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腎疾患における肝細胞増殖因子(HGF)の役割および治療薬としての可能性の研究

肝細胞増殖因子(HGF)の腎疾患におよぼす影響を検討するとともに、その治療薬としての可能性を研究することが本課題の目的であった。HGFはもともと肝細胞の増殖を促進する因子として九州大学の中村らによって単離同定された蛋白質であるが、肝細胞のみでなく腎細胞にも細胞増殖促進、細胞分化促進の作用をもつことが明らかにされた。さらに急性腎不全モデル動物においてHGF投与により腎保護効果がもたらされることも報告されている。今回我々は、臨床上最もおおきな問題である慢性腎不全疾患においてHGFがどのように病態に影響を与えているか、またその治療薬として使用できる可能性があるかどうかを明らかにすることを研究の目的とした。我々はまず、種々の慢性腎不全患者の血中HGF濃度を測定し、体内のHGF濃度がこれらの患者でどのように変化しているかを検討した。その結果これらの患者では血中HGF濃度が上昇していることが明らかとなった。さらにすすんでこの血中HGF濃度の上昇の直接原因を検索するためこれまでHGFの産生を亢進させることがしられているサイトカインの血中濃度もこれらの患者で検討した。IL-1α、IL-1β、TNF、injurinの測定とおこなったがいずれにおいても慢性腎不全患者でこれらの因子の上昇は認められなかった。したがって慢性腎不全患者における血中HGF濃度の上昇の原因は今後の課題である。我々は、HGFのin vivcでの治療効果を検討するための手段として、HGF発現アデノウイルスベクターを作成した。予備実験によれば、試みた投与法では、このアデノウイルスベクターを腎の細胞に感染させ、in vivcでHGF遺伝子を発現させることは困難であった。当初の計画では平成7年度に1)HGF発現アデノウイルスベクターの作成と2)種々の慢性腎不全患者での血中HGF濃度の測定を予定していた。ほぼ予定通りの研究の進展が得られたので以下に報告する。HGF発現アデノウイルスベクターの作成は、HGFの薬理効果を実験動物モデルをもちいた系で検討する上で必須と考え第一番の優先とした。HGFのクローニングを行った大阪大学の中村敏一教授からcDNAクローンの供与をうけた。このクローンとアデノウイルスコスミドベクター(癌研の濱田洋文部長よりの供与)との組み替えを行い、得られたコスミドベクターとアデノウイルスベクターとの相同組み替えを行いHGF発現アデノウイルスベクターの作成に成功した。このアデノウイルスベクターをin vivoで感染させることにより、実験動物生体内でHGF遺伝子を過剰発現させることができ、HGFの薬理作用を検討することのできる系が確立できるものと期待される。現在このベクターの投与法、投与量の基礎的検討を実施しているところである。また、腎疾患患者におけるHGFの役割を検討する目的で、我々は血液透析を必要とする末期慢性腎不全患者で血中HGF濃度を測定し、正常者と較べて有意に上昇していることを報告した(Nephron 1994;67:497)。本年度はこの研究をさらに発展させ、種々の基礎疾患をもった(血液透析を必要としない)軽度慢性腎不全患者での血中HGF濃度の測定をおこない、これらの患者でも血中HGF濃度がすでに有意に上昇していることをみいだし、現在投稿中である。このことは、腎不全の初期からHGFが病態の進展になんらかのかかわりをもっていることを示唆し、興味深い。【各種腎疾患患者の血中HGF濃度の測定】これまでに血液透析を必要とする慢性腎不全患者において血中HGF濃度の測定を実施したが、さらに検討対象を(まだ血液透析を必要としない)保存期の慢性腎不全患者に拡大した。その結果、これらの患者でも血中HGF濃度は正常人に較べて上昇していることがわかった。

このことは、血液透析患者での血中HGF濃度の上昇が血液透析という治療手段をうけることによる結果ではなく、腎不全そのものによるものであることを示唆するとともに、HGFが初期の慢性腎不全患者の病態に関与している可能性を示すものである。【慢性腎不全動物実験モデルでのHGF遺伝子の導入】慢性腎不全モデルとしてラット5/6腎摘モデルとコレステロール腎塞栓モデルを作成した。後者は我々が初めて開発した腎不全モデルであり、再現性よく腎不全状態をおこすことが可能である。昨年度に我々のグループが作成したHGF発現アデノウイルスベクターをこれらの動物および正常動物に投与した。腎動脈から腎に投与する方法、腎組織に直接注入する方法、および静脈から全身性に投与する方法が試みられた。HGFの発現は特異的抗体による免疫組織化学的方法によった。残念ながら、これらいずれの方法によっても、はっきりとしたHGF遺伝子の発現は現在のところ実験動物において確認できない。今後投与量、投与時間、発現確認の時期などのさらなる検討を実施中である。肝細胞増殖因子(HGF)の腎疾患におよぼす影響を検討するとともに、その治療薬としての可能性を研究することが本課題の目的であった。HGFはもともと肝細胞の増殖を促進する因子として九州大学の中村らによって単離同定された蛋白質であるが、肝細胞のみでなく腎細胞にも細胞増殖促進、細胞分化促進の作用をもつことが明らかにされた。さらに急性腎不全モデル動物においてHGF投与により腎保護効果がもたらされることも報告されている。今回我々は、臨床上最もおおきな問題である慢性腎不全疾患においてHGFがどのように病態に影響を与えているか、またその治療薬として使用できる可能性があるかどうかを明らかにすることを研究の目的とした。我々はまず、種々の慢性腎不全患者の血中HGF濃度を測定し、体内のHGF濃度がこれらの患者でどのように変化しているかを検討した。その結果これらの患者では血中HGF濃度が上昇していることが明らかとなった。さらにすすんでこの血中HGF濃度の上昇の直接原因を検索するためこれまでHGFの産生を亢進させることがしられているサイトカインの血中濃度もこれらの患者で検討した。IL-1α、IL-1β、TNF、injurinの測定とおこなったがいずれにおいても慢性腎不全患者でこれらの因子の上昇は認められなかった。したがって慢性腎不全患者における血中HGF濃度の上昇の原因は今後の課題である。我々は、HGFのin vivcでの治療効果を検討するための手段として、HGF発現アデノウイルスベクターを作成した。予備実験によれば、試みた投与法では、このアデノウイルスベクターを腎の細胞に感染させ、in vivcでHGF遺伝子を発現させることは困難であった。
旧統治領南洋群島に残存する日本語・日本文化の調査研究

残存する日本語・日本文化のデータ収集地域は旧統治領南洋群島に該当する、北マリアナ連邦サイパン、パラオ共和国、ミクロネシア連邦ポナペ・コスラエ・ヤップ・チューク各州である。それぞれ歴史保存局、ベラウ国立博物館、老人会等の協力を得ながら調査を行なった。マジュロ共和国については計画していたが、実行できなかった。文献資料の調査地は、太平洋地域の研究所のある大学、すなわちグアム大学ミクロネシア地域研究センター、ハワイ大学イ-ストウエストセンター、オーストラリア国立大学太平洋アジア研究所である。国内で散逸あるいは消失されている統治時代の官・民の試料がマイクロフィッシュ等で残されている。現時点での研究実績は次の通りである。1統治下での日本語教育の実態と日本語習得状況各支庁管区によって公学校における教育のしかた、習得状況にばらつきがある。例えばヤップでは本科3年間学習者の母国であるヤップ語(離島民にとっては第2言語)の通訳つきで、日本語で国語を中心とする科目の教育が行なわれた。この間日本語の習得はひらがなカタカナが読める程度で発話能力は習得がかなり遅れていた。成績優秀者のみが進学する補習科2年間では寄宿舎においては日本語を強要されていたが、インフォーマントの内省では日本語が使いこなせる程度には至らなかった。日本語を習得したのは、卒業後日本人のもとで労働に従事した際であり、日本語の基礎は公学校で行なわれていたものの、自然習得に近い状況であった。一番日本人との接触率が高かったパラオ・コロールでの状況は次の通りである。公学校就学前から日本人子女との接触があったこともあり、本科1年のみパラオ語の通訳がつき、2年次生からは日本語のみで授業が行なわれた。インフォーマントの内省でも、授業が理解できる日本語が習得されていた。補習科においては練習生制度が設けられており、各児童が放課後割り当てられた日本人家庭において手伝いをしながら日本語運用の練習を目指していた。家庭によって仕事内容にばらつきがあるものの日本語習得のみならず、文化的側面にも大きな影響を与えた。2残存する日本語・日本文化の実態日本語の使用実態は、言語の異なる異島民間での共通語として、口頭あるいはカタカナ書記で用いられている。さらに同世代どうしの仲間言語としても機能していることもある。日本語システムの実態は、習得および忘却との問題から簡略化が見られる。簡略化のしかたは母語によって異なっている。詳細については現在分析中であるが、例えばヤップにおける日本語の可能表現においては各種可能表現の中でデキルの汎用が目立つことや、5段動詞についても助動詞レルを付加した可能形を使用することが起こっていることが明らかになった。また、例えばヤップの日本語のテンスについては、過去の出来事を表す場合、一見ル形タ形自由変異で現れているようであるが、1人称とタ形が共起しやすいなどの傾向が見られることがある。借用語についても母語のフィルターを通して言語変化が起こっていることが明らかになった。その他の詳しい内容については各成果報告を参照されたい。3成果報告の取りまとめについて既発表の論文のように各自発表する論文のほかに、まとまった成果報告書として『大阪大学文学部紀要』38号での特集刊行を予定している。他にもう1冊モノグラフとして外国大学からの出版も計画されている。

さらに同世代どうしの仲間言語としても機能していることもある。日本語システムの実態は、習得および忘却との問題から簡略化が見られる。簡略化のしかたは母語によって異なっている。詳細については現在分析中であるが、例えばヤップにおける日本語の可能表現においては各種可能表現の中でデキルの汎用が目立つことや、5段動詞についても助動詞レルを付加した可能形を使用することが起こっていることが明らかになった。また、例えばヤップの日本語のテンスについては、過去の出来事を表す場合、一見ル形タ形自由変異で現れているようであるが、1人称とタ形が共起しやすいなどの傾向が見られることがある。借用語についても母語のフィルターを通して言語変化が起こっていることが明らかになった。その他の詳しい内容については各成果報告を参照されたい。3成果報告の取りまとめについて既発表の論文のように各自発表する論文のほかに、まとまった成果報告書として『大阪大学文学部紀要』38号での特集刊行を予定している。他にもう1冊モノグラフとして外国大学からの出版も計画されている。平成6年度は初年度であるため、予備調査的目的により、全般的な傾向を掴むとともに、2地域に分かれ言語学的・人類学的調査を行なった。以下に、地域別に研究調査の概要をまとめる。(1)ミクロネシア連邦ヤップ州崎山と由井、後に渋谷も加わり、ヤップ州のマキ公学校本科、ニフ公学校本科、ヤップ公学校本科、補習科卒業生に面接形式で公学校時代及び卒業後の日本語教育、日本語学習について聞き取り調査を行ない、同時に一般的な会話から日本語保持能力のデータを収集した。須藤は、公学校卒業後の職業、日本人との交流及び日本社会への関わりを通して日本人観について調査した。(2)ベラウ(パラオ)共和国崎山と渋谷(途中まで)及び由井はパラオコロールにおいてマルキヨク公学校本科、ガラルド公学校本科、コロール公学校本科、補習科、木工徒弟養成所卒業生にヤップ同様の面接調査を行ない、パラオ独特の日本語教育の方法、及び日本語保持能力のデータを収集した。また、崎山と由井はアンガウル島及びペリリュー島でも同様の調査を行なった。須藤は、ヤップ同様の調査をコロールにて行なった。(3)ミクロネシア連邦チュック(トラック)州土岐と真田はモエン島及び周辺の島にて公学校卒業生に他地域同様の調査を行ない、日本語教育の実態及び、日本語保持能力のデータを収集した。小松は、モエン島およびポンナップにて日本時代に受けた教育で覚えた昔話の記憶を調査し、その変容について調査した。第2次年度として調査範囲を広げ、初年度の調査より得られた調査の方向づけをもとに現地調査を行なった。土岐はポナペ、トラックを中心にこれまでに6つの島で調査した。中でも旧春島と旧冬島には2度訪れ、同一人物に対して追加調査を行なっている。また、2度目には旧南洋庁時代に日本語を習得した人に加え、現在高校で日本語を学習している若年層の調査も加えて調査内容をより具体的にした。
同翅目昆虫とその細胞内共生微生物に関する進化生物学的研究

1.本国際学術研究を通じて,社会性アブラムシ類の生態を詳細に検討することが可能になった.アメリカ合衆国コロラド州およびアリゾナ州で行った.Thecabius populimonilisの調査の結果,従来,非移住性の生活環をもつと考えられていたこの種が,アリゾナでは移住性の生活環を,コロラドでは移住性と非移住性の生活環を併せもつことが明らかになった.また,ゴール内のアブラムシを分析した結果,本種の非移住性生活環は移住性生活環から,有翅虫のゴール内産仔と,それに有翅虫の無翅化を経て二次的に進化したという,いわゆるGP仮説を支持する証拠が得られた.アイダホ州北部で行ったClydesmithia canadensisの調査からは,ミトコンドリアDNAの塩基配列の比較などから,この種はゴール内で産仔された第3世代1齢幼虫が(有翅虫の替わりに)寄主植物の根に自力で移住する生活環をもつことが判明した.2.アブラムシ類は一部の特殊なグループを除けば,すべてが菌細胞内に原核性の細胞内共生微生物(共生体)を保有している.これまでの研究によって,アブラムシは窒素老廃物を他の多くの昆虫類のように尿酸ではなく,グルタミンおよびアスパラギンに換える能力をもち,共生体がこれらのアミノ酸から不可欠アミノ酸を合成するという窒素再循環系をもつことを明らかにした.これは有機窒素に乏しい植物師管液を食物とする吸汁性昆虫に共生体が普遍的に存在することの説明になる.しかし,今回,同じ同翅目の吸汁性昆虫であるドビイロウンカを調べた結果,共生体を利用した窒素再循環のしくみが必ずしも一様ではないことが明らかになった.ウンカは窒素老廃物を一般の昆虫と同じく尿酸へ転換するが,それを排泄することなく組織内に蓄積し,酵母様共生体のもつウリカーゼを利用し,必要に応じてそれを利用可能な有機窒素へ変えていることがわかったからである.これはむしろ,系統学的には縁の遠いゴキブリの場合に似ている.アブラムシとウンカのこのようなストラテジーの違いは,2つの間の増殖性の違い,および移住に伴う飢餓にさられる期間の違いを反映するものであろう.3.アブラムシの共生体は進化的には大腸菌と近縁のプロテオバクテリアγ3亜族に属するバクテリアである.共生体は菌細胞内にあるとき,ある種のストレスタンパク質であるシンビオニンを選択的,かつ多量に合成している.シンビオニンは大腸菌GroELのホモログで,後者と共通に分子シャペロンの活性をもっているが,それに加えて,後者にはみられない特異的機能として,エネルギー共役性に基づくリン酸基転移活性をもっている.このときのシンビオニンのリン酸化部位はHis-133で,これに対応するアミノ酸残基はGroELではAlaである.2つのタンパク質のアミノ酸配列(550残基)には86%の同一性があり,大部分のアミノ酸置換が類似的置換であるなかで,ほとんどコドン-133だけが3連続塩基の置換による非類似的アミノ酸置換をうけており,その結果としてシンビオニンの新たな機能が創出されている.今回の研究ではこの点をさらに確かめる目的で,系統的にきわめて近縁な3種のアブラムシのもつ共生体のシンビオニン(遺伝子)の構造を比較した.この結果,3者間のアミノ酸配列の同一性は99%以上で,550残基のうちコンセンサスでない部位はわずか5箇所のみであった.この1つが部位133で,1つの種ではHisなのに対し,他の2種ではAsnであり,しかも他の4部位は何れも類似的置換であった.これらの結果は,シンビオニンのコドン-133は分子進化的にみたとき一種のホットスポットであり,共生体はこの部位におこる突然変異をポジティブに選択することを通じて,シンビオニンに新たな機能を創出し,細胞内環境に適応しつつあることをうかがわせる.4.この他に,例外的に原核性共生体の替わりにアブラムシに保有されている酵母様共生体の分子系統学的位置の検討,アブラムシ腸内細菌類の同定とその進化的起源等についても多くのデータを得た.1.本国際学術研究を通じて,社会性アブラムシ類の生態を詳細に検討することが可能になった.アメリカ合衆国コロラド州およびアリゾナ州で行った.Thecabius populimonilisの調査の結果,従来,非移住性の生活環をもつと考えられていたこの種が,アリゾナでは移住性の生活環を,コロラドでは移住性と非移住性の生活環を併せもつことが明らかになった.また,ゴール内のアブラムシを分析した結果,本種の非移住性生活環は移住性生活環から,有翅虫のゴール内産仔と,それに有翅虫の無翅化を経て二次的に進化したという,いわゆるGP仮説を支持する証拠が得られた.アイダホ州北部で行ったClydesmithia canadensisの調査からは,ミトコンドリアDNAの塩基配列の比較などから,この種はゴール内で産仔された第3世代1齢幼虫が(有翅虫の替わりに)寄主植物の根に自力で移住する生活環をもつことが判明した.2.アブラムシ類は一部の特殊なグループを除けば,すべてが菌細胞内に原核性の細胞内共生微生物(共生体)を保有している.これまでの研究によって,アブラムシは窒素老廃物を他の多くの昆虫類のように尿酸ではなく,グルタミンおよびアスパラギンに換える能力をもち,共生体がこれらのアミノ酸から不可欠アミノ酸を合成するという窒素再循環系をもつことを明らかにした.

これは有機窒素に乏しい植物師管液を食物とする吸汁性昆虫に共生体が普遍的に存在することの説明になる.しかし,今回,同じ同翅目の吸汁性昆虫であるドビイロウンカを調べた結果,共生体を利用した窒素再循環のしくみが必ずしも一様ではないことが明らかになった.ウンカは窒素老廃物を一般の昆虫と同じく尿酸へ転換するが,それを排泄することなく組織内に蓄積し,酵母様共生体のもつウリカーゼを利用し,必要に応じてそれを利用可能な有機窒素へ変えていることがわかったからである.これはむしろ,系統学的には縁の遠いゴキブリの場合に似ている.アブラムシとウンカのこのようなストラテジーの違いは,2つの間の増殖性の違い,および移住に伴う飢餓にさられる期間の違いを反映するものであろう.3.アブラムシの共生体は進化的には大腸菌と近縁のプロテオバクテリアγ3亜族に属するバクテリアである.共生体は菌細胞内にあるとき,ある種のストレスタンパク質であるシンビオニンを選択的,かつ多量に合成している.シンビオニンは大腸菌GroELのホモログで,後者と共通に分子シャペロンの活性をもっているが,それに加えて,後者にはみられない特異的機能として,エネルギー共役性に基づくリン酸基転移活性をもっている.このときのシンビオニンのリン酸化部位はHis-133で,これに対応するアミノ酸残基はGroELではAlaである.2つのタンパク質のアミノ酸配列(550残基)には86%の同一性があり,大部分のアミノ酸置換が類似的置換であるなかで,ほとんどコドン-133だけが3連続塩基の置換による非類似的アミノ酸置換をうけており,その結果としてシンビオニンの新たな機能が創出されている.今回の研究ではこの点をさらに確かめる目的で,系統的にきわめて近縁な3種のアブラムシのもつ共生体のシンビオニン(遺伝子)の構造を比較した.この結果,3者間のアミノ酸配列の同一性は99%以上で,550残基のうちコンセンサスでない部位はわずか5箇所のみであった.この1つが部位133で,1つの種ではHisなのに対し,他の2種ではAsnであり,しかも他の4部位は何れも類似的置換であった.これらの結果は,シンビオニンのコドン-133は分子進化的にみたとき一種のホットスポットであり,共生体はこの部位におこる突然変異をポジティブに選択することを通じて,シンビオニンに新たな機能を創出し,細胞内環境に適応しつつあることをうかがわせる.4.この他に,例外的に原核性共生体の替わりにアブラムシに保有されている酵母様共生体の分子系統学的位置の検討,アブラムシ腸内細菌類の同定とその進化的起源等についても多くのデータを得た.1.アブラムシ科の各種の昆虫は単一起源の,プロテオバクテリア・ガンマ亜族のバクテリアを細胞内共生微生物(菌細胞共生体)として保有しているが,本研究に先立って,当研究グループはこれまで知られているなかでは唯一ツノアブラ族のアブラムシのみは菌細胞共生体を欠き,これに替わって酵母様細胞外共生体をもつことを明らかにした.本研究においては,この酵母様共生体の起源と進化を明らかにすることをおもな目的として研究を行なった.すなわち,ツノアブラ族各属の代表種について,酵母様共生体の18SrDNAおよび宿主のチクトロム・オキシターゼ遺伝子の構造をPCR直接塩基配列決定法によって解析した.次いで,得られた結果を近隣結合法,最節約法,および最尤法によって検討し,共生体ならびに宿主の系統樹の作製を行なった.この結果,酵母様共生体は単一起源であり,核菌類に近縁な真菌であることが明らかになった.
自家骨髄移植を用いた新しい食道癌集学的外科治療法確立に関する研究-特にrecombinantヒトIL-III及びrecombinantヒトGM-CSFを用いて-

食道癌根治手術時の、肋骨片からの骨髄細胞の採取、分離および凍結保存方法に関しては、さらに臨床例を積み重ねた結果、安全な方法としてほぼ確立し得た。採取骨髄細胞数に関してもほぼ安定した成績がえられるようになった。他方、特に高齢者においては、採取可能な細胞数が減少すること、保存期間が150日を越えるとviability及びCFU-cがともに明らかに減少することが明らかとなり,高齢者における自家骨髄移植の問題点が明らかとなっているが、やはりCSF同志の併用が単独投与よりも明らかに有効であることが確認されている。また、形態学的な検討を行ったが、その結果より細胞分画ではpromyelocyteの増加が他の分画に比して明らかに著明であることが判明した。興味深いことにこの変化はG-CSF、GM-CSF、IL-3のいずれを添加した場合においても共通に認められた。自家骨髄移植の臨床適応症例は、残念ながら現在まで1症例のみにとどまっている。本症例においては明らかな臨床効果を認め得ているが、今後さらに症例を積極的に増やしていく必要がある。CSFのin vivoにおける効果に関しては、研究施行期間において各種CSFの大量入手が困難だったことにより,充分な結果をえることが出来なかった。しかし現時点でやっとG-CSFの臨床適用が可能となりつつあることより、もはや実験的検討を越えて、臨床的に自家骨髄移植とCSFとの併用効果を積極的に検討する必要がある。食道癌患者における末梢血マクロファージFc-γレセプター解析については、手術の根治性及び再発の有無と相関することがさらに確立され、インターフェロンによる前処理によって発現が変動することも見いだされたが、自家骨髄移植前後の変動は今後の課題である。1.自家骨髄移植の臨床適用に関して:食道癌根治手術の開胸操作時に必然的に切除される助骨片からの骨髄細胞の採取・保存手技に関しては、ほぼ確立し得たと考えている。即ち、現在までに総計60例以上の症例に対して本手技を施行しており、計2cm前後の助骨片より、ほぼ確実に5×10^7個以上の骨髄有核細胞を採取することが可能となった。また、採取細胞数と年齢、性別等との関連に関してもほぼ明らかにする事が出来た。さらに、骨髄の採取及びin vitroにおける培養及び凍結保存等の操作において、contaminationをきたす事は殆んどなくなった。自家骨髄移植の臨床適用を推進においては、安全性の確保という意味において、操作上の無菌性の確立は極めて重要な事項であり、本年度の研究成果により、このポイントをほぼクリア出来たものと考えている。2.in vitroにおける各種CSFの効果について:CSFとして、r-IL-III、r-G-CSF、h-GM-CSFの3者を使用した。本年度は30症例について検討を行った。まず、G-CSFのin vitro培養における至適濃度に関しては、これまで確たる報告がなく、種々の濃度について検討を重ねた結果、110ng/mlにおいて最も細胞増殖効果が顕著であることが判明した。CSF単独投与における増殖促進効果では、いずれも培養開始後23日目に細胞数はピークとなるが、G-CSFとGM-CSFの効果は同程度であり、意外にも、IL-IIIの効果が最も劣るという結果を得た。さらに、CSF同志の同時併用は単独投与より明らかに有効であった為、現在さらに検討をすすめている。3.抹消マクロファージFc-αレセプター解析について:食道癌患者のMφFcr-レセプター(ケミルミネッセンス法)は、根治手術前後、再発の有無と強く相関する事が明らかとなり、さらに検討を重ねている。
炎症性腸疾患モデルTNBS enterocolitisに関する研究

Morrisらの方法を参考にして,ラットとイヌにTrinitrobenzen sulfonic acid(TNBS)とethanolを経腸的に投与して炎症性腸症患のモデルを作成し,内視鏡的および病理組織学的に経過観察を行いこのモデルの免疫学的特性を明らかにした。ラットの遠位大腸炎およびイヌの回腸炎は長期間持続する潰瘍性病変を特徴とし,ヒトのCrohn病に類似している。ラットでは内視鏡的観察で明らかな潰瘍性病変を有するものは血中抗TNBS抗体価が高値となる。また潰瘍周辺での組織内にもTNBSの局在を認めた。潰瘍性変化を認めなかった群ではTNBS抗体価は低値であった。局所における抗原の侵入と,これによる感作が本モデルの腸管の潰瘍性病変の治癒を遷延させると考えられる。またラットのモデルでは内視鏡的scoring systemを確立し,薬物の治療効果についても検討を行った。5ASA100mg/kgの経口投与および注腸投与では,投与群で治癒が促進される傾向にあった。抗leukotriene剤のAS-35およびTBX(東京田辺製薬)の経口投与では治癒が促進される傾向にあり、AS-35ではdose-responseも確認した。イヌのモデルでは炎症性腸疾患の機能評価として逆行性回腸胆汁酸負荷試験を考案し,腸管吸収能の基礎的検討を行ない,これを臨床例への応用した。回腸病変のない健常犬では負荷したUrsodeoxycholic acid濃度に対し,血中総胆汁酸濃度の上昇はDose-Responseであった。実験的回腸病変を作成した後では,血中総胆汁酸の増加量が有意に低かった。われわれが開発した逆行性回腸胆汁酸負荷試験はクローン病に多い回腸病変に選択的に負荷できるなど,経口負荷に比べとくに回腸病変の評価法として有用である。さらにイヌのモデルにおいては腸管運動について検討中である。P.Morrisらの方法に準じ,実験動物としてラットとイヌを用いTrinitrobenzenesulfonic acid(以下TNB)をethanolに溶解したものを経肛門的に注入し,それによる変化を経時的に内視鏡観察を行った。われわれの独創であるイヌにおける病変の作成は以下の方法による。内視鏡で回腸末端まで観察し,ガイドワイヤ-を挿入した後に新たに考案した4連バル-ンチュ-ブを挿入する。前後のバル-ンで境界された10cmのセグメントに100%エタノ-ルと蒸留水100mg/mlの濃度に溶解したTNBを10mlを順次注入し25分間留置する。内視鏡所見は客観化するために観察時の記載とフィルム読影の両方を参考にした。内視鏡察後に屠殺して,腸管を開いて肉眼的に観察後ホルマリン固定を行いHE染色による組織学的検討を行なった。その結果1.TNBとエタノ-ルによって作成される病変は潰瘍を主として,出血・浮腫であった。2.潰瘍性病変は投与3週目以降に狭窄を残して治癒する傾向にあったが,3週以上持続する例も認められた。3.組織学的には投与4週目にも慢性非特異炎症所見を認めた。4.病変は屠殺することなく内視鏡的に充分観察可能であった。5.炎症性腸疾患の実験モデルとしての本法は,比較的簡単で確実性が高く,今後この分野の研究に役立つものと思われる。現在,ラットのモデルにおいては免疫学的な解析を行い,イヌのモデルでは炎症性腸疾患の腸機能の検討として胆汁酸の吸収試験を行い,その変化を研究中である。

さらに,この潰瘍性病変の治癒が遷延する免疫学的背景について検討を行なった。ラットに既報の方法でTNBSとethanolを注腸投与したのち,投与後3日目に内視鏡を施行し,明らかな潰瘍性病変の有無により動物を2群(ul(+)群,ul(-)群)に分けた。各群について腸管病変の経過と血中の抗TNBS抗体価および腸管の壁のTNBSの局在を検討し,以下の結果を得た。1.ul(+)群では投与後3週目で77%の動物に潰瘍の存続を認め,さらに血中抗TNBS抗体価の高値を認めた。2.ul(-)群では投与後3週目で明らかな病変を認める動物は見られず,抗体価も低値であった3.ul(+)群では潰瘍周辺の組織内にTNBSの局在を認めた。以上より局所における抗原の侵入と,これによる感作が腸管の潰瘍性病変の治癒を遷延させる原因のひとつであることを示唆していると考えられ,ヒトの慢性腸管炎症の病態の理解にも利するものである。現在,ラットのモデルで各種薬剤の効果を検討中である。平成3年度,平成4年度に引き続き,平成5年度はratのTNBS colitisモデルを用いて,この疾患モデルにおける薬物の治療効果について検討を行った。薬物および投与法は,5ASAの経口および注腸投与,抗leukotriene剤2種の経口投与を用いた。実験法;TNBScolitis作成後3日目に内視鏡を行い,病変が作成されていることが確認された動物を薬物投与群および対照群に群別し,作成後3日目から21日目まで薬物を連日投与した。作成後7日目,14日目,21日目に内視鏡を行い,治癒経過をEndoscopic scoring criteriaを用いて評価し比較した。結果;1)5ASA100mg/kgの経口投与および注腸投与では,投与群で治癒が促進される傾向にあったが統計学的な有意差はなかった。2)抗leukotriene剤のAS-35 300mg/kg(東京田辺製薬)の経口投与では,有意にスコア値の低値を認め治癒が促進されたと考えられた。この効果にはdose-responseが認められた。3)抗leukotriene剤のTBX(東京田辺製薬)の経口投与では,投与群で治癒が促進される傾向にあった。dose-responseや統計学的処理については現在検討中である。また,このモデルの成因の解析から,発症した動物における抗TNBS抗体の産生が確認されているが,AS-35 300mg,150mg/kgの投与で血中抗体価が減少することが明らかとなった。従ってこの薬物の作用機序の詳細は現在不明であるが,免疫系への影響があることが示唆された。
二酸化炭素の高速メタノール化を実現する触媒構造の設計

地球温暖化の主要な原因と考えられる二酸化炭素の蓄積を緩和することを目的として、付加価値の高いメタノールにできるだけ高速で変換できる高性能触媒の開発を行った。合成ガスからメタノールを合成するのに用いられている工業触媒は、CuO-ZnO-Cr_2O_3-Al_2O_3などの多成分系の金属酸化物で、沈澱法により調製されているが、この方法では不均一性が大きい。そこで本研究では、これらの成分の硝酸塩混合液にアンモニアガスを適当な濃度と時間接触させて全体をゲル化する均一ゲル化法を創案して調製した。この調製法による触媒は、沈澱法による触媒よりも活性が高く、メタノールの収量は1.5倍となった。80気圧の加圧条件下での接触時間61秒の反応では、メタノールの生成は270°C以上で平衡値に達したが、平衡値の大きい250°Cでは約半分であった。そこで、二酸化炭素のメタン化に顕著な効果を認めていた酸化ランタンや、水素の吸着速度を増大させるパジヂウムや銀を触媒に添加したところ、250°Cでも平衡値に達する活性の増大を実現させることができた。このときのメタノールへ転化した二酸化炭素の転化率は30%、メタノールの収量は、触媒1リットル当たり、1時間当たり16.5モルという極めて高い水準を実現することができた。しかし、二酸化炭素の蓄積を緩和させるという目標に照らせば、この数値は依然極めて不十分なものである。二酸化炭素をメタンに変換させる場合には、常圧下でも、同じ触媒量と時間当たりに500モルを実現させているので、このときの触媒構造の特徴をメタノール合成に対しても組み入れることを種々試みた。たとえば、510ミクロン径のセラミック繊維を不繊布状に厚さ1ミリメートルに成型したものを用い、これに均一ゲル化法でメタノール合成触媒を担持させて、二餌化炭素の水素化に用いた結果、50気圧下、触媒時間3.3秒、290°Cの反応条件下で、上記単位で76モルにまで増大させることができた。
ラジアル電気浸透ポンプを利用したマイクロガス分析システムの研究

本研究では,フィールドで使用可能な簡易な送液方法を開発し,それを応用した大気中の汚染物質のモニタリングを行うシステムの研究を行ってきた。当初,ラジアル電気浸透ポンプという新しい送液の概念を考案し,検討を行った。これはわずか数Vの低い電圧で電気浸透流を起こしてガスの吸収液を流すものであった。当初うまくいっているように見えたが,実際は気泡の発生で溶液が移動していただけであった。そこで10cm程度のマイクロチャネルやガス透過膜であるシリコーンメンブランチューブに数十Vの電圧を印加してガス吸収液が流れることを確認した。次に吸収液ボトルを一定高さにした重力を利用する手法や,小型のコンプレッサで吸収液ボトルの圧力を制御して一定流量の溶液を制御したりする手法を検討し,これらは非常にうまく動作することができた。そこでこういった送液を利用して種々のガス分析の手法を開発した。ひとつはマイクロキャピラリの先端にマイクロリング電極を作成し,そこに形成される液滴にガスを吸収して計測を行うもので,従来の定電位電解法に比べると極めて速い応答を得ることができた。また,コンプレッサ方式では,チューブ状のガス拡散スクラバーと固体半導体素子の組み合わせによる蛍光検出器によりバックグランドレベルまで測定が可能な非常に高感度なH_2S測定器を開発した。高感度でありながらリアルタイムに計測が可能なのも,脈流のない安定な流速が得られたからである。このシステムはバッテリーで駆動することができ,電源のない屋外で昼夜にわたりフィールド試験を行うことができた。その測定結果は,併設したリボン紙式の測定器とよい相関を示した。しかも時間分解能は本装置の方がはるかに高く,風などで急変する硫化水素濃度をリボン紙式では検出できなかったが,本装置ではすばやくキャッチすることができた。ラジアル構造の検討としては、ガラスチップでウォールジェット型の電極を試作した。この中にリングディスク電極を配置してその特性を調べたところ、ガラスチップ間にある空隙から構成される流路を小さくすればするほどリング電極での捕集率が上がり、10μm以下ではほぼ100%の効率が得られた。また、ガラスチップ上に、溶液導電率法による亜硫酸ガスの計測システムを集積化する試みを行った。今回考案したクロスフロー方式により、数十μmの厚みでのガス吸収液層を形成することに成功した。先ほど当研究室で試作した500μmの約十分の一である。ガス吸収が、透過膜の透過速度が律速で起こっていると、感度は吸収液層の厚みに反比例する。従って、今後条件をつめていくと極めて高感度なガス計測システムが構築されると期待される。また、この構造では、ガス吸収部の体積がわずか3μLしかないので、必要とする吸収液がごくわずかでよい。化学的手法による環境モニタリングでは、使用する薬液自身が環境汚染の原因となることも考慮しなければならないが、このような微小システムは環境に優しいモニタリング手法であるといえる。また、消費量が少ないということは、長期にわたる連続測定がメンテナンスフリーで行えるという実用的なメリットも持っている。今回の測定系は、導電率測定用の電極も内蔵しており、試作した計測回路で導電率変化を連続的に計測することができた。今後、発展させ、発色や蛍光を利用したシステムの構築を行っていきたい。本研究は,吸収液にガスを取り込みその後分析するという手法により大気中の汚染物質を計測しようというものであるが,吸収液のセンサ部分への導入にメカニカルなポンプを用いず,電気的に溶液の流れを作って導くことに特徴がある。そのためシステム全体を非常に小型化することができる。まず,送液のための基礎試験を行った。

当初同心円状に配置した電極による駆動を試みていたが互いに電気浸透流が相殺されうまくいかないことが判明した。そこで単純に2つの電極をガス吸収部の両端に設置して駆動を行った。電気浸透によく用いられるホウ酸緩衝溶液だけでなく,亜硫酸ガスの吸収液に用いる硫酸-過酸化水素水においても電気浸透によって十分駆動できることがわかった。この溶液は、ガラスキャピラリ中ならびにシリコーンチューブ中でも駆動が可能であった。シリコーンはガス透過膜として使用する材料であるのでこのことは大きなメリットとなる。また一方では,ガラスチップ上に微細加工を施して伝導率測定用電極ならびにガス吸収部,セルなどを集積化したデバイスを製作した。これにより数ppb1000ppbの亜硫酸ガスを計測することかできた。送液には,シリンジポンプを用いたが、先の電気浸透ポンプと組み合わせポータプルな測定器を試作評価していく。また,液滴を利用したガスアブゾーバーについても検討し,比表面積を大きくとれるので極めて速い応答を得ることができた。この場合は電気分解を利用したが,ガス吸収部と検出部を数μlの中に集積化した新たなデバイスを提唱した。本研究では,フィールドで使用可能な簡易な送液方法を開発し,それを応用した大気中の汚染物質のモニタリングを行うシステムの研究を行ってきた。当初,画期的と考えられたラジアル電気浸透ポンプというものの検討を行った。これはわずか数Vの低い電圧で電気浸透流を起こしてガスの吸収液を流すものであった。当初うまくいっているように見えたが,実際は気泡の発生で溶液が移動していただけであった。そこで10cm程度のマイクロチャネルやガス透過膜であるシリコーンメンブランチューブに数十Vの電圧を印加してガス吸収液が流れることを確認した。次に吸収液ボトルを一定高さにした重力を利用する手法や,小型のコンプレッサで吸収液ボトルの圧力を制御して一定流量の溶液を制御したりする手法を検討し,これら非常にうまく動作することができた。そこでこれらを利用して種々のガス分析の手法を開発した。ひとつはマイクロキャピラリの先端にマイクロリング電極を作成し,そこに形成される液滴にガスを吸収して計測を行うもので,従来の定電位電解法に比べると極めて速い応答を得ることができた。また,コンプレッサ方式では,チューブ状のガス拡散スクラバーと固体半導体素子の組み合わせによる蛍光検出器によりバックグランドレベルまで測定が可能な非常に高感度な測定器を開発した。高感度でありながらリアルタイムに計測が可能なのも,脈流のない安定な流速が得られたからである。このシステムはバッテリーで駆動することができ,電源のない屋外で昼夜にわたりフィールド試験を行うことができた。その測定結果は,併設したリボン紙式の測定器とよい相関を示した。しかも時間分解能は本装置の方がはるかに高く,風などで急変する硫化水素濃度をリボン紙式では検出できなかったが,本装置ではすばやくキャッチすることができた。
西欧中世の王侯貴族コレクションにおける金細工作品研究ー聖遺物容器を中心にー

本年度は、昨年度に行った文献資料調査と画像データの収集の成果を承け、さらにそれを推し進めながら、得た情報を本研究課題の枠組みの中に位置付けてゆく作業から着手した。4月末から5月末にかけては欧州での調査滞在を行った。調査先は、イタリアの在フィレンツェドイツ美術史研究所、大聖堂古文書館、イタリア国立図書館、そしてスイスのフリブール大学であり、文献収集を引き続き行いながら、作品実見調査、フォトテカや各機関のデータベースを利用しての画像資料の収集に注力した。帰国後は、第42回地中海学会大会(於和歌山県新宮市)において行われたシンポジウム「聖なるモノ」に登壇し、欧州で得た研究成果を含めて報告を行うことが出来た。タイトルは、「巡礼・聖地・聖遺物ー日欧巡礼体験からの一考察ー」とし、聖遺物を中心に如何に聖地が形成されていったか、またそこを訪ねる巡礼のシステムが如何に構築されていったのかという問いを、中世ヨーロッパでの現象に主眼をおきながらも日本の伝統との比較を試み、グローバルアートヒストリーの視点を取り入れた報告とすることが出来たと考えている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、主に中世ヨーロッパの君侯のコレクションにおいて、聖なるものと世俗のものがいかにして扱われ、機能させられていたかを調べるために、まずは文献資料の調査、次いで一次史料の読解・分析、そして現存作例の実験調査を行なった。また9月からは、スイス、フリブールおよびイタリア、在フィレンツェドイツ美術史研究所に於いて研究滞在を行った。当該地に於いては、多くの研究者との議論を通じて自らの研究を相対化するとともに、豊富な文献資料の収集、および分析が可能であった。また在フィレンツェドイツ美術史研究所においては、それまでの研究成果をA Study on the Libretto, a French Royal Reliquary with Multiple Functionsとして発表し、立案していた複数の仮説を検証し、それぞれの蓋然性を高めるために必要な作業のいくつかを明確にすることが出来た。帰国後は、作業の継続と並行して、翻訳作業も行なった。マデリィン・キャヴィネス「『ザクセンシュピーゲル』彩飾写本における女性とマイノリティー」として『日本學士院紀要、第七十二卷、特別號』に掲載された。当初の研究計画においては、本年度は主に先行研究ついて文献資料の網羅的な把握を目指すこと、関連歴史文書へアクセスし、それを読解した上で分析すること、またこうした文献研究と並行して現存作例の実見調査を推し進め、分析を行い、画像資料の充実をはかり、それらをデータベース化して整理することを目標としていた。これらの目標は、二回に分けて行なった、比較的長期間のヨーロッパでの専門機関における研究滞在の実績として、当初の目論見以上に進捗している状況である。また、同二回の研究滞在中に行うことのできた研究発表では、研究分野を同じくするヨーロッパの研究者らから、予想以上の反応を受けることが出来、研究発表の場のみに留まらない活発な議論を重ねることが出来た。これらの議論によって、それぞれ当該時点までの報告者の研究成果を相対化することが可能であった。得られた成果としては、自身の研究の方向性に対する確信を得たことと共に、いくつかの仮説の脆弱な点が明らかになり、是正されるべき問題、そして今後の課題が更に明確になったことが挙げられる。また、活発な議論を通じてヨーロッパでの研究者との学術的なコネクションを得ることで、今後の研究遂行の見通しがより明確なものとなったことも、当初予期していた以上の成果である。文献資料の読解および分析、具体的にはフランス王シャルル5世およびシャルル6世、アンジュー公ルイ1世、ベリー公ジャンの財産目録、パリのサント・シャペル、サン=ドニ修道院、ノートル・ダム大聖堂の宝物目録についての作業も当初予定していたよりも進捗し、近く論考としてまとめられる段階にある。また当初の研究計画には組み込まれていなかった翻訳作業も行うことが出来た。翻訳した論文の著者は、中世美術史研究の大家であり、翻訳という精密さを求められる作業を通じて、当該研究者の方法論に触れられたことは稔り多い経験である。二年目となる本年度は、これまでの研究成果を承けつつ、本研究の中心的な考察対象である聖遺物容器《リブレット》を具体的にパネル型聖遺物容器の歴史的展開の中に位置付ける。さらに用途や機能やその変化などを含め、このタイプの聖遺物容器に拘る

包括的な分析を目指し、以下の着眼点に基づいて成果をまとめてゆく計画である。まず、昨年度から継続して行なってきた当時のパリの金細工工房の実態に関する研究のために、パリにて文献史料調査を行いたい。同時に写本工房との関連の中で、相互の繋がりが認められると報告者が考えているものについて、具体的な例をまとめて精査する。またアルマ・クリスティ図像について、昨年度の成果をもとにルドルフ・ベルリナーによる論文を補完する形で論をまとめ、先ずは口頭発表を行いたい。次に、ポータビリティを獲得したパネル型の聖遺物容器に関して、これまでに考察してきた個別研究をまとめ、更に現存しない作例を引き続き補ってゆくことで、その用途と機能についての見解を纏める。また、《リブレット》をパネル型聖遺物容器の歴史的展開の上に位置付けるのみに留まらず、宮廷コレクションにおける金細工作品の聖俗混淆の実態の中で本作がどのように考察されるべきなのかについては、本年度の研究活動の主眼となる。着手してはいたが、昨年度に考察を纏める段階には至っていなかったこの問題に関しては、4月のフィレンツェでの調査滞在で類例の収集に励むと共に、研究者らと議論や意見交換を行うことで、論点をより明確にしてゆきたい。また6月には、和歌山県で行われる第42回地中海学会大会に於いてシンポジウムで、中世ヨーロッパにおける聖遺物の移動や聖遺物容器のポータビリティに関して、サンティアゴ・デ・コンポステーラへの巡礼と比較する形で発表する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
メッシュフリー差分法による高精度・高効率な強震動予測シミュレーション手法の開発

本研究では,高精度・高効率な地震動シミュレーション手法開発のため,メッシュフリー差分法による波動場のモデリング方法の開発をおこなっている。本年度は,昨年度開発したメッシュフリー差分法による弾性波動場モデリング手法(Computers & Geosciences誌にて2018年9月に掲載済)を,複雑な地表面を伝播する表面波伝播に応用した。表面波は地表面(自由境界)を伝わる波であり,地震発生時にも建物やインフラに大きな被害を及ぼす可能性のある大振幅の波であるため,これを精確に再現することは強振動予測において極めて重要な課題である。これまで自由境界を導入するための様々な手法が提案されているが,水平な地表面を仮定したものが多く,任意形状の自由境界を取り入れることは容易ではない。また,本研究で新たに開発したメッシュフリー差分法に対するそれらの適用性は定かではない。そこで,新しい自由境界導入手法を開発した。自由境界はモデル中に存在する最も大きな物性コントラストを持つ境界面であり,これを計算に取り入れることは他の地層境界を取り入れる上でも役立つと考えられる。本研究では,メッシュフリー法の特徴を活かした自由な節点配置により,自由境界上に配置した節点上に直接境界条件を課した。これにより,本手法は極めて高精度に表面波伝播を再現することが可能になった。この成果はヨーロッパの物理探査学会が発行するGeophysical Prospecting誌に投稿中である。研究はおおむね良好に進んでいる。最も物性コントラストの大きい自由境界を伝播する表面波を,極めて高精度に再現できるようになったことは今年度の大きな成果である。これにより,十分な精度を出すために必要となる計算コストを,従来法と比較して大幅に削減できる可能性がある。本年度の成果を踏まえ,次年度はさらに複雑な地形の導入を試みる。今回開発した手法では,自由境界に設置した節点に対して法線方向を規定する必要がある。水平な自由境界や一定角度の傾斜を持つ自由境界であれば,法線方向を決定することは容易である。しかし,実際の地形における傾斜を扱うためには,離散的に収集された標高データなどから,各節点位置での法線方向を計算する必要がある。周辺の標高データから傾斜を推測することは可能であるが,それによって計算精度にどの程度影響があるかはわからない。任意の自由境界形状に対する解析解は存在しないため,他の数値解などとの比較を通して精度を評価する必要がある。その後,モデル内物性コントラストをどの程度の精度で扱えるか,解析解の存在する問題で定量的に評価する(例えば,Mittet, Geophysics, 2017)。また,規則格子を使う差分法と比較して,メッシュフリー差分法は同程度の解像度であれば精度が低くなるという問題点があるため,メッシュフリー差分法そのものの計算精度向上も必要であると考える。これらの研究による成果は,国内外の学術講演会や国際学術雑誌に投稿していく予定である。メッシュフリー差分法の地震波動場計算への適用可能性を検討した。研究代表者らのグループがこれまでに開発したメッシュフリー差分法は,音響波動場への適用性しか議論されていなかった。そこで本研究では,メッシュフリー差分法が弾性波動場の計算にも適用できるか検討した。波動場の計算には時間領域と周波数領域による解法があるが,本研究では多震源の場合にも容易に適用可能な周波数領域解法を採用した。周波数領域解法には,周波数依存の減衰を容易に扱えるというメリットも存在する。提案手法の分散解析をおこなったところ,必要な精度を得るために必要となる節点数は,音響波動場の場合とほとんど変わらないことがわかった。その後,均質無限媒質モデルや層構造モデルでの波動場計算の精度を,解析解や他の数値解と比較することで検証した。均質無限媒質モデルでは,解析解と数値解はよい一致を示した。層構造モデルでは,Average-derivative有限差分法の結果と本手法による結果を比較したところ,両者の計算波形はよく一致していることが確認された。計算効率に関して,提案手法とAverage-derivative有限差分法による計算時間を比較した。Average-derivative有限差分法では,モデル全体を規則的な格子で離散化したのに対し,メッシュフリー差分法では各層の速度に応じて節点間隔を決定した。メッシュフリー差分法ではアダプティブな節点配置をとることで,計算効率を大きく向上させられることが確認された。これらの成果は,Computers & Geosciences誌に投稿中である。当初予定していた弾性波動場モデリングへの適用可能性は検証された。計算精度の確認でも,当初予想された精度と同程度であることも確認された。このことから,研究の進捗としてはおおむね順調であるといえる。

また,本研究で新たに開発したメッシュフリー差分法に対するそれらの適用性は定かではない。そこで,新しい自由境界導入手法を開発した。自由境界はモデル中に存在する最も大きな物性コントラストを持つ境界面であり,これを計算に取り入れることは他の地層境界を取り入れる上でも役立つと考えられる。本研究では,メッシュフリー法の特徴を活かした自由な節点配置により,自由境界上に配置した節点上に直接境界条件を課した。これにより,本手法は極めて高精度に表面波伝播を再現することが可能になった。この成果はヨーロッパの物理探査学会が発行するGeophysical Prospecting誌に投稿中である。研究はおおむね良好に進んでいる。最も物性コントラストの大きい自由境界を伝播する表面波を,極めて高精度に再現できるようになったことは今年度の大きな成果である。これにより,十分な精度を出すために必要となる計算コストを,従来法と比較して大幅に削減できる可能性がある。今年度の研究では,メッシュフリー差分法による弾性波動場計算が精度よくおこなえることが確認された。また,アダプティブな節点配置によって,計算効率も大きく改善可能であることが示された。強振動を計算するうえで重要な要素の一つに,自由表面の導入が挙げられる。特に,任意形状の地形を導入する場合には,従来の差分法だと計算精度が大きく低下することが知られている。一方,メッシュフリー差分法の場合,不規則な節点配置に対する対応は元々手法に含まれているため,任意の地表面形状を比較的容易に取り入れることが可能であると考えられる。今年度の課題として,自由表面をメッシュフリー差分法に取り入れることを考えている。またその延長として,本研究テーマである地層境界面を取り入れた研究もおこなっていく予定である。本年度の成果を踏まえ,次年度はさらに複雑な地形の導入を試みる。今回開発した手法では,自由境界に設置した節点に対して法線方向を規定する必要がある。水平な自由境界や一定角度の傾斜を持つ自由境界であれば,法線方向を決定することは容易である。しかし,実際の地形における傾斜を扱うためには,離散的に収集された標高データなどから,各節点位置での法線方向を計算する必要がある。周辺の標高データから傾斜を推測することは可能であるが,それによって計算精度にどの程度影響があるかはわからない。任意の自由境界形状に対する解析解は存在しないため,他の数値解などとの比較を通して精度を評価する必要がある。その後,モデル内物性コントラストをどの程度の精度で扱えるか,解析解の存在する問題で定量的に評価する(例えば,Mittet, Geophysics, 2017)。また,規則格子を使う差分法と比較して,メッシュフリー差分法は同程度の解像度であれば精度が低くなるという問題点があるため,メッシュフリー差分法そのものの計算精度向上も必要であると考える。これらの研究による成果は,国内外の学術講演会や国際学術雑誌に投稿していく予定である。