hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ホウ素－窒素結合切断反応の開発と多官能性化合物の実用的合成への展開

本目的に適したアミノボランを設計し、実際に、数種類のアミノボランの合成、および単離に成功した。次に、遷移金属触媒を用いてアミノボランのホウ素ー窒素結合の切断、および炭素ー炭素多重結合に対するアミノホウ素化反応を検討した。パラジウム、白金、銅などの金属触媒と様々な配位子を用い、種々のアルキンやアルケン類との反応を行った。その結果、目的とする反応を達成する触媒系を確立するには至っていないが、アミノボラン類を活用する新規反応開発に有用な知見を得ることができた。本研究では、安定なホウ素ー窒素結合の新規活性化手法を開発し、ホウ素ー窒素結合切断に続く炭素ー炭素多重結合への付加反応の開発を目指す。本手法により、一段階で炭素ーホウ素、炭素ー窒素結合の構築が可能となり、アルケンやアルキン類から多官能性化合物へと容易に変換できるようになる。例えば、生成した有機ホウ素化合物は、鈴木ー宮浦反応による炭素ー炭素結合形成反応や、酸化反応によるアルコールへの変換に応用可能である。ホウ素ー窒素結合の切断を足がかりに種々の変換反応を開発し、多官能性化合物の実用的合成法へと展開する。本年度は、まず、金属触媒を用いた炭素ー炭素多重結合に対するアミノホウ素化反応を検討した。その際、用いるアミノボランの設計、適する金属触媒のスクリーニングを行い、最適な反応条件の探索を行った。今後、本反応の更なる効率化を目指し、検討を行う。また、本手法により合成される有機ホウ素化合物からの多官能性化合物合成を試みる。例えば、従来法では合成が困難であった化合物群、特に機能性分子や生理活性物質等をターゲットとし、本手法の有用性を明らかにする。本研究課題では、安定なホウ素ー窒素結合を有するアミノボランの新規活性化手法を開発し、ホウ素ー窒素結合切断に続く炭素ー炭素多重結合への付加反応の開発を目的としている。ホウ素ー窒素結合の切断を足がかりに種々の変換反応を開発し、多官能性化合物の実用的合成法へと展開することを目的とし、本研究を遂行した。本年度は昨年度に引き続き、本目的に適したアミノボランの設計、合成を行った。実際に、数種類のアミノボランの合成、および単離に成功した。また、本研究課題の遂行中に、ヨウ素/アンモニウムヨージド触媒を活用するイミノヨージナンとアルケン類からの新規アジリジン合成法を見出した。目的とする反応に適したアミノボランは、ホウ素ー窒素間の相互作用を弱めた基質であると考えられる。例えば、窒素上に電子求引性置換基を導入したアミノボランは、窒素の非共有電子対の電子供与能が低くなる。一方、ホウ素上に電子供与基を導入したアミノボランはホウ素のp軌道に電子が流れ込み、ホウ素ー窒素の相互作用が弱まる。故に、これらの基質はホウ素ー窒素結合が単結合性を示し、金属触媒による切断が可能になると考えられる。以上の設計に基づき、すでに種々のアミノボランの合成に成功している。現在、様々な遷移金属触媒および配位子を用いて、種々のアミノボランとアルケン、アルキン類との反応を検討している段階である。Pdをはじめ、Ni, Cuなどの遷移金属触媒を中心に検討している。配位子にはホウ素ー窒素結合への酸化的付加を促進する電子供与性のホスフィン類やNHCを利用している。また、適宜、計算化学的手法を用いて反応の各段階の機構を考察しながら、最適な反応条件を探索する予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。前年度に引き続き、アミノホウ素化反応に適したアミノボランの設計、合成を行い、様々な遷移金属触媒および配位子を用いて、アミノボランとアルケン、アルキン類との反応を検討する。更に、本アミノホウ素化反応をさらに利用価値の高い反応へと展開する。まず、不斉配位子を用いてアルケンに対する不斉アミノホウ素化反応の開発を目指す。また、用いる配位子や反応条件により、反応の位置選択性の完全制御法を確立する。また、本反応により得られた有機ホウ素化合物を酸化的に処理することで光学活性アミノアルコール誘導体へと導く。

一方、鈴木-宮浦カップリングによるアミン誘導体合成や、二酸化炭素との反応で不斉アミノ酸合成へと展開する。以上のように、ホウ素ー窒素結合切断反応を鍵反応とする、多官能性化合物の実用的合成法の確立を本研究の最終目的として本課題に取り組む。25年度が最終年度であるため、記入しない。
ベロ毒素を標的とした新規糖鎖クラスター型治療薬の合成研究

Vero毒素産生性大腸菌(Verotoxin-producing Escherichia coli ; VTEC)が産生するベロ毒素(VT)は、毒性を発揮するAサブユニットと細胞に接着する5つのBサブユニットから構成されるAB_5型の毒素である。さらに、糖鎖結合部位は、Bサブユニット1個あたり3箇所存在するため、全体で15箇所存在することも知られている。この多価の結合部位を有するVTsは、まずBサブユニットが、宿主細胞表層に存在するグロボトリオシルセラミド(Gb3)を特異的に認識、結合後、エンドサイトーシスによりAサブユニットがその細胞に侵入し、細胞の蛋白質合成を阻害する。すなわち、この感染初期段階となる毒素と宿主細胞との結合を、阻害あるいは中和することが可能となれば、感染やさらなる伝染の進行を未然に防ぐことができると考えられる。これまでに我々は、この過程を効果的に阻害する化合物群の合成を目的として、カルボシランデンドリマーの合成と活性評価に関する基礎的研究を行い、多価型化合物の有効性を確認してきた。その化合物群は、合成世代により分子量と表層官能基数が厳密に制御できるため、グロボ3糖構造(Galα1-4Ga1β1-4Glcβ1-)を規則的に被覆することが可能であった。また、これらは2種類のベロ毒素双方に対して、化合物群の合成世代や形状に応じた興味深い活性を示した。そこで、本研究では、その方法論を発展させ、以下の目的の達成を目指した。・生分解性が期待できる糖アルコール型の多価コア分子を合成し、その表層上におけるグロボ3糖間の距離やコア分子に起因するトポロジーの制御を検討した。・脂溶性部位を導入した糖脂質モデルとして、新規な糖脂質型糖鎖クラスターの合成に展開を試みた。・この方法論を種々のAB_5型の毒素群に幅広く展開することにより、効率的な毒素中和剤あるいは阻害剤の開発の可能性を検討した。その化合物群は、合成世代により分子量と表層官能基数が厳密に制御できるため、グロボ3糖構造(Galα1-4Galβ1-4Glcβ1-)を規則的に被覆することが可能であった。・生分解性が期待できる糖アルコール型の多価コア分子を合成し、その表層上におけるグロボ3糖間の距離やコア分子に起因するトポロジーの制御を行う。・脂溶性部位を導入した糖脂質モデルとして、新規な糖脂質型糖鎖クラスターの合成に展開を試みる。・2種類のベロ毒素双方に対して、それらクラスター型化合物群の世代や形状、特性による活性相関を評価した後、その結果を、より高い活性の発現が期待できる化合物の合成にフィードバックする。・最終的には、この方法論を種々のAB_5型の毒素群に幅広く展開することにより、効率的な毒素中和剤あるいは阻害剤の開発を行う。

そこで、本研究では、その方法論を発展させ、以下の目的の達成を目指した。・生分解性が期待できる糖アルコール型の多価コア分子を合成し、その表層上におけるグロボ3糖間の距離やコア分子に起因するトポロジーの制御を検討した。・脂溶性部位を導入した糖脂質モデルとして、新規な糖脂質型糖鎖クラスターの合成に展開を試みた。・この方法論を種々のAB_5型の毒素群に幅広く展開することにより、効率的な毒素中和剤あるいは阻害剤の開発の可能性を検討した。
ヘリコバクター・ピロリの細胞毒素CagA蛋白と虚血性心疾患の関係の疫学的研究

患者群242例の中に、急性冠症候群(急性心筋梗塞および不安定狭心症)が164例認められ、そのうちH.pylori抗体の測定ができたのは142例(陽性率70.4%)であり、コントロール群のそれは86例(陽性率72.1%)であった。両群間に有意差は認められなかった(OR=0.92、95%CI;0.51-1.67、P=0.073)。H.pylori抗体陽性者のなかでCagA抗体が陽性であった者は、急性冠症候群が64例、CagA陽性率64.0%、コントロール群は41例、66.1%であった。両群間にCagA抗体の有無に関して有意差は認められなかった(OR:0.91、95%CI;0.47-1.77、p=0.783)。慢性萎縮性胃炎や胃がんの原因として知られているヘリコバクター・ピロリ(以下、H.pylori)には、サイトトキシン関連蛋白(以下、CagA蛋白)を有するものと、そうでないものの2種類存在する。本研究は、虚血性心疾患の患者群とコントロール群とを比較することで、患者群とコントロール群との間にH.pylori抗体陽性率の差異が認められるのかどうか、また病原因子として注目されている細胞毒素のCagA蛋白を有する割合に違いがあるのか否かなどを患者対照研究により明らかにすることを目的としている。次年度も患者群、対照群の症例数をさらに加えることで、H.pylori感染とIHDとの関係の疫学的意義を追究していくこととしている。患者群242例の中に、急牲冠症候群(急性心筋梗塞および不安定狭心症)が164例認められ、そのうちH. pylori抗体の測定ができたのは142例(陽性率70.4%)であり、コントロール群のそれは86例(陽性率72.1%)であった。両群間に有意差は認められなかった(OR=0.92、95%CI;0.51-1.67、p=0.073)。H. pylori抗体陽性者のなかでCagA抗体が陽性であった者は、急性冠症候群が64例、CagA陽性率64.0%、コントロール群は41例、66.1%であった。両群間にCagA抗体の有無に関して有意差は認められなかった(OR=0.91、95%CI;0.47-1.77、p=0.783)。
同一染色体上に存在するＳＮＰおよびエピジェネティック修飾の推定法の開発と機能解析

本年度は昨年度に引き続き、細胞分化過程に対する1細胞発現データを解析するための確率過程に基づく新規手法の構築を行った。ついで提案手法を実際の1細胞発現量データに適用し、各種解析を行った。ここではまず提案手法の特徴を先行研究との違いを含め言及し、ついで実際の発現データに適用した結果を説明する。1細胞発現データのみから細胞分化過程を再構築するアプローチとして、次元圧縮を行い圧縮空間上で経路を再構築する手法がこれまで複数考案されてきた。これら手法は次元圧縮を用いているため、ノイズに弱いなどの問題点がある。そこで本研究ではこれまでの手法とは異なるアプローチとして、Ornstein-Uhlenbeck過程という確率過程を用いた手法を構築した。本手法は単に分化進行度や細胞運命を推定するだけにとどまらず、確率モデルであるがゆえに柔軟に様々な解析へ応用することが可能であり、今後の1細胞発現解析において非常に有用なアプローチとなると期待される。ついで、実装した提案手法を実際の1細胞発現データに適用し各種解析を行った結果を説明する。まず、次元圧縮に基づく手法と本手法のpseudo-timeの推定精度を、実験時間との一貫性を基準に比較した結果、1細胞RNA-Seqにおいて特に本手法は他手法と比べ良い結果を示した。また発現データのみから細胞運命を正しく推定できるかを検証した結果、特に細胞系統が分岐する初期に位置する細胞に対し、先行研究より比較的精度高く推定することに成功した。また、異なる分化進行度の細胞が混在する発現データから遺伝子間相互作用を検出するための新規手法を構築した。本手法を実データに適用した結果、既存の手法では検出できなかった制御構造を検出することに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度に引き続き、ハプロタイプ推定に用いられるシークエンシング方法(dilution-based sequencing)のデータに含まれるキメラフラグメントの検出に関する研究の論文の取りまとめを行った。キメラフラグメントとは、dilution-based sequencingにおいてゲノム断片を低濃度で複数サンプルに分割する際、異なるハプロタイプから同一ゲノム領域由来の断片が同一サンプルに含まれた場合、ハプロタイプの由来が異なるシークエンスリードが一つのフラグメントに統合され、結果として本来のハプロタイプがキメラ状になったフラグメントのことである。我々は2013年に発表した論文で、キメラフラグメントがハプロタイプ推定において精度を大きく下げる要因であることを示した。そこでそのようなキメラフラグメントが実験的なエラーから形成されるもので、生物学的に存在するハプロタイプとは異なることに着目し、生物学的なハプロタイプとの違いを定量化する指標を構築、計算した。我々の手法を実データに適応した結果、キメラフラグメントを高い感度で検出することに成功し、検出されたフラグメントを除去したのちハプロタイプを推定することで精度が向上したことを示した。本研究は" Integrating dilution-based sequencingand population genotypes forsingle individual haplotyping."というタイトルでBMC Genomicsに平成26年度に受理され、出版されるに至った。1細胞RNA-Seqの時系列解析に向けた確率モデルの構築を行った。先行研究の調査の結果、確率過程の一つであるOU過程が発現変動をモデル化することに適していると考え、適応を試みている。OU過程は変数がアトラクタへ向かう一方でノイズによる影響も受けるモデルであり、組織特異的な発現量や発現ノイズを考慮した上で発現量の時刻変化をモデル化する上で優れていると考えられる。OU過程は表現型の進化などに用いられてきたが、発現データに適応するにあたっていくつか計算上改良すべき点があった。そのため、本年度はそのような計算上の困難を、OU過程を微小時間に分割しその積を考えることで解決した。このとき微小時間への分割の程度に依存したパラメータ最適化法では実行時間が大きくなると予想されたため解析的に解く方法を検証した。解析的に解くにあたっては、分散共分散行列が三重対角行列になりかつその逆行列が求まることを利用し各地点での平均などが求まることを示しそれら値を用いてQ関数を最大化する更新式を得た。さらに細胞分化の分岐を表現するためOU過程を混合化した上での最適化法を確立した。現在はプログラミングの実装、改良とともに発生初期における細胞分化の発現データでの検証を行っている。また1細胞RNA-Seqでは時系列ではなく、一時点におけるデータを収集するものも多い。これら同一時刻データ中の各細胞は生物学的な時間の観点からは異なると考えられ、細胞間の類似性から擬似的な時間pseudotimeを計算する研究が近年行われてきた。これまでのpseudotimeの研究では発現量の高次元空間を低次元に落とした上での細胞間の距離で計算された。一方で我々のOU過程は低次元に落とすことなく発現をモデル化しており時間パラメータを最適化することでpseudotimeを計算する異なるアプローチを提示できる可能性があり有効性を検証中である。

そこで本研究ではこれまでの手法とは異なるアプローチとして、Ornstein-Uhlenbeck過程という確率過程を用いた手法を構築した。本手法は単に分化進行度や細胞運命を推定するだけにとどまらず、確率モデルであるがゆえに柔軟に様々な解析へ応用することが可能であり、今後の1細胞発現解析において非常に有用なアプローチとなると期待される。ついで、実装した提案手法を実際の1細胞発現データに適用し各種解析を行った結果を説明する。まず、次元圧縮に基づく手法と本手法のpseudo-timeの推定精度を、実験時間との一貫性を基準に比較した結果、1細胞RNA-Seqにおいて特に本手法は他手法と比べ良い結果を示した。また発現データのみから細胞運命を正しく推定できるかを検証した結果、特に細胞系統が分岐する初期に位置する細胞に対し、先行研究より比較的精度高く推定することに成功した。また、異なる分化進行度の細胞が混在する発現データから遺伝子間相互作用を検出するための新規手法を構築した。本手法を実データに適用した結果、既存の手法では検出できなかった制御構造を検出することに成功した。これまでの研究から、ハプロタプアセンブリに用いるシークエンシングデータ中に含まれるエラーが、ハプロタイプアセンブルにおいて精度を大きく下げる要因となることを突き止めていた。そのようなエラーを取り除くため、エラーによって生成されるフラグメントが生物学的なハプロタイプとは異なると考えられることを指標に、その程度を定量化するアルゴリズムを開発した。さらに開発したアルゴリズムを実データに適用した結果、エラー候補を除去することでハプロタイプアセンブリの精度が大きく向上したことを示した。以上の結果をとりまとめ論文化しBMC Genomicsに投稿し、リバイスにてレビュワーに指摘された点に関し追加実験をしたのち、アクセプトされ出版された。以上のことから、ハプロタイプアセンブリの精度向上のための手法の開発に成功しかつその有用性が認められたと考えられる。本研究の目的である1細胞RNA-Seqの時系列解析法の構築に向け、OU過程を用いた発現ダイナミクスのモデル化とパラメータ最適化法の構築を行った。パラメータ最適化法の研究において、超離散化によってパラメータを解析的に求める方法を式展開を念密に行って求めたが、その性質から精度のオーダーを正確に保ちつつ正しく計算していく必要が判明し、非常に複雑な式を扱う必要が出てきた。そのため、当初予定していたよりパラメータ最適化法の構築が遅れ、結果として実データへの適用が遅れてしまった。ただし、実データへの適用後はdifferential expressionの定量化などの各種手法の構築と検証はおおむね順調にいっており、結果として計画の遅れは少しであり問題にはならない。27年度が最終年度であるため、記入しない。
IV族半導体高度歪量子ヘテロ共鳴トンネル素子の高性能化プロセス

基板非加熱での電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気相成長法により、Si(100)上に平坦かつ高度歪が導入されたSiGe混晶及びGe薄膜のエピタキシャル成長が実現され、SiとGeのエピタキシャル成長における高濃度Bドーピングも可能となった。高Ge比率SiGe系ナノスケール量子ヘテロ構造製作プロセスについても研究を進め、Si障壁層中への高濃度N原子層ドーピングが可能となる条件を確認し、SiGe(C)系IV族半導体共鳴トンネルダイオードにおける共鳴トンネル特性への影響を調べた。本基盤研究では、低温熱CVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)や申請者らが開発してきた低エネルギー(低損傷)基板非加熱プラズマCVDを駆使することにより、SiGe(C)系IV族半導体のナノスケール量子ヘテロ構造形成における高度歪導入や結晶品質・界面平坦性の向上を高度化させることを目的とする。本年度は、基板非加熱プラズマCVDによるSi(100)上への高度歪Geエピタキシャル薄膜形成について研究を進め、プラズマ低エネルギー化の推進によってSiやArの混入量が1%以下の高純度Ge薄膜形成を実現するとともに、ナノメートルオーダ厚さ領域での歪Geエピタキシャル成長における歪緩和量の抑制が可能となることを見いだした。また、基板非加熱プラズマCVDによるSiエピタキシャル成長におけるBドーピングについて研究を進め、10^<21> cm^<-3>を超える高B濃度領域ではSi堆積速度が大きく促進されるとともに、プラズマの低エネルギー化による結晶性の劣化と電気的活性化率の低下が顕著になる傾向があることを明らかにした。さらに、高Ge比率SiGe系ナノスケール量子ヘテロ構造を適用した共鳴トンネル素子製作プロセスについて研究を進め、ナノメートルオーダ厚さのSi障壁層中にCやNを10^<14> cm^<-2>以上の高濃度で原子層ドーピングしても、その上への原子オーダ平坦な高度歪SiGe量子井戸構造のエピタキシャル成長が可能な条件を確認した。以上のように、SiGe(C)系IV族半導体のナノスケール量子ヘテロ構造形成における高度歪導入や結晶品質・界面平坦性の向上を高度化に向けた研究を進めるために重要な成果を得た。本年度は、基板非加熱ECRプラズマCVD装置によるSi(100)上への歪SiGe混晶及び歪Ge薄膜のエピタキシャル成長とその格子歪の変化について実験研究を進めた結果、以下の研究成果を得た。まず第1に、Si(100)上へのSiGe混晶(0<Ge比率<1)薄膜形成における堆積する薄膜のGe比率は、SiH4分圧とGeH4分圧の比率と良く一致することから、SiH4とGeH4の反応速度定数の比率がGe比率によらずにほぼ同程度であることが確認された。さらに、SiGe混晶薄膜のGe比率の増加とともに,SiH4とGeH4の反応速度定数が増加する傾向があることを見いだした。第2に、反射高速電子回折によるSiGe混晶及びGe薄膜の結晶性評価の結果から、薄膜がエピタキシャル成長する限界の膜厚が存在し、それを超えて堆積する薄膜は非晶質になることを見いだした。第3に、SiGe混晶及びGe薄膜のX線回折のピーク位置から薄膜の歪緩和量を評価した結果、Si(100)上に堆積されたGe比率0.50のSiGe混晶薄膜では、膜厚11 nmまではSi(100)基板に格子整合し、面内圧縮歪を維持してエピタキシャル成長していることがわかった。Ge比率0.75のSiGe混晶及びGe薄膜においても同様に、膜厚が数nmまでの領域ではSi(100)基板に格子整合してエピタキシャル成長するが、Ge比率増加にともない、歪緩和が生じる臨界膜厚が薄くなる傾向があることも確認した。以上の結果は、原子層オーダで界面急峻性が制御された高度歪を有するIV族半導体ヘテロ構造形成と量子効果デバイスの実現のために重要な成果である。本年度は、基板非加熱ECRプラズマCVD装置によるSiやGeのエピタキシャル成長におけるBドーピングやSiGe混晶のエピタキシャル成長について研究を進めた結果、以下の研究成果を得た。

まず第1に,基板非加熱下でのSi(100)上へのSiGe混晶薄膜形成のCVD反応において、SiH4ガスとGeH4ガスの混合比率とSiGe混晶薄膜のGe比率がほぼ一致し、広い範囲でGe比率制御できることを見いだした。第2に、SiH4ガスへのB2H6ガスの添加により、基板非加熱下での高濃度BドープSiエピタキシャル成長を可能にすると同時に、B2H6ガスの添加により堆積速度が増加する現象を見いだした。また、200300°Cでの低温熱処理により電気的活性化が進行し、キャリア濃度10^18 cm^-3を超える低抵抗BドープSiエピタキシャル薄膜形成を可能とした。第3に、GeH4ガスへのB2H6ガスの添加により、Si(100)上にB濃度が5%をはるかに超える高B濃度BドープGe薄膜のエピタキシャル成長を可能にした。以上の結果は、原子層オーダで界面急峻性が制御されたIV族半導体ヘテロ構造形成と量子効果デバイスの実現に不可欠となる重要な成果である。2011年3月11日の東日本大地震による被災からの実験設備・装置の復旧作業のため、約2ヶ月程度研究開始が遅れたが、その後は順調に実験を進めることができた。実験を進めるうちに、プロセスシーケンスの複雑化や当初目標としていたB濃度領域が高すぎる問題などが明らかになってきたが、それらの反省にもとづいて2年目の実験計画を見直し検討するとともに具体化することが可能となった。25年度が最終年度であるため、記入しない。2年目の本年度までに、IV族半導体のナノスケール量子ヘテロ構造形成に必要となるGe比率制御されたSiGe混晶や高濃度BドープしたSiやGeのナノメートルオーダ厚さの薄膜をエピタキシャル成長制御できる目途をつけることできたので、順調であると考える。ナノスケール量子ヘテロ構造形成を高度化する上で重要となるプロセスシーケンスの簡素化や目標とするB濃度領域の見直しを行う。具体的には、量子ヘテロ構造のGe比率や各層の膜厚構成を大幅に見直すとともに、プラズマCVDに用いるB_2H_6ガスボンベの希釈率変更を行い、研究の継続推進を行う。また、未着手の基板非加熱プラズマCVDによるSiGe混晶とBドープGeのエピタキシャル成長の研究についても実験開始の準備が整ったところであり、基板非加熱下でのナノスケール量子ヘテロ構造形成のためのプロセス構築に向けて実験研究を推進していく。今後、IV族半導体のナノスケール量子ヘテロ構造形成と同時に、不純物の電気的活性化の向上や薄膜の高品質化に向けた実験条件の改善を行っていく予定である。また、実験の再現性確保のために、基板表面処理・クリーニング方法の最適化についても検討を進め、表面反応過程に関する信頼性のある実験データ取得を目指す。
腫瘍血管正常化に基づく頭頸部癌新規治療戦略

頭頸部癌治療において、そのキードラッグであるシスプラチンを内包したミセル化シスプラチン(NC-6004)が開発された。腫瘍組織に選択的に集積し抗腫瘍効果を高める一方で、既存のシスプラチンで問題であった腎機能障害等の有害事象を軽減させる。今回、腫瘍組織の異常血管を退縮・破綻させるのではなく「修復」させることで、薬剤供給路の確保を目指す新しい治療戦略を目標とした。頭頸部癌を移植した担癌マウスにおいて、ミセル化シスプラチン投与群に加えて、ミセル化シスプラチン+TGF-β阻害剤投与群について検討した。異常血管の多い頭頸部癌に対しTGF-β阻害剤+ミセル化製剤の頭頸部癌での有用性を認めた頭頸部癌に対するミセル化薬剤の有用性の検証として、オキサリプラチンとミセル化オキサリプラチン(NC-4016)を比較検討した。ヌードマウスに舌癌細胞株を移植したモデルマウスにおいてNC-4016はオキサリプラチンと同等以上の抗腫瘍効果を認めた。またラットに2種の薬剤をそれぞれ投与したところNC-4016で優位に神経毒性抑制効果が認められた。以上のことから、NC-4016の頭頸部癌への治療戦略としての可能性を証明することができた。またシスプラチンのミセル化薬剤(NC-6004)についても同様の研究を行った。舌癌細胞株(OSC-19)をヌードマウス舌に移植、頸部リンパ節転移モデルを作成した。シスプラチン、ミセル化シスプラチンを腫瘍周囲粘膜に局注した。移植後35日目に頸部リンパ節転移の有無を評価した。同様の実験系で、薬剤投与後頸部リンパ節内のプラチナ濃度を継時的に測定した。ミセル化シスプラチン投与群(12.5%)ではコントロール群(87.5%)、シスプラチン投与群(37.5%)に比べて有意に頸部リンパ節転移を抑制した。薬剤投与後のリンパ節内プラチナ濃度に関してもミセル化シスプラチンがシスプラチンに比べ高く、リンパ移行性が高いことが判明した。ミセル化シスプラチンは、従来のシスプラチンに比べてリンパ移行性が高く頸部リンパ節転移制御に有用であった。以上の研究からミセル化薬剤の頭頸部癌での有用性を証明することができた。ダハプラチン(一般名:オキサリプラチン)は従来の抗癌剤に対して感受性の低い大腸癌細胞株に強い活性を示し、大腸癌の治療薬としての開発が進められた。本研究ではオキサリプラチンのミセル化薬剤であるダハプラチン誘導体ミセル(以降、NC-4016)を用いて、抗腫瘍効果増強と神経障害軽減の可能性を検討した。抗腫瘍効果を実験1-3にて検討した。実験1では、頭頸部癌cell line(KB,OSC-19,OSC-20,HSC-3,HSC-4)でのオキサリプラチンとNC-4016の抗腫瘍活性をMTS assayにてIC50(50% inhibitory concentration)を検討した。実験2では、KB細胞をヌードマウスの背部皮下に播種し、各薬剤(オキサリプラチン、NC-4016、5%ブドウ糖液)を投与し、腫瘍長径と短径を毎週測定した。神経障害は実験4にて検討した。オキサリプラチン、NC-4016、5%ブドウ糖液の3群にて、薬剤投与前、薬剤投与翌日から14日目で、ラット足底に対するAcetontest、coldtestにて神経障害を評価した。Cell lineにおける抗腫瘍効果は従来のオキサリプラチンが、NC-4016より高い抗腫瘍効果を認めた。一方で、マウスにおける抗腫瘍効果は、NC-4016において有意に腫瘍の増大を抑制していた。血漿中のプラチナ濃度は、オキサリプラチンは薬剤投与直後から低下するのに対して、NC-4016は薬剤投与24時間以降も高かった。NC-4016投与時の腫瘍内のプラチナ濃度は、オキサリプラチン投与時の約5倍と高かった。寒冷刺激であるAcetontestとcoldtestでは、オキサリプラチン群においてのみスコアの上昇と通常より高い温度刺激での反応を認めた。これはオキサリプラチンによる急性期神経障害と考えられた。NC-4016群では、これらの急性期神経障害が観察されなかった。ダッハプラチン誘導体ミセル(NC-4016)の高い腫瘍集積性と抗腫瘍効果、急性期神経障害の軽減の可能性が示された。近年、診断、治療に役立つナノデバイスが開発され、頭頸部癌治療においても、そのキードラッグであるシスプラチンを内包したミセル化シスプラチン(NC-6004)が開発された。近年TGF-β阻害剤の少量投与が腫瘍血管正常化作用を示す報告がある。頭頸部癌組織のR-RAS(正常血管で発現)の免疫染色を施行した。腫瘍組織では正常組織に比較してR-RASの発現が低下していた。すなわち異常血管が多く化学療法抵抗性の一因となっていることを認めた。さらに頭頸部癌を移植した担癌マウスにおいて、ミセル化シスプラチン投与群に加えて、ミセル化シスプラチン+TGF-β阻害剤投与群について検討した。

TGF-β阻害剤を加えた群では腫瘍内のプラチナ濃度が優位に上昇し、ミセル化シスプラチン投与群に比べてより高い抗腫瘍効果を認めた。以上から、異常血管の多い頭頸部癌に対してTGF-β阻害剤+ミセル化製剤の頭頸部癌での有用性を認めた頭頸部癌治療において、そのキードラッグであるシスプラチンを内包したミセル化シスプラチン(NC-6004)が開発された。腫瘍組織に選択的に集積し抗腫瘍効果を高める一方で、既存のシスプラチンで問題であった腎機能障害等の有害事象を軽減させる。今回、腫瘍組織の異常血管を退縮・破綻させるのではなく「修復」させることで、薬剤供給路の確保を目指す新しい治療戦略を目標とした。頭頸部癌を移植した担癌マウスにおいて、ミセル化シスプラチン投与群に加えて、ミセル化シスプラチン+TGF-β阻害剤投与群について検討した。異常血管の多い頭頸部癌に対しTGF-β阻害剤+ミセル化製剤の頭頸部癌での有用性を認めた頭頸部癌に対するミセル化薬剤での従来薬との比較検討を行った。マウス、ラットを用いた実験でミセル化薬剤での有用性を示し、学会発表、論文掲載を果たすことができた。頭頸部癌未熟な腫瘍血管を正常化することで、化学療法薬がより効率的に腫瘍へ到達できるように検討中である。R-RAS, TGF-bなどの因子と腫瘍血管との関連を今後検討していく予定である。頭頸部癌の腫瘍血管を標的とした治療法として、マウスを用いた研究を行った。2種のミセル化薬剤(ミセル化シスプラチン、ミセル化オキサリプラチン)と従来薬を比較検討した。ミセル化薬剤が同等以上の抗腫瘍効果を示す一方、有害事象の軽減を認めた。後述する学会発表、論文掲載も果たすことができた。細胞培養、薬品等にかかる費用が予想よりかからなかったため腫瘍血管に対する治療の付加を加えて、化学療法の効率向上へつながる研究を予定している。そのために腫瘍血管正常化をうながすとされるTGF-β薬剤、R-Ras等の効果とミセル化薬剤の併用について検討する。腫瘍血管を正常化することで薬剤の腫瘍組織への集積性の向上、抗腫瘍効果の向上を目指す。次年度、物品等の購入費用にあてる予定である平成25年度はTGF-Bを用いた研究を行う予定であったが、ミセル化薬剤の研究を優先したため平成26年度に行うこととしたため腫瘍血管正常化理論に基づく研究のため、TGF-β試薬、同阻害薬の購入する予定である。
宿主細胞核内に局在する日本脳炎ウイルスコア蛋白質の機能解明

我々はこれまでに、日本脳炎ウイルス(JEV)のコア蛋白質がヌクレオキャプシド形成に関与するだけでなく、一部が核へ移行してJEVが哺乳動物細胞で複製するために重要な役割を演じていることを報告した。また、感染細胞にはウイルス粒子に取り込まれる成熟型コア蛋白質よりも小さなコア蛋白質が検出されることを明らかにした。今回、感染細胞に検出される低分子量コア蛋白質の産生機構を解析した。JEVコア蛋白質のプロセシングに関与する宿主由来酵素を同定するため、JEVの感染細胞とコア蛋白質発現細胞における、蛋白質分解酵素に対する阻害剤やsiRNAの影響を検討した。また、精製コア蛋白質の蛋白質分解酵素によるin vitroでの切断を確認した。さらに、低分子量コア蛋白質の一次構造を検討するため、種々の変異を導入したコア蛋白質を作製した。低分子量コア蛋白質の産生は、システインプロテアーゼ阻害剤(E-64d)、カテプシンL特異阻害剤{Z-FY(t-Bu)-DMK}の添加やカテプシンLに対するsiRNAの導入によって顕著に抑制された。また、カテプシンLの過剰発現によって、低分子量コア蛋白質の産生が促進された。さらに、コア蛋白質は精製カテプシンLによってinvitroで切断されたが、精製カテプシンBでは切断されなかった。また、両末端にエピトープタグを導入したコア蛋白質を発現させると、C末端エピトープによって低分子量コア蛋白質は検出されたが、N末端エピトープでは検出されなかった。さらに、コア蛋白質の17、18および19位のアミノ酸がこのプロセッシングに重要であった。JEV感染細胞において、カテプシンLがコア蛋白質のN末端近傍を切断することが示唆された。JEVコア蛋白質がカテプシンLによってプロセスされる生物学的意義は現在のところ不明であるが、コア蛋白質の多彩な機能を制御している可能性がある。日本脳炎ウイルス(JEV)は宿主細胞質で複製するが、ヌクレオカプシドの構成蛋白質であるコア蛋白質の一部が核へ移行して核小体に蓄積することが知られている。本研究室では、コア蛋白質に変異を導入してコア蛋白質核移行が認められなくなったJEV(M4243)を作製し、その性状を検討してきた。その結果、M4243は野生型ウイルス(WT)に比べ、哺乳類細胞における複製能が著しく減弱していたことから、コア蛋白質核移行はウイルス複製に重要な現象であることが明らかとなった。しかしながら、コア蛋白質核移行によってウイルス複製を促進する詳細な機構は未だ解明されていないことから、JEVコア蛋白質と相互作用する宿主核蛋白質を探索し、その蛋白質のウイルス複製に果たす役割の解明を試みた。まず、免疫沈降法でJEVコア蛋白質と共沈してきた宿主蛋白質を同定するため、質量分析法により解析したところ、核小体蛋白質B23が同定された。B23はWTのコア蛋白質とは結合するが、M4243のコア蛋白質とは結合しなかった。さらにB23とWT及びM4243コア蛋白質の細胞内局在を、JEV感染細胞において免疫染色により検討したところ、B23は核小体だけでなく顆粒状に細胞質にも局在することが分かった。このときWT-JEVコア蛋白質の局在はB23とほぼ一致したが、M4243コア蛋白質は細胞質に拡散して局在しており、B23との共局在は認められなかった。これらのことから、B23は、コア蛋白質の細胞内局在を決定する因子であることが示された。さらにB23のウイルス複製への影響を検討するため、B23あるいはその欠損変異体の発現細胞におけるJEV増殖を検討した。その結果、N末端及びC末端欠損B23を発現させた細胞において有為にウイルス複製が減弱した。このことから、B23はJEV増殖に重要な宿主因子であることが示された。

さらに、コア蛋白質の17、18および19位のアミノ酸がこのプロセッシングに重要であった。JEV感染細胞において、カテプシンLがコア蛋白質のN末端近傍を切断することが示唆された。JEVコア蛋白質がカテプシンLによってプロセスされる生物学的意義は現在のところ不明であるが、コア蛋白質の多彩な機能を制御している可能性がある。
免疫系をかく乱する歯周病原細菌病原因子とそれを防御する唾液タンパク質の解析

歯周病原細菌の内毒素(LPS)は、免疫系に非特異的に作用するなど全身的にも様々な影響を与えている。そこで本研究では、マウスを用いて、新生仔期に歯周病原細菌のLPSにさらされることにより成育後免疫系に影響がみられるか否か、サイトカイン量を中心に検討した。BALB/c系マウスを用い、出生当日および1日後、Porphyromonas gingivalisあるいはActinobacillus actinomycetemcomitans LPSを皮下注射した。6ヶ月後、成育した雌マウスにウシ血清アルブミン(BSA)あるいは菌体を腹腔投与し、翌日血清を採取した。血清中の、サイトカイン量、IgE抗体量、BSAあるいはそれぞれの菌体に対する抗体価をEHSA法によって測定した。BSAあるいは菌体腹腔投与後のサイトカインレベルにおいて、新生仔期LPS投与群、特にP.gingivalis LPS投与群、と対照群との間で顕著な差がみられた。BSA投与後には、LPS投与群ではIL-4、IL-5およびIL-6の産生量が対照群に比べ多かった。菌体投与後では、新生仔期LPS投与群のIFNγ量が有意に高いレベルを示した。BSAに対してはLPS投与群の方が抗体価が高い傾向がみられた。またBSA投与後の血清中IgEレベルは、新生仔期LPS投与群の方が対照群に比べわずかに高かった。以上の結果から、新生仔期LPS投与が長期にわたって免疫系に影響をおよぼしていることが示唆された。歯周病に対して唾液タンパク質であるヒスタチンとシスタチンは防御的役割を果たしていることを明らかにした。ヒト内皮細胞および歯肉線維芽細胞の培養上清中に産生されたシスタチンC量を、ELISA法によって測定した。その結果、用いた細胞は、シスタチンCを常に産生しており、歯周病原細菌刺激によって、その産生量にはほとんど変化がないことが明らかになった。歯周病は、デンタルプラーク中に存在する複数の歯周病原細菌が原因となる感染症である。近年、それらの歯周病原細菌が肺炎や心血管系疾患など全身疾患にも関与していることが指摘されてきており、妊婦においては、低体重児出産や早産の原因となることも報告されている。歯周病原細菌の内毒素(LPS)は、歯周病の発症と進行に関わるだけでなく、免疫系に非特異的に作用するなど全身的にも様々な影響を与えている。Porphyromonas gingivalisおよびActinobacillus actinomycetemcomitansからLPSを抽出・精製した。BALB/c系マウスを用い、出生当日および1日後、精製LPSを皮下注射した。血清中の、IL-4、IL-5、IL-6、TNFαおよびIFNγ量と、BSAあるいはそれぞれの菌体に対する抗体価をELISA法によって測定した。またBSA投与後の血清IgEレベルをELISA法によって比較した。BSAあるいは菌体腹腔投与後のサイトカインレベルにおいて、新生仔期LPS投与群、特にP. gingivalis LPS投与群、と対照群との間で顕著な差がみられた。

菌体投与後では、新生仔期LPS投与群のIFNγ量が有意に高いレベルを示した。抗体価を検討したところ、BSAに対してはLPS投与群の方が反応性が高い傾向がみられたが、菌体に対する抗体価には顕著な差は認められなかった。またBSA投与後の血清中IgEレベルは、新生仔期LPS投与群の方が対照群に比べわずかに高かった。以上の結果から、新生仔期LPS投与が長期にわたって免疫系に影響をおよぼしていることが示唆された。歯周病は、デンタルプラークというバイオフィルムを構成する複数の歯周病原細菌が原因となる感染症である。それらの歯周病原細菌は、肺炎や心血管系疾患など全身疾患にも関与していることが指摘されてきており、妊婦においては、低体重児出産や早産の原因となることも報告されている。歯周病原細菌の内毒素(lipoplysaccharide ; LPS)は、歯周病の発症と進行に関わるだけでなく、免疫系に非特異的に作用するなど全身的にも様々な影響を与えている。そこで本研究では、マウスを用いて、新生仔期に歯周病原細菌のLPSにさらされることにより成育後免疫系に影響がみられるか否か検討している。本年度は、それらのマウスから採取した細胞を用いて、LPSに対する応答性の違いについて、サイトカイン産生量を指標にしてin vitroで検討した。また唾液タンパク・シスタチンの歯周病原性バイオフィルム形成におよぼす抑制効果を検討した。Porphyromonas gingivalisおよびActinobacillus actinomycetemcomitansからLPSを抽出・精製した。BALB/c系マウスを用い、出生当日および1日後、精製LPSを皮下注射した。6ヶ月後、脾臓を摘出し、脾細胞を調整した。24 well-culture plateで培養した脾細胞をP.gingivalis LPSあるいはA.actinomycetemcomitansLPSで刺激し、培養上清中に産生されたIL-1β、IL-6、TNFα量を測定した。その結果、新生仔期にLPS投与されたマウスは、対照と比較して産生されるサイトカイン量には有意な差は認められなかった。前年度からの結果を考慮すると、新生仔期LPS投与によって抗原刺激などによって反応する細胞数は増加しているが、細胞自体の反応性には変化がないものと考えられる。またA.actinomycetemcomitansのバイオフィルム形成を唾液シスタチンであるシスタチンSAは、有意に抑制することを明らかにした。歯周病原細菌の内毒素(lipoplysaccharide ; LPS)は、歯周病の発症と進行に関わるだけではなく、免疫系に非特異的に作用するなど全身的にもさまざまな影響を与えている。本研究では、マウスを用いて、新生仔期に歯周病原細菌のLPSにさらされることにより成育後の免疫系にどのような影響がみられるか検討してきた。また、唾液タンパク質であるヒスタチンとシスタチンに注目して、それらの機能を解析し、炎症によって引き起こされる歯周病に対してこれらの唾液タンパク質は防御的役割を果たしていることを明らかにした。歯周病原細菌およびそれらのLPSが、シスタチン産生に対して影響を与えるか否かヒト培養細胞を用いて検討した。
分子内及び分子間エネルギー移動を起源とする光機能発現の理論的解明

本研究課題の研究代表者は分子間及び分子内でのエネルギー移動過程の問題について、分子内エネルギー移動速度に関する研究と、分子間のエネルギー移動における分子間相互作用の効果に関する研究を並行して行った。特に光励起後の分子間のエネルギー緩和過程の研究に関連した解析手法を一部応用し、イオン液体中でのイオン間相互作用とエネルギー移動と緩和についての研究を行った。具体的にはイオン液体中でのエネルギー移動・散逸の分子動力学シミュレーションによる研究を遂行した。研究結果より特にイオン間相互作用の違いがエネルギー散逸に関係する緩和過程に大きく影響すること、分子の集団的な運動の情報が得られることを見出した。本研究課題の研究代表者は分子間及び分子内でのエネルギーの移動過程の問題に対して、生体分子内でのエネルギーの移動速度に関する研究と、分子間のエネルギー移動における分子間相互作用の効果に関する研究を並行して行った。これらは前年度の研究計画の遂行中にエネルギー移動過程を光以外でも制御するような系として分子間相互作用の効果が顕著に表れるイオン性液体中でのエネルギー移動過程に関する研究が本研究課題の遂行にも極めて有効であることを見出したためである。具体的には分子内エネルギー移動過程については移動速度への溶媒効果の検討のための方法論の開発、分子間のエネルギー移動については特に分子間相互作用の効果が期待されるイオン間相互作用下でのイオン液体中でのエネルギー移動・散逸の分子動力学シミュレーションによる研究を遂行した。これらの研究結果より、分子内エネルギー移動過程をシミュレーションの方法と組み合わせる形で計算を実行することが可能であることを見出し、さらに方法論として発展させてきているところである。また分子間のエネルギー移動・散逸に関する研究については、特にイオン液体のイオンの価数の違いよるイオン間相互作用の違いがエネルギー散逸に関係する緩和過程に大きく影響することをシミュレーションにより見出した。加えて動的不均一性との関連性についても研究を行い、静的な情報である構造因子との関係性から(イオン)分子の集団的な運動の情報が得られることを見出した。これらの成果は学術論文として発表された。特に極性溶媒中での光励起後の生体分子中における分子間のエネルギー緩和過程の研究に関連した解析手法を一部応用し、イオン液体中でのイオン間相互作用とエネルギー移動・緩和を研究した。これは研究計画の遂行中にエネルギー移動過程を光以外でも制御するような系として分子間相互作用の効果が顕著に表れるイオン性液体中でのエネルギー移動過程に関する研究が本研究課題の遂行にも極めて有効であることを見出したからである。具体的には分子内及び分子間のエネルギー移動過程について特に分子間相互作用の効果が期待されるイオン間相互作用下でのイオン液体中でのエネルギー移動・散逸の分子動力学シミュレーションによる研究を遂行した。研究結果より、特に室温においてイオン液体は通常液体では過冷却状態において出現する動的不均一性を示したが、これらに関する陽イオンと陰イオンの寄与は同様なものではなく、イオンの大きさやイオン価数といったイオン種の特徴が陽・陰イオン間相互作用エネルギーの緩和過程の違いに顕著に表れることが分かった。また中間散乱関数の解析より、動的不均一性は空間的な構造不均一性と強く相関することが示唆された。これらの成果は学術雑誌論文として掲載された。さらにこれらの研究結果より、分子内エネルギー移動過程をシミュレーションの方法と組み合わせる形で計算を実行することが可能であることを見出し、さらに方法論として発展させることが可能となった。本研究課題の研究代表者は分子間および分子内での電子エネルギー移動の移動過程と移動速度の計算に必要な式の導出について電子状態理論と液体の統計力学の両方の観点から検討を行った。その結果、密度汎関数理論をもとにした方法により溶媒効果まで取り込んだ形で見通し良く導出ができることを見出した。また、平行して分子動力学法の手法を用いてイオン間相互作用とイオン間でのエネルギー移動の特性についての研究を行った。具体的には、実験との共同研究を通してイオン液体中でのイオン間ダイナミックスを追跡した計算結果から、陽または陰イオン同士の間での運動量移動の系全体に占める割合は(陽・陰)異種イオン間でのそれと比べてきわめて小さいことが分かった。そして、これらの結果からイオン液体中でのイオン間相互作用は同種イオン間よりも、主に異種イオン間によるものが大きく、これらの結果からイオン間のエネルギー移動の特性も考察が可能であるということをシミュレーションからも示した。また、これらの結果は、イオン液体中だけではなく、生体分子中や金属錯体中のようなクーロン力が大きな寄与をしていると考えられる系についても応用ができるという視点への展開を可能にした。さらに、光励起などで生じた(余剰)エネルギーの移動がクーロン力によって制御され、その物性に大きく効くような新規の物質の設計として多価イオンを含むイオン性液体の研究へと発展させた。

本研究課題にとって重要な分子間および分子内エネルギー移動速度を見積もるために分子動力学シミュレーションとの組み合わせによるプログラムコード化への取り組みを行ってきている。また、溶媒効果に関するテスト計算のケースとしてイオン液体中での溶質分子(有機発光体分子やモデル生体分子などを選択)を含むクラスター系での計算も開始したところである。イオン分子(イオン液体中)と溶質分子間でのエネルギー移動についても分子動力学シミュレーションの方法を用いてすでに開始したところである。以上、研究計画としては、光合成過程(光アンテナ系)に関する計算がテスト計算と準備段階にとどまってはいるが、エネルギー移動過程を制御できる周囲の環境の効果という観点から、強いクーロン力により反応場の制御が期待できるイオン液体中でのイオン分子と溶質分子(有機発光体分子やモデル生体分子)間のエネルギー移動の問題の考察へと展開され、その研究からエネルギー移動過程の新たな制御法の可能性を見出すに至ってきている。これらは今後の金属錯体の研究への応用にもきわめて有効であることが分かり、研究の進展に貢献があったと思われるので、現段階での達成度の自己評価の理由とした。これまでに本研究課題にとって重要な分子間および分子内電子エネルギー移動速度を見積もる式の導出とプログラムコード化への取り組みを行ってきているところであり、溶媒効果を含まないケースについてのテスト計算を開始したところである。また、溶媒効果を含めた計算を実行する段階での比較対象となるような溶液中での溶質(色素分子とモデルたんぱく質を選択)内、およびイオン間(イオン液体中)でのエネルギー移動についても分子動力学シミュレーションの方法を用いてすでに開始したところである。以上、研究計画としては、光合成過程(光アンテナ系)に関する計算が準備段階にとどまっているが、エネルギー移動(物質間でのエネルギーのやりとり)という観点からイオン性液体中でのイオン間のエネルギー移動の問題の考察へと展開され、その研究からエネルギー移動過程を解析する新たな手法が確立された。これらは今後の研究へと応用できることが分かり研究の進展に貢献があったと思われるので、現段階での達成度の自己評価の理由とした。今後は光合成反応過程の(光)アンテナ系でのクロロフィルとバクテリオクロロフィルでのエネルギー移動速度計算についてもシミュレーション手法と電子状態計算を組み合わせて計算を実行し研究を進める予定である。さらに、金属錯体への応用についてはスピンー軌道相互作用の重要性を考慮して遷移金属と配位(溶媒)分子間とのエネルギーの移動についてのクラスター計算を先行して進め、実際に溶媒効果を取り入れた計算を行う上で有用となるエネルギー移動過程解析法の研究を遂行する。
弾性波による構造物の劣化度検査法の研究

弾性波を用いた農業水利施設の劣化度の評価手法を調べた.まず,EPSビーズをモルタルに混ぜることにより劣化供試体を準備し,ひずみの増加に伴うアコースティックエミッション(AE)の挙動を一軸圧縮試験と割裂引張試験により計測した.次に,アルカリシリカ反応による劣化コンクリート供試体を準備し,打音試験により加速度と打撃音を計測した.その結果,1つのセンサのみを用いて定性的に劣化度を評価する知見を得た.弾性波を用いた農業水利施設の劣化度の評価手法を調べた.まず,EPSビーズをモルタルに混ぜることにより劣化供試体を準備し,ひずみの増加に伴うアコースティックエミッション(AE)の挙動を一軸圧縮試験と割裂引張試験により計測した.次に,アルカリシリカ反応による劣化コンクリート供試体を準備し,打音試験により加速度と打撃音を計測した.その結果,1つのセンサのみを用いて定性的に劣化度を評価する知見を得た.1)汎用FEMソフトを用いた弾性波計測部位の検討汎用FEMソフトによりコンクリート円柱モデルの振動応答解析を行った。加振部位と受信部位を変えて検討を行ったところ、円柱の半径方向に入出力部位を設置した場合、S波が強調される計算結果となった。逆に、長さ方向に設置した場合はP波が比較的よく計測される結果となった。この結果を踏まえて、コンクリート供試体について弾性波計測を行い、計算結果を検証する予定である。また、長柱などの違う形状のものについてもFEMソフトにより計算を行う予定である。2)劣化供試体の作成および弾性波計測コンクリート供試体の弾性波速度、加速度波形、打音波形を測定し、劣化の有無による違いを考察した。劣化方法は凍結融解およびアルカリシリカ反応であり、前者は気中において凍結融解を行う方法を採用し、後者は塩化カルシウムおよび塩化ナトリウムの溶液に供試体を浸す方法で行った。加速度波形および打音波形においては、フーリエ変換により卓越周波数を求め、弾性波速度はAEセンサを用いて計測した。その結果、凍結融解においては、凍結融解60サイクル程度まで弾性波速度は微増し、90サイクルを超えると弾性波速度は急減した。アルカリシリカ反応においては、塩化ナトリウムを40°Cの水に飽和させた溶液にコンクリート供試体を浸し、その後2時間にわたり溶液温度を111°Cにした。この1サイクルにおいて、供試体の寸法の変化は確認されなかったが、弾性波速度が10%程度減少することが確認された。既存の農業水利施設を維持して行くためには施設材料の劣化(損傷)を把握し,劣化度合いに応じた経済的な維持・改修を考える必要がある.本年度は,劣化により比較的大きな空隙が生成された材料の力学挙動を把握するために,EPSビーズ(発泡ビーズ)を用いて内部に球形の弱部を分布させた供試体による一軸圧縮試験および割裂引張試験の結果の検討を行った.ビーズの直径は0.22cmであり,密度は0.03g/cm^3である.モルタル打設時に,1L当たり2.55gおよび5.09gのEPSビーズが混入するようにEPSビーズを均一に混ぜた.EPSビーズを混ぜない健全供試体と2種類のEPSビーズ混入供試体の3パターンについて強度試験を行った.強度試験においてロードセルとひずみゲージにより荷重とひずみを計測し,AEセンサーにより供試体から発せられるAEを計測した.検討に用いたAEパラメータは,立上がり時間,残響周波数,平均信号レベル,イベントカウントレートの計4つである.全ひずみに膨張ひずみを導入し,載荷にともなう弾性係数の減少を損傷変数により表現することにより,応力ひずみ関係を整理した.それらの算定においては,膨張性損傷モデルを用いた.その結果,圧縮と引張の載荷形式において異なる傾向が観察され,圧縮においては損傷変数が0.1を超えた付近において膨張ひずみが増加し,AEパラメータの挙動が変化することが観察され,特に平均信号レベルと膨張ひずみの挙動が比較的良好に対応している.一方,引張においては膨張ひずみが漸次増加し,立上り時間は減少,残響周波数は増加傾向にある.本年度は打撃音波形特性によるコンクリートの劣化指標の検討および力学特性の把握を行った。水セメント比50%の健全供試体と、それを1規定の水酸化ナトリウム溶液に浸漬させた劣化供試体を用意し、圧縮強度試験を行った。また、表面乾燥飽水状態の供試体を用い、反射法と透過法の2種類の打音試験を行った。打撃は市販の金属ハンマーを使用し、打撃点より5cm上から重力のみで落下させた。放射音をマイクで計測し、コンクリートを伝わる弾性波を加速度センサで計測した。試験結果より平均周波数、卓越周波数、スペクトログラム(ランニングスペクトル)を求めた。その結果、平均圧縮強度は健全供試体で47.9N/mm^2、劣化供試体で44.3N/mm^2であり、8%程度の強度減少が認められた。マイク計測による反射法の打音試験結果において、健全供試体の平均周波数は2228Hz、劣化供試体の平均周波数は2182Hzであり、健全供試体の卓越周波数は2305Hz、劣化供試体の卓越周波数は2160Hzであった。この劣化による平均周波数と卓越周波数の減少は、加速度センサの計測結果においても同様な傾向であった。

また、スペクトログラムの違いを見ると劣化供試体の時間毎のパワースペクトルの分布は不均一であり、劣化供試体の弾性波には広い帯域の周波数成分が含まれている。これらのことは、アルカリシリカ反応によってコンクリート内部に微細なき裂が生じ、弾性波の散乱や迂回が発生したことが原因と考えられる。以上の結果から、反射法により平均周波数、卓越周波数およびスペクトログラムを求めることで、コンクリート内部の微細なき裂が原因である劣化について、評価することが可能であると考えられる。