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鶏ふん灰酸溶解液を堆肥化排気脱臭に用いた高肥効肥料としてのリン回収

本研究は,鶏ふん灰を酸に溶解させたものを薬液として脱臭装置に用いることにより,灰に含まれるリンと堆肥からの揮散アンモニアを結合させて,化学肥料と同様な成分からなるリン酸塩を効率的に回収しようとする手法を明らかにすることを目的としている。平成28年度には,脱臭席としての利用を目的とした鶏ふん灰の酸溶解液の調整方法についての検討を,酸種とその濃度,酸液量と鶏ふん灰との量的比率(L/S比)を複数設定し,溶解液の回収率,pH,各成分の溶出率・回収率,アンモニア吸着量を指標として検討を行った。その結果,硫酸では溶解時に硫酸カルシウム(石膏)が生じることにより溶解処理の操作性が良くないこと,酸濃度が高くL/S比が高い条件ほど溶解液のpHが低く各元素の溶解率・回収率が高いことがわかった。平成29年度には,申請者がこれまでに製作した実験室内での運用が可能な堆肥化実験装置に連結させて,鶏ふん灰酸溶解液の堆肥化排気の脱臭装置への利用方法について検討を行うために,新たに酸溶解液をアンモニア吸着液として利用する脱臭装置の試作に着手した。また,実験により得られる沈殿物は,肥料として多く施与される5要素である,窒素,リン,カリウム,カルシウム,マグネシウムによって構成される塩の混合物と予想されるため,肥料としての効果が高いものと考えられる。したがって,得られる沈殿物の肥料効果の確認のために,植物生育試験を開始するため,前年度の研究結果より選定した条件である,硫酸1.0 Mあるいは塩酸2.0 Mの酸溶液とL/S比(酸溶液/鶏ふん比)5.0の組み合わせにより,スケールアップした溶実験を行い,必要量のリン酸塩沈殿物を得て,その工程の評価と成分分析を行った。平成28年度については,それ以前からの予備的実験によって多くの実験手法についてが確立されていたため,円滑に研究を進めることができた。平成29年度については,平成28年度に得られた結果について,一部は測定方法(窒素成分)の妥当性についての検証が必要となり,これに約1ヵ月を費やした。また,実験補助員として大学院生1名を確保していたが,本学大学院は平成28年度に改組があったが,授業数と教室外学習の増加によって,実験に携わる時間を十分に確保できなかった。加えて,研究代表者の学内業務の増加(大学院教務委員,授業実習に用いるソフトウェアの更新に伴う授業準備時間の確保),学生数増加による研究スペース編成見直しのための実験装置の解体・移動・組み立て,個人的事由の発生(遠隔地にいる親の医療関連立ち合いおよび介護補助)などにより,想定していたエフォートを実行することが困難であった。平成29年度に予定していた,酸溶解液を用いた堆肥化排気の脱臭・アンモニア回収実験については,早急に実施体制を整える。実験に供する脱臭装置製作に必要な機材については平成29年度に購入済みであり,現在は加工・組み立てを行っている。装置の完成後には,即座に実験に着手する予定である。また,実験補助員として新たに学部4年生1名を追加確保しており,実験実施に必要な人手については問題が解決されたと考えられる。代表者のエフォートの確保については,学内業務は委員交代などにより軽減され,個人的事由についても軽減される見通しである。また,当初計画に組込まれたリン酸塩沈殿物による植物栽培試験については,リン酸塩沈殿物の成分分析が終了次第,早急に着手する。運営費や他の研究課題においても植物栽培試験を行う予定があるため,同時に進行させるなどの方策により,効率性を向上させる。以上に述べた方策・内容によっても,当初の設定期間である今年度末までに目標とした研究内容を実施できないときには,研究期間を1年間延長して研究を継続することも視野に置く。本研究は,鶏ふん灰を酸に溶解させて薬液として脱臭装置に用いることにより,灰に含まれるリンと堆肥からの揮散アンモニアを結合させた化学肥料と同様の利用が可能なリン酸塩を,効率的に回収する手法を明らかにすることを目的としている。平成28年度は研究初年度として,脱臭液としての利用を目的とした鶏ふん灰の酸溶解液の調整方法についての検討を行った。検討は,供試酸として塩酸と硫酸の2種類の酸を用いて,酸の濃度と酸と鶏ふん灰との量的比率(L/S比)とに着目して進めた。酸溶解液の調整条件の評価は,溶解液の回収率,pH,各成分の溶出率,アンモニア吸着能を指標として行い,同時に回収したリン酸塩と液中に残存した成分の分析を行うことにより,リンなどの各元素の回収率を求めた。酸溶解液の回収率は,硫酸溶解が塩酸溶解よりも低かった。硫酸での溶解では石膏(硫酸カルシウム)が生じるために,濾過時に未回収溶解液が多くなるためである。全体的に酸濃度が高くL/S比が高い条件ほど各元素の回収率は高くなるが,溶解液のpHがおおむね4.0以下であれば,リンの溶解率は100 %に近い値となった。アンモニア吸着能には酸種による明確な違いはないが,その際に得られる沈殿1としてのリンの回収率は,硫酸溶解では70 %未満であるのに対し,塩酸溶解では多くの条件で100 %となった。硫酸溶解吸着液から得られた沈殿は窒素を含むことから,沈殿にはリンとマグネシウムとアンモニウムを等モルずつ含むリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)が多く含まれていたと推測される。

一方の塩酸溶解では,吸着液に多量のカルシウムが含まれていたことと,沈殿に含まれる窒素が少量であったことから,リン酸二水素カルシウムが多く生成されたと推測される。平成28年度は研究初年度として,脱臭液としての利用を目的とした鶏ふん灰の酸溶解の調整方法について検討を行い,供試酸として塩酸と硫酸の2種類の酸を用いて,酸の濃度と酸と鶏ふん灰との量的比率(L/S比)とに着目して研究を進めた結果,脱臭装置の吸着液として用いる酸溶解液の調整条件について,操作性,酸濃度とL/S比,得られる沈殿の性質などの観点から多くのデータが集積された。また,供試酸として塩酸と硫酸を用いたことにより,得られる酸溶解液をアンモニア吸着液として用いたときの違いについても明らかにすることができた。供試酸として塩酸を用いたときには溶解時の濾過が容易ではあるが,溶解液中にカルシウムが多く存在するためアンモニア吸着液として用いたときには,アンモニアによる吸着液のpH上昇により生成される沈殿は,リン酸カルシウムを主とするものと考えられる。一方,硫酸を用いたときには,予備研究において示唆されていたように硫酸とカルシウムとが反応し不溶性の硫酸カルシウム(石膏)が生じるために,濾過の効率が著しく低下することが明らかとなった。しかしながら,硫酸による酸溶解液をアンモニア吸着液として用いたときには,カルシウムの溶解が少ないためにマグネシウムも沈殿生成に用いられて,リン酸カルシウムとリン酸アンモニウムマグネシウムの混合物が沈殿として回収された。以上の結果から,塩酸溶解と硫酸溶解のそれぞれで得られる酸溶解液をアンモニア吸着液として用いるときの特徴が明らかになったことから,現在は脱臭装置に用いる酸溶解液の選定と,その方法について検討を行っている。よって,平成28年度の進捗状況としては「(2)おおむね順調に進展している」とした。本研究は,鶏ふん灰を酸に溶解させたものを薬液として脱臭装置に用いることにより,灰に含まれるリンと堆肥からの揮散アンモニアを結合させて,化学肥料と同様な成分からなるリン酸塩を効率的に回収しようとする手法を明らかにすることを目的としている。平成28年度には,脱臭席としての利用を目的とした鶏ふん灰の酸溶解液の調整方法についての検討を,酸種とその濃度,酸液量と鶏ふん灰との量的比率(L/S比)を複数設定し,溶解液の回収率,pH,各成分の溶出率・回収率,アンモニア吸着量を指標として検討を行った。その結果,硫酸では溶解時に硫酸カルシウム(石膏)が生じることにより溶解処理の操作性が良くないこと,酸濃度が高くL/S比が高い条件ほど溶解液のpHが低く各元素の溶解率・回収率が高いことがわかった。平成29年度には,申請者がこれまでに製作した実験室内での運用が可能な堆肥化実験装置に連結させて,鶏ふん灰酸溶解液の堆肥化排気の脱臭装置への利用方法について検討を行うために,新たに酸溶解液をアンモニア吸着液として利用する脱臭装置の試作に着手した。また,実験により得られる沈殿物は,肥料として多く施与される5要素である,窒素,リン,カリウム,カルシウム,マグネシウムによって構成される塩の混合物と予想されるため,肥料としての効果が高いものと考えられる。したがって,得られる沈殿物の肥料効果の確認のために,植物生育試験を開始するため,前年度の研究結果より選定した条件である,硫酸1.0 Mあるいは塩酸2.0 Mの酸溶液とL/S比(酸溶液/鶏ふん比)5.0の組み合わせにより,スケールアップした溶実験を行い,必要量のリン酸塩沈殿物を得て,その工程の評価と成分分析を行った。
近世新田開発の一類型・房総の川廻し新田の地形および文書による復元

「川廻し新田」とは、房総丘陵を特徴づける景観で、穿入曲流した川をトンネルや切通しで短縮し、旧河道を水田化した、江戸時代中期明治時代初期の新田である。従来、一部地域しか所在が調査されていず、造成される地形についても分類や形態記載が不十分であった。この調査により以下のことが明らかとなった。1.地形と古文書の調査により、房総丘陵全域におけるその所在が判明し、450箇所に存在することが分かった。2.川廻し地形にも、従来の水田開発用タイプの他に、林業用、交通用等いろいろのタイプがあること、また、水田開発用川廻しにより造成される、各種の人工特殊地形を定義し、名称をつけた。3.特に、従来知られていなかった、人工川廻し地形として、カワカミ段丘・カワシモ段丘があることが分かった。4.古文書と伝承の調査により、川廻しの開発者について、従来知られていた例は、江戸時代中期のやや大型の川廻しが、村単位の開発であった例のみであったが、今回の調査で、江戸時代後期・明治時代初期になると、川廻し工事は、各村の富農(単独あるいは連名)、あるいは、川沿いの農家(土地所有者)により行われていることが分かった。5.古文書と伝承の調査により、川廻しの費用、工法、労働力などについて、個々の川廻し工事は、多額の投資と年月を要して行われ、専門的な技術者も存在していたことがわかり、造成にかかった費用や時間、技術者など、開発の内容についても、その大略が判明した。6.川廻し地形の現地観察と聞取り調査により、川廻し地形を、洪水水位との関連で見ると、洪水水位(510年程度)に対応した造成を行うとともに、作業量が最小限になるような造成を行っていることが分かった。具体的には、シンカワ水路を、直線的・U字溝状に作成、水田面の比高・トンネル入口高さを洪水水位を越えるよう設定、トンネル出口の川幅を拡張することで水位を下げる等の工夫がなされている事がわかった。1.川廻し新川の地形調査:空中写真判読による房総丘陵全域の川廻し新川の候補地に付き、現地地形調査、聞き取り調査を行い、自然の曲流短絡地形との判別、造成された地形の確認を行う。勝浦・市原・君津市と大多喜町について行った。なお、君津市東大演習林および大多喜町養老渓谷の弘文洞の2個所に就いて、現地の測量と地質調査を行い、川廻し工事後の自然の河川地形変化とそれによる地形についての知見を得た。また、君津市の山間部で、新川開発とは別に林業開発により作成された川廻し地形の例を発見し、他の事例の所を探索中である。2.所在図作成:確認調査結果を作図3.所在小字リスト作成:勝浦市内の川廻し新川の地籍図調査により、各新川の小字名、面積等を悉皆調査し、結果をリスト化した。4.関連古文書確認調査:所在地図および小字リストにより、各市町村の整理済み古文書につき、該当文書が埋もれている可能性のある文書を選んで、調査し、川廻し新川関連文書を複写、解読する。小規模な川廻しに特色のある勝浦市域についての古文書を調査し、関係文書25点を得た。1.川廻し新田の地形調査:空中写真判断による房総丘陵全域の川廻し新田の候補地に付き、現地地形調査、聞き取り調査を行い、自然の曲流短絡地形との判別、造成された地形の確認を行った。

当年度は、ほぼ全県の地形確認を行い、約450ヶ所の曲流短絡を確かめた。2.所在図作成:全県の川廻し地形所在図を作成した。3.所在データベース:川廻し地形のデータベース作成入力用資料を作成した。4.関連古文書確認調査:市原市君津市の文書調査を行った。5.川廻し新田のボーリング、微地形調査:大規模および小規模な川廻し新田の典型的な形のものに付いて、造成の様相を復元するため、ハンドオーガーによるボーリングと、水田面の掘削による断面観察を行った。勝浦市市野郷および君津市折木沢において実施した。1.川廻し新田の地形調査:補足調査を行った。大多喜町の大多喜ダム水没予定地の西部田川沿岸、大多喜町小沢又、市原市石神の川廻し地形を現地調査し、川廻しシンカワ、フルカワ、シンカワのトンネル形状等の地形の確認を行った。特に、小沢又の川廻しは、フルカワの地質断面等も明瞭で、模式的なΩ型川廻し地形と認定できた。2.全県の川廻し地形所在図を作成した。全県450ヶ所の短絡の位置とそのタイプについて、所在地図を作製した。3.所在データベース:川廻し地形のデータベースを作成した。450ヶ所の短絡につき、位置・形状・岩質・川廻し類型についてデータベース化した。4.川廻し新田のボーリング、微地形調査:君津市清水、字濃水の川廻しにおいて断面観察を行った。フルカワ新田の盛上層の厚さについて、フルカワの上流側ではシンカワのトンネル天井高にほぼ等しいだけの盛土又は小規模な築堤が行われるのに対し、フルカワの下流端においては、シンカワ出口部分で川幅を広げ、洪水水位を低下させる事により、浸水被害を軽減する手法が取られる結果、盛土高は、1m以下でも可能となっていることが分かった。5.水田開発目的以外の林業用川廻し地形調査君津市奥米地区小字開墾場の川廻し、大多喜町西部田地区、君津市東大演習林内川廻し等の造林、治水等のために行われ、水田を伴わない川廻し地形を現地調査し、8ヶ所について、地形観察を行った。水田をともなわないだけでなく、その目的や用途の時代性から、水田型川廻しより、時期的に新しく、シンカワの形状も異なることが分かった。林業型川廻しは、明瞭なフルカワ地形を残さず、地形的にも小規膜であり、水田型に比べてその所在確認が進んでいないので、新た起発見に勤めたい。
空気圧駆動式ウェアラブル人工心臓システムの実用化研究

空気圧駆動式補助人工心臓(PVAD)、全人工心臓(PTAH)の開発を行った。電池を2個内蔵した駆動装置の大きさは250×110×210mmであり、重量は4.3 kgとなった。PVADの模擬循環回路による性能評価を行い、平均拍出流量3.46.7L/min、平均消費電力は8.019.7W、最長電池駆動時間7時間38分を実現した。仔牛を用いた慢性動物実験で、平均補助循環流量4.1+/-0.4L/min、平均消費電力13.3+/-0.4W、循環維持28日間を実現した。駆動装置2台を用いたTAHにおいて、急性動物実験で平均拍出流量3.95.4L/min、平均消費電力5.317.6 Wを実現した。(1)補助人工心臓(VAD)について〔プロトタイプ駆動装置の製作と耐久実験〕空気圧駆動式VAD用のプロトタイプ駆動装置の製作を行った。駆動装置の全体の大きさは250W×110D×210H(mm)となり、重量は4.3kgとなった。従来の空気駆動型VAD用の駆動装置の重量は、コンソール型で8590kg、ポータブル型でも1314kg程度あることを考えると、プロトタイプとしては非常に小型軽量を達成できたと思われる。また、駆動装置は、重量約400gのリチウムイオン二次電池を2個内包し、充放電回路も備えているため、そのままAC電源に接続することで、追加充電も可能となっている。後負荷や拍動数により影響を受けるが、通常の駆動において、電池でおおよそ56時間の連続駆動が可能であることを、新たに構築した模擬循環回路による試験において確認した。さらに、耐久性に重要と思われる非円形歯車の耐久試験も開始し、現在継続評価中となっている。(2)全人工心臓(TAH)について〔空気圧発生機構のツイン化と制御機構製作〕VADとの共通要素技術を用いて、空気圧発生機構部分をツイン化し、左右血液ポンプを駆動できる駆動装置を試作した。TAHでは左右血液ポンプの拍出流量制御が非常に重要となるため、これらに関する検討を新たに構築した模擬循環回路を用いて実施した。右血液ポンプの拍出流量が、パッシブフィリング駆動時に、前負荷変化に応じてどのくらい変化するのか検討を行ったところ、例として血液ポンプを90bpmで駆動、後負荷は20mmHgに固定した場合、前負荷を20mmHgから5mmHgまで減少させると、アクティブフィリング駆動に対し、パッシブフィリング駆動では一回拍出量で約30mLの減少が認められた。前負荷に応じた受動的な流量制御の可能性について確認した。(1)補助人工心臓(VAD)についてSD比可変機構を備えた駆動装置の製作を行った。駆動装置はDCサーボモータの回転運動をクランク機構によりシリンダーピストンの往復運動に変換し、血液ポンプを駆動する空気圧を発させる仕組みとなっている。従来の駆動装置ではモータには定速回転を行うブラシレスDCモータを用い、SD比の発生には非円形歯車を用いていたため、SD比の値は、非円形歯車により決定される固定値となっていた。そこで、非円形歯車を排除し、DCサーボモータを用いてその回転速度制御を行うことで、SD比を発生させる機構を採用した。模擬循環回路を用いて製作した駆動装置の性能評価を行ったところ、拍動数30100bpm、SD比952%の範囲で設定が可能であることを確認した。また本機構を組み込んだ補助人工心臓用プロトタイプ駆動装置の試作を行った。(2)全人工心臓(TAH)についてSD比可変機構を備えた補助人工心臓用駆動装置と共通の機構を2台用いることで、TAH用左右血液ポンプをそれぞれ駆動することのできる駆動装置の構築を行った。血液ポンプの駆動陽陰圧の調整は本体の吐出圧調圧機構により行い、SD比、拍動数の調整は接続されたコンピュータにより行うことが可能となっている。またモータの回転状態をエンコーダにより計測することで、本体の操作パネルから、シリンダーピストン内の駆動圧を大気圧に開放する電磁弁の開放タイミングと開放時間を、血液ポンプの吐出充満過程においてそれぞれ任意に設定することが可能となっている。これにより、アクティブフィリングだけでなくパッシブフィリングにより血液ポンプを駆動することが可能となった。また左右血液ポンプ拍出流量のバランスについては左右独立した駆動機構を用いているため、血液ポンプの拍動数や吐出充満状態を独立して制御することで対応している。(1)補助人工心臓(VAD)について前年度までに構築したウェアラブル駆動装置のプロトタイプを用い、模擬循環回路および慢性動物実験による性能評価を行った。

模擬循環回路において前負荷を10mmHg、後負荷を80120mmHgに設定し、ダイアフラム型血液ポンプ(一回拍出量70mL)を用いて拍動数を60100bpmで駆動したところ、拍動数100bpmにおいて6L/min前後の拍出流量を実現し、SD比35%の駆動装置では、平均消費電力は10.719.7Wであった。同じくSD比35%の駆動装置を用いて、前負荷10mmHg、後負荷100mmHg、拍動数70bpm、平均ポンプ拍出流量4.3L/minとした時に、平均消費電力は14.5Wであり、5時間21分の電池駆動時間を実現した。また仔牛(体重72kg)を用いた慢性動物実験を行った。左心室脱血大動脈送血とし、拍動数を70bpm、SD比は40%とした。実験継続期間である28日間の平均補助流量は4.1±0.4L/minであり、血行動態も良好に維持された。駆動装置の平均消費電力は13.3±0.4であり、動作に関して特に問題を認めず、安定な駆動が可能であった。(2)全人工心臓(TAH)について仔牛(体重98kg)用いた急性動物実験を行った。ダイアフラム型血液ポンプを使用し、左右血液ポンプの容量はそれぞれ180mL、200mLとなっている。また弁には二葉弁を使用した。左血液ポンプをSD比35%、右血液ポンプをSD比44%の駆動装置により駆動し、血行動態の維持が可能であるかどうかについて評価を行った。左血液ポンプの拍出量は、平均大動脈圧108115mmHgにて4.35.2 L/minであり、右血液ポンプの拍出量に関しては、平均肺動脈圧1317mmHgにて3.95.4 L/minであった。また消費電力は左右共に5.317.6 Wであった。(1)補助人工心臓(VAD)についてプロトタイプ駆動装置の構築と、性能評価を行うために必要な模擬循環回路の構築を優先的に行ったため、計画を変更し、動物実験は次年度に実施することとなった。しかしながら、動物実験へ移行できるプロトタイプ駆動装置の試作がほぼ完了した。(2)全人工心臓(TAH)ツイン化駆動装置の試作が完了し、左右拍出流量制御機構の検討を開始した。制御機能について検討を行うために必要な模擬循環回路の構築に時間を有したために、制御の関する検討を次年度も引き続き行うことになった。25年度が最終年度であるため、記入しない。(1)補助人工心臓(VAD)について構築したプロトタイプ駆動装置を用いた、模擬循環回路による拍出流量特性、消費電力特性の評価を実施し、さらに、計画していた慢性動物実験による性能評価までを実施することができた。(2)全人工心臓(TAH)構築したプロトタイプ駆動装置を2台使用し、計画していた急性動物実験による性能評価までを実施することができた。(1)補助人工心臓(VAD)について動物実験へ移行できるプロトタイプ駆動装置の試作がほぼ完了したため、慢性動物実験による駆動装置の評価を開始する。動物実験の結果を踏まえて、拍出流量推定や警報装置の検討を合わせて開始する。(2)全人工心臓(TAH)ツイン化駆動装置の試作が完了したため、左右拍出流量制御機構に関する検討を中心に行う。また急性動物実験において制御機構の検証を開始する。(1)補助人工心臓(VAD)について模擬循環回路実験、慢性動物実験による駆動装置の評価結果を踏まえ、問題点の抽出、改善と改良に取り組む。
補助人工心臓によるbridge to recoveryを達成する再生治療法の確立

重症心不全でLVAD装着術後に自己心機能が改善し左室補助循環装置(LVAS)離脱が可能となる症例、いわゆる"Bridge to Recovery"が報告されているが、その心機能を改善させるための手段として細胞移植が応用できないかを検討することを目的として本研究を開始した。1.拡張型心筋症ハムスターに対する筋芽細胞シート移植拡張型心筋症ハムスターの27週齢時に、筋芽細胞シートを2層化して移植し、経時的に心機能を測定し、心筋構造蛋白の免疫染色を行った。筋芽細胞シートを移植した群は、従来の針による細胞移植法と比較して、有意な心機能向上効果を認め、左室壁の肥厚化を認めた。また、dystrroglycan, a, d-sarcoglycanの濃染性を認めた。また、筋芽細胞シート移植群は他群と比較して、生命予後は延長した。2.拡張型心筋症モデル犬に対する筋芽細胞シート移植ビーグル成犬に心室ペーシングを続け、拡張型心筋症モデルを作成した。ペーシング開始後4週後に自己筋芽細胞シートを心表面に移植し心機能の経時的変化を測定し、非移植群と比較した。シート移植群は有意に駆出率の増加、および内腔の縮小、壁厚の増大を認めた。また、組織学的検討では移植群において有意な心筋線維化抑制、apoptosis抑制効果を認めた。3.虚血性心筋症モデルブタに対する筋芽細胞シート移植ミニブタの冠状動脈左前下行枝をアメロイドリングを用いて結紮し、虚血性心筋症モデルを作成した。骨格筋筋芽細胞シートを移植し、心機能を評価した。シート移植群において他群に比して有意に良好な左室収縮能、壁厚の増大、内腔の縮小を認めた。またFDG-PETにて心筋の糖代謝能改善が認められた。これらのメカニズムを検証するにあたり、電子顕微鏡、免疫染色、RT-PCR法、FDG-PET法、MEDシステム等を駆使し、構造、因子、遺伝子、代謝、電位活性等の多方面からの検討を行った。従来の治療が奏功しない末期重症心不全に対しては心臓移植や左室補助人工心臓(LVAD)などの置換型治療が有効であるが、ドナー不足や感染症、合併症や耐久性の問題があり満足のいく結果は得られていない。その解決策として再生型治療が注目され、筋芽細胞や骨髄細胞移植の臨床応用が開始されている。最近、重症心不全でLVAD装着術後に自己心機能が改善しLVAD離脱が可能となる症例、いわゆる"Bridge to Recovery"が報告されているが、その心機能を改善させるための手段として細胞移植が応用できないかを検討することを目的として本研究を開始した。本研究ではまず、従来の針移植による細胞移植の問題点を改善すべく筋芽細胞シートの開発に取り組み、温度感応性培養皿を用いて、大動物(イヌ、ブタ)の骨格筋から筋芽細胞シートを作成することに成功した。筋芽細胞シートを詳しく解析した結果、HGF(肝細胞増殖因子)やVEGF(血管内皮細胞増殖因子)、SDF-1(間葉系細胞由来因子)などの増殖因子が高発現していることが確認された。次いで、大動物で虚血性心筋症モデルや拡張型心筋症モデルを作成し、それらに対して自己の骨格筋筋芽細胞シートを移植した。

その結果、心エコーにて左室リモデリング抑制効果、心機能改善効果が認められ、組織学的検討では血管新生作用、抗アポトーシス作用、線維化抑制作用などが確認され、筋芽細胞シート移植の有用性が示された。また細胞シート移植に起因する有害な合併症の発生は認められなかった。今後は補助人工心臓を組み合わせての検討、心機能の多角的な検討や長期成績の検討を行い、臨床応用に向けて研究を続ける。従来の内科的、外科的な治療では治療不能な末期重症心不全に対しては、心臓移植や左室補助人工心臓(LVAD)などの置換型治療が有効であるが、ドナー不足や感染症、合併症や耐久性の問題があり満足のいく結果は得られていない。その解決策として再生型治療が注目され、筋芽細胞や骨髄細胞移植の臨床応用が開始されている。最近、重症心不全でLMAD装着術後に自己心機能が改善しLVAD離脱が可能となる症例、いわゆる"Bridge to Recovery"が報告されているが、その心機能を改善させるための手段として細胞移植が応用できないかを検討することを目的として本研究を開始した。本研究ではこれまで、温度応答性培養皿を用いて、大動物(イヌ、ブタ)の骨格筋から筋芽細胞シートを作成することに成功し、針移植より有効であることを証明してきた。また、筋芽細胞シートを詳しく解析した結果、HGF(肝細胞増殖因子)やVEGF(血管内皮細胞増殖因子)、SDF-1(間葉系細胞由来因子)などの増殖因子が高発現していることが確認された。次いで、大動物で虚血性心筋症モデルや拡張型心筋症モデルを作成し、それらに対して自己の骨格筋筋芽細胞シートを移植した。
顎関節CT画像と下顎運動解析の顎機能診断への応用に関する研究

顎機能の診断を目的として、生体での直接観察が出来ない顆頭運動とコンピュータ断層撮影法(CT)により得た顆頭の形態とを、両者の座標系を一致させることによって、重ね合わせて同時に観察する。また健全者と顎口腔機能に障害のある者とを比較するために、顆頭の形態と運動軌跡とを重ねることによって、顎機能検査への手がかりを得ようとした。下顎の運動は、MM-JIにより6自由度で測定して、コンピュータ処理することによって任意点の運動を得た。また、CT画像に治具を使って、座標系の原点を同時に撮り込むことにより、得られた骨の形態と下顎運動測定の座標系を一致させた。重ね合わせの精度は0.5mm程度と考えている。咬頭嵌合位の明確な健全有歯顎者5名について、治具によって運動測定の座標系の標点を写し込んだ顎関節部のCT画像を得る。同時にその状態で下顎運動を測定し、コンピュータ処理して画面上で重ね合わせた。その結果、健全有歯顎者では、切歯点は勿論として、顆頭点の運動が円滑に行われることが判明した。次いで、臨床的に疼痛や開口制限はないが、クリック音があり、下顎運動が円滑でないとの自覚を持つ者1名について、同様の方法で測定したところ、顆頭運動の最も上下幅が狭くなる点を求めても、健全者のようには収斂する位置を求めることが出来なかった。また顆頭運動の経路に突起状の異常がみられた。さらに例数を増す必要があるが、顆頭運動がスムースでないことがクリック音の発生部位の確認に役立つとともに、切歯点運動と関連づけて観察する事が顎機能の診断に有用なことが確認出来た。
植物細胞における分裂予定位置への細胞質の集積機構の解析

従来の研究結果より、ホウライシダ原糸体細胞を分裂開始直前に遠心して細胞質内質を分裂予定位置から除去すると、遠心後に、本来の分裂予定位置に細胞質が再集積することが明らかになっている。この現象を解析すれば、細胞分裂の位置情報の実体をつかむ手がかりが得られると思われる。そこで、本年度は、細胞骨格系の染色を行い、細胞骨格系の阻害剤の効果を調べ、さらに、細胞質の再集積した領域の微細構造を調べた。まず、微小管、F-アクチンの蛍光染色を行った。抗チューブリン抗体とロ-ダミンファロイジンを用いた二重染色法を確立し、観察したところ、細胞質の集積は前期前微小管束(PPB)上で起こり、集積した細胞質はF-アクチンを多量に含むことがわかった。細胞周期の様々な時期に遠心を行ったところ、PPBの形成前に遠心した細胞では集積は起こらなかったので、この細胞質の集積はPPBの形成に依存していることが推測された。一方、集積の起こった細胞を経時的に観察したところ、集積した細胞質は遠心により移動した核の位置での細胞質分裂終了後に分散した。微小管の阻害剤であるアミプロホスメチルを細胞質の集積前に与えると集積の起こる頻度は低下したが、すでに集積の起こった時期に与えると、遠心により移動した核の位置での細胞質分裂は阻害され、細胞質集積の持続時間は長くなった。この結果は、細胞質の集積が細胞質分裂の制御と密接な関係にあることを示唆する。電子顕微鏡により集積領域の微細構造を観察した。集積領域には多量のミトコンドリアが観察されたが、蛍光観察でみられたアクチンフィラメントは確認できなかった。
脳磁図の電源推定問題における脳内電源モデルに関する研究

本研究では、SQUID磁束計を用いて脳磁図の計測を行い、脳内電源の性質を明らかにし、得られた知見をもとに、脳機能推定に有用な脳内電源モデルを考案し、脳内電源推定のアルゴリズムを開発することが目的である。この目的の下、本研究では以下のような成果が得られた。1.α波とてんかんスパイク波を脳磁図で測定し、この電源モデルを作成した。これら2つの電源とも1個の電流双極子では表現することは出来ず、複数個の電流双極子やひろがりを持った電源で表されることがわかった。2.脳波や脳磁図を発生する電源として、これまで用いられていた1個の電流双極子ではなく、複数個の電流双極子で表現する広がりを持った脳内電源モデルを考案した。この電源モデルを用い、シミュレーションによりこれまで原因がわからなかった脳磁図の各測定点での位相差を説明することができた。3.脳の高次機能を37チャネルSQUID磁束計を用いて脳磁図を測定し調べた。特に、視覚による文字認知時の脳磁図を測定した。名詞の文字認知とその意味のカテゴリー分類による脳磁図の反応の違いを調べた。4.3次元ベクトル磁束計を用いて聴性誘発反応脳磁図のベクトル成分を計測した。
シロイヌナズナ花成遺伝子FTのエピジェネティックな発現制御機構の解明

FLOWERING LOCUST (FT)遺伝子の発現誘導は、シロイヌナズナの花成制御における最も重要な制御プロセスの一つである。本研究課題では、新奇のFT過剰発現突然変異体ならびにfe変異体に注目し、FTの転写制御の分子的仕組みを理解する事を目指し研究を進めた。その結果、PAF1複合体、LHP1機能のFT転写制御における重要性を再確認する事が出来たのに加え、FEタンパク質がCONSTANSタンパク質と共に、FTの転写活性化に寄与している可能性が明らかになった。FTは花成制御における最も重要な因子の一つである。花成を制御する外的・内的環境情報はFT遺伝子の発現調節に集約され、最終的にはフロリゲンの産生という形で効果が発揮される。FT遺伝子の発現パターンは極めて特徴的であり、その制御機構の複雑さを容易に想像させるものである。これまでにFTの転写活性化の仕組みに関しては多くの知見が蓄積しているのに対して、発現を抑制するメカニズムに関しては大きな進展が見いだせずに現在に至っている。そこで、申請者は新奇のFT過剰発現突然変異体に注目し、遺伝学的アプローチによってFTの発現抑制機構の一端を明らかにすることを自指す。平成21年度は、独自に単離した新奇花成早化変異体に注目し、マッピングによる原因遺伝子のクローニングを試みた。その結果、#147変異は5番染色体にマップされ、新規の変異体である可能性が非常に高いことが明らかになった。次年度以降もマッピングを継続し、原因遺伝子の同定を目指す。また、平行して解析を行っていた既知変異体におけるFT遺伝子の発現解析の結果、古くから知られているfe変異体においてFT遺伝子の発現が減少していることが判明した。今後、fe変異体にも注目し、FT遺伝子の時空間的発現パターンを解析することによって、フロリゲン産生機構の理解の点で本研究の成果を飛躍的に高める可能性があると考えている。FTは花成制御における最も重要な制御因子の一つである。したがって、FT遺伝子の発現は極めて複雑かつ緻密に調節されていると考えられている。これまでにもFTの転写調節の仕組みについての知見が報告されてはいるが、大きな進展が見いだせずに現在に至っている。そこで、申請者は新奇のFT過剰発現突然変異体ならびにFEタンパク質を介したFTの転写制御機構に注目をして研究を進めた。平成22年度は、代表者が独自に単離した新奇花成早化変異体#146変異に注目し、原因遺伝子を同定した。その結果、#146変異株は別の#301変異株のアレルであり、ともにELF8遺伝子に塩基置換が生じていることが新たに判明した。ELF8タンパク質は、FTの発現抑制因子であるFLC遺伝子の転写を活性化するPaf1複合体の構成因子をコードしている。その結果として、#146、#301変異株ではFT伝子の発現抑制が解除され、FTの発現上昇と花成早化表現型が観察されるものと考えられる。現在、さらに研究を発展すべくELF8タンパク質を含むPAF1複合体の機能解析を進めている。一方、fe変異体ではFT遺伝子の発現が減少している事から、FEタンパク質を介した即の転写活性化の仕組みの存在が示唆される。現在までの遺伝学的解析、分子生物学的解析の結果、FEタンパク質がCOタンパク質との直接的相互作用を介してFT遺伝子の転写調節に関わっている事が判明している。
近接構造物の存在が地盤振動の距離減衰に及ぼす影響

本研究課題をつぎに示す二つの面から取り扱った。1.固定加振源による構造物周辺の地盤振動2.加振源の移動が地盤振動に及ぼす効果項目1.では、近接加振源から波動入射を受ける複雑構造物が存在するとき、これらの構造物の離隔距離、配置等が地盤振動の距離減衰に及ぼす影響を調べ、次のようなことが分かった。構造物の共振振動数域では、地盤振動は構造物が存在しない自由波動場の振動より大きくなり、距離減衰特性は構造物群の配置に大きく影響される。比較的高い振動数域では、複数の構造物が存在する場合の距離減衰は単独構造物の場合よりも低くなり、構造物による入力損失が生じるような高振動数域では、構造物の配置が距離減衰特性に影響を及ぼす。構造物が測線に直交方向に配置されるときには、測線上の振動値に相対する構造物の相互作用の影響が表れる。相互作用効果としては、各構造物の振動を加振源とする散乱波動の位相差に注目する必要があると考えられる。項目2.に関しては、多層地盤の過渡振動解析に威力を発揮する薄層要素-離散化波数法を、人為的な加振源による地盤振動の解析に適用することを進めてきた。この解析法を拡張して、加振源が移動する問題に適用するとともに、路面凹凸を通過する自動車による沿道の地盤振動をシミュレートする近似解析法を開発した。加振源の移動効果は、走行路からの振源距離が小さい測点では顕著に現れるが、振源距離とともにその効果は急速に緩和されることを示した。研究実施計画に基づき、本年度は次の2項目について行った。1)構造物周辺の地表面振動の解析と測定近接加振源からの波動入射を受ける複数構造物が存在するとき、これらの構造物の離隔距離、配置等が地盤振動の距離減衰に及ぼす影響を数値解析により調べた。内容の一部は大学紀要に投稿した。また、学術講演会で発表予定である。新幹線高架沿線において、橋脚下端とその近傍のPC建物の前方、後方の3測定で実測した。建物を介した振動には特異な現象が見られたが、解析結果を説明するには至らなかった。さらに、データの集積を図る必要がある。また、簡単なモデル実験を実施した。その結果、振動計の設置条件、加振力特性と振動計の感度、構造物を模擬したコンクリートブロックのサイズと重量などに関して、次年度の研究遂行のための知見が得られた。2)加振源の移動効果に関する解析と測定走行変動荷重による地盤振動の数値解析法を展開し、数値計算条件等について検討した。これらは、次年度において、実地盤モデルに対する計算に拡張する予定である。なお、内容の一部は学術講演会で発表した。実測調査として、一台の大型車が通過するときの振動を道路端で測定した。観測波形から解析結果に近い現象も読み取れるが、実測データは路面の局所的な不陸等に影響されるので、さらにデータの集積を図る必要がある。研究実施計画に基づき、昨年度と同様に次の2項目について研究を遂行した。1)構造物周辺の地表面振動の数値解析と測定昨年度は双設構造物を取り扱ったが、本年度は三つの構造物に対して構造物の離隔距離、配置等が地盤振動の距離減衰に及ぼす影響を調べた。また、数値計算の高速化と計算機の記憶容量の縮小化を計り、多数構造物を取り扱う手法の開発を行った。得られた成果は雑誌論文および学術講演会で発表した。実測値による数値解析法の検証については、簡単なモデル実験を実施したが、加振力特性、振動計感度等により現有計器類のみでは良好な成果を得ることができなかった。ただ、研究の方向性は見出せたので、モデル実験に適した計器類の増強を計り、解析に近い実験条件を作り出せるモデル実験を、今後実施する予定である。2)移動加振源による地盤振動の数値解析と測定昨年度は数値計算法を開発したが、計算精度に関する検証が不十分であった。

本年度は理論解を誘導し、数値計算法の精度等について検討した。得られた成果は、大学紀要および学術講演会で発表した。実測調査として、一台の大型車が通過するときの振動を測定し、実測値と計算値の対応を調べ、まずまずの結果を得た。さらに、数値計算法の改良と実務問題への応用を計りたいと考えている。また、現在ウエーブレット変換を適用して、振動数特性の時間的変化を調べる研究を進めている。
Zr基の安定な金属ガラス中のナノ構造揺らぎの異常分散効果による解明

放射光を利用し、異常分散効果によるコントラスト変化によって元素敏感なナノ構造解析が可能な異常小角散乱法の定量化を進めると共に、組成の不均一を反映する小角散乱領域と結晶構造の空間分布を反映する高角領域を同時に計測するSWAXS法との併用により、定量化の難しかったZr基金属ガラス中、ならびにZr基金属ガラスの(準)結晶化初期のナノ組織変化の特徴を捉えることに成功した。多元合金では従来法では見出されなかった組成再分配挙動が核生成を抑制することが示唆された。安定な金属ガラスとして、ターゲットを「Strong」な安定金属ガラスであるZr基合金を中心にすえ、その結晶化への耐性の起源の、ナノ組織の観点からの解明おこなうために、Zr基金属ガラスのうち、熱処理によって初晶として準安定相(結晶相)が晶出する系と、準結晶相が晶出する系を比較する。まず本年度ではナノ準結晶相が晶出する2元系であるZrPtおよびZrPdに実験を拡張し、われわれは20面体クラスター的構造を持つとされるZrCuNiAl合金ガラス中に世界で初めてナノクラスターの存在を示す小角散乱を見出しており、作業仮説としてナノスケールでの20面体的クラスターあるいはネットワーク構造が一旦破壊されるか(結晶晶出)、そのまま発達するか(ナノ準結晶)がZr基ガラスの安定性を決めているのではないかと予想している。この予想を検証するため、均一ガラス状態、安定化の容易な局所構造を形成するために、構造安定化のために組成揺らぎが誘発されるという可能性も考えられ、クラスターの本質についてパッキングなどの構造誘起の組成揺らぎとして理解すべきか、あるいは自由エネルギー勾配で決まる安定な組成揺らぎ方位への濃度揺らぎの凍結であるのか、という議論を定量的に進めることが可能になる。さらに組織変化との関連からは、存在形態がクラスター的(孤立的)であるか、あるいは連結状態(フラクタルネットワーク的)であるかの解析をすすめる。そのためのアプローチとして、まずは上記の試料のマクロ平均による高精度平均構造解析を進める。同時に、このようなクラスター構造がかかわると予想されている特長的現象である、結晶成長界面の異常安定化に関する構造特性解明のため、マイクロビームの利用の予備検討をおこなう。本研究の目的である、安定なZr基のバルク金属ガラス材料が、結晶化という「動的」な現象に対して何故それほど抵抗性を持つのか、という疑問をナノ組織の観点から明らかにするため、実験的アプローチとしてこれまで行ってきたZr吸収端での異常小角散乱測定に加え、今年度はCu吸収端での異常小角散乱実験を試みる予定であった。そのために前年度に海外共同研究者との打ち合わせの上、ドイツ放射光での実験をおこなうための課題申請をし、採択された。しかしこの実験については実験割り当て期間である6月上旬の直前に豚インフルエンザによる実質渡航禁止のため、実験キャンセルを余儀なくされ、課題有効期間内での再実験は不可能となった。そのために本年度においては国内の放射光を利用した時間分解実験(リアルタイムでのナノ準結晶形成過程測定)の実験に重点を移して研究を進め、ZrCuPt合金においてガラス-過冷却融体状態からナノ準結晶が生成する過程における構造変化の特徴を小角散乱(相分離)と中角回折(ナノ準結晶構造の連続性)の観点から調べた。その結果比較的良好な準結晶秩序を形成する本合金系でも組成分離ドメインの大きさと準結晶秩序の形成されるドメインの大きさが一致しないという結果が示された。これはナノ準結晶が形成される界面においては組成分配としては準結晶と同等でありながら長距離秩序としての準結晶の空間連続性は持たない界面領域が存在することを示唆している。これは本研究によって初めて明らかにされた内容であり、小角散乱国際会議(Oxford)での口頭発表講演に採択された。本年度行う予定であったCu吸収端の実験は課題申請を再度おこない、来年度おこなう予定である。本研究では温度を上げると結晶化前に過冷却融体に一旦戻ってしまうほどに安定なガラスである、Zr基のバルク金属ガラス材料が、結晶化という「動的」な現象に対して何故それほど抵抗性を持つのか、ナノ組織の観点から明らかにしようとするものである。安定な金属ガラスとして、ターゲットを「Strong」な安定金属ガラスであるZr基合金を中心にすえ、その結晶化への耐性の起源の、ナノ組織のその場小角中角散乱法(In-situSWAXS)と異常小中角散乱法を組み合わせた実験と解析をおこなった。研究開始当初の予想としては20面体クラスター的構造に対応するようなナノスケールでの20面体的クラスターあるいはネットワーク構造が一旦破壊されるか(結晶子の晶出)、そのまま発達するか(ナノ準結晶)がZr基ガラスの安定性を決めているのではないかと予想してた。

ところが3元系で明確な準結晶ピーク,すなわちLRO的な準結晶構造が確認されるZrCuPt系に対して系統的な放射光その場実験を進めた結果、それまでの2元系Zr-Xナノ準結晶形成系と比較して準結晶LROは明確な回折ピークとして形成・発達過程が観察されていく事が確認されるにもかかわらず、その形状としてはむしろ明確な孤立核生成・成長のモデルとの整合性の良い結果が得られる事が明かとなった。一方、当初予想していた20面体的ネットワークの発達、または補系としてのDisorderな低密度領域のパーコレート的発展を示唆する散乱関数は確認されず、むしろ金属間化合物の析出に類似した傾向が認められた。これはナノ準結晶のサイズ分布の時間発展に関する解析からも裏づけられた。
歯髄免疫の加齢変化に関する免疫組織化学的研究

昨年度までに、歯髄における免疫担当細胞、とくに、T細胞および抗原提示能をもつ樹枝状細胞(DC)の加齢変化を検討した。これらの結果から、歯髄においても特有な局所免疫機構(細胞性免疫関与)が存在することが示唆された。しかしながら、T細胞あるいはDCなどは循環系の細胞であり、これらの細胞の動態は末梢血流の動態を反映しているにすぎない可能性がある。したがって、歯髄特有の局所免疫機構の証明には、歯髄に固有な細胞(歯髄固有細胞あるいは象牙芽細胞など)が積極的に免疫応答に関与するかを検索する必要がある。とくに、細胞性免疫の関与を証明するには、T細胞と組織固有の細胞の相互関係は重要な因子となる。その代表として、近年、T細胞のホ-ミング機構が注目されている。そこで、本年度は歯髄の短期間器官培養システムを用い、免疫関連刺激に対する歯髄固有細胞あるいは象牙芽細胞上でのクラスII抗原およびT細胞ホ-ミングレセプターのリガンドであるICAM-1の発現様式を検索した。具体的には、器官培養は10%牛胎児血清添加DMEM培地を用い、2472時間培養したものを試料とした。刺激源として、炎症性メディエーターとして知られるインターフェロン-γ(ヒト・リコンビナント;IFN)を培地に添加したものを実験群とした。IFN添加群では、象牙芽細胞にクラスII抗原およびICAM-1抗原の表出を認めた。これらの所見は、無添加群(対照群)ではみられなかった。したがって、象牙芽細胞は免疫応答の場であることが示唆された。この知見は、歯髄免疫機構でひじょうに有益なものである。すなわち、象牙芽細胞が潜在的にクラスII抗原およびICAM-1抗原を保持しているということは、象牙細管からの抗原刺激に対して即座に免疫反応を開始できることを意味する。尚、加齢にともなう変化は現在検索中である。歯髄免疫に関する報告は少なく、加齢に伴う変化は全く知られていないのが現状である。そこで、本年度はラットを用いて、歯髄免疫に関与すると考られる免疫担当細胞の歯髄における分布様式と一部加齢による分布変化を検討した。材料としては、3日、2、4、6、12および24カ月のSD系ラットの切歯歯髄を用いた。凍結切片を作成し、間接ペルオキシダーゼあるいはアルカリフォスファターゼ法により各種抗体の免疫染色を施した。免疫担当細胞としてリンパ球系細胞およびマクロファージ系細胞に分けて検索を行った。(1)リンパ球系細胞の局在様式:基本的に円形のリンパ球様細胞の存在は少なかったが、CD3陽性T細胞が散見された。しかしながら、CD4とCD8陽性細胞間での有意な差は認めることができなかった。また、B細胞系は全くみられなかった。以上の結果から、存在するものはT細胞系であることが明らかとなった。T細胞に関しての加齢に伴う分布密度の差はみられなかった。(2)マクロファージ系細胞の局在様式:マクロファージ関連抗原を発現した細胞は、ほとんどのものが樹状突起をもつ形態を示した。幼若ラット歯髄では、同細胞はOX42、OX6、ED1、ED2およびED3抗体に染色された。これらの抗体のなかで、Ia抗原に特異性を示すOX6に陽性であることから、同細胞が抗原提示能を持つ可能性が示唆された。12カ月以降のラット歯髄において、同細胞の分布密度は増加の傾向を示した。

さらに、同細胞表面に幼若ラット歯髄では染色性を示さなかったCD4に対する反応性が認められた。以上の結果から、歯髄免疫担当細胞の加齢変化は、主に抗原提示能をもつ樹状細胞のサブポピュレーションの変化であると考えられた。同様の変化は老化皮膚でも知られており、免疫反応性低下との相関が推測されていることなどから、歯髄においても加齢に伴い免疫能の低下を示唆するものと考えられる。昨年度までに、歯髄における免疫担当細胞、とくに、T細胞および抗原提示能をもつ樹枝状細胞(DC)の加齢変化を検討した。これらの結果から、歯髄においても特有な局所免疫機構(細胞性免疫開与)が存在することが示唆された。しかしながら、T細胞あるいはDCなどは循環系の細胞であり、これらの細胞の動態は末梢血流の動態を反映しているにすぎない可能性がある。したがって、歯髄特有の局所免疫機構の証明には、歯髄に固有な細胞(歯髄固有細胞あるいは象牙芽細胞など)が積極的に免疫応答に関与するかを検索する必要があ。とくに、細胞性免疫の関与を証明するには、T細胞と組織固有の細胞の相互関係は重要な因子となる。その代表として、近年、T細胞のホーミング機構が注目されている。そこで、本年度は歯髄の短期間器官培養システムを用い、免疫関連刺激に対する歯髄固有細胞あるいは象牙芽細胞上でのクラスII抗原およびT細胞ホーミングレセプターのリガンドであるICAM-1の発現様式を検索した。具体的には、器官培養は10%牛胎児血清添加DMEM培地を用い、2472時間培養したものを試料とした。刺激源として、炎症性メディエーターとして知られるインターフェロン-gamma(ヒト・リコンビナント;IFN)を培地に添加したものを実験群とした。IFN添加群では、象牙芽細胞にクラスII抗原およびICAM-1抗原の表出を認めた。これらの所見は、無添加群(対照群)ではみられなかった。したがって、象牙芽細胞は免疫応答の場であることが示唆された。この知見は、歯髄免疫機構でひじょうに有益なものである。すなわち、象牙芽細胞が潜在的にクラスII抗原およびICAM-1抗原を保持していることは、象牙芽細胞が潜在的にクラスII抗原およびICAM-1抗原を保持しているということは、象牙細管からの抗原刺激に対して即座に免疫反応を開始できることを意味する。尚、加齢にともなう変化は現在検索中である。
新規ボウル型カルベン配位子を活用した高反応性ニッケル錯体の開発

メタフェニレンデンドリマー骨格を活用したボウル型カルベン配位子を有する様々な遷移金属錯体を合成した。ニッケル・パラジウムを有する錯体は、それぞれアルキンの三量化や鈴木-宮浦クロスカップリングの触媒として機能した。銀錯体は、カルベン供与体として機能し、種々の遷移金属錯体の良好な前駆体となることが明らかとなった。本研究は、配位金属周辺に基質との反応空間を確保しつつ、分子全体としてのかさ高さを有する新規なボウル型カルベン配位子を開発し、その配位子の特性を活用して配位不飽和0価ニッケル錯体を合成し、その反応性を明らかにすることを目的として研究を行った。まず、末端の芳香環上にメチル基を有するm-テルフェニル基が窒素上に導入されたボウル型カルベン(ITmt)を合成し、それと0価ニッケル源であるNi(cod)_2との反応を行った。種々検討したところ、ITmtとM(cod)_2を1:1のモル比で反応させると、新規なニッケル錯体が効率よく生成することが分かった。NMR解析から、得られた化合物は、一つのITmtおよびcodがニッケルに対し配位した錯体であると考えられる。次に、さらによりキャビティサイズの大きな配位子として、テルフェニル基の代わりにm-キンケフェニル基を有する新規なボウル型カルベン(ITmq)を合成した。このITmqとNi(cod)_2との反応を検討したところ、ITmtの場合と同様に、カルベンとcodがニッケル上に配位したと考えられる化合物が得られることが分かった。これらの結果は、窒素上にメシチル基を有するカルベン(IMes)とNi(cod)_2との反応で、二つのcodがニッケル上から脱離し、二つのカルベンが配位した0価ニッケル錯体((IMes)_2Ni)が得られることとは対照的であり、配位金属周辺に比較的大きな空間を有するというボウル型カルベンの特徴を反映したものと考えられる。また、カルベン供与体として有用なカルベン銀錯体の合成も行った。得られた銀錯体と2価パラジウムとの反応では、効率よくカルベントランスファーが起こり、対応するパラジウム錯体が得られた。本年度は、0価Ni源を用いたボウル型カルベン配位子を有するNi錯体の合成に加えて、同配位子を有する2価ニッケル錯体の合成およびそれを用いた0価錯体の合成を目的として種々検討した。また、Niと同族のPd錯体の反応性を明らかにした。0価Ni源としてNi(cod)_2を用い、末端の芳香環上にメチル基を有するボウル型カルベン(ITmt)との反応を行ったところ、Niに対し一つのITmtおよびcodがNiに対し配位した錯体が得られた。また、キャビティの大きいボウル型カルベン(ITmq)の場合も同様の結果であった。ITmtを有する錯体について、種々反応性を検討したところ、触媒的アルキンの三量化反応が効率よく進行することが分かった。炭素-水素結合や炭素-酸素結合の切断反応は、室温付近では反応は全く進行せず、加熱条件では錯体の分解が見られた。次に、2価錯体の合成を目指し検討を行った。種々の2価ニッケル源とITmtの反応では、目的の生成物は単離できなかった。そこで、カルベン供与体としてカルベン-銀錯体(ITmtAgCl)との反応を検討した。ITmtAgClは、Ir、Pd、Auといった金属に対しては、良好なカルベン供与体として機能するものの、Niを用いた場合は意外なことに目的物は得られなかった。ボウル型カルベン配位子の特性を明らかにするべく新規なITmtPdCl_2を用い、触媒的鈴木-宮浦カップリング反応を検討した。種々のArBrとPhB(OH)_2の反応を最適化したところ、DMF溶媒、塩基としてCs_2CO_3を用いた場合30°Cで速やかに進行し、高収率でビアリールが得られた。興味深いことに、反応温度を50°C以上にすると触媒種が速やかに失活した。これらより、ボウル型カルベンITmtは従来のカルベンに比べ金属錯体の熱安定性が低いものの、触媒反応にも活用できることが期待できる。