hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イネミトコンドリアDNAの構造解析による雄性不稔機構の解明

本研究は、イネ(雄性不稔株、稔性株)の培養細胞よりミトコンドリアDNAを単離し、コスミドベクタ-による全ミトコンドリアDNAバンクをつくり、種々の制限酵素の切断地図を作成ならびに遺伝子座位を決定すること、雄性不稔株、稔修株由来のミトコンドリアDNAにみられるrecombinationによる特定の遺伝子のrearrangementを決定することを目的とする。昨年度はイネ雄性不稔培養細胞からミトコンドリアDNAを調製し、コスミドベクタ-にクロ-ニングを試みた結果、ミトコンドリアDNA分子の90%をクロ-ン化、その制限酵素地図を作成することができた。今年度は、引続き、1.残りのDNA断片をクロ-ン化するために、さらに<Bam>___ーHI制限酵素による部分分解物のコスミドベクタ-へのクロ-ン化、2.コスミドベクタ-による全ミトコンドリアDNAの遺伝子バンクの作成、3.種々(<Xho>___ーI,<Sma>___ーI,<Kpn>___ーI,<Bam>___ーHI等)の制限酵素切断地図を作成した。4.稔性株ミトコンドリアDNAより、制限酵素切断片の電気泳動図において、雄性不稔性株と異なるDNA断片をクロ-ニングした。その結果、1.種々のミトコンドリア遺伝子、すなはち、リボソ-ムRNA(5S,18S,26S)遺伝子、ATPaseαサブユニット遺伝子、チトクロ-ムオキシダ-ゼサブユニット(I、II、III)遺伝子座位をサザンハイブリダイゼ-ションにより、制限酵素切断地図上に位置づけた。2、さらに、雄性不稔性株、稔性株のミトコンドリアゲノム構成の違いを明らかにし、雄性不稔性株、稔性株より得られる異なるDNA断片上の遺伝子座位を明らかにした。来年度は、Recmbinationにより生じた遺伝子発現制御を明かにするため、rearrangementを起こしている遺伝子近傍の塩基配列を決定し、雄性不稔性の要因を解明する。
ペプチド性薬物の鼻腔内滞留性に優れた噴霧可能なスマートゲル製剤の開発

前年度に引き続き、各種スマートゲル製剤を調製し、製剤学的性質の評価、粘膜付着性の評価、薬物の吸収性の評価を行った。レシチン逆紐状ミセルは、レシチン、オイル、少量の水を混合して調製した。市販のスプレー容器を用いて、レシチン逆紐状ミセルの噴霧条件の探索を行い、いくつかのレオロジーパラメータとの間に相関性を認めた。また、鼻粘膜の代わりに角質層を除去したユカタンミニブタ(YMP)皮膚を用いて、FITC-デキストラン(分子量:約4,000)を配合したレシチン逆紐状ミセル製剤を適用したところ、FITC-デキストランが膜内に移行していることが確認された。一方、リポソーム架橋ゲルは、疎水化ヒドロキシプロピルメチルセルロース(疎水化HPMC)をリポソーム懸濁液に作用させて調製した。疎水化HPMCの疎水基は炭素数が18または12のアルキル基で、市販品または当研究グループで合成したものを使用した。リポソームと疎水化HPMCからなる混合液中の疎水化HPMC濃度が一定の場合、混合液の粘度はリポソームの脂質濃度に依存して急激に上昇することがわかった。また、小角X線散乱測定より、リポソームはゲル中に構造を維持したまま存在していることがわかった。また、製剤の表面張力値とYMP皮膚の表面自由エネルギーの値を用いて、Owens-Wendt-Rabel-Kaelble(OWRK)法に基づく計算から製剤の皮膚に対する濡れ性と付着性を予測する方法を考案した。現在、鼻粘膜モデルを用いて解析を行っている。レシチン逆紐状ミセルからなるゲルの噴霧化には成功したが、このゲルにFITC-デキストランを配合すると噴霧し難くなることがわかった。この理由は、ゲル製剤中にFITC-デキストランが懸濁しているために、スプレー噴霧に必要な剪断速度に達していない可能性が疑われた。そこで、製剤中のFITC-デキストランを微細化するための新たなレシチン逆紐状ミセル調製法を開発した。また、リポソームゲル製剤においては、市販のスプレーポンプの吸い込み能力では粘度の低下が不十分であり、噴霧化は難しいことがわかった。この様な理由から、当初予定していたラットを用いたin vivo実験に進めないでいる。現在までの進捗状況を踏まえ、まずはゲル製剤の鼻腔内噴霧に影響を及ぼすレオロジーパラメータを探索し、ゲル製剤の最適化方法を見出す。この検討には、3Dヒト鼻腔透明モデルを用い、製剤の付着面積を噴霧時の広がり具合の指標とし、各種レオロジーパラメータとの相関性を検討する。また、ゲル製剤の粘膜付着性については、OWRK法を用いた検討ならびに人工膜を用いた検討を行い、粘膜に対する付着性やぬれ性を評価する。これらの結果を基に、スマートゲル製剤の最適化を行う。また、上記検討が順調に進んだ場合、実際にスマートゲル製剤が鼻腔投与で薬物の吸収を促進するかをラットを用いた動物実験で評価する。各種ゲル製剤を調製し、それらの製剤学的性質を評価した。また、調製したゲルの粘膜付着性のスクリーニングを行った。レシチン逆紐状ミセルからなるオイルゲルは、レシチン/極性物質/オイル/薬物の4成分系を用いて調製した。極性物質には水またはD-リボース、オイルには流動パラフィンまたはミリスチン酸イソプロピル、モデル薬物にはデキストラン(分子量:約6,000)またはFITC-デキストラン(分子量:約4,000)を用いた。偏光顕微鏡観察より、逆紐状ミセルを形成していることが示唆された。また、レオロジー測定より、単一のマクスウェルモデルに従う粘弾性挙動を示すことがわかった。一方、リポソーム架橋ゲルは、リポソーム溶液に部分疎水化高分子の水溶液を混合することで調製した。リポソームの調製は、水素添加レシチンおよび荷電脂質を用い、バンガム法により多重膜リポソームを調製したのち、超音波照射およびエクストルーダーを用いて単分子膜リポソームを調製した。また、部分疎水化高分子には、C18またはC12アルキル基を導入したヒドロキシプロピルメチルセルロース、モデル薬物には上述したデキストランまたはFITC-デキストランを用いた。リポソーム溶液と部分疎水化高分子の水溶液を混合すると、その割合によって溶液が増粘またはゲル化することから、リポソームが部分疎水化高分子によって架橋されていることが示唆された。さらに、調製したゲル製剤の噴霧化についても検討を行ったところ、市販のスプレー容器で噴霧が可能なものも幾つか見つかった。レシチン逆紐状ミセルに関しては、既存の系を用いることで噴霧可能な製剤を調製できる可能性が示唆された。また並行して、レシチン逆紐状ミセルの調製方法を改良し、新規なレシチン逆紐状ミセル系の探索も行っている。一方、リポソーム架橋ゲルに関しては、典型的なリポソームを用いた検討で良好な結果が得られているため、今後はフレキシブルリポソームなどの機能性リポソームでもゲル化が可能かを検討する。なお、ゲル製剤の内部構造は、H30年度にSPring-8の小角X線散乱装置を用いて検討を行う予定である。また、一部のゲル製剤では、市販のスプレー容器でも噴霧が可能であったことから、噴霧化に必要なレオロジー特性(粘度、粘弾性およびチキソトロピー性)を明らかにする。

さらに、ゲル製剤の粘膜付着性について、人工膜を用いてスクリーニングを行い、粘膜に対する付着性やぬれ性を評価する。前年度に引き続き、各種スマートゲル製剤を調製し、製剤学的性質の評価、粘膜付着性の評価、薬物の吸収性の評価を行った。レシチン逆紐状ミセルは、レシチン、オイル、少量の水を混合して調製した。市販のスプレー容器を用いて、レシチン逆紐状ミセルの噴霧条件の探索を行い、いくつかのレオロジーパラメータとの間に相関性を認めた。また、鼻粘膜の代わりに角質層を除去したユカタンミニブタ(YMP)皮膚を用いて、FITC-デキストラン(分子量:約4,000)を配合したレシチン逆紐状ミセル製剤を適用したところ、FITC-デキストランが膜内に移行していることが確認された。一方、リポソーム架橋ゲルは、疎水化ヒドロキシプロピルメチルセルロース(疎水化HPMC)をリポソーム懸濁液に作用させて調製した。疎水化HPMCの疎水基は炭素数が18または12のアルキル基で、市販品または当研究グループで合成したものを使用した。リポソームと疎水化HPMCからなる混合液中の疎水化HPMC濃度が一定の場合、混合液の粘度はリポソームの脂質濃度に依存して急激に上昇することがわかった。また、小角X線散乱測定より、リポソームはゲル中に構造を維持したまま存在していることがわかった。また、製剤の表面張力値とYMP皮膚の表面自由エネルギーの値を用いて、Owens-Wendt-Rabel-Kaelble(OWRK)法に基づく計算から製剤の皮膚に対する濡れ性と付着性を予測する方法を考案した。現在、鼻粘膜モデルを用いて解析を行っている。レシチン逆紐状ミセルからなるゲルの噴霧化には成功したが、このゲルにFITC-デキストランを配合すると噴霧し難くなることがわかった。この理由は、ゲル製剤中にFITC-デキストランが懸濁しているために、スプレー噴霧に必要な剪断速度に達していない可能性が疑われた。そこで、製剤中のFITC-デキストランを微細化するための新たなレシチン逆紐状ミセル調製法を開発した。また、リポソームゲル製剤においては、市販のスプレーポンプの吸い込み能力では粘度の低下が不十分であり、噴霧化は難しいことがわかった。この様な理由から、当初予定していたラットを用いたin vivo実験に進めないでいる。初年度の結果を踏まえ、実際にスマートゲルが鼻腔投与で薬物の吸収を促進するかをラットを用いた動物実験で評価する。さらに、粘膜付着性が期待されるスマートゲル製剤を数種選択し、ラットの鼻腔内に投与し、血漿中濃度推移を測定することで鼻粘膜透過性を検討する。In vivo実験の結果を踏まえ、どのスマートゲル製剤が鼻腔投与に有用であるかを明らかにし、スマートゲル製剤の製剤学的性質を含めた最適化を行う。現在までの進捗状況を踏まえ、まずはゲル製剤の鼻腔内噴霧に影響を及ぼすレオロジーパラメータを探索し、ゲル製剤の最適化方法を見出す。この検討には、3Dヒト鼻腔透明モデルを用い、製剤の付着面積を噴霧時の広がり具合の指標とし、各種レオロジーパラメータとの相関性を検討する。また、ゲル製剤の粘膜付着性については、OWRK法を用いた検討ならびに人工膜を用いた検討を行い、粘膜に対する付着性やぬれ性を評価する。これらの結果を基に、スマートゲル製剤の最適化を行う。また、上記検討が順調に進んだ場合、実際にスマートゲル製剤が鼻腔投与で薬物の吸収を促進するかをラットを用いた動物実験で評価する。
魚群内における情報伝達のメカニズムに関する研究

本年度は,情報獲得および情報伝達のメカニズムに着目して,魚群内における各個体の行動を記述する物理モデルの構築を行った.次に,このモデルを用いて敵,定置網およびトロール網に遭遇したときの魚群行動に関するシミュレーションを行った.これらの結果に基づいて,ある個体が獲得した敵あるいは障害物に関する情報が群れ全体に伝わっていく過程を調べた.1.まず,モデル構築に必要となる時系列データを取得するために水槽実験を行った.その結果,タイリクバラタナゴと呼ばれる魚の群れの行動をビデオ画像に記録した.この画像を処理することにより,各個体の位置データが得られた。次に,この水槽実験をデータを用いて魚群行動モデルを構築した.モデルの構造としては,自律分散システムの考え方を採り入れた.具体的には,個体単独での性質,他個体との相互作用,障害物に対する反発力および視覚運動反応の4つの力が各個体に働くと仮定した.モデルに含まれるパラメータは,時系列データを基に最小2乗法により推定した.2.構築したモデルを用いて,魚群形成の過程および敵や障害物に遭遇したときの魚群行動のシミュレーションを行った.その結果,各個体が近傍個体のみから情報を獲得するという仮定が,実際の魚群行動を反映することがわかった.また,この仮定は魚にとって生き残り戦略的な意味から効果的に働くことがわかった.さらに,トロール網などの移動する漁具に遭遇したときの魚群行動に関するシミュレーションを行った.その結果,モデルの中に含まれる視覚運動反応に関する項が有効に働くことがわかった.本年度は,情報獲得および情報伝達のメカニズムに着目して,魚群内における各個体の行動を記述する物理モデルの構築を行った.次に,このモデルを用いて敵,定置網およびトロール網に遭遇したときの魚群行動に関するシミュレーションを行った.これらの結果に基づいて,ある個体が獲得した敵あるいは障害物に関する情報が群れ全体に伝わっていく過程を調べた.1.まず,モデル構築に必要となる時系列データを取得するために水槽実験を行った.その結果,タイリクバラタナゴと呼ばれる魚の群れの行動をビデオ画像に記録した.この画像を処理することにより,各個体の位置データが得られた。次に,この水槽実験をデータを用いて魚群行動モデルを構築した.モデルの構造としては,自律分散システムの考え方を採り入れた.具体的には,個体単独での性質,他個体との相互作用,障害物に対する反発力および視覚運動反応の4つの力が各個体に働くと仮定した.モデルに含まれるパラメータは,時系列データを基に最小2乗法により推定した.2.構築したモデルを用いて,魚群形成の過程および敵や障害物に遭遇したときの魚群行動のシミュレーションを行った.その結果,各個体が近傍個体のみから情報を獲得するという仮定が,実際の魚群行動を反映することがわかった.また,この仮定は魚にとって生き残り戦略的な意味から効果的に働くことがわかった.さらに,トロール網などの移動する漁具に遭遇したときの魚群行動に関するシミュレーションを行った.その結果,モデルの中に含まれる視覚運動反応に関する項が有効に働くことがわかった.
ECの自律的統治構造生成の史的研究:七〇年代の政治協調、農業・社会政策の再検討

1970年代において、欧州共同体は、対外的には米ソから距離を置くデタントと通貨統合の本格的な政策に乗り出そうとした。このような欧州統合の深化は、それに対応する政治統合の深化を要求し、ECは政治統合構想に乗り出す。他方で域内においては、ECはコミトロジーにおける共同体統制の弱さに悩み、それは逆にコミトロジーによる共同体統制のための機能的・制度的変容へとつながって行った。このようなECの国際的位置づけと域内当地秩序の変容は、1970年代におけるECの自立的な統治構造に生成していった過程を裏付けている。本年度は具体的な成果と、基礎的な研究の土台となる史料収集の両側面において、進展があった。前者においては、1970年代における国際秩序の変容を主題とした研究の成果を生むことができた。研究成果における論稿の第二の論稿は、1970年代における欧州共同体内部の議論を検討し、当時における欧州共同体の世界政治における位置づけがどのように認識されていたのかを明らかにした。具体的には、欧州共同体の政治的発展が、対外的には米ソに肩を並べるパワーとなりつつ、対内的には共同体の政治統合が進行することを意味し、そのような対外的・対内的発展が、冷戦という国際秩序そのものを変容させ、最終的には冷戦終焉につながることが意識されたことを明らかにした。このような分析の意義は、一般的に従来的な国際秩序の動揺が語られる1970年代の国際政治の変動が、どのような射程を持つものかを定めることに寄与するものである。このような解明は、冷戦だけに彩られない戦後国際政治史を再構築することにつながるものである。後者においては、1970年代における欧州各国の外交政策を未公刊史料から解明するため、フランスの国立文書館所蔵のヴァレリー・ジスカール・デスタン大統領文書の史料収集をおこなった。これは、当該時代における欧州政治の中核となる同大統領の外交政策に関する貴重な資料であり、同文書の閲覧が今後の研究成果を生む基盤となると思われる。本研究は、1960年代までに制度として成立した欧州共同体が、それ以降いかに自律性を確保し、域内の統治メカニズムをどのように機能させたのか、という点を歴史実証的に分析することを目的とするものである。本年度は、引き続き1960年代から70年代にかけての欧州統合の諸側面における自立性・自律性の展開に関する実証的な研究を進めるために、関連史料の収集と問題の検討をおこなった。具体的には、フィレンツェの欧州連合歴史資料館における政治協力関連の文書、フランス、パリにある外務省文書館おより国立文書館、パリ近郊の現代史資料センター所蔵のフランスの欧州統合政策関係文書、ドイツの連邦文書館おより外務省文書館、オランダの国立文書館、ブリュッセルのEU委員会文書館等である。また並行して、欧州統合の政策執行メカニズムであるコミトロジーが70年代にどのように発展するのかについて研究報告を欧州大学院大学(EUI)でおこなった。成果は、次年度までには英語で発表される予定である。本研究課題は、欧州共同体が1970年代にどのように域内における統治構造を生成していくのかについて、実証的に検討することを目的とするものである。本年度は、農業および関税同盟政策を遂行していくうえで、欧州共同体において特徴的だった、加盟国と共同体の利害を調整していくコミトロジーと呼ばれる立法手続きが、どのように整備され、そしてどのように共同体の中で機能していくようになっていったのかについて、実証的な研究を進めた。その成果は、端的には遠藤・鈴木編『EUの規制力』に収録されている論考「EU規制力の史的形成」である。本論考は、欧州共同体の歴史資料館が所蔵している行政文書を典拠とする実証研究であり、本研究論文以外には、以下述べるような視角から欧州共同体の域内統治形成について切り込んでいった研究は見当たらない(コミトロジー研究は立法手続き故の法的分析もしくは機構間バーゲニングの実態、また欧州統合における民主的統治の問題と絡めて取り上げられることが大半である)。ここでは、当初加盟国が共同体の政策を統御できるように生み出されたコミトロジーという調整手続きが、共同体政策を進めていく中で、1970年代中盤から1980年中盤にかけて、加盟国への縛りが薄い当初の「弱い」機能から、より共同体志向でかつ加盟国を拘束する「強い」機能へと変容していったことを明らかにした。このようなコミトロジー機能の変容は、この時代において、域内統治秩序が共同体政策の立法手続きという場を通して、徐々に生成していったことを物語っている。このように、コミトロジー機能の歴史的変容を史料実証的に解明したことは、本研究計画における研究目的を十分に達成するものである。
創薬スクリーニングによるNR4A1を標的にした薬物性歯肉増殖症の治療薬の探索

薬物性歯肉増殖症(以下、増殖症)は抗てんかん薬、降圧薬(Ca拮抗薬)、シクロスポリンAの副作用で歯肉の過形成を特徴とした歯周疾患である。現在の治療法は、変薬や歯肉切除術であるが、コントロール良好な薬剤の変更は困難で、切除術は重度の全身疾患患者には適応できない。変薬や切除術が必要ない新規治療法が求められている。当研究室でこれまでに、NR4A1の機能抑制が発症に関与していることを明らかにした。NR4A1の機能を維持もしくは活性化することが出来れば、増殖症を治癒出来る可能性がある。そこで、本研究では、NR4A1の発現を促進する薬剤をスクリーニングすることで、増殖症新規治療薬開発を目指す。
基礎研究解析データに基づく大腸がん新規治療薬のバイオマーカー探索

新規抗がん剤による治療におけるバイオマーカーの選択と開発は容易ではない。本研究では、基礎研究により蓄積されたデータベースと方法論を駆使し、大腸癌の新規薬剤の効果予測マーカーを開発する新規手法を試みた。血液学的検査による治療前のCCL5と治療開始後のVEGF-Aの変化、ならびにCCL5遺伝子多型が大腸癌患者におけるレゴラフェニブの治療効果や有害事象を予測できる可能性が示された。TAS-102についてはがん細胞株の薬剤感受性に関する独自のデータベースJFCR39(がん細胞パネル)、及び、包括的トランスクリプトーム解析を用いて効果予測因子の候補を見出しており、大腸癌患者での臨床応用が期待される。本研究は、基礎研究により蓄積されたデータベースと方法論を駆使し、大腸がんの新規薬剤レゴラフェニブおよびTAS-102について、効果予測マーカーを開発する新規手法を試みるものである。レゴラフェニブは、血管新生に関連するキナーゼ(VEGFR1-3, TIE2)、腫瘍微小環境に関連する間質のキナーゼ(PDGFRβ, FGFR)、腫瘍形成に関連するキナーゼ(KIT, RET, BRAF)など、複数のプロテインキナーゼ活性を阻害する薬剤であるが、その耐性獲得機序はまだ解明されていない。現時点でレゴラフェニブに関して有用な結果が得られたので報告する。標準化学療法で不応または不耐となった進行再発結腸・直腸癌患者を対象としてレゴラフェニブの初回治療開始前、初回治療開始後21日目、治療中止判定時に血液を採取し、血管新生因子や関連因子(ケモカイン等)であるサイトカインをELISAで測定した。抗腫瘍効果とサイトカインの解析においては、治療開始前の血清CCL-5低値と腫瘍縮小に相関が認められた。さらに生存解析でも、CCL5低値において無増悪生存期間、全生存期間が有意に改善を認めた。一方で、治療開始前と治療開始後のサイトカイン値の変化を解析した結果、VEGF-A(血管内皮増殖因子A)が、治療前より治療開始後21日目で減少した群が増加した群よりも無増悪生存期間が統計学的有意に改善した。生存期間においても改善する傾向を認めた。治療開始前CCL-5値と治療開始21日後のVEGF-Aの変化を組み合わせて解析した結果、治療前CCL5低値でかつ治療開始21日後にVEGF-Aが減少した場合にはさらに無増悪生存期間と全生存期間が延長した。血清CCL5とVEGF-Aは単独または併用でレゴラフェニブ療法の治療前あるいは治療開始早期の効果予測マーカーになりうることが示唆された。基礎研究ならびにその他の先行研究データをもとにより絞り込んだレゴラフェニブの抗腫瘍効果に関する液性因子の治療前、治療期間から原病増悪に至るまでの測定により、有意に生存期間に影響する因子を抽出するに至ったことから、この成果は臨床的意義の極めて高い結果であるといえる。さらなる研究においてそのメカニズムについての解明が期待される。本研究は、基礎研究により蓄積されたデータベースと方法論を駆使し、大腸癌の新規薬剤レゴラフェニブおよび、TAS-102について、効果予測マーカーを開発する新規手法を試みるものである。レゴラフェニブ葉血管新生に関連するキナーゼ(VEGFR1-3、TIE2)、腫瘍微小環境に関連する間質キナーゼ(PDGFRβ、FGFR)、腫瘍形成に関連するキナーゼ(KIT、RET、BRAF)など、複数のプロテインキナーゼ活性を有する薬剤であるが、その耐性獲得機序はまだ解明していない。これまでに得られた知見は、レゴラフェニブ治療開始前のCCL5と治療開始21日後のVEGF-Aの変化が、標準化学療法に不応・不耐となった大腸癌患者の無増悪生存期間、全生存期間に関連する事が示された。更なる研究により、CCL5の遺伝子多型がVEGF-Aの産生能に関与している可能性が見出された。さらにCCL5の遺伝子多型のホモ接合体の頻度に人種差があり、西欧人に比較して、特に日本人では高頻度であることと、日本人での手足症候群の発症が高い事に関連があることを発見した。以上から、血清CCL5とVEGF-Aの産生とは密接な関連があり、レゴラフェニブにおける治療効果と手足症候群の発症の予測マーカーになりうることが示唆された。レゴラフェニブの効果予測マーカー、ならびに有害事象(特に手足症候群)の予測マーカーがこれまで確立していなかったが、我々の研究により治療効果、生存期間、そして手足症候群の予測マーカーを発見するに至った。レゴラフェニブについては、治療開始前のCCL5と治療開始21日後のVEGF-Aの変化が、標準化学療法に不応・不耐となった大腸癌患者の無増悪生存期間、全生存期間に関連する事が示された。次にCCL5の遺伝子多型によりVEGF-A産生能が異なることを見出し、CCL5の遺伝子多型のホモ接合体が西欧人に比較して日本人で高頻度であることから、日本人での手足症候群の発症が高い事に関連があることを発見した。本研究結果から血清学的検査に加えてCCL5遺伝子多型により治療関連の手足症候群の発症を予測できる可能性が示された。

TAS-102 (FTD/TPI)は経口のヌクレオシド系抗悪性腫瘍剤であり、抗腫瘍活性を持つFTDがDNA伸長を阻害することなくDNA中に取り込まれることによって生じるDNA機能障害が腫瘍増殖抑制効果の主な機序とされている。しかし、その効果予測因子や耐性獲得機序についてはまだ明らかではない。我々は最初のステップとしてがん細胞株の薬剤感受性に関する独自のデータベースJFCR39(がん細胞パネル)、及び、包括的トランスクリプトーム解析を用いてFTDの効果予測因子の候補を抽出した。次にTAS-102を投与される群(TAS-102群)、レゴラフェニブを投与される群(control)とで候補因子の治療中における血清学的定量を行った。その結果、候補因子の一部はTAS-102群においてpreclinicalと同様な結果を示し、control群では示さなかったことから大腸がん患者におけるTAS-102の効果予測因子になりうる可能性が示された。得られた知見についての機序解明のためさらなる研究を行っている。新規抗がん剤による治療におけるバイオマーカーの選択と開発は容易ではない。本研究では、基礎研究により蓄積されたデータベースと方法論を駆使し、大腸癌の新規薬剤の効果予測マーカーを開発する新規手法を試みた。血液学的検査による治療前のCCL5と治療開始後のVEGF-Aの変化、ならびにCCL5遺伝子多型が大腸癌患者におけるレゴラフェニブの治療効果や有害事象を予測できる可能性が示された。TAS-102についてはがん細胞株の薬剤感受性に関する独自のデータベースJFCR39(がん細胞パネル)、及び、包括的トランスクリプトーム解析を用いて効果予測因子の候補を見出しており、大腸癌患者での臨床応用が期待される。さらに症例を蓄積し、得られた結果に対して知見を深める。レゴラフェニブ効果予測ならびに有害事象に関わる因子については、機序解明のために分子生物学的な解析を行う予定である。TAS-102に関しては現在症例蓄積中であり、今後の中間解析に結果が待たれる。現在、TAS-102に関して解析を行っており、効果予測マーカーを抽出する予定である。またレゴラフェニブ、TAS-102に対する研究で得られた結果に対してはさらに知見を深めるべく、機序解明のために分子生物学的解析も行う予定である。腫瘍内科候補因子の測定は臨床サンプルを用いるため、患者集積に予想以上に時間を要したことと、有効症例に関しては治療期間延長のため、原病増悪時のサンプル採集までに時間を要したため。また最初の対象薬剤であるレゴラフェニブの効果予測の候補因子の測定結果から、臨床的意義のある効果予測マーカーを比較的早期に発見するに至ったため。患者集積に予想以上の時間を要したことと、有効症例に関しては観察期間が長くなることで、解析時期のカットオフの決定までに時間を要するため。症例集積による追加検査や得られた効果予測マーカーの抗腫瘍効果における機序解明、確認研究のためのさらなる研究において使用する予定である。新規症例に対する追加検査、また蓄積症例に対する検査項目の追加、効果予測マーカーにおける機序解明や確認のための追加研究で使用。また、得られた成果に対して学会発表、論文発表での使用も予定している。
射出成形による高アスペクト比ナノ構造の高スループット生産技術と新規光学素子の開発

本研究では,高アスペクト比ナノ構造を短サイクルタイムで生産可能な射出成形システムの開発と,それを用いた新規光学素子,特に反射防止構造の成形を試みる.本研究では,高アスペクト比ナノ構造を短サイクルタイムで生産可能な射出成形システムの開発と,それを用いた新規光学素子,特に反射防止構造の成形を試みる.射出成形を用いて,高アスペクト比ナノ構造を生産する方法を提案・開発し,それを用いて新しい光学素子を創製することが目的である.射出成形は原理的にスループットが高いが,ナノ構造を転写することは難しい.当然,高アスペクト比構造はさらに困難になる.樹脂が金型に触れた瞬間にスキン層と呼ばれる固化層が形成されるためである.本研究では,その固化層の形成を防ぐために,金型表面を,樹脂射出中のみガラス転移点以上に温めておく熱アシスト射出成形法を提案し,開発する.また,この方法で製作したナノ構造を用いて新しい光学素子を創製する.(1)金型システムの製作DVDなどの光ディスクの成形に用いられているNi電鋳金型を用いた.この金型を,射出成形の金型ベースに取り付けるが,その間に薄膜ヒータを入れた.窒化アルミニウム(AlN)基板上に,導電膜として厚さ約500nmのCrスパッタ膜を成膜し,その上から絶縁層としてSiO2を約1μm成膜する.この薄膜ヒータのCr層に電流を流すことで,Ni電鋳金型を加熱する.(2)熱アシスト射出成形の結果ピッチ90800nm,アスペクト比12のNi電鋳金型を用いて熱アシスト射出成形を行った.樹脂は主にポリスチレン(Tg:100°C)を用いた.常温のまま成形すると充填率が低いのに対して,射出時の金型温度を120°C程度に上げて成形すると,ほぼ充填されるのを確認した.この場合のサイクルタイムは13秒であった.(3)反射防止構造の成形半波長程度のピッチ,深さ波長程度のコーン形状またはホール形状を樹脂表面に施すことで,面内平均屈折率を傾斜させることで,反射防止構造を製作することができる.(2)の熱アシスト射出成形を用いて,ピッチ200nm深さ500nm程度のコーンアレイを成形したところ,金型を温めた場合は充填率が高く,反射率ももともと5%であったものが,1%以下に低減できた.本研究の目的は,射出成形を用いた高アスペクト比ナノ構造を生産する方法を提案・開発し,それを用いて新しい光学素子を創製することである.射出成形は原理的にスループットが高いが,ナノ構造を転写することは難しい.当然,高アスペクト比構造はさらに困難でなる,樹脂が金型に触れた瞬間にスキン層と呼ばれる固化層が形成されるためである.本研究では,初年度である昨年は,金型表面を樹脂射出中のみガラス転移点以上に温めておく熱アシスト射出成形法を提案し,原理確認できた.本年度では連続で成形可能な金型システムを開発することと,新しい光学素子,具体的には反射防止構造を製作することが目的であった.(1)連続成形可能な金型システムの製作微細構造が施されているNi電鋳スタンパと射出成形の金型ベースの間に急加熱ヒータを入れた.樹脂射出直前のスタンパ表面温度が100°Cになるように制御し,射出完了と同時にヒータを切り,直ちに冷却を行う.その後,金型ベースが常温に戻る前に(約80°C)成形品を取り出し,次の成形のために加熱開始.このサイクルを4秒で行うことが出来た.このサイクルタイムは,急加熱ヒータを用いない通常の射出成形と同等であり,有用なシステムの設計といえる.ピッチ400nm(溝幅200nm)、深さ600nmと、アスペクト比3程度の微細形状が成形可能であることを示した.(2)反射防止構造の成形半波長程度のピッチ,深さ波長程度のコーン形状またはホール形状を樹脂表面に施し,面内平均屈折率を傾斜させることで,反射防止機能が発現する.本研究で開発した熱アシスト射出成形を用いて,ピッチ200nm深さ500nm程度のコーンアレイをポリスチレン表面に成形したところ,急加熱ヒータを用いた場合は充填率が高く,反射率が平坦なポリスチレン表面で5%であるものが,1%以下に低減できた.
脳血管障害患者の行動獲得に対する新しい行動練習プロトコルの効果検証と予後予測

脳血管障害患者の日常生活における行動練習では,セラピストによるプロンプトを統制し,対象者の能力に応じて行動連鎖の難易度を調整しながら練習を実施する必要がある.そのため,セラピストの介入方法や経験にとらわれず,同等の結果を導くような効果的な行動練習法を確立するため,対象者の能力に応じたプロンプトを提示する行動練習を立案し,その有効性を検討した.脳血管障害患者3例に対し,我々が開発したプロトコルを用いて行動練習を実施した.対象者の能力に合わせた先行刺激,指示なし,口頭指示,モデリング(ジェスチャー),タッピング,身体的ガイドを順に提示し,適切な行動が出現した際に速やかに後続刺激として賞賛した.この練習は1日1回実施し,結果をタブレットコンピューターで管理し,提示した先行刺激を記録しながら練習の結果をグラフ化し,即時的にフィードバックした.また,効果検証のためMMSE,FIM,FMAを評価した.分析は,初回と最終練習時の得点から行動学習率(1-最終得点/初回得点)を算出した.3例における計5種類の標的行動は全て自立し,行動学習率はそれぞれ0.3-0.8であった.また,あわせてFIMの自立度も改善した.さらに,脳血管障害患者100例を目標対象者数として初回時にはMMSE,FIM,FMAを実施し,開発したプロトコルを用いて各ADL項目の行動練習を実施し,データを収集している.この結果を用いてランダム化比較対照試験を実施し,本プロトコルの効果検証を実施する.すでに初年度の計画内容を終えており,2019度計画に取り掛かっている.今後は,データの統一性をはかるため,対象を右利き利き手麻痺患者のみとし,データ収集していく.通常訓練群と,プロトコルを用いた介入群とでランダム化比較対照試験を実施する.脳血管障害患者の日常生活における行動練習では,セラピストによるプロンプトを統制し,対象者の能力に応じて行動連鎖の難易度を調整しながら練習を実施する必要がある.そのため,セラピストの介入方法や経験にとらわれず,同等の結果を導くような効果的な行動練習法を確立するため,対象者の能力に応じたプロンプトを提示する行動練習を立案し,その有効性を検討した.脳血管障害患者3例に対し,我々が開発したプロトコルを用いて行動練習を実施した.対象者の能力に合わせた先行刺激,指示なし,口頭指示,モデリング(ジェスチャー),タッピング,身体的ガイドを順に提示し,適切な行動が出現した際に速やかに後続刺激として賞賛した.この練習は1日1回実施し,結果をタブレットコンピューターで管理し,提示した先行刺激を記録しながら練習の結果をグラフ化し,即時的にフィードバックした.また,効果検証のためMMSE,FIM,FMAを評価した.分析は,初回と最終練習時の得点から行動学習率(1-最終得点/初回得点)を算出した.3例における計5種類の標的行動は全て自立し,行動学習率はそれぞれ0.3-0.8であった.また,あわせてFIMの自立度も改善した.さらに,脳血管障害患者100例を目標対象者数として初回時にはMMSE,FIM,FMAを実施し,開発したプロトコルを用いて各ADL項目の行動練習を実施し,データを収集している.この結果を用いてランダム化比較対照試験を実施し,本プロトコルの効果検証を実施する.すでに初年度の計画内容を終えており,2019度計画に取り掛かっている.今後は,データの統一性をはかるため,対象を右利き利き手麻痺患者のみとし,データ収集していく.通常訓練群と,プロトコルを用いた介入群とでランダム化比較対照試験を実施する.データ管理,分析用のコンピューターを初年度にすべて購入していないために物品費の支出が少なかった.また,データ入力もアルバイトにお願いせずに実施できたため,人件費も少なかった.英文校正は年度末に依頼をしたため支払いが今年度分となり,支出されなかった,今年度は,計画通り実施する予定である.
海馬の構造と機能に関する総合的研究

13名の代表者、分担者が2回の連絡会議(平成5年11月19-20日および平成6年7月14-15日)での徹底的討議をもとに、研究を進め、つぎの成果をあげた。発生と構造:川村は各種ニューロトロフィンとその受容体のうち胎生期にはNT-3とtrkCが強く発現することを見出した。石塚は海馬台と視床前核の詳細な相互結合様式を明らかにした。グルタミン酸受容体と長期増強(LTP):小澤はAMPA型受容体の分子構造とチャネル機能の関係を明らかにした。加藤はCA1-LTPで電位依存性カルシウムチャネルと細胞外プロテインカイネースの関与を明らかにした。佐藤(公)はCA3-LTPがシナプス前性であることを明らかにした。飯島はLPTのスライス上での分布を光学計測した。学習機能:小野はサルの条件反応を研究し、記憶には海馬体のみならず中隔核が重要であることを明らかにした。小幡はラットにおいて海馬ニューロンの破壊後障害される水迷路学習が回復することを示した。虚血になどによる選択的神経細胞死:岡田は神経活動とエネルギー代謝の相関を研究し、グルコースがエネルギー源以外にシナプス電位の維持作用を持つことを示した。片岡は虚血時の領域非選択的グルタミン酸放出が領域選択的細胞死をひきおこす機構を明らかにした。茂野はNMDA受容体アゴニストによるCA1細胞死を解析した。桐野は遅発性細胞死を解析した。佐藤(潔)は幼若砂ネズミの海馬CA1細胞が虚血に対し抵抗性であり、生後3週以降はこれが失われることを見出した。従来海馬の研究の多くは個々のシナプス・レベルで行なわれてきたが、本総合研究では海馬全体の構造と機能を理解することを目指しており、各分担者による研究と平成5年11月19、20日の連絡会議における徹底的討論により所期の成果をあげることができた。主な成果として、(1)海馬の入出力系について系統的に検討し、大脳新皮質との関連で組織構築につき新しい考えを打ち出した(石塚)。(2)歯状回の発生につき新しい免疫組織化学とミュータントマウスとの比較を行い、細胞の分化と移動につき詳細な経過と機構が明らかにされた(川村)。(3)生体内海馬表面の光学的活動計測により、従来研究が集中している横断面内での伝達だけでなく縦軸方向の信号伝達が重要であることが示された(飯島)。(4)海馬切片での光学的活動計測により従来電気生理学的と研究されている経路だけでなく、多方向への遅い信号伝達があることを明らかにした(小幡)。(5)CA3におけるシナプス伝達と長期増強について、従来研究されている苔状線維の他に、海馬采と連合・交連線維を比較、検討し、それらの役割を考察した(佐藤公)。(6)虚血後の神経細胞死につき細胞内カルシウム上昇に至る膜電位変化、グルタミン酸放出、エネルギー代謝の因果関係を明らかにした(片岡)。(7)サルに異なる課題を組み合せて学習させる際、それに応じて活動するニューロンが存在することを見出した(小野)。13名の代表者、分担者が連絡会議(平成6年7月14-15日)での徹底的討議をもとに、研究を進め、つぎの成果をあげた。

佐藤(公)はCA3-LTPがシナプス前性であることを明らかにした。飯島はLTPのスライス上での分布を光学計測した。学習機能:小野はサルの条件反応を研究し、記憶には海馬体のみならず中融核が重要であることを明らかにした。小幡はラットにおいて海馬ニューロンの破壊後障害される水迷路学習が回復することを示した。虚血になどによる選択的神経細胞死:岡田は神経活動とエネルギー代謝の相関を研究し、グルコースがエネルギー源以外にシナプス電位の維持作用を持つことを示した。片岡は虚血時の領域非選択的グルタミン酸放出が領域選択的細胞死をひきおこす機構を明らかにした。茂野はNMDA受容体アゴニストによるCA1細胞死を解析した。桐野は遅発性細胞死を解析した。佐藤(潔)は幼若砂ネズミの海馬CA1細胞が虚血に対し抵抗性であり、生後3週以降はこれが失われることを見出した。
歯周疾患と腸管免疫撹乱の織りなす複雑系に着眼した糖尿病性腎症の疫学的メタ解析研究

歯周病原菌P. gingivalis LPS誘導性糖尿病性腎症モデルマウスに対するTLR2およびTLR4阻害剤による腎症予防効果を解析した。膵ランゲルハンス島破壊型I型糖尿病マウス頬粘膜下にP. gingivalis LPSを投与した腎症群、またTLR4阻害剤Eritoran(10ng/ml LPSに対する白血球応答反応を10nMで100%阻止する、IC50=1.6nM)および新規販売のTLR2選択的阻害剤CU CPT 22(IC50=0.5μM)投与の腎症予防群を設定し、尿糖・尿タンパクをグルテストセンサーと検査紙でモニタリング、血液生化学検査を外注、humane endpoint初見で糖尿病と腎症を判定した。腎症・予防群マウス生存率をカプラン・マイヤー法・ログランク検定で比較し、TLR阻害の予防効果を決定した。採取した腎・肝組織のタンパク・遺伝子を抽出し、先に証明しているSTAT3経路でのTLR2/4活性化と炎症性因子発現、糸球体硬化について、ゲルシフトアッセイ、レポーター遺伝子分析、組織リアルタイムPCRとウェスタンブロットでTLR阻害剤の腎症予防効果が示唆された。メタ解析・総括は、福岡歯科大で行い(歯周病学教室、障害者歯科学教室、矯正歯科学教室、アニマルセンター、計16回)、学会ならびに東北大で講演(平成30年8月3日午後3時4時、抗体創薬研究セミナー講演、東北大学医学部5号館、『ポドプラニン研究の新展開』)、岡山大でプレスリリースした(平成30年7月26日、『歯周病原細菌が糖尿病性腎症の原因となる可能性を発見歯周病治療で糖尿病性腎症の予防を』)。現在、沢、坂上およびそれぞれの指導する連携研究者・大学院生・医員が、福岡市透析病院の協力で、アンケート・問診・カルテによる後向きコホート調査、続いて歯周検査と血清採取の介入試験を合わせた横断研究を継続している。2018年度は、マウス実験に関して、第1群のモデル動物の作成・投薬・試料収集と組織切片解析、遺伝子解析が終了し、採取した腎・肝組織のタンパク・遺伝子を抽出、先に証明しているSTAT3経路でのTLR2/4活性化と炎症性因子発現、糸球体硬化について、ゲルシフトアッセイ、レポーター遺伝子分析、組織リアルタイムPCRとウェスタンブロットでTLR阻害剤の腎症予防効果を示唆する結果が得られたため、実験仮説の正しいことが示されつつある。そこで、現在、同じ試験の第2群繰り返し実験に入ることができた。以上の結果を学会3(国際学会1)および岡山大学プレスリリースにて報告した。疫学調査に関して、倫理審査委員会で承認され調査に着手し、問題なく口腔診査・アンケート調査等を行えるものの、調査人員と調査時間の確保が難しく、期待通りの患者数獲得に至らず、引き続き調査を継続して検定に耐える個体数を目指している。2019年度は、疫学調査のエフォートを増加する。1)糖尿病性腎症による透析患者の歯周疾患重症度・既往歴との相関性を非腎症糖尿病患者および非糖尿病性腎症患者を対照として、ならびに歯周病、フレイル・サルコペニアの有無による糖尿病性腎症病歴の差をカプラン・マイヤー法、ログランク検定で比較検討する。2)糖尿病歴と腎症合併率に対する歯周疾患病歴・重症度とフレイル・サルコペニアの有無、下痢症・腸炎有病率の相関性をコックス比例ハザードモデルによる多重変量解析とロジスティック解析で分析し、相対危険度と危険因子としてのそれぞれの独立性を検証する。3)腎症のない糖尿病歴の長期な患者データを確保後、歯周疾患、フレイル・サルコペニア、下痢症・腸炎が交絡因子となるか、研究結果に交絡バイアスがないかを検証する。今年度と来年度の2年間で疫学調査の完遂を目指す。

現在、沢、坂上およびそれぞれの指導する連携研究者・大学院生・医員が、福岡市透析病院の協力で、アンケート・問診・カルテによる後向きコホート調査、続いて歯周検査と血清採取の介入試験を合わせた横断研究を継続している。2018年度は、マウス実験に関して、第1群のモデル動物の作成・投薬・試料収集と組織切片解析、遺伝子解析が終了し、採取した腎・肝組織のタンパク・遺伝子を抽出、先に証明しているSTAT3経路でのTLR2/4活性化と炎症性因子発現、糸球体硬化について、ゲルシフトアッセイ、レポーター遺伝子分析、組織リアルタイムPCRとウェスタンブロットでTLR阻害剤の腎症予防効果を示唆する結果が得られたため、実験仮説の正しいことが示されつつある。そこで、現在、同じ試験の第2群繰り返し実験に入ることができた。以上の結果を学会3(国際学会1)および岡山大学プレスリリースにて報告した。疫学調査に関して、倫理審査委員会で承認され調査に着手し、問題なく口腔診査・アンケート調査等を行えるものの、調査人員と調査時間の確保が難しく、期待通りの患者数獲得に至らず、引き続き調査を継続して検定に耐える個体数を目指している。2019年度は、疫学調査のエフォートを増加する。1)糖尿病性腎症による透析患者の歯周疾患重症度・既往歴との相関性を非腎症糖尿病患者および非糖尿病性腎症患者を対照として、ならびに歯周病、フレイル・サルコペニアの有無による糖尿病性腎症病歴の差をカプラン・マイヤー法、ログランク検定で比較検討する。2)糖尿病歴と腎症合併率に対する歯周疾患病歴・重症度とフレイル・サルコペニアの有無、下痢症・腸炎有病率の相関性をコックス比例ハザードモデルによる多重変量解析とロジスティック解析で分析し、相対危険度と危険因子としてのそれぞれの独立性を検証する。3)腎症のない糖尿病歴の長期な患者データを確保後、歯周疾患、フレイル・サルコペニア、下痢症・腸炎が交絡因子となるか、研究結果に交絡バイアスがないかを検証する。今年度と来年度の2年間で疫学調査の完遂を目指す。
涙液分泌能よりみたネコ涙腺血流に対する自律神経の役割

ペントバルビタールナトリウム(ネンブタールR),臭化パンクロニウム(ミオブロックR)にて麻酔、不動化したネコを脳定位固定装置に固定し,上眼瞼を切開して涙腺を露出した。マニピュレーターを用いてレーザードップラー血流計のプローベを涙腺面に垂直に当たるように固定し、涙腺血流の測定を行った。あらかじめ血流測定側の頚部交感神経(節前線維)を露出し,電極を接続したのちに随走する副交感神経(迷走神経)線維を切断した。その後交感神経電気刺激(20Hz,15V,0.02sec)による血流変化について観察した。交感神経刺激で涙腺血流は減少した。交感神経刺激により涙液分泌がどうのように影響されたかはBotelho,S.Y.ら(66,Arch Ophthal.)の方法で分泌量を測定して行う予定であったが,分泌量が非常に微量な為測定できなかった。この点に関しては今後ウサギを使用することも考えている。交感神経に関する実験と並行して副交感神経(顔面神経,舌咽神経等)や,感覚神経に関する実験も行った。顔面神経刺激では血流上昇がみられたが、舌咽神経刺激においては血流変化を記録しなった。角膜と下眼窩神経を刺激した場合反射性の涙腺血流増加がみられた。口唇,舌,脈絡膜についても血流の測定を試みた中で,フェントラミンの投与後およびキャブサイシンの神経塗布後に起こった脈絡膜血流増加反応はアトロピン抵抗性の副交感神経(節後線維)性によるものと考えられた。このことから眼球後部を副交感神経線維が,感覚神経や交感神経とともに伴走し,眼球に達していることが生理学的に初めて証明され,しかも脈絡膜血流増加作用を有することが示された。光刺激に対する反応も検索し,Parver,L.M.(91,Eye)の言うような光刺激での脈絡膜血流増加反応はみられなかった。
ジメチルエーテル直接発電型燃料電池

メタノールを燃料とする直接発電型燃料電池の研究は、最近活発に行われるようになったが、メタノールが電解質膜として用いるNafion膜を容易に透過して直接燃焼を起し、燃料が無駄に消費されることが大きな問題となっている。筆者らは、ジメチルエーテル(DME)を燃料として用いても、メタノールと同程度の発電性能を出せることを4年前に発見した。DMEを燃料とすれば、電解質膜の透過が少ない燃料電池を実現できる可能性があると考え、本研究を実施した。1.DMEの高分子電解質膜透過性。DMEとメタノールのNafion膜透過性を比較した結果、6080°C、湿度95%RHの雰囲気で、DMEの膜透過量はメタノールの膜透過量の約1/10であった。2.DME燃料電池における燃料クロスリーク。発電状態の燃料電池で燃料の膜透過量を測定した結果、メタノール燃料電池の場合に比べ透過量が約1桁小さいことが分かった。量的には大幅に異なるものの、現象的にはメタノールの場合と同じである。すなわち、燃料の濃度拡散、電気浸透(プロトン同伴の燃料移動)及び燃料消費に伴うクロスリーク量低減などの現象が起こる。クロスリーク低減のためには、厚い電解質膜の使用、運転燃料濃度の低減および電流密度向上が有効な対策であり、DME燃料電池では90%を越えるFarady効率(電流効率)も容易に達成可能であることを実証した。3.DMEの水への溶解度。DMEの水への溶解度は、DME燃料電池にとって必須の物性値であるが、公表データが皆無に近い。このため、2080°CにおけるDMEの水への溶解度を測定した。その結果、5.3wt%(20°C)0.83wt%(80°C)の値を得た。4.DME燃料電池におけるPt-Ru触媒の作用Pt-Ru触媒を用いたDME燃料電池の性能が異常に低い原因を調べるため、Ru/Pt比率を2倍まで増やした触媒での実験、Pt-Ru触媒吸着CO量の測定などを実施した。しかし、これらの実験から性能異常の原因を突き止めることはできなかった。DMEを燃料とすれば、電解質膜の透過が少ない燃料電池を実現できる可能性があると考え、本提案を行ない研究に取り組んでいる。平成13年度は、DMEとメタノールのNafion膜透過性に関して詳細な実験を行ない、下記の内容を電気学会論文誌に発表した。(1)燃料電池の運転条件に相当する6080°C、湿度95%RHの雰囲気で、DMEの膜透過量はメタノールの膜透過量の約1/10である。(2)湿度が低くなるとDMEの膜透過量は急減する。一方メタノールの膜透過量は湿度の影響をあまり受けない。(3)燃料をガスで供給する場合、DMEの膜透過量もメタノールの膜透過量も温度の影響をあまり受けない。

しかし、メタノールを水溶液の形で供給する場合は、温度が高いほど膜透過量が高くなる。(4)膜透過量はほぼ膜厚に逆比例する。Aciplex膜はNafion膜よりやや膜透過量が少ない。平成13年度後半に、セル発電状態における燃料の膜透過性に関する実験を開始し、最初の速報を電気学会全国大会に投稿した。セル発電状態ではプロトンの移動に伴うDME移動が想定されるため、カソード排ガス中DME量の電流依存性を調べた。その結果、(1)発電電流増加と共にDME透過量が増大する。(2)供給するDMEの濃度が高いほど、電流によるDME透過量の増分も多くなる。ことなどが判明した。メタノールを燃料とする直接発電型燃料電池の研究は、最近活発に行われるようになったが、メタノールが電解質膜として用いるNafion膜を容易に透過して直接燃焼を起し、燃料が無駄に消費されることが大きな問題となっている。筆者らは、ジメチルエーテル(DME)を燃料として用いても、メタノールと同程度の発電性能を出せることを4年前に発見した。DMEを燃料とすれば、電解質膜の透過が少ない燃料電池を実現できる可能性があると考え、本研究を実施した。1.DMEの高分子電解質膜透過性。DMEとメタノールのNafion膜透過性を比較した結果、6080°C、湿度95%RHの雰囲気で、DMEの膜透過量はメタノールの膜透過量の約1/10であった。2.DME燃料電池における燃料クロスリーク。発電状態の燃料電池で燃料の膜透過量を測定した結果、メタノール燃料電池の場合に比べ透過量が約1桁小さいことが分かった。量的には大幅に異なるものの、現象的にはメタノールの場合と同じである。すなわち、燃料の濃度拡散、電気浸透(プロトン同伴の燃料移動)及び燃料消費に伴うクロスリーク量低減などの現象が起こる。クロスリーク低減のためには、厚い電解質膜の使用、運転燃料濃度の低減および電流密度向上が有効な対策であり、DME燃料電池では90%を越えるFarady効率(電流効率)も容易に達成可能であることを実証した。3.DMEの水への溶解度。DMEの水への溶解度は、DME燃料電池にとって必須の物性値であるが、公表データが皆無に近い。このため、2080°CにおけるDMEの水への溶解度を測定した。その結果、5.3wt%(20°C)0.83wt%(80°C)の値を得た。4.DME燃料電池におけるPt-Ru触媒の作用Pt-Ru触媒を用いたDME燃料電池の性能が異常に低い原因を調べるため、Ru/Pt比率を2倍まで増やした触媒での実験、Pt-Ru触媒吸着CO量の測定などを実施した。しかし、これらの実験から性能異常の原因を突き止めることはできなかった。