hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
天然物をリード化合物とする糖尿病薬及び抗血栓薬の創製研究

SMTP-7の合成については不斉ジヒドロキシル化反応を鍵反応とする合成経路を検討している。キラル中心を有する二環性母核を合成する反応経路を幾つか検討し、後数段階で全合成を達成できる段階に到達している。また、オルニチンの両端に様々な抗酸化剤、抗炎症剤を結合させたアナログ化合物を合成し、活性発現に必要な構造要素を探り、新規医薬品開発を目指す。有機合成化学Penasulfateの全合成は完了し、天然物で報告されているスペクトルデータと、我々が合成した化合物のそれが一致することを既に確認した。また、酵素を用いたαーグルコシダーゼ阻害活性の検証でも、既存の糖尿病薬であるアカルボースと比較して遙かに高い活性を持つことを確認できた。Schulzeineについては、一旦全合成の完成に近いところまで進んだが、その後天然物のキラル中心の同定に誤りがあったことが明らかとなり、合成計画の変更を余儀なくされた。2つのキラル中心を有する複素環骨格については、筆者らが開発した不斉アリル化による不斉合成に成功し、多量に調整する工程を確立できた。脂肪酸側鎖の合成については、これまで行ってきたWittig反応の再現性が低かったため、新たな合成経路を探索し、薗頭カップリングを用いた経路を開発した。長鎖側鎖に必要な官能基を導入した構造を既に合成しており、複素環骨格との縮合反応を残すのみである。SMTP-7の全合成に関しては、試行錯誤を経ながら、分子内に2個存在するジヒドロピランを得ることができている。鎖状置換基の導入が今後の課題である。penasulateの不斉全合成に成功した。また、schulzeineの複素環骨格については、キラル中心を触媒的不斉合成で作り分けることに成功し、天然のschulzeine優等体全てを作り分ける方法を既に確立している。schulzeineの側鎖に関しては、各種の炭素-炭素結合形成反応を利用して、必要なキラル中心を導入しながら合成を行っている。現在まで、schulzeine Aの側鎖合成を後2段階のところまで完成し、またschulzeine Bについても、あと一回の炭素-炭素結合形成により、必要な炭素数を全て結合させることができる。生理活性の検討についても、penasulfateを用いて、in vitroでのグルコシダーゼ阻害活性を検証し、市販の酵素阻害薬であるアカルボースよりも強く酵素阻害を発現することを見いだした。これにより、海洋天然物としてpreliminaryな報告しか行われていなかったこれら化合物の生理活性を、合成化合物として検証することができた。本活性測定系を利用することによって、今後各種のハイブリッド化合物を合成し、活性を測定する基盤を確立することができた。SMTP-7に関しては、五置換ベンゼン骨格の合成と、それに引き続くキラルな二環性骨格の合成まで達成することができた。クライゼン転移を用いた置換基導入、および、Sharplessの不斉ジヒドロキシル化反応によって、骨格合成のための鍵段階をクリアすることができた。今後、側鎖のイソプレノイド鎖を導入することによって本化合物の全合成を達成したい。
可溶化型T細胞抗原レセプターを用いた免疫系による食物抗原認識機構の解析

本研究は食物タンパク質抗原が摂取された後、生体内のどの組織において抗原提示されT細胞により認識されるのかを可溶化型のT細胞抗原レセプター(T cell receptor ; TCR)を用いて解析することで、免疫系による食物抗原の認識機構を解明することを最終的な目的としたものである。食物アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)および卵白アルブミンを用い、抗原構造や抗原量を変化させTCRを介した刺激に変化が生じた場合に起こるT細胞の機能変化を明らかにした。β-Lgに特異的なマウスCD4陽性T細胞クローンG1.19由来の可溶化型TCR (sTCR)をバキュロウイルス発現系を用いて調製した。sTCRβ鎖の定常領域下流にはビオチン化酵素(BirA)の認識配列が付加してあり、精製したsTCRにビオチン存在下でBirAを作用させることによりビオチン化され、さらにストレプトアビジンと反応させると多量体化sTCRが調製できることを確認した。G1.19はβ-Lgの119-133残基ペプチド(p119-133)とI-A^b分子との複合体を認識し増殖するが、この増殖応答はsTCR添加により顕著に抑制された。これはG1.19細胞上のTCRとp119-133/I-A^b複合体との結合をsTCRが競合的に阻害したためと考えられた。抗原提示細胞表面上にp119-133/I-A^b分子複合体を形成させたのち、sTCRを用いてフローサイトメトリーにより検出した。抗MHCクラスII抗体の存在下、sTCRと蛍光標識抗TCR Cβ抗体で細胞を染色した場合に特異的なシグナルが観察され、sTCRが抗原ペプチド特異的に抗原ペプチド/MHC複合体と結合することが示された。主要な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)に特異的なマウスCD4陽性T細胞クローンG1.19は、MHCクラスII分子であるI-A^b分子とβ-Lgの119-133残基に相当するペプチド(p119-133)との複合体を特異的に認識する。p119-133はC57BL/6マウスにおいて、β-Lg由来の抗原ペプチドのうち最も効率よく抗原提示され、最も強いT細胞応答を誘導するペプチドである。既に取得してあったG1.19のTCRα鎖、β鎖cDNAそれぞれのC末端側の定常領域下流にロイシンジッパー構造を形成する塩基性ペプチド、酸性ペプチドをコードする塩基配列を導入した。さらにそれぞれのC末端側下流にc-mycのエピトープ配列(α鎖)、ビオチン化酵素の認識配列(β鎖)をコードする塩基配列を導入した。バキュロウイルス発現ベクターのポリヘドリン、p10の両プロモーターの下流に上記のα鎖、β鎖をコードするDNAをつないだものを導入した。これをもとに組換えバキュロウイルスを作製し、昆虫細胞(High-Five細胞)に感染させ、その培養上清中に目的とした可溶化型G1.19由来TCRを分泌発現させた。培養上清から、抗TCRβ鎖抗体を固定化したアフィニティーカラムを用いて可溶化型TCRの精製を行った。精製した可溶化型TCRを、還元条件下および非還元条件下でSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動したところ、それぞれ目的の分子量の位置にバンドが見いだされた。さらに、抗TCR抗体を用いたウェスタンブロット法により、この可溶化型TCRがαβヘテロダイマーを形成していることを確認した。

抗MHCクラスII抗体の存在下、sTCRと蛍光標識抗TCR Cβ抗体で細胞を染色した場合に特異的なシグナルが観察され、sTCRが抗原ペプチド特異的に抗原ペプチド/MHC複合体と結合することが示された。主要な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)に特異的なマウスCD4陽性T細胞クローンG1.19は、MHCクラスII分子である1-A^b分子とβ-Lgの119-133残基に相当するペプチド(P119-133)との複合体を特異的に認識する。P119-133はC57BL/6マウスにおいて、β-Lg由来の抗原ペブチドのうち最も効率よく抗原提示され、最も強いT細胞応答を誘導するペブチドである。G1.19由来可溶化型TCR(sTCR)をバキュロウイルス発現系を用いて分泌発現させ、抗TCRβ鎖抗体を用いてアフィニティー精製した。sTCRα鎖はその定常領域下流にロイシンジッパー構造を形成する塩基性ペプチド、c-mycのエピトープ配列をつけたものであり、sTCRβ鎖はその定常領域下流にロイシンジッパー構造を形成する酸性ペブチド、ビオチン化酵素(BirA)の認識配列をつけたものである。精製したsTCRにビオチンの存在下BirAを作用させることにより、ビオチン化されることを確認した。さらに、ビオチン化sTCRをストレプトアビジンと反応させると、多量体化sTCRが調製できることを確認した。1-A^b遺伝子を導入したP12細胞を抗原提示細胞として用い、P119-133存在下でのG1.19の増殖応答に対するsTCR添加の影響を検討した。その結果、sTCR添加によりG1.19の増殖応答は顕著に抑制されることが明らかとなった。これはG1.19細胞上のTCRとそのリガンドである1-A^b/P119-133複合体との結合を、sTCRが競合的に阻害したためと考えられることから、本研究で調製したsTCRは1-A^b/P119-133に対する結合能を持つことが明らかとなった。主要な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)に特異的なマウスCD4陽性T細胞クローンG1.19は、MHCクラスII分子であるI-A^b分子とβ-Lgの119-133残基に相当するペプチド(P119-133)との複合体を特異的に認識する。P119-133はC57BL/6マウスにおいて、β-Lg由来の抗原ペプチドのうち最も効率よく抗原提示され、最も強いT細胞応答を誘導するペプチドである。精製したsTCRにビオチンの存在下ビオチン化酵素(BirA)を作用させることにより、ビオチン化しんた。ビオチン化sTCRをストレプトアビジンと反応させることにより、四量体化sTCRを調製した。I-A^b遺伝子を導入したP12細胞をp119-133とともに培養するととにより細胞表面上にp119-133/I-A^b分子複合体を形成させ、これにsTCRを結合させ、蛍光標識した抗TCR Cβ抗体で細胞を染色し、フローサイトメトリーを用いて検出した。その結果、p119-133の存在下で培養したP12細胞を、抗MHCクラスII抗体の存在下、sTCRと蛍光標識抗TCR Cβ抗体で細胞を染色した場合に特異的なシグナルが観察され、sTCRがペプチド特異的にpMHC複合体と結合していることが示された。しかし、sTCRの単量体を解析に供した場合と、sTCRを四量体化した場合とでは、シグナル強度に変化はなかった。
腎領域の臨床研究を促進する新規腎アウトカム指標を決定する国際共同研究

国際研究共同体制を構築し、欧州腎臓学会、日本腎臓学会、米国腎臓学会、第7回、第8回CKD Frontier会議にあわせて、会議を開催し討議した。イヌリンクリアランスで腎機能を評価したインド人CKD患者130名では血清Crに基づく全てのGFR推算式で腎機能を過大評価したが、筋肉量によらないシスタチンCに基づくGFR推算式はインド人でも誤差が少ないことを論文報告し、国際共同研究でイヌリンクリアランス検査を行った台湾人273名、韓国人277名、タイ人28名のCKD患者でもシスタチンCによりアジア人共通のGFR推算式が作成できた。研究協力者の井関らの沖縄県の69238名の住民健診コホートにおいて23年間で30%のGFR低下は末期腎不全の代替アウトカム指標となることが報告されており、これを名古屋大学のコホート研究でも確認した。一方でIgA腎症患者では血清Crの50%増加が腎アウトカムとなる。国内のIgA腎症患者1065名の多施設共同研究において、血清Crの50%増加を腎アウトカムとして口蓋扁桃摘除術の有効性を、また名古屋大学のIgA腎症患者108名のコホート研究でOxford分類改訂案をそれぞれ論文報告した。血清Crの50%増加は簡便な腎アウトカム指標だが、名古屋大学のIgA腎症コホートでは腎アウトカム指標を30%GFR低下とすることで、イベント数は13から18に増加し、30%GFR低下は多くのアウトカム数が期待できる。名古屋大学の150名のCKDコホート研究では30%GFR低下を腎アウトカムとすることで、尿毒症物質であるインドキシル硫酸のリスクを明らかとした。研究協力者の井関らがKDIGOで推進する国際共同研究では、GFR低下速度を腎アウトカムと出来ることが提唱されており、韓国のK-STAR試験ではGFR低下速度とすることでAST-120の有効性が明らかとなった。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。国際研究共同体制を構築し、欧州腎臓学会、日本腎臓学会、米国腎臓学会、第5回CKD Frontier会議にあわせて、会議を開催し討議した。アジア人種における腎機能評価法につき韓国人の慢性腎臓病患者166名においてイヌリンクリアランスで腎機能を評価した結果から、血清クレアチニンに基づく糸球体濾過量(GFR)推算式では、国際的に汎用されるMDRD式、CKD-EPI式よりも、日本人のGFR推算式が正確に腎機能を評価できることを報告した。韓国人の筋肉量は台湾人よりも少なく、年代、性別ごとに比較すると日本人の筋肉量に近似していた。30%GFR低下のアウトカムにつき、研究方法をJohns Hopkins大学のCoresh教授、Matsushita先生と協議し、既存の沖縄県のコホート研究データによる解析を計画した。さらに本邦で行われたCKD-JAC研究やORIENT研究の解析が進行しており、比較検討が可能である。国内の多施設共同研究において1,091例のIgA腎症患者の腎機能悪化アウトカムと尿アウトカムを解析した。10年以上の観察期間においても、透析治療を要する末期腎不全は57例(5.2%)にすぎない。一方で血清クレアチニン値の2倍化は93例(8.5%)、同1.5倍化は124例(12.4%)と多く、早期アウトカム指標となるが、緩徐進行性のIgA腎症では少なくとも数年以上の観察期間が必要であった。国際的には30%GFR低下が2から3年で観察されることを新たな腎アウトカムとしている。血清クレアチニン値の1.5倍化はほぼ30%GFR低下に近似するが、その異同を詳細に検討する必要がある。またIgA腎症のような緩徐進行性腎疾患では数年と長期での30%GFR低下の有効性を検証する必要がある。また免疫抑制療法や口蓋扁桃摘出術により、尿異常が寛解する症例が多く、寛解後は腎機能が悪化しないことが明らかとなった。さらに尿異所見に基づく腎アウトカム指標について検討を進める。GFR推算式のアウトカム指標解析は体制の整備に時間を要した。IgA腎症について共同研究施設の倫理委員会の承認を待っている。国際研究共同体制を構築し、欧州腎臓学会、日本腎臓学会、米国腎臓学会、第6回CKD Frontier会議にあわせて、会議を開催し討議した。アジア人種における腎機能評価法につきインド人慢性腎臓病患者130名においてイヌリンクリアランスで腎機能を評価し、血清クレアチニンに基づく糸球体濾過量(GFR)推算式では、国際的に汎用されるMDRD式、CKD-EPI式、日本人のGFR推算式のいずれにおいても腎機能を過大評価することを明らかにし、インド人のGFR推算式を作成した。筋肉量によらないシスタチンCに基づくGFR推算式はインド人でも誤差が少ないことを明らかにし、国際共同研究の基盤を整備した。小児から成人への移行期においてGFR推算式が変化するが、名古屋大学で血清クレアチニン値を測定した188名において推算GFR値の変化を明らかにした。30%GFR低下のアウトカムにつき、沖縄県の住民健診コホートならびに名古屋大学で2014年から2016年に血液透析に導入された112例において有効性を検討した。

30%GFR低下は早期アウトカム指標として優れるが、国際的に提唱された2年間では透析導入される患者においても37.5%がアウトカムに達しないこと、GFR低下速度が大きく異なり、蛋白尿が軽微であるか、腎機能が中等度に低下した患者ではより長期間の観察期間が必要であることを明らかにした。本邦で行われたCKD-JAC研究やORIENT研究の解析と比較検討し、同様の結果であった。IgA腎症患者の尿アウトカム指標では、尿異常の寛解が腎予後に重要であるが、蛋白尿が再悪化しても、秋・冬期であれば保存治療でも再寛解しやすいことを明らかにした。GFR推算式のアウトカム指標解析は淳緒に推移しているが、IgA腎症の尿アウトカム指標は国内の共同研究施設の倫理委員会申請などで予定よりやや遅れている。国際研究共同体制を構築し、欧州腎臓学会、日本腎臓学会、米国腎臓学会、第7回、第8回CKD Frontier会議にあわせて、会議を開催し討議した。イヌリンクリアランスで腎機能を評価したインド人CKD患者130名では血清Crに基づく全てのGFR推算式で腎機能を過大評価したが、筋肉量によらないシスタチンCに基づくGFR推算式はインド人でも誤差が少ないことを論文報告し、国際共同研究でイヌリンクリアランス検査を行った台湾人273名、韓国人277名、タイ人28名のCKD患者でもシスタチンCによりアジア人共通のGFR推算式が作成できた。研究協力者の井関らの沖縄県の69238名の住民健診コホートにおいて23年間で30%のGFR低下は末期腎不全の代替アウトカム指標となることが報告されており、これを名古屋大学のコホート研究でも確認した。一方でIgA腎症患者では血清Crの50%増加が腎アウトカムとなる。国内のIgA腎症患者1065名の多施設共同研究において、血清Crの50%増加を腎アウトカムとして口蓋扁桃摘除術の有効性を、また名古屋大学のIgA腎症患者108名のコホート研究でOxford分類改訂案をそれぞれ論文報告した。血清Crの50%増加は簡便な腎アウトカム指標だが、名古屋大学のIgA腎症コホートでは腎アウトカム指標を30%GFR低下とすることで、イベント数は13から18に増加し、30%GFR低下は多くのアウトカム数が期待できる。名古屋大学の150名のCKDコホート研究では30%GFR低下を腎アウトカムとすることで、尿毒症物質であるインドキシル硫酸のリスクを明らかとした。研究協力者の井関らがKDIGOで推進する国際共同研究では、GFR低下速度を腎アウトカムと出来ることが提唱されており、韓国のK-STAR試験ではGFR低下速度とすることでAST-120の有効性が明らかとなった。アジア系人種に適したGFR推算式を作成し、それを用いた新たな腎疾患アウトカム指標を確立する。IgA腎症では血清クレアチニン値の1.5倍化が腎アウトカム指標として使用されることが多いが、国際的には30%GFR低下が新たな腎アウトカム指標として提唱されており、その有効性を検討する。尿アウトカム指標はことにIgA腎症患者では重要であり、尿異常が寛解すれば腎機能は低下しないため、治療効果判定には尿アウトカム指標が不可欠である。国際共同研究においてこれらの成果がアジア系人種に広く適応可能か検討を進める。アジア人種に適したGFR推算式を作成し、それを用いた新たな腎疾患アウトカム指標を確立する。30%GFR低下は早期の指標となるが、各患者のGFR低下速度により感度が変化するため、ベースラインの蛋白尿やGFRに基づき臨床研究期間を設定することが重要となる。
オリゴ糖濃厚溶液を媒体とするキャピラリー電気泳動:サイズ依存分離の機構解明と応用開発

本研究は、代表者である高木が当時に大学院博士課程後期学生であったM. R. Karimとともに見い出した新規現象の原理解明を目的として企画された。見出された現象は以下のようなものであった。分子量が1、000程度のオリゴ糖、デキストラン、の10%程度の濃厚溶液にSDS(ドデシル硫酸ナトリウム)を添加して調製した媒体をキャピラリーに詰めて蛋白質の電気泳動を行うと、一見したところで高分子量のデキストランの数%溶液が示すサイズ依存分子篩い効果と見紛うような分離が観察された。第一年度においては、上記の現象の再現性、オリゴデキストラン濃厚溶液中に網目構造が存在しないこと、等々の確認に費やされた。その結果、見出された現象は確固としたものであることが確認された。第二年度においては、現象の背景にある原理の解明が課題であった。しかし、高木が平成8年度末の定年退官を控えていることが、研究の積極的な展開を妨げた。本研究に従事していた留学生1名が帰国し、院生1名が健康上の理由で退学した。新規な人員投入は当業者の将来を考えて避けた。本研究プロジェクトは第一年度で充分な成果を挙げたとの自負しているので、第二年度での実務的研究活動の低下は容認されるものと確信する。しかし、本年度においては、交付金の主体をなす旅費を活用して多方面の研究者と、本研究課題について討議する機会を得ることができた。その結果、『見出された現象は、SDS-蛋白質複合体が濃厚オリゴ糖溶液中において、その挙動を"素抜け的な疑似高分子電解質鎖"から"非素抜けで包含溶媒量が減少した比較的にコンパクトなグロビュール"に転化することの反映である』との作業仮説を立てることができた。退官後の研究活動には制限も多いが、ある程度のの実験活動は可能である状況を設定しているので、上記の仮説の検証を行って、未完となった本研究プロジェクトの完成を心掛けたい。分子量が1、000のオーダーのデキストランの濃厚溶液が、SDS存在下で蛋白質をふるいわける機能を持っていることの発見が本研究の出発点となっていた。第一年度である7年度においては、以下のような検討を行った。(1)発見された現象が、十分に再現性良く観測されるものであることを確認した。(2)ゲルあるいは絡み合い高分子濃厚溶液については、相対電気泳動移動度の対数と濃度の間に直線関係が認められる。問題のデキストラン溶液に関してはシグモイダルなプロットが得られた。このことは、見いだされた分離が在来の分子ふるい効果にもとづくものではないことを示している。(3)問題のデキストラン溶液の粘度の濃度依存性を測定したところ、良好な直線性が認められ、網目構造の形成を示すような異常は検知できなかった。この測定に際しては、使用可能な試料量に制限があったので電気泳動用のキャピラリーとキャピラリー電気泳動装置を用いた自作の微量粘度計を用いて成功を収めた。(4)問題のデキストランとSDS存在下での蛋白質の円偏光二色性スペクトルを測定したところ、蛋白質とSDSの間に形成される複合体のコンフォメーションにデキストランの在来は顕著な影響は及ぼしていないことを確認できた。以上の結果は、我々が見出した現象が存在のゲルあるいは絡み合い高分子濃厚溶液に見出される通常の分子ふるい効果とは異質なものであることを示している。

本研究は、代表者である高木が当時に大学院博士課程後期学生であったM.R.Karimとともに見い出した新規現象の原理解明を目的として企画された。見出された現象は以下のようなものであった。分子量が1、000程度のオリゴ糖、デキストラン、の10%程度の濃厚溶液にSDS(ドデシル硫酸ナトリウム)を添加して調製した媒体をキャピラリーに詰めて蛋白質の電気泳動を行うと、一見したところでは高分子量のデキストランの数%溶液が示すサイズ依存分子篩い効果と見紛うような分離が観察された。第一年度においては、上記の現象の再現性、オリゴデキストラン濃厚溶液中に網目構造が存在しないこと、等々の確認に費やされた。その結果、見出された現象は確固としたものであることが確認された。第二年度においては、現象の背景にある原理の解明が課題であった。しかし、高木が平成8年度末の定年退官を控えていることが、研究の積極的な展開を妨げた。本研究に従事していた留学生1名が帰国し、院生1名が健康上の理由で退学した。新規の人員投入は当事者の将来を考えて避けた。本研究プロジェクトは第一年度で充分な成果を挙げたとの自負しているので、第二年度での実務的研究活動の低下は容認されるものと確信する。しかし、本年度においては、交付金の主体をなす旅費を活用して多方面の研究者と、本研究課題について討議する機会を得ることができた。その結果、『見出された現象は、SDS-蛋白質複合体が濃厚オリゴ糖溶液中において、その挙動を“素抜け的な疑似高分子電解質鎖"から“非素抜けで包含溶媒量が減少した比較的にコンパクトなグロビュール"に転化することの反映である』との作業仮説を立てることができた。退官後の研究活動には制限も多いが、ある程度のの実験活動は可能である状況を設定しているので、上記の仮説の検証を行って、未完となった本研究プロジェクトの完成を心掛けたい。
構造/流体/制御の複合領域設計法と小型飛翔体設計への応用

構造/流体/制御の複合領域設計法として,スマート構造の最適化による振動・騒音の抑制方法を提案・開発した.そして,本研究で開発してきた設計手法に基づき,マイクロ飛行機(Micro Air Vehicle ; MAV)の必須技術である統合レーザー推進/追尾/制御システムを開発した.まず,構造解析手法,音響解析手法および最適化手法を融合し,構造体が発生する振動およびそれにより放射される音を低減すべく,構造のスマート化ならびに圧電アクチュエータ配置と制御系の統合設計法を構築した.そして,シミュレーションおよび基礎実験により,振動および音の低減効果を確認し本法の有効性を検証した.次に,レーザー推進技術を応用したマイクロ飛行機の持続的飛行・制御を可能とすべく,統合レーザー推進/追尾/制御システムの開発を行った.本システムでは,推進用のYAGレーザー,追尾用のHe-Neレーザーおよび制御用のグリーンレーザーを同軸3重のビームとしてマイクロ飛行機に照射し,受光側で3つのレーザーを分離する.そして,それぞれのレーザーを推進用プレート,追尾用コーナーキューブリフレクターおよび制御用フォトトランジスタに照射することにより,3つの機能を同時に実現させる.本研究では,レーザー制御法として,パスル周波数変調されたグリーンレーザーを照射・検出する方法を開発し,本手法により変調周波数ごとに異なる制御指令を与えることが可能になり,制御性能の大幅な向上を達成した.実験により,本システムの基本特性を評価した結果,所望の性能を有することを確認し,移動物体上でYAGレーザーによるアブレーションを連続的に起こさせながら移動体を遠隔で制御することに成功した.構造/流体/制御の複合領域設計法として,スマート構造の最適化による振動・騒音の抑制方法を提案・開発した.そして,本研究で開発してきた設計手法に基づき,マイクロ飛行機(Micro Air Vehicle ; MAV)の必須技術である統合レーザー推進/追尾/制御システムを開発した.まず,構造解析手法,音響解析手法および最適化手法を融合し,構造体が発生する振動およびそれにより放射される音を低減すべく,構造のスマート化ならびに圧電アクチュエータ配置と制御系の統合設計法を構築した.そして,シミュレーションおよび基礎実験により,振動および音の低減効果を確認し本法の有効性を検証した.次に,レーザー推進技術を応用したマイクロ飛行機の持続的飛行・制御を可能とすべく,統合レーザー推進/追尾/制御システムの開発を行った.本システムでは,推進用のYAGレーザー,追尾用のHe-Neレーザーおよび制御用のグリーンレーザーを同軸3重のビームとしてマイクロ飛行機に照射し,受光側で3つのレーザーを分離する.そして,それぞれのレーザーを推進用プレート,追尾用コーナーキューブリフレクターおよび制御用フォトトランジスタに照射することにより,3つの機能を同時に実現させる.本研究では,レーザー制御法として,パスル周波数変調されたグリーンレーザーを照射・検出する方法を開発し,本手法により変調周波数ごとに異なる制御指令を与えることが可能になり,制御性能の大幅な向上を達成した.実験により,本システムの基本特性を評価した結果,所望の性能を有することを確認し,移動物体上でYAGレーザーによるアブレーションを連続的に起こさせながら移動体を遠隔で制御することに成功した.本研究では,構造/流体/制御の複合領域設計法という設計概念に基づき,マイクロ飛行機(Micro Air Vehicle ; MAV)の設計手法および基礎実験装置の開発を行った.MAVにおいて,小型化にともなう構造/流体/制御の特性干渉は無視することができない.本研究では,MAVのさらなる小型化・軽量化および低速飛行を達成すべく,その第一段階として,構造特性/流体力学特性を位置付ける機体形状と制御系を同時に最適化する手法を提案した.まず,機体形状に基づく機体の構造特性と流体特性を表す安定微係数によりMAVをモデル化した.次に,H_2仕様に基づく制御系の設計概念示し,MAVの形状と制御性能および制御エネルギーの関係を調べた.さらに,機体の小型化,制御性能の向上および制御エネルギーの低減という観点から,同時最適化問題を定義し,それを解くことにより最適な機体形状および制御系を設計した.ここで,出力フィードバック系に対する同時最適化の計算効率を向上させるために,状態フィードバックによる機体形状設計とLMIによる動的補償器設計に基づく2ステップアルゴリズムを採用した.さまざまな条件で同時最適化を実行し,機体形状,制御性能および制御エネルギーの関係を調べると同時に,本手法の有効性を検証した.次に,レーザー推進を利用したマイクロ飛行機の基礎実験装置を開発した.その中で,マイクロ飛行機の持続的飛行を実現するために,ガルバノミラー制御によりレーザーをマイクロ飛行機に追従させるレーザー追尾システム,および形状記憶合金と光トランジスタにより構成されるスマート翼を開発し,実験による基本特性の評価および有効性の検証を行った.本研究では,構造/流体/制御の複合領域設計法により,マイクロ飛行機(Micro Air Vehicle ; MAV)の要素技術の開発ならびに基礎実験を行った.まず,レーザー推進技術を応用したマイクロ飛行機の持続的飛行を可能とすべく,統合レーザー推進/追尾システムの開発を行った.本システムでは,推進用のYAGレーザーと追尾用のHe-Neレーザーを同軸2重のビームとしてマイクロ飛行機に照射し,He-Neレーザーの反射光から照射方向の偏差を測り,光路上にあるガルバノミラーの動きを制御する.これにより,レーザーが常にマイクロ飛行機に照射され,持続的飛行が可能になる.実験により,本システムの基本特性を調べ,性能を評価した結果,所望の性能を達成し,移動物体上でYAGレーザーによるアブレーションを連続的に起こさせることに成功した.また,YAGレーザーによる推進力を効果的に生じさせるために,レーザー推進機構の最適化を行い,より高い推力の達成が実現された.

さらに,レーザーによる遠隔操作を可能にするために,偏光された2つのHe-Neレーザーを用いた遠隔制御システムを構築した.本システムでは,お互いに直角な偏光He-Neレーザーを同軸2重のビームとしてマイクロ飛行機に照射し,マイクロ飛行機上で偏光ビームスプリッタにより2つのビームに分離され,一方をレーザー追尾に,他方をレーザー制御に用いる.レーザー制御用のビームは光源側に設置された液晶シャッターによりオンオフ信号として照射され,マイクロ飛行機上のフォトトランジスタでその信号を受信する.これにより,アクチュエータに入力される信号が制御され,移動物体の遠隔操作が可能になる.そして,基礎実験装置を用いて移動物体の運動を遠隔操作する実験を行い,遠隔制御システムの性能を評価し,本システムの有効性を検証した.構造/流体/制御の複合領域設計法として,スマート構造の最適化による振動・騒音の抑制方法を提案・開発した.そして,本研究で開発してきた設計手法に基づき,マイクロ飛行機(Micro Air Vehicle ; MAV)の必須技術である統合レーザー推進/追尾/制御システムを開発した.まず,構造解析手法,音響解析手法および最適化手法を融合し,構造体が発生する振動およびそれにより放射される音を低減すべく,構造のスマート化ならびに圧電アクチュエータ配置と制御系の統合設計法を構築した.そして,シミュレーションおよび基礎実験により,振動および音の低減効果を確認し本手法の有効性を検証した.次に,レーザー推進技術を応用したマイクロ飛行機の持続的飛行・制御を可能とすべく,統合レーザー推進/追尾/制御システムの開発を行った.本システムでは,推進用のYAGレーザー,追尾用のHe-Neレーザーおよび制御用のグリーンレーザーを同軸3重のビームとしてマイクロ飛行機に照射し,受光側で3つのレーザーを分離する.そして,それぞれのレーザーを推進用プレート,追尾用コーナーキューブリフレクターおよび制御用フォトトランジスタに照射することにより,3つの機能を同時に実現させる.本研究では,レーザー制御法として,パスル周波数変調されたグリーンレーザーを照射・検出する方法を開発し,本手法により変調周波数ごとに異なる制御指令を与えることが可能になり,制御性能の大幅な向上を達成した.実験により,本システムの基本特性を評価した結果,所望の性能を有することを確認し,移動物体上でYAGレーザーによるアブレーションを連続的に起こさせながら移動体を遠隔で制御することに成功した.
肝細胞増殖因子の難治性循環器疾患治療への応用:分子機構解明と各種疾患治療の可能性の探索

1)HGFの血管内皮細胞に対する分子機構の検討本研究において、HGFの血管内皮細胞増殖作用のみならず細胞死抑制作用が示された。高血糖刺激によって誘導される細胞死に対して、HGF添加がcaspase3の活性化を抑制し、またbcl-xLあるいはbcl-2の発現上昇に伴う細胞死抑制効果が示唆された。2)虚血性疾患へのHGFの治療への応用末梢性血管疾患に対するHGF遺伝子治療臨床研究を実施し、安全性に大きな問題はなかった。またある程度の改善度を認め、今後二重盲検法による厳密な効果判定が必要であると考えられた。さらに虚血性心疾患に対する応用としてブタ虚血心モデルを用いたpre-clinical studyをNOGAシステムを用いて検討したところ、HGFの遺伝子導入による血流量増加・虚血部位の減少が確認された。3)脳梗塞へのHGFの治療への応用スナネズミの一過性両側総頚動脈閉塞モデルにおいてHGF遺伝子投与が脳虚血による神経細胞死の抑制が認められ、またrat脳血流低灌流モデルにおいてはHGF遺伝子投与により、コントロールに比し有意に脳血流が改善し、病理学的にも血管が豊富になっていることが確認された。さらに、ラットの中大脳動脈永久閉塞モデルでは、HGF遺伝子を前投与していた群では脳梗塞のサイズが有意に小さく、高次機能の改善を示唆する結果が得られており、脳血管障害に対するHGFの応用の可能性が示唆された。肝細胞増殖因子(HGF)が多様な生物活性を下すことを報告してきたが、我々は本年度は、1)虚血による局所HGF産生低下と閉塞性動脈硬化症発症への関与;2)閉塞性動脈硬化症や心筋梗塞に対してHGFによる血管新生が有用な治療であること;3)HGFの抗線維化作用の分子機構と治療への応用、などを明らかにした。これらの結果は、現在心筋梗塞や閉塞性動脈硬化症などの難治性循環器疾患の有効な治療が乏しいことを考えると、サイトカインテラピーとしてのHGFの利用は重要である。HGF遺伝子によるヒト遺伝子治療臨床研究は、2001年6月より日本で始めての循環器疾患の遺伝子治療として開始された。また、本計画はHGF遺伝子を用いた治療としては世界で始めてである。現在までに6人の閉塞性動脈硬化症およびビュルガー病患者にヒトHGF遺伝子を投与した。前例で、血管造影で有意な血管陰影の増強が確認される一方、全例で0.1以上のABI改善もしくは疼痛の改善においてもVASスケールで1cm以上の改善を認めている(Efficacy rate=100%)。一方で、VEGF遺伝子治療で見られた投与部位の浮腫は認められなかった。現在までの成績では、VEGF遺伝子治療より有効性が高く、安全性に優れる可能性が示されつつある。また、HGF遺伝子治療の特性として、1)血管壁局所でのHGF産生低下(Hypertension 1997)、2)VEGFより強力な血管新生作用(Circulation 1999)、3)抗線維化作用(Circulation 2000)、があり、今後マルチセンター試験での結果が期待される。1)HGFの虚血性心疾患治療への応用申請者は虚血性心疾患に対する遺伝子治療臨床研究実施に向け,前臨床試験としてブタ虚血心モデルにおける同遺伝子の効果を検討した.臨床応用を考慮して実践的アプローチである3次元エレクトロマッピングカテーテルシステム(NOGA system)による左室心腔内からの遺伝子プラスミド注入は,血液学的データに異常所見を認めず安全性が示唆され,また注入部位における遺伝子発現が確認され簡便に目的部位に注入できることを示した.血管造影において側副血行路の発達を示唆するRentrop scoreの改善を認め,またマイクロスフェアビーズを用いた検討でも血管新生による血流量の有意な増加を認めた.申請者は既に,カテーテルを用いた虚血性心疾患に対するHGF遺伝子治療臨床研究の申請を行っており,安全性・有用性を本研究において再確認した.

2)血清HGFの臨床指標としての有用性高血圧患者において血清HGF濃度と血管内皮機能に有意な相関があることを示し,動脈硬化の指標としてのHGFの有用性を示した(Hypertension 2002;15:499-506).さらに申請者は,内皮障害部位において組織HGF濃度はcAMPの発現低下・TGF-βの発現上昇に伴い転写レベルで抑制されている可能性を示し,プロスタグランディン製剤・アンジオテンシン受容体拮抗薬のHGF産生増強を介した抗動脈硬化作用を示した(Journal of Endocrinology 2002;175:217-223,Heart & Vessels (in press)).また,閉塞性動脈硬化症の患者において血清HGF濃度が上昇し,さらに同疾患の重症度との相関も示し,同疾患の治療薬であるプロスタグランディン製剤投与を介して血清HGF濃度を上昇させ,知られていた同薬剤の血管疾患への効果に加え,HGF産生増強作用が内皮機能を改善し治療効果を示すことを明らかにした.このように血清HGF濃度は組織HGF濃度の低下に対する代償機構であることが示唆され,薬剤による改善にHGFが重要な役割を果たしていることが示された.1)虚血性心疾患へのHGFの治療への応用本研究ではHGF遺伝子を用いた虚血性心疾患への遺伝子治療法の確立のための検討を行う。ブタ心筋梗塞モデルを作成し、3次元エレクトロマッピングカテーテルシステム(NOGA)を用いて虚血部位を同定後、遺伝子を心筋に注入。マイクロスフェアビーズを用いた検討にて遺伝子導入群において虚血エリアの有意な血流増加を確認できた。さらにそれに伴い、虚血部位の面積が減少していることも認められ、その有用性が確認できた。遺伝子はnaked plasmidの形態で導入しており、血液学的検査において明らかな異常を認めず、pre-clinical studyとしても有用なデータを得られた。2)脳梗塞へのHGFの治療への応用normalrat(wistar rat)にHVJ-envelopeベクターを用いてHGF遺伝子を脳脊髄液内に投与した。HGFが発現している投与5日目に永久中大脳動脈閉塞モデルを作成し、24時間後にTTCで染色を行うと、HGF遺伝子投与群で梗塞サイズが小さかった。HGF投与群では、TUNEL染色でapoptosis細胞の細胞数が少なく、また、血管数が増加していたことより、メカニズムとしてHGFによるapoptosis抑制作用、血管新生作用による効果が考えられた。また、脳重量からの脳浮腫の検討では、HGF投与群のほうが脳浮腫が小さいことが示された。このように脳梗塞治療へも同遺伝子が有用であることが示された。3)発生の過程におけるHGFの役割アフリカツメガエルの胚細胞へのHGFアンチセンスの導入により、明らかな血管形成の異常は認められなかった。しかしながら、血球形成阻害が観察され、胎生期においてHGFが血球形成に必須であることが判明した。
白金触媒燃料電池を超える錯体・酵素複合燃料電池の開発

燃料電池の電極触媒に使用されている白金は、高価で枯渇資源であるため、その代替触媒の開発が当該分野において最も重要な命題である。これまで多くの研究グループが取り組んできたが、未だに白金を超える人工触媒は開発されていない。自然界には、およそ80年前にヒドロゲナーゼと呼ばれる水素活性化酵素が見つかっており、この酵素は容易に水素から電子を取り出すことが可能である。すなわち、燃料電池のアノード(水素極)触媒と同様の働きをする酵素である。単位分子あたりの触媒活性では、ヒドロゲナーゼは白金を超えること知られていたが、ヒドロゲナーゼは酸素や熱に弱いものが多く、燃料電池の電極触媒への適用は困難であった。我々は、これまでに知られていない安定なヒドロゲナーゼを求めて、自然界での探索を行った。そこで発見した新規ヒドロゲナーゼは、酸素にも熱にも安定であり、燃料電池のアノード触媒として利用することが可能であった。その新規ヒドロゲナーゼをS-77と命名した。アノードとしての単位質量あたりの水素酸化活性を白金触媒と比較すると、ヒドロゲナーゼS-77は白金の637倍高い触媒活性を示した。実際にヒドロゲナーゼを用いて燃料電池を作成すると、白金燃料電池よりも1.8倍高い最大電力密度を示すことを明らかにした。また、白金触媒は水素に含まれる一酸化炭素で被毒されることが問題とされるが、ヒドロゲナーゼS-77はいったん一酸化炭素で被毒されても、水素を供給することによって再活性化することが可能である。本年度は、新規ヒドロゲナーゼS-77を用いて、白金を超える燃料電池電極触媒の開発に成功した(Angew. Chem. Int. Ed, 2014, 53, 8895-8898、表紙に採択、プレスリリース2014年6月4日「燃料電池の白金電極を超える水素酵素「S-77」電極の開発に成功(白金の637倍の活性)」)。26年度が最終年度であるため、記入しない。現在、世界の電力は火力と原子力発電に依存している。二酸化炭素の排出と環境汚染を抑制するためには新たな発電システムが必要である。発電中に水しか排出しない水素燃料電池は、このような環境・エネルギー問題を解決する可能性を持った発電デバイスである。しかし、従来の燃料電池の電極触媒に使用されている白金にはいくつか重大な課題があり、それらの課題を克服する白金代替触媒の開発が急務である。これまでの白金代替触媒はそのほとんどすべてが固体触媒であり、「自然界の酵素を範とした分子触媒を白金代替触媒とする燃料電池の研究」は申請者が開拓した新学問領域である。本研究の目的は、自然界の酵素を範とし「白金触媒燃料電池を超える錯体・酵素複合燃料電池の開発」である。上記の研究目的に基づき、初年度は燃料電池の新規触媒開発とその性能評価実験を行った。開発した新規電極触媒をカーボンブラックに担持し、それをカーボンクロスに塗工してガス拡散層を作成した。作成したガス拡散層をプロトン透過膜を挟み込み、膜・電極接合体を作成し、その膜・電極接合体を用いて固体高分子形燃料電池を作成して、燃料電池評価実験を行った。アノードとカソードには飽和水蒸気を含む水素と酸素をそれぞれ供給した。電池としての性能を示す電流-電圧曲線や電流-電力曲線を測定し、さらに、アノードとカソードでそれぞれ分極曲線を測定した。さらに、ターフェルプロットやインピーダンススペクトル測定により、電極触媒の特性を詳細に検討した。本年度は、新規ヒドロゲナーゼS-77を用いて、白金を超える燃料電池電極触媒の開発に成功した(Angew. Chem. Int. Ed, 2014, 53, 8895-8898、表紙に採択、プレスリリース2014年6月4日「燃料電池の白金電極を超える水素酵素「S-77」

電極の開発に成功(白金の637倍の活性)」)。26年度が最終年度であるため、記入しない。「研究実績の概要」に記載の研究成果は、未発表であるが、論文投稿の最終段階である。本研究成果では非常に良好なデータが得られており、研究はおおむね順調に進展している。研究目的である「錯体・酵素複合燃料電池の開発」を目指し、錯体と酵素を用いた新規電極触媒の開発を行う。具体的な新規錯体として、ニッケルや鉄など、第一周期遷移金属を中心に二核金属触媒を設計・合成する。また酵素としては、新規酸素耐性ヒドロゲナーゼを探索・単離して使用する。これらの新規触媒をカーボンに固定化する方法についても検討を行う。開発した電極触媒の詳細な特性評価実験を行う。
自己決定理論を用いた異文化経験が英語学習に与える影響

本研究は、小学生を対象に異文化経験による動機づけへの影響を縦断調査から明らかにすることを目的としている。具体的には、Deci and Ryan (1985)の自己決定理論を応用した国際小学校における動機づけ研究(Tanaka & Kutsuki, 2018)を基盤に、公立小学校における動機づけの傾向を明らかにし、異文化経験が英語学習に対する動機づけをどのように変化させるのかを解明する。加えて、その変化は英語力別の傾向があるのかを明らかにする。研究の目的を遂行するため、2018年4月から5月にかけて研究協力者と日程調整を行い、7月に関東圏の公立小学校において1回目の調査を実施した。調査の実施内容は、異文化経験と動機づけの質問紙調査と英検Jr.による英語力(リスニング力)の測定である。調査参加者は教育委員会から紹介を受けた小学校3校に所属する5年生であった。各学校と打ち合わせの上、英語力測定のための英検Jr.のレベルはシルバーを採用した。また、書面にて保護者に調査への参加同意を確認後に調査を実施した。調査データは、内発的動機づけと外発的動機づけ(同一視的調整、取入的調整、外的調整)に分類し、信頼性と妥当性の検証を行った上で、基礎分析を行った。その結果、公立小学校にて行われた先行研究に基づく予想とは異なり内発的動機づけと外発的動機づけ(同一視的調整、取入的調整、外的調整)の平均値は、内発的動機づけが最も高い値を示していた。この傾向は、国際小学校における結果と類似するものであった。予定通り第1回目の調査を2018年7月に実施した。その一方で、第2回目の調査は2019年2月に実施予定であったが、調査先との調整の上で第1回目の調査から1年後の2019年7月に実施することになった。今後は、グループ化して分析を深めるほか、第2回目の調査を実施する。具体的には、2018年度の追跡調査を2019年7月に実施し、同時に保護者にも質問紙調査を実施予定である。保護者に児童の異文化経験について質問することにより深い考察ができると考える。第2回目の調査が2019年2月から2019年7月に変更になったため、次年度使用が生じている。ただし、2019年7月に調査費用として研究費の支出を予定している。
自動適応機能を有する汎用高調波電流補償装置の新制御方式

昨年度は、本研究で提案するLCフィルタの実時間シミュレーションに基づくアクティブフィルタ(以下、AF)の基本特性と有効性について検証した。本年度は、この成果を踏まえて、複数台の提案するAFを配電系統に並列接続及び分散配置する場合の諸特性を解明し、適用に際しての指針を明らかにした。その概要は以下の通りである。1.昨年度に製作したAFの試作装置と同一仕様のAFをさらに1台試作した。2.上記のAFを2台並列接続して運転し、サイリスタ位相制御整流回路の発生する高調波を補償する実験的検討を行った。この結果、2台のAF間の制御系の連携を全く行うことなく補償電流が均等に分担できることを確認し、本研究で想定する配電系統用の汎用AFの制御法として、提案する電圧検出方式に基づく方式の有用性を示した。3.配電系統を想定し、複数の発生源からの高調波を2台のAFで補償する場合について、AFの配置方法の実験的検討を行った。AFを同一箇所に2台並列接続して集中配置する場合と、配電系統の別の場所に分散配置する場合について、系統各部の電圧高調波ひずみを実測した。その結果、集中配置する場合、接続点付近の電圧ひずみは低減できるものの、補償電流を経路となる部分の電圧ひずみが高くなることを示した。これに対し、分散配置する場合は、系統全般の電圧ひずみの低減に有効であり、配電系統における高調波補償として望ましい方式であることを見いだした。以上の成果より、配電系統の高調波補償に適するAFの新方式の検討を目的とした本研究の目標は達成されたと考える。本研究は,近年深刻化しつつある電力系統の高調波の問題の対策として,周囲の機器との協調性に優れ,適用が容易で経済性の高い新方式の高調波補償装置(アクティブフィルタ,以下AF)を開発することを目的として実施した。本方式では,各高調波に同調する複数のLCフィルタを1個のディジタルシグナルプロセッサ(DSP)を用いて実時間ディジタルシミュレーションし,その演算結果を電流追従形のインバータの電流指令値として,等価的にLCフィルタを実現する点に特徴がある。また,等価的に実現するLCフィルタの定数を運転状態で変更できるため,系統の状態に応じて補償能力や補償特性が調整可能であるなど,配電系統用AFとして優れた特性が期待できる。本研究では,この新方式AFに関して,基礎的な動作特性の解明,設計や制御プログラム作成のための指針の確立,定数の自動適応機能を付与し配電系統に分散配置した場合の挙動,などを明らかにし,配電系統に適したAFの一方式を確立する。本年度は,試作装置の製作と基本動作のシミュレーションおよび実験による検証を中心に研究を進めたもので,得られた主な成果は以下の通りである。1.購入したパーソナルコンピュータと汎用解析プラグラムを用いて,本方式のAFの基本的な動作と有効性をシミュレーションにより検証した。2.DSPにより等価的に実現した第5、7次高調波の各同調フィルタの電流値に応じて、各同調フィルタの定数を自動調整する制御系の実現方法を明らかにした。3.提案するAFの実験回路を、実験に手頃な5kVAの容量で試作した。主回路にはIGBTを用い、制御回路には購入したDSP開発システムを用いた。4.ダイオードブリッジ整流回路の発生する高調波電流を試作装置で補償する場合について、基本的な動作を確認する。5.試作装置による実験とコンピュータシミュレーションにより制御系の定数と補償特性の関係を明らかにした。以上により,本方式のAFの基礎的特性が解明されるとともに,設計指針の確立につながる指針が得られたものと考えている。これらの成果は,次年度で予定している系統内での動作の検討の基礎となり得るものである。

本年度は、この成果を踏まえて、複数台の提案するAFを配電系統に並列接続及び分散配置する場合の諸特性を解明し、適用に際しての指針を明らかにした。その概要は以下の通りである。1.昨年度に製作したAFの試作装置と同一仕様のAFをさらに1台試作した。2.上記のAFを2台並列接続して運転し、サイリスタ位相制御整流回路の発生する高調波を補償する実験的検討を行った。この結果、2台のAF間の制御系の連携を全く行うことなく補償電流が均等に分担できることを確認し、本研究で想定する配電系統用の汎用AFの制御法として、提案する電圧検出方式に基づく方式の有用性を示した。3.配電系統を想定し、複数の発生源からの高調波を2台のAFで補償する場合について、AFの配置方法の実験的検討を行った。AFを同一箇所に2台並列接続して集中配置する場合と、配電系統の別の場所に分散配置する場合について、系統各部の電圧高調波ひずみを実測した。その結果、集中配置する場合、接続点付近の電圧ひずみは低減できるものの、補償電流を経路となる部分の電圧ひずみが高くなることを示した。これに対し、分散配置する場合は、系統全般の電圧ひずみの低減に有効であり、配電系統における高調波補償として望ましい方式であることを見いだした。以上の成果より、配電系統の高調波補償に適するAFの新方式の検討を目的とした本研究の目標は達成されたと考える。
新手法：葉内の光合成産物の産生状況を電気的に非破壊かつ連続測定する手法の開発

植物のインピーダンス特性は農産物の鮮度等の指標としての利用例があるが,通常の生育環境下における同特性の実態を測定した例は少ない。本研究では,同特性と光合成との関係性を検討・解析し,最終的に光合成産物の蓄積状況の定量測定の可能性を追求する。しかしそのためにはまず,水と温度環境を代表とする外部生育環境が,インピーダンス特性にどの様な影響を外乱として与えるかを明らかにしなければならない。そこで本年度は,まず初めに水と温度環境に注目し,それらが同特性に具体的に与える影響を検討した。さらに,両者の影響を排除しつつ光合成とインピーダンス特性との関係を測定する実験装置系や,事後の膨大なデータを効率的に解析する環境を構築した。さらに,組み上げた実験系を用いて,水と温度による影響を極力排除しつつ,光合成とインピーダンス特性との関係を検討した。水環境のインピーダンス特性への影響に関しては,サンプルに水ストレスを負荷した結果,RWC(相対含水率)の減少につれてCole-Coleプロットが相似的に縮小した。結果にはばらつきがあるものの,水環境が同特性に一定の影響を与えることが分かった。一方,温度環境に関しては,少なくとも植物の通常の生育温度内においては同特性への有意な影響は確認できなかった。光合成とインピーダンス特性との関係に関しては,12時間連続で光合成をさせた場合,同徳性が有意に増加する一方,12時間連続暗期では有意に減少することを確認した。また,分単位の光照射において,明期および暗期の繰り返しに同特性が一定の傾向で反応する現象を新たに発見した。前者の結果は,同特性が光合成産物の蓄積と減少を反映することを示唆するものである。また後者の結果は,同特性が電子伝達系等の光合成系内の種々の反応状況を反映する可能性を示唆しており,同特性による光合成活性の測定等の可能性を示唆するものと考える。植物の光合成の実施状況をインピーダンス特性を通じて測定するためには,様々な外乱がどの程度影響するのかをあらかじめ知っておかねければならない。これは,まず外乱が与える影響がわからなければ,実際にインピーダンス特性を測定してもそれが光合成の進行を示すものかどうかを判別できないからである。そこでまず本年度においては,水と温度環境という代表的な環境変動と同特性との関係について明らかにした。このため,インピーダンス特性の推移から光合成の進行状況を抽出することがある程度可能と見込める状況となった。以上の結果は,最終的な目的を達成するためには必須の知見であり,これらの知見の確保は,本研究が最終的な目的に対して順調に進んでいることを十分示唆するものである。これらの結果を評価した結果,「おおむね順調に進展している」と判断した。本年度の実験において,短時間の光照射にインピーダンス特性が敏感に反応する現象が初めて確認された。光合成産物の蓄積が高インピーダンス物質を生成して同特性を増加させることはまず確実と考えられるが,短時間の光照射によって同特性が逆に減少する状況ははじめて観察された現象である。この現象は,光合成産物の蓄積だけでは十分な説明が困難と思われる。そこで,次年度においては,光合成活性測定装置を用いて,明期と暗期の時間比を様々に設定するなど,光の照射条件を多様に変更して実験を行うなどの工夫により,同特性と光合成系との関係性について詳細な検討を加え,短時間の光照射がインピーダンスを減少させる原因を探る予定である。