hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セラミックス分離膜用の高配向性多孔質基材の製造法に関する研究

凍結乾燥法を用いて,三種類の多孔質セラミック,すなわち,高配向性多孔質セラミックス,高気孔率多孔質セラミックス,耐熱性多孔質セラミックスを製造した.原料溶液に硫酸マグネシウム水溶液を用い,これを凍結方向を制御しながら一方向凝固させた.この凍結体中では,氷晶は一方向に生長している.そこで,これを真空乾燥して氷を昇華させると,昇華痕が細孔となって残っている乾燥体を得た.この乾燥体を仮焼・焼成すると,細孔の方向が一方向に揃った高配向性の多孔質マグネシアが得られた.硫酸マグネシウム水溶液を噴霧凍結し,これを乾燥,仮焼すると多孔質の酸化マグネシウム微粒子が得られた.この微粒子を原料にして,通常のセラミックス製造法にしたがい成形・焼成し,高い気孔率(0.50.85)を持つ多孔質マグネシアを得ることができた.原料に硫酸マグネシウムと硫酸アルミニウムの混合水溶液を用いると,高い耐熱性を示す多孔質マグネシアを製造することができた.上記の方法で得られた多孔質セラミックス体は,高温で操作するセラミックス分離膜の膜基材としてじゅうぶん使用できるものと期待される.凍結乾燥法を用いて,三種類の多孔質セラミック,すなわち,高配向性多孔質セラミックス,高気孔率多孔質セラミックス,耐熱性多孔質セラミックスを製造した.原料溶液に硫酸マグネシウム水溶液を用い,これを凍結方向を制御しながら一方向凝固させた.この凍結体中では,氷晶は一方向に生長している.そこで,これを真空乾燥して氷を昇華させると,昇華痕が細孔となって残っている乾燥体を得た.この乾燥体を仮焼・焼成すると,細孔の方向が一方向に揃った高配向性の多孔質マグネシアが得られた.硫酸マグネシウム水溶液を噴霧凍結し,これを乾燥,仮焼すると多孔質の酸化マグネシウム微粒子が得られた.この微粒子を原料にして,通常のセラミックス製造法にしたがい成形・焼成し,高い気孔率(0.50.85)を持つ多孔質マグネシアを得ることができた.原料に硫酸マグネシウムと硫酸アルミニウムの混合水溶液を用いると,高い耐熱性を示す多孔質マグネシアを製造することができた.上記の方法で得られた多孔質セラミックス体は,高温で操作するセラミックス分離膜の膜基材としてじゅうぶん使用できるものと期待される.中空円筒型多孔質マグネシア管の製造凍結乾燥法の原理を応用して,中空の内筒部から外筒部に向かって水平放射状に広がる貫通細孔をもつ,高配向性多孔質マグネシア管の製造を行った.はじめに実験手順について述べる.1)出発原料に硫酸マグネシウム水溶液を用い,これを円筒形の金属アルミ製の凍結セルに入れる.なお,この凍結セルの中心には,極少量のグリスを塗布した真鍮製の芯棒が挿入してある.2)試料溶液を入れた凍結セルを,n-ヘキサン冷媒の凍結バス(-90°Cあるいは-30°C)にて外筒部から内部へ向かって凍結させる.3)凍結体を取り出し,真空乾燥装置にて氷を昇華させて乾燥体を作製する.ここで,凍結体を取り出すには,凍結セルの外筒に流水を当て凍結体表面の一部を溶かし芯棒と共に凍結体を抜き取る.その後,芯棒を凍結体から引き抜く.4)乾燥体を1000°Cまで加熱して仮焼する.5)仮焼体を1500°Cで焼結する.上記の操作によって得られた凍結乾燥体・仮焼体および焼結体の細孔は,水平断面において,放射状に配向していることがSEM観察の結果から明かとなった.仮焼体には,加熱操作の時に生成したクラックおよび試料の変形が認められた.このクラック生成を防止するためには,加熱操作の昇温条件を適切に設定することが大切で,特に,乾燥体に吸着している水分の脱水過程において昇温速度をかなり遅くする必要があるとがわかった.仮焼体・焼結体の変形は,以下のような理由で起こるものと推測された.すなわち,乾燥体試料の内筒部近傍と外筒部近傍とで細孔の大きさ・分布に差異があるため,加熱操作時の収縮率が局所的に異なり変形が起こった.そこで,今後の方針として,原料溶液の凍結速度,凍結方向(内部から外部へ向かっての凍結操作,内部・外部両面からの同時凍結法)および,試料溶液中に酸化マグネシウム微粉末の添加したスラリー原料の使用などについて検討する予定である.高配向性多孔質マグネシア構造体の製造凍結乾燥法の原理を応用して,細孔の方向が制御された多孔質セラミックス体を作り,これをセラミックス分離膜用の製膜基材とすることを試みた.今年度は,これまで問題となっていた多孔質体に生ずるクラックの生成を抑えることを重点に検討した.はじめに,実験手順について述べる.(1)原料の硫酸マグネシウム水溶液を調整する.(2)試料溶液を凍結用セルに取り,一方向凝固を行って凍結体を作製する.凍結セルは,底面が研磨仕上げの真鍮製で,側面が塩化ビニル製の円筒形容器である.(3)凍結試料を真空乾燥器に移し,雰囲気温度を制御しながら氷を昇華乾燥する.(乾燥体には,氷の昇華痕が空孔となっていて,その細孔が試料底面から上面に一方向に配向している.)(4)乾燥試料を電気炉に仮焼し,酸化マグネシウム多孔質体を作製する.

(5)仮焼体を電気炉にて焼結し,孔配向性の多孔質マグネシア構造体とする.上記の操作手順にて実験を行い,クラック生成の要因を究明し,次の操作因子を制御することによりクラックの生成を抑えることが可能となった.・原料溶液濃度を,硫酸マグネシウム-水系の共晶組成よりも塩濃度を高くする・真空乾燥操作における,凍結体雰囲気温度の制御を厳密に行い,最適の昇音速度に設定する.・仮焼操作において,凍結乾燥体に含まれる分子内水の除去を行う,室温から400°Cまでの昇音速度を最適に制御する.また,硫酸塩が酸化物となる熱分解過程における昇温操作を最適に制御する.以上の操作条件を検討した結果,クラックの生成を抑えた,高配向性多孔質マグネシア構造物を作製することが可能となった.今後の検討課題は,この多孔質体の機械的強度を高めることである.高配向性多孔質マグネシア構造体の製造過程における変形およびクラック生成に関する検討本研究では,硫酸マグネシウム水溶液を原料とし,これを円筒形のセルに取り,一方向凝固させ,氷を昇華させて細孔の方向性を制御した乾燥体を作り,これを仮焼,焼成し多孔質マグネシアを製造する方法について検討した.ここで,最終的に得られる焼結体に,変形が生じ,クラックが生成することが観察された.クラックの生成は,焼結体の機械的強度を弱めるため,その生成を防止しなければならない.焼結体の変形とは,凍結開始面と終了面の大きさが異なり,円筒形にならず台形となってしまうことである.この両者は,いずれも,原料水溶液から固相が生成する過程にその原因がある.クラックの生成は次のようにして起こる.凍結セルの金属下面を冷却するさい,凍結面のあちこちで固相生成のための種晶が発生し,それが生長して各固相面が接触し,その界面に結晶相の不連続な部分が形成される.この凍結体を乾燥すると,結晶相の不連続部にクラックが生成する.このクラックは,その後の仮焼,焼成の熱処理によって消滅せず,かえってクラックは大きくなった.変形は次のようにして起こる.凍結面に固相が形成されたのち,上部に向かって固相が生長するさい,セル中心部とセル外周部とで冷却速度に差があり,塩の析出速度が遅い場合,析出する塩の量は外周部に比べ中心部の方が多くなり,またセル上部に析出する塩の量が下部に比べ少なく異なる.このような条件下では,凍結体内で金属塩の析出量に偏りが生じ,その乾燥体は変形する.この変形が生じた乾燥体は,その後の熱処理によって変形がより助長された.上記のような観察結果から,クラックおよび変形が乾燥体中に生成しないようにするため,次のような凍結操作を行った.まず,凍結セルとして,セル下面の真鍮製冷却面の中心に直径3mm,長さ50mmの伝熱部を設ける.この伝熱部下部の10mmを液体窒素に浸し,セル冷却面の中心に固相を析出させ,中心から外周部に連続的に固相を析出させる.底面に一様に固相が析出した後は,冷却面全体を液体窒素に浸して底面から上面へ一方向に素早く凝固させる.ここで,原料の金属塩水溶液を予め冷却しておくと,一方向凝固を素早く,一様に起こすことができる.上記のようにして作製した乾燥体および仮焼体から,クラックおよび変形の無い,円筒形状のきれいな多孔質焼結体が得られた.
北西太平洋白亜系古地磁気層序の確立-根室層群・下部蝦夷層群を例として

平成14-15年度に行った根室層群尾幌川層・厚岸層(上部Maastrichtian),および蝦夷層群(羽幌地域・羽幌川支流,留萌地域・古丹別川流域)の古地磁気試料測定を終了した.本研究とこれまでの他地域の研究を比較検討した結果,北西太平洋の上部白亜系(北海道,九州,四国,ロシア・サハリン)の相互対比と地磁気極性タイムスケールとの対比が可能となった.この総合古地磁気層序と化石層序を対比した結果,これまで地域性が強く国際対比が困難とされた北西太平洋の大型化石層序を,欧米の模式層序と対比することができた.例えば,北米のGreat Valley SequenceやWestern Interiorの上部白亜系に唯一存在するが,その対比に議論のあった逆極性層準がクロンC33rに相当することが明らかになった.さらに北海道を主とする本邦上部白亜系に見いだされる複数の逆極性層準がクロンC31rからC33rに対比されることがわかった.古地磁気層序と化石層序の双方が最も連続なものは,南サハリンのブイコフ層上部クラスノヤルカ層であり,この層序を基準とすることによって,北西太平洋白亜系の相互対比と国際対比が可能である.今後,放射年代測定や炭素同位体比分析を組み入れることによって,より総合的でグローバルな国際対比が可能となり,地球史の中で最も温暖な白亜紀の気候変動やその成因,さらには白亜紀スーパークロンの地磁気変化などを明らかにすることができよう.平成14-15年度に行った根室層群尾幌川層・厚岸層(上部Maastrichtian),および蝦夷層群(羽幌地域・羽幌川支流,留萌地域・古丹別川流域)の古地磁気試料測定を終了した.本研究とこれまでの他地域の研究を比較検討した結果,北西太平洋の上部白亜系(北海道,九州,四国,ロシア・サハリン)の相互対比と地磁気極性タイムスケールとの対比が可能となった.この総合古地磁気層序と化石層序を対比した結果,これまで地域性が強く国際対比が困難とされた北西太平洋の大型化石層序を,欧米の模式層序と対比することができた.例えば,北米のGreat Valley SequenceやWestern Interiorの上部白亜系に唯一存在するが,その対比に議論のあった逆極性層準がクロンC33rに相当することが明らかになった.さらに北海道を主とする本邦上部白亜系に見いだされる複数の逆極性層準がクロンC31rからC33rに対比されることがわかった.古地磁気層序と化石層序の双方が最も連続なものは,南サハリンのブイコフ層上部クラスノヤルカ層であり,この層序を基準とすることによって,北西太平洋白亜系の相互対比と国際対比が可能である.今後,放射年代測定や炭素同位体比分析を組み入れることによって,より総合的でグローバルな国際対比が可能となり,地球史の中で最も温暖な白亜紀の気候変動やその成因,さらには白亜紀スーパークロンの地磁気変化などを明らかにすることができよう.本年度は、北海道東部の厚岸-浜中-根室地域に分布する根室層群を対象に、古地磁気試料採取と地質調査、および予察的測定を行った.主要調査層準は、下位の尾幌川層から厚岸層(岡田・平,1984)に至る層厚約千メートルの泥質岩層である.古地磁気試料採取ルートはすべて、露出状態の良い海岸線沿いで、すでに本研究分担者(重田)によって予備踏査が行われたルートから選択した.また、同ルートではすでに炭素同位体比測定も行われている(成瀬、私信).これらの層準からは、Masstrichtian階を示すアンモナイト(Matsumoto、1967;成瀬ほか、2000)が産出し、サハリン-北海道の上部蝦夷層群や淡路島の和泉層群に対比されている(成瀬ほか、2000).同層群は、蝦夷層群と異なり火山性砕屑物の混入が多いため、強度が強く安定な残留磁化を保持していることが期待されていたが(Fujiwara & Kanamatsu,1990)、これまでの予察的な測定結果は、これらの予想を裏づけるものであった.これらの予察的研究結果をふまえ、H15年度以降の試料採取地域を選定・討議するため、他大学の関連研究教官・大学院生を交えた研究討論会を行った.その結果、H15年度には残された試料の測定を完了するとともに、特にCampanian/Masstrichtian境界を含む上部Masstrichtian階相当層準を対象とした補足試料採取を行う予定となった.具体的には、羽幌地域の羽幌川支流など複数のルートに分布する上部蝦夷層群である.本年度は、平成14年度に採取した北海道東部厚岸・浜中・根室地域に分布する根室層群の堆積岩試料を対象に予察的測定を行った.試料採取層準は、下位の尾幌川層から厚岸層(岡田・平,1984)に至る層厚約千メートルの泥質岩層である.古地磁気試料採取ルートはすべて、露出状態の良い海岸線沿いで、すでに本研究分担者(重田)によって予備踏査が行われたルートから選択した.また、同ルートではすでに炭素同位体比測定も行われている(成瀬、私信).これらの層準からは、Maastrichtian階を示すアンモナイト(Matsumoto、1967;成瀬ほか、2000)が産出し、サハリン-北海道の上部蝦夷層群や淡路島の和泉層群に対比されている(成瀬ほか、2000).

同層群は、蝦夷層群と異なり火山性砕屑物の混入が多いため、強度が強く安定な残留磁化を保持していることが期待された(Fujiwara & Kanamatsu,1990)、これまでの予察的な測定結果は、整形作業中に破損した約20%の試料を除き、事前の予想を裏づけるものであった.これらの予察的研究結果をふまえ、H16年度には残された試料の測定を完了するとともに、特にCampanian/Masstrichtian境界を含む上部Maastrichtian階相当層準、具体的には羽幌地域の羽幌川支流など複数のルートに分布する上部蝦夷層群を対象とした補足試料採取を行う予定である.一方、多数の試料を効率的に測定するための超伝導磁力計測定システムの整備と解析ソフトウェアの開発も行った.研究最終年度にあたる平成16年度は、Campanian/Masstrichtian境界を含む上部Maastrichtian階相当層準、具体的には羽幌地域の羽幌川支流、および留萌地域の古丹別川など複数のルートに分布する上部蝦夷層群を対象とした試料採取を行った.古地磁気試料採取ルートはすべて、露出状態の良い川沿いで、すでに本研究分担者(重田)および研究協力者(辻野)によって、地質調査と大型化石層序研究が行われたルートから選択した.これらの層準からは、Maastrichtian階を示すアンモナイト(Tsujino et al.,2003)が産出し、サハリンー北海道の上部蝦夷層群や淡路島の和泉層群に対比されている.現段階での測定結果によって、約半数の試料がほぼ安定な残留磁化をもつことが判明した.全体として正帯磁が卓越するが、Maastrichtian階の逆磁極期に相当すると思われる複数の逆帯磁層準も確認された.磁化偏角は東偏を示すものが多く、北海道からサハリンに至る広範な地域の第三紀以降の時計回り回転運動(Kodama et al.,1993;Takeuchi et al.,1999)の影響と思われる.一方、平成15年度に採取した北海道東部厚岸・浜中・根室地域に分布する根室層群の堆積岩試料の古地磁気測定を完了した.これまでの解析によって、複数の逆帯磁層準が存在すること、全体として30-50度の東偏した偏角をもつことがわかった.今後の詳しい検討を待たねばならないが、千島前弧の西進によるテクニックな変動を受けている可能性が高い.
超音波エコー画像のテクスチャ情報から筋力を推定する手法の開発

筋力は筋の量と質によって決まる。本研究では大腿前部の筋(大腿直筋および中間広筋)を対象に、Bモード超音波エコーによって得られた筋の画像テクスチャに筋の質を表す情報(特徴量)が含まれるかを検討した。画像テクスチャには、年齢や膝伸展筋力に関連するいくつかの特徴量が認められた。このことから、画像テクスチャ特徴量と筋の量的な情報(筋厚など)を組み合わせることにより、筋力や筋の老化度を評価できることが示唆された。超音波エコーは人間の筋の厚み(筋厚)を計測する有効な手法である。その超音波は組織境界間(皮下脂肪ー筋ー骨)で反射する性質があり、筋厚の情報が容易に得られる。一方、組織自体においても反射や減衰が起こり、それは模様や濃淡によって画像(以下、画像テクスチャ)に反映され、その違いは筋肉の質を反映している可能性がある。本研究では画像テクスチャ情報から筋の「質」を推測し、筋の能力(筋力)を推測する新しい手法を開発することを目的としている。平成24年度は「筋力値に関係する超音波エコー画像テクスチャ特徴量の探索」を実施した。被験者は健康な若年男性57名(1825歳)であり、半分以上は定期的にスポーツ活動を実施していた。膝関節伸展運動時の最大等尺性および最大等速性筋力(60、180、300°/sec)を等速性筋力測定装置(CYBEX NORM)により測定した。また、超音波エコー装置(Logiq e、GEヘルスケア)を用い、仰臥位、座位、立位時それぞれの大腿前面(大腿直筋、中間広筋)を撮影し、その画像から筋厚を計測した。さらに大腿直筋および中間広筋それぞれの中心部の画像を対象にテキスチャ解析を行った。テキスチャ解析には空間濃度レベル依存法(SGLDM)、濃度差分レベル法(GLDM)、濃度ヒストグラム法(GLHM)を用いた。解析方向は0、45、90、135°とした。筋厚(大腿直筋と中間広筋の合計値)と筋力値(絶対値)との相関係数は0.40.52の範囲内であった。画像テキスチャによって得られる各パラメーターと筋力値との相関を算出したところ、特にエントロピーおよび角度2次モーメントにおいて、姿勢や解析手法などの条件が揃えば、0.4前後の相関係数が得られることが確認できた。また、これらのパラメーターは筋厚の影響を受けにくいことが確認され、筋の質の推定に有効であることが示唆された。本研究では画像テクスチャ情報から筋の「質」を推測し、筋の能力(筋力)を推測する新しい手法を開発する。平成23年度は「筋の超音波エコー画像テクスチャに及ぼす身体特性の影響」をテーマとした。特に画像テクスチャが年齢や性によって異なるかを検討することが目的である。高齢になると特に減弱がみられる下肢(大腿部および下腿部)の筋(弛緩時)の超音波画像を対象とした。超音波画像計測(撮影)時においては、超音波装置の種類、超音波プローブの向き(筋線維に対して平行か水平か)、姿勢(例えば大腿部の場合、股関節および膝関節が屈曲か伸展か)などを検討した。画像解析時においては、解析に用いる画像の領域やピクセルなどを様々設定した。そして、年齢および性の違いによってテクスチャ特徴量(エネルギー、エントロピーなど)に違いが存在するか、また今後、テクスチャ画像に着目するためには上述した様々なパラメーターをどう設定すれば良いかを検討した。ここではその結果の一部を報告する。20歳代の若年群20名(男女各10名)および60歳以上の高齢群20名(男女各10名)を対象とし、大腿部前部(大腿直筋および中間広筋)を計測・解析した。特に大腿直筋においては局所一様性、コントラスト、エントロピーなど多くの項目において年齢間の差が認められた。これらのことより、画像テクスチャは筋の加齢を反映することが示唆された。最も重要な課題「超音波エコー画像テクスチャが年齢や性によって異なるか」については十分な成果が得られいる。また、次年度の研究を進めるための必要な成果(画像テクスチャを得るための各種パラメーターの設定)も得られている。画像テクスチャに隠れている情報を抽出するためには、画像テクスチャを計測・解析するための各種パラメーター(超音波装置・プローブの特性、姿勢、プローブの向き、解析領域、画像ピクセル数など)を最適化する必要がある。平成23年度はこの検討を優先したために被験者1名に対する計測・解析数が膨れあがり、多くの被験者を計測できなかった。

ただし、平成23年度の成果からパラメーターをある程度絞ることができ、研究を効率的に進めることが可能となった。よって、平成24年度においては当初の課題に加え、平成23年度の計測データを追加することも加え、平成23年度の研究成果をさらに拡張する。平成23年度の研究費を平成24年度に約37万円繰り越した。この予算は上述したように平成23年度の研究成果の拡張に当てる。平成24年度は主に計測・解析にマンパワーを必要とするために、研究費(100万円)の大半を人件費に充てる。
超高速磁気共鳴映像法によるMHDプラズマの実時間流速分布測定

超高速磁気共鳴映像法(echo planar法)の匂配磁場印加パルス系列の改良による高速化,最大エントロピー法を用いることによる高精度化を行い,MHDプラズマ乱流の流速分布測定,さらには測定の実時間解析化について,数値的シミュレーション及び,流速分布実時間表示システムの試作によって検討した。その結果2)匂配磁場の印加パルス系列を改良し,echo planar法による測定時間を従来の十分の一程度にまで短縮した。3)フーリエ変換の手法として少ないサンプル数のデータからでも変換が容易な最大エントロピー法を用いて,プラズマ乱流の流速分布測定の高精度化を図り,中性流体を測定するシステムにおいて測定可能な流速値よりも1桁大きい流速変動値を計測可能とした。4)流速分布実時間表システムの試作し,MHDプラズマの実時間計測の可能性を示した。すなわち,中性流体の超高速磁気共鳴映像法(echo planar法)による流速測定は,巨勢等(1990)によって報告されているが,MHDプラズマに限らず,プラズマの分野での磁気共鳴映像法の適用例は,現在のところ本研究のみである。また,中性流体の同方法による流速測定は,対象が1m/sec以下の流速の場合に限られるとされているが,本研究で提案した匂配磁場印加時の実証では,平均流速が数100m/sec,流速変動が数10m/secの場合における流速分布計測を可能とした。さらに,本研究で提案した超高速MHDプラズマ乱流速度分布測定システムは,研究者や産業界に対し,リアルタイムの速度分布測定・解析装置として,MHD発電用のみならず,高温ガスを利用する分野に対し,高温ガスモニタリング用装置の一つとして有用な手段を提供したと確信する。
Sox4による子宮筋腫発育制御機構に及ぼすSPRMの作用機序の解明

Sox4の子宮筋腫発育制御機構の解明、およびP4によるSox4発現に対する影響の検討を子宮筋腫細胞の増殖能、アポトーシス誘導能を検討した。RNA interference実験により培養細胞でのSox4蛋白発現を阻害することで培養細胞の増殖能とアポトーシスに及ぼす影響を検討した。SPRM添加、非添加の条件下でRNA interference実験を行い(24、48時間培養)、control群とsiRNA培養細胞における増殖、アポトーシスを細胞数、BrdU取り込み、MTT法、TUNEL法を用いて検討した。また、同時に、アポトーシス実行因子であるcaspase-3、puma、p53、アポトーシス抑制因子であるBcl-2、survivinの蛋白発現を検討することで、どのようなアポトーシス経路が賦活化されるのかを検討した。検討項目のいずれにおいても一定したデータが得られず、臨床検体を使用しているため、さらに症例数を増やして検討する必要がある。術前に子宮筋腫の患者に対して同意を取得した上で、開腹手術後に採取した子宮筋腫組織とその周囲の正常子宮平滑筋組織から各々組織を採取し、collagenase処理により細胞を各々分離した後、ステロイドホルモン無添加の状態でconfluentな状態になるまで両細胞を培養した。その後、ホルモン無添加の状態で両培養細胞におけるSOX4発現を検討したところ、培養子宮筋腫細胞におけるSOX4発現は培養正常子宮平滑筋細胞と比べで発現が増強している傾向が認められた。現在、培養子宮筋腫細胞にprogesterone添加、selective progesterone receptor modulator(SPRM)添加、およびprogesteroneとSPRMの同時添加を行い、培養子宮筋腫細胞と正常子宮平滑筋細胞におけるSOX4の発現に対する影響を検討しているところである。Prelimainaryな結果ではあるが、SPRMであるCDB-2914は培養子宮筋腫細胞においてSOX4の発現を増強する傾向がみられた。しかし、CDB-2914は正常子宮平滑筋細胞のSOX4発現に影響を与えていないように思われた。今後、さらなる研究を追加していく予定である。子宮筋腫は従来より考えられてきたエストロゲンによる発育制御以外にも、プロゲステロンによっても発育が制御されていることが判明してきた。我々は、子宮筋腫細胞培養系を確立しプロゲステロン(progesterone:P4)の直接作用を検討することで、P4は子宮筋腫の増殖に密接に関わっていることを明らかにしてきた。P4は筋腫細胞の増殖を刺激し、アポトーシスを抑制して子宮筋腫発育に対して促進的に働く作用が主体であることを認めた。そのため、selective progesterone receptor modulator (SPRM)は子宮筋腫発育に対して抑制的に働き、SPRMは筋腫細胞の増殖能の抑制、アポトーシス誘導、局所成長因子発現の抑制、細胞外基質蛋白代謝への影響、血管新生関連因子発現の抑制など多面的な作用を有することが明らかになった。我々はSry-related high mobility group box 4 (Sox4)発現が子宮筋腫において有意に増強していることに着目し、子宮筋腫の増殖、アポトーシスに及ぼす影響や、子宮筋腫に対してアンタゴニストとして作用するSPRMがSox4発現と機能に及ぼす影響を検討するため、本研究を遂行している。平成22年度は、昨年度に引き続きインフォムドコンセントの上に、子宮筋腫検体の収集ならびに培養実験の遂行、さらにSox4のRNA interferenceが培養細胞の増殖、アポトーシスに及ぼす影響の検討してきた。sox4に特異的なsiRNAを合成し、培養細胞でのsox4蛋白発現を阻害することで培養細胞の増殖能とアポトーシスに及ぼす影響を検討していたが、現時点でsiRNAが培養細胞のSox4蛋白発現阻害を確認できていない。来年度も、さらにsiRNAを合成し、さらなる検討を続ける予定である。マイクロアレイ法により、Sry-related high mobility group box 4(Sox4)が子宮筋腫で発現が増強していると報告されているが、子宮筋腫におけるSox4の生物学的機能に関しては全く不明である。しかし、Sox4はtranscription factorであるので、子宮筋腫において下流のSox4標的遺伝子発現を調節することで細胞周期、細胞増殖、アポトーシスcell signalingなどに関与している可能性が高い。Sox4はプロゲステロン依存性であることから、SPRMによる子宮筋腫縮小作用に大きく関わっている可能性が推測される。Sox4が子宮筋腫発育に及ぼす影響を検討し,SPRMの将来における保存的子宮筋腫治療実用化の可能性を鑑み、P4やSPRMによるSox4発現に対する影響を検討した。

Sox4の子宮筋腫発育制御機構の解明、およびP4によるSox4発現に対する影響の検討を子宮筋腫細胞の増殖能、アポトーシス誘導能を検討したRNA interference実験により培養細胞でのSox4蛋白発現を阻害することで培養細胞の増殖能とアポトーシスに及ぼす影響を検討した。SPRM添加、非添加の条件下でRNA interference実験を行い(24、48時間培養)、control群とsiRNA培養細胞における増殖、アポトーシスを細胞数、BrdU取り込み、MTT法、TUNEL法を用いて検討した。また、同時に、アポトーシス実行因子であるcaspase-3、puma、p53、アポトーシス抑制因子であるBcl-2、survivinの蛋白発現を検討することで、どのようなアポトーシス経路が賦活化されるのかを検討した。検討項目のいずれにおいても一定したデータが得られず、臨床検体を使用しているため、さらに症例数を増やして検討する必要がある。
有効模型と格子ＱＣＤ計算に基づいたＱＣＤ相図の高密度領域の解明

クォーク・ハドロンのダイナミクスは量子色力学(QCD)によって記述される。ゼロ化学ポテンシャル(ゼロ密度)・有限温度領域においては、格子QCDに基づく数値計算によってQCDを第一原理的に解くことが可能であり、この領域におけるクォークやハドロンの性質の理解は着実に進んでいる。一方、有限密度領域においては符号問題と呼ばれる数値計算上の困難が生じ、格子QCD計算が破綻してしまう。そこで我々は符号問題が発生しない虚数化学ポテンシャル領域に着目し、実数化学ポテンシャル領域の情報を解析接続によって引き出すことを考えた。この手法で得られる情報は中性子星内部の高密度環境下におけるクォークやハドロンの性質の理解に必須となり、クォーク・ハドロン物理学だけでなく天体物理学の観点からも重要な研究である。当該年度の研究では、中間子遮蔽質量を虚数化学ポテンシャル領域における格子QCD計算から求めることを目的とした。中間子遮蔽質量はハドロン間にはたらく相互作用を決定する際に本質的となる物理量であり、遮蔽質量の化学ポテンシャル依存性を知ることで中性子星内部を記述するための状態方程式の構築が可能となる。我々は虚数化学ポテンシャル領域で格子QCD計算を実行し、解析接続によって遮蔽質量の実数化学ポテンシャル依存性を決定することに成功した。さらに、先行研究で得られていた結果と比較すると、我々の得た結果の誤差は非常に小さく、状態方程式の精密な決定に有用であることが分かった。また、我々はアイソスピン非対称な環境におけるクォーク・ハドロン系の性質も調べた。先行研究で、アイソスピン化学ポテンシャルを上げていくとある点で荷電パイオン凝縮が発生して格子QCD計算が破綻することが示されていた。我々は虚数アイソスピン化学ポテンシャル領域では荷電パイオン凝縮が起こらず、この領域では格子QCD計算が破綻しないことを示した。29年度が最終年度であるため、記入しない。EPNJL模型と呼ばれるクォークのダイナミクスを記述する模型には、ベクトル相互作用の強さがフリーパラメータとして含まれている。ベクトル相互作用の強さの精密な決定は、QCD相図の高密度領域の解明に必須である。そこでまず、ベクトル相互作用の強さを格子QCD計算のデータが存在する領域で精密に決定することを目指した。私は虚数化学ポテンシャル領域での格子QCD計算により、ベクトル相互作用の強さに敏感な物理量であるクォーク数密度が非常に小さな誤差で計算されていることに着目した。そのデータから、ゼロ密度領域でのベクトル相互作用の強さを精密に決定した。次に、ベクトル相互作用が密度依存性をもつ可能性を模索した。密度依存性を決定するにあたっては中性子星の質量と半径の観測データを使うことを提案した。中性子星に関する計算を行うには、クォークだけでなくハドロンのダイナミクスまでも記述する必要がある。そこで、ハドロンのダイナミクスをWalecka模型によって記述することにし、計算コードを中性子星物理への応用が可能な形で開発した。Walecka模型と、密度依存性をもつベクトル相互作用を含むEPNJL模型を組み合わせて2相模型を構築し、2相模型から中性子星の質量と半径の関係式を導出した。得られた関係式を観測データと比較することで、ベクトル相互作用の強さは密度の増加とともにGauss関数の形で減少していくことを発見した。また、上記の2相模型を用いて、中性子星内部にクォークが存在すると仮定した場合のQCD相図を描き、ゼロ温度でのハドロン・クォーク相転移点がWalecka模型のパラメータにあまり依存しないことを明らかにした。QCD相図の高密度領域は、第一原理計算である格子QCD計算では現在到達できない領域であるので、今回の研究で相転移点の位置を定量的に調べたことは重要である。当初の計画では、ベクトル相互作用の密度依存性を決定することだけが課題であった。しかし、Walecka模型の計算コードを中性子星の物理へ応用できる形で開発できたこと、それをもとに、中性子星内部にクォーク物質が存在する可能性を調べることができるようになった点が、当初の計画以上の進展である。量子色力学(QCD)はクォークのダイナミクスを記述する理論であり、その第一原理計算として格子QCD計算があるが、有限化学ポテンシャル領域(有限密度領域)においては符号問題が生じるために計算が困難になる。しかし、虚数化学ポテンシャル領域では符号問題が存在しないため格子QCD計算が実行可能であり、また解析接続により有限実数密度領域の情報を引き出すことができる。よって、虚数化学ポテンシャル領域のQCD相構造を調べることは非常に重要である。上記の背景のもとに、今年度は、今後発展が期待される2+1フレーバー格子QCD計算への知見を提供することを目的として、Polyakov-loop extended Nambu-Jona-Lasinio(PNJL)模型と呼ばれる有効模型を用いてQCD相構造を調べた。虚数化学ポテンシャル領域ではRoberge-Weiss(RW)周期性と呼ばれる特異な周期性が現れることが知られているが、本研究ではまず、RW周期性と虚数化学ポテンシャルの間の関係をQCDに基づき明らかにした。次にPNJL模型を使い、軽クォークの虚数化学ポテンシャルを変数としてQCD相図を描いた。その結果、ストレンジクォークの虚数化学ポテンシャルを軽クォークのものと等しくとった場合とゼロに固定した場合でカイラル相転移線とRW相転移線に大きな差異が現れることを示した。最後に軽クォークとストレンジクォークの虚数化学ポテンシャルを系統的に変化させ、解析接続に適した領域を発見した。上記の内容を論文としてまとめ投稿した。

2+1フレーバーQCDの相構造を詳細に調べた点が本研究の意義と言える。今年度の研究内容は、虚数化学ポテンシャル領域からの解析接続によりクォーク間ベクトル相互作用の強さを決定できる可能性があることを示唆しているが、実際に相互作用の強さを決定する作業が残っているのが不満点として挙げられる。しかし、実化学ポテンシャルだけでなく虚数化学ポテンシャル領域からもベクトル相互作用の強さを決定できる可能性があることを指摘した点は大きな収穫である。また、今年度からは虚数化学ポテンシャル領域での格子QCD計算による中間子質量の決定にも着手した。現在は計算結果の解析中であるが、当初予定していた研究課題以外の課題にも着手できた。以上のことから判断して、研究は当初の計画以上に進展していると判断する。クォーク・ハドロンのダイナミクスは量子色力学(QCD)によって記述される。ゼロ化学ポテンシャル(ゼロ密度)・有限温度領域においては、格子QCDに基づく数値計算によってQCDを第一原理的に解くことが可能であり、この領域におけるクォークやハドロンの性質の理解は着実に進んでいる。一方、有限密度領域においては符号問題と呼ばれる数値計算上の困難が生じ、格子QCD計算が破綻してしまう。そこで我々は符号問題が発生しない虚数化学ポテンシャル領域に着目し、実数化学ポテンシャル領域の情報を解析接続によって引き出すことを考えた。この手法で得られる情報は中性子星内部の高密度環境下におけるクォークやハドロンの性質の理解に必須となり、クォーク・ハドロン物理学だけでなく天体物理学の観点からも重要な研究である。当該年度の研究では、中間子遮蔽質量を虚数化学ポテンシャル領域における格子QCD計算から求めることを目的とした。中間子遮蔽質量はハドロン間にはたらく相互作用を決定する際に本質的となる物理量であり、遮蔽質量の化学ポテンシャル依存性を知ることで中性子星内部を記述するための状態方程式の構築が可能となる。我々は虚数化学ポテンシャル領域で格子QCD計算を実行し、解析接続によって遮蔽質量の実数化学ポテンシャル依存性を決定することに成功した。さらに、先行研究で得られていた結果と比較すると、我々の得た結果の誤差は非常に小さく、状態方程式の精密な決定に有用であることが分かった。また、我々はアイソスピン非対称な環境におけるクォーク・ハドロン系の性質も調べた。先行研究で、アイソスピン化学ポテンシャルを上げていくとある点で荷電パイオン凝縮が発生して格子QCD計算が破綻することが示されていた。我々は虚数アイソスピン化学ポテンシャル領域では荷電パイオン凝縮が起こらず、この領域では格子QCD計算が破綻しないことを示した。上述した研究内容は、u・dクォークのみを考える2フレーバー系での計算であった。しかし、中性子星内部にはハイペロンが出現することが予想されている。そこで、EPNJL模型がsクォーク、Walecka模型がハイペロンの寄与を取り扱えるように拡張する。
高機能な次世代分散ストレージシステムの数理モデル構築と効率性・安全性評価

本年度は,故障ノードを修復可能な分散ストレージシステムの実現する代表的な技術である再生成符号及び局所訂正可能符号に対して,以下の研究成果を得た.1)本研究グループが提案した関数の保存を目的とした故障ノードが修復可能な分散ストレージシステムを実現する再生成符号のクラス(関数型再生成符号)は,ノードが保存している分散情報が漏えいした場合の安全性を考慮していなかった.そこで本研究では,この点を考慮した安全な関数型再生成符号のクラスを新たに提案した.この新たに提案した安全な関数型再生成符号に対して,故障ノードを修復するために必要な総データ量(修復帯域幅)の大きさの下限,および修復帯域幅が最小のときの各ノードが持つデータ量の大きさ(ストレージ)の下限をそれぞれ導出した.さらに,これらの下限を達成する具体的な符号構成法を提案した.2)局所性r,可用性tを持つ局所訂正可能符号は,任意の1個の符号語シンボルを高々r個のシンボル集合によって復元でき,かつそのようなシンボル集合がt個以上存在する符号クラスである.このクラスを一般化した符号クラスとして,高々r個のシンボル集合における任意の2つの集合の共通部分のサイズに上限と下限を設定できる局所訂正可能符号のクラスを新たに提案し,その符号化率の上界を示した.さらに,プライバシーを考慮した大規模ネットワークデータ活用に向け,個人情報を集めたデータベースから何らかの情報を得たい利用者の有用性,及びデータベース内の個人情報を推測しようとする攻撃者に対する秘匿性を測る評価指標を両者の目的と事前知識を明確にした上で定義し,情報公開問題の新たな数理モデルを提案した.本研究で提案した枠組みで情報公開問題を考えることで,想定する攻撃者に対する秘匿性の保証と,利用者に対して提供可能な有用性を,直接的に明らかにすることができる.本研究の目的は,大規模ネットワークデータ活用に向けた高機能な次世代分散ストレージシステムの新たな数理モデルの構築,および安全性と効率性の両面を考慮した理論的解析を行い,システムの構成法とその性能評価手法を確立することである.本年度は,故障ノードを修復可能な分散ストレージシステムを実現する代表的な技術の一つである再生成符号に対して,以下の研究成果を得た.1)一つの故障ノードをその都度修復する再生成符号のクラスに対して,安全性と効率性との詳細な関連性を解析し,各ノードが持つデータ間の情報漏えい量の大きさ(すなわち,相関の大きさ)に基づいた複数の部分クラスを提案した.これらの部分クラスを考えることで,各ノードが持つデータの大きさ(ストレージ),および故障ノードを修復するために必要な総データ量(修復バンドワイズ)の大きさの下限を導出することができた.さらに,各ノードが持つデータ間の情報漏えい量が最も大きくなる部分クラス,および最も小さくなる部分クラスに属し,かつストレージと修復バンドワイズが共に最小となる具体的な構成法が存在することを示した.2)上記の再生成符号を一般化した符号となる,複数の故障ノードを一括で修復する再生成符号(協調型再生成符号)に対しても,1)と同様のアプローチで研究を行った.その結果,各ノードが持つデータ間の情報漏えい量の大きさが最小(すなわち,互いに独立)となる協調型再生成符号,および各ノードが持つデータ間にある種の相関を持った協調型再生成符号における,ストレージと修復バンドワイズの下限を導出し,その下限をそれぞれ達成する具体的な構成法が存在することを示した.3)従来の再生符号における復元と再生成に関する条件を緩め,一般化した再生成符号のクラスを新たに提案した.また,そのクラスを実現する整数計画法に基づく構成法を提案し,その有効性を検証した.平成28年度は,修復可能な分散ストレージ技術に対して,現状モデルを理論的に検証すると共に,効率性と情報量的安全性の関連性を考慮した新たなモデルを再構築することが主たる目的であった.その意味では,おおむね順調に進展していると言える.研究実績の概要で述べたとおり,再生成符号,および協調型再生成符号に対して,安全性のレベルに応じた部分クラスを新たに定義し,それらのクラスにおける効率性の限界を示すことができた.さらに,いくつかのクラスにおいては,この限界を達成する具体的構成法の存在を示すことができた.これは,再生成符号の本質的な性質を解明するうえで,大きな成果であると考えている.さらに,高性能な分散ストレージ技術の実現に向けて,復元と再生成に関する条件を一般化した再生成符号のクラスを新たに提案し,その具体的な構成法を示した.この一般化した再生成符号は,各ノードの耐故障性や処理能力に応じた柔軟な分散ストレージシステムの設計や,ノード間の距離やノード毎の重要度等の通信条件を考慮した場合の分散ストレージの設計を可能とする.したがって,大規模ネットワークデータ活用に向けた高機能な分散ストレージ技術の一つとして期待が持てる.本研究の目的は,大規模ネットワークデータ活用に向けた高機能な次世代分散ストレージシステムの新たな数理モデルの構築,および安全性と効率性の両面を考慮した理論的解析を行い,システムの構成法とその性能評価手法を確立することである.本年度は,故障ノードを修復可能な分散ストレージシステムの実現する代表的な技術の一つである再生成符号に対して,以下の研究成果を得た.1)関数の保存を目的とした故障ノードが修復可能な分散ストレージシステムが実現すべき機能を定式化し,その機能を実現する再生成符号のクラス(関数型再生成符号)を新たに提案した.

この新たに提案した関数型再生成符号に対して,故障ノードを修復するために必要な総データ量(修復帯域幅)の大きさの下限,および修復帯域幅が最小のときの各ノードが持つデータ量の大きさ(ストレージ)の下限をそれぞれ導出した.さらに,これらの下限を達成する具体的な関数型再生成符号を提案した.2)複数のコンテンツを保存している分散ストレージシステムにおいて,コンテンツ利用者がある一つのコンテンツをダウンロードする際に,各ノードにクエリを送り,クエリに応じた各ノードのレスポンスを利用者が受信することで所望のコンテンツをダウンロードでき,かつ利用者のクエリから利用者が要求するコンテンツが推測できない情報検索を実現するPIR(Private Information Retrieval)符号が従来提案されている.本研究では,故障ノードを修復可能な分散ストレージシステムにおけるPIR符号を新たに提案した.具体的には修復帯域幅が最小となり,かつそのもとでストレージを最小とする再生成符号を適用した分散ストレージシステムに対するPIR符号を提案した.さらに,提案したPIR符号が,従来のPIR符号を含むより広いPIR符号クラスの中で,レスポンスのサイズが最小となることを示した.平成29年度は,修復可能な分散ストレージ技術に基づく秘匿関数計算技術の数理モデル化を主たる目的としていたので,おおむね順調に進展していると言える.研究実績の概要で述べたとおり,故障ノードを修復可能な分散ストレージシステムに対して,関数の保存と関数値の分散計算を目的とした再生成符号の性能評価,および具体的な構成法の提案をした.また,修復帯域幅が最小となり,かつそのもとでストレージを最小とする再生成符号を適用した分散ストレージシステムに対するPIR符号を提案した.さらに,レスポンスの独立性を条件とした従来のPIR符号を含むPIR符号クラスを新たに提案し,そのクラスにおける最小のレスポンスサイズ(PIRキャパシティ)が従来のPIRキャパシティと一致することを示した.これらの技術は,大規模ネットワークデータ活用に向けた高機能な分散ストレージ技術の一つとして期待が持てる.本年度は,故障ノードを修復可能な分散ストレージシステムの実現する代表的な技術である再生成符号及び局所訂正可能符号に対して,以下の研究成果を得た.1)本研究グループが提案した関数の保存を目的とした故障ノードが修復可能な分散ストレージシステムを実現する再生成符号のクラス(関数型再生成符号)は,ノードが保存している分散情報が漏えいした場合の安全性を考慮していなかった.そこで本研究では,この点を考慮した安全な関数型再生成符号のクラスを新たに提案した.この新たに提案した安全な関数型再生成符号に対して,故障ノードを修復するために必要な総データ量(修復帯域幅)の大きさの下限,および修復帯域幅が最小のときの各ノードが持つデータ量の大きさ(ストレージ)の下限をそれぞれ導出した.さらに,これらの下限を達成する具体的な符号構成法を提案した.2)局所性r,可用性tを持つ局所訂正可能符号は,任意の1個の符号語シンボルを高々r個のシンボル集合によって復元でき,かつそのようなシンボル集合がt個以上存在する符号クラスである.このクラスを一般化した符号クラスとして,高々r個のシンボル集合における任意の2つの集合の共通部分のサイズに上限と下限を設定できる局所訂正可能符号のクラスを新たに提案し,その符号化率の上界を示した.
遷移金属元素存在度による地球型惑星の初期状態の研究

311万気圧、1400°Cの温度における、Ni,Co,Mnの金属鉄とカンラン石、輝石、マグネシオウスタイト間の分配係数の測定、及び金属鉄中に水素が固溶することによる分配係数への影響について実験を行った。その結果、分配係数に対する金属鉄中への水素の固溶の影響はごく僅かであったが、圧力の上昇に伴い、Ni,Coの分配係数は減少し、Mnの分配係数は増加することが観測された。つまり、どの元素も圧力が上昇すると分配係数が、1に近づく傾向が認められた。また、Cr,V,In,La,Tm,Scといった元素の分配挙動については、鉄との交換反応が定義できないため、厳密に分配係数の圧力変化を決定できなかったが、やはり圧力の上昇と共に分配係数が1に近づく兆候が示唆された。地球型惑星において観測されている元素存在度を比較すると、小惑星のようにサイズが小さく、内部圧力も小さい天体の遷移金属元素存在度は、惑星の始源物質である炭素質コンドライトの元素存在度から大きくずれているが、地球のように大型で内部圧力の高い惑星の遷移金属元素存在度は、炭素質コンドライトのそれに近くなっている。このような傾向は、本研究により観測された元素分配係数に対する圧力の効果と一致した傾向を示している。このため、地球型惑星の形成の初期段階において起こったと考えられている核とマントルの分離、及びその後の惑星進化の過程における遷移金属の分配挙動に対して、分配係数に対する圧力の影響が、重要な役割を果たしていたと考えられる。地球の上部マントルにおいて観測されている元素存在度も、超高圧下における珪酸塩鉱物と金属間の元素分配を考慮することによって、説明できる可能性が考えられる。現在までに311万気圧、1400°Cの温度における、Ni,Co,Mnの金属鉄とカンラン石、輝石、マグネシオウスタイト間の分配係数の測定、および金属鉄中に水素が固溶することによる分配係数への影響について実験をを行った。これらの実験から得られた結果をまとめると、次のようになる。1.金属鉄中に水素が固溶することによる分配係数への影響はごく僅かである。2.圧力の上昇に伴い、Ni,Coの分配係数は減少し、Mnの分配係数は増加する。つまり、どの元素も圧力が上昇すると分配係数が1に近づく傾向が観察された。3.鉱物中の鉄酸化物の濃度が増加すると、鉱物の種類によらず分配係数が増加する。上記の遷移金属元素の超高圧下における分配係数の測定結果を総合して、地球型惑星の初期状態について考察すると以下のようになる。ユークライト母天体のように小型の惑星では、内部の圧力が低いため分配係数が元素毎に大きく異なる。このため惑星形成過程の初期に起こったケイ酸塩と金属鉄の分離過程において、遷移金属元素はそれぞれ異なった割合でマントルと核に分配されるため、マントル中での元素存在度は地球型惑星の始源物質である炭素質コンドライトの元素存在度から大きく変化する。一方、地球のように大型の惑星では、内部が超高圧下にあるため分配係数が1に近づき、遷移金属元素存在度は、炭素質コンドライトのそれに近くなる。このような傾向は、地球やユークライト母天体において推定されている遷移金属存在度とほぼ一致している。この結果は、元素分配係数に対する圧力の効果が、惑星内部における元素存在度に対して重要な役割を果たしている可能性を示唆している。平成5年度の研究においては、Ni,Co,Mnの金属鉄-珪酸塩鉱物間の分配係数に対する圧力の効果の測定を1400°Cの温度において行い、圧力の上昇とともにそれぞれの元素の分配係数が1に近づいてゆくことを明らかにした。本年度はNi,Co,Mn以外の元素、Cr,V,In,La,Tm,Scの金属相-カンラン石間の分配係数に対する圧力の効果の見積もりを試みた。

本年度の測定結果によれば、Inは金属相に濃集し、Cr,Vはカンラン石中に濃集する事が明らかになった。また、La,Tm,Scについては、ほとんどがカンラン石中に入ることが明らかになった。これらの元素はNi,Co,Mnの様にFeとの交換反応が定義できないため、分配係数として組成依存性の大きいNernst分配を用いざるを得ない。本研究においては、圧力の上昇とともに珪酸塩相の組成が徐々に変化するため、現段階では確定的に結論できないが、これらの元素についても、圧力の上昇とともに金属相及びカンラン石に濃集するという特徴が弱くなる傾向が見られた。この結果から、昨年度のNi,Co,Mnの場合と同様に、Cr,V,In,Tm,Scについても圧力の上昇とともに分配係数が1に近づいて行くという可能性が示唆される。15EA02:以上の結果を総合し、地球型惑星において観測されている元素存在度と比較を行うと、小惑星のように小型で内部圧力の低い天体では、各元素ごとの分配係数の差が大きな条件下で核とマントルの化学平衡が成り立ったことを示唆している。一方、地球のような大型の惑星では、各元素の分配係数の差が小さい条件で核-マントルが化学平衡にある事を示している。この結果は本研究により示された各元素の分配係数に対する圧力の効果によって説明できる。
ミトコンドリア老化関連蛋白GLO1による新たな心不全発症機序の解明と治療応用

心不全の発症には、心筋細胞老化に伴う心筋細胞機能低下が関係していると考えられている。Glyoxalase1(GLO1)は細胞ミトコンドリアに存在し、抗老化作用を示すことが近年報告されている。本研究ではGLO1の心筋細胞内での役割を解明し、心不全の進行に対する新規治療法の開発を目指すことを目的とする。培養心筋細胞で心筋内GLO1が細胞刺激により、刺激前と比べ低下の傾向を示したが、有意な低下としては認められなかった。GLO1の下流物質メチルグリオキシラーゼ(MG)が心不全患者の予後に関係するかを調べるため、MG血中濃度を測定したところ、MG高値群で有意に心臓死が多かったが重症度とは相関しなかった。我が国では近年、高齢者の心不全患者の増加が著しい。心不全発症には心筋細胞老化に伴う心筋細胞機能低下が関係している。Glyoxalase-1;GLO1)は細胞ミトコンドリアに存在し、抗老化作用を示すことが近年明らかにされている。本研究ではGLO1の心筋細胞内での役割を解明し、心不全の進行に対する新しい治療法の開発を目指すことを目的とする。メチルグリオキサール(MG)はMGは解糖系の代謝副産物であるが、反応性の高いジカルボニル化合物であることから、タンパク質、DNAを非可逆に修飾し、老化・細胞死を誘発するといわれている。GLO1は細胞内で毒性の強いMGを乳酸へと無毒化する役割を担っている。MG蓄積が心不全と関係があるかどうかを心不全入院患者の採血サンプルを用いて検討した。心不全患者を心臓死によるイベントの有無により、2群に分けると、イベント有り群で有意にMGは高値であった。Kaplan-Meier曲線の解析により、中央値で振りわけたMG高値群は低値群と比較して有意に心臓死が多かった。心筋内GLO1の量的動態を検討するため新生仔ラットの初代培養心筋細胞を用いて心筋刺激(ドキソルビシン)における、GLO1発現量をWesternblotting法で検討した。心筋内GLO1がドキソルビシン刺激により、刺激前と比べ有意に低下しており、心筋内GLO1の量的低下が心臓老化・心不全に関与する可能性が示唆された。我が国では高齢人口の急激な増加に伴い、近年心不全患者の増加が著しい。高齢者の心不全患者では、比較的左室収縮能が保たれている場合が多く、その発症には心筋細胞老化に伴う心筋細胞機能低下が関係していると考えられている。しかし、心筋細胞老化の詳細な分子メカニズムは未だ十分には明らかになっていない。近年ミトコンドリア機能と老化の関係が注目されており、骨格筋や心筋において老化によるミトコンドリア機能低下と臓器機能低下の関係が報告されている。Glyoxalase-1は細胞ミトコンドリアに存在し、抗老化作用を示すことが近年報告されている。本研究ではGlyoxalase-1の心筋細胞内での役割を解明し、心不全の進行に対する新しい治療法の開発を目指すことを目的とする。新生仔ラットの初代培養心筋細胞とラット心筋Cell LineであるH9C2細胞を用いて、心筋障害物質であるドキソルビシン刺激でのGlyoxalase-1濃度を定量検討した。心筋内Glyoxalase-1がドキソルビシン刺激により、刺激前と比べ低下の傾向を示したが、有意な低下としては認められなかった。Glyoxalase-1の下流物質である、メチルグリオキシラーゼが心不全患者の予後に関係するかどうかを調査するため、心不全患者のメチルグリオキシラーゼ血中濃度を測定したところ、メチルグリオキシラーゼ高値群で有意に心臓死が多かった。しかしながら、入院時の重症度、脳性ナトリウム利尿ペプチド(BNP)との有意な相関は認められなかった。循環器内科学新生仔ラットの初代培養心筋細胞を用いて実験を行うことはできたが、GLO1のノックダウンと過剰発現による心筋細胞での効果を検討できなかった。更にミトコンドリア蛋白を分離し、GLO1の量的変動を検討する予定であったが、心筋細胞全体のGlo1発現のみしか検討できていない点が遅延の原因としてあげられる。心不全入院患者の採血サンプルを用いて、血中MG濃度と心不全の進展度に相関があるかどうかを、ELISA法で検討できたが、サンプルの確保の問題で心筋生検で得られた、不全心筋でのMG発現量・GLO1発現量を免疫染色で検討するところまでは至らなかった。各種心筋刺激後のGLO1の量的変化をウエスタンブロッティング法を用いて確認を行う。GLO1をSiRNAによってノックダウンさせ、心負荷が増大するかどうか検討を行う。免疫組織染色にてGLO1の局在・発現量を検討する。