hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中山間地域農山村における土地利用種の変化に伴う流域諸特性の変化と流域保全

本研究では,過疎化.高齢化が進行する中山間地域農山村の保全と活性化を目的として,以下のような観点から調査・研究を行った。1.過疎化の進行と土地管理および農地災害:愛媛県内におけるいくつかの市町村について農地災害の状況を比較検討し,過疎化地域では農地単位面積当たりの災害が多く,また小規模な災害の多発していることを明らかにした。2.土地利用の変化と流域特性:過疎化に伴う農林地の荒廃,あるいは中山間地域活性化のための農地開発等は,流域の諸特性を変化させ,その結果,流域の水循環特性に大きな影響を与える。そこで,ここでは農地造成を事例として,土地利用の変化が地被・土壌・その他の流域特性にどのような影響を与えるのかについて検討するとともに,土壌保全の立場からリルの生成メカニズムについて調査・解析を行った。3.土地利用種と流出特性:ここでは,土地利用種によって流出特性がどのように異なるかを比較・検討して,農林地が流域保全に果たす役割について考察を加えた。その結果,山林地に比べて造成農地のピーク流量および直接流出量が大きいこと,一方,棚田地帯のピーク流量は増大するが,直接流出量は大差のないことが明かとなった。また,造成農地と山林地の渇水流量について比較したところ,多雨年では山林地の渇水流量が大きいが,寡雨年ではこの逆の現象が発現することを示した。そして,これは蒸発散特性の差異によるものであると判断された。さらに,水田地帯における水収支観測等を行い,水田が地域の地下水位安定に重要な役割を果たしていることを定量的に示した。4.中山間地域保全と新たな流域の創造:とりまとめとして,本研究での調査・解析結果に基づき,今後の中山間地域保全の方向性と新たな流域概念について提言を行った。本研究の初年度に当たる平成4年度には、開発の影響を評価する目的で、愛媛県下の中山間地における山林地・造成畑地・放牧草地・棚田の各試験流域において、雨量・流出量および気象データなどの観測を継続した。まず、これらの観測結果に基づいて、各試験流域の流出特性や蒸発散特性などを比較・検討した。その結果、造成畑地や棚田流域における出水時の流出特性は山林地とやや異なること、そして、それは基本的には地表部における土地利用形態の違いに起因すると予想された。とくに、直接流出特性については、出水時に関する水収支的な立場から詳細な検討を加え、直接流出量が総降雨量のみならず初期土湿不足量や下層への浸透特性などに支配されていること、浸透強度は土地利用形態によって異なることを明らかにした。また水収支法を適用して、造成畑地流域と山林地流域の流域蒸発散量を求めた。そして、造成畑地流域では年蒸発散比が年降水量の減少に伴って低下すること、造成畑地流域の蒸発散の方が土壌水分の影響を受けやすく、とくに夏季において山林地流域と差が認められることを明らかにした。さらに、地域資源管理システム構築のために、試験流域おける流況分布を検討し、低水流量・渇水流量の実態を把握するとともに、低水流出予測のための簡単なモデルを開発した。一方、愛媛県内において過疎化・高齢化による農地管理などの問題を抱えている地域を選定して、現地での聞き取り調査を実施するとともに、林地・農地荒廃の実態を把握した。その結果、過疎化・高齢化により道路や水路の維持管理が困難になること、営農についても通常の維持管理は問題ないが収穫・集荷時にはかなりの負担になることなどが明らかになった。さらに、下流域に存在するダムでの堆砂量増加と上流域における過疎化の進行の因果関係を検討した。本研究の2年目に当たる平成5年度には、愛媛県内において過疎地域に指定されたいくつかの地域と都市地域についての資料を収集して、過疎化の現状や災害状況を調査・検討した。

その結果、過疎地域では人口減少率が8%(1985年1990年)に近く、高齢化率もおよそ20%に達していること、また、農地単位面積あたりの災害が他地域に比べ数十倍多く発生していることなどの実態が明らかにされた。さらに、過疎化・高齢化による農地管理などの問題を抱えている地域を選定して、現地での聞き取り調査を行うと共に、林地・農地荒廃の実態を調査した。その結果、谷地田などの耕作放棄水田では畦畔の崩壊、管理不十分な林地では風などによる林木の倒壊など、保全上の問題が指摘された。一方、中山間地域が国土保全に果たす役割を明らかにするため、愛媛県下の中山間地に設けられた各試験流域において、雨量・流出量および気象データなどの観測を継続した。そして、今年度はとくに、棚田流域の流出特性について検討を加えた。その結果、両流域の直接流出特性についてはそれほど大きな違いが認められないものの、ピーク流量は棚田流域が山林地流域に比べておよそ2倍程度大きいことを明らかにした。そして、これは調査対象とした棚田流域では掛け流しのかんがいが行われていることや、山林地と棚田(水田)の排水路密度あるいは浸入能など流域特性の違いに起因するであろうことを指摘した。従来、棚田には洪水調節機能があると考えられてきたが、本試験流域のような水管理が行われる流域ではその機能がそれほど期待できず、今後、棚田の整備を計画する際の貴重な情報を提供していると考えられる。本研究では,過疎化.高齢化が進行する中山間地域農山村の保全と活性化を目的として,以下のような観点から調査・研究を行った。1.過疎化の進行と土地管理および農地災害:愛媛県内におけるいくつかの市町村について農地災害の状況を比較検討し,過疎化地域では農地単位面積当たりの災害が多く,また小規模な災害の多発していることを明らかにした。2.土地利用の変化と流域特性:過疎化に伴う農林地の荒廃,あるいは中山間地域活性化のための農地開発等は,流域の諸特性を変化させ,その結果,流域の水循環特性に大きな影響を与える。そこで,ここでは農地造成を事例として,土地利用の変化が地被・土壌・その他の地域特性にどのような影響を与えるのかについて検討するとともに,土壌保全の立場からリルの生成メカニズムについて調査・解析を行った。3.土地利用種と流出特性:ここでは,土地利用種によって流出特性がどのように異なるかを比較・検討して,農林地が流域保全に果たす役割について考察を加えた。その結果,山林地に比べて造成農地のピーク流量および直接流出量が大きいこと,一方,棚田地帯のピーク流量は増大するが,直接流出量は大差のないことが明かとなった。また,造成農地と山林地の渇水流量について比較したところ,多雨年では山林地の渇水流量が大きいが,寡雨年ではこの逆の現象が発現することを示した。そして,これは蒸発散特性の差異によるものであると判断された。さらに,水田地帯における水収支観測等を行い,水田が地域の地下水位安定に重要な役割を果たしていることを定量的に示した。4.中山間地域保全と新たな流域の創造:とりまとめとして,本研究での調査・解析結果に基づき,今後の中山間地域保全の方向性と新たな流域概念について提言を行った。
ダイヤモンド粉末のダイナミックコンパクションに関する研究

本研究はダイヤモンド粉末の衝撃固化に関するものである。ダイヤモンドは最も強い共有化学結合性を持つ物質であり、しかも高圧力下でのみ安定な物質なので、通常の方法によって焼結することは困難である。粉体を衝撃圧縮する場合、粉体粒子の表面の温度は著しく上昇することが知られている。この温度上昇は極めて短時間であり、同時に衝撃圧力によって粉体が強く圧縮されるので、この現象を巧みに利用することによって、ダイヤモンドの緻密な多結晶体を製造することができる。東京工業大学では実験を通じて、ダイヤモンド粉末のダイナミックコンパクションについての知見を蓄積してきたが、得られる多結晶体に発生するクラックがこの技術の実用化を阻んできた。クラックの発生は、金属カプセル中のダイヤモンド粉体中の著しい温度と圧力の勾配、圧縮状態からの急速な解放と急速冷却によるものである。本研究においては、極端な圧力勾配の生じないカプセル形状の設計及び、化学反応熱を利用した残留温度の制御を行い、クラックの発生を抑制することを主眼点に研究を行った。粉体のダイナミックコンパクションは、マイクロ秒オーダーの短時間の現象であり、しかも粉体中の粒子の表面と粒子内部の温度が著しく異なるため、衝撃温度の計測はほとんど不可能である。現在、行うことができる唯一の研究手段は計算機シミュレーションである。より確度の高いシミュレーションを行うためには、衝撃回収試料の微細構造とシミュレーションを対比させることが必要である。回収体の微細組織は衝撃圧縮と解放の全プロセスを反映しているので、目的のステージの状態を抽出することは容易ではないが、シミュレーションと実験の対比を繰り返すことによって、信頼性の高い衝撃圧縮プロセスの分離が行えるようになった。このことが本研究における最大の収穫である。シリコンやチタンをダイヤモンド粉末に添加することによって、衝撃圧による化学反応を誘起させ、この反応熱を利用して衝撃残留温度を制御する方法が澤岡らによって提案され、シリコンを約7%含むダイヤモンド粉末の衝撃固化が有効であることが見出されているが、この条件が最適のものであるのか、他にもっと優れた条件があるのか不明であった。衝撃実験はコストが高く、特殊な環境でのみ実施することができるので、数多くの実験を行い、その中から最適値を絞り込んで行く方法を行うことは困難である。計算機シミュレーションを行いながら、狙いを定めた実験を行い、更にシミュレーションによって、条件を精密化する方法を採用した。計算機シミュレーションはすべて、アメリカ・ノースカロライナ州立大学において実施した。2次元解析コード「DYNA」を使用した。まず、ステンレス鋼製の試料カプセル(外径24mm、内径12mm)に厚み25mmの試料室を設け、ダイヤモンド粉末を6069%充填して、厚み3.24.3mmの鉄製の飛行板を2.12.5km/sで衝突させた場合のカプセル内の圧力の変化を数値解析した。次いでダイヤモンドに510%シリコン粉末を添加した場合の化学反応を伴う圧力と温度に関する数値シミュレーションを行った。これと平行して、東京工業大学ではシミュレーション範囲内のいくつかの条件で衝撃実験を行い、回収試料を切断研磨して、光学及び電子顕微鏡によって微細組織の観察、ビッカース微小硬さの測定を行った。衝撃実験の結果は、回収物の特性は出発ダイヤモンド粉末の粒径に大きく依存するものであり、24μmのものが最も良い結果を与えることが分かった。この粒径のものについて、シリコンの添加量、カプセルの形状を変化させた実験を行い、結果をシミュレーションに反映させた。最終的には、化学反応を伴う粉体のダイナミックコンパクションについての一般的な数値シミュレーション手法を開発することができた。これを応用して、実用目的に使用することができるダイヤモンドのダイナミックコンパクションを行うには、10kg以上の高性能爆薬を爆発させることが必要であることが分かった。このためには日本の施設では不十分なので、海外との一層の国際協力が必要である。

シリコンやチタンをダイヤモンド粉末に添加することによって、衝撃圧による化学反応を誘起させ、この反応熱を利用して衝撃残留温度を制御する方法が澤岡らによって提案され、シリコンを約7%含むダイヤモンド粉末の衝撃固化が有効であることが見出されているが、この条件が最適のものであるのか、他にもっと優れた条件があるのか不明であった。衝撃実験はコストが高く、特殊な環境でのみ実施することができるので、数多くの実験を行い、その中から最適値を絞り込んで行く方法を行うことは困難である。計算機シミュレーションを行いながら、狙いを定めた実験を行い、更にシミュレーションによって、条件を精密化する方法を採用した。計算機シミュレーションはすべて、アメリカ・ノースカロライナ州立大学において実施した。2次元解析コード「DYNA」を使用した。まず、ステンレス鋼製の試料カプセル(外径24mm、内径12mm)に厚み25mmの試料室を設け、ダイヤモンド粉末を6069%充填して、厚み3.24.3mmの鉄製の飛行板を2.12.5km/sで衝突させた場合のカプセル内の圧力の変化を数値解析した。次いでダイヤモンドに510%シリコン粉末を添加した場合の化学反応を伴う圧力と温度に関する数値シミュレーションを行った。これと平行して、東京工業大学ではシミュレーション範囲内のいくつかの条件で衝撃実験を行い、回収試料を切断研磨して、光学及び電子顕微鏡によって微細組織の観察、ビッカース微小硬さの測定を行った。衝撃実験の結果は、回収物の特性は出発ダイヤモンド粉末の粒径に大きく依存するものであり、24μmのものが最も良い結果を与えることが分かった。この粒径のものについて、シリコンの添加量、カプセルの形状を変化させた実験を行い、結果をシミュレーションに反映させた。最終的には、化学反応を伴う粉体のダイナミックコンパクションについての一般的な数値シミュレーション手法を開発することができた。これを応用して、実用目的に使用することができるダイヤモンドのダイナミックコンパクションを行うには、10kg以上の高性能爆薬を爆発させることが必要であることが分かった。このためには日本の施設では不十分なので、海外との一層の国際協力が必要である。本研究はダイヤモンド粉末の衝撃固化に関するものである。ダイヤモンドは最も強い共有化学結合性をもつ物質であり、しかも高圧力下でのみ安定な物質なので、通常の方法によって焼結することが困難である。粉体を衝撃圧縮した場合、粉末粒子の表面温度が著しく上昇することが知られている。この温度上昇は極めて短時間であり、同時に衝撃圧力によって粉体が強く圧縮されるので、この現象を巧みに利用することによって、ダイヤモンドの緻密な多結晶体を合成することができる。又、ダイヤモンドにシリコンを添加することによって、ダイヤモンドの構成元素である炭素とシリコンの化学反応に伴う発熱を利用して、粉体中の温度分布を制御することができる。
蒸気爆発を応用した金属粉末製造プロセスの基礎研究

本研究では,蒸気爆発が定常的に発生する状態の水アトマイズ法を実現し,数10数100μmの大きさの金属粒子を得ることを目的とする.平成910年度にかけて,鉄換算で50g,最大温度1700°Cまでの鉄系試料を溶解可能な水アトマイズ法による粉末製造実験装置を製作した.金属試料の加熱溶解には,現有の誘導加熱用高周波電源を用いた.粉末製造試験装置本体,高圧水循環系を作成し,予備実験を行った.まず,細粒化のパラメータとなるノズル形状・噴射角度,水温等を変化させて様々の粉末の製造実験を行った.水噴流を形成するノズルには,直線的に噴出する直射ノズルと末広がりの形状に噴出するフラットノズルの2種類のノズルを用いた.各々のノズルを4本設置し,噴出した水を一点に集中させ焦点を作り,その焦点に融解した鉄を落下させた.実験では水温を080°C,水と鉄の接触する角度を3060°まで変化させながら,生成される鉄粉の形状,粒径や歩留まりに及ぼす効果を調べたところ,最適条件は噴射角度30°,直射水ノズルの直径1.0mm,石英ガラスノズルの直径1.5mmであることが分かった.平成10年度の後半から11年度にかけて,水アトマイズ法とは別に,酸化亜鉛粉末の製造予備実験も行なった.酸化亜鉛は金属亜鉛を蒸発させて酸化させることにより製造するが,通常の製造法では外部熱源による加熱が必要である.しかしながら,熱力学的検討から生成した酸化亜鉛粉末から熱回収を行なえば,自力燃焼が可能である.本年度は,自立燃焼可能な粉末製造プロセスの予備実験装置を製作し,実験を行なった.空気流量10L/min,アルゴン流量5L/min,ヒータ入力1100Wにおいて持続時間15分を達成した.顕微鏡写真観察によると,本研究で製造された酸化亜鉛粉末は市販のものに比べてサイズが大きい.その後も反応装置の改良を進め,現時点では反応熱280W程度の反応熱を回収するこができた.この装置を実機規模にすれば,熱損失は相対的に減少することが期待される.現時点では自力燃焼するまでに至っていないが,ある程度の量の酸化亜鉛粉末を製造することができた.本研究では,蒸気爆発が定常的に発生する状態の水アトマイズ法を実現し,数10数100μmの大きさの金属粒子を得ることを目的とする.平成910年度にかけて,鉄換算で50g,最大温度1700°Cまでの鉄系試料を溶解可能な水アトマイズ法による粉末製造実験装置を製作した.金属試料の加熱溶解には,現有の誘導加熱用高周波電源を用いた.粉末製造試験装置本体,高圧水循環系を作成し,予備実験を行った.まず,細粒化のパラメータとなるノズル形状・噴射角度,水温等を変化させて様々の粉末の製造実験を行った.水噴流を形成するノズルには,直線的に噴出する直射ノズルと末広がりの形状に噴出するフラットノズルの2種類のノズルを用いた.各々のノズルを4本設置し,噴出した水を一点に集中させ焦点を作り,その焦点に融解した鉄を落下させた.実験では水温を080°C,水と鉄の接触する角度を3060°まで変化させながら,生成される鉄粉の形状,粒径や歩留まりに及ぼす効果を調べたところ,最適条件は噴射角度30°,直射水ノズルの直径1.0mm,石英ガラスノズルの直径1.5mmであることが分かった.平成10年度の後半から11年度にかけて,水アトマイズ法とは別に,酸化亜鉛粉末の製造予備実験も行なった.酸化亜鉛は金属亜鉛を蒸発させて酸化させることにより製造するが,通常の製造法では外部熱源による加熱が必要である.しかしながら,熱力学的検討から生成した酸化亜鉛粉末から熱回収を行なえば,自力燃焼が可能である.本年度は,自立燃焼可能な粉末製造プロセスの予備実験装置を製作し,実験を行なった.空気流量10L/min,アルゴン流量5L/min,ヒータ入力1100Wにおいて持続時間15分を達成した.顕微鏡写真観察によると,本研究で製造された酸化亜鉛粉末は市販のものに比べてサイズが大きい.その後も反応装置の改良を進め,現時点では反応熱280W程度の反応熱を回収するこができた.この装置を実機規模にすれば,熱損失は相対的に減少することが期待される.現時点では自力燃焼するまでに至っていないが,ある程度の量の酸化亜鉛粉末を製造することができた.本研究では,蒸気爆発が定常的に発生する状態の水アトマイズ法を実現し,数10数100μmの大きさの金属粒子を得ることを目的とする.本年度は,鉄換算で50g,最大温度1700°Cまでの鉄系試料を溶解可能な水アトマイズ法による粉末製造実験装置を製作した.金属試料の加熱溶解には,現有の誘導加熱用高周波電源を用いた.粉末製造試験装置本体,高圧水循環系を作成し,予備実験を行った.まず,細粒化のパラメータとなるノズル形状・噴射角度,水温等を変化させて様々の粉末の製造実験を行った.水噴流を形成するノズルには,直線的に噴出する直射ノズルと末広がりの形状に噴出するフラットノズルの2種類のノズルを用いた.各々のノズルを4本設置し,噴出した水を一点に集中させ焦点を作り,その焦点に溶融した鉄を落下させた.実験では水温を080°C,水と鉄の接触する角度を30°60°まで変化させながら,生成される鉄粉の形状,粒径や歩留まりに及ぼす効果を調べた.

現時点では噴射角度は60°の方が歩留まりがよい.水温の効果については,まだ断定できるほどの実験データが蓄積していない.本実験装置の水の流速は,現在製鉄所で運転しているものと比較して低いものの,次年度は石英ガラス管ノズルを使うことにより,水噴流の焦点に溶融鉄を落下させ,確実に細粒化させることを試みる予定である.現在,本実験装置で作成可能な鉄粉の平均粒径は200μm程度であり,今後は100μm以下の粉末を多量に製造することを目指す.本研究では,蒸気爆発が定常的に発生する状態の水アトマイズ法を実現し,数10数100μmの大きさの金属粒子を得ることを目的とする.本年度は,昨年度に引き続き細粒化のパラメータとなるノズル形状・噴射角度,水温等を変化させて様々の粉末の製造実験を行った.昨年度の予備実験から,水噴流の形成には直射ノズルの方が好ましいことが分かっているので,本年度は直射ノズルのみを用いて実験を行なった.また,昨年度までは坩堝から溶湯を滴下していたが,本年度は石英ガラスノズルからの滴下を試みた.その結果,歩留まりの点で坩堝より優れていることが分かった.これは石英ガラスノズルの場合は,水噴流中心への位置決めがより正確に行われるためである.次年度は,石英ガラスのノズル径の影響を調べる予定である.水アトマイズ法とは別に,酸化亜鉛粉末の製造予備実験も行なった.酸化亜鉛は金属亜鉛を蒸発させて酸化させることにより製造するが,通常の製造法では外部熱源による加熱が必要である.しかしながら,熱力学的検討から生成した酸化亜鉛粉末から熱回収を行なえば,自力燃焼が可能である.本年度は,自立燃焼可能な粉末製造プロセスの予備実験装置を製作し,実験を行なった.現時点では自力燃焼するまでに至っていないが,ある程度の量の酸化亜鉛粉末を製造することができた.次年度は粉末の粒度分布や特性も併せて調べる予定である.本年度は,酸化亜鉛粉末の製造予備実験を中心に行なった.酸化亜鉛は金属亜鉛を蒸発させて酸化させることにより製造するが,通常の製造法では外部熱源による加熱が必要である.しかしながら,熱力学的検討から生成した酸化亜鉛粉末から熱回収を行なえば,自力燃焼が可能である.自立燃焼可能な粉末製造プロセスの開発に向けて,予備実験装置を製作し,実験を行なった.中心部には亜鉛溜を設け,蒸発した亜鉛を炉の底部に導き酸化反応を行なわせる.この反応熱は亜鉛溜と供給される空気へ熱回収される.亜鉛溜には酸化を防ぐためにアルゴンガスが供給される.予備実験装置には,熱損失を補償するために,外側にヒータを巻き付けてある.このヒータの入力を01100Wの間で変化させ,装置内各部の温度をモニターしながら,酸化亜鉛の生成が持続するかどうかを調べた.空気流量10L/min,アルゴン流量5L/min,ヒータ入力1100Wにおいて持続時間15分を達成した.顕微鏡写真観察によると,本研究で製造された酸化亜鉛粉末は市販のものに比べてサイズが大きい.その後も反応装置の改良を進め,現時点では反応熱280W程度の反応熱を回収することができた.この装置を実機規模にすれば,熱損失は相対的に減少することが期待される.現時点では自力燃焼するまでに至っていないが,ある程度の量の酸化亜鉛粉末を製造することができた.
レトロウィルス抗原提示機構の解析(マウスエイズウィルスを用いて)

レトロウイルス抗原がどのようにしてT細胞へ提示されるかについて、マウスエイズウイルス(LP-BM5 MuLV)を用いて研究した。マウスエイズの病原ウイルスである欠損ウイルス遺伝子のなかでも他のマウスレトロウイルスとの相同性が著しく低いp12領域に注目し、それによりコードされる蛋白中で、そのアミノ酸配列より強い抗原性を有すると予想された部分ペプチドであるP12-25(25-mer)を合成した。このペプチド抗原と抗原提示細胞により、マウス(C57BL/6)のCD8陽性T細胞が選択的に活性化されることを見いだした。この系を指標にして、各種の阻害剤の影響を検討することにより、この外来性ウイルス由来抗原のT細胞への提示経路を解析した。その結果、(1)gag p12蛋白の部分ペプチドであるP12-25に対して反応するT細胞はすべてclass I MHCに拘束性を持つnaiveなCD8陽性T細胞であることがわかった。(2)P12-25のアミノ酸配列中にはclass I(D^b) bindingmotifを持つ9-merのペプチドが2種類存在し、RMA-S細胞を用いたbinding assayにより、これらのペプチドがH-2D^b分子に結合することを確認した。つまりP12-25が抗原提示細胞(APC)により処理されたものがclass I分子に結合してCD8陽性T細胞に提示されることが示唆された。そして各種の阻害剤を用いた実験結果から(3)P12-25はphagocytosis/macropinocytosisによりAPCに取り込まれ、プロテアゾームによる処理ではなく、少なくともcathepsin Bによる切断を受けて9-merから11-merの大きさのペプチドとなり、TAPによってERに取り込まれ、そこで新たにassemblyしたclass I分子(D^b)と会合し、Golgi体を経由して細胞表面へと輸送され、CD8陽性T細胞による認識の対象となることが示された。以上の結果はペプチドの免疫によりマウスエイズの発症を抑制するようなCD8陽性エフェクター細胞を誘導することができる可能性を示している。
層状半導体の剥離ナノシート分散体による光エネルギー変換系の構築

半導体光触媒として働く層状ニオブ酸塩を水中で?離させたナノシートのコロイド分散体を用いて、光エネルギー変換の重要な要素反応--電子受容体との間の光誘起電荷分離、ナノシートへの光誘起電子蓄積、水からの光触媒的水素発生--を行った。分散体に粘土を加えると反応の起こり方が変化し、特に前2者では、適量の粘土を加えることで生成物の収率や安定性が著しく向上した。これより、ナノシート分散体が新規な光エネルギー変換系として働く可能性が示された。層状ニオブ酸塩(K_4Nb_60_<17>)を水中で剥離させたナノシートのコロイド分散体中で、半導体光触媒であるニオブ酸ナノシートの光励起を起点とする光エネルギー変換反応(光誘起電子移動、水からの水素発生)を検討した。光誘起電子移動については、ニオブ酸と粘土との2種のナノシートを混合させた分散体(以下ニオブ酸-粘土2成分系分散体)を用い、ニオブ酸ナノシートから電子供与体(メチルビオロゲン)への電子移動に対する粘土ナノシートの効果を調べた。その結果、粘土が電子移動の効率や電子移動後の電荷分離の安定性に大きく影響することが分かった。これは、粘土が分散体の粘性を変化させ、それにより系内の物質移動特性が大きく変わるためであると推定した。水からの水素発生については、ニオブ酸ナノシート分散体へメチルビオロゲンを加えないで光照射することで、水から光触媒的に水素が生成することを確認した。水素発生速度は、粒径の大きなニオブ酸ナノシートを用いること、ならびにニオブ酸ナノシートに助触媒として白金を光電析させることで、向上した。ナノシート粒径の影響は、TiO_2などで報告されている結晶子径の効果に帰属される。一方、ニオブ酸-粘土2成分系分散体への光照射では、水素発生速度は著しく低下し、ニオブ酸の光励起によって生じた電子はそのままニオブ酸ナノシート中に安定に蓄積された。以上より、ニオブ酸ナノシート分散体中での光誘起電子移動反応では、粘土ナノシートの共存が反応に大きく影響するが、電子受容体の種類によって粘土が促進的に寄与する場合と抑制的に働く場合のあることが示された。層状ニオブ酸塩(K_4Nb_6O_<17>)を水中で剥離させたナノシートのコロイド分散体中で、半導体であるニオブ酸ナノシートの光触媒反応に対する共存物質の効果を調べた。また、構造の異なる分散体を開拓する目的で、有機修飾ニオブ酸を乳化剤に用いるエマルションの形成を検討した。共存物質の効果については、すでに粘土ナノシートの共存下での分散体の光化学的挙動を検討している。今年度は、光触媒的水素発生に対する電解質の添加効果を検討した。ニオブ酸ナノシート単独の分散体への電解質添加では活性が向上したが、粘土共存系への添加では活性は低下した。また、助触媒として白金を用いると、白金が半導体ナノシートに担持されているときには電解質添加は活性を抑制するが、白金が単独の微粒子として分散している場合は、電解質添加によって活性が向上した。電解質添加はナノシートを凝集させるので、これらの結果は、半導体ナノシートからの光触媒的水素発生には、分散粒子が互いに独立していれぼよいわけではなく、半導体ナノシートと助触媒など、粒子の機能によっては近接しているべきであることを示す。有機修飾ニオブ酸を乳化剤に用いるエマルションの形成については、アルキルアンモニウムイオンを修飾剤とすることで、エマルション形成が可能となること、およびそのエマルション形成挙動が修飾剤のアルキル鎖長の違いを反映することを見出した。さらに、エマルション中でニオブ酸による光触媒反応が進行することも確認した。これらより、層状ニオブ酸がエマルションという、これまで検討してきたナノシート分散体とは組成・構造の両面で異なる分散体を形成すること、およびエマルションが光機能材料として応用可能であることがわかった。層状ニオブ酸(K_4Nb_6O_<17>)を剥離させたナノシートのコロイド分散体を基盤とする種々の多成分系を構築し、その構造、およびニオブ酸ナノシートの光励起によって生じる分散体の光化学反応を検討した。まず、ニオブ酸ナノシートと粘土ナノシートとを混合させた2成分系分散体の構造と光化学反応における粘土種の効果を検討した。本系の構造的特徴は2種類のナノシートの相分離による階層構造の形成にあり、粒径の異なる粘土種を用いてもこの基本的特徴は維持された。しかし、構造は完全に同一ではなく、粘土の違いによるニオブ酸ナノシートの液晶配列の周期性の違いが観察された。また、ニオブ酸ナノシートから系に加えた電子受容体への光誘起電子移動を行わせると、粒径の大きい粘土を用いた系では、反応が抑制されることがわかった。これより、粘土に着目した光反応制御が可能であることが示唆された。また、外場(電場)によるニオブ酸

ナノシートの配向規制を検討し、分散体の電場応答の基本的特徴を明らかにするとともにモノドメインの形成に成功した。次に、ニオブ酸、粘土、助触媒、電解質からなる多成分系ナノシート分散体による水からの水素発生の検討を行った。その結果、ナノシート分散体の光触媒活性の向上には、貴金属助触媒の導入が最も効果的で、他の添加物による活性向上はあまり見られないことが分かった。特に、粘土は抑制的に作用した。この粘土の抑制効果は、反応分子が溶液中を拡散する必要があることによる。ただし、多量の電解質を添加した場合、ナノシート凝集構造の発達によるある程度の活性向上が見られた。これらより、ナノシート分散体による光エネルギー変換では、反応の種類によって異なる系の設計指針が必要であると言える。
ディスク型マイクロ光共振器によるモノリシック光電界センサアレイに関する研究

本研究では,マイクロ波回路上の近傍電界計測のための高感度かつ高速な集積型光電界センサの実現を目指す.そのため光導波路とディスク型光共振器をアレイ状に集積化した素子を用いた光電界センサの研究を行う.ディスク型光共振器は,側面で全反射を繰り返すことに基づくWGM (Whispering Gallery Mode)を利用することによって,非常に高いQ値を有する光共振器として働く.このような光共振器を二次非線形光学定数の高い物質で作製すれば,電界を印加した際にポッケルス効果によって屈折率が変化し,共振波長がシフトする.この効果を用いた高感度な電界センサの実現を目的とする.昨年度までに,基礎実験として,LiNbO_3製の光共振器を用いることにより,電界の検出を行い,測定原理を実証することに成功した.感度に関しては,従来手法に対して17dBの向上を実現している.この結果を踏まえて,GaAs導波路の設計および製作に着手した.本年度は,ディスク型共振器の作製精度を向上させ、LiNbO_3ディスクにおいてQ値を10^6程度から10^7以上まで向上させた。また、光ヘテロダイン法を本方式に適用できることを明らかにし、低速フォトダイオードを用いた検出が可能であることを示した。これにより、飽和光強度の高いフォトダイオードを利用することが可能となり、感度を更なる向上の可能性が明らかとなった。また、本手法では、ディスク型光共振の共振波長がポッケルス効果によってシフトすることを利用して電界の検出を行うが、共振波長は素子温度によっても変化する。そのため、常に検出感度が最大に保つための入力光波長の制御手法を開発した。この結果、30分間における感度揺らぎを3dB以下に保つことに成功した。LSIにおけるプロセスの微細化,および動作周波数の向上により,電磁雑音による信号劣化や誤動作の問題が顕在化してきている.これに対応可能な高周波帯の電界分布測定手法として,光電界プローブが挙げられるが,感度が比較的低く,一点あたりの測定時間が長い点が課題となっている.本研究では,高感度かつ高速な集積型光電界センサの実現を目指す.本研究では,光導波路とディスク型光共振器をアレイ状に集積化した素子を用いた光電界センサの開発を行う.ディスク型共振器は,その円周の内側で全反射を繰り返すWGM (Whispering Gallery Mode)を利用することによって,非常に狭い共振線幅を持つ光共振器として働く.このような光共振器を二次非線形光学定数の高い物質で作製すれば,電界を印加した際にポッケルス効果によって屈折率が変化し,共振波長がシフトする.この効果を用いた高感度な電界センサの実現を目的とする.本年度は,基礎実験として,LiNbO_3製ディスク型光共振器による電界検出,および,GaAs光共振器の設計・製作を行った. LiNbO_3による光共振器は,研磨によりディスク形状に加工し,波長1.55μmにおいて,10^6以上の高いQ値を得た.この光共振器を用いることにより,電界の検出を行い,測定原理を実証することに成功した.感度に関しては,従来手法に対して17dBの向上を実現している.この結果を踏まえて,GaAs導波路の設計および製作を行った.本研究では,マイクロ波回路上の近傍電界計測のための高感度かつ高速な集積型光電界センサの実現を目指す.そのため光導波路とディスク型光共振器をアレイ状に集積化した素子を用いた光電界センサの研究を行う.ディスク型光共振器は,側面で全反射を繰り返すことに基づくWGM (Whispering Gallery Mode)を利用することによって,非常に高いQ値を有する光共振器として働く.このような光共振器を二次非線形光学定数の高い物質で作製すれば,電界を印加した際にポッケルス効果によって屈折率が変化し,共振波長がシフトする.この効果を用いた高感度な電界センサの実現を目的とする.昨年度までに,基礎実験として,LiNbO_3製の光共振器を用いることにより,電界の検出を行い,測定原理を実証することに成功した.感度に関しては,従来手法に対して17dBの向上を実現している.この結果を踏まえて,GaAs導波路の設計および製作に着手した.本年度は,ディスク型共振器の作製精度を向上させ、LiNbO_3ディスクにおいてQ値を10^6程度から10^7以上まで向上させた。
神経膠腫におけるテロメア関連遺伝子変化に基づいたバイオマーカーの探索

神経膠腫は成人悪性脳腫瘍の中で最も頻度の高い腫瘍である。同一の診断でも様々な経過を示すため、より詳細に臨床経過を反映した分類が可能なバイオマーカーの探索が望まれてきた。我々は、近年の神経膠腫の遺伝子解析で発見されたテロメア関連遺伝子、特にTERTに着目し、国内のコホートを用い、臨床経過との関連を詳細に検討した。TERTのプロモーター変異は、従来本腫瘍で予後因子として知られていたIDH1/2やMGMTと組み合わせることで、神経膠腫をより詳細に分類することができることを明らかとした。成人の神経膠腫国内の約600例の凍結検体抽出DNAを用い、本腫瘍の代表的遺伝子変化である、IDH1/2変異をパイロシークエンス法で、total 1p19q lossを主にMLPA法で、TERTプロモーター変異をパイロシークエンス法およびサンガーシークエンスで、MGMTメチル化をバイサルファイト処理後にパイロシークエンス法で解析した。さらに、遺伝子解析を行った例の臨床情報(全生存期間、施設内病理組織診断、治療内容など)を収集した。臨床情報の収集が終わった例について、遺伝子解析と臨床情報の比較を行い、IDH1/2変異とtotal 1p19q lossが予後良好因子であるが、TERTプロモーター変異は単独では予後と相関しないこと、MGMTのメチル化が膠芽腫において予後良好因子であることを確認した。一方で、IDH1/2変異とTERTプロモーター変異の有無を組み合わせて分類すると、生存期間は、IDH1/2(+)TERT(+)(Group A)、IDH1/2(+)TERT(-)(Group B)、IDH1/2(-)TERT(-)(Group C)、IDH1/2(-)TERT(+)(Group D)の順に短いことが明らかになった。さらに、それぞれのグループごとに示す病理組織型が特徴的な分布を示すことが明らかになった。これらより、神経膠腫の予後因子とされてきたIDH1/2変異、total 1p19q loss、MGMTメチルに加え、TERTプロモーター変異を組み合わせることでグリオーマのさらなる層別化ができる可能性が示唆された。前年度より解析症例数をさらに拡大し、国内の成人神経膠腫の初発計約950例の凍結検体抽出DNAの遺伝子解析をおこなった。遺伝子解析については、前年度からのパイロシークエンス法やサンガーシークエンス法によるIDH, TERT、MGMTの解析、MLPA法による1p19qコピー数の解析に加え、IDH野生型の腫瘍を中心にH3F3A, BRAF, CDKN2Aについてもパイロシークエンス法やMLPA法による解析をおこなった。一方、遺伝子解析をおこなった例の臨床情報(全生存期間・無増悪生存期間、治療内容など)の収集をおこなった。前年度同様、IDHとTERTの変異の有無による分子分類をおこない、予後との関係や、各分類内での特徴を検証した。その結果、1)この分子分類は病理組織型と強く相関し、病理組織型より予後が明確に異なる4群にわけることが検証された。さらに、2)IDH, TERTの共変異型腫瘍は、1p19q完全共欠失のある腫瘍をほぼ包含し、IDH-TERTの共変異型腫瘍で1p19q完全共欠失のない腫瘍も同様に予後がよいことから、従来重要な予後良好因子とされていた1p19q完全共欠失の代用マーカーとなりうること、また、3)IDH変異型腫瘍においては従来、WHO grade IV相当の腫瘍が大半を占め一様に予後が悪いと言われていたが予後の悪くない腫瘍も包含されることなど、の詳細な知見があきらかとなってきている。テロメラーゼ逆転写酵素であるTERTプロモーターの変異のバイオマーカーとしての意義を詳細な検討を通して明らかになってきており、順調に進行していると考えられる。国内で治療された成人神経膠腫758例の大規模コホートを形成し、凍結検体抽出DNAを用い、IDH1/2, TERTプロモーター, H3F3A, BRAFなどの主要な遺伝子変異の有無の解析、およびMGMTプロモーターのメチル化、1番・19番染色体のコピー数の解析をおこなった。これらの遺伝子変化と、年齢などの患者特性・治療内容・生存期間とを比較し、バイオマーカーとしての意義を検討した。IDH1/2変異やMGMTメチル化状態はこれまでの報告と同様、予後良好因子であることが確認された。一方、TERTの変異は、IDH1/2変異型の腫瘍においては予後良好因子である一方、IDH1/2野生型腫瘍においては予後不良因子であるという、特異な所見が得られた。さらに、IDH1/2とTERTの共変異がある腫瘍の大部分は1p/19qの完全欠失を持つことが明らかとなった。これらから、IDH1/2およびTERTの変異の有無により成人神経膠腫を予後の観点から4型に分類できることが明らかとなった。さらに、標準的放射線化学療法が行われたIDH野生型膠芽腫451例からなる臨床背景が均一なコホートで、TERTとMGMTの予後因子としての意義を検討した。TERTとMGMTのそれぞれが、標準的放射線化学療法が行われた膠芽腫の予後に影響があり、さらに、双方の予後因子としての意義に交互作用があることが明らかとなった。以上より、現行のグリオーマのWHO分類(2016)で推奨されているIDH1/2, 1p19qに加え、テロメラーゼ

逆転写酵素TERTプロモーターの変異の有無を調べることで、成人神経膠腫をより詳細に予後分類ができると考えられた。神経膠腫は成人悪性脳腫瘍の中で最も頻度の高い腫瘍である。同一の診断でも様々な経過を示すため、より詳細に臨床経過を反映した分類が可能なバイオマーカーの探索が望まれてきた。我々は、近年の神経膠腫の遺伝子解析で発見されたテロメア関連遺伝子、特にTERTに着目し、国内のコホートを用い、臨床経過との関連を詳細に検討した。TERTのプロモーター変異は、従来本腫瘍で予後因子として知られていたIDH1/2やMGMTと組み合わせることで、神経膠腫をより詳細に分類することができることを明らかとした。臨床データについて均一性を確保するため、国内症例約350例以上を新たに収集し、当該年度予定されていた遺伝子の解析と臨床データ収集の大半が終了した。さらに、新たなバイオマーカーとして有望視される所見を得ることができ、次年度の解析への発展につながっている。以上より、おおむね順調と考えられる。H28年度は、前年度までに集積された臨床情報と遺伝子解析結果を中心に、より詳細に検討をおこなう予定である。特に、TERTプロモーター変異の有無は他の一部遺伝子変化の状態に応じ、臨床的意義が異なることが示唆されており、この点を多変量解析なども通して詳細に検討する予定である。脳神経外科学H27年度は、前年度に集積された例に加え、新たに神経膠腫の症例を収集し、より解析規模を拡大する予定である。これにより、前年度に得られた所見について検証をおこなう。また、すでに臨床データや遺伝子データについて解析が終了している例を中心に、当初の予定どおりTP53などの遺伝子を順次解析検討し、バイオマーカーとしての候補を絞り、検証へとうつる。最終的には、候補となった遺伝子に関して様々な予後に関与しうる因子を含め多変量解析をおこない、各遺伝子変異がバイオマーカーとなりうるか検討する予定である。DNA解析試薬およびデータ保存用ハードディスクは必要時に順次購入しているため、解析にあたり繰越金が発生した。DNAメチル化解析試薬を中心に試薬およびデータ保存用ハードディスクは必要時順次追加購入を行っているため、繰越し金が発生した。H28年度の研究計画は、H27年度の実施研究計画の継続内容と、さらに発展的内容も含まれる。延長申請に伴う前年度からの繰越金は、解析試薬の購入とデータ保存設備の購入必要に充てる。また、新たな知見の解析結果報告のため、米国脳腫瘍学会やInternational Conference on Brain Tumor Research and Treatementへの参加を予定しており、これに対する費用などにも充当する予定である。H27年度の研究計画にはH26年度に実施研究の継続内容も含まれる。発生した前年度繰越し金は、この継続内容に関する解析試薬およびデータ保存設備の購入費用に充当する。また、H27年度は予定どおり、遺伝子解析のサンプル規模および解析内容を拡大し、検討をおこなう。必要な試薬等の順次購入に加え、情報収集および解析結果の公表のため米国脳腫瘍学会参加を予定しており、これらの費用に次年度使用金額は充当される予定である。
韓国南海岸における複列型民家の性格の解明-北東部地域及び済州島との比較を通して-

韓国では、部屋を前後二列に並べる複列型間取りの民家は、北東部地域と南の済州島とに卓越するが、南海岸の一部島嶼でも、北東部との類似間取りが2例報告されている(金、1983)。検討の結果、うち1例に北東部地域との連続性をうかがわせる特徴が抽出されたが、もう1例はそれが希薄と考えられた。一方、1930年代に南西海岸島嶼で採録された前土間型民家は、北東部山間地域の妻入り型民家との共通性も想定されたため、今後、検証を進めたい。韓国北東部に特有とみられていた複列型間取りの民家が、実際には南海岸ないしその沿岸島嶼部にも分布していた可能性を指摘する声があることから、南海岸の複列型民家の実態と性格を解明することを目的とし、3カ年計画で本研究を進めている。初年度(平成22)は、4月9月の韓国滞在期間中に、数次の現地調査、現地研究者との研究打ち合わせ、文献資料の収集等を行ったほか、8月28日の韓国文化歴史地理学会第129回学術セミナーでの招待講演、9月3日、木浦大学島嶼文化研究院主催の日韓島嶼民家研究セミナーでの研究発表を通じ、韓国の民家研究者と意見交換を行った。また、11月に韓国国立図書館、国立民俗博物館等で再度文献資料の収集を行った。現地調査は以下の地域で行ったが、古民家の残存が期待されたこれらの地域でも、1990年代までに家屋の改変が著しく進行していた。それゆえ、南海岸における複列型民家の新たな分布の確認をはじめ、現存の民家から新しい研究資料を見出すことは、すでにきわめて難しい状況であることが確認された。1)全羅南道南海岸・沿岸島嶼の民家調査(3回)2)北東部・江原道三陟市山間地域の妻入り型民家の調査(1回)3)全羅北道東部山間地域の予備調査(1回)しかし、現地研究者との討議や1980年代の調査資料の入手により、家屋改変前の状況を類推するための資料をある程度拡充することができた。また、1960年代の北朝鮮研究者による研究文献を新たに入手できたことから、江原道の北側地域の資料も若干補うことができた。これらのことから、次年度以降、慶尚南道の海岸島嶼、済州島とその附属島嶼等を含む現地調査の拡大と、関係者への聞き取り、既存調査資料の収集・分析を進めることで、複列型民家の全国的な分布状況とその性格の分析について検討を深めていけるものと期待される。平成22年度の全羅南道南海岸島嶼地域および北東部の江原道山間地域に続き、23度は当初の計画を一部変更し、慶尚北道中部以北を対象に、複列型間取りの民家に関する現地調査と文献調査を行うとともに、その他、関連地域の文献調査を行った。その目的は、本研究課題で主題とした韓国南海岸島喚地域における複列型民家の稀少事例との比較材料を拡充・収集することである。慶尚北道は前年度に調査を行った江原道地域の南に位置しており、複列型民家から単列型民家への漸移地域と考えられてきたが、この地域で保存されている複列型民家の中に、北東部一帯で卓越する田字型間取りとは別の、前土間型ともよぶべき間取りを複数確認することができた。その結果をふまえ、日本地理学会2012年秋季学術大会(大分大学)での成果発表において、南部及び西部で少数ながら報告例のある間取り形式との類似性を指摘した。本研究課題の発端の1つとなった全羅南道突山島の田字型間取りの民家,(金桓圭、1982)については、南海岸一帯で他にその類似事例を確認できず、今後調査を継続することとした。その一方、慶尚北道以北で採録された複列型間取りの集計・照合により、北東部地域では、田字型・前土間型とも、ほぼ例外なく厨房に続く土間部分に畜舎(もしくはその痕跡)を伴っており、畜舎を別棟に配置した突山島のそれとは異なった特徴をみせていることを確認した。また、済州島と全羅南道島嶼との間に位置する楸子群島において、これらのいずれとも異なる複列型間取りの事例報告を入手し、それをもとに、平成24年度の重点的検討課題を抽出した。従来、朝鮮半島北東部地域と済州島への偏在が知られていた複列型間取りの民家は、韓国南海岸島嶼の一部にも少数ながら分布することが、何人かの研究者により報告されている。本研究は、それら南海岸島嶼地域の複列型民家の特徴と分布を調査し、複列間取りの卓越地域との比較を通じて、その性格や相互の関連の解明を試みたものである。

初年度にあたる平成22年度にサバティカル研修で5ヶ月間の韓国滞在が可能となり、当初の現地調査計画の相当部分を前倒しして実施したため、最終年度の平成24年度の調査活動は、ソウルの国立中央図書館および全南大(光州市)、慶尚大(慶尚南道晋州市)など南部の地方大学での補足的な情報収集と韓国・日本国内での文献資料収集が中心となった。特に地方大学の紀要や大学院の学位論文に収録された各地の民家調査資料を多数参照できたことで、これまで資料の蓄積の少なかった地域の情報をある程度補うことができ、複列型民家の分布の把握と地域間比較を深めることができた。なお、当初調査を予定していた済州島(楸子群島を含む)については、予備調査の時点で、今後新たな知見の発掘は難しいとの助言を得て、過去の調査資料の収集に重点を移した。今年度の成果発表としては、第63回朝鮮学会大会(福岡大)での口頭発表、「宇都宮大学国際学部研究論集」の論説1編と「朝鮮学報」の彙報1編があり、引き続き「朝鮮学報」および「韓国文化歴史地理」への投稿を準備中である。これまでの研究を通じ、全羅南道突山島以外の南海岸島嶼地域での田字型間取りの存在には至らなかった。また、北東部の江原道・慶尚北道または済州島方面との連続性もうかがわれなかった。しかし、全羅南道南西海岸島嶼で北東部地域および京畿道西海島嶼との共通性を示唆する前土間式の複列型民家の存在が浮上し、新たな研究課題を設定する必要が出てきたので、今後さらに検討を進めていきたい。平成22年度分の現地調査が比較的順調に推移し、当初計画で23年度に実施予定だった北東部江原道地域の踏査も22年度に実施した。そのため、24年度計画の済州島調査を繰り上げ、慶尚南道南海岸とともに平成23年8月下旬に実施することにしていたが、当該地域の天候状況や現地協力者との連携体制等で再調整が必要となり、平成23年度は北東部の慶尚北道地域に調査の重点を戻した。慶尚南道海岸島嗅地域と楸子群島を含む済州島地域については、既往文献・調査資料等の収集・参照にとどめ、現地踏査は次年度に繰り越すこととした。本研究の途中経過は日本地理学会2011年秋季学術大会で発表したが、これまで確保できた資料が不十分のため、論文の投稿は次年度の調査結果ないし追加発表をふまえて行うこととした。24年度が最終年度であるため、記入しない。前年度から繰り延べになっている雨東部の慶尚南道雨海岸および済州島とその付属島唄での資料の収集・分析を中心に作業を進め、その結果をふまえて全体的な比較検討を試みる。なお、全羅北道東部山間地については、予察調査の結果をふまえ、今年度の調査対象地からは除外し、文献調査を中心に資料収集を図ることとする。今年度の調査活動は、慶尚南道海岸・島嶼および楸子群島を含む済州島の調査(8月下旬9月初旬)、各地方民家の補遺資料の収集(11月下旬12月初旬)、各地方の補遺資料の収集および次年度以降の継続に向けた西海岸島嶼民家の資料収集と研究打合せ(2月中旬3月初旬)等を予定している。成果発表としては、2012年10月の日本地理学会秋季大会または朝鮮学会、2013年3,月の日本地理学会春季大会での研究発表のほか、「宇都宮大学国際学部研究論集」、「文化歴史地理」(韓国文化歴史地理学会」等への論文投稿を予定している。
疾患細胞ミトコンドリアへの分子送達を実現する遺伝子治療用ナノマシンの創製

本研究は、ミトコンドリア(Mt)を標的とする遺伝子治療法を確立するため、疾患細胞Mtを標的とした遺伝子送達・発現を到達目標とした。遺伝子送達に関しては、Mt融合性リポソーム、MITO-Porterを基盤とした『疾患細胞Mt標的型ナノキャリア』を構築し、疾患細胞Mtへの遺伝子送達を試みた。また、Mt独自の遺伝子コドン・転写/翻訳機構に適応する『Mt遺伝子発現プラスミドDNA』を設計し、疾患細胞Mtでの遺伝子発現に成功した。本研究で構築したMt遺伝子発現ナノキャリアは、Mtを標的とする遺伝子治療、ライフサイエンス、疾患モデル細胞・動物の作出に大きく貢献する事が期待される。本申請研究では、ミトコンドリア(Mt)を標的とする遺伝子治療法を確立するため、疾患細胞Mtを標的とした遺伝子送達・発現を目的とする。H26年度は、下記の項目を中心に研究を遂行した。1.微小管輸送を介したMt標的型キャリアの構築:核酸をコアとするナノ粒子を形成し、細胞膜とMt膜を突破するために、エンベロープを多重構造化した新型のMITO-Porterを開発した。フローサイトメトリーおよび共焦点レーザースキャン顕微鏡を用いた評価により、本キャリアがHeLa細胞、CAD細胞(神経モデル細胞)に効率的に取り込まれ、Mtへ送達される事を確認した。2. Mt遺伝子発現pDNA(pHSP-mtLuc(CGG))の構築および遺伝子発現能の検証: MtでNanoLucタンパク質を発現するpHSP-mtLuc(CGG)の遺伝子発現評価のため、ネガティブコントロールとしてMtコドンにおいて翻訳停止となるストップコドンを有するpHSP-mtLuc (TAG)、プロモーターを有さないpmtLuc (CGG)を設計・構築した。これらの遺伝子をハイドロダイナミクス法を利用してラット骨格筋に導入し、NanoLuc発光活性を評価したところ、pHSP-mtLuc (CGG)はネガティブコントロールと比較して有意に高い値を示し、pHSP-mtLuc(CGG)がMtでの外来遺伝子発現を可能とするDNAベクターであることを明らかとした。3.自主臨床研究の整備: Mt病患者由来細胞を提供して頂き研究を実施するために、自主臨床研究『Mt病に対する薬物治療法確立に向けた検討』を北海道大学薬学部・北海道大学医学部・市立札幌病院の3施設に申請・承認を得ており、次年度以降の疾患細胞を用いた研究の遂行を可能とした。H26年度は、「1.微小管輸送を介したMt標的型キャリアの構築」、「2. Mt遺伝子発現pDNAの遺伝子発現能の検証」、「3.自主臨床研究の整備」を中心に研究を遂行し、当初の計画以上に進展している成果を報告した。H27年度は、下記の項目を中心に研究を遂行した。1. Mt発現pDNAベクターの改良: pHSP-mtLuc(CGG)封入MITO-Porterを構築し、HeLa細胞および疾患細胞を用いて検討したがMt遺伝子発現は確認されなかった。そのため、Mt発現pDNAベクターの改良に取り組み、pHSP-mtLuc (CGG)より40倍高いMt遺伝子発現能を有するpX-mtLuc (CGG)を開発する事に成功した。また、HeLa細胞を用いた検討においてMt遺伝子発現に最適な組成を有する新型のMITO-Porter-Xを開発し、培養細胞系でのMt遺伝子発現に成功した。2.疾患細胞を用いた細胞内動態評価: tRNAPheに点変異を有するMt患者由来の皮膚細胞の樹立・継代に成功した。本疾患細胞に従来型MITO-Porterを添加し、細胞取り込みおよび細胞内動態を観察した。その結果、これまでにHeLa細胞で観察された結果と同様にMITO-Porterが病態モデル細胞に取り込まれ、Mtに移行する事が確認された。3. Mt応答性核酸ナノ粒子の構築: Mt環境応答性核酸ナノ粒子を構築するために、ヒスチジンを基本骨格とするポリマーを合成した。当初はpHSP-mtLuc(CGG)の核酸ナノ粒子を構築する予定であったが、pX-mtLuc(CGG)の開発に着手したためオリゴ核酸を用いたナノ粒子形成し、種々の検討を経て核酸放出能を最適化する事に成功した。当初予定であった『疾患細胞を用いたキャリアの細胞内動態の最適化』の前に、pHSP-mtLuc(CGG)が培養細胞Mtにおいても遺伝子発現活性を有する事を検証したが、HeLa細胞および疾患細胞においてMt遺伝子発現は確認されなかった。そのため、キャリアを改良する前にMt発現pDNAベクターの改良に取り組み、pHSP-mtLuc (CGG)より高いMt遺伝子発現能を有するpX-mtLuc (CGG)を開発する事に成功した。また、HeLa細胞を用いた検討においてMt遺伝子発現に最適な組成を有する新型のMITO-Porter-Xを開発する事に成功した。当初予定していなかったこれらの研究成果は特許出願中である(現在、事業化を検討中である)。pX-mtLuc (CGG)のMt遺伝子発現能を最大限に引き出すMt送達用キャリアMITO-Porter-Xは従来型MITO-Porterの構成成分が基本骨格となっているため、標的とする疾患細胞を用いて従来型MITO-Porterの細胞内動態を評価した。