hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重金属を使用しない環境適合性に優れた木材防腐技術の構築

そこで,ホウ素系化合物の木材中への定着性を向上させるために,牛乳からチーズなどを製造する際に廃棄物として発生する乳清由来の水溶性タンパク質(分離乳清タンパク質(Whey Protein Isolate(WPI)))の変性を利用することを試みた.すなわち,ホウ素系化合物とWPIを木材に同時に注入した後,加熱などの処理を行い,WPIを変性させて不溶化することによって,ホウ素系化合物を木材中に「閉じ込める」ことをめざした.これまでに,木材中に注入されたホウ素化合物の定着性が,WPIの変性を利用することによって大幅に向上し,木材に高い防腐性能を付与できることが明らかとなった.さらに,ホウ素系化合物とWPIの混合比を最適にすることで,木材が「腐朽しない」と判断される指標である,「腐朽試験終了後の木材サンプルの質量減少率3%未満」となることが,ほぼ達成されることを示した.そこで本年度はより確実に安定して高い防腐性能を得るために,抗菌性成分として少量のアゾール系化合物を添加することを検討した.その結果,WPIにシプロコナゾールを添加することによって,褐色腐朽菌オオウズラタケ(Fomitopsis palustris)に対して,「腐朽しない」と評価される非常に顕著な防腐性能を付与できることが明らかになった.本年度は,前年度の結果を踏まえて,ホウ素系化合物のほかに,新たな抗菌成分としてアゾール系化合物を添加し,より確実かつ安定した防腐性能が得られることをめざした.木材サンプルにはスギ辺材から切り出した木材片(2x2x1 cm)を使用し,ホウ素系化合物としてホウ酸を,水溶性タンパク質には分離乳清タンパク質(Whey Protein Isolate(WPI))をそれぞれ使用した.また,アゾール系化合物としてはシプロコナゾールを使用した.WPIにホウ酸またはシプロコナゾールを加えた混合液を木材サンプルに注入し,固定化した後,褐色腐朽菌オオウズラタケ(Fomitopsis palustris)による腐朽試験を行った結果,質量減少率はそれぞれ3.5%、2.2%と顕著な質量減少率の低下が認められた.さらに,WPIにホウ酸およびシプロコナゾールの両者を添加して処理すると,質量減少率は1.8%まで抑えられ,防腐性能はさらに向上することが明らかとなり,「腐朽しない」と評価される水準の防腐性能を達成することができた.以上のことから,おおむね順調に進展していると評価した.重金属を使用しない,環境適合性に優れた木材防腐処理技術の構築をめざして検討を行った.本研究では特にホウ素系化合物に注目した.ホウ素系化合物は,防腐効果が高く,環境負荷も少ないといった特徴を持つにもかかわらず,木材中での定着性が低く,耐候性が低い(水によって容易に溶脱してしまう)ため,木材防腐剤としての実用化は進んでいなかった.そこで,ホウ素系化合物の木材中への定着性を向上させるために,牛乳からチーズなどを製造する際に廃棄物として発生する乳清由来の水溶性タンパク質である分離乳清タンパク質(Whey Protein Isolate(WPI))の変性を利用することを試みた.すなわち,ホウ素系化合物とWPIを木材に同時に注入した後,加熱などの処理を行い,WPIを変性させて不溶化することによって,ホウ素系化合物を木材中に「閉じ込める」ことをめざした.これまでに,木材中に注入されたホウ素化合物の定着性が,WPIの変性を利用することによって大幅に向上し,木材に高い防腐性能を付与できることが明らかとなった.
神経活動の再現に基づくヒトとロボットの触感伝達法の研究

本研究では、ロボットシステムを通じて遠隔地にあるものに触れたときに、操作者自身が触れたかのように、操作者に触感をフィードバックするという触感伝達技術の開発を行った。この技術は、ロボットによるテレオペレーションや義肢に搭載され、作業効率やリアリティの向上などを実現する。本研究の核となる新規性はつぎの4点である。1)通信遅延がある遠隔ロボット操作においても、触感フィードバックを実現する手法を開発した。2)粗さ感・柔らかさ感・摩擦感といった複数の触覚モダリティのフィードバックを実現した。3)遠隔環境にて通信遅延がある場合の、触覚の知覚現象を調査し、許容される通信遅延を明らかにした。4)触感伝達システムの構成要素を定量的に評価し,そのボトルネックを同定する手法を開発した。いずれも、世界的に例がない研究である。平成19年度は、主に3)について研究を行い、その成果は有力誌(IEEE Trans. on Haptics)に採択された。平成20年度は、1)の課題に関して、遠隔環境に適用可能な触覚フィードバック手法を提案し、粗さ感が伝達されることを実証した。平成21年度は,2)・4)の課題を達成し、複数の触覚モダリティを遠隔伝達する技術を開発した。当初計画されたテーマはほぼ達成された。これらの研究は,3カ年の間に国内外での査読付き論文13編・学術受賞12件などの成果をあげた。ロボットを用いた遠隔操作や微細操作では、従来からの力覚情報のフィードバックに加え、触覚情報をオペレータに呈示することにより、物体の把持・器用な操り・素材の認識などが助長される.そこで,通信遅延が問題になるような遠隔環境からでも,必要な触覚情報を伝達可能なシステムの研究開発を行っている.本年度は主に次の2点について遂行した.1.遠隔環境でマスタ・スレーブシステムを用いるときは,通信遅延のためオペレータの触運動にかい離した触刺激が生成され,違和感が生じてしまう.そこで,遅延が存在しても,オペレータの触運動に同期した触刺激を生成し,違和感を解消する方法と提案した.この実現方法として,マスタ側のシステムに,ロボットが触れている物体の物理モデルを構築し,そのモデルを用いて,オペレータの触運動に同期した触刺激の生成を実現する方法を提案した.このモデルを実装し,検証のため,マスタ・スレーブ型触感感伝達システムを実装し,粗さ感伝達実験を行った.2.触覚呈示おいて,許容されるシステム遅延・通信遅延はこれまでに知られていなかった.また,遅延が触感に与える影響も調べられていなかった.そこで,触運動・触刺激間の時間遅れ検知限を同定した.その結果,時間遅れ検知限は2種類存在し,触運動・触刺激間に遅延が存在すると,呈示されている物体の触感が変化することを確認した.触覚呈示システムのユーザが遅延の存在に気づくための検知限はおよそ60msであり,遅延によって,呈示されている物体の触感が変化するための検知限はおよそ40msであった.研究で得られた新たな知見は,遅延がある場合,操作者は遅延の存在には気付いていないが,呈示されている物体の触感が変わるという点である.また,有用性として,触覚呈示システムに共通の遅延の問題について,他の研究者にも設計指針となる時間遅れ検知限を同定した.本研究では、ロボットシステムを通じて遠隔地にあるものに触れたときに、操作者自身が触れたかのように、操作者に触感をフィードバックするという触感伝達技術の開発を行う。この技術は、ロボットによるテレオペレーションや義肢に搭載され、作業効率やリアリティの向上などを実現すると考えられる。本研究の核となる新規性はつぎの3点である。1)通信遅延がある遠隔ロボット操作においても、触感フィードバックを実現する。2)粗さ感・柔らかさ感・摩擦感といった複数の触覚モダリティのフィードバックを実現する。3)遠隔環境にて通信遅延がある場合の、触覚の知覚現象を調査し、許容される通信遅延を明らかにする。平成19年度は、主に3)について研究を行い、その成果は有力誌(IEEE Trans.on Haptics)に採択された。当該年度(平成20年度)は、1)の課題に関して、遠隔環境に適用可能な触覚フィードバック手法を提案し、粗さ感が伝達されることを実証した。開発した手法を用いて、遠隔からの粗さ感伝達実験を行ったところ、遅延がない状況下で従来用いられていた手法に近い感覚が伝達されることが確認された。この成果は現在、有力誌に投稿・査読中である。2)の課題に関して、基礎技術となる振動刺激による摩擦感呈示手法を開発した。これまでに開発した、粗さ感・柔らかさ感呈示手法と併せて、複数の触覚モダリティをフィードバックする研究を現在遂行中である。複数の触覚モダリティを遠隔から伝える技術は、研究期間内に実現する見通しである。

2)粗さ感・柔らかさ感・摩擦感といった複数の触覚モダリティのフィードバックを実現した。3)遠隔環境にて通信遅延がある場合の、触覚の知覚現象を調査し、許容される通信遅延を明らかにした。4)触感伝達システムの構成要素を定量的に評価し,そのボトルネックを同定する手法を開発した。いずれも、世界的に例がない研究である。平成19年度は、主に3)について研究を行い、その成果は有力誌(IEEE Trans. on Haptics)に採択された。平成20年度は、1)の課題に関して、遠隔環境に適用可能な触覚フィードバック手法を提案し、粗さ感が伝達されることを実証した。平成21年度は,2)・4)の課題を達成し、複数の触覚モダリティを遠隔伝達する技術を開発した。当初計画されたテーマはほぼ達成された。これらの研究は,3カ年の間に国内外での査読付き論文13編・学術受賞12件などの成果をあげた。
慣性静電閉じ込めプラズマ中の球状集束ビーム衝突核融合反応機構の解明

従来の核融合反応率が電流に比例するのに対し、提案した環状イオン源駆動型の慣性静電閉じ込め核融合装置においては電流の2乗に比例するなど、高出力化に有望なビーム対ビーム衝突反応を示唆する実験結果を得た。一方で、ビーム対ターゲット衝突反応に起因すると考えられる電流に比例する寄与が依然として支配的であることも明らかになった。電界分布の球対称性の改善によるビームの集束性の向上のため多段電極構造を提案し、数値シミュレーションによりビーム対ビーム衝突反応率の大幅な向上が可能であることを示した。本年度は以下の3項目を実施した.(a)核融合反応で発生する3.0MeVと14.7MeVの陽子をコリメートして固体検出器を用いて同時に計数し,トモグラフィー手法を用いて2種類のエネルギーの陽子発生点すなわちD-DとD-3He核融合反応の空間分布を同定することを目的とし,そのための計測装置と解析手法を構築した.具体的には、本研究目的に必要となる空間分解能,ダイナミックレンジとS/N比を確保しつつ計測時間を最短とするための固定・可動コリメータと検出器のレイアウト,アパーチャ径,可動範囲を設計した.次に,これをIEC核融合装置に設置して実験を行い,所期の性能が得られていることを確認した.(b)本研究対象である環状イオン源駆動IECの解析・再現可能な物理モデルと数値コードを構築することを目的とし,研究代表者の開発した荷電粒子・電磁界・残留ガス分子の相互作用コードに,ビーム対ビーム衝突反応処理ルーチンを追加した.実験結果との比較を通して,必要な計算精度や物理モデルの検討を加え,高度化と改良を進めた.(c)環状イオン源駆動IECの現行機における電界の非対称性がイオンビーム軌道に与える影響を解析し,これを改善するための改良機を設計した.その結果,現行の実験装置では,中心陰極への高電圧導入端子の影響により,電位分布は球対称性が大きく崩れた軸対称分布となっていることと,これが原因でイオンの損失が発生して中心のイオン密度が制限されていることが判明した.また,中心陰極用導入端子を5段分割の多段型にして,4つの中間電位電極形状を数値計算により設計した結果,中心イオン密度が3倍以上向上する可能性があることが分かった.さらに,この設計に基づき,次年度の実験に必要となるセラミックや電極の形状を設計し,一部製作に着手した.本年度は以下の3項目を実施した。なお、以下の(d)(e)(f)などの記号は、応募時の研究計画・方法に記載の実施項目区分。(d)中心陰極外の電位分布の改善により陰極中心でのイオン密度を向上させることを目的とし、電位分布の球対称性を格段に向上させてイオン軌道を改善することのできる5段分割型電圧導入端子を完成させ、実験装置に導入し、所期の性能を有することを実験的に示すことができた。また、併せて、数十kVの負電位にある陰極内部のプラズマ電位計測を目的とする、中心陰極内側に挿入可能なプローブ計測システムの開発に着手した。当初年度計画以上の成果の得られた実施項目(e)に注力するため、年度内の完成には至らなかったが、計画全体としては遅れておらず、むしろ計画以上に進展していると考えている。(e)大電流での実験を可能として,電流への非線形依存性を利用した核融合反応率の向上を図ると共に,より空間電荷効果が顕著となると予想される動作領域での実験を可能とすることを目的に,本提案新方式IECの特徴である環状イオン源の大電流化の研究を進めた。年度当初予定していた数値解析コードを用いた設計、次年度の大電流化実験で使用する油中絶縁仕様の3段分割型導入端子の製作に加えて、既設環状イオン源への熱電子源の設置による予備実験を行い、この方法でイオン電流を効果的に増加させることが可能であることを実験的にも示せた。(f)本研究では、核融合反応率の電流依存性の1乗から2乗への遷移を支配しているメカニズムを理解し、本新方式IEC装置においてのみ見られたこの新奇な非線形依存性を利用して何処までの核融合反応率向上が得られるのかの予測を示すことを最終目標としている。そのため、本年度は昨年度製作した核融合反応陽子計測装置を用いた核融合反応空間密度分布計測と、これまで開発してきた数値解析コードによる解析を進めて、実験・解析データの蓄積を行うとともに、実験と解析の比較を通じて必要なコード改良を進めてモデルの高度化を行った。本年度は以下の3項目を実施した.なお,以下の(d)(e)(f)などの記号は,応募時の研究計画・方法に記載の実施項目区分.(d)数十kVの負電位にある陰極内部のプラズマ電位計測を目的として本事業で開発したプローブ計測システムの改造に着手した.

具体的には,中心陰極内側に挿入したプローブを空間的に挿引可能とするためのモータ駆動系とその制御系を構築した.本システムではプローブ駆動系やプローブ電圧・電流の計測系を最大200kVの負電位にある高圧スタンドに設置する必要がある.絶縁トランスによる給電も困難であるため,DCバッテリで給電することとし,無線LANを介してモータ制御と電圧・電流計測を行うシステムを構築した.(e)大電流での実験を可能として,電流への非線形依存性を利用した核融合反応率の向上を図ると共に,より空間電荷効果が顕著となると予想される動作領域での実験を可能とすることを目的に,本提案新方式IECの特徴である環状イオン源の大電流化の研究を進めた.具体的には,前年度に複数の候補材料の試験結果から選定したタングステン・ディスペンサー陰極(WDC)を,複数個,マグネトロン陰極に設置しマグネトロン放電電流を更に増加させる方法を検討した.(f)本研究では,核融合反応率の電流依存性の1乗から2乗への遷移を支配しているメカニズムを理解し,本新方式IEC装置においてのみ見られたこの新奇な非線形依存性を利用して何処までの核融合反応率向上が得られるのかの予測を示すことを最終目標としている.そのため最終年度の本年度は,これまでに行ってきた各種計測結果について,開発した数値解析コードによる解析を進めて,実験と解析の比較を通じて必要なコード改良も進めて,本現象を記述する物理モデルの高度化を行った.本年度は以下の2項目を実施した.なお,以下の(d)(e)(f)などの記号は,応募時の研究計画・方法に記載の実施項目区分.(e)大電流での実験を可能として,電流への非線形依存性を利用した核融合反応率の向上を図ると共に,より空間電荷効果が顕著となると予想される動作領域での実験を可能とすることを目的に,本提案新方式IECの特徴である環状イオン源の大電流化の研究を進めた.具体的には,本装置の動作圧力である数mPaの重水素圧力下で動作可能な熱電子放出電極材料について,複数の候補材料の試験を行い,タングステン・ディスペンサー陰極(WDC)を選定した.次にこのWDCを実際に環状イオン源に設置し,熱電子を供給することでマグネトロン放電電流を増加させることに成功した.(f)本研究では,核融合反応率の電流依存性の1乗から2乗への遷移を支配しているメカニズムを理解し,本新方式IEC装置においてのみ見られたこの新奇な非線形依存性を利用して何処までの核融合反応率向上が得られるのかの予測を示すことを最終目標としている.そのため,本年度はこれまでに行ってきた核融合反応空間密度分布計測等の実験結果について,開発した数値解析コードによる解析を進めて,実験・解析データの蓄積を行うとともに,実験と解析の比較を通じて必要なコード改良を進めてモデルの高度化を行った.実験パラメータを拡大することができるイオン源の大電流化に期待以上の成果が得られたため、これに注力するために並行して進めている計測技術開発にやや遅れが生じたが、計画全体としては遅れておらず、むしろ計画以上に進展していると考えている。また、やはり並行して計画している数値解析コードの開発と実験結果解析については、計画通り順調に進行している。25年度が最終年度であるため、記入しない。実験パラメータを拡大するためのイオン源の大電流化に期待以上の成果が得られている.計測技術開発については,電位分布計測についてはやや遅れが生じているが,核融合分布計測技術開発は計画通りに進行しており,核融合反応率の電流依存性の1乗から2乗への遷移を支配しているメカニズムを理解するという当初目標に極めて有用な実験データが得られている.また,やはり並行して計画している数値解析コードの開発と実験結果解析については,計画通り順調に進行している.
戦略的相互依存関係の下での拡大生産者責任の理論研究

廃棄物処理問題を解決する効果的な手段として、拡大生産者責任が注目されている。研究代表者は、企業間の戦略的相互依存関係を考慮した場合の、拡大生産者責任の在り方について考察した。特に、廃棄物処理部門が私企業に民営化されるケース、私企業が外国人によって所有されるケース、市場構造が垂直的関係にあるケース、そして、企業間において価格競争をしているケースについての分析を行った。これらの成果の一部は、国際誌で発表された。初年度に続き、市場の垂直的関係の下での経済主体間の相互依存関係を考慮した場合の、容器包装廃棄物の回収とEPRの関係を、経済効率性、環境改善性及び経済主体間の公平性の観点から分析を進めた。前年度は引き続き、容器包装廃棄物の回収と拡大生産者責任(EPR)の関係の実態を把握するため、資料収集に努めた。また、拡大生産者責任に関する理論分析の過去のサーヴェイを行った。特に、拡大生産者責任を理論化する際には、事例により自動車や家電などの耐久消費財を取り上げることが重要であり、製品差別化モデルが有効であると考えた。そして、容器包装廃棄物の回収・分別の責任所在をそれまでの公的事業者から、生産者間で設立される私企業に移されることは、生産者間の共謀を意味し、そうした共謀が、生産・販売-消費-廃棄物処理・リサイクルといった垂直的関係における各経済主体間の戦略的相互依存関係にどのような影響を及ぼしているかを考察することが重要であるとの認識に至った。以上のことを踏まえて、拡大生産者責任の理論分析に継続的に取り組んでいる。今年度は、耐久消費財の製品特性から生じる生産者の戦略的行動を考慮に入れた、拡大生産者責任関連規制の有効性を、経済効率性、環境改善性及び市場の競争性の観点から分析を行った。特に、耐久消費財の製品処理費用の徴収のタイミングに関する分析を行った。製品回収・処理費用を、耐久消費財のライフサイクルのどの時点において徴収するかについて、自動車産業では、製品価格の一部に処理費用を含める前払いを採用し、家電メーカーは廃棄時点に費用を支払う後払いを採用している。不法投棄を防ぐ観点からは先払い制度が望ましいと考えられているが、耐久消費財への前払い制度は製品価格への過大な上乗せを招き、経済厚生を損なう可能性がある。一方、後払いの場合、消費者が製品を使い続けるインセンティブを与えるため、修理・メンテナンスを通じて製品寿命が長くなり、ゴミの軽減になる可能性がある。このように、製品処理費用の徴収のタイミングは、生産者が選択する耐久性に影響を与える可能性があるため、どちらの制度が望ましいか自明ではない。以上のような問題を明らかにするため、2期間耐久消費財モデルを拡張し、廃棄物処理費用回収のタイミングが経済厚生に与える影響を分析した。結果は次のとおりである。先払い制度では、費用負担による需要の減少が大きく、消費者余剰が減少する。さらに、企業は高品質な耐久性の高い製品を供給せざるを得ない。一方、後払い制度は、割引現在価値で評価した費用負担が小さくなるため、需要と消費者余剰の減少を抑えられるが、企業は将来の買い替え需要を狙って製品の耐久性を低めに設定する誘因をもつ。市場の垂直的関係の下での経済主体間の相互依存関係を考慮した場合の、容器包装廃棄物の回収とEPRの関係を、経済効率性、環境改善性及び経済主体間の公平性の観点から分析を進めた。まず、容器包装廃棄物の回収と拡大生産者責任(EPR)の関係の実態を把握するため、資料収集に努めた。特に、EPR政策の早期の導入例として挙げられる、1991年に制定されたドイツの容器包装政令について、主に、容器包装廃棄物の回収・分別の責任所在をそれまでの公的事業者から、容器包装の製造、販売等に関わる私企業に移されたこと(デュアル・システムの創設)、つまり、リサイクルシステムの民営化が、経済効率性、環境改善性及び経済主体間の公平性にどのような影響を与えるのか、そして、生産・販売-消費-廃棄物処理・リサイクルといった垂直的関係における各経済主体間の戦略的相互依存関係にどのような影響を及ぼしているかを考察することが重要であるとの認識に至った。そこで、予備的な研究として、公企業が存在する場合の、垂直的関係の下での望ましい環境税の設定について考察した。ここでは次の結果が得られた。(1)公企業の民営化は環境汚染を低下させる。(2)最適な環境税率はピグー税率に等しい。(3)政府が環境税と民営化水準を同時に決定する場合、公企業を民営化しないこと、すなわち、国有化することが望ましい。(4)公企業の民営化は経済厚生を低下させうる。なお、この研究は海外査読誌に受理された。初年度に引き続き、拡大生産者責任政策に関する事例収集及び先行研究のサーヴェイを行い、拡大生産者責任の理論分析の準備を進めた。そこで、垂直構造の下での耐久消費財の分析が拡大生産者責任政策の理論化に応用が可能であることを見出し分析を進めてきたが、論文を学術誌に投稿するまでには至らなかった。

初年度における分析について進展をすすめ、EPR政策の早期の導入例として挙げられる、1991年に制定されたドイツの容器包装政令に関する情報収集及び先行研究のサーベイを行うことができた。また、市場の垂直的関係の下での経済主体間の相互依存関係を考慮した場合の、容器包装廃棄物の回収とEPRの関係を分析するための予備的な理論研究として、垂直的関係の下での公企業の民営化と環境政策についての理論分析を行なった。この研究成果は国際的な査読誌に受理された。今後においては、前年度において収集した事例と予備的な理論研究を基礎として、市場の垂直的関係の下での拡大生産者責任政策の望ましいあり方について考察する。具体的には、耐久消費財が再製品化される際に、アフターサービス分野で生産者が共同で出資し運営する組織が生産・販売-消費-廃棄物処理・リサイクルといった垂直的関係における各経済主体間や経済厚生にどのような影響を与えるのかを、経済効率性及び環境改善性について理論的に分析を行う。今後においては、初年度において収集した事例と予備的な理論研究を基礎として、市場の垂直的関係の下でのEPR政策の望ましいあり方について考察する。具体的には、ドイツ容器包装政令において、容器包装廃棄物の回収・分別が自治体責任から事業者責任へ移されたことは、廃棄物処理部門の民営化と捉えることができるが、このことを踏まえて、廃棄物処理部門が政府から民間企業に民営化される際の、経済効率性及び環境改善性について理論的に分析を行う。参加予定だった学会に諸事情で参加することができなかったため、繰越金が発生した。次年度においては、研究の経過報告及び成果報告をするために、国内外の研究会及び学会へ参加するための研究費を使用することを検討している。また、前年度から継続しているEPR政策の事例収集のための書籍購入や調査のための支出を計画している。
転写調節因子CITED2による摂食依存的な肝臓の糖脂質代謝制御機構の解明

転写調節因子CITED2による摂食サイクル依存的な肝臓の代謝関連遺伝子の発現制御機構を解析し、1ヒストンアセチル基転移酵素GCN5はCITED2依存性にPKAと相互作用すること、2絶食時にPKAによってGCN5 Ser275がリン酸化されること、3リン酸化GCN5によって絶食時の糖新生系酵素発現が誘導されることが明らかとなった。また、肥満糖尿病モデルマウスであるdb/dbマウスの肝臓ではGCN5リン酸化が亢進しているが、GCN5-CITED2-PKAモジュールの形成を阻害すると肝糖新生が抑制されることから、本モジュールは糖尿病における肝糖新生の亢進の治療ターゲットとなりうることが示された。転写調節因子CITED2がヒストンアセチル基転移酵素(HAT)であるGCN5の機能を摂食サイクル依存的に調節し、肝臓の代謝関連遺伝子の発現を制御している可能性を考え、CITED2およびホルモン依存性のGCN5機能調節メカニズムについて検討した。グルカゴンのセカンドメッセンジャーであるcAMPおよびCITED2の強発現が肝細胞のGCN5のアセチル化酵素活性に与える効果を、免疫沈降したGCN5の活性をin vitroで測定することで評価したところ、cAMPおよびCITED2によってGCN5のヒストンアセチル化活性は増加する一方で、PGC-1αアセチル化活性が減少した。GCN5の活性がCITED2およびホルモン依存性に調節されることが示唆されたため、次に、そのメカニズムの解析をおこなった。その結果、1CITED2依存性にGCN5はPKAと相互作用していること、2絶食時にはグルカゴンのセカンドメッセンジャーであるcAMPによって、CITED2依存性にGCN5と相互作用しているPKAが活性化し、GCN5がリン酸化されること、3リン酸化したGCN5のPGC-1αアセチル化活性は減少、ヒストンアセチル化活性は増加し、アセチル化の抑制によるPGC-1αコアクチベーター活性の増加とヒストンアセチル化の増加が協調的に絶食時の糖新生系酵素遺伝子発現を強く誘導することが明らかとなった。インスリンはCITED2とGCN5の相互作用を抑制する。今後インスリンがCITED2依存性のGCN5活性調節に与える効果をさらに検討予定である。転写調節因子CITED2がヒストンアセチル基転移酵素(HAT)であるGCN5の機能を摂食サイクル依存的に調節し、肝臓の代謝関連遺伝子の発現を制御している可能性を検討した。CITED2およびホルモン依存性のGCN5機能調節メカニズムについて解析し、1GCN5はCITED2依存性にPKAと相互作用すること、2絶食時にはグルカゴンのセカンドメッセンジャーであるcAMPによって、CITED2依存性にGCN5と相互作用しているPKAが活性化し、GCN5 Ser275がリン酸化されること、3リン酸化GCN5によって絶食時の糖新生系酵素遺伝子発現が強く誘導されることが明らかとなった。さらにGCN5-CITED2-PKAモジュールの生理学的・病態生理学的役割について解析した。GCN5はマウスの肝臓で絶食時にリン酸化された。また、肥満糖尿病モデルマウスである高脂肪食負荷マウス、db/dbマウスの肝臓ではGCN5 Ser275のリン酸化が亢進していた。db/dbマウスの肝臓でCITED2をノックダウンすることによってGCN5-CITED2-PKAモジュールの形成を阻害すると、GCN5のリン酸化は強く抑制され、db/dbマウスの肝臓における糖新生系酵素遺伝子の発現増加と高血糖が大きく改善した。以上の結果からGCN5-CITED2-PKAモジュールは糖尿病における肝糖新生の亢進の治療ターゲットとなりうることが示された。転写調節因子CITED2による摂食サイクル依存的な転写調節機構を明らかにするために、CITED2と相互作用するヒストンアセチル転移酵素であるGCN5の機能に着目して研究を進めた。その結果、CITED2がグルカゴン、インスリンといったホルモン依存性にGCN5機能を調節するメカニズムを明らかにしつつあり、順調に進展していると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。代謝学平成26年度は、予定していたCITED2による摂食サイクル依存的な肝臓の転写調節機構の解析について大きな進展がみられた。そのため研究計画の変更の必要はなく、予定していた研究計画を推進していく。
強靱性リン酸カルシウムファイバーを複合した多機能型人工骨の合成とバイオメカニクス

生体吸収性を持つポリ乳酸重合体(PLA)と、筆者らの開発した強靱性の生体親和性β-Ca(PO_3)_2ファイバー(CPF)との複合化により、骨と同等の弾性率、外部からの荷重にも耐えうる靭性、さらに骨伝導性をも有する新しい生体吸収性人工骨材料を開発することに主眼に置き、本研究を進めた。ジクロロメタン中に溶かしたPLAにCPFを混入し、室温で乾燥させ、180°Cでホットプレスすることで複合体を得ることができた。このとき、CPFを予め薄いNaOH水溶液で処理して表面にオルトリン酸カルシウム相を生成させたもの用いることが複合化のために不可欠であることを見いだした。5GPa以上のヤング率をもつ材料の作製は、20%以上のCPFを複合することにより達成できた。この複合体は、最大応力に達した後、徐々に段階的に破壊した。破壊には大きなエネルギー(アパタイト焼結体の20倍以上)が必要とされることが分かった。これはCPFがマトリックスと一体化していることに起因する。生体内挙動の予測として、PLA/CPF複合体を疑似体液に浸漬して強度の変化について検討した。3カ月浸漬すると、PLAの曲げ強度が約80%も低下したのに対し、CPF35%複合体では初期の約50%を維持していた。浸漬前後の試料の応力-歪み曲線から、PLA単体では完全に脆化してカタストロフィックな破壊を示したのに対し、CPF含有量35wt%複合体では浸漬後も粘り強い破壊挙動を維持した。曲げ強度の低下および脆化は水によってPLAが分解されることによる。しかし、CPFが含有されていると、PLAが脆化しても、荷重を巧くファイバーが負担して、試料全体の粘り強い性質を維持するのに貢献すると考えられた。生体内である程度長い期間の生体吸収性インプラントを必要とする場合に適した材料になると期待される。人工骨等を目的とする材料としては、最近では、生体活性・吸収性、薬物徐放等の能力を兼ね備えたもの(多機能型人工骨材料)が望まれている。本年度は、生体吸収性をもつポリ乳酸重合体(PLLA)と、筆者らの開発した強靭性の生体親和性β-Ca(PO_3)_2ファイバー(CPF)との複合化により、骨と同等の弾性率、外部からの荷重にも耐えうる勒性、さらに骨伝導性をも有する新しい生体吸収性人工骨材料を開発することに主眼に置き、研究を進めた。PLLA(分子量約16万)をジクロロメタン中に溶かした後、CPFを混入・撹拌した混合物を金型(40mmφ)に流し込み、室温で8h乾燥させた。得られたポリ乳酸/ファイバーの固化体を180°Cで1h加熱し、続いて40MPaで15minホットプレスした。ファイバー含有量は、1060wt%とした。PLLA/CPF複合体ではCPF含有量が多いほど材料の強度が低下する傾向が見られた。一方、CPFを0.2N-NaOH水溶液で処理して表面にオルトリン酸カルシウム相を生成させたCPF(t)を作製して、これを複合化したところ、大きな強度低下はなく、ヤング率は増大した。5GPa以上のヤング率をもつ材料の作製は、20%以上のCPF(t)を複合することにより達成できる。この複合体は、最大応力に達した後、徐々に段階的に破壊することが分かった。破断面には、多数のファイバーのプルアウト跡と複雑に入り組んだ面が観察された。またクラックは大きく迂回する様子が観察できた。

破壊には大きなエネルギー(アパタイト焼結体の20倍以上)が必要とされることが分かった。これはCPF(t)がマトリックスと一体化している事に起因する。昨年度、生体吸収性をもつポリ乳酸重合体(PLLA)と、筆者らの開発した強靭性の生体親和性β-Ca(PO_3)_2ファイバー(CPF)とを複合化する方法を開発した。骨と同等の弾性率、外部からの荷重にも耐えうる靭性を得るためにファイバーの適用は有効であることがわかった。本年度は、まず、さらに多量のファイバーが導入するためにニーダー混練法を検討した。PILA(分子量約16万)をジクロロメタン中に溶かした後、表面処理したCPF(昨年度報告)を混入・撹拌した混合物をニーダーに入れ、30分間混練した。十分に乾燥後、金型に入れ、これを180°Cで1h加熱し、40MPaで15minホットプレスした。この方法によりファイバー量60wt%までの複合化が可能となった。ファイバーは全く破壊せず、その高強度性が確認された。この複合体は、最大応力に達した後、徐々に段階的に破壊するという、ねばり強さを示した。次に、新しく、CPFを生体親和性の良い水酸アパタイト(HA)のファイバーに変換する方法を見いだした。CPFをCa(OH)_2スラリーに埋没させ、乾燥後、空気中1000°C程度で焼成した後、酸処理することで、HA多結晶ファイバーとなる。この方法によれば、CPFとほぼ同じ形状の長いファイバーを得ることができる。さらに、このファイバーをPLLAと複合化することで高い骨伝導性をもつ複合体を合成できるものと期待される。しかし、HAファイバーは、CPFほど強度は高くなく、ニーダー混練法で作製すると破壊し、ねばり強い複合体を得られないこともわかった。そこで、この場合には昨年度報告した混合法により作製することを検討しており、HAファイバーを用いてもねばり強い材料とできる傾向を見いだしつつあるので引き続き検討する。本年度は、生体内での挙動の予測として、種々のファイバー含有量を有するPLA/CPF複合体を擬似体液に浸漬して強度の変化について主として検討し、最適な比率を決定することを目的とした。PLA単味、35%複合材料を擬似体液に浸漬したのちの機械的性質の変化をぬれたまま調べた。浸漬により曲げ強度、ヤング率とも低下することがわかった。浸漬3ヵ月後において、PLAの曲げ強度が約80%も低下したのに対し、複合体では曲げ強度は初期の約50%を維持していた。ヤング率の変化においては曲げ強度の場合ほど大きく低下しなかった。浸漬前後の試料の応力-歪み曲線から、PLA単体では完全に脆化してカタストロフィックな破壊を示したのに対し、CPF含有量35wt%複合体では浸漬後も粘り強い破壊挙動を維持した。曲げ試験後の断面を観察すると、ファイバーを含まないものはかなり平面的であったが、ファイバーを含むものは大きくクラックが迂回した痕が見られた。曲げ強度の低下は水によってPLAが分解されることによる。この分解はPLA相の著しい脆化を引き起こす。しかし、CPFが含有されていると、PLAが脆化しても、荷重を巧くファイバーが負担して、試料全体の粘り強い性質を維持するのに貢献すると考えられた。PLAとファイバーとの複合化には急速な機械的性質の劣化を抑え、ねばり強さを維持するという、大きな長所があることがわかった。生体内である程度長い期間の生体吸収性インプラントを必要とする場合に適した材料になると期待される。
アディポカインに着目したメタボリック症候群の病態解明への疫学的アプローチ

海外渡航計画に則り、2008年4月より米国Johns Hopkins School of Public Healthにて研究を行った。1987年に米国4地域から一般住民15,792名を登録し、現在までイベント観察が続けられているAtherosclerosis Risk in Communities(ARIC)研究のデータを用いた。代表的な脂肪細胞産生物質(アディポカイン)であるレプチンに着目し、我々が以前報告した高血圧ならびに高中性脂肪血症との関連を、前向き研究でも認められるかを検討した。データ収集の関係上、登録開始後9年間の高血圧および高中性脂肪血症への進展との関係について検討が可能であった。レプチンは交絡因子の補正前には高血圧発症と関係があったものの、body mass index(BMI)で補正すると有意な関係はなかった。高中性脂肪血症については、BMI補正前から有意な関係を認めなかった。我々が愛知県職域コホートを用いて報告した結果(ATVB 2007:27:e84)と一致しなかった理由としては、人種差、レプチンが測定されたのが糖尿病症例を中心としたサブサンプルだったことなどが考えられた。研究計画に則り、本学公衆衛生学講座のコホートを用いて、(1)メタボリック症候群(MetS)各要素との関連におけるアディポネクチンとレプチンの比較を行った。アディポネクチン低値は高比重リボ蛋白コレステロール(HDL-C)低値と、レプチン高値は高血圧、肥満と強く関連していた。高血糖、高中性脂肪との関連は両者とも同等であった。本結果より、アディポネクチンとレプチンは互いに独立してMetsの病態に関連するだけでなく、それぞれが特定の要素を引き起こす過程に関与している可能性が示唆された。本結果を米国シカゴで開催されたATVB conference2007で発表し(P268)、現在投稿中である。次いで、上記解析で関連が強かったアディポネクチンとHDL-Cに着目した。この関連がインスリン抵抗性、肥満度と独立したものかを検討した。アディポネクチンは、この両者よりも強く、HDL-Cと関連していた。アディポネクチンに着目し、HDL-Cを低下させない、もしくは増加させる生活習慣の探求や創薬において興味深い知見だと考えている。現在、投稿準備中である。このように、Metsとの関連が強いアディポネクチンであるが、最近基礎研究において、肥満やインスリン抵抗性状態では、血中アディポネクチンの低下に加え、その作用が弱まる(アディポネクチン抵抗性)可能性が指摘されている。疫学的にその存在を確認するため、インスリン抵抗性の強さに応じて、アディポネクチンとインスリン感受性の関連に差異があるかを検討した。一般的に正相関するアディポネクチンとインスリン感受性の関係が、インスリン抵抗性状態では認められないことが明らかとなった。つまり、ヒトでもアディポネクチン抵抗性の存在が示唆された。本結果は、米国オーランドで開催されたAHA scientific session 2007で発表し(3595)、現在投稿準備中である。
口腔扁平上皮がんにおける転写因子E1AFの発現と悪性度との関連

E1AFはHigashinoらによって発見されたets-oncogene familyに属する転写因子で、種々の遺伝子の転写に関与することが示唆されている。われわれはこれまで口腔扁平上皮癌由来細胞株を用いてE1AFが腫瘍細胞の浸潤性増殖に深く関与し、培養細胞系では転写因子E1AFの発現と細胞の悪性形質とは非常にパラレルな関係にあることを明らかにしてきた。実際の口腔扁平上皮癌でも同様の関係が成り立つならば、E1AFは腫瘍の予後因子として術前の生検材料での予測が成り立ち、治療法の選択において重要な役割を果たすものと思われた。今回の検索は、患者から採取した口腔扁平上皮癌組織での転写因子E1AF、細胞外基質分解酵素MT1-MMPの発現を検索し、病理組織学的分化度、血管内皮細胞増殖因子VEGFの発現および転移との関連について検索した。検索を行った32例中リンパ節転移を認めた症例は18例であった。また32例中11例がE1AF陽性であり、このうち7例にリンパ節転移を認めた。MT1-MMP陽性症例は5例であったが、そのいずれもがE1AF陽性症例であり、うち4例にリンパ節転移を認めた。32例中11例がVEGF陽性であり、このうち10例にリンパ節転移を認めた。VEGFの発現とリンパ節転移の有無の間には統計学的有意差を認めた。また、E1AF、VEGFのいずれかが陽性であった症例は17例あり、そのうちの12例にリンパ節転移を認めた。、E1AF、VEGFがともに陰性であった症例は15例あり、そのうちの6例にしかリンパ節転移が認められなかった。E1AF、VEGFの発現と病理組織学的分化度との間には相関関係は認められなかった。以上の検索結果から、口腔扁平上皮がんの転移に関してE1AF、MT1-MMPおよびVEGFが重要な役割を演じていることが示唆され、これらの術前の検索が転移の有無を予測するパラメーターの一つとなりうると考えられた。われわれはこれまで口腔扁平上皮癌由来細胞株を用いてE1AFは腫瘍細胞の浸潤性増殖に深く関与していることを明らかにしてきた。培養細胞系では転写因子E1AFの発現と細胞の悪性形質とは非常にパラレルな関係にあり、実際の口腔扁平上皮癌でも同様の関係が成り立つならば、E1AFは腫瘍の予後因子として術前の生検材料での予測が成り立ち、治療法の選択において重要な役割を果たすものと思われる。今回の検索は、患者から採取した口腔扁平上皮癌組織での転写因子EIAFと細胞外基質分解酵素の発現をmRNAレベルで検索し、さらに臨床病理学的パラメーターとの比較検討を行うことを目的とした。北海道大学歯学部附属病院口腔外科を受診し、扁平上皮癌と診断された症例を対象とし、術前の生検材料ならびに手術材料より腫瘍組織を摘出した。一部はDNAならびにRNAを抽出し、これに相応する組織は病理学的検索のためパラフィン包埋試料ならびに凍結標本を製作した。今後、これらの病理組織学的標本を用いて腫瘍の増殖様式を検討するとともに、採取したRNAをRT-PCRにより転写因子E1AFおよびMMPsの増幅を検討する予定である。E1AFはHigashinoらによって発見されたets-

oncogene familyに属する転写因子で、種々の遺伝子の転写に関与することが示唆されている。われわれはこれまで口腔扁平上皮癌由来細胞株を用いてE1AFが腫瘍細胞の浸潤性増殖に深く関与し、培養細胞系では転写因子E1AFの発現と細胞の悪性形質とは非常にパラレルな関係にあることを明らかにしてきた。実際の口腔扁平上皮癌でも同様の関係が成り立つならば、E1AFは腫瘍の予後因子として術前の生検材料での予測が成り立ち、治療法の選択において重要な役割を果たすものと思われた。今回の検索は、患者から採取した口腔扁平上皮癌組織での転写因子E1AF、細胞外基質分解酵素MT1-MMPの発現を検索し、病理組織学的分化度、血管内皮細胞増殖因子VEGFの発現および転移との関連について検索した。検索を行った32例中リンパ節転移を認めた症例は18例であった。また32例中11例がE1AF陽性であり、このうち7例にリンパ節転移を認めた。MT1-MMP陽性症例は5例であったが、そのいずれもがE1AF陽性症例であり、うち4例にリンパ節転移を認めた。32例中11例がVEGF陽性であり、このうち10例にリンパ節転移を認めた。VEGFの発現とリンパ節転移の有無の間には統計学的有意差を認めた。また、E1AF、VEGFのいずれかが陽性であった症例は17例あり、そのうちの12例にリンパ節転移を認めた。、E1AF、VEGFがともに陰性であった症例は15例あり、そのうちの6例にしかリンパ節転移が認められなかった。E1AF、VEGFの発現と病理組織学的分化度との間には相関関係は認められなかった。以上の検索結果から、口腔扁平上皮がんの転移に関してE1AF、MT1-MMPおよびVEGFが重要な役割を演じていることが示唆され、これらの術前の検索が転移の有無を予測するパラメーターの一つとなりうると考えられた。
γーFe/MgO人工格子の構造と磁性

(1)本研究によって超高真空中でFeとMgOを同時蒸着することによってγーFe/MgOの多層膜(人工格子)を作製することに成功した。今年度はγーFe層を3層まで積層することを試み、透過電子回折によって1層の場合と同様単結晶性のよいγーFeの層ができることを確認した。(2)人工格子の構造解析は200kv電子顕微鏡を用いて断面観察法と透過電子回折法でおこなった。特にMgOは硬い結晶のため断面観察用試料はこれまでに報告はないが、本研究では種々の方法を駆使して試料作製に成功した。(3)この人工格子の磁性測定は高感度SQUID磁束計を用いて行なったγーFeの粒径,厚さ,人工格子の周期を変えた試料を作製し,その面内及び面垂直方向の磁化曲線から異方性やγーFe粒子間の相互作用の磁性への影響を研究した。
磁気共鳴法による生分解性高分子ナノ粒子プローブの徐放性評価法の開発

生分解性の高分子ナノ粒子の薬剤の徐放性を非侵襲的にかつリアルタイムに評価できる方法を開発するため、本研究では、磁気共鳴法の一種であるオーバーハウザー効果MRI(OMRI)によって、生体に投与された高分子ナノ粒子の動態を高解像度で画像化する検討を行った。高分子ナノ粒子をニトロキシルラジカルでスピンラベルして高分子ナノ粒子プローブを作製し、その疑似試料をOMRIによって画像化した。その画像強度は12時間にわたり増大した。また、実験動物の胃内に投与してOMRIによって画像化したところ、フリーのニトロキシルラジカルとは異なる経時変化を示した。ニトロキシルラジカルプローブの一種であるTempamineとPVM/MAとをアセトンに溶解し、この溶解液を水に加えた後にアセトンを蒸発除去することにより、Tempamineが結合したPVM/MA(PVM/MA- Tempamine)のナノ粒子を形成した。その後、未反応のTempamine分子を限外濾過によって除去することで、フリーのTempamine分子をOverhauser効果MRIの撮像に影響しない濃度まで減少させた。こうして得られたPVM/MA-Tempamineナノ粒子の水溶液にアスコルビン酸ナトリウム水溶液を加え、フリーTempamine水溶液と同様にラジカルが減衰することをESR法により確認した。PVM/MA-Tempamine水溶液のファントムサンプルについてラジカル濃度とOverhauser効果MRIの画像強度の関係を調べ、ラジカルのスピン-スピン干渉を考慮した画像強度が最大となるラジカル濃度を決定した。このラジカル濃度でPVM/MA-Tempamine水溶液をマウスの皮下に投与、またはゾンデを用いて胃内に投与し、Overhauser効果MRIによるPVM/MA-Tempamineのラジカル画像の撮像に成功した。周回型のオーバーハウザーMRI(OMRI)を用いたマウス胃内投与ニトロキシルプローブ分子イメージングの手法のさらなる確立のため、まずはCarbamoyl-PROXYL等のニトロキシルプローブを用いて画像化実験を実施した。この研究成果はフォーラム21衛生薬学・環境トキシコロジー学会で報告した。一方、生分解性高分子ナノ粒子プローブの作製においては、Tempaminが結合したPVM/MAナノ粒子(PVM/MA-Tempamin)の作製を試みた。これは強酸性の胃内に投与できるプローブとして着目したものである。市販のPVM/MA粉末およびTempaminの試薬を用意し、アセトン溶解、水添加、およびアセトン蒸発を行ってPVM/MA-Tempaminの水溶液を得た。得られたPVM/MA-Tempamin水溶液をガラスチューブに詰めてファントムサンプルとし、従来型OMRIを用いてラジカル濃度とOMRI画像強度の関係を調べた。PVM/MA-Tempaminのスピン-スピン干渉を考慮したOMRI画像強度が最大となるラジカル濃度を決定した。ここでPVM/MA-Tempaminのラジカル濃度は電子スピン共鳴法により決定した。上記のPVM/MA-Tempamin水溶液について培養細胞を用いて毒性試験を行い、顕著な細胞毒性を示すプローブ濃度を調べた。PVM/MA {Poly(methyl vinyl ether-alt-maleic anhydride)}と、ニトロキシルラジカルの一種でアミノ基を有するTempamine (4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidine 1-Oxyl Free radical)を用意し、PVM/MAにTempamineを結合させたPVM/MA-Tempamineナノ粒子の水溶液を調製した。実験動物の胃内、またはそれ以外の生体部位に投与できるサンプル調製法の検討を行うため、PVM/MA-Tempamineナノ粒子液を限外濾過により濃縮して、水で希釈したサンプル(pH3)と、pH9のTris-HClバッファで希釈したサンプル(pH6)をそれぞれ用意した。希釈後2-3時間後の動的光散乱法による粒径測定の結果、前者の平均粒径は140-160 nmで、後者の平均粒径は600-1000 nmであった。後者のサンプルでは加水分解等によりポリマーがほどけた状態となって、粒径が大きくなっている可能性が示唆された。一方、両者の電子スピン共鳴(ESR)スペクトルのピーク高さの経時変化を調べたところ、水希釈液については時間経過とともに増大し、Tris-HClバッファ希釈液についてはほとんど変化が見られなかった。さらには、水希釈液のファントム試料を用意し、磁気共鳴画像法の一種であるオーバーハウザー効果MRI(OMRI)の画像強度の経時変化を調べた。低磁場型OMRI装置の共振器内(室温)にファントム試料を静置し、一定の時間間隔でOMRIの撮像を行ったところ、画像強度が時間経過とともに増大した。これらの結果は、時間経過により、PVM/MAとTempamineとの結合が切断した可能性の他に、ポリマーがほどけた状態となって自由度の高いTempamine分子が増大した可能性を示唆している。

ナノ材料・ナノバイオサイエンス本研究で使用予定であった新型の周回型Overhauser効果MRI装置が24年度途中に回避不能な故障を起こして使用不可能になり、25年度においても使用不可能な状態が全般的に続いたため、従来型のOverhauser効果MRI装置に切り替えて研究を進めている。本研究で使用予定であった周回型OMRIが24年度途中に回避不能な故障を起こして使用不可能になったため、生分解性高分子ナノ粒子プローブの画像化実験は従来型のOMRIのみを用いて実施した。今後は、糖尿病治療薬を含有するPVM/MA-Tempamineナノ粒子を作製し、糖尿病モデルマウスに皮下投与して、ナノ粒子のラジカル画像の撮像をOverhauser効果MRI装置により行うとともに、糖尿病治療薬の徐放による治療効果を調べる。ラジカル画像の解析により生体内での徐放製剤の分布および生体レドックス情報を得る。周回型OMRIの故障は25年度初めには修理完了の見込みがあるため、24年度に予定していた生分解性高分子ナノ粒子プローブのファントムを用いた画増化の実験を継続するとともに、当初の予定どおり実験動物を用いた画像化実験およびプローブ徐放性試験を25年度に実施する。24年度に予定の周回型OMRIを用いた生分解性高分子ナノ粒子プローブのファントムについての画増化実験に必要な研究費を25年度に繰り越して使用する他は、当初の予定どおり研究費を使用する計画である。