hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本人のマグネシウム摂取状況を反映したラット肝臓内栄養素代謝に関する包括的解析

マグネシウム(Mg)欠乏の度合いは、0.02%Mg食投与の方が0.04%Mg食投与よりも重度であるが、0.02%Mg食投与では血清Mg濃度以外の血清指標に有意な変化はみられなかった。肝臓における発現変動遺伝子数は、0.02%Mg食投与の方が0.04%Mg食投与よりも多かった。発現変動を示した遺伝子には、脂質代謝、糖質代謝、免疫応答、細胞接着に関するものが両群に共通して多く含まれており、Mg欠乏が軽度であってもこれらの機能は影響を受けることが示唆された。進行が遅れている充足率40%と約70%のMg食による動物実験を取り急ぎ行う。これらの生化学的解析が終了したところで、3条件の結果を並べ、各濃度のMg欠乏食投与によって引き起こされる代謝変化が異なってくるポイントを見出す。そのポイントにおいて、Mg欠乏食投与によりどのような変化が引き起こされているのかについてDNAマイクロアレイを用いた遺伝子レベルでの網羅的な解析を行う。栄養生化学
機械学習による人および動物のインタラクションモデルの構築

本研究では,人と動物の他者モデルに基づくインタラクション機構の解明のため,人や動物の生理学的指標や行動を計測し,社会的シグナルの認知・学習過程を定量的に評価する.具体的には,1.インタラクションの抽出法の確立.2.脳科学によるインタラクションの特徴抽出.3.異種間のインタラクションの数理モデル構築,を行った.1については昨年度からノンパラメトリックベイズ法をもとにした階層的な解析手法を開発し,現在論文執筆中である.2についてはfMRI実験のデータを解析し,有効なインタラクションに関与する脳部位を特定し,現在は論文執筆中である.またインタラクションの専門家と一般人の視線解析により,専門知によるインタラクション情報抽出を行い,これも現在論文執筆中である.3についてはイヌヒツジモデルにおける行動の学習による獲得モデルを開発するとともに,野生馬のハーディング行動の数理モデルを構築した.いずれも論文執筆中である.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,人と動物の他者モデルに基づくインタラクション機構の解明のため,人や動物の生理学的指標や行動を計測し,社会的シグナルの認知・学習過程を定量的に評価する.具体的には,1.インタラクションの抽出法の確立.2.脳科学によるインタラクションの特徴抽出.3.異種間のインタラクションの数理モデル構築,を行う.1についてはsynchronization likelihoodやdynamical network biomarkerなどをベースとする予定であったが,インタラクションはその関係性が不規則に切り替わるため,これらよりはノンパラメトリックベイズ法をもとにしてその解析を行う方法を開発した.2についてはfMRI実験のデータを解析し,有効なインタラクションに関与する脳部位を特定するとともに,インタラクションの視線解析も進めている.3については実データがないイヌヒツジモデルの解析ではなく,実データが得られ動物行動学的な価値の高い野生馬のハーディング行動を優先して解析を行った.アルゴリズムの変更や解析対象のデータの変更はあったが,進捗そのものは予定通りであり,脳科学実験も順調に進んでいる.本研究では,人と動物の他者モデルに基づくインタラクション機構の解明のため,人や動物の生理学的指標や行動を計測し,社会的シグナルの認知・学習過程を定量的に評価する.具体的には,1.インタラクションの抽出法の確立.2.脳科学によるインタラクションの特徴抽出.3.異種間のインタラクションの数理モデル構築,を行った.1については昨年度からノンパラメトリックベイズ法をもとにした階層的な解析手法を開発し,現在論文執筆中である.2についてはfMRI実験のデータを解析し,有効なインタラクションに関与する脳部位を特定し,現在は論文執筆中である.またインタラクションの専門家と一般人の視線解析により,専門知によるインタラクション情報抽出を行い,これも現在論文執筆中である.3についてはイヌヒツジモデルにおける行動の学習による獲得モデルを開発するとともに,野生馬のハーディング行動の数理モデルを構築した.いずれも論文執筆中である.領域内の他班との共同研究も順調に進んでおり,研究計画を変更する必要はない.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
高齢軽度障害者の衣服に関する研究

高齢軽度障害者に焦点をあて、少しでも快適な衣生活を送るには、どんな衣服が望ましいかを探ることを目的として研究を行った。調査対象者は特別養護老人ホーム、老人ホーム、在宅の高齢者である。障害者の障害の程度は、片手又は半身麻痺、足が不自由、神経痛、痴呆等で、寝たきりの人は省いた。調査方法は対面聴取りである。調査内容は着用実態、着用衣服の購入実態、好まれる衣服のデザインと色、衣服着用に関する意識着用実験は前明きの留め方6種類、布を3種類変化した衣服を試作して、7人の被験者を対象に行った。また、市販品の老人用介護衣服13着を購入し、学生対象に着用実験を行った。その結果、着用衣服の満足度は高い。衣服の購入は施設、本人、家族の順である。平均着用枚数は上衣が冬2,8枚、夏1,6枚、下衣の冬は2,8枚、夏2,6枚である。好みの衣服デザインは前明き、2cmのボタン留め、普通袖で袖口はゴム入り、衿はショールカラーやボウタイ、ウエスト部分は総ゴム入りである。上衣、下衣共に前脇にポケットを付ける。色の嗜好は、男性はグレー、茶、緑系の順で、女性は紫、グレー、茶、青系の順である。衣生活に対する意識は高い。衣服を着替えることが生きがいにならないかと考えたが、入浴の際に着替える現状や、怠惰になりがちな老人、着替えによる寮母の労働過剰など大きな問題がある。しかし衣服に関心を持ち、着替える事で、老人の生活に変化を与えることが垣間見られており、画一的でなく、自立を促し、一人一人に合ったきめ細やかな介護をすすめて行くことが大切である。高齢軽度障害者に焦点をあて、少しでも快適な衣生活を送るには、どんな衣服が望ましいかを探ることを目的として、特別養護老人ホーム、老人ホームを訪問して、一人一人に対面聞取りを行い、着衣状態の実態を調査した。調査対象者の年齢は、8089歳が一番多く、7079歳、9099歳の順である。障害者の障害の具合いは、左手・右手又半身が麻痺、足が不自由・神経痛・全盲等である。寝たきり老人は省いた。今日着ている服は、ほとんどの人が気に入って着用しており、不満度が少い。気に入る理由は、色柄、形である。着用形態は、年齢が高いため、着物も多いが、市販の丸首トレーナー、前開きパジャマで衿無が多い。しかし衿有を希望する人もあった。着用枚数について、上衣、下衣、ともに最低は2枚で最高は5枚である。首にマフラーをつけている人もあり、靴下をはいている。室内の温度は一定であるが、重ね枚数に大きな違いがみられる。好まれる衣服の形態は、イタリアン・フラット・ショールカラー系の衿有り、身頃は前開きボタン止め、袖口はニット又は普通袖でカフスは好まれない。スカート・ズボンのウエストは総ゴムで下衣の脇にポケットを付ける。着用してみたい衣服の色は、グレー系が一番多く、次いで茶系、紫・青系である。衣服の着用に関する意識について、「服を着替えることは楽しい」、「いい服を着ていると言われることは嬉しい」、「人が着ている服が気になる」、「自分の着ている服を人がどう思うか気になる」に肯定的であり、年齢が高くても、自分で楽しむだけでなく、他人を意識している。否定的なものは、「流行に関心がある」、「高価な服が着たい」、「派手な明るい色が着たい」、「おしゃれして若くみられたい」、「制服があるとよい」の項目である。高齢軽度障害者に焦点をあて、少しでも快適な衣生活を送るには、どんな衣服が望ましいかを探ることを目的に、研究を行っている。

前報に引き続き、特別養護老人ホームや老人ホームを訪問して、夏の着用衣服の実態を調査した。内衣にシャツ、外衣にパジャマの着用者が一番多い。着替えは昼夜では行わず、入浴時に行われている。着替えることが生きがいに関連あると考えるが、寮母の労働力とも関連して問題がある。そのため高齢者の自立が必要である。前報の調査から好まれる上衣前開きで、一定の形の衣服を製作し、前開きの留め方、布を変えて着用実験を行った。留め方は、マジックテープ、スナップ、ボタンの大きさ1cm、2cm、3cm、リボンの6種類である。布は、綿ジャージー、綿揚柳、サッカーの3種類である。留め方と布の種類を組み合わせて、7人に着用させ、着用時間と着用の状態を着用者と寮母側から観察した。留め方のマジックテープについてみると、1つ留めるのに必要な時間は、早い人は1秒、遅い人は60秒かかる。材質別では、厚地の綿ジャージーが短時間でよい。スナップは最低が1秒、最高が130秒である。材質の差は、あまりない。ボタン1cmは最低3秒、最高300秒である。ボタン2cmの場合は、最低2秒、最高30秒である。リボンで結ぶ場合は、最低2秒、最高90秒である。結びにくい、洗濯でよじれる、時間がかかる、上が留めにくい等、不評である。個人別についてみると、7人を通して、短時間に留まるのは、マジックテープであるが、慣れないせいか、不評である。また、ボタン留めの場合、ボタンの大きさは2cmがよい、3cmは留めにくい、1cmは小さすぎると回答している。今までの生活習慣が大きく影響している。尚以上の結果は、平成6年5月20日、日本家政学会に於いて発表する。高齢軽度障害者に焦点をあて、少しでも快適な衣生活を送るには、どんな衣服が望ましいかを探ることを目的として、研究を行った。特別養護老人ホームや老人ホームの入所者の着用したい色の嗜好は、男性はグレー系、茶系、緑系の順で、女性は紫系、グレー系、茶系、青系の順である。市販品の老人用介護衣服13着を購入し、岐阜市立女子短大の学生に1着につきI週間就寝時に着用して、10項目の設問に回答してもらった。機能性を重視してデザイン性が劣っている。下衣の巻きスカート型ははだけやすいため、保温性を重視すると、パンツ型やつなぎ型が適している。ファスナ-の使用については、金属やプラスチック製であるため、硬く、肌にこすれたり、痛みを感じたり、ひんやりして不快感がある。またディテ-ル部に用いられている紐は解けやすく面倒であるという意見が多数あった。市販パジャマと同形態でも介護衣服販売店で購入すると高価格であることも問題である。今迄調査した結果から老人介護衣服を試作した。デザインの意図は、(1)老人介護衣服らしくないこと。(2)キルティングを使用する。(保温性が高く、軽い。老人の好む巻きスカートにするため、キルティングの厚みで捲くれにくくする)(3)裏地にガ-ゼを使用する。(素材が合繊であるため吸湿性を補う)(4)マジックテープを使用する。(留めやすい)(5)老人は和服を好むため和服型を尊重する。試作の老人介護衣服を特別養護老人ホームの寮母に意見を聞いた。その結果、切替え線をつけてデザイン性を考慮したが、切替え線の縫い目は肌にあたり好ましくない。袖丈を調節できる発想はよいが、老人には面倒で無理。防寒のためスタンドカラーにしたことはよい。
超広帯域平面アンテナの設計法に関する研究

新しいタイプの超広帯域平面アンテナ、すなわち、遮へい構造のトリプレート線路により励振されるテ-パスロットアンテナ(TSA)を設計する際重要となる、主要な設計パラメータと放射諸特性の関係を解明した。次いで、実際にこのTSA素子を設計・試作し、以下の知見を得た。(1)超広帯域TSA素子の不要放射特性、インピーダンス特性、帯域幅および利得特性等を測定したところ、不要放射、すなわち、交差偏波成分は【tautomer】30dBまで抑制され、インピーダンス特性、すなわち、リターンロス特性は、超広帯域な周波数領域に亘り、【tautomer】10dB以下の良好な結果が得られた。また、利得は、8GHzから12GHzに亘り、6.8dBi以上の値が得られた。(2)また、この種のアレーアンテナを設計する際必須となる素子間相互結合量を実験により定量化したところ、素子間隔が0.5λ_0の場合においても、H面で【tautomer】20dB、E面で【tautomer】15dBなる極めて良好な特性が実現された。更に、遮へい構造のトリプレート線路により構成される、テ-パスロットアンテナ(TSA)を素子とするアレーアンテナに着目し、この種のアンテナ系を構成する際重要となる、設計上の問題点について、総合的考察を加え、以下の成果を得た。(1)超広帯域平面アンテナ(TSA)を素子とするアレーアンテナを設計する際必須となる設計パラメータを取得した。(2)、(1)で決定された設計資料を遂使し、多素子超広帯域アレーアンテナを実際に試作し、電波吸収体により散乱波が抑制された電波暗室内で、インピーダンス特性、帯域、利得および放射パターン等の諸特性を実測し、本設計法の妥当性を理論・実験両面より検証した。(3)更に、TSA素子を用い超広帯偏波共用アレーアンテナを試作し、良好な放射特性を実現した。次いで、実際にこの種の平面アンテナを設計・試作し、各種性能を実験的に検証し、以下の知見を得た。(1)超広帯域TSA素子の不要放射特性、インピーダンス特性、帯域幅および利得特性等を解明し、その設計資料を得た。この際、スペクトルアナライザを遂使し、本研究の主要な研究課題である不要放射成分の放射レベルを定量化すると共に、その抑制法を明らかにした。(2)(1)で得た設計方法、設計資料を遂使し、不要放射成分を充分に抑制し、且つ、超広帯域特性を有する平面アンテナ素子を実際に構成し、電波吸収体により十分に散乱波が抑制された電波暗室内で、インピーダンス特性、帯域、利得および放射パターン等を精測した。(3)次いで、この種のアレーアンテナを設計する際必須となる素子間相互結合量を実験により定量化した。遮へい構造のトリプレート線路により励振される、新しいタイプの超広帯域平面アンテナであるテ-パスロットアンテナ(STA)素子と、そのアレーアンテナに着目し、この種のアンテナ系を構成する際重要となる、設計上の問題点について、総合的考察を加え、以下の成果を得た。(1)超広帯域平面アンテナ素子(STA)および、そのアレーアンテナを設計する際必須となる設計パラメータについて理論・実験両面より検討を加え、設計資料を得た。

(2)、(1)で決定された設計資料を遂使し、超広帯域TSAを素子とするアレーアンテナを実際に試作し、電波吸収体により散乱波が抑制された電波暗室内で、帯域、利得および放射パターン等諸特性を実測し、本設計法の妥当性を検証した。(3)、(2)で得られた設計資料を用い、TSAを素子とする超広帯域偏波共用アレーアンテナを構成し、良好な特性を実現した。
コンプトン散乱X線と同期させた反跳電子のボルマン効果とコンプトンプロファイル

申請課題の成否はひとえに放射光実験に依存していたが、申請研究期間に承認された放射光実験(課題番号、1999A0144-ND-np,2000A0192-CD-np)はわずか10日間に止まらざるを得ず、当初の目的を達成するに至らなかった。試料は厚さ37μmのSiO_2単結晶を使用した。研究目的を達成するにあたり、実験を以下の4段階に分割し逐次完了しながら進行させた。第1段階はX線のコンプトンプロファイル測定および反跳電子のエネルギースペクトル測定である。第2段階は反跳電子と時間同期させたX線エネルギースペクトルの測定およびX線に時間同期させた反跳電子エネルギースペクトルの測定である。第3段階はX線に時間同期させた反跳電子強度を単結晶試料を回転させながら測定し、ボルマン効果の発生を確認することである。第4段階はボルマン効果を起こしている反跳電子と同期させたX線エネルギースペクトルを測定することである。第1および第2段階を完了した後、第3段階の実験を実施した。その結果単結晶を0.04度毎に回転させた反跳電子の同期信号の強度が統計誤差を超えるやや不規則な変動を示し(日本物理学会にて報告)、これはボルマン効果によるものと考えられた。しかしSiO_2のc面に基づく正確な規則性がなかったことから、確証は得られなかった。そのため第4段階には至らなかった。放射光を用いる実験時間が極めて限られてしまった為、本課題の3年間の実施期間内で当初の目的を達成することは出来なかったが、今後の改善点は把握できた。まず試料の厚さを10μm以下にして、ボルマン効果の検出確率を増やすこと、反跳電子の観測方位をより狭くしてボルマン効果に寄与する結晶面をより限定することである。前者を解決するために、新しい発想による単結晶研磨方法を考案し開発を進めている。後者については、検出率が下がるので、放射光利用の申請実験時間をより長期に要求する必要がある。今後、成果について継続報告する。当年度は高輝度光科学研究センターのSpring-8放射光実験に本研究を課題申請し、その承認を受けBL08Wにて実施した。実験に先立ち散乱槽(直径306mm,深さ95mm)を設計し、製作を発注した。試料の方位を真空槽外部のスイベルステイジ、および回転ステイジで電動駆動できること、電子検出器が入射X線に対して水平面で電動回転できることがこの真空槽の特徴である。窓材はB.G.を低減させる必要からカプトン膜(12μm)とした。単結晶薄膜の入手、最適な放射線同期測定電子回路系の検討と調達をし、納品後パルサーにてその精密調整を行った。実験は平成11年2月26日より3月3日の間実施した。試料はSiO_2(35μm,5x5mm^2)、X線の入射エネルギーは274keVで行った。真空槽はターボ分子ポンプで減圧し、10^<-2>Paを得た。コンプトン散乱角は130度であった。B.G.の低減にはX線の空気による散乱を無くすること、検出器の遮蔽を入念に行うことが効果的であった。反跳電子はフォトダイオードでエネルギー分光(ΔE=6keV)し、試料からの微弱な光電子ピークと反跳電子ピークを計測できた。

次いで反跳電子と同期させたコンプトンプロファイルをGe半導体検出器で測定し、B.G.の低減したエネルギースペクトルが得られたことから同期実験は正常であると判断された。コンプトン散乱したX線に同期させた反跳電子エネルギースペクトルの計測は行えなかった。次年度には反跳電子の単結晶内の回折現象を捉え、その条件下で回折電子と同期させたコンプトンプロファイルを測定する予定である。平成10年度に継続して研究活動を行った。本年度計画に従いSPring-8放射光施設に実験課題申請したが、認可された放射光使用時間が平成11年度は大幅に削減され、計画変更を余儀なくされた。その結果当初予定していた単結晶中で回折現象(ボルマン効果)を引き起こした電子と同期させてコンプトンプロファイルを測定する試みは平成11年度内に実施することが出来ず、平成12年5月に行うこととなった。本年度は数μm厚の単結晶薄膜を研磨作業で作成する技法の開発を行った。素材としては、SiおよびSiO_2単結晶を手がけた。平成11年度に購入した試料研磨装置にて12μm程度の膜厚を得ることが出来たが、ラウエ写真による回折スポットが割れて、単結晶性が崩れていることが判明した。そこで、より緩やかな研磨方法として、ダイアモンドワイヤー切断機で横ずらしに表面を削ぐように研磨する方法を試みることとし、移動精度2μmの電動XZステージ、および0.1μm駆動精度のピエゾ圧電素子からなる自動駆動装置を設計し、機器の発注を行った。これにより単結晶性が確保された薄膜が作成できるものと考えている。平成11年度に予定していた表題の実験は平成12年5月にSPring-8にて実施された(課題番号2000A0192-CD-np)。試料は厚さ37μmのSiO_2単結晶である。研究目的を達成するにあたり、実験を以下の4段階に分割し逐次完了しながら進行させた。第1段階はX線のコンプトンプロファイル測定および反跳電子のエネルギースペクトル測定である。第2段階は反跳電子と時間同期させたX線エネルギースペクトルの測定およびX線に時間同期させた反跳電子エネルギースペクトルの測定である。第3段階はX線に時間同期させた反跳電子強度を単結晶試料を回転させながら測定し、ボルマン効果の発生を確認することである。第4段階はボルマン効果を起こしている反跳電子と同期させたX線エネルギースペクトルを測定することである。第1および第2段階を完了した後、第3段階の実験を実施した。その結果単結晶を0.04度毎に回転させた反跳電子の同期信号の強度が統計誤差を超えるやや不規則な変動を示し(日本物理学会にて報告)、これはボルマン効果によるものと考えられた。しかしSiO_2のc面に基づく正確な規則性がなかったことから、確証は得られなかった。そのため第4段階には至らなかった。放射光を用いる実験時間が極めて限られてしまった為、本課題の3年間の実施期間内で当初の目的を達成することは出来なかったが、今後の改善点は把握できた。まず試料の厚さを10μm以下にして、ボルマン効果の検出確率を増やすこと、反跳電子の観測方位をより狭くしてボルマン効果に寄与する結晶面をより限定することである。前者を解決するために、新しい発想による単結晶研磨方法を考案し開発を進めている。後者については、検出率が下がるので、放射光利用の申請実験時間をより長期に要求する必要がある。
数値実験と風洞実験の融合による新しい大気乱流パラメタリゼーションの提案

数値モデルにおいて大気境界層における乱流輸送を再現するためには,パラメタライズされた乱流を適切に表現することが重要である.Large-Eddy Simulation(LES)やレイノルズ平均モデル(RANS)で用いられる乱流パラメタリゼーションの改善を目的として,以下の研究を実施した.まず,LESを用いて安定境界層の数値実験を行い,ジェルマノの恒等式に基づいて,鉛直フラックスの自己整合性の検証を試みた.次に,安定成層の場合にMellor-Yamada-Nakanishi-Niino(MYNN)モデルに見られる問題を解決する目的で,温度・圧力相関の時間スケールを修正することを試みた.MYNNモデルとは異なり,修正したモデルはレベル2モデルにおいて臨界リチャードソン数を持たず,全てのリチャードソン数について乱流の効果が現れる.最後に,フラックスリチャードソン数の大気安定度に対する依存性を同定するために,LESや大型実験風洞を用いた数値的・実験的研究を実施した.その結果,境界層上端ではフラックスリチャードソン数が1を超える可能性があることが明らかとなった.数値モデルにおいて大気境界層における乱流輸送を再現するためには,パラメタライズされた乱流を適切に表現することが重要である.Large-Eddy Simulation(LES)やレイノルズ平均モデル(RANS)で用いられる乱流パラメタリゼーションの改善を目的として,以下の研究を実施した.まず,LESを用いて安定境界層の数値実験を行い,ジェルマノの恒等式に基づいて,鉛直フラックスの自己整合性の検証を試みた.次に,安定成層の場合にMellor-Yamada-Nakanishi-Niino(MYNN)モデルに見られる問題を解決する目的で,温度・圧力相関の時間スケールを修正することを試みた.MYNNモデルとは異なり,修正したモデルはレベル2モデルにおいて臨界リチャードソン数を持たず,全てのリチャードソン数について乱流の効果が現れる.最後に,フラックスリチャードソン数の大気安定度に対する依存性を同定するために,LESや大型実験風洞を用いた数値的・実験的研究を実施した.その結果,境界層上端ではフラックスリチャードソン数が1を超える可能性があることが明らかとなった.平成20年度は,既存の乱流パラメタリゼーションスキームを用いて一連の安定境界層の理想実験を実施し,個々のスキームの特性についての解析を行った.特に,数値実験から得られる結果の妥当性を検証するために,Germaneの恒等式を活用して,乱流パラメタリゼーションによって表現されるサブグリッドスケールの鉛直フラックスが,数値モデルにおいて自己整合性をどの程度持ち得るかについて定量化することを試みた.その結果,乱流運動エネルギーを予報変数とするDeardorffスキームでは解像度が低くなったときに熱フラックスを過大評価する傾向があること,Smagorinskyスキームでは解像度が低くなると,サブグリッドスケール成分が混合層上端の温度勾配を過大に解消するように働き,混合層の構造を維持できなくなることなどを定量的に評価することができた.また,リファレンスデータの作成の際に空間フィルタを利用することで,用いるリファレンスデータに依存せずに一貫した解析結果が得られることを確認した.今回の結果は,Germanoの恒等式に基づく解析が,時空間的に密な観測データの取得が困難な大気境界層の数値モデリングの検証にとって有効なツールとなり得ることを示唆している.室内実験から得られる結果との整合性の検証を通じて,今回用いた解析手法の有効性をさらに調査する必要があるため,今後、実験風洞を活用することを計画している.上記の成果については,気象学会や海外のワークショップにおいて研究発表を行った.また,現在学術誌への投稿に向けて論文を執筆中である.平成21年度は、Large-Eddy Simulationに基づいた数値実験を通して乱流の2次の統計量の自己整合性の検証についての解析と、大型風洞を用いた境界層乱流の実験を主に実施した。数値実験を用いた乱流の2次の統計量の自己整合性については、解析をすすめたところ、一貫性のある結果が得られうることが明らかとなった。今年度はその成果のとりまとめを行い、国際学会で成果発表を行うとともに、国際学術誌に論文を投稿した。これと合わせて、多くの気象モデルで用いられている乱流モデルの一つであるMYNNモデルの定式化について検討を行った。その結果、MYNNモデルは境界層の発達過程をよく再現することが指摘されている一方で、強安定の場合の乱流輸送に関して、現状のMYNNモデルは最近の研究で報告されている結果と整合しない可能性があることが分かった。この問題に対処するため、MYNNモデルについて見直しをはかり、新たな定式化を考案した。大型風洞を用いた実験については、密度成層を含んだ境界層乱流を実施し、運動量および熱輸送の鉛直分布について解析を行った。中立成層の場合については妥当な結果を得ることができたが、密度成層がある場合の温度の変動や熱フラックスについては、現状では実験で得られた結果は過小評価となっている可能性があることが示唆された。この過小評価の原因を特定するため、今後、実験の設定や温度の測定手法についてさらに検討をすすめる予定である。平成22年度は,前年度までに得られた成果のとりまとめを行い,学術誌に論文として発表するとともに,そこで得られた知見に基づき,新たな数値的・実験的研究に取り組んだ.まず,Large-Eddy Simulationに基づいた数値実験を通して,乱流の2次の統計量の自己整合性の検証についての解析手法を論文としてとりまとめ,Journal of the Meteorological Society of Japanに投稿,受理された.

さらに,多くの気象モデルで用いられている乱流モデルであるMYNNモデルについて,安定成層の場合の定式化について検討を行った.先行研究では,フラックスリチャードソン数には上限があり,臨界リチャードソン数は存在しないことが指摘されている.この知見に基づいて,MYNNモデルについて見直しをはかり,新たな定式化を考案した.この結果については,Journal of the Meteorological Society of Japanに投稿,受理された.フラックスリチャードソン数や乱流プラントル数が大気安定度にどのように依存するかは,MYNNモデルをはじめとした乱流クロージャモデルの妥当性を検討するうえで重要な役割を果たしており,したがってこれらの統計量を定量的に同定することが必要である.本年度は,これらの統計量に着目し,Large-Eddy Simulationや大型実験風洞を用いた数値的・実験的研究を実施した.その結果,境界層上端ではフラックスリチャードソン数が1を超える可能性があることが明らかとなった.また,このような領域では,乱流運動エネルギーの鉛直輸送や圧力・速度相関といった非局所的な効果が重要な役割を果たしていた.この結果は,従来の研究では指摘されていなかったことであり,クロージャモデルの設計において重要な示唆をもたらすものと考えられる.
膵臓由来熱ショック蛋白の免疫によるウイルス誘導糖尿病の発症制御機構の解明

「研究目的」インスリン依存性糖尿病(IDDH)の発症制御をめざし、正常マウスの膵臓から抽出した熱ショック蛋白、Hsp70をマウスに免疫することでウイルス誘導糖尿病の発症が抑制されることを見い出している。また肝臓由来Hsp70の免疫ではこのような現象は認められない。このHsp70免疫に関する作用機序として(1)膵臓由来Hsp70に結合していた抗原ペプチドによって膵臓に対する自己免疫反応が抑制される、(2)免疫担当細胞(調節性T細胞、NKT細胞、NK細胞等)の活性化、(3)小胞体ストレスやオートファジー機構への影響、及び(4)Hsp70自身がToll-like receptor ligandとして作用し樹状細胞を直接活性化するなどの可能性を想定している。今回はこのHsp70に結合していた抗原ペプチドを遊離させ、液体クロマトグラフィーの連続分画について質量分析装置(MALDI-TOF/TOF)を用いて解析し、網羅的なペプチド(Pep)の検出を試みた。「研究成果」糖尿病誘導性EMC virus感染マウス,非感染マウスの膵臓と肝臓からそれぞれHsp70を抽出し、ATP,MgCl 2処理により結合Pepを遊離させた。Hsp70と遊離Pepは限外濾過カートリッジカラム(分子量、10,000以上をトラップ)で分離精製し、遠心濃縮後、液体クロマトグラフィー(0.1%TFA水溶液にアセトニトリル、2060%のグラディエント)により分画し、連続フラクションを質量分析装置で解析した。各Pepは分子量、7502221の範囲で検出された。分子量が一致したPepを同一と仮定すると、82種のPepを検出した。またHspの由来毎にPepの差異を比較検討した結果、正常マウス膵臓特異的Pepは4種、感染マウス膵臓特異的Pepは16種であった。現在これらペプチドの同定を試みているが困難を極めている。今後、これらペプチドをアジュバントと共に免疫することによる糖尿病発症抑制効果、また他の可能性として(4)については肝臓由来Hsp70の免疫で発症抑制効果が認められないことから可能性は低いものと考えており、(2)(3)について検討する予定である。
血管透過性蛋白11Rによる脳卒中の治療効果に関する研究

ヘムオキシゲナーゼ-1、endothelial NOS、等の蛋白と11Rとのfusion蛋白質をcDNAより作成、培養脳血管平滑筋、内皮細胞に、上述のfusion蛋白質を投与し、細胞内移行について検討、広くほぼすべての細胞に数時間以内で移行することが確認できた。また、移行に必要な細胞環境、時間、細胞毒性などの基礎的データを収集しており、神経細胞毒性は現時点では確認されなかったため、中枢神経系への広い応用が視野に入ってきた状況である。11R蛋白とヘムオキシゲナーゼー1、superoxide-dismutase、TGF-beta、low-density lipoprotein receptor、superoxide-dismutaseのfusion蛋白質の作成は困難であるが、制限酵素、発現ベクターの組み合わせを工夫することにより対応中である。11Rとのfusion蛋白質の投与方法についてはラット脳室、脳槽内からの投与、あるいは静脈内から投与し脳血管に対しては脳槽投与が比較的優れた導入効率を示すことが示唆された。動脈硬化ウサギモデル作成は、食餌により高脂血症、高血圧をウサギに対し負荷、頸動脈、動脈硬化病変および一部脳血管にも動脈硬化病変を作成するのに成功した。本モデルを作成し、現在11R蛋白の動脈硬化病変に対する導入効率について検討中である。また、もやもや病モデルは、ラット頸動脈結紮により、脳虚血を惹起、さらに数カ月単位で経過観察することで、一部にもやもや血管増生を確認した。
新規な酸化物イオン導電性固体の開発と高温固体電解質燃料電池への応用

高温固体電解質型燃料電池用固体電解質として、安定化ジルコニアに代わる、易焼結性で、高い酸化物イオン導電性を示す、新規な固体電解質の開発を行った。M_2O_3-CaO(M:Y,La,Gd,Dy)系およびLa_<2-X>-Sr_XMgZrO_<6-1/2X>系をゾル-ゲル法で合成し、焼結後その特性を検討した。金属酢酸塩または硝酸塩を所定の組成比で秤り取り、少量の蒸留水で溶解し、12時間攪拌後アンモニア水を添加しpH調整しゲル化させた。70°Cで23日間の予備乾燥後、100°C、300°C、900°Cで各6時間仮焼した。微粉砕後-100meshふるいを通過したものを、直径13mm、厚さ12mmの円板状に8ton/cm^2で静水圧プレスにより成型した。空気中で1350°Cで、8時間焼成した。焼結体の両面に白金ペーストを焼き付け導電率および輸率測定試料とした。周波数応答特性測定器による交流インピーダンス測定から全導電率を求め、空気-酸素濃淡電池、水素-空気燃料電池の起電力から酸化物イオン輸率を測定した。粉末法X線回折(XRD)により、生成物の相と結晶構造を検討した。XRDにより、作製試料は2成分金属酸化物の単純混合相(M_2O_3-CaO)か、ランタニド酸化物の固溶体とCaOの混合相(M_<2-X>Ca_XO_<3-X/2>-CaO)であることがわかった。各系の空気中で測定した500°C以上での導電率はLa_2CaO_4>Dy_2CaO_4>Gd_2-CaO_4>Y_2CaO_4の順になり、800°Cでの値はそれぞれ1.34×10^<-4>,2.91×10^<-5>,1.12×10^<-5>,8.54×10^<-7>S/cmであった。導電の活性化エネルギーは600900°Cの範囲でそれぞれ81.6,109,87.8,156kJ/molであった。La_2CaO_4の酸化物イオン輸率は、低酸素雰囲気となる水素-空気燃料電池の起電力からはほぼ1であった。ペロブスカイト構造をとることが報告されているLa_2Mg-ZrO_6をゾル-ゲル法で合成し、さらにLa^<3+>の一部をSr^<2+>で置換し、酸素空孔を導入したLa_<2-X>-Sr_XMgZrO_<6-1/2X>系試料を作製し、導電率測定の結果、La_2MgZrO_6の導電率はかなり小さかったが、Sr^<2+>の置換により向上がみられた。XRDで、この系はXの広い範囲でペロブスカイト構造をとることがわかった。

La_2CaO_4の酸化物イオン輸率は、低酸素雰囲気となる水素-空気燃料電池の起電力からはほぼ1であった。ペロブスカイト構造をとることが報告されているLa_2Mg-ZrO_6をゾル-ゲル法で合成し、さらにLa^<3+>の一部をSr^<2+>で置換し、酸素空孔を導入したLa_<2-X>-Sr_XMgZrO_<6-1/2X>系試料を作製し、導電率測定の結果、La_2MgZrO_6の導電率はかなり小さかったが、Sr^<2+>の置換により向上がみられた。XRDで、この系はXの広い範囲でペロブスカイト構造をとることがわかった。
脛骨神経損傷マウスを用いた神経障害性疼痛の慢性化メカニズムと改善する運動療法開発

神経損傷や炎症に引き続いて発症する神経障害性疼痛は罹患率が高く、QOLの低下を招き、世界規模の健康問題である。神経損傷に引き続きおこるγ-アミノ酪酸(GABA)の機能異常が疼痛発生と慢性化の原因であるという考え方が有力であるが、未解決の問題が多い。そこで、本研究では、疼痛の発生及び慢性化メカニズムを解明するために、ヒトの疾患に近い、坐骨神経の一枝である脛骨神経損傷モデルマウスを作成し、GABA伝達機構の異常とその上流シグナルを詳細に解析するとともに、GABA伝達関連遺伝子改変マウスを用いた疼痛閾値の変化を検討する。さらに、神経障害性疼痛のための治療法として、新たな運動療法の可能性を見出す。
アレルギー疾患の遺伝子多型による発症予知とフラボノイドによる発症予防

アレルギー疾患の有病率が増加している現状において、その増加要因の解明と、発症を予防する手段の開発は急務の課題である。本研究においては、遺伝子多型がどのように喘息発症に関与するのか、また抗アレルギー作用を有するフラボノイドの適切な摂取によるアレルギー疾患に対する補完代替療法や予防法の確立を目指して、新たなフラボノイドの作用、作用機序に関して検討を加えた。IL-18の遺伝子多型IL-18-105A/Cは、アトピー型、非アトピー型喘息の発症に関与する多型であることが示された。IL-18-105A/Cは、IL-18遺伝子発現に関与するプロモーター領域のIL-18- -137G/C多型と連鎖不均衡にあり、これらの多型が末梢血単核球からのIL-18産生能に影響するのか検討したところ、遺伝子型がIL-18-105A/AやIL-18- -137G/Gである場合、それぞれ、IL-18-105A/C、IL-18- -137G/Cに比較して、単核球からのIL-18産生が上昇していた。このことは、IL-18が過剰産生されやすい遺伝子背景が、喘息発症のリスクとなることを示唆する。フィセチン、ルテオリン、アピゲニンなどのフラボノイドは、好塩基球からのIL-4やIL-13の産生を抑制するのみならず、CD40リガンドの発現も抑制する。したがって、好塩基球において、B細胞のIgE産生細胞への分化に必須なサイトカイン(IL-4、IL-13)とCD40リガンドの発現を抑制することより、フラボノイドは間接的なIgE産生抑制物質であることが示された。その作用機序として、転写因子のAP-1の活性化を抑制することが明らかとなった。また、フラボノイドのin vitroでのIL-4産生抑制活性と経口投与における体内への吸収性を考慮して、高活性、高吸収性のフラボノイドを合成した。1.アレルギー疾患の遺伝子多型の解析IL-18の遺伝子多型(IL-18-105A/C)が喘息発症に関与することを報告したが、遺伝子多型が末梢血単核球からのIL-18産生能に影響するのか検討すると、IL-18-105A/Aである単核球からのIL-18産生がIL-18-105A/Cの単核球に比較して増加しており、この事は、IL-18を過剰に産生する遺伝子背景が喘息発症に関与することを示す(BBRC in press)。2.フラボノイドのTh2サイトカイン発現抑制機序の解析フラボノイドは、活性化好塩基球からのTH2サイトカイン(IL-4、IL-13)の産生を抑制する作用を有することを以前報告したが、活性化好塩基球におけるCD40リガンドの発現も抑制することが明らかとなった(Int Arch Allergy Immunol in press)。したがって、フラボノイドは、B細胞のIgE抗体産生細胞への分化に必須な2つのシグナルを抑制することより、間接的なIgE抑制物質であることが示された。シグナル伝達の解析では、フラボノイドはSykやLynまたMAPKファミリーの活性化には影響を与えず、転写因子であるAP-1の活性化を抑制することが示された(BBRC)。天然フラボノイド及び分子修飾した類似化合物のIL-

4産生抑制作用の活性と構造比較により、活性に重要な基本骨格が明らかとなった(CMC review submitted)。アレルギー疾患の有病率が増加している現状において、その増加要因の解明と、発症を予防する手段の開発は急務の課題である。本研究においては、遺伝子多型がどのように喘息発症に関与するのか、また抗アレルギー作用を有するフラボノイドの適切な摂取によるアレルギー疾患に対する補完代替療法や予防法の確立を目指して、新たなフラボノイドの作用、作用機序に関して検討を加えた。IL-18の遺伝子多型IL-18-105A/Cは、アトピー型、非アトピー型喘息の発症に関与する多型であることが示された。IL-18-105A/Cは、IL-18遺伝子発現に関与するプロモーター領域のIL-18--137G/C多型と連鎖不均衡にあり、これらの多型が末梢血単核球からのIL-18産生能に影響するのか検討したところ、遺伝子型がIL-18-105A/AやIL-18- -137G/Gである場合、それぞれ、IL-18-105A/C、IL-18- -137G/Cに比較して、単核球からのIL-18産生が上昇していた。このことは、IL-18が過剰産生されやすい遺伝子背景が、喘息発症のリスクとなることを示唆する。フィセチン、ルテオリン、アピゲニンなどのフラボノイドは、好塩基球からのIL-4やIL-13の産生を抑制するのみならず、CD40リガンドの発現も抑制する。したがって、好塩基球において、B細胞のIgE産生細胞への分化に必須なサイトカイン(IL-4、IL-13)とCD40リガンドの発現を抑制することより、フラボノイドは間接的なIgE産生抑制物質であることが示された。その作用機序として、転写因子のAP-1の活性化を抑制することが明らかとなった。また、フラボノイドのin vitroでのIL-4産生抑制活性と経口投与における体内への吸収性を考慮して、高活性、高吸収性のフラボノイドを合成した。
ゾル-ゲル法による緩和型強誘電体薄膜の調製

本研究では、緩和型強誘電体薄膜のアルコキシド法による新規調製法の開発を目指した。マグネシウムニオブ酸鉛や亜鉛ニオブ酸鉛のような熱力学的に不安定なペロブスカイト相の安定化をゲルのもつ高い自由エネルギーによって達成させ、ペロブスカイト構造に由来する優れた誘電あるいは電歪特性を発現させることを試みた。その結果、以下のことが明らかとなった。1.この系の薄膜用前駆体溶液の調製には、酸化鉛用前駆体溶液の調製方法が重要である。これは、酸化鉛前駆体溶液中での鉛前駆体オリゴマーの重合度が低い場合には、薄膜前駆体ゲル調製後の仮焼により鉛成分が著しく揮発しやすいためであることが明らかとなった。2.マグネシウムニオブ酸鉛のように、比較的ペロブスカイト構造が安定な薄膜では、多結晶薄膜中の結晶粒径サイズを大きくすることが、高いペロブスカイト生成率を達成するために重要であった。3.ペロブスカイト相の核形成や成長を促進するために、種々の種結晶層を基板上にあらかじめ作製した後に目的の緩和型強誘電体薄膜をコーティングしたところ、種結晶層としてはペロブスカイト構造を有し格子定数が近い相を用いることが有効であることがわかった。4.核形成を容易にするために、目的とするペロブスカイト相薄膜の層間に前項で有効と思われた種結晶層を挿入して多層化することで,より低温でペロブスカイト化することがわかった。以上の結果から、今後単層の種結晶層のみにより低温でペロブスカイト相単相の強誘電体薄膜の形成を可能とし、得られた薄膜の電気的性質を測定することができると期待される。また、亜鉛成分とマグネシウム成分の固溶によるキュリー温度の制御の可能性も示唆された。
希薄予混合圧縮自己着火に対する火花放電の誘発効果

小型直接噴射式ディーゼル機関を用いて,その圧縮比を通常の18から14まで低下させ,高セタン価燃料を通常より早期に噴射し,その予混合気の自己着火までの着火遅れ期間内に火花放電することで,自己着火を促進し,低負荷での安定した燃焼ができることを示した.小型直接噴射式ディーゼル機関を用いて,その圧縮比を通常の18から14まで低下させ,高セタン価燃料を通常より早期に噴射し,その予混合気の自己着火までの着火遅れ期間内に火花放電することで,自己着火を促進し,低負荷での安定した燃焼ができることを示した.本年度は,直接噴射式ディーゼル機関の圧縮比を18から14へ低下させ,さらに,点火プラグを設置し,高着火性および高気化性を有する単組成の脂肪酸メチルエステルであるラウリン酸メチルエステルを燃料として用いて,燃焼特性調査を行った.実験では,まず,火花放電を行うための適正条件の把握を行った.その結果,低圧縮比条件下で,ラウリン酸メチルエステルは,軽油同様に着火遅れが長くなるが,軽油と同じ着火遅れであっても,熱発生開始後,素早く熱発生率がピークに達し,その後,急激に低下することがわかった.このために,遅い噴射時期でも,発熱の等容度が低下しないため,軽油運転のような熱効率の低下は生じないこと,外部EGR(排ガス再循環)を行って着火遅れを長くとっても,軽油運転時に比べて低温酸化による熱発生量が多くなり,そのため,軽油運転時に比べて熱炎の開始時期が早まること,低圧縮比と外部EGRを併用すると,排気中の窒素酸化物NOxと微粒子PMの相反関係や,PM中の可溶有機成分SOFと全未燃炭化水素THCの相反関係が,それぞれ軽油運転時に比べて改善されることなどが明らかになった.つぎに,火花放電に適すると思われる早期噴射における運転条件のもので,火花放電実験を行った.その結果,放電による燃焼促進効果は認められなかった.これは,予混合気が超希薄であるため,通常の放電エネルギーでは燃焼誘起ラジカルを生成しないためと推察された.今後は,放電エネルギーと着火希薄限界の把握,放電エネルギー増加の効果等の検討を行う.ディーゼル機関の低圧縮比化および予混合圧縮着火は,正味熱効率の向上や低排気特性が見込まれるものの,低負荷時の燃焼不安定や機関始動性の悪化を招く.そこで,これらを解決するために,火花放電によって予混合気に自己着火を誘発させ,燃焼をコントロールすることを試みた.23年度には,高着火性・高気化性の特性を有するバイオディーゼルに一種であるラウリン酸メチルエステルを燃料に使用して,その早期噴射と圧縮比14による低圧縮比化による着火遅れの長期化を利用して,通常の点火プラグによって火花放電を行い自己着火誘発に対する効果を実験によって調査した.その結果,投入熱量1.1kJ/cycle相当の低負荷で,吸気を絞って当量比0.93とした場合,燃料噴射時期と火花放電時期の組み合わせにおいて,ある一定の範囲で,1段目の熱発生率のピーク付近で放電することで,2段目の熱炎によると思われる熱発生の時期が早まる,いわゆる自己着火が誘発される現象が生じることが確認された.この燃焼を本研究ではSICI(Spark-Induced Compression Ignition)と名付けた.また,火花放電なしでは通常のディーゼル機関の自己着火も生じない噴射時期が遅い運転条件では,火花放電すると緩やかな熱発生率を示す,いやゆるスパーク点火燃焼(SI)と同等の熱発生率が現れることや,放電時期と燃料噴射時期を近接させるとSICIとSIの混在する運転範囲があることも明らかになった.このような火花放電による自己着火誘発現象のメカニズムを解明するために,ディーゼル機関の燃焼を模擬した高圧定容燃焼器を試作し,燃焼の可視化や解析を試みた.また,火花放電による自己着火誘発効果は,始動性時の燃焼安定性にも貢献できることが実験によってわかった.低圧縮比ディーゼル機関における課題である始動性および燃焼安定性の解決法として,研究代表者らが提案したSICI(Spark Induced Compression Ignition)燃焼の利用を試みた.SICI燃焼とは低圧縮比化で長くなった着火遅れをあえて利用し,その間に形成された予混合気中に火花放電を行うことによって,着火の「種」を形成し,それによって着火を誘発する燃焼方式である.前年度までに,圧縮比を18から14に低下させた直噴式ディーゼル機関を用いて,噴射時期,放電時期,当量比などに対するSICI燃焼の成立条件を示した.当該年度では,機関始動時を想定して低速運転時において,当量比,体積効率,噴射圧力などのパラメータを変化させ,火花放電による着火促進効果が生じる運転条件を実験的に調査した.また,火花放電によって噴霧混合気の自己着火が誘発するしくみを,定容燃焼器を用いて再現し,高速度カメラによって可視化観察することによって,火花放電位置および時期と噴霧の自着火点との空間と時間の相互関係を明らかにした.まず,機関運転試験の結果,機関始動を模擬して,低速で燃料無噴射から過渡的に低負荷相当の燃料を噴射した場合,火花放電により自着火を誘発でき,放電しない場合に比べて速やかに燃焼が開始することが明らかになった.また,定容燃焼器による可視化観察の結果,噴霧が発達し混合気が形成されたのち,火花放電によって微細な火炎核が形成され,その後しばらくしてから噴霧の自着火が点火プラグ付近や噴霧下流部付近から生じることが判明した.

このことから,火花放電で形成された自着火の「種」が噴霧によって下流に流され,自着火を誘発していることが明らかとなった.低圧縮比化した小形直噴式ディーゼル機関を用いて,体積効率を40%程度まで下げた条件において,火花放電によって自己着火が誘発する現象を確認し,その現象が生じる燃料噴射時期と放電時期に対する成立条件を見出した.また,この現象が生じる原因を解明するために試作した定容燃焼容器が完成したが,エンジン内における圧縮端条件と同等の雰囲気をまだ達成できていない,今後,改良を加え燃焼の可視化や解析を行う予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。定容燃焼容器におけるエンジン圧縮端と同等の雰囲気条件を実現するため,電気加熱装置の強化とさらなる断熱強化を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
コーポレートガバナンスと中小企業について税務・財務・環境問題を取り上げ日独の比較を行う。

平成15年10月より共同研究を始めて半年になるが、この間の進捗状況の概略はつぎのようである。10月には経営財務学会全国大会においては昨年に続き統一論題とシンポジウムにおいて「コーポレートガバナンス」が討議されたが、これらの議論に参加して学会参加者との交流を深めた。本年度はコーポレートガバナンスと中小企業について特に金融ないしは財務の観点から調査することを目的としている。このため、図書館および中小企業・経営研究所においての資料の整備状況を点検した。また、本学中小企業・経営研究所を通して、今回関西大学に滞在中のシュトルツ教授の研究会と講演会に出席し情報交換を行った。この他、経営学会関西部会と中小企業学会関西部会にも参加し、2月にはドイツ-日本研究所主催、ドイツ大使館および東京商工会議所後援の国際会議「コーポレート・ガバナンス・システム-ドイツと日本の比較」に参加した。研究者は研究成果を論文として報告している。最初の英文論文は最近の日本における商法改正がコーポレートガバナンスにどのように関係しているかを論じている。二番目の論文ははじめての日本語論文であり、コーポレートガバナンスと合併・買収の関係について日本におけるドイツの製薬会社の実状とともに報告している。三番目は中小企業の金融環境についてドイツと日本の統計結果の比較をしている。日本語で論文を書くことは外国人にとって相当な苦労であり、まだ十分に真意を表現するに至っていないが、執筆の回を重ねることにより上達する段階である。この他、知己である村松司叙教授、宮本順二朗教授との交流もあり、京都商工会議所の訪問も行い、さらに、神戸大学現代経営学研究会の「ベンチャービジネス」ワークショップへの参加を予定している。
心機能制御における心肥大・心室形態調節の分子基盤と臓器機能連関のフィジオーム解析

心臓の血液ポンプ機能は心筋の量と性質、心室形態によって決まり、その制御は外界からの情報を感知して、変化に適応する形で行われる。その例として出生時における心筋分裂の停止と肥大への移行について検討した。胎児心筋細胞を3%酸素下と20%酸素下で培養したところ低酸素下では分裂が継続したが、高濃度酸素では分裂が停止した。それぞれの条件で発現が変化した遺伝子を検索して、分裂を停止している心筋細胞を再び分裂させるために有用な知見が得られた。また、心筋細胞の機械的受容を司る分子のについて検討し、TRPV2と呼ばれる介在版のイオンチャネルが心臓機能や構造の維持に重要な役割を果たしていることを明らかにした。心筋細胞は生後直ぐに分裂能を失い、機械的仕事量の増加に対しては心筋量を肥大させるとともに心室の形態を変化させて環境に適応する。近年、心肥大の分子メカニズムとして、Ca^<2+>の関与が明らかにされてきたが、心筋細胞の周期的な収縮と弛緩は細胞内へのCa^<2+>流入と流出によって制御されており、様々なCa^<2+>輸送体が心筋細胞の膜に発現している。今回我々は心筋細胞から細胞内外のNa+濃度勾配を利用してCa^<2+>を細胞外へ排出するNa^+-Ca^<2+>交換体(NCX)について着目した。NCXは心不全患者において発現が増加しているが、その病態生理学的意義は不明である。そこで薬剤によりNCXを心臓のみで強発現させることが出来る遺伝子改変マウスに大動脈結紮による圧力負荷を与えて心不全を惹起し、不全心筋へのNCX発現増加の効果を検討した。大動脈弓部を縮窄し、術後8週で左心室短縮率は術前の55%から34%まで低下した。この時点からNCXを強発現させる群と対照群に分け、心不全に対する効果を検討した。NCX強発現から8週間後、不全心筋では小胞体Ca^<2+>ストア機能が低下していたが、NCX強発現によってCa^<2+>ハンドリングが改善し、対照群に比較して心機能も維持されていた。また、NCXを強発現させるとCa^<2+>流入系である電位依存性Ca^<2+>チャネルや筋小胞体のリアノジン受容体の局在も改善されることが明らかになった。NCX強発現は左心室壁を肥厚させ、弛緩能を低下させた。大動脈縮窄モデルに対しては、圧負荷による心機能低下を抑制し、非代償期の心室拡大も抑制した。心臓の血液ポンプ機能は心筋の量と性質、そして心室形態によって決まる。その制御は自らを取り巻く環境からの情報を感知して、変化に適応する形で行われる。本研究では、哺乳類心臓の出生時における細胞分裂停止・肥大促進メカニズムのトリガーとしての酸素分圧上昇の作用を検討するために、マウス胎児培養心筋を用いて異なる酸素環境下で観察する方法を確立して心筋細胞が分裂する様子を経時的に記録することに成功し、酸素分圧上昇が心筋細胞分裂を停止させることを定量的に評価できた。また、マイクロアレイ解析により酸素分圧上昇により発現量の変化する遺伝子をリストアップし、対象となった細胞周期、代謝などに関連する遺伝子を抑制することで細胞分裂能の変化を検討した。更に、成体となった後の機械的負荷に対する心臓機能・形態の維持機構解明として、伸展感受性非選択的カチオンチャネルであるTRPV2を薬剤誘導性に心筋細胞でノックアウトするモデルマウスを作成した。薬剤誘導性にTRPV2をノックアウトにより左心室径拡大、動脈圧低下、心電図QRS延長が認められ、組織標本にて介在板構造の崩壊が観察された。単離心筋を使った収縮率評価では心臓全体としての機能低下とは異なり収縮能が維持されていた。これらの結果よりTRPV2が心筋細胞間の張力伝達や電気的興奮の伝達を担う介在版の構造的・機能的維持に不可欠な役割を果たしていることを明らかにし、そのメカニズムとしてIGF-1の関与が明らかにした。また、心筋細胞の肥大を制御している因子であるカルシウムの輸送体として心筋細胞のCa排出系であるNa-Ca交換体に注目し、心筋特異的Na-Ca交換体強発現マウスに対する大動脈結紮心不全モデルを用いてその強発現が心筋細胞のT管構造維持と心機能低下抑制効果があることを明らかにした。心筋量を増加させるには細胞を分裂させ数を増やすか、肥大させて個々の細部を大きくする選択肢がある。