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新規オートファジー誘導物質(+)-エポジムノラクタムの構造と機能

オートファジー誘導物質(+)-エポジムノラクタム(1)の構造と機能を明らかにすることを目的に、1の全合成を8工程で達成し、合成品が1と一致する物理化学的ならびに生物学的性質を示すことを確認した。次ぎに、1の鏡像体(-)-Epo、脱エポキシ誘導体Deepoxy、鎖状型誘導体N.N-Dimethyl、環化型誘導体O-Methyl、側鎖炭素数6の誘導体C6、側鎖炭素数8の誘導体C8を新たに合成し、1および脂肪酸合成阻害剤Cerならびに1の合成中間体Amide 8を加え構造活性相関研究を行った。活性発現には、天然型配置のエポキシ基、ラクタム構造、側鎖の長さ、二重結合の有無が重要であることが示された。平成26年度は、モリノカレバタケの一種Gymnopus sp.の生産する(+)-エポジムノラクタム(1)の単離・構造決定・オートファジー誘導活性について原著論文として纏め、定評ある国際誌の一つであるPhytochemistryに掲載された(Phytochemistry(2014),http://dx.doi.org/10.1016/j.-phytochem.2014.08012)。さらに、cis-4-benzyloxy-2-buten-1-ol(2)を出発原料として、D-(-)-DETを用いたシャープレス不斉エポキシ化を行うことにより89%eeでエポキシアルコール(3)を得た。Vinyl acetate中で2をリパーゼ処理するとent-3が選択的にアセチル化されることが判り、これを除去することで99%ee以上の光学純度をもつ(+)-3を得た。この新規なタンデム型不斉エポキシ化法は光学活性エポキシ化合物を合成するための手法として重要であると考えている。(+)-3をTEMPO酸化しアルデヒド(4)とし、n-BuMgClを用いてGrignard反応を行いブチル基の付加した5を得た。5をPd/C, H2でベンジル基を除去しエポキシジオール6とした。6を2当量のNaOCl存在下でTEMPO酸化することによりラクトン7を得た。ラクトン7をNH4OHのメタノール溶液で開環し、アミドエポキシアルコール8を高収率で得た。アミドエポキシアルコール8をDess-Martin酸化し、目的とする(+)-エポジムノラクタム(1)の全合成を達成した。合成した(+)-エポジムノラクタム(1)は、天然物と同様、ケト型互辺異性体との混合物として得られた。さらに物理化学的性状、1H-NMR,13C-NMRに於いて良い一致を示し、動物細胞に対するオートファジー誘導活性も天然物同様に誘起することを確認した。我々はモリノカレバタケ(Gymnopus sp.)の菌糸体培養液から新規なオートファジー誘導物質として(+)-エポジムノラクタム(1)を発見した(Phytochemistry, 114, 155-159 (2015))。(+)-エポジムノラクタム(1)は溶液中で3種類の互変異性体として存在している。平成27年度は、1の初の全合成を最適化し、各互変異性体のNMRの帰属を行った。これらの成果を原著論文としてまとめ、ネーチャー出版の雑誌であるThe Journal of Antibioticsに掲載された(J. Antibiotics, 68, 721-724 (2015))。さらに構造ー活性相関研究を遂行するために、天然体のエナンチオマーである(-)-エポジムノラクタム(ent-1)の全合成を行った。D-(+)-DIPTを用いたシャープレス不斉酸化を行い、cis-4-benzyloxy-2-buten-1-ol (2)から(2S,3R)-4-benzyloxy-2,3-epoxy-1-butane-1-ol (3)を86%eeで得た。リパーゼを用いた速度論的光学分割により98%eeのアセチル誘導体(4)を81%の収率で得た。加水分解により所望の(-)-3を得た。TEMPO酸化、n-BuMgClを用いたグリニャール反応を行いエポキシアルコール(6)を得た。脱保護、2当量のNaOClを用いたTEMPO酸化を行いラクトン(8)を得た。アンモニアによる開環、Dess-Martin酸化により(-)-エポジムノラクタム(ent-1)を合成した。合成(+)-1は、ポジティブコントロールであるラパマイシンと同様、オートファジーマーカーであるLC3-IIの蛋白量を亢進させ、オートファゴソーム分解のマーカーとされるp62の蛋白量を低下させる傾向を示した。当初の計画どおり、(+)-エポジムノラクタムの鏡像異性体である(-)-エポジムノラクタムの全合成に成功した。申請者らが発見した新規オートファジー誘導物質(+)-エポジムノラクタム(1)の構造と機能を明らかにすることを目的に、1の全合成を行った。cis-2-Buten-1,4-diolのモノベンジル体2のシャープレス不斉エポキシ化、リパーゼを用いた速度論的光学分割により光学純度の高い(+)-3を得た。合成した(+)-3に対してTEMPO酸化によりアルデヒド4とし、Grignard反応によりエポキシアルコール5を、次いで加水素分解によりジオール6を得た。2当量のNaOCl

存在下TEMPO酸化によりエポキシラクトン7とし、アンモノリシスによりアミドアルコール8、次いでDess-Martin酸化により目的とする1を得た。詳細なNMR解析とオートファジー誘導活性から、1の絶対配置を含む構造確定を行った。(+)-エポジムノラクタムの構造要求性を明らかにするために、鏡像異性体(-)-Epo、脱エポキシ体Deepoxy、鎖状誘導体N,N-Dimethyl、環化型誘導体O-Methyl、側鎖炭素数6の誘導体C6、側鎖炭素数8の誘導体C8を新たに合成した。得られた6種類の誘導体に加え、脂肪酸合成阻害剤Cer、1の合成中間体Amide8を加え、オートファジー誘導活性の評価を行った。結果として、1)1のエポキシ基の存在と天然型の絶対立体配置がオートファジー誘導活性に必須であること。2)1は鎖状型では活性を示さず、おそらくは環化型のラクタム構造が、オートファジー誘導活性に寄与している。3)側鎖誘導体C6およびC8はオートファジー誘導活性を示すが、後期のオートファジーマーカーであるp62タンパク質量を増加させ、かつ高濃度では細胞毒性が観察された。加えて、Cerはオートファジー阻害活性を示すことから、側鎖の炭素数ならびに二重結合の有無が生物活性に大きな影響を与えることが明らかとなった。オートファジー誘導物質(+)-エポジムノラクタム(1)の構造と機能を明らかにすることを目的に、1の全合成を8工程で達成し、合成品が1と一致する物理化学的ならびに生物学的性質を示すことを確認した。次ぎに、1の鏡像体(-)-Epo、脱エポキシ誘導体Deepoxy、鎖状型誘導体N.N-Dimethyl、環化型誘導体O-Methyl、側鎖炭素数6の誘導体C6、側鎖炭素数8の誘導体C8を新たに合成し、1および脂肪酸合成阻害剤Cerならびに1の合成中間体Amide 8を加え構造活性相関研究を行った。活性発現には、天然型配置のエポキシ基、ラクタム構造、側鎖の長さ、二重結合の有無が重要であることが示された。当初の計画通り、全合成を達成した。平成28年度は、今年度中にルート開発に成功した開環型互変異性体のN,N-dimethyl誘導体(9)とanti型の閉環型互変異性誘導体に相当するO-methyl誘導体(10)の合成を最適化し、NOESYを含む詳細なNMR解析と活性評価に必要な量の確保を行う。脂肪酸合成の阻害剤として知られているセルレニンの活性評価を行ったところ、(+)-エポジムノラクタムとは対照的な結果が得られた。すなわち、セルレニンはLC3-IIの蛋白量を低下させ、p62の蛋白量を逆に亢進させることで、オートファジーを阻害することを示唆する結果を得た。オートファジーの誘導時に、ホスファチジルエタノールアミンがLC3-Iに結合してLC3-IIとなることでオートファゴソームの形成が進行する。従って、脂肪酸合成が阻害されれば、オートファジーが阻害される可能性は充分考えうることである。この観察は、(+)-エポジムノラクタムの側鎖の重要性を示しており、様々な側鎖誘導体の前駆体となる末端オレフィン誘導体を合成し、オレフィンクロスメタセシス反応による各種誘導体の合成の検討を行い、上記の誘導体とあわせ(+)-エポジムノラクタムのオートファジー誘導活性における構造要求性を明らかにする。農学系創薬平成27年度は、合成した(+)-エポジムノラクタムを用いて、溶液中での本化合物の挙動をNMRを用いて調べる。また(-)-エポジムノラクタムの合成を行う。余力があれば、他の誘導体の合成も行い、構造と活性との相関を明らかにする。3月納品、4月支払いの物品があるため、未使用額が生じた。
ヒト臍帯血細胞を用いたパーキンソン病に対する細胞移植療法に関する研究

平成18年度に骨髄由来幹細胞静脈内投与のパーキンソン病モデルラットに対する治療効果を確認していたが、その機序として損傷細胞の置換というよりもむしろ分泌されている血管内皮成長因子(VEGF)やグリア細胞由来神経栄養因子(GDNF)などが重要であることが明らかとなった。静脈内投与された細胞の脳内への生着率は0.01%未満であり、神経細胞への分化も見られなかったが、有意な行動学的改善と組織学的なドパミン細胞の損傷軽減が示された。細胞培養上清からはVEGFや微量ではあるがGDNFも検出することができた。臍帯血細胞を用いた細胞療法についても、同様に移植細胞から分泌される栄養因子などによる神経保護修復作用の重要性が示唆されている。ラットの臍帯血を採取し培養を行いまず、in vitroで増殖することに成功した。この細胞を用いて神経細胞への分化誘導を図ると、非常に低率であるがいくつかの細胞は神経系のマーカーを発現していた。また、培養上清からはVEGFだけでなく、グリア・脳由来神経栄養因子(GDNF・BDNF)が骨髄幹細胞よりも高い濃度で分泌されているのが確認できた。本細胞を骨髄由来幹細胞と同様にパーキンソン病モデルラットに対して静脈内投与したところ、やはり有意な行動学的改善とドパミンニューロンの残存を認めた。一方、移植された細胞はごく少数脳内に生着していたが、神経細胞への分化を示していなかった。また、脳実質を取り出して栄養因子を測定したところ、VEGF・BDNFの増加を認め、線条体のドパミン量も有意に保たれていた。パーキンソン病に対して謄帯血細胞を用いた細胞療法を施行するために、まずラベルした骨髄由来単核球を経静脈的投与し神経保護効果があるかどうか検討した。成体ラットの大腿骨より骨髄細胞を取り出し、その中から単核球のみを分離し、パーキンソン病モデル作成1時間後に尾静脈より静脈内投与を行った。アンフェタミン誘発回転運動はコントロール群と比べて有意に減少した。また、組織学的に線条体および黒質内のドパミン線維および細胞は有意に生存していた。しかし、移植した骨髄細胞はほとんどが脾臓と肺に付着し脳内にはほとんど認められなかったし、神経系の細胞への分化も示さなかった。現在、神経保護効果のメカニズムを検討しているが、明らかに骨髄細胞を移植した群では線条体内における血管が増生していることおよびシナプスの数の増加など、脳内の微小環境が変化していることは確かめている。その変化としてどのような神経栄養因子やシグナルを介して起こっているか検討中である。また、現在ヒト臍帯血細胞を用いた研究ができるように倫理委員会への申請の準備を行っている。もし、許可が得ることができればその細胞を用いてパーキンソン病モデルラットに使用する予定である。そこで、その前段階であるラットの臍帯血を採取する練習を行っているが、胎仔が小さいために移植に必要な細胞数を取り出すことができないのが現実である。更なる実験手技の向上およびネズミの数を増やし研究を行う予定である。一部の取り出された臍帯血細胞を試験管内で長期間生存させ、増殖させることに成功したので、その細胞も用いて研究を行う予定である。
細胞間連絡の本態に関する研究

(研究の目的):多細胞の集合で構成されている生物個体では,個々の細胞同士が密なる連絡をとりながら個体の恒常性を保持している.本研究は,癌細胞の生物学的性格におよぼす細胞間連絡の影響を検討することにより,細胞間連絡の本態を明らかにすることを目的とした.(研究の方法・成績):細胞間連絡は蛍光色素Luciferyellow CHを細胞内にマクロインジェクトし隣接する周囲細胞への色素移行を蛍光顕微鏡下で観察した.この方法は,細胞間連絡のうちギャップ結合を通じて低分子量の細胞内分子の相互移行を検索するものである.ラット乳癌SSTー2からクローニングによる得た高転移クローン(C1ー2など)と低転移クローン(C1ー4など)の培養線維芽細胞との細胞間連絡能は明らかな差があり,高転移クローンは低く,低転移クローンは高かった.このことは電顕により観察されるギャップ結合の頻度が低転移クローンで高いことと符合した.また,低転移クローンでも肺転移巣からの癌細胞は細胞間連絡は低かった.以上より周囲の正常線維芽細胞と細胞間連絡を密にとる癌細胞の転移能は低いと推定された.この細胞間連絡が癌細胞の生物学的性格に与える影響として,各クローンの運動能をBoyden chamberを用いたNucleporeフィルター通過性により検索した.その結果,両クローンとも同等の運動能を有していたが,線維芽細胞と混合培養によって細胞間連絡の密な低転移クローンの運動能は著しく低下したが,高転移クローンのそれは影響され難かった. (考察および反省):細胞間連絡は細胞の癌化に伴なって失われてくることが知られているが,本研究の成績は癌細胞でも周囲の正常細胞と密なる細胞間連絡を有しているものがあり,それによって癌細胞の転移形質のひとつである運動能が抑制されうることを示した.今後ギャップ結合を介して移行する転移能抑制因子の解明をしていくことが必要である.(研究の目的):多細胞の集合で構成されている生物個体では,個々の細胞同士が密なる連絡をとりながら個体の恒常性を保持している.本研究は,癌細胞の生物学的性格におよぼす細胞間連絡の影響を検討することにより,細胞間連絡の本態を明らかにすることを目的とした.(研究の方法・成績):細胞間連絡は蛍光色素Luciferyellow CHを細胞内にマクロインジェクトし隣接する周囲細胞への色素移行を蛍光顕微鏡下で観察した.この方法は,細胞間連絡のうちギャップ結合を通じて低分子量の細胞内分子の相互移行を検索するものである.ラット乳癌SSTー2からクローニングによる得た高転移クローン(C1ー2など)と低転移クローン(C1ー4など)の培養線維芽細胞との細胞間連絡能は明らかな差があり,高転移クローンは低く,低転移クローンは高かった.このことは電顕により観察されるギャップ結合の頻度が低転移クローンで高いことと符合した.また,低転移クローンでも肺転移巣からの癌細胞は細胞間連絡は低かった.以上より周囲の正常線維芽細胞と細胞間連絡を密にとる癌細胞の転移能は低いと推定された.この細胞間連絡が癌細胞の生物学的性格に与える影響として,各クローンの運動能をBoyden chamberを用いたNucleporeフィルター通過性により検索した.その結果,両クローンとも同等の運動能を有していたが,線維芽細胞と混合培養によって細胞間連絡の密な低転移クローンの運動能は著しく低下したが,高転移クローンのそれは影響され難かった. (考察および反省):細胞間連絡は細胞の癌化に伴なって失われてくることが知られているが,本研究の成績は癌細胞でも周囲の正常細胞と密なる細胞間連絡を有しているものがあり,それによって癌細胞の転移形質のひとつである運動能が抑制されうることを示した.今後ギャップ結合を介して移行する転移能抑制因子の解明をしていくことが必要である.
ヒト気道上皮細胞を用いたインフルエンザウイルス感染重症化判別法の開発

ヒト気道上皮細胞を用いた研究で、患者の重症度に関係するウイルス放出量や炎症惹起物質インターロイキン-6の増加が上皮細胞脱落細胞数や培養液乳酸脱水素(LDH)酵素と相関することが、4種類のウイルス感染で明らかになった。これらの指標は、患者の病態に一致し、気道上皮細胞で簡便に測定できるため、インフルエンザウイルス感染重症化の判別法として有用であると示唆された。また、温度環境と重症化の関係を検討した。インフルエンザウイルスの増殖能力は39°Cでも低下の程度は軽く、逆に39°C以上で細胞機能が低下した。重症化阻止には抗インフルエンザ薬の適切な使用と解熱による身体機能の正常化が必要であると結論された。平成25年度の研究計画に沿って、ヒト気管上皮細胞を用いて以下を検討し、結果を得た:1)インフルエンザ感染前の中枢気道、肺胞の温度環境およびインフルエンザ感染時の温度環境に相当する33°C、37°C、39°Cおよび40°C、42°Cにおけるインフルエンザウイルスの放出量は37°Cが最も多く、33°Cと39°Cが次いで多く、40°Cで減少し、42°Cではウイルスは検出できなかった。2)細胞傷害性を示す培養液乳酸脱水素酵素(LDH)濃度は40°C以上でウイルス感染前に上昇し、細胞傷害を認めた。3)酸性エンドゾームは細胞のイオン輸送を反映するため、細胞の生理機能の障害が示唆された。ウイルスの細胞質進入部位である酸性エンドゾーム数は39°C以上で減少した。4)気道炎症の指標である、インターロイキン(IL)-6も40°Cでウイルス感染前に上昇し、すでに気道炎症を生じていることが示唆された。脱落細胞数は温度による違いを認めなかった。考察:ヒト気管上皮細胞においてインフルエンザウイルスの増殖能力は37°Cが最大で、39°Cでは低下の程度は軽く、40°C以上で明らかに低下した。逆に39°C以上で細胞機能が低下し、40°C以上では細胞傷害および炎症惹起物質の増加が認められた。結論:インフルエンザ感染時に認められる39°Cの発熱ではインフルエンザウイルスの増殖は低下せず、むしろ生体の細胞機能が低下し、重症化する可能性を生じることが明らかとなった。平成24年度の検討課題である、「分離インフルエンザウイルス種間のヒト気道細胞傷害性の相違の比較」を実施した。方法:ヒト気管上皮細胞をプレートの容器に培養し、増殖した時点でヒトの咽頭から検出される濃度のインフルエンザウイルスを感染させた。用いたウイルスは、1)2009年に流行した新型インフルエンザ、2)および3)2008年2009年に流行したAソ連型季節性インフルエンザ2種類、4)A香港型季節性インフルエンザ、の4種類である。ウイルス感染後に浮遊している細胞数、および固着している細胞数、培養液ウイルス量・細胞内ウイルスRNA量、培養液乳酸脱水素酵素およびインターロイキン-6を測定した。結果:培養液に浮遊する細胞数はインフルエンザウイルス種で違いを認めた。A香港型が最も少なく、Aソ連型、新型インフルエンザの順であった。Aソ連型の1種類は新型インフルエンザと同等であった。すなわち、新型インフルエンザ≧Aソ連型>A香港型であった。培養液ウイルス量は浮遊細胞数に相関した。すなわち、ウイルス量も新型インフルエンザ≧Aソ連型>A香港型の順番であった。感染3日後で細胞の脱落が少ない時期に測定したウイルスRNA量は新型インフルエンザ≧Aソ連型>A香港型の順番であった。また、新型インフルエンザおよびAソ連型の1種類は感染10日目において固着細胞数の減少を認めた。培養液乳酸脱水素酵素は浮遊細胞数の多い新型インフルエンザおよびAソ連型の1種類で増加を認めた。培養液インターロイキン-6量は新型インフルエンザ≧Aソ連型>A香港型の順番であった。結論:インフルエンザウイルスの細胞傷害性はウイルス種で異なった。ウイルス増殖能が高いほど細胞傷害性および炎症惹起能が高い結果となった。当初の計画に沿って研究が実施されている。すなわち、研究計画の通り、平成24年度において、数種類のインフルエンザウイルスをヒト気管上皮細胞に感染させ、上皮細胞に対する傷害性(脱落細胞数)、炎症惹起物質であるインターロイキンー6の放出量と培養液ウイルス量・細胞内ウイルスRNA量を比較した。また、2009年新型インフルエンザが季節性インフルエンザに比較して病原性が特段に高くないというこれまでの評価に合致していた。培養液ウイルス量、脱落細胞数、乳酸脱水素酵素およびインターロイキンー6の測定は容易であり、流行株インフルエンザの肺内における病原性を迅速に評価する指標となることが示された。

平成25年度の検討項目として当初から計画していた研究を実施する。すなわち、気管支炎および肺炎に及ぼす影響を検討するため、中枢気道および肺胞の温度環境に相当する33度、37度、40度で培養して温度によるインフルエンザウイルスの増殖能、細胞傷害性を検討する。ウイルス感染後のウイルス増殖、炎症性物質(インターロイキン-6など)の培養液放出量を測定する。また、剥離した細胞数および培養プレートに固着している細胞数、乳酸脱水素酵素を測定し、細胞傷害性を検討する。該当なし
気道過敏性に対する麻酔薬の作用解析―強制オシレーション法を用いて

喘息モデルのラットを作成し、麻酔薬の気道平滑筋に与える影響を検討した。これまでの喘息モデルよりも感作期間を長くとって、気道のリモデリングが起こる過程を観察し、麻酔薬がそのリモデリングを抑制する可能性を見いだした。機序についてはさらなる検討が必要である。また、迷走神経の喘息に与える影響を、麻酔管理にも用いるネオスチグミンの影響下で、ラットの迷走神経を電気刺激することで検討した。迷走神経活動性は気道平滑筋に直接影響することを実験的に捕らえることが出来た。この手法を用いて、今後は喘息モデルのラットでこれらの迷走神経活動の亢進を検討していく必要がある。Ovalbumin 10μgとアジュバントを腹腔内投与して感作したラットでは、抗原であるOvalbuminを投与することで、即時型アレルギー反応により、気管平滑筋の収縮を誘発できる。これまでの研究で、各種麻酔薬はこの収縮を抑制した。そこで、より喘息患者に近いモデルで検討するため、初回感作から2週間後から、更に2週間の間Ovalbuminを鼻腔内に隔日で投与し、追加感作を行った。当初の計画どおり摘出気管の等尺性収縮の変化で検討したところ、追加感作したラットの気管では、薬物や電気刺激によって収縮力の最大値の上昇は認めるものの、EC 50は変化しなかった。このため、等尺性収縮で検討した場合、麻酔薬の影響をとらえることが難しいと考えられた。そこで、追加感作の影響として、まずは病理組織学的検討をおこなった。1週間の追加感作(鼻腔内投与)によって、これまで喘息患者の気道平滑筋のリモデリングとして報告されている炎症性変化に加えて、上皮における杯細胞の増加が認められたが、明らかな平滑筋の肥厚は認めず、3週間の追加感作によって、はじめて平滑筋の肥厚も観察された。本研究は慢性喘息患者の気道平滑筋に対する麻酔薬の影響を研究することを目的としていたが、平滑筋の肥厚が比較的短期間で起こることが明らかとなったため、まずはこの気道平滑筋のリモデリングに対する麻酔薬の影響を調べた。重症喘息の治療に用いられることもあるセボフルランを追加感作の際に吸入させ、病理組織学的検討を行ったところ、セボフルランはこの形態的変化をある程度抑制していたが、機能的変化(収縮力や気道抵抗の変化)はわずかで、有意差はなかった。現在セボフルランの濃度を上げて、検討中である。当初の計画からすると少し遠回りになるが、周術期の喘息患者の安全な管理を確立するという当初の目的の達成のために必要であると考えている。そこで、実験の方法を当初の計画から変更し、気道収縮に対する迷走神経の影響を電気刺激により検討し、摘出気管における迷走神経末端の残存とその収縮実験への影響を明らかにした。これに平行して、追加感作の影響として、病理組織学的検討をおこなった。2週間の追加感作(鼻腔内投与)によって、これまで喘息患者の気道平滑筋のリモデリングとして報告されている炎症性変化に加えて、上皮における杯細胞の増加が認められたが、平滑筋の肥厚は認めず、3週間の追加感作によって、はじめて平滑筋の肥厚も観察された。さらに、重症喘息の治療に用いられることもあるセボフルランを追加感作の際に吸入させ、病理組織学的検討を行ったところ、セボフルランはこの形態的変化をある程度抑制していた。しかし、機能的変化(収縮力や気道抵抗の変化)の抑制はわずかで、有意差はなかった。フェンタニルやプロポフォール、セボフルランはこの収縮を抑制した。この結果をもとに、より喘息患者に近いモデルで検討するため、初回感作から2週間後から、更に2週間の間Ovalbuminを鼻腔内に隔日で投与し、追加感作を行った。

当初の計画どおりIsometric tensionの変化で検討したところ、追加感作したラットでは、最も単純な収縮刺激であるアセチルコリンでの反応は、収縮力の最大値の上昇は認めるものの、EC 50は変化しなかった。このため、Isometric tensionで検討した場合、薬剤への反応性の変化をとらえることが難しいと考えられた。当初の計画では前述の麻酔薬の影響を追加感作後に調べる予定であったが、この結果を受けて、追加感作の影響としてまずは病理組織学的検討をおこなうこととし、追加感作時から抗炎症作用のある薬剤を投与して、気道平滑筋の収縮力の変化・形態的変化に及ぼす影響を検討することにした。手始めとして麻酔薬の中で重症喘息の治療に用いられることもあるセボフルランを追加感作の際に吸入させ、病理標本を作製している。まだ数は不十分であるが、追加感作によって、これまで喘息患者の気道平滑筋のリモデリングとして報告されているとおり、好酸球の浸潤を主体とした炎症性変化に加えて、上皮における杯細胞の増加や平滑筋の肥厚が観察された。セボフルランはこの形態的変化を抑制している可能性があり、機能的変化(収縮力の変化)と併せて、現在検討中である。当初の計画からすると少し遠回りになるが、周術期の喘息患者の安全な管理を確立するという当初の目的の達成のために必要であると考えている。当初予定していた追加感作方法では、収縮実験で収縮力の最大値の上昇は認めるものの、EC 50は変化しなかった。このため、当初の計画通り収縮実験を中心に検討した場合、麻酔薬の影響をとらえることが難しいと考え、病理組織学的検討をおこない、平滑筋の肥厚をはじめとする形態変化、いわゆるリモデリングが確認できた。この結果を基に、平成24年度は、追加感作時からセボフルランなどの薬剤を投与して、このリモデリングに及ぼす影響を検討してきた。形態変化に対する抑制効果などはある程度確認できたものの、収縮力や、気道抵抗に関しては有意な影響はなかった。このため、平滑筋の肥厚に主眼を置いて、病理学的検討をおこなったところ、当初計画した感作期間ではリモデリングの程度にばらつきがあり、感作期間の延長などが必要となり、実験が遅れている。実験結果が予想と異なり、予定していた方法だけでは検討するのが難しくなったため今年度の実験結果を基に追加感作期間を3週間に設定し、セボフルランのリモデリング抑制効果を、病理組織学並びに摘出気管の収縮力の変化を中心に検討しているのでこれを継続する。各種サイトカイン、組織増殖因子(TGF-α)などの測定も併せて行うことで、機序も解明し、最終的な結果をまとめて発表する。現在の感作方法での気道平滑筋の変性の程度を、可及的に明らかにし、当初の計画通りこのモデルでの麻酔薬の影響を明らかにしていく。ラットや薬剤などの消耗品の購入、サイトカインや組織増殖因子の定量測定にかかる費用、発表のための旅費などに当てる予定である。実験動物や薬剤などの消耗品の購入が中心であるが、使用可能な実験機材が老朽化してきており、本年度も一部修理を必要としたため、同様の修理費用が必要となる可能性がある。また、現在検討中の気道リモデリングのデータをまとめて学会発表することで、同時に効率的に研究手法などの情報収集を行う必要があり、旅費にもある程度当てることを計画している。
スケーラビリティのある次世代XML問い合わせ処理に開する基盤的研究

XMLのデータは,データ交換だけでなく,WWW上で爆発的に拡大している.XML検索ではページの関連性(物理的リンクと仮想的リンク)と多様なメディア(ブログ,画像など)を考慮しなくてはならない.一方XMLの配信サービスでは時間の経過に伴って類似した問い合わせの追加や変更・削除が起こり,従来の高速な方式(GuptaらのXpush)でも十分とは言えなかった.これらに対してスケーラブルなXML問い合わせの処理・提示の方式,XMLマイニングの手法,ならびにXPushを部分的に更新可能とする方式を開発した.XMLのデータは,データ交換だけでなく,WWW上で爆発的に拡大している.XML検索ではページの関連性(物理的リンクと仮想的リンク)と多様なメディア(ブログ,画像など)を考慮しなくてはならない.一方XMLの配信サービスでは時間の経過に伴って類似した問い合わせの追加や変更・削除が起こり,従来の高速な方式(GuptaらのXpush)でも十分とは言えなかった.これらに対してスケーラブルなXML問い合わせの処理・提示の方式,XMLマイニングの手法,ならびにXPushを部分的に更新可能とする方式を開発した.(1)次世代サーチエンジンの開発Web上の情報を探すために使われる検索エンジンの多くはユーザに検索結果をスコア順のリストとして返すため,リストが長い場合に求める情報を探すのはきわめて難しい。そこで検索結果をカテゴリ表示するための新しいクラスタリング方法を提案した。クラスタリングする方法として,Webページの内容(特徴語)とWebサービスの利用(上位語取得)に基づいて階層的に行う方法を提案した。試作システムを定量的に評価し,公表されている優れた結果(成田ら)とくらべ同等以上の結果を得た。(2)XMLフィルタリング、マイニング技術の開発大規模なXML配信に利用できるフィルタリング技術としてGuptaらのXPushマシンがあるが,XPushマシン構築処理はフィルタ数に依存するためにその処理コストが高くなり,再構築がXMLシステムのスループットをいちじるしく低下させるという問題点があった。そこで変更数が少ない場合には再構築より少ない応答時間で部分的にフィルタ構築を行うサブXPushマシンを開発し,それをXMLストリームに対して適用する実験を行い,良好な結果を得た。また統計的手法によりサーチ時間の最適化を目的としたXML,データのスキーマ発見の方式の評価結果をくわしく報告した。XMLの木構造(リンク)と要素の値(テキスト,画像)という異種情報を統合した類似性の概念を導入し,予備的な実験により,有効性を確認できた。(3)ブログマイニング技術の開発情報爆発を象徴するものの一つが,Webにおけるブログの出現である。ブログ空間でコミュニティがどう形成され,テーマがどう成長し伝播していくかを解析すれば,次世代サーチエンジンの結果の要約,世論のモニタリング,さらにWeb解析、マイニングなどへ応用できる。多視点から重要なトピックの抽出を行うための新語検出やクラスタリング手法の開発,利用者の多様な目的に合わせたサイトの発見と推薦を行うためのブログ分類手法の提案と評価を行った。(1)次世代サーチエンジンの開発Webの検索結果をカテゴリ表示するための新しいクラスタリング方法が求められている.今年度はクラスタリングの際に,ある分野に対する利用者の専門度に合わせたクラスタラベルとスニペットを作成するために,Webページの特徴語に関する統計量の大きさに注目する方法を提案し,高い評価を受けた(情報処理学会データベースシステム研究会(2008.9),学生奨励賞).(2) XMLフィルタリング・マイニング技術の開発大規模なXML応用システムのスケーラビリティを検証するためには,そのシステムにふさわしいデータを用いる必要がある.そこで実データを基に,その統計的性質(要素の頻度など)を維持しつつ,任意のサイズのデータを合成する方法を提案した(電子情報通信学会などDEIM 2009 (2009.3)).(3)ブログマイニング技術の開発ブログ空間を解析すれば,サーチ結果の要約,世論のモニタリング,さらにWeb解析,ビジネスインテリジェンスなどへ応用できる.多視点から重要なトピックの抽出を行うため,品詞の違いに注目しローカルな重み付けを行うクラスタリング手法,ならびに利用者の多様な目的に合わせたサイトの発見と推薦を行うためのブログの分類手法を開発・評価した(DEIM 2009(2009.3)).さらにアンカーテキストを構成する特徴語の重み付けを,その位置に基づいて変化させるモデルを提案した(ECML/PKDD 2008 Workshop (2008.9)など).(4) Web情報抽出と地理的情報システムWikipediaなどのメディアからある情報(たとえば地理的情報)を抽出し,それと他の情報資源(たとえば衛星画像)を統合すればより有用な発見ができる可能性がある.そこでWikipedia記事から系統的に地理情報の抽出を行う方法を提案し,それを基に記事を可視化する方式を実現するとともに,さらに抽出結果を基に画像情報を検索できる仕組みを提案した(DEIM 2009 (2009.3)).(1)次世代サーチスンジンの開発Webのクラスタリング時に,ある分野に対する利用者の専門度に合わせたクラスタラベルを作成するために,Webページの特徴語に関する統計量の大きさに注目する方法を提案したが,今年度はそれを実装し,被験者を用いた評価実験を行って,その有効性を確認できた(情報処理学会論文誌(データベース)採録決定).(2)XMLフィルタリング・マイニング技術の開発

大規模なXML応用システムのスケーラビリティを検証するためにすでに実データを基に,その統計的性質(要素の頻度など)を維持しつつ,任意のサイズのデータを合成する方法を提案したが,さらにシステムで必要になる様々な問い合わせに対応するデータを作成できる機能を追加した(DEIM2010(2010.3)).(3)ブログマイニング技術の開発ブログ空間を解析するために,今年度は利用者が表示されたクラスタリング結果に対してmust-link, cannot-linkを指定して再クラスタリングを行える視覚的インタフェースを実現した(楽天研究開発シンポジウム優秀ポスター賞(2009.11)).さらにflikrなどのソーシャルサイトに投稿される画像の正確なクラスタリングが行えるように画像特徴量とソーシャルタグ,Exifタグなど異種の特徴量をどのように組み合わせればクラスタリング精度が向上するかを実験により明らかにした(電子情報通信学会人工知能と知識処理研究会(2010.1)).(4)Web情報抽出と地理的情報システムWikipediaなどのメディアからある情報(たとえば地理的情報)を抽出し,それと他の情報資源(たとえば衛星画像)を統合すればより有用な発見ができる可能性がある.今年度はWikipedia記事から系統的に地理情報の抽出を行う方法を提案し,それを基に記事を時間軸空間軸で分析する仕組みを提案した(DEIM2010(2010.3)).(5)情報処理学会フェロー受賞研究代表者が情報処理学会から「次世代データベースとデータマイニングの研究開発及び本会運営への貢献」により情報処理学会フェローの称号を授与された.
咀嚼刺激によるストレス性神経認知機能障害回復機構の解明

老齢期マウスをストレス条件下においてチューイングをさせ、チューイングを行わなかった時と比べておこる変化を、HPA軸のストレス反応から情動・学習行動といった行動科学的な探索と、海馬局所での細胞動態や脳内での脳由来神経栄養因子の動態等の神経科学的な探索をリンクさせ観察した。この結果から、チューイングによる認知症の抑制メカニズムを詳細に解明した。これらの実験により、老齢期の慢性ストレスに与えるチューイングの影響を中枢から身体、そして症状まで対応させて調べることで、チューイングの持つ認知症発症抑制機構を詳細に解明しようと試みた。申請課題にあった、ストレスモデルマウス、およびストレス+チューイングモデルマウスの飼育、および水迷路学習テストによる空間認知機能の測定を行った。この実験により、ストレスを付加することで引き起こされる学習能力を低下をストレス条件下において咬合刺激を与えることによって軽減することが可能であることを確認した。引き続き、免疫染色による海馬内新生細胞の測定、および脳内栄養因子の定量を行いうことでストレスによる学習機能の低下、またストレス条件下でのチューイングによるストレス緩和機構の詳細を脳生理学的に検索していく。以上の実験におって咬合刺激のもつ意義を広く社会にしらしめるものである。9ヶ月齢雄性マウスに2週間の拘束ストレスとチューイングを負荷したマウスとチューイングなしで拘束ストレスのみを負荷したマウスにモリス水迷路テストとホールボードテストを実地し、空間認知能と情動行動に及ぼすチューイングの効果を行動科学的に解析した。また、両群のマウスのストレス関連分子(ACTH、コルチコステロン、アドレナリン、ノルアドレナリン)の血中濃度の判定と、視床下部室傍核におけるコルチコトロピン放出ホルモン(CRH)およびバソプレッシン(AVP)のmRNA発現をin situ hybridizationを用いて解析することでチューイングのストレス緩和作用を定量的に解析した。そして、両群のマウスにBromodeoxyuridineを投与し新生細胞のマーキングを行い、海馬局所での細胞供給を新生・生存・分化の3つのステージから定量的に測定する。アポトーシスの発現を見るため、TUNEL染色を行い、海馬でのアポトーシス陽性細胞数を定量的に測定するに至った。そして、現在最終項目に挙げた細胞の供給に関与する脳由来神経栄養因子のmRNA発現をin situ hybridizationを用いて、及びタンパク量をELIZA法により定量的に測定し、チューイングが慢性ストレスに与える影響を神経科学的に解析する実験を行っている。これらは当初研究の目的に挙げた老齢期マウスをストレス条件下においてチューイングをすることで、チューイングを行わなかった時と比べておこる変化を、HPA軸のストレス反応から情動・学習行動といった行動科学的な探索と、海馬局所での細胞動態や脳内での脳由来神経栄養因子の動態等の神経科学的な探索をリンクさせ観察することにより、、チューイングがもつ認知症の発症、進行の抑制機構を総合的に、詳細に検索し明らかにすることに沿っており、順調に実験が行われたことを報告する。本来の予定では、実験動物の飼育から実験の開始まで至っている予定であったが、現在のところ飼育が完了し、行動学的検索を行った段階にとどまっている。申請課題の内容にある免疫染色や、in situ hybridizationやERIZAに着手できておらず、予定よりも遅れている状態である。歯科補綴学実験の内容自体には問題が無いため、引き続き実験を遂行する。先にも述べたが、実験の新着状況がやや遅れており、具体的な実験等に使用する試薬党の購入が持ち越されたため、次年度使用額が生じた。予定より遅れてはいるが、実行可能な範囲であるため、今年度に実験を行う。
東アジア地域連携におけるケアレジームの比較ジェンダー分析:社会的ケアの現代的諸相

本研究は、日本、韓国、台湾、香港、中国を対象とした、ケアレジーム比較分析である。具体的には、「ケアダイアモンド」の視角から、社会的ケア(高齢者ケア・子どものケア)の財源負担とサービス分担に果たす4セクター(国家・家族・市場・非営利セクター)の役割比較に関する指標を設定し、各地域の「ケアダイアモンド」の共通点と差異、その背景にある社会的・経済的・政治的要因、社会的ケアをめぐる政策課題を示した。第一に、平成21年6月に台湾・香港の共同研究メンバーと会合を行い、研究代表者から研究課題と計画について説明、3カ年の研究計画について意見交換を行い、具体的な3カ年の課題・タスクや役割分担について議論した。また、平成22年3月に全体会合を行い、台湾、香港、韓国、米国、英国の共同研究メンバーと共に英文の査読付き国際学術雑誌Journal of Comparative Social WelfareのSpecial Issue:Changing Care Regime for Children and Elderly-the East Asia Experiences(2011年夏出版予定)の準備のための研究セミナーを台湾師範大学にて開催した。そこでは、各社会における資料やデータの整備状況、研究状況の確認、および、今後の分担および作業見通しを確認した。第二に、平成21年7月に英国・シェフィールド大学におけるEASP(East Asian Social Policy Network)のランチセッションとポスターセッションにおいて、本研究プロジェクトの概要説明を行った。第三に、Webページについて、作業委託の継続依頼を行う。随時、研究成果をWebページにアップロードし、スピーディーな発信を行うため、国ベースと比較ベースのコンテンツを準備中である。各国の研究アシスタントの支援を得て、そのコンテンツをまとめあげ、随時アップロードする。第二に、労働福祉に関する作業部分は、平成23年3月に香港市立大学にて、プロジェクト会議を行った。台湾、香港、韓国、深センからメンバーが集まり、草稿をもとに活発な議論を行うた。また、今年の香港におけるEASP(East Asian Sodcial Policy Network)のパネルセッションの企画内容をつめた。第三に、Webページについて、作業委託の継続依頼を行った。随時、研究成果をWebページにアップロードし、スピーディーな発信を行うため、国ベースと比較ベースのコンテンツを準備し、各国の研究アシスタントの支援を得て、そのコンテンツをまとめあげ、随時アップロードする。第二に、上記論文に掲載されている関連のデータをWebにアップロードし、データベースとして発信した。
ミュオン化学における放射線化学・ホットアトム化学過程の研究

CS_2は反磁性ミュオンの強度が0.2と小さく、他はスピン緩和している特異な物質である。我々はこれが放射線化学的な過程と関係があると予想し一連の研究を行った。Mu置換フリーラジカルは35KGという高い磁場を用いるスピン共鳴によっても、高磁場MSRによっても、純CS_2やCS_2濃度の高い溶液中ではみつからなかった。しかしCS_2濃度の小さな溶液中ではラジカルとみられる成分が見出された。その温度依存性から活性化エネルギーの小さな過程である、反磁性ミュオンがゆっくりと増加してくる様子も観測された。以上を統一的に理解する為のモデルとして、MuCS_2の形のラジカルが実際に生成するが、CS_2濃度が大きいとクラスタを形成してhfcの分布を生じて観測にかからなくなること、更にクラスタリングが進むとhfcが小さくなって実効的に反磁性ミュオンが成長してくるようにみえるというプロセスを仮定した。これを放射線化学の側から調べるため、同じ系についてパルスラジオリシス実験を行い、HCS_2に同定される吸収を見出し、MuCS_2と同じように高濃度では観測されなくなるという類似の現象も見出した。ミュオン化学と放射線化学では同一のプロセスが起っているようである。別の実験では金属錯体のMSR、縦緩和、スピン共鳴実験をアセチルアセトン錯体について行い、中心金属がV、Cr、Mnのような常磁性のときは反磁性ミュオンの割合が1に近く、Zn、Alのような典型元素では0.2であるという興味ある知見を得た。また縦緩和の実験から、ミュオンが中心金属から2〓離れたサイトを占めているという知見も得た。
エピゲノムマーキングによるキスペプチン発現制御メカニズムの解明

視床下部サンプルにおけるエンハンサー特異的なヒストン修飾のクロマチン免疫沈降解析を行い、UCSCゲノムブラウザーへマッピングを行った。その結果、マウスゲノム上に1000-2400カ所程度のエンハンサー特異的ヒストン修飾の豊富な領域があることがわかった。一方、これら領域にはKiss1遺伝子座は含まれていなかった。ARCのKiss1遺伝子エンハンサー候補領域10 kb内を詳しく調べると、ARCサンプルではエンハンサー特異的ヒストン修飾を受け、なおかつAVPVサンプルでは修飾を受けていない領域が存在していた。しかし、マッピングされたシグナルの絶対数が少なく、真のシグナルかどうか判断が困難であった。その原因はサンプルがキスペプチンニューロン以外の細胞を多く含んでいるためであると考えられる。そこで、キスペプチンニューロンに緑色蛍光タンパクを発現するKiss1-GFPマウスの胎児視床下部を初代培養しSV40T-antigenによって不死化を試みた。一度継代後、SV40T-antigenを導入すると緑色蛍光は消失したが、不死化自体には成功した。不死化細胞を単一クローンに分離して、クローン化を行い、複数のKiss1-GFPマウス由来の不死化細胞株を得ることに成功した。CRISPR/Casシステムを所属研究室にて確立し、視床下部不死化細胞においてCRISPRを使ってKiss1遺伝子プロモーター付近にエピジェネィック修飾タンパク質p300を強制発現させると、Kiss1発現が上昇した。よって、キスペプチンの発現制御には少なくともエピジェネティック修飾タンパクp300が関連することが示唆された。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、マウス視床下部弓状核(ARC)キスペプチン発現に関わる転写因子とエンハンサーを決定し、ARCにおけるキスペプチン発現制御メカニズムの解明することである。3Cアッセイによって、ARCエンハンサー候補領域とKiss1プロモーター領域が立体構造を形成することが明らかとなった。また、エストロジェン受容体の抗体を用いて、ARCサンプルにおけるクロマチン免疫沈降(ChIP)を行った。その結果、ARCエンハンサー候補領域へのリガンド非結合型エストロジェン受容体の結合が確認できた。以上の結果からARCエンハンサーが立体構造を形成し、Kiss1遺伝子発現を促進すること、そして立体構造形成にリガンド非結合型エストロジェン受容体が関与していることが示唆された。加えて、ARCエンハンサーの同定を目指し、エンハンサー特異的ヒストン修飾(H3K4me1,H3K27ac)の網羅的解析を行った。具体的にはエンハンサー特異的ヒストン修飾の抗体を用いて、ARCサンプルにおけるChIPを行った。これを次世代シーケンサーに供した。さらに、多種細胞由来のエンハンサー特異的ヒストン修飾抗体を用いたChIP-seqのデータベースを網羅的に解析し、ARCエンハンサー候補領域内にエンハンサー特異的ヒストン修飾リッチな領域を見出した。また、これら領域における転写因子応答配列情報から、ARCエンハンサーに結合しうる転写因子をリストした。平成26年度は、計画通りにエンハンサー特異的ヒストン修飾抗体を用いたクロマチン免疫沈降を行い、次世代シーケンサーに供した。加えて、データベースをもとにエンハンサー特異的ヒストン修飾リッチである領域の推定と、その領域内に結合しうる転写因子をリストアップできた。また、エンハンサー候補領域とKiss1プロモーター領域が立体構造を形成し、Kiss1遺伝子発現を促進すること、そして立体構造形成にリガンド非結合型エストロジェン受容体が関与していることを証明できた。このように、当初計画していたてエンハンサー特異的ヒストン修飾のゲノムマップの作製に加えて、発現制御メカニズムの一端を明らかにすることができたため、当初の期待以上であると言える。視床下部弓状核(ARC)

サンプルにおけるエンハンサー特異的ヒストン修飾抗体を用いたクロマチン免疫沈降の解析結果をもとにエンハンサーを特定する。特定したエンハンサーの活性をルシフェラーゼアッセイ系で検証する。また、特定したエンハンサーに作用する転写因子を同定ことを目的として、クロマチン免疫沈降や変異プラスミドを用いたルシフェラーゼアッセイを行う予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。
共鳴周波数可変フーリエ変換パルス核磁気共鳴,核四極共鳴分光器の製作

当理学部にある固体用NMR装置の共鳴周波数を3MHzから30MHzの範囲で変化させたとき、NMR装置の送信機側と受信機側のインピーダンスの整合をたやすくとれるマッチングネットワークを製作した。このマッチングネットワークを使用することにより、試料コイルに強力パルス電磁場を印加でき、パルス印加後に生ずる核誘導起電力を測定に十分な感度で得た。試料温度を変化させるため、簡易型ではあるが、クライオスッタトを製作した。試料の冷却には低温窒素ガス流、および液体窒素を使い、加熱には試料コンテナに無誘導巻きに巻いたニクロム線ヒ-タを使った。77Kから360Kの範囲で目的の温度を得た。ヒ-タ電流をコントロールすることにより、緩和時間の測定中、一定の温度(±0.5K)を保てた。核信号をフーリエ変換して正しいスペクトルを得るにあたって、増幅により核信号がひずまないことが、要求される。これは、当然のことであるが、実際には、ごくわずかの励起パルスが受信機に侵入し、侵入パルスの増幅にともなってパルス直後に生じる核信号が増幅によりひずむ。受信機の各増幅段階ごとで侵入した励起パルスをダブルバランストミキサを使って遮断し、核信号成分のみを増幅できるようにしひずみのない核信号を得た。このように改良したNMR装置を使ってtrans-[CoBr_2(en)_2][H_5O_2]Br_2とその重水素置換体の^<59>Coについて四重極共鳴を行った。^<59>Coは核スピン7/2で±7/2と±5/2、±5/2と±3/2、±3/2と±1/2のレベル間のスピンの占有数差に基づく三つ共鳴を観測できる。この化合物では、15.5MHz、10.3MHz、6.3MHzに共鳴が観測できた。高周波数側の二本の共鳴線についてスピン格子緩和時間の温度変化測定をした。定常法の測定では、約140Kで共鳴線が消失した。今回のパルス法測定では、77Kでも共鳴を観測できた。140K以下の温度では、スピン格子緩和時間が1sより長くなった。定常法における共鳴線消失の原因は、緩和時間が長くなることでスピン系が定常的に電磁場のエネルギーを吸収できなくなる飽和現象に帰属できた。実験の成果は、Z.Naturforsch.誌に発表した。緩和機構については、現在考慮中である。
初期宇宙・初期銀河・星における元素合成と化学進化

星や星間ガスの化学組成の観測から,銀河形成初期さらには初期宇宙にまでさかのぼって宇宙および銀河の物理環境を推定するために,元素の存在量と時間との関係を理論的に明らかにすることを目指した。初期宇宙・銀河・星における爆発的元素合成、特にそれで短寿命不安定核が果たす役割に注目し、東大原子核研究所,理化学研究所,および諸外国の研究者と協力して短寿命核ビームを用いた核反応率の決定およびデータ収集に努めるとともに,宇宙線の時間変化を含むように銀河の化学進化モデルの詳細化を図り,ビッグ・バン元素合成以降の元素存在量の時間発展の決定版ともいうべきモデルの構築を試みた。まず,ビッグ・バン元素合成や超新星での爆発的元素合成の計算結果を用いることによって,昨年度までの公募研究費の補助を受けて発展させてきた銀河の化学進化モデルに含まれるパラメータを決定し,モデルの精密化を図った。大型計算機を用いて銀河ハロ-ガス密度の時間変化と宇宙線原子核成分の拡散・輸送過程とをカップルさせて数値的に解き,宇宙線の銀河内伝搬による強度とスペクトラムの時間発展を明らかにした。その応用として,最近の天文観測から示唆されている鉄が著しく欠乏したハロ-星でのリチウムやベリリウムの特異なメタル依存性,および,従来の理論予想を二桁も上回る存在量を理論的に説明することに挑み,宇宙線の超新星直接起源仮説を提唱した。
き裂論に基づく耐疲労材料の開発と評価

A.0.18%すべてがInterstitial Cとなる時の疲労限度比はσw0/σB =0.65, σw0/下降伏点=1.13であった。粒界で発生した疲労き裂は粒内ですべて停留し、疲労破壊は、粒界で発生した疲労き裂の合体によって生じた。ΔKthとInterstitial-Cの量の関係を世界で初めて、測定した。B.き裂でのひずみの特異分布とビッカーズ圧こんでのひずみの特異分布には相関があることを解析的にしめした。その相関がもっともよい圧子形状を2次元平面ひずみ条件下で探索し、加工硬化係数に依存した圧子形状を提案した。国土強靭化計画、水素社会の構築などで金属疲労が益々問題になることが予測される。しかしながら金属疲労の研究は衰退の一途をたどっている。それは、金属疲労特性は受動的に計測されるものであり、また機械設計者の利便性を考慮して、過去のデータに基づいて経験式が提案されているためである。受動的に計測するということと、この経験式の存在が研究の駆動力を阻害している。本研究は、金属疲労特性を「き裂論」という新しい切り口で再評価し、それによって、過去の経験式の物理的意味を問い直し、経験式から離れた特性を能動的につくれることを示すことによって、金属疲労研究に新しい展開を切り開くことを目的とした。具体的には、疲れない鋼を「き裂論」によって開発することによって、新しい可能性を示すことを目標とした。具体的には以下を行った。(1)下限界応力拡係数幅ΔKthと固溶炭素量の関係を世界で初めて測定し、従来データより40%も優れた結果が得られた。同じ固溶炭素量であるが、存在形態が異なる鋼の疲労特性を比較することによって、固溶する形態が最も好ましいものであることを明らかにした。また顕著なひずみ時効・コーキシング効果も得ることができ、外力変動にロバストな鋼が得られた。(2)耐疲労特性を硬さで代表させるときの最適なビッカース圧子形状を探索した。その際に、塑性ひずみ塑性境界まで積分して得られた塑性変位の場が疲労進展と停留に関係することを明らかにし、その場の強さを表す新しいパラメータを導入した。下限界応力拡係数幅ΔKthと固溶炭素量の関係を世界で初めて測定し、従来データより40%も優れた結果が得られた。さらにΔKthと固溶炭素量の関係は線形関係にはなく、上に凸の関係が得られ、わずかな固溶炭素量によっても下限界応力拡係数幅の大幅に上昇することがわかった。このことは、研究をはじめる前から予想外できない結果であった。今まで固溶炭素量は工業的には制御されていなかったが、それを制御する重要性を指摘できた。以下、2つの課題をおこなった。A.疲れない鋼の開発炉冷すれば室温では、炭素はほとんどFeに固溶できず、微細なFe3Cの形態で存在する。しかしわずかなInterstitial Cがコットレル雰囲気を作り、大きなひずみ時効を誘起し、疲労き裂停留現象を安定なものし、鋼に疲労限度を付与している。しかし特殊な熱処理を行えば、0.18%すべてがInterstitial Cとなる。その時の疲労限度比はσw0/σB =0.65, σw0/下降伏点=1.13であった。σBで表されない極めて大きな疲労き裂停留能力を有しており、σw0/σB=0.8以上を達成できる可能性が示唆された。Interstitial-Cが多い材料では、平滑材では疲労き裂の停留限界応力を測定することができない。そこで、微小応力集中源を導入することによって、停留限界ΔKthを測定する方法を採用した。従来の鋼におけるInterstitial-Cは制御されていないので、取得するデータは耐疲労特性を開発する際の新規であり最も基本となる疲労データとなった。B.耐疲労特性を硬さで代表させるときの最適なビッカース圧子形状を決定「き裂論」によれば、き裂先端近傍の材料挙動は平滑材のそれとは大きく異なる。一方、経験的に疲労特性をビッカーズ硬度で表す。そこで、き裂でのひずみの特異分布とビッカーズ圧こんでのひずみの特異分布には相関があることを解析的しめした。研究は順調にすすんでいるので、研究計画にそって研究を進める。

固溶炭素は炭素がき裂先端の拡散することによって、き裂先端のみを集中的に強化させることができる。この効果がより顕著な高温域での挙動について、集中的に研究を行う。材料力学体調を少しくずしたため、予定していた学会への発表をとりやめたため。体調は復調したので、平成28年度に行いたかった分の学会発表を平成29年度に行う。