hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Si上のZrO_2膜上のasーgrown高温超伝導膜の形成と超伝導素子への応用

単結晶Si上に、バッファ-層としてZrO_2およびYSZを、エピタキシャル成長し、その上にBa-Y-Cu-O系高温超伝導薄膜を熱処理を行うことなく形成した。この膜のTcは、84Kであり、70Kでの臨界電流密度は、10^4A/cm^2であった。この膜の超伝導素子への応用として、SrのVLSIの素子分高技術に用いられるトレンチ技術を用いて、深さ約3μmの溝でパタ-ニングされたSi表面上に、マイクロブリッヂ素子を形成した。加工精度は、約0.8μmで、幅(82)μm、長さ2μmの素子を形成した。この素子の臨界電流密度は、バルクの値と一致し、この素子は、粒界に無関係なジョセフソン効果を示すことが確認された。また、マイクロ波により、ジョセフソン効果に特有なシャピロステップ特性がI-V特性に生じた。素子のI-V特性および渦子運動領域でのダイナミック抵抗は、Aslamazouとdarkinによる理論的予言と定性的に一致する。素子の幅が、磁場侵入距離よりも長いことで上記理論を修正して、実験を解析した。次に、超伝導膜の品質向上に関しては、バッファ-層としてY_2O_3/YSZを用いた。この場合のBa-Y-Cu-O膜は、イオンビ-ム・チャネリングによるランダムと整列方向のYieed比が、約4%と優れた結晶性を示す。また、77Kでの臨界電流密度は、5×10^5A/cm^2と向上した。今後の課題として、上記マイクロブリッヂを組合して、高感度SQUID素子の形成を試みる。また、マイクロブリッヂ素子の超伝導電流のゲ-ト制御による超伝導トランジスタ素子形成を試みる。
バイオ・ナノ流動ダイナミクスの数理と応用

量子効果を取り入れた分子動力学解析手法を確立し、先端的分子計測技術による流動実験と比較することによって、バイオ・ナノ流動予測技術の妥当性を検討した。ここで開発したシミュレーション技術を、DNA自己組織化流動、抗原・抗体反応、すい島細胞の破壊過程、リゾチーム分子のシリコン基板への吸着現象、二次電池内のリチウムイオン流動、赤血球を含む超微小球体の運動に適用し、工業・臨床応用への有用性を確認した。急速なバイオ・ナノテクノロジーの進展によって,特定のたんぱく質や酵素が大量精製可能になり,さらには,望みの塩基配列をしたDNA断片(長さ1030nm)が自由に合成できるようになった.また,DNAの相補性,自己複製能,熱変性能,構造転換機能を有効に利用し,そのナノ構造体およびナノ機械を創製する研究が黎明期にある.たんぱく質やDNA,いわゆる,生体高分子の「特殊機能材料」としての上記特性が水溶液中でのみ発現するため,これらを時間および温度に強く依存するダイナミカル流動システムとしてとらえ,生命科学における理論流体力学的研究のブレークスルーを図ることが本研究の目標である.初年度は,研究の第一歩として,活性化ラジカルによるDNA崩壊の量子化学解析によって基礎的知見を得て,DNAの塩基対を介した電気伝導特性に関するポーラロン解析モデルを構築し,そのダイナミクスや温度依存性に関する具体的な数値計算と実験事実との対比によって,理論モデルの妥当性を確認することができた.これらの成果,とくに,「電子衝突によるDNAらせん崩壊の量子力学的アプローチ」の論文で報告者らは,日本シミュレーション学会論文賞を受賞した.また,Poly(dA)・Poly(dT)人工DNAを用い,マイカ基板上に自己組織化したDNAネットワーク構造を原子間力顕微鏡で詳細に観察し,その性状について2次元および3次元のフラクタル解析を試み,その定量化に成功した.現在,この自己組織化流動現象のダイナミクスを解明するためシミュレーションモデルの開発を行っている.さらに,この間,大阪大学で教授職を得ることができたため,東北大学からコンピュータシステムや実験装置移転,赴任先での再設置に尽力した.高真空下でDNAネットワークの詳細観察が可能になるように環境型プローブ顕微鏡ユニットを導入し,現在,装置の立ち上げと予備実験を行っている.たんぱく質やDNAの自己組織化,構造転換機能,分子認識機能を有効に利用し,そのナノ構造体およびナノ機械を創製する研究が黎明期にある.これら生体高分子の「特殊機能材料」としての上記特性が水溶液中でのみ発現するにもかかわらず,詳細は不明であるため,これらを時間および温度に強く依存するダイナミカル流動システムとしてとらえ,生命科学における理論流体力学的研究のブレークスルーを図ることが本研究の目標である.昨年度は,高真空下でDNA自己集合化ネットワークの詳細観察が可能になるように環境型プローブ顕微鏡ユニットを導入したので,本年度は装置の立ち上げと予備実験を引き続き行っている.実験的研究では,マイカ基板,シリコン系基板,カーボン系基板を用い,水中や真空中での基板原子とDNA構成原子の相互作用に注目した研究を行っている.新しい研究方向として見出した新概念として,チューリングの反応拡散波により,DNAネットワーク性状の模擬が可能であることがわかった.ナノスケールの生体高分子自己集合化現象を古典流体力学的な場の理論によって考察可能であることは驚きであり,動物の皮膚や自然界の渦等におけるパターン形成に関連して,知的好奇心が大いに刺激された.次年度に本格的な取り組みを開始し,学理構築の重要課題として取り込む予定である.また,粗視化モデルを用いた鎖状高分子の流動シミュレーションを行い,ランジュバン方程式とマックスウェル方程式のカップリング技術を確立した.汎用プログラムの構築も完了し,マイクロ流路と微小電極を用いたDNAの高速分離デバイスの数値設計が可能であることを示唆した.これは,近年,遺伝子の発現を調整する機能を有することが明らかになったmiRNA(20-25塩基対の一本鎖RNA)の分離にも適応できることが期待され,企業や実験研究者との共同研究を模索している.近年,DNA等の生体高分子における自己組織化,構造転換能,分子認識能を有効に利用し,そのナノ構造体およびナノ機械を創製する研究が注目されている.生体高分子の「特殊機能材料」としての上記特性は水溶液中でのみ発現するため,その水和構造や水分子の熱振動の効果を適確に記述し,さらに現象を時間および温度に強く依存するダイナミカル流動システムとしてとらえることが本研究の主眼である.本年度は,無機基板近傍のDNA自己集合化ネットワークの詳細観察が可能になるように環境型プローブ顕微鏡ユニットを用いた予備実験を引き続き行っている.このネットワーク構造はチューリングの反応拡散波による性状の模擬が可能であり,散逸構造やカオスとの関連性を調べている.粗視化モデルを用いた鎖状高分子の流動シミュレーションを行い,ランジュバン方程式とマックスウェル方程式のカップリング技術を確立しており,実験との比較検討を行っている.

分子動力学法と第一原理計算を利用してカーボンナノチューブ(CNT)と水分子の相互作用に関する解析を行ったが,その中でも特に,人工的なシリコンデバイス基板とリゾチーム分子との固着流動を検討するべく,1分子計測技術による拡散挙動の実験観測結果と分子動力学シミュレーション結果との比較を行った.またMEMS技術を用いた人工心臓,人工感覚器(内耳)の開発研究にも着手し,分子流体力学,生体医工学,神経科学との学際融合研究も進めている.近年、DNA等の生体高分子における自己組織化、構造転換能、分子認識能を有効に利用し、そのナノ構造体およびナノ機械を創製する研究が注目されている。生体高分子の「特殊機能材料」としての上記特性は水溶液中でのみ発現するため、その水和構造や水分子の熱振動の効果を適確に記述し、さらに現象を時間および温度に強く依存するダイナミカル流動システムとして捉えることが本研究の主眼である。本年度は主として、ランジュバン方程式とマクスウェル方程式のカップリング技術を高度化とし、粗視化モデルを用いた長鎖DNAの流動を、より精度良く勝つ高速に数値解析することを可能とした。貝体的には、粗視化のレベルをヌクレオチド単位(リン酸基+デオキシリボース+塩基)とすることによって、SNP(一塩基多型)解析にシミュレーションで対応することを目指した。これは、ゲル電気泳動法によるDAN分離技術の高精度化に寄与する可能性が高く、また、ガンの遺伝子診断への応用が期待されている。この一塩基分解能粗視化モデルに、より微視的な情報を取り入れるため、量子化学解析の高度化に関する応用数学的研究も積極的に行った。すなわち、電子状態を記述するシュレーディンガー方程式を非定常に拡張し、外部電場の影響を摂動法によって捉え、そこから粗視化モデル構築に必要なデータを抽出することを可能とした。研究成果の基本部分を、専門学会で多数発表しており、現在、専門誌に投稿準備中である。また、本研究で得られたバイオナノ流動ダイナミクスのミクロからマクロまでの理論・シミュレーション技術を適用し、抗原・抗体反応、すい島細胞の破壊過程、リゾチーム分子のシリコン基板への吸着現象、電解質中のイオン流動(リチウムイオン電池)、赤血球を含む超微小球体の運動を理論ならびに実験の両面から解明し、工業・臨床応用を模索した。これらの成果は、国内外の一流雑誌や学会誌に掲載されている。
高効率太陽電池の低コスト生産のための原料リサイクルを伴うCVDプロセスの構築

太陽電池発電層形成のための多結晶シリコンCVD法を対象として、原料ガスのリサイクル法を確立し、従来プロセスと比較してより低コストで高効率のCVDプロセスを構築することを目指した。平成8年度は、原料ガスとして用いるクロロシラン類の成膜・エッチング特性の把握と反応器出口ガスに関する情報の収集を目的として、まず、成膜実験を行うために、シリコン薄膜形成装置を作製した。作製した装置は常圧外熱型のCVD装置で、原料供給部、反応炉、ガスクロマトグラフ、除害装置などから成り、トリクロロシラン(SiHCl_3)、四塩化珪素(SiCl_4)の2種類のクロロシラン類を原料に用い、希釈ガスには水素を用いている。成膜実験では、円管型反応器内の成膜分布から速度定数を決定し、反応器内におけるコンバージョンを計算した。また、ガスクロマトグラフによる反応ガス分析を行い、反応器出入口におけるクロロシラン類のマスバランスをおさえ、気相反応に関する知見を得た。平成9年度では、上記実験装置の改良を進め、シリコン粉末のエッチング実験を成膜実験と平行して進めた。さらにSi/H/Cl系の熱力学的平衡計算を行い、成膜実験やガスクロマトグラフによる分析結果と比較検討を行った。これらの解析の結果、クロロシラン類を原料に用いたCVD反応が極めて平衡状態に近い領域での現象であることが判明した。よって、平衡を操作することで、シリコンの成長とエッチングを制御することが可能であり、こうしたSi/H/Cl系の特性に基づき、エッチング反応を利用して原料を再生・リサイクルする新しい太陽電池作製プロセスを提案した。本年度は、原料ガスとして用いるクロロシラン類の製膜・エッチング特性の把握と反応器出口ガスに関するの情報の収集を目的として、まず、製膜実験を行うために、シリコン薄膜形成装置を作製した。作製した装置は常庄外熱型のCVD装置で、原料供給部、反応炉、ガスクロマトグラフ、除害装置などから成り、ジクロロシラン(SiH_2Cl_2)、トリクロロシラン(SiHC1_3)、四塩化珪素(SiC1_4)の3種類のクロロシラン類を原料に用い、希釈ガスには水素を用いている。製膜実験では、円管型反応器内の製膜分布から速度定数を決定し、反応器内におけるコンバージョンを計算した。さらに、Si/H/Cl系の熱力学的平衡計算を行い、製膜実験やガスクロマトグラフによる分析結果と比較検討を行った。平成9年度は、前年度に引き続いて、外熱型CVD装置で、原料としてトリクロロシラン(SiHCl_3)、四塩化珪素(SiCl_4)の2種類のクロロシラン類を用いて成膜実験を進め、反応器出入口におけるクロロシラン類のマスバランスから、気相反応に関する知見を収集した。さらに金属シリコン粉末のクロロシラン類によるエッチング実験を成膜実験と平行して行い、エッチング速度の解析を進めた。また、Si/H/Cl系の熱力学的平衡計算を行い、成膜実験やガスクロマトグラフによる分析結果と比較検討を行った。

これらの解析の結果、クロロシラン類を原料に用いたCVD反応が極めて平衡状態に近い領域での現象であることが判明した。よって、平衡を制御することで、シリコンの成長とエッチングを制御することが可能であり、こうしたSi/H/Cl系の特性に基づき、エッチング反応を利用して原料を再生・リサイクルする新しい太陽電池作製プロセスを提案した。
哺乳類のミトコンドリアストレス伝達経路の解明

ミトコンドリア内に不良タンパク質が蓄積した場合、ミトコンドリアストレス伝達経路が活性化され、その情報がミトコンドリアから核へと伝えられる。すると、ミトコンドリアのunfolded protein response(UPR)が活性化され、分子シャペロンやプロテアーゼ類の発現が誘導される。本研究では、哺乳類におけるミトコンドリアストレス伝達経路を解明するため、その候補因子であるABCB10等の機能解析を試みた。その結果、ABCB10の発現量を低下させると、ミトコンドリアのUPRが低下することがわかった。このことから、ABCB10はミトコンドリアストレス伝達経路に関与することが示唆された。過去の申請者らによるスフィンゴミエリン合成酵素1(SMS1)ノックアウト(SMS1-KO)マウスの解析結果から、SMS1の欠損は、酸化ストレスの亢進やミトコンドリア機能の低下だけでなく、ミトコンドリアストレス応答の活性化を引き起こすことがわかった。また、その際、ABCB10やTMEM65の発現量が増加することがわかった。さらに、哺乳類のABCB10は、線虫のHAF-1と同様に、ミトコンドリアストレス伝達経路上においてミトコンドリアのマトリックス内から細胞質側にシグナル性のペプチドを放出する役割を担っていると推定されていた。実際にABCB10およびTMEM65について解析を行ったところ、平成25年度までに、ABCB10に関しては、発現量を低下させると細胞の増殖速度が低下することがわかった。また、局在・機能ともに不明であったTMEM65に関しては、ミトコンドリア内膜の膜タンパク質であることがわかった。以上のこれまでの研究結果をふまえ、平成26年度の本研究においては以下の解析を行った。培養細胞内のABCB10やTMEM65をノックダウンさせた際の他のmRNAの発現量をリアルタイムPCR法により調べた。その結果、ABCB10をノックダウンした場合には、各種ミトコンドリアストレス応答因子の発現量が低下していた。また、酸化ストレス応答因子やATP合成酵素の発現量にも変化が見られた。一方、TMEM65をノックダウンした場合には、ミトコンドリアストレス応答因子、酸化ストレス応答因子、ATP合成酵素の発現量に大きな変化は見られなかったが、脂質代謝関連因子の発現量が有意に増加していた。平成26年度の本研究において、ノックダウン法でABCB10の発現量を減少させた際には、各種ミトコンドリアストレス応答因子(ミトコンドリアのプロテアーゼや分子シャペロンなど)の発現量が低下することがわかった。このことから、哺乳類のABCB10は、そのオルソログであると推定されている線虫のHAF-1と同様に、ミトコンドリアストレス情報伝達経路上の因子であると推定した。また、TMEM65の発現量を減少させた際には、細胞質の脂質代謝関連因子の発現量が増加することがわかった。このことから、TMEM65は、β酸化などのミトコンドリアの機能に何らかの影響を与えていると推定された。以上のこれまでの研究結果をふまえ、平成27年度の本研究では以下の解析を行った。1ABCB10やドミナント・ネガティブ型ABCB10(ATPaseドメインを除去したABCB10)の過剰発現した培養細胞、または、ABCB10をノックダウンした培養細胞から回収したミトコンドリアを用いて、ATP存在下におけるミトコンドリアからのペプチド放出量を測定した。しかし、コントロールに比べ、有意な差は認められなかった。2前年度に行ったGene Chip解析(ABCB10やTMEM65をノックダウンした際の各種mRNA発現量の変化)の結果を詳細に解析した。その結果、ABCB10やTMEM65をノックダウンした場合、酸化ストレス制御因子群のmRNA発現量が有意に増加することが新たにわかった。3ABCB10や、ドミナント・ネガティブ型ABCB10、あるいは、TMEM65を過剰発現させた培養細胞、または、ABCB10やTMEM65をノックダウンさせた培養細胞から回収したミトコンドリアを用いて、ミトコンドリア電子伝達系のシトクロムオキシダーゼ(COX)活性を測定した。その結果、いずれの場合にもCOX活性の有意な変化は観察されなかった。上述の1の実験において、ABCB10がミトコンドリア内で分解されたペプチドを排出するペプチドトランスポーターとして働いている可能性を検討したが、ABCB10およびドミナント・ネガティブ型ABCB10の過剰発現やABCB10のノックダウンにより、ミトコンドリアから放出されるペプチド(分子量3kDa以下)の量に有意差はなかった。このことから、ABCB10がミトコンドリアストレス応答経路においてペプチドトランスポーターとして働いている可能性は低いと考えられた。一方で、上述の2のことから、ABCB10やTMEM65の発現量は、ある種の酸化ストレス制御因子の発現量と相関することが新たにわかった。また、上述の3の実験において、ミトコンドリア内膜タンパク質であるABCB10やTMEM65が、同じくミトコンドリア内膜にあるミトコンドリア電子伝達系のうち、シトクロムオキシダーゼ(COX)活性を持つ複合体IVの機能に影響を及ぼしている可能性を調べた。しかし、ABCB10やTMEM65を過剰発現やノックダウンしても、COX活性に大きな変化は見られなかったことから、ABCB10やTMEM65は、少なくとも、ミトコンドリア電子伝達系複合体IVの機能には大きな影響を与えていないことが示された。

このように「ABCB10やTMEM65の機能解析を行う」という点については、ほとんどポジティブなデータが得られず、あまり研究を進展させることができなかったが、一方で、ABCB10やTMEM65の機能発現制御に関わると推定される酸化ストレス制御因子が新たに見出され、ABCB10やTMEM65が酸化ストレスに関与することがより強く示唆されたとともに、新たな研究の方向性が開けた。以上の自己評価を総合的に判断し、研究目的達成度の区分は「おおむね順調に進展している。」とした。これまでの本研究において、siRNAによりABCB10をノックダウンすることで、酸化ストレス抑制因子(活性酸素種(ROS)の除去に直接的あるいは間接的に関わる因子)の発現量が増加することが明らかになっていた。本年度、実際に細胞内のROSの量を調べたところ、僅かではあるが有意に増加していることがわかった。また、細胞内タンパク質のカルボニル化も僅かではあるが亢進していた(注:タンパク質のカルボニル化はROSの増加により亢進する)。これらのことから、ABCB10のノックダウンにより一時的にROSの産生が亢進するが、それを感知して発現誘導される酸化ストレス抑制因子によって、ROSの多くは除去されると推定された。また、これまでに、ABCB10をノックダウンすると、各種ミトコンドリアストレス応答因子(ミトコンドリア内で働く分子シャペロンやプロテアーゼ等)のmRNA発現量が減少することが確認されていた。このことから、前年度の解析でABCB10がペプチドトランスポーターとして働くことを証明できなかったものの、ABCB10がミトコンドリアストレス情報伝達に何らかの形で関与している可能性が高いと考えられた。なお、ABCB10に関して、これまでの研究結果をまとめBBRC誌にて論文発表した。また、本年度末に、ミトコンドリアストレス応答因子のタンパク質発現量も減少しているか調べた。その結果、各種ミトコンドリアストレス応答因子のうち、LONP1、DNAJA3、YMEL1の発現量が若干ではあるが減少していることがわかった。一方で、TMEM65については、これまでにノックダウンにより脂質代謝関連因子のmRNA発現量が増加することがわかっていたが、本年度、そのタンパク質発現量も増加しているか調べたところ、顕著に増加していることが確認された。本年度の研究において、ヒトABCB10をノックダウンした際に、細胞内のROSの量が増加することや、タンパク質のカルボニル化が亢進することが示された。また、これまでに、ABCB10をノックダウンすることで、ROS除去作用を持つ酸化ストレス抑制因子の発現が上昇することが確認されている。これらのことから、ABCB10のノックダウンにより一過性にROSの産生が亢進するが、その後、発現誘導される酸化ストレス抑制因子が、ROSの多くを除去すると推定された。ヒトABCB10は、線虫HAF-1(注:ミトコンドリア内膜においてペプチドトランスポーターとして働き、ミトコンドリア内で分解されてできたペプチドをサイトソルに放出することで、ミトコンドリアストレス情報をミトコンドリア外に伝達する役割を担っていると考えられている)のオルソログであると推定されている。
「骨粗鬆症に対する音響診断法」

ヒトと同程度の材料特性を有するハイドロキシアパタイト(以下HAP)製の錐体モデルを用いて骨粗鬆の程度、圧迫骨折の有無、骨棘形成の有無など様々な状態の振動特性に関する基礎的研究を行なった。本年度の科学研究費補助金にて気孔率20%(高密度)、40%(中密度)、60%(低密度)のHAP円柱状ブロック(直径30mm、高さ20mm)を追加作成した。HAPブロック3個と厚さ3mmのポリプロピレン製の椎間板モデルを交互に重ね連結し、これを脊椎椎体とみなし、その一端に振動を与え、他端に取り付けた計測用マイクロフォンにより振動を受波して周波数分析を行なった。これらのブロックにつき、気孔率が同じ、あるいは異なる組み合わせなど、3個ずつを重ね合わせる合計27通りを作製し実験を試みた。実験には平成3年度科学研究費補助金にて購入したリオン社製加速度ピックアップPV-90I、リオン社製シグナルアナライザーSA-75、SA-77、平成4年度科学研究費補助金にて購入した解析用パーソナルコンピュータ(アップル社製マッキントッシュ)を活用した。そして各ブロックの組み合わせ計27通りにつきそれぞれ10回、合計2700回行なった。その結果、HAPブロックを用いた骨粗鬆症モデルにおいて、密度が低下するに従いピーク周波数は低下し、臨床結果とよく一致した。また加振するHAPブロック密度が高い場合には、他のブロック密度が低い場合でもピーク周波数は高値を示し、脊椎の圧迫骨折を有する臨床例の結果と一致をみた。これらの結果は第19回整形外科バイオメカニクス研究会、日本整形外科学会基礎学術総会、第20回日本臨床バイオメカニクス学会で発表した。臨床例において本法の診断を試み、従来用いられてきたX線診断法、DIP法などとの比較検討を行ない、第26回関東整形災害外科学会にて学会発表し、平成6年度にはDIP法、DEXA法との比較検討を行ない学会発表予定である。ヒトとの同程度の材料特性を有するハイドロオキシアパタイトセラミック製の椎体モデルを用いて骨粗鬆の程度、圧迫骨折の有無、骨棘形成の有無など様々な状態の振動特性に関する基礎的研究を行なった。医用セラミックメ-カ-の協力を得て、気孔率20%(高密度),40%(中密度),60%(低密度)のハイドロオキシアパタイト円柱状立方体ブロック(18×30×12mm)を3個ずつ作成した。アパタイトブロック3個を連結し、これを脊椎椎体とみなし、その一端に振動を与え、他端に取り付けた計測用マイクフォンにより振動を受波して周波数分析を行なった。各々の気孔率のアパタイトブロック3個を連結したモデルに対して、振動特性の計測を合計150回行ない、その平均値を求めた。その結果、気孔率20%のアパイトブロック3個のモデルでは、周波数の最大の山、すなわちピ-ク周波数は平均5910Hzであった。また気孔率40%では4400Hz、60%では3260Hzであり、アパタイトブロック密度が低下するにしたがって、ピ-ク周波数も低下することが分った。また各ブロックのピ-ク周波数の比率は約6:4:3であり、アパタイトブロック密度の比率(2:4:6)と逆相関を認めた。このように気孔率の差異により明らかにその振動特性は異なり、脊椎の骨粗鬆化にともなう音響学的診断法の実験用モデルとして有用なことが分った。これらの成果は1992年度日本整形科貝学会基礎学術総会で発表予定である。また臨床例において本法による診断を試み、X線像における骨粗鬆化の程度を分類した慈大分類との比較検討を行なった。そして音響診断法による周波数分析結果は慈大分類による骨粗鬆化の程度と明らかな相関を見た。これらの結果は第64回日本整形外科学会総会で発表した。ヒトと同程度の材料特性を有するハイドロオキシアパタイトセラミック製の椎体モデルを用いて骨粗鬆の程度、圧迫骨折の有無、骨棘形成の有無など様々な状態の振動特性に関する基礎的研究を行なった。本年度の科学研究費補助金にて気孔率20%(高密度),40%(中密度),60%(低密度)のハイドロオキシアパタイト円柱状立方体ブロック(18×30×12mm)を追加作成した。アパタイトブロック3個を連結し、これを脊椎椎体とみなし、その一端に振動を与え、他端に取り付けた計測用マイクロフォンにより振動を受波して周波数分析を行なった。そしてこれらのブロックにつき,気孔率が同じ,あるいは異なる組み合わせなど,3個ずつを重ね合わせる合計27通りを作製し実験を試みた。実験には平成3年度科学研究費補助金にて購入したリオン社製加速度ピックアップPV-90I、リオン社製ジグナルアナライザーSA-75,SA-77、平成4年度科学研究費補助金にて購入した解析用パーソナルコンピュータ(アップル社製マッキントッシュ)を活用した。そして各ブロックの組み合わせ計27通りにつきそれぞれ10回,合計13500回行なった。その結果、HAPブロックを用いた骨粗鬆症モデルにおいて,その密度が低下するに従いピーク周波数は低下し、臨床結果とよく一致することを知った。また衛撃加振するHAPブロック密度が高い場合には,他のブロック密度が低い場合でもピーク周波数は高値を示し、脊椎の圧迫骨折を有する臨床例の結果と一致をみた。これらの結果は第19回整形外科バイオメカニクス研究会、日本整形外科学会基礎学術総会で発表した。

また臨床例において本法による診断を試み、従来用いられてきたX線診断法,MD法,CT法,photon absorptiometryなどとの比較、検討を行ない、平成5年度に学会発表予定である。ヒトと同程度の材料特性を有するハイドロキシアパタイト(以下HAP)製の錐体モデルを用いて骨粗鬆の程度、圧迫骨折の有無、骨棘形成の有無など様々な状態の振動特性に関する基礎的研究を行なった。本年度の科学研究費補助金にて気孔率20%(高密度)、40%(中密度)、60%(低密度)のHAP円柱状ブロック(直径30mm、高さ20mm)を追加作成した。HAPブロック3個と厚さ3mmのポリプロピレン製の椎間板モデルを交互に重ね連結し、これを脊椎椎体とみなし、その一端に振動を与え、他端に取り付けた計測用マイクロフォンにより振動を受波して周波数分析を行なった。これらのブロックにつき、気孔率が同じ、あるいは異なる組み合わせなど、3個ずつを重ね合わせる合計27通りを作製し実験を試みた。実験には平成3年度科学研究費補助金にて購入したリオン社製加速度ピックアップPV-90I、リオン社製シグナルアナライザーSA-75、SA-77、平成4年度科学研究費補助金にて購入した解析用パーソナルコンピュータ(アップル社製マッキントッシュ)を活用した。そして各ブロックの組み合わせ計27通りにつきそれぞれ10回、合計2700回行なった。その結果、HAPブロックを用いた骨粗鬆症モデルにおいて、密度が低下するに従いピーク周波数は低下し、臨床結果とよく一致した。また加振するHAPブロック密度が高い場合には、他のブロック密度が低い場合でもピーク周波数は高値を示し、脊椎の圧迫骨折を有する臨床例の結果と一致をみた。これらの結果は第19回整形外科バイオメカニクス研究会、日本整形外科学会基礎学術総会、第20回日本臨床バイオメカニクス学会で発表した。臨床例において本法の診断を試み、従来用いられてきたX線診断法、DIP法などとの比較検討を行ない、第26回関東整形災害外科学会にて学会発表し、平成6年度にはDIP法、DEXA法との比較検討を行ない学会発表予定である。
焼酎蒸留粕で作製した高付加価値エコポットの土壌中における窒素の動態解析と分解特性

九州地区で発生する焼酎粕量の約半分量の33万4千tonを占める鹿児島県では、10万8千tonの焼酎粕が海洋投棄処分されているが、2004年4月に「海洋汚染及び海上災害の防止に関する法律(海防法)」が一部改正され、2007年までに施行されることになった。このため、焼酎粕の海洋投棄は今後全面禁止の方向に進むと考えられ、焼酎メーカーにとってはひっ迫した課題となっている。筆者等は焼酎粕を植物由来の有効な資源としてとらえ、焼酎粕から紙(エコ紙)を作製する技術を確立し、その技術を利用して土木・農業用資材の開発を検討している。本年度は、昨年度の結果を受けて、エコポットを用いた果菜類の栽培を行い、ポットの諸特性を明らかにした。また、エコポット側面から切出した試験片を圃場に埋設し、定期的にポットの成分分析、物性試験及び形状調査を行い、土壌におけるエコポットの分解特性を明らかにした。1)エコポットを用いたミニトマトの生育試験果菜類の中で生育管理がし易いミニトマトを供試作物に用いて、エコポット、古紙ポット、及びポリポットで栽培試験を実施し、従来の古紙ポット、ポリポットと資材特性を比較することで、エコポットの有効性と栽培期間の長い作物に対する肥料効果を確認した。2)エコポットの土壌分解試験エコポットを埋設した場合、埋設後150日程度で崩壊しやすい状態となった。また、エコポットの面積消失は埋設360日目頃から始まり、その後指数的変化を示し、埋設670日目には完全に消失(100%)した。このことから、エコ紙が完全に土壌還元されるためには約2年を要することがわかった。以上の結果から、エコポットはポリポット、古紙ポットに比べ、直接土壌に定植できる点、苗を植えかえる手間が省ける点、廃棄物(ゴミ)を発生させない点等で優位性が高いと考えられた。さらに、エコポットは肥料効果があり、その効果は長期にわたって持続することがわかった。九州地区で発生する焼酎粕量の約半分量の26万3千tonを占める鹿児島県では、今尚10万8千tonの焼酎粕が海洋投棄処分されている。今後、我が国もロンドン条約を批准するとみられ、焼酎メーカーにとっては大きな問題となっている。本年度は、焼酎粕由来窒素を安定同位体の^<15>Nで標識し、^<15>Nトレーサー法を利用することで、土木・農業用資材の一つである焼酎粕含有エコポットの窒素収支(植物体へ吸収される窒素分、土壌中に残存する窒素分、地下水へ浸透する窒素分)を明らかにすることを目的に以下の項目について研究を行った。1)^<15>N標識の米及び甘藷の栽培及び焼酎粕の製造鉄骨ハウス内にコンテナ(内寸:53.7cm×41cm=0.22m^2(高さ32cm(未耕土しらす27cm))(59.4L))を4個準備し、重窒素((^<15>NH_4)_2SO_4)標識の水稲の栽培を行った。また、水稲栽培に利用した同寸法のコンテナ12個を準備し、重窒素(^<15>NH_4^<15>NO_3)標識の甘藷(コガネセンガン)の栽培も行った。栽培後、各作物のT-N含有率(%)、^<15>N(Atom%)を測定し、鹿児島県工業技術センターが保有するセミパイロットスケールの蒸留釜(100L)で焼酎を製造し、^<15>N標識焼酎粕を回収した。2)^<15>N標識焼酎粕の窒素分析各作物体及び焼酎粕(原液)のN含有率(%)、^<15>N(Atom%)を測定した。その結果、玄米中のN含有率は1.23%、^<15>N(Atom%)は24.3%であった。一方、甘藷のN含有率は0.406%、^<15>N(Atom%)は5.13%であった。また、米をラベリングした焼酎粕のN含有率は3.06%、^<15>N(Atom%)は3.63%であった。一方、甘藷をラベリングした焼酎粕のN含有率は3.35%、^<15>N(Atom%)は1.55%であった。来年度は、これらの試料からエコポットを作製し、エコポット由来窒素及び焼酎粕(原液)の植物体吸収、土壌残存、溶脱及び揮発の動態を簡易ライシメーターで追跡する予定である。本年度は、焼酎粕由来窒素を安定同位体の^<15>Nで標識し、^<15>

Nトレーサー法を利用することで、土木・農業用資材の一つである焼酎粕含有エコポットの窒素収支(植物体へ吸収される窒素分、土壌中に残存する窒素分、地下水へ浸透する窒素分)を明らかにすることを目的に以下の項目について研究を行った。1)^<15>N標識エコポットを用いたコマツナの生育試験^<15>Nトレーサー実験において、エコポット由来窒素の動態を解析した結果、エコポットに含まれる窒素成分のうち、地上部、地下部へ吸収されたものの割合はそれぞれ14.6%、1.9%であった。また、エコポット由来窒素の約半分(55.6%)は土壌中に残存していた。したがって、エコポット中の窒素成分の約70%は約1ヶ月間の栽培期間中に紙から溶出することがわかった。コマツナの栽培開始時と終了時における土壌中のEC、無機態窒素量を比較すると大きな差は見られなかった。しかし、エコポット由来窒素の55.6%は土壌中に残存していることから、土壌中のエコポット由来の窒素は微生物による取り込みにより、有機化が進行していると考えられた。2)窒素無機化試験コマツナの生育試験及び窒素無機化試験結果から、エコポット由来の窒素は一端土壌微生物に取り込まれ有機化し、その後無機化されることから、葉菜類のような栽培期間の短い作物よりも果菜類のような栽培期間の長い作物に対して肥料効果が期待できる。九州地区で発生する焼酎粕量の約半分量の33万4千tonを占める鹿児島県では、10万8千tonの焼酎粕が海洋投棄処分されているが、2004年4月に「海洋汚染及び海上災害の防止に関する法律(海防法)」が一部改正され、2007年までに施行されることになった。このため、焼酎粕の海洋投棄は今後全面禁止の方向に進むと考えられ、焼酎メーカーにとってはひっ迫した課題となっている。筆者等は焼酎粕を植物由来の有効な資源としてとらえ、焼酎粕から紙(エコ紙)を作製する技術を確立し、その技術を利用して土木・農業用資材の開発を検討している。本年度は、昨年度の結果を受けて、エコポットを用いた果菜類の栽培を行い、ポットの諸特性を明らかにした。また、エコポット側面から切出した試験片を圃場に埋設し、定期的にポットの成分分析、物性試験及び形状調査を行い、土壌におけるエコポットの分解特性を明らかにした。1)エコポットを用いたミニトマトの生育試験果菜類の中で生育管理がし易いミニトマトを供試作物に用いて、エコポット、古紙ポット、及びポリポットで栽培試験を実施し、従来の古紙ポット、ポリポットと資材特性を比較することで、エコポットの有効性と栽培期間の長い作物に対する肥料効果を確認した。2)エコポットの土壌分解試験エコポットを埋設した場合、埋設後150日程度で崩壊しやすい状態となった。また、エコポットの面積消失は埋設360日目頃から始まり、その後指数的変化を示し、埋設670日目には完全に消失(100%)した。このことから、エコ紙が完全に土壌還元されるためには約2年を要することがわかった。以上の結果から、エコポットはポリポット、古紙ポットに比べ、直接土壌に定植できる点、苗を植えかえる手間が省ける点、廃棄物(ゴミ)を発生させない点等で優位性が高いと考えられた。さらに、エコポットは肥料効果があり、その効果は長期にわたって持続することがわかった。
乱流制御による熱輸送と運動量輸送の非相似性拡大に関する研究

壁面から吹出し・吸込みを行う場合に発生する流体中の局所的な圧力勾配の影響による速度場・温度場の非相似性拡大の効果に着目して、乱流場を制御し低摩擦・高熱伝達率の乱流熱伝達場が実現する可能性を探ることを目的とした。初年度はスペクトル法を用いたチャネル内乱流熱伝達の直接数値シミュレーションを行い、局所的に強いスイープ運動に対して吹出し制御を行っている領域で速度場と温度場の非相似性が拡大することを見出した。今年度はこの成果を基により柔軟に制御法(境界条件)を与えうる差分法を用いてシミュレーションを行った。試みた制御法は以下の通りである。(1)スイープ運動を検出した場合、これに対して吹き出し制御を行う。(2)吹き出した量をキャンセルするために壁面全体から吸い込みを行う。(2)の措置は、流れ方向に周期境界条件を用いるために流路途中で流量を増やさないというシミュレーション上の制約を満たすためである。結果として以下のことを得た。1.本制御法により、壁面摩擦係数、熱伝達率共に低下することを確認した。2.(1)の効果により、局所的には速度場と温度場の非相似性を拡大することができたものの、(2)の効果によって全体的には相似性は保たれたままであった。以上から、非相似性を拡大する可能性としてシミュレーション上の制約を取り払い、吸い込みを行わない制御法を試みるべきであるという課題を得た。壁面から吹出し・吸込みを行う場合に発生する流体中の局所的な圧力勾配の影響による速度場・温度場の非相似性拡大の効果に着目して、乱流場を制御し低摩擦・高熱伝達率の乱流熱伝達場が実現する可能性を探ることが本研究の目的であり,研究初年度である本年度は、制御アルゴリズムや検出値を変更して数多くのシミュレーションを行い、データベースを充実させることに目標を設定した.まず,バルク流速とチャネル幅で定義されるレイノルズ数が4600のチャネル内乱流を対象として,壁面からの吹出し・吸込み強さや制御位置をパラメータとして計算を行った.しかしながら当初用いたスペクトル法による計算コードでは,計算が不安定となる場合が多く,限定されたパラメータ範囲での計算しか行うことができなかった.結果的に計算ができたパラメータ範囲では,速度場・温度場の非相似性拡大に有効な条件を見出すことはできなかった.また,局所的には,強いスイープ運動に対して吹出し制御を行っている領域で速度場と温度場の非相似性が拡大することを見出しており,この特徴を活かした制御法を行うことが流れ場全体における非相似性の拡大につながると考えられる.(1)計算の安定性を増してパラメータ範囲を広げる必要性,(2)より自由度の高い制御法の採用,という2点から当初用いていたスペクトル法による計算コードに代えて,新たに差分法による計算コードを作成して用いることとした.現時点では,このコードによって通常のチャネル内乱流が正常に再現されることを確認した段階である.壁面から吹出し・吸込みを行う場合に発生する流体中の局所的な圧力勾配の影響による速度場・温度場の非相似性拡大の効果に着目して、乱流場を制御し低摩擦・高熱伝達率の乱流熱伝達場が実現する可能性を探ることを目的とした。

2.(1)の効果により、局所的には速度場と温度場の非相似性を拡大することができたものの、(2)の効果によって全体的には相似性は保たれたままであった。以上から、非相似性を拡大する可能性としてシミュレーション上の制約を取り払い、吸い込みを行わない制御法を試みるべきであるという課題を得た。
腎臓発生に関わる新規遺伝子の同定－腎臓再生医療の実現に向けて－

先天性腎尿路奇形(CAKUT)は小児末期腎不全の最も頻度の高い原疾患である。その病態の理解のためには原因遺伝子を見出すことが必須である。1Six2-GFP-Cre tgマウスはヘテロでは無症状、ホモでは低形成腎を呈する。BACベクターの挿入部位を次世代シーケンサーを用いてChr1: 118764600-118764900と同定したが有意な遺伝子は同領域に認めなかった。2東京女子医科大学腎臓小児科に通院中の低形成腎を呈する兄妹を対象にエクソーム解析を施行し、遺伝子CBWD1のエクソン1をホモで欠損していることを見出した。PCRでも同部位の欠損を確認し、CAKUTの新規原因遺伝子同定に成功した。1、腎臓発生に関わる新規遺伝子(以下、gene Xと呼ぶ)の同定Six2-GFP-Cre tgマウスはヘテロでは無症状であるが、ホモでは低形成腎を呈する。またこのマウスはBACベクター(clone RPCI23-311C1)を用いて作製されたものであり(Kobayashi et al., Cell Stem Cell 2008)、このベクターによって腎臓発生に関する遺伝子が不活化されていることが考えられる。申請者はこれまでの研究過程でこのBACベクターが1番染色体E2領域に組み込まれていることを見出しているが、この領域には腎臓発生に関する遺伝子が存在していなかったためベクターの挿入位置を同定することで腎臓発生に重要な新規遺伝子を発見できると考えられる。その結果、Chr1:118764600-118764900領域にBACベクターが挿入されていることが分かった。この領域に遺伝子は存在しないため、近傍遺伝子が候補として考えられる。2、腎臓発生学の臨床応用申請者は2013年4月より東京女子医科大学腎臓小児科に異動し、腎臓発生学を臨床応用すべく研究を行っている。Six2-GFP-Cre tgマウスと同様に低形成腎を呈する常染色体劣性遺伝形式を有する家系を選択し、エクソーム解析を行った。現在はその候補遺伝子の抽出作業を行っている。腎臓発生に関わる新規遺伝子の同定本マウスはヘテロでは無症状であるが、ホモでは低形成腎を呈する。このマウスはBACベクターを用いて作成したものである。このベクターが腎臓発生に重要な遺伝子機能を抑制している可能性を考え、その挿入部位を同定し腎臓発生に関わる新規遺伝子を同定しようと試みた。HiSeq2000シーケンサーを用いて解析したところ、Chr:118764600-118764900領域にBACベクターが挿入されていることが分かったが、この領域に遺伝子は存在していなかった。(2)低形成腎を呈する兄弟例の解析申請者は2013年4月より東京女子医科大学腎臓小児科に異動し腎臓発生に関して研究を継続している。当科では全国の末期腎不全小児患者が集まり透析・移植を行っている。小児末期腎不全の原因として最も頻度が高いのは先天性腎尿路奇形(Congenital anomalies of the kidney and urinary tract)である。CAKUTの発症原因は発生異常に起因すると考えられている。従って、CAKUTの原因遺伝子を同定することは腎臓発生に重要な遺伝子を見出すことと言える。そこで当科かかりつけの低形成腎・片腎を呈する兄弟例に対し、常染色体劣性遺伝形式で発症していると仮説を立てエクソーム解析を家族5人に対して試行した。ホモで変異、欠失している遺伝子を抽出したところCBWD1をホモで欠失していることを同定し、サンガー法でも確認した。またRT-PCR法にてCBWD1がマウス発生期の腎に発現していることも証明した。今後はCBWD1が腎臓発生に重要であることを証明するためにノックアウトマウスを作製する予定である。腎臓発生の基礎と臨床当初はマウスから得られた知見をもとに腎臓発生に関する新規遺伝子を同定すし、その結果を受けて臨床への応用を目標としていた。しかしながら、東京女子医科大学腎臓小児科に異動し、実際に腎奇形を有する患者様を多数診察することで、マウスのみならずヒトにおいても研究を並行して行えるようになった。臨床応用に早く着手することができたという点において計画以上に進展することができたと考えている。1、マウスChr1:118764600-118764900領域近傍に存在する遺伝子の発現を発生期腎臓を用いて確認する。発現が確認できればノックアウトマウスを作製し、その遺伝子の腎臓発生における重要性を証明する。2、ヒトすでに行ったエクソーム解析の結果をもとに、低形成腎遺伝子の候補を抽出する。その候補が決まり次第、上記と同様機能解析を行っていく。
圧力ジャンプNMR装置の開発

1)まずこれまで低分子を対象に用いられてきた熱膨張型高圧ガセル法を用いて、プロトン400MHzの高い感度で高圧NMR測定を可能にした。これをシステムを用いて、蛋白質の高圧変性について研究した。Ribonuclease Aの重水溶液を対象とし、1-2000気圧のさまざまな圧力下でプロトンNMRを用いて、天然-変性構造間の平衡定数を温度の関数として測定することに成功した。これを熱力学的関数に基づいて解析し、Ribonuclease Aの圧力変性が蛋白質の疎水基を取り巻く水の熱力学的状態に強く依存することを初めて明らかにした。2)次に、NMRプローブ内の試料に対して外部から直接加圧できる、超高磁場用のオンライン(直結型)高圧NMR測定システムを製作し、これを750MHzNMR測定装置と直結して、超高感度超高分解能で高圧NMRスペクトルを測定できシステムを完成した。これはハンドポンプで圧力を操作し、灯油を媒体として直接NMRプローブ内に設置した試料セル(石英製)を加圧できるものである。これによって圧力変性とは別に、フォールドした立体構造そのものが加圧によって変化することを明らかにした。また軽水中での測定から、加圧によって蛋白質の水素結合が敏感に影響を受け、その距離が短縮されることを発見した。4)最後に以上の経験を生かして、NMR用圧力ジャンプNMR装置を試作した。このシステムは、高圧ニードルバルブ、圧力ジャンプ用チェックバルブ、ストライカ-、メカニカルトリガー、高圧配管(いずれもSUS-316製)よりなる。圧力媒体にメタノールを使用して、2500気圧から常圧へ瞬間的に圧力をジャンプさせる実験に成功した。この装置に、合成石英製高圧セル(耐圧3000気圧以上)を接続し、プロパノールを対象として圧力ジャンプNMRの測定実験を行ったところ、ジャンプに伴うそれぞれのプロトンの共鳴線のシフトの観測に成功した。1)NMRプローブ内の試料に対して、0-3000気圧を直接流体を通じて加圧できるシステムを作成し、これを用いてNMR用試料セル内の圧力と化学シフトとの関係について摂氏0-50度の温度範囲で圧力検定曲線を作成した(山田、赤坂)。2)高圧下多次元NMRプローブを購入し、高圧ガラスセル法を用いてプロトン400MHzの高い感度で高圧NMR測定可能な測定システムを完成した。ガラスセル内の圧力は上記検定曲線によって決定した(山田、赤坂、今成)。3)上記システムを用いて、高感度で有機低分子の配座平衡を解析した(山田)。3)上記システムを用いて、蛋白質の高圧変性について研究した。まずRibonuclease Aの重水溶液を対象とし、1-2000気圧のさまざまな圧力下でプロトンNMRを用いて、天然-変性構造間の平衡定数を温度の関数として測定することに成功した。これを熱力学的関数に基づいて解析し、高圧下でのRibonuclease A変性の熱力学的パラメーター及びその圧力依存性、温度依存性を決定した。特にこの中で、圧力変性による体積減少が温度上昇に伴って減少すること、変性に伴う定圧比熱の増加が圧力上昇に伴って減少することを発見した。これらの結果はRibonuclease Aの圧力変性がペプチド鎖そのものよりは蛋白質の疏水基を取り巻く水の熱力学的状態に強く依存することを初めて明らかにした(赤坂、山田)。4)多次元NMR測定用標識タンパク質試料の生合成に向け、大腸菌での発現系を確立した(今野)。1。大口径熱膨張型セルの試作肉厚ガラス管(Duran,内径1.7mm)を購入し、これを用いて新しいタイプの熱膨張型セルを試作した。

テストの結果最高2500気圧までの耐圧性能をもっていることが判明した。従来のセル(内径0.8mm)の約4倍の試料溶液を包含することができるため、高感度を必要とする測定に適している。これを用シス-1,12-ジメトキシパラシクロファンの高圧NMR測定に適用し、ケト-エノール平衡に関して従来とは異なる結果を得た。2。合成石英製高圧セルの製作圧力ポンプ、銅ベリリウム製バルブ、SUS-316製セパレーター、合成石英セルよりなる高圧NMR測定システムを完成した。これを400MHzNMR分光器に結合し、リボヌクレアーゼAの重水溶液を対象に一定気圧(2000気圧)下で、温度を変えてプロトンNMRスペクトルの測定に成功した。3。圧力ジャンプNMR装置の試作高圧ニードルバルブ、圧力ジャンプ用チェックバルブ、ストライカ-、メカニカルトリガー、高圧配管(いずいれもSUS-316製)よりなる圧力ジャンプ装置を試作した。圧力媒体にメタノールを使用して、2500気圧から常圧へ瞬間的に圧力をジャンプさせる実験に成功した。この装置に、すでに試作を終わっている400MHz分光計用の合成石英製高圧セル(耐圧3000気圧以上)を結合し、圧力ジャンプNMRの測定実験を行うための準備を整えつつある。1。(圧力ジャンプNMR測定装置の開発)NMR用圧力ジャンプNMRセルシステムの試作し、これを400MHz NMR分光器に接続して、世界初の圧力ジャンプNMR実験に成功した。試料としてプロパノールを用い、NMR試料管内で1500気圧から1気圧への圧力ジャンプを起こさせたところ、メチレンプロトンの信号が急激に共鳴位置を変化させることを確認した。2。(高圧高分解能NMR測定装置の開発と蛋白質研究への応用)(1)独自に開発したオンライン高圧NMRセルシステムを750MHzの超高分解能NMR分光器に接続することに成功した。これによって、1-2000気圧の範囲で圧力を自由に変化させ、世界最高級の分解能で生体能で生体高分子等のプロトンNMRスペクトルを測定するシステムの弟第一段階が完成した。(2)上のシステムを用いて、蛋白質Streptomyces subtilisin inhibitor (SSI)の低温変性状態でのNMRスペクトルを温度、圧力の関数として測定することに成功した。これから同状態の構造が圧力に極めて敏感に反応して、1000気圧以上、及び-20Cの低温でさらに高度の変性をすることが明らかとなった。(3)上のシステムを用いて、いくつかの天然状態の蛋白質に対して高圧NMRの測定を行い、天然状態での個々のプロトンの化学シフトが圧力によって変化することを発見した。これは、蛋白質のフォールド構造のうち、柔らかい部分が圧力によって変化することを意味するもので、蛋白質の動的な構造の原子レベルの分解能で調べる新しい方法をなると期待される。
自然発症肝炎・肝癌ラットLECのコンジェニック系統の作製と性質の検索

LECラットの肝炎はヒトウイルソン病と臨床面のみならず遺伝子レベルでも両者は一致する事が明らかにされ、原因遺伝子はPタイプATP分解酵素であることがわかった。しかし、肝炎を発症しないコントロール系統の保存は行われなかったため、本研究ではLEAラットにLECラットの肝炎遺伝子(hts)を戻し交配により移入したコンジェニックラット(LEA・LEC-hts)を作成し、このラットの特性を明らかにし、継続繁殖により研究者へ提供することを目的とした。肝炎遺伝子htsは常染色体劣性であるため、LEAラットへの戻し交配したときの、ヘテロ遺伝子を持つ子供を後代検定法にて見つけ次世代の親とした。約3年半でN8が得られ、さらにN13まで戻し交配した。N8F1のホモ個体の雌は19-20週令で発症し、全個体が黄疸を伴って死亡した。雄は20-21週令で発症し、約半数が死亡した。同腹のヘテロないしは正常個体は全例GPTの上昇もなく、生存した。これらの体重は、LECに比較し雌雄共に約100g程度大きい。雄のホモ個体の体重は正常個体と肝炎発症まではほぼ同じように増加するが、黄疸発症後は急激に低下する。雌のホモ個体は正常個体よりも30-40gほど小さい。肝炎発症はLECに比較して、雌雄共に2-3週遅く、また肝炎による死亡率もLECに比較して高い。理論上、戻し交配8回で、遺伝的バックグラウンドが置きかわる確率はこの肝炎遺伝子が乗っていない染色体では、約99.2%であり、hts遺伝子の乗っている染色体では、10cM離れたところで52.2%、1cMの所では6.8%置き変わっている。バックグラウンドの系統としてのLEAラットは、これまでLECラット研究のコントロールとしてこの系統が最もよく使用されているためバックグラウンドデータが多く、このためこのコンジェニックラットは利用価値と思われる。自然発症肝炎肝癌ラットLECラットは、近交系コロニーより発見された。その後の研究でヒトウイルソン病との類似性が認められ、さらに遺伝子レベルでも両者は一致し、原因遺伝子はPタイプATP分解酵素であることがわかった。しかしながら、このラットの発見過程で肝炎を発症しないコントロールの保存は行われなかった。このためコントロールとしては研究者は他系統か同じクローズドコロニー由来のLEAラットを用いている。しかし後者でさえも毛色、体格、各種の生化学的性状などが大きく異なる。従ってLEAラットはLECの完全なコントロールにはなり得ない。そこで本研究ではLEAラットにLECラットの肝炎遺伝子(hts)を戻し交配により移入したコンジェニックラットを作成することを目的とした。具体的には(1)LEAラットにLECラットの肝炎遺伝子を戻し交配により移入したコンジェニックラット(LEA・LEC-hts)を作成すること、(2)このラットの特性を明らかにすること、(3)このラットを大量に繁殖し、研究者へ提供すること、を目的とした。平成7年度の研究はLEC雌ラットにLEA雄を交配し、産仔を得た(N1)。このN1雄にLEA雌を戻し交配し、産仔を得た(N2)。N2雄にLEC雌を交配し、血中のセルロプラスミン量を測定する事により後代検定を行い、ヘテロラットを探し、N3を作った。この様にしてN8代およびN13代まで行った。今後、N8およびN13代の肝炎遺伝子ヘテロ個体の雌雄を交配し、セルロプラスミン陰性個体を選抜する。これが肝炎遺伝子をホモに持つコンジェニックラット第一代(F1)となる。そしてその性質を検索する予定である。

バックグラウンドの系統としてのLEAラットは、これまでLECラット研究のコントロールとしてこの系統が最もよく使用されているためバックグラウンドデータが多く、このためこのコンジェニックラットは利用価値と思われる。LECラットの肝炎はヒトウイルソン病と臨床面のみならず遺伝子レベルでも両者は一致する事が明らかにされ、原因遺伝子はPタイプATP分解酵素であることがわかった。しかし、肝炎を発症しないコントロール系統の保存は行われなかったため、本研究ではLEAラットにLECラットの肝炎遺伝子(hts)を戻し交配により移入したコンジェニックラット(LEA・LEC-hts)を作成し、このラットの特性を明らかにし、継統繁殖により研究者へ提供することを目的とした。平成8年度は戻し交配N8が得られ、このコンジェニックラットの性質を調べた。N8F1のホモ個体の雌は19-20週令で発症し、全個体が黄疸を伴って死亡した。雄は20-21週令で発症し、約半数が死亡した。同腹のヘテロないしは正常個体は全例GPTの上昇もなく、生存した。これらの体重は、LECに比較し雌雄共に約100g程度大きい。雄のホモ個体の体重は正常個体と肝炎発症まではほぼ同じように増加するが、黄疸発症後は急激に低下する。雌の個体は正常個体よりも30-40gほど小さい。肝炎発症はLECに比較して、雌雄共に2-3週遅く、また肝炎による死亡率もLECに比較して高い。これによりLEAラットを対象としてLEA・LEC-htsコンジェニックラットをウイルソン病肝炎および肝癌の研究に使用できる。