hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
液中レーザー掘削法による鉱物微小領域同位体分析法の開発と花崗岩成因解析への応用

本研究は顕微レーザー掘削法を駆使し、特に花崗岩類に着目して鉱物のサブグレインスケールでの掘削ならびに同位体分析を行うことにより、花崗岩質マグマの形成から固結までに至る詳細な年代履歴や同位体情報を得ることにより、従来から行われてきた岩石や鉱物のバルク分析では得ることができなかった詳細な岩石形成プロセスに関する情報を得ることを主な目的としている。平成30年度は、福島県南西部の南会津郡檜枝岐村周辺に分布する只見川古期花崗岩類について、花崗岩を構成する鉱物のサブグレインスケールでの微小領域レーザー掘削を行い、掘削した試料についてルビジウムーストロンチウム系の同位体分析を行った。鉱物の掘削部分の決定においては、事前に電子顕微鏡を用いた詳細な岩石と鉱物の組織観察を行っており、例えば目的鉱物中の一部に異なる鉱物が包有されていたり、変質した部分を避けることや、累帯構造を示す鉱物の場合の掘削部分の検討とその持つ意味等を十分に吟味検討した。その結果、同一鉱物において鉱物の中心部と周縁部でストロンチウム同位体初生値が異なる結果が得られた。また、花崗岩を構成する複数の種類の鉱物について同位体分析を行い、その同位体比や同位体初生値等を比較しながら、花崗岩質マグマの成因ならびに花崗岩体の形成プロセスに関する考察を行うことができた。さらに、本分析法における分析プロセスに伴うブランク等の検討も行い、掘削採取必要量の見積もりや分析値の信頼性に関する情報を得ることができた。高い空間分解能をもった鉱物微小領域(サブグレイン)ーアイソクロン年代測定を可能にすることを目標とし、高空間分解能試料サンプリング手法の確立と極微量同位体測定法の手法確立を行うことを目指した。液中局所レーザー掘削サンプリング法による鉱物の微小領域同位体分析方法の確立に関して、レーザー掘削サンプリング法により得られた花崗岩中の鉱物の微小領域(サブグレイン)試料の同位体の分析値と、同じ花崗岩について従来から用いられてきた手法である鉱物分離によって得られた各鉱物試料の同位体分析値を比較する必要がある。そのため、花崗岩試料の鉱物分離と同位体測定を行った。年代測定に用いる同位体については、ルビジウムーストロンチウム系を対象とした。また研究対象の火成岩類としては、福島県檜枝岐村周辺に大規模に分布する只見川花崗岩類とした。只見川花崗岩類は比較的鉱物の粒径が大きく、さらに過去の研究から豊富な同位体データの蓄積がある。そして、ルビジウムーストロンチウム同位体系において、大きな同位体的な不均質は無いため、本研究に非常に適していると考えられる。花崗岩岩石試料を用いて、各種の鉱物の分離を行い、ストロンチウム同位体の分析を行った。今後、これらの同位体分析によって得られたデータと、レーザー局所掘削によって得られる同位体分析値のデータについて比較することにより、レーザー掘削分析法によって得られる同位体データの確度や精度、さらにその意味について検討することができると考えられる。本研究は、花崗岩を対象としてルビジウムーストロンチウム鉱物サブグレインアイソクロン年代を測定し、ストロンチウム同位体初生値をサブグレインで局所分析することを目指している。その手法として、液中レーザー掘削法用い、数十μm範囲の鉱物をサンプリングし、化学的にSrを単離した後、表面電離型磁場型質量分析計(TIMS)により同位体比を決定する方法を用いる。そして、花崗岩の各ステージにおける詳細な年代や、地殻中での分化・進化メカニズムについて考察し、さらにこの技術をルテチウムーハフニウム法へ応用することを試みる。初年度はまずルビジウムーストロンチウム法での手法確立を目指し、花崗岩体の選定(福島県檜枝岐村周辺の只見川花崗岩類)と鉱物同位体比の測定を行った。また、レーザー掘削実験方法の確認を行った。実験において、只見川花崗岩を用いたレーザー掘削実験までは進んでいないが、おおむね順調に進展していると思われる。本研究は花崗岩類の研究において従来から広く行われてきたルビジウムーストロンチウム法やサマリウムーネオジム法などの放射壊変起源の同位体を用いた年代測定や成因解析の新たな手法として、主に液中レーザー掘削技術を応用することにより、花崗岩類を構成する鉱物の微小領域の極微量の試料を得、それらに含まれる同位体について、TIMS(表面電離型磁場型質量分析計)を用いて、精度良く分析する手法を確立することにより、鉱物のサブグレインにおけるアイソクロン年代測定や、同位体初生値等のデータから、従来得ることができなかった詳細な花崗岩マグマの生成・定置プロセスの理解をすることを目指している。放射壊変系としてまず初めに花崗岩類の同位体地球化学的研究では最も良く研究されているものの一つであるルビジウムーストロンチウム系を選択した。また、研究対象の花崗岩類としては、従来から地質や地球化学的、同位体化学的研究が数多く行われ、岩石や鉱物についてのデータが充実している福島県南西部を中心に分布する只見川花崗岩類を選んだ。この花崗岩類について、電子顕微鏡による岩石ならびに構成鉱物の組織を中心とした観察とEDSを用いた元素分析を行った。また、実際に岩石・鉱物試料にレーザーの照射を試みた。電子顕微鏡による観察の結果、微小領域の同位体分析を行うにあたり、分析対象の岩石ならびに鉱物の詳細な組織の情報を得ることができた。

このことにより、岩石や鉱物のどの部分において極微量のサンプリングを行えば、例えば花崗岩の形成年代と変質年代などといった意味のあるデータを得ることができるかについて有益な情報を得ることができた。本研究は、花崗岩類について顕微レーザー掘削法を用いて岩石やそれを構成する鉱物の微小領域の同位体分析を行うことにより、鉱物のサブグレインの年代測定や同位体初生値の解析から花崗岩マグマの成因や進化過程について、従来に無い新たな詳細なデータを得ることを目標としている。岩石や鉱物の微小領域のサンプリングにおいて、例えば花崗岩類にはしばしば熱水変質した部分が認められるなど、サンプリングを行う領域について充分に吟味する必要がある。現在までに鉱物分離試料の同位体比測定は完了している。また、電子顕微鏡を用いて只見川花崗岩類の岩石組織ならびに鉱物内部組織を詳細に観察し、EDSによる元素分析を行っている。このことにより、今後の微小領域サンプリングにおける岩石や鉱物の採取位置の選択、ならびに採取試料から得られる同位体分析値の意味について重要な情報を得ることができている。以上のことからおおむね順調に進展していると考えられる。本研究は顕微レーザー掘削法を駆使し、特に花崗岩類に着目して鉱物のサブグレインスケールでの掘削ならびに同位体分析を行うことにより、花崗岩質マグマの形成から固結までに至る詳細な年代履歴や同位体情報を得ることにより、従来から行われてきた岩石や鉱物のバルク分析では得ることができなかった詳細な岩石形成プロセスに関する情報を得ることを主な目的としている。平成30年度は、福島県南西部の南会津郡檜枝岐村周辺に分布する只見川古期花崗岩類について、花崗岩を構成する鉱物のサブグレインスケールでの微小領域レーザー掘削を行い、掘削した試料についてルビジウムーストロンチウム系の同位体分析を行った。鉱物の掘削部分の決定においては、事前に電子顕微鏡を用いた詳細な岩石と鉱物の組織観察を行っており、例えば目的鉱物中の一部に異なる鉱物が包有されていたり、変質した部分を避けることや、累帯構造を示す鉱物の場合の掘削部分の検討とその持つ意味等を十分に吟味検討した。その結果、同一鉱物において鉱物の中心部と周縁部でストロンチウム同位体初生値が異なる結果が得られた。また、花崗岩を構成する複数の種類の鉱物について同位体分析を行い、その同位体比や同位体初生値等を比較しながら、花崗岩質マグマの成因ならびに花崗岩体の形成プロセスに関する考察を行うことができた。さらに、本分析法における分析プロセスに伴うブランク等の検討も行い、掘削採取必要量の見積もりや分析値の信頼性に関する情報を得ることができた。今後、実際にレーザーを用いて鉱物の微小領域部分(サブグレイン)の掘削のため、実験諸条件の最適化を行う予定である。理想的な掘削の条件が確定し次第、只見川花崗岩類について、レーザーを用いて鉱物のサブグレイン掘削を行う。掘削によって得られた試料は、ルビジウムーストロンチウム同位体系の年代測定と初生値解析を行うために、質量分析装置を用いて同位体比分析を行う。同時に研究対象である只見川花崗岩類の野外における地質調査を行う。今後は、レーザーを用いた試料採取について、実験条件の最適化を行う。
高齢者のPC学習に有効なインターフェイス開発に対する「寛容性」の概念の導入

平成19年度から20年度にかけて実施された入力に関するインターフェイスとして用いる新規デバイスに関する研究の結果、入力方法の簡素化が必要であることがわかったため、インターネット接続用の機器として安価に入手できる携帯型ゲーム機に用いられるインターフェイスによるWEBブラウザ利用を試みた。操作すべき対象の数は減るため、学習に要するユーザの労力は低減する。しかしながら小型のブラウザ機器は画面の大きさが小さく、利用に困難が生じるため、表示機能との間でトレードオフが生じることが明らかとなったことから、表示を拡大する必要があることが明らかとなった。また、入力側インターフェイスの構造に対して、平成21年度は、出力インターフェイスを課題とした寛容性の研究を行った。すなわち、前年度までの調査によって、高齢者に対する操作性向上を目的とした機能制限は,インターフェイスレベルにおいて必要であることがわかったため、特にコンピュータによる表示情報についての寛容性を実現するために、専門的に用いられる用語を普通の態様で使用される言葉への置き換えについて検討した。初心者向けに用意された教本から抽出した用語の多くは専門用語を用いているが、これを普通に用いられる言葉に置き換えることで、ユーザの理解を促すことが可能になることがわかった。つまり実装されるインターフェイスとして、ユーザ自身が持つボキャブラリへの変換が行われることが、表示デバイスに求められることがわかった。以上のことから、PCの用途を限定している多くの高齢者ユーザに対してPCの利用促進にあたっては、複雑な学習を要するPCではなく、高齢者のユーザ特性を考慮し、機能が限定された安価な端末を用いる方法が、寛容なPC学習方法として有効であるといえる。PCのユーザビリティの向上を目的とした必要機能の抽出に関する調査研究では,150名を対象とした機能に関する調査紙において,6段階の尺度を用いた評価を行った.その結果,マルチメディア関連の機能や,インターネット上でのリアルタイムなコミュニケーション機能に関する使用頻度が低かったが,逆に高かったのは情報検索とメールなどの個人間コミュニケーション並びに文書作成であった.並行しておこなったワープロ機能については,事前に用意されたテンプレートや,日付,段落などの自動的な文字入力機能については,必要性評価が低く,文書作成の基本機能と整形機能は評価が高かった.この結果は,最低限必要とされる機能を抽出したことで,PC学習における必要十分なカリキュラムを構築する意義があり,継続するインターフェイス開発研究で用いる機能の指標となった.ユーザ特性の関連性としては,高齢者の自己に対するPC操作の利用能力評価が低いことがわかったが,特徴としては視覚情報の見づらさが顕著になることが示された.特に文字によって提示される,現在の状態に関するメッセージには,専門用語やカタカナの用語が多用されているため,その意味が解らないことがわかった.これを踏まえたモニタリング調査では,抽出機能のみ提示される場合と,デフォルト表示との間での操作性の差について検討したが,画面上の提示に加え,学習過程において機能を特定して指示することにより,必要機能を選択的に抽出する技術が蓄積されることが示唆されているため,ユーザ自身の概念構築に対する支援の必要性が高いことがわかった.平成20年度に実施した,高齢者に対する年度を通じたコンピュータのモニタリングと,インターネットを介した学習を通じ,操作上問題が生じる部分として,ネットワーク利用時の双方向的な面における操作の困難さが抽出された.これはコンピュータの習熟が進んだ高齢者であっても生じる傾向を示している.ネットワーク利用以前の段階で,スタンドアロン利用におけるキーボード操作等についてはワープロの使用等により十分習熟しているにもかかわらず,WWWによるポータルサイト等へのログインにおいて要求されるIDおよびパスワードの入力や,サイト検索において必要となる検索ワードの入力等について困難を訴える場合が多いことがわかった.操作性向上を目的とした機能制限は,アプリケーションのレベルではなく,入力に関するインターフェイスレベルにおいて必要であることがわかった点に意義があるといえる.また,前年度までの研究において示された,入力デバイスの一つであるマウス操作において,自然発生的に生じる手首の回転運動を検知するジャイロセンサーを具備したデバイスを作成した.このジャイロマウスを用いてポインティング課題を高齢者と若年者の両方について課したところ,操作上の精度は通常のマウスと比較して低くなるが,高齢者の場合は低下の度合いが小さい傾向を示した.ただ実験中の被験者からは,新規デバイスは難しいといった発話もあったことから,被験者によっては困難度に対する主観的な評価と操作結果が必ずしも一致しないことがあった.この実験から,自然発生的に生じる手首の回転運動の積極的な利用が,規準となる固定点または固定面のない状態では操作に不安感を発生させる場合があるため,操作量に一定の基準を設ける必要があることが示唆されたことは,新規デバイスの開発において重要性を帯びているということができる.平成19年度から20年度にかけて実施された入力に関するインターフェイスとして用いる新規デバイスに関する研究の結果、入力方法の簡素化が必要であることがわかったため、インターネット接続用の機器として安価に入手できる携帯型ゲーム機に用いられるインターフェイスによるWEBブラウザ利用を試みた。

初心者向けに用意された教本から抽出した用語の多くは専門用語を用いているが、これを普通に用いられる言葉に置き換えることで、ユーザの理解を促すことが可能になることがわかった。つまり実装されるインターフェイスとして、ユーザ自身が持つボキャブラリへの変換が行われることが、表示デバイスに求められることがわかった。以上のことから、PCの用途を限定している多くの高齢者ユーザに対してPCの利用促進にあたっては、複雑な学習を要するPCではなく、高齢者のユーザ特性を考慮し、機能が限定された安価な端末を用いる方法が、寛容なPC学習方法として有効であるといえる。
腸内細菌に由来する抗菌薬耐性プラスミドの分子疫学的解析と抗菌薬使用に関する研究

<方法>当施設にて2005年から2012年に分離・同定された腸内細菌のうち,第3世代セフェム系抗菌薬およびセブメタゾールまたはセフォキシチンに耐性をしめし,さらにβラクタマーゼ阻害剤に無効であった保存菌株119株を対象とした.薬剤耐性遺伝子の検出として,pAmpCはPerezらの方法,ESBLはYagiら,Shibataらの方法を用いた.inc/rep型はJohnsonらの方法,プラスミドの有無は,Kadoらの方法を用いた.抗菌薬投与歴は,患者記録を当院の個人情報規定に従い,調査を行った.<結果>pAmpC産生株は25%で確認され, E. coliとC. freundiiが過半数を占めた.それらの遺伝子型はCIT型,EBC型,DHA型及びACC型であった.また,pAmpC産生と同時にTEM型ESBL,SHV型ESBLおよびCTX-M型ESBLを産生する菌株も確認された.これらの多くは,約90kbのプラスミドをもち,inc/rep型は,N型,I1型,Frep型,FIA型,FIB型で,同時に複数のinc/rep型を保有する菌株もあった.E. coliでは,分離時期が異なるが,同一のpAmpC遺伝子型とinc/rep型を保有するE.coliもみられた.また,各分離患者は,カルバペネム系抗菌薬を含むβラクタム系抗菌薬が投与されていたが,inc/rep型と抗菌薬投与歴との関連は,明らかにできなかった.<まとめ>inc/rep型の結果より,E.coliでは同型のプラスミドを有する株を認め,当施設内外でのプラスミド伝播が示唆された。
経皮的肺ラジオ波凝固療法後の治療効果判定に関する基礎的研究

近年、肺悪性腫瘍に対する低侵襲な治療法として、経皮的ラジオ波凝固療法(RFA)の応用が注目されているが、肺ラジオ波凝固療法においては、治療効果判定の難しさが指摘されている。今回、経皮的肺ラジオ波凝固療法の動物実験を施行し、治療後に摘出した肺組織を組織学的に検証した。細胞の生死を判別する特殊染色にて、焼灼域では陽性細胞は完全に消失し、辺縁部の鬱血帯ではわずかに陽性細胞が残存していた。治療域の辺縁部にはうっ血や炎症性変化を認め、抗グルコース輸送タンパク(Glut1)染色にて陽性を示し、FDG-PETでの治療効果判定における偽陽性の要因となることが推測された。近年、肺悪性腫瘍に対する低侵襲な治療法として、経皮的ラジオ波凝固療法の応用が注目されている。肺ラジオ波凝固療法においては、Safety marginを確保する目的で周囲正常肺実質を含めた焼灼を行うため、焼灼範囲には炎症性変化や出血、無気肺が混在する。このため、ラジオ波凝固療法直後に撮影したCTでは実際の腫瘍よりも拡大した高吸収域が出現する。この高吸収域は3ケ月1年をかけて緩徐に縮小し、長期間残存することもある。長期経過観察によるサイズ変化で治療効果を判断せざるを得ない場合が多く、治療効果判定の難しさが指摘されている。そこで、糖代謝と腫瘍のviabilityが相関することを応用したFDG-PETが、機能的評価として早期の治療効果判定に有用ではないかと期待されている。しかし、ラジオ波凝固療法には焼灼に伴う炎症性変化を伴うため、FDG-PETでの偽陽性の要因となり問題点も多い。今後、肺腫瘍に対するラジオ波凝固療法が普及していく上で、有効な治療効果判定および早期の局所再発診断法を確立することが不可欠と考え、基礎的研究となる本研究を企画した。今回、経皮的ラジオ波凝固療法を家兎を用いた動物実験により施行した。ラジオ波発生装置はRF2000(RTC社製)、電極針はLeVeen (Boston Scientific)電極針17G(シャフト長15cm,展開径2cm,電極針8本)を使用した。全身麻酔を施行後、X線透視ガイド下に胸膜直下の肺へ電極針を穿刺。焼灼部位の熱凝固を示すroll-offの状態まで通電を行った。治療直後、翌日、3日後、1週間後、2週間後、3週間後に肺を摘出し、肉眼的・組織学的所見を得た。今後は、今年度に確立した実験系を元に、ラジオ波凝固療法後の肺組織の糖代謝に関して検討する予定である。この高吸収域は3ヶ月1年をかけて緩徐に縮小し、長期間残存することもある。ラジオ波発生装置はRF2000(RTC社製)、電極針はLeVeen(Boston Scientific)電極針17G(シャフト長15cm,展開径2cm,電極針8本)を使用した。NADH染色にて、焼灼域ではNADH陽性細胞は完全に消失し、辺縁部の欝血帯ではわずかに陽性細胞が残存していた。電子顕微鏡では全層にわたる核クロマチンの凝集が特徴的であった。以上の結果は、ラジオ波凝固療法後の治療効果判定の指標となるものと思われた。
電子論に基づく構造材料の巨視的特性の階層的機構解明

本研究では、構造材料でも(1)鉄鋼、(2)チタン合金、(3)マグネシウム合金、(4)ニッケル合金に的を絞り、機械的特性に代表されるマクロな特性を、合金元素、不純物制御、界面強化機構など、各スケールに現れる素過程を基に、電子論に基づきその起源を解明した。必要に応じて従来の手法の問題点を解決する新規解析手法を提案した。第一原理計算の繰り込みによる粗視化(スケール変換)の手続きを経て、格子モデルまでを繋ぐ、大規模マルチスケールシミュレーションモデルを提案した。得られた結果は電験観察、硬X線光電子分光法等の実験との連携により定量比較し、今後のより効率的な材料開発について検討した。省エネルギーと環境保全のため二酸化炭素排出の抑制をめざして、従来の火力発電より高温側で使用される耐熱鋼の開発が進められている。9Cr鋼に微量のホウ素(B)を添加することにより、クリープ特性が改善される他、溶接後の組織変化が少なく熱影響部においても母材と同等の組織を有することが、実験的に確認されている。本研究では、このような微量添加ホウ素の効果の起源を理論的に明らかにすることを目的として、大規模第一原理計算を系統的におこなった。つまり、本耐熱鋼において生成される析出物(炭化物)M23C6に着目し、析出物にBが取り込まれる事によって相安定性がどのように変化するかを、生成エネルギーを評価することにより評価した。具体的には、(Fe,Cr)23(C,B)6という最大4元系の析出物について、生成エネルギーの等高線図を求めた。その結果、計算した全(Fe,Cr)組成領域において、ホウ素添加により析出物が安定化されることを明らかにした。さらに、M23C6と母相bccFeから構成される界面モデルを作成し、ホウ素添加による界面安定性の評価をおこなった。大規模計算になるため、本年度はテスト計算として、析出物には単純なFe23(C,B)6を導入し、CをBで置換することにより、界面エネルギーのホウ素濃度依存性を評価した。本研究で得られた結果については、学術論文誌で発表し、さらに、計算材料学の国際会議等における招待講演発表をおこなった。本研究では、M23C6という析出物に対する大規模第一原理計算を系統的におこなうことで、耐熱鋼中への微量添加ホウ素の効果の起源を理論的に明らかにしている。これまでに、(Fe,Cr)23(C,B)6という最大4元系の析出物について、生成エネルギーの等高線図を求めることで、ホウ素添加により析出物が安定化されることを明らかにした。これらの結果は、実験結果を支持しており、今後の研究方針を与える事ができた。本研究の目的は、高信頼性構造材料設計の指針を理論的に得るために、その基本となる鉄系、チタン系、ニッケル系、マグネシウム系に的を絞り、マクロな材料特性を、合金元素特性解析、界面強化機構など、各スケールに現れる素過程をもとに、電子論に基づいたマルチスケールシミュレーションにより階層的に定量解明することである。本年度は、チタン系合金については、bcc相、hcp相の安定性に及ぼす合金元素の効果を、第一原理計算で系統的に解析した。その際、合金の不規則原子配置を模擬するSQSモデルを導入し、従来型規則構造モデルを超えた精度での解析をおこなった。生成エネルギーの添加元素種と濃度依存性を求め、弾性特性を理論的に評価した。さらに、高温で使用する際に問題となる表面酸化について、その機構を明らかにするため大規模第一原理分子動力学計算の実行に着手した。今年度は特に、酸化に及ぼす元素機能解明の一環として、シリコンの効果を扱った。マグネシウム系合金については、強加工変形により高密度で導入された界面への合金元素(Zn Y)の効果を理論的に明らかにするため、双晶モデルと小傾角粒界モデルを構築し、合金元素偏析による界面安定化機構を明らかにした。ニッケル系合金については、相安定性の温度依存性を高精度で定量評価するため、第一原理計算結果の繰りこみ操作による粗視化(スケール変換)の手続きを経て、離散モデルまでをシームレスに繋ぐ大規模マルチスケールシミュレーションモデルを導入し、その妥当性を検討した。モンテカルロ法のプログラムの並列化による高速化を図った。得られた結果は、学術誌において発表をおこなった。さらに、材料に関する国際会議における招待講演発表などをおこなった。本年度は、以下に示すように、チタン合金、マグネシウム合金、ニッケル合金について各々、研究の進展があった。チタン系合金については、bcc相、hcp相の安定性に及ぼす合金元素の効果を、第一原理計算で系統的に解析した。生成エネルギーの添加元素種と濃度依存性を求め、弾性特性を理論的に評価することに成功した。さらに耐熱合金として使用する際に問題となる表面酸化について、その機構を明らかにするため大規模第一原理分子動力学計算に着手した。表面酸化に及ぼす元素機能解明の一環として、シリコン添加の効果を扱った。

ニッケル系合金については、相安定性の温度依存性を高精度で定量評価するため、第一原理計算結果の繰りこみ操作による粗視化(スケール変換)の手続きを経て、離散モデルまでをシームレスに繋ぐ大規模マルチスケールシミュレーションモデルを導入し、その妥当性を検討した。なお、交付申請時にはポスドクを雇用することを検討していたが、今年度は技術業務員を雇用することした。それに伴い人件費を物品費に移動することで、第一原理計算ソフトウェアの購入をおこなった。研究の進捗には問題は生じていない。最終年度である今年度は、これまでの成果を元にさらなる研究の推進を進め、主に以下の成果を得た。(1)耐熱鋼の高温クリープ特性を制御する多元系炭化物γ-M23C6(M=Cr,Fe)について、その相安定性を部分占有モデルの新規導入により解析した。第一原理計算と統計力学的手法を用いて相安定性の温度依存性を解析し、従来型モデルではこれまで見つけることができなかった相を新たに見つけることができた。さらに、この結晶相が安定して存在する理由を探るため、原子が複数個集まったクラスターの電子状態を単位として捉える「スーパーイオンモルフォロジー」のアイデアを導入した。その結果、従来はメカニズムの理解が困難であったのに対して、特定の元素がクラスター上の特定の格子を優先的に占有することで各クラスターが安定性を保ち、さらにそのクラスター単位で互いに正負の電荷を持つことで炭化物の安定性が決まるというメカニズムを明らかにした。本研究についてはプレスリリースを行った。(2)第一原理分子動力学(MD)シミュレーションにより、実用温度領域(973K)におけるチタン表面酸化機構の初期メカニズムの理論解明をおこなった。さらに本機構に対する添加元素(Si等)の効果を明らかにした。その際、温度の効果を調べるためカノニカルアンサンブル(NVT一定)のMDを導入することで、温度依存性を定量的に明らかにできた。(3)チタン合金の相安定性の添加元素種とその濃度依存性を系統的に明らかにした。HCP相とBCC相について、原子のランダム原子配置を考慮したスーパーセルを導入し、相安定性と弾性特性を評価した。また電子状態解析によりその安定性について議論をおこなった。(4)Mg系合金について、粒界の合金元素偏析による強化機構を理論的に明らかにした。これは強加工変形実験に対応する理論研究である。本研究では、構造材料でも(1)鉄鋼、(2)チタン合金、(3)マグネシウム合金、(4)ニッケル合金に的を絞り、機械的特性に代表されるマクロな特性を、合金元素、不純物制御、界面強化機構など、各スケールに現れる素過程を基に、電子論に基づきその起源を解明した。必要に応じて従来の手法の問題点を解決する新規解析手法を提案した。第一原理計算の繰り込みによる粗視化(スケール変換)の手続きを経て、格子モデルまでを繋ぐ、大規模マルチスケールシミュレーションモデルを提案した。得られた結果は電験観察、硬X線光電子分光法等の実験との連携により定量比較し、今後のより効率的な材料開発について検討した。析出物M23C6の相安定性評価について、より高精度な系統的解析をおこなうことを検討している。さらに、耐熱鋼を扱っているため、第一原理計算の結果を基に温度の効果を取り込む研究の遂行を検討している。
途上国における海外直接投資の環境影響への規制

本研究課題の目的は、アフリカの重要な開発手段である国際投資と貿易協定が、環境保護や持続可能な開発の追求を的確に捉えているかを明らかにすることにある。特に途上国におけるWTOの枠内又は枠外における多国間投資協定の交渉の下において、これらの開発手段が環境保護の改善や持続可能な開発に活用され得る政策的選択肢について探究することが不可欠となっている。この課題を遂行するために、本年8月にナイジェリアでの現地調査を実施し、Sterling Bankにおいて国際投資の現況と今後の展望についてインタビュー調査を行うとともに、Exxonmobil社の石油資源部門において資源関係の投資動向についてヒアリング調査を行った。さらに、Akwa Ibom州の投資部門の専門家に対するインタビューを行った。また同州で開催されたアフリカ投資会議に参加し、これまでの国際投資とその環境への影響に関する研究成果について報告を行った。これらの調査研究活動によって、共通の課題を有する専門家・研究者・学生たちとの人的交流を深めることができたたともに、本課題の研究目的を達成する上で不可欠となる、アフリカの資源、国際投資、国際貿易に関わる貴重なデータを入手することができた。2005年度は、環境保全型のFTA(自由貿易協定)について、そのルール内容と効果などについて、現地調査および国内外での研究発表を中心に行った。前年度に引き続き2005年度も、国連大学高等研究所でのプロジェクト"貿易と持続的開発"の下で、同研究所でのセミナーのコーディネートに加えて、アフリカでの現地調査、EUおよびモンゴルでの研究発表を行った。国連大学でのセミナー開催にかかわる日常的な協力活動を通じて、内外の専門家との本研究課題に関わる意見交換なども行うことができた。現地調査は、主にアフリカ(ナイジェリア)における環境汚染の実態調査、およびモンゴルにおける都市型環境汚染の現状について調査した。特に2006年3月4日5日は、モンゴル国立大学経済学部主催による"モンゴル・日本のFTA形成可能性"と題する国際学術セミナー(モンゴル側6名、日本側5名)での日本側報告者の1人として、環境保全型の投資協定について報告した。さらに、下記に掲載した論文は、事前にEUでの国際学術セミナーで発表したものをベースにした。
植物の液胞輸送メカニズムの解析

液胞は植物の細胞のなかでも貯蔵・分解・空間充填・浸透圧調節など多様な機能を担うオルガネラであり,この多様な液胞機能を果たすために多くのタンパク質が液胞へと輸送されている.本研究課題では,植物の液胞輸送経路で機能する分子の使い分けと特異性のメカニズムの解析を通して,植物の液胞輸送経路の多様化の分子メカニズムと意義を明らかにすることである.植物の液胞輸送経路のなかでも,植物固有の液胞輸送経路については,積み荷の積み込みに関わる因子の詳細は明らかになっていない.そこで,既知の液胞への積み込みに関わる因子との関連を解析した結果,液胞輸送に関わるAdapter protein複合体(AP複合体)の中でも,AP4複合体の変異体において植物固有の液胞輸送経路で運ばれるタンパク質の輸送に異常が見いだされ,植物固有の液胞輸送経路の上流でAP4複合体が機能することが明らかになった.近年AP4複合体が液胞へのトランスポーターの輸送を介して環境応答に関わることが報告された.このことから,植物固有の液胞輸送が植物の環境応答に重要な役割を担うことが示唆された.植物の液胞輸送経路の特徴として,液胞輸送経路の膜融合装置として機能するRAB5が2つの異なる輸送経路を制御することが挙げられる.これを支える分子メカニズムとして,RAB5がそれぞれの液胞輸送経路で機能する相互作用因子が異なることが想定される.そこで,個々の輸送経路で機能するRAB5相互作用因子を,共免疫沈降と質量分析によって単離する.本年度は共免疫沈降実験によるサンプル調製法の検討を行った.本年度の研究から,植物固有の液胞輸送経路において,積み荷の積み込みに関わる因子が明らかになった.本研究課題では植物の液胞輸送経路で機能する分子の使い分けを明らかにすることを目的としており,この進展は積み込みに関わる分子の使い分けを明らかにする重要な進展である.また,近年この分子が環境応答に関わることが報告されており,本研究課題のもう一つの目標である液胞輸送の多様化の意義を理解する上でも,本年度は重要な進展があった,と言える.その一方で,本研究課題のもう一つの主要な目的である植物の液胞輸送経路の特異性の分子メカニズムに関しては,RAB5の相互作用因子の網羅的解析による比較を計画していたが,本年度は共免疫沈降実験によるサンプル調製法の検討に時間がかかり,予定より遅れが見られた.今年度の解析結果から,AP4複合体が植物固有の液胞輸送経路で機能することが明らかになった.そこで,既知の液胞輸送変異体とAP4複合体の変異体において,細胞レベル・個体レベルでの表現型の比較を進めることで,植物固有の液胞輸送経路の異常に起因する表現型を抽出し,この輸送経路の重要性を明らかにする.また,AP4複合体の変異体において複数の植物固有液胞輸送経路の積み荷についての細胞内局在解析を行うことで,これらが全てAP4複合体依存的に液胞へと運ばれているかを明らかにする.また,本研究の目的とする,植物の液胞輸送経路の特異性の分子メカニズムに関する知見を得ることを目的として,RAB5の相互作用因子の比較解析について進める.平成30年度は共免疫沈降法による相互作用因子の網羅的解析法の調整を進めたが,平成31年度はこれを質量分析によって実際の相互作用分子の単離まで進める.また,野生型と液胞輸送の変異体においてRAB5の相互作用因子を比較することで,それぞれの因子が関わる液胞輸送経路について明らかにすることを目指す.液胞は植物の細胞のなかでも貯蔵・分解・空間充填・浸透圧調節など多様な機能を担うオルガネラであり,この多様な液胞機能を果たすために多くのタンパク質が液胞へと輸送されている.本研究課題では,植物の液胞輸送経路で機能する分子の使い分けと特異性のメカニズムの解析を通して,植物の液胞輸送経路の多様化の分子メカニズムと意義を明らかにすることである.植物の液胞輸送経路のなかでも,植物固有の液胞輸送経路については,積み荷の積み込みに関わる因子の詳細は明らかになっていない.そこで,既知の液胞への積み込みに関わる因子との関連を解析した結果,液胞輸送に関わるAdapter protein複合体(AP複合体)の中でも,AP4複合体の変異体において植物固有の液胞輸送経路で運ばれるタンパク質の輸送に異常が見いだされ,植物固有の液胞輸送経路の上流でAP4複合体が機能することが明らかになった.近年AP4複合体が液胞へのトランスポーターの輸送を介して環境応答に関わることが報告された.このことから,植物固有の液胞輸送が植物の環境応答に重要な役割を担うことが示唆された.植物の液胞輸送経路の特徴として,液胞輸送経路の膜融合装置として機能するRAB5が2つの異なる輸送経路を制御することが挙げられる.これを支える分子メカニズムとして,RAB5がそれぞれの液胞輸送経路で機能する相互作用因子が異なることが想定される.そこで,個々の輸送経路で機能するRAB5相互作用因子を,共免疫沈降と質量分析によって単離する.本年度は共免疫沈降実験によるサンプル調製法の検討を行った.本年度の研究から,植物固有の液胞輸送経路において,積み荷の積み込みに関わる因子が明らかになった.本研究課題では植物の液胞輸送経路で機能する分子の使い分けを明らかにすることを目的としており,この進展は積み込みに関わる分子の使い分けを明らかにする重要な進展である.また,近年この分子が環境応答に関わることが報告されており,本研究課題のもう一つの目標である液胞輸送の多様化の意義を理解する上でも,本年度は重要な進展があった,と言える.

その一方で,本研究課題のもう一つの主要な目的である植物の液胞輸送経路の特異性の分子メカニズムに関しては,RAB5の相互作用因子の網羅的解析による比較を計画していたが,本年度は共免疫沈降実験によるサンプル調製法の検討に時間がかかり,予定より遅れが見られた.今年度の解析結果から,AP4複合体が植物固有の液胞輸送経路で機能することが明らかになった.そこで,既知の液胞輸送変異体とAP4複合体の変異体において,細胞レベル・個体レベルでの表現型の比較を進めることで,植物固有の液胞輸送経路の異常に起因する表現型を抽出し,この輸送経路の重要性を明らかにする.また,AP4複合体の変異体において複数の植物固有液胞輸送経路の積み荷についての細胞内局在解析を行うことで,これらが全てAP4複合体依存的に液胞へと運ばれているかを明らかにする.また,本研究の目的とする,植物の液胞輸送経路の特異性の分子メカニズムに関する知見を得ることを目的として,RAB5の相互作用因子の比較解析について進める.平成30年度は共免疫沈降法による相互作用因子の網羅的解析法の調整を進めたが,平成31年度はこれを質量分析によって実際の相互作用分子の単離まで進める.また,野生型と液胞輸送の変異体においてRAB5の相互作用因子を比較することで,それぞれの因子が関わる液胞輸送経路について明らかにすることを目指す.計画していたRAB5の相互作用因子の網羅的解析実験が,サンプル調製法の検討によって遅れたため,これを基盤とする研究計画全体に遅れが生じた.また,これに伴って予定していた研究成果の発表が行われなかったため,次年度使用額が生じた.平成31年度はこの相互作用因子の網羅的解析実験およびその結果をもとにした分子間相互作用の詳細な解析に注力して研究を進めることを計画しており,これに使用する生化学的実験の消耗品等に助成金の多くを使用する.また,これらの成果報告についても平成31年度に行う予定である.
抗モルモットIgEモノクロ-ナル抗体使用による気管支喘息の病理学的、薬理学的研究

ヒトの気管支喘息の研究に実験動物を使用した喘息モデルは極めて有用である。モルモットは気道過敏性の亢進している動物で喘息をおこしやすいので最も適切な動物である。抗ヒトIgEがヒトのアレルギ-や喘息の研究に役立っているのと同様、抗モルモットIgEもモルモット喘息の研究に有用であるが、ポリクロ-ナル抗モルモットIgEは作製が極めて困難なため、我々のところしか保有していない。そこでモノクロ-ナル抗モルモットIgEを作製し、喘息の研究に役立てるとともに、多くの人が使用できることを目的とした。すでに、我々により作製されているポリクロ-ナル抗モルモットIgEを高IgEモルモット血清と反応させ、immune complexをマウスに免疫して抗IgEを産生させた。このように免疫したマウスの脾細胞をマウス骨髄腫細胞と融合させ、hybridomaを作製し増殖させ、その分泌免疫グロブリンの抗IgE活性をEnzymeーlinked immunosorbent assayで調べ、抗IgE産生細胞をマウス腹腔内で増殖させた。その結果、マウスIgM型モノクロ-ナル抗モルモットIgEの作製に成功した。これをモルモットに微量静注することにより気管支喘息およびアレルギ-ショックを生ぜしめることができた。しかし点鼻によっては喘息は生じなかった。これは抗体がIgG型ではなくIgM型のため、気道粘膜に進入しがたいためと思われた。抗IgE以外に、マウスIgG型モノクロ-ナル抗モルモットL鎖抗体、抗IgGI抗体、抗IgM抗体の作製にも成功した。後二者は精製IgEに混入した微量IgGI、IgMに対して産生されたものである。抗IgGIの微量(0.10.01ng)のモルモット皮内注射により即時型皮膚反応を生ぜしめた。これらのモノクロ-ナル抗体はこれまで全く報告がないので、モルモットのアレルギ-喘息の研究に有用と思われる。
海域－大気－沿岸農地連続系におけるスケールギャップを考慮した潮風害予測手法の構築

平成30年度は強風時の沿岸における構造物を考慮した砕波および微細飛沫再現モデルを構築することを目指して数値解析を中心に研究を行った.砕波および微細飛沫というスケールギャップを考慮してそれぞれの挙動を解明するため,まず,砕波について波動場における支配方程式を用いてシミュレーションモデルを構築した.このモデルを用いて沿岸部における護岸などの人工構造物の影響を考慮に入れて砕波の発生メカニズムを明らかにし,水塊の挙動を評価した.本モデルの妥当性については,学内の風洞装置内に水槽を設置して実験を行うことで確認した.また,鹿児島県および沖縄県の島嶼部において,台風などの強風後における作物の被害状況を調査した.この結果,潮風害が発生する風況(風向および風速)の閾値や,潮風による農作物の被害が発生する範囲を風況に応じて明らかにすることができた.この結果を参考に,海上に巻き上げられた海塩粒子が陸域に輸送されるプロセスを表現するためのシミュレーションモデルの構築に着手した.Navier-Stokes方程式を離散化することで,海上から陸域の気流の解析を行った.これに移流拡散方程式を組み合わせて,気層中の海塩粒子および水蒸気の輸送現象を解明した.このシミュレーションモデルにおいて,作物群落における風速の減衰を考慮するために,モデルに組み込むための作物条件(作物高さや葉面積密度)や吸送距離については,現地調査を行って得たデータを用いた.砕波および微細飛沫というスケールギャップを考慮してそれぞれの挙動を解明することを目指して研究を行った結果,砕波については波動場における支配方程式を用いて基礎的なシミュレーションモデルを構築した.沿岸部については護岸などの人工構造物の影響を考慮に入れて本モデルを拡張し,砕波の発生メカニズムを解明するとともに水塊の挙動を評価することができた.本モデルの妥当性については実験によって確認することができたが,さらなる精度向上の余地があるため,今後も実験を継続してデータを蓄積する必要があると考えられる.また,海上に巻き上げられた海塩粒子が陸域に輸送される現象を解明することを目指し,Navier-Stokes方程式ならびに移流拡散方程式を用いてシミュレーションモデルを構築することができた.本モデルに入力するための条件については現地調査を行って基礎的なデータを収集することができた.今後は,本モデルの妥当性を実験によって検証することが課題である.以上の成果の一部は論文にまとめて公表するとともに学会で発表を行っており,本研究は概ね順調に進展していると判断することができる.なお,本研究の現地調査は,雨を伴わない強風直後に行う必要があるため,天候の影響が極めて大きい.今年度は,当初予定していたよりも現地調査の頻度が少なくなったが,今後は近隣の沿岸農地を対象にすることを視野に入れ,データの一層の蓄積を目指す必要があると考えられる.海域において,砕波の挙動については,基本的なシミュレーションモデルを完成することができたため,今後は砕波から発生する微細飛沫の挙動を解明することを目指す.具体的には,粒子法を導入して砕波から微細飛沫に至る発生プロセスと発生後の挙動について解明し,微細飛沫中の塩分濃度と水蒸気圧を評価するシミュレーションモデルを構築する.このモデルの妥当性を検証するため,学内の風洞装置内に沿岸部を模した水槽を設置し,強風条件下における微細飛沫の発生プロセスを確認するとともに,微細飛沫中の塩分濃度および水蒸気圧を測定する予定である.砕波から発生した微細飛沫によって,海上には海塩粒子が浮遊する水蒸気圧の高い層が形成され,これが風によって陸域に輸送される.この気層の発生プロセスを,エアロゾルおよび水蒸気によって雲が発生する過程と同様であると仮定し,雲微物理モデルをスケールダウンして導入する.このモデルを用いて,気層中の塩分濃度および水蒸気圧を定量的に評価することを目指す.また,前年度に構築した海上の気層から陸域に至る海塩粒子の輸送モデルの妥当性を検証するため,実際の現場を模した風洞実験を行う予定である.さらには,以上のモデルの現場適用性を確認するため,モデルのスケールアップも開始するとともに,現地調査の準備にも着手したい.平成30年度は強風時の沿岸における構造物を考慮した砕波および微細飛沫再現モデルを構築することを目指して数値解析を中心に研究を行った.砕波および微細飛沫というスケールギャップを考慮してそれぞれの挙動を解明するため,まず,砕波について波動場における支配方程式を用いてシミュレーションモデルを構築した.このモデルを用いて沿岸部における護岸などの人工構造物の影響を考慮に入れて砕波の発生メカニズムを明らかにし,水塊の挙動を評価した.本モデルの妥当性については,学内の風洞装置内に水槽を設置して実験を行うことで確認した.また,鹿児島県および沖縄県の島嶼部において,台風などの強風後における作物の被害状況を調査した.この結果,潮風害が発生する風況(風向および風速)の閾値や,潮風による農作物の被害が発生する範囲を風況に応じて明らかにすることができた.この結果を参考に,海上に巻き上げられた海塩粒子が陸域に輸送されるプロセスを表現するためのシミュレーションモデルの構築に着手した.Navier-Stokes方程式を離散化することで,海上から陸域の気流の解析を行った.

これに移流拡散方程式を組み合わせて,気層中の海塩粒子および水蒸気の輸送現象を解明した.このシミュレーションモデルにおいて,作物群落における風速の減衰を考慮するために,モデルに組み込むための作物条件(作物高さや葉面積密度)や吸送距離については,現地調査を行って得たデータを用いた.砕波および微細飛沫というスケールギャップを考慮してそれぞれの挙動を解明することを目指して研究を行った結果,砕波については波動場における支配方程式を用いて基礎的なシミュレーションモデルを構築した.沿岸部については護岸などの人工構造物の影響を考慮に入れて本モデルを拡張し,砕波の発生メカニズムを解明するとともに水塊の挙動を評価することができた.本モデルの妥当性については実験によって確認することができたが,さらなる精度向上の余地があるため,今後も実験を継続してデータを蓄積する必要があると考えられる.また,海上に巻き上げられた海塩粒子が陸域に輸送される現象を解明することを目指し,Navier-Stokes方程式ならびに移流拡散方程式を用いてシミュレーションモデルを構築することができた.本モデルに入力するための条件については現地調査を行って基礎的なデータを収集することができた.今後は,本モデルの妥当性を実験によって検証することが課題である.以上の成果の一部は論文にまとめて公表するとともに学会で発表を行っており,本研究は概ね順調に進展していると判断することができる.なお,本研究の現地調査は,雨を伴わない強風直後に行う必要があるため,天候の影響が極めて大きい.今年度は,当初予定していたよりも現地調査の頻度が少なくなったが,今後は近隣の沿岸農地を対象にすることを視野に入れ,データの一層の蓄積を目指す必要があると考えられる.海域において,砕波の挙動については,基本的なシミュレーションモデルを完成することができたため,今後は砕波から発生する微細飛沫の挙動を解明することを目指す.具体的には,粒子法を導入して砕波から微細飛沫に至る発生プロセスと発生後の挙動について解明し,微細飛沫中の塩分濃度と水蒸気圧を評価するシミュレーションモデルを構築する.このモデルの妥当性を検証するため,学内の風洞装置内に沿岸部を模した水槽を設置し,強風条件下における微細飛沫の発生プロセスを確認するとともに,微細飛沫中の塩分濃度および水蒸気圧を測定する予定である.砕波から発生した微細飛沫によって,海上には海塩粒子が浮遊する水蒸気圧の高い層が形成され,これが風によって陸域に輸送される.この気層の発生プロセスを,エアロゾルおよび水蒸気によって雲が発生する過程と同様であると仮定し,雲微物理モデルをスケールダウンして導入する.このモデルを用いて,気層中の塩分濃度および水蒸気圧を定量的に評価することを目指す.また,前年度に構築した海上の気層から陸域に至る海塩粒子の輸送モデルの妥当性を検証するため,実際の現場を模した風洞実験を行う予定である.さらには,以上のモデルの現場適用性を確認するため,モデルのスケールアップも開始するとともに,現地調査の準備にも着手したい.
バイオエンジニアリングによる2層構造を持つ軟骨組織の構築と顎関節修復治療への応用

1.ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)から、線維軟骨及び硝子軟骨への選択的な分化誘導におけるコラーゲンの添加効果について調べることを目的とした。ここでは、これまで得られた結果をもとに、I型、II型コラーゲンの追加効果を明らかにする。材料及び方法についてもこれまでと同様で、追加として、I型及びII型コラーゲン溶液を培地に添加した。結果として、hMSCの軟骨分化培養系にII型コラーゲンを添加することによって、hMSCの硝子軟骨への分化が促進される。線維軟骨への分化促進にはコラーゲンを使用せず、成長因子添加のみである、TGF-β3及びBMP-2の添加が効果的であり、一方、硝子軟骨への分化促進には、TGF-β3、IGF-1、II型コラーゲンの添加が有効であった。2.hMSCを用いて、線維軟骨と硝子軟骨の2層構造から成る顎関節軟骨様複合組織の構築を試みた。即ち、これまで得られたペレット作製方法をもとに、3Dプリンターで作製した鋳型を用いてペレット2個(硝子様軟骨ペレットと線維様軟骨ペレット)を密着させ、一体化させる。材料と方法について、ペレット作製方法はこれまでと同様である。3Dプリンターによる鋳型の作製に関して、使用したプリンターは熱融解型3次元プリンターで、材料は加工が容易であり、形状再現性が高く、また培養皿と同じ成分であるポリスチレンを使用した。結果としてペレット同士が結合して一体化している像が認められた。トルイジンブルー染色により両方のペレットで陽性反応すなわち軟骨分化が認められた。線維軟骨様ペレットと硝子軟骨様ペレットを密着させて培養することによって、線維軟骨ー硝子軟骨の二層構造を持つ組織体の形成が可能であった。しかし、組織体中の線維軟骨及び硝子軟骨の組織構造の相違が十分には明確でなかったため、さらなる条件の最適化が必要である。本研究では、採取方法の確立されているhMSCから、効率良く硝子軟骨と線維軟骨を分化させるとともに、これらの条件のもとで分化させた硝子軟骨と線維軟骨を用いて、硝子軟骨及び線維軟骨からなる複合軟骨組織体を形成させる方法の確立を目的とした。実験1では、まず、IhMSCを用いて、軟骨分化における初期細胞播種密度と分化度の関係について検証した。軟骨関連遺伝子の発現を調べた結果、播種密度20,000 cells/cm2でコンフルエントに達した細胞では、他の条件と比較してII型コラーゲン及びアグリカンの遺伝子発現量が多く、軟骨分化が促進されていた。これらの結果から、細胞同士をより高密度に凝集させることによって、軟骨分化が効率よく進行することがわかった。結論1 MSCの軟骨分化培養において、細胞密度が高いほど効率よく軟骨に分化する。実験2、顎関節軟骨2層構造の構築のため、第2章の結果をもとに、hMSCから線維軟骨及び硝子軟骨への分化に適した培養条件の探索を行った。成長因子添加の各条件について、分化培養開始前の未分化状態の細胞をcontrol群とし、成長因子を添加せず軟骨分化培地のみで培養した細胞をnon-growth factor群(nonGF群)、それぞれの成長因子を単独で用いた群をTGF群、IGF群、BMP群、これらを組み合わせた群をTGF + IGF群(TI群)、TGF + BMP群(TB群)と定義した。結論2軟骨の分化度が高いと判断されるのはTGF群、TI群、TB群であった。ただし、軟骨分化は細胞ペレットの周辺部で進行しやすいことがわかった。当初予定していた実験1および2は、予想していた結果が得られているため。

次年度は、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞から線維軟骨及び硝子軟骨への分化誘導におけるコラーゲンの効果について検討する。また、線維軟骨及び硝子軟骨2層構造をもつ複合組織の構築について探索する予定である。そして、得られた結果を速やかに誌上発表を目指す。
海洋環境への適応をつかさどる遺伝子の探索:浸透圧調節ホルモン遺伝子

海は概して生物にとって棲みよい環境であるが、海水の高い浸透圧はそこに生息する魚類に脱水という試練を与える。海水中における体液調節にはホルモンが重要な役割を果たしていると考えられるが、陸上動物におけるバソプレシン・バソトシンのようなきわめて重要なホルモンはまだ見つかっていない。私たちはバイオインフォーマティクスの第一人者である医科学研究所の宮野教授のグループと共に、フグやメダカなど真骨類のデータベースからナトリウム排出ホルモンを探索した。その結果、ナトリウム利尿ペプチド、アドレノメデュリンなどのナトリウム排出ホルモンが真骨類で多様化しており、独自のホルモンファミリーを形成していることがわかった。さらに、これらナトリウム排出ホルモンが強力な海水適応促進作用を持つことが明らかになった。心臓のホルモンである心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)は、飲水抑制作用、腸からのナトリウム吸収抑制作用、鯉の塩類細胞を淡水型(吸収型)から海水型(排出型)に変える効果を持っ成長ホルモンやコルチゾルの分泌を促進する作用、尿のナトリウム濃度を上昇させる作用、などを持っ。ANPを海水ウナギに投与すると、飲水量と腸におけるナトリウムの吸収が抑制されるため、血疑ナトリウム濃度が減少する。いっぽうANPの抗体を投与して血液中のANP.をなくすと飲水量が上昇して血漿ナトリウム濃度が上昇する。また、腸のホルモンであるグアニリンは、腸の管腔側に分泌されて上皮細胞の管腔側の膜にあるクロライドチャネルを活性化してナトリウムを分泌させる。その結果、Na-K-2Cl共輸送体が活性化されて水の吸収が促進される。このように、グアニリンは哺乳類ではClを管腔に排出させることにより下痢を起こさせるホルモンであるが、魚類では2分子のClを排出することにより4分子のイオン(Na, K, 2Cl)を吸収するためそれにともない水が級数され、その結果海水適応が促進される。以上、本研究によりこれまで未知であった主要な海水適応ホルモンが明らかになってきたといえる。平成16年度では、新しい浸透圧調節ホルモンとしてナトリウム利尿ペプチド(NP)、グアニリン(GLN)、アドレノメデュリン(AM)において大きな発展があった。(1)7種のホルモンから構成されるNPファミリーにおいては、その祖先分子がCNP-4であることを、最も原始的な脊椎動物(円口類)のNPを同定することにより明らかにした。また、円口類や板鰓類では1種しかないNPが、硬骨魚類(軟質類や真骨類)においてファミリーとして大きく多様化したが、心臓ホルモンであるANR, BNR, VNP遺伝子は、同一染色体上でCNP-3の縦列重複により生じたことを明らかにした。(2)ウナギで同定した3種のホルモンからなるGLNファミリーに関して、2種の受容体(GC-C1と2)を同定し、それらを培養細胞で発現することにより、各受容体がGLNファミリーのどのリガンドに特異性が高いかを明らかにした。GLNやその受容体は消化管と腎臓に特異的に発現しており、その発現レベルはウナギを海水に移行させると大きく増加するため、これら浸透圧調節器官において傍分泌的に作用する重要な浸透圧調節ホルモンであることが期待できる。(3)AMは哺乳類では1種しか知られていなかったが、フグで5種のパラログからなるファミリーを形成することを明らかにした。また、東工大の広瀬研究室と共同で、複数のAM受容体(3種のカルシトニン受容体様受容体と5種の受容体活性修飾ペプチドとの複合体)を同定した。いっぽう、魚類のAM配列を参考にヒトやマウスのゲノムから新しいAM(AM2)を同定した。フグは10%から150%