hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
近赤外領域の陰性吸光度を利用した試薬レス在宅尿成分分析システムの開発

前年度は市販近赤外LEDの10波長(1400-2300 nm,100 nm刻み)から総当たり解析により決定した尿素及びクレアチニン用の最適波長組合せを用いて、1日のたんぱく摂取量の推定に有用である「随時尿中の尿素・クレアチニン比」の推定可能性について検討した。今年度はさらに「1日の塩分摂取量の推定に有用」とされている「随時尿中の塩化ナトリウム・クレアチニン比(NaCl to Creatinine Ratio (NCR)」の推定可能性について検討した。具体的には、上述の10波長を用いてNaCl及びクレアチニン(Cr)のそれぞれの濃度予測に最適な波長組合せを選定し、各推定濃度を用いてNCRを算出した.最適波長組合せの検討に際しては、差分吸光度を潜在係数,NaCl及びCrの各濃度をそれぞれ従属変数として重回帰分析を行い,標準予測誤差(SEP)を評価指標として至適波長数と組合せを決定した.その結果NaClについては7波長、Crについては6波長となり、このうち5波長が共通だったことからトータル8波長でNCRが推定可能となった。しかしNCRの実測値と予測値を比較したところ、相関係数:γ=0.590、SEP=4.590で計測精度向上が必要という結果となった.その理由の一つとして、塩化ナトリウムの濃度予測においては相関係数γ>0.9と高精度の推定が可能であったが,クレアチニンの推定においては相関係数γ>0.8と推定精度が若干劣り、これがNCRの測定精度に影響したものと考えられた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は尿糖(尿中グルコース濃度)、NaCl、尿素、そしてこれら成分の24時間排泄量の推定に用いられているクレアチニンの4成分の濃度推定を行った。具体的には21-23歳の健常成人男性11名から随時尿を採取し、それぞれの尿にグルコースを所定量添加し合計121サンプルを得た(以下「グルコース添加尿」)。これらサンプルの所定量を臨床検査センターに委託し実測濃度を得ると共に、残りのサンプルに対して現有設備のFT-IR型分光器を用いて波長範囲7502500nmで水との差分吸光度(⊿Abs)を計測した。得られたデータに対して部分最小二乗(PLS)法を用いて回帰式を求め、実測濃度と予測濃度との相関を検討した。その結果、各成分共に相関係数:γ=0.970.99という極めて良好な直線相関が得られ、光学的な手法により尿中の4成分を高精度で濃度推定可能であることが確認された。次に実使用場面により近づけるべく、実際に尿に糖が出ているサンプル(以下「高尿糖随時尿」)を用いて実験を行った。具体的には、糖尿病が疑われる成人男性1名の随時尿を朝食前・後を含め1日24回採取し計21サンプルを得た(尿糖実測値:mean(s.d.)=334.5(308.7)mg/dl, max: 1028mg/dl)これらサンプルの⊿Absを計測しPLS回帰を行ったところ、γは尿素:0.995、グルコース:0.850、クレアチニン:0.826、NaCl:0.739と尿素以外の3成分でグルコース添加尿に比べ直線相関が低下した。そこでPLS回帰に用いる波長域を再考し、各成分の濃度変化に対する⊿Absの変化が大きい3波長域に厳選してPLS回帰を行ったところ、各成分共にγ>0.97となり、高尿糖随時尿においてもグルコース添加尿と同程度の高精度で濃度予測可能であることが確認された。昨年度は健常成人男性11名から採取した尿にグルコースを所定量加えた「グルコース添加尿」121サンプル,及び糖尿病が疑われる男性1名から採取した随時尿(高尿糖随時尿)21サンプルに対してFT-IR装置によるスペクトル計測を行い,PLS法による尿中4成分(グルコース:Glu,尿素:Urea,塩化ナトリウム:NaCl,及びクレアチニン:Cr)の濃度推定精度を検証した.今年度は更なる実使用場面に即した測定を想定して,糖尿病患者を含む成人62名から得た高尿糖随時尿を対象に上記4成分の濃度推定精度について検証した.具体的には尿沈渣等の影響で安定したスペクトル測定が困難であった11サンプルを除外した計51サンプルを解析対象とし,FT-IR装置により750-2500[nm]の波長範囲で溶媒(水)との差分吸光度:⊿Absを測定した.そして全波長における⊿Abs値(1050個)を潜在変数とし,従属変数はGlu, Urea, NaCl, Crの各濃度とし,PLS法による回帰分析を行なった.なお各成分の実測濃度は臨床検査センターに委託し測定した.上記解析の結果,相関係数:γ及び平均予測誤差:SEP[mg/dl]はそれぞれGlu:0.981, 271.3,Urea:0.958, 124.7,NaCl:0.924,120.5 ,Cr:0.567,46.4となり,Glu, Urea, NaClは高精度(γ>0.9)で濃度予測可能であることが明らかとなった.

一方Crは予測精度が低く,解析波長域選定等による精度向上の必要性が認められた.上述したように不特定多数の高尿糖随時尿を用いた場合でも、尿中成分について光学的な方法により試薬レスで高精度(実測値との相関係数:γ>0.9)で計測可能であることが確認されており、本研究課題は順調に進展していると言える。ただしクレアチニンについてはγ≒0.5と高精度とは言えず今後改善の必要がある。一方、今年度購入した光路長可変セルについては、昨年度購入したピーク波長:2,200nmの近赤外マルチチップLEDとフォトダイオード(PD)を組込むためのアタッチメントと駆動回路が完成し、来年度実施予定の性能評価試験に向けて準備は整っている。以上を鑑み「おおむね順調に進展している」と判断した。今年度は実用化に向けての最重要課題である「使用波長数の削減」を行った。具体的には、これまで使用してきた波長数、すなわち7502200nmの全ての波長数:1050個に対して、まずは1/3程度の削減を試みた。そのために対象成分の濃度増加に対して吸光度が増加する波長だけでなく、逆に吸光度が減少する「陰性吸光度」を示す波長にも着目し、使用する波長を3種類の波長域に絞り込んだ。そしてこれらのデータを用いてPLS解析を行った結果、尿中4成分の測定精度(実測値との相関係数)γ>0.7以上に保ちつつ、使用波長数を236まで削減できることを確認した。さらにこの波長域から他成分の影響等も考慮して10波長を厳選し「総当たり法」による重回帰分析を行った結果、γ>0.7を維持しつつ6波長まで絞り込むことが可能となった(波長データは現状非開示)。上記解析で用いた各波長の半値幅はFT-IR分光器の波長分解能:1.67nmよりも小さく、波長プロファイルは非常に尖鋭である。一方システム試作に際しては近赤外LEDアレイの使用を想定しており、当該LEDは一般的にブロードなプロファイル、具体的には半値幅にして少なくとも数十nmの広がりを有している。そこでこの様なブロードな発光特性をもつLEDを光源として用いた場合でも濃度推定可能かどうかを次のような方法で検討した。即ち、FT-IRで得られた透過光強度スペクトルに対して、上記で選定した波長を中心とする重み関数(最大値:1、半値幅:200nmのガウス関数)を乗ずることでLEDを光源とした模擬透過光スペクトルを得た。そしてこれを積分することでLED模擬透過光強度を算出し、そのデータを用いて重回帰分析を行った。その結果γ>0.7を維持しつつ4成分の濃度推定が可能であり、最終年度試作を予定しているマルチLEDシステムが原理的に実現可能であることが示された。今年度の実績概要に記載したように、簡易光学式尿成分分析システム具現化に際して最重要課題である「使用波長数の削減」が今年度までの研究により可能となった。具体的には使用波長数を6まで減らしても濃度推定精度(実測値との相関係数:γ)は0.7以上が維持できること、またLEDを光源とした場合でも同様の精度が確保可能であることがシミュレーション結果より示され、最終年度試作を計画している近赤外多波長LEDを光源とたシステムの実現可能性を確認している。なお測定精度についてはγ>0.9を目指して更なる波長組合せの検討やセル光路長の再検討などを要すると考えている。今年度は、昨年度10波長まで絞り込んだ使用波長について、慢性腎症の進行予防に有用な指標である「尿素・クレアチニン比(U/Cr)」を得るための至適波長組み合わせについて検討した。その結果、各成分の濃度を4または5種類の波長で高精度(実測濃度と推定濃度との相関係数:γ>0.99)で推定可能な波長組み合わせを見出すことが出来た。このうち2波長は各成分で同一だったため実質「7波長」でU/Crを得ることができ、その精度もγ=0.904と極めて良好であることが確認された。
ラミニン機能阻害抗体の作製とそれらを用いた器官形成に関わるラミニンドメインの研究

ラミニンはα、β、γの3種のサブユニットからなる分子量600-900kDの巨大分子で複難の機能ドメインからなる。α、β、γ鎖にはそれぞれ5種、3種、3種の遺伝子が同定されおり、それぞれは組織や発生の各ステージにおいて特異的な発現様式をとる。我々は、発生期の顎下腺では、α1鎖とα5鎖アイソフォームが上皮基底膜に一様に発現することを見出した。とれらのアイソフォームの機能を探る目的で、α1、α5鎖のアミノ酸配列に由来し、細胞接着活性をもつ50以上のラミニンペプチドを、顎下腺・毛包の器官培養系、肝由来株化上皮系細胞の細胞接着実験系でアッセイし、器官形成を阻害するペプチド,AG73(RKRLQVQLSIRT)とA5G77f(LVLFLNHGH)、細胞接着・伸展活性を促進するペプチド,A5G33(ASKAIQVFLLAG)とA5G65(HQNMGSVNVSVG)を見出した。これらの知見に基づき、AG73,A5G77f, A5G33に焦点を絞り、それぞれの特異抗体の作成を試みた。各ペプチドを合成、常法に従ってキャリアータンパク質(keyhole limpet hemocyanin)と結合させた後、ウサギ皮下に2週間間隔で3回ないし5回の注射を行なった。一部の実験では、モルモット皮下への免疫を試みた。いずれの方法でも、十分な抗体価を持つ抗血清をえることができなかった。そこで、A5G77fについては、そのマルチメリック体を合成し、ウサギに免疫することを試みた。この方法ではA5G77fに対してコントロールペプチドに比して100-1000倍程度高反応性の抗血清R3をえることができ,現在この抗血清の生物学的特性を上述の器官培養系や細胞接着実験系で精査中である。基底膜成分のラミニンのα1、α5鎖のC末端、Gドメインのアミノ酸配列に由来する細胞接着性ペプチドのうち、培養マウス唾液腺や毛包原基の器官形成を阻害する活性をもつ、AG73配列(RKRLQVQLSIRT)とA5G77配列(LVLFLNHGHFVA)に先ず焦点を絞り、これらの合成ペプチドをkeyhole limpet hemocyaninに結合させ、ウサギならびにモルモットに免疫した。AG-73の免疫では、ペプチドに対する抗体価の上昇は認められなかったが、A5G77では抗血清を得ることができた。そのうちの1つR1(抗A5G77抗血清)をプロテインAカラムで精製したIgG分画についてさらに詳細な検討を行ったところ、ELISA法では特異性を認めうるものの、ウエスタンブロット法では特異性を検出しえなかった。単層培養条件下での上皮細胞とペプチドとの結合に抗体が及ぼす作用を検定する目的で、胎生マウス肝由来の上皮系株細胞(eE1-10)を用いたテラサキプレート上での細胞接着実験系を新規に構築して、A5G77ペプチドに対する細胞接着に及ぼすR1抗体の作用を検討したが、有意差を検出し得なかった。現在、A5G77ペプチド結合カラムによるアフィニティークロマトグラフィー法でR1のIgG分画よりA5G77特異的IgGの精製を実施中である。今後、モルモットより得られた新規の抗A5G77抗血清についても同様の精製を実行し、それぞれの諸性質をアッセイする予定である。基底膜成分のラミニンα5鎖のC末端、Gドメインのアミノ酸配列に由来する細胞接着性ペプチドのうち、培養マウス唾液腺の器官形成を阻害する活性をもつ、A5G77配列(LVLFLNHGHFVA)に対する抗体作製を平成13年度に引続き試みた。

keyhole limpet hemocyanin(KLH)をキャリアーとして用いて得られた抗血清(モルモットを免疫したもの17ロット、ウサギを免疫したもの2ロット)をえたが、ペプチドに対する特異性は認められたものの、いずれもタイターが低く、応用範囲が極めて限られた。そこで、実験計画に基づき、マルチメリック法による抗原作製を行うこととし、A5G77配列の最小活性単位であるA5G77f配列(LVLFLNHGH)のマルチメリック体を合成、ウサギに免疫し、抗血清R3を得た。ELlSA法により、R3のA5G77f配列とそのスクランブル配列A5G77fTそれぞれとの結合を比較したところ、R3がA5G77f配列に対して、1001000倍程度高いアフィニティーを有することが確認できた。培養マウス唾液腺の器官培養系でR3の効果を調査したが、無血清培養条件で10%添加しても、器官形成に関わる活性は検出できなかった。現在、R3より、A5G77f配列をエピトープとする免疫グロブリン分画のペプチドアフィニティーカラム法による精製を進行中で、器官形成に関わる活性、免疫組織化学への応用、等の観点から引き続き解析をすすめる予定である。ラミニンα鎖のC末端、Gドメインのアミノ酸配列に由来する細胞接着性ペプチドのうち、培養マウス唾液腺の器官形成を阻害する活性をもつ、AG73配列(RKRLQVQLSIRT)とA5G77配列(LVLFLNHGHFVA)に対するペプチド抗体作製を免疫動物(ウサギ、モルモット)や、抗原の形状(KLH結合ペプチド、マルチメリック体)を種々検討しながら試みたが、いずれも抗体価の極めて低い血清しかえることができなかった。得られた抗血清からプロテインAや抗原ペプチドをリガンドとしたアフィニティー精製により、特異的IgGの濃縮を試みたが、いずれも精製抗原タンパク質に対するウエスタンブロッティング、免疫組織化学のいずれでも特異性を確認できなかった。また無血清器官培養系への添加実験でも器官形成を阻害するような活性は検出できなかった。第3の候補ペプチドを検索する目的で、上皮系の株細胞(eE1-10)を用いて、改めてラミニンα5鎖Gドメイシのアミノ酸配列に由来する細胞接着性合成ペプチド上の接着能を詳細に比較したところ細胞接着を強く支持するものを7種みとめ、さらにそのうちの2種(AsG33,AsG65)に明瞭な細胞の伸展を促す活性を認めた。A5G33(ASKIQVFLLAG)上では、そのα1鎖上の相同剖位である配列のAG32上と比較し、10倍の細胞接着数となり、A5G33/AG32のサイトがラミニン同族体相互の識別に関わる部位であることが示唆された。
脳の通奏低音―認知・意識における自発的脳活動の機能解明

エピソード記憶の記銘において、脳全体に分布する244個の関心領域(ROI)間の大規模脳ネットワークの結合状態をfMRIを用いて解析した。記銘成績の高い時間帯(H)と低い時間帯(L)の間で大規模脳ネットワークの結合状態を比較した。その結果、H時間帯とL時間帯との間に結合状態の有意な差を見出した。H時間帯では脳領域間の遠距離の機能的結合が高まっていた。それに対してL時間帯では、近傍の脳領域間の機能的結合が高まっていた。この結果をより定量的に解析するために、グラフ理論に基づく解析を行った。グラフ理論におけるネットワーク全体の結合状態の効率を表す指標であるglobal efficiency (Eg)を比較したところ、H時間帯はL時間帯と比較してEgが統計的有意に高いことが示された。個々の機能的な脳領域間のネットワーク結合を見ていくと、H時間帯ではL時間帯と比較して、デフォルトモード、視覚領野、サリエンシー、皮質下領域の各サブネットワークと、その他のサブネットワーク間の結合が高まっていた。本研究結果はeLife誌に論文発表された。他にfMRIと機械学習によるmulti-voxel pattern analysis (MVPA)を用いた共同研究では、日本人被験者において扁桃体の活動パターンが外集団(韓国人)に対する潜在的なprejudiceを表象することを見出した。本研究結果はNeuroimage誌に論文発表された。また共同研究として、ラットにおける皮質脳波(ECoG)記録と光遺伝学による刺激を用い、刺激によって誘導された局所フィールド電位(LFP)の時間空間的な伝播様式を明らかにした。本研究はScientific Reports誌に論文発表された。サルECoG実験の進捗が遅れている一方、ヒトfMRI実験については当初の研究目標の一つが達成され、論文掲載に至った。同様に共同研究一件についても論文発表に至った。以上を総合的に判断し、概ね順調に進展しているものと判断した。ヒトfMRI実験に関して当初の研究目標の一つが達成されたので、2019年度より新規研究プロジェクトを開始する。具体的には、エピソード記憶が脳内どのように表象されているかを探る実験デザインを複数考案したので、これらのプロジェクトを進める。サルECoG実験に関しては、電極手術に続けて失敗し進捗が遅れているため、実験実施を加速したい。
「臓器の老化」により変化する幹細胞分泌因子の探索と組織再生機序の解明

糖鎖は細胞間相互作用に重要な役割を果たし、細胞が存在する周囲環境を反映していると考えられる。臓器を支える幹細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞において、老化に伴う細胞膜上の糖鎖動態を検討した。線維芽細胞では、由来する個体年齢によらず老化に伴い一定の糖タンパク質上の糖鎖構造が一定のプロファイルを取ることがわかった。この踏査構造変化は間葉系幹細胞にも認められることが示された。また血管内皮細胞では、老化に伴い細胞膜上の糖脂質ガングリオシドGM1の発現が亢進し、インスリン抵抗性をもたらすことがわかった。臓器の老化でそれを構成する細胞に機能的な影響を及ぼしていることが示唆された。幹細胞は、自ら分化する能力を有するとともに様々な分泌因子を放出し周囲の細胞の増殖や有走をもたらし組織再生を促していることが明らかになりつつある。これは組織幹細胞が生体内の恒常性維持に重要な役割を果たしていることを示している。一方で加齢に伴って組織内の機能は低下していき、様々な疾患へとつながっていく。各器官によって機能低下は様々であり、それゆえ高齢者がかかえる疾患は複雑であるとされている。そこで、各組織幹細胞が臓器の老化に伴いどのような影響を受けるのかについて検討を進めている。高齢者由来の様々な組織から細胞を樹立した。これが幹細胞としての性質をもつかについて、増殖能、細胞表面抗原解析、遺伝子発現解析を行った。また細胞指標として細胞表層タンパク質の糖鎖構造解析も行った。これまでのところ高齢者由来であってもある程度の増殖能を有した細胞が十分採取可能であり、幹細胞マーカーの発現も認められた。糖鎖解析については、継代特徴的なプロファイリングを示す傾向が見られた。また得られた細胞を継代していく過程においても、若年・成年者由来の細胞とは異なった変化を示した。この点について、分化能とともに分泌因子による機能についてより詳細な検証を進めている。生体の恒常性維持には組織内における幹細胞の役割が重要である。幹細胞は周囲環境(ニッチ)との相互作用によってその機能を維持しているとされ、加齢による影響を受けるとされるがその詳細は不明である。我々は高齢者由来の組織から細胞を樹立し、その特性を若齢者由来のものと比較している。増殖能/分化能とも樹立直後の細胞は大きな違いはないものの、継代を重ねて細胞老化に至る過程において、様々な面でかなりの違いが認められている。これまでに幹細胞が持つ増殖能や分化能と相関性のある分子を複数見出しており、これらの分子の幹細胞維持や由来組織の加齢による違いにおける機能解析を進めている。さらにそれら分子をもとに、組織内でどのような発現様式を示すかを組織学的面からの検討を始め、組織幹細胞の機能維持にニッチがどのような影響を与えているかについて検討している。ここでは、これまで我々が特性解析の一つとして利用してきた細胞の糖鎖解析について、組織学的検証に利用できないかを検討し、一定の評価を行うことが可能な技術となることを示せた。今後組織環境変化を糖鎖の観点からアプローチすることが可能となり、幹細胞側の糖鎖解析と合わせることでより詳細な分子間相互作用に踏み込んだ検討ができると考えている。幹細胞を取り巻く組織環境が個体の老化とどのような相関を持っているかの検証は、生体の恒常性維持や疾患発症の解明に非常に重要であるばかりでなく、今後期待される幹細胞移植が安全かつ有効な医療として確立していくためにも必須となる。そこで本研究では、幹細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞を軸として、細胞老化や個体老化に伴う変化について検証し、特に細胞膜上変化が幹細胞とその周囲環境との相互作用への影響、さらには幹細胞の能力として考えられている種々の分泌因子産生能への影響について検討した。細胞は細胞膜で囲まれており、その表層は糖鎖で覆われ、様々な状況により糖鎖が変化することが知られていることから、細胞表層の糖タンパク質や糖脂質の糖鎖情報について細胞老化や個体老化過程における変化を捉えることとした。その結果、血管内皮細胞では糖脂質の一つであるガングリオシドが老化に伴って細胞膜上に増加していることを見いだした。またそれに伴って内皮機能としてシグナル伝達が減弱することを明らとし、さらに幹細胞刺激を促す分泌因子との関連性も示唆されるデータを得た。一方、線維芽細胞においては老化に伴って糖タンパク質上の糖鎖構造が一定の方向に変化していることがわかった。この糖鎖構造変化は、幹細胞でも認められて、その増殖能や分化能との相関性が示唆された。これらの一連の結果は、組織内において幹細胞を取り巻く環境下で、そこを構成する細胞全体に、それぞれ加齢に伴って細胞表層糖鎖による相互作用を通して共通的な影響を反映して変化を起こし、生内の恒常性維持に寄与し、またその破綻による疾患に関与していることが示唆された。幹細胞移植を行う際、移植した細胞が適切に機能を果たすためには、ターゲットとなる移植環境の状況を把握しそれに見合った細胞として移植する必要性があると考えられ、今後の重要な課題であると思われた。

また血管内皮細胞では、老化に伴い細胞膜上の糖脂質ガングリオシドGM1の発現が亢進し、インスリン抵抗性をもたらすことがわかった。臓器の老化でそれを構成する細胞に機能的な影響を及ぼしていることが示唆された。幹細胞の増殖能、分化能に関与する分子を複数見出すことができた。さらに組織学的に糖鎖解析が可能な技術を確立できた。これらの結果は次年度にむけた基盤となった。幹細胞生物学見出した分子を中心に、幹細胞のもつ恒常性維持機構の詳細な分子機構を検討していく。またここまで得た結果について、その一部を成果として学会や論文として発表していく予定である。高齢者においては加齢に伴う組織内の機能低下(老化)は様々であり、生体内の恒常性維持と幹細胞との関連を検証するのは難しい。その中で、高齢者由来の組織から幹細胞を樹立できたことは大きな進展であると考えている。幹細胞のもつ特徴を解析していくことで、老化に伴って生じる疾患発症の解明につながるものと考えている。ここまで得られた研究成果を論文としてまとめており英文校正ならびに投稿料として使用を予定していたが、追加実験およびそのデータ解析が必要となり、当年度内の論文投稿を見送ったため。高齢者由来の幹細胞がもつ、分化能ならびに周囲環境へ及ぼす分泌因子の同定とその生物学的影響について検討を行っていく。特に若年者・成人期由来の細胞と比較していくことで、組織内で起こる老化のメカニズムの解明に繋げていきたい。論文は最終段階にきており、まとまり次第英文校正をして投稿する予定である。研究所移転に伴う研究の中断期間が生じたことによる。移転作業後研究体制をいち早く整え中断に寄る影響を最小限にとどめた。新施設移転後高齢者由来組織の提供がよりスムーズとなり、多くの細胞が採取できている。本年度解析ができなかった細胞の特性解析の一部を行うための試薬の購入および解析委託費用として使用する。
薬物依存症における転写調節因子Npas4の役割

薬物依存は持続性で長期断薬後もストレスなどにより容易に再発することから新たな遺伝子・タンパク質発現を伴うシナプスの機能的および構造的変化が関与していると考えられている。我々は種々のストレスによって発現変化を示す遺伝子としてNpas4を同定している。本研究では、薬物依存症におけるNpas4の病態生理学的な役割について検討した。その結果、メタンフェタミン連続投与に伴いNpas4の発現が増加すること、神経突起伸展にNpas4が関与していることが示唆された。現在、わが国は第三次覚醒剤乱用期にあり、薬物乱用および依存問題は大きな社会的問題となっている。依存性薬物の乱用により脳報酬回路の異常興奮が長期間持続すると、報酬回路に病的な可塑的変化が生じ、渇望を伴う依存状態になると考えられている。依存性薬物の乱用が薬物依存につながる分子機構は未だよくわかっていないが、薬物依存は持続性で長期断薬後もストレスなどにより容易に再発することから新たな遺伝子・タンパク質発現を伴うシナプスの機能的および構造的変化が関与していると考えられている。我々は種々のストレスによって発現変化を示す遺伝子としてNpas4を同定した。本研究では、覚せい剤(メタンフェタミン)依存症におけるNpas4の病態生理学的な役割を明らかにし、新規創薬標的分子となるかについて検討した。Neuro2A細胞を分化誘導するためにはリチウムを処置し、形態変化(突起の長さ)と機能変化(リン酸化synapsin I)およびNpas4、NeuNのレベルを定量した。また、Npas4発現ベクターおよびsiRNAを処置したNeuro2A細胞を用いて、リチウム処置による突起伸展がどう変化するかを解析した。また、Cdk5遺伝子プロモーターへのNpas4の結合をChIP assayで調べた。その結果、メタンフェタミン連続投与に伴いNpas4の発現が増加すること、Npas4はNeuNおよびCdk5遺伝子の発現制御に関与していることが示唆された。さらに、Npas4はCdk5の誘導を介してsynapsin Iのリン酸化を亢進することが示唆された。これらNpas4の発現とそれに続く神経細胞の機能的および構造的変化が薬物依存に伴う神経可塑性に関与していると考えられる。ICR系雄性マウスにメタンフェタミン(2 mg/kg)を1日1回、10日間連続投与した。脳各部位におけるNpas4 mRNAおよびタンパクは、それぞれreal time-RT PCR法およびウエスタンブロッティング法により定量した。ドパミンD1受容体アンタゴニストSCH23390およびD2受容体アンタゴニストracloprideはメタンフェタミン投与30分前に腹腔内投与した。メタンフェタミン連続投与により海馬におけるNpas4 mRNAおよびタンパク発現が有意に増加した。一方、メタンフェタミン単回投与では有意な変化は認められなかった。メタンフェタミン連続投与によるNpas4発現の増加は海馬に特異的であり、大脳皮質あるいは線条体では変化は認められなかった。さらに、メタンフェタミンによるNpas4発現の増加はSCH23390あるいはracloprideの併用投与により抑制された。以上の結果より、メタンフェタミン連続投与に伴う海馬機能の変化にNpas4の発現増加が関与していることが示唆された。本研究の最終目標は、覚せい剤(メタンフェタミン)依存症におけるNpas4の病態生理学的な役割を明らかにし、新規創薬標的分子を探索することである。目標1.メタンフェタミン投与後のNpas4の発現変化について調べ、その機序を明らかにする。目標2.薬物依存状態ではNpas4がどのような分子の発現調節に関与しているかを調べ、Npas4の標的遺伝子を同定する。目標3.ドパミン作動性神経機能とNpas4の関連性について調べ、薬物報酬効果におけるNpas4の役割を明らかにする。本年度は目標1.ついて検討し、メタンフェタミン連続投与に伴う海馬機能の変化にNpas4の発現増加が関与していることを示唆した。したがって、本研究における達成度は概ね順調に進んでいるものと考えられる。来年度はNpas4標的遺伝子の同定およびNpas4の機能解析を検討する予定である。

Npas4標的遺伝子の同定は、Npas4タンパク質に対する抗体で免疫沈降してDNAを増幅・検出することにより転写調節因子Npas4の標的となる遺伝子を調べる。また、同定された標的遺伝子のmRNAおよびタンパク質の発現量について検討する。一方、Npas4の機能解析については、培養神経細胞およびNpas4ノックアウトマウスを用いて検討する。予備検討において株化神経細胞Neuro2Aの分化に伴いNpas4の発現が増加することを確認している。今後、Npas4により発現誘導を受ける標的遺伝子を同定することにより、覚せい剤依存や覚せい剤精神病の分子機構の解明が進むと期待される。来年度の研究費は実験動物および試薬類を中心に使用する計画である。特に、抗体、遺伝子精製キット類、培養神経細胞調製試薬等である。また、得られた研究成果を国内(日本薬学会、日本薬理学会など)、国際学会(北米神経科学会)および学術論文として報告する予定である。以上の研究経費の妥当性を考慮し、本研究課題の遂行に必要な研究費を算出している。
外傷後のショックおよび全身性炎症反応症候群の法医剖検診断・重症度評価基準の確立

法医解剖の主たる課題の1つは外傷と死因の因果関係の分析で、状況証拠や診療記録を補完しうる客観的な診断根拠が求められる。しかしながら、従来の病理形態学では死亡過程における機能的な変化の把握や臨床病像に対応した評価が困難であった。そこで本研究では、病理・生化学・分子生物学・免疫組織化学検査結果に基づいて外傷受傷後の病態を総合的に分析し、外傷性ショックと全身性炎症反応症候群(SIRS)の剖検診断基準を作成して有効性を検証した。その結果、外傷性全身障害における急性反応(重度外傷=直接的死因)、亜急性ショック、遷延性ショック、それに伴うSIRS、多臓器障害と敗血症の病像の客観的評価法が策定された。法医解剖の診断精度向上を目的とした研究の一環として、外傷性ショックおよび全身性炎症反応症候群(SIRS)の剖検所見と臨床像との相互評価の基盤となりうる剖検診断基準を作成するため、広範囲生化学・分子生物学・免疫組織化学検査を剖検例に適用し、外傷後の低酸素・虚血性臓器組織障害と炎症反応の指標を多角的に分析した。その結果、急速な出血を伴なう大血管損傷や多発外傷では血清エリスロポエチンが数時間以内に増加し、大量出血後の遷延死では出血性ショックの臨床像に類似した血清蛋白質やコレステロールの減少を伴なう貧血がみられることが示された。SIRSの指標に関しては、血清C反応性蛋白質(CRP)およびネオプテリンの測定値は組織傷害の重症度と生存期間に依存し、二次感染を伴なう遷延死で増加しており、臨床所見と同様の所見が確認された。多臓器不全における一般的な合併症である急性呼吸窮迫症候群(ARDS)、肝・腎不全や敗血症も死後生化学と免疫組織化学の併用によって評価できた。熱傷については、血清蛋白質のスクリーニング検査で溶血の有無と重症度がわかり、自動血液分析における血小板測定値の顕著な増加は熱傷性変化に特徴的な赤血球の断片化を伴なう溶血の客観的指標となりうると考えられた。深部熱傷による骨格筋傷害の指標として、血清クレアチニンや尿中ミオグロビンの増加、気道熱傷による肺胞傷害の指標としては血清中の肺サーファクタントの増加がみられた。血清蛋白質、非蛋白窒素化合物、カルシウム、CRP、ネオプテリンとエリスロポエチンは遷延性熱傷性ショック死の分析に利用できた。すなわち、それらの生化学指標は臨床例に類似の低蛋白血症、窒素血、低カルシウム血症、全身性炎症反応や重度低酸素血症などを伴なう熱傷性ショックの所見を示した。また、溺死では肺に早期炎症反応の所見がみられたので、今後さらに検討を進める。法医解剖の診断精度向上を目的として、外傷性ショックおよび全身性炎症反応症候群(SIRS)に関する剖検所見と臨床病像との間の相互評価の基盤となりうる剖検診断基準を作成するため、法医剖検例の広範囲生化学・分子生物学・免疫組織化学検査を行い、外傷後の低酸素・虚血性臓器組織障害と炎症反応の指標を多角的に分析した。その結果、外傷性ショックの急性期・亜急性期の病態および遷延化後の全身性炎症反応症候群や敗血症あるいは終末期の多臓器障害の剖検診断における系統的生化学検査の有用性が再確認された。そのうち、血清蛋白質、肝・腎機能の指標、炎症マーカや主要臓器組織特異マーカの検査結果に臨床像との共通点がみられた。また、外傷性侵襲後の主要臓器組織における低酸素・虚血性変化や心・循環・呼吸・中枢神経系機能障害の動的変化の分子生物学分析法を確立するため、生化学検査に加えて心・肺・脳組織内の関連因子の変動や遺伝子発現を免疫組織化学方法とRT-PCR法による遺伝子発現分析を行った結果、心筋内の心房性・脳性ナトリウム利尿ペプチド(ANP・BNP)、肺組織のサーファクタント関連蛋白質、サイトカインと水分バランス調整因子および脳のグリア構成蛋白や修復因子と神経細胞のアポトーシス関連因子などが死因に特徴的な変動を示した.すなわち、損傷死では急速な失血によるANP・BNPの発現減弱、肺のサイトカインmRNA発現と遷延死における水分バランス調整因子の変動あるいは脳損傷に伴なうグリア構成蛋白や修復因子と神経細胞のアポトーシス、窒息死では低酸素性心筋障害によるANP・BNPの発現減弱、肺サーファクタントmRNAの発現減弱と水分バランス調整因子の変動あるいは中枢神経障害に伴なうグリア構成蛋白・修復因子と神経細胞めアポトーシス、中毒死では心筋内ANP・BNPの覚せい剤乱用時の発現促進と向精神薬類による発現減弱や覚せい剤乱用時の肺サーファクタントmRNAの発現減弱などがみられた。

法医剖検診断の精度向上および剖検所見と臨床病像の相互評価を目的として、外傷性ショックと全身性炎症反応症候群(SIRS)の剖検診断基準を作成して有効性を検証した。また、本研究の一環として開発した分子生物学的指標を用いて主要臓器障害の病因を分析した。その結果、外傷性全身障害の病態は以下のように分類された。1)急性反応(重度外傷=直接的死因):致死的外傷が明らかで、主要臓器や血液・生化学指標の変化に乏しい。但し、急性ストレス反応(血中カテコラミン・コルチゾールの増加)、右心血中の白血球増加や大量出血時の血中エリスロポエチンの経時的増加がみられる。2)亜急性ショック:重度外傷または多発中等度外傷後の出血による貧血や低蛋白・低アルブミン血症などがみられ、肺重量が増加する(いわゆるショック肺の所見)が、炎症反応や低酸素症の生化学指標の変動は顕著ではない。3)遷延性ショック:重度外傷後の救命救急医療処置による生命維持または多発中等度外傷後の自然経過による貧血や低蛋白・低アルブミン血症の重症化に加えて炎症・免疫反応、急性呼吸促迫症候群(ARDS)、その他の多臓器障害や低酸素症の生化学指標の変動が顕著となり、臨床上のSIRSに該当する所見がみられる。具体的には、血中のC反応性タンパク、ネオプテリン、肺サーファクタントやエリスロポエチンが高値となり、肝・腎障害などを伴ってくる。4)敗血症:上記のSIRSの所見に加えて血液中に細菌(主として腸内細菌類)が証明されるか、エンドトキシンが高値を示す。上記所見のうち、SIRSとARDSを伴う多臓器障害の病像は病理組織検査で補強されうる。一方、免疫組織化学とRT-PCRによる定量的mRNA分析法によって心筋内のナトリウム利尿ペプチド、肺・脳の細胞間質構成成分、水分バランス調整因子や炎症関連因子の発現動態の原死因に特徴的な経時的変動が観察された。法医剖検診断の精度向上および剖検所見と臨床病像の相互評価を目的として、剖検例について系統的検査を行った。そのうえで外傷後の低酸素・虚血性臓器組織障害と炎症反応に関する多角的検査データを総合的に分析し、外傷性ショックと全身性炎症反応症候群(SIRS)の暫定的剖検診断基準を以下のように策定した。1)急性外傷性ショック(重度外傷=直接的死因):致死的重度外傷が明らかで、血液・生化学的変化に乏しい。2)亜急性外傷性ショック:重度外傷または多発中等度外傷後の出血による貧血や低蛋白・低アルブミン血症などがみられるが、炎症反応や低酸素症の生化学指標の変動は顕著ではない。3)遷延性外傷性ショック:重度外傷後の救命救急医療処置による生命維持または多発中等度外傷後の自然経過による貧血や低蛋白・低アルブミン血症の重症化に加えて炎症・免疫反応、急性呼吸促迫症候群(ARDS)、その他の多臓器障害や低酸素症の生化学指標の変動が顕著となり、臨床上のSIRSに該当する所見がみられる。上記所見のうち、SIRSとARDSの病像は病理組織検査で補強される。現在、各血液・生化学指標の剖検基準値の再評価を行いつつある。
受容体の提示発現系と光化学的パニング法の開発

[本研究での成果](1)固相集積型・パニング素子の合成法確立我々が独自に提唱する「光化学的パニング法」は、低分子リガンドの受容体タンパク質クローニング法である。新しいプロテオオーム解析法としてハイスループット化を目指すためには、固相上での取扱いが必須となる、そこで、3種類の集積型固相を設計し、それらの合成法を確立した。(2)糖鎖、ペプチド、DNAの光反応性プローブの合成法確立光反応性プローブは、光反応基ジアジリンから生じる高反応種カルベンが相手分子と共有結合するという性質をもつ、この共有結合により以後の解析が容易となる。生理的に重要な3つの低分子リガンドについて、効率的な光反応性プローブを合成する方法を確立した。光反応性アミノ酸の合成法確立で、簡単に光反応性ベプチドを製作できるようになった。また、S化オリゴを利用して一段階で、光反応性DNAを合成する方法も確立した。(3)糖鎖およびペプチドを集積したパニング素子でのスクリーニング法の確立糖鎖(LacNAcなど)および、ベプチド(エンケファリンなど)で製作した集積型光反応性パニング素子の利用により、従来法に比べ以下の点で優れていることを確認した。(1)高速で簡便な解析が可能(2)固相上のパニング素子で様々なリガンドの同時解析が可能(3)光反応基「ジアジリン」の特性による選択性の向上[まとめ]糖鎖、ペプチド、DNAへと生理的に重要なリガンドについて、光反応性プローブとして利用できるようになり、本研究の潜在能力を、幅広い分野の研究領域に拡大できた。さらに、光反応基ジアジリンがもつ特性を生かしてスクリーニングの効率も上昇することが確認できた。プロテオーム解析法として、多品種を同時に解析できる本方法が貢献する足がかりを、本研究は築いたといえよう。低分子リガンドの受容体タンパク質クローニング法の強力なツールとして、今後も本方法を活用していきたい。[研究の目的]光化学的パニング法は、我々が独自に提唱する、低分子リガンドの受容体タンパク質クローニングのための画期的な方法論である。光反応基ジアジリンから生じる高反応種カルベンが相手分子と共有結合するという性質を利用した本方法は、(1)従来のパニング法に比べて高速で簡便な解析が可能、(2)固相上のパニング素子で様々なリガンドの同時解析が可能、(3)光反応基「ジアジリン」の特性による選択性の向上、などの特徴を持つ。本研究は、この光化学的パニング法を確立し、その有用性を実証することが目的である。[研究の成果]本研究テーマの潜在能力を発揮させるため、今年度は光化学的パニング法の土台となる、パニング素子の開発に注力した。大腸菌膜結合型の発現系の開発は次年度の課題とした。1.3種類の固相集積型・パニング素子プラットフォームを設計、それら合成法を確立した。2.糖鎖・およびペプチドをリガンドとする、固相集積型パニング素子の開発に成功した。3.DNAの特定部位にジアジリン型・光アフィニティー・プローブを搭載する方法を確立した。4.特定のタンパク質を発現したファージが、糖鎖およびペプチドをリガンドとする固相集積型パニング素子で、効率的に選択・捕獲されることを確認した。[まとめ]ジアジリン型・光アフィニティー・ラベルを搭載できるリガンドが、糖鎖、ペプチド、DNAへと拡がり、本研究の潜在能力を、幅広い分野の研究領域に拡大できた。バクテリオファージタンパク質発現系を利用した、光化学的パニング法の基礎的検討結果を踏まえ、次年度の開発予定の大腸菌膜結合型の発現系とあわせ、低分子リガンドの受容体タンパク質クローニング法の強力なツールとしていきたい。

さらに、光反応基ジアジリンがもつ特性を生かしてスクリーニングの効率も上昇することが確認できた。プロテオーム解析法として、多品種を同時に解析できる本方法が貢献する足がかりを、本研究は築いたといえよう。低分子リガンドの受容体タンパク質クローニング法の強力なツールとして、今後も本方法を活用していきたい。
多変量モデルの高次元推測と応用に関する研究

本研究においては、多変量回帰モデルや判別分析モデルを含む多変量線形モデルおよび成長曲線モデルにおいて、モデル選択規準にもとづく変数選択法の高次元での一致性などの性質を明らかにした。モデル選択規準としては、AIC規準、BIC規準、Cp規準などを取り上げ、標本数の大きさと目的変数の数の比が1より小さい一定値に近づくという高次元漸近的枠組みのもとで、変数選択法が一致性をもつための十分条件を導出した。また、正準相関分析において、変数の冗長性を検定するための尤度比統計量に対して、高次元での漸近分布とその誤差限界を与えた。本研究においては、多変量モデルの選択規準に基づく変数選択問題、多変量推測統計量の高次元漸近分布の導出、および、得られた結果の数値的検証と応用に取り組むことを目的にしている。これらの目的に関連して、多変量回帰モデルおよび成長曲線モデルにおいて新たな成果を得た。多変回帰モデルにおいては、回帰係数の変数選択問題に対して高次元AIC規準を提案した。通常のAIC規準は、平均対数尤度に基づいて定義されるモデルのリスクの大標本漸近的不偏推定量として提案されるが、本研究では目的変数の次元と標本数が共に大きいという高次元漸近的枠組みのもとでの漸近的不偏推定量として提案している。一般に、モデル選択規準としてのAIC規準やCp規準は、大標本の漸近的枠組みのもとで一致性をもたないことが知られている。しかし、本研究では、高次元漸近的枠組みのもとで一致性をもつことを示した。多変量成長曲線モデルにおいても、多項式のモデルの次数の選択、および、個体間説明変数の選択に関して、高次元規準量の提案やAICとCp規準の一致性に関して新たな結果を得た。とくに、多項式のモデルの次数の選択問題では、標本数と目的変数の次元を大にしたき一致性をもたないが、個体間説明変数の選択問題では、標本数と個体間説明変数を大にしたとき一致性をもつことを指摘した。上記の問題解決においては、各種のモデル選択基準の高次元漸近的枠組みでの漸近分布の導出し、さらに、数値実験により、それらの近似の精度を調べている。上記で述べた研究成果は、研究発表(雑誌論文)に掲げている3つの論文に掲載されている。これらの目的に関連して、多変量回帰モデル、判別分析モデル、正準相関分析モデル、成長曲線モデル、主成分分析モデル、などにおいて成果を得た。多変回帰モデルにおいては、回帰係数の変数選択問題に対してAIC規準とCp規準が,目的変数の数と標本数が共に大きいという高次元漸近的枠組みのもとで一致性があることを示した。AIC規準に関しては、モデルのよさを測る平均対数予測尤度の推定量を求めることも重要であるが、高次元の枠組みで漸近的に不偏である高次元AIC規準を提案し、ある種の仮定の下で一致性を示した。正準相関モデルにおける変数選択のAIC規準は、正規性のもとで平均対数予測尤度に修正することが知られている。本研究では、非正規のもとでも2次不偏性をもつAICのジャックナイフ型規準を提案し、その数値的検証を行った。成長曲線モデルにおいては、標本数と目的変数の観測時点が大きくなる高次元の状況に加え、個体間の変数も大きくなる高次元の状況で、多項式モデルの次数選択のAIC、BIC、Cp規準等が一致性をもつための条件を与えた。高次元検定の基礎となると思われるMANOVA統計量の高次元での漸近展開を導出した。上記の結果は、既に雑誌に掲載あるいは掲載予定の結果である。以下では、口頭発表や、投稿中の結果について述べる。多変量解析においては、多変量回帰モデルや、判別分析モデルおいて、次元を推定する重要な問題がある。この問題に対して、モデル選択基準に基づく推定法の高次元での振る舞いを調べた。また、標本数が目的変数の数より小さい場合の対処法としてリッジ法を適用し、数値的な検証を行った。本研究においては、情報量規準に基づく変数選択法の高次元性質の解明、多変量推測統計量の高次元漸近分布の導出、および、得られた結果の数値的検証と応用に取り組むことを目的にしている。上記の目的に関して、最終年度27年度における主要な成果として、多変量回帰モデルにおける変数選択のための情報量規準において、Yanagihara, Wakaki and Fujikoshi (2015)では、真のモデルの分布が正規分布であるという仮定の下で、高次元漸近的枠組のもとで一致性を満たすための罰則項の条件を与えている。ここでの高次元漸近的枠組とは、標本数nだけではなく目的変数の個数pがp/nが0以上1未満の定数に収束するという条件下で無限大とする枠組である。Yanagihara (2015)では、候補のモデルに正規性は仮定するが、真のモデルには正規性を仮定しないという条件の下で、一致性を満たすための罰則項の条件を導出した。Fujikoshi and Sakurai (2016, JMA)では、多変量回帰モデルにおける次元の推定に関する情報量規準に関して、高次元漸近的枠組のもとで、一致性をもつための条件を与えている。

さらに、標本数が目的変数の個数より小さい場合に対してリッジ型の情報規準量を提案し、数値的にその性質を導出している。これらは、これまでの研究期間で得られた結果の一般化になっている。Fujikoshi and Sakurai (2016, AJMMS)においては、主成分分析において、モデル選択基準に基づくける次元推定法の大標本漸近的枠組での一致性に関する性質を導出している。Wakaki and Fujikoshi (2016)では、正準相関分析においてある変数の追加情報の有無を調べるための尤度比統計量の高次元漸近分布およびその近似の誤差限界を与えている。本研究においては、多変量回帰モデルや判別分析モデルを含む多変量線形モデルおよび成長曲線モデルにおいて、モデル選択規準にもとづく変数選択法の高次元での一致性などの性質を明らかにした。モデル選択規準としては、AIC規準、BIC規準、Cp規準などを取り上げ、標本数の大きさと目的変数の数の比が1より小さい一定値に近づくという高次元漸近的枠組みのもとで、変数選択法が一致性をもつための十分条件を導出した。また、正準相関分析において、変数の冗長性を検定するための尤度比統計量に対して、高次元での漸近分布とその誤差限界を与えた。研究成果の概要に示しているように、多変量回帰モデル、正準相関モデル、および、成長曲線モデルにおいて、変数選択のための高次元AIC規準を提案し、また、高次元漸近的枠組みにおいて一致性などの性質を指摘している。さらに、次元の推定に関しても同様な研究を進めている。一方、主成分分析法や多変量逆回帰法など、いくつかの多変量分析法において同様な結果を得ることは今後の課題として残されている。また、選ぶべき変数の数が大きくなったとき、リッジ推定法を用いた方法を明らかにすることが残されている。これらの問題に対しても、若干の成果が得られていることから、研究はおおむね順調に進展していると言える。統計科学今後の課題として、まず25、26年度に得た結果を、多変量の他の分析法において展開することを目的にしている。具体的には、主成分分析、多変量逆回帰分析などにおける変数選択問題、および、次元の推定問題に対してもモデル選択規準に基づく方法とそれらの高次元漸近的性質を明らかにする。また、選ぶべき変数の数が大きくなったとき、さらには、選ぶべき変数の数が標本数より大きい場合に対しても、モデル選択法を発展させることを目的にしている。一方、Lasso型罰則付き法が、発展してきているが、これらの多変量への拡張や、モデル選択法との関連を明らかにする問題に取り組む。研究成果の概要に示しているように、多変量回帰モデルおよび成長曲線モデルにおいて、変数選択のための高次元AIC規準を提案し、また、高次元漸近的枠組みにおいて一致性などの性質を指摘している。一方、いくつかの多変量分析法において同様な結果を得ることは今後の課題として残されている。また、選ぶべき変数の数が大きくなったとき、これら性質がどのようになるかを調べるのも今後の重要な課題である。これらの問題に対しても、新たな結果が期待される。以上のように新たな成果が得られているが、解決すべき課題も残されていることから、研究はおおむね順調に進展していると言える。研究打ち合わせのたの東京出張を取り止めたため。今後の課題として、まず25年度に得た結果を多変量の他の分析法において展開することを目的にしている。
スポンジ相のレオロジー

水・油・界面活性剤からなる三元系においては、界面活性剤の濃度が比較的小さい場合に、全体として一様で等方的に混じり合った状態が実現される。このとき界面活性剤は水と油の間の界面に集まり、水と油が直接に接した時よりも表面張力が下がるため、膨大な量の界面が安定に存在し得ることになる。結果的に、水と油の領域はそれらの体積比が1:1に近いとき、お互いに複雑に入りくんだ双連結構造をほとっており、このような状態はマイクロエマルジョンと呼ばれている。マイクロエマルジョンを流動下においた時、そのマクロな力学的応答は複雑な内部構造を反映することが予想される。本研究では、マイクロエマルジョンのレオロジーを時間に依存した二秩序変数のGinzburg-Landauモデルを用いて調べた。我々は新しく提案した時間発展方程式を、Oonoらによって提唱されたセルダイナミクスの方法を用いて解いた。最後に一様な状態からずり流れを加えないで充分に緩和させ、系がミクロ相分離した段階で一定のずり流れを加えた。その結果以下のようなことがわかった。ずり流れがない場合、相分離の進行は界面活性剤の存在によって非常に遅くなり、べき的な振舞いから大きくはずれる。一般にずり速度が小さい時、界面活性剤は水と油の界面の運動に追従し、界面の長さは全体であまり変化しない。一方、ずり速度が大きいと界面の長さは増加し、界面活性剤がすべての界面を飽和させることができない。
マルテンサイト変態における変態および逆変態温度と合金規則度との定量的相関

よく知られているようにマルテンサイト変態は合金材料において、形状記憶効果をもたらす結晶相変態である。従って、形状記憶材料の制御性を高めるためには、マルテンサイト変態を制御する必要がある。相変態の制御は一般には困難であるが、マルテンサイト変態の場合には、合金規則度の制御を通じて変態を制御できる可能性がある。本研究はこのような可能性を念頭に置きつつ、マルテンサイト変態の変態温度と合金規則度との関係を定量的に明らかにすることを目的とした。規則度の制御は次のように行う。まず、合金試料の高温母相からの急冷により、不規則状態ないしは規則度の低い状態を実現し、その後の母相状態での低温の時効熱処理により、規則度の高い状態を作る。また、これに続き、変態をおこさせた後でマルテンサイト相での熱処理によっても規則度を変化させることができる。このような、規則度変化と変態温度との関係を実験的にまた理論計算によって調べ、つぎのような結果を得た。(1)銀合金で長範囲規則度と変態温度との関係を調べ、長範囲規則度の2乗と変態温度変化のと間に直線関係のあることを見出した。ただし、規則度は電気抵抗率測定により推定した。(2)銅合金でマルテンサイト相での時効を行い、このときの電気抵抗率変化と逆変態温度変化との間によい直線関係があることを見出した。この場合の抵抗率変化も規則度変化に対応している。(3)マルテンサイト相での時効変化をモンテカルロ法によって数値計算により追跡した。長範囲規則度も短範囲規則度もともに変化するが、それらの変化がほぼ同時に起こることを明らかにした。また、理論的に変態温度と短範囲規則度との関係を求め、両者の間に直線関係のあることを示した。
バイオ電池へ向けた人工酸化還元酵素の創製

本研究ではバイオデバイスに用いるための酵素の半人工的な設計を行い、バイオ電池等の実用的展開を目指す。これまでにアノード用酵素にタグを導入することで、デバイス上に酵素分子を整然と並べることを可能とし、電子伝達性の向上も達成した。しかし、多くの酸化還元酵素は、触媒部位と酸化還元部位が分かれておらず、酵素分子を配向性を持たせてデバイス上に配置しても、効率の良い電子伝達経路を作ることは困難であった。そこで、酵素表面に電子伝達メディエータを修飾し、酸化還元部位を新たに付加することで、長期安定性を維持しつつ、電極との直接的な電子授受が可能な酵素を人工的に創製し、高性能なバイオデバイスを構築する。