hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コンポジットーセラミック併用修復による低侵襲な即時欠損修復法の確立

各種CAD/CAM用歯冠色材料介在下においてはコンポジットレジンセメントの硬化度が低下すること、および照射時間の延長により硬化度の低下を回避できることが示された。硬化度の減弱は介在するブロックの種類および厚さに影響を受けることが示された。臨床においてはCAD/CAMセラミック修復物の接着に際し、修復物の厚さや組成に応じたデュアルキュア型コンポジットレジンセメントの重合効率の相違に留意する必要があると考えられる。1)各種デュアルキュア型レジンセメントの長石系マシーナブルセラミック介在下における硬化度の検討厚さ0.5,1.0,1.5,2.0,2.5および3.0 mmのCAD/CAM用マシーナブルセラミック材を介し、光重合させた7種のデュアルキュア型レジンセメントの硬さを検討した.7種中6種のセメントでセラミック板介在下において硬化度が低下すること,および照射時間の延長により硬化度の低下を回避できることが示された.長石、リューサイト、コンポジットレジン、ジルコニアのA2およびA3シェードを使用し、厚さ1.0、2.0および3.0 mmの板状試片を介したハロゲン照射器およびLED照射器透過光の光強度を比較検討した。CAD/CAMマシーナブルブロック試片の介在により光強度は低下し、減弱度はブロックの種類および厚さに影響を受けることが示された。光硬化型セメントによる修復物の接着に際し、修復物の厚さや組成に応じた重合効率の相違に留意する必要があると考えられる。長石,リューサイト,コンポジットレジン,ジルコニアから厚さの異なる板状試片の介在下あるいは非介在下(コントロール群)で光照射を行い、ヌープ硬さを計測した.板状試片介在下のレジンセメントの硬化度はブロックの組成および厚さに有意な影響を受け(p<0.05),長石およびリューサイトでは厚さ3.0mmで,ジルコニアおよびコンポジットレジンでは厚さ1.0mm以上でコントロール群と比較して硬化度が有意に低下した(p<0.01).デュアルキュア型レジンセメントによるCAD/CAM修復物の接着に際し,修復物の厚さや組成による重合効率の相違に留意する必要があると考えられた.各種CAD/CAM用歯冠色材料介在下においてはコンポジットレジンセメントの硬化度が低下すること、および照射時間の延長により硬化度の低下を回避できることが示された。<実験1>長石系セラミックブロックより6種の厚さのセラミック板を作製し,セラミック板介在下のLED照射器(Demi,Kerr)の光強度を測定した.次いで,7種のデュアルキュア型レジンセメントを内寸2.0×2.0×12.0 mmのステンレス金型に填塞し,厚さ2.0 mmのセラミック板非介在下で20秒(対照群)あるいは介在下で20または40秒光照射を行い重合させた.照射を行わずに硬化させたものを化学重合単独群とした.全ての試料は暗室中で37°C蒸留水に24時間浸漬保管後,ヌープ硬さを計測し,一元配置分散分析およびTukeyの多重比較検定により統計処理を行った(α= 0.05).本実験条件においては,7種中6種のデュアルキュア型レジンセメントでセラミック板介在下において硬化度が低下すること,および照射時間の延長により硬化度の低下を回避できることが示された.<実験2>下顎大臼歯70歯に対して,クラウン支台歯形成を行い,セラミックブロックにて修復物を製作、7種のレジンセメントを用いて接着した.全ての試料を繰り返し荷重試験機に供し、20部位について,レジンセメント/歯質界面およびセラミック/レジンセメント界面における色素浸入を判定した.得られたデータはSteel-Dwassの多重比較検定により,各レジンセメント間における漏洩頻度の統計的評価を行った(α= 0.05).また、各レジンセメントと歯質およびセラミックとの接着界面を観察するため, SEM観察を行った.その結果、本研究で用いたレジンセメントはそれぞれ異なる辺縁封鎖性を示した。各被着面に対して前処理を要するレジンセメントは,前処理不要のレジンセメントと比較して良好な辺縁封鎖性を示した.オールセラミック材料とレジン系材料の組み合わせによる修復にあたるレジン系材料の硬化動態と辺縁封鎖性について一定の知見が得られており、現状では予定した内容に概ね沿った進行状況であると言える。今後歯質削除を減少した支台におけるセラミック材料下のレジン材料の状況を検索すべく、形成条件の再検討と硬化動態および辺縁封鎖性について実験を遂行する。これまで同様に支台形成に関わる形成器具、セラミックおよびレジン系材料等消耗材の購入、成果発表を随時行うための渡航費、論文印刷に関わる経費を予定している。
擦文文化にみる本州物流経済の考古学的基礎研究

本研究の目的は、擦文文化と本州文化の物流経済の社会的な構造の復元を試みることであり、第一に、擦文文化から出土する本州文化の遺物の集成を行い、その特性を明らかにする。第二に、それらの遺物の生産地および供給地を明らかにし、流通経路や交易の拠点について検討する。第三に、このころの文献史料から交流や交易を示す記述の集成を行い、考古資料と比較し、歴史的背景について検討するものである。平成17年度の研究は、研究目的にそって次のとおり実施した。1.北海道における擦文文化期の遺跡・遺物の調査(1)北海道南部(函館市)、北部(小平町・天塩町)、東部(常呂町・網走市)を中心に海岸部、河川流域の遺跡に関する立地環境の調査を実施した。(2)北海道中央部(札幌市・苫小牧市)、北部(小平町・天塩町)、東部(常呂町・網走市)を中心に擦文文化期の交易品とみられる遺物の調査を実施した。さらに、福岡県の鴻臚館跡展示館(調査事務所)、福岡市埋蔵文化財センターにおいて関連資料の調査を実施した。2.東北地方北部における擦文文化併行期の遺跡・遺物の調査(1)青森県(青森市・五所川原市・中泊町)を中心に鉄製品、須恵器などの生産地および交易拠点となる遺跡の立地環境の調査を実施した。(2)青森県(青森市・五所川原市・中泊町)を中心に鉄製品、装飾品、須恵器などの調査を実施した。3.調査結果の集成およびデータベース化(1)交易品とみられる遺物のデータ集積を実施した。(2)鉄製品、装飾品、須恵器などのデータ集積を実施した。(3)交易品の生産地に関するデータ集積を実施した。4.その他(1)北方交易に関する文献史料の収集を実施した。(2)青森県立郷土館、青森県埋蔵文化財センター、五所川原市歴史民俗資料館、北海道埋蔵文化財センター、札幌市埋蔵文化財センター、苫小牧市博物館などの調査・研究機関での情報収集を実施した。第三に、このころの文献資料から交流や交易を示す記述の集成を行い、考古資料と比較し、歴史的背景について検討するものである。平成15年度の研究実績について、研究目的にそって次のとおり実施した。1.北海道における擦文文化期の遺跡・遺物の調査1)北海道西部・東部を中心に海岸部、河川流域の遺跡に関する立地環境の調査を実施した。2)北海道中央部・西部・東部を中心に交易品とみられる遺物の調査を実施した。2.東北地方北部における擦文文化併行期の遺跡・遺物の調査1)青森県・福島県を中心に鉄製品、須恵器などの生産地および交易拠点となる遺跡の立地環境の調査を実施した。2)青森県・岩手県・福島県・新潟県を中心に鉄製品、装飾品、須恵器などの調査を実施した。3.調査結果の集成およびデータベース化1)交易品とみられる遺物のデータ集積を実施した。2)鉄製品、装飾品、須恵器などのデータ集積を実施した。3)交易品の生産地に関するデータ集積を実施した。4.その他1)北方交易に関する文献資料の収集を実施した。2)博物館や大学などの研究機関での情報収集を実施した。平成16年度の研究実績について、研究目的にそって次のとおり実施した。1.北海道における擦文文化期の遺跡・遺物の調査1)北海道北部・東部を中心に海岸部、河川流域の遺跡に関する立地環境の調査を実施した。2)北海道中央部・北部・東部を中心に交易品とみられる遺物の調査を実施した。さらに、国立歴史民俗博物館において擦文文化期の交易品とみられる遺物の調査を実施した。2.東北地方北部における擦文文化併行期の遺跡・遺物の調査1)岩手県を中心に鉄製品、須恵器などの生産地および交易拠点となる遺跡の立地環境の調査を実施した。2)岩手県・青森県を中心に鉄製品、装飾品、須恵器などの調査を実施した。4.その他1)北方交易に関する文献史料の収集を実施した。2)国立歴史民俗博物館や岩手大学などの研究機関での情報収集を実施した。

第三に、このころの文献史料から交流や交易を示す記述の集成を行い、考古資料と比較し、歴史的背景について検討するものである。平成17年度の研究は、研究目的にそって次のとおり実施した。1.北海道における擦文文化期の遺跡・遺物の調査(1)北海道南部(函館市)、北部(小平町・天塩町)、東部(常呂町・網走市)を中心に海岸部、河川流域の遺跡に関する立地環境の調査を実施した。(2)北海道中央部(札幌市・苫小牧市)、北部(小平町・天塩町)、東部(常呂町・網走市)を中心に擦文文化期の交易品とみられる遺物の調査を実施した。さらに、福岡県の鴻臚館跡展示館(調査事務所)、福岡市埋蔵文化財センターにおいて関連資料の調査を実施した。2.東北地方北部における擦文文化併行期の遺跡・遺物の調査(1)青森県(青森市・五所川原市・中泊町)を中心に鉄製品、須恵器などの生産地および交易拠点となる遺跡の立地環境の調査を実施した。(2)青森県(青森市・五所川原市・中泊町)を中心に鉄製品、装飾品、須恵器などの調査を実施した。3.調査結果の集成およびデータベース化(1)交易品とみられる遺物のデータ集積を実施した。(2)鉄製品、装飾品、須恵器などのデータ集積を実施した。(3)交易品の生産地に関するデータ集積を実施した。4.その他(1)北方交易に関する文献史料の収集を実施した。(2)青森県立郷土館、青森県埋蔵文化財センター、五所川原市歴史民俗資料館、北海道埋蔵文化財センター、札幌市埋蔵文化財センター、苫小牧市博物館などの調査・研究機関での情報収集を実施した。
金属ガラスの破壊と疲労のマクロ特性の解明と寿命予測

本研究では,一般熱力学的負荷条件下の金属ガラスの超塑性,変形・破壊の実験的検討とその評価,比例・非比例ひずみ履歴を伴う高ひずみ速度負荷試験による実験的検討と構成式の定式化,電子顕微鏡(SEM)・原子間力顕微鏡(AFM)・ナノインデンテーション法による金属ガラスの破壊機構の観察と局所領域の応力および強度の評価を行う.平成19年度は金属ガラスの環境強度について検討した. 3.5%食塩水中・室温において,一定試験力のもとで疲労き裂伝ぱ試験を行った結果,水溶液に浸漬した直後には過渡的なき裂伝ぱ挙動が観察されたが,定常状態においては,時間基準のき裂伝ぱ速度da/Dnは,応力拡大係数Kこよらずほぼ一定となった.3.5%食塩水中・室温において,繰返し試験力を負荷してき裂伝ぱ試験を行った結果,繰返し速度および応力比によらず,時間基準のき裂伝ぱ速度心da/dtが,最大応力拡大係数K_<max>によって規定されており,その関係は,前述の一定試験力におけるda/dt-K関係とほぽ一致していた.また, 0.05%, 0.01%食塩水中においてもき裂伝ぱ挙動を調べた結果,いずれの食塩濃度においても,1サイクル当たりのき裂伝ぱ速度da/Dnは大気中よりも大きく加速したが,超純水中におけるda/Dn-ΔKは大気中とほぼ一致していた.また,食塩水中の繰返し試験力下の破面形態は,一定試験力下の破面形態と同様であったが,超純水中の破面は,大気中における破面と同様であった.また,環境強度と直接結びつくものではないが,分子動力学による検討では,原子弾性剛性係数Bij^αの正値性(局所格子不安定性)により,構造のないアモルファスに欠陥の中の欠陥というべき不安定原子が存在すること,0.2%ひずみ以降,不安定原子が増加しており,塑性変形の担い手として新たな欠陥が導入されていること,などを明らかにした.金属ガラスを適切に加工し,所定の機能を持たせ安全に使用するためには,金属ガラスの複雑な熱力学的な負荷条件(環境)下における各種スケールの変形・応力(熱力学的)状態の把握,微視組織の変化(変態),損傷,破壊を誘引するメカニズムの解明,強度評価等を必要とする.そのため,一般熱力学的負荷条件下の金属ガラスの超塑性,変形・破壊の実験的検討とその評価,比例・非比例ひずみ履歴を伴う高ひずみ速度負荷試験による実験的検討と構成式の定式化,電子顕微鏡(SEM),原子間力顕微鏡(AFM),ナノインデンテーション法を用いて破壊機構の観察と局所領域の応力および強度の評価を行う.場の理論を援用したアモルフォスから結晶に至る構成式の構築,それを検証する分子動力学的評価,マルチスケール有限要素法による局所領域の変形,応力および強度特性と巨視的な応力・変形場との関連を明らかにする.平成15年度における研究実績として,金属ガラスの構成式定式化の枠組みについて詳細に検討し,各種組み合わせ応力下における,局所的なfree volumeの濃度に依存した構成式の一形式に対して,種々の応力状態下における試験結果から,構成式の形式を同定する手法を示した.さらに,金属ガラスに特化して,破壊の前兆を予知する,摂動法ならびに局所分岐解析法を定式化した.金属ガラスの一連の変形過程を評価するために,運動方程式とfree volumeの拡散方程式を連成して解析する有限要素方程式を構築した.何れも各種スケールの実験を重ねることで,構成式ならびにfreevolumeの拡散方程式が特定でき,実用に供することが可能となる.場の理論による金属ガラスの変形の記述の枠組みの構築,非晶性ポリマーの大規模分子動力学法を援用した金属ガラスに対する分子動力学法の定式化を行った.さらに,金属ガラスの破壊メカニズム解明に向け,AFMによる評価法を検討し,疲労試験片の適切な形状・寸法を決定した.現在申請のナノインデンテーション基本装置が導入され,材料の微視組織を観察し,変形・応力状態を調べるためのデータを収集している.本研究では,一般熱力学的負荷条件下の金属ガラスの超塑性,変形・破壊の実験的検討とその評価,比例・非比例ひずみ履歴を伴う高ひずみ速度負荷試験による実験的検討と構成式の定式化,電子顕微鏡(SEM)・原子間力顕微鏡(AFM)・ナノインデンテーション法による金属ガラスの破壊機構の観察と局所領域の応力および強度の評価を行う.平成16年度における研究実績として,Zr基バルク金属ガラスZr_<55>Cu_<30>Ni_5Al_<10>について,平滑材の疲労試験を行ってS-N曲線を求めるとともに,C(T)試験片を用いて疲労き裂伝ぱ試験を実施した.金属ガラスのき裂伝ぱは,結晶金属よりもΔKの変化に鈍感であり,より安定な疲労き裂伝ぱ挙動を示した.一方,き裂伝ぱの下限界値ΔK_<th>は,1.8MPa^<1/2>であり,鉄鋼材料の下限界値(R=0.1に対しては,38MPam^<1/2>程度)よりも低いが,ヤング率が同程度の高強度アルミニウム合金の下限界値(1MPam^<1/2>程度)よりも大きい.また,本材料の場合,き裂開閉口をほとんど生じず,そのため,き裂伝ぱ挙動に対する応力比の影響は小さかった。次に,同平滑材に100mN1000mNの押し込み荷重でのマイクロインデンテーションを実施し,純Cuの超微細結晶粒材(Ultra-Fine Grain ; UFG)の結果と比較した.UFG材の硬度上昇が接触深さ

6μm以下の領域で生じるのに対し,金属ガラスでは1μm以下で硬度上昇を生じることが示された.バルク硬度は金属ガラスがUFGに対して非常に高い値を示したが,これは純CuとZr-Al-Ni-Cuの構成元素の差が現れたものと考えられる.最後に,分子動力学によるNi-Alアモルファス合金の引張シミュレーションを行い,金属ガラスの変形挙動を原子レベルから検討した.変形下における個々の原子弾性剛性係数の正値性を調べた結果,アモルファス構造中では13原子20面体クラスター等の短距離秩序構造の中心原子が高い安定性を示すのに対し,クラスターの外郭原子やクラスターとクラスターの境界原子は原子弾性剛性係数がほぼ零で不安定であることが示された.さらに,原子弾性剛性係数の正値性の変化をモニターすることにより,クラスターの崩壊や再構成が動的・連続的に把握できることが示された.本研究では,一般熱力学的負荷条件下の金属ガラスの超塑性,変形・破壊の実験的検討とその評価,比例・非比例ひずみ履歴を伴う高ひずみ速度負荷試験による実験的検討と構成式の定式化,電子顕微鏡(SEM)・原子間力顕微鏡(AFM)・ナノインデンテーション法による金属ガラスの破壊機構の観察と局所領域の応力および強度の評価を行う.平成17年度における研究実績として,平滑材における疲労き裂発生機構のAFMによる解明,疲労き裂伝ぱ機構に関するフラクトグラフィーによる検討,形状係数と切欠き係数の相違のメカニズムに関する検討などを行い,それぞれ,○疲労き裂発生は結晶金属とはかなり異なっている,○中ΔK域においてはファセット状の疲労破面が現れ,高ΔK域においては,静的破壊同様のベイン状の疲労破面が現れる,○鋭い切欠き材の場合,低炭素鋼と同様に疲労限度において停留き裂が存在する,等を明らかにした.また,平成16年度の静的引張における破損曲面を引き続き実験により求めるとともに,板材による純剪断方向の実験,ならびに,超塑性における降伏曲面の評価にも着手している.ナノインデンテーションについては,疲労破面上の局所力学状態評価を検討したが,破面の表面粗さ等の問題があり,精度の高い評価を行うための手法を模索している.一方で,疲労破面の側面への押し込みではき裂成長領域の硬度が処女材のそれに比べて高くなっている可能性が示された.分子動力学シミュレーションによる金属ガラスの微視的変形メカニズムの検討では,アモルファス構造中の短距離クラスターの安定性が原子弾性剛性係数の正値性で正確に把握できること,クラスターの崩壊・再構成などの変形過程が局所不安定性で追跡できることなどを明らかにした.また,多結晶体とアモルファス金属の本質的な違いが,弾性剛性係数の行列式の値で定量的に評価できる可能性があるとの観点から,結晶粒を微細にしたシミュレーションとの違いを比較した.本研究では,一般熱力学的負荷条件下の金属ガラスの超塑性,変形・破壊の実験的検討とその評価,比例・非比例ひずみ履歴を伴う高ひずみ速度負荷試験による実験的検討と構成式の定式化,電子顕微鏡(SEM)・原子間力顕微鏡(AFM)・ナノインデンテーション法による金属ガラスの破壊機構の観察と局所領域の応力および強度の評価を行う.平成18年度は,金属ガラスの疲労き裂伝ぱの検討として,Zr基バルク金属ガラス切欠き材を用い平面曲げ疲労試験を行った.その結果,切欠き係数と応力集中率がほぼ等しく,切欠き感度が非常に高いことが示された.また,せん断帯が発生した直後に,その底部が開口することによって疲労き裂が形成されるメカニズムを明らかにした.
真核細胞におけるABCタンパク質のアルカロイド輸送方向決定の分子機構

本研究においては真核生物ABCタンパク質の輸送方向を決定する因子の同定を目的としている。始めにキンポウゲ科薬用植物アキカラマツから単離したABCタンパク質TmMDR1,2の発現解析を行った。両遺伝子は植物体において茎で発現が高く、またベルベリン分泌能の高い培養細胞においてより強い発現を示した。昆虫細胞では発現が観察されなかったため、前年度同様酵母を用いて解析を行った。ウェスタン解析によりTmMDR1の酵母での発現を確認し、前年度までの酵母機能解析の結果を踏まえ、輸送方向決定の具体的なアミノ酸の同定までは至らなかったが、タンパク質のN末端及び中央付近に輸送方向決定に関与するペプチド部分があることが示唆される研究となった(投稿準備中)。さらに今年度は他のベルベリン輸送ABCタンパク質の探索を行った。ベルベリン取込みABCタンパク質CjMDR1と相同性の高いCjMDR2を酵母で発現させたところ、ベルベリン感受性を示し、取込み体であることを証明した(投稿準備中)。一方全ゲノム配列の決定された分裂酵母の解析を行った結果、abc2、abc4の二つのABCタンパク質がベルベリン排出型ABCタンパク質であることが判明した(投稿準備中)。ヒトMDR1のベルベリン輸送能を検討した所、ヒトKB細胞においてMDR1を発現させた場合、コントロール細胞と比べてベルベリンの細胞内への蓄積は顕著に少なかった。この細胞内蓄積量の低下はATP依存的かつ、MDR1の各種阻害剤により阻害されたことから、ヒトMDR1はベルベリンを基質として細胞外に排出していることが強く示唆された(2007年BBBにて発表)。これら研究により、ベルベリンの排出体及び取込み体タンパク質を複数取得することができた。また、輸送方向決定に関与する可能性のある部位の同定まで至り、ABCタンパク質において先駆的な研究を果たしたと考えられる。キンポウゲ科薬用植物、アキカラマツの培養細胞は生産したベルベリンを細胞外に排出する。この排出にはMDR様ABCタンパク質が関与しており、ベルベリン内向き輸送性MDR様ABCタンパク質、CjMDR1と高い相同性を有する遺伝子の単離(TmMDR1)が報告されている。本年度は第一に、TmMDR1全長の単離及び、新たな別遺伝子TmMDR2のクローニングを行った。RT-PCR、5'及び3'RACEの結果、全長約4kbからなるTmMDR1、2を得た。両遺伝子はそれぞれ1285、1286アミノ酸をコードし、その疎水性プロットの結果から、これまでのMDR様ABCタンパク質と同様に、12回の膜貫通領域と2回のATP加水分解領域をタンデムにリピートした構造を有することが予想された。両タンパク質のアミノ酸レベルの相同性は77%を示し、植物MDR様ABCタンパク質の中でもCjMDR1と最も高い相同性を示したことから、ベルベリンの輸送に関与している可能性が示唆された。またノザン解析により、その発現は培養細胞の時期及び植物ホルモンであるベンジルアデニンの添加によらず構成的な発現をしていることを明らかとした。その輸送解析を行うことを目的とし、これまでに両遺伝子を酵母及び昆虫細胞発現用ベクターに組込んだ。また、これまでに様々な化合物を輸送することが報告されているヒトMDR1を実験のコントロールとして用い、昆虫細胞を用いた輸送解析の系を確立した。キンポウゲ科薬用植物、アキカラマツの培養細胞は生産したベルベリンを全て細胞外に排出する。この排出にはMDR様ABCタンパク質が関与することが示唆されており、昨年までにTmMDR1,2の二分子のクローニングを行った。本年度においては、両分子種の機能解析を目的として異種細胞である酵母において発現させ、ベルベリンやその他毒性物質に対する酵母の耐性試験を行った。これまでにオウレン培養細胞由来のMDR様ABCタンパク質CjMDR1はベルベリンを取り込む活性が報告されているが、CjMDR1と最も高い相同性を示すTmMDR2の発現酵母は、CjMDR1発現酵母同様薬剤4-NQOに対し感受性を示した。この結果はTmMDR2が薬剤取り込み型であることを示唆した。しかしながらベルベリンに対しては顕著な感受性変化は観察されなかった。一方、TmMDR1発現酵母はコントロールに比べ薬剤ローダミン6Gに対し耐性を示し、排出型である可能性が示された。両タンパク質はアミノ酸レベルで77%の相同性を示すが、アミノ酸一次構造上からも両タンパク質において輸送方向決定に関与すると思われる部位が観察された。来年度においてドメインごとの置換を行うことにより、輸送方向を決定する因子を同定する。ベルベリン取込みABCタンパク質CjMDR1と相同性の高い

CjMDR2を酵母で発現させたところ、ベルベリン感受性を示し、取込み体であることを証明した(投稿準備中)。一方全ゲノム配列の決定された分裂酵母の解析を行った結果、abc2、abc4の二つのABCタンパク質がベルベリン排出型ABCタンパク質であることが判明した(投稿準備中)。ヒトMDR1のベルベリン輸送能を検討した所、ヒトKB細胞においてMDR1を発現させた場合、コントロール細胞と比べてベルベリンの細胞内への蓄積は顕著に少なかった。この細胞内蓄積量の低下はATP依存的かつ、MDR1の各種阻害剤により阻害されたことから、ヒトMDR1はベルベリンを基質として細胞外に排出していることが強く示唆された(2007年BBBにて発表)。これら研究により、ベルベリンの排出体及び取込み体タンパク質を複数取得することができた。また、輸送方向決定に関与する可能性のある部位の同定まで至り、ABCタンパク質において先駆的な研究を果たしたと考えられる。
マラリア原虫による自然免疫制御機構の解明

我々はマラリア原虫の粗抽出液を使って全粒子ワクチンとして有効であることを示し、その効果がトル様受容体9(TLR9)を介したアジュバント効果によることを世界で始めて証明した。そしてそのアジュバント因子がヘモゾインであり、TLR9に特異的に結合しその高次構造を変化させることも世界で始めて示した。さらにヘモゾインが実際にイヌのアレルギーワクチンのアジュバントとしてその効果を証明した。この研究は今まで明らかにされていないマラリアに対する宿主の自然免疫反応や原虫による免疫逃避反応を明らかにする目的で行っている。今年度の成果としてToll様受容体もしくはそのシグナル伝達経路が実際のマラリア感染においてどのような生理的意義を有するのか原虫、宿主両方の視点から動物モデルを用いて検証した結果を報告する。前年度の結果からTLR2,TLR9を介してマラリア原虫成分のGPIやヘモゾインが自然免疫を賦活化し、脳マラリアか見られるようなマラリア感染病態か関与していることが示唆された。この結果はInternational Immunology (2007)に掲載され、マラリア感染におけるToll様受容体などを介した自然免疫反応が感染時の防御免疫のみならず病態にも関与していることを総説した論文がTrends in Microbiology(2007)に掲載された。その後ヘモゾインがモデルタンパク抗原やマラリア原虫抗原に対して非常にいいアジュバントになることを見出し、現在その作用機序の解明を進めている。マラリアは未だに世界で最も猛威を振るう感染症のひとつである。しかし有効なワクチンの作成には誰も成功していない。我々はマラリア原虫の粗抽出液を使ってWhole parasite vaccineとして有効であることを示し、その効果がトル様受容体9 (Toll-like receptor (TLR) 9)を介したアジュバント効果によることを世界で始めて証明した。そしてそのアジュバント因子が、マラリア原虫が赤血球のヘモグロビンを消費した後にヘムの代謝産物として生成する、ヘモゾイン(Hemozoin (HZ)、ヘムの2量体のポリマーで、nm-μmサイズの結晶体。マラリア毒素(Malaria toxin)ともいう)であること、ヘモゾインがTLR9に特異的に結合し、TLR9タンパクの高次構造を変化させることも世界で始めて示した。NMR解析によりTLR9リガンドであるCpGDNA(免疫賦活化作用のある一本鎖オリゴ核酸)とヘモゾインはTLR9のシステイン、ヒスチジンを介して結合していることが判明した。さらに、合成のヘモゾインも作成し、20-200nmのサイズのヘモゾインが最もアジュバント効果が高く、実際にイヌのアレルギーワクチンのアジュバントとしてその効果を証明した。マラリアワクチンの開発研究に貢献するのみならず、アジュバント全体の作用機序、TLRなどの自然免疫受容体のリガンド認識機構に深く迫るものとして注目される。(実際、論文は同じ号のPreviewで紹介され、Faculty of 1000 BiologyでMust read論文として紹介された。
「有限な資源」と均衡的・持続的経済成長

地域格差是正と資源・環境保全を併せ実現する経済成長が、発展度の異なる地域を有する国々、とりわけ発展途上国にとって、現実的な意義を持っている。本研究は、一国が発展度の異なる地域から構成されるという枠組みと、資源・環境容量の有限性から「有限な資源」の2点を想定し、「均衡的・持続的成長」経済システムの形成にあたり、「一般財と環境負荷低減財の2部門モデル」に対して政府管理に内包されたメカニズムを明白することを目的に、理論研究及び、現地調査、実証研究に分けて進めてきます。理論研究:(1)収穫逓増技術の持つ生産関数に「有限な資源」を加え、「1部門内生的成長モデル」の構築を試みた。(2)「有限な資源」の枠組み内に、社会・経済活動による環境負荷を吸収・低減し、自然環境に再生機能を与える「環境の質」を取り入れ、「1部門モデル」を汚染集約型一般財生産部門と環境負荷低減財(技術R&D)生産部門の「2部門モデル」に拡張した。(3)「環境の質」の悪化、また、市場に経済的外部性が生じる場合、政府管理のメカニズムがどう機能するか、民間投資の部門間移動を分析した。ケース・スタディ:中国に発展度と「環境の質」の異なる沿海・内陸6地域11都市で現地調査し、行政機関及び、大学、企業訪問に基づき、環境関連政策・企業対策の経済的評価を進めてきた。日本国内の北九州市など4都市考察を通じて、「都市再生・再開発」と「環境考慮型」ビジネスモデル、環境産業・市場の形成を検討し、「持続可能な」地域システムのあり方を含む研究分野の拡大に有意な認識を得た。実証研究:1978-2001年間中国30省と35都市のパネルデータ・ベースを整備、(1)地域(省)レベルにおいて地域固定変数を取り込んだ条件付「収束」を検証し、地域はその成長過程がそれぞれの初期状態、生産諸要素の地域間移動、行政や「地域・産業政策等の興味深い特性を持つことから、一様に進展するわけでないことを検証、所得水準が最終的に同一水準に収斂する地域とそうでない地域の区別に成功した。(2)都市産業・経済構造の変化、とりわけ、産業集積を通じて生産機能や空間機能を変えていく「空間的二重構造の変動」の複合化が、都市経済力、行政機能、企業活動、インフラ整備、国際化、研究開発と人的資源などを中心に実証された。本研究は、一国が発展度の異なった地域から構成されているという理論的枠組みで、資源・環境容量の有限性から「有限な資源」を想定し、(1)「有限な資源」の存在が経済成長にとってどのような制約となるのか、また、「有限な資源」がもたらす効果で、各地域が最終的に同一の経済水準に収束できるのか、(2)「有限な資源」下の経済成長に対して政府管理と市場経済に内包されたメカニズムがどのように機能するのか、(3)中国における環境保全の措置がもたらした経済効果などについて、理論的、計量的に解明することを目的としている。したがって、本年度において、理論研究は、(1)「環境問題への量的接近」:微分ゲームの分析手法を用いた2地域成長モデルを検討し、排出された汚染物は、経済活動が行われた地域に影響を与えるのにとどまらず、ほかの地域にも及ぼすことになるような二地域、また、多地域間のかかわりを考慮する問題、所謂「Transboundary Pollution」問題に焦点を当て、経済-環境システムを考察した。(2)「環境問題と内生的経済成長」:私的最適化、収穫逓増技術及び、「収束仮説」の三つに整合性を持たせることを主眼に、枯渇資源を生産要素に取込み、環境容量の有限性から有限な環境資源を想定した有限の資源制約が存在する場合の内生的成長モデルの構築を試みた。(3)生産活動の環境への負荷と自然環境の再生機能の両者による「環境の質」の変化を生産要素に取込み、個人消費の効用最大化を求める「一般財生産部門と環境負荷低減技術R&D部門の2部門内生的成長モデル」の構築に重点を置いて進められた。実証分析は、中国の主要都市を対象に、成長する都市と停滞(また衰退)する都市の要因分析を生産制約要素、行政機能及び総合経済力などの側面から検討し、産業構造の変動が空間構造にもたらした影響を究明する段階にある。

ケース・スタディ:中国に発展度と「環境の質」の異なる沿海・内陸6地域11都市で現地調査し、行政機関及び、大学、企業訪問に基づき、環境関連政策・企業対策の経済的評価を進めてきた。日本国内の北九州市など4都市考察を通じて、「都市再生・再開発」と「環境考慮型」ビジネスモデル、環境産業・市場の形成を検討し、「持続可能な」地域システムのあり方を含む研究分野の拡大に有意な認識を得た。実証研究:1978-2001年間中国30省と35都市のパネルデータ・ベースを整備、(1)地域(省)レベルにおいて地域固定変数を取り込んだ条件付「収束」を検証し、地域はその成長過程がそれぞれの初期状態、生産諸要素の地域間移動、行政や「地域・産業政策等の興味深い特性を持つことから、一様に進展するわけでないことを検証、所得水準が最終的に同一水準に収斂する地域とそうでない地域の区別に成功した。(2)都市産業・経済構造の変化、とりわけ、産業集積を通じて生産機能や空間機能を変えていく「空間的二重構造の変動」の複合化が、都市経済力、行政機能、企業活動、インフラ整備、国際化、研究開発と人的資源などを中心に実証された。
ＰＥＴ画像誘導放射線治療に向けた世界初のリアルタイムイメージング手法の開発

PET画像による画像誘導放射線治療の実現を目指し、今年度はヒトサイズのOpenPET開発に取り組んだ。PETの画像再構成を行うためには、検出器の応答関数をなるべく正確にモデル化する必要があるが、ヒトサイズのOpenPETでは、検出器の数が多く、観測データの次元数(検出器の組合せ数)が膨大になるため、事前計算をせず、オンザフライで計算可能なモデルが必要となった。そこで、幾何学的な情報を元にパラメータを自動決定可能な非対称な2次元ガウス関数を用いた応答関数モデルを提案し、GPU計算が可能なように実装した。その結果、特に第一世代OpenPETであるDual-ring OpenPETの開放空間において空間分解能を改善することができた。今年度新しく開発したヒトサイズOpenPETのデータ収集システムは、従来電気回路で行っていた同時計数判定をソフトウェアで行うことで、シングル計数率を元にした補正法の開発や、フレキシブルなジオメトリのPET開発を可能にしている。一方で、ソフトウェアによる同時計数は、ハードウェアによる同時計数よりも一般的に速度が遅いという問題がある。具体的には、別々の検出器から送られてくるデータを並び替えるソート処理に最も時間がかかるが、それに対して、マルチコアCPU上での並列化による高速化を行った結果、実用範囲の放射能分布の場合で、データ収集よりも短い時間で処理が完了できるようになり、リアルタイム処理が可能となった。そして、これまでに開発してきた各システムを統合することでヒトサイズOpenPETのリアルタイムイメージングシステムが構築できる。今後、より放射線治療との組合せに特化した第二世代OpenPET「Single-ring OpenPET」のヒトサイズ試作機に適用し、性能評価を進めていく予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。OpenPETによる腫瘍追跡を治療中に行うPET画像誘導放射線治療の実現を目指して、まず、短い時間窓内で得られる少数カウントからの画像再構成と腫瘍追跡の実現可能性検討をモンテカルロシミュレーションによって行った。具体的には、腫瘍追跡のための薬剤として、現在腫瘍マーカーとして最も優れている^<18>F-FDGを想定し、4D XCATファントムに標準臓器のSUVを文献値から割り当て、さらに肺に球形の腫瘍を埋め込んだ状態を設定した。370MBqの^<18>F-FDGの投与後100分経過した後に腫瘍追跡を始めることを想定し、リストモードデータを生成した結果、0.5秒の時間窓に対しておよそ1Mカウントの真の同時係数データが得られた。様々な腫瘍の大きさとSUVに対して生成したリストモードデータを、時間窓ごとに再構成して、パターンマッチングによる腫瘍位置の抽出を行った結果、腫瘍への集積が50kBq以上(腫瘍サイズ20mm以上でSUVが5以上)あれば、PETの分解能程度の精度で腫瘍追跡が行える可能性が示唆された。再構成アルゴリズムの高速化として、GPU実装の最適化に取り組んだ。これまでに、画像再構成の計算で最も時間のかかる順投影演算を約2.2倍高速化することに成功した。また、複数GPUへの対応として、4GPUで動作させることで、3.8倍の高速化が可能であることを示した。今年度の大きな成果の一つとして、第二世代開放型OpenPET「Single-Ring OpenPET」の提案が挙げられる。この新しいジオメトリは、特に粒子線治療中の線量モニタリングや、腫瘍追跡に特化しており、これまでの2重リング方式の「Dual-Ring OpenPET」に比べて、少ない検出器で高い中央感度を達成できることを解析的に示した。また、提案するジオメトリをブロック検出器により実装した場合,楕円リングをずらしながら並べた形となり、通常の真円リングのPETの装置と比較して、特殊な形状であるために、再構成像上のアーチファクトや空間分解能の劣化が懸念されたが、DOI検出器を用いることで視野内で均一な空間分解能を実現可能なことを示した。OpenPETによるPET画像誘導放射線治療の実現を目指して、OpenPET画像再構成の高速化に取り組んだ。OpenPET小型試作機の画像再構成アルゴリズムを、大規模並列化による高速演算が可能なGPUに実装し、最適化した結果、1Mカウントのリストモードデータから、76×76×84の画像サイズで再構成するために必要な時間を、1GPUの場合で1.22秒まで短縮することができた。さらに、2GPUへ対応した実装を行った結果、0.79秒という結果が得られた。ここで、ヒトサイズOpenPETの場合、十分な分解能で視野全体を再構成すると、画像サイズが大きくなり、小型試作機の場合と比べて計算時間が更に膨大になるという問題がある。そこで、画像再構成する領域を、追跡する腫瘍の周辺のみに限定した、ROI再構成法の検討を行った。その結果、物体内部のみを再構成するインテリア問題と呼ばれ、解が安定的に求まらないとされる条件のROI再構成ではあるが、その誤差は主としてバイアスとなって現れるため、形状を検出して行う腫瘍追跡の目的のためにはほとんど影響がなく、視野全体を画像再構成した場合と比較して、腫瘍追跡精度を保ったまま、計算時間を10%程度まで短縮できる可能性が示唆された。また、呼吸による腫瘍の動き情報を画像再構成に適用するために、動き情報の推定方法の検討を行った。試作機の段階で光学カメラと比較してPET画像は表示までに2秒の遅延があり、その遅延を補償する必要がある。OpenPETの測定データのみから動きの情報を推定するには、画像再構成と動き情報の推定を反復的に行う必要があるため、計算時間が大幅にかかってしまうことが検討の結果判明した。

そのため、遅延の少ない補助的な信号を用いて、現在の腫瘍位置を推定する新しい手法に関する検討を行った。その結果、予測誤差約2.3mmで遅延補正が可能であることが示された。PET画像による画像誘導放射線治療の実現を目指し、今年度はヒトサイズのOpenPET開発に取り組んだ。PETの画像再構成を行うためには、検出器の応答関数をなるべく正確にモデル化する必要があるが、ヒトサイズのOpenPETでは、検出器の数が多く、観測データの次元数(検出器の組合せ数)が膨大になるため、事前計算をせず、オンザフライで計算可能なモデルが必要となった。そこで、幾何学的な情報を元にパラメータを自動決定可能な非対称な2次元ガウス関数を用いた応答関数モデルを提案し、GPU計算が可能なように実装した。その結果、特に第一世代OpenPETであるDual-ring OpenPETの開放空間において空間分解能を改善することができた。今年度新しく開発したヒトサイズOpenPETのデータ収集システムは、従来電気回路で行っていた同時計数判定をソフトウェアで行うことで、シングル計数率を元にした補正法の開発や、フレキシブルなジオメトリのPET開発を可能にしている。一方で、ソフトウェアによる同時計数は、ハードウェアによる同時計数よりも一般的に速度が遅いという問題がある。具体的には、別々の検出器から送られてくるデータを並び替えるソート処理に最も時間がかかるが、それに対して、マルチコアCPU上での並列化による高速化を行った結果、実用範囲の放射能分布の場合で、データ収集よりも短い時間で処理が完了できるようになり、リアルタイム処理が可能となった。そして、これまでに開発してきた各システムを統合することでヒトサイズOpenPETのリアルタイムイメージングシステムが構築できる。今後、より放射線治療との組合せに特化した第二世代OpenPET「Single-ring OpenPET」のヒトサイズ試作機に適用し、性能評価を進めていく予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画していた研究に加え、さらに放射線治療との組み合わせに特化したSingle-Ring OpenPETの提案を行い、研究目的であるPET画像誘導放射線治療を行うための装置としてもより効率的であることを示した。GPU再構成において、Stanford大学の研究チームが達成した世界最高レベルと同程度の速度を達成した。またさらに、腫瘍の動きをOpenPET再構成像と、外部センサーによる学習によって推定する手法を確立した。また、研究目的のPET画像誘導放射線治療を行うための装置としてより効率的であるSingle-Ring OpenPETの小型試作機の開発を行い、十分なイメージング性能を有することを示した。まず、ROI再構成に動き情報を組み合わせる画像再構成法の開発を行い、4DXCATファントムを用いて評価を行う。そして、ROI再構成に必要なデータを効率よく選別し、転送するデータ転送制御アルゴリズムの開発を行う。また、引き続きGPU実装の最適化を進める。
核酸デリバリーキャリアの安定化のための新規環境応答性高分子の合成と機能評価

水溶性高分子(ポリエチレングリコール)と正電荷を有する高分子(ポリカチオン)のブロック共重合体のポリカチオン側鎖へとフェニルボロン酸基を導入した合成高分子と、siRNAとを水中で撹拌混合することでポリイオンコンプレックス(PIC)ミセルを調製した。昨年度までに、試験管内での実験においてはATP濃度に応答するPICミセルの崩壊が確認されていたが、培養細胞に対する効果には未だ課題が残されていた。本年度の研究においては、合成高分子組成の最適化を行うことでPICミセルの培養細胞に対する機能向上を試みた。具体的にはポリカチオンセグメント鎖長及びフェニルボロン酸導入数の最適化を行った。更に、siRNAの末端に疎水性基であるコレステロール基を修飾し、siRNA自身の疎水性を向上させることでPICミセルの安定化を図った。その結果、昨年度のPICミセルよりもフェニルボロン酸の導入率の低い組成においてのPICミセルの安定性が得られ、細胞外環境において安定なPICミセルの組成パラメータが明らかとなった。更に、課題であった培養細胞に対する遺伝子発現抑制効果の向上も確認されたことから、細胞内のATP濃度に応答してsiRNAを放出可能な新たなsiRNA内包PICの調製に成功した。本研究によって明らかにされたフェニルボロン酸の導入によるATP濃度応答性高分子ミセルは世界初の画期的な知見・技術であり、siRNAのデリバリーのみならず他のDDS技術の基板等として使用も期待されることから、重要度の高い研究であったといえる。26年度が最終年度であるため、記入しない。ポリエチレングリコールとポリカチオンであるポリリシンからなるブロック共重合体の側鎖にフェニルボロン酸を導入した合成高分子とsiRNAとを水中で混合することで前例に無いほどの安定性をもったsiRNA内包ミセルの調整に成功した。当該ミセルを、マウスの血中へと投与したところ肝臓などへの非特異的な集積は確認されず従来のキャリアに比べて非常に高い血中での滞留性を示した。また、側鎖へと導入するフェニルボロン酸の種類を変えたところ、低いpKaを有するフェニルボロン酸を修飾したミセルの方がポリアニオンやタンパク質に対する安定性が高く、血中内での安定性も高まっていることが示唆されている。また、がん細胞指向性を高めるインテグリンに対するリガンド分子、cRGDペプチドをミセル表層へと導入したミセルは高い安定性を維持したまま細胞質内への移行の促進に成功し、ヒト子宮頸癌細胞(He la細胞)に対して有意なsiRNAによる遺伝子発現抑制効果を示した。また、ポリカチオン鎖をポリリシンからエンドソーム脱出能の高いポリアスパラギン酸誘導体へと変えることで更なる遺伝子発現抑制効果を示すことが確かめられ、安定性を維持したままin vitroでのsiRNAを用いた遺伝子発現抑制効果を示すデリバリーキャリアの調整に成功した。今年度の結果をもとに来年度のマウスを用いたin vivoでの実験を検討可能であり、順調に進呈している。変更点は無く、今年度の結果をもとに、マウスの体内でのsiRNA内包ミセルのさらなる動態制御を行い、生体内において実際に核酸治療を行い、具体的には皮下に腫瘍を作成したモデル動物(マウス)へ治療効果を持つsiRNAを内包したミセルを投与し、腫瘍の増殖抑制効果を調べる。
稲作の衰退が生物多様性を減少させる：落水後のため池に特有な植物群の現状とその保全

稲作の発達によって新たに成立した水田とその周辺環境の生物多様性は,近年の水稲栽培の衰退に伴い,滅失の危機に直面している.本研究では,水稲栽培ときわめて結びつきの強い「潅漑ため池」に特異的に見られる植物群を研究対象とする.これらの植物群は,これまで生物学的には全くといって良いほど着目されてこなかった.本研究は,潅漑ため池に特異な植物群の生物学的実態を明らかにすることによって,これらの植物の保全を行うための手法に関する基礎的な研究を行うことを目指す.稲作の発達によって新たに成立した水田とその周辺環境の生物多様性は,近年の水稲栽培の衰退に伴い,滅失の危機に直面している.本研究では,水稲栽培ときわめて結びつきの強い「潅漑ため池」に特異的に見られる植物群を研究対象とする.これらの植物群は,これまで生物学的には全くといって良いほど着目されてこなかった.本研究は,潅漑ため池に特異な植物群の生物学的実態を明らかにすることによって,これらの植物の保全を行うための手法に関する基礎的な研究を行うことを目指す.
抑制性T細胞特異的モノクローナル抗体を用いた抑制性T細胞特異抗原の同定と癌制御

申請者らの研究目的は、抑制性T細胞(Ts)の存在を明らかにすることであり、そのためTsに特異的な抗原を同定すべく、HIgG特異的Tsクローンをハムスターに免疫し、その結果Tsクローンのみを染色し、ThクローンやTcクローンを染色しないモノクローナル抗体、D6を得た。このD6抗体を用い、この1年間に(1)抗体がHIgG特異的Ts2クローンの抑制活性を阻止すること、(2)アロ抗原に対するDTH反応で誘導されるTsの活性を阻止すること、(3)MACSビーズを用い、アロ抗原に対するTs源をD6抗体結合群と非結合群に分けると、結合群にのみ抑制活性がみられ、D6抗体で認識される抗原の発現と抑制活性に相関がみられること、(4)抗体で認識される物質は分子量5万前後であり、D6→抗TCRα鎖抗体の連続免疫沈降法を行うと抗TCRα鎖抗体によるTCRα鎖のバンドが認められるが、抗TCRα鎖抗体→D6ではバンドは消失した。この結果により、D6抗体はTCRα鎖の抗原決定基を有するTsFを認識している可能性があること、(5)D6で検出される抗原の細胞表面上の発現はTs誘導後の一定期間だけであり、その期間内においても抗原が細胞内プールに留まることが多く、fMLPのような走化性因子により表現が顕著に増加すること、(6)担癌生体においても、Ts抗原の発現は一過性と考えられ、腫瘍接種後711日に間にD6抗体を投与したときに顕著な抗腫瘍効果がみられたことなどを明らかにし、昨年度の研究計画のかなりを達成した。
核融合トリチウムの環境動態と公衆被曝の評価に関する総合的研究

公衆の被曝線量限度は年1mSvとし、職業被曝いかなる1年も50mSvを超えないこととしていることから、これらのトリチウムによる線量によってヒトの培養細胞とマウスのリンパ球を用いてDNA損傷が起こるかどうかをコメットアッセイ法を用いて検討した結果、何れの細胞においても有意な損傷を確認することが出来ないことを明らかにした。茨城大学キャンパス内で行った野外の大豆への重水放出実験で、大気から葉の組織自由水への重水移行の速度定数と定常状態における葉/大気重水濃度比、曝露終了後の葉における組織自由水中重水濃度の減衰速度定数と半減期を求めた。大気から葉の組織自由水への重水移行は昼間ではかなり速く、速度定数(k)は夜間の場合よりほぼ数倍高かった。また昼間の定常状態における葉自由水中重水濃度/大気水分中重水濃度の比は0.50.8であることを明らかにした。重水曝露終了後の葉における組織自由水重水濃度の減衰速度定数(k)は昼間では0.81.4、夜間で0.51.1で昼夜共に非常に早く、その半減期(t_<1/2>)についても昼間は0.50.8、夜間は0.61.3であり、両者で大差はなかった。核融合施設はおそらく森林に囲まれた場所に作られるとすると、大気へ放出されたトリチウムは樹木の葉を通して樹木に取り込まれることが推察される。実験の結果、枯葉への重水の移行(取り込みと放出)は早く、生葉のそれより高かった。気孔の開閉が関与しているらしい。トリチウムの安全性を問題にする議論はITERの国内誘致の議論が進行するにつれて今後盛んになると予測されることから、トリチウムの環境及び生物影響を科学的に解明できる知識を強化することを研究目的にした。その為に、事故時の環境汚染の状況をモデルでどこまで予測出来るのかを重水の野外放出実験とITERの事故時の安全性の検証に使用されたUFOTRIを用いて検討できることを目指して実験を進めている。イネの成長期である8月にトリチウム水を模擬した重水を暴露した場合、その大気中重水から収穫時の玄米中有機結合型重水への移行率を野外実験で求めた。水戸の気象データをラスコフ氏が加工しUFOTR Iで被ばく線量を計算できる状況になった。イネのほかには温州みかん、柿、サツマイモ、大豆の大気からの重水移行係数のデータが蓄積され、植物の種類によって移行のパラメータが異なること、また同一の植物でも成長時期の差異や、昼と夜の違い、大気湿度の変化によってパラメータが大きく影響されることも明らかになってきた。環境水中トリチウム濃度の分子膜を用いた迅速測定法の比較検討が行われ、平常時および事故時に迅速に線量を評価することが可能な体制を目指している。環境でのトリチウム水の動態を水文学的観点でとらえ、トリチウムの河川、地下水への移行をモデル化し、関東ローム層を事例とする研究を進めている。トリチウムの公衆に対する安全性をDNAレベルで説明出来るためには、低線量トリチウムの障害を高感度に検出することが必要であり、そのために、個体レベルでのコメットアッセイ法を用いた検出系の改良と、培養細胞系を用いた新規の突然変異高感度検出系の開発を進めている。これら2つの実験系ともに予備的に成果を挙げることが出来た。本研究は(1)核融合トリチウムの環境動態の解明と安全性の確保、(2)公衆被曝の安全性の検証を行なうことに重点をおいて研究を行った。上記(1)の主な成果は、1)野外環境で温州みかんが重水に曝された時、曝露時期が開花前であるか、果実の生育期であるか、あるいは果実の成熟期であるかによって結果が大きく異なり、開花前や成熟期では果実への移行は非常に低いことが明らかになった。

また、温州みかんでは、大気中の重水が葉を経由して収穫期の果実への移行する際、大気から葉への移行は大気濃度の70%であり、葉の最大重水濃度に対する果実の有機結合型重水への移行率は0.3%であることが明らかになった。一方、大気に放出された重水が土壌に沈着し、土壌の重水が根から吸収され、葉に至り、実の有機結合型重水になる割合は僅かに0.03から0.04%であることを明らかにした。みかん同様に、イチゴ、大豆、ピーマンについても明らかにした。2)森林が重水に曝露された場合に、林床の落葉の重水濃度は葉の気孔数に依存して変化し、気孔数が多いほど移行率が高いことを明らかにした。3)大気中のトリチウムの化学成分で、比放射能の高い成分の一つとしてトリチウム化アンモニアの存在を明らかにした。上記(2)のおもな成果は1)トリチウム水投与マウスのリンパ球DNAの損傷の有無をコメットアッセイ法によって調べた結果、5mSv以下では損傷は全く認められなかった。マウスから分離してきたリンパ球に直接50mSvのトリチウム水を投与しても有意なDNA切断は見られなかった。公衆の被曝線量限度は年1mSvとし、職業被曝いかなる1年も50mSvを超えないこととしていることから、これらのトリチウムによる線量によってヒトの培養細胞とマウスのリンパ球を用いてDNA損傷が起こるかどうかをコメットアッセイ法を用いて検討した結果、何れの細胞においても有意な損傷を確認することが出来ないことを明らかにした。茨城大学キャンパス内で行った野外の大豆への重水放出実験で、大気から葉の組織自由水への重水移行の速度定数と定常状態における葉/大気重水濃度比、曝露終了後の葉における組織自由水中重水濃度の減衰速度定数と半減期を求めた。大気から葉の組織自由水への重水移行は昼間ではかなり速く、速度定数(k)は夜間の場合よりほぼ数倍高かった。また昼間の定常状態における葉自由水中重水濃度/大気水分中重水濃度の比は0.50.8であることを明らかにした。重水曝露終了後の葉における組織自由水重水濃度の減衰速度定数(k)は昼間では0.81.4、夜間で0.51.1で昼夜共に非常に早く、その半減期(t_<1/2>)についても昼間は0.50.8、夜間は0.61.3であり、両者で大差はなかった。将来、核融合施設が建設された折りは、森林に囲まれた場所などが想定され、定常運転時に大気へ放出された低線量のトリチウムは樹木の葉を通して樹木に取り込まれることが推察される。建設状況を模擬した重水の野外放出実験の結果、樹木の枯葉への重水の移行(取り込みと放出)は早く、生薬への取り込みと放出より高かった。以上の結果は、トリチウムの移行において気孔の開閉が関与していることを示唆した。