hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯根膜幹細胞に対する新規骨形成剤ペプチドの効果

その他の遺伝子では、PIP、SAA1、FKBP5、GPM6B、IGF2、CPMは1041倍の発現の増強があり、RASL11B、XPNPEP3、STK31、MT1X、ANGPTL4は1つの試料に427倍の発現の増強があり、LEPは1つの試料に10倍の発現の増強があり、増強の弱い試料もあった。RERG、DPTは1つの試料に349倍、BMP 6 Precursorは36倍であった。また、thymosin betaが約2倍増強、osteopontin、osteonectin、osteocalcinは若干低下した。以上が主な遺伝子発現であり、骨芽細胞に発現するといわれているLRRおよびエナメルタンパクの発現に係るthymosin betaの発現の増強が新規合成ぺプチド刺激でみられたことから、本ペプチドの作用を分子レベルで解明できつつある。現在、細胞シートの作製を行っており、細胞の数はかなり増えてはいるが、まだ、in vivo実験に必要な細胞シートの作製には至っていない。ヒト歯根膜幹細胞は、歯の矯正のため便宜抜去された歯や抜去した埋伏智歯の歯根膜から採取した組織の細切片から分離培養したものである。分離培養した細胞は、間葉系マーカー(ビメンチン)および間葉系幹細胞マーカー(STRO-1、SSEA-4)を用いて免疫組織化学的に確認し、P1又はP2の培養細胞をー80°Cで冷凍保存していた。冷凍保存中の細胞を起眠させ、細胞シート回収用温度応答性細胞培養器材である12穴マルチウェルのUpCellに細胞を播種し通常の培養環境下で培養し、温度が37°Cより低下しないように素早く、培養液を週2回、交換して完全にコンフルエントになるように培養を行った。培養14日では単一細胞と細胞シートでは明らかに細胞密集度が異なっていた。単一細胞では、細胞密度はまばらであったが、細胞シートでは細胞密度は高く、細胞間の隙間はみられなかった。その後、培養の上清を除去し、PBSで洗浄して培養細胞が乾燥しないように少量の培養液を滴下した。次いで、細胞シート回収用支持体であるCellShifterTM1枚を培養細胞上に静置して室温に戻るまで放置し、細胞がプレートから剥離するまでそのままの状態に維持した。培養細胞がCellShifterTMに移行したのちに、CellShifiterTMを培養液で満たしたシャーレに移した。これを1枚のCellShifterTMにつき6回繰り返し、6層の細胞を張り付けたCellShifterTMを2枚用意し、細胞同士が向き合うように密着させた。これを4%ホルマリンで固定して20%スクロースに浸漬し、ー80°Cで凍結して凍結切片を作製しDAPIで染色してオールインワン蛍光顕微鏡で観察した。細胞シートの作製には成功したが、これを応用した動物実験の成果をあげるには、まだ至っていない。組織再生に関与するのは幹細胞である。歯周組織、とくに歯根膜にも幹細胞の存在が言われている。今回、歯根膜幹細胞を抽出し、新規骨形成剤である合成ペプチドを培養歯根膜幹細胞に添加して、その細胞の機能変化と遺伝子発現を検討した。その結果、細胞増殖能および石灰化物の形成が増加し、骨芽細胞マーカー発現が増強した。また、leucine-rich repeat-containing protein (LRR)の遺伝子発現が最も顕著であったので、合成ペプチドは歯根膜幹細胞を骨芽細胞へ分化させる可能能を持っていることが示唆される。抜去歯から歯根膜幹細胞を分離し、間葉系幹細胞の同定を免疫組織化学的に行い、新規合成ペプチドを作用させ、細胞増殖や骨芽細胞分化能を明らかにした。
エンスタタイト・コンドライト母天体の復元と形成過程に関する研究

本補助金交付中は主としてエンスタタイト・コンドライトを研究し,以下の知見を得た.1)これらの隕石は他のどれより強度の衝撃を受けている.これはエンスタタイト・コンドライト母天体が存在していたと考えられる,太陽系の内惑星領域の天体衝突頻度が高かったことを示唆している.2)エンスタタイト・コンドライトの熱履歴は極めて多様で,溶融したものや,母天体表面で急冷したものや,内部で徐冷したちのなどが存在する.3)従来知られていなかった,全く新しいサブグループに属するエンスタタイト・コンドライトを何種類か発見した.これはこの種の隕石の形成環境が従来考えられてきたものよりはるかに多様なものであったことを反映している,と同時に分類体系の再検討を迫ることとなった.また,普通コンドライトについても母天体上での衝撃作用に着目して研究を行い,初めてJadeiteを隕石から発見し,衝撃時の高圧過程を検討した.さらにKoln大学Palme教授,Chicago大学Clayton教授と共に数種のエンスタタイト及び普通コンドライトとそれらに含まれる難揮発性包有物を研究し,これら包有物が従来考えられていたより,普遍的に多くの種類のコンドライトに分布することを初めて明らかにした.またこれらの包有物の酸素同位体組成を東京大学比屋根博士との共同研究により測定し,どの種類のコンドテイト中でも包有物は同様の酸素同位体組成を持つことを示した.これは包有物が原始太陽系の共通の場で生じたことを示すものであり,太陽系初期の物質進化の空間的位置付けに関する重要な知見となった.本補助金交付中は主としてエンスタタイト・コンドライトを研究し,以下の知見を得た.1)これらの隕石は他のどれより強度の衝撃を受けている.これはエンスタタイト・コンドライト母天体が存在していたと考えられる,太陽系の内惑星領域の天体衝突頻度が高かったことを示唆している.2)エンスタタイト・コンドライトの熱履歴は極めて多様で,溶融したものや,母天体表面で急冷したものや,内部で徐冷したちのなどが存在する.3)従来知られていなかった,全く新しいサブグループに属するエンスタタイト・コンドライトを何種類か発見した.これはこの種の隕石の形成環境が従来考えられてきたものよりはるかに多様なものであったことを反映している,と同時に分類体系の再検討を迫ることとなった.また,普通コンドライトについても母天体上での衝撃作用に着目して研究を行い,初めてJadeiteを隕石から発見し,衝撃時の高圧過程を検討した.さらにKoln大学Palme教授,Chicago大学Clayton教授と共に数種のエンスタタイト及び普通コンドライトとそれらに含まれる難揮発性包有物を研究し,これら包有物が従来考えられていたより,普遍的に多くの種類のコンドライトに分布することを初めて明らかにした.またこれらの包有物の酸素同位体組成を東京大学比屋根博士との共同研究により測定し,どの種類のコンドテイト中でも包有物は同様の酸素同位体組成を持つことを示した.これは包有物が原始太陽系の共通の場で生じたことを示すものであり,太陽系初期の物質進化の空間的位置付けに関する重要な知見となった.本研究はエンスタタイト・コンドライトを試料として,そこに記録されている原始太陽系星雲内の内惑星領域における天体形成過程の詳細を構成物質の観察及び分析データから明らかにしていくことを目的としていた.このグループに属するいくつかの試料を選び,それらを構成する物質の産状の記載,構成鉱物の組織の観察,化学組成の分析を行った.以下の点が明らかになった.(1)エンスタタイト・コンドライトの多くは強度の衝撃変成作用を被っていることが明かとなったが,その一部は溶融している.他のグループのコンドライトに比べ,その程度は著しく高い.これはエンスタタイト・コンドライト形成領域,およびその母天体において,微惑星の衝突現象が他のコンドライトに比べて頻繁であったことを示唆している.(2)同一岩石学的タイプに属するエンスタタイト・コンドライトでもその熱史は様々であることが明らかになった.すなわち母天体内部が熱変成作用により高温になっていた段階でも衝突破壊現象が起こっていたことが示唆される.(3)はじめてハロゲン元素を含む雲母をエンスタタイト・コンドライトから発見した.これは形成過程を知る手がかりとなるばかりでなく,ハロゲン元素の宇宙化学的挙動を解明するためにも重要な知見であると考えられる.以上の研究の成果については国際学会及び別記の学術誌において公表した.本補助金交付中は主としてエンスタタイト・コンドライトを研究し,以下の知見を得た.1)これらの隕石は他のどれより強度の衝撃を受けている.これはエンスタタイト・コンドライト母天体が存在していたと考えられる,太陽系の内惑星領域の天体衝突頻度が高かったことを示唆している.2)エンスタタイト・コンドライトの熱履歴は極めて多様で,溶融したものや,母天体表面で急冷したものや,内部で徐冷したものなどが存在する.3)従来知られていなかった,全く新しいサブグループに属するエンスタタイト・コンドライトを何種類か発見した.これはこの種の隕石の形成環境が従来考えられてきたものよりはるかに多様なものであったことを反映している,と同時に分類体系の再検討を迫ることとなった.また,普通コンドライトについても母天体上での衝撃作用に着目して研究を行い,初めてJadeiteを隕石から発見し,衝撃時の高圧過程を検討した.

さらにKoln大学Palme教授,Chicago大学Clayton教授と共に数種のエンスタタイト及び普通コンドライトとそれらに含まれる難揮発性包有物を研究し,これら包有物が従来考えられていたより,普遍的に多くの種類のコンドライトに分布することを初めて明らかにした.またこれらの包有物の酸素同位体組成を東京大学比屋根博士との共同研究により測定し,どの種類のコンドライト中でも包有物は同様の酸素同位体組成を持つことを示した.これは包有物が原始太陽系の共通の場で生じたことを示すものであり,太陽系初期の物質進化の空間的位置付けに関する重要な知見となった.
糸状菌における poly(A) 付加シグナルと mRNA 品質管理機構の解明

麹菌におけるmRNA分解機構を解析するため、5'側からmRNAを分解するXrn1、および3'側からのmRNA分解に関わるSki複合体構成因子(Ski2, Ski3)の遺伝子破壊株をそれぞれ作成した。作成した遺伝子破壊株の生育を調べた結果、Ski複合体欠損株はマルトースやデンプンを炭素源とした培地で特異的に著しく生育が抑制された。麹菌はデンプンやマルトース存在条件下で多量のアミラーゼ系酵素を分泌することから、Ski複合体欠損株におけるアミラーゼやマルトースパーミアーゼ(malP)の発現をノーザン解析により調べた。その結果、malPの5'側領域をプローブとして用いた場合に全長malP mRNAに加え低分子のmalP転写産物がSki複合体欠損株において特異的に検出された。Circularized RT-PCR法によりmalP mRNA前半断片の解析を行った結果、malP mRNAはコーディング領域内に存在する巨大なstem-loop構造のstem領域において切断されていることが明らかとなった。以上の結果から、Ski複合体欠損株では切断によって生じたmalP mRNA前半断片の分解が抑制され、蓄積していることが示された。切断によって生じたmalP mRNA前半断片には終止コドンが存在しないことから、mRNA品質管理機構の一つであるnonstop mRNA分解機構によって分解されることが予想された。出芽酵母においては、Ski7によってnonstop mRNAが認識されるモデルが提唱されている。興味深いことに、出芽酵母以外の真核生物においてはSki7オーソログが存在しないことから、他の因子によってnonstop mRNAが認識されると予想される。Ski7と類似したドメインを持つH Hbs1オーソログ(HbsA)の遺伝子破壊株を作成し、malP mRNAの発現をノーザン解析により調べた。その結果、hbsA破壊株においてもmalP mRNA前半断片が検出され、転写阻害剤を用いた解析により、この前半断片がhbsA破壊株において非常に安定であることが明らかとなった。このことから、出芽酵母以外の真核生物においてはHbs1オーソログがnonstop mRNA認識因子として機能する可能性が初めて示された。1.糸状菌におけるpoly(A)付加シグナルの解明麹菌におけるpoly(A)付加シグナルを調べるため、EST配列データとゲノム配列データをもとに3'-非翻訳領域(3'-UTR)およびpoly(A)付加部位下流100塩基の配列データベースを作製し、統計学的解析を行なった。その結果、この領域においてはU塩基の存在含量が非常に高いものの、poly(A)付加部位上流15-30塩基の領域において特異的にA塩基の使用頻度が非常に高いことが見出された。しかし、哺乳動物細胞で知られているAAUAAA配列のような保存性の高い配列は見出されず、AAUGAA配列が最も存在頻度が高い配列であった。また、poly(A)付加部位においてはCA配列の使用頻度が最も高かった。以上の結果から、U-rich配列、A-rich(AAUGAA)配列、CA配列により構成される推定poly(A)付加シグナルが糸状菌において初めて示された。出芽酵母においてnonstop mRNAは5'→3'エキソヌクレアーゼとエキソソームにより、5'→3'と3'→5'の両方向から積極的に分解ざれることが報告されている。麹菌においてエキソソームのコア構造構成因子の遺伝子破壊株取得を試みた結果、目的とする遺伝子破壊株は取得出来なかった。麹菌においてこれらの遺伝子が生育に必須の遺伝子である可能性が考えられたことから、リボスイッチにより発現量が制御されるnmtAプローモーターを用いた新規コンディショナル発現システムを構築し、エキソソームコア構成因子のコンディショナル発現株を作製した。その結果、いずれの形質転換株も発現抑制条件特異的に著しい生育低下を示した。以上の結果から、エキソソームのコア構造構成因子が生育に必須であることが糸状菌において初めて示された。

Ski7と類似したドメインを持つH Hbs1オーソログ(HbsA)の遺伝子破壊株を作成し、malP mRNAの発現をノーザン解析により調べた。その結果、hbsA破壊株においてもmalP mRNA前半断片が検出され、転写阻害剤を用いた解析により、この前半断片がhbsA破壊株において非常に安定であることが明らかとなった。このことから、出芽酵母以外の真核生物においてはHbs1オーソログがnonstop mRNA認識因子として機能する可能性が初めて示された。
ジスルフィド配位子を持つ四核ロジウム錯体の合成と性質

遷移金属イオンを含むM-SH基は、生物、固体触媒、鉱物系におけるレドックスや物質変換に重要な役割を演じているにもかかわらず、その反応性に関する研究は、有機メルカプタンR-SHのそれに較べて極端に少ない。本研究で、架橋SH配位子を持つ二核錯体、[{RhCp^*(mu-CH2)}2(mu-SH)]C1が、末端M-SH基を有する錯体や、R-SH基を有する有機メルカプタン類には例のない酸化反応(式1)を示し、生成物として、中性のS_4配位子2[Rh_2Cp^*_2(mu-CH_2)-(mu-SH)]^*+H_2S+3/2O_2→[{Rh_2Cp^*_2(mu-CH_2)_2}_2(mu_4-S_4)]^<2+>+3H_2O(1式)を持つ珍しい四核錯体[{Rh_2Cp^*_2(mu-CH_2)_2}_2(mu_4-S_4)]X_2(Cp^*=eta^5-C_5Me_5,X_2=Cl(OH)(1a),X=BF_4(1b)を与える事を見出した。この反応は3電子酸化で進行する。H2^<34>Sを用いて^<34>S同位体異性体も合成した。生物の精製・分離は設備備品費で購入したフラクションコレクターを供えたHPLC装置で行った。単結晶X-線構造解析、共鳴ラマン測定(1aの^<34>Sと^<32>S同位体異性体)そしてab initio法分子軌道計算により、生成物の構造、結合の性質、電子状態を明らかにした。カチオン部分の骨格を図に示している。S_4ユニットはD2h対称を持つ長方形をしており、1.5重結合の短いS-S結合(1.98Å)と1重結合よりもっと長いS-S結合(2.70Å)の二種類を持っている。またS_4ユニットはほぼ中性であることが分かった。
確率効果をもつ非線形分散型方程式の研究

本研究で扱うモデル方程式は,非線形方程式かつ量子効果を持つ波動型方程式に確率項が付加されたものである.第一に,有限温度ボース・アインシュタイン凝縮のモデルである加法的ノイズと散逸項を伴うグロス・ピタエフスキー方程式に関して成果を得た.昨年度は,当モデルにおいて空間1次元の場合に, Gibbs測度で表される熱平衡状態を構成,解分布が時間無限大で指数的にGibbs分布に従うことを示したが,今年度はさらに渦生成を考慮したときに必要となる化学ポテンシャル項をモデルに加えた上で, Gibbs分布に指数的に収束することも示すことができ,それらすべての結果をまとめた論文が出版された.その結果の拡張として空間2次元モデルについても研究を進め,現在論文としてまとめている.第二に,論文Henning et al. (Phys. Lett. A 1994)に現れ,ナノデバイスにおける波の伝わり方(たとえば量子力学的な粒子の動き方)を解析するために使われるシュレディンガー方程式の解析を行った.デバイス構造が周期的あるいは準周期的なストリップ(さらにはランダム配置)を持つ場合を考慮したものが現実的なモデルであるが,まずはストリップが一つだけの場合に着目した.ここ10年の間に非線形シュレディンガー方程式の解の漸近挙動を調べる手法が飛躍的に発展した一方で,当モデルである非線形項効果がとても強い特異性を持つ場合に(数学的には、特異性はデイラックのデルタ測度を用いて表される),どんな条件下で散乱解が存在するのかわかっていなかった.この研究では,非線形項が十分大きければエネルギー有限なクラスで,基底状態よりエネルギーの低い初期データに関して解が散乱するという事実を厳密に証明することに成功した.また,関連する量子ウオークの漸近挙動についても調べた.交付申請書で提案したこの研究課題の目的の一つは,非線形Schrodinger方程式にホワイトノイズが摂動に加わった方程式において,量子渦の挙動の研究を行い,ノイズと渦の関わり,渦に対してノイズが及ぼす効果を理論的に明らかにするというものである.申請書提出当時は,偏微分方程式論的手法により(具体的には,方程式の制御可能性問題を解くことにより),例えば,ノイズの強度と比較して渦の崩れの最適時間スケールを理論的に示すことが可能かどうか調べることを,研究実施の方針として考えていた.しかし,物理の連携研究者と議論するうちに,非線形Schrodinger方程式にホワイトノイズが摂動に加わった方程式の熱平衡状態における相転移を調べることにより,量子渦の振る舞いを調査するという考え方があることを知った.そのため,方程式中にノイズを含む熱的要素を取り込み,それによって生じる熱平衡状態がどのようなものになるかを,空間一次元でかつ加法的時空ホワイトノイズ,さらには斥力型非線形項という数学的には取扱いが最もシンプルな場合に考察を行った.その結果,方程式にはあるBanach空間上に台をもつGibbs不変測度が存在し,時間無限大でとる平衡状態がそのGibbs不変測度(=熱平衡状態)であるということを証明することができた.確率非線形Schrodinger方程式においては初めての結果と思われる.当課題の研究目的にある,非線形Schrodinger方程式にホワイトノイズが摂動に加わった方程式について,量子渦のダイナミクスの研究を行うという点において,上に述べた平成27年度の研究実績により,研究を一歩進めることができた.また,交付申請書にある二つ目の研究目的:分散係数や媒質がランダムに変化する非線形Schrodinger方程式については,順調にGubinelliによるラフパスによる手法も連携研究者とともに学び,研究期間中に結果を出すことを目指すことができそうな状況にある.今年度当研究課題では,非線形分散型方程式に確率効果を伴うモデルとして,特に光ファイバー中の光パルスの長距離伝送のモデル方程式である非線形シュレディンガー方程式を扱った.ランダム分散マネージメントの効果により分散によるパルスの崩れを抑制し,光パルスの長距離伝送を可能にするという事実は,一次元5乗の非線形べきを持つ非線形シュレディンガー方程式に対してのみ理論的に証明されている.そこで,未だ証明されていない2次元での解の挙動について数値計算を行い,ランダムな分散効果により解が大域存在する傾向であることを確かめた.また光ファイバー中,ランダムな欠陥が存在する媒質を考える第一歩として媒質に一つだけ非常に強い(非線形な)特異性をもつ非線形シュレディンガー方程式を考えた. Soliton scatteringに関連する散乱行列表示の調査や,エネルギー有限なクラスに属する初期値に対する解の散乱証明を行った.このモデルに対しては,モデルの持つ強い特異性の影響で,近年の常套手段であるストリッカーツノルムを基本にしたプロファイル分解によるminimal blow-up solutionの存在証明法をそのまま応用するのは適当ではない.そのため, Riemann-Liouville分数冪積分作用素の平滑化効果と線形シュレディンガー方程式の基本解のtime homogeneous normに関する平滑化を組み合わせることにより証明に成功した.研究代表者の産休・育休による休業により研究が停滞した.当研究課題について延長申請を行った.光ファイバー中,欠陥が存在する媒質を考える.まずは,媒質に一つだけ非常に強い(非線形な)特異性をもつ非線形シュレディンガー方程式について研究を行った.この方程式についてはエネルギー有限なクラスに属する初期値に対する解の局所存在,大域存在する条件,爆発解を持つ条件が近年になって調べられている.昨年度は,この方程式の大域解の散乱について調べた.モデルの持つ強い特異性の影響で,近年の常套手段であるストリッカーツノルムを基本にしたプロファイル分解によるminimal blow-up solutionの存在証明法をそのまま応用するのは適当ではない.

そのため, Riemann-Liouville分数冪積分作用素の平滑化効果と線形シュレディンガー方程式の基本解のtime homogeneous normに関する平滑化を組み合わせることがアイデアであったが,今年度は議論を詳細に精密化した.この研究に関連して,各頂点に強い非線形なDirac測度による効果を境界条件として課した量子グラフを考え,その量子グラフから起因する問題として,ある意味「非線形」な量子ウォークの挙動について調査,数値計算を行い,線形の境界条件を課した量子グラフの場合とは全く異なる挙動を捉えた.また,確率的なBose Einstein凝縮のモデル方程式に対して,空間1次元で,すべての初期値に関する解の大域存在を証明した.さらに空間2次元でもGibbs測度の存在や解の存在について調べた.共同研究者の入院により,進度が遅くなっている.本研究で扱うモデル方程式は,非線形方程式かつ量子効果を持つ波動型方程式に確率項が付加されたものである.第一に,有限温度ボース・アインシュタイン凝縮のモデルである加法的ノイズと散逸項を伴うグロス・ピタエフスキー方程式に関して成果を得た.昨年度は,当モデルにおいて空間1次元の場合に, Gibbs測度で表される熱平衡状態を構成,解分布が時間無限大で指数的にGibbs分布に従うことを示したが,今年度はさらに渦生成を考慮したときに必要となる化学ポテンシャル項をモデルに加えた上で, Gibbs分布に指数的に収束することも示すことができ,それらすべての結果をまとめた論文が出版された.その結果の拡張として空間2次元モデルについても研究を進め,現在論文としてまとめている.第二に,論文Henning et al. (Phys. Lett. A 1994)に現れ,ナノデバイスにおける波の伝わり方(たとえば量子力学的な粒子の動き方)を解析するために使われるシュレディンガー方程式の解析を行った.デバイス構造が周期的あるいは準周期的なストリップ(さらにはランダム配置)を持つ場合を考慮したものが現実的なモデルであるが,まずはストリップが一つだけの場合に着目した.ここ10年の間に非線形シュレディンガー方程式の解の漸近挙動を調べる手法が飛躍的に発展した一方で,当モデルである非線形項効果がとても強い特異性を持つ場合に(数学的には、特異性はデイラックのデルタ測度を用いて表される),どんな条件下で散乱解が存在するのかわかっていなかった.この研究では,非線形項が十分大きければエネルギー有限なクラスで,基底状態よりエネルギーの低い初期データに関して解が散乱するという事実を厳密に証明することに成功した.また,関連する量子ウオークの漸近挙動についても調べた.過去の研究で行った数値計算プログラムでは,渦の時間発展を調べたものの,渦と同じ対称性を保つ場合の時間発展しか技術的に考察できなかった.
血管内皮前駆細胞を用いた徐放化薬剤伝達システムによる炎症性腸疾患の治療法の開発

炎症性腸疾患は、消化管に慢性炎症を来たす難病で根本的な治療法はない。今回我々は血管内皮前駆細胞(Endothelial Progenitor Cells: EPC)の炎症部位への集積性に着目し、EPCを薬剤の担体として病変部位に集積させる治療法の開発研究を行った。マウス腸炎モデルを用いて実験を行った結果、EPCよりも脂肪由来幹細胞(Adipose-derived stem cell: AdSC)を動脈より移植した方が腸炎への集積率が高いことが判明した。よってAdSCにスタチンを徐放するナノ粒子を抱合し、マウス腸炎モデルに移植したところ、AdSCを単独で移植するよりも著明な炎症抑制効果を認めた。C57BL6/Jマウスの大腿骨、骨盤、脊椎より骨髄細胞を採取し、培養法にてEPC細胞を採取した。大腸炎モデルとしてC57BL/6Jマウスを用いて2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid(TNBS)腸炎を作製した。EPCをCM-DiIにてラベリングした上で1×1051×106cell/mice移植し、3日後にマウスを屠殺して大腸組織を採取した。蛍光顕微鏡を用いて腸管炎症組織におけるEPCの集積を検討したところ、肝臓、腎臓、肺に集積を認めたものの、腸炎組織に集積は確認できなかった。移植方法として尾静脈からの経静脈投与、腹腔内投与を試したが、いずれにもEPCの集積は認めなかった。大腸炎モデルとしてDextran sulfatesodium(DSS)腸炎モデルも作製して検討したが、やはり集積は認めなかった。よってナノ粒子製剤のバイオドラッグデリバリーシステムの標的細胞としてEPCは不適当であると判断した。最終的に、移植経路として経動脈的投与を検討した。内径動脈よりカテーテルを胸部大動脈まで挿入し、AdSCを経動脈的に投与したところ、大腸組織に多数の細胞集積を確認できた。さらにDSS腸炎とTNBS腸炎のいずれにもAdSCが集積することを確認した。【背景と目的】脂肪組織由来幹細胞(Adipose-derived stem cell: AdSC)は多分化能のみならず免疫調整作用を有し,自己細胞移植治療のソースとして注目されている.一方,スタチン製剤は血清コレステロール低下作用以外に炎症抑制や幹細胞分化促進などの多彩な作用を示す.我々はスタチンを徐放するナノ粒子をAdSCに抱合し,AdSCとスタチンの相乗作用により炎症抑制をもたらす新たな治療法を開発し,マウス腸炎モデルに対する治療効果を検討した.【方法】マウス皮下脂肪よりコラゲナーゼ処理にてAdSCを分離・培養した.生体分解性ポリマーのpolylactic glycolic acid (PLGA)にsimvastatinを封入したナノ粒子をAdSCに抱合(Sim-AdSC)させ,AdSCおよびSim-AdSCの細胞機能を評価した.次に8週齢のC57BL/6JマウスでDSS腸炎を作製し,蛍光ラベルしたAdSCを経静脈的,経動脈的,腹腔内に投与し,腸管組織へのAdSC集積を蛍光顕微鏡下で観察し,適切な細胞投与経路を決定した.さらにPBS投与群,AdSC投与群,Sim-AdSC投与群に分け炎症抑制効果を比較検討した.【結果】Simvastatin封入PLGAナノ粒子をAdSCに抱合させたところ,AdSCの遊走能と増殖能は有意に増強した.またAdSCの経静脈的,腹腔内投与では腸管組織に集積しなかったが,経動脈的投与にて集積が確認できた.AdSC単独移植にても体重変化,腸管長,病理学的評価,RT-PCR(IL-1b,6, 17, TNFa)で有意な改善効果が認められたが,Sim-AdSC群ではさらに著明な炎症抑制効果が確認できた.【結論】Simvastatin封入PLGAナノ粒子抱合により,マウス腸炎モデルにおけるAdSCの腸管炎症抑制効果がさらに増強されることが明らかになった.炎症性腸疾患は、消化管に慢性炎症を来たす難病で根本的な治療法はない。本研究は、ナノ粒子製剤のバイオドラッグデリバリーシステムとして幹細胞を用い、ナノ粒子製剤と幹細胞の抗炎症作用に相乗効果をもたらすハイブリッド型治療法の検討である。このシステムを働かせるためには、当然ながら幹細胞が炎症組織に集積する必要性があるが、これまでの他臓器での報告に反して、大腸炎症組織へのEndothelial Progenitor Cells(EPC)の集積作用はそれ程強くはなかった。すなわちマウス骨髄よりEPCを採取して培養法にて増殖させた後、CM-DiIにてラベリングした上で1×1051×106 cell/mice移植し、Dextran sulfatesodium(DSS)腸炎および2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid(TNBS)腸炎に移植したが、大腸に細胞の集積はほぼ認めなかった。よってナノ粒子製剤のバイオドラッグデリバリーシステムの標的細胞に何を用いるか再検討が必要となった。

その後、マウス脂肪組織よりAdipose-Derived Stromal Cells(AdSC)を採取して上記と同様の検討を行ったが、やはり大腸炎症組織に集積はしなかった。解剖学的にも大腸には集積しにくいと考えられ、細胞の移植方法として経動脈的投与を行ったところ、最終的には多数の細胞集積を確認できた。しかしこの手技はこれまで報告のない方法であり、当初は大腿動脈より逆行性にカテーテル挿入を試みたが、大腿動脈は径が小さすぎて困難であった。内径動脈よりカテーテルを胸部大動脈まで挿入して細胞移植することで成功を得たが、この手技を確立するために膨大な時間を要した。以上の様な経過であり、当初の実験計画予定からは若干遅れている。炎症性腸疾患ナノ粒子製剤のバイオドラッグデリバリーシステムの標的細胞としてAdipose-Derived Stromal Cells(AdSC)を用い、腸炎モデルに経動脈的に移植してその炎症抑制効果を検討する。具体的には、まずDextran sulfatesodium(DSS)腸炎に対してAdSCを移植し、その炎症抑制効果を確認する。次に、すでに確立してある手法によりAdSCにナノ粒子化した製剤(現在、スタチン製剤を検討中)を抱合させ、DSS腸炎に移植する。これにより、ナノ粒子製剤とAdSCの抗炎症作用に相乗効果をもたらすハイブリッド型治療法の検討を行う。当初の初年度の計画では、マウス骨髄由来のEPCをTNBS腸炎に移植し、大腸炎症組織への集積した上で、FVB/N-TgN[TIE2LacZ]182Satoマウスを用いて骨髄よりEPCを分離し、腸炎に移植することでEPCの腸管での動態を長期間に渡って観察する予定であった。しかしEPCが移植方法や移植細胞数を変更して検討しても大腸炎症組織に集積しなかったことから、ナノ粒子製剤のバイオドラッグデリバリーシステムの標的細胞としてEPCは不適当であると判断した。よって予定していたFVB/N-TgN[TIE2LacZ]182Satoマウスを使用せず、EPCの代わりにAdSCをバイオドラッグデリバリーシステムの標的細胞として検討を開始した。初年度に申請していた費用の中で上記マウスの費用は使用しない流れとなり、これまでの検討に使用したマウスは我々が継代飼育しているマウスも使用してきたため、初年度の費用は低くなった。これまでの研究にてマウスAdipose-Derived Stromal Cells(AdSC)の新たな移植方法を開発したため、今後はナノ粒子製剤のバイオドラッグデリバリーシステムの標的細胞としてAdSCを用い、腸炎モデルに経動脈的に移植してその炎症抑制効果を検討する。
URu2Si2の“隠れた秩序”の直接観測

URu2Si2単結晶についての後方X線散乱実験を実施した。この結晶に対する(880)ブラッグ回折点の拡がりの温度変化について2次元検出器を用いて注意深く調べた結果、隠れた秩序に伴う正方晶から斜方晶への歪みは、δ(aーb)/(a+b) < 5×10ー6の精度で起きていないことを確認した。これは、δ(aーb)/(a+b) 6×10ー5の歪みが「存在する」とする過去の報告と矛盾する結果である。URu2Si2はT=17.5Kで鋭い比熱のピークを生じ、相転移を示す。しかし、比熱の飛びから予想される秩序変数が何によるものであるかは20年間の多くの理論及び実験的努力にもかかわらず明かではない。しかし、最近、理論物理学者によって様々な多極子モデルが提案され多くの注目を集めている。我々は、中性子回折測定を用いることで、この多極子モデルの決定を行うことを目的に研究を行う。東海村にある3号炉原子炉(JRR-3M)が平成25年度は稼働しなかったため、中性子回折測定を行うことが出来なかったが、純良な大型単結晶試料の育成は完了した。よって、中性子回折測定を実施するための準備は整っており、平成26年度以降に中性子回折実験を行い目的を完遂する予定である。URu2Si2は17.5Kで鋭い比熱のピークを生じ相転移を示す。しかし、その秩序変数が何夜かは20年もの多くの理論・実験による多大な研究にも関わらず明らかとなっていない。一つの可能性として、理論物理学者によって提唱された多重極秩序モデルが挙げられる。本研究では、この多重極秩序モデルを中性子回折測定によって決定することを目的としている。日本原子力研究開発機構の3号炉原子炉(JRR-3M)が平成26年度は稼働しなかったため、中性子回折測定を行うことが出来なかったが、海外の中性子回折施設などを含め、平成27年度中に測定を実施し、目的を完遂する予定である。しかし、その秩序変数について20年もの多くの理論・実験による多大な研究にもかかわらず明らかとなっておらず、隠れた秩序として呼ばれている。最近、隠れた秩序に伴う正方晶から斜方晶への歪みが報告され、隠れた秩序との関係について注目を集めている。今回、この歪みが隠れた秩序との関係を検証するために、放射光X線による後方X線散乱実験を実施した。URu2Si2単結晶について(880)ブラッグ回折点の拡がりの温度変化について2次元検出器を用いて注意深く調べた結果、隠れた秩序に伴う正方晶から斜方晶への歪みは、報告された精度では起きていないことを確認した。よって、URu2Si2で過去に観測された斜方晶への低対称化は、試料依存のある現象であり、隠れた秩序の本質ではないことが強く示唆される。対称性を保つ理論モデルの検証を改めて進める必要がある。東海村の日本原子力研究開発機構にある3号炉原子炉(JRR-3M)が平成26年度に稼働せず、中性子回折測定を実施することが出来なかった為。磁性・超伝導今後、JRR-3Mで実験が出来るか否かは不透明であるため、代替案として海外の中性子回折施設で実験を行うことを計画中である。ビームタイムが受理され次第、中性子回折測定を行う予定である。東海村にある3号炉原子炉(JRR-3M)が平成25年度は稼働しなかったのは予定外の事態ではあるが、当初の予定通りURu2Si2の単結晶試料の育成は完了した。よって、平成26年度に中性子回折測定を行う予定である。今度、JRR-3Mで実験が出来るか否かは不透明であるため、代替案としてオークリッジ国立研究所で中性子回折測定を実施することを計画中である。現在、研究遂行に必要なビームタイム申請を行っており、ビームタイムが受理され次第、中性子回折測定を行う予定である。
網膜色素上皮細胞における上皮間葉転換と生物学的意義

後眼部における線維性増殖に関連する網膜色素上皮細胞の上皮間葉転換のメカニズムについて、ERMタンパク質ファミリーに属するマーリンタンパク質が網膜色素上皮細胞の上皮性に重要であることを見出した。腫瘍壊死因子は網膜色素上皮細胞の上皮間葉転換誘導因子であり、この刺激によりマーリンの発現は低下し、それに続いてERMタンパク質の活性化、p38マップキナーゼのリン酸化がTAK1を介して生じており、このシグナルが腫瘍壊死因子が誘導する上皮間葉転換に重要であった。網膜色素上皮細胞(RPE)の上皮間葉転換(EMT)は、増殖硝子体網膜症などの眼内増殖性線維性疾患の原因の一つと考えられている。RPEのEMTの機序を明らかにすることで、難治性のPVRの新しい治療戦略を得ることができると考え、TNF-αが誘導するEMTの機構を検討した。TNF-α刺激によりMerlinタンパク質の発現低下がおきることを網膜色素上皮細胞(ARPE-19)細胞において明らかにし、長期刺激におけるTNFーαの自己分泌が重要であることをTNF-α短期刺激、長期刺激における培養液中TNFーα濃度をELISAを用いて計測し、短期刺激では培養液中のTNF-αがほぼ検出されなかったことに対し、長期刺激では2時間刺激と同等の濃度を認め、TNF-αmRNAの誘導もPCRにて確認した。さらにTNF-αシグナル経路の活性化の維持についてp65のリン酸化、p65核内移行が長期刺激された細胞において活性化、核内移行が維持されていることを明らかにした。また、マウスRPE細胞においてもTNF-αが同様にMerlinの発現低下を誘導することを確認した。Merlinの役割を明らかにするためにNF2 siRNA導入を行い、MerlinがCD44の架橋タンパク質であるERMタンパク質のリン酸化を制御するとともに、ヒアルロン酸の取り込みを制御することを明らかにした。このヒアルロン酸の取り込みは増殖シグナルの活性化やEMTの誘導・維持にも関与するシグナル経路に重要であることを見出した。さらに、MerlinはTAK-1の活性化にも関与し、TAK-1を介したp38MAPKのリン酸化、増殖を制御することを見出した。網膜色素上皮細胞の上皮間葉転換(EMT)は増殖硝子体網膜症などの線維性病変の原因の一つであり、我々はTNF-αが誘導するEMTメカニズムに注目している。このTNF-αが誘導するEMTにおいて、FERMドメインを持つMerlinが非刺激下ではCD44と会合して細胞膜に局在する一方で、持続的なTNF-α刺激により低下することも見出した。Merlinは非刺激下のRPEではCD44と会合し、TNF-α刺激下で会合が減少していた。Merlin siRNAの結果、ERMのリン酸化が亢進し、CD44とリン酸化ERMは共局在し、ヒアルロン酸結合能が亢進した。さらに、Merlin siRNAはTAK1ーp38MAPKシグナル活性化に関与を誘導し、細胞増殖とEMT誘導に必須であった。これらの結果はRPEの上皮間葉転換誘導に重要な経路を特定するものであり、EMTが関連する線維性疾患の新たな標的となる可能性がる。上皮間葉転換(EMT)とは上皮細胞が上皮の性質である細胞間接着や極性を、様々な刺激によって失い、細胞外マトリクスの産生亢進や運動能亢進、紡錘型細胞へ形態が変化するなど間葉系の細胞の性質を獲得する現象であり、網膜色素上皮細胞のEMTは増殖硝子体網膜症や加齢黄斑変性における線維化などの線維性病変に関連すると考えられている。Merlinタンパク質はEzrinーRadixinーMoesin(ERM)タンパク質ファミリーに属し、NF2にコードされる。今回我々は、炎症性サイトカインTumor necrosis factor(TNF)-αによりMerlinの発現が低下することを見出した。MerlinはCD44のbindingpartnerであり、Merlinの発現低下に伴い、ERMタンパク質の活性化亢進も認め、CD44との会合が亢進するとともにヒアルロン酸取り込みも亢進していた。Merlin siRNA導入細胞では、p38MAPKのリン酸化が亢進しており、このリン酸化亢進にはTGFーβActivated Kinase 1(TAK1)が関与していた。また、Merlin発現抑制によって網膜色素上皮細胞の増殖が亢進し、この増殖亢進にもTAK1が関連していた。merlinーp38MAPKーTAK1シグナルはTNFーαによって誘導されるEMTのメカニズムの一つであり、この経路を制御することで、増殖性線維性疾患を抑制する可能性があると考えられた。平成26年度の予定であった、網膜色素上皮細胞を用いた検討はおおむね達成しすることができた。NF2発現とサイトカイン、増殖因子の検討について、TNFーαの持続刺激の意義について明らかにし、MerlinがTGF-βActivated Kinase-1の活性化を制御し、増殖に関与する

p38MAPKの活性化を制御することを明らかにした。また、Merlinとヒアルロン酸、CD44、ERMタンパク質の活性化の機序について、MerlinがERMタンパク質のリン酸化、ヒアルロン酸取り込み、シグナル経路の活性化についてMerlinの新たな役割を見出すことができた。Merlinの下流で活性化を認めたTAK1に注目し、その阻害薬の効果をin vivo増殖硝子体網膜症モデルでも検討する。眼科学今年度計画通り、マウス眼を用いたRPEとEMTの機序についての実験を予定する。動物実験計画については既に当大学の動物実験委員会の承認を得ている。すでに確率しているC57/BL6Jマウスにおける経瞳孔的レーザー網膜照射によるCNV誘導モデル(laser-induced CNVモデル)は、レーザーによるRPEの障害・網膜血液関門の破綻がCNVの誘導を惹起するものであるが、レーザー障害時・障害後の創傷治癒過程においてRPEのEMT誘導が生じているかどうか、また、RPEの創傷治癒とCNVの制御について検討を行う。さらに、EMT誘導の機序、環境因子、細胞因子について検討する。加齢(週数)によるEMT誘導の違いについても検討を行い、RPEの網膜血液関門の破綻についての解析をすすめる。また、硝子体は炎症性サイトカインや増殖因子を含有し、硝子体暴露とRPEのEMTは密接に関与することが知られている。硝子体サンプル刺激がRPEへのEMT誘導に関与るすかどうかについても検討を行う。ヒト硝子体サンプルの採取・解析については既に当病院の倫理委員会の承認を得ている。
非酸化物焼結助剤による新規な窒化ケイ素セラミックスの創製と構造・機能材料への展開

平成28年度の非酸化焼結助剤の物質探査に関する検討結果に基づき,La2Si4N6CならびにY2Si4N6Cを対象とした放電プラズマ焼結法を用いた作製条件の最適化を行た.La2Si4N6Cについては温度・圧力条件を系統的に変化させても2層に分離した固化体が作製されるのみで,X線解析においてもLa2Si4N6Cの形成には至らなかったことが示されている.一方,Y2Si4N6Cについては放電プラズマ焼結法により均質な固化体を作製することができ,X線解析によってY2Si4N6Cの生成を確認した.次いで,最適化ならびに作製に成功した10 wt.% Y2Si4N6Cを助剤として用いて,Si3N4の焼結体を作製することに成功した.比較材料として,酸化物焼結助剤である10 wt.% Y2O3を用いたSi3N4も作製した.透過電子顕微鏡を用いた室温での観察により,Y2Si4N6Cを助剤とするSi3N4ではY2Si4N6Cは結晶質であることに対して,Y2O3を用いたSi3N4では,Y2O3は非晶質であることを明らかにした.さらに,ボールオンディスク試験法を実施することによりSi3N4焼結体のトライボ特性を評価し,10 wt.% Y2Si4N6Cを助剤とする焼結体の大気中ならびに水中におけるストライベック線図を求めた.広範な接触条件に対して良好な低摩擦特性を示すことを見出している.今後は,10 wt.% Y2O3用いたSi3N4の評価も行い,焼結助剤種のトライボ特性に及す影響を明らかにする予定である.さらに,3点曲げ試験による高温強度評価を行い,10 wt.% Y2O3では1200°C以上では顕著に強度低下することに対して,10 wt.% Y2Si4N6Cにおいては1300°Cまでほぼ強度低下が顕著には観察されないことを示した.今後,さらに高温領域での特性評価を実施する予定である.平成28年度に実施した物質探査に基づき,非酸化物焼結助剤としてY2Si4N6Cを合成することに成功し,かつ,世界で初めて非酸化物焼結助剤を用いたSi3N4の緻密な焼結体を作製している.この成功は,当該分野に大きなインパクトを与える成果である.また,開発した焼結体の,初期的ではあるもののトライボ特性ならびに高温強度特性について評価試験を行い,良好な特性を示すデータが取得されている.特性に優れた特性のSi3N4を開発できる見通しが得られているものと判断している.今後の研究推進の土台が構築できたものと考えている.平成29年度で作製に成功したY2Si4N6Cを用いて,助剤添加量,焼結の温度ならびに圧力条件を系統的に変化させた作製実験を実施する予定である.また,装置ならびに試験法の整備を完了したトライボ特性試験ならびに高温強度特性試験を広範な実験条件で行う予定である.ここで得られる知見は,いずれも世界で初めてのものとなる.微細組織と各種特性との関係について十分に検討するとともに,熱伝導特性の評価も推進する.研究推進において,特に問題点はない.研究(1)非酸化物系焼結助剤の物質探索と焼結性能評価:非酸化物焼結助剤開発を目的として,まず物質調査に基づく候補化合物の選定を行った.考案した物質調査の方法は,LnN, SiC,ならびにSi3N4の出発化合物の反応生成物に関する化学量論的考察に基づき,非酸化物焼結助剤のみの焼結実験を行うことにより最適材料を選択するものである.ここで,LnはYおよびScを表記している.まず,化学量論的組成を満足するように秤量したLnN, SiC,ならびにSi3N4の混合物を,アルゴンガス雰囲気において,1900°Cまでの温度域で焼結実験を行った.多くの混合物で1800°Cを超えた温度域で反応ガスの生成したことに基づき, 1750°Cを焼結温度とする実験を行った.X線解析により所定の化合物が形成されており,かつ未反応物は微量であること,ならびに粒径は100μm以下に調整できることを示している.研究(2)酸素欠陥フリーのSi3N4系セラミックスの作製法開発と合成パラメータの影響解明:焼結助剤Y2Si4N6CとSi3N4の混合粉末を用いてSi3N4系セラミックスの焼結実験を放電プラズマ(SPS)焼結法を用いて,温度1500°Cから1750°Cの範囲,圧力200MPaの条件で行った.焼結助剤の添加量は10mol%とした.相対密度98.5%以上の緻密体を作製することに成功した.曲げ試験法により評価した室温における曲げ強度ならびに破壊靭性値は,それぞれ約1000MPaならびに10MPam1/2であった.研究(3)試作したSi3N4系セラミックスの基礎特性評価:高温破壊特性評価試験法の整備を目的として,アルミナ製負荷治具の作製ならび変位計測治具の改良を行った.次年度以降,系統的な焼結実験とともに高温特性評価を展開する.系統的な物質探査を実施することにより,非酸化物焼結助剤としていくつかの物質を既に合成することに成功し,X線等の特性評価試験により目的としている物質合成が達成されていることを確認している.

この成功は,当該分野における世界の研究に先んじた成果である.また,非酸化物焼結助剤を用いてSi3N4系セラミックスの焼結にも成功し,予備的な機械的特性評価試験により良好な強度ならびに破壊靭性特性を有することを示している.これらの成果は極めて重要な成果であり,セラミックス系材料開発においてインパクトを与える成果であると言える.焼結助剤作製,Si3N4系セラミックスの焼結体作製ならびにそれらの特性評価試験実施のいずれにおいても計画を達成できており,研究は順調に進展しているものと判断される.平成28年度の非酸化焼結助剤の物質探査に関する検討結果に基づき,La2Si4N6CならびにY2Si4N6Cを対象とした放電プラズマ焼結法を用いた作製条件の最適化を行た.La2Si4N6Cについては温度・圧力条件を系統的に変化させても2層に分離した固化体が作製されるのみで,X線解析においてもLa2Si4N6Cの形成には至らなかったことが示されている.一方,Y2Si4N6Cについては放電プラズマ焼結法により均質な固化体を作製することができ,X線解析によってY2Si4N6Cの生成を確認した.次いで,最適化ならびに作製に成功した10 wt.% Y2Si4N6Cを助剤として用いて,Si3N4の焼結体を作製することに成功した.比較材料として,酸化物焼結助剤である10 wt.% Y2O3を用いたSi3N4も作製した.透過電子顕微鏡を用いた室温での観察により,Y2Si4N6Cを助剤とするSi3N4ではY2Si4N6Cは結晶質であることに対して,Y2O3を用いたSi3N4では,Y2O3は非晶質であることを明らかにした.さらに,ボールオンディスク試験法を実施することによりSi3N4焼結体のトライボ特性を評価し,10 wt.% Y2Si4N6Cを助剤とする焼結体の大気中ならびに水中におけるストライベック線図を求めた.広範な接触条件に対して良好な低摩擦特性を示すことを見出している.今後は,10 wt.% Y2O3用いたSi3N4の評価も行い,焼結助剤種のトライボ特性に及す影響を明らかにする予定である.さらに,3点曲げ試験による高温強度評価を行い,10 wt.% Y2O3では1200°C以上では顕著に強度低下することに対して,10 wt.% Y2Si4N6Cにおいては1300°Cまでほぼ強度低下が顕著には観察されないことを示した.今後,さらに高温領域での特性評価を実施する予定である.平成28年度に実施した物質探査に基づき,非酸化物焼結助剤としてY2Si4N6Cを合成することに成功し,かつ,世界で初めて非酸化物焼結助剤を用いたSi3N4の緻密な焼結体を作製している.この成功は,当該分野に大きなインパクトを与える成果である.また,開発した焼結体の,初期的ではあるもののトライボ特性ならびに高温強度特性について評価試験を行い,良好な特性を示すデータが取得されている.特性に優れた特性のSi3N4を開発できる見通しが得られているものと判断している.今後の研究推進の土台が構築できたものと考えている.平成28年度でカバーした非酸化物焼結助剤に対してより広範な種類について合成実験ならびにSi3N4セラミックスの焼結を系統的に実施する予定である.また,焼結材の機械的特性評価を本格化させ,特に高温特性評価に重点を置く.研究推進において,特に問題点はない.平成29年度で作製に成功したY2Si4N6Cを用いて,助剤添加量,焼結の温度ならびに圧力条件を系統的に変化させた作製実験を実施する予定である.また,装置ならびに試験法の整備を完了したトライボ特性試験ならびに高温強度特性試験を広範な実験条件で行う予定である.ここで得られる知見は,いずれも世界で初めてのものとなる.微細組織と各種特性との関係について十分に検討するとともに,熱伝導特性の評価も推進する.研究推進において,特に問題点はない.
予測微生物学的手法による食品流通システムの衛生管理

本研究は、予測微生物学的手法とコンピュータ・シミュレーション手法を融合することによって食品の微生物的リスクを分析・評価し、Agri-Food Chainにおける安全性確保の高度化を目指すものである。本研究では、微生物的リスクを低減する要素技術の開発とリスク分析・評価について考究した。具体的には、(1)青果物の紫外線・赤外線照射による初発菌の抑制と相乗殺菌効果の解明、(2)マルチエージェントシステムによるバイオフィルム形成パターンの解析、(3)CFDによる生産・流通システムの空調衛生管理についてである。一連の研究を行うことで、食品流通システムにおける衛生管理をより高度化した。1.青果物の紫外線・赤外線照射による初発菌の制御と相乗殺菌効果の解明(2)数値流体力学(CFD)アプローチによるUV・IR照射殺菌予測モデルの構築IR照射によるPDA培地の加熱実験を行った。IR照射距離を90mm150mmに調整し、培地表面温度を実測するとともに、水分蒸発を考慮したIR照射モデルによる温度変化予測を行った。その結果、予測精度±2.0°C以内で予測が可能であった。このモデルを用いてCladosporium sp.等の最適殺菌時間を明らかにした。2.マルチエージェントシステムによるバイオフィルム形成パターンの解析と除去マルチエージェントによるバイオフィルム形成シミュレーションを行った。バイオフィルムの形成パターンは初発菌数に大きく依存すること、細胞外多糖類の産出が形成パターンに影響江夫与えることが分かった。3.CFDによる生産・流通システムの空調衛生管理生産・流通システム内において微生物の増殖を抑制する空調管理について考究した。本年度は、微生物が埃塵とともに施設内を浮遊・拡散する気-固二相流CFDモデルを構築し、粒子追跡法により流れを可視化した。また、冷却モデルに輻射の影響を加え、予測精度の向上に努めた。1.青果物の紫外線・赤外線照射による初発菌の制御と相乗殺菌効果の解明(1)UV・IR照射装置の開発と相乗殺菌効果の解明Bacillus subtilis芽胞のUV(0.455mW/cm^2)・IR(1.87μW/cm^2/nm)照射殺菌実験を行った。この結果、IRにより50°Cまで昇温した後、UVを60秒照射すると生菌数が4.1log低下した。IRによる昇温は2050°Cとしたが、30°C昇温時が最も殺菌効果は低くなった。(2)数値流体力学(CFD)アプローチによるUV・IR照射殺菌予測モデルの構築本年度は主にUV照射によるイチゴ果実の表面殺菌について研究を遂行した。UV透過性のあるイチゴトレイ(紫外線透過率0.76)に果実9個を詰め、上方150mm、下方131mmの両方向からのUV照射について検討した。照射モデルはDOモデルを用い、ランプ本数、ランプ間距離を変数とするUV照射シミュレーションを行った。イチゴ表面の照射分布を変動係数により評価した結果、上下各2本、ランプ間距離250-300mmでより均一な照射が可能であることを明らかにした。2.マルチエージェントシステムによるバイオフィルム形成パターンの解析と除去バイオフィルム量の経時変化の予測およびバイオフィルム量データの解析を目的とした決定論的および確率論的シミュレーションモデルを構築した。本モデルは細胞外多糖類による基質の濃縮、バイオフィルム内部の増殖速度の低下、貧栄養下におけるバイオフィルム形成能の向上といったバイオフィルムの特性をよく反映した。3.CFDによる生産・流通システムの空調衛生管理昨年までに開発したモデルに、積荷内を流体が通過する多孔質モデルを追加し、積荷内への汚染空気の流れを可視化した。次に、マルチエージェントシステムによるバイオフィルム形成パターンの解析と除去では、バイオフィルムが成長できる仮想3次元空間モデルを構築し、バイオフィルムが成長するパターンをより現実的に再現することを試み、より高度な解析を可能とした。最後に、CFDによる生産・流通システムの空調衛生管理では、貯蔵施設内温湿度、風速分布予測モデルを構築し、庫内温湿度分布を均一にする空調制御について検討した。数値流体力学解析によって適切な冷凍機吹出風速および加湿器の設置位置を決定し、温度5°C、相対湿度90%を長期安定的に維持する制御法を提案した。また、庫内に殺菌装置を設置する際の適切な取付位置についても明らかにした。各項目とも基礎データの蓄積も順調であり、定式化も進んでいる。これらを基礎とするIR・UV殺菌モデルの開発、バイオフィルム形成パターンの解析モデルの開発、貯蔵庫内の浮遊菌の拡散予測モデルの開発とも順調に進んでおり、IR・UV殺菌については照射の最適条件も一部見出している。フードチェーンの衛生管理の高度化に資するデータ蓄積および解析法の開発が進んでいることから、進展度は高いと考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。