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古代日本の言語と習俗にあらわれた倫理の研究

成果の一部は論文「さいきにおける物語の構造」(近刊)などにまとめられた。2.神道系の聖地の調査を行ない、山・水と古代的心性との関わりについて考察を加えた。また,神道系の新宗教における聖地・祭祀の実際について調査し、資料の収集整理を行なった。これらでは、聖空間セイコンに関する図像的解析の方法の追求を主として試み、今後の成果発表への適用を検討した。3.古代信仰・祭祀等の研究を基礎づける史料力・実証的基盤を構築するために、従来の宗教研究等の学説を総合的に検討・整理した。その作業を継続して得た知見を集大成し、「宗教事典」の形で公刊する計画を進め、神道・仏教をはじめ、外国宗教への言及も含めて項目を整え、既に入稿を終えている。二年度中には公刊予定である。4.古代固有信仰と仏教とのかかわりを検討し、中世仏教の中にも根強く古代的な呪術性や山岳信仰の心性が息づいていることを実証した。佐藤の「歎異抄論註」第1章は、主としてこの側面で得られた知見をまとめたものである。5.儀礼と和歌の関係についても研究を行なった。神とのコミュニケ-ションの道具としての観点から和歌・歌論を再検討し、その成果は二年度中に、主に菅野がまとめる予定である。最終年度にあたる本年度は、研究のとりまとめを行なった。1.古代信仰・祭祀等の研究を基礎づける史料的・実証的基盤を構築するために、従来の宗教研究等の学説を収集・検討・整理する作業を前年度にひきつづき行なった。その作業を継続した結果得られた知見を集大成し、『世界宗教事典』の翻訳・刊行を行なったが、とくに巻末索引整備の過程で、信仰・祭祀にかかわる基礎的諸概念の訳語統一,内容検討を細密に行なった。2.古代固有信仰にかかわる周辺的事象について、若干の研究協力者をまじえて共同研究を行なった。その一つは、仏教説話の中で古代の力三信仰と外来思想との葛藤が表現されているさまを明らかにし、『日本霊異記』の世界像の問題として報告書に記載した。また、古代習俗の問題としては、日本語音声と祭祀の心性とのかかわりを、リズム論の観点から考察した。さらに、天台本覚思想の日本的性格についても検討を加えた。3.近世国学の神話研究を、主に本居宣長の著作を手がかりに再検討した。とくに、日本語の文法・音韻など、「もの」にかかわる宣長の言説を考察し、日本の復古思想の中で古代の習俗が持つ意味を明らかにした。その結果は、著書『本居宣長ー言葉と雅び』で発表された。4.神話の構造・発生を、主として物語論の観点から考察した。この中で、主人公論、物語の時間構造,場所の問題などについて、新たな知見が示された。編著『御伽草子ー物語・思想・絵画』の冒頭座談会はその端的なものである。また一部は、菅野「桃太郎の主人公」で発表されている。
老化に伴う認知機能の低下を予防する各性に適した生活環境の検討

本研究は、老化に伴うコリン作動性神経の活動低下を予防するための各性に適した生活環境(食事量、運動量)を同定することを目的として行った。平成21年度に、研究の途上、偶然にも、ラットを乳児期後期から幼児期初期(生後9日目と11日目)の間で低栄養状態にすると、感覚、運動、認知機能は正常であるにも関わらず、雄性ラットのみが、情動性を測定する試験において、不安行動を亢進し、特定箇所を執拗に探索する行動(常同行動)を呈し、さらに、社会性を測定する試験において他個体との関わりを減少させることを発見した(Takase et al., 2009)。これら一連の行動異常は、雌性ラットにはまったく認められなかった。研究結果は、成熟後の脳機能を育むために必要な乳幼児期の生活環境が雌雄で異なることを示している。雄性ラットは、乳幼児期における低栄養状態に非常に脆弱であり、この時期における栄養状態が成熟後の情動性や社会性にまで影響を与えることが示唆された。老化に伴う認知機能の低下は日常の生活を困難にする。老化の影響には顕著な性差が認められ、各性に適した老化の予防法の開発が今、医療現場で求められている。私は、現在までに、認知機能の維持に重要な役割を果たすコリン作動性神経の活動が、生活している環境の影響をうけること、さらにその影響には性差が存在することを一連の研究から明らかにした(Takase et.al., 2005a, 2005b, 2006, 2007, 2008)。本研究は、上記の研究結果をもとに、老化に伴うコリン作動性神経の活動低下を予防するための各性に適した生活環境を同定することを目的としている。平成20年度は、研究拠点を現所属に移し、雌雄ラットについて認知機能の発達、老化依存的な変化を行動、神経活動のレベルで検討するための評価系の構築に主に従事した。具体的には、5種の行動課題(8方向放射状迷路課題、モリス水迷路課題、社会的再認課題、物体再認課題、受動的回避学習課題)およびin vivoマイクロダイアリシス法の系を確立した。また、研究の過程で、物的記憶機能の性差の神経基盤を副次的に解明し、結果をNeuroscience誌に発表した(Takase et.al., 2009)。また、横浜市立大学との共同研究により空間記憶の性差形成機構の解明も行い、Journal of Neuroscience誌に発表した(Mitsushima, Takase et.al., 2009)。現在は、構築した一連の実験系を用いて、上記研究課題の遂行に従事している。これにより、来たる高齢化社会へ還元性の高い研究結果を提示していく研究環境は整った。私は、現在までに、認知機能の維持に重要な役割を果たすコリン作動性神経の活動が、生活している環境の影響をうけること、さらにその影響には性差が存在することを一連の研究から明らかにした(Takase et al., 2005a, 2005b, 2006, 2007, 2008)。具体的には、5種の行動課題(8方向放射状迷路課題、モリス水迷路課題、社会的再認課題、物体再認課題、受動的回避学習課題)および功in vivoマイクロダイアリシス法の系を確立した。また、研究の過程で、物的記憶機能の性差の神経基盤を副次的に解明し、結果をNeuroscience誌に発表した後9日目と11日目)の間で低栄養状態にすると、感覚、運動、認知機能は正常であるにも関わらず、雄(Takase et al., 2009)。

平成21年度は研究の途上、偶然にも、ラットを乳児期後期から幼児期初期(生性ラットのみが、情動性を測定する試験において、不安行動を元進し、特定箇所を執拗に探索する行動(常同行動)を呈し、さらに、社会性を測定する試験において他個体との関わりを減少させることを発見した(Takase et al., 2009)。これら一連の行動異常は、雌性ラットにはまったく認められなかった。研究結果は、成熟後の脳機能を育むために必要な乳幼児期の食環境が雌雄で異なることを示している。雄性ラットは、乳幼児期における低栄養状態に非常に脆弱であり、この時期における食環境が成熟後の情動性や社会性にまで影響を与えることが示唆された。しかしながら、乳幼児期の低栄養状態を原因とする成熟後の行動異常の背景にある脳内分子機構は明らかにされていないため、現在その解析を行っている。
親の育児力の実態と乳幼児集団保育の役割の認識および保育者の援助による育児力の向上

1.親の育児力の実態(乳幼児の母親対象の質問紙予備調査の結果):(1)初めての出産以前に乳幼児の世話をしたことのある母親は2・3割程度にすぎず、また結婚前には育児に関して学ぶ機会はほとんどなく、出産前になってようやく学ぼうとし始めている。しかしその時点でも、育児についての夫の関心は低い。(2)育児上困ったことは、乳児期では主として身体的側面、幼児期では母子関係や自立などに関わる事柄であった。困った時、母親が頼りにするのは、夫、近所の友人、続いて自分の母親であり、専門家に相談した者は3割程度にすぎない。2.青年の親準備性の実態(男女大学生・保育者養成課程短大生対象の質問紙調査の結果):(1)学生の乳幼児との関わりは親戚の子どもに言葉かけや遊び相手をする程度で、子どもの生活上の世話や世話を一人で任されることは極めて少ない。関わった経験は男子学生よりも女子学生、さらに保育学生の方が多い。(2)学生が育児にとって重要であると考えることは、子どもの遊び仲間や自然環境、母親の実際的な保育技術や心身の発達に関する知識である。女子に比べ男子の価値観は、分散している。(3)その他の側面については現在分析中である。3.母親の育児力にかかわる要因(子どもの発達上偏りあるいは問題行動がみられるケ-スの面接調査の結果):母親が悩んでいるケ-スと積極的に育児に取り組んでいるケ-スには、大きな違いが見られた。前者には共通して母親の子どもに対する受容度がかなり低い上に、母親自身が自分の両親から受容されていたと感じる度合も低く、夫との信頼関係が希薄であり、かつ母親が地域の中で心理的に孤立している傾向が見られた。4・今後の課題:親の育児力と青年の親準備性の比較から、育児力の向上にとって何を、何時、どの様に経験することが必要であるかの検討を進める。また、面接調査により育児力形成要因をより深く、多面的にとらえる。
神経回路網発生における誘導因子による調節

神経系組織誘導過程で重要な役割を果すと考えられる細胞間作用の詳細な解析を可能にするため、解離させた各種胚細胞から再構成するin vitro細胞培養系の確立を試みた。組織特異的単クローン抗体を結合する細胞の出現を分化の指標として、再構成培養系における各種細胞特に神経細胞分化の条件を検討した。方法(1)アフリカツメガエル初期嚢胚から各胚部域、即ち未誘導の予定外胚葉域,予定背側中胚葉域(移植実験により神経誘導作用のある事が知られる),又は予定腹側中胚葉域を1030片切り出す。(2)Ca,Mg-free培養液中で細胞を解離させ、部域別細胞プールを調製する。(3)各プールから細胞を一定数ずつとってマイクロウエルに分注し単独或いは部域間混合培養を行う。(4)一定時間培養後固定し、特異的単クローン抗体(抗表皮抗体E3,抗筋抗体Mu1,抗神経抗体N1)を用いた間接蛍光抗体法によりウエル中で分化した細胞を固定する。結果(1)予定外胚葉細胞,予定背側中胚葉細胞の培養ではそれぞれ表皮細胞,筋細胞が分化し、しかもその発生の時間経過はin situでのそれとよく一致した。(2)予定外胚葉細胞と予定背側中胚葉細胞とを混合培養すると表皮細胞の分化が著明に抑制された。対照として予定腹側中胚葉細胞と混合培養した場合には抑制はみられなかった。(3)予定外胚葉細胞と予定背側中胚葉細胞とをより長期間培養すると、神経細胞の分化してくる事が見出された。(4)予定外胚葉,背側中胚葉細胞混合培養系にみられた表皮細胞分化の抑制(2),神経細胞分化の促進(3)の程度は、いずれの場合もウエルに加えた予定背側中胚葉の数に強く依存した;ウエルあたり一定数(200)の予定外胚葉細胞に対し、予定背側中胚葉細胞を100以上加えると殆んどすべてのウエルで表皮細胞の分化は抑制され、神経細胞の分化してくる事が見出された。
自転車ロードレースにおける環境としての坂の評価-定量的測定とGISによる地図化

体育学・医学等での身体活動に関する成果をスポーツ環境の評価に展開するため,"拍速"という運動効率の新指標を提唱した。拍速は,1拍当たりの移動距離(meter/beat)を示し,酸素脈や一回拍出量と関連する。本研究では,拍速を用いて自転車ロードレースでの"坂"の評価を試みた。実験道路(比高約200m平均勾配0.056)を上る場合,被験者の持久力に応じて約1230分かかる。拍速は,スタート直後に急激に減少し,約12分で安定化する。拍速の平均値は,運動強度ごとに若干異なるが,被験者の持久力をほぼ反映する。また道路を急勾配と認める度合やペダルを踏み込む意識との相関が高く,坂の知覚の一面を指標する。一方,約58分かかる下りでは,拍速は,カーブや急勾配でのブレーキによる速度制御のため,持久力よりも技術力と関連し,急勾配の認識や爽快・恐怖感との相関も高い。このように坂の知覚の過程は上りと下りで異なり,道路のアフォーダンスに起因すると思われる。また,上り下りだけでなく,コースの勾配・曲率や被験者の能力に応じた違いも拍速は定量化できる。「ツールドおきなわ市民200km」のコースで,移動地点ごとの拍速は,その地点と約30秒前の地点との相対比高と相関が高い。30秒での移動距離は,勾配や速度との関係から一般に上りで約50m,下りで約400mとなる。200kmコースでは,約70km以降の区間で上記の規模を超える上り下りが連続するため,上りで約50m,下りで約400m先までの勾配・曲率の変化を見越して走行を効率化することが持久力温存の鍵となる。また,約8090km区間と約145165km区間では,数100m規模の上り下りが周期的に繰り返すため,精神・技術的な素早い切り替えも要求される。ArcGISで上記の成果を基に,霧島市のサイクリングマップなどを作成した。近く大学のWebで公開する。急崖などの地形に規定される「勾配のある道路」は,その勾配や長さを測定することによって物理的に定まった現実の空間として認識される。しかしながら,そこを移動する人間にとっては,移動手段,運動形態,運動能力,運動経験,発育発達等に応じて質的に異なる"坂"として知覚される。例えば,同じ自転車を用いて,同じ勾配の道路を上る場合でも,体力レベルが高い人はその道路を「簡単な坂」とみなし,低い人はそれを「きつい坂」と感じるだろう。ここで表現された「簡単な」や「きつい」というしんどさの度合いは,定性的な位置づけであり,スポーツ環境としての道路の価値を明確に示せていない。本研究では,人間の移動距離とその時の心拍数との関数である"拍速"という運動効率に関わる新しい指標などを用いて,自転車移動時の人間の身体的負担度(しんどさ)を定量的に測定し,これらの結果からスポーツ環境(環境資源)としての"坂"の定量的な評価を試みている。現段階では,積み重ねられた実験データから,次のことが明らかになった。(1)一回拍出量の変化などの運動生理が拍速の特性にも反映されている可能性が強いこと,(2)道路の勾配と拍速とが密接に関連していること,(3)「勾配と拍速との関連」は被験者ごとに固有の関係を示すこと,(4)しかしながら「勾配と拍速との関連」は大まかな体力レベルごとにグループ化できること,(5)したがって体力レベルに対応したグループごとに「運動に適した坂」を明示できることなどである。平成17年度は,上記の成果をもとに,(1)アンケート調査による坂の認知と拍速との関連,(2)地理情報システム(GIS)による「スポーツ環境としての坂の地図化」の実施,(3)Webによる研究成果の公開によるスポーツ環境情報の地域住民への提供などをおこなう予定である。

30秒での移動距離は,勾配や速度との関係から一般に上りで約50m,下りで約400mとなる。200kmコースでは,約70km以降の区間で上記の規模を超える上り下りが連続するため,上りで約50m,下りで約400m先までの勾配・曲率の変化を見越して走行を効率化することが持久力温存の鍵となる。また,約8090km区間と約145165km区間では,数100m規模の上り下りが周期的に繰り返すため,精神・技術的な素早い切り替えも要求される。ArcGISで上記の成果を基に,霧島市のサイクリングマップなどを作成した。近く大学のWebで公開する。
窒素上無保護イミンを用いた非天然アミノ酸類の新規触媒的直接合成法の開発

窒素上無保護ケチミンに対する求核付加反応は、従来の窒素上に保護基を有するケチミンを用いた反応の場合に必須となる脱保護工程を経ることなく、医薬化学上重要な無保護非天然アミノ酸類を直接合成可能な有用な反応である。しかし、窒素上無保護ケチミンの合成は古典的手法に限られており、研究拡大の妨げとなっていた。本研究では窒素上無保護ケチミンの新規触媒的合成手法を確立し、適用範囲を拡大することで、様々な非天然アミノ酸類を合成可能とする。また、触媒制御による位置選択的炭素ー水素結合カルボニル化反応を開発し上記の反応と組み合わせることで、様々な複雑化合物にアミノ酸ユニットを導入可能な反応の開発を目指す。
カイニン酸誘発てんかんモデルにおけるPGE2受容体の役割

カイニン酸(KA)誘発てんかんモデルにて、PEG2合成に関わる酵素とEP3受容体の発現が増加し、PGE2が海馬で産生された。培養海馬切片のKA毒性は、EP3作動薬が悪化させ、EP3拮抗薬が抑制した。KA投与後痙攣行動、海馬の神経細胞脱落、グリア細胞の活性化、炎症性物質の発現は、野生型に比べEP3欠損型で有意に軽度だった。以上より、EP3受容体は痙攣行動を悪化させ、痙攣後の炎症反応と神経細胞死を促進することが示唆された。EP3受容体はてんかん治療のターゲットとなりうる。我々はこれまでに、脳虚血モデルにおいてPGE2がEP3受容体を介して、グルタミン酸による興奮毒性を促進し、脳梗塞障害を悪化させることを明らかにしている。本研究では、同じく興奮毒性が知られる、カイニン酸誘発癲癇モデルにて、EP3受容体の関与を検討した。はじめに、マウス腹腔内にカイニン酸を投与し、PGE2が産生されるかを調べたところ、投与1日後に海馬において顕著なPGE2の産生増加が認められた。その機序を調べるために、PGE2合成に関わる酵素のmRNAをReal-time PCR法にて検討したところ、誘導型酵素であるCOX-2とmPGES-1のmRNAの顕著な発現誘導が認められた。そこで次に、EP受容体の発現を検討したところ、EP14受容体すべての発現増加が認められ、特にEP2、3、4受容体の発現は有意に増加した。そこで、顕著な発現増加が認められたEP3受容体の発現細胞の同定を試みたが、抗体の特異性が低く、同定には至らなかった。痙攣誘発後のEP3受容体の関与が示唆されたため、カイニン酸投与2時間の痙攣行動を、野生型とEP3欠損型マウスで比較したところ、欠損型で有意に痙攣が弱かった。Open field試験において、野生型マウスでは中央滞在時間が痙攣群では延長しており、不安異常が認められたが、EP3欠損型マウスでは、正常と同程度であり、有意に症状が弱かった。空間学習行動についても、Y迷路や新規物体、新規位置認識試験を行ったところ、野生型で痙攣誘発後に記憶学習の低下傾向が認められ、欠損型で改善傾向が認められたが、有意なものではなかった。以上より、側頭葉癲癇後に海馬にてEP3受容体が発現増加し痙攣を悪化させること、さらに痙攣後の不安異常に関与することが示唆された。従って、EP3受容体の役割がさらに明らかになれば、側頭葉癲癇治療の新たなターゲットになるものと期待される。カイニン酸投与癲癇モデルにおいて、海馬でのPGE2の産生増加とEP3受容体の発現増加が認められたため、海馬における神経興奮と痙攣、さらには神経細胞死に、EP3受容体が関与する可能性が強く示唆された。実際に、EP3欠損型マウスでは、野生型マウスに比べ、痙攣が軽度であったことからも、EP3受容体の重要性が伺える。行動実験においても、不安に関しては、野生型でみられる不安異常が、EP3欠損型では見られないという興味深い結果が得られている。空間学習に関しては、野生型で痙攣後に記憶が障害されることが予想されたが、有意な結果にはならなかった。これは、痙攣の強さが、動物個体によってばらつくため、遺伝子型間の違いが評価できなかったものと考えられる。痙攣の強さをある程度一定化できるような方法へと改善する、或いは、例数を上げることで、小さな差異も評価できるものと思われる。EP3受容体発現については、免疫染色が曖昧であり、新しく抗体を入手して検討を行ったが良好な結果が得られなかった。今後、神経細胞やグリア細胞を単離培養することで、どの細胞のEP3受容体が重要であるかが分かるものと考えており、現在、海馬神経細胞の初代培養系での検討も始めている。我々はこれまでに、脳梗塞後に大量に産生されるプロスタグランジンE2(PGE2)がEP3受容体を介して、脳梗塞障害を悪化させることを明らかにしている。本研究では、カイニン酸誘発癲癇モデルにて、PGE2及びEP3受容体の痙攣と神経機能障害における役割について明らかにすることを目的としている。既に、PEG2合成に関わる誘導型酵素であるCOX-2とmPGES-1の発現が増加し、PGE2が海馬で産生されること、また、その受容体であるEP14のうち、特にEP2、3、4受容体の発現は有意に増加することを見出している。そこで、顕著な発現増加が認められたEP3受容体の役割を、EP3受容体欠損型マウスを用いて解析した。カイニン酸投与2時間の痙攣行動は、野生型に比べ欠損型で有意に軽度だった。また、4時間後の海馬歯状回でのc-fosの発現もEP3欠損型で軽度であった。さらに、痙攣誘発1日後の海馬CA3野の神経細胞の核凝縮と、3日後の脱落も、野生型に比べEP3欠損型で有意に軽度であった。また、この時のグリア細胞の活性化をIba-1、GFAPの発現にて検討したところ、EP3欠損型ではミクログリア、アストロサイトの活性化が有意に軽度であった。PGE2の産生と合成に関わる酵素の発現も検討したところ、EP3欠損型では野生型に比べCOX-2とmPGES-1の発現誘導が弱く、海馬PGE2産生量も低値であった。

以上より、痙攣後に海馬にてEP3受容体が発現増加し痙攣行動を悪化させること、さらにEP3受容体はポジティブフィードバック的にPGE2シグナルを増強し、痙攣後のグリア細胞の活性化と海馬神経細胞死に寄与することが示唆された。従って、EP3受容体の役割がさらに明らかになれば、側頭葉癲癇治療の新たなターゲットになるものと期待される。カイニン酸投与癲癇モデルにおいて、海馬でのPGE2の産生増加とEP3受容体の発現増加が認められたため、海馬における神経興奮と痙攣、さらには神経細胞死に、EP3受容体が関与する可能性が強く示唆された。実際に、EP3欠損型マウスでは、野生型マウスに比べ、痙攣が軽度であっただけでなく、痙攣後の海馬での神経細胞死も軽度であった。海馬でのPGE2の産生増加とEP3受容体の発現増加がEP3欠損型マウスで軽度であったことから、EP3受容体はPGE2シグナルにポジティブフィードバック的に作用し、炎症反応を増幅すると考えられた。行動実験においても、野生型でみられる不安異常が、EP3欠損型では見られないという興味深い結果が得られた。海馬での神経細胞死がEP3欠損型では軽度であることから、昨年度の記憶学習試験では遺伝子型間の有意な差異は検出できなかったが、記憶学習にもEP3受容体が寄与する可能性が考えられた。また、神経細胞死の機序を明らかにするため、グリア細胞の活性化について検討したところ、痙攣後のミクログリアとアストロサイトの異常活性化は、欠損型で有意に低値であった。海馬神経細胞の初代培養系でのカイニン酸による神経細胞死については、EP3受容体のアンタゴニストで有意な効果が認められなかったことから、グリア細胞を介した神経細胞死の促進が生じる可能性が示唆された。現在、グリア細胞活性化による神経細胞死誘発機序の検討を始めている。本研究では、カイニン酸(KA)誘発癲癇モデルにて、PGE2及びEP3受容体の痙攣と神経機能障害における役割について明らかにすることを目的とした。KA投与後、PEG2合成に関わる誘導型酵素であるCOX-2とmPGES-1の発現が増加し、PGE2が海馬で産生されること、また、その受容体であるEP14のうち、特にEP2、3、4受容体の発現は有意に増加することを見出した。培養海馬切片のKA暴露によるCA3野神経細胞死は、EP1-4アゴニストのうち、EP3アゴニストのみが悪化させ、EPアンタゴニストのうちEP1とEP3アンタゴニストが抑制した。そこでEP3受容体欠損型マウスを用いて解析した。KA投与2時間の痙攣行動は、野生型に比べEP3欠損型で有意に軽度だった。また、4時間後の海馬歯状回でのc-fosの発現もEP3欠損型で軽度であった。さらに、痙攣誘発1日後の海馬CA3野の神経細胞の核凝縮と、3日後のcaspase-3の活性化と神経細胞脱落も、野生型に比べEP3欠損型で有意に軽度であった。KA投与4日後、野生型でみられた不安異常が、EP3欠損型では見られなかった。また、EP3欠損型ではミクログリア、アストロサイトの活性化、さらに、iNOSやTNFαの発現増加も欠損型で有意に軽度だった。EP3欠損型では野生型に比べCOX-2とmPGES-1の発現誘導が低く、海馬PGE2産生量も低値であった。以上より、痙攣後に海馬にてEP3受容体が発現増加し痙攣行動を悪化させること、さらにEP3受容体はポジティブフィードバック的にPGE2シグナルを増強し、痙攣後のグリア細胞の活性化と炎症反応、海馬神経細胞アポトーシスに寄与すること、さらにこれが不安異常にも寄与する可能性があることが示唆された。従って、EP3受容体は、側頭葉癲癇治療の新たなターゲットになるものと期待される。
交感神経α2受容体作動薬の抗痙攣作用について-その機序の解明と臨床応用

基礎研究として、マイクロダイアリシス法で脳内の神経伝達物質の濃度の経時測定を試みた。まずセボフルレンによる全身麻酔下でラットの頸動静脈に対してカテーテルを挿入、さらにマイクロダイアライシス用プローブを留置した後に覚醒させた。これらの処置の3日後にマイクロダイアラリシス法で脳内の神経伝達物質の濃度の経時測定を試みた。次にリドカインの持続投与を行い、痙攣発生までの投与量、痙攣発生時の局所麻酔薬の血中濃度を高速液体クロマトグラフで測定した。また、血漿を限外濾過膜で処理することにより、蛋白非結合分画の濃度も測定した。本研究では、痙攣発生時の血漿中の総リドカイン濃度および蛋白非結合分画の濃度はほぼ一定であることが明らかになったが、分析条件の設定が困難で定量性に問題があり、脳内のドパミン・ノルアドレナリン濃度の定量法の確立には至らなかった。臨床研究としては、難治性癲癇に対して皮質脳波測定および海馬切除を予定された症例を対象とし、皮質脳波の測定を試みた。研究に際しては大阪市立大学大学院医学研究科倫理委員会の了承を得、実施に際しては全ての患者から書面で了解を得た。セボフルレン単独で麻酔を行い、呼気終末セボフルレン濃度が一定に達した後に皮質脳波を記録し、棘波の出現を確認した後に交感神経α2受容体作動薬であるデクスメデトミディンを投与した。デクスメデトミジンにより血圧は変化しなかったが、心拍数は有意に低下した。また、皮質脳波における痙攣(スパイク)波の数は、デクスメデトミジンによって変化しないことが明らかになった。本年度は下記の臨床研究を実施した。実施に当たっては大阪市立大学大学院医学研究科(以下、本学)倫理委員会および患者、家族からの書面による了承を得た。難治性てんかんに対して皮質脳波測定および海馬切除を予定された症例を対象とした。セボフルラン単独で麻酔を行い、呼気終末セボフルラン濃度が一定(2.5%)に達して15分以上経過した後に皮質脳波を記録し、棘波の出現を確認した後にデクスメデトミディンの持続投与を開始した。投与はシリンジポンプを用いてtarget controlled infusionを行い、臨床使用濃度の範囲である0.5、1.0、1.5ng/mlで平均血圧、心拍数及び脳波の変化を検討した。各々の濃度での投与開始15分後に採血し、デクスメデトミディンの血中濃度を高速液体クロマトグラフ-質量分析装置(liquid chromatography-mass spectrometory、以下LC-MS)で検討した。その結果デクスデメトミジン0.5ng/mlでは平均血圧、心拍数とも投与前とは有意差は無く、1.5ng/mlでは平均血圧は有意に上昇し、心拍数は有意に低下することが判明した。脳波に対しては、セボフルランの影響で既に徐波が主体であるため更なる周波数の低下などは認められなかった。また、単位時間当たりの棘波の出現頻度は、今回用いたデクスデメトミジンの血中濃度範囲では有意な変化は認められなかった。以上の結果から、難治性てんかん症例にもデクスデメトミジンは鎮静薬として安全に用いることができる可能性があると考えられた。
地理学的知において視覚情報が果たす役割についての基礎的研究

内外の主要な地理学の学術誌を取り上げ、1950年以後にそれら学術誌に掲載されたすべての論文について、論文中の視覚情報の量を測定し、そこで得られたデータをもとに、地理学のなかで視覚情報がどのように位置づけられてきたかを分析する。対象の学術誌は、日本の地理学評論、アメリカ合衆国のAnnals of the Association of American Geographers、イギリスのTransactions, Institute of British Geographersの3誌である。1)20世紀後半50年間を通じての視覚情報の量は、100頁あたり50個、面積25頁分であった(地図7頁、表5頁、写真・絵画・絵図6頁、それ以外の図7頁)。全頁の実に4分の1が視覚情報によって占められていた。2)経年的には、視覚情報は、1950年代には少なく、60年代に急激に増加し20世紀後半の中で最多となった。その後、70年代から90年代へと少しずつ減少した。3)種類別には、表は50年間を通じて比較的一定、地図及び写真・絵画・絵図は全体と同じパターンを示し、それ以外の図は、逆に増加の傾向にあった。1)1965年から2004年までの40年間の視覚情報の量は、100頁あたり、(1)地図10個、面積7頁分、(2)図(地図を除く)13個、面積7頁分、(3)写真・絵画・絵図3個、面積2頁分、(4)表15個、面積6頁分、(5)総計42個、面積23頁分であった。Annals of the Association of American Geographersにおける割合とほぽ同じであり、全頁の約4分の1が視覚情報によって占められていた。2)経年的には、視覚情報は、60年代以降徐々に減少し、特に1990年代後半には急激に減少した。3)種類別には、地図は2)と同様の傾向、表は70年代と80年代で多く、90年代に減少、写臭・絵画・絵図は1980年代に多く、地図以外の図は比較的一定の割合であった。・地理学評論についての集計結果省略内外の主要な地理学の学術誌を取り上げ、1950年以後にそれら学術誌に掲載されたすべての論文について、論文中の視覚情報の量を測定し、そこで得られたデータをもとに、地理学のなかで視覚情報がどのように位置づけられてきたかを分析する。・地理学評論についての集計結果省略内外の主要な地理学の学術誌を取り上げ、1950年以後にそれら学術誌に掲載されたすべての論文(展望論文を除く)について、論文中の視覚情報の量を測定し、そこで得られたデータをもとに、地理学思想史において視覚情報がどのように位置づけられてきたかを分析することが本年度の目的であった。Annals of the Association of American Geographersについての集計結果は、次のとおりである。1)20世紀後半50年間を通じての視覚情報の量は、100ページあたり、(1)地図10個、面積7ページ分、(2)図(地図を除く)15個、面積7ページ分、(3)写真・絵画・絵図12個、面積6ページ分、(4)表13個、面積5ページ分、(5)総計50個、面積25ページ分、であった。全ページの実に4分の1が視覚情報によって占められていること、地図のみならず、地図以外の図も多く占めていることがわかった。その後、70年代、80年代、90年代と少しずつ減少した。

3)種類別には、表は経年的には比較的一定、地図と写真・絵画・絵図は2)と同様の傾向、地図以外の図は、2)と逆に、50年間を通じて増加の傾向にあった。本年度の作業により、3誌とも1950年代から2004年までのデータの入力作業がほぼ完了した(Transactions, Institute of British Geographersについては、1965年以降)。ところが、地理学評論については、入力したデータに信頼性に欠ける部分が発覚したため現在、すべてについて再計測を行っているところである。1)1965年から2004年までの40年間の視覚情報の量は、100ページあたり、(1)地図10個、面積7ページ分、(2)図(地図を除く)13個、面積7ページ分、(3)写真・絵画・絵図3個、面積2ページ分、(4)表15個、面積6ページ分、(5)総計42個、面積23ページ分であった。Annals of the Association of American Geographersにおける割合とほぼ同じであり、全ページの約4分の1が視覚情報によって占められていた。2)経年的には、視覚情報は、60年代以降徐々に減少し、特に1990年代後半には急激に減少した。3)種類別には、地図は2)と同様の傾向、表は70年代と80年代で多く、90年代に減少、写真・絵画・絵図は1980年代に多く、地図以外の図は比較的一定の割合であった。
ATP感受性Kチャネルを構成する分子の心筋細胞内分布と虚血によるリモデリング

ATP感受性Kチャネル(K_<ATP>)はイオン孔を形成するKir6.xと制御サブニットであるスルフォニル尿素受容体(SURx)から構成され、心臓にはKir6.1、Kir6.2、SUR2A、SUR2Bが発現していることが知られている。これらの分子のうちKir6.1の発現のみが虚血再灌流によって上昇するが、その結果ATP感受性Kチャネルの性質がどのように変化するか、全く不明である。そこでKir6.1とKir6.2をタンデムにつないだ融合蛋白質(TDM)のcDNAを作成し、SUR2Aと共にCOS7細胞に発現させ、Kir6.1とKir6.2がheteromerictetramerを形成した場合のK_<ATP>の性質を電気生理学的に検討した。Kir6.1およびKir6.2はともに細胞内ATPによってチャネル活性が抑制されるが、そのATP感受性はまったく異なる。また両者は異なる単一チャネル電導度を有している。TDMの単一チャネル電導度はKir6.1とKir6.2の中間の値を示し、Kir6.1とKir6.2は一つのチャネルとして機能することが判明した。ATP感受性に関しては、Mg非存在下ではKir6.2とTDMとで有為な差は認められなかった。しかしMg存在下ではTDMのATP感受性は有意に低く、Kir6.2単独よりもTDMは強い心筋保護作用を発揮すると考えられた。心臓にはスルフオニルウレア受容体のうちSUR2A.SUR2Bと、内向き整流KチャネルのKIR6.1、KIR6.2が発現し、AIP感受性Kチャネル(K@@S2ATP@@E2)を構成すると考えられている。われわれは虚血再潅流後にこれらの分子のうち・KIR6.1の発現量が選択的に上昇することを発見した。Kir6.1の発現部位としては、(1)血管平滑筋の形質膜、(2)ミトコンドリア内膜、(3)心筋細胞の形質膜が考えられている。本研究ではこのうちKir6.1がKir6.2、SUR2Aとともに形質膜上でhetero-multimerを形成した場合のK@@S2ATP@@E2チャネルの機能変化を発現系を用いて検討した。まず、Kir6.1とKir6.2をタンデムに連結した融合蛋白(tandem)のcDNAを作製した。tandem/SUR2Aは、Kir6.1/SUR2AとKir6.2/SUR2Aの中間の単一チャネルコンダクタンスを示し、Kir6.1とKir6.2はheteromultimerを形成しうることが判明した。同様にtandemはKir6.1とKir6.2の中間的なATP感受性を有する可能性が予想された。しかしMg非存在下ではKir6.2/SUR2Aとtandem/SUR2AのあいだにATP感受性の有為な差は認められなかった。Mg存在下では、tandem/SUR2AのAIP感受性は有意に低く、より強い心筋保護作用を発揮すると考えられた。しかしながら、虚血再潅流後の心筋細胞に上記のような性質を有する新たなK@@S2ATP@@E2チャネノレが発現しているか否かは未だに不明である。またKir6.1の発現上昇はミトコンドリアの機能変化によるものである可能性も否定できないし、血管新生を反映するものかも知れない。平成11年度は、これらの点に関してさらに検討を加えていく。ATP感受性Kチャネル(K_<ATP> )はイオン孔を形成するKir6.xと制御サブユニットであるスルフォニル尿素受容体(SURx)から構成され、心臓にはKir6.1、Kir6.2、SUR2A、SUR2Bが発現していることが知られている。そこでKir6.1とKir6.2を夕ンデムにつないだ融合蛋白質(TDM)のcDNAを作成し、SUR2Aと共にCOS7細胞に発現させ、Kir6.1とKir6.2がheteromerictetramerを形成した場合のK_<ATP>の性質を電気生理学的に検討した。

Kir6.1およびKir6.2はともに細胞内ATPによってチャネル活性が抑制されるが、そのATP感受性はまったく異なる。また両者は異なる単一チャネル電導度を有している。TDMの単一チャネル電導度はKir6.1とKir6.2の中間の値を示し、Kir6.1とKir6.2は一つのチャネルとして機能することが判明した。ATP感受性に関しては、Mg非存在下ではKir6.2とTDMとで有為な差は認められなかった。しかしMg存在下ではTDMのATP感受性は有意に低く、Kir6.2単独よりもTDMは強い心筋保護作用を発揮すると考えられた。
腎障害自然発症モデルの開発とその特性に関する研究

ネフローゼの自然発症モデル動物の系統を確立する目的で世界各国より集めた代表的ラットの近交系30系統について蛋白尿を精査し、OM系が比較的早期よりより強い蛋白尿を示すことから選択交配を開始し第2年度にひきつづき選択的兄妹交配を継続し、ついに幼年期より強い蛋白尿を示し生後6ケ月以内に強い腎障害を自然発症する系統を分離した。すなわち、生後4-5週より蛋白尿は雄(33.2±13.6mg/day)雌(22.0±13.1),21-22週で雄(197.3±55.6mg)雌(93.2±28.3)と加齢と共に直接的に増加した。腎は両側黄白色調で腫大し、病理組織学的にはメサンギウム基質の軽度増生,糸球体係蹄のホウマン襄への癒着が散見され、加齢と共に近位尿細管の拡張を伴い蛋白円柱が管腔内に多く認められた。電顕的には、加齢と共に上皮細胞足突起の融合が見られ糸球体基底膜も肥厚していた。これらのOM系はヒトの微小変化群と病理学的に類似しているため、第2年度に引き続きステロイド療法(プレトニゾロン3mg/kg経口的に連続投与)を実施したが必ずしも臨床像もまた病理像も改善せず、ステロイド治療に反応し難い難活性ネフローゼであることが確かめられた。OM系は血圧は最高でも160mmHgで本年度はさらに腎障害に対する血圧の影響を観察するため、脳卒中易発症自然発症高血圧ラット(SHRSP)との交配を開始した。F1はほぼ中間の血圧を示しF2分離世代では生後10週で正常血圧130mmHgから200mmHgに分離し、蛋白尿も軽度の個体からOM同様の強い個体もみられた。これらの中より比較的血圧が高く腎障害の強い個体間の交配を実施し、高血圧、腎障害合併モデルの作成につとめているが、これらの個体は産仔数が低下し病理学的な検索が困難となっている。以上、OM系の中よりヒトの難活性ネフローゼに近いモデルを確立したが病理学的には微小変化群に相当し、今後その病因の解明と共に有効なネフローゼの開発にきわめて有用と考えられる。大量の蛋白尿を来すOM/N系の選択交配によって得られた腎障害自然発症ラットSpontaneous nephroticrats(SNR)は、初年度における腎の病理組織学的研究により、原発性ネフローゼ症候群、ことに微小変化群の自然発症モデルとなりうることを明らかにした。今年度は本モデルの臨床研究上の意義を明らかにする目的で副腎皮質ステロイド剤の投与効果について検討した。〔方法〕35週令の雌性SNRにプレドニゾロン3mg/kgを経口ゾンデを用いて連日4週間にわたって投与した。採尿は24時間尿を毎週一回、採血はプレドニゾロン投与前と投与終了後に行った。蛋白尿はLowry法、血清アルブミンはBCG法、総コレステロールは酵素法、血清クレアチニンはJaffe法で測定した。〔結果〕35週令のSNRは1日平均285mgの大量蛋白尿を呈したが、プレドニゾロンの4週間の経口投与により尿蛋白量は3型のパターンを示した。即ち、徐々に増加していくもの、明らかに減少し再び増加するもの、ほぼ一定値を保つもので血清アルブミンと総コレステロールは減少し血清クレアチニンは増加した。

〔考察〕30週令以上の加令したSNRではプレドニゾロンの経口投与による蛋白尿の減少は一過性であり、増加した血清クレアチニンの改善はみられなかった。すなわち、血清クレアチニンが高値となるような腎障害を有する加令したSNRでは副腎皮質ホルモンの効果はない。ヒトの微小変化群でも成人例では小児例に比べて副腎皮質ホルモンの治療効果が低下することから、更に10週令以下のSNRでも同様の治療を行ない、腎の組織学的研究を行った結果、必ずしも有効ではなかった。このことからSNRは病理組織学的には微小変化群に相当するが、ステロイド治療に反応しない難治療ネフローゼであり、ネフローゼの成因、治療の研究に極めて有用なモデルであることが明らかになった。
骨髄細胞から肝前駆細胞/肝細胞への分化誘導法の開発と肝細胞移植療法の確立

肝不全患者の再生医療としての肝細胞/肝幹細胞移植療法の開発が望まれている。今回私どもは、in vitroの実験系で骨髄細胞から肝細胞系細胞への分化誘導法について検討した。(方法)(1)6-10週のマウス大腿骨から骨髄細胞を採取した。分化誘導因子としてHGF, EGF, HB-EGF, bFGF, FGF-4,BMP-4,OSMをそれぞれ20ng/ml添加し6日間3次元コラーゲン培養した。培養した骨髄細胞からRNA精製した後、RT-PCR法にてalbumin、CK-18、CK-19、α1-AT、G6Pase、TAT、HNF1α、HNF3α、HNF3β、HNF4α、GATA4、GATA6の遺伝子発現を検討した。(2)また、免疫染色にてalbuminならびにCK18蛋白の発現についても検討した。(結果)1)HGF, EGF, HB-EGF, bFGF, FGF-4,BMP-4,OSMの添加にてalbuminの遺伝子発現を認めた。この誘導に関しては、特にbFGFとHGFにおいて強い誘導がみられた。また、bFGFの添加により肝細胞に発現しているマーカー遺伝子やHNFsやGATA familyなどの転写因子の誘導も確認できた。2)albuminならびにCK18は、免疫染色により蛋白発現も確認できた。これらの結果より、骨髄細胞肝細胞系細胞への分化誘導にFGFやHGFシグナルが重要な働きを担っている可能性が考えられた。(結論)今回、3次元培養系において骨髄細胞から肝細胞系細胞への分化誘導が確認できた。肝細胞系細胞への分化誘導には、bFGF, HGFなどのサイトカインの働きが重要であると考えられた。これらの結果か現在、bFGFやHGFで刺激し肝細胞系細胞へ分化誘導した骨髄細胞の肝臓への移植実験を進めている。再生医療としての肝前駆細胞/肝細胞移植療法を確立するためには、in vitroにおける肝細胞系細胞への分化誘導法を確立することが重要と考えられる。本年度、私どもは、これら肝幹細胞/肝前駆細胞の分化におよぼす肝増殖因子の影響を胎生期肝芽細胞と骨髄細胞を用いて検討した。(方法)1.胎生期肝芽細胞について:胎生期13.5、14.5日目のマウス肝臓より肝芽細胞を分離した。各種増殖因子(HGF, HB-EGF, EGF, TGF-a, bFGF)を添加し6日間コラーゲンゲルにて3次元培養し、肝細胞分化マーカー遺伝子の発現(Alb, HNF-4, a1-AT, AFP)を検討した。2.骨髄細胞について:成熟マウス大腿骨より骨髄細胞を採取し、各種増殖因子(HGF, HB-EGF, EGF, bFGF, 0SM, BMP4)を添加し、6日間コラーゲンゲルにて3次元培養した。RNAを抽出し、肝細胞の分化マーカーの遺伝子発現を検討した。また、Alb、CK18蛋白発現細胞の出現を免疫染色にて検討した。3.骨髄細胞を、hepatic stellate cell(HSC)と共培養しAlb遺伝子の発現誘導をみた。(成績)1.胎生中期の肝芽細胞において、HGF, HB-EGF, EGF, bFGFによりAlb, HNF-4,A1-ATなどの肝分化マーカーの発現誘導が認められた。その発現は、bFGFに比し、HGFやHB-EGFでより強く誘導された。

2.骨髄細胞において、HGF, HB-EGF, EGF, bFGF, BMP-4, OSM(各2Ong/ml)添加、3次元培養にてAlb遺伝子発現誘導が認められ、特にHGF, bFGFの添加で強い発現誘導を認めた。免疫染色でもAlb, CK18蛋白発現細胞が確認できた。3.骨髄細胞は、HSCと共培養することでAlb遺伝子発現誘導を認めた。(考察)胎生中期肝芽細胞では、胎生初期の分化への関与が知られているbFGFに比し、HGFやHB-EGFのより強い肝細胞系分化への関与が考えられた。骨髄細胞の肝細胞系細胞への分化には、bFGFやHGFの関与が考えられた。また、骨髄からの幹細胞が、肝臓内で肝細胞へ分化する際にHSCが関与している可能性が考えられた。(結語)胎生期肝芽細胞や骨髄細胞の肝細胞系細胞への分化に増殖因子が関与していることが示唆された。肝不全患者の再生医療としての肝細胞/肝幹細胞移植療法の開発が望まれている。今回私どもは、in vitro実験系で骨髄細胞から肝細胞系細胞への分化誘導法について検討した。(方法)(1)6-10週のマウス大腿骨から骨髄細胞を採取した。分化誘導因子としてHGF, EGF, HB-EGF, bFGF, FGF-4,BMP-4,OSMをそれぞれ20ng/ml添加し6日間3次元コラーゲン培養した。培養した骨髄細胞からRNA精製した後、RT-PCR法にてalbumin、CK-18、CK-19、α1-AT、G6Pase、TAT、HNF1α、HNF3α、HNF3β、HNF4α、GATA4、GATA6の遺伝子発現を検討した。(2)また、免疫染色にてalbuminならびにCK18蛋白の発現についても検討した。(結果)1)HGF, EGF, HB-EGF, bFGF, FGF-4, BMP-4, OSMの添加にてalbuminの遺伝子発現を認めた。この誘導に関しては、特にbFGFとHGFにおいて強い誘導がみられた。また、bFGFの添加により肝細胞に発現しているマーカー遺伝子やHNFsやGATA familyなどの転写因子の誘導も確認できた。2)albuminならびにCK18は、免疫染色により蛋白発現も確認できた。これらの結果より、骨髄細胞肝細胞系細胞への分化誘導にFGFやHGFシグナルが重要な働きを担っている可能性が考えられた。(結論)今回、3次元培養系において骨髄細胞から肝細胞系細胞への分化誘導が確認できた。肝細胞系細胞への分化誘導には、bFGF, HGFなどのサイトカインの働きが重要であると考えられた。これらの結果か現在、bFGFやHGFで刺激し肝細胞系細胞へ分化誘導した骨髄細胞の肝臓への移植実験を進めている。
新規膜タンパク群による活動依存的シグナル伝達の解明

(1)VSOP1について基本構造(ストイキオメトリー)を明らかにする目的でwestern blotによる解析を行った。Heat感受性のダイマーのバンドが見られ,クロスリンカーで明確なdimerの位置にバンドが見られた。共同研究者Peter Larssonと蛍光ラベルによる計測を行ったところ,FRET現象が確認され,オリゴマーであること,とくにdimerである可能性が高いことが明らかになった(PNASにin press)。VSPについては酵素との共役とゲート電流特性を明らかにし(J.Physiol.2007;J.Biol.Chem.In press),基質特異性を明らかにした(PNASにrevise中)。(2)それぞれの電位センサー蛋白の機能を調節する因子を同定する目的で,想定される分子との共発現による免疫沈降実験,two hybridスクリーニングを行った。現時点では機能的に結合する分子は同定されていないが,条件を変えて検討中である。(3)崎村教授らによる支援班を通じ,VSOP1のコンディショナルB6ノックアウトマウスの作成が進み,既にES細胞が樹立されたVSOP1についてはキメラマウスを作成中である。(4)免疫組織学的解析により,成体マウス脳においてミクログリアにおけるVSOP1の発現を確認した。胎児時のミクログリアには,発現が確認されないことから,発生時期依存的な発現を起こす可能性が示唆された。(5)VSPの電位センサー領域を用いて蛍光タンパクとの融合分子を作製し,膜電位レポーターとして開発する実験を理研の宮脇グループと共同で進め,変化率の著明に高いプローブを得て,現在分子特性とイメージングへの適用について実験を進めている(投稿中)電位依存性ホスファターゼの膜貫通領域と相同性のある分子として、アミノ酸配列データベースの検索により、電位センサー領域のみからなりポアドメインを持たない新たな膜タンパクVSOP1(=voltage sensor only protein1)を同定しVSOPがこれまでミクログリア細胞などで活性酸素産生に関わる電位依存性プロトンチャネルの分子実体であることを明らかにした。今年度はVSOPの分子機能と生理機能について以下の解析を行った。(1)VSOP1の分子特性の解析VSOP1は通常の電位依存性チャネルに見られるS4領域に類似した配列をもつ。通常の電位依存性チャネルと同じようなメカニズムで膜電位感知を行っているかを明らかにするため点変異を導入し、電位依存的ゲーティングに与える影響を調べた。S4領域のアルギニンを他のアミノ酸に変化させると電位依存性がシフトしたが、陽電荷をキャンセルまたは陰電荷に変更した場合のシフトは、より開きやすい方向でありまた同じ陽電荷をもつアミノ酸であるリジンに変更しても大きな電位依存性のシフトが見られた。(2)VSOP1の神経系での役割の解析VSOP1の神経系での役割を明らかにするため、細胞内ドメインをGST融合タンパクとして精製しウサギに免疫してポリクローナル抗体を得た。従来の電気生理学的解析で発現することが知られていたミクログリアでの発現に着目して解析した。静止時のミクログリアには免疫染色でもin situ hybridization法でも発現が認められなかったが、脳の損傷を冷却金属ボルトの圧着により誘導した場合に活性化したミクログリア/マクロファージにおいてはVSOP1の明確な発現が確認された。(3)VSOP1ノックアウトマウスの作成と解析Gene trap法によりVSOP1遺伝子領域に挿入のあるES細胞を用いてキメラマウスを作成した。(5)VSPの電位センサー領域を用いて蛍光タンパクとの融合分子を作製し,膜電位レポーターとして開発する実験を理研の宮脇グループと共同で進め,変化率の著明に高いプローブを得て,現在分子特性とイメージングへの適用について実験を進めている(投稿中)
セレン‐カルサイト共沈反応の分子レベル解明に基づく古環境復元と放射性核種移行解析

本年度は、カルサイトへのセレンの吸着機構を明らかにするための室内実験を以下のとおり実施した。1.カルサイトへのセレンの吸着実験を実験室レベルで行い、SPring-8(兵庫県)において、吸着したセレンの化学状態をXAFS測定から決定した。その結果、(i)4価である亜セレン酸が6価であるセレン酸よりも強く吸着すること、及び(ii)吸着反応に伴い、セレン酸は一部亜セレン酸に還元されることを明らかにした。2.量子化学計算による吸着過程のシミュレーションを行い、1で実験的に観測された価数依存性の化学的要因を明らかにした。本研究によって明らかにされた、水一カルサイト間のセレンの分配挙動に見られる特徴的な価数依存性は、酸化還元環境の変動が激しい地下水環境におけるセレンの移行を理解する上で重要な知見となり得る。さらに、ヒ素やセレンという汚染元素に対し、天然の固定相としてカルサイトがどの程度重要であるかを調べるため、天然試料の分析を行った。今年度は、特に地下水汚染が深刻なヒ素を対象として、以下のとおり分析を実施した。3、幌延深地層研究センターで掘削された深度500mの堆積物中に沈殿したカルサイトを分析対象とした,様々な鉱物が共存する試料から確実にカルサイトを分析するため、X線マイクロビームを用いた分析を行った。その結果、地下水中のヒ素は3価の亜ヒ酸であるにも関わらず、カルサイト中のヒ素は5価のヒ酸であった。他の共存鉱物の分析も同様に行ったが、水溶性の高い亜ヒ酸を水溶性の低いヒ酸として固定化できる鉱物はカルサイトだけであった。さらに、カルサイトは地球表層の幅広い環境において安定な鉱物である。これらを考慮すると、地下水環境においてカルサイトはヒ素の重要な固定相であり、さらに、ヒ素をその後溶出するリスクも少ない効果的な固定相として機能する事が予測される.本年度は、カルサイトへと取り込まれるセレン及びヒ素の価数別分配挙動を実験室及び分子レベルで解明すること、そして、その天然環境での挙動を明らかにすることを目的として、以下の通り研究を実施した。1、カルサイトへのセレンの価数別共沈実験を行った。カルサイトに取り込まれたセレンのXAFS分析を行った結果、4価のセレンの方が6価のセレンよりも150倍以上カルサイトへ分配しやすいことが分かった。価数によって分配挙動が異なることは、特に、酸化還元環境の変動が激しい地下環境におけるセレンの移行挙動を理解する上で重要である。2、セレン及びヒ素がカルサイトへと分配する際に示す価数別の分配挙動(セレンは4価、ヒ素は5価が取り込まれやすい)を決める要因を原子レベルで探るため、量子化学計算による分子シミュレーションを行った。その結果、カルシウムイオンとより強い親和性をもつ化学種がカルサイトへと取り込まれやすいことが分かった。これを応用すれば今後、他の様々な微量元素がカルサイトへ取り込まれる際の分配挙動を、その物理化学的性質に基づいて系統的に理解する事や予測する事が可能となる。3、地下の非常に還元的な環境で沈殿したカルサイト中のヒ素の化学状態分析を行った。幌延深地層研究センターで掘削された深度500mの堆積物中に沈殿したカルサイトを分析試料とした。様々な鉱物が共存する試料から確実にカルサイトを分析するため、X線マイクロビームを用いた分析を行った。その結果、非常に還元的な環境で沈殿したカルサイトであるにも関わらず、酸化的環境で安定な5価のヒ素が検出された。このように液相側のヒ素の価数は固体側に保存されておらず、カルサイト中のヒ素を古酸化還元環境の指標として利用する事は難しいと考えられる。しかしながら、カルサイトが地下の還元的環境でもヒ素のホスト相として機能しているという事実は、環境化学的に非常に重要な結果である。

他の共存鉱物の分析も同様に行ったが、水溶性の高い亜ヒ酸を水溶性の低いヒ酸として固定化できる鉱物はカルサイトだけであった。さらに、カルサイトは地球表層の幅広い環境において安定な鉱物である。これらを考慮すると、地下水環境においてカルサイトはヒ素の重要な固定相であり、さらに、ヒ素をその後溶出するリスクも少ない効果的な固定相として機能する事が予測される.実験及び分析の進行状況は予定通りであり、また当初の予定に加え、実験から得られた結果の量子化学的検討も新たに行っているため、順調である。しかしながら、論文の執筆が十分に進んでいないため、研究全体としての進行度はやや遅れている。論文執筆のためのデータは概ね揃っているため、今後は論文執筆を研究の最優先事項とする。また、古環境復元を目的として石灰岩のヒ素及びセレンの化学状態分析を当初予定していたが、ヒ素を古環境の指標として利用することが難しいことが明らかになったため、代わりに、放射性核種^<79>Seの高レベル放射性廃棄物から生物圏への移行挙動解析を目的とした天然試料の分析を行う。試料は幌延深地層研究センターで掘削されたカルサイトである。セレンだけでなく、ヒ素の化学状態分析も進めることにより、酸化還元環境の変動が激しい地下におけるヒ素及びセレンとカルサイトの相互作用についてそれぞれの化学状態に基づいて研究する計画である。