hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロスタグランジン受容体を介した眼表面上皮細胞による炎症制御機構の解明

上皮による炎症性サイトカインCXCL10, CXCL11, CCL5, MCP-1, IL-6をEP2, EP3アゴニスは有意に抑制した。このことは、眼表面においてEP2, EP3受容体が炎症抑制には垂らしていることを示している。2もう一つの眼表面上皮である角膜上皮を培養してpolyI:Cで刺激したところ、結膜上皮と同様に様々なサイトカインが誘導される。その培養ヒト角膜上皮を用いてEP2, EP3, EP4アゴニストによる炎症性サイトカイン抑制効果をELISAならびに定量PCRで解析した。その結果EP2, EP3アゴニスを添加すると誘導されたサイトカインの多くは有意に抑制された。3ヒト眼表面炎症病態患者から眼表面再建手術時に摘出される組織を用いてPG受容体EP3, EP4の免疫染色を行ったところ、EP3, EP4ともに、Stevens-Johnson症候群や眼類天疱瘡などの重症眼表面炎症性疾患においてその発現が著明に減弱していた。このことは、これらの重症眼表面炎症性疾患の病態に、PG受容体が関与していることを示してる。4重症眼表面炎症性疾患であるStevens-Johnson症候群患者の遺伝子多型解析を通じて、ヒト疾患におけるPG受容体の関与を検討した。その結果Stevens-Johnson症候群患者の遺伝子多型解析において、EP3の遺伝子多型が有意に相関を示した。このことは、Stevens-Johnson症候群の病態にPG受容体が関与していることを示している。眼表面上皮細胞に発現しているある種のプロスタグランジンが、眼表面炎症を制御しているという仮説は、正しく、それを証明する所見が出てきている。24年度が最終年度であるため、記入しない。眼表面上皮に優位に発現し、眼表面炎症を抑制しているプロスタグランジンE2受容体サブタイプEP3に焦点を絞って研究することにより、眼表面炎症制御機構の解明に進めると考えられる。そのため、次年度は、EP3に焦点を絞った解析を行う。
神経活動の可塑性と記憶におけるレム睡眠の役割

レム睡眠の機能については殆ど分かっていない。最近筆者らは、レム睡眠が海馬の神経細胞の発火頻度の減少と同期性の上昇を引き起こすことを見出した(Grosmark et al., 2012)。本研究は、レム睡眠が海馬以外の脳領域でも神経細胞の発火頻度の減少と同期性の上昇を引き起こすかを調べた。さらに、レム睡眠による発火頻度や同期性の変化と記憶や情報処理の関係を明らかにすることで、神経活動の可塑性と記憶におけるレム睡眠の役割を解明することを目指した。本年度はまず、解剖学的に海馬体の出口層にあたる海馬台と呼ばれる領域の投射神経細胞に対して、レム睡眠による発火頻度や同期性の調節が投射先依存的である可能性を調べた。そのために、自由行動中の動物に大規模電気生理学と光遺伝学的手法を組み合わせて適用することで、記録している海馬台の投射神経細胞を投射先により分類する手法を確立した。この方法を用いて、場所記憶課題中とその前後の睡眠の記録をとり、それぞれの投射先脳領域へ投射している海馬台の神経細胞が行動中にどのような場所情報や記憶情報を表現し、その活動性がレム睡眠によってどのように制御されているかを網羅的に調べる系を立ち上げた。さらに、記憶の形成・固定・消去の過程で、腹側海馬・前頭前野・扁桃体の各領域において、個々の神経細胞の行動中における情報表現とレム睡眠による活動性の相関を調べる系を立ち上げた。この研究のためにはシリコンプローブを使って脳の3箇所から同時記録することが必要であるため、3Dプリンタを用いてシリコンプローブを高密度に装着する方法を確立した。レム睡眠の後に行われる記憶の固定のテストや記憶消去の固定のテストなどの結果と、レム睡眠による発火頻度や同期性の変化との相関を調べることで、レム睡眠による発火頻度や同期性の調節がどのように記憶と関わっているのかを直接的に判定できる系を立ち上げた。29年度が最終年度であるため、記入しない。「レム睡眠は不必要な情報を消去して脳の記憶容量や情報処理能力を上げる」という仮説がある。さらに、レム睡眠が海馬の神経細胞の発火頻度の減少と同期性の上昇を引き起こす。しかし、レム睡眠が海馬以外の脳領域でも同様の機能を持っているのか不明である。また、レム睡眠による発火頻度や同期性の変化と記憶や情報処理の関係は全く分かっていない。本年度はとくに次の2つの目標について研究を進めた。1.レム睡眠によって海馬の神経細胞の活動相関性や情報表現がどのように変化するかを調べる。2.海馬以外の記憶構造でレム睡眠が発火頻度や発火同期性などの可塑性に対してどのような役割があるのかを明らかにする。先ず1.の目標では、レム睡眠の前後で、海馬の場所細胞どうしの相関関数が変化すること、その相関関数の変化とそれぞれの場所細胞の発火頻度との間にも相関があること、相関関数の変化と場所細胞の場所野の安定性にも相関があることを見出した。今後は、レム睡眠の前後におけるそれらの変化と、ノンレム睡眠中の脳活動との相関を調べることにより、睡眠によってどのように神経細胞の活動相関や情報表現が変化するかをさらに詳細に明らかにする。2.の目標では、とくに外側膝状体と視覚野V1の活動を調べた結果、海馬と同じくそれらの脳構造においても、レム睡眠の前後で、神経細胞の発火頻度や同期性が変化することを見出した。すなわち、海馬で見つかっている、レム睡眠による神経細胞の発火や同期性の調節の役割が、他の脳領域でもみられる普遍的な役割である可能性を示唆している。さらに2.の目標では、恐怖条件づけや報酬学習の行動中とその前後のレム睡眠中に、海馬・扁桃体・前頭前野・腹側被蓋野から記録をとり、これらの脳構造でのレム睡眠の役割を調べることを計画し、本年度はそのために必要な行動実験のいくつかを立ち上げることができた。本研究は申請時に研究のサブテーマの数をやや欲張りすぎた点があったが、当初の計画から大きく外れることなく、おおむね順調に進んだ。1レム睡眠によって海馬の神経細胞の活動相関性や情報表現がどのように変化するかを調べる。2海馬以外の記憶構造でレム睡眠が発火頻度や発火同期性などの可塑性に対してどのような役割があるのかを明らかにする。先ず1の目標では、レム睡眠の前後で、海馬の場所細胞どうしの相関関数が変化すること、その相関関数の変化とそれぞれの場所細胞の発火頻度との間にも相関があること、相関関数の変化と場所細胞の場所野の安定性にも相関があることを見出した。現在は、レム睡眠の前後におけるそれらの変化と、ノンレム睡眠中の脳活動との相関を調べることにより、睡眠によってどのように神経細胞の活動相関や情報表現が変化するかをさらに詳細に明らかにし、論文に纏めようとしている。2の目標では、とくに外側膝状体と視覚野V1の活動を調べた結果、海馬と同じくそれらの脳構造においても、レム睡眠の前後で、神経細胞の発火頻度や同期性が変化することを見出した。すなわち、海馬で見つかっている、レム睡眠による神経細胞の発火や同期性の調節の役割が、他の脳領域でもみられる普遍的な役割である可能性を示唆する興味深いものであり、論文に纏める予定である。

さらに2の目標では、恐怖条件づけや報酬学習の行動中とその前後のレム睡眠中に、海馬・扁桃体・前頭前野・腹側被蓋野から記録をとり、これらの脳構造でのレム睡眠の役割を調べることを計画している。本年度はそのために必要な行動実験のいくつかを立ち上げることができた。以上のことから、「おおむね順調に進んでいる」という自己評価をした。レム睡眠の機能については殆ど分かっていない。最近筆者らは、レム睡眠が海馬の神経細胞の発火頻度の減少と同期性の上昇を引き起こすことを見出した(Grosmark et al., 2012)。本研究は、レム睡眠が海馬以外の脳領域でも神経細胞の発火頻度の減少と同期性の上昇を引き起こすかを調べた。さらに、レム睡眠による発火頻度や同期性の変化と記憶や情報処理の関係を明らかにすることで、神経活動の可塑性と記憶におけるレム睡眠の役割を解明することを目指した。本年度はまず、解剖学的に海馬体の出口層にあたる海馬台と呼ばれる領域の投射神経細胞に対して、レム睡眠による発火頻度や同期性の調節が投射先依存的である可能性を調べた。そのために、自由行動中の動物に大規模電気生理学と光遺伝学的手法を組み合わせて適用することで、記録している海馬台の投射神経細胞を投射先により分類する手法を確立した。この方法を用いて、場所記憶課題中とその前後の睡眠の記録をとり、それぞれの投射先脳領域へ投射している海馬台の神経細胞が行動中にどのような場所情報や記憶情報を表現し、その活動性がレム睡眠によってどのように制御されているかを網羅的に調べる系を立ち上げた。さらに、記憶の形成・固定・消去の過程で、腹側海馬・前頭前野・扁桃体の各領域において、個々の神経細胞の行動中における情報表現とレム睡眠による活動性の相関を調べる系を立ち上げた。この研究のためにはシリコンプローブを使って脳の3箇所から同時記録することが必要であるため、3Dプリンタを用いてシリコンプローブを高密度に装着する方法を確立した。レム睡眠の後に行われる記憶の固定のテストや記憶消去の固定のテストなどの結果と、レム睡眠による発火頻度や同期性の変化との相関を調べることで、レム睡眠による発火頻度や同期性の調節がどのように記憶と関わっているのかを直接的に判定できる系を立ち上げた。H28年度は研究代表者1人で本研究を行ってきたが、H29年度は大学院生1人、医学部学部生2人をリクルートし本研究に参加させることになったので、彼らと共にH28年度以上に研究を推し進めていく。H28年度の研究実績に基づき、特に次の3点に力を注いで研究を推進していく。(1)多点同時記録法を用いて、ラットの前頭前野・扁桃体・基底核・海馬体など、異なる記憶構造から覚醒時と睡眠時に慢性記録法で神経活動を記録する。そして、レム睡眠によって神経発火率や発火同期性がどのように変化するかを調べ、脳領域間で差があるのか、興奮性細胞と抑制性細胞などの細胞種により異なるのかなどを調べる。(2)レム睡眠によって情報処理能力が上がるという仮説があるが、どのような神経活動がその実態なのかは分かっていない。そこで、レム睡眠によって海馬の神経細胞間の活動相関が下がり情報表現がよりスパースになるという仮説を検証する。具体的には新奇の場所課題をラットに行わせ、そのあと睡眠時の活動を記録し、もう一度もとの場所課題をさせる。レム睡眠の前後で神経活動の相関や情報表現のスパースさが変化しているかどうかを調べ、それらの変化率とレム睡眠時の神経活動との相関を調べる。
膠原病の皮膚症状の発現における自己抗体、特に抗ユ-ビキチン抗体の役割り

初年度はSLE患者血清中の抗ユ-ビキチン抗体の存在の検討を行ない、約70%の患者に血清抗体価の上昇を認めた。皮膚症状としてリベド、内蔵臓器症状としてはCNSルーブスを伴う症例に抗体価の上昇を高頻度で認めた。次に抗ユ-ビキチン抗体を用いてSLE患者の皮膚病変局所における、ユ-ビキチンの発現を検討した。正常皮膚では表皮細胞の細胞質に細顆粒状の非常に弱い陽性所見を認めたのに対し、SLE、亜急性エリテマトーデス、DLEを含めたエリテマトーデス患者37例のうち、29例の表皮に細顆粒状からびまん性の強い陽性所見を認めた。エリテマトーデスのサブグループ間では、出現頻度の差は認めなかった。次年度は主にエリテマトーデス以外の膠原病に関しての検討を行った。その結果強皮症においては約30%の症例に抗ユ-ビキチン抗体価の上昇を認めた。これはコントロール群と比較して高価であるが、SLEと比較すると低値であった。最終年度では免疫組織化学的アプローチで自己免疫水疱症などを検討した。その結果、水疱性類天疱瘡、異常性天疱瘡および乾癬においても表皮細胞がユ-ビキチンを強く発現していた。また、虫刺症による水疱や痒疹においても同様であった。しかし、母斑細胞母斑や強皮症皮膚病変においては陰性であった。以上の結果から、ユ-ビキチンは細胞が種々の刺激をうけて、炎症性変化をきたした場合に発現するひとが示唆された。この炎症は、膠原病に限らず、非特異的刺激でも同様の反応が惹起されることが示唆された。ユ-ビキチンに対する自己抗体はエリテマトーデスの病態においては原因ではなく、炎症によるユ-ビキチンの発現の結果として、二次的に抗体が産生されている可能性が示唆された。今回は皮膚病変との係わりに関する検討が主体であったが、内蔵臓器における発現等を解析することにより、今後は病態への関与と病勢や臓器障害の程度の判定に役立つ可能性が考えられる。ユービキチンは蛋白の生体内分解除去機構に関与する一種の熱ショック蛋白であるが、その病態的意義については従来あまり検討されていなかった。今年度は、各種自己抗体の膠原病の皮膚症状における役割を検討する一環として、まず全身性エリテマトーデス(SLE)患者血清中の抗ユービキテン抗体の存在の検討を行なった。その結果、SLE患者の約70%に血清抗体価の上昇を認めた。臨床的症状との関係を検討したところ、皮膚症状としてリベド、内蔵々器症状としてはCNSループスを伴う症例に抗体価の上昇を、高頻度で認めた。次に、抗ユービキチン抗体を用いて、SLE患者の皮膚病変局所における、ユービキチンの発現を検討した。その結果、正常皮膚では表皮細胞の細胞質に細顆粒状の陽性所見を認め、これは角質においても強く認めた。また、真皮においては比較的びまん性に陽性所見を認め、これは細胞内のみならず、間質にも存在している可能性が示唆された。SLE、亜急性エリテマトーデス、慢性円板状エリテマトーデス(DLE)を含めたエリテマトーデス患者37例について検討したところ、29例の表皮に細顆粒状からびまん性の強い陽性所見を認めた。

残りの8例ではコントロールと同様に表皮細胞は弱く細顆粒状に染色された。この結果はエリテマトデス3者間、すなわちSLE、亜急性エリテマトーデス、DLEのサブグループ間での陽性頻度の差は認めなかった。陽性患者と陰性患者間の臨床的な差異については現在検討中である。昨年度までは、おもにエリテマトーデスにおいて臨床データの解析による抗ユービキチン抗体の意義と、皮膚病変局所の組織を用いた免疫組織化学的アプローチによるユービキチンの意義を検討したが、今年度は主にエリテマトーデス以外の膠原病に関して同様の検討を行った。対象として慢性関節リウマチ、強皮症、オーバラップ症候群の若干名について血中抗コービキチン抗体の存在とその値を検討した。また、これらの患者の一部では皮膚病変局所におけるユービキチンの存在を、抗ユービキチン抗体を用いて検討した。その結果、強皮症においては約30%の症例に抗ユービキチン抗体価の上昇を認めた。これはコントロール群と比較して高値であるが、全身性エリテマトーデスで得られた陽性率の約70%と比較すると低い値であった。これらの症例のうち、3例に高い抗体値を認めたが、臨床的には特別な傾向はえられなかった。また、慢性関節リウマチ患者においても2例で中等度に高い抗体価を認めたが、やはりこれらの症例における臨床的な特徴は認められなかった。また一例の混合結合織病(MCTD)においても高い抗体価を認めた。抗ユービキチン抗体を用いた免疫組織化学的アプローチによるユービキチンの発現の検討の結果、強皮症皮膚病変局所における染色パターンは、正常皮膚におけるユービキチンの皮膚局所における発現(表皮細胞の細胞質に細顆粒状、角質強陽性、真皮間質のびまん性陽性所見)と比較して顕著な違いは認めず、強皮症としての一定の傾向はえられなかった。このことは昨年得られたエリテマトーデス患者37例のうち、29例の表皮に細顆粒状からびまん性の強い陽性所見を認めたことと比較して、明らかな相違点と考えられた。ユービキチンの皮膚病変局所における病態的意義について、今後さらに検討する予定である。一昨年度および昨年度の研究の結果、我々は膠原病における血清抗ユ-ビキチン抗体の存在が特にSLEにおいて高い頻度で検出されることを明らかにした。また免疫組織化学的にSLE、DLE、subacute LEにおいて、表皮細胞がユ-ビキチンを発現することも明らかにした、これらの結果を踏まえて、今年度は免疫組織化学の対象を自己免疫水疱症や非炎症生皮膚疾患に広げて検討した。その結果、水疱性類天疱瘡、尋常性天疱瘡および乾癬においても表皮細胞がユ-ビキチンを強く発現していることが明らかとなった。しかし、母斑細胞母斑や強皮症の硬化性皮膚病変などでは弱い染色を表皮に認めるものの、正常皮膚と比較して有意な差を認めなかった。以上の結果から、ユ-ビキチンは、表皮細胞が非特異的な炎症性の刺激をうけて、発現する可能性が示唆された。このような現象は、膠原病の皮膚病変に限らず、表皮細胞がさまざまな刺激を受けた時にユ-ビキチンを発現するものと考えられた。また、膠原病の皮膚病変においても、強皮症の硬化性病変のように細胞浸潤が乏しく、炎症性変化が軽度であるものでは、表皮細胞にユ-ビキチンの発現をみないことは新知見であった。これらの結果から、ユ-ビキチンに対する自己抗体の存在は、エリテマトーデスの病態においては原因ではなく、表皮細胞がユ-ビキチンを発現した結果として、二次的に抗体が産生されている可能性が示唆された。
無機複合ナノ構造の界面機能化学の開拓

本研究では,無機物質をベースに,ナノレベルや原子・分子レベルの複合構造などに特定の結晶面や接合界面を作り込み,その界面・結晶面を主役として発現する機能の学理を探求する.複合的なナノ構造をもつ材料は,分子レベル→ナノレベル→それ以上のスケールへ構造を積み上げた階層構造をもつ.申請者らは,系を特徴づける階層同士が機能面で絡み合い発現する機能を「階層機能」と定義し焦点をあて,H28年度まで基盤研究(B)で研究を展開した.階層機能では,異なる階層同士が,その接合界面を介して,分子やイオンのような化学種,機械的力,電子や電荷をやり取りし,機能面で協奏し機能を発揮する.本研究では,このコンセプトをさらに発展させ,より一般化した「無機ナノ複合構造の界面機能化学の開拓」を目指す.面を介してやり取りするものとして,今回,電子や正孔,イオンや分子,界面での機械的な力などを想定する.本年度の主たる成果として,CrNエピタキシャル薄膜の反強磁性転移温度に与える基板の効果について,過去のテータと現在の実験結果を統一的に解釈することを試みた。その結果,転移温度を制御する因子として,基板界面の応力とは異なる制御因子があることが示唆された。これをもとに次年度以降さらに研究の展開を図る。新しいCO2吸着剤を目指した層状複水酸化物(LDH)の研究においては,結晶性の高いMg-Al LDHを合成しその熱分解挙動を調べた結果,その構造変化について従来明確に捉えられていなかった原子・分子レベルでの描像を得ることができた。光触媒系においては,メソポーラス空間に補足された有機分子の特異な分解特性や人工光合成系における金属間化合物助触媒の役割についての知見の深化を図ることができた。無機複合構造における界面が主役となる機能化学の展開という観点において,(1)エピタキシャル薄膜の磁性転移に与える基板の効果における新しい現象への端緒(2)層状複水酸化物結晶の加熱に伴う構造変化における原子・分子レベルでの理解の深化(3)光触媒系におけるナノ構造の効果の明確化および新規助触媒への展開の3点で予想以上の進展が見られた。引き続き継続的進展を得るべく研究の進展を図る。特に,新現象の端緒にかかわる展開としては,明確な証拠を慎重に揃える方向で検討を進める。
スクリプト依存型のコミュニケーション行動の類型とその運用能力の習得

本研究では、コミュニケーション行動において繰り返し使用されるストラテジーをスクリプト依存型行動として捉え、コミュニケーションの類型モデルを構築するための基礎データを収集し、種々の言語行動要素の機能について分析・検討した。具体的には以下の2場面を取り上げた。1.買い物場面の言語行動山形県と奈良県の個人商店において、買い物場面のコミュニケーションをビデオ、テープ等で記録した。データを文字化した上で、場面展開の類型や言語要素の機能について、地域差も視野に入れながら検討した。2.対外国人の言語行動国際化する日本社会において、日本語母語話者が非母語話者(外国人)コミュニケーションをする際に、どのような「対外国人言語行動」が見られるかを調査した。実際の「接触場面」(「外国人場面」)のデータを収集し、談話参加者の社会言語学的属性による違いをはじめ、こうした「接触場面」に見られる様々なバリエーションを分析・考察した。言語行動の一連の流れが明確な2場面を取り上げ、コミュニケーションの類型モデルを構築するための基礎データを収集し、種々の言語情報の記述方法を検討した。1.買い物場面の言語行動山形県と奈良県の個人商店において買い物場面をビデオ、テープ等で記録・観察した。データを文字化した上で、ノンバーバル記号やパラ言語情報の記述方法を検討した。2.道聞き場面の言語行動都内で外国人を含む研究協力者の協力を得て、応対の様子を記録・観察した。次年度へ向けて、話し手と聞き手のストラテジーの問題や異文化間コミュニケーションの問題点等が明確になった。
始原生殖細胞の分化機構

マウス始原生殖細胞が多能性幹細胞集団であるエピブラストから分化する機構を解明する目的で、この過程を制御する可能性のある遺伝子を、単離した始原生殖細胞から同定することを試みた。その結果、形成期始原生殖細胞から特異的に発現する、インターフェロン誘導性膜蛋白質ファミリーに属する蛋白質をコードする2つの遺伝子、mil-1,mil-2を同定した。発現パターンと構造から、これら遺伝子産物が形成期始原生殖細胞間の相互作用を介して、始原生殖細胞形成に関わる可能性が示唆された。また、エピブラストからの始原生殖細胞の形成過程を再現できる初代培養系を使って、胚体外外胚葉で発現するBMP4が、エピブラスト基部に始原生殖細胞の前駆細胞を誘導することを明らかにした。さらに、やはり胚体外外胚葉からの誘導作用により、BMP4の細胞内情報伝達分子であるSmad5が、まずエピブラスト基部に誘導され、エピブラスト基部がBMP4に対する反応性を獲得することにより、始原生殖細胞の形成過程が始まることを見いだした。次に、その後の始原生殖細胞の分化機構を明らかにすることを念頭に、その過程で特異的に起こるゲノム刷り込み遺伝子の脱メチル化の解析を行った。その結果、典型的なゲノム刷り込み遺伝子であるIgf2rの脱メチル化が、移動期の始原生殖細胞で始まっており、さらに生殖隆起に到着すると急激に進行することを見いだし、生殖隆起の環境に依存する機構と依存しない機構が、脱メチル化の進行に関わっている可能性が示唆された。移動期の始原生殖細胞(PGC)と胚盤胞を用いたサブトラクションcDNAスクリーニングにより得られた候補クローンのマウス胚での発現を、ホールマウントin situハイブリダイゼーション法によりさらに詳しく調べたところ、ヒトインターフェロン誘導性遺伝子ファミリーの遺伝子であるB97R,B47-2が、7.25日胚の、形成直後のPGCで発現していることが明らかになり、これら遺伝子がPGCの発生運命の決定に関与することが示唆された。また、細胞内分子の核移行に関与することが知られている、RAN binding protein / importin 13をコードしているB94遺伝子が移動期の始原生殖細胞で発現しており、さらに成体精巣で特異的に発現しているサイズの異なるmRNAが存在していることが確認され、生殖細胞での特異的な機能が予想された。一方、Igf2r遺伝子のメチル化インプリンティング消去については、メチル化配列を網羅的に解析できるbisulfate法により解析したところ、これまでに行ったHpaII-PCR法では脱メチル化が認められなかった10.5日胚のPGCでも脱メチル化を起こしているものが存在することがわかり、より早い発生段階のPGCから脱メチル化が開始していることが示された。さらに、メチル化領域全体にわたって、脱メチル化が非同調的に進行していることを示唆する結果が得られ、メチル化部位に個別的な制御により脱メチル化が起こることが考えられた。始原生殖細胞の形成を制御する遺伝子を同定する目的で、移動期始原生殖細胞と胚盤胞を用いてサブトラクションcDNAスクリーニングを行い、前者で特異的に発現する遺伝子として、インターフェロン誘導性膜蛋白質遺伝子ファミリーの2種類の遺伝子mil-1,mil-2を同定した。今年度は、これらが形成期とそれ以降の始原生殖細胞で特異的かつ差時的に発現すること、またもう一つの類似遺伝子mil-3とともに、約60Kbpの染色体領域に並んで存在することを見いだした。さらにmil-1の始原生殖細胞特異的な発現制御機構を解明する目的で、mil-1遺伝子の5'上流領域をGFP遺伝子につないだものでトランスジェニックマウスを作製した。その結果、始原生殖細胞での特異的なGFPの発現を確認することに成功し、この領域内に制御領域が存在することが明らかとなった。

また、マウスエピブラストからの始原生殖細胞形成を再現できる初代培養系を用いて、本年度は5.25-5.5日胚で、胚体外外胚葉の作用により、エピブラストに、増殖因子BMP4に対する細胞内伝達分子であるSmad5の発現が誘導されることにより、エピブラストが始原生殖細胞形成に必要なBMP4シグナルへの反応性を獲得することを明らかにした。またこの反応性が6.0日胚以降、予定始原生殖細胞領域であるエピブラスト基部にのみ維持されることを明らかにし、エピブラストが胚体外外胚葉からのシグナルに対する反応性を段階的に変化させることにより、始原生殖細胞の形成に向かうことを示した。
アブラナ科食品中に存在するイソチオシアネートの血小板凝集抑制機構の解明

本研究では、筆者らが既に血小板凝集抑制作用を示すことを認めたアブラナ科食品中のイソチオシアネート(ITC)の血小板凝集抑制作用機構の解明を目的とした。ITCの構造が血小板凝集に及ぼす影響を検討するため、各種ITCおよびITC誘導体の血小板凝集抑制作用を測定した結果、ITCは炭素鎖が長くなるにつれて抑制効果が強くなった。チオカルバミル体(TC)にするとω-alkenyl ITCは効果が弱くなったが、ω-methylthioalkyl ITCの効果はほとんど変わらなかった。1-(methylthio)hexaneは活性がなかったが、6-methylsulfinylhexyl ITCはω-methylthioalkyl ITCとほぼ同様の活性を有した。
腱板修復術後患者の修復腱板に加わる張力の定量的評価法の開発

本研究の目的は、超音波エラストグラフィを用いて腱板修復術後の修復腱の硬さを測定し、どのような装具の装着位置や日常生活動作、運動療法で張力が増加するのかを明らかにすることである。平成30年度は、昨年度に引き続き計測を実施し、現在までに腱板修復術後患者17名の測定が終了した。装具の装着位置に関しては、(1)挙上30°位・肩甲骨面(基準肢位)、(2)挙上0°位・肩甲骨面、(3)挙上60°位・肩甲骨面、(4)挙上30°位・肩甲骨面+60°、(5)挙上30°位・肩甲骨面ー60°の5条件で測定し、挙上30°(基準肢位)および挙上45°と比べて挙上0°位で修復腱の硬さが有意に増加した。また、肩甲骨面(基準肢位)と比べて肩甲骨面+60°、肩甲骨面ー60°で修復腱の硬さが有意に増加した。これらの結果は、挙上角度が低く、肩甲骨面から逸脱した位置に装具を装着することで、修復腱に加わる張力が増加することを示唆している。日常生活動作に関しては、(1)飲水、(2)歯磨き、(3)更衣の3条件で測定し、基準肢位と比べて飲水、歯磨き動作で修復腱の硬さが有意に増加した。運動療法に関しては、(1)自動介助運動(屈曲、外旋)、(2)自動運動(屈曲、外転、外旋)、(3)抵抗運動(外転、外旋、内旋)の8条件で測定し、基準肢位と比べてすべての運動で修復腱の硬さが有意に増加した。また、抵抗運動(外転)、抵抗運動(内旋)で修復腱の硬さがそれぞれ最大値、最小値を示した。本研究で得られた知見は、腱板修復術後患者に対する生活指導や、修復腱を保護しながら安全なリハビリテーションプロトコルを構築する上で有益な情報となる。平成30年度は、当初の計画どおりに研究を行うことができ、現在までに腱板修復術後患者17名の測定が終了した。目標人数が20名であるため、概ね達成することができた。腱板修復術後患者20名を目標に測定を継続する。また、Power Analysisを行い、必要があれば目標被検者数を調整する。被験者数が目標に達した時点で被検者の抽出は終了とし、国内外の学術集会で発表、国際的な医学雑誌への投稿を通じて研究成果を発信する予定である。腱板断裂に対する外科的治療として腱板修復術が行われる。しかし、術後患者の約30%が再断裂を引き起こすことが報告されており、肩関節痛や筋力低下が残存するだけでなく、再手術によって医療コストの増加に繋がる。したがって、術後リハビリテーションにおいては、修復腱を保護し、再断裂を防ぐことが重要となる。この再断裂を引き起こす力学的要因として修復腱に加わる張力が挙げられる。特に、上肢固定期間中において、装具の装着位置は修復腱への張力に影響を及ぼすと考えられるが、適切な装具の装着位置に関しては未だ不明な点が多い。また、運動が許可された時期において、日常生活動作や運動療法でどの程度の張力が加わるのかが定量的に明らかにされていないため、患者への生活指導は医療者の主観的な判断でなされているのが現状である。そこで、本研究では超音波エラストグラフィを用いて修復腱の硬さを測定することで張力を推定し、どのような装具の装着位置や日常生活動作、運動療法で張力が増加するのかを明らかにすることを目的とした。平成29年度は、研究プロトコルを作成し、当院倫理委員会の承認を得た。この研究プロトコルをもとに健常者3名を対象とした予備実験を行い、測定方法を確認した。次に、腱板修復術後患者を対象とした本実験を行い、現在までに9名の測定が終了した。装具の装着位置に関しては、水平面上において肩甲骨面より後方に装着した位置で修復腱の硬さが増加、つまり張力が増加する傾向を認めた。日常生活動作に関しては、安静肢位と比べて、飲水や歯磨き動作で修復腱の硬さが増加する傾向を認めた。運動療法に関しては、自動介助運動、自動運動、抵抗運動の順に修復腱の硬さが増加し、内外旋運動と比べて挙上運動で修復腱の硬さが増加する傾向を認めた。平成29年度は、倫理委員会の申請や必要物品の購入を行い、研究環境を整えることができた。また、当初は腱板修復術後患者10名の測定を目標としていたが、概ね達成することができた。

また、肩甲骨面(基準肢位)と比べて肩甲骨面+60°、肩甲骨面ー60°で修復腱の硬さが有意に増加した。これらの結果は、挙上角度が低く、肩甲骨面から逸脱した位置に装具を装着することで、修復腱に加わる張力が増加することを示唆している。日常生活動作に関しては、(1)飲水、(2)歯磨き、(3)更衣の3条件で測定し、基準肢位と比べて飲水、歯磨き動作で修復腱の硬さが有意に増加した。運動療法に関しては、(1)自動介助運動(屈曲、外旋)、(2)自動運動(屈曲、外転、外旋)、(3)抵抗運動(外転、外旋、内旋)の8条件で測定し、基準肢位と比べてすべての運動で修復腱の硬さが有意に増加した。また、抵抗運動(外転)、抵抗運動(内旋)で修復腱の硬さがそれぞれ最大値、最小値を示した。本研究で得られた知見は、腱板修復術後患者に対する生活指導や、修復腱を保護しながら安全なリハビリテーションプロトコルを構築する上で有益な情報となる。平成30年度は、当初の計画どおりに研究を行うことができ、現在までに腱板修復術後患者17名の測定が終了した。目標人数が20名であるため、概ね達成することができた。今後はPower Analysisを行い、必要があれば目標被検者数を調整して測定を継続する予定である。被検者の数が目標に達した時点で被検者の抽出は終了し、統計学的解析を行った後に学会発表および論文投稿にて研究成果を発信する。腱板修復術後患者20名を目標に測定を継続する。また、Power Analysisを行い、必要があれば目標被検者数を調整する。被験者数が目標に達した時点で被検者の抽出は終了とし、国内外の学術集会で発表、国際的な医学雑誌への投稿を通じて研究成果を発信する予定である。次年度の研究使用額は、超音波エラストグラフィの測定に関わる消耗品の購入が一部不要となったこと、当初の予定より被検者数が少なかったことにより発生した。次年度は、平成30年度請求額とあわせ、被検者への謝金、研究遂行に必要な物品の購入、学会発表、論文作成のために使用する予定である。当初予定していた物品の購入が不要となったため、次年度使用額が生じた。
妊娠および胎児発育におけるスフィンゴ脂質代謝の役割の解明

スフィンゴ脂質代謝は正常妊娠の維持に重要であり、代謝バランスの異常により流産が引き起こされる。今回の研究では、ノックアウトマウスを用いてスフィンゴ脂質代謝異常によって起こる流産のメカニズムの解明を試みた。ELISA法および免疫染色法により、Sphk1^<-/->Sphk2^<+/->の脱落膜組織においてのみ、CXCL1値が著明に増加していた。その結果、Sphk1^<-/->Sphk2^<+/->では、CXCL1の発現領域に一致して、好中球が著明に浸潤していた。したがって、正常妊娠においては、Sphk1やSphk2が発現することにより、過剰な炎症を抑制し、移植片である胎児が、母体の中で平和的に共存することを可能にしていることが明らかになった。スフィンゴ脂質は多様な細胞生物学的活性を有するメディエーターであり、様々な疾患発症過程に重要な役割を担っている。最近、特に免疫系および多発性硬化症の治療薬として注目を集めている。私は、スフィンゴ脂質代謝経路は妊娠の継続維持に不可欠であることを見出した。スフィンゴ脂質代謝は正常妊娠中に活性化しており、スフィンゴシンキナーゼ活性が低下した雌の遺伝子改変マウスの子宮中の胎児は発育異常をきたし、最終的には流産をおこす。しかし、何故、スフィンゴ脂質代謝の異常によって流産がおこるのか、そのメカニズムは明らかではない。私は、今年度、野生型とスフィンゴシンキナーゼ遺伝子改変マウスの血清、血漿、妊娠子宮組織などを比較検討し、ある一群の炎症に関与するケモカインの発現が遺伝子改変マウスの子宮において、局所的に驚くべき上昇を示していることを見出した。これらのケモカインの機能が正常妊娠の維持に関わっており、その機能異常により流産がおこるという報告はこれまで全くみられない。今年度、得られたデータは非常に新規性の高いものであり、さらに解分を進めることにより、今まで原因不明とされた流産の原因の解明、さらにはその予防および治療に大きく貢献する可能性がある。これまでの研究で、スフィンゴ脂質代謝は正常妊娠中に活性化しており、スフィンゴシンキナーゼ活性が低下した雌の遺伝子改変マウスの子宮中の胎児は発育異常をきたし、最終的に流産が引き起こされるがわかっている。しかし、スフィンゴ脂質代謝の異常により流産が起こるメカニズムは明らかではない。昨年度からの研究により、野生型とスフィンゴシンキナーゼ遺伝子改変マウスの妊娠子宮組織を比較検討し、ある一群の炎症に関与するケモカインおよびその受容体の発現が遺伝子改変マウスの子宮組織で著明に増加していることを見出した。この結果に基づいて、ケモカイン受容体やこの受容体を高度に発現している白血球を抗体や阻害剤で抑制する実験をマウスで行った。通常、スフィンゴシンキナーゼ遺伝子改変マウスの子宮内では、胎児は胎生7.5日目頃に死亡するが、この治療により胎児の生存日数が延びてきており、明らかな治療効果が認められている。さらに研究を進め、治療により出産まで到達することを目指す。今年度、得られたデータは非常に新規性の高いものであり、さらに解析を進めることにより、今まで原因不明とされた流産の原因の解明、さらにはその予防や治療に大きく貢献する可能性がある。スフィンゴ脂質は多様な生物学的活性を有する脂質メディエーターであり、様々な疾患発症過程に重要な役割を果たしている。これまでの遺伝子改変マウスを用いた研究により、スフィンゴ脂質代謝は正常妊娠中に活性化しており、代謝バランスに異常がおこると母親側の要因によりほぼ全ての胎児が妊娠早期に子宮内で死亡することが明らかになっている。昨年度までの研究により、スフィンゴ脂質代謝バランスの異常によって起こる流産のメカニズムを明らかにした。スフィンゴシンキナーゼ(Sphk)遺伝子改変マウスの妊娠脱落膜組織では、野生型マウスに比べて、一群の炎症性ケモカインのリガンドやその受容体の発現が著明に増加しており、その部位に一致して好中球が浸潤していた。その結果、血管を含む脱落膜組織の障害が引き起こされ、胎児は子宮内で死亡することが明らかになった。今年度はこの結果に基づいて、ケモカイン受容体やこの受容体を高度に発現している白血球を抗体や阻害剤で抑制する実験をさらに推し進めた。Sphk遺伝子改変マウスの雌からの胎児は、胎生8.5日目までにほぼ全て死亡するが、ケモカインの働きを抑制することにより、胎生8.5日目を超えて約40%の胎児が生存し、出産まで到達する仔もみられた。

また、ヒトにおけるスフィンゴ脂質代謝の意義を検討するため、人工妊娠中絶または自然流産の患者から脱落膜組織を採取し、脱落膜細胞を分離・精製した。ヒト脱落膜細胞にスフィンゴシンキナーゼの阻害剤やsiRNAを投与し、検討中である。
オートファジー不能植物における細胞死促進因子の同定

オートファジーは,細胞内タンパク質を液胞に送り込み,分解する現象であり,液胞分解機構の中心的な役割を担っている.申請者は,オートファジー不能植物(ATG遺伝子破壊株)の表現型解析から,高等植物ではタンパク質のリサイクリング・アミノ酸の供給源としてのオートファジーの生理的役割に加え,細胞死において植物ならではの役割が存在することを明らかにした.オートファジーは,細胞内タンパク質を液胞に送り込み,分解する現象であり,液胞分解機構の中心的な役割を担っている.申請者は,オートファジー不能植物(ATG遺伝子破壊株)の表現型解析から,高等植物ではタンパク質のリサイクリング・アミノ酸の供給源としてのオートファジーの生理的役割に加え,細胞死において植物ならではの役割が存在することを明らかにした.オートファジーは,細胞内タンパク質を液胞に送り込み,分解する現象であり,液胞分解機構の中心的な役割を担っている.申請者によるオートファジー不能植物(ATG遺伝子破壊株)の表現型解析から,高等植物ではタンパク質のリサイクリング・アミノ酸の供給源としてのオートファジーの生理的役割に加え,植物ならではの役割が存在することが示唆された.今年度の解析により,ATG遺伝子破壊株は病原菌抵抗性反応における過敏感反応細胞死の進行が早いことが明らかとなった.ATG遺伝子破壊株では野生型に比べて速やかに細胞死が起こっていると考えられる.植物にはプログラムされた細胞死に必要な(液胞を積極的に崩壊させる)何らかの因子が存在しており,オートファジー能が欠損しているとその因子が分解されないので細胞死が速やかに起こるといった図式が考えられる.この問題を明らかにするために,病原体抵抗性に関わっていると言われているサリチル酸の関与を検討した.サリチル酸関係の遺伝子突然変異体とATG遺伝子破壊株を交配させ,老化促進表現型が回復するかどうかを調べている.現在のところ,サリチル酸をカテコールに代謝するバクテリア由来のサリチル酸水酸化酵素遺伝子NahGをATG遺伝子破壊株に過剰発現させると,老化促進表現型が抑制されることを確認している.この抑制はNahGによって代謝されないサリチル酸のアナログ,BTH(benzo(1,2,3)thiadiazole-7-carbothioic acid)を処理することによって解除されることから,ATG遺伝子破壊株に老化促進表現型を付与しているのはサリチル酸シグナリングのコンポーネントであるということが示唆された.オートファジーは、細胞内タンパク質を液胞に送り込み、分解する現象であり、液胞分解機構の中心的な役割を担っている。申請者によるオートファジー不能植物(ATG遺伝子破壊株)の表現型解析から、高等植物ではタンパク質のリサイクリング・アミノ酸の供給源としてのオートファジーの生理的役割に加え、植物ならではの役割が存在することが明らかとなった。昨年度、サリチル酸をカテコールに代謝するバクテリア由来のサリチル酸水酸化酵素遺伝子NahGをATG遺伝子破壊株に過剰発現させると老化促進表現型は抑制されるが、その抑制はNahGによって代謝されないサリチル酸のアナログ、BTH (benzo(1,2,3)thiadiazole-7-carbothioic acid)を処理することによって解除されることを確認した。この結果は、ATG遺伝子破壊株に老化促進表現型を付与しているのはサリチル酸シグナリングのコンポーネントであるということを示唆していた。本年度はこの結果をさらに確かめるために、サリチル酸生合成・シグナリング系の突然変異体に加え、老化に関与していると言われているその他のホルモン、ジャスモン酸やエチレン経路の突然変異体との二重変異体を作成し、観察したところ、サリチル酸関連の突然変異体だけが老化促進表現型を抑制できることが明らかとなった。一方、暗処理によって誘導される黄化促進表現型はサリチル酸関連の突然変異体でも抑制することはできなかった。以上の結果から、植物オートファジーは"サリチル酸シグナリングの減衰"に重要な役割を果たしていることが新たに明らかとなった。オートファジーは、細胞内タンパク質を液胞に送り込み、分解する現象であり、液胞分解機構の中心的な役割を担っている。申請者は、オートファジー不能植物(ATG遺伝子破壊株)の表現型解析から、高等植物ではタンパク質のリサイクリング・アミノ酸の供給源としてのオートファジーの生理的役割に加え、植物ならではの役割が存在することを明らかにした。オートファジー不能植物は老化促進表現型を示すが、これはサリチル酸生合成・シグナリング系の変異によって抑制された。しかし、老化に関与していると言われているその他のホルモン、ジャスモン酸やエチレン経路の変異では抑制されないことが明らかとなった。一方、暗処理によって誘導される黄化促進表現型はサリチル酸関連の変異体でも抑制することはできなかった。加えて、オートファジー不能植物では活性酸素種が増大していることが明らかとなった。これは、老化促進表現型がサリチル酸関連の変異体によって抑制された植物体であっても同様に観察された。また、サリチル酸アナログ、BTHの添加によりオートファジーが亢進することも見いだした。以上の結果を考え合わせると、植物オートファジーばサリチル酸シグナリングの減衰"に重要な役割を果たしていると考えられる。現在、その詳細な分子機構を明らかにするためにオートファジー不能植物のサプレッサー変異体の単離を試みている。これまでに、オートファジー不能植物をγ線処理し、変異を導入したM2種子をすでに取得している。
低原子価金属塩を用いる有機ケイ素化合物の活性化と反応

1.シリルエノールエーテルの銅(I)塩による選択的アシル化:ケイ素・銅交換反応がシリルエノールエーテル上でも進行することを利用して,シリルエノールエーテルの銅(I)塩による選択的O-アシル化を行ったところ,広範な基質に対して良好な収率で目的物が得られた.2.銅(I)触媒によるα,β一不飽和力ルボニル化合物の求核的シリル化:ケイ素求核剤はクロロシランやジシランからアルカリ金属を用いて還元するなどの方法で発生することができるが,炭素求核剤と比べると比較的発生させにくいことからやや敬遠されがちであった.われわれはケイ素-ケイ素結合が銅(I)塩で切断されることを初めて発見し,これを利用して求核的なケイ素化剤を触媒的に発生させる方法を見つけた.110%触媒量のCU(I)OTfの存在下,ジシランがα,β-不飽和カルボニル化合物に1,4-付加反応し,引き続く酸加水分解により,β-シリル化体が高収率で得られることを新たに見いだした.この反応は銅塩に対する配位子の効果が顕著で,銅(I)塩に対して小過剰のトリブチルホスフィンの添加により収率が向上する.また溶媒としてはDMFがもっともよい結果を与える.基質としてはα,β-不飽和アルデヒドも可能であるが,α,β-不飽和エステルの場合は収率が低下する.ジシランのα,β-不飽和ケトンへの1,4-付加反応はPd触媒を用いた報告があるが,ハロゲン置換により活性化されたジシランが必要であるなど制限があり,この銅(I)塩触媒を用いる方法の方が一般性は高い.3.光学活性ヒドロシランにおけるケイ素・銅(I)交換:光学活性ヒドロシランにおいて,ケイ素・銅(I)交換反応に基づくシリルエーテル合成を行ったところ,極性溶媒中にもかかわらず,ケイ素上の立体が保持された生成物が得られた.このことはこのケイ素・銅交換反応を経由する反応機構の考察に有益な示唆を与える.近年の有機合成において有機銅化合物は非常によく用いられる有機金属反応剤一つであるが,有機銅化合物を合成する方法はこれまで限定されていた。有機ケイ素化合物の多くは空気中でも安定であり,空気中の酸素・水分で容易に分解する有機リチウムなどに比べ合成・入手が容易である。もし有機銅化合物を合成する前駆化合物として有機ケイ素化合物を使うことができれば,実験操作等の簡便さという点から有益であるが,通常の有機ケイ素化合物から有機銅化合物を調製した明確な例は,これまでに報告されていなかった。しかし研究代表者はアルキニルシランやヒドロシランなどの有機ケイ素化合物が,極性溶媒中では塩化銅(I)などの一価の銅塩とスムーズに反応し,対応する有機銅化合物を与えることを新たに見いだした。さらに有機銅反応剤を有機ケイ素化合物からケイ素銅交換によって生成させることで,有用な有機合成反応を見つけることができた。アルキニル銅をアルキニルシランからケイ素銅交換によって系中で生成,反応させることで,アルキニル銅を単離することなしに,触媒量の塩化銅を用いてアルキニルシランを直接アシル化することができた。またヒドロシランにおいても類似のケイ素銅交換が進行することを見つけ,それを利用してα,β-不飽和カルボニル化合物の選択的1,4-還元に成功した。有機ケイ素化合物と有機ハロゲン化物との交差カップリング反応は,有機合成的に有用な反応である。今回我々が見いだしたケイ素銅交換を利用すれば,既存の方法では必須であったフッ化物イオンなしで有機ケイ素化合物と有機ハロゲン化物との交差カップリング反応が実現できた。またこの反応を利用してオルソゴナル法に基づく有機電子材料の効率のよい合成法を開発することができた。1.シリルエノールエーテルの銅(I)塩による選択的アシル化:ケイ素・銅交換反応がシリルエノールエーテル上でも進行することを利用して,シリルエノールエーテルの銅(I)塩による選択的O-アシル化を行ったところ,広範な基質に対して良好な収率で目的物が得られた.2.銅(I)触媒によるα,β一不飽和力ルボニル化合物の求核的シリル化:ケイ素求核剤はクロロシランやジシランからアルカリ金属を用いて還元するなどの方法で発生することができるが,炭素求核剤と比べると比較的発生させにくいことからやや敬遠されがちであった.われわれはケイ素-ケイ素結合が銅(I)塩で切断されることを初めて発見し,これを利用して求核的なケイ素化剤を触媒的に発生させる方法を見つけた.110%触媒量のCU(I)OTfの存在下,ジシランがα,β-不飽和カルボニル化合物に1,4-付加反応し,引き続く酸加水分解により,β-シリル化体が高収率で得られることを新たに見いだした.この反応は銅塩に対する配位子の効果が顕著で,銅(I)塩に対して小過剰のトリブチルホスフィンの添加により収率が向上する.また溶媒としてはDMFがもっともよい結果を与える.基質としてはα,β-不飽和アルデヒドも可能であるが,α,β-不飽和エステルの場合は収率が低下する.ジシランのα,β-不飽和ケトンへの1,4-付加反応はPd触媒を用いた報告があるが,ハロゲン置換により活性化されたジシランが必要であるなど制限があり,この銅(I)塩触媒を用いる方法の方が一般性は高い.3.光学活性ヒドロシランにおけるケイ素・銅(I)

交換:光学活性ヒドロシランにおいて,ケイ素・銅(I)交換反応に基づくシリルエーテル合成を行ったところ,極性溶媒中にもかかわらず,ケイ素上の立体が保持された生成物が得られた.このことはこのケイ素・銅交換反応を経由する反応機構の考察に有益な示唆を与える.
低炭素水素社会に向けたプラズマ触媒の気固境界面反応場の基盤技術

今年度の研究では、平板メッシュ電極間に充填した触媒表面に形成される負極性ストリーマの特性についてICCDカメラを用い詳細を調べた。負極性パルス電圧を印加した直後には高電圧電極近傍にグロー放電が生じた後に接地電極から陰極に向かってストリーマが進展する放電モードを初めて観測した。露光時間を十分長くした場合いずれもストリーマが触媒層を横断する形を示すが、ナノ秒刻みの時系列の観測により接地電極からのストリーマが観測できた。これは正極性のストリーマと同様な機構で進展するため、負極性パルスでは反対方向になっていることも明らかにした。2次元の流体モデルによるシミュウレーションからは、触媒ペレットと接地電極間に発生する強い電界(200 kV/cm)がストリーマの進展に大きく影響していることが分かった。ストリーマの進展速度は印加電圧に依存し、印加電圧14kVで700 km/s前後の進展速度を示した。触媒反応ではオゾンによるCOの常温酸化をモデル反応として単一金属の触媒と合金触媒の性能を評価した。単一触媒としてはAgが有効であり、合金にした場合CO酸化活性が低下する触媒が多い中Ag-Pdの合金触媒ではそれぞれの単独よりも高い性能を示す協調効果が得られた。FTIRを用いたその場観察などにより、COの吸着サイトが変わることや反応中間生成物の蓄積を抑制が強調効果のキーであることを明らかにした。触媒調製における酸化・還元処理手段としてプラズマジェットを検討する中、これまでのサイズ限界(8mm)を超えられる新しい構造を取り入れた大口径プラズマキャンドルを開発した(特許出願)。プラズマキャンドルは直径25 mmのサイズで発生できることを確認した。これは当初の予定に含まれていないセレンディピティに当たる研究成果である。本研究では、低温プラズマとナノ粒子で修飾した触媒の相補的融合における気固界面反応場の基礎的特性を解明し、新規低温触媒反応場の具現化と同時に応用技術として低炭素水素社会への展開に向けた道筋を確立することを目標としている。低炭素水素社会の実現に向けた具体的な二つの目的反応として、ハーバーボッシュ法に代わる新規中小規模の「アンモニア合成技術の確立」と温暖化ガスの削減と有効利用を狙った「CO2の資源化技術」の水素化反応を両軸とする。プラズマに適した触媒材料の開発は、本研究の重要な基盤要素である。ナノ材料で修飾した触媒表面と沿面で進展するストリーマの気固境界面で生じる相互作用は未開拓の研究分野ではあるものの、新規反応場としてのポテンシャルが極めて高い。今年度はこれまで検討例がなかった触媒層における負極性パルス放電プラズマの基礎特性を調べ、接地電極から陰極に向かって進展するプラズマモードを初めて観測できた。有害汚染物質の代表である一酸化炭素をプラズマにより生成したオゾンによる室温触媒酸化を検討し、Ag-Pdの合金触媒が有効であることを明らかにした。この複合触媒は従来の熱触媒反応では活性が低く、オゾンを用いた常温酸化に特化した材料であることを明らかにした。本研究の当初に目標としていた、プラズマ触媒の相互作用の解明の基礎研究と、新規触媒開発といった実用的な面でも順調に研究成果得られており、今年度もこれを維持していきたい。二年目(2019年)の研究では、プラズマ環境に適した触媒の探索とモデル反応を用いた活性評価をより広く展開しる。今年度は当初予定していたモデル反応の一つである二酸化炭素(CO2)の資源化に向けたプラズマ触媒の検討を始める。また、窒素固定においては、温度、湿度、触媒の有無などの項目について評価を行い、エネルギー収率と時空収率の検討を進める。触媒表面のサフェースストリーマについては、韓国機械研究院(KIMM)の研究グループと連携しながら、シミュウレーションと実験による計測結果の比較を行う。大口径プラズマキャンドルについてはまだ基礎特性のデータが皆無であり、既存の小さい口径のジェットまたはアアレ化したプラズマジェットとの比較検討も必要である。今年度の研究ではガスの種類(He, Ar, Ne, Xeなど)、印加電圧、シュリーレン法による気流の可視化などを行う予定である。また、触媒の酸化還元などの表面改質などへの応用について試行的な検討を行う。また、東京工業大学の竹内先生との連携によりプラズマキャンドルと従来型のプラズマジェットの基礎特性の比較検討を加速する。

FTIRを用いたその場観察などにより、COの吸着サイトが変わることや反応中間生成物の蓄積を抑制が強調効果のキーであることを明らかにした。触媒調製における酸化・還元処理手段としてプラズマジェットを検討する中、これまでのサイズ限界(8mm)を超えられる新しい構造を取り入れた大口径プラズマキャンドルを開発した(特許出願)。プラズマキャンドルは直径25 mmのサイズで発生できることを確認した。これは当初の予定に含まれていないセレンディピティに当たる研究成果である。本研究では、低温プラズマとナノ粒子で修飾した触媒の相補的融合における気固界面反応場の基礎的特性を解明し、新規低温触媒反応場の具現化と同時に応用技術として低炭素水素社会への展開に向けた道筋を確立することを目標としている。低炭素水素社会の実現に向けた具体的な二つの目的反応として、ハーバーボッシュ法に代わる新規中小規模の「アンモニア合成技術の確立」と温暖化ガスの削減と有効利用を狙った「CO2の資源化技術」の水素化反応を両軸とする。プラズマに適した触媒材料の開発は、本研究の重要な基盤要素である。ナノ材料で修飾した触媒表面と沿面で進展するストリーマの気固境界面で生じる相互作用は未開拓の研究分野ではあるものの、新規反応場としてのポテンシャルが極めて高い。今年度はこれまで検討例がなかった触媒層における負極性パルス放電プラズマの基礎特性を調べ、接地電極から陰極に向かって進展するプラズマモードを初めて観測できた。有害汚染物質の代表である一酸化炭素をプラズマにより生成したオゾンによる室温触媒酸化を検討し、Ag-Pdの合金触媒が有効であることを明らかにした。この複合触媒は従来の熱触媒反応では活性が低く、オゾンを用いた常温酸化に特化した材料であることを明らかにした。本研究の当初に目標としていた、プラズマ触媒の相互作用の解明の基礎研究と、新規触媒開発といった実用的な面でも順調に研究成果得られており、今年度もこれを維持していきたい。二年目(2019年)の研究では、プラズマ環境に適した触媒の探索とモデル反応を用いた活性評価をより広く展開しる。今年度は当初予定していたモデル反応の一つである二酸化炭素(CO2)の資源化に向けたプラズマ触媒の検討を始める。また、窒素固定においては、温度、湿度、触媒の有無などの項目について評価を行い、エネルギー収率と時空収率の検討を進める。触媒表面のサフェースストリーマについては、韓国機械研究院(KIMM)の研究グループと連携しながら、シミュウレーションと実験による計測結果の比較を行う。大口径プラズマキャンドルについてはまだ基礎特性のデータが皆無であり、既存の小さい口径のジェットまたはアアレ化したプラズマジェットとの比較検討も必要である。今年度の研究ではガスの種類(He, Ar, Ne, Xeなど)、印加電圧、シュリーレン法による気流の可視化などを行う予定である。また、触媒の酸化還元などの表面改質などへの応用について試行的な検討を行う。また、東京工業大学の竹内先生との連携によりプラズマキャンドルと従来型のプラズマジェットの基礎特性の比較検討を加速する。