hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模計算基盤の構築と胸部CT像における肺結節の良悪性鑑別システムの開発

本年度は,並列計算プログラムを容易に作成するための手法の開発を行った.スーパーコンピュータやPCクラスタなどの大規模計算環境上で並列計算を行うことにより,処理時間の短縮や大容量メモリの使用が可能になるなどの利点がある.一方で,効率のよい並列計算プログラムを作成するには並列計算に関する十分な知識や,プログラミング時の意識が必要となり,これらの欠如によりバグの発生につながる.そこでこの種のバグの発生を回避するために,遂次計算プログラミングとほぼ同じ感覚でプログラミングすることによって簡便に並列計算プログラムの作成ができるマクロ集の開発を行った.前年度までに開発した並列画像処理ライブラリと本マクロ集とを併用することにより,プログラマは並列計算の知識がなくても並列計算を行うことができることや,プログラミングに要する時間を短縮できるなどの利点がある.また,並列画像処理ライブラリ,およびマクロ集の実用性を検証するための医用画像診断ツールの開発を行った.これにより,パラメータの最適化,および大量の症例を一度に分類するときなど大規模な計算が必要な際には並列計算を行い,通常の診断の際にはパソコンで遂次計算を行うなどの使い分けが可能になる.本ツールを用いて100症例程度の胸部CT像に対して肺腫瘤の分類実験を行った.なお,本ツールでは,医師が診断に使用する画像所見を定量化し,分類のための特微量として用いている.そこで,画像所見と画像特微量の関係に関する基礎的な検討を行った.今年度は,3次元並列型画像処理ライブラリの基礎的検討を行うとともに,並列型画像処理ライブラリのプロトタイプの作成,およびライブラリの有効性の実証のためにPCクラスタの構築を行った.基礎検討項目として,以前開発した3次元集中度画像を計算するためのプログラムのうち一部の関数をMPI (Message Passing Interface)を用いて並列化した.並列化した関数は,メディアンフィルタ,ユークリッド距離変換,および3次元集中度フィルタである.これらは,それぞれ画素ごと,スライスごと,および線素ごとに独立して計算可能である.並列化したプログラムを名古屋大学情報連携基盤センターに設置されたスーパーコンピュータPRIMEPOWER HPC2500で実行したところ,用いるCPUの数が16個程度まではほぼCPU数に応じた並列効果が得られた.また,120MByte程度の画像をCPU間で転送するために,MPI_Bcast関数とMPI_Gather関数では0.00.4秒,MPI_Reduce関数では1.02.4秒を要しており,並列化による高速化のためにはMPI_Reduce関数を使用すべきではなくアルゴリズムの変更が必要であることが分かった.並列型画像処理ライブラリの作成のために,基本的な画像処理アルゴリズムの利用状況を調査した.さらに,ライブラリのプロトタイプとして,とくに使用頻度が高いと考えられる30個程度の関数を用いて並列化した.また,新たな画像処理アルゴリズムの開発を行った.本アルゴリズムは濃淡画像から境界面のエッジ強度と近似曲面を計算できるものであり,胸部CT像から肺,血管,骨領域などの境界面を抽出できることを確認した.昨年度から構築を行なっている3次元並列型画像処理ライブラリをCT像やCT像から抽出した血管領域画像などの実画像に適用し,基礎的な性質の調査を行なった.その結果,とくにPCクラスタを用いた場合,データ量が多い画像を処理する際に画像転送に要する時間が計算時間を上回る状況が見られることが確認された.そこで,マスターノードから計算ノードヘ,および計算ノードからマスターノードへ画像を転送する際に圧縮を行なう手法を実装した.さらに画像を圧縮した場合と圧縮しない場合のそれぞれに対して,使用するCPUの数を変えながら画像転送に要する時間を計測した.なお,画像を圧縮する場合には,画像転送に要する時間に画像の圧縮・解凍に要する時間を含む.その結果,2値画像に対してはCPU数が3個以上の時,画像を圧縮することにより,転送に要する時間を1/71/12程度に削減できることが確認された.一方,濃淡画像に対しては,画像を圧縮しても転送時間の削減にさほどの効果がなく,計算ノードからマスターノードに画像を転送する際には,圧縮することにより転送に要する時間が,圧縮しない場合の2倍程度かかることが確認された.このことは,2値画像が原画像のデータ量の1/10程度まで圧縮されうるのに対して,濃淡画像ではたかだか1/2程度にしか圧縮できないことに起因する.以上のことより,処理対象の画像に応じて圧縮の有無を決定して転送する必要があることが確認された.また,構築した3次元並列型画像処理ライブラリを用いて,胸部CT像に対する医用画像診断システムの構築を始めた.本システムはパラメータの値の決定時や大量の画像を処理する際などは大規模計算環境の一部として動作し,それ以外の場合にはノート型PC1台でも動作するという特徴を持つ.本年度は,並列計算プログラムを容易に作成するための手法の開発を行った.スーパーコンピュータやPCクラスタなどの大規模計算環境上で並列計算を行うことにより,処理時間の短縮や大容量メモリの使用が可能になるなどの利点がある.一方で,効率のよい並列計算プログラムを作成するには並列計算に関する十分な知識や,プログラミング時の意識が必要となり,これらの欠如によりバグの発生につながる.そこでこの種のバグの発生を回避するために,遂次計算プログラミングとほぼ同じ感覚でプログラミングすることによって簡便に並列計算プログラムの作成ができるマクロ集の開発を行った.前年度までに開発した並列画像処理ライブラリと本マクロ集とを併用することにより,プログラマは並列計算の知識がなくても並列計算を行うことができることや,プログラミングに要する時間を短縮できるなどの利点がある.また,並列画像処理ライブラリ,およびマクロ集の実用性を検証するための医用画像診断ツールの開発を行った.

これにより,パラメータの最適化,および大量の症例を一度に分類するときなど大規模な計算が必要な際には並列計算を行い,通常の診断の際にはパソコンで遂次計算を行うなどの使い分けが可能になる.本ツールを用いて100症例程度の胸部CT像に対して肺腫瘤の分類実験を行った.なお,本ツールでは,医師が診断に使用する画像所見を定量化し,分類のための特微量として用いている.そこで,画像所見と画像特微量の関係に関する基礎的な検討を行った.
神経系・心筋を侵すレトロウイルスの病原性発現機構の解明

トリのグリオーマはトリ白血病ウイルスA亜群(ALV-A)に属するFowl glioma-inducing virus (FGV)が原因であることが明らかになっている。加えて,国内のグリオーマ罹患鶏に心筋異常が発見され,心筋症の発生にALV感染が関与することが浮き彫りになってきた。しかし,これらの病原性の分子基盤は明らかになっていない。そこで、申請者はALVの神経および心筋への病原性発現機構を解明するため,1)新たに分離されたALVの病原性解析,2)遺伝子組換え体による病原性解析,3)LTRの機能解析,4)転写因子の同定と比較を行うこととした。これまでに,本年度はIL-1β発現量増加がSp-53株以外の神経病原性ALV株でも観察できるか否かを観察した。鶏卵に神経病原性ALV株5株を接種し,孵化後35日齢でのグリオーマ形成能と脳内のIL-1βのmRNA発現量を解析すると,強いグリオーマ誘発能を示したALV株ほど脳内のIL-1βmRNA発現量が多いことがわかった。これらの成績から,神経病原性ALV株による感染初期のアストロサイトの増殖はアストロサイトでのウイルスの盛んな増殖とそれに続くIL-1β産生が関与していることが示唆された。また,これまでの成績からグリオーマ誘発ALVの発癌機構としてenv蛋白による発癌機序が関与することが推測された。そこで,Sp-53のenv蛋白をヒトアストロサイト株化細胞U251細胞に過剰発現させ,Transformation assayを実施した。その結果,陰性コントロールに比べ,Sp-53のenvを発現させた細胞で有意に多い細胞コロニーが観察されたことから,Sp-53のenv蛋白はアストロサイトの増殖を促進させる作用があることが推察された。この成績はグリオーマ誘発ALVの発癌にenv蛋白が関与しているという考えを支持するものである。26年度が最終年度であるため、記入しない。申請者らはトリのグリオーマの国内初発例を発見し,その原因はレトロウイルス科αレトロウイルス属のトリ白血病ウイルスA亜群(ALV-A)に属すfowl glioma-inducing virus(FGV)であることを明らかにした。加えて,九州地方のグリオーマ罹患鶏に心筋異常が発見され,心筋症の発生にALV感染が関与することが浮き彫りになってきた。しかしながら,これらの病原性の分子基盤(原因となっている蛋白や遺伝子)は明らかになっていない。そこで,本年度は心筋異常が発生した九州地方の鶏群から分離されたALV,Km_5666株を用いた感染実験を行い,その病原性を明らかにした。Km_5666は実験感染鶏にグリオーマを誘発し,さらに稀に異型心筋線維の塊状増殖を特徴とする心筋異常も誘発した。このことから,グリオーマ誘発ALVはグリオーマ,小脳低形成,神経周膜腫に加えて,心筋異常を誘発することが明らかになった。一方,Km-5666のグリオーマ誘発能は過去の感染実験で用いたFGV変異株,Sp-53のそれよりも低かった。このことから,グリオーマ誘発ALVにはグリオーマ誘発能に差が認められることが分かった。そこで,このグリオーマ誘発能の差が鶏の脳内におけるウイルス増殖とそれに起因する宿主反応に起因するかを調べた。その結果,強いグリオーマ誘発能をもつSp-53はグリオーマ誘発能を持たない株より鶏星状膠細胞で高い増殖能を示した。さらに,ウイルス量を3段階にふってSp-53をSPF鶏に接種して星状膠細胞の増殖と脳内の宿主細胞メディエーター発現量を検索したところ,接種ウイルス量が多いほど星状膠細胞の増殖が強く誘導されるとともに,IL-1βの発現がウイルス量と相関して増加した。このことから,感染初期の星状膠細胞の増殖はIL-1βによって主に誘導されることが明らかになった。申請者らはトリのグリオーマの国内初発例を発見し,その原因はレトロウイルス科αレトロウイルス属のトリ白血病ウイルスA亜群(ALV-A)に属するFowl glioma-inducig virus (FGV)であることを明らかにした。しかしながら,これらの病原性の分子基盤(原因となっている遺伝子や蛋白)は明らかになっていない。昨年度は心筋異常が発生した九州地方の鶏群から分離されたALV株, Km_5666を用いた感染実験により,グリオーマ誘発ALVがグリオーマ,小脳低形成,神経周膜腫といった神経病変に加えて心筋異常を誘発することを明らかにした。本年度は, ALVにより誘発された心筋異常を免疫組織学的に検索し,発生機序を考察した。ALVにより誘発された肥大心筋線維は免疫組織学的にリン酸化Aktおよびリン酸化Tuberinに陽性を示した。これらの分子はPI3K/Akt/mTORシグナル経路に含まれる蛋白であり,ヒトではPI3K/Akt/mTOR経路が活性化することで細胞でのタンパク合成が盛んになり,細胞が肥大することが知られている。したがって, ALVはPI3K/Akt/mTOR経路を活性化することで心筋の肥大を誘発している可能性が示唆された。

これらの成績は動物のみならずヒトのレトロウイルス誘発性心疾患の発生機序解明に役立つものと考えられる。さらに,鶏初代アストロサイトの分離培養法を確立したことにより,グリオーマ誘発ALVの病原性発現機構の検索がin vitroで実施できるようになった。トリのグリオーマはトリ白血病ウイルスA亜群(ALV-A)に属するFowl glioma-inducing virus (FGV)が原因であることが明らかになっている。加えて,国内のグリオーマ罹患鶏に心筋異常が発見され,心筋症の発生にALV感染が関与することが浮き彫りになってきた。しかし,これらの病原性の分子基盤は明らかになっていない。そこで、申請者はALVの神経および心筋への病原性発現機構を解明するため,1)新たに分離されたALVの病原性解析,2)遺伝子組換え体による病原性解析,3)LTRの機能解析,4)転写因子の同定と比較を行うこととした。これまでに,本年度はIL-1β発現量増加がSp-53株以外の神経病原性ALV株でも観察できるか否かを観察した。鶏卵に神経病原性ALV株5株を接種し,孵化後35日齢でのグリオーマ形成能と脳内のIL-1βのmRNA発現量を解析すると,強いグリオーマ誘発能を示したALV株ほど脳内のIL-1βmRNA発現量が多いことがわかった。これらの成績から,神経病原性ALV株による感染初期のアストロサイトの増殖はアストロサイトでのウイルスの盛んな増殖とそれに続くIL-1β産生が関与していることが示唆された。また,これまでの成績からグリオーマ誘発ALVの発癌機構としてenv蛋白による発癌機序が関与することが推測された。そこで,Sp-53のenv蛋白をヒトアストロサイト株化細胞U251細胞に過剰発現させ,Transformation assayを実施した。その結果,陰性コントロールに比べ,Sp-53のenvを発現させた細胞で有意に多い細胞コロニーが観察されたことから,Sp-53のenv蛋白はアストロサイトの増殖を促進させる作用があることが推察された。この成績はグリオーマ誘発ALVの発癌にenv蛋白が関与しているという考えを支持するものである。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究目的は1)新たに分離されたALVの病原性解析,2)遺伝子組換え体による病原性解析,3)LTRの機能解析,4)転写因子の同定と比較,5)神経病原性の解明と発癌予防の検討である。1)については九州地方で新たに分離された株,Km_5666を用いた感染実験を行い,この株が心筋異常を誘発することを明らかにした。さらに,2)については作製したキメラウイルスを用いた感染実験を現在行っている。研究目的は1)新たに分離されたALVの病原性解析, 2)遺伝子組換え体による病原性解析, 3)LTRの機能解析, 4)転写因子の同定と比較, 5)神経病原性の解明と発癌予防の検討である。1)については九州地方で新たに分離されたALV株, km_5666を用いた感染実験を行い,この株が心筋異常を誘発することを明らかにし,この発生機序にALVによるPI3k/Akt/mTORシグナル経路の活性化が関与している可能性を明らかにした。さらに, 2)については新たに1つのキメラウイルスを作製し,昨年度作製したキメラウイルスと合わせて感染実験を現在行っている。
気管支動脈の分布からみた肺の血行動態

1.昨年度にひきつづいて、兎成体を使用して血管系にラテックスゴム液601A(昭和ネオプレン)を注入した。全身の血管を生食水にて潅流したのち、大動脈には赤に着色したゴムを、肺循環には青のゴムを注入した。また気官支動脈の発生を同時に調査するため、約半数の材料については妊娠兎を使用し、上記ゴムを注入する前に、胎児を摘出して、その心臓からベルリン青水溶液を全身の血管系に注入した。ラテックスゴムを注入した20匹の材料については、ホルマリン固定後、実体鏡下に気管支動脈を肺内に追及剖出した。これまで調査した16匹のうち12匹(75%)に肺動脈と気管支動脈の吻合を認めた。吻合は比較的に肺門に近く、葉気管支の起始に沿った部分に見い出され、径0.20.3mmである。吻合部の付近では、気管支動脈の枝に蛇行がみられる。2.二腔心Corbiloculareを有する先天性心奇形の症例(生後2カ月♀)で、右肺門における右気管支動脈と肺動脈との吻合(径5mm)を認めた。この例では肺動脈幹は閉鎖し、かつ動脈管は存在せず、左右肺への血流は専らこの吻合を介して気管支動脈から供給される。肺動脈と気管支動脈との吻合は、慢性の肺疾患の際に出現するとの報告があるが、このたびの著者らの観察により、先天性心奇形の際にも出現することが判明した。肺動脈は肺に対する機能血管、気管支動脈は栄養血管という従来の考えは、必ずしも正確なものではない。3.肺は1つの器官内に、体循環と肺循環の2つの異なる血管系が同時に分布する特異的なものである。必然的に肺内における両循環系の相互関係が問題になる。この点に関する従来までの報告に今回の著者らの所見を加えて、肺における血行動態の模式図を作成した。これによって、肺癌のときに制癌剤の気管支動脈内注入が有効な理由や、先天性心奇形に出現する肺静脈還流異常の成因がよく説明できる。
脳内情報を活用したプライオメトリックトレーニング法の開発

本研究では、運動を開始する前のプレセット局面中の脳内状態に着目して、様々な種類のジャンプ運動中における脳内状態や動作特性とパフォーマンスとの関係について明らかにすることで、脳内状態を活用した新しいプライオメトリックトレーニング法を提案することを目的とした。この目的を達成するために、異なる台高でのドロップジャンプ運動中の脳内状態とパフォーマンスとの関係とともに、異なる跳躍技術でのドロップジャンプ運動中の脳内状態とパフォーマンスとの関係について、力学的および生理学的な指標を用いて検証する。そして、調査結果を踏まえ、脳内状態を活用した新しいプライオメトリックトレーニング法を提案するための知見を得る。
アイステンプレート法による環境浄化用光触媒モジュールの開発

当研究室では、金属酸化物等のゾルや湿潤ゲルを方向性を持たせて凍結することで、繊維状やマイクロハニカム状のゲルが作製可能であることを見出している。「アイステンプレート法」と名付けたこの方法を用いることにより、今まで困難であった多孔体のμmレベルの成型が可能となり、その結果、多孔体を利用する機器の小型化や効率化が期待される。本研究ではこの「アイステンプレート法」を利用して、効率的な環境浄化が可能なチタニア系光触媒のモジュールの開発を目指している。初年度はまずモジュールの心臓部となる光触媒能を有するチタニア系材料のマイクロ繊維、マイクロハニカムの作製に成功している。そこで本年度は得られた材料を用い、実際に光触媒モジュールを作製し、その性能を評価した。モジュールの心臓部には比較的複雑な形状に対応可能な繊維状の材料を採用した。これをガラス管に充填し、単一のモジュールとした。実際のユニットはこれを棒状光源の大きさに合わせて、光源のまわりを囲むように複数個配列させる形となる。トルエン(VOCの代表物質)を100ppm程度含む空気をモデルガスに用いて単一モジュールの性能を評価したところ、3000を超えるSV値でもモジュールは1週間以上トルエンを除去し続けた。モデルガス中のトルエンは繊維状多孔体の高い吸着能によってまずは除去され、その後材料の光触媒能によって分解されているものと予想されるが、繊維状多孔体の光触媒能を考えると、断続的な短時間光照射でも、吸着されたトルエンは分解可能であると考えられる。このように開発した材料は高い光触媒能と高い吸着能を有し、これを利用することで高効率な光触媒モジュールを構築することが可能である。湿潤ゲルを方向性を持たせて凍結することで繊維状のシリカゲルが製造可能であることは知られている(一方向凍結法)。この方法は専ら構造がしっかりした湿潤ゲルにのみ適用されてきたが、通常ゲル化しないような希薄なゾルでも凍結することでゲル化が可能であることを考えると(凍結ゲル化法)、柔らかい湿潤ゲルやゾルにも一方向凍結法が適用可能であると考えられる。このように適用範囲を広げることで繊維状に加え、他のマイクロ形状を有するシリカゲルが得られるものと考えられる。このような着想に基づき「アイステンプレート法」を提案し、研究を実施している。その結果、現在までに繊維状に加え、薄膜状、マイクロハニカム状の多孔体の作製が可能であることを見出した。さらに、凍結時に発現する形状は主にゾルを調製してから凍結するまでの経過時間によって簡単に調節が可能であることも分かった。よって本法は今まで困難であった多孔体のμmレベルの成型を可能とする新規な成型法としての利用が期待される。本研究ではこの「アイステンプレート法」を利用して、高効率な環境浄化が可能なチタニア系光触媒のモジュールの開発を目指している。本年度はまずモジュールの心臓部となる光触媒能を有するチタニア系材料のマイクロ繊維、マイクロハニカムの作製法の開発を目指した。その結果、透析操作によって合成したチタニア湿潤ゲルにアイステンプレート法を適用することで、チタニアのマイクロ繊維の作製に、また2段ゲル化法によって合成したチタニア-シリカ複合湿潤ゲルにアイステンプレート法を適用することで繊維状よりさらに高度な反応操作が期待できる、チタニア-シリカマイクロハニカムの作製に成功した。両材料ともモジュールで利用するのに十分な光触媒能を有している。

本研究ではこの「アイステンプレート法」を利用して、効率的な環境浄化が可能なチタニア系光触媒のモジュールの開発を目指している。昨年度はまずモジュールの心臓部となる光触媒能を有するチタニア系材料のマイクロ繊維、マイクロハニカムの作製に成功している。そこで本年度は得られた材料を用い、実際に光触媒モジュールを作製し、その性能を評価した。モジュールの心臓部には比較的複雑な形状に対応可能な繊維状の材料を採用した。これをガラス管に充填し、単一のモジュールとした。実際のユニットはこれを棒状光源の大きさに合わせて、光源のまわりを囲むように複数個配列させる形となる。トルエン(VOCの代表物質)を100ppm程度含む空気をモデルガスに用いて単一モジュールの性能を評価したところ、3000を超えるSV値でもモジュールは1週間以上トルエンを除去し続けた。モデルガス中のトルエンは繊維状多孔体の高い吸着能によってまずは除去され、その後材料の光触媒能によって分解されているものと予想されるが、繊維状多孔体の光触媒能を考えると、断続的な短時間光照射でも、吸着されたトルエンは分解可能であると考えられる。このように開発した材料は高い光触媒能と高い吸着能を有し、これを利用することで高効率な光触媒モジュールを構築することが可能である。
メチルキサンチン誘導体の抗肥満効果の検証と高機能化

テオブロミンはカカオ豆由来のメチルキサンチン化合物である。テオブロミンを摂取させたマウスにおいて脂肪重量の増加が抑制され、脂質形成に関与する遺伝子の発現が抑制された。3T3-L1細胞を用いた実験から、テオブロミンはアデノシン受容体1(AR1)に結合すること、ユビキチンプロテアソーム系によるC/EBPβの分解を誘導することを見出した。さらにテオブロミンによるC/EBPβの分解誘導にはC/EBPβのSUMO化が関与した。以上の結果から、テオブロミンはAR1を介してC/EBPβのSUMO化と分解を誘導することで、脂質形成を抑制することが示された。肥満は2型糖尿病や心血管系疾患を引き起こす危険因子であることから、抗肥満効果や脂質代謝改善効果を有する食品由来成分の探索とその作用機構の解明が注目されている。我々はカカオ豆に含まれるテオブロミン(3,7-dimethylxanthine)が脂肪蓄積の抑制効果をもつことを見出している。本研究では、テオブロミンによる脂肪の蓄積抑制効果の詳細な作用機構を明らかにすることを目的とした。マウス線維芽細胞株(3T3-L1)をテオブロミンの存在下で脂肪細胞へと分化させた結果、脂肪細胞への分化初期に働く転写因子であるC/EBPβの分解を亢進した。プルダウンアッセイの結果から、テオブロミンは細胞膜受容体であるアデノシン受容体A1(AR1)と相互作用することが示され、AR1をノックダウンすることで、テオブロミンによる脂肪滴蓄積の減少とC/EBPβの分解亢進は解除された。C/EBPβはSUMO化されることでユビキチンプロテアソーム系による分解が誘導される。テオブロミンはC/EBPβのSUMO化を誘導し、AR1をノックダウンすることでテオブロミンによるSUMO化の亢進は解除された。雄性ICRマウスにテオブロミンを1週間経口投与したところ、対照群と比較してテオブロミン投与群では体重と生殖腺周辺脂肪重量の増加が抑制された。さらに、雄性ICRマウスの生殖腺周辺脂肪組織のAR1をノックダウンした状態でテオブロミンを摂取させた結果、テオブロミンによる脂肪重量の低減効果は解除された。以上の結果をまとめるとテオブロミンはAR1を介してC/EBPβのSUMO化を亢進することでタンパク質の分解を誘導することが示され、それが脂質形成の抑制に繋がっていると考えられる。研究計画に記載した項目であるテオブロミンによる脂質蓄積の抑制メカニズムを明らかにし、脂肪細胞におけるテオブロミンの標的タンパク質の同定が完了した。さらにin vivoにおいてテオブロミン摂取が脂肪細胞の肥大化を抑制すること、さらにテオブロミンによる効果に標的タンパク質が関与することを一過的なノックダウン実験で証明することができたため。H28年度の研究結果からテオブロミンがアデノシン受容体にアンタゴニストとして結合することで脂質蓄積を抑制することを明らかにした。そこで本年度では、テオブロミン以外のメチルキサンチン化合物での脂質蓄積に及ぼす影響を比較する。さらに化合物の官能基を化学修飾する、もしくは官能基を別の官能基に置換することで効果が変化するのかを検証した。自然界に存在するメチルキサンチン化合物でカフェイン、テオフィリン、テオブロミンで脂質蓄積に及ぼす影響を比較したところ、テオフィリンはテオブロミンよりも低濃度で脂質蓄積を抑制した。一方、脂質蓄積の抑制効果に関するカフェインの効果は、テオブロミンと比較して非常に弱いことが示された。テオブロミンのアミノ基にカルボン酸を結合することを試みたが、収率及び安定性が低かった。そこで、テオフィリンのアミノ基にカルボン酸を結合することを試みた。その結果、テオフィリンの7位のアミノ基にカルボン酸を結合した(テオフィリン7-カルボン酸とする)ことで水溶媒への溶解性が向上しつつ、テオフィリンと同等の脂質蓄積抑制効果が得られた。また、テオフィリンとテオフィリン7-カルボン酸は、脂肪細胞においてグルココルチコイド受容体と相互作用することが示された。さらに、脂質蓄積の抑制だけでなく、脂肪細胞由来のサイトカインであるIL-6の産生を抑制することが示された。以上の結果から、テオブロミンよりも強い脂質蓄積抑制効果を持つテオフィリンを見出し、カルボン酸を付加することで水溶性を高めるといった高機能化化合物を得た。テオブロミンと他のメチルキサンチン誘導体による脂肪蓄積抑制効果を比較検討することで、テオブロミンの活性部位を同定する。さらに、動物実験においてテオブロミン摂取後の体内動態を解析するとともに、テオブロミンを化学修飾することでより脂肪蓄積抑制効果が高い食品成分を創出する。農学概ね研究がスムーズに進み想定していた試薬の使用を抑えられたため次年度使用額が生じた
「機関投資家現象」のリスク配分への影響

先進諸国においては、経済全体のリスクの大半が銀行に滞留するという間接金融からそのリスクを本源的投資家(個人投資家)に広く負担してもらうという直接金融への転換が進行しつつあり、しかもこの転換は本源的投資家が投資信託や年金基金などの機関投資家経由で株式投資を行うという「機関投資家現象」によるところが大きい。本研究は、「機関投資家現象」がリスク配分をより効率的にするという問題を理論的および実証的に明らかにすることである。本研究では、ここ20年間余り以来、投資信託や年金基金といった新しいタイプの機関投資家が資本市場とりわけ株式市場での存在感を高めてきたという機関化現象を確認し、その背景や原因を取り上げたうえで、「機関投資家現象」のリスク配分への影響を分析した。その結果、投資信託会社等の機関投資家が投資先企業のリスクを束ねてから投資家に分担させるという意味のリスクのプーリング機能を果たしており、投資家による直接投資の場合に比べて、上述の機能を持つ機関投資家経由の集団投資の方がエクイティー・プレミアムの低下に寄与するであろうと結論づけた。また、近年、ベンチャー企業の創生と成長を促進する必要性が高まるなか、ベンチャー企業や中小企業の新規株式公開すなわちIPOにおいて証券会社や機関投資家がどのような役割を果たすかをも分析し、情報の量と情報分析能力に関して優位に立つ主幹事証券会社と機関投資家にはIPO企業と投資家の間の情報非対称性やIPO企業の上場後の株価ボラティリティ(リスク)を低減する役割があるということを示した。本源的投資家が投資資金を投資信託会社等の機関投資家に預けて証券投資なかんずく株式投資を行うという「機関投資家現象」には情報とリスク配分の点においてどのような特徴があるかについて既存の研究成果を鑑みながら、モデルで分析を行った。その結果、機関投資家は情報優位性を持つうえ、投資リスクの分散においてもリスクのプーリングを通じて、投資家全体の実質的リスク回避度を低減させる役割を担っていることを示し、このリスク回避度の実質的低減は、リスク・プレミアムたるエクイティー(株式)・プレミアムを小さくするが、本源的投資家と機関投資家間にエージェンシー問題が介在しているため、エクイティー・プレミアムを特定する際にその影響を考慮に入れる必要がある、ということを強調した。また、機関投資家現象は株式流通市場のみならず、株式発行市場にも存在すること、機関投資家と証券会社間の利害関係の影響がリスク配分における機関投資家現象の影響を凌駕すること、機関投資家現象は総じて株式市場の効率および資源配分効率にプラスの影響を与えるが、本源的投資家と機関投資家の関係を律する義務と責任の割当方が極めて重要であること、をも指摘した。モデルで「機関投資家現象」のリスク配分における影響を分析してから、モデルの説明力を検証するための方法の検討とデータの収集にも着手した。いかに既成のデータを活用しながらもっと厳密な方法で株式プレミアムを計算し、エクイティー・プレミアムに与える機関投資家現象の影響を析出するかを考案した。本研究では、この「機関投資家現象」は、1)本源的投資家の本来の持つリスク回避度を低くし、2)リスク配分をより効率的にした、といった問題を理論的および実証的に明らかにすることができた。1)に関しては、CAPMなどをはじめとする現代ファイナンス理論では投資家のリスク回避度を所与のパラメーターまたはその投資家の持っている富の量に依存するものとして取り扱うのが通常だったが、本研究では、『現代ファイナンス理論をベースにしながらも、投資家のリスク回避度に影響を与えるリスクのプーリングについてその影響の可能性と程度を詳細に検討した。

2)に関しては、さらにa)エクイティー・プレミアムの低下から見出される「機関投資家現象」によるリスク配分の効率化は、情報劣位な本源的投資家と情報優位な機関投資家間の利害相反すなわちエージェンシー問題の発生を代償としていること、b)この両者間の関係を律する資本市場関連の法ルールが本源的投資家の利益の保護を指向するほど、「機関投資家現象」によるリスク配分効率の向上がより効果的になること、という二つの結論を導いた。
間質性肺炎に対する呼吸器リハビリテーションの検討

間質性肺炎を有する全身性強皮症患者の体力を6分間歩行テストにて評価したところ、肺の障害を表す肺拡散能低下や肺高血圧症が、体力低下に影響していた。しかし、呼吸器リハビリテーションの運動療法を酸素飽和度が低下しない範囲で施行したところ、体力向上のみられた症例は介入前の体力の低下している症例であり、肺機能の程度とは関係なかった。また、運動療法施行中は有害事象なく、運動で誘発される低酸素血症に対しても有効であった。本年度は、全身性強皮症で間質性肺炎のある患者93例の後方視的研究を行い、平成15年から20年までのデータをまとめた。また、対象患者の安静時基礎代謝の測定を開始し、当初次年度からの予定となっていた運動療法の実施についての学内倫理審査を受け承認された。そこで現在、運動療法を施行できる患者のデータを収集している。後方視的研究の結果、間質性肺炎を有する場合には、体力の指標である6分間歩行距離は重回帰分析で、肺拡散能(70%未満)、肺高血圧症(推定右心圧35mmHg以上)、年齢がその関連因子としてあげられた。しかし肺高血圧症を伴わない場合、推定右心圧の代わりに、皮膚硬化の程度を示すスキンスコアや罹病期間が関連因子となることがわかった。また、全身性強皮症の治療薬投与により6分間歩行距離が有意に延長することを明らかにした。これは、従来標準的な6分間歩行距離の関連因子が年齢、身長、体重とされ、計算式が存在していることに対し、全身性強皮症ではそれが当てはまらないという2007年のWanderの研究結果を支持するものである。さらに現在、全身性強皮症における6分間歩行距離の関連因子について有力な定説のない中で、今回全身性強皮症を2つの型に分けて新しい計算式を示したことは意義がある。引き続き来年度は、対象症例に対して血中酸素飽和度に配慮した間欠的運動療法を施行し、介入前後での6分間歩行距離および抽出された関連因子、安静時基礎代謝量の変化を捉え、運動療法の有効性を検証する予定である。また、今回の結果を加えた内容の招待講演を6月と9月に行う予定となっている。本年度は、全身性強皮症で間質性肺炎のある患者に療法士による呼吸器運動療法を行い、その前後で患者からのデータ収集をおこなった。運動療法の内容は、血中酸素飽和度に配慮した間欠的運動療法とし、介入前後での6分間歩行距離および抽出された関連因子の評価を施行した。また、その一部について運動療法の効果の報告を行った。その結果、長期間(半年間)の運動療法を施行した場合、体力因子や心肺機能の変化がなくても運動時の低酸素血症が改善され、日常生活において血中酸素濃度の保たれたまま活動できる範囲が広がり、呼吸循環器系への負荷が軽減することが示された。これまでに一般的な間質性肺炎の運動療法による体力への効果についての研究は複数みられ、6分間歩行距離や筋力の向上として報告されているが、その有効例の因子については解明されていない。更に、低酸素血症に注目した研究はなく、今回の報告は生活上のリスク管理面での新しい知見となっている。また、間質性肺炎患者の体力に関与する因子の結果については、重回帰分析で、肺拡散能(70%未満)、肺高血圧症(推定右心圧35mmHg以上)、年齢がその関連因子としてあげられ、本年度、その結果について論文発表を行った。この内容を含めた招待講演を6月と9月におこなっている。現在、安静時基礎代謝量を含めた運動療法前後のデータが集積されている。来年度は運動療法の効果について因子分析をするため、症例データ数を増やし、運動療法に関わる要因の解明を行う予定である。本年度は昨年度に引き続き、全身性強皮症で間質性肺炎のある患者に療法士による呼吸器運動療法を行い、その前後で患者からのデータ収集をおこなった。運動療法の内容は、血中酸素飽和度に配慮した間欠的運動療法とした。介入前後での6分間歩行距離および臨床データから肺機能を抽出しその関連性を検討した。まず、症例報告として、長期間(半年間)の運動療法を施行した場合、体力や肺機能の変化がなくても運動時の低酸素血症が改善され、日常生活において血中酸素濃度の保たれたまま活動できる範囲が広がり、呼吸循環器系への負荷が軽減することが示され、これを論文発表した。これまでに一般的な間質性肺炎の運動療法による体力への効果についての研究はなされていたが、低酸素血症に注目した運動療法の研究はなく、今回の論文は生活上のリスク管理面での新しい知見となっている。また、全身性強皮症による間質性肺炎患者18例について運動療法の介入を行い、介入しなかった12例と比較検討をおこなった。その結果、介入しなかった症例では体力は変わらず、約45日間の運動療法を行うと体力向上を認めることが示された。

またこの体力向上と関連する因子としては、単回帰分析で推定右心圧と介入前の体力が抽出され、いずれも介入前に重度であると効果的であった。この結果を重回帰分析すると、抽出される要因は肺機能の程度とは関係なく、介入前の体力のみとなり、肺機能障害があっても運動療法を行うと体力については効果があることが分かった。本年度、この成果を国際学会で発表した。間質性肺炎は原因疾患が多岐にわたるが、全身性強皮症に限定して運動療法を行った研究は少なく、疾患特異性に着目していることに意義がある。今回の研究により、当該疾患において未確立だった運動療法の効果が明らかとなった。
コンバージョン(キリスト教)・廻心(仏教)・タウバ(イスラーム)の比較研究

当該年度は、一般に「回心」という語で括られる宗教的な新生あるいは再生の体験、具体的にはタウバ(イスラーム)とコンバージョン(キリスト教)、廻心(仏教)を、それぞれクルアーン、聖書(ヘブライ語旧約聖書、ギリシャ語新約聖書、ラテン語訳聖書)、『浄土真宗聖典』に基づいて比較考察し、そこに宗教の相互理解に資するような共通構造を取り出すことに取り組んだ。結論を先取りして言えば、その共通構造とは、人(自力)の転換と神(他力)の転換とが同時に成り立ち、そこにおいて人(自力)と神(他力)とが相互に回帰し、両者が逆説的に接するという構造である。これを明らかにするために、アラビア語のタウバと英語のコンバージョンの共通の語源であるヘブライ語のシューブやギリシャ語のエピストレフォーにまで遡って考究した。およそ一千か所にも及ぶ膨大な参照個所をふまえつつ、先の共通構造を浮き彫りにさせたことは、これらがいずれも各宗教の核心部分を構成するがゆえに、宗教一般を理解するうえでも大きな意義をもつ。とりわけ、宗教をもっぱら人間側の現象としてのみ捉えることの限界を示唆したことは、従来の宗教研究のあり方に一石を投じることになろう。なおこの研究成果は、『東北宗教学』第6号に掲載予定の論文「イスラームにおけるタウバとキリスト教におけるコンバージョン、そして仏教における廻心-各聖典を中心とする比較考察-」において発表することになっている。当該年度においては、キリスト教の「コンバージョン」を除く二者について、つまり仏教の「廻心」概念の思想史的展開を辿ること、およびクルアーンにおける「タウバ」概念の詳細な検討に取り組んだので、それぞれについて研究成果を記述することとしたい。1、「廻心」概念の思想史的展開従来、「廻心」は、おもに浄土真宗教学において、もっぱら親鸞の問題として扱われてきた。それに対して、本研究は、空海から西田幾多郎をはじめとする京都学派に至るまで散見される「廻心」概念の史的展開を辿った。その結果、この語が、自力による自己否定と他力による自己否定との逆説的な重なりを示唆しており、なおかつそれぞれの宗教者や思想家において、宗教および人間の核心をつく概念として重視されていることが明らかとなった。この成果は、論考「廻心の系譜」(印刷中)にて発表予定である。2、クルアーンにおける「タウバ」一般に「悔悟」あるいは「改悛」と訳される、この「タウバ」という語およびその派生語は、クルアーンの87箇所で用いられている。それぞれの箇所を、その原語(アラビア語)から検討した結果、仏教における「廻心」が自力と他力との逆説的な重なりのうえに成立していたのと同様に、「タウバ」が人間の真摯な悔い改めと神の慈悲との逆説的な重なりに根ざしていることが明らかとなった。今後は、この点を、ハディースやクフスィール(クルアーン解釈)、さらにはイスラーム神秘主義思想において裏づけてゆきたい。研究課題「コンバージョン(キリスト教)・廻心(仏教)・タウバ(イスラーム)の比較研究」のうち、本年度は、おもにイスラームにおけるタウバの研究に軸足を置き、その成果を、これまでの研究で明らかにしたコンバージョンや廻心の構造と比較するという形ですすめた。2009年5月30日に印度学宗教学会にて発表した「イスラームのタウバについて」では、タウバの原義が「戻る」という方向転換であること、そしてクルアーンにおけるタウバが神と人とを主語にとっていることから、イスラームにおけるタウバには、人が神へ、神が人へ、互いに向き合うことが含意されているとの洞察を示した。この洞察に基づいて、仏教の廻心との比較を試みたのが、2009年9月13日に日本宗教学会にて発表した「回心の比較研究-廻心とタウバ-」である。本発表では、廻心とタウバとの構造的な重なり、つまり人間を起点とする努力と、超越者を起点とする恩恵とが、しばしば同じ語で表現され、両者が逆説的に重なり合うことを指摘した。さらに上述の観点を裏付けるべく、イスラームの神学者や思想家のタウバ理解を探ることを主要な目的として、優秀若手研究者海外派遣事業によって、マレーシアの、University Sains Malaysiaにて2010年1月3月の3か月間、資料収集および研究に従事した。この間、所属機関(CenPRIS)の紀要雑誌、CenPRIS Woking Paper Seriesに寄稿する機会が与えられ、これまでの研究成果の一部を、論文Comparative Study of "Conversion" and 'E-shin"として発表した。これらの研究成果はいずれも、独創的な視点からの比較宗教の試みであり、宗教そのものの理解および宗教間の相互理解に寄与するものと思われる。

およそ一千か所にも及ぶ膨大な参照個所をふまえつつ、先の共通構造を浮き彫りにさせたことは、これらがいずれも各宗教の核心部分を構成するがゆえに、宗教一般を理解するうえでも大きな意義をもつ。とりわけ、宗教をもっぱら人間側の現象としてのみ捉えることの限界を示唆したことは、従来の宗教研究のあり方に一石を投じることになろう。なおこの研究成果は、『東北宗教学』第6号に掲載予定の論文「イスラームにおけるタウバとキリスト教におけるコンバージョン、そして仏教における廻心-各聖典を中心とする比較考察-」において発表することになっている。
強い衝撃波背後の非平衡領域における絶対強度分光計測

再突入空気力学において熱的・化学的に非平衡な流れ場を理解するために本研究では分光的手法を用いる。本研究で取り扱っている気体は数千数万度といった高温に熱せられるため肉眼で十分に捕らえられるほどの強い発光を伴う、この発光を分析することにより、どの様な条件でいかなる物質かどの程度存在するかを捕らえることが出来る。高エンタルピータイプの衝撃波管を用いITorr程度の窒素中に衝撃波マッハ数20程度の衝撃波を発生させ、その背後の発光分光を行なった。衝撃波マッハ数が20程度とそれほど高くないため、窒素分子の及び窒素分子イオンの発光が多く見られた。不純物(CN)が発光より捕らえられたがそれより67ppmと比較的多く存在して入ることが分かった。また、この不純物を利用して平衡領域の温度を計算したところ不純物がない理論計算に比べ3割近く低い温度が見積もられた。不純物を生成する時にかなり多くのエネルギーが使われているものと考えられる。また、衝撃波直後の非平衡度が強い領域においては振動温度に比べ回転温度がかなり高くなっていることが確認され、われわれが解析に用いている振動温度と回転温度を分離して考えなければならないとする2温度モデルあるいはそれ以上の多温度モデルの必要性を確認できた。残念なことは絶対強度測定までは行なえなかったことである。本研究は再利用型の宇宙往還機が大気圏に再突入してくる際に、機体の前方に強い衝撃波が発生する。機体の周囲は希薄であり、飛行速度も速いために衝撃は背後の流れ場は熱的、科学的に非平衡な流れ場となる。この非平衡な流れ場が、研究対象である。科学研究費を補助していただいてからは、このテーマに関しては学会発表、または投稿論文はない。現在の進行状況は、衝撃波マッハ数20(7km/sec)程度の強い衝撃波を、フリーピストン型衝撃波管を用いて発生させ、その背後の平衡領域における可視光域の発光(この場合ほとんどが窒素分子と窒素分子イオンの電子励起状態間の遷移)をポリクロメーターを用いて多波長を同時に分光している。その際に、本科学研究費補助金により購入したゲートパルスジェネレーターを用いて、衝撃波背後サブミリの精度の位置で発光をサンプルすることができるようになった。平衡状態におけるデータを蓄積した後に非平衡領域(現在の条件では数ミリ程度)の分光計測に取り掛かる予定である。同時に衝撃波背後の数値計算を行っている。衝撃波背後の並進温度、回転温度、振動温度、電子温度を計算し、各温度と衝撃波によって加熱された気体の各成分の数密度から、その高温気体が発する光を計算するものである。実験との整合性はあまり良くない。データの欠如と思われるような未発光の領域などが見受けられる。また、用いられている分光学的定数がかなり古い(1950代)等の原因も考えられる。こちらもなるべく新しい多くのデータを元に検討してゆきたいと考えている。
紡錘体における力学的情報伝達機構の研究－形状の対称性と染色体分配における意義－

本研究は、細胞分裂中期に形成される紡錘体形状の左右対称性に着目したものである。紡錘体は、染色体を娘細胞へと正確に分配させるための装置として機能している。紡錘体は微小管を主要な骨格として構成されており、様々な分子モーターが発生する力のバランスによって形状が維持されていると考えられている。しかしながら、この力のバランスが紡錘体の左右対称な形状にどのように寄与しているのかは明らかになっていない。そこで本研究では、微小ガラス針を用いて紡錘体を直接変形、力学計測を行うことで、紡錘体の左右対称性に対する力のバランスの寄与を検証した。昨年度までに、紡錘体は外力によって変形されると、その変形に応じて新たに対称性を獲得できる能力があることを発見した。特に、阻害剤によってタル型となった紡錘体が、ガラス針による変形によって二極形状となったことは、生化学的な作用によって異常をきたした紡錘体形状が、力学的な作用によって正常な状態へと回復したことを示しており、特筆すべきものと言える。そこで、この結論をより確かなものとすべく、本研究でこれまで用いてきた阻害剤以外のものでも同様の効果が得られるかどうか、検証中である。また、この研究の過程で得られた結果の一部について、独立した論文として執筆中である。この検証作業と並行し、新たなプロジェクトの立ち上げを行った。人工的な細胞分裂系の構築である。アフリカツメガエルの卵抽出液を、細胞膜の主要構成要素であるリン脂質のリポソームに封入し、擬似的な細胞環境を再現する。このリポソーム内で紡錘体を形成し、分裂後期へと抽出液の環境を移行させることで、任意のタイミングで染色体分配を誘導できる系を構築することが目的である。このプロジェクトの予備実験の中で、液滴内における自発的な細胞質回転流動を発見しており、こちらに関してはまもなく論文を投稿する予定である。本年度は、昨年度まで行ってきた研究を論文としてまとめる作業に注力したため、実験的に新たな発見は少なかったが、新しいプロジェクトの中で得られた結果は当初の計画以上に進展し、短期間のうちに論文として投稿できる目処が経ったため、総合的には順調であると言える。特別研究員としての活動の集大成として、これまで行ってきた研究を論文として発表する。また、本年度から開始したプロジェクトの基礎を完成させる。具体的には、インジェクション法、あるいはフラッシュホトリシス法のどちらが人工的な分裂後期への移行の手段として適当であるかを確かめることである。本研究の目的は、分裂中期における紡錘体の形状制御機構の解明であり、特に対称性に着目している。紡錘体は、微小管が収束する極という構造を両端にもつ二極形状となっている。この二極のうち、一方のみを微小ガラス針で非対称な形状に変化させると(非対称変形)、変形を加えていない側の極も同様の形状変化を自発的に起こし、新たな対称性を獲得することを本研究で発見している。以下、紡錘体のこの変形応答を、対称性維持応答とする。本年度は、上記の顕微操作系に加えて2つの実験系を導入し、研究を行った。1つは、機能阻害実験系である。対称性維持応答は外力に対する応答であるため、紡錘体内で力発生を行う分子モーターである、ダイニンとEg5(キネシン-5のテトラマー)が関与していることが考えられる。そこで、この2つの分子モーターの阻害剤を加えた上で非対称変形を行ったところ、対称性維持応答が観察されなかった。また、阻害剤のない状態では、変形を加えた部分はガラス針を除くことで元の極形状を回復するが、阻害剤存在下ではこの形状回復すら見られなかった。これらの観察結果は、ダイニンとEg5の阻害剤存在下では、紡錘体は外力に対する応答性を喪失していること、そしてそのことが対称性維持応答にとって致命的であることを示唆している。次に、定量的な力学計測系を導入し、両極の力学的強度を計測した。この実験系の導入により、紡錘体は形状だけでなく、両極の力学的強度も対称的であること、そして非対称変形の際には、両極で力学的強度も同様に変化することが明らかになった。このことから、対称性維持応答は、外力による構造変化が一方からもう一方の側の極領域に伝達された結果であることが示唆された。本年度の研究により、力学的強度という、従来の研究にはなかった観点から形状制御機構を考察することに成功した。このことが、本年度の研究の中で特に意義深いことだと言える。本研究は、細胞分裂中期に形成される紡錘体形状の左右対称性に着目している。染色体分配装置である紡錘体は、微小管を主要な骨格とし、様々な分子モーターや微小管結合タンパク質によって構成されている。染色体分配の特徴として、全ての染色体が同時に分配を開始し、同速度で娘細胞へと運搬されていくことが挙げられる。異なる娘細胞へと向かう染色体が同速度で紡錘体内を移動するには、紡錘体内の粘性、弾性、強度といった力学的性質や形状が左右対称であることが必要と推測されるが、このメカニズムは明らかになっていない。そこで本研究では、微小ガラス針を用いて紡錘体を直接変形、力学計測することで、紡錘体における対称性維持機構の存在を検証した。

これまでの本研究により、紡錘体は外力によって非対称な形状に変化させると、自発的に新たな対称性を構築すること、その際に形状だけでなく力学的強度も対称的に変化することを明らかになった。紡錘体の形状や力学的強度の維持には、骨格である微小管が深く関わっていることが推測される。そこで本年度は、共焦点顕微鏡法とデコンボリューション法を組み合わせることにより、紡錘体内の微小管密度の定量的な計測を行った。その結果、微小管密度は紡錘体ごとにばらついているが、1つの紡錘体内での両極(紡錘体の両端で、微小管が収束している領域)の密度はほぼ等しいことがわかった。また、直接変形によって一方の極領域の微小管密度のみが変化した際には、もう一方の極領域も同様の密度変化を示し、結果として密度の対称性が保たれることがわかった。これは、一方の極側での構造変化がもう一方の側へと伝達されることを示唆している。これまでの結果をまとめると、紡錘体では、形状、力学的強度、微小管密度といった3つのパラメーターの対称性が動的に保たれていることが明らかになった。本研究は、細胞分裂中期に形成される紡錘体形状の左右対称性に着目したものである。紡錘体は、染色体を娘細胞へと正確に分配させるための装置として機能している。紡錘体は微小管を主要な骨格として構成されており、様々な分子モーターが発生する力のバランスによって形状が維持されていると考えられている。しかしながら、この力のバランスが紡錘体の左右対称な形状にどのように寄与しているのかは明らかになっていない。そこで本研究では、微小ガラス針を用いて紡錘体を直接変形、力学計測を行うことで、紡錘体の左右対称性に対する力のバランスの寄与を検証した。昨年度までに、紡錘体は外力によって変形されると、その変形に応じて新たに対称性を獲得できる能力があることを発見した。特に、阻害剤によってタル型となった紡錘体が、ガラス針による変形によって二極形状となったことは、生化学的な作用によって異常をきたした紡錘体形状が、力学的な作用によって正常な状態へと回復したことを示しており、特筆すべきものと言える。そこで、この結論をより確かなものとすべく、本研究でこれまで用いてきた阻害剤以外のものでも同様の効果が得られるかどうか、検証中である。また、この研究の過程で得られた結果の一部について、独立した論文として執筆中である。この検証作業と並行し、新たなプロジェクトの立ち上げを行った。人工的な細胞分裂系の構築である。アフリカツメガエルの卵抽出液を、細胞膜の主要構成要素であるリン脂質のリポソームに封入し、擬似的な細胞環境を再現する。このリポソーム内で紡錘体を形成し、分裂後期へと抽出液の環境を移行させることで、任意のタイミングで染色体分配を誘導できる系を構築することが目的である。このプロジェクトの予備実験の中で、液滴内における自発的な細胞質回転流動を発見しており、こちらに関してはまもなく論文を投稿する予定である。本研究ではアフリカツメガエルの卵抽出液中で紡錘体を形成しているため、卵の質によって実験の効率が大きく左右される。本年度前半は、飼育中のカエルが質の悪い卵を産むことが多く、研究の進展が遅れていた。そこで養殖業者に助言を求め、飼育環境の改善を行い、後半は効率良く実験を行うことができた。このことにより、後半は当初の計画以上に進展させることができ、遅れを取り戻すことができた。昨年度の結果より、対称性維持機構に微小管の関与があることを予測していた。
走査型トンネル顕微鏡によるリチウムイオンの黒鉛への挿入反応のその場解析

リチウム二次電池の負極反応の基礎研究として、高配向性熱分解黒鉛へのリチウム挿入反応のその場解析を行い、特にリチウムイオン伝導性被膜の形成機構を走査型トンネル顕微鏡を用いて調べることを目的とした。一般にリチウム二次電池の電解液には炭酸エチレン系溶媒が用いられている。この溶媒を用いるとリチウムの炭素材料への挿入が速やかに生じる。一方でより安価で電位窓の広い炭酸プロピレン溶液を用いると、リチウムの黒鉛へのインターカレーションは生じず、黒鉛の剥離が生じる。昨年の研究では、走査型トンネル顕微鏡を用いて、炭酸エチレン系溶媒、炭酸プロピレン溶媒中でのリチウムイオンの黒鉛への挿入機構の相違を調べた。本年度は、炭酸プロピレンにクラウンエーテルを添加したときの黒鉛の電気化学的挙動を調べるとともに、リチウムの挿入機構について昨年度と同様、走査型トンネル顕微鏡を用いて調べた。炭酸プロピレンにクラウンエーテルを添加した場合、サイクリックボルタモグラムでは第1サイクルこそ溶媒分解の還元電流が認められるが、第2サイクル以降はその電流が認められず、リチウムイオン伝導性被膜が形成されたことが分かった。走査型トンネル顕微鏡を用いて、クラウンエーテル添加炭酸プロピレン溶液中での黒鉛へのリチウムイオンの挿入反応を調べると、リチウム金属基準で約0.7V近傍で高さ約1nmの丘上構造を持つステップが黒鉛表面で生じたことが分かった。この丘上構造の原子像は典型的な黒鉛表面のものであったことから、この反応は黒鉛内部で生じているものであり、またリチウムとクラウンエーテルが溶媒和したものが、黒鉛層間に侵入した場合、その層間の厚みは約1nmになることから、この現象が溶媒和リチウムが挿入して生じたものと考えられる。すなわち、被膜形成反応の第1ステップは、溶媒和リチウムの挿入から始まることが示唆された。