hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
圧力波フォーカシングを利用した高純度シリコンクラスタービーム生成技術の高度化

平成30年度はアルミクラスターの生成を中心に実験を行い,クラスター源下流で得られるクラスタービームのフラックスについて,動作パラメータ(ヘリウムガス圧やアブレーションレーザー強度)やクラスター源の構造(滞留室の大きさやノズル形状)に対する依存性を詳細に調べた.実験に先立ち,飛行時間質量分析装置について偏向電場の最適化とイオン化レーザーの更新(ArFレーザー)を行い,構成原子数が200程度までのアルミクラスターのサイズ分布を正確かつ高感度で測定できるように改良した.また,ヘリウムガスの供給にパルス電磁バルブを用いることで,最大で3MPaの背景ガス圧のもとでアブレーション蒸気の冷却を行えるようにした.アルミクラスターは背景ガス圧が1MPa以上になると効率的に生成され,圧力の増加とともにより大きなクラスターが生成される傾向があった.一方,ヘリウム圧力が大きすぎると背圧の上昇によりヘリウムジェットの指向性が落ち,クラスタービームのパルス幅が増加することが分かった.クラスター生成量のアブレーションレーザー強度に対する依存性はアルミ標的表面の初期状態に影響されるため,クラスター生成量を最大にする最適なレーザー強度を決定することはできなかった.イオン化用レーザーについては,クラスターのサイズ分布が光解離効果により照射強度に応じて変化する様子が観測された.この結果から,求められるクラスターサイズに応じて,イオン化レーザーの強度を最適化することが重要であることがわかった.ノズルで形成されるヘリウムジェットの指向性によりクラスターの輸送効率が左右される考えられることから,コニカルノズルの開口角を変えた比較実験を行なったが,クラスターフラックス量の変化に一貫した傾向が見られなかった.これは,供給ガス圧の増加に伴う背圧の上昇により流れ場が動作条件とともに複雑に変化することが原因と考えられる.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度は当初の計画通り,レーザーアブレーションプルームの挙動解析のための高速イメージング実験と飛行時間質量分析(TOF-MS)装置の開発及び動作試験を中心に行った。高速イメージング実験においては,背景ヘリウムガス中を進展するシリコンまたはアルミニウム蒸気プルームの様子を詳細に観測し,背景ガス圧およびキャビティー形状に対するプルームの挙動変化を調べた。背景ガス圧を上げるとプルームの進展距離が抑制され,それに伴いプルーム前方に明るく発光する圧縮領域が現れることが分かった。また,プルーム周囲に楕円体形状の壁面を配置することによりプルームの挙動が変化し,壁面付近で圧縮された背景ガスによりプルームが押し戻されることを明らかにした。プルーム内部の熱力学的な状態遷移はクラスター生成過程に大きく影響することから,背景ガス圧および壁面形状の最適化が重要な課題であることを確認した。一方,TOF-MS装置については,加速電極,収束レンズ,クラスター検出器の設計・製作を行った。動作試験を行う過程において,炭化水素化物に由来すると思われる不純物の信号がバックグラウンドノイズとして発生することが判明した。そこで,オイルフリーポンプの導入やベイキングの実施,真空内構造物の材質の見直し等を行い,真空品質の大幅な改善を行った。その結果,10の-7乗Pa以下の真空度を達成し,バックグラウンドノイズの除去に成功した。また,クラスター生成部とTOF-MS装置の間に2段の作動排気系を導入することにより,クラスター生成キャビティー内のガス圧を1000 Pa程度まで上げることを可能にした。より高圧の背景ガスによりプルームの膨張を抑制しつつ冷却し,さらに検出器系への輸送効率を改善することにより,現在までにSi-11までのクラスターの検出に成功した。シリコン蒸気プルームの挙動解析とクラスター分析装置の構築および動作試験は予定通り順調に進んでいる。一方,申請時に予定していた産総研のクラスター装置を用いた実験については,研究協力者として当実験を担当する予定であった学生の研究テーマの変更等があり実施できなかった。一方,平成29年度からの実施を予定していた時間分解分光計測については,既存のモノクロメータを用いて今年度に前倒しで行った。原子やイオンのスペクトル線の時間変化については追跡できたが,プルームからの発光量が少ないためクラスター生成と関連のある分子のスペクトル線を観測するには至っていない。プルーム内のクラスター分布の興味深い観測対象であり,レーザー誘起蛍光法や紫外レイリー散乱法等による観測についても引き続き検討を行っている。今年度は、ヘリウムガス中で生成されたシリコンのアブレーションプラズマ中で生成されるクラスターのサイズ分布について、背景のヘリウムガスの圧力と、シリコン標的上でのレーザーのスポットサイズ(但し、フルエンスは同じに保つ)に対する依存性を調べた。TOF質量分析器がイオン化レーザーの不調のため使用できなかったため、急遽、原子間力顕微鏡(AFM)を用いたクラスターの観測に切り替えた。マイカの結晶上に堆積させたシリコンクラスターをAFMで観測し、表面の凹凸の分布から、シリコンクラスターのサイズ分布を推定した。ヘリウムガスの圧力を100Pa, 200Pa, 300Paと変えた場合について比較すると、100Paのときより、200Pa, 300Paの時の方が、クラスターの平均サイズは大きくなるものの、クラスター源の出口から取り出されるクラスターの量は圧倒的に多いことが分かった。300Paになると、平均サイズの上昇とともにサイズ分布の幅が増加した。この結果は、過去のレーザープラズマ蒸着の結果と大きく矛盾はしないが、100Paの時にクラスターがほとんど得られていないことは予想外の結果である。

おそらく、クラスター生成キャビティーの出口を通ってクラスターが下流の検出部まで輸送される効率が、背景ガス圧に大きく影響されることが原因と考えられる。一方、レーザースポットサイズを変えた場合については、興味深い結果が得られた。レーザースポット径が約1mmと約3mmの時を比較すると、3mmの時の方がクラスターの平均サイズは小さく分布も狭いという結果が得られた。また、高速フレーミングカメラを使ってアブレーションプラズマの発光のプロファイルの時間変化を取得したところ、スポット径3mmの時の方がアブレーションプルームの進展速度もサイズも大きいことが分かった。今年度はイオン化用レーザーの不調によりTOF質量分析が行えないという問題が生じた。そこで、TOF計測に代わり、原子間力顕微鏡(AFM)を用いたクラスターの観測に急遽切り替えた。雲母基板上に蒸着されたシリコンクラスターの高さ分布からそのサイズ分布を様々な条件下で測定することができた。それ以外については、おおむね計画通りの進捗状況である。平成30年度はアルミクラスターの生成を中心に実験を行い,クラスター源下流で得られるクラスタービームのフラックスについて,動作パラメータ(ヘリウムガス圧やアブレーションレーザー強度)やクラスター源の構造(滞留室の大きさやノズル形状)に対する依存性を詳細に調べた.実験に先立ち,飛行時間質量分析装置について偏向電場の最適化とイオン化レーザーの更新(ArFレーザー)を行い,構成原子数が200程度までのアルミクラスターのサイズ分布を正確かつ高感度で測定できるように改良した.また,ヘリウムガスの供給にパルス電磁バルブを用いることで,最大で3MPaの背景ガス圧のもとでアブレーション蒸気の冷却を行えるようにした.アルミクラスターは背景ガス圧が1MPa以上になると効率的に生成され,圧力の増加とともにより大きなクラスターが生成される傾向があった.一方,ヘリウム圧力が大きすぎると背圧の上昇によりヘリウムジェットの指向性が落ち,クラスタービームのパルス幅が増加することが分かった.クラスター生成量のアブレーションレーザー強度に対する依存性はアルミ標的表面の初期状態に影響されるため,クラスター生成量を最大にする最適なレーザー強度を決定することはできなかった.イオン化用レーザーについては,クラスターのサイズ分布が光解離効果により照射強度に応じて変化する様子が観測された.この結果から,求められるクラスターサイズに応じて,イオン化レーザーの強度を最適化することが重要であることがわかった.ノズルで形成されるヘリウムジェットの指向性によりクラスターの輸送効率が左右される考えられることから,コニカルノズルの開口角を変えた比較実験を行なったが,クラスターフラックス量の変化に一貫した傾向が見られなかった.これは,供給ガス圧の増加に伴う背圧の上昇により流れ場が動作条件とともに複雑に変化することが原因と考えられる.平成29年度以降は,製作したクラスター生成装置とTOF-MS装置を用いて,シリコンクラスターの生成過程についての解析と質量の揃ったクラスターを生成するための動作条件について,引き続き詳細に検討する予定である。
二分グラフによる転写調節ネットワークの数理モデル化

本研究では,ncRNA分子とそれらに制御されるタンパク質との相互作用についてネットワーク分析する。全体的構造と局所的構造の分析し、特定された構造特性を再現する進化モデルを提案する。ネットワークの構造と頂点が持つ分子機能の分布の関係についての分析を行う。最適なアルゴリズムを用い,ネットワークが機能クラスに属するときの頂点の分布を特定した。この結果,ncRNA分子が転写制御機能に関係している可能性が考えられる。我々はncRNA相互作用を含む転写調節ネットワークの形成および進化のモデル構築に焦点を当てる。この種類のネットワークは、転写因子TFsをコードするオペロンとその標的遺伝子のmRNAの二種類の頂点を組み合わせた二部グラフとなっている。我々は生物学的な複雑ネットワークの中で観察される、次数分布からモチーフのような局所的相互用パターンまで、大域的、局所的な統計的特微を再現する、新しい二部グラフによる成長の数理モデルを発展させることを目的とする。21年度に、我々は転写因子-遺伝子相互作用およびncRNA-タンパク質相互作用のデータを収集し、これらのデータをもとに制御ネットワークを構築しました。特に、私たちはヒトを含む6種のモデル生物それぞれについて、ncRNAタンパク質相互作用ネットワークを構築しました。このncRNAタンパク質相互作用ネットワークは、大域的なネットワーク分析によって、次数分布について転写調節ネットワークと高い類似度があることを明らかにしました。また、これらのネットワークの局所的な相互作用構造を豊富なモチーフに基づいて特徴付けすることで、ncRNAタンパク質ネットワークと転写因子-遺伝子調節ネットワークの間のいくつかの重要な類似性を明らかにしました。さらにまた、我々はいくつかの遺伝子のメカニズムを含む、二部グラフに基づく数学的なモデルを提案することができました。我々め調査結果は、ncRNAを介する転写調節に対しての洞察を提供し、またその構造と進化のメカニズムについてめ知識を提供します。転写因子-遺伝子ネットワークが制御関係にあるように、ncRNA-タンパク質の相互作用も、それに類似した制御関係を示すかもしれないという可能性を調査しています。本研究では、転写制御ネットワークとncRNA相互作用において、構造と頂点が持つ分子機能の関係についての分析を行う。分析の対象は有機体S.cerevisiaeの転写ネットワーク、および同有機体のncRNA相互作用ネットワークとする。対象のネットワークは公開されているデータベースより作成する。転写制御ネットワークは遺伝子発現の制御を行う転写因子(TFs)と制御される標的遺伝子によって定義される転写制御のデータから作成した。ncRNA相互作用ネットワークは、ncRNAとタンパク質の機能的相互作用データを利用している。分析には2つのパラメータと最適なアルゴリズムを用い,ネットワークが2つの異なる機能クラスに属するときの頂点の分布を特定した。この結果,転写制御ネットワークとncRNA相互作用ネットワークの双方において,ネットワーク構造と機能の関係がランダムな分布とは大きく異なることが示された。このことから,ncRNA分子が転写制御機能に関係している可能性が考えられる。また、関連研究では、1,000個以上の有機体のマルチドメインタンパク質における情報解析と数理モデル化が研究された。21年度に開発した類似数理モデルを用い、マルチドメインタンパク質における内部重複ドメイン過程の役割を明らかにした。最終的に、病原体分子パターンによって誘導される遺伝子を同定するため新たな手法が開発された。
シロアリ塚が生み出すナミビア北部，モパネウッドランドの生物多様性の解明

シロアリ塚の形成過程の解明およびシロアリ塚が植物に与える影響の地域差の解明を目的とし,27年度11月から12月にかけてナミビア共和国,同年度2月から3月にかけてマラウィ共和国において現地調査を行った.所属が異動となった28年度および出産育児を行った29年度は、27年度の現地調査から得られたデータを分析し、学会発表、および論文の執筆にあたった。これらの成果は、2017年・2018年日本生態学会(3月)、2017年・2018年日本アフリカ学会(5月)にて発表した。また、本調査により得た知見から、日本土壌肥料学雑誌に総説を投稿し、出版された(山科・阿部2018)。本研究は,サバンナの生物多様性の生成・維持メカニズムを,シロアリ塚に注目して明らかにすることを目的とし,以下の3点に注目して調査・研究を行っている.1)シロアリ塚植生の形成過程を実証する2)シロアリ塚(植生)が動物の採食や営巣のhotspotとして機能しているか検証する3)多様な植生の形成に寄与するor植物の生育・定着が阻害されるといったシロアリ塚の植生への影響の方向性(ポジティブ/ネガティブ)を決める要因を明らかにする.本年度は,シロアリ塚の形成過程(目的1)の解明を目的とし,11月から12月にかけてアフリカ南部に位置するナミビア共和国において,現地調査を行った.本調査では,シロアリ塚の植物の生育適地としての機能を明らかにするため,シロアリ塚および対象区において土壌サンプルを採取し,成分分析を行った.その結果,シロアリ塚の土壌は対象区に比べて肥沃であり,植物の生育適地となっていることが明らかになった.さらに,シロアリ塚植生の機能的特性を明らかにするため,シロアリ塚上と対象区において生育する樹木の機能的特性について調査を行い,その結果を現在分析中である.また,シロアリ塚が植物に与える影響の地域差を明らかにするため(目的3),2月から3月にかけて,アフリカ東南部に位置するマラウィ共和国において現地調査を行った.本調査では,シロアリ塚と対象区において植生調査を行い,マラウィ北部に分布するシロアリ塚植生の特徴を明らかにした.また,シロアリ塚植生の機能的特性について,ナミビアにおいて行った調査と同様の調査項目を実施し,現在分析を行っている.本研究課題は,当初の計画通り概ね順調に進展している.当初の計画では,シロアリ塚が植生に与える影響の地域差に関する広域調査は平成28年度に予定していたが,調査可能期間等および27年度の南部アフリカの気候を考慮し,27年度に変更して行った.ナミビア共和国で現地調査を行った11月時点で,27年度の雨季(11月3月)は雨が少ないことが予想されたため,適度な降雨が必要となる発芽実験や動物の採食などは次年度に延期し,あまり降雨の多少に影響されない広域調査を前倒しして行った.本年度は、平成27年度に行ったナミビアおよびマラウィにおける現地調査の結果を踏まえ、土壌や植物特性についての分析を進めた。分析の結果、ナミビアにおけるシロアリ塚内外に生育する植物の機能特性が明らかになってきた。本調査地においてシロアリ塚上には、周辺サバンナと比較して、多種の木本が高密度で生育し、さらに植物の機能的特性についてもシロアリ塚上では多様性が増加する傾向がみられた。また、機能的多様性について詳細にみていくと、シロアリ塚上では、植物の散布にかかわる特性に特徴がみられた。特に、シロアリ塚上では、動物(鳥を含む)によって種子が散布される木本の特性が顕著に出現した一方で、周辺サバンナでは種子が風によって散布される植物の特性が特徴的にみられた。また、平成27年度のマラウィにおける現地調査結果の分析を行ったところ、マラウィ北部のミオンボ林においては、シロアリ塚は木本の多様性を生み出すパッチとして機能しているが、木本の生育密度はシロアリ塚と周辺のミオンボ林で差がなかった。また、マラウィにおいては、長期間の人為的攪乱による木本種の機能的特性の変化についても調査を行っており、現在、結果を分析中である。これらの結果は、2017年の日本生態学会(3月16日)において、成果発表を行い、現在、投稿論文として執筆中である。本年度は、所属の異動などにより、現地調査の機会を設けることができなかった。その点で、新たなデータの収集はできなかったが、平成27年度の現地調査結果の分析を進め、成果につながっている点で概ね順調に進展している。29年度は、5月29日から9月17日までの期間、出産のため産前・産後休暇を取得し、9月18日から2018年3月31日までは、育児のため育児休暇を取得した。そのため、現地調査を実施することができず、新たな調査データの取得は叶わなかった。しかし、休暇取得前、並びに休暇中も27年度および28年度に取得したデータの分析を進め、学会発表および、論文の執筆、投稿を行った。本研究課題の計画の中で行ったナミビアにおける現地調査のデータを分析し内容をまとめ、日本土壌肥料学雑誌に投稿し、出版した(山科・阿部2018)。また、同調査結果について、植物の機能形質に注目することで、シロアリ塚植生の形成過程における動物による種子散布の重要性を検討した論文を執筆し、現在投稿中である(2nd review in Ecosystems)。さらに、2016年3月にマラウィにおいて行った現地調査の結果をまとめ、日本アフリカ学会(2017年5月)および日本生態学会(2018年3月)において研究発表を行った。

日本アフリカ学会においては、マラウィにおいて行ったシロアリ塚と植物との関係についての調査結果を発表し、アフリカ研究者らと議論を行った。また、日本生態学会においては、同じくマラウィにおいて行った人為的攪乱の森林への影響についての調査結果を発表し、議論を行うとともに、分析方法などについて情報交換も行った。また、マラウィにおける調査結果の分析をさらに進め、2018年5月に札幌において行われる日本アフリカ学会においても発表予定である(採択決定済み)。これらマラウィにおける調査結果については、分析を進め、学会発表等を通じて議論を深めてきたため、今後は内容をまとめ順次学術論文として投稿予定である。シロアリ塚の形成過程の解明およびシロアリ塚が植物に与える影響の地域差の解明を目的とし,27年度11月から12月にかけてナミビア共和国,同年度2月から3月にかけてマラウィ共和国において現地調査を行った.所属が異動となった28年度および出産育児を行った29年度は、27年度の現地調査から得られたデータを分析し、学会発表、および論文の執筆にあたった。これらの成果は、2017年・2018年日本生態学会(3月)、2017年・2018年日本アフリカ学会(5月)にて発表した。また、本調査により得た知見から、日本土壌肥料学雑誌に総説を投稿し、出版された(山科・阿部2018)。今後は,計画に沿って調査の計画を実施していく予定である.28年度に実施予定であった目的1)および2)に関する現地調査を28年度および29年度に実施する.また,27年度にマラウィ共和国において行った調査を周辺国を含めて再度行い,地域間比較を行う.本研究課題の最終年度にあたる平成29年度は、これまでの研究計画で足りない部分の調査・研究を積極的に進める予定である。さらに、研究成果をまとめ、論文として出版すること、および学会発表も積極的に取り組んでいく。本研究課題についての計画の中で、最も不足している点は、1.調査計画の中で目的1)としたシロアリ塚植生の形成過程における種子散布および定着過程に関する調査である。これは、ナミビアにおける集中的な調査が必要となるため、今年度の雨季(12月1月)に現地調査を実施する予定である。また、2.シロアリ塚が動物にとってのHotspotとなるか(目的2)および、3.シロアリ塚植生の地域差を決定する要因(目的3)に関しては、2.についてはシロアリ塚への訪問動物の種、頻度及び行動について調査が終了しているため、周辺サバンナにおける同様の調査を追加調査として行う。これは、上記のナミビアにおける雨季の調査時期に同時に行うことが可能である。また、3.については、平成27年度と同様のマラウィを含めた広域調査が行う予定であり、本年度の23月に実施予定である。地域研究(アフリカ)、生態学
質量顕微鏡を用いた肝癌微小環境における脂質合成・代謝経路の解析

大腸癌手術摘出標本から作成したCancer tissue originated Spheroids (CTOS)を質量顕微鏡を用いて解析したところ、m/z 888.5の物質がCTOSの辺縁部に豊富に存在することが判明した。m/z 888.5の物質は、タンデム質量分析の結果からホスファチジルイノシトール(PI(18:0/20:4))であることが明らかとなった。更に、人の大腸癌組織切片を質量顕微鏡で解析したところ、やはり腫瘍の辺縁部には(PI(18:0/20:4))が豊富に存在た。腫瘍辺縁部に特定のリン脂質が存在することにより、癌周囲組織微小環境に何らかの影響を与えている可能性が示唆された。肝細胞癌手術検体から作成したCTOSは、文献で報告されている大腸癌由来のCTOSよりも維持や継代にやや困難である印象を受けたため、大腸癌由来のCTOSでの実験も並行して行った。文献(Kondo J, et al: PNAS. 2011)でこれまでに報告されている手法を踏襲し、大腸癌由来のCTOSを作成した。大腸癌由来のCTOSを質量顕微鏡で解析したところ、m/z 885.5の物質が興味ある局在を示した。m/z 885.5はその後の解析によりホスファチジルイノシトール(PI(18:0/20:4))であることが判明し、現在はCTOSの生体環境維持機構に対するPI(18:0/20:4)の影響ついて検討している。肝細胞癌手術検体から作成したCancer tissue originated Spheroids (CTOS)は、文献で報告されている大腸癌由来のCTOSよりも培養や継代が困難だった。そのため、文献(Kondo J, et al:PNAS.2011)でこれまでに報告されている手法を踏襲し、大腸癌由来のCTOSを作成し、解析を進めることとした。大腸癌由来のCTOSを質量顕微鏡で解析したところ、m/z 885.5の物質がCTOSの辺縁部に豊富に存在することが分かった。また、大腸癌細胞株を3次元培養したspheroidでは、そのような局在の変化は認めなかった。m/z 885.5の物質の物質は、その後の解析によりホスファチジルイノシトール(PI(18:0/20:4))であることが判明した。更に、ヒト大腸癌の組織切片を質量顕微鏡で解析したところ、やはり腫瘍の辺縁部にはホスファチジルイノシトール(PI(18:0/20:4))が豊富に存在することが判明した。腫瘍辺縁部に特定のリン脂質が局在することにより、癌と周囲組織の微小環境に何らかの影響を与えていることが示唆された。そのため、文献(Kondo J. et al:PNAS. 2011)でこれまでに報告されている手法を踏襲し、大腸癌由来のCTOSを作成し、解析を進めることとした。m/z 885.5の物質は、その後の解析によりホスファチジルイノシトール(PI(18:0/20:4))であることが判明した。更に、ヒトの大腸癌組織切片を質量顕微鏡で解析したところ、やはり腫瘍の辺縁部にはホスファチジルイノシトール(PI(18:0/20:4))が豊富に存在していることが判明した。腫瘍辺縁部に特定のリン脂質が存在することにより、癌と周囲組織の微小環境に何らかの影響を与えている可能性が示唆された。以上の内容をまとめ、現在論文登校中である。肝細胞癌でのCTOS作成は困難だったものの、大腸癌由来のCTOS作成は安定的に行うことが出来た。作成したCTOSを質量顕微鏡で解析することにより、腫瘍微小環境に関しているであろう特定のリン脂質を見いだすことが出来た。また、その結果はヒト大腸癌の切除標本の解析でも同様の傾向を示した。現在は結果をまとめ、論文投稿中である。肝細胞癌手術検体からCancertissue originatedSpheroids(CTOS)を作成したところ、文献で報告されている大腸癌由来のCTOSよりも培養や継代が困難だった。そのため、文献(Kondo J. et al:PNAS. 2011)でこれまでに報告されている手法を踏襲し、大腸癌手術摘出標本からCTOSを作成した。大腸癌由来のCTOSは培養中に一定の大きさまで増大することが確認され、癌組織に見られるようなHeterogeneityも認めた。安定的に培養されたCTOSを質量顕微鏡法で解析したところ、m/z 888.5の物質がCTOSの辺縁部に豊富に存在することが判明した。また、比較対象として用いた大腸癌細胞株由来のspheroidでは、そのような局在の変化は認めなかった。

更に、ヒトの大腸癌組織切片を質量顕微鏡で解析したところ、やはり腫瘍の辺縁部にはホスファチジルイノシトール(PI(18:0/20:4))が豊富に存在していることが証明された。腫瘍辺縁部に特定のリン脂質が存在することにより、癌と周囲組織の微小環境に何らかの影響を与えている可能性が示唆された。大腸癌手術摘出標本から作成したCancer tissue originated Spheroids (CTOS)を質量顕微鏡を用いて解析したところ、m/z 888.5の物質がCTOSの辺縁部に豊富に存在することが判明した。m/z 888.5の物質は、タンデム質量分析の結果からホスファチジルイノシトール(PI(18:0/20:4))であることが明らかとなった。更に、人の大腸癌組織切片を質量顕微鏡で解析したところ、やはり腫瘍の辺縁部には(PI(18:0/20:4))が豊富に存在た。腫瘍辺縁部に特定のリン脂質が存在することにより、癌周囲組織微小環境に何らかの影響を与えている可能性が示唆された。肝細胞癌でのCTOS作成は困難だったものの、大腸癌由来のCTOS作成は安定的に行うことが出来た。作成したCTOSを質量顕微鏡で解析することにより、腫瘍微小環境維持に関与しているであろう特定のリン脂質を見いだすことが出来た。また、その結果は、ヒト大腸癌の切除標本の解析でも同様の傾向を示した。平成28年度中に論文化することにより、研究成果を広く世界に発信する予定である。肝胆膵悪性腫瘍平成26年度の解析結果により、癌微小環境において特定のリン脂質が大きく関与していることが示唆された。ここまでの結果をまとめ、平成27年度中に論文化することで、研究成果を広く世界に向けて発信する予定である。平成25年度の研究計画として、質量顕微鏡法を用いて手術摘出標本由来CTOSの脂質・代謝物分布を解析すること、を挙げていた。肝癌手術検体からのCTOS作成には成功し、現在は最適な酵素処理や培養条件を検討している。技術的に確立されている大腸癌手術検体から作成したCTOSに関しては、質量顕微鏡で解析を行い、CTOSの生体環境維持機構に関与していると思われる生体分子を見出すことに成功した。CTOS内部において、特徴的な分布を示したリン脂質の局在に影響を与えると思われる、脂質合成・代謝関連の酵素発現をCTOSの免疫組織染色で確認する。CTOSに対して低酸素や抗癌剤の投与などの外的ストレスを加えた状況において、リン脂質の分布がどのように変化するのか、検討してみる。
複合組織をもつL1。型金属間化合物TiAlの強度と靭性

種々の組成のTiAlおよびCあるいはNを添加した化学量論組成のTiAlを時効析出の手法により組織制御して得られた成果は以下の通りである.1.組成によるTiAl(γ)の組織変化(1)Tiーrich TiAlの組成を0.25at%おきに変化した4752at%Alの範囲の合金の1373K溶体化組織は,ほぼγ単相組織である.973K時効組織は,低Al側合金では析出物は観察されず,高Al側で母相γ中への微細析出がみられた.侵入型の元素,CあるいはNを添加することによる析出の可能性を示唆する.(2)Alーrich TiAlの組成を2.0at%Alおきに5662at%Alの範囲とした合金の1473K溶体化組織は再結晶γ単相である.9731173K時効組織ではTiAl_2の析出が観察されたが,微細分散相とはいい難い,母相γは熱処理条件により長周期構造となる.2.CあるいはN添加による化学量論組成TiAlの組織の変化(1)CあるいはN無添加合金の1423K溶体化組織はほとんどγ単相の等軸晶であるが,CあるいはNの添加量の増加とともにγ/α_2や双晶からなる層状組織の体積率が増加する.(2)9731173K時効組織中には,母相γの[001]に平行に一方向にのみ微細針状析出相が形成される.析出相はペロブスカイト型のTi_3AlCあるいはTi_3AlNであり.母相γとペロブスカイト型析出相との方位関係は(100)_m//(100)_P,[001]_m//[001]_P(pは析出物)である.この相の析出によりわずかに時効硬化するが,過時効軟化が大きい.(3)長時間あるいは1223k以上での時効ではTi_3AlCあるいはTi_3AlNの析出がみられる.3.室温圧縮強度(1)ペロブスカイト相の析出による室温強度の上昇はあまり期待されない.(2)973K時効における強度はわずかに上昇するが,1073Kおよび1173K時効では,時効時間とともにむしろ強度は低下する傾向を示す.(3)0.5at%Nを添加した合金は0.5at%C添加合金よりも高強度を示す.種々の組成のTiAlおよびCあるいはNを添加した化学量論組成のTiAlを時効析出の手法により組織制御して得られた成果は以下の通りである.1.組成によるTiAl(γ)の組織変化(1)Tiーrich TiAlの組成を0.25at%おきに変化した4752at%Alの範囲の合金の1373K溶体化組織は,ほぼγ単相組織である.973K時効組織は,低Al側合金では析出物は観察されず,高Al側で母相γ中への微細析出がみられた.侵入型の元素,CあるいはNを添加することによる析出の可能性を示唆する.(2)Alーrich TiAlの組成を2.0at%Alおきに5662at%Alの範囲とした合金の1473K溶体化組織は再結晶γ単相である.9731173K時効組織ではTiAl_2の析出が観察されたが,微細分散相とはいい難い,母相γは熱処理条件により長周期構造となる.2.CあるいはN添加による化学量論組成TiAlの組織の変化(1)CあるいはN無添加合金の1423K溶体化組織はほとんどγ単相の等軸晶であるが,CあるいはNの添加量の増加とともにγ/α_2や双晶からなる層状組織の体積率が増加する.(2)9731173K時効組織中には,母相γの[001]に平行に一方向にのみ微細針状析出相が形成される.析出相はペロブスカイト型のTi_3AlCあるいはTi_3AlNであり.母相γとペロブスカイト型析出相との方位関係は(100)_m//(100)_P,[001]_m//[001]_P(pは析出物)である.この相の析出によりわずかに時効硬化するが,過時効軟化が大きい.(3)長時間あるいは1223k以上での時効ではTi_3AlCあるいはTi_3AlNの析出がみられる.3.室温圧縮強度(1)ペロブスカイト相の析出による室温強度の上昇はあまり期待されない.(2)973K時効における強度はわずかに上昇するが,1073Kおよび1173K時効では,時効時間とともにむしろ強度は低下する傾向を示す.(3)0.5at%Nを添加した合金は0.5at%C添加合金よりも高強度を示す.L1_0型金属間化合物TiAlは,広い組成範囲と融点近くまで安定な構造をもつBertholide型化合物で,軽量および高い高温強度を示すために,次世代の超耐熱材料の有力な候補の一つとして期待され,室温延性および高温強度の改善をはかる多くの研究が行われてきた.種々の組成のTiAlおよびCあるいはNを添加したTiAlを時効析出の手法により組織制御して得られた成果は以下の通りである.1.組成によるTiAl(γ)の組織変化(1)Tiー

rich TiAlの組成を0.25at%おきに変化した4752at%Alの範囲の合金の1373K溶体化組織は,ごく一部に未溶解γ/α_2(α_2はTi_3Al)層状組織が電顕により観察されたが,ほぼγ単相組織である.973K時効組織は,低Al側合金では析出物は観察されず,高Al側で母相γ中への微細析出がみられた.析出物はTiーAl2元状態図から予想されるα_2とは異なる後述のペロブスカイト相であり,侵入型の元素,CあるいはNを添加することによる析出の可能性を示唆する.(2)Alーrich TiAlの組成を2.0at%Alおきに5662at%Alの範囲とした合金の1473K溶体化組織は再結晶γ単相である.9731173K時効組織ではTiAl_2の析出が観察されたが,微細分散相とはいい難い,母相γは熱処理条件により長周期構造となる.2.CあるいはN添加による化学量論組成TiAlの組織の変化(1)CあるいはN無添加合金の1423K溶体化組織はほとんどγ単相の等軸晶であるが,CあるいはNの添加量の増加とともにγ/α_2や双晶からなる層状組織の体積率が増加する.(2)9731173K時効組織中には,母相γの[001]に平行に一方向にのみ微細針状析出相が形成される.析出相はペロブスカイト型のTi_3AICあるいはTi_3AINであり.母相γとペロブスカイト型析出相との方位関係は(100)m//(100)p,[001]m//[001]p(pは析出物)である.この相の析出によりわずかに時効硬化するが、過時効軟化が大きい.(3)長時間あるいは1223k以上での時効ではTi_3AICあるいはTi_3AINの析出がみられる.Ll_0型金属間化合物TiAlは,広い組成範囲と融点近くまで安定な構造をもつBertholide型化合物で,軽量および高い高温強度を示すために,次世代の超耐熱材料の有力な候補の一つとして期待され,室温延性および高温強度の改善をはかる多くの研究が行われてきた.化学量論組成のTiAlにCあるいはNを添加したTiAlを時効析出の手法により組織制御して得られた成果は以下の通りである.1.asーcast組織(1)第3元素の増加にともない初晶の炭化物,窒化物の量は増加していき,組織は複雑となる.TiAl(γ)とTi_3Al(α_2)の他に第3相としてH相(Ti_2AlC,Ti_2AlN)が存在する.(2)第3相は樹枝状晶中に偏析し,樹枝状晶間のTiAl(γ)中にはみられない.2.均質化組織(1)再結晶γ等軸晶と層状組織からなる.第3元素の添加量とともに,微細組織になり層状組織も発達する傾向がみられる.(2)層状組織中にはH相が観察されるが,等軸晶中にはみられない.(3)TiAl中へのCおよびNの固溶量は非常に小さく,Cで0.30.5at%,Nでは0.1at%以下であると思われる.3.時効析出相(1)9731173K時効による析出相は,制限視野解析法によりペロヴスカイト相と同定された.(2)第3元素の量が増加してもペロヴスカイト相はさほど増加しない.γ相中へのペロヴスカイトの固溶量は極めて小さく,3元状態図上でのペロヴスカイト相の溶解度曲線は立っているものと予想される.(3)母相γとペロブスカイト型析出相との方位関係は(100)m//(100)p,[001]m//[001]p(pは析出物)である.4.室温圧縮強度(1)ペロヴスカイト相の析出による室温強度の上昇はあまり期待されない.(2)973K時効における強度はわずかに上昇するが,1073Kおよび1173K時効では,時効時間とともにむしろ強度は低下する傾向を示す.(3)0.5at%Nを添加した合金は0.5at%C添加合金よりも高強度を示す.
膵・腎保存に及ぼす重水(heavy water,D_2O)の影響

生体内のH2Oを重水(D2O)に置換することによる影響に細胞内pHの上昇、Ca濃度の上昇抑制、酵素活性の抑制、膜の安定化があり臓器保存に有用であると考えられる。これまでに保存液中のH2OをD2Oに置換し移植後のgraft viabilityを良好に保持しうるとの報告があるが温阻血障害に対する有用性に関しての検討はない。今回、ラット腎温阻血に及ぼす影響を検討した。(方法と結果)Wistar系ラットを用いた。まずD2O投与の安全性を検討した。D2O 10mL静注群(n=3)は全例死亡したが5mL静注群(n=3)は全例生存し、投与後血中クレアチニン値の上昇を認めなかった。温阻血24時間、30分前にD2OまたはH2Oを5mLずつ大腿静脈より静注した。右腎を摘出後、左腎を周囲より遊離し血管クリップにて左腎動静脈を遮断した。ラットを以下の4群に分け、温阻血後48時間のクレアチニン値、左/右腎重量比を比較した。統計学的検討はunpaired t-testを用いた。今回は膵温阻血障害に対する重水の影響は検討しなかったが、重水はクレアチニン値から評価したラット腎温阻血障害を増強し有用とはいえなかった。
男性夜勤交代勤務者における性腺機能と前立腺疾患リスク

夜勤交代勤務は男性勤労者の発がんリスクを高めるか否かを検証する目的で、一製造工場の50-66歳の702人の男性従業員を対象に、前立腺腫瘍マーカーPSAおよびDNAの損傷の指標である尿中8OHデオキシグアノシン(8OHDG)排泄量と夜勤交代勤務暴露との関連を横断的に検討した。しかし本研究からは、夜勤交代勤務が男性勤労者の発がんリスクを高めることを示唆する結果は得られなかった。PSA値は年齢とともに上昇したが、職種や夜勤暴露との関連も認められなかった。尿中8OHDG排泄量は深夜勤務のない交代勤務者で最も高かったが、有意ではなかった。本研究は夜勤交代勤務が日内リズムの乱れからホルモン依存性のがん(男性においては前立腺がん)のリスクを高めるとの仮説を検証するために実施した。調査対象は富山県の軽金属製品製造工場の男性従業員である。本年度は2011年度に実施する本調査の基礎調査として、対象者の要因暴露量(夜勤交代勤務歴)を調査した。また、交代勤務歴とがん等の既往歴、生活習慣、身体所見と夜勤との関連を調査した。2002年に交代勤務歴等に関する詳細な調査に回答があり2010年まで追跡できた2662人を解析対象とした。ホワイトカラーは912名、ブルーカラーは1748名であった。対象者が最も長く従事した勤務体制をみると、ホワイトカラーの94.4%が常日勤であったが、ブルーカラーでは53.7%が常日勤、10.8%が深夜勤務のない2交代、31.7%が深夜勤務のある3交代であった。既往歴調査において、がんの既往があったものは43名(1.6%)であった。現在従事している勤務体制とがんの既往との間には有意な関連はなかったが、最も長く従事した勤務形態とがんの既往には関連が示唆される結果であった。最長勤務体制による4群のがん既往保有率は常日勤が1.5%、2交代が3.0%、3交代が1.4%、その他の交代勤務が4.0%であった。多重ロジスティックモデルを用いて、年齢、職種、喫煙歴を調整したところ、2交代、その他の勤務形態で常日勤に比べて高いオッズ比(2交代のオッズ比2.7、その他の勤務形態3.9)を示した。交代勤務者では睡眠の質が悪い、多量飲酒傾向があるなど好ましくない生活習慣の保有率が高い傾向があり、本調査ではこうした交絡因子も含めて検討する予定である。2012年度は50歳以上の男性社員992人を対象に、前立腺腫瘍マーカーである血清PSA値(T-PSA、F-PSA,F-PSA/T-PSA比)およびDNA損傷の指標である尿中の8ハイドロキシデオキシグアノシン(80HDG)を測定した。また、質問紙調査により交代勤務歴とがん等の既往歴、生活習慣、身体所見を調査した。対象者992人のうち837人(84.4%)についてPSAの測定を行い、729人(73.5%)について80HDGを測定することができた。PSAを測定できた837人の勤務体制は常日勤593人、2交代勤務82人、3交代勤務(週番制)119人、3交代勤務(連操性)32人、その他11人であった。その他を除く4群間で血清PSA値を比較した。PSAが4.0ng/ml以上と高値を示したのは28人(3.3%)、であった。勤務体制の4区分間で有所見率を比較したが、有意差はなかった。T-PSA値、F-PSA値、F-PSA/T一PSA比を4群間で比較した(Kruskal Wallis検定)が、T-PSA値には有意差はなかった。F-PSAは交代勤務者で有意に低い傾向がみられた。尿中80HDG(クレアチニン補正値)は4群間で有意差が認められ、常日勤者が最も低値(345.8ng/ml)で、2交代(386.8ng/dl)、3交代(週番制)(406.0ng/dl)、3交代(連操性)(452.6ng/dl)と順に高くなっていた。夜勤交代勤務はDNAの損傷を促進する可能性が示唆された。今後は夜勤交代勤務年数(暴露量)や交絡因子を含めて解析を進める予定である。夜勤交代勤務とくに深夜勤務が前立腺の腫瘍性疾患のリスクか否かを前立腺特異抗原PSAを用いて検討した。

また、DNAの損傷の指標であり、酸化ストレスマーカーである8OHデオキシグアノシン(8OHDG)の尿中排泄量との関連も検討した。対象は富山県東部の一製造工場に勤務する50歳以上の男性829人で、必要なデータがそろった702人(50歳代584人、60歳代118人)について解析を行った。このうち、事務系職種は150人、現業系職種は552人。現業系職種のうち常日勤者は317人、深夜勤務を伴わない交代勤務者53人、深夜勤務を伴う交代勤務者182人であった。IMRA法によりトータルPSA、フリーPSA、フリー/トータルPSA(F/T比)を測定した。解析対象者702人中22人がトータルPSA4ng/ml(正常参考値)以上を示した。精密検査の結果前立腺がんと診断されたものはいなかった。有所見率は全体3.1%、50代2.9%、60代4.2%と高年齢群で高かった。事務系職種、現業系(常日勤)、現業系(交代勤務・深夜勤務無)、現業系(交代勤務・深夜勤務あり)の4郡で有所見率を比較したが、50代、60代ともに有意差はなかった。トータルPSAの分布の上位10パーセンタイル値1.6ng/mlをカットオフ値として、職種および勤務体制による4群間で有所見率を比較したところ、50代では現業系で交代勤務・深夜勤務ありが9.2%と最も高率であったが、統計的には有意ではなかった。フリーPSA値、F/T比については平均値を分散分析を用いて比較したが、4群間で有意な差は認めなかった。過去の交代勤務暴露年数との関連も検討したが、有意な関連はなかった。8OHDGは50代では実測値において現業系の交代勤務が事務系や現業系(日勤)に比べて有意に高値を示したが、クレアチニン補正値は有意差はなかった。生体資料の測定は終了し、その他情報の収集も90%ほどは終了した。24年度が最終年度であるため、記入しない。PSA高値者の精密検査結果(がんの罹患の有無)を調査する。暴露状況(交代勤務歴)、交絡要因に関する補完調査を行う。収集した生体データおよび暴露歴、交絡要因等のレコードリンケージを行い、解析、まとめを行う。
ハ-ドあるいはソフトな金属イオンを集積する植物と土壌汚染指標

主に、植物の葉を対象として、原子炉(KUR)を用いて放射化分析した。その結果、特異元素ないし元素群を集積する多種類の植物が見出された。トウダイグサ科の植物の1/3程度がCoを特異的に集積する性質があった。モチノキ科とヤナギ科とに属する植物は、ZnとCdを集積する性質が認められた。一方、ウラジロ科及びシシガシラ科に属する羊歯植物は希土類元素Ba、Ra、Ac金属等を集積する性質があった。これらの結果を総合すると、Zn、Cd等を集積する植物は、どの科においてもAl、希土類元素等を集積しないし、他方Al、希土類元素等を集積するどの科の植物においても、Zn、Cd等を集積しない。これらのことをPearsonが提唱するソフト及びハ-ドの金属イオンと関連づけて分類するとすれば、ヤナギ科、モチノキ科はソフトな金属イオン(Ag、Cd、Zn等)を集積し、ウラジロ科、ツバキ科はハ-ドな金属イオン(Al、希土類元素等)を集積する傾向をもつ植物であると分類できた。もちろん、これらのいずれかのグル-プにも属さない中間の性質をもつ植物群もあり、例えば、ヘビノネコザのように育成する土壌環境に応じて特有な金属イオンを集積するものもあった。土壌の質と植物体内の元素分布との関係は簡単ではないが、酸性土壌ではAl、希土類元素、Mn、Co等の濃度が一般に増加することが明らかとなった。また、放射化分析では感度の悪いPb、Cd、Cu、P等の元素についてファ-ネスタイプ原子吸光分析装置、ICP発光分光分析装置、蛍光X線分析装置等を用いて元素と植物群との相関関係の検討の手がかりを得た。
稲わらのアルカリ処理による成分組成及び構造変化と消化性改善との関連に関する研究

稲わらのNaOH処理は、乾物重量あたり最終含水量35%および最終NaOH濃度04%となるように、稲わらにNaOH水溶液を散布し、021日間貯蔵した。4%NaOHで21日間の処理を行った時に、稲わらのin situ消化率での改善は最大であった。稲わらのリグニンおよびヘミセルロース含量とin situ消化率との間には負の相関が認められた。NaOH処理および無処理の稲わらの細胞壁に含まれるリグニンの特性を明らかにするために、細胞壁のフェノール性化合物の分析を行った。NaOH処理により、稲わらから遊離されるフェノール性化合物の量は、バニリン、p-クマル酸、フェルラ酸、p-ヒドロキシベンズアルデヒドの順に多かった。また、NaOH処理によって、稲わら中のエステル結合型のp-クマル酸の約50%が消失していた。稲わら中のセルロースのin situでの消化率は4%NaOHでの処理により著しく改善された。稲わらの細胞壁ヘミセルロース構成成分中でキシロースのin situ消化率は他の単糖類に比べて劣っていた。しかし、稲わら中のキシロースのin situでの消化率はNaOH処理によって改善された。In situ消化の間に、無処理の稲わらからは等量のグアイアシル-およびシリンギル-リグニンが放出された。他方、NaOH処理稲わらからはグアイアシル-リグニンに比べてシリンギル-リグニンがより多く放出された。走査電子顕微鏡による観察では、稲わらは、NaOH処理によって繊維組織が膨潤し、無数の繊維状物質の突出が確認された。この研究で得られた成績は、セルロースミクロフィブリルを包囲しているヘミセルロース多糖体とリグニンから構築されている網状構造、さらにはこれらの多糖体やリグニンに結合しているフェノール酸類がin situでの稲わら中のセルロースの消化を阻害していることを示唆している。水酸化ナトリウム(NaOH)処理した稲わらの化学組成およびそのin situ消化率の変化、および処理した稲わらのリグニン含量とそのin situ消化率との関係について検討した。NaOH処理濃度を1から4%に上昇するに伴い、稲わらの中性デタージェント繊維(NDF)および粗ヘミセルロース(CH)含量は顕著に減少した。また、処理期間を0から21日まで長くするに伴い、NDF、CH、および酸性デタージェント繊維(ADF)含量が減少した。稲わらのin situ消化率は、NaOH処理濃度の上昇および処理期間の延長に伴い、増大した。4%NaOHで21日間の処理を行った時に、稲わらのin situ消化率の改善は最大であった。稲わらのリグニンおよびへミセルロース含量とin situ消化率との間には負の相関が認められた。NaOH処理および無処理の稲わらの細胞壁に含まれるリグニン含量とフェノール性化合物の組成の変化と、それらの稲わらから抽出したリグニンのIRスペクトルを比較検討した。無処理およびNaOH処理稲わらのアルカリ性ニトロベンゼン酸化によって生成したフェノール性化合物を比較すると、NaOH処理により、バニリン、p-クマル酸、フェルラ酸、p-ヒドロキシベンズアルデヒド順にその含量が減少していた。また、NaOH処理によってエステル結合型のp-クマル酸の約50%が消失していた。IR分光分析では、桂皮酸エステルに由来する1730cm-1とグアイアシ核のメトキシル基に由来する1270cm-1での吸光度が、NaOH処理稲わらから調製したリグニンで顕著に減少していた。

以上の成績から、稲わらの細胞壁のリグニンやヘミセルロースの他に、これらのリグニンやへミセルロースにエステル結合しているp-クマル酸、フェルラ酸がNaOH処理によって分解され、消失するものと結論された。稲わらのNaOH処理は、乾物重量あたり最終含水量35%および最終NaOH濃度04%となるように、稲わらにNaOH水溶液を散布し、021日間貯蔵した。4%NaOHで21日間の処理を行った時に、稲わらのin situ消化率での改善は最大であった。稲わらのリグニンおよびヘミセルロース含量とin situ消化率との間には負の相関が認められた。NaOH処理および無処理の稲わらの細胞壁に含まれるリグニンの特性を明らかにするために、細胞壁のフェノール性化合物の分析を行った。NaOH処理により、稲わらから遊離されるフェノール性化合物の量は、バニリン、p-クマル酸、フェルラ酸、p-ヒドロキシベンズアルデヒドの順に多かった。また、NaOH処理によって、稲わら中のエステル結合型のp-クマル酸の約50%が消失していた。稲わら中のセルロースのin situでの消化率は4%NaOHでの処理により著しく改善された。稲わらの細胞壁へミセルロース構成成分中でキシロースのin situ消化率は他の単糖類に比べて劣っていた。しかし、稲わら中のキシロースのin situでの消化率はNaOH処理によって改善された。In situ消化の間に、無処理の稲わらからは等量のグアイアシル-およびシリンギル-リグニンが放出された。他方、NaOH処理稲わらからはグアイアシル-リグニンに比べてシリンギル-リグニンがより多く放出された。走査電子顕微鏡による観察では、稲わらは、NaOH処理によって繊維組織が膨潤し、無数の繊維状物質の突出が確認された。この研究で得られた成績は、セルロースミクロフィブリルを包囲しているヘミセルロース多糖体とリグニンから構築されている網状構造、さらにはこれらの多糖体やリグニンに結合しているフェノール酸類がin situでの稲わら中のセルロースの消化を阻害していることを示唆している。