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金属材料の腐食挙動に及ぼすトリチウムの影響に関する電気化学的研究

トリチウム水によるSUS304ステンレス鋼の自己不動態化阻害により、腐食が大きく促進されることが明らかとなった。また、この効果はpH、溶存酸素濃度、トリチウム濃度に依存しており、pHは低いほど、トリチウム濃度は高いほど影響が大きいが、溶存酸素無しには有意な影響が現れないことが明らかとなった。そして溶存酸素濃度はトリチウム濃度の増加とともに影響を強く及ぼす濃度が高くなり、また腐食促進効果が高くなることが明らかとなった。トリチウム水による金属材料腐食挙動への影響の解明のため、本年度は特にSUS304ステンレス鋼に及ぼすトリチウム水の影響の解明を試みた。実験としては、トリチウム濃度だけでなく、放射線により液相に大きな影響を及ぼす溶存酸素濃度やpHをパラメータとし、電気化学的手法であるアノード分極測定を行うことにより、各条件下における不動態皮膜形成挙動や不動態皮膜の状態へのトリチウムの影響や、ターフェル外挿法を用いて各条件下における材料の腐食速度を算出し、腐食速度への影響を調べた。硫酸酸性条件下におけるアノード分極測定の結果から、本来溶存酸素存在下では不動態皮膜を除去したSUS304ステンレス鋼は電解質中で不動態皮膜に覆われ、防食されるのに対し、トリチウムが電解質中に存在することで不動態皮膜が形成されにくくなる現象が見出された。このことから、当該年度の大きな成果の一つである、トリチウムによる自己不動態化阻害効果の存在が明らかとなった。また、溶存酸素濃度が高ければ、実験を行ったどのトリチウム濃度においても自己不動態化は観測されるが、トリチウム濃度が高ければ高いほど、より高濃度の溶存酸素が必要とされること、そしてトリチウム濃度と自己不動態化に必要な溶存酸素濃度との間に相関性が示唆されたことから、どれだけ低濃度であってもトリチウムの影響は存在しうること、また、TBq/cc程度のトリチウム濃度では、大気と平衡状態にある電解質中でも自己不動態化が阻害されることが示唆された。ターフェル外挿法を用いて各種条件下の腐食速度を算出した結果、上記の自己不動態化阻害効果により大きく腐食速度が増加すること、自己不動態化阻害効果以外に溶存酸素濃度とトリチウム濃度に依存した腐食促進効果が存在することが明らかとなった。平成22年度においてトリチウムによる自己不動態化抑制効果が硫酸酸性溶液中にて発見されたことから、平成23年度においては、トリチウム濃度、溶存酸素濃度に加え、pHをパラメータとして実験を行った。また、腐食促進効果が最も大きかった硫酸酸性領域における自己不動態化抑制効果を解明するために、硫酸酸性領域において溶存酸素濃度とトリチウム濃度をパラメータとし、各実験条件における開放電位の変化を測定することによりSUS304ステンレス鋼の自己不動態化挙動とそのトリチウムによる影響を調べた。実験(1)として、トリチウム濃度、溶存酸素濃度、pHをパラメータとし、電気化学的手法であるアノード分極測定を行うことにより、各条件下における不動態皮膜形成挙動や不動態皮膜の状態へのトリチウムの影響や、ターフェル外挿法を用いて各条件下における材料の腐食速度を算出し、腐食速度への影響を調べた。実験(2)として、硫酸酸性条件下で溶存酸素濃度とトリチウム濃度をパラメータとし、各条件下における開放電位の時間変化を測定した。実験(1)の結果として、塩基性領域においてはトリチウムによる有意な影響は確認できなかったが、中性領域においては自己不動態化阻害効果ほどの腐食促進は見られないものの、不動態が形成されている状態であってもトリチウムによる腐食促進効果が存在することが明らかとなった。実験(2)の結果から、SUS304ステンレス鋼の不動態化は2段階から構成されており、この両段階にトリチウムは影響を及ぼしていることが明らかとなり、このことから、不動態被膜を構成する3価クロムが放射線分解生成物によりさらに酸化され、溶出することにより不動態被膜の形成が阻害されている可能性が考えられた。
ヒト集団における汚染元素曝露と必須元素栄養の相互関連に関する比較人類生態学的研究

パプアニューギニアの生態学的立地条件が異なる地域に居住する集団を対象に、生体試料中の微量元素濃度を測定し、日本人を含む先進諸国の集団と比較して(1)必須元素、特に亜鉛の栄養状態の評価、および、(2)汚染元素、特に水銀の曝露レベルの評価を行なった。1.パプアニューギニア低地に居住し、伝統的な生業活動に依存している集団から収集した血清試料を用い、各種必須微量元素(Na、Mg、P、K、Ca、Fe、Cu、Zn、Se)濃度を測定した。これまで、日本人を対象とした調査で得られた測定結果と比較して特徴的であったのは、亜鉛濃度が低値を示したことで、以前に行なった毛髪分析でも亜鉛が底値を示したこととあわせ、この集団は軽度な亜鉛欠乏状態にあると判断された。また、食物摂取調査の結果から、亜鉛の利用効率の低い植物性食物への依存度が高いことが、摂取量に比して血清中濃度の低いことの原因であると考えられた。更に、同じ集団の中でも、より近代化が進行している村落においては、伝統的な食物から輸入食品への依存度が高まった結果、亜鉛の摂取量自体も低下したことが示された。2.上記の集団の全血中水銀濃度は、海岸(15ng/ml)あるいは川沿いの村落(17ng/ml)で、魚をほとんど摂取していない内陸の村落(4.8ng/ml)に比べ高い値を示した。更に、魚を多食している湖の周辺に居住する別の集団の毛髪および尿中水銀濃度(21.9μg/g、7.6μg/gクレアチニン)は、内陸部の集団(0.75μg/g、0.48μg/gクレアチニン)に比べ顕著に高かった。尿中水銀濃度は毛髪中濃度と正の相関を示し、また、尿試験紙を用いた尿タンパクの陽性率とも関連がみられた。これらの結果は、工業的な汚染源のない地域に居住し、伝統的な生業活動に依存している集団においても、魚の摂取頻度が高い場合、水銀への曝露レベルはいわゆる先進諸国の集団と比較して小さくないことを示している。
二次元トポロジカル絶縁体の作成と物性評価

本研究の目的は、二次元トポロジカル絶縁体のエッジに現れる特異な電子状態の性質を明らかにすることである。その候補物質としてBi(111)があげられる。走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いた実験により、Bi(111)には原子構造、電子状態の異なる二種類のエッジが存在することが明らかとなっている。原子構造がどのように電子状態に影響するか理解するには、正確な原子構造の決定が必要であるが、STMでは詳細な原子構造の決定はされていない。本研究において、原子間力顕微鏡(AFM)を用いることで、テラス部分において最表面原子だけではなく、第二層原子も可視化できることが分かった。本研究ではAFMのこの特性を利用して、Si(111)上に作成したBi(111)薄膜のエッジの原子構造を可視化することを目指した。しかしながら、エッジ部分では第二層原子を可視化することはできなかった。この原因としては、エッジ部分の第二層原子が隣接原子に引き寄せられ、最表面原子に隠れてしまったことが考えられる。次に、絶縁体基板上に二次元トポロジカル絶縁体を作成することを目指した。そのためには、結晶性の良い絶縁体基板を作成する必要がある。本研究では、Pt(111)基板に水蒸気を暴露することで作成できる結晶氷を用いることを考えた。まずは作成した結晶氷の表面構造をAFMを用いて観察した。その結果、作成した氷は結晶化しているにも関わらず、表面は長距離の周期性が失われ、2×2の局所構造に再構成していることが分かった。表面が結晶性を持たないことから、氷基板はトポロジカル絶縁体の成長基板に適さない。しかしながら、結晶氷の表面構造は長年議論されており、その構造を明らかにしたことには大きな意義がある。絶縁体基板上に二次元トポロジカル絶縁体を作成するという本来の目的は達成できなかったが、結晶氷表面の再構成を明らかにするという成果を上げた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では二次元トポロジカル絶縁体の候補物質であるBi薄膜の電子的性質を、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて明らかにすることを目的としている。AFMは探針と呼ばれる鋭い針を試料に近づけ、探針-試料間に働く原子間力を検出することで、試料表面を原子レベルで画像化することができる顕微鏡である。電流を検出する走査型トンネル顕微鏡(STM)と異なり、電流を流さない絶縁体を観察できるという特徴を持つ。一方、探針-試料間に働く原子間力が弱い場合、必ずしも原子分解能が得られるわけではない。本研究で対象としているBi(111)薄膜は化学的に安定で、働く原子間力は弱いと考えられれる。AFMを用いてBi(111)を原子分解能で観察できるかは自明ではなく、どのような像が得られるか確かめる必要がある。そのため、Bi(111)薄膜についてSTM像とAFM像を取得し、比較を行った。STM像においては原子位置を表す明るい点が三角格子状に並んでいた。これは、Bi(111)薄膜の再表面層の原子配列を反映したものである。AFM像においては明るさの異なる二種類の明るい点がハニカム格子状に並んでいる様子が確認できた。明点の周期はBi(111)の周期と一致し、AFM像もBiの原子周期を反映していることが分かった。2つの像を比較することで、AFM像における二種類の明るい点は最表面層、表面第二層の原子位置に対応していることが分かった。以上より、AFMを用いるとBi薄膜の原子分解能観察ができるだけでなく、STMでは見えなかった第二層原子まで画像化できることが分かった。この結果はAFMのBi研究に対する有用性を示すだけでなく、AFMがSTMを凌駕する分解能を持つことを証明する重要な成果である。本研究における最終目標は、絶縁体基板上に二次元トポロジカル絶縁体を作成し、物性評価を行うことである。絶縁体基板では十分な導電性が得られないため、この分野でよく用いられる走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いることはできない。そのため、STMと同様に原子分解能を持ち、絶縁体において用いることができる原子間力顕微鏡(AFM)を用いて物性評価を行うことを計画している。絶縁体基板上に作成する候補物質として、Biからなる単層ハニカム物質があげられる。作成した物質をAFMで観察することになるが、そもそも化学活性の低いBi層をAFMで観察できるのかどうかは明らかでなかった。AFMでBiの観察ができないのであれば、他元素を用いるなどの代替手段を検討する必要がある。そのため、絶縁体基板上に試料作成を行うのに先んじて、Biハニカム層と同様の構造をもつBi(111)薄膜についてAFM観察を行った。その結果、AFMを用いてBi表面を観察することで、原子分解能の像が得られることが確認できた。また、最表面層の原子だけでなく、表面第二層の原子も画像化できることが分かった。これまで原子分解能が得られる顕微鏡としてSTMがよく用いられてきたが、STMでは最表面層の原子しか画像化できない。第二層原子まで画像化できることで、原子レベルの構造決定などにおいてAFMがより有用であることを示す成果が得られたといえる。

以上のように、Bi観察においてAFMを活用することで、これまでにない情報が得られることを示す重要な成果が得られている。一方で、当初の計画にある絶縁体基板上に二次元トポロジカル絶縁体を作成するという点ではやや遅れているといわざるを得ない。本研究の目的は、二次元トポロジカル絶縁体のエッジに現れる特異な電子状態の性質を明らかにすることである。その候補物質としてBi(111)があげられる。走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いた実験により、Bi(111)には原子構造、電子状態の異なる二種類のエッジが存在することが明らかとなっている。原子構造がどのように電子状態に影響するか理解するには、正確な原子構造の決定が必要であるが、STMでは詳細な原子構造の決定はされていない。本研究において、原子間力顕微鏡(AFM)を用いることで、テラス部分において最表面原子だけではなく、第二層原子も可視化できることが分かった。本研究ではAFMのこの特性を利用して、Si(111)上に作成したBi(111)薄膜のエッジの原子構造を可視化することを目指した。しかしながら、エッジ部分では第二層原子を可視化することはできなかった。この原因としては、エッジ部分の第二層原子が隣接原子に引き寄せられ、最表面原子に隠れてしまったことが考えられる。次に、絶縁体基板上に二次元トポロジカル絶縁体を作成することを目指した。そのためには、結晶性の良い絶縁体基板を作成する必要がある。本研究では、Pt(111)基板に水蒸気を暴露することで作成できる結晶氷を用いることを考えた。まずは作成した結晶氷の表面構造をAFMを用いて観察した。その結果、作成した氷は結晶化しているにも関わらず、表面は長距離の周期性が失われ、2×2の局所構造に再構成していることが分かった。表面が結晶性を持たないことから、氷基板はトポロジカル絶縁体の成長基板に適さない。しかしながら、結晶氷の表面構造は長年議論されており、その構造を明らかにしたことには大きな意義がある。絶縁体基板上に二次元トポロジカル絶縁体を作成するという本来の目的は達成できなかったが、結晶氷表面の再構成を明らかにするという成果を上げた。AFMを用いたBi薄膜の原子分解能観察が可能であることが分かったので、絶縁体基板にBiを蒸着し、絶縁体基板上に単層Biハニカム層を作成し、AFM観察を行う。金属コート探針を用いることで、AFM測定と同時にトンネル電流を検出し、作成した膜のエッジ部分に局在するトポロジカルエッジ状態の特性評価を行う。研究の進捗が順調であれば、さらに磁性分子・原子を蒸着しエッジを修飾することによる特性変化を観察する。また、Bi(111)薄膜についてSTM像を上回る分解能を得ることに成功したため、これを利用してBi(111)薄膜のエッジの原子構造の解明に取り組む。Bi(111)には構造の異なる二種類のエッジが存在することがすでに明らかになっているが、STMを用いた実験では詳細な原子構造は確定されていない。AFMにより第二層原子まで可視化することで、二種類のエッジの原子構造がどのようになっているか、また構造の違いが電子状態にどのように影響しているかを明らかにする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
拡張現実を用いた博物館における双方向メディア型ガイダンスシステムの開発

本研究では,AR(拡張現実)を用いた博物館における利用者の興味関心を推定するガイダンスシステムの開発を行う.提案システムは,タブレット等入手性の高い端末を用いて既存の展示資料を補完する新たな資料メディアとして利用者に情報提供する.見学者(来館者)が,興味のあるモノに端末を向けるだけで直感的に情報を得ることができるようなUI(ユーザーインタフェース)を開発する.一方,主催者側は,利用ログを解析することで個々の展示物に対する興味関心が分かるだけでなく,大型の展示物においては,どの箇所に興味を持っているかなどの情報を得ることができ,展示資料の改善に繋げることができる.本研究では,AR(拡張現実)を用いた博物館における利用者の興味関心を推定するガイダンスシステムの開発を行う.提案システムは,タブレット等入手性の高い端末を用いて既存の展示資料を補完する新たな資料メディアとして利用者に情報提供する.見学者(来館者)が,興味のあるモノに端末を向けるだけで直感的に情報を得ることができるようなUI(ユーザーインタフェース)を開発する.一方,主催者側は,利用ログを解析することで個々の展示物に対する興味関心が分かるだけでなく,大型の展示物においては,どの箇所に興味を持っているかなどの情報を得ることができ,展示資料の改善に繋げることができる.
相互作用のある多重軌道ランダム格子模型の染色的構成と基底状態の指数定理

通常の周期格子を含むランダム格子上に定義された、多重起動の相互作用する電子模型群の基底状態を解析的に研究した。この基底状態は、電子の軌道を「色」に、格子の双対グラフを「国」に対応させた場合、グラフ理論における染色問題に帰着される。染色問題はグラフ理論において四色定理として知られる離散数学の1つの分野である。前年度までは電子模型群の一般論に関する研究を主として行ってきた。今年度は具体的に現実に対応する模型に関して研究を行った。(1)具体的には、多重電子軌道において運動積分のネットワークがダイナミカルに変化するような模型の性質を調べた。このネットワークを多様体へ埋め込み、多様体の種数が変化するようなネットワークの再構成が起こる場合に、軌道秩序状態と基底状態の縮退度が指数定理によってどのように支配されているか、そのメカニズムを解明した。(2)模型群の中でも、Mielke-Tasaki強磁性のメカニズムに近い機構で特殊な軌道秩序状態を呈する模型について、具体的に厳密解を構成し、基底状態の性質を調べた。(3)さらに、模型の変形により、異方的超伝導ペアリング状態を呈する模型を構成し、その基底状態の性質を調べた。(4)厳密解の構成のためには、模型に出てくるいくつかのパラメータ間に、一定の条件が成り立たなくてはならない。その条件を外した場合に厳密解により代表される性質をもつ状態が安定かどうかを数値的手法により調べた。具体的にはパワーメソッドを用いたハミルトニアンの対角化を行い、数値的に基底状態を求めることで、種々の物理量を計算した。(5)結晶の位相幾何学的分類を行った。この分類に実際に対応する物質群として、いわゆるトポロジー的結晶をあげることができる。このトポロジー的結晶の分類を提案し、現存するトポロジー的結晶の分類を行った。多重軌道を有する格子フェルミ粒子系を一般の高次元ランダム格子上に構成した。この構成方法においては、ある充填率において基底状態の厳密解の構成が可能であることを証明した。基底状態は新奇な軌道秩序状態をとる。これはこれまでの2成分のフェルミ粒子系における反強磁性秩序状態の多成分系への一般化に対応している。本模型においては、互いに隣接した格子点では軌道成分が排他的な状態がエネルギー的に安定化する。この場合、厳密解の構成には本研究により提案を行う染色的構成が効率的である。格子点をバーテックスとし、互いに隣接する格子どうしをエッジとする双対グラフを構成し、フェルミ粒子の成分種を「色」に対応させた場合、厳密解の構成可能条件が双対グラフのバーテックス染色可能条件に一致することを厳密に証明した。これにより、前世紀に証明された有名な「四色定理」が量子統計力学に関連付けることができる。このような例は、これまでに古典統計力学系では知られていたが、量子模型においては初めての具体例である。また、この構成可能条件は、与えられた格子の位相幾何学的性質によっても制限されることを示した。つまり、構成に必要なフェルミ粒子の軌道成分数は一般次元格子を2次元多様体に規約埋め込みを行い、埋め込まれた多様体の種数を関数とする非自明な構造を持っている。また、基底状態は一般に縮退しており、その縮退度は染色多項式により厳密に与えられることを証明した。染色多項式は、この場合2次元多様体の種数を変数とする代数多項式であり、これが模型の基底状態(つまり、ゼロモード)の数を記述している。これは一種の指数定理であると解釈することができる。加算無限格子において以上の手続きは一般には多項式時間で終了できない。このようなNP問題との関係の解明は今後の課題である。基底状態の物理的性質は以下にあげることができる。正規格子上では、2成分模型の基底状態は縮退がないのに対し、この他成分系では排他的になれる成分に助長度があり、一般的には縮退している。このため特異的な非秩序状態である「染色的ガラス相」が安定化するパラメータ領域も存在する。この効果はランダム格子上において顕著である。ランダム格子上では、2成分系におけるフラストレーションの他成分系に拡張された現象が発生する。この場合、他成分であることを反映し、フラストレーションは空間的に大局的となり、2成分系とは異なり決定論的な現象とならないことを示すことができた。平成15年度に構成を行った電子模型群以外に、新たなクラスの可解模型群を提案し、基底状態の厳密な構成を行った。平成15年度に構成を行った模型群は軌道(電子の内部自由度)の数の上昇と共に、相互作用の多重度が上がるため模型の現実性が低い。一方で今年度構成を行った模型群は、フェルミ粒子の相互作用を高々4体までしか含まず、相互作用の形もハバード型であり現実的である。さらに、基底状態の一意性の証明も可能であり、物理的に有用な性質を兼ね備えている。この模型群の構成可能条件を最大限に解析した。これら一連の模型群に共通の特徴の一つとして位相的構造相転移という新たな相転移を提案しているが、この現象を別の観点から解析を行った。つまり、位相的組み合せ理論を用いた結晶学の再構成である。結晶学は、古くから固体物理学における固体の分類方法として定着しているが、この分類方法は点群による対称性の分類と同義である。また最近では、準周期系に代表されるように点群による記述の拡張や一般化がなされてきている。

本研究では結晶格子の2次元多様体への既約埋め込みを行い、その多様体の位相幾何学的性質により結晶格子の分類を行うという手法を提案した。今後は、埋め込んだ多様体上で有限群の作用により更に分類を行うという考察が可能である。実際の位相的構造相転移を伴う物理系を提案するためには、軌道の相互関係により電子の運動積分のネットワークがスイッチングを行う模型を具体的に構成する必要があるが、二次元面と一次元ストライプ状構造の2種間の転移という自明な模型以外の非自明な模型の構成は現状では困難であることが分かった。有限グラフによる具体的な格子を仮定し、埋め込み、染色定理などの適用を試みることで、基底状態の指数定理を導出することができた。しかし、グラフのサイズの上昇と共にこれらの手法の具体的な適用は指数関数的に困難となることが判明した。このため熱力学的極限などの操作を行うためには、無限グラフに関する考察が必要であることが結論された。通常の周期格子を含むランダム格子上に定義された、多重起動の相互作用する電子模型群の基底状態を解析的に研究した。この基底状態は、電子の軌道を「色」に、格子の双対グラフを「国」に対応させた場合、グラフ理論における染色問題に帰着される。染色問題はグラフ理論において四色定理として知られる離散数学の1つの分野である。前年度までは電子模型群の一般論に関する研究を主として行ってきた。今年度は具体的に現実に対応する模型に関して研究を行った。(1)具体的には、多重電子軌道において運動積分のネットワークがダイナミカルに変化するような模型の性質を調べた。このネットワークを多様体へ埋め込み、多様体の種数が変化するようなネットワークの再構成が起こる場合に、軌道秩序状態と基底状態の縮退度が指数定理によってどのように支配されているか、そのメカニズムを解明した。(2)模型群の中でも、Mielke-Tasaki強磁性のメカニズムに近い機構で特殊な軌道秩序状態を呈する模型について、具体的に厳密解を構成し、基底状態の性質を調べた。(3)さらに、模型の変形により、異方的超伝導ペアリング状態を呈する模型を構成し、その基底状態の性質を調べた。(4)厳密解の構成のためには、模型に出てくるいくつかのパラメータ間に、一定の条件が成り立たなくてはならない。その条件を外した場合に厳密解により代表される性質をもつ状態が安定かどうかを数値的手法により調べた。具体的にはパワーメソッドを用いたハミルトニアンの対角化を行い、数値的に基底状態を求めることで、種々の物理量を計算した。(5)結晶の位相幾何学的分類を行った。この分類に実際に対応する物質群として、いわゆるトポロジー的結晶をあげることができる。このトポロジー的結晶の分類を提案し、現存するトポロジー的結晶の分類を行った。
治療によって修飾されるがんのゲノミクス解析とバイオマーカー探索

治療標的・バイオマーカーが明らかになっていない低分子化合物に関して耐性株のゲノミクス解析や機能ゲノムスクリーニングよって同定を試みた。免疫治療のバイオマーカー探索のために腫瘍浸潤リンパ球の抗原受容体レパートリー解析技術を確立した。有効な分子標的が存在しないびまん性胃癌については、全エクソームシーケンスにより治療標的候補となるRHOAのドライバー遺伝子変異を同定した。抗腫瘍薬の効果・有害事象に関わるバイオマーカー探索は、通常は市販後ある程度の時間が経過し臨床情報や検体を収集することによって為されるのが通常である。特にSNPによる関連解析の様に全ゲノムレベルでの探索を行う場合は、その解析に多くの検体の収集が必要であり、臨床開発早期におけるバイオマーカーの同定とそれを用いた柔軟な治験プロトコールの改定には必ずしも直結しないことが多い。薬剤のメカニズムや関連するバイオマーカーは前臨床試験の段階である程度想定されてはいるが、特に低分子化合物の場合は予期せぬ作用や代謝系の存在により事前の効果的な層別化が困難で治験を脱落する場合が多い。一部の分子標的治療薬を除いた新世代の低分子化合物、例えばマルチキナーゼ阻害剤・エピゲノム修飾酵素阻害剤などは抗腫瘍性効果の重要標的が必ずしも明確ではなく、効果的なバイオマーカーが同定されていない。またこれらの中には抗腫瘍機序が当初in vitroで生化学的に同定されていた結合分子と大きく違っていたという例も見られる。一方で並列型シーケンシング技術の発達により、腫瘍における塩基レベルでの体細胞変異・異常トランスクリプト・エピゲノム異常等が全ゲノムスケールで同定可能となっている。本計画研究では主に培養細胞株や移植腫瘍株から比較的世代の新しい抗腫瘍薬・臨床開発中の新薬を対象に系統的に耐性株を樹立し、耐性獲得過程におけるダイナミックなゲノミクス解析を並列型シーケンサーを用いて行うことにより、治療薬のバイオマーカーとなり得る抗腫瘍活性に重要な標的分子・代謝酵素等を探索することを目的とする。本年度は複数の抗腫瘍薬について耐性株樹立を開始し、薬剤耐性の評価に関わる周辺技術の開発を行った。がんにおける治療薬の効果、副作用に関わるバイオマーカー探索は、市販後ある程度時間がたち多くの臨床サンプルを収集することによって為されるのが通常であり、治験プロトコールの改定といった臨床開発早期における効果的な対応には必ずしも直結しないことが多い。新世代の抗腫瘍薬であり低分子multi-kinase inhibitor、エピゲノム修飾薬などは抗腫瘍性効果の重要標的が必ずしも明確ではなく、ターゲットアプローチによるバイオマーカーの探索を困難にしている。また一方で近年の超並列型シーケンシングの技術によりがんにおける塩基レベルでの体細胞量的、質的ゲノム変異、エピゲノムの変異が全ゲノムスケールで同定可能となっている。本提案では培養細胞株等を用いて比較的世代の新しい抗腫瘍薬、臨床開発中の新薬を対象に系統的に耐性株を樹立し耐性獲得過程におけるダイナミックなゲノミクス解析を行うことにより治療薬のゲノム、エピゲノムのバイオマーカー候補を同定すること行う。それら候補については機能的実験、実際の臨床検体における奏功性、副作用の発現、耐性の獲得との比較を行うことにより薬剤の真の重要標的分子、バイオマーカーの同定を行う。最終的には臨床開発早期におけるバイオマーカーの同定を可能とし開発側のバイオマーカーを用いた積極的な臨床開発への先鞭をつけることを目的とする。本年は度複数の抗腫瘍薬について耐性獲得が確認されたのに加え、半導体シーケンサーを用いた薬剤耐性の評価に関わる解析技術の一次的な完成をみた。包括的ゲノミクス解析の対象となる化合物耐性株の樹立を行っている。細胞株に対して比較的新世代の薬を対象とし、耐性獲得の指標として電気的細胞毒性測定を用いて高感度に耐性の獲得を評価を行っている。いくつかの体制株を得ており、包括的トランスクリプトーム解析、およびエクソーム解析を行っている。また薬剤耐性の評価にかかわる周辺技術の開発については全トランスクリプトレベルの配列解読技術を構築した。Referenceとなるトランスクリプト配列、SNP情報、CNV情報との比較を含め、配列異常解析、発現異常解析、異常バリアント解析を精度よく行うアッセイ手法、アルゴリズムの開発を行った。免疫ゲノムレパートリーについては腫瘍に浸潤するがん組織に浸潤するTリンパ球、Bリンパ球の抗原受容体の再構成レパートリーの網羅的探索を実施し未知の部分が多い腫瘍浸潤リンパ球の獲得免疫の特徴を捉える試みを行なっている。トランスクリプトーム解析技術の周辺技術として多様な生物種にわたるメタトランスクリプトーム解析を試行して、胃粘膜組織に特徴的な微生物のプロファイルを同定し実際の臨床検体の組織で染色を行なって局在等の確認を行なった他デジタルPCRなどでその存在頻度の定量を行なった。また従来の抗腫瘍薬に対して極めて難治である低分化胃癌に対する新規の治療ターゲットを探索するべく低分化胃癌組織検体よりDNAを抽出した検体のシーケンシングを解析をおこなった。Pooled shRNAライブラリーの系を立ち上げ、抗腫瘍薬であるヒストン修飾酵素阻害剤を用いてその添加の有無によって細胞増殖活性の著しく変わる遺伝子の選抜を行った。既知の転写因子を含め、ヒストン修飾酵素と複合体を形成する遺伝子が含まれ、単純なsynthetic lethal遺伝子に加えて複合体情報が得られることが示唆された。

また薬剤の代謝や排出等に関する遺伝子も探索できる可能性があることがわかった。分子メカニズムの作用が不明な抗腫瘍低分子化合物についても、機能ゲノミクススクリーニングを行い、いくつかの候補となるパスウェイを同定した。新しい腫瘍治療法である細胞療法やペプチドワクチンなどの免疫療法に関する新規標的やバイオマーカーの探索研究を行っており、腫瘍組織に浸潤するT細胞受容体の再構成レパートリーを並列型シーケンサーを使って網羅的探索を実施し腫瘍浸潤リンパ球の獲得免疫の全体像をの解析を行っっている。治療抵抗性難治癌の新規治療標的やバイオマーカーを探索するために、びまん性胃癌のエクソーム解析を行いRHOAのホットスポット型ドライバー変異を同定して報告した。このドライバー遺伝子変異をもつ胃癌の臨床病理学的特徴の探索を行い、その組織学的特徴を見いだした。またトランスクリプトーム解析技術の周辺技術として多様な生物種にわたるメタトランスクリプトーム解析を施行している。このなかでデータベースのアップデートを行い最新のゲノム情報を用いた解析を行った。がん治療の効果、副作用に関わるバイオマーカーは、市販後しばらくして多くの臨床サンプルを収集することによって為され臨床開発早期における効果的な対応には必ずしも直結しないことが多い。さらに抗腫瘍性効果の重要標的が必ずしも明確でない新世代の抗腫瘍薬、免疫療法等ではターゲットアプローチによるバイオマーカーの探索を困難にしている。一方で近年の並列型シーケンシングの技術によりがんにおける塩基レベルでの変異が全ゲノムスケールで同定可能となっている。本提案では培養細胞株、臨床検体を用いて比較的世代の新しい抗腫瘍薬、臨床開発中の新薬、免疫療法を対象に系統的にダイナミックなゲノミクス解析を行うことにより治療のゲノムバイオマーカー候補を同定しその検証をも行う。最終的には臨床開発早期におけるバイオマーカーの同定を可能とし開発側のバイオマーカーを用いた積極的な臨床開発への先鞭をつけることを目的とする。包括的ゲノミクス解析の対象となる化合物耐性株の樹立を行っている。肝がん細胞株、胃癌細胞株、膵がん細胞株に対して比較的新世代の薬を対象とし耐性の獲得を評価を行っている。また薬剤耐性の評価にかかわる周辺技術の開発については全トランスクリプトレベルの配列解読技術を構築した。Referenceとなるトランスクリプト配列、SNP情報、CNV情報との比較を含め、配列異常解析、発現異常解析、異常バリアント解析を精度よく行うアッセイ手法、アルゴリズムの開発を行った。またより高速、安価に解読するために半導体シーケンサーを用いたデータ取得についてもパイロット実験を開始している。
神経堤細胞の多分化能に対する神経分化抑制因子Restの機能

神経分化抑制因子Restの非神経組織と神経組織における機能的役割の違いを、神経細胞と非神経細胞に分化する能力を有する神経堤細胞において解析した。Restは神経堤細胞の発生、分化、増殖には影響しないが、神経堤細胞由来の腸管神経節細胞の機能異常に寄与することを発見した。また、Restの発現の減少は未分化性維持に影響するため、Restの発現を制御することで、神経堤細胞の運命修飾や分化転換を試みた。細胞の運命を変えることはできなかったが、神経堤細胞からの派生する色素細胞前駆細胞の発生を障害する事を発見した。申請者は独自に神経堤細胞特異的なRest CKOマウスを作製し、生後すぐに致死となることを観察した。神経堤細胞からは神経系である感覚神経や交感神経と非神経系であるグリア細胞や色素細胞が発生するが、神経堤細胞特異的なRest CKOマウスにおいて、発生過程から生後まで、組織学的な異常は観察されなかった。またCreの発現により遺伝子組換えが生じた神経堤細胞を追跡・識別できるように、レポーター遺伝子としてRosa26R loxP-Stop-LoxP LacZを導入し、Restを欠損した神経堤由来のLacZ陽性細胞の細胞の分化・分布を調べたが異常は観察されなかった。唯一、胃から十二指腸にかけてアセチルコリンエステラーゼ活性の低下が観察され、機能的な異常を発見した。申請者はDox依存的なRest強制発現マウスを新たに作製し、胎児期から新生児期の様々な神経及び神経堤細胞の発生段階にDoxを投与し、Restの発現を修飾した。神経堤細胞の派生、脳の発生や全身的な発達に関して、形態学的・組織学的な解析を行ったが、異常は観察されなかった。遺伝子発現に関しても顕著な発現の変化は検出されなかった。Restは多能性ES細胞の分化の初期段階でOct3/4-Sox2-Nanogが調節するネットワークをNanogを介して抑制するため、iPS細胞誘導過程において、Restを除去する事でリプログラミング効率を改善される事を期待しリプログラミングを試みたが、リプログラミング効率が改善される事はなかった。1.神経関連遺伝子を抑制する転写調節因子であるRestの非神経組織と神経組織における機能的役割の違いを、神経細胞と非神経細胞に分化する神経堤細胞において解析するため、神経堤細胞特異的なRestノックアウトマウスを作製した。このマウスは発生学的な異常を示さず、神経堤細胞由来細胞の発生や分化、増殖及び分布にも明確な異常は観察されなかったが、胃で食べものを貯留する機能が崩壊していること、生後消化管中にガスが充満し生後すぐに致死となることを観察した。神経堤細胞由来の腸管神経節細胞の機能異常を解析したところ、胃や小腸といった上位消化管でアセチルコリンエステラーゼ活性が失われていることを発見した。2.in vivoで神経堤細胞におけるRestの機能を補償するため、Doxycycline(Dox)の投与によりRestの発現を修飾できるDox依存的なRest強制発現マウスを作製した。このマウスで、胎児期から成体においてDox投与によりRestを強制発現させても明確な形態的異常や致死性は観察されなかった。さらに、in vivoで神経幹細胞や神経堤細胞およびこれらに由来する細胞の分化、増殖、分布を解析したが、優位な違いは検出されなかった。3.Restの発現の減少が幹細胞の未分化性維持に関与するため、Restの発現を制御することで、神経堤細胞の多分化能の喪失ないしは運命修飾や分化転換を試みた。これまでにRestが単独で分化した細胞の運命を修飾したり分化転換を誘導したりする事は報告されていないが、in vitroではRestの発現の有無により細胞の転写が変わることを観察した。しかしながら細胞を分化転換させるには至らなかった。in vivoでは神経堤細胞からの色素細胞の運命決定が影響され、Rest欠損により色素細胞前駆細胞の発生が減少する事を発見した。これらの内容を2報の論文にて報告した。発生生物学、神経科学研究計画に準じて、神経堤細胞特異的なRest CKOマウスの作製、Dox依存的なRest CKOマウスおよびRest強制発現マウスの作製が完了しており、これらを用いて形態学的・組織学的な解析を実施しており、一定の結果を得ている。そのため、予定通り次年度に計画している研究計画にも取りかかれると思われる。今年度得られた成果の中で、予定していなかった電気生理学的な機能解析を行う事でより良い成果が得られると思われる結果を得ているため、多少の計画の修正が必要と思われる。Dox依存的なRest強制発現マウスにおいて、胎児期からあるいは成体においてDox投与によりRestを強制発現させても明確な形態的異常や致死性は観察していない。そこで神経堤細胞

特異的なRest CKOマウスで、Dox依存的にRestを強制発現し、神経堤細胞に及ぼす影響を解析する。ST2細胞を支持細胞として神経堤細胞を共培養し、神経堤細胞から派生する神経系(感覚神経や交感神経)と非神経系(グリア細胞や色素細胞、平滑筋細胞)を同時に発生させ、この共培養系にDoxを投与しCreないしはRestを強制発現させる。神経堤細胞の増殖能、コロニー形性能、分化能を評価し、遺伝子発現の変化を同定し、細胞学的性質を比較・評価する。
病態肺におけるサーファクタント・アポ蛋白受容体を介する分子機構の解析

本研究は、肺胞II型細胞および病態肺における肺サーファクタント・アポ蛋白質、特にSP-AとSP-Dによるリン脂質代謝調節機構および生体防御機構を解明することを目的として遂行された。研究成果の概要を以下に要約する。1.アポ蛋白質によるリン脂質代謝調節機構(1)SP-Aによる生物活性(肺胞II型細胞で高親和性受容体を介し、リン脂質分泌を抑制する)の発現とSP-Aの構造との関係を検討した。SP-Aをコラゲナーゼで処理後単離したC末端側非コラーゲン様領域のみでも生物活性が発現した。SP-Aの生物活性を完全に阻止し得る抗ヒトSP-A単クローン抗体のエピトープは、SP-AのGlu^<202>よりC末端側に存在すると考えられ、この領域がSP-Aの受容体への結合に関わっていることが示唆された。(3)[ ^<125>I]標識アポ蛋白質を用いたリガンド結合法によりSP-Aはホスファチジルコリンに、SP-Dはホスファチジルイノシトールに特異的に結合することを見いだした。(4)SP-Aは肺胞II型細胞へのリン脂質リポソーム、特に、ジパルミトイルホスファチジルコリン(DPPC)から成るリポソームの取り込みを、優位に促進したが、取り込まれた標識リン脂質の細胞内分布におけるSP-Aの影響を不連続蔗糖密度勾配遠心法により調べた。SP-A存在化で細胞に取り込まれたDPPCリポソームの約52%はサーファクタントの貯蔵器官であるラメラ封入体画分に回収され、SP-Aによる肺胞II型細胞へのリン脂質の取り込みはDPPCに優位で、SP-Aは取り込まれたDPPCのラメラ封入体への細胞内移動を促進していると考えられた。2.アポ蛋白質と糖脂質特異性:アポ蛋白質と糖脂質との相互作用を検討し、SP-AはガラクトシルセラミドとアシアロGM2に、SP-Dはグルコシルセラミドに特異的に結合することを見いだした。この特性は、生体防御機構の上で重要であると思われる。3.肺疾患と血清SP-A:肺サーファクタント成分は、肺胞腔にのみ存在し、血中には出現しないと考えられるが、肺胞蛋白症や特発性肺線維症患者の血清中にSP-Aが出現することを明かにした。SP-Aが肺傷害の血清マーカーとして有用であることが示唆された。肺サ-ファクタント・アポ蛋白質は肺胞II型細胞ばかりでなく、肺胞マクロファ-ジにおいてもその代謝調節を担っていると考えられている。本研究は親水性肺サ-ファクタント・アポ蛋白質(SPーAおよびSPーD)に着目し、病態肺におけるアポ蛋白質によるリン酸質代謝調節機構および生体防御機構を解明することを目的とする。平成3年度の研究実績を以下に要約し、本研究で得られた新知見を列記する。1.SPーAによる生物活性(肺胞II型細胞で高親和性受容体を介し、リン脂質分泌を抑制する)の発現とSPーAの構造との関係を検討した。

SPーAの生物活性はC端側非コラ-ゲン領域を認識する単クロ-ン抗体により阻止された。コラゲナ-ゼ処理後単離した非コラ-ゲン領域のみでも生物活性は発現するが、未処理SPーAの約100倍の量を要した。受容体への結合部位はC端側に存在するが、高次構造維持に必要なコラ-ゲン様構造が重要であることを指摘した。2.SPーDはSPーAと構造上の類似性を有するが、SPーAとは異なり肺洗浄液の遠心上清から分離された。Native SPーDはリン脂質と結合しており、SPーAの受容体を介する生物活性の発現を抑制したが、SPーDから脂質を除去するとこの活性は失われた。SPーDは結合リン脂質を介して、SPーAの生物活性を制御していると思われた。3. ^<125>I標識アポ蛋白質を用いたリガンド結合法によりSPーAはホスファチジルコリンに、SPーDはホスファチジルイノシト-ルに特異的に結合することを見いだした。4.アポ蛋白質と糖脂質との相互作用を検討した。SPーAはガラクトシルセラミドに、SPーDはグルコシルセラミドに特異的に結合した。多くの細菌やウイルスは細胞表面の糖脂質を受容体としているので、SPーAとSPーDは細胞表面糖脂質に結合することにより細菌やウイルスの侵入を防御していると考えられる。肺サーファクタント・アポ蛋白質は、肺胞II型細胞におけるリン脂質代謝を調節するとともに、肺における生体防御機構にも大きく寄与していると考えられる。本研究は、病態肺におけるアポ蛋白質の役割を解明することを目的とする。平成4年度の研究実績を以下に要約し、本研究で得られた新知見を列記する。1.抗ヒトSP-A単クローン抗体(PE1O)は、SP-Aの生物活性(肺胞11型細胞で高親和性受容体を介し、リン脂質分泌を抑制する)を阻止し、PE10の認識している領域がSP-Aと受容体との結合に関与していることが示唆された。PE10のエピトープマッピングを行なった結果、PE10はSP-AのGlu^<202>より末端側を認識すると考えられた。2.SP-Aは肺胞II型細胞へのリン脂質リポソーム、特に、ジパルミトイルホスファチジルコリン(DPPC)から成るリポソームの取り込みを、他の種類のリン脂質リポソームに比較して優位に促進するが、取り込まれた標識リン脂質の細胞内分布におけるSP-Aの影響を調べた。不連続蔗糖密度勾配遠心法による分析では、SP-A存在化で細胞に取り込まれたDPPCポリソームの約52%はサーファクタントの貯蔵器官であるラメラ封入体画分に一致する0.4-0.5M蔗糖画分に回収されたが、SP-A非存在下では同画分に約20%しか回収できなかった。SP-Aによる肺胞II型細胞へのリン脂質の取り込みはDPPCに特異的で、SP-Aは取り込まれたDPPCのラメラ封入体への細胞内移動を促進することを示している。3.肺サーファクタント成分は、肺胞腔にのみ存在し、血中には出現しないと考えられるが、肺胞蛋白症や特発性肺線維症患者の血清中にSP-Aが出現することを明かにした。SP-Aが肺傷害の血清マーカーとして有用であることが示唆された。
Bリンパ球分化異常症におけるBリンパ球分化に関する遺伝子学的解析

B細胞成熟段階で特異的に発現するPax5,VpreB,λ5などの遺伝子の発現パターンに関して,ヒトにおいては十分に解明されていない.これを明らかにすることでcommon variableimmunodeficlency(以下CVID)をはじめとするBリンパ球分化異常症の病因病態解明に役立てることが可能となり,更に一部の白血病の病態解明にも役立てることができると考えられる.このため,1)B細胞分化異常症における免疫学的検討,2)免疫グロブリンH鎖遺伝子の解析,3)Bリンパ球特異的遺伝子発現系の確立,4)Bリンパ球特異的遺伝子に関する検討を行った.7例のCVID患者を対象とした.全例で免疫グロブリン産生不全が認められ,リンパ球表面マーカー分析では,1例を除いてCD19陽性細胞が著明に減少していた.免疫グロブリンH鎖遺伝子にはそれぞれ大きな欠失や変異は認められなかった.B細胞分化の初期段階で発現し,surrogate light chainを形成するVpreB,λ5に関して,解析し得た範囲ではgermiine DNAにおける欠失や変異は認められなかったが,骨髄細胞を採取できた2例では,骨髄細胞におけるれVpreBの発現低下が認められた.VpreB,λ5よりも初期の段階でB細胞に発現するPax5について検討を行ったところ,B細胞系細胞株に発現が認められたが,T及び赤芽球系には発現が認められなかった.成人では脾臓に,胎児では肝臓及び脾臓に強い発現が認められたが,脳における発現は僅かであった.末梢血単核球ではコントロールでPax5の発現が認められたのに対して,患者ではCD19の保たれている1例以外にPax5の発現は認められなかった.これらの患者における免疫グロブリン産生不全の原因として,Pax5の発現もしくはそれ以前の段階での異常が示された.今後,E2Aなど他のマーカーについて更に検索を進めていく予定である.B細胞成熟段階で特異的に発現するPax5,VpreB,λ5などの遺伝子の発現パターンに関して,ヒトにおいては十分に解明されていない.これを明らかにすることでcommon variableimmunodeficlency(以下CVID)をはじめとするBリンパ球分化異常症の病因病態解明に役立てることが可能となり,更に一部の白血病の病態解明にも役立てることができると考えられる.このため,1)B細胞分化異常症における免疫学的検討,2)免疫グロブリンH鎖遺伝子の解析,3)Bリンパ球特異的遺伝子発現系の確立,4)Bリンパ球特異的遺伝子に関する検討を行った.7例のCVID患者を対象とした.全例で免疫グロブリン産生不全が認められ,リンパ球表面マーカー分析では,1例を除いてCD19陽性細胞が著明に減少していた.免疫グロブリンH鎖遺伝子にはそれぞれ大きな欠失や変異は認められなかった.B細胞分化の初期段階で発現し,surrogate light chainを形成するVpreB,λ5に関して,解析し得た範囲ではgermiine DNAにおける欠失や変異は認められなかったが,骨髄細胞を採取できた2例では,骨髄細胞におけるれVpreBの発現低下が認められた.VpreB,λ5よりも初期の段階でB細胞に発現するPax5について検討を行ったところ,B細胞系細胞株に発現が認められたが,T及び赤芽球系には発現が認められなかった.成人では脾臓に,胎児では肝臓及び脾臓に強い発現が認められたが,脳における発現は僅かであった.末梢血単核球ではコントロールでPax5の発現が認められたのに対して,患者ではCD19の保たれている1例以外にPax5の発現は認められなかった.これらの患者における免疫グロブリン産生不全の原因として,Pax5の発現もしくはそれ以前の段階での異常が示された.今後,E2Aなど他のマーカーについて更に検索を進めていく予定である.
温罨法が就床中の生体に与える影響に関する基礎的・応用的研究

この研究は、経験的手法として用いられることが多い温罨法を看護技術として体系化させる目的で一昨年から着手している。昨年の研究からは、病棟や日常生活での温罨法の実施において同一温度であっても器具によって効果に違いが生じる可能性が示唆された。そこで本年度は、湯たんぽ湯温の違いが生体に及ぼす影響について、マスキングの徹底により明らかにすることを目標に掲げた。つまり温罨法の実施によって惹起される局所皮膚血流量の増加や温冷感覚、快適感覚の変化が器具の形態に因らず温熱刺激そのものに起因することの検証に取り組んだ。湯たんぽの湯温を3種に変化させたクロスオーバーデザインを組み、健康な女性28名(20歳以上30歳未満で3回の協力が可能、かつ内分泌疾患の既往がなく、定期投薬も受けていない者)を対象として実験を行った。コントロールは被覆内温度に相当する湯温30°Cの湯たんぽ挿入として、残り2条件は作成時の湯温を80°Cと55°Cとした。同一被験者に対する3つの温熱条件は日を変えて順番を無作為に割り付けて実施した。実験結果として、就床中の足趾への温熱刺激が足趾皮膚血流量の有意な増加を示したほか、湯たんぽ作成時の湯温3080°C範囲内では主観的効果である温冷感と快適感もそれぞれ湯温の高さに比例する傾向が確かめられた。したがって上述の仮説はほぼ証明されうるものと考える。一方、被験者の年齢が2022歳と若く均質な集団であったためか、一昨年の実験に比して全ての実験終了後の湯温に関する好みは、80°Cより低めの55°Cに多くなる傾向が伺えた。また、温冷感や快適感は、体脂肪率及び「暑がり」「寒がり」等の温熱感受性に関する被験者自身の評価に相関した。上記の結果より、対象に適した温罨法を実施するための作成時湯温の重要性、及び評価としての観察項目が得られた。この研究の目的は、経験的手法として用いられることが多い温罨法を、看護技術として体系化させることにあった。生体にもたらす効果については生理学的な指標のみならず、対象の主観的効果との関連についても探求する必要性が看護に求められていると考えられたからである。本年度の到達目標として、寝具による相乗効果を除いた温罨法そのもの効果が生体に及ぼす影響について、対象の主観及び生理学的な指標に基づき評価することを挙げた。そこで温罨法の実施によって惹起される局所皮膚血流量の変化や温冷感覚、快適感覚の変化と温熱刺激との関連性を検証することとした。温罨法を電気あんかと湯たんぽの2種類に定めたクロスオーバーデザインを組み、健康な女性19名(20歳以上30歳未満で3回の協力が可能、かつ内分泌疾患の既往がなく、定期投薬も受けていない者)を対象として実験を行った。コントロールは毛布で被覆するのみとして、2種の温熱刺激物の表面温度は実験中40°Cに保った。実験結果として、就床中の足趾への温熱刺激が足趾皮膚血流量の有意な増加を示したほか、主観的効果である温冷感と快適感もそれぞれ、足趾皮膚血流量と同様の経時的変化を示した。したがって生理学的な指標と対象の主観が密接に関連することが示唆された。また、器具による相異として、電気あんかに対する湯たんぽの優位性が明らかにされた。被覆内温度の測定結果からは温罨法は空間内部を温める作用を持たず、身体に直接的に作用することで効果を発現すると考えられたため、対象の身体状況に即した温罨法器具の選択について更に検討する必要がある。

一方、被験者の年齢が2022歳と若く均質な集団であったためか、一昨年の実験に比して全ての実験終了後の湯温に関する好みは、80°Cより低めの55°Cに多くなる傾向が伺えた。また、温冷感や快適感は、体脂肪率及び「暑がり」「寒がり」等の温熱感受性に関する被験者自身の評価に相関した。上記の結果より、対象に適した温罨法を実施するための作成時湯温の重要性、及び評価としての観察項目が得られた。
薬用植物組織培養系におけるサポニンの生合成研究

生合成酵素の検出、特性化、遺伝子クローニングによりサポニン生合成にアプローチした。1.オタネニンジン毛状根においては、(1)毛状根培養系におけるサポニン生産の経時変化を検討し、まずオレアナン骨格を持つginsenoside-Roが生産され、これが減少し始める頃からダンマラン系サポニン生産が上昇するという興味ある事実を見いだした。(2)ついでオキシドスクアレン閉環酵素の検出、閉環産物の同定を試み、毛状根ミクロソーム画分に、ダンマレンジオール、β-アミリンおよびサイクロア-テノールの3種の閉環酵素活性を検出した。生成物のHPLC分析からダンマレンジオールは天然サポニンと同様20-Sの絶対配置を持つことを証明した。(3)3種の閉環活性のうち、ダンマレンジオール合成酵素活性は他の2種あるいは他の生物種で報告されている閉環酵素とは異なり、最大活性に界面活性剤の添加を必要としまいことまた至適pHが酸性側にある点など特徴ある性質を示すことを明らかにした。2.ホザキアヤメのシュート培養系では、(1)フロスタン配糖体を加水分解し対応するスピロスタン配糖体を与える特異的β-グルコシダーゼを検出、完全精製し、その内部ペプチドのアミノ酸配列情報を利用し、PCR法によりcDNAのクローニングに成功した。(2)ついでこのcDNAを大腸菌で活性酵素タンパクとして発現することにも成功し、タバコでの発現についても検討した。これらの結果は、高等植物におけるトリテルペンあるいはステロイドサポニン生合成の鍵反応を酵素レベルまた遺伝子レベルで明らかにした初めての例であり、今後のサポニン生産薬用植物の代謝工学的研究に大いに貢献するものである。