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低重量部分肝移植における門脈血行動態と肝再生病態の解明及び治療に関する臨床的研究

生体肝の部分を用いる肝移植は本邦において急速に発達し、これまで国内で治療手段のなかった末期肝不全或いは肝の非代償性機能欠損を持つ患者の治療に貢献している。しかし低重量肝移植後の遷延する門脈圧亢進、肝再生不全や難治性腹水については、欧米の移植施設を含めて論争が行われており、非生理的な移植肝の解剖に起因する肝内血流の異常や門脈血行動態の関与が推測されているが、明確な結論がなく、またその治療法についても確立されていない。当施設においては低重量肝および境界重量肝を用いた移植を数多く手がけている。本研究では、こうした問題の病態機序を明らかにし、有効かつ安全な治療法を確立することを検討した。結果:成人生体肝移植症例において、移植手術時にレシピエント門脈系末梢(下腸間膜静脈)に圧測定カニューレを挿入し、術中・術後の門脈圧を持続的に測定した。低重量肝では、至適重量肝と比較し、難治性腹水や腸管蠕動不全を認めた。また、肝細胞障害も強く現れ、肝再生・減黄・蛋白合成の遅れも顕著に認められ、さらには小腸粘膜の傷害によると思われるバクテリアルトランスロケーションも多く認められた。その原因として、低重量肝における術中・術後の遷延する門脈圧亢進が考えられた。また、門脈圧亢進により腹水の産生が認められた。そのような移植肝に対する至適門脈圧を維持する目的のため、術中脾動脈結紮により門脈圧の減圧を試みた結果、生存率や術後肝機能の向上に寄与する事がわかった。また術後、核磁気共鳴画像(MRI)を用い、移植肝における解剖学的な肝鬱血を測定し、グラフト肝鬱血の約80%は経時的に解消することが証明できた。まとめ:低重量肝が原因の術後門脈圧亢進および至適重量肝であれ何らかの原因による術後門脈圧亢進は、さまざまな症状を合併した。この門脈圧亢進のコントールとして脾動脈結紮により生存率の向上、さらに術後肝機能の回復に大きく貢献できる可能性が示された。低重量肝移植後の遷延する門脈圧亢進、肝再生不全や難治性腹水については、欧米の移植施設を含めて論争が行われており、非生理的な肝移植の解剖に起因する肝内血流の異常や門脈血行動態の関与が推測されているが、明確な結論がなく、またその治療法についても確立されていない。今回、こうした問題の病態機序を明らかにし、有効かつ安全な治療法を確立することを検討した。また、肝細胞障害も強く現れ、肝再生・減黄・蛋白合成の遅れも顕著に認められた。

その原因として、低重量肝における術中・術後の遷延する門脈圧亢進が考えられ、そのような移植肝に対する至適門脈圧を維持する目的で、術中脾動脈結紮も一つのオプションと考えている。実際、数例に脾動脈結紮術を施行し、現在、その影響について検討中である。また、術後、核磁気共鳴画像(MRI)を用い、移植肝における解剖学的な肝鬱血の経時的な変化、および臨床的影響についても併せて検討している。まとめ:低重量肝が原因の術後門脈圧亢進および至適重量肝であれ何らかの原因による術後門脈圧亢進は、さまざまな症状を合併した。この門脈圧亢進のコントールが諸症状の改善に関与しており、今後引き続き、この課題を研究・検討していきたい。生体肝の部分を用いる肝移植は本邦において急速に発達し、これまで国内で治療手段のなかった末期肝不全或いは肝の非代償性機能欠損を持つ患者の治療に貢献している。しかし低重量肝移植後の遷延する門脈圧亢進、肝再生不全や難治性腹水については、欧米の移植施設を含めて論争が行われており、非生理的な肝移植の解剖に起因する肝内血流の異常や門脈血行動態の関与が推測されているが、明確な結論がなく、またその治療法についても確立されていない。当施設においては低重量肝および境界重量肝を用いた移植を数多く手がけている。今回、こうした問題の病態機序を明らかにし、有効かつ安全な治療法を確立することを検討した。結果:成人生体肝移植症例において、移植手術時にレシピエント門脈系末梢(下腸間膜静脈)に圧測定カニューレを挿入し、術中・術後の門脈圧を持続的に測定した。低重量肝では、至適重量肝と比較し、難治性腹水や腸管蠕動不全を認めた。また、肝細胞障害も強く現れ、肝再生・減黄・蛋白合成の遅れも顕著に認められ、さらには小腸粘膜の傷害によると思われるバクテリアルトランスロケーションも多く認められた。その原因として、低重量肝における術中・術後の遷延する門脈圧亢進が考えられた。そのような移植肝に対する至適門脈圧を維持する目的のため、術中脾動脈結紮により門脈圧の減圧を試みた結果、生存率や術後肝機能の向上に寄与する事がわかった。また術後、核磁気共鳴画像(MRI)を用い、移植肝における解剖学的な肝欝血を測定し、グラフト肝の約80%は経時的に肝欝血が解消することが証明できた。この門脈圧亢進のコントールとして脾動脈結紮により生存率の向上、さらに術後肝機能の回復に大きく貢献できた。
BCN結晶創製と基礎物性評価に関する研究

2次元系(黒鉛型)及び3次元系(ダイヤモンド型)、窒化ホウ素(BN)と炭素(C)の固溶体は結晶構造の多様性に伴い新たな機能材料としての多様性が期待されるが、高品質バルク結晶が得られた例が無い。2次元の高純度六方晶BN中への炭素ドープによるバンド端発光特性の変化、3次元系のダイヤモンド中へのB,Nの同時ドープによる光学的特性の変化、ダイヤモンド/立方晶BN接合界面の微細構造評価を行い、BCxN結晶のxの希薄領域における特性と、BN/C接合界面に特有の構造を明らかにした。前者では2次元光・電子デバイスにおけるhBNに求められる特性を、後者では新たな電子デバイス構造の基礎となる知見が得られた。本研究課題では、2次元系(黒鉛型)及び3次元系(ダイヤモンド型)、(BN)(1ーx)(C2)x相(2次元系ではx=01、3次元系ではx=00.1、0.91)の高品位結晶の合成を通じて、新たなBCN系機能材料の創製を目指している。2次元系BCN結晶合成では、hBN結晶中への高温度下での炭素拡散により1E203E18atom・cm-3の炭素原子がhBN膜厚方向に濃度勾配を持ってドープされた。当該結晶のバンド端発光スペクトルが消失し、新たに紫外線発光(波長250nm)を呈するなど、光学的特性に大きな変化が見られた。高純度結晶中に局在する当該波長を呈する欠陥の起源は、別のSIMS分析により炭素起源であることが明らかにされ、これまで酸素及び炭素不純物の影響と考えられていた欠陥順位の起源が明らかとなった。このh-BN単結晶のラマン散乱マッピングを詳細に観察したが、不純物セクターの周辺に目立った歪みが存在しないことを見出した。当該ドメイン上のグラフェンの電気伝導特性に対する影響を明らかにするため、劈開法により作製したhBNのCL観察、AFM観察、光学顕微鏡観察を行い、hBNのドメインをまたぐようにグラフェンを転写した。今後グラフェンのキャリア輸送特性を明らかにする。3次元結晶系ではCを1E171E21cm-3までドープしたhBN結晶の高圧相転移によりCドープcBN多結晶体を合成した。また、プラズマCVD法により、cBN単結晶上へのダイヤモンド結晶のヘテロエピタキシャル成長を行った。ダイヤモンド上へのホモエピタキシャル成長と比較し、cBN結晶上のヘテロ成長の核発生ではマイクロ波パワーを下げる必要がある事を見出した。理論的研究では、立方晶窒化ホウ素およびダイヤモンド中のドーパントと点欠陥複合体を対象に第一原理計算を行うことにより、キャリアドーピングやカラーセンター形成の可能性のあるドーパント・点欠陥種について欠陥準位と形成エネルギーの観点から理論的に検討した。2次元系BCN結晶合成では、昨年度hBN結晶中への高温度下での炭素拡散により1E203E18atom・cm-3の炭素原子がhBN膜厚方向に濃度勾配を持ってドープされること。今年度当該結晶を新たに調整したタングステン製発熱体による高温炉(炭素フリー)で窒素中、1800°C程度でアニールすることにより、炭素不純物濃度が1F17atm.cm-3程度まで低減することを見出した(SIMS分析)。ポストアニールにより残留炭素不純物濃度の低減プロセスとして有用な可能性がある。3次元結晶系ではCo-Ti-Cu系溶媒におけるTi濃度の制御によりダイヤモンド単結晶中の残留窒素濃度を1E211E16cm-3まで制御する合成条件を獲得した。合成時にホウ素を微量添加することにより、ダイヤモンド中でのB-Nペア濃度の制御条件の確立に進めたい。ダイヤモンド中のドーパントと点欠陥複合体を対象に第一原理計算を行い、B、Nについては、これらが共存する場合、複合体を形成することが示唆された。更に、cBN結晶上へのダイヤモンドヘテロエピタキシャル成長条件を基に、高濃度ホウ素ドーピングを実施した。成長したダイヤモンドのホウ素濃度をカソードルミネッセンスで評価した。ガス中のホウ素濃度(B/Cgas)が2.1%で合成した結晶では、結晶中のホウ素濃度(B/Cdiamond)が0.1%(1E20cm-3)であった。取り込み率の向上には、プラズマ診断を含めた、成長条件の最適化が必要である。2次元系BCN結晶創製について、高純度hBN中への高温度下での炭素ドープにより1E171E21cm-3までの炭素濃度を有するhBN結晶の調整、更に炭素フリーの条件下(タングステン発熱体)による熱処理で、ドープされた炭素不純物の低減がなされることを見出した。cBN結晶中で可能である希土類元素ドーピングをダイヤモンド中で達成するための基礎として、ダイヤモンド単結晶中に1E18cm-3オーダーのホウ素ー窒素共添加条件を明らかにした。更にcBN/ダイヤモンドヘテロ接合結晶も合成し、引き続きこれらの構造評価、機能探索に展開する。

以上、2次元及び3次元系BCN固溶体結晶の合成と特性評価に向けて順調に進展している。本課題では、2次元系(黒鉛型)及び3次元系(ダイヤモンド型)、(BN)1-x(C2)x(2次元系ではx=01、3次元系ではx=00.1, 0.91)の高品位結晶の合成を通じて新たなBCN系機能材料の創製を目指した。2次元系BCN結晶では、高圧合成で得た高純度六方晶窒化ホウ素(hBN)への炭素ドープによる特性の変化を明らかにした。高温度下での炭素の拡散により10E1810E20atm.cm-3の炭素原子のドーピングがなされた。hBN本来のバンド端発光特性(波長215nm)は消失し、350nm及び600nm近傍に高輝度の発光が室温で観測された。これら波長350及び600nmのPLスペクトルは共同研究者(オーストラリア)よりシングルフォトンエミッション様の特性が見いだされており、ダイヤモンド中のNV-センターと同様の展開に興味が持たれる(磁気センサー、量子通信応用など)。2次元電子系のhBN結晶とグラフェンの組み合わせによる種々の電子デバイスの作成、評価を行った(国際連携研究)。ダイヤモンドアンビルにより10E21cm-3程度迄の高濃度ホウ素ドープ黒鉛の高圧下での相転換挙動を観測したところ、通常の黒鉛と異なる相転移圧(高密度相への転換)が示唆された。再現性の確保を含めてより詳細な評価が必要である。3次元系では、ダイヤモンド中へB,N同時ドーピングを行い、SIMS分析により成長セクターに依存した濃度分布を明らかにした。(100)セクターではB.N.濃度が10E17cm-3程度で平衡し、ほぼ無色の光学特性を呈した。炭素不純物濃度を10E1710E20cm-3まで変化させたhBN結晶を調整し。これを精製した後に原料として立方晶窒化ホウ素(cBN)焼結体を高圧合成した。硬度に顕著な差異は見られないが,切削工具特性等の耐摩耗性の差異が期待される。2次元系(黒鉛型)及び3次元系(ダイヤモンド型)、窒化ホウ素(BN)と炭素(C)の固溶体は結晶構造の多様性に伴い新たな機能材料としての多様性が期待されるが、高品質バルク結晶が得られた例が無い。2次元の高純度六方晶BN中への炭素ドープによるバンド端発光特性の変化、3次元系のダイヤモンド中へのB,Nの同時ドープによる光学的特性の変化、ダイヤモンド/立方晶BN接合界面の微細構造評価を行い、BCxN結晶のxの希薄領域における特性と、BN/C接合界面に特有の構造を明らかにした。前者では2次元光・電子デバイスにおけるhBNに求められる特性を、後者では新たな電子デバイス構造の基礎となる知見が得られた。2次元系BCN結晶創製について、その基礎となる高純度hBN中に局在する欠陥順位の起源を炭素不純物として初めて明らかにした。更に高温度下での炭素ドープにより1E171E21cm-3までの炭素濃度を有するhBN結晶を調整し、その発光挙動を明らかにした。当該炭素不純物が及ぼすグラフェンデバイス用基板への影響を明らかにするため、剥離・転写法による当該欠陥領域の特性評価に着手した。さらにこれら炭素ドープhBN結晶を原料とした3次元系炭素ドープcBN多結晶体を合成し、その機械的特性を評価した。また、cBN/ダイヤモンドヘテロ接合結晶も合成し、引き続きこれらの構造評価、機能探索に展開する。以上、2次元及び3次元系BCN固溶体結晶の合成と特性評価に向けて研究は順調に進展している。引き続き、cBN或いはhBN結晶中への炭素ドープ
EGFR阻害剤、COX2阻害剤感受性の解析に基づいた新規肺癌治療法の臨床応用

本研究では、難治癌の代表であり、且つ増加傾向にある肺癌の治療成績向上を目指した新しいアプローチとして、最近臨床導入された上皮成長因子受容体チロシンキナーゼの選択的阻害剤ゲフィチニブと、アラキドン酸代謝のシグナル伝達経路の触媒酵素であるシクロオキシゲナーゼ2に対する特異的阻害剤との併用効果について、臨床応用を目的として検討した。ゲフィチニブ効果予測に関して、上皮成長因子受容体の遺伝子変異検索は、小検体のパラフィン切片から感度が高く、迅速に(4時間)結果判定可能な測定法を確立し、変異結果に基づき上皮成長因子受容体阻害剤ゲフィチニブを投与した。9割の症例で奏効が得られ無増悪生存期間中央値は7.7ヶ月を示した。変異部位による検討では、エクソン19欠失症例の無増悪生存期間中央値は7.8ヶ月、L858R点突然変異症例は6.0ヶ月を示した。ゲフィチニブに効果を示し、後に耐性化した症例の検討では、コドン790のスレオニンからメチオニンへの変異(T790M)が存在し、二次的遺伝子変異を獲得していた。T790M獲得症例は女性、非喫煙者、遺伝子欠失症例で多かったが、ゲフィチニブ投与期間との関連はなく、半数症例の耐性化には遺伝子変異獲得以外の要因の関与が示唆された。一方、シクロオキシゲナーゼ阻害剤により肺癌細胞の増殖抑制効果が得られ、ゲフィチニブとシクロオキシゲナーゼ阻害剤との併用に関して併用増強効果が観察された。シクロオキシゲナーゼと上皮成長因子受容体との関連について、プロスタグランジンE2が、リガンドとしての上皮成長因子の関与無く上皮成長因子受容体を刺激できること、一方、上皮成長因子はシクロオキシゲナーゼの発現を増強することが示されており、ゲフィチニブとシクロオキシゲナーゼ2阻害剤との併用は、治療の個別化も含め、治療戦略上重要であると考えられた。本研究では、難治癌の代表であり、且つ増加傾向にある肺癌の治療成績向上を目指した新しいアプローチとして、最近臨床導入された上皮成長因子受容体(EGFR)チロシンキナーゼの選択的阻害剤ゲフィチニブと、アラキドン酸代謝のシグナル伝達経路の触媒酵素であるシクロオキシゲナーゼ(COX)2阻害剤との併用効果について臨床応用を目的として検討した。EGFR遺伝子変異とゲフィチニブの肺がんに対する感受性との関連性についての前向き研究では、非小細胞肺がん例を対象として、インフォームドコンセント取得後に診断目的にて採取された検体を用いて、ATP結合領域のEGFR遺伝子変異について検討した。exon19の欠失についてはfragment analysisで、exon21の点突然変異についてはcycleave PCR法を用いて検索した。その結果に基づき、EGFR遺伝子変異症例に対してゲフィチニブの投与を行い、効果はRECIST法により判定した。この前向き研究により、非小細胞肺がん例66例で検討した結果、27例でEGFR遺伝子変異が認められた。10例でexon19の欠失が、17例でexon21の点突然変異(L858R)が認められた。EGFR遺伝子変異症例のうち21例でゲフィチニブ投与を行い、21人中19人が奏効し(CR3人、PR16人)、奏効率は90%と高い感受性を示した。有害事象として皮膚障害、下痢、肝機能障害が認められたが、肺障害の症例はなく、EGFR遺伝子変異とゲフィチニブ感受性との間に強い関連性が認められた。

ゲフィチニブとCOX2阻害剤との併用に関して、EGFR遺伝子変異とCOX2阻害剤との併用効果について検討し治療の個別化を考慮する事が、治療戦略上重要であると考えられ、治療成績の向上に結びつくものと期待される。難治癌で増加傾向にある肺癌の治療成績向上を目指した新しいアプローチとして、最近臨床導入された上皮成長因子受容体チロシンキナーゼの選択的阻害剤ゲフィチニブと、アラキドン酸代謝のシグナル伝達経路の触媒酵素であるシクロオキシゲナーゼ2阻害剤の臨床での有効な応用を目的として検討した。上皮成長因子受容体遺伝子変異検索法法は、小検体のパラフィン切片から感度が高く、迅速に(4時間)結果判定可能な測定法を確立し、変異結果に基づき上皮成長因子受容体阻害剤ゲフィチニブを投与した。9割の症例で奏効が得られ無増悪生存期間中央値は7.7ヶ月を示した。変異部位による検討では、エクソン19欠失症例の無増悪生存期間中央値は7.8ヶ月、L858R点突然変異症例は6.0ヶ月を示した。ゲフィチニブに効果を示し、後に耐性化した症例の検討では、コドン790のスレオニンからメチオニンへの変異(T790M)が存在し、二次的遺伝子変異を獲得していた。T790M獲得症例は女性、非喫煙者、遺伝子欠失症例で多かったが、ゲフィチニブ投与期間との関連はなく、半数症例の耐性化には遺伝子変異獲得以外の要因の関与が示唆された。一方、シクロオキシゲナーゼ阻害剤により肺癌細胞の増殖抑制効果が得られ、ゲフィチニブとシクロオキシゲナーゼ阻害剤との併用に関して併用増強効果が観察された。シクロオキシゲナーゼと上皮成長因子受容体との関連について、プロスタグランジンE_2が、リガンドとしての上皮成長因子の関与無く上皮成長因子受容体を刺激できること、一方、上皮成長因子はシクロオキシゲナーゼの発現を増強することが示されており、ゲフィチニブとシクロオキシゲナーゼ2阻害剤との併用は、治療の個別化も含め、治療戦略上重要であると考えられた。
優れた力学特性と室温での自己修復性を両立したイオン性エラストマーの開発

柔軟なポリイソプレンの主鎖にカルボキシ基を導入し、それらを部分的にナトリウムで中和したイオン性エラストマーは、たとえば室温で傷が自発的に自己修復するなど、従来のエラストマーには見られない特異な機能を発現する。本研究では、分子量、カルボキシ基導入量、中和金属種などの、分子構造の違いがエラストマーの物性に与える影響を詳細に明らかにし、このエラストマーの機能発現メカニズムを明かにする。さらに、無機フィラーとのコンポジット化などによる、このエラストマーの高性能化についての研究をおこなう。
昆虫寄生菌感染ハマダラカのリアルタイム行動解析

これまで昆虫寄生菌によるハマダラカの防除研究は致死効果のみ評価されてきたが、本研究課題では宿主探索行動・吸血行動・産卵行動の3種の亜致死性の効果に着目して実施した。その結果、宿主探索行動では菌の感染により熱および色、匂いを認識できなくなること、吸血行動では吸血率、吸血量が低下すること、産卵行動では卵巣の濾胞の発達が抑制され、産卵数および卵の孵化率が低下することが明らかになった。これらの行動阻害は感染症の媒介効率に直接影響するものと考えられ、昆虫寄生菌の感染により疫学的な意味において不活性なベクターを作り出すことが可能であることを示している。平成25年度は自動行動アッセイ装置を人工気象器内に移設し、温度・湿度コントロール下で各種行動を解析できるよう再構築した。また、当アッセイ装置を用い、昆虫寄生菌をふ節局所的に接種したハマダラカの熱源および色に対する宿主探索行動を解析した。対照区では10日間の試験期間で暗期に5001000回熱源へのタッチダウンが継続的に記録された。一方、昆虫寄生菌処理区では、菌接種後2日間は暗期に1000回を超える活発な熱源へのタッチダウンが記録された。しかし、菌接種3日後から急激に熱源へのタッチダウン数が減少した(100回前後)。また、ターゲットとして黒色紙(色)を用いた試験では、対照区では10日間の試験期間で明期に9001300回の黒色紙へのタッチダウンが継続的に記録された。一方、昆虫寄生菌処理区では、菌接種5日間は明期に9001300回のタッチダウンが認められ、昆虫寄生菌による視認による宿主探索行動への影響は認められなかった。しかし、菌接種6日後から(300回)黒色紙へのタッチダウンは徐々に減少した。これまで昆虫寄生菌による害虫防除研究は主に対象となる害虫の生死を基準にその効果の評価がされてきた。今年度の研究成果により、昆虫寄生菌が直接的に害虫を致死する以前にも様々な亜致死性の効果を示すことが明らかとなった。今年度の研究結果は昆虫寄生菌の感染によりハマダラカは、熱および色を認識することが不可能となり結果として宿主を認知出来なくなる可能性を示している。宿主を認知できない個体は最終的に吸血が出来ないことを意味し、昆虫寄生菌の感染により疫学的な意味において不活性なベクターを作り出したと言える。平成26年度はまず、前年度に確認した熱源へのハマダラカの誘引性に関して、より詳細なデータを取った。これまで採用してきたふ節局所的な昆虫寄生菌接種方法では蚊のふ節のみならず口吻にも菌が付着することが明らかとなった。そこで、昆虫寄生菌をふ節と口吻個別に接種したところ、熱への誘引が口吻接種では3日後から急激に減少するのに対し、ふ節接種では徐々に減少することが明らかとなり、ハマダラカのRapiddeathには口吻経路の菌感染が重要であることを証明した。また、オルファクトメータを用いた匂い(二酸化炭素)への誘引試験では、対照区では60ー80%の個体が匂いに誘引されるのに対し、菌接種区では誘引率が22%にまで減少することから、昆虫寄生菌の感染により熱・色だけでなく匂いも認識不能になることが明らかとなった。さらに、昆虫寄生菌感染個体の吸血率を評価したところ、対照区では63ー80%の個体が吸血するのに対し、菌接種個体では菌接種3日後から吸血率が30%程度に減少した。また、その吸血した30%の個体の吸血量も対照区では2.6mgであるのに対し、1.9mgと吸血量自体も大幅に減少した。以上の研究結果からハマダラカは昆虫寄生菌に感染することで宿主探索の鍵となる熱・色・匂いを認識できなくなるのに加え、吸血行動量および吸血量が減少することが明らかとなった。これまでの昆虫寄生菌によるハマダラカ防除研究では蚊の生死のみを評価してきたが、昆虫寄生菌は宿主探索行動や吸血行動など多様なアプローチによってベクターを不活性化していると言える。昨年度の研究成果として昆虫寄生菌に感染したハマダラカの吸血率および吸血量が低下することが明らかとなった。今年度はこれら吸血行動以降の産卵行動に関連する項目を評価した。吸血後、卵巣の濾胞の発達程度を評価したところ、対照区で濾胞発達率が90%程度であるのに対し、昆虫寄生菌接種個体では菌感染3日後から低下し、5日後には約60%と有意に低い値を示した。また、産卵数は菌感染2日後から有意に低い値を示し、菌感染3日以降の吸血個体の産卵数は対照区の半数以下となった。さらに、これら卵の孵化率を評価したところ、対照区では80%以上の値を示したのに対し、昆虫寄生菌接種個体は菌感染4日後から孵化率が低下し、6日後で約60%と有意に低い値を示した。以上の結果からハマダラカは昆虫寄生菌に感染することで宿主探索行動の鍵となる熱・色・匂いを認識することが出来なくなるのに加え、吸血行動量および吸血用の低下に伴い、卵巣の濾胞の発達程度の低下、産卵数の減少、孵化率の低下を引き起こすことが明らかとなった。したがって、昆虫寄生菌の感染は宿主探索行動量の低下と吸血行動量の低下を引き起こすことでマラリア伝播リスクを低下させるだけでなく、次世代の個体群サイズにも大きく影響を与えていると考えられる。

一方、これまでの研究で用いた昆虫寄生菌は高病原性系統であったことから、ハマダラカの行動を評価する際に致死の影響を受けるという課題があった。そこで、今年度低病原性系統の昆虫寄生菌を選抜した。これらの菌株は感染力は有するものの、病原力の低い系統であり、菌感染がハマダラカの行動に与える影響をより純粋に評価できることが期待された。しかし、これら低病原性系統は吸血行動率および吸血量、産卵数、孵化率のいずれにも影響を与えることは無かった。今後、両系統の特性の比較により、昆虫の行動に影響を与える要因を解明する材料になると期待される。これまで昆虫寄生菌によるハマダラカの防除研究は致死効果のみ評価されてきたが、本研究課題では宿主探索行動・吸血行動・産卵行動の3種の亜致死性の効果に着目して実施した。その結果、宿主探索行動では菌の感染により熱および色、匂いを認識できなくなること、吸血行動では吸血率、吸血量が低下すること、産卵行動では卵巣の濾胞の発達が抑制され、産卵数および卵の孵化率が低下することが明らかになった。これらの行動阻害は感染症の媒介効率に直接影響するものと考えられ、昆虫寄生菌の感染により疫学的な意味において不活性なベクターを作り出すことが可能であることを示している。これまでに自動行動アッセイ装置およびオルファクトメータを用いて熱・色・匂いに対するハマダラカの宿主探索行動が昆虫寄生菌の感染により変化することを明らかにした。また、これらの研究を進める中で、口吻から昆虫寄生菌の感染が起こる新たな感染経路を発見するに至った。さらに、吸血行動に関しても昆虫寄生菌の感染で行動量および吸血量に変化を与えることが明らかになった。よって26年度の研究目的であった吸血行動の定量を完了したことから、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。応用昆虫学宿主探索行動および吸血行動を完遂したハマダラカの産卵行動に与える昆虫寄生菌感染の影響を評価する。昆虫寄生菌の接種タイミングは吸血5日前と吸血直後の2パターンを実施する。測定エリアには水を入れた産卵トレイを設置して産卵を促し、産卵トレイへタッチダウンした回数を記録することで産卵行動量を定量化する。産卵トレイは毎日交換し、中に産み付けられた卵数をカウントすることで総産卵数および産卵間隔に与える影響を評価する。以上の計画により昆虫寄生菌の感染により産卵行動がとれない、もしくは卵形成が阻害されるなどの「アンチ・リプロダクション効果」の全容を明らかにする。上述の通り、これまでに自動行動アッセイ装置の再構築を実施し、熱源および色に対するハマダラカの宿主探索行動に対する昆虫寄生菌の影響を評価した。現在、オルファクトメータによる匂い源への誘引行動を評価している。これまで定量的な評価がなされてこなかった昆虫寄生菌感染による亜致死性効果を見出すとともに、これを自動行動アッセイ装置にて定量化することができた。よって、本研究は概ね順調に進展しているものと考えられる。昆虫寄生菌の感染がハマダラカの吸血行動に与える影響を行動量と繁殖率の変化から評価する。測定エリアには擬似宿主としてペルチェ素子上にパラフィルム内に封入された脱繊維血液を設置する。擬似宿主は昆虫寄生菌の感染初期・中期・後期のタイミングで導入し、ハマダラカのタッチダウン数および宿主上定着時間を算出することで吸血行動量を定量化する。また、これらの行動学的解析を補完する形で、ハマダラカ排泄物中に含まれるヘモグロビン消化残余物のヘマチン量を測定することにより各昆虫寄生菌感染段階における吸血量を間接的に調査する。
免疫型情報処理による外乱認識除去システムの研究

免疫系の自己参照機構を抽出したアルゴリズムは、長期学習モード(自己の学習)をもつ。すなわち、外乱除去ユニットのうち自己に反応するものは、あらかじめ除外しておくことにより、自己と非自己を識別できるようにする。本年度は、現在までのところ、すでに構築したモデルによりこの長期学習の効率化のため、制御対象として選んだ直流モータのモデルにたいし,このアルゴリズムを以下のように適用した。1.様々な自己(制御信号)にたいし、それを中和しないようにパラメータを自動調整するようにする。2.つねに外乱が変わるような状況でも、それを制御信号と識別し中和することが可能か実験する。この結果、初期に自己(制御信号)にたいし、それを中和しないよう調整することにより、その後のある一定期間、外乱が変化する状況でも制御信号との識別が可能であることが検証された。しかしその期間後は、制御信号にも適応がはじまり、制御信号をも除去しはじめるため、人間の免疫系と同様、自己に反応にしないようつねにフィルターをかける必要があることが判明した。本研究であつかっている免疫ネットアルゴリズムは,次ぎの様な順で処理が進められる.1.多様性の確保:遺伝子組み替えによる多様な遺伝子の生成とその対応ユニットの構築.2.免疫寛容による自己認識の禁止:免疫寛容をもつようにユニット結合のパラメータを調整.3.非自己学習:非自己パターンの提示に対し,以後その非自己パターンに素早く対応できるようにネットワークパラメータを調整.今年度は、これらのそれぞれの処理をインプリメントし、線形の対象に対し以下の長期・短期の学習について理論的に解析した.・長期学習モード(自己の学習):自己由来の擾乱(制御信号、基準信号)に対しては,活性化される認識ユニットはあるものの,それらがシステムに印加されるさいに,相互に打ち消しあい影響を与えないよう,それらの操作実行コンポーネントが調整される.・短期学習モード(非自己の学習):逆に外乱に対しては,今度,同じ形状の外乱がきたとき,速やかにかつ強力に対処できるように操作実行コンポーネントが調整される.さらに、これらに対応する処理を考察し,具体的にソフトウェアとして構築した。そのシステムを用いたシミュレーションでは、以下の2つの学習を行うメカニズムを考察した。この外乱除去のシミュレーションにより、以下のことを確認した。・ある程度多様な初期遺伝子を用意することにより、どのような外乱でも除去できる。(用意する初期遺伝子は外乱の種類に依存せず、多様であればよい。)・外乱の種類には周期的という仮定以外に制約はなく,ほとんどあらゆる種類の外乱を除去できた。・免疫記憶と同様に、おなじ外乱に2度目に遭遇した場合、1度目よりより早く効率的に除去できることを確認した。
微生物・植物テルペノイド生合成遺伝子クラスターの取得と利用による物質生産と開発

フシコクシンの生合成に関与する環化酵素遺伝子のcDNAクローニングに成功した。その環化酵素PaFSはGDP合成酵素と一次構造及び機能が連結したキメラ酵素だった。PaFSによるGGDPからフシコッカン骨格への環化過程を解明するとともに、類縁のコチレニンと同等の細胞分化誘導活性を有するフシコクシン誘導体の創出に成功した。PAF拮抗剤フォマクチンの骨格構築機構を化学的手法により検討した。酵母低温発現系を用いてDNAポリメラーゼα阻害剤アフィディコリン生合成遺伝子の発現を検討した。インドールジテルペノイドの共通生合成中間体(非標識体と重水素標識体)を合成し、菌体中での酸化と環化によりパキシリンとエミンドールDAに変換されることを証明した。放線菌から新たに3つのジテルペン、1つのテトラテルペン環化酵素遺伝子をクローニングした。前者の内の2つの酵素学的諸性質を組換え酵素を用いて詳細に解析した。結核菌のジテルペン合成酵素の機能解析行い、その抗マクロファージ活性を発見した。スクアレン環化酵素のカチオン/π相互作用を実証し、トリテルペンのワンポット合成も行った。試験管内合成系によるコケジテルペン環化酵素遺伝子の迅速機能解析で成果を挙げた。メタノール資化性酵母による複数の植物ホルモン生合成P450の機能解析に成功した。イネのジテルペン系ファイトアレキシン生合成に関与する環化酵素6種を全て特定した。イネの4番染色体にモミラクトン生合成遺伝子クラスターが存在していることを発見した。また、2番染色体にファイトカサン生合成遺伝子クラスターが存在する可能性を示した。フシコクシン生産菌から、新たなジテルペン環化酵素遺伝子(PaDC3)を取得し、融合タンパク質としてその機能解析を行った結果、新奇四環性ジテルペン炭化水素が生成した。フシコクシンのアグリコン部および糖鎖部を化学修飾し、急性骨髄性白血病系培養細胞に対して、コチレニンに匹敵する分化誘導活性を有する誘導体を得た。フォマクチンおよび抗ガン剤タキソール炭素骨格生合成上の共通不安定中間体を合成し、その挙動を観察した。低温ではフォマクチン型、室温ではタキソール型生成物に変換された。エミンドールとパキシリンの生合成中間体インドールジテルペンの重水素標識体を合成し生産菌へ取込ませた。生成物の構造解析から共通の生合成中間体であることを証明した。結核菌Rv3377c遺伝子は病原性と関連があることが最近明らかにされた。このクローニングと機能解析の結果、ハリマジエン骨格を構築するジテルペン環化酵素であることを実証した。テトラテルベン化合物(C40)であるKS505a産生放線菌から、オクタプレニル2リン酸(C40)生合成遺伝子を取得し周辺領域を解析した結果、推定KS505a生合成遺伝子群を見出した。Phaeosphaeria sp. L487株とGibberel lafujikuroi由来GA 20-酸化酵素遺伝子をPichia pastorisに組み込み,活性を調べたところ、生細胞で弱い活性を確認できた。イネフィトアレキシン(モミラクトン、オリザレキシンA-F)の生合成に関与するA型環化酵素2種の機能を決定した。イネの2番、4番染色体に、ジテルベン型フィトアレキシン生合成に関与するP450酵素遺伝子がジテルベン環化酵素遺伝子とともにクラスターを形成して存在している可能性を示した。イネのOsKS5、OsKS6の機能解析に成功し、ゲノムデータベースに存在する環化酵素遺伝子の機能解析は完了した。イネフィトアレキシン生合成環化酵素OsDTC1に関し、複数の基質を用いた際の生成物の作り分けや速度論的解析により本酵素の特異な性質を明らかにした。

イネの4番染色体において、イネの主要フィトアレキシンであるモミラクトン類の生合成に関与するジテルペン環化酵素遺伝子に近接して存在する2種のP450酵素遺伝子と1種のデヒドロゲナーゼ遺伝子の機能解析を行い、それらがモミラクトン類の生合成に関与することを明らかにした。インドールジテルペン類の生合成中間体3-ゲラニルゲラニルインドールの酸化体(モノエポキシド及びジエポキシド)を化学合成し、環化反応の検討を可能にした。In vitro翻訳系を用いてPhCPSKSの試験管内タンパク質合成に成功し、酵素活性を示すことができた。P450酵素類については更に検討中である。Pichia酵母系で菌類ent-カウレン酸酸化酵素のin vivo機能解析ができた。ジテルペン配糖体・フシコクシンが抗癌活性を持つために必要な化学構造要素を特定し、実際に、細胞分化誘導活性を有する誘導体の創出に成功した。フシコクシン生産菌由来の環化酵素PaDC3:GGS-Cの産物であるphomopseneの構造を決定した。放線菌にpimara-9(11),15-dieneの生合成に関与する2つのジテルペン環化酵素を見出し解析した。またKS-505aの生合成に関与するテトラテルペン環化酵素の解析を行った。結核菌の新規ジテルペン合成酵素の機能を同定した。また、スクアレン環化酵素の基質認識機構解明のためスクアレンジオールの酵素産物を同定し、環化機構を考察した。【植物】Pichia酵母を用いて,植物ホルモン生合成に関与するCYP85A2,CYP88Aの機能同定に成功した.In vitro系ではP450の膜への移行を確認でき,コケの多機能型環化酵素遺伝子も迅速に解析できた.イネの2番染色体において、ジテルペン環化酵素遺伝子とエリシター応答性P450酵素遺伝子からなるファイトカサン生合成遺伝子クラスターが存在する可能性を示した。【細菌】スクアレン環化酵素の触媒機構cation/π相互作用の実証を行い、スクアレンジオールを基質としてエポキシダンマランの創製に成功した。インドールジテルペンの生合成中間体モデルであるエポキシファルネシル側鎖を有する化合物を合成し、トリテルペン環化酵素(SHC)と反応させた。R体から非環化生成物1種が構造決定され、S体からは複数の環化生成物と推定されるものが生成した。放線菌に見出した原核生物起源として初めての例となるent-コパリル2リン酸生合成酵素とピマラ9(11),15ジエン生合成酵素の酵素学的諸性質を組換え酵素を用いて明らかにした。【糸状菌】酵母低温発現系にてアフィディコリン生合成遺伝子のうち、鎖状前駆体合成酵素および環化酵素の各遺伝子の発現を検討したところ、高ヒスチジン添加培地による低温培養において好収量で環化生成物の生産が確認された。フシコクシンの生合成に関与する環化酵素遺伝子のcDNAクローニングに成功した。その環化酵素PaFSはGGDP合成酵素と一次構造及び機能が連結したキメラ酵素だった。PaFSによるGGDPからフシコッカン骨格への環化過程において、プロトンが近接二重結合を経て、遠隔二重結合に転移するという、他例のない機構が介在していることを明らかにした。
有限の合理性を前提とした会計情報開示に関する研究

会計情報利用者の情報処理能力に限界があるため,すなわち,合理性に限界があるため,一定量以上の情報が付加されても,その付加された情報は意思決定に有用なものにはならない。むしろ,人類が進化過程で身につけたヒューリスティックによる意思決定を喚起してしまい,意思決定にとって悪影響を及ぼすものになる。合理性に限界のある利用者を前提にした場合の会計情報の開示システムが必要である。平成16年度までの一連の研究によって,会計情報の量的拡大は必要である,しかしながら,過剰な情報は会計情報利用者の意思決定に悪影響を及ぼす可能性がある,したがって,情報の量的拡大が過剰情報に結びつかない手だてが必要であるということまでは明らかになっていた。そして,2つの会計情報開示システムを並行させることによって解決可能である可能性を示してきた。すなわち,1株当り利益のような「要約数値情報」と,「アクセス可能性」が確保されたデータベースという2つの会計情報開示システムの並行稼働である。本年度は,とくに会計上開示システムの「核」としての機能を担う1株当り利益に関して重点を置いて,有限合理性を前提とした会計情報開示の体系を考察した。この考察を通じて,以下の点が明らかになった。1.核の存在が会計情報開示システムを円滑化する。2.核は恣意的に選択されうる。しかし,いったん選択されると容易には変更できない。しかも,いったん核として選択された情報は,会計情報開示システム全体の意味内容に対する影響を強め,やがて会計情報開示システム全体の意味内容を支配する。3.1と2より,核の情報が社会的適合性を失っても,会計情報開示システム全体が防波堤となるため,核情報のみを単独で除去することは困難である。核情報の排除のためには,会計情報開示システム全体の交替という大きなコストを要する。本年度は,研究第一年目であったことから,以下の2つの作業を通じて,研究最終年度である平成17年度に行うと計画している研究のまとめの準備を整えた。(1)会計情報開示に関する内外の研究動向のサーベイ情報セットアプローチの台頭に顕著なように,今日の会計情報開示は理論的にも制度的にも重要な転換期にさしかかっている。このため,会計情報開示に関する歴史的展開を追うことによって,投資家に対する情報提供方法の考察に必要な知見を蒐集することが必要であると計画段階で考えられた。本年度においては,情報セットアプローチと考え方が対極に位置づけられる単一要約数値,とくに1株当り利益を中心にして,当初の計画通りに会計情報開示に関する歴史的展開に関する十分なサーベイが行えた。(2)有限の合理性を前提にした意思決定に関する最新動向をサーベイする。有限の合理性を前提にした意思決定に関しては,近年,長足の発展が見られる。本研究では有限の合理性を前提にした会計情報開示を考察の対象としているので,有限の合理性下の意思決定に関する学術的な動向を反映させること,とくに最新の動向を明らかにすることが必要であると計画段階において考えられた。本年度においては,有限合理性に関する動向をサーベイすると共に,伝統的な意味での知見についても検討することができた。以上の2つの準備を終えたことによって,本研究の目的である会計利益を十分に機能させることのできる会計情報開示システムの体系を構築することが計画通りに遂行できるものと考えている。
本態性高血圧小児における血小板Caポンプの病態生理学的意義とCa摂取との関連

27名の本態性高血圧あるいは正常血圧小児を対象に、血小板Caポンプ受容体数、尿中Ca排泄、血小板Ca濃度、血漿補正Ca濃度、赤血球膜Naポンプ受容体数を測定し、次の成績を得た。1)血小板Caポンプ受容体数が10fmol/mg protein以下の低値を示した小児が4名存在した。うち2名が高血圧、2名が正常血圧であった。2)4名中3名が強い高血圧家族歴を持ち、遺伝素因との関連が示唆された。3)血漿補正Ca濃度は高血圧群が低値を示したが、有意差はなかった。4)血小板Ca濃度は血小板Caポンプ受容体数と有意の負の相関を示した。5)Caポンプ受容体数は高血圧群で低値であったが、有意差はなかった。さらに、上述の血小板Caポンプ受容体数が低値を示した小児、及び希望者の計6名に対して市販経口Ca剤(ワダカルシウム)をCaとして1日600mgを13カ月間投与し、投与前後で各因子の変動を検討した結果、次の成績を得た。1)(統計学的な有意差はなかったが)補正血漿Ca濃度、尿中Ca排泄量及び赤血球膜Naポンプ数が増加した。2)血小板Ca濃度、血小板Caポンプ受容体数及び血圧はほとんど変化しなかった。以上より、小児において6細胞内外のCa代謝が血圧調節に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。また、Ca経口補充により血小板Ca受容体数や赤血球膜Naポンプ受容体数が増加したことから、十分なCa摂取によりCaポンプ異常や膜Na輸送異常を改善できる可能性も示唆され、今後、成人本態性高血圧症を小児期から予防するための方策を立てる上で、大きな成果と考えられる。27名の高血圧あるいは正常血圧小児を対象に、血小板Caポンプ受容体数、尿中Ca濃度、血漿補正Ca濃度、赤血球膜Naポンプ受容体数を測定した。成績は平均値と標準偏差で示し、t検定で二群間の成績を比較した。また、各因子間の関連は単相関係数を算出し、統計学的に検討した。その結果、次の知見が得られた。1.血小板Caポンプ受容体数が10 fmol/mg protein以下の低値を示す小児が3名存在した。ただし、うち1名は本態性高血圧であったが、2名は正常血圧であった。2.3名中2名が強い本態性高血圧症家族歴を持っており、遺伝素因との関連が示唆された。3.アルブミン補正法により算出した血漿イオン化Ca濃度は、高血圧群が正常血圧群より低値を示したが、統計学的な有意差はなかった(3.98±0.34 vs 4.11±0.29)。しかし、補正血漿Ca濃度及び尿中Ca濃度は、血小板Caポンプ受容体数と相関しなかった。補正血漿Ca濃度vs血小板Caポンプ受容体数r=0.0172,P>0.05尿中Ca濃度vs血小板Caポンプ受容体数r=0.0769,P>0.054.血小板Ca濃度も補正血漿Ca濃度及び尿中Ca濃度と相関しなかった。しかし,血小板Caポンプ受容体数とは有意の負の相関が認められた。血小板Ca濃度

vs血小板Caポンプ受容体数r=0.4388,P<0.05反省点として、血漿イオン化Ca濃度及びPTHが測定できた一部の症例の成績では、血小板Caポンプ受容体数、血漿補正Ca濃度、尿中Ca濃度等と全く相関せず、測定からはずしても本研究の目的達成には殆ど影響しないと判断される。平成6年度のまとめ血小板Caポンプ受容体数が、私どもの経験値より-2.0SD以下(10 fmol/mg protein以下)を示した小児、及び希望者の計6名に対して、市販経口Ca剤(ワダカルシウム)をCaとして1日600mgを13カ月間投与し、投与前後で補正血漿Ca濃度、血小板Caポンプ受容体数及びCa濃度、赤血球膜Naポンプ受容体数、12時間尿中Ca排泄量、及び血圧を測定した。成績は平均値と標準偏差で示し、対応のあるt検定で比較した。その結果、次の知見が得られた。1.補正血漿Ca濃度、尿中Ca排泄量及び赤血球膜Naポンプ受容体数は増加したが、統計学的な有意差はなかった。補正血漿Ca濃度(mg/dl)前9.4±0.2後9.8±0.32.血小板Ca濃度、血小板Caポンプ受容体数及び血圧はほとんど変化しなかった。血小板Ca濃度(mg/dl)前0.324±0.065後0.321±0.057収縮期血圧(mmHg)前131±8後129±8Ca経口補充により血小板Ca受容体数や赤血球膜Naポンプ受容体数が増加したことから、十分なCa摂取によりCaポンプ異常や膜Na輸送異常を改善できる可能性が示唆され、今後、成人本態性高血圧症を小児期から予防するための方策を立てる上で、大きな成果と考えられる。
基礎理論と実験をソフトウェアによって繋ぐ化学教育プログラムの開発

物理学の基礎的な理論・概念に基づいて化学現象を理解する力を育成するための化学教育プログラムの開発を目的として本研究を行った。作成された試作版の化学教育プログラムは、化学反応速度と化学平衡に関する実験教材と学習ソフトウェアからなる。学習ソフトウェアは学習者がいくつかの理論的概念を学ぶのを補助するとともに、基本的な物理学の概念と化学現象の関係の概要を学習者に俯瞰させられるものである。簡単な分子構造表示ソフトウェアの作成も行い、将来的に学習ソフトウェアに三次元モデルを取り入れる際に有用な知見を得ることができた。本研究の目的は、化学反応速度や化学平衡に関する実験教材とインタラクティブなソフトウェア群からなる化学教育プログラムを開発することである。平成28年度には、ソフトウェアの基本部分の開発と、実験教材の題材とする反応についての基礎データの質向上に必要な実験・解析方法の改善を行った。前者については、分子モデル(分子を構成する原子の座標は量子化学計算ソフトウェアGaussian09Wによる計算結果出力ファイルから直接読み込む)を三次元的に表示するソフトウェアと、分光器によって測定中の可視スペクトル(縦軸は強度、あるいは透過率)を一般の中高校生にも解りやすいように波長領域ごとに色付けして表示するソフトウェアを開発した。これらは、現段階においても大学の授業等で活用できるものであるが、本研究で今後開発するソフトウェア教材、及び、実験教材における測定ソフトウェアのベースにもなると考えている。一方、実験教材の題材とする反応についての基礎データをより正確に得るために、試料の調整方法や紫外可視分光光度計内の試料保持方法等の改善とデータ解析方法の再検討を行った。この部分については、当初の想定以上に時間を要してしまったが、実験教材の開発を行う上で避けて通れない部分であった。これによって、現時点で認識している問題点をクリアした実験方法を確立できた。次年度早々に測定実験を行い、それによって求まる反応速度定数、活性化エネルギー、平衡定数等のデータに基づいて、実験教材を開発していく予定である。本研究でソフトウェア教材開発を推進する上で必要と判断したため、平成28年度は三次元的な画像の表示を含むソフトウェアの開発に重点を置いて研究を行った。このため、当初予定していた反応速度・化学平衡等に関するソフトウェアの開発は達成できなかった。しかし、完成した三次元的画像表示部分は、今後のソフトウェア教材の質・教育効果を向上させる上で有用なものであると考えている。一方で、実験教材の部分については、基礎データの信頼性を向上させるための実験方法の確立に想定以上の時間を要した。結果的には本研究開始時点に認識していた問題点だけでなく、その後に気づいた課題も解決できたものの、平成28年度後半に進める予定であった実験教材の開発は平成29年度にずれ込んでしまった。以上を総合して、現在までの達成度を「やや遅れている」と自己評価した。本研究初年度(平成28年度)に改善した実験方法とデータ解析方法を用いて、最終年度(平成29年度)には、化学反応速度に関する実験教材の題材とする反応についての基礎データを得た。その後、コバルト錯体溶液の化学平衡の温度依存性を題材とする実験教材用の装置・ソフトウェアを開発した。実験装置はクライオスタットと小型分光器からなる。測定・解析ソフトウェアは本研究初年度に開発した小型分光器用ソフトウェアをベースにしており、透過・吸収スペクトルの表示機能と簡易的な解析機能(測定したスペクトルを2成分に分解して表示する機能)をもつ。クライオスタットのコントローラーとの通信によって、試料温度の設定や温度データの保存が行えるソフトウェアも作成した。一方、教材の学習者の理解を深化させるためのソフトウェアも開発した。これらのソフトウェアは、電磁波の波長・振動数と光子のエネルギーの関係や化学平衡の温度依存性等に関するものであり、学習者がソフトウェア上で条件を変更することで表示されている数値・グラフ・モデルに変化がみられるインタラクティブなものである。これらの実験教材・ソフトウェア群を用いることで、実験に不慣れな大学生や高校生であっても測定・解析を遂行でき、内容の本質をより深く理解させることができると考えている。本研究の期間内に、当初計画に含んでいた授業・講座の試行実施と学習効果の検証等を行うことは出来なかった。平成30年度中に本研究の成果を活用した授業等が実施できるように継続して取り組み、実施によって得られる知見を次期の研究に繋げたい。平成29年度には、まず、改善した実験方法によって測定実験を行い、教材で題材とする反応についての基礎データを得る。その後、温度制御用のクライオスタット内の試料の色や透過光の観測方法を学習者が視認出来るような実験装置の開発を進める。ソフトウェア開発については、平成28年度までに蓄積したノウハウを活用して、反応速度・化学平衡に関するソフトウェアを完成させることに注力する。当初計画した種々のソフトウェアの開発を並行して行うより、実験教材の理論的な背景を学習させるために重要性の高いソフトウェアの作成を優先する予定である。これらの教材ソフトウェア開発の進展次第では、当初計画にはなかった量子化学計算を教材に取り入れることも検討したい。

これについては、平成28年度に開発した分子モデルの三次元表示ソフトウェア(量子化学計算ソフトウェアGaussian09Wの計算結果出力ファイルの読み込みが行える)を発展させることを考えている。平成29年度後半には大学生を対象とした試行を実施して、受講生の意見を教材・教育プログラムの改善に活かしたい。物理化学当初の計画に沿って物品の購入と学会発表を行ったが、物品費と旅費は計画よりやや少額になったため。次年度使用額は、実験教材・ソフトウェア教材の開発に必要な物品の購入に充当する。
ナノエアロゾル粒子個人ばく露評価用サンプラの開発とナノ粒子ばく露の実態調査

繊維径,ノズル寸法,ろ過速度が異なる慣性フィルタの設計・試作・評価を繰り返し,粉じん負荷にも対応可能な分離径130nmの慣性フィルタを実現した。これを組み込んだパーソナル・ナノサンプラを使用して,(1)JR特急喫煙車両内,(2)道路トンネル内側歩道,(3)バス停,(4)天然ゴムスモークシート製造工場で曝露ナノ粒子を捕集し,粒子中の多環芳香族炭化水素(PAHs)を分析した。また,作業環境では作業者尿中のPAHs代謝物濃度を測定した。これらの検討の結果,発ガン性の指標となるベンゾ-a-ピレンの毒性等価濃度と粒子中比率が,130nm以下のナノ粒子中で最大となること,代謝物濃度と曝露ナノ粒子中のPAHs濃度との間の高い相関性など,健康影響を議論する上での曝露ナノ粒子の特性評価の重要性を明らかにした。慣性フィルタ性能の改良策として,TEMグリッドを積層化したろ材,およびこれとSUS繊維層を組み合わせたと複層構造に検討を加えた。適切な枚数とグリッド間隙を設定したTEMグリッド積層体とSUS繊維層の組み合わせで,同一圧損・捕集流量条件で,最小分離径約110nmを実現するとともに,複合構造とすることで,グリッド単体構造よりも再飛散・粉塵負荷の影響も低減できることを示すなど,今後のフィルタ構造最適化の方向性を明らかにした。また,ナノ粒子分級を高性能化する繊維形態,ナノ粒子成分のリアルタイム測定に関する予備的検討も実施した。これらの成果を,国内外の学会と論文で公表したところ,世界初のナノ粒子個人曝露評価装置およびそれによる評価データとして反響を呼び,共同研究,商品化へのオファーがあるなど,ナノ粒子の生体影響評価用として本装置への関心が高まっている。学会等での議論の機会を通じて粒子モニタリングシステムを手がけるニッタ(株)と協力関係を結び,共同で特許を出願した。今後は本装置のさらなる改良と商品化,本装置の技術をベースにした種々のモニタリング装置への展開を予定している。ナノ粒子個人ばく露評価用サンプラの開発に当たり,携帯が容易な重量・寸法,1日の作業時間内(8時間前後)に既存分析手法による化学成分分析に必要な粒子量を確保できるサンプリング流量,空気力学径で100nm前後の分級径とシャープな分離特性,携帯型小型ポンプの使用に耐える低圧損(<56kPa)といった要求事項を同時に達成できる設計条件を念頭に置き,1)単一繊維への粒子捕集効率推定式とろ過理論に基づく繊維層捕集効率および圧力損失の理論的予測,2)予測値に基づく低圧損でナノ粒子分級が可能な「慣性フィルタ」の設計,3)装置試作・評価と,繊維径・繊維充填量などの影響項目の系統的検討,4)分離特性の系統的検討に基づくフィードバックと設計修正,5)試作装置によるフィールド調査と使用結果に基づく操作性を含む改良を一連の検討プロセスとして実施した。開発方針に従って装置改良を繰り返しながら,1)粗粒子分級用(>500nm)と微粒子分級用(<100nm)の2段直列構造をもつ「極低圧損型多段慣性フィルタ」のアイデアの検証と2)多段構造による微粒子分級用慣性フィルタの粉じん負荷の低減効果の検証を行い,3)総圧損約5kPa以下の条件での100nm前後の分級径の達成を試みた。一連の検討の結果,サンプリング流量6L/min,最小分離径約110nm,総圧損約5kPaの条件を達成した。さらに,試作装置を用いて道路トンネル,喫煙所,バス車内,電車喫煙車両内,天然ゴムシート製造工場でフィールド試験を実施し,一般的な作業環境濃度を対象とすればPAHs等の化学成分の分析必要量を十分確保可能なこと,100200nm以下のナノ粒子を含む超微粒子中のBaP毒性等価濃度が卓越していることなど,この粒子径範囲のばく露に着目することの重要性を明らかにした。また,さらなる装置の小型・軽量化,繊維径や充填構造の工夫による分離特性の改善と低圧損化,肺胞沈着粒子の選択的捕集の可能性の検討等の課題を明らかにした。

また,ナノ粒子分級を高性能化する繊維形態,ナノ粒子成分のリアルタイム測定に関する予備的検討も実施した。これらの成果を,国内外の学会と論文で公表したところ,世界初のナノ粒子個人曝露評価装置およびそれによる評価データとして反響を呼び,共同研究,商品化へのオファーがあるなど,ナノ粒子の生体影響評価用として本装置への関心が高まっている。学会等での議論の機会を通じて粒子モニタリングシステムを手がけるニッタ(株)と協力関係を結び,共同で特許を出願した。今後は本装置のさらなる改良と商品化,本装置の技術をベースにした種々のモニタリング装置への展開を予定している。