hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
先端ナノ組織分析による事故時加熱環境を考慮した原子炉構造材料の劣化機構解明と予測

平成25年度に開始した中性子照射材料のナノ組織解析(陽電子消滅、3次元アトムプローブ、電子顕微鏡等)を継続し、高温環境での照射効果を明らかにした。(1)低合金鋼では、Pの照射促進粒界偏析を定量的に調べ、比較的高濃度のP不純物を含み40年程度以上の稼働に相当する中性子照射量でも、粒界脆化を引き起こす程度の粒界偏析濃度には達していないことがわかった。また、(2)450°C程度の高温に曝された照射材が再び中性子照射された場合、最初の照射に比べてCu不純物の析出が抑制される一方、照射欠陥の形成は促進されるなど、劣化のメカニズムが異なることが明らかになった。(3)肉盛り溶接ステンレス鋼では、δフェライト相におけるNiMnSiクラスター形成の温度依存性を明らかにし、低温側では、従来の熱時効パラメータの予測を超える脆化を示す可能性を明らかにした。2.機械的特性試験と対応する計算機シミュレーション平成25年度に引き続き機械的特性試験を行い、中性子照射材料の脆化挙動を定量的に調べ、3次元アトムプローブ等によるミクロ組織変化やナノ硬さ測定の結果と比較した。その結果、例えば、肉盛り溶接ステンレス鋼のδフェライト相では、低温側では従来の熱時効パラメータの予測を超える脆化を示す可能性を明らかにした。さらに、スピノーダル分解に伴う硬化機構を分子動力学シミュレーション等を用いて定量的に明らかにすることができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。工学26年度が最終年度であるため、記入しない。H24年度に開発した高温その場測定装置等を用いた中性子照射材の分析は計画通りに順調に進み、照射によって形成されるナノ組織が高温でどのように変化するかが明らかになってきた。さらに、当初の予定以外にも、圧力容器の肉盛り溶接ステンレス中のCrのスピノーダル分解が硬化に及ぼす影響を分子動力学シミュレーション、モンテカルロシミュレーション、第一原理計算を駆使することで定量的に明らかにすることができ、実験と理論との対応がより明確になってきた。H24年度は本課題の初年度であるため、主として試料の準備や、装置の開発に集中して研究を進める計画であった。これらは順調に進んだ。さらに、H25年度以降に計画していた既存の材料や分析装置を活用した実験を進め、圧力容器の肉盛り溶接ステンレスの組織変化とそれが機械的特性に与える影響について明らかにすることができた。本課題は、先端の分析手法を駆使することが特徴である。当初の研究計画で予定されていたJMTRによる照射は、東日本大震災後の新規制基準適応審査が遅れており再稼働していない(H26年度中に再稼働予定)が、既存の照射試料を活用するとともに、海外の研究炉(ベルギー原子力研究所SCK/CENのBR2炉)を代替として利用し、成果を上げることができた。今後も、JMTRの再稼働をにらみつつ代替炉等を活用して成果を上げていきたい。また、実験と理論との対応をより密接に取ることにより、組織分析にとどまらず機械的特性の予測につなげていきたい。初年度には陽電子を用いたその場測定チェンバ等を完成させた。今後はこれを活用して、材料のナノ組織変化を詳細に明らかにしていく予定である。
繊維素材・染色技法・汚れの種類を考慮した染織文化財の洗浄及び保存に関する研究

染織文化財の劣化要因は、光、温湿度、大気中の窒素酸化物・硫黄酸化物などの環境条件に加え、繊維素材、染料・媒染剤、汚れの種類等が挙げられるが、これらの相互作用に着目した研究はほとんどなされていない。本研究では、スオウ、コチニール、インド茜等の赤色天然染料を用いて、絹、綿、羊毛の染色布を作成し、粒子汚れ、油汚れ、汗汚れを付着させて高温多湿環境下で強制劣化することにより、染色布の変退色に与える影響を明らかにすることを試みた。変退色の評価には、従来使用されてきた、分光色差計による測色に加え、画像解析システムを用いた色差測定を行い、染織品の変退色評価における画像解析の手法の有効性についても検討した。スオウ、コチニール、インド茜染色布に固体粒子汚れを付着させ、分光色差計で測定したCIE L*a*b*値を画像解析データと比較検討した結果、ほぼ同様の結果が得られ、測定面積の違いが色差に影響を及ぼすことが明らかとなった。このことより、目視での評価に近い情報を得るには、画像解析の手法を用いることが有効であることがわかった。スオウ、コチニール染色布に、油汚れ、汗汚れ(酸性、アルカリ性)を付着させると、スオウ染色布に酸性汗汚れを、コチニール染色布にアルカリ性汗汚れを付着させた場合に色の変化が顕著であった。高温多湿環境で強制劣化させた結果、変退色はコチニール染色布よりスオウ染色布が顕著で、コチニール染色布は1週間の強制劣化で変退色し、その後はあまり変化がなかったが、スオウ染色布は強制劣化の期間が長くなるにつれて変退色も大きくなった。このことから温度や湿度条件は染色布を変退色させる要因の一つであり、コチニール染色布とスオウ染色布では、スオウ染色布のほうが温度や湿度の影響を受けやすいことが分かった。歴史的な有形文化財の中でも衣服等の染織文化財は、失われた過去の衣生活を記録する学術的に貴重な資料であるとともに、衣生活の文化を後世に伝承するという文化的な役割を果たしている。染織文化財の劣化メカニズムは、光、温湿度変化、大気中の窒素酸化物・硫黄酸化物などの環境条件に加えて、繊維素材、染料・媒染剤、汚れの種類等の要因があるが、これらの要因、及び、その相互作用に着目した染織文化財保存の研究はほとんど報告されていない。本研究では、これら要因間の相互作用に注目して染織文化財の劣化メカニズム解明を行い、様々な染織文化財の劣化を抑制し、長期的な保存を可能にする方法を示すことを目的としている。平成28年度は、積分球分光光度計の購入により、試料布等の購入ができなかったため、既存の染色布(繊維2種、天然染料2種)を用いて粒子汚れ(カーボンブラック)を付着させ、画像解析による色の変化と分光光度計による色差の比較検討を行った。染色布に付着した汚れが均一でなくても広い範囲で写真撮影を行い画像解析を行うことで、より目視に近い変退色情報が得られることが示唆された。平成29年度は、高温高湿条件下で染色布の強制劣化の予備実験を行い、劣化条件を決定する。次に繊維の種類及び染料の種類を増やした染色布を作成し、油汚れ及びタンパク質汚れを付着させて強制劣化させ、汚れが染色布の変退色に与える影響を明らかにする予定である。また、目視の評価に近い変退色情報が得られる画像解析の評価方法を構築する。さらに、日本国内の各博物館および美術館等において、染織文化財をどのように洗浄して保存・修復しているか、訪問調査を行う。平成28年度は、積分球分光光度計の購入により他の試料布等の購入ができなかったため、既存の染色布で予備実験を行うにとどまった。平成29年度は、アルバイトを増員して実験を進める。また、博物館や美術館における染織文化財の洗浄、保存・修復方法についての調査についても実施できなかったため、平成29年度に行う予定である。平成29年度は、まず、染色布の変退色を画像解析の手法を用いて評価を行うため、画像解析が染色布に応用できるかどうか検討を行った。モデル染色布には、スオウ、コチニール、インド茜染色布を用い、固体粒子汚れとしてカーボンブラックを付着させた。汚染前後の染色布を、光を遮蔽したボックス内でデジタルカメラで撮影し、画像解析を行うとともに、測色計を用いて測色を行った。画像解析及び測色から得られた色差を比較した結果、色差の変化の傾向は同じであったため、画像解析による評価方法は染色布にも応用できることが明らかとなった。次に、羊毛・絹のスオウ染色布に牛脂汚れ、酸性人工汗液、アルカリ性人工汗液を付着させ、14週間高温多湿環境で強制劣化させ、色差を比較した。

その結果、高温多湿環境で強制劣化を行うことで、汚れが付着していない染色布に比べ、汚れを付着させた染色布のほうが、色差が大きくなっていたことから、汚れなしで強制劣化をさせた染色布よりも、汚れを付着させた染色布の方が変退色が大きく、汚れが変退色を促進させることが明らかとなった。また、博物館及び美術館への調査を行い、染織文化財の洗浄の実情を調査した。平成30年度は、コチニール染色布を用いた同様の実験を行い、スオウ染色布との比較を行う。さらに、強制劣化によって変退色した染色布の引張試験を行い、強度への影響を明らかにする。平成29年度は、3種の染色布に固体粒子汚れを付着させて、画像解析を用いた変退色評価の有効性を確認することができた。また、スオウ染色布を用いて、高温多湿環境下での強制劣化を行い、画像解析による変退色評価を行うことができた。また、博物館や美術館への調査も実施することができた。染織文化財の劣化要因は、光、温湿度、大気中の窒素酸化物・硫黄酸化物などの環境条件に加え、繊維素材、染料・媒染剤、汚れの種類等が挙げられるが、これらの相互作用に着目した研究はほとんどなされていない。本研究では、スオウ、コチニール、インド茜等の赤色天然染料を用いて、絹、綿、羊毛の染色布を作成し、粒子汚れ、油汚れ、汗汚れを付着させて高温多湿環境下で強制劣化することにより、染色布の変退色に与える影響を明らかにすることを試みた。変退色の評価には、従来使用されてきた、分光色差計による測色に加え、画像解析システムを用いた色差測定を行い、染織品の変退色評価における画像解析の手法の有効性についても検討した。スオウ、コチニール、インド茜染色布に固体粒子汚れを付着させ、分光色差計で測定したCIE L*a*b*値を画像解析データと比較検討した結果、ほぼ同様の結果が得られ、測定面積の違いが色差に影響を及ぼすことが明らかとなった。このことより、目視での評価に近い情報を得るには、画像解析の手法を用いることが有効であることがわかった。スオウ、コチニール染色布に、油汚れ、汗汚れ(酸性、アルカリ性)を付着させると、スオウ染色布に酸性汗汚れを、コチニール染色布にアルカリ性汗汚れを付着させた場合に色の変化が顕著であった。高温多湿環境で強制劣化させた結果、変退色はコチニール染色布よりスオウ染色布が顕著で、コチニール染色布は1週間の強制劣化で変退色し、その後はあまり変化がなかったが、スオウ染色布は強制劣化の期間が長くなるにつれて変退色も大きくなった。このことから温度や湿度条件は染色布を変退色させる要因の一つであり、コチニール染色布とスオウ染色布では、スオウ染色布のほうが温度や湿度の影響を受けやすいことが分かった。平成29年度は、モデル染色布を作成し、汚れを付着させて強制劣化条件確立のための予備実験を早急に行う。さらに、画像解析を用いた変退色評価方法を確立し、分光光度計による色差と比較して、より目視による評価に近い条件を設定する。さらに、日本国内の博物館及び美術館を訪問し、染織文化財の洗浄、保存・修復方法を調査する予定である。平成30年度は、コチニール染色布の種類を変え、高温多湿環境での強制劣化が染色布の変退色に与える影響を明らかにし、染料の違いとの関係を検討する。さらに、汚れを付着させて強制劣化した染色布の強伸度測定を行い、繊維自体の劣化状況を明らかにする。さらに、博物館及び美術館への調査を実施する。研究分担者が平成28年度に予定していた予備実験を実施できず、平成29年度に実施することになったため、予定していた消耗品が購入できなかった。また、研究分担者が平成28年度に予定していた博物館や美術館への調査を実施することができず、平成29年に実施することになった。(理由)研究代表者及び研究分担者の予定していた実験の一部が実施されなかった。
サウジアラビアにおける古代都市文明の考古学的研究

本研究は、南メソポタミアで前4千年紀後半に成立した古代都市文明が、どのような形で周辺の地域、特にペルシア湾を通してサウジアラビア沿岸地域やイラン東南部地域に波汲していったかを考古学的に明かにしていくことを目的としていた。農業生産性が高く、それゆえ人口増加の著しかった南メソポタミアでは、その結果生じた人口圧を回避するために社会の階層化が進展し、都市文明社会を形成していった。この都市社会を維持するためには多量の金属や貴石、木材等の資源を必要とする。これらの資源は南メソポタミア外の地域に求めざるを得ず、その交易活動を支えるために、最初は南メソポタミア主導の交易網が作られ、その交易活動にまき込まれた土着の諸文化が都市文明の種々の要素を取り込み、都市化が進展するというプロセスが想定されるのである。上記のプロセスはシリア方面では、ハブバ・カビ-ラ遺跡における交易植民都市の成立と、続くエブラ王国の成立という過程の中である程度実証されている。しかし、サウジアラビア沿岸部、及び東南イラン方面では充分な研究の蓄積が行われておらず、今後の研究に待つところが大きい。特にサウジアラビア沿岸地域では、前5千年紀から4千年紀前半のウバイド文化の流入と前3千年紀初頭のジェムデド・ナス-ル文化との関連が認められるが、南メソポタミアの都市文化の勃興期であるウルク文化との関係が全く不明なままとなっているのである。本研究は上述のような問題に関連する遺跡のジェネラル・サ-ヴェイとして位置付けたもので、その際、ウルク文化波汲のメルクマ-ルとなるのは遺跡表土に散布する土器片の中にウルク的な土器が含まれているかどうか、特にビベルド・リム・ボウルと呼ばれる粗製無紋の碗形土器の存否である。この種の土器が発見されれば、南メソポタミアの人々が直接その他に来て交易活動に従事していた可能性が高く、発掘調査を行えば、円筒印章や封泥、プロト・エラム文字粘土版などの出土が期待出来るのである。今回の調査では、湾岸危機に伴う情報変化のため、サウジアラビアにおける調査が実施出来ず、平成三年度の調査として東南イランでのみ実施した。平成三年度の調査では、イラン東南部、ル-ト砂漠の西端に位置するシャ-ダ-ド遺跡に重点を置き、同じワジ水系に含まれる谷で遺跡分布調査を行った。このシャ-ダ-ド遺跡は1960年代末にイラン考古学センタ-等の手によって試掘が行われたが、極く簡単な概報が出版されただけで、全貌をつかむことが非常に困難だったのである。本調査の結果を要約すると、(1)シャ-ダ-ド遺跡の全面を踏査したが、ウルク的な土器は1点も採集されなかった。採集された土器は土色地無紋土器、及び赤色地黒色彩文土器で、前3千年紀後半に位置付けられる。概報告に示唆されている前4千年紀ー前3千年紀という年代観は明かに巾が広すぎるもので、都市文明波汲の第2段階、すなわち土着の文化による広域交易網への参入を物語っているのではないかと思われる。(2)シャ-ダ-ド遺跡と水系を同じくする谷に、同時期、あるいは先行する時期の遺跡が認められないということは、(1)に述べた可能性を支持するものである。(3)ケルマンの南方の丘陵地帯に位置するタイ・イ・イブリス遺跡でウルク様式の土器を確認したが、銅鉱山の分布するこの地域が交易綱に最初に組込まれたことを物語る。農耕が可能なこの地域を後背地として、更に東方に交易都市としてのシャ-ダ-ドが営まれるようになったが、その契機がアフガニスタン西部の錫なのか、あるいはパキスタン西部のラピスラズリなのかは、今後の調査が必要であろう。

この種の土器が発見されれば、南メソポタミアの人々が直接その他に来て交易活動に従事していた可能性が高く、発掘調査を行えば、円筒印章や封泥、プロト・エラム文字粘土版などの出土が期待出来るのである。今回の調査では、湾岸危機に伴う情報変化のため、サウジアラビアにおける調査が実施出来ず、平成三年度の調査として東南イランでのみ実施した。平成三年度の調査では、イラン東南部、ル-ト砂漠の西端に位置するシャ-ダ-ド遺跡に重点を置き、同じワジ水系に含まれる谷で遺跡分布調査を行った。このシャ-ダ-ド遺跡は1960年代末にイラン考古学センタ-等の手によって試掘が行われたが、極く簡単な概報が出版されただけで、全貌をつかむことが非常に困難だったのである。本調査の結果を要約すると、(1)シャ-ダ-ド遺跡の全面を踏査したが、ウルク的な土器は1点も採集されなかった。採集された土器は土色地無紋土器、及び赤色地黒色彩文土器で、前3千年紀後半に位置付けられる。概報告に示唆されている前4千年紀ー前3千年紀という年代観は明かに巾が広すぎるもので、都市文明波汲の第2段階、すなわち土着の文化による広域交易網への参入を物語っているのではないかと思われる。(2)シャ-ダ-ド遺跡と水系を同じくする谷に、同時期、あるいは先行する時期の遺跡が認められないということは、(1)に述べた可能性を支持するものである。(3)ケルマンの南方の丘陵地帯に位置するタイ・イ・イブリス遺跡でウルク様式の土器を確認したが、銅鉱山の分布するこの地域が交易綱に最初に組込まれたことを物語る。農耕が可能なこの地域を後背地として、更に東方に交易都市としてのシャ-ダ-ドが営まれるようになったが、その契機がアフガニスタン西部の錫なのか、あるいはパキスタン西部のラピスラズリなのかは、今後の調査が必要であろう。研究廃止本年度の調査の主要な対象は、イラン東南部、ル-ト砂漠の西端に位置するシャ-ダ-ド遺跡である。この遺跡は1960年代末にイラン考古学センタ-とテヘラン大学の手で試掘が行われ、前3千年紀のユニ-クな文化と中央アジア(アフガニスタン)や西南イラン(エラム文明)との接触・交易関係を物語る遺物が発見されている。しかし、墓地の一部が発掘されただけで、しかも極く簡単な概報が出版されただけに終り、都市の全体の姿、遺跡を巡る環境や立地の問題については明らかにされてこなかった。本調査では(1)シャ-ダ-ド遺跡全体を見て都市構造が明らかにし得るかどうか、つまり、今後の発掘調査に価するかどうかを確認すること、(2)シャ-ダ-ド遺跡の周辺に都市を支える農耕村落が存在するかどうか確認することを目的とした。(1)の問題に関しては、表面採集により青銅治金工房の存在を物語る地点を確認したが、もう一つの関心事であるラピスラズリを中心とした貴石攻玉工房については存在を確認し得なかった。全体に文化層が浅く、しかも風蝕が甚だしく、良好な発掘地点は存在しない。(2)の問題に関しては、同一水系の谷には時同期の農耕村落遺跡は発見されなかった。この点はメソポタミアの古代都市文明との大きな差異であり、乾燥化に伴う諸集落の放棄とシャ-ダ-ド遺跡への集中という事前の予想を覆すものである。金属や貴石の交易だけではなく、それを支える食料物資の交易をより広い観点で考察しなければならないであろう。
金属間多重結合含有クラスターを元素ブロックとしたレドックス活性高分子材料の創出

複数の遷移金属が近傍に配置された多核金属クラスター錯体は単核金属錯体とは異なる特異な反応性を示すことが知られている興味深い元素ブロック群の一つである。われわれは元素ブロックの特異な性質の解明を目的として、多核金属クラスター錯体を基盤とした反応開発、ならびに、選択的な異種金属導入に関する研究を進めてきた。中でも、パドルホイール型二核錯体は、四つの架橋配位子を変更することで二核金属コアの酸化還元電位を広範囲の電位幅で制御可能であるのみでなく、アキシアル位のルイス酸部位を触媒反応に利用できることから、複数の機能を有する興味深い元素ブロックの一つである。可逆的な1電子酸化還元がスムーズに進行する触媒候補として、ベンゾエート配位子、アミジネート配位子、もしくはグアニジネート配位子を有するモリブデン二核クラスター分子を用いたところ、ラジカル反応の触媒系に対して、有機ケイ素化合物の一つであるビス(トリメチルシリル)シクロヘキサジエン誘導体を水素供与体かつ二核金属種の還元剤として用いることにより、モリブデン二核錯体によって炭素ーハロゲン結合切断が進行し、その結果ハロゲン化アルキルの触媒的な脱ハロゲン化反応が進行することを見出した。特に、架橋配位子として二つのアセテート配位子と二つのアミジネート配位子を有するトランス型錯体が最も高い触媒活性を示すことが分かった。さらには、nBu4NClを添加すると触媒活性は向上するとともに、高い触媒活性を示すジアニオン性モリブデン二核錯体が生成することを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。複数の遷移金属を含む多核金属錯体は、金属同士が近傍に配置されていることから単核金属錯体とは異なる特異な反応性を示すことが知られており、興味深い元素ブロック群の一つである。われわれは多核金属錯体を基盤とした反応開発を進めており、特に金属間結合を含む多核錯体を中心とした新しい元素ブロックの合成と複数の金属の近接効果を利用した触媒反応開発をターゲットとして研究を展開している。可逆的な1電子酸化還元がスムーズに進行する触媒候補として、ベンゾエート配位子、アミジネート配位子、もしくはグアニジネート配位子を有するモリブデン二核クラスター分子を用いたところ、配位子の電子供与性によりラジカル付加反応とラジカル重合反応の制御が可能であることをこれまでに報告した。さらに、アキシアル位が示すルイス酸部位を利用することで、二つの特性を最大限に活用した連続反応に応用できることがわかった。すなわち、αーハロカルボニル化合物の脱ハロゲン化反応において、還元剤としてビス(トリメチルシリル)ジアザシクロヘキサジエン誘導体を添加することで、BTDPがMe3Si源として作用し、脱ハロゲン化ーシリル化反応であるシリルエノラート化合物が高収率で得られた。また、アキシアル位のルイス酸性を用いてベンズアルデヒドを添加することにより、ルイス酸触媒反応である向山アルドール反応が進行することを見出した。このように、金属間に多重結合を有する金属クラスター錯体の触媒反応に対する有用性を明らかにした。研究開始当初に見出していたラジカル反応に対する特性に加え、ルイス酸触媒反応に対する反応性も明らかにすることに成功し、様々な触媒反応へ展開しつつある。また、クラスター分子ならではの酸化還元特性とルイス酸性の両面性を活かした研究成果は、ルイス酸性を利用した配位高分子化につながる知見であり、今後のクラスター触媒の複合化に向けて研究を展開可能であるため。金属間に多重結合を有する6族遷移金属のパドルホイール型二核錯体は、四つの架橋配位子を様々に変更することで二核金属コアの酸化還元電位を広範囲の電位幅で制御可能であることに加えて、アキシアル位をルイス酸部位として触媒反応に利用できることから、「bifunctional catalyst」として作用する金属元素ブロックの一つである。そこで、ルイス酸性を利用した配位高分子化と触媒特製の発現、に向けた研究を推進する。
軟骨膜の軟骨生成能を利用した3次元的組織再建法の開発

調査約3kg雄の家兎耳介を用い、ネンブタールによる全身麻酔にて以下の調査を行った。1.軟骨膜の軟骨形成能のみを利用した場合の固定期間とその後の後戻りの調査:軟骨膜-軟骨間を剥離、軟骨を除去核、90度に湾曲した熱可塑性プラスチックをあてた。固定期間は4週と8週、装具除去後、1週毎に角度を測定し組織学的検査を行った。2.軟骨と軟骨膜を併用した場合の固定期間とその後の後戻りの調査:軟骨に5mm間隔で横方向の切開を多数加えた後、1.と同様の熱可塑性プラスチックをあてた。固定期間は4週と8週で、装具除去後、1週毎に角度を測定して1.と同様に行った。3.rh-BMPの影響:4種の濃度を設定し、rh-BMPを手術操作時に投与、経時的に組織を採取、約1cm幅で切除し、断端の軟骨、骨の形成部位、厚さの確認、強度(弾性)測定、数種の染色法で病理組織学的に軟骨、骨の誘導部位を確認した。4,8,12週で行い比較検討した。結果結果として、1.では後戻りの遅さ、程度伴に固定期間に依存していることがわかった。2.では、8週群では切開部位の軟骨端同士を連続するように軟骨形成が行われていることがわかった。また、その後の後戻りの遅さ、程度伴に固定期間に依存しているものの、1.にくらべ程度が少ないことがわかった。以上より軟骨を切開するだけでも術後管理で十分な固定がなされれば自然な形態を得られることが示唆された。3.は、rh-BMPは低濃度では濃度依存性に軟骨、骨ともに誘導できた。高濃度では骨の誘導が中心であり、軟骨には抑制的に働いた。しかし、骨形成量は濃度に依存はせず、その他の外的因子に多く左右されると考えられた。形成は部位により異なるがある一定の範囲内であり、再建形態の維持には有用と考えられた。結論軟骨の生成吸収過程に関する従来不明であった要素の一部を解明できた。本研究により、立体構造(全耳介、全外鼻等)を再建できる技術を実験的に開発した。本結果を利用し臨床応用が可能と考えられる。軟骨膜の軟骨生成能に関する基礎的研究として、軟骨膜の生成過程を調査するため、約3kg雄の家兎耳介を用い、ネンプタールによる全身麻酔により以下の実験を行った。1.軟骨膜、軟骨間で剥離を行った後に軟骨を5×3cm除去し、同部位の軟骨の形成の程度を4週、8週、12週で比較した(各5匹)。その結果、4週では、2匹で小範囲に幼弱な軟骨を認めたものの、殆どの範囲に出現は認められなかった。8週では、5匹中1匹で感染を認めたものの、他の4匹においては、前範囲の50%以上で軟骨形成を認めた。12週では、5匹とも50%以上の範囲で軟骨形成を認めたが、8週群と有意差を認めなかった。従って、軟骨形成については約8週の経過観察で十分と判断した。2.軟骨膜の軟骨形成能を利用し、以下の条件で人間耳介の形態の作成を試みた(各5匹)。

a家兎耳介の軟骨を除去したのち、耳介形態の装具で約8週間固定したものb家兎耳介の軟骨を一度aと同様に除去した後に、軟骨を蜂巣様構造に細工し、元の位置に戻した後、aと同様に固定するc軟骨膜とその上の皮膚を有茎複合組織として挙上、背部皮膚と背中合わせになるよう縫合したのち、aと同様に固定した。結果としては、全群2例ずつ感染、褥創形成を認めた。他の例においてはa群は軟骨形成はみられたものの、拘縮により団子状に形成され、耳介形態とはならなかった。b群は良好な耳介形態が作成された。c群は背部皮膚と軟骨間で強い瘢痕形成があり、軟骨形成は不十分であり、耳介形態作成も困難であった。問題点としては、より軟骨形成能を向上させる条件を今後探していくこと、および、一度b群で形成された形態がその後長期の経過観察でどうなるかを調査させることと考えられた。次に、臨床的調査として、軟骨を血流を維持したまま移動した場合の吸収が生じているか、また経時的に形態の変化が起きているかを、軟骨皮膚弁の手術を要した患者に対し調査を行った。結果、手術時に周囲との固定が良好であれば、また、周囲に瘢痕拘縮が認められなければ形態は良好に維持されることがわかった。平成11年度の調査から軟骨膜の軟骨形成能を利用した立体組織の再建が可能であるという示唆を得た。しかしながら、再建された形態は経時的経過をみると徐々に変形してくることが問題となった。そこで、形態の維持を得るための固定期間の調査を行った。約3kg雄の家兎耳介を用い、ネンブタールによる全身麻酔にて行った。1.軟骨膜の軟骨形成能のみを利用した場合の固定期間とその後の後戻りの調査:軟骨膜-軟骨間を剥離、軟骨を除去し、軟骨膜-皮膚を、3x6cmで、中央から90度に湾曲した熱可塑性プラスチックをあてた。固定期間は4週と8週で、各5羽に行った。装具除去後、1週毎に角度を測定し、一部biopsy、H-E染色で組織学的検査も行った。結果として、後戻りの遅さ、程度伴に固定期間に依存していることがわかった。2.軟骨と軟骨膜を併用した場合の固定期間とその後の後戻りの調査:軟骨膜-軟骨間を剥離、軟骨5mm間隔で横方向の切開を多数加えた後、3x6cmで、1.と同様の熱可塑性プラスチックをあてた。結果として、8週群では切開部位の軟骨端同士を連続するように軟骨形成が行われていることがわかった。また、その後の後戻りの遅さ、程度伴に固定期間に依存しているものの、1.にくらべ程度が少ないことがわかった。よって、臨床的には、従来耳介の再建において、手術を行った場合耳介の自然な形態を得るのは難しかったが、軟骨を切開するだけでもその後術後管理で十分な固定がなされれば自然な形態を得られることが示唆された。次年度の調査としては、1.本研究の臨床応用2.再生軟骨の形態維持を可能にする材料(rhーBMP2などの薬剤の投与)および、軟骨再生量を増加させる因子の調査を行う。調査概要約3kgの家兎耳介を用い、ネンブタールによる全身麻酔下に、立体組織再建技術を調査した。本年は、軟骨-軟骨膜間を剥離、軟骨を一部切除後rh-BMPを投与し、軟骨、骨形成能を組織学的に調査した。調査内容としては、4種の濃度を設定し、rh-BMPを手術操作時に投与、経時的に組織を採取、約1cm幅で切除し、断端の軟骨、骨の形成部位、厚さの確認、強度(弾性)測定、数種の染色法で病理組織学的に軟骨、骨の誘導部位を確認した。4,8,12週で行い比較検討した。結果rh-BMPは低濃度では濃度依存性に軟骨、骨ともに誘導できた。高濃度では骨の誘導が中心であり、軟骨には抑制的に働いた。
大学等における情報処理教育カリキュラムの設計と評価に関する研究

情報処理教育カリキュラムの問題点を調査し、コンピュータサイエンスのモデルカリキュラムの設計と評価の基本的考え方をまとめた。特に、ネットワーク時代・マルチメディア時代におけるコンピュータサイエンスのモデルカリキュラムを検討した。具体的には1.社団法人情報処理学会により提案されたモデルカリキュラムJ90の後継カリキュラムであるJ97を取り上げ、今後10年間のコンピュータサイエンスの教育の在り方を検討した。2.情報ネットワークにおける倫理の問題を調査し、今後研究すべき課題を検討した。3.情報系専門学科(情報工学科、情報科学科、情報システム工学科、など)だけでなく、理工系学部一般のための情報処理教育カリキュラムについて、取り上げるべき項目を検討した。4.コンピュータサイエンスの学問的本質と特徴を表す諸概念を調べ、教育に反映する方法を検討した。5.近年、コンピュータサイエンスが専門に細分化されつつあり、一方、コンピュータの性能が向上するとともに操作方法が複雑になり、学問ではない操作技能の習得に教育の時間を費やしなければならない事態が発生していることに対する問題点を論じ、今後の検討課題を調べた。申請者らがかつて作成した情報処理学会のコンピュータサイエンスのモデルカリキュラムJ90は5年前のもので、しかも「暫定カリキュラム」であったため、急いで改訂する必要がある。本年度は、次世代カリキュラムを検討する前段階として、モデルカリキュラムを各大学で具体化して実現上で解決しなければならない問題を調査することにした。また、カリキュラム編成に不可欠なカリキュラムの評価の方法を検討することにした。具体的には次の項目について研究した。1.全国の大学の情報系専門学科のカリキュラムと時間割、教員の配置、コンピュータ整備状況など、調査・分析のための項目を検討し、モデルカリキュラム実施上の問題点を探った。2.モデルカリキュラムJ90に検討を加え、具体的内容についての詳細化をはかった。特に、シラバスレベルの詳細を記述するための検討をした。3.大学の理工系学部一般のための情報処理教育カリキュラムについて検討するための調査項目を検討した。4.コンピュータサイエンスの学問的本質と特徴について、公理的アプローチの試案を作成し検討した。来年度は、コンピュータサイエンスのカリキュラムの設計方法のガイドラインを作りたいと考えている。本年度は、次世代の情報処理教育カリキュラムを検討する準備として、各大学において生じているカリキュラム上の問題点を調べることに重点をおいた。特に、近年発展の著しい情報ネットワークに関連して、情報の伝搬が著しく高速で広範囲であるインターネット上での電子メールやWWWで生じている倫理上の問題を集中的に調べることにした。具体的には、次の項目について研究・調査した。1.申請者が所属する学科(情報工学科、電子情報工学科、機械情報工学科、情報システム工学科、等々)における、情報ネットワークに関する教育の実態について検討し、カリキュラム上の問題点を探った。2.情報処理学会のモデルカリキュラムJ90に検討を加え、情報ネットワークに関連した部分の強化について検討した。3.情報系専門学科だけでなく、理工系学部一般のため情報処理教育カリキュラムについて、取りあげるべき項目を検討した。4.コンピュータサイエンスの学問的本質と特徴についての申請者らの公理的アプローチの試案を、詳細に検討し、発展させた。来年度は最終年度であるので、ネットワーク時代.マルチメディア時代のためのコンピュータサイエンスのモデルカリキュラムの設計と評価のガイドラインを作成したいと考えている。本年度は、次世代の情報処理教育カリキュラムを設計し評価する方法に重点をおいて研究した。1.インターネットを利用した情報処理教育の方法について、実例を参考にしながら、検討した。特に、技術文書の書き方の教育をインターネットを介して行う方法について、検討した。実際に大学と高専の間で行われた例をもとに検討した。J90の改訂作業が進んでいることも考慮して、改訂作業グループと連絡をとりながら、検討した。3.現時点では無法社会であるとも言える情報ネットワークにおける倫理教育について、検討した。知的所有権、ネットワークにおけるエチケット、ネットワークに流す情報の質の確保、等について、教育内容を検討した。4.情報系専門学科だけでなく、理工系学部一般のための情報処理教育カリキュラムについて、具体的に検討した。5.コンピュータサイエンスの学問的本質と特徴についての申請者らの公理的アプローチの試案を、詳細に検討し、発展させた。6.コンピュータサイエンスの基礎理論の教育について、実施方法を中心に、検討した。7.産業界で必要とされている情報技術者の素養について、検討した。8.報告書のまとめについて検討した。
排水用暗渠管周囲における環境計測

本年度には、以下の(1)(3)を行った。まず、(1)昨年に作成したシミュレーションモデルを2次元飽和モデルから3次元不飽和モデルに拡張して、より詳細なシミュレーションが可能であることを確かめた。境界条件が比較的複雑であろうと考えて陽的計算手法を選択したのであるが、この計算方法は欠点として、振動しやすいことと演算時間が長いことがあげられる。そこで、多少の工夫を行って振動しない計算手順を開発した。したがって、このモデル利用に関する欠点は演算時間のみである。しかし、計算機の性能向上は著しく、我々は楽観的に考えている。現在、実時間で数時間程度の計算であればパソコンでも何とか計算可能である。(2)昨年の計算結果から、窒素の流出が暗渠排水として特徴的であったので、その窒素流出のシミュレーションを行った。これは時間に関する常微分方程式を解くモデルであり、麦畑に関する白谷らの論文を参考にした。工夫した点は、永年作物であるお茶に対応できるように変更したことのみである。結果は良好であり、実測値と良く適合した。(3)暗渠排水と地表排水の実測値を収集・集積した。観測項目は、水温、EC,濁度、硬度、COD、オルトリン酸、硝酸性窒素、およびpHである。しかし、平成10年10月末の台風によって、流域とした造成階段畑の急傾斜部で多くの樹木が転倒したために、その時点を一応の区切りとした。この考察は現在、試行中であり、報告書には資料として添付した。本年度には、当研究の拝啓となるダム湖湖面の汚濁に関する報告を研究発表した上で、当研究に着手した。当研究の背景は農地からの排水が流出してゆくであろうダム湖湖面の水質に言及したものである。詳細は別枠に紹介した研究報告と図書に示したが、要点は(1)湖面で植物プランクトンが繁茂した状態と、茶褐色の濁水が流入した状態との2つが同時に発生することは経験的に頻度が小さく、このことがランドサットなどの衛星を利用した湖面のモニタリングに役立つ可能性が大きいこと、および(2)汚濁の少ないジャティルフルダムについて求めた固形浮遊物の沈降速度と湖水の滞留時間は安濃ダムの湖水と比べて良いという訳ではなかった、したがって、ダム湖の有する浄水機能には何か別の要因を探す必要がある、といったことであった。本年にはこういったダム湖の上流側にある農地からの暗渠排水を考えて、三重大学附属農場での現地調査と室内実験に着手した。その結果、現地観測結果から、(3)暗渠排水の電気伝導度(EC)の大きさは短い時間変動にはあまり左右されず長期的な視点で捉える必要性があること、(4)短時間変動する可能性の大きいものとしては濁度が考えられること、および、室内実験で(5)暗渠管周囲の疎水材としてスラグを用いることで、通水機能を落とすことなく排水中の何割かのCODの低減を期待できることなどが確かめられつつある。スラグとの比較には従来良く用いられているものを参考に、もみがら、貝殻、グラスウ-ル、およびガラスビーズを使用した。本年度には以下のことを確かめた。(1)廃水水質向上のために,昨年度とは手段を代えて(暗渠疎水材に代わるの手段として)暗渠管中へのコンポザイムの投入を試行した。その結果,管内における濃度変化には拡散方程式を近似的に利用できることを確認した。しかし,水質は逆に劣化しオルト燐酸濃度などの上昇が見られた。今後,投入する混和剤を再検討する必要性がある。(2)暗渠排水の濁度やCODが,開渠排水の水質よりも良いことを期待して三重大学附属農場にて実測を行った。その結果,濁度の負荷量に関して,暗渠排水のものは開渠排水のそれよりも小さいか同じであることを確認した。(3)附属農場の各所でぼ同時に水質を測定して,水質濃度の意味を再確認した。

その結果,濁度の濃度の対数値は,硝酸濃度の対数値と逆相関関係にあることが確められた。この硝酸濃度の対数値は電気伝導度の対数値と相関関係が高かった。(以上の(2)と(3)は,開渠排水から暗渠排水への変化に伴う濁度の負荷量の減少のみならず,硝酸濃度と電気伝導度の増加を示唆しているが,現在,詳細を調査中である。)(4)最後に,暗渠管周囲の水分移動の詳細に関してシミュレーンモデルを作成して検討した。その結果,暗渠管からの排水量の時間変動が比較的大きいことが確認された。逆に,盛土部から暗渠管を通らずに排出される成分は時間変動が比較的小さい。これは,水文学的に見て,暗渠排水量が直接流出量に相当し,盛土部から暗渠管を通らずに排出する成分が基底流出量に相当することを示唆している。次には,実際の流出量との整合性を調整する必要がある。なお,当流域に関するマニング則の適用と,当研究の背景(ダム湖湖面の汚濁)に関しては,それぞれ研究論文として投稿中である。本年度には、以下の(1)(3)を行った。まず、(1)昨年に作成したシミュレーションモデルを2次元飽和モデルから3次元不飽和モデルに拡張して、より詳細なシミュレーションが可能であることを確かめた。境界条件が比較的複雑であろうと考えて陽的計算手法を選択したのであるが、この計算方法は欠点として、振動しやすいことと演算時間が長いことがあげられる。そこで、多少の工夫を行って振動しない計算手順を開発した。したがって、このモデル利用に関する欠点は演算時間のみである。しかし、計算機の性能向上は著しく、我々は楽観的に考えている。現在、実時間で数時間程度の計算であればパソコンでも何とか計算可能である。(2)昨年の計算結果から、窒素の流出が暗渠排水として特徴的であったので、その窒素流出のシミュレーションを行った。これは時間に関する常微分方程式を解くモデルであり、麦畑に関する白谷らの論文を参考にした。工夫した点は、永年作物であるお茶に対応できるように変更したことのみである。結果は良好であり、実測値と良く適合した。(3)暗渠排水と地表排水の実測値を収集・集積した。観測項目は、水温、EC,濁度、硬度、COD、オルトリン酸、硝酸性窒素、およびpHである。しかし、平成10年10月末の台風によって、流域とした造成階段畑の急傾斜部で多くの樹木が転倒したために、その時点を一応の区切りとした。この考察は現在、試行中であり、報告書には資料として添付する予定である。
ゲノムインプリンティングの異常によるマウス脳腫瘍モデルの構築

悪性脳腫瘍の一部では、腫瘍特異的な代謝によってエピジェネティックな因子の制御に異常がみられることが報告されている。その標的分子であるメチル化DNAをヒドロキシル化し、脱メチル化する機能をもつ遺伝子であるTET1とTET2の膠芽腫における発現を検討した。膠芽腫細胞や組織においてTET1は正常星状細胞や正常脳組織と同程度の発現を示した。一方、TET2は膠芽腫細胞株では正常星状細胞と同様に発現が低かったが、膠芽腫組織では正常脳組織と比較して高い発現を示すことを見出した。膠芽腫の発生にTET1が関与することが報告されているがTET2も重要な機能を担っていると考えられる。有意なDNA変異を伴わずエピジェネティクスの異常による脳腫瘍の発生モデルを構築するために、発がん時に発現異常を起こすメチル化DNAに関与する遺伝子を探索した。DNAメチル化を維持する遺伝子DNMT1は膠芽腫において顕著な発現の変化は見出されなかった。当初の予定通りDNMTをノックアウトするコンストラクトの作成にも着手している。脱メチル化において重要な役割を果たすDNA脱メチル化関連遺伝子Tet1の発現ベクターを作成した。Tet1の過剰発現や一時的なノックダウンによるインプリントの消失(LOI)を伴うエピジェネティクスの異常を誘導したES細胞を神経系細胞に分化誘導後、マウス脳内への移植により腫瘍の発生を観察する準備を進めている。また、ウイルスベクターの構築も実施することで神経幹細胞にLOIを誘導する系の構築も進めている。混合系統のES細胞入手に手間取った。エピジェネティクスの異常による脳腫瘍の発生機構を解明するために、膠芽腫細胞と組織においてDNAメチル化の制御に関与する遺伝子の発現量を検索した。DNAメチル化のレベルは、CpGのシトシンにメチル基を負荷する酵素と脱メチル化する酵素の活性により規定されていると考えられている。神経膠腫や膠芽腫の一部では、IDH1/2の変異によりoncometaboliteである2-HGが産生された結果、脱メチル化酵素TET (ten-eleven translocation)の活性を阻害することが報告されている。IDH1/2に変異をもつ膠芽腫では、TETsの阻害により脱メチル化が出来なくなるためにDNAメチル化が蓄積し、特徴的なメチル化DNAのパターン(G-CIMP)を示す。IDH1/2に変異を示さない膠芽腫においてTETsの発現異常は、エピジェネティックな異常を引き起こすことで発がんを惹起している可能性があるために、本課題では、このTETsの発現量に着目し、定量的PCRを用いて解析を行った。膠芽腫細胞株や組織においてTET1の発現量の大きな差は観察されなかった。一方、TET2に関しては、正常星状細胞と比較して膠芽腫の細胞株、初代培養細胞、スフェアにおいては差が殆ど見られなかったが、腫瘍組織においては正常脳組織と比較して有意に発現量が多いことが観察された。膠芽腫におけるTET2の発現亢進は、この腫瘍におけるエピジェネティックな異常に寄与している可能性が考えられる。また、培養細胞ではTET2の発現に大きな差異が見られなかったことからTET2の発現制御には腫瘍組織内の微小環境が関与することも考えられた。当初の予定通りに研究を遂行する。新たな工夫としては、Tet1によるインプリントが消失する系を確立する。脳神経外科学研究が遅延したために使用しきれなかった。当初の計画通りに実施する。主に実験動物の購入に使用する。
バイオ燃料の持続可能性指標の構築と日本型バイオ燃料生産システムに関する研究

本研究は、GBEPのバイオエネルギーに対する24の持続可能性指標の構築に貢献してきたが、これらの指標はとりわけ、バイオ燃料に関連する貿易の影響を評価することが困難で改善の余地があることが明らかとなった。このためには、バイオ燃料の原料および製品を生産する国々が、これら指標の作成に必要な情報を共有できるシステムが必要で、これには環境勘定のフレームワークが有用と考えている。わが国におけるバイオエネルギー生産システムの課題としては、原料栽培や燃料生産プロセスにおける環境効率の改善があげられた。今年度,本課題においては,以下の2つの作業に取りかかった。第1に,国内外におけるバイオ燃料持続可能性基準策定の議論を整理した。現在,GBEP(世界バイオエネルギー・パートナーシップ)においては,環境,社会,経済およびエネルギー安全保障の3つの柱立てを基礎に,バイオ燃料の持続可能性指標の選定作業が行われている。本課題では,GBEPにおいては具体的にどのような指標がどのような根拠で選定されるのかについて議論を整理した。第2に,持続可能性指標を実際にどのように計測できるか検討作業を行った。環境の経済評価に関しては,これまで多数の手法が開発されてきた。これらのうちバイオ燃料の評価に適したものはどれであるのか,またどのような改良が必要なのかを検討した。この結果,(1)いくつかの持続可能性指標に関しては,データ制約上,実際の計測に困難であること,(2)一部の国においては指標自体意味のないものになる可能性があること,の2点が明らかになった。さらに,これらの検討結果を踏まえ,日本の事例に適用可能な持続可能性指標として,環境と経済の双方を捉える総合的指標の提案を行い,日本の事例において計測を行った。その結果,北海道十勝地方におけるバイオエタノール生産を想定した事例では,バイオエタノール生産導入により,地域全体として持続可能性指標は改善に向かうと結論づけられた。本課題で得られた成果は,国際的な場で議論されている持続可能性指標をそのまま日本に適用しようとしても,一部指標については計測できない,する意味がないなどの結果となり,日本のバイオ燃料持続可能性を測るには,独自の指標が必要であることを示唆するものである。今後,GBEPにおいて持続可能性指標の議論を行う際には,さまざまな理由により,計測できない指標の取扱いをどうするかの検討も必要であり,この点を示唆した本課題は今後の議論に非常に重要な示唆を与えると考える。今年度は,主に我が国のバイオ燃料生産の持続可能性評価に適用できる具体的手法の選定作業に従事した。その結果,「環境経済統合勘定(SEEA)」を適用し,ここから得られる情報より世界エネルギーパートナーシップ(GBEP)で策定中の持続可能性指標を評価することが望ましいとの結論を得た。しかしながら,SEEAは環境と経済に関するデータは整理できるものの,社会的なデータについては評価できず,GBEPで議論されている環境・経済(+エネルギー安全保障)・社会という3つの柱での持続可能性評価には不十分であることが判明した。そこで,環境・経済・社会の3側面を捉えられる持続可能性指標としては,「持続可能経済福祉指標(ISEW)」を適用することとした。ただし,ISEWはマクロ的な持続可能性指標とはなりうるものの,主に消費・支出側面に焦点を当てた指標であるため,バイオ燃料の生産側面に適用するには手法の改良が必要という課題が明らかになった。また、北海道空知管内を対象にバイオエタノール用米の生産可能量について線形計画法を適用した試算を行った。その結果、バイオ米は秋小麦収量が低い地域で,秋小麦の代わりに入る可能性があること。バイオ米は食用米田植え期の労働がかぶるのを避けるために直播にする必要があること。一定規模の面積(少なくとも13ha程度で北海道平均11ha強以上の面積が必要)がないとバイオ米が入る余地がないことが明らかとなった。分析上の問題点としては、食用米の比例利益設定の問題、転作における連作制約を考慮していない点、費用や労働時間の係数データは市町村別にできない点などがあり、改善方向としては、北海道の平均的な水田経営モデルを作成し,転作パターン,規模拡大などのシナリオ分析を行う必要性があることがあげられる。本研究は、バイオマス由来の原料を使用したバイオ燃料の持続可能性を評価する指標の探究と、わが国における持続可能なバイオ燃料の生産システムを探究することを目的として行った。バイオ燃料の持続可能性指標については国際バイオエネルギー・パートナーシップ(GBEP)が約4年にわたる議論を経て、2011年5月に環境・社会・経済の3本柱からなる24の指標を発表し、政府レベルでこれに合意した。GBEPの指標においては本研究の連携研究者である農林水産政策研究所の林岳主任研究官を通して指標構築に貢献してきた。GBEP指標は、途上国におけるバイオエネルギー生産が環境問題のシフトを引き起こさないこと、貧困層のQOL向上に貢献することなどにも注意が払われている。それ故にわが国では適用しにくい指標もある。また、基本的に国レベルでの指標とされているので、地域あるいは個別のバイオ燃料生産レベルでは作成が困難な指標もある。

さらにはバイオ燃料原料や半製品を輸入することで生産を行う場合では貿易相手国のデータ利用可能性が高くなければ、需要側に帰属する環境責任などを明確にすることが困難であることなどが明らかになった。国内でも指標作成に必要な環境情報やLCAデータベースのさらなる充実が不可欠であると指摘できる。また、マクロ環境勘定の枠組を使用してバイオ燃料原料生産の環境効率性を評価した結果からは、農業部門では環境負荷は減少傾向にあるものの効率性は低下していることが明らかとなり、環境保全型農業への支援を充実する必要性が高いことが言及できた。これは、国内のバイオ燃料生産のLCA分析結果から、原料生産におけるエネルギー投入の効率化が不可欠であることが明確になっており、廃棄物由来のバイオ燃料や自然エネルギーを融合させた生産システムの構築がわが国では有用であると指摘できることとも整合する。また、これまでのLCAでは自然資源の賦存量に対する影響評価が不十分であること、バイオ燃料生産者や原料生産者に価格調整能力が付与されていないため、利潤最大化による分析では原料生産のインセンティブが働かないことが明らかとなった。
腎毒性予測法の開発

平成8年度において、分子クローニングに成功した有機アニオントランスポーター(OAT1)のDNAシークエンス、組織分布、機能解析を実施した。(1)OAT1の化学構造OAT1はアミノ酸551個より成り、そのhydropathy plotより膜12回貫通型のタンパクであり、N末とC末は共に細胞質内に存在する。第一と第二の膜貫通の外側に位置する大きなループには4個のN-糖鎖結合部位が予測される。又第6と第7の膜貫通に連なる細胞質内ループにはC-キナーゼによるリン酸化部位の存在が予測された。(2)組織分布ノザンブロットによりOAT1のmRNAは腎に強く、脳に弱く発現が認められ、他の臓器にはその発現は認められなかった。腎内では皮質に高く分布していた。C末端のペプチドに対する抗体による免疫組織化学染色では近位尿細管の基底側膜にOAT1の局在が認められた。(3)機能解析OAT1のcRNAをアフリカツメガエル卵母細胞に注入した発現系による機能解析では、^<14>C標識パラアミノ馬尿酸(PAH)の取り込みはジカルボン酸との交換輸送であった。Km値は14μMで、輸送基質は内因性物質としてはプロスタグランジン類、cAMP、cGMP、尿酸、ジカルボン酸等、外来性物質としては非ステロイド系抗炎症薬、β-ラクタム系抗生物質、利尿薬、抗腫瘍薬、抗痙攣薬、変換酵素阻害薬、マイコトキシン類などの多岐に及んでいた。以上のOAT1の新しい多選択性輸送機能から類推すると、OAT1は従来より存在が予測されていた腎の有機陰イオン輪送系の主要なトランスポーターである事が判明した。この遺伝子を強制発現させた培養細胞を用いて、各種薬物の腎毒性のスクリーニングが可能と思われる。本年度の研究実施を計画した3項目については概ね当初の予定通りに研究を終了することができた。以下3つに分けて概要を述べる。(1)マウス腎由来不死化培養細胞の有用性の検索。既に本研究代表者らにより樹立された温度感受性SV40T抗原の遺伝子を導入して作出したトランスジェニックマウス腎由来の細胞の中から、近位尿細管終末部(S_3)と髄質外層集合管(OMCT)の各細胞が選別された。腎毒性を示す薬物の多くが標的としているS_3細胞は、生体内に存在する場合の由来部位と極めて類似の反応性を示した。特にシスプラチン誘導アポトーシスをS_3で確認できた。反面、OMCT細胞ではアポトーシスが認められず、S_3細胞障害化学物質の陰性対照として適した細胞となる事が明らかにされた。(2)培養細胞の特異機能発現条件の設定近位尿細管は多くの腎毒性物質の標的であるので、由来部位を明確にした培養系の確立は望まれて久しい。今回S_3細胞が本来の性質を長く維持する為の必要条件として、インスリン、上皮成長因子、トランスフェリンに加えて、デキサメサゾンの添加が必須であることを新たに見出すことができた。(3)上皮細胞の膜極性維持条件の決定尿細管を形成する上皮系細胞の機能を充分に発揮させる為の条件は、管腔側膜と基底側膜が別個のコンパートメントに接することが必要である。特に近位尿細管の中間部(S_2)とS_3に比較的高い活性を有する陰イオン有機酸輸送機能を高い値に維持するためには小孔のある足場が必要であることをパラアミノ馬尿酸の一方向性輸送を指標に確率できることが示された。(2)で明らかにされた近位尿細管特異機能を維持させる条件と組み合わせて、生体内での機能発現に酷似した条件の確立へ発展させたい。腎毒性を起す化学物質(薬物、毒物)による毒性発現の最初のステップはこれら物質の細胞内輸送と細胞内蓄積である。腎毒性を示す物質の標的細胞の多くは近位尿細管細胞なので、この部位には化学物質を細胞内に取りいれる特殊な経路の存在が強く示唆される。本年度はこれらの毒性物質の中で、有機陰イオン物質の輸送タンパク質(トランスポーター)をコードする遺伝子のクローニングを試みた。この有機アニオンの腎内輸送は二つの機能性タンパク質が関与することが予測されている。即ち、Na^+依存性ジカルボン酸トランスポーター(NaDC)とジカルボン酸/有機アニオンの交換輸送体(OAT)により有機アニオンが近位尿細管直部の細胞内に輸送されるものと考え、前者のNaDCをラット腎よりクローニングした。幸なことにヒトとラビットのNaDCはNaDC1として1995年アメリカの研究者により構造が明かにされているので、この情報をもとに、ラットの腎より作成したcDNAライブラリーからラットのrNaDC1をクローニングし、遺伝子バンクに登録した(AB001321;DDBJ,EMBLand GenBank Nucleotide Sequence Detabases)。このrNaDC1のcRNAとラット腎より調製したmRNAを同時にアメリカツメガエルの卵母細胞に発現させると、予想通り有機アニオン(^<14>C-para-aminohippuric acid ; PAH)の輸送を認めることができた。この発現クローニング法により、OATをコードするcDNAを初めてクローニングした。これをOAT1と名付け、目下DNAの塩基配列をシークエンス中である。

(1)OAT1の化学構造OAT1はアミノ酸551個より成り、そのhydropathy plotより膜12回貫通型のタンパクであり、N末とC末は共に細胞質内に存在する。第一と第二の膜貫通の外側に位置する大きなループには4個のN-糖鎖結合部位が予測される。又第6と第7の膜貫通に連なる細胞質内ループにはC-キナーゼによるリン酸化部位の存在が予測された。(2)組織分布ノザンブロットによりOAT1のmRNAは腎に強く、脳に弱く発現が認められ、他の臓器にはその発現は認められなかった。腎内では皮質に高く分布していた。C末端のペプチドに対する抗体による免疫組織化学染色では近位尿細管の基底側膜にOAT1の局在が認められた。(3)機能解析OAT1のcRNAをアフリカツメガエル卵母細胞に注入した発現系による機能解析では、^<14>C標識パラアミノ馬尿酸(PAH)の取り込みはジカルボン酸との交換輸送であった。Km値は14μMで、輸送基質は内因性物質としてはプロスタグランジン類、cAMP、cGMP、尿酸、ジカルボン酸等、外来性物質としては非ステロイド系抗炎症薬、β-ラクタム系抗生物質、利尿薬、抗腫瘍薬、抗痙攣薬、変換酵素阻害薬、マイコトキシン類などの多岐に及んでいた。以上のOAT1の新しい多選択性輸送機能から類推すると、OAT1は従来より存在が予測されていた腎の有機陰イオン輪送系の主要なトランスポーターである事が判明した。この遺伝子を強制発現させた培養細胞を用いて、各種薬物の腎毒性のスクリーニングが可能と思われる。