hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ブール代数的パターン認識によるゲノムデータと臨床データを統合した肝癌再発予測

本研究では血液検査により肝癌の再発予測システムの開発を目的とする。このため、ゲノムデータと臨床データを統合して2値パターンとし、2値パターンを識別する新しいブール識別器を開発した。実験では肝癌を手術で完全に切除した患者を訓練サンプル40とテストサンプル33として用いた。特徴には、ゲノムデータとしてSPINTとSRDというメチル化遺伝子を、また臨床データとして肝癌の代表的な腫瘍マーカーであるAFPとPIVKAを用いた。ブール識別器を用いて、テストサンプルの血液検査で感度64%,特異度65%、Youden-index0.29という高精度で肝癌の再発を予測できたことから、臨床応用の見通しを得た。本研究では、国民的課題となっている難治性の高い肝癌の再発予測を血液検査のデータと術後情報のデータから行うことを目的としている。一般に臨床データは質的データと量的データが混在しているため、本研究では量的データに対しては2値化を行って質的データと統合化している。統合化された2値パターンの識別はブール代数に基づく独自の識別理論により行う。24年度では量的データとして肝癌の代表的な腫瘍マーカーであるAFPとPIVKA、そして肝臓の状態を表すマーカーなどを用い、質的データとしては術後情報からのデータである腫瘍数、腫瘍サイズ、血管浸潤などが有力な候補として選択され、これらのマーカーを用いて識別器の設計と評価を行ってきた。25年度では、医学部から提供された大量のデータを用い、24年度の成果を踏まえて再発予測システムの設計と評価を行った。特に臨床現場での利用を視野に入れた、実用性の高いシステムの開発を目指し、従来の予測システムの性能を超えることができた。国民の関心が高く、難治性の高いC型肝炎ウィルスに起因する肝癌を対象とした、ブール代数に基づく肝癌再発予測システムの開発を目的とする。この肝癌再発予測システムを開発するため、質的データと量的データを一括で取り扱う2値化とブール代数に基づく識別器の独自の設計理論を確立する。2値化は、異種データの一括した取り扱いを可能とするだけでなく、予測性能劣化の原因となるデータ変動の低減に必要な処理である。また2値化パターンを数学的に取り扱うブール代数に基づく識別器をブール識別器として定義する。24年度では、実際に異種データを組み合わせた2値化パターンを定め、この2値化パターンを用いてブール識別器を設計し、予測性能の検討を行った。異種データとしては、既存の肝癌の腫瘍マーカーであるAFP、PIVKAとメチル化遺伝子のSPINT、SRD5Aという、まったくタイプの異なる2つのデータをそれぞれ2値化して組み合わせて2値化パターンとした。ブール識別器は、パターンの成分である2値の組み合わせでパターン空間を分類し、分類された領域毎にクラスラベルを張って入力パターンの予測を行うものである。小規模な予備実験を行い、今後の展開に向けてブール識別器の再発予測性能に一定の見通しを得た。これとは並行して肝癌再発の症例を過去20年に渡って調査し、再発予測に資するマーカーの候補を収集した。このマーカーを2値化して上記ブール識別器への特徴の候補とする。収集した候補マーカーは、従来の腫瘍マーカーの他に、術後情報である腫瘍サイズ、腫瘍数、それに血管浸潤等であり、肝癌再発に関して医学的にも意味のあるマーカーであった。この肝癌再発予測システムを開発するために、24年度においては多種多様な臨床データとゲノムデータを2値化で統合して患者を2値パターンとして記述し、データベースを構築した。次にこの2値パターンを識別するブール識別器を設計して予測性能の予備的調査を行った。また予測に有用なマーカーの探索も行い、医学的に意味のある従来の腫瘍マーカーの他に、術後情報として腫瘍数、腫瘍サイズ、それに血管浸潤などもマーカーとして求めることができた。本予測システムが実用化されると、肝癌が早期に再発する場合は適切な先制医療を実施でき、仮に再発しない場合は抗癌剤治療やCT検査が不要となり、医療費の高騰を抑制することもでき、その社会的意義は極めて高い。情報工学識別器に用いるマーカーの絞り込みが終了し、肝癌の再発予測には、術後情報である腫瘍数、腫瘍サイズと血管浸潤、それにICGなどの肝臓の状態を表すマーカーが有効という結果を得た。更に、これらのマーカーから得られる2値パターンに対する高精度な識別器を設計し、従来の代表的な肝癌再発予測のスコア式であるTokyo-Scoreの識別性能を上回り、肝癌の早期再発予測を可能とする感度86%を達成することができた。

24年度では、既存の腫瘍マーカーとまったくタイプの異なるメチル化遺伝子両方からのデータを2値化して組み合わせた2値化パターンを用いて、ブール識別器の構成とその評価まで行い、基本構想の正しさを立証することができた。また、肝癌の再発に資する候補マーカーを過去20年に渡って調査し、症例データベースの構築を開始した。大量データを用いた本再発予測システムの性能評価を行い、識別精度を更に高める改良を行う。これと並行して論文発表および特許出願を進め、パートナーとなりえる企業を探して事業化を目指す。25年度には、再発予測精度向上のため、誤予測されたパターンの分析を行う。誤予測の指標には、感度と特異度を用いる。ここで感度とは再発患者を再発と正しく予測する割合であり、特異度とは無再発患者を無再発と正しく予測する割合で定義する。この感度、特異度から誤り傾向を分析する。癌の再発予測において重要なことは、再発の見逃しを防ぐことである。このため、医学的には特異度についてはある程度の低下はやむを得ないものの、感度は高いことが望まれる。誤り分析において、どのマーカーが誤りに起因しているのかを特定することも重要である。この誤り分析を非線形変換によるパターンの可視化により効率良く行う。以上の解析とは並行して、肝癌の症例を検討し、より大規模で、高信頼性の症例データベースを構築する。25年11月に、論文を投稿して、26年6月に開催される国際会議への参加を計画していたため。該当なし
ワールブルグ効果が腫瘍にもたらす陰と陽、およびそれら分子基盤の解明

がんにおけるWarburg効果(W効果)の意義は良く分かっていない。我々は、W効果が、定説に反し腫瘍細胞にとって代謝上のハンデとなり得ること、一方で、非細胞自律的な機序によりがん促進的な作用も併せもつこと、を見出だした(W効果二面性)。それらのいずれもが双方向に治療展開を見込めつつある現状から、W効果二面性の詳細・分子基盤の解明は、医学上の喫緊の課題である。同時に、その発見から90年経てもなお残る「W効果の謎」を解くという、学術的に非常に重要な意味がある。本研究では、申請者らがこれまでの研究にて蓄積した研究資材・知見・技術を駆使し、この問題に挑む。本課題研究では、ワールブルグ効果による代謝ハンデを介した「がん制御機構」と、非細胞自律的な機序による「がん促進機構」の二面性について、解糖系酵素であるPKM1・PKM2のアイソフォームに着目し、それぞれの分子基盤を細胞レベルおよび個体レベルで解明することで、ワールブルグ効果による発がんへの影響について新たな概念の確立を目指す。研究代表者らは、解糖系酵素PKM発現を制御するマウスモデルを開発し、それを用いて、ワールブルグ効果が発がんを負に制御することを明らかにし、さらに非細胞自律的な機序による発がん促進の可能性を示す結果を得ている。これらを基盤として推進する本課題は独創性が極めて高く、発がんにおけるワールブルグ効果の多面性について、本質的な役割の理解につながることが期待される。
歯周病原性バイオフイルムモデルにおける発現タンパク質のプロテオーム解析

歯周病原性細菌Porphyromonas gingivalisが,口腔内早期定着菌および中期定着菌と共存している条件下での,菌体構成タンパク質発現を網羅的に解析したところ,チアミン・コバラミン・ピリミジン合成に関連する酵素群に顕著な減少が認められた.このことから,P.gingivalisは混合バイオフイルム中において,ビタミンB類やピリミジン塩基などの栄養成分を共存他菌種から供給され,合成活性を低下させている可能性が示唆された.歯周病原性細菌Porphyromonas gingivalisが,口腔内早期定着菌および中期定着菌と共存している条件下での,菌体構成タンパク質発現を網羅的に解析したところ,チアミン・コバラミン・ピリミジン合成に関連する酵素群に顕著な減少が認められた.このことから,P.gingivalisは混合バイオフイルム中において,ビタミンB類やピリミジン塩基などの栄養成分を共存他菌種から供給され,合成活性を低下させている可能性が示唆された.本研究においては,初期定着菌Streptococcus gordonii,中期定着菌Fusobacterium nucleatumおよび後麺定着菌Porphyromonas gingivalisよりなる歯周病原性バイオフイルムモデルをin vitroで構築し,この混合バイオフイルム中で培養したP. gingivalisの菌体構成タンパク質と,単一菌種バイオフイルム中で発現している菌体構成タンパク質の発現状態の差異を包括的に検討することにより,混合バイオフイルム形成に関与しているP. gingivalis分子をタンパク質レベルで明らかにすることを目的としている.本年度は,P. gingivalis単一菌種,S. gordoniiとP. gingivalisの2菌種混合,およびS. gordonii,F. nucleatumとP. gingivalisの3菌種混合の培養サンプルからそれぞれに菌体タンパク質を調製し,トリプシン処理の後,2Dキャピラリー高速液体クロマトグラフィー・タンデム質量分析法(2D capillary HPLC/MS/MS)を用いて定量的ペプチド解析を行った.得られた結果に対しては,SEQUESTを用いてThe Comprehensive Microbial Resource(TIGR-CMR)に掲載されているP. gingivalis, F. nucleatum, S.gordoniiゲノム配列情報に対する相同性検索を行い,タンパク質分子を同定した.混合菌種培養条件下で発現が充進したP. gingivalis菌体構成タンパク質89分子,および発現が抑制された403分子については,The Database for Annotation, Visualization and lntegrated Discovery(DAVID)を用いて,現在遺伝子オントロジー解析中である.本研究においては,初期定着菌Streptococcus gordonii,中期定着菌Fusobacterium nucleatumおよび後期定着菌Porphyromonas gingivahsよりなる歯周病原性バイオフイルムモデルをin vitroで構築し,この混合バイオフイルム中で培養したP.gingivalisの菌体構成タンパク質と,単一菌種バイオフイルム中で発現している菌体構成タンパク質の発現状態の差異を包括的に検討することにより,混合バイオフイルム形成に関与しているP.gingivalis分子をタンパク質レベルで明らかにすることを目的とした.H20年度に実施した定量的ペプチド解析の結果,定量比較可能なレンジで検出された計1156種のP.gingivalis菌体構成タンパク質のうち,混合菌種培養条件下で発現が亢進したP.gingivalis菌体構成タンパク質89分子,および発現が抑制された403分子について遺伝子オントロジー解析を行ったところ,菌体の形態,菌体外エンベロープ合成,ビタミンB類(チアミン,コバラミン)合成,ピリミジン合成およびDNA修復に関与するタンパク質に有意な発現量の減少が認められた一方,チアミンやピリミジンを基質として用いる酵素の発現量は変化していなかったことから,共存している他菌種からP.ginigivalisへのビタミンB類やピリミジン塩基などの栄養成分の供給が生じていることが示唆された.さらに,混合菌種培養条件下で発現量が有意に増加した分子のうちTonB依存性外膜レセプターであるHmuRに着目し,hmuR遺伝子変異株を用いてバイオフイルム形成に及ぼす同分子の影響を検討したところ,3菌種混合バイオフイルム形成時に,同分子が重要な役割を果たしていることが明らかとなった.
化学制御Chiralityが拓く新しい磁性

キラル磁性体の結晶育成では、分子性キラル磁性体では左右作り分けを含め、育成方法を確立した。無機キラル磁性体では、溶液からの結晶化、フラックス法、レーザーFZ、単一キラルドメイン結晶の育成に成功した。現在では最大数cmのキラル単一ドメイン結晶について、共同研究者に測定サンプルとして提供している。キラル磁性体のスピン位相整列による新規物性では、磁化の離散性、磁気抵抗の離散効果など発見し、論文発表、文科省での記者会見を行った。キラルスピン構造の左右確定についても、偏極中性子線回折によって明らかにした。その結果、構造の左右とスピン構造の左右について実験的に確定した。本年度はキラル磁性体の合成指針の確立およびキラル磁性体の特異物性の探索に向けて、合成研究および、物性研究を進めた。合成研究では、キラル磁性体結晶のキラルシングルドメイン成長について、結晶成長の成長速度を変化させることによって、キラルシングルドメインに関する情報収集につとめた。その結果、金属性キラル磁性体のCrNb3S6では、キラルシングルドメインほぼ100%の結晶の合成に成功した。また絶縁体キラル磁性体のCsCuCl3でも、激しく撹拌させる方法により、キラルシングルドメインほぼ100%の結晶の合成に成功した。どちらの場合も、世界中で我々のみ成功したキラルシングルドメイン100%の結晶である。物性研究では先に述べた方法で合成したキラルシングルドメイン100%のCrNb3S6単結晶サンプルを使ってローレンツTEMでのマクロスケール磁気構造観察を行った。すでに報告しているキラルヘリカル磁気構造(CHM)およびキラルスピンソリトン格子(CSL)の観測を行い、CSL状態でのソリトン数の減少過程の実空間観測を調べた。その際、トポロジカル的にソリトンが減少していく過程が見られ、磁場上昇過程と磁場減少過程でヒステリシスが観測された。これは初めて観測されたものであり、すでに行った磁気抵抗効果の結果を支持するものであった。さらにはこの結果は、キラル磁性体を用いて、多ビットのメモリーが作れる直接の証拠であり、今後応用の可能性について早急に研究を展開する。本研究計画の目的は、1固体のchiralityを化学的な手法を最大限活用して、エナンチオ純粋(100% e.e.)なキラル磁性体の新規合成、結晶成長させる手法を確立すること、2理論的に新物性を開拓すること、3キラル磁性体を用いて特有の新しい物性を実験的に開拓、発見すること、4キラル磁性体の応用への可能性を見出し、そのポテンシャルを明らかにすること、5これらを総合的かつ効率的に進めることにより新しい分野を開拓すること、を目的として進めている。以下に各項目の26年度達成状況を次に示す。特に重要な成果(対応する上記目的番号)・無機キラル磁性体CsCuCl3のエナンチオ純粋(100% e.e.)な単結晶の育成、手法の確立(145)CsCuCl3はこれまで30年以上にわたって研究されてきた物質であるが、統一的な研究結果は得られておらず、最近の研究により、左右のchiralドメインが混ざった結晶であることが原因であることが明らかとなった。26年度は、攪拌法を用いた精密制御された結晶育成を行うことにより、100%e.e.の種結晶の育成に成功した。・分子性chiral磁性体について、自然分晶法に関する新知見(15)無機chiral磁性体に対して分子性chiral磁性体では、右、左の100%e.e.の単結晶の作り分けが可能でさらには構造的にほとんど同じラセミ体の単結晶が作れる利点があるが、手法はchiral配位子の導入による不斉誘導法である。もう一つの育成法の自然分晶法は、確率的に極めて小さく、実際の適用は困難である。26年度はある種のアキラル分子を用いた錯体で高確率にchiral磁性体が生成することを見出した。上記以外の顕著な成果としては分子性キラル磁性体のESR測定<JAP 2013>に成功した。1無機キラル磁性体CsCuCl3のエナンチオ純粋(100% e.e.)な単結晶の育成、手法の確立;無機キラル結晶では、左右の結晶構造の差が小さく、一般に結晶育成した場合はラセミ混晶になるのが普通であるが、結晶にストレスを与えないように、激しく攪拌することによってキラルな単一ドメインの種結晶を得ることに成功した。さらに種結晶から成長させることも一般には困難であるが、注意深く行うことによって、達成することができた。・分子性chiral磁性体について、自然分晶法に関する新知見;一般に自然分晶によるキラル結晶成長は、一般則は全く知られておらず、かつキラル自然分晶率は0.1%程度であることが知られている。つまり自然分晶する結晶を見出すことは、非常に非効率的であり、このことが高いハードルを与えていた。しかしながら本研究で、アキラルな分子の一部で、高確率で自然分晶する系を見つけた。一般的な自然分晶率の0.1%に比べて66.6%の自然分晶率は極めて高く、これまでにに知られている自然分晶率を大幅に上回る。高温高圧下での合成法である水熱合成法を用いることによって、結晶サイズはまだ小さいものの、単一キラルドメイン結晶の育成に成功した。水熱合成法で単一キラルドメイン結晶が得られたのは世界で初めての例である。2、3、4磁気抵抗効果の観測に成功した。

磁気抵抗はキラルスピンソリトン数で規格化でき、理論式と一致した。キラル磁性体のキラルスピンソリトン数による磁気抵抗効果に関しても世界初の観測である。これらの結果は、当初予想していた成果を上回るものである。H27年度の達成目標を以下に示す。(設計)キラル磁気構造制御のための設計指針確立(無機合成)無機物質における単一chiral磁区の大型単結晶の作成(精密構造解析)中性子回折によって磁気光学活性と結晶の空間群と結びつける(磁性)chiral結晶と電気・磁気・弾性の関係を系統的に解明し、そのための実験手段の確立(理論)理論物理学の手法を幅広く用いてchiral磁性結晶特有の物性理論分野の開拓(ローレンツ顕微鏡、物性):特異磁気抵抗効果、信号伝達等の観測以下に実績の概要を示す。(設計)アキラルニトロニルニトロキシドラジカルの遷移金属錯体で高効率自然分晶の原因として、ニトロニルニトロキシド基とフェニル基の2面角が重要であることを見出し、フェニル基の置換基効果が明らかとなり、新しく自然分晶する系を見つけた(無機合成)CsCuCl3でキラル単一結晶の種結晶を成長させることにより、数cmサイズのキラルシングルドメイン単結晶の成長に成功した。また結晶成長専門の研究Gと共同研究を始め、高品質の単結晶成長ができるようになり、非相反効果の測定を始めている(精密構造解析)CsCuCl3で中性子線回折実験により構造chiralityとスピンchiralityが一致することを明らかにした(磁性)キラルスピンソリトン格子状態の磁気測定を精密に行うことにより、離散的磁化ステップの観測に初めて成功した。またキラル分子を用いた錯体で、結晶構造が同じにもかかわらず、スピングラスとキラル反強磁性オーダーを示す系を初めて見出した。(物性)ソリトン格子の閉じ込めによるソリトン数の量子化の直接観測、量子化の電気信号検出に成功した。応用的には、一つの磁気結晶に多数の磁気情報を埋め込むことに成功したことを意味する。この成果について2015年12月に文科省にてプレスリリースを行い新聞に取り上げられるなど、注目を集めた。分子性・無機chiral磁性体の物質設計・制御戦略の確立:分子性磁性体での自然分晶の発現機構、100%e.e.のCsCuCl3, CrNb3S6単結晶の成長条件の発見、B20型キラル磁性体であるFeGeの100%e.e.単結晶の合成成功など、この項目に関しては、想定以上に順調に進んでいる。結晶・磁気chiralityの定量化:DM相互作用の定量的な知見を得ることは非常に重要であり、そのためには、実験的に直接、スピンのらせんピッチを見ること、さらにはDM相互作用の大きさに影響を与える磁性軌道の軌道磁気モーメント(L)の直接観測が、有用であると考え、様々な分子性キラル磁性体、無機キラル磁性体の磁気構造を中性子線回折を用いたサテライトの観測、ローレンツTEMを用いた電子線小角回折のサテライトの観測、さらにはSpring-8でのXMCD測定でのL-S分離研究を進めている。らせんピッチの直接観測は、データがすでに集まっており、想定以上に順調に進んでいる。新たなスピントロニクス分野の開拓;これまでにCSLに基づく離散的磁気抵抗効果、離散的磁化ステップが実証された。
SERS法を用いた大腸癌早期診断法の確立

2014年7月に臨床研究審査申請を開始し,12月に当施設の臨床研究倫理委員会にて承認された.2015年1月より症例集積開始予定であったが,同時期に当該病棟で感染症のアウトブレイクが発生したため,3月まで入院制限および手術制限を行っていた.4月より症例登録および血清サンプル採取を開始となった.またこの時期には計測感度の改善を目的にSERS測定器の開発が連携研究者らにより進められており,検体測定の待機期間でもあった.この開発中の測定結果報告によると,検出感度の改善がなされ,精度も高まっている.2016年10月に目標症例数77例の症例集積を終えている.測定検査機器の取り扱い上の問題が発生し,現在は測定状況が不可能な状況である.この測定技術は他の方法では代替できない独自の技術であり,現在のところ,測定再開の待機中である.2014年7月に臨床研究審査申請をおこなっていたが,審査に時間を要し,12月に当施設の臨床研究倫理委員会にて承認された.2015年1月より症例集積開始予定であったが,同時期に当該病棟で感染症のアウトブレイクが発生したため,3月まで入院制限を行っていた.そのためこの期間では登録対象症例がなく,症例登録開始がすすまない状況であった.4月から症例集積を開始する予定である.また同時期に計測感度の改善を目的にSERS測定器の開発が進められており,検出法変更に伴い,検体測定の待機期間でもあった.なお開発中の測定結果報告では,今回の測定法改善により従来型に比べさらに検出感度があがり,さらに詳細な解析が可能になると考えられる.2015年4月より症例登録および血清サンプル採取を開始した.現在,50例まで集積を終えており,集積再開後は順調に進んでいる.一方,計測感度の改善を目的に連携協力者により,SERS測定器の開発を行い,この成果をすでに論文報告している(Sci Rep. 2015 May 21; 5: 10455.doi: 10.1038/srep10455.).症例集積は一時中止していたにも関わらず,集積再開後は順調に進んでいる.残り27例は9月までに集積可能と予測している.連携協力者により計測感度を目的とした測定機器の改善・開発し,この成果をすでに報告している(Sci Rep. 2015 May 21; 5: 10455.doi: 10.1038/srep10455.).2014年7月に臨床研究審査申請を開始し,12月に当施設の臨床研究倫理委員会にて承認された.2015年1月より症例集積開始予定であったが,同時期に当該病棟で感染症のアウトブレイクが発生したため,3月まで入院制限および手術制限を行っていた.4月より症例登録および血清サンプル採取を開始となった.またこの時期には計測感度の改善を目的にSERS測定器の開発が連携研究者らにより進められており,検体測定の待機期間でもあった.この開発中の測定結果報告によると,検出感度の改善がなされ,精度も高まっている.2016年10月に目標症例数77例の症例集積を終えている.測定検査機器の取り扱い上の問題が発生し,現在は測定状況が不可能な状況である.この測定技術は他の方法では代替できない独自の技術であり,現在のところ,測定再開の待機中である.2014年7月に臨床研究審査申請をおこなっていたが,審査に時間を要し,12月に当施設の臨床研究倫理委員会にて承認された.2015年1月より症例集積開始予定であったが,同時期に当該病棟で感染症のアウトブレイクが発生したため,3月まで入院制限を行っていた.そのためこの期間では登録対象症例がなく,症例登録開始がすすまない状況であった.4月から症例集積を開始する予定である.症例集積完了後に測定を開始する予定であり,残された期間で得られた産物から核酸,タンパク解析を進めていく予定である.上記の経緯で4月から症例集積を開始する予定であるが,症例集積が遅れる場合は関連病院へ協力を依頼することも検討している.症例集積が計画通りであれば,測定法改善により計画していた項目に加え,SERS法により得られた検体の核酸レベルの解析も早期に行える見通しである.解析装置が改良途中であり,検体測定,解析にかかわる費用が発生しなかったため.前述のとおり,症例集積開始が遅れたため,検体測定料,検体送料が発生しなかったため,次年度使用額が生じた.症例集積の見通しは立っており,解析装置の改良が完了した時点で,すぐに測定および解析が始められると思われる.2015年4月より症例集積を再開し,計画通りの検体測定料,検体送料が発生すると思われる.
グラフト重合を用いたバイオ燃料電池材料システムの開発

昨年度の研究で開発した酵素電極での反応拡散過程を考慮したモデル計算から、レドックスポリマーをグラフト重合した本電極システムで、さらに電流密度を増加させるためには、有効に働く酵素量の増加が必要であることが示唆された。本年度の研究では酵素から電極へ電荷を伝導する材料として、デオキシリボ核酸(DNA)に着目した。DNAは、らせん軸方向に高い電荷伝導性を示すことが報告されている。本研究では、酵素との親和性が高く、電荷伝導性をもつDNAをバイオ燃料電池の酵素-電極間の伝導材料として用いるための基礎検討として、酸化還元分子を固定化したDNA電極の電気化学特性の評価を行った。なお、酸化還元分子を固定化したDNA電極は、DNA二重鎖内にミスマッチや脱塩基部位が存在すると、酸化還元分子に由来する電流が減少することから、DNAセンサーとしての利用が可能である。そのため、本研究では電気化学センサーとしての利用を指向して、DNA電極の電気化学特性を評価した。またDNA電気化学センサーの検出対象は19-25塩基程度のmicroRNAとした。従来のリニアなプローブを用いた場合にはターゲットの長さの違いを検出することが不可能であったため、本研究ではヘアピン構造を持つDNAをプローブとして用いた。ヘアピンプローブと、認識部に相補的なターゲットを相補結合させ、金基板上へ自己集積させたDNAフィルムの電気化学測定の結果、固定化した酸化還元物質に由来する電流を得た。また、ミスマッチを含むターゲットと相補結合させた場合、完全相補的なターゲットを用いた場合と比較して電流値が減少した。しかし、ミスマッチによる電流の減少は、リニアなプローブを用いた場合と比較して小さく、ヘアピンプローブあるいはDNAフィルムの構造に問題かある可能性が示唆された。バイオ燃料電池の作動電圧の増加へ向けてメディエータを変更するために、ラジカル重合によるグラフト重合では直接固定化することができないヒドロキノン(HQ)を、グラフトポリマーへ固定化する手法を開発した。まず、リニアポリマーでの評価より、HQをポリマー骨格へ固定化するスペーサーとして、エチレンジオキサイド鎖の親水的スペーサーを用いた場合でのみ、グルコースオキシダーゼ(GOD)から電極への電子伝達がおこることを示した。また、カーボン表面ヘグラフト重合したポリマーの側鎖との反応により親水的スペーサーを介してHQを固定化し、グラフトポリマーへ固定化したHQがGODから電極への電子伝達反応を行うことを示した。従来のビニルフェロセンに代わりHQを用いることで、メディエータの酸化還元電位に応じて酸化電流が得られる電位が0.2V程度negativeにシフトする一方で、本研究で提案した酵素電極では、メディエータの種類によらず高い酸化電流密度が得られることを示した。また、酵素電極での反応拡散過程である、酵素反応、メディエータ間の電子伝達、基質の拡散の過程を考慮したモデルを構築した。モデルを用いた速度パラメータの検討から、本研究で提案した電極構造では、見かけの電子拡散係数が低いレドックスポリマーを用いてもレドックスポリマーの電子伝達は律速段階とならないことが示された。また、本電極構造では、電流密度が酵素とメディエータの二次反応速度定数に依存しない領域が生じ、酵素との二次反応速度定数が高いメディエータを開発しなくても、高い電流密度が得られることを示した。さらに、酵素の投影面積あたりの固定化密度、および酵素の基質酸化反応におけるターンオーバー数の増加により電流密度が増加し、既存の直接メタノール型燃料電池と比べ得る性能がバイオ燃料電池で得られることを示した。
抗がん剤耐性分子を標的とする核酸医薬のロボティック送達とイメージングの統合医療

難治性脳神経疾患、特に悪性脳腫瘍に対してナノテクノロジーを駆使した様々な基礎及び臨床研究が試みられている。我々は、以前に、リポソームにインターフェロンベータ遺伝子を包埋し、定位的なロボティクスを駆使して、極めて精度の高いナビゲーション下に悪性脳腫瘍の遺伝子治療の臨床応用を2000年に実施した。今回の研究は、リポソームに包埋する因子を替えることで、脳や脊髄の病変部位への分子標的診断法及び治療法の開発を手掛けている。今年度は、脳腫瘍に誘導される各種遺伝子異常が、そのように構築されて腫瘍進展や悪性転化を進めるかのメカニズムを解明し、その分子標的因子の一部を解明し、核酸医薬療法の応用が広がりつつある。がん領域において新規抗がん剤が開発される中、non-responderが必ず存在する。我々はその解析から抗がん剤耐性因子の同定に成功した。RET fingerprotein (RFP)、O6-methylguanine DNA-methyltransferase(MGMT)の抗がん剤耐性因子を見いだし(特許取得)、また、それを制御する核酸(small-interference RNA)を効率よく輸送する技術の開発を進めてきている。また、腫瘍(がん)に1mm以下の精度でsiRNAナノパーティクルを1mm以下の誤差で注入する手術ロボットをアジアで初めて導入し、臨床試験としてパーキンソン病症例でロボットの安全性を確認している。MGMT核酸医薬は、ラット、ブタを用いた前臨床試験を済ませた。本課題では、この革新的核酸医療の早期実用化のために、siRNAナノパーティクルを本学医学部附属病院先端医療・臨床研究支援センターバイオマテリアル調整部門においてGMP準拠で製造し、流体力学を応用した送達方法で悪性腫瘍内に投与する医師主導型臨床研究を2012年度内に実施することを第1目標とする。siRNAを用いたがんに対する核酸治療臨床応用は、国内初となり、siRNAを用いた核酸医療開発を掲げている多くの製薬会社に注目されることになる。第2目標として、2013年以降はABCDナノパーティクルを用いて、ナノパーティクルの改良と薬剤送達技術の改良を行う。siRNAは国際的に新しい薬剤と期待されつつも、有効でかつ特異的なナノパーティクルおよび送達技術が十分開発されていないことが問題である。本研究では、世界でも例を見ないsiRNAナノパーティクルの臨床応用をいち早く実施し、問題点を明らかにしたうえで、より効率的な導入、標的とする抗がん剤耐性因子を抑制することで抗がん剤の作用を増強させ、化学療法の奏効率の上昇に寄与するとともに、使用する抗がん剤の低減によって副作用を減らし、患者のQOLの向上に寄与し、経済市場創出効果および医療費削減につながる。脳神経疾患、とりわけ悪性脳腫瘍は急速な研究の進展にも係わらず未だ根本治療が確立されておらず治癒に至る症例はほぼ皆無に等しいのが現状である。しかし、動物モデルにおいては有望な治療法が開発されつつあり、これをいかに臨床レベルへ展開し、ヒトでの治療につなげるかが世界的に喫緊の課題となっている。がんなど他の部位の疾患と異なり、脳神経疾患では、病態を鋭敏かつ客観的に評価可能で、少ない症例登録数でも確実な評価ができるバイオマーカーの開発が、臨床試験から根本治療の確立へ至る重要なカギとなる。例えば、MGMT遺伝子プロモーターの解析に基づく悪性脳腫瘍に対する分子標的化学療法の臨床試験の開発などである。このような実績を発展させ、バイオマーカー開発と世界をリードするハイレベルの治療介入研究を推進するためには、システマティックな脳神経疾患解析デバイスを導入した研究組織体制を構築することが急務である。こうした脳神経系腫瘍の分子生物学的解析による各種因子解明実績やそのデータに基づくドラッグデリバリーシステムの開発を基礎医学、臨床医学研究と有機的に結びつけた組織構築により、脳神経腫瘍疾患のバイオマーカー開発を推進している。今回、特に、神経膠腫に発生する各種遺伝子異常の中でも、IDH1/2 mutation、1p/19qLOH及びp53 mutationが治療効果や生命予後に大きく関与している可能性が示唆され、またそれらの遺伝子発現は排他的に発現するものがあることを突き止めた。これら遺伝子発現を組み合わせることにより、従来、アナログに頼っていた病理診断や悪性度診断がより客観的に分子生物学的所見で比較できる可能性があり、その制度は格段に高まる。今後は、そのサンプル数を増やし、その信憑性を高めることを実施する予定である。悪性脳腫瘍における代表的な治療予後因子として、O6-methylguanine DNA-methyltransferase (MGMT)があり、MGMTを分子標的とした臨床試験は世界で行われてきている。本課題では、流体力学を駆使し、このMGMTを標的とするsiRNAのナノ粒子を効率的に悪性脳腫瘍に導入できるロボットを用いた薬剤送達の実用化を目指すこと、また、in vitro virus法を利用して合成化合物を選定し、診断に適用可能なPETプローブを開発して、MGMTの治療前後の非侵襲的な分子イメージングとして、効果判定に役立つ画像診断技術を確立することが目的であった。最も有望な合成化合物を分子プローブとし、[11C]あるいは[18F]で標識化し、トレーサー化する。げっ歯類を用いた予備的薬物動態試験を行い、生体内での生物評価をした。その後、In vitro代謝プロファイルの検討、脳内移行性評価、初期安全性評価を行い、非臨床試験および早期臨床試験成績を含むデータパッケージとしてまとめた。次のステップとして、GLP毒性試験やマイクロドーズ臨床試験への展開を図る準備をする計画であった。診断に有望なプローブを開発することまで達成できたが、マウス脳腫瘍におけるイメージングができなかった。

現在も解決に向けて別の化学合成に取り組んでいるが、研究期間内に終わらなかった。難治性脳神経疾患、特に悪性脳腫瘍に対してナノテクノロジーを駆使した様々な基礎及び臨床研究が試みられている。我々は、以前に、リポソームにインターフェロンベータ遺伝子を包埋し、定位的なロボティクスを駆使して、極めて精度の高いナビゲーション下に悪性脳腫瘍の遺伝子治療の臨床応用を2000年に実施した。今回の研究は、リポソームに包埋する因子を替えることで、脳や脊髄の病変部位への分子標的診断法及び治療法の開発を手掛けている。今年度は、脳腫瘍に誘導される各種遺伝子異常が、そのように構築されて腫瘍進展や悪性転化を進めるかのメカニズムを解明し、その分子標的因子の一部を解明し、核酸医薬療法の応用が広がりつつある。脳腫瘍の分子標的の同定と解析は、次世代シークエンサーを用いて現在進行中であるが、元来、脳腫瘍の発生率が年間1万人に1名の割合であるため、一施設での症例数では臨床サンプリングには限界があり、多くのサンプルを収拾するために、他施設からの臨床サンプルの提供が必須である、すでに当施設でのサンプルを用いての遺伝子解析は順調に進んでおり、新たな知見が解明されつつある。よって、あとは、どのように多くの臨床サンプルを収拾し、解析するかが鍵である。27年度が最終年度であるため、記入しない。脳神経外科多くの脳腫瘍症例を治療している実績の高い施設との臨床サンプル提供を出来る限り早急に進め、現在当施設で検証されている遺伝子解析結果に更に症例数を重ねることで、その信憑性を高めることが喫緊の課題である。すでに今までの成果として、幾つかの遺伝子異常が、悪性脳腫瘍、特に神経膠腫のグループ分けあるいは予後や治療効果との相関に重要な関連因子として認められる項目が発見されており、その解析を出来る限り急いで、翌年には、国際誌への投稿と掲載を狙いたい。すでに、ラット、ブタを用いた前臨床試験を済ませた。この革新的核酸医療の早期実用化のために、北海道システムサイエンス社が製造する対抗がん剤耐性分子siRNAナノパーティクルを本学バイオマテリアル調整部門の産学連携ユニットにおいてGMP準拠で製造し、流体力学を応用した送達方法で悪性腫瘍内に投与する医師主導型臨床研究を、POCクリニカルリサーチ(CRO)のモニタリングのもと、計画している。siRNAを用いたがんに対する核酸治療臨床応用は、国内初となり、siRNAを用いた核酸医療開発を掲げている多くの製薬会社に先行する。siRNAは国際的に新しい薬剤と期待されつつも、有効でかつ特異的なナノパーティクルおよび送達技術が十分開発されていない。本研究では、世界でも例を見ないsiRNAナノパーティクルの臨床応用をいち早く実施し、より効率的な導入、送達技術の開発を行い、problem-orientedな革新的臨床研究を実施する。
米国への出稼ぎ看護労働者が自国の看護政策・教育改革に及ぼした影響に関する研究

平成13年度は、初年度の結果に基づき、フィリピン国については2度目の現地調査を行い、日本、韓国については文献による調査を継続した。結果は、米国への出稼ぎ看護婦の多いフィリピン国を中心にまとめた。フィリピン国での調査では、看護基礎教育者(大学教育)2名、継続教育者(卒後教育)1名、政策・教育制度の決定に影響する組織メンバー3名、外国での出稼ぎ経験者1名にインタピューを行い、関連する資料(文献)を収集した。さらに、看護婦の国際移動の現状を把握するため、WHO/WPROの医療職の国際移動研究メンバーにもインタビューを行った。調査の結果、フィリピンでは米国への出稼ぎ労働者の帰国は近年減少しており、出稼ぎから移住に移行することが多いことが明らかになった。そのため、出稼ぎ看護婦が帰国してフィリピン国内の看護の改革に寄与するのは近年はまれであることが示唆された。しかし、インタビューを行った看護基礎教育者2名の例にもあるように、1960年代にVisiting Exchange Program(VEP)に参加した看護婦の場合は、帰国し、自国の看護の発展に中心的な役割を果たす傾向があったと考えられる。また、1970年代には米国への出稼ぎ看護婦による外貨獲得を国として推奨する傾向があり、出稼ぎ看護婦は増加した。このように、長期に渡り米国への出稼ぎ看護婦が続いているにも関わらず、看護政策では国際移動を自ら調整できる基本的な体制(データベースの作成など)は取られていない。また、近年の出稼ぎ看護婦の急増(海外需要の急増)により、フィリピン国内の看護サービスに問題が生じている。これは、出稼ぎ看護婦を考慮した積極的な看護政策が取られなかったため、フィリピン国内の看護婦供給が出稼ぎの受入国側の事情で制御される状況にあるためと考えられた。平成12年度の研究活動は、各対象国における出稼ぎ看護労働者の歴史的推移(出移動)と米国へのNurse Migration(入移動)について資料の収集を行った。フィリピン国における対応と現状については、現地調査を実施し関係者への面接聞き取り調査と資料の収集を行った。韓国とわが国、米国については、資料の収集と整理を行った。その結果、新たに収集できた資料は、フィリピン国については24編、韓国15編、わが国3編、米国10編であった。また、フィリピン国での面接は、看護教育における指導的立場の人々および看護実践者の計5名に実施した。この結果、フィリピン国と韓国においては、国際看護連盟(ICN)によるExchange Visitor Program(EVP)や米国のロックフェラー財団が重要な役割を果たしていたことが明確になった。そこで、当事国の保健政策や労働需要だけでなく国際医療機関等の関与が明確になり、次年度資料収集範囲については、より広範囲な資料の収集が必要になっている。さらに、移民についても17編の資料を収集した。その結果、出稼ぎ看護労働者を、先行研究における労働力の国際移動や海外就労活動の中でどのように位置づけられるか、用語に関する定義の明確化や看護分野における特性を併せて分析する必要性が確認された。そこで平成13年度は、各国における医療専門職に関する供給システムの把握と労働力需要について分析することに重点をおいて資料収集や面接調査を行う予定である。
心肥大形成における細胞骨格の役割についての細胞・分子生物学的研究

1.心筋細胞内の微小管の構築:微小管は、心筋細胞内で網目状構築を形成しており、ラットの腹部動脈を縮窄して作成した圧負荷左室肥大心で微小管密度の増加を認めた。一方、アクチンやデスミンには明らかな形態学的変化を認めなかった。2.肥大心形成と微小管重合の関連:ウエスタンブロットによりチューブリンの定量的解析を行ない、肥大心で微小管が増加すること、さらにこの増加の肥大の進展過程において維持されていることを明らかにした(第67回米国心臓学会、第11回国際心臓研究学会日本部会にて発表)。肥大心における微小間の増加は、心肥大の程度と相関し、循環血中の神経体液性因子の活性化は必須ではなかった。さらに、レーザー回析法を用いてサルコメア長を測定して検討した肥大心筋細胞の収縮能は、正常心筋細胞に比し低下していたが、微小管脱重合剤であるコルヒチン10μMにより有意に改善した(未発表)。圧負荷による微小管重合促進機序:微小管重合を安定化することが知られている微小管結合蛋白質(MAP4)は、心筋細胞内で網目状構築を形成しており、その分布は微小管と一致した。今後、微小管重合による心筋収縮能低下に機序、心肥大形成における微小管重合の役割、さらに、チューブリンの転写レベルでの調節機構や微小管結合蛋白質の役割を含めた微小管重合が増加する機序などを解明していく予定である。
次世代加速器を用いた新相互作用の最適観測量解析

ハドロン加速器でのトップクォーク生成崩壊過程を通じ,標準模型を超える新相互作用の存在可能性を探った.我々は,まず,Tevatron,LHCの両データの統合でトップ-グルオン結合の解析精度が飛躍的に向上することを示した.次に,終状態レプトンの運動量分布を導き,そこに最適観測量解析法を適用して非標準トップ結合測定で期待される統計精度を評価した.更に,レプトン角分布への脱結合定理の制約を避ける為にはレプトン横運動量切断の導入が有効であることを見出した.また,ミューオン加速器におけるトップ-ヒッグス結合の検出可能性についても解析した.以上の成果をまとめた論文は,既に合計50回以上引用されている.ハドロン加速器でのトップクォーク生成崩壊過程を通じ,標準模型を超える新相互作用の存在可能性を探った.我々は,まず,Tevatron,LHCの両データの統合でトップ-グルオン結合の解析精度が飛躍的に向上することを示した.次に,終状態レプトンの運動量分布を導き,そこに最適観測量解析法を適用して非標準トップ結合測定で期待される統計精度を評価した.更に,レプトン角分布への脱結合定理の制約を避ける為にはレプトン横運動量切断の導入が有効であることを見出した.また,ミューオン加速器におけるトップ-ヒッグス結合の検出可能性についても解析した.以上の成果をまとめた論文は,既に合計50回以上引用されている.本研究の目的は,陽子陽子衝突型加速器であるLHCなどの超高エネルギー加速器において,トップクォーク対生成などの断面積を,特定の模型に依存しない最も一般的な形で計算し,非標準相互作用の存在可能性を探ることである.我々は,「標準模型の背後にはAというエネルギースケールで特徴付けられる基本理論が存在し,A以下の世界はSU(3)×SU(2)×U(1)という対称性に従う有効相互作用で記述される」という枠組み採用して,そこで導かれる非標準トップ-グルオン結合を含めてトップ対生成断面積を解析的な形で求め,さらにそれに基づいてトップの半レプトン崩壊で生まれる荷電レプトンの運動量分布を与える解析的な式を導出した.これをまとめたのが雑誌論文1である.現在は,そこで得られた結果を用いて具体的なエネルギー分布・角分布・横運動量分布など実際の実験で測定される量を調べている(結果は近々英文論文にまとめる予定).雑誌論文1を完成した直後にLHCから最初のトップ対生成全断面積のデータが公表された.そこで,このデータを昨年度行った解析に適用したところ,陽子反陽子衝突型加速器(Tevatron)から得られていた非標準トップ-グルオン結合への制限に比べ遥かに強い制限が新たに得られることがわかった.その結果をまとめたのが雑誌論文2である.我々は昨年の解析との関係および掲載までの時間短縮を考え,タイトルを「Addendum to...」としたが,内容的には独立した論文としてのレベルが十分にあると考えている.事実,世界最大のアーカイブであるlanl. arXiv.orgにおいて,審査の上で独立した論文としての登録が認められた(arXiv : 1011. 2655).本研究の目的は,陽子陽子衝突型加速器LHC等において,トップクオーク対生成などの断面積を,特定の模型に依存しない最も一般的な形で計算し,非標準相互作用の存在可能性を探ることである.この戦略の特色は,どのような実験データが出ようとそれに素早く対処できる「模型に依存しない解析」を行うことである.我々は,「標準模型の背後にはΛというエネルギースケールで特徴付けられる基本理論が存在し,Λ以下の世界はSU(3)×SU(2)×U(1)という対称性に従う有効相互作用で記述される」という枠組みを採用している,昨年度は,その枠組みにおいて,非標準トップーグルオン結合を含めてパートン衝突でのトップ対生成断面積を解析的な形で求め,さらにそれに基づいてトップの半レプトン崩壊で生まれる荷電レプトンの運動量分布を与える式を導出した.今年度は,上記の結果を用い,具体的なエネルギー分布・角分布・横運動童分布など実際の実験で測定される量を調べることを今年度の第1目標として設定し,これを遂行した.詳細な結果は,アメリカ物理学会誌Physical Review Dに掲載されている(13.研究発表に記載).それにより,上記の各種分布量が非標準パラメータの値によって如何に影響を受けるかが視覚的に示され,実際に走り出しているLHCの実験に対して具体的な提言となった.また,これらの成果に関しては,2件の日本物理学会での発表(大熊;13.研究発表に記載)に加えて,欧州での三つの国際会議にも招待され(日置),講演を行った[1-3].次に,そこで導出された種々の分布に対して最適観測量解析法を適用し,未知パラメータ測定において期待される統計誤差を評価することを第2目標とした.これを行うことにより1,さらに詳しい実験条件(ビーム強度など)を具体的に議論できるようになると期待されるからである,この作業については,発表する段階には至っていないが,必要な式はすでに全て解析的な形で導出され,それに基づく必要な数値積分計算も完了しているので,近々論文としてまとめる予定である.本研究の目的は,陽子陽子衝突型加速器(LHC)等において,トップクォーク対生成などの断面積を,特定の模型に依存しない最も一般的な形で計算し,非標準相互作用の存在可能性を探ることである.この戦略の特色は,どのような実験データが出ようとそれに素早く対処できる「模型に依存しない解析」を行うことである.

我々は,「標準模型の背後にはΛというエネルギースケールで特徴付けられる基本理論が存在し,Λ以下の世界はSU(3)×SU(2)×U(1)という対称性に従う有効相互作用で記述される」という枠組みを採用している.昨年度は,種々の分布に対する最適観測量解析を実行し,未知パラメータ測定において期待される統計誤差を実際に数値的に評価するという研究を行ったが,今年度は,「これまでの成果を,より具体的な解析に応用する」ことを目標に掲げた.特に,LHCにおいて衝突エネルギー7 TeVだけでなく8 TeVのトップ対生成断面積が公表され,米国フェルミ加速器研究所Tevatronからの最終的なデータと組み合せればトップクォークーグルオンの非標準相互作用に対して新たな制限を課すことが可能になりつつある今,我々の解析を最新データに基づき進めることは喫緊の課題と言える.実際の研究も予定通りに進み,トップクォークが持つ可能性のある非標準的性質を表す二つの未知パラメータChromomagnetic dipole moment及びChromoelectric dipole momentに対して,これまでよりも強い制限を見出すことが出来た.その内容は,アメリカ物理学会誌の一つPhysical Review Dに掲載されている.また,これらの成果に関しては,国内研究会に加えて国際会議においても発表を行った.本研究の目的は,陽子陽子衝突型加速器LHC等において,トップクォーク対生成などの断面積を,特定の模型に依存しない最も一般的な形で計算し,非標準相互作用の存在可能性を探ることである.この戦略の特色は,どのような実験データが出ようとそれに素早く対処できる「模型に依存しない解析」を行うことである.我々は,「標準模型の背後にはΛというエネルギースケールで特徴付けられる基本理論が存在し,Λ以下の世界はSU(3)×SU(2)×U(1)という対称性に従う有効相互作用で記述される」という枠組みを採用している.昨年度は,その枠組みにおいて,非標準トップ-グルオン結合を含めてパートン衝突でのトップ対生成断面積を解析的な形で求め,さらにそれに基づいてトップの半レプトン崩壊で生まれる荷電レプトンの運動量分布を与える式を導出した.今年度は,種々の分布に対する最適観測量解析を実行し,未知パラメータ測定において期待される統計誤差を実際に数値的に評価するという方針でスタートしたが,実際の研究も予定通りに進み,その内容は,ヨーロッパ物理学会誌の一つPhysicsLetters Bに掲載されている(13.研究発表に記載).また,これらの成果に関しては,2件の日本物理学会での発表(大熊; 13.研究発表に記載)に加えて,国際会議においても発表を行った[1].本研究の目的は,トップクォーク生成・崩壊の断面積を最も一般的な形で導出することにより,陽子陽子衝突型加速器LHC等において非標準相互作用の存在可能性を探ることである.この戦略の特色は,どのような実験データが出ようとそれに素早く対処できる「模型に依存しない解析」である.我々は,「標準模型の背後にはΛというエネルギースケールで特徴付けられる基本理論が存在し,Λ以下の世界はSU(3)×SU(2)×U(1)という対称性に従う有効相互作用で記述される」という枠組みを採用している.
ガスハイドレート多孔質体の生成・解離過程と力学特性

水分子が作るカゴ状のフレーム内部にゲストガス分子を包接した、低温・高圧環境下で安定な物質であるガスハイドレートは、新しいエネルギー資源として、また蓄冷材やガスの貯蓄手段・輸送媒体として、その利用が近年注目されている。ガスハイドレートの生成・解離速度は結晶成長に伴う熱力学的過程の結果であるため、温度・圧力依存性が顕著であると考えられる。しかしながら、ハイドレートの生成・解離速度は過冷却度だけに寄らず、他の要因に大きく支配されていることが分かってきた。そこで本研究では、まだ未知の点が多い「氷からのガスハイドレート生成過程」に焦点を絞り、耐圧容器中の粉末氷にガスを導入して生成時の圧力・温度モニタリングを行ない、今年度は特にCH_4・CO_2混合ガス系におけるハイドレート生成時のガス分別効果についても合わせて実験を行なった。CH_4・CO_2混合ガス系での温度・圧力相図は、氷点以上の領域で多くの研究者がデータを得ているが、氷点下でのデータは皆無である。そこで、氷表面で起こると考えられるガスハイドレートの生成速度とともに、任意温度における混合ガスハイドレート平衡圧を求めた。その結果、混合ガスハイドレート平衡圧は純粋なCH_4ハイドレートおよびCO_2ハイドレートの平衡圧の間に存在し、CO_2の方がよりハイドレート相に取り込まれやすい傾向が定量的に示された。また、生成速度は純粋なCH_4ハイドレートより純粋なCO_2ハイドレートの方が1-2オーダーほど早いが、CH_4・を20-40%程度含む混合ガス系において、どの温度でも最速であった。このことは、ハイドレート結晶構造(大ケージ3個に対し小ケージが1個の割合)に対応して、分子の小さいCH_4が小ケージに選択的に取り込まれて生成を助ける可能性を示唆していて興味深いが、なお不明な点が多く、さらに解析を進めていく必要がある。そこで本研究では、まだ未知の点が多い「氷からのガスハイドレート生成過程」に焦点を絞り、耐圧容器中の粉末氷にCO_2ガスを導入して生成時の圧力・温度モニタリングを行ない、「生成・解離速度の決定因子」を定量的に知るための実験を行なった。具体的には、同じ温度・圧力条件下で氷・ガスの投入割合および粉末氷の粒径サイズを変化させることによって、氷表面で起こると考えられるガスハイドレートの生成速度がどう変化するかを定量的に求めた。その結果、粉末氷の粒径が大きいほど生成速度が小さくなる相反関係が得られた。また、ガスハイドレートの生成時・解離時に平衡圧に達する直前、生成・解離速度がそれぞれ増加する奇妙な傾向が見られた。解離時の傾向についてはガスハイドレートの自己保存効果で説明が可能であるが、生成時の振る舞いについては不明な点が多く、さらに解析を進めていく必要がある。一方、CH_4・CO_2混合ガスを用いたガスハイドレート生成実験が現在進行中であり、結晶生成時の過冷却度が平衡時のガス相・ハイドレート相それぞれのガス混合比にどのように影響を及ぼすか、を定量的に測定し、データを蓄積している。予備実験では初期圧力が大きいほど、CH_4・CO_2混合ガスが分別されにくくなる傾向が確認された。なお、以上の結果は学術雑誌Ocean and Polar Researchに投稿中である。

このことは、ハイドレート結晶構造(大ケージ3個に対し小ケージが1個の割合)に対応して、分子の小さいCH_4が小ケージに選択的に取り込まれて生成を助ける可能性を示唆していて興味深いが、なお不明な点が多く、さらに解析を進めていく必要がある。