hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
c-Ablの機能的複合体形成における動的活性制御機構の解析

c-Ablの酵素活性がアダプタータンパク質Abi-1により制御されるという機構から、前年度までに新規基質としてVasodilator-stimulated phosphoprotein(VASP)を同定し、その詳細なリン酸化機構についても解析を行った。本年度はVASPのリン酸化による細胞内機能の解明に焦点をあてて研究を行った。VASPのリン酸化はBcr-Ablでガン化した白血病細胞に共通に認められることが報告されている。VASPのリン酸化による機能変化を検討するため、VASPの偽リン酸化型変異体を作製し、細胞内局在を解析した。その結果、VASPは野生型と比較して接着班への局在が有意に低下することが線維芽細胞を用いた解析で明らかになった。さらに、精製タンパク質を用いた解析結果から、その結合分子として知られているZyxinとの親和性が低下することが明らかになった。Zyxinは接着班に局在するタンパク質であり、Zyxin欠損細胞はVASPの接着班への局在が消失することから、AblによるVASPのリン酸化は、Zyxinとの相互作用を阻害する働きをもつものと考えられる。一方、偽リン酸化型VASPを発現する白血病細胞は、リン酸化されないVASPを発現する細胞と同様に、対称細胞と比較して有意に細胞接着能が低下することが分かっている。このことからVASPのリン酸化は、脱リン酸化を伴うことで白血病細胞の接着性の亢進に役割をもっものと考えられる。Bcr-Ablによる白血病の発症において、Abi-1が介在する基質のリン酸化機構の証明と、その具体的基質であるVASPの同定、さらにはVASPのリン酸化における白血病細胞の接着能への関与を明らかにしたことは、白血病の発症機構を理解する上で新たな手掛かりとなる新しい知見となると考えられる。これまでの研究で我々は、原ガン遺伝子産物であるc-Ab1の酵素活性が、アダプタータンパク質Abi-1により制御されることを明らかにしてきた。そして、その基質のリン酸化制御は、酵素と基質とアダプターそれぞれの分子がダイナミックに相互作用することで成なされうることが示されている。そこで本研究では、Abi-1によるc-Ab1の動的活性制御機構と生理機能を理解する目的で、このユニークな制御モデルの複合体形成機構を解析するための技術基盤の構築と、in vitro反応系の構築による解析を試みた。内在性レベルでHis-Abi-1を発現する細胞より精製したAbi-1と、それに結合するタンパク質をゲルろ過クロマトグラフィーにより解析した結果、600kDaの画分でc-Ab1と新規に同定した基質分子VASP(Vasodilator stimulated phosphoprotein)が複合体を形成する可能性が示された。さらに、VASPはc-Ab1だけでなく、ガン遺伝子型のBCR-Ab1によってもAbi-1存在下でリン酸化が促進される基質であることを明らかにし、BCR-Ab1によるガン化に伴う白血病細胞の接着性の獲得にVASPのチロシンサン酸化が関与することを示唆する結果を得た。そこでVASPのリン酸化機構を詳細に解析する目的で、in vitro反応系の構築を試みた。現在までにAbi-1、VASP全長の発現・精製に成功しており、c-Ab1においてはCHO細胞を用いたタンパク質発現系により完全長c-Ab1の高発現細胞を樹立した。このことから、Abi-1によるc-Ab1の動的活性制御を解析するための技術基盤の構築目標をぼぼ達成し、その生理機能の解析目標としてAb1の新規基質VASPを得たことに大きな進捗があったといえる。
放電ジェット中で成長する不安定分子種の短パルスレーザーイオン化検出と分光研究

有機化合物の放電プラズマ中では,様々な新規不安定分子種が生成されるがそれらの多くは検出されずにいる.本研究では,近赤外フェムト秒レーザー光によりこれらの分子を非破壊的にイオン化し,質量分析装置で検出することに成功した.ジアセチレン放電による炭素鎖が伸長した分子や,芳香族環から炭素鎖が伸長する分子など,通常の環境にはない分子の存在を明らかにした.本研究結果を契機に,理論計算や最新質量分析法と組み合わせた新しい分子の構造や物性が明らかになると期待される.平成26年度は,放電ジェット生成物のフェムト秒レーザーイオン化質量分析システムの構築と評価を行った.パルス放電ノズルと飛行時間(TOF)型質量分析装置を組み合わせた実験システムを動作させた.炭素鎖の伸長に極めて有効なジアセチレン(C4H2)を放電試料とし,放電ジェット法で可能な生成分子種をサーベイした.化学的に不安定なジアセチレンは,申請者の実験室にて1,4-ジクロロ2ブチン(ClCH2C≡CCH2Cl)の脱HClにより合成し液体窒素温度で保存した.ジアセチレンをパルスバルブにより繰り返し10Hzで真空チェンバー内に噴出し,ノズル先端に設置した放電電極にノズルと同期させた800Vの高電圧パルスを印加し,試料を放電させた.放電生成物を含んだ分子線に近赤外フェムト秒レーザー(800 nm,100 fs)を集光し,生成したイオン種をTOFスペクトルとして検出した.スペクトルには,CnHm+で表される炭素鎖を含んだ分子種系列が,n=2n=30まで観測された.CnHm+系列に見られる特徴は次の3点にまとめられる.(i)n=11までは,CnH+, CnH2+, CnH3+が強く観測された.これは,ジアセチレンやアセチレンの放電ですでに報告されている結果と同じである.(ii)n=12からは,それまで観測されなかったm=6の分子種,C12H6+,C14H6+,C16H6+が強く観測され始めた.C12H6+はジアセチレンの環状三量体であると推測される.実際に,量子化学計算でも安定構造であることが分かった.同様に,n=16においてm=8が初めて強く観測され,これはジアセチレン四量体と考えられる.(iii)n=14以降,nが奇数の場合は,m =5,7, nが偶数の場合は,m = 6, 8が強く観測される規則性が見られた.(ii)(iii)における観測結果は,本研究による新しい知見である.平成27年度は,パルス放電ジェット法とフェムト秒レーザーイオン化を組み合わせたシステムにより,特にベンゼン環をもつ有機化合物とアセチレンの放電により生成する分子種を対象に,その分子種の特定を行い,以下の知見が得られた.1ベンゼン/アセチレン系:アセチレンの放電により炭素鎖が伸長する結果を受けて,末端にベンゼンが結合した炭素鎖分子の生成とその同定を試みた.C6H6/C2H2系で測定したスペクトルには,ベンゼン環から炭素鎖が伸長した,Ph-CnHm+(nmax=10)に帰属される分子種が観測された.C6D6/C2H2系を用いた測定結果と併せて分子種の帰属を行うことにより,Ph-HへのC原子挿入によりPh-CあるいはPh-CHが生成され,そこから炭素鎖の伸長が始まることが分かった.炭素鎖が伸長した分子種にはnの偶奇依存性があり,nが奇数ではPh-C3H2+,Ph-C5H2+のようなmが偶数の分子種が強く観測され,逆にnが偶数ではPh-C2H+,Ph-C4H3+,Ph-C6H3+のようなmが奇数の分子種が強く観測された.2フェニルアセチレン(PhーC≡CH)/アセチレン系およびトルエン(Ph-CH3)/アセチレン系:ベンゼンよりも効率よく炭素鎖を伸長させることを目指し,ベンゼン環の1置換基体であるPhーC≡CHおよびPh-CH3とアセチレンの混合気体の放電実験を行った.測定結果は,炭素鎖の伸長が促進されるものではなく,ともに置換基のH部位はそのまま保存され,それ以外の部位よりベンゼンの場合と同様な炭素鎖伸長が始まることが分かった.以上の結果から,ベンゼン環を含む化合物とアセチレンの放電におけるPh-CnHmの成長は,主にアセチレンの分解により生成した炭素原子あるいは炭化水素の活性断片が,ベンゼン環の炭素原子と反応することにより開始されることを明らかにした.平成27年度は,放電により生成したイオン種をターゲットとした研究を主たる計画とした.具体的には,放電ジェットで生成したイオン種を分子線として質量分析装置のレーザー相互作用領域に導入し,フェムト秒レーザー照射によるイオン化・解離ののち,高速パルス電場によりイオン引き出しを行う,という測定法の確立である.試験的な実験を行った結果,いくつか問題点が生じ,改善策を検討した.まず,(1)パルス放電で生成したイオン種が,パルス引出部のバイアス電圧(+1670 V)により相互作用部に侵入できない,という問題が生じた.これについては,6kVまで立ち上がり数十ナノ秒でスイッチング可能な回路を製作することにより解決した.次に,(2)アセチレンおよび空気のパルス放電ジェットをレーザー相互作用領域に導入し,レーザー照射をせずにパルス引き出しを行い,質量スペクトルを測定した.

これにより,放電のみで生成するイオン種の特定を試みた.得られた質量スペクトルは,原子イオンが特定できる程度のブロードなスペクトルとなり,分子イオンをターゲットとするには不十分であった.要因は,イオン種の空間電荷効果や装置内におけるわずかな不均一電場により,引き出し電場が印加されるタイミングにおいてすでにイオンが広がってしまっているためと考えられる.すなわち,イオン生成とレーザー相互作用領域が離れていることは,イオン種へのレーザー照射という観点から得策ではない.イオンレンズをもちいて収束させたとしても,その後飛行時間型質量分析で検出することを考慮すると,再度広がることが予想される.そこで,放電ジェット法は,炭素鎖分子などの中性活性種の生成法として主に用いることとし,本申請で目標としているレーザー照射のターゲットとなるイオン種は,真空紫外光を用いて生成する手法に転換することとした.平成28年度は,2つのテーマに取り組み以下の結果を得た.(1)レーザー蒸発柱内の分子種検出へのフェムト秒レーザーイオン化法の適用:放電生成物の近赤外フェムト秒(fs)レーザーによる炭素鎖分子探査において,その非破壊的イオン化能が示された.それをマトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)法に適用した研究を行った.汎用されているMALDI試薬であるDHB(2,5-Dihydroxybenzoic Acid)と対象試料であるアミノ酸(alanine, phenylalanine)の混合結晶に紫外レーザーを照射し,生じるレーザー蒸発柱にfsレーザーを集光した.その結果,中性種を網羅的にイオン化することができ,蒸発柱における中性分子種比が実験的に初めて明らかとなった.これまで不確定パラメータであった中性分子種比の情報が加わり,MALDIにおける試料イオン種の生成機構と定量的評価に関する理解を進める成果となった.(2)真空紫外レーザー光発生装置の設計・製作:これまでの研究において,放電生成物の近赤外fsレーザーイオン化スペクトルでは,炭素鎖が伸長した分子種の親イオン信号が観測された.しかしながら,フラグメントイオンに相当する線幅が広がった信号も多く見られた.すなわち,レーザーイオン化に伴う断片化により,未検出な不安定な分子種が未だ多く帰属されずにある.そこで,イオン化手法としてより断片化を抑制できる,真空紫外(VUV)一光子ソフトイオン化と併用した放電生成分子種探査の装置整備に着手した.VUV発生は,YAGレーザー(355 nm)を希ガス(Xe+Ar)中の非線形効果により118 nmに変換する方法を用いる.VUV発生用の希ガスセルを設計・製作し,稼働している放電ジェット飛行時間型質量分析システムに接続する段階まで進めた.有機化合物の放電プラズマ中では,様々な新規不安定分子種が生成されるがそれらの多くは検出されずにいる.本研究では,近赤外フェムト秒レーザー光によりこれらの分子を非破壊的にイオン化し,質量分析装置で検出することに成功した.ジアセチレン放電による炭素鎖が伸長した分子や,芳香族環から炭素鎖が伸長する分子など,通常の環境にはない分子の存在を明らかにした.
ポテンシャル散乱エネルギー領域中性子による元素・核種イメージングの実現

中性子は、強い物質透過能力とその反応性が元素・核種によって異なるという特徴を持ち、X線や電子線等では難しい、厚い物体内部にある元素・核種のイメージングを行える可能性を持つ。しかし、従来の中性子イメージング手法では、複数の構成元素を持ち、かつその中に軽元素が含まれるような物体(例えばリチウムイオン電池や燃料ペレット)に対しては、元素・核種イメージングを行うことが困難であった。本研究では、ポテンシャル散乱エネルギー領域の中性子に着目し、軽元素を含む複数の構成元素・核種を持つ実用製品に対し、元素・核種イメージングが行える手法の開発を目的として研究を実施してきた。本年度は、本研究で開発した手法により評価可能な物質(元素や核種を含む)の組み合わせを調べるため、2物質間における中性子全断面積のエネルギー依存性の違いを示す「全断面積形状差度(DCS)」というパラメータを導入した。そして、様々なDCSを持つ多数の2物質試料を作成し、開発手法を適用した。その結果、DCSが大きい組み合わせ程、開発手法による複数物質の評価精度が高く、DCSがおよそ0.2以上の組み合わせであれば、誤差10%以内で複数物質の評価が行える可能性があることがわかった。従って、開発手法により評価可能な複数物質の指標を得ることができた。また、開発手法による軽元素を含む複数物質の定量イメージングを実証するため、アルミリチウム合金で作成した様々な試料に、開発手法を適用した。作成した試料は、厚さが同じで組成が異なる一連の試料と、異なる厚さを持つ階段状試料とした。定量イメージングの結果、実際の量から10%以内の精度で、試料中のリチウムとアルミニウムの量を妥当にイメージングできた。従って、本研究で開発した手法により、従来の中性子イメージング手法では行えていなかった、軽元素を含む複数物質の定量イメージングが実現できることを実証した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。従来の中性子イメージング手法には、中性子ラジオグラフィ(NR)や中性子共鳴吸収イメージング(NRTI)といったものが存在するが、NRは複数の元素(核種)を分離して評価することが難しく、NRTIは軽元素(核種)の評価が難しいという課題があった。そのため従来手法では、複数の構成元素を持ち、かつその中に軽元素が含まれるような物体(例えばリチウムイオン電池や燃料ペレット)に対しては、元素・核種イメージングを行うことが困難であった。本年度は、まず元素の評価手法を確立するため、3種類の元素(B, Ti, Pb)を試料として用意し、単体およびその組み合わせに対し、北海道大学の熱中性子源にて手法の適用実験を行った。その結果、単体試料においては、重量・体積から求めた実際の密度に対し数%程度の精度で元素の密度を評価することが出来た。また、組み合わせ試料に対しても、中性子断面積のエネルギー依存性が元素によって各々異なるため、それぞれの密度を10%以内の精度で評価できた。さらに本年度は、実用製品への応用の足掛かりとして、AlとLiの2元素で構成されるアルミリチウム合金の階段試料(リチウムイオン電池の模擬試料)を作成し、J-PARC MLFのBL10において本手法を適用した。その結果、厚みの異なる全ての段において、AlとLiを実際の密度から10%以内の精度で取得することに成功し、リチウムイオン電池への応用可能性を確認できた。本年度の研究により、元素・核種評価手法の確立のための実験データ取得が行えた。また、取得した実験データの一部から、B, Ti, Pbの密度に関しては、本手法により数%10%程度の精度で評価が行えることを確認した。また、実用製品への適用に向けた模擬試料の評価も行い、リチウムイオン電池への応用可能性を確認した。今後は、評価手法の確立に向けたシミュレーション計算及び本手法のイメージングへの拡張が必要となる。

作成した試料は、厚さが同じで組成が異なる一連の試料と、異なる厚さを持つ階段状試料とした。定量イメージングの結果、実際の量から10%以内の精度で、試料中のリチウムとアルミニウムの量を妥当にイメージングできた。従って、本研究で開発した手法により、従来の中性子イメージング手法では行えていなかった、軽元素を含む複数物質の定量イメージングが実現できることを実証した。元素・核種評価手法の確立のため、モンテカルロシミュレーションコード「PHITS」により、実験を模擬した体系でシミュレーション計算を行い、本手法がB,Ti,Pb以外の様々な元素・核種およびその組み合わせに対して適用可能であるかを調査する。また、中性子二次元検出器を使用し、イメージング実験を行っていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
３次元レーザ計測に基づく大規模環境高度診断技術の開発

近年,3次元レーザ計測機の急速な性能向上に伴い,その利用範囲が従来の小型オブジェクトから,プラント,建築,土木,森林といった大規模環境計測へと拡大している.本研究では,保守点検コストの高いコンクリート製インフラ構造物,環境問題を考える上で最重要な森林を対象とし,その3次元レーザ計測データから,申請者がこれまで研究を行ってきた機械系CADの分野に蓄積されている高度なデータ処理技術を応用し,コンクリート製インフラ構造物の定量的劣化診断,CO2吸収量診断のための森林バイオマス全自動推定を,短期間・低コストで高精度に実現する技術の開発を目的とする.寒冷地における道路橋等のコンクリート構造物では,凍結融解による凍害と融雪剤等に含まれる塩化物による塩害の複合作用により,構造物表面のコンクリートが剥離するスケーリングが顕在化しており,構造物維持管理のためにはこのスケーリングを適切に評価することが必要とされている.本年度はスケーリングの経年変化を定量的に評価することを目的とし,長距離型レーザスキャナにより取得した構造物の多時期計測データを高精度に整列させるため,ICP法に特徴サンプリングを統合した新手法の開発を行った.その結果,既存の手法と比べ高精度に,2ミリ程度の誤差でデータ整列が可能であり,それゆえスケーリングも高精度に評価可能であることを,複数個の道路橋計測データに対する実験より実証した.一方で,CO2吸収源や新たなエネルギ資源として,森林の持つ多面的機能の重要性が年々増している.しかしながら現状では,森林維持管理技術の未熟さゆえ,国内林業が衰退の一途を辿っていることは林野庁の報告にもある.特に自然環境である森林では,建築物や土木構造物のような維持管理の際の基盤情報となる図面やCADデータが存在しないことが大きな要因となっている.本研究では持続可能な森林経営を支援するため,レーザスキャナにより取得した計測データより,森林内部の高詳細な地図を作成し,これより森林バイオマスを高精度に算出可能な技術の開発を目的としている.このため本年度は,計測データ中の各樹木位置を特定し,さらにバイオマス推定に不可欠な各樹木の樹高と胸高直径を自動算出可能な技術の開発を行った.その結果,樹木位置は80%程度の樹木に対しては特定でき,胸高直径は5ミリ程度の誤差で高精度に算出できることを,実際の森林計測データより実証した.地上型レーザスキャナの急速な性能向上に伴い,危険で立ち入ることが困難な場所であっても,数百メートル程度の遠距離から数ミリ程度の誤差で高精度に,対象物の3次元データが取得可能となった.このスキャナは,人工物および自然物の既存状態を正確に把握する目的で,産業プラント,建築,土木,森林など,様々な分野での利用されるようになった.しかしながら取得した大規模点群を対象とした研究はこれまであまり進んでおらず,実業務で利用可能な点群処理技術が不足しているのが現状である.本研究では,コンクリート製の道路橋を対象とし,地上レーザ計測に基づき,スケーリングによる構造物表面の剥離を定量的に評価可能な技術の開発を行った.具体的には,領域成長法に基づく構造物の竣工時から現在までの合計剥離深さの評価技術,及びICP法に特徴サンプリングを組み合わせた剥離深さの経年変化の評価技術の開発を行った.いずれの技術についても,様々な実験よりその有効性を検証した.これに加え,地上レーザ計測に基づく森林バイオマスの高精度推定を目的とし,これに必要な様々な要素技術の開発を行った.具体的には,局所点密度評価に基づく計測点群のセグメンテーション技術,スケッチ操作に基づくインタラクティブな樹幹検出技術,地表面点群の抽出技術,及びレーザ反射強度を用いた葉の自動検出技術の開発を行った.これらについても同様に,様々な実験よりその有効性を検証した.近年,3次元レーザ計測機の急速な性能向上に伴い,その利用範囲が従来の小型オブジェクトから,プラント,建築,土木,森林といった大規模環境計測へと拡大している.本研究では,保守点検コストの高いコンクリート製インフラ構造物,環境問題を考える上で最重要な森林を対象とし,その3次元レーザ計測データから,申請者がこれまで研究を行ってきた機械系CADの分野に蓄積されている高度なデータ処理技術を応用し,コンクリート製インフラ構造物の定量的劣化診断,CO2吸収量診断のための森林バイオマス全自動推定を,短期間・低コストで高精度に実現する技術の開発を目的とする.高度成長期に造られた膨大な数のコンクリート構造物の老朽化が進み,これらの維持管理が社会的な課題となっている.特に寒冷地における道路橋では,融雪剤や凍結防止剤の大量散布に起因し,コンクリート構造物表層部のスケーリング劣化が顕在化している.スケーリングは,凍結融解作用によりコンクリート表層部が剥離する劣化現象であり,融雪剤などに含まれる塩化物の作用により,その進行が促進されることが知られている.このスケーリング劣化は,構造物の美観を損なうのみならず,鋼材の腐食を引き起こし,さらには構造物耐久性の低下にもつながるため,適切な評価を行うことが極めて重要である.しかしながら現状では,このスケーリング劣化は目視により経験的に評価されることが一般的であり,定量的に評価する手法は未だ確立されていない.

本研究では,保守点検が特に重要な道路橋を対象とし,建築や土木の分野を中心に急速に普及している長距離型レーザ計測により取得した構造物のレーザ計測3次元データから,スケーリング量及びその経年変化を定量的に評価可能な技術の開発を目的とし,2010年度より研究を開始している.2010年度には,リージョングローイング法を応用し,構造物健全時の表面形状を工学的に妥当な方法で推定し,推定した形状と計測データとの距離を評価することで,スケーリング深さを定量的に評価可能な技術の開発を行った.2011年度は,開発済みの技術に改良を加え,さらに機械系CADの分野ではよく知られたICP法を応用した2時期計測データの高精度なマッチング技術を開発し,データ間の差分を計算することから,スケーリング深さの経年変化を定量的に評価可能な技術を開発した.いずれの手法についても,実際の道路橋計測データに基づく様々な実験より,本技術の有効性を検証済みである.コンクリート構造物のスケーリング評価に関しては,当初の目的であった,竣工時から現在までの合計スケーリング深さを評価可能な技術,及びその経年変化を評価可能な技術の開発のいずれも完了し,様々な実験からその実用性を確認した.また国内外の学会での発表実績も多く,実際の道路管理者からも問い合わせがあり,当該分野のトップジャーナルにも条件付き採択が決定しているなど,目的を十分に達成したといえる.森林バイオマス推定については,実際に森林内部の計測を行い,予定通り技術の開発は行ったものの,樹木位置の特定率が実用精度を満たさないことが課題としてあげられる.これについては今後更なる技術の改良が必要となる.当初予定していた,スケーリング深さ及びその経年変化の定量的評価技術の開発を完了し,様々な実験よりその有効性を確認している.前者に関しては,国内学会2件,国際会議1件にて発表済みであり,後者については今年度の国内外の学会にて発表を予定している.コンクリート構造物のスケーリング評価については,これまで研究対象としてきた道路橋を継続的にレーザ計測し,地域差や環境差によるスケーリング進行速度の違いを評価していく予定である.また,森林バイオマス推定技術を発展させ,森林内部の高詳細3D地図作成に向け研究を進めていく.具体的には,開発済みの技術に局所特徴量計算技術等を統合し,各樹木の局所的な形状特徴を定量抽出し,森林内部の各樹木位置をより正確に特定可能な技術の開発を行う.今後は,これまでに開発済みのスケーリング深さの評価技術に加え,スケーリング体積の評価技術を開発する予定である.また同じ道路橋の計測を継続的に行い,長期的な経年変化の評価を行っていく予定であり,そのための技術開発も合わせて行う.さらに得られた結果を気温や標高等を考慮したシミュレーションに統合することで,スケーリングの進行予測を行う予定である.道路橋のレーザ計測のための業務委託費として50万円,国内学会での発表及び国内研究会参加のための旅費として30万円を,PC関係・OA関係消耗品費として25万円を予定している.道路橋のレーザ計測は業者への依頼となるため,業務委託費として50万円を使用予定である.また国内学会2件,国際会議1件,委員会・研究会3件,道路橋計測1件の旅費として60万円,消耗品費として31万円,合計141万円を使用予定である.
繊毛アクチュエータによる柔軟な検査用移動ロボット

ウレタンゴムシートを超音波溶着して製作した袋状構造を利用して,生体の動作に学んだ繊毛部分自体が柔軟な新しいアクチュエータの開発を行った.制御弁の数を減らすために,1気室型のZ字形状繊毛アクチュエータを製作し,平地において1本あたり150g以上の荷重を搬送可能であることを確認した.また,カムを利用したピンチ式弁を採用し,一つの管路のセットを層状の構造にして積層することで,一つのモータで多数の管路を同時に制御可能な小型で大流量を供給できる機械式弁も新たに開発した.以上の機構を利用して,アクリル板の両面にZ字形状アクチュエータを貼り付けたロボットが幅22mmの向かい合った垂直な壁を登攀できた.本年度は主に柔軟な袋状構造による繊毛アクチュエータとロボット本体の作成を行った。アクチュエータは新しくZ字形状を持つものを開発し、1気室のみで有効打と回復打を行うこととした。アクチュエータ先端の軌道を高速度カメラで撮影したところ、ロボット本体から見てヒステリシスループを描いており、有効打で環境に対して駆動力を発揮して、回復打の際には環境に力を伝えずに初期形状に戻ることを確認した。現在のアクチュエータが一回のストロークで推進できる距離は、全長15mmに対し、3mmほどである。このアクチュエータを駆動するために、昨年度から継続して開発を行っている機械式の大流量の多方向弁の試作も行った。こちらの弁は最大流量が約10 l/minこのアクチュエータを1列に4個とりつけたアクチュエータアレイを、厚さ2mmのアクリル板に4列取り付けたところ、最高速度は21mm/sであった。また、今年度あらたに開発した繊毛ロボットは、柔軟な本体構造に柔軟な繊毛アクチュエータを搭載したものであり、通常の本体高さより狭い地形に対して適応変形しながら通過することを実験で確認した。さらに、厚さ2mmのアクリル板の両面に繊毛アクチュエータを取り付けたロボットにおいて、2枚の壁を垂直に向かい合わせた狭い地形についても、はさまれながら垂直に登って行く動作を実現した。今後は本体を硬い板でなく、柔軟で内圧によって幅を変化させられる袋状構造で作成し、直径が異なる配管などでも垂直に登って行くロボットを開発する予定である。ウレタンゴムシートを超音波溶着して製作した袋状構造を利用して,生体の動作に学んだ繊毛部分自体が柔軟な新しいアクチュエータの開発を行った.制御弁の数を減らすために,1気室型のZ字形状繊毛アクチュエータを製作し,平地において1本あたり150g以上の荷重を搬送可能であることを確認した.また,カムを利用したピンチ式弁を採用し,一つの管路のセットを層状の構造にして積層することで,一つのモータで多数の管路を同時に制御可能な小型で大流量を供給できる機械式弁も新たに開発した.以上の機構を利用して,アクリル板の両面にZ字形状アクチュエータを貼り付けたロボットが幅22mmの向かい合った垂直な壁を登攀できた.本年度は主に水力学的骨格として利用するための柔軟な袋状構造の耐圧向上を行い、アクチュエータの駆動力強化を図った。実際にウレタンゴムシートを溶着して作成した袋状構造の外皮をナイロン繊維で強化した柔軟袋状構造を作成し、これを同一駆動軸に複数利用した可変出力型能動関節機構の試作も行った。この能動関節機構は、要求出力に応じて利用する袋状構造を選択することで出力を可変としている。この関節機構の駆動に用いた袋状構造は以下の二種類である。ひとつは中心軸を共有した直径の異なる円柱状の袋状構造をロシアのマトリョーシュカ人形のように多層に配置した多層型袋状構造である。これは円柱状の袋状構造の発生する折曲トルクがその直径に依存することを利用したもので、直径が小さく体積の小さい内側の袋状構造は位置決め用途に高速、小トルクを発生し、直径が大きく体積の大きい袋状構造は大出力用として低速、大トルクを発生する。もうひとつは長方形型の袋状構造を屏風のように何回も折り曲げた屏風型袋状構造である。これは袋状構造の発生するトルクが折れ曲がり部分の折れ曲がり角度に依存することを利用したもので、大きなトルクが発生する折れ曲がり角度が大きな領域を広く利用できるため、広い動作範囲で大出力が得られるという特徴がある。この袋状構造は直線状に伸びる方向に力を発揮するため、リニアアクチュエータとして利用する。能動関節に用いる場合は関節回転軸から近い距離に体積の小さいものを配置して位置決め用途に使用し、回転軸から遠い距離に体積の大きい袋状構造を配置して大出力用途に使用する。その他組み立て分解が容易な分岐管路や、大流量が確保できる機械式の多方向分岐弁の試作を行った。これらは流体を加減圧する袋状構造の制御に必須な技術である。本年度は繊毛ロボットに用いる小型大流量多分岐式機械式弁の改良と、繊毛ロボットの旋回動作の実現に向けての開発を行った。改良した機械式弁は他の市販弁(SMC製:SY113Aが重量1g当たりの流量が0.92 l/min・gであるのに対し、本試作機は2.39l/min・gと高い性能を示した。また、提案機構は弁部分が積層式となっていて、積層する数を増やせば多数の管路をモータ一つで駆動できるため拡張性が高く、流体圧を利用する機械システムに対して応用しやすいという特徴もある。

また、カムを利用して複数の弁を同時に制御するため、複数管路を一定のパターンで切り替えて動作させる繊毛ロボットなどのシステムにも適応性が高い。本機械式弁を利用して、昨年度新たに開発したZ字型一気室繊毛アクチュエータを2 mm厚のアクリル板に16個搭載し、アクチュエータ2個一組を一列として左右に二列配置することで、左右のアクチュエータ群を独立に駆動可能な繊毛移動ロボットを試作した。この試作ロボットの駆動実験を行ったところ、直進動作および左右への旋回動作が実現できた。通常の繊毛ロボットは繊毛部分が硬いものが多く、繊毛の根元部分をまとめて動かすためにこのような旋回動作は実現しにくい。本提案機構は各繊毛が柔らかく独立に動作可能なため、繊毛移動機構では実現が困難だった左右への旋回動作を実機で可能にした。また、本体を柔軟な袋状構造で製作し、バッテリ駆動のマイクロコンプレッサによる繊毛アクチュエータ移動ロボットを試作し、完全自立走行も実現した。今後はこの柔軟な自立柔軟繊毛移動ロボットに能動関節を搭載し、本体幅が可変で、配管内などで自立的に上下左右への方向転換を可能にするロボットの実現を目指す。ロボティクス・メカトロニクス当初の予定である繊毛アクチュエータの試作品の性能は良好で、1気室で確実性の高い有効打と回復打が行えている。大流量の機械式多方向分岐弁の開発も順調で、同じサイズ、重量を持つ市販のバルブに比べて、35倍の流量を確保できている。このような弁は移動ロボットに搭載するための流体アクチュエータにとって非常に重要であり、今後他のアクチュエータに対しても応用が期待できる。また、今年度あらたに開発した繊毛ロボットは、柔軟な本体構造に柔軟な繊毛アクチュエータを搭載したものであり、通常の本体高さより狭い地形に対して適応変形しながら通過することを実験で確認した。また、垂直な壁に挟まれた状態でもアクリル板の両面に繊毛アクチュエータを貼りつけた形態のロボットで登って行く動作を実現した。これは当初の予定には含まれていなかった性能で、当初の計画以上に進展が得られたと考えられる。本年度の研究目的である柔軟な袋状構造の強化および、試作した袋状構造の出力性能の検証の一環として、新しい可変出力型能動関節機構を提案することができた。作成した袋状構造は当初繊毛アクチュエータとして利用する予定であったが、多重構造型や屏風型と言った新しい形態の袋状構造を提案することによって、水力学的骨格の応用範囲が広がり、多様な用途への利用が期待できるようになった。これは当初交付申請書に記載した研究の目的以上の成果と考えられ、水力学的骨格を繊毛アクチュエータに限らず、幅広い用途への応用を進めていく研究方針も検討するべきだと思われる。袋状構造に圧力流体を加減圧するためには分岐している管路が必要となるが、市販の分岐管路は体積が大きく、本研究の要求を満たさないものがほとんどである。そこで本研究では電子回路基板に用いる立方体形状のスペーサを利用し、分解組み立てが容易な小型の多方向分岐管路を作成した。また、市販の小型電磁弁は体積に対して流量が小さいものが多く、これも本研究の要求にそぐわないことが多い。そこで本研究では小型で大流量を確保できる機械式の多方向分岐弁を作成することでこの問題に対応した。現在のZ字形状の繊毛アクチュエータは、1気室で有効打と回復打の両方を高い信頼性で実現できる。このように本アクチュエータの性能は優れていると考えられるが、製作には熟練を要するため、今後容易に作成できる方法、あるいは新しい構造を開発する予定である。
単一電子トランジスタにおける圧力によるクーロン振動

磁性金属で作った単電子トランジスタ(SET)の電気抵抗は外部磁場に対して振動的な変化を示す。この磁気クーロン振動はSETの島電極の化学ポテンシャル(フェルミエネルギー)が磁場によって変わることによって生じる。このメカニズムを敷〓すると、SETの抵抗は圧力や応力を変化によっても振動することが予想される。本研究はこのような圧力誘起クーロン振動現象の確認を目的として行い、以下の結果を得た。1.0.30.6meVの単電子帯電エネルギを有するCu/Ai/Cu-,Al/Cu/Al-,Al/Al/Al-単電子トランジスタに対して高圧液体ヘリウムによる加圧およびピストンによる一軸性応力を加え、クーロン振動の変化を調べた。2.全ての試料において、ゲート電圧によるクーロン振動の位相が加圧によって変化することが見いだされた。ゲート電圧を固定した場合の圧力によるクーロン振動周期は1030atmであり、島電極の化学ポテンシャルの変化率は28×10^<-5>eV/atmと見積もられる。3.位相変化の方向はCu/Ai/Cu-、Al/Cu/Al-のいずれの場合も同一である。またピストンによる加圧の場合はピストンの位置によって影響を受ける。4.このように圧力誘起クーロン振動の観測には成功したが、その原因として当初考えた変形ポテンシャルによる電子系のポテンシャル変化というモデルでは第3項の実験結果は説明できない。5.得られた化学ポテンシャル変化率は理論的見積もりよりも一桁弱大きく、圧縮による背景電荷の動きがその原因である可能性が高い。以上の結果は、日本物理学会、ナノ学会等で発表を行った。なお、ピストンによる圧縮は試料の破損の可能性が高く、また試料環境を大きく変えるため望ましくない。基板の曲げ変形を応用した新たな方法によって広い応力範囲での実験を今後進める予定である。単一電子トランジスタ(SET)は電荷に対する高い感度を持つデバイスであることが知られているが、これまでに我々が行った磁性金属を用いたSETについての研究結果を敷衍すると、SETは圧力や一軸性応力に対しても感度を有し、圧力の変化によって抵抗が振動することが予想される。本研究はこのような圧力誘起クーロン振動現象の確認を目的とする。本年度は以下の研究を行った。1.液体ヘリウム温度での実験を可能にするために、接合面積30nmx30nm程度の微小トンネル接合を有するAlとCuを材料としたSETを電子線リソグラフィーによって作製した。2.高圧容器に入れたAl/Cu/Al-SET試料が2Kで十分大きなクーロン振動を示すことを確認した。高圧ヘリウムを導入し容器内の圧力を変えたところ、クーロン振動の位相が圧力と共にほぼ単調に変化した。すなわち圧力によるクーロン振動が起きることを確認した。3.島電極とリードの材料の組み合わせを変えたCu/Al/Cu-SETについても同様な測定を行い、圧力誘起クーロン振動を観測したが、位相の変化方向は同じであった。また、Al/Al/Al-SETについても同様な変化が見られた。これらは当初予想した機構による圧力誘起クーロン振動で期待されるものとは一致しない。4.ガス加圧法では広い圧力範囲を得ることが困難であり、またジュール・トムソン効果により圧力の変化には温度の変動が伴う。この欠点を避けるためピストンを用いた実験装置を作製し実験を行った。この実験でもほぼ同様な実験結果が得られた。5.このように圧力によるクーロン振動を初めて観測したが、その性質は当初予想したものとは異なる。今後その機構についての考察をすすめる。なお、これらの成果は論文として公表すべく準備中である。
ショウジョウバエ脳におけるシナプス神経回路の再構築とその機能解析

本研究では、ショウジョウバエの視覚中枢メダラ神経節を電顕連続切片から3次元再構築し、ニューロン間のシナプス結合をすべて記述して神経回路を完全同定し、情報処理機構の一端を解明することを目的としている。本年度上半期には、1)試料作製のための最適条件の検討を行ない、2)組織超薄連続切片シリーズを作成し、3)電顕観察により2次元画像データを獲得した。本研究では、電顕画像のクオリティと自動画像解析プログラムのアルゴリズムとをうまくフィットさせることが要となる。いくつかの固定法を試した結果、解析アルゴリズムに最もフィットする高圧急速凍結・凍結置換法を採用しサンプル試料とした。固定した試料をプラスチックに包埋後、メダラ全長約50ミクロンにわたる連続切片(40nmx1300枚)を薄切し、電顕観察により各切片の2次元画像を獲得した。下半期には、1)獲得した画像データの切断方向への位置合わせ、2)細胞線維のトレース(セグメンテーション)、3)セグメンテーションの3次元的結合(3Dリンケージ)、4)セグメンテーションとリンケージのエラー修正と再検証を行ない、メダラ1カラムを3次元再構築した。この領域からこれまでに、視細胞軸索終末R7/R8、ラミナ神経節(視覚第一次中枢)からの投射ニューロンL1-L5、ラミナとメダラをつなぐニューロンT1/C2/C3を同定した。さらに、投射型メダラニューロンとメダラ内在性ニューロンをそれぞれ3種類、アマクリンタイプのメダラニューロンを1種類同定した。ラミナニューロンL1/L2は、ハエの運動視覚に重要な役割をもつことが知られている。これまでにL1、L2ニューロンがメダラにおいて、それぞれMi1/Tm3/L5、Tm1/Tm2/L5とシナプス結合していることを突き止めた。本研究によりメダラ神経節における運動視覚経路の詳細が初めて明らかとなった。
腸管出血性大腸菌の感染論

平成11年9月、鹿児島県下で腸管出血性大腸菌感染症が発生した。患者は3歳の男児で、軟便で発症、翌日に下痢、血便、腹痛を呈し、3病日にHUSを発症、痙攣がみられ、意識が混濁、5病日に瞳孔散大、7病日に死亡した。なお、患者便から2型のベロ毒素(VT2)を産生する新しい血清型(O86:NM)の腸管出血性大腸菌が分離されている。この患者の家族からは、同じく血清型O86:NMの大腸菌が分離されたが、ベロ毒素非産生の同一型菌であった。当該菌は、従来の腸管出血性大腸菌とは異なって、菌体分泌蛋白をヒト上皮細胞内に注入する為のtype III分泌システムをもたず、代わりに新しい粘着様式(diffuse adherence)を示した。以上の事実から、家族感染株(血清型O86大腸菌)が男児の腸管内でVT2ファージを獲得してしまい、新型の腸管出血性大腸菌に変化、HUSを惹起し、男児を死亡させたと考えた。まず、全国の下痢症患者から血清型O86大腸菌を収集した。クラスター解析を行った結果、わが国で血清型O86大腸菌による下痢症が流行していることが分かった。流行型菌はすべてベロ毒素非産生株で、サイズ115Kbのプラスミド(pO86)をもっていた。pO86の全塩基配列(120,728塩基)を決定した。pO86は160個のORF(遺伝子)を保有していたが、その一つに粘着因子と目される遺伝子が存在した。この遺伝子を変異させたところ、ヘマグルチニン活性と粘着能力の双方が周時に消失した。したがって、pO86はdiffuse adherenceを支配するプラスミドで、その粘着因子がヘマグルチニンであることが分かった。男児株が染色体上にVT2ファージを獲得した証拠を塩基配列解析によって得た。血清型O86腸管出血性大腸菌は開発したマウス感染モデル(WIMモデル)で、血清型O157腸管出血性大腸菌と同程度の病原性を示した。血清型O86腸管出血性大腸菌(EHEC O86)は、1999年に西らによって鹿児島県下で分離されたベロ毒素2(VT2)産生菌で、患者(男児)は溶血性尿毒症症候群(HUS)を合併して死亡している。このEHEC O86の血清型はO86:H-で、enteroaggregative E. coliがもつ粘着プラスミドの調節遺伝子aggRをもつが、細胞への粘着様式はdiffuse adherence (DA)であった。粘着因子は115kbプラスミドがコードする新しいMRHAで、ヒトとウシ血球に対して強い凝集活性を示した。モルモット、ウマ、ヒツジ、ウサギ、ヤギの血球に対しては凝集活性を示さなかった。EHECはMRHA活性を示さないので、MRHA活性を示す最初のEHEC例であった。検出されたMRHAは既知のenteroaggregative E. coli(EAggEC)のMRHAとも異なっていた。EHEC O86:H-の病原性を解析する為に、簡便で新しい動物モデルを開発した。離乳直後のマウスにEHECを経口感染させるモデルで、WIM(weaned immature-mouse)モデルと命名した。10^9個のEHEC O86:H-を経口投与したところ2日後にマウスは死に始め、5日後にはすべてのマウスが死亡した。対照群として用いた成熟マウスでは死亡は確認されなかった。なお、WIMモデルでEHEC O86:H-を経口投与した後でアジスロマイシンを投与したところ全マウスが生存した。アジスロマイシンには抗EHEC作用の他に、VT2による末梢血単球からの炎症性サイトカインの産生を顕著に抑制する作用が認められた。新型EHEC感染症の治療にアジスロマイシンの投与も考慮すべきであることを示唆している。

pO86は160個のORF(遺伝子)を保有していたが、その一つに粘着因子と目される遺伝子が存在した。この遺伝子を変異させたところ、ヘマグルチニン活性と粘着能力の双方が周時に消失した。したがって、pO86はdiffuse adherenceを支配するプラスミドで、その粘着因子がヘマグルチニンであることが分かった。男児株が染色体上にVT2ファージを獲得した証拠を塩基配列解析によって得た。血清型O86腸管出血性大腸菌は開発したマウス感染モデル(WIMモデル)で、血清型O157腸管出血性大腸菌と同程度の病原性を示した。
忘れられた我が国最大のカドミウム汚染地─秋田県─における実態調査と保健・医療対策

秋田県は鉱山等の影響により土壌中カドミウム(Cd)濃度の高い地域が散在しており、米作農家はCd濃度の高い米の摂取により高度のCd経口曝露を受けたためにCd腎症やイタイイタイ病の患者が潜在する可能性が高い。従って、当該地域の農家を対象とした住民健康診断による実態調査、及び中核医療機関に通院・入院中の腎機能低下を示す患者を対象としたCd腎症スクリーニングを実施することにより、秋田県の農家におけるCd曝露とその健康影響についての実態把握、Cdの健康影響発生機序の解明、農家の健康増進を目指す。平成28年度の182名、29年度の168名に引き続き、30年度も地元の行政やJAを通して受診者を募集し、11月と2月に小坂町で2カ所、横手市で2カ所の集落において健康診断を実施した。最終的に165名(男性77名、女性88名、40-91歳)の受診者が得られた。健康診断では血液・尿の採取及び骨密度測定を行い、自家産米を提供していただいた。ただし、元素測定結果がまだ出ていない2月の1集落を除外した。Cdとヒ素の基準値を超える米はほとんどなかったが、2検体が基準値を超えていたため、当該地域で実施されている湛水管理の有効性と安全性は高いが、湛水管理の徹底が課題であると考えられた。血中・尿中Cd濃度の中央値は対照地域と比較してすべての集落において有意に高く、腎尿細管障害の閾値を超える尿中Cd濃度を示した人が12名存在した。尿細管機能の指標である尿中α1-ミクログロブリン(MG)、β2- MG濃度の中央値は対照地域と有意の差は認められなかったが、1名のCd腎症患者が見つかった。骨密度への影響は見られなかった。大館市の地域総合病院におけるCd腎症スクリーニングでは、1名が高い血液中・尿中Cd濃度を示し、全身骨格の著しい変形と腎臓の萎縮が見られたため、イタイイタイ病の可能性が考えられた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。秋田県は鉱山や精錬所の影響により土壌中カドミウム(Cd)濃度の高い地域が全国で最も広い「忘れられたCd汚染地域」である。そのような地域の米作農家はCd濃度の高い米の摂取により高度のCd経口曝露を受けており、カドミウム腎症やイタイイタイ病の患者が多数潜在する可能性が高い。従って、上記の地域において、農家を対象とした住民健康診断による実態調査、及び中核医療機関に通院・入院中の腎機能低下を示す患者を対象としたカドミウム腎症スクリーニングを実施することにより、秋田県の農家におけるCd曝露とその健康影響についての実態把握、Cdの健康影響発生機序の解明、農家の健康増進、などを目指す。平成28年度は、4月より地元の役場・市役所やJAを通して健康診断の受診者の募集や説明会を行い、稲刈り後の10月から11月にかけて小坂町で1カ所、鹿角市で4カ所の農村地域の集落において健康診断を実施した。最終的に、182名(男性85名、女性97名、36-89歳)の受診者が得られた。健康診断では血液・尿の採取及び骨密度の測定を行い、自家産米を提供していただいた。基準値を超えるCd濃度の米はCd汚染田の復元事業の終了した集落ではなかったが、未終了の集落からは若干見られた。血中・尿中Cd濃度の幾何平均値は、対照地域と比較していずれの集落においても有意に高く、特に女性では腎尿細管障害の閾値を超える尿中Cd濃度を示した人が数名存在した。しかし、尿細管機能の指標である尿中α1-ミクログロブリン、β2-ミクログロブリン濃度の幾何平均値は対照地域と有意の差は認められず、カドミウム腎症を疑う人は受診者の中には存在しないと考えられた。一方、大館市、大仙市、湯沢市、由利本荘の地域総合病院にカドミウム腎症スクリーニングの研究協力依頼を行った。各病院では倫理委員会での審査を受け、承認が得られた。県北地域のCd汚染地域において、年度始めより、地元の役場・市役所やJAへの訪問及び研究協力依頼、紹介された各集落での説明会、受診者のリクルート及び事前の同意書の取得、健康診断の実施、個人報告書の発送、各集落での結果報告会の開催など、年間を通してほぼ計画通りに研究を進めることができた。そして、健康診断の受診者も約200名を目標にしていたため、人数の点でもほぼ予定通りの成果が得られた。一方、各医療機関でのカドミウム腎症スクリーニングは倫理委員会での審査に少々時間がかかったが、おおむね順調に進んでいると考えている。秋田県は鉱山等の影響により土壌中カドミウム(Cd)濃度の高い地域が散在しており、米作農家はCd濃度の高い米の摂取により高度のCd経口曝露を受けたためにカドミウム腎症やイタイイタイ病の患者が潜在する可能性が高い。

平成28年度の182名に引き続き、29年度も地元の行政やJAを通して受診者を募集し、10-11月に小坂町で3カ所、鹿角市で1カ所、横手市で1カ所の集落において健康診断を実施した。最終的に168名(男性82名、女性86名、38-87歳)の受診者が得られた。健康診断では血液・尿の採取及び骨密度測定を行い、自家産米を提供していただいた。どの集落でもCdとヒ素の基準値を超える米はなかったため、当該地域で実施されている湛水管理の有効性と安全性は高いと考えられた。血中・尿中Cd濃度の中央値は対照地域と比較してほとんどの集落において有意に高く、腎尿細管障害の閾値を超える尿中Cd濃度を示した人が11名存在した。しかし、尿細管機能の指標である尿中α1-ミクログロブリン(MG)、β2-MG濃度の中央値は対照地域と有意の差は認められず、Cd腎症は受診者の中には存在しないと考えられた。骨密度への影響は見られなかった。一方、大館市、大仙市、湯沢市の地域総合病院におけるCd腎症スクリーニングでは、4名の高β2- MG尿症患者のうちCd腎症の疑いと考えられたのは1名であった。対照の由利本荘の病院では64名の腎機能低下患者のうち、高β2- MG尿症を示す患者は13名と予想以上に多かった。県北地域のCd汚染地域において、年度始めより、地元の役場・市役所やJAへの訪問及び研究協力依頼、紹介された各集落での説明会、受診者のリクルート及び事前の同意書の取得、健康診断の実施、個人報告書の発送、各集落での結果報告会の開催など、年間を通してほぼ計画通りに研究を進めることができた。その結果、鹿角市では今年度で予定していたすべての集落において健康診断を実施することができた。また、健康診断の受診者は約200名を目標にしていたため、人数の点では若干少なめであったものの、初めての対象地域である横手市で健康診断を実施できた意義は大きく、次年度につながる成果であったと考えている。一方、各医療機関でのCd腎症スクリーニングについては、各医療機関では対象患者のリストアップと血中・尿中Cd濃度の測定は現在順調に進行中であり、また対照の医療機関では60名を超える患者について調べることができた。秋田県は鉱山等の影響により土壌中カドミウム(Cd)濃度の高い地域が散在しており、米作農家はCd濃度の高い米の摂取により高度のCd経口曝露を受けたためにCd腎症やイタイイタイ病の患者が潜在する可能性が高い。従って、当該地域の農家を対象とした住民健康診断による実態調査、及び中核医療機関に通院・入院中の腎機能低下を示す患者を対象としたCd腎症スクリーニングを実施することにより、秋田県の農家におけるCd曝露とその健康影響についての実態把握、Cdの健康影響発生機序の解明、農家の健康増進を目指す。平成28年度の182名、29年度の168名に引き続き、30年度も地元の行政やJAを通して受診者を募集し、11月と2月に小坂町で2カ所、横手市で2カ所の集落において健康診断を実施した。最終的に165名(男性77名、女性88名、40-91歳)の受診者が得られた。ただし、元素測定結果がまだ出ていない2月の1集落を除外した。Cdとヒ素の基準値を超える米はほとんどなかったが、2検体が基準値を超えていたため、当該地域で実施されている湛水管理の有効性と安全性は高いが、湛水管理の徹底が課題であると考えられた。血中・尿中Cd濃度の中央値は対照地域と比較してすべての集落において有意に高く、腎尿細管障害の閾値を超える尿中Cd濃度を示した人が12名存在した。
腹部内臓多臓器同時保存の研究

腹腔内多臓器を同時潅流保存するにあたって、種々の潅流液を用いた実験的検討から次の知見が得られた。1)臓器保存に際して使用される潅流液は酸素運搬能もしくはPGI_2誘導体を付加することで臓器を移植された固体の代謝性アシドーシスの進行を予防できる。2)臓器を移植された固体の長期予後は代謝性アシドーシス等ひとつの指標により予想をすることは不可能である。3)酸素運搬能を有する潅流液には現在フルオロカーボン乳剤、安定化ヘモグロビンが存在するが、いずれも改良の余地があると思われる。4)前述のフルオロカーボンを潅流液として使用する場合、その濃度による障害が重要な因子の1つと考えられる。5)前述の安定化ヘモグロビン溶液を潅流液として使用する場合、その電解質組成、浸透圧が重要な因子の1つと考えられる。6)潅流液に添加されたPGI_2誘導体は血管拡張、細胞保護作用の両面で作用すると考えられる。肝硬変を有する消化器外科患者11例(肝硬変合併肝癌7例,肝硬変性食道静脈瘤4例)と正常肝症例の9例の計20例に対し, ^<13>C-tyrosine, ^<13>C-aminopyrine, ^<15>N-塩化アンモニウムの3種の安定同位元素化合物を投与し, ^<13>C呼気中回収率及び尿中^<15>N質量比の測定を行い,肝ミトコンドリア,肝ミクロゾーム, urea cycleの機能を測定した. ^<13>C-tyrosineの3時間内呼気中回収率は正常肝10.6±3.2%に対し肝硬変合併例では8.2±3.3%と低下していたが有意の差は認められなかった. ^<13>C-aminopyrine2時間内13C呼気中回収率は正常肝9.2±2.1%に対し肝硬変合併症例では2.3±2.2%と有意(P<0.01)に低く肝ミクロゾーム機能の低下が認められた.3時間蓄尿中の^<15>N-amrcnia/^<15>N-ureaをみると正常肝0.9±0.3に対し肝硬変合併例では3.6±1.5と有意(P<0.01)に高値であり, urea cycle機能の低下が認められた.肝硬変合併症例における各機能の検討の結果, ^<13>C-tyrosineにより表される肝ミトコンドリア機能は正常肝に比べてその障害度は22%と軽度であった.一方^<13>C-aminopyrineで表される肝ミクロゾーム機能と^<15>N-amrcnia/^<15>N-ureaで表されるureacycle機能の障害度は正常肝症例に比べそれぞれ69%, 75%と著明に障害されている事がわかった.以上の検討より肝硬変合併症例における肝細胞内の機能はミトコンドリアよりもサイトゾールにおける機能低下が著明であった.またこの結果より術後も術後も施行可能である^<13>C-aminopyrineを用いた術前・術後の肝ミクローゾームの検討により,術前における手術安全域の確立が可能であると考えられた.