動している自治体1例について行い、活動場所や活動の状況、インタビュー調査で考察が必要となった人口等の特徴と合わせて考察することによって、活動がどのような場所で実施されているかを明確にした。今年度の調査から、都市から山間地域までを有する岐阜県では、放課後子ども教室の実施率を単に向上させるだけでなく、地域にあった子どもの学びの場の構築策としての活動環境整備ととらえて検討すべきであることが判明した。岐阜県内の全自治体へのインタビュー調査については、全ての自治体に対して実施することができ、ほぼ順調に進捗したと考える。現地調査に関しては、インタビュー調査で把握できる部分もあり、先進的事例に限定して実施した。未実施自治体の施設量との比較を行う予定をしていたが、インタビュー調査において施設以外の要素に着目すべきであることが多くの自治体から示唆されたため、当初の計画から観点をより実情に即してとりまとめを行った。初年度の目標は概ね達成し、順調に進展していると考えている。当初、今年度の実施場所として予定していた会場が、所有者の都合により使用出来なくなったものの、新しい取組みを別の場所で新たな内容で取組むことを、現在地域の方と調整している。市当局とは、現在のところ調整中であり、どの程度協力が得られるかは分からないが、担当者との意志・意向の疎通はできている。2020年度に向けて2019年度は実績を作っていく予定である。

旅費については、計画的、効率的な執行に最大限努め切り詰めた結果、圧縮することができたが、今年度は、実際に活動を仕掛けることもあり、初めての試みであることから、利害関係者との調整や、必要物品の購入が増えることが想定され、関係する物品の購入に使用する予定である。
産業用無人ヘリコプターを用いた農業用ハイパースペクトルデータ取得系に関する研究

雨季と稲作の生育時期が重なる日本型農業事情を考慮した場合、高高度からのデータ取得は困難であると予想されることから、雲や雨の影響を受けることなく広範囲の圃場内の農作物のハイパースペクトルデータを高空間・波長分解能で取得可能なリモートセンシング技術として、産業用無人ヘリコプター搭載型ハイパースペクトルデータ取得技術の開発を実施した。また、ハイパースペクトルに基づく農作物状態(いもち病被害度、LAI、SPAD値)の定量的な推定法を開発した。今年度夏期の観測実験への適用を想定し、無人ヘリコプター搭載型ハイパースペクトル取得系の耐衝撃、耐振動性の改善を目的に、耐震性に優れた制御系の選定、購入および耐衝撃・耐震性を考慮した取得系の設計をおこなった。省電力化および整備の容易さを考慮して、制御系はSSD搭載ラップトップPCおよび外付け拡張シャーシの組み合わせを採用した。また、ヘリコプター運用時における搭載センサ系の振動・衝撃情報を計測するため、加速度センサ系の選定をおこなった。今夏の観測で取得されるデータの精度検証および解析を想定し、スペクトロメータにより収集したハイパースペクトルデータに基づく葉色および葉面積指数推定法の検討をおこなった。また、無人ヘリコプターの適用可能性を考慮して、現在東北地方を中心に大きな被害の発生しているナラ枯れ検出のための指標作成をおこなった。さらに、取得データの高精度化のため、ヘリコプター搭載型センサで検出可能な面積の標準反射板を作成し、その双方向反射率分布(BRDF)の解析をおこなった。これらの解析・推定を実施するために、大容量ストレージの購入、およびデータ処理用ソフトウェア(MATLAB等)の整備およびをおこなった。無線干渉等の無線制御技術に関しては、無線干渉等の危険を伴うことから、安全面を考慮し、今夏の観測においてセンサ系の耐衝撃・耐震化および高精度データ取得が実現された後に実施することとした。耐衝撃・耐振動性および電磁波遮蔽性を機能として持たせることで、産業用無人ヘリコプターへの搭載を可能としたハイパースペクトル取得系の設計、製作をおこなった。耐衝撃・耐振動性は、フラッシュメモリディスクおよびワイヤーロープ防振器の適用、電磁波遮蔽性は、シールド性に優れた筐体により実現された。無人ヘリコプターのペイロード(30kg)に対して、総重量は20kgである。2009年9月9日、山形県酒田市広野地区の2圃場において、水稲のハイパースペクトル画像(波長帯域400-1000nm,バンド数121)取得実験を実施した。無人ヘリコプターの移動は速度固定で実施し、撮影フレームレート30fpsの場合に飛行方向の空間分解能は120mm/pixelである。また、観測幅方向の空間解像度は、5m、10m、20mの3高度パターンで取得されたデータに対して、それぞれの空間分解能は4mm、8mm、16mm、測定幅は約2m、4m、8mである。高度20mからの撮影において、圃場(大きさ91m×41m)全領域のハイパースペクトル画像の取得時間は約160秒であることが確認され、広域圃場の高空間解像度ハイパースペクトル画像の高速取得系としての実用性が期待される。また、画像取得時間の高速化により、曇天時における日照量の不安定性の影響が低減できることが示された。ワイヤーロープ防振器の防振効果により、画像の空間分解能と比較して、取得されたハイパースペクトル画像の振動によるデータ歪みの影響は小さく、振動計測による補正の必要がないことが確認された。平成21年度に制作した無人ヘリコプターへの搭載を可能としたハイパースペクトル取得系の軽量化による運用性能の向上、および取得データに基づくSPAD値(葉のクロロフィル量と相関のある値)推定を実施した。試作した観測機器は、HSイメージセンサと情報取得用ラップトップPC(Lenovo社製)に加えて、高性能小型無線CCDカメラを搭載することで、実時間での測定地点の確認が可能となった。また、センサやCCDカメラ等への電源をヘリ本体のバッテリー(DC12V,5A)から供給することで、大幅な軽量化が実現された(全機器重量11kg、平成21年度試作機器の総重量20kg)。以上より、本研究における観測方式およびSPAD値推定への有用性を示すことが出来たと考えられる。
変異ダイナミン遺伝子導入細胞の接着・移動におけるエンドサイトーシス関与の解明

変異ダイナミン遺伝子導入細胞を用いたエンドサイトーシスの研究の過程で、ダイナミン機能障害細胞が培養ディッシュ上に広く細胞質をのばして進展、接着することを見いだした。本研究ではその研究結果を踏まえて、エンドサイトーシスが細胞接着に及ぼす影響を検討し、以下の結果を得た。1.温度感受性変異ダイナミン導入細胞のエンドサイトーシス能の検討:温度感受性変異ダイナミン(ts)および野生型(wt)ダイナミン導入細胞へのトランスフェリンのエンドサイトーシスを検討した。さらに、エンドサイトーシス阻害時の形態変化を検討するため電顕的観察を行った。その結果、トランスフェリンのエンドサイトーシスは非許容温度下において完全にブロックされ、電顕的には細胞膜直下にクラスリン被覆小窩および異常に深い細胞膜陥凹構造が集積していた。2. ts変異サイナミン導入細胞におけるインテグリンのエンドサイトーシスの検討:ts細胞とwt細胞を用いてインテグリンとトランスフェリンのエンドサイトーシスを観察した。その結果、ts細胞ではインテグリンのエンドサイトーシスが著しく阻害されていた。3. ts変異ダイナミン導入細胞のファイブロネクチン上での付着・伸展性の検討:浮遊させた細胞をファイブロネクチン処理ディッシュに加え、細胞付着・伸展性を経時的に観察した。その結果、細胞質を伸展させている細胞は10分後までみられなかった。その後、細胞質を伸展させている細胞の割合は増加していったが、細胞伸展性、細胞形態ともに、wt細胞とts細胞の間に違いは見られなかった。以上の結果より、インテグリンのエンドサイトーシスの障害は、接着・伸展過程のごく初期には影響が少ないことが示唆された。今後は他の基質への接着性を検討していきたい。温度感受性にエンドサイトーシスを障害する変異ダイナミン(tsダイナミン)遺伝子導入細胞を用いて、細胞の接着および伸展に対するエンドサイトーシスの関与を明らかにするために、以下の研究を行った。1.ts変異ダイナミン導入細胞におけるインテグリンのエンドサイトーシスの検討:野生型(wt)ダイナミンおよび温度感受性変異(ts)ダイナミンを導入したHeLa細胞を用いた。カバーグラス付着細胞あるいはEDTA処理による浮遊細胞における、Texas Red標識抗ヒトβ1-インテグリンモノクローン抗体とBODIPYFL標識トランスフェリンのエンドサイトーシスを許容温度(30°C)と非許容温度(38°C)で経時的にコンフォーカル」顕微鏡で観察した。その結果、30°Cではtsダイナミン細胞のインテグリン、トランスフェリンのエンドサイトーシスは、wtダイナミン細胞と同様であったが、38°Cではインテグリン、トランスフェリンのエンドサイトーシスは著しく阻害されていた。2.ts変異ダイナミン導入細胞のファイブロネクチン上での付着・伸展性の検討:wtあるいはts変異ダイナミン導入細胞をEDTA処理により浮遊させ、ファイブロネクチンで処理したプラスチックディッシュに加え、30°Cあるいは38°Cにおける細胞付着・伸展性を経時的に位相差顕微鏡下で観察した。その結果、38°Cでは10分後に、細胞の付着がみられたが、細胞質を伸展させている細胞はみられなかった。15分後以降には、ディッシュに付着し、細胞質を伸展させている細胞の割合が増加していったが、細胞伸展性、細胞形態ともに、wtダイナミとtsダイナミン導入細胞の間に違いは見られなかった。以上の結果より,ts変異ダイナミン導入細胞でのインテグリンのエンドサイトーシスの障害は、ts細胞の初期接着・伸展過程には影響が少ないことが示唆された。
食事摂取リズム依存的な肥満誘発とそのメカニズムの解明

本課題では、マウスを利用して、光環境や給餌パターンを変化させ、体重やエネルギー代謝、末梢組織の体内時計がどのように変化するのかを解析した。その結果、明暗サイクルを定期的に前進させる光条件において体重の増加が大きくなり、その条件では、呼吸商の概日変動振幅が小さい個体ほど体重が増加し、また、糖代謝への依存度も高くなる傾向が見出された。このことから、不規則な生活により摂食リズムの概日性が崩れると、脂質の燃焼が減少し、肥満が誘発されやすくなるものと推測された。エネルギー代謝は概日リズム(体内時計)の下流で制御されていることから、食事や運動がエネルギー収支に与える影響は、そのタイミングによって異なることが考えられる。ここでは、マウスを利用して、食餌や光のタイミングを変化させることで、体重に与える影響を検討した。光環境について6種類【12:12時間で固定、12:12時間で週2回6時間の変動(前進、後退、前進と後退の交互)、1:1時間で固定、明期が1日あたり1.7時間短い22.3時間の周期】、食餌時刻についても6種類【24時間自由、12時間固定、12時間で週2回変動(前進、後退、前進と後退の交互)、1日22.3時間周期の中の12時間】の条件について比較検討した。それぞれの条件で2ヶ月間の試験を実施した結果、光環境を変化させた条件で体重増加(肥満)の傾向が認められた。明暗周期を12:12時間の特定の時刻に固定した群と比較して、週2回6時間ずつ後退させた群が最も体重の増加が大きく、週2回6時間ずつ前進させた群、明期を1.7時間短縮させた群、明暗を1:1時間で固定した群においても体重の増加が認められた。明暗周期を12:12時間で固定したまま、食餌タイミングを変動させた条件では、摂食タイミングが暗期に偏り総摂食量が低下したことから、いずれの群においても体重増加は認められなかった。また、それを避けるために、明暗を1:1時間で固定した条件においては、自由摂食群を含めたすべての群で、体重が増加する傾向にあり、食餌条件の違いが反映されなかった。光条件の変化による体重の増加(肥満)が確認されたことから、当初の計画通り、この条件を利用して肥満の原因を解明する研究に進んでいるため。エネルギー代謝は概日変動しており、食事や運動がエネルギー収支に与える影響は、そのタイミングによって異なることが明らかになってきている。本課題では、マウスを利用して、給餌のタイミングや明暗環境の周期を変動させることによって、体重やエネルギー代謝、末梢組織の体内時計等がどのように変化するのかを解析した。まず、6種類の光環境(明暗を12:12時間で固定、12:12時間で週2回6時間の前進、後退、あるいは、前進と後退の交互、1:1時間で固定、明期が1日あたり1.7時間短い22.3時間の周期)の条件について、2ヶ月間の飼育を行い、体重変化を比較したところ、光環境を変動させる条件において体重増加(肥満)の傾向が認められた。また、最も体重増加が大きかった光環境を週2回6時間前進させる条件において、呼吸商を測定したところ、呼吸商の昼夜の概日変動の周期性が乱された個体ほど体重が増加する傾向にあることが明らかとなった。また、周期性が乱されている期間の呼吸商の平均値は、やや高い値を示していたことから、脂質の燃焼が減少し、炭水化物の利用割合が増加していることも明らかとなった。さらに、各臓器の時計遺伝子の発現リズムから、末梢組織の体内時計を測定したところ、体重が増加する個体ほど、肝臓の時計位相がずれていることが示唆された。以上の結果から、明暗周期を変動させると、摂餌時刻が変動し、末梢組織間での体内時計の時刻情報がずれることで、脂質の燃焼が減少して合成が優位となり、体重増加(肥満)が引き起こされるものと考えられる。また、末梢組織の概日時計を解析している過程で、これまで概日時計が働いていないと考えられていた精巣においても、組織培養に合わせた概日リズムを刻むことを見出した。現在、光環境を12:12時間で週2回6時間ずつ後退させる条件で、肥満が誘発されるメカニズムを解明すべく、酸素消費量や呼吸商の測定を行っている。また、最近の他研究者の報告によると、短期的な食事タイミングの変化によって肥満が誘発されている条件では、臓器間の時計遺伝子の発現リズムがずれていることから、これが肥満誘発の原因である可能性が考えられる。そのため、各臓器の時計遺伝子の発現を比較し、臓器による時計の脱同調が肥満を引き起こす可能性を検証する。時間栄養学購入した物品が定価よりも安く納品されたため研究の遂行を促進させる試験物品の購入に利用する
Creウイルスシステムを用いた肺組織特異的遺伝子導入モデルの確立に関する研究

肺組織特異的遺伝子導入モデルによって、新生児の重症呼吸障害の遺伝子治療法を確立することが最終的な目標である。そのための基礎研究として、昨年度病態モデル作製を行い、今年度は病態評価方法を確立した。さらに、免疫組織化学を含めた形態学的評価を行い、肺機能との相関を検討した。1新生仔マウスの肺機能評価システムの確立帝王切開により出生させた低形成肺マウスの呼吸機能を、気道に圧トランスデューサーを接続して、圧-容量曲線を示すことで客観的に評価する方法を確立した。圧トランスデューサーシステムは、慶應義塾大学理工学部と共同する形で、独自のプログラムのものを作製した。2 perfluorocarbon投与による、低形成肺モデルマウスの呼吸機能改善nitrofen投与により作製した低形成肺モデルマウスの呼吸機能が、経気道的perfluorocarbon投与によって改善することを、症状経過・組織所見の両面から証明した。3新生仔マウス肺の免疫組織化学免疫組織化学によって新生仔マウス肺のサーファクタント蛋白発現を検討した。低形成肺モデルにおけるサーファクタント蛋白発現はコントロールと差がなく、呼吸不全の原因はサーファクタント蛋白の産生低下では説明できないことを証明した。化学的・生物学的に不応性であり、呼吸機能を損なわないパーフルオロカーボンは、Cre発現アデノウイルスを気管内投与し、肺組織特異的遺伝子を導入する際の溶媒として有効な可能性を示した。以上の結果は、2000年に開催されたアメリカ胸部疾患学会で発表した。そのための基礎研究として、今年度病態モデル作製と病態評価方法を確立した。1妊娠マウスへの薬物投与による低形成肺モデルマウスの作製妊娠8日目のマウスにナイトロフェンを投与し、妊娠18日目に帝王切開で胎仔を娩出させる。この方法を取ることで、従来の投与法より、横隔膜欠損の合併の少ない低形成肺モデルマウスを作製できることを示した。2新生仔マウスの肺機能評価帝王切開により出生させた低形成肺マウスの呼吸機能を、気道に圧トランスデューサーを接続して、圧-容量曲線を示すことで客観的に評価する方法を確立した。3パーフルオロカーボン投与による、低形成肺モデルマウスの呼吸機能改善ナイトロフェン投与により作製した低形成肺モデルマウスの呼吸機能が、経気道的パーフルオロカーボン投与によって改善することを、症状経過・組織所見の両面から示した。以上の結果は、2000年5月に開催されるアメリカ胸部疾患学会で発表する予定である。
ＩｇＡ腎症特異治療にむけたブタＩｇＡ腎症モデルの開発

IgA腎症の病因に扁桃を中心とした粘膜免疫の異常が示唆されているが、これまで扁桃を有する適切なIgA腎症のモデル動物が存在しなかった。以前に豚がヒトIgA腎症に類似した腎病変を呈することが報告されており、また、豚が扁桃を有することから、今回モデル動物として豚に着目した。マイクロミニピッグを用いた予備実験でヒトIgA腎症に類似した腎組織像を呈することを確認後、自然経過群と扁桃摘出(扁摘)群に分け継時的に腎生検を行い、腎組織を中心とした表現型の比較を開始した。月齢8ヶ月の時点で、扁摘群でIgAを含む免疫グロブリンの沈着強度低下の可能性が示唆された。今後継続して腎組織を中心とした表現型の比較を行う。IgA腎症患者口蓋扁桃では以前から免疫異常が示唆されているが、その詳細は明らかにされていない。実際、IgA腎症患者への扁桃摘出術(扁摘)の治療効果が報告されているが、その理論的根拠は明らかにされていない。今回我々は、げっ歯類と異なり扁桃を有し、以前にIgA腎症様の腎症を自然発症することが報告されている豚に着目し、今回扁摘を含めた口蓋扁桃への免疫学的アプローチを開始した。以前にプレリミの段階でIgA腎症様の腎症を呈していることを確認しているマイクロミニピッグの委託飼育に着手し、自然経過群と、月齢4ヶ月で扁桃摘出術を行う扁桃摘出群(扁摘群)に分け、継時的に腎生検を行い腎組織を含めた腎症の表現型の他、口蓋扁桃の細胞分子レベルでの免疫学的評価を開始した。腎組織は月齢4ヶ月の時点で、両群において免疫染色でIgAやIgGの沈着は軽度であるものの、電子顕微鏡でパラメサンギウム領域を中心に高電子密度沈着物を認めた。月齢8ヶ月の時点で、自然経過群と比較し扁摘群において免疫染色でIgAやIgG、C3の沈着強度とメサンギウム増殖性変化がやや低下している可能性が示唆されているが、今後経過をみて判断する必要があると考える。また、尿所見については、扁摘群で腎生検直後一部の個体で尿蛋白と尿潜血を認めたが、その後両者ともに陰性で経過し、自然経過群と差は認めていない。今後継時的に腎生検を含めた腎症の表現型を継続して行い、両群での比較検討を行っていく。また、両群間での血清IgAの推移や、IgAの糖鎖解析、さらにはヒトIgA腎症と同様にIgAを含む免疫複合体形成の有無の検証や、B細胞の分化・延命に関わるサイトカインであるAPRILやBAFFなどを含めた口蓋扁桃の免疫学的解析を継続して行っていく。これまでIgA腎症自然発症動物モデルマウスを用いた検討によりIgA腎症の病因が明らかにされてきたが、げっ歯類は口蓋扁桃を有さないため、これまでIgA腎症の病因への関与が強く示唆されている扁桃への免疫学的アプローチが困難であった。ある種のブタはほぼ全例がIgA腎症を発症することが知られ、さらに扁桃を有しているため、扁桃細胞を用いた分子レベルでの解析、さらには特異的な分子標的治療への応用ができると考え、IgA腎症ブタモデルを確立することを本研究の目的とした。我々はこれまで一般的な雑種ブタや遺伝的に均一なマイクロミニピッグを用いた検討で、月齢1.5ヶ月の時点で糸球体にIgAやIgGの沈着を伴うメサンギウム増殖性変化が出現しており、一部の個体で尿蛋白が出現していることを確認した。また、ある種のブタでは月齢に伴い血清IgAが上昇し、また、SPF飼育郡と比較しconventional飼育郡で腎病変が重症化する可能性が示唆され、外来抗原と腎症との関連が示唆された。また、ヒトIgA腎症の病因に糖鎖異常IgAの深い関与が示唆されており、スイス・ジュネーブ大学出井博士との共同研究でブタIgAの糖鎖解析を開始した。今後継時的に腎症や扁桃組織の表現型解析を目的に、腎症を発症していることをすでに確認しており遺伝的に均一であるマイクロミニピッグ4匹を山梨県小淵沢のCMIC社で委託飼育を開始し、解析に着手し始めた。委託飼育でマイクロミニピッグの表現型解析を開始できており、他施設との共同研究でIgAの抽出とIgAの糖鎖解析を開始している。さらに、今後ブタへの口蓋扁桃摘出術施行を視野に、他大学獣医学部と研究計画を施策中である。

今後は委託飼育しているマイクロミニピッグに対し継時的に腎生検や血清、尿採取を行い、腎症の発症時期や重症化する時期など表現型の解析を継続して行う。飼育を開始した4匹中1匹は月齢4ヶ月で屠殺し、口蓋扁桃を摘出し各種免疫担当細胞(B細胞、T細胞、樹状細胞)やサイトカイン(APRIL、BAFF)、IgAの免疫染色を行い、細胞分子レベルでの免疫学的解析を進める。IgAの糖鎖解析についてスイス・ジュネーブ大学出井博士との共同研究を進めるとともに、ヒトやモデルマウスでIgA腎症の病態に深い関与の示唆される糖鎖異常IgAや、糖鎖異常IgAを認識するIgG抗体やIgA抗体の存在を検証する。各種免疫染色用抗体やIgA抽出用抗体、ELISA等の実験試薬、ブタの委託飼育費、ブタの屠殺・解剖費、ブタのサンプル採取費用、腎生検バイオプティーガン購入費、ブタ委託施設への交通費、学会参加目的の旅費。
酵素を活用する過酸化リン脂質類の大量合成法に関する研究

平成4年度は、不飽和脂肪酸の大豆リポキシゲナーゼを用いる大容量過酸化反応の条件を検討し、その結果、ホウ酸緩衝液(pH 9)中、酵素200mgを用いて0°C、6時間の反応で過酸化物を45g得ることができた。また、リパーゼによる光学活性Lyso-PCの短経路合成を確立した。研究分担者の清水氏により、醗酵法で生産されたアラキドン酸の精製は、シリカゲルカラムで大容量精製をすることができた。OOH基の安定はBHTの存在下、溶液として-20°Cで安定であった。以上の基礎実験に基づいて、過酸化リン脂質の一つPC-OOHを合成することができた。一方、この過酸化物の培養血管内皮細胞に対する毒性実験が研究分担者の松尾氏によって始められた。平成5年度では、PC-OOHの大量合成を実施し、このものからPLD触媒により、PE-OOH、PG-OOH、PS-OOHの合成にも成功した。一方、ミクロエマルジョン系におけるPLA_2の逆触媒によるPI-OOHの合成をスタートした。また、血管内皮細胞への毒性試験が松尾氏によって続行された。平成6年度に入り、計画に従って、ドコサヘキサエン酸(DHA)から誘導される過酸化リン脂質の合成を始めたが、まず、DHAはこれまでのリノール酸やアラキドン酸と異なり、ジアゾメタンによる温和なエステル化反応が全く進行しないという問題に直面した。DCC法やメタノール塩酸法は、OOH基を分解するため、用いることができない。イコサペンタエン酸についても同様の問題が起こることが十分予想される。従って、この問題は現在、なお、検討中である。一方、前年度スタートしたPLA_2の逆触媒作用によるPI-OOHの合成に関しては、その土台となるLyso-PGのアシル化反応によるPGの合成に成功したので、現在、その先を進めている。また、松尾氏により、本研究で合成したリン脂質過酸化物は、予想に反し、興味あることに血管内皮細胞に対してほとんど毒性を示さないことが初めて明らかにされた。リノール酸の過酸化によって得られる過酸化不飽和脂肪酸を結合するホスファチジルコリン過酸化物の合成についてはすでに完成しているので,この方法に従ってアラキドン酸からもホスファチジルコリン過酸化物へと導いた。研究分担者の清水氏によって微生物生産されたアラキドン酸エチルエステルは水酸化リチウムによって加水分解後,リノール酸の場合と同様にしてpH9のホウ酸緩衝液中で酸素ガス存在下、大豆リポキシゲナーゼによって過酸化を行った。この方法によって一度に56グラムの単位で過酸化イコサテトラエン酸を合成することができた。以下,すでに我々の確立した方法によって最も中心となる合成中間体であるヒドロペルオキシ基の保護された純粋な過酸化イコサテトラエン酸を23グラム得ることができた。この酸をリパーゼの利用により合成した光学活性リゾホスファチジルコリンとDCC法によって結合した後ヒドロペルオキシ基の保護基を除去し、精製することによってアラキドン酸から誘導した過酸化リン脂質を初めて合成することができた。この研究過程において問題点となっていた中間体の一つである光学活性1-ステアロイル-2-0-ベンジルグリセロールの光学純度の簡易決定法については,光学活性NMRシフト試薬の存在下、500MHzNMRによる分析で可能であることを明らかにした。

また、今回得られた過酸化リン脂質はリノール酸から誘導されたものに比べてかなり不安定であることも明らかとなった。この物質の血管内皮細胞に対する毒性については当初予想されていた毒性が非常に低いのではないかという新事実が研究分担者である松尾氏によって明らかにされつつある。平成5年度の研究実施計画に従って,まずリノール酸,アラキドン酸を大豆リポキシゲナーゼで酸化して,過酸化不飽和脂肪酸とし,これをメチルエステル化した後,ヒドロペルオキシ基をジメチルパーアセタールとして保護し,シリカゲルカラムで精製した。このエステルを再び加水分解して最も重要な共通出発原料となる過酸化不飽和脂肪酸を合成した。これと本研究で開発した短経路法で調製したリゾホスファチジルコリンとDCC法でエステル結合を行い,最後にヒドロペルオキシ基を除去することにより本研究の中心となる過酸化イコサテトラエン酸結合ホスファチジルコリン(PCAOOH)及び過酸化オクタデカジエン酸を結合するホスファチジルコリン(PCLOOH)を合成することができた。次に計画通り,このものからホスフォリパーゼDを触媒とするホスファチジル基転位反応によって,ホスファチジルエタノールアミン過酸化物及びホスファチジルセリン過酸化物を合成することができた。なお,ホスフォリパーゼA_2触媒によるミクロエマルジョン中でのエステル化反応は現在成功していない。しかし,今後の計画に含まれるホスファチジルイノシトール過酸化物の合成を達成する上において,この酵素触媒反応は更に追求する予定である。また,分担者の松尾氏によってPCAOOHの培養血管内皮細胞に対する毒性が調べられた結果,PCLOOHの場合とは異なり,若干の毒性を示すことが明らかにされたが,この毒性はそのものの分解産物に由来するものと現在考えている。この間,分担者の清水氏により,微生物生産高純度アラキドン酸の供給が続けられて来た。以上のように,平成5年度の計画の中心となる部分はほぼ達成することができた。本年度の計画では、微生物醗酵で得られたイコサペンタエン酸(EPA)やドコサエヘキサエン酸(DHA)を大豆リポキシゲナーゼで過酸化し、メチルエステルとした後、ヒドロペルオキシ基をこれまでの方法でパ-アセタールとして保護し、再びメチルエステルを加水分解して過酸化脂肪酸を合成する。このものと、有機溶媒中、リパーゼを用いる立体選択的アシル化反応の応用によって短経路で我々の合成したリゾホスファチジルコリンを結合し、脱パ-アセタールによって目的とするリン脂質過酸化物を得る予定になっている。この計画を、まずDHAからスタートしたが、問題が生じた。即ち、これまでのリノール酸やアラキドン酸とちがってDHAは極めて温和な試薬であるジアゾメタンと反応しない。そのため、メチルエステル化するためには、塩酸-メタノール法あるいはDCC法に頼らざるを得ないが、この方法だとヒドロペルオキシ基が分解してしまうことが分かっている。このような問題が生じたため、本年度には目的の達成は困難であるが、重要な課題であるため、さらに続ける。一方、ミクロエマルジョン系におけるホスフォリパーゼA_2(PLA_2)の逆触媒利用によるリン脂質過酸化物に関する研究を平成5年度より続行してきたが、本年度後半にその反応の可能性を示すことができた。即ち、イソオクタンを用いるミクロエマルジョン系でリノール酸とリゾPGの混合物にブタ膵臓由来のPLA_2を作用させると合成反応がおこり、薄層クロマトグラフ上でPGの生成が確認された。
中間相への元素複合固溶による希土類金属レス軽量合金の開発

低炭素化社会の実現のためには、次世代自動車用材料として軽量であるアルミニウム合金の使用は必須である。本研究では、申請者のもつアルミニウム合金の整合性ナノ組織制御技術として考案した手法と原理を完成させることにより、希土類金属元素に依存しない新しい機能性アルミニウム合金の開発研究を行うことを目的とした。その結果、一部のアルミニウム合金においては、添加元素が中間層の核生成に直接関与して強化につながることが明らかとなった。その中で新規の機能性をもつアルミニウム合金の需要は今後増加が予想される。この要望を達成するには、素材段階でナノレベルでの組織制御が必要である。本研究では、申請者のもつアルミニウム合金の整合性ナノ組織制御技術として考案した手法と原理を完成させることにより、希土類金属元素に依存しない新しい機能性アルミニウム合金の開発研究を行うことを目的として、平成24年度は、Al-Mg-Si合金で析出する中間相である&#61538;'相の結晶構造を中心に、計算による添加元素とくに安価な遷移金属の影響を検討するとともに、得られるHRTEM像のシミュレーションを実施した。具体的には、遷移金属元素としてFe, Mn, Crをクラスターの中心に1つ含むモデルを構築し、これらが析出物の構成元素として含有しうるかを検討した。結果として、周期的に存在しうることが証明された。さらに中間相中で存在しうると計算されたCuとAgを同時に添加した合金を作製し、それらの存在位置を確認したところ、現状では、両元素は別々ではなく、互いに位置を決めずに存在していると考えられるデータが得られた。その結果、一部のアルミニウム合金においては、準安定相に固溶あるいは周期的に配列する、または平衡相の形態を変える元素があるという従来報告のない現象が明らかとなり、合金の析出物の構造変化と析出挙動の変化、または強化につながることが明らかとなった。本研究では、申請者のもつアルミニウム合金の整合性ナノ組織制御技術として考案した手法と原理を完成させることにより、希土類金属元素に依存しない新しい機能性アルミニウム合金の開発研究を行うことを目的として、平成23年度は、Al-Mg-Si合金で析出する中間相である&#61538;'相の結晶構造を中心に、計算による添加元素の検討を実施した。具体的には、遷移金属元素をクラスターの中心に1つ含むモデルを構築した。これを基として、対象となる中間相化合物の安定性の検討を行った。続いて添加の可能性のある全元素に対してMd-Bo相関図を作成した。そして得られた結果から、適切な合金を0.2at%を目途に添加した合金を作製し、それらの合金の硬さやミクロ組織といった基礎データを収集した。その結果、微量のFe等の遷移金属元素は、0.1%までの添加で硬さの増加に効果があり、それ以上では逆に低下する現象が現れることが明確になった。当初予想したクラスターモデルの構成、それを用いたBO-Md図、そして実験的に得られたHRTEM像のシミュレーション結果との一致が見られた。さら、ここから予想される合金種として、CuとAgの存在比率が逆の合金も作製して低倍率での組織観察まで達成でき、平成25年度に向けてのこれら試作合金の基礎となるデータベースが完成した。しかし、添加元素以外の構成元素については、添加量のチューニングまでには至らなかったので、おおむね良好と判定した。当初予想したクラスターモデルの構成、それを用いたBO-Md図の作成が完了した。さら、ここから予想される合金種として、Fe, Mn, Cr, V, Ni, Co, Gd, Yを添加した合金を0.05、0.1そして0.2at%添加した合金を作製できた。これらの150、200、250°C時効での硬さ測定と、結晶粒径、基本的な時効析出組織の観察が完了しており、平成24年度に向けてのこれら試作合金の基礎となるデータベースが完成した。今年度の実績から、合金元素量の最適化、複数合金元素の組み合わせを実施する。とくに遷移金属のd電子密度の計算から、結合エネルギーを増加させる元素にターゲットを当てた展開を行う。

平成24年度は新規合金の時効析出挙動の確認と複合添加合金の最適化を目指し、作製した合金に対して熱処理を実施し、各合金に析出する中間相についてHRTEMによる観察と添加元素の存在についての確認を行う。とくに電子顕微鏡観察の結果とシミュレーション結果を比較検討して、添加した元素の占有位置を調査することで、前年度の計算結果の妥当性を検証していく。該当なし本年度は、10数種類の合金からデータを採集してこれらの比較検討を行うことから、HRTEM画像の迅速解析のために、画像解析ソフトを購入して使用する。さらに合金の化学組成をチューニングするため、最有力と判断された合金の試作を行う。
子どもの貧困と不平等：社会的正義に基づく社会政策の再検討

本研究の目的は、子どもの貧困と、子どもの間で生じている不平等を緩和するため、社会政策はどのような規範に基づき、どのように設計される必要があるかについて、社会的正義の観点から再検討することである。具体的に次の2つの課題に取り組む計画である。(1)子どもの貧困と不平等の緩和は、どのように生きるかをめぐる個人の自己選択を尊重するという社会的正義の実現を目的に推進すべきであることを議論する。(2)貧困と不平等の影響下にある子どもに向けて実施される経済的支援、福祉的支援、教育的支援について、どのような方法で行うことが上述の社会的正義の実現に貢献するか、経験的な分析の知見も踏まえて検討する。平成30年度は(1)の課題に則して文献レビューを行い、議論の精緻化に取り組んだ。自己選択の尊重につながる十分に質の良い機会あるいは選択肢を用意することを社会政策の課題として設定するにあたり、子どもへの支援と親の自由・責任の両立や、共存・相互依存と自律性・多様性の両立をめぐる概念的な整理の必要性が示された。現行の子どもの貧困対策の動向に着目すると、支援の規模の不十分さとともに、極度に選別主義的な方法によるスティグマの付与といった問題も見られる。また、支援が提供される人々とそうでない人々の間に生じる分断や不公平も無視できない。この状況を克服するには、分配の正義、特に実質的な機会の平等化を追求することの意義をよりいっそう理解するとともに、その実現に資するための社会政策の対象についてより広く考え、その適切な方法についてさらに検討することが求められる。現状ではこうした議論が十分に展開されてきたとは言えないため、本研究の試みには意義がある。社会政策に関連した社会的正義の理論に関する国内外の最新の文献をレビューするには、想定していたより多くの時間を要することが判明した。社会政策が依拠すべき規範的枠組みを提示することが本研究の重要な目的であるため、引き続き社会的正義の理論に関する国内外の文献レビューに取り組む。令和元年度にはその成果を論文にまとめることを目指す。そこで提示した規範的枠組みに基づき、令和2年度に、子どもの貧困と不平等に関する経験的分析に関する先行研究のレビュー及び現状の制度や政策についての検討に取り組む。購入を予定していたノートパソコンと書籍の一部は、初年度は既存のものを活用できたため不要となったが、次年度以降に購入する計画である。書籍代は初年度に多く積算していたが、研究を進めながら必要が生じるものもあるため、次年度以降により有効な使用が見込まれる。
細胞障害性HCV培養系を用いた重症C型肝炎発症機構の解析

今年度本研究では、ウイルス感染価を定量する基本手技であるプラークアッセイ法をHCV-JFH1感染培養系に応用し、細胞障害性プラーク単離の反復を行い、高度細胞障害性ウイルスクローンの単離とその機能解析、およびウイルス遺伝子変異の解析を遂行し以下の結果を得た。(1)HCV-JFH1株をHhu-7.5.1細胞に感染後形成された独立した6カ所のプラークを単離し、個々の上清を再感染させたところ、高レベルの増殖と著明な細胞死が観察された。(2)単離されたクローン(JFH1-P1)の遺伝子解析を行ったところ、9個のアミノ酸変異を認め、そのうち6個がNS5B領域C末端側に集中していた。(3)全長HCV-JFH1プラスミドに、同定された6個の変異を個々あるいは複数個導入したHCV-JFH1サブクローンを作成し、Huh-7.5.1細胞にトランスフェクションしウイルス増殖粒子形成能を解析した。このうち3個の変異を導入した変異クローンで親株JFH1より著明に高レベルの感染増殖能が観察された。以上より、HCVの特定の遺伝子構造がウイルスの感染増殖能を規定していることが示された。細胞障害性クローンの遺伝子解析により同定された9個のアミノ酸のうち6個がRNA依存性RNAポリメラーゼであるNS5B領域に集中していたことから、遺伝子構造の変化がウイルスの増殖能及び細胞障害性に関与していると考えられた。次年度以降は、高度細胞障害性JFH1クローンを用いて増殖感染能や粒子形成能機能解析や、ヒト肝細胞移植Alb-uPA/SCIDマウスを用いin vivoにおけるウイルス感染増殖動態を解析し、劇症肝炎動物モデルの構築を試みる。
複製期におけるヘテロクロマチン構造の制御に関与する分裂酵母mcllの機能解析

分裂酵母において、セントロメア、接合型決定領域、テロメアの領域はヘテロクロマチンを形成しており、これらの領域ではSwi6(ショウジョウバエのHP1ホモログ)が局在し、染色体の正確な分配や遺伝子の発現制御に重要であることが知られている。我々は、分裂酵母Mcl1がDNA複製に加えて、ヘテロクロマチンの維持に関与することを明らかにしていたため、本研究ではヘテロクロマチン維持の役割に注目して解析を開始した。平成17年度の解析から、Mcl1及びMcl1と複合体を形成するDNAポリメラーゼα(Polα)がSwi6非依存的にヘテロクロマチンの維持に働くことを示唆する結果を得ている。平成18年度はセントロメアにより重点を置いて次のような結果を得た。分裂酵母セントロメアは、他の高等真核生物と同様に、キネトコア領域とその両端に位置するヘテロクロマチンから構成されている。キネトコア領域ではヒストンH3バリアントであるCENP-Aがヌクレオソームに取り込まれており、この領域も転写サイレンシングされることが知られている。mcl1変異株はセントロメアヘテロクロマチンの転写サイレンシングに欠損を示すためキネトコア領域についても調べたところ、転写サイレンシング欠損が観察された。さらに、ChIP法でCENP-Aの局在量が減少していることを見出したごPolαの変異株でも同様の結果を得た。従って、昨年度の解析と併せて、Mcl1及びPolαはセントロメアクロマチン構造の維持に関わることが明らかとなった。興味深いことに、キネトコア領域、ヘテロクロマチン領域のいずれもヒストンH4は低アセチル化状態に通常保たれているが、mcl1変異株においてはどちらの領域においてもアセチル化状態が亢進していることが分かった。こうしたことから、Mcl1は複製期に何らかのヒストン脱アセチル化酵素を制御しセントロメアの低アセチル化状態を保っことで、セントロメアクロマチン構造の維持に関わるというモデルが考えられた。DNAが高次に折り畳まれた状態であるヘテロクロマチンは染色体の正確な分配や遺伝子の発現制御に重要である。これまでの解析から我々は分裂酵母Mcl1(Slr3)がDNA複製、姉妹染色分体の接着(sister-chromatid cohesion)に加えて、ヘテロクロマチンの維持に関与する事を見いだした。本研究ではヘテロクロマチン維持の役割に注目して解析を進め、以下の結果を得ている。分裂酵母において、セントロメア、接合型決定領域(mat)の、テロメアの領域はヘテロクロマチンを形成しており、これらの領域ではSwi6(ショウジョウバエのHP1のホモログ)が局在し、姉妹染色分体接着に必須な複合体コヒーシンもSwi6依存的にヘテロクロマチンに局在することが知られている。そこで、mcl1-101 (slr3-1)変異株におけるSwi6およびRad21(コヒーシンの構成因子の一つ)のヘテロクロマチン領域への局在をChIP法により調べたところ、予想に反してどちらも顕著な減少はみられなかった。さらに、mcl1swi6D二重変異株はそれぞれの単独変異株に比べ、より強いTBZ感受性を示すことが分かった。こうした結果から、Mcl1はSwi6非依存的にヘテロクロマチンの維持および姉妹染色分体接着に働くことが示唆された。一方、Mcl1と複合体を形成するDNAポリメラーゼαの変異株についても同様の解析を行ない、DNAポリメラーゼαはSwi6依存的および非依存的にヘテロクロマチン維持に関わることを示唆する結果を得た。
統一的正犯体系に基づく共犯理論の総合的研究：比較法的検討を通じた理論と実務の架橋

日本の共犯規定は、形式的には、正犯(共同正犯:60条)と共犯(教唆犯:61条、幇助犯:62条)を区別する「共犯体系」を採用しているが、裁判実務において共犯が処罰されることは稀であり、実際上は、犯罪関与者を原則として「正犯」として処罰する「統一的正犯体系」が採用されており、規定形式とその運用の間に乖離がみられる。そこで、本研究では、統一的正犯体系を実際に運用している各国の議論状況・実際の運用状況を広く参照することで、実質的には統一的正犯体系を採用している日本の裁判実務の基本的立場に対して理論的基盤を提供し、理論と実務を架橋することを目的とする。
シリカ多形の電子状態計算と化学結合性

近年,高圧下において新しい含水鉱物δ-AlOOHが報告された.この物質は沈み込む堆積岩スラブの中に存在し,下部マントルへ水を供給する重要な物質であると考えられている.地球科学において重要であると認識されているにも拘らず,このδ相のような含水鉱物の詳細な構造や高圧下での圧縮挙動は十分には解明されていない.実験では求めにくい水素の位置,またその高圧下での圧縮挙動を第一原理電子状態計算を用いて理論的に解明するため,本研究を行った.まず,水素位置に関しては3つの安定な配置が存在することが判明した.2つは非対称な水素結合を含むもの(HOC-I, HOC-II)であり,残りの一つは対称なそれを含むもの(HC)であった.しかし,常圧においても3つの構造間の格子エネルギーの差は非常に小さく,水素の零点振動エネルギーを考慮に入れるとその差は有意なものではないことが判明した.圧縮挙動に関しては実験結果を説明するのは水素結合が対称化されているHC構造であった.また体積弾性率の値に関しては水素結合が対称化されている構造とそうでないものの違いは20%以上あり,水素結合が体積弾性率の決定に重要な寄与をしていることがわかった.またHC構造の体積弾性率が最も実測に近い値が得られた.以上より,このδ相の構造は水素結合が対称化されている(HC)と結論した.また本研究により含水鉱物中の水素結合が圧縮挙動,体積弾性率に非常に重要な影響を及ぼすことが判明した.以上より本研究の結論は次の通りである.含水鉱物の高圧下での挙動を調べるには水素位置や水素結合の効果を無視することはできない.高圧下では水素位置も変化し,その変化が水素結合の性質も変化させる.その変化は鉱物の圧縮挙動や体積弾性率に重要な影響をもたらすからである.また上記の内容を調べるためには第一原理に基づく電子状態計算を用いたアプローチは有効な手段である.近年,高圧下において新しい含水鉱物δ-AlOOHが報告された.この物質は沈み込む堆積岩スラブの中に存在し,下部マントルへ水を供給する重要な物質であると考えられている.地球科学において重要であると認識されているにも拘らず,このδ相のような含水鉱物の詳細な構造や高圧下での圧縮挙動は十分には解明されていない.実験では求めにくい水素の位置,またその高圧下での圧縮挙動を第一原理電子状態計算を用いて理論的に解明するため,本研究を行った.まず,水素位置に関しては3つの安定な配置が存在することが判明した.2つは非対称な水素結合を含むもの(HOC-I, HOC-II)であり,残りの一つは対称なそれを含むもの(HC)であった.しかし,常圧においても3つの構造間の格子エネルギーの差は非常に小さく,水素の零点振動エネルギーを考慮に入れるとその差は有意なものではないことが判明した.圧縮挙動に関しては実験結果を説明するのは水素結合が対称化されているHC構造であった.また体積弾性率の値に関しては水素結合が対称化されている構造とそうでないものの違いは20%以上あり,水素結合が体積弾性率の決定に重要な寄与をしていることがわかった.またHC構造の体積弾性率が最も実測に近い値が得られた.以上より,このδ相の構造は水素結合が対称化されている(HC)と結論した.また本研究により含水鉱物中の水素結合が圧縮挙動,体積弾性率に非常に重要な影響を及ぼすことが判明した.以上より本研究の結論は次の通りである.含水鉱物の高圧下での挙動を調べるには水素位置や水素結合の効果を無視することはできない.高圧下では水素位置も変化し,その変化が水素結合の性質も変化させる.その変化は鉱物の圧縮挙動や体積弾性率に重要な影響をもたらすからである.また上記の内容を調べるためには第一原理に基づく電子状態計算を用いたアプローチは有効な手段である.