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軟骨細胞の増殖と分化の制御機構におけるBMPの生理的役割の解明

軟骨細胞の増殖・分化調節に関わるBMPおよびそのレセプターの同定と、それらの分子の生理作用を解明する目的で、以下の研究を行った。(2) BMP-2,4遺伝子を導入して過剰発現させた軟骨細胞では、増殖率の低下と、分化の亢進が認められた。この結果を確認するためにBMPR-IAおよびIBのconstitutive active BMPレセプター(それぞれCA-IA、CA-IBと略す)をレトウイルスベクターに組み込み、軟骨細胞に導入した。その結果、両者とも軟骨細胞の増殖を抑制し、分化を促進した。また、CA-IAはそれらの作用に加えて、軟骨細胞の石灰化とapoptosisも強力に促進した。以上の結果より、BMPR-IBおよびBMPR-IIを介したBMP signalは、軟骨細胞の増殖・分化・石灰化・apoptosisのあらゆる機能変化に必須であることが強く示唆された。軟骨細胞の増殖・分化調節に関わるBMPおよびそのレセプターの同定と、それらの分子の生理作用を解明する目的で、本年度は、以下の研究を行った。(1)種々の分化段階の培養軟骨細胞における各種のBMPレセプターおよびBMPの発現をRT-PCR法およびnorthern hybridization法を用いて調べた。その結果、軟骨細胞は、BMPR-IAおよびIB、BMPR-IIおよびAcrT-IIAおよびAct-IIBのBMPレセプターを発現すること、およびActR-IIの発現は、軟骨細胞の分化とともに減少することが解った。また、軟骨細胞で最もdominantに発現するBMPは、BMP-4,6,7であった。(2)BMPR-IAおよびIB、BMPR-IIのdominant negative BMPレセプター(それぞれDN-IA,DN-IB,DN-IIと略す)をニワトリ軟骨細胞に導入して軟骨細胞の機能に及ぼす影響を調べた。DN-IAは、軟骨細胞の分化形質に著明な影響を与えなかったが、DN-IBおよびDN-IIは、軟骨細胞の増殖を強力に促進する一方で、分化を完全に停止させた。逆に、BMP-2,4遺伝子を導入した軟骨細胞では、増殖率の低下と、分化の亢進が認められた。以上の結果より、軟骨細胞の分化にはBMPR-IBおよびBMPR-IIを介したBMP signalが必須であることが判明した。(1)昨年に引き続きBMPR-IAおよびIB、BMPR-II、ActivinR-IIAのdominantnegativeBMPレセプター(それぞれDN-IA、DN-IB、DN-II、DN-ActR-IIと略す)をニワトリ軟骨細胞に導入して軟骨細胞の機能に及ぼす影響を調べた。DN-IAは、軟骨細胞の分化形質に著明な影響を与えなかったが、DN-IB.DN-II、DN-ActR-IIは、軟骨細胞の増殖を強力に促進する一方で、分化を抑制した。dominant negative BMPレセプターによる軟骨細胞の分化抑制作用と増殖促進作用の強さは密接に連動しており、もっとも著明な分化抑制作用を示したDN-IIは、同時に最も著明に軟骨細胞増殖を促進した。(2)昨年度の研究で、BMP-2,4遺伝子を導入して過剰発現させた軟骨細胞では、増殖率の低下と、分化の亢進が認められた。この結果を確認するためにBMPR-IAおよびIBのconstitutive active BMPレセプター(それぞれCA-IA、CA-IBと略す)をレトウィルスベクターに組み込み、軟骨細胞に導入した。また、CA-IAはそれらの作用に加えて、軟骨細胞の石灰化誘導とapoptosisも強力に促進した。
直腸病変に対する肛門温存手術後にみられる排便障害の発症機序とその対策

直腸癌に対する肛門温存手術後に高頻度で生じる排便障害は低位前方切除術後症候群として近年注目を集めている。われわれはこの成因と対処方法に関して検討を続けている。本年度は臨床検討として、排便機能障害を生じる成因として術中の括約筋障害が生じていることを見出し、これを国際会議で発表した(Endo S, Koda K, et al. Colorectal Dis 2015suppl; pp40)また骨盤内臓全摘手術での肛門温存の可能性と予後改善について発表した(Koda K第20回中日消化器外科学会2015年5月30日上海)(Koda K, et al. Colorectal Dis 2015suppl; pp72)(Keiji Koda, et al. Int J Colorect Dis2016;31:59-66.)また、術前放射線治療が術後の排便機能障害の大きな成因となることから術前の化学療法を以前から開始しており排便機能障害への影響が軽微であることを報告している(Kosugi C, Koda K, et al. 18thECCO-40th ESMO 2015Vienna)以前から臨床例では術後残存大腸の運動機能の亢進が術後排便機能に強い影響を与えていることを報告してきており、術中の外部神経切離がその成因との作業仮説からラットにおいて同様のモデルを作成することを試みてきた。神経切離モデルにおいては確かに脱神経部分の運動機能は亢進していることが確認されたが、その成因として考えている壁内Auerbach神経叢やカハール細胞の変化に関しては明確な結果が得られずにおり今後の課題と考えている。直腸癌に対して広く行われている肛門温存手術後には高頻度に排便障害が発症し、患者のQOLを障害する要因となっている。しかし、その原因については明らかとなっていない。そこで、実際に直腸癌に対する肛門括約筋温存手術を行った症例について術後1年経過後に肛門括約筋機能を3Dベクターマノメトリーで測定、さらに排便造影にて機能を評価する。ラットを用いて下部消化管への外部神経を切離したモデルを作成し、当該部位の腸管運動を観察する。また経時的に当該部位の腸管壁にどのような変化が生じているかを免疫組織学的に検討する計画とした。これまでに103例に対して3Dマノメトリーによる評価を行い全周性に内圧を認める残存肛門管長と失禁スコアには逆相関があることを確認している。また139例に対して内視鏡下に挿入した圧モニターセンサーにて大腸の蠕動運動を評価したところ、新直腸部分に過剰運動がみられる症例にはurgencyなどの排便障害が高率に伴うことを見出している。ラットモデルは手技的に作成が比較的困難でありモデル作成が停滞しているが継続して研究を施行する。初期の研究では作業仮説通り、脱神経された下部消化管部位では過剰な蠕動運動がみられており、これは血流を残しても同様であるため主に腸管への脱神経が関与することが示唆される。大腸運動能に起因する排便障害に対する治療に関して2014年Clin Exp Gastroenterlに一部の結果を発表した。すなわち下痢型の過敏性腸症候群(IBD)においては下部消化管の過剰運動がその症状発現に関与されると示唆されており、今回の脱神経がもたらす術後排便障害との類似性があると考えIBDの治療薬を術後障害の男性患者に試してもらったところ一定以上の効果があったため報告した。直腸癌に対する術後排便機能障害は低位前方切除術症候群(LARS)として近年さまざまな論文、総論が見られるようになっている。2016年のDCRおよび2012年のLancet Oncolにおける総説では、LARSの成因や病態に関して今回の研究の発端となったわれわれの論文2つが引用された。その中ではわれわれの主張である、新たに造設された新直腸の運動能がLARSの発現に関わることが紹介されており、この考え方は認知されつつあると考えている。現在も臨床症例での術後1年目における残存大腸の運動機能を測定、同時に3D-vector manometryを用いた独自の肛門括約筋機能の測定、また術後のdefecographyを用いた画像解析などデータを集積を継続している。これら肛門括約筋機能、残存大腸の運動機能、そして排便造影での画像解析を総合的に判断して排便機能障害との関連性を検討している研究は少なく継続する価値が高いと考えている。またラットにおける外部神経切離モデルの作成とその大腸運動能の評価を継続している。モデルの作成には困難がおおいが、一部で運動機能のデータが得られておりさらにモデル作成を続けてデータを取得する必要がある。また手術に伴って新直腸には病理学的にどのような変化が生じているのかを主に免疫染色を用いて解析することを予定しているが、モデル作成が滞っているためにこちらもデータを収集することが難しい状況である。低位前方切除術をはじめとした肛門括約筋温存手術例に対する1年目の評価として残存大腸運動機能の測定、肛門括約筋機能の3-D vector manometryによる測定評価、defecogarphyによる動的な解析を続けており臨床データは順調に得られつつある。問題はラットを用いた低位前方切除術後の外部神経切離モデルの作成がなかなかうまく行かず、手術は慣れてきたものの腸管運動のモニタリングで納得できるデータの取得が数例で得られたのみである。

データを増やして解析できるまでに集まっておらずこの部分で研究がやや滞りを見せている。直腸癌に対する肛門温存手術後に高頻度で生じる排便障害は低位前方切除術後症候群として近年注目を集めている。われわれはこの成因と対処方法に関して検討を続けている。本年度は臨床検討として、排便機能障害を生じる成因として術中の括約筋障害が生じていることを見出し、これを国際会議で発表した(Endo S, Koda K, et al. Colorectal Dis 2015suppl; pp40)また骨盤内臓全摘手術での肛門温存の可能性と予後改善について発表した(Koda K第20回中日消化器外科学会2015年5月30日上海)(Koda K, et al. Colorectal Dis 2015suppl; pp72)(Keiji Koda, et al. Int J Colorect Dis2016;31:59-66.)また、術前放射線治療が術後の排便機能障害の大きな成因となることから術前の化学療法を以前から開始しており排便機能障害への影響が軽微であることを報告している(Kosugi C, Koda K, et al. 18thECCO-40th ESMO 2015Vienna)以前から臨床例では術後残存大腸の運動機能の亢進が術後排便機能に強い影響を与えていることを報告してきており、術中の外部神経切離がその成因との作業仮説からラットにおいて同様のモデルを作成することを試みてきた。神経切離モデルにおいては確かに脱神経部分の運動機能は亢進していることが確認されたが、その成因として考えている壁内Auerbach神経叢やカハール細胞の変化に関しては明確な結果が得られずにおり今後の課題と考えている。臨床例において実際に肛門温存手術を受けた患者さんの残存直腸機能の測定は順調に進んでいる。これまでの観察通り、肛門温存手術後には肛門管内への手術操作が加わらない手術においても肛門括約筋機能の変異が認められ、明らかに排便機能障害と関連が認められることを確認している。ラットにおける外部神経切除モデルの作成が遅延しており、以前のような安定したモデルが作成できていない。そのメインの理由は手技的な問題である。徐々に担当者のスキルが上がってきており、目的とするモデルを作れる可能性があるためしばらくの猶予を見ている段階である。引き続き臨床症例で上記のデータ集積を続けて行き、多数例での解析を行いたい。現在までに得られた所見では、外部神経の切離範囲によって支配領域にある大腸のセグメントには過剰な蠕動運動が見られる傾向がある。その頻度は約40%ほどと思われる。これらの過剰な運動機能を持つ症例ではsevere LARSの発現頻度が高そうである。最も発現と関連性が強いのは3-D vector manometryで測定した全周性内圧を持つ肛門管の長さのようで、とくにincontinenceと相関があるらしい。
超音波弾性画像を用いた動注化学療法に対する抗腫瘍対効果判定の基礎研究

RCN-9を使用した大腸癌肝転移モデルの作成し、超音波造影剤のソナゾイドを用いてラットの尾静脈より造影超音波を施行した。生理食塩水(コントロール群)、イリノテカン(CPT-11)、NK012(CPT-11の前駆体)の三群にランダムに分ける。それぞれの群に対して尾静脈から静注、肝動脈から動注する。超音波によって各群の腫瘍径の変化から抗腫瘍効果を評価した。また、造影超音波にて治療後0、10日目のTIC(time intensitycurve)を算出し経時的に観察した。これまで腫瘍径の評価による抗腫瘍効果は証明されてきたが、早期予測因子に関していまだ議論されていない。TICのパラメータの中でこれまでTime to peakが腫瘍増大予測として有効であると報告されてきた。そのため我々はVX2腫瘍移植家兎に対して超音波検査を施行してきた。腫瘍が予想以上に深い箇所に形成されてしまい、経腹壁からの観察ではコントラスト分解能を保てないことが判明した。また、VX2腫瘍では中心壊死が大きく、低コントラストのなか腫瘍内の実質と壊死組織の比率を超音波で測定することが困難であった。そのため、対象動物をラットに変更し、RCN-9を使用した大腸癌肝転移モデルの作成を行っている。また、現時点で動物用の超音波装置では適切な条件でのエラストグラフィを行えなかったため、代替案としてラットのための造影超音波検査を確立した。超音波造影剤のソナゾイドを用いてラットの尾静脈より造影超音波を施行する。ソナゾイドを用いたラットの実験では臨床用量の等倍、10倍、100倍で報告されている。我々も様々な濃度にて大腸癌肝転移モデルに対して造影超音波を施行した際、最も良好な造影効果を得られたのは臨床用量の20倍の濃度であった。この方法を基に造影超音波を実施し、大腸癌肝転移モデルの腫瘍径を治療前に計測する。その後、生理食塩水(コントロール群)、イリノテカン(CPT-11)、NK012(CPT-11の前駆体)の三群にランダムに分ける。各群の腫瘍径の変化から抗腫瘍効果を評価する。また、造影超音波にて治療後0、3、7、10日目のTIC(time intensity curve)を算出し経時的に観察している。そのため我々は腫瘍径変化とTICの各種パラメータの推移の関連性の有無を評価している。対象動物をVX2腫瘍移植家兎からRCN-9腫瘍移植ラットに変更したため、大腸癌肝転移モデルの作成に難渋し、熟練を要した。そのため引き続きRCN-9腫瘍移植ラットに対して造影超音波検査による抗腫瘍効果判定の評価を続行する予定である。ラット腫瘍モデル作成において動物、細胞購入に予算が必要であった。IVR手技を実施するにあたっての道具などにも予算が必要であった。
生体細胞の凍結過程におけるミクロ熱・物質移動の能動的促進と活性評価法の確立

生体組織の凍結保存を成功させるには、凍結時に細胞の内外に生成する氷晶による致命的な損傷(凍害)を抑止する必要がある。そのだめ、凍結過程での冷却速度を最適に制御すると同時に、凍害防御剤の速切な選定によって氷核の生成・成長を抑制することが行われている。凍結保存の一連の過程を通じて、細胞の生存を支配する現象には、(1)浸透圧ストレス(細胞の過膨張・過収縮)、(2)細胞内凍結、(3)細胞外で生成した氷晶による力学的ストレス、(4)生化学毒性、などがある。理想的な凍害防御剤とは、これらすべてを回避できる勢力をもつものと考えられる。本研究の第一の目的は、上記(1)(4)を回避しうる凍害防御剤を選定し、さらに電場などを用いた能動的方法によって高濃度の凍害防御剤を速やかに細胞内に取り込み、緩慢冷却速度でのガラス化(非晶質状態での固化)を実現して、上記(2)の凍害を抑止することである。第二の目的はj凍結過程および凍結後の細胞の活性評価法(viability assessment)の確立である。本研究では、超音波を用いた組織・細胞の力学的特性の計測や、蛍光反応を利用した細胎内のアデノシン3燐酸(ATP)の定量などを試みた。これら2テーマに関する本年度の研究成果の概略は以下のとおりである。テーマ1について:上に述べた諸条件を満足する凍害防御剤を選定する目的で、これまで使用してきたグリセロール、ジメチルスルフォキシド(DMSO)に加えて、アルギン酸、トレハロースおよびとれらの混合物について実験を行った。試料細胞としては、取り扱いが容易であることから主としてヒト由来の浮遊細胞を用いた。実験の結果、アルギン酸は低濃度で高粘性であるため、細胞膜の形状を維持する機能があること、トレハロースは細胞外に微細な氷晶をつくり、細池内に取り込まれなくても細胎内凍結を抑制する効果をもつことがわかった。なお、電場印加による高濃度凍害防御剤の細胞内導入についての実験も行い、ある程度満足すべき結果を得たが、印加の最適条件な明らかにするには至っていない。テーマ2について:微小な生体組織の「やわらかさ」を測定することによって、組織の活性を評価する方法の確立を目指して、超音波パルス法による軟組織の力学的測定法を開発した。また、ルシフェリン・ルシフェラーゼ反応による発光強度の測定により、細胎内のATP量を測定して細胞の生存率を求める方法を開発した。生体組織の凍結保存を成功させるには、凍結時に細胞の内外に生成する氷による致命的な損傷(凍害)を抑止する必要がある。そのため、凍結過程での冷却速度を制御すると同時に、凍害防御剤の適切な選定によって氷核の生成を抑制することが行われている。凍結保存の一連の過程を通じて、細胞の生存を支配する現象には(1)浸透圧ストレス(細胞の過膨張・過収縮)、(2)細胞内凍結、(3)細胞外で生成した氷晶による力学的ストレス、(4)生化学的毒性、などがある。

理想的な凍害防御剤とは、これらすべてをあらゆる冷却速度において回避できる能力をもつものと考えられる。すなわち、冷却速度によらず、生理的浸透圧(約300mosmol/kg)前後の濃度で細胞内の凍結を抑制する効果をもち、かつ細胞外では凍結しないか、凍結しても氷晶が十分に小さく、細胞を圧迫しない必要がある。本研究の第一の目的[テーマ1]は、上記(1)(4)を回避できる凍害防御剤を選定し、さらに電場を用いた能動的方法を用いて、凍害防御剤を速やかに細胞内に取り込むことによって、上記(2)の抑止を実現することである。第二の目的[テーマ2]は、凍結過程での生体細胞の活性評価法の確立である。本研究では、蛍光顕微鏡による工学的観察や超音波を用いた細胞の力学特性計測など、実時間での活性評価法の確立をはかった。これら2テーマに関する本年度の研究成果の概要は次の通りである。[テーマ1]:上に述べた条件を満足する候補物質として、本年度はアルギン酸とトレハロースを選択した。試料細胞としては、取り扱いが容易であることからマウス骨髄腫株を用いた。実験の結果、(1)アルギン酸は、低濃度で高粘性であるため、細胞膜の形状を維持する機能があること、(2)トレハロースは、本実験範囲の冷却速度では細胞外に微細な氷晶をつくるため、細胞の変形が少なく、細胞内に取り込まれなくても細胞内凍結を抑制する効果をもつこと、などがわかった。[テーマ2]:実際の生体細胞を用いた実験に先立って、アルギン酸と塩化カリウムを用いて疑似細胞を作り、凍害防御剤の効果および凍結時の氷晶の成長と、氷晶による(疑似)細胞での損傷発生過程の観察を行った。また、超音波パルス法による軟組織の力学的特性測定法を発展させ、卵細胞のような微小生体の「柔らかさ」を測定するためのバイオセンサーの開発を行った。生体組織の凍結保存を成功させるには、凍結時に細胞の内外に生成する氷晶による致命的な損傷(凍害)を抑止する必要がある。そのため、凍結過程での冷却速度を制御すると同時に、凍害防御剤の適切な選定によって氷核の生成・成長を抑制することが行われている。凍結保存の一連の過程を通じて、細胞の生存を支配する現象には(1)浸透圧ストレス(細胞の過膨張・過収縮)、(2)細胞内凍結、(3)細胞外で生成した氷晶による力学的ストレス、(4)生化学的毒性、などがある。本研究の第一の目的[テーマ1]は、上記(1)(4)を回避できる凍害防御剤を選定し、さらに電場などを用いた能動的方法によって、凍害防御剤を速やかに細胞内に取り込み、上記(2)の抑止を実現することである。本研究では、蛍光顕微鏡による光学的観察や超音波を用いた細胞の力学的特性計測など、実時間での活性評価法の確立をはかった。[テーマ1]:上に述べた条件を満足する候補物質として本年度は糖類を選択し、水溶液中での細胞内凍結率を測定した。その結果、多糖類であるトレハロースの凍結抑制効果が高いことを確認すると同時に、そのメカニズムについて古典的核生成理論に基づく考察を行った。[テーマ2]:実際の生体細胞を用いた実験に先立って、アルギン酸と塩化カリウムを用いて疑似細胞を作り、凍害防御剤の効果および凍結時の氷晶の成長と、氷晶による(疑似)
中部日本の扇状地における農業的土地利用の時間的・空間的変動に関する地理学的研究

日本の経済活動の主要な場である沖積平野の特徴の1つは,広大な三角州が少く,扇状地地形が発達していることである。この研究の課題は,日本の平野の特徴をよく表わすと考えられる扇状地を取りあげ,明治以降の農業的土地利用の時間的・空間的変化を明らかにし,その条件を探ることである。研究対象地域として中部地方の扇状地を取り上げた。まず,中部日本の大小113の扇状地の1930年頃と1985年頃の土地利用の実態を,5万分の1地形図に着色することによって比較した。さらに土地利用図に基準メッシュをかけ,ポイントサンプリング法により土地利用種目を読み取り,数量化し,比較のための指標とするとともに,デ-タファイルとして保存することにした。これらの作業により,扇状地の土地利用変化を類型化した結果,両年次とも水田のもの,水田から集落に変ったもの,桑畑から水田や普通畑,果樹園,,集落へ変化したもの,普通畑が水田となったもの,林地から水田や普通畑,集落へ変わったものと林地のまま変らなかったものの11の類型に分けることができた。さらにこれらをおおまかにまとめると,「水田継続型」と「農業的土地利用集約型」と「都市的土地利用転換型」の3つになった。そして「水田継続型」は日本海側に,「都市的土地利用転換型」は太平洋側に,さらに「農業的土地利用集約型」は中央高地に主に分布することがわかり,それぞれの事例として富山県黒部川扇状地,静岡県大井川扇状地,山梨県甲府盆地の扇状地群を取りあげた。その結果,扇状地における農業的土地利用の時間的・空間的変動には,自然条件と社会・経済的条件,歴史的条件などの内的要因とともに,農業技術の向上や国の経済の動き,さまざまな政策,社会状況の変化などの外的要因も重要な役割を果していることが明らかになった。内的要因のうち,積雪と水利の便,そして大都市への近接性が特に重要である。
ｍＲＮＡ核外輸送受容体サブユニットｐ１５のＲＮＡ認識機構

mRNA核外輸送受容体Tap-p15ヘテロダイマーによる“積み荷"mRNA認識の分子機構解明を試みた。輸送受容体ヘテロダイマーはRRM-LRR-NTF2Lと呼ばれる3つのドメインを介してRNAに結合すること、各ドメインの役割は、細胞由来の内在性mRNAやウイルス由来のconstitutive transport element(CTE)など、輸送するmRNAの種類により異なることを明らかにした。核膜を有する真核細胞では、様々なRNAやタンパク質の核ー細胞質間輸送は、遺伝子発現において必須の過程であり、多くの生命機能発現のための基礎となる。また、ある種の病原体は、宿主の核ー細胞質間輸送装置を利用して、その生活環を全うすることが知られている。したがって、核ー細胞質間輸送過程は、感染症制御の標的にもなり得る可能性がある。このようなことから、輸送過程に関係する因子群の構造・機能を詳細に解析し、核ー細胞質間輸送の分子メカニズムを明らかにすることは、基礎生物学的な研究として重要であるばかりでなく、創薬などの応用研究を進めていく上でも有用な情報を提供できる可能性がある。本研究では、mRNA核外輸送の分子メカニズムの解明を目指し、輸送受容体ヘテロダイマーとモデル輸送基質RNAの相互作用機構の解析を行なった。また、輸送受容体ヘテロダイマーとモデル輸送基質RNAとの三者複合体の結晶構造解析を行なうために、大腸菌における輸送受容体ヘテロダイマーのリコンビナントタンパク質の発現系を確立するとともに、大量発現および精製条件の至適化を行なった。得られた輸送受容体ヘテロダイマーのリコンビナントタンパク質を用いて、1000を超える結晶化条件のスクリーニングを行ない、有望な条件をいくつか得ることができた。さらに、輸送受容体ヘテロダイマーとモデル輸送基質RNAとの三者複合体を再構成し、同様に結晶化条件のスクリーニングを行なった。核膜を有する真核細胞では、RNAやタンパク質の核ー細胞質間輸送は遺伝子発現における必須の過程であり、多くの生命機能発現のための基礎となる。転写されたRNAはそれぞれに特有の輸送受容体により、特異的な積み荷として認識され、核から細胞質へ輸送される。mRNAは、tRNA、マイクロRNAといった他の比較的低分子量のRNAに比べて、構造的な多様性に富んだRNAであり、プロセシングの過程でmRNAに結合するアダプターと総称されるタンパク質群を介して、輸送受容体であるTap-p15ヘテロダイマーに認識され、輸送される。Tap-p15ヘテロダイマー自体もRNA結合タンパク質であり、そのRNA結合活性は、mRNAの核外輸送に必須である。しかしながら、Tap-p15ヘテロダイマーによる積み荷mRNA認識の分子機構については、現在まで十分に明らかにされていない。RNA結合領域の結晶構造解析から、Tap-p15ヘテロダイマーは、TapのロイシンリッチリピートとNTF2様ドメインの間にあるリンカー配列を介した相互作用により、ヘテロダイマー2分子からなるヘテロ4量体を形成することを見出した。また、ヘテロ4量体中では、RNA結合に関係するアミノ酸残基と核膜孔タンパク質との相互作用に関係するアミノ酸残基が、互いに反対側に配置することが明らかとなった。さらに、ヘテロ4量体形成に必要なリンカー配列に変異を導入することで、モデル基質RNAに対する結合親和性や核外輸送能が顕著に低下することから、ヘテロ4量体がモデル基質を核外輸送する際の構造を示していることが推察された。このような各ドメインの配置は、Tap-p15がmRNAを核外輸送する際に、RNAと結合しながら核膜孔と相互作用する上で都合のよい構造であることが推察された。RNAやタンパク質の核ー細胞質間輸送は、真核生物における遺伝子発現に必須の過程である。核内で転写されたさまざまなRNAは、特有の輸送受容体により“積み荷"として認識され、核から細胞質へ輸送される。mRNAは、他のRNAに比べて構造的な多様性に富んだRNAであり、転写やプロセシングの過程で結合するアダプターと総称されるRNA結合タンパク質群が、輸送受容体Tap-p15ヘテロダイマーによる積み荷認識に重要な役割を果たす。一方、Tap-p15ヘテロダイマー自体もmRNA核外輸送に必須のRNA結合活性を有しているが、そのRNA認識の構造基盤については、十分に明らかにされていなかった。輸送受容体による積み荷認識の分子機構解明を目的とした本研究では、Tap-p15ヘテロダイマーとレトロウイルスのCTE RNAとの複合体の結晶構造解析を試みた。Tap-p15のRNA結合ドメインの構造解析を行ない、TapのロイシンリッチリピートとNTF2様ドメイン間にあるリンカー配列を介したタンパク質間相互作用により、Tap-p15 2分子からなるヘテロ4量体が形成されることを見出した。また、RNA結合に関係するアミノ酸残基と核膜孔タンパク質との相互作用に関係するアミノ酸残基が、ヘテロ4量体中では互いに反対側の面に配置することが明らかとなった。さらに、リンカー配列に変異を導入し、ヘテロ4量体形成を阻害することで、CTE RNAに対する結合親和性や核外輸送能が顕著に低下した。一方で、リンカー変異は、CTE配列を含まないmRNAの核外輸送には影響しなかった。これらの結果から、Tap-p15は、CTE RNAの核外輸送に際してRNAや核膜孔タンパクとの相互作用に最適なヘテロ4量体を形成する一方で、内在性mRNAの核外輸送にはこのような高次構造形成が、必ずしも必要ではないことが推察された。mRNA

核外輸送受容体Tap-p15ヘテロダイマーによる“積み荷"mRNA認識の分子機構解明を試みた。輸送受容体ヘテロダイマーはRRM-LRR-NTF2Lと呼ばれる3つのドメインを介してRNAに結合すること、各ドメインの役割は、細胞由来の内在性mRNAやウイルス由来のconstitutive transport element(CTE)など、輸送するmRNAの種類により異なることを明らかにした。輸送受容体のRNA結合ドメインの同定、高解像度の構造解析に既に成功し、関連するデータをまとめた論文を既に2報発表した。これらのことから、研究はおおむね順調に進展していると判断している。細胞生物学主としてRNAの構造の不安定さが原因となり、輸送受容体ヘテロダイマーとRNAの三者複合体について高解像度のデータが得られていない。次年度も、モデルRNA側に構造を安定化するような変異や塩基部分への修飾を導入し、構造データ改善を試みる。輸送受容体ヘテロダイマーの発現の至適化を完了し、質・量的に構造解析に用い得る試料が得られた。現在までに、輸送受容体ヘテロダイマーについては、約3.6オングストロームの解像度の構造データが得られている。一方、積み荷RNAを含む三者複合体では、高解像度の構造データは、まだ得られていない。また、これまで数種類のRNA変異体を作製し、ゲルシフト法で輸送受容体ヘテロダイマーとの結合を解析したが、RNA側の結合ドメインの特定には至っていない。研究の進捗に応じて研究費を執行したため、当初見込み額よりも少ない額を執行することになった。今後は、RNA側の結合部位の特定に向け、RNaseT1フィンガープリンティング等の手法を用いて、より詳細な解析を行なう必要がある。また、主としてRNAの構造の不安定さが原因となり、輸送受容体ヘテロダイマーとRNAの三者複合体については、高解像度のデータが得られていない。次年度以降は、RNA側に構造を安定化するような変異や修飾を導入し、構造データの改善を試みる。研究計画に大幅な変更はなく、前年度未執行の研究費も含め、当初予定通りの研究計画を遂行する。理由研究の進捗状況に応じて、できるだけ無駄のないように研究費を執行した結果、本年度は当初の見込み額と執行額が異なった。使用計画次年度以降も、本年度分も含めて研究費を執行し、計画通りに研究を進める。
分散相液滴径スペクトルに基く燃料抽出装置の性能比較

燃料の抽出操作におけるウラン、プルトニウムおよびFP等の抽質の移動を支配する界面現象を理解するためには、理想的な均一液滴分散状態を仮定した解析では不充分で、抽出装置内の複雑な乱流場に形成される液滴群の滴径スペクトルおよびこれに基く解析が必要である。本研究ではミキサーセトラーのミキサー部に着目し、ミキサー速度を大にした時に不可避的である空気まき込み条件下でのミキサー内乱流場における液滴径スペクトルの変化を実験的に検討するとともに、その相関式の導出を行った。また気体液体液体分散系の液滴径生成分散機構についても考察を試みた。ミキサー内の乱流場に置かれた液滴は、ミクロ又はマクロスケールの乱れやフローパタンに強い影響を受ける。空気まき込みや通気を加えることによってミキサー部のフローパタンや乱流運動は変化を受けるのでこれに従属的な液滴径分布も大きな変化を受けることが予想される。本研究成果によると、ミキサー内での気泡群の存在は微小滴を大巾に増加せしめると同時に気泡群の無い場合より大きい液滴も生成する。このため気泡群の吸引は中間サイズの液滴の存在確率をかなり低下せしめてしまう。このため、気泡の存在する場合の液滴径スペクトルは無い場合に較べてかなりなだらかなものになる。又液滴の体積分布スペクトルは3本の正規分布の組合せで相関することができた。一方数平均スペクトルは2本の対数正規分布の組合せで相関することができた。なお、体面積平均径の撹拌エネルギー依存性および分散性容積比依存性の実験結果は、空気まき込み又は通気のあるミキサー内での液滴は総括的にみて合一現象に支配されていることを示唆した。原子炉燃料の湿式法による再処理過程では液々抽出操作がプロセスの効率を決定する要因である。又、この液々抽出操作では、ウランやプルトニウム等の抽質の移動を支配する界面の現象が分散液滴群の液滴径分散スペクトルの形態によってその移動速度が強い影響を受ける。本研究はミキサ-セトラ-やパルスドカラム内の液々分散系スペクトルを定性的・定量的に把握し、スペクトルの生成機構を検討し、液液界面での移動現象を解析することによって燃料再処理装置の性能の比較検討を行うことを目的としている。現在までの研究では、ミキサ-式液々分散装置における液滴分散のスペクトルを、個数では分布の数十%を占めているにも拘わらず体積分率では1%に過ぎない小液滴群と、個数の約半数と体積分率の九十%を占める中滴群と、個数では1%にも満たないにも拘わらず体積分率の5%を占める大滴群に分け、それぞれを正規分布でシミュレ-トしてその合計として表現することに成功した。またそれぞれの分布のパラメ-タ-と単位液容積当りの乱流消散エネルギ-、ミキサ-径等のミキサ-条件並びに界面張力、液粘度等の物性との対応関係を定性的・定量的に検討し相関式を得ている。ミキサ-セトラ-内が攪拌条件によって分散支配状態にも合一支配状態にもなることも確認された。なおこの研究過程で、ミキサ-セトラ-液面より気体を捲き込むような攪拌条件では、小滴群と大滴がそれぞれ増加して滴径分散スペクトルが平坦化し、又最大滴径も大きくなるという現象を見い出した。本研究ではミキサー速度を大にした時に不可避的である空気まき込み条件下でのミキサー内における液滴径スペクトルの変化を実験的に検討するとともにその相関式を得た。

また気-液-液系の滴径分散生成機構についても考察を試みた。ミキサー内の液滴はミクロ又はマクロスケールの乱れやフローパタンに強い影響を受ける。空気まき込みや通気を加えることによって撹拌槽部のフローパタンや乱流運動は変化するので液滴径分布も大きな変化を受ける。本研究によると、ミキサー内での空気泡の存在は、微小滴と大きい液滴の存在確率を増加せしめ、中間サイズの液滴の比率を低下せしめる。このため気泡のある場合の滴径スペクトルは無い場合に較べてかなりなだらかなものになる。又滴径の体積分布スペクトルは3本の正規分布の組合せで、個数分布スペクトルは2本の対数正規分布の組合せで相関することができた。なお、体面積平均径の撹拌エネルギー依存性および分散相容積比を変化させた場合の影響からみて、空気まき込み又は通気のあるミキサー内での液滴は総括的にみて合一現象に支配されているとみなされる。
Aktカスケードを介した黄体ホルモンによる乳癌細胞増殖作用とその機序の解析

ホルモン補充療法を施行する際に、子宮内膜癌発症予防のためにはプロゲスチン製剤の併用は必須であるが、このプロゲスチン製剤が乳癌細胞に与える影響を明らかにした。プロゲスチン製剤には合成プロゲスチンであるメドロキシプロゲステロンアセテート(MPA)、Naturalプロゲスチンであるプロゲステロン、19ノルプロゲステロンがある。以前から指摘されているHRTの最も重要な副作用である乳癌はWHIの報告でも26%上昇とされた。しかしながら子宮摘出術後のエストロゲン単独のホルモン補充療法では乳癌の増加がなかったとの報告(JAMA291:1701,2004)もあり、MPAの乳腺への影響が示唆された。プロゲステロンレセプター(PR)を有するヒト乳癌細胞であるT47D細胞を培養し、プロゲスチン製剤を投与すると、MPAは細胞数を増加させた。PRの選択的阻害薬(RU486)を同時投与するとこの反応は抑制された。したがってMPAはPRを介して乳癌細胞を増殖させることが示唆された。また細胞増殖に関与するサイクリンD1、および生存シグナルであるAktに対する効果をwestem blotting法にて解析した。MPAはT47DにおいてAktの反応を活性化させ、この反応はPRの選択的阻害薬(RU486)を用いることにより抑制された。これらのことよりMPAはPRを介してAktカスケードを介して乳癌細胞の増殖に関与していることが考えられた。
アメリカ独立期における法曹制度の生成に関する歴史学研究

1我国の英米法学の空隙分野と言えるアメリカ法の歴史分析を、その法曹制度の特殊性に着目し、イギリスとアメリカ各地域間の比較の観点を重視しながら現行英米法学に対する基礎研究として行っている。先に独立前のマサチューセッツ(以下M)及びヴァジニア(以下V)の法曹制度を検討したのを継承し、今回はアメリカ史全体の画期と言うべき独立直後り両地域における法曹制度の生成過程を研究した。2この時代のアメリカ法曹の状態の記述として、有名なウォレ・テ-ゼがある。その骨子は独立及び戦争のため従来の有能なアメリカ法曹の多くが国外退去し、残った法曹は質・量ともに大幅に低下したという点にある。このテ-ゼは殆ど公理の如く受容されているが、同じ時代を「アメリカ法の形成期」と評する別のしかし同様に公理化しているテ-ゼと歴史的に整合しない大きな問題が残る。この問題意識を念頭に置く必要がある。3 Mに関しては、広範な法曹批判、法曹制度立法の実現など、ウォレン・テ-ゼが符号する点が多い。しかしMでは独立前から存続する「法律家団体」を中心とし、裁判官と弁護士とが一体となってしぶとく法曹批判及び規制立法をかわしていった点が重要である。従って単純に法曹の質・量が低下したとは言えないが、かかる法曹に対しては逆に今一度揺り戻し的に「民主化」という波が押し寄せる可能性がある。4 Vのこの時代の主要問題はカウンティ裁判所改革の方であり、司法制度のうちの法曹制度はその後景で半ば曖昧な形で形成・確立されていった。その結果、簡易な試験による一元的弁護士制度という現在にも及ぶ「アメリカ型法曹」の原型が生じたと言える。その後のデモクラシーの浸透過程で、このVの型がアメリカ全体にわたって主導的な役割を果たした可能性が大きい。このような法曹が中心となり、しかしMのごとき法曹も一定の役割を担って「アメリカ法の形成」に関わって行くのであろう。
交差ジェット-赤外分光による巨大サイズ水クラスターの水素結合構造と揺らぎの研究

1.交差ジェットにより非弾性散乱されたピロール3、4量体のNH伸縮振動をキャビティリングダウン分光により観測した。クラスター生成ノズルの先端から60mmの距離に、ジェット流と垂直になるようにキャビティ軸を形成する。衝突用Heノズルを、二つのジェット流が90°で交差するように設置する。交差点から各ノズル先端までの距離は30mmである。Heジェット流をキャビティ軸と平行にすることにより、二つのジェット流が作る面内に散乱されたクラスターの赤外スペクトルを測定した。まず散乱前において、3392、3382cm^<-1>に3、4量体のシャープなNH伸縮振動(幅1Gm^<-1>)を観測した。一方、散乱後には、3394cm^<-1>に幅5cm^<-1>のブロードなバンドのみを観測した。この衝突誘起バンドの吸収強度は、3、4量体のシャープなバンドとの強い相関が認められた。従って、3394cm^<-1>のバンドを、非弾性散乱により分子間振動が励起された3或いは4量体のNH伸縮振動と帰属した。構造揺らぎの誘起により、クラスターを形成しているNH-π水素結合が弱められ、その結果NH伸縮振動が高波数シフトしたものと考えている。2.赤外キャビティリングダウン分光法と密度汎関数計算により巨大アンモニアクラスターの水素結合構造の解明を行った。クラスターサイズをn=100→700と増加させた時、モード3のバンド幅の狭まり(38→17cm^<-1>)が観測された。結晶モデルクラスターの振動計算を行った結果、クラスターの表面、及び内部にあるアンモニアのモード3は、各々サイズ増加に伴い低波数、高波数シフトを示し、双方が凝集系結晶の振動数に収斂した。従って、赤外スペクトルに観測されたモード3の狭帯化は、結晶類似の水素結合により形成されたクラスターのサイズ増加に由来するものと結論した。1.交差ジェットー赤外分光装置の開発と最適化を行った。準備実験として、NH_3と希ガス原子との非弾性衝突による回転準位励起の観測を行った。ジェット流が90度で交差するようにパルスノズルを設置し、交差点とノズル先端までの距離を30mmとした。NH_3と希ガスの衝突エネルギー(重心系)はHe、Arで各々9.8、20kJ/molである。交差点に赤外レーザーを入射し、NH_3のV_1振動を測定した。衝突がない場合にj=0, 1からの遷移のみが観測されたのに対し、希ガスと衝突させるとj=2-5の高回転準位からの遷移が観測された。非弾性衝突後のNH3の回転温度はHe、Arで各々約100、150Kと見積もられ、衝突エネルギーとの相関が現れることを確認した。2.交差ジェットのピロール(Py)クラスターへの適用を試みた。衝突がない場合、単量体から4量体までのシャープなNH伸縮振動が観測された。それに対し、希ガスと衝突させるとシャープなバンドは消失し、3400Gm^<-1>を中心としたブロードなバンドが強く観測された。液体PyのNH伸縮振動が3403cm^<-1>であることから、ブロード吸収は液体と類似の水素結合構造を持つクラスターによるものであると考えられる。ピーク周波数は衝突エネルギー(希ガス原子の種類)と相関しており、非弾性衝突によるクラスター温度制御の可能性が示唆される。3.赤外キャビティリングダウン分光法と量子化学計算により、ピロール溶媒和クラスターの水素結合構造の解明を行った。ピロールの水素結合サイトは、供与体のNH基と受容体のπ電子の2つがある。水、メタノール、エタノールを溶媒とした1 : 1クラスターにおいては、NH基が水素結合に関与する構造、メタノールを溶媒とした1 : 2クラスターでは、直鎖型メタノール2量体がNH基とπ電子に水素結合するσ-π橋架構造であることを解明した。

クラスターサイズをn=100→700と増加させた時、モード3のバンド幅の狭まり(38→17cm^<-1>)が観測された。結晶モデルクラスターの振動計算を行った結果、クラスターの表面、及び内部にあるアンモニアのモード3は、各々サイズ増加に伴い低波数、高波数シフトを示し、双方が凝集系結晶の振動数に収斂した。従って、赤外スペクトルに観測されたモード3の狭帯化は、結晶類似の水素結合により形成されたクラスターのサイズ増加に由来するものと結論した。
高周波プラズマ生成の高適応性超並列シミュレーション

1.高周波プラズマ生成に関するさまざまな現象を解析するため,プラズマと電磁界の時間発展を記述する複数の物理モデルをモジュールとする有限要素法を用いた統合コードPAFを新たに開発した.2.波動伝播解析と拡散型輸送解析を行う2次元計算コードPAF/WF+TFを整備した.波動伝播解析においてはポテンシャルを用いてマクスウェル方程式を解き,輸送解析においては電子とイオンの密度,温度および静電ポテンシャルに対する拡散型発展方程式を陰解法で解く.ウェーブフロント法による行列方程式解法をMPIライブラリを用いて並列化し,高速化を実現した.3.波動伝播解析モジュールPAF/WFを3次元配位に拡張するとともに,辺上の電界を変数とする解析手法を導入し,計算精度を改善した.そして,各種導波管,らせんアンテナ,同軸アンテナ等による励起の3次元解析を行い,これまでの2次元解析と比較した.4.三角形要素を用いた2次元粒子シミュレーションコードTASK/PFを新たに開発した.さらに弾性衝突,電離,励起,荷電交換等の粒子間衝突の効果を取り入れ,高周波電界によるプラズマ生成の静電シミュレーションを行った.5.ハミルトニアンを用いてジャイロ粒子運動論モデルを定式化し,温度分布をもつプラズマに適用できるように拡張した.そして,このモデルを用いたイロ粒子シミュレーションコードを新たに開発し,磁化プラズマ中のシースの解析を行った.6.本研究の設備備品費によって,Intel Xeon 2.2GHzのCPU32台からなる計算機クラスターを製作し,ギガビットイーサネットを用いた高速ネットワークによって並列分散処理を実現する計算機環境を整備し,その高速性を確認した.1.高周波プラズマ生成に関するさまざまな現象を解析するため,プラズマと電磁界の時間発展を記述する複数の物理モデルをモジュールとする有限要素法を用いた統合コードPAFを新たに開発した.2.波動伝播解析と拡散型輸送解析を行う2次元計算コードPAF/WF+TFを整備した.波動伝播解析においてはポテンシャルを用いてマクスウェル方程式を解き,輸送解析においては電子とイオンの密度,温度および静電ポテンシャルに対する拡散型発展方程式を陰解法で解く.ウェーブフロント法による行列方程式解法をMPIライブラリを用いて並列化し,高速化を実現した.3.波動伝播解析モジュールPAF/WFを3次元配位に拡張するとともに,辺上の電界を変数とする解析手法を導入し,計算精度を改善した.そして,各種導波管,らせんアンテナ,同軸アンテナ等による励起の3次元解析を行い,これまでの2次元解析と比較した.4.三角形要素を用いた2次元粒子シミュレーションコードTASK/PFを新たに開発した.さらに弾性衝突,電離,励起,荷電交換等の粒子間衝突の効果を取り入れ,高周波電界によるプラズマ生成の静電シミュレーションを行った.5.ハミルトニアンを用いてジャイロ粒子運動論モデルを定式化し,温度分布をもつプラズマに適用できるように拡張した.そして,このモデルを用いたイロ粒子シミュレーションコードを新たに開発し,磁化プラズマ中のシースの解析を行った.6.本研究の設備備品費によって,Intel Xeon 2.2GHzのCPU32台からなる計算機クラスターを製作し,ギガビットイーサネットを用いた高速ネットワークによって並列分散処理を実現する計算機環境を整備し,その高速性を確認した.1.有限要素法を用いて波動伝播解析と拡散的輸送解析を行う2次元計算コードTASK/WFを整備し,領域分割による並列化を行った.波動伝播解析においてはベクトルポテンシャルとスカラーポテンシャルに対するマクスウェル方程式を解き,輸送解析においては電子とイオンの密度,温度および静電ポテンシャルに対する拡散型発展方程式を陰解法で解く.ウェーブフロント法による行列方程式解法をMPIライブラリを用いて並列化し,高速化を実現した.一方,波動伝播解析については,3次元配位に拡張したTASK/WFXを新たに開発し,導波管による励起などを含めることにより,コード適用範囲を大幅に拡大した.2.有限要素法を用いた2次元粒子シミユレーションコードTASK/PFを開発した.従来の長方形要素ではなく,境界形状に対する適合性が高く,空間解像度を局所的に変化させることが容易な三角形要素を導入した.そして,円形境界のプラズマにおけるランダウ減衰を検証するとともに,数値雑音のパラメータ依存性を明らかにした.さらに弾性衝突,電離,励起,荷電交換等の粒子間衝突の効果を取り入れ,高周波電界によるプラズマ生成の静電シミュレーションを行った.3.今年度経費によって,Intel Xeon 2.2GHzのCPU 32台からなる計算機クラスターを製作し,ギガビットイーサネットを用いた高速ネットワークによって結合し,並列分散処理を実現する計算機環境を整備した.そして姫野ベンチマークテストにより,その高速性を確認した.また,640GBのディスク容量をもつファイルサーバーを導入し,コード開発環境も整備した.1.これまでに開発した高周波プラズマ生成解析コードを再構成し,さまざまな物理モデルにもとづく解析をモジュールとする統合コードPAFを新たに開発した.PAFコードは,現在のところ,波動伝播解析モジュールPAF/WF,拡散型輸送解析モジュールPAF/TF,粒子シミュレーションモジュールPAF/PF,行列方程式解法モジュールPAF/MS,および共通ライブラリPAF/LIB等から構成される.2.波動伝播解析モジュールPAF/WFを3次元配位に拡張するとともに,四面体要素の節点上の電磁界ポテンシャルではなく,辺上の電界を変数とする解析手法を導入し,低密度領域で観測されていた非物理的モードの励起を完全に抑制し,計算精度を大幅に改善した.さらに,導波管による励起について整備を行い,矩形,円形,同軸の各種導波管が利用可能となり,コードの適用範囲を拡大した.

このコードを用いて,スロットアンテナによる励起,同軸アンテナによる表面波の励起等の解析を行い,従来の2次元解析との比較を行った.3.2次元粒子シミュレーションモジュールPAF/PFを整備し,弾性衝突,電離,励起,荷電交換等の粒子間衝突の効果を取り入れて,高周波電界によるプラズマ生成の静電シミュレーションを行った.さらに,荷電粒子のサイクロトロン運動を平均することによって,計算時間ステップを長くすることができるジャイロ粒子モデルを用いた新しい粒子シミュレーションコードを開発した.4.有限温度プラズマにおける電磁波とプラズマの相互作用を解析するため,積分方程式によるプラズマ応答の記述の定式化を行うとともに,予備的な計算を行った.1.高周波プラズマ生成に関するさまざまな現象を解析するため,プラズマと電磁界の時間発展を記述する複数の物理モデルをモジュールとする統合コードPAFをさらに拡張した.PAFコードは,現在のところ,波動伝播解析モジュールPAF/WF,拡散型輸送解析モジュールPAF/TF,流体シミュレーションモジュールPAF/FF,粒子シミュレーションモジュールPAF/PF,静電界解析モジュールPAF/ES,電磁界解析モジュールPAF/EM,行列方程式解法モジュールPAF/MTX,要素分割モジュールPAF/MG,データ表示モジュールPAF/GRおよび共通ライブラリPAF/LIB等から構成される.2.波動伝播解析モジュールPAF/WFにより,らせんアンテナを用いた誘導結合プラズマの3次元解析を行った.3.2次元粒子シミュレーションモジュールPAF/PFを電磁界解析モジュールと組み合わせ,高周波電界によるプラズマ生成の電磁シミュレーションを行った.4.荷電粒子の運動をサイクロトロン周期にわたって平均することにより,計算時間ステップを長くすることができるジャイロ粒子運動論モデルの定式化を拡張し,温度分布をもつプラズマに適用できるようになった.そして,このモデルを用いた粒子シミュレーションコードを開発し,磁化ブラズマ中のシースの解析を行った.5.有限温度プラズマにおける電磁波とプラズマの相互作用を解析するため,積分方程式によるプラズマ応答の記述の定式化を2次元に拡張し,予備的な計算を行った.
直線型閉ダイバータ模擬実験装置を用いた電離フロントの往復運動に関する研究

核融合科学研究所における直線型プラズマ生成装置TPD-IIを用いた閉ダイバータ模擬実験において「デタッチプラズマの往復運動」というべき現象を観測した。その現象は,閉じ込め装置のダイバータにおけるデタッチプラズマの振る舞いを理解する上での多くの示唆を含んでいる。当直線型装置の基礎研究を通してその現象を理解し,閉じ込め装置のデタッチプラズマの制御法にフィードバックさせることを目指した。振動が励起される実験上での重要なセットアップは閉ダイバータにおけるバッフルを模擬したオリフィスである。発見された振動はオリフィスをまたぐように現れる。研究成果として,'デタッチプラズマの往復運動の機構に対して原子分子過程の重要性を示唆する実験結果を得た。いろいろな注入ガス種に対するデタッチプラズマの振動の特徴を調べたところ,特に水素を注入した場合,ヘリウムやネオンなどの場合と比べ,振動が弱まることを観測した。これは,振動の機構におけるデタッチプラズマ先端部における密度勾配の形成に,原子・分子過程が強く関与していることを示している。最終年度の成果は,上流プラズマ圧とガス種をいろいろ変えた実験,すなわち静電ラングミュアプローブのイオン飽和電流,可視分光,そして中性ガス圧の測定を通して得られたものであり,振動の振幅や周期に関する物理的な理解が深まったことである。振動の振幅は上流プラズマ圧の増加に対して増加する。上流プラズマ圧はオリフィスにおけるプラズマプラギングを生み出す。プラズマプラギングが振動の振幅を決めている。一方,振動の周期はプラズマプラギングによって実質的に小さい値となるオリフィスのコンダクタンスが決定している。電離フロントの往復運動とそれにともなう中性ガス圧の振動を再現する簡素な物理モデルを考案した。モデルは,バッフル板とダイバータ板の間の領域(ダイバータ領域:D領域)とバッフル板の上流の領域(エッジプラズマ領域:E領域)の2点の中性ガス圧が,ヘリウムプラズマの先端部である電離フロントの沿磁力線位置zfに依存するという,いわば1/2次元モデルである。そのzf依存性については次に述べる実験事実を元にしている。D領域にヘリウムガスを注入するとD,E領域の中性ガス圧PD,PEが増加しPD1Pa程度でデタッチ・プラズマがD領域に現れ,zfが上流側に徐々に移動する。zfがバッフル板を超えてE領域に移ると,PDが急減しPEが急増する。これは,電離フロントがD領域にあるとき,バッフルの穴におけるイオン流と中性ガス流の間の摩擦(プラズマプラギング)により中性ガスがD領域に蓄積するのであるが,電離フロントがE領域に移ると,その蓄積された中性ガスが堰を切ったようにE領域に流れ込むことを示している。D,E領域の中性ガス圧の時間変化は,コンダクタンスをCとして,VD dPE/dt=-C(PD-PE)+Qp+QD,VE,dP E/dt=C(PD-PE)-SPE+Qf,と表される。ここで,VD,VEはD,E領域の容積,QpはD領域に入り込むイオンによる実質的な中性ガスの供給を意味する。コンダクタンスの値は,真空でのコンダクタンスCO,バッフルの穴における摩擦の強さζ,そこでのイオン密度niBを用いてC=CO/(1+ζniBCO)と表される。この形式は1次元の摩擦と圧力勾配のバランスの式から導かれる。プラズマの密度分布は,近似としてni=-ni0/2[tanh{(x-xf)/λ}]とする。λは電離フロントにおけるイオン密度勾配の特性長で,三体再結合と径方向拡散で決められるプラズマ柱の大局的なイオン数保存式をd(niO Sp zf)/dt=niO ui Sp - νR niO Sp zfと書く。νRは上流側の径方向拡散によるイオン損失を表す。プラズマ断面積Spの時間依存はzfの時間依存に比べて著しく小さいので,この保存式はzfの時間変化を規定する。