hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
疑似平方数に基づいた高速な確定的素数判定アルゴリズムの開発

Bachの理論を直接離散的な形で展開し疑似平方数を使って実用的なアルゴリズム設計に応用するという当初の方針は、現段階では拡張リーマン予想(ERH)を仮定しない場合それに代る理論上の材料が必要となり進展が困難な状況にある。大変遺憾であるが、本研究開始当初に提案した派生研究としての予想(平成24年、FIT2012、「疑似平方数に基づいた素数判定とカーマイケル数との関係」内)も未解明のままである。疑似平方数に基づいた素数判定とカーマイケル数との関係の解明については、文献調査、及び計算機実験の両面からの検討を今後も継続したい。また、従来から知られているように、特定の奇素数pに対する疑似平方数L_pの下界が十分に巨大である、例えば2の数千乗以上であることが証明できれば、それ以下の数に対する素数判定手続きが大幅に短縮できる可能性があるので、そのようなL_pの発見の可能性について今後も文献調査を継続していきたい。疑似平方数は、平方数の条件を拡張した形の条件を満たす数である。巨大な疑似平方数に基づいた高速な確定的素数判定アルゴリズムの中の特定の判定条件とカーマイケル数の間の関係についての予想を提案した。カーマイケル数は、フェルマ・テストと呼ばれる素数判定法で判定が極めて困難な数である。提案した予想の解決は、直接確定的素数判定アルゴリズムの高速化には繋がらないが、疑似平方数に関連した理論研究の進展が期待される。当初の優先的目標であったBachの理論を直接離散的な形で展開することについては、理論の調査についてある程度の進展したが研究発表には至らなかった。平成25年度から派生した目標である巨大な証明付き素数の構成アルゴリズムの開発とその応用については,アルゴリズムの中心となる高速多倍長乗算アルゴリズムの実装がほぼ完成しているが、全体として動作するまでには至らなかった。しかしながら、これらの進展を研究期間が延長された平成27年度においても継続し,年度の後半における研究発表につながることが期待できる状況である。理論計算機科学Bachの理論を直接離散的な形で展開し疑似平方数を使って実用的なアルゴリズム設計に応用するという当初の研究方針は、文献調査中心の研究として平成27年度も続ける。この方針の研究については、他大学に所属する研究者との共同研究の可能性も考慮する。もう一つの研究方針として、平成26年度から続いている証明付き巨大素数のランダム生成アルゴリズムの開発と実装を平成27年度の前半に実用可能な程度に完成させ、その後それを応用した大規模な計算機実験を開始する。実験のための計算機資源として主に研究代表者の所属研究分野が所有する2台のワークステーションを使用するが、それ以外に研究代表者の所属講座が所有するワークステーションクラスタを使うこともできる。研究分野が所有するワークステーションについては、年度前半に主記憶及びハードディスクの増量による強化を予定している。実験のテーマの一つは、「研究実績の概要」で述べた巡回的グラフ(circulant graph)と呼ばれるグラフの構造と頂点数の素因数との関係についての調査である。
次世代医療用サイクロトロン開発のための５Ｈ超伝導コイルシステムの基盤技術の確立

重粒子線がん治療用超伝導加速器「先進ハイブリッド・サイクロトロン(AHC)」の開発を目標に、その実現の鍵となる5H(High):高機械強度・高電流密度・高安定・高磁場・高精度磁場を可能とするREBCO高温超伝導コイル開発のための基盤技術の確立を目指してきた。そして、高強度化・高磁場化のための「Super-YOROIコイル構造」、高電流密度化と高熱的安定化の両立のための「無絶縁コイル巻線方式」、そして高精度磁場化のための「遮蔽電流磁場の低減法」について有効性を数値解析と実験により検証した。本研究課題では、小型・高効率の次世代重粒子線がん治療用超伝導加速器(サイクロトロン)実現の鍵となる「高機械強度・高電流密度・高安定・高磁場・高磁場精度」という「5つの高:5H(High)」の全てを可能とする高温超伝導コイルシステム開発のための基盤技術の確立を目指している。以下に、2014年度の主な成果をまとめる。1)高機械強度化・高磁場化:等時性磁場発生用円形スプリットコイルとビーム集束AVF(Azimuthally Varying Field)発生用非円形スパイラルセクターコイルに、研究代表者らが提案したYoroi-coil構造を採用した場合の効果を数値解析により評価した。また補強時の電磁力による変形量を算出し、発生磁場精度への影響を評価するとともに、構造材形状の最適化を試みた。2)高電流密度化・高熱的安定化:高電流密度と高安定を両立するため、ここでは超伝導REBCOテープ線材に電気絶縁を施さずにコイル巻線を行う方法(以下「無絶縁コイル」と呼ぶ)の適用を前提とした。そして、無絶縁コイル巻線内の電流分布と温度分布の時間変化を詳細に解析可能な計算機プログラムを新たに開発した。そして無絶縁コイルの励磁・遮断・過電流通電・局所的常伝導転移時の巻線内電流分布および発熱・温度分布の時間変化を可視化し、その振舞を明らかにした。3)高磁場精度化:コイル内の超伝導線材(テープ形状)に加わる磁場の変化により、線材中には長時定数の遮蔽電流が誘導され、この電流により生じる磁場は、コイル発生磁場の空間分布や時間安定性に大きな影響を与える。研究代表者らが開発した遮蔽磁場を高精度で解析可能な計算機プログラムを用いた解析と小型コイルによる評価実験を行い、遮蔽磁場の影響を定性的・定量的に明らかにするとともに、細線化やコイル形状の最適化による遮蔽磁場の低減効果を評価した。高温超電導コイル技術を活用した小型・高効率・高性能の重粒子線がん治療用超伝導加速器「先進ハイブリッド・サイクロトロン(以下「AHC」)の開発を目標に、5H(高機械強度・高電流密度・高安定・高磁場・高精度磁場)の達成を目指してきた。本年度の主な成果を以下にまとめる。まず、高磁場精度化について、不整磁場要因の1つである遮蔽電流磁場の評価を行った。AHCを構成するセクターコイルとメインコイルともに遮蔽電流磁場が大きく,その低減が必須であること、励磁方法によって遮蔽電流磁場を大きく抑制することが可能であることがわかった。一方、遮蔽電流による不整磁場と時間的磁場安定性の両方を完全に改善する励磁方法を見出すことは難しく、コイルシステム全体の構造設計最適化にフィードバックする必要があることがわかった。次に高電流密度化と高熱的安定化を両立する技術として、本研究では無絶縁コイル巻線技術の導入・確立を目指している。本年度は、まず、局所的常電導転移発生後の無絶縁コイルの振舞いを、これまでに開発してきた計算機プログラムを用いて解析・評価した。その結果、局所的常電導転移が生じた際、常伝導転移部を含むターン全体で隣接ターンへ電流転流が起こるため、局所的温度上昇を有効に抑えられることがわかった。また、実規模大口径無絶縁コイルにおいても、同様の効果が得られることがわかった。さらに、熱的安定性は線材の銅安定化層の厚みに依らないことがわかった。すなわち、熱的安定性を損なうことなく、電流密度を向上させることができる可能性を示すことができた。無絶縁コイルの保護法の開発としては、ターン間の接触電気抵抗が保護抵抗の働きをするため、従来の絶縁コイルの保護に多用されてきた外部保護抵抗は不要であり、常伝導転移事故が起こった際には、無絶縁コイルの両端を開放するという本研究で提案する保護法が有効である可能性を示すことができた。以下のように、本年度は予定を上回る成果が得られた。次年度に向け、予定を前倒しして研究を進めることが可能となったと考える。1.高電流密度化と高熱的安定化の両立:本研究課題において最も実現が難しいと考えていた高電流密度化と高熱的安定化の両立(研究計画調書に記載)について、これを「無絶縁コイル巻線方式」の活用によって実現できる基盤技術の確立の可能性が見えてきた。2.高機械強度化:目標とする重粒子線がん治療用超伝導加速器(サイクロトロン)を想定し、先行研究で代表者らが提案したYOROIコイル構造の適用可能性を検討してきた。本年度は、補強構造材料の影響、補強構造材料の寸法最適化を行い、極めて良好な成果が得られた。

3.高磁場精度化:最も影響評価の難しい不整磁場要因である遮蔽電流磁場を対象に、本年度は、目標とする重粒子線がん治療用超伝導加速器(サイクロトロン)用超伝導コイルシステム全体における遮蔽電流磁場の影響評価を実施し、その全体像を明らかにするとともに、それを低減するための指針を示すことができた。高温超伝導コイル技術を活用した小型・高効率・高性能の重粒子線がん治療用超伝導加速器「先進ハイブリッド・サイクロトロン(AHC)」の開発を目標に、その実現の鍵となる「高機械強度・高電流密度・高安定・高磁場・高精度磁場」という「5つの高:5-High」を可能とするREBCO超伝導テープ線材を巻線したコイル開発のための基盤技術の確立を目指してきた。本年度は、高磁場精度化については、不整磁場要因の1つである遮蔽電流磁場の低減法として、まず銅メッキ付多芯REBCO超伝導線材(遮蔽電流低減のために多芯化し、一方で熱的安定化のため銅メッキを施した線材)を対象に、本研究グループが開発した三次元非線形過渡電磁場解析プログラムを用いて遮蔽電流の時間変化を詳細に解析し、その低減効果を評価した。またover-shoot法等のコイル通電電流制御法による低減効果を数値計算と検証実験に基づき評価した。次に高電流密度化と高熱的安定化を両立する技術として、電気絶縁を持たない線材で巻線する「無絶縁コイル(NIコイル)技術」の適用に向けた検討を行った。NIコイルは、銅安定化層を巻線内で共有できるため、高熱的安定性を確保しつつ電流密度を高められる。また線材の超伝導特性のばらつきがあっても電流が隣接する線材に迂回することができるので、線材の歩留まりの制約が緩和され、使用線材コストの大幅削減が期待できる。本年度は、開発した数値解析プログラムを用いて層間接触電気抵抗の適正値の決定法を提案した。また、巻線内に接続部や一部劣化を想定したときの電磁的・熱的過渡特性について解析・評価を行い、NIコイルが高い熱的安定性を有していることを示した。高機械強度化については、先行研究で提案したYOROIコイル構造に改良を加えた「Super-YOROI構造」を提案し、数値構造解析に基づきその有効性を検証した。以下のように、予定を上回る成果が得られた。従って次年度(最終年度)には、当初の計画をさらに一歩進める研究が可能となったと考える。・高電流密度化と高熱的安定化の両立:本研究課題において最も実現が難しいと考えていた高電流密度化と高熱的安定化を両立する技術として、「無絶縁コイル巻線方式」の適用の可能性を検討してきた。すなわち、数値解析と検証実験に基づき、局所的常伝導転移時の電磁的・熱的過渡特性の把握、適切な層間接触電気抵抗の決定法の確立、クエンチ検出と保護法の確立などについて当初の計画通り研究が進展している。さらにこれらに加え、当初の計画にはなかったAHC実用化時に不可欠となる複数のNIコイルから成るマルチコイルシステムの挙動(特に常電導転移時の電磁的・機械的相互作用)の把握に取り組むための新たな数値解析プログラムの開発に着手することができた。・高機械強度化:昨年度までに、重粒子線がん治療用高温超伝導サイクロトロンを想定し、先行研究で提案したYOROIコイル構造の適用可能性を検討し、補強構造材料の影響把握、補強構造材料の寸法最適化等を行ってきた。本年度は新たにYOROIコイル構造に改良を加えた「Super-YOROI構造」を提案し、数値構造解析による応力分担機構の評価に基づき有効性を検証した。・高磁場精度化:最も影響評価の難しい不整磁場発生要因である遮蔽電流磁場を対象に、昨年度は、目標とする重粒子線がん治療用高温超伝導サイクロトロン用超伝導コイルシステム全体における遮蔽電流磁場の影響評価を実施し、その全体像を明らかにすることができた。
大学教育におけるプロジェクト学習の構造化と不確定志向性

本研究は、プロジェクト学習を含む授業の有効性を高めるために、協同学習の理論に基づく教授法を構成し、その有効性を、大学生を用いて確認することを主な目的とした。この教授法は2段階で構成されていた。最初の段階で、受講生は協同教育の必要性と、生産的なグループ活動を遂行するために求められる技法を学んだ。次の段階で、受講生は小グループに別れ、プロプロジェクト学習を実践した。その結果、本教授法の有効性が確かめられた。しかし、グループ学習に影響することが確認されている不確定志向性の効果は認められなかった。これらの知見は協同学習の理論と不確定志向性理論の観点から検討された。19年度は大きく二つの成果を得ることができた。一つはプロジェクト学習を導入した授業の構成を検討し,一定のモデルを得ることができた。つまり,半期完結型の授業を前提に,前半7コマを使い,科目内容(今回はキャリア教育)を協同学習の理論と技法を用いながら授業を実施する。その際,安永ら(2007)が提唱した対話中心の授業方法が有効であることが確かめられた。この前半の7コマを通して,学生は学習の意味を再発見し,仲間と協同して学び合い・高め合うことの有用性を実感でき,後半で実施するプロジェクト学習に対する準備性を高めることができた。続いて,後半の8コマを用いてプロジェクト学習を実行し,プレゼンテーションまで実施する方法を確立した。ここでは学生が主体であり,プロジェクトの企画、実施、成果報告のすべてを学生が主導して実践した。指導者はアドバイザーないしはファシリテーターの役割に徹することができた。今回モデル化できたこの方法を基盤に,今後の実践研究を展開できる。二つめは,プロジェクト学習の効果を測定するための尺度の開発と検討を実施した。新たな尺度として二つの尺度を開発した。一つは協同作業認識尺度(投稿中)であり,一つは信頼行為受容尺度(長濱、安永,2008)である。また,不確定志向性,自尊感情,希望,大学生活への適応など,本研究に関連する資料の収集をおこなうことができた。これらの資料の詳細な検討はこれからの課題となる。20年度は、大きく三つの側面で成果をえることができた。一つは、大学教育における授業改善に関する研究を協同学習の観点からレビューし、教育心理学年報に展望論文として掲載することができた。この展望により、日本の大学において能動的学習(active learning)の重要性が認められ、さまざまな試みが行われているが、その中心的な方法として協同学習に対する関心が高まり、協同による授業改善が徐々に広がりつつあることが確認された。また協同学習の一形態であるプロジェクト学習も導入が進みつつあることが明らかになった。二つ目は、20年度の実践研究として、昨年度までキャリア教育の授業で展開してきたプロジェクト学習を導入した授業を、心理学の専門科目である「心理基礎演習」に導入し、その有効性を再度検討した。その結果、専門性の高い授業においても対話中心の授業方法が有効であり、学生中心のプロジェクト学習を促進することが確認できた。また三つ目は、他の心理学関係の授業を用いて、不確定志向性や協同に対する認識を測定し、不確定志向性が協同作業の認識におよぼす影響や、協同作業の認識が大学生の学習意欲におよぼす影響を明らかにすることができた。さらに、話し合いを導入した授業に初めて参加した学生たちの授業に対する評価や授業中に生起した感情反応を詳細に検討し、心理的変化を検討することができた。これらの知見は研究論文や学会発表論文として公表した。21年度は、これまで開発にあたり、本研究では中核的な尺度として用いている協同作業認識尺度が、教育心理学研究に採択され、学会誌に掲載されたことが、まず大きな成果であった。これにより、協同効用・個人志向・互恵懸念の3因子18項目5件法からなる本尺度の信頼性と妥当性が認められたことになり、研究全体の信頼性と妥当性を高めることにつながった。この尺度を用いて、対話中心の授業を受けた学生が講義中心の授業を受けた学生と比べて、協同学習に対する認識を改善するか否かを検討した。その結果、予想通り、前者は協同に対する認識を改善し、後者は協同に対する認識を悪化させることが認められた。また、この協同に関する認識が発達的にどのように変化するかも検討することができた。それによると小学校4年生の段階をピークに、年齢発達に伴い、協同に対する認識が低下することが認められた。また、協同に関する認識が大きく変化する年齢段階があり、その変化と学校適応との関係が明らかになった。プロジェクト学習に関しては、心理学科2年生10名を対象にプロジェクト的な学習形態を導入し、不確定性との関係を測定した。分析はこれからである。なお、本研究では、プロジェクト学習の基礎となる学習法や対話法をLTD話し合い学習法に依拠しながら教えている。

これまでは、LTDを導入する方法として、LTDの基本過程(過程プラン、8ステップ)を一括して教えていたが(一括導入法)、分割して導入する方法(分割導入法)を確立することができた。また、ジグソー法を用いた導入法も確立することができ、学習者のニーズに合わせた導入法を採用することができるようになった。加えて、プロジェクト学習看護技術を対象とした場合の協同による学習過程も検討できた。
Freak Waveに対する衝撃破損限界と回避システムの開発

近年、異常な大波(Freak Wave)によると思われる船の破損沈没などの重大事故が発生している。Freak Waveとは、ある海象条件下ではほとんど起こり得ないような極端に大きな波が突如襲ってくるというものである。Freak Waveは従来船体構造の設計で想定している波高の10mよりも遙かに高く、しばしば30mに達するため、船舶の安全な運航のためには早急にFreak Waveの威力を解明し、回避システムを開発する必要がある。まず、水槽実験に用いる想定されたFreak Waveとして分散集中波と不安定波によるものの発生機構を紹介し、実験水槽で再現した。また、シミュレーションで計算したものと実験のものを比較し、両方が一致していることを示した。ホイッピングを調べるために船長2mで金属骨方式の模型船を作成し、水槽試験を行った。分散集中波及び不安定波のパラメータを変え、様々なFreak Waveをシミュレーションの入力データとして模型船の各断面に対応する波の時刻歴を求めた。waveletを利用し、船体構造の弾性応答と出会い周期に当たる応答を分離した。Freak Waveの各パラメータが船体応答及び船体運動に及ぼす影響を調べた。Freak Waveの最大波高は大きければ大きいほど、最大サギングモーメントはほぼ線形で大きくなること、最大ホギングモーメントはあまり変わらないこと、分散集中波と不安定波は発生機構が違っても船体構造弾性応答や出会い応答や船体運動などには違いがあまりないことなどがわかった。次に、Freak Waveに遭遇する際に船首で起されたスラミングによって発生する曲げモーメントが船体の最終強度に及ぼす影響を検討した。Freak Waveの際に発生する最大曲げモーメントは船首のスラミングによって発生するホイッピングが主であり、非常に短時間の現象であり、スラミングの外力によるエネルギーは、流体減衰および断面の塑性変形による減衰により十分に吸収できる可能性がある。船体を梁としてモデル化し、歪み変形率及び塑性変形を考慮したうえで、汎用非線形陽解法コードを用いて時間領域の解析を行い、破断歪みを標準として船体縦強度を評価した。さらに、スラミング時間を変化させ、船体縦強度に対する影響も検討した。Freak Waveとは,海洋に突然現れる巨大な波浪であり,その発生原因は未だ解明されていない.近年のリモートセンシング技術を利用した異常海象の観測や海難事故の調査の結果,Freak Waveは世界各地の海域で頻繁に発生している事が確認されており,これまで原因不明であった海難事故の多くが,Freak Waveによるものであると考えられている.Freak Waveに遭遇する船舶は突発的に有義波高の2倍を超える高さの鋭い波に遭遇する為,破損沈没等の重大な事故となる可能性が極めて高い.Freak Waveに遭遇した時の船体に作用する衝撃力のかかり方は通常考えられている荒波中の状態とは明らかに異なると考えられ,Freak Wave中の船体の状態を明らかにする必要がある.そこで,模型船実験を実施しFreak Wave下での波浪荷重の計測を行った.

この時,Freak Waveそのものの発生機構が未解明であることから,Freak Waveを想定した大波に対するケーススタディを行い,Freak Waveのような卓越した大波に突入する際の船体運動,衝撃力の解明を試みた.今回実施した実験は予備試験と位置づけられ,計測された船体応答から実験条件,計測項目,実験精度向上の検討など実験方法の確立,ケーススタディに用いる大波(Freak Waveの候補となる波)の選定,さらには船体の弾性応答までが計測可能な弾性模型船の作成を行った.Freak Waveは海洋に突然現れる巨大な波浪であり,その発生原因は未だ解明されていない.このFreak Waveに遭遇した船舶の破損・沈没等を防ぐには,Freak Wave下での船体運動及び船体への波浪衝撃荷重を解明し,許容損傷と破損限界を定める必要がある.そこで全長2mの硬質ウレタン製弾性模型コンテナ模型船を用いた水槽試験を行った.船速は0.5m/s(実船換算11.6knot,Fn=0.113)であり,また波向きは正面向波(180deg)及び斜波(150deg)の2種類である.そして計測項目は,船体中央曲げモーメント,船体運動(Heave,Pitch,Roll),船首加速度,船首相対水位,ビデオによる船体運動の撮影である.実験に用いた波は,規則波,規則波に線形集中波を重畳させた波,そしてBenjamin-Feir変調理論に基づく不安定波である.最大波高と平均波高の比は23の値になるように設定した.また,実験と併せて非線形ストリップ法のプログラムであるSRSLAMによる数値シミュレーションも行い,両者の比較検証を行った.実験の結果,波高に関しては,規則波(有義波)波高が曲げモーメントに与える影響は小さく,ほとんど集中波の最大波高のみで決まることが分かった.このとき,最大曲げモーメントは集中波波高にほぼ比例して大きくなった.実験前の段階では,曲げモーメントが波高増加に対してある程度の値のところで収束するような予測もあったが,そのような挙動は観察されなかった.また波長については,規則波波長は最大曲げモーメントに大きな影響を与え,波長船長比が1に近いときにその最大値を与えることが判明した.Freak Waveは海洋に突然現れる巨大な波浪であり,その発生原因は未だ解明されていない.このFreak Waveに遭遇した船舶の破損・沈没等を防ぐには,Freak Wave下での船体運動及び船体への波浪衝撃荷重を解明し,許容損傷と破損限界を定める必要がある.そこで全長2mの硬質ウレタン製弾性模型コンテナ模型船を用いた水槽試験を行った.船速は0.5m/s(実船換算11.6knot, Fn=0.113)および及び0.3m/s(実船換算6.96knot, Fn=0.068)であり,また波向きは正面向波(180deg)及び斜波(150deg)の2種類である.そして計測項目は,船体各断面の曲げモーメント,船体運動(Heave, Pitch, Roll),船首加速度,船首相対水位,ビデオによる船体運動の撮影である.実験に用いた波は,規則波,規則波に線形集中波を重畳させた波,そしてBenjamin-Feir変調理論に基づく不安定波である.最大波高と平均波高の比は23の値になるように設定した.
特異空間の幾何学的及びトポロジ-的研究

余次元が偶数のストラッタのみをもつ空間が2つ組合せ多様体の中に埋め込まれていて、それらが互に横断的であるとする。このときそれらの共通部分とそれらの2つの空間と組合せ多様体の各のLホモロジ-類の間の関係を表わす交叉公式が示せた。(Kodai Math.J.(1989)に発表)次にスティフェル・ホイットニ-・ホモロジ-類については今までは、純次元の場合に研究して来た。それらのことが純次元とはかぎらないオイラ-空間に対しても成りたつと考えられる。まずスティフェル・ホイットニ-・ホモロジ-類を保つ写像は奇写像で近似できる。又、スティフェル・ホイットニ-・ホモロジ-類を零にうつす全射な写像は偶写像で近似できる。次に組合せ多様体の中に2つの純次元とはかぎらないオイラ-空間が互いに横断的に交わっているときそれらとそれらの共通部分のスティフェル・ホイットニ-・ホモロジ-類の関連を表わす交叉公式が示せそうである。そのためには純次元の場合と同様にオイラ-空間のボルディズム群を定義しそれを利用するのであるが、今の場合は純次元でないオイラ-空間のボルディズム群を考えねばならない。さらに横断定理の利用とあわせてスティフェル・ホイットニ-・ホモロジ-類の特徴付けをうる。これらのスティフェル・ホイットニ-・ホモロジ-類に関したことは未発表のだんかいである。スティフェル・ホイットニ-・ホモロジ-類が位相不変量であるかという問題があるがそれは手つかずのままである。
機械学習を用いた高効率走査トンネル分光測定による物質探索

準粒子干渉(QPI)はSTMの特徴の一つである走査トンネル分光(STS)を用い、二次元電子系や超伝導体表面の探針直下の状態密度を二次元的に観察し、そのフーリエ変換像を通して、系のエネルギー分散関係や、超伝導の担い手であるクーパー対(2電子の対)の性質を知ることが出来る。この手法は、高温超伝導を含む非従来型超伝導の発現機構に迫る強力な手段として知られている。ただ、その高い有用性の一方で、長ければ1週間以上にも及ぶ測定時間の長さが大きな課題となっている。そこで、本研究では、機械学習を用いたQPIの効率測定を目指した、情報計測手法の開発を行っている。これまで、申請者らは最も単純なQPIパターン(:電子の波の性質を反映した干渉縞)を示す銀表面を極低温STMで観察し、その解析において二次元画像からランダムにデータ点を減らし、圧縮センシングによるデータの復元を行った。その結果、得られる情報を変えずに、測定点を10%以下まで落とせることを明らかにした。今回はその成果を踏まえて、QPIの真髄である電子のエネルギー分散関係の見積もりの高速化を目指した解析を行う。さらに、実際にランダムサンプリングによる測定を行い、測定の高速化を検証する。初年度は、ランダムQPI計測プログラムを作成し、異なる条件(測定時間、測定領域の広さ)におけるランダムQPI計測を金の(111)面で行った。その結果に対し、従来的な最小二乗法による解析を行い、エネルギー分散の見積もりを行なった。その結果、同じ測定点数で実空間の領域を広げた測定をすると、測定範囲を広げることで、分散の線幅が細くなり、実計測においても波数空間の高精度化が行えることが明らかになった。この結果は、実質的に計測の高速化が行えることも示唆している。現在、これらのデータに対して、LASSOによる解析を行い、ノイズの十分に除去された高分解の分散曲線が得られるかどうかの検証を行っている。研究代表者の所属変更に伴い、研究設備の移設等に時間がかかったために、当初の計画通り研究が進まなかった。作成したランダム計測プログラムを元に行った測定結果の解析を行い、ランダム計測とLASSO解析による測定の効率化の検証を進める。
負膨張材料の複合化による膨張係数がゼロのバルク金属ガラス創製および加工性評価

本研究の目的は、金属ガラス(バルクアモルファス合金)に負の膨張係数を有する材料を複合化して正味の膨張係数がゼロの材料を開発することである。金属ガラスにFe_<43> Cr_<16> Mo_<16> C_<15> B_<10>合金を、負膨張係数材料にMn_3(Cu_<0.53> Ge_<0.47>) Nを選択してFe_<43> Cr_<16> Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラスのガラス転位温度(T_g=863K)付近でプラズマ放電焼結(SPS)を行った。その結果、Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラスはT_g付近で過冷却状態に転移して粘性流動性を示し、比較的低温でも高密度のFe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラス/ Mn_3(Cu_<0.53>Ge_<0.47>)N複合体を作製することができた。また室温付近において正味の膨張係数をゼロに制御することに成功した。本研究は金属ガラス(バルクアモルファス合金)Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>と、負の膨張係数を示すセラミックスZrW_2O_8をプラズマ放電焼結で複合化して膨張係数がゼロの新材料を創成することを目的とする。当該年度は原料粉末の合成およびプラズマ放電焼結による試料作製を中心に以下の項目を実施した。(1)ZrW_2O_8の合成はZrO_2とWO_3の混合粉末タブレットをPt箔で包み、電気炉で1523K、48時間固相拡散反応させ、その後試料を取り出して直ちに水中投下して行った。得られたバルク体は機械的に粉砕して平均粒径φ10μmの粉末を得た。(2)Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラス母合金は所定量の原材料(Fe、Cr、Mo、C、B)をアーク溶解炉で溶解して作製した。その後ガスアトマイズ法(噴霧冷却)でガラス化および粉末化して平均粒径φ6μmのアモルファス粉末を得た。Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラスのガラス転位温度、結晶化温度はそれぞれ875K、941Kであった。(3)Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラスのバルク焼結体が得られる焼結温度と時間を把握するために、結晶化に関するTTTダイアグラム(等温変態線図)を作製した。充填率90%以上のアモルファスバルクは873K以上で得られ、特に893Kでは約2分間の過冷却状態の潜伏時間があることが分かった。本研究は金属ガラス(バルクアモルファス合金)Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>と、負の膨張係数を示すセラミックスをプラズマ放電焼結(SPS)で複合化して膨張係数がゼロのアモルファス複合材料を創成することを目的とする。当該年度は負膨張係数材料としてマンガン窒化物Mn_3(Cu_<0.53>Ge_<0.47>)Nを選択し、Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラスと混合してプラズマ放電焼結により複合体を作製した。但しMn_3(Cu_<0.53>Ge_<0.47>)N及びFe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラスの室温付近の膨張係数はそれぞれ-16μ/K、+6μ/Kである。

(1)883Kで3分間焼結すると、Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラスは過冷却状態に転移して粘性流動性が増すため短時間で充填率が100%近いバルク材を得ることができたが一部は結晶化した。一方、863Kで60分焼結すると、充填率90%以上のバルクアモルファス体が得られた。(2)863Kで60分焼結した試料の組織観察の結果、Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラスとMn_3(Cu_<0.53>Ge_<0.47>)Nは組織的に連続的に接合していることが分かった。(3)X線回折と透過電子顕微鏡による構造解析を行い、Fe_<43>Cr_<16>Mo_<16>C_<15>B_<10>金属ガラス及びMn_3(Cu_<0.53>Ge_<0.47>)Nはそれぞれ焼結前の結晶構造を維持しながら複合化されていることが分かった。(4)Mn_3(Cu_<0.53>Ge_<0.47>)Nを27vol%含む試料について線膨張係数を測定し、室温付近で膨張係数がほぼゼロになることを確認した。
協奏的擬高圧効果のある端原子リッチナノカーボンの化学活性

グラフェン構造を主とするカーボンナノ空間とエッジ構造との協奏的なナノ構造特有の活性の創出・解明を目指した。エッジリッチなナノグラフェンからナノ空間が極度に発達したグラフェンモノリスを創出し、高い水蒸気吸着特性を見出した。単層カーボンナノチューブバンドルのバンドル間隙にエッジ炭素モデルとしてのナフタレン誘導体をドープすると、50倍もの電導性増加が見られ二酸化炭素吸着性も高められた。通常90万気圧の高圧圧縮が必要な硫黄の金属化を1気圧以下でナノチューブの空間中で実現し、それが硫黄原子の1次元鎖結晶であることを示した。メタンハイドレートの生成速度がカーボンナノ空間中で10倍以上になることを見出した。カーボンナノ空間の特別な反応加速効果あるいは化学活性を明らかにする研究目的に沿って、典型的なカーボンナノ空間を提供できるカーボンナノチューブ中での硫黄およびセレンの低次元系新規物質の創製、単層カーボンナノチューブバンドルのチューブ間空隙への分子修飾による新たな表面活性の創出、エッジカーボンの寄与を制御できるナノグラフェンからなる新規のグラフェン細孔体モノリスの創製を行った。ナノチューブ中での1次元硫黄鎖結晶は前年度に創製が確認されていたが、その物質系の理論的解析も進めて、その1次元硫黄鎖結晶が金属であることを証明して、ナノ空間への閉じ込めが90万気圧以上の圧縮に対応することを解明し、論文発表できた。またセレンについてもナノチューブ空間中でにピッチの長い特別な1次元構造になっていることを示し、カーボンナノ空間の特別な反応性を示せた。単層カーボンナノチューブバンドルのチューブ間空隙にカーボンエッジのモデルになる多環芳香族分子を導入すると、ナノチューブと分子間で電荷移動が起こり、ナノチューブ空間が電荷を帯び、4重極モーメントの大きな二酸化炭素分子の吸着活性が高められることを明らかにした。とくにニトロ基を持つナフタレンは単層カーボンナノチューブの極低温から温度上昇につれて、電気伝導度が室温近傍で半導体から金属へ転移するとみられる現象の再現性を確認し、その機構解明に向かうところである。また、グラフェンはsp2炭素からなる面が主であるが、ナノグラフェンはエッジにあるsp3炭素の寄与も大切になる。同時に高い表面活性を期待するために、ナノグラフェンから2000m2/gもの高い表面積、ミクロ細孔、メソ細孔およびマクロ細孔を有する多孔性グラフェンモノリスの創製に成功した。この活性の測定は今後の課題である。さらに単層カーボンナノホーンを中心にしてナノスケール窓の縁のsp3炭素導入も試みた。希少金属の代替の化学の展開をカーボンの特性を活用して推進する目的のため、強力なナノ細孔場を有するカーボンナノ空間は物質系に対して1万気圧なみの超高圧圧縮効果があること、グラフィティックカーボンの端原子および欠陥部位は基底原子と異なる化学活性を有すると期待できること、カーボンは金属ナノ粒子の安定化を起こすことなどを利用して、新たな化学活性を有するナノ構造カーボンを開発できれば、本目的を遂げることができる。これら目的にそって、表面増強ラマン散乱法によってカーボン基底面上の欠陥構造を解明する方法に端緒をひらいた。単層カーボンナノチューブ(SWCNT)と二層カーボンナノチューブ、硫黄の創成、を利用して、今まで以上に極端な超高圧効果を明らかにした。硫黄は90万気圧以上の加圧によって一次元的な硫黄原子鎖が二次元に広がり、金属特性を示すことが知られている。本研究によって完全一次元硫黄鎖結晶をナノチューブ空間に大気圧以下で創成できた。これらは極低温からの電気伝導度測定、高分解能透過電子顕微鏡観察、シンクロトロンX線回折等から証明できた。これは著しい超高圧圧縮効果であり、今後更に発展させる必要がある。SWCNTあるいはスリット型細孔を有する活性炭素繊維を利用して、高圧有機合成反応が大気圧下で進行するかを検討し、フタロシアニン合成では大量合成に成功した。またナノチューブバンドルに端原子類似構造を創出するためにナフタレン系分子をドープして、端原子リッチモデル細孔構造を創製し物性を検討した。その結果、Mott転移とみられる特殊な電子状態が実現できた可能性がある。カーボンナノチューブを触媒にて開裂させ、端原子をリッチナノカーボンを大量に創製する手法を検討した。また、メソ細孔性カーボン中に端原子を有するナノリボンを創製する手始めに、カーボンアエロジェルのメソ細孔に有機分子を導入し、その状態を検討した。単層カーボンの持つナノスケール空間とその空間を構成する壁にあるエッジの特異的な化学作用を明確にすることが目的である。この研究目的のために、カーボンエッジとナノスケールカーボン細孔空間が協奏的効果を発揮すると期待できる、これらが共存している系を創製あるいは研究に取り入れ、気体吸着性および物質変換能を検討した。エッヂ炭素とナノスケール空間との協奏的作用が関係しているとみられる例を以下のように示した。

1エッジ構造とナノスケール空間の共存系として、ナノグラフェンからナノ細孔性グラフェンモノリスの創製に成功した(Carbon2013)。そこでエッジ構造に鋭敏な水蒸気吸着性を調べた。2カーボンナノ空間の際立った化学作用として、金属的な原子が1次元配列した硫黄鎖結晶の創製した(Nature Comm. 2013)。3細孔壁をグラフェン様にまで高賦活したメソ細孔を有する活性炭がメタンハイドレート結晶の生成速度を自然界よりも10倍以上増大することを示した(Nature Comm. 2015).4エッジカーボンが低圧吸着に影響する疎水性スリットカーボンの水蒸気吸着機構を示した(Nature Chem. 2015).5単層カーボンナノチューブバンドルにエッジ炭素のモデルとしてナフタレンとその誘導体をドープし、ナノスケール空間の局所電場を増強すると二酸化炭素吸着能が増大することを明らかにした(Adsorption 2013, Faraday Dis 2014).6モデル的にエッジ炭素のみからできているナノカーボン空間系としてカーボンナノリングの構造と極性分子吸着性を検討したところ、可逆的な格子ひずみを伴う吸着が起こることを明らかにした(投稿中)。26年度が最終年度であるため、記入しない。ナノ科学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初目的としたメタンを出発とする反応ではないが、カルコゲナイド系での全く特殊な1次元硫黄原子鎖結晶、1次元セレン原子鎖結晶の創製反応が迅速に進むことを、ほぼ完全に証明できた。これは目的に合致している。単層カーボンナノチューブバンドルについてはエッジが多い多環芳香族分子を、チューブバンドル間隙に挿入して、二酸化炭素吸着活性を制御できた。また、エッジ炭素と基底面炭素との制御を行うことのできる高表面積グラフェンモノリスの創製に成功し、これから2000度付近での加熱によって、ナノグラフェンサイズを制御しながらエッジ炭素を制御することができる段階に達した。これらのことから、本研究は目的を遂げつつある。90万気圧以上に及ぶ超高圧圧縮効果がカーボンナノチューブ系で明らかになり、硫黄を金属化できた。また、有用なフタロシアニンの高圧合成経路をナノ細孔を活用して常圧下で大量合成することに成功した。端原子リッチカーボンの簡易創製法を開発した。他にもメソ細孔系について予備的な構造解析・物性解析を開始した。これらのことから、端原子リッチな細孔系への展開に進める状況になった。ただし、これらの成果の学術誌への発表が遅れている。カーボンナノチューブ空間中の1次元硫黄についてはその構造変化の可能性を探り、ナノチューブ空間の持つ化学反応に対する超高圧圧縮効果を明確にする。ナノグラフェンモノリスについては高温処理によって結晶化度を制御して、sp3炭素とsp2炭素の割合を変えた系を創製して、吸着活性あるいは電気化学活性を検討する。特に二酸化炭素の還元活性および有機イオンの取り込み速度測定などを通じて、ナノ空間中の炭素の混合原子価状態の役割を明らかにする。
新規レスベラトロール結合タンパク質のがん予防における機能解明

ブドウやワインに豊富に含まれる食品成分の一つであるレスベラトロールは、がん予防効果などの魅力的な生理活性を有している。それ故に、レスベラトロールの標的タンパク質の発見はその作用機序の解明のみならず、新たな創薬標的の発見に繋がることが期待される。本研究は、研究代表者が新規に見出したRBP1 (resveratrol-binding protein 1)のがん予防における機能を解明することを目標としている。前年度までに、レスベラトロールを前立腺癌細胞株に添加するとRBP1がプロテアソーム依存的に分解されることを見出した。レスベラトロール添加およびRBP1の発現抑制時に、細胞死を伴う細胞増殖抑制効果がみられ、アポトーシス抑制分子が減少し、発がん促進経路が抑制されることを見出した。RBP1のタンパク質発現枯渇時にレスベラトロールを添加したところ、レスベラトロールの細胞増殖抑制効果および発がん促進経路の抑制効果が減弱することを見出した。本年度では、レスベラトロール添加およびRBP1の発現抑制時に、発がん促進経路の上流分子の一つが抑制されていることを見出した。Sirtuin 1阻害剤はRBP1の発現抑制によるがん抑制効果を減弱できなかった。また、phosphodiesterase阻害剤は増殖抑制効果、および発がん促進経路抑制効果を示さなかった。これらの結果から、レスベラトロールはRBP1を直接標的とし、発がん促進経路の上流分子の一つを抑制することによって抗がん作用を発揮していると考えられる。本研究により、レスベラトロールの抗がん作用の標的分子として新たにRBP1が見出された。RBP1を標的とすることはがん予防効果に限らず、レスベラトロールのその他の生理活性にも関与している可能性があり、RBP1を標的とする薬剤のスクリーニングによりレスベラトロールの生理活性を模倣可能な薬剤の発見が期待できる。26年度が最終年度であるため、記入しない。ブドウやワインに豊富に含まれる食品成分の一つであるレスベラトロールはがん予防効果など様々な生理活性が報告されており、それ故にレスベラトロールの標的タンパク質の発見はその作用機序の解明のみならず、新たな創薬標的の発見に繋がることが期待される。本年度までに、レスベラトロールを前立腺癌細胞株に処理するとRBP1がプロテアソーム依存的に分解されることを見出した。レスベラトロール処理およびRBP1の発現抑制時に、細胞死を伴う細胞像増殖抑制効果がみられ、アポトーシス抑制分子が減少し、発がん促進経路が抑制されることを見出した。RBP1のタンパク質発現枯渇時にレスベラトロールを処理したところ、細胞増殖抑制効果および発がん促進経路の抑制効果が減弱することを見出した。これらの結果から、レスベラトロールはRBP1を標的として、発がん促進経路を抑制することにより抗癌作用を発揮していると考えられる。本研究により、レスベラトロールの抗癌作用の標的分子として新たにRBP1が見出された。研究計画通り、RBP1の発現抑制時に誘導される細胞死の責任分子およびその上流の発がん促進経路の解明に成功し、レスベラトロール処理時にRBP1が分解されることを見出した。

さらに来年度に予定していたRBP1のレスベラトロールの作用における機能解明についても、解析を進めることができた。当初の計画通り、RBP1の発現抑制時に見られる細胞増殖抑制効果と分子機序にsirtuin 1およびphosphodiesteraseが関与しているのか解析する。また、RBP1が発がん促進経路をどのように調節するのか解明する。さらに、これらの解析によって明らかになった現象が、レスベラトロール処理で見られるか検討し、同様にRBP1の発現枯渇時にその効果が減弱するか検討する。
ケイ素置換基により活性化された不飽和分子の新規変換手法の開発

本研究では,Lewis酸触媒を用いる含ケイ素不飽和分子を用いる選択的環化付加反応の開発を通してその反応機構や化学選択性,立体選択性を実験と理論計算の両面から解明することにより,含ケイ素不飽和分子の性質の理解に基づく新しい変換手法を確立することを目的として研究に取り組み,ケイ素置換基の特異な効果による新たな選択的合成反応を開発するなど,一定の成果を得た.本研究で得られたケイ素置換基がもたらす効果とその用途についての新たな知見を活用することで,ケイ素置換基を有する不飽和有機分子を用いる反応のさらなる発展および応用が可能になると考えられる.本研究においては,これまでその性質が研究されていなかったケイ素置換基を導入した電子不足オレフィンの特異な性質を解明することにより,軌道相互作用に基づく真に有用な有機ケイ素化合物の変換手法の確立を目指している.平成26年度は大学院生2名の協力を得て,カルボカチオンを活性中間体とする選択的環化付加反応の開発に取り組んだ.結果として,スカンジウムやインジウムの触媒を用いることにより,穏和な条件下でのアリルシランとβ-シリルエノンとの位置および立体選択的[3+2]環化付加反応,ならびにアリルシランとβ-シリルアルキノンとの[2+2]環化付加反応を開発した.前者に関しては速報として一流化学誌であるAngewandte Chemieへの採録を達成した.後者に関しても既に必要な化合物の同定・分析を終えており,論文誌への投稿準備中である.これらの反応において発生するカチオン中間体においては,ともに二つのケイ素置換基からの超共役安定化効果,βおよびγケイ素効果を受けており,ゆえに従来の手法では見られなかった選択性が発現したものと考えられる.今回得られた[3+2]環化付加体は続く酸化反応によって二つのケイ素置換基を個別に酸化することが可能であり,複数の酸素官能基による立体中心を有するプロスタグランジン類の不斉合成への応用を念頭に置いた変換反応の開発にも成功している.アルキンやアルケンなどのありふれた炭化水素資源からシクロブテンのような歪みを有する小員環分子を構築可能な[2+2]環化付加反応は一般に難易度が高いが,複雑な分子を一挙構築可能な点で魅力的である.しかしながらそのような反応には高価な遷移金属触媒を用いる必要がある,あるいは基質適用範囲が限定されている,などの課題が残されていた.今回,我々は典型金属元素であり,触媒としての用途も多数報告されているインジウムを触媒金属として用いることにより,アリルシランと電子不足な内部アルキンを反応剤とする高選択的な[2+2]環化付加反応を開発し,論文誌に報告した.同様の反応は以前にもわずかながら報告されていたが,それらの基質適用範囲は極めて限定されており,末端アルキンしか用いることができなかった.今回,内部アルキンが適用可能になったことにより基質適用範囲は大きく拡大し,種々の多置換シクロブテンを高い収率で得ることに成功した.また,得られたシクロブテンに含まれるケイ素置換基は,シクロブテン環そのものを損なうことなく酸化反応に付すことが可能であり,対応するアルコールを選択的に与えた.シクロブテンは熱的に開環して1,3ージエンへと誘導化できることが知られているが,今回の反応で得られたシクロブテンも立体選択的に開環し,多数の置換基を有するジエンを幾何学的に高度に制御された状態で与えた.以上の結果より,本年度はケイ素置換基によって活性化された不飽和分子の高度利用をさらに推し進めることに成功し,起動相互作用の制御に基づく新規反応開発を達成したと言える.2+2環化付加反応について必要なデータと論文をまとめ,論文誌に掲載することができたため当初の目的通りに進行している.有機化合物におけるケイ素置換基は酸化などの反応によって有用物質へと変換可能な置換基であり,特に本邦の化学界において広く研究されている研究対象の一つである.前年度までに発見し,報告していたカルボニル基を有するアリルシラン化合物における1,4-アリールシフトに関し,ケイ素置換基の立体電子効果についてより詳細な知見を得るため実験的および理論的見地から検討を行った.まず,カルボニル基を持たない単純なアリルシランに対して強酸を加えて反応を行ったが,単にケイ素置換基の脱離が起こるのみでアリールシフトは確認されなかった.これによりカルボニル基の存在によってアリールシフトが促進されていることが裏付けられた.また,種々の置換基効果についても検討し,アルケン上の置換基が嵩高い場合にはアリールシフトよりもプロトデシリレーションが優先するという知見を得た.この反応によって得られた生成物は玉尾ーフレミング酸化を施すことにより容易にジアリールヒドロキシケトンへと立体特異的に誘導可能であることも確立された.

これらの裏付けとなる詳細な理論計算を進め,妥当な中間体はカルボニル基がケイ素に配位したカチオン中間体であると決定した.以上の知見は有機ケイ素化合物における反応性に関する未知の部分を解明するために有用な知見であり,有機合成やケイ素ポリマー合成などにも広く用いられる有機ケイ素化学の基盤技術の構築に与する結果であると言える.本研究では,Lewis酸触媒を用いる含ケイ素不飽和分子を用いる選択的環化付加反応の開発を通してその反応機構や化学選択性,立体選択性を実験と理論計算の両面から解明することにより,含ケイ素不飽和分子の性質の理解に基づく新しい変換手法を確立することを目的として研究に取り組み,ケイ素置換基の特異な効果による新たな選択的合成反応を開発するなど,一定の成果を得た.本研究で得られたケイ素置換基がもたらす効果とその用途についての新たな知見を活用することで,ケイ素置換基を有する不飽和有機分子を用いる反応のさらなる発展および応用が可能になると考えられる.既に一つの課題について十分な成果を上げ,論文誌に掲載されていること,ならびにもう一つの課題もほぼ当初目標を達成していること.このことから当初一年で達成可能であるとしていた範囲を十分に超えている.理論的見地からの検討を進め,今までに得られたケイ素置換不飽和分子の新しい反応性に関する理論的な裏付けを進める.同時に,反応機構に関して知見を集めるため,反応速度に関する実験や特殊な基質を用いた比較実験などにより,反応機構の究明を進め,これまでの研究の集大成とする.有機金属化学・有機合成化学当初の予定より順調に計画が進行しているため,今年度はイオン的な軌道相互作用に基づくケイ素化合物の変換手法の開発に区切りをつけ,関連するデータをまとめて論文誌へ投稿する準備を行う.一方.ラジカルを経由する反応は触媒が不要である,反応効率が極めて高い,などの利点から環境付加を極力抑えた理想的な有機合成反応であると言えるが,ラジカル中間体の制御は一般に困難であるため合成反応の種類は限られている.そこでイオン的な相互作用で得られた知見をもとに,本年度はラジカル中間体を発生させる変換手法の新規開発に取り組む.
プロテアーゼ受容体-2抗体を用いた炎症性腸疾患に対する新規治療法開発の基礎研究

近年、ヒト医療領域のみならず獣医領域においても、各種の炎症性腸疾患が増加し問題となっている。しかし、現在の所、有効な治療法が確立されておらず、新規治療薬の開発が急務の課題となっている。本研究では、実験的大腸炎モデル動物の消化管運動におけるプロテアーゼ受容体2 (PAR-2)の役割を明らかにすることで、炎症性腸疾患の新規治療薬としてのPAR-2の可能性を評価するとともに、PAR-2抗体を新規治療薬として用いるための基盤作りを目的としておこなった。前年度の研究に引き続いて、DSSラットを用いて消化管運動におけるPAR-2の機能的変化を検討した。これまで、PAR-2活性化による遠位結腸輪走平滑筋の弛緩反応には、抑制性神経伝達物質である一酸化窒素やプロスタサイクリンの関与が考えられていたが、各種神経伝達阻害物質の処置下においても、PAR-2活性化による弛緩が変化しなかったことから、やはりCa活性化Kチャネルが関与することが明らかとなった。また、PAR-2の発現量は、PAR-2の機能減弱と同じ時間経過をたどって減少することを明かとした。一方、DSS処置により作製した潰瘍性大腸炎モデルマウスに対する、PAR-2作動性合成ペプチドであるSLIGRL-NH2の影響を観察したが、生存率、消化管粘膜部および筋層部の形態学的変化、消化管運動能には、有意な変化が認められなかった。これらの結果より、実験的大腸炎モデル動物においてはPAR-2発現量が減少することにより、消化管平滑筋の弛緩反応が減弱し、消化管の運動機能不全を起こしていることが示唆された。しかし、腸炎発症機構におけるPAR-2受容体の役割解明については、更なる検討を要する。本研究では、まずプロテアーゼ受容体2(PAR-2)の潰瘍性大腸炎への関与を明らかにし、次にPAR-2抗体を作成し新規治療薬として開発するための基盤作りを目的として、実験を進めている。潰瘍性大腸炎モデルマウスは、雄性SDラットに5%DSSを自由飲水させることで作成した(DSSラット)。対照群には7日間水道水を自由飲水させたラットを用いた(Controlラット)。DSSラットでは、激しい下血、体重減少、結腸の短縮が見られ、炎症の程度を示すMPO(Myeroperoxidase)活性は粘膜層で著しい増加が観察されたが、平滑筋層での変化は認められなかった。DSSラット結腸平滑筋における収縮弛緩反応とPAR-2の関係を明らかとするため、PAR-2作動薬(trypsinおよびSLIGRL-NH_2)による弛緩反応を観察したところ、DSSラットにおいては有意な弛緩反応の減弱が認められた。しかし、PAR-2弛緩機構に深く関与するCa活性化Kチャネル(SKCa)の影響を明らかにするため、SKCa活性化薬である1-EBIOによる弛緩反応を検討したところ、弛緩反応には変化が認められなかった。また、SKCaのmRNA発現量にも有意な減少は認められなかった。一方、PAR-2のmRNA発現量はDSSラットにおいて有意に低下していた。これらの結果より、DSSラットにおいてはPAR-2発現量が減少することにより、受容体を介する弛緩反応が減弱し、消化管の運動機能不全を起こしていることが示唆された。