hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リンパ管新生評価系並びにリンパ節転移モデルを用いたリンパ管新生機序解明と治療応用

80種類のライブラリーの中からリンパ管新生の阻害剤を探索した結果、シコニンが強いリンパ管新生抑制効果を持つ事を確認した。さらに、シコニンはリンパ管内皮細胞の遊走ではなく各種細胞外基質へ接着を亢進していることが明らかとなった。また、興味深いことに、シコニンの誘導体であるデオキシシコニンは、シコニンとは逆にリンパ管新生を亢進させていることが判明した80種類のライブラリーの中からリンパ管新生の阻害剤を探索した結果、シコニンが強いリンパ管新生抑制効果を持つ事を確認した。また、興味深いことに、シコニンの誘導体であるデオキシシコニンは、シコニンとは逆にリンパ管新生を亢進させていることが判明した近年、血管の研究が進み、血管新生抑によるがんの増殖・転移を抑える治療が開発されてきている。しかしながら、リンパ管の研究は血管より遅れをとり、リンパ管新生抑制によるがんの増殖・転移(がんのリンパ行性転移)を抑える治療はまだ開発されていない。本研究の目的は、(1)腫瘍血管新生と比較して詳細が解明されていない腫瘍リンパ管新生に関与する分子機序を、条件的不死化リンパ管内皮細胞を使用したin vitroリンパ管新生評価系によって解明する、(2)siRNAや阻害剤を用いてリンパ管新生の動態を制御する方法の開発する、(3)独自の肺同所性移植リンパ節転移モデルを用いて、リンパ管新生阻害に基づく肺がんの新規分子標的治療戦略を構築することである。今年度は、まず初めに、in vitroリンパ管新生評価系とgene chip解析を用いて、リンパ管新生時に発現する遺伝子を網羅的に検索した結果、eNOSがその候補となった。次に、eNOSを中心としたリンパ管新生関連分子の検索を行った。その結果、eNOSとHSP90の相互作用が、リンパ管新生に関与していることが明らかとなった。さらに、eNOSとHSP90のsiRNAおよびその阻害剤は、抗リンパ管新生作用を有することも確認できた。次年度は、肺同所性移植リンパ節転移モデルを用いて、これら阻害剤がリンパ管新生阻害機序に基づき、肺がんのリンパ節転移抑制剤とし利用の可能性を評価する予定である。1)近年、血管の研究が進み、血管新生抑制によるがんの増殖・転移を抑える治療が開発されてきている。2)本研究において我々は、リンパ管新生を制御する分子としてeNOSを同定した(eNOS and Hsp90 interaction directly correlates with the cord formation in humanlymphatic endothelial cells. Lymphat. Res. Biol., 9:53-59,2011.)。さらに、カルパイン1はリンパ管新生の促進を、およびカルパイン2は抑制を制御していることも明らかとなった(Prangsaengtong O, Senda K, DokiY, Park J-Y, Jo M, Sakurai H, Shibahara N, Saiki I, and Koizumi K.: Calpainl and-2 playopposite roles in cord formation of lymphaticendotherial cells via eNOSregulation.Human Cell, 2012.inpress)。これまでに、多くのinvitro血管新生評価系が報告されてきており、ケミカルライブラリーを本評価系に適応することで、すでに臨床で使用されている血管新生阻害剤が開発されてきている。本研究では、in vitroリンパ管新生評価系を用いて未だ探索されていないリンパ管新生阻害化合物を、eNOS、カルパイン1および2を比較対象として網羅的にスクリーニングする。「研究実績の概要」近年、血管の研究が進み、血管新生抑制によるがんの増殖・転移を抑える治療が開発されてきている。本年度は血管新生と比較して開発が進んでいないリンパ管新生に阻害剤のシーズを、生薬の主要成分の化合物ライブラリーから探索し、その作用機序を解析した。その結果、80種類のライブラリーの中で、シコニンに強いリンパ管新生抑制効果が確認された。さらに、シコニンはリンパ管内皮細胞の遊走ではなく、各種細胞外基質へ接着を抑制しいていることが明らかとなった。また、興味深いことに、シコニンの誘導体であるデオキシシコニンは、シコニンとは逆にリンパ管新生を亢進させた。その作用機序としては、HIF-1aの核内移行の促進によるものであることが明らかとなった。このように、わずかな立体構造変化で、リンパ管新生関しては、シコニンはアゴニスト、デオキシシコニンはアンタゴニスト活性を有することから、今後は、シコニンをリード化合物として、リンパ管新生阻害剤の開発を行う予定である。

「著書・論文・学会発表の内容」なしリンパ管新生を制御する分子としてeNOSを同定した(eNOS and Hsp90 interaction directly correlates with the cord formation in human lymphatic endothelial cells. Lymphat. Res. Bio1., 9:53-59, 2011,)。さらに、カルパイン1はリンパ管新生の促進を、およびカルパイン2は抑制を制御していることも明らかとなった24年度が最終年度であるため、記入しない。in vitroリンパ管新生評価系を用いて未だ探索されていないリンパ管新生阻害化合物を、eNOS、カルパイン1および2を比較対象として網羅的にスクリーニングする.24年度が最終年度であるため、記入しない。
リスク社会における若者の意識と将来社会の構想-第3回高校生調査の実施-

2001年以来6年ごとに実施してきた高校生調査(質問紙調査)の第3回調査を2013年に実施した。第3回調査は、福岡県(7校)、大阪府(9校)、東京都(10校)で実施し6092名分のデータを収集した。第3回高校生調査の特色は、第1に、福岡、大阪のみならず東京で実施することによって、より日本社会の縮図となるようなデータの収集に努めたこと、第2に、東日本大震災をふまえて、科学技術と社会のあり方に関する高校生の意識を分析したことにある。データ分析の結果、(1)規範への同調傾向の強まり、(2)政治的態度における保守化の進行、(3)理系クラスで原発支持者が多いことという興味深い知見が得られた。第3回調査は、福岡県(公立高校5校、私立高校2校)、大阪府(公立高校7校、私立高校2校)、東京都(公立高校6校、私立高校4校)で実施し6092名分のデータを収集した。第3回調査の特色は、次の2点にある。第1に、福岡、大阪のみならず東京で実施することによって、より日本社会の縮図となるようなデータの収集につとめたことである。第2に、2011年3月11日に発生した東日本大震災をふまえて、高校生がそもそもリスクというものをどのように考えているのかについて質問するとともに、東日本大震災と原発についての意識を尋ねたことである。高校生の意識の分析をとおして、将来における科学技術と社会のあり方について考えることを目指した。2013年度は、第3回高校生調査のデータ分析に集中して研究を進めた。行った分析は、(1)高校生の規範意識の内実は何か、(2)高校生の社会観の趨勢(とりわけ「保守意識」に焦点をあてて)、(3)高校生の進路選択と地位達成志向・職業観、(4)高校生の性別役割分業意識・ジェンダー観、これらの4つのテーマは、第1回調査以来の継続テーマなので、2014年度には、3時点の趨勢分析を行うことにした。2007年第2回調査で行った(5)若者の人間関係の取り結び方については、2013年第3回調査でもデータを収集しており、まず2013年データについて単純な分析を行ったので、2014年度に高度な分析を行い、あわせて2007年データと2013年データによって、2時点間の比較を行う予定である。2013年度に新たに質問項目として入れた(6)高校生における震災・原発リスクに関する意識、(7)高校生の階層的地位と学習意欲については、ある程度の分析を行ったが、さらに精緻化した分析を2014年度に行う。2013年度に実施した第3回高校生調査のデータ分析を中心にして研究を進めた。2014年度は、次の2つの課題を遂行した。I第1回・第2回・第3回高校生調査データを用いた時点間比較(1)高校生の規範意識、(2)高校生の進路選択と地位達成志向、(3)高校生の社会観と政治的態度、(4)高校生の性別役割分業意識について、3時点の趨勢分析を行った。II第2回・第3回高校生調査データを用いた時点間比較(1)高校生の人間関係について、2時点の趨勢分析を行った。以上の2つの課題を遂行した結果、1高校生は規範への同調傾向を強めていること、2高校生は物の豊かさを求め、地位達成志向を強めていること、3高校生は保守的な政治的態度を強めていること、4性別役割分業意識について、明確な3時点の趨勢がみられないこと、5高校生の人間関係は必ずしも稀薄化していないことが明らかになった。2013年に実施した第3回高校生調査のデータ分析を中心にして研究を進めた。2015年度は次の5つの課題を遂行した。I第1回・第2回・第3回高校生調査データを用いた時点間比較と地域間比較:時点間比較では、1高校生の規範意識の上昇、2不安定社会であるがゆえの地位達成志向の高まり、3政治的態度における保守化の進行が明らかになった。地域間比較では、1福岡県と東京都の高校生に意識の類似性が見られ、リベラルな意識を持っていること、2これに対して、大阪府の高校生は、福岡県・東京都の高校生に比べ権威主義的で保守的な意識を持っていることが明らかになった。II若者の意識の変動:3時点の調査から、若者は2001年から2013年までの12年間に、「逸脱へ憧れ」弱め、規範への同調性を強めていることが鮮明になった。IIIデータ分析より得られた知見の検討:高校生調査に協力してもらった高校へ出かけ、データ分析の結果について、高校教員と議論を行った。IV高校生調査の分析結果と18歳選挙権について:高校生調査の結果について、テレビ局・新聞社より問い合わせがあり、18歳選挙権をスムーズに実施するための検討を行った。V調査票の電子化:今年度が最終年度なので、2013年高校生調査の調査票を電子媒体で保存する作業を行った。

第3回高校生調査の特色は、第1に、福岡、大阪のみならず東京で実施することによって、より日本社会の縮図となるようなデータの収集に努めたこと、第2に、東日本大震災をふまえて、科学技術と社会のあり方に関する高校生の意識を分析したことにある。データ分析の結果、(1)規範への同調傾向の強まり、(2)政治的態度における保守化の進行、(3)理系クラスで原発支持者が多いことという興味深い知見が得られた。(理由第1の理由は、2013年度に実施した第3回高校生調査のデータを加えて、第1回・第2回・第3回高校生調査データの3時点間比較と2時点間比較ができたことである。第2の理由は、2013年高校生調査であらたに加えた質問項目である「震災・原発リスク」についての計量分析がある程度進んだことである。27年度が最終年度であるため、記入しない。社会学2015年度には、次の3つの課題を遂行する。I第1回・第2回・第3回高校生調査データを用いた時点間比較と地域間比較:時点間比較については、2014年度にある程度の分析ができたので、2015年度は地域間比較に重点を置く。II若者の意識からみた社会の変動:これまでの若者論で語られたきた「若者のモラルの崩壊」という命題と、調査データの計量分析から導出された「規範への同調傾向の高まり」「若者の人間関係は必ずしも稀薄化していない」「政治的態度としての保守化の進行」という命題とがどういう関係にあるのかを検討する。III将来社会の構想: 2013年高校生調査で実施した「震災・原発リスクに関する意識」の計量分析をふまえて、将来社会を構想する。第1の理由は、2013年度に実施した第3回高校生調査が、2007年に第2回調査を実施した福岡県・大阪府の16の高校のうち、15の高校で実施できたことである。できなかったのは2007年から2013年の間に、統廃合で高校の性格が変化していた1校のみであった。したがって2013年調査では、新たに1校を加えて、2007年調査と同じ16校になるようにした。第2の理由は、東京都でも10の高校で実施できたことである。その結果、6092名分のデータが収集でき、より日本社会の縮図に近い高校生のデータになったことが第3の理由である。第4の理由は、福岡県については3時点データとなり、大阪府については2時点データとなったので、より優れた分析が可能となったことである。2013年度に実施した第3回高校生調査のデータ分析を中心にして、研究を推進する。2014年度には、つぎの2つの課題を遂行する。I第1回・第2回・第3回高校生調査データを用いた時点間比較。(1)高校生の規範意識の内実は何か(2)高校生の社会観の(とりわけ「保守意識」の焦点をあてて)(3)高校生の進路選択と地位達成志向・職業観(4)高校生の性別役割分業意識・ジェンダー観については、3時点間の趨勢分析を行う。(5)若者の人間関係の取り結び方については、2時点間の趨勢分析を行う。3回の調査データの分析から、新たな知見を出すために、分析手法にも工夫を凝らす。具体的には、因子分析、重回帰分析に加えて、マルチレベル分析の可能性を追究するとともに、時系列分析によって新たな知見が得られるかどうかチャレンジする。II第3回高校生の調査のデータ分析2013年度に新たに質問項目として入れた(6)高校生における震災・原発リスクに関する意識、(7)高校生の階層的地位と学習意欲について、精緻化した分析を行う。
白色腐朽菌が作り出す細胞外ナノベシクル～細胞外分泌機構の新展開～

29年度までに白色腐朽菌Trametes versicolor菌糸体の液体培養物を超遠心分離を用いて段階的に分画し、得られたフランクションから透過型電子顕微鏡を用いてナノベシクル様粒子の検出に成功した。30年度は、より自然環境での状態に近いと考えられる固体培地による培養を行い、ナノベシクルの分画と検出を試みた。PDA培地、Kirk-LN/HN寒天培地の3種類の固体培地上にメンブレンを置き、その上に菌糸を植菌した。培養後はメンブレンを剥がすことで固体培地上の菌糸を回収した。回収した菌糸を50 mMクエン酸バッファー(pH4.5)で振盪して細胞外分泌物を抽出し、液体培養時と同様に超遠心分離による分画によりペレットを得た。得られたペレットは洗浄後、ショ糖密度勾配法によって精製した。固体培地上で培養した菌糸をメンブレンごと包埋し電子顕微鏡で観察したところ、細胞外にベシクル構造が確認できた。そこで、ネガティブ染色によってペレット懸濁液を観察したところ、直径20300 nmほどのベシクル構造が多数観察された。これは3種類すべての寒天培地において共通していたが、Kirk-LN寒天培地由来のナノベシクルは直径の大きいもの(130290 nm)の頻度が高かった。これらの結果から、固体培地において、T. versicolorはEVを分泌しており、培養環境が変わるとその形態が変化することが明らかとなった。液体培養からナノベシクルを調製すると、検出頻度が非常に低かったのに対し、今回確立した固体培地からのナノベシクルの調製では高頻度にナノベシクルを観察することができたことから、糸状菌におけるナノベシクル研究の基盤ができたと考えられる。白色腐朽菌からナノベシクルを検出する方法の確立が最大の焦点であったが、29年度に成し遂げられなかったナノベシクルの検出に、30年度は分画法、ペレットの洗浄法、ショ糖密度勾配による精製等の検討を進めることで成功した。もっとも影響していると考えられるのは培養条件であり、白色腐朽菌を含む糸状菌がより自然状態に近いと考えられる固体培養に切り替えることで高頻度に検出することができたのは本研究の遂行上大きい成果である。一方で、得られたナノベシクルに内包されている検出には至っていない。この点をさらに検討する必要がある。固体培養によりナノベシクルの検出には成功したが、内包されているタンパク質の同定に至っていない、これは分泌タンパク質が必要な培養条件を構築できていないことが理由の一つと考えられることから、さらに自然条件に近い培養機材として広葉樹木粉を用いた固体培養物からのナノベシクル検出と内包タンパク質の検出を行う。具体的には、30年度に確立した寒天培地上に設置したメンブレンからナノベシクルを抽出する方法を応用し、木粉を含む寒天培地を用いる。また、木粉そのものを白色腐朽菌で腐朽し、そこから直接ナノベシクルを抽出することも試みる。この実験により、木質分解に関連する酵素の分泌が盛んな条件下で分泌されるナノベシクルを得られると仮説を立てており、その検証を進める。あらゆる細胞が脂質二重膜からなるナノサイズの小胞を細胞外に分泌していることが知られている。この小胞は、以前は細胞内の老廃物を排出するためのものとされていたが、近年、mRNAやmiRNA、膜タンパク質などを内包していることが明らかになっており、細胞間の情報伝達物質としての働きが注目されている。菌類ではヒトへの感染性をもつ担子菌Cryptococcusneoformansにおいて、その細胞外小胞(Extracellular Vesicle : EV)が、ラッカーゼをはじめとする病原性に関与する酵素を内包していることから、宿主細胞への病原ファクターの輸送に関与していることが示唆されている。本研究では、自然界において広く分布し、リグニン分解酵素であるラッカーゼを多く生産するカワラタケTrametes versicolorを用い、培養液中のEVの有無を調べた。合成培地であるKirk-LN液体培地を用いて菌糸を培養し、その培養液から段階的な遠心分離によって胞子や細胞断片などを取り除き、その上清を限外濾過により濃縮後、最終的に200,000×gの超遠心分離により得られる沈殿をEVサンプルとした。超遠心分離後、遠心チューブ下部に無色の沈殿物が確認された。その沈殿物をSDS-PAGEに供し、銀染色で可視化したところ、25150 kDaの分子量をもつタンパク質のバンドが多数検出された。TEM観察では200 nm前後の丸い物体が点在している様子が観察された。粒子径測定では、サンプル濃度が低いことが原因と考えられる計測エラーにより正確な粒子径分布は算出されなかったが、40700 nmの範囲の大きさの物質が沈殿に含まれるという結果が示された。ラッカーゼの分泌に優れた白色腐朽菌Trametes Versicolorを対象として、液体培地での菌糸の培養と培養液からの細胞外ベシクル画分の調製法を検討した。動物細胞および微生物における細胞外ナノベシクルの調製法を参考に、超遠心を用いた段階的な分離を試み、沈殿物を得、そのフラクションの電子顕微鏡観察、脂肪酸およびタンパク質の分析を行った。

当初計画では、電子顕微鏡でナノ粒子を可視化し、細胞外ナノベシクルの存在を直接的に示す予定であったが、化学固定および包埋、および透過型電子顕微鏡観察の条件設定が難航し、初年度においては直接的にナノベシクルの存在を示すデータは得られなかった。しかしながら、フラクション中のタンパク質の存在、脂肪酸が示す細胞膜の存在を示すことができ、間接的ではあるがナノベシクルの存在の可能性を示すことができた。一方で、得られたタンパク質および脂肪酸量が微量であることから、培養方法についても改善の余地がある。直接的な観察については、培養および分離・固定・観察において、方法論の改善余地があることから、次年度につながるデータを確実に得られたと考えている。29年度までに白色腐朽菌Trametes versicolor菌糸体の液体培養物を超遠心分離を用いて段階的に分画し、得られたフランクションから透過型電子顕微鏡を用いてナノベシクル様粒子の検出に成功した。30年度は、より自然環境での状態に近いと考えられる固体培地による培養を行い、ナノベシクルの分画と検出を試みた。PDA培地、Kirk-LN/HN寒天培地の3種類の固体培地上にメンブレンを置き、その上に菌糸を植菌した。培養後はメンブレンを剥がすことで固体培地上の菌糸を回収した。回収した菌糸を50 mMクエン酸バッファー(pH4.5)で振盪して細胞外分泌物を抽出し、液体培養時と同様に超遠心分離による分画によりペレットを得た。得られたペレットは洗浄後、ショ糖密度勾配法によって精製した。固体培地上で培養した菌糸をメンブレンごと包埋し電子顕微鏡で観察したところ、細胞外にベシクル構造が確認できた。そこで、ネガティブ染色によってペレット懸濁液を観察したところ、直径20300 nmほどのベシクル構造が多数観察された。これは3種類すべての寒天培地において共通していたが、Kirk-LN寒天培地由来のナノベシクルは直径の大きいもの(130290 nm)の頻度が高かった。これらの結果から、固体培地において、T. versicolorはEVを分泌しており、培養環境が変わるとその形態が変化することが明らかとなった。液体培養からナノベシクルを調製すると、検出頻度が非常に低かったのに対し、今回確立した固体培地からのナノベシクルの調製では高頻度にナノベシクルを観察することができたことから、糸状菌におけるナノベシクル研究の基盤ができたと考えられる。白色腐朽菌からナノベシクルを検出する方法の確立が最大の焦点であったが、29年度に成し遂げられなかったナノベシクルの検出に、30年度は分画法、ペレットの洗浄法、ショ糖密度勾配による精製等の検討を進めることで成功した。もっとも影響していると考えられるのは培養条件であり、白色腐朽菌を含む糸状菌がより自然状態に近いと考えられる固体培養に切り替えることで高頻度に検出することができたのは本研究の遂行上大きい成果である。一方で、得られたナノベシクルに内包されている検出には至っていない。この点をさらに検討する必要がある。本研究課題の最大の目的は、白色腐朽菌が細胞外ナノベシクルを分泌していることを確実に証明することにある。29年度の研究では、ナノベシクルの分離・精製方法に一定のめどがついたものの、液体培地から得られたフラクション中のナノベシクル量が少ないことが示唆された。そこで、30年度は寒天培地とメンブレンを基盤とした固体培地からのナノベシクルの抽出・精製、観察を行う。本来、糸状菌は液体ではなく固相条件での生育が自然条件に近いため、活発に文筆活動を行う細胞および高濃度のナノベシクル画分を得られる可能性が高い。
走査プローブ顕微鏡を用いた有機半導体のナノ領域電気物性の解明

分子スケールの電子素子の作製のためには、幾何学的・電子的な構造が原子レベルで制御された有機/無機インタフェースの構築が不可欠である。本研究では、金や二硫化モリブデン、グラファイト等を基板として、フタロシアニンやフラーレンの高秩序構造ナノ組織体を作製し、界面におけるキャリアの入出力の解明を目指した。ナノ領域の電流-電圧特性の測定および表面ポテンシャルの測定には、金属コートしたカンチレバーを有する原子間力顕微鏡を用いた。有機蒸着膜上での電流-電圧特性では、フタロシアニンの膜厚が厚くなるにしたがって、電気抵抗が大きくなる傾向が見出された。特に、二硫化モリブデン上のフタロシアニン薄膜はエピタキシャル構造を保って層状成長し、膜の層数により電気伝導度が変化した。さらに、シリコンのダングリングボンドに有機材料を直接結合して、その電気特性を調べることも試みた。水素終端されたシリコン(111)面を、ドデセンや5フッ素化スチレン等の溶液内で加熱することにより、自己組織化膜を作製することに成功し、共有結合によって結ばれた有機/無機界面を実現した。自己組織化膜表面は原子スケールで平坦で、高秩序膜の形成が確認された。シリコンの伝導タイプ(p型、n型、ドーピングレベル)を変化させて、さまざまな組み合わせで膜を作製し、その電流-電圧特性および表面ポテンシャル特性を調べた。現在までのところ、有機自己組織化膜は、絶縁的な振る舞いを示していることが確認されているが、量子力学計算も含めた詳細な検討を今後行う予定である。ここ数年、分子1個でスイッチングを行う「分子デバイス」の構築をめざして、単一分子への電荷注入およびその輸送機構に興味が持たれており、さまざまな手法で研究が進められている。本研究では、金属および半導体基板上に有機分子の秩序構造膜を作製し、原子間力顕微鏡において、金または白金でコートされたカンチレバーをもう一方の電極として用いて、超薄膜および分子集合体の電気的特性を測定した。基板としては、二硫化モリブデンやグラファイト、金および導電性透明電極(ITO)を用いた。試料としてはp型半導体特性を示すフタロシアニンとn型特性を示すフラーレンを用いた。二硫化モリブデンやグラファイトの清浄基板上では、これらの分子を、秩序構造を持って層状に成長させる成膜技術を確立した。このことにより、単分子層から2分子層、3分子層と分子層単位で膜厚を変化させて電気的特性を測定することが可能になった。有機薄膜を蒸着する前の清浄な基板表面に、金属コートカンチレバーを接触させて得られる電流-電圧特性は、基板とカンチレバーの仕事関数の違いで説明される特性を示した。有機層を挿入すると、電気伝導度は、膜圧とともに減少するが、単純な比例関係は示さなかった。また、その特性は基板/有機層および有機層/金属コートカンチレバーの接触から予想される特性とは一致せず、超薄膜に対する電荷の注入・輸送機構に関しては今後の検討課題である。計算機シュミレーション等を併用して、解明を試みる予定である。
皮膚組織レベルの紫外線ゲノム毒性防衛応答の制御機構

紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(MIS)応答の制御機構を解明するため、抗酸化ストレス応答を制御しているKeap1-Nrf2系が関与するモデルを立て解析を行った。MIS応答のトランスクリプトーム解析を行い、MIS応答に伴うアポトーシス発動遺伝子群の誘導、それに続く組織回復に関係する細胞増殖関連遺伝子群の誘導を認め、アポトーシスとハイパープラシアに基づくMIS応答の機構を確認し、紫外線傷害後の皮膚組織の回復過程におけるKEAP1-NRF2系の関与を認めた。またMIS誘導に必要なDNA損傷量も評価した。紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(mutation induction suppression, MIS)応答の制御機構を解明するため、抗酸化ストレス応答を制御しているKeap1-Nrf2系に着目し、MIS応答時にはこの系が不活性化されて活性酸素(ROS)産生が増大し、アポトーシスが誘導されるというモデルを立て、その証明を目指して研究を行っている。本年度はまずNrf2系のMIS応答への影響を把握するため、Nrf2またはKeap1を欠損した突然変異解析用トランスジェニックマウスを用いて遺伝的解析を行った。Nrf2-nullマウスではUVBに対し、野生型マウスより皮膚で有意により強いMIS応答を示し、プラトー変異頻度の低下が見られた。また低線量域(MIS応答未発動域)では、野生型より高い変異誘発が一部認められ、塩基配列解析の結果からROSによって生成する酸化型DNA損傷による変異の寄与が示唆された。一方、Keap1発現が低下し、Nrf2が高発現しているKeap1-kockdownマウスで検討したところ、MIS応答に野生型と有意の差が認められなかった。そこでNrf2発現量を更に増やすためKeap1-nullとのヘテロ接合(kd/-)を現在準備中である(池畑・学生)。またMIS応答に伴うNrf2系の活性化について解析するため、皮膚表皮での解析を行ったが、安定してRNAを抽出する条件の設定が難しく、明確な結果には至っていない(池畑・学生)。更にRef-1欠損の影響を評価するためまずin vitro系(細胞培養系)で検討したが、Ref-1 kockdownによるUV誘発アポトーシスの促進は見られず、当初予定していたRef-1 floxマウスの開発は中止することにした(池畑・鈴木)。遺伝的解析でKeap1欠損マウスの解析を再検討する必要が生じたことと、皮膚表皮で安定してRNAを抽出する方法の検討のために、遅れが生じた。紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(mutation induction suppression, MIS)応答の制御機構を解明するため、抗酸化ストレス応答を制御しているKEAP1-NRF2系に着目し、MIS応答時にはこの系が不活性化されて活性酸素(ROS)産生が増大し、アポトーシスが誘導されるというモデルを立て、その証明を目指して研究を行っている。昨年に引き続きNrf2欠損マウスではUVB照射後の皮膚におけるMIS応答が野生型マウスより有意に亢進しプラトー変異頻度が低下していることを例数を増やして確認したが、Keap1欠損マウスではknock-downホモマウス(kd/kd)だけでなくKeap1 kd/-マウスでもUVB照射後のMIS応答に野生型との有意差は認められず、プラトー変異頻度に変化は見られなかった。そこでこれまでの「低線量紫外線では発生した低レベルROSに対して活性化したNRF2抗酸化応答が対抗し炎症・アポトーシスの発生を抑制するが、高線量では高レベルのROSに対応しきれなくなりNRF2抗酸化系が不活化されROS産生が急激に増大してアポトーシスが誘導される」という仮説を見直すことにした。そのためにまずUVB照射後のMIS応答時の遺伝子発現解析を行い、MIS誘導条件下で変動する因子を詳細に検索・同定することにした。現在そのためMIS応答時の皮膚表皮におけるトランスクリプトーム解析に向け準備を進めている。想定していた仮説を再検討するために新たな解析法を検討しているため。紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(mutation induction suppression, MIS)応答の制御機構を解明するため、抗酸化ストレス応答を制御しているKEAP1-NRF2系に着目し、当初MIS応答時にはこの系が不活性化されて活性酸素(ROS)産生が増大しアポトーシスが誘導されるというモデルを立て解析を行った。しかし昨年度の研究でこのモデルでは十分にMIS応答を説明できないことが判明し、これまでの仮説を見直すことにした。新たな機構モデルを構築するためMIS応答のトランスクリプトーム解析を行うことにした。実際にはUVB照射後のMIS応答時の遺伝子発現解析をRNA-seq法を用いて行い、MIS誘導条件下で変動する因子を詳細に解析・検索した。その結果、紫外線により照射直後は皮膚表皮で多くの遺伝子の発現抑制が認められ、KEAP1-NRF2系も発現が抑制された。しかしMIS応答と平行してアポトーシス発動に関わる遺伝子群は強く誘導されることを確認し、また照射後3日目には組織回復に関係すると思われる細胞増殖関連遺伝子群の誘導が認められ、我々のこれまでのアポトーシスとハイパープラシアに基づくMIS応答の機構モデルを裏付けることができた。KEAP1-NRF2系はむしろアポトーシス後のこの組織回復過程での細胞増殖と平行して活性化し、細胞増殖に伴う炎症の発生を抑制していることを示唆するデータが得られ、紫外線傷害後の皮膚組織の回復過程におけるKEAP1-NRF2系の重要性が見えてきた。

またこの解析と平行してMIS応答誘導に必要なDNA損傷量の絶対定量も行い、誘導に必要なシクロブタン型ピリミジンダイマー及び6-4型光産物の最少量を明らかにし、同時にこれらのDNA損傷の分子あたりの変異原性も評価できた。紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(MIS)応答の制御機構を解明するため、抗酸化ストレス応答を制御しているKeap1-Nrf2系が関与するモデルを立て解析を行った。MIS応答のトランスクリプトーム解析を行い、MIS応答に伴うアポトーシス発動遺伝子群の誘導、それに続く組織回復に関係する細胞増殖関連遺伝子群の誘導を認め、アポトーシスとハイパープラシアに基づくMIS応答の機構を確認し、紫外線傷害後の皮膚組織の回復過程におけるKEAP1-NRF2系の関与を認めた。またMIS誘導に必要なDNA損傷量も評価した。本研究で立てたNrf2系によるMIS応答制御機構モデルの検証のため、想定している関連因子の欠損マウス等で解析を進めたい。MIS応答に伴う遺伝子発現変化を網羅的に解析し、皮膚表皮におけるUVB照射後のMIS応答機構モデルを再検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。紫外線生物影響29年度が最終年度であるため、記入しない。
内耳再生医療の内耳疾患モデルへの応用

本研究の目的は、これまでに我々が開発した細胞移植療法、内耳薬物投与システム(ドラッグデリバリーシステム)などを利用した内耳再生医療技術を用いて、具体的な疾患モデル治療への応用と高度難聴に対する内耳再生医療の臨床応用の基盤となる治療技術開発を行うことである。本年度では、前年度から継続し、ラセン靱帯変性モデルの作製と細胞移植による再生に関する研究を行った。結果、ATP阻害薬をマウス内耳に局所投与することにより、容量依存性に蝸牛の組織学的変性、聴性脳幹反応での聴力閾値上昇に加え、ラセン靱帯を含めた蝸牛側壁機能を反映する内リンパ電位の低下を示すことができた。また、ラセン靱帯に選択的な変性および内リンパ電位の低下を示すモデルを作製することができた。さらに、このモデルに骨髄由来間葉系細胞を移植することにより、内リンパ電位を回復させることに成功した。また、老人性難聴に関連する骨髄由来細胞の役割の解析から、蝸牛内に局在する造血幹細胞由来細胞が組織マクロファージであることを明らかにし、老化に伴う感音難聴に伴い、これらが蝸牛内で増加することが分かった。老人性難聴に伴う蝸牛内の恒常性維持との役割が示唆された。蝸牛神経圧迫モデルでは、ラセン神経節由来細胞株の移植により、組織学的な再生が期待できることが明らかとなった。ラセン神経節変性モデルとして、ウアバイン局所投与モデルを開発し、ES細胞由来神経細胞移植により、電気刺激聴性脳幹反応による統計学的に有意な機能回復を示すと同時に中枢への移植細胞の移動、神経突起伸長を示すことができた。これらの所見は、細胞移植による内耳再生の臨床応用への可能性を強く示唆するものである。本研究の目的はこれまでに我々が開発した細胞移植療法、内耳薬物投与システム(ドラッグデリバリーシステム)などを利用した内耳再生医療技術を用いて、具体的な疾患モデル治療への応用と内耳再生医療の臨床応用の基盤となる治療技術開発を行うことである。老人性難聴モデルとして、老化マウスを用い、骨髄由来幹細胞に脳由来神経栄養因子を導入し、これを内耳に移植し、聴覚保護について解析した。その結果、移植された細胞は内耳で生着し、その一部はラセン神経節細胞に分化した。また機能的にも電気刺激聴性脳幹反応の閾値上昇を抑えることができ、聴覚機能の回復にも役立つことが分かった。胚性幹細胞を移植しても同様の結果を得た。また、蝸牛神経圧迫モデル動物へ中枢方面から胚性幹細胞、内耳幹細胞を移植すると、移植された幹細胞は内耳抹消のみならず、中枢の脳幹蝸牛神経細胞方向へも神経突起を伸張することが観察された。さらに老化マウスの時と同様に、機能的にも電気刺激聴性脳幹反応の閾値上昇を抑えることができ、聴覚機能の回復にも役立つことが分かった。さらに、内耳ドラッグデリバリーシステムによる神経栄養因子などの投与による内耳保護効果を検討した。その結果、脳由来神経栄養因子などは障害を与えた内耳のラセン神経節細胞の保護にも役立つことが分かった。現在、これらの細胞移植技術、内耳ドラッグデリバリーシステムなどにより、遺伝性難聴モデル動物、内リンパ水腫モデル動物への評価を検討中である。1)ラセン靭帯障害モデル:ギャップ結合タンパクの欠損は最も頻度の高い遺伝性難聴の原因であるが、このタンパクはラセン靭帯に発現している。

ATP阻害薬を適切な濃度で内耳に局所投与すると、ラセン靭帯の2型繊維細胞が特異的に障害され、ラセン靭帯障害モデルとして使用できることが分かった。骨髄間葉系細胞を内耳に移植するとラセン靭帯やラセン板縁に生着し、ラセン靭帯特異的なタンパクが発現したことから、ラセン靭帯の再生に用いることができる可能性があるので、これをラセン靭帯障害モデルに適用する。2)老人性難聴モデル:加齢とともに難聴が進行するマウスに骨髄由来細胞を移植すると、ラセン靭帯やラセン神経節周辺に生着した。これらの細胞の機能について評価中である。また、老化マウスでは、蝸牛内の骨髄由来細胞が増加することが分かった。これらの細胞の役割を次年度検討する。3)前庭神経鞘腫モデル:前庭神経鞘腫による聴神経圧迫障害に対応する、聴神経の圧迫によるモデルは以前に確立したが、これに中枢側からES細胞を移植して、細胞が蝸牛の広い範囲にまで遊走することが分かった。また、蝸牛神経細胞株を移植すると、感覚ニューロン用の細胞に分化することが判明した。4)ラセン神経節障害モデル:ウアバインを内耳に局所投与すると、ラセン神経節細胞が特異的に障害された。Auditoryneuropathyなどの病態に対応するモデルである。人工内耳手術をモディファイした術式にて細胞移植を行い、蝸牛機能が改善することを示唆する所見を認めている。今後、分子生物学的な裏付けを取り、臨床応用に向けた研究開発を行う。本研究の目的は、これまでに我々が開発した細胞移植療法、内耳薬物投与システム(ドラッグデリバリーシステム)などを利用した内耳再生医療技術を用いて、具体的な疾患モデル治療への応用と高度難聴に対する内耳再生医療の臨床応用の基盤となる治療技術開発を行うことである。1)ラセン靭帯障害モデル:ギャップ結合タンパクの欠損は最も頻度の高い遺伝性難聴の原因であるが、このタンパクはラセン靭帯に発現している。ATP阻害薬を適切な濃度で内耳に局所投与すると、ラセン靭帯の2型繊維細胞が特異的に障害され、この組織変性に伴い、内リンパ電位が低下し、聴力低下が起こることを明らかにした。ラセン靱帯再生へのストラテジーとして、骨髄間葉系細胞の移植を考え、移植実験を行ったところ、正常マウスに移植した場合、ラセン靱帯に多くの移植細胞が侵入するのに対して、障害後1週間経過したマウスでは瘢痕化が進み、移植細胞が侵入しにくくなることが分かった。また、ラセン靱帯には骨髄由来細胞が多く分布することが、造血幹細胞移植実験で明らかとなった。この結果は、内在する細胞を用いて、ラセン靱帯再生ができる可能性を示すものといえる。2)前庭神経鞘腫モデル:前庭神経鞘腫による聴神経圧迫障害に対応する、聴神経の圧迫によるモデルでは、蝸牛神経細胞株を移植すると、感覚ニューロン用の細胞に分化することが判明し、さらに神経突起伸長誘導目的で塩基性細胞増殖因子投与実験を行ったが、明らかな神経突起伸長効果は認められなかった。3)ラセン神経節障害モデル:ウアバインを内耳に局所投与によるラセン神経節細胞特異的障害モデルでのES細胞由来神経細胞移植実験では、蝸牛神経内に移植細胞由来の神経突起伸長が認められ、機能的な回復が認められた。
グリーン関数法に基づく電子励起ダイナミックス計算コードの開発

自己無撞着GW法において、plasmon pole modelに基づくLuttinger-Ward汎関数Φの評価法を提案し、全エネルギーの表式を与えた。これを我々のグループで開発を進めている全電子混合基底法のプログラム(TOMBO)に実装した。全電子混合基底法は原子軌道と平面波の二つの基底関数を使って準粒子波動関数を表現する方法であり、内殻の局在した電子状態から、価電子や非占有軌道の空間的に広がった電子状態まであらゆる電子状態を効率的に表現することができる他、孤立系から結晶までを統一的に扱えるプログラムになっている。これはFORTRAN90を用いてMPIとOpenMPのハイブリッド並列がなされており、メモリ分散処理されているため、特にGW近似に関わる計算部分では並列機で高いスケーラビリティを示す。これにより、He, Be, Ne, Mg, Ar, Ca原子に対して、LDA, Hartree-Fock近似、GWAにおいてビリアル定理が成り立つことを示し、また、等殻2原子分子(B2, Al2, Si2)の安定スピン状態を議論した。自己エネルギーのω依存性による非エルミート性を回避するために、自己エネルギーをωについて線形化するlinearized GW(LGW)法を提案した。そして、これをTOMBOに実装し、このプログラムを用いて、LGW法により、Li, Na原子およびダイマーの準粒子エネルギーと全エネルギー(virial比を含む)を評価した。これらの結果は3報の英文査読付論文に発表した。また、Green関数の満たすDyson方程式の時間発展を準粒子波動関数に対する方程式として解く方法を提案し、これをT行列の時間発展に拡張するアイデアを、12月に開かれた本新学術領域国際シンポジウムISC-QSD2014でポスター発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、自己無撞着GW法(GW)を使って、N電子系の基底状態およびN±1電子系の励起状態の全エネルギーを計算するルーチンを我々のグループで開発を進めている全電子混合基底法のプログラム(TOMBO)に実装した。全電子混合基底法は原子軌道と平面波の二つの基底関数を使って準粒子波動関数を表現する手法であり、内殻の局在した電子状態から、価電子や非占有軌道の空間的に広がった電子状態まであらゆる電子状態を効率的に表現することができる他、孤立系から結晶までを統一的に扱えるプログラムになっている。これはFOROTRAN90を用いてMPIとOpenMPのハイブリッド並列がなされており、メモリ分散処理されているため、特にGW近似に関わる計算部分では並列機で高いスケーラビリティを示す。このプログラムを用いて、基底状態および第一励起状態におけるLi2クラスターの安定性について議論し、平衡位置におけるビリアル比も算出した。あわせて、DFT, HFAに基づく全エネルギーも計算し、GWとの比較を行った。励起状態の全エネルギーや相関エネルギーを計算するためには、GWによる基底状態の計算を一度実行するだけで十分である。平衡距離はLDAに対してHFAは長くなり、self-consistent GWはその中間である。ビリアル比はLDAに比べてHFA, self-consistent GWは理想値2に近い。一方、第1励起状態(電子数N±1)の全エネルギーから見積もられたLi2クラスターの平衡距離は明らかに基底状態に比べて長くなり、励起状態の特徴を表している。GW近似は長距離で重要となるリング図形の無限和を取り入れているので、ボンド長が長いvan der Waals領域で比較的正確なエネルギー曲線を予測する能力を持っていることが期待される。one-shot GW近似による不均一電子系の全エネルギー計算はこれまでにも例があるが、Luttinger-Wardの相関エネルギー(Tr ln (1-Pv))の評価は複雑で、特殊な計算が必要であった。

我々は、本年度、この相関エネルギーを求めるために、W. von der LindenとP. Horschにより提案されたプラズモンポールモデルを使った簡便な計算法を見出し、我々の全電子混合基底法に基づくTOMBOのプログラムに実装することに成功した。全電子混合基底法は平面波と原子軌道の両方を基底関数として用いるため、インプリメントは通常の平面波のみ、あるいは原子軌道のみを用いるプログラムよりも自ずと複雑となる。このプログラムに全エネルギー計算ルーチンをインプリメントできたことの意義は大きい。にこれにより、self-consistentGW近似のみならず、one-shotGW近似の計算においても全エネルギーを容易に計算できるようになった。また、プログラムは射影演算子の方法により膨大な数の非占有軌道についての和を回避することができるようにし、これにより計算効率を大幅にアップすることにも成功した。これらのことにより、self-consistentGW計算が現実的に可能となり、様々なボンド長を持つLi2クラスターの基底状態のみならず励起状態の全エネルギーの計算を行うことが出来た。これにより、最安定位置は勿論、それから外れた場合の全エネルギー曲線も描くことができ、ビリアル比の議論やvan der Waals領域での原子間相互作用の議論も可能となった。これは、予想以上の大きな進展であったと思う。これらの計算結果は近々学術論文として投稿予定である。今後は(1)GW近似に基づいて電子励起状態における全エネルギーを原子位置座標で微分して得られる力の計算ルーチンを開発するとともに、(2)時間密度汎関数理論(TDDFT)の範囲内で非断熱過程を扱うことの出来るプログラムの開発を行う予定である。まず(1)については、次の方策をとる。GW近似における自己エネルギーの相間項Σ=iGWを原子核位置座標Rで微分する際、Bethe-Salpeter方程式におけるStrinati流の近似δW/δG0を用いれば、∂Σ/∂Ri(∂G/∂R)Wから力を評価出来る。また、ハミルトニアンHの行列要素のうち、平面波(PW)と原子軌道(AO)で挟んだ<PW|H|AO>とその複素共役は、AOの原子中心位置Rにexp[-iG・R]の形で依存する(ここでGはPWの波数ベクトル)ことを考えれば、この行列要素の原子位置座標に関する微分は容易に計算できる。残りの寄与については既にプログラムにインプリメントされている。準粒子波動関数をPWとAOの展開で表す際の展開係数のR微分(Pulay力)も扱わなければならないが、これについてもLDAの場合と同様に、次のように計算できる(▽は原子核位置Rに関する微分を表す):ここでSはオーバラップ行列を表す。
小児の睡眠・覚醒に対するテレビゲ-ムの影響-特に長時間画像視との関連について

昨年度と同内容のアンケ-ト調査を、対象範囲を広げて小学46年生450名(男220名、女230名)に実施した。その結果、男子の71.3%、女子の43.0%がテレビゲ-ムを使用しており、女子より男子の方が統計学的に有意に多く使用していることがわかった(P<0.001)。その内訳は、小学4年生が59.5%で最も多く、5年生49.1%,6年生49.5%であった。そこで、テレビゲ-ム非使用群(男60名、女131名、計191名)と連続1時間以上のテレビゲ-ム使用群(男112名、女55名、計167名)間について比較・検討したところ、昨年度の成績(4年生のみ)とは異なり、日本産業衛生学会作成の蓄積疲労項目および自覚症状項目への訴え率および昼間の眠気感については、全体として両群間に有意差が見られなかったが、個体差による変動が大きいので、テレビゲ-ムの適応範囲について今後の検討を要する課題として残された。小学6年生の場合、テレビゲ-ム使用群でアナログ式スケ-ルによる昼間の眠気感が有意に高かった(P<0.01)。以上のアンケ-ト調査後に昨年度と同様、両群から被験者(男子のみ、非使用群7名、使用群4名)の協力を得て各種の生理的検査を行い、昨年度の成績と合わせてテレビゲ-ム使用の生理的影響について検討した。連続3夜にわたる夜間睡眠測定の結果、テレビゲ-ム使用群において睡眠の質に関わるノンレム睡眠第4段階の出現率の有意な減少を認めた(P<0.05)。睡眠潜時反復検査法(MSLT)による昼間の客観的眠気変動については、群間に有意な変化を認めなかったが、個体間のバラツキが大きいということは、前夜の眠りの質の悪さが、翌日の昼間の眠気に強く影響する個人が存在するわけであり、この点は学童の学校および家庭における生活指導面で考慮さる必要がある。昼間の覚醒度によって影響されるフリッカ-臨界融合頻度・聴性脳幹誘発電位・近点などの測定の結果には特に有意差が認めなかった。小学4年生19名(男59名、女60名)を対象に行ったアンケート調査の結果、男子の84.5%、女子の48.3%がテレビゲームを使用していた。しかし、ほとんどの学童が、1時間以内にテレビゲームを終えており、1時間以上使用していたのは土曜日67%(男子のみ)、日曜日24.4%(男子の39.0%、女子の10.0%)であった。この中で、テレビゲーム使用時間の長いほど疲れを感じている状況がみられた。すなわち、日本産業衛生学会産業疲労研究会作成の蓄積疲労項目のうち、「不安徴候」・「一般的疲労感」・「慢性疲労」・「身体不調」の項目に対する訴え率が高く、自覚症状では、「注意集中の困難」・「身体部位への疲労の投射」項目への訴えが多かった。睡眠との関係では、対象者各自の就床時刻・起床時刻はほとんど変わらなかった。また、自覚症状のうち、「眠気とだるさ」項目や、スタンフォード大学眠気スケール、あるいはアナログ式スケールによる昼間の眠気感については、テレビゲーム使用者にやや高い眠気傾向が見られたものの、有意差は認められなかった。実際の夜間睡眠測定の結果でも、有意な変化が見られたのは、レム睡眠周期の短縮だけであった。また、MSLT(multiple sleep latency test)法による昼間の眠気変動を測定したが、バラツキが大きく、有意な変化を認めなかった。しかし、今回の被験者は3、4名と少なく、その全例がテレビゲーム使用者であり、未使用者の成績は文献的にしか検討できなかった。同様な手法に基づくテレビゲームの未使用者の成績が欲しい。以上、対象学童におけるテレビゲームの使用はそれほど長時間にわたっていないことがわかった。しかし、休日などに長時間使用している少数の学童にとっては、かなりの疲れが蓄積していることがうかがわれた。今後、テレビゲーム未使用者も含めて、さらに例数をふやすとともに、昼間の覚醒度の生理顎的検討を加え、疲れの主要因と対策を探りたい。

以上のアンケ-ト調査後に昨年度と同様、両群から被験者(男子のみ、非使用群7名、使用群4名)の協力を得て各種の生理的検査を行い、昨年度の成績と合わせてテレビゲ-ム使用の生理的影響について検討した。連続3夜にわたる夜間睡眠測定の結果、テレビゲ-ム使用群において睡眠の質に関わるノンレム睡眠第4段階の出現率の有意な減少を認めた(P<0.05)。睡眠潜時反復検査法(MSLT)による昼間の客観的眠気変動については、群間に有意な変化を認めなかったが、個体間のバラツキが大きいということは、前夜の眠りの質の悪さが、翌日の昼間の眠気に強く影響する個人が存在するわけであり、この点は学童の学校および家庭における生活指導面で考慮さる必要がある。昼間の覚醒度によって影響されるフリッカ-臨界融合頻度・聴性脳幹誘発電位・近点などの測定の結果には特に有意差が認めなかった。
非平衡プラズマを利用したバイオマス由来軽質石油代替材料の選択的合成に関する研究

木や廃棄物などの固体バイオマスを加熱すると、熱分解により液化して化石代替の燃料や化学材料を得ることが出来る。しかしながら、熱を加えるだけでは得られる液体成分割合を変えることは従来困難であった。本研究では、ガスにエネルギーを加えて電離させ、高エネルギーの電子やイオン(非平衡プラズマ)として熱分解反応に与えることで、熱分解生成物の生成量や成分割合を変えることが可能か否か確認することを目的とした。主に木の主成分のひとつであるセルロースを試料とし、非平衡プラズマを与えることで、ガスおよび液体成分割合の変化が確認され、またアルゴンプラズマを与えることで低温度領域での熱分解促進が示唆された。本研究は、熱分解に非平衡プラズマを用いることで利用価値の高い軽質タールを選択的に高収率で得る手法の実現を目指し、バイオマスの熱分解過程に非平衡プラズマを供給した際の炉内温度とプラズマ性状の合成液体炭化水素性状への影響を調べ、非平衡プラズマの作用メカニズムを明らかにすることを目的としている。昨年度の結果では、試料を加熱する際に室温からアルゴン非平衡プラズマを供給した結果、ガスおよび軽質タール収率は減少し重質タールが増加した。この結果はアルゴン非平衡プラズマの供給が熱分解生成物の重質化を進めているように見られるが、低温で非平衡プラズマを供給することによりセルロースの熱分解が促進され、生成された熱分解ガスが低温の炉壁で凝縮して液相で重合が進行した結果であると予想された。本年度はまずこの仮説を検証するべく、セルロースの主要熱分解成分であるレボグルコサンの沸点より高い300°Cからアルゴン非平衡プラズマを供給した。その結果、アルゴン非平衡プラズマの供給により、レボグルコサン収率が減少する一方でフルフラール収率は増加し、熱分解物の低分子化が促進されていることが確認された。また実施計画の通りセルロース熱分解に水素プラズマを供給し、熱分解生成物への影響を調べた。その結果、水素非平衡プラズマの供給により、セルロース熱分解から得られるレボグルコサンの分解が抑制されることがわかった。また水素非平衡プラズマの供給により、CO,CO2収率は減少し、その他ガス成分が増加することがわかった。これらの結果から、水素非平衡プラズマの供給がガスの生成反応に作用し、さらにレボグルコサンの分解反応に影響を与えることが示唆された。本研究は、バイオマス試料の熱分解に非平衡プラズマを用いることで利用価値の高い利用価値の高い軽質タールを選択的に高収率で得る手法の実現を目指し、バイオマス試料の熱分解過程に非平衡プラズマを供給した際の炉内温度とプラズマ性状の合成液体炭化水素性状への影響を調べ、非平衡プラズマの作用メカニズムを明らかにすることを目的としている。昨年度までの結果では、低温でアルゴン非平衡プラズマを供給することでバイオマスの主要成分のひとつであるセルロースの熱分解が促進される可能性が示唆された。本年度は、このアルゴン非平衡プラズマの固体セルロース熱分解の低温での促進効果を調べるため、300375°Cのアルゴン中における熱分解とアルゴン非平衡プラズマ供給熱分解における各成分回収量の比較を行った。その結果、セルロース熱分解において低温(375°C)でプラズマ供給することにより、固体チャー回収量の減少、回収タールおよびガス回収量の増加が見られた。一方、非平衡プラズマ供給によって、ガスおよび液体タールの構成成分に大きな変化は見られなかった。セルロースの熱分解にアルゴン非平衡プラズマを供給することで、回収液体タールの構成成分に変化が見られた。この変化が気相のタールにアルゴン非平衡プラズマが作用したものかを確認するため、熱分解生成ガスに非平衡プラズマを供給する実験を行った。その結果、アルゴン非平衡プラズマの供給により回収タール収量の増加とともに、セルロースの一次熱分解成分であるレボグルコサン収量減少およびフルフラール収量増加が見られ、アルゴン非平衡プラズマ供給により気相で2次分解が促進されることが示唆された。本年度は、実施計画の通り、まずバイオマス熱分解に非平衡プラズマを供給した場合の、生成温度領域と収率、および生成される熱分解液の分子量分布の変化を調べた。単段の電気炉に通した石英管内にバイオマス原料(セルロース:5g)を設置してアルゴン雰囲気で加熱熱分解するとともに、プラズマトーチよりアルゴン非平衡プラズマを供給して、熱分解生成物(軽質タール、重質タール、ガスおよびチャー)の収率、軽質タールおよびガス成分の変化を調べた。昇温速度10°C/min.で室温から600°Cまで加熱し、DBDプラズマ供給電圧を6.0および7.0kVとした。