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光圧と局所物性操作を駆使した微小物質輸送

本研究の目標は,光放射圧と局所的な物性勾配を利用した微小物質輸送の新規技術を提案することである.光圧による物質駆動デバイス及び計測システムを構築し,光線工学モデルに基づいた理論との比較検討を行った.その結果,照射光を液体に吸収させることで局所的に粘性率を低下させることで輸送効率を最大60%増加させることが可能であることを明らかにした.また,微細電極を用いて交流電場を印加することで,導電率の温度勾配を利用した物質輸送が可能であることを確認した.本研究の目標は,光放射圧と局所的な物性勾配を利用した微小物質輸送の新規技術を提案することである.光圧による物質駆動デバイス及び計測システムを構築し,光線工学モデルに基づいた理論との比較検討を行った.その結果,照射光を液体に吸収させることで局所的に粘性率を低下させることで輸送効率を最大60%増加させることが可能であることを明らかにした.また,微細電極を用いて交流電場を印加することで,導電率の温度勾配を利用した物質輸送が可能であることを確認した.本年度は,マイクロ流路内の微小領域への光圧発生,並びに物性分布誘起のための光学システムの開発を行い,基本現象の定量化を重点的に行つた.微小プリズムを用いて半導体レーザからの出射光をデバイス側方から入射する光学系を倒立顕微鏡上に構築し,入射光の光路と微小物質の挙動を同時に計測可能な光学実験システムを構築した.そして,光吸収のない流体と直径2Fmの微小ポリマー粒子をマイクロ流路内に流し,側方からレーザ光を照射して粒子の動きをmicro-PIVを用いて計測した.その結果,光圧の散乱力による力が粒子に作用して光軸方向に移動する様子が確認された,さらに詳細な計測を行った結果,粒子の光軸成分速度は照射光と同様のガウス分布を有すること,並びに光線光学モデルによって導出される散乱力と良い一致を示すことが分かった続いて,試料に微量の光吸収性染料を添加し,光熱効果を発生させて同様の実験を行ったところ,光吸収時における粒子輸送速度が増加することを確認し,本実験では最大60%の増加を示した.その要因を解明するため,micro-LIFを用いて流体の温度分布を計測したところ,光吸収による温度上昇に伴う粘性率の低下がその主要因であることが明らかになり,光圧と局所物性分布の組み合わせによる微小物質輸送の促進現象を定量的に評価することができた.微細電極を用いた電気駆動での物質輸送の評価を行うため,バイポーラ電源を用いて,MHzオーダーまでの交流電圧を印加できる実験システムを確立した.デバイスにはガラス基板と透明導電膜を用い,フォトリソグラフィーとエッチングによるパターニングにより任意の電極構造を配置でき,電極越しに光学的に観察可能な構造とした.電気泳動の影響が表れない100Hz以上の周波数で電圧を印加し,ジュール加熱による温度上昇伴う電気物性勾配に起因した流動の存在を確認することができた.本年度は,前年度に確認した基本現象(微小流路内部での光圧による物質輸送及び交流電場駆動流)に関する詳細なモデリング及び複合現象の検証を行い,テストデバイスを製作して,その性能評価を行った.微細電極への交流電界印加時に発生する物性分布誘起流についての詳細なモデリングに関して,その基礎となる実験データを取得する際に,微小プリズムを用いた側方観察micro-LIF/PIVによって,流体温度/速度分布を計測した.その結果に基づいた物理モデリングを構築してシミュレーションを実施した結果,物性の温度依存性,特に誘電率並びに導電率が流動現象を発生させる上で重要で,そのうち導電率の温度感度が誘電率に比べて数倍大きく,支配的であることが分かった.光圧を用いた物質輸送時に,光熱効果を用いて粒子移動速度を促進するが,同時に周囲流体の粘性率変化が局所的な抵抗変化を引き起こして流れを歪める可能性があることを実験によって明らかにし,チャネル内流速と照射光密度及び温度分布のパラメータでその影響因子をまとめ,物質輸送効率を損なうことなく効果的な光圧による粒子搬送を実現する条件を明らかにした.さらに,交流電場及び光照射による複合現象を用いた粒子搬送用テストチップを製作し,検証実験を行った.その際,光照射面の加工精度が重要で,不十分な場合には光圧を大きく減衰させるが,屈折率マッチング技術を用いることで回避可能であることを明らかにした.また,電場及び光が誘起する物性分布を併用することで大幅な粒子輸送効果の促進が選択的に可能であることを実験的に明らかにし,本手法の有効性を示すことができた.
太平洋側の海塩汚損と海霧中の碍子絶縁特性

設置場所の気象条件や環境条件によって、送電線用碍子の絶縁特性は大きく変化する。本報告書においては、碍子の上面および下面の等価付着塩分量から海塩汚損が碍子の絶縁特性に与える影響を調査すると共に、台風等による短期的な急速汚損による絶縁特性の変化について調査したのでその結果を報告する。結果を要約すると以下の通りである。(1)大気中に曝したプレパラートから求めた等価付着塩分量は,上面は通常010(μg/cm^2)の範囲で変化し,下面はほぼ2(μg/cm^2)以下であった.1日単位の汚損では,碍子上面部分の絶縁特性の低下が下面に比べて顕著となり,短期的な絶縁特性の変化に対して支配的であると考える.また,上面および下面ともに季節的な差違は見られない.(2)降雨による雨洗効果は,碍子上面においては風向にかかわらず非常に顕著に現れているが,下面への影響は少ない.また、上面の等価付着塩分量は陸風に比べ海風の時が多く,碍子上面における汚損の主要因子が海風による海塩汚損であることを示している.(3)上面への等価付着塩分量が増加すると,1日間の漏洩抵抗の最低値が低下するが,下面に付着する塩分量の影響は少ない.上面の等価付着塩分量が30μg/cm^2を越えると,漏洩抵抗値がフラッシオーバの可能性がある10^6(Ω)以下に低下する危険性がある.以上の結果より、碍子の漏洩抵抗を推定するためには、碍子表面の海塩汚損の蓄積状況、雨洗効果および湿度を考慮しなければならない。釧路地方特有の海霧と海塩汚損が送電線用碍子連の絶縁特性に与える影響について、平成5年度から研究を進めており、平成11年度平成14年度に科学研究費補助金を受けた研究の継続である。平成14年度までの成果を「研究成果報告書」にまとめ、今年度当初に提出した。(1)「研究成果報告書」の解析上記の「研究成果報告書」の内容を精査し、さらに解析を進めている。その結果、碍子の絶縁特性と湿度の間にはさらに強い相関が得られた。また、海霧の濃度と碍子の絶縁特性についても、その濃度が濃くなるほど絶縁低下する傾向が認められた。これらのことに海塩汚損の状態を加味すると、碍子の絶縁特性の変化状況がより明確になる。その海塩汚損については、波高と気温の影響を強く受けることを既に報告したが、さらに、風向と風速の影響について解析を進めている。これらの結果をまとめ、電気学会誌への投稿原稿の作成を進めている。(2)碍子下面の累積汚損の測定平成14年度15年度間の校舎大改修により観測を一時中断したが、観測の再開とともに、碍子下面に付着する塩分測定の追加実験を行っている。碍子に付着する塩分の累積汚損は、碍子上面よりも下面の方が著しく、碍子の絶縁に大きな影響があるとされている。この追加測定によっても、碍子下面の累積汚損は上面よりも非常に著しく結果が得られている。碍子の海塩による累積汚損と絶縁特性については、平成16年度電気関係学会北海道支部講演会(10月頃)に発表する予定である。(3)公開講座での発表これまでの海塩汚損の測定技術、及び碍子の海塩汚損と絶縁特性に関して公開講座(北見工業大学で9月下旬開催予定)で発表する計画を進めている。釧路

地方特有の海霧と海塩汚損が送電線用碍子連の絶縁特性に与える影響について、今年度の研究目的は、海塩汚損の要因、碍子上下面の汚損と累積汚損の状態、海霧と絶縁特性などについて調べること、およびその結果を公開講座や学会等へ発表することである。1.本研究の海塩汚損の測定技術、および碍子の海塩汚損と絶縁特性について、これまでの成果をまとめて北見工業大学公開講座(テーマ:北国の塩・雪害と電気絶縁、開催日:2004.9.2930)で講演をした。2.海塩汚損の要因、および碍子の上面と下面の汚損状況について、電気・情報関係学会北海道支部連合大会(2004.10.2324開催)で講演をした。その内容を要約すると次の通りである。3.海塩汚損は気温・風向・風速・波高の影響を受けるが、特に風向・風速の影響が顕著である。また、降水は雨洗効果として海塩の消失に働く。4.碍子上面に付着する海塩は風雨によって消失するので蓄積残留が少ない。しかし、下面は上面よりも付着し難い反面、消失も少ないので蓄積残留し易い。5.その結果、上面の海塩汚損が顕著な場合は急速汚損として碍子の絶縁低下に繋がる。今年度は台風16号(8月31日)と18号(9月8日)の時に海塩の測定を開始以来の最高値を示した。この時の碍子表面の漏洩抵抗は10^5(Ω)オーダまで低下し、フィールド試験による碍子のフラッシオーバが発生する状態に一致する傾向が得られた。実際に、函館地方では海塩汚損と想定される停電事故が発生した。6.碍子の下面の海塩汚損と長期間の累積汚損については、現在一部のデータが得られているが継続測定中であり、海霧の影響とともに次年度に向けまとめている。釧路地方特有の海霧と海塩汚損が送電線用碍子連の絶縁特性に与える影響について長期にわたり調査を行っている。今年度の研究目的としては、碍子上面・下面の汚損状態が短期および長期的にどのような変化を示しているのか、また、短期的な汚損状態と絶縁特性の関係について調査することを主とした。今年度の研究で得られた結果は次の通りである。1.スライドガラスを用いた等価付着塩分測定装置により、釧路地方における太平洋からの短期(1日)および長期(1-12ヶ月)間の飛来塩分を測定し、碍子の上面および下面に蓄積する塩分量を推定するとともに、碍子の漏洩抵抗に与える影響を調査した。(電気学会放電研究会2005年8月北見工業大学にて発表)2.これまでの研究から、碍子の漏洩抵抗は湿度に対して強い相関をもつことがわかっており、1日単位の短期間では湿度等の気象条件をパラメータとして漏洩抵抗を求めることは可能であったが、長期間においてこれらの関係を比較しても良い一致が見られなかった。しかし、各気象条件のほかに等価付着塩分量と雨洗効果を考慮して期間を分けた場合、数日から1週間の単位でよく一致していた。(電気学会北海道支部大会2005年10月,北海道大学にて発表)これらの結果を踏まえ、碍子の上面および下面の汚損状態が漏洩抵抗に与える影響を詳しく調査するため、上面および下面それぞれの漏洩抵抗を測定するシステムを構築中であり、4月からの測定開始を予定している。これにより、碍子の蓄積汚損と急速汚損が漏洩抵抗に与える影響を検討する。今年度の研究目的としては、碍子上面・下面の汚損状態が短期および長期的にどのような変化を示しているのか、また、台風等による短期的な汚損状態と絶縁特性の関係について調査することを主とした。また、降雪の状況と絶縁特性の関係についても調査した。1.等価付着塩分測定装置により、釧路地方における太平洋からの短期(1日)および長期(1-12ヶ月)間の飛来塩分を継続的に測定し、碍子の上面および下面に蓄積する塩分量を推定するとともに、碍子の漏洩抵抗に与える影響を調査した。
形質転換昆虫を用いた昆虫翅の多様性メカニズムの解析

1.Vestigialの機能ドメインの解析昆虫翅の起源を探る上で鍵となる翅形成のマスター遺伝子vestigial (vg)の全長CDNAを無翅昆虫および有翅昆虫からクローニングした。推定されるアミノ酸配列を比較した結果、すべての昆虫のVgに共通したドメインが3箇所見いだされた。その一つは、既に同定されたVgのコファクターであるScallopedと相互作用する領域(Scalloped interaction domain ; SID)であった、これら3つのドメインの翅形成における役割を探るため、これら3つのドメインのうちの1つまたは2つを欠損させたVgを導入した形質転換ショウジョウバエを作出し、異所的発現による翅形成能を調査した。その結果、Vgが廻形成の機能を果たす上でSID以外に少なくとも1つの保存されたドメインが必要であることが明らかとなった。また、ヒトのVgホモログであるTonduとFonduにはSIDのみが存在すること、およびTonduには異所的な翅形成能はないことが明らかにされている。したがって、vgは無脊椎動物と脊椎動物の共通祖先が分岐する以前に存在し、有翅昆虫の出現以前に翅形成に必要なドメインが既に獲得されていたと推察される。いつSID以外の保存されたドメインが獲得されたかは興味深いが、現在までのところ昆虫に近縁なトビムシ、甲殻類からのvgのクローニングには至っていない。2.形質転換ナミテントウを用いた遺伝子機能解析系の開発非モデル生物であるナミテントウにおいて多彩な遺伝子機能解析を行うため独自に工夫したベクターの開発を行ってきた。これまでに作製した種々のベクターを導入した形質転換ナミテントウの作出に成功した。現在これらの解析を進めている。1.vgおよびsdのクローニングと発現解析マダラシミにおけるvgおよびsdの発現部位を同定する手掛かりを得るため、一個体を頭部、胸部、腹部に分割し、半定量的RT-PCR法を行った。その結果、sdは体のどの部分においても発現量に差は認められなかったが、vgの発現は胸部に局在していた。ショウジョウバエと同様にシミにおいてもvgは胸部特異的な機能を果たすものと推察される。2.piggyBacを用いた遺伝子機能解析系の開発異所的発現系には、テトラサイクリンOFFシステムを行うベクターを作製した。テストケースとしてドライバーにはショウジョウバエのhsp70プロモーター、オペレーターにはgfpを用いたコンストラクトを導入した形質転換ショウジョウバエを作出し、この系が有効であることを確認した。レポーターアッセイには、異所的発現も可能なテトラサイクリントランスアクティベーター(tTA)とGFPとの融合タンパク質を用いることを形質転換ショウジョウバエを用い検討した。その結果、いずれのコンストラクトもGFPによる蛍光の検出は可能であったが、tTAの活性は中央部に挿入したコンストラクトにおいてのみ検出された。ナミテントウの斑紋に関連した発現を示すエンハンサーの同定、および翅における異所的発現に必要なエンハンサーの同定を行うため、tTA::gfpによりエンハンサーを検出するベクターを構築した。このベクターを導入した形質転換ナミテントウを作出した。ナミテントウにおいてジャンプスタート法を行うためpiggyBacのトランスポゼースが不動化した形質転換体を得るためのベクターを考案した。
3次元マイクロ・ナノ光造形による光制御バイオチップの開発

本研究では、「3次元マイクロ・ナノ光造形法」を用いて、光駆動マイクロ・ナノマシン群を作製し、それらを流体回路に内蔵した「光制御バイオチップ」の開発を目指した。本年度は、従来の容積型マイクロポンプに加えて、マイクロ領域で支配的となる粘性を活用した「光駆動シングルディスクマイクロポンプ」を開発した。バイオチップ内部で生体試料を操作する光制御マイクロマニピュレータの高機能化を行い、レーザー光の2次元走査によって3次元的な把持動作が可能な「ローリング機構を利用したマイクロマニピュレータ」を新規に開発し、微粒子の把持実験を行った。以下に、具体的な成果をまとめる。(1)光駆動シングルディスクマイクロポンプの開発と駆動実証2光子マイクロ光造形法を用いて、単一のディスク型ローター(直径:10μm)をU字型マイクロ流路に内蔵させた粘性型マイクロポンプを考案・試作した。有限要素法に基づくマイクロ流れ解析によって、流路形状の最適化を行い、ディスク周辺の粘性を高効率に流体の駆動力に変化させる形状を決定した。実際に、2光子造形によってマイクロポンプを試作し、駆動検証実験を行った結果、解析結果とよく一致する結果を得た。このポンプは、脈動が全くなく、生体試料をダメージ無く輸送できるという特長がある。(2)光制御ローリングマニピュレータの作製と微粒子把持実験2光子マイクロ光造形法を用いて、レーザー光によってローリングするマイクロアーム構造を造形し、2本のアームを協調制御することによって、微小物体を3次元的に把持することが可能なマニピュレータを考案・試作した。実際に、機能検証実験を行い、微粒子を安定に3次元的に把持することができることを確かめた。今後、光制御バイオチップに内蔵すれば、細胞分析などに応用可能なマニピュレータとして有用である。本研究では、「3次元マイクロ・ナノ光造形法」を用いて、光駆動マイクロ・ナノマシン群を作製し、それらを流体回路に内蔵した「光制御バイオチップ」の開発を目指している。本年度はまず、光制御バイオチップに内蔵させる「光駆動マイクロポンプ」および「光制御マイクロマニピュレータ」の試作および動作検証を行った。(1)光駆動マイクロポンプの試作バイオチップにおいて、マイクロポンプは流体制御に不可欠な最も重要な素子である。2光子マイクロ光造形法を用いて、マイクロポンプの基本構造を設計・試作した。(2)複数マイクロマシンの同時駆動システムの構築時間分割方式の光トラッピングによって、複数のマイクロ可動機構を同時駆動させることに成功した。開発した複数同時駆動システムを用いて、マイクロポンプの駆動実験に成功した。(3)光制御マニピュレータの試作マイクロマニピュレータの先端形状を工夫し、数ミクロンから数十ミクロンの物体を安定して把持することが可能なマニピュレータの設計・試作を行った。(4)光制御マニピュレータの発生力評価光駆動検証実験によって、マニピュレータの発生力を計測した。また、流体中の物体が受ける粘性抵抗を、マニピュレータ・アームの代表長さを用いて計算し、実験結果と比較することにより、マニピュレータの発生力評価を行った。その結果、ピコニュートンオーダーの力を発生させることが可能であるとわかった。本年度はまず、光制御バイオチップの基幹部品である「光駆動マイクロポンプ」の開発を行った。さらに、バイオチップ内部で生体試料を操作する「光制御マイクロマニピュレータ」を作製し、微粒子の把持実験を行った。(1)光駆動マイクロポンプの開発と駆動実証2光子マイクロ光造形法を用いて、2つのローター(直径:6μm)を内蔵させたローブ型マイクロポンプを作製した。単一レーザー光の時間分割高速走査によって、2つのローターを同期回転させて、噛み合い駆動させることにより、溶液の輸送に成功した。トレーサー微粒子の移動速度から、サブピコリットル毎分という超微量液体輸送が実現できていることを確認した。(2)光制御マニピュレータの作製と微粒子把持実験2光子マイクロ光造形法を用いて、2本あるいは3本のマイクロアームを有する光制御マニピュレータを作製した。実際に、光トラッピングによってマニピュレータを制御し、ガラス微粒子(直径:5μm)の把持、操作に成功した。(3)ポンプとマニピュレータの協調駆動バイオチップの試作例として、マイクロ流路内部にマイクロポンプとマニピュレータを内蔵したチップを試作し、駆動実証を行った。

有限要素法に基づくマイクロ流れ解析によって、流路形状の最適化を行い、ディスク周辺の粘性を高効率に流体の駆動力に変化させる形状を決定した。実際に、2光子造形によってマイクロポンプを試作し、駆動検証実験を行った結果、解析結果とよく一致する結果を得た。このポンプは、脈動が全くなく、生体試料をダメージ無く輸送できるという特長がある。(2)光制御ローリングマニピュレータの作製と微粒子把持実験2光子マイクロ光造形法を用いて、レーザー光によってローリングするマイクロアーム構造を造形し、2本のアームを協調制御することによって、微小物体を3次元的に把持することが可能なマニピュレータを考案・試作した。実際に、機能検証実験を行い、微粒子を安定に3次元的に把持することができることを確かめた。今後、光制御バイオチップに内蔵すれば、細胞分析などに応用可能なマニピュレータとして有用である。
超低エネルギー領域における電荷移動断面積の新しい測定法の開発

前年度までに非常に温度の低い領域(100meV以下に相当)で、Mgイオと中性Ba原子の間で電荷移行衝突を起こし、その断面積測定値10^<-4>nm^2が理論計算とよく一致していることを確かめた。イオントラップによって、電荷移行された生成Baイオンも同時にトラップし測定感度を著しく向上させたことが実験成功の理由である。電荷移行はイオントラップ内に種種の低温イオンを作るのに適している。またレーザーで効率よく冷却されるMgイオンと衝突させて、任意のイオンを間接的に冷却することが可能である。これを利用して例えば4000KのBaイオンを500Kまで冷却できた。2種のイオンがトラップ内に存在するとき、その間の相互作用を解明する必要がある。この場合共同振動モードが励起され、それが固有の周波数をもつことを実験と理論解析から明らかにした。この周波数の電圧を印加すると、特定のイオン振動のみを励起し、不必要なイオンをトラップから追い出すことが可能になり、実用的な応用が期待される。2種のイオン間の共同冷却において、冷却極限温度をイオン質量・イオン温度の関数として計算して、この理論モデルの有効性を実験で確認した。ホストイオン温度が低いときは、ゲストイオンの質量は大きいほど効率よく冷却されるが、温度の高い領域では質量が大きいほど到達温度は高くなることが明らかになった。これら冷却されたイオン間相互作用の特性を2つの論文(Phys.Rev.A,66,67)に公表した。12年度は専ら実験環境の整備と予備実験を行った。実験の手順はまずMgオーブンからの原子線をトラップ内に導入し、ここに電子衝撃を与え、Mg^+を生成し、これを高周波電圧(2MHz,300V)でトラップする。つぎに共鳴レーザー光(280nm)を照射し、レーザー冷却法で十分に冷却する。Ar^+レーザー励起色素レーザーの出力の2倍波をつくることで、280nm,約1mWの光束を作ることが出来た。Mgには同位体が^<24>Mg:^<25>Mg:^<26>Mg=8:1:1の割合で存在するが、実験の精度をあげ、かつ冷却効果をあげるためには不要の同位体を除去しなければならない。ラジオ波共鳴法によって^<24>Mg以外の同位体を除去することに成功した(Appl.Phys.B70,867、(2000))。次にここに中性Ba原子を注入する。電荷移行がおこり、かつBa^+がトラップされれば、Ba^+に共鳴するレーザー光を照射することにより、Ba^+からの蛍光が観測されるはずである。これにはBa^+の共鳴線^2S→^2P遷移(493.5nm)とリパンピング遷移^2D→^2P(650nm)とに共鳴する2本のレーザーが必要である。前者は安定化した半導体レーザーの出力の第2高調波をとることにより、後者は2台目のAr^+レーザー励起色素レーザーでつくった。これらの結果、Ba^+からの蛍光が観測された。したがって電荷移行反応が起こっていることが確認されたことになる。平成12年度では、衝突エネルギーが非常に低い領域(100meV以下)でのMgイオンとBa原子の間の電荷移動反応の観測を行った。平成13年度では、この結果の解析および同じ衝突エネルギー領域においてMgイオンとCa, Zn, SrまたはYb原子の間の電荷移動反応の観測を行った。平成12年度の結果におけるBa原子注入量、Mgイオン数、Baイオンの生成量などから100meV程度の衝突エネルギー領域における電荷移動衝突断面積は約10^<-22>m^2であることが分かった。これは、D. Rapp, and W. E. Francis, J. Chem. Phys. 37,2631(1962)での単純なモデルにおける理論計算と比較的よく一致している。

次に、他の原子との衝突による電荷移動反応の観測を行った。Baイオンに対してはレーザ-誘起蛍光スペクトルの測定によりその存在を確認できるが、他のイオン(Ca, Zn, Sr, Yb)を同様の方法で検出するには別のレーザ-システムがそれぞれのイオン種に対して必要になり、効率的な方法とはいえない。そこで、これらのイオンの存在はラジオ波共鳴法によって確認する。まず電荷移動が確実に起こることが分かっているBaイオンがラジオ波共鳴法によっても確認できることを確かめた。次に、Ba原子の代わりに他種原子を用い、電荷移動反応を起こさせてからラジオ波共鳴法によって他種イオンの存在を確認した。この結果、MgイオンとCa, Zn, Sr, Yb全ての原子種の間で有意で再現性のある信号が得られた。このことから、これらの原子とMgイオンの間でも100meV程度のエネルギー領域で電荷移動反応が起こることが分かった。生成されたバリウムイオンは反応しなかったマグネシウムイオンとともにrfトラップ中に捕捉される。この状態では、バリウムイオンはレーザー冷却されているマグネシウムイオンとの衝突を通じて冷却されている(共同冷却)。共同冷却でのバリウムイオンの到達温度を理論的モデルによって計算した。このモデルではフイッテイングパラメーターを用いていないが、観測結果とよく一致した。従って、共同冷却の特性を良く表したモデルになっていると考えられる。平成13年度中の成果であるラジオ波共鳴法によって測定されたイオン運動の共振周波数は、1種類のみのイオンをトラップした時の共振周波数と異なっている。例えば、Ba^+のみをトラップした場合の共振周波数は69kHzであるが、本研究で観測された共振周波は115kHzであった(本研究で観測された共振周波数は115kHzであった(本研究で用いた実験条件における値)。このような周波数シフトはその他のイオン種(Ca,Zn,Sr,Yb)でも見られた。この周波数シフトの原因は、これらのイオン(ゲストイオン)が、レーザー冷却されているMg^+(ホストイオン)とともにトラップされているためと考えられる。そこで、Mg^+のイオン雲と、1個のゲストイオンの2体問題における共振周波数を計算によって求めた。このモデルでは、合計4つの振動モードが考えられるが、そのうちの1つが実験結果と極めてよく一致することが明らかになった。更に、別のもう1つのモードの共振周波数を実験的に測定することにも成功した。このモードは励起されにくいため、外部より印加するラジオ波の強度をあげる必要があった。(その他の2つのモードはMg^+自身の共振周波数に極めて近く、互いに区別することが困難であった。)
鍵盤の空間的記憶と知覚によるピアニストの打鍵位置制御

演奏中の知覚情報の役割を探るため、視覚情報と聴覚情報を遮った演奏の解析を進めた。ミスタッチを含む各打鍵情報が楽曲中のどの音を鳴らそうとしたものであるかを対応づける作業の客観性と再現性を保つために、この作業を自動化することに取り組んだ。ここでの演奏データエラーは通常の演奏より非常に大きく数も多かったため、既存のプログラムをそのまま利用することはできなかったが、九州大学の澤井賢一氏の協力により、ここでの演奏データにも適用可能で、なおかつ打鍵位置エラーサイズをより適切に評価できるプログラムを実装することができた。分析の結果、視覚情報が優位に役割を果たしており、聴覚情報がそれらを助けている傾向が観察された。ここまでの演奏中の視覚と聴覚遮蔽の影響に関する実験内容及び結果を、International Symposium on Performance Science(ISPS)において発表した。上記に述べた演奏課題は各実験参加者のレパートリーの抜粋であったため、演奏の状況の自然さが確保された一方、参加者によって楽曲が異なっていたことともおそらく関連して、結果に大きなばらつきが生じていた。そこで、演奏状況の自然さを保ちながらも統制された演奏実験ができるよう、11月より新たに音形や調性を意図的に設定した課題をもちいての実験を開始した。この実験では、視覚、聴覚情報の遮蔽条件のほか、音形によるエラーの現れる度合いや現れ方の傾向をより細かく調査している。また、5月から7月にかけて、ウィーン国立音楽大学音楽音響研究所に滞在し、電子ピアノでの跳躍課題における、注意を向ける情報モダリティの影響に関する実験を計画し、準備にあたった。この実験は、これまでにおこなったキー位置記憶研究と、演奏時に役割を果たす情報のモダリティの検討というテーマをつなぐものであり、本研究課題の拡張として継続する予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、ピアノ演奏を可能にする鍵盤位置知覚と打鍵位置制御のしくみを解明することである。まず、ピアノ演奏者が予めもっている、鍵盤の空間的記憶の特性を明らかにするため、鍵盤の置かれた位置とその中の参照点とするキー1本の位置以外の手がかり情報を排除し、ターゲットとするキーの位置を指示する実験を行った。キー位置記憶は、それだけに頼って演奏を成立させるのは困難なほどに曖昧なものであったことから、実際の演奏にはリアルタイムの知覚による位置確認や心的マップの修正が重要な役割をになっていると考察された。一方で、これら位置記憶は、訓練経験により正確化されており、鍵盤の空間的記憶は演奏に利用されてもいるだろうと考えられた。またターゲットキーが参照キーに対し近距離であるほど、左手よりも右手による指示で、左側の空間よりも右側の空間で、指示はより正確であった。手の左右を問わず、左空間のキー位置指示よりも、右空間のキー位置指示がより正確であったことは、身体感覚とは独立に空間的位置に依存したキー位置記憶の存在と、その左右非対称性を、明確に示している。また、参照キーの位置を移して同様の課題を行ったところ、参照キーに対するターゲット音の相対的位置に依存して各キー位置記憶が分布していることがわかった。鍵盤は、88鍵の鍵盤空間全体の中で、あるいは奏者の身体からの距離をもとに、半ば絶対的に記憶されているというよりは、むしろ参照とする点を基準に可動な形で表象されているといえるだろう。これらを基礎的な情報として踏まえ、以後、知覚フィードバックによる打鍵位置制御のメカニズムを解明していくことが可能となった。上記の知見は、演奏技能のメカニズムの基礎情報として演奏学習者や指導者への情報提供になると同時に、空間的な運動制御を要する比較的大きな道具系や操作盤一般の利用モデルにも示唆を与えうるものと考えられる。年度の前半には,鍵盤の空間的記憶の特性をさらに調査した。空間的記憶を利用するための基準として,1.演奏者自身の身体の中心,あるいは88鍵の鍵盤の中心など,基本的に固定された点2.任意で可動な外部参照点のどちらを基準に,鍵盤の空間的記憶が適応されているかを,参照点を鍵盤の中央付近にあるC4に置いた場合と,鍵盤の右端に近いC7に置いた場合の,キー位置指示課題の正確性の比較を通して検討した。結果,指示課題にみる位置記憶の正確性は,C4が参照点であってもC7が参照点であっても,各参照点に対するターゲットキーの相対的位置(距離)によって決まっていることが観察された。このことから,参照点として与えられる任意で可動な外部参照点が鍵盤の空間的記憶の基準位置となっていること,すなわち鍵盤の空間的記憶は与えられた基準位置とともに可動なものであることが示された。また,上記より打鍵位置の制御には空間的記憶のほかに,それを規定する参照とする点についての情報が必要であり,それらは時々刻々と知覚されるキー位置に関する情報であると考えられる。どのようなモダリティの情報が演奏者にキー位置やその参照点を知らせるのに貢献しているかの調査を開始した。実験では,ピアノ演奏者が,通常の演奏状況であれば楽譜なしでほぼミスタッチなく余裕をもって弾ける楽曲の抜粋を,視覚情報,聴覚フィードバックのどちらかあるいは両方を遮断した条件と,通常の条件の合計4条件で演奏した。現在,まだ分析の途上であるが,いくつかの演奏データを個別に分析した結果,視覚情報が演奏者にキー位置を知らせる上では第一に用いられているらしいこと,ただし,聴覚フィードバックも視覚情報を補助しているようであることなどが示唆されている。

演奏中の知覚情報の役割を探るため、視覚情報と聴覚情報を遮った演奏の解析を進めた。ミスタッチを含む各打鍵情報が楽曲中のどの音を鳴らそうとしたものであるかを対応づける作業の客観性と再現性を保つために、この作業を自動化することに取り組んだ。ここでの演奏データエラーは通常の演奏より非常に大きく数も多かったため、既存のプログラムをそのまま利用することはできなかったが、九州大学の澤井賢一氏の協力により、ここでの演奏データにも適用可能で、なおかつ打鍵位置エラーサイズをより適切に評価できるプログラムを実装することができた。分析の結果、視覚情報が優位に役割を果たしており、聴覚情報がそれらを助けている傾向が観察された。ここまでの演奏中の視覚と聴覚遮蔽の影響に関する実験内容及び結果を、International Symposium on Performance Science(ISPS)において発表した。上記に述べた演奏課題は各実験参加者のレパートリーの抜粋であったため、演奏の状況の自然さが確保された一方、参加者によって楽曲が異なっていたことともおそらく関連して、結果に大きなばらつきが生じていた。そこで、演奏状況の自然さを保ちながらも統制された演奏実験ができるよう、11月より新たに音形や調性を意図的に設定した課題をもちいての実験を開始した。この実験では、視覚、聴覚情報の遮蔽条件のほか、音形によるエラーの現れる度合いや現れ方の傾向をより細かく調査している。また、5月から7月にかけて、ウィーン国立音楽大学音楽音響研究所に滞在し、電子ピアノでの跳躍課題における、注意を向ける情報モダリティの影響に関する実験を計画し、準備にあたった。この実験は、これまでにおこなったキー位置記憶研究と、演奏時に役割を果たす情報のモダリティの検討というテーマをつなぐものであり、本研究課題の拡張として継続する予定である。本研究課題の研究目的は,ピアノ演奏を可能にする鍵盤位置知覚のしくみを解明することである。当初提示した,具体的に明らかにしようとする以下の内容1.ピアノ演奏者がすでに持っている鍵盤の空間的記憶表象の特性(空間と手の左右差,参照とした点からの距離と精度の関係,訓練による精度の向上,鍵盤の記憶表象の精度がきまる空間的基準)2.打鍵位置決定における外部から知覚する情報の利用の度合い(触覚,視覚,聴覚)のうち,1.についての調査をを完了し,国内外での発表とそれにともなうディスカッションの機会を得た。日本音楽知覚認知学会の春季研究発表会では,研究選奨を受賞した。また,2.についても実験および解析を進め,情報フィードバックの役割について解明する手がかりをつかむことができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。鍵盤の空間的記憶に関する内容を1篇もしくは2篇の論文にまとめて,国際誌に投稿する。また,電子ピアノのMIDI情報をもちいた解析さらに進め,国際会議で発表・論文投稿するとともに,鍵盤の凹凸による触覚情報の役割を検討するためのデータを集め,各種情報フィードバックの役割を検討する。
炭化水素中の溶解微量水分除去のための蒸留効率

本研究の目的は炭化水素ー水系の脱水蒸留の効率が著しく低いといわれる理由を明らかにすることで、これまでの研究実績を以下に述べる。1.既往の研究の調査と考察関連する文献を調べ、気液平衡関係の不確実性と熱収支を考慮して解析を行い、平衡関係の推定値いかんにより蒸留効率の見積りは大きく左右されることを指摘した。2.気液平衡関係の測定と検討凝縮液が二液相を形成する場合の気液平衡測定装置について検討し、凝縮液の戻り管に分液器を設ける方法によって、ベンゼンー水、ヘキサンー水、トルエンー水の三種の系について広い濃度範囲の気液平衡関係を実測した。気液平衡比の値は、水濃度の低い領域での飯野らの測定値の25倍を示したが、修正UNIFAC式による推算値とはかなりよい一致を示した。3.充填塔による蒸留実験と考察高性能充填物として知られるスルザ-充填物を用いて上記三種の系の蒸留実験を行った。HETPの値は、ヘプタンートルエン系では24cmであったが、三種の炭化水素ー水系では3040cmとなり蒸留効率は非常に低下した。そこで気液相間の状態変化の過程に何らかの物質移動抵抗が存在するのではないかと考え、触媒作用が期待できる活性化物質を装填する目的で次の実験を計画した。4.単一段からなる段塔による蒸留実験と考察まず、活性化物質をとくに装填せずに蒸留実験を行ったところ、水の濃度が比較的高い領域では、ヘプタンートルエン系と同程度(約70%)の高い段効率を与えたが、低濃度領域では段効率が著しく低下した。これは、2で得られた気液平衡関係を用いた結果であり、もし低濃度領域で気液平衡比が激域するならば効率の低下とはいえないことになる。すなわち、上述の付加的な物質移動抵抗を想定する以前の問題点として、水の低濃度領域における気液平衡関係をより注意深く測定する必要があると考えている。本研究の目的は炭化水素-水系の脱水蒸留の効率が著しく低いといわれる理由を明らかにすることである。まずこの精留操作では、供給液、塔頂、塔底間の温度差が大きいので、これを考慮した操作線の解析を行い、過去のGester(Chem.Eng.Progr.,43、117(1947))の蒸留実験デ-タを用いて蒸留効率を求めた。そして気液平衡関係の信頼できる値が欠如していることも指摘した(化学工学協会第54年会要旨集、p.223(1989);分離技術、19、237(1989))。そこで気液平衡関係の実測を、ベンゼン-水系、n・ヘキサン-水系、トルエン-水系について行った。通常の循環型の装置では、凝縮液が二液相を形成するために定常的な循環流が得られなくて測定が困難である。種々の方法を検討した結果、凝縮液のデカンタ-を設ける方法を考案した。この装置で得られたデ-タはかなりのばらつきはあるが、過去にはみられない広い濃度範囲にわたる新しいデ-タであり、一部は7月に発表した(第26回化学関連支部合同九州大会予稿集、p.137(1989))。気液平衡比(重量分率基準)はベンゼン-水系では低濃度域で約20、濃度が上がるにつれて30に近づく。n・ヘキサン-水系では約105、トルエン-水系では約50であった。

これらは単蒸留型の装置によるごく低濃度域の飯野ら(石油学会誌、14、509(1971))の実測値(それぞれ約15、21、19)よりはかなり高い値であり、検討を加えて化学工学会第23回秋季大会で発表する予定である。さらに精留実験として、内径25mmの充填塔(スルザ-充填物、充填高さ550mm)でベンゼン-水系及びトルエン-水系の全還流実験を行った。n・ヘプタン-トルエン系ではHETP3.55cmのこの塔が、炭化水素-水系では2535cmとなり、やはり蒸留効率が格段に劣ることを認めた。これについても検討の上、化学工学会第23回秋季大会で発表する予定である。本研究の目的は炭化水素ー水系の脱水蒸留の効率が著しく低いといわれる理由を明らかにすることで、今年度の研究実績を以下に述べる。1.気液平衡関係の測定と検討前年度作製した装置の分液器を検討改善し、また分析操作の能率化を図り、ベンゼンー水、ヘキサンー水、トルエンー水の三種の系について広い濃度範囲の気液平衡関係を実測した。気液平衡比の値は、水濃度の低い領域での飯野らの測定値の25倍を示したが、修正UNIFAC式による推算値とはかなりよい一致を示した。2.充填塔による蒸留実験と考察前年度のベンゼンー水、トルエンー水系に引き続いてヘキサンー水系で蒸留実験を行った。この充填塔は、典型的な炭化水素同志の混合物であるヘプタンートルエン系に対してはHETPが24cmなる高性能を示したが、三種の炭化水素ー水系に対しては3040cmとなり、著しく蒸留効率が劣る結果となった。その理由として蒸留塔内の物質移動過程に何らかの付加抵抗が存在するのではないかと考え、その所在を確かめる目的で、次の単一段からなる段塔による実験を計画した。すなわち、気相液相間の状態変化の過程に付加抵抗が存在するとすれば、触媒作用が期待できる活性化物質を段の内部に装填することにより、その抵抗を減らすことはできないかと考えた。3.単一段からなる段塔による蒸留実験と考察まず、活性化物質をとくに装填せずに蒸留実験を行ったところ、水の濃度が比較的高い領域では、ヘプタンートルエン系と同程度(約70%)の高い段効率を与えたが、低濃度領域では段効率が著しく低下した。これは、2で得られた気液平衡関係を用いた結果であり、もし低濃度領域で気液平衡比が激域するならば効率の低下とはいえないことになる。すなわち、上述の付加的な物質移動抵抗を想定する以前の問題点として、水の低濃度領域における気液平衡関係をより注意深く測定する必要があると考えている。
ボルテックス制御型超伝導磁気センサーによる非破壊検査

航空機などのような多層構造の内部での欠陥を、部品をはずすことなく検査するため非破壊検査にSQUIDを用いる研究が数多くなされているが、その多くは磁気シールドルーム内でなされたものである。非破壊試験は本質的にフィールドでの使用が望まれるため磁気雑音環境化で動作をさせることが必要となる。本研究では高温超伝導SQUIDにより磁気シールド外でアルミニウム合金の多層構造に対する渦電流検査を行った。非破壊検査装置は低温容器内の高温超伝導SQUIDと磁気的雑音の発生を抑えた2次元走査装置で構成される。高温超伝導SQUIDを動作させるため購入した液体窒素用の低温容器の底部にSQUID素子を水平に設置している。容器内のSQUIDの周囲に高周波雑音を防ぐために円筒形シールドを設置しているが、渦電流磁界を乱さないようにスリットを施している。検査試料に渦電流を誘起するために容器の直下に直径50mm、5回巻きのダブルDコイルを設置している。この非破壊検査装置を計算機、電力線などの雑音源のある磁気シールド外の通常の実験室環境に設置して測定を行った。検査試料は航空機用アルミニウム合金(JISH4000A110P-H14)を用い、厚さ10mmの試料の中央に幅0.2mmのスロットを形成し模擬的な欠陥とし、その上に1mmのアルミニウム合金板を重ねて多層構造とした。ダブルDコイルには70Hz、10mAの交流電流を流し、渦電流磁界を発生し、試料表面では5μTの磁界強度となる。SQUIDの出力信号を渦電流磁界の70Hzを基準にロックイン検出して検出磁界信号とし、^^+__-50nTの磁界を検出している。検査試料を毎秒3.3mmで走査して2次元走査像を得て、欠陥を検出することができた。以上のように高温超伝導SQUIDを用いて磁気シールド外の通常の磁気雑音環境において非破壊検査を行うことができた。
酸性スフィンゴ糖脂質による神経系の維持と修復の分子機構

1.GM2/GD2合成酵素遺伝子をノックアウトして、複合型ガングリオシドを欠失するマウスに関して、(1)その加齢に伴う神経変性の病理学的な特徴、(2)変性の分子メカニズム、につき検討した。まず、末梢神経変性に関しては、50週齢のマウスにおいて著明な坐骨神経の変性、脊髄後根神経節細胞のアポトーシス、脊髄後角のニューロン死、更にグリアの肥大化を認めた。また電顕おいては、アストロサイトの突起の肥大化、伸長と、血管周囲への肥大化突起の包囲像を認めた。また、シナプスベジクルの形態変化とシナプス形態の変化(スパイン型からデンドライト型へ)を認めた。これらの変化は雄では35週齢以降、雌では45週齢以降に明らかになり、同時に歩行の異常など神経異常所見が見られた。よって約25週齢の野生型、KOマウスの脊髄よりRNAを抽出し、神経症状の出現する前に発現レベルの変化する遺伝子の検索を行った。cDNAを調整し、サブトラクションとdifferential hybridizationを行うことにより、KOマウスで著明に発現低下する遺伝子約37クローン得た。その中にはミトコンドリア膜酵素群、プロテアーゼ群などが含まれ、詳しい意義につき解析中である。2.GD3合成酵素遺伝子をノックアウトしてb系列ガングリオシドを欠失するマウスに関して、(1)その神経変性の過程、(2)神経再生能の変化の解析、を行った。このKOマウスでは、末梢神経の変性像は比較的軽度であったが、舌下神経の切断による再生能の検討において明らかな低下を認め、b系列ガングリオシドが神経再生にとって必須であることが示された。現在その作用機構を解析中である。主に、複合型ガングリオシドを欠損するGM2/GD2合成酵素遺伝子のノックアウト(KO)マウスを用いて、ガングリオシド糖鎖が神経系の維持と修復において果たす役割について検討を行った。GM2/GD2合成酵素遺伝子KOマウスの行動異常の検討として、各週齡のオス/メスマウスの歩行をフットプリントにて検討したところ、オスでは35週より前肢の引きずり歩行が始まり、50週で後肢も引きずるようになった。メスでは70週で前肢、80週で後肢の異常を認めた。また、ロータロッド試験では、オス・メスともに既に12週齡から著明な異常を認めた。しかし、繰り返し試行するとメスでは一定の改善が見られるのに比して、オスでは改善が見られなかった。以上より、ガングリオシド欠失に基づく神経変性が脊髄では上位から下方に拡大すること、またその感受性において雌雄の間に大きな相違があることが判明した。電顕による観察では、脊髄後根神経節および脊髄後角のニューロンの変性/死やグリア細胞の肥大化が認められ、ガングリオシドが神経組織の維持に必須であることが示された。さらにグリアの突起が特に血管周囲に増生していたため、グリア機能の一つとして血液・脳関門(BBB)機能をHRP注入にて検討したところ、4週齡のKOマウスにおいて血管外へのHRP漏出が見られたことから、KOマウスでは早期よりBBB機能に異常があることが示唆された。現在、KOマウスと野生型マウスの脊髄よりRNAを抽出してサブトラクションを行い、変性に関与する遺伝子、変性を代償する遺伝子の同定を行っている。また、舌下神経切断後の再生能に関して、KOマウスでは著明な低下があり、外来性ガングリオシドの投与にてかなりの改善が得られることが判明しているが、現在、有効な効果を示す糖脂質糖鎖の特異性と、その機序の解明のために、再生過程における種々のシグナル分子や神経栄養因子(受容体)の発現を検討中である。GM2/GD2合成酵素遺伝子のノックアウト(KO)

マウスは、生後12週頃、既にrota-rodテストによる協調運動の異常を示すと共に、雄は約35週齢から雌は約45週齢より歩行の異常を示した。そこでGM2/GD2合成酵素遺伝子KOマウスにおいて特異的に発現の低下する遺伝子に関して、cDNAサブトラクションとdifferential hybridizationを用いての遺伝子の同定と、その意義の検討を目指した。野生型マウスとKOマウスの脊髄よりRNAを抽出し、RT反応によりcDNAを合成した後、野生型マウスcDNAよりKOマウスcDNAをサブトラクションして、残ったcDNA群をベクターに挿入したサブトラクションライブラリーを作成した。このライブラリーからのクローンを500個ピックアップしてPCRにて増幅した後、ナイロン膜にduplicateでスポットしたメンブレンのペアーを作成した。これに対し、サブトラクト済cDNAと非サブトラクトのcDNA群を標識してドットハイブリダイゼーションを行うことにより、野生型cDNAに特異的に残存するクローン(KOで発現消失)をピックアップした。その結果、検討した200クローンの中で著明に発現低下したクローン37クローン、有意に低下したクローン39クローンを得て、その塩基配列を決定した。これまでに判明したcDNAクローンの内訳は、既知の遺伝子63クローン、未知の遺伝子13クローンから成っており、その中には、エネルギー代謝関連遺伝子、転写因子遺伝子、プロテアーゼ関連遺伝子などが含まれており、今までに神経変性との関わりを報告されていた遺伝子も少なからず含まれていた。現在、ノザンブロットによる発現変化の確認と全長cDNA発現ベクターの作成を実行中で、神経系細胞に導入して細胞機能を解析する予定である。また、GD3合成酵素遺伝子KOマウスでは、舌下神経再生能の低下を明らかにしており、その分子メカニズムについて同様のアプローチで検討を進めようとしている。
マクロファージの内在性レトロウイルス応答調節と血管保護による多発性嚢胞腎進展抑制

研究成果として、第48回日本腎臓学会東部学術大会(平成30年10月20-21日、東京)にて発表予定でありその抄録を以下に記す。一般演題:多発性嚢胞腎ラットへの低分子化合物NK0070投与によるNG2pericyteマーカーの温存と腎病変、石橋道男(1)、釘田雅則(2)、熊本海生航(2)、吉村文(あや)(2)、藤本清秀(1)、東原英二(3)、長尾静子(2)(1)奈良県立医科大学泌尿器科、(2)藤田保健衛生大学疾患モデル教育研究施設、(3)杏林大学医学部遺伝性腎疾患研究室目的:腎髄質内のDescending Vasa Recta(DVR)に局在するpericyteに腎髄質血流温存の役割が示唆されている。PCK多発性嚢胞腎ラットでは髄質集合管由来嚢胞が初期に発生し全域に達する。低分子ベンゾイソフラノン化合物NK0070の投与によるpericyteマーカーNG2温存効果と内皮細胞マーカーCD31の発現応答につき報告する。対象と方法:PCKラットを治療群と対照群にわけ5週令から5週間投与各3例と16週間投与21週令各3例を対象とした。免疫染色にはNG2抗体(ab129051)、CD31抗体(ab64543)を用いた。結果:21週令時の体重、腎重量は治療群が増加した。治療群では乳頭起始部から髄質部でのDVRにNG2陽性細胞が維持され近接してCD31がほぼ全周性に発現したが対照群ではNG2の減少消失しCD31染色は部分的であった。治療群では同部位の尿細管とDVRの構造は維持され対照群では萎縮を呈した。10週令でHIFー1mRNA発現は抑制されていた。結語:pericyteマーカーNG2の維持により多発性嚢胞腎の尿細管とDVRの病変進行を抑制する可能性が示唆された。研究課題が、マクロファージの内在性レトロウイルス応答調節と血管保護による多発性嚢胞腎進展抑制である。多発性嚢胞腎のラットモデルであるPCKラットに対するベンゾイソフラノン誘導体NK0070を16週間長期投与実験を行い、多発性嚢胞腎病変の進行における髄質血管、descending vasa recta病変の保護効果が観察された。その作用として周細胞、pricyteの機能温存がNG2の発現増強を介して毛細血管内膜も温存されている可能性を考えている。内在性レトロウイルスの発現がpericyteにみられるかが関心のあるところでまだ、実施されていない点が残されている。最終年度に免疫染色にて検討予定である。初年度平成28年度の研究成果は、第一に、外部委託によるベンゾイソフラノン誘導体NK0070の委託合成に成功したことである。合成にあたっては、本化合物発明者のひとりである京都薬科大学小島直人先生と平成28年度単年度の外部受託委託契約を結ぶことで、外部合成委託先の株式会社ナード研究所(神戸市)と合成方法を共有でき、両者の共同作業により長年におよぶ困難な合成を成し遂げることができた。本化合物の合成には契約締結の平成28年5月から完成するまでの平成29年1月末までの期間を要した。その理由は、合成の期限を定めないことを条件に科研費の枠内150万円プラス消費税で安価な契約となったこと、くわえて、NK0070の合成に難渋したステップがあり水分の混入が最終産物NK0070までの合成が進まない過程を改善するなど時間を要す結果となったことによる。また、最終合成産物に酢酸エチルが3.7%混入しており、減圧濃縮操作を回収率に安全を期すため減圧乾燥を控えたためであった。試験的に2.5グラム分のNK0070、1本を室温にて4日間減圧乾燥し安全に0.7%残留濃度を減らすことができ良質の純度の高いNK0070を得ることができた。過去のNK0070を調べると純度が低下し分解で相当すすんでいることも確認できた。第二に、藤田保健衛生大学長尾静子教授において、PCKラットへの15週間の長期投与実験を頂く予定であり、化合物はすでに長尾教授へ昨年12月にお渡し、現在、投与予定PCKラットの良好なものの準備中にある。なお、今回NK0070化合物に残留する酢酸エチル3.7%があることについて長尾先生と検討頂いた。対策として、対照群にアラビアゴムを投与するがそこへ残留する酢酸エチル3.7%を加えて投与実験を行うこととなった。ベンゾイソフラノン誘導体低分子化合物の合成に平成28年6月から平成29年2月まで要した。しかし、幸いに今回の合成により純度高いものがえられ、これからの動物実験と試験管内実験に期待できる。

研究成果として、第48回日本腎臓学会東部学術大会(平成30年10月20-21日、東京)にて発表予定でありその抄録を以下に記す。一般演題:多発性嚢胞腎ラットへの低分子化合物NK0070投与によるNG2pericyteマーカーの温存と腎病変、石橋道男(1)、釘田雅則(2)、熊本海生航(2)、吉村文(あや)(2)、藤本清秀(1)、東原英二(3)、長尾静子(2)(1)奈良県立医科大学泌尿器科、(2)藤田保健衛生大学疾患モデル教育研究施設、(3)杏林大学医学部遺伝性腎疾患研究室目的:腎髄質内のDescending Vasa Recta(DVR)に局在するpericyteに腎髄質血流温存の役割が示唆されている。PCK多発性嚢胞腎ラットでは髄質集合管由来嚢胞が初期に発生し全域に達する。低分子ベンゾイソフラノン化合物NK0070の投与によるpericyteマーカーNG2温存効果と内皮細胞マーカーCD31の発現応答につき報告する。対象と方法:PCKラットを治療群と対照群にわけ5週令から5週間投与各3例と16週間投与21週令各3例を対象とした。免疫染色にはNG2抗体(ab129051)、CD31抗体(ab64543)を用いた。結果:21週令時の体重、腎重量は治療群が増加した。治療群では乳頭起始部から髄質部でのDVRにNG2陽性細胞が維持され近接してCD31がほぼ全周性に発現したが対照群ではNG2の減少消失しCD31染色は部分的であった。治療群では同部位の尿細管とDVRの構造は維持され対照群では萎縮を呈した。10週令でHIFー1mRNA発現は抑制されていた。結語:pericyteマーカーNG2の維持により多発性嚢胞腎の尿細管とDVRの病変進行を抑制する可能性が示唆された。研究課題が、マクロファージの内在性レトロウイルス応答調節と血管保護による多発性嚢胞腎進展抑制である。多発性嚢胞腎のラットモデルであるPCKラットに対するベンゾイソフラノン誘導体NK0070を16週間長期投与実験を行い、多発性嚢胞腎病変の進行における髄質血管、descending vasa recta病変の保護効果が観察された。その作用として周細胞、pricyteの機能温存がNG2の発現増強を介して毛細血管内膜も温存されている可能性を考えている。内在性レトロウイルスの発現がpericyteにみられるかが関心のあるところでまだ、実施されていない点が残されている。平成29年度は、純度の高いNK0070を得ることができたので、第一に、PCKラットへの長期投与実験を行う。PCKラットへNK0070:30mg/kg/day、皮下注を生後5週から20週までの15週間の長期投与実験を行う。対照群には酢酸エチル3.7%を加えて投与する。多発性嚢胞腎の進展進行がどの程度を軽減できたかを病理形態学的に評価する。第二に、in vitro実験として、ラットマクロファージ培養細胞株を用いガンマーインターフェロン刺激のもとでNK0070化合物を添加し、腎血管保護に関わるGalectin-3、HIF-1そして胎盤などの血管内膜細胞の維持や血管新生に関わるLTR-ERVのGag遺伝子;RTL1, MlanaのmRNA発現と、くわえて、DNAメチル化レベルの応答と同時にその調節に関わる酸素添加酵素(TETenzymes)のmRNA発現を測定する。