hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子組換え線虫を用いた哺乳動物フェロモン探索系の構築

ネコの19種類フェロモン受容体遺伝子(V1R)を線虫の忌避性嗅覚神経細胞(AWB)特異的プロモーターに連結して線虫の卵巣に導入し、ネコV1Rを嗅覚神経細胞で発現した遺伝子改変線虫を作成した。まずネコV1Rが線虫のAWB神経細胞で発現していることが確認できたので、リガンドがV1Rに結合して神経が活性化すると線虫がリガンドに忌避するという反応を指標にして、ネコ尿脂質に対する走化性指数を調べた。その結果、ネコV1Rを発現する遺伝子組み換え線虫は、ネコ尿脂質に対して有意に忌避することが分かり、遺伝子改変線虫を使った哺乳動物のフェロモン探索の可能性が期待できた。フェロモンは、動物の体内で生産され体外に分泌されて同種他個体に作用し、特定の行動を誘起したり、生理変化を引き起こす生理活性物質である。これまでに哺乳動物においてフェロモンが介在する様々な生命現象が報告されているが、フェロモンの化学構造が同定された例は極めて少ない。我々は、哺乳動物と同様に7回膜貫通型のGタンパク質共役受容体を発現している線虫の嗅覚神経細胞を利用すれば、哺乳動物のVRが機能的に発現する可能性があると考えた。そこで本研究では、フェロモンを受容すると忌避行動を示すリガンド探索線虫を作出し、新たなフェロモン探索系の確立を目指した。まず、目的とするネコV1Rが線虫のAWB神経細胞で特異的に発現するか調べた。V1R1に緑色蛍光タンパク質遺伝子(GFP)を融合した線虫用発現ベクターを構築し、線虫に遺伝子導入して共焦点レーザー顕微鏡で発現部位を調べた。AWB神経細胞でGFPが特異的に観察できたため、ネコV1Rが線虫のAWB神経細胞で発現できることが明らかになった。次に、17種類のネコV1R遺伝子をそれぞれ線虫用発現ベクターに組込み、9または8種類のV1R発現ベクターを導入した遺伝子改変線虫を作出した。野生型線虫と遺伝子改変線虫に、フェロモン活性を示す尿から抽出した全脂質を提示して、尿脂質に忌避行動を示すか調べた。AWB神経細胞でネコV1Rを9または8種類発現する遺伝子改変線虫を使って尿脂質に対する行動アッセイを行なった結果、野生型は忌避行動を示さなかったが、遺伝子改変線虫はどちらも尿脂質に忌避行動を示した。以上の結果、AWB神経細胞でネコV1Rが機能的に発現している可能性が強く示唆された。本研究は、哺乳動物のフェロモン受容体を線虫の神経細胞で機能的に発現させ、線虫を使い動物の分泌物からフェロモンを探索できる手法の開発を目指している。具体的には、ネコのフェロモン受容体V1Rを忌避性AWA神経細胞で特異的に発現する遺伝子組み換え線虫を作成し、忌避行動の有無でリガンドの探索ができるバイオアッセイ系の樹立を目指している。昨年度は、17種類のネコV1Rを2つのグループにわけ、9または8種類のネコV1Rを発現する遺伝子組み換え線虫を作成した。その結果、ネコ尿脂質に対して忌避行動を示すことがわかった。本年度は、更に強い忌避行動を示す線虫の作製を目指して、V1Rのアミノ酸配列に基づいて、配列の似ている順にネコV1Rを3つの群に分けて、一つ当たりのAWA神経細胞で発現するV1Rのレパートリーを減らし、忌避活性が強くなるか調べた。またマウスで既知となっているV1R受容体-リガンドペアを使用して、遺伝子組み換え線虫を使用したフェロモンアッセイ系のポジティブコントロール作成を行った。ネコV1Rの組み合わせを7種、5種、5種として3系統の遺伝子組み換え線虫(A、B、C)を作成した。培地の一方にネコ尿脂質を、もう一方に溶媒のみを添加して走化性指数を求めたところ、AとCの遺伝子組み換え線虫が有意な忌避行動を提示することが分かった。また3-硫酸β-エストラジオールナトリウム塩をリガンドとするマウスV1Rf3を発現した遺伝子組み換え線虫を作成して、同様に検証したところ、忌避行動を提示する傾向が強いことが分かった。よって作成した遺伝子組み換え線虫で哺乳動物のV1Rが機能的に発現している可能性が強く示唆された。AWA神経細胞で発現するV1Rのレパートリーを減らしたところ、忌避活性を強く提示する遺伝子組み換え線虫が作成できたため。昨年度までにネコ22種のV1Rを特異的に発現する遺伝子組み換え線虫を作成できたので最終年度は作成した遺伝子組み換え線虫を使い、行動解析を繰り返し実施してリガンド探索系としての有用性を詳細に検証した。更に線虫の行動解析の裏付けを強固なものにするために、GCaMP(緑色蛍光タンパク(EGFP)、カルモジュリン(CaM)、ミオシンフラグメント(M13)を結合させたカルシウムセンサータンパク質)を忌避性AWA神経細胞に発現させた遺伝子組み換え線虫にV1R受容体ーリガンドペアが同定されているマウスV1Rf3を発現させ、リガンドであるβエストラジオールに対する線虫AWA神経細胞の応答を調べた。ネコV1Rレパートリーを7種または5種発現した2系統の遺伝子組み換え線虫を作成し、ネコの尿脂質に対する忌避活性を走化性指数で求めた。その結果、2種類の遺伝子組み換え線虫で尿脂質に対する走化性指数は、それぞれ平均、-0.3、-0.4であり、野生型の線虫と比較して、有意に忌避行動を示すことが分かった。

次にGCaMPとマウスV1Rf3の両方を共発現する遺伝子組み換え線虫にβエストラジオールを60秒間提示して、βエストラジオールを抜いた際のAWA神経細胞の反応をカルシウムイメージングで調べた。その結果、細胞内カルシウム濃度の一過性上昇が確認でき、V1Rf3を発現する遺伝子組み換え線虫がリガンドに反応している可能性が示唆された。本研究で、これまで作成した遺伝子組み換え線虫は、哺乳動物のV1Rを機能的に発現している可能性が示唆された。今後は、実際にネコの尿脂質から遺伝子組み換え線虫も使ったバイオアッセイでフェロモン候補物質の探索を更に進めたいと考えている。ネコの19種類フェロモン受容体遺伝子(V1R)を線虫の忌避性嗅覚神経細胞(AWB)特異的プロモーターに連結して線虫の卵巣に導入し、ネコV1Rを嗅覚神経細胞で発現した遺伝子改変線虫を作成した。まずネコV1Rが線虫のAWB神経細胞で発現していることが確認できたので、リガンドがV1Rに結合して神経が活性化すると線虫がリガンドに忌避するという反応を指標にして、ネコ尿脂質に対する走化性指数を調べた。その結果、ネコV1Rを発現する遺伝子組み換え線虫は、ネコ尿脂質に対して有意に忌避することが分かり、遺伝子改変線虫を使った哺乳動物のフェロモン探索の可能性が期待できた。今年度に予定していたV1R発現ベクターを導入した遺伝子改変線虫の作成に成功し、ネコ尿脂質に忌避行動を示すことが明らかになったため。現在は、V1Rのみ遺伝子導入した線虫を作成しているが、更に忌避活性の強い遺伝子組み換え線虫の作製を目指し、V1Rと共役するGタンパク質やPLC-β-2、TRPC2なども遺伝子導入して、全て哺乳動物型にした際に更に活性の強い遺伝子組み換え線虫が作成できるか検証する。生化学トランスジェニック線虫がネコ尿脂質に走化性を示すことが確認できたので、液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフィーで尿脂質を分画しながら、誘引活性を指標にリガンドの精製を行う。ネコ尿に複数のリガンドが含まれている可能性も考えられるので、複数分画に誘引活性が認められたら、各分画を更に分けていき、最終的に誘引活性を示す最少成分までリガンドの単離を行う。研究計画に従って予算執行していたが端数が生じたため28年度の遺伝子解析用消耗品購入費の一部に充てる予定である。
循環調節ホルモンをリガンドとするGPCRの構造的理解と機能性抗体の合理的な創出

メタボリックシンドロームでは、肥満とインスリン抵抗性を背景とする多くの代謝異常が重責し、心筋梗塞や脳血管障害、腎血管障害等が発症する。これらの血管合併症の発症および進展には、多彩な生理活性を有する循環・代謝調節ホルモンによる恒常性バランスの破綻が関与している。循環調節ホルモンの多くはG蛋白質共役受容体(Gprotein-coupled receptor : GPCR)を介して作用することが知られている。循環調節ホルモンの一つであるアドレノメデュリンは、強力な血管拡張作用による降圧物質として発見されたが、その後抗酸化作用、腎保護作用等の臓器保護作用も有することが明らかとなった。また、アドレノメデュリン欠損マウスは、血圧の上昇に加えて、動脈硬化や加齢に伴う肥満、耐糖能異常等が認められる。これらの結果はアドレノメデュリンがメタボリックシンドローム発症の分子基盤となっている可能性を示唆しており、その機能的・構造的理解は血管合併症の新規治療法に重要であると考えられる。血管合併症の治療には、これらの内分泌ホルモンおよびその関連因子の分子機構を理解し、メタボリックシンドロームの発症予防を含めた治療展開が必要となる。しかし、メタボリックシンドローム自体が多因子疾患であるため、いまだ不明な点が多い。そこで、万木らは循環調節ホルモンをリガンドとするGPCRのX線結晶構造解析により、血管合併症の包括的な理解と新規治療法の開発を目指している。万木らの開発したGPCRの大量生産技術を用いてそれに対する構造認識抗体を創出し、この抗体フラグメントと循環調節ホルモンをリガンドとするGPCRの複合体の結晶構造解析を行う。同時に、これらのGPCRの機能アッセイを組み合わせることにより、ターゲットGPCRの機能を選択的に制御する機能性抗体の作製を行い血管合併症の新規治療法開発に繋げたい。循環調節ホルモとをリガンドとするヒト・アンギオテンシン受容体AT2サブタイプを発現、精製し、脂質二重膜中に再構築したプロテオリポソームを免疫することで、立体構造認識抗体を作製した。平成25年度は、昨年度に引き続きアンギオテンシン受容体AT2サブタイプ/抗体複合体の蒸気拡散法および脂質キュービックフェーズ法による結晶化条件のスクリーニングと結晶化条件の最適化をこころみたが、まだ分解能は上がってきていない。ヒト・グレリン受容体GHSRについて高発現株のスクリーニングを行った。その中で比較的安定な変異体を選び、昆虫細胞を用いて大量発現・精製を試みた。グレリン受容体は精製することができたものの、高濃度では凝集しやすく、熱安定性を調べてみたものの、結晶化に耐えられる程度の熱安定性を保持していないことが明らかとなった。平成25年度は、グレリンを発見した久留米大学の児島将康教授と共同研究しており、コムギ無細胞系で発現させたグレリン受容体がリガンド結合能を非常に高く保持していることを明らかとした。今後は、このサンプルを抗原としてグレリン受容体欠損マウスに免疫し、立体構造を認識するモノクローナル抗体を取得したいと考えている。万木らの開発したGPCRの大量生産技術を用いてそれに対する構造認識抗体を創出し、この抗体フラグメントと循環調節ホルモンをリガンドとするGPCRとの複合体の結晶構造解析を行う。同時に、これらのGPCRの機能アッセイを組み合わせることにより、ターゲットGPCRの機能を選択的に制御する機能性抗体の作製を行い血管合併症の新規治療法開発を目指すことを目的としている。親水性領域が少ないGPCRは、結晶格子が形成されにくいため、そのままでは結晶化が非常に困難である。そこで、親水性表面の立体構造を特異的に認識して結合するモノクローナル抗体を作製する必要がある。岩田らは既に世界で初めてモノクローナル抗体を「結晶化リガンド」として利用し、細菌シトクロム酸化酵素の立体構造を解析することに成功している(Iwata et al., Nature, 1995)。この手法は、抗体が結合することによって、膜蛋白質のある特定のコンフォメーションが安定化されるとともに、膜蛋白質/抗体複合体の全体としての親水性表面が拡大して結晶性が向上するという原理に基づいている。万木らの意図する「結晶化リガンド」とは、次の条件をクリアするものである。■GPCRの親水性表面の立体構造を特異的に認識し、親水性領域を拡張するとともに、膜蛋白質分子に構造的なゆらぎ(動的構造)が生じないようにある特定のコンフォメーションに安定化する。■膜蛋白質の部分的な一次構造(ペプチド配列)に特異的に結合するようなものではない。■膜蛋白質との親和性が高い(nMオーダーの解離定数)。旧来の抗体作製法では免疫細胞が生体内で行っている抗体産生・選択系に依存しすぎていたため、上記の条件を満たすような結晶化リガンドが得られるか否かという点は蓋然性に期待する面が大きかった。特にヒトや哺乳類の蛋白質は抗原性が低く、旧来法では良好な結晶化リガンドの得られる確率は非常に低かった。これまでに、万木らは任意の膜蛋白質に対して高い特異性と親和性を兼ね備えた抗体を創製する一連の技術を確立している。

循環調節ホルモンの一つであるアドレノメデュリンは、強力な血管拡張作用による降圧物質として発見されたが、その後抗酸化作用、腎保護作用等の臓器保護作用も有することが明らかとなった。さらにアドレノメデュリン欠損マウスは、血圧の上昇に加えて、動脈硬化や加齢に伴う肥満、耐糖能異常等が認められる。これらの結果は、アドレノメデュリンがメタボリックシンドローム発症の分子基盤となっている可能性を示唆しており、その機能的・構造的理解は血管合併症の新規治療法に重要であると考えられる。血管合併症の治療には、これらの内分泌ホルモンおよびその関連因子の分子機構を理解し、メタボリックシンドロームの発症予防を含めた治療展開が必要となる。しかし、メタボリックシンドローム自体が多因子疾患であるため、いまだ不明な点が多い。そこで、万木らは循環調節ホルモンをリガンドとするGPCRのX線結晶構造解析によって、血管合併症の包括的な理解と新規治療法の開発を目指している。万木らの開発したGPCRの大量生産技術を用いてそれに対する構造認識抗体を創出し、この抗体フラグメントと循環調節ホルモンをリガンドとするGPCRとの複合体の結晶構造解析を行う。同時に、これらのGPCRの機能アッセイを組み合わせることにより、ターゲットGPCRの機能を選択的に制御する機能性抗体の作製を行い血管合併症の新規治療法開発に繋げたい。メタボリックシンドロームでは、肥満とインスリン抵抗性を背景とする多くの代謝異常が重責し、心筋梗塞や脳血管障害、腎血管障害等が発症する。これらの血管合併症の発症および進展には、多彩な生理活性を有する循環・代謝調節ホルモンによる恒常性バランスの破綻が関与している。循環調節ホルモンの多くはG蛋白質共役受容体(Gprotein-coupled receptor : GPCR)を介して作用することが知られている。また、アドレノメデュリン欠損マウスは、血圧の上昇に加えて、動脈硬化や加齢に伴う肥満、耐糖能異常等が認められる。これらの結果はアドレノメデュリンがメタボリックシンドローム発症の分子基盤となっている可能性を示唆しており、その機能的・構造的理解は血管合併症の新規治療法に重要であると考えられる。そこで、万木らは循環調節ホルモンをリガンドとするGPCRのX線結晶構造解析により、血管合併症の包括的な理解と新規治療法の開発を目指している。万木らの開発したGPCRの大量生産技術を用いてそれに対する構造認識抗体を創出し、この抗体フラグメントと循環調節ホルモンをリガンドとするGPCRの複合体の結晶構造解析を行う。
低公害自動車導入による都市大気中の炭化水素成分変化と環境への影響について

本研究は、低公害自動車の導入にともなう炭化水素組成変化が、光化学オキシダントの発現におよぼす影響を主に数値解析により探ることを目的とした。対象とした低公害自動車は電気自動車、メタノール自動車、天然ガス自動車、および近年、低公害燃料として可能性が浮上してきたジメチルエーテル(DME)について検討した。また、当初の計画予定にはなかったが、発電機を備えたシリーズ型ハイブリッド自動車についても検討した。使用したモデルは1次元であるため、光化学オキシダントやNO_2の実測値との対応はやや困難な部分もあり、低公害自動車の導入がない場合との比較で結果を評価した。それによると、首都圏中心部においては、検討したすべての低公害自動車について、光化学オキシダントにおよぼす影響はほとんどないものと考えられた。炭化水素の排出がまったくない電気自動車についても光化学オキシダントにおよぼす影響はほとんどなかった。これは、首都圏においては、炭化水素濃度が光化学反応におよぼす影響が小さく、かつ、自動車起源の炭化水素は10%程度という推定結果が得られているためである。一方、これまでの著者らの研究で得られていた、都市中心部のC_2C_5炭化水素成分実測値を考慮すると、移動発生起源と考えられる一酸化炭素濃度および一酸化窒素と対応が非常によくとれており、自動車起源の炭化水素発生量の推定結果はやや過小評価となっているものと考えられた。そのため、数値シミュレーションによる評価を行うだけでなく、都市大気汚染の解明のために、発生源別の炭化水素量、および成分を見直していく必要があると考えられた。
機能団の大面積・高秩序・高密度集積化による革新的分子薄膜材料の創製

本年度は、三脚型トリプチセン薄膜の機能開拓を目的として、二つの研究課題を実施した。研究課題1「ジアセチレンのトポケミカル重合による大面積二次元共役膜の構築と光学特性の解明」では、大面積に高秩序薄膜を形成可能な三脚型トリプチセン誘導体の側鎖として、内部ジアセチレン部位を有するアルキル側鎖を導入した新規誘導体を合成し、薄膜状態での重合反応の検討および、その薄膜の光学特性の解明を目的として研究を開始した。その結果、以前に報告した三脚型トリプチセン誘導体と同様に、新規に合成した三脚型トリプチセンもまた基板上に完全に配向した分子膜を形成することを見出した。さらに、この分子が溶媒分子を層間に取り込み層間距離を伸張することに着目し、溶媒分子の取り込みを駆動力として仕事をする有機配向膜を構築した。この薄膜の膜厚の変化を原子間力顕微鏡の技術を駆使することにより、力学的パラメーターおよび仕事量の算出にも成功した。研究課題2「高性能半導体薄膜の創製へ向けたドメイン境界のない二次元伝導帯の構築」では、三脚型トリプチセン誘導体に半導体ユニットを組み込み、集積化技術により構造秩序性が極めて高い二次元伝導帯を構築し、高性能半導体薄膜の創製を目指した。しかしながら、三脚型トリプチセンの薄膜状態における半導体特性を調査したが、高い半導体特性を達成することはできなかった。ここで、環拡張三脚型トリプチセン誘導体に導入するアルキル側鎖の体積バランスの違いにより、同じ色素部位を有しながら異なる集合構造が形成されることを見出したことをきっかけとして、研究の目的を集合構造と物性の相関を解明に変更した。その結果、同じ色素部位を有しながら異なる集合構造を形成する二つの環拡張三脚型トリプチセン誘導体の薄膜状態における、励起ダイナミクスおよびキャリア伝導性の相関を明らかにした。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
糖鎖改変ニワトリによる新規インフルエンザワクチン生産法の開発

インフルエンザワクチン生産時にウイルスを増殖させる発育鶏卵の漿尿膜はヒトウイルス増殖に適さず、トランスジェニックニワトリ作製技術を応用して糖鎖を改変することでワクチン生産を効率化できる可能性があり、そのための基礎的検討を行った。まず、eGFP発現トランスジェニックニワトリの受精卵を用い、アクチンプロモーターを用いれば外来遺伝子を漿尿膜で効率よく発現できることを確認した。また、ヒトウイルスの感染に重要とされるα2,6シアル酸を付加するシアル酸転移酵素及び効果の高いワクチンとなることが期待できるαガラクトース転移酵素遺伝子を発現するレトロウイルスベクターのパッケージング細胞を樹立した。これらは、漿尿膜の糖鎖改変ニワトリ作製へ向けた有用なツールとなることが期待される。本研究では我々のトランスジェニックニワトリ作成技術を応用して、発育鶏卵の糖鎖を改変することによって新規インフルエンザワクチン生産法を開発することを目指した。ワクチン生産の際にウイルスを増殖させる漿尿膜において、外来遺伝子を発現させる上でアクチンプロモーターが使用可能であるかを検討した。アクチンプロモーター制御下でeGFP発現トランスジェニックニワトリの受精卵を10日間発生させ、eGFPの発現を蛍光顕微鏡で確認したところ、漿尿膜が光っていることが観察された。このことより、アクチンプロモーターを用いて外来遺伝子を漿尿膜で効率よく発現できることが示唆された。高濃度のレトロウイルスベクターを得るために、シアル酸転移酵素発現レトロウイルスベクター生産パッケージング細胞の樹立を行った。GP293細胞にウイルス溶液を感染させ、限界希釈法によりクローニングを行い、高いタイターのウイルスを生産する株を樹立した。また、漿尿膜細胞にα-ガラクトース転移酵素を発現させることでより効果の高いワクチンとなることが期待できるが、マウスよりクローニングしたα-ガラクトース転移酵素遺伝子についても同様にパッケージング細胞の樹立に成功した。インフルエンザワクチンは発育鶏卵を用いた生産法が主流である。インフルエンザワクチン生産の際ウイルスが増殖する漿尿膜細胞は、ウイルス感染に必要なα2-6結合型シアル酸を持たないため、本来ヒトウイルスを増やすことが出来ない。漿尿膜細胞でα2-6結合型シアル酸を持つ鶏卵を生産できれば、これまでの変異型ウイルスではなく、ヒトウイルスそのものを用いたワクチン生産が可能となる。糖鎖改変トランスジェニックニワトリ作製のために、α2-6結合型シアル酸転移酵素遺伝子単独を発現するレンチウイルスベクターを作製した。レンチウイルスベクターを発生0-2日目の胚に感染させた際の遺伝子導入効率が低かったため、第一世代(G0)での解析をやめ、トランスジェニックニワトリ系統樹立に注力することとした。生殖腺より精製したニワトリ始原生殖細胞にin vitroでレンチウイルスベクターを感染させ、レシピエント胚に移植した。現在、性成熟を待っている段階である。次年度に第一世代ニワトリの交配を行い、トランスジェニックニワトリ後代を作製する予定である。将来精子・卵子に分化する始原生殖細胞に直接レンチウイルスベクターを感染させているため、効率よくトランスジェニックニワトリ後代が取得できることを期待している。また、免疫系を強く刺激しワクチンの持続効果を高めるために、同様の手法でワクチンタンパク質にαガラクトース糖鎖を附加させる可能性を検討している。今年度はαガラクトース転位酵素(α1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ)遺伝子をマウスからクローニングした。今後、CMVプロモーター及びアクチンプロモーターによりαガラクトース転位酵素を発現するレトロウイルスベクターコンストラクトを作製し、漿尿膜細胞の糖鎖を変換できることを確認してゆく予定である。トランスジェニックニワトリ後代取得のための遺伝子導入始原生殖細胞の移植実験は難易度も高く手間のかかる実験であるが、既に交配に用いる第一世代ニワトリを複数作製済みである。また、αガラクトース転位酵素遺伝子の取得は済んでおり、漿尿膜細胞の糖鎖変換を確認する準備が整いつつある。α2-6結合型シアル酸転移酵素遺伝子単独を発現するトランスジェニックニワトリ後代取得を引き続き進める。また、αガラクトース転位酵素については、これまでの実験結果からトランスジェニックニワトリ後代の取得効率が高いことが期待されるレンチウイルスベクターは第一世代ニワトリにおける発現解析には不向きであることが示唆されたため、レトロウイルスベクターを作製してニワトリ初期胚に直接導入することで第一世代ニワトリ胚で戦略を確認する。遺伝子導入用レトロウイルス・レンチウイルスベクターを引き続き作製し、ニワトリ胚・始原生殖細胞へ導入、解析してゆく必要がある。そのため、これらに必要な消耗品を中心に使用する予定である。

ただし、経年劣化のためPCRなど遺伝子実験に必須の機器の更新が必要であり、一部はこうした機器の購入に充てる必要がある。消耗品のための費用を確保する必要性から、パーソナルユースクラスの割と少額な機器の購入とする予定である。
臓器血流の制御とその病態

臓器血流の制御とその異常の仕組を明らかにする目的で、(1)微小循環調節とその破綻、(2)血管攣縮・血栓形成の成立機序、(3)臓器潅流異常の病態の三つの主題に重点を置き解析を進めつつある。初年度の研究経過・成果の概要を研究分担者ごとに以下に列挙した。微小循環調節の研究においては、鹿取らはハムスター頬袋の微小循環系において血栓モデルの作製に成功し、血栓の質的変化に伴う血小板・血管壁プロスタグランディンの意義を示した。多田,木全らは、血中プロスタグランディン定量の精度を高めるとともに、ロイコトリエン、HETEのHPLC測定も可能とし、アラキドン酸代謝の病態アプローチの基盤を固めつつある。山本は、実験動物組織からリポキシゲナーゼの酵素免疫測定法を確立し、その生体組織分布を検討しつつある。血栓形成・血管攣縮の研究では、杉本らは、幾つかの病態モデルを作成し、血管内視鏡による観察を進めるとともに、臨床応用にも着手しつつある。斎藤は凝固線溶系の諸因子(トロンビン,van Willebrand因子)単離・精製を行い、病態解析への応用の基礎を固めた。外山,春見は多誘導心電図同時記録を行い心筋の心電図生理学的特性を明らかににし、虚血性不整脈の解析へと研究を進めつつある。仁村は、超音波ドプラ法による無侵襲的血流計測を可能にし、冠・腎血流計測に応用化しつつある。
茶-青2色性ガラス等、金コロイドによる特殊呈色ガラスの製造と光学特性

SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3-CaO-MgO-Li_2O組成系ガラスに呈色剤として金を0.022wt%添加し、見かけの表面色は濃い茶色で、透過光が濃い青色を示す特殊な光学特性の茶-青2色性ガラスの大量溶融試験(20Kg)を行い、大量溶融において生じるスカム(不混和の高粘性部分)の減少方法を検討した。スカムはAl_2O_3をAl(OH)_3に置き換えることで減少した。Al(OH)_3を使用した組成について、茶-青2色性発色のための各成分の添加量の最適化を行った。そして、選定した最適組成においても、溶融条件により2次熱処理後の発色が変化することを明らかにした。また、ガラス中の金イオンの還元に有効と考えられる、酸化錫、酸化鉄の影響を試験したところ、いずれも金コロイドの粒子径が小さい場合の赤色ガラスを与えた。一方、赤色光透過性乳白オパールガラスの製造を試験し、SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3CaCO_3-MgO-BaCO_3-NaBF_4-Na_2CO_3-K_2CO_3(mol%)の原料組成系に、金を0.002gと錫0.02gとを添加して、赤色光透過性乳白オパールガラスが製造されることを明らかにした。このガラスは、550nm以下の波長の光を強く散乱して遮断し、650750nm領域の赤色光をよく透過させた。稀土類元素酸化物の添加影響を試験したところ、酸化ネオジウムが500550nmに比較的強い吸収を有し、散乱と吸収の両方に基づいて550nm以下の光が効果的に減衰させられることが判明した。この赤色光領域の高い透過特性の原因は基本的にはガラス組成にあり、金と稀士類元素が補助的に作用しているものと考えられた。上記基本ガラス組成が有する赤色光の透過性の原因の詳細についでは現在不明であるが、分相で生じる粒子(散乱する粒界)の密度、および、マトリックスガラスの屈折率と粒子の屈折率の差が関係しているものと考えられた。本研究では、SiO2-Al2O3-B2O3-CaO-MgO-Li2O組成系のガラスに、金を呈色剤として添加して溶融ガラス化したのち、再加熱することにより、ガラス中に金コロイド粒子を生成させ、みかけは茶色で透過光は青色を示す、茶-青2色性ガラスの製造方法とその呈色原理を研究した。(投稿準備中)茶-青2色性ガラスの最適な原料組成(mol%)は54.0 SiO2-12.5 Al2O3-17.5 B2O3-10.5 CaO-2.0 MgO-3.5 Li2O+0.076mmol Auであり、1400°Cで溶融したガラスを750°C760°Cで1時間加熱することにより製造された。安定な発色をさせるために、金に対して還元作用を示すFe,Snの添加効果を調査したところ、極く微量の添加(0.01g/mol-hlass)は効果的で、均一な2色性の発色を与えたが、添加量が増加すると赤色ガラスとなった。

SEM観察により、茶-青2色性ガラス中の金コロイド粒子は直径150170nmでオクタヘドロンの形状を有し、粒子どうしが凝集して存在する傾向にあることを確認した.このガラスの減衰スペクトル(吸収スペクトル)を測定し、Mieの理論(コロイド粒子による光の吸収散乱の理論)との重ね合せを行った。Mieの計算では、粒子径が大きくなると、600700nmの波長領域の弱い散乱により薄い茶色(濁り)を示すと考えられた。しかし、粒子径が極めて大きい茶-青2色性ガラスでは、スペクトルの形状が計算結果と一致しなかった。溶液中のコロイド粒子が凝集して存在すると、吸収ピークが長波長側にシフトし、紫または青色を呈することが報告されている。茶-青2色性ガラスでは、直径150170nmのコロイド粒子が凝集状態で存在するため、減衰・散乱のピークが長波長側にシフトし特殊な呈色となるものと考えられる。SiO_2・A_<12>O_3・B_2O_3・CaO・MgO・Li_2O組成系ガラスに呈色として金を0.022wc%添加し、赤、紫、青、茶・青2色性などの金コロイドによる発色が得られるガラス原料組成を明らかにした。見かけの表面色は濃い茶色で、透過光が濃い青色を示す特殊な光学特性の茶・青2色性ガラスは、52.5 SiO_2・13.3 Al_2O_3・17.4 B_2O_3・10.2 CaO・2.0 MgO・4.6 Li_2O(mol%)の原科組成からはじめ製造され、大量溶融試験により、41.5 SiO_2・23.5 Al(OH)_3・17.9 B_2O_3・10.4 CaC○_3・2.0 MgO・4.7 Li_2C○_3(mol%)組成へと改善された。茶・青2色性ガラスは半径5060nmの八面体形状の金の結晶粒子を有し、それらの粒子はクラスター状に凝集していた。その吸収(減衰)スペクトルをMieの理論により計算で求めた粒子半径が5060nmの場合の減衰スペクトルと比較すると、茶・青2色性ガラスは可視光の青色領域の光をよく透過し、赤色領域の光を強く減衰させた。茶・青2色性の特殊な呈色の原因は、八面体でクラスター状に凝集した5060nmの金粒子による赤色光の遮断と散乱にあると考えられ、また、金粒子どうしが接近してクラスター状に存在するため、コーヒーレントな散乱を生じている可能性が考えられた。一方、赤色光透過性乳白オパールガラスは、55.0 SiO_2・7.0 Al_2O_3・17.5 B_2O_3・10.5 CaC○_3・2.0 MgO・0.7BaCO_3・0.5NaBF_4・4.2 Na_2C○_3・2.6 K_2CO_3(mol%)の原料組成に、金を0.002gと錫0.02gとを添加して製造された。このガラスは、500nm以下の波長の光をかなり散乱して遮断し、650750nm領域の赤色光はよく透過させた。この赤色光領域の高い透過特性の原因の詳細については現在不明であるが、分相で生じる粒子(散乱する粒界)の密度、および、マトリックスガラスの屈折率と粒子の屈折率の差が関係しているものと考えられる。
金属ポルフィリンを電極触媒とする酸素還元反応に対する磁場効果

電気化学反応における磁場効果として,これまで不斉収率の向上や電解質のMHDフロ-による反応経路および拡散限界電流への影響などが報告されている。しかしながら,電極反応に直接関与する反応物や触媒の磁気的性質には殆んど注目されていない。そこで,本研究では電極触媒としての金属ポルフィリンの磁気的性質が磁場中での酸素還元にどのような影響を及ぼすかについて検討した。金属ポルフィリンには,水不溶性のメソ-テトラフェニルポルフィリン(TPP)並びに水溶性のメソ-テトラキス(4ースルホナトフェニル)ポルフィリン(TPPS)およびメソ-テトラキス(1ーメチルピリジニウムー4ーイル)ポルフィリン(TMPyP)のCo(III),Mn(III),Fe(III)錯体を使用した。1.水不溶性金属ポルフィリン(TPPーM)における磁場効果磁場効果は金属ポルフィリン被覆グラッシ-カ-ボン電極を使用して検討した。すなわち,酸素飽和0.1MNaOH中でのサイクリックボルタモグラムを磁場がある時とない時とで測定した。金属ポルフィリンの磁気的性質(磁化率)は異っているにもかかわらず,サイクリックボルタモグラムに殆んど差がなく顕著な磁場効果は認められなかった。2.水溶性金属ポルフィリン(TPPSーM.及びTMpyPーM)における磁場効果磁場効果は0.2×10^<ー3>Mの金属ポルフィリンを含む酸素飽和0.1MNaOH,グラッシ-カ-ボン電極でのサイクリックボルタモグラムを磁場効果がある時とない時とで測定した。この場合,金属ポルフィリンの磁化率に依存した明確な磁場効果が認められた。即ち,電極触媒として電極反応に関与する水溶性金属ポルフィリンの磁化率の増加と共に酸素還元の拡散限界電流は増加した。この結果は,酸素の拡散が金属ポルフィリンのMHDフロ-によって効果的に促進される事,酸素還元が金属ポルフィリンの分子表面,恐らく金属サイト上で起る事を示唆している。(1)各種金属ポルフィリンの合成-水溶性ポルフィリンであるメソーテトラ(4-スルフォナトフェニル)ポルフィリン(H_2TPPS_4)およびメソーテトラ(4-N-メチルピリジルポルフィリン(H_2-TMP_yP)のMn(III)、Fe(III)、Co(III)錯体を合成した。これらの金属ポルフィリンを1×10^<-4>M含む0.1MNaOH水溶液を調整し、以下の実験に供した。(2)光透明薄層セル電極(OTTLE)での酸素還元に対する磁場効果-金ミニグリッドを試験極とするOTTLEにおいて、電極面に垂直となるように磁場(磁束密度、B=0.8T)をかけた場合とかけなかった場合の酸素還元のサイクリックボルタモグラム(CV)を酸素飽和金属ポルフィリン水溶液について測定した。いずれの電解液系についても磁場の効果は認められず、本実験条件下では酸素分子の三重項エネルギー状態に変化はないものと推定された。(3)角セルでの酸素還元に対する磁場効果-金属ポルフィリン水溶液を含む角セル中に対極(Pt)と試験極(グラッシーカーボン、GC)を8mm離して平行となるようにセットし、電極面と磁場の方向との関係を酸素還元のCVより調べた。電極面が磁場に垂直の場合は(2)の結果と同様にCVに磁場の影響は認められなかった。しかし、電極面が磁場に平行の場合には使用した金属ポルフィリンに依存した磁場の効果が認められた。

拡散限界電流域および、わずかではあるが活性化電流域において磁場による電流の増大が認められた。拡散限界電流域での電流増大効果をid(B=0.8T)/id(B=0)で表すと、次のようであった。TPPS_4系:Fe(III)(1.6、n=5)、Mn(III)(1.3、n=4)、Co(III)(1.0、n=0)、TMP_yP系:Fe(III)(1.4、n=5)、Mn(III)(1.2、n=4)、Co(III)(1.0、n=0)(nは金属中の不対電子数である)。この結果はこれまでに報告されていない常磁性の金属ポルフィリンが関与した新しいタイプのMHDFlowの存在を示唆している。1.水に不溶の金属ポルフィリンとして、メソ-テトラフェニルポルフィリン(以後、TPPと略記)の各種金属錯体(Cr^<3+>、Mn^<3+>、Co^<2+>、Co^<3+>、Fe^<3+>、Ni^<2+>、Ir^<3+>)を合成した、これらの金属ポルフィリンのクロロホルム溶液をグラッシ-カ-ボン(GC)電極面上に塗布、乾燥することにより金属ポルフィリン被覆(2×10^<-7>モル/cm^2)GC電極を調製した。上記電極を電解セル中にセットし、酸素を飽和した0.1MNaOH中、電位走査法により磁場の効果を調べた。金属ポルフィリン被覆GC電極面が(a)磁場と垂直になる場合と(b)平行になる場合のそれぞれについて、磁場中と磁場が存在しない時の電位走査ポルタモグラムの比較から磁場の効果を評価した。(a)、(b)のいづれの場合も検討したすべての金属ポルフィリンについて、前年度における水溶性金属ポルフィリンと異なり、立上り電位付近での電流値の増大ならびに拡散限界電流値の増大などの磁場の効果は殆んど認められなかった。この理由として、金属ポルフィリンが固体状態で存在しているため磁気配列の効果が表われにくかったことによると考えられたが、現在の所明確ではない。2.酸素還元の素過程(過酸化水素までの2電子過程かまたは水までの4電子過程)に対する磁場の効果を明らかにするため、回転リング・ディスク電極装置を用い、磁場中でのディスク電流、リング電流を測定した。磁場は金属ポルフィリン被覆GCディスク電極の内側にミニ磁石のN極を埋め込み、また直下の対極付近にS極をセットすることにより得た。Co(II)、Co(III)、Mn(III)、Fe(III)-TPPについて、ディスク電流とリング電流を測定したが、明確な磁場効果は認められなかった。3.今年度で検討した水不溶性金属ポルフィリンのd-電子配置は大きく異なっている(例えばCo(III):d^6、不対電子数(n)=O,Fe(III):d^5,n=5)にも拘らず、磁場効果は水溶性のもの程明確には認められなかった。
環境工学協働による地球環境対応型建築都市の評価手法・体系の構築

地球温暖化の緩和策、適応策両面からの総合的な都市づくりに資する環境評価体系、手法構築の第一歩の成果を得る目的で、建築環境工学の研究者11名が協働研究を行った。共通フィールドを設定し、エネルギー・熱の流れに着目して、各研究者が地圏、水圏、気圏、生物圏、人間圏の実態把握とメカニズム解明、対策検討に取り組み、研究協力者が提供する基盤データと研究者の成果をGISで共有する協働研究手法を考案、実践した。その結果、一部の研究者同士の協働が実現し、地中のヒートアイランド、生態系サービスなどに関する新規性の高い成果が創出され、本研究手法の有用性と、その発展が環境評価体系の構築につながる可能性を確認できた。地球環境対応型建築都市づくりの手法の体系的整理、秦野市の現況モデル構築のための観測システム設置、データ収集、基盤データ整備、アンケート調査を行った。3つの取り組みの実績概要は以下のとおり。(1)基盤データ整備:地下構造モデルを精緻化し、それに基づく地表・地下水流線図をデータベースに格納した(佐土原)。(2)建築環境工学の視点からの現況モデル構築(5グループ)A:大気・熱環境グループ気象特性の継続的な蓄積のため市内3カ所で自動観測を開始した(中山)。夏季気温分布の現状調査分析を行い、気温上昇、低減要因の抽出を行った(田中)。これは「D:生態系サービスグループ」の生態系サービス活用指針図作成の基礎検討でもある。CFD解析に基づく街区スケール温熱空気環境の時空間分布予測手法を構築し、その風・温熱環境予測における有効性や精度を確認した(富永)。B:エネルギーグループ地中熱利用検討のため、地下構造モデル・地下水位データを活用し、そのポテンシャルマップを作成した(吉田)。数値シミュレーションにより、エネルギー基本計画目標年(2030年)までの市全体の家庭用エネルギー消費量を予測し、省エネの可能性を明らかにした(尾崎)。C:水環境グループGISを用いた雨水浸透の現状と将来予測のためのポテンシャルマップを作成した(小瀬)。E:ライフスタイル・人間の福利グループ睡眠問題や疲労感に及ぼす熱環境の影響を検討するための社会調査(鳴海)、夏季の省エネ意識・行動を調べるインターネット調査(久野)、冷暖房使用時・不使用時を含めた高齢者等弱者への健康状態への影響、対処法解明のための施設調査の検討(安倍)、次年度に行う夏季の耐暑行動と視聴覚刺激利用のアンケート調査を検討した(合掌)。(3)建築環境工学の体系的な現況モデルの構築,他学問分野との取り合いの整理:気圏、水圏、地圏に関して整理を行った(佐土原)。秦野市(一部都留市)を対象に、地圏・水圏・気圏・生物圏・人間圏という要素をふまえ、熱環境、エネルギー、水、生態系等に関する現況モデルの構築を継続し、13に取り組んだ。1基盤データの整備:現況モデルの基礎データ、研究成果のデータベースを構築し、サーバーにより研究者間でそれらを共有できる「時空間情報プラットフォーム」を立ち上げた。2研究分野間の連携による現況モデルの構築:A)「大気・熱環境グループ」では、秦野市を対象にメソ、街区という異なるスケールでのシミュレーション、実測結果との比較分析を行い、温熱空気環境を精度高く予測する手法を開発・検証した。B)「エネルギーグループ」では都留市を対象に、C)と連携して再生可能エネルギー(小水力発電、湧水・用水の熱)の利用ポテンシャルを把握した。C)「水環境グループ」では、都留市を対象に河川・用水GISネットワーク図を作成し、B)との連携で多面的な再生可能エネルギー利用の分析研究を行った。D)「生態系サービスグループ」では秦野市を対象に、生態系と人工環境等とを関連づける基盤データである植生景観図を作成し、それを生態系サービスの評価に用いて、緑地保全・創出の指針図を作成した。E)「人間の福利グループ」では電力逼迫後の市民の環境意識・ライフスタイルに関する調査の継続、ライフスタイルとエコ意識・行動の関係把握、高齢者施設等の室内環境、高齢者の暑熱環境における健康影響の定量化を行った。3本研究のまとめ:地球環境対応型建築・都市づくりに向けた環境評価の体系的整理、手法のまとめを行った。体系的整理には、エネルギー・熱の流れの包括的管理が主要な軸になること、1の「時空間情報プラットフォーム」を用いて、時間・空間を一致させて異なる研究成果を関連づけて検討・分析することで、それらが次第に結びつき、分野連携・協働の評価手法の実現につながることを整理した。おもな進捗内容は、1基盤データの整備、1建築環境工学の各分野の研究の深化と相互関係の検討、3日本建築学会以外の学術分野との関係の検討と、それに対応した研究組織の拡大・充実、4協働研究の基盤である「時空間情報プラットフォーム」の具体化、に整理できる。1.基盤データの整備:「気圏」気象データの整備と気温分布

図作成・解析、「水圏」水循環プラットフォームの構築、「地圏」:地中温度測定、「生物圏」植生景観図作成のためのサンプル調査と全域同定方法の検討、「人工環境」建物・居住者の変遷と空家の実態把握、を行った。2.建築環境工学分野の研究の深化と各分野間相互の関係分析:「気温とエネルギー消費」エネルギー消費密度と気温との相関分析、気温のエネルギー消費量への影響分析、「気温と節電意識」気温の節電意識への影響分析等を行った。今後、関連分析が考えられるものに、「植生景観図と気温分布」、「植生景観図と鳥獣被害」などが挙げられる。3.建築環境工学以外の学術研究分野との協働研究組織の構築:多分野の専門的なテーマも含めて研究内容を検討する「研究部会」、それらの研究の知見を地域に総合的、具体的に活かす「地域部会」を立ち上げた。研究部会は、全体の企画、地圏、水圏、気圏、生態系、ITプラットフォーム、シミュレーション、エネルギーデザイン、都市システムデザイン、社会システムデザイン、の10の研究部会が、地域部会は対象となる神奈川地域の秦野市、大都市横浜市、流域単位で研究を行うために水源域の都留市の3地域部会等が設置、または設置準備されている。部会には本研究参画者に加え、産学官からの研究協力者が参画している。4.「時空間情報プラットフォーム」具体化:形態・機能(データ、モデル、シミュレーション)、適用対象分野(環境、防災、エネルギー)、目的・用途(デザイン、マネジメント)のサブカテゴリーを整理した。研究組織がほぼ整い、データ収集や調査、分析も始まって、建築環境工学の専門分野の連携・協働の議論が進んでいる。研究成果も上がり始めていることから、おおむね順調に進展しているといえる。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究実績の概要で記述したとおり、研究実施計画にほぼ沿って、予定どおり進捗していることから、(2)おおむね順調に進展している、とした。調査分析結果を持ち寄って、研究参画者どうしで、なるべく多くの議論の機会を設けることが、本研究課題にとって重要である。本年度は、そのための会合の回数を増やしたいと考えている。また、実践的な研究であるため、対象自治体である秦野市に成果を報告して、その有用性や課題について意見をもらい、研究計画にフィードバックすることが重要と考えており、秦野市への報告と議論の機会を設ける予定である。本研究では地球環境に対応した都市・地域づくりに資する評価手法・体系の構築を目的としている。体系の構築として、地圏・水圏・気圏・生物圏、人間圏という、現実の場を構成している要素をなるべくそのまま活かしてとらえ、それらの相互関係の整理に注力することが重要との認識で、この目的達成の課題に取り組んでいる。そして評価手法としては、この体系の整理に基づいて、「時空間情報プラットフォーム」というツールのあり方を明らかにし、プロトタイプの開発によって評価手法が機能することを確認するところまでが目標である。「時空間情報プラットフォーム」のプロトタイプ開発のためには、自治体の全庁的な協力が必要であるが、現時点では秦野市の全庁的な協力が得られる関係にはなっていない。
エラストマー、ナノコンポジットのナノ力学物性評価

本研究では原子間力顕微鏡をもとにしたナノレオロジー・ナノトライポロジー測定を現実的な系に応用する初の試みとして、高分子工業において最近注目を集めているエラストマー試料およびエラストマーをマトリックスにしたナノコンポジット材料に適用することを目的として研究を推進した。エラストマー試料としては天然ゴムを試料として選定し、主に伸長率をパラメータとした凹凸像と力学物性データとの相関などについて研究を行った。その結果、従来云われてきたアフィン変形の仮説が成立しないことを弾性率の二次元マッピングから明らかにした。零度付近にガラス転移温度があるブチルゴムに関して、その弾性率に関して温度時間換算則を確認することもできた。またナノコンポジット材料についてはカーボンブラックを充填した天然ゴムについて弾性率マッピングを実現し、界面の力学物性を評価することを可能にした。さらにカーボンナノチューブをフィラーとして充填した天然ゴムも扱った。市販装置レベルで可能なフォースモジュレーション法で測定した場合には、試料中にカーボンナノチューブ由来の網目構造が存在していることが分かっていたが、興味深いことにその太さがカーボンナノチューブのそれよりもだいぶ太く、カーボンナノチューブそのものが画像化されているとは考えにくいところであった。一時的に界面相を含む相が観察されたのだと推測したが、その部分の定性的な硬さがマトリックスよりも軟らかいという結果が界面に対する従来の考え方と矛盾していた。しかし、本研究で開発した弾性率、凝着エネルギーマッピングによってこの問題点を解決することができた。界面相は、弾性率は予想通り高く、しかしながら凝着エネルギーも大きいという結果が得られたのである。この結果から、界面にはカーボンナノチューブに強く結合しバウンドラバーとして作用している高分子鎖に加え、末端が遊んでいるダングリング鎖が存在することが示唆された。このナノコンポジット材料の特異な力学物性はこの界面構造に由来しているのだろう。本研究では原子間力顕微鏡をもとにしたナノレオロジー・ナノトライボロジー測定を現実的な系に応用する初めての試みとして、高分子工業において最近注目を集めているエラストマー試料およびエラストマーをマトリックスにしたナノコンポジット材料に適用することを目的として研究を推進した。エラストマー試料については架橋密度、温度をパラメータとした粘弾性的物性データの取得、伸長率をパラメータとした凹凸像と粘弾性的物性データとの相関、および材料の力学的強度に大きな影響を与える伸長結晶化などについて研究を行った。特に伸張率をパラメータとして天然ゴムについて行った研究では、従来云われてきたアフィン変形の仮説が成立しないことを弾性率の二次元マッピングから明らかにした。本年度購入した温度制御コントローラによって低温域の測定が可能となり、零度付近にガラス転移温度があるブチルゴムに関して、その弾性率に関して温度時間換算則を確認することもできた。またナノコンポジット材料についてはクレイやカーボンナノチューブなどをフィラーとして充填したものを扱う前段階として、粒径の小さなカーボンブラックを充填した天然ゴムについて弾性率マッピングを実現し、界面の力学物性を評価することを可能にした。近年ナノ素材を充填したエラストマー材料のマクロな力学物性については様々な知見が得られ始めているが、従来の理論からは予測できない結果が報告されている。フィラーのサイズがナノメートルスケールになってくるとフィラー自身のサイズとエラストマーとの「界面」のサイズが拮抗しており、「界面」の影響が大きく表れてくるためにそういう予想外の結果が現れるのであろうが、そういった観点からナノメートルスケールの力学物性を評価した例は未だない。本研究でそういった評価が可能となったことは特筆すべきことである。

本研究では原子間力顕微鏡をもとにしたナノレオロジー・ナノトライボロジー測定を現実的な系に応用する初めての試みとして、高分子工業において最近注目を集めているエラストマー試料およびエラストマーをマトリックスにしたナノコンポジット材料に適用することを目的として研究を推進した。前年度は予備的実験としてカーボンブラックを配合した天然ゴム試料について弾性率マッピングを実現し、界面の力学物性を評価することを可能にしたが、今年度は真のナノコンポジット材料としてカーボンナノチューブをフィラーとして充填した天然ゴムを扱った。予備的に行ったフォースモジュレーション法という特殊な、しかしながら市販の装置で行える方法で測定した場合には、試料中にカーボンナノチューブ由来の網目構造が存在していることが分かっていた。興味深いのはその太さがカーボンナノチューブのそれよりもだいぶ太く、カーボンナノチューブそのものが画像化されているとは考えにくいところであった。一時的に界面相を含む相が観察されたのだと推測したが、その部分の定性的な硬さがマトリックスよりも軟らかいという結果が界面に対する従来の考え方と矛盾していた。しかし、本研究で開発した弾性率マッピング、および今年度実装した凝着エネルギーマッピングによってこの問題点を解決することができた。界面相は、弾性率は予想通り高く、しかしながら凝着エネルギーも大きいという結果が得られたのである。フォースモジュレーション法による一見矛盾した結果はこの凝着エネルギーの大きさに影響を受けたものだと結論付けられた。またこの結果から、界面にはカーボンナノチューブに強く結合しバウンドラバーとして作用している高分子鎖に加え、末端が遊んでいるダングリング鎖が存在することが示唆された。このナノコンポジット材料の特異な力学物性はこの界面構造に由来しているのだろう。本件については現在論文投稿準備中である。
マルチスライスCTによる微小肺結節の病理組織推定法に関する研究

高分解能CTで微小なすりガラス濃度を呈する腫瘍性病変として細気管支肺胞上皮癌と異型腺腫様過形成が知られている。3-6mm大の確定診断症例の検討から、高分解能CTにおけるCT値の計測が微小な細気管支肺胞上皮癌と異型腺腫様過形成の鑑別に有用である可能性が示唆された。また、7mm以下の微小肺結節の経過観察例の検討から、微小なすりガラス濃度結節は増大を示しにくいが、微小な高濃度結節は少数ながら増大を示すものがあり、高分解能CTの内部濃度によって画像の経過も異なる可能性が示唆された。肺癌の切除症例において、術前に16列マルチスライスCTで全肺1mmスライスの画像を取得し、術前の読影であらかじめ微小病変を指摘し、術後の病理学的検索で病変の同定と病理組織学的確定診断に努めたが、当初想定していなかった診療グループ内の人員減少や主力CT機器の変更(64列CTの導入稼働)などが重なり、予定通りに研究が進行しなかったため、2000年4月以降の肺癌切除例、術前CT画像・病理データを改めて整理し直し、研究材料に追加することとした。本年度中に病理組織像を推定するための病変性状のパラメーターを画像工学的に明らかにする予定であったが、現在遅れて検討中である。それに合わせて、微小肺結節の臨床的重要性の検討に病理画像対比とともに重要な画像検査上の経時的変化について、非肺癌症例における微小肺結節の経過観察例をもちいて検討した。5mm以下の微小結節において、pure GGO、mixed GGO、solid noduleに分類してそれぞれの経時的変化の検討を行ったところ、Pure GGOとMixed GGOには増大を呈するものはなく、ほとんどが不変であり、一部が消退した。不変であるものの中に、細気管支肺胞上皮癌や異型腺腫様過形成が混在していると考えられた。solid noduleもほとんどが不変であり、一部が消退し、増大したのは転移性肺腫瘍と判明した症例だけであった。solidnoduleのなかに原発性肺癌と判明したものがなかったため、今後も対象を増やして検討する必要がある。また、経時的変化が不変であったsolid noduleには肺内リンパ節の特微をもつものが多くみられた。引き続き肺癌切除症例の画像病理対比と非肺癌症例の微小結節の経時的変化を合わせて検討を行い、可能な限り客観的な手法をもちいて病理組織所見を特定できるようにしたい。高分解能CTで微小なすりガラス濃度結節を呈する腫瘍性病変として細気管支肺胞上皮癌と異型腺腫様過形成が知られている。また、炎症性病変の一部もすりガラス濃度を呈することが知られている。高分解能CT所見からこれらの病理組織像を推定するために必要な評価項目や評価方法を確立するための手段として、3-6mm大の微小なすりガラス濃度病変におけるCT値計測による鑑別診断の可能性を検討した。対象を2000年6月から2002年5月の肺癌切除標本ないしその術前CTで副病変として発見され、病理学的確定診断のえられた3-6mm大のすりガラス濃度病変(細気管支肺胞上皮癌、異型腺腫様過形成、炎症性病変)とし、病理診断の結果を知らない2名の放射線科医がマルチスライスCTで撮影された術前高分解能CTにおいて病変が最大となるスライスで可能な限り病変の輪郭に沿った自由曲線のROIを描き平均CT値を記録した。その結果、細気管支肺胞上皮癌、炎症性病変、異型腺腫様過形成の順にCT値は低くなる傾向があり、なかでも細気管支肺胞上皮癌と異型腺腫様過形成の間には有意差が認められた。炎症性病変と細気管支肺胞上皮癌、炎症性病変と異型腺腫様過形成との間には有意差がみられなかった。CT値の計測が微小な(3-6mm大の)細気管支肺胞上皮と異型腺腫様過形成の鑑別に有用である可能性が示唆されたが、両者の間にはオーバーラップがあり、さらに炎症性病変との鑑別が不十分であることが明らかとなった。この結果はCT検診などで多く見つかる微小結節の対処方法に関し、有用な情報をもたらすことが期待される。