hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
放射線職業破曝の身体的影響に関する研究

われわれは、これまでに経験年数の長い診療放射線技師の中に放射線の影響と考えられる染色体異常やEBウイルス(EBV)に対する液性免疫応答異常の疑われる人が存在することを明らかにしてきた。本研究では、熊本県が成人T細胞白血病(ATL)の好発地域であることに着目して、診療放射線技師におけるhuman T cell lymphotropic virus typeー1(HTLVー1)と放射線被曝との関係を、ATL細胞、HTLVー1抗体、および染色体異常を指標として調べた。また、転座染色体と癌遺伝子存在部位との関連を調べるとともに、EBVと同じヘルペス科ウイルスであるサイトメガロウイルス(CMV)抗体の動態から低線量放射線の長期複曝の影響を追求した。その結果、1.HTLVー1抗体陽性例は診療放射線技師(経験年数が1年以上)99名中3例(3.0%)、対照群96例中4例(4.2%)みられた。その中の技師1例の末梢血にATL細胞が50%観察された。この技師の白血球数は8500/mm^3、Ca値は9.2mg/dlであり、当大学病院で慢性型ATLと診断された。しかし、残りのHTLVー1抗体陽性例にはATL細胞は見いだせなかった。2.構造異常を有する染色体が放射線技師(53名)には2.5%、対照群(36名)には1.6%の頻度で観察された。構造異常では転座染色体が最も多く検出され、その頻度は技師群が対照群に比べて有意に高かった。相互転座染色体の中ではt(7;14)の頻度が最も高かったが、技師群と対照群との間には有意差はみられなかった。7番染色体と14番染色体間の相互転座例の大多数が7q32ー36、14q11ー12の部位で部分交換をしていた。ATLでは14q11ー12に切断点を有する異常が報告されているが、今回対象としたHTLVー1抗体陽性例にはクロ-ンとしての異常はみられなかった。また、ski、abl、myb、mos、myc、Nーmycなどの癌遺伝子存在部位での転座例も若干みられたが、クロ-ンとしての異常は観察されなかった。3.CMV抗体量と低線量放射線被曝量との間には特定の関連はみられなかったが、CMV抗体異常陽性(ELISA OD値≧0.4)の放射線技師ではCMV抗体陰性の技師に比べて、EBVーVCA/IgGおよびEA/IgG抗体異常陽性例が高率にみられた。低線量放射線の長期被曝による影響を明らかにするために、診療放射線技師99名及び健康人96名(すべて男性)についてサイトメガロウス(CWV)抗体量、ヒトT細胞白血病ウイルスtype1(HTLV-1)及びEpstein-Barrウイルス(EBV)抗体価を測定した。その結果、(1)CMV抗体保有率は、放射線技師群、対照群いずれも約80%であった。CMV抗体異常陽性(ELISA OD値≧0.4)率は、技師群及び対照群とも40歳以上の年令層で約20%であり、40歳未満のそれより約3倍高かった(P<0.1)。しかし、両群の間には有意差はみられなかった。

また、技師の被曝線量とCMV抗体との間には関連はみられなかった。(2)HTLV-1抗体保有率は、放射線技師群、対照群いずれも5%未満であり、技師の被曝線量とHTLV-1抗体との間には関連はみられなかった。(3)EBV-viral capsidantigen(VCA)/IgG抗体保有率は、放射線技師群、対照群いずれも98%以上であった。経験年数が15年以上及び被曝線量が300mSv以上の技師群では、VCA/IgG抗体異常陽性(≧1:640)率及びearly antigen(EA)/IgG抗体異常陽性(≧1:10)率はそれぞれ約17%、約35%であり、同年代の対照群(40歳以上)より有意に高かった。(VCA/IgG p<0.05、EA<IgG p<0.001)。しかし、VCA/IgG及びEBV-associated nuclear antigen(EBNA)抗体では技師群と対照群との間に有意差はみられなかった。(4)CMV抗体陰性の放射線技師群にはEBV-VCA/IgG及びEA/IgG抗体異常陽性例はほとんどみられなかったが、CMV抗体異常陽性例の技師群ではEBV-VCA/IgG及びEA/IgG抗体異常陽性例がそれぞれ30.8%、53.8%認められた。以上のことから、潜伏感染しているCMVには低線量放射線の長期被曝による影響がみられなかったが、EBVは放射線被曝により再活性化している可能性が示唆された。低線量放射線の人体に及ぼす影響を明らかにするために、診療放射線技師についてhuman T cell lymphotropic virus typeー1(HTLVー1)抗体を調べた。さらに、HTLVー1抗体陽性例については、HTLVー1感染細胞(ATL細胞)及び染色体分析を行い、次の結果を得た。1.経験年数が1年以上の診療放線技師99名中、HTLVー1抗体陽性例が3例(3.0%)みられた。3例中1例(No.1)の末梢血にはATL細胞が50%観察された。この技師の白血球数は8.5×10^3/μ1、Caは9.2mg/dlであり、当大学病院で慢性型ATLと診断されている。しかし、残り2例の技師(No.2、No.3)の末梢血にはATLは細胞は見いだせなかった。一方、対照群にもHTLVー1抗体陽性例が96例中4例(4.2%)存在したが、全例ATL細胞は観察されなかった。2.No.1の技師では、染色体分析細胞329個中、構造異常を示す細胞が7個(2.13%)検出された。主な染色体異常は断片、二動原体、転座、欠失であるが、クロ-ンはみられなかった。No.2の技師では、染色体分析細胞314個中、構造異常を示す細胞が5個(1.59%)検出された。主な染色体異常は転座、欠失であるがクロ-ンはみられなかった。No.3の技師および対照群の染色体は分析中である。診療放射線技師におけるhuman Tcell lymphotropic virus typeー1(HTLVー1)と放射線被曝との関係を、HTLVー1抗体、および染色体異常を指標として調べた。また、転座染色体と癌遺伝子存在部位との関連を調べるとともに、同じヘルペス科ウイルスであるEBウイルス(EBV)とサイトメガロウイルス(CMV)抗体の動態から低線量放射線の長期被曝の影響を追求した。その結果、1.構造異常を有する染色体が放射線技師(53名)には2.5%、対照群(36名)には1.6%の頻度で観察された。構造異常では転座染色体が最も多く検出され、その頻度は技師群が対照群に比べて有意に高かった。
デタント期の日本外交における二国間同盟と多国間主義の相関関係に関する考察

本研究の一連の作業を経て冷戦期日本の対外政策における多国間主義への憧れと対米協調維持の強い決意の相互作用の過程を豊富な事例研究によってかなりの程度まで解明することができた。国連安保理からユネスコに至る各種国際機構における日本の活動とその背景を最新の一次史料を駆使しながら、英語または日本語の単著論文、共著、国際ワークショップ報告などの形で成果を刊行している。更に、本研究を通して、今までの研究で判明されなかった冷戦期日本の多国間外交の重要な側面が浮き彫りになり、この分野の更なる開拓に貴重な手がかりも多く発見できた。平成24年度は本研究の第2ステージに当り、主に二つの側面から研究を進めてきた。(1)前年度に続き、冷戦期日本外交における多国間主義の形成をめぐる研究は個々の論文の執筆作業に移っている。まず、国連憲章の改正問題に焦点を当て、近年公開された膨大な量の一次資料を平成24年4月から7月にかけて外交史料館を拠点に集中的に調査を実施した。その成果を活かす形で、10月に、「国連憲章改正と日本ー静かなる「現状打破」の軌跡1946年ー78年」と題する論文を完成し、『日本の外交第2巻外交史・戦後編』(波多野澄雄編)の一章として平成25年3月、岩波書店より刊行された。更に、平成24年8月から10月にかけて、同じ外交史料館で国連における日本とアジア・アフリカ諸国との関係について資料調査を行った。その結果に基づいて、平成25年2月に、論文「日本の国連外交におけるアジア・アフリカ1956年1978年ー「是々非々」の姿勢の光と影ー」を完成し、本年秋、『日本政治外交史叢書(仮)』の一章として中央公論新社より刊行される運びとなっている。今年度は本研究の第三ステージに位置付けられており、史料調査、論文及び共著の執筆という二つの方向で作業を同時進行してきた。(1)史料調査については日本国内における史料収集を継続させる一方、7月末から8月にかけて、パリのユネスコ本部文書館において日本とユネスコとの関係に関する文書を調査し、これまでの研究で利用されたことのない貴重なデータを多数発見・蒐集した。更に、この調査の過程で戦前の国際連盟傘下にある文化機構への日本の協力との比較分析を行う必要性を痛感したため、当初台湾において実施する予定の史料研究を次年度に回すこととし、代わりに2月中旬から10日間をかけて先に国連ジュネーブ本部の国際連盟文書館における調査を実施した。この二回の調査を通して延べ2万頁近くの文献が入手でき、これらを論文や共著の執筆に生かしていきたい。(2)本年度中は前年度に続き、研究成果の執筆作業がかなり急ピッチで進められている。その成果の一部として、まず前年度から修正を重ねてきたデタント期アジア太平洋地域における多国間外交と日豪関係に関する論文は『冷戦変容期の日本外交ー「ひよわな大国」の危機と模索』(波多野澄雄編)と題する共著の一章としてミネルヴァ書房から2013年8月に刊行された。更に、同じく本研究の一環として執筆した冷戦期日本の国連外交とアジア・アフリカとの関係についての論文は『グローバル・ガバナンスと日本』(細谷雄一編)と題する共著の一章として中央公論新社より2013年11月に刊行された。(3)更に、冷戦期日本の国連外交全般及び国際文化組織に対する日中両国の政策の比較研究(英語)に関する口頭発表を外務省外交史料館研究会(2013年9月)並びにオックスフォード大学主催のワークショップ(2014年1月)でそれぞれ行い、本科研費プロジェクトをめぐって日本国内外の専門家と活発に意見交換を行った。平成23年度は本研究のステージIの計画に従って、デタント期の日米同盟の「多極化」現象をめぐる分析作業に専念してきた。その際、当初の予定されている海外における資料調査は情報公開の遅れなどで、次年度まで継続することとし、代わりに、日本国内及び豪州の公文書館でかき集めた資料を中心に、単篇論文の執筆作業を優先させた。そのひとつは1970年代の日豪安全保障関係に関するもので、日米同盟強化の延長線にあった日豪協力の形成過程を検証する論文である。日豪関係に関する従来の研究の多くは二国間関係の視点から経済協力を中心に分析を進められていたのに対し、本論文は政治安全保障関係を取り上げながら、日豪両国の行動における米国の要素も念頭に入れつつ、実証を試みた。また、資料面において先行研究で使われていない豪州側の史料を日米両国の史料と照合しながら活用し、新事実の発見につながった。既に原稿が完成され、共著『現代日本外交の形成ー1970年代の危機と選択』(波多野澄雄編)の一章として、24年度中にミネルヴァ書房より刊行される運びとなっている。

23年度中に執筆した二番目の単篇論文は本研究のもう一つのキーワードである「多国間主義」に焦点を当て、日本の国連外交におけるアジアの要素を分析するものである。グローバルレベルにおける多国間交渉に絞る国連外交についての先行研究と違い、本論文は多国間外交における地域主義とグローバリズムとの葛藤に分析のメスを入れ、国連、日米同盟、アジアという外交三原則における三つの柱をめぐる相互作用を、国連外交の場を通して描いてみた。こちらも初稿は完成しており、修正を施しているところである。今後、別の共著(『叢書日本政治外交研究』)の一章として中央公論新社より出版される見込みである。なお、今年度中、英文ジャーナルへの投稿論文の準備も計画通り進んでおり、24年度中に原稿を仕上げる予定である。平成26年度は一連の研究の最終ステージに当たり、これまでの研究成果のまとめと今後の研究へのつながりの両面を意識しながら、次のような作業を進めてきた。(1)史料面において、平成26年7月には今まで紹介状などの問題で延期となっていた台湾国史館並びに中央研究院近代史研究所文書館における史料調査を実施し、冷戦期日本の対国際機関外交に関係する台湾側の史料を凡そ5000ページ閲覧・複写することができた。更に、平成27年2月と3月に、最近、国連関係の史料を大量に解禁しているイギリス国立公文書館(ロンドン)とオーストラリア国立公文書館(キャンベラ)においてそれぞれ調査を行い、国連における日本の外交活動を記録する貴重な史料を多く入手できた。海外における調査と同時に、外務省外交史料館を定期的に(月12回程度)通いながら、史料調査を続けてきた。(2)上記の調査から得た史料に基づいて、平成26年度中は主に冷戦期日本のユネスコ協力に関する英文論文の執筆作業に専念していた。この論文は戦前及び冷戦期の国際文化組織に対する日本政府及び知識人の態度を「国際主義」という文脈で比較し、その上、中国のケースとも比較させ、日本の国際組織との関係を思想面、更に、東アジアという地域的な枠組みの中でとらえ直す新しい試みである。平成27年1月までに原稿を仕上げ、ケンブリッジ大学出版会より平成28年度に共著の一章として刊行される予定である。(3)更に、冷戦期日本の国連外交に関する単著の執筆準備も順調に進んでおり、一部の内容については既に執筆を始めている。他方、冷戦期のユネスコをめぐる日中両国の関係に関する日本語のジャーナル投稿論文も執筆作業を開始しており、平成27年7月の脱稿を目指している。日本政治外交史平成24年度は当初の予定に従い、国内外における研究成果の公開に力を入れ、所期の成果を上げることができた。特に共著執筆の作業は予定よりも順調に進んでおり、2本の論文を改正し、内1本は年度内の出版にこぎつけた。また、第2ステージの一部(デタント期のアジア太平洋地域の秩序構築に関する研究)は既に平成23年度に行ったため、平成24年度においては引き続き各研究課題の進捗状況に応じて調整を行い、平成25年度に予定されていた研究の一部を前倒しに実施した。そのため、25年度における英文論文の執筆作業は予定よりも早く開始することができる見込みとなっている。しかも、当初計画したジャーナルへの投稿ではなく、英文共著の形での執筆が実現され、これで公刊も予定より早くなる可能性が出ている。
植物種子のジベレリン誘導性システインプロティナーゼの解析

2種のトウモロコシ種子CPであるCCP1およびCCP2を対象にして解析を行った。しかし通常のトウモロコシの種子には内生GAがもともと高濃度で含まれているため、GA矮性トウモロコシ(d5)を用いた。まず、ノーザン解析を行ってCCP1mRNAおよびCCP2mRNAのd5種子中での発現を見ると、両者とも、GA3処理した発芽種子においてのみ発現が増加した。この場合、GA阻害財BX-112存在下では両mRNAの発現は有意に抑制された。したがって、CCP1もCCP2もオリザインα、β、γおよびアリューレインと同様にGA誘導性酵素であると結論した。しかしcDNAの解析から推定されるアミノ酸配列を比較すると、CCP1とCCP2の間の相同性は低く、42%であった。また、時期特異的発現パターンをノーザン解析で調べたところ、CCP1mRNAは登熟期にすでに存在するのに対し、CCP2mRNAは完熟種子にさえ存在せず、発芽過程ではじめて発現することが判明し、両酵素の植物生理学的役割は明らかに異なっていることが示唆された。また、アミノ酸配列を見ると、CCP1は乾燥ストレスにより発現が誘導されるシロイヌナズナ葉茎CPおよびエンドウ葉茎CPとそれぞれ79%および72%という高い相同性を示す。しかしCCP1は種子を乾燥させても発現誘導を受けなかった。このことから、CPの乾燥誘導とタンパク質構造上の類似性との間に一義的な因果関係は見いだせなかった。一方、CCP2はオリザインγおよびアリューレインとそれぞれ87%および89%の高い相同性を有した。
癌化学療法の体細胞突然変異誘発効果に対するDNA修復機構の関与

当院にて治療を受けた小児血液悪性腫瘍疾患患者40例について末梢血単核球のHPRT遺伝子座およびTCR遺伝子座における体細胞突然変異率(mutation frequency,Mf)を測定した。その結果、急性リンパ性白血病(ALL)とホジキン病の症例の中にHPRT-Mfの高い症例が存在したが、TCR-Mfは高い症例は無かった。ALLの症例の中でHPRT-Mfが高値持続している2症例は非血縁者間同種骨髄移植(BMT)を受けており、BMT後にドナー・レシピエント混合キメラとなり、レシピエント細胞に染色体異常が出現した。しかし、この2症例はBMT後5年を経た現時点でも染色体異常が認められるが二次発癌はみられておらず、HPRT-Mfも高値を持続している。今後、HPRT-Mfおよび二次発癌の有無を定期的に観察しながらHPRT-Mfと二次発癌との関連を追及する予定である。また、白血病細胞あるいは腫瘍細胞のERCC1,XPCC,MTH1,hMSH2などのDNA修復遺伝子の変異の有無を前回の報告の20例に加えて15例追加したが、新たに変異を認めた症例は無く現時点では35例中1例のみにERCC1の変異を認めるのみであり、変異の認められる頻度としては3%以下と考えられた。これまでに当院にて治療を受けた小児血液悪性腫瘍疾患患者について、末梢血単核球のHPRT遺伝子座における体細胞突然変異率(mutation frequency,Mf)を6-thioguanine(6-TG)を用いた限界希釈法にて測定し、且つ同様にフローサイトメトリーによるTCR遺伝子座におけるMfも測定した。これらの症例のうち発症時の白血病細胞あるいは腫瘍細胞の保存があった3症例およびその他に新たに白血病を発症した20症例については白血病細胞あるいは腫瘍細胞のERCC1,XPCC,MTH1,hMSH2などのDNA修復遺伝子の変異の有無をPCR法を用いて検討した。以前にBr.J Haematolに報告した症例はERCC1に変異が見られたがMfは正常範囲内であった。また、この症例以外にDNA修復遺伝子に変異を持つ腫瘍細胞を有する新たな症例を見いだせなかった。今後、より一層の症例の集積が必要と考えられる。
バッキーボウルの自在構築

バッキーボウルは、単なるフラーレンのモデル分子としての興味だけでなく、溶液状態でボウル反転を引き起こす動的挙動や、固体状態でカラム状積層構造を形成するなど、ボウル構造に立脚した独特の特性を有している。またボウル自体にキラリティを有する化合物も考えられ、これらはキラル型カーボンナノチューブのキャップ構造のモデルや出発物質として期待される。しかしながら現段階では、バッキーボウルを自在に設計通りに合成できる一般的な経路が確立されていないため、極めて限定的にしか研究が行われていないのが実情である。本課題では、申請者がこれまで提唱してきたバッキーボウル合成戦略を、さらに一般的なより汎用的な手法にすることを最終目標にした研究を展開した。特に今年度はキラルバッキーボウルの不斉合成を中心に研究を進めた結果、重要な中間体であるノルボルネン骨格の3量化体合成における新たな反応を開発することが出来た。すなわち、ホモキラルなハロゲン化ノルボルネン誘導体に対して、高分散高密度のパラジウムナノクラスターが生成する条件で反応を行うと、位置選択的立体選択的環化3量化反応が進行し、目的とする生成物のみを高収率で得ることに成功した。本反応は他のパラジウム錯体触媒や粒子サイズの大きな低分散パラジウムクラスター条件においては進行しない。本反応で得られたノルボルネン3量化体はエナンチオマー過剰率はほぼ100%であり、今後の検討により、ホモキラルなバッキーボウルへ誘導できることが期待される。
アトピー性皮膚炎でのバリアー異常をもたらすセラミド減少の生化学的メカニズムの解析

AD患者の角層におけるセラミドの減少は、セラミドのタイプ1から6の全ての種類で生じているが、なかでもアシルセラミド(AcylCer)の減少が顕著である。AcylCerはスフィンゴミエリンからではなくアシルグルコシルセラミドから生成されるため、以前に報告されたスフィンゴミエリンデアシラーゼの異常活性では、その減少の説明は不可能であった。そこで我々は、セラミド産生酵素であるβ-グルコセレブロシダーゼと競合し、セラミドの代わりにグルコシルスフィンゴシンを生成する、グルコシルセラミドデアシラーゼ(GCDase)とよぶべき酵素の異常発現を想定した。昨年度、AD患者角層中のGCDase活性の有無を検討したところ、β-グルコセレブロシダーゼ活性とともに、グルコシルセラミドを脱アシル化し脂肪酸とGluSphに分解する酵素、GCDaseの存在が確認された。また、AD患者角層で、GluSphの定量をしたところ、GluSph量は皮疹部、無疹部ともに健常者角層に比べ有意な増加を示した。本年度は、AD患者の表皮におけるGCDase活性の存在の有無を検討した。その結果、角層でみられたと同様、AD患者表皮の皮疹部、無疹部ともに本酵素の存在が確認された。さらに、本酵素の異常発現がAD特有か否かを検証するため、同じ炎症性疾患である慢性湿疹の角層におけるGCDase活性を検討したところ、慢性湿疹ではGCDaseの異常活性はみられなかった。以上より、AD患者におけるAcylCerの減少機序として、GCDase活性の亢進が関与する可能性が強く示唆された。アトピー性皮膚炎(AD)の角層におけるセラミド減少の生化学的メカニズムとしては、表皮においてスフィンゴミエリンデアシラーゼ(SMDase)がセラミド産生酵素であるスフィンゴミエリナーゼに代わって異常発現することにより、セラミドの代わりにスフィンゴシルフォスフォリルコリンを生成することが原因であることが解明されている。しかしADにおける角層セラミドの減少はセラミドのタイプ1から6の全ての種類で生じており、タイプ1、すなわちアシルセラミド(AcylCer)は、スフィンゴミエリンからではなく、アシルグルコシルセラミドから生成するため、SMDaseの異常発現からはAcylCerの減少機序を説明することは不可能であった。本研究ではAcylCerの減少機序を解明するためAD患者角層中のグルコシルセラミドデアシラーゼ(GCDase)活性の有無及びその酵素反応生成物であるグルコシルスフィンゴシン(GluSph)の定量を試みた。結果:AD患者角層中にはβ-グルコセレブロシダーゼ活性とともにGCを脱アシル化し脂肪酸とGluSphに分解する酵素の存在が確認された。さらにAD患者角層でGluSph量(ng/mg角層)は皮疹部、無疹部ともに健常者角層に比べ有意な増加を示した。以上よりAD患者角層でのAcylCerの減少機序はGCDase様酵素の亢進による可能性が示唆された。今後は他の炎症性皮膚疾患患者の角層やAD患者表皮でのGCDase様酵素の存在の有無を検討していきたい。
脂肪肝における移植早期肝無機能の抑制と再生促進

1.exvivoでadenovirous遺伝子導入法を用い、Stat3の遺伝子導入が成功し、強い蛋白質表現も確認した:Western blot分析で、20%部分肝移植後24時間、肝組織内Stat3蛋白質発現が増加し、その発現Peakは三日目に観察された。移植後肝組織内Stat3蛋白質発現の増加は免疫染色法でも確認された。2.Stat3の遺伝子導入が移植後のグラフトの再生を促進した:まず、我々は、Mouseの部分肝切除モデルでStat3の肝再生促進効果を検討した。その結果は、Stat3蛋白質がウイルスの量に、比例して、肝臓重量の増加を示した。次ぎに、ラート20%部分肝移植モデルでStat3の肝再生促進効果を検討した。Controlと比べ、Stat3治療群には急速なグラフトの重量回復が確認された。3.病理組織の検討:移植後5日目、門脈周囲の単球細胞浸潤が観察された。しかし、これは、Stat3導入群では観察されなかった。肝組織の構造は、普通として保存され、そして、明らかな壊死あるいは出血が、グループと関係なく、観察されなかった。4.肝障害の改善、およびStat3による肝機能:部分肝移植後三日目、血清中のALTとTbilのLevelを測定した。ALTは肝障害の指標として、Control群と比べ、Stat3が血清中ALTの増加を著しく減少させた(P<0.05)。肝機能の指標として、TbilがControl群より、Stat3導入群では低い水準を示した(P<0.05)。5.20%部分肝移植後Stat3DNA-bindingアセイ:部分肝移植後三日目で、Control群とくらべ、Stat3導入群では著しく高いStat3DNA-binding活性が確認された。6.脂肪肝modelを確立した。1.ex vivoでadenovirous遺伝子導入法を用い、Stat3の遺伝子導入が成功し、強い蛋白質表現も確認した:Western blot分析で、20%部分肝移植後24時間、肝組織内Stat3蛋白質発現が増加し、その発現Peakは三日目に観察された。
電子ドープ系銅酸化物超伝導体の熱力学的特性

本研究は電子ドープ系銅酸化物超伝導物質,Nd_<2-x>Ce_xCuO(NCCO)の良質単結晶を用い,比熱・帯磁率・抵抗率等の熱力学的測定を主な実験手段として,この系における本質的な物性を明らかにしていくことを目的としている.NCCOの超伝導転移温度や常伝導状態での電気伝導特性は試料育成後の酸素還元処理条件により,かなり変化することがしられている.前年度,いくつかの条件のもとで酸素還元処理した試料の電気抵抗率測定、および異方的圧力下における電気抵抗率測定から,結晶中に残っている頂点酸素がCuO_2伝導面に局所的なポテンシャルの乱れが,超伝導転移温度と関係すると予想した.本年度は,この予想に対する検証を行うため,良質単結晶の育成条件,および酸素還元処理条件の確立を進めた.この結果,最適組成において,超伝導転移温度24K程度の試料が,定常的に作成できるようになった.またヨウ素滴定による酸素欠損量の定量的な見積もり方法を確立した.次年度からも引き続き,電子ドープ系銅酸化物超伝導体の熱力学的特性,およびその圧力効果を調べていく.なお,電気抵抗測定において,申請したプログラマブル直流電圧/電流源を用いた.本研究は電子ドープ系銅酸化物超伝導物質,Nd_<2-x>Ce_xCuO(NCCO)の良質単結晶を用い,比熱・帯磁率・抵抗率等の熱力学的測定を主な実験手段として,この系における本質的な物性を明らかにしていくことを目的としている.NCCOの超伝導転移温度や常伝導状態での電気伝導特性は試料育成後の酸素還元処理条件により,かなり変化することがしられている.本年度は溶媒移動浮遊帯域溶融(TSFZ)法により育成した試料を用い,NCCOにおける適切な酸素還元処理条件を調べ,次年度の研究に用いる試料の準備を行った.いくつかの条件のもとで酸素還元処理した試料の電気抵抗率を測定した結果,常伝導部分の外挿から求めた残留抵抗の値が小さくなるにしたがって,転移温度が単調増加することを見いだした.これは還元処理では抜けきれなかった頂点酸素の存在,あるいはCuO_2面の酸素欠損に起因する非磁性不純物効果によるものと考えられ,高い超伝導転移温度を発現させるためには適度な酸素分圧下で還元処理を行う必要があることがわかった.さらに,適切な酸素還元処理が行われ,頂点酸素が存在しないと考えられる試料と還元処理が不十分で頂点酸素が若干存在すると考えられる試料の圧力下における電気抵抗率測定を行った.ただし圧力は静水圧から若干ずれて,NCCOのc軸方向にわずかに高い圧力が加わるようになっている.その結果,頂点酸素が存在する試料の方が,超伝導転移温度の圧力依存性は大きく,圧力増加とともに急激な超伝導転移温度の抑制が起こる.これは結晶中に残っている頂点酸素がCuO_2面に近づくことで,局所的なポテンシャルの乱れをもたらした結果だと考えられる.なお,原料棒作成のため今回購入した,復動型手動式20トンプレス機を使用した.本研究は電子ドープ系銅酸化物超伝導物質,Nd_<2-x>Ce_xCuO(NCCO)の良質単結晶を用い,比熱・帯磁率・抵抗率等の熱力学的測定を主な実験手段として,この系における本質的な物性を明らかにしていくことを目的としている.NCCOの超伝導転移温度や常伝導状態での電気伝導特性は試料育成後の酸素還元処理条件により,かなり変化することがしられている.前年度,いくつかの条件のもとで酸素還元処理した試料の電気抵抗率測定、および異方的圧力下における電気抵抗率測定から,結晶中に残っている頂点酸素がCuO_2伝導面に局所的なポテンシャルの乱れが,超伝導転移温度と関係すると予想した.本年度は,この予想に対する検証を行うため,良質単結晶の育成条件,および酸素還元処理条件の確立を進めた.この結果,最適組成において,超伝導転移温度24K程度の試料が,定常的に作成できるようになった.またヨウ素滴定による酸素欠損量の定量的な見積もり方法を確立した.次年度からも引き続き,電子ドープ系銅酸化物超伝導体の熱力学的特性,およびその圧力効果を調べていく.なお,電気抵抗測定において,申請したプログラマブル直流電圧/電流源を用いた.
マイコプラズマ滑走と接着の分子メカニズム

ヒト異型肺炎の原因の大半を占めるマイコプラズマ(Mycoplasma pneumonie)は、細胞壁を欠いているが菌体はフラスコ型で、片方の極に接着滑走器官が形成される。マイコプラズマはこの器官で、ヒトの気管上皮細胞に接着し、さらにはりついたまま滑るように動く。滑走と呼ばれるこの運動の速さは、M. pneumonieでは毎秒0.3-0.5マイクロメートルで、淡水魚の鰓にネクローシスを起こすM. mobileでは毎秒1.5-4.5マイクロメートルである。この運動のメカニズムは、現在の生物学では説明できない。またガラスなど、接着相手の表面構造を問わずに結合する仕組みも謎である。本研究では、滑走運動と接着を担う装置とその構成分子の構造、さらには滑走と接着の分子メカニズムを明らかにすることを目的に研究を行い、以下のことを明らかにした。(1)M. mobileの接着タンパク質であるGli349の分子内マッピングを行い、タンパク質分解酵素にセンシティブな部位、接着できない変異株で変異の入っている部位、抗体が結合する部位、に関して位置を決定した。(2)Gli349分子を単離、精製してその分子構造を電子顕微鏡で観察した。Gli349は115ナノメートルの棒状の分子で3つの折れ曲がり点を持っていた。そのうち1つは固定角を、2つは自由角を有していた。(3)抗Gli349抗体が結合しても滑走が阻害されない変異株を取得し解析した。その変異は全てGli521に導入されていることが明らかになった。(4)いろんな固形物表面へのマイコプラズマの結合とそれぞれの表面における物理パラメーターを測定した結果、固形物表面の負電荷が結合に必須であることが明らかになった。
白金化合物を用いた温熱化学放射線療法に関する基礎的研究

現在、頭頚部領域悪性腫瘍では化学療法剤として白金化学物が最も多く使用されている。しかし、重篤な副作用を生じることがあり、これらが十分な臨床効果を得る上での障害となることがある。そこでわれわれは、現在まで臨床においてより有効な治療を行うことを目的に抗癌剤と温熱との併用効果および薬剤の最適な投与時期について検索し、以下の結果を得た。2.薬剤の投与時期は、温熱処置開始直前が最適な条件であること。温熱による白金化合物の抗腫瘍効果増強の作用機序は、in vivoの系にて腫瘍組織内の薬剤濃度が上昇すること、in vitroの系では細胞内への薬剤の取り込みが増加すること。今後、温熱あるいは放射線と白金化合物を併用した際、白金とDNAの結合する割合の変化について、細胞周期の変化について検索することが必要である。また、放射線と併用する際、白金化合物の投与時期について検索することが必要である。
細胞内シグナル伝達系による中枢ニューロンの興奮性調節メカニズム

マウス海馬スライス標本のニューロンを用いて以下の実験を行った。1.シナプス入力によって誘発されるPKCトランスロケーションの検出海馬スライス標本においては、シャッファー側枝・交連線維の頻回電気刺激による代謝型グルタミン酸受容体の活性化が報告されている(Nakamuraら、1999)。本研究の結果では、海馬CA1野の錐体細胞で電気刺激やCa^<2+>濃度増加に時間的に一致したトランスロケーションを引き起こすには、シャッファー側枝・交連線維の高頻度刺激を5-6回繰り返す必要があり、これはNakamuraらによって報告された刺激条件よりはるかに強い。そこで今回、刺激を加える場所を様々に変え、トランスロケーションが起こりやすい刺激部位を探った結果、海馬上昇層(Stratum Oriens)が有効であることが分かった。海馬上昇層には、中隔核由来で海馬ニューロンにシナプスするアセチルコリン性線維の走行をはじめ、種々のニューロモジュレーターを伝達物質とする入力線維が走行することが知られている。細胞体におけるPKCの活性化には、ムスカリン製アセチルコリン受容体やノルアドレナリン受容体などの活性化が強く関与する可能性が示唆された。2.樹状突起領域におけるPKCトランスロケーションの検出の試みPKCに結合する蛍光色素fim-1をパッチ・ピペット内に充填し、樹状突起へ適用することにより色素を樹状突起から注入した。樹状突起への色素の充填は速やかに行われ、鮮明な蛍光画像が得られた。しかしながら、細胞体の場合と異なり、薬物刺激、入力線維の電気刺激いずれの方法でも明確な膜へトランスロケーションは認められなかった。海馬ニューロンの樹状突起は微細な構造であるため、通常の光学顕微鏡では空間分解能(特に焦点深度)の点で不十分であると思われた。共焦点レーザー顕微鏡などをもちいて、さらに検討する必要があると考えられた。マウス海馬スライス標本およびスライス培養標本上のニューロンを用いて、以下の実験を行った。1.PKCのトランスロケーションと細胞内カルシウム濃度変化の同時検出PKCに結合する蛍光色素fim-1をCa^<2+>感受性蛍光色素であるfura-2と共に細胞内に充填し、両色素を異なった波長の光で逐次励起して蛍光を観察することにより、PKCの移動とCa^<2+>濃度変化との同時検出を試みた。薬物投与によるPKCのトランスロケーションは、細胞内カルシウム濃度に変化がなくとも誘発されたが、Ca^<2+>濃度が大きく上昇すると、より速やかに起こる傾向があった。記録している細胞に電流を注入して大きく脱分極させると、細胞体におけるfim-1の蛍光強度はCa^<2+>濃度の上昇とほぼ同時かやや遅れて減弱し始め、細胞内Ca^<2+>濃度が元のレベルに戻った後に回復した。この一過性の蛍光減少は、薬理学的なPKCの活性化やCa^<2+>イオノフォア投与時にも見られ、種々のPKC阻害剤を投与するとCa^<2+>濃度変化に影響を与えることなく抑制されたことから、トランスロケーションの開始を反映すると考えられる。2.シナプス入力によって誘発されるPKCトランスロケーションの検出海馬CA1野の錐体細胞では、シナプス伝達の長期増強の発現にPKCの活性化が必須と言われている。そこで、長期増強の誘発に用いられるような電気刺激を加えてPKCのトランスロケーションが検出されるかどうか試みた。入力線維に高頻度刺激を加えることにより、記録している錐体細胞のほぼ全ての領域で大きなCa^<2+>濃度増加が見られ、電気生理学的記録の上ではシナプス応答の長期増強が誘発された。しかしながら、電気刺激やCa^<2+>濃度増加に時間的に一致した膜分画へのトランスロケーションは確認できず、これを引き起こすには高頻度刺激を5-6回繰り返す必要があった。種々のPKC阻害剤を投与すると、細胞内Ca^<2+>濃度上昇に影響を与えることなくトランスロケーションは抑制された。これらの結果は、1)シナプス入力によって誘発されるPKCの活性化は、初期には樹状突起領域で起こっている、2)細胞体におけるPKCの活性化は長期増強の誘発ではなく維持に関与する、等の可能性を示すものである。

2.樹状突起領域におけるPKCトランスロケーションの検出の試みPKCに結合する蛍光色素fim-1をパッチ・ピペット内に充填し、樹状突起へ適用することにより色素を樹状突起から注入した。樹状突起への色素の充填は速やかに行われ、鮮明な蛍光画像が得られた。しかしながら、細胞体の場合と異なり、薬物刺激、入力線維の電気刺激いずれの方法でも明確な膜へトランスロケーションは認められなかった。海馬ニューロンの樹状突起は微細な構造であるため、通常の光学顕微鏡では空間分解能(特に焦点深度)の点で不十分であると思われた。共焦点レーザー顕微鏡などをもちいて、さらに検討する必要があると考えられた。
都市内緑地のクールアイランド効果とその規模別影響評価

緑地規模や土地被覆構成と緑地内の気温低下量との関係を明らかにするために、2006年夏季に都内11箇所の公園緑地(対象の緑地は皇居、明治神宮と代々木公園、新宿御苑、自然教育園、小石川植物園、小石川後楽園、芝公園、戸山公園、六義園、新宿区立甘泉園公園、港区立有栖川宮記念公園)にて気温の長期連続観測を行った。その結果、以下の成果が得られた。1.都内の主要な緑地における連続的な気温観測記録を得た。それにより、夏季の緑地内外の気温差は最大で5°Cに達するほどであることなど、都市内緑地の熱環境緩和効果が明らかになった。2.緑地内外の気温差は、緑地総面積や樹林面積の対数に近似される曲線で近似できることが分かった。このことは、都市内緑地の熱環境緩和効果を論じるうえで近年課題となっているSLOSS(Single large or several small)問題に答えたことになる。また、緑地内の樹林面積と樹林率からなる、公園緑地における気温低下量を説明できる指標を提案した。3.高時間分解能での観測を生かし、時刻ごとに公園の土地被覆構成と気温低下量との関係を表す重回帰式から、どのような土地被覆構成要素がどの時間帯にどの程度の熱的効果(気温低下量への寄与の大きさ)を持っているのかを明らかにした。東京都内における規模の異なる11箇所の公園緑地を対象に、緑地内部と隣接市街地に多数の自動記録式温度ロガーを設置し、長期間の連続観測データに基づいて、緑地の規模によるクールアイランド効果(緑地内と周辺市街地の温度差)を明らかにするとともに、緑地内冷気の周辺市街地への流出距離に関して客観的・定量的に評価することを目的として研究を実施した。対象とした公園緑地は、六義園、小石川植物園、小石川後楽園、皇居、芝公園、甘泉園公園、戸山公園、新宿御苑、明治神宮・代々木公園、有栖川宮記念公園、目黒自然教育園で、10分間隔で気温の自動観測を行った。緑地のクールアイランド強度は、緑地内の平均気温と隣接する市街地に設置した気温観測値の差と定義づけた。緑地内の土地被覆は様々であるが、樹林、芝・草地、水面、裸地などの構成比率を求めて、クールアイランド強度との関係を重回帰分析等を用いて検討した。その結果、樹林面積や樹林率とクールアイランド強度との間に有意な相関のあることが明らかになった。また、緑地面積が20ヘクタール程度までは、両者の関係は直線的であるが、それ以上になると面積の違いによるクールアイランド強度の変化は小さいことが明らかになった。初年度に引き続き、都内複数の公園緑地での温度ロガーによる多点自動観測を実施した。また宮内庁の特別許可を得て、都内最大規模の面積を有する皇居緑地内(総面積230ha)とその周辺域において大規模な観測を実施した。その結果、以下のことが明らかになった。1.都内の主要な緑地における同時期の10分間隔での連続的な気温観測値を得た。これまでにない規模の観測によって、公園土地被覆要素と公園内気温低下量(クールアイランド強度)との相関関係についての、一般性の高い結果が得られた。2.単回帰分析により、公園内の土地被覆要素と緑地内外の気温差の関係を示した。特に、従来言われてきた気温差の樹林面積への依存性を実証するとともに、樹林面積と樹林率とを組み合わせた指標によってさらに精度良く気温差を推定できることが分かった。晴天日における緑地内の樹林面積とクールアイランド強度(周辺市街地との平均気温差)の関係について分析した。その結果、決定係数は、早朝で0.6と比較的高いが、日中は0.3と低くなる。そこで、樹林面積と樹林率を組み合わせた指標について、クールアイランド強度との関係を決定係数でみると、早朝で0.9、日中でも0.7となり、両者の相関の高いことが明らかとなった3.重回帰分析により、土地被覆の条件から気温差を推定する時刻別の式を得た。4.皇居緑地と周辺での夏季連続観測の結果、日中の南風による北側市街地への冷気移流は最大350m、夜間のにじみ出し現象による冷気流出は最大250mに達した。
乱流燃焼の能動制御に関する研究

本研究では,能動制御を用いた高効率・低環境負荷燃焼器を実現するために,燃焼モニタリングセンサー,制御デバイス及び燃焼制御アルゴリズムを総合的に開発することを目的とし,レーザ複合計測法を用いて受動的に制御された乱流予混合火炎の火炎構造や乱流構造,それらと燃焼器内圧力変動及び燃焼騒音との関係を明らかにすると共に,半導体レーザ吸収分光センサーの情報と火炎構造等の関係を明らかにし,能動制御アルゴリズムの構築を行う.さらに構築した制御アルゴリズムと半導体レーザ吸収分光センサー及び制御デバイスとして二次燃料噴射を用いて,モデル燃焼器における能動制御実験を行い,乱流燃焼場の能動制御技術を確立することを目的としている.平成21年度は,スワール型燃焼器内に形成される乱流予混合火炎の計測及び数値計算から振動燃焼及び燃焼騒音の抑制に最も重要な要素を抽出し,それらに基づいた能動制御アルゴリズムを構築ことに重点を置いて研究を行った.実験的研究では,スワール型燃焼器内の乱流燃焼特性を詳細に検討可能な複合レーザ計測法を構築し,非制御条件のスワール型燃焼器において乱流火炎構造と乱流場の関係を明らかにした.数値的研究では,旋回流を伴う乱流予混合火炎の直接数値計算(DNS)を行い,Large Eddy Simulationに用いるSGS燃焼モデルを検討すると共に,スワール型燃焼器内に形成される乱流予混合火炎と圧力変動との関係を明らかにした.これらの実験的及び数値的研究による結果から,能動制御アルゴリズム及びスワール型モデル燃焼器の能動制御実験のための制御システムについて検討した.本研究では,能動制御を用いた高効率・低環境負荷燃焼器を実現するために,燃焼モニタリングセンサー,制御デバイス及び燃焼制御アルゴリズムを総合的に開発し,ガスタービンモデル燃焼器において能動制御を実現することで,乱流燃焼の能動制御法を確立することを目的としている.平成19年度は制御対象である乱流燃焼機構の解明及び制御デバイスに関する研究を行った.OHラジカルの平面レーザ誘起蛍光法(PLIF)を三次元性の強いモデル燃焼器の複数の二次元断面において行い,それらの結果から三次元的な火炎構造を再構築した.二次燃料なし,連続的及び間欠的な二次燃料噴射等の条件において計測を行い,燃焼騒音特性等に対する二次燃料の噴射周波数の影響を明らかにした.すなわち,二次燃料噴射は乱流火炎の保炎機構として重要な再循環領域における高温流体及び火炎帯における火炎面の時間的・空間的変動を抑制する作用があり,燃焼器内の圧力変動よりも低い周波数で噴射することにより最適な制御が可能であることを明らかにした.さらに,ステレオ投影粒子画像流速計(SPIV)を用いて,燃焼器内の乱流構造に対する二次燃料噴射の影響を明らかにした.また,上述のSPIV計測と燃焼器内の圧力変動の同時計測を行い,燃焼騒音の起源である圧力変動と再循環領域の乱流特性等の関係を明らかにした.すなわち,スワーラ出口直後のせん断層の不安定性によって生じる大規模乱流構造が燃焼器内の圧力変動に対応して移流すると共に,再循環領域における乱流変動及び火炎帯における熱発生率の変動を引き起こしていることを明らかにした.この変動を抑制することによって,二次燃料噴射は燃焼器内の圧力変動及び燃焼騒音を抑制することを明らかにした.本研究では,能動制御を用いた高効率・低環境負荷燃焼器を実現するために,燃焼モニタリングセンサー,制御デバイス及び燃焼制御アルゴリズムを総合的に開発することを目的とし,レーザ複合計測法を用いて受動的に制御された乱流予混合火炎の火炎構造や乱流構造,それらと燃焼器内圧力変動及び燃焼騒音との関係を明らかにすると共に,半導体レーザ吸収分光センサーの情報と火炎構造等の関係を明らかにし,能動制御アルゴリズムの構築を行う.さらに構築した制御アルゴリズムと半導体レーザ吸収分光センサー及び制御デバイスとして二次燃料噴射を用いて,モデル燃焼器における能動制御実験を行い,乱流燃焼場の能動制御技術を確立する.平成20年度は主に制御用の燃焼モニタリングセンサーを確立するために,これまでに開発した半導体レーザ吸収分光センサーの高精度化に重点を置いて研究を行った.これまで採用してきた直接吸収分光法を波長変調分光法の一種である2f検出法へ拡張するために,現有のロックインアンプの周波数帯域を向上させるロックインアンプ周波数エクステンダを導入し,恒温水蒸気セルにおいて半導体レーザ波長変調分光センサーの温度校正実験を行うと共に,その精度を確認した.構築された半導体レーザ波長変調分光センサーを以前の研究において二次燃料噴射によって圧力変動とNOx排出量が同時に低減されることが確認されているスフール型燃焼器に適用し,燃焼器内の圧力変動と再循環高温流体の温度計測を同時に行った.その結果,スワーラ出口に近い領域の温度変動の情報から圧力変動や燃焼騒音特性を予測可能であると共に,温度変動の周波数解析から燃焼器内の圧力振動特性を予測可能であり,波長変調分光法を用いた半導体レーザ吸収分光センサーが制御用の燃焼モニタリングセンサーとして有効であることを明らかにした.本研究では,能動制御を用いた高効率・低環境負荷燃焼器を実現するために,燃焼モニタリングセンサー,制御デバイス及び燃焼制御アルゴリズムを総合的に開発することを目的とし,レーザ複合計測法を用いて受動的に制御された乱流予混合火炎の火炎構造や乱流構造,それらと燃焼器内圧力変動及び燃焼騒音との関係を明らかにすると共に,半導体レーザ吸収分光センサーの情報と火炎構造等の関係を明らかにし,能動制御アルゴリズムの構築を行う.さらに構築した制御アルゴリズムと半導体レーザ

吸収分光センサー及び制御デバイスとして二次燃料噴射を用いて,モデル燃焼器における能動制御実験を行い,乱流燃焼場の能動制御技術を確立することを目的としている.平成21年度は,スワール型燃焼器内に形成される乱流予混合火炎の計測及び数値計算から振動燃焼及び燃焼騒音の抑制に最も重要な要素を抽出し,それらに基づいた能動制御アルゴリズムを構築ことに重点を置いて研究を行った.実験的研究では,スワール型燃焼器内の乱流燃焼特性を詳細に検討可能な複合レーザ計測法を構築し,非制御条件のスワール型燃焼器において乱流火炎構造と乱流場の関係を明らかにした.数値的研究では,旋回流を伴う乱流予混合火炎の直接数値計算(DNS)を行い,Large Eddy Simulationに用いるSGS燃焼モデルを検討すると共に,スワール型燃焼器内に形成される乱流予混合火炎と圧力変動との関係を明らかにした.これらの実験的及び数値的研究による結果から,能動制御アルゴリズム及びスワール型モデル燃焼器の能動制御実験のための制御システムについて検討した.
ポートフォリオ型気候変動適応・緩和方策としての流域管理の提案

エチオピア北部に位置するティグレイ地域州は、1990年代後半以降、水・土壌保全策や集水施設の整備が広範囲に実施されてきたことで広く知られている。最近では、参加型統合流域管理とよばれるアプローチによって、土地の保全、自然資源の適正利用および生計の維持・向上を目的とした包括的・総合的な対策が小流域で実施されている。そこで本研究では、ローカルスケールから地域スケールでの効果的な政策と戦略の策定のため、乾燥地におけるさまざまな気候変動の適応・緩和手法をポートフォリオとしてとりまとめた総合的な流域管理手法を示すことを目的として実施した。本研究で得られた成果は以下の通りである。(1)衛星観測による降雨量データの補正TRMM衛星とTamsat衛星の2種類の衛星観測から得られた降雨データを比較したところ、TRMMの方が良い結果を示した。そこでさらにTRMMデータから、2008年の降雨量の観測データを用いて検証を行った。(2)流出量気候変動シナリオ下の流出速度の変化を推定するモデルを開発した。このモデルにより、対象流域は、現在の条件下では47.7×10^9立米の流出を発生し、その54%が耕地からのものであると予測された。一方、将来については、30×10^9立米の流出と予測され、これは土地・水開発対策の実施により、2025年までにおよそ3分の1(36%)、流域の年間流出量が抑制されることを意味している。(3)その他の環境影響対象流域では、堆積速度が126.5×10^<12>立米であり、105.8×10^6トンの堆積を生じていると推定された。さらにその堆積物は、窒素2.31×10^5トン、リン1.26×10^3トン、炭素1.94×10^9トンを運搬することによって、オンサイトおよびオフサイトの両面において大きな環境影響をもたらしている。(抄録なし)エチオピア北部に位置するティグレイ地域州は、1990年代後半以降、水・土壌保全策や集水施設の整備が広範囲に実施されてきたことで広く知られている。そこでTRMMのデータを用いて、流域の降水量分布図を作成した。その結果、年降水量は、流域東部の約1000mmから、流域南部の約2000mmまでの幅を示した。(2)土地利用図最新のデジタル土地利用図をAbay River BasinMaster Plan研究から得た。将来の土地利用図については、現在の土地利用図に、予測される水資源の変化および土地管理を織り込み作成した。たとえば63×109m^3の容量を持つGRDダムの地域を、ArcGIS10のReclassツールを用いてASTER DEMデータから作成することができた。

当初、計画されていた、1流域毎の土砂流出量の空間的な分布とトレンドの分析、2さまざまな集水技術を対象としたプロットスケールでの施策効果の評価、3気候変動シナリオを用いた広域スケールの流域管理がナイル川への土砂流出を防止する効果のモデル化について、おおむね計画に沿った成果が得られているため。本研究課題をさらに発展させた内容について、科学研究費補助金等に申請し、エチオピア・バハルダール大学等との国際共同研究として推進する。(抄録なし)
双方向ニューロフィードバックによる神経刺激型再運動学習パラダイムの開発

脳卒中すなわち脳血管障害の増加は全世界で社会的に深刻な問題を起こしうる要因のひとつとなっており患者、介護者と社会に大きな経済的負担を課している。この傾向は高齢化社会に伴いさらに今後深刻になることが予想される。本研究は脳の可塑性と脳の持つ運動学習の原則を考慮してリハビリテーションを行えるブレイン・マシン・インタフェース型機能的電気刺激システムの開発を目指す。平成29年度では、機能的電気刺激システムの制御アルゴリズムの開発を行った。フィードバックするべき運動情報をいかに筋肉への機能的電気刺激システムで実現できるかを検討し、システムの設計、制御デザインを行った。望まれる筋肉の活性化を電気刺激によっていかに真に生み出せるかの問題があるが、EMGに基づく閉ループ制御機能を持つFESを開発した。電気刺激によって誘起される筋肉の反応をみながら電気刺激を行う点が従来の方法にない新しいアプローチである。本研究ではリアルタイムに電気刺激により誘起された筋力を補償しながら行う制御を実現した。またこれまでの結果に基づきそれを発展させて正確で信頼性のあるFESシステムを実現し,特にポータブルな筋肉電気制御システムにて本制御則の検証を行った。以前所属したフランスの機関と連携して脊髄損傷患者の筋肉において本制御の検証実験を解析し、論文誌に掲載した(International Journal of Neural Systems)。本研究の成果でThe 15th Annual Delsys Prize for Innovation in Electromyographyを受賞した。本賞は、米国De Luca Foundationが主催するEMG(Electromyography)技術のInnovationに関する国際的な賞で、日本人としては初めての受賞となった。29年度が最終年度であるため、記入しない。
神経活動依存的プロモーターを用いた網膜神経節細胞機能のイメージング法の確立

緑内障等の多くの眼疾患で網膜神経節細胞(RGC)障害により不可逆的視機能の損失を来す。病態解明のため、RGC機能を高い精度で評価するin vivo実験系の確立を目指した。神経活動依存性に活性化されるE-SAREの下流に蛍光タンパク質遺伝子を組み込んだAAVベクターを作製し、マウスに投与後、暗順応と光暴露を行い、共焦点走査型レーザー検眼鏡で観察、定量した。光暴露後2時間でin vivoで光応答するRGCが可視化された。一方、光暴露後2時間の暗順応で陽性細胞が45%減少した。E-SAREとAAVを組み合わせることにより、光応答するGCをin vivoで可視化する事に成功した。緑内障や視神経症などの多くの眼疾患で網膜神経節細胞(RGC)障害により不可逆的視機能の損失を来す。その病態解明のために、これまでに動物モデルを使った実験が多くなされてきた。しかし、いまだそのRGC死の病態は不明な点が多い。その理由の一つとして、RGC機能を高い精度で評価しうるin vivo実験方法がなかったことが挙げられる。本研究では、神経活動依存的に転写が起こるArcプロモーターをベースに近年開発されたEnhanced Synaptic Activity Responsive Element (E-SARE)とAAV技術を用いて、RGC機能のin vivoイメージング法を確立することを目的とした。まずはE-SAREプロモーターにレポーター遺伝子として蛍光タンパク質を組み込んだAAVベクターを作製した。続いてin vivoイメージングの撮影条件の検討を行った。作製したAAVをマウスに硝子体注射することでRGCに感染、導入させた。導入後のマウスを48時間暗条件下に置いた後、明条件下で6時間後に共焦点レーザー検眼鏡でin vivoイメージングを行った。その結果、明条件下で活性化されたRGCのシグナルを良好にイメージングすることができた。今後、さらに撮影条件についてさらに検討を進めて行く予定である。また、発現したE-SAREレポーターの発現が妥当なものか検証するためにARCタンパク質の発現を免疫染色で確認することとした。正常マウスを用いた免疫染色においてRGCにARCタンパク質の染色を確認することができた。本研究は、これまで困難であったRGCのin vivo機能評価を、簡便かつ高感度に細胞単位で行うことを可能にする革新的技術の開発に資するものである。計画では28年度にAAVの作製とin vivoイメージングの撮影条件の検討を行い、29年度から網膜障害モデルを用いた技術の精度評価とRGC機能の評価を行う予定であった。現在までのところ、AAVは作製し、撮影条件についてはさらに検討が必要ではあるものの、イメージングは問題なくできており、速やかに次の計画に進むことが可能である。現段階において、研究を進める上で大きな問題はなく、おおむね順調に進展しているものと評価した。28年度では、E-SAREにレポーター遺伝子として蛍光タンパク質を組み込んだAAVベクターを作製し、in vivoイメージングの撮影条件の検討を行い、活性化されたRGCのシグナルを良好にイメージングすることに成功した。29年度はさらなる技術評価を行った。レポーターAAV導入後のマウスを48時間暗条件下に置いた後、明条件下6時間、暗条件下18時間のタイムコースで共焦点レーザー検眼鏡を用いて経時的にイメージングを行った。その結果、明条件下2時間から有意にシグナルの増加が認められ、暗条件に戻すとすみやかにシグナルが消失した。続いて疾患モデルを用いて検討した。レポーターAAV導入マウスの視神経を軸索挫滅し、経時的にイメージングを行ったところ、視神経挫滅による細胞死誘導後の、挫滅後28日において、シグナルの有意な減少が認められた。このことはE-SAREレポーターはRGC機能を反映しており、疾患モデルでの機能評価に有用である可能性を示唆している。