hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
使用済み紙おむつから高分子吸収材を回収・再生するための基礎研究

本研究が達成されれば、紙おむつのリサイクルが促進され、環境負荷低減に大きく貢献できる。これまでの検討の結果、浸透圧を利用した離水が有効であることが明らかになった。また、水酸化カリウムを用いることで高分子吸収材の再生が可能であることが判明した。さらには添加量や温度、処理時間などの最適化を実施した。この基礎データを元に、実用化を意識したスケールアップ化の検討を実施した。処理条件の多少の微調整を行ったものの、スケールアップ化も可能であることを確認した。以上のように、本検討を実施することを通じて、高分子吸収材の離水メカニズムの解明、再生方法、スケールアップ化など、紙おむつリサイクルのさらなる高効率化に向けての有用な知見を多数得ることができた。今後、これらの知見を元に、実際のプロセスでの適応可能性を検討する予定である。本研究の目的は、紙おむつなどに含まれる高分子吸収材を分離・回収した後に、新品に匹敵する高い吸収性を有するものに再生するための基本技術を確立することである。少量ではあるが、紙おむつのリサイクル工場が稼働し始めている。しかし、現在のところ材料として再利用できているのはパルプのみであり、高分子吸収材やプラスチック類は固形燃料として燃やされている。高分子吸収材の離水メカニズムを明らかにすることで、効率的な水分除去の方法が確立できる。これまでの検討の結果、浸透圧を利用した離水が有効であることが明らかとなった。平成26年度はパルプと高分子吸収材との分離を中心に検討を行ったところ、いくつかの有用な知見を得ることができた。a.塩化ナトリウム法、酸性水溶液法、溶剤処理法の中では、塩化ナトリウム法が最も効果的であった。これは低コストで実施可能であるため、実用化の観点からも有望であることが判明した。吸水性能の復元や離水メカニズムについての知見を得ることが出来たので、次の段階として、実用に展開するために必要なスケールアップやより効率的な処方についての検討を進める。高分子材料学平成25年度、26年度の検討で高分子吸収材再生の基本技術の見通しをある程度たてることができたので、本技術の実現可能性について、トータルケア・システム株式会社と共同で検討する予定である。この際、コスト面での実現適合性も併せて検討する。平成25年度は高分子吸収材の離水メカニズムの解明を目的に中心に検討を行ったところ、いくつかの有用な知見が得られた。(1)高濃度食塩水処理によっては、高分子吸収材が大幅に収縮し、脱水が容易になった。(2)溶剤処理によって最も効果的に脱水でき、再生品の吸水性が最も高かった。(3)真空乾燥で脱水することは可能であったが、他の方法と比較すると脱水の効率が低かった。(4)熱風処理することで、強制的な離水を行った。スケールアップや効率は高いが、条件によっては吸水性能が大幅に低下するため、最適条件を見いだす必要がある。使用済み紙おむつ中の高吸水性樹脂の再生方法として、室温での水酸化カリウム水溶液による処理が有効であることが見いだされた。この処理条件をより詳細に検討するため。
英領期シンガポールの経済成長と景気変動に関する実証的分析

本研究では、第1に1870-1900期の英領シンガポールにおける歴史GDP推計を行い、中でも主要構成支出である民間最終消費支出の推計を行なった。第2に各種推計結果を用いて英領シンガポールにおけるステープル理論の実証分析を行った。実証分析を通じて、シンガポールからの一次産品の輸出は経済変動とともに、経済成長にとっても源泉であることを実証的に証明した。報告では2012年7月と9月に国際学会にて報告を行なった。7月には南アフリカのステレンボッシュ大学で開催されたXVI th World Economic History Congressで"Colonial Affiliation and Economic Development: the case of British Malaya"と題して英領シンガポールの経済的特殊性を英料マラヤのその他の州と比較を行った。具体的な研究作業としては、Public Record OfficeからStraits Settlements, Blue Booksの資料を購入し、これらの新規統計資料を活用し1870-1900の期間における推計作業を推進させた。また19世紀から20世紀前半期を対象とした経済史関連の書籍を購入する事により、世界的な経済的事象とシンガポールの関連性について明らかにしていった。1870-1900の期間を対象とした歴史GDP推計の部分では、民間最終消費支出と財・サービスに関し1次推計を行なった。残りの政府最終消費支出と固定資本形成に関する推計が、まだ推計作業中である。特に政府最終消費支出については、項目ごとに分類をする非常に細い労力を必要とするため、もう少し時間が必要であると言える。実証研究については、時系列分析をするための仮説を積み上げるための先行研究作業を現在行っている。学会報告と、構想に関連した実証研究のジャーナルへの掲載に向けては、当初予定したよりも早い速度で、成果はでた。その一方で本構想の要である。歴史GDP推計のデータ入力が思いのほか進まなかった。特に、資料の性質を読み込み、適当なフォーマット作りをするのに時間が思いのほかかかり、人件費を計上していたが、複雑な入力作業上自身で行うしかなかった。また追加資料の選定と絞り込みも予定通りには進まなかった。本年度は、この分の遅れを訂正していきたい。歴史GDPの1次推計を終了させ、それをベースに推計ノートの作成を行い、それを論文として投稿する。次の段階で、推計データを基に、実証分析を行なっていく。歴史GDP推計のデータ入力の効率化と、研究時間の計画的な確保を行っていく。また、現在作成中の推計ノートを活かして、更に追加的にワーキングペーパーの作成、ジャーナルへの投稿を推進していく。当面は、現在受理された1本の論文掲載を目指す。論文としては、民間最終消費支出の推計に関して国際的なJournalに投稿する。報告としては8月に開催されるSingapore Economic Review Conference 2013で行う。作業としては、歴史GDPの1次推計を終了させ、それを用いて、実証分析を推進していく。(1)歴史GDP推計継続とデータベース、推計方法ノートの作成[4月-9月]:平成23年度に入手した資料を基に、データベースの構築と推計作業を継続的に行う。推計の終わった項目ごとに推計方法を記載したノートの作成を行う。(2)経済成長と景気変動の内的外的要因に関連する資料の収集と精査[5月-9月]:個別課題2に関連した資料の収集と、精査を行う。このため,第1回イギリス調査で抽出したCO273と関連する書籍の購入を設備備品費に計上した。(3)国外での研究発表(第1回)[7月]2012年7月9-13日に南アフリカのStellenboschで開催される第16回世界経済史会議のパネルで研究成果の一部を発表予定(現在ロンドン大学SOASのAnne Booth教授が担当するセッションにパネラーとして担当する事が決定済み).(第2回)[9月]一橋大学で開催されるAsian Historical Economic Conferenceで、歴史GDP推計の一次結果に関する研究発表を行い。その際に受けた批判を踏まえた上で研究の中間総括をおこない,未完の研究課題の特定と翌年3月に行う第2回シンガポール調査でとくに留意すべき点を確認する。(4) 1870-1899期の英領シンガポールのGDP推計の第1次推計を終了し、各項目の推計ノートを終了させる。1870ー1939、1946-58期の経済成長と、景気変動を説明する内的・外的要素について整合性を確かめる。その上で個別課題3の実証分析に必要な従変数、独立変数を明らかにする。
好中球減少性新生児細菌感染症におけるG-CSFrecepTorの発現様式に関する研究

11例の好中球減少性新生児細菌感染症例に対し外因性にgranulocyte colony-stimulating factor(以下G-CSF)を投与し血中G-CSF濃度及び好中球数の変化を検討した。G-CSF投与前、投与後1時間、24時間の血中G-CSF濃度及び投与前、投与後24時間の好中球数の変化を調べた。この5項目を1検査とし、11例に対し19検査を施行した。G-CSF投与前の血中G-CSF濃度より対象を4群に分け検討した。すなわち、A群:10^3pg/ml未満:5検査、B群:10^310^4pg/ml:4検査、C群:10^410^5pg/ml:4検査、D群:10^510^6pg/ml:6検査であり、各群における血中G-CSF濃度の変化と好中球数の変化の関連を調べた。外因性G-CSF投与前の血中G-CSF濃度が低値であったA,B,C群においては、投与1時間後の血中G-CSF濃度の増加率が高く、好中球数の増加率は良好であった。これに対し投与前に血中G-CSF濃度が高値を呈したD群においては、投与後の血中G-CSF濃度の増加はみられず、好中球数の増加も不良であった。各群とも同量の外因性G-CSFを投与しているにもかかわらず、投与1時間後の血中G-CSF濃度は各群により異なっており、外因性G-CSFにより内因性G-CSFも産生されていると考えられた。これらの結果より好中球減少性新生児細菌感染症の病態生理として、G-CSFレセプターの構造、数、細胞内シグナル伝達系などの発達不全が関与していると考えられ、現在G-CSFレセプターの発現状況を未熟児、成熟児の臍帯血及び成人末梢血について検討している。
新規病態スペクトラムＡＬＳ／ＦＴＬＤ－Ｕにおける分子病態の解明

筋萎縮性側策硬化症の原因遺伝子optineurin (OPNL)、ubiquilin (UBQLN)2が次々と同定されたが、その分子メカニズムは不明である.OPNLとUBQLN2はいずれも蛋白分解機構に関与することが知られており、我々の研究成果では、両分子がRab11陽性endosomal vesicleに共局在し、OPNLとUBQLN2のALS関連変異は、いずれもこのvesicleに障害を引き起こすことを観察している.さらに、このvesicleは、p62、ULK1陽性でありendosomeとautophagyをつなぐ蛋白品質管理に関連した新規の細胞内メカニズムである可能性が示唆された.筋萎縮性側策硬化症と前頭側頭葉変性症の共通の分子基盤として、RNA結合蛋白であるTDP-43とFUSが同定された.これまでに我々は、TDP-43の新規アイソホームp35isoを同定し、細胞質への異所性局在とRNA品質管理機構に関与するstress granule(SG)を形成することを見出した.さらに、FUSのC末端に核移行シグナルを同定し、ALS関連変異は核輸送を障害し、やはり細胞質への異所性局在とSGの形成を誘導することを報告した.したがってRNA結合蛋白の細胞質移行とRNA品質管理機構の障害が神経変性の共通のトリガーとなっていることが示唆されている.本研究では、すでに我々が確立している発現細胞系を用い筋萎縮性側策硬化症の神経変性分子機構を解明する(Aim1).さらに、FUS(△C-FUS)のトランスジェニック(Tg)マウスを作成、ALSの神経変性過程を個体レベルで解析し、ALSモデルマウスの樹立と新規の治療戦略の確立を目的とする(Aim2).本年度の実績Aim1:筋萎縮性側策硬化症の神経変性分子機構検討では、Ataxin2がTDP-43とFUSの細胞質への異所性局在を増強させ、さらにRNA品質管理機構に関与するstressgranule(SG)の形成を阻害することを見出した。本研究は、一流国際誌に掲載された。Aim2:変異型FUS Tgマウス(△C-FUS)一ラインの樹立を達成した。ウエスタンブロット、免疫組織にて△C-FUSの強い発現を確認した。現在BL/6とのbackcrossを行っている。15週齢の時点では体重減少、行動異常、運動障害、歩行障害などの表現型は認められていない。本年度の実績筋萎縮性側策硬化症の神経変性分子機構を解明:近年新たなALS原因遺伝子optineurin (OPNL)、ubiquilin (UBQLN)2、C9orf72非翻訳領域6塩基反復配列の異常伸長が次々と同定されたが、その分子メカニズムは不明である. OPNLとUBQLN2はいずれも蛋白分解機構に関与することが知られており、我々の本年度研究成果では、両分子がRab11陽性endosomal vesicleに共局在し、OPNLとUBQLN2のALS関連変異は、いずれもこのvesicleに障害を引き起こすことを観察している.さらに、このvesicleは、ubiquitin、p62、ULK1陽性でありendosomal trafficとautophagyをつなぐ蛋白品質管理に関連した新規の細胞内メカニズムである可能性が示唆された.一方、もうひとつの原因遺伝子C9orf72非翻訳領域6塩基反復配列から翻訳されるDRPが細胞内異常封入体を形成し、やはり蛋白品質管理機構に影響を及ぼす可能性を見出している.今後はRNA品質管理機構の障害とのクロストークを検討したい。ALSモデルマウスの樹立と新規の治療戦略の確立:変異型FUS Tgマウス(△C-FUS)一ラインの樹立を達成した。20週齢の時点では体重減少、振戦、歩行障害、abnormal limb reflexなど明らかな運動障害が出現し、今後病理学的解析を進めたい。筋萎縮性側策硬化症の原因遺伝子optineurin (OPNL)、ubiquilin (UBQLN)2が次々と同定されたが、その分子メカニズムは不明である.OPNLとUBQLN2はいずれも蛋白分解機構に関与することが知られており、我々の研究成果では、両分子がRab11陽性endosomal vesicleに共局在し、OPNLとUBQLN2のALS関連変異は、いずれもこのvesicleに障害を引き起こすことを観察している.さらに、このvesicleは、p62、ULK1陽性でありendosomeとautophagyをつなぐ蛋白品質管理に関連した新規の細胞内メカニズムである可能性が示唆された.筋萎縮性側策硬化症と前頭側頭葉変性症の共通の分子基盤として、RNA結合蛋白であるTDP-43とFUSが同定された.これまでに我々は、TDP-43の新規アイソホームp35isoを同定し、細胞質への異所性局在とRNA品質管理機構に関与するstress granule(SG)を形成することを見出した.さらに、FUSのC末端に核移行シグナルを同定し、ALS関連変異は核輸送を障害し、やはり細胞質への異所性局在とSGの形成を誘導することを報告した.したがってRNA結合蛋白の細胞質移行とRNA品質管理機構の障害が神経変性の共通のトリガーとなっていることが示唆されている.

本研究では、すでに我々が確立している発現細胞系を用い細胞移行型TDP-43、FUSによる神経変性分子機構を解明する.さらに、細胞移行型TDP-43(p35iso)、FUS(ALS変異型FUS、△C-FUS)のトランスジェニック(Tg)マウスを作成、ALSの神経変性過程を個体レベルで解析し、ALSモデルマウスの樹立と新規の治療戦略の確立を目的とする.これまでに、TDP-43のTgマウスは数多く作成されて、興味深い知見として野生型TDP-43のTgマウスでもALSと酷似した表現型を呈する点にあるがその分子病態は不明である.変異型FUSの発現、細胞質蓄積はALS/FTLDの分子病態のトリガーとなることが示唆される.本研究で、細胞質移行型FUS (C-FUS)のTgマウスを作成し、in vivoで神経変性を誘導できるかを検討する.平成23年度に我々は、すでに変異型FUS Tgマウスに関して、複数の系統(ファウンダーマウス)の作成に成功しており、外来遺伝子の発現を大脳おいて認めており、今後、さらなる系統の産出、そして、表現型の解析にとりかかれるものと予想している。Aim2:変異型FUS Tgマウス作成は研究計画通りに進んでるが、15週齢の時点で顕著な表現型が出ていな点は予想外といえる。今後は、組織学的解析に加え、ホモ接合の解析も加える必要がある。これまでに、複数のファウンダーマウスを同定しており研究計画通り順調に進んでる。一方、Aim1、2にかんして、RNA結合蛋白Ataxin2のcDNAをクリーニングしその発現を確認した。平成23年度には、Ataxin2は、CAGrepeatがあり、PCRの増幅に時間がかかりとくに、各repeat数(1、22、5、79)のataxin2の作成には困難を極めた。次年度以降、RNA結合蛋白Ataxin2とFUSの細胞生物学的解析を開始する。以上より、本研究はおおむね計画通り進展している。Aim1:筋萎縮性側策硬化症の神経変性分子機構検討では、神経に同定されたoptineurinやUbiqulin2とTDP-43とFUSとの関連を検討する。とくに、細胞質への異所性局在、stress granule(SG)の形成を分子レベルで解明する。FUS Tgマウスが樹立した場合、生化学的(SGマーカー、TDP-43、FUS発現、不溶分画、細胞質分画)、組織学的(H&E、TUNEL染色、TDP-43、FUS、ユビキチン免疫染色)検査を行いその神経変性過程を検討する.特に、脊髄前角、末梢神経の変性は詳細に行う.行動解析としては生存曲線を比較するとともに、footprint、rota-rod treadmill (ENV-577, neuroscience, Tokyo)、hanging wire testを評価して運動能力、活動性を定量的に解析する.さらに、次年度はAim1、2の培養細胞でのRNA結合蛋白Ataxin2とFUSの細胞生物学的解析をさらに進展させる。すなわち、RNAの軸索輸送(GFP-MS2にて可視化)を共焦点顕微鏡にてlive imageで観察し、その障害過程を検討する.また、TDP-43、変異型FUS定常発現株にて、Ataxin2のポリグルタミンリピート数とTDP-43、FUSのSG形成過程、細胞質移行の関連を定量的に検討する.FUS Tgマウスの飼育費、免疫組織の消耗品が必要である。培養細胞の研究には、高額な培養液、生化学的試薬が必要となる.
核酸ナノ構造体の細胞内移行機構の解明を目的とした構造体D-NANsの創製研究

ナノサイズの粒子を用いた薬物を標的とする部位へ選択的に送達する手法(DDS)の確立は、薬物の効果の増強や副作用の低減が期待できるため、様々な材料からなるナノ粒子を利用したDDSの開発研究が精力的に行われている。ナノ粒子を用いたDDSにおいてナノ粒子の形状及び粒径は細胞内への移行のメカニズムおよび速度を決定することから、DDSに適した粒子のパラメータの特定が必要とされている。そこで本研究では塩基配列依存的に任意の形状をもつ構造体を作成可能な技術であるDNAナノ構造体に着目し、ナノ構造体の粒径とその細胞内送達効率の相関ならびにその移行経路を明らかにすることを目的として任意の直径を持つ球状構造を構築可能なデンドリマー様核酸ナノ構造体(Dendrimer-like Nucleic Acid Nanostructure: D-NANs)の創成を検討した。D-NANsは多腕型核酸ナノ構造体(Core Unit)を核としてそれぞれの腕の先へリンカーユニットを介して三角錐型構造体(side chain Tetrahedral DNA Nanostrucuture: sTDN)を結合させた構造を持っている。有機高分子のデンドリマーと同様に世代を重ねることにより、その直径を10 nmオーダーで任意に制御することが可能である。そのためsTDNユニット内部の相補鎖長が17 bp、ユニット間の相補鎖長を20 bp、とした構造体を設計し、その構築について検討を行なった。その結果、第3世代までの各ユニットの構築、そして第2世代D-NANsの構築を確認することに成功した。平成30年度の研究計画では第5世代D-NANs(直径90 nm)までの設計および構築を計画していた。しかし、第2世代D-NANsまでの構築を確認できたものの、その収率は低いものであった。この理由としてsTDNユニットの大きさが直径約5nmであるのに比して、リンカーユニットの長さは約3.4 nm、ユニット間の相補鎖部位を含めても約16 nmであるため、想定よりもユニット間の立体反発が強く、設計通りにユニットの結合が行われなかったためと考えている。このことは第1世代D-NANsの構築、そして第1世代sTDNユニットと第2世代sTDNユニットが連結した構造体を確認できていることからも妥当であると考えられる。フットボール型構造体の構築及び評価その結果、第1世代D-NANsおよび第2世代D-NANsの構築を確認した。しかし第2世代D-NANsの収率は低いものにとどまった。平成31年度の計画として、リンカー部分を伸ばした構造体を設計しその構築条件の検討を行う。また構築した構造体の評価はPAGEの移動度の変化、動的光散乱および原子間力顕微鏡を用いた構造体サイズ測定によって行う。単純な核酸ナノ構造体を用いたFiNADsのコンセプト評価核酸ナノ構造体を用いた核酸医薬の保護、取り込み効率の向上そして光刺激による核酸医薬放出の制御というFiNADsの設計コンセプトをより単純な核酸ナノ構造体である三角柱型核酸ナノ構造体を用いて確認する。このために6分子の核酸医薬分子を保持可能な三角柱型構造体TP新たにを設計した。この核酸ナノ構造体TPに2'-OMe修飾したアンチmiRNA(AM21M)を導入し、核酸ナノ構造体に導入していない場合との酵素分解耐性、細胞導入効率の比較を行う。またTPを構成するDNAオリゴヌクレオチドへ光刺激応答性トリガーを導入し、光による核酸医薬放出の制御について検討を行う。

このことは第1世代D-NANsの構築、そして第1世代sTDNユニットと第2世代sTDNユニットが連結した構造体を確認できていることからも妥当であると考えられる。フットボール型構造体の構築及び評価その結果、第1世代D-NANsおよび第2世代D-NANsの構築を確認した。しかし第2世代D-NANsの収率は低いものにとどまった。平成31年度の計画として、リンカー部分を伸ばした構造体を設計しその構築条件の検討を行う。また構築した構造体の評価はPAGEの移動度の変化、動的光散乱および原子間力顕微鏡を用いた構造体サイズ測定によって行う。単純な核酸ナノ構造体を用いたFiNADsのコンセプト評価核酸ナノ構造体を用いた核酸医薬の保護、取り込み効率の向上そして光刺激による核酸医薬放出の制御というFiNADsの設計コンセプトをより単純な核酸ナノ構造体である三角柱型核酸ナノ構造体を用いて確認する。このために6分子の核酸医薬分子を保持可能な三角柱型構造体TP新たにを設計した。この核酸ナノ構造体TPに2'-OMe修飾したアンチmiRNA(AM21M)を導入し、核酸ナノ構造体に導入していない場合との酵素分解耐性、細胞導入効率の比較を行う。またTPを構成するDNAオリゴヌクレオチドへ光刺激応答性トリガーを導入し、光による核酸医薬放出の制御について検討を行う。次年度使用額は翌年度分として請求した。原子間力顕微鏡を用いた構造体の評価を行うため、その観察に必要な消耗品の購入費として使用する予定である。
数値シミュレーションによるCO_2発生ミニマム化のための高炉内流動現象の解明

本研究では、実炉スケールにおける高炉内の粒子と流体の流動を解析する3次元数値計算コード(コールドモデル)の開発を行い、CO_2発生ミニマム化を達成するために必要な高炉の安定操業を妨げる種々の異常現象の発生を模擬した数値シミュレーションを行った。本研究では、高炉に装入されたコークス粒子の多体接触による粒子間相互作用の計算には離散要素法を、コークス粒子が粉砕されて生じた粉どうし粒子間相互作用の計算にはDSMC法(Direct Simulation of Monte-Carlo法)をそれぞれ用いた。粒子間相互作用を考慮したコークス粒子と粉粒子のLagrangian型運動方程式は流体のNavier-Stokes式と連成させて解き、高炉内の粒子と流体の流動を解析することが可能な3次元数値計算コードを開発した。本研究では、コークスと鉄鉱石が約24万個、粉が約1億個(DSMC法の標本粒子では約100万個)程度含まれる小領域(羽口1カ所を含む約1/100円弧の領域)を対象として、1.コークス粒子のみの場合、2.粉粒子を考慮した場合、3.ボッシュ部上部に付着物が存在する場合、4.融着帯に相当する領域が存在する場合について解析を実施し、さらに5.羽口角度が炉内流れに及ぼす影響、6.付着物の位置が炉内流れに及ぼす影響なども考慮して、より現実の炉況に近い状態の数値シミュレーションを行った。その結果、高炉内の気流と粒子の流れの安定化への融着帯の寄与、最適羽口角度(-5度-11度)の存在、粉化した粒子が炉内に蓄積する過程、蓄積した粉粒子や付着物が引き起こす流れの不安定化(コークス粒子の下降流れの脈動や流動域の変動、気流の偏りなど)の発生メカニズムを明らかにした。本年度の研究期間では、実炉スケールでの高炉内の粒子と流体の流動を解析する3次元計算コード(コールドモデル)の開発を行い、いくつかの代表的な流動状態を対象として数値解析を行った。本研究では、高炉に装入されたコークスと鉄鉱石の多体接触による粒子間相互作用の計算には離散要素法を用い、それらが粉砕されて生じた粉どうし粒子問相互作用の計算にはDSMC法(Direct Simulation of Monte-Carlo法)を用いた。粒子間相互作用を考慮したコークス粒子と粉粒子のLagrangian型運動方程式は流体のNavier-Stokes式と連成させて解き、高炉内の粒子と流体の流動を解析することが可能な3次元数値計算コードの開発を行った。本年度の解析では、コークスと鉄鉱石が約24万個、粉が約1億個(DSMC法の標本粒子では約100万個)程度含まれる小領域(羽口1カ所を含む約1/100円弧の領域)を対象として、高炉内の粒状体が1.コークス粒子のみの場合、2.粉粒子を考慮した場合、3.ボッシュ部上部に付着物が存在する場合、4.融着帯に相当する領域が存在する場合について計算を試みた。その結果、上記の各計算条件において長時間の現象を安定して解析を行うための諸条件(粒子の物性値と時間ステップの関係など)、および高炉内の粉・付着物・融着帯が粒子と気流の流れに及ぼす影響(粉粒子のレースウェイ前方への蓄積や付着物・融着帯位置の変動が流れ場を大きく変化させること、また炉内の流動状態の変化は炉外から測定可能なレースウェイ寸法の変化と関係付けることが可能なことなど)に関する基本的な性質が明らかになった。これを基礎として、引き続き次年度は高炉におけるCO_2発生ミニマム化を阻害する異常現象の発生メカニズム解明を進める。本研究では、実炉スケールにおける高炉内の粒子と流体の流動を解析する

3次元計算コード(コールドモデル)の開発を行い、CO_2発生ミニマム化を達成するために必要な高炉の安定操業を妨げる種々の異常現象の発生を模擬した数値シミュレーションを行った。本研究では、高炉に装入されたコークスと鉄鉱石の多体接触による粒子間相互作用の計算には離散要素法を用い、それらが粉砕されて生じた粉どうし粒子間相互作用の計算にはDSMC法(Direct Simulation of Monte-Carlo法)を用いた。粒子間相互作用を考慮したコークス粒子と粉粒子のLagrangian型運動方程式は流体のNavier-Stokes式と連成させて解き、高炉内の粒子と流体の流動を解析することが可能な3次元数値計算コードの開発を行った。本研究では、コークスと鉄鉱石が約24万個、粉が約1億個(DSMC法の標本粒子では約100万個)程度含まれる小領域(羽口1カ所を含む約1/100円弧の領域)を対象として、平成16年度に引き続き高炉内の粒状体が(1)コークス粒子のみの場合、(2)粉粒子を考慮した場合、(3)ボッシュ部上部に付着物が存在する場合、(4)融着帯に相当する領域が存在する場合について解析を実施するとともに、新たに(5)羽口角度が炉内流れに及ぼす影響、(6)付着物の位置が炉内流れに及ぼす影響などについて、より現実の炉況に近い状態の数値シミュレーションを行った。その結果、高炉内の気流と粒子の流れの安定化への融着帯の寄与、最適羽口角度(-5度-11度)の存在、粉化した粒子か炉内に蓄積する過程、蓄積した粉粒子や付着物が引き起こす流れの不安定化のメカニズムが明らかになった。
心筋過伸展によるメカノストレスがミトコンドリア内膜破壊をきたす分子機序の解明

応募者らは、心筋過伸展後に生ずるミトコンドリア内部空胞化に対して、その発症メカニズムを調べた。ミトコンドリアへの過伸展によるメカノストレスは、数分間の過伸展で発症することが確認され、予想以上に早いタイミングで生ずることが明らかになった。一方で、過伸展によるメカノストレスに対するは心筋線維への影響も確認した。数分間の過伸展では、形態的な筋線維崩壊は確認できず、過伸展を解除した心筋は数十分後には伸展前の張力レベルに回復することが確認された。過伸展による影響は、相当早いタイミングでミトコンドリア内膜破壊を導くことが示された一方で、過伸展による心筋線維のダメージはミトコンドリア内部破壊が起きる時間内では十分に回復可能であることも確認された。長期予後に関してはまだまだ確認が必要である。収縮メカニズム機構は保たれていたが、ミトコンドリアは内部破壊されているため、中・長期の回復過程を更に観察することが詳細な病態解析に必須である。今後は、イメージングを中心とした経時的解析に注力し、特に、カルシウムを中心としたイオン動態に着目し、形態イメージングとイオン動態イメージングの相関を確認し、段階的に変化させたメカノストレスと、ミトコンドリア内膜破壊過程と筋線維メカニカルストレスの関連性を詳細に解析する。このことで機能と形態変化の関係を明らかにしていく。ミトコンドリア膜のイオン動態解析、特に筋小胞体とミトコンドリアの接触領域に着目した研究を推し進め、過伸展による形態・機能変化を探索する。ミトコンドリア形態の詳細な解析を進める上で、微細構造イメージングは必須である。我々はSTED顕微鏡システムを使用したミトコンドリアイメージングにも着手した。心筋内のミトコンドリアは収縮中に筋線維と一緒に動き、弛緩した際には収縮前とほぼ同じ位置に戻ることが確認された。このことは一般的な細胞でミトコンドリアは微小管で運ばれるという概念とは異なる可能性が示唆された。さらに心筋細胞内のミトコンドリアが収縮中に一緒に動くことから、伸展時も同様に伸展されることが予想される。過伸展による極早期に発症するミトコンドリア内部破壊が明らかになったので、現在は、In Vivoレベルでの解析を同時並行で進めている。具体的にはラット肺動脈起始部を数十秒間遮断し、右室圧負荷を数十秒間与える。乳頭筋レベルでの結果との相関を確認し、遮断解除後の心収縮回復過程も確認する。組織レベルでの結果と生体レベルとの相関を確認し、ミトコンドリア破壊による生体への影響を引き続き明らかにしていく。当初予定していた形態観察システム導入が延期したため、それに充当する予定であった金額が翌年度分に使用される予定である。
ATP依存性プロテアーゼによるミトコンドリアマトリクス蛋白質の品質管理機構の解明

本研究課題の目的の一つは、ATP依存性ミトコンドリアタンパク質分解酵素であるCLPXPとLONP1の役割分担を明らかにすることである。このため、ゲノム編集技術であるCRISPR/Cas9システムを用いて、それぞれの遺伝子を欠失する培養細胞を樹立することを主な目的として研究を実施した。CLPXPについてはCLPXとCLPPの遺伝子の異なるタンパク質の複合体であるため、それぞれの遺伝子を欠失する細胞の樹立を試みた。対象とする細胞としては様々な外来性遺伝子cDNAの発現誘導が可能なFlp-In T-Rex293細胞(以下FT293細胞)を用いた。その結果、CLPXタンパク質あるいはCLPPタンパク質の発現を欠失するFT293細胞は比較的容易に樹立することができたが、LONP1を欠失したFT293細胞の樹立は困難であった。LONP1の欠失が致死的な表現系を呈すると予想されたため、まず、今回我々がtargetとしたLONP1遺伝子配列部分にSilent変異を導入した外来性のLONP1cDNAを作成し、そのcDNA由来のLONP1タンパク質をドキシサイクリン(Dox)誘導性に発現する培養細胞株を樹立した。その後、当該LONP1 cDNAを発現させながら内在性のLONP1遺伝子の発現を欠失させる方法を用いた。その結果、LONP1の発現を欠失するFT293細胞を樹立することができたが、その細胞の発育は、野生型細胞に比べてかなり遅いことが明らかになった。これらの細胞の表現型の比較は研究期間の最終年度のである平成31年度に実施する予定であるが、これまでの研究からはCLPXPは細胞の生存には必須ではない一方で、LONP1の欠失が致死の表現型を呈する可能性が高いことから、これらのタンパク質分解酵素の細胞内での役割には大きな違いがある可能性が高いことが明らかとなった。ゲノム編集技術を用いて、ミトコンドリアのマトリクスに局在するATP依存性タンパク質分解酵素遺伝子を欠失した細胞を樹立する研究については、当初予想した範囲内の困難に直面したが、期待した方法により解決が可能であった。これらの細胞を用いて、平成31年度の研究を予定通り進めることが可能であると考えている。すでに樹立したCLPX, CLPP, LONP1の欠失細胞について、ミトコンドリアの形態や機能の変化をミトコンドリアに集積する蛍光プローブなどを利用して明らかにしていく予定である。また、内因性のCLPX, CLPP遺伝子を欠失した細胞で、FLAG-tagとの融合タンパク質としてCLPXあるいはCLPPタンパク質を発現させ、抗FLAG抗体を用いて免疫沈降を行なった後、それぞれのタンパク質が複合体を形成するタンパク質を質量分析装置を用いて同定する。LONP1についても同様の検討を行い、これらの結果を総合して、CLPXPとLONP1の役割の違いなどを明らかにすることができると考えている。ミトコンドリアのマトリクスには、CLPXPとLONP1の2種類のATP依存性プロテアーゼが存在する。これらのプロテアーゼはミトコンドリアの機能維持に深く関わることが予想されるが、その役割分担などについては不明な点が多い。これらの2種類のプロテアーゼの基質や基質の認識機構を明らかにすることを目的に、平成29年度においては以下の検討を行った。1)ヘム生合成系の律速酵素であるALAS1タンパク質がヘム依存性に細胞内でCLPXに認識されることを我々はすでに報告しているが、ALAS1、CLPX、CLPPのそれぞれを組換えタンパク質として発現、精製することに成功し、現在、in vitroにおいてCLPXがALAS1を認識する条件や、組換えCLPXPがin vitroでALAS1を分解するか否かについて検討中である。2)CLPXPの基質となるタンパク質を同定するため、内在性のCLPXを欠失した293細胞内でFLAG-tagとの融合タンパク質としてCLPXを発現させ、FLAG-tagに対する抗体を用いて免疫沈降を行い、免疫沈降物の中にALAS1タンパク質が含まれることを確認した。今後、ALAS1以外にどのようなタンパク質がCLPXと複合体を形成しているのか、質量分析を用いて確認予定である。LONP1の基質を明らかにするために、CRISPR/Cas9システムを用いてLONP1遺伝子を欠失した細胞の樹立を試みたが、樹立できなかった。この原因として、LONP1の欠失が細胞の生育に大きく影響する可能性が考えられるため、LONP1 cDNAをドキシサイクリン(Dox)誘導性に発現する細胞をまず樹立し、その細胞でDox誘導性にLONP1を発現させながら、内在性のLONP1遺伝子をCRISPR/Cas9システムで欠失させる予定である。組換えタンパク質の発現と精製に関してはほぼ当初の予定通りに進行している。CLPXをtagとの融合タンパク質として発現させ、免疫沈降法によりCLPXが認識するタンパク質を分離する手技は確立できたため、今後は予定通り、質量分析を用いた解析に移行する予定である。LONP1欠失細胞については、いまだに樹立に成功していないが、当初想定した範囲内の問題と考えており、解決策を講じて再度進行中である。

対象とする細胞としては様々な外来性遺伝子cDNAの発現誘導が可能なFlp-In T-Rex293細胞(以下FT293細胞)を用いた。その結果、CLPXタンパク質あるいはCLPPタンパク質の発現を欠失するFT293細胞は比較的容易に樹立することができたが、LONP1を欠失したFT293細胞の樹立は困難であった。LONP1の欠失が致死的な表現系を呈すると予想されたため、まず、今回我々がtargetとしたLONP1遺伝子配列部分にSilent変異を導入した外来性のLONP1cDNAを作成し、そのcDNA由来のLONP1タンパク質をドキシサイクリン(Dox)誘導性に発現する培養細胞株を樹立した。その後、当該LONP1 cDNAを発現させながら内在性のLONP1遺伝子の発現を欠失させる方法を用いた。その結果、LONP1の発現を欠失するFT293細胞を樹立することができたが、その細胞の発育は、野生型細胞に比べてかなり遅いことが明らかになった。これらの細胞の表現型の比較は研究期間の最終年度のである平成31年度に実施する予定であるが、これまでの研究からはCLPXPは細胞の生存には必須ではない一方で、LONP1の欠失が致死の表現型を呈する可能性が高いことから、これらのタンパク質分解酵素の細胞内での役割には大きな違いがある可能性が高いことが明らかとなった。ゲノム編集技術を用いて、ミトコンドリアのマトリクスに局在するATP依存性タンパク質分解酵素遺伝子を欠失した細胞を樹立する研究については、当初予想した範囲内の困難に直面したが、期待した方法により解決が可能であった。これらの細胞を用いて、平成31年度の研究を予定通り進めることが可能であると考えている。現在のところ、本研究課題は概ね予定通り進行している。今後も当初の研究計画に沿って推進する予定である。実際には、組換えタンパク質として発現・精製したCLPX、CLPP、ALAS1タンパク質を用いて、in vitroでALAS1がCLPXPにより分解されるかどうかを明らかにする。さらに、ヘム結合型ALAS1やヘム非結合型ALAS1タンパク質、あるいは様々なALAS1変異体と組換えCLPXとの結合性を明らかにすることにより、CLPXの基質認識機構の一端を明らかにする。また、内在性のCLPXを欠失させた細胞内でCLPX-flagタンパク質を誘導性に発現させ、免疫沈降により精製し、免疫沈降物の中にどのようなタンパク質が含まれるのかを明らかにすることにより、CLPXPの基質を同定する。一方、LONP1の細胞内における役割を明らかにするために、CRISPR/Cas9システムを用いて内在性のLONP1を欠失した細胞を樹立する。そのため、まず、ガイドRNAが認識しにくいようにサイレント変異を導入したLONP1 cDNAを作成し、その発現を誘導しながら内在性のLONP1を欠失させる予定である。
アディポカインと糖尿病関連遺伝子を用いた抗精神病薬誘発性糖脂質代謝異常発症の予測

抗精神病薬治療によって生じる肥満・糖脂質代謝異常、心電図QT延長などの副作用は、統合失調症患者の生命予後を左右する重大な副作用であるが、その病態や予防法については不明である。本研究では、以下を明らかにし、抗精神病薬の重篤な副作用を予防することに貢献した。1抗精神病薬間でこうしたリスク頻度に差がある。2血中アディポカイン濃度や遺伝子多型によって肥満・糖脂質代謝異常発症を予測できる。本研究の目的は抗精神病薬(AP)の副作用である肥満、メタボリックシンドローム(MetS)、糖脂質代謝異常発症の薬剤間差及びそれらの発症の予測因子を同定することである。平成24年度は以下のことを明らかにした。1入院統合失調症患者と健常者でMetSの有病率を比較した所、2群間に差はなかったが、MetS構成因子の中で最も重要であるウエスト径は患者群で大きく、APによるMetS発症の予防にはウエスト径の管理が重要であることが示唆された。2AP内服中の統合失調症患者群と健常者で糖負荷試験を行った所、空腹時血糖は健常群で高かったものの、糖負荷後の血糖値及びインスリン値は患者群で高く、AP内服患者では空腹時血糖では予想できない耐糖能異常が進行している可能性が示唆された。3AP内服中の統合失調症患者群と健常者で内臓脂肪から分泌される各種アディポカインの血中濃度を比較した所、患者群でレプチンは高く、アディポネクチンは低かった。この結果からアディポカインが肥満や糖脂質代謝異常発症の予測マーカーになる可能性が示唆された。4体重をマッチさせたAP内服中の統合失調症患者群と健常者で、各脂質パラメータを比較した所、LDL-cや中性脂肪に差はなかったがHDL-cは患者群で低く、AP内服はHDL-cを介して肥満やMetS発症に影響する可能性が示唆された。5膵臓からのインスリン分泌に影響を与えるGIP受容体の遺伝子多型がolanzapineによる耐糖能異常発症の予測因子になる可能性を示した。今後、遺伝子変異同定により、薬剤投与前に糖尿病発症のリスクを回避できるかもしれない。平成25年度は、抗精神病薬(ATP)内服中の統合失調症患者の糖脂質異常について以下の知見を得た。ATP内服中の統合失調症入院患者では低栄養患者が多い。ATP内服中の統合失調症患者において、空腹時血糖が正常であっても既に耐糖能異常を呈していることが少なくない。本研究は、第2世代抗精神病薬(SGA)がアディポカインに与える影響を薬剤間比較し、更に遺伝子情報を用いることによって、SGAによる糖脂質代謝異常発症の予測因子を明らかにしようとするものである。今年度は以下の結果を海外一流誌に発表した。1.SGAによる治療を受けている日本人統合失調症患者群450名と健常コントロール群200名との間で各種アディポカイン値を比較した所、SGA群でアディポネクチン濃度が低下し、レプチン濃度は上昇していた(Sugai et al., J Clin Psychopharmacol in press)。2.同一個体においてオランザピンからアリピプラゾールへの置換後、アディポネクチン及びレプチン値は上昇し、TNF-αは低下した(Suzuki et al., J Clin Psychopharmacol 2011)。3.内科領域でのGWASで得られた糖尿病関連遺伝子である、GIP受容体多型がオランザピンによる耐糖能異常と関連していた(Ono et al., Pharmacogenomics J 2011)。1は横断研究にて、SGA間で各種アディポアカイン値が異なることを明らかにし、アディポカインがSGAによる糖脂質代謝異常発症の予測因子になる可能性を示唆した。2では、まだ少数例ではあるが、同一個体においてオランザピン内服時とアリピプラゾール内服時のアディポカイン変化を縦断的に検討し、1の結果を再確認した。一方、3ではオランザピンが引き起こす耐糖能異常を遺伝子情報から予測できる可能性を示した。本研究では、3年間で200症例についてアリピプラゾールとオランザピンを置換し、その前後で各種アディポカインを比較する計画であるが、上記論文が受理されているように、計画は順調であり、評価も得ている。抗精神病薬オランザピンは、体重増加や糖脂質代謝異常などの副作用が多いため、そのメカニズムの解明や事前予測は統合失調症薬物療法において重要な課題である。本研究では、内科領域での大規模genome-wide association studyにより、2型糖尿病との関連が同定されたGastric inhibitory polypeptide受容体(GIPR)遺伝子rs10423928 (A/T)多型に注目し、GIPR遺伝子多型Aアリル保有群において、オランザピン内服開始後の体重増加が大きいことを初めて明らかにした。本研究は抗精神病薬誘発性体重増加の事前予測に役立つ可能性を示した点に非常に価値があると考えられる。臨床精神薬理平成24年度末までに入院中の抗精神病薬

内服患者200名及び外来患者100名のサンプリングを終了しており、研究計画は順調である。また、既に解析結果を海外誌に多数発表し、本邦における同分野の研究における功績が認められ、学会シンポジウムへの招聘及び学会賞を受賞するなど、国内外での評価も高い。以上より、研究目的の達成度は高いと考えられる。一方、遺伝子多型解析は遅れており、平成25年度の課題である。既に原著論文を海外誌に発表し、また学会賞を受賞するなどこの分野では一定の評価を受けている。本研究課題について、今年度は既に3編の論文を海外一流誌に発表している。初年度としては順調であると考えている。サンプリングを続ける一方、遺伝子多型と臨床情報との関係を重点的に解析していく。また、これまで発表していない解析結果を論文化し順次、海外誌へ投稿する。これまで得た検査値について包括的な解析を行い、また遺伝子実験を進めることで遺伝子情報との関連も検討していく。今年度、遺伝子解析を行う予定であったが、これはサンプル数が増えてからまとめて行う予定である。このため、今年度未使用額が来年度必要になる。また、今年度は得られた成果の発表をあまり行わなかったため、未使用額が生じた。来年度は一定の成果が得られれば精力的に発表していく。遺伝子多型同定のための実験及び論文校正・投稿費用、各学会参加旅費などに使用する予定。研究での実験及び解析の遅延。遺伝子解析実験及び論文投稿費用に使用。遺伝子解析を開始するだけではなく、得られた成果を積極的に国内外で発表する予定である。このため、予算が必要である。
ねじり調製によりミクロ組織を制御した難加工材の高速・低温塑性加工プロセスの開発

ねじり変形を与えることによりAZ31Bマグネシウム合金の結晶方位がランダム化し、押出しによる異方性が緩和される。また、最適なねじり調製を施すことにより、AZ31Bマグネシウム合金丸棒を室温にて転造加工し、良好なM8ねじを作製することに成功した。環境調和性の高いプロセス制御型材料加工研究の一環として、ねじり加工を利用した素形材の調製による低温・高速塑性加工プロセスを開発することが本研究の目的である。すなわち、加工荷重の効果的な低減をもたらす温度,速度,角度の各パラメーターから成るねじり加工の最適条件を確立する。また、ねじりによるせん断変形と押出しによる高い静水圧のシナジー効果によって微細組織を形成し、高強度と高靭性,良好な表面性状と耐食性を併せ持つマグネシウム合金形材の創製を目指す。塑性加工性が悪いとされるマグネシウムの代表的展伸用合金AZ31Bを供試材とし、種々の温度で回転速度1rpmのねじり加工を施した場合のミクロ組織を調査した。室温から373Kの温度では、ほぼ均一にねじることが可能であり、結晶粒内には変形双晶が確認された。なお、473K以上の温度域においては、導入されたせん断ひずみ量が多い試料外周部において、動的再結晶によると思われる微細な結晶粒が見られた。微細結晶粒の面積はねじり温度の上昇に伴い大きくなり、648K以上では試料のほぼ全域が微細結晶粒で覆われた。塑性加工性が悪いとされるマグネシウムの代表的展伸用合金AZ31Bを供試材とし、種々の恒温下で回転速度1rpmのねじり加工を施した場合のミクロ組織変化を調査した。なお、473K以上の温度域においては、導入されたせん断ひずみ量が多い試料外周部において、動的再結晶によると思われる微細な結晶粒が主に旧粒界近傍において見られた。一方、変形双晶は確認できなかった。微細結晶粒の面積はねじり温度の上昇に伴い広くなり、573K以上では試料のほぼ全域が微細で均一な結晶粒組織を呈した。ねじりと引張による変形挙動を比較したところ、破断までのひずみ量は異なるものの、類似した変形のモードを示すことを応力-ひずみ曲線より明らかにした。すなわち、加工荷重の効果的な低減をもたらすねじり加工の最適条件を確立する。また、ねじりと転造によるせん断変形のシナジー効果によって微細でランダムな結晶組織を作り込み、高強度と高靭性,良好な表面性状と耐食性を併せ持つマグネシウム合金形材の創製を目指した。平成21年度および22年度の成果に基づき、平成23年度はAZ31Bマグネシウム合金の室温でのねじ転造を実現するねじり調製および転造の条件の最適化と共に、得られた形材やねじの特性評価を行った。ねじり調製により導入されるせん断ひずみ量が高いほど、結晶粒が微細化し、3回転の一方向ねじりを与えた試料では、その平均結晶粒径は9μmまで微細化することを見出した。また、3回転の一方向ねじり材では、柱面の回折角度が低下し、錐面や底面などの押出し材や均質化処理材では見られない回折ピークを確認した。すなわち、ねじり加工を施すことにより結晶方位がランダム化し、押出しによる異方性が緩和された。最適なねじり調製および転造の条件にて作製したM8ねじには、ねじの山頂部や谷底部には欠けや割れは見られず、JISによる強度区分を十分に満たすことをねじによる引張試験にて確認した。以上のように、最適なねじり調製を施すことにより、AZ31Bマグネシウム合金による室温でのねじ転造に成功し、良好なM8ねじが得られたことが平成23年度における最大の成果である。
赤外分光法を用いた火山ガス化学組成のモニタリングの研究

1.火山ガス化学組成を遠隔測定するため、火山ガスから放射される赤外光を赤外望遠鏡で集光したのち、フーリエ変換赤外分光計に導入し、赤外スペクトルを得るシステムを開発した。望遠鏡は5ミリラジアンの視野のカセグレン型を使用し、分光器は波数分解能1cm^<-1>の装置を用いた。2.作成した装置を火山ガスが見える現場へ運び、試験的な観測を行った。すでに火山ガスの観測を実施した火山は、雲仙岳、霧島山、桜島、九重硫黄山、浅間山の各火山に加え、イタリア・ブルカノ火山である。とくに雲仙岳では活動監視のため、くり返し観測を行った。3.観測の結果、火山ガスが放出している背後に赤外光源がある場合、火山ガス成分による吸収スペクトルが得られることが分った。雲仙火山の場合、溶岩ドームの熱が赤外光源になり、その手前で出ているガスの赤外スペクトルには、SO_2とHClの吸収が見られた。ちなみに、火山ガス中のHClのリモートセンシングによる検出は、本研究が世界最初である。本方法では、視野方向に存在するSO_2やHClのカラム濃度を測定できるが、火山ガス中の各成分の絶対濃度は分らない。しかし、SO_2/HCl比が求まるので、この比の値をモニタリングに使うことができる。このほか、阿蘇火山では、火口底にたまっている熱湯を赤外光源として、火口内に充満しているガスの吸収スペクトルを得ることができ、ブルカノ火山では、高温噴気が出ている地表の熱を赤外光源として噴気の吸収スペクトルの観測ができた。4.本方法では、火山ガスが大気へ拡散してからのガスを測定しているので、噴気孔内の組成から変化する。とくにH_2Sは大気中でSO_2に酸化されていることを実験的に確かめ、遠隔測定で検出されるSO_2は、H_2Sの酸化分も加わっていることが明らかになった。火山ガスから放射された赤外光を赤外望遠鏡で集光したのちフーリエ変換赤外分光光度計に導入し、スペクトルを得るシステムを作成した。なお、赤外望遠鏡は5ミリラジアンの視野角をもつカセグレン型を採用し、赤外光の検出にはMCT検出器を用いた。まず、SO_2やHClなど火山ガスを構成する主な化学種の振動、回転スペクトルを、これら化学種の標準ガスの吸収スペクトルを測定して求め、作成したシステムの検出下限、定量性、分光干渉などの分光学的な特性を実験室内の実験で調べた。また、火山ガスのように水蒸気を主成分とするガスのスペクトルの中から少量成分であるSO_2やHClなどのスペクトルを同定し、その量を算出する方法を検討した。その結果、観測されたスペクトルを、HITRANデータベースを用いて作った合成スペクトルで非線形最小自乗法によって回帰する方法がうまくいくことが分かった。1990年以来噴火が続いている雲仙火山において、火山ガスが噴出している溶岩ドーム付近から水平距離で1300m離れた地点に本システムを設置し、火山ガスから放射されるの赤外光のスペクトルを測定した。色々な測定を試みた結果、冷えきっていない溶岩魂を背にして手前側のガスを測定するとSO_2やHClの吸収スペクトルが得られることが分かった。溶岩ドームの熱が赤外光源となり、火山ガス中で構成成分によって吸収を受け、観測点に届くことを示している。この結果は、火山ガス中のHClを遠隔測定で検出した世界で最初の測定であり、本方法が新しい測定法として有望であることを示している。

平成5年度に作成した火山ガス化学組成遠隔測定装置について、その性能を調べ、実際の火山観測を重ね、測定法を確立する上での問題点を観測機器やデータ処理の両面から検討した。野外観測は、昨年度も実施した雲仙火山に加え、阿蘇火山、九重硫黄岳火山において行った。本研究では、火山ガスから放射される赤外光を赤外望遠鏡で集光した後、フーリエ変換赤外分光計に導入し、赤外スペクトルを得るシステムを開発した。雲仙火山の観測結果では、SO_2とHClの吸収スペクトルを得ることに成功し、各成分の絶対濃度は求められないが、SO_2/HCl比が算出でき、火山ガス中のSO_2/HCl比の遠隔モニタリングが可能になった。ちなみに、火山ガス中のHClのリモートセンシングによる検出は、本研究が世界で最初である。本研究で開発した方法では、赤外吸収スペクトルで火山ガス中の化学成分を検出しているので、火山ガスの背後に赤外光源が必要である。雲仙火山の場合、山頂で成長しつつある溶岩ドームの前面から放出する火山ガスを観測でき、溶岩ドームの熱を赤外光源に用いることができた。阿蘇火山では、火口壁から火口底を見おろして観測ができ、火口底に溜っている70°C位の熱水を赤外光源として、火口内に充満しながら放出している火山ガスの吸収スペクトルを観測できた。本方法では、火山ガスが大気中へ拡散してからのガスを観測しているので、噴気孔内のガス組成から変化している。特に、H_2Sは大気中でSO_2に酸化される可能性がある。箱根火山の噴気孔ガスで大気による酸化を実験的に調べたところ、H_2Sの急速な酸化を確認し、遠隔観測で検出されるSO_2は、H_2Sが酸化したものも加えられていることが分かった。
TrkA受容体欠損疾患における侵害刺激への生体認知機構の解明

今年度は、分子生物学的な検討を中心とし、血液サンプリングからのDNAマイクロアレイ(ジーンチップ)を用いた変異スクリーニング検査を実施した。これまでに神経生理学的な検査として、感覚神経検査として脳磁図検査を受けた先天性無痛無汗症患者のうち、今回の研究に同意を得た8名(東京都2名、埼玉県3名、静岡県2名、長野県1名)を対象とした。ジーンチップを用いた変異スクリーニング検査では、コントロールとした健常成人の0.5倍以下、あるいは2倍以上を示した遺伝子を比較した。47,000の遺伝子の中で349の遺伝子において本疾患患者と健常成人において、有意な差がみられた。そこで、349の遺伝子の中でMAPK、TGF(transforming growth factor)-B receptor、ならびにp38 MAPKシグナル伝達系に着目し解析を進めた。その結果、これまで本疾患において指摘されていたTrkAシグナル伝達の異常に加えて、EGF (epidermal growth factor)、GRB2 (growth factor receptor-bound protein 2)、TGF-β(epidermal growth factor)、p38 MAPKカスケードのmRNAに正常からの変化が見られた。これらの変化が、本疾患における病態生理の説明になりえるか、現在検討中である。自律神経系からの検討に関しては、本疾患患者を対象として、起立負荷時の自律神経系の変化に関して、心拍変動を用いた解析を進めている。