hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔の健康に寄与する口腔細菌叢の機能解明を目指した未同定主要細菌の分離同定

本年度は昨年度に引き続き、新たに同意を得られた九州大学歯学部学生30名の口腔診査ならびに唾液採取を実施し、前回と同様の方法で唾液細菌叢の解析を行った。昨年度に実施した学生30名分と合わせて合計60名分の16S rRNA遺伝子のV1-V2領域の配列について97%の相同性に基づき類似の配列を群分けすることで、生物学的には種レベルと同等の分類となるOperation Taxonomic Unit (OTU)を構築し、各OTUの代表配列をHuman Oral Microbiome Database (HOMD)のデータと最も近似する細菌種に割り振ることでそれぞれのOTUが該当する細菌種を推定して、学生被験者60名の唾液の細菌構成を決定した。その中には5種類の菌種名が確定していないStreptococcus属(HMT-423、HMT-431、HMT-058、HMT-070、HMT-056)が存在した。この結果は昨年と同様であり、菌種名が確定していない新たなStreptococcus属の発見には至らなかった。これらの平均構成比率はそれぞれ8.5%、2.6%、0.2%、0.03%、0.03%、個人の最高構成比率はそれぞれ25.9%、6.4%、1.5%、0.5%、0.4%であった。HOMDのデータベースは随時更新されており、最新版のVersion 15.1ではHMT-431はStreptococcus infantis、HMT-058はStreptococcusoralis subsp. dentisaniと確定されており、未だ菌種未確定のStreptococcus属は7菌種である。さらに、菌種名が確定していないHMTの16S rRNA遺伝子配列はミティス菌群とより相同性が高いことから、医局員の唾液からStreptococcus属を釣菌する際には寒天培地上のコロニーの形態で鑑別可能なサリバリウス菌群を除外した。5名の医局員から51個のコロニーを単離培養し、16S rRNA遺伝子の塩基配列を決定したところ、未確定Streptococcus属HMT-423とHMT-064が分離同定された。本研究は口腔健常者の唾液から菌種名が確定していないStreptococcus属を分離同定することを目的としており、対象者を九州大学歯学部学生として予防歯科の実習の中で口腔診査ならびに唾液採取を行う。しかしながら、今年度はカリキュラムの変更により予防歯科の講義・実習が行われなかったため、来年度に口腔診査ならびに唾液採取を行う予定である。よって、今年度は予備実験として医局員の唾液細菌叢を解析した。医局員13名(男性7名、女性6名:27-61歳)から唾液を採取して、染色体DNAを抽出した。16S rRNA遺伝子のV1-V2領域をPCR法を用いて増幅し、次世代シーケンサーを用いて塩基配列を解読して、被験者13名の唾液の細菌構成を決定した。その中に4種類の菌種名が確定していないStreptococcus属が存在し、平均構成比率はそれぞれ4.0%、3.4%、3.1%、0.4%、個人の最高構成比率はそれぞれ9.1%、8.7%、6.6%、0.9%であった。すでに報告している久山コホート研究の報告とほぼ同様の結果であった。構成比率の高い被験者から唾液を採取し、段階希釈を行って、Mitis-Salivarius寒天培地に塗布した。2日間、5%CO2存在下で培養後、さまざまな型のコロニーを20個ピックアップし,16S rRNA遺伝子の塩基配列を決定したところ、S. salivariusが7個、S.parasanguinisが6個、S. vestibularisが3個、S. sanguinisが2個、S. dentisaniが1個で、残りの1個はNeisseria subflavaであった。現段階では目的のStreptococcus属の分離同定には成功していない。本研究の目的は九州大学歯学部学生を対象にして唾液中の菌種名が確定していないStreptococcus属を分離同定することであるが、今年度はカリキュラムの変更により予防歯科の講義・実習が行われなかったため、口腔診査ならびに唾液採取を行うことができなかった。しかしながら、予備実験により、目的のStreptococcus属の構成比率は対象集団が異なってもさほど差異が無いことが確認できた。本年度は同意を得られた九州大学歯学部学生30名の口腔診査ならびに唾液採取を実施し、唾液細菌叢の解析を行った。唾液より染色体DNAを抽出し、それをテンプレートとして16S rRNA遺伝子のV1-V2領域をPCRで増幅し、増幅したアンプリコンの塩基配列を1サンプルあたり、平均10,000シーケンス数を目処に次世代シーケンサーを用いてシーケンスを行った。これらの配列について97%の相同性に基づき類似の配列を群分けすることで、生物学的には種レベルと同等の分類となるOperation Taxonomic Unit (OTU)を構築し、各OTUの代表配列をHuman Oral Microbiome Databaseのデータと最も近似する細菌種に割り振ることでそれぞれのOTUが該当する細菌種を推定して、学生被験者30名の唾液の細菌構成を決定した。

その中に5種類の菌種名が確定していないStreptococcus属が存在し、平均構成比率はそれぞれ8.2%、2.8%、0.3%、0.03%、0.03%、個人の最高構成比率はそれぞれ18.1%、6.4%、1.5%、0.3%、0.2%であった。次に、昨年度に引き続き、医局員の唾液細菌叢の解析結果に基づいて、菌種名が確定していないStreptococcus属の構成比率の高い2名の医局員から唾液を採取し、段階希釈を行って、Mitis-Salivarius寒天培地に塗布した。2日間、5%CO2存在下で培養後、さまざまな型のコロニーを20個ずつピックアップし,16S rRNA遺伝子の塩基配列を決定したところ、両被験者より同種類の未確定Streptococcus属を1株ずつ釣菌することができた。本研究の目的は九州大学歯学部学生を対象にして、菌種名が確定していないStreptococcus属を唾液中から分離同定することであるが、今年度は口腔診査ならびに唾液採取を行うことができた被験者数は30名で、予定していた人数に達していない。加えて、学生からの釣菌にも至っていない。しかしながら、28年度に唾液細菌叢の解析を行った医局員2名から同種類の未確定Streptococcus属を1株ずつ釣菌することができた。本年度は昨年度に引き続き、新たに同意を得られた九州大学歯学部学生30名の口腔診査ならびに唾液採取を実施し、前回と同様の方法で唾液細菌叢の解析を行った。昨年度に実施した学生30名分と合わせて合計60名分の16S rRNA遺伝子のV1-V2領域の配列について97%の相同性に基づき類似の配列を群分けすることで、生物学的には種レベルと同等の分類となるOperation Taxonomic Unit (OTU)を構築し、各OTUの代表配列をHuman Oral Microbiome Database (HOMD)のデータと最も近似する細菌種に割り振ることでそれぞれのOTUが該当する細菌種を推定して、学生被験者60名の唾液の細菌構成を決定した。その中には5種類の菌種名が確定していないStreptococcus属(HMT-423、HMT-431、HMT-058、HMT-070、HMT-056)が存在した。この結果は昨年と同様であり、菌種名が確定していない新たなStreptococcus属の発見には至らなかった。これらの平均構成比率はそれぞれ8.5%、2.6%、0.2%、0.03%、0.03%、個人の最高構成比率はそれぞれ25.9%、6.4%、1.5%、0.5%、0.4%であった。HOMDのデータベースは随時更新されており、最新版のVersion 15.1ではHMT-431はStreptococcus infantis、HMT-058はStreptococcusoralis subsp. dentisaniと確定されており、未だ菌種未確定のStreptococcus属は7菌種である。さらに、菌種名が確定していないHMTの16S rRNA遺伝子配列はミティス菌群とより相同性が高いことから、医局員の唾液からStreptococcus属を釣菌する際には寒天培地上のコロニーの形態で鑑別可能なサリバリウス菌群を除外した。5名の医局員から51個のコロニーを単離培養し、16S rRNA遺伝子の塩基配列を決定したところ、未確定Streptococcus属HMT-423とHMT-064が分離同定された。九州大学歯学部学生を対象に口腔診査を行い、現在歯数が28歯以上、歯周ポケット
離型剤を必要としない UV ナノインプリント用樹脂モールドの開発

UVインプリントではインプリント過程での石英モールドの汚損は避けられない。本研究では、高価な石英モールドの代替として、レプリカ樹脂モールドを作製する方法を確立した。さらに、樹脂モールド用材料として、離型剤を必要としない特性を有する樹脂材料を開発した。また、表面科学の立場から、樹脂モールド表面の親水/疎水特性とUVインプリント樹脂の剥離性の関連を明らかにした。UVナノインプリントでは、石英モールドをUV硬化モノマーに押し当て光照射後にモールドを取り外し、パターン転写を行う。このプロセスでは、UV硬化したパターンをモールドから剥離し易くする必要があり、離型剤で処理した石英モールドを用いる。しかし、多数回のインプリント操作では、離型剤が劣化し、モールド表面での硬化樹脂の残留によるモールドの汚損が避けられない。本研究では石英モールドの代替として、複製樹脂モールドを作製する方法を確立した。また、表面科学の立場から、樹脂モールド表面の親水特性とUVインプリント樹脂の剥離性の関連を明らかにすることを目指し、以下の2項目について研究した。1.複製樹脂モールドの作製:分解性を有する光硬化樹脂を鋳型モールドとして用いて、複製樹脂モールドを作製する方法を開発した。硬化収縮性の小さい分解型UV硬化モノマーとして、ヘミアセタールユニットを有する多官能メタクリラートを分子設計・合成した。これらモノマーに光ラジカル開始剤、光酸発生剤を混合したものは、365nm光で硬化し、254nm光で分解・可溶化するので鋳型モールド用樹脂として用いて、複製樹脂モールドの作製を達成した。2.表面親水化した樹脂モールドの開発とそれを用いたUVインプリント:254nm光でスルホン酸、カルボン酸、あるいはアミンを発生するラジカル重合型モノマーを新規に合成した。これらモノマーと多官能アクリルモノマーを混合した樹脂を用いて、複製樹脂モールドを作製した。樹脂モールドに254nm光を照射し、表面を親水化した。この樹脂モールドを用いて、疎水性の高いモノマーに対して、離型剤無しで繰り返しUVインプリントできる事を実証した。UVナノインプリント技術は微細加工技術として注目されている。一般に、UVナノインプリントでは、硬化樹脂と石英モールドを剥離するために、石英モールド表面をフッ素系離型剤で処理することが不可欠である。離型剤を使用しても、多回数のUVナノインプリントプロセスでは、石英モールド表面の離型剤の劣化による高価なモールドの汚損が避けられない。本研究では、石英モールドの代替として、光硬化樹脂製のレプリカモールドを作製する。さらにモールド用光硬化樹脂として、離型剤を必要としない特性を有する樹脂材料を開発する。また、樹脂モールド表面の特性とインプリント材料との剥離性を、表面科学の立場から明らかにすることを目的とした。以下の2項目について研究を行った。1)鋳型パターン作製のための分解型モノマーの設計・合成硬化樹脂モールドの作製においては、鋳型として用いる分解型UV硬化樹脂が必要である。硬化収縮の少ない分解型UV硬化性モノマーを新規に開発した。分解ユニットにヘミアセタールエステルユニットを有した多官能メタクリラート分子設計・合成した。これらのモノマーと光ラジカル重合開始剤や光酸発生剤をブレンドし、365nm光で硬化し、254nm光照射により室温付近で分解・可溶化する系を構築した。2)硬化樹脂モールド用材料の設計と硬化物の特性評価鋳型法による樹脂モールドは、汎用の多官能アクリルモノマーの重合物で得ることができる。汎用多官能アクリル系モノマーと光酸発生型モノマーの混合物は365nm光照射で硬化させる。硬化樹脂モールドの表面の親水化は、254nm光照射し、表面層にスルホン酸基やカルボキシ基を発生させることで達成した。酸発生型モノマーは新規に合成した。鋳型パターン作製に必要な、分解型多官能メタクリラートモノマーを分子設計し、合成した。光硬化収縮が比較的小さい樹脂を開発できた。鋳型パターンを用いて、樹脂モールドを作製した。樹脂モールドの成分として、光酸発生型モノマーを含ませており、254nm光照射により、樹脂モールド表面を親水化する事が出来た。平成23年度に得られた結果を基にして、硬化樹脂モールドを用いた各種モノマーのUVナノインプリントを実施し、樹脂モールドの性能を評価する。特に、UVナノインプリント物の樹脂モールドからの剥離性に焦点を当て、作製した硬化樹脂モールドが離型剤なしで使用できるUVナノインプリント用モノマーの親水性/疎水性の指標を作成する。汎用の多官能アクリルやメタクリルモノマーと含フッ素ビニルモノマーの混合比を変化させ、離型剤フリーで用いる事ができる硬化樹脂モールド用のUV硬化樹脂を設計する。硬化樹脂モールドのUVナノインプリント使用における繰り返し使用の耐久性を評価する。樹脂モールド作製用の多官能モノマーの購入や光インプリント用含フッ素モノマーなどの化学試薬を購入する。
非線形蛍光消光効率の超増幅による高感度蛍光スイッチング分子システムの創出

次世代の生体イメージングや超解像イメージングへの応用に要求される蛍光スイッチング特性を満足する蛍光スイッチング分子材料の開発を目標に、新しい蛍光性フォトクロミック分子の開発に取り組んでいる。これまでの研究で、わずか数%の光反応で系中の蛍光を完全にON-OFFスイッチングできる超高効率な蛍光スイッチング特性を示す蛍光性フォトクロミックナノ粒子の開発や光により選択的かつ高いコントラストで蛍光色を自在に変化できる多色蛍光スイッチングシステムの開発にも成功している。本年度の研究では、非線形蛍光スイッチング効率をさらに向上させるために、結晶性を有する蛍光性ジアリールエテンの設計および合成を試み、その分子のナノ粒子および単結晶状態における蛍光スイッチング挙動を検討した。その結果、フォトクロミック分子であるジアリールエテンと蛍光色素を連結した分子をアセトンから再結晶することで蛍光性のフォトクロミック単結晶を作製することに成功した。単結晶X線構造解析の結果、ジアリールエテンユニットは単結晶中で光反応可能なアンチパラレル型に固定されていることが認められた。実際に、その単結晶は極大波長502 nmの強い青緑色の蛍光(Φf= 0.23)を示し、UV光を照射すると、蛍光は急速に消光し、蛍光量子収率は<0.002まで減少した。また、可視光の照射により、蛍光強度は完全に元の状態に回復した。通常、バルク結晶相において、光変換率は10%未満に制限される。それにもかかわらず、今回得られた単結晶はバルク結晶相においてさえ優れた蛍光のON-OFFスイッチングを示すことが明らかとなった。この結果は、効率的な分子間のFRETに由来する非線形蛍光消光が単結晶で起こることを示すものであり、超高効率な非線形蛍光スイッチング分子システムの新しい可能性を明らかとした。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、応募者がこれまでに開発してきた蛍光性フォトクロミックナノ粒子において見出された非線形蛍光スイッチング現象の極限的な高効率化を目指す。そのために、(1)非線形蛍光消光効率に対するクエンチャーユニットの光開環反応量子収率依存性を明らかにし、(2)複数の蛍光ユニットを分子内に有する蛍光スイッチング分子のナノ粒子、および(3)蛍光性フォトクロミックナノ結晶の開発に取り組む。これらのアプローチにより、非線形蛍光消光効率が10000 : 1を超えるような超高感度な非線形蛍光スイッチング挙動を示す蛍光スイッチング分子システムの創出をめざす。これまでに、分子構造は類似していながら光開環反応量子収率が大きく異なる分子をいくつか合成し、そのナノ粒子の蛍光スイッチング特性について評価を行った結果、光開環反応量子収率の大きな分子では明瞭な非線形蛍光消光挙動が観測されないことを見出している。また、いくつかの分子内に複数の蛍光ユニットを有する蛍光スイッチング分子の合成にも成功しており、現在、それらの分子のナノ粒子状態における蛍光スイッチング挙動について詳細な検討を進めている。さらに、分子構造を最適化することで結晶性を示し、単結晶状態においても高い蛍光特性と優れた蛍光スイッチング特性を有する蛍光スイッチング分子の開発にも成功した。通常、単結晶状態における光反応は表面近傍でしか起こらないため、フォトクロミック反応に伴う蛍光スイッチングのコントラストは高くならないが、本研究で開発した分子の単結晶ではわずかな光照射により蛍光強度がほぼ完全に消失する高コントラストな蛍光スイッチング挙動が確認された。現在、この挙動に対する詳細な評価を進めている。上述したように、これまでに当初の計画で予定していた分子の設計・合成をすべて終えており、現在、それらの分子から作製された蛍光性フォトクロミックナノ粒子のフォトクロミック特性および蛍光スイッチング特性の詳細な評価を進めている段階にある。また、最も困難と予想していた結晶性と高い蛍光スイッチング特性を併せ持つ分子の開発にも、分子構造を最適化することで成功し、単結晶状態における高コントラストな蛍光スイッチング挙動を確認することができている。現在、これらの分子のフォトクロミック特性と蛍光スイッチング特性をナノ粒子や単結晶の状態で評価しており、非線形蛍光消光挙動に及ぼす光開環反応量子収率や分子配向の影響について検討を進めている。その結果に基づき、さらに高効率な非線形蛍光スイッチング挙動を示す蛍光性フォトクロミック分子の開発を進めていくことが可能であると期待される。以上のことから、現在までの研究の進捗はおおむね順調(もしくはそれ以上)に進展しているものと考えられる。

実際に、その単結晶は極大波長502 nmの強い青緑色の蛍光(Φf= 0.23)を示し、UV光を照射すると、蛍光は急速に消光し、蛍光量子収率は<0.002まで減少した。また、可視光の照射により、蛍光強度は完全に元の状態に回復した。通常、バルク結晶相において、光変換率は10%未満に制限される。それにもかかわらず、今回得られた単結晶はバルク結晶相においてさえ優れた蛍光のON-OFFスイッチングを示すことが明らかとなった。この結果は、効率的な分子間のFRETに由来する非線形蛍光消光が単結晶で起こることを示すものであり、超高効率な非線形蛍光スイッチング分子システムの新しい可能性を明らかとした。昨年度までの研究で得られた結果に基づき、本年度は結晶状態におけるフォトクロミズムに伴う蛍光スイッチング挙動の詳細な評価に第一に取り組む。結晶中における蛍光消光効率を詳細に測定し、非線形蛍光スイッチング挙動に対する評価を行う。それと同時に、その単結晶のナノ粒子化を試み、結晶状態を保ったままナノ粒子化させる方法を探索する。得られるナノ粒子の結晶性と蛍光特性に対する評価を行い、非線形蛍光消光に対するエネルギーマイグレーション機構の寄与の有無を検討する。もし仮に、高い蛍光特性や結晶性(もしくはその両方)が得られない場合、この蛍光スイッチング分子を蛍光色素のナノ結晶中に少量ドープした混合ナノ結晶の作製や、レーザーアブレーションなどによるナノ結晶作成など、ナノ粒子の作製方法の再検討にも取り組む。これらの実験の際には、領域内のメンバーだけでなく、これまでに国際的な共同研究の実績があるフランスの高等師範学校カシャン校(ENS Cachan)の中谷圭太郎教授・Remi Metivier博士のグループやリール第一大学のMichel Sliwa博士のグループとの共同研究も検討する。以上の取り組みにより、本研究の目的である非線形蛍光消光効率が10000 : 1を超える超高感度な非線形蛍光スイッチング挙動を示す蛍光スイッチング分子システムの創出をめざす。比較的早い段階で最適な蛍光スイッチング分子が得られた場合、超解像蛍光イメージングやマルチカラースイッチングなど様々な応用展開を試みる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ホタル生物発光系をモデルとした人工発光系の創出

1.発光酵素の律速段階の確定と定量的な検証ホタル発光酵素は2つの作用ポケットAMP化(基質活性化):Apocketと発光(酸素化):O pocketを有している。種々の検討を行い、2つの反応のうち基質活性化が「律速段階」であることを明確かつ定量的に実証した。2.活性化発光基質による活性化段階制御基質活性化ポケットの機能を「認識」と「反応」の作用ステップに区分して、「律速ステップ要因」について検討を行った。A pocketの制御ポイントとして以下の結果を得るに至った。(1)不斉認識より構造認識が支配的である。(2)AMP化部位付近を嵩高くした基質では、発光活性が著しく(4桁)低下する。(3)修飾を加え発光活性が低下した基質アナログも、合成的にAMP化すると発光活性が著しく向上する。(4)人為的なAMP化基質は発光活性こそ向上するが、発光が定常化しない「釣り鐘型発光」であった。これを定常化する新規技術を開発した。3.ホタル生物発光系によるRGB発光材料の達成ホタル生物発光系における発光波長改変技術は長年の課題であった。そこで発光基質からの発光波長改変を目指し、発光基質アナログをデザインし、発光測定を行ったところ、これまでの技術では達し得なかった赤、緑、赤(450,560,680nm)の発光を創ることに、世界で初めて成功した。4.発光波長制御技術の確立と指標化の端緒を開拓世界的にも発光波長改変指標は、長年求められていた。本研究成果より、以下の指標仮説が提案できる。(1)二重結合を1つ伸長すると発光波長が100nm程度赤色シフトする。(2)同一構造であれば、特定の官能基変換により発光波長が2030nmシフトできる。(3)同系統の化合物であれば、二重結合を修飾することにより、発光波長を2030nmシフトできる。今後は上記仮説を確立すべく、研究を継続して行きたい。しかし発光を測定・解析するとあたかも単純反応の様であった。すなわちこの酵素反応には律速段階が存在した。生物発光の人為モデル化には「律速段階の人為制御」が不可欠である。そこで種々の検討を行い、2つの反応のうち基質活性化(A pocket)が「律速段階」であることを明確かつ定量的に実証した。活性化基質を有機合成し、発光酵素により発光活性を検定した。この結果、合成した活性化基質は発光基質の約30倍の発光強度増強が確認された。ホタル発光酵素はアシルアデニレート合成酵素スーパーファミリーに属しており、酵素の分類的にはAMP化はオリジナルの反応と考えられていたが、実際はA pocket(AMP化反応)が「律速段階」であることが実証できた。AMP化反応点付近に2つのメチル基を導入して嵩高くした基質や、ベンゾチアゾリン環部分に有機合成的に修飾を加え単純化した基質など、20種程度の基質アナログを合成して各々生物発光活性を測定した。またこのうちの数種を合成的にAMP化し、AMP化前後での発光活性の比較を行った。

データ解析を終了しておらず詳細は今後の継続課題であるが、A pocketの制御ポイントとして以下の結果を得るに至った。(1)不斉認識より構造認識が支配的である(非天然型基質もAMP化される)。(2)AMP化部位付近を嵩高くした基質では、発光活性が著しく(4桁)低下する。(3)修飾を加え発光活性が低下した基質アナログも、合成的にAMP化すると発光活性が著しく向上する。(4)人為的なAMP化基質は発光活性こそ向上するが、発光が定常化しない「釣り鐘型発光」であった。これを定常化する新規技術を開発した。1.ホタル生物発光系によるRGB発光材料の達成ホタル生物発光系における発光波長改変技術は長年の課題であった。世界中でホタル生物発光系を用いた、「多彩な発光材料」の研究が為されていたが、現在のところ緑、黄色、橙(560,580,630nm)がTripluc^<TM>(東洋紡社)としてやっと市販されたところであった。Tripluc^<TM>は、ホタル発光基質と交叉反応を示す多生物発光酵素およびその変異体で発光波長改変を行っているが、その改変範囲は約80nmである。そこで発光酵素ではなく、発光基質からの発光波長改変を目指し、発光基質と発光酵素の構造活性相関データから、発光基質アナログをデザインし、発光測定を行ったところ、これまでの技術では達し得なかった赤、緑、赤(450,560,680nm)の発光を創ることに、世界で初めて成功した。この成果は工業所有権(特願2008-023396)として知財化した。2.発光波長制御技術の確立と指標化の端緒を開拓本研究で開発したRGB発光材料は発光改変範囲が200nm以上である。また同系統の基質アナログで波長改変を達成していることから、経験的な発光波長改変指標として提案することができる可能性がある。これまで行われてきた発光改変方法は、科学的な指標無きランダムトライ&エラーを繰り返しているだけであり、世界的にも発光波長改変指標は、長年求められていた。これまで合成してきた30余種の基質アナログの発光波長データを整理すると以下の指標仮説が提案できる。(1)二重結合を1つ伸長すると発光波長が100nm程度赤色シフトする。(2)同一構造であれば、特定の官能基変換により発光波長が2030nmシフトできる。(3)同系統の化合物であれば、二重結合を修飾することにより、発光波長を2030nmシフトできる。今後は上記仮説を確立すべく、研究を継続して行きたい。
婦人科癌患者での制御性T細胞の発現・機能の解析-その操作による免疫療法に向けて

【方法】ヒトGITRを強制発現させた細胞株でマウスを免疫し抗ヒトGITRmAbを樹立した.健常人より同意下採取したPBMCを用い,この抗体がCD25+TR細胞の免疫抑制能,T細胞の増殖能に及ぼす効果をin vitroで検討した.【結論】ヒトにおいてもGITRがCD25+TR細胞の免疫抑制能やeffector T細胞の活性化に重要な役割を担っており,抗GITR抗体によってCD25+TR細胞の免疫抑制能を解除し婦人科癌に対する免疫反応を惹起できる可能性が示された.ヒトにおいて抗GITRモノクローナル抗体を用いる新たな腫瘍免疫療法の可能性が示唆されることより,ヒトGITRを強制発現させた細胞株を作製し,これを抗原としてマウスを免疫し,抗ヒトGITRモノクローナル抗体を樹立した.この抗体を用い,ヒトリンパ球系細胞におけるGITR発現の分布を解析した.結果として,GITRはCD25+CD4+TR細胞に発現しており,活性化刺激にてヘルパーT細胞・細胞傷害性T細胞においても発現が誘導された.NK細胞にもGITR発現がみられた.さらに,in vitroにおいて抗GITR抗体が各種T細胞に及ぼす作用につき検討した.結果として,CD25+CD4+TR細胞がヘルパーT細胞,・細胞傷害性T細胞の増殖活性を抑制する現象は抗GITR抗体の用量依存的に解除され,ヘルパーT細胞,細胞傷害性T細胞自身の増殖活性も抗GITR抗体の用量依存的に亢進した.ヒトにおいてもGITRがCD25+CD4+TR細胞の免疫抑制能やエフェクターT細胞の活性化に重要な役割を担っており,抗GITR抗体によってCD25+CD4+TR細胞の免疫抑制能を解除し婦人科癌に対する免疫反応を惹起できる可能性が示された.【方法】ヒトGITRを強制発現させた細胞株でマウスを免疫し抗ヒトGITRmAbを樹立した.健常人より同意下採取したPBMCを用い,この抗体がCD25+TR細胞の免疫抑制能,T細胞の増殖能に及ぼす効果をin vitroで検討した.【結論】ヒトにおいてもGITRがCD25+TR細胞の免疫抑制能やeffector T細胞の活性化に重要な役割を担っており,抗GITR抗体によってCD25+TR細胞の免疫抑制能を解除し婦人科癌に対する免疫反応を惹起できる可能性が示された.
炎症性腸疾患の起因微生物の特定と治療・予防への展開

3年間の研究期間を通して、モデルマウスの構築と、その腸内細菌叢について一定の知見を得ることが出来た。想定した起因菌については、病態変化とともに、その存在あるいは一定量の増減の可能性を見ることができ、起因菌/起因菌群の一部としての可能性が高まった。また、ある種の抗生物質の前投与による病態抑制の再現も得られたので、治療に関する知見も得られたと考えている。免疫反応特性については期限内に着手できなかったが、現在測定系の構築が終わり、実データの収集に着手している。本研究の助成期間は終了したが、引き続き本テーマの研究を継続推進していく予定である。TNBS(トリニトロベンゼンスルホン酸)直腸内投与法によりクローン病(CD)モデルマウスを構築した。そのCDモデルマスの病態進行ーnormal、mild、severの3段階ーにともない、糞便を回収し、16S rRNAメタゲノム法を実施した。さらにmild、severについては、DNA-deduction法を実施した。また潰瘍性大腸炎(UC)モデルマウスについても、5%硫酸デキストラン自由飲水により構築し、同じく病態進行ーnormal、mild、intermed、severの4段階ーにともない糞便を回収し、16S rRNAメタゲノム法を実施した。なお、メタゲノムのデータについては現在解析中であるが、特定の菌群が増減しているデータが得られており、今後さらに精査することにより、発症に強く関連すると思われる微生物の特定を行っていく。なお、DNA-deduction法を適応したサンプルからは、通常のメタゲノム解析法では見過ごされてるマイナー菌群と思われる複数の菌種が見出されており、それらの菌種の特性を調べることにより発症に関わる微生物を特定できる可能性がある。前回UCモデルマウスより見出されたUC起因候補株について、その遺伝情報から特異性の高いと考えられるプローブを作成したが、非特異的な反応を抑えきれず、当該微生物の局在性等については知見を得ることができなった。今後さらに特異性を考慮したプローブを作成する予定である。DNA-deduction法を使った16Sメタゲノム法によるデータを精査したところ、一定の菌群の増減は確認できたものの、予想よりも少ない多様性しか確認できず、マイナー菌群を含めた、起因菌と考えられる菌群検出の再現性が確認できなかった。現在、あらたなモデルマウスを作成すべく準備中である。FISHによる特定微生物の検出系については、ハイブリダイゼーションの条件設定や、蛍光色素を変えることにより、夾雑物の中でも特異性高く検出することに成功している。Helicobacter cinaediの6型分泌機構(T6SS)に関連する遺伝子のノックアウト株については、遺伝子レベルでの評価の結果、作成に成功することができた。さらに相補株を作成し、T6SSの直接的な影響を確認する系を構築している。今年度は、昨年度失敗したUCモデルマウスの構築を再度行った。これまでクローズド系のICRマウスを使用していたが、将来的な遺伝子解析への応用を考慮して近交系のC57BL/6を使用した。結果としてICRに比べ病態の現れ方がより均一的であった。メタゲノム解析の結果、特定の菌種が有意に増減していることが確認できた。Helicobacter cinaedi遺伝子改変-相補株作成については、1年間精力的に取り組んだが、シャトルベクターの構築は出来ず、何らかの未知の制限系が障害となっていると考えられた。昨年より準備を進めていたヒトUCの腸管細菌叢解析については、先方病院との倫理面での調整が難航し、実現に至らなかった。新たな病院との共同研究の可能性を検討中である。3年間の研究期間を通して、モデルマウスの構築とその腸内細菌叢について一定の知見を得ることが出来た。想定した起因菌については、病態変化とともに、その存在あるいは一定量の増減の可能性を見ることができ、起因菌/起因菌群の一部としての可能性が非常に高まった。またある種の抗生剤の前投与による病態抑制の再現も得られたので、治療に関する知見も得られた、と考えている。当初予定の研究目標に照らし、免疫反応特性については実施できなかったが、起因菌(群)と目される菌群の存在と、抗生剤の効果について一定の知見が得られたことから、荒削りながら、計画に沿った研究成果を得ることが出来た。DNA-deduction法の結果、多様性に富むデータの再現性が得られず、発症に関与する微生物の特定が十分に行えていない。またHelicobacter cinaediについては、T6SS遺伝子のノックアウト株の作成には成功したが、その相補株は現在作成中であり、動物実験にまで至っていない。FISHについては、夾雑物の存在下でも一定の細菌を検出することができたので、今後腸管壁等に対して適応していく。医歯薬学再度、潰瘍性大腸炎のモデルマウスを作成し、DNA-deduction法を使った手法で、細菌叢を明らかにする試みを行う。

H. cinaediについても、ノックアウト株が出来ているので、相補株の作成と平行して、早急に動物実験を実施する。また、日本感染症学会総会でシンポジウム発表したところ、ヒトの臨床検体を提供頂ける施設と話が出来たので、マウスモデルでの精査と同時に、ヒトの腸管細菌叢メタゲノム解析も同時に進め、新知見を見出すように努めたい。CDモデルマウスならびにUCモデルマスの構築に予想外の時間がかかった。メタゲノム解析については、外部業者によりデータ取得を行っているが、その解析に予想外の時間がかかった。動物感染実験まで進捗せず、その分の使用額が少なかった。メタゲノムデータが揃ったので、今後早急にデータ精査を行い、病態発症に関わる微生物を特定してきたい。平行して実施する予定であるHelicobacter spp.については、遺伝子改変を実施できる用意が整いつつあるので、次年度にHelicobacter sppによるモデル構築を行っていく予定である。次年度は、動物モデルのみならずヒト臨床検体も精査する機会があるので、積極的にデータ取得、解析を行う予定である。
乳癌特異的微量ガス分析による非侵襲型乳癌自己検診センサの開発

皮膚微量ガス簡易測定法の基盤技術の確立を目的とし、乳癌検出感度に関わるガス回収法の予備検討を行った。数名の健常者と乳癌患者の皮膚ガスを比較検討し、乳癌特異的皮膚ガスの分析を行った。特異ガス吸着物質としてはPDMSを用いて、乳房近傍、乳首周辺、の数カ所の検討を行った結果、乳首周辺からのガスの発生量が多いことが示された。また、乳癌患部近くの皮膚(乳頭)から発生する微量ガスを回収する貼付剤として数種類の市販の添付剤を比較検討した。本年度は、早期乳癌発見のための自己検査ツールとして、皮膚微量ガス簡易測定法の開発を行った。具体的には健常者からの乳房付近からのガスを種々の吸着ポリマーにて捕捉し、GC-MASSにてガスの分析を行った。数種類のポリマーを吸着剤として検討した結果、ポリジメチルシロキサン(PDMS)のガス捕捉能が高いことが示された。しかしながら、PDMSは前処理を適正に行わないと種々のアーティファクトが観察される傾向であったため、前処理条件の検討も併せて行った。アセトン、アセトニトリル、エタノールなどの通常の有機溶媒での超音波洗浄は有効であったが、最後に、純水での超音波洗浄、200°C以上での真空乾燥(真空ベルジャー内)によって、ほぼアーティファクトの影響を抑えることが可能となった。吸着するポリマーのサイズとしてはGC-MASSの分析の条件からあるサイズまでに限られているため。ポリマーの表面処理によって、更なる感度の向上は期待できる。年代、性別の異なる健常者10名のデーターを分析した芳香族アミン、脂肪酸などのガスを同定することができたが、予定していた患者からのサンプリングは制約が多くまだ達成されていない。次年度には乳癌患者のガス分析が可能になる予定であり、特異的ガスを同定できると考えている。一般に乳癌は片側だけに発症するため、個人の左右の乳房付近からサンプリングすることによって、より精度の高い診断も可能となることが期待される。昨年度行った健常者のガス分析を元に本年度は、早期乳癌発見のための自己検査ツールとして、皮膚微量ガス簡易測定法の基盤技術の確立を目的とした。具体的には、「(1)乳癌特異的皮膚ガスの分子種の解明」、「(2)乳癌検出感度の予備検討」を行った。「乳癌特異的皮膚ガスの分子種の解明」では、まず、最適なガス吸着担体・吸着時間・貼付方法について検討し、最適な皮膚微量ガス回収法を確立しつつある。特異ガス吸着物質としてはPDMSを用いて、乳房近傍、乳首周辺、の数カ所の検討を行った結果、予想通り、乳首周辺からのガスの発生量が多いことが示された。吸着物質であるPDMSは基本的に大きな面積の方が多くのガスを吸着できるのだが、加熱脱離装置のサイズの都合上、17x5mm程度が最大であった。乳癌患部近くの皮膚(乳頭)から発生する微量ガスを回収する貼付剤として数種類の市販の添付剤を試した。添付剤そのものの影響は殆ど見られなかったが、被験者の意見によると剥がす際に「若干痛みを感じる」添付剤が有ることが分かった。結果的にはN社のCという製品の使用感が好ましかったようである。乳癌患者では、健常者に比べ、呼気中に増加する揮発性有機化合物14種類が報告され、我々も同様の分子を確認している。乳癌患部近くの乳頭から排出されるガスは、血液中に溶けずに乳管を介して直接、乳頭から体外へ排出されるため、呼気ガスに比べ、乳癌特異性がさらに高い可能性が期待される。実際の乳癌患者のサンプル数を増やし、GCMS分析で比較検討し、乳癌特異的皮膚ガスをより確実に同定することが必要である。
生活習慣病要因を有するアルツハイマー病動物モデルに関する分子薬理学的研究

アルツハイマー病は、老年疾患であるがゆえに高血圧症や糖尿病などの生活習慣病がその背景に存在することが多い。特に脳血管障害や2型糖尿病、中でも重症型のインスリン抵抗性糖尿病が本病の背景にあると認知症への進行が早まり予後も悪い。そこで本研究では生活習慣病要因を合わせ持つ動物モデルを作成し、その発症機序ならびに治療薬の探索を行った。(1)脳血管障害とアルツハイマー病の併発モデル:老人斑の構成成分であるAβはその立体構造により神経毒性が異なることが考えられる。一過性の脳虚血を施したラットにオリゴマー体Aβおよび凝集体Aβをそれぞれ7日間連続微量注すると、両者ともに8方向放射状迷路改題において有意な障害が発現したが、海馬におけるアポトーシスの発現は凝集体のみで認められた。空間記憶障害に対してはドネペジル、メマンチンは有意な改善作用を発揮したがアポトーシスを抑制するには至らなかった。カルシウム拮抗薬であるニルバジピンは空間記憶障害の改善に加えて海馬のアポトーシスも抑制した。(2)糖尿病とアルツハイマー病の併発モデル:ラットに高脂肪食を連続摂取させるとインスリン分泌高進に加えてインスリン抵抗性糖尿病の病態を呈するようになる。このようなラットにAβを脳室内微量注入を行った結果、水迷路課題において有意な空間記憶障害が認められた。自然発症で糖尿病の病態を呈するGKラットを用いて同様の実験を行ったところ、耐糖能の低下ならびにインスリン抵抗性を発現したラットでは水迷路における空間記憶障害が生じることが分かった。インスリン抵抗性は細胞膜のラフトマイクロドメインの構造異常であることも突き止め、この部位の機能異常がAβの切り出しや神経毒性の発現にも深く関わることが示唆された。以上の結果から、脳循環障害あるいはインスリン抵抗性糖尿病はAβによる神経毒性を受けやすくすること、またその機序には細胞膜のマイクロドメインの構造異常が関わることが示唆された。高齢化社会におけるアルツハイマー病の発症は、脳梗塞や糖尿病などの生活習慣病を背景として発症することが多いのが現状である。本研究では生活習慣病の要因がアルツハイマー病の発症あるいは認知症の進行に加速的影響を与えていると想定し、まず第一に行動薬理学的検討を行った。(1)脳血管障害とβ-アミロイド(Aβ)毒性の検討:老人斑の構成成分であるAβはその立体構造により神経毒性が異なることが考えられたので、一過性の脳虚血を施したラットを用い、8方向放射状迷路課題において、オリゴマー体Aβと凝集体Aβの空間記憶障害誘発作用を比較した。両構造のAβをそれぞれ7日間ラットの脳室内に連続微量注入したところ、両構造共に空間記憶障害が発現したが、オリゴマー体Aβの方が障害の程度が大きかった。しかし、凝集体Aβの微量注入では、海馬にアポトーシスを発現し、その障害は比較的長く続くことが分かった。これに対してACh-E阻害剤であるドネペジルはオリゴマー体Aβによる空間記憶障害は有意に改善したが凝集体Aβによるそれにはほとんど効果がなかった。一方、Caチャネル阻害剤のニルバジピンはオリゴマー体Aβによる障害は改善しなかったが、凝集体Aβによるアポトーシスならびに空間記憶障害を改善した。(2)インスリン抵抗性糖尿病とアルツハイマー病の検討:マウスにストレプトゾトシンを少量投与して高脂肪食で長期間飼育すると、インスリン抵抗性糖尿病の症状を呈した。このマウスの脳室内にオリゴマー体Aβを連続注入すると、それぞれ単独よりも強い空間記憶障害が発現することを見いだした。

現在は、変異型アミロイド前駆体蛋白(APP)を過剰発現する遺伝子改変マウスに脳虚血あるいは高脂肪食を負荷したモデル、ガングリオシドGM3の合成酵素であるSAT-1を過剰発現してインスリン抵抗性を呈するマウスを用いて同様の研究を進行中である。我が国の高齢者の多くが罹患する生活習慣病はアルツハイマー病の発症にも深く関わることが知られている。特に脳血管障害や糖尿病が本病の背景にあると認知症への進行が早まり予後も悪い。そこで本研究では生活習慣病要因を合わせ持つ動物モデルを作成し、その発症機序ならびに治療薬の探索を行った。(1)脳血管障害とアルツハイマー病の併発モデル:老人斑の構成成分であるAβはその立体構造により神経毒性が異なることが考えられる。一過性の脳虚血を施したラットにオリゴマー体Aβおよび凝集体Aβをそれぞれ7日間連続微量注すると、両者ともに8方向放射状迷路改題において有意な障害が発現したが、海馬におけるアポトーシスの発現は凝集体のみで認められた。空間記憶障害に対してはドネペジル、メマンチンは有意な改善作用を発揮したがアポトーシスを抑制するには至らなかった。カルシウム拮抗薬であるニルバジピンは空間記憶障害の改善に加えて海馬のアポトーシスも抑制した。(2)糖尿病とアルツハイマー病の併発モデル:ラットに高脂肪食を連続摂取させるとインスリン分泌高進に加えてインスリン抵抗性糖尿病の病態を呈するようになる。このようなラットにAβを脳室内微量注入を行った結果、水迷路課題において有意な空間記憶障害が認められた。自然発症で糖尿病の病態を呈するGKラットを用いて同様の実験を行ったところ、耐糖能の低下ならびにインスリン抵抗性を発現したラットでは水迷路における空間記憶障害が生じることが分かった。インスリン抵抗性は細胞膜のラフトマイクロドメインの構造異常であることも突き止め、この部位の機能異常がAβの切り出しや神経毒性の発現にも深く関わることが示唆された。以上の結果から、脳循環障害あるいはインスリン抵抗性糖尿病はAβによる神経毒性を受けやすくすること、またその機序には細胞膜のマイクロドメインの構造異常が関わることが示唆された。
巨大磁気抵抗を示す半金属強磁性酸化物スピントンネル接合の開発

ハーフメタリックな性質を持つ遷移金属酸化物を用いた室温で巨大な磁気抵抗を示すトンネルデバイスの実現を目指して、本研究では、接合の最適作製条件および強磁性酸化物表面の磁気的状態とトンネル磁気抵抗効果との関係を探査し、以下の知見を得た。1.パルスレーザー堆積(PLD)を用いて低温で高品質なFe_3O_4薄膜、MgO障壁層を成長させ、Fe_3O_4層表面の酸化状態評価より接合作製において障壁層の成長は酸素圧1x10^<-5>Torr以上では約200°C以下で行う必要があることを明らかにした。また、ハーフメタリックなSr(FeMo)O_3薄膜を従来の報告より300°C低い500°Cで成長させることに成功した。2.MgO絶縁障壁層の最適PLD成長条件を決定した。また、Au/MgO/Fe_3O_4トンネル構造を作製、接合電流-電圧特性の評価・解析を行い、1nm厚のMgO層でも良好なトンネル特性を示すことを明らかにした。3.Co_<0.4>Fe_<2.6>O_4/Fe_3O_4/MgO/Fe_3O_4構造を作製し、接合におけるFe_3O_4電極間の反平行磁化状態に対応する磁気抵抗効果を確認した。その磁気抵抗変化は、-0.5%と極めて小さかったが、その磁場依存性から、その値は本研究の動機の一つである界面付近の磁化の超常磁性的な振る舞いと関連する可能性があることを初めて明らかにした。4.MgO(非磁性)-NiO(反強磁性)二重障壁層を持つFe_3O_4/NiO/MgO/NiO/Fe_3O_4接合構造を作製したが、接合面積が大きいこと、およびNiO層が極めて薄い(1nm)ことのため十分な接合特性は得られなかった。この解決には、半導体微細加工技術による数μm2の微少な面積の接合の形成が不可欠であることが明かとなった。ハーフメタリックな性質を持つ遷移金属酸化物を用いた室温で巨大な磁気抵抗を示すトンネルデバイスの実現には、電子トンネルの起こる強磁性酸化物表面の磁気的状態の制御が不可欠である。本研究では、強磁性酸化物表面の磁気的状態を制御するため、極めて薄い非磁性-磁性二重障壁層を導入しその有効性を明らかにすることを最終目的として、本年度はその基礎となる1.高品質なFe_3O_4およびSr(FeMo)O_3薄膜の成長条件と表面状態の評価、2.nm厚障壁層の成長条件探査および結晶性・モフォロジィーの評価および3.非磁性単一障壁層を持つスピントンネル接合の作製と特性評価を行った。1.では、パルスレーザー堆積(PLD)を用いて高品質なFe_3O_4薄膜が基板温度100°C以上、酸素圧1x10^<-5>Torrで成長すること、その表面は酸化され易く、接合における絶縁障壁層の成長は酸素圧1x10^<-5>Torr以上では約200°C以下で行う必要があることを明らかにした。またSr(FeMo)O_3薄膜の成長では、薄膜の飽和磁化は成長温度とともに減少するものの、薄膜は従来の報告より300°C低い500°Cでも成長することを初めて見い出した。

2.では、PLDを用いてMgO絶縁障壁層の成長条件を決定し、上記のFe_3O_4薄膜表面酸化から制限された成長条件においても良好な障壁層が形成可能であることを明らかにした。この結果をもとに、Au/MgO/Fe_3O_4トンネル構造を作製、接合電流-電圧特性の評価・解析を行い、1nm厚のMgO層でも良好なトンネル特性を示すことを明らかにした。3.では、Fe_3O_4/MgO/Fe_3O_4スピントンネル構造を作製し、その電流-電圧特性より、金属マスクを用いて作製した場合高真空下でのPLDではステップカバレッジが悪いため絶縁層のマイクロショートを起こしやすい問題点を指摘した。本年度は、前年度の研究成果を受けて、半金属強磁性酸化物をFe_3O_4に絞り、これを電極層として用いたスピントンネル接合構造に関して、1.非磁性単一障壁層を持つ接合の作製と特性評価、2.非磁性一磁性二重障壁層を持つ接合の作製と特性評価を行った。1.では、前年度の結果を受けて薄い障壁層の低ステップカバレッジによるマイクロショートを改善するため接合構造を変更してCo_<0.4>Fe_<2.6>O_4/Fe_3O_4/MgO/Fe_3O_4構造を作製し、接合におけるFe_3O_4電極間の反平行磁化状態に対応する磁気抵抗効果を確認した。その磁気抵抗変化は、-0.5%と極めて小さかったが、その磁場依存性から、その値は本研究の動機の一つである界面付近の磁化の超常磁性的な振る舞いと関連する可能性があることを初めて明らかにした。また、MgO基板を使用しているため、反位相境界の存在の低磁気抵抗効果への影響も示唆された。2.では、MgO(非磁性)-NiO(反強磁性)二重障壁層を持つFe_3O_4/NiO/MgO/NiO/Fe_3O_4接合構造を作製したが、金属マスクを用いているため接合面積が大きいこと、およびNiO層が極めて薄い(1nm)ことのため未だ十分な接合特性が得られていない。この解決には、半導体微細加工技術による数μm^2の微少な面積の接合の形成が不可欠であり、現在取り組んでいる段階にある。これにより本研究の目的である十分な成果が得られるものと期待される。
火山災害による被害量の評価手法の開発

国土数値情報から得られる土地利用データとハザードマップを組み合わせ,火山噴火に伴う被害の事前評価の手法を研究することを目的とし,主として降下火砕物と火砕流の影響予測の数値シミュレーション手法を研究開発し,動的な火山のハザードマップとでも言えるような,災害予測システムの開発・試作を行なった.1.降下火砕物および火砕流の数値シミュレーションを続行し,到達時間のマップ(火砕物の降り始めのマップ),層厚分布のマップ,粒度分布のマップ,噴出物の空間的な拡がりを断面で示したマップ,火砕流の流速マップ,推積物の厚さの分布マップなどを作成した.2.被害の事前評価を行なった.国土数値情報,土地利用データなど民生資料の整理を行ない,自然ハザードの諸量と併せて総合的なリスクマップを多数試作した.3.GISなどによるプレゼンテーション様式の検討,改良を行なった.カラーグラフィックの表現を試行し,防災対策上の効果を上げるようなシステムの設計を行なった.4.浅間火山について,適当な特定の噴火条件を想定してシミュレーションを行なった.1783年鬼押出し溶岩流と吾妻火砕流程度の規模を想定し,北及び南側山腹斜面への推積物の展開について,到達距離,時間,推積物の厚さなどについて計算した.システムの総合的能力の検定を行ない,必要な改良についての検討を行った.5.報告書の作成・印刷を行った.また実用化へ向けての製作者向け,ユーザー(防災担当者や住民)向けのマニュアルの試作を行なった.国土数値情報から得られる土地利用データとハザードマップを組み合わせ,火山噴火に伴う被害の事前評価の手法を研究することを目的とし,主として降下火砕物と火砕流の影響予測の数値シミュレーション手法を研究開発し,動的な火山のハザードマップとでも言えるような,災害予測システムの開発・試作を行なった.1.降下火砕物および火砕流の数値シミュレーションを続行し,到達時間のマップ(火砕物の降り始めのマップ),層厚分布のマップ,粒度分布のマップ,噴出物の空間的な拡がりを断面で示したマップ,火砕流の流速マップ,推積物の厚さの分布マップなどを作成した.2.被害の事前評価を行なった.国土数値情報,土地利用データなど民生資料の整理を行ない,自然ハザードの諸量と併せて総合的なリスクマップを多数試作した.3.GISなどによるプレゼンテーション様式の検討,改良を行なった.カラーグラフィックの表現を試行し,防災対策上の効果を上げるようなシステムの設計を行なった.4.浅間火山について,適当な特定の噴火条件を想定してシミュレーションを行なった.1783年鬼押出し溶岩流と吾妻火砕流程度の規模を想定し,北及び南側山腹斜面への推積物の展開について,到達距離,時間,推積物の厚さなどについて計算した.システムの総合的能力の検定を行ない,必要な改良についての検討を行った.5.報告書の作成・印刷を行った.また実用化へ向けての製作者向け,ユーザー(防災担当者や住民)向けのマニュアルの試作を行なった.1.研究計画の策定および基本方針の検討研究の全体の流れ,研究野分担,実施期間などの基礎的な研究計画を策定した。降下火砕物および火砕流の数値シミュレーションをどのように実施し,何をどのようなアルゴリズムで求めて行くかなどの基本方針を全員で検討し,被害の事前評価に関してもどのような変数をどのような様式で表現すると防災上最も有効であるかを検討した.その結果,降下火砕物のシミュレーションには鈴木健夫の方法,溶岩流および火砕流のシミュレーションにはビンガム流体の重力流のアルゴリズムを使用することとした。2.数値シミュレーションのプログラミング及び実行それぞれの現象へ固有の物理パラメータを設定した.溶岩流には初期温度1,050°C,粘性係数7x10^5ポアズを与えた,降下火砕物には浅間火山天明・天仁の噴火噴出物に類似した値を与え,粒度分布は鈴木の値い依った.火砕流の粘性係数および降伏強度は宝田(1994)によって求められた,雲仙普賢岳および北海道駒ケ岳の火砕流の値を使った.数値シミュレーションを実行し,経時別範囲(面積),厚さ,粒径等値線などを出力した.3.データの整理降下火砕物の行動を予測するための噴煙柱,粒度分布,噴出率など,火砕流の流動を予測するための混相流の運動特性や粒度分布などについて,重要な火山学的データを文献や実地調査によって収集し整理した.また過去の火山噴出物と諸施設・農地などの被害事例文献を実地調査によって収集し整理した。5.数値情報の収集と評価ランドサット画像を購入し,国土数値情報,土地利用データを入手した.これらのデータのフォーマットを揃え,来年度の総合作業への準備を行なった。国土数値情報から得られる土地利用データとハザードマップを組み合わせ,火山噴火に伴う被害の事前評価の手法を研究することを目的とし,主として降下火砕物と火砕流の影響予測の数値シミュレーション手法を研究開発し,動的な火山のハザードマップとでも言えるような,災害予測システムの開発・試作を行なった.1.降下火砕物および火砕流の数値シミュレーションを続行し,到達時間のマップ(火砕物の降り始めのマップ),層厚分布のマップ,粒度分布のマップ,噴出物の空間的な拡がりを断面で示したマップ,火砕流の流速マップ,堆積物の厚さの分布マップなどを作成した.2.被害の事前評価を行なった.国土数値情報,土地利用データなど民生資料の整理を行ない,自然ハザードの諸量と併せて総合的なリスクマップを多数試作した.

3.GISなどによるプレゼンテーション様式の検討,改良を行なった.カラーグラィックの表現を試行し,防災対策上の効果を上げるようなシステムの設計を行なった.4.浅間火山について,適当な特定の噴火条件を想定してシミュレーションを行なった.1783年鬼押出し溶岩流と吾妻火砕流程度の規模を想定し,北及び南側山腹斜面への堆積物の展開について,到達距離,時間,堆積物の厚さなどについて計算した.システムの総合的能力の検定を行ない,必要な改良についての検討を行った.5.報告書の作成・印刷を行った.また実用化へ向けての製作者向け,ユーザー(防災担当者や住民)向けのマニュアルの試作を行なった.