hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腸内細菌が難消化吸収性糖質から産生する水素ガスの健康影響とその機序に関する研究

生体の酸化は加齢に伴う疾病発症や促進老化の要因であるため、強いラジカル消去能を示す水素分子の応用が期待され、生体外からの水素ガス吸入や溶存溶液摂取を供給手段とする研究が進められている。一方、食物繊維などの難消化吸収性糖質を経口摂取すると、腸内細菌がそれを利用して水素ガスが産生される。申請者らは、この腸内細菌由来水素ガスに着目して研究を進めた結果、老化促進モデルマウスや過剰鉄投与による肝障害モデルラットを用いた実験では、難消化吸収性糖質含有飼料摂取により、疾病の予防、ならびに重症化遅延の作用のあることを明らかにした。本研究では、腸内細菌由来水素ガスが疾病の発症遅延へ及ぼす作用機序および相互関連性を検討し、さらに生体内における水素ガスの動態・消長と各組織における分布ついて詳細に検討している。H29年度(初年度)に、疾病の発症予防や重症化予防についての動物飼育実験を終了し、H30年度はその詳細な解析と、適切なモデル動物の検討を行った。その結果、難消化性糖質摂取によって疾病モデル動物においても、腸内細菌による発酵性が保持されること、また、部分的には疾病の発症に対して予防的作用を発現することが明らかになった。関連遺伝子の解析の結果からは、ラットのみでなく、マウスを用いての検討が必要であるとの見解に達している。また、生体内水素ガスの分布についてラットを用いた実験を実施し、新規な知見となる結果を得ることができたため、これについて再現性実験を実施した。科学的エビデンスを確立するためには、今後も再現性実験を継続する必要のあることが明らかになった。さらに、水素ガスの測定方法について詳細な検討を行い、ガスの遊離方法や測定条件の詳細な検討を進め、測定方法確立に向けてのデータを蓄積した。おおむね順調に進展した理由は下記のとおりである。1本研究の申請にあたり、十分な予備実験を実施していたこと。2研究分担者、研究協力者の協力が得られたこと。3各担当が、その専門性を発揮し、適切に測定と考察を行っていること。4検討項目を適切に絞ることができたこと。5研究者間の連絡を密にとり、ディスカッションできたこと、以上が主な要因と考えている。次年度以降についても研究計画を大きく変えないで進める予定である。2番目の実験である、生体における水素ガスの分布と消長について、実験を開始したので、これを中心に実施する。具体的には、遺伝子関連の特定をするためには、ラットとマウスを用いての実験を検討する必要がある。実験実施に当たっては、現在の研究組織の研究者に加え、循環器専門の医師からの助言、ならびに発生学の専門家の助言を得て実施する予定である。本研究では、腸内細菌由来水素ガスが疾病の発症遅延へ及ぼす作用機序および相互関連性を検討し、さらに生体内における水素ガスの動態・消長と各組織における分布ついて詳細に検討する。まず、平成29年度は、生活習慣病発症モデル動物を用いて、分子量などの物理化学的性質の異なる2種類の難消化吸収性糖質含有飼料で飼育した。飼育中に水素ガス体外排出濃度を測定し、飼育終了後に解剖し、組織病理学的観察、ならびに血液生化学指標の測定、酸化ストレスおよび炎症関連指標について測定した。その結果、いくつかの臓器において、酸化ストレスとの関連性が示唆され、水素ガス体外排出との関連性が示唆された。これらの遺伝子発現ならびにタンパク質発現に関しては、今後測定を継続する予定である。一方で、生活習慣病モデル動物では、生活習慣病に関連する健康指標に対して、腸内細菌由来水素ガスの影響が顕著ではないことが示唆された。今後は、疾患モデルの種類による差異、ならびに飼料に混合する難消化吸収性糖質の種類などについても検討する必要性があるものと考える。2研究分担者、連携研究者の協力が得られたこと。3各担当ごとに専門性が発揮され、検討項目を適切に絞ることができたこと。4研究者間の連絡を密にとり、ディスカッションできたこと、以上が主な要因と考えている。

本研究では、腸内細菌由来水素ガスが疾病の発症遅延へ及ぼす作用機序および相互関連性を検討し、さらに生体内における水素ガスの動態・消長と各組織における分布ついて詳細に検討している。H29年度(初年度)に、疾病の発症予防や重症化予防についての動物飼育実験を終了し、H30年度はその詳細な解析と、適切なモデル動物の検討を行った。その結果、難消化性糖質摂取によって疾病モデル動物においても、腸内細菌による発酵性が保持されること、また、部分的には疾病の発症に対して予防的作用を発現することが明らかになった。関連遺伝子の解析の結果からは、ラットのみでなく、マウスを用いての検討が必要であるとの見解に達している。また、生体内水素ガスの分布についてラットを用いた実験を実施し、新規な知見となる結果を得ることができたため、これについて再現性実験を実施した。科学的エビデンスを確立するためには、今後も再現性実験を継続する必要のあることが明らかになった。さらに、水素ガスの測定方法について詳細な検討を行い、ガスの遊離方法や測定条件の詳細な検討を進め、測定方法確立に向けてのデータを蓄積した。おおむね順調に進展した理由は下記のとおりである。1本研究の申請にあたり、十分な予備実験を実施していたこと。2研究分担者、研究協力者の協力が得られたこと。3各担当が、その専門性を発揮し、適切に測定と考察を行っていること。4検討項目を適切に絞ることができたこと。5研究者間の連絡を密にとり、ディスカッションできたこと、以上が主な要因と考えている。次年度以降についても研究計画を大きく変えないで進める予定である。今回の実験結果から、疾病のモデル動物についてはその種類を選定するかの検討が必要である。また、2番目の実験である、生体における水素ガスの分布と消長について、具体的に実験を進める予定である。実験実施に当たっては、現在の研究組織の研究者に加え、循環器専門の医師からの助言を得て実施する予定である。2番目の実験である、生体における水素ガスの分布と消長について、実験を開始したので、これを中心に実施する。具体的には、遺伝子関連の特定をするためには、ラットとマウスを用いての実験を検討する必要がある。実験実施に当たっては、現在の研究組織の研究者に加え、循環器専門の医師からの助言、ならびに発生学の専門家の助言を得て実施する予定である。ほぼ予定のとおり予算を使用した。旅費や機器類をなるべく低価格で購入した結果、8万円程度の差異が生じた。次年度は機器類の購入予定はなく、実験によって調製したサンプルの測定を集中的に実施する。したがって、試薬類や消耗品等の物品費として使用する。差異が生じた理由は下記のとおりである。1人件費を使用しなかったこと、2消耗品の一部を実験の進捗状況に合わせて次年度購入にしたこと。次年度の実験計画は予定のとおり進める。本年度の消耗品購入を延期したものについては、次年度に購入して実験を予定の通りに遂行する。
魚類腸内細菌の生産する抗病因子に関する研究

1.ヒラメ飼育水槽水における細菌相の動態を解析したところ、海水中のVibrioの多くがヒラメの糞便由来であることが示唆された。2.沿岸海産魚類の腸管から分離したClostridium属細菌およびグラム陽性球菌の生理学的性質を調べ、これらの細菌が海産魚類の腸管環境に適応していることを見いだした。3.河川の魚類腸管や環境から分離した細菌の抗菌活性を調べ、1.13.4%の菌株が魚類病原細菌などの増殖を阻害することを明らかにした。4.沿岸動物や環境から分離した細菌抗菌活性を測定し、1.011.1%の菌株が魚類病原細菌に抗菌活性を示すことを見いだした。5.Vibrio sp.NM10の生産する抗菌活性について検討したところ、本活性が蛋白またはペプチドによることが示唆された。7.沿岸魚類および環境由来の細菌の抗菌活性を測定し、15%がP.piscicida K-IIIの増殖を阻害したことなどから、腸内常在細菌が生産する抗菌物質が一部の病原細菌の定着を阻止することが示唆された。8.Aeromonas株の8894%が抗菌作用をもつ酢酸を生産することから、酢酸による病原細菌の定着阻止が示唆された。9.Aeromonas属およびVibrio属細菌のprotease生産能を測定し、多くの菌株がserine proteaseおよびmetalloproteaseを生産することを見いだした。10.海産魚類から分離した細菌の10%がneuraminidaseを生産することから、本酸素が魚類腸管での細菌の定着に関わっていることが示唆された。3.Vibrio sp.NM10の生産する抗菌活性について検討した。その結果、(1)本菌は50%海水で調製した1/5PYBG培地(pH7.59.0)で20°C、24時間培養したときにも最も高い活性を示した。また(2)本菌の生産する抗菌物質は熱に不安定であり、セリンプロテアーゼに感受性を有することから、蛋白性の抗菌物質であることが示唆された。4.Bacillus sp.NM14の生産する抗菌物質は、塩化鉄を添加することによって活性が低下することから、鉄を結合する性質を持つsiderophoreであることが示唆された。1.循環ろ過式水槽においてヒラメ稚魚を飼育し、飼育水、ヒラメ腸管内容物および配合飼料の細菌相を経時的に調査した。その結果、飼育水ではFlavobacterium,MoraxellaおよびPseudomonasが常時優占したが、Vibrio属細菌はヒラメ収容時に優占した。Vibrioはヒラメ腸管の優占菌であり、配合飼料から検出されないなどから、ヒラメ収容時に出現するVibrioがヒラメの糞便由来であることが示唆された。2.沿岸で採取したマアジ、ヒイラギおよびアカカマスの腸管内容物ではVibrioが5100%を占め、優占菌であった。これらの腸管および環境由来の細菌681株の魚類病原細菌に対する抗菌活性を測定したところ、102株がPasteurella piscicidaK-III、7株がEnterococcus seriolicida ATCC 49156、2株がVibrio anguillarum ATCC 19264およびV.vulnificusRIMD2219009の増殖を阻害した。これらの結果から、腸内常在細菌が抗菌物質を生産することによって、少なくとも一部の病原細菌の定着を阻止していることが示唆された。3.淡水魚類の代表的腸内細菌であるAeromonas属細菌のプロテアーゼ生産能について検討したところ、A.hydrophilaおよびA.jandaciの生産能が最も高いことが判明した。また2種類の酵素阻害剤に対する反応などから、Aeromonas属細菌が複数のプロテアーゼを生産することが示唆された。4. Aeromonas細菌の有機酸発酵能を測定したところ、すべての菌株が乳酸を生産し、さらに8894%が酢酸を生産することが判明した。

酢酸も抗菌作用を有することから、これらによる病原細菌の定着阻止の可能性も考えられた。1.海産魚類から分離した偏性嫌気性細菌が魚類腸管環境に適応しているか否かを検討する目的で、江ノ島付近で採取したマアジおよびアカカマスの腸管から常法によってClostridium属細菌6株およびグラム陽性球菌1株を分離し、生理学的性質を調べた。その結果、多くの菌株が0%海水では増殖を阻害され、最適温度が低温域(15°C付近)であった。またいずれの菌株も低pHおよび胆汁酸に抵抗性があることなどから、これらの細菌が海産魚類の腸管環境に適応していることが強く示唆された。2.ヒラメ腸管常在菌のVibrio属細菌の重要な病原因子であるプロテアーゼ生産能を調べる目的で、稚仔魚から分離したVibrio属細菌780菌株のプロテアーゼ生産能を測定した。プロテアーゼ活性の最大値および最低値(平均)はそれぞれ孵化後109および67日目に観察された。1.00U/μg以上の高生産株は孵化後3、23および45日目に検出されたが、全体の62%は0.10U/μg以下の低生産株であった。また全Vibrio株の61および50%がPMSFおよびOPAに阻害されることから、多くの菌株がセリンプロテアーゼおよびメタロプロテアーゼを生産することが判明した。3.微生物が腸管に定着するときの重要な因子であるノイラミニダーゼを海産魚類腸内細菌が生産するか否かを検討する目的で、海産魚類4種の腸管から分離した細菌836株のノイラミニダーゼ生産能を蛍光基質を用いて測定した。9%の分離菌株がノイラミニダーゼを生産し、とくに海産魚類の常在菌であるVibrio属細菌の10%が本酵素を生産したことなどから、ノイラミニダーゼが細菌の魚類腸管での定着に深く関わっている可能性が強く示唆された。
環境負荷低減を目指した既存木造住宅の低コスト耐震性能制御法の構築

本研究では、地球環境負荷や地域固有の住文化の継承と良好な住宅ストック形成に配慮しつつ、既存伝統木造住宅の安全性向上の促進と地震被害の低減を目指して、下記のような研究・開発を行った。a)蟻害・腐朽による生物劣化や大地震による損傷後の残存耐震性能の評価技術を高度化した。b)低コストで環境負荷に配慮した耐震性能評価法、耐震補強法や補修法の開発を行した。c)費用対効果や環境負荷低減効果の観点から、耐震補強法や復旧方法の評価する法を構築し、全国各地の調査地域への適用性を検討した。A.残存性能の診断と評価<室内実験>:まず、既往の静的載荷実験で用いた試験体を対象として行った含水率測定法、超音波法、貫入抵抗法などの非破壊・半破壊試験の結果と料試験結果との関係をデータベース化し、分析した。また、解体予定の京町家について非破壊・半破壊試験法を用いた劣化診断を行い、解体後に切り出した柱試験体について材料実験を行って、劣化診断結果の材料特性への関係付けを行った。以上のように、既存建物の残存性評価のための材料診断法について検討した。<既存住宅調査>:京都府伊根町の既存木造住宅26棟について、構造詳細調査・劣化診断・耐震診断などを行ってデータベース化した。H23度以降に行う耐震補強法・耐用年数予測式・耐久性診断法・劣化診断法の構築に用いる。B.性能制御法の開発代表的な単位軸組試験体6種類7体を対象とした振動台実験と解析を実施した。加振波として、内陸地殻内地震を想定したパルス性地震動と告示波を用い、パルス性地震動に対する最大応答予測法の開発を行った。また、2体を同時に加振し、連たんする町家の地震時衝突挙動評価法の構築を行った。C.目標性能の評価まず、木造住宅について、地震時損傷や生物劣化の補修、あるいは耐震補強に要する費用や環境負荷の算出法を構築した。環境負荷の指標として、建物使用期間中の廃棄物量とそのCO2換算値などを考えた。次に、木造住宅の生物劣化や地域の地震活動度を確率論的に評価して、性能制御を行う時期や設計時に性能制御技術の選択を支援するための費用対効果・環境負荷低減効果評価法について枠組み構築を行った。A.残存性能の診断と評価<室内実験>:京町家を忠実に再現した1層骨組あるいは2層骨組の試験体を製作し、静的載荷実験とその解析を行って耐震性能を確認する。実験は最大変形角R=0.15程度の大変形域で抵抗力が完全に喪失するまで繰り返し載荷を行う。H23年度は、H24年度に実施予定の2層試験体も含めて、大変形領域まで加力可能な加力・計測システムの開発を新たに行う。そして、1層試験体について加力実験を行って性能制御法の基本性能の把握を行った。また、腐朽促進をおこなった接合部を対象として静的加力実験を行い、劣化後の残存性能について検討を行った。<既存住宅調査>:南海地震の想定被災地で大きな震動被害と津波被害が予測される和歌山県(湯浅町)の既存木造住宅10棟について、構造詳細調査・劣化診断・耐震診断などを行ってデータベース化した。B.性能制御法の開発骨組を構成した試験体を用いて、(1)大地震時を想定した加力(最大層間変形角R=0.1程度を目安)を行った後、(2)接合部の軽微な損傷部を応急復旧し、最大余震を想定して載荷(R=0.07程度を目安)を行った。その後、(3)別の大地震を想定して完全に耐力を喪失するまで載荷を行った。本年度は、透明素材を用いた斜め貫を用いてPΔ効果による大変形領域の耐力低下を相殺し、倒壊限界変形を増大せしむる補強法の提案を目指し、プロトタイプ実験を行った。C.目標性能の評価H23年度は、環境負荷評価に係るデータ収集(廃棄物量、補修・補強の経費やCO2換算値など)を行った。また、木造住宅の想定地震に対する地震被害シミュレーションを行って損失額や環境負荷を計算し、耐震補強効果の有効性とその地域性について分析を行った。[残存性能評価法]として、H24年度に引き続き、実用的な耐久性診断法と劣化診断法について検討した。特に、応力波を利用した完全非破壊型の材料試験法を構築し、既存伝統木造住宅柱のヤング係数や曲げ強度の同定し、耐震安全性評価上、極めて重要な垂壁付き架構の合理的な変形性能評価を可能とした。また、全国の代表7地区の伝統木造住宅における柱(杉材、檜材)を対象とした計測結果を比較した。そして、地域間・地域内でヤング係数や曲げ強度に顕著な差があることを示し、試験法の有用性を示した。

[性能制御法の開発]としては、前年度に行った2層2構面の試験体を再利用し、一部補修を行った通し柱を有する試験体を作成し、静的加力試験を行った。まず、補修した2体の通し柱試験体(1階壁抜け試験体と連層壁試験体)が終局状態(柱の折損、PΔ効果による復元力の喪失)の確認した。そして、2次元線材線材解析モデルと簡易な限界耐力計算法の2種類の計算法について、それぞれの安全限界の設定について検討を行った。[目標性能の評価]として、これまで調査済みの高知県、三重県、大阪府、山口県、宮城県、長野県などの伝統木造住宅調査データに、本研究で調査を行った、石川県、京都府(京都市、美山町、伊根町)、和歌山県湯浅町、三重県亀山市関町などの調査結果を加えて、データベースの充実をはかった。そして、まず、全国の伝統的木造住宅の構造特性の地域性について、統計的な観点から分析を行い、建物高さ、降伏ベースシア係数、床面積あたりの柱本数、柱径などに違いがあることを明らかとした。そして、地震危険度の違いや木造住宅の構造特性や劣化状況を踏まえて、予想される損失額や環境負荷を評価し、各地の耐震補強の目標性能と補強法の違いについて検討を行うとともに、地域に適した性能制御法について提言を行った。A.残存性能の診断と評価(担当:室内実験(多幾山、守、林)、現地調査(腰原、林))<室内実験>: H22-23年と同様に、既存住宅の完全非破壊劣化診断や解体住宅の劣化診断を行った。劣化診断や材料試験の結果を反映した2次元非線形骨組解析を実施して劣化の影響を分析し、劣化診断結果を反映可能な残存性能評価法(耐震診断法)の構築を目指した検討を行った。<既存住宅調査>:東南海地震の想定被災地で大きな震動被害が予測される三重県亀山市関町の既存木造住宅10棟について、構造詳細調査・劣化診断・耐震診断などを行ってデータベース化した。また、和歌山県湯浅町で、昨年度実施した住宅調査の結果について、行政と住民を対象とした調査報告会を実施した。B.性能制御法の開発(担当:大西、林、多幾山)骨組を構成した解体試験体や劣化試験体を用いて、(1)大地震時を想定した載荷(最大層間変形角R=0.1程度を目安)を行った後、(2)損傷部を応急復旧し、最大余震を想定して載荷(R=0.07程度を目安)を行う。その後、本格的な補強・補修を行い、(3)別の大地震を想定して完全に耐力を喪失するまで載荷を行う。H24年度は、2層2構面の新規試験体を作成し、パルス性地振動を入力とした振動台実験を行った。試験体は、通し柱試験体と梁通し試験体で、乾式パネルが左右非対称に設置した。大変形時の柱脚浮上りと滑り挙動、1層の乾式パネルが存在しない時の第1層への変形集中特性、損傷後に1層に乾式パネルを設置して補修した際の挙動などについて調べた。C.目標性能の評価(担当:川瀬、田村、林)平成24年度は、地震活動の時間変化と木造住宅の残存耐用年数予測に基づいて、性能制御法の費用対効果や環境負荷低減効果を確率論的に概算評価可能な目標性能評価式を構築した。そして、被災した住宅の継続使用性や修復可能性の評価法について検討を行った。A.残存性能の診断と評価、B.性能制御法の開発、C.目標性能の評価、と3項目で構成されており、A.については、<室内実験>とく既存住宅調査>を行う。各項目について、概ね、当初計画に従って研究を推進できており、6編の全文査読論文が掲載され、現在、国際会議発表予定論文が4編、掲載予定全文査読論文3編の成果が上がっており、概ね順調に進展していると考えています。
血管増生因子が膀胱癌の発育・進展様式に及ぼす影響

代表的血管増生因子であるVEGF、FGFsの膀胱癌における役割を解析し、本腫瘍の悪性度におよぼす影響について検討した。1)尿路上皮癌におけるVEGF遺伝子の発現を検索した。VEGF遺伝子は膀胱癌の40%で過剰発現し、筋層浸潤癌では表在癌より高発現していた(p<0.05)。また、Flt-1とVEGFの遺伝子発現は有意に相関した。膀胱癌ではVEGFが過剰発現し、その受容体を介して積極的に血管増生が行われていると考えられた。2)原発性表在性膀胱癌における血管増生因子の局在と腫瘍血管密度ならびに膀胱内再発との相関を検討してみた。VEGF,bFGF,aFGFの癌細胞における染色陽性率は50%,23%,43%であった。最高血管密度はpT1がpTaに比し有意に高かった。平均血管密度と平均血管交差数は腫瘍が正常より有意に高かったが、染色陽性血管新生因子数と強い負の相関を認めた。また非再発群が再発群より高く、平均血管交差数/平均血管密度=血管径比は再発群が有意に高かった。以上から、血管増生因子の発現は腫瘍悪性化とは正に、血管密度とは負に相関したが、腫瘍の基底膜下浸潤の際の局所の血管新生を担うと考えられた。一方、膀胱内再発は血管密度が低く血管径の太い例に多いと考えられた。3)VEGF遺伝子発現の制御機構について尿路移行上皮癌でのVEGF遺伝子発現にp53遺伝子が影響を及ぼすか検討した。しかし、p53遺伝子の異常をみた群と異常をみなかった群でVEGF遺伝子発現強度に有意差はなかった。VEGF遺伝子とp53遺伝子はいずれも尿路移行上皮癌の悪性度に重要な役割を持つが、p53失活とVEGF遺伝子発現には相関がなかったことから、VEGF発現には他の制御機構が関わると考えられた。本研究から、膀胱癌では血管増生因子とくにVEGFが癌の発生から悪性化と血管新生に積極的に関与することが示された。平成7年度は動物を用いて2つの実験を行った。すなわち、1.ラットにN-buty1-N-(4-hydroxybuty1)nitorsamine(BBN)含有水を10週間摂取させて、膀胱腫瘍発生まで隔週に20週間にわたり経時的にラットを屠殺し、膀胱を摘出した。そして、この膀胱組織でのVEGFとFGFsの経時的な発現を調べた。また、2.このBBN含有水を摂取させることとともに血管増生阻害剤(TNP-470)を15mg/kg隔日に10回皮下投与した。そして、腫瘍の発生数と大きさを比較し、TNP-470投与による抗腫瘍効果を検討した。BBN投与開始が6月はじめであったため10月から発生した膀胱腫瘍の解析を開始しているので、最終的結果は出ていないが、現時点では腫瘍の発生進展にともない血管増生因子、特にVEGFの発現が高進するという傾向が得られている。これに対して、bFGFの発現レベルは低く、発現量の増加は明らかではない。血管新生阻害物質投与実験では、TNP-470投与群と非投与群に腫瘍発生様式に差はみられず、TNP-470のこの投与量と期間では腫瘍発生を抑制できなかった。

ヒト膀胱癌については腫瘍発育様式と血管増生因子発現の有意な関連を見いだすべく、VEGF、bFGF、KDR、およびFLT-1に対する抗体を用いた免疫組織染色を行い検討中である。表在性膀胱癌における血管新生因子の発現と腫瘍血管密度ならびに膀胱内再発との相関を検討してみた。原発性表在性膀胱癌40例と正常組織11例を対象とし,第VIII因子関連抗原,血管内皮増殖因子(VEGF),塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF),酸性線維芽細胞増殖因子(aFGF)免疫染色を施行した。第VIII因子染色標本を用い,最も血管の多い部位の血管密度を最高血管密度とした。16分画グリッドを用いてグリッド内の血管数と,血管壁とグリッド直線との交差数を腫瘍部全域において計測し,腫瘍隣接間質における平均血管密度と平均血管交差数を算出した。その結果、VEGF,bFGF,aFGFの腫瘍組織における染色陽性率は50%,23%,43%であり,正常上皮ではaFGFが1例のみ陽性であった。最高血管密度はpT1がpTaに比し有意に高かった。平均血管密度と平均血管交差数は腫瘍が正常より有意に高かったが,染色陽性血管新生因子数と強い負の相関を認めた。また非再発群が再発群より高く,平均血管交差数/平均血管密度=血管径比は再発群が有意に高かった。以上の結果から、表在性膀胱癌において,VEGF,bFGF,aFGFの発現は悪性化との関連が示唆されたが,血管密度とは負の相関がみられた。腫瘍の基底膜下浸潤には局所の血管新生を伴うと考えられた。膀胱内再発は血管密度が低く血管径の太い例に多いと考えられた。
がん微小環境における免疫抑制性細胞分化制御ネットワークのregulome解析

GEOデータベースに公開されている血球系細胞14種類の遺伝子発現データを取得し、それぞれの細胞種で特異的に発現している転写因子を同定した。これらの転写因子のプロモータ中に高頻度に存在している転写因子の結合モチーフを抽出した。この情報に基づき、転写因子間の制御ネットワークを構築した。その結果、HSCと他の前駆細胞とでは転写制御ネットワークの構造が大きく変化することが解った。HSCの転写制御ネットワークでは、お互いに双方向性に制御し合う関係にある転写因子がネットワーク中に多く存在するのに対して、MPP、CLP、CMPのネットワークでは、少数の転写因子によって大多数の転写因子の発現が一方向性に制御されていることが解った。すなわち、前駆細胞の制御ネットワークは、他の転写因子を制御する転写因子のネットワークからなる制御層、一方向性に制御される側の転写因子のネットワークからなる出力層の、二層構造になっている。HSCから前駆細胞へ分化のステップが進む際に見られる全能性や自己複製能の喪失は、転写制御ネットワークの構造が変化することと関連していると考えられる。正常の血球系細胞の遺伝子発現データを使って、細胞種特異的に発現している転写因子を想定し、プロモータ領域に存在する転写因子結合モチーフの情報から、細胞種特異的転写因子の制御ネットワークを推定した。遺伝子発現データの取得発現変動遺伝子の抽出細胞種特異的転写因子の同定プロモータに存在する転写因子結合モチーフの同定転写制御ネットワーク構築と言う一連のプロセスが確立できた。構築された制御ネットワークは従来の血球系細胞の分化モデルと符合しており、妥当なものと考えられる。媒介中心性やdegree distributionなど、ネットワークの構造を表す指標を計算して、ネットワークの構造を解析した。様々なネットワーク構造の解析手法を用いて、細胞の分化に伴う転写制御ネットワークの構造の変化を評価することが可能となった。今回は公共データベースに公開されている正常血球系細胞のデータを使ったが、このネットワーク構築の方法はTumor Associated Macrophage(TAM)にも応用することができる。次年度ではTAMの遺伝子発現プロファイルを用いてTAM特異的転写因子を抽出し、プロモータ解析を行いネットワーク構築へと進展していく予定である。この成果についてはAnnual Meeting of Mathematical Biology 2018Sydneyで口頭発表を行った。また現在英文雑誌への投稿を準備しているところである。正常の血球系細胞のデータを使って、転写制御ネットワーク構築の手法と、ネットワーク構造の解析方法を確立したので、今後はTAMの発現データを使って研究を進めていく予定である。TAMの遺伝子発現プロファイルから、TAM特異的転写因子を抽出し、そのプロモータ領域に存在する転写因子結合モチーフを同定し、その情報に基づいてTAMにおける転写制御ネットワークを構築する。TAM特異的転写制御ネットワークの構造を解析して、TAMへの分化を制御するマスターレギュレーターの同定を試みる。血球系細胞の転写制御ネットワークで観察されたような二層構造がTAM特異的転写制御ネットワークにも観察されると期待される。そこでは制御層にあたる少数の転写因子によって、出力層の多数の転写因子が一方向性に支配されると考えられる。このように、その下流で大多数のTAM特異的転写因子を制御している転写因子がTAM分化のマスター制御因子の候補として挙げられる。転写制御ネットワークの解析が進んだところで、シグナル経路の解析に研究を進めていく予定である。TAM分化のマスター制御因子の発現を制御している細胞内シグナル伝達経路の同定を試みる。KEGGなどのパスウェイデータベースを検索し、細胞外のシグナルからTAM分化マスター制御因子へ至るシグナル経路を同定する。次に。がん細胞自身やがん組織に浸潤している免疫系細胞などの発現プロファイルを取得し、TAM分化のマスター制御因子に至るシグナル経路を活性化しているシグナル分子を分泌している細胞を同定し、これらの細胞とTAMをつなぐシグナル分子のネットワークを構築する。最終的に細胞間シグナルネットワークTAM特異的転写制御ネットワークからなるTAM分化の制御ネットワークの全容を明らかにしていく予定である。

媒介中心性やdegree distributionなど、ネットワークの構造を表す指標を計算して、ネットワークの構造を解析した。様々なネットワーク構造の解析手法を用いて、細胞の分化に伴う転写制御ネットワークの構造の変化を評価することが可能となった。今回は公共データベースに公開されている正常血球系細胞のデータを使ったが、このネットワーク構築の方法はTumor Associated Macrophage(TAM)にも応用することができる。次年度ではTAMの遺伝子発現プロファイルを用いてTAM特異的転写因子を抽出し、プロモータ解析を行いネットワーク構築へと進展していく予定である。この成果についてはAnnual Meeting of Mathematical Biology 2018Sydneyで口頭発表を行った。また現在英文雑誌への投稿を準備しているところである。正常の血球系細胞のデータを使って、転写制御ネットワーク構築の手法と、ネットワーク構造の解析方法を確立したので、今後はTAMの発現データを使って研究を進めていく予定である。TAMの遺伝子発現プロファイルから、TAM特異的転写因子を抽出し、そのプロモータ領域に存在する転写因子結合モチーフを同定し、その情報に基づいてTAMにおける転写制御ネットワークを構築する。TAM特異的転写制御ネットワークの構造を解析して、TAMへの分化を制御するマスターレギュレーターの同定を試みる。血球系細胞の転写制御ネットワークで観察されたような二層構造がTAM特異的転写制御ネットワークにも観察されると期待される。そこでは制御層にあたる少数の転写因子によって、出力層の多数の転写因子が一方向性に支配されると考えられる。このように、その下流で大多数のTAM特異的転写因子を制御している転写因子がTAM分化のマスター制御因子の候補として挙げられる。転写制御ネットワークの解析が進んだところで、シグナル経路の解析に研究を進めていく予定である。TAM分化のマスター制御因子の発現を制御している細胞内シグナル伝達経路の同定を試みる。KEGGなどのパスウェイデータベースを検索し、細胞外のシグナルからTAM分化マスター制御因子へ至るシグナル経路を同定する。次に。がん細胞自身やがん組織に浸潤している免疫系細胞などの発現プロファイルを取得し、TAM分化のマスター制御因子に至るシグナル経路を活性化しているシグナル分子を分泌している細胞を同定し、これらの細胞とTAMをつなぐシグナル分子のネットワークを構築する。最終的に細胞間シグナルネットワークTAM
骨格筋内脂肪細胞によるアディポカインが慢性疼痛発生に及ぼす影響の解明

腱断裂や神経損傷などに伴う筋の不動化により、骨格筋内には脂肪細胞が浸潤し、脂肪細胞が分泌するアディポカインが筋肉に影響を与えるとされている。アディポカインの中でAdiponectinに注目し、慢性炎症への影響について検討した。in vitro実験系により、炎症環境でのAdiponectinの抗炎症作用が示された。in vivo実験系にて腱断裂及び神経損傷モデルで筋萎縮及び脂肪変性が確認された。萎縮し、脂肪変性を来たした筋肉内で炎症性サイトカインの上昇と抗炎症効果を有するAdiponectinの低下を認めた。不動化した筋肉内では、浸潤した脂肪組織が関与する慢性炎症が生じ臨床成績を悪化させうる。外傷による腱断裂や神経損傷などによる筋不動化により、骨格筋内には脂肪細胞が浸潤することが報告されている。脂肪細胞はエネルギー貯留のみならず、サイトカインを分泌する内分泌期器官としての役割が注目されている。脂肪細胞が分泌するサイトカイン(アディポカイン)の中には、アディポネクチンや炎症性サイトカインが含まれている。脂肪変性の分子メカニズムには未知の部分が多く、その発症機序、病理学的意義、そして疼痛や機能障害との関連性などについて詳細な検討はなされていない。これらのメカニズムや関連性を解明し、筋肉内脂肪変性や脂肪浸潤による筋力低下や疼痛を改善することを目的とした。本年は上記の目的に従い、脂肪細胞より分泌されるアディポカインの働きを明らかにするため、ラット腱細胞を炎症性サイトカインを添加した炎症培地で培養し、同じく脂肪細胞より分泌されるアディポネクチンを加え、腱細胞においても抗炎症作用を示すかどうかを検討した。その結果として、アディポネクチンの添加後一日における抗炎症作用が認められた。動物実験モデルにて腱断裂や神経損傷による筋肉内脂肪変性および脂肪浸潤を調査するため、腱断裂モデル及び神経損傷モデルを確立した。今後の展望として、より短時間でのアディポネクチンの抗炎症作用を精査すること、及び作成した動物実験モデルにて腱断裂や神経損傷による筋肉内脂肪変性および脂肪浸潤、及び変性部におけるアディポネクチンを含めたアディポカインの局在などを調査することにより、変性や疼痛を惹起するメカニズムを明らかにしていく。現在の進展状況としては、投与1日におけるアディポネクチンのラット腱細胞での抗炎症効果を確認した。今後の方向性としてはより短期における抗炎症効果を確認することとしている。作成した腱断裂モデルや神経損傷モデルでのサンプルを採取している段階である。サンプルの準備ができ次第、組織学的、分子生物学的(免疫組織染色やリアルタイムPCR)解析を行うことにより、筋肉内脂肪変性および脂肪浸潤を含めた変性メカニズムを明らかにし、その後順次発表や執筆を行う予定である。2016年下旬には解析の終了予定であるので概ね順調に進展していると考えられる。腱断裂や神経損傷などに伴う筋の不動化により、骨格筋内には脂肪細胞が浸潤する。脂肪細胞はサイトカインを分泌する内分泌器官としての役割があり、これらはアディポカインと呼ばれ慢性炎症に関与することが知られている。脂肪変性の分子メカニズムには未知の部分が多く、詳細な検討はなされていない。アディポカインの中でAdiponectinの作用に注目し、筋肉内脂肪変性や慢性炎症への影響について検討することを目的とした。12週齢のSDラットを使用した。腱断裂モデルとして、右アキレス腱を切離し、5mm欠損を作成した。一方、右大腿後面で坐骨神経を血管縫合用のクリップにより5分間圧挫し、神経損傷モデルを作成した。両群で腓腹筋について分子生物学的、組織学的に評価し、対照群と比較検討した。筋湿重量は、腱断裂群、神経損傷群でともに対照群と比較して有意に低下していた。real-time PCRでは、両群で脂肪分化マーカーであるC/EBP、PPARγの有意な発現増加を認めた。炎症性サイトカインであるIL-6は、両群で発現上昇の傾向を認めていたが、神経損傷群でのみ有意な発現増加を認めた。組織所見として、両群において筋内脂肪変性を認めていた。免疫組織染色においては、Adiponectinの発現は神経損傷群で低下していたがその受容体であるAdipoR1においては明らかな差は認めなかった。ラット腱断裂及び神経損傷により、腓腹筋の筋湿重量低下および脂肪分化マーカー、炎症性サイトカインの上昇を認め、筋肉内脂肪変性及び慢性炎症を来たすことが示唆された。昨年度の研究成果として、筋腱細胞におけるAdiponectinの抗炎症作用が認めており、神経損傷モデルで筋肉内Adiponectinの低下を認めた。腱断裂や神経損傷による筋肉内脂肪変性及び慢性炎症からの回復、治癒過程におけるAdiponectin発現の評価が必要である。

今後の研究の推進方策としては12時間など24時間以内のアディポネクチンの抗炎症作用をラット腱細胞を培養することにより明らかにする。動物実験としては、作成した腱断裂モデルや神経損傷モデルでのサンプルを採取し、組織学的、分子生物学的(免疫組織染色やリアルタイムPCR)解析を行うことにより、筋肉内脂肪変性および脂肪浸潤を含めた変性メカニズムを明らかにし、その後順次発表や執筆を行う予定である。整形外科本年度は、腱細胞を用いたin vitroでの実験が中心であり、当初予定していた動物実験は開始するのが遅れたため、支出額が抑えられ、次年度使用額が生じた。次年度は、動物実験が中心となり、その動物購入や飼育費及び組織学的、分子生物学的解析に充当する予定である。さらに研究成果を学会活動や論文投稿により発表してく予定としており、これに要する費用に助成金を充当する予定である。
斬新なセルロースの非晶化技術とリアクティブ粉砕の融合による新機能性材料の開発

研究代表者は、温度制御型臼式粉砕装置を用いて澱粉やセルロースに代表される糖質材料の結晶構造を瞬時に崩す画期的な非晶化技術を開発してきた。本研究は、この非晶化技術を粉砕時の化学変性を可能とするリアクティブ粉砕技術へと発展させるものである。本研究により、臼で粉砕する際にセルロースがエステル化する可能性が見出せた。ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ナイロンなどの糖質以外のプラスチック材料が温度制御型臼式粉砕装置により低結晶化できることがわかった。さらに、非晶化したセルロースが樹脂材料との複合化に優位であることを示した結果はリアクティブ粉砕技術の複合材料への応用展開を示唆するに十分なものである。小テーマ1『セルロースのリアクティブ粉砕の可能性』本検討項目では申請者の独自手法である「粉砕にセルロースの非晶化技術」を用いることによるセルロースのリアクティブ粉砕の可能性を明らかにする。初年度は、その前段階として、第一にセルロースを非晶化することで、本当に効率的な化学的な変性が可能になるのかを明らかにした。具体的には、ヨウ素触媒存在下でのプロピオン酸無水物及び酪酸無水物を用いたセルロースのエステル化において、非晶化したセルロースの方が結晶性セルロースよりも2倍以上反応速度が速いことを明らかにした。また、無水酢酸と上記の酸無水物を混合した混合エステル化では、非晶化したセルロースの方がより均等にエステル化されることが分かった。以上から、本研究で用いたセルロースのエステル化において、非晶化が高速化に有効であることを明らかとした。テーマ2『プラスチック材料への適用の可能性』ナイロン11が強誘電性を示すにはδ'型(擬六方晶系)という結晶系に制御することが重要である。今年度は、様々な臼温度条件下でナイロン11を本手法で粉砕し、粉砕条件の模索及び得られた試料の物性変化について検討を行った。具体的には粉砕後のDSCによる結晶化度測定、広角X線回折による結晶構造解析を行った。実験の結果、温度制御粉砕により得られたナイロン11の結晶化度は粉砕前と比較し低下することが確認された。さらに粉砕後のナイロン11の広角X線測定の結果より回折ピーク数や回折ピークから解析された格子間距離から結晶系の断定も行った。この結果から低温下(臼温度-5oC)で粉砕した試料において、δ'型(擬六方晶系)への制御が可能なことが示された。この結果はナイロン11の結晶系を温度制御粉砕により制御できることを意味しており興味深い結果と言える。本研究の主目的である温度制御粉砕によるナイロン11の結晶系制御に関する結果が順調に得られていること、セルロースのリアクティブ粉砕に先立った非晶性セルロースの反応性に関する結果が順調に得られたことを総合的に判断した。〇小テーマ1『セルロースのリアクティブ粉砕の可能性』今年度は、リアクティブ粉砕によるマレイン酸無水物を用いたセルロースのエステル化について検討を行った。リアクティブ粉砕後の試料の反応性を明らかにするためFT-IRによる官能基評価を行った。リアクティブ粉砕により得られた試料ではエステル由来のピークが確認された。またリアクティブ粉砕の回数を増加させることで、エステル化がより進行することが示唆された。一連の検討の結果、本研究で提案したリアクティブ粉砕によりセルロースのエステル化の可能性が見出せた。〇小テーマ2『プラスチック材料への適応の可能性』本研究の手法を様々な臼温度条件下でナイロン12、PET、PLAに対して適応した。具体的には粉砕条件の影響や得られた試料の物性変化について検討を行った。粉砕後のDSC及び広角X線回折による結晶化度測定を行った結果、温度制御粉砕により得られた各試料の結晶化度は粉砕前と比較し、低下することが確認された。また、低温下(臼温度-5度)で粉砕した試料において、より低結晶化することが示された。以上から、リアクティブ粉砕による多種のプラスチック材料の変性の可能性が示唆された。〇小テーマ3『リアクティブ粉砕によるセルロース複合材料の開発』高分子材料と非晶性セルロースを複合化した材料の基礎物性を明らかにし、申請者が提案するリアクティブ粉砕によるセルロース複合材料の開発の可能性を検討する。ここではポリプロピレン/マレイン酸変性ポリプロピレン/セルロースを複合化し、機械的物性への影響を明らかにした。複合材料の一軸引っ張り試験を行った結果、非晶性セルロースを添加した系では結晶性セルロースを添加した系にはない延性的な性質を示した。この結果はリアクティブ粉砕により得られたセルロースとポリプロピレンを複合することで、物性向上の可能性を示唆するものである。平成28年度の研究において非晶性セルロースは結晶性セルロースと比較して化学的反応性に優れることが明らかになった。

今後は粉砕過程においてセルロースの非晶化と化学反応を同時に行う「リアクティブ粉砕」の実験を進めることで当初の目的の達成を目指す。このような検討を系統的に進めることで本研究は当初計画通りに進むと考えている。高分子物性工学初年度は最終目標である粉砕によるリアクティブ粉砕の前段階の実験として非晶性セルロース単体の反応性に関する実験検討を行った。そのためリアクティブ粉砕に向けた粉砕システムの改造に向けた予算が予想よりも少なくなったため初年度予算の執行が少なくなった。平成29年度は本研究の主目的である粉砕過程におけるリアクティブ粉砕の実験を実施するため、粉砕システムの改良、開発が開始されるため、今年度は本検討に残予算を執行する。また最終年度であるため成果の公表に関わる学会参加、発表に関わる旅費等について予算を執行する。
結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発

本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた.H23,24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った.計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした(APL2012).また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした(PRB 2012).H25年度においてCIS粒界の構造を決定し,バンドギャップとベンディングが,粒界原子の配位環境に相関してることを突き止めた(APL2014).またSeリッチ雰囲気では粒界への空孔偏析がほとんど起こらないことを明らかにした.(JCerJpn. 2014).非シリコン系太陽光発電セルの光吸収層であるCIGSやCISにおいては,光の散乱やキャリア電子の散乱を抑えるためには,均質かつ緻密でバンドベンディングの少ない多結晶体が必要となる.これら特性には界面近傍における欠陥の集積状態(ノンストイキオメトリー)が重要な役割を果たしている.本申請研究によりCIGS,CIS系化合物の粒界,界面の原子構造を定量的に明らかにし,さらにそれら界面における欠陥濃度と組成ゆらぎを定量化する.さらに得られた原子構造と欠陥構造からバンド構造を明らかにし,粒界が及ぼす光吸収効率やキャリア移動への影響をしらべる.以上の研究から機能との相関性を明らかにすることを目指す.平成24年度においては,CIS薄膜について原子分解能電子顕微鏡観察を行い,粒界原子構造を調べた.その結果,堆積した薄膜は多結晶であり,多数の粒界が存在していることが分かった.さらに詳細に調べた結果,CISの双晶粒界が多数存在していることが明らかとなった.このことは過去の報告と一致している.双晶粒界の詳細な原子構造,バンド構造,キャリア移動特性を明らかにすることを目的とし,第一原理計算を行った.また,実際のCISは酸化物電極と接しており,酸素や周辺物質の構成元素の拡散が生じている.その影響をしらべるための欠陥形成や原子拡散に関する第一原理計算も行った.参考物質の双晶粒界構造の第一原理計算を行い,高分解能STEM像と比較することによりその原子構造を明らかにした(APL2012).また,原子空孔の第一原理計算を行い,形成エネルギーの計算に用いるセルサイズが結果に影響することを明らかにした.さらに,そのセルサイズ依存性は欠陥種によって変化し,欠陥準位の局在程度に依存するということを世界に先駆けて明らかにした(PRB 2012).結果の一部は国内学会(応用物理学会及び顕微鏡学会)において報告した.本申請研究によりCIS系化合物の粒界原子構造を明らかにし,界面における欠陥形成挙動を定量化する.さらに得られた原子構造と欠陥構造からバンド構造を明らかにし,粒界が物性に及ぼす影響をしらべる.以上の研究から機能との相関性を明らかにすることを目指す.平成25年度においてはCIS粒界を作成し,その粒界の走査透過型電子顕微鏡(STEM)像観察と,第一原理バンド計算により定量化することに成功した.具体的には,CIS双晶には幾つかの準安定構造が存在し,それらの粒界エネルギーは一般的な機能材料の粒界エネルギーと比較しても非常に小さいことが明らかとなった.また,同粒界構造のバンドギャップとベンディングを第一原理ハイブリッド汎関数法により調べた.その結果,バンドギャップやベンディングの変化が,粒界Seの配位環境と相関性があることが明らかとなった(APL2014).さらに,同粒界における点欠陥形成エネルギーを系統的に調べた結果,プロセス環境であるSeリッチ雰囲気下においては粒界への空孔偏析がほとんど起こらないという結果を得た.(J. Ceram. Soc. Jpn. 2014)以上の結果から,CISに多数存在するΣ3粒界においては点欠陥の偏析は起きず,Σ3粒界におけるバンドギャップ変化やベンディングは粒界の異常配位形成に伴うものであることが明らかとなった.さらに,平成25年度においては表面保護層に使われるアモルファス物質についてSTEM観察を行い,アモルファス中の単一原子観察に成功した(ACS Nano2013).また発電された電力をためる蓄電材料についても,第一原理計算,XANESなどにより構造解析を行い,ドーパントや欠陥の構造を明らかにすることに成功している.(APL 2013, JAP2013, Sci. Rep. 2013).以上,本申請研究においては太陽電池光吸収層や表面電極,保護層,蓄電材料に関して総合的な研究を行い,材料開発上重要な知見を得ることに成功した.本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた.H23,24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った.計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした(APL2012).また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした(PRB 2012).H25年度においてCIS粒界の構造を決定し,バンドギャップとベンディングが,粒界原子の配位環境に相関してることを突き止めた(APL2014).またSe

リッチ雰囲気では粒界への空孔偏析がほとんど起こらないことを明らかにした.(JCerJpn. 2014).非シリコン系太陽光発電セルの光吸収層であるCIGSやCISにおいては,光の散乱やキャリア電子の散乱を抑えるためには,均質かつ緻密でバンドベンディングの少ない多結晶体が必要となる.これら特性には界面近傍における欠陥の集積状態(ノンストイキオメトリー)が重要な役割を果たしている.本申請研究によりCIGS,CIS系化合物の粒界,界面付近における欠陥濃度と組成ゆらぎを定量化し,機能との相関性を明らかにすることを目指す.平成23年度においては,CIS薄膜の作成と,CIS双結晶薄膜作成に向けた双結晶基板作成を行った.CISと比較的整合性の高い酸化物基板及び硫化物上にCISを堆積した.薄膜成長条件を系統的に調べ,薄膜の配向状況,結晶性などを調べた.また,得られた薄膜に対して高分解能原子分解能電子顕微鏡観察を行い,CIS内部の欠陥構造および方位関係を調べた.また,CISやCIGS双結晶薄膜作成に向けた双結晶基板の作成も行った.これまでの双結晶に関する研究は対称傾角粒界に関する研究がほとんどであったが,一般的な多結晶体の粒界の多くは非対称粒界である.そのようなモデルと実際の材料とのギャップを補うために,非対称粒界を有する双結晶の作成と原子分解能観察を行った.その結果,新たな非対称粒界作成法を確立した(PRB 2011).さらに,CISやCIGS双結晶薄膜の粒界ノンストイキオメトリーには基板粒界の欠陥構造が影響すると考えられる.そのために双結晶基板における欠陥形成挙動をしらべた.その結果,粒界性格とノンストイキオメトリーとの相関性を明らかにした(PRB 2011).以上の研究結果により,双結晶基板作成指針とノンストイキオメトリー制御のための指針を確立することができた.今後はCISやCIGS中の格子欠陥の電子構造と物性への影響について調べる予定である.平成24年度の研究目標は作成されたCIS粒界を原子分解能透過型電子顕微鏡により解析し,その粒界原子構造を定量的に明らかにすることである.基板上に堆積したCIS薄膜は多結晶であったが,カルコパイライト型化合物に多く存在する双晶粒界の原子分解能観察に成功した.また,環状暗視野法を用いたことにより,双晶界面の終端面を明らかにすることができた.さらに,参照物質の双晶粒界構造の高分解能STEM観察と第一原理計算を行い,その原子構造を明らかにした(APL2012).また,CIS/電極ヘテロ界面における原子拡散を理解することを目的として,欠陥形成エネルギーとそれに伴う拡散活性化エネルギーの第一原理計算を行った.その結果,欠陥準位の局在具合により計算結果が大きく変化するという新たな知見を得た(PRB2012).一方で,実際のCIS多結晶体には双晶粒界だけではなく,ランダム粒界や非対称粒界とも多数存在している.今後はそれら対称性の低い粒界をしらべる必要もあると考えられる.以上のことから24年度の目標はおおむね達成していると結論付けることができる.平成23年度における目標はCu(InGa)Se2(CIGS)およびCuInSe2(CIS)双結晶薄膜作成を目指した双結晶基板の作成技術の確立とCISおよびCIGS薄膜の単結晶への成膜であった.平成23年度においては,粒界方位,粒界面などを系統的に変え,様々な酸化物の双結晶基板を作成した.また,それら双結晶基板界面を高分解能電子顕微鏡観察と第一原理計算を行い,双結晶粒界におけるノンストイキオメトリーの形成挙動と粒界性格との相関性を明らかにすることができた(PRB2011).従来の双結晶基板の研究の多くは対称傾角粒界に関する研究であったが,実際の多結晶体内部の粒界のほとんどが非対称粒界である.そのことを踏まえ,非対称粒界を作成することを試みた.
昆虫における背景依存的学習行動

アオムシヒラタヒメバチの卵生産を促す要因の調査前年度の研究で、アオムシヒラタヒメバチは産卵経験の豊富さに応じて保有している卵の数を調節しているという結果が得られたが、その卵調節に関わる要因は産卵のみなのかを更に調査した。本種は、産卵という経験のみで、栄養の追加摂取がなくとも卵生産を活性化することを既に明らかにしたが、本年度に行った追加操作実験より、同種他個体が羽化したあとの空の寄主を攻撃する事でも保有卵数が増加するという結果が得られた。空の寄主には遭遇したが、産卵管を用いて攻撃しなかった個体については保有卵数が増加しなかったため、産卵管への刺激が卵生産活性化の鍵となる事が明らかになった。この寄主の情報のみで卵生産が活性化されうという現象は、寄生蜂では始めての知見である。アオムシヒラタヒメバチは一度に保有できる卵は比較的少数で、かつ卵生産に時間がかかる為、産卵できない寄主に遭遇し攻撃した場合でも、周辺環境に利用可能な寄主がある事を予測して、卵生産を活性化し保有卵数を増加させるという特徴が進化したのだと思われる。雄の寄生蜂のオペラント学習寄生蜂の学習行動のほとんどすべての研究はメス蜂を使って行われている。本研究ではオス蜂を用い、餌に付随する情報を学習するかどうかを調査した。実験は、オス蜂がかろうじて通れる太さのストローの中に餌を置き、その餌を得る為に「スロトーの中に入り餌を得る」というオペラント条件づけの手法を用いた。その結果、オス蜂はストロー内の餌のある場所を学習し、餌のついていないストローの中に入って餌を探す行動をとった。これは、雄の寄生蜂にも学習能力があると示した、数少ない研究の一つであると同時に寄生蜂におけるオペラント学習の存在を単純な道具を用い示した例である。餌の場所、餌を得る為にスムーズにストローの中に入るという動作を習得する事から、オペラント学習が採餌効率向上に関与している可能性を示唆している。アオムシヒラタヒメバチの卵生産パターンの調査産卵経験は卵生産に影響を及ぼし、また、蔵卵数は学習行動に影響を及ぼす事から、産卵衝動の推定を行う為、卵生産パターンの調査を行った。1.産卵経験が卵生産に及ぼす影響を調査を行った。実験区は;A:羽化後3日目から10日間毎日寄主摂食をさせず産卵のみ行う群、B:全く寄主を与えられない群、C:羽化後8日目に寄主体液のみ摂取させるが、寄主自体は与えず産卵もさせない群。の3群間で比較を行った。その結果、産卵した日数が多いほど総産卵数が多かった。寄主体液摂取なしという条件では、羽化後3日目の体重を前翅長で割った肥満度の高い個体の方が、総産卵数が多かった。また、寄主摂食のみでは、卵生産に影響はせず、卵生産の活性化には産卵が必要だという事が明らかになった。しかし、寄主摂食なしで産卵を続けると、幼虫期に獲得した栄養を使い切ってしまう為、3群間の保有成熟卵数・未成熟卵数に差はなかった。A群の、10日間の産卵パターンは、羽化後7日目にピークを迎え、以後減少する事がわかった。このパターンは、産卵未経験のメスの保有成熟卵数の推移と一致した。また、寄主摂食を行った個体の保有成熟卵数が多い事から、高水準での卵生産を維持する為には、寄主摂食が不可欠である。産卵開始事時期には、個体差があったが、原因はわからなかった。2.次に、A群とB群を羽化後9日目に解剖した(A群の産卵期間は6日間)。その結果、早く産卵をはじめると、多くの卵を保有し、体サイズの大きい個体ほど多くの卵を保有するという結果が得られた。寄主に自由に産卵・摂食出来る群と比較を行うと、体サイズの影響を考慮しても、寄主摂食を行った群の保有成熟卵数は産卵はさせ寄主摂食させなかった群に比べ、約2倍であった。