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シュレーディンガー作用素と分数積分作用素の評価に関する研究

シュレーディンガー作用素と分数積分作用素の評価に関する研究について,特にシュレーディンガー作用素の評価に関する研究について,以下の結果を得た:V(x)を非負のポテンシャルとし,n次元ユークリッド空間上でシュレーディンガー作用素H_1=-Δ+Vおよびシュレーディンガータイプの作用素H_2=-Δ^2+V^2を考える.ここでVは非負の多項式を含むようなクラス(リバースヘルダークラス)に属するものとする.H_1に関するある評価を示し,H_2に対する基本解の評価を示した.それを用いていくつかのシュレーディンガー型作用素のL^p有界性を示し,それらのうちの1つがカルデロン・ジグムント作用素であることを示した.また,作用素H_2に関する作用素の合成の形の作用素について,L^p有界性が成り立つことを示した.以上の結果に対して,平成16年度は大学の数学教室のセミナーにおいて概要を話すレベルであったが,平成17年度は細部まで詰めた完全な形で,日本数学会をはじめ偏微分方程式および調和解析の研究集会などにおいて,口頭発表を4件行った.それらの結果をまとめたものについては,学術雑誌に掲載が予定されている.さらに,上記のシュレーディンガー型作用素については,さらによりよい基本解の評価が得られないか,また,より高階の場合,ポテンシャルを一般化した場合,磁場作用を持つ場合等の問題があり,現在研究中である.分数積分作用素の評価については,残念ながら新しい結果は得られなかったが,シュレーディンガー作用素への応用に関係する問題があり,現在研究中である.シュレーディンガー型作用素と分数積分作用素の評価に関する研究について,平成16年度は特にシュレーディンガー型作用素の評価に関する研究について,口頭発表を3件行った.そのうち1件について,内容は報告集として出版される予定である.それらの結果をプレプリントにまとめたものについては,現在投稿準備中である.内容は以下の通りである.V(x)を非負のポテンシャルとし,n次元ユークリッド空間上でシュレーディンガー作用素H_1=-Δ+Vおよびシュレーディンガータイプの作用素H_2=-Δ^2+V^2を考える.ここでVは非負の多項式を含むようなクラス(リバースヘルダークラス)に属するものとする.これらの作用素に関して,以下の3つの結果を示した.1.作用素H_1に関するある評価を示し,それを用いてH_2の基本解の評価を示した.さらに,H_2の基本解の3階までの導関数の評価を示した.それらの評価を用いて作用素V^{2-j/2}▽^jH_2^{-1}(j=0,1,2,3,4)のL^p有界性(Sobolev typeの評価)を示した.2.いくつかのカシオポリタイプの不等式および方程式H_2u=0の解uの高階導関数を評価する不等式を示し,それらを用いてH_2の基本解の4階以上の導関数の評価を示した.その結果,作用素▽^4H_2^{-1}がある条件(Vが多項式ならばみたすような条件)の下でカルデロン・ジグムント作用素であることがわかった.3.作用素H_2に関する作用素の合成の形の作用素について,L^p有界性が成り立つことを示した.シュレーディンガー作用素と分数積分作用素の評価に関する研究について,特にシュレーディンガー作用素の評価に関する研究について,以下の結果を得た:V(x)を非負のポテンシャルとし,n次元ユークリッド空間上でシュレーディンガー作用素H_1=-Δ+Vおよびシュレーディンガータイプの作用素H_2=-Δ^2+V^2を考える.ここでVは非負の多項式を含むようなクラス(リバースヘルダークラス)に属するものとする.H_1に関するある評価を示し,H_2に対する基本解の評価を示した.それを用いていくつかのシュレーディンガー型作用素のL^p有界性を示し,それらのうちの1つがカルデロン・ジグムント作用素であることを示した.また,作用素H_2に関する作用素の合成の形の作用素について,L^p有界性が成り立つことを示した.以上の結果に対して,平成16年度は大学の数学教室のセミナーにおいて概要を話すレベルであったが,平成17年度は細部まで詰めた完全な形で,日本数学会をはじめ偏微分方程式および調和解析の研究集会などにおいて,口頭発表を4件行った.それらの結果をまとめたものについては,学術雑誌に掲載が予定されている.さらに,上記のシュレーディンガー型作用素については,さらによりよい基本解の評価が得られないか,また,より高階の場合,ポテンシャルを一般化した場合,磁場作用を持つ場合等の問題があり,現在研究中である.分数積分作用素の評価については,残念ながら新しい結果は得られなかったが,シュレーディンガー作用素への応用に関係する問題があり,現在研究中である.
マグネシウムによるカルシウムの動態制御の理解に向けたマグネシウムプローブの開発

Mg2+はCa2+濃度を制御しており、これらの濃度変化は血管の収縮や弛緩、種々の病態にも関与している。これまでCa2+の動態が明らかになってきた一方で、Mg2+の動態の理解は最適なプローブがないためCa2+に比べ大きく遅れをとっている。そこで蛍光小分子化合物プローブでは難しい個体間の比較や細胞形態が変化する状況での観察や、蛍光タンパク質が持つ励起光による細胞毒性や自家蛍光などの問題解決に向けて発光タンパク質を用いたMg2+プローブを開発することにした。まず初めにトゲオキヒオドシエビルシフェラーゼ(Nluc)内の様々な位置にヒトセントリンのアイソフォーム(HsCen3)、原核生物Mg2+トランスポーターCorA、またはその変異体を導入したインテンシオメトリック型のプローブを作成した。In vitroで評価した結果、Nlucの103、104番目のアミノ酸の間にHsCen3を挿入したプローブが最も大きなダイナミックレンジ(約250%)と、細胞内のMg2+濃度を評価するのに最適なKd値(1.0 mM)を有することが明らかになった。さらに、細胞内のMg2+濃度の定量に向けてレシオメトリック型のプローブの作成を試みた。黄色蛍光タンパク質(Venus)と発光タンパク質(Nlucまたはウミシイタケルシフェラーゼ)の間にHsCen3、CorAまたCorA変異体を導入したところ、Nluc- HsCen-Venusが最も大きいダイナミックレンジを示した(約60%)。さらにHsCen3のC末端側から10アミノ酸を削っていったところ、7アミノ酸を削ったプローブ(Nluc- HsCen-dC7-Venus)で劇的なダイナミックレンジの改善が見られた(約360%)。これらプローブが培養細胞内でもMg2+の変化を捉えたことから、イメージングに有用なプローブの構築が確認できた。
低温トラッピングキャピラリーガスクロマトグラフィーによる薬毒物の分析

昨年の研究では、法中毒学分野において重要なクロロホルム・エタノール・シアンなどの揮発性薬毒物につき、低温オーブントラッピング法という新しい揮発性物質捕足法を確立した。この低温オーブントラッピング法は、カラム温度を0°C以下に冷却する事で、ヘッドスペース(HS)法にて生体中から抽出された揮発性薬毒物気体を、ガスクロマトグラフィー(GC)カラム入り口に注入すると直ちに、カラム入り口ヘロスなくトラップできるため、高感度・高分離が得られるものである。今年度の研究では、シンナーの成分の一つである酢酸エチルについて本法を応用し、種々の保存条件下における全血中酢酸エチルの安定性を検討した。その手段として本法を用いて酢酸エチルを検出するとともに、酢酸エチルの分解産物の一つであるエタノールも分析した。さらに環境化学の分野において工場での曝露による発癌性や、食物容器から食物への混入、シックハウス症候群などで問題となっているスチレンとその関連物質について、本法を用いて全血中から簡便に抽出し、感度良く分析する事が出来た。上記の酢酸エチルとスチレン類についての具体的な研究結果は以下の通りである。1)保存血中の酢酸エチルの安定性をみる為に、まず酢酸エチルの分解抑制物質と保存温度について検討した。その結果、酢酸エチル分解酵素であるカルボキシエステラーゼ阻害剤であるフッ化ナトリウムの添加・無添加の両群について検討した。保存温度に関しては、室温と4°C保存の両群に関して検討した。これらの組合せ4群につき2週間の保存と分析を試みた。その結果、適量のフッ化ナトリウムの添加をして4°C保存をした場合、酢酸エチルは2週間殆ど分解されないことが判明し、国内英文専門雑誌に発表した。2)スチレンとその関連物質に関しては、HS抽出条件(塩析効果剤・抽出温度・抽出時間)を予備実験で十分に検討した。分析はリステック社のVolatileキャピラリーカラムを用いたGCで行った。初期温度は0°C80°Cについて検討した結果、20°Cの際に感度・分離とも好結果が得られた。さらに本法の抽出効率・再現性などにつき検討した。最後にラットを用いて、クロロホルム麻酔下にてスチレンと関連物質を吸入させ、得られた全血につき本法を用いて分析を試みたところ、良好な結果が得られた。この結果については現在、国際専門誌へ投稿中である。今回の研究では、法中毒分野において重要なクロロホルム、メチレンジクロリド、エタノール、シアン等の揮発性薬毒物について、低温オーブントラッピング法という新しい揮発性物質捕捉法を確立した。本法によって、生体試料から揮発性薬毒物を簡易に抽出し、高感度にガスクロマトグラフィー(GC)分析する方法を確立した。GC装置に液化炭酸ガスボンベを装着し、カラム温度を0°C以下まで冷却する。この低温トラッピング法により、ヘッドスペース(HS)抽出法にて生体試料から抽出された上記薬毒物気体をカラムへ注入した際に、カラム入り口にロスなくトラップされ、感度、分離能とも飛躍的に上昇した。上記した4つの薬毒物についての具体的な研究結果は以下の通りである。1)生体試料中の微量クロロホルム、メチレンジクロリド分析の際には、リステック社のVolatileカラムを用いた。低温トラッピング-GC法におけるカラム初期温度を0°C、-10°C、-20°C、-30°C、-40°Cと試みた結果、低温にする程ピークはシャープになり、感度、分離能とも大幅に改善された。-40°Cでは、クロマトグラム上にノイズが出現したため、カラム初期温度を-30°Cと設定し、以下分析を行った。回収率は、クロロホルム11.5%、メチレンジクロリド20.0%と良好で、0.05-5.0μg/0.5ml全血の範囲内でも検量線は直線性を示した。この検量線を用いて、実際にクロロホルム、メチレンジクロリドで深麻酔に陥ったラット全血につき分析を試みたところ、感度良く定量することができ、その結果を国際専門雑誌に発表した。2)クロロホルム、メチレンジクロリド分析において、低温トラッピング法が確立されたため、さらに生体試料中の微量エタノールについて同様の分析を試みた。リステック社のBAC2カラムを用い、カラム初期温度を-60°Cに設定した。これにより、飲酒をしない時にも血中に存在する内因性エタノールを検出、定量することに成功し、その結果を国際専門雑誌に発表した。3)生体中の微量シアンの分析においては、カラムの初期温度を-30°Cに設定し、スペルコ社のSupel-QPLOTカラムを用い、初期温度を-30°Cに設定した。これにより、エタノール分析時と同様に内因性シアンを感度良く検出、定量することに成功し、その結果を国際専門雑誌に発表した。

その手段として本法を用いて酢酸エチルを検出するとともに、酢酸エチルの分解産物の一つであるエタノールも分析した。さらに環境化学の分野において工場での曝露による発癌性や、食物容器から食物への混入、シックハウス症候群などで問題となっているスチレンとその関連物質について、本法を用いて全血中から簡便に抽出し、感度良く分析する事が出来た。上記の酢酸エチルとスチレン類についての具体的な研究結果は以下の通りである。1)保存血中の酢酸エチルの安定性をみる為に、まず酢酸エチルの分解抑制物質と保存温度について検討した。その結果、酢酸エチル分解酵素であるカルボキシエステラーゼ阻害剤であるフッ化ナトリウムの添加・無添加の両群について検討した。保存温度に関しては、室温と4°C保存の両群に関して検討した。これらの組合せ4群につき2週間の保存と分析を試みた。その結果、適量のフッ化ナトリウムの添加をして4°C保存をした場合、酢酸エチルは2週間殆ど分解されないことが判明し、国内英文専門雑誌に発表した。2)スチレンとその関連物質に関しては、HS抽出条件(塩析効果剤・抽出温度・抽出時間)を予備実験で十分に検討した。分析はリステック社のVolatileキャピラリーカラムを用いたGCで行った。初期温度は0°C80°Cについて検討した結果、20°Cの際に感度・分離とも好結果が得られた。さらに本法の抽出効率・再現性などにつき検討した。最後にラットを用いて、クロロホルム麻酔下にてスチレンと関連物質を吸入させ、得られた全血につき本法を用いて分析を試みたところ、良好な結果が得られた。この結果については現在、国際専門誌へ投稿中である。
がん化学療法を受ける対象者の皮膚・口腔粘膜への影響とQOLに関する研究

がん化学療法は近年外来や在宅へ移行している。治療を効果的に継続するには患者自身が様々な症状を自らマネジメントし、同時に必要時にプロケアに移行する時期を逸しないことも重要である。皮膚や口腔粘膜の有害事象は、直接生命予後に関わることが少ないが、皮膚や粘膜は生命を守る命の袋であり人体最大の臓器でもある。又人目に晒され個人の身体像や尊厳に深く関わる。我々は抗がん剤治療を受けた患者の皮膚は乾燥し機能が低下していることを観察してきた。今回は皮膚生理機能に加え口腔粘膜のダメージを検証する。さらに有害事象を低減し患者のQOL維持のために必要なセルフケアやプロケアへ移行するためのアセスメントについて検討する。
伴侶動物に潜在する致死性遺伝子病の分子基盤および病態の解明

本研究では、犬および猫において、遺伝性致死性の大脳白質変性症を起こすグロボイド細胞白質変性症(クラッベ病)ならびにアスパルトアシラーゼ欠損症(カナバン病)の分子基盤を解明することを目的として実施した。また、候補となった各変異について、犬および猫集団で分子疫学調査を実施して変異アレル頻度を明らかにして、各疾患の獣医学臨床上の重要度を評価した。さらに、研究機関中に発見された猫の神経セロイドリポフスチン症の分子基盤および病態の解明を試みた。採用第3年度(平成30年度)は、昨年度中の出産・育児による採用中断期間を経て、育児をしながら本研究を実施した。第2年度までに行った犬クラッベ病および猫カナバン病に関する解析により、各疾患の原因となるGALCおよびASPA遺伝子のエクソン上に病原性変異である可能性の高い変異を確認することができ、それらの変異を判別する遺伝子型検査法を設計して国内犬猫集団における疫学調査を実施した。その結果は、これらの変異を有する個体(キャリア)は集団中に認められなかったため、これらの変異が疾患関連変異であると示唆された。また、両疾患の臨床症状、臨床病理学的所見、MRI検査所見および病理学的所見を集積し、疾患モデル動物としての特徴を明確化した。第3年度目はこれらの研究結果についてデータを精査し、論文としてまとめて国際誌へ投稿する準備を行った。また、猫の神経セロイドリポフスチン症に関する研究では、超微形態学的解析として症例の小脳組織を透過型顕微鏡により解析し、得られた特徴的プロファイル(オスミウム好性顆粒)からヒトのNCL分類に基づいて、候補となる遺伝子を挙げて分子学的解析を実施した。その結果、病原性変異である可能性の高い変異をいくつか同定することができ、現在、最終的な確認作業を行っている。確認できれば、研究結果を論文としてまとめて国際誌へ投稿する準備を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、犬および猫において、遺伝性致死性の大脳白質変性症を起こすグロボイド細胞白質変性症(クラッベ病)ならびにアスパルトアシラーゼ欠損症(カナバン病)の原因遺伝子および病原性変異を明らかにし、各疾患の分子基盤を解明する。また、解明された各変異について犬および猫集団で分子疫学調査を実施して変異アレル頻度を算出し、各疾患の獣医学臨床上の重要度を評価する。同時に病態解析により疾患モデル動物としての特徴を明らかにして、将来的な新規治療開発研究に備える。なお、上記の2疾患に加えて、最近発見された犬および猫の神経セロイドリポフスチン症の分子基盤および病態についても解明する。上記の項目を目的として研究を実施した。初年度(平成28年度)には、犬クラッベ病および猫カナバン病に関する解析を中心に行った。両疾患の発症動物のDNAを用いて、各疾患の原因となる遺伝子(クラッベ病:GALC遺伝子、カナバン病:ASPA遺伝子)のエクソンおよびその近接領域の配列をダイレクトシーケンスにより確認した。その結果、それぞれの疾患において病原性変異である可能性の高いエクソン上の変異が確認されたため、それらの変異を判別する遺伝子型検査法をリアルタイムPCR法で設計し、国内犬猫集団における疫学調査を実施した。両変異アレルは、発症個体およびその家系メンバーのDNAだけに認められたため、病原性変異であることが示唆された。初年度(平成28年度)の研究では、計画通りに犬クラッベ病および猫カナバン病について、遺伝子解析および病態解析を実施して、病原性と強く示唆される変異を同定でき、疫学調査を実施し、それぞれの疾患の特徴を明確化することができた。犬クラッベ病では、犬GALC遺伝子のエクソン上に発症動物家系においてミスセンス変異が同定され、同変異を特異的に判別する遺伝子型検査法を用いた国内犬集団における分子疫学調査によって、この変異が非常にまれな変異であることが解明された。また、特徴的な病態所見として、血液塗抹上の単球空胞や大脳組織上にグロボイド細胞の集積が確認された。猫カナバン病では、猫ASPA遺伝子のエクソン上にミスセンス変異が同定され、同変異を特異的に判別する遺伝子型検査法を用いた国内猫集団における分子疫学調査によって、この変異が非常にまれな変異であることが解明された。また、特徴的な病態所見として、ガスクロマトグラフィー質量分析によりN-アセチルアスパラギン酸の尿中への顕著な排出が確認され、大脳および小脳組織上では顕著な海綿状変性がみられた。犬クラッベ病および猫カナバン病の研究成果については、それぞれ別の国際学会(ACVP-ASVCPおよびESVN-ECVN)で報告することができた。

採用第3年度(平成30年度)は、昨年度中の出産・育児による採用中断期間を経て、育児をしながら本研究を実施した。第2年度までに行った犬クラッベ病および猫カナバン病に関する解析により、各疾患の原因となるGALCおよびASPA遺伝子のエクソン上に病原性変異である可能性の高い変異を確認することができ、それらの変異を判別する遺伝子型検査法を設計して国内犬猫集団における疫学調査を実施した。その結果は、これらの変異を有する個体(キャリア)は集団中に認められなかったため、これらの変異が疾患関連変異であると示唆された。また、両疾患の臨床症状、臨床病理学的所見、MRI検査所見および病理学的所見を集積し、疾患モデル動物としての特徴を明確化した。第3年度目はこれらの研究結果についてデータを精査し、論文としてまとめて国際誌へ投稿する準備を行った。また、猫の神経セロイドリポフスチン症に関する研究では、超微形態学的解析として症例の小脳組織を透過型顕微鏡により解析し、得られた特徴的プロファイル(オスミウム好性顆粒)からヒトのNCL分類に基づいて、候補となる遺伝子を挙げて分子学的解析を実施した。その結果、病原性変異である可能性の高い変異をいくつか同定することができ、現在、最終的な確認作業を行っている。確認できれば、研究結果を論文としてまとめて国際誌へ投稿する準備を行う。次年度は、これまでの得られた成果を科学論文にまとめて公表するとともに、未解明の疾患(猫カナバン病、犬カナバン病および犬猫の神経セロイドリポフスチン症)についての解析を進めていく。犬クラッベ病および猫カナバン病に関する分子基盤および病態解析についてはこれまでの結果をもとに現在論文としてまとめている所であり、国際誌へ投稿予定である。猫クラッベ病については、過去の症例についての解析で試料の不足により行うことのできなかったRT-PCRやさらなる遺伝子解析を実施し、分子基盤を決定する。犬カナバン病については、症例のDNAを用いて犬ASPA遺伝子のエクソンおよび近接領域をダイレクトシーケンスにより確認し、RT-PCRによるmRNAの解析やバイオインフォマティクス的手法を利用して、変異候補を絞り込む。変異が同定されれば集団での分子疫学調査を実施し、変異アレル頻度を算出する。またこれまでに蓄積された臨床症状、MRI検査および病理学的検索の結果を解析し、疾患モデル動物としての特徴を明確化する。これら分子基盤および病態の解析について十分な結果が得られれば、学会での報告や国際誌への論文投稿を行う。犬および猫の神経セロイドリポフスチン症はその原因遺伝子候補が十数種類にわたるため、今回の発症動物における病態を詳細に解析し、他の動物種や品種の相同疾患と比較することで、候補遺伝子を検討する。さらに、透過型電子顕微鏡を用いた超微形態プロファイルの解析や酵素活性の測定による生化学的な病態を解析することで、さらに候補遺伝子をしぼりこむ。最終的に候補となった遺伝子をダイレクトDNAシーケンスで調査し、病原性変異を同定する。変異が同定されれば分子疫学調査を実施し、変異アレル頻度を算出する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
高エネルギー粒子の運動論効果による粒子加熱と帯状流乱流輸送特性の研究

プラズマ乱流輸送特性の理解向上を目指し、「高エネルギー粒子効果」及び「乱流構造形成の競合」に着目した研究を行った。高エネルギー粒子が駆動する帯状流の振動ブランチ(GAM)の運動論的解析を行い、イオン加熱効果を議論した。その上で、非線形理論に展開する事でGAMと乱流の結合を取り込んだ飽和過程や伝播則を得る事に成功した。さらに、帯状流を含む複数乱流構造を考慮した乱流輸送の理解を目指し、乱流シミュレーションを行い、複数乱流構造間の選択則及び構造間競合に伴う輸送特性の変化を得た。また、ドリフト波乱流が形成する急峻波面構造の形成機構を理論的に明らかにした。本研究では、高エネルギー粒子の運動論効果及び乱流輸送特性を理論的に明らかにすることを目指している。今年度は、乱流輸送とそれを規定する乱流構造形成の非線形素過程を明らかにすべく、円筒プラズマにおける3次元乱流シミュレーションを実施した。上記シミュレーションにおいて抵抗性ドリフト波乱流の構造分岐を得ることに成功した。得られた乱流状態は、周方向平均流が支配的となる状態、フルート構造が支配的となる状態、ストリーマ状態の3状態である。粒子ソース強度をスキャンする事で、乱流構造の分岐に伴う閉じ込め性能の変化を得ることが出来た。ドリフト波が安定なほどソース強度が小さい場合は、衝突輸送できまる閉じ込めが実現し、ソース強度を大きくしていくと、閉じ込めの悪いストリーマ状態、フルート状態が支配的となる。さらにソース強度を大きくすると周方向平均流が卓越し、閉じ込め性能が改善することが明らかになった。密度勾配の振る舞いに着目すると、閉じ込めの悪い領域では、粒子ソース強度を大きくしても密度勾配が変化しない「勾配の硬直化現象」が観測された。この研究によって、円筒プラズマにおいても、衝突輸送、乱流輸送、改善閉じ込め輸送状態を統一的に研究可能であることが初めて示された。乱流構造分岐点近傍における定常乱流状態に対して外部制御パラメタを変化させ、乱流構造の動的応答を得るシミュレーションを行った。ストリーマ、フルート構造の遷移点近傍においてイオン-中性粒子衝突周波数を変化させた。ストリーマは2つのドリフト波とその非線形結合によって駆動される媒介波の間の周波数および波数間の共鳴条件が満たされる事により形成される。共鳴条件の時間発展を調べる事でストリーマの崩壊過程を詳細に明らかにした。本研究では、高エネルギー粒子の運動論的効果を取り入れた粒子加熱および乱流輸送特性を理論的に明らかにすることを目指している。近年、報告者等の研究で高エネルギー粒子により振動帯状流(GAM)が励起され、駆動されたGAMがランダウ減衰によりイオン加熱効果を持つことが明らかになった。GAMはプラズマの径方向へ伝播する特性を持つため、加熱効果を理解するためには伝播の特性を知る必要がある。本年度はGAMの径方向伝播特性の理論解析を行った。GAMと乱流の共存状態を考え、乱流から受ける高次の非線形力まで取り込んだGAMの非線形分散関係を導出し、伝播特性を得た。GAMが受ける乱流からの非線形力はレイノルズ応力に注目した。得られた非線形分散関係から導出したGAMの群速度は、これまでの線形理論による値と比べ10100倍程度大きくなりうる事が分かった。位相速度と群速度が近くなる事から、準線形的に評価される自己相関時間は格段に長くなる事が分かる。さらに実際の実験パラメタを用いて非線形効果の評価も行い、観測可能性も議論した。[M. Sasaki, et. al., Plasma Fusion Res. 8, 1403010 (2013)]上記研究に加え、乱流揺動の統計的性質に関する研究も進めた。円柱プラズマの抵抗性ドリフト波乱流を模擬するコード(Numerical Linear Device, NLD)を用い、長時間の乱流飽和状態を得る事に成功した。得られた揺動場から評価した粒子束、運動量束の統計的性質を調べた。両者の相関を調べた所、粒子束の変動は0.4倍ドリフト波周期程度運動量束の変化より先に起きている事が分かった。これは実験観測と定量的に同様の結果である。[M. Sasaki, et. al., submitted to Plasma Fusion Res. (2012)]本研究では高エネルギー粒子の運動論効果及び乱流輸送特性を理論的に明らかにする事を目指している。今年度は、高エネルギー粒子に駆動される振動帯状流(GAM)についての理論的研究及び、ドリフト波乱流の非線形素過程についての研究を実施し、以下の事が明らかになった。(1)高エネルギー粒子駆動GAMの特性:ジャイロ運動論を基礎に、高エネルギー粒子を考慮したGAMの理論的研究を行った。高エネルギー粒子が存在する場合、通常のGAM及び高エネルギー粒子トランジット周波数程度のEGAMと呼ばれるブランチが存在する。

本研究では、さらにもう1つ新たなブランチの存在を指摘した。このブランチは高エネルギー粒子の磁気ドリフト周波数程度の周波数を持つ。固有周波数及びポロイダル固有関数を解析的に導いた。固有関数はポロイダル方向に鋭いピークを持つため、実効的磁場方向波数が大きくなりイオンランダウ減衰が強くなる。GAMによるイオン加熱が期待出来るブランチであることが分かった。(2)ドリフト波乱流の非線形素過程:前年度までに直線プラズマにおける乱流シミュレーションにおいて、帯状流、ストリーマ、フルート構造間の分岐が明らかになっていた。今年度は、それらの乱流構造に加え、ドリフト波によって形成される孤立波構造を得る事に成功した。孤立波構造は周方向に急峻な波面を形成する。ドリフト波の位相引き込みに着目した解析により、波面構造には複数種類の解が存在することが分かった。これらの解の安定性解析を行い選択則も得た。選択則は、ドリフト波揺動のボルツマン関係からのずれの径方向構造で規定される。この理論予測は、シミュレーション結果及び直線プラズマ実験装置PANTAにおける観測とも矛盾しないことが分かった。プラズマ物理学本研究では、高エネルギー粒子の運動論的効果及び乱流輸送特性を明らかにすることを目指している。本年度までに、振動帯状流の非線形伝播特性を得ており、高エネルギー粒子に駆動される振動帯状流によるイオン加熱効果の伝播速度が明らかになっていた。本年度は、乱流の構造形成の素過程に焦点をあて理解を進展させることが出来た。帯状流を含む複数の乱流構造間の非線形競合過程と閉じ込め性能の関係を明らかにする成果を得ている。さらに乱流の動的応答へ研究を発展させ、乱流構造形成機構の理解を進めている。最終年度は高エネルギー粒子の効果を考慮した理論計算を実施する予定である。以上を総合し、おおむね順調に進展していると考えている。本研究では、乱流-帯状流系において高エネルギー粒子の運動論的効果を導入することを目指している。特に初年度は、高エネルギー粒子、背景プラズマに大きな影響を与える振動帯状流(GAM)に着目した研究を進める事を予定してた。本年度は、乱流から受ける高次の非線形力まで取り込んだGAMの非線形分散関係を導出し、伝播特性を得た。GAMの非線形群速度は、これまでの線形理論による値と比べ10100倍程度大きくなりうる。この成果によりGAMの背景プラズマの加熱効果は広範囲に及びうることが分かった。さらに高エネルギー粒子が存在する場合のGAMの飽和振幅についての研究を進める必要がある。さらに上記研究に加え、乱流揺動自身の統計的性質について成果が出つつある。ドリフト波乱流の数値計算を行い、長時間の乱流飽和状態を得、揺動場から粒子束、運動量束の統計的性質を調べた。これは乱流-帯状流の輸送理論を考える際、非常重要になる。以上を総合して、おおむね順調に進展していると考えている。引き続き予定している高エネルギー粒子が駆動する振動帯状流理論の研究を進める。
ディスクリプタ表現を利用した多目的ゲインスケジューリングと実システムへの応用

ゲインスケジュールド制御に代表されるパラメータ依存系の設計問題は,パラメータ依存LMI(PDLMI)の求解問題として定式化することができる.しかしながら,PDLMIの求解は一般に非常に困難であり,数値的に取り扱いの容易なPDLMIをできる限り保守性の低い形で導くべく,冗長なディスクリプタアプローチに関する研究が進められている.このアプローチは,状態空間表現で記述可能なシステムを,あえて冗長なディスクリプタ表現で記述することにより,数値的に取り扱いが容易なPDLMIを導出することができる.しかしながら,従来の結果では,冗長なディスクリプタ表現の直達項に何らかの仮定を設ける必要があった.本研究では,LMIを拡大する類似の方法である伸張型LMIアプローチにおいて,このような制約が必要とされないことに着目し,制約を回避する補助変数が従来の冗長なディスクリプタアプローチにおいて不足していることを明らかにした.同時に,制約を回避するための補助変数を導入することにより,新しい冗長なディスクリプタアプローチを提案した.提案法を利用した多目的ゲインスケジュールド制御の有効性を検証するために,アクロボット実験装置の製作を行った.実機実験を行った結果,固定コントローラよりもゲインスケジューリングの方が非線形性の影響を大幅に軽減できることが確認された.以上のことは川田昌克:冗長なDescriptorアプローチとDilationアプローチの関係について,第5回SICE制御部門大会(計測自動制御学会主催),pp.583-587(2005)で発表した.また,現在,計測自動制御学会論文集に同様の内容の論文を,連名で投稿中である.さらに,新しい冗長なディスクリプタアプローチの結果を利用すれば,高次の多項式型パラメータ依存リアプノフ関数を構成可能なLMIを導出することもできる.このことは,川田昌克:多項式型パラメータ依存リアプノフ関数によるH-infinity性能解析-冗長なディスクリプタ表現からのアプローチ-,第6回SICE制御部門大会(計測自動制御学会主催),(2006.5.316.2)において発表予定である.近年,状態空間表現で記述可能なシステムをあえて冗長なディスクリプタ表現で記述することにより,保守性の少ない多目的ゲインスケジューリングを実現する手法が注目されている.この手法は,これまで状態フィードバックを中心に議論されていたが,最近,出力フィードバックへの拡張が検討されている.出力フィードバックの場合,連立LMIの解をすべて共通に選んでしまうと,制約条件が厳しすぎるため,連立LMIの解を求めることが困難である.本研究では,極領域を拘束したH-infinity出力フィードバック制御において,ディスクリプタ表現に対するLMIと状態空間表現に対するLMIが等価となるための条件を導出し,従来の結果を含むより一般的なパラメトリゼーションを示した.以上の結果は,川田昌克:冗長なディスクリプタ表現に基づく多目的ゲインスケジューリング,第33回制御理論シンポジウム(計測自動制御学会主催),pp.91-96(2004)において発表した.一方,LMIを拡大するという観点で同様の設計手法としてDilationアプローチが知られており,両者には何らかの対応関係があると考えられるが,ディスクリプタアプローチの方がLMIの補助変数(LMIの拡大に伴い派生する解)の数が少ないため,両者の対応関係についての議論は十分に行われていない.そこで,本研究では,状態フィードバックによるH-infinity制御問題において,KYP補題に基づく新しいディスクリプタアプローチの結果を示し,Dilationアプローチとの完全な対応関係を見い出した.また,この新しいディスクリプタアプローチの結果が従来のディスクリプタアプローチの結果を包含したものとなっていることを示した.また,同時に,冗長なディスクリプタ表現に基づく多目的ゲインスケジューリングの設計法の有効性を検証するため,アクロボット実験装置の製作を行った.ゲインスケジューリングに関しては,まだシミュレーション段階であるが,シミュレーションでは,固定コントローラよりもゲインスケジューリングの方が非線形性の影響を大幅に軽減できることが確認された.以上の結果は川田昌克:冗長なDescriptorアプローチとDilationアプローチの関係について,第5回SICE制御部門大会(計測自動制御学会主催),(2005.5.25-27発表予定)で発表予定である.ゲインスケジュールド制御に代表されるパラメータ依存系の設計問題は,パラメータ依存LMI(PDLMI)の求解問題として定式化することができる.しかしながら,PDLMIの求解は一般に非常に困難であり,数値的に取り扱いの容易なPDLMIをできる限り保守性の低い形で導くべく,冗長なディスクリプタアプローチに関する研究が進められている.このアプローチは,状態空間表現で記述可能なシステムを,あえて冗長なディスクリプタ表現で記述することにより,数値的に取り扱いが容易なPDLMIを導出することができる.しかしながら,従来の結果では,冗長なディスクリプタ表現の直達項に何らかの仮定を設ける必要があった.本研究では,LMIを拡大する類似の方法である伸張型LMIアプローチにおいて,このような制約が必要とされないことに着目し,制約を回避する補助変数が従来の冗長なディスクリプタアプローチにおいて不足していることを明らかにした.同時に,制約を回避するための補助変数を導入することにより,新しい冗長なディスクリプタアプローチを提案した.提案法を利用した多目的ゲインスケジュールド制御の有効性を検証するために,アクロボット実験装置の製作を行った.

実機実験を行った結果,固定コントローラよりもゲインスケジューリングの方が非線形性の影響を大幅に軽減できることが確認された.以上のことは川田昌克:冗長なDescriptorアプローチとDilationアプローチの関係について,第5回SICE制御部門大会(計測自動制御学会主催),pp.583-587(2005)で発表した.また,現在,計測自動制御学会論文集に同様の内容の論文を,連名で投稿中である.さらに,新しい冗長なディスクリプタアプローチの結果を利用すれば,高次の多項式型パラメータ依存リアプノフ関数を構成可能なLMIを導出することもできる.このことは,川田昌克:多項式型パラメータ依存リアプノフ関数によるH-infinity性能解析-冗長なディスクリプタ表現からのアプローチ-,第6回SICE制御部門大会(計測自動制御学会主催),(2006.5.316.2)において発表予定である.
常圧連続有機溶媒抽出による間伐材・風倒木の成分分離と有効利用

間伐木、風倒木、早生広葉樹などの低質材を付加価値の高い用途に利用するために、低質材に含まれる主要な成分を温和な常圧有機溶媒抽出法により成分分離し、各成分の性状と利用法を検討した。カバ、ポプラなどの広葉樹材およびトドマツとエゾマツの針葉樹間伐材は少量の硫酸などを含む酢酸水溶液(AcOH)で煮沸抽出する簡便なAcOHプロセスにより、製紙用パルプ、ヘミセルロースおよびリグニンにほぼ定量的に分別分離することが可能であった。スギとカラマツの各間伐材も同様に成分分離されたが、パルプ中に残存リグニンが多く存在した。新たな多価アルコール系溶媒を用いたPHAプロセスにより、これらの低質材の成分分離を検討した。PHAプロセスではスギやカラマツも支障なくパルプ化され、リグニンを大量に回収することが可能であった。PHA系の溶媒は酢酸と同様に、パルプ化により消費された部分をパルプ副産物の多糖類から製造し、補給することが可能である。成分分離した各成分の性状と利用法を検討した。AcOHとPHAの両プロセスから得たパルプは何れも、製紙用パルプとしての特性を有し、特に後者のパルプは残存リグニンが少なく、漂白が容易であり、グルコース含量が高いことから、溶解用パルプにも利用出来る。AcOHリグニン、特にAcOH広葉樹リグニンは特異的な熱溶融性を示し、溶融紡糸-不融不溶化-炭素化による簡便で経済的な方法により炭素繊維に変換することが出来た。また、廉価な炭素繊維を原料として高価な繊維状活性炭を製造することも可能であり、パルプ副産物のリグニンの汎用的な有効利用法を確立された。糖類は発酵原料、ケミカルス原料や食品添加物に利用できる。以上の結果、省エネルギー、無公害な新たなAcOHまたはPHAパルプ化法により低質材をパルプ化し、パルプおよび非繊維成分を付加価値の高い用途に高度利用するバイオマス変換プロセスが「低質材の利用法」が有効と考えられる。間伐材と、除伐材などの低質材としてシラカンバ、ポプラ、カラマツ、トドマツ、エゾマツおよびスギを選択し、硫酸触媒を含むバッチおよび連続常圧酢酸法によるバイオマス変換のための簡易木材成分の分離を検討した。シラカンバとポプラはセルロース、ヘミセルロースとリグニンの各成分にほぼ定量的に分別された。しかし、針葉樹の成分分離は出来なかった。そこで、塩酸を触媒とした常圧酢酸パルプ化を行なったところ、エゾマツとトドマツは効率よく成分分離され、セルロース(パルプ)の残存リグニンも少なかった。スギとカラマツはセルロースをパルプ繊維として分離されたが、残存リグニン量が多く、セルロースを汎用的な製紙原料に利用するためには若干の検討を要した。常圧酢酸パルプ化反応液からリグニンと糖類を簡単な分別沈殿法で分離された。リグニンから炭素繊維、リニグン繊維活性炭素、高温型と中温型木材接着剤およびイオン交換樹脂を製造することが出来た。糖類は低分子リグニンや糖変質物で着色しているが、脱色剤とイオン交換樹脂で精製し、シラップ状の糖蜜が得られ、そのまま医薬品やダイエット甘味料に使用されるが、更に、多価アルコールやフルフラールに変換する研究を継続している。また、針葉樹を多価アルコール溶媒系で成分分離した。

多価アルコールはヘミセルロールの糖類から調製し利用できる溶媒であるが、この溶媒にプロピレングリコールを使用し、少量の無機酸を添加した溶媒系によりリグニンを完全に溶出したセルロースを分離することが出来た。セルロースは製紙用や溶解用パルプのみならず機能性セルロースやブドウ糖の原料に利用可能である。回収されたリグニンは淡灰白色と呈し、変質の少なく利用し易いリグニンであった。更に、溶媒系にフェノールを添加すると、蒸解温度を低下して効率的な成分分離が可能であると推定される。風倒木、間伐材などの低質材を酢酸を用いた常圧連続有機溶媒抽出法で成分分離し、広葉樹材のみならず、針葉樹のトドマツとエゾマツの間伐材でも良好な成分分離が可能であった。抽出残さとして得られた酢酸パルプはクラフトパルプより若干、性状が劣るが、十分に製紙用原料に使用でき、クラフトパルプと異なり、無塩素漂白することが出来た。針葉樹材の酢酸抽出物は水で酢酸リグニンと糖類に分別され、酢酸リグニンから広葉樹酢酸リグニンよりもより簡便な処理法で炭素繊維および繊維状活性炭が調製できることが明らかになった。糖類は還元し、溶解分別法で付加価値の高いマンニトールが得られた。従って、常圧酢酸抽出法によりトドマツなどの針葉樹低質材を木質バイオマス変換の原料として高度な用途に資化することが可能であるとの結果が得られた。スギやカラマツでもこの酢酸法で成分分離が可能であるが、酢酸パルプの残存するリグニンが多く、若干、パルプの漂白に負荷が掛かる。そこで、新たな溶媒系として多価アルコールに注目し、検討を行った。その結果、プロピレングリコール(PG)抽出法によりスギやカラマツなどのチップでも支障のない木質バイオマス変換のために成分分離が可能であった。PGパルプはセルロース含量が95%と高く、極めて容易に高白色度の晒パルプに変換して、製紙用、セルロース誘導体用、食品添加物用、機能性糖類の原料に利用できることが示唆された。リグニンはPG抽出液から水沈殿物として回収され、機能性リグニンに利用できる。糖類はPG溶液に溶解し、必要により回収できるが、場合によっては水素化分解により多価アルコールに変換し、パルプ化溶媒に利用できる。また、リグニンを分離し、分離に用いた水を留去した後に得られる糖類含有PG溶液はそのまま木質バイオマスの分離溶媒に再使用できることが明らかになった。硫酸を触媒に用いた多価アルコール系常圧パルプ化により針葉樹低質材からパルプ、多価アルコールリグニン(PHAL)およびヘミセルロース糖類を含むパルプ化溶媒を調製し、各成分および溶媒を分析した。スギ、トドマツおよびカラマツの何れの低質材からのパルプも残存リグニンが少なく、漂白性が良好であった。しかし、多価アルコールとして使用したプロピレングリコール(PG)は触媒に用いた硫酸により分解し、回収率は低かった。そこで、触媒を酸度の低い酢酸に代え、同じ溶媒系で200°Cの加圧パルプ化を検討した。510%酢酸を含む6070%のPG水溶液が粕の少ない良好なトドマツの加圧パルプ化に有効であることが示唆された。PGの回収率は85%となり、大幅に改善された。パルプで回収したヘミセルロース糖類から多価アルコールを調製する研究は今後の課題であるが、水より高沸点溶媒で悪臭を発しない溶媒系は繰返しパルプ化溶媒に使用でき、高価な高圧釜を必要としないことから更に、詳細に検討する価値のあるパルプ化であると考えられる。
温度勾配を有する固体壁上でのレジオネラ属薗のバイオフィルム形成機構の解明

1.In-situでバイオフィルム形成過程が観察できるマイクロスコープ付インキュベーターシステムおよび高精度温度勾配インキュベーターシステム(温度変動±0.1°C標準温度計との誤差±0.2°C,使用温度範囲-25°C+150°C)を開発した,2.BCYE-α液体培地では3542.5°Cの温度範囲で気液界面にバイオフィルムが形成された,バイオフィルムの強度および試験管壁からの剥離のし易さは温度によって異なり,低温では強度が弱く試験管壁から剥離しにくいバイオフィルム、高温では強度が強く剥離しやすいバイオフィルムが形成された.3.液体培地にレジオネラを接種してから25hrs後にバイオフィルムが形成され70hrs後に固体壁から脱落をした.循環式浴槽等の人工水環境でこのようにバイオフィルムが固体壁から脱落するならばレジオネラは配管内の水流に乗ってシャワー等のエアロゾル発生源となる場所まで移動して人に感染する可能性を与えると考えられる.1.In-situでバイオフィルム形成過程が観察できるマイクロスコープ付インキュベーターシステムおよび高精度温度勾配インキュベーターシステム(温度変動±0.1°C標準温度計との誤差±0.2°C,使用温度範囲-25°C+150°C)を開発した,2.BCYE-α液体培地では3542.5°Cの温度範囲で気液界面にバイオフィルムが形成された,バイオフィルムの強度および試験管壁からの剥離のし易さは温度によって異なり,低温では強度が弱く試験管壁から剥離しにくいバイオフィルム、高温では強度が強く剥離しやすいバイオフィルムが形成された.3.液体培地にレジオネラを接種してから25hrs後にバイオフィルムが形成され70hrs後に固体壁から脱落をした.循環式浴槽等の人工水環境でこのようにバイオフィルムが固体壁から脱落するならばレジオネラは配管内の水流に乗ってシャワー等のエアロゾル発生源となる場所まで移動して人に感染する可能性を与えると考えられる.本研究は,循環式浴槽等の人工水環境におけるレジオネラ属菌のバイオフィルム形成機構を解明して,レジオネラ症の感染防止対策を提言することを目的としている.平成15年度は,一様温度の静止培養液においてレジオネラ属菌が形成するバイオフィルムの形成能と形態が温度によってどのように影響を受けるかを明らかにした.実験に使用したレジオネラは,Legionela pnumophila serogruoup1で標準株ATCC33152および臨床分離株として長崎1株(長崎80-045),沖縄2株(沖縄02-001,沖縄02-003)である.培地はBCYEα(Buffered Charcoal Yeast Extractα)の固形培地および液体培地を使用した.実験は,レジオネラを接種した固形培地と液体培地を一定温度に維持した培養室内で培養する.バイオフィルムの形成過程はビデオカメラで観察した.その結果以下の結論を得た.(1)BCYEα液体培地では3542.5°Cの温度範囲で気液界面にバイオフィルムが形成された.液体培地表面では固形培地と同様に温度の影響を受け温度上昇とともに長桿菌が増殖する.しかし,液体培地では固形培地とは異なり気液界面に生成した100μm程度の長桿菌は固体壁上で網目状の堅固なフィルムを形成して固体壁に固着する.(2)液体培地にレジオネラを接種してから25hrs後にバイオフィルムが形成され70hrs後に固体壁から脱落をした.循環式浴槽等の人工水環境でこのようにバイオフィルムが固体壁から脱落するならばレジオネラは配管内の水流に乗ってシャワー等のエアロゾル発生源となる場所まで移動して人に感染する可能性を与えると考えられる.本研究は,循環式浴槽等の人工水環境におけるレジオネラ属菌のバイオフィルム形成機構を解明して,レジオネラ症の感染防止対策を提言することを目的としている.実験に用いた菌株は,L.pneumophilaの標準株と臨床分離株であり,BCYEα液体および固形培地を用いた.以下の結論が得られた.(1)In-situでバイオフィルム形成過程が観察できるマイクロスコープ付インキュベーターシステムおよび高精度温度勾配インキュベーターシステム(温度変動±0.1°C,標準温度計との誤差±0.2°C,使用温度範囲-25°C+150°C)を開発した.(2)BCYEα液体培地では3542.5°Cの温度範囲で気液界面にバイオフィルムが形成された.バイオフィルムの強度および試験管壁からの剥離のし易さは温度によって異なる.(3)液体培地にレジオネラを接種してから25hrs後にバイオフィルムが形成され70hrs後に固体壁から脱落をした.循環式浴槽等の人工水環境で固体壁から脱落したバイオフィルムが配管内の水流に乗ってシャワー等のエアロゾル発生源となる可能性がある.(4)菌形態は約37°CでRodからFilamentousへの変化が開始して約43°Cで最大菌長に達する.最大菌長はATCC110mm,沖縄70mm,長崎90mmである.生存率と温度の関係を調べたところ,生存率が100%になる温度は全ての菌株で43.1°C以下であり,また生存率が0%になる温度は,ATCC33152で44.1°C,沖縄と長崎で44.5°Cであった.(5)BCYEα固形培地と液体培地における菌長を比較した結果,液体培地の方が長くなることがわかった.

(6)配管の半径方向に温度分布が形成された場合,菌長の異なった不均質のバイオフィルムが形成されることが予想される.その結果抗菌剤などの浸透性に影響を与える可能性がある.
心筋細胞内クロライドイオン濃度変化のメカニズムの解析とその生理学的意義

心筋細胞内のCl^-は、細胞膜に存在しているイオンチャネル、アンニオン交換系及び共輸送機構と共に調節され、興奮収縮連関や細胞膜の興奮性に深く関与し、実際にその動態を探ることは心不全や不整脈のメカニズムの解明に大きく寄与すると考えられる。本研究では、細胞内Cl^-の動態変化の調節機構について焦点を絞り、その活性化と不活性化について検討し、細胞内Cl^-ストア、Cl^-交換系あるいはCl^-チャネルの役割を究明したい。1)急性単離したモルモット心室筋細胞を用い、ミトコンドリアの代謝抑制剤であるカルボニルシアニドm-クロロフェニルヒドラゾン(CCP)と2,4-ジニトロフェノール(DNP)の投与により誘導される[Cl^-]_i変化を観察した。[Cl^-]_iの測定はCl^-感受性の蛍光染料(MQAE)を利用し、ARGUS-50イメージシステムを用いて行った。CCPあるいはDNPを投与すると、低濃度の場合は一過性、高濃度の場合では持続的な[Cl^-]_iの増加が見られた。結果より、心筋細胞虚血期間に細胞の代謝抑制は[Cl^-]_iの変化に対して重要な役割を演じる可能性があると示唆された。2)モルモット心室乳頭筋における、Cl^-イオン電極を利用して、細胞外Cl^-の除去とCl^--HCO_3^-交換系阻害薬の存在下に、Cl^-ホメオスタシスの変化に対する細胞外ATPの効果を検討した。結果より、細胞外ATPの細胞内Cl^-濃度を増加する効果は細胞膜に存在しているCl^--HCO_3^-交換系の活性化と関連していると示唆した(Jpn J Pharmacol,2000)。3)我々はパッチクランプ及び細胞内Ca^<2+>、Cl^-イオン動態測定装置など設備を利用して、初めて電位依存性Na^+チャネルの活性化がT細胞の活性化及び増殖に関与することを示唆した。細胞外Na^+の除去とアミロライドの投与は、このNa^+チャネルの活性化への抑制作用とその後のT細胞活性化期間に細胞内Ca^<2+>濃度の上昇への軽減作用を介して、T細胞の活性化と増殖を抑制すると考えられた(J Immunol,2000)。4)ヒトジャーカットT細胞を用い、MQAE方法で、T細胞活性化で誘導された[Cl^-]_iの変化を観察した。レクチンであるPHAあるいはCon Aの投与はジャーカットT細胞内Cl^-のオシレーションを誘発し、[Cl^-]_iの増加が生じた。このレクチンで誘導される[Cl^-]_iの上昇及びT細胞の増殖は細胞外Cl^-の除去とCl^-チャネル阻害薬の投与で有意的に抑制された。結果より、ヒトジャーカットT細胞の活性化期間に、細胞内Cl^-濃度の変化は、T細胞活性化に対して重要な役割を果たす可能性が示唆された(Eur J Pharm, In Press)。

このレクチンで誘導される[Cl^-]_iの上昇及びT細胞の増殖は細胞外Cl^-の除去とCl^-チャネル阻害薬の投与で有意的に抑制された。結果より、ヒトジャーカットT細胞の活性化期間に、細胞内Cl^-濃度の変化は、T細胞活性化に対して重要な役割を果たす可能性が示唆された(Eur J Pharm, In Press)。最近、我々は心筋虚血時に細胞内クロライドイオン濃度([Cl^-]_i)が急激的に上昇し、この虚血による誘導された[Cl^-]_iの増加が、細胞外クロライドイオンの除去あるいは細胞膜に存在しているCl^--HCO^-_3交換系の活性化の遮断による有意的に軽減されることを報告した。しかし、いままで、その心筋虚血の際に[Cl^-]_i増加に関する詳細的な細胞内機序はまだ不明である。一方、心筋細胞のミトコンドリアの量は細胞の全体積の23%を占めている。心筋細胞の活動が好気的代謝に大きく依存していることは以前から知られている。近年もパッチクランプと分子生物学手技の応用により、心筋細胞ミトコンドリアにおけるいくつかのクロライドチャンネルが存在し、[Cl^-]_iの調節に対して重要な役割を演じていると報告された。従って、今年度に、我々は、急性単離したモルモット心室筋細胞を用い、ミトコンドリアアンカップラであるカルボニルシアニドm-クロロフェニルヒドラゾン(CCP)と2,4-ジニトロフェノール(DNP)の投与により誘導される[Cl^-]_i変化を観察した。[Cl^-]_iの測定はクロライドイオン感受性の蛍光染料であるN-ethoxycarbonylmethyl-6-methoxy-quinoliniumbromideを利用し、ARGUS-50イメージシステムを用いて行った。正常タイロード液(37゚C)で灌流する条件下に、細胞内クロライドイオン濃度は約24.8±1.7mMであった。この[Cl^-]_iは細胞外クロライドイオンの除去とスチルベン酸誘導体あるいはNa^+-K^+-Cl^-トランスポートの遮断薬であるブメタニドの投与により有意に減少した。アンカップラであるCCPを投与すると、低濃度(1μM)の場合は一過性的な[Cl^-]_iの上昇を誘導したか、高濃度(>10μM)の場合では持続的な[Cl^-]_iの増加が見られた。類似的に、DNPは50μMの濃度から[Cl^-]_iの増加を誘導したか、最大反応は1mMの時になった。一方、我々は更に、CCP,DNPの投与による誘導された[Cl^-]_iの増加に対して、細胞外クロライドイオンの除去及びスチルベン酸誘導体とブメタニドあるいはクロライドチャンネルブロッカーの投与など処理の効果を検討した。結果より、急性単離したモルモット心室筋細胞における、ミトコンドリアアンカップラの投与は、心筋細胞代謝の抑制と共に、細胞内クロライドイオン濃度の増加を生じることが認められ、虚血期間に心筋細胞の代謝抑制は細胞内クロライドイオン濃度の増加に対して重要な役割を演じる可能性があると示唆された。1.細胞外ATPの投与で誘導される心筋細胞内クロライドイオン濃度の上昇に関するメカニズムの研究実験はモルモット心室乳頭筋標本における、細胞外クロライドフリー、細胞外Na^+イオンの除去、あるいはCl^--HCO_3^-とNa^+-H^+交換系遮断薬の投与など条件下に、細胞内Cl^-イオンホメオスタシスの変化に対して細胞外ATP投与の効果を検討した。
悪臭ガスを検知するための液晶膜の開発

本研究は、生体における臭いセンサー機構を参考にして、悪臭を検知するための液晶膜を開発することを目的とする。各種のコレステロール誘導体を混合して液晶膜を作製し、悪臭ガスを与えて色調の変化を観測した。各種作製した膜の中で、n-ノナン酸コレステロールとコレステロールオレイルカーボネートを1:1に混合した膜は、硫化水素により敏感に色応答(緑色から青色に変化した)することがわかった。このような硫化水素ガスに対する応答感度および応答特異性は、用いる脂質の種類および混合比により大きく変化した。そこで臭い物質に対する応答が脂質組成に依存することを系統的に調べるため、より測定の容易なリポソーム系を用いて実験を行った。リポソームの臭いに対する応答は、膜流動性の変化および膜電位変化をモニターする蛍光色素を用いて測定した。大豆から抽出したアゾレクチンで作製したリポソームに臭い物質を与えたところ、嗅細胞の場合と同じ様に脱分極方向の電位変化が観測された。この際、臭い物質により膜流動性の変化も起こっていることがわかった。すなわち、リポソームの場合も、臭い物質により液晶構造が変化することがわかった。つぎに卵黄レシチンでリポソームを作製し、各種臭い物質を与えた。卵黄レシチンリポソームの場合も臭い物質により膜電位変化が起こったが、各臭い物質による膜電位変化の大きさは、大豆アゾレクチンのリポソームの場合よりも小さかった。ただし、膜電位変化はより低濃度の臭い物質により起こった。また、卵黄レシチンに少量のコレステロールを添加すると、ある種の臭い物質に対する応答は増大し、別の臭い物質に対する応答は減少した。コレステロール量を増加させると、いずれの臭い物質に対する応答も減少した。以上の結果を参考にして、脂質組成を系統的に変化させて液晶膜を作製し、臭い物質に対する色応答の測定を行っている。