hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
東アジアにおける環境及び自然資源の保全・修復と食料資源安定確保のための条件解明

本年度は、中国の黄河中流域及び山東省など沿海経済開発地域、台湾中部地域、ベトナム南部農業地帯・マレーシア半島地域を対象に、当該地域における工業化、都市化、農業開発、森林伐採などの人間活動による環境及び自然資源の破壊・劣化、さらに自然現象による水資源の劣化や土壌流亡など環境問題の実態を把握し、環境劣化要因の解明を目的とする現地実態調査を、8月中旬(ベトナム)、9月上旬(中国)、11下旬から12月初旬(マレーシア)、3月上旬(台湾)の4回にわけてそれぞれ実施した。中国の黄河中流域では、黄河管理委員会において近年の流水量の変化及び断流現象に関するヒアリング調査とともに水や土壌のサンプリングを実施し、併せて中流域の農村地帯において環境劣化と食料生産の関連について調査した。また台湾中部地域については、1999年9月、台湾中部を襲った集集大地震(M7.3)の自然生態的影響を中心に、逢甲大学、朝陽科技大学、行政院農業委員会中部弁公室などの機関においてヒアリングと資料収集を実施し、被災地の南投、台中両県の農業地帯を視察した。一方、ベトナム調査では経済成長に伴う工業化、都市化の進展及び農村への商品経済の浸透が環境や農業資源にどのような影響を及ぼしているかを中心に情報収集と資料収集をおこなった。また、マレーシアについては,KADA, PANTAI BISKAN BAYU大型農地造成現場(世界銀行),ECONOMIC PLANING UNIT, PRIMINISTERS DEPARTMENT,およびMINISTRY OF AGRICULTUREなどの機関においてマレーシア農業の概況、環境保全型農業、森林破壊と環境保全に関するヒアリングと資料収集を実施するとともに、コタバル近郊の野菜産地、水稲圃場などを視察した。現地調査によって、程度の差はあれ、いずれの国・地域も経済発展に伴い、自然破壊や環境破壊、環境劣化が予想以上に深化している実態が明らかになってきたが、その要因は自然現象、工業化、都市化、開発など地域によってさまざまであり、したがって食料生産に及ぼす影響も一様ではない。これらの関連性については次年度以降の研究によってその内容が解明されていくことになる。以上、現地実態調査によって、本年度予定していた研究対象国の環境破壊、環境劣化の実態把握とそれらの調査結果の転記・データシート作成のための相当量の基礎資料を入手することができ、現在、それらの転記・解析作業をすすめているが、データ(統計資料)の中には入手に時間を要するものも少なからず含まれており、引き続き調査資料の追加と蒐集作業の継続が必要である。東アジアにおける急速な経済発展は、工業化、都市化の進展による水資源の大幅な需要増加をもたらすとともに水質汚濁などの水資源劣化や水資源利用をめぐる工業と食料・農業生産との間での摩擦を引き起こすなど、さまざまな間題を露呈している。さらに経済発展による食料の需要拡大、食生活の高度化、多様化の進展は、過放牧や多収穫を目指した過度の農地利用による土壌劣化や農地の砂漠化といった新たな資源環境問題を生起させている。このような状況が持続することになれば、東アジアの資源及び環境に対する負荷がますます増大し、これに耐えられない状況に陥ることは明らかである。
中間電極を用いた新しい動作原理による強誘電体メモリの開発

1.読出し電圧低減の検討読出し電圧を低減するために、強誘電体薄膜の上部電極と下部電極となる中間電極にそれぞれ仕事関数の異なる材料を用いることを検討した。下部電極としては、Ir金属を用い、上部電極の材料にIrO_2,RuO_2,PtO_xを用いて、それらを順に変えることにより、P-Eヒステレシスループが正の電界方向に平均してそれぞれ15,33.5,53.5kV/cmシフトし、強誘電体PZT薄膜内に負の内部電界の存在が分かった。この内部電界は、読出し電圧の低減を可能にするが、その内部電界が減分極電界となるため、メモリ情報である残留分極が変化し、メモリ保持の観点から不都合であることがわかった。2.読出し回数の増加の検討読出し毎に、書込み用FETの存在により中間電極部の残留分極が変化するため、メモリ情報が変わり、読出し回数が少なくなる問題がある。これは、読出し電圧の印加により、OFF状態の書込み用FETにリーク電流が流れるためである。そこで、中間接続点を読出し用FETのドレインに接続するというリーク電流の低減方法を提案し、ディスクリート回路で従来よりも1桁以上読出し回数が増加でき、メモリ状態を保つことを示した。3.集積回路の作製実際にシリコン基板上に集積回路を形成し、書込み電圧が35V、読出し電圧が57Vとした場合、正負の残留分極状態、つまり両メモリ状態間で、15mV程度の出力差が観測され、集積回路でのメモリ動作を確認した。しかし、絶縁耐性が低いYSZ薄膜の膜厚をより薄く出来ないことやPZT薄膜の実効誘電率が高いために、論理値の1及び0に対する出力電圧差が小さいことや、比較的大きなゲートリーク電流の問題が明らかとなった。これに対して、YSZの代わりに絶縁耐性が高く、Siとの界面特性の良いSiO_2を使用することや、誘電率の低い強誘電体を用いれば、解決できることが分った。1)読出し電圧低減の検討読出し電圧を低減するために、強誘電体薄膜の上部電極と下部電極となる中間電極にそれぞれ仕事関数の異なる材料を用いることを検討した。下部電極としては、疲労特性がよいIr金属を用い、上部電極にはIrO_2,RuO_2,PtO_xを用いた。文献によれば、Ir,IrO_2,RuO_2の仕事関数は、それぞれ5.7,5.6,5.0eVであり、PtOxについては、明確な値が報告されていないが、金属状態の5.65eVより若干小さいものと推測される。上部電極の材料をIrO_2,RuO_2,PtO_xの順で変えることにより、P-Eヒステレシスループが正の電界方向に平均してそれぞれ15,33.5,53.5kV/cmシフトし、強誘電体PZT薄膜内に負の内部電界が存在することが分かった。このようなシフトは、読出し電圧の低減を可能性にするが、しかし、その内部電界が残留分極にとって減分極電界となるため、メモリ情報である残留分極が変化し、メモリ保持の観点から不都合であることがわかった。2)読出し回数の増加の検討読出し毎に、書込み用FETの存在により中間電極部の残留分極が変化するため、メモリ情報が変わり、読出し回数が少なくなる問題がある。

これは、読出し電圧の印加により、中間電極とアースの読出し用FETのソースに繋がっているOFF状態の書込み用FETに、リーク電流が流れるためである。この理由から、ソースに繋がっていた接続点をバイアス電圧が印加されている読出し用FETのドレインに接続することにより、リーク電流の低減、つまり読出し回数の増加を試みた。実際には、ディスクリート回路ではあるが、ソース接続のものに比較して1桁以上読出し回数が増加し、条件を選べば、メモリ状態を普遍に保つことができることを明らかにした。本研究の目的は、MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)-FET(Field Effect Transistor)のゲート上に金属薄膜を堆積し、さらにその上に強誘電体薄膜を堆積して、その堆積した金属薄膜を強誘電体薄膜にだけに書込み電圧を印加する中間電極として用いた新しい動作原理の強誘電体メモリを、実際にシリコン基板上に集積回路として形成し、それが実動作することを確認して、その問題点及びその解決法を明らかにすることである。まず、(100)Si基板上にソース・ドレイン領域を形成して、Siと強誘電体PZT薄膜との反応を防ぐために厚さ約15nmのYSZ薄膜を、またその上に中間電極として厚さ50nmのIr薄膜をそれぞれエピタキシャル成長させ、さらに厚さ200nmのPZT薄膜をエピタキシャル成長させた。次に、その上にFET型強誘電体メモリのゲート上部電極としてIrO_2膜を堆積し、最後にアルミ配線をしてメモリデバイスを作製した。書込み電圧が35V、読出し電圧が57Vと比較的高い電圧が必要であったものの、正負の残留分極状態、つまり両メモリ状態間で、15mV程度の出力差が観測され、本動作原理による集積回路でのメモリ動作を確認した。しかし、YSZ薄膜の絶縁耐性が低くその膜厚をより薄く出来ないことに加えPZT薄膜の実効誘電率が高いために、論理値の1及び0に対する出力電圧差が小さいことや、ゲートリーク電流が比較的大きいことなどが、今後の課題として明らかになった。これらの問題に対して、Yszの代わりに絶縁耐性が高く、Siとの界面特性の良いSiO_2を使用することや、誘電率の低い強誘電体を用いれば、解決できることが分った。
低酸素に起因しない一酸化炭素の毒性作用に関する研究

1.一酸化炭素(CO)中毒(3000ppm COの40分間曝露)では、ラット線条体のヒドロキシラジカル(・OH)の生成が増加した。(1)COによる・OH生成は、Na^+ channel blockerであるtetrodotoxinにより抑制された。(6)低酸素性低酸素(HH;5%O_2の40分間)でも・OH生成が観察されたが、それはCO中毒の場合ほど多くなかった。Sprague-Dawley系雄性ラットを用い、マイクロダイアリシス法により急性一酸化炭素(CO)中毒(CO 3000 ppm,40分間曝露)における線条体ヒドロキシルラジカル(OH)の生成量について検討し、以下のような結果を得た。(1)CO曝露によりOH生成量は著明に増加した。その経時的変動は、COによる細胞外dopamine(DA)の増加と一致していた。すなわち、CO曝露中にすでに増加し、CO曝露中止直後まで増加したままであり、その後急速に減少して対照(空気のみ)と同程度となった。(2)Naチャンネル遮断薬であるテトロドトキシンを前処置すると、基礎OH生成量が減少するだけでなく、COによるOH生成量増加も著明に抑制された。しかし、Ca^<2+>非存在下でも、COによるOH生成量増加が認められた。(3)モノアミンオキシダーゼ阻害薬(clorgyline)あるいはDA合成阻害薬(α-methyl-p-tyrosine)は、COによるOH生成量増加に影響を及ぼさなかった。(4)CO曝露は、細胞外グルタミン酸(Glu)膿度を、少量ではあるが、著明に増加した。しかし、Glu受容体括抗薬(MK-801あるいはNBQX)は、COによるOH生成量増加に影響を及ぼさなかった。(5)フォスフォリパーゼA2阻害薬であるdexamethazone 21-phosphateは、COによるOH生成量増加に影響を及ぼさなかった。このような結果から、COによるOH生成量増加は、Na依存性であるが、DA、Gluおよびアラキドン酸カスケードはあまり関与しないことが示唆された。また、Ca^<2+>およびNOの役割については、更なる検討が必要である。1.一酸化炭素(CO)による・OH生成におけるCa^<2+>の役割(1)Ca^<2+>非存在下では、basal・OHは減少するが、COによる・OHの増加はCa^<2+>存在下と同程度であった。しかし、・OHの増加はCa^<2+>存在下よりも遅れて観察された。(2)Ca^<2+>非存在下においてCOによる・OHの増加は、小胞体からのCa^<2+>放出を阻害するdantroleneにより抑制されたが、Ca^<2+>存在下では抑制されなかった。ryanodineおよびthapsigarginについても検討したが、溶媒として使用したDMSOの影響を排除することができないためこれらの効果を適切に判断することができなかった。(3)低酸素性低酸素(HH;5% O_2)においても・OHの増加が観察されたが、COの場合ほど顕著ではなかった。2.COおよびHHによる動脈血中パラメータ、線条体の酸素分圧、血流量および細胞外アミノ酸濃度の変動(1)COおよびHHではそれぞれ動脈血中の還元型ヘモグロビン(Hb)およびCO-Hbが増加して酸化型Hbおよび酸素濃度が減少し、これらは、3000ppm COと5% O_2で同程度になったが、動脈血中pO_2は、前者で上昇、後者で下降した。(2)線条体の酸素分圧は、COおよびHHとも低下し、3000ppm COと5% O_2で同程度になったが、各々の曝露中止後、後者ではリバンウンドとみられる一過性の上昇が観察された。(3)線条体の血流量は、COおよびHHとも増加し、3000ppm COと5% O_2で同程度になったが、各々の曝露中止後、後者では曝露前よりも減少した。(4)線条体におけるglutamate (Glu)、taurine (Tau)およびAlanine (Ala)の各アミノ酸の細胞外濃度については、3000ppm COと5% O_2でGluおよびAlaが同程度増加し、後者でのみTauが若干増加した。
軽度低悩温法による中枢ニューロン死防禦

我々は軽微低脳温が虚血侵襲に対して顕著なニューロン保護作用を発揮することを証明した。しかし、ニューロンが組織としての統合性のもとに機能している実験系を用いたので、上記の機構を解明するには余りにも複雑である。そこで(1)より単純な系として培養細胞を用いての分析(2)低脳温化剤MK-801の薬効分析(3)軽微低脳温の臨床応用を考える際に問題とされる血液粘度への影響の三点について研究を行った。(1)培養系での実験ラットの胎仔脊髄ニューロンの初代培養を用いた。200μMグルタミン酸に15分間暴露したのち、培養液中に放出される乳酸脱水素酵素活性を経時的に分析することにより、グルタミン酸毒性による細胞死の測定を行った。温度37°Cと32°Cの間に細胞死の程度について有意の差を認めず、低脳温の効果はインテグレートされた系でしか発揮されないと結論された。(2)MK-801の薬効NMDA型グルタミン酸受容体チャネル阻害剤MK-801は、その脳温低下作用により虚血に対するニューロン保護効果を発揮する。その機構を解明するために、脳温をモニターしながら検索したところ、この物質は体温調節のセットポイントを見失い脳温は外気温の変化につれて動く変温動物様の状態になることが明らかとなった。(3)イヌ血液粘度に対する温度の影響深麻酔下、イヌの総頚動脈バイパス法により、低脳温状態とした。外頚静脈より採取した血液の粘度をcone-plate型粘度計を用いて測定したところ、shear rate 21 secにおいて37°Cより4°C低下で数パーセントのCP値の上昇(Hematocrit:40)が得られ、ヒト血液と同等の変化であった。1.スナネズミ脳内に温度測定用プロ-ブを挿入し、頭蓋外より白熱光とファンを微調節作動しながら脳温を所定のレベルに維持しつつ、マイクロダイアリシス法により海馬CA1領域の細胞外グルタミン酸濃度の変動を分析した。脳温37°C下で両側総頚動脈を結紮することによる5分間の一過性前脳虚血負荷により、グルタミン酸レベルの急激な上昇が誘発され、虚血前レベルの15-20倍に達するが、35°C下ではそのレベルは半減し、33°C下では37°C下のレベルの約4分の1であった。一方、37°C下に虚血を負荷した動物群ではその約90%において海馬CA1ニュ-ロンが遅発性壊死に陥ったが、35°C実験群では60%の動物が、また33°C実験群では全ての動物が遅発性壊死をまぬがれた。海馬CA1ニュ-ロンの遅発性ニュ-ロン壊死を誘発するグルタミン酸臨界濃度は、マイクロダイアリシス潅流液中13-17μMであることが明らかとなった。2.スナネズミ海馬スライスを潅流し、カルシウム・微小蛍光法を用いて低酸素低グルコ-ス負荷により誘発される急速な領域選択性の高いCA1領域の細胞内カルシウム濃度上昇の潜時を分析した。また同時に、シャッファ-側枝の電気的刺激に応答するCA1ニュ-ロン樹状突起層の誘発電位を記録した。潅流温度を37°Cに維持した場合のカルシウム上昇潜時は、平均130秒であった。温度を35°C、33°C、31°Cで潅流した場合、それぞれ平均182秒、232秒、277秒であり、温度依存的な低温化による潜時延長が認められた。またカルシウム上昇に伴って誘発電流が陰極側に大きくシフトし、この時点で膜の脱分極が生じたことも明らかとなった。これらの結果は、軽度低脳温のニュ-ロン保護作用の機序としてカルシウム・ホメオスタシスの乱れに対する正常化作用が存在することを強く示唆するものである。

外頚静脈より採取した血液の粘度をcone-plate型粘度計を用いて測定したところ、shear rate 21 secにおいて37°Cより4°C低下で数パーセントのCP値の上昇(Hematocrit:40)が得られ、ヒト血液と同等の変化であった。昨年度、我々は軽微低脳温が虚血侵襲に対して顕著なニューロン保護作用を発揮することを証明した。しかし、ニューロンが組織としての統合性のもとに機能している実験系を用いたので、上記の機構を解明するには余りにも複雑である。そこで今年度は、(1)より単純な系として培養細胞を用いての分析(2)低脳温化剤MK-801の薬効分析(3)軽微低脳温の臨床応用を考える際に問題とされる血液粘度への影響の三点について研究を行った。(1)培養系での実験ラットの胎仔脊髄ニューロンの初代培養を用いた。200μMグルタミン酸に15分間暴露したのち、培養液中に放出される乳酸脱水素酵素活性を経時的に分析することにより、グルタミン酸毒性による細胞死の測定を行った。温度37°Cと32°Cの間に細胞死の程度について有意の差を認めず、低脳温の効果はインテグレートされた系でしか発揮されないと結論された。(2)MK-801の薬効NMDA型グルタミン酸受容体チャネル阻害剤MK-801は、その脳温低下作用により虚血に対するニューロン保護効果を発揮する。その機構を解明するため、脳温をモニターしながら検索したところ、この物質は体温調節のセットポイントを見失い脳温は外気温の変化につれて動く変温動物様の状態になることが明らかとなった。(3)イヌ血液粘度に対する温度の影響深麻酔下、イヌの総頚動脈バイパス法により、低脳温状態とした。外頚静脈より採取した血液の粘度をcone-plate型粘度計を用いて測定したところ、shear rate21secにおいて37°Cより4°C低下で数パーセントのCP値の上昇(Hematocrit:40)が得られ、ヒト血液と同等の変化であった。
虚血再潅流後心筋障害におけるIL-22の役割の解明

IL-22は、上皮細胞を標的として組織保護効果を有するが、心筋に対する作用は不明である。本研究では、IL-22による心臓でのSTAT3活性化と心筋虚血後再灌流障害(心筋IRI)の抑制効果を検証した。マウス冠動脈を60分間結紮後に再灌流を行うin vivo IRIモデルにおいて、再灌流24時間後の梗塞サイズはPBS投与群に比べ、IL-22投与群において有意に減少した。再灌流後3時間におけるTUNEL陽性細胞比率はPBS投与群と比較し、IL-22投与群で有意に減少した。IL-22は心筋細胞のSTAT3経路の活性化を介したアポトーシス抑制によって、心筋IRIを抑制する。急性心筋梗塞(AMI)の急性期死亡率は経皮的冠動脈形成術(PCI)等の初期治療の進歩により著しい改善が得られたが依然死亡率は高い。近年、インターロイキン10(IL-10)ファミリーサイトカインの一つであるIL-22はJAK/STAT3経路を活性化し、肺、腸管、肝臓、腎臓等の組織保護や線維化抑制作用を有することが報告されたが、心臓でのIL-22の役割は不明である。JAK/STAT3は重要な心筋保護経路であり、虚血再潅流障害を抑制し、結果リモデリングを抑制する。よってIL-22は心筋障害や心筋リモデリングを抑制する可能性がある。本研究の目的は、急性心筋梗塞による心筋障害、虚血再潅流障害に対するIL-22の作用を明らかにし、その機序を解明することである。本年度は虚血再灌流モデルを安定作成することを達成し、引き続きIL-22投与による心筋障害への影響の評価した。マウス虚血再灌流モデルにおける虚血再灌流24時間後の心筋梗塞範囲を比較した結果、有意にIL-22投与群の梗塞範囲がPBS投与群と比較し、狭いことを確認した。このことはIL-22の虚血再灌流障害に対する心筋保護効果を示唆する。心筋細胞におけるIL-22の効果をみた研究はほとんどなく独創的で新規性が高く意義あるものと思われる。また、ヒト急性心筋梗塞患者の血清におけるIL-22と梗塞範囲が関連することを示唆する予備解析結果も得ており、現在検体数を増やし解析中である。IL-22の心筋保護効果が示されれば、IL-22関連分子は急性心筋梗塞に対する新たな治療ターゲットとなり、臨床応用されればAMIの心筋傷害や慢性期の重症心不全発症を減少させ、予後の改善が期待できる。現在交付申請書に記載した計画通りに進行しており、結果を得ている。背景:STAT3活性化サイトカインは心筋虚血再灌流傷害(ischemia-reperfusion injury: IRI)を抑制するが、造血・免疫系に作用することが問題となっている。IL-10サイトカインファミリーであるIL-22は、上皮細胞を標的として組織保護効果を有するが、心筋に対する作用は不明である。本研究では、IL-22による心臓でのSTAT3活性化と心筋IRIの抑制効果を検証した。方法と結果:IL-22もしくはIL-10投与後のマウス心臓と脾臓におけるSTAT3の活性化を、リン酸化STAT3のウエスタンブロットと免疫染色で測定した。IL-10による心臓での軽度のSTAT3活性化と比較し、IL-22によるSTAT3活性化は顕著であった。免疫染色ではIL-22投与によって心筋細胞のSTAT3が活性化されていた。一方、脾臓でのSTAT3活性化は観察されなかった。IL-22の受容体であるIL22RA1の発現をreal-time PCRと免疫染色で測定したところ、心臓および心筋細胞でのIL22RA1の発現を確認した。次に、マウス冠動脈を60分間結紮後に再灌流を行うin vivo IRIモデルにおいて、IL-22投与による梗塞サイズの抑制効果をevans blue/TTC染色で、アポトーシス抑制効果をTUNEL染色で測定しPBS投与群と比較評価した。再灌流24時間後の梗塞サイズはPBS投与群に比べ、IL-22投与群において有意に減少した。結論:IL-22は心筋細胞のIL22RA1-STAT3経路の活性化を介したアポトーシス抑制によって、心筋IRIを抑制する。これらの結果は、IL-22が造血・免疫系に作用しない直接心筋細胞に作用する心筋保護サイトカインであることを示している。アポトーシス(細胞死)の評価を以下の通り行う。

IRモデル作成24時間後、心臓を摘出しTUNEL染色を行い、アポトーシスの程度をIL-22投与群と非投与群で比較、評価する。またウエスタンブロット法でアポトーシシス関連因子も比較評価する。細胞内シグナル伝達の評価を以下の通り行う。IRモデル作成後(0.5h、1h、3h、6h、24h)、心臓を摘出し、ウエスタンブロット法を用いて各種シグナル伝達分子の評価を行う。IL-22KOマウスを野生型マウスにIRモデルを作成し、24時間後の心臓を摘出し、EB、TTCの二重染色を行うことで梗塞範囲の2群間比較を行い評価する。同様に、14日後の心臓を摘出し、HE染色、Azan染色、心重量計測、心エコー計測等を行い、リモデリングの2群間比較を行い評価する。自施設に搬入となった急性心筋梗塞患者の入院日、2日目、3日目、7日目、14日目の血清を採取しELISAにてIL-22の計測を行い、IL-22と梗塞範囲、心機能、心筋逸脱酵素等の生化学分子との関連を解析する。平成28年、29年の2年間でおよそ100人分の検体を収集し解析を行う。循環器物品購入費の差額次年度に使用
豪雨災害時における都市部低平地の耐水性の評価と防災情報提供システムに関する研究

豪雨災害時における都市部低平地の耐水性を評価するとともに、その結果を防災・減災のために役立てる情報提供システムを作成した。研究実績の具体的内容は、以下のとおりである。1.豪雨時における都市部低平地の洪水流を詳細に表現する数値シミュレーション法を開発した。本方法では、堤内地の氾濫流は2次元的に表示されるが、河道流に対しては、河道の縦横断面形状等の資料を有効に利用し、河道内での洪水流ならびに溢水量を正確に表現する目的で1次元解析が行われた。これは、従来の1次元解析法と異なり、平面的な河道線形を考慮することにより、洪水流を準3次元的に扱うものである。本方法の特徴は、(1)計算にあたって、河道・堤内地共存2次元格子を導入したため、格子幅の大きさに関係なく、計算の際に幅の狭い水路が考慮され、本川・支川の合流点付近の浸水域をも精度良くシミュレートできる、(2)計算方式が二相構造になっているため、実用的な諸問題に対応し易い、(3)浸水域での最適な下水管断面の設計にも利用できる、等々であり、もちろん、2次元氾濫解析の利点を併せ持っていることは言うまでもない。2.上述された計算モデルにより、土地利用状況に対応して、都市居住区域の浸水危険度を評価することができる。この結果を防災に役立て、地域の耐水性を向上させるため、パソコンを利用した情報提供システムが作成された。本方法では、CRT画像として浸水深等の予測結果を市販地形図とともにカラー表示し、防災担当者ならびに一般市民の利用を容易にした。豪雨パターンの違いや土地利用の変遷に応じた予測結果も、カセット・ストリーマを使ったデータの蓄積により、必要に応じて瞬時に結果を参照することができる。今後は、大型計算機に依らず、この種の計算がパソコンで行えるようモデルを簡素化し、本手法の普及に努めたい。
肝細胞がん特有の進行メカニズムに着目した新規化学療法剤の開発

本研究計画では、肝細胞がん(以下、HCC)に対する新規化学療法剤開発を目的として、HCCに特徴的な分子であるDCPに着目した新しい概念の化合物の設計・合成を行い、HCC患者の予後に大きな影響を及ぼす脈管浸潤や肝内転移を抑制する化合物の創出を目指す。当該年度においては、まずDCPの発現性の変化がHCCの増殖に及ぼす影響に関して研究を行った。DCPの発現量は、DCPを発現するHCC細胞に対してビタミンKを作用させる事によって制御する事ができ、本研究においてもビタミンKを添加するとDCPの分泌量が減少する事を確認した。この結果に基づき、ビタミンK存在下でDCP発現量を減少させたHCC細胞を解析したところ、HCC細胞の増殖及び浸潤能が有意に抑制された。また、この効果は、HCCを移植したモデルヌードマウスにおいても認められた。従って、DCPの発現量の減少がHCCの進行を遅延させる効果をもつ事が示唆された。さらに、別の研究においては、過剰発現したDCPが血管内皮細胞の運動と血管形成を活性化し、HCC組織周囲に血管新生を誘導することがin vitro及びin vivoの実験系で確認された。以上より、DCPの阻害は、HCC細胞自体の増殖・浸潤の抑制及び血管内皮細胞の増殖と運動による血管形成の抑制という二つの側面からHCCに対する抗癌効果をもたらす事が示唆された。一方、平行して実施してきたDCPの発現制御を目指した新規化学療法剤の開発に関する研究では、化合物ライブラリからスクリーニングした一種の化合物が、DCPを高レベルで発現するHCC細胞に対して顕著な抗癌効果を示した。HCC細胞の種類によって効果が異なる原因やDCPの発現性及び機能に対する直接的な効果に関しては、今後さらなる研究を実施する必要がある。本研究計画では、肝細胞がん(HCC)に対する新規化学療法剤開発を目的として、HCCに特徴的な分子であるDCPに着目した新しい概念の化合物の設計・合成を行い、HCC患者の予後に大きな影響を及ぼす脈管浸潤や肝内転移を抑制する化合物の創出を目指す。これまでに行った研究では、DCPががんの進行に及ぼす影響に関して分子生物学的解析を行った。その結果、HCC細胞に対してDCPを作用させることによりHCC細胞の増殖が有意に亢進したほか、そのHCC細胞から分泌される各種血管新生因子の分泌量もDCPの濃度依存的に増加した。また、同種のHCC細胞を移植したモデルマウスに対して各濃度のDC恥を作用させて腫瘍の形態を解析したところ、in vitroにおける解析と同様の効果が確認でき、マウス体内における腫瘍の成長がDCPの投与によって有意に亢進した。以上のことから、DCPはin vitro及びin vitorにおいてHCC細胞の増殖を促進させることが証明されたほか、HCC細胞からの血管新生因子の分泌量を促進させることによりHCC組織周辺に血管新生を誘導する能力をもつことが明らかとなった。従って、DCPの発現あるいはがんに及ぼす効果を阻害することにより、HCCの進行を抑制することが可能であることが示唆された。一方、研究協力者との共同研究によって、独自のコンピュータ技術により設計した化合物を合成し、多様な構造をもった誘導体ライブラリを構築した。今後の研究では、当該ライブラリ内の化合物群から)CPの発現抑制に有効な化合物を選定し、HCC細胞に対する効果を検討することにより、特異性の高い新規化学療法剤の創出を図る。
ホルモン非依存性前立腺癌での特異的癌遺伝子産物発現異常の検討と病理診断への応用

ホルモン非依存性前立腺癌で腫瘍マーカーとなりうる癌関連遺伝子候補を同定することができた。これらは前立腺癌増殖の促進に関与する新規癌関連遺伝子や、既存の癌関連遺伝子でGIe器on分類に相関して発現が亢進するものも同定している。新規癌関連遺伝子産物として同定したPKIBの連遺伝子産物を抗原として抗体を作製した。作製した抗体を用いて免疫組織化学的に前立腺癌症例を検討したところ、その発現は、正常前立腺では減弱しているが、癌組織では高発現がみられ、ホルモン非依存性前立腺癌においては、特にGleasonscoreが高い症例に有意に高発現を示す結果となった。外科的に切除されたホルモン非依存性前立腺癌の未固定凍結材料を用い、Nikon社マイクロディセクションシステムEZCutを用いることで、前立腺癌の各腫瘍組織材料切片より正常部、前癌病変部、腫瘍部の目的細胞を採取、これらをDnase処理後RNAを抽出し、RNA増幅後、cDNAマイクロアレイ解析を行い、目的とする前立腺癌に特異的な新規癌関連遺伝子発現を検討した。cDNAマイクロアレイ解析に関しては、National center for Biotechnology InformationのUniGeneデータベースを基に選択された23,040種のcDNAを有するcDNAチップを使用し、Imaging Research社のArray Visionソフトウエアを用いて解析を行った。その結果、MICAL familyの一つと考えられる新規遺伝子として、MICAL2-PV遺伝子の過剰発現を前立腺癌組織において明らかにした。その代表的なMICAL1はシグナル伝達、細胞骨格の制御や免疫応答に重要な役割を担うCast1に結合するタンパクとして発見され、Vimentinとも結合することより、細胞骨格制御に関与すると考えられており、MICAL2-PVも同様の機能が推測される。MICAL2-PVは前立腺癌においては進行癌、特にGleason scoreの高い低分化型腺癌に高率に異常発現を認め、免疫組織化学的にもこれら癌細胞の胞体に強陽性反応を認めた。MICAL2-PVタンパク発現は、正常前立腺組織では弱陽性を呈するのみであり、前癌病変から高分化腺癌、中分化型腺癌と分化度が低下するに従い陽性反応が強くなる傾向を示した。よってMICAL2-PVは、前立腺癌、特にGleason scoreの高い低分化型腺癌のマーカーとして利用出来るのみならず、それら高悪性度の前立腺癌の病態解析においても有用な癌遺伝子と考える。外科的に切除されたホルモン依存性及び非依存性前立腺癌の未固定凍結材料を用い、Nikon社マイクロディセクションシステムEZCutを用いることで、前立腺癌の各腫瘍組織材料切片より正常部、前癌病変部、腫瘍部の目的細胞を採取、これらをDnase処理後RNAを抽出し、RNA増幅後、cDNAマイクロアレイ解析を行い、目的とする前立腺癌に特異的な新規癌関連遺伝子発現を検討した。その結果、ホルモン依存性前立腺癌に比較した場合、非依存性前立腺癌に於いてはAR,ANLN,SNRPE遺伝子過剰発現とNR4A1,CYP27A1,HLA-A遺伝子発現低下を認めた(Cancer Res.2007,67,5117-25)。これら発現状を認めた遺伝子産物に関して、免疫組織学的に検討したところ、ホルモン依存性及び非依存性前立腺癌においてそれぞれの発現増加及び発現減少が認められた。今後はこれらの異常発現遺伝子産物におけるホルモン非依存状態での腫瘍動態への関与について解析を行う。加えてそれら遺伝子産物が、ホルモン非依存性旋律腺癌における分子標的治療の対象となりうるか否かの検討も行う。レーザーマイクロビームイクマロティセクション法にて、ヒト前立腺癌、特にホルモン非依存性前立腺癌の各症例組織切片の腫瘍部より目的とする細胞を採取し、cDNAマイクロアレイ解析法を応用することによりホルモン非依存性前立腺癌で特異的に発現している癌関連遺伝子の道程を試みた。その結果ホルモン非依存性前立腺癌における新規癌関連遺伝子産物としてPKIBを同定し(oncogene、submitted)、その連遺伝子産物を抗原として抗体を作製した。作製しだ抗体を用いて免疫組織化学的に前立腺癌症例を検討したところ、その発現は、正常前立腺では減弱しているが、癌組織では、症例により程度の差がみとめられるものの発現がみられ、特にホルモン非依存性前立腺癌の全17症例、およびホルモン依存性前立腺癌においてはGleason scoreが高い症例に有意に高発現を示す結果となった。前癌病変としてのPINについての発現に関しては、ホルモン非依存性前立腺癌症例におけるPIN病変自体の同定が困難であり、今後の課題となった。

今後はホルモン依存性の有無の鑑別診断に応用し、その後の外科療法、ホルモン療法、化学療法もしくは放射線療法の選択や、再燃癌治療方針決定に利用が可能か検討する予定で、さらにホルモン非依存性前立腺癌症例における新規治療法としての分子標的治療の可能性もあわせて検討する。
豪雨時の表層崩壊に起因する土石流の規模と発生時刻の予測

土石流に対するハード対策・ソフト対策を的確かつ効率よく実施する為に,豪雨に伴う表層崩壊の発生と崩土の土石流化のメカニズムを解明し,予測手法を開発した。表層崩壊については,地形のみでは発生メカニズムを十分に説明できず,基岩内部の地下水流動を把握する必要があることが明らかとなり,電気探査や空中電磁探査に基づく予測手法が提示された。さらに,基岩からの湧水が土石流の規模を増大させる可能性があることが確かめられた。山地斜面内部の水文過程は長期的な地形発達とともに変化するが、外的要因により比較的短期間で劇的な変化が起こる場合があり,予測困難な崩壊発生の要因の一つと考えられている。比較的短期間に水文過程が変化する要因として,水流によるパイプの発達や閉塞,斜面変形による基岩の亀裂発達などが指摘されている。しかし,局所的に起こる水文現象の変化を把握できるほど高密度に水流観測をした例は少なく,実斜面で起こる時間変化の詳細な観測例は無い。そこで本年度の研究では,まず,表層崩壊の発生が予測される斜面に高密度かつ広域にテンシオメータを設置し,土層内の水流挙動を集中的に観測した。その結果,基岩湧水,飽和帯水層,降雨時の選択流といった不均質水流を直接観測できた。さらに,降雨時の選択流路が発達・拡大し,斜面の水文過程が変化する様子を詳細に把握できた。次に,表層崩壊や土石流のハザードシステムに広く使われている「ブロック集合モデル」の問題点について考察した。モデルの検証を目的として詳細な水文観測を行った結果,雨水の風化基岩への浸透と,流域末端部における基岩からの湧水が,重要であることがわかった。このような流域に,既往のブロック集合モデルを適用したところ,土層内の地下水位変動の再現精度が低くなった。しかしながら,地形に依存した浸透水の集中が起きやすい箇所にある既往崩壊地については,妥当な安全率の低下が予測された。これは,降雨中には土層内部の雨水流動の重要性が無降雨時に比べて高くなるためであるが,モデルによる地下水位絶対値の再現精度が高くないことから,崩壊の発生を正しく予測できている保証は無いと考えられた。このことから,水文プロセスに関するモデルの検証が成されていない段階では,計算により得られた斜面崩壊危険度は,地形・土層厚・降雨波形などの各種要因を統合化した,一種の指標と見なす方が妥当であると考えられた。昨年度の研究の結果,山体の基岩内に存在する地下水(山体地下水位)が山腹斜面に水を供給する重要な涵養源であり,表層崩壊の発生を予測する上で,山体地下水の挙動ならびに山体地下水の湧水波形を解析することが非常に重要であることが明らかとなった。そこで本年度は,山体地下水の賦存量が大きいと考えられ,過去に多くの崩壊が発生している中古生層堆積岩山地に新たな試験区を設け,集中的な観測を実施した。そしてその結果を,これまで観測を行ってきた,花崗岩を地質とする斜面と比較した。花崗岩を地質とする斜面からの湧水では,降雨に対応した洪水流出波形に加え,緩やかに長期変動する基底流出波形が観測された。基底流出は梅雨の降雨により増加し7月中旬にピークとなった後徐々に減少したが,9月初旬の豪雨後に再び増加に転じた。このような基底流出波形の変動パターンは,観測を行った全ての湧水で共通していた。このことから,花崗岩を地質とする斜面では,多くの雨水を貯留するひとまとまりの山体地下水帯が存在し,各湧水点の涵養源になっていると考えられた。一方,堆積岩山地の結果では,湧水量の波形に地点間のばらつきが見られた。常に降雨に遅れた緩やかな上昇が観測される地点と,降雨ピークに対応した洪水ピークと降雨後数日間に発生する二次ピークの両方を示す地点が存在した。また,降雨に対する反応が非常に鋭敏で,降雨に遅れた上昇を示さない地点も存在した。以上の結果から,堆積岩山地では複数の山体地下水帯が存在することが考えられた。以上の様な,地質による山体地下水挙動の違いが,表層崩壊発生のタイミングや崩土の移動形態に大きく影響することが推測された。斜面における水文観測を継続し,小規模な崩壊・土石流発生時のデータを計測することができた。小規模な崩壊・土石流が発生した谷は,普段は顕著な表流水が流れていないが,基岩内部の地下水面が常に高い位置に存在することがわかった。豪雨時にはその地下水が大きく上昇して土層内に供給されること,さらに大量の雨水が浸透することによって,表層土壌の不安定化が引き起こされるメカニズムが解明された。以上の崩壊・土石流化を予測する為に,基岩内部の地下水上昇を推定するモデルを開発し,これまでに収集した水文データを使用してその検証を行った。

モデルの開発に当たっては,「地下水位の計算に用いる実効雨量を1種類にするか2種類にするか」ならびに「実効雨量と地下水位の関係を一次関数で表すが冪関数で表すか」を検討するために,合計4つの関数モデルについて解析を行った。その結果,斜面中部の3地点では1種類の実効雨量を用いたモデルにより,斜面上部と下部の計5地点では2種類の実効雨量を組合わせたモデルにより,観測地下水位が適切に再現されることがわかった。また1地点を除き,冪関数を用いて地下水位を表現するモデルが適切であることがわかった。さらに,基岩地下水位変動の算定において,長期的な降雨指標として用いられる実効雨量の半減期は4791139 hとなり,土砂災害に対する警戒・避難を判断する際に通常使用される72 hよりもかなり長くなった。また短期的な降雨指標として用いられる実効雨量の半減期は4589 hとなり,通常使用される1.5 hよりも長くなった。以上の最適化された関数モデルのパラメータ値は,解析斜面における三次元的な地下水流動の特徴を的確に反映していることが示された。長谷川式土壌貫入計の先端にTDR式土壌水分計を取り付けた土壌水分計付貫入計を用いて,観測斜面の内部構造把握を行った。観測斜面上に7本の横断測線を設け,各測線において1 m間隔で貫入試験を実施した。この結果,地表面形状が比較的平坦であるのに対し,土層ー基岩境界面は複雑な形状を示し,特に斜面下部では,中央が窪んだ集水地形を呈していることがわかった。次に貫入試験を実施した地点のうち55地点を選び,テンシオメータを用いた土層ー基岩境界面の土壌間隙水圧の計測を実施した。さらに,横断測線と縦断測線を設定してテンシオメータを増設し,断面内部の圧力水頭分布を把握できるようにした。雨量データとテンシオメータを記録するロガーをインターネットに接続し,LANを用いたリアルタイムの計測制御とデータ回収のシステムを構築した。この結果,大学の研究室からの計測制御が可能となった。テンシオメータの計測間隔は,降雨強度に応じて20600 secの範囲で遠隔制御により設定し,豪雨時の地下水挙動に関する詳細なデータを得た。さらにLANの環境を利用してネットワークカメラを設置し,観測斜面の様子をリアルタイムで観察し,録画するシステムを構築・運用した。テンシオメータデータを詳細に解析したところ,基岩から常時湧水が発生し,この湧水が斜面土層中を流下する間に,選択的な水みちを形成していることが判明した。豪雨時には,この水みち通じて雨水流動が集中し,飽和域が急速に拡大していく。この様子を三次元的に把握し,定量化することができた。その結果,崩壊発生を引き起こすメカニズムと,崩壊時の斜面水分状況の解明に繋がるデータを得ることができた。以上に加え,調査ボーリングによる地下水挙動の把握,高密度電気探査による地下水分布の把握,水質をトレーサーとした土層と基岩の間の水の交換プロセスの解明を進めた。平成25年の台風18号の豪雨により土砂流出が発生した山地において,空中電磁探査法を用いた広域調査を実施した。その結果検出された,低比抵抗帯が谷を横切る地点の周辺で,高密度電気探査を行ったところ,低比抵抗帯において明瞭な縦方向の比抵抗不連続線が観測され,粘土を伴った断層により地下水が遮断されている地質構造を特定することができた。さらに豪雨時の水文観測の結果,土層内に一時的に形成される飽和側方流や復帰流型の表面流の発生に,イベント雨水のみでなく地下水が寄与することが判明した。
植物の無機物同化系酵素群の電子分配機構の生化学的、分子生物学的研究

1)Fd変異分子の作製と無機物同化系酵素群との電子伝達特性の解析大腸菌発現系を用いて、トウモロコシFdの[2Fe-2S]クラスター近傍の残基と分子表面に存在する酸性残基の改変体を1セット作製し、改変体の酸化還元電位、及びFd-NADP還元酵素や亜硫酸還元酵素との電子伝達を解析し、Fdと各々の酵素との電子伝達に関与する領域を同定した。目下、グルタミン酸合成酵素と亜硫酸還元酵素の改変体を作製しており、酵素側から電子伝達に関わる構造要因の解析を進めている。2)無機物同化系に関与する光合成型と非光合成型Fdの細胞内電子分配の相違性の解析ラン藻Plectonema boryanumの形質転換系を用いて、トウモロコシの光合成型FdIと非光合成型FdIIIの機能を解析した。ラン藻自身のFd遺伝子(petF)の欠損株の光合成機能はFdIにより相補されたが、暗所での非光合成的な生育能は相補できなかった。FdIIIを同様に形質転換した株では、petFそのものの光合成機能が競争阻害されることが明らかになった。この結果より、光合成型と非光合成型Fdの電子分配機能が異なっていることが証明された3)ラン藻グルタミン酸合成酵素(GOGAT)の遺伝子クローニングと遺伝子欠損株の解析無機物同化系酵素群の中にはで電子供与体をFdとピリジンヌクレオチドを使い分けている場合がある。Fd-GOGATとNADH-GOGATがその好例である。ラン藻Plectonema boryanumを用いて、この両イソ酵素の遺伝子をクローン化し、各々の遺伝子欠損株を作製した。欠損株は対応する酵素活性は消失していたが、硝酸イオンの同化能には顕著な変化は認められなかった。両酵素の2重欠損株は単離できないので、GOGAT遺伝子は必須であるが、どちらか片方で十分な機能を発揮できると考えられる。1.トウモロコシのフェレドキシン(Fd)イソ蛋白質の中で、これまでcDNAがクローン化されていなかった維管束鞘細胞特異的に存在するFdIIの遺伝子のクローン化に成功し、明らかになった構造に基づいて各種Fd依存性酵素との反応性を考察した。2.トウモロコシFdIIIの遺伝子を操作して各種変異体を作製し、酸化還元電位が-40mVから+120mV変化した分子種を得た。3.トウモロコシの亜硫酸還元酵素(SiR)及びFd-NADP還元酵素(FNR)とFdとの電子伝達機構をFdの部位特異的変異体を用いて解析し、両酵素との電子伝達に共通に必要な領域とFNRとのそれに優先的に必要な領域の同定を行った。4.トウモロコシSiR遺伝子をタバコに導入した形質転換体を作製し、タバコでの発現と酵素活性の増強を確認した。目下、硫酸同化系の代謝過程にどのような変化があるか検討中である。5.(2)の変異Fd遺伝子をラン藻細胞に導入し、形質転換体を得た。目下、(3)で得られた試験管内における電子分配の特性が、細胞内でどのように発揮されるか検討中である。電子伝達蛋白質であるフェレドキシン(Fd)は、葉緑体において光還元力を無機物同化系酵素群へ分配し、各種の酸化還元反応を進行させる。

本年度は、無機物還元同化系酵素の一種である亜硫酸還元酵素(SiR)とフェレドキシン(Fd)-NADP還元酵素(FNR)への光還元力分配の機構を明らかにする目的で、FdとSiR、およびFdとFNR間の電子伝達反応を研究した。トウモロコシFdの分子表面上の10ヶ所の酸性残基(D27、E30、D58、D61、D66/D67、E71/E72、D85、E93)のカルボキシル基を、個々あるいは2残基同時にアミド基に置換した改変体を作製し、それぞれの酵素との複合体形成や電子伝達効率を解析した。これらの酸性残基のFNRとSiRとの静電的相互作用に及ぼす影響の強さは異なり、D66/D67はFNRとの結合に、E93はSiRとの結合に最も強く関与していることが明らかとなった。トウモロコシの光合成型Fdと非光合成型Fdの電子分配の機能を、生細胞内で解析できる実験系を構築するため、これらのFdのcDNAをラン藻(P.boryanum)で発現する事を試みた。大腸菌のtrcプロモーター下にFdの成熟体領域のcDNAを挿入したベクターを用いて形質転換したところ、誘導剤存在下でFd遺伝子の発現が起こり、しかも非光合成型Fdを発現した株には顕著な生育阻害が観察された。この阻害は培地にグルコースを加えることで軽減され、異種Fdが発現することにより、光合成炭酸同化系の効率の低下が起こっていると推察された。1.トウモロコシの亜硫酸還元酵素cDNAを大腸菌内で発現させ、酵素活性を持った機能分子を大量に調製することに成功した。目下、本酵素の結晶化を試みている。また、補欠分子族である[4Fe-4S]クラスターとシロヘムの配位に関与していると推定されるシステイン残基をセリンに改変した遺伝子は機能発現しないことが判明した。2.ラン藻Plectonema boryanumのフェレドキシン(Fd)依存型グルタミン酸合成酵素(GOGAT)とNADH依存型GOGATの遺伝子をクローニングした。それぞれの遺伝子を不活化した変異株は対応する酵素活性を消失していたが、光独立栄養条件でも暗所での完全従属栄養条件でも生育が可能であった。両方のGOGAT遺伝子の欠損株は目下のところ得られていない。3.P.boryanumにトウモロコシの光合成型FdIのcDNAをあらかじめ形質転換した上で、このラン藻のFd遺伝子(petF)欠損株を単離することに成功した。この株はトウモロコシFdIに依存して光合成を行うが、暗所での生育は不可能であった。したがってFdIはPetFの光合成機能のみを相補可能であることが証明された。4.トウモロコシのFd-GOGATのcDNAを大腸菌内で発現させる系を確立した。この組換え分子が酵素活性を発揮するには、N末端がシステインであることが必須であることが判明し、グルタミンと酵素の触媒反応中間体を形成する残基であることが推察された。
一般廃棄物の処理システムに潜在するリスクの評価と軽減策

廃棄物管理システムの一部に発生する異常が人々の日常生活に波及する態様及び条件、あるいは波及しない条件を分析することにより、既存の廃棄物管理システムを種々のリスクに対して弾力的なシステムに改善するための具体的指針を得ることを目的とした。併せて、分別収集、リサイクル、全量焼却等の廃棄物管理戦略をリスク管理の視点から評価し、廃棄物管理のための諸設備・施設の設計要件だけでなく廃棄物の排出に関連する人々のライフスタイルや廃棄物管理行政の施策を含めて、現在の都市廃棄物管理システムをリスクに弾力的なシステムに改善するための指針を発見し、それらの効果を定量的に評価することを試みた。平常時、事故時などにおけるリスクの顕在化パターンを分類・整理し、ハード及びソフトなリスク軽減策が、廃棄物処理システムのどの構成要素に関連してリスク軽減の効果を発揮するかを、いくつかのリスク評価指標を介して解析した。長崎大水害や阪神・淡路大震災後の災害廃棄物処理の事例を解析し、構築した数学モデルの妥当性を検証すると共に、数値シミュレーションにより災害廃棄物の流動特性を分析し、災害廃棄物の一時保管場、仮設の破砕処理施設、仮設の焼却処理施設、有価物の分別・再利用、域外処理委託等の諸政策が、災害廃棄物の効果的な処理にどのように有用であったかを定量的に評価した。3年間にわたる研究の最終年度に当たるため、3年間の研究成果をとりまとめて報告書を作成した。わが国の一般廃棄物処理システムを、システムの構成原理(廃棄物処理戦略)に注目して、いくつかの類型に整理し、それらのシステム内部での廃棄物の変質(組成変化)、体積(重量)減少、輸送、滞留などの諸現象を、廃棄物の物質収支関係を保存しつつ動的に解析する数学モデルを構築した。廃棄物管理システムに潜在的なリスクは、システム内部での廃棄物動態と密接に関連している。この視点から、システムの平常操業時およびシステムを構成する要素プロセスの機能喪失をもたらさない程度の異常事態に注目して、リスク原因事象と評価対象リスク、リスク指標を設定した。代表的な廃棄物管理戦略に基づいた処理システムごとに、処理能力、一時保管容量、埋立処分容量等の特性値を与え、構築した数学モデルを用いて計算機による数値シミュレーションを実行し、廃棄物処理戦略の違いが、廃棄物の大量発生や清掃工場の操業一時停止等の想定異常事態下で、システム内部での廃棄物の動態をどのように変えるかを解析し、リスク指標を定量的に評価する枠組みについて検討した。廃棄物処理システムを構成する処理プロセスが破壊され、廃棄物処理の目的が大規模に阻害される事例として阪神大震災に注目し、平成6年度に構築した数学モデルを適用するべく、災害廃棄物の発生や輸送、中間処理および処分に関する基本的なデータを収集する可能性について検討している。長崎大水害後の災害ごみの処理を対象に、構築した数学モデルにより廃棄物の流動特性を分析した。構築したモデルの妥当性をまず平常時における長崎市の一般廃棄物処理システムを対象にして確認し、清掃工場等の操業が停止した状態での災害ごみ処理の実態と平常状態への回帰を解析した。また、廃棄物輸送能力の増強や野焼き、廃棄物焼却能力の増強等の施策が、廃棄物に関連するリスクの低減にどのような効果をもたらすかを明らかにした。次いで、阪神・淡路大震災後の廃棄物大量発生と処理システムの被災、発生した震災ごみの処理のあり方を、神戸市を対象にして検討した。

臨時に構成された可燃廃棄物の焼却工場、廃棄物の一時保管場、一時保管場における分別、最終処分場における埋立、域外搬出等の諸プロセスをモデルに組み込み、神戸市が設定した災害ごみ処理基本計画に添って、円滑な廃棄物処理の可能性とその溢路について検討した。廃棄物管理システムの一部に発生する異常が人々の日常生活に波及する態様及び条件、あるいは波及しない条件を分析することにより、既存の廃棄物管理システムを種々のリスクに対して弾力的なシステムに改善するための具体的指針を得ることを研究目的とした。併せて、現在わが国で採用されている一般廃棄物処理システムの構成原理をリスク管理の視点から、分別収集、リサイクル、全量焼却等に区分した。京都市の廃棄物処理基本計画を対象に、廃棄物の排出に関連する人々のライフスタイルや廃棄物管理行政の施策を含めて、現在の都市廃棄物管理システムをリスクに弾力的なシステムに改善するための指針を発見し、それらの効果を定量的に評価することを試みた。平常時、事故時などにおけるリスクの顕在化パターンを分類・整理し、ハード及びソフトなリスク軽減策が、廃棄物処理システムのどの構成要素に関連してリスク軽減の効果を発揮するかを、いくつかのリスク評価指標を介して解析した。特に、阪神・淡路大震災後の災害廃棄物処理の事例を解析し、構築した数学モデルの妥当性を検証すると共に、数値シミュレーションにより災害廃棄物の流動特性を分析し、災害廃棄物の一時保管場、仮設の破砕処理施設、仮設の焼却処理施設、有価物の分別・再利用、域外処理委託等の諸政策が、災害廃棄物の効果的な処理にどのように有用であったかを定量的に評価した。