hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高品質な米粉パン製造に最適な高ストレス耐性野生酵母の獲得と製パン技術開発

2-DG耐性酵母をセイヨウナシ(レッドバートレット)果実から単離し、28S rDNA部分塩基配列結果から、S. cerevisiaeと同定した。生育適温は30°C、低糖下で良好に発酵した。-28°C下冷凍保存後では、高い発酵力を保持したが、凍結乾燥後では顕著に低下した。米粉による製パンではほとんど膨化しないかケービングしたが、20%グルテン添加と加水量調整により、膨化を可能とした。米粉中の水分量と最適加水量には負の相関が、米粉アミロース含量の増加に伴い、パン膨化率は減少した。以上、本酵母を用いて、米粉パン特有のクラストとクラムの触感、野生酵母特有の風味を兼ね備えた高品質な製パンを可能とした。現代の日本人の食生活は、米より小麦(パンや麺)を食する傾向が年々強くなっている。実際に1人あたりの米の年間消費量は昭和37年(1962年)の半分程度まで減少し、2011年現在57.8kgまで低下した。近年、日本の食料自給率(カロリーベース)は39%前後を推移し低迷しており、2020年の50%まで上昇させるとする国の目標値には到底及ばないのが現状である。食料の半分以上を諸外国からの輸入に依存しているわが国で、主食用米の自給率はほぼ100%と高い値を示しており、数少ない自給可能な食材のひとつである。食料自給率上昇の面からも、米の消費量を上げることが緊急の課題である。平成21年7月「米穀の新用途への利用の促進に関する法律」が施行されたことを受けて、米粉用米の生産量は増加しており、米粉の利用拡大が進んでいる。現代の食生活で最も消費の期待されるパンへの取り組みも進んでいるが、小麦粉と異なりグルテンを形成しないなどの性質から、問題点も多い。本研究の目的は「高品質な米粉パン製造に最適な高ストレス耐性野生酵母の獲得と製パン技術開発」を目指すことにある。本年度の目標は、果樹王国としての地の利を生かした有用野生酵母の採取、分離、選抜の試みである。その成果として、(1)果樹果実(オウトウ、セイヨウナシ、カキ、ブドウ、リンゴ)より260株の菌株を純粋分離した。形態、顕微鏡観察などにより、オウトウとブドウから酵母の単離に成功した。(2)発酵力の高い株の取得を目指し、2-デオキシ-D-グルコースを用いたスクリーニングにより、31耐性株を獲得した。(3)気泡発生試験による1次スクリーニングにより、特にオウトウ(佐藤錦および南陽)から発酵力が顕著に高い株を獲得した。以上より、果樹果実から獲得した菌株の中には、米粉パン製造に適した野生酵母の存在の可能性を示唆した。昨年度の研究では、果樹王国山形県の地の利を生かして、果樹果実(オウトウ、セイヨウナシ、カキ、ブドウ、リンゴ)より有用野生酵母の採取、分離、選抜を試み、オウトウとブドウから発酵力の高い酵母の単離に成功した。しかしながら、これら以外にも有用酵母の可能性が示唆されたため、さらにスクリーニングを行い、炭酸ガス発生力の優れた酵母を得た。また、エタノール生成力試験により選抜した結果、セイヨウナシ(ラ・フランスおよびレッド・バートレット)ならびにリンゴ(紅玉およびリチャードデリシャス)より7株を得た。これらについて、各種糖質(スクロース、グルコース、フルクトース、マルトース)添加酵母培養液による生育適温試験を行うと同時に、日本イースト工業界パン用酵母試験法を改変し、無糖、低糖、高糖生地を用いた生地膨張力試験を実施した。その結果、マルトースではエタノール生成量が少なく、生成に時間を要したが、それ以外の糖質では良好であった。特にグルコースを糖質源とした場合顕著であった。また、生育適温は30°Cであった。一方、生地膨張力試験から、選抜酵母は低糖生地への活用は期待されるが、無糖および高糖生地では製パンは困難であると考えられた。これらの結果よりさらに2株「ラ・フランス(以下1)およびレッド・バートレット(同2)由来」まで選抜し、予備試験的に小麦粉生地での製パン試験を行った。比較として、市販ドライイーストを用いた。その結果、焼成パンの皮はともに厚く硬かった。1のクラムはキメが細かく不均一であるが、2では気泡膜が大きく粗かった。水分含量はドライイーストのそれと比較し両者とも高かった。また、2やドライイーストのパンの膨化率や比容積は1より顕著に高く、焼減率は2>ドライイースト>1の順であった。一方、焼成後の破断強度は、1>2>ドライイーストであった。本学圃場で栽培した果樹果実5種「オウトウ、セイヨウナシ、カキ、ブドウ、リンゴ」21品種より野生酵母を単離した。次に、発酵力の強い株の取得を目指し、2-デオキシ-D-グルコース耐性株の獲得、1次および2次スクリーニングにより、セイヨウナシ(レッドバートレット)由来酵母を選抜した。本酵母の28S rDNA部分塩基配列を検討した結果、Saccharomyces cerevisiaeと99%以上の高い相同性を示したことから、S. cerevisiaeと同定した。生育適温は30°Cであり、低糖条件下で良好に発酵した。

酵母を-28°C下冷凍保存した冷凍耐性試験と、凍結乾燥後真空包装した乾燥耐性試験を行った結果、-28°Cで冷凍保存した場合、市販ドライイーストと同様な発酵力を保持したが、凍結乾燥酵母では発酵力の低下が顕著であった。次に、小麦粉を用いた製パン試験を行った結果、-28°C冷凍保存酵母では、ドライイーストを用いたパン(対照)と同程度に膨化した。そこで米粉(コシヒカリ)を用いて製パンしたところ、ほとんど膨化しないかケービング(腰折れ)した。米粉重量に対して20%グルテン粉末を添加して同様に製パンしたところ、対照と同程度まで膨化しないものの、どの米粉(あきたこまち、コシヒカリ、はえぬき、ひとめぼれ、ヒノヒカリ)を用いても膨化した。いずれも焼成中にパンが縮む「かま落ち」が発生した。加水量の調整により、対照と同様の膨化を可能とした。米粉中の水分含量と最適加水量には負の相関がみられた。また、米粉中のアミロース含量の増加に伴い、パンの膨化率は減少する傾向が認められた。膨化率、焼減率、破断強度、色彩、官能試験結果等から、本酵母を用いた場合、形均整や比容積は対照と比較し若干劣るものの、米粉パン特有のクラストとクラムの食感、野生酵母特有の風味を兼ね備えた高品質な製パンが可能となった。2-DG耐性酵母をセイヨウナシ(レッドバートレット)果実から単離し、28S rDNA部分塩基配列結果から、S. cerevisiaeと同定した。生育適温は30°C、低糖下で良好に発酵した。-28°C下冷凍保存後では、高い発酵力を保持したが、凍結乾燥後では顕著に低下した。米粉による製パンではほとんど膨化しないかケービングしたが、20%グルテン添加と加水量調整により、膨化を可能とした。米粉中の水分量と最適加水量には負の相関が、米粉アミロース含量の増加に伴い、パン膨化率は減少した。以上、本酵母を用いて、米粉パン特有のクラストとクラムの触感、野生酵母特有の風味を兼ね備えた高品質な製パンを可能とした。昨年度の研究において選抜された野生酵母は少なかったため、さらにスクリーニングを実施し、新たに高品質な米粉パン製造の可能性が期待される酵母の採取、分離ならびに選抜に時間を要した。食品化学今年度は、2次スクリーニングにより2株「ラ・フランス(以下1)およびレッド・バートレット(同2)由来」まで選抜し、研究を進めた。しかしながら、炭酸ガス発生力試験やエタノール生成力試験ではこれら以外に有用酵母5株を得ている。さらに詳細な研究を進めることで、高品質な米粉パン製造に最適な野生酵母を見出し、主要米から調製した米粉による製パン技術開発に繋げたい。本年度の目標は、「野生酵母の採取、分離、選抜、マルトース資化株の獲得ならびに1次スクリーニングによる酵母の分離」である。結果として、数種果樹のなかでも、特にオウトウ(佐藤錦および南陽)から顕著に発酵力の高い株の取得に成功した。前年度に引き続き、本学圃場で栽培される果樹果実から野生酵母のスクリーニングを行った結果、有用な2株を得たが、今後可能性のある残り5株についても米粉パン製造に適する株であるか詳細に調査する必要がある。その結果として、予定していた実験項目の実施に対する次年度使用額が生じた。これまでに取得したデータに基づき、次年度は以下の2点の研究計画を発展させ、遂行することにより、本研究の目的を達成することを目指す。(1)選抜酵母の2次スクリーニング「1糖類によるエタノール生成量の影響の検討、2冷凍・乾燥耐性試験、3生育適温ならびに形態的特徴観察、4生地膨張力試験の実施」
河道内植生の内部構造が流れ場全体に与える影響とマルチスケール解析の適用性

樹冠と幹で構成される高木群落が河道内にある場合、その内部の流れ構造と河道全体の流れとの相互作用について、実験的検討を行った。群落の上流側で鉛直方向にほぼ一様な流速分布は、群落内に入ると速やかに樹冠部が遅く幹部が速い分布形へと遷移する。また群落の下流側では、樹冠部背後で激しい混合が生じて、その影響が長く下流に及ぶ。側岸に沿って高木群落がある場合には、非植生域の流れとの相互作用により、複雑な3次元的な流れを確認することができた。本研究では,高木群落の幹と樹冠のように,河道内植生が明らかな内部構造を有している場合の流れ場を実験的に検討し,マルチスケール法を適用した予測手法の確立を目指す。そのために・高木群落の鉛直構造に応じて流速の鉛直分布形が流れ方向に変化することが,流れ場に与える影響を実験的に明らかにする。・高木群落の鉛直構造の非均一性が著しい場合を実験的に検討し,流水抵抗の異方性をテンソルの形で表す方法を検討する。・マルチスケール法を植生流れの方程式に適用して,流速の鉛直分布や非均一性を記述する(ミクロスケール)程式と平面流況を支配す(マクロスケール)方程式とに分離し,スケールごとに流況を解析する数理モデルを確立する。樹冠と幹で構成される高木群落の内部及び周辺において,河川の流れの構造がどのように遷移するのか,「実験的研究を行った.幹部分は高さ7cmとし,直径1cm高さの木製円柱を10cm間隔で千鳥上に配置した.樹冠部にはプラスチック透水材を用い,幹部分の上に設置した.実験の結果,水路に流す流量が変わっても樹冠部の流速はさほど変化せず,幹部分の流速が大きくみ変化することがわかった,これは両者における抵抗特性漆大きく異なるためである.つまり,樹冠部の抵抗が著しく大きいために,そこでは植生抵抗と重力の釣り合いから決まる固有澤透流速にほぼ等しくなる.その一方で幹部分で抵抗が大きくないので,植生抵抗と重力に加えてレイノルズ応力とかの釣り合いによって流速分布が決まるために,状況に応じて流速値が変化するのである.高木群落の上流側では,流速分布は一般的な開水路における対数則的分布から高木群落内での平衡的な流速分布へと急速に変化する.その際に,樹冠部から幹部分へと強い下降流が形成され,顕著な運動量輸送が生じることがわかった.また,高木群落の下流側では,樹冠部の背後に剥離域が形成されており,そこで大きな渦運動が完結的に発生していることを明らかにした.その水面付近では逆流が生じており,レイノルズ応力が顕著に増加しているなど,複雑な流況を皇していることがわかった.樹冠と幹で構成される高木群落の内部及びその下流域において,樹冠部の流水抵抗の相違が,流れの構造の遷移に与える影響を実験的に検討した.幹部分は高さ6cmとし,直径1cmの木製円柱を10cm間隔で千鳥上に配置した.樹冠部には2通りのものを使った。一つは,昨年度と同じプラスチック透水材(樹冠モデルA)で,もう一つは,直径2.5mmの竹串を2.5cm間隔で鉛直に配置に配置したもの(樹冠モデルB)を用いた。流水抵抗は前者のほうが後者よりも大きい。実験の結果,水深によっては,樹冠モデルAでは樹冠内に固有浸透流速にほぼ等しくなる部分が現れても,樹冠モデルBではそうはならない場合があることがわかった。前者では,幹部分の流れとの間に自由せん断層が形成されるが,後者ではそうはならない。これは高木群落下流での剥離渦の形成にも大きな関係があることが認められた。高木群落下流側での流れの遷移に着目すると,樹冠モデルAとBでともに樹冠と幹部との間に自由せん断層が形成されている場合,これが流下しながら通常の開水路の流速分布に遷移するまでの距離は,さほど変わらないことがわかった。これは,モデルAの場合は,樹冠と幹部との流速差が大きい代わりに両者の混合が盛んであり,モデルBの場合はその逆が成り立つためである。以上のように高木群落の流れのおいては,樹冠と幹部分との流水抵抗の差と水深によって,流速分布の構造そのものが異なる場合があること,また流速分布の構造が同タイプの場合には,下流域で通常の開水路流れの流速分布に回復するまでの流下距離はさほど相違ないことがわかった。樹冠と幹で構成される高木群落の内部及びその上流側と下流域において,樹冠部の流水抵抗と水深の相違が,流れの構造の遷移に与える影響を実験的に検討した.幹部分は高さ6cmとし,直径1cmの木製円柱を10cm間隔で千鳥上に配置した.樹冠部には3通りのものを使った。

そのうちの2つは,昨年度と同じプラスチック透水材(樹冠モデルA)と直径2.5mmの竹串を2.5cm間隔で鉛直に配置に配置したもの(樹冠モデルB)で,今年度はさらに直径3mmの竹串を5cm間隔で鉛直に配置に配置したもの(樹冠モデルC)を追加して実験を実施した。流水抵抗はA,B,Cの順に小さく,Cの流水抵抗は幹部分とほぼ同じである.実験の結果,得られた知見は以下のとおりである.(1)樹冠モデルAでは,樹冠内に固有浸透流速にほぼ等しくなる部分が必ず現れ,それと幹部分の流れとの間に自由せん断層が形成される.(2)樹冠モデルBでは,水深が深い場合には,モデルAと同様な流速分布であるが,水深が浅くなると,樹冠内では固有浸透流速に相当する部分が消失し,水面に向けて流速が減少するせん断層のみが形成される.(3)樹冠モデルCでは,実験した水深範囲では,幹部と樹冠部とに明確に分かれるような流速分布にはならず,全体として1つの層が形成される.(4)高木群落の上流側から群落内部の遷移過程においては,速やかに上記3タイプの流速分布に遷移する.(5)縦断方向に水深を変化させて不等流状態で実験したところ,水深変化に応じて,等流水深で実験した場合と同様の流速分布が見られた.不等流解析を行う場合には,群落内の流速分布については,等流状態の分布形を与えてもよい近似になると推察される.本年度は、樹冠と幹で構成される高木群落内部について、PIVによる乱流計測を試み(実験1、)、横断方向に非植生域との相互作用がある場合について、電磁流速計を用いて流速および乱流構造を調べた(実験2)。「実験1」では、勾配1/480、幅50cm、長さ7mの実験水路の全幅・全長に、10cm四方の高木模型を千鳥状に配置した.流量は3,52リットル/秒、水深は約12cmと約9cmの2通りとした。そして、上流端より4.75m地点の1本の高木模型の片側空間(幅5cm長さ10c血)において、縦断方向にレーザーライトシートを差し入れ、その面的瞬間的な流速分布をPIVにより計測し、平均流速およびレイノルズ応力を算出した。その結果、これまで本研究課題において電磁流速計を用いて計測した結果と同様な分布形を見出すことができた。また、レーザーライトシート面内における相互相関により、樹冠部と幹部との境界面に生じる組織的乱流運動の状況を大まかに捉える事が出来た。「実験2」では、勾配1/1100、幅50cm、長さ16mの実験水路の左岸幅20cmに全長に渡って、5cm四方の高木模型を千鳥状に配置した,流量は8.5リットル/秒、水深は12.2cmとし、流速変動を電磁流速計で測定した。その結果、樹冠部と幹部との流水抵抗の相違によって植生域および自由せん断層では鉛直方向に大きな流速変化が確認された。また、横断面内に特徴的な二次流が見られた。これは、おおまかには、水面付近を植生域から非植生域へ、底面付近はその逆方向へ向かう循環流を形成しており、樹冠の流水抵抗が大きい場合には、植生域内に小さなスケールの循環流も生じていた。
待ち行列ネットワークの性能評価のための基礎的研究

研究の目的は,解析が困難な待ち行列ネットワークの定常分布の特性を調べるための基礎的理論を構築することである.待ち行列ネットワークの理論的な研究は,特別な場合を除いて一般に極めて困難である.本研究では,定常分布を完全に求めるのではなく,重要な特性である定常分布の裾の漸近的ふるまいを調べる.この種の研究には大偏差値理論があるが,精密な評価やネットワークへの適用には限界がある.本研究では初めに代表的なネットワークについて結果を予想し,定常分の裾の漸近特性を調べるための確率構造として反射壁を持つマルコフ加法過程に注目した.この加法過程の加法成分を分布の裾の減少方向に沿って取り,残りの状態をすべてを背後状態とする.この場合の加法成分は0の位置に反射壁をもち,0以上の値を取る.この種のモデルは,従来,主に背後状態が有限個の場合について,定常分布の裾の漸近特性が研究されてきた.本研究が対象とするネットワークモデルの状態は多次元であるから,背後状態数は無限個である.本研究では,この有限個から無限個への拡張をマルコフ加法過程に関するウイナー・ホップ分解を使って行った.この理論的な成果を各種のモデルに適用し,減少率などを求め,待ち行列やそのネットワークモデルにおける混雑のもたらす影響を数理的に明らかにした.例えば,2つのノードをもつ待ち行列ネットワークの1つのノードの収容人数を制限した場合に,残りのノードの待ち人数の定常分布の裾の減少率が大きく変化する条件を明らかにすることができた.これらの研究の他に,流体型の待ち行列やそのネットワークに対しては,定常分布の解析的な表現を得ることもできた.この場合には,連続時間型のウイナー・ホップ分解が重要な役割を果たす.また,モデルの個別的研究においては,具体的な数値計算も行い理論の有用性を確かめた.研究の目的は,解析が困難な待ち行列ネットワークの定常分布の特性を調べるための基礎的理論を構築することである.待ち行列ネットワークの理論的な研究は,特別な場合を除いて一般に極めて困難である.本研究では,定常分布を完全に求めるのではなく,重要な特性である定常分布の裾の漸近的ふるまいを調べる.この種の研究には大偏差値理論があるが,精密な評価やネットワークへの適用には限界がある.本研究では初めに代表的なネットワークについて結果を予想し,定常分の裾の漸近特性を調べるための確率構造として反射壁を持つマルコフ加法過程に注目した.この加法過程の加法成分を分布の裾の減少方向に沿って取り,残りの状態をすべてを背後状態とする.この場合の加法成分は0の位置に反射壁をもち,0以上の値を取る.この種のモデルは,従来,主に背後状態が有限個の場合について,定常分布の裾の漸近特性が研究されてきた.本研究が対象とするネットワークモデルの状態は多次元であるから,背後状態数は無限個である.本研究では,この有限個から無限個への拡張をマルコフ加法過程に関するウイナー・ホップ分解を使って行った.この理論的な成果を各種のモデルに適用し,減少率などを求め,待ち行列やそのネットワークモデルにおける混雑のもたらす影響を数理的に明らかにした.例えば,2つのノードをもつ待ち行列ネットワークの1つのノードの収容人数を制限した場合に,残りのノードの待ち人数の定常分布の裾の減少率が大きく変化する条件を明らかにすることができた.これらの研究の他に,流体型の待ち行列やそのネットワークに対しては,定常分布の解析的な表現を得ることもできた.この場合には,連続時間型のウイナー・ホップ分解が重要な役割を果たす.また,モデルの個別的研究においては,具体的な数値計算も行い理論の有用性を確かめた.待ち行列モデルやそのネットワークの定常分布の裾の形状に注目して研究を進めた.従来からの研究を進めると共に,本年度は1年目として,これまでのモデル化や解析手法にとらわれず,原点から問題を考え直すことも行った.主な結果は次の通りである.1.多次元分布の裾の減少率を明確に定義した.これに基づき,待ち行列ネットワークの状態の定常分布の裾の減少率についての予想を論文としてまとめ(投稿中),国際学会において発表を行った.2.有限状態マルコフ連鎖により制御された入力と出力を持つ流体モデルの研究を進め,簡単なネットワークへの拡張の可能性を調べた.特に,2種類の入力があり,それぞれが別のバッファーを持ち,一方を優先的に処理するモデルの定常分布を求め(投稿中),国内のシンポジウムで発表を行った.この研究は分担者の高田寛之と協力して行った.3.流体ネットワークに関して,並列型ネットワークの定常分布の上界となる積形式型の多次元分布を求め,この積形式分布を使って定常分布の裾の減少率をいくつかの条件の下で求めた.この結果を研究協力者のOffer Kellaとの共著論文として発表した.4.分布の裾の減少率を求める方法としてマルコフ加法過程に基本再生定理を適用する方法に注目し研究を進めた.

この方法は,大偏差値理論,タウバー型定理による古典的解析,マルチンゲールを使った測度変換法などと共に既知であるが,実際には適用に問題がありほとんど使われてこなかった.本研究ではMAP/G/1型待ち行列モデルの系内仕事量の定常分布の裾やリスク過程の破産確率の減少率を求めることに使えることを示し論文として発表した.本研究にはSoren Asmussenとの研究協力が大変役立った.5. 4の方法はこれまで単一待ち行列モデルにのみ適用してきたが,ネットワークモデルに対しても適用できる可能性があり,モデル化の段階から研究を進めている.本年度は2年目であり,待ち行列ネットワークの定常人数ベクトル分布の裾の減少率に関する研究を進めた.1.一般化ジャクソンネットワークモデルが十分な情報を含む背後状態を持ち原点に壁のあるマルコフ1次元加法過程によりモデル化できることを示した.ここに,背後状態の推移確率は加法過程の値が0になった場合を除いて加法過程の値によらない.このモデルの定常結合分布から定常人数ベクトル分布が得られる.また,この定常人数ベクトル分布の裾の減少率は,壁を取り除いたマルコフ加法過程の逆時間過程に関する初到達確率と密接な関係があることがわかった(国際会議で発表).2.モデルを更に限定すると,定常分布の裾の確率がマルコフ再生方程式の解として得られる.この場合,前年度に研究した有限個の背後状態を持つ単一ノードモデルに対する方法を拡張し,原理的にはマルコフ再生過程により裾の減少率を求められる.しかし,一般に背後状態の集合が加算無限または連続ベクトル空間になり,減少率の具体的な計算手順は分からない.そこで,モデルを限定し,背後状態が加算無限個の場合に減少率を具体的に求める手順を与えた(現在投稿中).4.上記の理論的な研究と平行して,与えられたベクトル方向の減少率を直感的な論理に基づき定常方程式から直接計算する方法を考案した(論文で発表).この方法では,減少率が凸の制約領域を持つベクトル空間上の最大・最小問題の解として得られる.これまでの理論的な結果と矛盾しないことを確かめると共に,計算プログラムよる数値計算を行いモデルの特性を調べた.この方法の検証は今後の課題である.5.上記の他に基礎的研究として,取り出し型の待ち行列ネットワークの定常分布,マルコフ変調型流体待ち行列モデルの定常分布の行列指数形式表現,割り込みのあるマルコフ変調型流体ネットワークの定常分布について研究を行った(論文で発表).反射壁をもつマルコフ加法過程の定常分布の裾の減少率に関する研究を進め,その結果を各種の待ち行列やそのネットワークモデルに適用した.特に,ネットワークのノード間の影響を理論的に調べることができた.1.GI/G/1形式待ち行列:この確率過程は非負の整数値を主成分とし可算無限個の背後状態をもつ.このため,背後状態を適切に選ぶとネットワークモデルを記述できる.従来この種のモデルは行列解析が行われてきたが,本研究ではマルコフ加法過程,双対過程(時間を逆転し加法成分の符号を変えたもの),Wiener-Hopf分解を適用することにより,自然な条件の下で定常分布の裾の加法成分に関する減少率を求め,優先権付き待ち行列に適用した(論文を投稿中).2.反射壁を持つマルコフ加法モデル:上記の結果を加法成分が実数値,背後状態が任意の可測空間の場合に拡張し,定常分布の裾の減少率を調べた(論文を準備中).3.GI/G/2待ち時間:2のモデルを使って,窓口が2つのGI/G/2待ち行列モデルにおいて,定常待ち時間分布の裾の漸近特性を,サービス時間分布が整数のオーダーで減少する,すなわち,重い裾をもつ場合について調べた.トラヒック密度の値により状況が変わることがわかったが,漸近特性については研究中である(共同研究を継続中)
新型大気蛍光望遠鏡による極高エネルギー宇宙線観測の系統誤差の研究

次世代の極高エネルギー宇宙線観測実験を目指した開発研究として、直径1.6 mの複合鏡とその焦点面に4本の大口径光電子増倍管(直径20 cm)を設置した低コスト型の新型大気蛍光望遠鏡による宇宙線観測を続けている。本研究では、現在稼働している極高エネルギー宇宙線観測実験であるテレスコープアレイ実験(米国ユタ州)とピエールオージェ観測所(アルゼンチンメンドーサ)に同一の新型大気蛍光望遠鏡を設置し、実験間の系統誤差を調べる研究計画となっている。現在までに、テレスコープアレイ実験に設置した3基の望遠鏡を使った宇宙線の定常観測を遠隔操作によって続けており、これまで累計515時間の夜間の観測時間を達成した。またピエールオージェ観測所への設置計画に関しては2018年11月に共同研究者会議にて設置の合意を得ることができ、望遠鏡収納用の建屋およびコンクリートパットの建設が完了した。また望遠鏡を構成する複合鏡の製作と4本の光電子増倍管の基本性能の評価が完了し、アルゼンチンへ輸送された。さらにはデータ収集用の電子回路や遠隔操作を実現するためのシャッターのコントロール用モジュールやモニター用の小型カメラも現地へ輸送が完了し、来年度には1基目の望遠鏡を設置し宇宙線の観測を開始する予定である。データ解析では、テレスコープアレイ実験に設置した新型大気蛍光望遠鏡を使って、21 km遠方で射出される紫外線レーザー光源を解析することで時々刻々と変化する大気透明度の解析を進めている。宇宙線の観測については、新型大気蛍光望遠鏡による再構成アルゴリズムを新たに実装し、入射した宇宙線のエネルギーおよび宇宙線の質量組成に感度の高い最大発達深さ(Xmax)の解析を進めている。また、これらの研究成果は国内外の研究会やテレスコープアレイ実験およびピエールオージェ観測所の共同研究者会議で報告した。テレスコープアレイ実験に設置された3基の新型大気蛍光望遠鏡の定常観測が順調に進んでおり、21 km先の紫外線垂直レーザー光源、そして宇宙線事象の観測およびそのデータ解析が進んでいる。またアルゼンチンへの設置計画についても、各構成要素の開発・試験および現地への輸送が完了した。来年度はじめにはアルゼンチンへの望遠鏡への設置が完了し、遠隔観測によるデータ収集を開始する予定であり、おおむね順調に研究計画が進展している。これらの研究成果についてはテレスコープアレイ実験およびピエールオージェ観測所の共同研究者会議や、国内の物理学会や国際会議で報告しており、大気蛍光望遠鏡の専門家らとの議論のもとに研究を進めている。現在、テレスコープアレイ実験の現場責任者であるJohn N Matthews特任教授と週1回の定例会議を開催し、観測状況の確認を定期的に実施している。さらに月に1度の共同研究者全体の電話会議により、密な連携によって迅速に研究計画を進め、安定したデータ取得を継続する。またテレスコープアレイ実験およびピエールオージェ観測所の共同研究者会議や国内外の研究会で発表を継続することで、専門家らとの議論を通じて改善点の早期発見や解決に努める。

さらに月に1度の共同研究者全体の電話会議により、密な連携によって迅速に研究計画を進め、安定したデータ取得を継続する。またテレスコープアレイ実験およびピエールオージェ観測所の共同研究者会議や国内外の研究会で発表を継続することで、専門家らとの議論を通じて改善点の早期発見や解決に努める。
アゾベンゼンをコートしたナノ粒子混入によるPE の耐トリーイング性向上

交流課電時における耐トリーイング特性の向上を図る目的から、アゾベンゼン系化合物とAl_2O_3ナノ粒子の両方をLDPEに添加した高分子複合ナノ絶縁材料を作製した。試験の結果、複合添加によりトリー発生電圧が上昇することが明らかになった。その上昇率はアゾベンゼンの種類に依存する。最も高い上昇率は300%で、アゾベンゼンが2.0wt%、Al_2O_3が3wt%の試料で測定された。また複合添加は、特にトリー潜伏期間におけるトリーの発生速度を無添加試料の1/2000以下に抑制する効果もあった。しかしこの抑制効果は、アゾベンゼンの添加濃度の変化と印加電圧の変化に大きく影響を受けることがわかった。耐電気トリーイング性向上を目的として、Al_2O_3ナノ粒子によるLDPE(低密度ポリエチレン)のナノコンポジットにおけるナノ粒子の分散性の向上とナノ粒子の表面改質を図るため、3種類のアゾベンゼン系物質をAl_2O_3ナノ粒子表面にコートしたものを用いて、LDPEのナノコンポジットを作製した。使用した3種類のアゾベンゼン系物質は、アゾベンゼン(Az)、Azにアミノ基(電子供与基)を付加したもの(Az-Am)およびAzにニトロ基(電子受容基)を付加したもの(Az-NO)である。Al_2O_3ナノ粒子とアゾベンゼン系物質のLDPEへの混合比は、それぞれ5wt%および1.5wt%である。上記の混合比でナノコンポジット化を行ったブロック状材料に、先端曲率半径5mm,先端角30゚,太さ1mmの鉄製の針を挿入し、電極間隔3mmとしたものを試料とした。作製した試料について、トリー発生電圧とトリー発生から絶縁破壊に至るまでの時間(進展時間)について測定を行った。測定の結果、トリー発生電圧(交流50Hz印加)は、Al_2O_3粒子のみの試料(Al試料)はLDPE試料(無添加)とほぼ同じ値(12kV)、Az系物質のみを混入した試料は、付加した基の種類にかかわらず、22kVであった。また、Al_2O_3粒子とAz系物質の両方を混入した試料(Al+Az試料)は、Azに付加した基の種類への依存性を示し、(Al+Az-Am試料)>(Al+Az試料)>(Al+Az-NO試料)となり、その値はそれぞれ26kV、22kVおよび18kVであった。一方、進展時間(交流100Hz)は、無添加試料とAz系のみを混入した試料については、その差が見られず両者とも100minであり、Al試料は180minであったのに対して、(Al+Az試料)では2000minとなり、進展速度の抑制にAl_2O_3ナノ粒子とAzの両方を混入した効果が顕著に現れた。また、AFMにて作製した各試料材料の表面を観測したところ、(Al+Az試料)においてはAl_2O_3ナノ粒子の分散性が、(Al試料)と比較してきわめて良好であることが確認できた。Al_2O_3ナノ粒子によるLDPE(低密度ポリエチレン)のナノコンポジットにおける耐トリーイング性の向上を目的として、アゾベンゼン(Az)系物質とAl_2O_3ナノ粒子の両方をLDPEに混入した複合ナノコンポジットを作製した。Az系物質については、今年度は主に付加基のないAz(アゾベンゼン)について集中的に検討を行った。作製した複合ナノコンポジットについて、トリー発生電圧(TIV)とトリー発生から絶縁破壊に至るまでの時間(進展速度)について測定し、耐トリーイング性の評価を行った。また、Azとナノ粒子の混合比が耐トリーイング性に及ぼす影響を検討するため、それぞれの混合比を0.53wt%および0.55wt%の範囲で変化させた。測定の結果、複合ナノコンポジットのTIVは、無添加試料と比較して、200%以上高い値となることが分かった。実験を行った混合比の範囲では、ナノ粒子の濃度にかかわらず、Azの混合比が高くなるにともなってTIVが上昇した。進展速度については、無添加試料と比較して1桁以上遅くなる結果を昨年度に得ている。今年度はこの結果について更に詳しく検討したところ、進展速度の抑制効果はナノ粒子の混合比に依存し、ナノ粒子が1wt%以下になると抑制効果が低下することが分かった。そして、ナノ粒子のみ混入した試料よりも複合ナノコンポジットの方が、進展抑制効果が高い(約2倍)ことが分かった。

また、トリー発生に起因した部分放電(PD)を測定したところ、Azの混合比を約2wt%以上の場合、20kV以上の電圧でトリーを発生させた後、10kVまで印加電圧を低下させてPDの経時変化を24h以上観測したところ、PDの発生が検出限界以下にまで低下することが分かった。ナノ粒子のみを混入した試料ではそのようなPDの顕著な抑制は観測されない。アゾベンゼン系(Ab系)物質およびAl_2O_3ナノ粒子(Al粒子)のLDPEへの添加(複合添加)がトリーの発生と成長そして伸展に及ぼす影響について、Ab系物質の種類、添加濃度そして電圧印加方法を変化させながら検討を行った。使用した3つの添加剤のうち、Az(基の付加がないアゾベンゼン)が最も安定して高いトリー発生電圧を示すことから、Ab系物質としてAzのみに絞って詳細な検討を行った。試験の結果、Azを2.0wt%、Al粒子を3wt%添加した試料は、耐トリーイング性を十分に発揮できることがわかった。この添加濃度の試料は、無添加試料と比較して、トリー発生電圧は約2/5倍の上昇がみられ、トリー伸展速度は約1/50に抑制される。また、トリー伸展速度測定時の電圧印加方法を変化させると、伸展速度の抑制効果はさらに発揮されるようになる。たとえば、10kV一定の状態で試料に電圧を印加し続けた場合、電圧印加からトリー発生までの時間は、無添加と比べて200倍以上長くなる結果を得た。これらの現象は、トリー発生に基づく部分放電の発生状況からも裏付けできる。つまり、Azを2.0wt%、Al粒子を3wt%添加した試料においては、部分放電が観測されなくなる場合(放電電荷が3pC以下)が見られる。これらの結果から、AzとAl粒子のLDPEへの複合添加は、電圧印加から初期トリーの発生段階までの過程(主としてトリー潜伏期間)で顕著に耐トリーイング性能を発揮することが明らかになった。トリー潜伏時間の著しい長期化は複合添加試料でのみ観測される。これは、Azを添加するとLDPE中のナノ粒子の凝集が緩和され、ナノ粒子の界面の総面積が増加することにより、トリー進展抑制に及ぼすナノ粒子界面の効果が大きく寄与しているためと考えられる。トリー進展抑制に及ぼすナノ粒子界面の効果としては、拡散電気二重層および界面への電荷蓄積などによる電界緩和効果が考えられる。
一次構造が精密に制御されたテロマーのリン脂質への導入

本研究では、重合開始・連鎖移動・停止機能を同時に有することが知られているbenzyl N,N-diethyldithiocarbamate(BDC)基を有するリン脂質型イニファーターを合成し、これとモノマーを混合し、恒温中で一定時間紫外線を照射することにより、ブロック及びランダムテロマー部位を有する新規脂質を調製した。モノマーとしてはmethacrylic acid(MA),2-methacryloyl-oxyethyl-D-gluco-pyranoside(MEGlc)を用いた。得られた脂質をL-α-dimyristoyl phosphatidylcholine(DMPC)と共に超音波処理し、リポソームとした後、その機能評価を行った。MEGlcと仏をブロックで導入したリポソームでは、糖結合タンパク質であるConcanavalin A(ConA)により糖が認識され、濁度の変化が見られたが、ランダムテロマーの場合では、ブロックテロマーの場合に比べ濁度変化が小さかった。また、ブロックテロマーを導入したリポソームの場合では、pHに応答し濁度が変化したが、ランダムテロマーの場合では、pH応答性は見られなかった。さらにIPAとMEGlcをブロックで導入したリポソームの場合では、熱に応答して濁度変化が見られたが、ランダムテロマーを有するリポソームでは、熱応答性は見られなかった。このことから、pH応答性、熱応答性の機能を発現するには機能性部位がブロックで導入されていることが必要であることが判明した。
ヒト表皮細胞および線維芽細胞の増殖・分化における各種細胞成長因子の作用機序の分析

EGFファミリーに属する細胞成長因子であるTGF-αおよびアンフィレグリンが表皮ケラチノサイトのオートクリン因子であることが報告されている。HB-EGFは新たに発見されたEGFファミリーに属する細胞成長因子である。そこで、HB-EGFが表皮ケラチノサイトのオートクリン因子であるかどうかを検討した。リコンビナントHB-EGFを培養上清に添加したことろ、1ng/mlで約1.8倍の増殖刺激が認められた。一方、表皮ケラチノサイトの培養上清よりヘパリンカラムを用いて、部分精製を行い、ウエスターンブロットで検討したところ、HB-EGFの存在が確認された。また、ノーザンブロットでHB-EGF mRNAの存在が確認された。さらに、HB-EGFの添加でHB-EGF mRNAの増加が誘導されるのみならず、TGF-αのmRNAの増加も認められた。興味深いことに、TGF-αの添加でHB-EGFおよびTGF-αのmRNAの増加が誘導された。これらの結果は、TGF-α、アンフィレグリンおよびHB-EGFが表皮ケラチノサイトのオートクリン細胞成長因子として重要な働きを持つと同時に、互いに、その増加を誘導しうることにより、これらが極めて効率的な増殖増幅作用をもつこと示している。HB-EGFの皮膚における局在を免疫組織化学的に検討したところ、表皮全層、毛嚢、皮脂腺、汗腺、血管に存在することが明らかになった。一方、昨年度の報告で、TGF-βのisoformの局在を免疫組織化学的に検討し、TGF-β2が表皮全層に存在することを明らかにした。本年は、尋常性乾癬におけるTGF-βのisoformの局在を検討したところ、尋常性乾癬の病変部、即ち、表皮肥厚部ではTGF-β2の染色が減弱していることが認められた。これは尋常性乾癬における増殖抑制作用の低下を示唆するものではないかと考えられる。正常表皮および乾癬病変部表皮におけるTGFーαとTGFーβの局在を免疫組織化学的に検討した。TGFーαは正常表皮および乾癬病変部表皮ともに中層および上層に認められ、乾癬表皮の方が強く染色された。TGFーβについては、TGFーβ1とTGFーβ2に対する特異的な抗体を用いて検討したところ、正常表皮では、TGFーβ2が表皮全層に存在したが、TGFーβ1は認められなかった。乾癬病変部については検討中である。in situ hybridizationについては、ヂゴゲシゲニンおよび抗ヂゴゲシゲニンを用いる非RI法を開発し、probeとして、ヒトTGFーα、マウスTGFーβ1、2、3およびヒトTGFーβ1を入手し、また、ヒトTGFーβ2とamphiregulinについてはPCR法ににてprobeを得た。この他に、HGFとHGF受容体に対するprobeも入手している。現在、得られたprobeをin situ hybridizationに至適の長さに調整中である。HGFの表皮ケラチノサイトの増殖に対する影響を検討した所、高Ca^<++>濃度(1.8mM)の培養液中(分化誘導条件)では、3ng/mlで2.5倍増加させた。低Ca^<++>濃度(0.1mM)の培養液中(未分化状態)では、10ng/mlまで濃度異存性に増殖を抑制した。DNA合成についてもほぼ同様の効果を示した。注目すべきことに、HGFは培養条件に関係なく、HGF10ng/mlで表皮ケラチノサイトの運動性を著明に増加させた。

TGFーαのEGF受容体に対するDown Regulationの作用を検討した所、EGFと同様にEGF受容体のDown Regulationを誘導したが、そのEGFと同等の効果を得るためには、EGFの約510倍の濃度が必要であった。また、表皮ケラチノサイトによるTGFーαの培養液中の産生を細胞密度との関連で検討した所、3040%の増殖程度の時に、最大の産生量となり、その後は著明な減少を示し、90^100%の増殖程度と3040%の増殖程度を比較すると、後者で数十倍ないし百倍程度高値を示した。TNFの表皮ケラチノサイトに対する影響を検討したところ、50ng/ml250ng/mの濃度で著明な増殖抑制効果を示した。この時、イボルクリン陽性細胞数をマ-カ-として分化にたいする影響を検討したが、分化には著明な影響は与えなかった。ブタ用いた創傷治癒の実験モデルとして、切創、皮膚欠損作成し、検討することが可能となった。表皮ケラチノサイトの増殖を促進する細胞成長因子に関する成果:TGF-αの表皮ケラチノサイトにおけるオートクリン作用を検討していたところ、表皮ケラチノサイドがTGF-αと同じくEGFファミリーに属する新しい細胞成長因子アンフィレグリンとHeparin-binding EGF(HB-EGF)を産生することを明かにした。これら3種類の正常表皮および乾癬皮膚における役割を明かにするために、アンフィレグリンのDNAprobeをPCR法にて精製し、また、合成ペプチドを抗原として抗体を作成した。HB-EGFについては、DNAprobeおよび抗体を、大阪大学生化学教室東山博士より供与された。現在、培養正常表皮ケラチノサイトを用いて、その産生が細胞密度によって変わること、またプロテイン・キナーゼCが関与していることを解明している。現在、その相互作用を検討中である。また、これら3種類の細胞成長因子の正常表皮および乾癬皮膚における局在を抗体を用いて、免疫組織化学的に検討しているが、最終的な結果は得ていない。表皮ケラチノサイトによるHB-EGFの産生は、全く報告されておらず、我々の研究が最初のものである。表皮ケラチノサイトの増殖を抑制する細胞成長因子に関する成果:培養表皮ケラチノサイトを用いて、TGF-βおよびそのレセプターの産生あるいはmRNAの発現を検討した。その結果、表皮ケラチノサイトがタイプ2およびタイプ3のTGF-βレセプターのmRNAを発現していることを明かにした。また、TGF-βのアイソフォームに対する抗体を用いて、正常表皮におけるその局在を検討し、表皮ではTGF-β2がほぼ全層に存在し、表皮直下の真皮にTGF-β3が存在することを明かにした。現在、乾癬皮膚におけるこれらアイソフォームの局在を検討中である。EGFファミリーに属する細胞成長因子であるTGF-αおよびアンフィレグリンが表皮ケラチノサイトのオートクリン因子であることが報告されている。HB-EGFは新たに発見されたEGFファミリーに属する細胞成長因子である。そこで、HB-EGFが表皮ケラチノサイトのオートクリン因子であるかどうかを検討した。リコンビナントHB-EGFを培養上清に添加したところ、1ng/mlで約1.8倍の増殖刺激が認められた。一方、表皮ケラチノサイトの培養上清よりヘパリンカラムを用いて、部分精製を行い、ウエスターンブロットで検討したところ、HB-EGFの存在が確認された。また、ノーザンブロットでHB-EGF mRNAの存在が確認された。
遷移金属のアート錯体を開始剤とする新規アニオン重合開始剤系の開発

様々な遷移金属のアート錯体がメタクリル酸メチル(MMA)のアニオン重合の開始剤として有用であることを明らかにした。塩化マンガン(MnCl_2)に3当量のn-ブチルリチウムを反応させて得られるマンガンアート錯体に、イソブチルアルミ(iBu_3Al)を添加剤として加えたものを開始剤としてMMAの重合を行うと、分子量の揃ったポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)が定量的に得られた。この重合はリビング的に進行し、得られるポリマーの分子量はモノマーと開始剤の仕込み比に対応して直線的に増加した。生成物のMALDI-TOF-MSによる解析によって、開始末端はH、停止末端はback-bitingによる6員環構造であることが判明した。MnCl_2の代わりにタングステン、鉄、コバルトのハロゲン化物を用いた場合にもiBu_3Alを添加剤とすることにより、MMAのリビング重合が可能であった。これらの金属を用いると、iBu_3Alの添加効果によって、back-bitingが抑制された結果、ポリマーの停止末端にはHの存在が確認された。配位子として、様々なアミド(RR'N-)を有する遷移金属アート錯体を用い、その錯体構造が重合開始能に与える影響について検討を行った。ジイソプロピルアミド(iPr_2N-)を配位子とするバナジウム、クロムのアート錯体はTHF中、-78°Cで非常に分子量分布の狭いPMMAを与えた。また、ジフェニルアミド(Ph_2N-)を配位子とするMn,Fe,Co,Niのアート錯体を開始剤とするMMAの重合では、用いる金属元素および金属上に配位したPh_2N基の数の違いによって、得られるPMMAのtacticityが大きく変化するということが明らかとなった。
細胞増殖における蛋白質燐酸化酵素の役割-特に蛋白質分解酵素に注目して-

細胞増殖因子の作用機序については【Ca^(2+)】燐脂質依存性蛋白質燐酸化酵素(Cキナーゼ)を介する経路と介さない経路の存在が明らかにされつつある。一方発癌プロモーターであるホルボールエステルはジアシルグリセロールと同様Cキナーゼを活発化するが細胞増殖促進作用も有し蛋白合成と関わり合いの深いリボゾーム蛋白質S6の燐酸化を亢進する。Cキナーゼは通常細胞膜上でその生理作用を発揮することから細胞膜に結合した本酵素の性状をまず解析した。その結果【Na^+】イオン強度の増加やpHの上昇(アルカリ化)に伴ってCキナーゼが膜結合性のプロテアーゼにより制限消化を受け活性化される事実を見出した。このような【Na^+】イオン強度やpHの変化は細胞膜の【Na^+】/【H^+】交換輸送系が活性化された状況に対応しており、Cキナーゼの活性化が外来刺激に呼応した細胞内【Na^+】流入による情報伝達反応と結びつく可能性がある。またホルボールエステルによる【Na^+】/【H^+】交換輸送系の活性化は種々の細胞系で証明されている。このようにして細胞膜から制限消化により遊離した活性化型の酵素(Mキナーゼ)は多彩な触媒能を有し、たとえばS6蛋白質の少なくとも3つのセリン残基を燐酸化する。またCキナーゼの活性化に関与するプロテアーゼは一連の阻害剤の解析結果から徳島大学市原研究室で見出されたトリプシン様セリンプロテアーゼである可能性が強い。またラット再生肝におけるS6蛋白質の燐酸化活性は、正常に比して約50%促進していた。このS6キナーゼも種々の解析結果よりMキナーゼの可能性が考えられる。現在Mキナーゼの抗体を用い細胞レベルでこのような反応機構を実証することを検討している。外来刺激による【Na^+】/【H^+】交換輸送系の活性化とそれに共役した膜結合性Cキナーゼの制限消化による活性化機構が証明されれば環状ヌクレオチドや【Ca^(2+)】によって説明できない多くの生理現象の解明にも寄与することが期待される。
難治性膵がんに対する革新的膵灌流療法システムの開発

背側膵動脈より投与した抗がん剤は膵を曝露し、全身系に漏出する抗がん剤は投与量の約2%しか認めず、膵灌流システムは当初予想していた以上の低漏出率であった。実験終了後、膵の病理学的組織変化の検討では膵への抗がん剤注入速度を120 ml/min以上にすると膵浮腫が生じていた。又60 ml/minで注入した場合、膵浮腫は生じなかった。世界初の膵灌流システムは完成したが、臨床試験を実施するためには注入速度と膵浮腫が生じる関係を解明する必要性がある。実験1)膵を栄養する動脈を一本化する研究では、脾動脈、胃動脈をコイルで塞栓し、腹腔動脈および総肝動脈をバルーンカテーテルで一時的に閉塞することにより、膵の動脈は背側膵動脈で一本化が可能であることが確認された。実験2)膵の血液流出路は脾静脈または脾静脈の門脈流入部であることが確認され、実験1での背側膵動脈から注入されたシスプラチンは脾静脈の門脈流入部に流出することから膵灌流療法システムを作成した。内容は、経皮経肝的に門脈を穿刺して人工心肺装置を用いて膵閉鎖循環を作成した。背側膵動脈に注入されたシスプラチンは流出路から回収され、膵のみを標的臓器とする膵灌流療法システムは可能であることが実証された。5頭の実験データからは膵へのプラチナ濃度は劇的に高濃度でarea under the blood platinum concentration-time curve(AUC)は膵外(全身系に漏出した)のシスプラチンのAUCと比較すると約150倍となり、全身系に漏出するシスプラチンは劇的に減少した。また、膵灌流療法後に膵および肝・消化管を摘出して病理学的検討も行ったが臓器障害は認められず、膵灌流療法システムはほぼ完成したと言える。現在、膵灌流療法システムを完成させるために、さらに5頭の追加実験を行っている。今年度の研究結果から特許性が非常に高いと考えられたため、米国への特許申請を行った。難治性がんの代表といえる膵癌に対し、Interventional Radiologyの技術を用いて特異的に標的臓器である膵のみに薬剤曝露を可能とさせる世界初のDrug delivery systemの開発を目的としている。前年度の研究で膵の血液流出路は脾静脈または脾静脈の門脈流入部であることが確認され、背側膵動脈から注入されたシスプラチンは脾静脈の門脈流入部に流出することから膵灌流療法システムを作成した。今年度は、ブタ7頭で追加実験を行い、前年度からの実験を加えることで計12頭での膵灌流療法システムのデータを得た。内容は、経皮経肝的に門脈を穿刺して人工心肺装置を用いて膵閉鎖循環を作成し、背側膵動脈に注入したシスプラチンを流出路から回収する膵のみを標的臓器とする膵灌流療法を行った。12頭の実験データから膵へのプラチナ濃度は劇的に高濃度でmaximum platinum concentration(C-max)=80.2mg/Lとなり、膵外(全身系に漏出した)のC-maxは0.84mg/Lであった。C-maxのpancreas/systemic ratioは95倍となり、area under the blood platinum concentration-time curve(AUC)のpancreas/systemic ratioは約110倍であった。この結果は世界初の膵灌流療法システムが膵癌治療に対し、飛躍的な治療効果を得る可能性が高いことを示唆する。また、膵灌流療法後に膵および肝・消化管を摘出して病理学的検討も行ったが12頭全頭で臓器障害は認められず、膵灌流療法システムの原理は完成したと言える。現在、膵灌流療法システムの臨床試験実施のためのデータ分析を行っている。また、この治療システムは遺伝子治療の臨床応用としても非常に有効であることが示唆された。本研究は難治性膵癌に対し、低侵襲で効率的な治療が可能となる膵癌治療のための新技術の開発を目的としている。膵臓への流入路は動脈であるが、流出路は門脈という特殊な血流動態をもつ。膵臓の流入動脈・流出静脈をバルーンカテーテルで制御することで膵の閉鎖循環システムを作成し、動脈から投与した抗癌剤を流出路である門脈から回収するという方法で全身への薬剤漏出を防ぎ、特異的に標的臓器である膵のみに薬剤曝露を可能とさせる世界初のDrug deliverysystemの開発を行ってきた。当該年度の研究では背側膵動脈より投与した抗がん剤は膵を曝露し、全身系に漏出する抗がん剤は投与量の約2%しか認めず、膵灌流システムは当初予想していた以上の低漏出率であった(米国特許出願;Perfusion system forpancreas treatment 12182286)。

しかし、実験終了後に膵を摘出して病理学的組織変化の検討では膵への抗がん剤注入速度を180ml/minにするとブタ5頭中5頭(100%)、120ml/minでは5頭中4頭(80%)で膵浮腫が生じていた。また、60ml/minで注入した場合、膵浮腫発生は6頭中0頭(0%)であった。さらに、膵組織内抗がん剤濃度は抗がん剤注入速度が180ml/min、120ml/min群の方が60ml/minで注入した群より有意に高かったが、180ml/min、120ml/min群の2群では有意差はなかった。膵灌流システムは完成したが、膵臓への注入速度が早すぎると病理学的に膵浮腫が生じることも判明した。この世界初の膵灌流療法の臨床試験を実施するためには注入速度と膵浮腫が生じる関係を解明する必要性がある。また、急性期・亜急性期の障害の発生の有無または障害の程度を経時的に観察・確定する必要がある。