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Ras機能発現抑制による肝発癌予防および肝癌治療の試み

HMG-CoA還元酵素阻害剤を用いることによりメバロン酸経路を抑制し、Ras蛋白の機能発現を制御することができる。その結果、肝細胞および各種肝癌細胞の増殖を抑制することを明らかにし、肝細胞癌治療の可能性を検討した。1. Hep G2、HuH-7、HLE、PLC/PRF/5の各肝癌細胞は、simvastatin添加により濃度依存性に増殖が抑制され、抑制の程度に関してはいずれの細胞株においても明らかな差は認めなかった。2. pravastatin添加においては、いずれの細胞株に対しても有意な増殖抑制効果は示さなかった。水溶性であるpravastatinを細胞内に輸送する機構(anion transporter)が癌化した肝細胞では発達していないためと推測される。3. simvastatinによる増殖抑制は、十分量のmevalonateの添加により回復を認め、これらの細胞株の増殖にはメバロン酸より先の経路が必要であることが明らかとなった。しかし、farnesolや、isopentenyl adenineの添加ではsimvastatinによる増殖抑制に対して何ら影響を与えなかった。4.肝細胞癌患者に対するHNG-CoA還元酵素阻害剤の投与の検討では、simvastatin投与群では4症例中の2症例に明らかに腫瘍マーカーの増加抑制さらには減少効果を認めたが、pravastatin投与群3症例では最終的には全症例無効であった。メバロン酸代謝産物は、ras蛋白活性化などを介して細胞増殖に強く関与しており、メバロン酸合成の律速酵素であるHMG-CoA reductase阻害剤は正常細胞や癌細胞の増殖抑制に働くと考えられる。1.肝癌細胞株の増殖におよぼすHMG-CoA reductase阻害剤の影響。肝癌細胞株としては、それぞれの分化の程度を考えHep G2、HuH-7、HLE、PLC/PRF/5の4種の細胞株を用いた。HMG-CoA reductase阻害剤として、肝細胞内への輸送にanion transporterが必要とされているpravastatinと非特異的に細胞内へ輸送されるsimvastatinを用いた。24穴プレートに培養した細胞に各種濃度(0、0.1、1、10、100μM)のHMG-CoAreductase阻害剤を添加、12、24、48、96時間後の細胞数をMTT還元能を用いて算出した。その結果、simvastatin添加群では濃度依存的に癌細胞増殖抑制効果を認めた。10μM添加48時間培養ではコントロール(無添加)と比較して、Hep G2で37.0%、HuH-7で50.6%、HLEで47.3%、PLC/PRF/5で56.4%の増殖を認めるのみであり、これらの増殖抑制効果はメバロン酸(100μM)の投与により消失した。一方、pravastatinには増殖抑制効果(100μM)を認めず、癌化した肝細胞では輸送機構が発達していないためと考えられる。正常肝細胞(ラット初代培養肝細胞)に対する影響。平成7年度、HMG-CoA reductase阻害剤の癌細胞増殖抑制効果を4種の肝癌細胞株により示した。しかしこの効果の発現には、細胞内へHMG-CoA reductase阻害剤が輸送される必要があり、細胞内輪送の際、anion transporterが必要とされるPravastatinにはその効果を認めないことを示した。癌細胞においては、細胞内代謝過程に様々な変異が生じていることが予想され、HMG-CoA reductase阻害剤の増殖抑制効果の機序が検討しにくい。そこで今回、正常培養肝細胞を用い、EGF刺激によるDNA合成と核クロマチン染色によるApoptosis誘導に対するHMG-CoA reductase阻害剤の効果を検討した。その結果、Pravastatinは10μMの濃度においてDNA合成を60%抑制し、またApoptosisを起こした細胞の出現率はコントロールに対し約10倍であった。

メバロン酸代謝産物は、Ras蛋白活性化などを介して細胞増殖に強く関与しており、メバロン酸合成の律速酵素であるHMG-CoA reductase阻害剤は正常細胞や癌細胞の増殖抑制に働くと考えられる。平成7年度、HMG-CoA reductase阻害剤の癌細胞増殖抑制効果を4種の肝癌細胞株により示した。HMG-CoA reductase阻害剤として、肝細胞内への輸送にanion transporterが必要とされているpravastatinと、非特異的に細胞内へ輸送されるsimvastatinを用いた。その結果、simvastatinに濃度依存的癌細胞増殖抑制効果を認め、pravastatinには抑制効果を認めず、癌化した肝細胞には輸送機構の発現が不十分であるためと考えられた。平成8年度、癌細胞では生じていることが予想される細胞内代謝過程の様々な変異の影響を除くために、正常培養肝細胞を用い同様の検討を行った。その結果、pravastatinは肝細胞のDNA合成を抑制し、肝細胞にapoptosisの誘導を亢進させた。HMG-CoA reductase阻害剤のこれらの効果はメバロン酸の同時投与により消失したが、iso-pentenyl adenineやfarnesolの同時投与では消失しなかった。このことより、HMG-CoA reductase阻害剤の効果は、Ras蛋白のprenylation(farnesylation)抑制以外の機序によることも考えられ、今年度はgeranylgeranylationを受けるRhoファミリーの役割についても検討を加えた。HMG-CoA reductase阻害剤により増殖を抑制した肝癌細胞に、liposomeに組み込んだgeranyl-garanyolを添加することにより抑制効果をキャンセルする事が示され、geranylgeranylationの重要性が示された。
妊娠の制御と成立機構のリモデリング

妊娠・着床期特異的に発現される反芻動物(ウシやヒツジ)インターフェロン・タウ(IFNT)遺伝子発現制御機構の解明から、人為的にIFNT遺伝子の発現を制御できる培養細胞系を構築し、その中で新たな機能遺伝子を同定する。さらに、その遺伝子群を使いながら、最終的には妊娠・着床や胎盤形成のメカニズムを明らかにすることであった。ウシIFNT遺伝子には2つのアイソフォームが存在する。その1つのIFNTc1では子宮側の反応としてMx2の発現が誘導されることを突き止めた。胚細胞と子宮細胞の共培養系では、妊娠子宮灌流液の添加によって胚CT-1細胞の遺伝子発現(CDX2, IFNT, EOMES)をin vivo様の発現を誘導することが出来た。伸長胚が子宮内膜に接着を開始するとIFNT遺伝子上流域のヒストン・タンパク(H3)のアセチル化が下がり、メチル化が上昇した。ウシ伸長胚は接着期(妊娠20日目前後)後期に上皮細胞でありながら間葉細胞系遺伝子を発現する。このことが胚・上皮細胞の子宮内膜上皮細胞への接着を可能にしている。さらに、早期妊娠診断技術の開発は北海道全農ETセンターとの共同研究で行っており、数種の新たな遺伝子を特定した。いままで、着床から胎盤形成過程は「ブラックボックス」と呼ばれ、多くの現象は明らかにされていたが、それらのメカニズムは明らかにされてこなかった。本研究から様々な現象に対応・規定するメカニズムが明らかになってきた。今後とも、この一連の研究領域の進捗を止めることは許されない。トロホブラスト細胞から時期(着床期)特異的な発現をするIFNT遺伝子の発現制御機構と、この遺伝子の発現によって誘導される母体側や胚仔側の遺伝子群を明らかにすることによって、受胎の認識、胚の接着、浸潤から初期胎盤の形成までの理解を深め、着床・妊娠の制御機構の新たなモデルを提唱する。具体的な目標として、以下の5項目を掲げた。(1)トロホブラスト細胞株IFNT遺伝子発現制御モデル(2)人為的制御可能なIFNT遺伝子を持つトロホブラスト細胞株と子宮細胞での接着や浸潤過程の解析(3)遺伝子改変トロホブラスト細胞株による接着から胎盤形成過程の解析(4)IFNT遺伝子改変ES細胞を用いてトランスジェニックや遺伝子ノックアウト・シバヤギの作出(5)早期妊娠診断法の開発や上記知見のクローン動物への応用のための基礎実験妊娠・着床期特異的に発現される反芻動物(ウシやヒツジ)インターフェロン・タウ(IFNT)遺伝子発現制御機構の解明から、人為的にIFNT遺伝子の発現を制御できる培養細胞系を構築し、その中で新たな機能遺伝子を同定する。本研究の目標は、トロホブラスト細胞から時期(着床期)特異的な発現をするIFNτ遺伝子の発現制御機構と、この遣伝子の発現によって誘導される母体側と胚側の遣伝子群を明らかにすることによって、受胎の認識、胚の接着、浸潤から初期胎盤の形成までの理解を深めることにある。1年目は以下の項目を達成した。(1)ヒツジ胚インターフェロン(IFNτ)は、転写因子Cdx2によりトロホブラスト細胞特異的な発現が制御されていることを見出した。しかし、Cdx2の強勢発現だけでは、非トロホブラスト細胞をトロホブラスト細胞様に変換することはできなかった(発表論文参照)。現在、脱アセチル化阻害剤や脱メチル化剤の組み合わせで実験中。(2)ヒツジ子宮内における胚仔の接着は、子宮上皮細胞の細胞外基質フィブロネクチン依存的に上昇することを示した(発表論文参照)。(3)日本全薬工業(ゼノアック)との共同研究により、カイコでの組換えインターフェロン・タウ発現系を樹立した。(4)フランス農業研究所(INRA)のレナード博士(Dr.Jean-Paul Renard)やビュー博士(Dr.Isabelle Hue)らと、ウシ・インターフェロンと着床過程の制御で共同研究を樹立した。

(5)当初の計画であったアメリカ農務省との共同研究は、クリステン博士(Dr.Ronald K.Christenson)の退職とともに17年目にして終了した。そこで、妊娠認識物質探求の草分けである米国テネシー大学のガドキン博士(Dr.James D.Godkin)との共同研究を樹立した。実際、昨年の11月にはテネシー大学の実験農場で、ヒツジ胚の採材(サンプリング)を行い、クロマチン免疫沈降などIFNτ遺伝子のアセチル化度やメチル化度を検証した。(6)インターフェロン産生能を有するウシ・トロホブラスト細胞株[BT-1(岩手大学橋爪一善教授)とCT-1(米国フロリダ大学Alan Ealy博士)]を取得し、IFNτ遺伝子発現制御機構の解析を始めた。(7)産業動物の幹細胞バンクを設立した米国カンザス州立大学・畜産獣医学部のデービス博士(Dr.Duane Davis)から、ウマとウシの幹細胞の供与をうけた。(8)ウシ胚のハッチング前後RNAを独立行政法人農業技術研究機構・九州沖縄農業研究センター・高橋昌志博士から供与を受け、DNAマイクロアレイ解析を行い、ハッチング(孵化)特異的に変化する遺伝子群約200個を同定した。本研究の目標は,トロホブラスト細胞から時期(着床期)特異的な発現をするIFNτ遺伝子の発現制御機構と,この遺伝子の発現によって誘導される母体側と胚側の遺伝子群を明らかにすることによって,受胎の認識,胚の接着,浸潤から初期胎盤の形成までの理解を深めることにある。2年目ば以下の項目を達成した。1.ウシ,トロホブラスト細胞株CT-1とウシ,腎臓MDBK細胞株の間の遺伝子発現をマイクロアレイ法で解析した。さらに,ウシ妊娠17日目(伸長期)と20日目(接着期)のトロホブラスト細胞にお埜ても,それらの遺伝子発現をマイクロアレイ法で検証した。トロボブラスト細胞特異的な遺伝子発現として,新たに転写因子GATA-2とGATA-3を同定した。また,接着特異的な遺伝子としては,内在性レトロウイルス由来の新規遺伝子のRetro1を同定した。2.転写因子GATA-2やGATA-3の強制発現では,IFNτ遺伝子の発現は変化しなかった。ところが,siRNAによる発現抑制を行うとIFNτ遺伝子の発現が著しく低下した。現在,GATAだけではなく,転写因子Cdx-2を含めてIFNτ遺伝子の発現制御を検討中。3.時期特異的なIFNτ遺伝子の発現制御メカニズムの解明のためのエピジェネテックからの研究が格段に進んだ。これは,昨年11月,2年目になるテネシー大学との同研究だけではなく,北海道上士幌の全農ウシ,胚移植(ET)センターでの採材も可能になり,いままでの細胞培養系だけではなく,生体内系の解析も可能になったごとによる。これらの成果は,各学会発表に反映されているだけではなく,現在,インパクトファクター(10以上)の高い論文を作成中にも反映されるようになった。4.日本全薬工業(ゼノアック)の王博士により,組換えIFNτタンパクの安定供給が可能になった。また,平成19年度に計画したESやTS細胞によるトロホブラストの構築や再構築および子宮内移植実験は平成20年7月より開始する。本研究の目標は、トロホブラスト細胞から時期(着床期)特異的な発現をするIFNT
セラミックス界面層構築による金属材料の生体機能化とその評価

Ti製インプラントの生体機能化を目的に、非晶質リン酸カルシウム(ACP)およびTiO2といったセラミックスコーティング膜の作製と抗菌性評価を行った。スパッタリング法により作製したAg固溶ACP膜はACPの生体吸収に伴うAgイオン徐放により、継続的な抗菌性を発現した。熱酸化法により作製した元素添加TiO2膜は光照射下において有機物分解能および抗菌性を発現した。特に、Ti-4.2at%Au合金表面に作製したAu添加TiO2膜では可視光応答型光触媒活性が確認できた。コーティングプロセスの最適化により優れた骨形成能と抗菌性の両方を有した界面層の構築が可能であることを示した。(1) Nb2O5を含有するリン酸カルシウムターゲットを使用することで、Nb添加非晶質リン酸カルシウム膜を作製した。Nbの添加はコーティング膜の非晶質化に有効であった。コーティング膜中でNbはPサイトへ置換し、リン酸のネットワーク構造を強固にする作用を有すると推察された。実際にTRIS緩衝液中への溶解速度はNb添加量の増加に伴い減少した。Nb添加により非晶質リン酸カルシウム膜の生体吸収性を制御できた。Nb添加非晶質リン酸カルシウム膜とチタン基板との密着力はNb添加量に依らず60MPa以上の高い値であった。(2) Nb添加非晶質リン酸カルシウムコーティングを施したチタン板表面でSaos-2(ヒト骨芽細胞様細胞)を用いた細胞培養試験を行い、Nbの添加は骨形成に関与する遺伝子の発現量を増加させることを示した。(3)家兎を用いた動物埋入実験により非晶質リン酸カルシウムコーティングはチタンインプラントの骨接触率、骨増生量、骨安定指数(共鳴周波数分析)を増加させ、骨形成を促進することを明らかにした。(4) Ti-Nb合金の二段階熱酸化によりNbを含有したアナターゼ皮膜を作製することができた。TiへのNb添加量の増加に伴いアナターゼが形成される酸化条件が広がった。二段階熱酸化法により作製したTiO2皮膜の抗菌性評価試験方法を確立した。UV照射下において、アナターゼ皮膜は光触媒活性に伴う高い抗菌性を発現した。(5)溶液析出法により、粒径数nmのAg粒子が分散したハイドロキシアパタイト粉末を合成することができた。これらの粉末を焼結してバルク体を作製したところ、Ag添加はリン酸三カルシウムの高温相への相変態を抑制することが分かった。加えて、リン酸三カルシウムおよびハイドロキシアパタイトへのAg溶解度を定量的に導出することができた。TRIS緩衝溶液中におけるAg含有リン酸カルシウムの溶解性を評価したところ、Ag添加はリン酸三カルシウムの溶解速度を低下させた。1.溶液析出法により作製したAgナノ粒子分散ハイドロキシアパタイト粉末およびその焼結体の抗菌性および細胞毒性を評価した。大腸菌を用い、(イ)粉末および焼結体試料を細菌含有溶液中に所定の期間浸漬、攪拌後、生菌数を測定するシェーク法および(ロ)細菌含有寒天培地中に試料(焼結体)を設置し、寒天培地上の細菌発育阻止領域(ハロー)を測定するハロー法により評価した。各方法に及ぼす菌液量、濃度、培養方法等を検討することで、試料形態、形状毎に最適な評価条件を見出すことができた。合成ままのハイドロキシアパタイト粉末においては、Ag添加量に従い抗菌性も高くなることが分かった。一方、焼結体においては同じAg添加量においても、Agが固溶したβ型リン酸三カルシウムの方が、金属Agとして分散したハイドロキシアパタイトよりも高い抗菌性を示すことを明らかにした。この結果よりβ型リン酸三カルシウムへのAg固溶が持続的な抗菌性の発現に有効であることを証明できた。ISOに準拠したV79細胞を用いた細胞毒性試験を行い、これらの試料に細胞毒性が無いことが示された。2.チタン製生体埋入デバイスへの抗菌性付与を目的として、Ag含有β型リン酸三カルシウム高密度焼結体をターゲットとしたRFマグネトロンスパッタリング法により、Ag含有非晶質リン酸カルシウムコーティング膜を作製した。コーティング膜中のAg濃度はターゲット組成よりも低いものの、緻密かつ均一なコーティング膜を作製することができた。3.Ti-AuおよびTi-Ag合金の二段階熱酸化処理により、AuおよびAg微粒子が分散したアナターゼ皮膜を作製することができた。ステアリン酸を用いた可視光照射下における光触媒活性評価方法を確立し、作製した皮膜は可視光応答性を有することを見出した。特にAu含有チタニア皮膜では高い可視光応答型光触媒活性発現が確認できた。1: RFマグネトロンスパッタリング法においてターゲット組成を制御することでAgカチオン分率(Ag/(Ag+Ca+P))を00.2と変化させたAg含有非晶質リン酸カルシウム(Ag-ACP)膜の作製に成功した。TiおよびTi合金表面に作製したAg-ACP膜の擬似体液中への溶出試験と大腸菌および黄色ブドウ球菌を用いた抗菌性試験を行い、ACP溶解に伴うAgイオン徐放によりAg-ACP膜の抗菌性が発現されることを明らかにした。2:生体吸収性制御の観点からNbを共添加したAg-ACP膜をRFマグネトロンスパッタリング法により作製した。溶出試験と抗菌性試験を行い、Nbの共添加によりAg-ACP膜の溶出が抑制され、長期間のAg徐放と抗菌性の保持が可能となった。

3: 1および2の成果より、生体吸収性ACPコーティングはインプラントの抗菌化ばかりでなく、薬剤やタンパク質担持などへの幅広い生体応用が可能であることが示された。4:二段階熱酸化法によりTiおよびTi合金表面に作製されたアナターゼ含有TiO2膜の紫外光照射下における光誘超親水性および有機物分解試験から、アナターゼ分率が0.8程度で光触媒活性が最大になることを確認した。5: Ti-4at%Au合金表面に大気酸化により作製したルチル型のTiO2膜は可視光照射下において優れた光誘超親水性および有機物分解能を発現した。TiO2膜中には数ナノメートルの金属Au粒子が分散していた。可視光応答はTi-1at%Au合金では発現しておらず、大気酸化プロセスにおいてTiO2へ導入されるAu濃度に可視光応答を発現させる下限が存在することが示唆された。可視光応答性発現はAuのTiO2へのドープに伴うバンドギャップの狭窄および金属Auナノ微粒子による表面プラズモン共鳴の効果により光電子-正孔対の励起に必要なエネルギーが減少するためと考察した。Ti製インプラントの生体機能化を目的に、非晶質リン酸カルシウム(ACP)およびTiO2といったセラミックスコーティング膜の作製と抗菌性評価を行った。スパッタリング法により作製したAg固溶ACP膜はACPの生体吸収に伴うAgイオン徐放により、継続的な抗菌性を発現した。熱酸化法により作製した元素添加TiO2膜は光照射下において有機物分解能および抗菌性を発現した。特に、Ti-4.2at%Au合金表面に作製したAu添加TiO2膜では可視光応答型光触媒活性が確認できた。コーティングプロセスの最適化により優れた骨形成能と抗菌性の両方を有した界面層の構築が可能であることを示した。平成26年度の主な研究項目である以下の二点に関しては、当初の計画以上に進展している。1.Ag含有リン酸カルシウム粉末および焼結体の抗菌性評価方法の確立、評価および細胞毒性評価Ag含有リン酸カルシウムは、Agが溶液中や培地中に溶解し、Agイオンが細菌に作用し抗菌性を発現する。溶解を伴う材料に適した抗菌性評価方法を確立することは、生体吸収性を有するAg含有リン酸カルシウムコーティング膜の抗菌性評価に繋がる。また、細菌の扱いを習得したことにより、来年度のコーティング膜の抗菌性評価をスムーズに進めることが可能となる。この抗菌性評価手法を駆使し、(イ)β型リン酸三カルシウムの生体吸収性に着目したAgイオン放出制御という抗菌性発現手法の提案、(ロ)Ag濃度の最適化により抗菌性を有しつつも細胞毒性を発現しないAg含有β型リン酸三カルシウムの作製、は当初の計画以上の進展と評価できる。2.二段階熱酸化法による光触媒活性の可視光応答型チタニア皮膜の作製チタニア中に貴金属微粒子を分散させることで、可視光応答型光触媒活性を示すチタニア皮膜の作製に成功した。これまで乾式法により作製されたチタニア皮膜からは可視光応答性がほとんど報告されていなかったが、基板とよく密着した新規皮膜合成方法を見出すことができた。特にTi-Au合金表面に作製したチタニア皮膜における優れた可視光応答型光触媒活性の発現は、その発現機構の解明も含めて、今後の学術的および工学的な発展が大いに期待できるので、当初の計画以上の進展と評価できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。医用材料工学
3Dプリンターを用いた瞬きをするエピテーゼの開発

現在、眼窩を含むエピテーゼは、義眼が埋め込まれており、欠損部の補綴に加えて見た目の自然さを醸し出している。しかし、現状のエピテーゼには、健側の目と同期して瞼を瞬きさせる機能を有しているものは存在せず、対話者とのコミュニケーションにおいて不自然さがあり、患者の精神的な苦痛は改善されず、社会復帰を阻む要因にもなっている。本研究では、3Dプリンターを用いて健側の目と同期して瞬きするエピテーゼの開発を目的とした。本年度は、瞬き駆動システム(アクチュエータ)の試作を行った。エピテーゼの瞼を違和感なく瞬きさせるためには、柔軟な素材で瞼を作る必要があり、さらにその駆動装置も必要となる。また、耐久性、生態適合性なども考えてシリコン、ウレタン素材で試作を行った。瞬き駆動システムは、腕時計に使われているような小型で製作が容易な電磁力モーターで試作した。さらに、試作を基に3DCADによる構想設計を行い、3Dプリンターを用いて義眼とその取り付け装置を試作した。さらに、瞬きする瞼部分は、シリコンやウレタンでの試作を行った。瞬き駆動システムは、小型バッテリーでの駆動を余儀なくされ、エピテーゼ内に収まるサイズとし、さらに、動作できる瞬き回数を増やすためには、使用する電気量を限りなく抑えた仕様にする必要があることが解った。今回試作した瞬き駆動システムは、エピテーゼに収まるような大きさでの装置となる可能性を見つけた。本研究の瞬き駆動システムは、エピテーゼのロボット化をするため、必要不可欠な試作であり、ロボット型エピテーゼへの組み込みの一歩もあり、今回の瞬き駆動システムは、有意義な試作となった。本研究が患者の機能回復のために、必要不可欠であることが解った。
異方性鉄芯の積層構造を考慮した磁界解析によるバルブ型可飽和リアクトルの低損失化

本研究では,方向性電磁鋼板用の高精度磁界・鉄損解析法を開発したとともに,それを電力系統の無効電力調整装置などとして有望と考えるバルブ型可飽和リアクトルに適用し,高効率になるリアクトル構造を提案した.鉄損の増加原因は鉄芯の積層構造による磁束の集中以外に方向性電磁鋼板による磁束の集中でもあることが明らかにした.磁束分布を均一にするために,最も磁束集中が大きいバルブの部分を均等に分割した構造を考案した.提案型リアクトルの鉄損は最大約30%を低減できることを明らかにした.本研究の目的は,無方向性積層鉄芯の層間ギャップと鋼板中の渦電流を考慮した鉄損解析法を方向性積層鉄芯用に拡張するとともに,鉄損増加が問題となるバルブ型可飽和リアクトル(VMCR)に適用し,その鉄損をバルブが無い従来の可飽和リアクトル(MCR)と同程度まで低減することである.本年度は,積層鉄芯の層間ギャップを考慮した鉄損解析法を,磁界解析部および鉄損計算部の両方において,方向性電磁鋼板の任意方向の磁気特性が考慮できるように改良した.磁界解析部では,積層鉄芯を塊状鉄芯モデルで均質化し,塊状鉄芯モデルで得られた磁束分布から鋼板中の磁束分布を求め,実測で得られた任意方向の磁気特性より鋼板の透磁率を更新し,さらに塊状鉄芯の均質化された透磁率を求めながら非線形反復を行う磁界解析法を開発した.また,鉄損計算部においても,実測で得られた任意方向の鉄損曲線を用いて鉄損を算出できるようにした.開発した鉄損解析法を,方向性積層鉄芯で構成された簡易な単層VMCRモデルに適用した.その結果,VMCRの鉄損の増加要因は,バルブに集中した磁束が,積層間のギャップ及び磁気特性の異方性のため,積層鉄芯中でも均一にならないためであることを明らかにした.また,鉄損を低減するため,バルブを鉄芯中央に一つ配置する従来構造から複数の短冊状に改良することにより鉄損を従来型より32%低減できることをシミュレーションにより明らかにした.さらに,本鉄損低減法を三相VMCRに適用したところ鉄芯のT接合において磁束の偏りが生じ,この接合部でも鉄損が増加していることが判明したため,T接合部の構造を検討し,この部分に圧延方向が90度異なる方向性電磁鋼板を交互に重ねる鉄芯構造を用いることが良いことを示した.平成26年度は,産前産後の休暇又は育児休業により研究を中断した.平成27年度は,産前産後の休暇又は育児休業により研究を中断しました.平成27年度は,産前産後の休暇又は育児休業のため,昨年度と同様に評価する.平成28年度は,平成25年度に開発した「方向性電磁鋼板を用いた積層鉄芯の層間ギャップを考慮した磁界解析法と鉄損解析法」を用いて,簡易な方向性電磁鋼板バルブ型可飽和リアクトルモデルの鉄損の増加要因を検討した。鉄損の増加原因は磁束の偏りが積層方向だけでなく,方向性電磁鋼板材料の磁気特性により面内方向にも偏ったことが明らかにした。バルブ構造を改良することによるバルブ型可飽和リアクトルの鉄損低減方法を提案し,バルブ形状の最適化を行った。その結果,改良型の鉄芯中の磁束の偏りを均一化することにより,改良型モデルの鉄損を従来型モデルにより最大約30%を低減できることを示した。それを2016年に,この分野では国際的に最も権威がある国際会議The 17th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computationに発表した。また,平成25年度に開発した「方向性電磁鋼板を用いた積層鉄芯の層間ギャップを考慮した磁界解析法と鉄損解析法」を用いて,三相リアクトルの鉄損の増加要因を検討した。三相リアクトルでは,LとT接合部での方向性電磁鋼板材料の磁気特性による鉄損増加が大きいことがわっかた。三相リアクトルのLとT接合部形状改良による損失低減を行った。その結果,改良型モデルの鉄損を従来型モデルにより約12%を低減できることを示した。それも2016年に国際会議The 17th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computationに発表した。本研究では,方向性電磁鋼板用の高精度磁界・鉄損解析法を開発したとともに,それを電力系統の無効電力調整装置などとして有望と考えるバルブ型可飽和リアクトルに適用し,高効率になるリアクトル構造を提案した.鉄損の増加原因は鉄芯の積層構造による磁束の集中以外に方向性電磁鋼板による磁束の集中でもあることが明らかにした.磁束分布を均一にするために,最も磁束集中が大きいバルブの部分を均等に分割した構造を考案した.提案型リアクトルの鉄損は最大約30%を低減できることを明らかにした.平成26年度は,産前産後の休暇又は育児休業により研究を中断したため,昨年度の評価と同様である.平成28年度は,平成25年度に開発した層間ギャップを考慮した方向性積層鉄芯の鉄損解析法を鋼板中の渦電流まで考慮できる方法に改良する.また,平成25年度に試作できなかったバルブ型可飽和リアクトルモデルを完成させ,鉄損を測定し,開発した鉄損解析法の妥当性を検証するとともに,従来型単層バルブ型可飽和リアクトルと比較する.電気機器

平成27年度も育児休暇により研究を中断するが,平成28年度は,平成25年度に開発した層間ギャップを考慮した方向性積層鉄芯の鉄村解析法を鋼板中の渦電流まで考慮できる方法に改良する.また,平成25年度に試作できなかったバルブ型可飽和リアクトルモデルを完成させ,鉄損を測定し,開発した鉄損解析法の妥当性を検証するとともに,従来型単層バルブ型可飽和リアクトルと比較する.本年度の計画は,方向性電磁鋼板を用いた積層鉄芯の層間ギャップと鋼板中の渦電流を考慮した鉄損解析法を開発するとともに,簡易な単相バルブ型可飽和リアクトル(VMCR)モデルを用いて検証実験を行うことにより,解析手法の妥当性を検討することであった.鉄損解析法の開発に関しては,鉄損解析法を,磁界解析部および鉄損計算部の両方において,方向性電磁鋼板の任意方向の磁気特性が考慮できるように改良したが,鋼板中の渦電流まで考慮した解析法まで開発できなかった.解析手法の検証に関しては,開発した鉄損解析法をVMCRモデルの鉄損解析に適用し,鉄損の増加要因を明らかにし,鉄損低減法まで明らかにできた.しかしながら,三相鉄芯のT接合部で鉄損が増加することが判明し,この接合部の鉄損低減法も明らかにできたが,その検討のため,VMCRの試作と鉄損測定ができなかった.従って,おおむね順調に進展していると判断する.産前産後の休暇又は育児休業により,研究を中断したため.産前産後の休暇又は育児休業により,研究を中断したため.平成28年度は復帰したため,平成28年度から使用を開始する.次年度が研究最終年度であるため,今年度開発した層間ギャップを考慮した方向性積層鉄芯の鉄損解析法を鋼板中の渦電流まで考慮できる方法に改良する.また,本年度試作できなかったバルブ型可飽和リアクトルモデルを完成させ,鉄損を測定し,開発した鉄損解析法の妥当性を検証するとともに,従来型単相バルブ型可飽和リアクトルと比較する.平成27年度も育児休業による育児休業により研究を中断し,平成28年度から使用を開始する.解析法検証用可飽和リアクトルを試作できなかったため.本年度試作予定であった従来型可飽和リアクトルと次年度試作予定であった改良型可飽和リアクトルを本年度と次年度に請求した助成金により製作する.
不均一系触媒を駆使したタンデム型多置換芳香族化合物の構築法

私は、回収・再利用可能な不均一系金属を触媒として、廃棄物低減型有機合成反応を基盤としたタンデム型骨格構築法の開発を目指し、研究を遂行している。その一環として平成30年度は、ニトロソ化合物と共役ジエンのHetero Diels-Alder(HDA)反応で合成した3,6-ジヒドロ-1,2-オキサジン誘導体を基質とした不均一系銅炭素(Cu/C)触媒によるピロール誘導体への変換反応を開発した。本法はCu/C触媒以外の添加剤や溶媒を必要とせず、環境調和型反応としてプロセス化学的適用が期待される。また本反応をHDAに連続させることで、one-potでピロール環を構築することが可能である。医薬品や生物活性物質など様々な機能性物質の基本骨格である多様な置換様式を持つピロール誘導体を系統的かつ簡便に合成できるため有用である。以上の研究成果をまとめ、国際学術誌に発表した(Green. Chem., 2018, 20, 4409.)。また研究過程で、新たにCu/C触媒的N-O結合開裂の可能性を見出した。N-O結合は化学量論量以上の還元剤の使用により開裂するが、還元剤由来の廃棄物の副生が問題となる。HDA反応成績体を基質として反応条件をスクリーニングした結果、含水アルコールをプロトン源兼溶媒として、Cu/C触媒と塩基存在下、加熱撹拌することでN-O結合が開裂されることを明らかとした。平成30年10月1日から半年間、ドイツのMax-Planck-Institut fur KohlenforschungでBenjamin List教授の下、有機分子触媒を用いた開発研究に携わった。特に、有機分子触媒をデザインして、反応位置や立体選択性を制御する脱水素型酸化反応のプロジェクトに取り組み、私の研究課題を進展させるための新しい触媒的視点からの展開法を学び、実践することができた。不均一系銅炭素(Cu/C)触媒的N-O結合開裂を鍵としたピロール誘導体の合成法に関しては、反応機構の解明とHDA反応を組み合わせたone-pot合成法を検討し、プロジェクトを完結することができた。上記の研究成果は、第113回有機合成シンポジウム2018年【春】でのポスター発表を実施し、また筆頭著者として学術論文に報告した(Green Chem., 2018, 20, 4409-4413)。さらにSynfact (2019, 15, 0074)に紹介していただいた。この研究過程で、私はCu/C触媒的N-O結合開裂反応の可能性を新たに見出した。既にニトロソベンゼンとシクロヘキサジエンのHetero Diels-Alder(HDA)反応成績体を基質として、反応条件の最適化検討を実施し、良好な結果が得られた。現在基質一般性やHDAと連続させたone-pot反応への応用を開始している。今年度は様々な置換様式を持つ基質を合成し、一般性ある方法論としての確立を目指す。本年度も引き続き、「環境調和を指向した触媒的有機合成反応の開発研究」に取り組む予定である。[1]不均一系銅炭素(Cu/C)触媒的N-O結合開裂反応:共役ジエンとニトロソ化合物のHetero Diels-Alder(HDA)反応成績体である3,6-ジヒドロ-1,2-オキサジン誘導体を、含水アルコール溶媒中、Cu/C存在下加熱撹拌すると、N-O結合が開裂し、良好な収率でγ-アミノアルケノール誘導体がcis選択的に生成することを明らかとしている。本法は、HDA反応後に連続して進行させることで、one-potでN-O結合開裂体を得ることが可能である。本年度は、基質一般性を拡充するとともに、反応機構を解明する。[2]金触媒的分子内環化反応に続く求核種導入反応:高次官能基化されたフラン環は、生物活性物質などの機能性材料の基本骨格であり、系統的で一般性ある合成法の開発は、有機合成のみならず、多岐に渡る分野で望まれている。今回、金触媒のπ電子親和性を利用し、β-ケトアレンの分子内環化反応と芳香族化合物の導入反応が連続する、タンデム型2-ベンジルフラン誘導体の一挙構築を目指す。様々な価数の金触媒などの反応条件を精査し、一般性ある方法論として確立する。[3]鉄触媒的β-ケトアレンへの求核種反応:β-ケトアレンをジクロロメタン中、三価塩化鉄(FeCl3)を触媒としてアレーン求核種と反応したところ、低収率ではあるがアレン中心炭素にアレーンが導入された化合物が得られることを明らかとしている。本法は従来困難な不活性アレンの中心部への求核種導入を可能とするものであり、またFeによるアレン活性化の例は皆無であるため新規性が高い。本年度は、様々な価数、カウンターアニオンを有する鉄触媒や溶媒などの反応条件を検討し、収率の改善を図る。また芳香族化合物以外の求核種を検討して、基質適用範囲の拡充を目指す。

本法はCu/C触媒以外の添加剤や溶媒を必要とせず、環境調和型反応としてプロセス化学的適用が期待される。また本反応をHDAに連続させることで、one-potでピロール環を構築することが可能である。医薬品や生物活性物質など様々な機能性物質の基本骨格である多様な置換様式を持つピロール誘導体を系統的かつ簡便に合成できるため有用である。以上の研究成果をまとめ、国際学術誌に発表した(Green. Chem., 2018, 20, 4409.)。また研究過程で、新たにCu/C触媒的N-O結合開裂の可能性を見出した。N-O結合は化学量論量以上の還元剤の使用により開裂するが、還元剤由来の廃棄物の副生が問題となる。HDA反応成績体を基質として反応条件をスクリーニングした結果、含水アルコールをプロトン源兼溶媒として、Cu/C触媒と塩基存在下、加熱撹拌することでN-O結合が開裂されることを明らかとした。平成30年10月1日から半年間、ドイツのMax-Planck-Institut fur KohlenforschungでBenjamin List教授の下、有機分子触媒を用いた開発研究に携わった。特に、有機分子触媒をデザインして、反応位置や立体選択性を制御する脱水素型酸化反応のプロジェクトに取り組み、私の研究課題を進展させるための新しい触媒的視点からの展開法を学び、実践することができた。不均一系銅炭素(Cu/C)触媒的N-O結合開裂を鍵としたピロール誘導体の合成法に関しては、反応機構の解明とHDA反応を組み合わせたone-pot合成法を検討し、プロジェクトを完結することができた。上記の研究成果は、第113回有機合成シンポジウム2018年【春】でのポスター発表を実施し、また筆頭著者として学術論文に報告した(Green Chem., 2018, 20, 4409-4413)。さらにSynfact (2019, 15, 0074)に紹介していただいた。この研究過程で、私はCu/C触媒的N-O結合開裂反応の可能性を新たに見出した。既にニトロソベンゼンとシクロヘキサジエンのHetero Diels-Alder(HDA)反応成績体を基質として、反応条件の最適化検討を実施し、良好な結果が得られた。現在基質一般性やHDAと連続させたone-pot反応への応用を開始している。今年度は様々な置換様式を持つ基質を合成し、一般性ある方法論としての確立を目指す。本年度も引き続き、「環境調和を指向した触媒的有機合成反応の開発研究」に取り組む予定である。[1]不均一系銅炭素(Cu/C)触媒的N-O結合開裂反応:共役ジエンとニトロソ化合物のHetero Diels-Alder(HDA)反応成績体である3,6-ジヒドロ-1,2-オキサジン誘導体を、含水アルコール溶媒中、Cu/C存在下加熱撹拌すると、N-O結合が開裂し、良好な収率でγ-アミノアルケノール誘導体がcis選択的に生成することを明らかとしている。本法は、HDA反応後に連続して進行させることで、one-potでN-O結合開裂体を得ることが可能である。本年度は、基質一般性を拡充するとともに、反応機構を解明する。[2]金触媒的分子内環化反応に続く求核種導入反応:高次官能基化されたフラン環は、生物活性物質などの機能性材料の基本骨格であり、系統的で一般性ある合成法の開発は、有機合成のみならず、多岐に渡る分野で望まれている。
石灰化スコア分類に基づく頚動脈粥腫安定化機構解明のためのオミックス解析の展開

頸動脈内膜剥離術(CEA)にて摘出した10粥腫について、まずカルシウム(Ca)スコアをもとに高石灰化プラーク群と低石灰化プラーク群の2群に分けた。核酸を抽出後、全エクソーム(Whole Exome)を濃縮後、シーケンスライブラリーを作成した。品質検定後、次世代シーケンサー(NGS)はHiSeq2500 (Illumina)を採用して塩基配列を取得した。情報解析としてGATKUnifiedGenotyperによりエクソームターゲット領域上の一塩基多型(SNV・SNP),挿入・欠失Indel変異を検出した。dbSNPのHGVDと1000Genomes ProjectのExACを付与し変異を絞り込み、SnpEff, VCF tools (Annotation Impact)およびClinVar (Pathogenic)を考慮した上で、dbNSFPに収載のミスセンス変異mutation影響度予測値としてFATHMM scoreを採用した。取得した塩基配列は品質スコアquality score 30以上の塩基が91.8-94.5%と良好であった。BMA-MEMによりUCSC hg19へマッピング(99.6-99.7%)し、重複Duplicateリードを除去した(ユニーク率95.6-96.5%)。平均カバー率(>10x)は97.6%であった。Genedata Profilerゲノムソフトウェアを用いてゲノム変異解析を行った。エクソームターゲット領域上の総一塩基多型SNV(SNP)数は1標本あたり115,982-126,947、挿入Ins数は6,722-7,794、欠失Del数は8,739-10,006であった。最も頻度の高いSNVはG>A,次いでA>G,C>T,T>Cであった。挿入は(G)InsC, (A)InsGが、欠失は(CT)delC, (GC)delGが高頻度であった。平成30年度助成金不足分を、概算にて前倒し支払いを申請したところ、実際の支払い金額と約4%の誤差が生じたもの。残額は平成31年度助成金と合わせ研究遂行のため有効利用する。
微小時間スケールのコロイド粒子ダイナミクス定量評価手法の確立

本研究課題は、生体環境のような多数の分子存在下で流動するμ秒オーダーのコロイド粒子ダイナミクスを定量評価可能な蛍光相互相関分光法の新たな評価手法の確立を目指している。本年度は、以下の2点の研究を実施した。[1]主目的である蛍光相関分光(FCS)装置の組み立てとその技術拡張。装置骨格を組み立てるため、足りない部品(単一光子検出器,蛍光フィルター等)を購入し、高精度でFCS測定ができる環境を整えた。加えて、動的光散乱法(DLS)測定もできるように技術拡張も行った。これによりFCSとDLSの同時測定が可能になり、次年度に続くコロイド粒子と生体分子の相互作用を厳密に議論できる基盤が整った。[2]ハイドロゲルのDLS測定・解析手法の確立DLSおよびFCS測定は、物体からの散乱光強度の時間変化を追跡し、物体の運動情報を得る手法であることを活かし、評価・解析手法の確立および本研究課題の発展に繋がるよう、生体適合性かつ温度応答性のバルクゲルのDLS評価も遂行した。本研究で作製したゲルのDLS測定から得られる運動モードは、単一の指数関数で記述可能なゲルネットワーク由来のゆらぎと、それよりも遅い運動モードの2つが観察された。フィッティング関数を用い、ゲル網目の拡散係数とゆらぎの相関長は、昇温により発散する様に増大し、共重合比により臨界温度のシフトを確認した。また、ポリマー鎖同士が会合し形成されるドメイン由来の散乱寄与は、昇温に伴い増加し、ゲル内部で相分離したドメインが成長していることを示唆した。また、2種の高分子の共重合の比が異なることで、ドメイン成長の仕方は異なり、側鎖の長い成分が多いほど、嵩高さによる立体障害によりドメインが成長しづらいことがわかった。本研究は学術論文に受理され、学会等でも報告した。当該年度において、本研究課題で重要となるFCS装置を組み立て、既製品と同程度の測定精度を有することを確かめた。また、光散乱法から得られる結果の解釈や解析手法も体得し、学術論文として認められた。これら検討結果は、本研究課題の目的であるダイナミクス評価に関して重要な知見であると考えられる。組み立てたFCS装置の十分な測定精度を確保するため、標準物質として蛍光ラベル化されたポリスチレンラテックス等を使用し、測定条件の最適化を図る。その後、生体分子存在下における合成粒子の相互相関関数の変化を捉え、生体適合性の評価を行う。タンパク質には血漿に含まれる免疫グロブリン、ヒト由来アルブミンを蛍光ラベル化したものを選択し、濃度・濃度、測定温度・pHを段階的に変え、体系的にデータを取得する。そして、生体適合性の高い粒子がどのような時間スケールでタンパク質と接触し、吸着を抑制するのかを相互相関関数とその解析から明らかにする。特に、FCS法から得られた相互相関関数は、2成分系理論式を用い、拡散時間と相互作用数を算出し、比較パラメータとする。タンパク質には血漿に含まれる免疫グロブリン、ヒト

由来アルブミンを蛍光ラベル化したものを選択し、濃度・濃度、測定温度・pHを段階的に変え、体系的にデータを取得する。そして、生体適合性の高い粒子がどのような時間スケールでタンパク質と接触し、吸着を抑制するのかを相互相関関数とその解析から明らかにする。特に、FCS法から得られた相互相関関数は、2成分系理論式を用い、拡散時間と相互作用数を算出し、比較パラメータとする。
腸管寄生虫感染防御における粘膜肥満細胞の役割に関する研究

C57BL/6(B6)マウスにIL-3を連続腹腔注射することにより、糞線虫(Sr)感染ピーク時の30-40%に相当する腸管の粘膜肥満細胞(MMC)を誘導できる。これにより、MMC機能の解析がさらに容易になった。B6マウスではSr排除は小腸から盲腸へ、盲腸から排虫へと二段階で起きる。Sr感染により盲腸でもMMCは増加するが、排虫時期に一致して盲腸での好酸球、胚細胞の増加が顕著であり、小腸と盲腸では排虫のエフェクターが異なる可能性がある。ヌードマウスにSrとN.brasiliensis(Nb)を同時に感染させ、IL-3を連続投与すると、Srは排除されたが、Nbは排除されなかった。したがって、SrとNbに対する排虫機構は異なる。計10^4U以上のIL-3をB6マウスに反復投与した後、Srを感染させると腸管での強い防御が起きる。IL-3投与により効果的な腸管防御を誘導するには4-5日を要した。防御効果に相関して腸管MMCが増加した。IL-3投与したマウスにSrを経口感染させると、感染後6時間以内で防御が観察される。IL-3により誘導される防御には抗原特異的な免疫応答は関与しないと思われる。この防御は経口感染された幼虫に対してだけではなく、移入された成虫に対しても効果があった。しかし、皮下感染の後、頭蓋腔で観察した体内移行幼虫に対する防御には影響がなかった。肥満細胞欠損W/W^VマウスではIL-3投与によりSrに対する腸管での防御を誘導できなかった。非感染マウスにIL-3を投与すると腸管腔内のMMC特異的プロテアーゼ濃度が200倍に増加し、MMC数も有意に増加した。したがって、MMCはIgE非依存性に脱顆粒する。以上を総合すると、Srに対する腸管での防御にはMMCが関与すると言える。しかし,Nbの防御にはMMcは関与しないと思われる。腸管線虫に対する排虫エフェクター機構は寄生虫の種により異なるのであろう。本年度の研究で、C57BL/6(B6)マウスにrILー3を連続復腔注射することにより、糞線虫感染ピ-ク時の30ー40%に相当する腸管MMCを誘導できることが分かった。これにより、先のヌ-ドマウスを用いる系よりも実験が容易になり、MMC機能の解析をさらに進展できる。基礎的な検討として、B6マウスに糞線虫を感染させ、小腸と盲腸の成虫数を経時的に数えたところ、小腸から盲腸へ、盲腸から排虫へと成虫の二段階の移行が観察された。KSNヌ-ドマウスでは初め小腸に存在する成虫が、約半数は盲腸に移行するが排虫は起きない。rILー3をB6マウスに投与した実験から小腸上部に比べ、盲腸のMMC前駆細胞の数は少ない。糞線虫感染により盲腸でもMMCは増加するが、排虫時期に一致して盲腸での好酸球、杯細胞の増加が顕著であり、小腸と盲腸では排虫のエフェクタ-が異なる可能性が示唆された。

ヌ-ドマウスに糞線虫とN.brasiliensis(Nb)を同時に感染させ、rILー3を連続投与すると、糞線虫は排除されるが、Nbは排除されなかった。したがって、糞線虫とNbに対する排虫機構は異なることが明かとなった。また、rILー3によりヌ-ドマウスのT細胞機能が回復したならば、Nbも排除されるはずであるから、rILー3投与によるT細胞機能の回復はないものと思われる。B6マウスにrILー3を投与し、MMCを増加させた状態で、糞線虫を感染させると、腸管での完全な防御が誘導できた。今のところ糞線虫に関する限り、排虫にMMCが関与することを否定する結果は得られていない。rIL-3をC57BL/6マウスに反復投与した後、ネズミ糞線虫を感染させると強い腸管での防御が観察された。顕著な防御は計10^4U以上のIL-3を5日間にわたり反復腹腔投与した時に誘導され、同量のIL-3を3日間で投与した場合は効果が弱く、10^5Uを1日で投与しても効果はなかった。したがって、IL-3投与により効果的な腸管防御を誘導するには4-5日を要する。防御効果に相関して腸管の粘膜肥満細胞(MMC)が増加した。IL-3投与したマウスに糞線虫を経口感染させると、感染後6時間以内で防御が観察された。したがって、IL-3投与により誘導される防御には抗原特異的な免疫応答は関与しないと思われる。この腸管での防御は経口感染された幼虫に対してだけではなく、移入された成虫に対しても効果があった。しかし、皮下感染の後、頭蓋腔で観察した体内移行幼虫に対する防御には影響がなかった。体内移行幼虫に対する防御にはマクロファージが関与するので、IL-3投与により体内移行幼虫に影響する形でのマクロファージの活性化は起きないと思われる。肥満細胞欠損W/W^vマウスではIL-3投与により糞線虫に対する腸管での防御を誘導できなかった。非感染マウスにIL-3を投与すると腸管腔内のMMC特異的プロテアーゼ濃度が200倍に増加し、MMC数も有意に増加した。したがって、MMCはIgE非依存性に脱顆粒することが分かる。糞線虫感染マウスの腸管MMCまたはIL-3投与で増加したMMCは電子顕微鏡により、顆粒の結晶化や融合像など顕著な変化を示した。以上を総合すると、IL-3投与により誘導される糞線虫に対する防御はMMCを介するものと言える。IL-3投与により誘導される防御機構はN.brasiliensisには効果がなかった。これは、MMC由来のメディエータに対する虫の感受性が異なるためと思われる。腸管線虫に対する排虫エフェクター機構は寄生虫の種により異なるであろう。
太陽光エネルギー高度利用を念頭においた新方式MHD発電の可能性

本研究では,太陽光を直接利用してレーザー発振する太陽光励起レーザー光を“エネルギーキャリア"と捉え,その電気への高効率エネルギー変換システムの有力候補の1つとしての「太陽光励起レーザー駆動MHD発電の実現」を研究全体構想として抱いている。本研究では,太陽光励起レーザーによる希ガス加熱を衝撃波管装置により模擬し,準定常作動高温希ガスプラズマMHD発電機の基礎物理現象と発電性能を実験的に明らかにすることで,高性能「太陽光励起レーザー駆動MHD発電機」となり得る潜在力を見極めることに焦点を絞っている。初年度(平成19年度)は,最も本質的な高温希ガスプラズマMHD発電機の基礎物理現象の把握を目的とし,発電機としての基本特性である電圧-電流特性,ならびに発電機内プラズマの発光強度およびその変動と発電特性との関係を明らかにした。結果として,シード剤を用いない高温の希ガスプラズマを用いて,従来のシードプラズマMHD発電機に匹敵する,もしくはそれ以上の性能が実証された。最終年度(平成20年度)は,初年度の成果を基盤に,運転条件が発電特性に与える影響を明らかにし,発電性能の把握とその高性能化を図るための方策・指針を明確にした。特に,発電性能の最高値を与える最適作動気体温度や最適印加磁束密度が存在することを初めて明らかにしたことや,一方で,数値シミュレーションから実験結果を評価し,得られた結果に妥当性があることを示したことは,学術的にも意義深く,特筆に値する。本研究課題で得られた結果は,全世界で長い研究経緯をもつMHD発電研究の中で,全く類を見ない独創的成果となっており,新たな展開を図る上で貴重な基盤を築いたといえ,萌芽研究として相応しい成果をあげたと自己評価している。本研究では,太陽光を直接利用してレーザー発振する太陽光励起レーザー光を"エネルギーキャリア"と捉え,その電気への高効率エネルギー変換システムの有力候補の1つとしての「太陽光励起レーザー駆動MHD発電の実現」を研究全体構想として抱いている。その実現のためには,太陽光励起レーザーそのものの高度化が本質的な課題であることは明白であるが,本研究では,太陽光励起レーザーによる希ガス加熱を衝撃波管装置により模擬し,準定常作動高温希ガスプラズマMHD発電機の基礎物理現象と発電性能を実験的に明らかにし,高性能「太陽光励起レーザー駆動MHD発電機」となり得る潜在力を見極めることに焦点を絞っている。初年度(平成20年度)は,特に,最も本質的な「高温希ガスプラズマMHD発電機の基礎物理現象の把握」に注目し,1)代表的な気体作動条件(よどみ点温度:8,00010,500K,圧力:0.2MPa)の下で,発電機としての基本特性である電圧-電流特性を明らかにした。また,2)発電機内プラズマの発光強度およびその変動と発電特性との関係を明らかにした。結果として,シード剤を用いない高温の希ガスプラズマを用いて,従来のシードプラズマMHD発電機に匹敵する性能が実証されるに至っている。運転条件の最適化や更なる高性能化,また本方式の将来性の見極めは,数値シミュレーションからの性能評価,高性能化への指針を得て,本研究の最終段階となる来年度(最終年度)に行うが,今年度得られた結果は,全世界で長い研究経緯をもつMHD発電研究の中で,全く類を見ない独創的成果となっており,達成しようとする研究成果の確実な基盤を築いたといえる。
割れ窓理論の犯罪抑止効果の実証研究

割れ窓理論によると、町のわすかな「秩序の乱れ(例えは、落書きや放置された建物なと)」が地域住民の不安・無力感を喚起し、地域に対する働きかけが減少することで、より重大な犯罪を引き起こすとされる。本研究は、静岡県のある2地域において、割れ窓理論に基づく介入(清掃およびパトロール活動)を各地域4ヶ月弱ずつ時期をずらして実施し、その効果を比較した日本で初めての分析である。研究最終年度の本年度は、これまでの研究で得たデータの分析を行った。主な分析内容と結果は以下の通りである。1.各地域への介入の効果をオッズ比により検討した。分析結果から、(1)全刑法犯に対しては介入の効果は無いかあるいは逆効果がありえる、(2)屋内刑法犯に対しては介入の効果がありえる、(3)屋外刑法犯に対しては介入の効果が無いかあるいは逆効果がありえることが明らかになった。ただし、この分析は、統計的有意性検定ではない。2.次に、犯罪件数の増減が、介入の有無によるものかどうかとの有意性検定を行うため、ログリニア分析を行った。複数のモデルを分析したが、いずれの分析においても、地域のもともとの犯罪発生水準あるいは時期的な変動による有意な影響しか認められず、介入の有無による有意差は認められなかった。現段階での分析結果から、割れ窓理論に基づく介入(ゴミ拾いや落書き消しなど)は犯罪を有意に減少させるには至らないという知見が得られた。つまり、直接的な犯罪抑止効果は無かった。今後は、間接的な効果に焦点を当ててさらに分析を進めることが課題となる。静岡市内(A地域、B地域)において、地域状況ビデオ調査(全三回)、質問紙調査(「犯罪と地域防犯に関する意識調査」、全三回)、そして実験的介入(全二回)を下記のスケジュールで実施した。・地域状況ビデオ調査は、各地域に存在しうる「軽微な乱れ(落書きの多さ、ゴミの多さ、不審者の存在など)」を測定するために実施した。・質問紙調査は、「軽微な乱れの認識」、「犯罪被害」「犯罪不安」や、コミュニティの犯罪統制力、警察への評価といった内容についてのものである。第一回調査は、地域内の全世帯・店舗を対象とし、回収できた対象者に対し第二回および第三回では郵送法による追跡調査を行った。・実験的介入は、大学生の調査協力者が揃いのジャンパーと腕章を付け、防犯パトロールと清掃活動(落書き消し、違法張り紙の除去、ゴミ拾いなど)を週に三度(一日二時間)実施した。2006年6月:A地域およびB地域において地域状況ビデオ調査(第一回)および質問紙調査(第一回)を実施2006年7月3日10月20日:A地域において実験的介入を実施2006年10月21日11月5日:A地域およびB地域において地域状況ビデオ調査(第二回)および質問紙調査(第二回)を実施2006年11月6日2007年3月2日:B地域において実験的介入を実施2007年3月3日3月19日:A地域およびB地域において地域状況ビデオ調査(第三回)および質問紙調査(第三回)を実施割れ窓理論によると、町のわすかな「秩序の乱れ(例えは、落書きや放置された建物なと)」が地域住民の不安・無力感を喚起し、地域に対する働きかけが減少することで、より重大な犯罪を引き起こすとされる。