hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経系特異的新規ユビキチンリガーゼの機能解析

中枢神経系の自己免疫疾患と考えられている傍腫瘍性神経症侯群(paraneoplastic neurologic disorder ; PND)は悪性腫瘍患者において腫瘍細胞の直接の浸潤や転移によらず腫瘍の遠隔作用による神経症状を呈する疾患である。PND患者では血清や髄液中に腫瘍と神経細胞の両方に結合する自己抗体の存在が認められており、その標的抗原は神経細胞において重要な機能を担う神経特異的タンパク質であることが明らかとなり、注目を集めている。本研究では、新規のPND標的抗原を同定することを目的とし、悪性腫瘍が疑われ、神経症状を呈する患者の血清を集め、生化学的および免疫組織学的手法を用いて新規PND自己抗体の検出、評価を行った。申請者は患者脳脊髄液と血清中に脳組織に反応するいくつかの自己抗体の存在を発見し、その標的抗原を同定した。最初に、胃癌に併発し精神神経症状を呈する患者血清中に存在する高力価な自己抗体を発見し、その標的抗原分子として新規ユビキチンリガーゼKspotを同定した。現在までの解析からKspotはシナプス部位に発現する分子であり、後シナプス電位の頻度を制御していることが申請者の研究により判明した。近年、多くの神経変性疾患の病態形成にユビキチン・プロテアソームシステムにおけるタンパク質分解不全が関与していることが報告されており、精神障害の病態生理にKspotのシナプス制御機能が関与している可能性が考えられる。申請者はシナプスにおけるKspotの生理的機能を解明することにより,精神障害発症の分子機序の一端を明らかにすることを目的としている。次に、肺癌が疑われる辺縁系脳炎患者血清中に存在するSox Bタンパク質に対する高力価の自己抗体を同定した。さらに神経幹・前駆細胞が自己抗体の標的となっていることから発生段階の中枢神経に発現するSox Bが本患者の自己抗体の標的分子である可能性を考えた自己免疫の攻撃対象となる細胞が成熟した神経細胞だけではなく、成体脳における神経幹・前駆細胞も標的となりうることを明らかにした。これらの知見は、将来PNDの新たな発症機序の解明につながると考えられる。臨床においても腫瘍の早期発見、治療に役立つものと期待される。鬱病、統合失調症などの精神神経疾患が発症するにはどのような分子が関わり、どのような生命現象がおこっているのであろうか?我々は全く新しいアプローチとして傍腫瘍性神経症候群(paraneoplastic neurologic disorder ; PND)に着目した。自己免疫疾患の一つと考えられているPNDは悪性腫瘍患者において腫瘍細胞の直接の浸潤や転移によらず腫瘍の遠隔作用による神経症状を呈する疾患である。PND患者では血清や髄液中に腫瘍と神経細胞の両方に結合する自己抗体の存在が認められている。我々は精神症状を呈したPND疑いの患者血清を用い、自己抗体の標的抗原候補として神経系特異的新規ユビキチンリガーゼKspot(Keio Stomach cancer Psychiatry Onconeural Target)の同定に成功した。KspotはN末端側にF-boxドメインををもつF-boxタンパク質群の新メンバーであると考えられる。F-boxタンパク質はユビキチン・プロテアソームシステムで重要な働きをするユビキチンリガーゼの構成分子であることが報告されている。現在までの我々の解析からKspotは神経系特異的に発現する分子で、ユビキチン関連分子Skp1,Cul1と複合体を形成して未同定の基質分子をユビキチン化しプロテアソームによる分解に導いていることが分かった。さらにKspotはショウジョウバエと線虫に高い相同性を示すホモログが存在することから、進化上非常に重要な遺伝子であることが示唆される。近年、多くの神経変性疾患の病態形成にユビキチン・プロテアソームシステムによるタンパク質分解不全が深く関与していることが示されてきた。このことよりKspotが標的分子として自己免疫にともなう精神障害発症機序に関与している可能性が考えられ、Kspotの機能解析によりその一端が明らかになることが期待される。現在、鬱病や統合失調症など精神神経疾患の病態の分子メカニズムの解明、効果的な治療法の開発を目的とした研究が世界中で行われているが、申請者らは精神障害の病態生理解明のため全く新しいアプローチによる研究を行ってきた。注目したのは悪性腫瘍に合併し精神神経症状を呈した傍腫瘍性神経症候群が疑われた患者である。申請者はこの患者の脳脊髄液と血清中に脳組織に反応する自己抗体の存在を発見し、その標的抗原として新規ユビキチンリガーゼKspot(Keio Stomach cancer Psychiatry Onconeural Target)を同定した。現在までの解析からKspotは神経系特異的に発現する分子であり、未同定ではあるが基質分子をユビキチン化しプロテアソームによる分解に導いていることが明らかとなった。Kspotの基質分子を検索するためKspot結合タンパク質の精製を試みた。Myc結合タンパク質PAM(Protein Associated with Myc)をはじめ複数の分子が同定された。PAM自身ユビキチンリガーゼと考えられており、Kspotと酷似した中枢神経系の発現を示している。最近、線虫においてKspotホモログ遺伝子が同定され、線虫PAMと結合し、さらに同じ経路を介して神経細胞のシナプス形成の制御をしているという報告がなされた。実際Kspotにも線虫同様、シナプス機能を抑制することが申請者の研究により判明した。

申請者はシナプスにおけるKspotの生理的機能を解明することにより,精神障害発症の分子機序の一端を明らかにすることを目的としている。中枢神経系の自己免疫疾患と考えられている傍腫瘍性神経症侯群(paraneoplastic neurologic disorder ; PND)は悪性腫瘍患者において腫瘍細胞の直接の浸潤や転移によらず腫瘍の遠隔作用による神経症状を呈する疾患である。PND患者では血清や髄液中に腫瘍と神経細胞の両方に結合する自己抗体の存在が認められており、その標的抗原は神経細胞において重要な機能を担う神経特異的タンパク質であることが明らかとなり、注目を集めている。本研究では、新規のPND標的抗原を同定することを目的とし、悪性腫瘍が疑われ、神経症状を呈する患者の血清を集め、生化学的および免疫組織学的手法を用いて新規PND自己抗体の検出、評価を行った。申請者は患者脳脊髄液と血清中に脳組織に反応するいくつかの自己抗体の存在を発見し、その標的抗原を同定した。最初に、胃癌に併発し精神神経症状を呈する患者血清中に存在する高力価な自己抗体を発見し、その標的抗原分子として新規ユビキチンリガーゼKspotを同定した。現在までの解析からKspotはシナプス部位に発現する分子であり、後シナプス電位の頻度を制御していることが申請者の研究により判明した。近年、多くの神経変性疾患の病態形成にユビキチン・プロテアソームシステムにおけるタンパク質分解不全が関与していることが報告されており、精神障害の病態生理にKspotのシナプス制御機能が関与している可能性が考えられる。次に、肺癌が疑われる辺縁系脳炎患者血清中に存在するSox Bタンパク質に対する高力価の自己抗体を同定した。さらに神経幹・前駆細胞が自己抗体の標的となっていることから発生段階の中枢神経に発現するSox Bが本患者の自己抗体の標的分子である可能性を考えた自己免疫の攻撃対象となる細胞が成熟した神経細胞だけではなく、成体脳における神経幹・前駆細胞も標的となりうることを明らかにした。これらの知見は、将来PNDの新たな発症機序の解明につながると考えられる。臨床においても腫瘍の早期発見、治療に役立つものと期待される。
RecA非依存性新規組み換え系に関与する高度保存蛋白質Srpの機能解析

Srp経路は染色体上のsrp領域が野生型の場合、srp領域にある3種のsrp遺伝子のいずれかをプラスミドにより供給する事によるRecA非依存性の組み換え現象として認められている。1)Srp経路に対する個々のsrp遺伝子要求性の確認3種のsrp遺伝子のSrp経路に対する寄与を評価するために、染色体上のsrp領域を全て欠失した変異株においてsrpプラスミドを用い、いずれかのsrp遺伝子が欠失した状態を再現し組み換え能を接合により判定した。その結果、Srp経路にsrpAとsrpC(hs10)遺伝子は必須である事が示された。2)srp遺伝子発現誘導によるSrp経路活性化の検討1)の菌株を用いた場合、srp遺伝子はいずれもlacのプロモーターにより支配された状態となる。Srp経路はIPTG30μM、また培養液が定常期初期に突入した時によく観察され、誘導時間が同一であっても培養液を対数増殖期に保った場合観察されなかった。このため定常期の因子を要求し、Srp蛋白質が多量にあっても効果がない事が分かった。3)生体内でのSrp依存性組み換え反応の経時的測定λターミネースによる生体内DNA切断系を用い、Srp経路によるDNA2重鎖切断修復を生存率により経時的に測定した。その結果、srpC遺伝子により生存率が維持される事が分かった。srp遺伝子誘導の効果を経時的に生存率とハイブリダイゼーションによる切断DNAの修復の両面から検討する。4) Srp蛋白質群の生化学的機能解析DNA結合蛋白質であるSrpB(Hs10)蛋白質を中心にSrp蛋白質群の機能解析を行った。その結果、SrpA蛋白質はSrpB蛋白質のDNA結合能を上昇させるかもしくはSrpB蛋白質と複合体を形成する事が分かった。効率良いSrp経路による組み換えは3つのSrp蛋白質が必要であるため、これらの蛋白質の混合による効果を検討している。srp遺伝子群はRecA非依存性組み換え機構の必須遺伝子と考えられた。データベース検索等によりSrp15K蛋白質のホモローグがH.influenzaeからB.subtilisまで細菌界で広く高度に保存されて存在し細菌界にもう一つの組み換え系が存在する事が考えられた。そこで以下ついて検討する事とした。1)部分欠失遺伝子を作成部分欠失遺伝子構築に伴い、各srp遺伝子による組み換え能の再評価、および相同組み換え能を詳細に分析した。その結果、2)において構築したいずれの発現プラスミドによっても、recA欠損株において同程度の組み換え能の回復が認められた。また相同組み換え能についてはsrp15K遺伝子によって70%程の相応組み換え能にとどまるものの、他のsrp遺伝子によっては90%以上の高効率で相同的組み換え体が得られる事が分った。この知見をもとに、部分欠失変異の影響を今後評価する。2)生体内でのSrp依存性組み換え反応の計時的測定計時的なSrp経路による組み換え能を測定するため、培養時期によらずsrp遺伝子が発現している必要がある。そこでlacプロモーターの支配下におかれたSrp発現プラスミドを構築した。本プラスミドは培養条件によらずSrp経路を活性化できる、一方でlacIq遺伝子の導入により組み換え能を1/3程度に減少させる事ができた。3)一本鎖DNA同士の対合反応を促進するアニレース活性の検討His-Srp15K蛋白質単独ではアニレース活比は認められなかった。Srp経路による高効率の組み換えには3つのsrp遺伝子のいずれもが必要であるため、3種のSrp蛋白質の混合実験を行う。現在、Srp15K蛋白質とSrp27K蛋白質間で物理的相互作用がある事がアフィニティーカラムによる共精製実験で示唆された。現在、抗His-tag抗体を用いたゲルシフト実験により再評価を行っている。混合実験時にこの知見をもとに条件の検討を行う。

srp遺伝子誘導の効果を経時的に生存率とハイブリダイゼーションによる切断DNAの修復の両面から検討する。4) Srp蛋白質群の生化学的機能解析DNA結合蛋白質であるSrpB(Hs10)蛋白質を中心にSrp蛋白質群の機能解析を行った。その結果、SrpA蛋白質はSrpB蛋白質のDNA結合能を上昇させるかもしくはSrpB蛋白質と複合体を形成する事が分かった。効率良いSrp経路による組み換えは3つのSrp蛋白質が必要であるため、これらの蛋白質の混合による効果を検討している。
出芽酵母SGS1のDNA複製・修復・組換えにおける機能の遺伝学および生化学的解析

RecQヘリカーゼファミリー遺伝子は、人ではブルーム症候群、ウエルナー症候群、ロスモンド・トムソン症候群の原因遺伝子などが存在するが、出芽酵母ではSGS1のみが存在する。本研究ではこれら症候群の発祥機構の解明を目的として、出芽酵母Sgs1の解析を行った。このRecQヘリカーゼと相互作用するTopisomerase III(Top3)との相互作用因子の検索から、SMCファミリーに属するSmc6が見つかった。SMCファミリーのうち、Smc1-Smc3とSmc2-Smc4は姉妹染色分体の接着や凝集に関わることが知られているが、Smc5-Smc6の機能は不明である。そこで、Sgs1の機能を明らかにする一貫として、Smc6の機能の解析を行った。Smc6の温度感受性変異株smc6-56は、非許容温度下で細胞周期が分裂期(M期)で停止する。そこで、Smc6がM期の染色体DNAのどの領域に結合するかChiP chip法により検討したところ、Smc6はセントロメアとテロメアに多く結合していることが明らかになった。さらに詳しく、細胞周期とSmc6の関係を検討した。M期とDNA複製期(S期)にSmc6の機能を欠損させて細胞周期を進行させたところ、S期にSmc6の機能を欠損させると細胞は分裂期に停止することが明らかになった。そこで、Smc6のS期の染色体結合をChiP chip法により検討した結果、Smc6はS期の複製forkに結合していることが明らかになった。これらの結果から、Smc6はS期に複製forkを安定化させて、その後の染色体の分裂が正確に起るように制御していると考えられた。これらの結果をまとめて、現在、論文作成中である。これとは別にSgs1の論文を、現在投稿中である。RecQヘリカーゼファミリー遺伝子は、人ではブルーム症候群原因遺伝子、ウエルナー症候群原因遺伝子、ロスモンド・トムソン症候群を含めて五つ存在すると考えられているが、出芽酵母ではSGS1のみが存在する。本研究では出芽酵母Sgs1の機能の解析という点から、これら症候群の発祥機構に新たな知見が得られることを目的としている。近年、出芽酵母のSgs1がDSB (double strand break;二重鎖切断)の形成過程に関与している可能性か示唆されてきている。そこで、Sgs1がDSBの形成過程に関与するのか検討するために、パルスフィールド電気泳動を用いて、Sgs1の変異株とDSBの修復に関与する遺伝子の変異株における、PSBの形成過程とその修復過程を観察した。この解析から、DNAが傷害を受けた際には、Sgs1がDSBの形成過程ではなく、DSBの修復の過程に関与することが明らかになった。次にSgs1かDSBの修復に関与する遺伝子とどのような関係になるのか遺伝学的に検討した結果、Sgs1がDSBの修復経路の中で相同組換え経路で機能していることを明らかにした。また、組換え頻度を測定できる系を用いることにより、Sgs1が組換えに必要であること、さらにSgs1と組換え因子との関係を明らかにした。さらに、相同組換え経路におけるSgs1の機能を検討するために、Sgs1のヘリカーゼ活性と、Sgs1と遺伝学的、生化学的に相互作用することが知られているTop3との相互作用が、DNA修復経路に必要であるか検討した。その結果、修復経路の中で、Sgs1のヘリカーゼ活性と、Sgs1とTop3との相互作用という二つの機能が重要であり、またこの二つの機能はDNA修復経路の中で使い分けられていることが明らかになった。以上の解析から得られた結果をもとに、現在、生化学解析により、Sgs1、Top3と相同組換えに関与する遺伝子の関係をより詳細に検討している。免疫沈降、CHIPassayを行うのに必要な酵母細胞株の構築を行い、現在、免疫沈降を行っているところである。当研究室ではこのSgs1と様々な遺伝子との遺伝学的解析を行ってきたが、その中でSMC6の変異により、sgs1変異株の細胞増殖が悪化することが見出された。そこでSgs1の機能を、Smc6との機能的関連から明らかにするために、Smc6の機能の解析を行った。SMC(structural maintenance of chromosomes)family蛋白質は細胞周期に伴う染色体の高次構造を変化させる機能を持つと考えられており、現在までに姉妹染色体同士の接着に必要とされるコヒーシン(Smc1/Smc3)複合体やM期の染色体凝集に必要とされるコンデンシン(Smc2/Smc4)複合体などが同定されている。本研究の対象であるSmc6はSmc5と複合体を形成しており、アミノ酸配列や蛋白質の高次構造が他のSMC蛋白質と類似している。そのため、コヒーシン、コンデンシンに続く3種類目のSMC複合体とされているが、その詳細な細胞内の機能については明らかになっていない。SMC6は生存に必須であるので、温度感受性変異株であるsmc6-56を単離し、解析を行った。smc6-56はMMS、MMC、UV、HU、ZeocinなどのDNA傷害剤に感受性を示すことから、Smc6がDNA修復に関与すると考えられた。

さらに既知のDNA修復経路に属する遺伝子とのepistasis testを行ったところ、相同組換えに関与するRad52、Rad51と同じ経路で機能することが考えられた。さらに、MMSなどのDNAに傷害を与えた際の組換え体の形成に関与していることが明らかになった。RecQヘリカーゼファミリー遺伝子は、人ではブルーム症候群、ウエルナー症候群、ロスモンド・トムソン症候群の原因遺伝子などが存在するが、出芽酵母ではSGS1のみが存在する。本研究ではこれら症候群の発祥機構の解明を目的として、出芽酵母Sgs1の解析を行った。このRecQヘリカーゼと相互作用するTopisomerase III(Top3)との相互作用因子の検索から、SMCファミリーに属するSmc6が見つかった。SMCファミリーのうち、Smc1-Smc3とSmc2-Smc4は姉妹染色分体の接着や凝集に関わることが知られているが、Smc5-Smc6の機能は不明である。そこで、Sgs1の機能を明らかにする一貫として、Smc6の機能の解析を行った。Smc6の温度感受性変異株smc6-56は、非許容温度下で細胞周期が分裂期(M期)で停止する。そこで、Smc6がM期の染色体DNAのどの領域に結合するかChiP chip法により検討したところ、Smc6はセントロメアとテロメアに多く結合していることが明らかになった。さらに詳しく、細胞周期とSmc6の関係を検討した。M期とDNA複製期(S期)にSmc6の機能を欠損させて細胞周期を進行させたところ、S期にSmc6の機能を欠損させると細胞は分裂期に停止することが明らかになった。そこで、Smc6のS期の染色体結合をChiP chip法により検討した結果、Smc6はS期の複製forkに結合していることが明らかになった。これらの結果から、Smc6はS期に複製forkを安定化させて、その後の染色体の分裂が正確に起るように制御していると考えられた。これらの結果をまとめて、現在、論文作成中である。これとは別にSgs1の論文を、現在投稿中である。
準安定相の生成・分解を利用したNd-Fe-Bナノコンポジット磁石の創成

現在,最も強い永久磁石はNd-Fe-B磁石で,コンピュータのボイスコイルモーターや医療機器のMRI,電気自動車モータなどに幅広く使用されている.しかし,近年の省エネルギー化や,CO_2排出量削減,電気製品の高性能化,小型化などのニーズから,より強い磁性材料の開発が求められる.次世代高性能磁石として,異方性ナノコンポジット磁石が注目されている.この磁石では,ハード磁気特性を持つNd_2Fe_<14>B相とソフト磁気特性を持つFe相のナノ複合組織に交換相互作用が働くことにより,1MJ/m^3を超える高い(BH)_<MAX>を有することが予想されている.異方性ナノコンポジット磁石の原料となりうる化合物として,無容器過冷凝固によって,Nd_2Fe_<17>B_x準安定相(x1)が発見された.この準安定相は固相分解反応によって,ナノサイズのNd_2Fe_<14>B相と,Fe相の複合組織に変態することがわかっている.この準安定相の固相分解を制御することで,従来は達成できていない,高性能異方性ナノコンポジット磁石が開発できると考えられる.本研究ではNd-Dy-Fe-B合金をドロップチューブ法により準安定過冷凝固させ,Dy置換が準安定相の生成,粗大な初晶Fe相の抑制,準安定相の分解温度に及ぼす影響について調べた.実験試料の基本組成として,Nd_<10>Fe_<85>B_5合金およびNd_<14>Fe_<79>B_7合金を用い,これらのNdのうち,原子量で10%,20%,30%をDyで置換した.これらの合金は,26mドロップチューブ上部の石英ノズル中に入れ,高周波溶解した後,ヘリウムガス中を自由落下させた.得られた合金は,X線回折(XRD)を用いて相同定をおこない,示差熱分析(DTA)を用いて熱的安定性を調べた.現在までに以下の結論を得ている.1.Nd_<10>Fe_<85>B_5合金のNdのをDyで置換した場合,置換量が20%までは,準安定相の生成能と,初晶Fe相の成長が抑制された.2.置換量が30%を超えると,準安定相の生成能とが減少し,Fe_3RE相が生成する.3.Dy置換した準安定相は,1140KでRE_2Fe_<14>BとFeに分解する.4,Dy置換によって,準安定相の分解温度が上昇する.現在最も高性能な永久磁石としてNd-Fe-B磁石が知られており,焼結法で作製された磁石では400kJm^<-3>を越える高い最大エネルギー積が報告されている.しかしながらこの値は理論限界に非常に近く、これ以上の磁気特性の向上は期待できないのも事実である.本研究では,代表者らが開発した無容器プロセス技術を駆使することにより、従来に変わる新しい磁石として,Nd_2Fe_<14>Bハード磁性相とα-Feソフト磁性相がナノサイズに分布したナノコンポジット磁石の創製を目指している.17年度は,試料組成としてNd_<10>Fe_<85>B_5,Nd_<12>Fe_<86>B_6,Nd_<14>Fe_<79>B_7を基本とし,これからFeとBの変化させたNd_xFe_<100-x-y>B_y(x=10,12,y=7,10)についてドロップチューブによる実験を行った.結果は,Bの含有量をわずかに多くしたNd_<10>Fe_<83>B_7およびNd_<12>Fe_<81>B_7組成では,試料直径が小さい場合には,準安定相のNd_2Fe_<17>B_xがわずかに生成したが,直径が400μmまで減少しても,Nd_2Fe_<14>B相とα-Fe相が多く残存した.また,準安定相は,冷却速度が大きいためかNd_2Fe_<14>B相とα-Fe相への固相分解は見られなかった.さらにB含有量を増加させたNd_<10>Fe_<80>B_<10>およびNd_<12>Fe_<78>B_<10>試料では,直径が400μmの試料でも,殆どがNd_2Fe_<14>B相とα-Fe相から構成され,準安定相は僅少であった.これらの結果から分かることは,ナノコンポジット磁石の前駆体としての利用が可能な準安定相を得るためには,ボロンの含有量を制限し,Nd:B=2:1程度にする必要があること,また,サイズの大きな初晶α-Feが組織中に残存すると,ナノコンポジット磁石の保磁力を低下させてしまい,期待通りの磁気特性を得られないこと.したがって,初晶α-Fe相の生成を抑制するような組成の最適化,例えば鉄含有量の減少や,第四元素の添加などについても同時に検討することである.次年度はこの線に沿って実験を進める.現在,最も強い永久磁石はNd-Fe-B磁石で,コンピュータのボイスコイルモーターや医療機器のMRI,電気自動車モータなどに幅広く使用されている.しかし,近年の省エネルギー化や,CO_2排出量削減,電気製品の高性能化,小型化などのニーズから,より強い磁性材料の開発が求められる.次世代高性能磁石として,異方性ナノコンポジット磁石が注目されている.

この磁石では,ハード磁気特性を持つNd_2Fe_<14>B相とソフト磁気特性を持つFe相のナノ複合組織に交換相互作用が働くことにより,1MJ/m^3を超える高い(BH)_<MAX>を有することが予想されている.異方性ナノコンポジット磁石の原料となりうる化合物として,無容器過冷凝固によって,Nd_2Fe_<17>B_x準安定相(x1)が発見された.この準安定相は固相分解反応によって,ナノサイズのNd_2Fe_<14>B相と,Fe相の複合組織に変態することがわかっている.この準安定相の固相分解を制御することで,従来は達成できていない,高性能異方性ナノコンポジット磁石が開発できると考えられる.本研究ではNd-Dy-Fe-B合金をドロップチューブ法により準安定過冷凝固させ,Dy置換が準安定相の生成,粗大な初晶Fe相の抑制,準安定相の分解温度に及ぼす影響について調べた.実験試料の基本組成として,Nd_<10>Fe_<85>B_5合金およびNd_<14>Fe_<79>B_7合金を用い,これらのNdのうち,原子量で10%,20%,30%をDyで置換した.これらの合金は,26mドロップチューブ上部の石英ノズル中に入れ,高周波溶解した後,ヘリウムガス中を自由落下させた.得られた合金は,X線回折(XRD)を用いて相同定をおこない,示差熱分析(DTA)を用いて熱的安定性を調べた.現在までに以下の結論を得ている.1.Nd_<10>Fe_<85>B_5合金のNdのをDyで置換した場合,置換量が20%までは,準安定相の生成能と,初晶Fe相の成長が抑制された.2.置換量が30%を超えると,準安定相の生成能とが減少し,Fe_3RE相が生成する.3.Dy置換した準安定相は,1140KでRE_2Fe_<14>BとFeに分解する.4,Dy置換によって,準安定相の分解温度が上昇する.
近赤外発光アップコンバージョンナノ粒子に基づく低侵襲血糖値センサの開発

糖尿病患者の厳密な血糖値管理のため,長期にわたり血糖値を連続的かつ精度よく測定でき,患者の負担の少ない持続血糖測定システム(CGM)の開発が切望されてきた。現在、電気化学CGMが市販され、実用に供されているが、酵素を用いるため一週間程度でセンサ部を交換する必要がある。そこで本研究では,低侵襲的に皮下間質組織液中の血糖値を長期にわたりモニターできるウェアラブル光学センサの感度及び精度の向上を目指した,皮膚組織による光学的妨害の極めて少ない近赤外光(NIR)を発するアップコンバージョンナノ粒子(UCNPs)と合成レセプターに基づく血糖値センシングシステムを開発する。
自律神経支配を有する「バイオペースメーカ」構築の試み

神経栄養因子が、心筋細胞への交感神経軸索誘導に重要な役割を果たしていることが本課題研究で明かとなった。このことは、神経栄養因子を適切に用いることにより、移植心筋細胞における自律神経支配を促すことが可能であることを示しており、バイオペースメーカ等の心筋再生治療における機能的再生心筋の構築を行う上で重要なステップになりうると考えられた。神経栄養因子による、心筋における交感神経軸索誘導の可能性を調べた。ラット新生仔の交感神経上頸神経節細胞と心室筋細胞を単離し、1mmの間隔で近接培養を行った。Nerve growthfactor (NGF)、Glialcell line-derived neurotrophic factor (GDNF)などの神経栄養因子添加後5日目に、交感神経細胞の伸長、神経・心筋接合部の状態を免疫染色法、電子顕微鏡で観察した。また、局所における神経栄養因子の効果を調べるために、アデノウイルスを用いて、GDNFを強制発現させた心室筋細胞およびマウス人工多能性幹細胞(iPS細胞)由来自己拍動細胞への、神経突起の伸長をタイムラプス顕微鏡で観察した。交感神経細胞と心筋細胞の近接培養系に、NGF(50ng/ml)またはGDNF(50ng/ml)を添加すると、神経栄養因子非添加群(CONT)と比較して、心筋細胞へ向かう交感神経細胞突起の伸長が明らかに促進した。電子顕微鏡による観察では、心筋細胞に接する神経細胞内に神経終末小胞が存在し、交感神経-心筋接合の形成が見られた。アデノウイルスを用いた実験では、交感神経細胞突起が、GDNFを強制発現させた心室筋細胞およびiPS細胞由来自己拍動細胞に向かって、選択的に伸長するのが観察された。神経栄養因子のGDNFは、交感神経軸索を心筋細胞に誘導する因子となり、移植再生心筋に対する交感神経支配の再構築の有効な手段になりうると考えられた。Glialcell line-derived neurotrophic factor(GDNF)の生理的役割を調べるために、ラット発達各段階(胎生14.5日目、生後1日目、生後49日目)におけるGDNFの発現をwhole mount免疫染色法で調べた。その結果、胎生14.5日目においては、中枢神経等の神経部位と同時に、心臓においてもGDNFの強い発現を認めた。一方、新生仔期における発現は弱く、成獣期においては、検出されなかった。また、PCR法においても、胎生14.5日目においてはabundantなGDNFの遺伝子発現が見られたが、その後成長に伴い消失した。また、GDNFが病態心(除神経心筋)への交感神経軸索誘導におよぼす効果を調べた。液体窒素に浸して凍結したガラスリングを8週齢ラットの左室自由壁に押しつけcryoinjuryを施した。5日後に心臓を固定し、免疫染色を行ったところ、リング外側の健常部位からcryoinjury部位に向かうneurofilament M陽性の神経線維密度は著明に減少した。一方、cryoinjury作成時に、中心部の健常部位にGDNFを発現するアデノウイルスを注入したラットにおいては、リング外側の健常部位からcryoinjury部およびリング中心部の健常部位に向かう神経線維が心外膜側に多く観察された、PBSのみを注入した対照群と比較しcryoinjury部の神経線維密度は有意に増加していた。以上の結果より、GDNFは胎生期心筋において神経伸長に関与している可能性があること、また、傷害により除神経が生じた心筋においては、外部から強制発現させることにより、神経の再伸長を促す効果があることが判明した。本研究課題により、神経栄養因子Glialcell line-derived neurotrophic factor (GDNF)が、心筋細胞への交感神経軸索誘導に重要な役割を果たしていることがin vitro実験で明かとなった。その結果をふまえ、神経栄養因子の発現が、移植心筋シートへの交感神経軸索誘導をおよぼすかどうかを調べた。液体窒素に浸して凍結したガラス棒を8週齢ラットの左室自由壁に押しつけcryoinjuryを施した。5日後に心臓を固定し、免疫染色を行ったところ、cryoihjufy部の外側健常部位からcryoinjury部に向かうneurofilament M陽性の神経線維密度は著明に減少していた。あらかじめ、新生仔ラット由来心室筋細胞を、温度感受性培養皿上で培養をし、心筋シートを作成した。Cryoinjury部位に、心筋シートを貼付して閉胸、5日後に心臓を固定し、心筋シート部位に伸長する神経線維密度を調べた。その結果、対照群においては、neurofilament-M陽性の神経線維はほとんど見られなかったが、アデノウイルスを用いてGDNFを発現した心筋シートを貼付した群においては、シートに向かう神経線維の密度が有意に増加していた。また、移植シート部におけるGAP43の遺伝子発現はGDNF発現シート群で、対照群に比べて有意に増大していた。以上の所見は、神経栄養因子を適切に用いることにより、in vivo移植心筋における自律神経突起の伸長を促すことが可能であり、心筋再生治療における機能的再生心筋の構築を行う上で重要なステップになりうると考えられる。
不均質な地中における溶存物質の挙動

本研究は不均質な土壌中において、吸着反応を伴って移動する物質の移動特性を室内実験により明らかにすることを第一の目的としている。さらに、研究代表者によって提唱されている流れ場の不均質性の統計値から物質の広がりを推定する手法を室内実験に応用し、その妥当性を吟味することを第二の目的としている。平成10年度は主に室内実験をおこなった。まず、4種類の透水性および吸着特性の異なる砂質土壌試料を一次元カラム4本にそれぞれ充填し、塩素イオンを非吸着性トレーサー、カリウムイオンを吸着性トレーサーとしてカラム-流出実験をおこなった。いずれの媒体においても吸着を伴って移動する物質の流出曲線に、より大きな広がり(分散)が観測された。この吸着性物質に観測された大きな分散は物質流路の微視的な不均質性が吸着場の不均質性と負の相関をもつことが原因と推定された。さらにカラム内の不均質性を大きくするために、種類の異なる砂質試料を層状にカラムに充填してカラム-流出実験をおこなった。媒体の不均質が大きくなればなるほど、非吸着性物質、吸着性物質の分散はともに大きくなるが、吸着性物資の分散係数がより大きくなったことが確認された。以上の結果は流れと吸着に関して不均質な場における物質移動を表す数値モデルによる数値実験結果を支持するものであり、流れ場のみならず、吸着場の不均質性が吸着性物質の大きな分散に寄与していることを示唆している。不均質特性をあらわす統計値と分散係数の定量的比較、関連ずけを現在おこなっている。本研究では不均質な土壌中において、吸着反応を伴って移動する物質の移動特性を室内実験によって明らかにすることを第一の目的としている。さらに、研究代表者らによって提唱されている流れ場の不均質性の統計値から物質の広がりを推定する手法を室内実験に適用しその妥当性を吟味することを第二の目的としている。平成9年度は主に室内実験の準備および数値モデルの整備を行った。室内実験では、一次元カラムおよび二次元砂箱を制作し、実験装置の信頼性の確認のため、標準砂および非吸着性トレーサーを用いた予備実験を行なった。結果を現在整理・解析中である。また、野外において、本実験に用いる撹乱および不撹乱土壌資料の採集を行った。資料は関東ロームおよび砂の2タイプ、5種類である。現在採集した土壌資料の基本的物理化学特性および不均質性の統計的特性の測定を行っている。透水性および吸着性に関して不均質な場を再現できる数値モデルの整備を行った。シミュレーションの結果、移動距離が小さい場合に、物質移動にさまざまな形の強い不均質性の影響が見られるが、移動距離が長くなると、不均質性の影響が大きな物質の分散という形でのみ見られ、通常の移流分散モデルに大きな分散度を組み込むことにより物質移動が表現されうることが確認された。平成10年度は本実験を行い、数値モデルを実験に適応してその妥当性を考察する。
環境調和型有機合成を目指したキラル相間移動触媒の簡便な調製法の開発

21世紀の有機化学では金属を用いない環境調和型不斉合成反応の開発とその実用化は一つ大きな課題である。従来の金属触媒は、有機物を変換するための優れた機能性物質であるが、一方で、高価であり、環境を汚染する-人体に影響がある一可能性がある。このため、製薬企業などでは、人体への影響を懸念し、金属触媒を用いた反応を簡単に用いることができないのが現状である。また、社会的にも、環境にやさしい化学合成というのが求められているが、金属触媒は必ずしもこれを満たさない。こういう背景から、我々は環境調和型有機合成を目指したキラル相間移動触媒の簡便な調製法の開発及びアルカロイドの合成への応用といった研究を行っている。我々はビナフチル骨格を有するジブチルアンモニウムキラル相間移動触媒を用いて、ベンゾフェノンイミン誘導体への不斉アルキル化によって、2位に置換基を持つアジリジン、ピロリジン及びピペリジンへの不斉合成法(>98%ee)を確立した。一方、我々はビナフチル基本骨格を持ち、モルホリン骨格を有する新規なキラル相間移動触媒を開発し、これらの触媒を用いてグリシンのベンゾフェノンイミン誘導体によるα,β-不飽和ケトンへの不斉共役付加により高いエナンチオ選択性でピロリジジン及びインドリジジンへの合成法も確立した(9399%ee)。この合成法を活用して生理活性アルカロイド(9Z)-3-propylindolizidine及び(+)-monomorineの不斉合成にも成功した。これを実現するひとつの方法は、当研究室では開発した相間移動触媒N-スピロ型のキラルアンモニム塩を用いた不斉合成である。今まで我々は開発したビナフチル骨格を有するキラル相間移動触媒が不斉アルキル化反応、不斉アルドール反応や不斉Michael付加反応などにおいて極めて高い活性及び選択性を発見し、また複雑な操作を必要としないため、実用化が極めて容易であると考えられ、工業的な面からも大いに注目注目されている。ところが、ビナフチル型触媒の合成には官能基変換が容易という訳ではなく、多段階を要するという欠点がある。そこで、我々はその構造を簡略化を計り,実用化を視野に入れた触媒の開発を研究目的とし、合成しやすくより安価な実用化できるような柔軟性があるビフェニル骨格を有する、3,3'位に3,4,5-F_3-C_6H_2置換基をもつキラル相間移動触媒(S)-1aと3,3',5,5'位に置換基をもつキラル相間移動触媒(S)-1bを開発した。最初に入手容易な6,6'-ジメチル-2,2'-ビフェノール(S)-2を用いて、水酸基をメチル化した後、選択的に5,5'位プロモ化し、5,5'-ジブロモ-6,6'-ジメチル-2,2'-ジメトキシビフェニル(S)-3を得た。続いて、鈴木-宮浦カップリングで5,5'位に3,4,5-F_3-C_6H_2置換基を導入した後、6,6'位のメチル基をプロモ化した。最後にジブチルアミンと反応させて、効率的にビフェニル骨格を有するキラル相間移動触媒(S)-1aを5ステップで83%の全收率で合成した。同様の手法によって3,3',5,5'位に置換基をもつキラル相問移動触媒(S)-1bも5ステップで45%の全收率で合成することができた。これらの触媒はグリシンのベンゾフェノンイミン誘導体への不斉アルキル化(アルキル、アルケニル,アルキンニル)反応において、高いイナンチオ選択性(80-98%ee)及び反応性(81-98%yield)を有することが分かった。
TPF療法において好中球減少の危険因子となる遺伝子多型の同定

頭頸部癌におけるTPF実施症例のFN発症リスク、生命予後因子等の項目について後ろ向きに調査する。上記の対象例から血液サンプルを採取しDNAを抽出しABCB1遺伝子の多型をPCRにて特定する。FN発生率、死亡率についてのオッズ比、粗生存期間を算出する。ABCB1遺伝子多型による生存期間の相違を評価する。FNリスクを事前に把握することでハイリスク症例へのリスク軽減などを目的とする。
気液界面に吸着する界面活性剤の構造解析による被服の洗浄機構の研究

洗浄機構に新たな知見を付け加えることを目的とし、赤外外部反射法を用いて、気液界面に吸着する陰イオン界面活性剤の構造を分子レベルで明らかにすることを試みた。その結果、炭化水素鎖長が8と10のアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムにおいては、濃度を上昇させると、炭化水素鎖のコンフォメーションはゴーシュ-トランスの変化を起こし、また配向が変化したが、炭素鎖長12においては、構造変化が起こらなかった。代表的な界面活性剤であるラウリル硫酸ナトリウム(SDS)の種々の濃度の水溶液を作製し、気水界面に吸着した界面活性剤の赤外外部反射スペクトルの測定を行った。SDS濃度が2mMの場合、CH_2逆対称伸縮振動バンドの波数が2924cm^<-1>となった。SDSの濃度が410mMの場合は、2922cm^<-1>でほぼ一定であった。このバンドの波数は、分子の炭化水素鎖のコンフォメーションの状態を敏感に反映するものであることが知られている。この波数シフトは、濃度が2mMと4mMの間で、SDS分子の炭化水素鎖のコンフォメーションが、ゴーシュからトランスに変化する傾向があり、また4mM以上の濃度では、コンフォメーションが変化しないことを示している。また、同じバンドの吸光度は、2mMの場合約-0.0013、4mM以上の濃度では、約-0.0018で一定であった。以上の結果は、先行の研究(Kawai et al, J.Phys.Chem.B 2005,109,4497)と同様の傾向を示したが、波数、吸光度ともに値が異なった。測定の水温が異なるため(28°Cと22°C)、波数の違いに関しては、トランス/ゴーシュの比率が異なり、今回の実験条件のほうがよりオールトランスに近い状態だったと考えられる。強度の違いに関しては、SDSの吸着量の違いによるものか、分子の配向の違いによるものと考えられる。続いて、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(LAS-12)の濃度0.1mM水溶液の赤外外部反射スペクトルの測定を行った。上記と同バンドの強度は約-0.0011、波数が2926.5cm^<-1>であった。強度は2mMのSDSに近く、波数は大きく異なった。水面におけるSDSとLAS-12の吸着状態の違いが示唆された。衣服の洗浄機構の解明に向けて新たな知見を付け加えることを目的として、本年度も引き続き、洗剤の主成分である陰イオン界面活性剤の水溶液表面における吸着状態の構造解析を行った。陰イオン界面活性剤としては、衣料用洗剤として使われているp-n-デシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(LAS-C10)とp-n-ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(LAS-C12)を用い、濃度を変えた水溶液の表面の赤外外部反射スペクトルの測定を室温で行った。そして、CH_2の伸縮振動バンドの波数と強度から、界面活性剤の炭化水素鎖の状態の考察を行った。LAS-C10の場合、濃度が0.5mMの時は、CH_2逆対称伸縮振動バンドの波数は、2926cm^<-1>となり、また、濃度が1mM以上の時は、2922cm^<-1>でほぼ一定となった。この波数シフトは、濃度が0.5mMと1mMの間で、LAS-C10分子の炭化水素鎖のコンフォメーションが、ゴーシュからトランスに変化する傾向があり、また1mM以上の濃度では、コンフォメーションが変化しないことを示している。また、この変化が起きている濃度は、LAS-C10のcmcの値(4mM)よりも低い濃度範囲であった。さらにこれらのバンドの波数に加えてその強度の値も、前年度研究を行ったSDSの結果と近いものであり、水面における両者の状態が似ていることが予想される。一方LAS-C12の場合は、測定可能な濃度範囲では際立った波数変化を見せず、2926cm^<-1>以上で一定であり、分子構造に大きな変化が無く、またLAS-C10とは異なる状態にあることが示唆された。被服の洗浄機構に新たな知見を付け加えることを目的として、本年度も引き続き、洗剤の主成分である陰イオン界面活性剤のアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの水溶液表面における吸着状態の構造解析を行った。p-n-オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウム(LAS-C8)を用い、濃度を変えた水溶液の表面の赤外外部反射スペクトルの測定を室温で行った。そして、メチレンの伸縮振動バンドの波数と強度から、界面活性剤の炭化水素鎖の状態の考察を行った。0812079EA002その結果、濃度が5mMの時は、メチレン逆対称伸縮振動バンドの波数は、2928cm-1となり、また、濃度が10mM以上の時は、2922cm-1でほぼ一定となった。

この波数シフトは、濃度が5mMと10mMの間で、LAS-C8分子の炭化水素鎖のコンフォメーションが、ゴーシュからトランスに変化する傾向があり、また10mM以上の濃度では、コンフォメーションが変化しないことを示している。以上の結果は、昨年度の結果との比較から明らかなように、LAS-C12よりもLAS-C10の傾向に近いものであり、水溶液の表面の吸着状態は、炭化水素鎖の長さに大きく依存するものであることが明らかとなった。また、これらに関連して、ステアリン酸亜鉛ラングミュア膜の表面圧緩和過程における分子構造変化のタイムスケールの解析も合わせて行い、タイムスケールの異なる2つの機構が存在することが、赤外外部反射スペクトルと表面膜圧の測定から示唆された。
MRI及びMRSによる筋皮弁移植術後血行障害の早期診断に関する基礎的研究

移植筋皮弁の血行障害をMRI及びMRSによって客観評価するため養豚(体重1015kg)12頭を対象としてCummings and Trachyの方法を用いて鼠径筋皮弁モデルを作成した。筋皮弁モデルは阻血方法によってearly group(筋皮弁作成1日後に1側の筋皮弁の血流を遮断する)6頭及びdelayed group(筋皮弁作成7日後に1側筋皮弁の血流を遮断する)6頭に大別した。MRIは1.5T装置を使用し、まずSE法によるT1強調像、拘束SE法によるT2強調像及びSTIR像を得、引き続いてGd-DTPA0.2mmol/kg急速静注によるダイナミックMRIを20秒間隔で5分まで連続して行ない以後10分毎に1時間までdelayed imageを撮像した。単純MRIではdelayed groupにおいてT2強調像及びSTIR像にて健常筋皮弁に比しやや高信号を呈する傾向がみられたが統計学的には明らかな有意差は得られなかった。又early groupでは健常側に比し明らかな信号の変化はみられなかった。ダイナミックMRIでは健常筋皮弁は静注直後より急増パターンを呈し約20分後にピークに達し以後漸減を示した。これに対しdelayed groupは静注直後より漸増パターンを呈しピークは約3035分後と健常側に比しやや遅延する傾向がみられた。又delayed groupのピーク高は健常側に比し明らかに低かった。一方early groupでは全経過を通じて明らかな造影効果を認めなかった。MRIと同時に施行した^1H-MRSでは呼吸性移動によるノイズの要素が強く健常側とearly group、delayed group間で有意な所見を得る事が出来なかった。以上の検討結果から移植筋皮弁の血行障害の診断にはGd-DTPA急速静注によるダイナミックMRIが最も有用である事が示唆された。
変位制御設計に有効な複素減衰を模擬する免震用高性能パッシブ減衰デバイスの開発

平成30年度は,免震構造物のような長周期構造物の地震時応答変位抑制に有効な複素減衰の因果的近似モデルについて検討した.負剛性要素とMaxwell要素の並列結合により提案双一次型フィルターが物理的に実現できることを示し,負剛性,バネ,粘性減衰のそれぞれの要素の特性決定法も明らかにした.負剛性要素の物理的実装方法としてSarlis et al. (2013)の提案したプリテンションによるP-Delta効果を用いる場合,負剛性特性の非線形性の影響を検討する必要があることが明らかとなった.そこで,後者の装置の非線形性の影響を実用上無視できるほど小さくするための必要な装置のサイズとプリテンションの大きさを明らかにした.これら検討で得られた成果は,2018年6月に米国・ロサンゼルスで開催された11th National Conference on Earthquake Engineering, 2018年7月に中国・青島で開催された7th World Conference on Structural Control and Monitoring,2018年11月にタイ・バンコクで開催された7th Asia Conference on Earthquake Engineeringにおいてそれぞれ発表した.また,それら成果を更に発展させてまとめたものを国際専門誌であるEngineering Structuresに国際共著論文として投稿し採択されている.負剛性要素とMaxwell要素の並列結合により実装される制御デバイスの有効性検証のための試験体の一部として,オイルダンパーを製作し基本的な特性把握実験を実施した.次年度以降本格的な実験を実施するために不足している治具等の設計を実施した.平成30年度は,免震構造物のような長周期構造物の地震時応答変位抑制に有効な複素減衰の因果的近似モデルについて検討した.先ず,one-pole one-zeroの双一次型デジタルフィルターについて因果性の検討を行い,数学的に因果性が成立することを確認した.また,負剛性要素とMaxwell要素の並列結合により提案双一次型フィルターが物理的に実現できることを示し,負剛性,バネ,粘性減衰のそれぞれの要素の特性決定法も明らかにした.負剛性要素としてinerter (Smith; 2002)を用いる方法と,Sarlis et al. (2013)の提案したプレテンションによるP-Delta効果を用いる装置の利用を検討した.前者の場合,負剛性効果に振動数依存性があり,特定の振動数では良い結果が得られるものの,振動数がずれると性能が低下する場合があることが分かった.後者の場合は振動数依存性はないものの,負剛性特性の非線形性の影響を検討する必要があることが明らかとなった.そこで,後者の装置の非線形性の影響を実用上無視できるほど小さくするための必要な装置のサイズとプリテンションの大きさを明らかにした.次に,既往研究で提案されている複素減衰の因果的近似モデルであるBiotとMakrisによるモデルと,本研究課題で提案するモデルの関係を調べた.当初一次のフィルターとして考えていた提案フィルターの次数を01の値を持つ分数次(fractional order)に拡張すると,BiotとMakrisのモデルは分数次フィルターで表現できる可能性があることが分かってきている.この分数次フィルターのアイディアについては,次年度以降継続して検討し,理論的に整理していく予定である.これまでに,BiotとMakrisの提案したモデルと本研究課題で提案する複素減衰の因果的モデル及び物理的実装の方法について,数学的な関係が存在することが分かってきている.今後は,理論を更に深度化させて,非因果的である複素減衰の因果的近似に関する統一モデルと統一理論を構築することを目指す.ここで考えている統一モデル・統一理論とは,既往のBiotモデル,Makrisモデル,双一次型デジタルフィルターを表現する一つのモデルを見いだしてそれぞれの関連性を理論的に明快に示すことである.統一理論構築のための要となるのは,デジタルフィルターの次数であろうことが分かってきているが,まだ思いつきのレベルから脱していない.次年度以降,特にMakrisの研究とその関連研究を更に深く調べ,理論的に整理を進めていく必要がある.理論的検討には,デジタルフィルターの理論に詳しく,双一次型フィルターの提案に大きな貢献をしたメリーランド大学のBrian Phillips准教授の協力も仰ぐ予定である.理論的検討と並行して,複素減衰の因果的近似による長周期構造物の変位制御設計という目標の実現可能性を検証するための振動実験計画を更に推し進める.これまでに,既存試験体を本申請課題に流用するための下準備や,新たに本申請課題のために製作したオイルダンパーの基本特性確認試験までを実施し,不足している治具の設計までが終了しているが,今後,設計した治具を製作し,振動台実験を実施していく予定である.平成30年度は,免震構造物のような長周期構造物の地震時応答変位抑制に有効な複素減衰の因果的近似モデルについて検討した.負剛性要素とMaxwell要素の並列結合により提案双一次型フィルターが物理的に実現できることを示し,負剛性,バネ,粘性減衰のそれぞれの要素の特性決定法も明らかにした.負剛性要素の物理的実装方法としてSarlis et al. (2013)の提案したプリテンションによるP-Delta効果を用いる場合,負剛性特性の非線形性の影響を検討する必要があることが明らかとなった.

そこで,後者の装置の非線形性の影響を実用上無視できるほど小さくするための必要な装置のサイズとプリテンションの大きさを明らかにした.これら検討で得られた成果は,2018年6月に米国・ロサンゼルスで開催された11th National Conference on Earthquake Engineering, 2018年7月に中国・青島で開催された7th World Conference on Structural Control and Monitoring,2018年11月にタイ・バンコクで開催された7th Asia Conference on Earthquake Engineeringにおいてそれぞれ発表した.また,それら成果を更に発展させてまとめたものを国際専門誌であるEngineering Structuresに国際共著論文として投稿し採択されている.負剛性要素とMaxwell要素の並列結合により実装される制御デバイスの有効性検証のための試験体の一部として,オイルダンパーを製作し基本的な特性把握実験を実施した.次年度以降本格的な実験を実施するために不足している治具等の設計を実施した.平成30年度は,免震構造物のような長周期構造物の地震時応答変位抑制に有効な複素減衰の因果的近似モデルについて検討した.先ず,one-pole one-zeroの双一次型デジタルフィルターについて因果性の検討を行い,数学的に因果性が成立することを確認した.また,負剛性要素とMaxwell要素の並列結合により提案双一次型フィルターが物理的に実現できることを示し,負剛性,バネ,粘性減衰のそれぞれの要素の特性決定法も明らかにした.負剛性要素としてinerter (Smith; 2002)を用いる方法と,Sarlis et al. (2013)の提案したプレテンションによるP-Delta効果を用いる装置の利用を検討した.前者の場合,負剛性効果に振動数依存性があり,特定の振動数では良い結果が得られるものの,振動数がずれると性能が低下する場合があることが分かった.後者の場合は振動数依存性はないものの,負剛性特性の非線形性の影響を検討する必要があることが明らかとなった.そこで,後者の装置の非線形性の影響を実用上無視できるほど小さくするための必要な装置のサイズとプリテンションの大きさを明らかにした.次に,既往研究で提案されている複素減衰の因果的近似モデルであるBiotとMakrisによるモデルと,本研究課題で提案するモデルの関係を調べた.当初一次のフィルターとして考えていた提案フィルターの次数を01の値を持つ分数次(fractional order)に拡張すると,BiotとMakrisのモデルは分数次フィルターで表現できる可能性があることが分かってきている.この分数次フィルターのアイディアについては,次年度以降継続して検討し,理論的に整理していく予定である.これまでに,BiotとMakrisの提案したモデルと本研究課題で提案する複素減衰の因果的モデル及び物理的実装の方法について,数学的な関係が存在することが分かってきている.今後は,理論を更に深度化させて,非因果的である複素減衰の因果的近似に関する統一モデルと統一理論を構築することを目指す.ここで考えている統一モデル・統一理論とは,既往のBiotモデル,Makrisモデル,双一次型デジタルフィルターを表現する一つのモデルを見いだしてそれぞれの関連性を理論的に明快に示すことである.