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ランタニドイオンの光化学－４ｆ電子励起状態を経る多光子反応－

ランタニド(Ln)イオンの光化学の一端を確立した.Ln(III)の4f電子励起状態を経る多光子励起(正確には多段階励起)は有効である。研究代表者らはEu(III),Sm(III)系の多光子反応を発見したが、機構の詳細は不明な点が残された.本研究ではYb(III)系を詳しく調べた.励起状態からの電荷移動(CT)吸収帯を測定し、多光子反応の2番目の光子の役割を明確にできた.結果は物理化学の主要ジャーナルに掲載された.J. Phys. Chem. A, 117 (2013)8352.この反応機構はアクチニドイオンにも適用でき,原発の高レベル放射性廃棄物の低減技術に応用できる.【序】Yb(III)はアルコール溶媒中で2波長2段階光還元を示し,Yb(II)に変換できることを見出した.今年度でこの反応機構についてほぼ最終結論を得た.IR,UVそれぞれの励起光強度依存性は前年度までに結果を得て示した通りであるが,今年度は反応中間体Yb(III)の励起状態の吸収係数,εCT(355 nm),Yb(III)→Yb(II)の反応効率,φ3→2を求めた.他のf電子系イオンの反応にもこれらの結果を応用できるであろう.【実験】ナノ秒YAGレーザー(10 Hz)をベースとし,3倍波(355 nm),そのパラメトリック光(976 nm, 4 mJ,スペクトル幅4 nm)を励起光とした. YbCl3・6H2Oのエタノール溶液を照射した.Yb(II)の生成量をその吸収スペクトル(ピーク367 nm)で測定した.中間体の吸収係数εCT(355nm)の測定ではナノ秒レーザーホトリシス法を適用した.【結果と議論】1266 nm励起,1光子励起のYb2+への反応収量は約0.2であった.2IR励起4f*(2F5/2)の発光寿命とCT←4f*の吸収減衰はともに0.2 μsであった.CT←4f*の吸収は340 nmにピークがあり,吸収係数は約50 M-1cm-1であった.32光子目の反応収量は0.1のオーダーであった.266 nm励起の際,見られる短い成分は4f*の減衰,長寿命成分は生成したYb(II)として説明でき,CT励起状態の緩和は内部転換が主で,geminate再結合による基底状態への緩和は少ないと推定した.Yb(III)はアルコール溶媒中で2波長2段階光還元を示し,Yb(II)に変換できることを昨年度までに見出した.今年度はこの反応機構について整理を継続し,その結果,物理化学の主要ジャーナルに掲載された.J. Phys. Chem. A, 117 (2013)8352-8359.この反応機構が他のf電子系イオンの反応にもこれらの結果が適用できるかどうか,検討した.実際,日本原子力研究開発機構原子力科学研究部門の研究者,名古屋大学工学部物理工学科量子エネルギシステム工学の専門家と議論を進めることができた.レーザー励起による還元反応は紫外光励起,上述の2波長2段階光励起のほか,第3の機構も考えられる.本年度は初期の目標を発展させて,第3の機構の研究に主力を注いだ.その機構はフェムト秒パルス励起による溶媒のイオン化,それに伴う金属イオンの還元反応である.反応式としては次のように表せる.Yb(III) + e- →Yb(II)同様の還元反応が起きた例として,Eu(III) →Eu(II),Sm(III) →Sm(II)があり,筆者らが報告している.フェムト秒パルスを溶液中に集光すると,自己収束→溶媒のイオン化→フィラメントの生成,非線形屈折率の時間変化→IRレーザー光は可視の白色光に変換,という現象が起きる.溶媒のイオン化は多光子,またはフィールドイオン化が考えられる.3種のランタニドイオンLn(III)ではLn(II)になることが分かった.遷移金属についても同様の現象がみられるのかどうか,MとしてFeを試したところ,Fe(III)→Fe(II)を観測することができた.これらは溶媒のイオン化を伴う金属イオンによる電子補足反応であるとして説明でき,これらに関連した応用を展望した.ランタニド(Ln)イオンの光化学の一端を確立した.Ln(III)の4f電子励起状態を経る多光子励起(正確には多段階励起)は有効である。研究代表者らはEu(III),Sm(III)系の多光子反応を発見したが、機構の詳細は不明な点が残された.本研究ではYb(III)系を詳しく調べた.励起状態からの電荷移動(CT)吸収帯を測定し、多光子反応の2番目の光子の役割を明確にできた.結果は物理化学の主要ジャーナルに掲載された.J. Phys. Chem. A, 117 (2013)8352.この反応機構はアクチニドイオンにも適用でき,原発の高レベル放射性廃棄物の低減技術に応用できる.【序】Eu3+, Sm3+は次の三つの励起方法によりそれぞれの2価イオンLn2+に光還元できることを明らかにしてきた.(1) UVレーザーによる電荷移動吸収帯(CT)の励起,

(2)短パルスf-f'遷移を経る共鳴多光子励起,(3)メタノール中で非共鳴励起.Yb3+では(1),(3)の方法でLn2+に光還元できる.Yb3+→Yb2+のより詳しい機構の確定と反応効率を明らかにすることが本研究の課題である.本研究ではYb3+→Yb2+において(2)の機構(f-f'遷移を経る共鳴多光子励起)が実際に起きることを見出すことができた.この励起波長依存性を調べることにより,機構をより明確にできた.【実験】CTレベルにはナノ秒YAGレーザーのパラメトリック変換による975 nm(6 mJ,スペクトル幅4 nm)と3倍波(355 nm, 0.3 mJ)の2光子で到達できる.YbCl3・6H2O,15クラウン5のメタノール溶媒を3ないし12分間(レーザーの繰り返しは10 Hz)照射した.照射後30分以内でYb2+の生成量をその吸収スペクトル(ピーク367 nm)で測定した.【結果】Yb2+の生成量を何点かの励起波長で測定した.Yb2+濃度はYb3+のf-f'吸収スペクトル上にプロットできることが分かった.このことは,反応は中間体4f電子励起状態を経ることを明確に示している.【結論】反応は次に示すように2段階機構で説明できる.Yb3+Cl-(975 nm励起)→Yb3+Cl-(f電子励起状態),(355 nm励起)→Yb2+Cl(CT状態)→Yb2+ + Cl【発表】国内外の学会で6件報告した.招待講演を4件行った.【当初目的】ランタニドイオンLn(n+)の光化学の一端を確立することが当初目的であった.ほぼ,反応機構を確立できた.ランタニドイオンLn(III)の4f電子励起状態は光反応しないが多光子励起(正確には多段階励起)は有効である.本研究ではYb(III)系の多光子励起による還元反応が起きること,その機構を解明することを目的とした.この系は電子準位が単純で,反応機構の解明に最適である.【結果】Yb(III)を4f電子励起状態を経る多光子反応の3番目の例とすることができた.励起状態からの電荷移動(CT)吸収帯を測定,励起状態の寿命などを明らかにし,多光子反応の2番目の光子の役割を明確にした.1.2光子励起でYb(III)→Yb(II)の反応が実際に起きた.Yb(III)の4f←4f遷移に相当する波長は976 nmである.これはナノ秒YAGレーザーの3倍波励起パラメトリック発振器から得た.CT状態への励起は3倍波の355 nmを用いた.生成したYb(II)は吸収分光光度計で367 nm付近の吸収の増大で調べた.試料は小さな体積のセルに封入された溶液とした.生成したYb(II)はやや不安定であった結局,細かな実験上の改良を行うことで,2光子励起でYb(III)→Yb(II)反応に成功した.2.反応中間体Yb(III)の励起状態の吸収係数,εCT(355 nm),Yb(III)→Yb(II)の反応効率,φ3→2を求めた.また,geminate再結合による基底状態への緩和は少ないと推定できた.このように,ほぼ,反応機構を確立できた.これらについての論文を投稿したところである.【当初目的】ランタニドイオン(Ln(n+))の光化学の一端を確立する.Ln3+の4f電子励起状態は光反応しないが多光子励起(正確には多段階励起)は有効である.Ln3+の多光子励起による還元反応の機構を解明する.本研究ではYb3+系を詳しく調べた.この系は電子準位が単純で,反応機構の解明に最適である.励起状態からの電荷移動(CT)吸収帯を測定し,多光子反応の2番目の光子の役割を明確にする.
骨髄由来免疫抑制細胞を用いた好酸球性副鼻腔炎の新規治療・予防法構築への挑戦

鉤状突起に比較して鼻茸では骨髄由来免疫抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells: MDSC)の発現率は高い傾向を認めた。さらに好酸球性副鼻腔炎の鼻茸細胞におけるHLA-DR陰性MDSCの発現率は非好酸球性副鼻腔炎の鼻茸細胞に比較して有意に高かった。またLineage陰性HLA-DR陰性CD33陽性のMDSCのPGE2合成酵素(PGES-1) mRNA発現量はLineage陽性細胞およびLineage陰性HLA-DR陽性細胞よりも有意に高かった。以上の結果から、好酸球性副鼻腔炎の病態にMDSCが関与し、PGES-1発現を介して病態を調整する可能性が示唆された。今回我々は、好酸球性副鼻腔炎患者におけるMDSCおよびプロスタグランジンE2合成酵素(PGES-1)の発現について検討した。材料は鼻茸を合併する慢性副鼻腔炎患者12名から酵素処理で分離した鼻茸細胞と、鼻茸を合併しない慢性副鼻腔炎患者6名から分離した鉤状突起細胞である。これらの細胞からBioblue非染色の生細胞を抽出し、磁気ビーズを用いたNegative SelectionにてLineage(CD3/CD19/CD20/CD56)陰性細胞を単離した。HLR-DRとCD33の染色を行い、HLA-DR陰性CD33陽性のMDSCのMDSCを同定し、全細胞に占める割合を算出した。Lineage陰性HLA-DR陰性CD33陽性のMDSCのPGES-1mRNAの発現をリアルタイムPCR法にて測定し他の細胞群との発現量を比較検討した。その結果、鉤状突起に比較して鼻茸ではLineage陰性HLA-DR陰性CD33陽性のMDSC発現率は高い傾向(P=0.097)を認めた。鼻茸細胞の由来をJESREC基準に従い好酸球性(n=9)と非好酸球性(n=3)に分けて比較した。その結果、好酸球性副鼻腔炎由来の鼻茸細胞におけるHLA-DR陰性MDSCの発現率は非好酸球性副鼻腔炎由来の鼻茸細胞に比較して有意に高かった(P=0.036)。またLineage陰性HLA-DR陰性CD33陽性のMDSCのmRNA発現量はLineage陽性細胞(P=0.023)およびLineage陰性HLA-DR陽性細胞(P=0.042)よりも有意に高かった。以上の結果から好酸球性副鼻腔炎の病態にMDSCの発現が関与し、プロスタグランジンE2合成酵素量の発現を介して好酸球性炎症や鼻茸形成などの病態を調整している可能性が示唆された。耳鼻咽喉科
神経筋疾患における一酸化窒素(NO)の関与に関する生化学・形態学的検討

[1]ヒト生検筋における骨格筋内NO合成酵素(NOS),SODの局在とその関連:(1)ミトコンドリア脳筋症生検筋におけるSODの免疫組織化学染色では,Mn-SODはragged-red fiberにほぼ一致し筋鞘膜下周囲に強く染色され,ミトコンドリア脳筋症の診断に有用であった。(2)ミトコンドリア脳筋症のragged-red fiberでは,NADPH-diaphorase(NADPH-d)染色,NOS染色にて筋鞘膜に強い染色性を有し,さらに筋線維内にも軽度の染色性を有した.En-NOS染色でもragged-red fiberにて筋鞘膜下に強い染色性を有した.多発筋炎症例では,NADPH-d染色,n-NOS染色ともに壊死線維,再生繊維にて筋鞘膜の染色性が低下していた.[1]ヒト生検筋における骨格筋内NO合成酵素(NOS),SODの局在とその関連:(1)ミトコンドリア脳筋症生検筋におけるSODの免疫組織化学染色では,Mn-SODはragged-red fiberにほぼ一致し筋鞘膜下周囲に強く染色され,ミトコンドリア脳筋症の診断に有用であった。(2)ミトコンドリア脳筋症のragged-red fiberでは,NADPH-diaphorase(NADPH-d)染色,NOS染色にて筋鞘膜に強い染色性を有し,さらに筋線維内にも軽度の染色性を有した.En-NOS染色でもragged-red fiberにて筋鞘膜下に強い染色性を有した.多発筋炎症例では,NADPH-d染色,n-NOS染色ともに壊死線維,再生繊維にて筋鞘膜の染色性が低下していた.1.ヒト生検筋におけるNOSの分布:対象は,ミトコンドリア脳筋症,筋緊張性ジストロフィー,多発筋炎などの各種生検筋凍結切片を用いた.(1)正常筋線維では筋鞘膜(特にtype2線維)にn-NOS,NADPH-d染色性を有し,ec-NOS染色では有意な染色性を有しなかった.(2)ミトコンドリア脳筋症,筋緊張性ジストロフィーのRRFでは,n-NOS染色,NADPH-d染色にて筋鞘膜および一部の筋線維内に強い染色性を有し,ec-NOS染色も筋鞘膜下・筋線維内に強く染色された.RRFにおけるNOS,SODが強く発現していることは,骨格筋内のNOは何らかのフリーラジカルに関与する作用を有するものと考えられる.多発筋炎の壊死・再生線維では,NADPH-d染色,n-NOS染色ともに筋鞘膜の染色性が低下し,再生線維の一部には筋線維内にec-NOSが陽性に染色性を有する線維がみられた.筋の変性・再生におけるNOSの発現・消退を推定する上で興味深い所見である.2.NADPH-d電顕組織化学染色を用いた骨格筋におけるNOSの超微細局在の検討:筋線維の中で筋鞘膜およびミトコンドリア外膜が強陽性に染色されるものと陰性に染色されるものが存在した.超微形態的検討でも筋内にNOSが局在が証明され,筋鞘膜にはn-NOS,ミトコンドリア外膜にはec-NOSが局在していると考えられる.3.電極法NOモニターを用いてマウス骨格筋培養細胞株(C2C12)におけるNO発生の測定:10^<-2>ML-arginine負荷後,分化誘導後1日目の培養細胞ではNO発生はほどんど認めず,4日,7日目の細胞でNOの発生を示唆する上昇がみられ,7日目により強く認めた.さらに発生している物質がNOであることをNOであることを検討するため阻害実験を行った.分化誘導7日目の培養細胞に10^<-3>MのL-NMMAを前投与することによりL-arginine投与によるNOの発生は認められなかった.分化誘導7日目の培養細胞にL-arginine投与後,NO発生を認めている時,10^<-3>MのL-NMMAを投与によりNOの発生は急速に低下し,培養細胞のNO発生はL-NMMAにて阻害された.また,培養細胞におけるn-NOS染色,NADPH-d染色を施行し,NOSが存在することも確認した.このことは,骨格筋培養細胞にてNOが発生すること,骨格筋の分化によりNOS・NOが増加することを示唆するものと考えられる.[2]骨格筋培養細胞におけるサイトカインによるnitric oxide(NO)の産生誘導:マウス骨格筋筋芽細胞C2C12を培養24時間後,サイトカイン刺激を行った.サイトカイン無刺激群,単独刺激群(TNF-α,INF-γ,IL-1β)では,nitriteの産生は認めなかったが,復号刺激群(TNF-α+INF-γ+IL-1β)ではnitrite産生を認めた.複合刺激群に10-^6M10-^3M L-NAME負荷では,nitrite産生は濃度依存性に抑制され,Cu/ZnSOD,Mn-SOD負荷(11000U/ml)も,ともに濃度依存性に抑制された.カタラーゼ1000U/ml負荷でもnitrite産生が抑制された.マウス骨格筋筋芽細胞においてサイトカインの複合刺激によりNOが産生されることを確認した.NOS阻害剤であるL-NAMEのNO産生が抑制されたことは,この反応がNOSを介したものと考えられる。
地域活性化に向けた地域固有の知識ベース構築に関する研究

本研究では,ご当地検定に出題された問題やユーザから収集した知識を利用して地域固有の知識ベースを自動構築する手法を提案した.また,この知識ベースを活用して地域に関する問題を自動生成する機能を開発した.さらに,地域住民や観光客が問題の(1)解答,(2)投稿,(3)評価する活動を通して,互いにコミュニケーションを取りながら地域の歴史や文化を学ぶことができるユーザ参加型学習コミュニティシステムを開発した.1.携帯端末(スマートフォン)用アプリと誤答選択肢自動生成機能の開発岩手県盛岡市のご当地検定「盛岡もの識り検定」(以下,もりけん)で過去に出題された全問題を解答できるだけでなく,ユーザが作成した問題を投稿できる携帯端末(スマートフォン)用アプリ「もりけん入門クイズ」を開発した.本アプリはiOSとAndroid上で動作するアプリとして開発し,AppleのiTunesやGoogle Playから無料でダウンロードできる.また,一問一答形式問題から多肢選択形式問題への自動変換の際に必要となる誤答選択肢の自動生成機能を開発した.妥当性の高い誤答選択肢を生成するために,一問一答形式問題の誤答情報や,過去問題中の類似問題,web上の情報を用いて知識ベースを構築する方法を提案した.本学の学生に実験協力してもらって収集した誤答情報を用いて誤答選択肢を生成した結果,一問一答形式問題の誤答情報が誤答選択肢へ活用可能であることが示唆された.2.各種イベントの企画・開催もりけん合格者と地域住民との交流を目的とした「盛岡の観光ルート考え隊」を企画し,開催した.また,岩手県滝沢村が平成26年1月1日に滝沢市に市制移行したのを契機として「第1回たきざわ検定」を企画し,平成26年3月15日に開催した.検定問題は岩手県立大学の学生や滝沢市睦大学の受講者で作成し,これらの検定問題を本研究で開発したシステムで管理した.3.ユーザの興味喚起を促すご当地検定問題推薦システムの設計ユーザが問題を解答した際に感じる面白い・役立つ度合いを推定し,面白い・役立つと感じる問題を推薦できるシステムを提案した.本手法では,facebookのプロフィール情報を取得し,解答者の興味を推定する.平成25年度は面白い・役立つ感じる度合いとプロフィールとの関連性を調査した結果,プロフィール毎で面白い・役立つ度合いが異なることが示唆された.本研究では,ご当地検定に出題された問題やユーザから収集した知識を利用して地域固有の知識ベースを自動構築する手法を提案した.また,この知識ベースを活用して地域に関する問題を自動生成する機能を開発した.さらに,地域住民や観光客が問題の(1)解答,(2)投稿,(3)評価する活動を通して,互いにコミュニケーションを取りながら地域の歴史や文化を学ぶことができるユーザ参加型学習コミュニティシステムを開発した.(1)ご当地検定問題の分析(作問支援機能)盛岡検定の過去問題全1250問を分析し,出題形式(一問一答,多肢選択式等)の分類や出題分野(歴史,文化,地理等)の分類を行った.また,出題形式や分野ごとに問題文の文章表現や選択肢の傾向を明らかにした上で,出題形式や分野ごとに問題テンプレートを作成し,少ない負担で問題を投稿するための作問支援機能の要件定義と設計を行った.(2)出題形式自動変換機能の設計とプロトタイプシステムの開発一問一答形式と多肢選択式の文章特徴を抽出・比較し,出題形式の自動変換方法を検討した.また,検討した自動変換手法を実装した一問一答形式問題から多肢選択形式問題への自動変換機能のプロトタイプシステムを開発した.その結果,誤答選択肢の妥当性を考慮する必要性があることがわかった.(3)問題分類機能の要求分析と調査実験蓄積された問題の管理機能や検索機能に対する要求を明らかにするために,問題提供先である作問委員会にプロトタイプシステムを提供し,定期的にヒアリングを行った.その結果,一般的なカテゴリ検索やキーワード検索に加え,学習者が面白いと感じる問題や役立つと感じる問題の検索要求があることが明らかになった.また,現在稼働中の過去問サイトを利用し,研究室の学生約50名を対象にした問題の面白さ,役立ち度合いについて調査実験を実施した.具体的には,解答ユーザのプロフィールと問題の面白さ・役立ち度合いとの関係性を分析した.その結果,出身地や現在住んでいる場所によって面白さや役立ち度合いが変化することが示唆された.さらに,盛岡商工会議所と連携し,過去の検定合格者約500名にシステムの案内状を定期的に送付し,次年度以降の実験に備えたユーザ確保とサービス運用方法を検討した.1.多機能携帯端末(スマートフォン)用アプリの運用とご当地検定試験の実施平成25年度に開発した岩手県盛岡市のご当地検定「盛岡もの識り検定」(以下,もりけん)で過去に出題された問題を解答できる多機能携帯端末(スマートフォン)用アプリをiTunesとGoogle Playで無料公開した.また,平成25年度から開始した岩手県滝沢市のご当地検定(以下,たきけん)を開催した.2.知識ベース自動構築機能と問題自動生成機能の開発と評価多様な演習問題を自動生成する際に専門家が手動で構築する必要があった知識ベースを,過去問題を用いて自動構築する手法を提案した.また,岩手県盛岡市のご当地検定の過去問題を手動で分析・構築した知識ベースと,提案手法により自動構築された知識ベースを比較した結果,各問の対象知識は約70%,カテゴリは約60%で一致した.これにより,過去問題で出題された知識を少ない負担で体系化できるようになった.

さらに,知識ベースと出題テンプレートを用いた作問支援機能を提案した.本機能は出題したいキーワードを入力するだけで多数の問題候補を提示でき,作問者はそれらの問題を編集することで新い問題を作成することができる.将来的に,知識ベース自動構築機能と問題自動生成機能を組み合わせて実装することにより,検定試験の主催者側にかかる作問負担の軽減が期待できる.3.テスト理論に基づいた作問アドバイス生成システムの提案とプロトタイプシステムの開発テスト理論に基づいたテスト問題の分析結果や次回作問時のアドバイスを提示する情報システムを提案した.また,テスト問題の分析結果を表示するプロトタイプシステムを開発した.もりけんやたきけんで出題された問題と解答データを用いてシステムの動作検証を行った.これにより,テスト理論や統計学の専門知識を持たないテスト作成者の検定試験後のテスト分析負担軽減が期待される.教育工学,eラーニング,学習支援システム平成24年度に要求定義や設計を行った各種機能を実装した情報システムの開発は順調に進展している.開発したシステムには,ご当地検定の作問委員会向けの作問支援システム「Kentei Maker」やご当地検定の受験者向けの学習支援システム「もりけん入門クイズ」などがあり,平成26年度以降も継続してサービスを提供予定である.また,研究対象のフィールドとして新たに「たきざわ検定」を開催したため,本研究の成果を活用できる環境も整いつつある.平成24年度は研究機関内に開発すべき各種機能(作問支援機能,出題形式自動変換機能,問題評価機能,問題の分類・検索機能等)の要求定義や設計のためのデータ(問題等)分析や簡易実験を中心とした基礎的研究を行った.一部機能はプロトタイプシステムを開発し,簡易実験も実施しており,概ね順調に研究が進展している.平成24年度,25年度に設計・開発してきた出題形式自動変換機能をご当地検定の作問委員会に利用してもらい,作問負担の軽減効果を検証する.また,問題で問いたい知識と出題形式を選択すると問題を自動生成できる機能の開発も行う.そのために,過去問題をすべて構文解析し,抽出された知識から知識ベースを自動構築できる手法や,知識ベースから類似問題を自動生成する手法について研究する.この他,平成24年度,25年度で設計・開発してきた各種システムを2つのご当地検定(もりおか物識り検定,たきざわ検定)で継続利用し,利用結果からシステムの有効性を評価する.(1)今後の研究の推進方策平成25年度は各種機能を実装したプロトタイプシステムを開発する.また,すでに過去問題をゲーム感覚で解答できるサイト(http://sakumon.jp)(以下,過去問サイト)を開設している岩手県盛岡市のご当地検定(以下,盛岡検定)を実験フィールドとして利用実験を行う.利用実験後,システム利用者数,投稿された問題数や問題の傾向,コメント数等,システム利用状況を分析する.また,利用中に出た要望は開発用サーバ上で随時改良し,動作テスト終了後に実稼働サーバに移行する.この他,プロトタイプシステムの携帯端末(スマートフォン)用アプリを開発する.(2)研究計画の変更
デスクリプタ・リカッチ方程式に基づくH_2/H_∞最適制御に関する研究

本研究では,デスクリプタ・システムに対するH_2/H_∞最適制御およびH_2/H_∞フィルタリング問題を考察することである.得られた主な成果は以下の通りである.1.離散時間ディスクリプタ・システムのH_2最適制御およびスペクトル分解に対する新しい解法を与え,ハミルトン正準方程式に関連した一般化固有値問題を利用して最適ゲインを求め,かつスペクトル分解を実行する数値アルゴリズムを提案した.2.上述の結果を拡張して,離散時間デスクリプタ・システムの(J,J')-スペクトル分解のアルゴリズムを提案した.3.連続時間デスクリプタ・システムの線形レギュレータ問題について考察し,新しい一般化リカッチ方程式を提案し,一般化固有値問題を利用してその解を構成する数値的方法を与えた.4.連続時間システムに対するスペクトル分解アルゴリズムを拡張して,J-スペクトル分解のアルゴリズムを提案した.5.J-スペクトル分解アルゴリズムおよびデスクリプタ・システムの安定化補償器の構成法に基づいて,デスクリプタ・システムのH_∞制御問題を解くアルゴリズムを提案した.6.モデルマッチング手法により,全ての安定,不偏H_∞フィルタのパラメトリゼーションを与えた.さらに,重みつきH_∞誤差規範に基づく同一次フィルタの設計法を提案した.現在これらの研究はデスクリプタ・システムを対象としたものではないが,将来はこれらをデスクリプタ・システムのフィルタリングに拡張することも考えてる.本研究の初期の目的であるデスクリプタ・リカッチ方程式を新しく提案し,これを用いたH_2/H_∞制御に関してはかなりの成果をあげることができた.しかし,具体的なデスクリプタ・システムの制御問題に本研究で提案したアルゴリズムを適用して,その有効性を確認するまでには至っていない.これは,今後の課題である.本研究では,デスクリプタ・システムに対するH_2/H_∞最適制御およびH_2/H_∞フィルタリング問題を考察することである.得られた主な成果は以下の通りである.1.離散時間ディスクリプタ・システムのH_2最適制御およびスペクトル分解に対する新しい解法を与え,ハミルトン正準方程式に関連した一般化固有値問題を利用して最適ゲインを求め,かつスペクトル分解を実行する数値アルゴリズムを提案した.2.上述の結果を拡張して,離散時間デスクリプタ・システムの(J,J')-スペクトル分解のアルゴリズムを提案した.3.連続時間デスクリプタ・システムの線形レギュレータ問題について考察し,新しい一般化リカッチ方程式を提案し,一般化固有値問題を利用してその解を構成する数値的方法を与えた.4.連続時間システムに対するスペクトル分解アルゴリズムを拡張して,J-スペクトル分解のアルゴリズムを提案した.5.J-スペクトル分解アルゴリズムおよびデスクリプタ・システムの安定化補償器の構成法に基づいて,デスクリプタ・システムのH_∞制御問題を解くアルゴリズムを提案した.6.モデルマッチング手法により,全ての安定,不偏H_∞フィルタのパラメトリゼーションを与えた.さらに,重みつきH_∞誤差規範に基づく同一次フィルタの設計法を提案した.現在これらの研究はデスクリプタ・システムを対象としたものではないが,将来はこれらをデスクリプタ・システムのフィルタリングに拡張することも考えてる.本研究の初期の目的であるデスクリプタ・リカッチ方程式を新しく提案し,これを用いたH_2/H_∞制御に関してはかなりの成果をあげることができた.しかし,具体的なデスクリプタ・システムの制御問題に本研究で提案したアルゴリズムを適用して,その有効性を確認するまでには至っていない.これは,今後の課題である.本研究はデスクリプタ・リカッチ方程式を利用してH_2/H_∞最適制御およびH_2/H_∞最適フィルタリングに関する研究を行い、各問題の統一的な解法を与えることである。本年度得られた主な成果は次の通りである。1。離散時間システムに関する研究(1)デスクリプタ形式に基づく伝達関数の簡便な表記法を利用して、離散時間デスクリプタシステムの最適制御およびスペクトル分解に対する新しい方法を与えた。(2)ハミルトン正準方程式に関連する一般化固有値問題の固有ベクトルを利用して最適ゲインを求め、かつスペクトル分解を実行する数値アルゴリズムを提案した。(3)離散時間システムのH_∞フィルタリングに対するアルゴリズムを考案し、いくつかの数値例によりその有効性を確認した。本研究はゲーム論に基づいたものであるが、来年度実施予定のデスクリプタシステムのフィルタリング問題を研究するための基礎となる。2。連続時間システムに関する研究(1)連続時間デスクリプタシステムの線形レギュレータ問題に付いて考察し、新しい一般化リッカチ方程式を提案し、最適制御則を求める数値アルゴリズムを与えた。(2)この結果を利用して、一般化代数リカッチ方程式(Generalized Algebraic Riccati Equation;GARE)を考案し、プロパーでない(分子の次数が分母の次数より高い)スペクトル密度行列の分解アルゴリズムを導いて、いくつかの数値計算によりその有効性を検討した。(3)現在、GAREを利用したJ-スペクトル分解法とデスクリプタシステムのH_∞制御問題の研究しているが、本アプローチはかなり有望であることが分かってきた。本研究では,デスクリプタ・リカッチ方程式を利用して,デスクリプタ・システムに対するH_2/H_∞最適制御およびH_2/H_∞フィルタリングに関する基礎的研究を行うことである.本研究の特徴はデスクリプタ形式に基づく伝達関数の簡便な表記法を利用したスペクトル分解およびJ-スペクトル分解のアルゴリズムを提案し,デスクリプタ・リカッチ方程式の数値解法として一般化固有値問題を利用する方法について考察することである.

本年度得られた主な成果は以下の通りである.1.離散時間デスクリプタ・システムに関する研究(1)前年度のスペクトル分解の結果を拡張して,離散時間デスクリプタ・システムの(J,J^1)-スペクトル分解のアルゴリズムを提案した.2.連続時間デスクリプタ・システムに関する研究(1)連続時間システムに対するスペクトル分解アルゴリズムを拡張して,J-スペクトル分解のアルゴリズムを提案した.その数値解は,スペクトル分解の場合と同様に一般化固有値問題の解を利用することにより求めることができる.(2)スペクトル分解のアルゴリズムを拡張して,J-スペクトル分解アルゴリズムおよびデスクリプタ・システムの安定化補償器の構成法を考案した.これに基づいて,デスクリプタ・システムのH_∞制御問題を解くアルゴリズムを提案した.3.H_∞フィルタリングに関する研究(1)モデルマッチング手法により,全ての安定,不偏H_∞フィルタのパラメトリゼーションを与えた.(2)重みつきH_∞誤差規範に基づく同一次フィルタの設計法を与えた.現在これらの研究はデスクリプタ・システムを対象としたものではないが,将来的にはこれらをデスクリプタ・システムのフィルタリングに拡張することも考えてる。鷹羽浄嗣重みつきH_∞誤差規範に基づく同一次元推定器の設計計測自動制御学会論文集
サステナビリティ・マネジメント・コントロール・システムの設計と運用に関する研究

組織構成員の行動を企業のCSR戦略に合致させるためには,単にSMCSの役割を研究対象としたこれまでの研究領域を拡張し,SMCS運用の規定要因や,既存システムとの関係などを総合的に考慮した,より多角的な観点からのSMCS研究が不可欠である。そこで本研究では,CSR戦略の遂行を成功させるSMCSの設計と運用ができる枠組みを提示することを目的とし,以下の3つの研究課題,(a)CSR戦略の遂行におけるコンフリクトを管理するためのSMCSの設計と運用,(b)主事業戦略を遂行するためのMCSに連携したSMCSの設計と運用,(c)組織間関係におけるSMCSの設計と運用を総合的に分析する。
縮環型ポリ環状エーテルを用いた膜タンパク質活性化における構造的根拠の解明

海産毒に多く見られるポリ環状エーテル構造とその作用標的生体分子と想定される膜タンパク質との分子認識機構の解明を目的とした本研究の骨子は、(1)同位体など構造情報取得の手掛りが導入可能な有機合成によるリガンド分子の調達、および(2)脂質二重膜内での複合体に関する構造情報取得のための方法論の開発、の二つである。(1)に関して、本研究室で確立したin situヒドロホウ素化/鈴木クロスカップリングによる6員環構築を介したポリ環状エーテルの収束的合成法により調製した5環性エーテルを2つ繋げることで、1112環性エーテルの前駆体に相当する化合物を得た。しかしこの段階で繰り返し化学構造による生成物立体構造のNMRによる確定での障害が判明した。そこで冒頭に期した目的も兼ねて合成の際重水素を導入しこの位置の水素核化学シフトを判別可能とすることで立体構造の確定を行うべく、現在ヒドロホウ素化による重水素導入の反応条件を検討している。(2)に関しては、本研究室にて全合成により調達した微量海産ポリ環状エーテルであるガンビエロールより誘導した毒性維持修飾体により神経細胞膜画分との光親和性標識を行った。この結果標識されたタンパク質の消化物に対して質量分析を用いた分析結果をデータベースから探索することでいくつかの既知膜タンパク質を標識タンパクの候補として見出した。本研究は縮環型ポリ環状エーテルの炭素3つを介したエーテル酸素と膜結合タンパク質アルファ螺旋構造との特異的親和性を作業仮説として進めており、後者構造の安定性を指標にした実験によりをこれを前年度までに検証しているが、今回新たに(1)で合成した5環性エーテル2種を用いて同様に親和性を観測したところ、エーテル環の三次元構造における可動性が親和性に寄与しているとの結果を得た。また脂質二重膜モデルではバイセルの物性、およびタンパク質標識技術の方法論の開拓を行った。海産毒に多く見られるポリ環状エーテル構造とその作用標的生体分子と想定される膜タンパク質との分子認識機構の解明を目的とした本研究計画での研究遂行の骨子は、(1)同位体など構造情報取得の手掛りが導入可能な有機合成によるリガンド分子の調達、および(2)こうしたリガンドが調達された場合での脂質二重膜内での複合体に関する構造情報取得のための方法論の開発、の二つに大別される。ここで想定される複合体形成様式の一般性を検証する目的で細胞膜貫通長を有するポリ環状エーテル分子種の集積を目指した。平成16年度での研究遂行の内容は上記に基づき、(1)主として有機合成によるリガンド分子およびこれらの修飾および標識体の調達、および(2)脂質二重膜内での複合体に関する構造情報取得のための方法論の確立の二つに大別される。(1)に関しては、本研究室で開発、確立した鈴木クロスカップリングを用いるポリ環状エーテルの収束的合成法に基づき、まず7員環を含む5環性ポリ環状エーテルを合成した。研究期間開始後に赤潮毒ブレベトキシンに対する作用阻害が報告されたブレベナールの分子末端側鎖を導入した5環性化合物を含む数種の合成品に関し、ラット・シナプトソームおよびナトリウム・チャネルを発現していないと思われる動物培養細胞を用いて、ブレベトキシンに対する結合拮抗阻害活性を調べたところ、いずれもこれを示さなかった。現在までに分子中央部に縮環した2つの7員環を含む8環性ポリ環状エーテルの合成が達成されており、分子長と膜タンパク質結合活性との相関を得る予定である。(2)に関して、細胞膜厚に相当する分子長を持つ群体ボヤ

由来リテラジンB誘導体を用いる光親和性標識法により、光反応官能基として芳香族アジド、検出マーカーとして放射性ヨウ素同位体を用いた実験系により、膜タンパク質画分に微量ながら標識タンパク質が検出された。海産毒に多く見られるポリ環状エーテル構造とその作用標的生体分子と想定される膜タンパク質との分子認識機構の解明を目的とした本研究の骨子は、(1)同位体など構造情報取得の手掛りが導入可能な有機合成によるリガンド分子の調達、および(2)脂質二重膜内での複合体に関する構造情報取得のための方法論の開発、の二つである。(1)に関して、本研究室で確立したin situヒドロホウ素化/鈴木クロスカップリングによる6員環構築を介したポリ環状エーテルの収束的合成法を、同様の方法論により7員環および8員環の構築を介した連結法の開発に拡張できた。これにより同じ部品より異なる員環数を間に持つポリ環状エーテルの調製が可能となった。(2)に関しては、本研究室にて全合成により調達した微量海産ポリ環状エーテルであるガンビエロールから、そのマウス致死毒性を維持した修飾体を用いた神経細胞膜画分との光親和性標識を試みた。この結果、天然物の添加により阻害されない多くの非特異的標識タンパク質の中から、阻害を受ける特異的標識タンパク質を二次元電気泳動により見出すことができた。こうしたタンパク質が一般的に微量成分であることで本分野の研究の障害になっていることより、これに対処すべく質量分析を用いたタンパク質同定法の確立を進めており、その成果を得ている。本研究は縮環型ポリ環状エーテルの炭素3つを介したエーテル酸素と膜結合タンパク質アルファ螺旋構造との特異的親和性を作業仮説として進めているが、これを検証すべくタンパク質膜貫通部位のモデルペプチドを化学合成し、同様に合成したポリ環状エーテルのモデルであるポリプロピレングリコールと対照としてのポリエチレングリコールとの親和性を螺旋構造の安定性を指標に検証した結果、前者に特異的な親和性が見られた。これにより本研究の作業仮説が支持された。(1)に関して、本研究室で確立したin situヒドロホウ素化/鈴木クロスカップリングによる6員環構築を介したポリ環状エーテルの収束的合成法により調製した5環性エーテルを2つ繋げることで、1112環性エーテルの前駆体に相当する化合物を得た。しかしこの段階で繰り返し化学構造による生成物立体構造のNMRによる確定での障害が判明した。そこで冒頭に期した目的も兼ねて合成の際重水素を導入しこの位置の水素核化学シフトを判別可能とすることで立体構造の確定を行うべく、現在ヒドロホウ素化による重水素導入の反応条件を検討している。(2)に関しては、本研究室にて全合成により調達した微量海産ポリ環状エーテルであるガンビエロールより誘導した毒性維持修飾体により神経細胞膜画分との光親和性標識を行った。この結果標識されたタンパク質の消化物に対して質量分析を用いた分析結果をデータベースから探索することでいくつかの既知膜タンパク質を標識タンパクの候補として見出した。
低レベル放射性廃液中のテクネチウム除去に関する基礎研究

使用済核燃料の再処理施設で発生する低レベルであるが排水濃度規制に抵触するアクチノイドおよびテクネチウム(Tc)を含む放射性廃液を、薄膜式蒸発法で濃縮してから主工程に戻すまたは処分することを構想し、その結果として放射性廃液の発生量を大幅に減少させるのが目的である。蒸発法は減容比が非常に大きいため有効な手段であるが、Tcは揮発し易い元素であるため従来の濃縮法を利用するのが困難である。水を用いた薄膜式蒸留法の濃縮実験で以下のような結果を得た;温度:50°C、翼回転速度:600rpm、水供給速度:13ml/min、真空度:15mm Hg。これらの条件下では蒸留器の連続運転が可能である。得られた最適条件下でトレーサレベルのテクネチウム溶液のバッチ式濃縮実験を行い、濃縮液中に98%の回収率を得た。蒸留液中のテクネチウム濃度は測定限界以下であった。2%のTcの所在を検討するため、Tcと物理化学的性質が類似しているレニウム(Re)水溶液(100x10^<-6>g/ml、500ml)の濃縮実験を行った。蒸留液中のRe濃度(2x10^<-9>g/ml)を誘導結合質量分析装置(ICPMASS)で分析し、また濃縮液中のRe濃度(2000x10^<-6>g/ml)を誘導結合発光分析装置(ICPAES)で分析した。分析値から計算したReの回収率は98%であり、Tcを用いた濃縮実験の結果と一致した。また、蒸留液および供給液のRe濃度からReの除染係数を求め5x10^4の値をえた。蒸留液中のRe濃度を更に検討することが必要である。さらに硝酸ナトリウムなどの塩が共存する場合や少量のドデカンなどの有機溶媒が共存する場合の濃縮挙動を明らかにする必要がある。本研究では、テクネチウム含有廃液を、蒸発缶壁に薄膜にして保持し蒸発面積を増大させて水を蒸発させるとともに減圧下の加熱処理により揮発性成分の揮発を抑制し濃縮する機能を併せて有する薄膜式減圧加熱蒸発装置で処理し、その濃縮液をスラッジ固化体とするためのプロセスを構築することが目的である。本年度は、薄膜式減圧加熱蒸発装置を運転するための基礎的実験条件を水を用いて調べた。液体の減圧加熱蒸発に影響する物理的要因としては、真空度、加熱温度、時間、液体量および液体の蒸発面積などがあり、化学的要因としては溶液の組織および濃度などが考えられる。そのほか薄膜式蒸発缶の運転条件として、供給された溶液を薄膜とするための翼の回転速度をおよび蒸発缶への溶液の供給速度などがある。処理中の蒸発液量及び濃縮液量を測定することにより、一定の真空条件下(20mmHg)における翼回転速度、加熱温度および水の供給速度などが蒸発速度に及ぼす影響を調べた。30°Cでは蒸発液量と濃縮液量とがほぼ等しくて蒸発速度も非常に遅い。70°Cでは蒸発速度が非常に速いが時々運転中に真空度の変化が起こり再現性も悪かった。50°Cでは濃縮液量が供給液量の1%以下であり蒸発速度の再現性も良かった。溶液の供給法としては、蒸発缶上部に設置した液面調節センサーを利用する方法またはセンサーと無関係にタイマーで運転する方法とがある。

前者のセンサーを用いた場合には、薄膜生成の翼回転数が900以上で蒸発缶上部に突沸現象が観察され、またタイマーによる調節法では、1200回転時に突沸現象が観察された。突沸現象は飛沫同伴による揮発成分の汚染が予想されるのでその現象を避ける条件を選定した。以上の結果から50°Cにおいて翼回転数が600で液面調節センサーを使用した場合に蒸留速度は12ml/min程となり、この蒸留条件が最適と考えられた。薄膜式蒸発装置は現有しているグローブボックス内に設置した。テクネチウム-95mは東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンターの学内共同利用で製造した。来年度は、最適条件下においてテクネチウムの蒸発挙動を調べ、テクネチウムの揮発を抑制する最適条件を明かにする。バッチ式における純水の回収挙動は、まず溶液が薄膜式蒸発缶に供給されると遅い蒸発速度で蒸発する。ついで、薄膜が缶上部に達すると、与条件下では最大の速度を示し、この速度は温度、真空度、溶液供給速度および翼回転速度に強く影響される。液の供給が停止すると薄膜の高さも減少し、蒸発速度も減少する。従って、バッチ式濃縮実験のばあいには全体として蒸発量の時間変化はシグモイド形を示した。本研究では飛沫同伴によるテクネチウムの移動を防ぐため、翼回転速度600rpm、液供給速度13ml/minおよび真空度15mmHgの条件下で、^<95m>Tcのtracer濃度(約10^<-12>M)の廃液を30°Cで薄膜式蒸発缶で処理したが、回収率が約98%であった。このときの蒸発して回収された蒸発液中の^<95m>Tc放射能濃度は測定出来なかった。濃縮液中の2%のテクネチウムの損失の原因を調べる為テクネチウムと物理的化学的性質が類似しているレニウムを用いて蒸発挙動をしらべた。模擬廃液濃度100ppmのレニウム溶液500mlを薄膜式蒸発法で処理し、濃縮液中のレニウム濃度をICPAES(誘導結合発光分光計)で調べたところによると、2000ppmであった。蒸溜液中のレニウム濃度をICP-MASS(誘導結合プラズマ質量分析装置)で定量したところ、2ppbのレニウムが検出された。濃縮液中のレニウム濃度と蒸溜液中のレニウム濃度とから、除染係数として約10^6の値を得た。これらの結果はレニウムが極少量ながら揮発することを意味する。
ヒト免疫不全ウイルスの組み込み過程におけるDNA修復酵素の役割の解析

昨年度までの研究に引き続き、DNA二重鎖切断修復酵素が欠損した細胞に組み込まれたヒト免疫不全ウイルス(HIV)及びマウス白血病ウイルス(MLV)のDNA周辺の塩基配列の異常を解析した。その結果、レトロウイルス感染においてDNA二重鎖切断修復酵素は組み込み過程だけでなく、逆転写反応や組み込み領域の選択をも制御していることが明らかとなった。よって、今まで考えられていた以上にDNA二重鎖切断修復酵素はレトロウイルス感染に密接に関与していることがわかった。以上の結果を論文として発表した。上記の研究により得られたデータをさらに解析した結果、DNA二重鎖切断修復酵素の一つであるMre11を欠損した細胞では、MLVが遺伝子内に組み込まれる効率が上昇している傾向が示唆された。結果としてHIVに類似した組み込み領域指向性を示していた。この可能性を証明するために、高速シーケンサー(illumina社製)を用いて組み込み部位の大量解析を現在行っている。Mre11相補細胞を用いて解析手法や条件を検討した結果、約25000箇所のMLVの組み込み部位を同定することに成功した(1サンプルあたりの組み込み部位の解析数としては過去最多)。それらを解析した結果、転写開始点付近やCpG island付近に組み込まれる効率が高いことが確認され、過去に報告された傾向と一致していた。現在は、Mre11に加えて、NBS1やATMの欠損による影響を検討するために、それら欠損細胞と相補細胞における組み込み領域を解析している。また、プログラミングソフト(Per1)を用いて解析効率の上昇と多面的な解析を行うことを試みている。現在、DNA二重鎖切断(DSB)修復酵素がレトロウイルスの組み込み過程、特にその最終段階のpost-integration repairに関与することが示唆されているが、はっきりとした結論は出ていない。さらに、これらの酵素がレトロウイルスの感染過程に異なる形で関わっていることも否定できない。そこで我々は、DSB修復酵素の役割を解明するために、それら酵素を欠損する細胞に組み込まれたウイルスDNA付近の塩基配列を解析した。その結果、ATM、Artemis、Mre11、及びNBS1欠損細胞において、HIV-1 DNAと宿主DNAとの間に異常な塩基が挿入された結合部位が有意に多く認められた。この異常な塩基は大きく2種類に分けられ、一方は組み込み過程の初期(3'-processing反応)においてインテグレースが除去するウイルスDNA末端の2塩基と同一の塩基であり、他方は全く由来の分からない挿入塩基であった。これらの異常はHIV-1 DNAの両側の結合部位において認められ、また別のレトロウイルスであるマウス白血病ウイルス(MLV)のDNAと宿主DNAとの結合部位においても認められた。以上のことから、DSB修復酵素の役割として、3'-processing反応の制御、及びstrand transfer反応以前のウイルスDNA末端の保護が新たに示唆される。さらに、HIV-1の組み込み部位近傍の数塩基において高度に保存された指向性が、ATM、Artemis、NBS1、及びDNA-PKcsを欠損した細胞において変化があった。この結果は、これらの酵素がHIV-1の組み込み部位の指向性を制御していることを示唆している。以上の結果から、DSB修復酵素はpost-integration repair以外に、様々な段階でレトロウイルスの感染過程に関与していることが新たに示唆された。
都市化社会における家族生活の変容と保育ニ-ズの多様化に関する研究

「都市化社会における家族生活の変容と保育ニ-ズの多様化」をテ-マとする,大都市(東京都渋谷区)と地方中核都市(岡山県倉敷市)の2つの地区を調査対象とした実証的研究である。保育所長・保母をはじめ保育行政担当者,園児の保護者,地区住民などからの聴取や,関係資料の収集によって実態を調査し,その結果を分析した。2つの地区はいずれも都市化の影響をより強くうけ、そこでの家族生活は大きな変容を示してきた。例えば核家族化の進展は著しくそれぞれの地区で7080%を占め,母親の就労率も高い。また,両親の職種や就労形態は多様で,したがって家族生活もさまざまな様相を呈する。こうした状況の中で,保育所保育への要求=保育ニ-ズは量的にも質的にも多様化する。地区住民の保育ニ-ズをまとめるとつぎのとおりである。まず,(1)保育時間の延長,(2)休日保育,(3)病児保育・障害児保育・産休明け保育など,いまの措置対象となっている子どもに関するものがあげられる。一方,措置対象外の子どもにも向けられ,(4)一時保育・非定型保育(一時的にあずかったり,保育日数や時間を親の事情に合わせる),さらに広く地域社会に開放された保育施設としての(5)地域の子育てサ-ビスセンタ-の役割を期待する。地域への開放は乳幼児のみに留まらず、小中高生や大人・老人をも対象とする,(6)ボランティアの受け入れ,(7)小中高生へのサ-ビス(学童を放課後一定時間受れ入れる,中高性が乳幼児と触れ合う場を提供する)などのニ-ズが生ずる。このような多様化する保育ニ-ズは、さきにあげた家族生活の状況と併せてここでは地域生活ネットワ-クのあり方も大きく作用していることを指摘できる。したがって、都市化のもとで、今日、保育所保育はそのあり方について根本的に問われているのである。
呼吸・気道反射・発声の中枢制御

脳幹内には呼吸に同期して活動する呼吸ニューロンが後顔面神経核周辺(BOT)、疑核近傍(rostral VRG)、孤束腹外側核近傍(DRG)、後疑核近傍(caudal VRG)などに存在し呼吸運動を制御する。一方、呼吸筋・補助呼吸筋の協調運動により引き起こされる、発声、気道反射などの非呼吸性運動時にも呼吸ニューロンは特徴的に活動し個々の運動発現に関係する。本研究では呼吸運動から非呼吸運動への切り替わりがどのような神経機構によって引き起こされるかを調べた。実験には除脳ネコを用い、発声運動は中脳中心灰白質(PAG)に微小電気刺激を加え誘発し、呼吸ニューロンの活動動態を検討した。結果をまとめると、(1)PAGに連続電気刺激を加えると、安静呼吸は中断され最初に吸息が誘発され声門開大筋と横隔膜の活動が増強し、発声時には声門閉鎖筋と呼気筋活動が増強した。(2)横隔膜と呼気筋の活動を支配するDRG吸気ニューロンとcaudal VRG呼気ニューロンは、それぞれの支配筋活動の増大に対応し発射活動を増大させた。PAG刺激中の横隔膜、呼気筋活動の増強はこれらのニューロンの活動増大によって誘発されるものと推測された。(3)rostral VRGに存在する一定型吸気ニューロンはDRG吸気ニューロンと声門開大筋運動ニューロンに興奮性接続する。このニューロンはPAG刺激中に吸息に一致して活動を増大させた。従って、PAG刺激中のDRG吸気ニューロン活動と声門開大筋活動の増大は一定型吸気ニューロンの活動増大によって誘発されることが推測された。(4)BOTの漸増型呼気ニューロンはDRG吸気ニューロンと横隔膜運動ニューロンに抑制性に接続するが、PAG刺激中にその発射活動を消失あるいは著しく減少させた。PAG刺激直後に引き起こされる最初の吸息運動発現には漸増型呼気ニューロンの活動抑制が関係すると推測された。
住血吸虫によるTh17型炎症抑制機構の解析

ストレプトゾトシン(STZ)誘発1型糖尿病と、IL-1受容体アンタゴニスト欠損マウスの自然発症関節炎に対するマンソン住血吸虫の抑制効果について検討した。住血吸虫感染によりSTZ誘発による血糖値上昇は有意に抑制された。感染マウスでは膵リンパ節におけるβ細胞傷害メディエーターの発現が抑制されており、この抑制効果にはTh2サイトカインは必須ではないことが示された。住血吸虫感染はまた、自然発症関節炎における後肢の腫張を抑制した。[背景と目的]微生物の感染によって、自己免疫性疾患やアレルギー疾患が抑制されるという報告が多くなされている(衛生仮説)。本研究では寄生蠕虫の「Th17型炎症抑制作用」の機序を主に遺伝子組換えマウスを用いて解析する。[方法]実験系として主に自己免疫性関節炎(IL-1RaKOマウスの自然発症関節炎およびコラーゲン関節炎)を用いる予定であるが、未だ準備中(導入・繁殖または戻し交配中)であるので、本年度は、最近Th17の関与が示唆されている自己免疫性1型糖尿病モデルであるストレプトゾトシン(STZ)誘発糖尿病を用いて、マンソン住血吸虫および毛様線虫の一種H.polygyrus (Hp)を感染させたマウスで抗糖尿病効果を検討した。[結果]マンソン住血吸虫・Hpとも、感染により多回低用量STZ投与マウス(免疫機序の関与するモデル)の血糖値上昇が有意に抑制されたので、Hpを用いてさらに詳細な検討を行った。Hpは単回高用量STZ投与マウス(免疫機序の関与しないモデル)の血糖値上昇は抑制せず、また経口グルコース負荷後の血糖値の動態に影響を与えなかった。感染マウスの脾細胞ではTh2応答の増強とTh1応答の低下が観察されたが、Th2応答の生じないSTAT6KOマウスにおいてもHpの血糖値上昇抑制作用は観察された。[考察]寄生蠕虫の抗1型糖尿病効果が確認された。本効果は寄生虫による糖消費や糖吸収阻害にではなく免疫修飾作用に基づいていると考えられたが、寄生虫によるTh2偏位は本効果に関与していないことが示唆された。また、本糖尿病モデルはIFNγKOマウスにおいても野生型と同様に発症したことから、Th1依存性ではないことが確認された。[方法]昨年度までに、ストレプトゾトシン(STZ)誘発1型糖尿病に対してマンソン住血吸虫(Sm)および毛様線虫の一種H.polygyrus(Hp)が血糖値上昇を抑制することと、その作用はSTAT6に依存しないことを明らかにしてきた。本年度は(1)糖尿病抑制作用におけるIL-10の関与を検討するとともに、(2)Th17依存性の自然発症型自己免疫性関節炎(IL-1RaKOマウス)に対するSmおよびHp感染の影響を検討した。[結果](1)Sm,Hpともに、IL-10KOマウスにおいても野生型と同様にSTZ誘発血糖値上昇を抑制した。(2)HpはIL-1RaKOマウスの関節炎発症を抑制しなかった。Smは5週令マウスに感染させた場合、その感染初期(06週)においては関節炎発症に影響を与えなかったが、810週にかけては足肢の腫脹を抑制する傾向が観察された。ただし、関節の強直に対する抑制は観察されなかった。[考察]他の寄生蠕虫と同様に、Sm,HpもIL-4,IL-13、IL-10などのTh2/Tregサイトカインを誘導することが知られているが、これらのシグナルは1型糖尿病の抑制作用には必須でないことが示された。また関節炎に対してはSmは抑制作用を示すがHpは示さないことより、寄生蠕虫による関節炎に対する抑制機序は1型糖尿病に対する抑制機序とは異なることが推察された。本研究では、IL-17の関与が示唆されているストレプトゾトシン(STZ)誘発1型糖尿病(T1D)およびIL-17依存性が証明されているIL-1RaKOマウス自然発症関節炎をモデルとして用いている。昨年度までに、マンソン住血吸虫(Sm)のが誘発型のT1Dを抑制すること、その作用はSTAT6およびIL-10に依存しないことを明らかにしてきた。本年度はSm感染マウスの膵リンパ節における関連遺伝子の発現について解析した。Sm 100隻を経皮感染させ、6週後にSTZ 50mg/kgを連続5日間腹腔内投与した。初回投与1週後にサンプルを採取しリアルタイムPCRを行った。