hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超音速マイクロジェットの生成・制御手法の確立と医工学応用への展開

研究代表者らが開発した超音速マイクロジェットを用いた医療装置の開発,特に無針注射器開発へ向けて,ジェット生成・制御手法の確立および人体組織に近い模型材料を用いた貫通プロセスの解明を進めた.その結果,マイクロジェットを誘起する水中衝撃波の圧力計測手法の新規開発に成功し,計測結果に基づく高効率なジェット生成機構を提案した.また従来手法に比して極めて簡易なジェット生成手法を開発し,医療器のみならず産業界にも有用な学術的知見を得るとともに特許を出願した.成果は国際学術誌および国際学会にて積極的に発信し,中学生向けのアウトリーチ活動を行った.研究代表者が発見した超音速マイクロジェットの生成・制御手法を確立し,医工学応用へ展開することを目的として,研究を進めた.まず,レーザー投入エネルギーを高効率で利用し,安定してマイクロジェットを生成するために,細管内の水中衝撃波の挙動解明に取り組んだ.これまで細管内の衝撃波は,音速(約1500 m/s)以上の高速で伝播するため計測が非常に難しく,未解明な部分が残されていた.そこで超高速度カメラ(撮影速度5 Mfps)を用いてBackground Oriented Schlieren (BOS)法を世界で初めて水中衝撃波に適用し,衝撃波を可視化した(Yamamoto et al. 2015Experiments in Fluids).その結果,水中衝撃波はこれまで仮定されてきた球対象な構造を持つのではなく,多重構造を有することを明らかにした(Yamamoto et al. 2015 submitted).また,マイクロジェットの生成・制御手法につながる知見を得るため,計測が容易なメゾスケールの実験を並行して行った.具体的には液体を充填した試験管を自由落下させ,床と衝突した撃力によってジェットを生成する.その結果,メゾスケールのジェット生成メカニズムがマイクロジェットと共通することを示した(木山ら,2014,日本機械学会論文集).さらに,水中キャビテーションが生じた場合,ジェットの速度が最大2倍まで増速することを明らかにした(Kiyama et al. 2015 submitted).さらに,マイクロジェットを医工学応用する際の液滴飛散に関わる液滴浮遊に関する研究を行った.回転円筒を用いた実験系を構築し,マイクロ3次元計測を行うことにより,液滴浮遊の原因について定量的に議論した(斎藤ら,2015,日本機械学会論文集).研究代表者が発見した超音速マイクロジェットの生成・制御手法を確立し,医工学応用へ展開することを目的として,研究を進めた.まず,マイクロジェットを生成するために不可欠である衝撃波挙動を詳細に解明するため,可視化手法を開発した.その結果,Background oriented schlieren法により世界で初めて水中衝撃波の非接触定量計測に成功した(Yamamoto et al, 2015, Exp Fluids).さらに,水中圧力波がジェット生成に与える影響について実験的に調査した.水中でキャビテーション気泡が発生した場合,圧力波が大幅に抑制され,ジェット速度が最大2倍の速度を有することをつきとめ,そのメカニズムを明らかにした(Kiyama et al, 2016, J. Fluid Mech.).また,これまでマイクロジェット生成のためにレーザーを用いてきたが,装置が大型になることを避けるため,新しい手法を開発した(大貫&田川,2015,混相流).この新手法によって,これまで困難とされてきた高粘度の液体も射出できることを示し,産業界からの注目を集めた.この新技術は特許を申請している.無針注射への応用を前提に,マイクロジェット体積の決定メカニズムを調査した.その結果,レーザー誘起気泡の体積と密接な関係を明らかにした.両者はナノリットルレベルで関係しており,今後の実機開発へ役立つ知見を得た(河本ら,日本機械学会論文集,投稿中).最後に,マイクロジェットを用いた無針注射において問題となる,ジェット衝突後の液滴の飛散に関して知見を深めるために,移動壁面上を浮遊する液滴に関して調査を行った.その結果,液滴底面のわずかな変形によって発生する潤滑圧力によって液滴の浮遊現象が生じていることを初めて実験的に明らかにした(斎藤&田川,日本機械学会論文集).本研究の最終的な目標は,超音速マイクロジェットを利用した革新的医工学マイクロ技術を創生することである.この目標に対し,四年計画を立てている.まず前半2年間でマイクロジェットの生成原理の解明・生成手法の確立を中心に研究を進め,後半2年でマイクロジェットの医工学応用に不可欠な知見を得る計画である.現在までの2年間の最終目標に対する達成状況はおよそ2分の1であり,おおむね順調に進展している.具体的にはマイクロジェット生成原理を明らかにするとともに,新しいマイクロジェット生成手法を開発した.またマイクロジェットの体積決定メカニズムなど医工学応用に必要なマイクロジェット制御に必要な知見を得ている.本年度の主な成果は以下である.・マイクロジェット速度に対するキャビテーション現象の影響を初めて明らかにした(Kiyama et al, 2016, J. Fluid Mech.).これによりマイクロジェット速度制御に重要な知見を得,今後の実機開発に向けた研究の指針を得た.・医工学応用を念頭に,新しいマイクロジェット生成手法を開発し,そのメカニズムを実験・数値計算両面から調査した.その結果,新しい生成手法の原理をほぼ明らかにした(大貫&田川,2015,混相流).・マイクロジェットの体積制御手法に関して知見を得た.マイクロジェットの体積がナノリットルレベルで決定されているメカニズムの概要を明らかにした(河本ら,日本機械学会論文集,投稿中)

・マイクロジェットの軟質材料に対する貫通・衝突挙動を調査した.軟質材料の硬度と貫通の可否の関係を実験的に明らかにした.また液滴の非接触現象についての流体力学的メカニズムを実験的に初めて明らかにした(斎藤&田川,2015,日本機械学会論文集)研究代表者が発見した超音速マイクロジェットの生成・制御手法を確立し,医工学応用へ展開することを目的として,研究を進めた.まず,マイクロジェットを生成するために不可欠であるレーザー誘起水中衝撃波を詳細に解析するため,Optical Flowと呼ばれる解析手法を導入した新しいBackground Oriented Schlieren法を開発した(Hayasaka et al. Exp Fluids 2016).この手法により水中衝撃波圧力を画像から算出することに世界で初めて成功し,ジェット生成メカニズムに関する詳細な知見を得た.さらに衝撃波の起点となる水中プラズマに関して実験的解析を行った.レーザー集光位置付近では複数のプラズマが発生しており,各々のプラズマから衝撃波が生じ,重ね合わせられてジェットを生成していることを明らかにした(Tagawa et al. J Fluid Mech 2016).次に水中衝撃波によりキャビテーションが生じる場合にはジェット速度は増加することを明らかにし,そのメカニズムを解明した(Kiyama et al. J Fluid Mech 2016).この知見を深めるための新たな実験水槽を設計した.またジェット生成プロセスを数値計算によって再現し,実験で捉えるのが困難なジェット内部速度分布などを算出した.高速マイクロジェットの応用にあたって注入体積が大切であることをふまえ,ジェット体積の制御法を開発し,数nl程度の誤差内でマイクロジェット体積を制御することに成功した.これは微小体積制御が可能な新しい医療機器の可能性を示している.さらに本学農学部教員と協働し,生体組織へのジェット注入実験を実施した.その結果,生体組織中へのジェット貫入を確認し,貫入深さとジェット速度の関連を見出した(Kiyama et al. APS/DFD 2016 (USA)).研究代表者らが開発した超音速マイクロジェットを用いた医療装置の開発,特に無針注射器開発へ向けて,ジェット生成・制御手法の確立および人体組織に近い模型材料を用いた貫通プロセスの解明を進めた.その結果,マイクロジェットを誘起する水中衝撃波の圧力計測手法の新規開発に成功し,計測結果に基づく高効率なジェット生成機構を提案した.また従来手法に比して極めて簡易なジェット生成手法を開発し,医療器のみならず産業界にも有用な学術的知見を得るとともに特許を出願した.成果は国際学術誌および国際学会にて積極的に発信し,中学生向けのアウトリーチ活動を行った.本研究の最終的な目標は,超音速マイクロジェットを利用した革新的医工学マイクロ技術を創成することである.この目標に対し,四年計画を立てている.初年度である本年度の最終目標に対する達成度は約4分の1であり,おおむね順調に進展している.
ケニア無歯科医地域での部族間を横断した統合型口腔環境疫学データの構築と活用

ケニア共和国では歯科医師数および口腔保健予算が極端に少ないため、口腔疾患の蔓延に伴う健康障害の可能性が強く指摘されている。本研究ではケニア共和国クワレ地区在住の12歳児童および65歳以上高齢者を対象に、口腔健康状態とその関連要因との関連を明らかにすることを目的とした。さらに高齢者に対しては、口腔健康状態と認知機能との関連、および口腔内常在細菌叢分析を行うことを目的とした。2017年度、および2018年度は、ケニア共和国大統領選に伴う国内政情不安および当調査に対する倫理審査の大幅な遅れにより、実質的な調査が開始できず、クワレ地区での研究対象者の選定方法や調査方法の確立など現地調査に対する準備を行った。長崎大学が管理・運営する人口動態調査をもとにクワレ地区において地区平均の世帯収入が高い「Golini小学校」、および地区平均の世帯収入が低い「Yapha小学校」の2校を選択し、同校の校長に対して調査計画の説明を行った。また、高齢者を対象とした調査方法については、長崎大学クワレプロジェクトサイトの人口動態調査を担当する現地職員と検討を行い、クワレ地区内に存在する3つの公的診療所(Kizibe診療所、Kwale診療所、Mwchinga診療所)の近隣に在住する高齢者を選定することを決定した。初年度である2017年8月に行われたケニア共和国大統領選挙に伴い、長崎大学ではケニアへの渡航は同年9月まで禁止されていた。また倫理審査委員会での審査遅延が著しく、本調査の実施計画は大きく遅延している。ケニア共和国ナイロビ大学歯学部Evelyn Wagaiyu教授の協力・支援をいただき、現在、3回目の倫理審査申請書類の提出中である。2019年度は、承認が得られ次第、現地調査を行うこととしており、調査準備はおおむね完了している。倫理審査委員会での承認を得たのち、以下の調査を行う。1)口腔内診査:ア)12歳児:「Golini小学校」、および「Yapha小学校」の2校に通学する12歳児、合計約150名の口腔内診査を予定している。口腔内診査に用いる器材は、すべてデイスポーザルのものを日本から搬送する。口腔内診査は、硬組織診査(う蝕診査)、歯肉炎の状況(PMA)、歯垢や歯石の付着状況(OHI-S)、歯のフッ素症(Dean分類)に関して診査を行う。また口腔内愁訴(歯の痛み、歯並び、口臭、顎の痛みなど)、過去の歯科医療サービスの受療状況、歯磨き習慣、食習慣などを内容とした聞き取り調査をあわせて実施する。イ)高齢者:クワレ地区内に存在する3つの公的診療所の近隣に在住する高齢者を対象に口腔内診査を実施する。口腔内診査の方法は、国際的に広く使用されているWHO方式のう蝕についての評価法、および歯周病についての評価法に従うものとする。2)マイクロバイオーム分析:1)イ)の口腔内診査にあわせて、OM-505キットを用いて唾液採取を行う。OM-505キットは日本から持ち込むこととする。採取した唾液は、OM-505キットとともに日本に持ち帰り、分析業者(生物技研)に対してマイクロバイオーム分析を依頼する。分析結果の解釈と考察は、分担研究者であるモハマドおよび齋藤にて行う予定である。3)認知機能に関する調査:1)イ)の口腔内診査にあわせて、認知機能に関する調査を予定している。調査内容は、国際的に広く利用されている「MiniCog」の使用を予定している。「MiniCog」の結果は、口腔内状態の結果と突合することで、口腔内状態が及ぼす認知機能への影響について分析をすすめる。

倫理審査委員会での承認を得たのち、以下の調査を行う。1)口腔内診査:ア)12歳児:「Golini小学校」、および「Yapha小学校」の2校に通学する12歳児、合計約150名の口腔内診査を予定している。口腔内診査に用いる器材は、すべてデイスポーザルのものを日本から搬送する。口腔内診査は、硬組織診査(う蝕診査)、歯肉炎の状況(PMA)、歯垢や歯石の付着状況(OHI-S)、歯のフッ素症(Dean分類)に関して診査を行う。また口腔内愁訴(歯の痛み、歯並び、口臭、顎の痛みなど)、過去の歯科医療サービスの受療状況、歯磨き習慣、食習慣などを内容とした聞き取り調査をあわせて実施する。イ)高齢者:クワレ地区内に存在する3つの公的診療所の近隣に在住する高齢者を対象に口腔内診査を実施する。口腔内診査の方法は、国際的に広く使用されているWHO方式のう蝕についての評価法、および歯周病についての評価法に従うものとする。2)マイクロバイオーム分析:1)イ)の口腔内診査にあわせて、OM-505キットを用いて唾液採取を行う。OM-505キットは日本から持ち込むこととする。採取した唾液は、OM-505キットとともに日本に持ち帰り、分析業者(生物技研)に対してマイクロバイオーム分析を依頼する。分析結果の解釈と考察は、分担研究者であるモハマドおよび齋藤にて行う予定である。3)認知機能に関する調査:1)イ)の口腔内診査にあわせて、認知機能に関する調査を予定している。調査内容は、国際的に広く利用されている「MiniCog」の使用を予定している。「MiniCog」の結果は、口腔内状態の結果と突合することで、口腔内状態が及ぼす認知機能への影響について分析をすすめる。
網膜色素変性の病態における酸化ストレスの関与

網膜色素変性(Retinitis Pigmentosa: RP)は、様々な遺伝子異常によって視細胞が障害される疾患群で未だ有効な治療法がない。我々は、網膜への酸化ストレスが、視細胞死の誘導や慢性炎症への関与等、RPの病態に広く関与することを報告してきた。本研究では、RP患者の臨床サンプルを用いて酸化ストレスマーカーを同定し、臨床所見との相関性を検討することにより、RPの病態を反映する客観的な評価指標(バイオマーカー)としての可能性について検証する。これらにより、病態の分析・解明、疾患の予後予測及び新たな治療戦略に繋がるような成果を目指す。
酸素の捕捉・活性化機能を有する非ヘム酵素の構造及び機能モデルの構築と反応制御

生体系が行っている酸素の捕捉・活性化機構を解明することを目的に、金属酵素の活性部位構造を模倣した金属錯体分子を精密に設計・合成し、それらのキャラクタリゼーションを行った。我々の戦略は、酵素の基質特異性の半分以上は基質分子の認識能が寄与し、その残りを活性部立による酸素活性化能が果たしていると考えており・活性部位粉子を認識する基として非共有結合性相互作用基の導入を行った。その結果、多くの重要な成果を得ることに成功した。その幾つかは次のようなものである。(i).ハイドロパーオキサイドを捕捉・活性化するドーパミントヒドロキシラーゼのモデル錯体として、独自の設計指針により銅錯体を合成した。この錯体は非常に活性なハイドロパーオキサイドイオンを水素結合と疎水場によって安定化・不安定化を制御できることを見出した。この安定捕捉は世界で初めての成功である。また相反する結果として、配位構造を平面性に変えることにより銅触媒としてはこれまでで最高の触媒活性を示す錯体の合成に成功した。(ii).酸素の可逆的脱着を示すヘムエリスリンモデルとして、非共有結合性相互作用基を導入した鉄二核錯体を合成した。そしてそれが酸素の可逆的脱着能を有することを示した。更に、この研究を基に水を媒介としたプロトン移動が、酸素の可逆的脱着を制御していることを初めて示した。(iii).飽和炭化水素を水酸化する酵素メタンモノオキシゲナーゼのモデルとして、高原子価銅印の錯体を設計・合成し、その酸化活性を検討したところ、高い結合エネルギーを有する飽和炭化水素の水酸化を達成した。(iv).また、(iii)に高歪みを加えた高原子価銅(III)錯体の合成にも成功し、やはりC-H活性北能を発現することが示された。(iii),(iv)は共に金属による酸素の四電子還元にも成功しており、これは燃料電池のカソード側の原理でもあり、重要な知見を得ている。生体系に存在し、酸素の捕捉・運搬機能、酸素添加・酸化機能を有する非ヘム酵素における酸素の金属イオンヘの結合過程・反応の構造および機能モデルの構築を行うことを目的とした。特に鉄や銅を含む非ヘム金属酵素に焦点をあて、酸素の捕捉・活性化機能を有する酵素のモデル錯体を合成し検討した。即ち、銅酵素であるドーパミンβ-ヒドロキシラーゼ、ガラクトースオキシダーゼ等においてその生物活性反応中間体として提唱されている銅(II)-ハイドロパーオキソ種の反応中間体の構造研究を行い、その確認に成功した。また、非ヘム酵素であるリポキシゲナーゼ、カテコールジオキシゲナーゼ等の構造および機能モデルを独自の設計指針に基づき構築し検討した。その結果、BPPA配位子を用い、過酸化水素との反応により安定な単核鉄(III)-OOH錯体の合成に成功した。更に、過酸の一種であるTBHPやCHP等のアルキルパーオキサイドとの反応で、その過酸付加体の検出に成功した。同様の錯体を用いてアセトン溶液中、[Fe(bppa)(HCOO)](ClO_4)_2に過酸化水素を反応させたところ、溶液は紫色を呈し、ハイドロパーオキサイドイオンから鉄(III)へのLMCTと考えられる特徴的な吸収が観測された。この錯体溶液のESRスペクトルは典型的な高スピン単核鉄(III)錯体のシグナルを与えた。更に、ESI-MASSスペクトル測定により、溶液中において[Fe(bppa)(OOH)]

^<2+>の組成を有する錯体種の生成を確認した。生体内で非ヘム酵素が示す酸素や過酸との反応挙動を、活性中心周辺の環境を規範としたモデル錯体を新規に設計・合成し、その酸素種等との反応挙動について検討した。その結果、(i)酸素の可逆的脱着機能を有するヘムエリスリンの機能モデルの合成に成功し、機能の本質は鉄の酸化還元電位よりも二核鉄周辺の疎水場が重要な役割を果たすことを初めて明らかにした。(ii)生体系における反応中間体である非ヘム鉄-ハイドロパーオキソ錯体の安定合成、およびその構造確認に成功し、単離した鉄錯体による有機物との酸化反応の結果から、O-O結合の開裂はホモリティックで、生成した活性種は親核的性質を有する[Fe-O・]であることを明らかにした。この結果は生体系に存在する2種類の鉄酵素であるヘム酵素と非ヘム酵素の役割の本質的な違いを指摘した。(iii)生体系が示す生体防御機構の一つであるSOD活性における、亜鉛の役割を検討するために、亜鉛の酸素種錯体の合成を検討した。その結果、亜鉛(II)-ハイドロパーオキソ錯体の合成・確認に初めて成功した。このことにより、Cu-Zn SODによるスーパーオキサイドイオンの分解反応における亜鉛の関与の可能性を初めて指摘した。(iv)また、これらの成果はルテニウム等の金属錯体による有機物の酸化触媒反応の可能性を秘めており、その可能性について検討したところ、酸化触媒としての機能を発現すること、またその制御が可能であることが明らかにされた。生体内に存在する酸素捕捉・活性化酵素における分子機構を解明するために、配位構造や配位環境など生体系を摸倣した鉄・銅・亜鉛等の遷移金属錯体を構築した。そして、酸素や過酸化水素との反応を検討した。その結果、(i)酸素の可逆的脱着能を示すヘムエリトリンモデルの構築に成功した。この機構の本質は適当な距離を保った鉄二核の配置と疎水的環境と橋掛け官能基である水素を保持したアルコール性水酸基の存在であることが明らかとなった。これはヘムエリトリンにおけるμ-ヒドロキソ基の役割の意義を示すものであり、興味深いものである。(ii)過酸化水素が配位した鉄錯体の合成・単離に成功した。また、この錯体と基質との反応を検討したところ、nucleophilicな性質を示し、非ヘム鉄酵素が示す酸素活性化機構がヘム鉄酵素が示すそれと全く異なることが明らかとなった。即ち、ヘム酵素の酸素活性種がelectrophilicであるのに対し、非ヘム酵素の酸素活性種はnucleophilicであることを初めて見い出し、生体系酸化酵素における両者の存在意義を明確化に成功した。(iii)銅-亜鉛スーパーオキシドジスムターゼが示すスーパーオキサイドの不均一化に金属が如何に関与するかについて検討し、その結果、亜鉛にハイドロパーオキサイドが配位することを初めて見い出した。また、更に亜鉛がスーパーオキサイドの不均一化に寄与することを初めて明らかにした。この知見は亜鉛は酸化還元機能を示さないため、スーパーオキサイドの不均一化には一切関与しないという、これまでの常識を覆すものである。
ΔNp73によるp73およびp53の負の分子制御機構

1.c-Mycによるp73機能の抑制機構に関する解析:p73αのCOOH端領域をバイトとして酵母two-hybrid法による結合蛋白質の探索を行ったところ、核内c-Myc結合蛋白質であるMM1が同定され、免疫沈降法によりMM1とp73αは物理的に結合した。MM1はp73によるBaxおよびPG13のレポーター活性を特異的に増強した。また、MM1はp73による細胞増殖抑制作用も増強した。一方、c-Mycはp73αとも免疫沈降することが分かり、これら3者は複合体を形成しているものと考えられた。c-Mycはp73の機能を抑制したが、その抑制はMM1によって解除された。したがって、p53が関与しないp73とc-Myc、MM1の相互制御機構が存在することが明らかとなった。2.E2F1によるp73の制御機構に関する解析:我々は、E2F1とp73が免疫沈降法により共沈することを見出した。E2F1はp73の安定性や機能に大きな影響を及ぼしている可能性が示唆されたため、現在詳細な解析を進めている。3.p73の特異的ユビキチンリガーゼの探索:MDM2に相当するp73 E3ユビキチンリガーゼの検索を行った。その結果、新規HECT型E3ユビキチンリガ-ゼがp73に結合しp73をユビキチン化することを見い出したが、p73蛋白質の分解は起こらなかった。そこで、p73の転写活性化ドメインに結合するE3ユビキチンリガーゼが存在するものと考え、CytoTrap法による結合蛋白質の同定を試みている。4.抗癌剤耐性獲得におけるp73の役割に関する研究:核内蛋白質HMGB1,HMGB2がp53のみならずp73とも結合することを見い出した。HMGBはp73の複合体形成ドメインに結合し、p73のDNA結合能を促進するとともに、その転写活性化能も亢進させた。
非線形現象を考慮した新しい数値電磁界解析法による送配電線路雷サージ電磁界の研究

これまでの電磁界解析法では線形現象のみを扱ってきたが、放電現象を扱う方法を検討し、シミュレータに機能追加することができた。非線形現象では時々刻々インピーダンスが変化するため、解析時間ステップ毎にシステム方程式を変更する必要が生じ、解析時間が大きく増加する問題があった。放電や避雷器は線路の一部に限定されることに注目し、システム方程式の作成時に最小の変更になるように電流変数の順序付けを自動的に行うアルゴリズムを使用した。これによって非線形素子が線路に存在しても10%程度の計算時間の増加に抑え、適切な計算時間内で雷サージ解析を可能となった。ストリーマやリーダ、リーターンストロークまで複雑な放電現象である雷撃は非線形現象でもあり、雷サージ解析ではどのようにモデルを作成するかが問題になることを明らかにした。2種類のモデルを検討し、プラズマコアの周りに空間電荷が存在するモデルは電磁界解析法でも容易にプログラム化でき、従来から推定されてきた雷道インピーダンスよりやや高い500Ωのインピーダンスになることも、初めて明らかにした。さらに雷撃電流を模擬する二重指数関数波を決定するために、従来の図表を使用する方法にかえて、波頭長と波尾長から直接、指数関数パラメータ決定する方法を開発し、雷サージ解析に応用した。送配電線路は大部分が線形動作素子からなるが、システムの事故や故障の原因となる過電圧では避雷器やフラッシオーバの非線形現象が現れる。本研究では従来の回路方程式ではなくマックスウェル方程式から求める電磁界で線路サージを解析する。これまでの電磁界解析法では線形現象のみを扱ってきたが、本年度、放電現象を扱う方法を検討し、シミュレータに新機能を追加することができた。これによって非線形素子が線路に存在しても10%程度の計算時間の増加に抑えることができ、適切な計算時間内で雷サージの電磁界解析が可能となった。本手法の有効性の検証のために変電所のように複数線路が交差する場合のサージ電磁界の解析を行い、実験との比較検討から本研究手法は誘導現象の解析に適していること明らかにした。さらに短波尾インパルスの実験結果に基づいて提案され、回路解析法で使用されているフラッシオーバモデルを数値電磁界解析にも導入することを検討した。本年度はモデルのプログラム作成と機能の検証のために、また雷撃の電源モデルとして必要な二重指数関数波を波頭長と波尾長から求める機能を作成した。サージ解析では実雷撃電流による過電圧を求めるためには、各種の雷インパルス波形で過電圧の発生を調べる必要があり、Newton法による数回の反復計算で所定の電圧、電流波形を作成できるルーチンを作成することができた。以上によって次年度に計画している鉄塔の逆フラッシオーバで発生する短波尾サージによる放電特性およびUHV線路モデルの電磁界解析の準備を整えた。本研究では従来の回路方程式ではなくマックスウェル方程式から求める電磁界で線路サージを解析することを目的とし、本年度は、放電現象を扱う方法を検討し、シミュレータに新機能を追加することができた。短波尾インパルスの実験結果に基づいて提案され、回路解析法で使用されているフラッシオーバモデルを参考に、モデルを作成した。このモデルはギャップ長15mの長ギャップ放電をシミュレーション可能でかつ、数値電磁界解析に適している。モデル・解析法の妥当性の検証は、長ギャップ放電のVーt特性、および放電のストリーク写真の実験データと比較した。その結果、リーダー放電のギャップ内の進展と電圧電流を同時に解析するモデルとして、任意の気中放電ギャップの非線形特性を精度よく模擬することが可能であることが明らかになった。送配電線路でフラッシオーバとともに問題となる非線形現象を示す避雷器を解析する方法についても検討を進めた。単純な非線形素子としての模擬は可能であるが、履歴特性を示すエネルギーモデルでは解析シミュレータの大幅な改良が必要であることから、今後の課題である。

線路事故を防止するためには接地電極が有効であることが従来より言われているが、サージ特性についての解析モデルは実験結果をもとにしており、任意の構造、環境でにおけるサージ特性を求めることが必要である。これは時間領域解析法では困難なため周波数領域法で求めることを検討し、実験結果と解析結果を比較した。時間特性や大地固有抵抗の変化によるサージインピーダンスの変化等、実測結果とよく一致することから、解析法の有用性を明らかにした。ただし、電極部分は単独のシミュレーションプログラムであるため、線路全体のサージシミュレーション法との融合が必要であり、今後の課題である。送配電線路システムの事故や故障の原因となる過電圧で現れる避雷器やフラッシオーバの非線形現象を、従来の回路方程式ではなくマックスウェル方程式から求める電磁界で線路サージを解析することを目的とした。これまでの電磁界解析法では線形現象のみを扱ってきたが、放電現象を扱う方法を検討し、シミュレータに機能追加することができた。非線形現象では時々刻々インピーダンスが変化するため、解析時間ステップ毎にシステム方程式を変更する必要が生じ、解析時間が大きく増加する問題があった。放電や避雷器は線路の一部に限定されることに注目し、システム方程式の作成時に最小の変更になるように電流変数の順序付けを自動的に行うアルゴリズムを使用した。これによって非線形素子が線路に存在しても10%程度の計算時間の増加に抑え、適切な計算時間内で雷サージ解析を可能となった。ストリーマやリーダ、リーターンストロークまで複雑な放電現象である雷撃は非線形現象でもあり、雷サージ解析ではどのようにモデルを作成するかが問題になることを明らかにした。2種類のモデルを検討し、プラズマコアの周りに空間電荷が存在するモデルは電磁界解析法でも容易にプログラム化でき、従来から推定されてきた雷道インピーダンスよりやや高い500Ωのインピーダンスになることも、初めて明らかにした。さらに雷撃電流を模擬する二重指数関数波を決定するために、従来の図表を使用する方法にかえて、波頭長と波尾長から直接、指数関数パラメータ決定する方法を開発し、雷サージ解析に応用した。本研究による非線形現象を考慮した新しい数値電磁界解析法によって、線路の簡略モデルにおいて、線路の事故で問題となるアークホーン間電圧を電界から直接求めることが可能であることを示した。しかし、数値計算上の不安定性のために、実際の線路に近いモデルの解析は実施できなかった。
選択行動の脳内メカニズムの解明

本研究では2つの事態「どちらを選択しても報酬は得られるが、速く反応すれば少ない報酬,遅く反応すれば多くの報酬がもらえる」における選択行動の脳メカニズムの解明を目的とする。サルをディスプレイの前に位置したモンキーチェアに座らせる。(1)サルがレバーを3秒間押すとディスプレイ中央の位置に視覚刺激(S1)が提示される。この時サルがレバーを離せば早反応報酬が得られる。(2)引き続き,サルがレバーを押しつづけていると,遅延3秒後に視覚刺激(S2)が提示される。この時サルがレバーを離せぱ遅反応報酬が得られる。遅反応報酬の量は常に一定(0.3cc)とし,早反応報酬の量は5種類の課題で変化させた(課題1 0cc、課題2 0.21cc、課題3 0.24cc、課題4 0.27cc、課題5 0.3cc)。さらに4試行を1つのブロックとして,1ブロック内では4つの異なる報酬を常に一定の順序(オレンジジュース,水,ポカリスェット,無報酬の順序)で与えた。サルの行動分析の結果、課題1では遅反応の割合が100%であるのに対して、課題5では早反応の割合が100%であった。課題2-3では早反応と遅反応が見られたが、課題2から課題3にかけて早反応の割合が徐々に増加した。前頭葉背外側部から神経細胞活動を記録し、早反応試行と遅反応試行、両試行で反応した神経細胞の性質を明らかにしたところ、早反応試行で3秒前後に観察される細胞は大きく2つのタイプに分類された。(1)遅反応試行で、6秒前後に活動が観察されるタイプ。(2)遅反応試行で3秒前後に活動が観察されるタイプである。前者は報酬期待に関与する細胞、後者は3秒が終了する時点で、早反応か遅反応を決める意思決定に関与する細胞と考えられた。2種類の細胞は、前頭葉背外側部で混在して観察された。報酬量の異なる選択行動における前頭葉背外側部の重要性が明らかになった。実験方法として、サルをディスプレイの前に位置したモンキーチェアに座らせる。この時サルがレバーを離せば遅反応報酬が得られる。さらに4試行を1つのブロックとして,それぞれのブロック内では4つの異なる報酬を常に一定の順序(オレンジジュース,水,ポカリスエット,無報酬の順序)で与えた。実験の結果、(1)課題1ではS2に反応する割合がほぼ100%であるのに対し,課題5ではS1に反応する割合がほぼ100%であった。

課題2-4ではS1にもS2にも反応したが,課題2から4にかけてS1に反応する割合が徐々に増加した。課題1-5を通して,S1に反応する割合の変化は液体報酬の種類(オレンジジュース,水,グレープジュース)には関係しなかった。(2)課題1から課題5にかけて,S1に対する反応潜時は徐々に減少した。このような反応潜時減少傾向は,どの種類の液体報酬を用いても同様に見られた。(3)一方,S2に対する反応潜時にはS1で見られたような傾向はみられず,課題の違いにより大きな差異は見られなかった。本実験の結果,サルは早反応報酬と遅反応報酬の相対的な違いに基づいて選択行動を変化させることが明らかとなった。本研究では2つの事態「どちらを選択しても報酬は得られるが、速く反応すれば少ない報酬,遅く反応すれば多くの報酬がもらえる」における選択行動の脳メカニズムの解明を目的とする。実験方法として、サルをディスプレイの前に位置したモンキーチェアに座らせる。(1)サルがレバーを3秒間押すとディスプレイ中央の位置に視覚刺激(S1)が提示される。この時サルがレバーを離せば早反応報酬が得られる。(2)引き続き,サルがレバーを押しつづけていると,遅延3秒後に視覚刺激(S2)が提示される。この時サルがレバーを離せば遅反応報酬が得られる。遅反応報酬の量は常に一定(0.3cc)とし,早反応報酬の量は5種類の課題で変化させた(課題1:0cc、課題2:0.21cc、課題3:0.24cc、課題4:0.27cc、課題5:0.3cc)。さらに4試行を1つのブロックとして,それぞれのブロック内では4つの異なる報酬を常に一定の順序(オレンジジュース,水,ポカリスェット,無報酬の順序)で与えた。サルの行動分析の結果、課題1では遅反応の割合がほぼ100%であるのに対し,課題5では早反応の割合がほぼ100%であった。課題2-3では早反応と遅反応が見られたが、課題2から3にかけて早反応の割合が徐々に増加したことを明らにした。今年度は前頭葉から神経細胞の活動を記録し、早反応試行と遅反応試行、両試行で反応した神経細胞の活動の性質を比較したところ、早反応試行で3秒前後に活動が観察される細胞は大きく2つのタイプに分類された。(1)遅反応試行で6秒前後に活動が観察されるタイプ。(2)遅反応試行で3秒前後に活動が観察されるタイプである。前者は報酬期待に関与する細胞、後者は3秒が終了する時点で早反応か遅反応を決める意思決定に関与する細胞と考えられた。サルをディスプレイの前に位置したモンキーチェアに座らせる。遅反応報酬の量は常に一定(0.3cc)とし,早反応報酬の量は5種類の課題で変化させた(課題10cc、課題20.21cc、課題30,24cc、課題40.27cc、課題5.0.3cc)。さらに4試行を1つのブロックとして,1ブロック内では4つの異なる報酬を常に一定の順序(オレンジジュース,水,ポカリスェット,無報酬の順序)で与えた。
転写とDNA損傷応答による血管老化と心不全の分子機構解明および治療応用

心不全の死亡率はいまだに高く、癌とともに克服すべき主要な疾患である。すでに多くの心肥大誘導因子が知られているが、心不全に至る適応破綻の機構は十分に解明されていない。我々はこれまでに心筋間質細胞の転写因子KLF5が負荷適応に重要であり、KLF5のアセチル化はin vitroで細胞増殖に関わることを示してきた。本研究では、KLF5のアセチル化とKLF5の相互作用因子であるDNA修復因子(ATM、H2AX等)、Wnt/βカテニン、SASP因子(細胞老化関連分泌現象)に着目し、個体レベルで心臓の適応と破綻における役割を明らかにする。KLF5の非アセチル化変異マウスとATM、H2AX欠損マウスの心臓に負荷を与え、いずれの細胞におけるKLF5のアセチル化と相互作用因子が、血管老化を介し心臓の負荷適応と破綻に関わるかを明らかにする。さらに、最近我々が開発したKLF5拮抗薬の心不全治療薬としての有効性を検証し、その機序を解明する。本研究では、KLF5のアセチル化とDNA損傷応答因子(ATM、H2AX等)に着目し、種々の遺伝子改変マウスを用いて、心不全に至る適応破綻の機構を明らかにする。心肥大等の心筋リモデリングにおける増殖シグナル及びDNA修復の役割を解明し、心不全に至る適応破綻の機構を明らかにする。さらに心不全への病態変化を抑制する新たな治療標的の同定を目指す。具体的には、まず、KLF5のアセチル化変異マウスを用いて、心臓の適応と破綻におけるKLF5アセチル化の個体レベルでの意義を明らかにする。次いで、心筋リモデリングにおける細胞修復反応に関わるATM、H2AXを中心としたDNA損傷応答シグナルの関与があるか明らかにする。KLF5のアセチル化とDNA損傷応答因子(ATM、H2AX等)に着目し、種々の遺伝子改変マウスを用いて、心不全に至る適応破綻の機構を明らかにする。ATMはリン酸化により活性化されるため、リン酸化酵素を標的とした阻害薬等を用いれば心不全発症を防止できる可能性がある。そこで、本シグナルカスケードの心肥大形成および心不全発症における新たな役割を解明し、これらの因子と結合する蛋白を単離することにより、心不全への病態変化を抑制する新しい治療標的を同定する。さらに、負荷適応と破綻時のKLF5ないし、ATM・H2AXの複合体を包括的に同定する。具体的には、心肥大、心筋梗塞モデルマウス等を用いて、心臓の負荷適応と破綻にKLF5のアセチル化とDNA修復因子が関与するか明らかにする。また、シグナルの特異的な阻害薬が心不全発症を防止するかを明らかにする。さらにプロテオミクスを用いて負荷適応と破綻の際にこれらと相互作用する因子を単離することにより、新しい治療標的を同定する。これらの同定された因子を標的として、臨床へのトランスレーションを目指したバイオマーカー開発ないし創薬による新規治療法開発も目指す。引き続き、心肥大、心筋梗塞モデルマウスを用いて、心臓の負荷適応と破綻にKLF5のアセチル化とDNA修復因子が関与するか明らかにする。

具体的には、心肥大、心筋梗塞モデルマウス等を用いて、心臓の負荷適応と破綻にKLF5のアセチル化とDNA修復因子が関与するか明らかにする。また、シグナルの特異的な阻害薬が心不全発症を防止するかを明らかにする。さらにプロテオミクスを用いて負荷適応と破綻の際にこれらと相互作用する因子を単離することにより、新しい治療標的を同定する。これらの同定された因子を標的として、臨床へのトランスレーションを目指したバイオマーカー開発ないし創薬による新規治療法開発も目指す。引き続き、心肥大、心筋梗塞モデルマウスを用いて、心臓の負荷適応と破綻にKLF5のアセチル化とDNA修復因子が関与するか明らかにする。当初支出予定していた物品費、旅費、人件費・謝金、その他の経費はいずれも講座研究費でそれらの一部賄うことができたため、当該年度使用経費に余剰が生じた。今年度未使用経費は次年度以降に物品費、旅費、人件費・謝金、その他の各経費に充当することにより、次年度以降の研究を加速することが可能と考えている。
高齢者の難聴に対する聴覚リハビリテーションの効果に関する検討

Sony社製Virtual Phoneを用いた疑似音場システムを確立し、補聴器装用前後のファンクショナルゲイン、SRT、語音明瞭度を測定し補聴器装用効果の判定に用いた。装用直後においては、ファンクショナルゲインに比較してSRTの改善は小さく、特にファンクショナルゲインの周波数特性が高音強調の場合にSRTの改善が少ない結果が得られ、装用効果の判定に利用するにはその解釈に注意が必要と思われた。語音明瞭度は呈示レベルにより結果が異なり、中等度までの難聴者の場合には平均的な会話レベルである65dBSPLにおける結果が装用効果判定に最も有用であった。補聴器装用後および聴覚リハビリテーション受講後の長期におたる経時的変化についてデータが集まっているが、未だその数は統計的解析には不十分である。傾向としては、補聴器を日常的に使用している耳では、補聴耳、裸耳とも語音明瞭度が改善あるいは非補聴耳と比較して良い結果を示す傾向が認められ、聴覚リハビリテーションの効果が示唆された。今後さらにデータを集め、補聴器装用後の時間経過、一日の装用時間、装用法の巧拙、年齢、コミュニケーションストラテジーの巧拙などの要因との関連を検討する。また、聴覚リハビリテーション受講後には、補聴器装用時間の延長、装用テクニックおよびコミュニケーションに望む態度において改善が認められ、それらの要因の経時変化を点数化しリハビリテーション効果の評価に利用する方法を考案しており、評価法としての確立を目指している。Sony社製Virtual Phoneを用いた擬似音場システムを確立した。まず、Virtual Phoneの周波数特性が聴力検査に対応可能であることを確認し、次に純音聴力検査における0dBの決定と校正を行った。SRT検査のために新たに二桁数字語表を作成し、その妥当性と0dBHLを検討した。語音明瞭度検査用にCASAで使用していた20音節語表をミニデイスクに録音して、Virtual Phoneシステムにおける0dBHLを検討した。以上の結果に基づき正常者に対して、純音聴力検査、SRT、語音明瞭度検査を行い、従来のヘッドフオンによる検査と比較検討した結果、Virtual Phone使用擬似音場システムの妥当性が確認された。また、補聴器装用者に対する、スピーカー法によるファンクショナルゲインとVirtual Phone使用擬似音場システムによるゲインの比較検討の結果、後者の方がより妥当性、信頼性が高い結果が得られた。よってこの擬似音場検査を用いて、補聴器および聴覚リハビリテーションの効果を検討することとした。現在、補聴器装用後のファンクショナルゲイン、SRTの変化、語音明瞭度の変化についてデータが集まっている。補聴器装用後および聴覚リハビリテーション後の経時的変化についても次第にデータが集まりつつある状況にある。明瞭度、自己評定尺度法による聴覚ハンデイキャップの評価結果を中心に、補聴器装用後の時間経過、一日の装用時間、装用法の巧拙、年齢、コミュニケーションストラテジーの巧拙などの要因との関連を検討する。また、聴覚リハビリテーションのプログラムもより有効な方法の確立を目指して改善を進めている。
配位隣接効果に基づく触媒的炭素―炭素結合生成反応の超効率化

本研究の目的は配位隣接効果に基づく多種多様な触媒的炭素-炭素結合生成反応の超効率化であるが、平成13年度は「ピリジル基を有するビニルシランの分子間カルボパラデーション反応の開発」を行った。Pd触媒およびEt_3Nの存在下、アルケニル(2-ピリジル)シランは種々の有機ヨウ化物とMizoroki-Heck反応を起こし、置換ビニルシランを完全な立体選択性で与えることが明らかとなった。同条件下で他のアルケニルシランが同様の反応を起こさないことから、ピリジル基による配位隣接効果が眩く示唆された。さらに、得られた置換ビニルシランはPd触媒およびBu_4NFの存在下、有機ハロゲン化物とHiyama型のクロスカップリング反応を起こし、多置換オレフィン類を与えることも明らかとなった。この反応は、分子内配位子であるピリジルシリル基の着脱性を実証するばかりでなく、立体選択的な多置換オレフィン合成を実現する重要な鍵反応となることを示したものでもある。平成14年度は、低原子価金属、アルキン、アルケンの反応による5員環メタラサイクルの生成機構をある種のカルボメタル化反応と捉え、それを含む反応へのピリジル(ビニル)シランの適用をはかった。特に注目したのが、これまで限られた系でしか実現できなかった触媒的分子間Pauson-Khand反応である。種々検討した結果、Ru_3(CO)_<12>触媒の存在下で、アルケニル(2-ピリジル)シランに、アルキンを一酸化炭素雰囲気下で作用させると触媒的分子間Pauson-Khand反応が進行し、シクロペンテノンが良好な収率で得られることが明らかとなった。ケイ素のα位、またはβ位に置換基を有するアルケニルシランを用いると、多置換シクロペンテノン誘導体が位置選択的に合成できることも明らかとなった。触媒的カルボパラデーション反応は、Mizoroki-Heck反応をはじめ有機合成に幅広く用いられてきた重要な反応である。しかしながら、分子間反応においては適用可能な反応基質が非常に限られていることから、配位隣接効果に基づく超効率化をはかる意味では最適であると考えた。特に今回基質として用いるビニルシランの触媒的カルボパラデーション反応は報告例が少なく、また必ずしも効率的には進行しないことが知られている。Pd_2(dba)_3/tri-2-furylphosphine触媒およびEt_3Nの存在下、アルケニル(2-ピリジル)シランは種々の芳香族ヨウ化物とMizoroki-Heck型のカップリング反応を起こし、置換ビニルシランを高収率かつ完全な立体選択性で与えることが明らかとなった。同条件下で他のアルケニルシランが同様の反応を起こさないことから、ケイ素上のピリジル基による配位隣接効果が強く示唆された。また、ピリジル基による配位隣接効果は錯体化学的な実験によっても支持された。さらに、得られた置換ビニルシランはPdCl_2(PhCN)_2触媒およびTBAFの存在下、芳香族ヨウ化物とHiyama型のクロスカップリング反応を起こし、多置換オレフィン類を高収率かつ完全な立体選択性で与えることも明らかとなった。

本研究の目的は配位隣接効果に基づく多種多様な触媒的炭素-炭素結合生成反応の超効率化であるが、平成13年度は「ピリジル基を有するビニルシランの分子間カルボパラデーション反応の開発」を行った。本年度は、低原子価金属、アルキン、アルケンの反応による5員環メタラサイクルの生成機構をある種のカルボメタル化反応と捉え、それを含む反応へのピリジル(ビニル)シランの適用をはかった。特に注目したのが、これまで限られた系でしか実現できなかった触媒的分子間Pauson-Khand反応である。種々検討した結果、Ru触媒を用いるとアルキン、ピリジル(ビニル)シラン、一酸化炭素の触媒的分子間Pauson-Khand反応が実現できることを見出した。Ru_3(CO)_<12>触媒(5mol%)の存在下で、アルケニル(2-ピリジル)シランに、アルキンを一酸化炭素(1atm)雰囲気下で作用させたところ、シクロペンテノンが良好な収率で得られた。このとき、2-PyMe_2Si基は系中で脱シリル化される。ケイ素のα位、またはβ位に置換基を有するアルケニルシランを用いると、多置換シクロペンチノン誘導体が位置選択的に合成できることも明らかとなった。また、種々の対照実験によりピリジル基の配位による劇的な反応促進効果が示唆された。
骨代謝を制御するカップリング因子の同定と機能解析

骨の再構築は、破骨細胞と骨芽細胞により厳密に維持されていることから、これら骨構成細胞を統括的に制御する機構が存在すると考えられる。骨の細胞間コミュニュケーション制御因子を明らかにするために、骨構成細胞の発現遺伝子の網羅的にスクリーニング、機能アッセイ、プロテオーム解析から標的遺伝子を同定し、マウスジェネティクスを用いて骨リモデリングのメカニズムを明らかにした。骨リモデリングにおいて破骨細胞の骨吸収に対し骨芽細胞は損失した骨量補い、一定の骨量を維持することから、これらの細胞の間には巧妙なコミュニケーション機構の存在が以前から想定さている。破骨細胞と骨芽細胞の共役状態が骨量の維持に重要である現状証拠は在るものの、依然としてこのカップリング因子の同定には至っていない。本研究は、従来の網羅的ゲノムワイドスクリーニングに加え、分化マーカー発現細胞のビジュアル化と定量化を基盤とした網羅的な破骨・骨芽細胞機能アッセイシステムの構築から破骨細胞と骨芽細胞のカップリング分子を探索、さらに遺伝子改変マウス作出によりその機能を明らかにすることを目標にしている。本年度は、骨構成細胞の新規分化アッセイ系を確立することに成功した。具体的には、破骨細胞分化とともに発現する特異的な分子CtsKのプロモーターにCre酵素を挿入した遺伝子改変トランスジェニック(Tg)マウスとCAT-LacZまたはEGFPマウスを交配し、両方のTgアリルを有する破骨前駆細胞を作出し実験に用いた。この前駆細胞は、分化するとCtsKプロモーターで発動されるCre酵素反応により、LacZまたはEGFP活性を呈することから、化学発光反応を生じる。この化学発光によるビジュアル化および定量化が、容易で短期間に、そして、網羅的に細胞分化に影響を与える分子のスクリーニングを可能にした。本年度は、骨構成細胞の新規分化アッセイ系を用いて網羅的なスクリーニングを実施し、候補遺伝子の絞り込みを生化学的実験にて試みた。さらに遺伝子改変マウスの解析および新規遺伝子改変マウスの作成に取り組んだ。標的遺伝子KOマウスのin vivo解析から、骨量が顕著に減少している表現系を確認した。In vitro実験の結果、骨芽細胞の分化および機能低下と脂肪細胞分化への促進が見出された。さらに興味深いことに破骨細胞分化が顕著に促進されていることが見出され、当標的遺伝子が骨芽細胞を活性化し、破骨細胞を抑制することで骨リモデリング過程を骨形成に移行させる因子である可能性を見出した。現在、骨リモデリングを制御する分子で骨形成および骨破壊の両方に関与し、骨量を亢進させる分子は同定されておらず、今後、高齢化社会により益々増加する骨粗鬆症などの骨疾患治療を考える上でも重要な知見である。本年度は、標的遺伝子KOマウスのin vivo解析から、骨量が顕著に減少している表現系を確認した。さらに、間葉系細胞の骨芽細胞への分化および機能低下と脂肪細胞への分化の促進が生体レベルで見出された。また、骨恒常性を制御する因子の探索から、破骨細胞分化因子RANKLの骨おける主要産生細胞が骨細胞であることを、骨細胞特異的な遺伝子欠損マウスを作成し成体レベルで明らかにし、科学論文にて報告した(Nat Med 2011)。現在、骨リモデリングを制御する分子で骨形成および骨破壊の両方に関与する分子は見出されておらず、本研究で明らかになりつつある骨構成細胞の細胞間コミュニケーション機構の解明は、今後の高齢化社会において益々増加している骨粗鬆症や骨折などの骨疾患治療を考える上でも重要な知見であると考えられる。
液体およびアモルファス金属の物性

1989年京都で開催される第7回液体及びアモルファス金属国際会議に向けて、この分野における国内外の研究状況を把握するため、1988年7月4日から6日まで京都関西セミナーハウスで研究会を開いた。取り上げられた講演題目は、(1)量子多体系の計算機による最近の研究(京大・上田顕)、(2)準結晶に関する最近の研究(東大・二宮敏行)、(3)液体及びアモルファス金属の構造(東北大・鈴木謙爾)、(4)アモルファス金属の電子構造に関係する最近の研究(東大・藤原毅夫)、(5)ガラス転移のシミュレーション(慶応大・能勢修一)、(6)金属ー非金属溶液研究の現状(北大・中村義男)等である。種々の討論を踏まえて、今後の液体及びアモルファス金属等ランダム系に関する研究課題として、強力X線源・中性子線源を利用した静的及び動的構造の研究、計算機シミュレーションによる局所構造の研究、液体ー気体臨界点近傍等極端条件下における電子状態の研究などが重要であることが指摘された。次いで1989年1月13日から14日まで、東北大学金属材料研究所において「不規則凝縮系の構造とダイナミクス」と題して討論会が開かれた。この会合は、東北大学金属材料研究所の共同利用研究会の一貫として行われ、参加者の旅費の一部は東北大から支給された。以下の研究を中心に議論が行われた。(1)メカニカルアロイングによるアモルファス合金の形成、(2)原子核ー電子モデルから決めた液体金属の構造因子と擬ポテンシャル、(3)液体合金における濃度のゆらぎと組成依存性、(4)Expanded Fluid Metals、(5)液体セレンの構造と物性、(6)高圧下における液体金属の構造、(7)X線異常散乱による構造解析、(8)液体合金の熱力学的性質等である。なお、1989年3月末に東海大学で開かれる日本物理学会年会で、「液体金属とその関連分野における最近の話題」と題するシンポジウムを計画している。
HTLV-1キャリアのATL発症予防対策に向けた潜伏感染のメカニズム解明

HTLV-1感染における生体内でのリザーバー組織や感染細胞を同定する目的で、ヒト化マウスにHTLV-1を感染させることでHTLV-1キャリアマウスモデルの確立を試みた。この度ヒト化マウスにHTLV-1感染細胞株を経口投与することで長期間の低ウイルス量が維持されることを見出し、未症候キャリアモデル確立の可能性が示された。また、ウイルスリザーバー等の同定のための研究手法の改善に取り組んだ。HTLV-1は生体内ではウイルス抗原の発現量が極めて低いレベルで維持されており、組織における感染細胞の正確な局在や分布を検討することが困難であった。そこで、次世代のin situ hybridization手法を用いて生体内HTLV-1 RNA検出法の確立を試みた。HTLV-1ウイルスゲノムからは少なくとも6種類の転写産物がplus-strand mRNAとして機能することが明らかになっているが、これらのRNA種の共通配列にプローブを作成することで、全てのmRNAを網羅的に検出可能な系を開発した。共通配列を検出することで対象となるmRNAコピー数が増加し、検出感度を飛躍的に高めると考えられた。本検出法を用いてHTLV-1感染ヒト化マウスにおける各組織におけるHTLV-1発現細胞を解析したところ、リンパ系組織(脾臓、胸腺、腸管膜リンパ節)において顕著なウイルスRNAのシグナルが検出され、これらの臓器においてHTLV-1は活発に発現していることが明らかになった。一方、腎臓、心臓、胃や小腸等の臓器ではほとんどウイルスRNAは検出されなかったが、肺や肝臓の一部ではリンパ濾胞状に集簇したHTLV-1発現細胞が確認された。今後これらのHTLV-1発現細胞についてウイルス学的な意義を検討する予定である。HTLV-1感染細胞株の投与経路を検討した結果、ヒト化マウスへ経口投与することで、腹腔内投与と比較して長期間の低ウイルス量が維持されることを見出した。HTLV-1経口感染モデルは未症候キャリアのモデルとなる可能性が示唆され、さらに感染ルートの解明やウイルスリザーバー等の同定に有用なモデルであると期待された。また、新規in situ hybridization法の開発に成功し、生体組織内でのHTLV-1発現細胞の可視化が可能となった。これらの成果は次年度以降の研究の進展に大きく寄与するものと考えられる。生体内でのHTLV-1感染細胞の動態、クローナリティの変化やクローン選択、ウイルスリザーバーの出現等には、宿主の免疫機構と感染細胞の相互作用が大きな影響を与える可能性が指摘されている。より実際の感染者の生体内状態を再現するHTLV-1キャリアモデルの確立においては、宿主免疫応答の誘導が不可欠であり、これまでのヒト化マウスモデルの改善が必要である。そこで、HLA遺伝子を導入した免疫不全マウス(NOG-HLA-A2 Tg)に対してHLA-Aアリルが一致する造血幹細胞を移植することで、HTLV-1特異的免疫応答の誘導を再現した新規ヒト化マウスモデルの確立を目指す。生体内でのHTLV-

1感染細胞の動態、クローナリティの変化やクローン選択、ウイルスリザーバーの出現等には、宿主の免疫機構と感染細胞の相互作用が大きな影響を与える可能性が指摘されている。より実際の感染者の生体内状態を再現するHTLV-1キャリアモデルの確立においては、宿主免疫応答の誘導が不可欠であり、これまでのヒト化マウスモデルの改善が必要である。そこで、HLA遺伝子を導入した免疫不全マウス(NOG-HLA-A2 Tg)に対してHLA-Aアリルが一致する造血幹細胞を移植することで、HTLV-1特異的免疫応答の誘導を再現した新規ヒト化マウスモデルの確立を目指す。年度末納品等にかかる支払いが平成31年4月1日以降となったため。当該支出分については次年度の実支出額に計上予定であるが、平成30年度分についてはほぼ使用済みである。