hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メゾスケール3次元観察のための次世代電子線トモグラフィー法の開発

本年度は、高コントラスト(HC)走査型ポールピースを電子顕微鏡に実装し(改造JEM-2200FS)、この顕微鏡に対して、新たに開発する「磁場制御型Ωフィルター」を組み込むことで、装置のアップデートを完了した。透過型電子顕微鏡法(TEM)と計算機トモグラフィ(CT)を組み合わせ、材料の内部構造をナノメートル(nm)スケールで3次元可視化できる電子線トモグラフィー法(Transmission Electron Microtomography, TEMT)に注目が集まっている。本研究の目的は、メゾスケール(nmとμmの間のスケール)の3次元観察が可能な"被写界深度が深い"光学系を備えた次世代のTEMTを開発することである。通常、TEMTでは試料(板状試料)を70°程度まで傾斜させ多数の透過像を撮影する。試料の傾斜に伴い、入射電子線に対する"実効的な"試料厚みは増加し、従って、本申請のように数μmの試料の3次元観察を可能とするためには、被写界深度の深い長焦点光学系を実現することが必須となる。本申請の全ての検討・開発項目は、いかにして被写界深度の深い明るい光学系を実現するか、という一点に集約されていると書いても過言ではない。3年の研究期間を通して、長焦点光学系を実現するための高コントラスト走査型ポールピースと高感度検出器などの開発を行い、これらを実際に電子顕微鏡に組み込んだ。また、試料内での電子の多重散乱による(=色収差による)像のボケを低減するために「磁場制御型Ωフィルター」も電子顕微鏡に組み込んだ。この新型電子顕微鏡において、被写界深度の実測(実測で数μmを実現)、長焦点光学系による走査電子ビームの収束角度の実測、走査系の動作プログラムの開発、明るい光学系の実現のためのレンズパラメーターの最適化、検出器の高感度化など様々な装置開発・改良を行い、上に述べた「被写界深度の深い明るい光学系」を実現した。さらに、この新型顕微鏡を用いて厚み数百nm数μmの複数の高分子試料の3次元観察を行ったところ、3次元画像の分解能は試料の厚みとともに劣化するものの、2μm程度の厚みの高分子試料の観察は可能であること、数nm程度の分解能を保った状態での3次元観察は0.5μm程度が限界であること、などの上重要な知見を得ることができた。
細胞増殖因子ポリアミンの機能解明とその濃度調節機序

細胞増殖因子ポリアミン(プトレスシン、スペルミジン、スペルミン)の機能解明とその濃度調節機序解明を目指して研究を行った。その結果、1)大腸菌の5種の蛋白質がポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうけ、生存率維持に働くことを明らかにした。2)ポリアミンによる脳機能調節に関して、NMDA受容体調節領域(R domain)上のスペルミンとイフェンプロジルの結合部位を同定し、これらの結合によるR domainの構造変化を解析した。また、脳機能障害に深く関与するポリアミン代謝物アクロレインの細胞障害機序を解析した。3)大腸菌の2種のプトレスシン輸送系の生理機能を明らかにした。1.ポリアミンは主としてRNAと結合し、その構造を変化させることにより特定蛋白質合成を翻訳レベルで促進する。これまでに大腸菌で11種の細胞増殖に関連する蛋白質及び3種の生存率上昇に関わる蛋白質がポリアミンにより合成促進をうけることを明らかにし、これらの蛋白質をコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと命名した。細菌は飢餓ストレスにさらされると、バイオフィルムを形成する。代表的なものに、歯垢、排水溝のぬめり、カテーテル内に形成される黄色ブドウ球菌のコロニー等がある。今年度、大腸菌のバイオフィルム形成能に対するポリアミンの効果を調べた結果、定常期においてポリアミンが細胞内に蓄積すると、バイオフィルム形成が著しく上昇することを見出し、バイオフィルム形成制御に関わる二成分情報伝達系のレスポンスレギュレーターであるUvrYとCpxRがポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうけることを見出した。さらに蛋白質合成に必須なribosome recycling factor (RRF)が生存率上昇に必須なポリアミンモジュロンであることを見出した。さらにUvrY、CpxR及びRRFのポリアミンによる合成促進機構と生理機能を明らかにした。2.ポリアミンの酸化分解により生じるアクロレインは強い細胞毒性を示し、特に蛋白質を不活化する。細胞障害を引きおこす際にどの蛋白質がアクロレイン抱合をうけ不活化されるかをマウス乳がん由来FM3A細胞を用いて検討したところ、glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH)がアクロレイン化をうけ、更に活性中心のCys-150及びCys-282がアクロレイン化アミノ酸残基であることを見出した。GAPDHがアクロレイン化されると、核に移行し、アポトーシスを引きおこすことが明らかとなった。これらの蛋白質をコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと命名した。本研究では、大腸菌の緊縮応答因子であるppGppの合成と分解に関わるSpoTと、ppGppの機能発現に関わるRpoZをコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと同定した。さらに、定常期においてポリアミンによりバイオフィルム形成が上昇することを見出し、二成分情報伝達系のレスポンスレギュレーターであるUvrYとCpxRがポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうけることを見出した。従って、ポリアミンは細胞増殖ばかりでなく、細胞生存率維持にも寄与することを明らかにした。2.真核細胞において、ポリアミンモジュロン遺伝子4種を同定している。翻訳因子eEF1Aもポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうけることを見出した。そのmRNA中に、18S rRNAとの相補配列が見つかり、これをeukaryotic Shine-Dalgarno (eSD)配列と命名した。さらにその他のmRNAにもeSD配列が存在し、原核細胞と同様に翻訳効率に重要であることを見出した。eEF1A mRNAではeSD配列と開始コドンAUGとの距離が離れているため、ポリアミンにより合成促進されることを明らかにした。3.ポリアミンの酸化分解により生じるアクロレインは強い細胞毒性を示すが、Neuro-2a細胞をアクロレインに暴露することにより、アクロレイン毒性が半減した耐性株を分離した。この耐性株ではグルタチオン量が約2倍上昇しており、グルタチオンがアクロレイン毒性を低下させる主成分であることを明らかにした。アクロレインは特に蛋白質を不活化する。FM3A細胞を用い、glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH)がアクロレイン化をうけることを見出した。GAPDHがアクロレイン化されると、核に移行し、アポトーシスを引きおこすことを明らかにした。これまでに大腸菌で11種の細胞増殖に関連する蛋白質及び1種の生存に関わるribosome modulation factor (RMF)がポリアミンにより合成促進をうけることを明らかにしてきた。今年度は大腸菌の緊縮応答因子であるppGppの合成と分解に関わるSpoTとppGppの機能発現に関わるRpoZがポリアミンにより翻訳レベルで合成促進されることを見出した。

ポリアミンによる合成促進メカニズムは、spoT mRNAの開始コドンがAUGではなく、非効率的なUUGであるためであった。また、rpoZ mRNAの場合は翻訳開始に重要なShine-Dalgarno (SD)配列と開始コドンAUGとの距離が離れていることに起因することを明らかにした。ポリアミン非存在下では細胞生存は著しく低下するが、ポリアミン非存在下でもSpoTとRpoZを過剰発現できるプラスミドを導入することにより、細胞生存率の顕著な上昇が認められ、SpoTとRpoZが細胞生存率に大きく寄与することを明らかにした。2.ポリアミンの酸化分解により生じるアクロレインは強い細胞毒性を示すが、マウス神経芽細胞腫Neuro-2aをアクロレインに暴露することにより、野生株に比べアクロレイン毒性が半分に軽減した耐性株を分離した。この耐性株ではグルタチオン量が約2倍上昇しており、細胞内ではグルタチオンがアクロレイン毒性を低下させる主成分であることが明らかとなった。そのメカニズムとしては、2種のグルタチオン合成酵素(γ-グルタミルシステインリガーゼとグルタチオン合成酵素)量が上昇しており、両酵素発現の転写因子であるc-Jun及びNF-&#61547;B p65のリン酸化の上昇によることが明かとなった。ポリアミンの生理機能解明に関し、ポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうける遺伝子の同定が大腸菌で順調に進行し、現在酸化ストレスに対するポリアミンモジュロンの同定を進めている。真核細胞でも翻訳因子eEF1Aのほかに時計遺伝子を見出した。eEF1A合成のポリアミンによる合成促進メカニズムはeEF1A mRNAの18S rRNAとの相補配列の位置が他のmRNAと異なっているためであることを見出しており、詳細に検討する予定である。ポリアミン輸送系に関しては、大腸菌の2種のプトレスシン輸送系(PotFGHI及びPuuP)の性質と特徴に関して明らかになりつつある。ポリアミンの生理機能解明に関し、ポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうける遺伝子の同定が大腸菌でほぼ完了し、真核細胞でもeEF1Aを見出し、そのメカニズム解明が順調に進んでいる。アクロレインの細胞毒性機構解明もアクロレイン化蛋白質を同定し、アクロレイン化アミノ酸の同定にも成功し、順調に進んでいる。細胞内濃度調節機序解明も、プトレスシン取り込み系の生理的役割を明らかにしている。大腸菌では、ポリアミンが結合して構造変化を起こすことにより、翻訳レベルで合成促進を起こすRNA構造が同定されてきた。この構造変化を分子レベルで更に明らかにするためNMR等により構造解析を行う。また、真核細胞でも同様なメカニズムでポリアミンが翻訳を促進するかどうか、mRNAに特徴があり、細胞増殖・分化に重要な遺伝子をポリアミンモジュロンとして同定する。
ファインケミカルズ合成の環境調和性を目指す固体触媒に関する研究

ファインケミカルズ合成の環境調和性を目指す固体触媒の研究を行った。2種類の構造誘起剤メソポーラス材料を誘導するトリメチルセチルアンモニウム及びベータゼオライトを誘導する水酸化テトラエチルアンモニウムを同時に存在させることによりメソポーラス材料(Al-MCM-48)にゼオライト骨格を導入したAl-MCM-48-BEAの合成に成功した。本材料は、ゼオライト骨格に由来するミクロ孔とメソ孔が共存し、優れた耐水熱性及び機械的強度を兼ね備えることが分かった。この触媒を用いてビタミンKの高収率合成に成功した。環境問題の高まりと共に、環境負担の削減が不可欠との認識が高まり、これらのグリーン化学的製造方法の確立が急務と認識される様になってきた。特に、一品種としては少量であるとしても総量として環境負担が大きいファインケミカルズ及び大量生産を基盤技術とする石油及び石油化学におけるプロセス転換が大きな課題である。本研究は、この一環として、硫酸等の液体酸を触媒とする酸触媒プロセスの固体触媒化を採り上げる。特に、嵩高い有機物の関与する有機合成反応に着目し、比較的大きい細孔径を有するメソポーラス材料及びゼオライトの触媒機能を検討し、固体酸触媒が備えるべき条件を明らかにすることを試みた。主なる成果を以下に示す。1.ベータゼオライトのナノサイズ化に関する検討を行うために、ベータゼオライトが生成することが知られているSDAである水酸化テトラエチルアンモニウム(TEAOH)に界面活性剤である臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTMABr)の添加効果を検討し、適量のTEAOHにより30-100nmの均一なベータゼオライト結晶を得た。本ゼオライトの外表面酸点の触媒機能を評価するために、1-オクテンのアルキル化をsc-CO_2媒体中で行い、粒子径と反応活性が反比例することがわかった。このことは外表面酸点の有効性を示すものである。2.2-3nmの細孔が特長のメソポーラス材料にゼオライト構造を導入し、水熱安定性、機械的強度の改善と固体酸性を併せ持つAl-MCM-48-BEAの合成に成功した。この材料は、ゼイライト細孔であるミクロ細孔を併せ持つメソポーラス材料であることが129-Xe-NMR及びFT-IRによる検討で明らかになった。また、この材料は、水熱安定性、機械的強度の改善と固体酸性を併せ持つことが確認された。4.各種12環及び14員環ゼオライトによるアルキル化における形状選択性に関し、第12回日韓触媒シンポジウムで発表した。これまでの結果を総合論文としてまとめた。環境問題の高まりと共に、環境負担の削減が不可欠との認識が高まっている。この問題を解決するために、一品種としては少量であるとしても総量として環境負担が大きいファインケミカルズ及び大量生産を基盤技術とする石油及び石油化学におけるプロセス転換等のグリーン化学的製造方法の確立が急務になっている。本研究は、この一環として、硫酸等の液体酸を触媒とする酸触媒プロセスの固体触媒化を採り上げた。特に、嵩高い有機物の関与する有機合成反応に着目し、メソポーラス材料及びゼオライトの触媒機能を検討し、固体酸触媒が備えるべき条件の明確化を試みた。1.メソポーラス材料にゼオライト構造を導入し、水熱安定性、機械的強度の改善と固体酸性を併せ持つAl-MCM-48-BEAの合成に成功した。この材料は、メソ細孔とゼイライトの特徴であるミクロ細孔を併せ持ち、水熱安定性、機械的強度および固体酸性が高いことが確認された。2.Cage型細孔を有する一次元12員環ゼオライトSSZ-60の合成を行った。テンプレートとしてN-ethyl-N-(3,3,5-trimethylcyclohexyl)pyrrolidinium hydroxide ([ETMCHP]^+OH^-)を用いた。この際、cis and trans比に大きく依存し、等量混合物のみがSSZ-60を生成した。3.SSZ-60を用いた多環芳香族炭化水素、ビフェニル(BP)およびナフタレン(NP)のアルキル化を試みた。BPのアルキル化においてはイソプロピル化では形状選択性が観測されなかったが、嵩高いアルキル基を生成する1-ブテンおよび2-メチルプロペンを使用したsec-およびtert-ブチル化においては最も小さい異性体である4,4'-sec-および4,4'-tert-ブチルビフェニルの選択率が向上し、形状選択性が発現した。同様の結果がNPのアルキル化においても観測された。これらの結果は、ケージ構造に基づき比較的大きな細孔を有するSSZ-60の特徴であり、形状選択性がゼオライト細孔内における立体的相互作用により発現することが裏付けられた。4.12環及び14員環ゼオライトによる多環芳香族炭化水素のアルキル化における形状選択性に関する総合論文としてまとめた。

今年度は最終年度にあたるので、これまで得られた成果の取りまとめを行った。1.塩基触媒機能を調べるために、高い塩基性を示すセシウム塩を中心に検討した。γ-アルミナを担体とする酢酸塩及び炭酸塩を500-700°Cで焼成したところ炭酸セシウムとして存在した。しかし、硝酸塩は、500°C焼成でも安定に存在し、700°C焼成で一部炭酸塩を生成するが、大部分はアルミナとの塩を生成した。マロン酸ジメチルとアクリル酸エチルのマイケル反応における触媒活性を測定した。炭酸塩は非常に高い触媒活性を示すが、硝酸塩はほとんど活性が無いことがわかった。また、反応中に生成する重質成分は焼成再活性化により触媒機能が回復した。2.触媒機能を最大に発揮されるために、超臨界CO2(sc-CO2)の機能をイソブチルベンゼンのイソプロピル化において検討した。炭化水素溶媒を使用する触媒反応に比べて触媒活性低下の原因であるコーク生成が抑えられ、低温においても高い活性を有した。特にモルデナイト(MOR)触媒を使用するイソブチルベンゼンのイソプロピル化では、炭化溶媒中に比べてp-イソブチルクメン生成活性及び選択性が優れていた。3.ランタニド酸化物で修飾したMOR触媒によるナフタレンのイソプロピル化反応を検討した。CeO2及びSm203は高担持量でも活性を示したが、La203、Pr203等では、担持により急速に活性を失った。300°Cにおける2,6-選択性はCeO2では60%であったが、Sm203では70%に達した。CeO2は外部酸点を不活性化するが、MORの有効細孔径には影響がない。Sm203では外表面酸点の不活性化共に、細孔径が制御されると考えられた。4.ゼオライト骨格を有するメソポーラスアルミノシリケートのゼオライト構造を知るために、製造方法の異なるいくつのメソポーラスゼオライトを調整し、低圧におけるN2吸着を検討した。ゼオライトに基づく吸着は認められ、ゼオライト構造が存在することが確認された。
住民参加による身近な都市環境の調査とアメニティ評価

研究成果の概要(600-800字)1.住民の環境調査から明らかにされた事項は以下の通りである。(1)地域の大気汚染(NOx)状況として、常に高汚染地点(幹線道路の交差点)と低汚染地点(緑地や路地)の存在が確認された。また、路地や植生の存在が汚染濃度の逓減に役立つことが明らかとなった。(2)地域の夏季の温度環境として、常に高い気温になる地点(幹線道路の交差点)、気温が比較的高くない地点(緑地や路地)が明らかにされた。特に、緑地のなかでは放射熱の影響が少ないことが気温の上昇を防いでいた。しかし、緑地のなかといえども、樹木を欠くコンクリート舗装の部分が広いと、幹線道路並みの高温環境ができて、快適性を大きく損ねてしまうことが明らかとなった。(3)住民の感性による環境の現場評価は、再現性に優れ、感度が高く、写真による景観評価では得られない信頼性を持つことが明らかとなった。(4)住宅密集地では特に、井戸は防災やコミュニティ維持に重要な役割を果たすが、その維持には意識的なケアーが大切であることが確認された。また、大規模地下開発は、近隣だけでなく、数百メートル離れた井戸の水位変動に影響することがわかり、逆により近くの井戸に影響しないこともあり、水脈の把握の重要性を物語っていることがわかった。(5)以上の事実から、生活環境としての路地や緑地の環境上の意義を確認することができた。2.住民による環境調査および評価の可能性は、能力的には確かめられたが、継続性という点では、他に仕事を持っている住民を支援する研究者やボランティアのシステムが必要となることが指摘できる。1.身近な環境の簡易測定法の検討(1)気温・湿度の簡易測定法住民や生徒が野外などの身近な気温の測定に用いる、安価で持ち運びが容易で精密測定が可能な温湿度測定器具(乾湿計)を、精密水銀温度計、11の牛乳紙パック空き箱および団扇を用いて作成した。(2)大気汚染の簡易測定法について本研究対照地域の住民が使用している大気汚染の簡易測定器具である天谷式旧カプセルのばらつきテストを行なった結果、野外ではばらつきが大きいこと、同一地点で複数個で測定して平均値を用いると、地点による傾向比較は可能であることが明らかとなった。2.身近な環境調査の試行住民による大気汚染、夏の気温、地下水(井戸水)の調査を試行した。その結果、測定項目が多かったり分析に時間がかかるものは、専門の研究者・学生などの支援体勢が不可欠であることが明らかとなった。また、東京学芸大学など市街地で、大気中の乾性・湿性降下物モニタリングを行ない、大気汚染物質の道路からの寄与を示唆するデータを得たので、住民が測定可能な手法について次年度に引き続き検討したい。3.アメニティ評価の試行調査対象地域の大公園である上野公園について、住民等による実施踏査による地点環境評価と、学生による写真を用いた評価を試行した。両者では、歴史性や騒音などに評価の差異が現われた。1.身近な環境の簡易測定法の検討(1)気温の簡易測定法前年度試行した気温測定用具の制度を、実験的にアスマン乾湿計で検定した結果、誤差がほとんどなく、実用に十分たえることがわかった。2.身近な環境調査の実施(1)大気汚染と住環境との関係交通量の多い道路と、そこから派生する路地および道路に接する植樹帯のある公園における大気汚染物質(NOX)の濃度を簡易法で測定した結果、路地では大気汚染物質(NOX)の濃度が20%程度、また道路際の植樹の近傍では50%程度減衰していて、建物や植樹の効果が顕著であることがわかった。(2)水環境についての啓発住民を対象に、地域にある井戸水の効き水会を実施し、日常的に好まれている井戸の水が高い評価を得た。

また、地域の水域の浄化のため、自治体による浚渫工事の前後の水質モニタリングを行った。(3)アメニティ評価の試行前年度行った上野公園の地点評価の方法を既存の手法と比較するため、写真による地点評価の試行を複数回行なった。その結果、写真では海により個々の地点の評価のばらつきが大きいこと。被検者への情報が限定されること、歴史性などが伝わりにくいことが明らかとなった。また、現場でも写真でも、評価の高い地点において安心感が高い相関で出現することは、安心感が地点評価の基準となっていることを示唆している。1.住民の環境調査から明らかにされた事項は以下の通りである。(1)地域の大気汚染(NOx)状況として、常に高汚染地点(幹線道路の交差点)と低汚染地点(緑地や路地)の存在が確認された。また、路地や植生の存在が汚染濃度の逓減に役立つことが明らかとなった。(2)地域の夏季の温度環境として、常に高い気温になる地点(幹線道路の交差点)、気温が比較的高くない地点(緑地や路地)が明らかにされた。特に、緑地のなかでは放射熱の影響が少ないことが気温の上昇を防いでいた。しかし、緑地のなかといえども、樹木を欠くコンクリート舗装の部分が広いと、幹線道路並みの高温環境ができて、快適性を大きく損ねてしまうことが明らかとなった。(3)住民の感性による環境の現場評価は、再現性に優れ、感度が高く、写真による景観評価では得られない信頼性を持つことが明らかとなった。(4)住宅密集地では特に、井戸は防災やコミュニティ維持に重要な役割を果たすが、その維持には意識的なケアーが大切であることが確認された。また、大規模地下開発は、近隣だけでなく、数百メートル離れた井戸の水位変動に影響することがわかり、逆により近くの井戸に影響しないこともあり、水脈の把握の重要性を物語っていることがわかった。(5)以上の事実から、生活環境としての路地や緑地の環境上の意義を確認することができた。2.住民による環境調査および評価の可能性は、能力的には確かめられたが、継続性という点では、他に仕事を持っている住民を支援する研究者やボランティアのシステムが必要となることが指摘できる。
軟部悪性腫瘍に対する5-ALAを用いた超音波力学療法

軟部悪性腫瘍希少癌であり、かつ50以上の組織型から成るため、治療の確立、治療評価そのものが非常に困難な疾患群である。現在手術治療が唯一有効な治療であるが、再発率が高く、有効な治療法の確立が望まれる。近年、がん細胞特異的に取り込まれやすい5-ALAなどの超音波感受性物質の投与後、がん局所に超音波照射を行う超音波力学療法によるがん治療が注目されてきている。がん組織に薬剤を集積させ、病巣に集束的に照射を行う。今回、軟部悪性腫瘍に対する5-ALAを用いた超音波治療のの有効性を検討することを目的とした。頻度が高い軟部悪性腫瘍の組織型を用いて、vitroおよびvivoでの超音波照射による効果を検討する。
Ｕｒｏｃｏｒｔｉｎ２の子宮内膜症における発現と病態への関与の解析

Urocortin 2(Ucn 2)の子宮内膜症の増殖における役割を検討する目的で、ラットおよび子宮内膜症患者において、子宮および子宮内膜症性嚢胞におけるUcn2の発現と末梢血および腹水中のUcn2濃度を検討した。ラットUcnは子宮内膜腺管上皮に多く発現し、そのmRNA発現量はエストロゲンによって抑制された。一方、ヒトでもUcn 2 mRNAは子宮内膜症組織で発現していた。I期およびIII期以上の子宮内膜症患者と対照においてUcn 2濃度は血中では有意差はなかったが、腹水中ではIII期以上で有意に上昇していた。以上よりUcn 2は子宮内膜症の病態に何らかの関与をしている事が示唆された。子宮内膜症におけるウロコルチン2 (Ucn 2)測定の臨床的意義を探るため、昨年度に引き続きラットを用いた正常子宮におけるUcn 2の発現動態の解析を行った。卵巣摘除ラットへのエストロゲンの補充により子宮でのUcn 2 mRNA発現量と組織含量が低下した。同様の発現量の低下はエストロゲン受容体αアゴニストによりもたらされたが、エストロゲン受容体βアゴニストでは変化が無かったことから、エストロゲンによるUcn 2発現の抑制はエストロゲンα受容体を介した反応であることが明らかになった。Ucn 2は子宮のみならず肺や骨格筋、副腎などでもみられるがエストロゲンによる発現抑制は子宮特異的であることも明らかになった。Ucn 2はCRF-R2の特異的リガンドであり、CRF-R2は子宮においてもその発現がみられる。Ucn 2と異なり、子宮のCRF-R2発現量は加齢や性周期、卵巣除去、エストロゲンの補充による変化はみられなかった。以上の結果より、子宮のUcn 2 mRNA発現量と組織含量はエストロゲンによって抑制されること、子宮におけるUcn 2-CRF-R2はリガンドであるUcn 2の量的変化が重要であることが明らかになり、J. Endocrinology誌に発表した。子宮内膜症患者におけるUcn 2のmRNA発現量の解析では、正所性内膜、卵巣チョコレート嚢胞病変、腹膜病変と子宮筋腫患者における正所性内膜や筋腫病変における発現量との間に有意な差は見いだせていない。今後、検体数を増やし解析を進める予定である。血漿および腹水のUcn2濃度を測定するため血漿、腹水などのサンプルを収集・蓄積し、解析の準備を進めている。子宮内膜症におけるウロコルチン2 (Ucn 2)測定の臨床的意義を探るため、初年度の本年度はラットを用いた正常子宮におけるUcn 2の発現動態の解析を行った。我々が作成した抗体を用いた免疫組織化学染色法により、ラットのUcn 2は子宮内膜の腺管上皮に多く発現することを確認した。子宮におけるUcn 2 mRNA発現量および組織含量は血中エストロゲンレベルが増加する発情前期で低く、エストロゲンレベルが低い発情休止期で高いこと、未成熟ラットや加齢ラットでは成熟発情前期ラットに比べ子宮でのUcn 2 mRNA発現量と組織含量が高かった。また、卵巣摘除ラットへのエストロゲンの補充により子宮でのUcn 2 mRNA発現量と組織含量が低下した。以上の結果より、子宮のUcn 2 mRNA発現量と組織含量はエストロゲンによって抑制されることが明らかになった。一方、血中Ucn 2濃度を上記の各ラットで比較したが、いずれの群間でも差は見られなかった。これまでの報告でグルココルチコイドによるUcn 2の発現調節には組織特異性が見られることが報告されており、我々の検討で、肺のUcn 2 mRNA発現量はエストロゲンにより増加することが明らかになった。これらの結果から、血中におけるUcn 2濃度はそれぞれ発現調節の異なる組織に由来するため変化をとらえにくい可能性も考えられた。次年度以降は性周期の異なる患者血漿および組織におけるUcn 2 mRNA発現量の比較を行い、子宮におけるUcn 2の発現・分泌調節機序を明らかにする予定である。現在、子宮内膜症患者の正所性内膜組織および病変組織、血漿、腹水などのサンプルを収集・蓄積し、解析の準備を進めている。子宮内膜症の病態におけるurocortin 2 (Ucn 2)の役割を検討することを目的に、ラット子宮におけるUcn 2発現調節機構とヒト子宮内膜症患者の血清と腹水中のUcn 2濃度の測定を行った。昨年度までにラット子宮のUcn 2は腺細胞に多く発現し、その発現はエストロゲンにより負に調節されることを明らかにした。最終年度では、インフォームドコンセントを得た患者より血清と術中に腹水を採取し、Ucn 2濃度の測定を行った。

対照は子宮筋腫患者とした。なお、研究計画ではヒトUcn 2測定系の確立を目指すと記したが、ELISAキットを検討したところ、検出感度、再現性共に十分に利用できたのでこれを使用した。血中Ucn 2濃度は子宮筋腫患者(13例)、I期の子宮内膜症患者(3例)、III期以上の子宮内膜症患者(25例)でいずれの群間でも統計学的な差は、見られなかった。一方、腹水中のUcn 2濃度はI期の子宮内膜症患者では14.2 ±6.3 pg/ml (mean ±sem)であったのに対し、III期以上の子宮内膜症患者では57.54 ±10.6 pg/mlと高く、子宮筋腫患者の34.75 ±3.9 pg/mlと比べても高かった。I期子宮内膜症や子宮筋腫患者では血中と腹水中でのUcn 2の濃度に差は見られなかったが、III期以上の子宮内膜症患者では、全症例において腹水中の濃度が血中に比べ平均で6.7 ±1.3倍と有意に高かった。我々は子宮内膜症組織にてUcn2mRNAの発現を認めていることから、腹腔内の子宮内膜症病変が腹水中Ucn2の主たる産生部位であり、Ucn2が子宮内膜症の進展に何らかの関与をしていることが示唆された。また、GnRHアゴニストや低用量ピルの投与歴やその期間などで腹水中Ucn 2濃度に影響が現れてくるか、さらに症例数を増やし検討する必要があると思われた。産婦人科学ラットにおけるウロコルチン2の子宮内膜腺管上皮での発現がエストロゲンにより影響を受けている事、そしてその影響がエストロゲン受容体αを介した反応であることを明らかにできたことにより、研究対象をヒトに発展させることが可能となった。子宮内膜症の手術検体、血液検体も順調に集まってきており、すでにEIAによる血中ウロコルチン2のpreliminaryな解析を進めている。ラットにおけるウロコルチン2の子宮内膜腺管上皮での発現とそのエストロゲンによる抑制、および血中Ucn 2濃度の変化はとらえにくい可能性が示されたことにより、次年度のヒトを対象とした研究への発展性が証明された。ヒト子宮内膜症患者検体もおおむね順調に集まってきている。子宮内膜症患者におけるUcn 2 mRNA発現調節へのエストロゲンの関与と性周期ごとの発現量の変化および組織含量、血漿濃度の比較を行い、子宮におけるUcn 2の発現・分泌調節機序を明らかにする予定である。さらに多くの子宮内膜症患者の正所性内膜組織および病変組織、血漿、腹水のサンプルでmRNA発現量や組織含量、血漿や腹水中の濃度の測定行い、病期や進行度、投薬治療の前後、術前術後での比較を行う予定である。ラットでは子宮のUcn 2 mRNA発現量と組織含量はエストロゲンによって抑制されること、血中Ucn 2濃度の変化はとらえにくい可能性が示された。今後はヒトにおけるUcn 2 mRNA発現調節へのエストロゲンの関与と性周期ごとの発現量の変化および組織含量、血漿濃度の比較を行い、子宮におけるUcn 2の発現・分泌調節機序を明らかにする予定である。現在、収集・蓄積している子宮内膜症患者の正所性内膜組織および病変組織、血漿、腹水のサンプルでmRNA発現量や組織含量、血漿や腹水中の濃度の測定を開始し、病期や進行度、投薬治療の前後、術前術後での比較を行う予定である。研究はおおむね順調に進んでいるが、人件費および物品費が予想よりも少額で済んだ。
低環境負荷技術構築のための超臨界流体中アーク放電に関する基礎研究

本年度は,発光分光計測によるパルスアーク放電の発光スペクトルの取得およびパルスレーザーを用いたシャドウグラフ法による絶縁破壊後の状態の可視化を行った.電子密度の評価を目的として,酸素原子の線スペクトルの広がりを媒質圧力を関数として調査したところ,ガス相と比較して超臨界相では広がりが大きくなることがわかった.これは超臨界相の方が電子密度が大きくなっていることを示唆する結果である.シュタルク広がりによって電子密度のオーダーを評価したところ,1立方センチメートルあたり10の17乗18乗であったが,ファンデルワールス広がりは考慮できていないため,より正確な評価は今後の課題である.一方,シャドウグラフ法により絶縁破壊後を可視化したところ,衝撃波やアーク放電の加熱にともなう低密度領域および密度擾乱を観測することができた.低密度領域をガス相と超臨界相で比較すると,ガス相では密度擾乱が観測され,超臨界相では周辺の領域と境界がはっきりとした円筒状の低密度領域が観測された.マッハ数について比較したところ,ガス相では1.11.2程度となり,超臨界相では1.4程度の値となった.このマッハ数の傾向は,二酸化炭素の音速の特性が臨界点において極小値を示すことに起因するものであると考えられる.今後,衝撃波圧力などを測定することによって,衝撃波圧力の臨界点における特異性が見られるのかを調査していく予定である.期間全体を通じて,パルスアーク放電のプラズマ温度,消費エネルギーの評価および放電発生後の低密度領域,衝撃波の観測行うことができ,目標としていた基礎特性を把握することができた.本研究は超臨界二酸化炭素中アーク放電現象のプラズマ基礎特性や絶縁回復現象を解明することで,電力機器や化学分野への応用の基盤を築くことを目的としている.本年度はパルスアーク放電の電圧電流波形の精密な解析により,アーク放電の性質を理解することを目標とした.磁気パルス圧縮方式のパルスパワー電源により,高圧容器中の針対平板電極にパルス電圧を印加した.パルス電圧は数百ナノ秒オーダーで急速に立ち上がり,絶縁破壊が発生した瞬間,電圧の落ち込みとともに数百アンペアオーダーのパルス電流が流れた.その際,電圧電流波形は時間の経過とともに減衰振動する波形となった.この減衰振動は低抵抗のアークプラズマに起因すると考えられる.また,電圧電流波形から計算した電力を時間積分することでアーク放電の消費エネルギーの評価を試みた.低圧から超臨界圧までの広い範囲で消費エネルギーの媒質密度依存性を調査したところ,低圧から亜臨界領域までは媒質密度の上昇とともに消費エネルギーが上昇するが,亜臨界圧以上の超臨界圧では,媒質密度の上昇にも関わらず,消費エネルギーの値が飽和する結果が得られた.この消費エネルギーの超臨界圧におけるばらつきがガス中と比較して大きくなることも明らかになった.本年度は電圧電流波形解析のみを実行する予定であったが,次年度への予備実験としてパルスアーク放電の発光分光計測を行った.酸素の原子スペクトルが計測されたことから盛んに二酸化炭素の乖離が発生していると考えられる.初年度は電圧電流波形解析のみの予定であったが,放電の発光分光計測も行うこともできたため,計画以上に進展している.本年度は,超臨界流体中の放電プラズマの基礎特性の解明を目的として,超臨界二酸化炭素中のプラズマ温度の計測法の確立および温度の媒質密度依存性を調査を行った.発光分光計測により,連続スペクトルを計測し,プランク放射則を適用することで温度を評価した.破壊電圧・アーク電流と合わせて,プラズマ温度の媒質密度依存性を調査したところ,破壊電圧・アーク電流がガス相では上昇し,超臨界相で飽和した.一方で,プラズマ温度はガス相では,破壊電圧・アーク電流と同じく媒質密度の増加ともに上昇したが,超臨界相では,臨界密度において局所的に温度が減少した.これは,超臨界流体の物理的特性(比熱など)が,臨界密度が局所的に上昇することと関係していると考えられる.当初の予定通り,プラズマ温度計測,二酸化炭素密度の媒質密度依存性を調査することができた.本年度は,発光分光計測によるパルスアーク放電の発光スペクトルの取得およびパルスレーザーを用いたシャドウグラフ法による絶縁破壊後の状態の可視化を行った.電子密度の評価を目的として,酸素原子の線スペクトルの広がりを媒質圧力を関数として調査したところ,ガス相と比較して超臨界相では広がりが大きくなることがわかった.これは超臨界相の方が電子密度が大きくなっていることを示唆する結果である.シュタルク広がりによって電子密度のオーダーを評価したところ,1立方センチメートルあたり10の17乗18乗であったが,ファンデルワールス広がりは考慮できていないため,より正確な評価は今後の課題である.一方,シャドウグラフ法により絶縁破壊後を可視化したところ,衝撃波やアーク放電の加熱にともなう低密度領域および密度擾乱を観測することができた.低密度領域をガス相と超臨界相で比較すると,ガス相では密度擾乱が観測され,超臨界相では周辺の領域と境界がはっきりとした円筒状の低密度領域が観測された.マッハ数について比較したところ,ガス相では1.11.2程度となり,超臨界相では1.4程度の値となった.このマッハ数の傾向は,二酸化炭素の音速の特性が臨界点において極小値を示すことに起因するものであると考えられる.今後,衝撃波圧力などを測定することによって,衝撃波圧力の臨界点における特異性が見られるのかを調査していく予定である.期間全体を通じて,パルスアーク放電のプラズマ温度,消費エネルギーの評価および放電発生後の低密度領域,衝撃波の観測行うことができ,目標としていた基礎特性を把握することができた.

今後は,より細かい圧力条件下におけるパルスアーク放電の発光分光結果により得られたプラズマ温度から適切な数学的アークモデルを選定し,アーク時定数の評価を行う.今後は,アーク時定数により絶縁回復時間を定量化する予定である.特注の高圧容器が予定額よりも安く作製できたため.光学定盤は無償で譲り受けたため購入の必要がなくなり差額が生じた.差額分は,次年度のディレイジェネレータの購入に充てる予定である.光学実験の周辺機器や圧力配管等の購入に充てる.
右室同期不全を有する慢性肺高血圧症に対する心臓再同期療法の効果

1.心室機能や機械的同期不全を心エコー2Dストレイン法という新しい手法により定量的に評価できるか検討し、正常心から病的心まで拡張能と収縮能には非常に密接な相互関係が存在することを示し(J Am Coll Cardiol. 2007;49:Suppl 150A、Jpn Cir J. 2007;71 SupplI:226, Circ 2007;116 Suppl II 708-709)、さらに慢性右室負荷において、右室拡大による外的要因により左室にも同期不全が及ぶことを証明した(Am J Cardiol 2008;101:1206-12)。2.慢性肺高血圧患者20名、急性肺塞栓症患者20名にそれぞれ2Dストレイン法を用いて右室同期不全を測定した。慢性肺高血圧患者、急性肺塞栓症患者ともに正常者(Control)に比し明らかな右室拡大、収縮能の低下(16±6%*and 13±4%*,*p<0.05vs.Control:25±3%)、同期不全(199±90msec*220±102msec*,*p<0.05vs.Control:78±39msec)が認められた(論文投稿予定)。このように、慢性および急性右室負荷により、明らかな右室機能不全と機械的同期不全が存在することを臨床データから証明することが出来た。2.イヌ慢性肺塞栓症による肺高血圧モデルを作成し、コンダクタンスカテーテルによる圧容積関係と心エコー2Dストレイン法による右室機能と同期不全を検討した結果、右室同期不全が肺高血圧による右室機能の悪化に伴い進行することを確認した(実験継続中)。また、臨床研究では、慢性肺高血圧患者に対する右室自由壁刺激を行い、機械的同期不全に及ぼす影響を検討した結果、若干名の検討ではあるが、右室自由壁ペーシングで明らかに右室同期不全の改善が認められたため、臨床研究を継続中である。1.心エコー2-Dstrain法(speckle tracking法》による心室機能および機械的同期不全の評価:心室機能や機械的同期不全を心エコー2-Dstrain法(speckle tracking法)という新しい手法により定量的に評価できるか検討した(preliminary data)。(ア)正常心および高血圧性肥大心における拡張能、および収縮能との相互関係を2-Dstrain法により検討し、長軸方向の拡張早期ストレインレートは非常に鋭敏な拡張機能の指標であり、正常心では加齢による拡張能低下速度に明確な性差が存在することを明らかにした(2006年度日本心臓病学会学術集会で発表)。更に、肥大心における拡張能の低下は収縮能に非常に密接に関連することも示した(J Am Coll Cardiol.2007;49:suppl 150A、Jpn Cir J.2007;71 Suppl I:226)。(イ)過剰な右室負荷による右室機能の低下と右室壁運動の機械的同期不全の程度を2-D strain法により定量評価した。慢性および急性肺高血圧(急性肺塞栓)患者では正常心に比し、右室収縮期ストレインの低下と、機械的同期不全(最大ストレイン値までに要する時間が心室中隔に比べ右室自由壁では有意に遅延する)が認められ(慢性肺高血圧:169±62ms*、急性肺塞栓:163±57ms*、正常心:76±24m、*p<0.05vs.正常心)さらに、急性肺塞栓の回復期には、右室機能、同期不全ともに改善することを示した(論文投稿予定)。このように、2-D strain法による心室機能の定量評価は機能変化や障害の程度を鋭敏に反映し、さらに、右室負荷の条件では、明らかな右室機能不全と機械的同期不全が存在することを臨床データから証明することが出来た。2.コンダクタンスカテーテルによる心室機能および機械的同期不全の評価:心室機能や機械的同期不全の程度をコンダクタンスカテーテルにより定量評価可能か、preliminary dataとしてまず左室で検討した。イヌ高心拍出性心不全モデルでコンダクタンスカテーテルによる1心拍の左室容積変化を検討した結果、局所の容積変化に時相のずれ、つまり同期不全が生じることを証明した(心不全37.6±4.1%vs.正常心15.9±4.8*、p<0.05vs.正常心:論文投稿中)。1.心室機能や機械的同期不全を心エコー2Dストレイン法という新しい手法により定量的に評価できるか検討し、正常心から病的心まで拡張能と収縮能には非常に密接な相互関係が存在することを示し(J Am Coll Cardiol. 2007;49:Suppl 150A、Jpn Cir J. 2007;71 Suppl I:226, Circ 2007;116 Suppl II 708-709)、さらに慢性右室負荷において、右室拡大による外的要因により左室にも同期不全が及ぶことを証明した(Am J Cardiol 2008;101:1206-12)。慢性肺高血圧患者、急性肺塞栓症患者ともに正常者(Control)に比し明らかな右室拡大、収縮能の低下(16±6%*and 13±4%

*,*p<0.05vs.Control:25±3%)、同期不全(199±90msec*220±102msec*,*p<0.05vs.Control:78±39msec)が認められた(論文投稿予定)。このように、慢性および急性右室負荷により、明らかな右室機能不全と機械的同期不全が存在することを臨床データから証明することが出来た。2.イヌ慢性肺塞栓症による肺高血圧モデルを作成し、コンダクタンスカテーテルによる圧容積関係と心エコー2Dストレイン法による右室機能と同期不全を検討した結果、右室同期不全が肺高血圧による右室機能の悪化に伴い進行することを確認した(実験継続中)。また、臨床研究では、慢性肺高血圧患者に対する右室自由壁刺激を行い、機械的同期不全に及ぼす影響を検討した結果、若干名の検討ではあるが、右室自由壁ペーシングで明らかに右室同期不全の改善が認められたため、臨床研究を継続中である。
小脳皮質におけるトランスミッタ-放出の調節機構

本年度の成果は以下のとおりである。1.小脳プルキンエ細胞の発火活動を細胞外カリウム濃度の上昇反応としてイオン感受性電極でとらえた。2.このカリウム上昇反応を指標として、平行線維と登上線維を同時刺激することによって、平行線維-プルキンエ細胞間のシナプスの長期抑圧現象を脳スライス標本上において再現することに成功した。3.この長期抑圧現象が、一酸化窒素を特異的に吸着することが知られているヘモグロビンにより完全にブロックされることを見いだした。4.長期抑圧現象が、平行線維と登上線維の組合せ刺激のみならず、一酸化窒素を発生させるニトロプルシドと平行線維刺激の組合せによっても、引き起こされることを見いだした。5.一酸化窒素を検出することができる、微小電気化学プロ-ブを開発した。このプロ-ブによって、小脳分子層において白質刺激が一酸化窒素の上昇を引き起こすことを発見した。6.一酸化窒素は細胞内cGMP濃度を上昇させることが知られている。このcGMPと平行線維刺激を組み合わせることによって、長期抑圧現象を引き起こすことができた。7.以上の結果をまとめると、登上線維刺激により小脳分子層内に一酸化窒素が発生し、これにより細胞内cGMP濃度が高まり、さらにこのcGMPと平行線維の活性化がぶつかることによって平行線維-プルキンエ細胞間のシナプスの長期抑圧現象が引き起こされると結論される。以上の成果に基づき長期抑圧現象の分子メカニズムの解析をさらに進めていく予定である。
内分泌撹乱物質とアレルギー疾患との関連の検討

(1)ナイーブT細胞からのサイトカイン産生に対するピスフェノールA(BPA)の影響非感作マウスの脾細胞をTh1サイトカインであるIFN-gやTh2サイトカインであるIL-4、IL-5の産生は、それぞれのサイトカインによって多少の濃度の差はあるもののBPAの添加により濃度依存的に激減した。また、A23187とPMAで刺激を行った場合もBPAの添加により濃度依存的なサイトカイン産生の減少をTh1サイトカイン、Th2サイトカイン双方において認めた。高濃度のBPAの添加による細胞のバイオアベイラビリティの低下が原因でサイトカイン産生の低下をまねいたと考えられる。(2)Th2細胞からのサイトカイン産生に対するBPAの影響旋毛虫感染マウスの腸間膜リンパ節T細胞からの旋毛虫抗原(TsSA)刺激によるIL-5の産生はBPAの添加量を30μMまで増やしてもほとんど影響を受けなかった。ところが、TsSA刺激によるIL-4産生はBPAの添加量が増えるに従って増大し、1030μMで最大となった。TsSA刺激を加えない場合でも、30μM程度のBPA添加にょるIL-4産生の増加が認められた。このことから、BPAがTh2細胞に分化したT細胞のみを刺激している可能性を示唆した。(3)Th1細胞からのサイトカイン産生に対するBPAの影響FCAを用いて犬蛔虫分泌排泄抗原で免疫したマウス脾細胞からのTh1/Th2サイトカイン産生はどちらも、ナイーブT細胞で見られた結果と同様に、高濃度のビスフェノールA添加によって濃度依存的に減少した。(4)他のアルキルフェノール類の影響以上の結果から、BPAはTh2細胞に働きTh2サイトカイン産生の増加を促していると考えられたので、オクチルフェノールやノニルフェノールについても同様の検討を行った。ノニルフェノールはほとんど影響を与えなかったものの、オクチルフェノールは1030μMでBPAとは逆にIL-4産生を抑制した。
マルチスケール統合型沿岸環境解析システム開発と変動環境下における広域海洋動態解析（国際共同研究強化）

本研究では,変動環境下に適用可能な,砕波帯・陸棚・外洋をシームレスに接続する海洋モデリング技術開発を行う.これらの技術に基づく統合型沿岸環境予測システムでは,地球規模環境シグナルを厳密に考慮しつつ,人間活動や海洋生態系にとって重要な役割を果たす沿岸域における精緻な解析,海流,波浪,河川,潮汐,風応力等の浅海物理学に求められる全ての要素を包含した流動環境,それに伴う栄養塩等の溶存物質,土砂や生物幼稚子等の懸濁質分散・循環の統一的な動態解析などが可能となる.さらに,海洋学において最先端の話題となっている海洋表層混合やそれに伴う気候変動モデルに対する波浪の影響について,サブメソスケール現象を取り上げ,それらの定量的性質や発生機構に踏み込んだ数値解析を行うことを目指している.2017年9月までの長期渡航のあとも継続して国際共同研究を推進し,2018年度は開発中のマルチスケールモデルの完成に向けた要素技術開発を行い,波浪影響下の状況を含む複数の高解像度海洋再解析に取り組んだ.まず,和歌山田辺湾において台風期を含む夏季から秋季にADCP等の長期係留観測を行い,強風・高波浪下における海面での運動量および乱流エネルギー輸送などについて検討した.また,南カリフォルニア湾を対象に波ー流れ相互作用を考慮したスペクトル波浪モデルによる長期再解析を行い,海流による波浪変調機構についての解析を行った.さらに,湧昇フロントに発生するSCSsに対する波浪の影響に関する解析,砕波帯に発生する3次元渦の発生発達過程に関する解析,サブメソスケール乱流拡散が福島第一原発を放出源とする放射性核種の海洋分散に及ぼす影響の解析,黒潮およびそれに伴う海洋渦がサンゴ礁生態系ネットワークの形成に及ぼす影響の解析,内湾域における下水道処理水の海洋分散と隣接するノリ養殖上への影響評価などを行った. .5年目(2019年度)は,まずはネスティング技術の高度化に向けた研究を実施する.AGRIF(adaptive grid refinement for fortran)パッケージをベースにtwo-wayネスティング技術をROMS-WECに組み込むことを目指し,その技術的可能性についての検討を行う.検証用モデル対象海域は琉球諸島を含む東シナ海,もしくはマレーシアとの共同研究として2018年度から開始した南シナ海であり,JCOPE2再解析データ,HYCOM-NCODA再解析データからの多段段ネストモデルを構築し,観測データや衛星データとの比較を通じた検証を行う.その他にも並行して進めている河口域における混合粒径土砂輸送モデリング技術の高度精度化,3次元変分法およびカルマンフィルタ(LETKF)によるデータ同化技術の組み込み,海洋表層混合と生物生産性との関係に関する解析なども鋭意実施する予定にしている.内定年度:2015本研究および基研究で設定した5つのサブテーマのうち,H28年度は波ー流れ相互作用,サブメソスケール現象の二項目に関する技術開発等を行うために,H28年9月半ばから約1年間の予定で申請者が米国UCLAに滞在し,同校のMcWilliams教授らと共同研究を行っている.H28年度の滞在中は,まず,基研究の実施を通じて滞在前から開始していた砕波帯モデリングを継続して行い,UCLAのポスドク研究員を交えて3次元離岸流の力学構造,極低周波変動現象の発生機構などに関する研究を行った.その成果の一部はすでに国際共著論文としてまとめ,現在Journal of Geophysical Research -Oceansに投稿中である.また,同様に滞在前より着手していた陸棚周辺におけるサブメソスケール現象に関する高解像度シミュレーションをUCLA博士課程学生を交えて行い,混合層内におけるサブメソスケールフィラメントの発現特性や,その発生機構に関する研究を行った.この成果の一部もすでに国際共著論文としてまとめ,Journal of Physical Oceanographyに投稿した.さらにH28年度内には,陸棚上におけるサブメソスケール渦ー波流れ相互作用の干渉に伴うフィラメント構造の抑制に関する研究,海岸線および海底地形の非一様性が海浜流の発達過程に及ぼす影響に関する研究に着手した.渡航期間中に4回の一時帰国を行い,国内共同研究機関とも密接に連携を保ちながら関連する研究を同時並行的に進めており,それらの成果の一部を取りまとめ,国際ジャーナル論文を複数編執筆し,投稿しているところである.渡航により多くのエフォートを本研究の実施に振り分けることができていること,10年以上にわたって継続的に連携してきたUCLAのMcWilliams教授および研究員や博士課程学生らと日常的に議論が行えることの主に2つの理由により,飛躍的に研究が進展しているものと考えている.本研究および基研究で設定した5つのサブテーマのうち,H29年度は波ー流れ相互作用,サブメソスケール現象,海洋物質分散モデリングの高度化,データ同化モジュール開発と運用の4項目に関する技術開発等を行うために,H28年から引き続きH29年9月半ばまでの合計約1年間にわたって申請者が米国UCLAに滞在し,同校のMcWilliams教授,Cigdem Akan博士らと共同研究を行った.UCLA滞在中は,基研究の実施を通じて滞在前から開始していた砕波帯モデリングと,陸棚-砕波帯相互作用に関するモデリングを行い,UCLAのポスドク研究員や博士課程学生を交えて3次元離岸流の力学構造,極低周波変動現象の発生機構,サブメソスケール組織構造に及ぼす波浪の影響などに関する研究を行った.その成果の一部はすでに国際共著論文としてまとめ,Journal of Geophysical Research - Oceans,Journal of Physical Oceanographyなどに投稿し,掲載されている.さらにH29

年度内の米国滞在期間中も計5回の一時帰国を行い,国内共同研究機関とも密接に連携を保ちながら,黒潮流域周辺の渦フラックスと一次生産との関係,ダウンスケールモデル技術の高度化,台風に伴う黒潮流露変動と瀬戸内海流動への影響,物質分散モデリング技術の高精度化をベースにした大阪湾・播磨灘海域における水質シミュレーションなどに関する研究を同時並行的に進めた.それらの成果はいずれも国際ジャーナル論文として投稿し,前掲の国際共同研究と合わせてH29年度内だけで合計9編のWoS国際誌への掲載が決定している.渡航により多くのエフォートを本研究の実施に振り分けることができていること,10年以上にわたって継続的に連携してきたUCLAのMcWilliams教授および研究員や博士課程学生らと日常的に議論が行えたことの主に2つの理由により,飛躍的に研究が進展しているものと考えている.また,H29年9月の帰国後もUCLAとは緊密に連携を保ち,砕波帯ー陸棚相互作用,沿岸域物質分散などに関する共同研究を継続して推進しているところである.本研究では,変動環境下に適用可能な,砕波帯・陸棚・外洋をシームレスに接続する海洋モデリング技術開発を行う.これらの技術に基づく統合型沿岸環境予測システムでは,地球規模環境シグナルを厳密に考慮しつつ,人間活動や海洋生態系にとって重要な役割を果たす沿岸域における精緻な解析,海流,波浪,河川,潮汐,風応力等の浅海物理学に求められる全ての要素を包含した流動環境,それに伴う栄養塩等の溶存物質,土砂や生物幼稚子等の懸濁質分散・循環の統一的な動態解析などが可能となる.さらに,海洋学において最先端の話題となっている海洋表層混合やそれに伴う気候変動モデルに対する波浪の影響について,サブメソスケール現象を取り上げ,それらの定量的性質や発生機構に踏み込んだ数値解析を行うことを目指している.2017年9月までの長期渡航のあとも継続して国際共同研究を推進し,2018年度は開発中のマルチスケールモデルの完成に向けた要素技術開発を行い,波浪影響下の状況を含む複数の高解像度海洋再解析に取り組んだ.まず,和歌山田辺湾において台風期を含む夏季から秋季にADCP等の長期係留観測を行い,強風・高波浪下における海面での運動量および乱流エネルギー輸送などについて検討した.また,南カリフォルニア湾を対象に波ー流れ相互作用を考慮したスペクトル波浪モデルによる長期再解析を行い,海流による波浪変調機構についての解析を行った.さらに,湧昇フロントに発生するSCSsに対する波浪の影響に関する解析,砕波帯に発生する3次元渦の発生発達過程に関する解析,サブメソスケール乱流拡散が福島第一原発を放出源とする放射性核種の海洋分散に及ぼす影響の解析,黒潮およびそれに伴う海洋渦がサンゴ礁生態系ネットワークの形成に及ぼす影響の解析,内湾域における下水道処理水の海洋分散と隣接するノリ養殖上への影響評価などを行った. .H29年度は,H28年度末に着手した陸棚上におけるサブメソスケール渦ー波流れ相互作用の干渉に伴うフィラメント構造の抑制機構に関する研究,海岸線および海底地形の非一様性が海浜流の発達過程に及ぼす影響に関する研究を押し進め,UCLA滞在期間中には論文としてまとめたいと考えている.