hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
吸入麻酔薬は本当に受容体結合薬物であるのか：ホタル発光酵素のカロリメトリー

ホタル発光酵素ルシフェラーゼ(FFL)が示す高い麻酔薬感受性を明らかにするために、FFLとリガンド間の相互作用様式を熱量測定で調査した。示差走査熱量測定の結果から、麻酔薬と拮抗阻害剤(脂肪酸)はFFLの構造安定化に全く正反対に作用し、FFLの麻酔薬感受性は基質(ATP)あるいは脂肪酸存在下では非存在下の場合より顕著に大きくなることを見出した。等温滴定熱量測定の結果は、麻酔薬と脂肪酸のFFLへの結合様式は熱力学的には全く異なっていることを示した。これらの熱的データをX線結晶構造解析データと比較し、FFLに麻酔薬結合部位の存在する可能性は極めて低いことを結論づけた。前年度、示差走査熱量(DSC)測定により、ホタル発光酵素ルシフェラーゼ(FFL)のリガンド感受性はATPの存在により大きく変化することを見出した。今回、さらに詳しく調査してみたところ、FFLの麻酔薬クロロホルムによる不安定化(アンフォールディング)はATPの存在により増大したが、拮抗阻害剤であるデカン酸の安定化(フォールデング)はATPの存在にはほとんど依存しなかった。また、デカン酸存在下において実施した同様な実験からは、デカン酸の存在によってもFFLのクロロホルム感受性は増大し、デカン酸はATPと同様な効果があることがわかった。等温滴定熱量(ITC)測定では、FFLの水への低い溶解性と麻酔薬との小さい結合熱から実験条件を策定するのに時間を要したが、麻酔薬ハロセンを用いて、FFLと麻酔薬の結合熱の測定に初めて成功した。FFLとハロセンの結合は発熱反応となり、ハロセン濃度依存的に熱量が飽和したのに対して、FFLとデカン酸の結合は麻酔薬の場合とは正反対に吸熱反応を示し、その熱量はある濃度範囲で飽和した。熱力学的解析より決定した結合定数はデカン酸がハロセンよりも大きく、結合数はハロセンでは数分子程度、デカン酸では1分子以下となった。これら熱量測定データをX線解析により得られているFFLの構造データと比較した。結果、FFLはATPだけではなく拮抗阻害剤の結合によっても誘導適合を起こし、その形を変化させるためこれらリガンド非存在下と存在下では麻酔薬感受性が異なること、およびFFLへの麻酔薬結合はFFLを低エネルギー化(安定化)させるが、拮抗阻害剤の結合は逆に高エネルギー化(安定化)させることが明らかとなった。以上の結果より、麻酔薬の結合様式は拮抗阻害剤のものとは顕著に異なり、FFL中に麻酔薬結合部位が存在する可能性は低いことを結論づけた。麻酔薬の作用機序は、その発見より150年以上経った現在でも解明されていない。麻酔理論はこれまでに様々に変遷したが、現在では、麻酔薬は生体膜内のある特定の受容体に結合する薬物であるとするタンパク受容体説の見解が体勢を占めている。そもそも、このタンパク受容体説の起源は、ホタル発光酵素ルシフェラーゼ(FFL)と言うタンパク質が示した高い麻酔薬感受性にあるが、その真偽は未だに不明である。本研究は、FFLー吸入麻酔薬間に働く真の相互作用を高精度なカロリメトリー(熱量測定)と構造解析データを組み合わせて調査するものである。初年度は、麻酔薬および基質・拮抗阻害剤結合によるFFLの構造安定性(フォールデング・アンフォールディング)への影響を追跡した。麻酔薬として吸入麻酔薬の一種であるクロロホルム、FFLの基質としてアデノシン3リン酸(ATP)およびFFLの拮抗性リガンドとしてデカン酸を選択し、これらリガンドの非存在下および存在下のFFL水溶液に対し、示差走査熱量(DSC)測定を行った。ATP非存在下では、ミリモルオーダーのクロロホルム添加によりFFLはアンフォールドし、マイクロモルオーダーのデカン酸添加により逆にフォールドした。過剰のATP存在下では、劇的にFFLのリガンド感受性に変化が見られ、ATP非存在下の約1/10濃度のクロロホルム添加によりFFLはアンフォールドし、1/5濃度のデカン酸添加により劇的なフォールドが起こった。これまでになされた過去の研究において、ATPの存在の有無がFFLの麻酔薬感受性が影響を与えることが指摘されていたが、今回、このATPに依存したFFLの麻酔薬感受性を熱的に捉えることができ、また、FFLの拮抗性リガンド感受性は麻酔薬感受性とは全く逆方向になることを初めて明らかにすることができた。初年度の研究計画においては、DSC測定と等温滴定熱量(ITC)測定を相補的に実施し、両者のデータからリガンド添加によるFFLの構造安定性の変化とリガンドの結合様式(結合熱・結合等温線)を評価する予定であった。ここで、DSC測定における構造安定性のデータを参考してITC測定におけるFFL濃度とリガンド濃度を決定する予定であったが、リガンドの選択にやや時間を要した。

本研究では、当初、文献に報告されている吸入麻酔薬(ハロセンやイソフルランなどの比較的疎水性の強い麻酔薬)および拮抗性リガンド(ミリスチン酸やパルミチン酸などの長鎖脂肪酸)を用いて実験を行ってきたが、これらのリガンドは水溶性が低く、そのまま添加するのが困難でメタノールなどの有機溶剤に溶解して添加していた。その場合、溶液中のFFLに局所的な変性が生じたり、あるいは有機溶剤の二次的なFFLへの影響など幾つかの問題点が発生した。それらの問題を解決するために、幾つかの麻酔薬と拮抗性リガンドに対して予備的な実験を行い、有機溶剤を必要しないで実験可能な疎水性が若干低い麻酔薬と脂肪酸としてクロロホルムとデカン酸を使用することにした。上記の理由で、DSC測定の結果を得るのに時間を要してしまった。最終的にDSC測定においては、FFLのATP濃度の依存した両リガンドの感受性変化を確認し、その効果が両リガンドで正反対となることを初めて熱量測定で捉えることができたので、結果は当初の計画以上に進展したが、ITC測定については予備的な実験のみとなってしまった。しかしながら、その間、ITC測定においては牛血清アルブミン(BSA)への麻酔薬結合実験を行っており、今後のFFLのITC実験に対し、有用な実験データを取得することができている。昨年度の実験から、熱量測定においては、麻酔薬としてクロロホルム、拮抗性リガンドとしてデカン酸を用いることが有効であることがわかったので、今年度は、まず、これまでのDSCデータを参考にして、ATPの非存在下において、適切なクロロホルムとデカン酸の濃度を選択し、ITC測定を実施する。また、昨年度は過剰のATP濃度下における実験のみを行い、FFLの構造安定性へのATP濃度依存性については詳細に調べていない。そこで今年度は、FFLとATPとモル比を正確に規定した上で、DSC測定を行い、FFLへのATP効果を定量的に評価するつもりである。FFLへのATP効果を正確に把握した上で、ATP存在下において、非存在下と同様に適切なクロロホルムとデカン酸の濃度を選択し、ITC測定を実施する。これらの実験からATP非存在下および存在下におけるFFLへの両リガンドの結合等温線を描き、両リガンドの結合様式の差違を検討する。さらに、DSCおよびITCで実施した両リガンド度を参照して、当初の計画通りに圧力摂動熱量(PPC)測定を行い、リガンド結合によるFFLの体積挙動(膨張率・体積変化)を調査することを計画している。そして、DSC、ITCおよびPPCの3種類の熱量測定を通して得られた熱的データをFFLおよび長鎖脂肪酸アデニル酸形成酵素の構造データと照らし合わし、熱的変化と体積的変化の巨視的・微視的な相関および結合による熱エネルギー変化と結合部位の微視的環境における構造変化との相関を検討していく予定である。本研究においては、微量で高価な高純度試薬であるFFLを相当量消費するため、昨年度の助成金の大半はFFLの購入費用として試薬代に充てている。この試薬代、旅費および分担者分配金を除いた端数の金額は次年度に繰り越してある。次年度も今年度とほぼ同様に、その大半はFFLの購入代金として用いることにしており、その他は、旅費および分担者分配金として使用予定である。
プロテアソームの抗原提示に於ける役割の系統発生学的解析

アフリカツメガエルの卵巣、血球細胞より20Sプロテアソームを、ゲル濾過、イオン交換カラムにより部分精製し、MCA基質を用いて切断特異性の比較検討を行った。その結果、どらちのプロテアソームもキモトリプシン様の活性のみが検出されたが、卵巣由来で主にXを含むもののほうが、血球由来で主にLMP7を含むものより数倍強い活性を示した。今後、この違いがX/LMP7の入れ替えによって生じていることをタンパクレベルで明らかにすると共に、より多種の基質を用いて、特異性の違いの検出を試みたい。また、特定のLMP7とクラスIaの組み合わせが抗原提示に必要である可能性を検討するためのMHC内の組み替え体の作成を目的とした掛け合わせは戻し交配の子孫からDNAを抽出する段階まで進行し、現在タイピングを行っている。組み替え体が発見できれば、約一年後にはそのMHCをホモに持つカエルが得られる予定である。また、ツメガエルMHCの構造をより詳細に検討する目的で、クラスIa、クラスIIb、補体Bf、C4、HSP70、LMP7遺伝子間の連鎖解析を行い、MHC内で組み換えを起こしたカエルを2匹認めることにより、これらの遺伝子は3群に分けられ、クラスIa、C4が中央に位置する事が判明した。この遺伝子配置は哺乳類のMHCとは著しく異なっており、MHCは脊椎動物の進化の過程で、主要な遺伝子の連鎖は保ったまま大規模な再編を経験したことが示唆された。特にツメガエルの遺伝子配置ではクラスIaと、その上に提示される抗原のプロセシングに働くLMP7の遺伝子が互いに近接して存在することが示唆された。これがMHCの原型に近いものと考えられた。
三次元弾塑性傾斜破壊現象の高精度有限要素解析

本研究ではまず5.2mmの板厚を有するアルミ合金材A5052製のCT試験片の破壊試験を行い,破壊進行中にき裂面が傾斜する現象を観察した.本試験では荷重装置のロードセルとストローク変位から試験片に与えられたエネルギーを評価し,傾斜破壊に要する外部仕事を算定した.続いて,き裂面形状をレーザーフォーカス粗さ計を用いて計測した.初期傾斜角度がゼロのき裂面がほぼ45°の傾斜面になるまでに要するき裂進展距離は約3.0mmであった.また,アルミ板材形成の圧延方向とき裂進展方向を変化させた複数の実験を行ったが,5mm程度の板厚では圧延効果が強くないためか,き裂面傾斜等の破壊挙動にその影響は顕著には現れなかった.今後の課題として,き裂面傾斜が変化する距離ならびに圧延方向の影響を調べるため,板厚の異なるCT試験片で追加の破壊実験を行う予定である.このようなき裂進展では,顕著な塑性変形(永久変形)がき裂進展箇所付近に残留する.そのため,数値シミュレーション開発にあたっては,まずき裂進展領域の塑性変形を精度よく評価できる移動有限要素法を開発した.本手法では,き裂進展後の破壊経路付近にも細分割された要素が配置されるため,詳細な非線形破壊挙動ならびに塑性変形分布を評価することができる.本プログラムには,各種の弾塑性破壊経路予測理論を導入することができ,既に局所対称理論,最大周方向応力説を導入した数値解析を行い,実験結果とよく一致することを確認している.続いて,現在,三次元移動有限要素法の試作を行い,このプログラムのパフォーマンスを調べており,結果が揃い次第,関連学会で発表する予定である.平成16年度は,1,準静的き裂面傾斜破壊実験と2,衝撃破壊実験ならびにその数値シミュレーションを行った.1については,アルミ合金A5052圧延材を材料としたJ_<IC>破壊試験規格に基づくサイドグルーブ無しのCT試験片(板厚5mm)の破壊試験から傾斜破壊を発生させ,き裂面傾斜時の破壊エネルギーの近似評価を行った.近似評価値は402kJ/mとなった.更に露呈き裂面の凹凸をレーザーフォーカス変位計を用いて測定し,き裂面の詳細について評価した.き裂面の傾斜角度は約45度であり,初期き裂から傾斜角度が収斂するまで3mm程度のき裂面角度遷移域が観察された.次年度は,このき裂面傾斜を再現した三次元有限要素解析を行う予定である.2については,純アルミA1050材製の板厚3mmの衝撃破壊試験片を作成し,衝撃破壊時の超高速度撮影を行った.衝突体の質量は1kg,衝突速度は25m/sである.混合モード荷重下のき裂進展挙動を観察し,破壊経路の状況やき裂進展速度が4-7m/s程度であることが判明した.次に2次元移動有限要素法を用いて本破壊現象の数値解析を行った.移動要素法はき裂進展部の残留塑性ひずみ(Wake zone)が評価できるように改良されている.本現象で試験片材料中に生じる相当塑性ひずみ速度はき裂先端やの衝突点の極近傍等を除いて数十から数百/sec.のオーダーとなり,粘塑性応答が顕在化する可能性が低いことがわかった.本研究ではまず5.2mmの板厚を有するアルミ合金材A5052製のCT試験片の破壊試験を行い,破壊進行中にき裂面が傾斜する現象を観察した.本試験では荷重装置のロードセルとストローク変位から試験片に与えられたエネルギーを評価し,傾斜破壊に要する外部仕事を算定した.続いて,き裂面形状をレーザーフォーカス粗さ計を用いて計測した.初期傾斜角度がゼロのき裂面がほぼ45°の傾斜面になるまでに要するき裂進展距離は約3.0mmであった.また,アルミ板材形成の圧延方向とき裂進展方向を変化させた複数の実験を行ったが,5mm程度の板厚では圧延効果が強くないためか,き裂面傾斜等の破壊挙動にその影響は顕著には現れなかった.今後の課題として,き裂面傾斜が変化する距離ならびに圧延方向の影響を調べるため,板厚の異なるCT試験片で追加の破壊実験を行う予定である.このようなき裂進展では,顕著な塑性変形(永久変形)がき裂進展箇所付近に残留する.そのため,数値シミュレーション開発にあたっては,まずき裂進展領域の塑性変形を精度よく評価できる移動有限要素法を開発した.本手法では,き裂進展後の破壊経路付近にも細分割された要素が配置されるため,詳細な非線形破壊挙動ならびに塑性変形分布を評価することができる.本プログラムには,各種の弾塑性破壊経路予測理論を導入することができ,既に局所対称理論,最大周方向応力説を導入した数値解析を行い,実験結果とよく一致することを確認している.続いて,現在,三次元移動有限要素法の試作を行い,このプログラムのパフォーマンスを調べており,結果が揃い次第,関連学会で発表する予定である.
前立腺癌に対するX線及び重粒子治療におけるスタチン併用効果の基礎的研究

まず、ホルモン非依存性前立腺癌細胞株へX線および重粒子を照射し、増殖に対するスタチンとの併用効果について、検討を行った。細胞増殖に関して、MTSやcell countを行ったところ、LNCaP-LA(アンドロゲン非依存性のLNCaP)、22RV-1では、スタチンとX線を併用することで、さらなる細胞増殖抑制効果を認めた。また、重粒子に関しては、条件設定に時間がかかったが、PC-3に関しては、スタチンと重粒子を併用することで、増殖抑制効果を認めた。また、スタチン投与によりDNA修復遺伝子の発現が低下したことから、PARP阻害剤であるオラパリブとスタチンとの併用効果を検討した。まずPC-3とLNCaP-LAにおいてBRCA1やBRCA2をsiRNAでノックダウンしOlaを投与したところ、control群に比べ更なる細胞増殖効果を認めた。また、オラパリブとスタチンを併用するとPC-3, 22Rv1, LNCaP-LAにおいて、それぞれ単剤よりも更なる細胞増殖抑制効果を認めたが、スタチンによりDNA修復遺伝子群の発現低下を認めなかった、正常前立腺間質細胞では認めなかった。さらにはカバジタキセル耐性22Rv1に対しても、SimはBRCA1/BRCA2/FANCAの遺伝子発現を低下させ、Olaとの併用で更なる増殖抑制効果を認めた。以上より、去勢抵抗性及び抗癌剤抵抗性前立腺癌に対して、PARP阻害剤とスタチンのようなDNA修復遺伝子の発現を低下させる薬剤との併用が、治療選択の1つになりうる可能性が示唆され、さらにそこにX線や重粒子を追加することで、さらなる増殖抑制効果が期待される。評価する遺伝子及び細胞株が多く、実験に時間がかかっている。近々、ウェスタンブロッティングを開始予定である。昨年度の研究で認めた、前立腺癌細胞株(PC-3, LNCaP-LA;androgen free条件で長時間培養して獲得したandrogen independentなLNCaP株, 22RV-1)へスタチンを投与した後の、BRCA1、BRCA2、RAD51, BARD1, FANCAなどのDNA修復/相同組換えと関連した遺伝子のmRNA発現変化を、ウェスタンブロットにより、タンパクレベルでも確認したところ、BRCA1の発現低下(LNCaP-LA, 22RV-1)、RAD51の発現低下(PC-3, LNCaP-LA)、FANCAの発現低下(PC-3,22RV-1)、BRAD1の発現低下(PC-3,LNCaP-LA)を認めた。BRCA2に関しては、いくつか抗体を試してみたが、うまくタンパクを検出することが困難であった。次に、前立腺癌細胞株へ、X線を照射し、スタチンとの併用効果について、細胞増殖に関してはcell countを行ったところ、LNCaP-LAと22RV-1では、スタチンとX線を併用することで、さらなる細胞増殖抑制効果を認めたが、PC-3では、スタチン投与のみでかなり増殖抑制効果が強く出ることから、現在、併用条件について、検討中である。また、PARP阻害剤の併用に関しては、まずは、スタチンとの併用のみで効果を確認したが、PC-3、LNCaP-LA、22RV-1において、スタチンとPARP阻害剤であるOlaparibの併用により、MTSアッセイおよびcell countにおいて、さらなる増殖抑制効果を認めた。評価する遺伝子・細胞株が多く、また検討項目も多いことから、時間がかかっている。特に、BRCA2に関しては、ウェスタンブロッティングで、タンパクを検出することが困難で、様々な条件の検討(複数の抗体の使用など)を行ったことから、非常に時間がかかってしまった。昨年度の研究で、mRNAだけでなく、蛋白もストックできているため、ウェスタンブロッティングは早々に開始できるものと考えている。また、PARP阻害剤に関しては、予備実験を開始しており、下記予定に比較的スムーズに以降できるものと考えている。・PARP

阻害剤の更なる併用による、スタチンとX線及び重粒子治療効果への影響上記実験で効果を得た場合、さらにPARP阻害剤を併用する事で、更なる治療効果の有無を、同様の実験を行って検討する。X線での実験は開始できたため、同様の手法で、重粒子の実験も進めていく予定である。実験がやや遅れており、ウェスタンブロッティング用の試薬の購入も、それに合わせて遅れてしまったため、次年度使用額が生じた。実験が遅れており、必要物品の購入がそれに伴い遅れてしまった。次年度の試薬購入に充てる予定である。ウェスタンブロッティング用の試薬購入を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。
炭素材料の欠陥サイズと量の制御

ナノカーボン材料を酸素やメタクロロ過安息香酸により酸化し、その後加熱することで空孔欠陥を導入した。この空孔欠陥のサイズの制御を行うためその欠陥構造の詳細を透過型電子顕微鏡やX線分光分析や量子化学計算により分析した。その結果、酸素との反応では250°C以下で酸化反応が進行しカルボニルやラクトンを経由して一酸化炭素や二酸化炭素として空孔欠陥を生成した。フラーレンのエポキシ化では、エポキシ基、カルボニル、ラクトンが生成し、これを加熱することによりエポキシ基やラクトンが減少し、カルボニルとカルベン(空孔欠陥)が残った。透過型電子顕微鏡でも空孔欠陥は確認されたが、欠陥が反応によって生成したものかを証明することが今後の課題となっている。黒鉛を1層にした構造を有するグラフェンの欠陥は、光学的、磁気的、機械的、電気的、触媒としての反応性などに影響を与える。つまり、欠陥サイズの制御や欠陥生成における反応機構や成長機構の解明は、多分野で利用され波及する可能性が非常に高く重要な研究である。本研究では、5員環を含むフラーレンまたは6員環のみから形成される黒鉛上の炭素原子を2個から6個除去した空孔欠陥を導入することを目標とした。2種類の材料を比較することにより、5員環の空孔欠陥生成に与える影響について同時に調査することができる。この空孔欠陥を導入するため、本研究では下記の2種類の方法を適用した。1つ目の方法は、酸素とフラーレンまたは黒鉛とを200°Cから300°Cで反応させることにより、含酸素官能基を導入し、この官能基を欠陥の成長開始点とし、その後窒素中で加熱することにより、空孔欠陥のサイズを高密度化することを目的とした。また、過酸化物とフラーレンを反応させてエポキシ基を導入しこの官能基を欠陥の成長開始点とした。この官能基は、窒素中で加熱することで気体として炭素を含む二酸化炭素や一酸化炭素を放出し空孔欠陥を生成させた。その結果フラーレンのようなvan der Waals力が関係するナノカーボンの場合、気相反応よりも液相反応の方が均一に空孔欠陥を生成させるには向いており液相反応であるエポキシ化とその後の加熱により欠陥生成が可能なことがわかった。また、黒鉛においては酸素との気相反応で250°Cから260°Cで反応させることにより、多くの欠陥が生成することがわかった。現在これらの欠陥の制御について研究を続けている。黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブ、さらにフラーレンを酸素との気相反応又はエポキシ化による液相反応で官能基を導入し加熱により欠陥を導入し、そのサイズの制御を試みた。実験結果と同時進行で量子化学計算を行い、空孔欠陥の成長過程の理論的な解析を量子化学計算により行った。酸素と黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンの反応においては、酸素と220から250°Cでも反応が進行していることを熱重量分析や熱電導度検出器-ガスクロマトグラフィーにより確認した。X線光電子分光分析、赤外分光分析、量子化学計算の結果よりカーボンナノチューブではラクトンが主に生成される。フラーレン上では、カルボニルが主に生成し、これを不活性雰囲気下で加熱するとラクトンへと変化しその後一酸化炭素または二酸化炭素となって空孔欠陥を生成することが分かった。220°Cから250°Cでの酸素とグラフェンとの反応においては反応後に不活性雰囲気下で加熱したものを球面収差補正付透過型電子顕微鏡で観察し、空孔欠陥の存在が確認された。この空孔欠陥付近では、明視野像で明るい部分が確認されこれが残存酸素の可能性があるとして現在、これらがもとからグラフェンに存在する空孔欠陥かどうかの解析を進めている。エポキシ化による空孔欠陥の導入ついてはフラーレンのみ行い、X線分光分析や赤外分光分析で解析を行った。フラーレンのエポキシ化では、エポキシ基のみならずカルボニルやラクトンも生成していることが明らかとなった。これを不活性雰囲気下で加熱するとエポキシやラクトンは減少し主に空孔欠陥とカルボニル基が残った。この反応機構を量子化学計算で求めたところ、エポキシが1つや2つの場合より3つ存在していたほうが加熱により反応が進行しやすく、最終的にX線分光分析や赤外分光分析で得られた結果と同様の構造が得られた。
最高存在の祭典と「世論」

この研究課題の目的は、「最高存在」(Etre supreme)という概念が18世紀の思想風土にあって何を意味したのかを検討するとともに、1794年6月8日に開催された最高存在の祭典がそこに参加した人びと、とくに民衆層によってどう受けとめられたのかを、この祭典にかんする当時の「世論」を検証することによって明らかにしようとするものであった。この課題を遂行するため、当該研究期間内に夏期休暇などを利用して数度渡仏し、国立古文書館、パリ警視庁史料館、パリ市歴史図書館、フランス国立図書館などに所蔵されている史料の調査と蒐集をおこなった。これらの史料蒐集の成果をも背景に、「地方史研究の意味とはなにか」(『歴史学研究』No、816)、「リヨンの革命と『サン=キュロット』(『史学雑誌』116-6)、「フランス革命史研究の変貌」(『歴史と地理』606)などを公にした。また、すでに刊行を待つばかりの論考として、「シャルチエ以後の思想史研究はどのようなかたちをとりうるか」(『歴史学研究』掲載号未定)を公にした。さらに、「最高存在」という概念が18世紀の思想風土において何を意味したかという課題にかかわる研究成果は、暫定的なものにとどまるが、平成20年度に刊行される「研究成果報告書」にまとめた。たほう、最高存在の祭典がそこに参加した人びと、とくに民衆層によってどう受けとめられたのかという課題に関しては、学術論文として公刊できるまでの成果が現在までのところ得られていない。これについては今後の継続的な調査・研究の終了をまって、できるだけ近い将来に著書というかたちでその成果を公表したいと考えている。平成17年度は、「フランス革命研究コレクション」のカタログを精査し、本研究課題を遂行するうえで利用可能な史料をチェックした。また、『議会議事録』(Archives parlementaires)の索引を利用して、全国各地の市町村や人民協会などから国民公会に寄せられた、最高存在の祭典に直接・間接に関係する膨大な意見書の所在(巻数・ページ)を確認した。しかし現在までのところ、それらの史料を読み、分析するまでにはいたっていない。いっぽう、平成17年度の夏期休暇中と冬期にそれぞれ一ヶ月間、三週間程度渡仏し、国立図書館に所蔵されているカトリックの聖職者の手になる神学書の蒐集と分析を重点的におこなうとともに、国立古文書館やパリ市歴史図書館で史料調査をおこない、「世論」や民衆の宗教意識などにかかわる手稿史料もある程度蒐集・参照した。なお、このフランスでの史料蒐集活動のさいに不可欠な、携帯可能なノート型パソコンを一台、渡仏前に購入した。以上の研究活動の成果をも背景として、平成17年11月に専修大学において「フランス革命におけるパリの民衆」という題目で公開講座をおこなった(この公演内容の印刷・公刊は2007年3月の予定)。また、まだ公にされてはいないが、『西洋近現代史研究入門再増補改訂版』(名古屋大学出版会,2006年5月刊行予定)や「地方紙研究の意味とはなにか」(『歴史学研究』掲載決定)が、近いうちに刊行される予定である。平成18年度も、平成17年度の作業を継続し、「フランス革命研究コレクション」のカタログを精査し、本研究課題を遂行するうえで利用可能な関連史料を蒐集したが、検討・分析するまでにはいたっていない。また、『議会議事録』(Archives parlementaires)の索引を利用して、全国各地の市町村や人民協会などから国民公会に寄せられた、最高存在の祭典に直接・間接に関係する膨大な意見書の所在を確認し、それらの史料のごく一部を読み、分析した。いっぽう、平成18年度も夏期休暇中に一ヶ月半程度のあいだ渡仏し、国立図書館に所蔵されているカトリックの聖職者の手になる神学書の蒐集と分析をおこなった。

とくに今年度は国立古文書館やパリ市歴史図書館や警視庁文書館で史料調査を集中的におこない、ジャコバン独裁期の「世論」や民衆の宗教意識などにかかわる手稿史料をかなりの程度蒐集し、参照することができた。以上の研究活動の成果をも背景として、平成18年度には「地方紙研究の意味とはなにか」(『歴史学研究』816)と「フランス革命におけるパリの民衆-食糧をめぐる騒擾を中心にして-」(『専修大学歴史学研究センター年報』第4号)の2論考を公にした。また、近いうちに、パリの「サン=キュロット」運動の観点からリヨンのフランス革命を論じた「リヨンの革命と『サン=キュロット』」(『史学雑誌』)が刊行される予定である。この研究課題の目的は、「最高存在」(Etre supreme)という概念が18世紀の思想風土にあって何を意味したのかを検討するとともに、1794年6月8日に開催された最高存在の祭典がそこに参加した人びと、とくに民衆層によってどう受けとめられたのかを、この祭典にかんする当時の「世論」を検証することによって明らかにしようとするものであった。この課題を遂行するため、平成19年度も夏期休暇などを利用して渡仏し、国立古文書館、パリ警視庁史料館、パリ市歴史図書館、フランス国立図書館などに所蔵されている史料の調査と蒐集をおこなった。これらの史料蒐集の成果をも背景に、平成19年度には「リヨンの革命と『サン=キュロット』-小井高志『リヨンのフランス革命』によせて-」(『史学雑誌』116-6)と「フランス革命史研究の変貌」(『歴史と地理』606)を公にした。また、「最高存在」という概念が18世紀の思想風土において何を意味したかという課題にかかわる研究成果は、暫定的なものにとどまるが、平成20年度に刊行される「研究成果報告書」にまとめられる予定である。たほう、最高存在の祭典がそこに参加した人びと、とくに民衆層によってどう受けとめられたのかという課題に関しては、学術論文として公刊できるまでの成果が現在までのところ得られていない。これについては今後の継続的な調査・研究の終了をまって、できるだけ近い将来に著書というかたちでその成果を公表したいと考えている。
GATA2変異による遺伝性MDS由来iPS細胞を用いた分子発症機序の解明

本研究計画は、骨髄異形成症候群(MDS)で同定された様々な遺伝子異常のうち、常染色体優性遺伝を呈する家族性MDSの原因遺伝子異常の一つであるGATA2変異に焦点を当てている。このGATA2変異にどのような多段階の分子異常の蓄積がおこってMDSの発症に至るのかを、未発症家族性MDS患者の末梢血リンパ球から樹立したヒトiPS細胞を用いて解析し、「GATA2変異による遺伝性MDS由来iPS細胞を用いた分子発症機序の解明」を目指すものである。これまでGATA2変異を有する2家系の家族性MDSのMDS患者から末梢血リンパ球を無菌的に単離し、確立されている方法により2種類のGATA2変異iPS細胞を樹立した。GATA2変異iPS細胞をiPS-SAC法で造血前駆細胞まで分化させ、解析を行った。また、骨髄移植モデルマウスを作製し、GATA2変異をマウス造血幹細胞に過剰発現させた。このことからGATA2変異単独で造血幹細胞の分化障害が生じていることが明らかとなった。これまでの成果は他造血器腫瘍の発症機構の解明へも応用されうると考えられる。そこで慢性活動性EBウイルス感染症(CAEBV)を題材に研究を発展させている。CAEBVは全身の持続する炎症とEBVに感染したT細胞、NK細胞のクローナルな増殖を認める希少難治性リンパ腫である。唯一の根治治療は同種造血幹細胞移植しかない。今までの報告は日本など東アジアに集中してきたが、2017年改訂のWHO造血器腫瘍分類にEBV陽性T, NK細胞腫瘍として初めて明記されたことにより患者数は増加しており、その病態解明は急務と考えられ、研究を遂行することとした。東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科血液疾患治療開発学分野と連携することで慢性活動性EBウイルス感染症(CAEBV)の迅速正確な診断法、病態解明、治療法の開発へと研究を発展させている。慢性活動性EBウイルス感染症はEBV陽性T、NK細胞腫瘍であり、全身の炎症を伴い、しばしば播種性血管内凝固症候群(DIC)や血球貪食症候群(HLH)を発症する。そのCAEBV発症機序を解明するため、EBV感染T, NK細胞の単球系細胞への直接作用を、細胞株を用いて検討する。原因となる炎症性サイトカインの精査、病態との関連および抗サイトカイン療法の有用性を検証する。GATA2変異を有する2家系の家族性MDSのMDS患者から末梢血リンパ球を無菌的に単離し、確立されている方法により2種類のGATA2変異iPS細胞(R396WとP250A)を樹立した。GATA2変異iPS細胞をiPS-SAC法で造血前駆細胞まで分化させたところ、正常iPS細胞と比較して有意にCD34陽性細胞が減少していた。また、骨髄移植モデルマウスを作製し、GATA2変異をマウス造血幹細胞に過剰発現させると、分化した顆粒球系細胞が著減していた。このことからGATA2変異単独ですでに造血幹細胞の分化障害が生じていることが明らかとなった。次に、先天的なGATA2変異に後天的な付加的遺伝子変異が加わってMDSが発症すると考え、MDS発症家族性GATA2変異患者の骨髄DNAと頬粘膜DNAを用いて全エクソン解析を行った。その結果、MDSの進展に関わる複数の遺伝子変異を同定した。その中に一つであるGene Xについて、付加異常としての機能解析を開始した。GATA2変異iPS細胞から誘導したCD34陽性細胞にGene Xを遺伝子導入し、OP9細胞上で長期培養を行い、MDSの血液学的特徴を獲得するかを検討している。同時に両遺伝子をマウス造血幹細胞に導入した骨髄移植モデルマウス作成に着手した。分子病態の解明のためのiPS細胞樹立に成功し、造血幹細胞への再分化実験系は順調に進行している。マウス実験系も順調に進行しており、GATA2変異を有する造血幹細胞がMDSなどの造血器腫瘍を発症していく過程の追跡調査を行っている。

また、骨髄移植モデルマウスを作製し、GATA2変異をマウス造血幹細胞に過剰発現させた。このことからGATA2変異単独で造血幹細胞の分化障害が生じていることが明らかとなった。これまでの成果は他造血器腫瘍の発症機構の解明へも応用されうると考えられる。そこで慢性活動性EBウイルス感染症(CAEBV)を題材に研究を発展させている。CAEBVは全身の持続する炎症とEBVに感染したT細胞、NK細胞のクローナルな増殖を認める希少難治性リンパ腫である。唯一の根治治療は同種造血幹細胞移植しかない。今までの報告は日本など東アジアに集中してきたが、2017年改訂のWHO造血器腫瘍分類にEBV陽性T, NK細胞腫瘍として初めて明記されたことにより患者数は増加しており、その病態解明は急務と考えられ、研究を遂行することとした。東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科血液疾患治療開発学分野と連携することで慢性活動性EBウイルス感染症(CAEBV)の迅速正確な診断法、病態解明、治療法の開発へと研究を発展させている。経時的な変化の追跡のために、モデルマウスや家族性MDS症例から樹立したiPS細胞を分化させ、観察およびサンプリングを行い、進行に関与する遺伝子異常の同定を試みる。iPS細胞由来造血幹細胞、および協調遺伝子導入した細胞をNOGマウスに移植してヒト化MDSモデルマウスを作成する。並行してさらに家族性MDS家系を検索する。慢性活動性EBウイルス感染症はEBV陽性T、NK細胞腫瘍であり、全身の炎症を伴い、しばしば播種性血管内凝固症候群(DIC)や血球貪食症候群(HLH)を発症する。そのCAEBV発症機序を解明するため、EBV感染T, NK細胞の単球系細胞への直接作用を、細胞株を用いて検討する。原因となる炎症性サイトカインの精査、病態との関連および抗サイトカイン療法の有用性を検証する。2018/10/152019/3/31の期間、産前産後休暇・育児休暇を頂いたため、次年度使用額が生じている。2019/4/1に復職した。今年度中にペースを上げて研究を進める予定であり、場合によっては延長申請も考えている。2017/10/152018/3/31の期間、産前産後休暇・育児休暇を頂き、2018/4/1に復職、延長申請をした。2019/5/1より東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科先端血液検査学の分野長となり、研究を遂行していく所存である。
蛍光偏光解消法を用いた消化管病変の診断技術の開発

近年、癌病変において細胞膜流動性が変化することが報告された。一般に膜流動性を捕捉することは蛍光偏光解消法により可能である。同法は低侵襲な手法で、膜流動性を数値(FP値)として表すことが可能であるため、例えば、癌化に伴う膜流動性変化という現象を数値にて評価しうる可能性がある。そこで本研究では、同法の有用性を(1)アゾキシメタン誘発大腸腺腫動物モデルおよび(2)ヒト胃癌検体を用いて検討した。その結果、(1)腺腫部位とその周囲の正常粘膜におけるFP値に有意な差を認めた。また、(2)病理学的に高分化腺癌と確認された領域のFP値は、正常粘膜領域と比較して有意に低値であった。このことは同法により病変部位が数値にて診断可能であることを意味する。同法は内視鏡への応用が可能であり、新しい光学的生検技術の一つとして提案したい。本研究の目的は、細胞膜の流動性の差を画像化することによって、癌部と非癌部を鑑別しうる光学システムを構築することである。平成20年度は細胞レベルでの検討や担癌動物による検討を通して癌領域診断の至適条件を決定し、臨床応用を検討する。a)in vitroでの結果我々は1990年にラット正常胃粘膜由来の培養細胞であるRGM-1細胞を樹立しているが、in vitroにおいて、同細胞よりニトロソグアニジン(MNNG)起因性癌様変異株(RGK-1細胞)を樹立した。RGK-1細胞はRGM-1細胞には認められない(1)非足場依存性増殖(2)遊走能(3)ヌードマウスにおける腫瘍形成能を有していた。胃培養細胞においてMNNG由来の癌様変異株は存在しないため、この一組の細胞は診断・治療の研究に有用なツールである。本研究者は、同細胞群を使用し、蛍光偏光解消法システムにてその差違が検出可能であることを検討した。その結果癌様変異株RGK-1細胞の蛍光偏光解消値(FP値)は正常細胞であるRGM-1細胞のFP値に比較して有意に小さく(1±0.093vsO.73±0.111,p<0.001)、癌細胞では正常細胞に比較して流動性が亢進していることが示された。アゾキシメタン(発癌物質・AOM)誘発大腸腺腫モデルにおける観察では、HE染色にて腺腫と確認された領域のFP値は、正常粘膜領域のFP値と比較して有意に大きかった(1.10±0.45v.s.2.57±0.69,p<0.01)。AOM誘発大腸腺腫モデルでは腺腫領域の細胞膜流動性が正常組織に比較して低下していることが示された。特筆すべきは蛍光偏光解消法ではFP値によるイメージングが可能であった点である。これにより通常光観察では発見されにくい初期病変や領域診断の難しい症例において、同法が有用である可能性を示した。【目的】細胞膜流動性の相違を画像化することによって、癌部と非癌部を鑑別しうる光学システムを構築し、細胞膜流動性の相違を診断根拠とした全く新しいコンセプトに基づいた内視鏡診断方法を目指すことである。【方法】内視鏡へ応用可能な蛍光偏光解消法(FP)という手法を搭載した蛍光顕微鏡装置を構築し、(1)培養細胞系・(2)実験発癌動物モデル(3)ヒト胃癌検体において、細胞膜流動性の観点(FP値)から癌部と非癌部を判別できるか否かをin vitro及びex vivoにて検討した。【結果】(1)正常細胞(RGM)と癌細胞細胞(RGK)のFP値を比較すると1.0±0.16v.s.0.73±0.18,p<0.01であり、FPは両細胞を細胞膜流動性の違いとして検出可能であった。(2)実験発癌動物モデルにおける正常部と腺腫部(aberrant crypt)のFP値は、各々1.0±0.45v.s.2.57±0.69,p<0.01,(N=6)であった。FPは組織においても培養細胞系の結果と同様に、腺腫部・非腺腫部を検出可能であった。(3)ヒト胃癌部におけるFP値は、非癌部のそれと比較し、1.0±0.12v.s.0.50±0.08,p<0.005,(N=20)と低下しており、癌部において膜流動性が亢進していることが示唆された。

これらの結果は脂質二重層という細胞膜の物理的性質(流動性)が癌と正常細胞において相違があることを示唆する。【考察】今回検討した蛍光偏光解消法は細胞膜流動性をFP値として表すことが可能であり、病変を数値によって評価可能である。これは癌の領域診断が困難な症例において、同法によって客観的数値診断が可能であることを意味しており、その臨床上のメリットは大きい。また生体にとって危険な領域の励起光を用いず、低毒性の蛍光色素を用いるという非侵襲性に加えて、細胞膜の流動注変化という病態生理を反映した現象を捕捉することが可能であるため、カプセル内視鏡といった新世代内視鏡における光学的生検方法として有効性を示す。
高温・加圧型熱重量分析装置の開発研究

エネルギー、環境さらには材料開発などの研究のブレークスルーが高温・高圧下での反応工学、反応プロセスの導入により達成される可能性が高い。このため、高温かつ高圧という厳しい制約条件を満たす精度の高い信頼性のある反応速度測定手法を確立することが急務となっている。そこで、本研究では高温・加圧型熱天秤装置を試作し、その測定法を確立することを最終目的とし、平成7年度は試作装置の制作、ならびにその信頼性を検証するためにゼオライト/CO_2,活性炭/CO_2を中心とした固体吸着剤による吸・脱着、CaO/CO_2/CaCO_3などの吸・発熱固・気化学反応を例とし、常温1200°C、常圧10気圧程度の条件下で測定を行い、既往の常圧熱天秤、カロリメーター式吸着装置などの結果と比較、本装置の信頼性を評価した。平成8年度は試作装置の測定データの一般性、普遍性を確かめ実用機器としての位置づけを明確にするため、測定上の問題となるCaO/H_2O/Ca(OH)_2、CaO/SO_2/CaSO_4、CaO/HCl/CaCl_2などの凝縮性、腐食性ガスが関与する固・気高温化学反応の熱重量分析を先と同様の条件で測定し、その測定限界条件の検討を行うと共に引き続き装置の信頼性の評価を行った結果、本装置の信頼性画検証された。さらに上記の結果を総合的に検討した結果、広範囲測定を可能とするアドバンスト型熱重量分析装置の設計基準が確立された。エネルギー,環境さらには材料開発などの研究のブレークスルーを考えるとき、高温・高圧下での反応工学、反応プロセスの利用が不可欠となる。このような状況の中で、高温かつ高圧という厳しい制約条件を満たす精度の高い信頼性のある反応速度測定法・測定手法を確立することがキ-ポイントとなる。そこで本研究では、新たに高温・加圧型熱天秤装置を試作し、その測定法を確立することを最終目的とし、本年度では試作装置の信頼性を検証するために、吸熱・発熱固気反応、固体吸着材による吸・脱着を例とする、常温1200°C範囲の温度常圧10気圧程度の加圧条件下の試作装置による重量変化に基づく反応速度および吸着速度の測定を行い、各反応および吸着系ごとの測定の限界条件を明らかにし、さらに広範囲測定を可能とするアドバンスト型熱重量分析装置の設計指針を得た。具体的には以下の2項目の結果を得た。1)高温・高圧熱重量分析装置の試作と信頼性:耐圧10気圧、温度上限1200°C装置を試作し、まず物理変化過程、すなわち固体吸着材による吸・脱着現象を対称とし、ゼオライト/CO_2、活性炭/CO_2系を例とする種々の条件下の熱重量分析を行って、その結果を通常の常圧熱天秤、カロリメーター式吸着反応装置で得られた結果と比較した結果、本装置による結果との整合性が確認され、試作高温・高圧熱重量分析装置の信頼性が評価された。2)1)の装置によるCaO/CO_2/CaCO_3系を中心とする常温1200°C範囲の固・気高温化学反応においても1)と同様の検討を行った結果、本装置の信頼性が検証された。そこで、本研究では高温・加圧型熱天秤装置を試作し、その測定法を確立することを最終目的とし、本年度は前年度の研究を一歩進めて、試作装置の測定データの一般性、普遍性確かめ実用機器として位置づけを明確にするため、測定上の問題となる凝縮性、腐食性ガスが関与する固・気高温化学反応の熱重量分析を常温1200°C、常圧10気圧程度の条件下で測定し、その測定限界条件の検討を行い、さらに広範囲測定を可能とするアドバンスト型熱重量分析装置の設計指針を得た。

1)凝縮性、腐食ガスが関与する固・気高温化学反応としてCaO/CO2/CaCO3、CaO/SO2/CaSO4、CaO/HCl/CaCl2系を例とし、常温1200°C、常圧10気圧の広範囲条件下て熱重量分析を行い、常圧熱天秤など既往の装置の結果との比較により、本装置の信頼性が評価された。また、各反応測定限界が明らかとなった。2)前年度および上記1)の結果の総合的検討を行った結果、広範囲測定を可能とするアドバンスト型熱重量分析装置の設計基準が確立された。
「革新的観測技法による地球深部ダイナミクスの解明」

本総合研究は国内及び諸外国において地球中心部の重点的な研究の必要性が高まってきた機運を受け、重点領域の領域申請のための準備を進めることを目的としている。昭和63年2月に全国の研究者から集められた研究計画、3月1日、2日に行われたシンポジウムの結果を基礎として、準備が始められた。昭和63年8月29日の全体会議において基本方針を決定し、テーマを絞りこんだ上で、再度全国の研究者から具体的な研究計画を募集した。この結果に基づき10月28日の世話人会で取りまとめを検討した。その後、12月2日の世話人会でより具体的な計画を検討し、領域名を「地球中心核」とすることを決定した。また、主要研究項目は4テーマとし、計画研究の概要を検討した。平成元年1月19日の世話人会では2月3、4日に開催されたシンポジウム「地球中心核」のプログラムと運営方針を検討し、シンポジウム後の拡大全体会議において最終案を議論することとした。シンポジウムでは2日間にわたって36講演が発表され、100名余りの参加者の間で突っ込んだ議論が展開された。シンポジウムの最終セッションでは全員で重点領域の研究案を検討した。その後の世話人会、及び2月15日の世話人会では、この討議の内容を踏まえて最終的に申請案を決定した。これに基づき3月1日に重点領域の領域申請書を文部省に提出した。本重点領域は地震学、測地学、地球電磁気学、超高圧物理学、流体物理学、地球化学、岩石・鉱物学等の地球科学の多くの分野が結集して、地球中心核とその境界域を総合的に研究することをめざしている。この目的のために主要研究項目は(1)構造と物性、(2)磁場変動と核流体運動、(3)エネルギーと物質の収支、(4)境界域の実態とダイナミクス、の4課題とし、各項目について3年間の計画研究と各数件の公募研究により、総合的に研究を進める。
細胞のレオロジーが示す普遍性の理論的探索

マイクロレオロジーという新しい実験手法の開発とともに、細胞のレオロジーに関する知見が、世界的に大きく広がりつつある。本研究では、細胞のレオロジーが示す普遍性を理解するために、不均一系や非平衡系にも適用できるマイクロレオロジーの基礎理論を、ソフトマター物理学や非平衡物理学に立脚して構築した。それと同時に、生体膜を含む細胞系に適した新しいMRの手法を確立した。具体的には、(1)生体膜MRの基礎理論の確立、(2)多成分媒質中のアクティブMRの定式化、(3)MRによる非熱的ゆらぎの検出法の考案、の三つの研究成果を得ることができた。本研究では、細胞のレオロジーが示す普遍性の理解を最終目標として、不均一系や非平衡系にも適用できるマイクロレオロジー(MR)の基礎理論を、ソフトマター物理学や非平衡物理学に立脚して確立することを目的とする。それと同時に、生体膜を含む細胞系に適した新しいMRの手法を確立することも目標とする。具体的には、(1)生体膜MRの基礎理論の確立、(2)多成分媒質中のアクティブMRの定式化、(3) MRによる非熱的ゆらぎの検出法の考案、の三つの研究課題に取り組む。最終的にはこれらの研究成果を統合して、MRの新しい基礎理論を提唱するつもりである。平成27年度には、アクティブな環境における生体膜のゆらぎについて考察を行った。細胞膜と細胞骨格の間にはATPを用いたアクティブな相互作用が働き、これが細胞膜のゆらぎに影響すると考えられている。そこで我々はアクティブな細胞骨格による細胞膜ゆらぎへの影響について理論的な解析を行った。具体的には、細胞骨格を壁とみなし(i)壁が動かない場合、(ii)壁がアクティブな場合、(iii)壁がアクティブでかつ固有の時間スケールを持つ場合について、細胞膜の平均二乗変位(MSD)を計算した。(i)の条件において膜ゆらぎは熱ゆらぎのみに起因する。弱い束縛の条件で、MSDは順に時間の2/3乗、1/3乗、定数のような時間依存性を持つことがわかった。また、(ii)の条件において全MSDは熱ゆらぎの寄与とアクティブな寄与の和となり、アクティブな壁はMSDを増大させることがわかった。さらに、アクティブな寄与は短時間領域でに比例し、膜として特異的な時間依存性を持つことが示された。さらに(iii)の条件では、このに比例する時間領域が緩和時間分だけ拡張されることがわかった。上で述べた我々の研究成果は、すでに"Dynamics of a membrane interacting with an activewall"という論文にまとめており、現在Phys. Rev. E誌に投稿中である。そのため、本研究課題についてはおおむね順調に進展していると言える。生体膜と細胞骨格の相互作用のように、生体膜の外部環境における非熱的なゆらぎによって誘起される膜の非平衡ゆらぎついて考察した。具体的には、ランダムな速度を発生するアクティブな壁と相互作用する生体膜のブラウン運動の解析を行った。ポテンシャルで束縛された膜の流体力学方程式を解くことにより膜の変位の運動方程式を導出し、膜断片の平均二乗変位を計算した。壁が静的な場合、すなわち熱ゆらぎしか存在しない場合、平均二乗変位は時間の2/3乗と1/3乗で増加する領域が見られる。一方、壁がランダムな速度を発生する場合、平均二乗変位が時間に比例する時間領域が存在することがわかった。これは膜のブラウン運動としては異常な振る舞いである。さらにアクティブな壁が特徴的な時間スケールを有する場合、平均二乗変位が時間に比例する領域がさらに拡大することもわかった。我々の結果は、赤血球膜の非平衡ゆらぎを測定した最近の実験結果とも一致している。アクティブな力双極子を有する粘弾性体中のブラウン運動について検討した。粘弾性体は二流体モデルで記述し、タンパク質を模倣したアクティブな力双極子の相関は特徴的な緩和時間をもつとした。プローブ粒子の平均二乗変位を計算した結果、熱ゆらぎのみ存在する場合、平均二乗変位は時間の0乗から1乗の間で変化することを求めた。一方、アクティブな力双極子によって、平均二乗変位は時間の0乗から2乗の間の全ての異常拡散が起こることを導いた。我々の結果は、近年の細胞中の異常拡散の振る舞いを適切に説明しており、生きている細胞と死んだ細胞では異常拡散のメカニズムが異なることが明らかになった。平成28年度の研究成果のうち、非平衡環境下における生体膜のゆらぎ、粘弾性体中のアクティブな力双極子による異常拡散、脂質二重膜ベシクルの緩和ダイナミクスについては、すでに論文として出版している。したがって、研究はおおむね順調に進展していると言える。ソフトマターのような粘弾性体中を遊泳するマイクロマシンの動作機構について理論的に考察した。具体的には、アクティブ・マイクロレオロジーで使われている基本式を三つ玉スイマーに適用することで、スイマーの遊泳速度とソフトマターの複素粘性率を結びつける関係式を導出した。この関係式によると、三つ玉スイマーがソフトマター中を遊泳するには二通りの可能性があり、一方は形状変形の時間反転対称性を破ることであり、他方はスイマーの構造対称性を破ることである。この原理を「スイマー・マイクロレオロジー」と命名した。NajafiとGolestanianの三つ玉スイマーはマイクロマシンの遊泳原理を簡潔に表現しており、これまでに様々な拡張が考案されてきた。

一方、従来の三つ玉スイマーの限界は、アームの周期運動が予め決められており、分子内部自由度の緩和ダイナミクスが含まれていないことである。そこで我々は、酵素やモータータンパク質との関連性を重視して、三つの球が調和的なバネで連結された弾性的なマイクロマシンを提案した。球間のバネの導入により、分子内部の緩和ダイナミクスや、内部自由度の非平衡性を自然な形で考慮できるようになった。我々は弾性スイマーの平均遊泳速度を解析的に導出した。さらに平成29年度には、熱的に駆動されるマイクロマシンに関する研究を行った。熱的に駆動される三つ玉マイクロマシンの運動は、各球に対するランジュバン方程式で記述し、各球に働くノイズの強さは、各球の温度に応じた揺動散逸定理で与えた。バネの自然長が球のサイズに対して十分に大きい場合には、実効的温度の問題を回避することが可能であり、我々はマイクロマシンの遊泳速度を解析的に導出することに成功した。この研究成果は温度勾配中の熱拡散と関係する一方、熱ゆらぎから運動を獲得するという意味において、ブラウン・ラチェットのアイディアとも密接に関連している。マイクロレオロジーという新しい実験手法の開発とともに、細胞のレオロジーに関する知見が、世界的に大きく広がりつつある。本研究では、細胞のレオロジーが示す普遍性を理解するために、不均一系や非平衡系にも適用できるマイクロレオロジーの基礎理論を、ソフトマター物理学や非平衡物理学に立脚して構築した。それと同時に、生体膜を含む細胞系に適した新しいMRの手法を確立した。具体的には、(1)生体膜MRの基礎理論の確立、(2)多成分媒質中のアクティブMRの定式化、(3)MRによる非熱的ゆらぎの検出法の考案、の三つの研究成果を得ることができた。平成28年度には、細胞質を二流体モデルで記述して、その中に存在する多数のタンパク質が双極子的な力を発生する場合に、細胞質中の粒子がどのようなブラウン運動をするかを理論的に解析する。そのためには、まず二流体モデルのグリーン関数を求めた上で、さらにMikhailovらの定式化を拡張して、粘弾性中のアクティブな拡散係数を求める予定である。また、平成28年度には球状ベシクルにおける曲げモードと圧縮モードの連動性について検討する予定である。我々は膜内外の流体力学方程式と膜自身の流体力学方程式を連立させて解くことにより、球面調和関数を用いて膜の運動の緩和率を導出する。ただし、膜間では摩擦が生じると考え、膜の曲げによって脂質密度が平均の値からずれることも考慮する。その他には、荷電脂質膜におけるミクロ相分離の可能性についても考察する。我々はポアッソン・ボルツマン方程式を解く際に、デバイ・ヒュッケル近似を超えた取り扱うを行う。最終年度の平成29年度は、研究成果全体のまとめを行う。その中でも特に、粘弾性体中のマイクロマシンの遊泳に関する研究を完成させる。具体的には、二流体モデル中のマイクロスイマーの挙動を調べることを目的とする。特にスイマーのサイズとメッシュサイズの大小関係が、遊泳速度にどのように影響するかについて検討する。二流体モデルには、弾性体ネットワークのメッシュサイズに相当する特徴的な長さスケールが存在する。一方、三つ玉スイマーは球の大きさ、アームの長さなどの複数の長さスケールを持っている。