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免震機構を複合したアクティブ制震建築構造システムに関する研究

免震機構にセミアクティブ可変摩擦ダンパを組み込んだ制震構造物の設計法を中心に研究を行った。最下階に免震層をもつ構造物、中間階に免震層をもつ構造物の両者を対象とする。ここでの可変摩擦ダンパは、スリップレベルのみを可変とすることで、応答の大きさによらず、ほぼ相似形の履歴を描くように制御されるダンパであり、「可変スリップレベルダンパ」と呼ぶこともできる。既に、このダンパについては、各層への設置を想定した簡潔な制御則を提案しているが、ここでは免震層にのみへの設置を前提とする。免震構造物では、免震層より上部の各層応答加速度がほぼ同様となることを利用して、免震層応答加速度をもとにスリップレベルを切り替える制御アルゴリズムを提示した。このダンパを免震機構と複合することで有効な能動型の制震構造物となる。この制震構造物の特長は以下の通りである:(1)免震層の加速度によってほぼ上部構造の加速度応答値を代表できるので、免震層の絶対加速度計測のみで制御可能となる;(2)上部構造の動特性の変動・ばらつきや、免震層動特性のばらつきの影響を受けにくいロバスト性を期待できる。中間階免震のアクティブ制震化に関しては、セミアクティブ可変摩擦ダンパとの組み合わせにより、応答低減効果をより向上させるための、構造物全体としての設計のあり方に関する検討を行った。近年、免震、制震構造の本格的な実用化を契機として、新たな耐震設計の提案も行われてきている。制震システムは、アクティブ、パッシブ型を問わず、多くの機構が提案されている。しかしながら、アクティブ制震の多くは、機構上の制約から、大きな地震に対して効果的に機能するシステムとはなっていない。一方、免震構造も、多くの中低層構造物に採用され効果が実証されているが、高層構造物に対する効果については、現状では議論の分かれるところである。本研究の目的は、大地震時の安全性確保にも有効な、中間階に免震機構を複合したアクティブ制震構造システムの設計法の確立である。研究対象としては、中間階に設置される免震機構および建築物全体としてのあり方、そして中間階免震機構を利用した制震システムとしての制御アルゴリズムの確立までを含む。本年度は、中間階に免震機構をもつ構造物のパッシブ制震効果を確認し、無制御を前提とした免震層の最適化を行う目的で、コンピュータシミュレーションを行っている。このコンピュータシミュレーションにより、免震層の設置位置と構造物全体の応答との関係を定量的に把握し、高い制御効果を得るための免震層の剛性と減衰のあり方を求めた。また、中間階に免震層を設置することを前提とした構造計画に対する検討も行っている。さらに、次年度に予定しているアクティブ制震化のための準備として、パルス制御およびセミアクティブ制御ダンパを複合した中間階免震機構についても基礎的な検討を加え、制御することでより大きな制御効果が期待できることを確認している。前年度の予備的な検討結果を受けて、免震機構のアクティブ化に関する検討として、省エネルギ型のセミアクティブ型制御ダンパと免震機構の融合を前提とした制雛造物について研究を行った。対象とするダンパは可変摩擦ダンパの一種であり、応答によらず、ほぼ相似形の履歴を描くようにスリップレベルのみが可変となるように制御される「可変スリップレベルダンパ」である。このダンパの各層への設置を想定した簡潔な制御則を既に提示しているが、本研究では免震層にのみへの設置を前提としている。まず、通常の最下階に免震層をもつ構造物を対象としてダンパ・スリップレベルを免震層の絶対加速度情報のみによって制御するアルゴリズムを提案した。既に、このダンパについてはまったく異なる制御アルゴリズムを提案してきているが、本研究の提示のアルゴリズムはより免震構造物に適したものとなっている。この可変スリップレベルダンパを組み合わせ、応答情報を反映した制御を行うことで、免震支承のばらつきや変動の影響を受けにくいロバスト振動制御となりうる。

続いて、中間階免震構造物に対しても、同様の制御アルゴリズムでの制御効果をシミュレーションによって確認しながら、アクティブ制震化された中間階免震の構造物全体の設計法に関する検討を行った。
哺乳細胞の熱中性子照射による突然変異誘発-HPRT遺伝子座の突然変異発生頻度とその突然変異細胞のDNA解析-

1.熱中性子の細胞致死効果2.熱中性子によるHPRT遺伝子座突然変異誘発Hat培地で3日間培養し自然発生のHPRT遺伝子座突然変異細胞を除外したCHO細胞に熱中性子を照射し,その細胞を7日後に6-thioguanineを加えた選択場培地に種き,10日後にコロニーを数え,HPRT突然変異発生頻度を調べた。熱中性子によるHPRT遺伝子座突然変異誘発は2Gyの吸収線量で、3.7/10^5、^<60>Coガンマー線(1Gy/min)と比べ4.6倍の高い突然変異誘発を示した。3.α粒子のHPRT遺伝子座突然変異誘発への寄与京都大学原子炉実験所の研究炉により得られる熱中性子には、0.15Gy/minのγ線が混在するが、このため^<10>B濃度によりα線の含有率および線量率が変化する。ホウ素(^<10>B)を加えない時には、^<14>N(n,p)^7C反応により生じるpの効果によるα線の割合は53%であるが、^<10>B濃度が50ppmの場合には^<10>B(n,a)^7Li反応により生じるaの効果によるα線の割合は94%となる。同じ吸収線量でα線の割合は94%の時のHPRT突然変異発生頬度は、α線の割合が53%の時の約1.5倍で、α粒子のHPRT遺伝子座突然変異誘発屁の寄与が示唆された。
教育センター及び高校・大学・NPO連携による環境安全に配慮した実験法の開発と研修

科学技術立国である我国において高等教育機関における理工系教育は、次世代を担う研究者・技術者の育成において大変重要である。本研究はその基盤となる初等・中等教育段階における実験や実習を主体とする理科教育の現状を調べ、次世代を担う子どもたちを育てるための安全でしかも教育効果の高い新しい実験法を学校等と連携をとりながら開発し、教育センターにおける教員研修を通しての普及を目的とした。教育センターにおける理科関係研修受講者を対象に、学校の理科実験における環境安全についてのアンケート調査を実施した結果、中学・高等学校では実験廃棄物処理が大きな問題であることが分かった。さらに、60%近くの教員が、理科実験指導中に事故や事故につながる経験を持つことが明らかになった。この結果を基に大学、学校、理科教育研究団体、教育センターが連携し、以下の実験法や指導法を開発した。1.既存の理科実験において、教育効果を保ちながら実験器具と使用する試薬を最少量に抑えることにより、事故や実験廃棄物の削減を行う実験法を開発し、教員研修により普及に努めた。2.水質分析実験を例に、使用試薬や反応を見直し、毒性や環境負荷の小さな試薬を使用した教育目的の分析法と実験指導法を開発し、教員研修による普及に努めた。3.廃棄物原点処理の考えに基づき、実験の計画段階から微生物処理を基本とした廃棄物処理までを一貫した実験法を開発し、教員研修による普及に努めた。4.生物検定による学校の実験廃液検査方法の開発を行い、理科の教育研究団体と連携して実証実験を実施し、その実用可能性が明らかになった。5.初等中等教育段階における環境安全教育の構築に向けての環境安全教育プログラムを開発した。科学技術立国である我国において次世代を担う子どもたちに対する理科教育は精力的に行われており、学校での実験や観察の重要性が増してきた。そこで、教育センター・高校・大学及び教育研究会などと連携をとりながら、安全でしかも教育効果の高い新しい実験法の開発と普及のための教員研修を本研究の目的とした。教育センターでの理科関係研修受講者を対象に、学校の実験設備、実験回数、事故及び事故につながるような経験、環境教育、安全教育などについてアンケート調査を実施しした結果、中学・高等学校では自前の廃液処理設備を持つところが殆ど無いことや60%近くの教員が事故につながる経験を持つことが分かった。また、従来から行われてきた実験についてその目的、有効性、教育効果、実施上の問題点に付け加え、実験の安全性と廃棄物等について、高校・大学・教育研究会などと連携して調査した結果、毒性の強い試薬の使用や古い実験法が行われていることも分かった。これらの結果をもとに、学校での実験や実習を環境安全面から改良すると共に、実験廃棄物を極力出さない新しい実験法の開発に着手し、改良した実験法の一部は教育センターでの教員研修に取り入れ、安全でしかも環境にやさしい実験の普及に努めた。また、環境教育に関しては、学校の教員と連携して環境負荷の少ない水質分析法を用いた教育実践を行い、次年度の研究に向けて、教育効果と環境安全の両面からの検討を行っている。
環境概念構造解明のための連想法による調査とデータ解析

60年度の研究計画は大別して、A)アンケート調査の実施、B)調査データのデータベース化と情報検索システムの開発、C)データ解析手法の開発、D)結果の検討、の4つに分れる。以下では、これらの各々について成果を述べる。A)59年度は、東京都足立区、茨城県石岡市、筑波研究学園都市において調査を行なったが、60年度は、これに引き続き、東京都豊島区の高層住宅および茨城県新治村において調査を行なった。アンケートの形式は前年同様、自由連想法と制限連想法であるが、前年の経験から、自由連想と制限連想の調査を別々に行なうほうがよいと考え、各々の地区で2度ずつ調査を行なった。この結果、自由連想では、59年度の調査よりも多様な連想語のデータが得られた。B)調査データをコード化し、データベース化するとともに、これに対する情報検索解析システムを開発した。これを用いることで、調査データから特定の連想語や属性をもつ部分集合を自由にとり出し、特性量を計算し、異なる部分集合の特性を比較することができる。システムは、情報検索、基本統計計算、連想構造解析の3つのサブシステムから構成され、全部で43種類のコマンドをもっている。検索、統計量計算の他、クラスター分析、有向グラフ表現などの機能をもつ。C)60年度に新しく開発したデータ解析の手法は、自由連想のクラスター分析の一手法で、これを近傍法と呼んでいる。詳細は発表2にゆずる。D)豊島、新治の2地区では、制限連想において生じたクラスターに幾分違いがみられた。各地区(59年度を含めて)において、自由連想では、利便性に関連するクラスターに連想が集中している。自由連想において統計的仮説検定を行った結果、「緑」という言葉が地域差をよく反映することがわかった。
マイクロサージェリー用マイクロロボットシステムの開発

多岐にわたるマイクロサージェリ分野の中から、本研究においては角膜移植手術に焦点を紋り、角膜切除を自動的に行うマイクロロボットシステムの開発を行った。当初、1号機として任意の位置へ床面上を移動させ、半自動で角膜切削を行うスタンド型のシステムを開発したが、操作性・精度に問題があり、また切削のためのアクチュエータにエアーモータを用いたところトルク不足であることが犬眼による実験により明らかとなった。この結果を基に、2号機として五節リンクを用いた卓上型の腕部と、駆動系を1ケ所に集中させ切削作業性を考慮した角膜切除部とから構成されるコンパクトなマイクロロボットシステムを開発した。腕部にはモータが配置され、コンピュータからの指令により眼球上の任意の位置へ角膜切除部を位置決めすることが可能であり、角膜切削部には、微小位置決め機構、モータ駆動による切削機構、角膜吸着機構等が組み込まれ、マイクロコンピュータを用いて制御することにより、1号機で問題となった操作性等の問題点を解決した。さらに機能向上のために、画像処理による自動位置決め手法も開発した。これは、角膜切除部先端に取りつけた内視鏡から得られる画像から、眼球の中心を自動的に計測し、位置決めするもので、このことにより、角膜切除をほぼ自動的に行うマイクロロボットシステムを実現した。これまで人手に頼っていたマイクロサージェリ分野にロボットを導入する試みを初めて行い、仕様をほぼ満足するシステムが実現され、またシステム開発に必要な多くの基礎技術を習得することができた。今後は、他の手術分野に用いるマイクロロボットシステムの開発を目指す。昨年度はマイクロサージェリーの一分野である角膜移植手術を具体的対象とし、角膜切除を行うロボットシステムを試作した。本年度はこの試作システムを動物実験を通して検討し、その評価を基に改良システムを製作した。昨年度製作した試作システムを用いて犬角膜の切除実験を行った。これにより試作システムには以下に示す問題点があることが確認された。第一に試作システムでは角膜の真上に大きなスペースを必要とするため顕微鏡と並用できないだけでなく、視覚センサを取付けた場合でも視野が妨げられる。又、全体に大型であり、操作性も悪かった。これらの問題点の改良を行った。まず角膜切除部を改良し、モータ等を根元部に配置することにより、トレパンの上部には何も置かず、顕微鏡と並用できる構造とした。又、重量240gと手先部を小型・軽量化し、姿勢の自由度・吸着管・トレパン径を可変とする構造を組込んだ。又、切込み深さの測定等の機能も有している。腕部は床置き構造から手術台取付け構造に変更し小形化を図った。昨年度のシステムではブレーキだけを取付けていた関節部にもモータを配置した。宣、角膜切除部の着脱部を改良し、他の装置も容易に着脱可能な構造とし、他のマイクロサージェリへの応用を可能とした。この改良システムを用いて豚角膜の切除実験を行った。その結果、角膜切除が可能であることを確認するとともに、昨年度問題となった点が改善されていることも確認した。又、角膜の切り始め及び切り終わりをモータのトルク変動により認識することにより、切り過ぎの事故を防ぐことが可能となり、安全性・信頼性の向上、図った。画像処理システムについては、その基本設計を行った。今後は画像処理システムとロボットシステムをリンクし、実験を通して角膜移植に限らず広くマイクロサージェリ分野への応用を検討する。
フラストレーション系の量子スピンネマティック相と新奇伝導の理論的・計算科学的研究

従来の磁気秩序とこれが量子ゆらぎで融解した量子スピン液体の中間相として、量子スピンネマティック相が注目されている。スピンフラストレーション系や磁気異方性の強い量子スピン系において実現することが理論的に予測され、いくつかの実験的な発見の報告があるが、まだその確証が得られていないのが現状である。本研究では、まだ未解明の量子スピンネマティック相がもつ新しい物性を予測するとともに、具体的な検証実験を提案することを目的として、理論模型に基づく大規模数値シミュレーションにより理論的研究を行ってきた。その結果として、低次元量子スピン系、とくにスピンラダー系において、十分大きい異方性があれば、強磁場によって誘起される量子スピンネマティック相が実現する可能性があることを示した。この量子スピンネマティック相は、従来の反強磁性体において知られているスピンフロップ転移と呼ばれる磁化ジャンプを伴う一次相転移の代わりに、磁場によって2回の二次相転移が起こり、その二つの相転移の間に出現するものである。本研究では、有限系の数値的厳密対角化と有限サイズスケーリングの手法により、強磁場中で実現する量子スピンネマティック相を含む、基底状態相図を導いた。さらに、強磁性と反強磁性の相互作用が共存するフラストレーションのあるスピンラダー系においても、異方性パラメーターの大きさによっては、ゼロ磁場の基底状態において、量子スピンネマティック液体が実現することも立証できた。本研究では、現実の物質における量子スピンネマティック相の実現とその発見を目指して、これを実現できる新しい系を理論的に予測し、その検証実験を提案することを目標としている。現時点において、すでに異方的なスピンラダー系における磁場誘起スピンネマティック相だけでなく、強磁性相互作用と反強磁性相互作用の両方が共存する量子スピンラダー系におけるゼロ磁場で実現する量子スピンネマティック相も、理論予測に成功している。したがって、今後はこれらの系で実現する量子スピンネマティック相の新しい物性を、すでに完成している数値シミュレーションコードを用いて解析し、具体的な物質を使った中性子散乱、放射光X線解析、核磁気共鳴(NMR)、電子スピン共鳴(ESR)などの実験により、どのように観測可能かを予測し、検証実験を提案すれば、目標は達成される。まだ1年間あるので、この目標を達成することは、ほぼ確実と考えらえる。さらに、できれば、量子スピンネマティック相において実現する、新規な物性、とくに伝導性についても解析し、これまでに知られていない新現象を理論予測したいと考えている。これまでに、多くの低次元量子スピン系の数値シミュレーションコードの開発に成功していることから、新奇な量子スピンネマティック相の物性を予測できる可能性は十分あると思われ、そこまで研究が進められれば、本研究の成果は、当初の目標を上回る可能性も十分ある。これまでに量子スピンネマティック相が実現することを予測することに成功した、スピンラダー系について、さらに新奇な物性が起きる可能性を探るとともに、具体的な物質を用いた、中性子散乱、放射光X線解析、核磁気共鳴(NMR)、電子スピン共鳴(ESR)などの実験により、どのように観測されるかを理論的に検討する。これまでにも、強磁場下などで、量子スピンネマティック相が観測されたと考えられている実験はあるが、それが本当に理論的に予測されている量子スピンネマティック相であるという確証はまだない。その理由としては、量子スピンネマティック相の示す新奇な物性が、まだ理論的にもよくわかっていないうえに、上述のような実験によって、どのように観測されるかが明確でないことがあげられる。そこで今後は、数値シミュレーションにより、量子スピンネマティック相が引き起こす新現象を詳細に解析するとともに、上述のような量子ビームや磁気共鳴を利用した実験により、どのように観測されるのかを具体的に解明することを目標とする。さらに、低次元量子スピン系やスピンフラストレーション系を中心に、新しい量子スピンネマティック相を実現する候補物質を探索することも継続していく。これまでに予測されている量子スピンネマティック相は、主に超強磁場でないと実現しないことが多いので、もっと容易に検証実験ができる、弱磁場領域、あるいはゼロ磁場で実現する量子スピンネマティック相を探索し、できるだけ早い検証実験の実現を目指したい。

さらに、強磁性と反強磁性の相互作用が共存するフラストレーションのあるスピンラダー系においても、異方性パラメーターの大きさによっては、ゼロ磁場の基底状態において、量子スピンネマティック液体が実現することも立証できた。本研究では、現実の物質における量子スピンネマティック相の実現とその発見を目指して、これを実現できる新しい系を理論的に予測し、その検証実験を提案することを目標としている。現時点において、すでに異方的なスピンラダー系における磁場誘起スピンネマティック相だけでなく、強磁性相互作用と反強磁性相互作用の両方が共存する量子スピンラダー系におけるゼロ磁場で実現する量子スピンネマティック相も、理論予測に成功している。したがって、今後はこれらの系で実現する量子スピンネマティック相の新しい物性を、すでに完成している数値シミュレーションコードを用いて解析し、具体的な物質を使った中性子散乱、放射光X線解析、核磁気共鳴(NMR)、電子スピン共鳴(ESR)などの実験により、どのように観測可能かを予測し、検証実験を提案すれば、目標は達成される。まだ1年間あるので、この目標を達成することは、ほぼ確実と考えらえる。さらに、できれば、量子スピンネマティック相において実現する、新規な物性、とくに伝導性についても解析し、これまでに知られていない新現象を理論予測したいと考えている。これまでに、多くの低次元量子スピン系の数値シミュレーションコードの開発に成功していることから、新奇な量子スピンネマティック相の物性を予測できる可能性は十分あると思われ、そこまで研究が進められれば、本研究の成果は、当初の目標を上回る可能性も十分ある。これまでに量子スピンネマティック相が実現することを予測することに成功した、スピンラダー系について、さらに新奇な物性が起きる可能性を探るとともに、具体的な物質を用いた、中性子散乱、放射光X線解析、核磁気共鳴(NMR)、電子スピン共鳴(ESR)などの実験により、どのように観測されるかを理論的に検討する。これまでにも、強磁場下などで、量子スピンネマティック相が観測されたと考えられている実験はあるが、それが本当に理論的に予測されている量子スピンネマティック相であるという確証はまだない。その理由としては、量子スピンネマティック相の示す新奇な物性が、まだ理論的にもよくわかっていないうえに、上述のような実験によって、どのように観測されるかが明確でないことがあげられる。そこで今後は、数値シミュレーションにより、量子スピンネマティック相が引き起こす新現象を詳細に解析するとともに、上述のような量子ビームや磁気共鳴を利用した実験により、どのように観測されるのかを具体的に解明することを目標とする。さらに、低次元量子スピン系やスピンフラストレーション系を中心に、新しい量子スピンネマティック相を実現する候補物質を探索することも継続していく。これまでに予測されている量子スピンネマティック相は、主に超強磁場でないと実現しないことが多いので、もっと容易に検証実験ができる、弱磁場領域、あるいはゼロ磁場で実現する量子スピンネマティック相を探索し、できるだけ早い検証実験の実現を目指したい。
ＷＮＫシグナルによる発生制御機構の解明

セリン/スレオニンキナーゼWNK1及びWNK4は偽性低アルドステロン症II型(PHAII)と呼ばれる常染色体優性遺伝性の高血圧症の原因遺伝子として同定された。新たなWNKシグナルに関与する因子の探索を行い、解析を進めた。ショウジョウバエのWNKの解析から、WNKシグナル経路の新たな下流因子としてAwhを単離し、そのほ乳類の相同因子Lhx8が進化的にも高度に保存されているWNK→Lhx8/Awhという新規のシグナル伝達経路の存在を見出した。さらに、このWNKシグナル伝達経路が神経分化に関与しているという新たな知見を得た。セリン/スレオニンキナーゼWNK(with nolysine(K)ファミリーは、線虫・ショウジョウバエからほ乳類に至るまで保存されており、ほ乳類には4つのWNKファミリー分子が存在する。その内、WNK1及びWNK4は偽性低アルドステロン症II型(PHAII)と呼ばれる常染色体優性遺伝性の高血圧症の原因遺伝子として同定されている。我々は以前WNK→SPAK/OSR1→Na,K,Cl共輸送体というシグナル伝達経路が存在することを示し、その制御異常がPHAIIで見られる高血圧症の発症原因の一つになっていることを示すことができた。しかしながら、このシグナル経路の制御異常が、PHAIIで見られる他の病態、歯や骨の発育不全や精神発達遅延などの原因とは考えにくく、他のシグナル経路の存在が予想された。そこで本研究は、新たにショウジョウバエを用いて、WNKと相互作用する因子の探索を行うことにし、解析を進めた。ショウジョウバエのWNK(DWNK)及びその下流因子の相同因子であるFrayが、ほ乳類のWNK及びOSR1と同様の相互作用を持つかを調べたところ、DWNK及びFrayも培養細胞中で相互作用し、DWNKはFrayをリン酸化していた。また、DWNK及びFray、ほ乳類のWNK1及びOSR1の異所発現系用いて、翅後部に異所的に発現させたところ、全ての発現系においてwing veinと呼ばれる翅の支持組織の異所的形成という表現型が観察された。以上のことから、WNK→OSR1というシグナル伝達経路は、ショウジョウバエでも保存されている経路であることが予測された。我々のこれまでの研究であるマウスや線虫における結果と合わせて考えると、WNKシグナル伝達経路は進化的に広く保存されていると考えられた。セリン/スレオニンキナーゼWNK(with no lysine(K))ファミリーは、線虫・ショウジョウバエからほ乳類に至るまで保存されており、ほ乳類には4つのWNKファミリー分子が存在する。我々は新たにWNKに関与する因子の探索を行い、解析を行った。ショウジョウバエのWNK(DWNK)の解析から、WNKシグナル経路の新たな下流因子としてArrowhead (Awh)を単離した。また、そのほ乳類の相同因子Lhx8も、WNKシグナル伝達経路により、その発現が制御されており、進化的にも高度に保存されているWNK→Lhx8/Awhという新規のシグナル伝達経路を見出した。さらに、Lhx8は、アセチルコリン性神経の分化に関わっていることから、Neuro2A細胞を用いて、WNKシグナル伝達経路との関連を解析した。WNK1及びWNK4の双方のノックダウンにより、分化に伴う神経突起の伸長が抑えられるという表現型が見られ、さらにはアセチルコリン性神経の分化マーカーの発現も抑制されていた。このことは、WNKシグナル伝達経路が、神経分化にも関与しているという新たな発見であった。また、PHAIIの患者において高血圧以外にも見られる精神発達遅延という症状を考慮すると、WNKシグナル伝達経路は、Lhx8を介して、発症に関与する可能性を示唆する始めての結果である。ショウジョウバエのWNK(DWNK)及びその下流因子の相同因子であるFrayが培養細胞中で相互作用し、DWNKはFrayをリン酸化していた。以上のことからWNK→OSR1というシグナル伝達経路はショウジョウバエでも保存されている経路であることを示した。さらにDWNK変異体のモザイク解析、及び、Dominant Negativeとして機能するキナーゼ不活性型DWNKを腹部で異所発現させると、腹部形成不全という表現型が観察された。Arrowhead (Awh)変異体が同様の表現型を示すことから、AwhとDWNKとの遺伝的相互作用が予想された。

キナーゼ不活性型DWNKとAwhを腹部で異所的に共発現させると、キナーゼ不活性型DWNKによる表現型が回復したこと、さらにDWNK変異体の表現型がAwhの異所発現により回復したことから、AwhがDWNKの下流で機能する因子であることが予測された。また、胚期において、DWNK変異体では、腹部原基でのAwhの発現が消失していた。以上の結果から、AwhはDWNKの下流で機能している遺伝子であると考えられた。平成23年度の研究計画にある課題はほぼ達成できたため。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の研究計画にある研究課題はほぼ達成でき、結果として、その内容を論文として掲載することができたため。これまでショウジョウバエを用いたWNKシグナルの研究内容に加え、アフリカツメガエルを用いた機能解析や生化学的解析を進め、シグナル系の確立を目指す。また研究計画の変更や、問題点は特にない。これまでショウジョウバエを用いたWNKシグナルの研究内容に加え、アフリカツメガエルを用いた機能解析や生化学的解析を進め、WNKシグナル系の確立を目指す。
『本朝麗藻』の研究

『本朝麗藻』の流布本としては、群書類従本(木版、活字)・新校群書類従本(活字)・古典全集本(活字)があるのみであったが、今回、科学研究費の交付を受けて、最善本の写本である尊経閣文庫蔵金沢文庫旧蔵本<上巻のみの古鈔本>を声点・線点・返り点・送り仮名・傍訓等の訓点を含めて精査することができ、上巻についての校訂本『本朝麗藻校本』(上)を発表した。また、それ以外の下巻の写本も、尊経閣文庫〈前記以外〉、国立国会図書館、国文学研究資料館、内閣文庫、静嘉堂文庫、京都大学附属図書館、東北大学附属図書館、お茶の水図書館、水戸彰考館、陽明文庫、慶応大学斯道文庫等で調査をすることができ、下巻については尊経閣文庫蔵建暦三年本を底本とする『本朝麗藻校本』(下)の発表の準備をしている。なお平成4年12月に大曽根章介・佐伯雅子共編『校本本朝麗藻』(汲古書院)が刊行されたが、諸本の扱いや判読に違いが多く、『校本』(下)を今後発表して世に問う価値があると考える。また、その校訂本文に基づく漢字一字引きの総索引も、ワープロを使用して完成させ、近々勉誠社から刊行の予定である。さらに、全巻にわたる初の注釈書も、川口久雄・本朝麗藻を読む会編『本朝麗藻簡注』として同じく勉誠社から刊行の予定である。また、注釈をする過程での副産物ともいうべき『本朝麗藻』の項目別索引(人名・官職名・地名・建造物名・書篇名)も発表した。今後は、これらの基礎資料に基づいて、文学史的な意義づけ、及び作品論・作者論を展開したいと考えている。
P-ANCA陽性原発性糸球体腎炎の動物モデルの樹立とエピトープ治療の開発

当研究は、P-ANCA陽性原発性糸球体腎炎(P-ANCA腎炎)とHLAとの関連を遺伝子レベルで明らかにし、その動物モデルの樹立を目的とした。私達は、P-ANCA腎炎患者について血清学的にHLA-DR8との相関を報告した。更にその相関するHLAクラスII遺伝子型を、PCR-DNAタイピング法で検討した。その結果HLA-DRB1^*0803と正の相関を見出した。(相対危険度2.5、P<0.01)2.ヒト特異的免疫グロブリンクラス別P-ANCA測定系の樹立ヒト特異的免疫グロブリンクラス別P-ANCA測定系の樹立した。即ち、精製ヒトミエロペロキシダーゼ(MPO)を固相化し患者血清を加え、ALP標識ヤギ抗ヒトIgG抗体を加えた後、PNPPを基質としIgG型P-ANCAを定量した。また抗ヒトIgA抗体を用いることにより、IgA型P-ANCAを検出した。3.MPO特異的T細胞増殖反応の検出MPO特異的T細胞の存在を検討するために、MPOと末梢リシパ球を共培養し、増殖反応をチミジンの取り込みで検討した。その緒果ヒトリンパ球はMPOに反応増殖するが、必ずしも患者特異的ではなかった。4.SCIDマウスヘの患者血清、リンパ球の移入患者血清をSCIDマウスに移入したが、明らかな腎症の発症は見なかった。患者よりリンパ球を分離し、SCIDマウスに移入した。患者リンパ球、健常人リンパ球のいずれの移入マウスでもヒト免疫グロブリンを産生したが、P-ANCAは患者リンパ球移入群のみであった。ヒト好中球の同時移入は必要なかった。SCIDマウスの産生するP-ANCAの力価は、患者のP-ANCAの濃度よりも・疾患活動性に依存する傾向が見られた。P-ANCA産生マウスには、著明な脾腫が見られた。高血圧・蛋白尿は見られなかった。腎病変については、病理学的検索を実施中である。当研究は、P-ANCA陽性糸球体腎炎(P-ANCA腎炎)とHLAとの関連を遺伝子レベルで明らかにして、その動物モデルの樹立することを目的としている。私達は、P-ANCA腎炎患者について血清学的にHLA-DR8との相関をみている。より多くの症例を収集し、その相関するHLAクラスII遺伝子型をDNAタイピングで検討中である。2)ヒト特異的免疫グロブリンクラス別P-ANCA測定系の樹立患者群より高力価のP-ANCA産生患者を選択し、併せてSCIDマウス中に産生されるであろうヒトP-ANCAを検出するために、ヒト特異的免疫グロブリンクラス別P-ANCA測定系を樹立した。即ち、精製ヒトMPOを固相化し、患者血清を加え、アルカリフォスファターゼ標識ヤギ抗ヒトI9G抗体を加えた後、PNPPを基質として発色させ定量した。また抗ヒトIgG抗体の変わりに抗ヒトIgA抗体を用いることによりIgA型P-ANCAを検出することが可能となった。3) MPO特異的T細胞増殖反応の検出P-ANCAの出現がMPO特異的自己免疫応答に基づくものであれば、MPO反応性T細胞の存在が期待される。

そこで精製ヒトMPOと末梢リンパ球を共培養し、その増殖反応をthymidineの取り込みで検討した。その結果ヒトリンパ球は7日目をピークにMPOに反応増殖しうるが、必ずしも患者特異的ではなかった。4) SCIDマウスへの患者血清の移入SLE患者血清をSCIDマウスに移入してループス腎炎を発症させた報告があることから、P-ANCA腎炎患者血清をSCIDマウスに移入した。現在までの所明らかな腎症の発症を見ていない。以上のように初年度は、P-ANCA腎炎患者のHLAとの相関を遺伝子レベルで解析を行うと共に、SCIDマウスにリンパ球を移入するための患者の選定とP-ANCAの検出系、およびSCIDマウスの管理についての準備を終了した。次年度はリンパ球移入実験を行う。当研究は、P-ANCA陽性糸球体腎炎(P-ANCA腎炎)とHLAとの関連を遺伝子レベルで明らかにし、その動物モデルの樹立を目的とした。私達は、P-ANCA腎炎患者について血清学的にHLA-DR8との相関を報告した。更にその相関するHLAクラスII遺伝子型を、PCR-DNAタイピング法で検討した。その結果HLA-DRBl*0803と正の相関を見出した。(相対危険度2.5、p<0.01)2)ヒト特異的免疫グロブリンクラス別P-ANCA測定系の樹立ヒト特異的免疫グロブリンクラス別P-ANCA測定系を樹立した。即ち、精製ヒトミエロペロキシダ-ゼ(MPO)を固相化し患者血清を加え、アルカリフォスファターゼ標識ヤギ抗ヒトIgG抗体を加えた後、PNPPを基質として発色させ、IgG型P-ANCAを定量した。また抗ヒトIgA抗体を用いることにより、IgA型P-ANCAを検出することが可能となった。3)MPO特異的T細胞増殖反応の検出MPO反応性T細胞の存在を確認するために、MPO特異的T細胞増殖反応を実施した.精製ヒトMPOと末梢リンパ球を共培養し、増殖反応をチミジンの取り込みで検討した。その結果ヒトリンバ球は7日目をピークにMPOに反応増殖するが、必ずしも患者特異的ではなかった。4)SCIDマウスへの患者血清の移入SLE患者血清をSCIDマウスに移入してルーブス腎炎を発症させた報告があることから、P-ANCA腎炎患者血清をSCIDマウスに移入した。明らかな腎症の発症は見なかった。5)SCIDマウスへの患者リンパ球の移入P-ANCA腎炎患者よりリンパ球を分離し、SCIDマウスに移入した。患者リンパ球、健常人リンパ球のいずれの移入マウスでもヒト免疫グロブリンを産生したが、P-ANCAは患者リンパ球移入群のみであった。ヒト好中球の同時移入は必要なかった。SCIDマウスの産生するP-ANCAの力価は、患者のP-ANCAの濃度よりも、患者の疾患活動性に依存する傾向が見られた。P-ANCA産生マウスの中には、著明な脾腫が見られた。高血圧、蛋白尿は見られなかった。腎病変については、病理学的検索を実施中である。
水添加による水素の燃焼・爆発反応の抑制効果

現在、クリーンなエネルギー源として実用化しつつある水素の利用技術に関する安全化対策に資することを目的として、水蒸気が存在する場合に、水素-空気の化学量論比混合気および組成を変えた混合気の着火、火炎伝搬、圧力波伝搬の挙動がどのような影響を受けるかを調べるために、開放空間において混合気の燃焼・爆発実験を引き続き行い、爆風の減衰効果などの確認を行った。また今まで得られた実験結果をもとに、化学平衡計算プラグラム(CHEMKIN)を使用して、水素-酸素系の素反応レベルでの反応を考慮した化学平衡下での連鎖反応の詳細な解析を行った。水添加が無い場合と比較した結果、水添加により数%の火炎温度の低下と層流燃焼速度の減衰などが確認でき、爆風に関する実験結果と矛盾のないことが示せた。以上の実験結果と計算結果をまとめて、国際学会(21st International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems)で発表を行った。また、水添加した場合の水素の着火過程を実験的に詳細に調べるため、着火時に発生する熱対流の影響を排除するため落下塔を使用した微小重力下での着火実験を行い、着火遅れ時間が影響を受けるなどの予備的な結果を得ることができた。H17科学研究費補助金実績報告書水蒸気や水ミストが存在する場合に、水素-空気の化学量論比混合気の着火、火炎伝搬、圧力波の挙動がどのような影響を受けるかを調べるために、開放空間において混合気の燃焼実験を行った。50cm立方のビニールシートで囲んだ容器に混合気を入れ、水蒸気は温水中で混合気をバブリングすることにより、またミストは容器内に設置したノズルから水を噴霧(水滴の直径は数十μm)する事により供給した。着火時にガスに与えるエネルギーは、線爆発、ニクロム線溶断、ニクロム線加熱の各着火方式の順に小さくなり、火炎や圧力波の伝搬挙動から求めた着火遅れ時間はこの順番に大きくなる。ニクロム線加熱方式で着火した時、乾燥混合気の場合と比較して、高湿度あるいは水ミストが存在する場合には、着火遅れ時間が数倍大きくなること、また着火に必要なニクロム線で発生するジュールエネルギーも、数倍大きくなることが見いだされた。一方、線爆発方式で着火した場合には、乾燥混合気と高湿度の混合気の着火遅れ時間には大きな差はみられなく、水蒸気あるいは水ミストが水素の燃焼に与える効果は、着火時に与えるエネルギーに大きく依存することが示唆された。水素に水などの分子を共存させる方法として、水素-水クラスレート化合物が本質的に有望と思われ、そのため高圧下での合成を試みた。圧力発生にはダイヤモンドアンビルセル法を用いた。この方法では試料空間の圧縮比を大きくすることは難しいので、圧縮前の水素の密度を高くするため、低温下で液体水素を水(氷)とともに試料空間に封入する方法および装置を開発した。封入後、加圧装置を常温に戻すと、液体の水の中に泡状に気体の水素が存在するのが顕微鏡下で観察でき、これを加圧することにより、常温下でハイドレートが合成されるのが観察できた。H18科学研究費補助金実績報告書水蒸気が存在する場合の水素・空気混合気の燃焼挙動への影響を調べるために、開放空間で燃焼実験を行った。ビニールシート張りの容器(0.5X0.5×0.5m^3)の中に水素濃度を15%から40%の範囲で変化させた乾燥状態(相対湿度20%以下)および高湿度状態(相対湿度80%以上)の混合気を導入した。混合気の濃度は、容器内部の混合ガスを分光濃度計により測定した。着火源としては容器の中心にニクロム線(直径0.2mm,長さ4mm)電極を設置し、5Aの電流を流して赤熱させた。容器の内部に極細熱電対(K型(クロメルーアルメル)、直径25.4μm)を設置して火炎到達による温度変化を検出し、火炎伝播速度を求めた。さらに、反応容器の中心から1.16mおよび2.27mの距離に設置したステンレス製円盤型整流板の中心に半導体型圧力トランスデューサを固定し,混合ガスの着火により生成された圧力波(爆風)の時間変化を測定した。その結果、火炎伝播速度と爆風のピーク圧および圧力波形から求めたインパルスの組成依存性には大きな相関が見られた。また乾燥ガスに比べて、高湿度状態では、火炎伝播速度、爆風圧、爆風インパルスとも有意に小さくなる傾向が見られた。また、水素-水化合物に炭化水素を導入する効果を調べるため、DACで高圧を印加した水、水素、炭化水素が共存している状態下で炭化水素の濃度を分光学的に決定する手法を構築した。

以上の実験結果と計算結果をまとめて、国際学会(21st International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems)で発表を行った。また、水添加した場合の水素の着火過程を実験的に詳細に調べるため、着火時に発生する熱対流の影響を排除するため落下塔を使用した微小重力下での着火実験を行い、着火遅れ時間が影響を受けるなどの予備的な結果を得ることができた。
新たに見出された免疫担当細胞、NKT細胞と膵島移植拒絶反応に関する研究

本研究の目的は近年、新たに見出された免疫担当細胞、NKT細胞の膵島移植拒絶反応に於ける役割を明らかにしようとするものである。平成10年度の研究でラットからマウスへの異種膵島移植の実験系で抗CD4抗体による拒絶反応制御にNKT細胞の関与が示唆される知見が得られた。平成11年度では、NKT細胞欠損マウスをレシピエントに用いて、解析した。【方法&結果】ドナーにlewisラット、レシピエントにはC57BL/6マウスを使用した。単離ドナー膵島(500個)をSTZ(200mg/kg)糖尿病マウスの経門脈的肝内に移植した。移植後抗CD4抗体50μg(ip, day0,2,4)を投与した群では、16/21例(76.2%)でグラフトは移植後30日以上生着し、レシピエントは正常血糖を示した。対照群では全て8日以内に拒絶された。次に、NKT細胞欠損マウス(Jα281-/-、C57BL/6background)をレシピエントに使用した。移植後抗CD4抗体を同様に投与したにもかかわらず、NKT細胞欠損マウスではグラフト(N=7)は全て移植後30日以内に拒絶された。更に、T, B細胞を欠損し、Vα14NKT細胞を発現するNKTマウス(TCR-/-、Vα14tgマウス)から脾細胞を単離しNKT細胞欠損マウスへの移入実験を行った。移植時に脾細胞を門脈内へ移入し、移植後抗CD4抗体を同様に投与した。2×106個を移入した群では、1/6例(16.6%)のみのグラフトが生着したが2×107個の移入群では、5/7例(71.4%)のグラフトが移植後30日以上生着した。本研発により、抗CD4抗体投与による膵島異種移植拒絶反応の制御に、NKT細胞が必須の役割を担っていることが明らかになった。この成果はJ Clin Investに掲載予定であるが、本研究はNKTが拒絶反応に関与していることをあきらかにした始めての報告である。NKT細胞にはCD4陽性細胞が存在することが知られており、まず抗CD4抗体による拒絶反応制御に於けるNKT細胞の関与について、ラットからマウスへの異種膵島移植の実験系で解析した。1。ラット(Lewis)単離膵島(500)をST糖尿病マウス(C57BL/6)の経門脈的肝内に移植した。移植後7-10日でグラフトは拒絶され、レシピエントは再度糖尿病状態となった。移植後抗CD4抗体(GK1.5)50μgの投与(ip,0、2、4日)により、拒絶反応は制御され、79%(11/14)のレシピエントが移植後90日以上正常血糖を示した。組織学的所見ではグラフトを移植した肝臓内に正常の膵島グラフトを認めた。しかしながら、抗CD4抗体を200μgに増量すると、5/6のレシピエントで拒絶反応が発現した。

この抗CD4抗体の投与量の差違による拒絶反応への効果の違いにNKT細胞が関与しているかどうかを明らかにする目的で、移植後経時的に膵島グラフトを移植した肝臓をレシピエントより摘出、単核球を単離しFACSで解析、NKT細胞の動態を検索した。その結果、クラフトが拒絶されたCD4の投与量(200μg)では移植後14日目にTCRαβ+NK1.1細胞(NKT細胞)が消失していたが、グラフトが生着した投与量(50μg)では上述のNKT細胞が有意に多く発現していることが判明した。従って、抗CD4抗体の投与による膵島異種移植拒絶反応の制御機構にNKT細胞が関与していることが示唆された。本研究により、抗CD4抗体投与による膵島異種移植拒絶反応の制御に、NKT細胞が重要な役割を担っていることが明らかにされた。本研究の目的は近年、新たに見出された免疫担当細胞、NKT細胞の膵島移植拒絶反応に於ける役割を明らかにしようとするものである。平成10年度の研究でラットからマウスへの異種膵島移植の実験系で抗CD4抗体による拒絶反応制御にNKT細胞の関与が示唆される知見が得られた。平成11年度では、NKT細胞欠損マウスをレシピエントに用いて、更に詳細に解析した。【方法&結果】ドナーにLewisラット、レシピエントにはC57BL/6マウスを使用した。単離ドナー膵島(500個)をSTZ(200mg/kg)糖尿病マウスの経門脈的肝内に移植した。移植後抗CD4抗体50μg(ip,day0,2,4)を投与した群では、16/21例(76.2%)でグラフトは移植後30日以上生着し、レシピエントは正常血糖を示した。対照群では全て8日以内に拒絶された。次に、NKT細胞欠損マウス(Jα281-/-、C57BL/6backgroundをレシピエントに使用した。移植後抗CD4抗体を同様に投与したにもかかわらず、NKT細胞欠損マウスでは.グラフト(n=7)は全て移植後30日以内に拒絶された。更に、T,B細胞を欠損し、Vα14NKT細胞を発現するNKTマウス(TCR-/-、Vα14tgマウス)から脾細胞を単離しNKT細胞欠損マウスへの移入実験を行った。移植時に脾細胞を門脈内へ移入し、移植後抗CD4抗体を同様に投与した。2×106個を移入した群では、1/6列(16.6%)のみのグラフトが生着したが2x107個の移入群では、5/7例(71.4%)のグラフトが移植後30日以上生着した。本研究により、抗CD4抗体投与による膵島異種移植拒絶反応の制御に、NKT細胞が必須の役割を担っていることが明らかになった。この成果はJ Clin Investに掲載予定であるが、本研究はNKTが拒絶反応に関与していることをあきらかにした始めての報告であ。
髪、羊毛の再構成:ケラチン蛋白質の自己組織化

研究代表者らは,原料として羊毛を主に使って,界面活性剤の存在下にて還元反応によりケラチンを可溶化することができた.このケラチン水溶液の主な性質は次のようである.1)システイン残基が全アミノ酸残基の8-10%を占める.2)ケラチン分子量は40000-60000を主成分とし,等電点は約6である.3)水溶液は室温で長期間,腐敗することなく透明安定である.4)酸化されて高重合度のタンパク材料に変換する.本研究課題は上記(4)に関わるが,およそ次の点が明らかとなった.あ)キャスト法で調製した膜は引っ張り強度など力学的性質に,他のタンパク膜に比べて,優れていた.い)ケラチン膜は生分解性を示したが,コラーゲン膜よりは約10-20分の1の分解速度であり,また,トリプシンなどの蛋白分解酵素に対してもかなりの耐性を示した.う)走査電子顕微鏡写真によりミクロな繊維性の構造が見ることができたのは特筆される.更に,膜形成を塩(NaCl,CaCl_2など)濃度とpHの加減をしながら調査したが,現在までに,コラーゲンにおいて報告されたような高度な組織形態を観察していない.この原因としてa)高システイン濃度によるS-S結合による架橋が実験条件では無作為に進み,高度な組織を形成しながら重合しにくいこと,b)原料のケラチンが複数の蛋白質からなる混成体であり,調製法によりその組成も微妙に変化することなどが考えられる.よって,現在,ケラチンの精製を行い,ケラチンからミクロ繊維の形成を条件を変えながら行っている.研究代表者らは,原料として羊毛を主に使って,界面活性剤の存在下にて還元反応によりケラチンを可溶化することができた.このケラチン水溶液の主な性質は次のようである.1)システイン残基が全アミノ酸残基の8-10%を占める.2)ケラチン分子量は40000-60000を主成分とし,等電点は約6である.3)水溶液は室温で長期間,腐敗することなく透明安定である.4)酸化されて高重合度のタンパク材料に変換する.本研究課題は上記(4)に関わるが,およそ次の点が明らかとなった.あ)キャスト法で調製した膜は引っ張り強度など力学的性質に,他のタンパク膜に比べて,優れていた.い)ケラチン膜は生分解性を示したが,コラーゲン膜よりは約10-20分の1の分解速度であり,また,トリプシンなどの蛋白分解酵素に対してもかなりの耐性を示した.う)走査電子顕微鏡写真によりミクロな繊維性の構造が見ることができたのは特筆される.更に,膜形成を塩(NaCl,CaCl_2など)濃度とpHの加減をしながら調査したが,現在までに,コラーゲンにおいて報告されたような高度な組織形態を観察していない.この原因としてa)高システイン濃度によるS-S結合による架橋が実験条件では無作為に進み,高度な組織を形成しながら重合しにくいこと,b)原料のケラチンが複数の蛋白質からなる混成体であり,調製法によりその組成も微妙に変化することなどが考えられる.よって,現在,ケラチンの精製を行い,ケラチンからミクロ繊維の形成を条件を変えながら行っている.目的髪や羊毛から抽出したケラチン蛋白質について自己組織化(リ-ホールディング)による高次構造物の構築を試みること.また,形態と調製条件との関連や生体材料としての機能等について研究すること.実験(1)ケラチン:われわれの既報による方法で髪と羊毛より抽出した.これは分子量が約40,000と60,000を主とする毛繊維蛋白質と分子量20000以下の毛繊維間に存在する細胞間蛋白質の混合物である.また,毛繊維蛋白質を主に含む水溶液は分子量25000でカットする透析幕を利用して調製した.(2)自己組織化:純水または種々の緩衝液に約1-3重量%の上記ケラチンを含む水溶液を用意して,硝子シャーレまたはポリスチレンシャーレに0.5-2.0mg/cm^2になるように置き,室温でゆっくり水分を蒸発させて濃縮した.乾燥後,位相差倒立顕微鏡や走査電子顕微鏡で膜表面の形状を観察した.(3)自己組織化ケラチン蛋白質膜上での細胞培養への影響をコラーゲン膜と比較しつつ,マウス繊維芽細胞(L929)を用いて調べた.また,(4)自己組織化による膜の引張強度への効果についても膜引張強度の自己記録計により調べた.結果(A)ケラチン水溶液の単純な濃縮によりケラチン蛋白質は水に不溶性の透明膜を与え,顕微鏡観察により直径約4-5umの繊維構造を有することが判明した.しかしながら,本構造は同じ条件で行なった場合でも再現されることが少なく,塩濃度やpHの効果について検討を重ねた.ケラチンは上述のように複数の蛋白質より成っているので,成分の同一化が抽出実験によっt微妙に異なるので,再実験可能なリホールディングについて条件の検索を重ねている.(B)細胞増殖性:ケラチンそして分子量25000以上のケラチンはコラーゲンとほぼ同じ増殖性を示した.分子量25000以下のものは単位面積あたりの蛋白質量が増えると細胞の増殖性が低下した.(C)引張強度:分子量25000以上のケラチン膜はトータル・ケラチン膜に比べ約50%の伸度しかなく,また最大破断強度は2倍であった.

研究代表者らは界面活性剤の存在下にて還元反応により羊毛よりケラチンを抽出し,得られたケラチン水溶液(システイン残基が全アミノ酸残基の8-10%;分子量は40000-60000;等電点は約6)を使って次の知見を得た。i)キャスト法で調製した膜は引っ張り強度など力学的性質に優れていた.ii)ケラチン膜はマウス皮下で生分解性された.しかし,コラーゲン膜よりは約10-20分の1の分解速度であった.トリプシンなどの蛋白分解酵素に対しても約50%の重量減少まで分解された.iii)フィルム面には走査電子顕微鏡によりミクロな繊維性の構造が見られた.膜形成を塩(NaCl,CaCl_2など)濃度とpHの加減をしながら調査したが,現在までに,コラーゲンにおいて報告されたような組織形態の変化を観察することはできていない.当該ケラチンは高システイン濃度によるS-S結合による架橋が実験条件では無作為に進み,高度な組織を形成しながら重合しにくいこと,原料のケラチンが複数の蛋白質からなる混成体であり,調製法によりその組織も微妙に変化することなどが考えられるので,今後,ケラチンの精製を行い,ケラチンからミクロ繊維の形成を条件を変えながら研究を行っていく予定である.
臓器特異的上皮細胞モデルを用いた薬物体内動態の予測法の開発に関する研究

小腸や腎臓などの上皮細胞では種々チャネルやトランスポータを介した様々な生理物質の輸送が行われており、生体の恒常性維持に重要な役割を果たしている。本研究では、生体側のダイナミックな生理機能の変化を再現し、それに応じた薬物体内動態変動を予測することを目的とした。平成17年度には包括的上皮細胞モデルのプロトタイプの作成を行った。また、多くの動物細胞に共通の一般的な生理機能である細胞容積調節機構に対する種々トランスポータ、チャネルの寄与を予測した。平成18年度は、上記研究成果を発展させ実験的にモデルの妥当性、定量性を検証し、その結果をモデルに還元し精緻化することによって、コンピュータ上におけるダイナミックな生理機能変化の再現を実現させた。細胞モデルを用いた解析によって作業仮説をたて、実験的に種々パラメータ(細胞の膜電位、イオン濃度(Na^+,Ca^<2+>,Cl^-)並びに容積)を測定し仮説を検証するという「モデル予測-実験検証」のサイクルを繰り返すことによって、従来その関与が明らかでなかったCa^<2+>担体の細胞容積調節における役割を明らかにすることができた。すなわち、Na^+/K^+ pumpは生体の恒常性維持に重要な役割を果たすが、これが阻害されるという病的な状態においても、細胞膜Ca^<2+>ポンプとNa^+/Ca^<2+>交換機転との協調作用によって、ある程度細胞容積が維持されるという代償機構の存在を実験的に証明することができた。また、細胞内Ca^<2+>濃度の変化はタンパク質分解酵素の活性化など細胞のviabilityと密接な関係があることが従来知られていたが、細胞膜イオン透過性にも大きく影響を与え、その結果細胞容積調節機構において主要な因子となりうることを新たに明らかにした。これらの成果をモデルに還元し、薬物添加時における細胞応答を多岐にわたるパラメータについて定量的に予測することに成功した。また、これらの細胞には多くの薬物トランスポータが発現しており、薬物体内動態を規定している。本研究では、1)生体側のダイナミックな生理機能の変化を再現し、2)それに応じた薬物トランスポータの機能的・分子的変動に基づく、薬物体内動態の定量的な予測法を確立することを目的として、包括的上皮細胞モデルのプロトタイプを構築した。上皮細胞の生理機能を再現するためには、まず細胞容積調節機構など多くの細胞に共通の一般的な生理機構を定量的に明らかにする必要がある。そこで、Na^+/K^+ポンプ、Na^+、K^+及びCl^-コンダクタンス、浸透圧差に従った水輸送からなる簡易容積調節モデルを構築し、Na^+/K^+ポンプ阻害時における細胞容積変化のメカニズムに関する定量的考察を行った。その結果、Na^+/K^+ポンプは細胞内負の膜電位を保持することによって細胞内へのCl^-流入を抑えること、それによって細胞容積を一定に保つことが示された。また、膜Na^+及びCl^-コンダクタンスの大きさの違いが種々条件下における容積変化の違いを規定する一因となることが予測された。既存の近位尿細管上皮細胞モデル(Weinstein, Am J Physiol Renal Fluid Electrolyte Physiol263:F784-F798,1992)をsimBioプラットフォーム上で再構築した。これによって、経上皮水輸送に対する種々トランスポータ、チャネルの寄与を計算することができた。今後、上記シミュレーション並びに実験によって得られた定量的データを統合し、近位尿細管上皮細胞モデルに還元、構成要素の精密化を図ることによって、より正確な生理機能の再現が期待される。