hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抗癌剤のin vitro感受性試験の確立-尿路性器癌に対する抗癌剤の有用性-

しかし、臨床材料を直接用いた場合の感受性試験評価可能例の割合は、CFA36.4%,CVA36.4%,【^3H】-TICA90.9%と【^3H】-TICAの感受性試験評価可能例の割合が高く、この方法の有用性が示唆された。2)各種in vitro抗癌剤感受性試験の結果の比較検討:CFA,CVA,【^3H】-TICAの3種による抗癌剤感受性の評価が可能であった可継代腫瘍6株,臨床材料4腫瘍において、32薬剤の抗癌剤感受性試験の結果を比較してみると、3種類の試験結果が一致した割合は87.5%であった。従って、いずれの方法を用いても得られる抗癌剤感受性試験の結果はほぼ同様であることが推測された。3)in vivoとin vitro抗癌剤感受性試験の比較検討:invitro抗癌剤において選択される感受性抗癌剤の数が少いこともあって、十分な結論を示すには致っていないが、in vitro抗癌剤感受性試験で感受性が認められななかった5薬剤はヌードマウス可継代腫瘍を用いたin vivo抗癌剤感受性試験においても感受性は認められなかった。4)腎癌に対するinterferonの腫瘍増殖直接抑制効果を12例の臨床材料を用いて検討した。その結果inter-feronに感受性を認める例(4例)と、抵抗性(8例)の例とが存在した。このうち臨床経過との関連を検討できた抵抗性の4例ではいずれもin vitroとin vivoとの効果が一致した。1)Invitro抗癌剤感受性試験方法の比較検討では, colony for mation assay.colony volume assay.〔^3H〕-thymidine incorporation assay〔^3H〕-TdR assdy)ともほぼ類似の結果を生ずることが明らかになった.さらに〔^3H〕-TdR assayを改良したminiat-urized〔^3H〕-TdR assayが〔^3H〕-TdR assayを比較すると使用細胞数がより少なく,したがって検討可能薬剤数がより多くなるという利点を有し,かつ得られた結果が互いに類似していたことにより,このminiaturized〔^3H〕-TdR assayの有用性が確認できた.2)腎細胞癌に対する抗癌剤のvitro感受性試験を,〔^3H〕-TdR assay,miniaturized〔^3H〕-TdR assdyを中心に施行し,最終的に23例で抗癌剤の評価が可能であった.これら23例において65薬剤の効果を検討したが"感受性"(対照群に比し80%以上細胞増殖阻止)は4薬剤(6.2%)に認められたのみであった. 50%以上細胞増殖阻止を示した薬剤もその割合は18.4%と低く既存の抗癌剤の効果は乏しいことが判明した.3)以上の結果を考慮し抗癌剤との型interferon(α-IFN)との併用効果を検討した.ACHN細胞(ヒト樹立腎細胞癌株)においてADM, VBLとα-IFNに相加効果以上の効果が認められた.そこで当科で新たに樹立したヒト腎細胞癌株(RCL-17, RCC-27)を用いてさらにこの併用の効果を検討した.RCC-17はα-IFNに感受性のない細胞であったが, UBL, MTXとの併用でそれぞれ相加効果あるいは相加効果以上の効果が認められた.
新規な準安定相三酸化タングステンの構造とインターカレーション機能に関する研究

報告者らは、金属タングステンと過酸化水素水の反応で生成する過酸化ポリタングステン酸のアンモニア塩を前駆体として用いることにより、六方晶三酸化タングステンが得られることを見いだした。これは、従来のWO_3・1/3H_2Oの熱分解によって生じる六方晶相とは明らかに異なるもので、三酸化タングステンの新しい準安定相と考えられる。これまでは現状は、少なからぬ不純物を含み、また、結晶性も十分ではないため、精密な構造解析は行われていなかった。この物質はアルカリ金属インターカレーションのホストとして興味深いが、このような機能も同じ理由により、系統的には評価されていなかった。本研究では、まず、前駆体アンモニウム塩の合成条ならびにその熱分解条件を精密に制御することにより、純粋で結晶性のより六方晶三酸化タングステン試料を得ることを目的とした。前駆体アンモニウム塩は過酸化ポリタングステン酸溶液にアンモニア水を加え、加熱後中和して析出させ、これを焼成して目的の物質を得た。純粋で結晶性のよい試料を得るため、前駆体中にパラタングステン酸アンモニウムの副生成しない条件および焼成時に高温相の生じない条件を検討した。さらにこの物質のX線回折により構造を決定し、従来の六方晶相との相違を明確にすることができた。第二に、この六方晶フレームワークがもつトンネル中、あるいはトンネル間プリズム位置への種々のアルカリイオンの電気化学的インターカレーションを試み、その可逆性やイオンの拡散挙動について検討した。この化合物を作用電極、アルカリ金属(本年度はリチウム)を対極および参照極とする有機電解液3電極セルをアルゴングローブボックス中で組立て、電量滴定的にインターカレーション反応を追跡し、その可逆性についても検討した。その結果充電時にはわずかな過電圧が見られるものの良好な可逆性を示した。
がん選択的多機能性エンベロープ型ナノ構造体の開発とがん治療への応用

我々が独自に開発したin vivoがん送達型多機能性エンベロープ型ナノ構造体(PPD-MEND)に、がん細胞で選択的に発現している遺伝子に対するsiRNAを搭載し、抗腫瘍効果を誘起することができ、かつ、安全性の高い人工遺伝子デリバリーシステムを開発し、がん治療へと応用することを最終目標とした。その結果、shGALA修飾PEG-MENDは、静脈内投与により腫瘍組織でmRNAをノックダウンし抗腫瘍効果を誘起できることがわかった。腫瘍環境に応答して選択的に活性させるPPDを修飾した多機能性エンベロープ型ナノ構造体MEND(PPD-MEND)へ、pH応答性膜融合ペプチドGALAを導入したGALA/PPD-MENDの構築により更なる機能向上を行なった。GALAのコレステロール誘導体をPPD-MENDの脂質エンベロープに導入し、GALAの修飾量を最適化したGALA/PPD-MENDは、従来型のPPD-MENDと比較して、がん細胞において標的タンパク質の高いノックダウン効果を示し、これはPEGを修飾していないMENDと比較しても同等のレベルであることが明らかとなった。さらに、このGALA/PPD-MENDを担癌モデルマウスへ投与したところ、PEG未修飾MENDと比較して有意に高い標的タンパク質のノックダウン活性を示した。以上の結果から、GALAやPPDを修飾したMENDはin vivo腫瘍環境において機能を発揮し、MENDの機能向上に有用であることが明らかとなり、効率的ながんへのデリバリーシステムとして期待される。またMEND投与後のマウス脾臓から、マイクロアレイを用いた網羅的な遺伝子発現変動を調べることで、毒性発現のメカニズム解析を行った。PEG未修飾MENDを投与するとコントロール群と比較し免疫に関与する遺伝子群に変動が見られた。メカニズムを解析したところ、細胞膜表面に発現するたんぱく質との相互作用とそれに続くシグナル伝達が関わっていることが示唆された。しかし、MENDにPEGやPPDを修飾することで発現変動が抑えられるものが見られた。MEND表面の高いカチオン性がPEGやPPDの修飾によりマスクされるためと推察される。これらの結果は、MEND投与後の生体内へ及ぼす影響を、細胞内動態を制御することでコントロール可能であることを示唆しており、今後のベクター開発において非常に重要な知見であると考えられる。本研究では、我々が独自に開発したin vivoがん送達型多機能性エンベロープ型ナノ構造体(PPD-MEND)に、がん細胞で選択的に発現している遺伝子に対するsiRNAを搭載し、抗腫瘍効果を誘起することができ、かつ、安全性の高い人工遺伝子デリバリーシステムを開発し、がん治療へと応用することを最終目標とした。まず、効率的な細胞性免疫を誘導するためには、抗原をMHCクラスIに提示させる必要があるが、そのためには抗原を細胞質に送達させる必要がある。OVAを内封したR8-MENDをDCに取り込ませ、その抗原提示量を測定した結果、R8-MENDはMHCクラスIIへの提示効率は低く、特異的なMHCクラスI抗原提示を示した。さらにR8-MENDを用いて皮下免疫したマウス群では、コントロール群と比較して著しい腫瘍増殖抑制効果が認められた。そこで、プロタミンを用いてsiRNAのコアを調製し、GALA/DMENDを調製した。GALA/DMENDを用いてSOCS1をノックダウンしたDCをマウスに投与し、E.G7-OVAを用いた抗腫瘍活性評価を行った。その結果、control siRNAを用いた群に比較して有意に腫瘍増殖が抑制されており、SOCS1に対するsiRNAの導入によりDCの抗腫瘍効果を増強することに成功した。さらに、HT1080皮下移植マウスへ静脈内投与(4mg siRNA/kg)すると、標的ヒトロ-actinのmRNAが60%以上ノックダウン可能であった(特願2010-39667)。またshGALA-MEND投与後の体重変化や肝毒性は観察されず、炎症性サイトカインの産生もわずかであった。以上の結果より、shGALA修飾PBG-MENDは静脈内投与後に腫瘍組織でmRNAをノックダウンし抗腫瘍効果を誘起可能で、また安全性にも優れたデリバリーシステムであることが示唆された。
高次選択的反応に有効な触媒化学と超分子化学を結ぶしなやかな動的錯体触媒の設計

21世紀の目指す有機合成化学に相応しいグリーンサスティナブルプロセスの実現に向け、複数の小分子に酸と塩基を適切に配置し、酸・塩基のしなやかな動的相互作用を利用して酵素レベルの触媒機能を小分子で制御する。単一小分子触媒の精密設計と超分子化学の分子を繋ぐ技術を基盤とする。従来の触媒には不向きな高次選択的な不斉触媒反応を指向したテーラー・メイド触媒の創製が究極の目的である。しなやかな酸・塩基複合型触媒を開発し、不斉アミナール合成、不斉シアノ化合成、不斉マンニッヒ反応、不斉ヒドロホスホニル化反応、不斉Diels-Alder反応、エステル交換反応などの開発に成功した。酵素タンパクゆえの環境低負荷条件での高度な触媒機能を小分子レベルで再現することができれば、グリーンケミカルプロセスの実現に大きく寄与できる。小分子の中に酵素類似機能を組み込むために、複数の小分子に酸と塩基を適切に配置し、酸・塩基のしなやかな動的相互作用を利用して酵素レベルの触媒機能を小分子で制御する。単一小分子触媒の精密設計と超分子化学の分子を繋ぐ技術を基盤として、酵素類似の分子包接機能を組み込む。従来の小分子触媒には不向きな分子包接効果による基質選択的または立体および位置選択的な不斉触媒反応を指向したオーダーメイドな酸・塩基複合型の動的小分子触媒を開発することが本研究の目的である。当初の計画通り、平成21年度は酸・塩基複合塩触媒のBronsted酸を活用する触媒設計を重点的に開発した。特に、キラル酸にはビナフチルジスルホン酸、及びビナフチルリン酸を用いた。酸・塩基結合により反応点を効果的にやわらかく被い、基質や反応剤をしなやかな動きで包接する動的挙動に着目した。アキラルな塩基または酸のキラルな酸または塩基に対する混合比は、触媒反応系にあわせて系中の平衡でダイナミックに最適化される。この原理により、オーダーメイドの触媒調製の実現を目指した。シンプルな操作で触媒の多様性が生じる点は超分子化学技術を取り入れた効果である。その結果、不斉マンニッヒ型反応及び不斉Aza-Friedel-Crafts反応で分子包接効果による触媒システムの構築に成功した。平成22年度は、当初の計画通り、平成21年度に行なったブレンステッド酸・塩基複合塩触媒の開発を継続したとともに、新たに共役型の酸・塩基結合形成による立体効果と共役系電荷の分極を活用して酸または塩基の反応活性を自在に増幅できる触媒の開発を行なった。まず、超分子設計のユニットとなる3,3'二置換キラルビチフチルジスルホン酸を開発した。また、金属塩触媒を用いる複核超分子構造をもつしなやかな酸・塩基複合型触媒を開発し、エステル交換反応、高効率グリニャール反応、不斉アルキル化反応に成功したとともに、この技術を用いて天然物ギンノールの合成に成功した。しなやかな挙動を示す嵩高いキラルビナフチルリン酸カルシウム塩触媒及びオリゴマー構造を持つキラルビナフトールマグネシウム塩触媒は、基質や反応剤をしなやかな構造で包接することで類例のない高い触媒活性を実現し、高エナンチオ・高ジアステレオ選択的マンニッヒ型反応の開発に成功した。従来の小分子触媒には不向きな分子包接効果による基質選択的または立体および位置選択的な不斉触媒反応を指向したテーラー・メイドな酸・塩基複合型の動的小分子触媒を開発することが本研究の目的である。平成23年度は、当初の計画通り、平成22年度に行なったブレンステッド酸・塩基複合塩触媒の開発を継続したとともに、新たに共役型の酸・塩基結合形成による立体効果と共役系電荷の分極を活用して酸または塩基の反応活性を自在に増幅できる触媒の開発を行なった。

しなやかな酸・塩基複合型触媒を開発し、不斉アミナール合成、不斉シアノ化合成、不斉ヒドロホスホリル化反応、不斉Diels-Alder反応、エステル交換反応の開発に成功した。シンプルな操作で、幅広い触媒反応に対応できるシステマティックな触媒体系を確立できたのは、触媒の多様性が生じる超分子化学技術を取り入れた効果である。
腎癌の悪性度を制御するDisialyl糖鎖の合成機構と機能の解明

腎癌細胞株に発現している糖脂質糖鎖の解析により、Disialyl糖鎖の発現パターンの変化が腎癌での悪性化や転移性に関連していることが推測された。腎癌細胞株にはGlobo系列、Lacto系列を含むDisialyl糖鎖が存在するが、本研究ではとくにLacto系列のDisialyl Lc4(DSLc4)の末端にGalNAcがβ1-4結合した新しいDisialyl糖鎖の合成機構と機能の解析を行った。まず、細胞への遺伝子導入による糖鎖発現を検討し、6つの遺伝子候補のうちGalNAc-DSLc4の合成に関与する遺伝子がβ4GalNAc-T2であることを明らかにした。また、β4GalNAc-T2糖転移酵素タンパクには二つのvariant(ShortおよびLong form)が存在しており、rear-time RT-PCRの結果、腎癌細胞株ではshort formのmRNAが強く発現していることが分かった。次に、GalNAc-DSLc4糖鎖抗原をほとんど発現していない腎癌細胞株にβ4GalNAc-T2遺伝子を導入し、糖鎖リモデリングの結果惹起される表現型の変異を解析した。樹立したGalNAc-DSLc4安定発現株の癌性形質(増殖能・浸潤能)を検討したところ、コントロール細胞株と比べ運動性は変化しなかったが、増殖度・浸潤能の亢進が認められた。またGalNAc-DSLc4安定発現株は、ラミニン(細胞外基質)コーティングプレートに対し特異的に接着し、その接着形態はコントロール細胞株に比べより伸展した形状を示した。ラミニンとの結合に関わる接着分子インテグリンβ1の発現を調べたところ、安定発現株ではインテグリンβ1がraft domainにも存在していることが明らかになった。これらの結果から、GalNAc-DSLc4糖鎖の発現が細胞膜上でのインテグリンの局在に影響している可能性が示唆された。腎癌細胞株の表面に発現している糖脂質糖鎖の解析により、Disialyl Lc4の末端にGalNAcがβ1-4結合した新しいDisialyl糖鎖構造が多くの腎癌細胞株に存在することが明らかになった。他にもGlobo系列、Lacto系列を含むこれらのDisialyl糖鎖の発現パターンの変化が腎癌での悪性化や転移性に関連していることが推測されている。本研究ではまず、GalNAc-disialyl Lc4の合成に関与している糖転移酵素遺伝子を同定し、糖鎖リモデリングの結果惹起される表現型の変異を解析した。Enzyme assayと細胞への遺伝子導入による糖鎖発現の検討により、6つのβ4GalNAc-T遺伝子候補のうちGalNAc-disialyl Lc4の合成に関与する遺伝子がβ4GalNAc-T2であることを明らかにした。同定した遺伝子を細胞に導入することによりGalNAc-disialyl Lc4安定発現株を樹立した。得られた細胞株についてMTT assayやBoyden chamber法などを用い、癌性形質(増殖能や浸潤能など)を比較検討したところ、コントロール細胞株と比べ運動性は変化しなかったが、増殖度および浸潤能の亢進が認められた。また、β4GalNAc-T2糖転移酵素タンパクには二つのvariant(Short fromとLong form)が存在しており、rear-time RT-PCRの結果、腎癌細胞株ではshort formのmRNAが強く発現していることが明らかとなった。これらのGFP融合タンパクを作製したところ、L cellにおいて、どちらのvariantもGolgiへの強い局在が確認されたが、培養上清中にも分泌されることが分かった。また、細胞内におけるlong formタンパクの発現はshort formに比べとても低く、培養上清中においても同様な差が見られた。GalNAc-disialyl Lc4の発現制御に関わる糖転移酵素タンパクについて調べることは、腎癌の悪性化の機構を解明するうえで重要であると考え、現在これらのvariantの局在・挙動をGFP融合タンパクを用いてさらに解析しているところである。

またGalNAc-DSLc4安定発現株は、ラミニン(細胞外基質)コーティングプレートに対し特異的に接着し、その接着形態はコントロール細胞株に比べより伸展した形状を示した。ラミニンとの結合に関わる接着分子インテグリンβ1の発現を調べたところ、安定発現株ではインテグリンβ1がraft domainにも存在していることが明らかになった。これらの結果から、GalNAc-DSLc4糖鎖の発現が細胞膜上でのインテグリンの局在に影響している可能性が示唆された。
炎症関連遺伝子のエピジェネティックな発現制御機構の研究

前年度から作製を開始した遺伝的背景が均ーでないBmi1遺伝子欠損マウス,Cdkn2a遺伝子欠損マウス,Bmil,Cdkn2a二重欠損マウスのそれぞれの骨髄細胞から培養マスト細胞を培養し,それぞれの増殖能,包括的mRNAプロファイルについて検討を行った。マスト細胞増殖因子であるKit ligand投与による増殖はBmil欠損培養マスト細胞で顕著に低下しており,Cdkn2a遺伝子との二重遺伝子欠損マウス由来の培養マスト細胞では野生型と同程度にまで回復した。Bmi1.Cdkn2a二遺伝子欠損マウス由来培養マスト細胞の包括的mRNAプロファイル解析を行ったところ,二重遺伝子欠損マウスのものはかならずしも野生型のプロフィルに戻るわけではなく,固有の遺伝子発現パタンを示すことを見出した。これまでの包括的mRNAプロファイルデータの信頼性を増すために,異なる個体由来のBmi1遺伝子欠損培養マスト細胞のデータを5例加え,Gene Ontology term解析を行い。炎症関連遺伝子発現の脱抑制を認めた。前年度までに使用した遺伝子欠損マウスは遺伝的背景が均一でないため,組織におけるマスト細胞数や,増殖応答に関して遺伝的背景の影響を除外できないと考えられることから,C57BL/6背景への戻し交配をBmi1,Cdkn2aそれぞれ10回と8回行い,現在二重変異マウスを作製中である。C57BL/6.Cg-Cdkn2a遺伝子欠損マウスおよび,戻し交配前の129系統とFVB系統雑種のBmi1欠損マウスは正常に出生するのに対して,C57BL/6.Cg-Bmi1遺伝子欠損マウスの出生は著しく障害された。C57BL/6コンジェニック背景の二重欠損マウス(N10xN8)作製のための交配では,Bmi1欠損マウスは出生できることから,ごくわずかな元系統由来の残存ゲノムの影響や,戻し交配中,劣性変異が生じた可能性が示唆される。Bmi1遺伝子がマスト細胞の増殖、分化に与える影響について調べるために、Bmi1 +/-マウスを導入し、自然交配によりBmi1 -/-マウスを得た。これまでの報告と同様、離乳以降の発育遅延と痙攣発作を伴う運動失調、進行性の骨髄低形成を認めた。組織学的な解析によりBmi1 -/-マウスの皮膚と腹腔細胞についてそれぞれ、マスト細胞数、マスト細胞出現頻度を野生型マウスと比較したところ、有意差を認めなかった。一方で胃粘膜のマスト細胞数については、Bmi1 -/-マウスにおいて有意な減少を認めた。マスト細胞の分布する組織において、解剖学的に異なる部位でBmi1遺伝子の要求性に差異のあることが示唆された。遺伝子発現プロファイルの取得に必要な純度の高いマスト細胞を得るため、Bmi1 -/-マウスの骨髄および脾臓から培養マスト細胞の分化誘導をおこなった。Bmi1 -/-培養マスト細胞はこれまでの報告と一致してpremature senescenceと、著しい増殖抑制が認められ、細胞数は野生型の千分の一程度にまで減少していた。使用マウス数を大幅に増やしRNAを取得、遺伝子発現プロファイル解析を行った。Bmi1 -/-培養マスト細胞は野生型と同様アルシアンブルー染色陽性であった。電子顕微鏡像においても培養マスト細胞と同様の形態が観察されたこと、in vivoの組織額的解析をあわせた結果から、Bmi1はマスト細胞の分化系統決定への影響は小さいことが示唆された。培養マスト細胞の増殖抑制の原因を探るため、サイクリンキナーゼ抑制因子Cdkn2a-/-マウスを導入し、自然交配によりBmi1とのダブルノックアウトマウスを作成した。このダブルノックアウトマウスでは、一見Bmi1の表現型とほとんど変わりが無いが、in vitroでの培養マスト細胞の増殖には顕著な改善が認められたため、培養マスト細胞の増殖抑制の主な原因はCdkn2a発現の脱抑制にあると考えられた。

C57BL/6コンジェニック背景の二重欠損マウス(N10xN8)作製のための交配では,Bmi1欠損マウスは出生できることから,ごくわずかな元系統由来の残存ゲノムの影響や,戻し交配中,劣性変異が生じた可能性が示唆される。
ヒスタミンによる耳下腺アミラーゼ分泌の脱感作現象とその分子機構

ヒスタミン(H)をラット耳下腺組織に作用させると、アミラーゼ(A)分泌が惹起された。私は当該組織をHで短時間前処理すると、Hに対する反応性が急激に低下する脱感作現象が引き起こされることを見出し、この機序を細胞内情報伝達機構との関連で追究し、下記の成果を得た。A分泌は1μM1mMのHにより濃度依存的に惹起され、1mMにおいて反応開始後30分で対照に比して3倍のA分泌を誘導した。また、この濃度のHで30分間前処理(1st-Incubation,1st-Inc.)した後、10分間新鮮な反応液中で休息させ、再び同濃度のHを作用(2nd-Incubation,2nd-Inc.)させると、A分泌が40%抑制され、脱感作現象が見られた。また、この組織に含まれるc-AMP量を測定すると、1st-Inc.後の組織は対照に比して3倍増加していた。このc-AMP量に比して2nd-Inc.後の組織では40%抑制されていた。即ち、組織中のc-AMP量はA分泌の変化と対応していなかった。Hによるラット耳下腺組織からのA分泌はジフェンヒドラミンによって全く影響を受けず、シメチジンやラニチジンによって拮抗され、H_2受容体を介することが示唆された。そこで、H_2受容体に特異的に結合する[^3H]-チオチジンとの結合実験を行って、耳下腺H_2受容体の存在とその動態を調べた。その結果、ラット耳下腺には[^3H]-チオチジンの特異的結合部位が存在していた。この結合部位はsingle populationで、Bmax値274±22fmol/mg protein・Kd値は24.5±1.4nMであった。Bmax値、Kd値はHとの1st-Inc.によってそれぞれ478±19fmol/mg protein,48.8±11.3に増加したが、Hとの2nd-Inc.によってそれぞれ316±23、35.0±3.2に減少した。以上の結果、ラット耳下腺にはH_2受容体が存在し、この受容体の刺激によって細胞内c-AMP量が増加してA分泌が惹起された。Hによる耳下腺の短時間処理によってA分泌に脱感作現象がみられ、この減少にH_2受容体の減量とヒスタミンに対する親和性の低下が伴われていたが、細胞内c-AMP量の変動とは対応していないことが明らかにされた。現在、GTP結合蛋白質との連関性を検討中である。
個人差を考慮した新たな低酸素トレーニング方法の開発

H30年度はH29年度より実施していた研究課題2(血中および骨格筋の酸素化動態の個人差と代謝・内分泌応答の関係)の実験を継続して実施した.被験者は健康な成人男性12名とし,低酸素環境(吸気酸素濃度14.5%,標高3000m相当)において60%VO2max強度の自転車ペダリング運動を60分間実施した後,180分間の安静を行った.動脈血酸素飽和度,筋酸素飽和度,代謝系指標および血液指標を運動中20分毎(運動開始20,40,60分)および運動後180分(血液指標のみ)に測定した.代謝系指標は,酸素摂取量,二酸化炭素産生量,呼吸交換比を,血液指標は,血中乳酸,血中グルコース,血中pH,成長ホルモン,コルチゾール,エリスロポエチン,血管内皮細胞増殖因子を測定した.また,指尖に装着したパルスオキシメータから動脈血酸素飽和度(SpO2)と採血によって測定されたヘモグロビン濃度(Hb)から動脈血酸素含量(CaO2)を定量し(CaO2 = Hb ×SpO2 ×1.36),筋赤外線分光装置のプローブを右脚外側広筋に装着することで筋酸素飽和度(StO2)を測定した.運動中の各酸素化指標(SpO2,CaO2,StO2)間の関連性を検討したところ,SpO2とCaO2との間には有意な相関関係が認められたが,StO2とSpO2およびCaO2との間には有意な相関関係は認められなかった.次に,各酸素化指標と代謝内分泌指標との関連性について検討したところ,StO2は血中pHとの間に有意な相関関係が認められ,CaO2はエリスロポエチンとの間に有意な相関関係が認められた.しかし,その他の項目との間には有意な相関関係は認められなかった.したがって,同一の吸気酸素濃度下であっても運動時中の血中および筋中の酸素飽和度が内分泌応答に影響していることが示唆された.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。H28年度は研究課題1として「低酸素環境下での運動時および運動後における動脈血飽和度の個人差と代謝・内分泌応答の関係」について検討した.被験者は健康な成人男性16名とし,常酸素環境(吸気酸素濃度20.9%)および低酸素環境(吸気酸素濃度14.5%)において,65%VO2max強度での自転車ペダリング運動を60分間実施した後,各酸素条件下において60分間の安静を行った.代謝系指標(酸素摂取量,二酸化炭素産生量,呼吸交換比)は運動前,運動開始30分,60分,運動後30分,60分に,血液指標(血中乳酸濃度,グルコース,成長ホルモン,コルチゾール,ケトン体)は運動前,運動直後,運動終了60分後に測定した.また,実験中は経時的に動脈血酸素飽和度と心拍数を測定した.低酸素環境下での運動時の動脈血酸素飽和度は最も高い者で88%,最も低い者で77%と,およそ11%もの違いが見られた.したがって,同一酸素濃度であっても運動時のSpO2の値には大きな個人差が見られる事が明らかとなった.次に,動脈血酸素飽和度が代謝・内分泌応答に及ぼす影響を検討するため,平均値±0.25SDを基準にSpO2が高値を示した群(HIGH群,n=6)と低値を示した群(LOW群,n=6)に分類し,各指標の値を比較した.その結果,運動時のSpO2はHIGH群で86.6±0.6%,LOW群で79.8±0.7%と,約6.8%の違いが見られた(P<0.05).しかし,代謝系指標および血液指標の間に有意な差は認められなかった.H28年度は,予算の都合上被験者が16名に留まり,血液指標の分析に関しても一部の項目しか実施できなかった.H29年度は被験者を20名まで増やすとともに,低酸素誘導因子や血管新生の指標となる血管内皮細胞増殖因子など,低酸素刺激が直接影響する血液指標についても分析を進め,再検討を行う予定である.事前準備を含めて,実験開始から終了まで数ヶ月を要する大規模な内容であったが,大きな問題もなく,おおよそ実験を終えることができた.本年度は,前年度に実施した研究課題1(低酸素環境下での運動時および運動後における動脈血飽和度の個人差と代謝・内分泌応答の関係)において実施できなかった血管内皮細胞増殖因子(VEGF)の解析を実施した.その結果,「運動時の動脈血酸素飽和度の個人差とVEGF濃度の間には関連が認められない」ということが明らかとなった.以上の結果は当初の仮説とは相反するものであり,本年度実施する実験計画を申請書作成段階から変更する必要性が出てきた.そこで我々は,活動筋における酸素飽和度が内分泌応答に影響を与えているのではないかと新たに仮説を立て,「低酸素環境下での運動時における筋中の酸素化動態と代謝・内分泌応答の関係」について新たに検討を行った.被験者は健康な成人男性10名とし,低酸素環境(吸気酸素濃度14.5%,標高3000m相当)において60%VO2max強度の自転車ペダリング運動を60分間実施した後,180分間の安静を行った.運動中20分毎(運動開始20,40,60分)に動脈血酸素飽和度,筋酸素飽和度,代謝系指標および血液指標を測定した.

また,運動後180分の時点で再度血液指標を測定した.動脈血酸素飽和度は指尖に装着したパルスオキシメータから測定し,筋酸素飽和度は筋赤外線分光装置のプローブを右脚外側広筋に装着して測定した.代謝系指標は,酸素摂取量,二酸化炭素産生量,呼吸交換比を,血液指標は,血中乳酸,血中グルコース,血中pH,成長ホルモン,コルチゾール,エリスロポエチンを測定した.現在解析が終了している5名の実験結果から,動脈血酸素飽和度によって測定した血中の酸素飽和度よりも,筋酸素飽和度の方が,運動中の内分泌応答と関連する様相を呈していた.したがって,低酸素環境下での運動時には筋中の酸素飽和度に着目したトレーニング処方が重要となってくる可能性がある.当初の仮説とは異なる実験結果が得られたことから,計画の変更を余儀なくされた.変更後の実験も準備から実験実施まで数ヶ月に及ぶ難易度の高い実験ではあったが,丁寧に準備をしてきた甲斐もあり,おおむね仮説通りの結果が得られている.そのため,おおむね順調に研究が進行していると言える.H30年度はH29年度より実施していた研究課題2(血中および骨格筋の酸素化動態の個人差と代謝・内分泌応答の関係)の実験を継続して実施した.被験者は健康な成人男性12名とし,低酸素環境(吸気酸素濃度14.5%,標高3000m相当)において60%VO2max強度の自転車ペダリング運動を60分間実施した後,180分間の安静を行った.動脈血酸素飽和度,筋酸素飽和度,代謝系指標および血液指標を運動中20分毎(運動開始20,40,60分)および運動後180分(血液指標のみ)に測定した.代謝系指標は,酸素摂取量,二酸化炭素産生量,呼吸交換比を,血液指標は,血中乳酸,血中グルコース,血中pH,成長ホルモン,コルチゾール,エリスロポエチン,血管内皮細胞増殖因子を測定した.また,指尖に装着したパルスオキシメータから動脈血酸素飽和度(SpO2)と採血によって測定されたヘモグロビン濃度(Hb)から動脈血酸素含量(CaO2)を定量し(CaO2 = Hb ×SpO2 ×1.36),筋赤外線分光装置のプローブを右脚外側広筋に装着することで筋酸素飽和度(StO2)を測定した.運動中の各酸素化指標(SpO2,CaO2,StO2)間の関連性を検討したところ,SpO2とCaO2との間には有意な相関関係が認められたが,StO2とSpO2およびCaO2との間には有意な相関関係は認められなかった.次に,各酸素化指標と代謝内分泌指標との関連性について検討したところ,StO2は血中pHとの間に有意な相関関係が認められ,CaO2はエリスロポエチンとの間に有意な相関関係が認められた.しかし,その他の項目との間には有意な相関関係は認められなかった.したがって,同一の吸気酸素濃度下であっても運動時中の血中および筋中の酸素飽和度が内分泌応答に影響していることが示唆された.H28年度は,予算の都合上被験者が16名に留まり,血液指標の分析に関しても一部の項目しか実施できなかった.H29年度は被験者を20名まで増やすとともに,低酸素誘導因子や血管新生の指標となる血管内皮細胞増殖因子など,低酸素刺激が直接影響する血液指標についても分析を進め,再検討を行う予定である.また,H28年度の実験結果は当初の仮説とは異なる結果となる公算が高く,その原因についても,測定プロトコルを変更するなどして,検討していく予定である.当初の仮説とは異なる実験結果が得られたことから,計画の変更を余儀なくされた.変更後の実験も準備から実験実施まで数ヶ月に及ぶ難易度の高い実験ではあったが,丁寧に準備をしてきた甲斐もあり,おおむね仮説通りの結果が得られている.今後は現在進行中の実験の早期終了および本研究の最終ゴールである個人差を考慮したトレーニング処方の方法論について知見を収集していく予定である.
口腔組織の炎症によって発生する気体分子と細胞機能の破綻

一酸化窒素は一酸化窒素合成酵素の作用によってL-アルギニンから産生される気体分子である。近年、一酸化窒素は翻訳後修飾の一種であるS-ニトロシル化に関与し、タンパク質の機能を調節している。まず、NOドナーであるGSNOを添加したRAW264細胞ではファゴサイトーシスが促進した。NOドナーで処理した細胞では、Rab5の活性が上昇していることがGST-R5BDプルダウンアッセイで明らかになった。ビオチンアッセイでは活性型Rab5が強くS-ニトロシル化していた。これらのことより、Rab5がS-ニトロシル化されることによってファゴサイトーシスが調節されていることが明らかとなった。歯周病によって口腔組織が炎症を起こすと、フリーラジカルや活性酸素種などの気体の産生が著しく上昇し、細胞の機能が破綻する。誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)は、非炎症状態では発現していないが、炎症が惹起されると著しく発現が上昇する酵素であり、iNOSの発現上昇によって過剰に一酸化窒素が産生される。一酸化窒素は、ラジカル反応によって、タンパク質のシステイン残基に付加することが知られている(ニトロシル化)。このタンパク質の修飾は、炎症による細胞機能の破綻に影響を及ぼすものと考えられるが、分子レベルでのメカニズムについては不明な点が多い。そこで、一酸化窒素が生体に及ぼす影響について解析した。一酸化窒素とタンパク質のニトロシル化との関連性を明らかにするために、グラム陰性菌の内毒素であるLPSで刺激し、iNOSを過剰に発現させ、ビオチンスイッチ法によって解析を行った。その結果、コントロール群と比較し、ニトロシル化しているタンパク質を見出し、それらのうち複数個は細胞内小胞輸送に関わるものであった。一方、LPSとNO阻害剤であるL-NAME投与群では、コントロール程度かあるいはコントロールよりもニトロシル化が低下していた。さらに、一酸化窒素と細胞内小胞輸送との関連性を明らかにするために、LPS刺激によってiNOSを過剰に発現させた細胞で、エンドサイトーシスアッセイを行った。その結果、コントロール細胞と比較して、LPSした細胞では、エンドサイトーシスが促進した。一方、コントロール細胞と比較し、LPSとL-NAMEを投与した細胞ではエンドサイトーシスが低下していた。また、ニトロシル化部位を予測するために、ニトロシル化モチーフ検索を行い、コンピュター上での推定的なニトロシル化部位の特定を試みた。以上のことより、報告者は、NOのラジカル反応によって、タンパク質の機能が変化しているものと考え、引き続き気体分子の影響を解析していく予定である。歯周病などによる口腔組織における炎症部位では、一酸化窒素などの気体分子が過剰に発生している。近年、歯周病は、様々な全身疾患の発症危険度を上昇させる因子として、注目されており、口腔組織の炎症によって細胞機能が破綻する仕組みを明らかにすることは、歯学分野において喫緊の課題である。そこで、本研究では、口腔組織の炎症において発生する気体分子とタンパク質修飾の関連性に着目し、歯周病における細胞機能が破綻する仕組みの解明を目指す。昨年度までに、口腔組織の炎症によって発生する過剰な一酸化窒素が、タンパク質修飾を介して、細胞機能の破綻に関与している可能性が考えられた。今年度も、細胞内における一酸化窒素の影響について、タンパク質機能との関連性を中心に解析した。in vitroの系で、タンパク質ニトロ化について解析する方法について検討を行い、NOドナーを用いたタンパク質ニトロ化を解析するためのin vitroアッセイ系を確立した。この方法を用いて、ニトロ化タンパク質を濃縮し、LC/MS/MSでニトロ化タンパク質の同定を試みているところである。また、グラム陰性菌の内毒素であるLPS刺激によって過剰にiNOSが発現している培養細胞を用いて、siRNAによるノックダウン系で検討を行い、iNOSがエンドサイトーシスに影響する可能性が考えられた。さらに、in vivoでタンパク質ニトロ化を明らかにするために、LPSを用いて、一酸化窒素過剰状態のマウスを作成した。以上、昨年度に引き続き、本年度も、一酸化窒素がタンパク質の機能に及ぼす影響について解析した。また、ニトロ化など一酸化窒素が関わるタンパク質修飾を解析するためのアッセイ系を確立できたと考えている。現在までに、タンパク質ニトロ化を解析するためのアッセイ系は確立できたものの、ニトロ化タンパク質の特定には至らなかったため、報告者はやや遅れているものと考えている。歯周病による口腔組織の炎症状態では一酸化窒素などの気体分子が生体内で過剰に発生しており、細胞機能の破綻に関与する可能性が考えられる。その一方、一酸化窒素などの炎症性メディエーターは、感染防御に寄与すると考えられている。一酸化窒素は、炎症性メディエーターの一つで、生体内に侵入した細菌を除去するためにマクロファージなどにおける貪食(ファゴサイトーシス)に関与する可能性が示唆されているが、その詳細な機構については不明な点が多い。そこで本年度は以下の実験を行った。骨髄由来マクロファージを腹腔に移入したマウスを用いて、S. aureus ATCC25923株を腹腔に感染させた。その結果、L-NAME無処理マウスと比較して、L-NAME投与マウスでは、S. aureus ATCC25923株の生菌数が極めて高かった。従って、一酸化窒素がマクロファージを活性化している可能性が考えられた。また、タンパク質チロシンニトロ化について一酸化窒素との関連性を明らかにするために、抗チロシンニトロ化抗体を用いて解析を行った。その結果、ニトロ化されたタンパク質が上昇していた。

タンパク質ニトロ化はアポトーシスにも関与することから細胞機能の破綻に関与している可能性が考えられた。以上のことより、一酸化窒素は感染時には、感染防御にはたらくことが明らかとなった。すなわち、口腔組織の炎症によって発生する気体分子は、細胞機能の破綻だけではなく、生体にとって有益な作用があることが明らかとなった。チロシンニトロ化など研究計画書と照らし合わせるとやや遅れていると考えられる。歯周病による口腔組織の炎症時には、誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)が発現しており、一酸化窒素が過剰に産生されている。一酸化窒素は、L-アルギニンからiNOSの作用によって、L-シトルリンともに産生される気体分子である。一酸化窒素は殺菌作用を有し感染防御に働くが、細胞に対して傷害性を持つことも知られている。それだけではなく、一酸化窒素は細胞内のタンパク質に作用し、タンパク質の翻訳後修飾を介して、細胞における様々な現象に関与していると考えられている。一方、Rab5は分子量25kDaの低分子量Gタンパク質であり、ファゴサイトーシスを含めたエンドサイトーシスに重要な因子である。Rab5活性時には多くの因子がRab5と相互作用し、エンドサトーシスが進行していくことが明らかとなっている。昨年度までに報告者らは、一酸化窒素がファゴサイトーシスを調節する可能性を見い出している。本年度は、CBB染色で単一バンドの精製したリコンビナントRab5を用いて解析を行った。精製したリコンビナントRab5に、NOドナーであるGSNOを加え、そのリコンビナントRab5を抗チロシンニトロ化抗体をもちいてウェスタンウロット法で解析した。その結果、GSNOを加えたリコンビナントRab5は、チロシンニトロ化をうけることが明らかとなった。現在、抗チロシンニトロ化抗体を用いて免疫沈降法によってチロシンニトロ化Rab5を精製しLC/MS/MSでRab5チロシンニトロ化について解析を行っているところである。以上のことより、Rab5チロシンニトロ化がファゴサイトーシスに関与する可能性が示唆された。一酸化窒素は一酸化窒素合成酵素の作用によってL-アルギニンから産生される気体分子である。近年、一酸化窒素は翻訳後修飾の一種であるS-ニトロシル化に関与し、タンパク質の機能を調節している。まず、NOドナーであるGSNOを添加したRAW264細胞ではファゴサイトーシスが促進した。NOドナーで処理した細胞では、Rab5の活性が上昇していることがGST-R5BDプルダウンアッセイで明らかになった。ビオチンアッセイでは活性型Rab5が強くS-ニトロシル化していた。これらのことより、Rab5がS-ニトロシル化されることによってファゴサイトーシスが調節されていることが明らかとなった。本研究課題は、口腔組織の炎症によって発生する気体分子が細胞機能の破綻にどのように関わるのか、その仕組みを明らかにし、歯周病などにおける炎症による口腔疾患の病態を解明することを目指す。
シリコン熱電素子を用いたIoT向け環境調和型電源の開発

様々なモノがインターネットに接続され,それらが取得する情報と人とを結びつけるモノのインターネット(IoT)が注目を集めている。生活空間からデータ解析・AI技術に必要なデータを取得するために,必要なIoTセンサ端末の数は10兆個にもなる。その膨大な数のセンサの保守は物理的に不可能であり,電池の交換が困難であるうえ,センサは回収できず,環境中に廃棄されると想定される。このため,端末の経年劣化により,有害物質が漏洩して深刻な環境汚染を引き起こす恐れがある。本研究では,Siを用いた環境発電技術と環境調和性を有する蓄電素子を用いた,環境中に分解・吸収されるIoTセンサ端末用の電源を実現する。
地球プラズマ圏の高エネルギー粒子環境変動の調査

太陽活動に伴って変動する地球のプラズマ圏と超高層大気の様相を調査することを目的として、本研究を行った。(1) LFデッカ電波送信局の磁気共役点のオーストラリア・バーズビルでのLF磁気圏伝搬波の波形解析を行い、磁気擾乱に伴ってプラズマ圏深部まで侵入する高エネルギー粒子による波動粒子相互作用の結果、強度の増大や周波数偏移を受けることが判明した。(2)南極昭和基地の圏界面高度、気温、気圧、オゾン変化の太陽面爆発(フレアー)に伴う変動を調査し、これらの変動とフレアーに伴う高エネルギー陽子の侵入やX線の増大との間に有為な相関があることを見いだし、太陽活動が地球大気圏変動に及ぼす影響を知る手がかりを得た。(3)太陽活動に起因し夜間に発生するPi2型地磁気脈動の多点観測データを用いて、地震活動と地磁気変動の関連を調査した。1993年8月8日に発生したグアム地震(Ms=7,1)に伴う脈動の鉛直成分の増大は大地の電気伝導度の増大によること、及び地震活動の予測に地磁気脈動がリモートセンサーとして活用しうる可能性を示した。(4)ニンバス7号衛星で得られた地球の緯度帯毎のオゾン全量の月平均値のデータから、太陽活動の11年変動とオゾン全量の変動の間に極めて高い相関があることが分かった。(5) LFデッカ電波送信局の磁気共役点のオーストラリア・バーズビルでのLF磁気圏伝搬波の波形解析を行うことにより、地球プラズマ圏の高エネルギー粒子環境変動を調査するために、国際学術研究「太陽風変動に伴う擾乱の極域から赤道域への侵入・輸送課程の研究」(H8-9年度、研究代表、湯元清文、九大理)の協力を得て、波形連続観測を再開したが、当該観測機器の老朽化のため良質なデータを取得することが出来なかった。低周波電磁放射、LF磁気圏伝搬波、地磁気変動(ULF磁波)、衛星で計測された高エネルギー粒子のデータを対比と詳細な解析により、地磁気擾乱に伴ってダイナミックに変動する地球プラズマ圏の様相を診断する手がかりをうることが目的である。このために、本年度では、地磁気経度210度沿いの地磁気変動データの磁気擾乱急始時の変動を調査し、Sc/Si極域磁気変動の極域から赤道域への侵入が太陽風エネルギーの磁気赤道域への輸送にとって重要な役割を担っていることを指摘した。また、南極昭和基地の圏界面高度、気温、気圧、オゾン変化の太陽面爆発(フレア-)に伴う変動を調査し、これらの変動とフレア-に伴う高エネルギー陽子の侵入やX線の増大との間に有為な相関があることを見いだし、太陽活動が地球大気圏変動に及ぼす影響を知る手がかりを得た。さらに、磁気擾乱に伴ってプラズマ圏深部まで侵入する高エネルギー粒子による波動粒子相互作用の結果、強度の増大や周波数偏移をうけるLF磁気圏伝搬波の波形連続観測を、国際学術研究「太陽風変動に伴う擾乱の極域から赤道域への侵入・輸送過程の研究」(H8-9年度、研究代表、湯元清文、九大理)の協力を得て、LFデッカ電波送信局の磁気共役点のオーストラリア・バーズビルで開始した。現在、順調に東西、南北磁場2成分の波形観測が継続されている。今後、詳細なデータ解析を行い、地球プラズマ圏の波動粒子相互作用や粒子環境変動を明らかにしたい。太陽活動に伴って変動する地球の超高層大気の様相を調査することが目的である。

このため、本年度では、(1)ニンバス7号衛星で得られた地球の緯度帯毎のオゾン全量の月平均値のデータから、太陽活動の11年変化とオゾン全量の変動の間に極めて高い相関があること、並びに赤道域の比較的小さいオゾン量には、海洋域から供給される水素酸化物、窒素酸化物と塩素酸化物の触媒作用がオゾンの消滅に有効に作用していることが分かった。(2)太陽活動に起因し夜間に発生するPI2型地磁気脈動の多点観測データを用いて、地震活動と地磁気変動の関連を調査した。1993年8月8日に発生したグアム地震(MS=7.1)に伴う脈動の鉛直成分の増大は大地の電気伝導度の増大によること、及び地震活動の予測に脈動がリモートセンサーとして活用しうる可能性を示した。(3)磁気擾乱に伴ってプラズマ圏深部まで高エネルギー粒子による波動粒子相互作用の結果、強度の増大や周波数偏移をうけるLF磁気圏伝搬波の波形連続観測を、国際学術研究「太陽風変動に伴う擾乱の極域から赤道域への侵入・輸送過程の研究」(平成8-9年度、研究代表、湯元清文、九大理)の協力を得て、LFデッカ電波送信局の磁気共役点のオーストラリ・バーズビルで継続している。太陽活動に伴って変動する地球のプラズマ圏と超高層大気の様相を調査することが目的である。このため、最終年度の本年度では、(1) LFデッカ電波送信局の磁気共役点のオーストラリア・バーズビルでのLF磁気圏伝搬波の波形解析を行うことにより、地球プラズマ圏の高エネルギー粒子環境変動を調査するために、国際学術研究「太陽風変動に伴う擾乱の極域から赤道域への侵入・輸送課程の研究」(H8-9年度、研究代表、湯元清文、九大理)の協力を得て、波形連続観測を再開したが、当該観測機器の老朽化のため良質なデータを取得することが出来なかった。(2) LFデッカ電波送信局の磁気共役点のオーストラリア・バーズビルでのLF磁気圏伝搬波は、磁気擾乱に伴ってプラズマ圏深部まで侵入する高エネルギー粒子による波動粒子相互作用の結果、強度の増大や周波数偏移を受けることが判明している。波動粒子相互作用の理論的・数値的検討を行い、観測事実の検証を行った。その結果は、研究成果報告書に詳述している。(3)南極ボストーク基地とグリーンランドの氷柱の、メタン、炭酸ガス、温度、酸素同位体のデータから、それぞれの長期変動の間に有為な相関があることを確認した。また、周期解析の結果、地球の気候に変動を及ぼす3つの天文学的要因であるミランコヴィッチ・サイクルが顕著に見いだされ、太陽の輻射量の変動が上記の長期変動の要因であることが確認できた。
光学・画像解析に基づく混相流中に存在する普遍的な現象の抽出

平成16年度は,計画どおり以下の2つのテーマについて実験的・理論的研究を実施し,次に示す成果を得た.(1)高濃度分散流の分散体相互作用の計測気泡流において局所ボイド率が高い場合の高濃度気泡流のPIV計測システムを開発した.この計測においては気泡が高濃度に画像に投影される場合において誤差の小さいPIV解析を実現するために回帰型相互相関法(Recursive Cross Correlation PIV)を考案・導入した.このアルゴリズムは空間スケールの大きいほうから順に画像相互相関を解析し最終的に1ピクセルの空間分解能まで速度ベクトル場を段階的に求解する技法である.これをボイド率30%以上の気泡流ジェットに応用し,気泡速度場の乱流スペクトルを計測することに成功した.(2)変形分散体を含む流体のせん断応力の計測気泡直径が30ミクロン50mmの広範囲の条件でせん断流中における気泡運動が及ぼす局所摩擦抵抗への影響を系統的に調べた.実験は静止流体中の落球現象,水平チャネル流,回転二重円筒間流れ,螺旋円管流れ,ならびに鉛直上昇噴流の5つを対象とした.この結果,気泡の変形の時間的進展が局所せん断応力を増加させること,せん断応力に対して気泡変形が平衡となる条件で局所せん断応力が顕著に低下すること,乱流せん断場において変形を伴う気泡の揺動運動が乱流せん断応力を低下させること,さらに,固体壁面近傍に気泡が集積する場合においてボイド率の10倍の感度で摩擦抵抗低減率が得られることが初めて実験的に確認された.以上の成果は,複数の流体力学に関する学術雑誌において発表され,とくに微小気泡の変形による流体平均物性の効果的な制御の可能性を広く認知させることができた.平成15年度は,研究の第1フェーズとして,高濃度気泡流中の「気泡間相互作用」の実験データベースを構築した.この研究では.以下の3つのサブテーマに関する研究を遂行した.(A)壁面スライド気泡における気泡間相互作用の2次元PTV計測,(B)自由空間浮上気泡群における気泡間相互作用の3次元PTV計測,(C)2カメラ3次元PTV法における自動カメラ校正法とゴースト除去処理法の提案.サブテーマ(A)では,壁面せん断応力を微小気泡混入によって低減する技術の基礎研究であり,高濃度気泡流における挙動の特徴を解明した.サブテーマ(B)では.気泡流の数理モデルの普遍化・一般化のため実施され.高速度カメラの導入により壁面や境界に依存しない気泡干渉を明らかにした.サブテーマ(C)はサブテーマ(B)の研究をサポートするものである.具体的には,1つの計測空間を撮影する2つ以上のカメラの相対座標等(カメラ幾何パラメータと言われ20以上の未知数からなる)を自動決定するアルゴリズムを提案した.また,2カメラステレオ撮影時における高濃度気泡(粒子)分布のゴースト現象(画像情報不十分による実在しない粒子のラベリング)を抑制するアルゴリズムを提案した.平成16年度は,計画どおり以下の2つのテーマについて実験的・理論的研究を実施し,次に示す成果を得た.(1)高濃度分散流の分散体相互作用の計測気泡流において局所ボイド率が高い場合の高濃度気泡流のPIV計測システムを開発した.この計測においては気泡が高濃度に画像に投影される場合において誤差の小さいPIV解析を実現するために回帰型相互相関法(Recursive Cross Correlation PIV)を考案・導入した.このアルゴリズムは空間スケールの大きいほうから順に画像相互相関を解析し最終的に1ピクセルの空間分解能まで速度ベクトル場を段階的に求解する技法である.これをボイド率30%以上の気泡流ジェットに応用し,気泡速度場の乱流スペクトルを計測することに成功した.(2)変形分散体を含む流体のせん断応力の計測気泡直径が30ミクロン50mmの広範囲の条件でせん断流中における気泡運動が及ぼす局所摩擦抵抗への影響を系統的に調べた.実験は静止流体中の落球現象,水平チャネル流,回転二重円筒間流れ,螺旋円管流れ,ならびに鉛直上昇噴流の5つを対象とした.この結果,気泡の変形の時間的進展が局所せん断応力を増加させること,せん断応力に対して気泡変形が平衡となる条件で局所せん断応力が顕著に低下すること,乱流せん断場において変形を伴う気泡の揺動運動が乱流せん断応力を低下させること,さらに,固体壁面近傍に気泡が集積する場合においてボイド率の10倍の感度で摩擦抵抗低減率が得られることが初めて実験的に確認された.以上の成果は,複数の流体力学に関する学術雑誌において発表され,とくに微小気泡の変形による流体平均物性の効果的な制御の可能性を広く認知させることができた.