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中国南部雲南省地熱帯の地震化学的研究

この国際学術研究で、中国南部雲南省の騰衡地熱地帯の温泉ガス・温泉水試料、火成岩岩石試料を入手し、中国東北部の温泉ガス・天然ガス試料を採取した。雲南省騰衡地熱地帯については以下のことが明らかになった。この地熱地帯はプレート衝突地域に位置し、大断裂が発達している。地熱活動は騰衡付近のクレーター様の地形付近と周囲の断層に沿ってに分布している。本研究では、これらの地形の特徴と地下のマグマの分布がどう結びついているかを明らかにすることと、大陸下部のマントルの化学的性質を明らかにすることを主な目的とした。1.温泉ガスのヘリウム同位体比測定から、地熱活動の熱源が環状構造下のマグマであることがわかった。環状構造周囲の温泉ガス中のヘリウムはマグマ起源のヘリウム-3を相対的に多く含んでいる。環状構造下部にマグマが存在する可能性は、地震の震源分布など地球物理学的観測により示唆されていたが、われわれの実験によりこれが裏付けられた。2.この地域のマントルは、沈み込み帯などのマントルよりも、低いヘリウム同位体比を持つ可能性が大きい。温泉ガスのヘリウム-3とヘリウム-4の比は、大気の5倍程度である。中央海嶺性玄武岩を産み出すマントルでは約8倍、日本などの沈み込み帯名マントルでは約7倍の値が報告されている。この地域のマントルが、衝突前の沈み込みや大陸の衝突により変質作用を受けた可能性は、火山岩のネオジム・ストロンチウム同位体比から示唆されてきたが、われわれのヘリウム同位体比の測定結果はこれを支持する。3.この地域に多数存在する単成火山の噴出物のK-Ar年代測定の結果、火成活動はごく最近まで続いていることが明らかになった。本研究では大陸下部のマントルの性質をさらに明らかにするために、中国東北地域の地熱地帯、天然ガス井地域を調査し、温泉ガス・天然ガス試料を採取または中国側研究者から入手した。またこの地域での地震観測施設を訪問し、現地の観測者との意見の交換を行った。この地域の調査からは以下のことが明らかになった。1.黒龍江省北部の五大連池は第四紀の火成活動が盛んで、200年前にも噴火活動があった地域である。この地域を調査し、湧水から放出されるガスに含まれるヘリウムを分析し、マグマ起源のヘリウム-3に富むことを確認した。ヘリウム-3とヘリウム-4の同位体比は大気の約4倍であった。2.遼寧省の温泉ガス試料はヘリウム-3に乏しい。この地域の地熱地帯の熱源はウラン・トリウムなど花崗岩中の放射性元素と考えられる。3.中国東北部には〓〓断裂帯と呼ばれる大断層が南北に走っている。この周囲の天然ガス井の試料を入手した。その結果、天然ガス試料はヘリウム-3に富みこの断層がマントルからの揮発性物質の通り道となっていることが明らかになった。ヘリウム同位体比の最高値は大気の約4倍である。4.天然ガス試料の一部は大気成分による汚染が非常に少ないことがわかった。今後ヘリウム以外の希ガスの同位体比測定を行う。大陸内での気体試料でネオン・アルゴンに同位体比異常が見られた例は非常に少ないが、今回入手した天然ガス試料はこれらの異常が期待できる。もし異常が認められれば、大陸下部のマントルの進化に関しての重要な制約をつけることができると考えられる。ヘリウム同位体比測定の終了した94年の1月に中国側の研究者を招聘し、結果の検討を行った。

本研究では大陸下部のマントルの性質をさらに明らかにするために、中国東北地域の地熱地帯、天然ガス井地域を調査し、温泉ガス・天然ガス試料を採取または中国側研究者から入手した。またこの地域での地震観測施設を訪問し、現地の観測者との意見の交換を行った。この地域の調査からは以下のことが明らかになった。1.黒龍江省北部の五大連池は第四紀の火成活動が盛んで、200年前にも噴火活動があった地域である。この地域を調査し、湧水から放出されるガスに含まれるヘリウムを分析し、マグマ起源のヘリウム-3に富むことを確認した。ヘリウム-3とヘリウム-4の同位体比は大気の約4倍であった。2.遼寧省の温泉ガス試料はヘリウム-3に乏しい。この地域の地熱地帯の熱源はウラン・トリウムなど花崗岩中の放射性元素と考えられる。3.中国東北部には〓〓断裂帯と呼ばれる大断層が南北に走っている。この周囲の天然ガス井の試料を入手した。その結果、天然ガス試料はヘリウム-3に富みこの断層がマントルからの揮発性物質の通り道となっていることが明らかになった。ヘリウム同位体比の最高値は大気の約4倍である。4.天然ガス試料の一部は大気成分による汚染が非常に少ないことがわかった。今後ヘリウム以外の希ガスの同位体比測定を行う。大陸内での気体試料でネオン・アルゴンに同位体比異常が見られた例は非常に少ないが、今回入手した天然ガス試料はこれらの異常が期待できる。もし異常が認められれば、大陸下部のマントルの進化に関しての重要な制約をつけることができると考えられる。ヘリウム同位体比測定の終了した94年の1月に中国側の研究者を招聘し、結果の検討を行った。
神経細胞塩素イオンポンプATPアーゼの遺伝子構造と発現

1.ラットおよびブタ脳より、分別遠心分離、EDTA・高塩濃度処理により、Cl^--ATPaseを多く含む膜分画を調整した。これを非イオン性界面活性剤MEGA-10により可溶化し、MONO-Qカラムクロマトグラフィー、及び、ポリアクリルアミドゲル電気泳動により、Cl^--ATPaseを部分精製した。2.Cl^--ATPaseは、分子量約500kDaの酸性蛋白であり、高マンノース型糖鎖を結合しているものと考えられる。SDS-PAGEの結果より、主要サブユニットとして、97、64、60、および47kDaのペプチドを同定した。3.これをウサギに免疫し、酵素活性を部分的に阻害する抗体を得た。この抗体は、60kDaのサブユニットに結合するものであった。4.上記の結果得られたCl^--ATPaseの主要サブユニットそれぞれについて、N末端アミノ酸配列分析を試みたところ、いずれもいわゆるNブロックの状態であった。5.以上の結果は、第68回および第69回日本薬理学会総会、第87回日本薬理学会近畿部会、および第15回国際神経化学会議に発表済または発表予定である。
分化フラストレーション誘導基材を用いた幹細胞の未分化維持大量培養技術の開発

再生医療においては幹細胞の安定大量供給が必要不可欠であるが、幹細胞は培養中に望まぬ表現型や系統への変質・分化を起こしやすく、幹細胞性を安定に保持しつつ大量に増殖させる技術の拡充が強く求められている。本研究はこの課題に応えるため、幹細胞の分化フラストレーションを誘導する微視的培養力学場のパターニングに基づく新規の培養基材の構築を目的とする。幹細胞の分化フラストレーションとは、細胞サイズ以下の微視的な不均一弾性分布を有する培養基材上で幹細胞の系統決定が抑制される現象であり、我々が独自に見出した現象である。本研究ではこの現象の幹細胞操作材料構築への応用とそのメカニズム理解のための基礎研究を行った。再生医療においては、使用する幹細胞の性質を長期間安定に保持しつつ大量に増殖させる技術の拡充が強く求められている。本研究はこの課題に応えるため、幹細胞の分化フラストレーションを誘導する微視的培養力学場の勾配材料・パターニング材料を開発し、間葉系幹細胞やiPS細胞の大量増殖、安定供給を可能とする新規の培養基材の構築を目的とする。幹細胞の分化フラストレーションとは、細胞サイズ以下の微視的な不均一弾性分布を有する培養基材上で、幹細胞の系統決定が抑制される現象であり、研究代表者らが独自に見出した知見である。本研究では、この現象の、幹細胞操作材料構築への応用とともに、そのメカニズム理解のための基礎研究に取り組む。初年度は、申請者がこれまでに確立してきているマイクロ弾性勾配ゲルの微分弾性勾配および多段勾配の精密設計法を応用して細胞運動の方向性・速度の制御条件の基材表面の弾性特性依存性を系統的に調査した。特にファイマンラチェット型非対称弾性勾配ゲルの設計条件を確立した。設計要因として、不連続弾性ジャンプ幅、弾性率の緩慢減衰幅、ユニットパターンのサイズ、間隔、および弾性境界の曲率・形状などの最適化条件を探索し、幹細胞の一定弾性領域への非定住運動モードを安定に誘導するマイクロ弾性パターニングゲルの設計条件を蓄積できた。その非定住運動を経験させたMSCに対して、各種幹細胞マーカー、および分化マーカーの発現チェックを行うとともに、骨・軟骨・脂肪の三方向分化能の評価を行った。平成25年度には、分化フラストレーション現象の確立のための幹細胞特性評価の続行とともに、その分子生物学的根拠の調査を進めた。まず前者の分化フラストレート間葉系幹細胞の未分化マーカー、分化マーカーの発現チェックと骨・軟骨・脂肪の三方向分化能評価の続行に関しては、使用する間葉系幹細胞のロットに依存した結果の変動が見られ、分化フラストレーション誘導実験に用いるに最適な幹細胞ロットの検討を行い、特定のロットを確定した。分化誘導実験にあたっては大量の細胞が必要であり、分化フラストレーション誘導基材の大面積化を検討し、従来の10倍面積のものを作製することに成功した。後者の分化フラストレーション現象の分子メカニズムの探索にあたっては、まずはRT-PCRを用いて分化フラストレート依存的に変動する候補遺伝子の探索を行い、これまでのところ、アルカリフォスファターゼ、コラーゲン、CD63遺伝子が評価に有効であることを確認した。また、分化フラストレート幹細胞の内部応力振動を評価するため、弾性パターニングゲル上での牽引力顕微解析法を起ち上げた。最終年度である平成26年度には、分化フラストレーション現象の分子生物学的根拠の確立データの充実とともに、本課題の最終目標であるところの間葉系幹細胞の大量増殖のためのパターニング基材の作製を進めた。前者の間葉系幹細胞の分化

ブラストレーションが発現するための入力条件となる、培養基材からのメカニカルシグナルの振動状態について、昨年度までに起ち上げた弾性パターニングゲル上での細胞接着牽引力顕微解析技術をさらに改良した。一体の間葉系幹細胞の運動過程において、基材で観測される牽引力シグナルの時空間ダイナミクスを詳細に可視化することに成功し、弾性ストライプパターニングゲル上で確かに牽引力シグナルの入力が強制的に振動を誘起されていることを確定した。分化フラスレーション現象誘起の定量的根拠データを取得することに成功した。後者のゲルの大面積化については、従来の光架橋性ゲルの弾性パターニングとともに、熱分解型アゾ重合開始剤を用いた大面積均一ゲル化を組み合わせる手法により、ミクロンスケール弾性パターニングのセンチメートルオーダー以上での大面積化を達成できた。この大面積型弾性パターニングゲル上での分化フラストレート間葉系幹細胞の品質保持として、未分化マーカーの発現状態の正常性および三方向分化能の保持を確認した。26年度が最終年度であるため、記入しない。医用生物物理工学26年度が最終年度であるため、記入しない。ゲルの弾性パターニングについては、ゼラチンゲルの弾性制御の高い再現性を得る技術を徹底的に確立し得たため、系統的なパターニング実験が順調に行えている。幹細胞評価についても十分な基礎データの蓄積ができ、弾性パターニングゲル上での精密評価実験の準備が着実に整ってきている。分化フラスレート幹細胞の幹細胞性評価にあたって、間葉系幹細胞の由来やロットに起因する結果の顕著な変動が確認され、実験に使用する前の間葉系幹細胞自体の徹底的な特性評価が必要となった。この基礎確認実験は本研究の実施にあたり本質的・不可欠となるため、分化フラストレート幹細胞の幹細胞性評価と分化誘導能評価の全体の完了には、まだ時間がかかる見通しである。次年度は、当初計画どおり、幹細胞の分化フラストレーションの精密評価と分子メカニズムの検証に取り組む。幹細胞の未分化マーカー、分化マーカーの発現評価、ウェスタンブロッティングによる発現量解析、および各種〓〓ミックス解析を検討する。最終年度では、間葉系幹細胞の最適ロットと、確立した大面積化パターニングゲルの両者を用いて、幹細胞性評価と分化誘導能評価、および本課題の最終目的となる大量増殖能評価を実行する。分化フラストレーションメカニズムに関する検討では、振動シグナル因子の遺伝子発現調査とともに、幹細胞の内部応力振動を牽引力顕微解析を活用して検出する。幹細胞の各種発現マーカーの免疫蛍光染色実験に際して、マーカーの抗体分子を購入して評価してきていたが、そのうちには十分な染色が行えない製品も含まれており、より力価の高い抗体を選定する段階で、時間がかかっており、抗体購入費の留保が生じた。次年度は迅速にその評価実験を継続し、早急に評価系を確立する。50,247円の今年度残額は無理に使い切る緊急性の高い物品購入予定はなかったため、次年度分として繰り越した。50,247円は抗体試料等の購入により年度初めに即座に使用する予定である。
人の予測機能を引き出す球技スポーツの練習パートナーロボットに関する研究

本年度は主に人並み以上の運動性能を持つロボットの開発に取り組んだ。このロボットは肩先7自由度と人に近い自由度を備えており人と似た形状を併せ持っている。また、ロボットの運動生成法についても研究を進めた。・球技スポーツロボットとしてバドミントンロボットアームの開発を行った。球技を行うに当たって高加速度・高速度でスイングができ、かつシャトルを正確に打撃できるように、アクチュエータの開発をまず行った。空気圧ケーブルシリンダとダイレクトドライブの直動モータを組み合わせることで空電ハイブリッドアクチュエータを構築した。さらに、それを肩から先の7自由度のロボットアームに組み込み、シャトル打ちの正確性が空気圧のみのものよりも向上することを示した。7自由度アームは構造一体型空気圧ケーブルシリンダを用いた肘から先の4自由度のプロトタイプアームを拡張したものである。・スイング動作の生成法として、あらかじめ行ったスイングから適切なスイングを選択という形でシャトルを打ち返すことは4自由度のプロトタイプアームで成功していた。ただし、これでは事前に行いうる全てのパターンを用意する必要があるという問題があった。そこで、多様なスイングを行えるように、ダイナミクスの学習に基づく最適制御での運動生成法を提案した。エアシリンダを特定時間の位置・速度を合わせるように動かすことで提案手法で空気圧システムの運動生成を行えることを確認した。・卓球ロボットでラリーを続けるために重要と考えられる異なる回転のボールを返球するための高速スイング動作とその効果について調査し、高速なスイングが回転の効果を緩和することを確認した。本研究課題はロボットの開発とそれの対人動作生成から成るが、既にバドミントンロボットアームを開発でき、その運動生成法についても検討が進んでいることから、順調に研究が進んでいると言える。人と似た運動特徴や予測機能について検討するために人の計測を行う。これらを開発したロボットに組み込んで対人の動作を実現する。今年度はロボット開発を優先的に行ったため、今年度分の被験者実験用の費用を次年度使用額に回した。この額は被験者謝金等の被験者実験関連費用として使用する計画である。
副腎白質ジストロフィーはコレステロール代謝障害による自然免疫応答の異常が原因か？

副腎白質ジストロフィーは、ペルオキシソーム膜タンパク質ABCD1の機能欠損が原因で炎症性脱髄を起こす難治性の神経変性疾患である。本疾患では早期の骨髄移植が神経変性に対して抑制効果があることが臨床で明らかになっている。骨髄移植モデルマウスを用いたこれまでの実験結果から脳グリア細胞のコレステロール代謝異常が本疾患の発病と関連していると推察された。本研究計画では、ミクログリアのコレステロール代謝に着目し、ABCD1機能欠損によるコレステロール代謝の異常が自然免疫応答を活性化し、炎症性脱髄の原因となっていることを明らかにする。これにより発症機構に基づいた発症抑制薬の開発に繋げることが可能となる。
ゼミを活性化するGamificated Discussionに関する研究

大学の研究室で行われるゼミでは、発表者と参加者の間で研究内容に関する議論が交わされるが、発表者以外の学生の積極的な議論参加を促すことは難しい。本研究では、ゲーミフィケーションのフレームワークをゼミ環境に導入することにより、学生のゼミへの参加意欲を維持・向上させ、かつ、議論能力の向上を評価・可視化することによって、議論の活性化につなげることを目指している。開発したGDシステムを約1年間運用して得られたゼミ記録を分析した結果、学生、特に研究室に配属されたばかりのゼミに不慣れな学生の、発言に対するモチベーションの向上ならびに議論能力の向上が確認された。ゲーミフィケーションの要素として代表的な「課題」「報酬」「交流」の概念をゼミに導入し、獲得されるデータの可視化を通じてGamificated Discussionシステムを実現を目指した。平成25年度は(1)(2)の2つのアプローチから研究を実施した。(1)課題設定とゼミ中のリアルタイム評価手法の検討「ゼミの参加者が設定する課題はどのように定義・分類されるべきか、また、ゼミ中にリアルタイムに課題の達成度を評価することが可能か」を明らかにすることを目指した。ゼミの参加者が設定する課題(スキルの獲得)を、理解力・分析力・構成力・伝達力・システム利用力の5つの能力に分類される議論スキルとして定義(計83項目)し、それぞれを包含関係のあるスキルツリーとして表現した。包含関係は、教員1名と学生2名の総意に基づいて定義した。各議論スキルの習得が困難かどうかを研究室内の学生に5段階で回答してもらい、その平均値を習得難易度とした。学生は難易度の低いものから徐々に高いスキルを自身の課題として設定する傾向が見られ、スキルツリーの妥当性を確認した。また、選択課題に対して他の参加者がパッド型評価ツールを用いて発言ごとにリアルタイムに達成度を評価する仕組みを実装・運用した結果、利用者への負担が小さく、十分に相互評価が可能であることが分かった。(2)ゼミ中の発表スライドへの指摘手法の開発スライド解析とスクリーン指示情報の解析によりスライド構成要素を自動抽出し、代表的なスライド作成のノウハウを拡張することにより「本質的な議論を妨げずにリアルタイムにスライドへの指摘を行うことが可能か」を明らかにすることを目指した。パッド型評価ツールを用いてゼミ中にリアルタイムにスライドに対する指摘を行う仕組みを開発・運用した結果、利用者への負担が大きくなり、議論への集中度が下がるという結果が得られた。ゲーミフィケーションの要素として代表的な「課題」「報酬」「交流」の概念をゼミに導入し、獲得されるデータの可視化を通じてGamificated Discussion(GD)システムの実現を目指した。平成26年度は(3)(4)の2つのアプローチから研究を実施した。(3)報酬システムの導入と有効性の検討平成25年度に構築したゲーミフィケーション・フレームワークでは、個々の課題(発表/議論スキル)の達成度しか分からないため、ゲームメカニクスの要素である、課題の達成度に応じて獲得できるバッジや経験値、レベルアップ、ポイント交換といった報酬の仕組みを検討し実装した。報酬が参加者のゼミに対するモチベーションに及ぼす影響と効果を約半年間(延べ50時間程度)のゼミを通じて分析した結果、特に研究室に配属されたばかりのゼミに不慣れな学生の、発言に対するモチベーションの向上ならびに議論能力の向上が確認された。議論能力は「話す力」と「聞く力」の2つに分類したところ両者に向上が見られ、高学年になるほど高いスコアをとることから、実際の議論能力を反映したスコアになっていると考えられる。(4)ゲーミフィケーションデータの可視化課題の達成度や履歴の表示、他の学生との比較を可能にする、ゲーミフィケーションデータの可視化システムを構築した。自身の成長度合いを把握し、他者との競争意識が芽生えることにより、ゼミの活性化につながるのか、そしてその効果が持続するかを(3)と同様に半年間のゼミを通じて分析した結果、目標設定や相互評価、レベル、トロフィーなどの効果は高いものの、アイテムやランキングの影響は小さく、今後の機能改善によって有効な要素となり得るのかを引き続き検証する必要がある。間接的な影響としては、GDの各要素またはGDによって生まれる交流などにより、ゼミの雰囲気が良くなり楽しくなったという意見が得られた。メディア情報学当初の計画では、平成26年度に「報酬」の概念をゲーミフィケーションに導入すること、ならびに、ゲーミフィケーションデータの可視化を行うことを予定していたが、十分ではないもののすでにシステムに導入して試験運用を開始しているため。

平成25年度の研究実施計画(2)で実施した、発表スライドへの指摘手法については、実運用を行った結果、ゼミ中のリアルタイムな指摘に掛かるコストが非常に大きく、本質的な議論の阻害要因になることが明らかになったため、今後は、議論を主目的としたゼミと、発表練習を主目的としたゼミとを明確に分離し、前者に対してのみ本研究課題のゲーミフィケーションの仕組みを適用していくこととする。なお、スライドへの指摘の収集については、独立した別システムとして今後も開発を継続する。平成25年度の研究実施計画(2)で実施した、ゼミ中の発表スライドへの指摘手法の開発において、リアルタイムな指摘が議論を阻害する要因になり得るという知見が試験運用の結果から得られたため、議論を主目的としたゼミと、発表練習を主目的としたゼミとに分離することにし、後者については独立した別システムとして現在開発を継続していることから、学生を雇用した評価実験に至っていないため。別システムとして開発中の発表スライドへの指摘システムは、平成26年度の9月末に完成する計画であり、その後に当初予定していた評価実験を学生を雇用して実施するために、翌年度分として請求した助成金を使用する。
酸素プラズマを利用した微粉炭の瞬間燃焼の研究

近年、各鉄鋼会社では、コ-クス炉の延命策や安価な石炭の利用などの観点から、羽口からの微粉炭吹き込みを行い、吹き込み量も年々増加している。本研究では、微粉炭を最大限に燃やす方法として酸素プラズマに着目し、これを利用した場合の問題点とその高炉への影響について検討した。酸素プラズマを用いる場合、もっとも問題となるのが電極の消耗である。このため、プラズマト-チの電極消耗機構について検討し、微粉炭瞬間燃焼に最適なト-チ構造について検討した。電極の消耗機構については、タングステン電極中に、トリア、イットリア、ランタンなどの高融点酸化物を分散させたものが一般的に用いられている。それらの電極寿命を比較した結果、イットリアを分散させたものが最も寿命が長い。電極消耗の機構については、アルゴン中に微量に存在する不純物酸素でも、タングステン電極の消耗に関係していることがわかった。酸素濃度が数パーセントから数十パーセントまで増加した場合の影響について現在調査中である。微粉炭を高炉羽口から吹き込んだ場合、最も大きな影響を受けるのは高炉炉下部である。炉下部の通気性を悪化させる最も大きな原因として、コ-クスの紛化が考えられている。本研究では、高炉一次元の数学モデルを用いて、炉下部コ-クスのガス化反応率分布の評価を行った。微粉炭を吹き込むことによって水素濃度は、7%前後に増加する。このため水蒸気によるガス化反応が非常に多くなり、炉下部における反応率分布が大きく変わることを明らかにした。近年、高炉各社においては、競って微粉炭の吹き込みを行い、その量は年々増加している。しかしながら、高炉の安定操業の観点から微粉炭吹き込み量は、150kg/THM前後であり、さらに吹き込み限界は、現在のところ約200kg/THMである。この限界量は、多岐にわたる問題が複雑に絡み合って、一つの吹き込み量を決めているものと思われるが、本研究では、燃焼反応に焦点を絞り、酸素プラズマの微粉炭高速燃焼への応用について検討することが目的である。現在までのところ、TIG溶接用電源を改造したプラズマ装置は、ほぼ完成している。さらに、微粉炭の装入装置、高温ガス気流中へのプラズマ照射装置などの作成を行っている。これらと並行して、プラズマト-チの電極消耗機構と微粉炭瞬間燃焼に最適なト-チ構造について検討した。電極の消耗機構については、タングステン電極中に、トリア、イットリア、ランタンなどの高融点酸化物を分散させたものを用い、その電極寿命を比較した。その結果、イットリアを分散させたものが最も寿命が長いことがわかった。さらに、電極消耗の機構については、アルゴン中に微量に存在する不純物酸素が、タングステン電極の消耗に関係していることがわかり、酸素濃度が数パーセントから数十パーセントまで増加した場合の影響について現在調査中である。電極消耗の機構については、アルゴン中に微量に存在する不純物酸素でも、タングステン電極の消耗に関連していることがわかった。

炉下部の通気性を悪化させる最も大きな原因として、コ-クスの粉化が考えられている。本研究では、高炉一次元の数学モデルを用いて、炉下部コ-クスのガス化反応率分布の評価を行った。微粉炭を吹き込むことによって水素濃度は、7%前後に増加する。このため水蒸気によるガス化反応が非常に多くなり、炉下部における反応率分布が大きく変わることを明らかにした。
機能探索設計分子の開発とその評価

本研究は平成9年度から発足する重点領域研究「生体機能と設計分子」の準備研究として行われた。この重点研究は、情報伝達に関連した生体分子を標的として設計した探索分子を合成し、これを活用して生細胞および生体における標的分子の生理機能と病態への関与を統合的に解析・制御することを目的としている。この研究目的の成就には、新しい化合物の創製を可能にする有機化学および試験管内から細胞・個体にいたるまでの生体機能を総合的に評価する生化学・分子生物学・細胞生物学など異分野の研究者からなる研究チームの結成が必要である。この基盤研究(B)は、重点領域研究における上述したような背景にもとづき、研究分担者間での活発な討論を進めるべく申請される。この重点領域研究の準備段階として、班会議を平成8年10月18日と平成9年1月28日の2回行った。この重点領域研究で取り上げるべき標的分子や細胞現象を吟味し、各々についてどのような設計分子を合成・評価するかを以下のような項目について具体的に討議された。・蛋白質リン酸化による細胞内情報伝達系の修飾(機能探索分子によるプロテインキナーゼカスケードの解析・蛋白質リン酸化による膜リン脂質情報変換)・受容体を介した情報伝達機構の分子解析(プロスタグラジン受容体による情報伝達機構の研究・G蛋白質共役受容体の発現系の開発とその創薬への応用)・情報分子の可視化による生理機能解析(Ca^<2+>イメージングによる細胞内Ca^<2+>局在と発生過程の解析・Ca^<2+>依存性開口放出の解析評価法)・細胞情報探索分子の精密設計(合成プロスタグランジンの分子設計と合成・プロテインキナーゼC活性化制御のための特異的探索分子の設計及び合成)これらの項目は重点領域研究「生体機能と設計分子」において展開される機能探索分子設計の核になるべきものであり、これらの班会議を通して重点研究で挑発すべき研究テーマの準備は整っている。
トリプルネガティブ乳癌におけるEカドヘリン発現の分子機構の解明および臨床的意義

申請者らは,本研究のテーマである“トリプルネガティブ乳癌(TNBC)におけるE-cadherin発現の分子機構の解明および臨床的意義"について上皮間葉移行(EMT)や腫瘍免疫,内分泌感受性の側面から探究をすすめ,国内外に発信してきた.そして実臨床への応用可能なTNBCの新たな治療戦略の構築を目的とした基礎研究・臨床研究を推進している.近年の基礎研究により,TNBCは遺伝子発現プロファイルによりさらに7種類のサブタイプに分類されることが示されている.申請者らはEMTが関与するMタイプやMSLタイプ,LARタイプを検証し,新たな個別化治療の可能性について明らかにした.申請者はこれまでにTNBCの化学療法感受性を予測し得るバイオマーカーとしてE-cadherinが有用であることを明らかにしてきた.本研究はE-cadherinの発現の有無によりTNBCを細分類し,メチル化解析などの基礎的研究をすすめ,その分子機構の解明を図り,治療抵抗性と考えられるE-cadherin陰性症例をターゲットとした治療の探索と検証を目的とするものである.申請者はこれまでにTNBCの化学療法感受性を予測し得るバイオマーカーとしてE-cadherinが有用であることを明らかにしてきた.本研究はE-cadherinの発現の有無によりTNBCを細分類し,メチル化解析などの基礎的研究をすすめ,その分子機構の解明を図り,治療抵抗性と考えられるE-cadherin陰性症例をターゲットとした治療の探索と検証を目的とするものである.細胞株や臨床検体を用いた研究ともに,結果が集積されてきている.断片的な結果も多いが,総量としては十分な知見があり,想定した結果が期待される.TNBCの細分類はE-cadherinの発現だけでなく,アンドロゲン受容体(AR)の発現の臨床的検証をすすめ,新たな個別化治療(AR陽性TNBCに対する内分泌療法)の可能性を明らかにした.さらに高免疫活性のTNBCを明らかにすべく腫瘍内リンパ球浸潤(TILs)や免疫関連遺伝子(PD-1, PDL-1など)の探索もすすめている.初年度での研究発表を論文化して海外発表も順調に行われている.現時点では系統だった考察までには至らないが,全体としては今後の研究総括に向けて順調な進捗と思われる.近年,乳癌においてはestrogen receptor (ER), progesterone receptor (PR), human epidermal growth factor receptor 2 (HER2)の発現状況などからホルモン療法や分子標的療法などが選択されている.ER, PR, HER2が陰性であるトリプルネガティブ乳癌(triple-negative breast cancer, TNBC)では明らかなターゲットがなく治療法はいまだ確立されていない.申請者はこれまでにTNBCの化学療法感受性を予測し得るバイオマーカーとしてE-cadherinが有用であることを明らかにしてきた.本研究はE-cadherinの発現の有無によりTNBCを細分類し,メチル化解析などの基礎的研究をすすめ,その分子機構の解明を図り,治療抵抗性と考えられるE-cadherin陰性症例をターゲットとした治療の探索と検証を目的とするものである.申請者らは,本研究のテーマである“トリプルネガティブ乳癌(TNBC)におけるE-cadherin発現の分子機構の解明および臨床的意義"について上皮間葉移行(EMT)や腫瘍免疫,内分泌感受性の側面から探究をすすめ,国内外に発信してきた.そして実臨床への応用可能なTNBCの新たな治療戦略の構築を目的とした基礎研究・臨床研究を推進している.近年の基礎研究により,TNBCは遺伝子発現プロファイルによりさらに7種類のサブタイプに分類されることが示されている.申請者らはEMTが関与するMタイプやMSLタイプ,LARタイプを検証し,新たな個別化治療の可能性について明らかにした.細胞株や臨床検体を用いた研究ともに,結果が集積されてきている.断片的な結果も多いが,総量としては十分な知見があり,想定した結果が期待される.TNBCの細分類はE-cadherinの発現だけでなく,アンドロゲン受容体(AR)の発現の臨床的検証をすすめ,新たな個別化治療(AR陽性TNBCに対する内分泌療法)の可能性を明らかにした.さらに高免疫活性のTNBCを明らかにすべく腫瘍内リンパ球浸潤(TILs)や免疫関連遺伝子(PD-1, PDL-1など)の探索もすすめている.初年度であり研究結果については,系統だった考察までには至らないが,全体としては今後の研究総括に向けて順調な進捗と思われる.28年度は,今年度の研究結果を更に具体的な研究をすすめていく.現時点では遺伝子プロファイルによるTNBC細分類を簡易な免疫組織染色やFACSなどの簡易な代替手法が可能かどうかの検索をすすめていくのと同時に,それぞれの細分類の分子機構を明らかにしてく.現在,腫瘍免疫との関与を新たなテーマとして検証をすすめている.さらにこれまでの研究結果をデータ化して論文発表をすすめていく.乳腺腫瘍学27年度は,今年度の研究結果を更に具体的な研究をすすめていく.現時点では遺伝子プロファイルによるTNBC細分類を簡易な免疫組織染色やFACSなどの簡易な代替手法が可能かどうかの検索をすすめていくのと同時に,それぞれの細分類の分子機構を明らかにしてく.研究成果の進行は順調といえるが,本年度までの研究では当教室で使用可能な機器による研究が中心であった.そのために想定された予算を使用する必要がなかった.本年度は抗体や実験器具などの消耗品に費用を使用したため、実験に費用がかからなかた。次年度は,今年度の研究結果を更に具体的な研究をすすめていく.

現時点では遺伝子プロファイルによるTNBC細分類を簡易な免疫組織染色やFACSなどの簡易な代替手法が可能かどうかの検索をすすめていくのと同時に,それぞれの細分類の分子機構を明らかにしてく.羅的解析など費用が高額となる研究を次年度に予定している。
地盤震動に及ぼす山地形の増幅効果に関する模型実験的研究

本研究の目的は,シリコンゴムを用いて様々な形状の山地形模型を作成し,振動台加振実験と2次元有限要素解析を通して,その振動特性を把握することであった.一方,兵庫県南部地震で生じた「震災の帯」の解釈として,六甲山の断層活動によって生じた第四紀層基盤面の不整形さの影響が指摘された.そこで,本研究では,軟質地盤の両端を傾斜させた山地形モデルとともに,一端をほぼ垂直面で硬質基盤に密着した神戸モデルを作成して,実験及び解析を実施した.なお,補助金により購入した加速度計は,振動台実験で基盤模型上の応答波形の計測に使用した.本研究によって判明した研究成果を以下にまとめる.1.端が傾斜した山地形モデルの振動モードは,山頂にあたる中央の振幅が増大することが示された.この結果から,ノースリッジ地震でのTarzanaの小高い山頂で記録された1.82gの高加速度は,山頂という地形効果が要因の一つとして考えられることが確認された.2.一端がほぼ垂直面で基盤に密着した神戸モデルでは,密着部分から自由端にかけて振幅が増大する振動モードが示された.しかし,「震災の帯」のような平野の中央部に局地的な増幅される地域は確認できなかった.従って,兵庫県南部地震の「震災の帯」が生じた理由は,地盤を単純に弾性体でモデル化した実験では解明できず,沖積層の液状化現象などの非線形挙動の影響が強いことが推定できた.3.沖積層が長く続く方向を洪積層で拘束された場合,沖積地盤の中央部で振幅が増大する振動モードになることと,沖積地盤全体の固有振動数が高くなる,ことが確認された。4.同じ深さの沖積地盤上の振動特性でも,沖積地盤の水平方向の境界形状によって大きく異なり,特に洪積層による拘束面が近いと固有振動数が高くなることが確認された。
言語系統進化のテンポとモード

日本列島の言葉、つまり日本語族は、地域によって顕著な違いを示す。つまり、日本語族は地域によっては近隣の言葉とコミュニケーションがとれないほどその発音が異なったり、同じ意味を指すにも全く違う語彙を使ったりする場合がある。今年度の研究では、このような現象を説明するメカニズムの1つとして「地理的隔離」を検討した。生物学においては、山岳や海などの地理的要因によって孤立した集団は、独自の進化を経験し(異なる淘汰圧を受け)、はっきりした系統関係を持つようになる(種分化する)、「異所的種分化」という現象が知られている。そこで本研究では、この知見を踏まえ、また、日本語族は海によって隔離されている言葉(例:琉球列島)と陸地で繋がっている言葉(例:本州)から構成されていることから、日本語族の地域差の背景には海による地理的隔離という要因があるという仮説を立て、それを「マンテル検定」という相関分析手法の一種を用いて検証した。その結果、統計的に有意義な水準で、地理的に隔離された言葉の間では言語間距離が遠くなる(種分化する)傾向にあることを確認した。この結果は言語間距離の計算法を変えても、物理的距離を統制しても、ノンパラメトリック法で相関を求めても、R^2値は変動するものの、一貫して統計的に有意であることを確認した。この結果をまとめた論文は現在査読中であり、年度内に出版するまでには至らなかったが、言語進化において生物進化の「異所的種分化」のようなメカニズムを確認したのはこの研究が初めてあることを考えたら、出版後は関連分野において派生研究を触発するものと期待できる。(抄録なし)近年の研究成果により、言語は、まるで生物のように突然変異を起こしてそれを蓄積して行くこと、および言葉の変化や枝分かれの道筋(系統関係)の形成には規則性があり、尚かつヒトの分散パターンを反映することが明らかになって来た。私はこのような知見をベースに、日本列島の諸言語を研究対象に系統地理分析を行い、北海道のアイヌ語は約1300年前に北海道の北部において発生したことを結論づけた。系統地理分析とは、もともと生物進化を研究するために開発された手法であり、最近は新型インフルエンザの系統進化やその地理的起源を調べる際によく使われている分析法である。アイヌ語が約1300年前の北海道の北部において発生したという結果は、アイヌの起源説として長年支持されて来た「二重構造説」とは異なるものであり、近年のミトコンドリアDNAを用いた研究結果から提案された「オホーツク人混血説」と一致する結果である。この研究成果は、アイヌ語の起源を時間と空間という2つの次元で再現すると同時に、その話者であるアイヌの人類史を書きかえる可能性を示唆するものである。また、狩猟採集民族の系統進化が再構築された事例はアイヌ語が初めてであり、言語の系統進化は、インド=ヨーロッパ語族やオーストロネシア語族といった農耕民族の言葉に限定される現象ではなく、より広範囲で観測できる現象であることをも示唆する。現在までの結果をベースに、今後より広い範囲の言語族を対象に同類の分析を行いつつ、長期的にはそのメカニズムを究明する研究へ進展させることを期待出来る。従って、現在までの達成度はおおむね順調に進展していると評価する。今後、アジアの緒言語族から抽出したデータを分析し、遺伝学や考古学からのエビデンスと照らし合わす作業に取り組む。また、言語進化という現象を生み出すメカニズムの1つとして「地理的隔離」を検討する。(抄録なし)
高温下におけるサブミクロン粒子の乱流凝集

種々の工業プロセスから粉塵は高温乱流エアロゾルとして排出される。これらの粉塵粒子を分離除去する場合、慣性効果が小さく、また分子拡散の効果もさほど大きくないサブミクロン粒子の分離捕集が最も困難であり、したがってこれらの粒子を凝集させ、大粒子に成長させると集塵効率を飛躍的に増大することができる。その為には凝集機構を明確にしておかなければならない。そこで我々が導出した理論式および実験によって乱流凝集機構を明らかにした。これまでに行なわれてきた乱流凝集実験は、エアロゾルを攪拌槽中に密封して長時間(分単位)攪拌するものや、管内を流動させるもので容器壁や管壁にエアロゾル粒子が主に乱流沈着し、凝集量のみを測定することは困難であった。沈着は大粒子ほど良く起るので凝集を打消す方向に働き、測定される凝集量は真の値よりもはるかに小さい。粒子と流体の相対速度を考慮していない、凝集量を小さく見積るSaffmanand Turnerの式で乱流凝集機構が検討されてきたのはそのためである。上記したように沈着による誤差が大きいため実際に気流の乱流中で起っている乱流凝集量は従来考えられていたものよりもはるかに大きいと考えられる。粒子と気流の相対速度を考慮した我々の理論式はSaffmanand Turnerの値よりもはるかに大きな凝集量をあたえる。これの実験的な検証を行なった。我々の実験では沈着による誤差を可能なかぎり小さくして凝集量を測定できるように、攪拌時間はごく短時間(秒単位)とした。また短時間での乱流凝集量を大きくするために試料エアロゾルとして高濃度N【H_4】clエアロゾルを用いた。その結果数秒間で平均粒径が1.5倍程度にまで凝集がおこり、我々が導出した理論式の値ともよく一致した。そして実験値と理論値を細部にわたって検討することによりほぼ乱流凝集機構を明らかにすることができた。
爆砕操作を要素技術とする未利用物質の資源化

未利用物質として醤油しぼりかすおよび柑橘類表皮について、資源化技術としての爆砕操作の有効性を検討し、その技術の確立を目的とした。醤油のしぼりかすについては温水抽出による塩についても検討した。1)爆砕操作煮沸時間10minにおける試料重量減少率は250°C以下なら温度の影響がほとんどなかった。200°Cにおける残渣固体収率と煮沸時間との関係では煮沸時間の増加とともに残渣固体重量は減少した。残渣固体の粒径はかなり小さく、煮沸時間は粒径分布にそれほど影響を与えなかった。グレープフルーツ果皮に爆砕操作を施した場合、鰹頭部や醤油しぼりかすの場合と異なり、爆砕残渣は粉砕されず、溶融した状態として得られた。2)温水抽出有機炭素の溶出機構は2段階からなり、いずれも1次反応速度式で近似できた。室温、80°C、120°Cのいずれの温度でも、比較的抽出速度の速い初期段階(E=0.745 kJ/mol)と速度の遅い(E=0.202 kJ/mol)抽出後期の2段階で表された。これは前段階が固体表面あるいは固体間中にある被抽出成分の溶出過程で、抽出後期は固体内に含まれる被抽出によると考えられる。塩素イオンも有機炭素とほぼ同時に抽出されることがわかった。爆砕操作は蒸煮時間5minでもほぼ脱塩が終了しており、温水抽出と比べて脱塩に有効であった。爆砕操作は醤油のしぼりかすや果実の果皮の資源化に有効であるが、爆砕操作は若干の廃液も排出される。蒸煮温度が高いほど、また、蒸煮時間が長いほど廃液中の有機炭素量が増加し、残渣固体の最適性状を得る爆砕条件では廃液中に溶出する有機炭素量も増大する。今後排出廃液量を減少させる事が必要である。
バイオ菌を用いた鋼床版表面部の結露凍結防止に関する研究

本研究は、冬季における鋼床版橋の表面部が結露発生し、温度低下とともに凍結する現象を、低温でも活動して発熱するバイオ菌の発熱効果を利用して熱を加え、表面部の凍結を未然に防ぐことを目的とするものである。開発するバイオ菌は環境負荷が小さく空気撹拌による発酵で発熱するもので、橋梁との組み合わせは前例がなく、実橋梁に適応するための基礎的な研究として実施した。解析において必要な発熱量を算定するため、バイオ菌入り腐葉土の比熱の測定を行った。バイオ菌入り腐葉土の比熱を実験により求めたところ、ほぼ0.43cal/g・°Cであることが判明した。次に、鋼板に台形容器を取り付けた模型を用いて、山鹿市菊鹿町にて野外暴露実験に断面内の温度分布の変化を調べた、断面の温度分布に関しては、断面の下側の方が上側に比べて温度変化が小さく温度が安定することがわかった。また、アスファルト舗装では日中、気温や直射日光の影響によりかなり温度が上昇するが、夜間には零度以下となり温度を維持するために工夫が必要なことがわかった。バイオ菌を熱源とした鋼床版断面における熱伝導メカニズムを解明するため、差分法を用いた2次元解析法の改良を試みた。非定常状態おいて解析した結果、バイオ菌および鋼床版ともに気温に大きく依存していることが判明した。日照時においては内部熱量が113.16kcal時に鋼床版の温度が高く、アスファルトに関しては常にバイオ菌よりも温度が高くなった。また、実験値との比較では、解析により求めまった鋼床版の温度は実験値に近い値を示し、夜間は解析値の方が低くなるため、危険度側での評価となることがわかった。なお、昨年、実橋梁にバイオ菌入りの台形容器を装着した場合の暴露試験を試行的に行った結果を分析した結果、バイオ菌入り容器を橋梁に橋軸方向かつ密着させて取り付けたモデルが最も効率よくバイオ菌の発熱効果を維持していたことが確認された。以上の結果、実験によりバイオ菌入り腐葉土の発熱特性や解析手法での熱伝達のメカニズム解明が可能となった。本研究は、冬季における鋼床版橋の表面部が結露発生し、温度低下とともに凍結発生する現象を、床版部に蓄熱剤を用いることに対策することではなく、低温でも活動して発熱するバイオ菌の発熱効果を利用して熱を加え、表面部の凍結を未然に防ぐことを目的とするものである。開発するバイオ菌は環境負荷が小さく、空気撹搾による発酵で発熱するもので、橋梁との組み合わせは前例がなく、実橋梁に適応するための基礎的な研究として実施した。まず、リブ付き床版断面を想定した種々の形状を有するリブ模型を作成し、凍結融解試験機に入れて10°C-5°Cの問で凍結融解実験を行った。強制的に結露を生じさせ、模型内部に入れるバイオ菌の量、容器の形状や設置方法を変化させ、模型の上下面の温度を測定しながら熱移動を調べた。模型の板厚や断面形状及び発熱体を変えることにより行った。次に、鋼床版模型桁(2mx3m)に箱型形状や台形形状あるいは円形形状のリブ断面を鋼床版桁に装着し、その内部にバイオ菌入りの培養土入れて冬季の温度変化が著しい条件の下におく暴露試験を試みた。特に、バイオ菌入りの容器の大きさを変化させ、発熱量の影響による結露凍結防止について温度変化を調べ検討した。また、アスファルト舗装も想定して、鋼床版にアスファルトを敷き、下側にバイオ菌入りの台形容器を装着して温度変化を調べた。並行してFEMによる温度分布解析を行い、熱源によりよる熱伝達のメカニズムについて調べた。以上の実験及び解析の結果、人工的に風を起こしてバイオ菌が発酵を促すことにより、朝方の低温時でも5°C以上に保っており、鋼床版の表面部も0°C以上を保った。また、鋼版に触れる面積が大きい台形容器の方が温度の保持に効果があることも分かった。解析ではメッシュ分割数に精度と解析時間が影響を受け、さらに改良をする必要があることがわかった。以上の結果を基に更に、実橋梁にバイオ菌入りの台形容器を装着した場合の暴露試験を試行的に行うことができた。これは架け替えするための橋長30m程度の橋梁であったことと、実用化に向けての課題を探ることが大きな目的であった。約2ヶ月間の暴露試験であったが、実際にバイオ菌入りの台形容器の装着方法や装着位置について種々の試みを行うことができた。また,路面上で温度計測を行ったが、一部で発熱効果が見られたものの、装着方法や温度計測方法等の問題も明確になった。

また、アスファルト舗装では日中、気温や直射日光の影響によりかなり温度が上昇するが、夜間には零度以下となり温度を維持するために工夫が必要なことがわかった。バイオ菌を熱源とした鋼床版断面における熱伝導メカニズムを解明するため、差分法を用いた2次元解析法の改良を試みた。非定常状態おいて解析した結果、バイオ菌および鋼床版ともに気温に大きく依存していることが判明した。日照時においては内部熱量が113.16kcal時に鋼床版の温度が高く、アスファルトに関しては常にバイオ菌よりも温度が高くなった。また、実験値との比較では、解析により求めまった鋼床版の温度は実験値に近い値を示し、夜間は解析値の方が低くなるため、危険度側での評価となることがわかった。なお、昨年、実橋梁にバイオ菌入りの台形容器を装着した場合の暴露試験を試行的に行った結果を分析した結果、バイオ菌入り容器を橋梁に橋軸方向かつ密着させて取り付けたモデルが最も効率よくバイオ菌の発熱効果を維持していたことが確認された。以上の結果、実験によりバイオ菌入り腐葉土の発熱特性や解析手法での熱伝達のメカニズム解明が可能となった。
テラヘルツ磁気共鳴力顕微鏡の開発

本研究ではテラヘルツ領域におけるカンチレバーを用いた高周波電子スピン共鳴(ESR)測定の大幅な高感度化に成功した。特に、ESR信号に伴う微小なカンチレバーの変位を検出するため、ファイバー光学系を用いたFabry-Perot干渉計を測定系に導入した。また、この方法を用いて異方性が小さいラジカル試料のESR信号検出に高周波領域で初めて成功し、スピン検出感度として10^8 spins/Gという高い感度を実現した。初年度は、カンチレバーを用いたテラヘルツ領域での電子スピン共鳴(ESR)を可能にするために必要な要素技術の開発、改良を行った。高周波化に伴い、高磁場が必要になるため、新たに15T超伝導磁石ならびに温度可変インサートの立ち上げを行った。これにより0-15T、1.5-200Kの広い磁場、温度領域をカバーすることが可能になった。また、光源として新たに後進行波管(BWO)を測定系に導入した。この結果、370GHzというテラヘルツ領域においてESR信号の検出に世界で初めて成功した。従来のXバンドESR装置に比べるとスペクトル分解能が大幅に向上した。BWO発振器は1200GHzまでの電磁波を発生できることから、今後、更なる高周波化が期待できる。また、カンチレバーを角度回転ホルダーと組み合わせることにより角度回転カンチレバーESR測定を可能にした。Co Tutton塩を用いた測定では180度の広い角度範囲でESR信号を観測でき、その角度依存性からg値の異方性を決定することができた。これにより試料方位の決定が困難な微小試料においても精密かつ系統的な異方性測定が可能になる。また、テラヘルツ磁気共鳴力顕微鏡で必要となる感度を実現するため、光ファイバー光学系を用いたカンチレバー変位計測システムの構築を行った。波長可変レーザーを用いることにより位置あわせを簡便することができた。室温においてカンチレバーの熱振動振幅を観測することに成功した。今年度は、高感度検出に向けた信号変調技術の開発と光ファイバー光学系を用いた微小変位技術の構築を行った。前者については、以前から問題となっていたカンチレバーのスプリアス振動を抑制する手法として、2重変調法と周波数変調法の導入を行った。2重変調法では磁場と光源の強度を別々の周波数で変調し、磁化の変調成分のみを有効に取り出せる方法である。この方法により、従来と同程度のスピン感度を持ちつつ大幅にスプリアス振動の抑制を行うことに成功した。また、周波数変調検出の装置を立ち上げ、周波数検出によるESR信号の検出を可能にした。これにより、微小なスピン由来の信号検出が可能になった。また、光ファイバーを用いたFabry-Perot干渉計によりカンチレバーの微小変位を検出する技術を完成させた。これによりpNオーダーの力検出が可能になった。これだけの感度を実現するために、波長可変レーザー、ファイバー位置決めピエゾスライダーなど様々な装置を自作、導入した。この技術は非常に汎用性が高く、高分解能ESR測定に置いては中核を担う技術の一つである。また、カンチレバーの自作を行う上で必要となる陽極接合装置、両面マスクアラインメント装置を自作した。これにより、カンチレバー作製からパッケージングまでの全ての工程が、我々の研究室内で行えるようになった。これにより、超高感度のESR信号検出を行う上で必要となるカンチレバー最適化の実証段階まで到達することができた。前年度に開発した光ファイバー光学系による高感度変位技術を用いて、カンチレバーによる電子スピン共鳴技術の開発を行った。まずは低温、強磁場下で動作するFabry-Perot干渉計を作製し、その感度評価を行った。波長可変レーザーをもちいることによりFabry-Perot干渉計の動作点を常に感度のよい位置に調整することで10 pmオーダーの高い変位検出が可能になった。冷却過程でカンチレバーの熱収縮に伴う光強度の減少が観測されたが、測定に用いるカンチレバーの最適化を行うことで解決した。ESR測定では、カンチレバー上部からライトパイプにより導入した高周波電磁波を照射し、カンチレバーの下面には変位検出用のカンチレバーを対向させる。これまでは異方性のある試料しか測定できなかったが、本研究では磁場勾配を加えて試料の磁化を直接検出することにより、等方的な試料のESR測定を目指した。円筒状のフェライトビーズを用いることで光ファイバーと干渉することなく磁場勾配を発生することが可能になった。数値計算から見積もると、磁場勾配の大きさはおよそ100 T/mであった。測定試料にはESR標準試料であるDPPHラジカルを用いた。固有振動数の変化から見積もった試料の重量はおよそ1 μgであった。電磁波強度を変調し、同期する磁化成分をロックイン検出することで高い感度を実現した。その結果、g=2.003のDPPH試料に起因するESR信号を80-150 GHzの周波数領域において明瞭に観測することに成功した。

通常の信号形状とは異なり、200 G程度に広い線幅の信号が観測されたが、これは試料中の磁場勾配を反映したものであることが解析から分かった。スピン検出感度を見積もると10^8 spins/Gとなり、これまでのピエゾ抵抗型カンチレバーの感度を上回る結果が得られた。測定プローブの作製、信号検出技術の高感度化、光学検出系の整備など個々の要素技術については順調に開発が進んでいる。残りの研究期間で各々の技術を集積化、機能化させることにより、目的とした高分解能ESR測定を可能にする段階へと来ている。24年度が最終年度であるため、記入しない。個々の完成した要素技術を組み合せ、高分解能ESR測定装置をシステム化する方向で研究を進める。標準試料を用いて計測システム全体の動作特性を評価し、装置の不具合等があれば修正を加える。また、ハード面のみならず、計測ソフトの開発などソフト面からの開発も進める。
天然由来のDNAポリメラーゼ阻害物質の探索

DNAポリメラーゼは細胞増殖に不可欠であり、とくに真核細胞のDNAポリメラーゼαは、核のDNA複製において中心的な役割を担っている酵素であるため、これを阻害する物質は新しい抗癌剤のリ-ドとして期待される。そこで本研究では、海洋生物、微生物、植物などを材料とし、DNAポリメラーゼ阻害活性を指標としてスクリーニングを行い、新しい阻害物質の探索を行った。以下に本年度の研究成果の概要を報告する。薬用植物、海洋動物、微生物の抽出物について、DNAポリメラーゼ阻害活性を指標としてスクリーニングを行った。その結果、海洋細菌Flavobacterium sp.より分離した新規セラミド関連化合物にDNAポリメラーゼαに対する阻害活性が認められた。また、海綿動物Hippospongia sp.より分離したタウリンを含む脂肪酸関連化合物には、DNAポリメラーゼβに対する阻害活性が認められたが、他のポリメラーゼには阻害作用を示さないことがわかった。古細菌より分離したグリセロ糖脂質に強いDNAポリメラーゼα阻害活性が認められた。これらの活性物質にはスルホネート基や硫酸エステル基が含まれており、これらの官能基のない化合物にはDNAポリメラーゼ阻害活性がほとんど認められないことから、活性には長鎖のアルキル基に加えて、スルホネート基や硫酸エステル基が重要であると考えられる。今後さらに新たな活性物質のスクリーニングを行うとともに、活性発現に重要な構造因子の特定を行いたいと考えている。