hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胃粘膜上皮の相互依存的機能構築機序とその機序崩壊に伴うピロリ菌接着能の発現

胃粘膜上皮は酸分泌壁細胞、ペプシノゲン分泌主細胞、粘液分泌細胞など、約11種の高次機能細胞から構成されている。我々は、胃粘膜上皮の機能は異なる細胞どうしが相互依存的に接触や傍分泌情報を与え合うことによって構築され、一つの細胞型が増殖、あるいは欠落すると、その細胞群のみならず、他の細胞群も消失し、最終的に粘膜は未分化細胞群に置き替わると考えている。ピロリ菌が胃粘膜上皮(GSM)に感染すると、GSM細胞は脱落し、その母細胞集団が増殖し、腺部の胃酸分泌細胞、ペプシノゲン分泌細胞は徐々に脱分化・脱落する。すなわち、胃粘膜増殖帯上部では壁細胞とGSM細胞、下部では壁細胞と粘膜頚細胞、主細胞間に相互依存的機能維持機構が存在し、一つの細胞型が障害をうけると他の細胞型も機能不全となって、粘膜委縮が始まると考えている。我々はこの機能維持機構の崩壊にピロリ菌感染で分泌が亢進するガストリンが関与すると考え、高ガストリン血症マウスを作成した。このマウスの胃粘膜は正常の数倍の高さに伸長していたが、壁細胞と主細胞から成る腺部は逆に縮小していた。またGSM06培養細胞をガストリン存在下で培養すると、ガストリン受容体発現が上昇し、増殖が促進した。従って細胞増殖刺激によりGSM細胞の機能が低下し、結果的には壁細胞も脱分化することが明らかとなった。我々はカルシウム依存性蛋白分解酵素カルパインの4種類のアイソフォーム、mCL、μCL、nCL2、nCL4が胃粘膜に存在し、nCL2はTop-pit、mCLは増殖帯より上部のpit細胞、μCLは壁細胞領域、nCL4は主細胞領域に発現していることを見出した。nCL2はカルパインのインヒビター、カルパスタチンは胃粘膜増殖帯からmid-pit領域で強く発現、mCLとオーバーラップしている。GSM細胞はカルパスタチンの発現が消失するとカルパインが活性化され、細胞間の接着が緩み、胃内腔に脱落すると考えられる。アデノウィルスベクターでカルパスタチンをGSM細胞に高発現させると細胞移動が抑制される。カルパインは細胞間接着因子群エズリン、タリン、Rhoなどを分解することが知られているのでpit細胞が胃内腔に脱落する段階で作用していると考えられる。胃粘膜上皮は酸分泌壁細胞、ペプシノゲン分泌主細胞、粘液分泌細胞など種々の高次機能をもつ細胞群から構成されている。申請者らは、粘膜上皮の機能は各細胞型が相互依存的にそれぞれの機能を支え合うことによって構築されていると考えている。例えば、壁細胞欠損マウスでは壁細胞の消失のみならず、主細胞その他の細胞型も消失し、粘膜は未分化細胞群に置き替わる。最近、この未分化細胞はシアル酸含有糖鎖を発現し、ピロリ菌との接着性を示すことが報告された。我々は、胃粘膜増殖帯上部の壁細胞と被蓋上皮(GSM)細胞、下部の壁細胞と主細胞間に相互依存的機能維持機構が存在し、この維持機構が崩壊すると萎縮性胃炎の状態となると考えている。

そこでまず相互依存的機能維持機構を示すために、ラット胃粘膜主細胞における前駆体切断酵素フューリンとその基質であるTGFβ、壁細胞におけるTGFβ受容体の局在発現を明らかにした。このデータに基づき壁細胞と主細胞間相互依存性を消失させるために腺部の壁細胞で、セリン/スレオニンキナーゼ領域を除いたTGFβII型受容体(△TGFβRII)を壁細胞特異的に過剰発現させた遺伝子導入マウスの作成を開始した。胃粘膜上皮は酸分泌壁細胞、ペプシノゲン分泌主細胞、粘液分泌細胞など、種々の高次機能をもつ細胞群から構成されている。申請者らは、胃粘膜上皮の機能は各細胞型が相互依存的にそれぞれの機能を支え合うことによって構築され、特定の細胞が増殖、あるいは欠落すると、その細胞型のみならず、その他の細胞型も消失し、粘膜は未分化細胞群に置き替わる。ピロリ菌が胃粘膜上皮(GSM)に感染すると、GSM細胞回転が増加し、腺部の胃酸分泌細胞、ペプシノゲン分泌主細胞は徐々に脱分化の性状を示し、機能が低下する。すなわち、胃粘膜増殖帯上部では壁細胞と被蓋上皮(GSM)細胞、下部では壁細胞とネック細胞、主細胞間に相互依存的機能維持機構が存在し、この維持機構が崩壊すると萎縮性胃炎の状態となると考えている。我々はこの機能維持機構の崩壊にピロリ菌感染で分泌が亢進するガストリンが関与すると考え、高ガストリン血症マウスを作成した。このマウスの胃粘膜は正常の倍の高さに伸長していたが、壁細胞と主細胞から成る腺部は逆に縮小していた。またGSM06培養細胞をガストリン存在下で培養すると、ガストリン受容体発現が上昇し、増殖が促進した。次にGSM細胞に特異的に発現する蛋白としてカルパイン蛋白分解酵素nCL2を見出した。nCL2は胃粘膜被蓋上皮に特異的に発現しており、GSM細胞回転を制御していると推測される。今後GSM細胞におけるnCL2に機能を明らかにする。申請者らは、胃粘膜上皮の機能はそれぞれの細胞どうしが相互依存的に機能を支えあうことによって構築され、特定の細胞が増殖、あるいは欠落すると、その細胞型のみならず、その他の細胞型も消失し、粘膜は未分化細胞群に置き替わると考えている。ピロリ菌が胃粘膜上皮(GSM)に感染すると、GSM細胞は脱落し、その母細胞群の細胞回転が盛んになり、腺部の胃酸分泌細胞、ペプシノゲン分泌細胞は徐々に脱分化、脱落し、機能が低下する。すなわち、胃粘膜増殖帯上部では壁細胞とGSM細胞、下部では壁細胞とネック細胞、主細胞間に相互依存的機能維持機構が存在し、この維持機構が崩壊すると粘膜委縮の状態となると考えている。このマウスの胃粘膜は性状の倍の高さに伸長していたが、壁細胞と主細胞から成る腺部は逆に縮小した。この研究の遂行中に、我々はカルパイン蛋白分解酵素nCL2がGSM細胞に特異的に発現していることを見出した。nCL2は胃粘膜のTop-pit領域に強く染色される。これに対して、カルパインのインヒビター、カルパスタチンは胃粘膜増殖帯からmid-pit領域で強く発現している。GSM細胞はカルパスタチンの発現が消失するとカルパインが活性化され、細胞間の接着が緩み、胃内腔に脱落すると考えられる。
雇用形態別に見た企業における組織的公正と従業員への健康影響に関するコホート研究

本研究では,企業における組織的公正(手続き的公正および相互作用的公正)が従業員の心身の健康に与える影響について検討するとともに,これらの関連が雇用形態(正規社員/非正規社員)によって異なるかを検討するために,製造業の2つの工場に勤務する従業員約3,000名を対象に,1年間の前向きコホート研究を実施した。本研究では,企業における組織的公正(手続き的公正および相互作用的公正)が従業員の心身の健康(心理的ストレス反応や,高血圧,脂質異常症,糖尿病など,虚血性心疾患と関連する身体的健康指標)に与える影響を雇用形態別(正規社員/非正規社員別)に明らかにすることを目的として,1年間の前向きコホート研究を実施した。今年度は,昨年度にベースライン調査を実施した製造業の2つの工場に勤務する従業員を対象にフォローアップ調査を実施した。3,121名(男性2,262名,女性859名:フォローアップ率90.2%)が回答し,このうち,少数であった男性非正規社員(28名)およびデータに欠損値のあった50名を除外した,3,015名(男性正規社員2,185名,女性正規社員324名,女性非正規社員506名)を解析対象とした。その結果,男性正規社員および女性社員において,手続き的公正および相互作用的公正(が低いこと)と心理的ストレス反応(K6得点≧5点)との間に有意な関連が認められ,とくに男性正規社員では,ベースライン時の心理的ストレス反応を調整後も有意であった。また,女性社員においては,手続き的公正(が低いこと)と高血圧(収縮期血圧140mmHg以上/拡張期血圧90mmHg以上)との関連が有意傾向にあり,この関連はベースライン時の高血圧の有無を調整しても同様であった。更に女性社員を雇用形態別に分類した場合,高トリグリセリド血症(150mg/dL以上)に対する雇用形態と相互作用的公正との交互作用に有意傾向が認められ,正規社員は非正規社員に比べ,相互作用的公正と高トリグリセリド血症との関連がより強かった。尚,男女ともに組織的公正とコレステロール血症との間に有意な関連は認められなかった。本研究は今年度で終了となるが,上記の関連について強固なエビデンスを得るために,引き続き,長期的なフォローを行っていく必要がある。本研究では,企業における組織的公正(手続き的公正および相互作用的公正)が従業員の心身の健康(心理的ストレス反応や,高血圧,脂質異常症,糖尿病など,虚血性心疾患と関連する身体的健康指標)に与える影響を雇用形態別(正規社員/非正規社員別)に明らかにすることを目的として,1年間の前向きコホート研究を実施している。研究期間1年目である今年度は,製造業の2つの工場に勤務する従業員3,461名(男性2,495名,女性966名)を対象にベースライン調査を実施した。このうち,男性の非正規社員は少数(34名)であったため,解析対象から除外した。更に,データに欠損値のあった者を除外し,男性正規社員2,229名,女性正規社員351名,女性非正規社員495名のデータをベースラインデータとした解析を行った。その結果,男性正規社員において,手続き的公正(が低いこと)と,心理的ストレス反応(K6得点が5点以上と定義),高LDLコレステロール血症(140mg/dL以上と定義)との間に有意な関連が認められた。また,相互作用的公正(が低いこと)と,心理的ストレス反応,高トリグリセリド血症(150mg/dL以上と定義)との間に有意な関連が認められた。一方,女性社員においても,手続き的公正,相互作用的公正(が低いこと)と心理的ストレス反応との間に有意な関連が認められたが,身体的健康指標との間には,いずれも有意な関連は認められなかった。更に,女性社員を雇用形態別に分類した場合,心理的ストレス反応に対する雇用形態と相互作用的公正との交互作用に有意傾向が認められ,非正規社員は,正規社員に比べ,相互作用的公正と心理的ストレス反応との関連がより強かった。本研究の結果は,あくまでも横断データによる知見であるため,来年度,因果関係を特定するために,フォローアップ調査を実施する予定である。今年度予定していた,ベースライン調査に関する一連の計画(調査対象事業場の選定,予備調査,調査の準備・実施,データ入力・解析)を滞りなく遂行し,横断データで,且つ,女性に限定した解析ではあるが,本研究の目的(職場における組織的公正が損なわれた状態が,従業員の精神的不調や,各種生理指標[コレステロール,中性脂肪,血糖値など]の悪化に影響を及ぼすことを明らかにするとともに,これらの影響を雇用形態別に検討すること)に対する結果を見出すことができたことから,おおむね順調に進展していると考えられる。一方で,調査対象事業場へのフィードバックに時間を要したことから,ベースラインデータを用いた成果発表が遅れており,これらの結果を早急に公表していくことが今後の課題である。1.調査対象事業場への調査継続の確認(平成25年45月):調査対象事業場の責任者,産業保健スタッフに対し,調査の継続の可否について確認する。

継続可能な場合,新入社員を調査対象に含めるか,調査票の内容についての修正が必要かなど,事業場の希望を確認する。2.調査内容の加筆・修正(平成25年6月):調査票の内容について,調査対象事業場から加筆・修正の希望があった場合,その希望に応じ,調査票の加筆・修正を行い,最終版を作成する。3.調査の準備(平成25年7月):対象者に配付する説明文・同意書・調査票を作成する(新規参加者は同意書が必要であること,継続参加者は,フォローアップ調査のため,同意書の提出は不要である旨も通知する)。4.フォローアップ調査の実施(平成25年89月):健康診断の約2週間前に同意書・調査票を配付し,健康診断時までに記入を依頼する。健康診断時に同意書(新規参加者のみ)・調査票を回収し,血圧測定・血液検査を実施する。5.データ入力と解析・成果報告(平成25年10月平成26年3月):フォローアップ調査終了後,データ入力,クリーニング,および,統計解析を行う。調査対象事業場の要望に応じ,個人・職場へのフィードバックを行う。同時にベースラインデータとフォローアップデータを統合し,統合データを用いて,国内外の学会で成果発表するとともに,国際英文誌に論文を投稿する。当初の計画では,血液検査を実施するのに伴い,法定外項目にかかる費用(40歳未満の血液検査費用など)として500千円を計上していたが,調査対象事業場において,これらの項目が既に実施されおり,費用が生じなかったこと,また,消耗品を所属部署内の在庫で賄えたことや,フィードバック書式の印刷・封入作業を1人で行い,人件費がかからなかったことなどから,合計で約642千円を繰り越すこととなった。一方で,調査対象事業場への研究説明会や結果報告会の実施に伴い,複数の研究協力者を募り,旅費を支出したことから,当初の計画に比べ,旅費の支出が上回った。そのため,次年度は「旅費」を増額し,「その他」の費用を減額させる予定である。具体的な内訳(計2,242千円=642千円[繰越額]+1,600千円[次年度交付予定額])は以下の通りである。1.消耗品:プリンタトナー,印刷用紙等を購入するのに162千円を申請する。2.旅費:事前説明会および結果報告説明会の旅費(研究協力者を含む)として250千円を申請する。また,国内学会旅費として200千円,国際学会旅費として300千円(計750千円)を申請する。3.人件費:フィードバック書式の印刷と封入作業の人件費として130千円を申請する。4.その他:調査票印刷費として300千円,調査票回収用封筒・フィードバック書式返却用封筒の購入費・印刷費として100千円,調査票・フィードバック書式の運送費として30千円,データ入力費として550千円,国内外の学会参加費として150千円,英文校正費として30千円,論文掲載料として40千円(計1,200千円)を申請する。
電子線を用いたEUVリソグラフィの加工性能評価法の確立

量子ビーム最大の産業応用である極端紫外線(EUV)リソグラフィの利用推進を目指し、EUVレジスト性能をEUV光源に頼らず電子線(EB)リソグラフィによって評価する手法について研究を行っている。レジスト性能評価法の確立は二つのアプローチにより進められており、一つはEUVを模擬する超低エネルギーEB加速器構築によるEUV反応機構の解明、もう一つはEBとEUVの電子散乱の違いの解明である。一つ目のアプローチである超低エネルギーEB加速器構築によるEUV反応機構の解明では、EUV照射の特徴的な二次電子分布を再現するための100-200 eV程度のEB照射装置の構築を進めており、真空ポンプ・真空計などの導入・更新によりレジストへの基本的な照射が可能となった。実際に超低エネルギーEBを照射したサンプル表面を原子間力顕微鏡により観察することで、EBの進入長に見合ったナノメートルオーダーの形状の変化が確認できた。この装置はEUVとEBの線種の違いによる影響を明らかにするために必要であり、研究上重要な装置である。また、これに関連して短パルスEUVとEBをレジストに照射して化学分析を行い、生成物の違いをみる実験を実施した。もう一つのアプローチであるEBとEUVの電子散乱の違いの解明では、EUVレジスト性能をEBを用いて評価する際に必要な散乱電子影響の補正算出のため、電子散乱モンテカルロシミュレーションの検討を進めている。また、シミュレーション精度の検証のため、EB, EUV描画装置を用いて実際にナノパターニングを実施し、原子間力顕微鏡を用いて得られた現像パターンの測定に着手した。一つ目のアプローチである超低エネルギーEB加速器構築によるEUV反応機構の解明では、100-200 eV程度のEB照射装置の構築が進んでおり、真空ポンプ・真空計などの導入・更新によりレジストへの基本的な照射が可能となった。実際にレジストへの照射と原子間力顕微鏡による観察が行われており、おおむね順調に進展している。また、これに関連して行った短パルスEUVとEBをレジストに照射して生成物の違いをみる研究では短パルスEUVに特有な現象が確認されており、EUVとEBの反応機構の違いの解明が進んでいる。もう一つのアプローチであるEBとEUVの電子散乱の違いの解明では、電子散乱モンテカルロシミュレーションの検討を進めているが、1 keV未満のエネルギーの電子を計算に入れ込むことにはまだ成功していない。シミュレーションコードの開発チームとも連絡を取り合い進めているがこの点ではやや遅れが見られる。また、シミュレーション精度検証のため実施したEB, EUV描画装置によるナノパターニングに関しては、詳細な現像パターン測定が進んでおり、シミュレーション結果との比較に向けおおむね順調に進展している。一つ目のアプローチである超低エネルギーEB加速器構築によるEUV反応機構の解明では、構築した超低エネルギーEB照射装置を用いてレジストサンプルへの照射を行い、形状観察・化学分析を実施する予定である。構築した装置で照射したサンプルでは深さ数十ナノメートルまでの最表面のみしか化学変化しないため、それに適した原子間力顕微鏡による観察やX線光電子分光による分析を行い、EUVとEBの反応の違いの解明を進めていく。もう一つのアプローチであるEBとEUVの電子散乱の違いの解明では、これまで一般に行われてきた1 keV以上のエネルギーの電子が対象のモンテカルロ電子散乱シミュレーションに加え、1 keV未満のエネルギーの電子を取り込んだ形のシミュレーションの検討を進めていく。これに関してはシミュレーションコードの開発チームとの協力が必要である。また、EB, EUV描画装置によるナノパターニングに関しては原子間力顕微鏡を用いた詳細な現像パターン測定を行っている最中であり、今後は実際の現像パターンとシミュレーションでの計算結果を比較し、感度や解像度といったレジスト性能の評価精度の向上を目指していく。

実際にレジストへの照射と原子間力顕微鏡による観察が行われており、おおむね順調に進展している。また、これに関連して行った短パルスEUVとEBをレジストに照射して生成物の違いをみる研究では短パルスEUVに特有な現象が確認されており、EUVとEBの反応機構の違いの解明が進んでいる。もう一つのアプローチであるEBとEUVの電子散乱の違いの解明では、電子散乱モンテカルロシミュレーションの検討を進めているが、1 keV未満のエネルギーの電子を計算に入れ込むことにはまだ成功していない。シミュレーションコードの開発チームとも連絡を取り合い進めているがこの点ではやや遅れが見られる。また、シミュレーション精度検証のため実施したEB, EUV描画装置によるナノパターニングに関しては、詳細な現像パターン測定が進んでおり、シミュレーション結果との比較に向けおおむね順調に進展している。一つ目のアプローチである超低エネルギーEB加速器構築によるEUV反応機構の解明では、構築した超低エネルギーEB照射装置を用いてレジストサンプルへの照射を行い、形状観察・化学分析を実施する予定である。構築した装置で照射したサンプルでは深さ数十ナノメートルまでの最表面のみしか化学変化しないため、それに適した原子間力顕微鏡による観察やX線光電子分光による分析を行い、EUVとEBの反応の違いの解明を進めていく。もう一つのアプローチであるEBとEUVの電子散乱の違いの解明では、これまで一般に行われてきた1 keV以上のエネルギーの電子が対象のモンテカルロ電子散乱シミュレーションに加え、1 keV未満のエネルギーの電子を取り込んだ形のシミュレーションの検討を進めていく。これに関してはシミュレーションコードの開発チームとの協力が必要である。また、EB, EUV描画装置によるナノパターニングに関しては原子間力顕微鏡を用いた詳細な現像パターン測定を行っている最中であり、今後は実際の現像パターンとシミュレーションでの計算結果を比較し、感度や解像度といったレジスト性能の評価精度の向上を目指していく。超低エネルギー電子線照射装置の構築段階において想定よりもレジスト試薬の消費量が少なく、見積もっていたよりも少ない試薬購入量で研究を進めることができた。次年度に持ち越して、翌年度分として請求した助成金と合わせ、試薬の購入・原子間力顕微鏡に用いる測定用消耗品の購入・モンテカルロシミュレーション計算用のコンピュータ購入などに充てる予定である。
大規模なネットワークフロー問題に対する効率的なアルゴリズムの開発に関する研究

大規模なネットワークフロー問題は線形制約を持つ凸計画問題に定式化される.本研究の目的は,この様な問題に対する効率のよいアルゴリズムを開発し,その有用性を数値実験で確かめることであった.凸計画問題に対する双対解法に乗数法,近傍点法等があるが,本研究では大規模ネットワークフロー問題の重要な例題である多品種流問題に主双対近接点法を適用した.この方法は,従来の主双対近接点法と異なる手順で拡張ラグランジュ関数の鞍点を計算するため,双対最適化に準ニュートン法を直接適用することが可能となっている.また,拡張ラグランジュ関数を構成する際,各品種の流れの総和に関する制約条件のみを緩和しているので,仮にアルゴリズムの反復を途中で打ち切っても,その時点で得られている近似解は,少なくとも各品種ごとの流れ保存条件を満たすことが保証されるが,これは実際の応用上非常に好ましい性質である.また,このアルゴリズムの効率を調べるために,FORTRAN77を用いてコード化し数値実験を行ったが,それによるとかなりのサイズのテスト問題を実用的な時間で解くことができることがわかった.大規模なネットワークフロー問題は線形制約を持つ凸計画問題に定式化される.本研究の目的は,この様な問題に対する効率のよいアルゴリズムを開発し,その有用性を数値実験で確かめることであった.凸計画問題に対する双対解法に乗数法,近傍点法等があるが,本研究では大規模ネットワークフロー問題の重要な例題である多品種流問題に主双対近接点法を適用した.この方法は,従来の主双対近接点法と異なる手順で拡張ラグランジュ関数の鞍点を計算するため,双対最適化に準ニュートン法を直接適用することが可能となっている.また,拡張ラグランジュ関数を構成する際,各品種の流れの総和に関する制約条件のみを緩和しているので,仮にアルゴリズムの反復を途中で打ち切っても,その時点で得られている近似解は,少なくとも各品種ごとの流れ保存条件を満たすことが保証されるが,これは実際の応用上非常に好ましい性質である.また,このアルゴリズムの効率を調べるために,FORTRAN77を用いてコード化し数値実験を行ったが,それによるとかなりのサイズのテスト問題を実用的な時間で解くことができることがわかった.
ライフスタイルを考慮した運動パターンの違いによる腸内フローラの比較

本研究では、長期の習慣的運動モデルマウスを用いて、習慣的運動と腸内フローラの関わりを明らかにし、さらにヒトのライフスタイルを考慮した運動のパターン化による腸内フローラの変動について比較・検討することを目的とした。運動は自発運動とし、6ヶ月(24週)の期間、運動パターンを変え、長期習慣的運動(Ex)群、12週目から運動装置を外した運動停止(ExS)群、12週目から回転車を3日に一回とめた(ExA)群、同様に12週目から運動装置を装着した(SeX)群の4群とし、期間中通常ケージにて飼育した非運動(Se)群をコントロールとしてq R-T PCR法を用い腸内細菌叢の比較を行った。その結果、体重増加率はSe群に比べ全運動群で有意に低値を示したが、ExA<Ex<SeX<ExSの順で増加率が上昇した。次に体重当たりの白色脂肪細胞量はSe群に対してEx群およびExA群が有意に低値を示し、赤筋重量はSe群に対し全運動群で増加し、ExS<Ex<SeX<ExAの順で肥大していた。これらの要因から、Ex群のように長期間持続的に運動を行うよりも、3日に1回等のリズムを持った運動負荷がより筋肉増加に効果的であると考えられた。SeX群で赤筋量が増加した理由は、運動開始時には体重が増加しており、この体重量が負荷に影響したと考えられた。次に腸内細菌叢は、主要4門の相対存在比を求めた結果、Actinobacteria門が24週でSe群に対して全運動群で有意に低値を示した。更に、赤筋量に有意差が見られたExA群で18,24週でFirmicutes門,Bacteroidetes門の優勢菌が逆転し、SeX群も24週で同様の結果が得られた。これらのことから優勢菌叢が逆転する背景には、運動の負荷量が関わっている可能性が示唆された。本研究課題終了後は科,属レベルでも検討し、どの運動パターンが健康により効果的か探る。本研究は、4年間の計画で進めており、本年度は、長期習慣的モデルマウスを用い、6か月間、運動群と非運動群に分け飼育し、スタート前、運動量のターニングポイント(運動がピークとなる4週、一定に差し掛かる12週、一定中の真ん中にあたる18週、解剖直前の24週)での糞の採取を計5回行い、腸内細菌叢の分析を行うことを目的とし、現在、長期飼育の最終月を迎えている。現在までに得ている結果は、この実験に入る前の予備実験として行った、週齢の違い、および朝・昼・夜の採取時間帯による腸内細菌叢の変化である。これらの腸内細菌叢の変化として4門であるFirmicutes、Bacteroidetes、Actino-bacteria、Proteobacteriaについて検討した。その結果、性成熟前の5週齢および性成熟後の11週齢を検討したところ、Firmicutes、Bacteroidetesには差は見られず、Actinobacteriaは11週齢で5週齢に比べ多くなる傾向があることが分かった。Proteobacteria門については、データを得ることができなかったため、現在DNA抽出法から再検討している。また、朝・昼・夜の時間帯の違いについても、Actinobacteria門が昼に対して夜に有意に低値を示したため、一日の糞を摂取する必要があることが明らかとなった。これらの基礎データより、現在、ターニングポイントでの一日の糞採取および、DNA抽出法から再検討しProteobacteria門の解析の確立を行っている。運動器具が特注であり、採択されたのちの注文であったため、時間を要したこと、および、運動器具の調子を確認するために、予備飼育が必要になったこと。使用するマウスの需要が多く、手に入るのに時間を要したことなどの理由により当初の計画より、やや遅れている。生涯にわたりQOL(Quality of Life)を高めた生活を送るためには、ライフステージにおける「運動」と「栄養」のバランスを保ったマネジメントが重要となる。近年、腸内フローラと病態に関する研究が飛躍的に進む中で、腸内フローラの充実を図ることが免疫の向上、さらに様々な疾病予防に繋がるとされ、特に食からのアプローチが際立っている。そこで本研究では、ヒトでは腸内フローラに影響を与える要因が多く存在し、運動そのものの評価が難しいため、長期の習慣的運動モデルマウスを用いて、習慣的運動と腸内フローラの関わりを明らかにすること、さらにヒトのライフスタイルを考慮した運動のパターン化による腸内フローラの変動について比較・検討することを目的とし、2年間研究を進めてきた。運動器具の購入に時間を要したこともあり、計画より遅れているが、2年目は、1年目に集めた糞便の菌叢(4門)の解析および、新たに6か月間マウスを飼育し、運動を行うが、人であると働き出す年齢に差し掛かった時に、運動を全くしなくなったことを想定し、運動器具を止めてしまう、つまり運動→非運動とした群を作り、運動群、非運動群も含めた3群での検討を行った。その結果、マウスは活動量に応じて摂食量が変化し、運動をしなくなった群では、摂食量が落ち始め、体重も運動群に比べて上昇し、非運動群との間に体重の有意差は見られなくなった。小腸、大腸の長さや重量については群間で変化は見られず、一日のトータル便量についても有意な差は見られなかった。

また、1年目の糞便の菌叢解析(4門)については、昨年同様、もっとも割合の少ないProteobacteria門が検出されないため、近年主流である次世代シーケンサーを用いた菌叢解析について検討していくことを視野に入れ、検討を進めていきたい。1年目で運動器の購入に時間を要したこと、さらに2年目は運動器の不具合が発生し正確な運動量を測定することができなかった。よって、運動器を修理してもらい、本年度再検討が必要になってきている。生涯にわたりQOLを高めた生活を送るためには、ライフステージにおける「運動」と「栄養」のバランスを保ったマネジメントが重要となる。近年、腸内フローラと病態に関する研究が飛躍的に進む中で、腸内フローラの充実を図ることが免疫の向上、さらに、様々な疾病予防に繋がるとされ、特に食からのアプローチが際立っている。そこで本研究では長期の習慣的運動モデルマウスを用いて、習慣的運動と腸内フローラの関わりを明らかにすること、さらにヒトのライフスタイルを考慮した運動のパターン化による腸内フローラの変動について比較・検討することを目的とし、研究を進めてきた。昨年度は、子供のころ運動をしていたが、働き始めて運動をしなくなった人のパターンを考え、12週から運動を止めた群(Ex-S群)、長期習慣的運動群(EX群)、コントロール群(Se群))で腸内細菌叢の4門の相対存在比を比較した。その結果、運動量がピークとなる4週間目にEx群でBacteroidetes門が有意に低値を示したが、その他の週では、3群間で違いがみられなかった。このことから長期の習慣的運動が腸内細菌叢の4門に影響を及ぼすよりも、むしろ、運動強度が4門の比率を変化させる可能性が強まった。よって、今後は4門以外に属、科、種レベルで違いがないか確認する必要性があり、来年度は予算許す限り、次世代シークエンサーを用いた解析を行い、長期の習慣的運動や運動パターンの違いが腸内細菌叢に及ぼす影響を明らかにしていきたい。1年目に運動器具購入に時間を要したこと、さらに2年目で運動器具の不具合の発生や、4門のうちのproteobacteria門が検出されないなどの不測の事態が発生し、当初の計画より大幅に遅れを取っていた。本研究は長期習慣的運動を検討しているため、マウスの飼育期間は6ヶ月を要し、一年で最大でも2サイクルの飼育となるため、なかなか後れを取り戻すのに時間を要した。昨年は運動器具の不具合などもなく、順調に2サイクル飼育できたため、少しずつ後れを取り戻している。昨年までで、長期習慣的運動群(Ex群)と、途中で運動を止めた(EX-S)群との比較が終了した。最終年度である本年度は、2日に1回運動を止め、週に2回程度の運動パターンを視野に入れた検討を行っていく。最終年度は解析を中心としたまとめの年としていたが、実験と並行しながら解析を行い、運動パターンの違いが腸内フローラに影響を及ぼすか否かを明らかにしていく。本研究では、長期の習慣的運動モデルマウスを用いて、習慣的運動と腸内フローラの関わりを明らかにし、さらにヒトのライフスタイルを考慮した運動のパターン化による腸内フローラの変動について比較・検討することを目的とした。運動は自発運動とし、6ヶ月(24週)の期間、運動パターンを変え、長期習慣的運動(Ex)群、12週目から運動装置を外した運動停止(ExS)群、12週目から回転車を3日に一回とめた(ExA)群、同様に12週目から運動装置を装着した(SeX)群の4群とし、期間中通常ケージにて飼育した非運動(Se)群をコントロールとしてq R-T PCR法を用い腸内細菌叢の比較を行った。
第一原理太陽電池材料シミュレーターの開発と革新的太陽電池材料のデザイン

高効率エネルギー変換を実現するために、第一原理電子状態計算とショックレー・クエイサー理論によるエネルギー変換効率を組み合わせた太陽電池材料シミュレーターを開発した。従来の局所密度近似による第一原理計算ではバンドギャップエネルギーの過小評価が太陽電池材料の計算において問題となっていたが、QSGW法など局所近似を超える電子状態計算を取り入れ、高精度の太陽電池材料設計を可能とした。開発した方法を用いて、中間バンド型太陽電池材料、タンデム型太陽電池材料、全酸化物ヘテロ構造太陽電池材料など、環境調和性の高い材料の組み合わせにより高効率太陽電池材料をデザインした。H26年度は第一原理太陽電池材料シミュレーターの基礎的な開発を行った。古典的なShockley-Queis ser(SQ)理論では、太陽電池の変換効率を(1)単一pn接合、(2)簡単化した光吸収係数、(3)電子-正孔の急速な熱緩和、(4)非輻射再結合過程の無視、を前提としているが、今年度はまず(2)について第一原理による光吸収係数を効率計算に取り入れた。光学特性の計算に用いたHybrid法(HSE06法)は高精度の光学特性計算法として知られているが、本研究によりFeカルコゲナイド系についてはバンドギャップの予測能力が十分でないことが明らかになった。さらに高精度な光吸収係数の計算法として小谷(鳥取大)によるQSGW法を用いることを検討し、試行的な計算として近年実験的に合成されたbeta-CuGaO2の光学特性を評価した。古典的なShockley-Queisser(SQ)理論を光吸収係数の第一原理計算と組み合わせ、現実的な物質パラメーターを用いたエネルギー変換効率のシミュレーターを開発している。これまでに電子状態および光吸収係数の計算に用いてきたハイブリッド法に加えて、さらに高精度な計算法であるGW法を用いた計算を系統的に行い、シミュレーターとしての有用性を確認した。具体的には、50種類程度の半導体や酸化物の系にGW法を適用し、バンドギャップエネルギー、バンド構造、有効質量など太陽電池特性を左右する物性パラメーターをどの程度再現できるかを調べた。その結果、GW法は0.20.3eV程度バンドギャップエネルギーを系統的に過大評価することが明らかとなった。この課題評価を補正する実用的な方法として、GW法にLDAを20%混合する、新しいハイブリッド法を太陽電池材料のシミュレーションに使用することを提案した(D. Deguchi et al., Jpn. J. Appl. Phys. 55 (2016) 051201)。開発した新しいハイブリッド法を、近年低コスト太陽電池材料として注目されている有機-無機ペロブスカイトやカルコパイライト系の材料に適用し、タンデム型太陽電池として高効率が期待できる組み合わせを提案した。また、開発中の第一原理太陽電池シミュレーターを、酸化物太陽電池材料として合成がすすみつつある擬ウルツ鉱型CuGaO2について適用し、その太陽電池材料としての可能性を検討した。半導体の太陽電池としての特性は、バンドギャップエネルギーにより大きく左右される。そのため、材料の太陽電池としての性能を第一原理電子状態計算に基づき評価するためには、バンドギャップエネルギーを正確に再現することが必須となる。バンドギャップエネルギーは従来の局所密度近似(LDA)や一般化勾配近似(GGA)では十分よく再現できないことが知られており、それらの方法をのりこえたGW法の開発が活発に行われてきている。今年度の研究では、ecaljパッケージ(https://github.com/tkotani/ecalj)に実装されているQSGW法による電子状態計算を系統的に進めることができ、その結果、第一原理太陽電池シミュレーターとして使用するには、従来のLDAとQSGWを2:8の比率で混合したハイブリッド法が適切であるという知見を得た。本ハイブリッド法は経験的な方法となるが、計算コストの観点からは有用性が認められ、太陽電池シミュレーターとして想定以上に実用的な提案が出来たことから、「当初の計画以上に進展している」とした。また、得られた新しいハイブリッド法を実際に有機/無機ペロブスカイト材料や様々なカルコパイライト材料に適用し、タンデム型太陽電池として最適と考えられる組み合わせを提案できたことも、当初予定より以上に進展した結果である。本研究課題ではこれまでに、ショックレー・クエイサー(SQ)理論に基づく効率計算、QSGW法による電子状態の精密計算などを用い、第一原理電子状態計算に基づく高効率太陽電池材料のシミュレーターの開発を進めてきた。最終年度であるH28年度には、これまでの知見を総合し、近年になって合成された擬ウルツ鉱型CuGaO2(CGO)に注目し、環境調和性の高い全酸化物太陽電池材料のデザインの為に、以下の3点について計算とデザインを行った。(1)「バンド構造の精密計算とSQ理論による効率限界の計算」:結晶構造の精密な最適化を行い、CGOの計算には従来のHSE06計算で用いられているαパラメーターの微調整が必要であることを明らかにした。α=0.35とすることで、結晶構造と同時にバンドギャップをよく再現することができ、SQ理論によると薄膜においても25%程度の効率を達成する可能性があることが示唆された。(2)「p型伝導の起源とn型化の可能性の検討」:格子欠陥や不純物の形成エネルギーの精密計算とCOHPと呼ばれる方法による化学結合解析に基づき、実験で観測されているp型伝導がCu空孔による可能性が高いことを突き止めた。

同時に、Cu空孔の形成が非常に簡単に起こることから、不純物の添加によってもn型化することが非常に困難であることを指摘し、可能性の高い不純物としてCdを提案した。(3)「ZnOとの界面を用いたヘテロ構造太陽電池の提案」:CGOのn型化が難しいことから、本物質においては通常のpn接合による太陽電池の実現は困難である。しかし、ZnOとCGOの界面がタイプ2であることを第一原理計算により明らかにし、このヘテロ界面を用いることで全酸化物環境調和太陽電池の作成が可能であることを指摘した。高効率エネルギー変換を実現するために、第一原理電子状態計算とショックレー・クエイサー理論によるエネルギー変換効率を組み合わせた太陽電池材料シミュレーターを開発した。従来の局所密度近似による第一原理計算ではバンドギャップエネルギーの過小評価が太陽電池材料の計算において問題となっていたが、QSGW法など局所近似を超える電子状態計算を取り入れ、高精度の太陽電池材料設計を可能とした。開発した方法を用いて、中間バンド型太陽電池材料、タンデム型太陽電池材料、全酸化物ヘテロ構造太陽電池材料など、環境調和性の高い材料の組み合わせにより高効率太陽電池材料をデザインした。目標としていたSQ理論に第一原理計算による光吸収特性を組み込むプログラムについては完成し、一連の環境調和型太陽電池材料に適用することが出来た。また、第一原理計算に用いたHSE06法が系によっては光学特性の予測能力が低下することを見いだし、QSGW法の導入をおこなった。現在は光吸収係数の計算については十分な精度を有する計算が可能となっている。一方、検証実験については実験グループに具体的な実験を提案するところまでは至らず、次年度以降の課題となる。電子-正孔の再結合過程の考慮については方法論の検討のみ実行し、計画通りではあるがプログラム作成には至っていない。このことから達成度を「おおむね順調に進展している」とした。H28年度は最終年度であり、これまでに得られた知見を総合し第一原理太陽電池材料シミュレーターとして統合する。H27年度はGW計算の実用性を確認するという点では想定以上の進展が見られたが、半導体中のキャリアの再結合寿命(直接過程、オージェ過程、Shockley-Read-Hall過程)の第一原理計算については予備的な計算の途中である。H28年度の前半は、再結合寿命の計算について再検討しGW法に基づく第一原理的な取り扱いがどの程度現実かを再検討し、場合に依ってはモデル計算を併用する半経験的な手法を検討する。開発したシミュレーターを環境調和性が高く安価に作成可能な半導体系(例えば、ZnO-ZnS, ZnO-ZnTe, ZnO-GaN, CuFeS2-CuGaS2, CuFeS2-CuAlS2など)の混晶系に適用する。とくに、これらの混晶系でおこる相分離現象に注目し(参考:T. Dietl, K. Sato et al., Rev. Mod. Phys. 87 (2015) 1311)、ナノスケールでおこる自己組織化を利用した高効率太陽電池材料のデザインを実行する。特に相分離により形成された界面の電子状態に注目し、電子-正孔の再結合への影響を調査する。
関節リウマチの骨破壊の病態における活性型血小板の役割

血小板は生理学的には止血に関与することが知られているが、最近の知見から内包する液性因子や様々な膜表面タンパクを介して近傍の細胞の活性化を誘導し、様々な病態に関与し、病態に寄与する可能性がある。本検討では関節リウマチ(RA)における血小板の活性化状態、膜表面分子の発現についてさらに詳細に検討し、バイオマーカーとしての可能性および病態への寄与の可能性について追究した。対象はRA 57例、健常人16例。血小板の活性化状態はCD41+血小板表面におけるCD62P (P-selectin)の発現およびマイクロパーティクル産生をフローサイトメトリーで、血小板の形質は膜結合型TGF-beta、CD147 (emmprin)、CD142 (Tissue factor)、CD31 (PECAM-1)の発現をフローサイトメトリーで解析し、これらを発現する血小板サブセットの比率を2群間で比較した。さらにRA患者の臨床情報とこれらサブセットの比率の相関を検討した。その結果、RAでは健常人と比較し、活性型血小板の比率(P < 0.001)、MPの比率(P < 0.00001)が高値であった。またいずれの比率も血清CRP値、赤沈値、SDAIと正の相関を認めた。さらに6例の未治療RA患者における治療前後での検討では治療後にこれらサブセットの比率が低下していた。活性化マーカー以外の表面分子の発現では、RAでは健常人と比較しCD147+血小板の比率及びTGF-b+血小板の比率が高値で(それぞれP < 0.004、P < 0.004)。活性型血小板の比率との間に正の相関を認めた。以上より、RAの循環血液中では血小板が活性化され、血小板の形質変化および疾患活動性と関連し、活性型血小板は関節リウマチの疾患活動性のバイオマーカーとなるのみならず、関節リウマチの病態に関与している可能性が考えられた。昨年6月に所属が異動となり、研究環境が変化した。研究環境の再整備に時間を要したため。本研究ではこれまでの知見をもとにRA患者由来“活性型"血小板のRA病態への直接的な関与について機能的に追求する予定である。これまで血小板のRA病態への関与に着目した研究はほとんどなく、現時点でRAに特徴的な血小板サブセットの同定やその機能的役割についても検討されていない。今後機能的に滑膜細胞や破骨細胞の分化への影響を評価する予定である。これらを明らかにできれば“活性型"血小板自体のRA病態への関与を示すことができるのみならず、新規標的の同定にもつながると考える。昨年6月に異動となり、研究環境の調整が必要となったため。
電磁力の作用する粉粒体のダイナミクスとその工学問題への応用

電磁力によって粉粒体の運動を精密に制御し,工学的な価値を得るシステムには,レーザープリンターや集塵機をはじめとして様々なものがある.しかしながら粉粒体には,流体力学のような厳密な理論体系はなく,工学の現場では,経験に大きく依存する開発が行われている.また,静電力を利用して粒子の操作を行う際に問題となる粒子の帯電(分布)や付着力に関しては,いまだ不明な点が多い.本研究はこのような現状を打破し,工学的に利用可能な理論とシミュレーション技法,および計測法を構築し,さらにこれらを具体的な問題へ適用して,この分野の産業の発展に寄与することを目的としている.今年度はこの研究の2年目であり,まず計測技術の開発を行った.モデルや計算結果の妥当性を評価し,さらに計算だけでは解明できない事象を把握するために,画像処理技術を導入して,定量的な評価が可能な計測技術を開発した.つぎに,本研究成果を具体的に下記のような工学問題に適用する研究を行った.応用の第一は,レーザープリンターである.この技術は,電磁力によるトナー粒子の運動制御がキーであり,現実の問題に直接適用できる技術を開発した.応用の第二は,宇宙開発への応用である.粒子が関与するこの他の問題として,月面や火星・小惑星上に存在する粒子のサンプルリターンやISRU (In-Situ Resource Utilization)のための粒子搬送・分別,宇宙服や機器に付着するダストのクリーニングなどがあり,本研究をこれらの解決に応用した.応用の第三は,上記の月面での静電クリーナーを地上のソーラーパネルに付着する粉塵のクリーニングに応用する研究である.これは,降雨がなく水が貴重で屋外作業が過酷な中東の砂漠地帯で切望されている技術であり,申請者(川本)は中東Qatarのプロジェクトにメンターとして参画し,プロジェクトをサポートした.計測技術の開発:モデルや計算結果の妥当性を評価し,さらに計算だけでは解明できない事象を把握するために,対象を詳細に観測する技術を開発した.具体的には,(1)高速度顕微鏡カメラによる動的なその場(in-situ)観測, (2)デジタルマイクロスコープによる静的な形状測定,および(3)粒子の運動追跡による流体と粒子運動の連成測定である.工学問題への応用:上記の研究成果を具体的に下記の工学問題に適用した.具体的には,(1)電子写真:粉粒体が問題となる現像・転写プロセスに本研究の成果を適用した.このテーマは産業界の要請が高いので,現場の技術者と連携した研究を行った.(2)宇宙開発:ルナダストがソーラーパネルやレンズに堆積して機能劣化することを防ぐための静電クリーナー,月面や火星・小惑星上に存在する粒子の採取(サンプルリターン),ISRU (In-Situ Resource Utilization)のための粒子搬送・分別,宇宙服や機器に付着するダストのクリーニングなど,粉粒体が関与する問題へ,JAXAと連携して,本研究の成果を適用した.(3)メガソーラー:現在申請者(川本)がメンターとして参画している中東カタールの研究プロジェクトと連携して,砂漠の実環境における性能評価と改良を行った.来年度は本研究の最終年度であり,これまでの研究の不足部を補い,研究を集大成し,最後に,得られた研究成果を国内外に発表する.また,以下のような外部からの要請に答えるための活動も行う.すなわち,電子写真技術に関しては,国内精密機器メーカーへ技術移管する.また,某自動車メーカーや家電会社等から,粒子の静電操作に関する技術支援の依頼があるので,本研究の成果を技術移転する.宇宙開発への応用に関しては,JAXAと連携し,特に最近注目されている月面からの氷粒子のサンプリングに本研究を応用する研究を行う.メガソーラーに関しては,カタールのプロジェクトに協力し,その実用化を目指す.電磁力によって粉粒体の運動を精密に制御し,工学的な価値を得るシステムには,レーザープリンターや集塵機をはじめとして様々なものがある.しかしながら粉粒体には,流体力学のような厳密な理論体系はなく,工学の現場では,経験に大きく依存する開発が行われている.また,電磁力,特に静電力を利用して粒子の操作を行う際に問題となる粒子の帯電(分布)や付着力に関しては,いまだ不明な点が多い.本研究はこのような現状を打破し,工学的に利用可能な理論とシミュレーション技法,および計測法を構築し,さらにこれらを具体的な問題へ適用して,この分野の産業の発展に寄与することを目的としている.今年度はこの研究の初年度であり,まず基盤となる電磁粒体力学を構築し,これに必須な粒子の帯電と付着力に関して実験的な検討を行った.具体的には,帯電や衝突を繰り返しながら,粒子群が電磁界中でさまざまな機械的・電気的な力を受けて運動する動力学を体系化した.粒子の運動を非線形力学系に定式化し,これを多粒子系に発展させた.特に,シミュレーションを行うのに適したモデルを構築した.いっぽう,電磁力を利用して(特に10ミクロン以下の)小さな粒子の操作を行う際に問題となる粒子の帯電や付着力に関してはいまだ不明な点が多い.そこで,ミリカン実験に類似の装置を作成し,帯電量分布とその時間変化を測定した.さらに積分的なアプローチとして,ファラディケージを用いる方法によって,粒子郡全体の帯電量を測定した.これらを総合して,粒子に作用する静電力と静電付着力を推定した.最後に,これまでの粒子群の動特性計算に広く用いられている個別要素法の課題である計算負荷の軽減を目的として,粒子衝突時の挙動を計算することなど,既存の個別要素法を大きく改変し,汎用的なPCでも実用的な近似解が得られるシミュレーション手法を開発した.

電磁粒体力学の構築:粒子の運動を表す基礎式はニュートン則であるが,粒子群の動特性を計算するためには,粒子の接触にともなう相互作用力や機械的な力などを,現実に則して精度よく計算することが必要である.そこで本研究では,準解析的な剛体球モデルにより,この問題を軽減するアルゴリズムを構築した.粒子の帯電と付着力の解明:粒子に作用する静電力を計算するためには,粒子の帯電量とその分布を,時間変化も含めて正確に記述する必要がある.そこで,まず微分的なアプローチとして,最近発表されたサブミクロン単位の分解能で帯電分布を測定する手法を用いて帯電モデルを推定した.この問題に関しては,日本画像学会内の技術委員会と連携した.つぎに,ミリカン実験に類似の装置を作成して,帯電量分布とその時間変化を測定した.最後に積分的なアプローチとして,ファラディケージによって,粒子郡全体の帯電量を測定した.これらを総合して,粒子に作用する静電力と静電付着力を推定した.シミュレーション手法の開発:上述のように,オーソドックスな個別要素法では,粒子が接触した後の変形を逐次計算しなければならないため,時間ステップを相当短くする必要がある.さらに,電磁力が作用する場合には,粒子間の相互作用も含めて電磁力が時間の関数となるため,計算負荷が大きい.しかしながら特別な場合を除いて,粒子間の接触反力そのものが問題となることはあまりない.このため,粒子を剛体とみなして,衝撃方程式によって接触前後の速度と加速度を定める剛体球モデルによって計算時間の短縮を図った.また,周期境界条件や並列計算なども導入し,計算時間の短縮を図った.電磁力によって粉粒体の運動を精密に制御し,工学的な価値を得るシステムには,レーザープリンターや集塵機をはじめとして様々なものがある.しかしながら粉粒体には,流体力学のような厳密な理論体系はなく,工学の現場では,経験に大きく依存する開発が行われている.また,静電力を利用して粒子の操作を行う際に問題となる粒子の帯電(分布)や付着力に関しては,いまだ不明な点が多い.本研究はこのような現状を打破し,工学的に利用可能な理論とシミュレーション技法,および計測法を構築し,さらにこれらを具体的な問題へ適用して,この分野の産業の発展に寄与することを目的としている.今年度はこの研究の2年目であり,まず計測技術の開発を行った.モデルや計算結果の妥当性を評価し,さらに計算だけでは解明できない事象を把握するために,画像処理技術を導入して,定量的な評価が可能な計測技術を開発した.つぎに,本研究成果を具体的に下記のような工学問題に適用する研究を行った.応用の第一は,レーザープリンターである.この技術は,電磁力によるトナー粒子の運動制御がキーであり,現実の問題に直接適用できる技術を開発した.応用の第二は,宇宙開発への応用である.粒子が関与するこの他の問題として,月面や火星・小惑星上に存在する粒子のサンプルリターンやISRU (In-Situ Resource Utilization)のための粒子搬送・分別,宇宙服や機器に付着するダストのクリーニングなどがあり,本研究をこれらの解決に応用した.応用の第三は,上記の月面での静電クリーナーを地上のソーラーパネルに付着する粉塵のクリーニングに応用する研究である.
白血病幹細胞の増殖機構-特にその分子生物学的機構の解明に関する研究

我々は、種々のサイトカインのヒト急性骨髄性白血病(AML)の白血病幹細胞の増殖、AML細胞の種々のproto-oncogeneの発現、アポトーシスの誘導、cell cycleに及ぼす以下のような作用を明らかにした。1.TGF-β1の作用。TGF-β1はG-CSFによって支持された正常ヒト造血幹細胞の増殖は抑制せず、GM-CSF、IL-3、SCFの存在下の順で増殖抑制は増強した。白血病幹細胞の増殖に対するTGF-β1の抑制はいずれの増殖因子を用いた場合も極めて顕著であった。アンチセンスオリゴヌクレオチド、Northern blot analysisによる遺伝子発現の検討から、TGF-β1の増殖抑制作用には、c-Myc、c-Mybが関与する事が示唆された。TGF-β1は、正常造血幹細胞のうちより末分化なものをより強く抑制する事、白血病幹細胞に対する強力な増殖抑制作用は、内因性チロシンキナーゼ活性の活性化が関与する事が示唆された。又、c-kit、Fas mRNAの発現を抑制して、分化、アポトーシスと逆行する方向に作用すると思われた。2.TNF-αの作用。TNF-αは単独でAML細胞を強力にS期に導入する。しかし、単独では白血病幹細胞の増殖は支持できず、IL-3などの他のサイトカインの存在が必要である。TNF-αは、c-kit、c-jun、Fas mRNAの発現を増強し、分化、増殖の方向に作用すると考えられた。TGF-β1はこのTNF-αの強力な増殖促進作用に拮抗的に作用した。3.AML細胞のアポトーシス誘導。AML細胞を増殖因子非添加で、in vitro培養を行うと、一過性のc-jun、c-fos mRNAの発現がみられ、細胞のS期への移行、アポトーシス誘導が起こった。IL-3などの増殖因子を添加すると、c-junの低下、c-fosの増強が確認され、アポトーシスが阻止された。従って、c-jun/c-fosの比率の低下がアポトーシス阻止と関連していると考えられた。一部の症例では、AML細胞は、S期に入らず、c-junを発現せず、又アポトーシスも認めなかった。今後はさらに、cell cycleとアポトーシスの関係について、より詳細な検討が必要と考えている。(2)SCFによって支持された白血病幹細胞の増殖は、anti-GM-CSF,anti-TNF-α,anti-IL-6により完全に阻止された。以上から、GM-CSF,IL-3,SCFは強力な白血病幹細胞に対する増殖刺激作用を有するが、それ単独では支持できず、複数のシグナルが同時に存在することが必要と思われる。(3)種々のサイトカインに対する中和抗体、c-kit Asを用いた実験から、白血病幹細胞の増殖因子には、主としてauto crineに作用するもの(an-CSF,TNF-α,IL-6)とpara crineに作用するもの(G-CSF,SCF)があることが明らかになった。(4)TNF-αは、GM-CSF,IL-3により支持された白血幹細胞の増殖を刺激し、G-CSF存在下では著明に抑制し、SCF存在下では増殖を刺激するものと抑制するものがあった。