hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光イオン化した有機分子クラスタ-内で起こるイオン・分子反応のレ-ザ-分光学的研究

1.超音速分子線法によって生成した、クロロベンゼンとアンモニアのファンデルワ-ルス錯体を光イオン化すると、効率よくアニリニウムイオンが生成することを見い出した。生成物イオンのアクションスペクトルや出現エネルギ-を2波長レ-ザ-光イオン化質量分析分光法によって観測した。反応のエネルギ-関係の相関から、この反応が光イオン化された錯体内でおこる求核置換反応に基づいていることを明らかにした。2.フロロベンゼンとアンモニアまたは水とによるファンデルワ-ルス錯体の光イオン化後に誘起される分子クラスタ-内イオン分子反応を、質量分析法と結合した2波長光イオン化分光法によって研究した。アンモニア錯体では、2種の異性体から異なる反応が進行することを見い出した。すなわち、求核置換反応をおこしてアニリンイオンを生成する場合と、単純解離反応によりフロロベルゼンイオンを生成する場合がある。イオン化しきい値や生成物の出現エネルギ-の測定などの実験結果と異性体構造の計算結果を結合して、反応のエネルギ-関係の相関を考察した。また、水との錯体の場合にも同様の解析を行ない、フロロベンゼンのファンデルワ-ルス錯体内で誘起されるイオン分子反応の共通性について検討した。1.超音速分子線法によってC_6H_5ClとNH_3の(1:1)van der Waals錯体を形成させ、レ-ザ-光イオン化法を用いてその錯体をイオン化すると、ただちに求核置換型反応をおこして、C_6H_5NH_3^+が極めて効率よく生成することを見い出した。反応収率の光強度依存性、波長依存性などを観測し、反応メカニズムの解明を行うことができた。(J,Phys,Chem,投稿中)2.同様にしてC_6H_5FとNH_3の系について観測を行った。C_6H_5FとNH_3の(1:1)vdw錯体には2種類の異性体(配向又は配位の差異に基づくとみられる)が存在することが見い出された。そのうちの一方は、光イオン化およびそれにひきつづく反応においては、C_0H_5F^+とNH_3への分解をおこし、求核置換型反応はおこさないが、他方の異性体は、C_6H_5NH_2^+への反応が効率よくおきることを見い出した。それらの錯体のイオン化しきいスペクトルや生成物イオン種の出現エネルギ-しきい値などの測定を通して錯体形成→反応にいたるエネルギ-関係を明らかにした。(J,Phys,Chem,投稿準備中、口頭発表済;1989環太平洋国際化学会議等)。3.光化学反応をおこす有機化合物のvdW錯体や分子クラスタ-内でおきる反応は、溶液内反応の簡単なモデルとみなすことが可能であり、本研究で得た結果はそのモデルの好例として有機光化学的にも重要である。今後の発展の方向として反応中間体としての錯体イオンの性質をより詳しく知る観点にたって、錯体又は、錯体イオンの構造を明確に決めることの必要性を感じている。2.フロロベンゼンとアンモニアまたは水とによるファンデルワ-ルス錯体の光イオン化後に誘起される分子クラスタ-内イオン内子反応を、質量分枡法と結合した2波長光イオン化分光法によって研究した。すなわち、求核置換反応をおこしてアニリンイオンを生成する場合と、単純解離反応によりフロロベンゼンイオンを生成する場合がある。イオン化しきい値や生成物の出現エネルギ-の測定などの実験結果と異性体構造の計算結果を結合して,反応のエネルギ-関係の相関を考察した。

また、水との錯体の場合にも同様の解析を行ない、フロロベンゼンのファンデルワ-ルス錯体内で誘起されるイオン分子反応の共通性について検討した。
生体イメージングによる放射線治療後のがん転移活性化経路の解明

蛍光標識の技術を用いてマウスメラノーマ細胞の放射線感受性を細胞周期ごとに評価したところ、S期早期に高いことが判明した。細胞周期を同期させられる既知の薬剤のうち、gemcitabineを用いて同期させたところ、非常に高い効率でS期早期に同調することが明らかになった。細胞周期を同調することで殺細胞効果を向上させることが治療効果の改善に貢献できると考えられたので、実際にその効果が見られるか検証した。細胞株実験で細胞周期の同調によって放射線照射とgemcitabineの相乗効果がみられた。また、マウス実験では細胞周期を同調する投与方法では順序を逆にした投与方法に比べて明瞭に腫瘍増大が抑制された。本研究課題において、まず二光子励起顕微鏡を用いた顕微鏡でメラノーマを移植した担癌マウスが生きたままの状態で皮下腫瘍を観察する手技を確立した。放射線照射した皮下腫瘍を観察していると腫瘍が動き始める現象を確認できたが、同様の現象は放射線治療を行っていない皮下腫瘍でも観察された。放射線治療によって転移が増加するのであればマウスの生存期間が短縮すると考えられたので、可及的にマウスの苦痛を減らした環境でマウスの生存ならびに安楽死させたのちの肺転移の検索を行ったところ、肺転移の数は治療群と対照群では差がなく、また治療群においては生存が延長するという現象が確認された。並行して行っていた実験で、放射線感受性と細胞周期の関連をFucciというプローブを用いて検討したところ、細胞周期のうちS期早期において有意な放射線感受性の亢進を認めた。したがって、細胞周期をS期早期に同調することによって放射線治療効果を向上させる可能性が考えられた。細胞周期をS期早期に同調させる薬剤として臨床的にも使用されているGemcitabineが有用であることが考えられ、Fucciを用いて細胞周期の分布を検討したところ、in vitroでは12時間の曝露でほぼすべての細胞がS期早期にとどまっていることが判明した。さらに、in vivoでも細胞周期を観察したところ、投与後12時間から18時間においてS/G2M期の細胞の割合が上昇していることが分かった。12時間のGemcitabineの曝露によってin vitroで放射線との細胞障害を検討したところ、それぞれの効果に加え、相乗効果もあることが明らかになった。また、in vivoにおいて、Gemcitabine曝露12時間によって細胞周期を同調した腫瘍と、対照として放射線照射ののちにGemcitabineを投与した腫瘍を比較したところ、有意に細胞周期を同調した腫瘍のサイズの増大が抑制された。現在までの研究成果は現在論文投稿中であり、並行してそのほかの細胞株でも同様の知見が得られるかを検討している。本研究課題において、まずメラノーマ細胞株を移植したマウス皮下腫瘍を担癌マウスが生きたままの状態で顕微鏡観察する手法を二光子励起顕微によって観察する手技を確立した。放射線照射した皮下腫瘍を観察していると、腫瘍細胞が動き始める現象は観察できたが、同様の現象は放射線照射をしていない皮下腫瘍でも観察された。放射線治療によって転移が増加するのであればマウスの生存期間が短縮すると考えられたので、可及的にマウスの苦痛を減らした環境で担癌マウスに放射線照射した後のマウスの生存ならびに安楽死させたのちの肺転移の検索を行ったところ、肺転移の数は治療群と対照群とで差はなく、また治療群での生存が延長するという現象が確認された。並行して行っていた実験で放射線感受性と細胞周期の関連をFucciと呼ばれるプローブを用いて検討したところ、細胞周期のうちS期早期に有意な放射線感受性の亢進を認めた。したがって、細胞周期をS期早期に同調することで放射線治療効果を向上させる可能性が考えられた。細胞周期をS期に同調させる薬剤として臨床でも使用されているGemcitabineが有用であることが考えられ、Fucciを用いて細胞周期の分布を検討したところ、in vitroでは12時間以上の曝露でほぼすべての細胞がS期早期にとどまっていることが判明した。また、in vivoでも二光子励起顕微鏡を用いて細胞周期の投与後12時間から18時間においてS期に同調していたことが分かった。12時間のGemcitabine曝露によってin vitroでの放射線と細胞障害を検討したところ、それぞれの効果に加え相乗効果もあることが明らかになった。また、in vivoにおいて、Gemcitabine投与後12時間で細胞周期を同調した腫瘍と、対象として放射線照射したのちにGemcitabineを投与した腫瘍を比較したところ、有意に細胞周期を同調した腫瘍サイズの増大が抑制された。現在実験中の結果を合わせて論文投稿を行う予定である。また、並行して学会発表も応募している。放射線生物学現在実施中の実験は様々な細胞株への応用を模索しており、引き続き本年度も使用額が生じるもとと考えられる。生体材料をはじめとする消耗品に使用予定である。

また、研究成果を発表するための学会発表や研究成果を応用するための情報収集のための学会参加を予定しており、そのための旅費にも使用予定である。そのほか論文投稿にあたっての英文校正や掲載費のためにも支出を予定している。
強誘電性高分子超薄膜の機能設計と作成プロセスの研究

本研究は配向した強誘電性高分子の薄膜に生じる非対称の電場によって光による電子と正孔の分離を促進させ、光起電力あるいは光伝導特性の効率の高い光電変換素子を構築することを目的とする。この目的を実現するために、本年度は、(1)光による電子・正孔対を効率よく分離させる色素系の探索、(2)強誘電性高分子にドープされた電荷移動錯体の電子・正孔の分離効率の検討、(3)生体材料を用いた光電変換膜の作成、の研究を行ない次の結果を得た〔1〕強誘電性高分子P(VDF-TrFE)にドープされたビニルカルバゾール(VK)とトリニトロフルオレノン(TNF)は低温において光照射するとVKから電子が放出され、TNFにトラップされることをESRを用いて明かとなった。この電子の発生効率はP(VDF-TrFE)膜を熱処理して結晶化させ、強誘電性を顕著に発現させることにより、著しく向上することがわかった。このような効果は、PMMA、PSなど非極性の高分子膜では見出されず、##よる電子-正孔の分離が強誘電性高分子の内部に存在する強い内部電場により促進されることが明らかになった。この知見は今後、効率の高い光電変膜の開発に重要である。〔II〕各種の電荷移動錯体の正孔と電子分離効率を調べた。上記の系で著じるしく高いが、PVK-TNF、PVK-クロラニル系も比較的大きい効率を持つことがわかった。〔III〕クロロフィル分子のLB膜を検討した。クロロフィルa-フィロキノン(ビタミンK_1)とステアリン酸の複合LB膜はX型膜であり、非対称膜構造をもつ。この膜に低温で光照射すると電荷移動錯体と同様に電子・正孔によるESRが観測され、電子・正孔の分離が生じることが分かった。なお、上記〔I〕、〔II〕、〔III〕の系の薄膜は室温で光電流および光起電力が観測され、非対称膜で効率の高い電荷分離膜を設計するためのモデルとなり得ることがわかった。
群ロボットのネットワーキングと行動制御

無線通信を使ってネットワーキングされた複数のロボットから構成される群ロボットに対し、無線通信手段だけを使い、全ロボットが1つの共通座標系を生成し、個々のロボットがその中での自分の位置と向いている方向を自律的に推定する方法を確立する。理論解析と計算機シミュレーションにより提案法を詳細に検討し、30台のロボットから構成される群ロボット実験システムを用いて、その提案法の有効性を最終的に検証する。1共通座標系/方向学習アルゴリズムに関する研究:ロボット間の無線通信の中で自然に得られる情報(測定できる受信電力)だけで群ロボットの中に共通座標系を生成し、その中での位置と向いている方向を各ロボットに教えた後に群ロボットの行動を制御するアルゴリズムを検討し、計算機シミュレーションでそのアルゴリズムの動作を評価した.2受信電力測定だけを用いた群ロボットの行動制御:ロボット間の無線通信の中で自然に測定される受信電力だけで(各ロボットは共通座標系や向いている方向を知ることなしに)群ロボットの行動を制御するアルゴリズム(AMEBA)を検討し、計算機シミュレーションでそのアルゴリズムの動作を評価した.3ロボット間の通信プロトコルに関する研究:ロボット間の無線通信方式をIEEE802.15.4と決定し、ロボット間のリンクで用いる無線パケットの構造、必要なコマンドとそのフィールド長等を決定した.4無線トランシーバ/ロボット間インターフェースボードの設計と試作:CPUの制御命令から実際にロボットを動かすPICのファームウェアを設計した.5簡易なロボット台車によるプロトタイプロボットを5台試作した後、インターフェースボードの動作を確認し、1(1)で考案したアルゴリズムを実装し、実験によってその特性を評価した.6プロトタイプロボットを基にして本格的なロボットを設計し、10台のロボットを製作した.現在、ロボットの動作を確認し、通信と行動制御アルゴリズムのバグを修正しているところである.1共通座標系/方向学習アルゴリズム実装に関する研究:本研究で提案している,無線通信手段の中に自然と実現されている受信信号の電力を測定する機能だけを用いた共通座標系/方向学習アルゴリズムを20台のロボットに実装した.2群ロボットの行動制御の実験:上で述べた20台のロボットから構成される群ロボットの行動を,実装したアルゴリズムによって制御する実験を行った.ロボットの台数が増兄ると方向学習精度は向上するが,室内のようなマルチパスの多い環境では,その精度があまりよくならないことを確認した.3共通座標系/方向学習アルゴリズムの精度改善に関する研究:これまで提案してきた方法を初期学習アルゴリズムととらえ,方向の初期推定値を基に群ロボットが行動を起こした後に,各ロボットが行動を起こしながら自立的に自分の位置と向いている方向の推定値を徐々に改善していく方法を提案し,計算機シミュレーションと実験によってその特性を評価した.4共通座標系学習アルゴリズムの性能に関する理論検討:基準となる3台のロボットの選択法によってロボットの位置推定精度に差が生じることは計算機シミュレーションによって明らかにしてきたが,クラメルラオの上界式を使った解析を試み,理論解析によっても推定精度に差が生じることを明らかにした.5群ロボットを構成するロボットの台数が増えた場合,すべてのロボット同士をポイントートゥ・ポイントでネットワーキングすることは困難になるので,ロボットをクラスタ化し,各クラスタの中だけでポイントートゥ・ポイントでネットワーキングする方法を提案した.また,信頼性を向上させるために,ロボット間で複数のリンクを張り,ロボットの行動によって一部のリンクが切れても別のリンクを使って制御情報が伝送できる方法も提案した.1.群ロボットの実装に関する研究:群ロボットを10台組み立て計30台とし、これまで提案してきた共通座標生成/方向推定アルゴリズムをそれらすべてに実装した。ただし、それらの中には「まっすぐ進め」という命令さえ満足に実行できないロボットが多く含まれたため、実験は30台の中から「比較的言うことを聞く」20台のロボットを選んで行わざるをえなかった。2.共通座標生成/方向学習アルゴリズムに関する研究:提案アルゴリズムの特性を上で述べた20台のロボットを用いた実験によって再確認した。室内では壁、天井や床で電波が反射しマルチパスが多い環境となるので、受信電力を使う方法の特性はよくならないことを確認した。3.方向精度改善アルゴリズム:各ロボットが行動している間に自分の位置を時々ブロードキャストし、その情報を用いて自分の位置と向いている方向の推定精度を徐々に改善していく方法はうまく動作すること実験により確認した。改善効果が理解できるビデオを撮影し研究会での発表に使用した。4.ロバストなネットワーキングとルーズなコーディネートに対する考察:各ロボットが無線リンクでつながっているロボットの数の複数とし、一つのリンクが切断されても残されたリンクがつながっていることにより、そのロボットを制御し続けることができるロバストなネットワーキング法についての基本的な考察を行った。今後は、通常のアドホックネットワークやセンサネットワークとは異なる群ロボットネットワークの特徴を活かしたロバストなネットワーキング法を研究する必要がある。また、「そもそもロボットはなかなか言うことを聞かない」という立場に立ち、そのようなロボットでも「言うことを聞かせることができる」ルーズなコーディネート法に関する基礎検討を行った。
コレステロール転送を制御する生体内因子の解析とその応用への基盤研究

Alpha-tocopherolは生物活性の最も高いビタミンE同族体の一つであり、生体膜を酸化ストレスから防御する機能を持つ重要な脂溶性抗酸化剤である。ビタミンEには、天然に8つの異なるフォームが存在するが、動物体内にはalpha-tocopherolが選択的に蓄積されることが知られている。これまでの研究によると、alpha-tocopherolの選別とそれに続く分配には肝臓が重要な役割を果たしていることが示されていた。しかし、その詳細な機構はこれまで不明のままであった。alpha-tocopherol transfer protein(αTTP)は、肝臓の細胞質中に存在する蛋白質であり、alpha-tocopherolを特異的に結合する性質を有している。また、αTTpは、2つの膜間でalpha-tocopherolを輸送する機能も有している。我々は、本研究において、この蛋白質を世界で始めて完全精製することに成功し、さらにこの蛋白質をコードするcDNAをクローニングすることにも成功した。さらに、それに引き続いて、この遺伝子が、先天性ビタミンE欠乏症の原因遺伝子であることを世界で初めて明らかにした。この病気の患者では、どんなにビタミンEを摂取しても血中ビタミンEレベルが非常に低く、小脳脊髄系の神経変性をきたす。また、このような患者では、小腸からのビタミンEの吸収に関しては正常人と変わりないが、肝臓内において、取り込んだビタミンEを再び合成途中のリポタンパク質であるVLDLに組み込む段階が異常であることが明らかにされている。このような結果から考えると、TTPは肝臓内においてalpha-tocopherolを選択的にVLDLへ組み込む役割を果たしているものと結論付られた。マクロファージが変性LDLを取り込んで、いわゆる泡沫細胞になることが知られているが、今年度は、変性LDLを取り込む過程で、マクロファージが取り込んだコレステロールを積極的に細胞外に放出していることを見出した。この過程は、蛋白質合成阻害剤や、ゴルジ体を破壊することの知られている薬物であるブレフェルジンで阻害されることがわかった。さらに、コレステロールは、マクロファージが合成・分泌するHDL様粒子に結合した形で放出されていることが明らかになった。このHDL様粒子の成分として、リン脂質としては、殆どがホスファチジルコリンであり、他に少量のスフィンゴミエリンを含んでいた。また、蛋白質成分としては、分子量35Kの蛋白質が含まれているのみで、これは、アポ蛋白質Eと考えられた。このような組成の粒子に結合しているコレステロールは遊離型のみであり、その意味では一般的に肝臓などが放出する血漿リポタンパク質とは性質の異なる粒子であることが明らかになった。マクロファージは、コレステロールを過剰に取り込むと、このような粒子の分泌を活性化し、細胞内に溜まったコレステロールを積極的に細胞外に放出しているものと考えられた。従って、今回見つかった経路を活性化させることができれば、動脈硬化の予防につながることも考えられる。我々はこれまでに、新たなる抗動脈硬化薬の標的となりうる細胞内コレステロール輸送機構に関する研究を続けてきた。外界由来のコレステロールはエンドサイトーシスの後ライソゾーム内で加水分解され、細胞質内へ遊離型となって移行する。さらに、小胞体へと移行したコレステロールは再エステル化され油滴として蓄積する。この一連の過程の中で我々は、ライソゾーム膜通過段階及びそれ以降のコレステロール輸送に注目した。遊離型コレステロールのライソゾーム膜通過過程は、その側鎖構造に特異的であり、C17位或いはC20位にオキソ基をもつステロイドにより特異的に阻害される。また、ライソゾーム内酸性環境を要することから、この過程に何らかのマシナリーが存在することを示唆してきた。そこで、紫外線照射によりラジカル化し、標的分子との間に共有結合を作って結合する光親和性標識体を利用して、ライソゾームでのこのマシナリーに関わる因子の同定を試みた。

純度の高いライソゾーム画分調製法としてデキストラン法を用い、これにより得られるライソゾーム・ミトコンドリア画分と、小胞体画分とを個々に標識した。その結果、それぞれのオルガネラに特異的なバンドが検出されたが、中でもライソゾームにおいては、輸送阻害活性を有するプロゲステロン特異的でライソゾームにのみ局在する22kDaの蛋白質が検出された。この22kDa蛋白質はライソゾームにおけるコレステロール輸送に関わる因子の有力な候補と考えられたことから、その精製を試みた。現在、これにより単一バンドとして得られた22kDa蛋白質の微量アミノ酸配列決定を進めている。ライソゾームにおけるコレステロール輸送を担う因子の同定は、遺伝性疾患であるC型ニーマン・ピック病との関与も含めて非常に興味深く、早急に解析を進めてゆきたいと考えている。またマクロファージにおいては、ライソゾーム膜を通過したコレステロールが、小胞体で再エステル化される経路のほかに、マクロファージ自身が合成するアポEを含むHDL様粒子に乗せられ、細胞外に積極的に分泌される経路があることを見出してきた。ライソゾーム通過後のコレステロール輸送には中間径フィラメントの関与が報告されており、我々の見出したこの経路における中間径フィラメントの役割を現在検討中である。これらの関与が明らかになれば、コレステロール輸送制御機構を細胞骨格という新たな視点から改めて見つめ直すことになり、従来に無いタイプの抗動脈硬化薬開発の糸口となるであろう。SR-BIは、CD36類縁タンパク質としてexpression cloningによりCHO細胞から単離されたスカベンジャーレセプターである(Acton et al.,1994)。我々は昨年度の発表において、SR-BI発現細胞が変性LDLのみならずホスファチジルセリン含有リポソームおよびアポトーシスした細胞をも取り込むことを報告した。しかし、SR-BIは脂肪組織で特に強く発現していること、および3T3-L1細胞の脂肪細胞分化に伴って誘導されることから、細胞内での脂質代謝においても重要な役割を担っている可能性が考えられた。そこで今回、SR-BIを恒常的に発現した細胞株を樹立し、細胞を脂肪酸でラベルし細胞内脂質代謝について解析した。その結果、SR-BIを発現することによりコレステロールエステル(CE)の合成が増加し、逆にトリグリセリド(TG)の合成が減少することが見出された。リポタンパク質を細胞外に分泌できる細胞株では、SR-BIを発現することにより細胞内TGの蓄積は変化は見られなかったが、リポタンパク質を介したTGの分泌は有意に減少した。また、リン脂質の代謝は、いずれのSR-BI発現細胞においてもコントロール細胞との間に有意差は認められなかった。以上のことから、SR-BIは脂肪酸の細胞内CEへの取り込みを活性化し、脂肪酸の代謝運命を振り分ける機能があることが示唆された。現在、そのメカニズムに
自己変形発現によるナノコイル形成技術を利用したナノインダクタ探針の開発

本年度はナノインダクタ探針を設計するため,コイルの形状制御に関する研究を実施した.本研究では自己変形発現を利用した独自のコイル形成法,すなわちコア流動法を利用してコイルを作成するが,作製過程において製膜量を調整することにより,コイルの直径を制御することができると考えられる.筆者らの過去の研究では,上記のコイル直径制御を目的に,金属被覆ナノワイヤ(NW)の材料力学的検討を行い,コア流動後のコイルの曲率がNWの直径と膜の不整合ひずみのみに支配されるという結果を得た.しかし,上記理論はNWの直径に対して膜厚が十分薄い場合に限定しており,不整合ひずみは膜の厚さ方向・NWの周方向によらず一定である近似を利用していたため,膜厚を大きく設定してコイルを設計する際には適用できないという問題があった.そこで本年度は,金属被覆NWの理論モデルを考え,NWの周方向に変化する不整合ひずみを導入し,検討を改めた.具体的には金属被覆NWの曲げ変形について理論的検討を行い,膜厚の増加に伴い,曲げ方向が変化することを確認した.ナノワイヤへの製膜が進行する過程において,曲率の正負が反転するポイントがあり,膜厚の増加に伴いナノワイヤの曲げ方向が変化している.これは,膜厚が小さい場合,スパッタ源に近い膜上部が曲げ変形に支配的なのに対し,膜厚が大きくなるにつれて膜上部のひずみが減少することにより,膜下部のひずみが相対的に大きくなるためであると考えられる.曲げ方向の変化は実験結果からも確認でき,本理論モデルの妥当性を確認した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。1.研究方法...独自の微小コイル形成手法「コア流動法」により作製した1巻のコイルを利用し,通電試験を行った.これにより,微小コイルの電磁気特性を評価した.実験中の観察および操作の容易さを考え,今回はマイクロコイルを用意した.作製したサンプルには単調増加の電流を印加し,コイル両端の電位差を4端子法により計測した.なお,通電試験はコイルが絶縁を示すまで継続し,耐電流特性の評価も同時に行った.2.研究成果...コイルに通電した際の電圧-電流の関係について調べた.実験より,一定の印加電流値までは電圧と電流が比例関係にあるのに対し,以降電流値の増加に伴い絶縁を確認するまで不規則な電圧上昇が見られた.一方,通電試験後のコイル形状には変化が認められるが,素線や電極などの破損個所は観察できなかった.そこで,絶縁に至った原因を調べるため,通電試験後のコイルに対し,元素分析を行った.分析の結果,陰極側では白金が顕著に検出され,陽極側では銅および酸素が顕著に検出された.このことから,コイルの絶縁の原因は高密度電子流による原子拡散が影響していると考えられる.なお,予備試験として白金を被覆したナノワイヤに対して500μAの定電流印加試験を行ったところ, 20分以上通電しても計測電圧に変化はみられず,同条件であれば,安定したインダクタの利用が可能であると考えられる.また,以上の安定通電条件から予測されるコイルの発生磁場およびインダクタンスはそれぞれ1.01×10^<-4>Tおよび5.3pHであった.さらに,本コイルの電気抵抗率は10^<-4>・Ωcmと既存の導電性微小コイル(例:カーボンマイクロコイルの抵抗率0.1-10・Ω・cm)に比べ高い導電性を有していることがわかった.以上のように,マイクロスケールの磁場発生コイルを達成した.本年度はナノインダクタ探針を設計するため,コイルの形状制御に関する研究を実施した.本研究では自己変形発現を利用した独自のコイル形成法,すなわちコア流動法を利用してコイルを作成するが,作製過程において製膜量を調整することにより,コイルの直径を制御することができると考えられる.筆者らの過去の研究では,上記のコイル直径制御を目的に,金属被覆ナノワイヤ(NW)の材料力学的検討を行い,コア流動後のコイルの曲率がNWの直径と膜の不整合ひずみのみに支配されるという結果を得た.しかし,上記理論はNWの直径に対して膜厚が十分薄い場合に限定しており,不整合ひずみは膜の厚さ方向・NWの周方向によらず一定である近似を利用していたため,膜厚を大きく設定してコイルを設計する際には適用できないという問題があった.そこで本年度は,金属被覆NWの理論モデルを考え,NWの周方向に変化する不整合ひずみを導入し,検討を改めた.具体的には金属被覆NWの曲げ変形について理論的検討を行い,膜厚の増加に伴い,曲げ方向が変化することを確認した.ナノワイヤへの製膜が進行する過程において,曲率の正負が反転するポイントがあり,膜厚の増加に伴いナノワイヤの曲げ方向が変化している.これは,膜厚が小さい場合,スパッタ源に近い膜上部が曲げ変形に支配的なのに対し,膜厚が大きくなるにつれて膜上部のひずみが減少することにより,膜下部のひずみが相対的に大きくなるためであると考えられる.曲げ方向の変化は実験結果からも確認でき,本理論モデルの妥当性を確認した.26年度が最終年度であるため、記入しない。初年度の目的は,磁場発生ナノコイルの実現である.これに対し,本年度の研究では,マイクロスケールの1巻コイルを用いて通電実験を行い,電磁気特性評価を行った.

マイクロスケールであるものの,これは実験時のサンプル操作を容易に行うためであり,予定通り進展している.なお,現在の成果としては,コイルの導電性について確認し,インダクタとして利用するために必要な電磁気特性評価を理論面からまとめ,論文掲載決定に至っている.今後は,初年度に報告した微小コイルの電磁気特性評価をもとに,原子間力顕微鏡用のカンチレバー探針にナノワイヤを巻きっけたナノインダクタ探針の開発を行う.まず,安定して探針にナノワイヤを巻きつけ,コイル形成するために,コイル形状を制御できるパラメータの調査を行う.具体的なパラメータとしては,ナノワイヤに被覆する膜厚を調査し,探針の径に合わせた最適なコイル形状を作成する.また,ナノインダクタ探針の応用の際には,電磁誘導をもとにした磁気応答により微小材料の電磁気特性評価などに役立てる予定だが,そのために作成したコイルの誘導電流についても調査していく.
ヒト細胞におけるヌクレオチド除去修復のバックアップ機構に関する研究

我々は近年、紫外線誘発DNA損傷のシクロブタン型ピリミジンダイマーや(6-4)光産物を超高感度に検出定量する系を開発し、(6-4)光産物に対するヌクレオチド除去修復欠損をバックアップする機構の存在を示唆してきた。本研究では、その実体を明らかにすることを目的として以下の解析を行った。1)完全欠損型ノックアウトマウス由来細胞を用いて1J/m^2の紫外線照射後の(6-4)光産物の修復動態を調べたところ、24時間後に30-50%の(6-4)光産物が消失し、CPDについても程度は低いものの有意な消失が認められた(48時間で20-30%)。2)日本人XP-A患者に多い変異であるAlwNI型変異をもつXPA cDNAをHeLa細胞に導入して安定発現する形質転換細胞を得たところ、ベクターのみを導入したコントロール細胞と同じ修復能を示したことから、この変異型XPAタンパク質はドミナントネガティブ効果がないことがわかった。3)シクロブタン型ピリミジンダイマーの検出感度をさらに10倍上昇させることに成功し、健常人由来細胞で100%、XP-A細胞でも90%程度が生存できる0.1J/m^2という紫外線照射後の修復動態をXP2BI細胞(XP-G)で調べたところ、シクロブタン型ピリミジンダイマーの時間依存的な消失がより顕著になり、新規のDNA修復機構が(6-4)光産物と同様にシクロブタン型ピリミジンダイマーに対しても働きうることが示唆された。4)適応応答についても検討を行ったが、前日に極低線量(0.2J/m^2)を照射しておくことで1J/m^2照射後の修復効率にわずかな亢進が見られたものの、適応応答の存在を確信するには至らなかった。以上の結果より、(1)この修復活性はヌクレオチド除去修復の残存活性ではなく別の機構によること、(2)この機構はヒトのみならずマウスにも存在すること、(3)修復効率はヌクレオチド除去修復と同様にシクロブタン型ピリミジンダイマーより(6-4)光産物の方が効率的であること、(4)この経路には少なくともXPAおよびXPGは関与しないことが明らかとなった。1)臨床症状や変異の種類が重篤な色素性乾皮症(xeroderma pigmentosum ; XP).患者由来細胞、および完全欠損型ノックアウトマウス由来細胞を用いて1J/m^2の紫外線照射後の(6-4)光産物の修復動態を調べたところ、24時間後に30-50%の(6-4)光産物が消失しており、マウスにおいてもヒトと同様のバックアップ機構が存在することが示唆された。2)日本人XP-A患者に多い変異であるAlwNI型変異をもつXPA cDNAをヒト細胞で発現させるコンストラクトを作製し、XP2OSSV(XP-A)細胞に導入して安定形質転換細胞を樹立した。

また、このコンストラクトをHeLa細胞に導入して得られた安定形質転換細胞では、ベクターのみを導入したコントロール細胞と同じ修復能を示したことから、この変異型XPAタンパク質にドミナントネガティブ効果がないことがわかった。3)HeLa細胞より大量の粗抽出液を調製し、(6-4)光産物を1個含む基質DNAと反応させたが、ヌクレオチド除去修復による切断産物以外に顕著な切断は観察されなかった。現在、XP細胞の粗抽出液を大量に調製しており、ヌクレオチド除去修復の影響を排除して同様の実験を試みる予定である。紫外線誘発DNA損傷であるシクロブタン型ピリミジンダイマーや(6-4)光産物は、ヒト細胞においてヌクレオチド除去修復機構のみで修復されると考えられてきたが、我々は最近(6-4)光産物に働く新規のDNA修復系の存在を示唆し、この修復系の実体解明を目指して解析を行った。その結果、ヌクレオチド除去修復を完全欠損しているxpaおよびxpgのノックアウトマウス由来細胞においても、(6-4)光産物の消失が再現的に観察され(24時間で30-50%)、シクロブタン型ピリミジンダイマーの消失も(6-4)光産物より程度は低いものの認められた。さらに、シクロブタン型ピリミジンダイマーの検出感度を10借上昇させることに成功し、健常人由来細胞で100%、XP-A細胞でも90%程度が生存できる0.1J/m^2という紫外線照射後の修復動態をXP2BI細胞(XP-G)で調べたところ、シクロブタン型ピリミジンダイマーの時間依存的な消失がより顕著になり、新規のDNA修復機構が(6-4)光産物と同様にシクロブタン型ピリミジンダイマーに対しても働きうることが示唆された。また、適応応答についても検討を行ったが、前日に極低線量を照射しておくことで修復効率のわずかな亢進が見られたものの、適応応答の存在を確信するには至らなかった。以上の結果より、(1)この修復活性はヌクレオチド除去修復の残存活性ではなく別の機構によること、(2)この機構はヒトのみならずマウスにも存在すること、(3)修復効率はヌクレオチド除去修復と同様にシクロブタン型ピリミジンダイマーより(6-4)光産物の方が効率的であること、(4)この経路には少なくともXPAおよびXPGは関与しないことが明らかとなった。
地域レベルにおける医療の集積がアウトカム、医療資源利用に及ぼす影響

我が国では今後、地域医療構想策定等を通じて、地域医療資源の最適配分が図られる予定である。しかし、地域医療構想における機能別必要病床数の将来推計では、構想区域の人口高齢化が変数として用いられるのみであり、モデルとしては精緻さに欠ける。一方、個々の病院レベルでは、手術件数(operation volume)等の技術集積と、治療成績、在院日数等のアウトカムとの関係が明らかにされている。研究代表者らはこれまでに、1患者調査データを用いて、消化器悪性腫瘍において手術件数が治療成績、在院日数に関係すること、2約140万件のDPCデータを用いて算出した患者安全指標(Patient Safety Indicators)に関する解析では、手術件数が術後重症合併症による死亡率と関係していること等を報告している。このように、病院を分析単位とした研究が報告されている一方、地域を対象として集積度と、治療結果、医療資源の有効利用等との関係について明らかにした研究は少ない。本研究ではDPCデータを用いて、1手術別に二次医療圏における集積度を算出するとともに、アウトカムとの関連を時系列解析することで、地域における医療の技術集積がアウトカムに及ぼす影響を明らかにする、2地域医療構想において集積度を変数に用いることの有用性を検討する。これにより、今後、都道府県が策定する地域医療構想の検討に際して、モデルの精緻化を図るための基礎資料を示すことが期待される。2018年度研究では、主に二次医療圏における在院日数以外のアウトカム指標を整備した。心筋梗塞について二次医療圏別の標準化死亡比(SMR)を明らかにした結果、SMRの最大値は長崎県五島医療圏(2.93)、最小値は島根県隠岐医療圏(0.29)であった。都道府県別平均値の最大は福島県(2.16)、最小は島根県(0.68)であった。医療の技術集積と健康水準、アウトカム、資源の効率利用との関係を明らかにしている研究を中心に、先行研究レビューを継続して実施した。一方、昨年度までの研究ではアウトカム指標として在院日数を用いてきたが、循環器手術については、手術集積との間で注目すべき明確な傾向が認められなかった。そこで、今年度は新たに循環器疾患の死亡率に関するデータの整備を進めた。人口動態統計と住民基本台帳に基づく人口に基づき、2011年の二次医療圏毎の急性心筋梗塞に関する標準化死亡比(Standardized Mortality Ratio, SMR)を算出し、解析に供した。解析の結果、急性心筋梗塞のSMR最大値は長崎県五島医療圏(2.93)、最小値は島根県隠岐医療圏(0.29)であることが明らかになった。また、都道府県別平均値の最大は福島県(2.16)、最小は島根県(0.68)であり、都道府県内でのばらつきを比較すると、最もばらつきが大きかったのが高知県(標準偏差0.73)、小さかったのが佐賀県(標準偏差0.11)であることも明らかになった。医療資源の地域的な集積状況と健康水準、アウトカム、資源の効率利用等との関係を明らかにしている研究を中心に、先行研究のレビューを継続する。これまでの解析において、急性心筋梗塞のSMRでは、二次医療圏により大きな差異が認められた。また、都道府県内のばらつきにおいても地域ごとの違いが認められた。こうした結果を踏まえ、今後、疾病別SMRに関するデータベース整備を拡張し、解析を展開する。拡張したデータベースを用いて、医療資源の集積状況とSMRに関する解析を、横断的、縦断的分析の両視点からすすめる。地域医療構想における機能別必要病床数の将来推計では、構想区域の人口高齢化が変数として用いられるのみであり、モデルとしては精緻さに欠ける。例えば、1970年代後半にカリフォルニア大学のHaroldらは、1,498施設を対象とした研究において、開胸術、血管手術、経尿道的前立腺切除術等に関して、手術件数の多い施設において術後死亡率が低いことを報告している。本研究ではDPCデータを用いて、1手術技術度別に二次医療圏における集積度を算出するとともに、アウトカムとの関連を時系列解析することで、地域レベルで医療の技術集積がアウトカムに及ぼす影響を明らかにする、2地域医療構想において集積度を変数に用いることの有用性を検討する。医療の集積度と健康水準、アウトカム、資源の効率利用との関係を明らかにしている研究を中心に、先行研究をレビューした他、データセットを整備し、20082013年のDPCデータから消化器手術の集積度と在院日数との関係を分析した。DPCデータは厚生労働省が公開している「DPC導入の影響評価に関する調査」結果を用いた。

二次医療圏の構成自治体は2013年12月を基準として統一し、DPC病院が継続して複数存在する233圏域を分析対象とした。分析対象の消化器手術は件数が多い順に選択し、内視鏡的ポリープ切除術、ヘルニア手術、内視鏡的胆道ステント留置術等、選択的動脈化学塞栓術、腹腔鏡下結腸悪性腫瘍切除術、腹腔鏡下虫垂切除術、腹腔鏡下胆嚢摘出術、内視鏡的粘膜下層剥離術、内視鏡的消化管止血術、胃切除術とした。このうち、ヘルニア手術、選択的動脈化学塞栓術、腹腔鏡下虫垂切除術、内視鏡的消化管止血術は、外科系学会社会保険委員会連合策定の外保連試案に基づき、低技術度手術に区分した。集積度、在院日数の時系列推移は回帰直線の傾きにより区分した。手術集積度の指標にはHHI(Herfindahl-Hirschman Index)を用いた。HHIは各病院の二次医療圏域における患者占有率の二乗値の総和であり、例えば圏域内で1病院が全手術を実施する場合、1.0(最大値)となる。2008年から2013年にかけて、HHIと在院日数は共に低下傾向であった。低技術度の3手術(ヘルニア手術、腹腔鏡下虫垂切除術、内視鏡的消化管止血術)では、HHIが上昇傾向であった圏域において、在院日数の短縮幅が有意に大きかった。この結果は、高齢化、手術件数を調整したうえでも変わらなかった。我が国では今後、地域医療構想策定等を通じて、地域医療資源の最適配分が図られる予定である。しかし、地域医療構想における機能別必要病床数の将来推計では、構想区域の人口高齢化が変数として用いられるのみであり、モデルとしては精緻さに欠ける。一方、個々の病院レベルでは、手術件数(operation volume)等の技術集積と、治療成績、在院日数等のアウトカムとの関係が明らかにされている。研究代表者らはこれまでに、1患者調査データを用いて、消化器悪性腫瘍において手術件数が治療成績、在院日数に関係すること、2約140万件のDPCデータを用いて算出した患者安全指標(Patient Safety Indicators)に関する解析では、手術件数が術後重症合併症による死亡率と関係していること等を報告している。このように、病院を分析単位とした研究が報告されている一方、地域を対象として集積度と、治療結果、医療資源の有効利用等との関係について明らかにした研究は少ない。本研究ではDPCデータを用いて、1手術別に二次医療圏における集積度を算出するとともに、アウトカムとの関連を時系列解析することで、地域における医療の技術集積がアウトカムに及ぼす影響を明らかにする、2地域医療構想において集積度を変数に用いることの有用性を検討する。これにより、今後、都道府県が策定する地域医療構想の検討に際して、モデルの精緻化を図るための基礎資料を示すことが期待される。昨年度研究では、消化器手術を対象として解析を行った。その結果、3手術(ヘルニア手術、腹腔鏡下虫垂切除術、内視鏡的消化管止血術)では、手術集積が進んだ圏域において、在院日数の短縮が有意にすすんでいたことが明らかとなった。昨年度から継続して医療の技術集積と健康水準、アウトカム、資源の効率利用との関係を明らかにしている研究を中心に、先行研究をレビューした。
Ni2+イオンによる口腔癌治療の可能性に関する研究

Ni2+イオンの腫瘍増殖抑制効果について検討した。ヌードマウス舌にヒト口腔扁平上皮癌由来細胞を接種し、腫瘤形成確認後、通常の水(control)または1mM Ni2+水溶液(Ni)を23週間自由飲水させた。実験動物用マイクロCTによる腫瘤の撮影によりcontrol群では腫瘍塊がいわゆるball-in-hands像を呈していたのに対してNi群では、透過像中にひときわ透過性の高い領域が観察され、これは広範な壊死領域に相当することが組織学的観察により明らかとなった。マイクロアレーによる網羅的遺伝子発現解析により、Ni群では腫瘍転移に関連する多くの遺伝子の発現が著しく抑制されていることが解った。口腔内の悪性腫瘍の大半は扁平上皮癌であり、その増殖・転移活性が転写因子NF-kBの活性に相関していることが知られている。すなわち、上皮性異型性、上皮内癌、浸潤癌と進行するにつれてNF-kB活性が増強していくとされている。これまでの研究で我々は、ニッケルイオン(Ni2+イオン)がNF-kBの活性を抑制することを明らかにしてきた。これはNi2+イオンが細胞内でNF-kBのp50 subunitに結合し、核内移行を抑制することによるものであり、Ni2+イオンはp50 subunitのN末端側にあるヒスチジン残基のクラスターに結合することが分かった。そこで、Ni2+イオン投与がNF-kBの活性抑制を通じて、口腔扁平上皮癌の増殖や転移を抑制しうるのではないかとの着想を得、本研究を企図した。研究では、口腔扁平上皮癌由来細胞株(oral squamous cell carcinoma-derived cell line: OSCC)を用いて、Ni2+イオンの増殖・転移に対する効果についてin vitro実験により、また、マウス生体内でもNi2+イオンは効果を発揮しうるものかという点についてin vivo実験を計画し検討することとし、Ni2+イオンの抗腫瘍薬としての応用の可能性について追及することにした。その結果、1)Ni2+イオンはOSCCにおいて腫瘍転移に重要なmatrix metaloproteinase(MMPs)の発現を抑制した事、2)マウスの舌に注入したOSCCの増殖と転移巣形成を抑制することが明らかとなった。平成27年度は1)Ni2+イオンは腫瘍の転移に関与する分子の発現を低減するか。2)Ni2+イオンは生体内での腫瘍の増殖・転移を抑制しうるか。3)Ni2+イオンはどのようにして細胞内に取り込まれるのかの3点について検討することを計画した。1)についてはin vitro実験でOSCCであるHSC3細胞においてMMP1,2,8,9,13,14のすべてがNi2+イオンにより発現抑制されることを明らかにした。特にMMP9に着目して行った免疫沈降実験では、Ni2+イオン添加は明らかにMMP9発現を抑制していた。2)についてはヌードマウス舌側縁にHSC3-M3(HSC3の高転移株)を注入した後、飲水中に1 mM NiCl2を添加して飼育したところ、MMP9の発現が腫瘍原発巣で低減すること、また、腫瘍中心部で壊死層が広範に認められ、これは腫瘍による血管新生活性が抑制されたことによるのではないかと予想しうる結果を得ている。これらの変化は組織学的観察に加え、実験動物用CTを用いても検討し、組織学的データを裏付ける結果を得ている。3)については細胞のpinocytosisとの関係を検討中であるが、現時点では想定された抑制効果は確認されていない。以上の理由から、当初企画した研究目標に概ね合致して研究が進んでいると考えている。ヌードマウス舌にヒト口腔扁平上皮癌由来細胞株HSC3の高転移株であるHSC3-M3を摂取し、1週間後に腫瘤形成を確認した。この時点で通常の水(control)または1mM Ni2+水溶液(Ni)を自由飲水させ、さらに23週間飼育した。マウスを安楽死させた後に舌組織を摘出し、免疫染色によりMMP9の発現変化について比較検討した。その結果、Ni群においてはcontrol群と比較して有意にMMP9発現が低下していた。これは、培養細胞を用いてこれまでに得た結果と符合するものであり、Ni2+が生体内でも効果を発揮することを示していた。そこで、同じヌードマウスモデルを用いて、腫瘍の発育状況についてさらに検索を行った。すなわち、腫瘤形成2週間後に、マウスの尾静脈に造影剤を投与し、実験動物用マイクロCTにより腫瘤の撮影を行った。するとcontrol群では、腫瘍は舌全体に広がるX線透過像として観察され、いわゆるball-in-handsの像を形成していた。これに対してNi群では、透過像中にひときわ透過性の高い領域(hyper translucent area)が観察された。同組織を摘出しHE染色標本により組織学的な比較を行ったところ、Ni群では腫瘍中に広範な壊死領域が形成されていることが明らかとなり、CT像において観察されたhyper translucent areaが壊死組織に相当することが解った。そこで腫瘍組織から得たtotal RNAを用いてreal-time PCRにより血管新生に重要なIL-8とvascular endothelial growthfactor (VEGF)の発現について検索したところ、Ni群においてはこれらの因子の発現が著名に低下していることが解った。当初の計画通り、Ni群においてMMP9発現が低下することを示し、生体内でもNiイオンの効果が発揮されることを示した。また、実験動物用マイクロCTによりball-in-hands像が確認でき、マウス舌への腫瘍細胞接種による動物実験モデルの確立もできた。

腫瘍組織を用いた免疫染色や、real-time PCRによる定量など全体的に実験は順調に進んでいると考えている。本研究では、Ni2+イオンによる腫瘍増殖抑制効果について検討してきた。実際には、ヌードマウス舌にヒト口腔扁平上皮癌由来細胞株HSC3の高転移株であるHSC3-M3を接種し、腫瘤形成を確認した後に、通常の水(control)または1mM Ni2+水溶液(Ni)を23週間自由飲水させた。舌に形成された癌組織におけるMMP9の発現変化について免疫組織学的に比較検討した結果、Ni群においてはcontrol群と比較して有意にMMP9発現が低下していた。培養細胞を用いたin vitro実験データもこの結果を支持するものであったことから、Ni2+は生体内でも腫瘍増殖抑制効果を発揮すると考えられた。造影剤を用いた実験動物用マイクロCTによる腫瘤の撮影によりcontrol群では腫瘍塊がいわゆるball-in-handsの像を呈していたのに対してNi群では、透過像中にひときわ透過性の高い領域(hyper translucent area)が観察された。組織学的観察の結果、この部位が腫瘍組織中の広範な壊死領域に相当することが明らかとなった。こうした結果は、Ni2+の摂取が、血管新生を抑制することにより腫瘍中心部への血液供給を減少させ、壊死層を形成するに至った可能性が考えられた。これまでに腫瘍組織から抽出したtotal RNAを用いたreal-time PCRにより、vascular endothelial growthfactor: VEGF)やIL-8の発現が抑制されていることを明らかにしていたので、さらにmicroarrayによる腫瘍の転移に関与する遺伝子の発現変化について検討を加えた。その結果、Ni2+水溶液飲水群では、腫瘍転移に関連する多くの遺伝子の発現が著しく抑制されていることが明らかとなった。これらの結果は、Ni2+を新たな抗腫瘍製剤として開発することの可能性を示唆するものであり、さらなるメカニズムの解明が極めて重要であると考えられた。Ni2+イオンの腫瘍増殖抑制効果について検討した。ヌードマウス舌にヒト口腔扁平上皮癌由来細胞を接種し、腫瘤形成確認後、通常の水(control)または1mM Ni2+水溶液(Ni)を23週間自由飲水させた。実験動物用マイクロCTによる腫瘤の撮影によりcontrol群では腫瘍塊がいわゆるball-in-hands像を呈していたのに対してNi群では、透過像中にひときわ透過性の高い領域が観察され、これは広範な壊死領域に相当することが組織学的観察により明らかとなった。マイクロアレーによる網羅的遺伝子発現解析により、Ni群では腫瘍転移に関連する多くの遺伝子の発現が著しく抑制されていることが解った。上記の通り平成27年度は概ね計画通り研究が進捗しているものと考えている。動物実験においてNi2+イオンがOSCCの血管新生活性を抑制する可能性について検討中である。これについては舌に形成された腫瘍におけるMMP9の発現などについて免疫組織学的な検索を予定している。
傾斜農地での耕作放棄による水文環境への影響評価と地すべり対策の検討

地すべりが多発する危険地域(地すべり地域)内の棚田などの傾斜農地において,耕作放棄により雨水の排水機能が失われ降雨の地下浸透量が増大するとされており,地下水位が上昇し地すべりが発生する危険性が高まることが懸念される.本研究では,まず地すべり地域内の傾斜農地での耕作地および耕作放棄地において,雨水の流出や地下浸透等の現地観測を行う.次に,傾斜農地水文モデルを構築し,傾斜農地での耕作放棄による雨水の地下浸透および面的な地下水流動への影響の解析を行い,地下水位上昇を定量的に明らかにする.さらに,観測結果や解析結果を踏まえ,耕作放棄地に適した効果的かつ省コストな地すべり対策を検討する.地すべりが多発する危険地域(地すべり地域)内の棚田などの傾斜農地において,耕作放棄により雨水の排水機能が失われ降雨の地下浸透量が増大するとされており,地下水位が上昇し地すべりが発生する危険性が高まることが懸念される.本研究では,まず地すべり地域内の傾斜農地での耕作地および耕作放棄地において,雨水の流出や地下浸透等の現地観測を行う.次に,傾斜農地水文モデルを構築し,傾斜農地での耕作放棄による雨水の地下浸透および面的な地下水流動への影響の解析を行い,地下水位上昇を定量的に明らかにする.さらに,観測結果や解析結果を踏まえ,耕作放棄地に適した効果的かつ省コストな地すべり対策を検討する.
膀胱腫瘍予後規定因子としてのp53とその修飾因子の究明

本研究ではp53枯渇化マウスを用いて、そのwild typeマウスとともに膀胱腫瘍を発生促進するBBNによる膀胱癌の発生頻度を検討した。膀胱腫瘍発生には少なくとも16週から20週の観察期間が必要であるが、p53枯渇化マウスはBBN10週投与後に他因子による死亡が認められ、本実験でhetero p53枯渇化マウスを用いることが余儀なくされた。しかしhetero p53枯渇化マウスを用いたBBNによる膀胱癌の発生頻度の報告が、他施設よりなされたために他のモデルを用いることになった。そこで我々はシスプラチンの耐性因子の一つとして知られているメタロチオネインという蛋白に着目した。というのもメタロチオネイン遺伝子枯渇化(MTKO)マウスより得られた繊維芽細胞は、wild typeマウスのそれに比してp53レベルが高くアポトーシスに陥りやすいことを見出したため、MTKOマウスを用いて、そのwild typeマウスとともに膀胱腫瘍を発生促進するBBNによる膀胱癌の発生頻度を検討した。MTKOマウスは膀胱腫瘍の発生頻度が、wild typeマウスに比して高かった。また免疫組織化学的には、MTKOマウスに比してwild typeマウスはhigh stageの腫瘍が多く、膀胱腫瘍の発生頻度は低いものの増殖速度が速いことを裏付けるPCNA陽性細胞が多かった。これらのメタロチオネイン陽性および陰性膀胱腫瘍を培養細胞とすることに成功した。これらの細胞を用いてシスプラチン耐性に関して検討すると、MTKO膀胱腫瘍細胞はシスプラチンにより感受性が高く、アポトーシスに陥りやすいことを認めた。しかしこのアポトーシス制御機構の解明は、本研究期間には行うことはできなかった。今後は、メタロチオネインによるアポトーシス制御機構の解明と現在のin vitroで得られた結果と実際の臨床検体の検索により、臨床上の癌化学療法にフィードバックできるようさらなる検討を行う予定である。1.臨床試料の解析手術標本として得られる109症例の膀胱腫瘍症例で21例が再発を認めており、現在ホルマリン固定後のパラフィンブロックを標本として腫瘍の悪性度および変異p53抗体、抗メタロチオネイン抗体、抗サイクリンD1抗体を用いて染色中でありその結果は平成9年度の日本癌学会において発表の予定である。2.p53レベルの異なるマウスを用いた膀胱腫瘍発生頻度の検討昨年p53欠損マウスに対し、BBNを経口投与することにより膀胱腫瘍の発生頻度の検討を試みたが、膀胱腫瘍発生にはBBN経口投与12週間および以後12週間の観察期間を要するために実験途中で他因死が大量に発生しp53枯渇化膀胱腫瘍の樹立には到らなかった。そこで本年p53ヘテロ欠損マウスを用いて実験する予定であったがコントロールマウスが得られず現在発注中である。p53修飾因子として我々は抗酸化作用をもつ重金属結合蛋白質であるメタロチオネイン(MT)欠損マウスの14日齡胎芽細胞を培養し、p53の発現およびアポトーシスの誘導に関して検討した。MT枯渇化細胞は、コントロール細胞に比してタ-シャルブチルペルオキシドや各種抗癌剤に対して高率にアポトーシス細胞を認めた。さらに断片化DNAを蛍光吸光度計を用いて検討したところ、MT枯渇化細胞はより多くの断片化DNAを認めた。その断片化DNAは高分子DNAにおいてもMT枯渇化細胞が、コントロール細胞に比して高い値を示した。腫瘍抑制蛋白であるp53とデスファクター蛋白であるBaxは、MT枯渇化細胞ではコントロール細胞に比して高い値を示した。DNA障害性薬剤であるシスプラチン処理後、MT枯渇化細胞およびコントロール細胞ともにp53は誘導されたが、MT枯渇化細胞は常に高いレベルであった。以上の結果よりストレス応答因子としてのMTは、p53の変動をきたしアポトーシスを制御している可能性が示唆された。そこで現在MT欠損マウスにBBN経口投与し、膀胱腫瘍発生およびp53の検討中である。