hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光反応型ソーラーシステムによる耐熱性細菌胞子の殺菌法の開発

1)高圧水銀灯を用いた光照射下(波長域:365579nm)において,有効な細胞・胞子の死滅速度を得るためには,酸化チタン微粒子と空気の通気による溶存酸素の存在が必要であった.2)光反応槽内での平均光強度が大きくなるにつれて細胞・胞子の死滅速度は向上し,また,溶存酸素は細胞・胞子に対する攻撃種となる酸化剤ラジカルの生成に寄与することが推定された.3)細胞・胞子の死滅機構として,酸化チタンの光励起によって生成される酸化剤ラジカル濃度と胞子濃度に関する2次反応速度論を適用し,さらに,1ヒット性多重標的モデルあるいはSeries-Eventモデルを組み合わせることによって,細胞・胞子の死滅速度に対する光強度の効果を定量的に相関できた.4)連続殺菌が可能となるように,酸化チタン微粒子をガラス板表面へ固定化し,E.coliの光殺菌試験を実施した.その結果,酸化チタン微粒子固定化系においても有効な殺菌速度が得られ,Series-Eventモデル解析より得られるパラメータ(致死反応回数)は,酸化チタン懸濁系および固定化系で一致した.5)酸化チタン微粒子懸濁系および固定化系のいずれにおいても,見かけの死滅速度定数と光強度の間には直線関係が見られた.また,酸化チタン濃度あるいは固定化量に関しては,見かけの死滅速度定数に対し最適値が存在した.以上より,半導体微粒子を利用した光殺菌は種々の微生物に対して有効であり,また,微粒子の固定化を図ることにより,連続殺菌操作に対する基礎的知見が得られた.1)高圧水銀灯を用いた光照射下(波長域:365579nm)において,有効な細胞・胞子の死滅速度を得るためには,酸化チタン微粒子と空気の通気による溶存酸素の存在が必要であった.2)光反応槽内での平均光強度が大きくなるにつれて細胞・胞子の死滅速度は向上し,また,溶存酸素は細胞・胞子に対する攻撃種となる酸化剤ラジカルの生成に寄与することが推定された.3)細胞・胞子の死滅機構として,酸化チタンの光励起によって生成される酸化剤ラジカル濃度と胞子濃度に関する2次反応速度論を適用し,さらに,1ヒット性多重標的モデルあるいはSeries-Eventモデルを組み合わせることによって,細胞・胞子の死滅速度に対する光強度の効果を定量的に相関できた.4)連続殺菌が可能となるように,酸化チタン微粒子をガラス板表面へ固定化し,E.coliの光殺菌試験を実施した.その結果,酸化チタン微粒子固定化系においても有効な殺菌速度が得られ,Series-Eventモデル解析より得られるパラメータ(致死反応回数)は,酸化チタン懸濁系および固定化系で一致した.5)酸化チタン微粒子懸濁系および固定化系のいずれにおいても,見かけの死滅速度定数と光強度の間には直線関係が見られた.また,酸化チタン濃度あるいは固定化量に関しては,見かけの死滅速度定数に対し最適値が存在した.以上より,半導体微粒子を利用した光殺菌は種々の微生物に対して有効であり,また,微粒子の固定化を図ることにより,連続殺菌操作に対する基礎的知見が得られた.半導体光触媒を用いた光殺菌システムにおいて、酸化チタン微粒子(アナターゼ型:ルチル型=7:3,平均粒子径=21nm)が優れた殺菌作用を示すことが明らかとなった.また,殺菌される微生物種も,大腸菌,酵母などではきわめて効率的に死滅することが分った。試験された微生物種の中では,Bacillus stearothermophilusの胞子が最も強い耐性を示したので,酸化チタン懸濁系において,本菌の胞子に対する細菌システムに関し集中的に検討した.その結果,以下の知見が得られた.1)高圧水銀灯を用いた光照射下(波長域:365579nm)において,有効な胞子滅速度を得るためには,酸化チタン微粒子と空気の通気による溶存酸素の存在が必要であった.2)光反応槽内での平均光強度が大きくなるにつれて胞子死滅速度は向上し,また,溶存酸素は胞子に対する攻撃種となる酸化剤ラジカルの生成に寄与することが推定された.3)酸化チタン濃度5×10^<-2>kg/m^3のとき,胞子死滅速度が最大となり,これ以上の酸化チタン濃度では,入射光の散乱効果により槽内の光吸収量が減少するため,胞子死滅速度は低下した.4)胞子の死滅機構として,酸化チタンの光励起によって生成される酸化剤ラジカル濃度と胞子濃度に関する2次反応速度論を適用し,さらに,胞子内に酸化剤ラジカルによって損傷される標的を想定した1ヒット性多重標的モデルを組み合わせることによって,胞子死滅過程が解析可能となり,死滅速度に対する光強度の効果を定量的に相関することができた.半導体として酸化チタン微粒子(アナターゼ型:ルチル型=7:3,平均粒子径=21nm),殺菌対象菌としてSaccharomyces cerevisiae(酵母)およびEscherichia coli(大腸菌)を取り挙げ,酸化チタン微粒子懸濁系(酸化チタン濃度:00.5kg/m^3)および固定化系(酸化チタン固定化量:01.1g/m^2)において殺菌試験を実施し,以下の知見を得た。1)高圧水銀灯を用いた光照射下(波長域:365579nm)において,酵母および大腸菌の殺菌速度は平均光強度(013.4kJ/(m^2・min))の増加とともに増大した.また,Series-Eventモデルを適用した速度論的解析より,見かけの死滅速度定数は,大腸菌でより大きな値が得られた.2)連続殺菌が可能となるように,酸化チタン微粒子をガラス板表面へ固定化し,大腸菌の光殺菌試験を実施した.

その結果,酸化チタン微粒子固定化系においても有効な殺菌速度が得られ,また,Series-Eventモデル解析より得られるパラメータ(致死反応回数)は,酸化チタン懸濁系および固定化系で一致することが分った.3)酸化チタン微粒子懸濁系および固定化系のいずれにおいても,見かけの死滅速度定数と光強度の間には直線関係が見られた.また,酸化チタン濃度あるいは固定化量に関しては,見かけの死滅速度定数に対し最適値が存在することが分った.以上より,半導体微粒子を利用した光殺菌は種々の微生物に対して有効であり,また,微粒子の固定化を図ることにより,流通操作が可能な殺菌プロセスを開発しうるとの見通しを得た
多発性骨髄腫細胞におけるIL-6シグナル伝達機構の解析

多発性骨髄腫の患者の骨髄あるいは髄外に増殖した形質細胞腫より骨髄腫細胞を分離し、in vitroでIL-6依存性増殖及び抗IL-6レセプター抗体による増殖抑制効果を、^3H-TdR uptake並びにDNA cell cycle analysisにて解析した。IL-6依存性の増殖は検体の約40%に認められ、抗IL-6レセプター抗体はその増殖を抑制した。これらの新鮮な骨髄腫細胞をIL-6トランスジェニックSCIDマウスに移植したところ、形質細胞腫の腫瘤形成が16例中1例で認められ、抗IL-6レセプター抗体はin vivoにおいても腫瘤形成を阻害した。一方、腫瘤は形成しなかったが、他の症例においてもマウスへの移植後マウス血清中のMタンパクは経時的に上昇し約2ヶ月後にマウス脾臓において骨髄腫細胞の存在が蛍光抗体法にて確認された。また、抗IL-6抗体の投与によりMタンパク血症も腫瘍細胞の生着も抑制された。次に前述のIL-6トランスジェニックSCIDマウスに形成された形質細胞腫より1×10^9個の腫瘍細胞を分離し、約1時間の前培養の後、5μg/mlのIL-6にて37°Cで5分間刺激した。RIPAバッファーにて細胞溶解後、抗JAK-1抗体、抗JAK-2抗体、抗Tyk2抗体、抗gp130抗体にて免疫沈降を行ない、420%の密度勾配電気泳動にて展開し、抗リン酸化チロシン抗体にてリン酸化の有無を検討した。その結果、JAK-1はIL-6刺激によりごくわずかのチロシンリン酸化を受けたにすぎなかったが、JAK-2はIL-6刺激による明らかなリン酸化が生じた。しかし、Tyk2に関してはIL-6刺激前よりチロシンリン酸化がされており、刺激の前後で明らかな差は認められなかった。同じパターンのチロシンリン酸化はヒト骨髄腫細胞株であるU266でも認められた。以上のことから、IL-6による骨髄腫細胞の増殖刺激に際し、少なくともJAK-2のリン酸化が生じる。Tyk-2は常にリン酸化された状態であり、形質細胞の腫瘤化に関与している可能性が示唆された。
プロトカドヘリン8サブファミリーの中枢神経系形成と器官形成における機能的意義

研究代表者および共同研究者(以下、我々)は、ゼブラフィッシュのプロトカドヘリン8サブファミリーの遺伝子を複数クローニングし、ゼブラフィッシュ胚発生におけるそれらの発現と機能を明らかにした。プロトカドヘリン(以下、Pcdh)はカドヘリンファミリーファミリーに属する細胞接着分子で、このうちゲノム上にクラスタを成さない非クラスタ型Pcdhについて、その知見は乏しかった。我々は、非クラスタ型Pcdhのうち、Pcdh8サブファミリーが胚発生で果たす役割について研究した。Pcdh18は、中枢神経系や咽頭弓に発現しており、後脳の分節や咽頭弓の形成に関与していると推定された。Pcdh17、19も中枢神経系に発現していた。Pcdh10aは、眼のレンズに発現していた。以上から、これらPcdhが脳や頭部形成に重要だと推測された。また、Pcdh10aの発現がPcdh10bの発現と著しく異なっていたことから、ゼブラフィッシュの系統発生におけるゲノム重複後の機能的分化の一例と考察された。プロトカドヘリン(Pcdh)のうち,Pcdh8サブファミリーに属するものをゼブラフィッシュcDNAからクローニングした。そのうち,Pcdh1a,7a,7b,8a,8b,10a,10b,11b,17a,18a,18b,19について,配列から同定した。8aと10b以外は本計画で新規にクローニングされたものである。Pcdh18bについては,コード領域を含む全長のcDNAの配列を決定し,ゼブラフィッシュ胚における発現パターンを調べ,ゼブラフィッシュの中枢神経系と咽頭弓の形成に関与していることが示唆された。また,Pcdh19についても配列と発現パターンを解析し,やはり中枢神経系で機能しているとの示唆を得た。さらに,Pcdh10aと18aの発現パターンを解析し,10bと18bのパターンとの相違を検討し,ゼブラフィッシュにおいては過去のゲノム重複により生じた複数のPcdh遺伝子座に機能的分化が進んでいるとの示唆を得た。その他,VAMP2のほ乳類骨格筋細胞における発現を調べた。ゼブラフィッシュのプロトカドヘリン(Pcdh)及びカドヘリン(Cdh)について、以下の研究成果を得た。【Pcdh18】ゼブラフィッシュのPcdh18をクローニングし、胚における発現パターンを調べた。ゼブラフィッシュ胚cDNAライブラリからPCRによってPcdh18のcDNAをクローニングし、プローブを合成した。それを使い、ゼブラフィッシュ胚におけるPcdh18の発現をin situハイブリダイゼーションにより染色した。Pcdh18は受精後6時間(6hpf)から動物極側に発現し、12hpf以降では脳及び脊髄に発現した。2456hpfでは菱脳節に沿ったパターンを示した。3672hpfでは咽頭弓や下顎弓、腸管にも発現した。【Cdh6】ゼブラフィッシュの網膜形成におけるCdh6の機能を調べた。ゼブラフィッシュ胚ではCdh6は網膜と腎に発現する。アンチセンスMorpholinoによりCdh6をノックダウンすると、網膜形成が阻害された。視細胞、網膜神経節細胞、アマクリン細胞が著しく障害され、網膜形成に関与する転写因子の発現が低下し、Delta-Notch遺伝子の発現も変容した。【Pcdh17、19】ゼブラフィッシュのPcdh17、19をクローニングし、in situハイブリダイゼーションによりそれらの発現パターンを調べた。いずれも主に中枢神経系に発現した(論文投稿中)。【Pcdh10】ゼブラフィッシュPcdh10の2つのアイソフォーム、10aと10bの発現パターンを比較した。詳細は科学研究費補助金「δ-プロトカドヘリンファミリーの神経発生・器官形成における機能的多様性の意義」(課題番号21590192)により研究継続中。【その他】その値のPcdhについても、いくつかクローニングした。前記課題により研究継続中。
学習科学の観点から学習過程を質的に明らかにするテクスト言説分析の提案

学習(学び)は、過去の経験と将来の見通しの再編成のプロセスである。このプロセスは様々な言説と談話を通して再構成され、他の人々と共有される。本研究は、この学びのプロセスを支える人々の語りを分析するための分析方法の開発を目指した。語りの事例として、看護師になる過程ならびに教師になる過程を取り上げて、語りの内容と形式をどのように分析すれば良いか、分析におけるポイントを共有化できる方法論を開発し、いくつかの事例を分析した。「学習科学」の一層の充実のためには、学習過程のなかでも"深い学習過程"を記述・評価できる質的分析の方法が必要とされている。そこで、本研究は「テクスト言説分析」と呼ぶ、新しい分析手法を開発することを主目的とする。この手法を看護士および教員養成課程にいる学習者から得たインタビューデータに適用し、学習に関する意味付けの特質を明らかにすること、同時に質問紙法を利用した量的分析によって学習者の意識を定量的に構造化し、両分析の異同を明らかにすることを目標とする。この比較作業を通して「テクスト言説分析」の妥当性を確認しつつ、その改善を目指し、「テクスト言説分析」を学習研究者、実践家、実務家の利用に供するための手続き化をはかる。本年度は、理論的な作業として、質的方法論の位置を学習科学の観点から意味付けた。またテクスト言説分析の手続き化のために、言説分析研究をレビューしたうえで、第1バージョンの分析手法を作成した。教師養成領域では、これを道徳および道徳に係る教師の語り実践に適用してみた。また看護領域では、言説に含まれる情動政治的プロッスに着目して、看護学生の語りを言説論から位置づけ直した。「学習科学」の一層の充実のためには、学習過程の中でも"深い学習過程"を記述・評価できる質的分析の方法が必要とされている。この手法を看護師および教員養成課程にいる学習者から得たインタビューデータに適用し、学習に関する意味付けの特質を明らかにすること、同時に質問紙法を利用した量的分析によって学習者の意識を定量的に構造化し、両分析の異同を明らかにすることを目標とする。理論的な作業として、質的方法論の位置を学習科学の観点から意味付けた。また、テクスト言説分析の手続き化のために、言説分析研究をレビューした上で、分析手法を作成した。また看護領域では、言説に含まれる情動政治的プロセスに着目して、看護学生の語りを言説論から位置付け直した。
インテリジェントCIMシステムに関する研究

本研究によって得られた成果は以下の通りにまとめられる。1)CIMシステムの概念の調査を行い、パ-ソナルコンピュ-タを用いて整理して、CIMの概念を5つのレベルに分類した。さらに、CIMシステムに関連する国内外の動向の文献調査を行った。2)インテリジェントCIMシステムの構築のためのデ-タベ-スにおけるスキ-マの比較検討を行い、さらに、統一的な対象記述を実現するために、状態の概念に基づいた統合スキ-マを提案した。3)インテリジェントCIMシステムにおいて、概念設計支援システムの方法論の提示とシステムの試作を購入したワ-クステ-ションにて行い、設計初期段階における要求仕様を製品情報としてモデリング可能であることを示した。4)製品(部品)群加工に必要な工作機械の解析的設計の方法論を提案し工作機械の必要最小限の創成運動機能として、必要最小限のものを決定することが可能となった。5)創成運動機能から、工作機械基本構造の決定手法を提案した。さらに設計知識の収集・分析を行い、知識に基づく工作機械の基本構造の設計システムを構築し、手法の有効性を検証した。6)柔軟なマン・マシン・インタ-フェ-スとしての、手書き図面による製品情報のモデリングの手法を開発とプロトタイプの作成を行った。7)製品情報から、製造に必要な素形材を設計する手法ならびにシステムの開発をワ-クステ-ション上で行なった。以上本研究は研究予定通りの成果をあげることが出来たものと考えるが、今後とも継続的かつ積極的な研究の推進が必要であると考える。本研究は、製品設計および工程設計から、その加工、組立、検査などの生産プロセス、ならびに製品に適した生産工場のレイアウトや生産管理までを統合的に一貫して処理するインテリジェントCIM(コンピュータ統合生産)システムの実現を目的とするものである。昭和63年度の研究により得られた成果を以下にまとめる。1.インテリジェントCIMに必要な知識の分析CIMの知能化において必要な専門的および一般的知識の内容の分析を行なうとともに、既存の代表的な知識表現法による記述を試みた。この結果、CIMに必要な知識を統一的に記述する方法論は存在しないこと、各種の解析計算などに関する深い知識が必要なこと、ならびに知識ベースとデータベースの統合化が必要なこと、が明かとなった。2.知識ベースの設計1.の結果に基づき、CIM用知識ベースの設計を行なった。特に、機械製品の概念設計および工作機械の構造設計の問題を取り上げ、そこで必要な知識の表現とその知識ベース化について検討した。その結果、概念設計段階では自然言語および概念依存などを含む記述構造が必要なこと、構造設計段階では設計対象ならびに設計基準の記述が必要なことが明かとなった。3.インテリジェントCIMの基本設計知識情報を有効に利用しうるイントリジェントCIMの基本設計を行なった。特に、機械の概念設計、構造設計、機械加工工程設計ならびに組立工程設計における意志決定プロセスとそこで必要な知識情報処理を検討した。以上のように、本研究は、当初の研究計画にしたがって、順調に進展している。2)インテリジェントCIMシステムの構築のためのデ-タベ-スにおけるスキ-マの比較検討を行い、さらに、統一的な対象記述を実現するために、状態の概念に基づいて統合スキ-マを提案した。

さらに設計知識の収集・分析を行い、知識に基づく工作機械の基本構造の設計システムを構築し、手法の有効性を検証した。6)柔軟なマン・マシン・インタフェ-スとしての、手書き図面による製品情報のモデリングの手法を開発とプロトタイプの作成を行った。7)製品情報から、製造に必要な素形材を設計する手法ならびにシステムの開発をワ-クステ-ション上で行なった。以上本研究は研究予定通りの成果をあげることが出来たものと考えるが、今後とも継続的かつ積極的な研究の推進が必要であると考える。
糖尿病の運動療法と血糖コントロールおよび筋毛細血管ネットワークの関連性

本研究は,II型糖尿病モデル動物に対して,有酸素運動を処方した.結果,血糖値とHbA1cは,糖尿病群と比し糖尿病の運動群は,低値を示したが,正常群と比すると高値をであった.そして,筋線維全体のミトコンドリア活性は糖尿病群より高値を示した.また,筋毛細血管直径,ねじれ,および,毛細血容量は維持され,血管新生因子の上昇が確認された.これらより,糖尿病の運動療法は,血糖コントロールの効果は十分でない.しかし,筋毛細血管構築の破綻を防ぐことができ,糖尿病の二次的合併症に対して治療効果が得られることが確認できた.本研究は,II型糖尿病モデル動物に対して,有酸素運動を処方した.結果,血糖値とHbA1cは,糖尿病群と比し糖尿病の運動群は,低値を示したが,正常群と比すると高値をであった.そして,筋線維全体のミトコンドリア活性は糖尿病群より高値を示した.また,筋毛細血管直径,ねじれ,および,毛細血容量は維持され,血管新生因子の上昇が確認された.これらより,糖尿病の運動療法は,血糖コントロールの効果は十分でない.しかし,筋毛細血管構築の破綻を防ぐことができ,糖尿病の二次的合併症に対して治療効果が得られることが確認できた.糖尿病モテルラツト(GK Rat)において、糖尿病に罹患すると、骨格筋のミオシン線維はタイアI型へ移行し、筋のコハク酸脱水素酵素活性は低下していた。GK Ratの赤筋であるヒラメ筋の筋毛細血管は、モヤモヤした部分が散見された。また、毛細血管の蛇行性、直径および、血管流域容量が減少していることが確認できた。その、研究の過程で、骨格筋の酸化型の遅筋と糖化型の速筋では毛細血管の構築に違いを発見し、それを明らかにした。赤筋の毛細血管は、白筋の毛細血管と比べると、直径が太く、筋線維と並行して走る毛細血管の吻合が多く、毛細血管流域容量が多く、さらに、血管内皮細胞増殖因子が多かった。そして、コハク酸脱水素酵素活性が高かったため、酸素必要量により毛細血管の構築が決定されるのではないかと結論づけた。そして、低負荷のコンディショニングエクササイズを行ったラットで、血糖値とHbA1cに変化はなかった。また、筋の免疫染色、ATPase染色と、ウェスタンブロッチングによる観察で、ミオシンタイプの1型への移行は防げないことが明らかになった。しかし、コハク酸脱水素酵素活性および、筋毛細血管の造影剤を用いた共焦点レーザー顕微鏡観察では、筋毛細血管の蛇行性、直径、および血管流域容量の減少が防げた。コハク酸脱水素酵素はクエン酸回路の活動性を示しており低負荷のコンディショニングエクササイズで、糖尿病による筋の代謝低下が防げることが明らかになり、毛細血管の減衰が防げることが明らかとなった。すなわち、抹消の循環障害に効果があることが示唆された。本研究では,II型糖尿病モデル動物に対して,有酸素運動を処方し,血糖のコントロールと骨格筋(主に,遅筋に対する)の代謝と毛細血管構築とのクロストークを検証した.結果,血糖値,HbAlcおよび,血中活性酸化代謝物は,糖尿病群と比し糖尿病の運動群は,低値を示した.しかし,何れも正常群と比すると高値をであった.正常群の遅筋であるヒラメ筋の筋線維は,多くのミオシン重鎖I型と少量のミオシン重II型で構成されていた.しかし,糖尿病群と糖尿病の運動群は,すべてミオシン重鎖I型で構成されていた.正常筋の筋線維のミトコンドリア活性は,少量のミオシン重鎖II型が高く,多量のI型は低かった.そして,糖尿病群ではII型は消失し,I型のミトコンドリア活性も正常と比し低かった.しかし,糖尿病運動群では,ミオシン重鎖はI型であるにも関わらずミトコンドリアの活性は正常群や糖尿病運動群のI型よりも高値を示し,結果,筋線維全体でのミトコンドリア活性は正常群より高値を示した.糖尿病の筋毛細血管の,顕微鏡による二次元観察では,正常群と比した筋毛細血管密度に差はなかった.しかし,共焦点レーザー顕微鏡による3次元観察では,筋毛細血管直径の縮小,ねじれの減少が確認され,筋毛細血管流域容量の減少を生じていた.一方,糖尿病の運動群では,筋毛細血管直径,ねじれ,および,毛細血管流域容量は維持されていた.そして,血管内皮細胞増殖因子系やアンギオポイチン系の血管新生因子の上昇が確認された.これらの結果より,糖尿病の運動療法は,血糖コントロールに対して,ある程度の効果は示すがそれだけでは十分でなく,正常域まで低下させることは困難であった.また,筋線維のタイプ変化を防止することはできなかった.しかし,筋毛細血管構築の破綻を防ぐことができ,糖尿病の二次的合併症に対して治療効果が得られることが確認できた.
トリテルペン合成酵素の機能開拓と超天然型新規生物活性物質の創出

年次計画(1年目)に記載した、新規基質アナログの化学合成と、酵素反応と反応生成物の同定に集中的に取り組んだ。含窒素ヘテロ芳香環であるインドール、ピロールと、イソプレンユニットが異なる形で連結したC_<20>(=C_<15>+C_5、及びゲラニルゲラニル)ポリプレンアルコールをカップリングさせることにより、ヘテロ芳香環含有基質アナログを4種化学合成した。これを大腸菌に大量発現させ精製した中等度好熱好酸菌Alicyclobacillus acidocaldarius由来ホペン合成酵素に作用させ、酵素反応生成物の単離精製と構造決定を行った。その結果、C_<15>+C_5のイソプレン側鎖を持つインドール含有基質アナログからは6/6/5員環構造をもつ5環性新規ポリプレノイドと、6/6員環構造を持つ4環性の新規ポリプレノイドが得られた。同様に、C_<15>+C_5のイソプレン側鎖を持つピロール含有基質アナログからは、6/6/5員環構造を持つ4環性新規ポリプレノイドが得られたが、その骨格はインドールと異なるものであった。また、6/6員環構造を持つ3環性の新規ポリプレノイドが得られ、この場合はインドールと同様の骨格であった。一方、ゲラニルゲラニル側鎖を持つ基質アナログからは酵素反応生成物は得られず、イソプレンユニットの結合様式が酵素反応に及ぼす影響が改めて確認された。以上、一年次においてヘテロ芳香環含有環状ポリプレノイドの創出に成功し、微生物由来スクアレン環化酵素の広範な基質特異性を改めて示した。また修士論文で論じた、酵素が3環以上の閉環反応を行うには、基質におけるファルネシルC_<15>ユニットの存在が必要である、という仮説を支持する結果を得た。さらに生成物の構造の違いから、活性部位のアミノ酸残基との相互作用や立体障害など、基質の修飾が酵素反応に及ぼす影響や構造活性相関について新たな知見を得ることができた。
ベント型メソゲンを有する主鎖型高分子のフラストレート液晶―らせん散逸とキラリティ

本研究で取り扱う液晶高分子は、ベント形状をしたメソゲン基を持つことを特徴とした主鎖型高分子である。具体的には、オキサジアゾール環を弁とコアーとした高分子の設計を試み、その出発原料としての、モノマーベント型液晶の研究を中心的に行った。このオキサジアゾール環を有するベント分子は、等方相直下の高い温度では、通常のネマチック液晶そしてスメクチック液晶を形成するが、これらの液晶相以下の温度では、バナナ型液晶に特徴的なB4相と呼ばれる相が出現する。この相は、ベント方位が同一方向になるように充填した結果現れる自発分極からの散逸現象と考えられ、スメクチックブロックが螺旋的にねじれたTGB類似の相と考えられた。また、この相はキラリティも有しており、自発的なキラリティの発生した特異な相と理解された。また、このようなモノマーを重合したポリエステルで液晶相転移を調べた結果、類似な相挙動を認めることができたが、溶融粘度が著しく大きくなるため、正確な相挙動の同定を行うことが困難であったため、現在、高分子試料の分子量分別、および2量体、3量体等オリゴ高分子の合成を試み、高分子効果(連結)の明快な解を得るべく、鋭意設計を行っている状況である。
脳内ストップウォッチにおける前頭葉の機能的役割

我々は、あたかも脳内にストップウォッチがあるかの如く、1秒や2秒という時間の長さを区別できる。しかし、脳がどうやって時間長を処理しているのかほとんど分かっていない。これまでに行われてきた実験では、時間はアナログ的な物理量であるにもかかわらず、時間長を長短で二者択一させる課題が支配的で、時間長を単に長短に分類するデジタル的な情報処理過程を調べるにとどまっていることが多い。そこで申請者は、アナログ的な情報処理に近付けるべく、3つの時間長を区別する実験課題で取り組んでいる。また、時間は視覚や聴覚といった刺激の感覚種に依存しないが、時間長の実験では、視覚刺激のみや聴覚刺激のみといった、特定の感覚種を実験に使うことがほとんどであった。申請者は、時間長の情報処理の本質を調べるため、視覚と聴覚の両方を使った実験にも取り組んでいる。脳活動の記録は、個々のニューロン活動について発火時刻を詳細に記録するユニットレコーディングを採用している。2018年度は、2017年度に開始した時間3分割課題での背内側前頭皮質のニューロン活動の計測を引き続き行った。背内側前頭皮質は前頭葉にある脳領野で、ヒト以外の霊長類で時間長の情報処理に関わっていることを示した論文がある(Marchant et al., 2014, 2015)。申請者は以前、補足運動野(SMA)のニューロン活動を記録した。背内側前頭皮質の運動前野はそもそも運動に強く関連しているが、補足運動野の下流にあたる脳領域であり、時間情報処理にも関わっている可能性は高い。2018年度の実験を通して、徐々にデータが溜まってきた。実験装置の不具合が多く、実験が進められない時期もあったので、過去に取得していた、視覚刺激と聴覚刺激の両方を使った実験データの解析も進めた。研究成果は、学会発表として2件行った。時間3分割課題の実験方法は、2017年度の報告書にも記載したのでここでは割愛する。2頭のニホンザルから、課題に関連するニューロン活動を多数記録できた。視覚刺激の開始から1秒くらいで一時的な発火を示すニューロンは、発火頻度がピークを示す時間は視覚刺激の開始から1.1秒を中心に分布していた。短い時間長では1.0秒前後の時間長を提示しており、このタイミングで視覚刺激が消えるかどうか、つまり、短い時間長の視覚刺激をフィルタリングしているニューロンが背内側前頭皮質にあると考えられる。他にも、そのフィルタリングの結果を記銘するかのように引き続く遅延時間に発火頻度が高くなるニューロンや、逆に、中程度や長い時間長の視覚刺激の後の遅延時間に発火頻度が高くなるニューロンもあった。これまでに記録した背内側前頭皮質では、応答性の特徴としては一時的に発火頻度が高まるニューロンが多く、また、時間長としては短い時間長カテゴリに応答するニューロンが多い傾向にあった。視覚と聴覚の両方を使った実験では、2つの時間長のうち長い方を選択させるのに、1つ目を視覚刺激、2つ目を聴覚刺激といった具合に、別の感覚種で時間長を表現している。視覚刺激どうしの試行もある。前頭前野のニューロン活動を調べたところ、聴覚刺激より視覚刺激に反応するニューロンの方が多く、また、発火頻度も視覚刺激のときの方が高い傾向にあった。特定の感覚種に反応したり、特定のタイミングで反応したりするなど多様性に富んだニューロンも見出された。視覚刺激と聴覚刺激への反応の違いから、前頭前野では時間だけを抽出した処理がなされるのではなく、感覚種に依存した処理に関わっている可能性があると考えている。2018年7月の日本神経科学大会では、時間3分割の実験データを、2019年3月の日本生理学会大会では、視覚刺激と聴覚刺激の両方を使った実験で得られたデータを発表した。2018年度の実験で、背内側前頭皮質でも多数のニューロンが時間長の弁別に関わることが分かったので、2019年度以降も、ニューロン活動記録実験を通してさらなるデータの収集に努めながら、刺激呈示期間・遅延期間・選択期間などでのニューロンの発火頻度の変化や刺激呈示時間とのパラメトリックな関係性を解析し、どんな活動パターンを示すニューロンがどれくらいの比率あるかなど、より詳細なデータ解析を進める。2019年度は、実験機器の不具合を修復させながら実験を進める。また、実験機器が完全に機能しなくなった場合に、実験機器の入れ替えを想定したスケジュールを組んで実験に臨む予定である。更新する機器としては、すでに調査して計画段階に入っており、一部の機器も購入しているので、あまり遅滞なく実験環境の復旧ができると見込んでいる。その解析結果を元に時間長の弁別における背内側前頭皮質の機能的役割を検討する。また同じ実験課題で前頭前野からも記録する。また、前頭前野のニューロン活動を記録するチェンバーから、線条体からの記録も開始する。線条体は前頭葉との関連性が強く、前頭葉の機能的役割を検討する際に重要な脳領域である。また、感覚種に依存しないニューロン活動もデータ解析を中心に調べる予定である。それらのデータからの時間長の弁別における前頭葉の機能的役割を、運動前野や前頭前野のニューロン活動から検討し、また、線条体などとの相互のシステム的関係性の観点からも分析する。ニューロン活動記録実験が終了したサルは、トレーサーを用いた種々の標識法により、記録部位ニューロン等の解剖学的結合性を調べる。何らかの事情によりニューロン活動記録実験が当初の計画どおりに進まない場合には、これまでに得られたニューロン活動の解析を進める。

実験により得られた知見は、学会発表や論文などで公表に努める。時間は基本的な物理量だが、脳がどうやって時間を処理しているのかほとんど分かっていない。我々が1秒、2秒、3秒の区別をつけられるのは、脳内ストップウォッチで時間をアナログ的に計っていることを如実に物語っている。しかし、これまでに行われてきた実験では、時間長を長短の二者択一させる課題が大半で、時間長を単に長短で分けしている情報処理過程を調べてきた可能性も否定できない。そこで申請者は、3つの時間長を区別する実験課題を構築し、脳内ストップウォッチの解明に挑んでいる。fMRIといった脳機能イメージングより高い時間精度が要求されるので、実験手法としては、個々のニューロン活動について発火時刻を詳細に記録するユニットレコーディングを採用している。運動前野は前頭葉にある脳領野で、脳の情報処理の流れでは一次運動野の一つ上流に位置する。ヒト以外の霊長類で、時間長の情報処理に内側運動前野のニューロンが関わっていることを示した論文がある(Marchant et al., 2014, 2015)。その論文では、リズミックな動作をしているときに、経過した時間などを表現するニューロンが見付かったと報告されている。このことは、前頭葉の中で、運動前野も時間長の情報処理に何らかの役割を果たしていることを示すもので興味深い。申請者は以前、時間長を弁別する課題の遂行中に、補足運動野のニューロン活動を記録した経験がある。運動前野はそもそも運動に強く関連しているが、補足運動野の下流にあたる脳領域であり、時間情報処理にも関わっている可能性は高い。実は、この内側運動前野は当初、平成30年度に取り組む予定にしていたが、いろいろな情報を総合的に判断した結果、前倒して研究期間の1年目に記録実験を実施した。まだ充分にデータは取れていないが、時間長の処理に関わるニューロンが見付かってきて、学会発表を2件行った。交付申請書の研究計画に記載した、3つの時間長カテゴリを区別する時間弁別課題の実験を実施した。この実験では、サルに、短い時間長カテゴリ(1.0秒前後)、中程度の時間長カテゴリ(2.0秒前後)、長い時間長カテゴリ(4.0秒前後)の3つの時間長カテゴリを区別させた。時間長の呈示は視覚刺激(緑色の四角形)を用いた。サルが保持用のボタンを押すと課題が開始され、その時間長を視覚刺激で呈示した。各試行の時間長は3つの時間長カテゴリからランダムに選んだ。1秒の遅延期間後に緑色の四角形を3つ横に並べて表示し、左の四角形は呈示時間長が「短い」、中央の四角形は時間長が「中程度」、右の四角形は時間長が「長い」ことをトレーニング期間にサルに教示してあるので、サルはその中から一つを選ぶ。数ヶ月のトレーニングを経て、サルは「短い」「中程度」「長い」の3つの時間長カテゴリを充分に弁別できるようになった。その時点で、前頭葉の前頭前野や運動前野のニューロン活動を記録すべく、当該領野の頭蓋骨を除去する手術を施し、ニューロン活動記録実験の準備を整えた。頭部をステレオに固定し、時間弁別課題遂行中に硬膜上からエポキシ被覆タングステン電極(FHC, USA)を刺入して細胞外記録法によりニューロン活動を記録した。
北京首都圏における政府間関係:北京直轄市と市轄区・市管県・衛星都市

当初の研究計画は、省級の直轄市である北京市について、市→県・区→街道・郷鎮→居民委員会・村民委員会という縦の政府間関係と同時に、北京市郊外に位置する天津市と河北省7市と北京市との横の政府間関係を検討し、最終的に総合的な研究を行う予定であった。実際に、居民委員会・村民委員会のレヴェルから研究に着手したところ、居民委員会の統合・合併と社区居民委員会の成立時期に当たっており、また、村民委員会も1998年の組織法施行以降、さらに大きな変化に直面していたために、研究の重点は基層の分析にシフトされることとなった。全国的な変化を視野に入れ、また、理論的な動向も踏まえながら、北京市を主要なフィールドとしたが、研究成果は主に2つの領域に及ぶこととなった。すなわち、1.都市部における街道弁事処(区の派出機構)と居民委員会の関係、2.農村部における、郷鎮政府と村民委員会との関係とである。居民委員会、村民委員会ともに大衆自治組織であって、政府ではないというのが中国の公式見解だが、そこには事実上の政府間関係を見ることができる。研究成果である2論文、2研究ノートでは、北京市の都市部の街道弁事処・居民委員会、郊外・農村地域の郷鎮政府・村民委員会を中心に、その歴史・沿革、変化、現状について分析を行ってある。都市部での変化は、当初は、改革開放の進行とともに進んだ市場化に対応するためのものであったが、1990年代を通じた単位制の動揺、高齢化の進行、外来流動人口の急増、郊外型新興住宅地の建設などの変化をふまえて、より抜本的な再編が志向された。その目指すところは、2000年11月の「民政部の全国に都市社区建設を推進することに関する意見」に見ることができる。北京市では2000年から2001年にかけて、「社区体制改革」が行われ、居民委員の大規模な統合・合併が行われた。農村部での変化は、基本的には、1987年の村民委員会組織法・試行法、1998年の村民委員会組織法の延長線上にあり、村民の直接選挙による民意を背景として、党支部委員会や郷鎮政府に対して、村民委員会が発言力を増していくプロセスであった。このプロセスは当然、さまざまな軋轢を生んだが、2002年7月の中共中央・国務院の「村民委員会選挙をさらにいっそうよく成し遂げることに関する通知」以降は、党支部書記による村民委員会主任の兼務を奨励し軋轢を和らげる方向性を志向しているように見える。

本研究は北京市都市域における垂直的で直接的な権力関係に加えて、北京市政府と北京市の郊外にあたる農村部(=県)、さらには衛星都市との比較的間接的な権力関係とを、政府間関係として捉え、その実態を詳細に明らかにしようとするものである。初年度である本年度は、研究対象をまずは北京市都市域に限定し、そこで現在進行している「社区建設」に注目することとした。この変化は長らく続いてきた北京市の基層(=末端)社会の大規模な再編を含んでおり、1990年代以来さまざまな試みがなされてきたが、2000年秋以降の急激な変化は特筆に値する。この変化の重要性ゆえに、本年度の研究では、北京市の都市域で実施された社区建設=街居制の再編にまずは注目することとした。都市における社区の登場の背景には、単位制の動揺・高齢化の進行・外来流動人口の拡大等の現象がある。これらの杜会的変化が引き起こす事態に対処するため、80年代以来、社区の概念が注目され始め、90年代後半になると社区建設が明確に目的化されるようなってきた。社区は従来の概念で言えば、街居制、すなわち街道弁事処と居民委員会のレヴェルにまたがることになるが、2000年後半以降、北京市では大規模な居民委員会の統合が行われ、居民委員会の数は僅か1年ほどの期間に3分の1程度にまで減っている。ここでは社区の自治能力の強化が指摘されるが、実際には社区居民委員会はその行政的役割と強めつつある。また、社区代表会議の設立等によってその代表性を強化しつつあり、このことは党の機能の強化とも関係している。本研究は本年度、この社区建設が居民委員会と街道弁事処の関係、すなわ街居制に与えた影響について比較的多面的な考察を加えた。農村部の県や郷鎮、さらには衛星都市との関係が幾分水平的な要素を持ちうるのに対し、北京市の都市域では中枢から基層までは階統的で垂直的な権力関係が存在する。このハイアラーキカルな関係こそが北京市における政府間関係の中軸をなすのであり、まずはこの点が研究対象となったのである。今後は、こうした街道レヴェルまでの変化が区政府や市政府にとって持つ意味を分析し、垂直的な政府間関係全体について考察することで、北京市都市域における権力関係に目を向け、しかる後に、北京市都市域と県や郷鎮との政府間関係の研究につなげていきたいと考えている2002年度には都市における街道-居民委員会関係を研究の中心に据えたが、2003年度の研究は農村の郷鎮-村民委員会関係を中心に行った。1987年の試行法を経て1998年に制定された村民委員会組織法とその他の関連規定は、村民委員会の自立性を保障する多くの内容を含んでいる。ところが立法の趣旨や理念と現実との間には、多くは政治的理由によって乖離が生じる。今年度取り組んだのは、こうした乖離事例の収集とその帰納的整理であったと言える。多くの先行研究が提供する事例を検討して行き着いた暫定的な結論は、郷鎮と村民委員会との「指導関係」という公式の定義は、国家が余計な行政負担を避けながら、村レヴェルの協力をできるだけ効率よく確保するための擬制であるとの認識である。また、村民委員会と党支部との「領導関係」において、領導の範囲は極めて曖昧である。これは曖昧にしておくことで、それについての解釈権が党に留保され、解釈権が権力の源泉になるためであると考えられる。そのため領導の範囲は、将来的にも意図的に不明確なままにされることが予想される。もっとも、村務公開制や会計検査制度の普及、また村を法的に代表する印章管理規定の成立など、現場では党支部と村民委員会の職掌を明らかにする方向での改善が進みつつある。それは派生する現実に対し現場がこのように,対処せざるを得なくなっていることを意味しており、その限りでは党支部の権限を明確化することで党権力を制限する試みは始まっている。今年度は村民委員会・郷鎮政府・村共産党支部間の関係について、上述のような研究を中心にいくつかの認識・方法面での進捗をみた。
ＩＣＴを活用した被災地の孤立防止と生活支援型コミュニティづくり

平成30年度に県外で予定していた阪神淡路地区と千葉県柏地区におけるお元気発信の防災・減災策としての検証は、フィールドの相手方都合によって実施できなかった。このため、既存の県外フィールドである高知県梼原町と福島県二本松市(浪江町からの被災者支援)でのデータ追加とともに、県内フィールドにおける検証にそれを置き換えた。県内では、山田町中央団地をフィールドとし、仮設住宅から災害公営住宅に移住した住人を対象にお元気発信を新たに導入した成果について、山田町社会福祉協議会や住民を対象とした調査を実施し、今後の減災策防災策としての可能性を検討した。また、岩手県保健福祉部地域福祉課と連携し、県内被災地におけるICTを活用した見守り方策の調査を実施し、お元気発信以外のICT活用に対象を拡げて、防災・減災策としての検証データを収集した。これらのデータをもとに、ICTを活用した被災地の孤立防止と生活支援型コミュニティづくりについて、1復旧・復興の段階別支援策、2既存資源と地域性に応じた支援の在り方、3新たな災害に対する防災・減災策について、検証作業を進めている。また、これまでに得られた研究成果の一部を活用し、平成30年8月6日の釜石市平田地区における報告会で発表するとともに、行政・社会福祉機関・民生委員・一般住民等の多様な関与者とのワークショップでICT活用の見守りに関する検証を行った。さらに、地域ケアリングの論文にまとめた。岩手県内のICTを活用した孤立防止とコミュニティづくりのアクションリサーチとデータ検証は、予定通り進んでおり、さらに当初予定していなかった災害公営住宅への移住段階や、お元気発信以外のICT活用見守りまで対象に加えた検証作業を行っている。また、県内での検証については、フィールド相手方に受け入れてもらえず、検証ができなかった。このため、収集データをもとに、最終的な検証と考察を行う作業が遅れている。令和元年度においては、これまで得られたデータをもとに、ICTを活用した孤立防止とコミュニティづくりの防災・減災としての有効性分析を進め、報告書をまとめる予定である。県内でのデータは当初の予定を超えて収集されているため、県外データの収集はこれ以上実施せず、文献調査に置き換えて実施する予定である。岩手県立大学では12年前から電話機を活用した高齢者の能動的な安否確認である「おげんき発信」を開発し、普及を支援してきた。東日本大震災被災地においてはこれを基盤として、ICT(情報通信技術)を活用した複数の見守りシステムを導入し、地域の多様な関与者とともに孤立防止と生活支援型コミュニティづくりのアクションリサーチに取り組んできた。平成28年度においては、まず関連文献の調査を行った。次に、上記のアクションリサーチの取り組みを再検証し、体系的な整理のためのデータを収集した。まず、東日本大震災の被災地である釜石市においては高台への移転や仮設住宅再編成の段階における支援策のを、一関市では内陸での災害公営住宅建設段階における支援策の意義や効果を検証した。また、高知県梼原町におけるアクションリサーチに伴い、南海トラフ巨大地震の被害想定に対する減災策との関連を検討するためのデータをヒアリング等により収集した。さらに、研究計画作成時には想定していなかった台風10号の被害が平成28年8月30日に岩手県内で起きたことに伴い、被災地での「おげんき発信」の発信データの解析を進め、市町村社会福祉協議会等の関与者からヒアリングを行うことにより、ICTを活用した見守りシステムが防災・減災にどのように役立つかの検証データを収集し分析した。こうしたデータをもとに、ICTを活用した被災地の孤立防止と生活支援型コミュニティづくりについて1復旧・復興の段階別支援策、2広域性と地域性に応じた支援のあり方、3新たな災害に対する防災・減災対策について、明らかにする作業に着手している。東日本大震災被災地と高知県梼原町におけるアクションリサーチの継続における検討は、順調に進展している。しかし、阪神淡路大震災における取組の事例調査については、相手方との予定が調整できず平成29年度に行うことにした。また、柏市におけるアクションリサーチは、JSTRISTEXの統合実装プロジェクト側の都合により平成28年度は作業が生じなかったため29年度に行うことになった。また、上記のアクションリサーチは別研究費の作業と併せて出張等を行ったために、予算執行率は予想より低く抑えられた。これに伴う予算残は、研究成果をより充実させるための検証作業を加える予定である。平成29年度は、東日本大震災の被災地である釜石市平田地区と鵜住居地区、及び一関市で継続しているアクションリサーチのデータから、発災後の居住の変動や移転のなかでのICTを活用した孤立防止と生活支援策の有効性を検証した。釜石市鵜住居では7年間にわたる仮設住宅の、その集約段階も含めた検証ができた。また、釜石市平田地区では被災地における一般住宅での住民の検証を行った。そして一関市では、仮設住宅から災害公営住宅移転に伴う段階の有効性を明らかにした。釜石市鵜住居でのアクションリサーチは、見守りを行っていたサポートセンターの終了により完了するが、2020年まで仮設住宅が継続することになった山田町ないしは陸前高田市におけるアクションリサーチを現在企画しており、これにより居住の変動に伴う検証を継続する予定である。また、岩手県内でのお元気発信利用に伴う評価調査は、岩手県及び岩手県社会福祉協議会とともに、市町村社会福祉協議会を対象として実施した。この結果は平成30年度に質的調査(ワークショップ)を加えて、分析を進める予定である。

一方、岩手県外における検証としては、高知県梼原町での「お元気発信」利用に伴う住民意識の変化や、行政や社会福祉協議会の評価をヒアリングし、南海トラフ巨大地震を想定した際の減災策としての効果を検証した。しかし、予定していた阪神淡路地区と千葉県柏市における検証は進めることができず、これは平成30年度への積み残しとなった。収集したデータをもとに、ICTを活用した被災地の孤立防止と生活支援型コミュニティづくりについて、1復旧・復興の段階別支援策、2行為規制と地域性に応じた支援の在り方、3新たな災害に対する防災・減災対策について、検証作業を進めている。岩手県内のICTを活用した孤立防止とコミュニティづくりに関連するアクションリサーチとデータ検証は予定通り進んでいる。当初予定しなかった、台風10号被害の影響等も加え検証作業が進展している。岩手県外の検証としては、平成29年度に南海トラフが想定されている高知県梼原町における調査を予定通り進めることができた。しかし、岩手県外の検証として予定していた神戸市と千葉県柏市での調査を進めることができなかった。神戸市は相手方との日程調整がうまくいかなかったことが、千葉県柏市は「お元気発信」のアクションリサーチが相手方都合により受け入れられなかったことが、原因である。平成30年度に県外で予定していた阪神淡路地区と千葉県柏地区におけるお元気発信の防災・減災策としての検証は、フィールドの相手方都合によって実施できなかった。このため、既存の県外フィールドである高知県梼原町と福島県二本松市(浪江町からの被災者支援)でのデータ追加とともに、県内フィールドにおける検証にそれを置き換えた。県内では、山田町中央団地をフィールドとし、仮設住宅から災害公営住宅に移住した住人を対象にお元気発信を新たに導入した成果について、山田町社会福祉協議会や住民を対象とした調査を実施し、今後の減災策防災策としての可能性を検討した。また、岩手県保健福祉部地域福祉課と連携し、県内被災地におけるICTを活用した見守り方策の調査を実施し、お元気発信以外のICT活用に対象を拡げて、防災・減災策としての検証データを収集した。これらのデータをもとに、ICTを活用した被災地の孤立防止と生活支援型コミュニティづくりについて、1復旧・復興の段階別支援策、2既存資源と地域性に応じた支援の在り方、3新たな災害に対する防災・減災策について、検証作業を進めている。また、これまでに得られた研究成果の一部を活用し、平成30年8月6日の釜石市平田地区における報告会で発表するとともに、行政・社会福祉機関・民生委員・一般住民等の多様な関与者とのワークショップでICT活用の見守りに関する検証を行った。さらに、地域ケアリングの論文にまとめた。岩手県内のICTを活用した孤立防止とコミュニティづくりのアクションリサーチとデータ検証は、予定通り進んでおり、さらに当初予定していなかった災害公営住宅への移住段階や、お元気発信以外のICT活用見守りまで対象に加えた検証作業を行っている。また、県内での検証については、フィールド相手方に受け入れてもらえず、検証ができなかった。このため、収集データをもとに、最終的な検証と考察を行う作業が遅れている。
Fabry病患者由来iPS細胞を用いた新規疾患モデル作製および細胞移植療法開発

Fabry病はGLA遺伝子の変異が素因の遺伝性代謝異常症である。GLA遺伝子産物であるアルファ-ガラクトシダーゼA (α-Gal)酵素の活性低下により、ライソゾーム内にスフィンゴ糖脂質の一種であるグロボトリアオシルセラミド(Gb3)が蓄積する。治療としてα-Gal酵素の点滴補充療法があるが、未だ病気の進行を抑えるには至っていない。本研究は、正常なα-Gal酵素を有するiPS細胞を肝臓および腎臓構成細胞へ分化させ、Fabry病モデルマウスに移植することで再生組織細胞からの恒常的酵素補充による根治的治療法の確立を目指す。そして、疾患組織を用いて病態関連分子の推定を行い、新規治療標的を探索する。
金属テーパー構造における光ナノ超集束の数理解析

準変数分離法を用いて、金属テーパー構造の超集束に関して、実用的な観点から数理解析を行った。曲率半径を有するテーパー型導波路の理論を確立するために、放物体と放物筒の2構造に関して調べた。テーパー型導波路の理論において、金属の誘電率が複素数の場合が扱える方法を確立するために、最も単純な構造の金属V溝構造でこれを調べた。金属表面を伝搬する表面プラズモンは、金属テーパー構造の先端へ向かって伝搬すると、伝搬速度が段々と遅くなり、先端では伝搬速度が零になる。これは、先端に近づくにつれて、表面プラズモンの波長が小さくなるためで、限りなく狭い空間に光エネルギーを閉じ込めることができることから、スーパーフォーカシング(Superfocusing)と呼ばれている。このスーパーフォーカシングという用語は、1997年のNerkararyanの論文タイトルに由来しており、日本語としては、超集束の言葉を当てて訳される。この表面プラズモンにおける超集束は、コンピュータによる数値解析が精力的に進められる一方で、数理解析では、変数分離近似や幾何光学近似で超集束の理論が構築されてきたが、近似の精度が低く、実験を定量的に説明するには、不十分であった。本研究では、新しい数理解析の方法として、準変数分離法と名付けた、不完全に変数分離する方法を提案し、今までよりも近似の精度が高い解析解を求め、実験を定量的に説明することを目指している。これまで、新しく提案した準変数分離法により、円錐と楔の構造を検討してきたが、本年度からは、金属テーパー構造のテーパー角度やテーパー先端曲率を考慮できる構造の検討を開始した。本年度は、テーパー先端曲率だけを考慮した放物体の構造を検討した。その主な結果は、(1)放物体の構造では超集束が起こらないということ、特に、(2)金属放物体の構造では表面プラズモンが伝搬するモードも存在しないということ、そして、(3)空洞放物体の構造には表面プラズモンが伝搬するモードが存在するということである。金属テーパー構造においてテーパー先端曲率を考慮した理論的な研究は、本報告が初めてであり、超集束の理論研究で準変数分離法が強力な数理解析法であることが改めて確認された。金属表面を伝搬する光は表面プラズモンと呼ばれており、従来の光学では考えられないような面白い特性を持つ。その一つが超集束であり、光の回折限界を超えて、限りなく狭い空間に光エネルギーを閉じ込めることができる。この現象は、表面プラズモンが金属テーパー構造の先端へ向かって伝搬するときに起きるもので、表面プラズモンの伝搬速度が、金属テーパー構造の先端へ近づくにつれて、段々と遅くなり、先端では伝搬速度が零になるために生ずる。この表面プラズモンの超集束に関して、本研究では、準変数分離法と名付けた、不完全な変数分離法で波動方程式を解く、全く新しい数理解析の方法でアプローチしている。この新しい方法だと、金属テーパー構造のテーパー角を考慮でき、さらに、先端の曲率半径を考慮できるなど、実験的な重要なパラメータを取り入れて数理解析できる。これまで、この準変数分離法により、円錐と襖の構造を検討し、昨年度は、金属テーパー構造の先端曲率を考慮した放物体の構造を検討した。今年度は、さらに、放物筒の構造を検討し、放物体と放物筒の2構造に対して、共通点と相違点を明らかにした。その主な結果は、(1)放物筒の構造でも、放物体の構造と同様に、超集束が起こらないということ、特に、(2)金属放物筒の構造では、金属放物体の構造と同様に、表面プラズモンが伝搬するモードも存在しないということ、(3)空洞放物筒の構造では、空洞放物体の構造と同様に、表面プラズモンが伝搬するモードが存在するということ、ただし.そのモードの数は、空洞放物体の構造が1つに対して、空洞放物筒の構造では、2つあるということである。これらの結果は、本研究によって初めて得られたものであり、準変数分離法の有効性が改めて示されたものである。また、本年度は、数理解析だけでなく、実験面でも研究成果が出始めて来ており、来年度以降は、実験と理論の融合が期待される。レンズやミラー等を用いた光学系では、回折限界を超えて光を集束することは困難であるが、表面プラズモンと呼ばれる金属表面を伝搬する光を用いれば可能となる。本研究は今年度が最終年度であるので、金属テーパー構造による超集束に関して、理論と実験の融合を目指した研究を推進した。テラヘルツ波(THz波)とも呼ばれる遠赤外領域の分光技術を発展させる上で重要な課題の一つに、回折限界よりも小さな試料を容易に測定することが挙げられる。振動数1THzの電磁波は波長が0.3mmであるので、半波長0.15mmよりも微細な試料は、回折限界以下なので分光測定が難しくなる。しかし、表面プラズモンによる超集束を使えば、回折限界以下の寸法を持つ試料も測定が容易になる。