hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高電界技術を用いたナノ粒子の分散挙動制御とその応用に関する研究

その結果,CNT(ファイバー状)をフィラーとするコンポジットは,CNTの僅かな添加量(約0.01-0.05 wt%)で機械的特性の向上と電気的特性の変化があることを明確にした。更に,異種のCNTs(コイル状,カップ積層状)をフィラーとしたコンポジットの機械的,電気的特性を比較し,コイル状CNTを有するコンポジットの機械的特性が最も向上性が高いこと示した。有機液体中でカーボンナノチューブ(CNT)凝集体を効率的に均一分散する手法の開発研究は,当初の計画に沿って概ね順調に進展している。当該年度までに,バリア放電を利用する方法(DDM)と高電界のみを利用する方法(FDM)を開発し,これらの手法を併用することによって,高レベルのCNT分散が可能であることを実験的に示した。また,分散用の有機溶媒として,フッ素系のHFC52-13pが適合することを見出した。さらに,分散した各種のCNT'sをフィラーとして,ナノコンポジット(エポキシ樹脂およびポリロタキサンベースエラストマー)を作製し,その機械的特性(最大応力,破断応力,ヤング率,伸び)と電気的特性(比誘電率,体積抵抗,誘電正接)を評価した。その結果,CNTの僅かな添加量(約0.01-0.05 wt%)で機械的特性の向上と電気的特性の変化があることを明確にすると共に,CNTの種類による特性の相違についても明らかにすることができた。これらの研究成果は,トロント(カナダ)開催された国際学会「CEIDP2016」に論文投稿し受理され,当年10月に成果発表を行った。なお,この発表に対して,静電気学会より「トレック賞」が授与された。カーボンナノチューブ(CNT)やカーボンブラック(CB)などのナノ粒子は,優れた電気的,機械的,熱的特性から幅広い分野への応用が期待される。しかし,製造時は粒子間のファンデルワールス力により強固な凝集体を形成し,有機溶媒や樹脂への分散性が極めて低いため,凝集体の安定分散化を実現しない限り応用への発展は難しい。<主な成果>凝集したCNTまたはCB粒子を有機溶媒に混合した懸濁液中で高電界を発生させ,「バリア放電」と「電界効果」により効率的な粒子分散手法を開発し,それぞれ「DDM」と「FDM」と命名した。この手法は,化学薬品を全く使用しない新規な分散法である。また,分散したナノ粒子を含むコンポジットを試作し,それらの機械的・電気的特性を計測した。その結果, (1) DDMとFDMの併用による粒子分散化:1ナノ粒子の凝集体は,DDMで発生したバリア放電衝撃波により分散され, FDMによって粒子と固体障壁との衝突効果により更に促進される。SEM観測から,凝集体の少ない分散効果が得られることが分った。なお,放電による粒子の損傷は確認されない。2レーザ光透過率測定から分散安定性を評価した結果,粒子の沈降が少ない良好な分散安定状態を保つことが分った。3溶媒にはフッ素系のHFC-52-13pが適する。FTIRスペクトルから,分散処理後のナノ粒子表面に活性イオン(O*, H*, F*など)が修飾されることが確認された。これらのイオンによる粒子表面のζ電位は,粒子間に斥力を及ぼし粒子分散性を向上させる。(2)コンポジットの機械的・電気的特性:微量(0.020.05wt%程度)のCNTまたはCBを添加することにより,1エポキシおよびエラストマーコンポジットの機械的特性は向上することが分った。
口腔扁平上皮癌の浸潤・転移に対する血管新生阻害剤および線維芽細胞増殖抑制剤の効果

口腔扁平上皮癌の臨床での浸潤および転移を忠実に再現できるマウス正所性移植モデルを用いて、抗癌剤と線維芽細胞増殖抑制剤、血管新生阻害剤の効果を検討した。癌細胞は高悪性度であるヒト口腔扁平上皮癌由来細胞株であるOLC-01細胞とOSC-19細胞を使用しヌードマウスの舌に移植した。抗癌剤はシスプラチンを、線維芽細胞増殖抑制剤はトラニラストを、血管新生阻害剤はアバスチンを用いて、浸潤と転移の阻止効果を調べた。その結果、トラニラスト+シスプラチン併用群に腫瘍の大きさ、結合組織量、癌間質線維芽細胞の変化にそれぞれ効果を認めた。アバスチン投与群では有意にリンパ節転移抑制、血管新生抑制効果が認められた。近年、分子標的治療薬が徐々に様々な悪性腫瘍に使用されるようになってきた。頭頸部癌においても単独もしくは抗癌剤と併用して分子標的治療薬が使用されるようになった。口腔扁平上皮癌の浸潤と転移を臨床に近い状態で再現できる正所性移植モデルを用いて線維芽細胞増殖抑制剤(トラニラスト)と血管新生阻害薬(アバスチン)を使用して、増殖、浸潤、転移に対する抑制効果があるか否かを検討した。口腔扁平上皮癌で最も悪性度の高い浸潤様式4D型と診断された舌癌患者の頸部リンパ節転移巣より樹立されているOLC-01細胞をヌードマウスの舌に移植した。翌日より1%NaHCO3溶液に溶解したトラニラストを腹腔内に連日投与し、腫瘍増殖、浸潤、転移に対する効果について検討した。移植腫瘍の大きさはトラニラスト単独投与では抑制効果はなかったが、CDDPとの併用群では有意に増殖抑制効果が認められた。リンパ節転移に関しては差異は認められなかった。間質に関しては、トラニラスト投与群で顕著に結合組織量の減少が見られ、併用群では筋線維芽細胞の特異的マーカーであるα-SMAの発現が顕著に減弱していた。癌細胞の細胞増殖活性を観察するため増殖細胞核抗原PCNA抗体を、腫瘍組織の低酸素状態を観察するために低酸素誘導性因子HIF-1α抗体を使用したところ、トラニラスト投与群で陽性率が高かった。また、口腔扁平上皮癌で悪性度の高い浸潤様式4C型と診断された舌癌患者の頸部リンパ節転移巣から樹立した高浸潤高転移性のOSC-19細胞を使用し、ヌードマウスの舌に移植した。移植後6日目からアバスチンを蒸留水にて溶解した溶液を週1回腹腔内投与し、腫瘍増殖、浸潤、転移に対する効果について検討した。移植腫瘍の大きさは差異がなかったがリンパ節転移はアバスチン投与群で有意に抑制効果が認められた。血管内皮細胞増殖因子であるVEGF抗体で血管新生を観察したところ、アバスチン投与群で血管新生抑制が認められた。近年、分子標的治療薬が開発され、一部の悪性腫瘍に使用されるようになったきた。24年度は口腔扁平上皮癌の浸潤と転移を臨床に近い状態で再現できる正所性移植モデルを用いて、血管新生阻害薬の効果を検討した。使用した癌細胞は悪性度が高い浸潤様式4C型と診断された舌癌患者の頸部リンパ節転移巣から樹立した高浸潤高転移性のヒト口腔扁平上皮癌細胞株であるOSC-19細胞を使用し、ヌードマウスの舌に移植した。血管新生阻害薬はアバスチンを使用した。週2日、生理食塩水に溶解した血管新生阻害効果のあるアバスチンを腹腔内に投与し、腫瘍増殖に対する効果、浸潤に対する効果、転移に対する効果について検討した。実験を中途にしてアバスチン投与群、対象群(生理食塩水を腹腔内投与)ともに多数死亡した。実験は予定期間より早めに終了させ検討した。コントロール群とアバスチン投与群では腫瘍の大きさの平均に差異は認められなかった。リンパ節転移は両群とも1匹ずつリンパ節転移を認めた。血管内皮細胞増殖因子であるVEGF抗体で免疫染色を行ったところアバスチン投与群で血管新生が抑制されている傾向がみられた。しかしながら、実験期間中に多数死亡したため明確な結果を得るに足らなかった。死亡した原因を調べたところ、溶解液である生理食塩水である可能性が考えられた。25年度はこのことをふまえ、投与薬剤を調整し、再検討を行っていく予定である。24年度は移植モデルに血管新生阻害薬を投与し、抗腫瘍効果、リンパ節転移、血管新生阻害効果について検索した。その結果、血管新生阻害効果に関しては興味ある傾向が示されている。

一方、血管新生阻害薬と抗癌剤の併用実験は20匹のヌードマウスを用いた予備実験で、実験期間中に17匹が死亡した。そこで、マウスの死亡の原因を調査してから後、25年度に抗癌剤の併用実験を改めて行うこととした。そのため、マウスモデルに使用する予定であった経費、68万円が25年度に繰り越されることとなった。その後、マウスの死亡原因はアバスチンを溶解する溶液に問題があったことが証明されたため、25年度は溶液を変更して併用実験を行う。その他は、予定通り研究が進行してきており、実験結果も順調に得られている。したがって本課題は、当初の予定通りおおむね順調に進展していると考えられた。移植モデルに線維芽細胞増殖抑制剤、血管新生阻害薬を投与し、抗腫瘍効果、リンパ節転移、浸潤について検討する。間質反応についても検討し、線維芽細胞(α-SMA)、血管新生(VEGF-A)、リンパ管新生(VEGF-C)の変化についても観察する予定である。また、移植腫瘍の低酸素状態(HIF-α)、細胞活性(PCNA)についても検討する。これらについて検討することにより移植腫瘍と間質の関係を明らかにしたい。また、抗癌剤と血管新生阻害剤との併用実験を行うため、併用群の移植モデルの実験を行う。その後、上記の検討を併用群についても同様に行い、抗癌剤併用効果を検討する予定である。25年度はヌードマウスを使用し維芽細胞増殖抑制剤もしくは血管新生阻害薬と抗癌剤を併用し投与して、抗腫瘍効果を検討するため、実験に使用するヌードマウスや投与薬剤の購入を行う。また抗腫瘍効果の検討は病理組織学的に行う予定で、免疫染色に使用する各種の抗体および、染色キットの購入も必要である。さらに、抗癌剤併用群のヌードマウス移植モデルの作製は、25年度に繰り越した68万円を使用する予定である。また、国内学会で成果発表する予定であるため、旅費も使用する計画である。
Sufu点突然変異マウスを用いたヘッジホグシグナル転写因子の活性制御機構の解明

ヘッジホグ(Hh)シグナルは、発生での形態形成や発がんに重要な役割を果たすことが知られている。GLIは、Hhシグナルで働く必須の転写因子であるが、その活性制御機構は明らかとなっていない。本研究では、独自に開発した点突然変異マウスの発生遺伝学的解析を行い、新たなGLI転写因子活性制御機構を見出した。さらに、ゲノム編集技術を利用した変異細胞株の解析から、「翻訳再開」を見出した。翻訳再開は、基礎的な翻訳制御による新たな遺伝子発現制御の可能性や、ヒト疾患の解明/遺伝子治療につながる新たな研究分野の創設につながると考える。ヘッジホグ(Hh)シグナルでは、Hhリガンドの情報がSufuなど複数の因子を介し、転写アクチベーターとして働くGli2と転写レプレッサーとして働くGli3に伝達される。近年の研究により、Sufuは、Gli2とGli3の安定化やプロセシング反応に必須である事が明らかとなったが、そのメカニズムは不明である。本年度は、理研ENU誘発マウス突然変異ライブラリーから得られたSufu遺伝子のミスセンス変異SufuT396Iの解析を行った。その結果、以下に具体的内容を示すように、Sufuは、Thr396残基に依存して、Gli3の安定化とプロセシングを特異的に制御する事を見い出した。1、SufuT396Iは、全長のGli3を安定化できず、また、Gli3レプレッサー(Gli3REP)を生成するためのプロセシング反応を仲介する事ができなかった。2、1の結果は、表現型解析の結果からも支持された。すなわち、SufuT396Iホモ胚では、Gli3REP活性により制御される神経管の背腹軸形成や四肢の前後軸形成に異常が観察された。3、一方、in vivoとin vitroのどちらにおいても、SufuT396IによるGli2の安定性や活性の制御に異常は見られなかった。以上のように、Hhシグナルは、SufuのThr396に依存しないGli2アクチベーターを制御する経路と、Thr396に依存したGli3レプレッサーを制御する経路に分岐する事を明らかにした。本年の研究結果により、他のタンパク質との目立った相同性の無いSufuタンパク質の機能を完全に解明するのに近づく事ができた事に加え、Sufuが、正負それぞれの活性を持つGli2とGli3を異なって制御するための足場タンパク質としての役割を果たす可能性を示した。ヘッジホグ(Hh)シグナルでは、Hhリガンドの濃度依存的にGli転写因子群(Gli1, Gli2, Gli3)の活性が制御され、時期や細胞特異的な遺伝子が発現する。複数の細胞内領域で複雑に制御されると考えられているGli活性の制御機構を分子レベルで明らかにするため、H26年度は、以下2つの大きな成果を得た。(1)SufuT396Iは、全長のGli3を安定化する活性と、抑制型Gli3 (Gli3REP)を生成するためのプロセシング反応を促進する活性を失った。(2)一方、SufuT396Iによる活性化型Gli(Gli1とGli2)の制御には、異常は見られなかった。以上の2つの結果を得た。これによって、Gli転写因子活性の制御には、活性化型Gliを制御するThr396を必要としない系と、抑制型Gli3を制御するThr396に依存した2つの経路が存在することを明らかにした(Makino et al. PLoS ONE 2015)。この成果により、他のタンパク質との目立った相同性が無く既知の機能ドメインも認められない全く新しいタイプのタンパク質であるSufuの、Gli活性制御解明に大きく近づいた。2.Gli3は、部分的なタンパク質分解により生成されるN末端断片(Gli3REP)が抑制型の転写因子として機能する。このGli3活性と細胞内局在の関連を明らかにするため、Gli3タンパク質の生体内におけるリアルタイムでの可視化も並行して進めた。H26年度は、全長Gli3とGli3REPを識別できる、Gli3のN末端とC末端に異なったタグを付加した発現ベクターの構築を行った。ヘッジホグ(Hh)シグナル伝達系は、Hhリガンド濃度依存的に細胞の分化増殖を制御し、形態形成や発がんに重要な役割を果たす。GLI転写因子群(GLI1, GLI2, GLI3)は、Hhシグナル最下流で働く必須の因子であるが、活性制御機構は十分には明らかにされていない。本研究では、細胞内でのGLI活性制御機構を分子レベルで明らかにすることを目標とし、以下の大きな成果を得た。1.GLI活性制御するSUFUの機能解明を目指し、SufuT396Iミスセンス変異マウスの発生遺伝学的解析を行った。その結果、転写活性化型GLI1やGLI2と転写抑制型GLI3の活性は、質的に異なった2つの経路により制御されることを明らかにした(Makino et. al. PloS One 2015)。この成果により、他のタンパク質との目立った相同性が無いSUFUタンパク質を介した、GLI活性制御機構の全貌の解明に大きく近づいた。2.細胞内GLI3局在は、複雑に制御されるが、そのメカニズムは明らかではない。本研究では、GLI3タンパク質をHaloタグ等の蛍光タンパク質により標識するシステムを確立した。このシステムを用いることで、リアルタイムなGLI3の可視化と活性制御機構の解明につながる。

3.CRISPR-Cas9システムによるGli3突然変異細胞株において、フレームシフトアレルから翻訳再開機構により、ほぼ全長のGLI3タンパク質が発現することを見出した。この発見は、様々な生物種で広く使われるゲノム編集技術により遺伝子ノックアウトを行う際、塩基配列だけでなくタンパク質発現を確認することの重要性を示す。さらに、タンパク質再翻訳開始機構の解明により、翻訳制御が、セントラルドグマにおける遺伝子発現制御で需要な役割を果たす可能性や、関連するヒト疾患の解明/遺伝子治療の基盤にもつながると考える。ヘッジホグ(Hh)シグナルは、発生での形態形成や発がんに重要な役割を果たすことが知られている。GLIは、Hhシグナルで働く必須の転写因子であるが、その活性制御機構は明らかとなっていない。本研究では、独自に開発した点突然変異マウスの発生遺伝学的解析を行い、新たなGLI転写因子活性制御機構を見出した。さらに、ゲノム編集技術を利用した変異細胞株の解析から、「翻訳再開」を見出した。翻訳再開は、基礎的な翻訳制御による新たな遺伝子発現制御の可能性や、ヒト疾患の解明/遺伝子治療につながる新たな研究分野の創設につながると考える。25年度から続けている、変異型SufuとGliタンパク質との相互作用および活性制御に関する解析を行い、成果を、PLOS ONE誌で発表した。交付申請書の26年度研究計画に記載したGliタンパク質の可視化の研究も進んだ。マウス発生遺伝学交付申請書の通りの方策で研究を進める。27年度には、in vivoでの解析を中心としたGli3活性制御メカニズムの解明及び可視化に取り組む。学会発表および論文発表を目指す。交付申請書の25年度研究計画に記載した、変異型SufuとGliタンパク質との相互作用および活性制御に関する解析を行い、「研究実績の概要」に示した結論を得た。その結果で論文をまとめ、雑誌に投稿した。さらに、26年度研究計画の一部である遺伝学的解析の一部を行った。論文での成果発表およびマウス交配実験を優先して進めたため、分子生物学関連実験試薬の一部の利用がH27年度以降となった。交付申請書の通りの方策で研究を進める。26年度には、in vivoでの解析を中心としたSufuによるGli3REP活性制御メカニズムの解明に取り組む。計画通り、分子生物学関連実験試薬の購入に用いる。マウス交配実験を優先して進めたため、高額な分子生物学関連実験試薬の利用がH26年度以降となったため。また、国際会議発表も実験解析を優先させるため、H26年度に論文採択後、発表予定に変更したので旅費の計画を変更した。次年度は、計画した分子生物学実験を行うため、交付申請書の通りの額を使用する。また、前年度に得たデータを基に、国際学会を含め複数の学会や会議に参加する予定であり、交付申請書の通りの額を旅費に使用する。
床版下面増厚補強設計法および維持管理手法の提案

下面増厚補強工法において用いられる増厚モルタルについて、材料強度と接着面の表面粗さから推定される付着強度に対して水分の影響を関係づけた。下面増厚補強の弱点となる増厚部の端部破壊を防止するため、アンカー筋を配置することを提案し、その耐荷モデルを示した。実物大の橋梁床版に対して輪荷重走行試験を実施し、下面増厚補強効果を検証した上で、押抜きせん断破壊に対する疲労寿命予測式を示した。下面増厚補強工法では、増厚モルタル自身の高い接着性を利用して被補強構造部材と一体化させることを前提としている。補強された部材に荷重が作用すると、その部材が有している耐力に達する前に、増厚モルタルの剥離破壊あるいは、既設部材の主鉄筋に沿った付着割裂破壊を起こすことがある。今年度は、増厚モルタルの付着強度試験を実施するとともに、下面増厚補強はり供試体について、曲げ破壊、増厚モルタル剥離破壊もしくは付着割裂破壊を再現するための疲労載荷試験を行った。実験結果から、以下の知見を得た。・増厚部補強筋量が少ない場合は、既設部主鉄筋が疲労破断する。・増厚部補強筋量が多い場合は、既設部主鉄筋に沿った付着割裂破壊が生じる。・応力振幅の小さい試験では、既設部スターラップが疲労破断する。・主鉄筋およびスターラップの疲労破断に対しては、コンクリート標準示方書の疲労強度式の適用を行った。・付着割裂破壊に対しては、tooth modelを拡張し、耐力の算定方法を見いだした。また、繰り返し荷重の影響については、Goodman型の疲労強度式を適用して、S-N関係を構築した。・以上のことから、本研究のパラメータの範囲内で、増厚部の補強鉄筋量と応力振幅の大きさを因子としたときの破壊モードの推定と疲労寿命の予測方法を見つけることができた。研究実施計画における23年度の目標は以下の2つである。1.種々の増厚モルタルの特性を取り入れた場合の付着強度式の提案2.種々の増厚モルタルを用いた下面増厚補強床版および梁の疲労載荷による増厚部剥離破壊のモデル化1つ目の目標に対しては、基盤コンクリートと靭性モルタル(HPFRCC)のせん断付着強度について,水の影響を調査するための実験を実施した。実験は、要素試験体による静的載荷試験と疲労載荷試験によって行われた。乾燥状態におけるHPFRCCのせん断付着強度は、既往の実験で行われたポリマーセメントモルタルに比べて、静的および疲労ともに若干低下することがわかった。浸水させたHPFRCC供試体においてせん断付着強度を調べたところ、乾燥状態と比較して強度低下が見られなかった。実験データが十分に足りないので24年度に追加実験を行い、モルタル種類および環境条件(水の影響)を取り入れた設計せん断付着強度を提案する。2つ目の目標に対しては、コンクリート強度を変数としたはり部材の載荷実験を行い、増厚部剥離破壊の1種である付着割裂破壊を再現した。実験結果に基づいて、Concrete Tooth Modelによる付着割裂破壊の終局荷重の予測モデルを構築した。また、剥離破壊および付着割裂破壊は脆性的な破壊であるため、防止する必要があると考えられる。これについては、破壊防止アンカー筋を取り付けた供試体を別途用意し、実験の計測結果からアンカー筋が負担する力をConcrete Tooth Model付着割裂破壊モデルに取り込んだ。大きく分けて,実物大の橋梁床版の移動輪荷重による検証実験と割裂破壊(増厚の剥離破壊の1種)を防止するためのアンカー筋の効果を検証するための実験を実施した。その結果、次のことが明らかとなった。(1)下面増厚補強されたRC床版に移動輪荷重試験を行い,押抜きせん断耐力と疲労寿命の定量的な評価を試みた。供試体は,実寸大のRC床版にFRP格子筋を取付け、HPFRCCを吹き付けて作製した。実験変数は,FRP格子筋の格子間隔で100mmと50mmの2種類を用いた。試験結果から以下の知見が得られた。1補強効果を考慮した押抜きせん断耐荷モデルを作成し、疲労寿命の推定方法を提案した。2輪荷重157kN一定載荷としたモデルケースで疲労寿命を比較したところ,補強した場合の疲労寿命は無補強の場合に比べて816倍大きくなるという試算結果が得られた。(2)増厚部端部の割裂破壊を防止することを目的にアンカー筋の補強効果を実験により調査した。実験では,割裂破壊が生じるように設計された増厚補強はりに,底面からアンカー筋を差し込み、エポキシ系樹脂を充填して施工した。実験変数は、アンカー筋の長さ,本数,設置位置とした。1アンカー筋を施した供試体は,すべて割裂破壊が生じなかった。2アンカー筋引張力の比較から,増厚端部に近い位置に取り付けた方が効果的であることがわかった。3既存のトゥースモデルを拡張して,割裂破壊耐力を推定できることを示した。

研究実施計画で立てた2つの目標に対して、概ね順調であるが、2つ目の目標においては十分な実験データが得られていない。24年度において、補足の追加実験(水の影響を調査する要素実験)を行う予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。上記の一連の研究成果から、下面増厚補強工法に用いる材料の選定方法、既存構造物の条件(供用年数、残存強度、荷重条件、環境条件など)と劣化メカニズムとの関連性を整理し、選定された補強材料の組合せによる劣化予測手法を構築し、以下の提案を行う。・性能設計手法における目標性能、照査用応答値と限界値の算定方法および照査法の提示・下面増厚補強設計法および維持管理手法の提示24年度が最終年度であるため、記入しない。
永久磁石材料における重希土類代替元素としてのCeの価数制御法の探索

価数揺動Ceが価数転移点近傍において巨大な磁気異方性を寄与することを見い出した。当初の方針は価数を3価に固定したCeをめざすことだったが、副産物的な発見が結果的に最も有望である。以下の三方向から探索を進め、結論に至った。1) CeCo5の磁気異方性を第一原理から精査しなおし、価数揺動Ceから相当量の異方性が出ていることを確認2) Ce(Co,Cu)5合金(Cu30%)とCeRh3B2の磁化曲線を室温から極低温まで測定し、磁気異方性の強い耐熱性を観測3) Ce(Co,Cu)5合金におけるCeの微視的価数状態を軟X線吸収分光により組成と温度の関数として網羅的に測定、Ce価数状態の傾向を観測。最も安価な希土類元素であるCeを希土類永久磁石化合物において活用することを目指し、3価(磁性)と4価(非磁性)の間で揺らぎがちなCeの価数をいかに3価に固定してCeの4f電子の磁気異方性を活用できるかという限界に挑戦した。希土類永久磁石化合物CeCo5において関連化合物CeCu5がCeの3価極限に位置することに注目し、CoとCu置換系の組成制御により価数制御を実現し、物質合成・理論計算・物性評価の全てのアプローチを複合させることで、Cuの中間濃度領域における4f電子起源の有限温度磁気異方性発現の兆候をとらえた。CeCo5の結晶構造においてCeが3価であれば4f電子は容易面磁気異方性を出す。これがCoの容易軸異方性と競合して起こす有限温度スピン再配列転移を磁気異方性発現のprobeとして活用した。Ce(Co,Cu)5系をCu濃度10%刻みで合成しバルク物性(電気抵抗・比熱)測定を行い、Cu濃度40%-60%において5K前後で有限温度相転移を観測した。第一原理的に構成したスピン模型からは、CeCo5のCe価数制御において10Kオーダーの低温で再配列転移が起きることが予測される。極低温ではあるがCe4f電子の有限温度磁気異方性の予測・観測に成功した。研究の副産物としてCu濃度60%超において重い電子系と呼ばれる特異な電子状態を見出した。希土類永久磁石中におけるCuリッチ相の保磁力への寄与の観点からも興味ある結果である。第一原理計算と動的平均場近似を組み合わせた計算、バルク物性測定、X線吸収分光の全てを用いた。これらの成果の一部は日本物理学会第71回年次大会において発表された。Cu中間濃度領域における磁気異方性とスピン再配列転移、Cu高濃度領域における重い電子系の実現それぞれについて投稿論文を二件作成中である。組成制御の高効率化と関連化合物全体への展開が最終年度の課題である。価数制御を最も確実に実行でき、また過去の希土類永久磁石研究においてintrinsicな保磁力と呼ばれる未知の問題を残しているR(Co,Cu)5(R:希土類)の一点にターゲット化合物を絞り、Cu濃度制御により価数の制御された系における磁気物性解析の深化と方法論開発を進め、3価に十分近づいたCeから極低温ながら磁気異方性を取り出せることがわかった。A)希土類永久磁石関連化合物とB)重い電子系関連化合物の両面からCeの価数の傾向を調べるという当初の計画を単一化合物系Ce(Co_{1-x}Cu_{x})5における組成制御により包括し[i.e. A) x<0.6 B) x>0.6 ]、それぞれについてA)強磁性状態における異方性とB)非磁性状態における特異な重い電子系の発現という結果を得た。B)のために予定しているCeRh3B2の測定解析について、KEKの倉本義夫先生との磁性理論に基づく議論内容をもとに、琉球大学の大貫惇睦先生から試料をいただく合意をとりつけ、有限温度磁気異方性測定に進む段階である。方法論開発について、関連化合物全体にわたり磁気物性の傾向を俯瞰する新しい方法としてマテリアルズ・インフォマティクス(MI)に注目し、所属機関NIMSに昨年度7月発足した情報統合型物質・材料研究拠点、および所属組織元素戦略磁性材料研究拠点と連携し、情報科学・磁性材料研究者のネットワーク構築を行った。2015年10月NEDO主催の日米二極会合においてCe(Co,Cu)系について講演し、米国側から発表のあった合金試料合成・物性測定を高効率に行える3D printerの情報を収集した。Co-Cu比率を連続的に制御し物性を最適化する3D printerの活用を試みる。MIと高効率試料合成・測定を理論計算と連動させ、初年度開拓の方法論を磁石材料関連化合物全体へ展開することが今後の課題となる。希土類永久磁石は電気自動車の駆動部や発電機で使用され、エネルギー問題の解決に資するため、産業応用における重要性が今後ますます増してくると考えられる材料である。永久磁石では磁化と磁気異方性の両方が重要であり、鉄属元素Fe,Coと希土類がそれぞれに寄与する。希土類は希少資源であるが、Ceは特に安価で、一部の化合物では強い磁気異方性を出す。これをFe,Coの強磁性と結合させて高温で磁気異方性を発現させる方向で希土類永久磁石化合物候補の設計指針を探索した。

当初の戦略は重い電子系関連化合物において磁気異方性を出すCeと類似の状況を希土類永久磁石の中において実現することであり、Ceの価数を3価に固定することを目指してCe(Co,Cu)5合金のCuリッチ組成近傍の物性を精査した。初年度の終わりまでには3価Ce由来の容易面異方性とCo由来の容易軸異方性の競合によると考えられるスピン再配列転移を実験と理論計算の両面から低温において確認した。二年目(最終年度)においてCeCo5の磁気異方性を第一原理から再考する過程で価数揺動Ceから異方性が一定強度の寄与を出していることに気が付いた。またCe(Co,Cu)5系の温度・組成面上を網羅的に実験測定し、微視的な価数状態とバルク物性の両面から、価数転移点近傍におけるCeが巨大な磁気異方性を出しこれが高温まで生き残っていることを見出した。参照化合物CeRh3B2の高温磁化曲線測定からも非常に耐熱性の強い磁気異方性が見出された。CeRh3B2測定は関連研究において議論をかわしていた平山悠介氏の協力を得て実施された。希土類から高温磁気異方性を取り出すためには希土類と鉄の磁気的結合を強くすることが重要であることがわかっている。当初めざした3価Ceにおける局在4f電子状態よりも、副産物として得られた価数揺動Ceにおける遍歴気味の4f電子の方が有用であった。価数揺動Ceが価数転移点近傍において巨大な磁気異方性を寄与することを見い出した。当初の方針は価数を3価に固定したCeをめざすことだったが、副産物的な発見が結果的に最も有望である。以下の三方向から探索を進め、結論に至った。1) CeCo5の磁気異方性を第一原理から精査しなおし、価数揺動Ceから相当量の異方性が出ていることを確認2) Ce(Co,Cu)5合金(Cu30%)とCeRh3B2の磁化曲線を室温から極低温まで測定し、磁気異方性の強い耐熱性を観測3) Ce(Co,Cu)5合金におけるCeの微視的価数状態を軟X線吸収分光により組成と温度の関数として網羅的に測定、Ce価数状態の傾向を観測。当初予定していた希土類永久磁石関連化合物全体RT5, R2T14B, RT12, R2T17 [R=希土類T=Fe,Co]にわたり展開し、Ce4f電子起源の磁気異方性の耐熱限界を突破することが今後の課題である。このために二通りの有限温度物性探索経路をとる:1)価数揺動状態からCeの3価極限を目指す当初案と2)価数揺動を逆手にとり、特定の空間軸の方向にのみ価数揺動を誘発させることにより発現する磁気異方性を活用する逆方向からの案である。後者はCeRh3B2の強磁性のメカニズムについてKEKの倉本義夫先生と非公式に続けてきた磁性理論の観点からの議論に基づく。1)磁石関連化合物は一見多岐にわたるもののCeCo5の結晶構造を構成単位とする全てに共通する構造も見られる。Fe/Coからなる3d電子共通基盤の上にCeの4f電子が埋め込まれる際にCeができるだけ3価極限に近づく条件をあぶり出す。初年度に構築した情報科学研究者とのネットワークも最大限に活用する。2)価数揺動を積極的に活用する物質設計の方向として、CeRh3B2の有限温度磁気異方性のメカニズムを価数状態・磁気異方性の温度特性測定と理論計算の両面から調べる。永久磁石化合物中にCeRh3B2様の局所構造を埋め込み、高温磁気異方性に寄与させる物質設計指針を探る。
自己集積性の低分子有機物を吸着剤として使用する含油排水処理技術の開発

本研究は、含油排水処理用の吸着剤として一定の成果を示した自己集積性の低分子有機物を実用化に繋げるため、『分散→吸着→分離→有価物の回収→再生』までの各処理操作における要素技術を抽出し、個々あるいは相互に関連させながら基礎研究を行うことで、高機能化と低コスト化を両立し、既存吸着剤を代替しうる競争力を持つ排水浄化技術を開発することを目的とするものである。2年目は、1年目に引き続き、浄化システム全体の最適化を考える以前に、吸着剤そのものの高機能化を目的として研究を進めた。特に、浄化システム全体の低コスト化の鍵となる「有価物の回収」と「再生」に注力して研究を進めた。排水中の重金属類に特異的に吸着し、アルカリ金属やアルカリ土類金属には弱い吸着力しか持たない低分子有機物を設計をした。これらの分子を組み合わせて自己集積させたナノ構造体を繰り返し使用することで、排水中に存在する極微量の重金属を濃縮させることに成功した。吸着させた重金属はリン酸など試薬による刺激に応答して脱着させることが可能であった。また、重金属以外にも有機物質を吸着していた場合、刺激応答によって生じる自己集積性分子の再組織化に伴い、取り込んだ有機物質が放出されることも確認した。これにより、重金属の回収、有機物質の放出による低分子有機物の再生が可能になると期待できる。ただし、濃縮量は全吸着量の50%程度が限界であること、脱着には高濃度の試薬が必要であることから、引き続き改良を行っていく予定である。これらの結果をまとめて、査読論文1報、解説記事2報、研究発表2件を行った。2年目は、特に浄化システム全体の低コスト化の鍵となる「有価物の回収」と「再生」に注力して研究を進めた。排水中の重金属類に特異的に吸着し、アルカリ金属やアルカリ土類金属には弱い吸着力しか持たない低分子有機物を組み合わせて使用することで、極微量の重金属の繰り返し吸着により濃縮させることに成功した。吸着させた重金属をリン酸など試薬による刺激に応答して脱着させることに成功した。この際に、低分子有機物が再組織化することで重金属以外の有機物質を放出させることも可能となった。これにより「有価物の回収」と「再生」の新規プロセスを創出することに成功した。最終年度は、要素技術としては『分離』の複合化と磁気分離に関して研究を行う。同時に、全ての技術要素を総括して、高機能かつ低コストの排水浄化技術を完成させることを目的として研究を推進する。「複合化」は、分離性と吸着能力向上のため、他吸着材料などとの複合化を検討する。「磁気分離」は、磁性マイクロ粒子上に自己集積性低分子を組織化させることを検討する。これら3年間の基礎から応用までの研究をまとめて、高い吸着能力などの高機能化を目指すと共に、優れた再利用性などシステム全体でコスト競争力をもつ処理技術の構築を行う。1年目は、まず浄化システム全体よりも吸着剤そのものの高機能化に注力した。最初に「分散性の向上」を目的とした基礎研究を行った。分散性を向上させるために、ポリエチレングリコール鎖等の親水基を結合することで表面物性を調整した新規の低分子有機物を合成し、分散性を向上させることに成功した。ただし、修飾前はナノチューブなどの比表面積が高い自己集積型ナノ構造体を形成していたが、修飾後はそれを維持できなかった。分散性が向上すると共に、ナノ構造を形成することで高い吸着性能を維持することが可能な両親媒性分子を更に探索中である。また、エマルションの調整法に倣い、食品添加物など低環境負荷の乳化剤や高分子を併用することで、自己集積型ナノ構造体の分散性を向上させることにも成功した。次に「吸着力の向上」を目的とした基礎研究を行った。特に、これまで能力不足であった水溶性有機物の吸着力を向上するため、新たな低分子有機物の分子設計および合成を行った。その中で、例えば親水部のグリシルグリシンにピリジル基を導入した低分子有機物が、フェノールなどの水溶性有機物に対して高い吸着力を持つことがわかった。また、疎水部としてオレイン酸など不飽和炭化水素を導入することで、芳香族化合物や油脂に対して吸着力が向上することも分かった。これら現時点での研究結果をまとめて論文発表を行った。1年目は浄化システム全体よりも吸着剤そのものの高機能化に注力した。特に「分散性の向上」および「短鎖油脂、水溶性有機物への吸着力を向上」を目的とした基礎研究を行う予定であった。「分散性の向上」を目的とした基礎研究では、ポリエチレングリコール鎖の両親媒性分子への導入や、乳化剤や高分子との併用による分散性の向上に成功した。「吸着力の向上」を目的とした基礎研究では、水溶性有機物の吸着力向上のため、親水部にピリジン基を導入することで、フェノールなどの水溶性有機物への高い吸着力を持たせることに成功した。また、オレイン酸など不飽和炭化水素を疎水部に導入することで、油脂に対しても吸着力を向上させた。おおむね当初の計画通り進捗した。

本研究は、含油排水処理用の吸着剤として一定の成果を示した自己集積性の低分子有機物を実用化に繋げるため、『分散→吸着→分離→有価物の回収→再生』までの各処理操作における要素技術を抽出し、個々あるいは相互に関連させながら基礎研究を行うことで、高機能化と低コスト化を両立し、既存吸着剤を代替しうる競争力を持つ排水浄化技術を開発することを目的とするものである。2年目は、1年目に引き続き、浄化システム全体の最適化を考える以前に、吸着剤そのものの高機能化を目的として研究を進めた。特に、浄化システム全体の低コスト化の鍵となる「有価物の回収」と「再生」に注力して研究を進めた。排水中の重金属類に特異的に吸着し、アルカリ金属やアルカリ土類金属には弱い吸着力しか持たない低分子有機物を設計をした。これらの分子を組み合わせて自己集積させたナノ構造体を繰り返し使用することで、排水中に存在する極微量の重金属を濃縮させることに成功した。吸着させた重金属はリン酸など試薬による刺激に応答して脱着させることが可能であった。また、重金属以外にも有機物質を吸着していた場合、刺激応答によって生じる自己集積性分子の再組織化に伴い、取り込んだ有機物質が放出されることも確認した。これにより、重金属の回収、有機物質の放出による低分子有機物の再生が可能になると期待できる。ただし、濃縮量は全吸着量の50%程度が限界であること、脱着には高濃度の試薬が必要であることから、引き続き改良を行っていく予定である。これらの結果をまとめて、査読論文1報、解説記事2報、研究発表2件を行った。2年目は、特に浄化システム全体の低コスト化の鍵となる「有価物の回収」と「再生」に注力して研究を進めた。排水中の重金属類に特異的に吸着し、アルカリ金属やアルカリ土類金属には弱い吸着力しか持たない低分子有機物を組み合わせて使用することで、極微量の重金属の繰り返し吸着により濃縮させることに成功した。吸着させた重金属をリン酸など試薬による刺激に応答して脱着させることに成功した。この際に、低分子有機物が再組織化することで重金属以外の有機物質を放出させることも可能となった。これにより「有価物の回収」と「再生」の新規プロセスを創出することに成功した。1年目はおおむね計画通り進捗した。2年目は、浄化システム全体の低コスト化の鍵となる『有価物の回収』と『再生』に注力する計画である。特に再生は、廃棄されることが多い無機物や天然高分子、逆洗や酸・アルカリ洗浄で再生される合成高分子膜と、本研究の低分子有機物との一番大きな差異となる部分であり、技術的に最重要の課題となる。その中で、特異的吸着力の向上による油分など有価物の回収、吸着した重金属の金属資源化、一度水処理をした後の吸着剤の洗浄や再組織化等のテーマについて研究を推進する予定である。最終年度は、要素技術としては『分離』の複合化と磁気分離に関して研究を行う。同時に、全ての技術要素を総括して、高機能かつ低コストの排水浄化技術を完成させることを目的として研究を推進する。「複合化」は、分離性と吸着能力向上のため、他吸着材料などとの複合化を検討する。「磁気分離」は、磁性マイクロ粒子上に自己集積性低分子を組織化させることを検討する。これら3年間の基礎から応用までの研究をまとめて、高い吸着能力などの高機能化を目指すと共に、優れた再利用性などシステム全体でコスト競争力をもつ処理技術の構築を行う。
酵素タンパクの戦略的耐熱化・有機溶媒耐性化研究

遺伝子工学的、タンパク質化学的、酵素学的手法を用いて、本研究により次のことを明らかにした1)Family II PPase無機ピロフォスファターゼ(PPase)13種類に共通して存在するKKR配列(枯草菌PPaseでは295Kから297R)前2者のKKは触媒活性中心、特に基質認識に重要であることを明らかにした。また、3番目のRは基質が通過する通路の大きさを整えていると推定された。2)Family IIPPaseは2量体で存在し、サブユニットあたりマンガンイオン3分子が配位していることを明らかにした。3)枯草菌PPaseの2つのドメイン(1-187、193-323)を結ぶヒンジ領域は機能発現に重要であり、189Gはその中でも特に重要な機能を有している。4)Family IPPaseに属する好熱菌PPaseの12個のプロリン残基のうち外部環境接触面に存在するものは機能発現に何の影響ももっていないが、その他の残基はサブユニット間相互作用に多かれ少なかれ影響を有する。特に72番目のプロリンは6量体形成に決定的役割をもっており、その変異体は単量体でしか存在できない。5)酵素タンパク質の安定性・有機溶剤耐性はタンパク分子の(1)外部親水性、(2)内部疎水性と充填性、(3)ヘリックス安定性、(4)サブユニット間相互作用に依存している。大腸菌PPaseの一次構造と、その一次構造が類似している7種の好熱菌PPaseの一次構造と比較し、7種の好熱菌PPaseに共通して保存されているが大腸菌PPaseでは異なっているアミノ酸残基を好熱菌型に置換し、タンパク質の安定化、有機溶剤耐性化向上を目指す事をめざした。現在までF40K,Y57I,P74I,Q80L,S111Eの変異体を作製し、疎水クロマトグラフィーにより電気泳動的に単一な標品を得た。これら標品について酵素学的特性と、変異導入によるタンパクの高次構造に及ぼす影響を現在検討している遺伝子工学的、タンパク質化学的、酵素学的手法を用いて、本研究により次のことを明らかにした1)Family II PPase無機ピロフォスファターゼ(PPase)13種類に共通して存在するKKR配列(枯草菌PPaseでは295Kから297R)前2者のKKは触媒活性中心、特に基質認識に重要であることを明らかにした。これら標品について酵素学的特性と、変異導入によるタンパクの高次構造に及ぼす影響を現在検討している好熱性細菌Thermophilic bacterium PS-3由来の無機ピロフォスファターゼのSer-89(S)をGly(G),Ala(A),Thr(T),Glu(D),Asp(E)に変換し、本残基の酵素タンパクの耐熱性への寄与を検討した。S89G,S89A,S89Tは触媒活性の減少を示したが、野生株と同様70°Cまでしか熱安定性を示さないがS89D,S89Eは酵素活性の上昇と熱安定性(80°C、1時間)の上昇を示した。80°C、1時間加熱後のS89G,S89Aは6量体と3量体の混合物であり、S89Tは6量体、3量体、単量体の混合物であったが、S89D,S89Eは6量体のみであった。次に、同酵素中に含まれる10個のPro(P)残基をAlaに変えた変異酵素を作製しその耐熱性を調べた。変異導入によりP116A以外は70°C,1時間の加熱で3量体あるいは3量体と6量体の混合物に変化し、熱安定性が減少したが、P116Aは6量体であり、熱安定性に変化はなかった。以上のことより、本酵素の熱安定性には、サブユニット-サブユニット間相互作用が大きく寄与していると結論した。

一方、我々は、好熱性細菌酵素と比較のために枯草菌酵素を研究している最中に、枯草菌酵素が1次構造および高次構造からも、活性発現にマンガンイオンを必要とする点からも、今まで知られている酵素と全く異なることを見出したが、本研究でその流体力学的特性明らかにし、さらに、遺伝子工学的手法を用いて活性中心に関与するアミノ酸残基の同定を行い、Arg-295,Lys-296が活性発現に重要な役割を果たしていることを明らかにした。さらに、Lys-297をArgに変化させると酵素活性が3倍上昇することを見出し、現在その原因を検討している。好熱性細菌Thermophilic bacterium PS-3由来の無機ピロフォスファターゼは大腸菌由来の酵素とは異なり、EDTA存在下では酵素活性を示さない3量体で存在し、また、分光学的測定から熱に極度に不安定である。この3量体状態にマグネシウムイオン等二価金属を添加すると3量体二分子が会合して6量体となり、初めて生物活性を発現し、同時に熱安定性を示すようになる。そこで本年はこの二価金属による熱安富性の発現が、二価金属そのものによるためなのか、あるいは、3量体の二量化によるものなのかを確かめた。3量体の二量化にはHis-118とHis-125が深く関与していることが判明しているが、大腸菌酵素ではHis-136とHis-140が6量体形成に重要である。PS-3酵素のHis-125と大腸菌酵素のHis-136は相同の位置に存在するが、大腸菌酵素のHis-140に拒当するPS-3酵素のアミノ酸残基はArg-129である。そこで部位特異的変異法によりArg-129をHisに変換した変異酵素を作成し、その変異酵素の酵素学的性質、タンパク質化単的性質、熱安定性等を測定した。変異導入により酵素学的諸性質はwild type酵素と何ら変わることがなかった。しかし、分子量はマグネシウムイオン非存在下でも約70KDの値を示し、6量体構造をとっている事が判明した。また、マグネシウムイオン非存在下70°C、1時間加熱しても、また、マグネシウムイオン存在下85°C、1時間加熱しても、全く酵素活性は消失しなかった。この事は、本酵素タンパク質の熱安定性は主としてサブユニット-サブユニット間相互作用によりもたらされる事、ならびに、マグネシウムイオン等二価金属の添加により付加的に加えられることが判明した。遺伝子工学的、タンパク質化学的、酵素学的手法を用いて、本研究により次のことを明らかにした1)Family II PPase無機ピロフォスファターゼ(PPase)13種類に共通して存在するKKR配列(枯草菌PPaseでは295Kから297R)前2者のKKは触媒活性中心、特に基質認識に重要であることを明らかにした。また、3番目のRは基質が通過する通路の大きさを整えている推定された。2)Family IIPPaseは2量体で存在し、サブユニットあたりマンガンイオン3分子が配位していることを明らかにした。3)枯草菌PPaseの2つのドメイン(1-187、193-323)を結ぶヒンジ領域は機能発現に重要であり、189Gはその中でも特に重要な機能を有している。4)Family IPPaseに属する好熱菌PPaseの12個のプロリン残基のうち外部環境接触面に存在するものは機能発現に何の影響ももっていないが、その他の残基はサブユニット間相互作用に多かれ少なかれ影響を有する。特に72番目のプロリンは6量体形成に決定的役割をもっており、その変異体は単量体でしか存在できない。
教科教育学の学力論における，教科の内容・活動に固有な非認知的スキルの評価法の開発

J. Heckmanのノーベル経済学賞受賞により非認知的スキル育成の重要性が注目され,我が国では学校教育法に学力「主体的に学習に取り組む態度」が明記された。学校教育では,認知的スキルと非認知的スキルをバランスよく育成することが意図されているが,現状では認知的スキルが偏重がちである。この学力観を変革するため,各教科の内容・活動で育成される非認知的スキルを評価する方法の開発が求められている。そこで,本研究は,教科の内容・活動に固有な非認知的スキルの評価法を開発することを目的とする。本研究の目的「教科の内容・活動に固有な非認知的スキルの評価法の開発」の達成は,次の2ステップで進める。目的I:教科の内容・活動に固有な非認知的スキルを子どもの姿から測定する尺度の開発目的II:尺度による測定値に基づいて非認知的スキルの評価を階層化する方法の開発2018年度は,目的1「教科の内容・活動に固有な非認知的スキルを子どもの姿から測定する尺度の開発」に関して,非認知的スキルの育成や評価に関する課題の多い「中学校数学科」に着目し,その内容・活動に固有な非認知的スキルの尺度開発計画を立て,その計画にそって,中学校数学科の内容(「正の数・負の数」)に固有な非認知的スキルについて中学校教員を対象とする調査を実施し,その結果に関する統計的な分析に基づいて尺度を試作するとともに,次年度に向けて,質問項目の選定・追加・改善など,改善すべき課題を特定した。本研究の目的を達成するために,次の二つの下位目標を設定した。目的I:教科の内容・活動に固有な非認知的スキルを子どもの姿から測定する尺度の開発目的II:尺度による測定値に基づいて非認知的スキルの評価を階層化する方法の開発このうち,目標I「尺度による測定値に基づいて非認知的スキルの評価を階層化する方法の開発」に関して,2018年度の研究実施計画を概ね達成できているため。目的I:教科の内容・活動に固有な非認知的スキルを子どもの姿から測定する尺度の開発目的II:尺度による測定値に基づいて非認知的スキルの評価を階層化する方法の開発このうち,目標I「尺度による測定値に基づいて非認知的スキルの評価を階層化する方法の開発」に関して,中学校数学科の内容として「正の数・負の数」に加え,「比例・反比例」等についても,中学校教員を対象とする調査を実施し,その結果に関する統計的な分析に基づいて尺度を試作する。
歯科と看護職の連携による在宅高齢者の口腔ケアの評価・実践・支援システムの構築

歯科医療機関と看護職の連携による在宅高齢者の口腔ケアの評価・実践・支援システムの構築の研究。本研究では、在宅で生活し、通所介護・短期入所生活介護サービスを利用している要介護高齢者に対し、地域の歯科医療機関と連携し口腔衛生状況の評価を行う。評価結果に応じて歯科医師・歯科衛生士・看護師が連携して、本人及び家族・口腔ケアを支援するスタッフに口腔衛生に関する情報提供・指導・口腔ケア実施を行い在宅要介護高齢者の口腔衛生状況の改善に向けたケアを実践する。実践の効果を肺炎の原因となる口腔内細菌数の変化・口腔衛生状況・口腔ケアを支援するスタッフの意識の変化から検証し、口腔ケアの支援システムの構築を検討する。
癌関連繊維芽細胞 (CAF) が惹起するワールブルグ効果の本質的解明

本研究は、90年以上前から現象として知られてきたワールブルグ効果の分子機序をエクソソームを介した癌-間質間相互作用の観点から解明することを目指す。申請者はこれまでに腎癌由来の癌関連線維芽細胞から分泌されるエクソソームに多量のグルコース供給関連分子群が含まれることを示唆する知見を得ており(未発表データ)、このことからがん細胞の高い増殖能を維持するために必須となる大量のグルコースは癌微小環境中のCAFが供給源であり、その輸送はエクソソームを介して持続的に行われるという仮説を立て本研究を遂行している。当該年度において申請者は腎癌の手術切除検体ならびに非癌部正常組織25例からCAFならびにNFを選択的に培養し、それらに由来するエクソソームの精製を完了した。今年度は引き続き当初の計画に従い研究を遂行していくことを予定している。すでに必要十分な臨床検体を得ており、癌関連線維芽細胞の培養ならびにエクソソームの単離状況も順調に進展している。これまでに得た臨床検体を用い、引き続き解析を遂行する。経過は概ね順調であり、当初の計画に沿って解析を進めていく。本研究では、癌関連線維芽細胞(CAF)由来エクソソームが、癌のワールブルグ効果の維持に必須なグルコースの供給源となっていることを分子生物学的に証明することを目的とする。本研究から得られる成果は、癌のワールブルグ効果のメカニズムを本質的に解明するとともに、新しい機序の癌分子標的治療薬の開発に繋がる可能性があり、極めて意義が大きい。本研究は2年度内に「CAF由来エクソソームに含まれる大量のグリコーゲンが近接癌細胞の嫌気的解糖に利用され、生存に必須であることの分子生物学的検証」を実施する計画である。しかし、平成29年度5月より、申請者の出産に係る産前産後休暇ならびに育児休業のため研究を中断している。研究中断前までに、当初の29年度の計画のうち、腎癌切除組織を用いたCAF培養系の確立までを完了した。癌組織中の線維芽細胞(CAF)は組織片培養法により単離した。組織片培養法は、線維芽細胞の高い遊走能に基づき既に確立された手法であり、具体的には腎癌手術検体組織を滅菌カバーガラスで固定して培養ディッシュ上で培養し、癌組織内から遊走してくる線維芽細胞を培養ディッシュ上で増殖させる。本法により、遊走能を持たない他の細胞の混入が抑えらえれ、CAFを選択的に培養することができる。単離した線維芽細胞についてCAFマーカーとして知られるα-SMAならびにVimentin染色を行いCAFとしての活性を確認するとともに、CAFの培養上清中からエクソソームを回収し定量するところまでを完了している。引き続き、30年度-31年度の2年間において、当初の研究目的を達成していく。申請者の出産のため研究を中断しているが、研究中断前までの進捗は順調である。引き続き30年度-31年度の2年間において、当初の研究計画を十分に達成することができると考えている。当初29年度に計画した、1CAF由来エクソソーム精製法の確立、2CAF由来エクソソームの取り込みと、レシピエント癌細胞の生理応答について解析する。経過は概ね順調であり、当初の計画に従い研究を推進する。申請者の出産に係り、研究を中断したため。物品費ならびに旅費の使用が当初予定よりも少なかったため。次年度の消耗品等購入により使用する予定である。
アラビア湾岸における先史・古代文化の交流

本年度は、昨年度実施された現地調査研究において得られたデータを整理・分析し、その結果を取り纏めた。1.バハレーン国ブーリ古墳群昨年度、バハレーン国ブーリ古墳群で、高塚式古墳2基の発掘調査を行った。これらはRー1及びRー2号と呼ばれる典型的な円墳で、バハレーンの古墳群の中では、Rー1は小型、Rー2はやや大型の部類に属している。本年度は、この時に得られた写真・図面等の資料を整理・分析した結果、概ね次のようなことがわかった。まずRー1は径約9メートルを測る比較的小型のマウンドであったが、発掘の結果、径6メートルの石積みの環状周壁をめぐらし、その中心部にT字型の石室を設けた古墳であることがわかった。石室内部の一隅で人骨が発見されたが、副葬品はなかった。造営直後に盗掘された可能性が高い。石室の主軸はほぼ東西で、外部との連絡通路をもたない型式である。前3千年紀のバルバル文化に典型的な、古墳の一典型を示しており、その構造が詳細にわたり解明されたことは重要である。次にRー2であるが、従来、古代の支配者階層の墓とされてきた、ブーリ古墳群でも有数の規模をもつ墳墓である。現状は径18メートルの円形のマウンドであったが、調査の結果、径約12メートルの環状周壁をめぐらし、その中心部に1対のアルコーヴをもつT字形の石室を設けた古墳であることがわかった。造営直後と思われる盗掘の被害を被っていたが、墓そのもの及び被葬者の人骨はほとんど無傷であったため、この種の古墳の構造解明に関して大きな知見が得られた。特記すべきは、墳頂付近から石室に通じる竪穴式羨道が設けられている、いわゆるシャフト墓の構造がほぼ明らかになったことである。2.カタル国ウンム・ル・マア積石塚群昨年度、カタル半島西海岸に所在するウンム・ル・マア積石塚群の調査を実施した。2基の積石塚Jー1及びJー2の発掘を行ったほか、30年ほど前にデンマーン隊によって発掘されながら詳細が未報告である積石塚10基を発見し、内9基を再調査した。ウンム・ル・マアの積石塚はいずれも埋葬施設であり、主体部の種類には石室、石棺、小竪穴などがある。主体部型式の検討及び出土品の検討によると、ウンム・ル・マアの積石塚の造営は、上限が青銅器時代、下限がイスラーム時代直前という非常に広い年代幅の中にプロットされる。カタル半島にはウンム・ル・マア以外にも相当数の積石塚群が知られているが、今後の研究によって、バハレーンを中心とするバルバル文化とオマン半島を中心とするウンム・アン・ナール文化の中間に、もう一つの未知の文化が所在したことを証明する糸口になる可能性が生じてきた。