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微小管形成系を用いての大麦分級粉中細胞機能関連物質の検索とその精製

本研究では、まず16種の大麦分級粉を準備した。得られた物質を食品として利用することを念頭に置いているので、その成分が消化され吸収された後にも活性を有していなければならないことから、水溶性低分子物質を想定した。生理活性として、チューブリン濃度1.0mg/ml,添加物濃度2.0mg/mlで10mM phosphate buffer,pH7.0,containing0.1mM GTP,10mM MgC12 and 3.4Mglycerol中でチューブリンのGTPase活性の賦活活性を測定した。チューブリンは牛脳から調製した。分級粉は、1994年西日本産甘木2条大麦より得た。平成6年度には、No.5(91-89%)およびNo.9(75-70%)分級粉に、チューブリンのGTPase活性を賦活する成分が存在することを見いだした。平成7年度には、賦活活性成分の精製を進めた。分級粉2gに精製水60mlを加え、室温で30分抽出後、遠心(10,000rpm,2°C,20min)し、その上清の凍結乾燥によって抽出物を得た。抽出物のSephacryl S-200HRゲル濾過クロマトグラフィーで4つのピークが得られ、その3番目のピーク(B′)に活性が認められた。次のDEAE-Sephadex A-50イオン交換クロマトグラフィーでは、ピリジン-酢酸緩衝液でpH6.5からpH3.1へのpH変化によるステップワイズ法で溶出した結果、pH5での溶出画分に賦活活性が認められた。更にBio-Gel P-4でのゲル濾過クロマトグラフィーを進め、その2番目のピークに活性を認めた。得られた画分は糖を含むペプチドであった。本研究の背景は、次の2点にある。第一は、社会の高齢化に対する新しい食品の開発が求められている点である。第二には、現在大量に生産されており、しかも安価であるが、用途が限られている食品素材である大麦を大いに活用しようという点である。従って、本研究の目的は、大麦穀粒から老化細胞を活性化する物質を検索し、それを精製しようというものである。そこで、今年度の研究計画は、細胞活性化の指標として、細胞機能蛋白質であるチューブリンのGTPase活性を取り上げ、その酵素活性賦活成分を大麦分級粉から検索することであった。試料大麦は、平成3年に岡山県で生産された米沢もち2号(6条、裸大麦)で、その穀粒は16段階に分級処理された。チューブリンは、牛脳からLeeらの硫安分別とイオン交換法、Mgイオン沈殿法とを組み合わせた方法で調製された。そのGTPase活性はアッセイ系に加えられたGTPがGDPに加水分解されるのを利用して、生じたGDPをHPLCで定量することによって測定した。16種の大麦分級粉から水抽出画分を凍結乾燥したものを初期試料として、チューブリンのGTPase活性への影響を検討した結果、分級粉No.5およびNo.9に賦活活性を見出した。ここで今年度の研究計画の最大要点を達成することができた。次いで、その賦活成分の精製に取り組んでいる。そこでは、現在までの多くの機能性食品の中では、ペプチドが多く検討されていることから、精製法としてペプチドの精製を主として行うこととした。その結果、ゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、再ゲル濾過クロマトグラフィーを用いて部分精製に成功している。

平成6年度中に、準備した16種の大麦分級粉の内、No.5およびNo.9に、チューブリンのGTPase活性を賦活する成分が存在することを見いだした。そこで、今年度の予定はその賦活成分の精製であった。実施計画に示したように、各種のクロマトグラフィーを用いて精製を進めた。本研究では、食品として利用することを念頭に置いているので、成分が消化され吸収された後に活性を有しており、しかも抽出が容易でなければならないことから、水溶性低分子物質を想定した。活性として、チューブリン濃度1.0mg/ml,添加物濃度2.0mg/mlで10mM phosphate buffer, pH7.0, containing 0.1mM GTP, 10mM MgCl_2 and 3.4Mglycerol中でチューブリンのGTPase活性の賦活活性を測定した。チューブリンは牛脳から調製した。分級粉は、1994年西日本産甘木2条大麦より得た。分級粉2gに精製水60mlを加え、室温で30分抽出した後、遠心(10,000rpm, 2°C, 20min)し、その上清の凍結乾燥によって抽出物を得た。抽出物をSephacryl S-200HRゲル濾過クロマトグラフィーに掛けたところ、4つのピークが得られ、その3番目のピーク(B')に活性が認められた。次のDEAE-Sephadex A-50イオン交換クロマトグラフィーでは、ピリジン-酢酸緩衝液でpH6.5からpH3.1へのpH変化によるステップワイズ法で溶出した結果、pH5での溶出画分に賦活活性が認められた。更に、そのBio-Gel P-4ゲル濾過クロマトグラフイ-で4画分が得られ、そのうち2番目の画分に強い賦活活性を認めた。この画分は糖を含むペプチドであった。
表皮幹細胞の老化と若返り

ゼブラフィッシュなど魚類のヒレの上皮は、基底幹細胞とそれから生じる23層の上皮細胞から成る均質かつシンプルな表皮構造を持つ。蛍光イメージングに優れたヒレ組織は、哺乳類の皮膚再生の良いモデル系となる。私達はこれまでに、BACトランスジェニックにより、再生上皮にCreERt2リコンビナーゼを発現させることに成功し、子孫細胞を永続的にEGFPで追跡できる系を構築した。細胞系譜解析の結果、上皮の再生中、分化上皮細胞は脱分化によって幹細胞に戻ることはなく、幹細胞は通常の細胞新生から、一時的に等分裂に移行して組織を再生することがわかった。本研究では、上皮の再生と定常状態における長期の細胞系譜の解析を行い、上皮幹細胞の維持や老化のプロセスを明らかにし、表皮基底幹細胞が長期のスパンでどのようにダイナミックに変動し、老化したり、また寿命をリセット(若返り)しているのかを解明することを目的とした。平成30年度の研究では,表皮幹細胞の中に増殖・分化のポテンシャルの異なるポピュレーションが存在するのかを明らかにするために,表皮幹細胞の可視化と,分化・増殖を解析するための新たな系の構築を進めた。これまでの表皮クローンの追跡実験から,非再生時の基底幹細胞は非常にゆっくりとしか増殖(自己複製)も分化(新生)もしないことが観察された。このプロセスを詳細に解析できる新たな実験系の開発を進めた。このため,まず,基底細胞をにCreを発現させて永続ラベル可能なトランスジェニック(Tg)を作製する。さらに,非基底層細胞にmCherry-NTRを発現するトランスジェニックを作製し,プロドラッグMtzとNTRによって,非基底層上皮細胞を除去できる系を構築する。これらを組み合わせて,繰り返し表層上皮を除去することにより,基底細胞の表層への分化を加速し,基底細胞の寿命・老化や自己複製過程を観察する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度の研究では,ゼブラフィッシュのヒレ組織の再生過程における,基底幹細胞を含む表皮細胞の動態を詳細なイメージングと細胞追跡によって解明した。特に,シングルセルトレーシングによって,表皮細胞の自己複製と同時に,表皮細胞のターンオーバー(新生)も平行して起こることと,さらに,予想以上のダイナミックな表皮細胞の増殖と再編成によって,広範囲に表皮細胞の入れ換えが起こることが示された(Shibata et al. Development,145, dev.162016)。これまでの研究で,ゼブラフィッシュのヒレ再生過程で,再生上皮に発現する遺伝子fn1bを用いてBACトランスジェニック(Tg)を作製し,再生上皮細胞を永続ラベルすることに成功した。このTgを用い,ヒレ組織の再生過程における再生上皮の移動と再生後の細胞運命を詳細に追跡した。特に,シングルセルに由来する表皮クローンのトレーシングも行い,細胞の増殖,移動,分化について吟味した。その結果,再生上皮は,近傍の主に鰭条間上皮がリクルートされてできること,それらは複数のヘテロな細胞運命をたどることが明らかとなった。早期にリクルートされる表皮は,わずか数日で細胞死を経てなったが,それより後にリクルートされる再生表皮は,再生後の皮膚を形成した。しかし,それらのうちでも,半数以上は末端へと押しやられていき2週間程度で組織から消失した。これと相補的に,広範囲の表皮で細胞の増殖が活性化され,予想以上のダイナミックな表皮細胞の増殖と再編成によって新たな表皮細胞を供給していることがわかった。再生過程では,基底層幹細胞,上層前駆細胞,分化細胞の表皮細胞のそれぞれのタイプは,自己複製を行って細胞を増やすが,脱分化は生じないことが示された。(Shibata et al. Development, 145, dev.162016.)。

本研究では、上皮の再生と定常状態における長期の細胞系譜の解析を行い、上皮幹細胞の維持や老化のプロセスを明らかにし、表皮基底幹細胞が長期のスパンでどのようにダイナミックに変動し、老化したり、また寿命をリセット(若返り)しているのかを解明することを目的とした。平成30年度の研究では,表皮幹細胞の中に増殖・分化のポテンシャルの異なるポピュレーションが存在するのかを明らかにするために,表皮幹細胞の可視化と,分化・増殖を解析するための新たな系の構築を進めた。これまでの表皮クローンの追跡実験から,非再生時の基底幹細胞は非常にゆっくりとしか増殖(自己複製)も分化(新生)もしないことが観察された。このプロセスを詳細に解析できる新たな実験系の開発を進めた。このため,まず,基底細胞をにCreを発現させて永続ラベル可能なトランスジェニック(Tg)を作製する。さらに,非基底層細胞にmCherry-NTRを発現するトランスジェニックを作製し,プロドラッグMtzとNTRによって,非基底層上皮細胞を除去できる系を構築する。これらを組み合わせて,繰り返し表層上皮を除去することにより,基底細胞の表層への分化を加速し,基底細胞の寿命・老化や自己複製過程を観察する。表皮幹細胞の中に増殖・分化のポテンシャルの異なるポピュレーションが存在するのかを明らかにするために,今後,以下の項目の研究を進める。(1)表皮幹細胞の可視化と,分化・増殖を解析するための新たな系の構築これまでの表皮クローンの追跡実験から,非再生時の基底幹細胞は非常にゆっくりとしか増殖(自己複製)も分化(新生)もしないことが観察された。このプロセスを詳細に解析できる新たな実験系の開発を行う。このため,まず,基底細胞をケラチン8プロモーターの制御下でCreを発現させて永続ラベル可能なトランスジェニック(Tg)を作製する。さらに,非基底層細胞にケラチン4プロモーター制御下にmCherry-NTRを発現するトランスジェニックを作製し,プロドラッグMtzとNTRによって,非基底層上皮細胞を除去できる系を構築する。(2)表皮基底細胞の制御機構上で得られた表皮基底細胞の増殖と分化のスイッチングがどのようにして制御されているか探索する。Wntシグナルやその他のシグナルの関与について阻害,活性化実験を行い,Wntシグナルの関与と役割について検証する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
集団における能力の学習過程に関する行動経済学的アプローチ

経済学で標準的に用いられてきた合理的意志決定モデルの一般化を行った昨年度の研究を、整理・拡張するとともに、経済理論のセミナーで発表を行った。顕示選好理論の拡張となるこのモデルは、選好関係に関する基礎付けの方法、とくに(選好関係に関して)比較不能な選択肢があるような、不完備な選好関係に関する基礎付けの方法となりうる、そしてまた、選考の不完備性という概念そのものの理解を深めるうえでも非常に有効になる、という評価を受けた。特に理論的な側面からみた場合に、非自明な無差別な選択肢と比較不能な選択肢が存在する不完備な選考の基礎付けになりうるという点が成果となる。これは当初意図していた研究目的、つまり、現状点維持バイアスと呼ばれる現象そのものを合理的な経済理論の枠組みで説明することによって、教育の経済理論の有効性を高めようというものとは若干異なる方面に対する成果といえる。しかし、それ以上に、関連の薄いと思われる公理論的なアプローチと行動経済学あるいは教育の経済学といった分野の結びつきを明らかにできたといことは、今後行動経済学あるいは、教育の経済学といった分野でも、公理論的アプローチの利点、つまり、人間の行動基準を誰もが合意できるようなひとつひとつの公理に分解できるという利点を生かすことによって、経済学の説明力を高めていくという研究の端緒となる成果があげられた。経済学で標準的に用いられてきた合理的意思決定モデルの一般化を行った.より具体的には,顕示選好アプローチと密接に関連している新しい概念を導入することによって,合理的な基礎付けを保ちつつ,豊かな構造を持つ意思決定モデルの構築に成功した.特に,このモデルは現状点バイアス(Status Quo Bias)と呼ばれる現象を許容するモデルになっている.現状点バイアスと呼ばれる現象は,標準的な経済理論では説明困難な非合理的な行動と考えられている現象で,実験経済学や心理学の世界で頻繁に観察されてきた.ところが,このモデルから得られる一つの帰結として,現状点バイアスは選好の不完備性によって生じるということが挙げられる.別の表現をすれば,意思決定者が一つの評価基準に還元不能な複数個の評価基準を持っている場合に,現状点バイアスが観察されうるということになる.したがって,現状点バイアスと合理性は両立しうることが示されたことになる.これは実験や心理学の世界で発見され,標準的な経済理論と矛盾すると考えられている行動も,合理的な行動の帰結として生じたものとして説明可能であるという可能性を示している.これによって,教育経済学といった,標準的な経済理論の直接的な適用が困難と考えられていた領域に関しても,合理性という立場を取る経済学側からのアプローチの可能性が,今まで考えられていた以上に高いということが示されたといえる.経済学で標準的に用いられてきた合理的意志決定モデルの一般化を行った昨年度の研究を、整理・拡張するとともに、経済理論のセミナーで発表を行った。
日本住血吸虫感染抵抗性および肝線維化の遺伝的調節機構

1)中国江西省の浸淫地での集団治療後の再感染抵抗性の解析藩陽湖周辺の3つの地区(Zhuxi, Nanshan, Caipeng)を対象に集団治療後の再感染状況の疫学調査とその解析を行っているが、今回は新しく都昌県Caipeng村という高度浸淫地で疫学調査を開始した。調査対象は同地区に居住する10歳から70歳までの住民602名で、水接触度の聞き取り調査や虫卵検査による感染度の調査を平成10年に行った。平成11年3月に集団治療を行ない、夏期伝播期を経て12月に再感染状況を調査した。その結果、治療前のCaipeng村浸淫度状況は29.2%程度の高感染率を示していた。治療後、感染者の約30%が再感染していることがわかり、現在個人情報の整理を行ない遺伝解析の準備を行っている。Caipeng村以外の2つの対象地区の再感染状況から振り分けた抵抗性と感受性の人たちの血清およびDNAの解析を継続しているが、Zhuxi村のHLA-DRB1遺伝子の結合に関与する部位に抵抗性群で特徴のあることが発見された。2)感染後の線維化の免疫学的機構の解析感受性あるいは抵抗性のHLAを有する人たちの免疫応答性をさらに詳細に解析する目的で、慢性期のT細胞応答を刺激するとされている虫卵由来の主要抗原分子の探索を行った。患者のプール血清を用いて虫卵ラムダgt11cDNAライブラリーから陽性のクローン400個を分離しその内146個のクローンのDNA配列を決定した。結果はすべて同じ遺伝子ですでに遺伝子バンクに登録されているmiracidial antigenと高い相同性が認められた。現在組み換えタンパクを準備中である。中国楊子江流域の江西、湖北、四川などでは、現在でも日本住血吸虫症の侵淫地が広がっている。1992年より有病率が15%を超える地区では年に1度住民全員を対象に集団治療が試みられたが、感染率に大きな改善はみられなかった。本研究では集団治療の行なわれた地区を対象に再感染に対する抵抗性あるいは感受性の集団を規定し、そのHLA型の特徴を解明すること、及び、慢性の肝線維症の抵抗性及び感受性に特徴的なHLA型の分子レベルでの解析を目的として研究を行なった。1.再感染抵抗性とHLAとの関連対象としたのは、Poyang湖に浮かぶ南山島で従来より漁民を中心に50%以上の感染率を記録していた地区であるが、1990年より毎年集団治療が行なわれ、現在15%前後の侵淫度を示している。この地区の住民の記録より漁民で高リスク集団に属する者のうち過去5年に亘ってほとんど感染していない者、頻繁に感染を繰り返す者が存在することが明かとなった。これらのうち血縁のない者についてHLA-DRBlのDNAタイピングを行なった。計画では、劉助手が来日する予定であったが、HLA型決定は、研究代表者らが担当したため来日は中止し、劉助手は疫学調査を行なった。現在のところ有意な頻度の相違を示すHLAのタイプは認められていない。2.肝線維症に対する抵抗性HLAアレルDRB1^*1101の解析南山島の患者のうちHLA-DRB1^*1101を有する患者を選定し、30mlの静脈血を採取し、南昌においてリンパ球に分離後凍結し、日本へ輸送し、リンパ球はサイトカイン産生能を測定し.た後、T細胞クローンを作製し、その認識する抗原分子の解析に供した。1)中国江西省の浸淫地での集団治療後の再感染抵抗性の解析

藩陽湖周辺の3つの地区(Zhuxi,Nanshan,Caipeng)を対象に集団治療後の再感染状況の疫学調査とその解析を行っているが、今回は新しく都昌県Caipeng村という高度浸淫地で疫学調査を開始した。調査対象は同地区に居住する10歳から70歳までの住民602名で、水接触度の聞き取り調査や虫卵検査による感染度の調査を平成10年に行った。平成11年3月に集団治療を行ない、夏期の伝播期を経て12月に再感染状況を調査した。その結果、治療前のCaipeng村浸淫度状況は29.2%程度の高い感染率を示していた。治療後、感染者の約30%が再感染していることがわかり、現在個人情報の整理を行ない遺伝解析の準備を行なっている。Caipeng村以外の2つの対象地区の再感染状況から振り分けた抵抗性と感受性の人たちの血清およびDNAの解析を継続しているが、Zhuxi村のHLA-DRBI遺伝子の結合に関与する部位に抵抗性群で特徴のあることが発見された。2)感染後の線維化の免疫学的機構の解明感受性あるいは抵抗性のHLAを有する人たちの免疫応答性をさらに詳細に解析する目的で、慢性期のT細胞応答を刺激するとされている虫卵由来の主要抗原分子の探索を行った。患者のプール血清を用いて虫卵ラムダgtllcDNAライブラリーから陽性のクローン400個を分離しその内146個のクローンのDNA配列を決定した。結果はすべて同じ遺伝子ですでに遺伝子バンクに登録されているmiracidial antigenと高い相同性が認められた。現在組み替えタンパクを準備中である。
異常蛋白の発現調整が可能な多系統萎縮症動物モデルの開発と抗ミクログリア点鼻薬治療

TetO-αSynA53T Tg/+マウスとPLP-tTA Tg/+マウスを交配させTetO-αSynA53T Tg/+; PLP-tTA Tg/+マウスを得た。本マウスは、Tet-offシステムを用いることにより、オリゴデンドログリアにおけるヒト変異αシヌクレイン(αSyn)を、任意の時期に発現/抑制が可能となる。まず、成年マウスとなった生後8週以降にαSyn発現させることで、多系統萎縮症のモデルマウスを作成した。マウスは平均22.1週齢で発症したが、その表現型は失調歩行のほか、尾や後肢の麻痺、寡動など多岐にわたった。症状は発症後徐々に進行し、体重減少やrotarod scoreの悪化がみられるが、発症直後の23週齢でαSynの発現を抑制すると、マウスの症状は改善傾向を認め、体重やrotarod score、臨床症状の改善を認め、コントロール群と同等の表現型に回復した。しかしながら、発症約5週後の27週齢でαSynの発現を抑制した場合は、症状の悪化は停止するものの、回復は部分的にとどまり、コントロール群との差を埋めるには至らなかった。これらのことから、本マウスではαSynの発現そのものが症状の発現、進行に関わっており、その抑制が症状の改善につながること、しかしそれには一定のtherapeutic windowが存在することが示唆された。病理学的所見では、αSynの沈着や脱髄所見が大脳、小脳、脳幹、脊髄などにみられ、一部は非対称でfocalな病巣分布を示した。それに伴い、arginase-1陽性M2ミクログリアの顕著な浸潤やアストロサイトのコネキシン43/30の広汎な脱落を認めた。マイクロアレイにて遺伝子発現を解析したところ、炎症や免疫に関する遺伝子群の発現が上昇している傾向が示唆された。組織学的な評価がやや遅れているが、おおむね順調に進展している。組織学的評価、特に定量的な評価をさらに進めていく。そして、適切な治療方法、治療時期などについて検討する。現在のところ、M2ミクログリアを標的とした治療薬の投与実験を検討している。研究費の使用状況としてはおおむね予定通りであったが、少額の残金が生じたため、次年度の使用額とした。
膜結合型プロスタグランジンE合成酵素(mPGES-1)の発がん過程への関与の解析

本研究ではPGE2の最終合成酵素である膜結合型PGE合成酵素(mPGES-1)を標的とした新たな抗がん療法の基盤の確立を目指し、各種mPGES-1遺伝子改変マウスを用いて、アゾキシメタン誘導マウス大腸化学発がんモデルの解析を行った。その結果、mPGES-1が大腸がんの発がんや進展に増悪因子として寄与していることが明らかとなった。本研究により、mPGES-1の阻害が新たな作用機序の抗がん療法として有用である可能生が示唆された。【目的】膜結合型PGE合成酵素(mPGES-1)はPGE2生合成過程における最終合成酵素であり、炎症性刺激で発現誘導される誘導型の酵素である。本酵素は上流に位置するCOX分子種のうち同じく誘導型のCOX-2と選択的に機能連関する特徴をもつ。本研究では、このmPGES-1に着目しmPGES-1遺伝子欠損マウスを用いたマウス化学発がんモデルの解析を中心に発がん過程への炎症の寄与を解明し、がん治療における新たな分子メカニズムの基盤を確立することを目的とする。【方法】野生型(WT)マウスまたはmPGES-1 KOマウスの腹腔内にAOMを週一回、6週連続投与し、投与開始から12週目における前がん病変および24週目における発がんの評価を行った。【結果】mPGES-1 KOマウスでは、WTマウスと比較して、AOM投与後の前がん病変の発生(12週目)および、腫瘍形成(24週目)のどちらも顕著な抑制を認めた。また、大腸組織切片の病理学的解析の結果、WTマウスでは、がんの病理所見が86%で観察されたのに対し、KOマウスでは38%と顕著な発がん率の抑制を認めた。次にmPGES-1の発現を免疫組織化学染色により検討した結果、WTマウスの腫瘍部位に本酵素の強い発現誘導を認めた。また、WTマウスの腫瘍組織中のPGE2含有量は、正常組織と比較し、顕著な上昇を認めたのに対し、KOマウスでは、WTマウスと比較して、両組織とも有意に低値を示しており、かつ腫瘍形成による変化も認めなかった。一方、mPGES-1 KOマウスの腫瘍組織では、WTマウスと比較して、PGE2以外のPG類であるPGI2、PGD2の含有量は有意な上昇を認めた。【考察】mPGES-1の欠損が、化学発がんを抑制することが強く示唆された。今後、mPGES-1欠損による抗腫瘍効果の作用メカニズムについて、詳細な検討を行っていく。近年、NSAIDsが新たな抗がん療法となる可能性が期待されているが、本剤の長期使用はCOX経路代謝物の一括阻害による重篤な副作用が生じる。申請者はPGE2の最終代謝酵素を標的とする阻害ならば、他のPG類の産生を抑制しない点に着眼し、COX-2の下流でPGH2を選択的にPGE2に変換する酵素である膜結合型PGES(mPGES-1)を標的とした新たな抗がん療法の基盤の確立を目指した。本研究ではアゾキシメタン(AOM)誘導マウス大腸発がんモデルを採用し、mPGES-1遺伝子欠損(KO)マウスまたはmPGES-1トランスジェニック(TG)マウスにAOM(10mg/kg/week)を6週間連続で腹腔投与し、12週間後の前がん病変と24週間後の腫瘍形成を検討した。結果、KOマウスでは、WTマウスと比較して、前がん病変の発生および腫瘍形成のどちらも顕著な抑制を認め、逆にTGマウスでは前がん病変数の有意な増加を認めた。KOマウスでは、腫瘍組織中PGE2含有量の低下、がん細胞内のβ-catenin核移行の抑制、がん抑制に関わるCCLS、IL-1、IFNγの発現上昇が認められた。PGE2以外の各種PG類の含有量は、KOマウスでPGD2とPGI2の含有量が有意に増加しており、さらにPGD2代謝物によるPPARγの活性化とNF-κBの抑制も認められた。本研究によりmPGES-1遺伝子欠損マウスでは大腸の化学発がんが抑制されることが明らかとなった。その作用機序としてPGE2産生の減少がβ-cateninやcytokine、chemokineの発現調節を介して発がんを抑制する機構と、PG類の産生バランスが崩れPGD2代謝物を介したPPARγシグナルの活性化やNF-κBシグナルの抑制にする抗がん機構が示唆された。よってmPGES-1の選択的な阻害が、新たな抗がん療法として有用であることが示唆された。
生体物質を内包した多孔性配位高分子の作製と応用

目的である生体物質を内包した多孔性配位高分子の作製を目指し、前実験として蛍光色素を内包した多孔性配位高分子の結晶化条件を検討した。内包物質に蛍光色素であるローダミンBとフルオレセイン、多孔性配位高分子に申請者がこれまでの研究で使用しているシクロデキストリン多孔性配位高分子(CD-MOF)を選択した。作製条件はCD-MOF結晶化溶媒中に蛍光色素を共存させ、メタノール蒸気下24時間室温静置した。得られた結晶が蛍光色素を内包したCD-MOFであることを粉末X線回折やHNMR測定、蛍光顕微鏡観察によって評価した。本手法は結晶化溶媒中に内包させる物質を共存させ室温下で調製する温和な条件であり、タンパク質などの生体物質の内包に向けた重要な知見となる。また多孔性配位高分子の配位子間を内部架橋反応することで立方体ゲル粒子を作製する手法により蛍光色素を内包した立方体ゲル粒子の作製に成功した。これは架橋反応による多孔性配位高分子の構造の安定性向上が期待でき、水に不安定なCD-MOFでも使用可能になる。さらに電荷を表面に修飾した立方体ゲル粒子も調製したことで異種電荷間に働く静電相互作用によってその表面上に無機物微粒子を集積・固定化可能となり、ゲル粒子内部と表面で固定化する物質を選択できる。年度末には内包させる生体物質として微小サイズの蛋白質結晶を選定し結晶化条件を検討した結果、サブミクロンサイズのリゾチーム微結晶の作製が可能になった。以上、この一年で創り上げた多孔性配位高分子への色素内包手法や立方体ゲル粒子表面に静電相互作用を用いた無機微粒子の固定化は、研究課題である生体物質内包手法に繋がる重要な知見であるとともに単独でも十分な学術価値を持つものと考えられる。これらの研究成果は今後学会発表や学術論文の執筆へと繋がるものである。(抄録なし)目的である生体物質を内包した多孔性配位高分子の作製を目指し、前実験として蛍光色素を内包した多孔性配位高分子の結晶化条件を検討した。(抄録なし)
酵素活性の網羅的解析手法（enzymomics）の高度化に基づく創薬研究

生体内には,数千種類を超える酵素が存在するが,いまだ疾患との関わりの理解が得られていない酵素は多く,これらは,未来の創薬標的,バイオマーカー候補としてその機能解明が待たれている.本研究では,酵素の活性を直接的に可視化することのできるケミカルバイオロジーの方法論に基づき,生体サンプル中の酵素活性を網羅的に評価する「enzymomics(enzymeのomics)」の技術開発をおこない,新たな創薬標的,バイオマーカー探索をおこなう技術基盤としてこれを確立することを目指す.生体内には,数千種類を超える酵素が存在するが,いまだ疾患との関わりの理解が得られていない酵素は多く,これらは,未来の創薬標的,バイオマーカー候補としてその機能解明が待たれている.本研究では,酵素の活性を直接的に可視化することのできるケミカルバイオロジーの方法論に基づき,生体サンプル中の酵素活性を網羅的に評価する「enzymomics(enzymeのomics)」の技術開発をおこない,新たな創薬標的,バイオマーカー探索をおこなう技術基盤としてこれを確立することを目指す.
光応答性を示す柔軟な元素ブロック高分子の設計とその表面パターニング特性

本研究では,表面パターニングできる光応答性元素ブロック高分子材料の創出を試み,本年度は以下のような研究成果が得られた。(i)光応答性元素ブロック高分子の合成:前年度に引き続き,桂皮酸およびクマリンを光二量化基とする光応答性元素ブロック高分子の合成を行った。クマリンは波長360nmの光照射で二量化し,波長254nmの光照射で再び解離できることが明らかとなった。(ii)光応答性元素ブロック高分子材料の表面パターニング特性の検討:前年度に引き続き,光応答性元素ブロック高分子材料の表面パターニング特性を検討した。まず表面パターニングにより形成された凹凸を定量的に評価し,光照射時間との関係を解明した。とくに光照射時間の増加によってパターンの深さを制御できることがわかった。(iii)光応答性元素ブロック高分子材料への金属元素ブロックの導入:前年度に引き続き,金ナノ粒子(AuNP)を表面改質した後,光応答性元素ブロック高分子のキャスト溶液に均一分散させ,スピンコート法によってフィルムを調製した。UV-Visスペクトル測定およびAFMとSEMを用いた構造観察により,フィルム内でAuNPが均一に分散していることがわかった。さらに,光照射により体積変化した際のAuNPの分散状態を調べ,表面プラズモン共鳴変化によるAuNPの発色変化を観察した。また,光照射によるAuNP分散状態変化に基づくフィルムの表面抵抗率変化も確認することができた。したがって,光応答性元素ブロック高分子材料にAuNPを均一分散させることにより,その表面パターニング特性を利用した光記録材料や表示素子,電子デバイスへ応用できる可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。(i)光応答性元素ブロック高分子の合成:光応答性元素ブロック高分子を合成するため,光応答性の元素ブロックとしての光二量化基含有モノマー(桂皮酸ビニル(VCi))と柔軟な分子鎖をもつ元素ブロックとしてのポリジメチルシロキサン(PDMS)マクロモノマーとを共重合することにより,光応答性元素ブロック高分子を合成した。その際,重合条件を変化させ,様々な共重合組成の光応答性元素ブロック高分子を合成した。さらに,合成した共重合体に光照射した際のUV-Visスペクトル変化を調べ,合成した光応答性グラフト共重合が光二量化することが明らかとなった。(ii)光応答性元素ブロック高分子材料の表面パターニング特性の検討:(i)で合成した光応答性元素ブロック高分子を溶媒に溶解させ,スピンコート法によって基板上に薄膜形成させた。そのときのスピンコート条件と膜厚との関係を調べ,表面パターニングに最適な薄膜を調製した。この薄膜に所定波長の光を照射したところ,照射時間の増加に伴って膜厚が次第に減少することが明らかになった。(iii)光応答性元素ブロック高分子材料への金属元素ブロックの導入:光応答性元素ブロック高分子材料に金属元素ブロックとして金ナノ粒子(AuNP)を分散させるために,まずAuNPの表面改質を行った。得られた表面疎水化AuNPを光応答性元素ブロック高分子薄膜に均一分散させる条件を明らかにした。光応答性元素ブロック高分子の合成に時間がかかると予想されたが,光二量化基含有モノマーとPDMSマクロモノマーとを重合することによって比較的容易に光応答性元素ブロック高分子を合成することができた。その結果として,光応答性元素ブロック高分子の光二量化反応を調べることができ,さらに薄膜を調製することもできた。さらに,UV照射によって光二量化反応が進行し,薄膜の膜厚も次第に減少するというユニークな挙動を見出すことができた。

一方,通常は水中で調製されるAuNPを有機溶媒中で調製し,表面疎水化も順調に進み,光応答性元素ブロック高分子に分散させることにも成功した。このように,新しい光応答性元素ブロック高分子の合成に成功し,その応用挙動やAuNPの分散などに成功しているため,当初の計画以上に進展していると評価した。平成26年度は,引き続き,桂皮酸およびクマリンを光二量化基とする光応答性元素ブロック高分子の合成を行い,その表面パターニング特性について検討する。特に,フォトマスクを用いた光照射によって表面に形成されるパターン構造を詳細に調べる。その際に,光照射時間とフィルム構造との関係を検討し,光応答性架橋形成に基づく表面パターニング現象を解明する。また,光応答性元素ブロック高分子の構造を制御することにより,高感度で素早く表面パターニングできる材料の開発を目指す。また,平成25年度と同様にAuNPを表面改質した後,光応答性元素ブロック高分子に均一分散させる方法を検討する。その後,光照射前後のUV-Visスペクトル測定およびAFMやSEMを用いた構造観察により,光照射前後のAuNPの分散状態を評価する。その結果に基づき,光照射による体積変化に伴ってAuNP間距離が短くなり,光物性や電気物性などが変化するように,AuNP分散状態をパーコレーション転移の閾値近傍に構造設計する。これらの表面パターニング特性を利用した光記録材料や表示素子,電子デバイスへの応用の可能性についても検討する。
時分割X線結晶構造解析による酵素の反応途中構造の捕捉

酵素をはじめとする機能タンパク質の作用を探るには、実際に働いている状態の構造を直接見ることが必要である。本研究では、時間分割X線結晶解析の手法を用いて、グルタチオン合成酵素の反応途中に生じる寿命の短い活性型酵素基質複合体を直接捕え、その立体構造を原子レベルで明らかにすることを目的とした。そのために、グルタチオン合成酵素自身の作用によりATPからのリン酸化を受けて強力な阻害剤へと変換される遷移状態アナログ(TSA)を基質の変わりに用いた。この反応は二段階で反応することから、一段階目の複合体であるリン酸化される前のTSA:酵素複合体を捕えることを目的とする系を設計した。すなわち、caged-ATP:遷移状態アナログ:酵素複合体にキセノンフラッシュを照射し、二段階で進行することが判明している酵素と遷移状態アナログとの反応のうち、一段階目の複合体の構造をを捉えようとするものである。そのために、白色X線を用いたラウエ法あるいは単色X線とフラッシュ冷却法の併用による時間分割X線結晶解析を行った。ラウエ法は時間分解能に優れているが、低角の回折強度の欠落と結晶に対するダメ-ジが大きいという欠点があり、本研究では、単色X線法でそれを補う計画であった。ヨーロッパシンクロトロン放射線光施設(ESRF)にてラウエ法のデータ収集を行うことにより、良質なデータを得ることに成功した。データ処理プログラムは、ESRFで開発されたものを京大化研に移植することにも成功した。解析の結果、ATPによるリン酸化を受ける直前のTSAの構造を捕らえるができた。また、その後リン酸化を受けるまでを時間分割測定により捕らえることにも成功した。この反応は二段階で反応することから、一段階目の複合体であるリン酸化される前のTSA:酵素複合体を捕らえることを目的とする系を設計した。ラウエ法は時間分解能に優れているが、低角の回析強度の欠落と結晶に対するダメ-ジが大きいという欠点があり、本研究では、単色X線法でそれを補う計画であった。ヨーロッパシンクロトロン放射光施設(ESRF)にてラウエ法のデータ収集を行うことにより、良質なデータを得ることに成功した。
流域管理の視点から捉えた土地利用の適正化に関する研究

本研究では、GIS(地理情報システム)を研究ツールとして、流域管理の視点から都市近郊エリアにおける土地利用の適正化を図るための計画技術の開発を試みた。研究方法としては、関西際空港の建設に伴い都市基盤施設の整備が進む中で土地利用変化や人口動態が著しい大阪府南部地域をスタディエリアとして、1973年と1990年の大阪府作成の土地利用現況図と人口のデータ、国土地理院発行の標高データを用いて解析し、土地利用変化に影響を及ぽす地形条件や交通条件などの要因をまず明らかにした。次いで、本地域の2級河川流域にほぼ対応した市町域を解析単位として、その土地利用形態や人口分布形態などの地域環境データを用いて地域環境容量を試算し、土地利用変化が地域環境容量に与える影響の定量化を試みるとともに地域環境容量の変化を予測し、土地利用の適正化を図るための課題を探究した。土地利用変化に影響を及ぽす要因を採った結果、地形条件では本地域での標高50mは都市的土地利用から農村的土地利用に変化する境界領域であり、標高100mは農村的土地利用から山林的土地利用に転換する境界領域であることや交通条件では鉄道駅の土地利用変化への影響範囲は住居系用途に対しては約800m、商業系では約300m、工業系では約700m、幹線道路の影響範囲は住居系用途に対しては約500m、商業系では約100m、工業系では明確な影響範頗がないことを明らかにした。次いで、地域環境容量としては、CO_2固定容量、水資源容量を取り上げ、既往の研究成果を応用したモデル式により試算した。その結果、各容量の変化は都市的土地利用の拡大に伴う人口の増大と森林資源の減少に大きく依存することを明らかにし、土地利用の適正化を図るための課題を明らかにした。本研究では、GIS(地理情報システム)を研究ツールとして、流域管理の視点から都市近郊エリアにおける土地利用の適正化を図るための計画技術の開発を試みている。初年度にあたる本年度は、環境容量の試算手法の検討を進めるための手始めとして、土地利用変化を誘発する要因を探った。具体的には、まず、GISを導入するにあたり文献・資料の整理とともに、関西国際空港の建設に伴い都市基盤施設の整備が進む中で、土地利用変化が著しい大阪府南部地域を対照エリアに設定し、大阪府が作成した3万分の1の土地利用現況図から、1973年と1990年を基礎資料としてGISを用いてデジタイザでベクタデータを入力した。さらに、地形条件として国土地理院提供の50mメッシュ(標高)データを土地利用データにオーバーレイするとともに-交通条件としてJR阪和線および南海本線の各駅ならびに新・旧国道26号からの距離をデータ化した。以上の基礎データを用いて、土地利用変化に影響を及ぼす地形条件や交通条件に関する要因を明らかにした。その結果、まず、GISを用いることにより、各自治体が有する3万分の1の土地利用現況図から細密数値情報に匹敵するほど高精度の土地利用図をベクタデータとして作成できることを明らかにした。次いで、土地利用変化に影響を及ぼす要因を探った結果、本地域での標高50mは、都市的土地利用から農村的土地利用に変化する境界領域であり、標高100mは農村的土地利用から山林地に転換する境界領域であること。交通条件では、JR阪和線8駅・南海本線16駅全体としての影響範囲は、住居系用途に対しては1973年で1100m、1990年で800m、商業系では両年とも300m、工業系ではそれぞれ1100mと700mであること。新・旧国道26号が及ぼす影響範囲は、1973年、1990年ともに住居系用地では500m、商業系用地では100mであり、工業系用地では明確な影響範囲がないことを明らかにした。

本研究では、GIS(地理情報システム)を研究ツールとして、流域管理の視点から都市近郊エリアにおける土地利用の適正化を図るための計画技術の開発を試みた。研究方法としては、関西国際空港の建設に伴い都市基盤施設の整備が進む中で土地利用変化や人口動態が著しい大阪府南部地域をスタディエリアとして、1973年と1990年の大阪府作成の土地利用現況図と人口のデータ、国土地理院発行の標高データを用いて解析し、土地利用変化に影響を及ぼす地形条件や交通条件などの要因をまず明らかにした。次いで、本地域の2級河川流域にほぼ対応した市町域を解析単位として、その土地利用形態や人口分布形態などの地域環境データを用いて地域環境容量を試算し、土地利用変化が地域環境容量に与える影響の定量化を試みるとともに地域環境容量の変化を予測し、土地利用の適正化を図るための課題を探求した。土地利用変化に影響を及ぼす要因を探った結果、地形条件では本地域での標高50mは都市的土地利用から農村的土地利用に変化する境界領域であり、標高100mは農村的土地利用から山林的土地利用に転換する境界領域であることや交通条件では鉄道駅の土地利用変化への影響範囲は住居系用途に対しては約800m、商業系では約300m、工業系では約700m、幹線道路の影響範囲は住居系用途に対しては約500m、商業系では約100m、工業系では明確な影響範囲がないことを明らかにした。次いで、地域環境容量としては、CO_2固定容量、水資源容量を取り上げ、既往の研究成果を応用したモデル式により試算した。その結果、各容量の変化は都市的土地利用の拡大に伴う人口の増大と森林資源の減少に大きく依存することを明らかにし、土地利用の適正化を図るための課題を明らかにした。
血流制限による骨格筋萎縮の抑制効果とそれに関連する遺伝子の解明

局所的な血流制限の繰り返しによる筋萎縮、筋力低下予防効果に対するメカニズム解明のため、ヒトを対象に筋萎縮、筋力低下モデルである下肢ギプス固定を用いて骨格筋タンパク質合成・分解に関わる遺伝子発現量を検討した結果、このメカニズムには、MuRF1, FoxO3, p70S6Kなどの遺伝子発現量の調節が関与している可能性が示された。安静臥床や関節固定等により活動量が著しく減少すると骨格筋の萎縮や筋力低下が生じる。我々は定期的に局所の血流制限を繰り返すのみで、これらを抑制できることを証明した。そこで、これらの効果の分子メカニズムの解明を目的とした試みの一つとして、我々はヒトを対象とした廃用性筋萎縮モデルの実験を立案し実施している。現在までの結果として、局所の血流制限により膝関節屈曲筋群の筋萎縮は抑制された(コントロール群では、実験前:46.7±6.4cm2、実験後:44.6±5.9cm2、変化率:-4.4±1.7%、血流制限群では、実験前:42.1±2.1cm2、実験後:42.5±2.3cm2、変化率:1.1±1.1%)が、膝関節伸展筋群(コントロール群では、実験前:65.4±6.0cm2、実験後:58.4±4.9cm2、変化率:-9.6±3.4%、血流制限群では、実験前:62.2±5.6cm2、実験後:57.4±5.4cm2、変化率:-7.7±1.8%)や足関節底屈筋群(コントロール群では、実験前:46.2±7.5cm2、実験後:43.7±6.9cm2、変化率:-5.4±3.9%、血流制限群では、実験前:42.9±3.9cm2、実験後:40.7±3.8cm2、変化率:-4.7±2.6%)については筋萎縮の抑制はみられなかった。しかし、膝関節伸展筋群の中の外側広筋のみに着目すると、コントロール群:-13.4±3.6%に対し血流制限群:-6.6±2.3%で筋萎縮の抑制がみられた。一方で、マウスの廃用性筋萎縮モデル実験において、8-9週齢C57BL6J雄性マウスに対して片側下肢をギプス固定し、1h,3h,24h,7日14日後骨格筋サンプル採取を行い、現在解析を進めている。安静臥床や関節固定等によって活動量が著しく減少すると、骨格筋の萎縮や筋力低下が生じることが知られている。我々は、下肢の関節固定および非荷重によって生じる筋萎縮や筋力低下を局所の血流制限を繰り返すことで抑制できることを実証した。そこで我々は、このような抑制効果の分子メカニズムを解明するために、ヒトおよびマウスでの廃用性筋萎縮モデル実験を立案し実施している。現在までの結果として、ヒトを対象とした実験においては、膝関節伸展筋群や足関節底屈筋群に比べ、膝関節屈曲筋群で高い筋萎縮の抑制効果がみられている。さらに、膝関節伸展筋群の各筋で変化をみたところ、骨格筋サンプルを採取した外側広筋では、実験期間中に特に何も行わなかったコントロール群は実験前が19.6±2.4cm2であったのに対し、実験後が16.9±1.4cm2であり、低下率は-13.4%であった。それに対し血流制限群は、実験前が17.5±1.9cm2で、実験後が16.3±1.6cm2であり、低下率は-6.6%であった。このように骨格筋サンプルを採取した外側広筋だけみると、血流制限による筋萎縮抑制の効果が示された。また、この骨格筋サンプル採取については、すでに10名分(コントロール群5名、血流制限群5名)のサンプル採取を終了している。一方で、マウスを対象に片側下肢のギプス固定による廃用性萎縮モデルの実験も進められている。固定から1時間、3時間後、24時間後、7日後と14日後の骨格筋サンプルがすでに採取されている。現在、この骨格筋サンプルをもとに解析が進められており、そこで得られた結果をもとにヒトの骨格筋サンプルによる解析を進める予定である。これまで我々の検討によって証明されている局所的な血流制限の繰り返しによる筋萎縮、筋力低下予防効果に対するメカニズム解明のため、ヒトを対象に筋萎縮、筋力低下モデルである下肢ギプス固定を用いて検討を行った。心臓・血管系疾患および下肢の傷害を有さない運動習慣のある健常成人男性10名を対象に、下肢にギプスを巻き膝関節と足関節を固定し、移動時の松葉杖の使用を義務付け、下肢への荷重を制限した。対象者を無作為に下肢固定のみ行うコントロール群・下肢固定と血流制限を行う血流制限群の2群に分類した。下肢の血流制限は、駆血帯を用いて、対象者のギプス固定側の大腿基部に200mmHgの圧を加えた。血流制限は5分間とし、3分間の安静をはさんで5セット行い、午前と午後の1日2回毎日実施した。実験期間は14日間とし、実験前・開始から1・3・7・14日後に筋生検を行い、骨格筋タンパク質合成・分解に関わる遺伝子発現量を、定量PCR法を用いて検討した。

その結果、血流制限群ではコントロール群と比べて、骨格筋タンパク分解に関わる骨格筋特異的ユビキチンリガーゼMuRF1 (Muscle RING-Finger Protein-1)の発現量増加が下肢固定後1,7日の時点で抑制されており、MuRF1の転写に関わる転写因子FoxO3(forkhead box O-3)の発現量は下肢固定後1日の時点で発現量の増加が抑制されていた。さらに、骨格筋タンパク合成に関わるp70S6K(Ribosomal Protein S6 Kinase, 70kDa, Polypeptide 1)の発現量が血流制限群では下肢固定後1,7,14日の時点で固定前と比べて有意に増加していたが、コントロール群ではみられなかった。これらの結果より、繰り返しの血流制限が筋萎縮や筋力低下の抑制を行うメカニズムの一つとして、MuRF1, FoxO3, p70S6Kなどの骨格筋タンパク合成、分解に関わる遺伝子発現量の調節を介している可能性が挙げられた。今後はin vitroの系などを使用して、更なるメカニズムを解明する予定である。局所的な血流制限の繰り返しによる筋萎縮、筋力低下予防効果に対するメカニズム解明のため、ヒトを対象に筋萎縮、筋力低下モデルである下肢ギプス固定を用いて骨格筋タンパク質合成・分解に関わる遺伝子発現量を検討した結果、このメカニズムには、MuRF1, FoxO3, p70S6Kなどの遺伝子発現量の調節が関与している可能性が示された。現在はマウスを対象とした廃用性筋萎縮モデルにおける骨格筋サンプルの解析が進められている。その解析が終了次第、ヒトの骨格筋サンプルによる解析が始められる準備は整っているので、本研究はおおむね順調に進展していると考える。スポーツ医学(運動器系)マウスを対象とした廃用性筋萎縮モデルの結果をもとに、ヒトの骨格筋サンプルの解析を進める。それにより、血流制限による筋萎縮の抑制効果の分子メカニズムを解明する。また、その結果から筋力低下の抑制効果のメカニズムについても考察する。そのために必要な最新の情報等を国内外の学会に参加することで収集する。必要に応じてサンプル数を増やすことになるので、その際には被験者協力に対する謝金や追加の検査費用が必要となる。すでに10名の被験者の実験は終了しており、MRI画像および筋生検サンプルが得られている。現在は、遺伝子発現の解析を進める前に、マウスの廃用性筋萎縮モデルでの骨格筋サンプルでの解析を進めており、本研究計画はおおむね順調に進展していると考える。マウスの廃用性筋萎縮モデルにおける骨格筋サンプルの解析を進めた後、血流制限による筋萎縮抑制の効果に関連する候補遺伝子を抽出する。それにもとづいて本実験によって得られたヒトの骨格筋サンプルを用いた解析を進める。遺伝子発現の解析を進めるための検査費用が必要となる。また、国内外の学会に参加し、血流制限に関する最新の情報を収集し、本計画を遂行するにあたっての問題点等について検討し、考察を行う際の参考とする。さらに、必要に応じて追加実験を実施し、サンプル数を増やす。その場合には、被験者協力に対する謝金が必要となる検査費用が当初の予定よりも低価格で抑えられたため。被験者謝礼金もしくは検査費用の一部として使用する予定である。
日本における政治家、市民とソーシャルメディア

第23回参議院選挙では、候補者の90%以上がホームページを持ち、85%がFacebookページを、候補者の72%がTwitterを利用していた。2013年4月の公職選挙法改正でインターネットが解禁となり、選挙運動の方法として、今後候補者のインターネットとソーシャルメディアの利用割合が高くなる可能性がある。第24回参議院選挙における候補者では選挙運動中のメディアチャンネルとしてのホームページやソーシャルメディアの利用は減少していた。この傾向は、候補者が選挙戦におけるメディア戦略にソーシャルメディアを統合し続けてはいるが、それだけに依存しているわけではないことを示唆している。政治学
圧力振動場における微小気泡の特異形状と気液間物質移動速度への影響

本研究では、高い粘性を持つ粘弾性流体中に設置された1μL程度の気泡について、数百Hz程度の圧力振動場において気泡界面近傍で形成される特異な流動構造を活用し、ガスの吸収・反応など気液界面での物質移動速度の大幅な向上を目指す。本年度は実験データの取得を行った。pHに対して感度を有するHPTS蛍光色素を用い、圧力振動印加周波数と1Hz異なる周波数にて488nmアルゴンイオンパルスレーザーを照射し、圧力振動場における発色を周期的に撮影することに成功した。別途取得したpH-輝度に関する検量線を基に、輝度情報をLabVIEWソフトを用いて気泡近傍のpHの2次元分布の作成に成功した。自然上昇時では、気泡の上昇に伴い、pHが下がった青色の吸収領域が気泡下部に観測された。一方、100Hzの圧力振動を印加した場合では、圧力振動の印加に伴い、気泡下部に加えて上部にもCO2が吸収された領域が出現した。圧力振動の有無による界面における時間当たり単位面積当たりの移動量で比較すると、圧力振動を印加した方が2.46倍大きいことがわかった。偏光高速度カメラの計測から得られた気泡近傍の流動構造と吸収領域とを比較すると、気泡の膨張・収縮により剪断粘度が低下し、気泡周囲には、吸収されたCO2が蓄積した領域が認められた。圧力振動場では、気泡の側方下部から真下に向かって流れるNegative wakeが発達し、周囲の溶液が気泡に接近し、大きな濃度勾配が継続的に界面近傍に形成され、吸収が促進されることが分かった。また、ゼラチン水溶液を徐々に冷却してゲル化する状況を用い、気泡下部にNegative Wakeの特徴的な形状を形成する理由について、データ収集と整理を行った。なお、これらの結果については、化学工学会年会、日本機械学会年次大会、流体工学部門講演会、レオロジー討論会、分離技術会、CMFF'18国際会議にて報告した。二年目の計画は、圧力振動場におけるデータ収集の実施と、粘度特性に関する評価である。圧力振動場における気泡近傍の流れ構造、弾性応力と気泡との関係、伸長粘度特性の評価方法に関して学会発表や論文発表を行った。また、圧力振動場における偏光高速度カメラの計測から得られた気泡近傍の流動構造と吸収領域との比較については学会発表を行った。最終年度は、データ取得の継続とデータ整理を引き続き実施する。成果の一部は、日本機械学会の年次大会、流体工学部門講演会、第18回アジア太平洋化学工学国際会議(APCChE2019)などに発表する予定である。本研究では,高い粘性を持つ粘弾性流体中に設置された1μL程度の気泡について,数百Hz程度の圧力振動場において気泡界面近傍で形成される特異な流動構造を活用し,ガスの吸収・反応など気液界面での物質移動速度の大幅な向上を目指す.初年度には,気泡近傍の濃度を可視化するための可視化実験装置の組立てを実施した.パルス制御可能なアルゴンイオンレーザー(488nm)のシート光発光部の組立てを行い,ひも状ミセルを形成する0.03M CTAB/0.23M NaSal溶液を光学セルに入れ,高解像度の4Kカメラで撮影した.pHに対して感度を有するHPTS蛍光色素について,アルゴンイオンレーザーの照射により発色する緑色の輝度情報をLabVIEWソフトを用いて数値化し,pH検量線の作成を行った.静止圧力場における自然上昇時のCO2微小気泡を撮影し,吸収速度の評価とpH分布の撮影した.キャップにゴム膜を有する光学セルで密栓した状態と,さらに圧力振動を印加して状態でそれぞれCO2吸収速度とpH分布を計測した.CO2の吸収速度が圧力振動の印加により向上することと,その場のpH分布が取得できることが示された.これらの結果については,日本機械学会年次大会,第9回日韓熱流体工学会議にて報告した.さらに,微小気泡が上昇する場合,取り囲む流体の弾性が増加すると球形からカスプ形状に変化する.この影響について,ゼラチン水溶液を徐々に冷却してゲル化する状況を用いながら基礎的なデータを整理した.初年度の計画は,微小気泡近傍のpH分布を可視化し,数値評価できるシステムの構築が中心である.単純系での検討については成果が得られており,学会に報告した.研究実績の概要で示したとおり,計画通り完了した.本研究では、高い粘性を持つ粘弾性流体中に設置された1μL程度の気泡について、数百Hz程度の圧力振動場において気泡界面近傍で形成される特異な流動構造を活用し、ガスの吸収・反応など気液界面での物質移動速度の大幅な向上を目指す。