hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トカマクプラズマにおけるプラズマ回転の動的形成過程

本研究は、(1)トカマクプラズマにおけるプラズマ回転の動的形成過程の解明、(2)プラズマ回転形成過程と電場シアー形成との関連の解明、(3)回転ヘリカル磁場印加によるプラズマ回転駆動機構の解明等を目的として行われた。これまでに得られた成果は、・プラズマ回転形成過程の詳細な実験を行うために、既設小型トカマク装置HYBTOK-IIにIGBTインバータ電源をジュールコイルおよび垂直磁場コイル電源用に導入し、プラズマ電流の任意波形制御とディジタル信号処理回路とIGBT高速垂直磁場電源を組み合わせたプラズマ水平位置制御により、これまでのコンデンサバンク方式のトカマク放電では得られなかった幅広い放電条件化で再現性良くプラズマを生成することが可能となった。・主モードm=6/n=1の回転ヘリカル磁場を発生するヘリカルコイルをHYBTOK-IIトカマクに据え付け、ヘリカル摂動磁場のプラズマ中への浸透過程が、外部回転ヘリカル摂動磁場とプラズマの自発的回転(E×B回転)との相対的速度により、摂動磁場が増幅(相対回転速度:小)する場合と摂動磁場が減衰(相対速度:大)する場合があることを実験および数値計算から明らかにした。・外部回転ヘリカル磁場の浸透およびヘリカル遮蔽電流の形成過程を制御するために、電極バイアス印加によるプラズマ回転制御実験を回転ヘリカル摂動磁場印加に重畳し、ヘリカル摂動磁場の浸透分布およびその時間変化を調べた結果、電極バイアス印加により相対的なプラズマ回転速度を上げた場合、より顕著な摂動磁場遮蔽効果が見られた。また、プラズマ回転のON/OFF制御による摂動磁場強度が、ある緩和時間を持って変化することが観測された。今後、詳細な時間応答性の観測により、ヘリカル摂動磁場印加による磁気島形成と遮蔽電流の誘起過程を明らかにしていく予定である。既設小型トカマク装置HYBTOK-IIの性能向上のために、従来のコンデンサーバンク方式のジュールコイル電源を、新規購入のインバータ式電源に置き換えた。インバータ式ジュール電源の主な仕様として、(1)最大通電電流:+/-750A、通電時間:26ms、電流立ち上がり速度:333A/ms、電流制御方式:瞬時電流制御、通電繰り返し:2分30秒に1回である。ジュール電源の改造の結果、プラズマ電流値:315kAの範囲で、放電時間15msのプラズマが再現性よく生成でき、今後のバイアス印加や回転ヘリカル磁場印加によるプラズマ回転誘起実験を機動的に行うことが可能となった。今後、既設インバータ式垂直磁場コイル電源を外部入力が可能な形式に改造し、水平位置制御方法の改良を行っていく予定である。回転ヘリカル磁場印加用のm/n=6/1の2対コイルをトカマク真空容器外周に設置し、インバータ式ヘリカル磁場電源を用いてその通電試験を行い、設計通りの特性を確認した。今後、真空場における回転ヘリカル磁場強度分布の測定を経て、プラズマ中への回転ヘリカル磁場の浸透過程およびプラズマ回転駆動ならびにアルフベン波励起に関する実験を行う予定である。電極バイアス印加によるプラズマ回転駆動実験に関しては、高速データ収集システムを構築し、その性能確認を行った。今後、可動式のバイアス電極の製作を行い、マッハプローブを用いて、パルスバイアス印加時のプラズマ回転の動的応答性に関する実験を行う予定である。●既設小型トカマク装置HYBTOK-IIのジュールコイル電源をコンデンサーバンク式電源から任意波形電流制御が可能な高速IGBT電源に置き換えた結果、プラズマ電流:315kAの範囲で任意の電流波形をもつプラズマの生成が可能となった。

これにより従来のコンデンサーバンクを用いたトカマク運転領域を格段に拡張でき、予備放電を兼ねたACトカマク運転など、よりフレキシブルな運転を行えるようになった。●プラズマ電流の任意波形制御に合わせて、トカマク位置制御用の垂直磁場コイル電源の改造も行い、従来のプレプログラム方式に加えてDSP(Digital Signal Processor)を用いた実時間ディジタル帰還制御も行えるように整備した。現在、プログラム等の開発を行いつつ、実験の準備を行っている。回転ヘリカル摂動磁場とトカマクプラズマの相互作用に関して、回転摂動磁場のトカマクプラズマ中への浸透過程を磁気プローブにより測定し、共鳴面を含めたプラズマ内部にわたっての挙動を調べた。●回転摂動磁場の周波数が低い場合、磁気島が形成され、共鳴面に流れる遮蔽電流よりもプラズマ電流再分配の効果が支配的になり、摂動磁場は半径方向にわたって増幅を受ける。また、周波数が高くなるにつれて、プラズマ周辺部で減衰を受けるようになる。これは、主モードであるm/n=6以外のm/n=7あるいは8の側帯波モードによる寄与と考えられる。●回転摂動磁場の回転とプラズマのEXB回転が逆向きになる場合、プラズマ内部の摂動磁場に強い変調が見られ、ヘリカル摂動磁場の相対的回転速度が遮蔽電流に大きく影響を与えることが見いだされた。現在、より詳細な磁場計測により回転ヘリカル摂動磁場とトカマクプラズマの相互作用の解明に取り組んでいる。本研究は、(1)トカマクプラズマにおけるプラズマ回転の動的形成過程の解明、(2)プラズマ回転形成過程と電場シアー形成との関連の解明、(3)回転ヘリカル磁場印加によるプラズマ回転駆動機構の解明等を目的として行われた。これまでに得られた成果は、・プラズマ回転形成過程の詳細な実験を行うために、既設小型トカマク装置HYBTOK-IIにIGBTインバータ電源をジュールコイルおよび垂直磁場コイル電源用に導入し、プラズマ電流の任意波形制御とディジタル信号処理回路とIGBT高速垂直磁場電源を組み合わせたプラズマ水平位置制御により、これまでのコンデンサバンク方式のトカマク放電では得られなかった幅広い放電条件化で再現性良くプラズマを生成することが可能となった。・主モードm=6/n=1の回転ヘリカル磁場を発生するヘリカルコイルをHYBTOK-IIトカマクに据え付け、ヘリカル摂動磁場のプラズマ中への浸透過程が、外部回転ヘリカル摂動磁場とプラズマの自発的回転(E×B回転)との相対的速度により、摂動磁場が増幅(相対回転速度:小)する場合と摂動磁場が減衰(相対速度:大)する場合があることを実験および数値計算から明らかにした。・外部回転ヘリカル磁場の浸透およびヘリカル遮蔽電流の形成過程を制御するために、電極バイアス印加によるプラズマ回転制御実験を回転ヘリカル摂動磁場印加に重畳し、ヘリカル摂動磁場の浸透分布およびその時間変化を調べた結果、電極バイアス印加により相対的なプラズマ回転速度を上げた場合、より顕著な摂動磁場遮蔽効果が見られた。また、プラズマ回転のON/OFF制御による摂動磁場強度が、ある緩和時間を持って変化することが観測された。今後、詳細な時間応答性の観測により、ヘリカル摂動磁場印加による磁気島形成と遮蔽電流の誘起過程を明らかにしていく予定である。
人工染色体ベクター搭載マウスによる個体レベルでのエピジェネティクス解析

発生や疾患とエピジェネティクスの関連性が明らかとなってきているが、これらの知見を個体レベルで検証するには、安定的に遺伝子改変を行ったモデル動物による解析が必要である。本研究では、個体レベルの生命現象の変動に伴う生理的な遺伝子発現を再現することが可能な、従来困難であった個体レベルのエピジェネティックな変動を安定的に解析できるマウス作製技術の基盤を人工染色体ベクターを用いて構築することに成功した。遺伝子改変マウス作製のトランスクロモソミックマウス作製技術の向上を目指した。この技術は染色体工学と発生工学を融合して鳥取大学で開発した技術であり、これまでにヒト抗体産生マウス樹立などの成果を出している。今年度は、染色体ベクター上の遺伝子改変がよりスムーズに行えるようなシステムの構築を行った。その結果、マウスES細胞の人工染色体(HAC)ベクターに、Cre/loxPシステムによりBACやPACに組み込まれている大きな遺伝子(100kbp以上)を効率よく導入出来る条件を確立した。これにより、従来行われてきた微小核融合法を用いずに、マウスES細胞上のHACベクターに遺伝子を導入することが可能になる。微小核融合法は、特殊な機器を必要とする技術であるため汎用的ではない。この欠点を克服したことは、トランスクロモソミックマウス作製技術を遺伝子改変マウス作製技術として、汎用性を高める為に貢献できる。また、エピジェネティックスの変動を解析するために、ポリコーム複合体の構成因子の1つであるCbx6遺伝子のコンディショナルノックアウトマウス作製を試みた。第1エクソンを欠損させるようにloxPではさみ込むようにデザインしたターゲティングベクターをデザインした。このベクターをC57B/6由来のES細胞に導入して、相同組み換え体のクローニングを試みている。PCRで確認したところ1クローンが得られた。現在、この1クローンをインジェクションして、キメラマウスを作製するとともに、新しいクローンの取得を進めている。今年度は、人工染色体(HAC)ベクターの細胞への導入がよりスムーズに行えるよう、微少核細胞融合法など、種々の染色体移入法の条件検討を行った。これによりマウスES細胞のHACベクターを効率的に導入することが可能になり、トランスクロモソミックマウス作製技術を遺伝子改変マウス作製技術として汎用性を高める為に貢献できる。第1エクソンを欠損させるようにloxPではさみ込むようにデザインしたターゲティングベクターをC57B/6由来のES細胞に導入してキメラマウスを作製し、導入遺伝子の生殖系列伝達も確認した。遺伝子改変マウス作製のためのトランスクロモソミックマウス作製技術は染色体工学と発生工学を融合して鳥取大学で開発した技術であり、これまでにヒト抗体産生マウス樹立などの成果を出している。今年度は、加齢進行や性別にともなう個体レベルでの遺伝子発現を安定的に解析するために、EGFPを搭載した人工染色体を保持するマウス系統を樹立した。10週齢、50週齢における♂♀の血液細胞における遺伝子発現をセルアナライザーにより解析したところ、いずれの場合も95%以上のGFP陽性率で性差、個体差、週齢差は観察されなかった。また、エピジェネティックス関連遺伝子を効率的に人工染色体ベクター搭載するために、BACを効率的に改変し、ES細胞中で改変BACを人工染色体ベクターに搭載するシステムを開発した。以上のことから、人工染色体ベクターは生殖細胞成熟、受精、発生、分化といった生命現象あるいはガンや感染症などの各種疾患に関するエピジェネティクスを安定的に解析することが可能になるツールとなることが期待される。Cbx6遺伝子のコンディショナルノックアウトマウス作製について導入遺伝子の生殖系列伝達まで進めることができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は微少核細胞融合法などの複数の染色体移入法間でES細胞への導入効率を比較し、ES細胞への人工染色体ベクター移入について最適な条件を確立したい。また、Creリコンビナーゼ発現マウスとの掛け合わせにより、Cbx6遺伝子コンディショナルノックアウトマウス作製を完成させ、Cbx6遺伝子の表現型解析を行いたい。
硫黄細菌によるコンクリート腐食に関する研究

硫黄酸化細菌が原因の下水管及び下水処理施設のコンクリート腐食を防止する試薬の開発を目的に研究を進め、平成9年度から平成12年度の4年間に下記に示す成果を得た。下水処理施設の腐食コンクリートから好酸性の硫黄酸化細菌NB1-3株を単離しThiobacillus thiooxidansと同定し、本菌の生育が、中性pHでニッケルによって強く阻害されることを示した。ニッケル以外にも、タングステンが特に酸性pHで本菌に強く結合し生育を強く阻害することを明らかにした。NB1-3株に対するニッケル及びタングステンの阻害部位がsulfur dioxygenase及びsulfite oxidaseであることを示し、これら金属が細胞膜に結合し、エネルギー生成に関与する酵素を強く阻害することによって生育を阻害することを明らかにした。pH9.5においても増殖可能な、アルカリ側に生育最適pHを持つ硫黄細菌RO-1株を下水処理施設腐食コンクリートより新たに単離しThiobacillus versutusと同定した。RO-1株は、pH9.0のチオ硫酸培地中に添加したコンクリートブロックからCa^<2+>の溶出を行ったが、T.thiooxidans NB1-3株は行わないことからRO-1株は調製後アルカリ性(pH12-13)を示すコンクリートの初期腐食に関与している硫黄細菌であることを明らかにした。全国8ヶ所の下水処理施設の腐食コンクリートから鉄酸化細菌Thiobacillus ferrooxidansを36株単離し、硫黄細菌のみでなく、鉄酸化細菌もコンクリート腐食に関与していることを初めて明らかにした。更に、鉄酸化細菌もタングステンによって強く阻害されること、またその阻害部位が鉄酸化酵素の重要成分であるcytochrome c oxidaseであることを明らかにした。各種有機及び無機化合物を添加したコンクリートブロックを調製し、硫化水素濃度580ppmの汚泥槽内で15.5年間暴露試験を行い、ニッケル及びタングステンを混和したコンクリートが無添加のものと比較して顕著な腐食遅延効果があることを明らかにするとともに、腐食速度並びにイオウ侵入速度からコンクリート構造物の耐用年数を概算する回帰式を誘導し、防菌剤添加コンクリートの耐用年数を50年と概算した。硫黄酸化細菌が原因の下水管および下水処理施設のコンクリート腐食を防止する試薬を開発する目的で研究を進め、平成9年度は下記に示す成果を得た。1)腐食コンクリートよりアルカリ耐性の硫黄酸化細菌を単離し固定する。バクテリアによるコンクリートの初期腐食を研究するためにアルカリ性(pH10.0)のチオ硫酸培地に生育できる硫黄酸化細菌RO-1株を腐食コンクリートから単離し、性質の検討を行った。RO-1株は、グラム陰性の桿菌(0.5-0.6×0.9-1.5μm)で、生育の最適pH及び温度をそれぞれ8.0および30-37°Cに持っていた。pH9.0およびpH10.0のチオ硫酸培地に生育する際の増殖収量は、最適生育条件下で観察されるそれのそれぞれ75及び48%であった、RO-1株は、元素硫黄とテトラチオン酸は利用できなかったが、サルファイド、チオ硫酸、グルコースを唯一の生育のエネルギー源として利用できた。また、本菌は、サルファイド、元素硫黄、チオ硫酸、亜硫酸、グルコースに対する酸化活性を持っていたがテトラチオン酸に対する酸化活性はもっていなかった。

RO-1株は、チオ硫酸をエネルギー源として用いた場合、^<14>CO_2を細胞内へ取り込む活性を持っていた。RO-1株は、硝酸イオンを含むペプトン-硝酸培地で嫌気的に増殖することができた。RO-1株のGC含量は65.0モル%であった。以上の結果より、今回,腐食コンクリートより単離した通性硫黄酸化細菌RO-1株は、Thiobacillus versutusであると推定した。腐食コンクリートより単離された中性pHで増殖できる通性硫黄酸化細菌として、Thiobacillus novellus,Thiobacillus intermediusが知られているが、Thiobacillus versutusに関しては報告はない。2)腐食コンクリートからの鉄酸化細菌の分離二価鉄のみではなく無機硫黄化合物に対しても酸化活性を持つ鉄酸化細菌が、コンクリート腐食へ関与しているかどうかを検討するために、福山市、沖縄、埼玉県の下水処理施設の腐食コンクリートから15株の鉄酸化細菌を単離した。腐食コンクリートより単離した硫黄酸化細菌Thiobacillus thiooxidans NB1-3のサルファーオキシゲナーゼおよび亜硫酸酸化酵素、ユビキノールオキシダーゼ活性をニッケルイオンが強く阻害することを明らかにした。硫黄酸化細菌が生成する硫酸が原因の下水管および下水処理施設のコンクリート腐食を防止する試薬を開発する目的で研究を進め、平成10年度は下記の結果を得た。硫黄酸化細菌の増殖を阻害する物質のスクリーニング腐食コンクリートより単離した硫黄酸化細菌Thiobacillus thiooxidans NBl-3株は、Ni^<2+>により増殖を強く阻害される。ニッケル以外の金属、金属塩、金属酸化物を検討し、タングステン酸ソーダが本菌、及び各種硫黄細菌の標準株の増殖をニッケルより強く阻害することを見いだした。硫黄酸化能を持つ鉄酸化細菌T.ferroxidansが腐食コンクリートより単離できるかどうかを検討し、平成10年度、15株の鉄酸化細菌を得た。本年度は、前年度単離した菌株のうち、埼玉県中川下水処理施設の腐食コンクリート(表面より3-5cm)より得た中川5-1株の、電子顕微鏡写真、DNAのGC含量、菌学的性質を検討し、中川5-1株がThiobacillus ferrooxidansであることを決定した。タングステン酸ソーダの増殖阻害機構の解明鉄酸化細菌T.ferrooxidansの鉄培地での増殖は、100μM以上のタングステン酸ソーダの存在で完全に阻害される。増殖阻害機構の解明を試み、タングステンが、酸性条件下、本菌の外膜に強く結合し、阻害に関わっていることを初めて明らかにした。硫黄酸化細菌が生成する硫酸が原因の下水管及び下水処理施設のコンクリート腐食を防止する試薬の開発を目的に研究を行い、平成11年度は下記の結果を得た。防菌剤を添加したコンクリートブロックの腐食に及ぼす影響
低血糖による糖尿病網膜症増悪におけるミトコンドリア由来活性酸素種の寄与解析

低血糖が糖尿病合併症の発症・進展に関与する機序として、低血糖が炎症や血液凝固系異常、血管内皮障害を惹起し心血管イベント発症に関与する可能性(Diabetes Care 2010)や、糖尿病網膜症患者の硝子体中でVEGF、Interleukin (IL)-8、IL-6、endothelin-1、腫瘍壊死因子αなどが増加しており(Exp Diabetes Res 2007)、低血糖時にそれらが増加する(J Clin Endocrinol Metab 2002)という報告がある。しかしながら、低血糖と糖尿病合併症増悪機序に関しては未だ一定の見解が得られていない。申請者らは、高血糖が血管内皮細胞においてミトコンドリア由来活性酸素種(mtROS)の過剰産生を誘導し、糖尿病合併症の成因と考えられていた細胞内代謝異常を引き起こすこと(Nature 2000)、血管内皮細胞に特異的にMnSOD (mtROS特異的除去酵素)を発現させたトランスジェニックマウスの作製に成功し、mtROSの制御により糖尿病網膜症の発症抑制が認められたこと(Biochem Biophys Res Commun 2008)等を報告し、糖尿病の合併症発症にmtROSの関与が大きいことを明らかにした。一方、低グルコース状態下の血管内皮細胞においても脂肪酸酸化亢進を介してmtROSが増加し、その結果として血管内皮障害を誘導することを世界で初めて報告した(J Diabetes Investig 2017)。本研究では、網膜血管内皮細胞を用いて、低血糖により誘導されたmtROSが糖尿病網膜症増悪に関与する可能性を検討する。さらに低血糖誘導mtROSの産生機序として脂肪酸酸化亢進が関与することを動物実験においても明らかにし、低血糖時の脂肪酸酸化亢進を標的とした新規合併症治療法の開発を探索する。本研究におけるin vitroの実験として、ヒト網膜毛細血管内皮細胞(HRMECs)における低グルコース刺激によるmtROS産生を検討した。mtROSは還元型Mitotracker Redを用い共焦点レーザー顕微鏡により観察・検討を行った。また増加したROSがミトコンドリア由来であることの確認のため、adenoviral vectorを用いてミトコンドリア型スーパーオキシドジスムターゼであるMnSODを過剰発現(Nature 2000)させたヒト網膜毛細血管内皮細胞(HRMECs + MnSOD)を使用した。a) HRMECs;正常グルコース濃度培養群(NG群; 5.5 mM)、b) HRMECs;低グルコース濃度培養群(LG群; 2.5 mM)、c) HRMECs + MnSOD ;低グルコース濃度培養群(LG + MnSOD群)の3群による検討では、LG群はNG群に比してMitotracker Redの蛍光強度増加を認め、LG + MnSOD群ではその蛍光強度増加が抑制されていた。大動脈血管内皮細胞における既報の結果と同様の現象が、HRMECsにおいても確認された。次いで、カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ1 (CPT1)阻害剤であるetomoxirを用いることで脂肪酸酸化阻害によるmtROSへの影響を評価した。LG + etomoxir群では、LG + MnSOD群と同様にLG群で確認されたMitotracker Redの蛍光強度の増加が抑制された。以上の結果から、低グルコース状態下の網膜血管内皮細胞においても脂肪酸酸化亢進を介してmtROSが増加することを確認した。細胞実験に関しては、当初より想定していた方向で実験結果を得ている。今後は低グルコース誘導mtROSによる網膜血管内皮細胞の透過性亢進ならびに細胞間接着への影響を検討する予定としている。一方、動物実験に関しては、糖尿病モデルマウスに対する低血糖刺激実験を施行している段階である。低血糖刺激終了後のマウス網膜を免疫染色法にて検討することで、細胞実験同様に酸化ストレスマーカーが上昇すると想定している。また網膜血管透過性亢進に関与する分子の発現や血管透過性に関しても検討を進める予定である。

本研究では、網膜血管内皮細胞を用いて、低血糖により誘導されたmtROSが糖尿病網膜症増悪に関与する可能性を検討する。さらに低血糖誘導mtROSの産生機序として脂肪酸酸化亢進が関与することを動物実験においても明らかにし、低血糖時の脂肪酸酸化亢進を標的とした新規合併症治療法の開発を探索する。本研究におけるin vitroの実験として、ヒト網膜毛細血管内皮細胞(HRMECs)における低グルコース刺激によるmtROS産生を検討した。mtROSは還元型Mitotracker Redを用い共焦点レーザー顕微鏡により観察・検討を行った。また増加したROSがミトコンドリア由来であることの確認のため、adenoviral vectorを用いてミトコンドリア型スーパーオキシドジスムターゼであるMnSODを過剰発現(Nature 2000)させたヒト網膜毛細血管内皮細胞(HRMECs + MnSOD)を使用した。a) HRMECs;正常グルコース濃度培養群(NG群; 5.5 mM)、b) HRMECs;低グルコース濃度培養群(LG群; 2.5 mM)、c) HRMECs + MnSOD ;低グルコース濃度培養群(LG + MnSOD群)の3群による検討では、LG群はNG群に比してMitotracker Redの蛍光強度増加を認め、LG + MnSOD群ではその蛍光強度増加が抑制されていた。大動脈血管内皮細胞における既報の結果と同様の現象が、HRMECsにおいても確認された。次いで、カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ1 (CPT1)阻害剤であるetomoxirを用いることで脂肪酸酸化阻害によるmtROSへの影響を評価した。LG + etomoxir群では、LG + MnSOD群と同様にLG群で確認されたMitotracker Redの蛍光強度の増加が抑制された。以上の結果から、低グルコース状態下の網膜血管内皮細胞においても脂肪酸酸化亢進を介してmtROSが増加することを確認した。細胞実験に関しては、当初より想定していた方向で実験結果を得ている。今後は低グルコース誘導mtROSによる網膜血管内皮細胞の透過性亢進ならびに細胞間接着への影響を検討する予定としている。一方、動物実験に関しては、糖尿病モデルマウスに対する低血糖刺激実験を施行している段階である。低血糖刺激終了後のマウス網膜を免疫染色法にて検討することで、細胞実験同様に酸化ストレスマーカーが上昇すると想定している。また網膜血管透過性亢進に関与する分子の発現や血管透過性に関しても検討を進める予定である。本年度は培養細胞ならびに細胞実験の消耗品の購入に助成金を使用した。当該年度使用金額の集計の結果、23,510円の残額が生じたため、翌年度分と合算し、次年度の細胞実験、動物実験のための費用に使用する計画としている。
マルコフ環境における分散学習アルゴリズムに関する研究

(1)推移確率未知なマルコフ決定過程に対する分散学習アルゴリズム(オートマン)の構成法を与え,シミュレーションによってその有効性を確認し,本分散学習オートマンとWatkinsによるQ-Learingとを数値実験により種々比較検討した。(2)移動ロボットの開発を支援するオブジェクト指向に基づくソフトウェアシステムを完成し、そのシステムを用いて、障害物回避問題への学習的アプローチを試みた。すなわち、Borensteinらによる障害物回避アルゴリズムVHF法における諸パラメータを学習オートマトンによって自動調整する手法を開発し、シミュレーションと実機による動作実験を行い、その有効性を確認した。(3)未知環境で動作する移動ロボットの行動の自律的生成問題に対し、分散学習オートマトンを適用する方法を開発し、シミュレーションによる実験的検討を行った。すなわち、その上部にフォトセンサを想定した移動ロボットに対し、光源に向かう行動の獲得を分散学習によって行う方法を提案し、その有効性をシミュレーション実験によって検証した。(4)上記の研究では、マルコフモデルが予め定義されていることを前提としている。しかし、現実の問題では、そのようなモデルをオンラインで同定する必要がある。そこで、ケストラ-の提唱によるホロンの考えに基づく、大規模非線形システムの自律分散的な新しい同定アルゴリズム(ホロンネットワーク)を提案した。すなわち、ホロンネットワークの構造パラメータを改変する秩序化方式とよぶ新しい学習アルゴリズムを提案した。このホロン・ネットワークと学習オートマントとを統合した、より高度な分散学習機構を実現することが今後の課題である。本年度に得た主な成果はつぎの通りである。(1)推移確率が未知なマルコフ決定過程に対する、分散学習アルゴリズムの構成法を与え、シミュレーションによってその有効性を確認した。本分散学習オートマトンとWalkinsによって提唱されているQ-Learningとの比較検討を進めた。しかし、本分散学習オートマトンの収束性の理論的保証は未解決である。(2)移動ロボットの開発を支援するオブジェクト指向に基づくソフトウェアシステムを完成し(電気学会論文誌に採録となり、現在印刷中である)、そのシステムを用いて、障害物回避問題への学習的アプローチを試みた。すなわち、Borensteinらによる障害物回避アルゴリズムVHF法における諸パラメータを学習オートマトンによって自動調整する手法を開発し、実機による動作実験を行い、その有効性を確認した。それらの成果を、口頭による3件の発表論文にまとめた。15EA04:ケストラ-の提唱によるホロンの考えに基づく、大規模非線形システムの自律分散的な新しい固定アルゴリズム(ホロンネットワーク)を提案した。この秩序化方程式は、ホロンの二面性を備えており、ネットワークを、多様なダイナミクスの固定対象に適合するように、カオスの辺縁に保持するように自律分散的に自己組織化する。種々の固定問題についてシミュレーション実験を行い、提案したホロンネットワークが優れた汎化能力と学習特性をもつことを実証した。この成果は、国際会議で発表し、また、計測自動制御学会論文誌に採録となり現在印刷中である。(1)本研究で提案している分散学習オートマトンとWatkinsによるQ-Learningとを数値実験により種々比較検討した。また、提案の分散学習オートマトンの収束性について検討した。ただし、その一部の性質は解明できたが、なお完全な証明には到っていない。(2)様々な発見的手法を導入して、本分散学習オートマトンの収束速度を改善し、それを、下記の移動ロボットの学習による行動獲得に組み込んだ。また、先に提案したホロン・ネットワークは、学習に多大な時間を要すること、および扱える信号が0または1の2値に限定されるなどの問題があったため、学習時間を短縮するために新たな進化アルゴリズムを提案し、連続値信号も扱えるよう拡張した。この成果をまとめ、学術誌に発表した。(3)未知環境で動作する移動ロボットの自律的行動の生成問題についてシミュレーションによる実験的検討を行った。

すなわち、その上部にフォトセンサを想定した移動ロボットに対し、光源に向かう行動の獲得を分散学習によって行う方法を提案し、その有効性をシミュレーション実験によって検証した。その成果を研究会等で発表した。なお、シミュレーションは、先に開発した移動ロボット開発支援システムの機能の一部を用いて行った。(4)移動ロボットの実機による学習実験を進めた。(5)おわりに:本研究の目的であるマルコフ環境下での分散学習については、ほぼ所期の成果を得た。しかし、移動ロボットの学習による行動獲得の研究と通して、マルコフ・モデルによるアプローチの限界が明らかになった。非マルコフ的な環境での学習問題の分散学習機構の開発が本研究の次のステージとして重要と考える。
18F-フルオロド-パによる脳疾患の病態解明-ポジトロンCTによる検討-

平成元年度までの経過1.^<18>F-フルオロド-パ合成装置を製作し、臨床利用が可能な量の収量を得ることができた。またこれにより作られた^<18>F-フルオロド-パがヒトへの投与が可能であることを確認した。2.正常ボランティア6例において2^<18>F-フルオロド-パとポジトロンCTによる脳ドパミン代謝測定を行い、全例において特異的な線条体への高集積を認めた。3.臨床例での検討:錐体外路系運動障害患者18例において脳ドパミン代謝の測定を行い、^<18>F-フルオロデオキシグルコ-スによる糖代謝量と対比検討した。脳ドパミン代謝はドパミンニュ-ロン系のシナプス前機態をあらわし、糖代謝は主にシナプス後機能を反映すると考えられ、両者の測定によりドパミンニュ-ロン系の機能低下をシナプス前後にわけて検討することが可能となる。特発性パマ、線条体糖代謝の低下もみられた。特発性パ-キンソン病ではLード-パによる治療が有効であったのに対して、パ-キンソン症候群ではその効果はみられず、線条体糖代謝の低下により示されたシナプス後機能低下のためと思われた。ハンチントン病では線条体糖代謝の低下にもかかわらずドパミン代謝は正常で、シナプス後機能低下が病因の本体で、シナプス前機能には問題なないものと思われた。進行性枝上麻痺ではドパミン代謝と糖代謝をあわせて検討することにより、錐体外路系運動障害の病態生理の解明の一助となりうると思われた。また、それらの疾患の鑑別診断、重症度の判定、経過視察などに応用できる可能性が示唆された。昭和63年度までの経過1.^<18>F-フルオロドーパ合成装置を製作し、臨床利用が可能な量の収量を得ることができた。またこれにより作られた^<18>F-フルオロドーパがヒトへの投与が可能であることを確認した。2.正常ボランティア4例において^<18>F-フルオロドーパとポジトロンCTによる脳ドパミン代謝測定を行ない、全例において特異的な線条体への高集積を認めた。3.臨床例での検討:各種脳神経疾患患者11例において脳ドパミン代謝の測定を行ない、脳血流量および糖代謝量と対比検討した。ポーキンソン病では線条体のドパミン代謝のみが低下し、血流量および糖代謝の低下はみられなかった。またその程度は被殻において高度であり、尾状核では軽度であった。片側性パーキンソン病および片側性パーキンソン症候群では患側と反対側での低下が著明であった。ハンチントン病では線条体の血流量および糖代謝の低下にもかかわらずドパミン代謝は正常であった。進行性核上麻痺ではドパミン代謝、血流量および糖代謝のいずれも低下していた。パーキンソン症状のないアルツハイマー病では線条体ドパミン代謝の低下はみられなかった。このように脳ドパミン代謝の測定はパーキンソン病やハンチントン病などの錐体外路系運動障害の鑑別診断、重症度の判定、経過観察などに応用できる可能性が示された。今後の研究目標1.現時点では^<18>F-フルオロドーパ合成装置は一部手動の部分が残っており、それを全自動合成装置へと完成させる。2.正常者においても年齢、性別による差異が予想され、この4例の結果では十分でなく、それらを考慮した正常データの検討を行なう。3.臨床例のデータをかさねて、疾患別の詳細な検討を行う。平成元年度までの経過1.^<18>

Fーフルオロ-ド-パ合成装置を製作し、臨床利用が可能な量の収量を得ることができた。またこれにより作られた^<18>Fーフルオロド-パがヒトへの投与が可能であることを確認した。2.正常ボランティア6例において^<18>Fーフルオロド-パとポジトロンCTによる脳ドパミン代謝測定を行い、全例において特異的な線条体への高集積を認めた。3.臨床例での検討:錐体外路系運動障害患者18例において脳ドパミン代謝の測定を行い、^<18>Fーフルオロデオキシグルコ-スによる糖代謝量と対比検討した。脳ドパミン代謝はドパミンニュ-ロン系のシナプス前機能をあらわし、糖代謝は主にシナプス後機能を反映すると考えられ、両者の測定によりドパミンニュ-ロン系の機能低下をシナプス前後にわけて検討することが可能となる。特発性パマ、線条体糖代謝の低下もみられた。特発性パ-キンソン病ではLード-パによる治療が有効であったのに対して、パ-キンソン症候群ではその効果はみられず、線条体糖代謝の低下により示されたシナプス後機能低下のためと思われた。ハンチントン病では線条体糖代謝の低下にもかかわらずドパミン代謝は正常で、シナプス後機能低下が病因の本体で、シナプス前機能には問題がないものと思われた。進行性核上麻痺ではドパミン代謝と糖代謝をあわせて検討することにより、錐体外路系運動障害の病態生理の解明の一助となりうると思われた。また、それらの疾患の鑑別診断、重症度の判定、経過観察などに応用できる可能性が示唆された。
減数分裂における還元分裂成立の分子機構

減数分裂は、第一分裂と第二分裂の連続した核分裂からなり、第一分裂は相同染色体を分離して染色体数を半減させる特別な分裂(還元分裂)であって、有性生殖を可能にしている重要な仕組みである。本研究では、分子レベルでの減数分裂研究が最も進んでいる生物のひとつである分裂酵母を研究対象とし、分裂酵母における減数分裂のマスター制御因子であるRNA結合タンパク質Mei2pが還元的核分裂の誘導にどのように関わっているかを追究している。研究代表者のグループでは、還元分裂時に生体内でMei2pと結合して働いているタンパク質因子の候補として、酵母ツーハイブリッド法により30近くの遺伝子を単離していたが、本研究では、それらの個々について遺伝子破壊を行ってもたらされる表現型を検討した。その結果、細胞が致死性を示してしまうものや特に明白な表現型を示さないものが多数を占めたが、3種類の遺伝子は減数分裂に関係した興味深い表現型を示すことが分かった。これらはこれまで分裂酵母での機能が詳しく解析されていないものであり、なかでもその一つは、オートファジー(自食作用)に関係することが知られている出芽酵母遺伝子のホモログであった。この遺伝子につき、既知の減数分裂関連遺伝子との遺伝的相互作用を調べ、またそれらの遺伝子の発現に対する影響などを調べることを行なって、減数分裂過程のどの段階でこの遺伝子が作用しているものであるかを絞り込んでいる。減数分裂は、卵や精子といった配偶子の形成にあたって、母親由来と父親由来の相同染色体を分離して染色体数を半減させる特別な分裂様式であり、有性生殖を可能にする重要な仕組みである。本研究では、分子レベルでの減数分裂研究が最も進んでいる生物のひとつである分裂酵母を研究対象とし、分裂酵母における減数分裂のマスター制御因子であるRNA結合タンパク質Mei2pが還元的核分裂にどのように関わっているかを追究している。特に、Mei2pは還元分裂の時期に核内で染色体の特定領域に会合して特異的な点状構造を形成するが、この構造が還元分裂において果たしている役割に注目して研究を進めている。まず、還元分裂時に生体内でMei2pと結合して働いているタンパク質因子を同定するため、これまでに当研究室において酵母ツーハイブリッド法により、Mei2pと相互作用する可能性があると判定していた30近くの遺伝子について、個々に遺伝子破壊を行い、その表現型を確かめる作業を開始した。来日して研究に着手した10月から現在までの約5ヶ月間に、11種類の遺伝子について破壊が完了した。破壊遺伝子はまだその大部分がヘテロ2倍体に保持されており、ホモ2倍体にしたときの減数分裂に関する表現型の詳しい観察は今後に残されているが、予備的な観察では、減数分裂過程が遅延し、その後の胞子形成が完了しないような遺伝子破壊株が含まれていることが認められている。
抗癌剤誘発腎毒性に対するエブセレン及びラザロイドによる軽減効果

シスプラチン(Cis)は強い制癌剤を有するが、その反面、副作用として用量依存性の腎毒性が発現する。前年度、ラットを用いて脂質過酸化物や過酸化水素の消去作用をもつ有機セレン剤エブセレン(Eb)を予め一回投与した場合、Cisの腎毒性が軽減することを明らかにした。今年度は高濃度のCis投与に対するEb連回投与によるCisの腎毒性軽減効果について検討した。実験は雄性SD系ラット(8週齢)を用い、対照群、Cis投与群、Eb-Cis併用群に分けて行った。Cisは6mg/kg量を一回腹腔内投与し、Ebは2.75、5.5、llmg/kg量(Cisの1モルに対して、Eb 0.5、1、2モル比の濃度)を経口的連日投与した。腎機能検査として血清尿素窒素(BUN)、クレアチニン(Cr)値を測定した。また腎臓中の過酸化脂質量と還元型グルタチオン(GSH)濃度を測定した。Cis投与群と2.75ng/kgEb-Cis併用群は、対照群より、投与3日目、5日目ともに血清BUN及びCr値は有意な上昇を示し、そして著しい体重減少が見られた。しかし、5.5mg/kg Eb-Cis併用群と11mg/kg Eb-Cis併用群では、BUN及びCr値の上昇そして体重減少は認められなかった。組織学的所見はCis投与群に比べ、Eb-Cis併用群では尿細管上皮細胞の変化は軽度であった。腎臓中の過酸化脂質量はCis投与群は対照群より有意に増加していたが、5.5mg/kg Eb-Cis併用群と11mg/kg Eb-Cis併用群では過酸化脂質量の増加は認められなかった。腎臓中のGSH濃度はCis投与群では対照群に比べ有意な低下を示したが、5.5mg/kg Eb-Cis併用群と11mg/kg Eb-Cis併用群ではGSH濃度の低下は見られなかった。以上のことより、Eb連続投与は、高濃度のCis投与に対しても誘発腎毒性を軽減し、その作用はEb単回投与より効果的であった。その効果はCisとEbのモル比が1:1以上のときに認められた。シスプラチンは有効な制癌剤であるが、用量依存性の腎毒性が発現するため、臨床使用において大きな制限が加えられる。シスプラチンの腎毒性発現の機序の一つに活性酸素の関与が考えられている。今回、脂質過酸化物や過酸化水素の消去作用をもつ有機セレン剤エブセレンを用いて、シスプラチンの腎毒性軽減効果を検討した。「実験方法」動物は雄性SD系ラット(8週齢)を用い、対照群、シスプラチン5mg/kg投与群、エブセレン2.5mg/kg-シスプラチン5mg/kg併用群そしてエブセレン2.5mg/kg投与群に分けて行った。また腎臓中の過酸化脂質量及びグルタチオンペルオキシターゼ(GSH-Px)活性についても測定した。「結果及び考察」血清BUN及びCr値はシスプラチン投与群では対照群より著しい上昇が見られたが、エブセレン-シスプラチン併用群ではBUN及びCr値の上昇は認められなかった。組織学的所見はシスプラチン投与群では近位尿細管のほぼ全域に脱落再生異型上皮細胞と上皮細胞の消失を認めたられたが、エブセレン-シスプラチン併用群では近位尿細管に小範囲で部分的な細胞障害を認めるのみであった。腎臓中の過酸化脂質量はシスプラチン投与群は対照群より有意に増加していたが、エブセレン-シスプラチン併用群では過酸化脂質量の増加は認められなかった。腎臓中のGSH-Px活性はシスプラチン投与群では対照群に比べ有意な低下を示したが、エブセレン-シスプラチン併用群ではGSH-Px活性の低下は見られなかった。以上のことより、エブセレンはシスプラチン誘発腎毒性に対し、軽減作用をもつが、その効果は非用量依存性であった。エブセレンの腎毒性軽減効果はシスプラチンによる過酸化脂質の生成及びGSH-Px活性の低下を抑制することに起因しているものと考えられた。

しかし、5.5mg/kg Eb-Cis併用群と11mg/kg Eb-Cis併用群では、BUN及びCr値の上昇そして体重減少は認められなかった。組織学的所見はCis投与群に比べ、Eb-Cis併用群では尿細管上皮細胞の変化は軽度であった。腎臓中の過酸化脂質量はCis投与群は対照群より有意に増加していたが、5.5mg/kg Eb-Cis併用群と11mg/kg Eb-Cis併用群では過酸化脂質量の増加は認められなかった。腎臓中のGSH濃度はCis投与群では対照群に比べ有意な低下を示したが、5.5mg/kg Eb-Cis併用群と11mg/kg Eb-Cis併用群ではGSH濃度の低下は見られなかった。以上のことより、Eb連続投与は、高濃度のCis投与に対しても誘発腎毒性を軽減し、その作用はEb単回投与より効果的であった。その効果はCisとEbのモル比が1:1以上のときに認められた。
微生物菌体分離のためのクロスフロ-濾過法の高効率化

本年度は以下の三点の項目に関して検討を行った。(1)パン酵母懸濁液のクロスフロ-濾過機構の解明薄層流路型クロスフロ-濾過装置を用いて、パン酵母懸濁液のクロスフロ-濾過を行い、その膜透過流束に及ぼす諸因子を調べた。これらの実験結果から、膜透過機構に関して検討を行ったところ以下の知見が得られた。濾過開始直後においては、きわめて短期間であるが、菌体はDeadーend型の濾過の場合と同様な充填構造を取りながらも膜面上に堆積する。その後、菌体付着層表面近傍において、内部よりも密な構造の付着層が形成されることが明らかにされた。この理由として循環中に一部の菌体が変形しやすい構造に変質するためであることが示唆された。(2)膜透過流束を高くするための新規な操作方法の開発高い膜透過流束を得る目的で、種々の操作方法を検討した結果、濾口を周期的に開閉し、しかも濾口を閉じた時に気泡を供給すると、膜透過流束が数倍から10倍増加することが判明した。最適な条件では、2%のパン酵母懸濁液を10%に濃縮した場合の平均膜透過流束は3501/h・m^2に達した。(3)高粘性培養液のクロスフロ-濾過微生物菌体の中には、多糖など高分子物質を分泌するものが少なくない。これらの高分子物質は食品添加剤や生理活性物質としての理用が注目されている。本研究では、ケ-ススタディ-として、<Aureobasidium>___ー<pullulanns>___ーによる多糖プルランの発酵生産を行い、その高粘性培養液からの菌体の回収をクロスフロ-濾過法により行った。膜透過流束は低に値であったが、濾液は完全に清澄であり、プルランの膜透過率も90%と高く、クロスフロ-濾過法の有用性が示された。
ミトコンドリアをタ-ゲットとした選択毒性を有する新しい制癌剤と癌診断薬の開発

筆者らが発見したミトコンドリア内膜の片方側からのみエネルギ-変換を阻害する異方性阻害剤について,マウス白血病由来細胞(P388)及びマウス肉種由来細胞(Sarcoma 180)の細胞増殖に対する制癌剤薬効評価試験結果を行ったところ,TZー1ー8を除いていずれの異方性阻害剤(20種)もP388とS180の細胞増殖を顕著に抑制した.2.in vitroでの制癌剤薬効評価試験で有効性が認められた異方性阻害剤についてin vivoでの制癌剤薬効評価試験を行なったところ,抗P388試験では,薬効は認められなかったが,抗Sarcoma180試験では,TZ3ー4とTZ3ー13が顕著な抑制効果を示し,腫瘍退縮が認められた.3.ヌ-ドマウスに移植増殖させたヒト乳癌MXー1からのミトコンドリア単離法を開発し,インタクトネスを保持したミトコンドリアの単離に成功した.4.最近,制癌剤として多用されているシスプラチン(CDDP)が,ヒト乳癌MXー1から単離したミトコンドリアのグルタミン酸(+リンゴ酸)の呼吸活性を直接阻害し,その濃度作用曲線は,シグモイドカ-ブを描き,アロステリック阻害であることが示唆された.しかしながら,コハク酸を基質とした呼吸活性にはほとんど影響しないことが明かとなった.従って,CDDPの作用部位は,NADHーCoQ還元酵素レベルと推測される.ところが,CDDPは,正常のラット肝ミトコンドリアの呼吸活性に対しては極く僅かしか阻害しないこと,そしてラット心筋ミトコンドリアの呼吸活性に対しては全く影響しないことが解かった.従って,ヒト乳癌MXー1のミトコンドリアの呼吸鎖の一部(恐らくNADHーCoQ還元酵素)のCDDPに対する感受性が,正常組識のミトコンドリアのそれに比較して,著しく高いという重要な結論が得られる.今回の発見は,CDDPが,ヒト乳癌のミトコンドリアの呼吸活性に対して選択的に阻害作用を示し,正常な組織のミトコンドリアの呼吸活性に対してはほとんど阻害作用がないことを意味し,ヒト乳癌のミトコンドリアに対して"真の選択毒性"を持っているという重要な結論に達する.筆者らが発見したミトコンドリア内膜の片方側からのみエネルギ-変換を阻害する異方性阻害剤について,マウス白血病由来細胞(P388)及びマウス肉種由来細胞(Sarcoma 180)の細胞増殖に対する制癌剤薬効評価試験結果を行ったところ,TZー1ー8を除いていずれの異方性阻害剤(20種)もP388とS180の細胞増殖を顕著に抑制した.2.in vitroでの制癌剤薬効評価試験で有効性が認められた異方性阻害剤についてin vivoでの制癌剤薬効評価試験を行なったところ,抗P388試験では,薬効は認められなかったが,抗Sarcoma180試験では,TZ3ー4とTZ3ー13が顕著な抑制効果を示し,腫瘍退縮が認められた.3.ヌ-ドマウスに移植増殖させたヒト乳癌MXー1からのミトコンドリア単離法を開発し,インタクトネスを保持したミトコンドリアの単離に成功した.4.最近,制癌剤として多用されているシスプラチン(CDDP)が,ヒト乳癌MXー1から単離したミトコンドリアのグルタミン酸(+リンゴ酸)の呼吸活性を直接阻害し,その濃度作用曲線は,シグモイドカ-ブを描き,アロステリック阻害であることが示唆された.しかしながら,コハク酸を基質とした呼吸活性にはほとんど影響しないことが明かとなった.従って,CDDPの作用部位は,NADHーCoQ還元酵素レベルと推測される.ところが,CDDPは,正常のラット肝ミトコンドリアの呼吸活性に対しては極く僅かしか阻害しないこと,そしてラット心筋ミトコンドリアの呼吸活性に対しては全く影響しないことが解かった.従って,ヒト乳癌MXー1のミトコンドリアの呼吸鎖の一部(恐らくNADHーCoQ還元酵素)のCDDPに対する感受性が,正常組識のミトコンドリアのそれに比較して,著しく高いという重要な結論が得られる.今回の発見は,CDDPが,ヒト乳癌のミトコンドリアの呼吸活性に対して選択的に阻害作用を示し,正常な組織のミトコンドリアの呼吸活性に対してはほとんど阻害作用がないことを意味し,ヒト乳癌のミトコンドリアに対して"真の選択毒性"を持っているという重要な結論に達する.平成元年度に得られた重要な成果として下記の2点を上げることができる。1)TZ1-1,TZ3-3,TZ3-4,TZ3-8とTZ3-13が、0.1μg/ml以下の濃度で、肉腫由来癌細胞(Sarcoma 180)及び白血病由来細胞(P388)の細胞増殖を完全に抑制すること、又、in vivoでの制癌剤薬効評価試験においても極めて有効であることが明らかになった。2)ラット肝から機能の異なると思われる3種類のタイプのミトコンドリアに分けて単離精製できることを明らかとした:一つは、常法によって得られるミトコンドリア(I型)であり、二つめは、I型の約1.3-1.5倍の呼吸活性とATP生成能を有するII型、そしてもう一つのタイプは、呼吸活性はあるにもかかわらずATPを産生しないIII型である。特に興味深いのはIII型のミトコンドリアで、その呼吸鎖成分はI型のそれらとはかなり異なっているだけでなく、ATPase活性はオリゴマイシンに対して非感受性であった。驚いたことに、III型のミトコンドリアの蛋白合成活性は、I型とII型のそれの9-11倍と高く、しかもこの活性はサイロイドホルモンによって著しく促進された。

この新しいタイプのIII型のミトコンドリアの量は、老化とともに少なくなった。これらの異なった3種類のミトコンドリアの性質を明らかにすることが、ミトコンドリアをタ-ゲットとした制癌剤の開発研究には必須であるため、これらの研究を急遽加えて行ってきた。その結果、著者らが開発中の制癌剤は、これらの3つのタイプのミトコンドリアに対する作用が、顕著に異なっていることが明らかとなった。今回発見された新しいタイプのミトコンドリアは、ミトコンドリアのバイオジェネシスの機作と老化現象を解明する上で、生物学的のみならず医学的に、極めて重要であることが明らかになってきた。平成2年度に得られた重要な成果として下記の2点を上げることができる.1)肉腫由来癌細胞(Sarcoma 180)や白血病由来細胞(P388)等の分裂速度の速い癌細胞は,正常細胞に比較して解糖系の活性が高いことが知られているが,今回その原因がミトコンドリアの外膜に結合しているhexokinase量が顕著に上昇していることによることが明らかになった.従って,もしこの活性をも抑えることができれば,より低濃度の今回開発中のミトコンドリアをタ-ゲットとした制癌剤で癌細胞の増殖を選択的に抑制し,より毒性を軽減できることが予測された.2)平成元年度に,申請者らは,ラット肝から機能の異なると思われる3種類のタイプのミトコンドリアに分けて単離精製できることを発見した:一つは,常法によって得られるミトコンドリア(I型)であり,二つめは,I型の約1.2倍の呼吸活性とATP生成能を有するII型,そしてもう一つのタイプは,蛋白質合成活性が高いIII型である.本年度は,III型のミトコンドリアの蛋白質合成活性が,細胞内のセカンドメッセンジャ-であるInosi tol triphosphateによって顕著に増加されることを今回初めて明らかにした.III型ミトコンドリアは電顕的にも確かにミトコンドリアと同じ形態をしていること,そしてパ-コ-ルによる密度勾配遠心により従来のミトコンドリアに比較してはるかに密度が軽いことが確証され,全く新しいタイプのミトコンドリアであることが明らかになった.本研究で開発中の制癌剤は,I型とII型のミトコンドリアのATP合成を阻害するが,III型のミトコンドリアのエネルギ-変換活性に対する作用は若干低いことが明らかになった.
動的局在光場並列制御によるセルインマイクロファクトリに関する基礎的研究

本申請研究においては,デスクトップサイズに小型化されたマイクロファクトリ概念をさらに拡張し,マイクロメートルスケール部品への加工・アセンブリシステムを実現する超小型工場(セルインマイクロファクトリ)を提案した.これは,数umから数10um程度のマイクロ機能部品・デバイスを自律的に製造可能な数mmから数10mm程度の微小セル自体を生産ライン工場と見立てるものである.特に本研究では,微小母材のハンドリングや加工時に必要となる主供給エネルギー種として,遠隔制御性・並列処理性に優れた光エネルギーを適用することを考え,実際に基礎実験装置を試作し,提案コンセプトの検証を行った.本申請研究においては,デスクトップサイズに小型化されたマイクロファクトリ概念をさらに拡張し,マイクロメートルスケール部品への加工・アセンブリシステムを実現する超小型工場(セルインマイクロファクトリ)を提案した.これは,数umから数10um程度のマイクロ機能部品・デバイスを自律的に製造可能な数mmから数10mm程度の微小セル自体を生産ライン工場と見立てるものである.特に本研究では,微小母材のハンドリングや加工時に必要となる主供給エネルギー種として,遠隔制御性・並列処理性に優れた光エネルギーを適用することを考え,実際に基礎実験装置を試作し,提案コンセプトの検証を行った.本申請研究においては,デスクトップサイズに小型化されたマイクロファクトリ概念をさらに拡張し,マイクロメートルスケール部品への加工・アセンブリシステムを実現する超小型工場(セルインマイクロファクトリ)を提案した.これは,数umから数10um程度のマイクロ機能部品・デバイスを自律的に製造可能な数mmから数10mm程度の微小セル自体を工場とみたてるものである.特に本研究では,微小母材のハンドリングや加工時に必要となる微小母材への主供給エネルギー種として,遠隔制御性・並列処理性に優れた光エネルギ-を適用することを考え,セルインマイクロファクトリ実現のための,要素技術を体系化・整理するとともに,実際に基礎実験装置を試作し,提案コンセプトの検証を試みた.具体的な成果は以下のようになる.1)マルチレーザをセル内において集光制御でき,またセル内を顕微観察可能な,セルインマイクロファクトリ基礎概念検証装置を設計・構築した.2)粒径10nm程度の光触媒ナノ粒子分散を分散させた硝酸銀水溶液内において,マイクロ機能部品とみなした粒径10umのシリカ粒子をレーザートラップ技術により三次元ハンドリング搬送し,任意のシリカ粒子同士を,光触媒励起レーザー照射により生じた還元銀をバインダとしてマイクロアセンブリできることを示した.