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地球温暖化に伴う降水パターンと気温の変化は火山灰土壌の有機物分解を促進するのか？

本研究では、地球温暖化に伴い発生する可能性が高いとされる気温の上昇と降水パターンの変化が土壌の有機物分解および二酸化炭素(CO2)放出に及ぼす影響を明らかにするため、土壌培養実験を中心とした調査を行っている。特に、日本の森林に広く分布し、炭素貯留能が高いとされる火山灰土壌を調査対象としている。1年目は、実験に使う火山灰土壌の選定と適切な培養実験系の確立を目的とした予備実験を主に行った。北茨城の落葉広葉樹林で採取した理化学性の異なる2種類の火山灰土壌を供試土壌に選定した。また培養中の土壌乾燥速度を制御するための予備実験を繰り返し行い、約4週間で乾燥と再湿潤を1回繰り返す処理(Dry-Wet処理)と乾燥・再湿潤を全く行わず水分量がずっと一定の処理(水分一定処理)で培養期間中の平均水分量が等しくなるような実験系を確立した。本実験系の確立によって、「一定期間中の平均水分量が等しい場合でも水分変動の有無によりCO2放出や有機物分解が異なるか?」の定量的検証が可能になった。さらに、選定した2種類の火山灰土壌および確立した実験系を用いて、20°CにおけるCO2放出速度を水分一定処理とDry-Wet処理で比較する120日間の予備的な培養実験を行ったところ、培養期間中の平均水分量が同じであってもDry-Wet処理のCO2放出は水分一定処理よりも明らかに多くなることが分かった。また、放出されたCO2に含まれる炭素安定同位体の存在比(δ13C-CO2)を測定したところ、δ13C-CO2はDry-Wet処理と水分一定処理で異なっており、Dry-Wet処理と水分一定処理では分解された有機物の理化学性や滞留時間が異なっている可能性が示唆された。11月からは20°Cでの培養に加え30°Cでの培養も開始し、「土壌有機分解およびCO2放出の温度依存性もDry-Wet処理と水分一定処理で異なるか」の検証を開始した。当初の計画通りに火山灰土壌の選定と培養期間全体での土壌水分量が水分一定処理とDry-Wet処理で等しくなるような実験系を構築することができた。さらに確立した培養実験系を用いた予備的な培養実験を行い、同じ温度で平均土壌水分が等しい場合であっても、Dry-Wet処理によりCO2放出が増大し、分解される有機物の質も大きく変化する可能性が高いことを明らかにできた。これらの結果には学術的価値の高い情報が含まれていると考えられたため、国内学術会議で成果を発表するとともに論文として取りまとめ国際誌へ投稿中である。以上の点においては当初の計画と同等かそれ以上に進展している。他方、2つの異なる温度での培養実験は現在も進行中である点や、研究計画に含めている放出CO2の放射性炭素同位体存在比(δ14C-CO2)測定はほとんど未実施である点で当初の研究計画よりも多少遅れているものの、総合的に判断すると、おおむね順調に進展していると判断できる。最終年度となる2年目は、現在進行中の2つの異なる温度での培養実験を中心に取り組む。CO2の放出速度や放出CO2の炭素同位体存在比の測定を行いつつ、取得データの解析を進め、研究結果を取りまとめる。また必要に応じて、土壌の理化学性や微生物性の分析を行い、温度と降水パターンの複合的変化が火山灰土壌の有機物分解やCO2放出に及ぼす影響についての理解を深める。

当初の計画通りに火山灰土壌の選定と培養期間全体での土壌水分量が水分一定処理とDry-Wet処理で等しくなるような実験系を構築することができた。さらに確立した培養実験系を用いた予備的な培養実験を行い、同じ温度で平均土壌水分が等しい場合であっても、Dry-Wet処理によりCO2放出が増大し、分解される有機物の質も大きく変化する可能性が高いことを明らかにできた。これらの結果には学術的価値の高い情報が含まれていると考えられたため、国内学術会議で成果を発表するとともに論文として取りまとめ国際誌へ投稿中である。以上の点においては当初の計画と同等かそれ以上に進展している。他方、2つの異なる温度での培養実験は現在も進行中である点や、研究計画に含めている放出CO2の放射性炭素同位体存在比(δ14C-CO2)測定はほとんど未実施である点で当初の研究計画よりも多少遅れているものの、総合的に判断すると、おおむね順調に進展していると判断できる。最終年度となる2年目は、現在進行中の2つの異なる温度での培養実験を中心に取り組む。CO2の放出速度や放出CO2の炭素同位体存在比の測定を行いつつ、取得データの解析を進め、研究結果を取りまとめる。また必要に応じて、土壌の理化学性や微生物性の分析を行い、温度と降水パターンの複合的変化が火山灰土壌の有機物分解やCO2放出に及ぼす影響についての理解を深める。炭素同位体存在比分析用サンプルの準備作業が当初計画よりも遅れたために、分析可能なサンプル数が少なく、発生した分析費用が当初計画よりも少なかったため。未分析となったサンプルも、次年度に追加で分析する計画であり、その際に生じた次年度使用額を使用する予定である。
難治性・再発性尿路感染症に対する乳酸菌プロバイオティクスに関する研究

難治性・再発性尿路感染症患者に対し、抗菌薬以外の新しい予防法・治療法を創出することが求められている。そこで、臨床研究として、過酸化水素産生能が高い乳酸菌膣坐剤を用いて難治性・再発性尿路感染症患者に対する有用性を評価した。その結果、尿路感染症の発症頻度は明らかに減少した。一方、基礎実験では、過酸化水素産生能が高い乳酸菌は、緑膿菌、大腸菌、MRSAのバイオフィルム形成を抑制した。また、この乳酸菌は緑膿菌、大腸菌、MRSAの増殖を抑制し、抗菌薬の使用により抑制効果の増強を認めた。難治性・再発性尿路感染症に対して、抗菌薬以外の予防法・治療法として、乳酸菌プロバイオティクスが有用であることが示唆された。難治性・再発性尿路感染症に対して、乳酸菌プロバイオティクスに関する臨床研究ならびに基礎研究を実施した。1.岡山大学泌尿器科における30年間の尿中分離菌および薬剤感受性の動向について総括した。また、尿路由来メタロ-β-ラクタマーゼ産生緑膿菌の分子疫学的解析に関する研究内容を論文化した。2.難治性尿路バイオフィルム感染症(神経因性膀胱などの基礎疾患を有する尿路感染症)患者1名と明らかな基礎疾患はなく膀胱炎を繰り返す再発性膀胱炎患者3名に対し、過酸化水素の産生能が高い乳酸菌(Lactobacillus crispatus)膣坐剤投与を開始した。投与期間は1年間の予定で、乳酸菌投与前、投与後1か月ごとに尿中・膣内細菌叢の菌種や菌量を検査する。3. in vitro実験は、乳酸菌膣坐剤の有用性に関する基礎的エビデンスの創出を目指した。コロニーバイオフィルム法で、緑膿菌バイオフィルム形成に及ぼす乳酸菌(L. crispatus)の効果を調べた結果、メンブラン上の緑膿菌バイオフィルム形成は乳酸菌により抑制され、乳酸菌バイオフィルムは緑膿菌の発育を抑制した。また、フローセルシステムでは、人工尿中、乳酸菌による緑膿菌バイオフィルムの剥離効果を認めた。4. in vivo実験は、乳酸菌の抑制効果を調べるための予備実験として、発光性緑膿菌を使用してマウス尿路バイオフィルム感染症(膀胱内異物)モデルの改良を重ねた。1、平成27年度までに難治性尿路バイオフィルム感染症(神経因性膀胱などの基礎疾患を有する尿路感染症)患者1名と、明らかな基礎疾患はなく膀胱炎を繰り返す再発性膀胱炎患者11名に対し、過酸化水素の産生能が高い乳酸菌膣坐剤を投与し、6名で1年投与が終了した(1名脱落症例)。27年度に新たに1年投与が終了した再発性膀胱炎患者2名における乳酸菌投与前後での尿路感染症発症頻度は、投与前3-6回/年(平均4.5回/年)、投与後0-4回/年(平均2.0回/年)であり、尿路感染症の発症頻度は明らかに減少していた。臨床研究は対象となる患者が少なく、平成27年度までの患者数は12例と少ない状況であり、投与開始後1年が経過していない症例が5例(脱落症例1例除く)ある。1、平成28年度までに難治性尿路バイオフィルム感染症(神経因性膀胱などの基礎疾患を有する尿路感染症)患者2名と、明らかな基礎疾患はなく膀胱炎を繰り返す再発性膀胱炎患者15名に対し、過酸化水素の産生能が高い乳酸菌膣坐剤を投与し、11名で1年投与が終了した(2名脱落症例)。28年度に新たに1年投与が終了した再発性膀胱炎患者4名における乳酸菌投与前後での尿路感染症発症頻度は、投与前2-6回/年(平均4.0回/年)、投与後0-5回/年(平均2.0回/年)であり、尿路感染症の発症頻度は明らかに減少していた。2、尿路感染症のない閉経後女性に対し、乳酸菌タブレットの直腸・膣内細菌叢に及ぼす効果に関する臨床試験を平成28年10月より開始し、平成28年度23例に乳酸菌タブレットを経口投与した。現在も継続して症例を重ねている。3、in vitro実験では、尿路バイオフィルム感染症に対する乳酸菌プロバイオティクスの効果を、緑膿菌OP14-210株、大腸菌OE-89株、MRSA OS-60を用いて、フローセルシステムとコロニーバイオフィルム法で検討した。乳酸菌は過酸化水素産生能が高いLactobacillus crispatus GAI98322を用いた。フローセルシステムでは、乳酸菌により、緑膿菌、大腸菌、MRSAのバイオフィルムの形成は抑制された。また平成28年度はコロニーバイオフィルム法により、緑膿菌、大腸菌、MRSAに対する乳酸菌と抗菌薬(LVFX、ABK)との併用効果を検討した。メンブラン上の緑膿菌、大腸菌、MRSAの増殖は乳酸菌により抑制され、LVFX, ABKとの併用効果を示唆する結果であった。

また、この乳酸菌は緑膿菌、大腸菌、MRSAの増殖を抑制し、抗菌薬の使用により抑制効果の増強を認めた。難治性・再発性尿路感染症に対して、抗菌薬以外の予防法・治療法として、乳酸菌プロバイオティクスが有用であることが示唆された。1、女性尿路感染症患者に過酸化水素の産生能が高い乳酸菌(Lactobacillus crispatus)膣坐剤を継続して投与し、症例登録数を随時増やしていく。これからの登録患者では1年の投与はできない症例となるが、投与期間中の膀胱炎罹患回数を1年に換算し、比較していく予定である。またすでに登録している症例で28年度に1年を経過する5症例については、乳酸菌投与前後での尿中・膣内細菌叢の菌種や菌量、1年における膀胱炎罹患回数を指標とし、有効性を評価する。投与終了後も研究期間中は膀胱炎罹患回数を調査していく。2、in vitro実験は、緑膿菌、大腸菌、MRSAを用いて各種抗菌薬と乳酸菌の併用効果を検討する。医歯薬学臨床研究は、倫理委員会の承認手続きなどに多くの時間を要し、平成25年度の症例登録数は4例と少ない状況である。in vitro実験は、おおむね順調に進んでおり、価値ある基礎的エビデンスを得ている。in vivo実験は予備実験の段階でとどまっている。臨床研究は平成27年度も症例登録数が少なかったため、予定額を使用しなかった。in vitro実験は研究分担者の転出に伴い遅滞が生じているため、予定額を使用しなかった。繰り越し額で、平成28年度の物品費として、細菌培養用培地・シャーレ、ボトル・チューブ・チップ類、その他の試薬・器具類などを購入する。また研究費は研究成果発表のための学会や研究会への出張旅費に使用する。その他、学内共同実験室の機器使用料金、論文掲載料への支払いなどにあてる。1、尿中分離菌および薬剤感受性の動向については調査を継続する。また尿路由来多剤耐性菌の分子疫学的解析も継続する。2、女性尿路感染症患者に過酸化水素の産生能が高い乳酸菌(L. crispatus)膣坐剤を継続して投与し、症例登録数を随時増やしていく。投与期間が終了する症例については、乳酸菌投与前後での尿中・膣内細菌叢の菌種や菌量、1年間における膀胱炎罹患回数を指標とし、有効性を検討する。3、in vitro実験は、過酸化水素の産生能が高い乳酸菌(L. crispatus)だけでなく過酸化水素産生能の異なる乳酸菌2株も用いる。コロニーバイオフィルム法において、尿中分離菌として頻度の高い緑膿菌や大腸菌のバイオフィルム形成に対する乳酸菌3株の効果を検討する。また、フローセルシステムにおいても、緑膿菌バイオフィルムに対する乳酸菌3株の抗バイオフィルム効果を検証し、各種抗菌薬と乳酸菌の併用効果を検討する。4、in vivo実験は、発光性緑膿菌によるマウス尿路バイオフィルム感染症(膀胱内異物)モデルを使用する。上記3の研究成果に基づいて、抗バイオフィルム効果の高い乳酸菌を膀胱内に接種して、その効果をリアルタイムイメージング法(IVIS Lumina)により観察する。臨床研究は平成25年度の症例登録数が少なかったため、予定額を使用しなかった。in vitro実験は、消耗品費が少額の方法によって価値ある実験成績が得られたので、予定額を使用しなかった。in vivo実験は予備実験の段階にとどまっており、予定額を使用しなかった。
難溶性塩単結晶微粒子の生成

回分式攪拌槽内で硝酸鉛水溶液と硫酸水溶液を反応させることにより硫酸鉛微結晶を生成させる実験において、種晶存在下での溶液中の鉛イオン濃度低下速度と成長させた結晶の粒径分布との関連について以下の知見を得た。均一粒径の種晶を粒径分布を保ったまま成長させるためには、種晶の成長に伴う溶液中の鉛イオン濃度低下速度が過飽和度の一乗で相関できるような過飽和範囲で成長させることが望ましいという成果を得ている。この実験の操作では原料の全てを一気に混合したが、この方法では反応初期の混合状態が悪く得られる結晶の粒径分布幅は広くなった。また再現性についても問題があった。そこで新たに、反応液を制御して供給されるように考案したダブル・ジェット装置を用いて、硫酸鉛微結晶の生成実験を行った。(この操作法は、Controlled Double-Jet法と呼ばれている。以下CDJ法)本実験では、反応溶液である硝酸鉛および硫酸ナトリウム両水溶液を別々の供給管を通して、攪拌されているゼラチン溶液中に供給し反応晶析を行った。均一粒子を得るために、核発生を短時間で終了させ、その後に供給される原料は結晶成長のみに使われるように操作した。まず均一微粒子の生成に適した反応条件について検討を行った。反応溶液濃度、槽内の操作濃度(pPbまたはpSO_4)、酢酸添加量を変化させて実験を行ったところ、反応溶液濃度0.1mol/l、供給速度10ml/min、酢酸濃度1.74*10^<-1>mol/lの場合で、操作濃度pPb=2,3、pSO_4=2,3において長径15μm以下のひし形板状晶が得られた。pPb=3、pSO_4=2では、時間が経つにつれて新たな核の発生により槽内結晶総個数は著しく増加したが、pPb=2では結晶数は一定であり相対分布幅が約15%の長径6μm以下の均一な単分散微粒子が得られた。以上よりCDJ反応晶析法は硫酸鉛の均一微結晶生成プロセスとして、有効であると考えられる。今年度においては回分式攪拌槽における硝酸鉛水溶液と硫酸水溶液との反応による硫酸鉛の反応晶析実験を行った。種晶添加後、経過時間に対する過飽和溶液中の鉛イオン濃度の変化を実測して過飽和濃度のべき関数として整理した。その結果、初期濃度Ci=5×10^<-4>1.7×10^<-3>mol/l、回転数500r.p.mの範囲ではべき関数の指数がほぼ2に近い値に、またCi=2.0×10^<-3>mol/l以上では同回転数でほぼ1に近い値で整理することができた。種晶固定系における同様の実験では、初期濃度と回転数によって、濃度分析用試料を得るために用いるメンブラン・フィルタの孔径の違いによるべき関数の指数に差異のあるものとないものに整理されたことから、このべき関数での相関は槽内の過飽和溶液中の溶質の状態を推測する1つの方法となると考えられる。そこで、初期濃度と回転数を変化させて硫酸鉛1次核発生実験を行なった。回転数500r.p.mで初期濃度をCi=5.0×10^<-4>2.0×10^<-3>

mol/lの間で操作した場合、初期濃度が高いほど晶析量が多く代表粒径も大きくなったが、Ci=11.5×10^<-3>mol/lでは均一な微小単結晶群の析出に対しCi=2×10^<-3>mol/lでは分布幅が広く微結晶同士の凝集物の析出がめだった。また、Ci=1×10^<-3>、2×10^<-3>mol/lで回転数を変化させたところ、Ci=1×10^<-3>mol/lでは回転数の増加に伴って晶析量が増加し、200r.p.mをピークに代表粒径は小さく均一になったのに対し、Ci=2×10^<-3>mol/lでは晶析量は一定のまま代表粒径は大きく幅広い分布を示した。以上のことから、べき関数の指数が2で整理できる過飽和溶液では溶質はイオンの状態で存在しているのが支配的であり、それらの衝突による核の生成が律速段階となるが、指数が1で整理できる場合は溶質の合体が速く胚腫等の微粒子が支配的に存在して成長晶への拡散が律速段階となるのではないかという知見と、均一な種晶作成条件の決定に有効なデータを得た。回分式撹拌槽内で硝酸鉛水溶液と硫酸水溶液を反応させることにより硫酸鉛微結晶を生成させる実験において、種晶存在下での溶液中の鉛イオン濃度低下速度と成長させた結晶の粒径分布との関連について以下の知見を得た。均一粒径の種晶を粒径分布を保ったまま成長させるためには、種晶の成長に伴う溶液中の鉛イオン濃度低下速度が過飽和度の一乗で相関できるような過飽和範囲で成長させることが望ましいという成果を得ている。この実験の操作では原料の全てを一気に混合したが、この方法では反応初期の混合状態が悪く得られる結晶の粒径分布幅は広くなった。また再現性についても問題があった。そこで新たに、反応液を制御して供給されるように考案したタブル・ジェット装置を用いて、硫酸鉛微結晶の生成実験を行った。(この操作法は、Controlled Doublejet法と呼ばれている。以下CDJ法)本実験では、反応溶液である硝酸鉛および硫酸ナトリウム両水溶液を別々の供給管を通して、撹拌されているゼラチン溶液中に供給し反応晶析を行った。均一粒子を得るために、核発生を短時間で終了させ、その後に供給される原料は結晶成長のみに使われるように操作した。まず均一微粒子の生成に適した反応条件について検討を行った。反応溶液濃度、槽内の操作濃度(pPbまたはpSO_4)、酢酸添加量を変化させて実験を行ったところ、反応溶液濃度0.1mol/1、供給速度10ml/min、酢酸濃度1.74*10^<-4>mol/1の場合で、操作濃度pPb=2,3pSO_4=2,3において長径15μm以下のひし形板状結晶が得られた。pPb=3、pSO_4=2では、時間が経つにつれて新たな核の発生により槽内結晶総個数は著しく増加したが、pPb=2では結晶数は一定であり相対分布幅が約15%の長径6μm以下の均一な単分散微粒子が得られた。以上よりCDJ反応晶析法は硫酸鉛の均一微結晶生成プロセスとして、有効であると考えられる。
空間電荷分布測定技術を応用した高時間分解能電荷顕微鏡の開発

空間電荷分布測定は,固体絶縁材料中の電荷の分布を測定する技術である。実用状態の電力機器で使用される固体絶縁材料中の空間電荷分布は,3次元的に分布する可能性が高く,3次元空間での空間電荷分布測定装置の開発が望まれている。空間電荷分布は過渡的に変化するため,短時間間隔での測定ができれば以下のような測定が可能となる。具体的な応用分野としては,電力ケーブル用の固体絶縁材料の評価や材料開発やプリント基板の空間電荷分布測定などがある。本研究で目指している装置の目標は,「測定試料の厚さ方向(Z方向数ミリメートルの範囲)と試料の横方向(X方向数10mmメートルの範囲)の面の測定範囲ミリ秒間隔で空間電荷分布を測定できる装置を開発すること」であった。センサ分割型の短時間間隔空間電荷分布測定装置の技術を提案し目的の装置開発を行った。短時間間隔の空間電荷分布測定が可能となるように,シーケンシャルトリガモード(オシロのメモリを予め分割しておき,トリガ信号毎に分割したメモリに信号を記録する機機能)を有する4チャンネルのデジタルオシロスコープ3台を利用して目標の装置の開発を行った。厚さ方向に20μm,横方向2.7mm(30mmの範囲に11センサを配置),測定時間間隔0.05msと目標とした性能の装置を計画の通り実現した。開発した装置を用いた応用分野として挙げた電力ケーブル用の固体絶縁材料の低密度ポリエチレン(LDPE)中で起こるパケット電荷(材料中を塊となって移動する電荷)挙動の観測に成功した。この研究の成果として,これまでこの分野の研究者によって予測されていた高分子絶縁材料における試料面内の不均一さを初めて実験的に明らかにした。今後は,開発した装置の完成度を高め,電子機器の絶縁材料評価に利用する。空間電荷分布測定は,主に固体絶縁材料中の電荷の分布を測定する技術である。本年度,既に開発しているセンサ分割型短時間間隔空間電荷分布測定装置の技術を利用し,目的の装置開発を行った。短時間間隔の空間電荷分布測定が可能となるように,シーケンシャルトリガモード(オシロのメモリを予め分割しておき,トリガ信号毎に分割したメモリに信号を記録する機能)を有する4チャンネルのデジタルオシロスコープ3台を利用して目標の装置の開発を行った。厚さ方向に20マイクロメートル,横方向2.7mm(30mmの範囲に11センサを配置),測定時間間隔0.05ミリ秒と目標とした性能の装置を計画の通り実現した。開発した装置を用いて,具体的な応用分野として挙げた電力ケーブル用の固体絶縁材料の低密度ポリエチレン(LDPE)中で起こるパケット電荷(材料中を塊となって移動する電荷)挙動の測定に成功した。

空間電荷分布測定は、主に固体絶縁材料中の電荷の分布を測定する技術として用いられ、電力ケーブル用やプリント基板の固体絶縁材料の信頼性評価と材料開発等に利用されている。本研究で目指している空間電荷分布測定装置の最終的目標は"絶縁材料内部の電荷の動きを顕微鏡のように見て記録する装置を開発する"ことである。平成18年度に目指している装置開発の数値目標は、"測定試料の厚さ方向(Z方向数ミリメートルの範囲)と試料の横方向(X方向数10mmメートルの範囲)の面の測定範囲ミリ秒間隔で空間電荷分布を測定できる装置を開発すること"である。具体的には、前年度の開発した2次元センサ分割型の装置を改良して短時間間隔(ミリ秒以下)で測定できるように改良することが目標であった。オシロスコープのシーケンシャルトリガモード(オシロのメモリを予め分割しておき、トリガ信号毎に分割したメモリに信号を記録する機機能)を有する多チャンネルのデジタルオシロスコープを利用してこの機能を開発する装置に付加することで実現した。この装置を応用して以下の空間電荷分布計測を行った。電力ケーブル用絶縁材料であるポリエチレンなどの絶縁材料中で起こる特異現象としてパケット電荷が報告されている。パケット電荷は3次元的に分布する可能性が高く、かつ過渡的に変化することが予測されていた。本装置を利用しその現象を計測した。その結果、パケットの大きさは横方向に数から十数ミリメートルの大きさがあることがわかった。この測定により、高分子絶縁材料の面内の空間電荷特性が均一でないことがはじめて明らかにされた。測定装置の信号処理をLabVIEWと呼ばれる測定装置制御用の言語ソフトを用いて、サブミリ秒間隔で11センサからの信号を記録処理する技術を開発した。そして、ポリエチレンに商用周波数(50Hz)を印加した場合に1周期当たり200データ(0.1ms間隔)の2次元空間電荷分布を計測可能にした。高速での測定が可能となったことから、蒸着金属電極の有無による材料表面の帯電と放電の時間変化が明らかになった。空間電荷分布測定は主に固体絶縁材料中の電荷の分布を測定する技術として用いられ,電力ケーブル用やプリント基板の固体絶縁材料の信頼性評価と材料開発等に利用されている。本研究で目指している空間電荷分布測定装置の目標は"絶縁材料内部の電荷の動きを顕微鏡のように見て記録する装置を開発する"ことであった。平成19年度に目指した研究目標は,前年度までに開発した短時間間隔(ミリ秒以下)で測定可能な2次元センサ分割型の測定装置を利用した空間電荷分布計測と不平等電界下での空間電荷分布測定技術の開発であった。パケット電荷は3次元的に分布する可能性が高く,かつ過渡的に変化することが予測されていた。本装置を利用しそのパケット電荷の電界水平方向への移動現象を観測した。2次元高速測定が可能となったことから高温高湿下で吸水させたプリント基板(紙フェノール)でのイオンマイグレーション現象の観測を2次元で行った。また,電気自動車用半導体用モールド樹脂の高温課電時の帯電現象を観測した。特に,2次元測定であるために電極エッジでの電荷注入現象を観測できた。
ベトナム固有薬用植物の化学的研究

本国で採集してエキスとしたベトナム固有の薬用植物の成分研究を継続した。持参した植物で本年度中に成分検索をおこなった、または現在成分検索中のものは以下のとおりである。トウダイグサ科の成分検索は植物分類学的にも興味がもたれる。Croton tonkinensisGagnep.(トウダイグサ科)からは4種の新規エントカウレンタイプのジテルペンを単離した。Alpinia tonkinensis Gagnep.(ショウガ科)より以前単離したラブダンタイプのジテルペンの絶対構造をMTPAを用いるモッシャー変法を用いて決定した。Siegesbeckia orientalis L.(トウダイグサ科)より新規エントピマランタイプのジテルペンを単離した。更にCroton tonkinensisGagnep.の精査を行い、新規エントカウレン型ジテルペンを単離するとともに、ブラインシュリンプを用いた生物活性試験を行ったところ、エキソメチレンケトンを有する化合物には強い細胞毒性が認められた。Alpinia pinanensis T.L. Wu et Senjen(ショウガ科)、Excocariacochinchinensis Lour.(トウダイグサ科)の成分検索をおこなっており、前者からはジアリルヘプタノイドにチャルコンが結合した珍しい構造を有する化合物を単離した。Leonurus heterophyllus Sw.(シソ科)よりビススピロラブダン型ジテルペンを単離しその構造の決定を行い、NOEスペクトルより相対配置に対する情報を得た。Croton tonkinensisGagnep.より単離したエントカウレン型ジテルペンには抗バクテリア活性がみいだされMRSAを用いてさらに検討している。
高強度・形状記憶ソフト＆ウェット材料の超高精度自由造形法の確立

世界最高強度DNゲルの合成過程を工夫し、UV照射1回で造形可能になったことから、本研究では高強度ゲルや形状記憶ゲルの3Dプリンティングによる高精度自由造形法を工業へ応用することを最終目標として、下記の3つのテーマ、(I)3Dゲルプリンタによる自由造形ゲルの創製、(II)高延性ゲルや形状記憶ゲルなどによる自由造形ゲルの高強度化と機能化、(III)自由造形ゲルの応用可能性を評価するための人工血管やソフト光学素子の試作、を実施した。申請者は2010年、高強度ダブルネットワークゲルの技術を駆使することによって、ゲル前駆体にUV光を照射するだけで高強度ゲルを製造できる画期的な合成方法の開発に成功した。本研究は、これまでの申請者の研究成果に立脚し、高強度ゲルや形状記憶ゲルを高い空間分解能で自由造形可能な、世界初の三次元ゲルプリンタを開発することを目的とし、高強度・機能性ゲルの合成と構造解析、さらに力学機能の評価の全てにおいて、先端的な研究手法を縦横に駆使することによって、空間精度としてミクロンオーダーの造形を目指す。最終的には、ゲルプリンタによって情報科学技術と高分子ゲル技術をシームレスに統合し、未来のものづくりに変革をもたらすことを目標とする。平成25年度は下記を実施した。【テーマ1.自由造形ゲルの創製】ゲルを自由造形できる世界初のゲルプリンタの開発を進めた。1. P-DNゲルの局所的UV照射自由造形法の確立:申請者らが開発したパーティクル・ダブルネットワークゲル(P-DNゲル)は世界最高強度をもつDNゲルの合成法を簡便にできる方法として重要であることから、P-DNゲルをゲルプリンタに適用した。工業材料として十分な強度(圧縮破断強度10MPa、伸張破断ひずみ100%)、ならびにゲルの特徴としての高含水率(含水率90%)を達成した。2. UV照射による2Dプリンタ機構の開発: X-Y方向の2D走査が可能な機構によって、UVレーザーを照射する光学系を構築した。3.光ファイバーによる2.5D造形法の開発:光ファイバーによって局所的なUV照射を行い、溶液中でさまざまな種類のゲルを自由造形するシステムを構築した。4.二光子励起UV重合による3D造形法の開発:ファイバーの先端近傍のみで重合反応を開始させる方法として二光子励起重合開始反応の適用を試みた。平成26年度は下記を実施した。【テーマ2.自由造形ゲルの高強度化と機能化】5) P-DNゲルの強化機構の解明P-DNゲル内部の内部構造と力学特性の相関機構を解明した。申請者が独自に開発した走査型顕微光散乱(SMILS)はゲルの内部構造の測定に特化した構造解析装置であるSMILSを活かして、P-DNゲルが高強度化することの内部構造を解析した。6)高延性付加の研究申請者がゲル力学特性の新たな向上法として最近開発した、相互架橋網目構造(ICN構造)を持つ高延性ICNゲルは透明で非常に高い含水率96%でありながら、引張破断ひずみ600%以上を達成している。このような新しいゲルを3Dゲルプリンタで高精度に自由造形することを試みた。7)形状記憶機能の研究申請者が最近開発した透明な形状記憶ゲルを3Dゲルプリンタで高精度に自由造形することを試みた。本研究は、これまでの申請者の研究成果に立脚し、高強度ゲルや形状記憶ゲルを高い空間分解能で自由造形可能な、世界初の三次元ゲルプリンタを開発することを目的とする。高強度・機能性ゲルの合成と構造解析、さらに力学機能の評価の全てにおいて、先端的な研究手法を縦横に駆使することによって、空間精度としてミクロンオーダーの造形を目指す。さらに実際に人工血管やデバイスを試作することにより、その適用可能性を実証する。平成27年度は下記を実施した。テーマ3.【自由造形ゲルの応用】8)人工血管・マイクロ流路造形への応用本研究で開発したゲルプリンタを活用すれば、例えば患者のCTスキャンの画像データから、患者の動脈瘤部分の血管をそのままの大きさや形で、透明のゲルとして造形することが可能である。具体的にゲル人工血管を試作し、その性能を評価した。9)ソフト光学素子への応用ゲルプリンタによって造形した高強度ゲルや形状記憶ゲルを動く機械や光学デバイスに応用することを検討した。具体的にゲルプリンタで光学素子デバイスを試作し、その性能を評価した。

世界最高強度DNゲルの合成過程を工夫し、UV照射1回で造形可能になったことから、本研究では高強度ゲルや形状記憶ゲルの3Dプリンティングによる高精度自由造形法を工業へ応用することを最終目標として、下記の3つのテーマ、(I)3Dゲルプリンタによる自由造形ゲルの創製、(II)高延性ゲルや形状記憶ゲルなどによる自由造形ゲルの高強度化と機能化、(III)自由造形ゲルの応用可能性を評価するための人工血管やソフト光学素子の試作、を実施した。上記、テーマ2.に関して、下記の事項を達成した。5) P-DNゲルの強化機構の解明P-DNゲルが強化するときの内部構造の解析に成功した。その条件で作成したP-DNゲルの力学的異方性の評価を行い、積層式の3Dプリンタで得られるプラスチック材料に比べて、3Dゲルプリンタで得られるゲルは異方性が少ないことが確かめられたが、これは最初には予測できなかった新しい知見である。6)高延性付加の研究優れた延性を持つICNゲルを3Dプリンタで造形しうることが示され、当初の目標は順調に達成されている。7)形状記憶機能の研究透明な形状記憶ゲルを3Dプリンタで造形することが示され、当初の目標は順調に達成されている。この間、雑誌論文(査読付論文)9件、招待講演33件、国際学会発表23件、国内学会発表17件、総説10件、特許出願1件を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。ソフト&ウェット材料工学【テーマ3.自由造形ゲルの応用--新しい工業材料造形法としての可能性を追究する--】8)人工血管・マイクロ流路造形への応用本研究で開発されるゲルプリンタを活用すれば、例えば患者のCTスキャンの画像データから、患者の動脈瘤部分の血管をそのままの大きさや形で、透明のゲルとして造形することが可能である。この技術によって、脳動脈瘤コイル塞栓手術の効果事前検証や訓練が可能になる。これまでの3D画像データの立体視や樹脂モデルによる位置確認のみでは、手術効果の検証や訓練までは困難であった。本研究では、PC上の画像データをゲルプリンタに送ってゲル人工血管の造形を試みる。前述したSMILSのシステムは、透明な管状ゲル中の液体の流速や、液中の粒子分散状態の測定が可能であり、ゲル人工血管中にコイル閉塞を行ったことによる流速変化や、血球の分散状態変化の評価が可能である。また、この技術はMEMSへの適用も可能でマイクロ化学チップ状へのマイクロ流路造形への活用も可能である。具体的にゲル人工血管やマイクロ流路を試作し、その性能を評価する。9)アクチュエータへの応用ゲルプリンタによって造形した高強度ゲルや形状記憶ゲルを動く機械や光学デバイスに応用することを検討する。光学素子としての応用であり、透明性の高いゲルについては、変形によって倍率の変化するレンズを作ることができる可能性があり、申請者らは検討を進めている。実際に眼の水晶体は変形するゲルでできたレンズであり、この研究成果は眼の研究や医療につながる可能性が高い。これらは具体的にゲルプリンタで光学デバイスを試作し、その性能を評価する。上記、テーマ1.に関して、下記の事項を達成した。1. P-DNゲルの局所的UV照射自由造形法の確立:3Dゲルプリンターに適した合成条件の検討を行い、目標を達成した。
多モーメント手法による多目的CFDコアの開発

次世代の流体解析(CFD)において、流体方程式を格子点上の値、線積分平均値、面積分、体積積分平均値を従属変数として解く多モーメント手法が高精度かつ安定な計算を行うために有効である。直交格子に適合細分化格子法を導入することで解像度制御を行い、保存形IDO法による圧縮性流体計算、非圧縮性流体計算、乱流計算、多相流計算などの様々な流体問題に適用できる高性能な計算コアを開発する。従属変数に物理量の値と積分値(線積分、面積分、体積積分)を用いる積分値型の多モーメント法である保存形のIDO法を用いた高精度な数値流体力学(CFD)の多目的コアを開発するための第一ステップとして、単相の流体計算を行い精度を検証した。移流項には3次精度の風上補間および4次精度の中心補間を適用し、Fourier解析により位相誤差の波数依存性を明らかにした。一様等方性乱流の直接数値計算(DNS)に適用し、等価な格子点数でスペクトル法に匹敵する精度が得られることが明らかになった。チャネル乱流の予備的計算では、少ない格子点数での計算において、通常の差分法を用いたLESのより良い計算結果が得られている。また、セミ陰解法のためのPoisson方程式に対しても4次精度で計算でき、マルチグリッド法での反復回数が2次精度差分法と同様に低減することも確認できた。AMR法の導入の準備としては、不等間隔格子での位相誤差の評価と計算パフォーマンスを検証しか。多相流の界面捕獲のためにCahn-Hilliard方程式を解くことに対して、保存形IDO法で高精度に計算することは可能であるが、計算の安定性に必要な時間ステップが単純な差分法よりも厳しいことが明らかになった。さらに界面形状を必要以上に歪めることが分かり、自由界面を追跡するためにCahn-Hilliard方程式を用いるときには過剰な表面張力を与える点に注意が必要であることが分かった。また、Webインターフェースの開発については基本構成の検討を行った。多モーメント手法である保存形IDO法を圧縮性および非圧縮性流体計算に適応し、計算コアを開発した。必要な領域に必要な空間解像度を設定できる適合格子細分化手法に対して、Space filling曲線としてPeano曲線を用い、キャッシュ効率を高め動的負荷分散を行うことができた。移流計算に適用し、精度検証を行った。爆発計算について、初期高密度比の接触不連続面についても安定に計算できる単調性のフィルターを導入し、高次時間積分を行う計算コアを開発した。レーリーテーラー不安定性の成長過程の計算に適用し、非線形成長の領域においても、十分高い精度を有していることが明らかになった。Shallow Water方程式を解く津波計算については、非圧縮性流体計算については乱流LESの計算を開始し、エネルギースペクトルについてかなり精度の良い計算結果が得られた。保存形IDO法をプラズマの電子分布関数に対するVlasov方程式の計算に適用した計算では、分布関数の積を忠実に積分することにより、位相空間での2流体不安定性において従来の計算手法より計算精度の高い結果が得られた。多相流計算については、レベルセット関数の移流計算に保存形IDO法を導入し、高精度に移流できることを確認した。マルチグリッド法の検証を開始し、単相流体計算においてPoisson方程式を数十倍以上高速化することが確認できた。多モーメント手法である保存形IDO法を圧縮性および非圧縮性流体計算に適応し、計算コアの開発を進めた。平成21年度は研究実施最終年度であるため、特に多相流計算コアの開発を行った。気体-液体の混在する(気液界面を含む)問題は、界面で密度比が大きく異なるため非圧縮性流体計算のPoisson方程式の収束性を改善しなければならない問題と、気液界面の高精度な記述を行うための方法を開発することが重要であり、前者はMG法によりほぼ満足の行く結果が得られ、後者にはImplicit Surface法であるレベルセット法を高精度に解くことにより解決した。特に多相流の大規模計算は世界的に見ても殆ど行われていなく、並列性の高いMG法の導入とノード間通信の最適化により通信コストの低減を行うコアを開発することができた。ダム・ブレーク問題に対して、東京工業大学・学術国際情報センターのTSUBAMEスパコンの512 CPUを用いて800x500x400格子で行った計算と、九州大学・応用力学研究所で行われた実験との比較を行った。前方に浅い水がある状態では適度な浅さの時に激しい3次元性が現れるが、その機構の解明に十分貢献できる結果が得られた。これまでの多相流の計算は低解像度の計算が多く、高解像度にするにつれて物理現象の計算結果として収束して行かないことも明らかになった。気液界面のアンチ拡散の導入は必須であるが、体積保存性と界面形状の記述精度の両立はさらなる課題であり、本研究の中での計画を超えた問題であり、次のステップでの研究が必要である。また、多モーメントコアのGPUを用いた高速計算への適用性についても、かなり明らかになった。
悪い口コミが企業やブランドの評価に与える影響についての研究

本研究の目的は、消費者のブランドに対する態度の構造を明らかにし、悪いロコミをされても評価が下がりにくい「強い」ブランドとはどのようなブランドであるのかを明らかにすることである。一連の実証研究により、消費者のブランドに対する態度は、「認知」と「感情」の2つの次元から構成されており、感情次元において評価の高いブランドは、悪いロコミをされてもブランドの評価が下がりにくい可能性が示唆された。本研究の目的は、悪いロコミなどをはじめとする、企業やブランドに対する否定的情報の影響の実態とプロセスを解明することで、これらに対処するために有効な戦略を提言することである。本研究は2つの研究で構成される。まず研究1として、企業やブランドに対する態度がどのように形成されるのかを明らかにする。人間の態度は「感情に基づくもの」と「認知に基づくもの」の2種類に大別できるという態度理論に着目し、企業やブランドへの態度もこの2つの次元から形成されている可能性を検討する。研究2では、こうして形成された態度に対する悪いロコミの効果を解明する。具体的には、「感情に基づいた態度」と「認知に基づいた態度」のどちらがより悪いロコミの影響を受けやすいのか、消費者に実際に悪いロコミを読ませる実験を行うことで明らかにする。平成20年度は、研究1を実施した。具体的には、企業やブランドに対する態度が「感情に基づくもの」と「認知に基づくもの」の2つの次元から形成されているかどうかを検討するため、20代から60代までの一般市民約1000名を対象とし、ブランドジャパン(日経BP社,2008)などで常に上位にランクインしているブランド名を30種類提示して、認知的評価(品質が高い、技術力がある等)と感情的評価(かわいい、おしゃれな等)を測定した。因子分析の結果、「感情に基づく態度」と「認知に基づく態度」の因子が抽出され、調査対象となったブランドの評価構造が明らかになった。実際に市場に出回っている商品ブランドの評価において、理論的予測に従ったデータが得られたことは、高く評価できる調査結果である。この中から、「感情に基づく態度」と「認知に基づく態度」の両方の尺度で評価が高かったブランド、片方の尺度のみで高評価だったブランドを抽出し、研究2へと進む準備を行った。本研究の目的は、悪いクチコミが消費者のブランド態度にどのような影響を与えるのか、そのプロセスを解明することである。前年度の調査で、消費者のブランド態度は「感情に基づく態度」と「認知に基づく態度」の2次元に分けてとらえられることが分かった。そこで、今年度は「感情に基づく態度」と「認知に基づく態度」のどちらがより新しい情報によって影響を受けやすいのか、すなわち、悪いクチコミを参照することによってダメージを受けやすいのかを検討した。【研究方法】調査会社のパネルに登録している一般消費者を対象としたウェブ実験。【手続き】著名なパソコンブランド(5種類)に対する評価をブランド態度尺度(「感情に基づいた態度」「認知に基づいた態度」の尺度)を用いて測定した(Time1)。その3週間後、回答したいずれかのブランドに関するインターネット上の書き込みとして悪いクチコミを提示し、それを読ませた直後に、当該パソコンブランドに対してTime1と同一のブランド評価尺度に回答させた(Time2)。「感情に基づいた態度」得点と「認知に基づいた態度」得点をそれぞれTime1と2で比較し、、どれくらい得点が低下したかを検討した。【結果】悪いクチコミを参照することで、「認知に基づいた態度」は悪化しやすいが、「感情に基づく態度」は変化しないことが示された。本研究から、世間で評価の高いブランドが、たとえ悪いクチコミをされても大きなダメージを受けることなく支持を得続けることができるのは、消費者の感情に基づいたブランド構築に成功しているからであろうという結論が示された。
当事者のニーズに基づいた盲ろう者用コミュニケーション機器の分析と試作

今年度は、主に以下の2つのテーマを柱に研究を進めていた。一つは「盲ろう当事者に対するニーズ調査」であり、もう一つは「既存に研究開発されている盲ろう者向け機器の整理」である。当事者へのニーズ調査については、現在の盲ろう者のコミュニケーションや情報機器アクセス状況などを詳細に把握するため、当事者に対しインタビューの実施を前提に準備を進めていた。盲ろう者の全国的な集まりや地域の当事者団体が主催する交流会などに出向き、こうしたインタビュー調査への協力を依頼し、また同時に予備的な調査を実施した。現在5,6名の盲ろう者から協力の承諾をいただいており、また予備調査の段階で、1)盲ろう者向けのスクリーンリーダー及びメールソフトが必要、2)もっと触読しやすい点字ディスプレイの開発が必要、3)独力で扱える電気製品やガス器具が必要、などの要望が出された。既存機器調査に関しては、こうした機器の研究に携わっていた研究者に協力を得ながら、現在調査する項目を固めているところである。特に「指点字」という盲ろう者向けコミュニケーション手段をヒントとした「指点字インタフェース」に関して、複数の方式が存在しているため、まずその整理を予備的に実施した。現在おおよそ1)ハンマー式、2)振動式、3)指つき式、4)点字提示式、の4方式に分類できることがわかっている。
第一次大戦期の英国におけるナショナリズムの形成と作家による教育テキストとの関係

第一次大戦直前から戦後にかけ、何人かのイギリス人作家が歴史書を書いている。R・キップリング『少年少女イギリスの歴史』(1911年、C・R・L・フレッチャーとの共著)、G・K・チェスタートン『イギリス小史』(1917年)、D・H・ロレンス『ヨーロッパ史のうねり』(1919年)、H・G・ウェルズ『世界史大系』(1920年)である。本研究では、これらのテクストを当時の文化的・政治的文脈のなかに位置づけながらそのイデオロギー性を探った。D・H・ロレンスの『ヨーロッパ史のうねり』は、第一次大戦末期から終戦後に書かれた、ヨーロッパ史の概説書である。第一次大戦直前から戦後にかけ、ロレンス以外にも何人かのイギリスの作家たちが歴史書を書いている。R・キップリング『少年少女イギリスの歴史』(1911年、C・R・L・フレッチャーとの共著)、G・K・チェスタートン『イギリス小史』(1917年)、H・G・ウェルズ『世界史大系』(1920年)である。本研究では、ロレンスの『ヨーロッパ史』を中心に据え、このテクストを当時の文化的・政治的文脈のなかに位置づけながら、同時期に書かれた他の作家たちによる歴史書と比較しそのイデオロギー性を探った。1910年の英国社会を覆った空気は、戦前の愛国主義の高揚から、大戦末期の厭戦気分の蔓延へと大きく移り変わっていった。この社会のエートスを反映し、大戦前から大戦初頭に書かれたキップリングおよびチェスタートンの歴史書は極めて愛国的なものとなっている。一方ウェルズの歴史書は、大戦の反省を踏まえた、平和を希求する内容となっている。これに対しロレンスの『ヨーロッパ史』は、一見平易な文章のなかに、戦争に対するアンビバレントな感情が刻み込まれている。そこにはあからさまに愛国的な記述はないが、対戦中に流布された国家イデオロギーの枠組みが時として現れる。また一方で、大戦末期に見られた厭戦気分もしばしば顔をのぞかせる。このように、『ヨーロッパ史』には第一次世界大戦を直接的に扱った章はないにもかかわらず、1910年代の英国社会に見られた、第一次大戦に対する相矛盾する戦争観が刻み込まれているのである。第一次大戦前の社会進化論、優生学、人種退化論により形成された国家観、および大戦中から戦後にかけての国家のあり方をめぐる議論を踏まえたうえで、国民国家のアイデンティティおよびナショナリズムのイデオロギー形成と、D・H・ロレンスの教育用テキストとはどのような関係にあったのかについて研究した。ロレンスの歴史教科書物Movements in European Historyにおけるドイツ表象を分析した。焦点を当てたのは、ロレンスによるゲルマン民族およびフン族の描写、そしてロレンスの近代ドイツ観である。これらを通して、『ヨーロッパ史のうねり』と国家イデオロギーとの微妙な関係が明らかになる。反独イデオロギーのもとゲルマン民族の過小評価がなされていた時代にあって、『ヨーロッパ史』でのゲルマン民族は、ヨーロッパ文明の誕生にとって欠くことのできない存在として描かれており、親独的ともとれる身振りである。しかしその一方でフン族の描写には、当時の人々の間に流布していたイメージの連鎖、すなわちドイツ人=フン族/野蛮/アジア/退化/小動物といった反独的な枠組みがそのまま採用されている。近代ドイツを扱った「ドイツ統一」の章では逆に、ビスマルク以降のプロシア的軍事国家を嫌悪する当時の反独感情と真っ向から対立する世界観が提示されている。物質主義が蔓延し、破壊衝動の萎えてしまった近代ヨーロッパを再生させる契機として、ビスマルクによる軍事的強権体制が描かれる。しかしここにも、当時のイギリスの中産階級の間で広く流布していたイデオロギー、すなわちイギリスにおける人種退化論や優生学をめぐる共通の問題認識が浮き出ている。ドイツをめぐる『ヨーロッパ史のうねり』の中の記述には、ロレンス独自のドイツ観と、当時のプロパガンダによって流布された反独イデオロギーが分かち難く絡み合っているのである。
光化学反応によるエナメル質の再石灰化に及ぼす液組成の検討

人工的に脱灰したエナメル質片にエキシマレーザー光照射を行い、再石灰化液組成による再石灰化反応の促進と応用領域の拡大について基礎的検討を加えた。エナメル質片は、ヒト上顎中切歯の唇面をエポキシ樹脂で包埋して、エナメル質表層を研磨除去して作製した。人工脱灰を行った後、再石灰化液作用とレーザー光照射後、人工唾液に浸漬した群(同時作用+人工唾液),再石灰化液作用とレーザー光照射した群(同時作用)、人工唾液にのみ浸漬した群(人工唾液)、非照射・無処理群(対照)の4群に分け、SEM像の観察、VHNおよびCa溶出量(耐酸性試験)の比較を行った。KrF(248nm)エキシマレーザー光の照射条件は,70mJ/cm^2,2000shotsとした。再石灰化液の組成は,Ca:0.30.5mM,P:1.85.3mM,F:05.2mM,NaHCO_3:020mM,CMC:01%の間で種々の条件を設定した。人工唾液組成は0.5%-CMC,1.5mM-CaCl_2・2H_2O,0.9mM-K_2HPO_4,0.02ppm-NaF,pH7.0とし、37°C、48時間浸漬を行った。再石灰化液の組成がCa:3.0mM,P:1.8mM,F:0.6mM,NaHCO_3:20mM,CMC:1%と、Ca:3.0mM,P:1.8mM,F:5.2mM,NaHCO_3:1mM,CMC:1%の同時作用および同時作用+人工唾液のエナメル質片のSEM像からは,再石灰化反応によると考えられる堆積物が観察された。また、硬度は対照<人工唾液<同時作用<同時作用+人工唾液の順で、両再石灰化液とも群間に有意差が認められた。耐酸性試験では、Ca溶出量が同時作用<同時作用+人工唾液<人工唾液<対照の順で、両再石灰化液とも群間に有意差が認められた。硬度の回復と耐酸性試験の結果は、一致した傾向を示さなかったが、両石灰化液とエキシマレーザー光照射の同時作用が硬度の回復や耐酸性の付与に大きく寄与することが示唆された。
革新的治療法開発に向けた治療抵抗性頭頸部癌における機能性RNAネットワークの探索

これまでの集学的治療の進歩にも関わらず、頭頸部扁平上皮癌(HNSCC)の治療成績は、未だ良好とはいい難い。その大きな要因の一つとして、初回治療後の、再発症例・遠隔転移症例の予後が極めて不良である事が挙げられる。癌細胞は、治療過程で治療抵抗性を獲得し、局所再発や遠隔転移に至る。再発・遠隔転移症例に対する有効な治療法は乏しく、緩和的治療が主に行われる。再発・遠隔転移を起こしたHNSCC細胞の遺伝子学的な研究は、臨床的に検体の採取が困難である事から、十分に研究されていない。ヒトゲノム解析研究の成果として、ヒト細胞中には極めて多くの蛋白に翻訳されないRNA分子が転写されている事が明らかとなった。最近の研究から、これらのRNA分子は、生体内で様々な機能を有している(機能性RNA)事が明らかになりつつある。機能性RNAの1種である、マイクロRNAは、僅か1922塩基の低分子RNAである。このRNA分子は、最終的に1本鎖のRNA分子として機能し、機能性RNA(蛋白コード・非蛋白コード遺伝子)の翻訳阻害や直接分解によりその発現制御をしている。マイクロRNAの特徴として、1種類のマイクロRNAは、数十数百種類の機能性RNAの発現を制御していることから、マイクロRNAの発現異常は、細胞内の機能性RNA分子ネットワークの破綻を引き起こし、ヒト癌を含む様々な疾患に関与している事が報告されている。この様な背景の中、治療抵抗性を獲得したHNSCCの臨床検体(初回治療後の再発症例の検体)から「治療抵抗性HNSCC・機能性RNA(マイクロRNA、蛋白コード遺伝子、蛋白非コード遺伝子)発現プロファイル」を作成した。この中から、発現が抑制されているマイクロRNA(癌抑制型マイクロRNA候補)に着目し、その機能解析と、マイクロRNAが制御する分子ネットワークの探索を行っている。癌組織で発現が抑制されているマイクロRNA(癌抑制型マイクロRNA)および癌組織で発現が亢進しているマイクロRNA(癌促進型マイクロRNA)の探索を行った。発現が抑制されているマイクロRNAから、miR-150-5p(guide strand)およびmiR-150-3p(passenger strand)に着目し、これらマイクロRNAの機能解析を施行した。その結果、これらマイクロRNAをHNSCC由来細胞株に核酸導入する事により、癌細胞の遊走能、浸潤能を顕著に抑制した。これまでの概念では、マイクロRNAの生合成において、pre-miRNAから2本鎖のmiRNA duplexが形成される。そして、guide strandがRISCタンパクに取り込まれ標的遺伝子の制御を行う。これに対して、反対鎖のpassenger strandは、分解され機能を有しないとされている。miR-150-3pの機能解析から、passenger strandが、癌抑制型マイクロRNAとして機能している事を証明し報告した。更に、HNSCCにおいて、miR-150-5pおよびmiR-150-3pが共通して制御する癌促進型遺伝子探索した。その結果、19遺伝子が候補となった。その中で、5遺伝子(SPOCK1、TIMP4、CAV2、NUBPL、KLHL29)の発現がHNSCC患者の予後に関与している事が明らかとなった。この中で、SPOCK1について機能解析を行い、癌細胞の増殖、浸潤、遊走を促進する癌促進型遺伝子である事を明らかにした。更にSPOCK1が制御する分子経路を探索した結果、Regulation of actin cytoskeleton、ECM8212;receptor interaction、TGF-beta signaling pathwayなどの分子経路を制御している事が明らかとなった。本研究で作成したプロファイルには、これまでに解析が全く行われていない、マイクロRNAが多数存在しており(次世代シークエンサーを用いた解析のため)、本研究を推進する上で大きなアドバンテージである。申請者の学術的独自性と創造性は、治療抵抗性に至ったHNSCC検体から独自に作成した「機能性RNA発現プロファイル」から、解析が殆ど行われていないマイクロRNAを起点として、HNSCCに特徴的な分子経路を探索できる事である。これまでの解析(機能性RNA発現プロファイル)から明らかとなった、HNSCCに特徴的なマイクロRNA(発現抑制されている)について、癌促進効果・癌抑制効果の検証と、マイクロRNAが制御する機能性RNAネットワークの解析を継続する。更に、HNSCCにおいて活性化している分子経路について、その経路を遮断する戦略を考案し、癌細胞の増殖や転移を抑制する事を、in vitroで検証する。分子経路を遮断には、siRNA、inhibitor(低分子化合物)、中和抗体を用いて、癌細胞の、増殖能、浸潤能、遊走能、アポトーシス誘導能等を指標にして検証する。有効性が確認できた分子経路については、既存の「薬」で、分子経路の遮断が可能か、ドラッグ・リポジションの戦略を考案し検証を進める。頭頸部扁平上皮癌の治療課題である局所制御と臓器温存の更なる向上を図るために、外科的手術、化学療法・放射線療法が開発され治療成績の向上が認められている。しかしながら、進行症例や遠隔転移をきたした症例の予後は極めて不良であり、これら症例に対する有効な治療法が求められていた。この様な中、2012年に上皮成長因子受容体(EGFR)をブロックする事で癌細胞の増殖を阻害する分子標的薬(セツキシマブ)の使用が認可され、局所進行例や再発・転移例に使用され始めている。多くの症例で、初回治療に対する治療効果は期待できる。しかしながら、セツキシマブを用いた治療効果の継続は難しく、再発症例は少なくない。