hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高伝熱性管壁型触媒反応器の開発と評価

本研究では、比較的大きな吸発熱を伴う反応において、トータルなシステムの観点からの熱エネルギーの有効利用によるプロセスの高効率化や、負荷変動に対する応答性の迅速化が可能であると考えられる管壁型反応器に関する研究を実施した。具体的には、アルカリ性の亜鉛置換めっき操作と中性のニッケル化学還元めっき操作からなる無電解めっきにより、触媒成分としてニッケルを付着させたアルミニウム製のコルゲートフィンを内部に装備した熱交換型管壁反応器を製作し、それを中心として構成した反応システムのメタノール分解反応に対する伝熱特性や反応特性、ならびにコルゲートフィンの形状が反応特性に及ぼす影響について検討を加えた。その結果、今回製作した反応システムのメタノール分解特性は、一酸化炭素と水素の生成が選択的であり、しかも、かなりの分解活性を示すことが明かとなった。また、そのときの反応器内温度分布は、数値シミュレーションから予測されたように、反応器入口付近で約2K程の若干の温度低下を示し、それ以降は設定温度にほぼ沿った分布であることが明らかとなった。このことから、熱交換型管壁反応器は大きな吸熱を伴う反応を行う場合でも、効率的な熱エネルギーの供給が可能であることが実験的に確認された。また、実測値とシミュレーションによる予測値がほぼ一致したことから、数値シミュレーションの妥当性も確認することができた。さらに、コルゲートフィンのフィン高さを小さくすることによって、生成物の選択性を維持したまま、反応器の分解活性を向上することが可能であることも明かとなった。特に、フィン高さ3mmのコルゲートフィンを用いた場合はきわめて高い分解活性を示した。また、コルゲートフィンの形状を変化させ、反応ガスの乱流促進を図ることでさらに分解活性が向上することも明かとなった。
人工DNAを用いる超分子レドックスシステムの構築

本研究では、金属錯体型人工DNAを用いて、レドックス活性金属イオンの空間配列を設計・合成し、新しい構造・機能を創出し実用化を図ることを目的とした。DNAは遺伝情報を司る生体高分子であるが、我々はその分子構造を基に新しい機能性分子を創製する研究を行っている。まず、核酸塩基を金属配位子に置き換えた数種の人工DNAを化学的に合成した。これらの人工DNAは、水素結合の代わりに金属イオンと錯体をつくることにより塩基対を形成して、二重らせん構造となる。これらの人工DNAは、二重らせんの中心に、「数」と「順序」を制御して金属イオンを配列化する場として優れている。例えば、ヒドロキシピリドンを核酸塩基として用いた人工DNAの中心に、磁性をもつCu^<2+>イオンを思いどおりに15個、一次元的に並べることを吸収スペクトルによる滴定実験により明らかにした。CDスペクトルによる滴定実験より、これらの銅錯体は右巻きの二重らせん構造であることが推察された。二重らせん構造の中でCu^<2+>イオンは平面四配位型をとり、Cu^<2+>-Cu^<2+>間約3.7オングストロームの距離でスタッキングしている。また、Cu^<2+>イオン間には強磁性的な相互作用がみられ、Cu^<2+>イオンの数に応じてスピン量子数が系統的に変化することをEPR測定により明らかにした。現在は、これらの結果を踏まえて、複数種の人工核酸塩基を用いて、異種金属イオンの配列化を検討している。生体高分子に見られる、構造・機能ユニット→一次構造→高次構造→分子機能を結ぶ構造活性・機能構築の法則性に注目して、金属錯体型人工DNAを用いた超分子レドックス系の構築法を考案した。本研究は、天然DNAの塩基対形成のドライビングフォースである水素結合を、金属配位結合に置き換えた人工DNAを創製し、遺伝子発現制御や機能性分子構築に展開した。本年度は、ピリジンやヒドロキシピリドンを核酸塩基としてもつ人工ヌクレオシドを数工程で合成し、それらが銀(I)や銅(II)イオンにより塩基対を形成することをNMR、ESI-TOF型質量分析、吸収スペクトル法により確認した。これらの塩基対をオリゴヌクレオチドに導入すべくホスホロアミダイト体に誘導し、DNA自動合成機により天然DNAオリゴマーの中央部に一つないし二つ導入することに成功した。それらの構造はMALDI-TOF型質量分析により確認した。260nm紫外可視吸光度法による融解実験により、金属イオンの存在下では、融点が上昇し二重鎖が熱力学的に安定化されることが明らかとなった。金属錯体型塩基対が核酸の内部に取り込まれたかどうかについては、銀錯体についてはNMR解析、銅錯体については紫外吸収スペクトルの変化により証明できた。マイクロモル濃度の条件下では、これらはほとんど錯体を形成しないが、核酸の内部に取り込まれることにより、多点水素結合やスタッキング相互作用が協奏的に働き、安定な錯体が形成されたと推定している。今後、さらに多くの金属錯体型人工ヌクレオチドを天然型DNAオリゴマーに導入し、金属のナノ集積化を行い、電気化学的な手法によりレドックス活性を検討する予定である。近年、レドックス金属錯体を用いる電子移動触媒系の開発や、生体内の電子伝達システムの解明が進むにつれ、レドックス活性な金属イオンの空間配列制御が、新物質・新機能を創出するための重要な戦略であることが広く認識されるようになった。DNAは遺伝情報を司る生体高分子であるが、我々はその分子構造を基に新しい機能性分子を創製する研究を行った。核酸塩基を金属配位子に置き換えた人工DNAを化学的に合成し、これを利用して、金属イオンをトリガーとした、二重らせんや三重らせんなどDNAの高次構造の制御を行った。また、この人工DNAは、二重らせんの中心に、「数」と「順序」を制御して金属イオンを配列化する場として優れている。例えば、人工DNAの中心に、磁性を持つ銅イオンを思い通りに15個、一次元的に並べることができた。二重らせん構造の中で銅イオンは平面四配位型をとり、銅-銅間約3.7オングストロームの距離でスタッキングしている。また、銅イオン間には強磁性的な相互作用がみられ、銅イオンの数に応じてスピン量子数が系統的に変化した。これまでの金属イオンの一次元集積化の方法はほとんどが結晶化を基本としていたため、金属イオンの数や、複雑な配列構造を制御することは困難であった。我々は、金属錯体型人工DNA中で、定まった数の金属イオンを思い通りに並べることに成功した。

これらの人工DNAは、二重らせんの中心に、「数」と「順序」を制御して金属イオンを配列化する場として優れている。例えば、ヒドロキシピリドンを核酸塩基として用いた人工DNAの中心に、磁性をもつCu^<2+>イオンを思いどおりに15個、一次元的に並べることを吸収スペクトルによる滴定実験により明らかにした。CDスペクトルによる滴定実験より、これらの銅錯体は右巻きの二重らせん構造であることが推察された。二重らせん構造の中でCu^<2+>イオンは平面四配位型をとり、Cu^<2+>-Cu^<2+>間約3.7オングストロームの距離でスタッキングしている。また、Cu^<2+>イオン間には強磁性的な相互作用がみられ、Cu^<2+>イオンの数に応じてスピン量子数が系統的に変化することをEPR測定により明らかにした。現在は、これらの結果を踏まえて、複数種の人工核酸塩基を用いて、異種金属イオンの配列化を検討している。
降雨パターンの違いによる雨水浸透をともなったしらす斜面の地震時崩壊予知とその対策

本研究は、平成11年度から平成12年度の2年間にわたって各所の研究機関において「降雨パターンの違いによる雨水浸透をともなったしらす斜面の地震時崩壊予知とその対策」のテーマで実施されたものである。各所の研究機関で得られた研究成果の概要を以下に述べる。(1)南九州地域において、崩壊の発生している典型的なしらす地盤から採取したしらす試料に関する三軸圧縮試験を実施した結果、しらすのせん断特性がほぼ明らかになった。(2)現有の室内浸透装置を用いて浸透試験を実施した結果,降雨下におけるしらす地盤への雨水の不飽和浸透機構が明らかになった。(3)現有の不飽和三軸せん断試験装置を用いてせん断試験を行った結果,雨水の不飽和浸透を考慮したしらす地盤のせん断抵抗の変化と地盤の安定性問題がほぼ明らかになった。(4)現有の応力制御型振動試験装置を用いて液状化試験を実施した結果,しらす地盤の液状化特性が解明された。(5)現有の操作型顕微鏡装置を用て観察した結果,しらすの粒子構造と雨水の不飽和浸透機構が明らかになった。(6)しらす埋立地盤の飽和・不飽和浸透解析を実施した結果,しらす埋立地盤の降雨下における浸透特性が明らかになった。(7)しらす斜面の地震時安定性を考慮すべく,定ひずみ速度繰返し三軸試験装置の試作と液状化試験を実施した結果,地震時液状化判定に定ひずみ速度繰返し三軸試験データの有効性が明らかになった。(8)原位置しらす地盤の水分分布特性を用い,原位置地盤の飽和・不飽和浸透解析を実施した結果、原位置しらす地盤の安定性の検討に有効であることが究明された。本年度は以下に述べるような基礎的試験によるデータの整理及び資料の収集に重点を置いた.(1):南九州地域において,崩壊の発生している典型的なしらす地盤から採取したしらす試料に関する三軸圧縮試験を実施し,しらすのせん断特性に関する考察を行った.(2):現有の室内浸透装置を用いて,しらす地盤への雨水浸透実験を実施し降雨下におけるしらす地盤への雨水の不飽和浸透機構の解明を行なった.(3):現有の不飽和三軸せん断試験装置を用いて,雨水の不飽和浸透を考慮したしらす地盤のせん断抵抗の変化と地盤の安定解析を実施した.(4):現有の応力制御型振動試験装置を用いて,しらすの液状化特性の解明を行なった.(5):現有の繰り返し三軸試験装置を改良し,三軸繰返し試験機モニタリングシステムが完成した.

このことによって,雨水不飽和浸透下にあるしらす地盤の動的せん断強度特性の究明を行うことが可能となった.(6):現有の操作型顕微鏡装置を用いて,しらすの粒子構造と雨水の不飽和浸透機構解明に着手した.(7):しらす埋立地盤の飽和・不飽和浸透解析を実施するとともに,しらす埋立地盤の地震応答解析を行なった.(8):しらす斜面の地震時安定性を考慮すべく,定ひずみ速度繰返し三軸試験装置の試作と液状化試験への適用を検討した.(9):原位置しらす地盤の水分分布特性を用い,原位置地盤の飽和・不飽和浸透解析を実施した.得られた研究成果を土木学会研究発表会において公表した.最終年度は以下に述べるような応用的試験を前年度に引き続き行いデータの整理及び資料の収集を実施した.(1):南九州地域において,崩壊の発生している典型的なしらす地盤から採取したしらす試料に関する三軸圧縮試験を実施し,しらすのせん断特性に関する考察を行った.(2):現有の室内浸透装置を用いて,しらす地盤への雨水浸透実験を実施し降雨下におけるしらす地盤への雨水の不飽和浸透機構の解明を行なった.(3):現有の不飽和三軸せん断試験装置を用いて,雨水の不飽和浸透を考慮したしらす地盤のせん断抵抗の変化と地盤の安定解析を実施した.(4):現有の応力制御型振動試験装置を用いて,しらすの液状化特性の解明を行なった.(5):現有の繰り返し三軸試験装置を改良し,三軸繰返し試験機が完成した.このことによって,雨水不飽和浸透下にあるしらす地盤の動的せん断強度特性の究明を行うことが可能となった.(6):現有の操作型顕微鏡装置を用いて,しらすの粒子構造と雨水の不飽和浸透機構解明に着手した.(7):しらす埋立地盤の飽和・不飽和浸透解析を実施するとともに,しらす埋立地盤の地震応答解析を行なった.(8):しらす斜面の地震時安定性を考慮すべく,定ひずみ速度繰返し三軸試験装置の試作と液状化試験への適用を検討した.(9):原位置しらす地盤の水分分布特性を用い,原位置地盤の飽和・不飽和浸透解析を実施した.得られた研究成果を鹿児島高専研究報告と土木学会研究発表会において公表した.
がん患者のアドバンス・ケア・プランニングがもたらす効果に関する研究

アドバンス・ケア・プランニング(ACP)とは、将来の意思決定能力の低下に備えて、今後の治療・療養について患者・家族と医療者とがあらかじめ話し合うプロセスである。本研究では国内外で行われたACP研究について文献レビューを行い、ACPの方法や時期について検討した。そしてACPを行うことが、患者・家族と医療者にもたらす効果を検討するために、進行婦人科がん患者を対象に、がん看護専門看護師による定期的なACPを実践し、その効果を質的・量的側面から検討を行った。本研究は、がん患者・家族と医療者とが共同でアドバンス・ケア・プランニング(ACP)を行うことが、患者・家族と医療者にもたらす効果を検討することである。本年度は、どのような対象に、どのタイミングでどのようなACPを行うべきかを文献検討から明らかにした上で、安全で効果的なACPを構築するための示唆を得ることを目標として研究を進めた。ACPがどのような対象に行われてきたのかについては、サーベイ研究をもとに行い、またどのようにACPが行われたかについての検討は、介入研究および事例報告をもとに行った。その結果、慢性疾患を持たない成人の約7割の人が、自分の死について家族と語りあうことを希望し、自分に施される医療について医療者とともに話し合うことに関心をもっていた。しかし、関心度は対象者の年齢や健康状態により異なり、高学歴で既婚の女性や一人暮らしの人が高い関心を示す傾向にあった。高齢者においては、家庭医が関わることにより、ACPへの関心が高まる傾向もみられた。国内だけでなく、海外においてもACPの介入研究は少ない。ACPは多くの効果をもたらすことが予想されるが、対象者の人種、性別、学歴等によって受け入れには個人差があることが推察された。昨年度実施した文献検討をもとにACPを行う対象を、進行婦人科がん患者と家族とした上で、ACPを理解するための患者用パンフレットを作成した。また、がん看護専門看護師が定期的に対象者および家族にかかわる際の指針も決定した。婦人科および緩和ケアチームそして看護系教員が連携して、対象者選定から継続的なACPの実施、そしてACPを行ったことが、患者・家族および医療者にどのような影響をもたらしたかを、定期的に評価するための研究計画を作成し所属機関の倫理委員会の承認を得た。研究計画当初は、がん患者180名を対象にACPに関する勉強会を行い、その後は対象者の依頼に応じて研究者チームがACPを支援し、ACPの実施有無により、対象者の医療満足度や医療者のケア満足度の相違を検討する予定であった。しかしACPの先行介入研究は少かったため、広く文献検討を行った結果、ACPは多くの効果をもたらすことが予想できたが、個人差は大きいことが明らかとなった。そこで本研究においてACPを行う対象や時期、その内容について検討を進め、ACPを行う上での支援指針を決定した。今年度は、研究対象者を進行婦人科がん患者とし、定期的な入院治療の時期を利用して、がん看護専門看護師が継続的な面談を通して症状マネジメントおよびACPを含む意思決定支援を行った。そしてその支援内容をカルテ上で医師やスタッフチームと共有した。これらと平行して、看護系教員を中心とした研究者チームは、面談時にどのようなケアがされたかについて、面談記録をもとに分析するとともに、対象患者のQOL調査や自己効力感などの測定を行った。さらに、がん看護専門看護師が対象者との定期的な面談を行うことについて対象者がどのように感じているか、また面談の内容をカルテ記録を通じて共有することについて、スタッフチームがどのように感じているかについてインタビューを行い、ACPが患者と医療者にもたらす効果について検討した。ACPを用いた介入研究は、国内ではあまり実施されていないことから、対象者にとって安全で効果的な方法を見出すために、昨年度実施した文献検討結果をもとに研究計画を確定した。海外の先行研究をもとに、日本や地域の文化に馴染むようなACPのプログラムと実施可能な研究計画を作成することに予定より時間を要した。看護学倫理委員会からの研究計画の承認を得ることができたので、今後は介入研究をスタートする予定である。具体的には、研究計画に則って、対象者の選定、ACPの定期的実践を、婦人科医およびがん看護専門看護師を中心とした緩和ケアチームが協働して行い、ACPが患者と医療者に与えた影響について、看護系教員がデータ収集・分析を行う。ACPを用いた介入研究は、国内ではあまり実施されていないことから、対象者にとって安全で効果的な方法を見出すために、まず先行研究を確認するところからスタートした。今年度は介入研究をスタートするには至らなかったが、今後の介入研究の基礎資料を得るという段階となった。

文献検討から得られた知見をもとに、現実的な実施可能性を含めてACPを行う対象者を決定するとともに、連携する他診療科も選定した上で、ACPを動機づけるためのプログラムとその評価方法を決定する。また、対象者からの相談やケア調整に応じるために、研究者チーム内の役割を調整し決定する。上記の内容が決定したら、所属大学の倫理審査委員会の承認を得た上で、研究参加者を募り介入を開始する。当初予定した物品が、予定していた金額よりも安価で購入できたため、未使用額が生じた。次年度、200円を加算した形で、支出計画を行う。
水溶性ForsKolinに関する基礎的研究:強心作用にアシドーシスが及ぼす影響

18匹のラットをpHa=7.4,7.2,7.0の3群に分け(各群n=6)、それぞれのpHaになるように2規定の塩酸を持続静脈内投与した。その後、水溶性Forskolinを1,3,6μg/kg/minの速度で持続静脈内投与し、1時間後に各種循環のパラメーターを測定したところ、Forskolinは量依存性にCO, HR, Emaxを増加させ、SVRを低下させたが、BPはForskolinの投与量に影響を受けなかった。Forskolinの投与量による循環パラメーターの増加率を比較すると、COやEmaxの増加やSVRの低下はpHaに影響されなかった。本年度の研究成果本年度の研究成果平成15年度:田中誠、研究計画・実行担当;木村哲、実行担当;西川俊昭、実行担当、研究指導以上の結果は、他の強心薬であるカテコラミンやPDEIII阻害薬の強心作用がpHの低下により強く抑制されることと異なり、水溶性Forskolinによる強心作用がpHによる影響を受けない事を示している。
睡眠時ブラキシズム動物モデルの開発と自然睡眠時の咀嚼筋活動の生理学的特性の解析

自然睡眠中の動物の咀嚼筋活動の特性として、1)睡眠中は閉口筋は開口筋より活動量が高い傾向がある、2)開閉口筋の筋活動量の比率は一定でない、3)咀嚼筋活動量の増加は覚醒レベルの増加と相関し、その傾向はノンレム睡眠で著名であった、4)睡眠中の閉口筋バーストには反復性のものと持続性のものが認められた。このように、ヒトの睡眠中の咀嚼筋活動と類似する特性も認められたため、睡眠時ブラキシズムの動物モデルとして有用であると考えられた。本年度の計画通りまず睡眠時咀嚼筋活動の評価を行い、さらに来年度に向けた薬物投与による予備実験を行った。前者の計画では、防音箱内で自由行動下の動物において脳波、眼電図、頚部筋電図、心電図、咬筋または顎二腹筋の記録をビデオ撮影下で行った。睡眠覚醒および睡眠深度は通法に基づき分類し、ビデオ記録を基に覚醒時の咀嚼筋活動と行動との関連を確認した。また、エポックごとに睡眠覚醒リズムに伴う咀嚼筋活動・脳波活動・心拍数を定量化した。ノンレム睡眠では徐波活動量が高く平均心拍数が低いが、レム睡眠は逆であった。睡眠中のエポックあたりの平均筋活動量は全筋で覚醒時の1535%まで減少し、咬筋のほうが顎二腹筋より高かった。一方、覚醒中の筋活動の変動量は全筋で75100%であったが、睡眠中は1040%まで減少した。咬筋のノンレム睡眠中の変動量は約40%で頚筋・顎二腹筋より約2.5倍高く、レム睡眠中にも似たような傾向が認められた。またこのことから睡眠中の開閉口筋活動発現に関わる調節機構に違いがある可能性が示唆された。これらの結果は本年度歯科基礎医学会で発表し、現在論文作成中である。また、睡眠中の咬筋・顎二腹筋の筋活動のバランスは一定ではなかった。安定した睡眠周期において咬筋のバースト特性を分析したところ、ノンレム睡眠とレム睡眠で大きな差がある知見を得た。さらに、睡眠・覚醒中の咀嚼筋活動を薬物学的にコントロールする研究の予備実験として、alpha-2アゴニスト(クロニジン)を数種の濃度で投与する実験を行った。現在そのデータを解析中であるが、高濃度のクロニジン投与では従来の報告にあるように、レム睡眠の減少と睡眠中の平均心拍数の若干の増加が観察された。本年度は、昨年度に収集したデータにおいて睡眠深度と咀嚼筋活動との関連の解析および薬物投与実験を行った。記録した脳波、眼電図、頚部筋電図、心電図、咬筋または顎二腹筋の記録を定量化し、睡眠覚醒レベルの分類と、ビデオ記録を基に覚醒時の行動を分類した。その上で、咀嚼筋や頚筋の筋活動積分値・脳波の徐波活動量・平均心拍数を算出した。覚醒中、咀嚼・飲水中は開閉口筋の筋活動バランスは一定であり、特定の神経機構による活動調節があることを示唆した。一方、睡眠中は筋活動レベルが低下するが、閉口筋が開口筋より高く、NREM・REM睡眠において開閉口筋の筋活動バランスは大きくばらつくことから、各睡眠全体では咀嚼筋への興奮性入力は不均一で特定の調節機構がないといえる。さらに、脳波活動・心拍数と筋活動量との関連を調べると、NREM睡眠では脳波の徐波活動量の低下に伴い全筋の筋活動量が上昇し、平均心拍数の上昇に伴い閉口筋の筋活動が上昇した。この傾向はREM睡眠では認められなかった。また、NREM睡眠に散見される反復性の閉口筋活動が出現すると、一過性の心拍数の上昇と徐波活動量の低下傾向が認められた。さらに、alpha-2アゴニストの濃度依存的な影響を調べる実験を行ったが、脱落率が高く解析が十分なデータが得られなかったので今後の課題としたい。以上の結果は、ヒトにおける睡眠時ブラキシズムにおいてNREM睡眠に頻発するブラキシズムがmicro-arousalのような睡眠中の覚醒レベルの変化と密接に関連しているという所見と一致しており、実験動物で自然睡眠中に発生する睡眠時ブラキシズムモデルとして今後の研究に有用であると考えられる。さらに閉口筋活動が優位である結果は、睡眠時ブラキシズム患者で観察される閉口筋痛の発症との関連が推察できる。
フックス角膜内皮ジストロフィにおけるTGC反復配列伸長の病態への意義の解明

フックス角膜内皮ジストロフィ(FECD)は角膜内皮障害による視力障害を生じる疾患であるが、その病態メカニズムの詳細は不明である。近年、FECD患者の85%においてTCF4遺伝子の第3イントロンにおけるTGC反復配列の伸長が認められることが報告され、新たなトリプレットリピート病である可能性が示された。本研究ではFECD患者の角膜内皮を用いて、角膜内皮でTCF4の発現量が遺伝子レベルで亢進していることを明らかにした。さらにFECD患者由来の角膜内皮細胞においてゲノム編集技術を用いてTCF4の遺伝子編集を行い、TCF4がFECDの病態に与える影響について解析した。フックス角膜内皮ジストロフィ(FECD)においてTCF4遺伝子の第3イントロンにおいて50回以上のTGCの反復配列の伸長が認められることが近年報告された。本研究ではTGCを100回反復した塩基配列を作成して、正常者由来の角膜より培養した角膜内皮細胞に、CRISPRによりノックインすることでモデル細胞の作成を進めた。概ね順調に進んでいるが、確実な樹立は次年度以降になる予定である。Erlangen大学(ドイツ)で、手術時に採取したFECD患者角膜内皮におけるTCF4遺伝子の発現解析を行った。TCF4遺伝子の発現量をリアルタイムPCR法により評価し、TGCの反復配列の伸長との相関関係についての解析を行った。また、400名を超える患者より血液を採取して、血液由来のゲノムDNAを抽出し、TCF4の第3イントロンにおけるTGCの反復配列の伸長の有無について検討した。これまでに複数のトリプレットリピート病において、リピートの伸長と当該の遺伝子発現の低下あるいは上昇が報告されている。そこで、TCF4が反復配列の伸長の影響によりスプライシングバリアントに影響があるのか否かについても検討を行った。現在までの解析においてはTCF4の第3イントロンにおけるTGCの反復配列の伸長回数と角膜内皮におけるTCF4遺伝子の発現量は弱い正の相関を示した。今後、より多くの患者での解析を続けることで、より正確な結果を得る予定である。また、上述の遺伝子改変を行ったモデル細胞においても、伸長回数が遺伝子発現に与える影響について検討する。研究計画書にそって研究を進めており、申請時に計画した内容に沿って研究が進められている。フックス角膜内皮ジストロフィ(FECD)においてTCF4遺伝子の第3イントロンにおいて50回以上のCTGの反復配列の伸長が認められることが報告され、我々を含む複数の研究グループが再現性を報告している。一方で反復配列の伸長がどのように病態に関与するのかということは明らかではない。2016年度は培養した角膜内皮細胞においてCRISPRを用いてTCF4をノックアウトした細胞株を作成して、解析を行った。特に、TCF4のノックアウトが上皮間葉系移行に関係する遺伝子、細胞外マトリックスの発現にどのような影響を与えるかについて、ウエスタンブロッティング、PCR法により検証した。2016年度の成果を踏まえて2017年度には解析を進め、TCF4の病態への関与に関するさらなる知見を得る。さらに、TCF4のバリアントの発現パターンが角膜内皮において不明であったために、正常者およびFECD患者由来の角膜内皮におけるバリアントの発現パターンの解析を行った。また、引き続きErlangen大学(ドイツ)において角膜移植時に角膜内皮を採取しFECD患者角膜内皮由来のcDNAのライブラリーを作成した。同時にコントロールのライブラリーの作成を行った。現在、これらのライブラリーを用いた詳細な遺伝子の発現解析を進めている。フックス角膜内皮ジストロフィは、角膜内皮障害を生じる疾患であり進行すると角膜の白濁による重症の視力低下を生じる。近年、TCF4遺伝子の第3イントロンにおけるCTG反復配列の伸長が多くの患者に認められ、最も高頻度(罹患率約4%)なトリプレットリピート病である可能性が報告されている。一方で、CTG反復配列の伸長がどのように疾患メカニズムに関係しているかについてはほとんど分かっていない。申請者らはこれまでに、フックス角膜内皮ジストロフィ患者の組織ライブラリーの構築、疾患モデル細胞の樹立を行い、解析を進めることでフックス角膜内皮ジストロフィの病態が「TGF-βシグナルの活性化による細胞外マトリックスの過剰産生が、小胞体ストレスの活性化を介して角膜内皮のアポトーシスを誘導すること」であることを報告してきた。本研究では、疾患モデル細胞を用いたin vitroでの検討を行いTCF4遺伝子のノックアウトが細胞外マトリックスの過剰産生や小胞体ストレスの活性化といったフックス角膜内皮ジストロフィの病態に与える影響について検討した。これらの検討はCTG反復配列の伸長がどのように、我々が明らかにしてきた病態の経路につながり、フックス角膜内皮ジストロフィの遺伝的背景となっているのかについて新たな知見をもたらした。今後、さらに検討を進めることで、申請者らの独自の視点と手法により、フックス角膜内皮ジストロフィの病態の解明を可能にし、さらには創薬ターゲットの同定による新規治療薬の開発にも繋がると考えている。

本研究ではFECD患者の角膜内皮を用いて、角膜内皮でTCF4の発現量が遺伝子レベルで亢進していることを明らかにした。さらにFECD患者由来の角膜内皮細胞においてゲノム編集技術を用いてTCF4の遺伝子編集を行い、TCF4がFECDの病態に与える影響について解析した。現在進めている、TGCを100回反復した塩基配列を作成してCRISPRによりノックインすることによるモデル細胞の作成をさらに推進する。長い繰り返し配列のノックインは当初の予測より実験上の困難を伴ったが、着実に技術的問題点を克服しつつあり、早期の樹立を目指す。また、TCF4遺伝子におけるTGC反復配列がTCF4以外の遺伝子の発現に影響している可能性も否定できないために、計画通りにTGC反復配列の伸長をノックインしたモデル細胞を用いて、DNAマイクロアレイにより網羅的に遺伝子発現を解析する。TGC反復配列の伸長を有する角膜内皮細胞モデルの機能や表現形の評価についても進める予定である。FECD患者角膜内皮由来および正常の角膜内皮由来のcDNAのライブラリーの解析を進める。既に、FECDにおいて沈着の亢進が認められるフィブロネクチンや1型コラーゲンなどの細胞外マトリックスの産生に関与することが予測される複数の遺伝子がFECD患者由来角膜内皮において高発現することを確認しており、今年度はモデル細胞を用いてこれらの遺伝子が疾患に関わるメカニズムの解析を行う。また、現在TCF4の遺伝子変異を有するモデルマウスの作成を進めている。今年度には作製したマウスのフェノタイプの解析を行う予定である。もし角膜内皮にFECD様のフェノタイプが得られた場合には、TCF4がFECDを引き起こすという決定的な証拠を得ることになると期待される。眼科学不要な物品の購入を可能な限り減らし、効率的に研究を進めることができたため。研究室に備わっている備品、その他の研究費で既に取得済みの消案品を使用することも可能であった。次年度は遺伝子編集の実験を多く予定しているために、遺伝子実験に十分な費用が必要であるために、次年度使用額はこれらの目的に用いる予定である。
超分子モールディング

階層、次元が単一性ではなく、低次元性分子集合挙動からの非平衡条件を介した高次元性構造体への変遷は、時に単なる分子レベル、単純な分子組織構造では予期することのできない、創発的な機能が発現される。当新学術領域研究「分子ナノシステムの創発化学」のAO4班では、ボトムアップ/トップダウンプロセス融合による機能創発が主題となっており、本研究者も公募研究として、分子の自己組織化、階層組織化される構造体(ボトムアップ)と金属蒸着、構造転写技術(トップダウン)などの融合技術による、分子の自己組織化由来の機能性材料の創製に着眼して研究を遂行した。例えば、カーボンナノチューブ(CNT)を含むフラーレンのマイクロ微粒子を創製し、CNTの持つ近赤外光吸収による発熱効果を活用する技術を開発した。近赤外光照射により、微粒子の溶融が観察される温度(220°C)を規定することで、光学顕微鏡レベルでモニタリングできるCNT局所加熱温度指示計とした。本技術は、フォトセラピーへのCNT利用を注意喚起する意味合いを持つ。次に、アルキル長鎖導入型フラーレン誘導体の気/液/液界面における、非平衡条件を介した自己組織化に関して、その創発現象の解明を試みた(第2回公開シンポジウムにて発表)。ナノサイズの分子の自己組織化、階層化、また気/液界面からの結晶化、溶液中での分子濃度勾配効果などによる、ヘキサゴナル半球微粒子アレイの創製に成功、その形成メカニズムに関して詳細に検討するに至った。このアレイは、ミリメートル四方サイズ超の面積でアレイ化されており、自己組織化を導く分子間相互作用が長距離伝搬されている(創発現象)ことを証明した。三次元の組織構造を持つ超分子集合体の表面モルフォロジーを利用し、金属コーティング、鋳型の抜き取りによって、金属ナノ組織構造の創製を目指して研究を行った。特異な超分子組織構造の創製のために、三次元性のπ共役ヘッドグループを持つフラーレンもしくはポリクロロトリフェニル基を採用し、テイル部分として複数の長鎖アルキル基を導入した。これら誘導体は、溶媒条件によりフラワー状や表面にナノフレーク構造を持つマイクロ微粒子を形成する。フラーレン誘導体の分子組織化で得られた技術を有機ラジカル性分子のポリクロロトリフェニル系へ応用した。ここでは、π-π相互作用の他に、Cl-Clや(Cl)Ph-Phなどの複数の相互作用が生じ、分子溶媒和の度合いを巧みに制御することで、形状制御された分子組織体の構築が明らかとなった。一方、フラーレン誘導体を素材とする超分子集合体創製では、1,4-ジオキサン溶液の加熱、冷却過程で得られる組織構造の利用の他、トルエン溶液の気-水界面からの異方性フィルム化に成功した。これら組織体を基板上へ写しとり、上方からの金属スパッタ蒸着、良溶媒による分子の除去(再利用可)によつて、金属ナノフレーク構造の創製を達成した。また、ナノフレーク金属表面に存在する微細な部分(ホットスポット)での表面プラズモン特性を利用して、ラマン活性分子の表面増強効果(SERS)を明らかにした。金、及び銀を金属とする系にて、SERS機能を検出することができた。今後は、電解による金属化、不均一触媒応答の評価ヘシフトする。
近代日本「国家神道」期における神道人の思想史的研究

近代日本の「国家神道」期における神道家の内実を聞明するために、明治末期から昭和戦前期に活動した神道人の一人である葦津耕次郎に焦点を当てて研究を遂行した。とりわけ、強烈な神道信仰をもつ宗教的人間として、その信仰に導かれて形成される国体観、天皇観などに基づいだ諸活動とともに、葦津の事業家としての側面も明らかにすることを目的とした。如上の目的を達成するために、今年度は、国立国会図書館、国立公文書館、外交史料館、國學院大学図書館、関西大学図書館などにおいて未見資料の調査と蒐集を行った。その成果として結実した研究論文が、「事業家としての葦津耕次郎」(『明治聖徳記念学会紀要』復刊第43号)と「大正期の葦津耕次郎」(『神道宗教』205号掲載予定)である。「事業家としての葦津耕次郎」では、葦津耕次郎が関わった事業として、満洲における鉱山業・博多湾築港事業・社寺建設業を扱い、その事業の経緯を検討することを通じて、筥崎八幡の神威高揚と天皇の皇威発揚、そして国威向上を目的とするという自らが語る事業観が、そのまま経営のありかたに反映されていることを論じた。また、「大正期の葦津耕次郎」では、明治末期から大衆社会化が進行する一方で、第一次世界大戦やロシア革命を経て日本国内でも思想悪化、共産主義の脅威が喧伝されるなか、あるべき国の姿を実現することを鋭く追求するようになってゆく葦津の思想と活動を考察した。葦津は、大正初年に出会った川面凡児の神道教学に多大な影響を受けて自らの信仰を語る言葉を得た。大正期における敬神護国団の結成と純正普選運動への関わりを通じて、そのなかで葦津が川面教学から得たタームを使用しながら語った天皇観や国体観は、危殆に瀕する国体を救済するための政治的言説に直結し、この後の葦津による神道的昭和維新案へと結実してゆく前提となることが明らかになった。近代日本の「国家神道」期における神道家の内実を闡明し、さらに昭和ナショナリズムの諸相のなかで、これまで等閑視されてきた感のある神道家の思想と行動を明らかにするために、当該期に活動した神道人の一人である葦津耕次郎に焦点を当てて、宗教的人間としての彼の神道信仰に基づいて形成される国体観、天皇観、議会政治観、外交観などを明らかにすることを目的とした研究を遂行した。如上の目的を達成するために、今年度は、国立国会図書館、国立公文書館、学習院大学図書館などにおいて葦津耕次郎や日本近代における神社界の動向に関する未見資料の調査と蒐集を行った。さらに葦津耕次郎の近親者への聞取り調査も実施し、文献資料・聞き取り結果を整理・分析した。その成果として公表した研究論文が、「明治期の葦津耕次郎」(『神道史研究』53巻2号)と「葦津耕次郎の政治観」(『明治聖徳記念学会紀要』復刊42号)である。「明治期の葦津耕次郎」では、葦津耕次郎が宗教的人間(神道者)になってゆく背景とその状況を筥崎八幡への信仰をキーワードとして分析し、主として日露戦争後までの葦津の思想形成を扱った。これによって、後の葦津の種々の活動の源泉が、葦津家の祖先(大神家)の幕末期における活動と「回心」を経て獲得した神道信仰、とりわけ筥崎八幡への信仰にあることが明らかとなった。また、「葦津耕次郎の政治観」では、国立国会図書館、国立公文書館などでの文献調査で得られた資料によって、その神道信仰から導かれる国体観に基いた祭政一致をキーワードとする独自の昭和維新論へとつながる議会政治、政党、外交、軍事に関する、大正デモクラシー期から昭和戦前期にかけての葦津の考えを明らかにすることができた。

大正期における敬神護国団の結成と純正普選運動への関わりを通じて、そのなかで葦津が川面教学から得たタームを使用しながら語った天皇観や国体観は、危殆に瀕する国体を救済するための政治的言説に直結し、この後の葦津による神道的昭和維新案へと結実してゆく前提となることが明らかになった。
環境ストレス耐性遺伝子組換え体のリスク評価, 管理とリスクコミュニケーション体系化

環境ストレス耐性組換え体について、樹木はユーカリ、作物はジャガイモを用いて学術研究に関わりリスク評価,管理とリスクコミュニケーションの流れを体系化することを目指した。リスク評価について個別の実験研究を行い、検証を行った。ユーカリの隔離ほ場での第1種使用規程承認申請に関わり、全体の枠組みを試行した。また、これらの経験について海外諸国での実情と今後の海外での応用協同研究の可能性について基盤を調査した。1.先行研究から継続してきた耐塩性ユーカリ(E.camaldulensis)について、隔離ほ場での対塩性評価を実施し、塩ストレス条件下において、非組換え体と比べ土壌微生物などの生物多様性に影響するおそれのないことを認めた。本件は樹木の組換え形質の日本で初めてのほ場評価例である.2.耐塩性ユーカリ(E.globulus)について隔離ほ場での形質評価を実施した.土壌等の生物多様性影響評価を継続し、環境への非組換え体と比較しての実質的同等性の確認をした。3.低温耐性誘導遺伝子(des9)を導入したユーカリ及び耐塩性ジャガイモ(DREB1A)について、それぞれ生物多様性影響評価を特定網室において実施し、第1種使用規程承認申請に必要なデータを集積した.4.JSPSからの他の助成と協同し、生物多様性条約カルタヘナバイオセーフティー議定書の第3回教育会議を筑波大学にて開催し、リスク評価等の国際教育協力の基盤を作った。5.アフリカ開発銀行と日本政府のG8サミットでの筑波大学当該研究グループへの勧奨を受け、アフリカでのGM樹木栽培の可能性検討国際会議を筑波大学で行い、今後のアフリカでの調査研究の計画を検討した.6.前述4と前後して他資金等も利用し海外の教育・研究機関を訪問し、リスク評価・管理等の現状の視察を行った,ベトナム熱帯生物学研究所、タイカセサート大学、マレーシア国立大学3大学等との協力促進で、アジアの現状の整理を始めた.7.前述5のアジア研究機関等から研究者を別資金で招聘し、リスク管理・リスクコミュニケーションについての情報整理を進めた。8.生物多様性条約のコロンビアにての作業部会(H22.3月)にMEXT研究振興局ライフサイエンス課の勧奨により参加し、カルタヘナバイオセーフティー議定書に関わる知的財産とリスク評価における情報不開示の不整合性についての問題点を調査した.1.耐塩性ユーカリ(E.camaldulensis)について、新規に作成された系統を評価実施した。塩ストレス条件下において、先行研究から継続してきた非組換え体と比べ土壌微生物などの生物多様性に影響するおそれのないことを認めた。本件は再度ほ場評価を今後検討したい。2.耐塩性ユーカリ(E.globulus,codA)について隔離ほ場での形質評価を継続した.土壌等の生物多様性影響評価を継続し、環境への非組換え体と比較しての実質的同等性の確認をした。バイオマス生産性について早い成長が定性的に認められた。3.低温耐性誘導遺伝子(des9)を導入したユーカリ及び耐塩性ジャガイモ(DREB1A)について、それぞれ生物多様性影響評価を特定網室において実施し、第一種使用規程承認申請に必要なデータを前年度に続き集積し、des9ユーカリについては第一種使用規程承認申請を行った。4.生物多様性条約のCOP-10事前準備会合(7月モントリオール)及びカルタヘナバイオセーフティー議定書の第2回リスク評価専門家会議(4月スロベニア)に参加し、リスク評価世界共通基盤の策定に貢献した。5.アフリカ開発銀行(AfDB)と日本政府のG8サミットでの筑波大学当該研究グループへの勧奨を受け、AfDB支援によりアフリカでのGM樹木栽培の可能性検討についてケニア、ルワンダ,ガーナ、ベニン、チュニジアにおいて調査研究を実施した.6.前述4と前後して他資金等も利用し海外の教育・研究機関を訪問し、リスク評価・管理等の教育の交流促進をタイカセサート大学、マレーシア国立大学3大学等との協力で行った。7.海外研究機関等から研究者を別資金で招聘し、リスク管理・リスクコミュニケーションについての情報整理と意見交換を進めた。8.年度末1月に推進委員会にて上述の当年度まとめと翌年度の実施計画の検討を行った。本課題を推進するにあたり,遺伝子組換え体安全性研究の科学技術や管理,海外植栽の手続き及び生命倫理の観点において俯瞰し助言する推進委員会を年1回行う.H23年度は,H22年度と同様,年度末に推進委員会に当年度まとめと翌年度の実施計画の検討を行った.1.耐塩性ユーカリ(E.camaldulensis)について,新規に作成された系統を評価推進した.再度第1種使用規程承認を申請しほ場評価を行う準備をした.ジャガイモについても同様に、第1種使用申請の基盤を2ケース(耐塩性及び高温ストレス耐性)について準備した.2.耐塩性ユーカリ(E.globulus,codA)について隔離ほ場での形質評価を継続し,樹木サンプルを行い終了した.3.低温耐性誘導遺伝子(des9)を導入したユーカリについて,第一種使用を実施開始した.

4.カルタヘナバイオセーフティー議定書の第3回リスク評価専門家会議(6月メキシコ)に参加し,リスク評価世界共通基盤の策定推進と実施に貢献した.生物多様性条約の作業部会(6月モントリオール)にも続けて参加し,当該分野の実用化へ大枠のスキームを体系化検討する意見収集を行った.5.アフリカ開発銀行(AfDB)の支援でケニア,ルワンダ,ガーナ,ボツワナにおいて遺伝子組換え樹木利用の調査研究を推進し,カルタヘナ議定書第8条に基づく事例の構築の基盤検討と遺伝子組換え体のリスク評価,管理及びコミュニケーションの体系化の試用検討を行い,ボツワナにおいて今後の制度適用の助言を行った.6.前述4と前後して他資金等も利用し海外の教育・研究機関(マレーシア,タイ,インドネシア,パキスタン,メキシコ,フィンランド)を訪問し,リスク評価・管理等の教育の交流促進を推進した.7.海外研究機関等から研究者(パキスタン、タイ、米国)を別資金で招聘し,リスク管理・リスクコミュニケーションについての情報整理と意見交換を推進し,大学等教育研究機関での指標・標準化を検討した.研究員主体ではなく、研究補助員主体での資料や試料の研究終結の整理となった。このため、小口への予算配分が減額となった。2名の筑波大学外国人研究員が研究支援を行い、藤井との協力強化した。1.耐塩性ユーカリ(E. camaldulensis, codA)について、新規系統の評価をまとめた。耐塩性ユーカリ(E. camaldulensis, mangrine)とともに第一種使用規程承認の申請の調整を文部科学省と開始;2.低温耐性誘導遺伝子(des9)導入ユーカリについて、第一種使用での評価を継続し、第一種使用規程の拡張申請調整を文部科学省と開始;3.カルタヘナバイオセーフティー議定書の第4回リスク評価専門家会議(6月カナダ)に参加し、リスク評価世界基盤の策定推進と実施に貢献し、10月の締約国会議で報告;4.中南米についてメキシコ訪問調査を行った。カルタヘナ議定書第8条実施基盤検討と遺伝子組換え体のリスク評価、管理及びコミュニケーションの体系化検証;5.大学資金で、バイオセーフティーワークショップを5月ホーチミンで開催;6.他資金等でタイ、ラオス、イラン等海外の教育・研究機関を訪問し、リスク評価・管理等の教育の大学等と協力推進;7.リスク管理・リスクコミュニケーションを整理し、大学等教育研究機関での指標・標準化検証した。カルタヘナ議定書のリスク評価指針に反映された。連携研究者(助言):奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス科出村拓:樹木宿主の評価。東京農工大学共生科学技術研究院小関良宏:耐性誘導遺伝子評価。以下筑波大学生命環系、藤村達人:リスク管理、繁森英幸:化学生態評価、戒能洋一教授:食植昆虫への影響評価、内山裕夫:微生物生態のリスク管理、鎌田博:リスク管理体系化構築、江面浩:LMO個別評価系、大澤良:ジーンフロー研究。
炭酸ガス濃度上昇によるイネ植物体炭素代謝への影響

生育時の二酸化炭素上昇がイネ植物体の炭素代謝にどのように影響するかをソースである葉身、シンクである穂、それらを結びつける転流および一時貯蔵サイトである葉鞘について調査を行い、最終的に収量へ及ぼす影響を解析した。(1)収量性への高二酸化炭素の影響を生理学的・生態学的に調査するために環境省地球環境保全試験研究FACEプロジェクトサイト(岩手県雫石町)で栽培したイネを使用した。イネの光合成産物を13Cでラベリングし、一定時間後の植物体内の13C分布より、炭素の転流・分配を測定した。その結果、高二酸化炭素状態で育成したイネの方が最終的に穂に移行する13Cの量は多く、光合成産物が効果的に穂に移行していることが判明した。また、葉鞘等に蓄えられたデンプンについてもシンクである穂への登熟初期における移行が高二酸化炭素で育成したイネの方が早かった。これらのことから大気高二酸化炭素濃度が光合成産物の穂への転流へ影響を及ぼしていることが判明した。(2)ソースである葉身についてより細かい解析を行うために、生育時二酸化炭素濃度を変化させてイネ植物体を育成した。葉身の光合成について、光化学系の電子伝達活性を測定した結果、育成時二酸化炭素濃度が上昇すると、強光下で光合成+光呼吸に使われるエネルギーは低下し、光化学系IIが吸収したエネルギーとの差が大きくなった。このことから、高二酸化炭素状態では吸収したエネルギーが利用量より過剰になり、活性酸素が起こりやすい状態にあるが、オルターナティブなエネルギー消去系の働きを活発化させて障害を抑制していると思われた。また葉内の二酸化炭素濃度に注目すると、高二酸化炭素状態で育成したイネでは炭酸固定サイトへの二酸化炭素の流れが流れにくくなり、その結果、葉外の高二酸化炭素の影響を緩和していた。これらのことより、イネ植物体においては育成時二酸化炭素の上昇により、シンク、ソース、転流ともに変化していることが判明した。本研究では高二酸化炭素がイネ植物体の炭素代謝にどのように影響するかをソースである葉身、シンクである穂、それらを結びつける転流および一時貯蔵サイトである葉鞘について調査を行い、最終的に収量へ及ぼす影響を解析する。今年度は高二酸化炭素の収量性への影響を生理学的・生態学的に調査するために環境省地球環境保全試験研究費でのFACEプロジェクトサイト(岩手県雫石町)を、またより細かい解析を行うために東京大学大学院農学生命科学研究科に設置されている「地球環境再現装置」を使用してイネ植物体を育成した。得られた結果は次のとおりである。1)ソースである葉身において、高二酸化炭素による光合成のダウンレギュレーションを確認し、その際の炭酸固定酵素サイトの二酸化炭素濃度を算出した。その結果、育成時二酸化炭素濃度が上昇すると、気孔空隙の二酸化炭素濃度はそれに伴って上昇するが、炭酸固定サイトの二酸化炭素濃度は低く抑えられることが判明した。また光合成に関係するCarbonic anhydraseやRubisCOの酵素活性・含量ならびにmRNA発現量ともに二酸化炭素濃度上昇に伴って低下した。2)穎果内のデンプン合成関連酵素活性をシンクの活性として測定したが、今年度の岩手県地方は低温・日照不足の影響で登熟関係のデータを収集することは困難であった。3)13Cで同化産物をラベリングし、一定時間後の植物体内の13C分布より、同化産物のソースである葉身からの流出速度、穂への流入速度、葉鞘への一時貯蔵量を測定した。今年度は低温・日照不足の影響で光合成産物が穂に転流しにくく、稈に蓄積する傾向が見られたが、転流や炭素分配には二酸化炭素の影響は見られなかった。

本研究では高二酸化炭素がイネ植物体の炭素代謝にどのように影響するかをソースである葉身、シンクである穂、それらを結びつける転流および一時貯蔵サイトである葉鞘について調査を行い、最終的に収量へ及ぼす影響を解析する。今年度は高二酸化炭素の収量性への影響を生理学的・生態学的に調査するために環境省地球環境保全試験研究費でのFACEプロジェクトサイト(岩手県雫石町)を、またより細かい解析を行うために東京大学大学院農学生命科学研究科に設置されている「地球環境再現装置」を使用してイネ植物体を育成した。得られた結果は次のとおりである。1)ソースである葉身の光合成について、光化学系の電子伝達活性を測定した。その結果、育成時二酸化炭素濃度が上昇すると、強光下で光合成+光呼吸に使われるエネルギーは低下し、光化学系IIが吸収したエネルギーとの差が大きくなった。このことから、高二酸化炭素状態では吸収したエネルギーが利用量より過剰になり、活性酸素が起こりやすい状態にあるが、オルターナティブなエネルギー消去系の働きを活発化させて障害を抑制していると思われた。2)FACEサイトで栽培したイネを13Cで同化産物をラベリングし、一定時間後の植物体内の13C分布より、炭素の転流・分配を測定した。その結果、例年見られたように最終的に穂に移行する^<13>Cの量は高二酸化炭素状態での方が多く、光合成産物が効果的に収量に結びついていると思われた。また、メタンガス発生についても調査した結果、メタン中の^<13>C量は高二酸化炭素状態では少なかった。このことから、根からの分泌物は高二酸化炭素状態になると少なくなる可能性が示唆された。
可変スポットサイズスキャニング照射法の開発

粒子線治療において、複数のビームサイズで照射を行うことにより平坦度を保ちつつ線量集中性を向上させる可変ビームサイズ照射法を開発した。複数のビームサイズを安定に使い分けられるパラメータ調整を行った上で、複数のビームサイズとスポットに対する多次元の線量最適化計算を実施し、照射実験を行った。実験の結果、平坦度を許容範囲内に保ちつつ、単一ビームサイズでは得られなかった良好な側方線量分布を得ることができ、提案した手法の原理検証に成功した。複数のスポットサイズを利用することにより、大きいスポットサイズのビームによる照射時間の短縮・平坦度の向上と小さいスポットサイズのビームによる辺縁部の線量集中性の向上を目指し、実験とシミュレーションによる研究を行った。実験面では、ビーム幅の可変範囲と利用可能なスポットサイズを調査するため既存のスポット幅(3.8mm)に加え、延長ノズルを使用することで最小σ=1.3mmのビームを生成し、2次元の均一照射でスポットピッチ1mm, 1.5mm, 2mmとすることで平坦度の最大-最小の幅を現行と同程度の±5%以内に保って照射できることを確認した。これにより、実際のスポットサイズ可変照射およびその照射計画を行うための基礎データが取得できた。また、2次元平面内での照射スポット線量最適化プログラムを作成し、これを生物実験用の均一照射に適用することで、100x100mmの広い照射野をコリメータで絞って使う方式から100x40mm等の必要な照射野を照射スポット毎の線量の調節で生成する方式に変更し、2mmピッチの電離箱直線アレイおよびガフクロミックフィルムでの測定により既存の照射方法と同等の±5%以内の平坦度が実現できることを確認した。この照射方法変更によって実効線量率を1.5倍2倍に向上し、動物実験において不可欠である大線量照射の照射時間短縮に貢献した。本研究の途中経過については、粒子線治療会議PTCOG53および第11回日本加速器学会年会で発表を行った。可変スポットサイズ照射に向け、シンクロトロンからのビーム取り出し過程でのビームサイズの変動を抑えるため、横方向電場によるRF knock outを用いた取り出しの試験を140MeV/u, 290MeV/u, 400MeV/uの各エネルギーについて行い、安定的に取り出しが行えることを確認した。また、このRF knock outによるビームの測定を治療室Dのスキャニングポートで行い、位置変動を0.1mm以下に抑えられていることと、スピルリップルを大幅に低減できていることを確認した。また、140MeV/uのビームについては生物実験への供用も開始し、有効に活用されている。また、スキャニング用ビームの3次元的な測定のためにフリッケゲル線量計を用いた線量測定を行い、100-1000Gy照射したゲル線量計についてMRIでT1値を測定することにより線量を算出し、電離箱による測定と一致する結果を得た。特に、治療室Dで行ったペンシルビームの単一スポット照射結果の同エネルギー断面プロファイルを深さごとに解析した所、スクリーンモニタによるビーム位置確認時とスキャニング磁石を励磁して線量管理を行った場合でスキャニング磁石の初期化シーケンスが異なるためにビーム軸に変動が生じることがわかった。安定した照射のためにはこれを補正する事が必要であり、現在その試験を開始している。本研究の途中経過については、第12回日本加速器学会年会、第110回医学物理学会学術大会、および第4回3次元ゲル線量計研究会において発表を行った。高い精度で可変スポットサイズ照射を行うにはビーム取り出し時間内でのビーム位置・サイズの変動を抑えることが必要とわかり、可変サイズでの照射実験自体は当初の予定ほどには進まなかった。しかし、RF knock outを用いることにより取り出し中のビームエネルギー、位置、サイズの時間変動を抑えることができ、安定した条件での実験が可能となり、今後の効率的な進展が期待できる。昨年までの研究によって、可変スポットサイズ照射を安定に行うためにはビームサイズ変動、ビーム位置変動をこれまで以上に抑制する必要があることがわかったため、横方向高周波電場(RF knock out)によるビーム取り出し手法を改良し、信号回路にRFスイッチを追加してビームの漏れを抑制するとともに取り出されたビームのリップルを改善した。また、パラメータの補間により複数のエネルギーで効率的に調整を行う手法を開発した。この手法によって作成した140MeV/u, 170MeV/uのビームはこれまで利用できた290MeV/uのビームに比べて2-3倍鋭いブラッグピークを形成するため、コリメータを用いた直径1mm程度の微小ビーム生成の実験、平均励起ポテンシャル測定のための飛程の精密測定実験などの物理実験に活用された。また、照射中のビーム位置の変動について、運転中の各磁石の磁場の精密測定を行い、ビーム位置変動の主要因がシンクロトロン偏向電磁石の磁場が電磁石のヒステリシス(履歴効果)によって徐々に磁場が減少し、周回ビームの周回半径が大きくなっていくことに起因することを解明し、初期化パターンの変更によりこれを解消する手法を考案した。上記の改善により、高い安定性で可変スポットサイズ照射を行うための条件を整えることができた。研究前半においてビームサイズ変動、位置変動の抑制が不十分であることがわかりその対策に時間を要したため、可変スポットサイズでの照射の実施が遅れることとなった。現在、これらの課題に対する対策はほぼ完了しており、次年度の実験において照射実験の成果が得られると期待している。