hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
仮想領域と超関数を用いた差分法の数学解析とその数値シミュレーションの研究

また、数値計算の実行では、それがうまく機能することを示した。更に、差分解を局所可積分な関数として定義することによって、それが超関数の意味で偏微分方程式の解に収束することを示した。これによって、今後、差分法は超関数の枠組みで論じる基礎ができた。2.応用数理分野では、沿岸生態系モデルの定式化とその数値シミュレーションの研究・開発。仮想領域法を用いて自由表面問題の数値計算を行った。具体的にはタンカー事故等による流出原油の流動シミュレーションと、ある装置によって引き起こされる湖沼内流れの数値シミュレーションである。それらの研究成果は、環境問題への対策として有用な知見を得ると共に、仮想領域を用いた数値計算法の研究に新しい展開の可能性を示すものになっている。以上の研究成果は、国際会議や国内の学会・研究集会で発表されるとともに、沿岸生態系の研究では本の出版に寄与した。16年度の研究課題に対する研究成果は次の通りである。1.差分法を超関数的視点からとらえた数値計算と数学解析の研究。本研究の成果は、2つの媒質間の接合境界条件(Transmission condition)を超関数で記述して、直接法での数値計算アルゴリズムを開発したことである。実際、2つ以上の媒質から構成された数理問題では、必ず媒質間の接合境界において適切な条件が課される。伝統的には、それぞれの媒質の接合面でデータを与え、それぞれの媒質の領域で方程式を解き、それらの解が接合条件をみたすかを検証するという反復法であった。しかしながら、接合面で超関数を導入すると直接法での解の構成が可能になることを示した。更に、今年度は前年度の差分解の収束性の証明の成果の上に計算速度を速める計算法として、高速フーリエ変換(FFT)を援用した数値計算アルゴリズムを開発した。2.気象・環境問題や流出原油に対する数値シミュレーションの研究・開発。地球温暖化との関係で都市部における気温の特異な現象のモデリングと数値シミュレーションをおこなった。これは、気象分野で接地逆転といわれる地表近くでの気温の上昇に関する数値計算である。また、タンカー事故等に見られる流出原油の流動シミュレーションを仮想領域法の立場からモデリングして、数値計算をおこなった。更に、ファジィ最適化法と遺伝的アルゴリズムを組み合わせた重層的最適化手法を開発した。これらの研究成果は、環境数理問題への対策として有用な知見を得ると共に、仮想領域を用いた数値計算法の研究に新しい展開の可能性を示すものになっている。以上の研究成果は、国際会議や国内の学会・研究集会で発表されている。17年度の研究課題に対する研究成果は次の通りである。
正標数体上のTangencyとDuality

定理1.(X,G)について次の2つの条件は同値:(2)GはtameでG-Weierstrass点は高々2個.定理2.GがtameでG-Weierstrass点は高々1個であるための必要十分条件は定理1の(1)の非負整数の列λ_0<...<λ_NがGのorder列にとれることである.さらに,GがWeierstrass点を全く持たないためには,そのorder列がb_j+b_<N-j>=b_Nを満たすことが必要十分である.3.さらにここで詳述する余裕は無いが,Weierstrass点の個数の評価及びFobenius order列に関してもいくつかの新しい知見を得た.以上の結果を代数曲線符号,特に符号のパラメータの評価に応用することが今後の課題である.定理1.(X,G)について次の2つの条件は同値:(2)GはtameでG-Weierstrass点は高々2個.定理2.GがtameでG-Weierstrass点は高々1個であるための必要十分条件は定理1の(1)の非負整数の列λ_0<...<λ_NがGのorder列にとれることである.さらに,GがWeierstrass点を全く持たないためには,そのorder列がb_j+b_<N-j>=b_Nを満たすことが必要十分である.3.さらにここで詳述する余裕は無いが,Weierstrass点の個数の評価及びFobenius order列に関してもいくつかの新しい知見を得た.以上の結果を代数曲線符号,特に符号のパラメータの評価に応用することが今後の課題である.
東アジアにおける経済発展の類型的特質の研究―在来的経済発展論の視角から

これまで、戦前期から戦後とりわけ高度成長期にかけて都市・地方間に展開されていたと思われるダイナミックな立地変化に関する歴史的分析が立ち遅れていることを問題意識に、主に家具産業の地方集積(備後地域の府中地区)に着目することで、地方集積が大都市にかわって中・高級品量産生産地域として著しく成長する過程について考察してきた。家具産業は箪笥に代表される和家具と椅子に代表される洋家具に大別でき、前者が近世に発展の起点を持つのに対して、後者が移植産業として比較的新しく、関東大震災を契機に始まるが、その本格化は戦後高度成長期以降であると考えられる。近代以降、東京や大阪を中心とする大都市部家具産業の急激な成長に対して、地方が品質や意匠において相対的に立ち遅れていた。しかしながら、戦後の1950年代以降、家具生産が戦前から続く注文家具にかわって既製家具を中心に発展し、とりわけ高度成長期において大都市集積(東京や大阪)より地方集積(府中や大川)の方が成長の拠点となった。備後地域の広島県府中が戦後の新興産地として全国有数の高級婚礼家具産地にまで急成長を遂げてきたことはその代表的な事例となる。そのなかで、高級品量産生産体制とそれを支える熟練労働者の調達・養成に関する考察はそれぞれ、「戦後高度成長期における家具産業の成長-備後府中高級婚礼家具産地に着目して-」(『経営史学』)と「高度成長期家具産業における熟練労働者の調達と養成-備後府中産地を事例に-」(『歴史と経済』)に掲載される予定となっている。レフェリー論文への投稿を通じて、問題意識や枠組み、分析が高い評価を受けていたためである。既存の図式化された集積類型を相対化するために、大都市集積に対する歴史的分析の作業は不可欠であると考え、東京の建具と静岡の鏡台の調査を行っている。さらにそれをふまえて「近代日本における都市・地方集積のダイナミックな立地変化に関する歴史的分析-木製品産業を事例に-」を総括していく予定である。研究実績は以下の通りである。第1に、近代中国華北地域における在来織物業(土布業)の発展過程の分析を通じて、近代中国在来産業の展開論理及びその展開を支える制度の多様性を明らかにすることを目的に、「在来織物業の展開と制度的基盤-華北地域を中心に-」(論文集印刷中)の論文を公表したことである。そこで、山東省〓県・河北省高陽を事例に、「領機制」・「中間人」制度が、近代中国固有の自由な市場経済の下で、織元が賃織の強い市場参入志向を抑制し、また出機経営により発生すると予想される取引リスクを分散する制度として導入された、戦略的な経営管理制度であった可能性がある。かかる経営主体の戦略的な経営管理制度を介することで、華北地域の問屋制家内工業は自由な市場経済を社会基盤にしつつ、安定的な産業組織として成立し機能しえたことが明らかになっている。第2に、「在来的経済発展」の基盤とも再評価されている「地域社会」のあり方を検討するため、中国華北地域(済南)にとどまらず、日本の備後地域に着目して戦前・戦後において形成された高級品婚礼家具備後府中産地を事例に、それをささえる制度的基盤を明らかにしていることである。慶応大学と京都大学での発表はいずれもそれを目的に行われていたものである。そこで、主に戦後高度成長期においてブライダル市場の急伸にともなう高級婚礼家具への強い消費志向を背景に、戦後の新興産地でありながら、備後府中が全国有数の高級婚礼家具産地にまで急速に成長していったことが明らかとなった。また、そうした府中高級婚礼家具産地の形成と成長にとって重要な条件として、(1)見本市が評判付与としての機能を果たしていたこと、(2)高級品量産体制の確立と技術力の育成をめぐる府中産地の取り組み、(3)府中産地の自発的組織活動、の3点が指摘できる。その論稿は近く公表する予定である。前年度に引き続き、「在来的経済発展」の基盤とも再評価されている「地域社会」のあり方を検討するため、日本の備後地域に着目して戦前・戦後において形成された高級品婚礼家具備後府中産地を事例に、それをささえる制度的基盤の分析を進めている。主に戦後高度成長期におけるブライダル市場の急伸にともなう高級婚礼家具への強い消費志向を背景に、備後府中が全国有数の高級婚礼家具産地にまで急速に成長していったことなどが明らかとなっている。また、そうした府中高級婚礼家具産地の形成と成長にとって重要な条件として、技能労働者の調達・養成をめぐる産地中堅メーカーの主体的な活動が指摘できるが、この問題に関しては、政治経済学・経済史学会全国大会パネルディスカッション(2010年11月13日)で報告を行いました。以上の2つの研究論文はそれぞれ『経営史学』と『歴史と経済』に投稿し、現在査読を受けております。また、家具のほかに、2011年1月から建具産業に関する本格的調査を開始しました。そのなかで東京建具協同組合と全国建具連合会で戦前・戦後の膨大な第1次資料を入手することができました。ただし、3月11日の東北大地震と福島原発事故の影響により資料調査の中断を余儀なくされました。さらなる調査は新年度の課題となります。

家具産業は箪笥に代表される和家具と椅子に代表される洋家具に大別でき、前者が近世に発展の起点を持つのに対して、後者が移植産業として比較的新しく、関東大震災を契機に始まるが、その本格化は戦後高度成長期以降であると考えられる。近代以降、東京や大阪を中心とする大都市部家具産業の急激な成長に対して、地方が品質や意匠において相対的に立ち遅れていた。しかしながら、戦後の1950年代以降、家具生産が戦前から続く注文家具にかわって既製家具を中心に発展し、とりわけ高度成長期において大都市集積(東京や大阪)より地方集積(府中や大川)の方が成長の拠点となった。備後地域の広島県府中が戦後の新興産地として全国有数の高級婚礼家具産地にまで急成長を遂げてきたことはその代表的な事例となる。そのなかで、高級品量産生産体制とそれを支える熟練労働者の調達・養成に関する考察はそれぞれ、「戦後高度成長期における家具産業の成長-備後府中高級婚礼家具産地に着目して-」(『経営史学』)と「高度成長期家具産業における熟練労働者の調達と養成-備後府中産地を事例に-」(『歴史と経済』)に掲載される予定となっている。レフェリー論文への投稿を通じて、問題意識や枠組み、分析が高い評価を受けていたためである。既存の図式化された集積類型を相対化するために、大都市集積に対する歴史的分析の作業は不可欠であると考え、東京の建具と静岡の鏡台の調査を行っている。さらにそれをふまえて「近代日本における都市・地方集積のダイナミックな立地変化に関する歴史的分析-木製品産業を事例に-」を総括していく予定である。
酸化物上での担持金属構造の精密制御と高度分子変換反応への適用

高性能触媒を用いた有用化成品や機能性材料の合成は我々の生活を根幹から支える基幹技術であり、それらのさらなる革新は今後も重要な課題である。本研究では酸化ジルコニウムあるいは酸化セリウムに担持したルテニウム触媒が、アルキンへの付加反応を経由する複素環化合物構築反応に有効であることを明らかにした。芳香族カルボン酸との付加環化反応によりフタリド誘導体が、アルデヒド、一酸化炭素との付加環化反応によりγ-ヒドロキシブテノリド誘導体がそれぞれ高収率で得られた。これらの担持触媒はいずれの反応後も容易に回収・再利用できこれらの触媒系が優れた環境調和性能を示すことも明らかにした。高性能触媒を用いた有用化成品や機能性材料の合成は我々の生活を根幹から支える基幹技術であり、それらの更なる革新は重要な課題である。これまでに申請者らは酸化物担体上に単核Ru=O種が高分散した触媒が、様々な高度有機分子変換反応に優れた活性と高い環境調和性能を示すことを見出し、報告してきた。本研究では、これら単核Ru=O種の固体酸化物上での生成機構を明らかにするとともに、それらの生成を可能とする新規酸化物担体を開発し、様々な担持金属の固体酸化物担体上における一原子レベルでの構造制御法の確立を行なった。これらの検討結果をもとに、酸化物系固体触媒の有機合成用触媒としての高機能化や、機能性材料骨格構築を指向した新規C-C結合生成反応など種々の高度分子変換反応に有効な酸化物系固体触媒ライブラリーの構築を目指した。本年度は、芳香族カルボン酸の内部アルキンへの付加反応を種々の担持Ru触媒を用いて検討した結果、酸化ジルコニウムに担持したRu触媒が優れた触媒活性を示し、抗菌作用、抗HIV作用、抗酸化作用など示す生理活性物質に含まれることが知られているフタリド誘導体が高い収率で得られることを見出した。フタリド誘導体合成に関してはこれまでに錯体触媒を用いた例が報告されているが、いずれも化学量論量の酸化剤を必要としていた。一方、本研究で申請者らが開発した触媒系は、Ru触媒のほかに触媒量の無機塩基のみを添加するだけでよい。本触媒は様々な芳香族カルボン酸および内部アルキンに適用可能であり、対応するフタリド誘導体がそれぞれ良好な収率で得られた。さらに触媒の回収・再利用が容易に行なえることから高い環境調和性能を併せ持つことが示された。本研究成果はChemical Communication誌に発表した。本年度は、アルデヒド、アルキン、一酸化炭素の[2+2+1]付加環化反応を種々の担持Ru触媒を用いて検討した結果、酸化セリウムに担持したRu触媒が優れた触媒活性を示し、抗菌作用、抗HIV作用、抗酸化作用など示す生理活性物質に含まれることが知られているγ-ヒドロキシブテノリド誘導体が高い収率で得られることを見出した。酸化セリウム担持ルテニウム触媒を用いた場合に種々のアルキンやアルデヒドが適用可能で、対応する生成物が良好な収率で得られた。反応に使用後の触媒は容易に回収・再生利用することが可能で、高い環境調和性能を有することも明らかにした。本研究成果はAngewandte chemie誌に発表された。今年度は担持Ru触媒の有機合成反応に対する新規な触媒作用の探索を中心に検討を行なった。なかでも芳香族カルボン酸の内部アルキンへの付加反応は、触媒の選択、反応条件の最適化が順調に進み、当初の計画よりも早く学術論文への発表に至った。さらに新規な触媒反応の開発にも着手し、一定の成果が得られるなど当初の計画以上に研究が進行しているものと考えている。触媒化学次年度は、引き続き担持Ru触媒の新たな触媒作用の開発を遂行する。とくに芳香族カルボン酸を用いた触媒反応に有効性を見出したことから、芳香族アミドや芳香族イミンなど種々の反応基質との組み合わせを精査し、新規な触媒反応の開発を目指す。

また、これまでRuに特化した触媒探索を行なってきたが、他の遷移金属を単核状で担体上に構築可能な手法の確立を目指す。これにより種々の遷移金属を担持した触媒を用いた環境調和型有機分子変換反応の開発も検討する。今年度計画した新規合成反応の開発検討において、当初の計画よりも順調に反応条件の最適化などの検討が進んだため、年度初めに予定した消耗品等の物品費の消費が少なくなったことが主な原因である。次年度はさらなる新規反応の開発を進めるため、今年度余剰となった物品費を次年度の消耗品の購入等に充当する。また、得られた成果を国内外の学会で報告する為、旅費等への充当もする。
新規アデノシン類縁体コアクロルによる線維化進展抑制機構の解明－強皮症をモデルに―

研究実績の概要全身性強皮症には確立された治療法がなく、限られた対症療法が主体となっている。結合組織成長因子(CTGF)は全身性強皮症患者で発現が増加しており、抗CTGF抗体療法が合併症である特発性肺線維症に有効であることが報告された。アデノシン類縁体のシクロブチルプリン誘導体であるCOA-Clは水溶性安定低分子でありながら血管新生促進作用、神経栄養・保護作用などの生理活性作用がある。COA-ClはNHDFとの共培養において、ヒト臍帯静脈由来血管内皮細胞の管腔形成を促進したことから、線維芽細胞で薬理作用を発揮すると考えられる(Tsukamoto, Biochem Biophys Res Commun 2010 399:699-704)。事実、NHDFにおいてCOA-Clは血管内皮成長因子の分泌を亢進させることが報告された(Igarashi, Physiol Rep 2016 e12742)。これらの報告に続いて、我々はCOA-ClがTGF-β刺激により増加したNHDFのCTGF産生をmRNA発現とタンパク発現のレベルで抑制することを発見した。さらにそのメカニズムの解明に成功した。COA-ClはTGFーβ刺激によるNHDFのシグナル伝達物質であるSmadやERKの活性化には影響しなかったが、Aktの活性化を抑制した。COA-ClはAkt活性化を抑制することで、NHDFのTGFーβ刺激によるCTGF産生をmRNA発現とタンパク発現のレベルで抑制することが分かった。さらに、COA-ClはアンギオテンシンIIにより誘導された全身性強皮症モデルマウスのCTGF発現を抑制し、皮膚症状を改善した。これまでの研究はおおむね順調で、すでにデータの一部は論文化し皮膚科専門英文誌にアクセプトされ掲載予定となっている。今後は本剤が低分子化合物であることを応用し、外用薬や皮膚局所への注射剤としての応用も試みる予定である。現在のところCOA-Clの臨床応用には様々な問題も残っている。しかしながら本研究のような基礎研究の積み重ねにより、近い将来に全身性強皮症患者の新しいひとつの治療法として応用されることが切望される。また今後は本剤が低分子化合物であることを応用し、外用薬や皮膚局所への注射剤としての応用も試みる予定である。5.研究実績の概要結合組織成長因子(CTGF)は全身性強皮症患者で発現が増加しており、抗CTGF抗体療法が合併症である特発性肺線維症に有効である。我々はアデノシン類縁体のシクロブチルプリン誘導体であるコアクロルがTGFβ刺激により増加したヒト線維芽細胞のCTGF産生をmRNA発現レベルとタンパク発現とのレベルで抑制することを発見した。このコアクロルによるCTGF産生の抑制はmTOR/Akt経路のリン酸化と同時に変化していたが、MAD2・SMAD3やP38、ERK、AMPKといったシグナル伝達経路とは無関係であることが分かった。また、コアクロルはTGFβ刺激による2ー3日といった短期の細胞増殖には影響しなかった。コアクロルがTGFβ刺激によるmTOR/Akt経路のリン酸化を抑制してヒト線維芽細胞のCTGF産生をmRNA発現レベルとタンパク発現とのレベルで抑制している可能性が示唆された。さらに、アンギオテンシンIIを浸透圧ポンプで持続投与した強皮症モデルマウスにおいて、コアクロルが真皮線維芽細胞のCTGF産生を抑制し、真皮の病的線維化を軽減していることを病理組織学的に確認した。コアクロルが強皮症の新たな治療法になり得る可能性が示唆された。当初の研究計画どおりに実験を進めてきたと思われる。

これまでの研究はおおむね順調で、すでにデータの一部は論文化し皮膚科専門英文誌にアクセプトされ掲載予定となっている。今後は本剤が低分子化合物であることを応用し、外用薬や皮膚局所への注射剤としての応用も試みる予定である。コアクロルがTGFβ刺激により増加したヒト線維芽細胞のCTGF産生を抑制するメカニズムの更なる解明を行う。具体的にはコアクロルが直接mTORやAktのリン酸化を抑制するか、あるいは間接的に抑制するかを検討する。また、CTGF産生だけでなく、TGFβ刺激で増加すると報告されているI型コラーゲン、αsmooth muscle actinの発現にコアクロルが影響するかも検討する。同時にこれらの発現についてはアンギオテンシンIIを浸透圧ポンプで持続投与した強皮症モデルマウスにおいても検討する。現在のところCOA-Clの臨床応用には様々な問題も残っている。しかしながら本研究のような基礎研究の積み重ねにより、近い将来に全身性強皮症患者の新しいひとつの治療法として応用されることが切望される。また今後は本剤が低分子化合物であることを応用し、外用薬や皮膚局所への注射剤としての応用も試みる予定である。次年度使用額が無いため、記入しない。本年度に一部データをまとめ、論文化を試みた。その際の英文校正費用や論文投稿料につき確保していたが、投稿受領が年度末になったため、いまだそれらの請求が届いていない。この費用に充てる予定の経費が次年度に繰り越されたものと思われる。また、これらのデータの学会報告も予定していたが、諸般の事情により希望していた学会に参加ができず、その学会出張のための旅費分も余剰となっている。
量子カオス系におけるエルゴード性・量子相関の数値的研究

小西・金子モデルの量子シュミレーションはすでに実施されて、量子相関は測定された。この系に対して、量子論を用いて計算された相関関数は、古典論を用いて計算された相関関数をかなりよく模倣していることがわかった。この系の量子カオスは、量子スピン系のXYモデルと関係している。現在、統計力学の基礎との関連を調べている。近い将来に論文を投稿する[1]。加えて、2自由度カオス系であるEchardt系の波動関数の位相空間での可視化を研究した。結果の一部分は、解説[2]で用いられた。高次元量子カオス系においても、伏見表示の有効性が確かめられた。これも、近い将来に論文を投稿する[3]。引用文献[2]足立聡:「量子系のカオス」,科学,60(1994)74-83小西・金子モデルの量子シュミレーションはすでに実施されて、量子相関は測定された。引用文献[2]足立聡:「量子系のカオス」,科学,60(1994)74-83
フォールディング機構に基づくHIVプロテアーゼの不活性化

1.HIVプロテアーゼの調製前年度に引き続き,凝集や自己分解を起こしにくい試料を調製するため,方法を改善した.(1)尿素により可溶化した試料を,まずゲルろ過により精製した後,refoldingを行うことにした.以前の方法では,refoldingにより試料が活性をもってしまい,その後のゲルろ過時に自己分解が一部進行したが本方法によりこの問題を克服することができた.(2)本研究では高濃度の試料が必要なため,精製試料の濃縮が必要であったが,この際に試料の会合・凝集が起こることが問題点となっていた.限外ろ過フィルターの特性を検討し,Centriprepを使用することにより,濃縮時の凝集を抑えることができた.(3)本酵素は,Gln7をLysに置換することにより,自己分解が抑えられることが知られている.そこで上記変異体を野生型と同様に,発現・精製を試みた.しかし,変異型では,野生型の場合と異なり,refolding後の試料には成熟型でないものが一部含まれていたため,この試料の中から成熟型のみを単離することを現在試みている.2.HIVプロテアーゼのSAXS測定と変性実験上記1により調製した試料を用いて,天然状態におけるX線小角散乱(SAXS)の測定を行ったところ,慣性半径や散乱曲線の形状などから,比較的良質の散乱データを得ることができた(測定は,文部科学省高エネルギー加速器研究機構放射光研究施設にて行った).そこで,さらに種々の尿素濃度でSAXS測定を行い,尿素変性実験を行った.各データから慣性半径と原点散乱強度を求め,変性曲線を作成した.変性中点は従来報告されている値とほぼ一致したが,本実験では,原点散乱強度の値から高尿素存在下において分子の会合が示唆された.平衡論的解析により,天然状態の二量体に対して,平均重合度が6の会合体であると考えられた.HIVプロテアーゼの発現・精製大腸菌発現系BL21(DE3)pLysSを用いてHIV-1プロテアーゼを発現し,不溶性画分をDE-52カラムで粗精製後,refoldingを行って試料を調製した.精製後の試料に関してCDスペクトルを測定したところ,標品とは異なるコンフォメーションを有していたため,発現・精製法やrefoldingに関する条件検討を行っている.また他の系HMS174(DE3)pLysS等でも発現を試みた.HIVプロテアーゼの変性実験(X線溶液散乱測定)上記により調製した試料,およびOklahoma Medical Foundation ResearchのKim博士より供与頂いたHIV-1プロテアーゼを用いて,種々のpHで,CDスペクトル,およびX線溶液散乱の測定を行った.CD測定の結果,pH45付近でβシートに富み,中性以上では変性状態のスペクトルが得られた.一方,X線溶液散乱データから慣性半径や原点散乱強度を求めたところ,分子構造から予想される値よりも大きく,測定試料中に,会合体の存在していたことが示唆された.X線溶液散乱では高濃度(10mg/ml以上)での測定が要求されるので,現在最適の測定条件や溶媒の選択の検討を行っている.なお,X線溶液散乱測定は,文部科学省高エネルギー加速器研究機構放射光研究施設にてCCD型二次元X線検出器を用いて行った.1.HIVプロテアーゼの調製前年度に引き続き,凝集や自己分解を起こしにくい試料を調製するため,方法を改善した.(1)尿素により可溶化した試料を,まずゲルろ過により精製した後,refoldingを行うことにした.以前の方法では,refoldingにより試料が活性をもってしまい,その後のゲルろ過時に自己分解が一部進行したが本方法によりこの問題を克服することができた.(2)本研究では高濃度の試料が必要なため,精製試料の濃縮が必要であったが,この際に試料の会合・凝集が起こることが問題点となっていた.限外ろ過フィルターの特性を検討し,Centriprepを使用することにより,濃縮時の凝集を抑えることができた.(3)本酵素は,Gln7をLysに置換することにより,自己分解が抑えられることが知られている.そこで上記変異体を野生型と同様に,発現・精製を試みた.しかし,変異型では,野生型の場合と異なり,refolding後の試料には成熟型でないものが一部含まれていたため,この試料の中から成熟型のみを単離することを現在試みている.2.HIVプロテアーゼのSAXS測定と変性実験上記1により調製した試料を用いて,天然状態におけるX線小角散乱(SAXS)の測定を行ったところ,慣性半径や散乱曲線の形状などから,比較的良質の散乱データを得ることができた(測定は,文部科学省高エネルギー加速器研究機構放射光研究施設にて行った).そこで,さらに種々の尿素濃度でSAXS測定を行い,尿素変性実験を行った.各データから慣性半径と原点散乱強度を求め,変性曲線を作成した.変性中点は従来報告されている値とほぼ一致したが,本実験では,原点散乱強度の値から高尿素存在下において分子の会合が示唆された.平衡論的解析により,天然状態の二量体に対して,平均重合度が6の会合体であると考えられた.
Optical pulling force using a nanowaveguide

本研究では、単一方向の電磁波を用いて、粒子の動く方向を自由に操ることを目的とした。詳しくは、ナノ光ファイバー中の電磁波モードを2つ生成して、モードの干渉により方向を自由に動かせるポテンシャルを実現する。ポテンシャルにトラップされた粒子の動きもこの方法で操ることができる。今回の研究の1つの大きな成果はファイバ表面上の粒子から方向的な散乱光の測定だった。この結果は[M. Sadgrove, et al. Scientific Reports 7, 17085 (2017)]の論文にて報告した。単一金ナノ粒子をファイバ表面上に導入して、任意偏光を有している光ビームを照射した。すると、偏光状態により、ファイバに結合する光95%以上が右のファイバ先端又は95%以上が左のファイバ先端に伝搬する。この効果を用いれば、光の偏光により方向的な輻射圧を実現することができると思われる。また、こういう効果の原理はモード干渉として解釈できる。現在、以上のような方向的な光圧効果の観測を目指している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。29年度の研究成果は下記の通りである。1)ナノファイバー表面上に単一金ナノ粒子の導入を成功し、ナノ粒子をアンテナーとして利用して、ナノファイバーのキラル偏光応答を測定した。ナノファイバーへのカップリングキラル性のスケーリング関数を導出し、データと比べた。この結果はScientific Reportsの論文雑誌に掲載された。[M. Sadgrove et al., Sci. Rep. 7, 17085 (2017)]2)ナノファイバーとナノグレーティングの複合デバイスを用いる新たな原子トラップの方法を提案した。グレーティングはファイバー伝搬モードに対して共振モードを生成し、及び外部電場に対して回折格子として役立て、ファイバー表面から数100nm程度離れたトラップ格子が実現可能だと証明した。この方法で原子とナノフォトニック共振モードの最適な結合が自動的になり、重要な提案だと考えられる。この結果はNew Journal of Physicsの論文雑誌に掲載された。[M. Sadgrove and Kali Nayak, New J. Phys. 19, 063003 (2017).3)光引力実験の準備として、新たな顕微光学系を組み立てた。この光学系を利用し、150nm程度の金ナノ球の光圧輸送を実現できた。また、輸送速度の光パワーの依存性を求めて、理論上の結果と比べた。今回の高圧輸送実験の重要な特性の一つは必要なパワーがmW程度で、レーザーポインターと同じようなレベルであった。以上から、市販的な応用でも向いていると考えられる。この結果は日本物理学会第73回年次大会で発表された。4)冷却原子の生成に成功した。中性ルビジウム原子のレーザー冷却装置と組んで、ナノファイバーの表面と近くに原子集団の生成もできた。現在の状況は予定通りである。1年目ゼロから新たな顕微光学系を組んで、水中の金ナノ粒子のトラッピング及び輸送が実現できた。これが必要不可欠な一歩であった。今年度中光引力を実現する予定である。光引力実験の実現に進むために以下のような計画を提案する。1)ナノファイバー上の光圧輸送の実験では、金ナノ粒子ではなく、石英ビーヅを用いる予定である。金ナノ粒子は散乱と吸収がかなり多くて、輻射圧が大きい。提案した光引力方法は光の勾配力だけを用いて、ファイバー軸方向の輻射圧が大きいと実現できない恐れがある。それを防ぐために吸収率の小さい石英ビーヅを利用する予定である。輻射圧を完全に抑えることが不可能であれば、逆方向から伝搬モードを入れて、粒子の輻射圧による輸送を抑えることができる。2)ナノ光ファイバーのコヒーレント高次モードを生成するために、自作のAOMドライバーという装置が必要である。AOMとドライバーのICは既に用意して、今年度ドライバーの作成を行う予定である。3)今までより直径が太いナノファイバーを作成し、対物レンズでの高次モード観測を目指している。どのようなモードがあるか及びAOMの位相変調でモードのビートパターンが動くかを確認するために、このような測定が必要である。以上の計画でナノ導波路上の光引力を目指している。

この実験方法で引力の実現が困難であれば、冷却原子の実験系で試すことも可能である。原子の実験が理想的な方で、その系で光引力がよりすぐに実現できる可能性がある。また、水中の実験系で光引力ができなくても、有意な実験はまだできると考えられる。例をあげると、ナノファイバーと金ナノロッドの複合デバイスで光トラッピングの実験、そしてキラル的な光圧の実験を行う予定ある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
新手話学の構成素の実証的検証研究

新手話学の構成素として像素と描素を提案。基本概念を手話コミュニケーション研究会と福祉情報工学研究会で発表した。従来の手話学の創始者ストーキーの理論を再検証し、彼以降、仮説的に検証されてきた音素と形態素という構成素は音声言語の研究成果を敷衍したものであるから、視覚言語である手話研究では齟齬を生じることが多かったことの原因解明のヒントを得た。とくに工学的視点からの分析に適合できないことも多く、手話の機械認識や自動翻訳装置開発に障害が大きかった。本研究は工学にも適用しやすい構成素を提案し、実証することを目的としているが、まず演繹的視点からの提案として像素を提案、これまでの研究成果から手話の重要な要素が運動にあることに着目、運動が運動体と軌跡と速度の3要素からなると考えた。その像素が構成する意味単位として形態素ではなく、描素を提案、CLと呼ばれる手型が手話動詞の語幹であるという過去の研究成果に基づき、描素がCLと運動から成ることを仮説として提案した。その仮説の検証として、手話ビデオを工学的に検証する方法としてモーションキャプチャによるデータとOpenPoseなどの光学的データによる分析を開始し、初年度としては基本的な101語について検証した。また分担者との協働により、深層学習システムを用いて手話の自動認識実験を行い、101単語の総計7,763個のデータを用いて認識実験を行い、約75%の認識率を得た。深層学習ではどの要因が決定的であったのか不明だが、誤答となった類似手話を分析することでその要素を探ることができると考え、次年度の研究課題とした。新手話学を草案するにつき、伝統的手話学の鼻祖であるW.Stokoeの著作を再検証した。そこで音声言語の構成素に拘らないことの重要性がヒントとなった。そこでこれまでの工学的研究成果を元に新たな構成素の創案を検討し、像素と描素の着想に至った。手話では運動が重要な要素であるが、従来の枠組みでは明快な分析が示されてこなかったため、新案では運動を核とした像素を設定、像素が結合して得られる描素は手型が語幹、運動が変化部分という手話動詞の特徴を生かした枠組みを設定した。一方、この枠組みを実証するための検証として、手話の運動の工学的分析としてモーションキャップチャと光学的手法を検討し、1つの試みとしてOpenPoseと深層学習を用いて手話の自動認識を行った。自動認識実験では101単語、7,763個のビデオデータを深層学習を用いて学習を行い約75%の認識率を得た。手話の自動認識において認識率が低かった手話は動作がよく似た類似手話であることがわかったので、それらの語彙について、新手話学の観点から分析してみることにした。幸い同一手話についてモーションキャップチャのデータとOpenPoseのデータが得られているので、それらを比較することで、何が誤答の原因かを探り、手話の本質的な特徴を抽出でき、それらを教師データに組み込むことでさらに精度が高まると予想している。それはまた新手話学の枠組みを実証することにつながると考えている。

一方、この枠組みを実証するための検証として、手話の運動の工学的分析としてモーションキャップチャと光学的手法を検討し、1つの試みとしてOpenPoseと深層学習を用いて手話の自動認識を行った。自動認識実験では101単語、7,763個のビデオデータを深層学習を用いて学習を行い約75%の認識率を得た。手話の自動認識において認識率が低かった手話は動作がよく似た類似手話であることがわかったので、それらの語彙について、新手話学の観点から分析してみることにした。幸い同一手話についてモーションキャップチャのデータとOpenPoseのデータが得られているので、それらを比較することで、何が誤答の原因かを探り、手話の本質的な特徴を抽出でき、それらを教師データに組み込むことでさらに精度が高まると予想している。それはまた新手話学の枠組みを実証することにつながると考えている。本年度は過去に取得したデータを活用したため、人件費・謝金及びその他の支出がなかった。また手話録画のための環境調査として就労状況調査と手話動画収集のための環境整備が主体であったが、次年度は本年度成果を基礎として、新たなデータ収集が必要であり、そのための謝金及び委託金等が必要になる。
脳性麻痺者の日本語文書読みの特性に関する研究

本研究では15inch液晶ディスプレイ上の日本語文書を読む際の脳性麻痺者と健常者の読みについて比較検討した。実験は脳性麻痺者5名、健常者9名を用いて行い、各被験者にディスプレイ上に表示された日本語能力検定試験出題基準3級程度の25文字×810行からなる文書(1文字1cm×1cm、視距離70cm)を黙読させた。その際の所要時間及び、視線の停留の様相として停留時間、停留頻度、サッケード距離、サッケード速度、逆行回数、視線移動速度分布を基に、脳性麻痺者の日本語文書読みの特性について検討した。合わせて昨年度脳性麻痺者の視線移動速度分布から示唆された注視に伴う随従運動の増大傾向が視線の停留の様相に与える影響を調べるために、ディスプレイ上のランダムな位置に一定時間表示される指標を注視させる実験を行った。その結果、健常者と比較した脳性麻痺者のディスプレイ上の日本語文書読み特性として、逆行回数の増加、停留頻度の増加により黙読所要時間の延長が生じることが示唆された。この逆行回数の増加は昨年度のスクリーン上の日本語文書読みでは現れなかった健常者との相違であった。また脳性麻痺者の視線移動速度分布には、昨年度と同様健常者と比して注視に伴う随従運動成分と考えられる速度成分が広範にかつ多く分布する傾向が示唆された。ところでディスプレイ上のランダムな位置に一定時間表示される指標を注視させる実験における脳性麻痺者と健常者の視線の停留時間を比較したところ、脳性麻痺者は健常者と比較し停留時間が短くなる傾向が示された。これは脳性麻痺者は健常者と比較し、注視に伴う視線の随従運動の増大に起因し、指標注視の際に視線を停留させるまでに時間を要したためであると推察される。これらのことより脳性麻痺者の黙読所要時間の延長には、注視に伴う視線の随従運動の増大による視線の停留の遅れも影響している可能性が示唆された。本研究ではスクリーン上の日本語文書を読む際の脳性麻痺者と健常者の読みについて比較検討した。実験は脳性麻痺者12名、健常者6名を用いて行い、各被験者にスクリーン上に表示された日本語能力検定試験出題基準3級程度の200250文字からなる日本語文書(1文字5cmX5cm、視距離3m)を黙読させた際の所要時間及び、視線の停留の様相として停留時間、停留頻度、視線移動速度分布、サッケード距離について検討した。その結果、所要時間、停留時間、停留頻度については従来研究とほぼ同様の結果が示され、脳性麻痺者は健常者と比して黙読時間が長く、停留頻度は増加するが、停留時間は同様である傾向が示された。このことから従来研究と同様に脳性麻痺者の黙読時間の延長には停留頻度の増加が影響していることが示唆された。また脳性麻痺者の視線移動速度分布は、健常者と比して停留に伴う随従運動成分と考えられる速度成分が広範にかつ多く分布する傾向が示唆された。このことから脳性麻痺者の黙読時間の延長には、停留に伴う視線の随従運動の増大も影響している可能性が示唆された。ところでサッケード距離及び読み返し頻度については脳性麻痺者と健常者の間にはほとんど相違は見られなかった。このことから、脳性麻痺者の停留頻度の増加は、従来研究において想定したサッケード距離の短縮及び読み返し頻度の増加によるものではなく、読み返しのための移動距離の延長によるものである可能性が示唆された。以上のことから本研究により、スクリーン上に表示された日本語文書に対する脳性麻痺者の読み特性として、脳性麻痺者の黙読時間は健常者と比して長くなる傾向が確認され、この黙読時間の延長には停留頻度の増加に加えて停留に伴う視線の随従運動の増大が影響している可能性が示唆された。また停留頻度の増加は、読み返しのための移動距離の延長によるものである可能性が示唆された。

ところでディスプレイ上のランダムな位置に一定時間表示される指標を注視させる実験における脳性麻痺者と健常者の視線の停留時間を比較したところ、脳性麻痺者は健常者と比較し停留時間が短くなる傾向が示された。これは脳性麻痺者は健常者と比較し、注視に伴う視線の随従運動の増大に起因し、指標注視の際に視線を停留させるまでに時間を要したためであると推察される。これらのことより脳性麻痺者の黙読所要時間の延長には、注視に伴う視線の随従運動の増大による視線の停留の遅れも影響している可能性が示唆された。
ファストプランツを生物教材とした初等から高等教育までの教育プログラムの新展開

我が国の小学校から高等学校での生物教育において,ファストプランツを活用した学習プログラムの開発を目的に研究した。その結果,植物の成長に関する学習では,光合成と成長の関係,成長に必要な水と肥料及び土の役割,また受粉と受精に関する学習においては,送粉者としてのチョウチョの役割,他家と自家受粉,柱頭での花粉の発芽と花粉管の伸長の意味を学ぶ学習プログラムを,各学校段階に合わせて実施するために必要となる基礎的データを収集することができた。これらの課題は,今まで学校現場で取り上げることが困難であった実験観察であった。ファストプランツを活用することで実施できる可能性を切り開くことができた。ファストプランツを生物教材とした学習プログラムの開発として、20年度設定したテーマの内、三つについて当初目論んだ以上の成果を上げることが出来た。1)「水耕栽培システムの開発」については、ペットボトルを利用した水耕栽培システムを確立し、土壌培養と変わらない生育を示す水耕栽培用培地として園試処方液が有効であることが明らかになった。他の幾つかの水耕栽培用培地と比較した結果、塩素イオンがファストプランツの生育に極めて重要な役割があることが示唆され、植物栄養学の知見として塩素イオンの働きに新規性があると判断され、21年度の植物学会での発表を予定している。2)「光合成活性と生育との関係」では、高等学校の教科書で必ず取り上げられる光強度と光合成活性との関係が、最終的生育量と相関することを、LED光源を用いた実験により示すことが出来るようになった。生活環が40日前後であるファストプランツを使うことで実現できる、光合成を学ぶ新しい学習プログラムである。3)「有性生殖課程の学習プログラム」では、アニリンブルーによる蛍光染色により、花粉管が柱頭から花柱を通して胚珠まで至ることを観察出来るプログラムを開発した。この方法は、蛍光顕微鏡を必要とすることから、学校現場での普及は難しい。そこで現在、普通光学顕微鏡での観察を可能にする方法を検討している。4)宮城教育大学の初等教員養成課程で開講している「生活」及び、初等、中等教員養成課程での生物学実験で、ファストプランツを使った「植物を育てる」と「花の形態を含む植物の形態の学習」を実施した。更に、宮城県立宮城第一高等学校での課題研究での指導と平成21年度群馬県万場高校とのSPPで「ファストプランツを使った遺伝の法則の実験・検証」の連携事業を実施する予定である。平成21年度は,ファストプランツを日本の教育現場で活用できる生物教材とするため、次の5つの課題についての学習プログラムを開発することを目的とした。1)植物の発育・成長に必要な栄養素,2)外界の刺激に対する植物の応答,3)植物の遺伝,4)生物の多様性,5)植物と昆虫の相互依存である。1)水耕栽培システムを用いた植物栄養について学習する小学校用のプログラムを開発した。水耕栽培に用いる水として,水道水,雨水,池水,川水そして肥料液を使用して成長させ,更に培養土(土壌)を用いた場合との成長を比較させることで,植物の生育に水と肥料がどのように関係するかを学ぶ学習プログラムを開発した。2)外部刺激に対する植物の応答については,柱頭における花粉の発芽現象についての解析を進めた。ファストプランツの花粉の発芽には,柱頭との接触が必要であることが明らかになり,その物質的基礎について更に検討を加える予定である。4)突然変異体の分離については,十分な成果が得られず,22年度の重点目標とした。5)ファストプランツの野外での栽培実験を行い,野外でも世代交代することを明らかにした。雑種形成については22年度に観察を継続している。6)ファストプランツを用いたチョウチョウの飼育プログラムの開発も平成22年の重点目標とした。平成21年度においては,宮城県立宮城第一高校の課外活動及び群馬県立万場高校とのSPP事業で,それぞれ遺伝に関する学習を指導した。また,平成22年1月に仙台で開かれた日本生物教育学会のワークショップ「ファストプランツの教育教材としての活用法」で,大鹿教授(北海道教育大),西野教授(福岡教育大,宮城第一高校,及び小林氏(ファストプランツ日本総代理店)の講演を組織した。ファストプランツに関する国内での初めての集まりで,50名を超える参加者を得た,この分野の研究の情報交換を行うことが出来た。1)肥料,2)外部刺激と植物の応答,3)遺伝,4)受粉,胚発生に関する学習プログラムを完成させることを目標とした。1)植物の成長と肥料(栄養)に関する学習プログラムファストプランツを使って3年間に渡って植物の成長と肥料に関する学習内容の検討結果から,小,中,高校での学習プログラムに関する論文を平成22年度の宮城教育大学紀要に報告した。2)外部刺激に対する応答に関する学習プログラム栽培の温度と光条件に検討を加え,健全な発育には20度以上を保つ必要があること,光はLEDの学習スタンドが適切なことが分かった。

また,小・中で取り扱う蒸散の実験に利用する方法についてその実験法を確立した。3)突然変異体の作出ファストプランツの種子を大量に生産がうまく行かず,突然変異体の単離には至らなかった。4)受粉から胚発生ファストプランツの自家受粉と他家受粉による種子形成率の違い,柱頭での花粉の発芽率の違いを検討し,その自家不和合性についての性質を追求した。柱頭での花粉発芽を光学顕微鏡で観察できる,コットンブルーによる染色法を確立した。更に,モンシロチョウの飼育とファストプランツの栽培を組み合わせ,小学校での昆虫の飼育と植物の栽培,更に受粉に於ける昆虫の役割と種子の形成を含む学習プログラムを検討した。その結果,モンシロチョウの飼育,ファストプランツへの訪花,産卵を実験室内で行うことが出来,実践に向けての基本的問題を解決することが出来た。5)学校実践学校実践を目指し,教職大学院の小,中,高の現職教員の先生方と計画準備していたが,東日本大震災により計画は頓挫してしまった。
腸内細菌叢を介した尿毒症毒素の生成阻害機構の解明と新規腎不全進行抑制法の確立

腸内細菌叢から産生される種々の尿毒症毒素が、腎不全の増悪や合併症発現に関わることが示唆されている。本研究では、腎不全モデルマウスを用いて、腸内細菌叢をターゲットとした腎不全進行の抑制効果を検証した。その結果、腎不全マウスにプロバイオティクスであるLactobacillus caseiとプレバイオティクスであるガラクトオリゴ糖を併用投与した場合、尿素窒素の濃度に影響しなかったが、尿毒症毒素であるインドキシル硫酸濃度を低下させる効果が示唆された。本検討により、プロバイオティクスおよびプレバイオティクスの併用は、尿毒症毒素を減少させることにより、腎機能の悪化および合併症を予防できる可能性がある。インドキシル硫酸(IS)等の尿毒症毒素は、加齢や糖尿病に伴う腎機能の低下により体内に蓄積し、腎臓のみならず心臓などの他臓器の細胞も障害する。そのため、腎不全患者において体内の尿毒症毒素を減らすことが重大な課題である。本研究では腎不全と腸内細菌叢の関連に着目し、慢性腎不全モデルマウスを用いて、(1) Bifidobacteriumなどの乳酸産生菌が腎不全の進行を抑制することを検証する。(2)腸内環境及び腸内細菌叢に与える影響を評価することで、尿毒症毒素の生成阻害機構を明らかにする。(3)様々なプロバイオティクス及びプレバイオティクスを腎不全モデルマウスに投与し、腸内細菌叢を介した新規の腎不全進行抑制法を確立する。平成27年度は、末期腎不全モデルである5/6腎摘出マウスと進行性腎不全モデルであるアデニン誘発腎不全マウスを用いて、尿素窒素(BUN)および尿毒症毒素であるISの濃度推移を確認した。5/6腎摘出マウスおよびアデニン0.2%含有飼料摂食マウスともにBUNおよびISの血漿中濃度が未処理群と比較して有意に上昇することを確認した。次にアデニン誘発腎不全マウスを用いて、有胞子性乳酸菌(Lactobacillus sporogenes)が腎不全進行に及ぼす影響を評価した。この乳酸菌をアデニン摂食開始と同時に経口投与し、2週間毎にBUNおよびIS濃度を確認した。観察期間において、乳酸菌投与群と非投与群において、血漿BUN濃度に有意な差は認められなかった。血漿IS濃度は、乳酸菌投与群が非投与群と比較して低値であったが、有意な差が認められず、投与8週目において同程度のIS濃度であった。今後は、アデニンの投与期間を見直し、アデニンによる腎不全を誘発後、尿毒症毒素の蓄積により腎不全が進行する進行性腎不全モデルを作製し、様々なプロバイオティクスによる腎不全の進行抑制効果を検討する。平成27年度は乳酸産生菌として、有胞子性乳酸菌(Lactobacillus sporogenes)を用いた。しかし、アデニン誘発腎不全マウスに有胞子性乳酸菌を食餌混合投与および連日経口投与を行ったところ、BUNの上昇を抑制できず、血漿中IS濃度を低下させることができなかった。やや遅れている理由として、評価すべき乳酸菌である耐酸性カプセル封入乳酸菌が平成28年度8月まで購入できないこと、研究室の人員減少に伴い、薬学実習および長期実務実習の負担が大きくなったため、定期的に検討ができなかったこと、モデルマウスの再検討が必要になったこと、など要因が重なったためと考える。次年度は、早急に腎不全の進行抑制効果の評価に適したモデルを確立し、BUNおよび血漿IS濃度の低下を確認後、1糞便中インドール濃度、2トリプトファナーゼ発現量及び活性、3腸内pHおよび4腸内細菌叢の組成変化を評価する。進行性腎不全モデルであるアデニン誘発腎不全マウスはBUNおよびISの血漿中濃度が未処理群と比較して有意に上昇することは確認している。平成28年度は、アデニンによる腎不全を誘発後、尿毒症毒素の蓄積により腎不全が進行する進行性腎不全モデルを作製するため、アデニンの投与期間について検討した。その結果、アデニン投与6週間では、アデニン投与終了後2週間経過してもBUNは低下せず、ISの血漿中濃度も高値を推移した。アデニン投与7週間では、アデニン投与終了後2週間以内に死亡個体が認められたことから、アデニンの投与期間を6週間に設定した。次にアデニン誘発の進行性腎不全モデルマウスを用いて、プロバイオティクスであるカゼイ菌およびプレバイオティクスであるガラクトオリゴ糖の経口投与を行い、BUNおよび血漿IS濃度の変動を評価した。その結果、カゼイ菌とガラクトオリゴ糖の併用群がコントロール群と比較して有意な差がないものの、BUN、血漿IS濃度のどちらも減少傾向が認められた。平成28年度は進行性の腎不全進行モデルが作製できたが研究遂行に想定以上の時間を要した。さらに評価すべき乳酸菌である耐酸性カプセル封入

ビフィズス菌が平成28年8月に購入可能となったばかりであり評価ができておらず、他のプロバイオティクスの評価も一度しか行えていない。また、薬学部の長期実務実習の担当であり、また薬学教育モデル・コアカリキュラム改訂の整備を行っている。研究室の人員減少に伴い、エフォートが当初30%予定していたが、10%ほどしかなかった。インドキシル硫酸(IS)等の尿毒症毒素は、腎機能の低下により体内に蓄積し、腎臓のみならず心臓などの他臓器の細胞も障害する。そのため、腎不全患者において体内の尿毒症毒素を減らすことが重大な課題である。そこで本研究では、腎不全と腸内細菌叢の関連に着目し、慢性腎不全モデルマウスを用いて、プロバイオティクスおよびプレバイオティクスが腎不全進行の抑制および合併症の予防が可能か否かを検証した。本年度は、アデニン誘発腎不全マウスにプロバイオティクスであるLactobacillus casei (L. casei)、プレバイオティクスであるガラクトオリゴ糖(GOS)およびベルベリンを投与し、腎機能およびIS濃度に及ぼす影響を評価した。加えて、ISの前駆体であるインドールの生成に関与するトリプトファナーゼの活性を評価するため、アデニン誘発腎不全モデルマウスにおいて、L. casei+GOS投与群と非投与群のトリプトファナーゼ活性を比較した。アデニン誘発腎不全マウスにL. casei+GOSおよびベルベリン+GOSを投与した結果、非投与群と比較してBUNおよび血漿中ISの濃度変化に有意差は認められなかった。一方、L. casei+GOS+ベルベリン投与群の血漿中IS濃度変化は非投与群と有意な群間差があり、IS濃度を低下させる効果があった。一方、トリプトファナーゼ活性を評価した結果、非投与群とL. casei+GOS投与群に有意な差は認められなかった。以上のことから、これらの薬剤の併用は、腎機能に影響を及ぼさなかったが、血中の尿毒症毒素を減少させる可能性がある。今後、糞便中における細菌のmRNAを測定し腸内細菌叢の組成変化を評価することで腸内細菌叢との関係を解明し、腎不全に対する新たな治療法として開発を進めていきたいと考えている。腸内細菌叢から産生される種々の尿毒症毒素が、腎不全の増悪や合併症発現に関わることが示唆されている。本研究では、腎不全モデルマウスを用いて、腸内細菌叢をターゲットとした腎不全進行の抑制効果を検証した。その結果、腎不全マウスにプロバイオティクスであるLactobacillus caseiとプレバイオティクスであるガラクトオリゴ糖を併用投与した場合、尿素窒素の濃度に影響しなかったが、尿毒症毒素であるインドキシル硫酸濃度を低下させる効果が示唆された。本検討により、プロバイオティクスおよびプレバイオティクスの併用は、尿毒症毒素を減少させることにより、腎機能の悪化および合併症を予防できる可能性がある。アデニンを継続的に投与したことにより、ISのみならずアデニン代謝物も腎臓に蓄積したため、腎不全の進行を乳酸菌が抑制できなかったと考えられる。今後は、アデニンの投与期間を見直し、アデニンによる腎不全の誘発後、ISの蓄積により腎不全が進行していく進行性腎不全モデルを作製し、プロバイオティクスによる腎不全の進行抑制効果を検討する。