hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
円偏光軟X線を使った光二重電離過程における電子相関の研究

そのため当初計画していた装置の性能評価が今年度はおこなえなかった。当初予定していた高エネルギー加速器研究機構・放射光施設での試験実験は,マシンタイム等の制約があり,装置の性能評価のような試験実験には向かないと判断した。そのため,新たに新潟大学で試験実験をできるように設備を整えることにした。つまり,大学の実験室でもあつかえる簡単な光源としてHeランプの製作をおこなうことにした。Neを標的とした直接光二重電離過程で生じる光電子のTDCSの測定を,新たに設計開発した実験装置を使って,物質構造科学研究所・放射光施設でおこなった.Neを標的にする場合は,オージェ過程の存在を考慮して慎重に光のエネルギーを決定する必要がある.そこで,以前に直線偏光でおこなわれているNeの直接二重光電離過程の実験を参考にして,反応後の余剰エネルギーが30eVを放出光電子の運動エネルギーとして1:1,1:8に分配する場合について円偏光をつかい実験をおこなった.また,放出電子系の終状態が電子相関に与える影響も同時にしらべた.その結果,NeのTDCSはHeに比べて複雑となり,放出電子系の終状態によって大きく異なることがわかった.Neの測定結果に対して,Heと同じ解析方法が適用できるか現在検討中であるが,NeのTDCSから信頼性の高い電子相関因子を引き出すためには,直線偏光を使った実験を含め,さらなる測定が者要であるとおもわれる.Heに対する円二色性(CD)にあたわれるダイナミカルノードに関する研究も進めた.円二色性には,検出器の幾何学的な配置や光の偏光状態に依存してその強度が0になる放出光電子間の相対角度と,反応のダイナミックスによって0になる相対角度が存在する.幾何学的な配置でCDが0になるのは,2つの光電子の運動量ベクトルと光の回転方向を表すベクトルが四面体を作らない場合で,この時相対角度0°と180°にノードが現れる.一方,反応のダイナミツクスによって生じるノードは,理論的な計算で,90°近辺に現れることが予想されているが,実験的な研究はなされていない.今回,直線偏光の寄与を消すために,偏光楕円の主軸上に回転可能な分析器を置き,かつ,固定分析器で検出する光電子のエネルギーを3eVに固定して光のエネルギーを変化させることで,CDの分配比依存性を調た.その結果,CDの分配比依存性に現れるダイナミカルノードを観測することに成功した.
レーザー照射により誘起される炭素-チタン反応を用いた表面改質法の確立

本研究では,炭素微粒子を固着させたチタン合金(Ti-6Al-4V合金)の表面にCO_2レーザーを照射することにより高硬さを有する表面硬化層の形成を試みた後,かかる表面改質法により形成される硬化層がチタン合金の耐摩耗性および耐食性に及ぼす効果について検討した.本研究で得られた結果を以下にまとめて示す.1.レーザーの照射条件と表面硬化層の性状の関係について検討するため,合計9種類(エネルギー密度3段階×照射時間3段階)の条件でレーザーを照射した際の硬化層の性状などについてそれぞれ詳細に調べた.その結果,表面が溶融する条件では,炭素,酸素および窒素の拡散(EMAにより測定)により,約1mmの深さまで硬化していたが,表面は凹凸の激しい状態となった.一方,表面が溶融しない条件においては,表面状態が良好な最大硬さHV1500を有する深さ約100200μmの硬化層が,炭素および酸素(窒素は確認されず)の拡散により形成された.しかしながら,レーザー照射に伴う急激な加熱・冷却により,レーザースポットの中央部には,深さ約10μmに及ぶ微細なひび割れが認められた.2.3種類の表面改質材(表面は未溶融)をピンオンディスク形式の摩耗試験に供し,その結果を未処理材の場合と比較した結果,表面改質材の耐摩耗性は,未処理材のそれと比較して著しく改善されることが明かとなった.例えば,硬化層暑さ100μm,最大硬さHV1500を有する表面改質材の場合,荷重1.0MPa,無潤滑の条件で2kmまで4340焼き入れ鋼に対して摩耗試験を行った際の摩耗量は,同条件で摩耗試験を行った未処理材のそれの約1/100であった.3.3種類の表面改質材を未処理材と共に濃塩酸(11.3N,30±0.5°C)中に浸漬し,かかる環境における各試験片の腐食量を,5時間ごと30時間まで測定すると共に,表面の腐食状態をSEMを用いて観察した.その結果,前述の表面改質に伴いチタン合金の耐食性が著しく改善することが明らかとなった.しかしながら,表面改質材ではレーザー照射時に表面に形成される微細なひび割れから優先的に腐食が生じており,耐摩耗性の改善上,その様な割れが生じない照射条件または照射方法について検討する必要があると言える.本研究では,炭素微粒子を固着させたチタン合金(Ti-6Al-4V合金)の表面にCO_2レーザーを照射することにより高硬さを有する表面硬化層の形成を試みた後,かかる表面改質法により形成される硬化層がチタン合金の耐摩耗性および耐食性に及ぼす効果について検討した.本研究で得られた結果を以下にまとめて示す.1.レーザーの照射条件と表面硬化層の性状の関係について検討するため,合計9種類(エネルギー密度3段階×照射時間3段階)の条件でレーザーを照射した際の硬化層の性状などについてそれぞれ詳細に調べた.その結果,表面が溶融する条件では,炭素,酸素および窒素の拡散(EMAにより測定)により,約1mmの深さまで硬化していたが,表面は凹凸の激しい状態となった.一方,表面が溶融しない条件においては,表面状態が良好な最大硬さHV1500を有する深さ約100200μmの硬化層が,炭素および酸素(窒素は確認されず)の拡散により形成された.しかしながら,レーザー照射に伴う急激な加熱・冷却により,レーザースポットの中央部には,深さ約10μmに及ぶ微細なひび割れが認められた.2.3種類の表面改質材(表面は未溶融)をピンオンディスク形式の摩耗試験に供し,その結果を未処理材の場合と比較した結果,表面改質材の耐摩耗性は,未処理材のそれと比較して著しく改善されることが明かとなった.例えば,硬化層暑さ100μm,最大硬さHV1500を有する表面改質材の場合,荷重1.0MPa,無潤滑の条件で2kmまで4340焼き入れ鋼に対して摩耗試験を行った際の摩耗量は,同条件で摩耗試験を行った未処理材のそれの約1/100であった.3.3種類の表面改質材を未処理材と共に濃塩酸(11.3N,30±0.5°C)中に浸漬し,かかる環境における各試験片の腐食量を,5時間ごと30時間まで測定すると共に,表面の腐食状態をSEMを用いて観察した.その結果,前述の表面改質に伴いチタン合金の耐食性が著しく改善することが明らかとなった.しかしながら,表面改質材ではレーザー照射時に表面に形成される微細なひび割れから優先的に腐食が生じており,耐摩耗性の改善上,その様な割れが生じない照射条件または照射方法について検討する必要があると言える.
プロテアーゼシグナル応答分子によるウイルス感染細胞特異的な新規遺伝子治療法の開発

昨年度、我々はペプチドグラフト型のプロテアーゼ応答性高分子を開発し、HIV-1固有のプロテアーゼを指標として培養細胞レベルで遺伝子の発現制御に成功したことについて報告した。これらの成果は副作用の少ないエイズ遺伝子治療に大きく貢献することが期待される。しかし、本ポリマーを医用材料として実用化するためには、分子量とペプチド導入率の制御を含めたin vivo仕様の分子設計と疾患モデル動物における機能評価が必要であると考えられた。ところが、ウイルス性疾患を標的とする場合、動物評価が極めて困難であるという問題に直面した。そこで、本年度はin vivo仕様の分子設計を施したプロテアーゼ応答性高分子を設計し、疾患モデル動物の作成が容易な癌を標的とした新たなテーマを立ち上げた。本研究では、前立腺癌組織で特異的に異常亢進しているPSAというプロテアーゼに応答して近赤外蛍光を発するプローブを開発し、前立腺癌組織を選択的に可視化するシステムの構築を目指した。まず、そのような蛍光プローブとして生体適合性高分子であるPHPMAを主鎖とし側鎖に著者が独自に開発したカチオン性ドメインを有するPSA基質ペプチドと近赤外蛍光基であるCy5.5をグラフトしたポリマー(PSAsip)を設計した。本ポリマーの分子量と側鎖の導入率はClick chemistryを利用した新たな合成戦略によって制御した。また、本イメージングにFRETを利用するため、Cy5.5の消光基であるBHQ-3をグラフトしたコンドロイチン硫酸(CS_<BHQ>)を合成した。PSA_<sip>はCS_<BHQ>と静電相互作用を介して30nm100nmの非常に安定な粒子を形成することでマウスの正常な組織内では消光し、一方でPSAを発現した前立腺癌組織内では顕著に蛍光が回復することが示された。これらの成果は前立腺癌の低侵襲的な外科手術に大きく貢献することが期待される。我々はHIV感染細胞内で特異的に活性化しているHIVプロテアーゼに着目し、これに応答して初めて遺伝子を発現させることのできるペプチドグラフト型ポリマー(CPCV)を開発した。これまでに聖マリアンナ医科大学との共同研究によりHIV感染細胞選択的に遺伝子を発現させることに成功した。さらに、本システムを難治療性疾患である拡張型心筋症を引き起こすコクサッキーウイルスのプロテアーゼにも適用できることも実証した。これまでの結果をドラッグデリバリー分野のトップジャーナルの一つであるJournal of Controlled Release誌に投稿した結果、2010年1月に表紙及びハイライトとして紹介され、世界的に高い評価を得た。この成果は、ウイルス性疾患に対する新たな遺伝子治療法を提供する非常に有用なポリマーを開発したことを実証したものである。そこで、さらに臨床応用を見据えて、複合体の安定性や遺伝子の発現制御能の改善を目的としたCPCVの再設計、合成を行った。具体的には、ポリマー主鎖に生体適合性ポリマーを起用し、ポリマーの分子量とペプチドの導入率を制御することでこれらの改善をはかった。まずポリマーの主鎖としてPHPMAとPHEMAという2種類の生体適合性ポリマーに注目した。PHPMAの分子量制御について詳細な合成条件の検討を行った結果、APSとTEMEDを重合開始剤として用い、水中、室温でのフリーラジカル重合にてMwが約770kDa、192kDa、14kDaで、いずれもMw/Mnが1.31.4のPHPMAを合成する条件を確立した。一方、PHEMAは1,000kDa、300kDa、20kDaのものを購入し、エステル化反応によるアルキンの導入に成功した。以上の結果は、主鎖の分子量制御に加え、クリックケミストリーによるペプチドの導入率制御につながる有用な成果である。
膵癌発症マウスにおける骨髄由来線維芽細胞・筋線維芽細胞の役割とその分子機構の解明

本研究は下記2テーマについて膵癌自然発症マウスとヒト膵癌培養細胞株を用いて解析することを主眼としている。A:膵癌マウスにおける骨髄由来腫瘍関連(筋)線維芽細胞およびCox-1, -2遺伝子の役割を明らかにする。B:ヒト膵癌幹細胞におけるCOX-1, -2遺伝子の機能を解析する。B:初年度に入手したヒト膵癌培養細胞株22種類のうち、Sphere Formation Assayおよび免疫不全マウスへの皮下移植によるXenograft Assayにより、4種類の培養細胞株が癌幹細胞分画を含有しており研究材料として適していると判断した。前述の、「研究実績の概要」にも記したとおり、本研究は2つのテーマからなり、各テーマの2018年度の進捗状況は以下のとおりである。A:1)生後約32週齢のKPC+/-マウス4匹(オスメス2匹づつ)を解剖して腹部臓器を調べたところ、いずれも膵臓に腫瘍を形成していた。腫瘍の病理組織標本(H-E染色)ではほぼ全域に浸潤性膵癌細胞が観察された。KPC-/-マウスに関しては繁殖がやや不良で、現在コロニーを拡大中である。2) KPCマウス+/-とCox-1 floxマウスを交配中であり、KPC+/-Cox-1+/-マウスはほぼ順調に生育している。3: Cox-2 floxマウスはB6との戻し交配を継続中であるが、2018年度ではB6F5が得られたので、あと1回の戻し交配によりほぼ純粋なB6を遺伝的背景にもつCox-2 floxマウスが得られる見込みである。B:ヒト膵癌培養細胞株で癌幹細胞分画を含有する4種類の培養細胞株KLM-1, HPAF2, KMP5, T3M4を用いてCOX-1, -2遺伝子の発現を定量的RT-PCR法にて解析したところ、COX-1の発現はいずれの細胞でも低かったが、COX-2はKLM-1とHPAF2において中等度に発現していた。加えて、KLM-1とHPAF2の2次元接着培養と3次元スフィア培養でのCOX-2の発現を各々比較したところ、どちらの細胞でもスフィア培養でのCOX-2の発現が、接着培養における発現よりも数倍上昇していた。各テーマの今後の研究計画・推進方策は以下のとおりである。A:1) KPCマウス+/-とCox-1 floxマウスの交配を継続し、KPC+/-Cox-1+/-に加えてKPC+/-Cox-1-/-の作成と表現型の解析を実施する。また、KPC-/-マウスにおける膵発癌の確認、およびKPC-/-Cox-1+/-などの作成も進めて行く。2)Cox-2 floxマウスのB6との戻し交配を終了し、KPCマウス+/-とCox-2 floxマウスの交配を開始する。当面はKPC+/-Cox-2+/-の作成を主眼とするが、さらにKPC+/-Cox-2-/-などの作成も進めて行く。さらに膵癌手術検体から樹立したスフェロイド試料を用いて、COX-1, -2遺伝子の発現状況を定量的RT-PCR法やウエスタンブロット法などで解析することも検討する。本研究は、大別して下記の2つの命題について、膵癌を自然発症する複合遺伝子変異マウス(以下、膵癌マウスと略称)を用いて解析することを主眼としている。A.膵癌マウスにおける骨髄由来腫瘍関連線維芽細胞および筋線維芽細胞の役割を明らかにする。B.膵癌マウス発癌におけるCyclooxgenase-1, -2遺伝子(以下、Cox-1, -2と略記)の役割を明らかにする。初年度である平成29年度は、研究を遂行する上で必要となる各種の遺伝子改変マウスの獲得と繁殖・維持および交配を行い、現在も進行中である。初年度に獲得した遺伝子改変マウスとその提供元は以下のとおりである。1)膵臓特異的Creリコンビナーゼ発現ノックインマウス(Ptf1a-Creマウス)2)条件的活性変異型K-rasG12D発現ノックインマウス(LSL-KrasG12Dマウス)3)条件的p53遺伝子ノックアウトマウス(p53 floxマウス)4)条件的Cox-1遺伝子ノックアウトマウス(Cox-1 floxマウス)5)条件的Cox-2遺伝子ノックアウトマウス(Cox-2 floxマウス)6)全身的eGFP発現トランスジェニックマウス(CAG-EGFPマウス)提供元:1) 2) 4) 5)は研究協力者である京都大学医学部消化器内科・妹尾浩教授および福田晃久助教、3)は米国ジャクソン研究所から有償にて購入、6)は理化学研究所バイオリソースセンター・実験動物開発室。なお、マウス分譲に関して、4)は作製者である神戸大学医学部薬理学・古屋敷智之教授の、6)は作製者である大阪大学微生物病研究所附属遺伝情報実験センター・伊川正人教授の承諾を得た。テーマBに関しては、上記に加えてヒト膵癌におけるCOX-1,-2遺伝子の機能も解析できるようにするため、各種のヒト膵癌培養細胞株を理研細胞バンクやJCRB細胞バンク等から入手した。

前述の、「研究実績の概要」にも記したとおり、本研究は2つのテーマからなるが、平成29年度は、主に研究遂行に必要となる遺伝子改変マウスの収集と繁殖・交配、およびヒト膵癌培養細胞株の入手に専念した。特に、3)p53 floxマウスは海外の研究機関から購入したため、申請者が所属する動物実験施設のSPF領域への搬入のため、マウスのクリーン化(SPF化)に約3か月を必要とした。現時点では、1) Ptf1a-Creマウス、2) LSL-KrasG12Dマウス、3) p53 floxマウス)、の3種類のマウスを交配中である。また、4) Cox-1 floxマウス、5) Cox-2 floxマウス、6) CAG-EGFPマウスは、それぞれ順調に繁殖しており、4) 5)は今後、1)2) 3)の複合変異マウスと交配させる予定である。ヒト膵癌培養細胞株に関しては、計22種の細胞株を入手して血清添加培地にて培養を行い、細胞が問題なく増殖することを確認した。加えて、血清無添加培地(増殖因子EGF, bFGF,と添加物B-27のみ添加)+非接着条件によるスフィア・アッセイを実施した結果、7種の細胞株でスフィアを形成することを同定した。従って、これらの細胞株は癌幹細胞分画を含む可能性が高いことが示唆された。本研究は下記2テーマについて膵癌自然発症マウスとヒト膵癌培養細胞株を用いて解析することを主眼としている。A:膵癌マウスにおける骨髄由来腫瘍関連(筋)線維芽細胞およびCox-1, -2遺伝子の役割を明らかにする。B:ヒト膵癌幹細胞におけるCOX-1, -2遺伝子の機能を解析する。B:初年度に入手したヒト膵癌培養細胞株22種類のうち、Sphere Formation Assayおよび免疫不全マウスへの皮下移植によるXenograft Assayにより、4種類の培養細胞株が癌幹細胞分画を含有しており研究材料として適していると判断した。前述の、「研究実績の概要」にも記したとおり、本研究は2つのテーマからなり、各テーマの2018年度の進捗状況は以下のとおりである。A:1)生後約32週齢のKPC+/-マウス4匹(オスメス2匹づつ)を解剖して腹部臓器を調べたところ、いずれも膵臓に腫瘍を形成していた。腫瘍の病理組織標本(H-E染色)ではほぼ全域に浸潤性膵癌細胞が観察された。KPC-/-マウスに関しては繁殖がやや不良で、現在コロニーを拡大中である。2) KPCマウス+/-とCox-1 floxマウスを交配中であり、KPC+/-Cox-1+/-マウスはほぼ順調に生育している。3: Cox-2 floxマウスはB6との戻し交配を継続中であるが、2018年度ではB6F5が得られたので、あと1回の戻し交配によりほぼ純粋なB6を遺伝的背景にもつCox-2 floxマウスが得られる見込みである。B:ヒト膵癌培養細胞株で癌幹細胞分画を含有する4種類の培養細胞株KLM-1, HPAF2, KMP5, T3M4を用いてCOX-1, -2遺伝子の発現を定量的RT-PCR法にて解析したところ、COX-1の発現はいずれの細胞でも低かったが、COX-2はKLM-1とHPAF2において中等度に発現していた。加えて、KLM-1とHPAF2の2次元接着培養と3次元スフィア培養でのCOX-2の発現を各々比較したところ、どちらの細胞でもスフィア培養でのCOX-2の発現が、接着培養における発現よりも数倍上昇していた。
哺乳動物のアミロイドβ前駆タンパク(APP)の比較 解析に関する研究

アルツハイマー病では、βタンパクがタウリン酸化酵素の活性を刺激し、このため神経細胞内のタウタンパクが異常なリン酸化を受けるとの仮説が提唱されている。本研究では、アルツハイマー病患者、100才老人、ニホンサル、チンパンジー、クマ、イヌ、ネコ、ラクダおよびヒツジ脳内のタウタンパクのリン酸化状態について検討した。この結果、動物種に関係無く、リン酸化タウタンパクは、主にオリゴデンドログリアに分布していたが、アルツハイマー病患者や100才老人の脳では神経原線維変化や老人斑にリン酸化タウタンパクの異常な凝集が認められた。他動物の脳に同所見は認められなかった。従って、タウタンパクの異常なリン酸化には、βアミロイドの存在は必須のものではなく、この細胞骨格タンパクの変化はヒト脳特有の変化と思われた。また、βタンパクは凝集性タンパクであるが、βタンパク沈着部に血清アポリポタンパクであるapolipoprotein E(apo E)が局在することから、βタンパクの凝集やアミロイド線維形成に促進因子が存在すると予想されている。この現象を確認するため、イヌを中心に検討したところ、アミロイド沈着を伴う老人斑には、Apo Eの他α1-antichymotrypsin、cystatin C、Cathepsin B、Cathepsin Dなどが局在しているものの、瀰漫性斑にはApo Eの局在しか認められず、また抗Apo E抗体陽性を示す瀰漫性斑は、抗β抗体やRAM染色により検出される瀰慢性斑に比べ非常に少なく、むしろApoEとβタンパクの双方に陽性を示すものは稀であった。この結果については、クマ、サル、ネコ、ラクダ等でも同様の結果であった。これらの事実よりApo Eはβタンパクの産生過程よりも、本タンパクの凝集がすすみアミロイド線維が形成される段階で、何らかの役割をはたすものと予想された。一方、α1-antichymotrypsin、Cystatin C、Cathepsin B、Cathepsin Dなどのプロテアーゼやプロテアーゼインヒビターは、アミロイド線維が形成された後の反応産物として発現しているのではないかと推察された。平成7年度は,多くの動物種について材料収集と病理組織検索が予定に従い行われた.特に病理学的検索により,これまでβアミロイド症の発生が知られていなかったネコや偶蹄類のラクダの脳にも加齢により老人斑や脳血管アミロイド症等のβアミロイド症が発生することを初めて明らかにした.さらにクマではこれまで調べられた種ではシロクマにしかβアミロイド症の発生は知られていなかったが,アメリカクロクマにおいても重得なβアミロイド症が発生し,加えて重度のポリグルコサン小体沈着や淡蒼球の石灰沈着など,ヒトの脳で見られる様々な加齢性病変が形成されることを明らかにした.これらの知見についてはすでに海外の学術雑誌に公表している.

これらの検索結果より,βアミロイド症の病態は動物種によりかなり異なっていることが明らかになり,この相違には何らかの要因(APPの構造的異差やβタンパク合成過程など)が関与するものと考えられる.以上のように平成7年度は,病理組織材料の収集について当初の計画以上に成果が挙げられたと考える.しかしながら収集材料の多くが,ホルマリン液で固定した材料であったり,比較的死後時間の経過したものなど,平成8年度以降の生化学的検索や分子生物学的検索に適しないものが多かった.現状としては,ウシ,ブタ,ネコ,イヌ,ネコ,一般齧歯類の新鮮組織の入手については事足りているが,平成7年度の検索結果を考えると,より多種の動物種(クマ,ラクダなど)についても新鮮材料を入手する方策を採っていく必要性がある.従って,平成8年度は,当初の実験計画に加え,引き続き材料採取を関係各機関の協力を得て行う予定とした平成8年は、アミロイドβタンパクの検索と同時に、βアミロイド症の発症に重要な役割を担っていると予想されるアポリポタンパクEの形態学的・生化学的検索も行われ、一定の成果が得られた。本研究の成果は、すでに海外の学術雑誌に投稿し、受理された。APPの検索については、分子生物学的検討のため、自動PCR装置を購入し、セットアップが完了した。現在、APPのN末端に対するプライマーの選択を行っている。平成9年まで本研究は継続するため、現在APPのPCR条件を検討中である。また、平成8年度は、平成7年度からの継続である各種動物の脳の形態学的な研究が行われたが、前年度ラクダ、ネコで発見された様な、脳におけるβアミロイドのち沈着する動物種を新たに発見することはできなかった。おそらく、加齢により脳にβアミロイドが沈着する動物種は、ヒト、サル、クマ、イヌ、コヨ-テ、ネコ、およびラクダに限られているものと考えられる。特にラクダに関しては、唯一の草食動物であり、他動物とは、様々な面で代謝系が異なっていると思われるが、APPの構造やアミロイドβタンパクの産生に重要な役割を担っているアポリポタンパクEの構造が類似している可能性がある。この点は平成9年度さらに詳細に検討する必要があると思われる。アルツハイマー病では、βタンパクがタウリン酸化酵素の活性を刺激し、このため神経細胞内のタウタンパクが異常なリン酸化を受けるとの仮説が提唱されている。本研究では、アルツハイマー病患者、100才老人、ニホンサル、チンパンジー、クマ、イヌ、ネコ、ラクダおよびヒツジ脳内のタウタンパクのリン酸化状態について検討した。この結果、動物種に関係無く、リン酸化タウタンパクは、主にオリゴデンドログリアに分布していたが、アルツハイマー病患者や100才老人の脳では神経原線維変化や老人斑にリン酸化タウタンパクの異常な凝集が認められた。他動物の脳に同所見は認められなかった。従って、タウタンパクの異常なリン酸化には、βアミロイドの存在は必須のものではなく、この細胞骨格タンパクの変化はヒト脳特有の変化と思われた。また、βタンパクは凝集性タンパクであるが、βタンパク沈着部に血清アポリポタンパクであるapolipoprotein E (apo E)が局在することから、βタンパクの凝集やアミロイド線維形成に促進因子が存在すると予想されている。この現象を確認するため、イヌを中心に検討したところ、アミロイド沈着を伴う老人斑には、Apo Eの他α1-antichymotrypsin、cystatin C、Cathepsin B、Cathepsin Dなどが局在しているものの、瀰漫性斑にはApo Eの局在しか認められず、また抗Apo E抗体陽性を示す瀰漫性斑は、抗β抗体やPAM染色により検出される瀰漫性斑に比べ非常に少なく、むしろApo Eとβタンパクの双方に陽性を示すものは稀であった。
多段階促進型不斉触媒反応の創製と有用生物活性化合物合成への展開

多段階の不斉反応をワンポットで推進する新規多機能不斉触媒の創製と有用生物活性化合物の合成への応用を検討した。1、アルデヒドとケトンを反応に直接用いることのできる直接的aldol反応は、環境調和の観点から非常に優れた炭素-炭素結合形成反応である。その触媒的不斉反応が柴崎研究室で開発された後、世界中の研究者が精力的に研究を行っているが、依然として基質が限定されており、エチルケトンのようにケトンのα-位にアルキル基を有する基質の適応は困難であった。その主な理由は生成物の不安定さに起因する逆反応の存在であり、今回我々は可逆なaldol反応と非可逆なTishchenko反応を組み合わせることでこの問題を解決し、光学活性な2-アルキル-1,3-ジオール化合物をほぼ完璧なジアステレオ選択性と非常に高いエナンチオ選択性を持って合成することを可能とした。また、本反応のメカニズムを詳細に検討し、希土類錯体にリチウムトリフラートを添加すると、錯体構造が動的に変化することも見いだしている(投稿済み)。2、不斉希土類錯体を用いるα,β-不飽和アミドの触媒的不斉エポキシ化反応終了後、窒素、硫黄、および炭素求核剤を系中に加えると、より高活性な希土類-求核剤錯体が生成し、ワンポットで様々なβ-置換-α-ヒドロキシアミドが高収率で得られることを見いだした。また、新たな希土類-求核剤錯体の形成をin situ IR測定などを通じて立証することができた。すなわち、希土類錯体は動的に配位子交換を行うことによって、二つの反応それぞれにおいて真の活性種として働いている。また、得られた光学的にほぼ純粋なβ-置換-α-ヒドロキシアミドは数工程の変換によって有用生物活性化合物の合成ユニットに変換することができた。(1)先に筆者はα,β-不飽和イミダゾリドを基質として用いる触媒的不斉エポキシ化反応の開発に成功していたが、今回不斉触媒をチューニングすることでより不活性なα,β-不飽和アミドを基質として用いる一般的な触媒的不斉エポキシ化反応の開発に世界で初めて成功した。また、本触媒的不斉エポキシ化反応はペプチドカップリング反応、Pd触媒によるエポキシドの還元的開環反応の三工程ワンポットタンデム反応化にも成功し、神経ペプチドAntho-RNamideの構成単位の合成への応用にも成功した。この結果は、希土類触媒と遷移金属触媒が共存しそれぞれの機能を発現できることを示すものであり、現在更なる応用の検討を行っている。また、本反応は隣接位に不斉を有する基質を用いても完壁な触媒コントロールでエポキシ化反応が進行することが見いだされ、多段階反応化に向けて大きな知見を得ることができた。(2)窒素原子でリンクした新規N-linked-BINOLの開発に成功し、窒素側鎖上に種々の官能基が導入された新規多機能不斉触媒を創製することができ、触媒的不斉Michael反応において従来の触媒とは異なる反応性および選択性を示すことを見いだした。(3)金属を含まない新規不斉有機触媒の開発に成功し、相間移動アルキル化反応及びMichael反応において高いエナンチオ選択性を実現し、種々のα-アミノ酸を合成することができた。本触媒は従来の触媒に比べて安定で、容易に回収再利用することができる。また、生成物の絶対配置から二つのカチオン性の反応点がそれぞれ別の機能を発揮していることが示唆されており、現在更なる多機能化と多段階反応への応用および天然物合成への応用を検討している。(1)先に我々はα,β-不飽和イミダゾリドおよびα,β-不飽和アミドを基質として用いる基質一般性の高い触媒的不斉エポキシ化反応の開発に世界で初めて成功している。今回セリンプロテアーゼ阻害活性を有する天然テトラペプチドAeruginosin 298-Aの不斉全合成に本反応を応用し、α,β-不飽和イミダゾリドの触媒的不斉エポキシ化反応によって生じる光学活性なエポキシパーオキシエステル(94% ee)に、我々が新規に開発した不斉相間移動触媒反応によって合成したアミノ酸残基(91-94% ee)を反応させ、ワンポットでペプチドカップリング反応、続くPd触媒によるエポキシドの還元的開環反応の三工程を行い、高収率で対応するジペプチドを容易に合成することができた。他の二つのアミノ酸残基も不斉相間移動反応によって合成し、Aeruginosin 298-Aおよび種々の誘導体の触媒的不斉合成に初めて成功した。また、合成した誘導体のトリプシンに対する阻害活性評価を行い、構造活性相関に関する知見を得ることができた。(2)α,β-不飽和アミドを基質として用いる触媒的不斉エポキシ化反応終了後に求核剤を系中に加えると、不斉エポキシ化反応の触媒である希土類錯体が今度はLewis酸として機能してエポキシドを活性化し、ワンポットでβ-置換-α-ヒドロキシアミドが高収率で得られることを見いだした(投稿準備中)。(3)窒素原子で連結した新規N-linkgd-BINOLを不斉配位子として用いることで基質一般性の高いβ-ケトエステルの環状エノンに対する触媒的不斉Michael反応を開発することができた。

本反応系は反応の進行によって生じる中間体である希土類エノラートが比較的安定であるため、求電子剤存在下で反応を行うと三成分連結反応が比較的高い収率で進行し、連続する5つの立体化学を一挙に構築できることを見いだした(投稿準備中)。多段階の不斉反応をワンポットで推進する新規多機能不斉触媒の創製と有用生物活性化合物の合成への応用を検討した。1、アルデヒドとケトンを反応に直接用いることのできる直接的aldol反応は、環境調和の観点から非常に優れた炭素-炭素結合形成反応である。その触媒的不斉反応が柴崎研究室で開発された後、世界中の研究者が精力的に研究を行っているが、依然として基質が限定されており、エチルケトンのようにケトンのα-位にアルキル基を有する基質の適応は困難であった。その主な理由は生成物の不安定さに起因する逆反応の存在であり、今回我々は可逆なaldol反応と非可逆なTishchenko反応を組み合わせることでこの問題を解決し、光学活性な2-アルキル-1,3-ジオール化合物をほぼ完璧なジアステレオ選択性と非常に高いエナンチオ選択性を持って合成することを可能とした。また、本反応のメカニズムを詳細に検討し、希土類錯体にリチウムトリフラートを添加すると、錯体構造が動的に変化することも見いだしている(投稿済み)。2、不斉希土類錯体を用いるα,β-不飽和アミドの触媒的不斉エポキシ化反応終了後、窒素、硫黄、および炭素求核剤を系中に加えると、より高活性な希土類-求核剤錯体が生成し、ワンポットで様々なβ-置換-α-ヒドロキシアミドが高収率で得られることを見いだした。また、新たな希土類-求核剤錯体の形成をin situ IR測定などを通じて立証することができた。すなわち、希土類錯体は動的に配位子交換を行うことによって、二つの反応それぞれにおいて真の活性種として働いている。また、得られた光学的にほぼ純粋なβ-置換-α-ヒドロキシアミドは数工程の変換によって有用生物活性化合物の合成ユニットに変換することができた。
DT40細胞を用いたin viro遺伝子破壊による細胞周期制御分子の機能解析

細胞の腫瘍化及び悪性化はチェックポイントを構成する分子の機能不全が原因となって生じることが明らかになってきている。つまり、チェックポイントに障害をもつ細胞ではゲノムが不安定となり,細胞が分裂を繰り返すたびに、遺伝子や染色体に変化が生じ、腫瘍細胞の多様性や悪性化を引き起こす原因となっていると考えられる。私達は酵母及びショウジョウバエのチェックポイント構成分子に相同性のあるヒト遺伝子を同定しているが、それらの分子の高等生物細胞における機能は全く不明である。ニワトリBリンパ細胞株DT40は、高等真核細胞で唯一ターゲットインテグレーションが高頻度に起こる細胞であり、本細胞を用いることにより特定の遺伝子をin vitroで破壊し、その機能を詳細に解析することが可能である。本研究は、DT40細胞を用いて順次これらの遺伝子のノックアウトを行い、高等真核細胞における機能について解析することを目的とした。以下に本年度の成果を要約する。1)Cdh1はショウジョウバエ、酵母において、分裂期サイクリンをユビキチン化するAPC (anaphase promoting complex)の一部を構成することが分かっており、高等生物細胞では他にも重要な標的分子が存在すると考えられている。DT40細胞においてCdh1遺伝子を破壊し、(1)Cdh1遺伝子(-/-)細胞が生存可能であること、(2)サイクリンA及びサイクリンBのG1期における発現が高くp27の発現誘導剤であるラパマイシンで処理してもG1期で停止しないこと、(3(DNAダメージによって誘導されるG2チェックポイントが障害されていることを見出した。2)ショウジョウバエ分裂期キナーゼの一つであるwartsのニワトリホモログを不活化したDT40細胞を樹立した。WARTS(-/-)細胞は生存可能だが、M期からの脱却速度が速く、細胞分裂に異常が見られることを見出した。つまり、チェックポイントに障害をもつ癌細胞では遺伝子や染色体が極めて不安定となり,細胞が分裂を繰り返すたびに、遺伝子や染色体に変化が生じ、この現象がとりもなおさず腫瘍細胞の多様性、悪性化、治療抵抗性などの形質変化を引き起こす原因となっていると考えられる。私達は最近ESTクローニング法を用い、HCT1、Dbf2、Mad2をはじめとする酵母及びショウジョウバエのチェックポイント構成分子に相同性のあるヒト遺伝子を同定しているが、それらヒト細胞における機能は全く不明である。DT40細胞を用いて順次これらの遺伝子のノックアウトを行い、高等真核細胞における機能について解析することを本研究計画の目的とした。HCT1/fzr蛋白質はショウジョウバエ、酵母において、サイクリンBをユビキチン化するAPC(anaphase promng complex)の一部を構成することが分かっており、高等生物細胞では他にも重要な標的分子が存在すると考えられている。本年度、私達はDT40細胞においてHCT1/fzr遺伝子を破壊し、(1)HCT1/fzr遺伝子(-/-)細胞は生存すること、(2)サイクリンA及びサイクリンBのG1期における発現が高く,p27の発現誘導剤であるラパマイシンで処理してもG1期で停止しないこと、(3)HCT1/fzr遺伝子(-/-)細胞ほDNAダメージによって誘導されるG2チェックポイントが障害されていることを見出した。

細胞の腫瘍化及び悪性化はチェックポイントを構成する分子の機能不全が原因となって生じることが明らかになってきている。つまり、チェックポイントに障害をもつ細胞ではゲノムが不安定となり,細胞が分裂を繰り返すたびに、遺伝子や染色体に変化が生じ、腫瘍細胞の多様性や悪性化を引き起こす原因となっていると考えられる。私達は酵母及びショウジョウバエのチェックポイント構成分子に相同性のあるヒト遺伝子を同定しているが、それらの分子の高等生物細胞における機能は全く不明である。ニワトリBリンパ細胞株DT40は、高等真核細胞で唯一ターゲットインテグレーションが高頻度に起こる細胞であり、本細胞を用いることにより特定の遺伝子をin vitroで破壊し、その機能を詳細に解析することが可能である。本研究は、DT40細胞を用いて順次これらの遺伝子のノックアウトを行い、高等真核細胞における機能について解析することを目的とした。以下に本年度の成果を要約する。1)Cdh1はショウジョウバエ、酵母において、分裂期サイクリンをユビキチン化するAPC(anaphase promoting complex)の一部を構成することが分かっており、高等生物細胞では他にも重要な標的分子が存在すると考えられている。DT40細胞においてCdh1遺伝子を破壊し、(1)cdh1遺伝子(-/-)細胞が生存可能であること、(2)サイクリンA及びサイクリンBのG1期における発現が高く,p27の発現誘導剤であるラパマイシンで処理してもG1期で停止しないこと、(3)DNAダメージによって誘導されるG2チェックポイントが障害されていることを見出した。2)ショウジョウバエ分裂期キナーゼの一つであるwartsのニワトリホモログを不活化したDT40細胞を樹立した。WARTS(-/-)細胞は生存可能だが、M期からの脱却速度が速く、細胞分裂に異常が見られることを見出した。
機能性ナノ細孔を有する光触媒の創成と環境・エネルギー問題への展開

近年化石燃料の枯渇や大気汚染、多量の二酸化炭素放出による地球温暖化などの天然資源や環境問題に対して早急に考える必要がある。そこで、水素と酸素を用いて電気エネルギーを発生させる燃料電池などの次世代エネルギーが注目されるようになった。水素と酸素を得る方法として水・アルコールの完全分解が注目され、最近ではTiO_2などの半導体を用いた光触媒が注目されている。しかし、TiO_2などの半導体光触媒は、太陽光に3%しか含まれていない紫外光でしか反応が進行しないため、非常に効率が悪い。そこで、最近では、可視光応答型の光触媒の開発が急速に進められてきている。一方、我々にこれまで,ポルフィリンを含むテトラカルボン酸を配位子に用いたロジウム(II)錯体がオレフィンの水素化に対して高い触媒活性を示すことを見出してきた。本研究では、可視光領域の光を吸収するポリフィリンを配位子に用いたメタロポルフィリン鉄(III)錯体を触媒に用いた水やアルコールの光分解反応について研究した。元素分析、ESR、EXAFS測定からFe^<III>[Fe^<III>TCPP]は、ポルフィリン環中心のFeが5配位、架橋部分のFeが6配位の単核構造であると示唆された。表面積・細孔径分布測定から5.6、6.2Åの均一な細孔をもち、BET表面積1195.4m^2/gの高面積を有していた。DR UV-visスペクトルから【greater than or equal】400nmの可視光領域に5本の吸収ピークを確認した。メタノールの光分解反応においてFe^<III>[Cu^<II>TCPP],Fe^<III>[Pd^<II>TCPP]については活性が見られなかったが、Fe^<III>[Fe^<III>TCPP]では活性が見られ水素の発生を確認した。また、本反応は光照射下でなければ運行せず、熱反応では活性を示されず、光触媒的に水素が発生しているこどがわかった。さらに、触媒反応後のESR測定から、Fe周りの構造は保持されていることがわかり、安定な光触媒の構築に成功した。不飽和炭化水素の水素化は重要な工業的プロセスの一つである。これまで様々な水素化固体触媒が報告されているが、分子レベルでの活性点構造の制御、不均一系水素化触媒反応での構造と反応性との相関については未だ不明瞭な点が多い。一方、我々はこれまで、フマル酸などのジカルボン酸を配位子としたロジウム(II)錯体が酢酸銅(II)一水和物型二核構造をとり、これが積層することにより均一な一次元細孔を形成することを見出してきた。また、最近ではポルフィリンを含むテトラカルポン酸ロジウム(II)錯体がオレフィンの水素化に対し高い触媒活性を示すことを見いだした。本研究では、金属ポルフィリンを含むテトラカルボン酸ロジウム(II)二核錯体に注目し、Cu^<II>,Ni^<II>,Pd^<II>等の種々の金属を配位した金属ポルフィリンで架橋されたロジウム(II)錯体の物性、水素化触媒活性について調べた。またポルフイリン中心金属と二核ロジウムサイトとのバイメタリック効果について検討した。Rh_2[MTCPP]はロジウム原子1mol当たりの表面積が先に報告したフマル酸ロジウム(II)[Rh(f)]

52×10^<-3>m^2やテレフタル酸ロジウム(II)[Rh(t)]125×10^<-3>m^2に比べて最大約3.8倍になった。また、液体窒素温度でロジウム原子1molあたり最大2.0-2.9molの気体を吸蔵し、[Rh(f)](0.89mol)、[Rh(t)](1.11mol)の約2-3倍の吸蔵量を示した。このことから、配位子にポルフィリンを含むカルボン酸を用いることでロジウム原子当たりの表面積と気体吸蔵量が向上することが分かった。220Kでのプロペンの水素化反応の経時変化を測定したところ、生成物はプロペンで選択率は100%を示した。反応初期から誘導期は観測されず、Rh_2[PdTCPP]については15分後に転化率100%を示した。TOFは12.8×10^<-4>mol/g・s(after 15min)を示し、以前に報告したRh_2[H_2TCPP]0.06×10^<-4>/g・s(after 180min.)と比べ約210倍高い触媒活性を示した。活性序列はpd>Ni>Cuとなった。また、Rh_2[H_2TCPP]と金属塩化物の物理混合物は低活性を示し、水素化応に対するポルフィリン環中心の金属の効果は著しかった。不飽和炭化水素の水素化は重要な工業的プロセスの一つである。これまで様々な水素化固体触媒が報告されているが、分子レベルでの活性点構造の制御、不均一系水素化触媒反応での構造と反応性との相関については未だ不明瞭な点が多い。その中で我々はオレフィンの水素化反応に対し高い触媒作用を示すロジウム錯体に注目し、フマル酸ロジウム(II)やテレフタル酸ロジウム(II)などを合成しオレフィンの水素化に対し高い触媒作用を示すことを見いだしてきた。また、最近ではメタロポルフィリンロジウム(II)錯体[Rh_2(MTCPP)]がオレフィンの水素化に対し、低温・定圧でこれまでにない高い触媒活性を示すことを見いだした。本研究では、メタロポルフィリンロジウム錯体[Rh_2(MTCPP)](M=H_2,Cu,Ni,Pd)の反応機構に注目し、ランタン型の二核構造とメタロポルフィリン中心金属とのバイメタリック効果について検討した。Rh_2[MTCPP]を触媒としたオレフィンの水素化反応(194K)を行ったところ、生成物はプロペンで選択率は100%を示した。その活性は以前に報告したジカルボン酸ロジウム(II)比べて124倍以上になった。また、メタロポルフィリンロジウム(II)錯体[Rh_2(MTCPP)]はフリーなポルフィリンを架橋した[Rh_2(H_2TCPP)]に比べ、2.6-36倍の触媒活性を示し、その活性序列はPd>Cu>Ni>H_2となった。[Rh_2(H_2TCPP)]と(金属塩化物または金属ポルフィリン)の物理混合物は低活性を示すことから、分子内に存在するメタロポルフィリン中心金属のバイメタリック効果は著しかった。また、その活性序列はプロペンと水素の吸脱着測定からメタロポルフィリン中心金属のオレフィンの脱離能に依存していることが明らかになった。近年、化石燃料め枯渇や大気汚染、多量の二酸化炭素の放出による地球温暖化などの天然資源や環境問題に対して早急に考える必要がある。そこで、水素と酸素を用いて電気エネルギーを発生させる燃料電池などの次世代エネルギーが注目されるようになった。
腫瘍由来DAMPsによるT細胞の機能不全誘導メカニズムの解明と治療への応用

低酸素・低栄養の腫瘍微小環境下では大量の細胞死が起こり、多くのヒト固形癌において壊死細胞領域の大きさは患者の予後不良と相関する。申請者は、壊死腫瘍組織から放出される低分子代謝物(oncometabolite)が、抗腫瘍免疫応答の要となるCD8+ T細胞の機能を負に制御する免疫調節因子(DAMPs;damage associated molecular patterns)として機能することを見出した。本課題では、担癌個体においてCD8+ T細胞が機能不全に陥る新規メカニズムを腫瘍由来DAMPsの機能を軸として解明し、それを標的とした難治・進行性固形癌の治療法の開発に向けた基盤の構築を目指す。
非ニュートン流体のための特性曲線有限要素法の開発

本研究の目的は、粘性と弾性の両方の性質をあわせもつ流体である非ニュートン流体に対して、特性曲線に基づく有限要素スキームの開発・解析・シミュレーションを行うことです。そのために、Navier-Stokes方程式のための圧力安定化特性曲線有限要素スキームの最良誤差評価を得た上で、同スキームを非ニュートン流体のひとつであるPeterlinモデルに応用し、非線形スキームと線形スキームを提案しました。ある単純化したPeterlinモデルについて、両スキームの最良誤差評価を得ました。それらを数値計算結果と併せてまとめた論文は、雑誌ESAIM: M2ANに掲載されました。非ニュートン流体のための特性曲線有限要素法の理論構築に向けて,特性曲線有限要素法の安定性・収束性の証明法についてのある一般化を行いました.すなわち,Navier-Stokes方程式のための特性曲線有限要素法の安定性・収束性の証明方法を精査することにより,流速,圧力,温度に関する非線形偏微分方程式のひとつである自然対流問題のための特性曲線有限要素法の安定性・収束性を示しました.得られた誤差評価(収束性)はある条件下において最良です.よく知られた安定な要素(例えばP2/P1要素など)を用いた特性曲線有限要素法だけでなく,3次元問題において有用なP1/P1要素を用いた安定化特性曲線有限要素法についても最良の結果を得ました.この一般化は,自然対流問題を含むある広いクラスの問題に適用できると期待されます.よって,ある意味では,移流項に起因する非線形性は解決されたことになります.今後は非ニュートン流体特有の(移流項以外の)非線形性の解決に注力できます.一方で,与えられた領域が変形する場合のNavier-Stokes方程式のための安定化特性曲線有限要素スキームを提案しました.同スキームが有効であることを数値的に確認しました.数値的に収束精度を確認したところ,最良の結果でした.開発した領域が変形する問題のためのアルゴリズムは,支配方程式が非ニュートン流体のものになった場合にも適用可能な一般的なものです.領域変形を伴う非ニュートン流体の問題での数値計算においても有効であることが期待されます.昨年度の非ニュートン流体のモデルのひとつであるPeterlinモデルに取り組みました.同モデルは,流速・圧力・配座テンソルを未知数とするモデルで,流体の粘性的性質と弾性的な性質を併せ持っています.よく知られたOldroyd-Bモデルにはない非線形項を含んでいます.昨年度の成果を基に,Oseen型Peterlinモデルを考えて,特性曲線法を用いた安定化有限要素スキームを2つ提案しました.一方は線形なスキーム,他方は非線形なスキームです.ともにP1/P1/P1要素(流速・圧力・配座テンソルをすべて区分的1次関数で近似)を用いており,自由度が少なく,計算が比較的容易です.両スキームに対して,最良の誤差評価の結果を得ました.線形スキームについては,ある弱い条件の下での安定性と収束性を示しました.この評価は3次元にも適用できます.非線形スキームについては,(本質的)無条件に解の存在,安定性,収束性を示し,ある弱い条件の下で,解の一意性を示しました.この評価は,2次元特有の等式を用いて得られており,3次元への拡張には工夫が必要です.一方で,配座テンソルの方程式から拡散項を消去しても評価は成立します.(現時点では,線形スキームの誤差評価の証明には本質的に拡散項の存在を利用しています.)両スキームのプログラムを2次元において実装しました.数値計算においても理論結果で得られた収束オーダーが確認されました.これにより,非ニュートン流体のモデルのひとつであるPeterlinモデルに有用な数値計算スキームの構築に向けた重要な結果を示すことができました.期待した以上の結果が得られているため.非ニュートン流体を表すモデルのひとつとしてPeterlin粘弾性流体モデルが知られています.昨年度に引き続きOseen型Peterlin粘弾性流体モデルの数値解析の研究を推進しました.未知関数は,流速・圧力・コンフォメーションテンソルです."Oseen型"とは"移流項を線形化した"という意味です.弾性効果を考える上で重要な,コンフォメーションテンソルの方程式の非線形項はそのままで考えます.圧力安定化Lagrange-Galerkinスキームを2つ開発しました.一方は非線形スキーム,他方は線形スキームです.両スキームとも,流速・圧力・コンフォメーションテンソルの全ての近似関数空間を適合区分1次要素(P1要素)で構築しています.P1要素により比較的自由度数を小さく抑えることが可能です.非線形スキームについて得られた,流速とコンフォメーションテンソルの誤差評価を整理してまとめました(受理済).非線形スキームの結果は空間2次元ではありますが,コンフォメーションテンソルの方程式に拡散項がなくても成立するものです.線形スキームについても流速とコンフォメーションテンソルの誤差評価を得ました.線形スキームの結果は,コンフォメーションテンソルの方程式の拡散項を本質的に利用して証明していますが,空間2,3次元で成立します.本年度は線形スキームの誤差評価について大きな進展がありました.すなわち,線形スキームの圧力の誤差評価に成功しました.これは非定常粘弾性流体モデルの数値解析において,世界で初めて得られた結果であると考えられます.線形スキームの誤差評価で用いられている証明方法はある程度汎用性があり,より複雑な問題への適用が期待できます.研究開始当初には難しいと考えていた圧力の評価に成功したため.

本研究の目的は、粘性と弾性の両方の性質をあわせもつ粘弾性流体に代表される非ニュートン流体に対して、特性曲線に基づく有限要素スキームの開発・解析・数値計算を行うことです。我々はNavier-Stokes方程式のために開発した圧力安定化特性曲線有限要素スキームを非ニュートン流体のひとつであるPeterlinモデルに応用しました。同モデルでは、Navier-Stokes方程式に、弾性効果をあらわすコンフォメーションテンソルについての非線形方程式が加わります。提案したスキームは2つあり、ともに、流速・圧力・コンフォメーションテンソルの全てを区分的に線形な要素で近似しており、自由度が少ないという長所を持っています。一方はモデルがもつエネルギー評価をスキームにおいても離散的に実現する非線形スキーム、他方は線形化したスキームです。Peterlinモデルの"Oseen"版において、両スキームの誤差評価を与えることに成功し、それらを数値計算結果と併せてまとめた論文は、雑誌ESAIM: M2ANに掲載されました。なお、"Oseen"版とは、非線形移流項を線形化したという意味ですが、依然として移流項は存在しており、また、複数の非線形項は残ったままです。特に、時間発展する粘弾性流体モデルについて、圧力の誤差評価が与えられたのは初めてであり、本研究における特記すべき成果であると考えています。なお、特性曲線有限要素法は流体粒子の軌跡に沿って物質微分の離散化を行う有限要素法であり、Lagrange-Galerkin法とも呼ばれ、我々も研究期間の途中から基本的に同名称を採用することにしました。業績等において特性曲線有限要素法ではなくLagrange-Galerkin法が多く使われているのはこのためです。本研究の目的は、粘性と弾性の両方の性質をあわせもつ流体である非ニュートン流体に対して、特性曲線に基づく有限要素スキームの開発・解析・シミュレーションを行うことです。そのために、Navier-Stokes方程式のための圧力安定化特性曲線有限要素スキームの最良誤差評価を得た上で、同スキームを非ニュートン流体のひとつであるPeterlinモデルに応用し、非線形スキームと線形スキームを提案しました。ある単純化したPeterlinモデルについて、両スキームの最良誤差評価を得ました。それらを数値計算結果と併せてまとめた論文は、雑誌ESAIM: M2ANに掲載されました。期待通りの結果が得られているため.理論面と工学面の両面での発展を期すために講演・打ち合せ等を行って各方面でのネットワークを構築します."Oseen型"を終えたので,移流項の非線形性をもつPeterlin粘弾性流体モデルの数値解析を進めます.数値解析非ニュートン流体についての専門家などとの交流を進め,研究ネットワークの拡大をはかります.