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冬季北部九州玄界灘を対象にした，非降水雲に対する人工降雨の基礎的技術の開発

頻繁に干ばつ(渇水)が発生する北部九州に位置する九州大学では,1947年からドライアイスやヨウ化銀を用いた人工降雨実験を行っているが,これらの方法は効率が悪いことが知られている.そこで,1999年2月に新しい液体炭酸人工降雨法の実験が,福田矩彦ユタ大学名誉教授との共同で,北部九州玄界灘の冬季積雲に実施され,世界で初めて成功した.今回,数回の実験から,冬季積雲への液体炭酸撒布による地上への降水効果はかなり鮮明になった.そのうえ,冬季層雲への実験による地上への降水効果も鮮明になった(2013年12月26日).これらのことから,今後の液体炭酸人工降雨法の実用化の可能性がかなり高まったと考えられる.人工降雨に伴う増雨効果を的確に評価するためには,「雲の特性」および,「発生しやすい気象条件」を十分に把握しておくことが必要である.そこで,今までに人工降雨実験を実施してきた九州北部地方を対象として,昨年度よりデータ数を増やし,雲厚,輝度温度およびレーダーエコー等を用い,冬季の雲の特性および気象条件について解析した.その結果,1雲厚が8001600m,2輝度温度が-6-14°C,3大陸からの寒気が,並み以下の強さで北,北西,西の風が卓越する時と判明した.さらに,人工降雨実験で得られた結果に対する評価手法として,一つの氷晶の成長及び軌跡を推定する簡単な「雲物理モデル」の適用を試みた.評価対象として,2008年1月17日の人工降雨実験を選んだ.その実験では,長崎県松浦市の北30kmの玄界灘上空に存在する,雲底600m,雲頂推定2000mの層積雲に対し,航空機から液体炭酸を撒布した.その結果,撒布後53分(12時33分)から80分(13時00分)までの間,松浦市から佐世保市北部にかけて,レーダーエコー(防衛省長浦レーダー)が単独した形で出現した.その人工降雨結果を簡単な「雲物理モデル」を用い評価した結果,氷晶は,積雲の雲頂2020mに達し,雲内上昇流の影響で暫く落下が妨げられ,上空の西風成分の影響を受け,東南東へ移動,その後,北東風が卓越する高度まで落下し,南西方向に向きを変え,長浦レーダーのビームの中心高度まで落下した.水平方向で見ると,競争成長が強いほど,滞空時間が長くなり,落下地点が自由成長の場合に比べ,南南西側に移動した.上昇流の減衰が早いケースは滞空時間が短く,落下位置は西側にずれた.以上のように,この簡単な「雲物理モデル」は,雲に関する多くの仮定を含む欠点を持つが,それを不確定要素として扱えば,軌跡に対する依存性を明瞭に把握することが可能になることが判明した.1.はじめに科学的な人工降雨実験が開始されて半世紀以上経過した現在,まだ,満足する結果が得られていない.そこで,著者らは,効率の良い「液体炭酸人工降雨法」をユタ大学と共同で開発し,1999年2月2日に世界で初めて実験に成功した.本稿では,新たに得られた実験結果を報告する.2.代表実験例(2013年12月26日)気象条件は,気圧の谷の影響下にあり,雲は2層で,1層目の雲は,雲厚1500m(雲底1500m,雲頂3000m)で,2層目の雲は5500m以上の高度に存在していた.この実験領域は,佐賀県呼子の東側(糸島半島の南西側)で,13時35分から45分の10分間,高度約2600m(-4°C)に対し,液体炭酸を3度撒布(6分間)した.撒布量は計約4kg,撒布率は約11g/sであった.その結果,撒布した雲は,13時50分には雲頂が盛り上がり,34003500m程度まで発達し,その後,発達しながら東北東の方向に進行し,レーダー観測の結果,糸島半島を通過後,撒布約1時間後の14時40分には宗像市付近を通過した.宗像市付近の地上で人工効果と考えられる降水が確認された.その後も,降水域を拡げながら撒布後1時間30分の15時10分まで確認された.以上の結果から1)撒布から長時間にわたり,雲内部で人工氷晶が成長できる環境が維持された.過去実施した対流雲(積雲)での実験と同様な結果が得られた.2)今まで,実験対象は対流雲だけと考えてきたが,層状雲にも適用できることが判明した.これらの結果は,アメリカ気象学会,アメリカ地球物理学会,日本気象学会や水文水資源学会等で発表している.その上,「液体炭酸人工降雨法」に関しては,NHKTVの「ニュース9(2014年1月17日放映)」「NEWS WEB(2013年8月21日放映)」,「ためしてがってん(2013年7月14日放映)」等にも紹介されている.頻繁に干ばつ(渇水)が発生する北部九州に位置する九州大学では,1947年からドライアイスやヨウ化銀を用いた人工降雨実験を行っているが,これらの方法は効率が悪いことが知られている.そこで,1999年2月に新しい液体炭酸人工降雨法の実験が,福田矩彦ユタ大学名誉教授との共同で,北部九州玄界灘の冬季積雲に実施され,世界で初めて成功した.今回,数回の実験から,冬季積雲への液体炭酸撒布による地上への降水効果はかなり鮮明になった.

そのうえ,冬季層雲への実験による地上への降水効果も鮮明になった(2013年12月26日).これらのことから,今後の液体炭酸人工降雨法の実用化の可能性がかなり高まったと考えられる.人工降雨に伴う増雨効果を的確に評価するためには,自然の降雨の影響がなるべく小さい気象状況を選び,実験を実施していくことが重要である.このためにも,人工効果のシグナルを最大限に検知できる雲の特性および,発生しやすい気象条件を十分に検討しておく必要がある.そこで本研究では,これまで人工降雨実験を実施してきた九州北部地方と山陰地方を対象として,雲厚,輝度温度およびレーダーエコーを用い,人工降雨の効果を判定しやすい冬季の雲特性について調査した.次に,人工の効果を判定されやすい雲が発現しやすい気象条件について,自己組織化マップ(SOM)により分類された冬季高層気象パターンの中から抽出した.その結果,当該地域において人工降雨を実施しやすい雲の条件は,(1)雲厚が800mから1600m,(2)輝度温度が-6°Cから-14°Cと判明した.一方,実験に適した気象条件として,(1)寒気が弱い北または西風卓越時,(2)寒気が並の強さで北西風卓越時と判明した.以上の解析結果を基に,北部九州で人工降雨実験を2012年2月9,19,27日と3回実施した.いずれも,冬型が緩み,レーダーエコー数が少ない状況であった.実験は,レーダーに表示されない(厚さ8001000m)層積雲系を対象に,液体炭酸を雲の底部付近に撒布した.その結果,(1)液体雲水からなる雲の形態(雲と周辺との境界が明瞭)から氷晶を含む雲の形態(雲と周辺との境界が不明瞭であるが表面が滑らかな形態)へ変化したこと,即ち,液体炭酸の撒布による人工氷晶の生成を確認した.(2)撒布した積雲が発達し,雲頂付近がもりあがる現象も確認できた.しかし,降水の証拠となるレーダーエコーのシグナルを得ることができなかった.この理由として,観測上,氷晶が地面付近の低い高度で降雪粒子となり,レーダーに捉えられていなかったことが考えられる.人工降雨に伴う増雨効果を的確に評価するために必要な「雲の特性」および,「発生しやすい気象条件」が,今までに人工降雨実験を実施してきた九州北部地方を対象とした解析により,次のように判明した.雲の特性は,1雲厚が8001600m,2雲の輝度温度が-6-14°Cのとき.発生しやすい気象条件は,1大陸からの寒気が,並み以下の強さで北,北西,西の風が卓越する時.これらの結果から人工降雨実験後の増雨効果を今までよりさらに的確に評価できることとなった.さらに,人工降雨実験で得られた結果に対する評価手法として,一つの氷晶の成長及び軌跡を推定する簡単な「雲物理モデル」の開発を試みた.この簡単な「雲物理モデル」は,雲に関する多くの仮定を含む欠点を持つが,それを不確定要素として扱えば,軌跡に対する依存性を明瞭に把握することが可能であることも判明した.北部九州で2012年2月9,19,27日の3回人工降雨実験を実施した.いずれも冬型の気圧配置であったが,冬型が緩みかけた,レーダーエコーが少ない状況であった.この実験では,レーダーエコーに表示されない,厚さ8001000mの層積雲系を対象にして,液体炭酸を雲の底部付近に撒布した.その結果,(1)液体雲水からなる雲の形態(雲と周辺との境界が明瞭)から氷晶を含む雲の形態(雲と周辺との境界が不明瞭であるが表面が滑らかな形態)へ変化したこと,即ち,液体炭酸の撒布による人工氷晶の生成を確認した.(2)撒布した積雲が発達し,雲頂付近がもりあがる現象も確認できた.しかし,降水の証拠となるレーダーエコーのシグナルを得ることができなかった.この理由として,観測上,氷晶が地面付近の低い高度で降雪粒子となり,レーダーに捉えられていなかったことが考えられる.研究成果の一部は,学会(CIGR国際学会,雨水資源化システム学会,農業気象学会等)で発表済みである.1非降水
高血糖と糸球体高血圧により惹起されるメサンギウム細胞異常の分子機構

糖尿病状態において、メサンギウム細胞は、高血糖すなわち高濃度のブドウ糖に曝される(糖負荷)のみならず、糸球体高血圧に起因する圧負荷にも曝されていると考えられる。圧負荷は、メサンギウム細胞を周期的に伸展させ、細胞内に種々の異常を惹起し得ると推定される。従って、糖尿病におけるメサンギウム細胞異常を考える際、糖負荷のみならず圧負荷の影響を同時に解明することが極めて重要であると考えられる。そこで本研究では、糖負荷と圧負荷により惹起されるメサンギウム細胞異常の分子機構を解明することを目的とした。メサンギウム細胞に圧負荷(周期的伸展刺激)を加えることにより、protein tyrosine kinase(PTK)依存性にextracellular signal-regulated kinase(ERK)が活性化され、このERK活性化がTGF-βおよびfibronectin(FN)の発現増加を来していることを明らかにした。糖負荷はprotein kinase C(PKC)依存性にERKを活性化することを既に報告しており、圧負荷と糖負荷はERK活性化の機構が異なると考えられた。その結果、ERK活性化、FN産生増加に関して糖負荷と圧負荷が相加的に作用していること、すなわち両負荷が同時に加わった場合にERK活性化、FN産生増加が最大になることを明らかにした。さらに、圧負荷によるメサンギウム細胞機能異常の是正方法に関し検討を加えた。その結果、細胞内cGMPあるいはcAMPを増加させる物質(薬剤)が周期的伸展刺激によるERK活性化、AP-1のDNA結合能亢進を抑制し、FN産生増加を阻止し得ることを明らかにした。以上の成績より、糖尿病性腎症の特徴であるメサンギウム細胞における細胞外基質蛋白産生増加にはERK活性化が重要であり、糖負荷と圧負荷の両者が異なる機構でERKを活性化していることが明らかになった。さらに、細胞内cGMPあるいはcAMPを増加させる物質(薬剤)が、圧負荷に起因するメサンギウム細胞機能異常を是正し得る可能性が示唆された。従って、糖尿病におけるメサンギウム細胞異常を考える際、糖負荷のみならず圧負荷の影響を解明することが極めて重要であると考えられる。本研究は、メサンギウム細胞に対し糖負荷および圧負荷(周期的伸展刺激)を加え、これらによって生ずるメサンギウム細胞異常を分子レベルで解析することにより、糖尿病性腎症の成因の一端を明確にすることを目的として開始した。平成10年度は主に圧負荷によるメサンギウム細胞異常とその分子機構を、伸展培養器(Flexer Cell)を用いて検討した。その結果以下の点が明らかとなった。1.周期的伸展刺激により、TGF-βおよびfibronectinのmRNA発現が増加し、fibronectinの蛋白産生量も増加した。2.細胞内情報伝達系の解析では、ERKおよびJNKが周期的伸展刺激により時間・伸展強度依存性に活性化された。特にこのERK活性化はprotein tyrosine kinase(PTK)依存性であった。3.周期的伸展刺激により転写因子AP-1のDNA結合能が亢進したが、この亢進はERKを抑制するMEK阻害剤で阻止された。

4.周期的伸展刺激により増加するTGF-βおよびfibronectinの発現もMEK阻害剤にて阻止された。以上の成績より、圧負荷により惹起されるメサンギウム細胞異常にはRTK依存性のERK活性化が関与していることが明らかとなった。今後、糖負荷との相互作用に関しその詳細を検討する予定である。糖尿病状態において、メサンギウム細胞は、高血糖すなわち高濃度のブドウ糖に曝される(糖負荷)のみならず、糸球体高血圧に起因する圧負荷にも曝されていると考えられる。圧負荷は、メサンギウム細胞を周期的に伸展させ、細胞内に種々の異常を惹起し得ると推定される。従って、糖尿病におけるメサンギウム細胞異常を考える際、糖負荷のみならず圧負荷の影響を同時に解明することが極めて重要であると考えられる。昨年度の研究で、メサンギウム細胞に圧負荷(周期的伸展刺激)を加えることにより、protein tyrosine kinase(PTK)依存性にextracellular signal-regulated kinase(ERK)が活性化され、このERK活性化がTGF-βおよびfibronectinの発現増加を来していることを明らかにした。本年度は、糖負荷と圧負荷の相互作用に関し検討を加える目的で、高糖濃度条件下で培養したメサンギウム細胞に周期的伸展刺激を加えた。その結果、以下の点が明らかとなった。1.ERKは糖負荷と圧負荷の両者で活性化され、両者のERK活性化作用は相加的であった。2.糖負荷によるERK活性化はprotein kinase C(PKC)依存性であり、糖負荷下に圧負荷を加えた細胞でのERK活性化はPKC阻害薬で部分的に抑制された。3.fibronectin産生も糖負荷と圧負荷の両者で増加し、高糖濃度条件下に圧負荷を加えた細胞で最大であった。以上の成績より、糖尿病状態の糸球体では、糖負荷と圧負荷が異なった機構で相加的に作用し、最終的に細胞外基質産生を増加させていると考えられた。今後、これら相互作用の分子機構をさらに検討すると共に、この相互作用に対する対策に関しても検討を加える予定である。昨年度までの研究で、メサンギウム細胞に圧負荷(周期的伸展刺激)を加えることにより、protein tyrosine kinase(PTK)依存性にextracellular signal-regulated kinase(ERK)が活性化され、このERK活性化がTGF-βおよびfibronectin(FN)の発現増加を来していること、およびERK活性化、FN産生増加に関して糖負荷と圧負荷が相加的に作用していることが明らかとなった。本年度は、圧負荷によるメサンギウム細胞機能異常の是正方法に関し、検討を加えた。特に、細胞内cGMPあるいはcAMPを増加させる物質(薬剤)に注目した。
英彦山修験道石造美術における廃仏毀釈の影響-豪潮律師作宝篋印塔を中心に

本年度はまず、明治期に燈籠として改刻された英彦山修験道遺物の豪潮作宝篋印塔(1817年)の調査結果を分析した。この改刻では、「種子」と「蓮華」の表象が積極的に否定されている。豪潮が制作した他の宝篋印塔と比較し、請花に8つの如意宝珠があることを新たに見出した。次に火袋改変の宗教的根拠を明らかにした。英彦山修験者は、この塔を単なる燈籠ではなく「五大思想を暗示させる仏教遺物」とするための造形的工夫を施したと推測した。英彦山山伏は、「仏教の教義そのもの」ではなく、「仏教の権威や価値を荘厳する表象」を中心に改刻したと考えられる。視認性の高い部分のみを改変していることは、急進派の神兵の暴挙への対抗策とみることもできる。当時の山伏たちが仏教・修験道不滅の祈りを宝篋印塔の造形に託していたことが明らかになった。さらに、英彦山宝篋印塔塔身の種子の配置について、英彦山における北岳への信仰と、南面北座説、移築をしていない大興善寺宝篋印塔の配置を根拠として推測した。次に、彦山三所権現御正体について、意匠の分析から廃仏毀釈の影響と各面の発見場所の違いについて考察を行った。その中で、光背や蓮華、神像が同面に造形された神仏混淆の表象が意図的に省かれたことを明らかにした。さらに、不動明王立像について、羂索を持つ手を前に突き出す造様から、滋賀県苗村神社との関連の可能性を示した。この像の光背と脚部の破損個所の分析から、廃仏毀釈時に光背(迦楼羅)の破壊が、その後の両足の損傷をまねいたと推測した。また英彦山修験道における、木への崇敬と植林文化について考察を深めた。英彦山修験道美術について、「宝篋印塔」のみならず、「三所権現御正体」「不動明王立像」(鎌倉期)等を実際の復原を通して調査分析を行なった。その結果を論文にまとめ、山岳修験道学会で発表し、学会誌に掲載されている。また復原物は英彦山神宮の御神体としてパブリックコレクションされている。現在、復原部分について、拡張現実(Augmented Reality、以下ARと略す)によって、改刻以前の状態を一般的に共有するためのシステム制作をすすめている。最後に英彦山修験者が関わったとされる鹿児島県の「清水磨崖仏」の近隣にある「竜ヶ城磨崖一千梵字仏蹟(鹿児島県姶良市)」について調査を行なった。ドローンによる撮影等によって宗教遺物とそれを体験するための環境との関連を分析中である。宝篋印塔の復原部分について、ARによって復原する可能性を探る。改刻以前の状態を、携帯端末等で閲覧できるなど、研究成果を共有する方法を試み、人々の文化財への興味関心を高めたい。また、「清水磨崖仏」「竜ヶ城磨崖一千梵字仏蹟)」など、九州一円の修験道美術と環境の関連について調査分析を続ける。廃仏毀釈の影響を受けた英彦山修験道美術の「宝篋印塔(1817年)」「彦山権現御正体(鎌倉期)」「不動明王立像(推定鎌倉期)」の調査分析を行った。英彦山にある豪潮律師が制作した高さ約8.2mの「宝篋印塔」について3Dデータ化し、造形的な分析を行った。また、豪潮が制作した他地域の宝篋印塔(本河内、禅林寺、清水寺、春徳寺、観音寺、最教寺、長寿寺)を実測し形状比較を行った。結果、英彦山の宝篋印塔のみ彫刻による改変が複数加えられていることがわかった。1、塔身月輪の種子4面を空洞化し火袋に改造。2、塔身下の請花座の突起部分を切削。3、複弁反花座に亀甲紋を彫刻。4、塔身地輪の正面にある宝筐院大梵字を削り「献灯」の文字を陽刻している。最も重要な部分である仏舎利が納められた「伏鉢」には改変がみられなかった。これらの点から改変は宝篋印塔建立の趣旨よりも、仏教を想像させる「蓮華」と「梵字(種子)」に関する意匠を排除する意向が強かったことがわかった。なお九輪の上から3、4番目の間が詰まっているが、破損による補修と考えられる。今後、計測データを鑑みて3D出力ではなく、レーザー加工機で分割して出力し、改変以前の宝篋印塔の復原を行う。次に国指定文化財「彦山三所権現御正体」について3Dデータによる分析、彫刻および3D出力とレーザー加工機出力、真土鋳造を組み合わせ復原し、廃仏毀釈の影響と3面の発見場所の違いについて考察を行った。その結果、「神像の火炎光背」「神像内の蓮華」「千手観音と伊邪那美命の表象の融合」等、神仏習合の表象が意図的に省かれたことを明らかにした。最後に、「不動明王立像」について、3Dデータによる破損個所の分析と彫刻および切削加工機を用いて復原を行った。その中で、廃仏毀釈時に光背の破壊がその後の両足の損傷をまねいたという可能性を示した。

初年度に熊本地震が起こったため、熊本県にある豪潮の宝篋印塔調査(西巌伝寺等)が困難となった。熊本県宇土市にある長寿寺の宝篋印塔は地震により倒壊していた(3Dデータを活用し復原する本研究方法は、自然災害によって破損した文化財復に応用できるのではないかという考えをもつに至った)。このような経緯から熊本関係の調査は次年度に見送り、英彦山関係の修験道美術の調査分析に内容を切り替えた。宝篋印塔復原に関しては、熊本県にある宝篋印塔を調査した後に行う予定である。「彦山三所権現御正体」と「不動明王像」の復原に関して、前者は国指定文化財であったことから非接触型の3Dスキャナを使用したことが功を奏した。伝統的な彫刻技術や真土鋳造技術と、デジタル技術を組み合わせて分析と復原を行ったことが、本研究の新規性といえる。2016年11月に英彦山では明治の廃仏毀釈以来途絶えていた神仏習合の「護摩焚き」が復活し、本研究で復元された造形美術品が展示された。また翌2月に英彦山は神仏習合の国指定史跡に登録されたことも重なり、本研究は研究としてだけでなく、地域社会の矜持や伝統文化への興味関心を高めることに貢献したと考えられる。本年度は豪潮作の複数の宝篋印塔を調査実測し、その復原を通して、廃仏毀釈および修験道禁止令によって英彦山宝篋印塔における改変された意匠と、その表象の分析を行った。明治期に燈籠として塔身、基壇、反花を改刻された豪潮作の宝篋印塔を取り上げた。。豪潮が制作した他の宝篋印塔と比較し、請花に8つの如意宝珠があることを新たに見出した。次に火袋改変の宗教的根拠を明らかにした。英彦山の塔身は、金剛界五仏種子を削り、火袋として「四角、円、三角、半月」を造形している。実際の方位として、円形(日光)は東方、半月形(月光)は西方に位置しており、燈籠の体を成している。しかし背面に三角形を配している燈籠は稀である。英彦山修験者は、この塔を単なる燈籠ではなく「五大思想を暗示させる仏教遺物」とするための造形的工夫を施したと推測される。五大として、正面から左回りに地(四角)、水(円)、火(三角)、風(半月)、空(団:中心の宝珠)と配置し、この塔が仏教に帰依すること示す表現を、造形の中に巧みに取り入れていた。さらに英彦山山伏の特別な意図が反映されている点は、「猶是塔堅固不滅、一切如來神力」等の経文要約部分を残したことである。つまり英彦山山伏は、「仏教の教義そのもの」ではなく、「仏教の権威や価値を荘厳する表象」を中心に改刻したと考えられる。当時の山伏たちが仏教・修験道不滅の祈りを宝篋印塔の造形に託していたことが明らかになった。さらに、英彦山宝篋印塔塔身の種子の配置について、英彦山における北岳への信仰と、南面北座説、移築をしていない大興善寺宝篋印塔の配置を根拠として推測した。実際の方位と北方遥拝を重視し、塔身正面に南方の宝生如来(タラーク)、向かって右に東方の不空成就如来(ウン)、背面に北方の阿シュク如来(アク)、向かって左に西方の阿弥陀如来(キリーク)が刻まれていたと推定した。2016年の熊本地震のため延期していた熊本県の西巌殿寺の豪潮作『宝篋印塔』(1805年)をはじめ、長寿寺(1810年)、佐賀県:大興善寺(1802年)、長崎県:本河内(1811年)、禅林寺(1807年)、春徳寺(1813年)、清水寺(1801年)、最教寺(1801年)、観音寺(1817年)を行った。英彦山宝篋印塔の正面に配された種子を特定するために、他地域の宝篋印塔を参考にした。廃仏毀釈や区画整理で移築されずに建立時のまま維持されているのは、大興善寺宝篋印塔である。正面には南方を表す「宝生如来種子タラーク」が蓮華座の上に刻まれており、実際の方位も正確に南を向いている。この事実から、豪潮は「南面北座説」を根拠として立塔していたと推定する。宝篋印塔は正面より、背面の種子が最も重要なのである。英彦山宝篋印塔は高さが約8.2mなので、縮小して改刻前の姿を再現する。計測は、対象が野外にあり大型なため、長距離用3次元測定器を使用した。
新規細胞死制御剤創製によるネクローシス実行因子の同定

平成24年度開始までに、我々が独自に開発したネクローシス誘導剤を鍵とした標的タンパク質の同定、タンパク質の機能解析により酸化的ストレス誘導性ネクローシスの制御機構を示唆する結果を得ている。我々の開発したネクローシス誘導剤はタンパク質を求電子的に分子修飾するという特性を持っていているが、結合の安定性が低く結合解析時に解離することが懸念されていた。より詳細な制御機構解明のため、目的の異なる他の結合タンパク質解析のためにはタンパク質分子修飾法の拡張が望まれる。今年度からは、新規タンパク質の分子修飾法の開発を目指し、米国Scripps研究所Carlos Barbas III教授の研究室で研究を行った。生理活性化合物のタンパク質分子修飾の有用性を示すため、HIVウィルスの表面タンパク質と親和性のある低分子化合物と抗体を共有結合により分子修飾し、Chemically Programmed Antibodyを作成した。Chemically Programmed Antibodyは望み通り強力なHIV中和活性を示した。また、生理活性低分子をタンパク質に共有結合によって修飾することで、生体内での代謝安定性が劇的に向上することが知られている。現在は本HIV中和抗体の代謝安定性向上を共同研究者とともにin vivo試験において評価している。また、求電子的タンパク質分子修飾法に焦点を当てて、研究を行った。特定の配列を持つタンパク質に選択的に結合するラベル化剤をデザイン、合成し評価を行った。酸化的ストレス誘導性ネクローシスの分子機構を示唆する結果を得られており、当初の目標を達成できたと考えている。また、新規タンパク質分子修飾法の開発にも取り組み、当初の計画以上に研究が進展した。酸化的ストレス誘導性ネクローシスの制御タンパク質の機能変化が示唆されているものの、具体的にどのように低分子制御剤や酸化的ストレスが作用し、機能変化が起きるのかといったアミノ酸レベルでの解析は進行中であり、課題が残されている。現在は標的タンパク質とネクローシス制御低分子とのX線共結晶解析等のアプローチにより研究が遂行中である。本年度の研究を開始するまでに、我々が独自に開発したネクローシス誘導剤の結合タンパク質として数種のミトコンドリアタンパク質を同定していた。今年度からは、これら複数の結合タンパク質の中からネクローシス誘導に大きく寄与するタンパク質を同定するため、標的タンパク質への選択性向上を目指したネクローシス誘導剤の展開を行い、数種分子プローブを有機合成化学の手法により開発した。これら低分子化合物を用いた結合タンパク質解析によって、ミトコンドリア外膜に存在する特定の膜タンパク質を同定するに至った。本タンパク質のネクローシス誘導への関与を調べるため、siRNAを用いたノックダウン実験を行ったところ、本タンパク質は酸化的ストレス誘導性のネクローシスの誘導に寄与することが示唆された。また、本タンパク質の機能、ネクローシス誘導のメカニズム解明に向けて、ネクローシス誘導剤の結合部位を、アミノ酸残基点突然変異体を用いた結合実験によって同定した。その結果、我々が開発した細胞死誘導剤や、ネクローシス誘導性の酸化的ストレスは標的タンパク質中の膜貫通部位のしステイン残基を分子修飾・酸化していることが示唆された。さらに、ミトコンドリア外膜での複合体形成タンパク質で知られる本タンパク質の複合体形成を観測したところ、ネクローシス刺激の有無では複合体形成状態が変化していることが示唆された。次年度において、これらの結果を学会誌に発表する予定である。
ボランティア活動を通した留学生の主体的社会参加に関する研究-多文化共生に向けて

研究目的:1.地域に留学生が主体的に参加していける活動の場の開拓と設定を行うこと。2.留学生と日本人双方が、交流・協力を通して異なるものを認め理解し受け入れていく場としての、また、その過程を通して自己を発見し変容させていく場としてのボランティア活動の可能性を探り、その有効性について検証を試みること。平成11年度:1.平成11年度に、長崎大学医学部付属病院のボランティア活動に参加した留学生は2名である。2.同婦長から、外国人入院患者のための、留学生による看護婦や医師との会話の通訳ボランティアの依頼を受けた。協力できる留学生7名のリストを作成し、担当婦長に送付した。3. 7月10日に行われたシンポジウム「多文化共生in長崎」(主催:国立国語研究所・多文化共生in長崎実行委員会)の実行委員の一人として「留学生交流とボランティア」というタイトルで分科会を設け、地域住民と留学生とのボランティアを通じた双方向的な学習・交流の可能性について討議した。平成12年度:1.長崎大学医学部付属病院病棟でのボランティア活動の継続新規に2名の留学生がボランティアとして活動した。2.「お見舞い・通訳ボランティアリスト」実際の使用状況の連絡を受けながら、ボランティアの募集を継続して行った。3.「会話パートナープログラム」の活動内容再考このプログラムは留学生と日本人学生に出会いの場を提供し、相互理解を深めるために行っているものである。活動内容を再考し、留学生と日本人学生が協同で行うボランティア活動の可能性を検討した。この活動の中から、留学生と日本人学生による交流サークルが生まれ、活動している。4.周辺調査として、アメリカの大学でのボランティア活動への取り組みの状況についての情報および資料収集を行った。日本国内・海外における地域共生に向けてのボランティア活動の状況、留学生の参加状況についての資料を継続して収集するとともに、留学生が地域社会に参加していく一方法として、平成11年度は長崎大学医学部付属病院での入院患者へのケアを活動の中心として行った。ボランティア活動に参加している留学生に、研究の目的を説明したうえで、病棟でのボランティア活動の内容とそれについてのコメントの提出を求めた。留学生からの見学もしくは試行的参加への要望に対しても、ボランティア担当の婦長から引き続き許可を得ている。留学生、日本人ボランティア及び病院のスタッフ等対する質問紙調査や面接調査については、平成12年度に行う予定である。留学生ボランティアの募集方法として、同病院での入院患者へのボランティア活動を長崎大学留学生に広く知らせるために、日本人学生の協力を得てポスターを製作し掲示板に掲示するとともに、同様のものをセンターホームページの掲示板欄に掲載した。これに加え、長大病院に入院してくる外国人患者で日本語が不自由であったり長崎在住の家族や友人がいない人のために、病室を訪問し、患者の母語での話し相手、また看護婦や医師との会話の通訳として、随時必要に応じて病室を訪れることのできる留学生のリストを作成し、3月9日に留学生7名のリスト(語学力を明示した内容を含む)を担当婦長宛に送付した。次年度は実際使用状況の連絡を受けながら、ボランティアの再度募集、ボランティア間でのネットワーク作り等を考えていく予定である。また、本研究の一環として、7月10日に行われたシンポジウム「多文化共生in長崎」(主催:国立国語研究所)の実行委員会メンバーとして、「異文化交流とボランティア」というタイトルで分科会を設け地域住民と留学生とのボタンティアを通じた双方向的な交流の可能性について討議した。参加者名簿を作成し、参加者全員に送付、地域とのネットワーキングに活用している。
造血幹細胞の増殖におけるMybインヒビターMomの役割

未分化造血細胞の増殖に必須のMybは一群の遺伝子の転写を活性化する。標的遺伝子のひとつであるmim-1遺伝子の活性化にはMybと別の転写因子NF-IL6(C/EBPβ)が協調して作用する必要がある。私達はMybとDNA複合体の立体構造を決定し、MybのDNA結合ドメインの表面に疎水性領域が存在し、この領域を介してMybはNF-IL6と相互作用することを明らかにした。このように造血細胞増殖に関与する転写因子間の相互作用が原子レベルで理解されるようになってきた。
植物のプログラム細胞死を利用したウイルス耐性発現機構の構築

植物ウイルスが宿主植物にPCDを引き起こす機構を解析するため、Potato virus X(PVX)を用いて以下のような解析を行なった.昨年度までにジャガイモXウイルス(PVX)によって引き起こされる枯死がプログラム細胞死によるものである検証を行い、キメラウイルスの作成によってPCDの原因となるウイルス因子の探索を行った.さらにこのプログラム細胞死がどのような宿主植物側の反応によって引き起こされるものであるか解析するため、酵母two-hybridシステムによってPVXのコードするタンパク質と相互作用する宿主植物Nicotianabenthamianaタンパク質の探索を行い、光化学系において働くTGBp1結合タンパク質TGBp1-bindingprotein(TBP)を見出した。TBPの発現抑制によりTMV、PVX等の異なる属のウイルスで発現量が増大することが報告されていることから、TBPがウイルスの感染・増殖を抑制する宿主因子であると考えた.そこでTBPのウイルス感染における役割を解析するため、ウイルスタンパク質TGBp1、TBPそれぞれにレポーター遺伝子を融合させて植物内で発現させ、両者の局在を観察した.単独では細胞内ERネットワーク上に局在していたTGBp1が、TBPとの共発現下ではTBPと共局在し、局在が変えられて凝集した.TGBp1はPVXの移行に関わるタンパク質とされている.このことからTBPはTGBp1に結合して、その働きを阻害することでPVXの感染に対して抑制的に働いていると考えられた.植物ウイルスが宿主植物にPCDを引き起こす機構を解析するため、Potato virus X(PVX)を用いて以下のような解析を行なった.(1)PVXのキメラウイルスによって引き起こされる枯死がプログラム細胞死(PCD)であることの検証PVXは宿主植物Nicotiana benthamianaに対して様々な病徴を引き起こすが、それらの中から輪状斑を呈させる系統と無病徴感染する系統を用いてキメラウイルスを作製したところ、複製酵素が輪状斑系統の場合にN.benthamianaに枯死症状を引き起こしたことを既に報告している.このキメラウイルスによって引き起こされた枯死の原因を解析したところ、枯死が誘導される際に活性酸素種が発生することがDAB染色によって認められた.このことからこの枯死病徴はPCDによって引き起こされていると推定された.(2)PCDの原因となるウイルス因子の探索PCDを引き起こすウイルス側の因子を同定するため、より細かくキメラウイルスを作製した.その結果RdRpのN末端側領域が輪状斑系統の配列で,C末端側が無病徴系統の配列であれば、その他の配列に依存せずにPCDを引き起こすことが明らかとなった.より詳細にキメラウイルスを作製することによってPCD原因因子の特定を目指したが、これらキメラウイルスの病徴はPCDを示さず、無病徴や輪状斑となってしまった.このことからPCDは多くの領域の因子が関与することによって誘導されていると考えられた.植物ウイルスが宿主植物にPCDを引き起こす機構を解析するため、Potato virus X (PVX)を用いて以下のような解析を行なった.昨年度までにジャガイモXウイルス(PVX)によって引き起こされる枯死がプログラム細胞死によるものである検証を行い、キメラウイルスの作成によってPCDの原因となるウイルス因子の探索を行った.本年度はこのプログラム細胞死がどのような宿主植物側の反応によって引き起こされるものであるか解析するため、酵母two-hybridシステムによってPVXのコードするタンパク質と相互作用する宿主植物Nicotianabenthamianaタンパク質の探索を行った.その結果、葉緑体の光化学系IIにおいて働くタンパク質PsbOを同定した.PsbOはタバコモザイクウイルス(TMV)のRdRpと相互作用し、PsbOの発現抑制によりTMVの増殖が増大されることが既に報告されている.PVXにおいてもPsbOの発現抑制により、PVXの増殖量が増大する.このことからPsbOがウイルスの感染・増殖を抑制する宿主因子であると考え、PsbOのウイルス感染における役割の解析を進めている.植物ウイルスが宿主植物にPCDを引き起こす機構を解析するため、Potato virus X(PVX)を用いて以下のような解析を行なった.昨年度までにジャガイモXウイルス(PVX)によって引き起こされる枯死がプログラム細胞死によるものである検証を行い、キメラウイルスの作成によってPCDの原因となるウイルス因子の探索を行った.さらにこのプログラム細胞死がどのような宿主植物側の反応によって引き起こされるものであるか解析するため、酵母two-hybridシステムによってPVXのコードするタンパク質と相互作用する宿主植物Nicotianabenthamianaタンパク質の探索を行い、光化学系において働くTGBp1結合タンパク質TGBp1-bindingprotein(TBP)を見出した。TBPの発現抑制によりTMV、PVX等の異なる属のウイルスで発現量が増大することが報告されていることから、TBPがウイルスの感染・増殖を抑制する宿主因子であると考えた.そこでTBPのウイルス感染における役割を解析するため、ウイルスタンパク質TGBp1、TBPそれぞれにレポーター遺伝子を融合させて植物内で発現させ、両者の局在を観察した.単独では細胞内ERネットワーク上に局在していたTGBp1が、TBPとの共発現下ではTBPと共局在し、局在が変えられて凝集した.TGBp1はPVXの移行に関わるタンパク質とされている.このことからTBPはTGBp1に結合して、その働きを阻害することでPVXの感染に対して抑制的に働いていると考えられた.
独自に開発した三次元顕微鏡で明らかにする分子モーター・ダイニンの運動メカニズム

本研究の目的は、独自に開発した三次元位置検出顕微鏡を用いて、分子モーター・ダイニンのメカニズムを明らかにするものである。本年度は主に三次元位置検出顕微鏡の空間分解能および時間分解能を上げる事に従事し、照明方法およびサンプルの標識方法を改良することでこれを達成した。さらに、この理論はこれまでビーズのような球対称のサンプルにのみ適用可能だったが、光学系にダブプリズムを組み込むことで非対称のサンプルにも適用可能となり、より応用範囲が広がった。また、実際に三次元位置検出顕微鏡下でIn vitro motility assayを行い、ダイニンとキネシンの運動特性を比較した。するとダイニンはキネシンより、微小管と結合した状態のまま起こる角度変化が約7倍大きく、またその結合力も約20倍強かった。これらの結果は、実際に生体内で複雑な微小管のネットワークの中を動き回るためにレールを頻繁に乗り換えなくてはいけないキネシンと、べん毛の中に整列して配向しており、必ずそこにある微小管と常に相互作用しなくてはならないダイニン、それぞれの性質と関係していると思われる。
保育士の安心と質を高める情報基盤技術の開発

保育の現場における安全管理をサポートするための,ICTを活用した基盤技術の開発と評価を行う。設置が進んでいる防犯カメラや室内の定点カメラの動画を基にAIを活用し,幼児の行動分析に特化した技術基盤の構築を行う。本研究成果を応用することで1特定の場所,遊具等での場面が抽出されれば,事前の事故予防として保育の危機管理を行うこと,2経験の少ない保育士に対して,子供たちの行動への介入や声かけをすべき点をサポートすること,3実習を控えた保育士養成課程の学生や経験の少ない保育士に対しての研修動画を作成する際の補助を行うこと,等が可能である。
薬物処遇重点実施更生保護施設における処遇とその効果に関する研究

平成30年度の研究計画においては、【職員調査】・【在所者調査】を中心に行う予定であった。なお、【理論的考察】については、その内容に関わる研究報告も行った(EURO CRIM 2018、第91回日本社会学会大会、第45回日本犯罪社会学会大会において)。また、【海外調査】については、前年度までの結果や今年度参加予定の国際学会での情報収集を踏まえて、訪問交渉を行う。【職員調査】・【在所者調査】について、当初の研究計画よりマイナーチェンジはあったものの、遂行できており、論文化の作業まで至っている。また、国際学会で研究成果報告の積み重ねは【理論的考察】および【海外調査】に向けての成果につながった。【職員調査】および【在所者調査】の充実化を図り、国内・国外の学術論文雑誌への投稿を目指していく。なお、【在所者調査】に関しては、退所後にも追跡調査を行えるように工夫していきたい。【理論的考察】に関しては、今年度内にその結果を論文化する。【海外調査】に関しては、訪問先の選定を急ぎたい。平成28年度は研究計画においては、薬物処遇重点実施更生保護施設の実態を把握するために全数調査を行うことを計画していた。しかしながら、施設申請時において調査対象となる施設が15ヶ所だったものの、交付決定時において25カ所に増えた。それゆえに全数調査ではなく、数を限定する上で調査を行うことにした。調査対象施設を限定する上で、更生保護施設に関する先行研究や薬物依存者に対する回復プログラムに関する先行研究のレビューを再度行うことにした。また、筆者が今までに行った更生保護施設に関する調査結果の振り返りを行った。その結果、平成28年度に指定された施設を含む10施設ほどに限定することにした。実際に2017年3月から5月にかけて地方都市にある施設と首都圏にある施設2施設、計3か所においてインタビュー調査を行った。また、将来的に指定を受ける可能性があると考えられた地方都市にある施設への補足調査も行った。質問項目に関しては、処遇展開の実際、対象者の生活状況、他の社会資源との連携状況、職員の「処遇観」、指定による施設運営への影響、施設運営上の困難などである。申請時においては運営実態に関する調査および職員に対する調査を別立てとして行う予定であったが、施設側の協力も得られたため、同時に遂行させていただいた。また、職員調査に関しては指定施設3か所とも状況に応じて追加調査を行うことを内諾いただいた。そして、入所者に対する調査に関して、1施設から協力を頂ける内諾をいただいた。当初の予定より、調査の進行は遅いものとなっているが、その分慎重に研究を進めている。【研究業績の概要】で触れた通り、調査対象となりうる施設の数が変化したため、研究計画の再調整を行った。そのため、当初の予定よりも調査の進行が遅れた。また、申請者のプライベートな事情もあり、進行が遅れた側面もある。平成29年度no研究計画においては、【職員調査】を中心に行う予定であった。しかし、前年度において調査計画のマイナーチェンジ(調査対象施設の数の変更、調査項目の再検討など)を行った関係や協力施設との交渉の結果もあり、前年度と同様に【実態調査】も同時並行して行った。実際に地方都市に存在する施設1ヶ所と首都圏に存在する施設2ヶ所、将来的に指定を受ける可能性があると考えられる地方都市に存在する施設1ヶ所、計4ヶ所に対するインタビュー調査を行った(期間は2017年3月5月)。また、この研究の中間成果報告として、2017年9月に行われた世界保護観察会議(会場:品川プリンスホテル)にて口頭発表を行った(タイトル:“Expertise" of offenders rehabilitation facilities in Japan.)。また、この学会の参加を通して、平成31年度に行う予定である【海外調査】の訪問予定地に関する情報を収集した。国際学会での発表を踏まえて、その後に首都圏に存在する施設1ヶ所と地方都市に存在する施設2ヶ所、計3ヶ所に対してもインタビュー調査を行った(期間は2018年2月4月)。また、それらの施設に対して、【在所者調査】への協力も依頼した。そのため、【在所者調査】に関しては首都圏に存在する施設1ヶ所と、地方都市に存在する施設2ヶ所、計3ヶ所から協力を頂ける状況となった。薬物処遇重点更生保護施設に指定された施設が増加したため、研究計画のマイナーチェンジが必要となったが、その遅れを取り戻しつつある。また、平成29年度に研究成果の中間報告として国際学会で報告できたことは大きな成果であった。平成29年度に関しては、残りの対象施設への実態把握調査および職員調査を行う。

また、今年度の後半からは在所者に対する調査に関しても着手していきたい。そして、これまでの申請者による調査結果および本申請研究の中間報告として世界保護観察会議において発表を行う予定である。これでまでに計7施設に調査協力していただいたが、今年度以降にさらに3施設以上に協力をいただき、【実態調査】および【職員調査】の充実を図っていく。また【職員調査】に関しては、平成28年度に協力いただい施設を再度訪問し、研究計画通りにその後の変化についても調査する予定である。【在所者調査】に関しては、これまでに3施設から協力を得られる見込みとなっており、今年度に実施できるように準備を行っていきたい。また、こちらも計画通り追跡調査を行えるようにもしていきたい。【海外調査】に関しては、今年度ヨーロッパ犯罪学会大会に参加する予定であり、そこでも情報収集を行い、訪問先の選定を行いたい。【職員調査】および【在所者調査】の充実化を図り、国内・国外の学術論文雑誌への投稿を目指していく。なお、【在所者調査】に関しては、退所後にも追跡調査を行えるように工夫していきたい。【理論的考察】に関しては、今年度内にその結果を論文化する。【海外調査】に関しては、訪問先の選定を急ぎたい。調査計画に変更があり、特に旅費に変更があったため。当初予定より、調査回数が少なくなったため、旅費および文字起こしにかかる人件費が控えられた。その差額を今年度において同じく旅費と人件費に使用する予定である。平成30年度において、国際学会参加のために前倒し支払請求を行ったが、その費用が想定よりも少し安くなったためである。平成31年度の執行予定に基づいて使用すれば、予定通りになると思われる。平成29年度においては旅費の執行が多くなり、差額分を使用する予定である。
白金触媒代替のための非貴金属系合金ナノクラスター触媒の設計と合成

固体高分子形燃料電池はエネルギー効率が高く、有害物質を排出しないことから、自動車の動力源やコジェネレーションシステムとして注目されている。しかし、正極の酸素還元反応の触媒として、現在稀少金属である白金が使われているため、代替触媒の開発が求められている。これまで実験を中心に触媒開発が広く行われてきたが、未だ代替触媒は見つかっておらず、白金の触媒性の起源にさかのぼって、理論に基づいた触媒開発をする必要がある。昨年度まで行っていた、金属ナノクラスター上への酸素吸着の計算結果について、新たな解釈で結果を考察した。さらに、その解析結果に基づいて新たな触媒の設計を行った。まず、13量体の金属ナノクラスターへ酸素が吸着した状態の分子軌道を詳しく解析した。触媒性がある白金の場合と、触媒性がない金と銅の場合を比較した結果、金属のd軌道と酸素の2pπ軌道で形成するMetal-O π*軌道が、非占有軌道中のフェルミエネルギー付近に存在することが触媒性に重要であると分かった。この軌道がフェルミエネルギー付近に存在することで、電極から触媒への電子流入が引き金となり、酸素の解離と脱離の両方が進行していくと考えられる。さらに、触媒性を判断する基準として、このMetal-O π*軌道に注目すると、シェルにNbを、コアにZnを配置したcore-single shell Nb42Zn13では、Nb55に比べ、このMetal-O π*軌道のエネルギー準位が低下し、フェルミエネルギーに近づくことが明らかになった。つまり、ZnをNbの背後に配置することで、酸素吸着時の電子状態が白金の場合に近づくということを示している。これらの元素の組み合わせによる触媒はこれまで提案されておらず、Metal-O π*軌道に注目することで導かれた新規触媒である。28年度が最終年度であるため、記入しない。燃料電池正極の酸素還元反応の触媒として現在白金が使われているが、白金は稀少金属であり代替触媒の開発が求められている。これまで実験を中心に触媒開発が行われてきたが、未だ代替触媒は見つかっておらず、白金の触媒性の起源にさかのぼって理論に基づいた触媒開発をする必要がある。そこで、酸素還元反応の触媒性を示す白金と触媒性を示さない金と銅について、13原子からなるナノクラスターを作成し、酸素吸着させた計算を行い、その反応の違いを解析した。その結果、元素によって吸着状態が異なることが分かった。金の場合、酸素と金の分子軌道は相互作用しておらず、銅では、銅の占有軌道が酸素中の電子と相互作用していた。一方、白金の場合、白金の非占有軌道が酸素の不対電子と相互作用することにより酸素が吸着し、さらに結合性軌道が広いエネルギー域に存在していた。以上のことから、白金特有の反応機構として、白金の非占有軌道が酸素と反応し酸素と白金の間の電子が非局在化していることが挙げられ、これが触媒性発現に重要であると考えられる。次に、金属ナノクラスターのサイズや元素の違いによって電子状態がどのように変化するかを調査した。白金代替触媒を設計するためには、金属ナノクラスターの電子状態に関する知見を得ることは重要である。白金について、13量体と55量体の対称性の高い構造とアモルファス構造を計算した結果、アモルファス構造の方が安定であることが分かった。また、各種元素のナノクラスターの計算を行ったところ、特にd軌道が立ち上がるエネルギー準位が大きく異なることが分かった。白金やパラジウムはフェルミエネルギー付近に大きなd軌道の状態密度を持つのに対し、その他の元素では、フェルミエネルギー近傍にs軌道が存在し、d軌道が低いエネルギーにある。このフェルミエネルギー近傍のd軌道の多さが触媒性に重要であると考えられる。固体高分子型燃料電池はエネルギー効率が高く、有害物質を排出しないことから、自動車の動力源やコジェネレーションシステムとして注目されている。昨年度までの研究では、13量体の白金と金、銅のナノクラスター上の酸素吸着に関与する軌道の解析を行った。その結果、白金とその他の元素では反応に寄与する軌道が異なることが分かった。この反応機構の違いに基づき、新たな触媒の設計を進めた。具体的には、フェルミエネルギー付近の非占有軌道にd軌道が多く存在するという条件を満たす材料を探した。まず始めに、各種金属元素の電子状態がどのようになっているかを分析した。様々な元素のナノクラスターを計算し、非占有軌道に存在する軌道の種類とエネルギーを分析して、電子状態で元素を分類した。その結果、ニオブやモリブデン等の元素とd軌道が閉殻している元素を合金化すると非占有軌道のd軌道が増える可能性があることが分かった。これに基づき、合金を設計し、初期の反応解析と同様に酸素を吸着させて反応機構を解析した。設計した合金では、非占有軌道のd軌道の量が白金に比べ少ないため、完全には白金と同じ反応は示さなかったが、この方針で設計を繰り返していくことで、より白金に近づいていくと考えられる。昨年度の反応解析の結果を受けて、今年度は新規触媒の設計に移ることができた。設計をして、その触媒上の反応を白金と比較することによって、また、新たな要素を見つけることが可能となっている。

このサイクルの繰り返しにより設計が洗練されていくため、順調に進展していると考えている。固体高分子形燃料電池はエネルギー効率が高く、有害物質を排出しないことから、自動車の動力源やコジェネレーションシステムとして注目されている。しかし、正極の酸素還元反応の触媒として、現在稀少金属である白金が使われているため、代替触媒の開発が求められている。これまで実験を中心に触媒開発が広く行われてきたが、未だ代替触媒は見つかっておらず、白金の触媒性の起源にさかのぼって、理論に基づいた触媒開発をする必要がある。昨年度まで行っていた、金属ナノクラスター上への酸素吸着の計算結果について、新たな解釈で結果を考察した。さらに、その解析結果に基づいて新たな触媒の設計を行った。まず、13量体の金属ナノクラスターへ酸素が吸着した状態の分子軌道を詳しく解析した。触媒性がある白金の場合と、触媒性がない金と銅の場合を比較した結果、金属のd軌道と酸素の2pπ軌道で形成するMetal-O π*軌道が、非占有軌道中のフェルミエネルギー付近に存在することが触媒性に重要であると分かった。この軌道がフェルミエネルギー付近に存在することで、電極から触媒への電子流入が引き金となり、酸素の解離と脱離の両方が進行していくと考えられる。さらに、触媒性を判断する基準として、このMetal-O π*軌道に注目すると、シェルにNbを、コアにZnを配置したcore-single shell Nb42Zn13では、Nb55に比べ、このMetal-O π*軌道のエネルギー準位が低下し、フェルミエネルギーに近づくことが明らかになった。つまり、ZnをNbの背後に配置することで、酸素吸着時の電子状態が白金の場合に近づくということを示している。これらの元素の組み合わせによる触媒はこれまで提案されておらず、Metal-O π*軌道に注目することで導かれた新規触媒である。本年度は、酸素還元反応の電子状態解析から、白金が持つ触媒として重要な要素を抽出することを主にやってきた。その結果、他元素とは異なる電子状態が明らかになってきた。この解析は本研究の根幹であり、新規触媒設計の指針となるため最も重要である。今後、材料の設計に進むことが可能になったため、順調に進展していると考えている。自身が設計した触媒と白金を比較して、足りない部分を補うように新しい触媒設計を続けていく。また、クラスターはサイズや構造によって電子状態が大きく変化するため、それらの条件も把握し、理論を構築しまとめていく。これにより、触媒として必要な電子状態を明確にし、さらにその電子状態を白金以外で実現するにはどうすれば良いかという結論を導き出していく。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の解析から得られた理論に基づき、新規触媒の設計に進む。そのためには、軌道のエネルギーと種類をいかに操作するかが鍵になるため、引き続きクラスターの電子状態解析を進めていく。これまでは単元素のクラスターを計算していたが、今後は合金系の計算をすることにより、主となる元素にその他の元素が与える電子状態の影響を明らかにする。
パラコート中毒における中枢毒性発現機序に関する研究

環境毒としてのパラコート(PQ)の長期暴露と中枢神経変性障害、特に黒質線条体ドパミン(DA)神経に対する毒性機序を解明するために、以下の検討を行った。1ブレインマイクロダイアリシス法によるPQの血液脳関門(BBB)の透過性(1)マイクロダイアリシス法の妥当性(手術手技によるBBB破壊修復):BBB透過性を持たないMPP+を全身性に投与したところ、脳細胞外液から検出されなかったことから、手技の妥当性が証明された。(2)PQのBBB透過性:全身投与後、PQは脳細胞外液に検出されたことから、BBB透過性が証明された。(3)PQのBBB透過性の機能への直接的影響の検討:PQ投与後に、更に投与したMPP+が脳細胞外液から検出されないことから、PQの透過性はPQによるBBBの機能不全によるものではないことが示された。(4)PQのBBB透過性に関与する能動輸送系の同定:化学構造上、受動拡散による透過は考えにくく、能動輸送系としてアミノ酸トランズポーターを想定し、各種アミノ酸を全身投与しトランスポーターを飽和させた後PQを投与したところ、中性アミノ酸トランズポーターの関与が明らかとなった。(5)PQの脳における神経細胞への取り込みの検討:線条体に投与したPQはNa+依存的に細胞に取り込まれ、一部DAトランスポーターを介することが明らかとなった。2PQの神経毒性の検討(1)PQ投与による脳細胞外液中グルタミン酸(Glu)濃度の変化:線条体に投与したPQは、Na+依存的に脳細胞外液Glu濃度を上昇させた。(2)用量依存性とGlu放出機構:PQによるGlu放出は用量依存性であるが、一過性であった。この直後から、細胞外NOxの上昇が観察された。(3)脳内DA神経伝達物質の変化:Glu上昇後、24時間以上続く軽度な細胞外DA放出増加が認められた。PQ慢性全身投与において、中脳・線条体・皮質のDA及び酸性代謝物の減少が認められた。