hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複合系新規ナノプロトニクス材料のメカノケミカル合成とプロトンダイナミックス

今年度は、高温相を持たない硫酸水素カリウム(KHSO_4)とリンタングステン酸(WPA)の複合体をミリング処理により作製し、得られた複合体の構造および導電率をCsHSO_<4->WPA系複合体と比較し、ヘテロポリ酸-硫酸水素塩系複合体の構造とプロトン伝導性について検討を行った。χKHSO_<4->(100-χ)WPA複合体の無加湿条件における導電率の導電率は、KHSO_4含量によって大きく変化した。WPA(χ=0)およびKHSO_4(χ=100)の無加湿条件下における伝導性は低く、100°Cでの導電率はそれぞれ、1×10^<-7>S/cmおよび5×10^<-6>S/cmの値であった。しかしながら、KHSO_4含量が80mol%以上になると、導電率が上昇し、χ=90および95の複合体では、16050°Cの範囲で1×10^<-2>1×10^<-3>S/cmの非常に高い導電率を維持することがわかった。伝導の活性化エネルギーは23kJ/molと見積もられ、先に報告した90CsHSO_<4->10WPA複合体よりも低いことも明らかとなった。超プロトン伝導相を持たないKHSO_4とWPAの複合体が、高温超プロトン伝導相を持つCsHSO_<4->WPA系複合体と同様に、室温から160°C程度の広い温度範囲で高いプロトン伝導性を維持したことから、WPAのケギンアニオンPW_<12>O_<40>^<3->とKHSO_4あるいはCsHSO_4のHSO_4^-アニオンがブレンステッド酸-塩基対の形で水素結合を形成することが導電率の向上に関係していると考えられる。以上の結果より、中温無加湿条件下で高いプロトン伝導性を示す材料を合成するには、オキソ酸とヘテロポリ酸の間に形成される、水素結合ネットワークを設計することが、本質的に重要であり、必ずしも超プロトン相が関与する必要はないことが実証された。メカニカルミリンダ(MM)法を用いて3価ポリアニオン構造を有するリンタングステン酸(WPA)と硫酸水素セシウム(CsHSO_4)を複合化すると、得られる複合体は、室温から160°C程度の広い温度範囲において高いプロトン導電率を示す。室温における^1H MAS NMR測定より、WPAの添加によって、CsHSO_4の水素結合ネットワーク構造が変化していることが示された。また、例えば100°Cにおける導電率はWPA、CsHSO_4いずれも10^<-7>10^<-6>S/cmオーダーであり、単純にWPAとCsHSO_4単体の導電率を組み合わせるだけでは、CsHSO_4/WPA複合体の導電率の組成依存性を定量的に説明することはできない。そこで今回、^1H NMRのスピン-格子緩和時間(T_1)の温度変化より、ナノオーダーにおける複合体の無加湿プロトンダイナミックスを調べた。プロトンがあるサイトにとどまっている平均滞在時間(τH)を算出したところ、室温から140°C付近までCsHSO_4単体(低温相)よりもWPAを複合化した90CsHSO_4・10WPA(mol%)の方が3桁以上τHが短く、例えば100°C(無加湿)における値は、CsHSO_4単体が3.5×10^<-5>sであったのに対し、複合体の値は1.1×10^<-8>sとなった。この結果は、プロトンホッピングの律速過程とされるSO_4四面体の再配列速度が、WPAの添加により3,000倍以上に増大していることを示唆するものであった。室温における^1H MAS NMR測定より、WPAを加えることでWPAとCsHSO_4間に新たな水素結合が形成されることがわかっているが、この水素結合が無加湿におけるプロトンの運動性に深く関与していると考えられる。さらにWPA/CsHSO_4界面に高プロトン伝導相が存在するとして、有効媒質理論を基に導電率の組成依存性を計算し、界面層の厚みとその導電率を見積もることで、WPA添加による導電率増大のメカニズムについて検討を行った。その結果、界面相の導電率は50mS/cm(logσ=-1.3)と見積もられ、この値はCsHSO_4単体のものよりも高かった。また、界面相の厚みに関するパラメータmより、コア半径に対して5%程度の厚みの活性層が形成されていると見積もられた。

しかしながら、KHSO_4含量が80mol%以上になると、導電率が上昇し、χ=90および95の複合体では、16050°Cの範囲で1×10^<-2>1×10^<-3>S/cmの非常に高い導電率を維持することがわかった。伝導の活性化エネルギーは23kJ/molと見積もられ、先に報告した90CsHSO_<4->10WPA複合体よりも低いことも明らかとなった。超プロトン伝導相を持たないKHSO_4とWPAの複合体が、高温超プロトン伝導相を持つCsHSO_<4->WPA系複合体と同様に、室温から160°C程度の広い温度範囲で高いプロトン伝導性を維持したことから、WPAのケギンアニオンPW_<12>O_<40>^<3->とKHSO_4あるいはCsHSO_4のHSO_4^-アニオンがブレンステッド酸-塩基対の形で水素結合を形成することが導電率の向上に関係していると考えられる。以上の結果より、中温無加湿条件下で高いプロトン伝導性を示す材料を合成するには、オキソ酸とヘテロポリ酸の間に形成される、水素結合ネットワークを設計することが、本質的に重要であり、必ずしも超プロトン相が関与する必要はないことが実証された。
機械学習サービス基盤の研究

サービスコンピューティング技術によって,様々な機能が統一されたインタフェースでインターネット経由で利用可能になり,機能を利用するためのサーバ構築や,機能毎異なるインタフェースに対応するための開発コストが削減された.本研究では近年進歩の目覚ましい機械学習技術を用いた画像認識や物体検出といった機能に対してもこのアプローチを拡大し,より多様な機能を少ないコストで自由に組み合わせ利用できる環境を実現するものである.そのため機械学習固有に必要となるインタフェースの定義やプロトコルの拡張を行い,必要なコンピュータや機材を購入して機械学習サービスを構築し,サービスの利用例を作成して提案アプローチを実証する.サービスコンピューティング技術によって,様々な機能が統一されたインタフェースでインターネット経由で利用可能になり,機能を利用するためのサーバ構築や,機能毎異なるインタフェースに対応するための開発コストが削減された.本研究では近年進歩の目覚ましい機械学習技術を用いた画像認識や物体検出といった機能に対してもこのアプローチを拡大し,より多様な機能を少ないコストで自由に組み合わせ利用できる環境を実現するものである.そのため機械学習固有に必要となるインタフェースの定義やプロトコルの拡張を行い,必要なコンピュータや機材を購入して機械学習サービスを構築し,サービスの利用例を作成して提案アプローチを実証する.
霊長類ES細胞に由来する血管内皮細胞の増殖機構解析と造血機能評価

我々は、カニクイザルES細胞を用いて、臨床応用にむけた安全かつ高効率な血管内皮細胞の分化誘導のための技術開発を目指した。その結果、昨年度は、胚様体形成と平面培養を組み合わせた新規な分化誘導法により、無フィーダー環境下で従来よりも高い効率で細胞表面VE-cadherin陽性成熟血管内皮細胞を作成することに成功した。また、従来法では不可能であった継代が8回程度まで可能となった。本年度はこれらの技術をさらに改良して、1)より高い効率で血管内皮細胞を産生する、2)より多くの回数の継代を可能にする、3)in vivoでの機能発現を確認する、ことを目指した。その結果、1)については、細胞表面VE-cadherin発現を指標としたソーティングを行うことで、VE-cadherin陰性分画も血管内皮細胞としての特徴を全て有しおり、100%の効率で血管内皮細胞に分化していることが確認された。さらに、VE-cadherin陽性分画は、その後の培養を経ても90%以上のVE-cadherin発現を維持したまま増殖継代できることが確認され、高純度の継代可能な成熟血管内皮細胞を得ることができたと言える。また、2)に関しては、我々の方法により作成されたES細胞由来血管内皮細胞が8回程度の継代の後に「ストレス依存性老化」を起こして増殖停止することが明らかになったことから、細胞培養におけるストレスを減弱する方法につき検討したが、現時点では「ストレス依存性老化」そのものは止められないまでも、継代法の細部を工夫して10継代まで可能となった。3)については、ゲル状の細胞外マトリクス中にES細胞由来血管内皮細胞を封入したものを免疫不全マウスの皮下に移植し、一定時間の経過後に尾静脈から蛍光色素を注入することで体循環系との連絡の有無を確認する方法で、マウス体内での血管形成を確認できた。Embryonic stem(ES)細胞は無限増殖能と多能的分化能を併せ持っことから再生医療における有用性が期待されている。我々は臨床応用を目指して、ヒトES細胞に類似した性質を持つことが知られるカニクイザルES細胞を用いて、安全かつ高効率に血管内皮細胞を分化誘導するための技術開発を行った。特に、動物由来因子の混入を排除するためマウス由来細胞との共培養法を避け、また分化効率の低い胚様体形成法だけに頼らない、新規な分化誘導法の開発を目指した。その結果、胚様体形成法と平面培養法を組み合わせることで、無フィーダー環境下で、従来(<2%)よりも格段に高い効率(2060%)で血管内皮細胞を分化誘導することに成功した。まず6種類のサイトカイン存在下での3日間の浮遊培養により胚様体を作成し、引き続き約2週間の平面培養を行うことで、我々が「嚢状構造物」と名付けた独特の構造体を作成する。この構造物はその構成細胞のほぼ全てが免疫染色で血管内皮細胞特異的マーカーであるVE-cadherinを発現しており、血管内皮前駆細胞からなる集団であることが確認された。なお嚢状構造物の中には球状細胞が充満するが、諸解析からこれらが造血前駆細胞であることが明らかとなった。嚢状構造物の壁を切開し球状細胞を除去した後に残る細胞を平面培養したところ810回の継代が可能であり、FACS解析でVE-cadherin陽性率が2060%に達することが確認された。また血管内皮細胞として機能(コード形成能、アセチル化LDL取込能)と、血管内皮細胞に特異的な機i能蛋白であるvonWillbrand因子やendothelialNO合成酵素の発現も確認された。現在、in vivoでの機能を確認するために免疫不全マウスへの移植実験(大腿動脈結紮実験、腫瘍血管誘導実験、マトリックス内埋込実験)の基礎検討を開始している。

3)については、ゲル状の細胞外マトリクス中にES細胞由来血管内皮細胞を封入したものを免疫不全マウスの皮下に移植し、一定時間の経過後に尾静脈から蛍光色素を注入することで体循環系との連絡の有無を確認する方法で、マウス体内での血管形成を確認できた。
裏声とその活用を視点としたジェンダーの研究

本研究は、裏声を視点としてジェンダーの問題を学際的に問い直そうとしたものである。以下、今回の研究で明らかになったことについて述べる。1)男性の歌声が80年代後半から急激に高くなってきていることを、日本の歌謡曲の音域のデータを解析して明らかにしたこと。2)男性の高音化と女性化、ユニセックス化がリンクしていたこと。3)男性の高音化には、裏声の活用が関わっていること。4)裏声と頭声、ファルセットなどの用語を歴史的、音声生理学的に整理、解明をはかったこと。5)カウンターテナー、カストラートなど西洋音楽における男性ファルセットを歴史的、社会的にとらえなおしたこと。6)フォーマルとインフォーマルな場では、日本の女性が今なお声のピッチを区別し、公の場所でキーを上げて女らしさを見せようとする傾向にあること。7)学校の音楽教育においては、声による芸術が混声合唱中心となっており、そのため男性が裏声を使うことができない状態にあること。9)国際シンポジウムの開催によって、日本で現在おこっている声とジェンダー意識の変化が世界的に共通していること、また、その中で何が日本で特に顕著な傾向であるかを明らかにしたこと。以上のように今回の研究は、多分野にわたり、数多くの副次的テーマが広がっている。そのため、鳥瞰図的な研究成果になった嫌いはあるものの、裏声とジェンダーの関係を包括的に扱った最初の研究と言えるだろう。平成13年度は以下のような研究をおこなった。1)戦後の歌謡曲の音域の変化を分析的に調査した。1950年代から70年代までは、男女が自由に歌うと自ずと1オクターブ乖離したかたちのユニゾンになっていたが、90年代以降は男女の声域の差が少なくなってきている。そのため、しばしば実音が同じ高さの文字通りのユニゾンで歌われるという現象が起こってきた。本研究では、戦後の歌謡曲の音域を個々の作品ごとに平均、標準偏差を算出して統計的に分析した。分析にあたっては、リズム(個々の音の長さ)を標準化して平均の平均を算出することが必要であるため、"Melody Analysis"というソフトウエアを作成して作業をおこなった。2)「裏声とジェンダー」をテーマとして国際シンポジウムを名古屋にて開催した。(愛知芸術文化センター,2001年8月26日)このシンポジウムでは上記の分析データをもとに,社会とジェンダーとの関係について村尾が中心になって発表した。他に,共同研究者である新美成二が裏声の生理的メカニズムと近年の若者の声帯について発表をおこなった。他の二人の共同研究者は,海外における研究をとりあげ,裏声とジェンダーのシンポジウムの企画をおこなった。今年度の研究は2点。第1は,主として沖縄民謡をとりあげて裏声を含めた発声の研究をおこなったこと。沖縄民謡をとりあげたのは,奄美諸島の民謡が男女ともに裏声を駆使するのに対し,沖縄では裏声を使用せず,そのため男女の斉唱ではオクターブ乖離したものになる,と言われてきたからである。この研究は村尾が企画し,新美が音声生理学的な分析をおこなった。被験者として村尾研究室の大学院学生(沖縄民謡の歌い手),およびプロの沖縄民謡歌手3名の協力を得た。その結果,これまでの先行研究の結果と異なり,沖縄民謡でも鼻腔共鳴を活用していること,裏声は女性が多く使用していること,沖縄の特徴的な発声と思われているものは,発声法よりも,節回しなど他の要因によるものであることが明らかになった。しかし,なぜ,本土や奄美諸島の民謡などと異なり,男女がオクターブ乖離して一緒に歌われるか,という点についての社会的・文化的な疑問は明らかにしえなかった。第2は,今年度が最終年度にあたるため,昨年おこなった「裏声とジェンダーの国際シンポジウム」を日本語に翻訳し,これをもとに議論し,さらに編集,整理して報告書としてまとめることである。

民族音楽学,音声生理学,社会音声学,音楽心理学,音楽教育学・・・といった多方面から国際的,学際的に「裏声とジェンダー」にアプローチしたことになり,報告書は画期的な内容と言えるだろう。
内耳の内リンパ水腫の客観的診断法の研究

1実験的内リンパ水腫を作成したモルモットでは、クリック音の極性の変化によってCAPの潜時に差が有ることを確かめた。これは、内リンパ水腫の非侵襲的な客観的診断法として臨床に応用できる可能性がある。2臨床上は通常は極性を交互に変化させたクリック音を加算してECoGを測定しているが、水腫によるCAPの潜時の差があれば、加算によって見かけ上のCAPが小さくなり、これがいわゆるSP/AP ratioの増大として捕えられている事もあると思われる。水腫の診断における所謂SP/AP ratioの意義の評価を再検討する必要があると思われる。3内リンパ水腫モルモットのライスネル膜を構成する上皮細胞と中皮細胞の数の変化を調べた。正常モルモットでは下方回転ほど単位幅あたりの細胞数が少ないことがわかり,ライスネル膜の膨隆が鍋牛の下方回転ほど大きいことの理由と推測された。また、水腫によって、膜の単なる伸長ではなく細胞数の総数が増加することも新しくわかった。4低周波音(50kHz)のバイアス法による音刺激装置の作成およびキャリブレーションを行った。動物実験とは異なり、臨床検査では開放音場を使用するので、充分な音圧の低音を発生できるスピーカーを含む音刺激装置の作成に困難があった。研究目的、即ち客観的に内リンパ水腫の診断を行うには、充分の動物でのデータはあるが、臨床応用には至っていない。今後研究を継続することで、臨床的なデータを集めて、動物実験と対比する予定である。当該年度において、低周波音バイアス法およびクリック音の極性を変化してAPとSPの振幅や潜時の変化を測定してinput-output curve(I/Oカーブ)と水腫の程度との関連を調べる目的で、以下の検討を行った。1)音刺激装置の作成とキャリブレーションクリック音の極性を変える装置は容易に作成出来たが、低周波音によるバイアス法の為の音刺激装置は,位相の変化に同期してトーンバーストを発生時にノイズが混入することがわかり,このノイズに対するCAPが発生する可能性があり,目下鋭意改良に努めており近日中に満足すべき装置が完成することが予定されている。従って,低周波音バイアス法による実験は装置の完成を待って行う予定である。2)動物実験12匹のモルモットを使用して、うち8匹に内リンパ水腫を作成し,4匹(8耳)はコントロールとした。水腫動物では,クリック音の極性を変えるとCAPの潜時に差が見られたが,コントロール群では差が見られなかった。この結果は7年10月22-27日モスクワで行われたInternational symposium ′′Modern Problems of Physiology and Pathology of Hearing′′において′′The effect of polarity of click stimulus on CAP in hydropiccochlea′′と題して口演した。又,動物の側頭骨標本の作成に関してはミクロトームなどの器材、セロイジン標本の作成の設備などが整っていないので準備中である。3)臨床実験外来聴力検査室(無響室)の整備と各種音刺激装置のキャリブレーションを行って,平成8年度の実験に備え,また感音性難聴者10名について種々の聴覚生理学的な基礎データの作成に努めた。1)音刺激装置の作成。低周波音バイアス法に使用する音刺激装置は、位相の変化に同期してトーンバーストを発生させるときノイズが発生し、それに対するCAPの発生が問題となったので、新たにプロトタイプの音発生装置を作成して、極めて満足すべき音刺激装置を確保出来た。2)加算装置の作成。ナショナル-インスツルメント社のLabVIEWソフトウエアを駆使して、マッキントッシュコンピューターによる加算装置を作成した。これによって、CAPやABRの加算のみでなく、音源の音圧や周波数の制御が可能になった。3)動物実験。解剖学教室より中古のミクロトームの譲渡を受けた。セロイジンによる組織標本作成の準備が進行中である。4)臨床実験。各種の感音性難聴者について研究を行い、データの収集につとめた。

動物実験と異なり、充分な音圧の低周波音を発生する満足なスピーカーが見つからず、目下種々のキャリブレーションを行いつつある。5)その他。実験的内リンパ水腫を作成した40匹のモルモットの側頭骨セロイジン包埋標本をミネソタ大学医学部耳鼻咽喉科学教室のの側頭骨病理研究室に依頼して作成した。福岡大学耳鼻咽喉科学教室の側頭骨病理研究室は準備中であるが残念ながらまだ機能していない。40匹のモルモットから,1)片側に全回転で明瞭な水腫が有る物,2)両側ともに標本作成中のア-タチファクトのないもの,3)両側ともに同一スライド切片で蝸牛軸正中断面を持つ物,の条件を満たす標本15個を選別し,ライスネル膜の変化を計測した。即ち,第2,4,6蝸牛管のライスネル膜における膜の幅,細胞数,単位幅当たりの細胞数を比較検討した。其の結果,水腫側は正常側と比較して膜の幅は延長し,内皮,中皮細胞共増加を認めたが単位幅当たりの細胞数では内皮細胞数の減少,中皮細胞数の増加を認めた。これは,内皮細胞と中皮細胞の水腫に対する反応機序の違いを示唆する。この15匹の動物すべてでAPの測定及び低音バイアス法によるAPの振幅と潜時の変化を測定しているので,これらの電気生理学的変化と今回の組織学的変化との相関関係を分析中である。
特別天然記念物オオサンショウウオとの共生を支援する環境教育プログラムの開発

平成9年度の研究結果を基にして、「オオサンショウウオとのふれあいプログラム(2)」を計画、実践した。内容は(1)ネイチャーゲーム「動物の弁護士:オオサンショウウオ版」、(2)出張動物園によるオオサンショウウオとのふれあい体験、(3)ネイチャーゲーム「フィールドビンゴ」、(4)ネイチャークラフト、(5)オオサンショウウオの生態に関するパネル展示、(6)古老による語りなどであった。対象は、地域の保育園児、地域の小学校児童及び保護者であった。このうち幼児・児童には事前・事後調査を実施した。(6)の古老による語りは、昔の地域の自然環境に関するもので、貴重な証言であるとともに、子ども達にとって世代間のふれあい交流を促す意味もあったようである。証言はテープに記録され、書き起こされる予定である。広島地域に生息している野生のオオサンショウウオ(以下GSと略)の生態及び河川環境に関するデータを収集するために、太田川水系でフィールド調査を実施した。その結果、天然の巣穴は河川改修や土砂崩れ等により減少している実態が明らかになった。また、産卵期には、堰堤の下で複数の個体が観察された。堰堤が産卵場所への大きな障害になっているといえる。「オオサンショウウオとのふれあいプログラム」の事前・事後に調査を実施した。同プログラムは、(1)GSに関する資料提示(講義形式)、(2)人工飼育されたGSとのふれあい(フィールドワーク)の2部から構成されている。調査は、(1)GSのメタファー調査、(2)概念地図法による調査、(3)知識調査、GSに関する感想(事後調査のみ)から構成されている。結果については、現在分析中であるが、おおむね次のような特徴は見られるようである。(1)メタファー調査:事前ではGSイメージが不明確で、拡散的であるが、事後では明確になり、より親しみ深いものに変容している。(2)概念地図法調査:事前では、一般的・抽象的表現が多かったが、事後ではより具体的で親近感を伴った表現に変容している。また、事後の方が要素数も増大している。(3)知識調査:その正確さ、量とも飛躍的に向上している。(4)感想:不思議さや親近感に関する記述が多く、人間との共存の意識まで言及しているものも見られた。
魚類体表粘液糖タンパク質を基質に用いた新規グリカナーゼの探索

粘液の本体であるムチン(O型糖タンパク質)の糖鎖を根元から遊離させるエンド型酵素は,特定の糖鎖構造にのみ作用するものしか見つかっておらず,ムチンの構造解析,機能解析の両面で大きな障害になっている.本研究では,魚類体表粘液から新奇糖鎖構造をもつムチンを分離し,これを主な炭素源とする培地で本酵素産生細菌を探索した.土壌,環境水など様々な環境由来の試料,魚類体表および消化管の粘液など,500種以上の試料を試験したが,目的酵素を検出できなかった.また,非還元末端糖のKDNの遊離もごく希にしか検出されなかった.KDNを含む魚類体表ムチンは,環境微生物からの魚類の生体防御に役立っていると考えられた.当初の計画通り,前年度調製した魚類体表粘液糖タンパク質(ドジョウ体表粘液糖タンパク質)を混和した培地を用いて,O-グリカナーゼ産生細菌のスクリーニングを行った.培地heart infusionbroth(2.5%)にドジョウ体表粘液糖タンパク質または対象として牛顎下腺ムチン(各0.3%)を加えた液体培地に試料を接種したのち,30°Cで7日間振とう培養を行った.培養上清をTLCで分析し,糖タンパク質から糖鎖の遊離の有無を調べた.試料には,環境の土壌,河川水,海水,湖水などを使用するとともに,O-グリカナーゼ産生細菌と親和性があると考えられる魚類の体表粘質物を鮮魚および生魚から直接かき取った後,試料として使用した.これまでに得られた知見は以下の通りである.・O-グリカナーゼの作用によると考えられる糖鎖の遊離は未だ検出されていない.・シアリダーゼ(neuraminidase)の作用による牛顎下腺ムチンからのN-アセチルノイラミン酸の遊離が検出されたが,同じ試料をドジョウ体表粘液糖タンパク質を含む培地に接種したものからは,KDNの遊離を認められなかった.このことは,シアリダーゼはKDNには作用しにくいことを意味し,O-グリカナーゼ探索のための基質には,非還元末端がKDNによってブロックされているドジョウ体表粘液糖タンパク質は適当であるという当初の考えを支持するものと判断できた.・スクリーニングと並行して,数種の魚類から粘液糖タンパク質を分離精製,その構造解析を行ったが,KDNの分布と,魚の種,食性,棲息場所などとは,全く関連づけることは出来なかった.O型糖タンパク質(ムチン型糖タンパク質)の糖鎖を根元から遊離させるエンド型酵素,O-グリカナーゼ(endo-α-N-acetylgalactosaminidase, EC 3.2.1.97)は,多様なO型糖鎖構造のうちの非常に限定された構造にのみ作用するものしか見つかっておらず, O型糖タンパク質の構造解析,機能解析の両面で大きな障害になっている.本申請研究は,これまでとは異なる基質特異性をもつ利便性の高いO-グリカナーゼの開発が目的である.本酵素は,魚類体表粘質物から分離した,KDNを非還元末端糖に有する新奇糖鎖構造をもつ粘液糖タンパク質(O型糖タンパク質)を主な糖(炭素)源として培地に混合し,これを分解資化する細菌から探索した.初年度には,基質となる魚類粘液糖タンパク質の精製を中心に研究を遂行した.二,三年目には,精製した糖タンパク質を使用し,目的酵素を産生する最近のスクリーニング実験を開始した.試料には,土,海水,湖水などの環境由来のもの,鮮魚の体表および消化管表面をかき取ったもの,KDN含有糖タンパク質を粘液に含むドジョウを飼育し,その体表をかき取ったもの,などを使用した.この結果以下のような知見が得られた.まず,O-グリカナーゼの分布は非常に少なく,今回のスクリーニングでは明確に検出することは出来なかった.しかし,非還元末端のNeuAcおよびKDNを遊離は認められた.スクリーニングに用いた試料の半数以上から遊離NeuAcが検出されたのに対し,遊離KDNの検出は供試試料の1/4以下だった.このことから,KDNは環境微生物からの生体防御における重要な役割を果たしていると考えられた.粘液の本体であるムチン(O型糖タンパク質)の糖鎖を根元から遊離させるエンド型酵素は,特定の糖鎖構造にのみ作用するものしか見つかっておらず,ムチンの構造解析,機能解析の両面で大きな障害になっている.本研究では,魚類体表粘液から新奇糖鎖構造をもつムチンを分離し,これを主な炭素源とする培地で本酵素産生細菌を探索した.土壌,環境水など様々な環境由来の試料,魚類体表および消化管の粘液など,500種以上の試料を試験したが,目的酵素を検出できなかった.また,非還元末端糖のKDNの遊離もごく希にしか検出されなかった.KDNを含む魚類体表ムチンは,環境微生物からの魚類の生体防御に役立っていると考えられた.O型糖タンパク質(ムチン型糖タンパク質)の糖鎖を根元から遊離させるエンド型酵素,O-グリカナーゼ(endo-α-N-acetylgalactosaminidase,EC 3.2.1.97)は,多様なO型糖鎖構造のうちの非常に限定された構造にのみ作用するものしか見つかっておらず, O型糖タンパク質の構造解析,機能解析の両面で大きな障害になっている.本申請研究は,これまでとは異なる基質特異性をもつ利便性の高いO-グリカナーゼの開発が目的である.

本酵素は,魚類体表粘質物から分離した新奇糖鎖構造をもつ粘液糖タンパク質(O型糖タンパク質)を主な糖(炭素)源として培地に混合し,これを分解資化する細菌から探索する.この,水産物にしか見つかっていない糖タンパク質を基質に利用するO-グリカナーゼ探索手法が,本研究の最大の特徴である.平成23年度は,研究計画に基づき,基質となる魚類粘液糖タンパク質の精製を中心に研究を遂行した.同時に,精製した糖タンパク質を使用し,目的酵素を産生する最近のスクリーニング実験も開始した.概要は以下の通りである.まず,スクリーニングに必要な魚類体表粘液糖タンパク質の分離精製を行った.分離精製方法は,すでに研究室で確立している方法を用いた.ついで,上記の糖タンパク質の調製と並行して,調製した魚類体表粘液糖タンパク質を用いて,これを分解資化する細菌(O-グリカナーゼ産生細菌)のスクリーニングに着手した.当初の予定に従って,今年度はO-グリカナーゼ産生最近のスクリーニングを中心に行った.これまでに,目的細菌を検出出来ていないが,分離源(試料)を環境の土壌,水などの他に,当初の予定にはなかった魚の体表粘質物を加えるなどの工夫を施し,目的細菌の検出を試みている.この他に,数種の魚類から体表粘液糖タンパク質を分離精製し,それらの構造を解析することにより,魚の性質(魚種,食性,生息域など)と体表粘液糖タンパク質に含有するシアル酸,KDNとの関係(KDNの分布)を明らかにするなど,他の方面からもアプローチし,研究の進展を図っている.当初の計画通り,ドジョウから基質である体表粘液糖タンパク質の分離と精製を行った.また,これと並行して,精製物を利用した目的酵素産生細菌のスクリーニングを開始した.まず,生きたまま凍結した魚体を半解凍後,エタノールを体表に振りかけ,ゼリー状に凝固した体表粘質物をかき取った.この体表粘質物を脱脂乾燥後,緩衝液中で超音波抽出し,さらにイオン交換クロマトグラフィー,ゲルろ過クロマトグラフィーにより分画することにより精製粘液糖タンパク質を調製した.また,この精製操作と並行して,この精製糖タンパク質を用いて,これを分解資化する細菌(O-グリカナーゼ産生細菌)のスクリーニングに着手した.以上のように,平成23年度には,計画通り基質の精製およびスクリーニングを行ったため,研究はおおむね順調に進展していると判断出来る.細菌の分離源(試料)を,これまでの環境の土壌,水および魚の体表粘質物に加えて,KDNを体表粘質物に含有する魚種を飼育し,そこから定期的に粘液をかき取り試料に用いることを計画している.研究実績の概要に記したように,KDNが糖タンパク質の非還元末端糖として存在することにより,通常のシアリダーゼによる糖鎖の加水分解は阻止される.このためKDNを身にまとっている魚は,O-グリカナーゼの分離源として,非常に有望な存在だと考えることが出来る.目的細菌を検出した後は,当初計画に従い,この細菌を分離・同定するとともに,酵素の精製後,諸性質を解明するための実験にも着手する.当初の計画に則り,平成24年度は,O-グリカナーゼ産生細菌のスクリーニングを中心に実験を行う予定である.また,スクリーニングと同時に,本スクリーニング方法の妥当性についての検証を行うことも予定している.さらに,目的酵素を産生する細菌が見つかった場合は,この細菌を同定するための実験も開始する.スクリーニングに必要な試薬類やガラス器具の購入に加えて,前年度予定していた細菌分離同定に必要な費用,酵素の精製,キャラクタリゼーションに必要な費用を支出する予定である.
個別化薬物療法最適化の基盤となる薬物代謝酵素活性を評価する核医学画像診断法の確立

個体差の大きい精神神経疾患に対する薬物療法の治療効果や副作用発現を予測できる画像診断法を確立することは、薬物療法の個別化の汎用的基盤形成に重要である。本研究では、最重要個体差要因であり医薬品の個別化適正使用の根拠となる薬物代謝酵素活性診断法の確立と臨床応用を目的として、非侵襲的な分子イメージング法により、多くの医薬品に共通する薬物代謝酵素活性を個別に定量的に測定し得る核医学画像診断法を確立する。特に、個体差の変動要因として医薬品の個別化適正使用の観点から最も重要な薬物代謝酵素cytochrome P450(CYP)に注目し、若年層にも急増しているうつ病などの精神神経疾患薬物療法の最適化を緊急課題として、向精神薬に共通した薬効・副作用の個体差要因であるCYP2D6活性測定に適した新規放射性画像診断薬を開発する。これまでに、脳血流測定剤123I-IMPのヒト組み換えCYPによる代謝物を解析して、IMPの肝臓中の第一反応代謝酵素がCYP2C19であることを特定し、その酵素活性測定法を報告した。本研究では、神経受容体シンチグラフィに臨床使用されている123I-Iomazenil (123I-IMZ)が、体内で代謝を受けること、および推定代謝経路が既に報告されていることから、新規薬物代謝酵素活性イメージングのモデル診断薬とし、包括的かつリアルタイムな薬物代謝酵素活性の定量解析への有用性を検討した。その結果、123I-IMZは代謝酵素活性イメージング診断薬に求める諸条件を満たすことから、放射性代謝物が排泄される胆のうや膀胱などの臓器をターゲットとした経時的SPECTイメージングを実施し、それらの経時的集積曲線からリアルタイムな薬物代謝酵素の活性を定量解析できる可能性が示された(Nucl. Med. Commun., 39: 825-833, 2018)。本研究では、薬物代謝酵素によって代謝される放射性画像診断薬の体内動態解析を利用し、肝臓の薬物代謝酵素活性を測定する新規定量法の開発を目的とした。本年度は神経受容体シンチグラフィ剤123I-Iomazenil (123I-IMZ)が、体内で代謝を受けること、放射性代謝物の生成および推定代謝経路が既に報告されていることから、新規代謝イメージングの候補薬剤とした。マウス肝ホモジネートを用い、carboxylesterase(CES)の特異的阻害剤であるbis (4-nitrophenyl)phosphate (BNPP)を負荷することで主代謝経路の放射性代謝物の生成阻害が確認された。また、マウスに123I-IMZを投与後の放射性代謝物分析の結果、血漿では123I-IMZは早期に大部分が代謝されており、肝臓においては早期には複数の代謝物が存在し、時間経過に従って未変化体123I-IMZの割合が減少したことが確認された。また胆汁・尿中では放射性代謝物が大部分を占め、未変化体123I-IMZは僅かであった。マウスの体内分布・イメージングでは、早期に脳、肝臓、腎臓に集積し、速やかな排泄が確認できた。投与後60分では、肝臓に比べて胆のう・小腸・膀胱への集積が明瞭であり、集積を比較することが十分可能な画像が得られた。以上より、123I-IMZは代謝酵素活性イメージング診断薬に求める諸条件を満たすことから、放射性代謝物が排泄される胆のうや膀胱などの臓器をターゲットとした経時的SPECTイメージングから得られる経時的集積曲線を用いてリアルタイムな薬物代謝酵素の活性を定量解析できる可能性が示された(Nucl. Med. Commun., 39: 825-833, 2018)。このように本研究課題で提唱している薬物代謝酵素活性の核医学画像診断の実施例を初年度で示すことができた意義は大きい。個別化薬物療法の最適化において、薬物代謝酵素活性は薬物体内動態に大きく影響することから、申請者らは、肝臓などの薬物代謝酵素活性に依存した動態を示す分子イメージング法を考案し、蛍光物質の実施例を基に特許を取得した[特許取得:川井、国嶋、小林、他2名;特許第6124273号, 2017]。これらの原理を利用し、生体試料の採取を要しない非侵襲的分子イメージング法により、生体内組織における薬物代謝酵素活性を個別に測定し得る画像診断薬を開発する。そのためには、多くの治療薬成分の代謝に関与する共通性の高い薬物代謝酵素により代謝され、その結果生じる放射性代謝物が速やかに排泄される特徴的な体内動態を示す必要がある。前年度に達成した薬物代謝酵素活性の分子イメージング法による定量測定系の確立を継続するとともに、新たに、個体差の変動要因として医薬品の個別化適正使用の観点から最も重要な薬物代謝酵素cytochrome P450 (CYP)の薬物代謝酵素活性測定を最優先課題として、向精神薬に共通した薬効・副作用の個体差要因であるCYP2D6活性測定に適した新規放射性画像診断薬を開発に着手する。本研究課題で優先課題と位置づけた精神神経疾患の薬物療法に共通するCYP2D6に関しては、数ある基質の中でも代謝酵素活性イメージング診断薬が満たすべき諸条件を期待できるフェノチアジン系抗ヒスタミン薬のメキタジンを標識母体化合物に選択して分子設計を開始した。本研究課題は、特にこれまでに例のない新規薬物代謝酵素画像診断法の実施例を示すことができたことから、当初の研究計画通りに順調に進展しており、研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点は全くない。

個体差の大きい精神神経疾患に対する薬物療法の治療効果や副作用発現を予測できる画像診断法を確立することは、薬物療法の個別化の汎用的基盤形成に重要である。本研究では、最重要個体差要因であり医薬品の個別化適正使用の根拠となる薬物代謝酵素活性診断法の確立と臨床応用を目的として、非侵襲的な分子イメージング法により、多くの医薬品に共通する薬物代謝酵素活性を個別に定量的に測定し得る核医学画像診断法を確立する。特に、個体差の変動要因として医薬品の個別化適正使用の観点から最も重要な薬物代謝酵素cytochrome P450(CYP)に注目し、若年層にも急増しているうつ病などの精神神経疾患薬物療法の最適化を緊急課題として、向精神薬に共通した薬効・副作用の個体差要因であるCYP2D6活性測定に適した新規放射性画像診断薬を開発する。これまでに、脳血流測定剤123I-IMPのヒト組み換えCYPによる代謝物を解析して、IMPの肝臓中の第一反応代謝酵素がCYP2C19であることを特定し、その酵素活性測定法を報告した。本研究では、神経受容体シンチグラフィに臨床使用されている123I-Iomazenil (123I-IMZ)が、体内で代謝を受けること、および推定代謝経路が既に報告されていることから、新規薬物代謝酵素活性イメージングのモデル診断薬とし、包括的かつリアルタイムな薬物代謝酵素活性の定量解析への有用性を検討した。その結果、123I-IMZは代謝酵素活性イメージング診断薬に求める諸条件を満たすことから、放射性代謝物が排泄される胆のうや膀胱などの臓器をターゲットとした経時的SPECTイメージングを実施し、それらの経時的集積曲線からリアルタイムな薬物代謝酵素の活性を定量解析できる可能性が示された(Nucl. Med. Commun., 39: 825-833, 2018)。本研究では、薬物代謝酵素によって代謝される放射性画像診断薬の体内動態解析を利用し、肝臓の薬物代謝酵素活性を測定する新規定量法の開発を目的とした。本年度は神経受容体シンチグラフィ剤123I-Iomazenil (123I-IMZ)が、体内で代謝を受けること、放射性代謝物の生成および推定代謝経路が既に報告されていることから、新規代謝イメージングの候補薬剤とした。マウス肝ホモジネートを用い、carboxylesterase(CES)の特異的阻害剤であるbis (4-nitrophenyl)phosphate (BNPP)を負荷することで主代謝経路の放射性代謝物の生成阻害が確認された。また、マウスに123I-IMZを投与後の放射性代謝物分析の結果、血漿では123I-IMZは早期に大部分が代謝されており、肝臓においては早期には複数の代謝物が存在し、時間経過に従って未変化体123I-IMZの割合が減少したことが確認された。また胆汁・尿中では放射性代謝物が大部分を占め、未変化体123I-IMZは僅かであった。マウスの体内分布・イメージングでは、早期に脳、肝臓、腎臓に集積し、速やかな排泄が確認できた。投与後60分では、肝臓に比べて胆のう・小腸・膀胱への集積が明瞭であり、集積を比較することが十分可能な画像が得られた。
胎生組織ニッチ法による生体幹細胞誘導型臓器再生手技の開発

我々はこれまで自己間葉系幹細胞を発生中の異種胎仔の腎臓発生ニッチに注入することにより尿生成能を獲得した再生腎臓の作成に成功している。しかしこの再生腎臓は尿路がないため尿生成量が多くなるにつれ水腎症に陥り、約4週後から徐々に腎機能が廃絶してしまう。そこで今回再生腎臓が生成した尿を効率良く排泄させる経路の開発を行った。ラット尿管原基とともに尿排泄腔ごと後腎組織(クロアカグラフト)を移植し、尿排泄腔に尿の貯留が認められる4週後に自己尿管を接続した。これにより4週後も水腎症が生じることなくに尿排泄が継続し、8週後後には自尿の30%までクレアチニン、BUNを濃縮するまでの機能を獲得することに成功した。これまでラット胎仔の腎臓発生部位にヒト間葉系幹細胞を注入し、再生腎臓を樹立することに成功しているが、これをヒト臨床に応用する為には再生腎臓の大型化が必要となる。それにはヒト腎臓とサイズは近いブタの発生プログラムが必要となる。そこで子宮内のブタ胎仔の腎臓発生部位に的確に細胞を注入するデバイスの開発研究を行っている。現在約40%の確率で注入できるようになっているが、さらに精度をあげるためにナビゲーションシステム内蔵の注入針を開発中である。また大型化した再生腎臓により腎機能を代替させる為には、いくつ再生腎臓の移植が必要であるか検討する必要がある。これには拒絶反応を無視できる状況下での同種移植が最適と考える。そこでクローンブタを作成し、胎仔から母ブタへの移植(自家移植となる)により再生腎臓がどの程度大きくなるかを確認した。この結果ヒト腎臓の20%の体積にあたる30gの再生腎臓を得ること成功した。従って免疫制御ができれば一つの再生腎臓でも透析回避には十分な腎機能の回復が可能であることが示された。(投稿中)さらに我々はこれまで、ボランティアから提供されたヒト骨髄由来間葉系幹細胞から再生腎臓樹立を行ってきた。しかし透析患者の腎臓を再生する目的には、長期間尿毒症物質にさらされた透析患者の間葉系幹細胞が、健常な再生機能を保持できているか確認する必要がある。そこでまず、腎不全ラットとコントロールラットで分化能に有意差がないことを確認した。次に、実際にヒトサンプルを用いて検証を開始した。倫理委員会で承認を受けた後、現在、透析患者と健常患者の脂肪より間葉系幹細胞を樹立して分可能の比較実験を行っている。予備実験では、透析患者由来の幹細胞は分化能が一部劣っていることが示され、現在症例数を増やして検証中である。過去に我々は、ヒト間葉系幹細胞をラットの腎原器に注入し、発育した腎原器をラットに移植することで、尿産生能をもつヒト幹細胞由来の腎組織を再生することに成功している。しかし、この再生腎臓は、尿排泄路がなく4週間程度で水腎症化することが問題であった。そこで実際に移植可能な臓器再生法をクローンブタを用いて構築することが可能か検討した。まず、体細胞核移植法を用いてクローンブタを作成し、syngenicなブタ間での新規腎臓を作成した。妊娠30日のブタ胎仔から腎原器を取り出し、大網に移植した。移植した腎臓は、移植後4週間で長径約5cmまで発育し、尿を産生したがその後水腎症化した。水腎症を防ぐために尿排泄路が必要であるが、蠕動運動を用いた持続的な尿のドレナージが必要と考え、尿路作製実験を行った。妊娠15日のLEWISラット胎仔から膀胱付腎原器(以下クロアカ)を摘出し、同種ラットの傍大動脈領域へ移殖した。移植4週間後のクロアカ由来の発育腎臓は、腎原器のみを移植した場合に比べ有意に尿管拡張及び間質の線維化が抑制されていた。次に移植4週間後に新規腎臓の膀胱とレシピエントの尿管吻合術を施行した結果、移植8週間後経過しても新規腎臓が産生した尿がレシピエントの尿管を通して膀胱に排泄されることを確認した。これらの結果を踏まえクローンブタ間で尿排泄実験を行った。妊娠30日のブタ胎仔からクロアカを摘出し大網に移植した結果、移植4週間後に新規腎臓の膀胱内に尿の蓄積を確認でき、レシピエントとの尿管吻合術を施行した。吻合後4週目の発育腎臓は、吻合しない場合に比べて水腎症化が抑制され腎組織の発育が保たれていた。以上よりクローンブタを用いた腎臓再生は、新規腎臓の巨大化及び尿排泄路確保という腎臓再生医療に不可避なステップをクリアすることを示しており、移殖可能な腎臓再生という点において有用なツールとなりうる。我々はこれまで自己間葉系幹細胞を発生中の異種胎仔の腎臓発生ニッチに注入することにより腎臓系譜に分化させ尿生成能を獲得した再生腎臓の作成に成功している。しかしこの再生腎臓は尿路がないため尿生成量が多くなるにつれ水腎症に陥り、約4週後から徐々に腎機能が廃絶してしまうことが問題となっていた。発生の過程で既に尿管原基は発生中の後腎からの尿量に応じた蠕動運動を開始し、これによりさらに後腎発生が促される。このため単純に拡張した尿管と自己膀胱を人工尿管で接続するだけでは尿は排泄されないことが確認された。

そこでラット尿管原基とともに尿排泄腔ごと後腎組織(クロアカグラフト)を移植し、尿排泄腔に尿の貯留が認められる4週後に自己尿管を接続した。これにより4週後も水腎症が生じることなくに尿排泄が継続し、8週後後には自尿の30%までクレアチニン、BUNを濃縮するまでの機能を獲得することに成功した。このシステム(SWPU:Stepwise peristaltic ureter)はブタのクロアカグラフトを用いても同様に機能することが確認された。本法は再生腎臓の尿排泄系として他のシステムで再生された腎臓にも活用可能であり汎用性が高いと考えられ、腎臓再生医療の臨床応用に向けて一つの課題を克服できたと考えられる。我々はこれまで自己間葉系幹細胞を発生中の異種胎仔の腎臓発生ニッチに注入することにより尿生成能を獲得した再生腎臓の作成に成功している。しかしこの再生腎臓は尿路がないため尿生成量が多くなるにつれ水腎症に陥り、約4週後から徐々に腎機能が廃絶してしまう。そこで今回再生腎臓が生成した尿を効率良く排泄させる経路の開発を行った。ラット尿管原基とともに尿排泄腔ごと後腎組織(クロアカグラフト)を移植し、尿排泄腔に尿の貯留が認められる4週後に自己尿管を接続した。ブタを用いているため、胎仔を得るのに時間がかかることがあるが、複数匹母体を維持しており、現在まで大きな遅れなくこなせている。腎臓病学現行のシステムでは、プログラムを用いる異種胎仔の腎臓が混入したヒト間葉系幹細胞由来部分と異種動物のキメラ腎臓となってしまう。我々はこの問題に対し、アポトーシスを薬剤存在下で誘導する遺伝子を搭載したトランスジェニックマウス及びブタを作成したが、アポトーシスにより異種部分を排除するタイミングが非常に難しく、腎機能の獲得に悪影響を及ぼすことが確認されている。そこでヒト臨床に応用するためには純粋ヒト腎臓の作成システムが必要となる。具体的には、腎臓のみが欠損した遺伝子改変動物(マウス、ブタ)の胎仔を作成し、本来腎臓が出来るはずであった部分、つまり大きく開いたdevelopmental nicheに、腎不全患者由来間葉系幹細胞、またはiPS細胞由来腎臓幹細胞を注入し純粋な患者由来腎臓原器を樹立し、これを体網内で成熟系とすることにチャレンジする。すでに、透析患者由来間葉系幹細胞およびiPS細胞の樹立は成功している。またこれまでiPS細胞から腎臓幹細胞への分化誘導法が多く報告されているが、我々の研究室でもその誘導に成功しておりこれを用いてもっとも効率が良い細胞を選出する。ブタを用いた実験系のため、交配がうまくいかないと研究がストップしてしまうが、現在までに大きな遅れはなく、比較的順調に予定をこなせている。種付けに一度失敗してしまったため、ブタが胎仔を得るタイミングが年度をまたいでいるため、26年度の予算で胎仔回収する予算が27年度にずれ込んだ。これまでのラットを用いた研究で、尿管芽を残した状態で後腎を大網に移植すると、尿管も発育を継続するが、腎実質の発生と尿管発生の速度が大網内では一致しない(未発表データ)。このため腎臓が尿生成を開始しても尿排泄が滞り水腎症となり腎実質が障害を受けて腎機能が廃絶してしまう。したがって、尿管発育が完了するまで尿を流出する経路を作る必要がある。
変動軸力および2方向水平力を受ける鉄筋コンクリート骨組接合部のせん断性状

鉄筋コンクリート骨組内の柱と梁との交差部(柱・梁接合部)には、地震動による3方向外力によって複雑なせん断力が作用する。しかし、立体骨組において柱・梁接合部のせん断破壊が先行する実験研究は少なく、検討は不十分である。このような立体骨組接合部の破壊性状を検討するために、梁主筋の定着性能を変数として鉄筋コンクリート柱・梁部分架構試験体2体(実物の約1/2スケール)に軸力および二方向水平力を加える実験を行った。1体では梁主筋の危険断面位置に定着鋼板を設置して梁主筋の定着力を直接に接合部パネル・コンクリートに伝達できるようにした。応力の流れを明解にするため、スラブは設けなかった。コンクリート圧縮強度は23MPaであった。また立体による効果を検証するために、昨年度に実施された平面柱・梁接合部試験体の実験結果と比較した。試験体は全て接合部のせん断破壊によって耐力が決定した。検討の結果を以下に述べる。1)一方向加力時の最大耐力は、梁危険断面位置に定着鋼板を設置すると約10%増大し、加力された直交梁が付くことにより30%以上増大した。2)定着鋼板が接合部コア・コンクリートの面外膨張を拘束したため接合部耐力は増大したが、一方で、定着鋼板は接合部内梁主筋の付着性能を劣化させる要因になった。3)架構の違いにより最大耐力に差が生じたのは、直交梁が接合部パネルの膨張および損傷を抑制したためである。接合部パネル膨張に対する直交梁の拘束力は、加力方向に生じる引張り鉄筋力の1/4程度であった。4)立体架構における二軸せん断力下の接合部せん断強度は矩形相関曲線の外側に位置した。すなわち、各構面のせん断応力に対して独立に設計することで、任意方向のせん断力に対して柱・梁接合部を安全に設計することができる。2方向水平力と柱軸力とを同時に載荷するRC立体骨組部分架構試験体(平成11年度に実験実施予定)の設計を行なった。試験体は実骨組を約半分に縮小した柱・梁接合部を含む部分架構全2体とし外柱・梁接合部試験体、内柱・梁接合部試験体を1体づつとした。試験体の寸法は、東京都立大学で行なってきた平面骨組接合部実験との連続を考慮して柱断面350mm×350mm、梁断面250mm×350mm、階高1800mm、梁スパン2800mmとした。応力の流れを単純にするためスラブは付けない。柱・梁接合部のせん断破壊を先行させるために柱・梁主筋には高強度鉄筋を使用することとした。内柱・梁接合部内の梁主筋は慣用に従って通し配筋とし、外柱・梁接合部内の梁主筋は接合部内でのせん断伝達機構を確実に維持するために上・下端筋とも接合部内に折り曲げ定着した。コンクリート圧縮強度は接合部のせん断破壊を先行させるために240kgf/cm^2程度を予定している。実験実施には梁端部に設置するピン治具が新たに必要なため、本年度の予算で作製した。これとは別に、鉛直地震動がRC立体骨組内の外柱および内柱に引き起こす変動軸力の大きさと範囲とを調査するため、4階建て学校建物を立体骨組にモデル化して兵庫県南部地震で得られた水平2方向および上下動を入力する非線形地震応答解析を実施した。柱部材のヒンジ領域をマルチスプリング・モデルとして2軸曲げ相関を考慮したこと、ねじれ振動を考慮したこと、などが特徴である。

比較のため上下動を入力しない解析も行ない、外柱では引張りから圧縮まで大きく変動する軸力の範囲を調査した。また内柱でも上下動によってかなり大きな軸力変動が生じ得ることを指摘した。鉄筋コンクリート立体内柱・梁接合部部分架構試験体2体を製作した。柱・梁接合部の破壊には、通し配筋される梁主筋の接合部内付着性状に起因したせん断伝達経路の変化が重大な影響を与えることが昨年度の研究で明らかとなった。そこで実験変数を梁主筋の付着・定着性状として、1体は通常の主筋を配筋して付着劣化を引き起こし、他の1体では梁主筋の危険断面に定着鋼板を設置して梁主筋の定着力を直接に接合部パネル・コンクリートに伝達できるようにした。立体部分骨組の挙動をより明確に理解するために、比較用の平面十字形柱・梁接合部試験体4体を用意した。平面部分骨組試験体の配筋、コンクリートなどは立体試験体と同一とし、接合部内における梁主筋および柱主筋に沿った付着性状を変数とした。実験は柱脚をピン支持、梁端をピン・ローラー支持した試験体の柱頭に正負繰り返し水平力および圧縮一定の柱軸力を与えることによって行なった。立体骨組試験体における2方向水平力の載荷は柱頭が8の字を描くように加える。現在のところ、平面内柱・梁接合部試験体4体の実験が終了した段階である。その結果を以下に述べる。1.最大層せん断力は接合部内梁主筋の付着が絶縁されることによって11.3%減少し、接合部内柱主筋および梁主筋の付着が絶縁されると20.7%減少した。2.梁主筋の測定ひずみから求めた接合部入力せん断力は増大し続けた。繰り返し載荷によって接合部パネルのせん断損傷が累積するため、接合部内柱・梁主筋には層せん断力零時において弾性の残留歪みが生じた。このことから接合部パネルの水平および鉛直方向の変形性状が接合部のせん断挙動に影響を与えると考えられる。3.接合部せん断変形角の進展は接合部パネルの圧縮主ひずみおよび引張り主ひずみの増大が原因である。接合部内主筋の付着が良好である場合には接合部パネルの二つの主ひずみはともに引張りを呈し、層せん断力は増大した。これは接合部パネル内のせん断伝達の一部を付着力で負担するためである。これに対して、接合部内主筋の付着が劣化した場合にはパネル内の斜め圧縮ストラットに応力が集中し、パネル中央のコンクリートは最終的に圧壊した。