hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
政府統計ミクロデータの構造化と研究利用プラットフォームの形成

プラットフォーム設計・研究ユニットにおいては、ミクロデータをSINET経由のシンクライアント環境で分析可能なオンサイト拠点を2018年10月に情報・システム研究機構データサイエンス共同利用基盤施設(立川)に設置し、(独)統計センターからの認可を受け、運用が可能となった。総務省社会生活基本調査ミクロデータを当該拠点並びに、2017年度に設置されている総務省統計局統計データ利活用センター、多摩大学オンサイト拠点で分析すべく申請作業を2018年度末に実施し、2019年度に様々な社会科学研究に利用可能な自治体別あるいは二次医療圏別マクロデータ作成の準備を進めている。昨年度に引き続き、ミクロデータ研究コンソーシアムの運営体制を整備している。データ構造化ユニットは、確率的マッチングや消費統計に関わるプロペンシティスコア法に関する研究を継続するとともに、リサンプリング技法に基づく労働力統計の推定精度について検討した。データ活用・効率化ユニットでは、オンサイト拠点以外のミクロデータ利活用技術としての秘密計算処理、二次秘匿処理技術の公的統計への実装可能性を検討するとともに、オックスフォード大学など海外研究者や海外公的統計機関実務家と意見交換した。2019年1月18日には、研究班会議とともに公開の研究集会を統計数理研究所で実施し、研究分担者の研究成果を公表するとともに、オックスフォード大学、ソウル大学2名の研究者による公的統計ミクロデータを利用した研究紹介、総務省統計局、独立行政法人統計センターの公的統計実務研究の紹介があった、2018年9月統計関連学会連合大会においても企画セッションを実施した。研究班自らが利用可能な公的統計ミクロデータ分析のためのオンサイト拠点を保有することができた。確率的マッチングに関わる理論研究や公的統計ミクロデータからのリサンプリングによる公的統計推定精度評価も実施した。海外研究者との交流も活発化している。本研究班によるオンサイト拠点利用実績(分析と秘匿審査を受ける経験)を積むとともに、研究コンソーシアムと統計局統計データ利活用センターとの連携を通じて、全国のオンサイト拠点形成と形成拠点での実証研究を推進する。統計数理研究所、統計センターで分担者、連携者ならびに統計局、統計研修所、統計センターなど総務省統計部局の専門家と、本科研費で招聘したミネソタ大学の研究者と共に公的統計ミクロデータの利活用のフレームワーク、欠測値、外れ値処理や標本計画が行われていないデータとのデータ融合など理論的課題などを研究した。このための研究企画会議、研究班会議と研究報告を行うとともに、一橋大学、統計数理研究所での下記のような研究集会を支援し、公的統計データ利活用に関わる問題を明らかにした。また、統計関連学会連合大会のセッションを企画し、報告内容の一部並びに研究協力者による研究活動を代表者が編集支援した雑誌統計2017年1月特集「新たな統計技術の展開」で紹介した。2016年6月22日キックオフ研究企画会議(統計センター)、8月10日第1回班会議「代表者、分担者の研究計画発表」(統計数理研究所)、9月7日統計関連学会連合大会「公的統計の精度改善に関する多角的取り組み」支援(協力者、資源エネルギー庁の差推定活用、標本配分などの報告)、10月29日応用統計学の発展研究集会(統計数理研究所)共催、11月5日労働経済に関する研究会(一橋大学)を支援(労働統計ミクロデータ利活用上の問題点についての現状把握)、2017年1月25日第2回班会議「本年度の活動報告」(統計センター)、2017年2月27日ー28日国際研究集会「ビッグデータのためのシステム設計などに関する研究」支援(一橋大学)。また、2017年1月統計センターが管理するミクロデータをサイネット経由のシンクライアント環境で分析可能なオンサイト拠点の試行的運用を一橋大学等で支援するとともに、情報・システム研究機構における拠点の設置準備も支援した。更に、オンサイト拠点での統計ミクロデータ分析結果の持ち出し・公表に関わるリスクについての検討も開始した。公的統計ミクロデータの利活用を促進するオンサイト拠点形成に関わる問題については、制度立ち上げ準備、関連研究も順調に進んだが、ミクロデータ分析の結果のオンサイト拠点外に持ち出す際に結果的にミクロデータ情報が漏洩するリスクをどのように削減するか、どの様な審査基準が必要かが新たな問題として浮上している。プラットフォーム設計・研究ユニットにおいては、ミクロデータをSINET経由のシンクライアント環境で分析可能とするリモートアクセス型のオンサイト拠点の試行運用については、情報・システム研究機構における拠点の移転及び設置準備を進めるとともに、多摩大学における設置を支援した。また、公的統計ミクロデータ研究コンソーシアムの運営体制の整備を支援し、個人会員の募集を開始している。データ構造化ユニットにおいては、公的統計の編成に関するプロペンシティスコアや確率的マッチングや秘匿に関する基礎的研究を推進するとともに、統計局・統計センターにおけるプロペンシティスコア実務への適用やミクロデータのオンサイト拠点での分析結果から個人情報が識別されるリスクを如何に最小化するかについても、研究協力者の実務に対する技術的支援を行うことができた。データ活用・効率化ユニットでは、オンサイト拠点以外のミクロデータ利活用技術としての秘密計算処理などに関する共同研究も開始した。さらに、ミクロデータ利活用に関わる研究などを進め、特に公的統計やミクロデータ利用に関する海外研究者との意見交換も行った。研究班全体としては、平成29年9月、30年1月、2回の班会議を開催し、研究の実施状況、および、課題を共有するとともに次年度の活動方針について確認し、併せて事業者統計、欠損値処理に関して、ゲストを招いて意見聴取した。また、公的統計ミクロデータ研究コンソーシアムシンポジウムにおいて各科研ユニット(分科会)活動の報告を行った。試行利用のためのリモートアクセス型オンサイト利用拠点構築やその支援が順調に進んだ。

プロペンシティスコア法の公的統計への実装も実現した。また、海外の公的統計作成機関のデータ利活用の状況についても貴重な直接情報を収集することができた。オンサイト拠点内での分析やその審査についての実経験を積むことについてはもう少し積極的に行わなければならない。プラットフォーム設計・研究ユニットにおいては、ミクロデータをSINET経由のシンクライアント環境で分析可能なオンサイト拠点を2018年10月に情報・システム研究機構データサイエンス共同利用基盤施設(立川)に設置し、(独)統計センターからの認可を受け、運用が可能となった。総務省社会生活基本調査ミクロデータを当該拠点並びに、2017年度に設置されている総務省統計局統計データ利活用センター、多摩大学オンサイト拠点で分析すべく申請作業を2018年度末に実施し、2019年度に様々な社会科学研究に利用可能な自治体別あるいは二次医療圏別マクロデータ作成の準備を進めている。昨年度に引き続き、ミクロデータ研究コンソーシアムの運営体制を整備している。データ構造化ユニットは、確率的マッチングや消費統計に関わるプロペンシティスコア法に関する研究を継続するとともに、リサンプリング技法に基づく労働力統計の推定精度について検討した。データ活用・効率化ユニットでは、オンサイト拠点以外のミクロデータ利活用技術としての秘密計算処理、二次秘匿処理技術の公的統計への実装可能性を検討するとともに、オックスフォード大学など海外研究者や海外公的統計機関実務家と意見交換した。2019年1月18日には、研究班会議とともに公開の研究集会を統計数理研究所で実施し、研究分担者の研究成果を公表するとともに、オックスフォード大学、ソウル大学2名の研究者による公的統計ミクロデータを利用した研究紹介、総務省統計局、独立行政法人統計センターの公的統計実務研究の紹介があった、2018年9月統計関連学会連合大会においても企画セッションを実施した。研究班自らが利用可能な公的統計ミクロデータ分析のためのオンサイト拠点を保有することができた。確率的マッチングに関わる理論研究や公的統計ミクロデータからのリサンプリングによる公的統計推定精度評価も実施した。海外研究者との交流も活発化している。オンサイト拠点におけるミクロデータ情報の外部への流出リスクを極小にするための持ち出し基準や秘密計算技術などについて研究テーマとする必要があると共に、専門家を分担研究者として追加する必要がある。引き続き、公的統計ミクロデータ研究コンソーシアムと連携しながら、本研究班の研究するミクロデータ利活用のフレームが実効的なものとなるように努める。
糖尿病性細小血管症の成因としてのカルボニルストレスの機序解明 -高血糖由来カルボニル化合物代謝酵素の遺伝的ターゲッティング-

糖尿病で形成が亢進する糖化反応中間体methylglyoxal (MG)は、高反応性のジカルボニル化合物で細胞障害性を有しているため糖尿病細小血管症進展の原因物質となり得ることが提唱されている。これに対する生体内防御機構として、glyoxalase-1 (GLO1)とglyoxalase-2の二つの酵素によってMGを非活性物質に代謝するglyoxalase systemの重要性が指摘されている。本研究では、GLO1のノックアウトマウスを作製し、高MGレベルのマウスにおける細小血管構成細胞に現れる機能変化を解析することを目的としている。平成13年度には、既知のヒトGLO1 cDNA塩基配列を参考にしてマウス肝cDNAライブラリーを鋳型にPCRを施行し、次にそのPCR産物をプローブとしてマウス肝cDNAライブラリーから552bpのopenreading-frameを含む全長のマウスGLO1 cDNAをクローニングした。ヒトGLO1 cDNAとの相同性は、塩基配列では82%、アミノ酸配列では89%であることも判明した。平成14年度には、クローニングした複数のマウスGLO1 cDNAについて塩基配列を確認したところ、開始コドンから225番目の塩基がチミンのものとシトシンのものの2種類が存在し、アミノ酸組成には影響を与えないsilent SNPである可能性が考えられた。次に、クローニングしたGLO1 cDNAの塩基配列情報からコドン開始部位を含むプローブを作製し、これを使ってマウス肝ゲノムライブラリーからハイプリダイゼーション法によってゲノムDNAのスクリーニングを行っており、現在、塩基配列解読中である。今後、ターゲッティングベクターを構築した後、通常の方法によりGLO1遺伝子ノックアウトマウスを作製し、その動物におけるMGの代謝変化とそれに伴う細小血管の機能変化を解析していく。糖尿病で形成亢進して細胞障害性を現わす高反応性ジカルボニル化合物メチルグリオキサールを不活性化する生体内防御機構において重要な役割をしているglyoxalase-1(GLO1)の遺伝子をクローニングするために、まず、マウスGLO1cDNAのクローニングを試みた。既知のヒトGLO1 cDNA塩基配列の中で類似酵素と比較してGLO1に比較的特異性が高いと思われる部位のoligonucleotideを作製してプライマーとし、マウス肝cDNAライブラリーを鋳型にPCRを施行した。次に、そのPCR産物をプローブとしてマウス肝cDNAライブラリーに対してハイブリダイゼーション法によってcDNAをスクリーニングし全長のマウスGLO1 cDNAをクローニングした。塩基配列解析の結果、コードするアミノ酸数は184個であった。引き続き、null mutationによるノックアウトマウス作製を目的としたターゲッティングベクターを構築するために、上記で得られたマウスGLO1 cDNA塩基配列の情報からコドン開始部位を含むプローブを作製した。現在、このプローブを使ってマウス肝ゲノムライブラリーに対してハイブリダイゼーション法によって目的に合ったゲノムDNAのスクリーニングを行っている。今後は、ターゲッティングベクターを構築してGLO1遺伝子ノックアウトマウスを作製していくことによって、この酵素の機能が個体レベルで明らかになると共に、数少ない糖尿病性合併症のモデル動物として、その発症機序の解析が可能になることが期待できる。糖尿病で形成が亢進する糖化反応中間体methylglyoxal(MG)は、高反応性のジカルボニル化合物で細胞障害性を有しているため糖尿病細小血管症進展の原因物質となり得ることが提唱されている。これに対する生体内防御機構として、glyoxalase-1(GLO1)とglyoxalase-2の二つの酵素によってMGを非活生物質に代謝するglyoxalase systemの重要性が指摘されている。

本研究では、GLO1のノックアウトマウスを作製することによってMGの代謝機構と細小血管構成細胞に現れる機能変化との関係を解析することを目的としている。平成13年度にクローニングした複数のマウスGLO1 cDNAについて塩基配列解析すると、開始コドンから225番目の塩基がチミン(T)のものとシトシン(C)のものの2種類が存在した。そのため、マウス脂肪細胞cDNAライブラリーにおいても塩基配列解析を行ったところ、脂肪細胞においては、同部位の塩基はすべて(T)であった。塩基がどちらであってもアミノ酸は変化しないため、silent SNPであると考えられた。次に、クローニングしたGLO1 cDNAの塩基配列情報からコドン開始部位を含むプローブを作製し、これを使ってマウス肝ゲノムライブラリーからハイブリダイゼーション法によってゲノムDNAのスクリーニングを行っており、現在、塩基配列解読中である。また、GLO1発現確認の為、発現ベクターであるSRM-EcoR1(Z3) vectorにHA tag付きのマウス全長GLO1 cDNAを挿入したので、抗マウスGLO1抗体作製の後、イムノブロット法にて発現確認を行う予定である。今後は、ターゲッティングベクターを構築してGLO1遺伝子ノックアウトマウスを作製していき、その動物におけるMGの代謝変化とそれに伴う細小血管の機能変化を解析する。
同種骨移植分野における凍結乾燥骨の病理組織学的及び強度研究と生着能の改善

○力学的強度試験の方法コントロール群とEOGまた低温プラズマ滅菌処理骨群を比較検討した。捻り曲げ試験では対照群と比較してEOG群が平均59.0%まで減少し、低温プラズマ群で60.1%であった。また圧縮試験においては対照群と比較してEOG群で平均72.3%まで減少し、低温プラズマ群で73.9%であった。EOG群と低温プラズマ群間での統計学的有意差は認めなかった。○移植骨の骨生着能向上への実験移植骨をbone morphogenetic protein (BMP)のキャリアーとし、組織学的、力学的に上記で記した内容をコントロール群と経時的(1週、3週、6週目)の比較検討した。移植骨は保水性がないためキャリアーとして不向きであるので、その対策としてフィブリンのりを使用し、BMPは半減期が短いため皮膚表面から経時的に注射補填した。しかしBMPをうまくキャリアーのフィブリンのりに集中して浸透させることは手技的に困難であり、移植骨外に漏れることが殆どで、この実験に関してはまだ正確な結果を詳細に出すまでには至っていない。○80°C加熱処理骨の実験的、臨床的検討凍結乾燥骨の実験的検討を行う一方で、現在臨床で一般的に使用されている加熱処理骨についても、処理後の骨強度や病理組織像についても検討した。60°Cで30分、80°Cで10分と100°C5分で処理した骨をウサギに移植後、2、4、8週後に取り出してH.E染色後、血管新生や添加骨形成を画像分析し、評価した。その結果、最も良好な血管新生や添加骨形成が見られたのは60°Cで10分、比較的良かったのは80°Cで10分であったが、100°C5分は対照群(処理なしの自家骨移植)の40%以下であった。また骨強度に関しても、圧縮試験において、60°C30分処理の場合、移植前で97.3%、移植後18週で63.5%、48週で94.5%に回復していた。一方、100°C5分は48週目で対照群の60.1%であった。捻り曲げ試験でも同様の結果であった。これらのことから、60°Cで加熱処理することが最も効果的であると思われる。○EOG滅菌凍結乾燥骨の残留毒素濃度の測定:この実験は滅菌装置内のエアレーションの時間、保存期間及び生食での洗浄量に対して各条件下においての結果を出し、その傾向と有意差判定を行ない、論文として公表した。○滅菌試験の方法:マウスから採取した骨(35mm)の髄腔を除去してチューブ状に、皮質骨成分のみとしたものを各々15コづつ使用し、洗浄、脱脂、凍結乾燥骨処理を行い、乾燥に強くEOG滅菌の滅菌試験に使用される枯草菌胞子混濁液で汚染させた。その後再度凍結乾燥を行い、5標本はそのまま細菌培養を行い、5標本はEOG滅菌し,残りの5標本は低温プラズマ滅菌した後に培養を行った。EOG及び低温プラズマで滅菌効果は十分であったが、後者の滅菌深達能の定量についてはまだ明確ではない。この実験は追試であるが、滅菌実験の基本であるので、必要不可欠である。○移植骨の生着(骨形成能)を病理組織学的に観察:日本白色兎を6ワ使用し、まず3ワから腸骨を採取し、半分を凍結乾燥骨処理後EOG滅菌を、残りの半分は低温プラズマ滅菌を行った。その他3ワの兎の左右の腸骨にそれぞれEOG滅菌したものと低温プラズマ滅菌したものを移植した。4週、8週、12週でそれぞれ1ワづつ腹大動脈からindia inkを注入後屠殺し、左右の移植部を母床骨と一塊に採取し、軟性撮影を行った。1つのブロックに対して2つの標本を作製し、脱灰後にそれぞれH.E.染色、グリセリン染色を施行した。血管再生、骨新生などの病理組織所見を観察した。この実験は試行錯誤、紆余曲折しながら行っている。染色までうまくいったものについては、骨形成について両者とも良好であるのは間違いないが、比較するまでには全体量が少なく及び技術的にまだ信頼性が乏しい。○移植骨の生着(骨形成能)を病理組織学的に観察日本白色兎を20ワ使用し、まず2ワから腸骨を十分に採取し、半分を凍結乾燥骨処理後EOG滅菌を、残りの半分は低温プラズマ滅菌を行った。その他18ワの兎の左右の腸骨にそれぞれEOG滅菌したものと低温プラズマ滅菌したものを移植した。4週、8週、12週でそれぞれ6ワづつ腹大動脈からindia inkを注入しながら屠殺し、左右の移植部を母床骨と一塊に採取後、軟性撮影後を行った。1つのブロックに対して3つの標本を作製し、それぞれH.E.染色、脱灰後にグリセリン染色した。血管新生、骨新生などの病理組織所見を観察した。早期の血管新生及び骨新生は低音プラズマ滅菌の方が速やかである傾向を示したが有意差まで認めなかった。○移植骨の組織毒性の病理組織学的観察EOGと低温プラズマ滅菌した同種骨をマウスの広背筋または大殿筋筋膜下に埋没させ、1週、2週、3週で各3匹ずつ摘出し標本を作製する。H.E.染色の他、B cellやTcell染色などの免疫染色も追加し、組織学的特性を観察した。

上記の炎症細胞の浸潤、集束はEOG滅菌の方に明らかに多かった。○80°C加熱処理骨及び凍結乾燥骨の力学的検討80°C加熱処理骨とEOG滅菌凍結乾燥骨の骨強度を曲げ試験、圧縮試験などで測定した。これらは通常の冷凍保存骨の約半分の強度であり、80°C加熱処理骨に対して凍結乾燥骨より少し強度が減弱していた。○力学的強度試験の方法コントロール群とEOGまた低温プラズマ滅菌処理骨群を比較検討した。捻り曲げ試験では対照群と比較してEOG群が平均59.0%まで減少し、低温プラズマ群で60.1%であった。また圧縮試験においては対照群と比較してEOG群で平均72.3%まで減少し、低温プラズマ群で73.9%であった。EOG群と低温プラズマ群間での統計学的有意差は認めなかった。○移植骨の骨生着能向上への実験移植骨をbone morphogenetic protein (BMP)のキャリアーとし、組織学的、力学的に上記で記した内容をコントロール群と経時的(1週、3週、6週目)の比較検討した。移植骨は保水性がないためキャリアーとして不向きであるので、その対策としてフィブリンのりを使用し、BMPは半減期が短いため皮膚表面から経時的に注射補填した。しかしBMPをうまくキャリアーのフィブリンのりに集中して浸透させることは手技的に困難であり、移植骨外に漏れることが殆どで、この実験に関してはまだ正確な結果を詳細に出すまでには至っていない。○80°C加熱処理骨の実験的、臨床的検討凍結乾燥骨の実験的検討を行う一方で、現在臨床で一般的に使用されている加熱処理骨についても、処理後の骨強度や病理組織像についても検討した。60°Cで30分、80°Cで10分と100°C5分で処理した骨をウサギに移植後、2、4、8週後に取り出してH.E染色後、血管新生や添加骨形成を画像分析し、評価した。その結果、最も良好な血管新生や添加骨形成が見られたのは60°Cで10分、比較的良かったのは80°Cで10分であったが、100°C5分は対照群(処理なしの自家骨移植)の40%以下であった。また骨強度に関しても、圧縮試験において、60°C30分処理の場合、移植前で97.3%、移植後18週で63.5%、48週で94.5%に回復していた。一方、100°C5分は48週目で対照群の60.1%であった。捻り曲げ試験でも同様の結果であった。これらのことから、60°Cで加熱処理することが最も効果的であると思われる。
深海高圧環境適応型液体燃料電池システムの研究

本研究開発では、燃料および酸化剤を液体であるダイレクトメタノール形燃料電池を用い、深海の高圧力環境にシステム暴露させ、耐圧容器を用いずシステムの軽量化を図り、深海用電源としての可能性を調査した。その結果、メタノールと過酸化水素水を使用した深海均圧型液体燃料電池システムについて、システム全体を液体で満たすことにより、圧縮率を小さくすることで深海の海水圧に曝露しても燃料電池が発電できることを確認した。また圧力を加えることで発電性能が向上することも確認できた。さらに温度により発電性能が影響されることも確認した。本研究により液体燃料電池の海洋利用への可能性を見出した。本研究は、深海の高圧力環境に曝すことが可能な燃料および酸化剤に液体を使用する燃料電池システムについて、環境下実験、性能評価等を行い水中動力システムとして構築することを目的としている。平成24年度は研究する設備を整えるため、深海の高圧力環境と均等な圧力に耐えることが可能な深海高圧環境適応型液体燃電池システムを構築するために、高圧環境を再現するための試験装置を開発した。燃料電池システム全体を一つの加圧装置に納めてしまうと大規模な装置となり操作性、視認性が悪なる。これを解消するためシステムを、燃料及び酸化剤の供給部、燃料電池発電及び周辺機器部、生成物貯蔵部と機能別にモジュール化しそれぞれに加圧環境を再現できるよう内圧容器に格納する。その上で各モジュール容器を加圧用の不活性ガスを流すための配管で接続し、同時に加圧できるようにした。燃料電池を格納する容器は目視により発電中のセル状態を確認できるようにした。この装置は、加圧環境を保持したまま実験を行うため、系統内は閉鎖環境にある。この状況下で燃料供給、温度管理、圧力管理等を行うため、また系統内の状態をモニタするための制御回路を付加して高圧環境下発電評価試験装置とした。製作後の試験装置の試運転により0.5MPaまでの圧力環境を再現できることを確認した。閉鎖循環系で燃料にメタノール、酸化剤に過酸化水素水を使用する液体燃料電池発電用の単セルを製作し装置に組込んだ。本研究開発では、燃料および酸化剤を液体であるダイレクトメタノール形燃料電池を用い、深海の高圧力環境にシステム暴露させ、耐圧容器を用いずシステムの軽量化を図り、深海用電源としての可能性を調査している。実験を通して、メタノールと過酸化水素水は循環ポンプにより常時循環し、未反応液および生成物はそれぞれの容器に戻ったのち、発電に再利用される。この際、今回のシステムでは、上記の反応式によるとアノードでは生成物として二酸化炭素が循環によりメタノールに混合してしまう。このことにより、メタノール濃度は低くなるため、発電時間に応じて発電量が少なくなってしまう。またこれを循環するため二酸化炭素により反応膜が被毒してしまい膜の劣化の促進要素となりこれも発電量低下になる課題を得た。さらにカソードでは生成水と酸素が循環されるが、この水により過酸化水素水が希釈され発電量の低下に寄与してしまう課題も得た。このことより、液体燃料電池システムに対して閉鎖式循環型は効率よく効果的な発電に適していないことがわかった。温度特性試験より発電はやはり温度依存がある。本研究で提案する均圧型燃料電池システムでは、海水の圧力に曝せる方法を模索しているが、この際には環境温度の影響も大きく受けてしまう。深海では海水温が最低-1度になるため、発電効率を高くするための保温方法も検討課題となることがわかった。本研究開発では、燃料および酸化剤を液体であるダイレクトメタノール形燃料電池を用い、深海の高圧力環境にシステムを暴露させ、耐圧容器を用いずシステムの軽量化を図り、深海用電源としての可能性を調査している。実験を通して、メタノールと過酸化水素水は循環ポンプにより常時循環し、未反応液はそれぞれの容器に戻したのち、発電に再利用する。この際、今回のシステムでは、反応式によるとアノードでは生成水として二酸化炭素が循環によるメタノールに混入してしまう。このことにより、メタノールの濃度は低くなるため、発電時間に応じて発電量が少なくなってしまう。またこれを循環するため二酸化炭素により反応膜が被毒してしまい膜の劣化の促進要素となりこれも発電量低下になるという課題を得た。さらにカソードでは生成水と酸素が循環されるが、この水により過酸化水素水が希釈され発電量の低下に影響してしまうという課題も得た。このことにより、液体燃料電池システムに対して閉鎖式循環型は効率よく効果的な発電に適していないことがわかった。また、温度特性試験により発電には温度依存性があるが、本研究で提案している均圧型燃料電池システムでは、海水の圧力に曝露できる方法を模索しているが、この際には環境温度の影響を大きく受けるという課題も得た。平成26年度は、循環系統をカスケード方式に変更するための発電セルを製作し発電特性試験を行った。また、温度依存性を検討するため燃料にギ酸を用い発電性能試験を行った。カスケード方式にするためのシステム設計を行った。本研究開発では、ダイレクトメタノール形燃料電池システムに対して、燃料のエタノールだけでなく酸化剤にも液体を用い、深海の高圧力環境にシステム全体を曝露することを可能とし、耐圧容器を用いずシステム全体の軽量化を図り、深海用電源としての可能性を調査する。研究の当初は、燃料の供給を燃料のエタノールと酸化剤の過酸化水素水は循環ポンプにより常時循環し、未反応液はそれぞれを供給した容器に戻したのち、発電に再利用する方法を用いた。しかしながら、この方法では正極で生成水と二酸化炭素ができ、循環によりエタノールが希釈し、発電時間に応じて発電量を低下させる要因になる。

また、二酸化炭素がエタノールに混入することにより燃料電池の反応膜が被毒してしまい膜の劣化の促進要素となり、これも発電量を低下させる要員になるという課題を得た。このことにより、液体燃料電池システムに対して閉鎖式循環型は効率の良い発電に適していないことがわかった。また、温度特性試験により発電には環境温度に依存することがわかった。平成27年度は、発電セルを1つから2つに増やし、これを直列接続し、燃料および酸化剤の供給源に対して、前段の発電セルにより未反応であった燃料および酸化剤を後段の発電セルにより消費させ、残りを別容器へ廃棄するカスケード方式に変更した。この方式での発電特性試験を実施した。液体燃料および液体酸化剤を使用した燃料電池システムを用いることで、システム全体を圧力環境下に曝しても発電可能であることが確認できるとともに、加圧による発電性能が向上することを確認した。さらなる燃料電池の発電性能の向上を検討し、燃料を効率良く消費させるために、循環方式から使い切り方式にし、燃料電池発電部を1セルから2セルを直列接続したカスケード型に変更したシステムを試作した。このシステムの発電性能を評価し、1セルシステムとの性能比較を行う。本研究開発では、燃料および酸化剤を液体であるダイレクトメタノール形燃料電池を用い、深海の高圧力環境にシステムを曝露させ、耐圧容器を用いずにシステムの軽量化を図り、深海用電源としての可能性を調査した。実験を通して、メタノールと過酸化水素水は循環ポンプにより常時循環し、未反応液はそれぞれの容器に戻したのち、発電に再利用する。この際、今回のシステムでは反応式によるとアノードでは反応物として二酸化炭素が発生し、循環させることで供給側のメタノールに混入してしまうことが確認された。このことにより、メタノールの濃度が希釈され、発電時間に応じて発電量が少なくなってしまうことが明らかになった。また供給側のメタノールに二酸化炭素が混入することで反応膜を被毒してしまい膜の劣化の促進要素になりこれも発電量低下に関係するという課題を得た。さらにカソードでは水と酸素が生成されるが、この生成水を循環することで過酸化水素水を希釈してしまい発電量を低下させる課題も得た。このことにより、液体燃料電池システムに対して閉鎖式循環型は効率がよく効果的な発電には適さないことが確認された。この実験結果より2つの発電モジュールをもつ閉鎖式完全消費型の燃料電池システムに切り替え、システムを製作し発電試験を実施した。この方式で発電量を一定に保てることが確認できた。また発電試験を通して、温度による発電量の依存性を確認した。さらに、高圧環境を模擬した試験により環境圧が高まるにつれ発電量が増加することが確認でき、深海の高圧環境でシステムを曝露することにより発電効率が向上することを示唆する成果を得た。本研究開発では、燃料および酸化剤を液体であるダイレクトメタノール形燃料電池を用い、深海の高圧力環境にシステム暴露させ、耐圧容器を用いずシステムの軽量化を図り、深海用電源としての可能性を調査した。
細胞内エネルギー代謝破綻の個体への影響と疾患との関係の解明

本研究では、eNoSCの解析を通じて細胞のエネルギー代謝の個体における役割を明らかにし、細胞エネルギー恒常性の破綻と疾患の関わりを解明することを目指した。eNoSC複合体の構成タンパクであるNMLの遺伝子欠損マウスを作成したところ、NML遺伝子欠損マウスは野生型マウスに比べ、体重が軽く、体脂肪率が低いことが明らかとなった。また、糖負荷テストを行ったところ、野生型に比べ早期に血糖値の減少が認められ、NMLノックアウトマウスの糖代謝に異常が認められることが明らかとなった。eNoSCが個体においてもエネルギーフローの調節に働くことが示唆された。本研究者は、細胞内のATP代謝を制御する新たな蛋白質複合体eNoSCを見出した。eNoSCは、新規蛋白質Nucleomethylin(NML)を含み、細胞内のエネルギー状態を感知して細胞のエネルギー収支を調節する蛋白質複合体である【Akiko Murayama et al.,Cell,2008】。そこで、本研究では、eNoSCの解析を通じて細胞のエネルギー代謝の個体における役割を明らかにし、細胞エネルギー恒常性の破綻と疾患の関わりを解明することを目指した。そのため、NMLノックアウトマウスの作製を試みたところ、メンデルの法則に従わず、多くのノックアウトマウスが胎生致死であることが判明した(野生型:ヘテロ:ホモ=1:2:0.1)。胎生致死の原因については現在検討中である。また、一部出生したマウスは野生型マウスに比べ、体重が軽く、体脂肪率が低いことが明らかとなった。さらに、高脂肪食負荷を行うと、逆に野生型マウスよりも太りやすいことが明らかとなった。また、糖負荷テストを行ったところ、野生型に比べ早期に血糖値の減少が認められた。これらの結果はNMLノックアウトマウスの糖代謝および脂質代謝に異常が認められることを示唆しており、さらに詳細な解析を進めている。以上の結果から、eNoSCが個体においてもエネルギーフローの調節に働くことが示唆された。本研究では、細胞内のATP代謝を制御する核小体複合体eNoSCの解析を通じて、細胞エネルギー恒常性の破綻と疾患の関わりを解明することを目指した。本期間中においては、NMLノックアウトマウスから得た胎児線維芽細胞(MEF)を用いて、メタボローム解析を行った。その結果、解糖系が亢進し、TCA回路が抑制されていることが示唆された。さらに詳細に検討したところ、NMLノックアウトMEF細胞では、糖の取り込みの亢進や解糖系の最終産物である乳酸の産生亢進を認めた。一方、チトクロームC活性はNMLノックアウトMEF細胞で低下していることが明らかとなった。以上の結果から、NMLの欠損によって、解糖系が亢進し、ミトコンドリア機能が抑制されていることが明らかとなった。このような解糖系優位な代謝は癌細胞や増殖の激しい細胞で認められることが知られており、特に癌細胞においてはWerburg Effectと呼ばれている。そこで、軟寒天培地を用いて、癌特異的な足場非依存的増殖状態を検討したところ、NMLノックダウン癌細胞株ではコロニー形成が亢進し、一方、NML高発現癌細胞株ではコロニー形成が抑制されていた。この結果は、NMLの欠損によって、癌細胞様の増殖が亢進していることを示しているが、現在さらに詳細に検討を進めている。以上の結果から、eNoSCはATP消費系だけでなくATP合成系にも働き、細胞内のエネルギー代謝調節を制御していることが明らかとなった。
温度成層流中での物質拡散予測は精度よく行われているか?-従来の拡散モデルの欠陥の実証と新モデルの開発-

平成11年度に行った室内実験により、安定成層流中ではアクティブスカラ(熱)とパッシブスカラ(物質)の乱流拡散係数が大きく異なる値を持つこと示された。そこで、まず本年度は、大気中のような気相の温度成層流中でも乱流拡散係数が異なるのかどうかを直接数値計算によって確認した。その結果、気相の温度成層流中でも乱流拡散係数に違いが存在することが確認された。すなわち、従来から勾配拡散型のモデルにおいて仮定されてきた「物質の乱流拡散係数が熱の乱流拡散係数と同じ値をとる」、あるいは、「両方の乱流拡散係数が同じ浮力の効果を受ける、つまり、それらの乱流拡散係数の比が一定値をとる」とする仮定が液相中においても気相中においても完全に誤りであることが実験と直接数値計算の両方から確認された。そこで、液相での室内実験および液相と気相に対する直接数値計算の結果をもとに、新たな乱流拡散係数に基づく数値モデルを提案した。その結果、アクティブスカラとパッシブスカラの乱流拡散係数の浮力による依存性は、浮力振動数を時間で無次元化した無次元時間によりモデル化できることがわかった。本年度の研究では、開発したモデルを実際に組み込んだ拡散予測を行うまでには至らなかったので、具体的にどの程度の拡散予測誤差が生じるかを定量的に示すことはできなかったが、本研究で得られた結果は、従来の乱流拡散係数の比が一定値をとるという勾配拡散モデルを用いてパッシブスカラである物質の拡散予測を行った場合には、大きな拡散予測誤差を生むことを示している。本年度は、温度成層流中でのアクティブスカラとパッシブスカラの乱流拡散の違いを明らかにすることを目的として室内実験を行った。流動場として混合層流型の格子乱流場を用い、上下層流の水温を変えることによって安定温度成層を形成させた。この乱流場に蛍光物質ラウニンをプルーム状に供給し乱流拡散させた。この場合、アクティブスカラが熱、パッシブスカラとウラニンとなる。瞬間速度の測定にはレーザドップラ流速計を、瞬間濃度の測定にはレーザ蛍光法を、瞬間温度の測定には抵抗線温度計を用い、速度・濃度・温度の瞬間同時測定を行った。得られた各瞬間値を統計処理することにより各変動強度や熱および物質に対する乱流フラックス、乱流拡散係数を求め、それらに及ぼす安定温度成層の効果を明らかにした。その結果、従来から仮定されてきたようにアクティブスカラとパッシブスカラに対する乱流拡散係数は同じ値ではなく、温度成層流中では大きく異なる値を持つことが明らかになった。また、その違いが、アクティブスカラとパッシブスカラがどの程度相関を持つかに依存することがわかった。今後、乱流拡散係数に基づく新たな数値モデルを構築し、そのモデルを用いて温度成層流中での熱と物質の拡散予測を精度よく行うための計算コードの開発を行う。なお、温度成層乱流場に関しては、クロージャモデルの開発を終了しており、次年度はこれにパッシプスカラの拡散モデルを取り込む予定である。
ミリ波・サブミリ波領域における液晶材料の評価とその応用に関する研究

本研究では、電磁波の資源として残されている超高周波領域における液晶の可能性を検討する立場から、液晶の物性として重要な吸収率や屈折率の評価及び電磁波の位相や振幅を制御するデバイスの可能性を検討した。まず、ミリ波領域では導波管を用いた特殊な液晶セルを作製し、ネットワークアナライザーを用いて評価する方法について検討を行い、その有用性を示した。長さ35cm液晶セルを用いて磁界印加によって数倍程度の透過率変化と数ラジアン程度の位相変化特性が確認された。次に、サブミリ波領域ではレーザーを用いる光学的な屈折率評価法を提案し、初めてサブミリ波帯における液晶の複素屈折率の値を明らかにした。また、光学的な評価手法の開発から、液晶を光学的な計測システムへ応用する新たな可能性の展開が得られた。次に、液晶材料における大きな電気光学効果をデバイスに応用する立場から、低挿入損失の液晶素子を実現するための液晶駆動用電極構造および素子構造について検討した。グレーティング状電極構造、サンドイッチ型素子構造等を用いる事により高い透過率と大きな可変特性及び速い応答速度が得られることを見い出した。これらの素子を用いてミリ波帯では実際に、位相変調、振幅変調、ビーム偏向の基礎動作を確認した。一方、サブミリ波帯では更に細かいサンドイッチ型素子構造をそのまま実現する事が難しいことから、ポリマーと液晶の複合材料を利用する新しい素子作製手法についての検討を行い、紫外線を用いる新たな素子作成法の展開が得られた。基板や実験システムの問題からサブミリ波帯での実際のデバイス動作の確認には至っていないが、本研究で得られた手法により今後実際のデバイスの実現を試みる予定である。本年度はミリ波に重点を置き、まず初めに今後の実験計画の上で不可欠となるミリ波測定システムの作製を行い、次に新しい電磁波領域で液晶材料を利用する立場から次の二つの検討を行った。第一は、応用上最も重要である液晶材料の物性値を明らかにする試みである。この場合、電磁界のモードが明確である導波管を使う方法が有効と思われる。そこで、液晶を封入した測定用の液晶試料の形状や作製法について検討した。特に、導波管セルにおける液晶配向処理法及び封入法が通常の液晶セルとは著しく異なり、解決しなくてはならない大きな問題であった。これらの試みの結果、5cm程度の導波管封入試料において磁界を印加することにより液晶分子を再配向させると、ミリ波の透過率が数倍程度大きく変化する事が確認された。複素誘電率を求めるためにはインピーダンスの定量的な測定が必要と思われる。本年度確立した測定用液晶試料の作製法に基づき、今後種々の材料・条件での評価を行う予定である。第二の立場として、ホーンアンテナシステムを用いて通常の液晶セル構造を利用する可能性について検討を行った。ガラス基板はミリ波に対して高い透過率を有することから、通常の液晶セルの構造・作製技術がそのまま利用できる可能性がある。ところが実際に測定を行ってみると、液晶の駆動に通常用いられているITO透明電極がミリ波の透過率を大きく低下させることがわかった。そこで、スリットを多数並べた電極構造を適用することにより、高い透過率を維持しながら液晶の駆動を行う液晶セル構造を提案した。実際の測定においても、数ボルト程度の低い印加電圧によってミリ波の透過率が大きく変化する様子が確認された。セル構造の最適化は今後の課題として残されたが、本手法により実際に種々の液晶デバイスとして応用可能なデバイス構造の指針が明らかになった。本年度は、ミリ波・サブミリ波領域における実際的な液晶デバイスの可能性を探る試みにおいて新たな成果が得られた。基本的な立場として、液晶が有する屈折率等の大きな可変特性を制御デバイスとして利用する為には、少なくとも用いる波長領域で素子透過率が高いこと、そしてある程度の応答速度を有することを目指す必要がある。このような観点から、主に液晶セルの最適な構造について検討を行った。

サブミリ波帯では難しいが、これまでにミリ波帯では通常のガラス基板セルが使用可能であること等を明かにしてきた。そこで本年度は、ITOガラスを使った液晶セル作製技術をそのまま適用し、昨年度構築したホーンアンテナシステムを用いて50GHzにおける素子特性の評価を行った。ここで、通常の平板電極構造はミリ波の透過率を極端に低下させてしまうため、ストライプ状電極構造を用いたミリ波用液晶セルを作製した。セル構造としてストライプ状電極の周期と間隔が最も重要である。ミリ波の透過率が高い条件と、液晶を駆動する為に有効な電界分布を生じる条件は、必ずしも一致しない。そこで本年度は、これらのセル構造の最適化を行うと共に、印加電圧に対する透過率変化のメカニズムについて検討を行った。得られた成果の一部については、本年度開催された国際会議で報告を行った。一方、このような液晶セルでは可変量を大きく取る場合、応答速度が極めて遅くなる問題がある。そこで、さらにサンドイッチ型の新たなセル構造を提案し、本年度はその基礎動作について確認を行った。その結果応答速度が非常に改善され、電圧制御型デバイスとしてより実用的な素子構造の設計方針が明かとなった。本年度は、具体的なデバイス応用の可能性を検討する立場から昨年度提案したサンドイッチ型液晶セル構造の最適化を行うと共にミリ波の制御特性を調べた。まず、薄いITOガラス基板を用いて積層する事により相対的に液晶層の割合を増加させる方法により、ミリ波透過率の制御特性において56%程度まで改善効果が得られた。液晶セル基板を薄くすることにより特性が向上する事を確認したが、機械的な強度や実際の扱い易さを考慮すると新たな素子構造が必要と考えられる。そこで、液晶を駆動するための電極板のみを用いてセルを構成する新たな素子構造を提案した。この結果、これまでとほぼ同じ大きさ及び伝搬長を有する液晶セルにおいて、60%程度の高い透過率と印加電圧による30%程度の極めて大きな変化特性が得られた。液晶材料は、ミリ波に対して吸収と位相の両者に大きな異方性を有する事から定量的な考察は今後の検討課題として残された。しかし、本研究で提案する新しい液晶素子構造によって挿入損失の低下と大幅な可変特性の向上が得られることが明かとなった。また、適当なスペーサを用いて液晶層を三角形に構成する事によりプリズムセルを作製した。この場合には、わずかではあるがビームの偏向動作が確認された。実験ではITOガラスによるセルを用いたが、前述の新しい素子構造を導入することにより特性が大幅に改善できるものと思われる。一方、ミリ波で確認した新しい素子構造はサブミリ波領域でも有用と思われるが、提案する素子を更に小型化するためには新たな素子作製手法を開発する必要がある。そこで、ポリマーと液晶の複合構造に注目し、新しい液晶セル作製法として利用する試みを行う事により、種々の基礎データが得られた。
草原生態系の炭素動態長期モニタリング-炭素シンク/ソースメカニズムの解明-

葉面積指数(LAI),土壌呼吸(Rs)速度,環境要因(光,地温等),土壌微生物バイオマス(生菌数)・組成を調査した。LAIに基づき,成長開始期(5月下旬),急成長期(6月から7月),最大期(8月上中旬),衰退期(9月以降)に分けられた。5 cm深地温によるRsは3.13.8 kgCO_2 m^(-2)y^(-1),土壌従属栄養生物呼吸は22.5 kg CO_2 m^(-2)y^(-1)と推定された。土壌微生物の生菌数と組成は,両者ともに試料間差はあるが季節変化は小さかった葉面積指数(LAI),土壌呼吸(Rs)速度,環境要因(光,地温等),土壌微生物バイオマス(生菌数)・組成を調査した。土壌微生物の生菌数と組成は,両者ともに試料間差はあるが季節変化は小さかった生態系の炭素貯留能(CO_2固定能)は生態系タイプによって異なり,地域や気象要因によってさまざまに変動する点で,その評価の不確実性が高い。不確実性を克服することによって,地球上の炭素循環におけるミッシングシンクを明らかにすることができる。また,地球温暖化問題に関して京都議定書では,CO_2放出量削減策の対象として森林生態系のCO_2固定能に着目してきたが,ポスト京都議定書,すなわち将来の温室効果ガス削減策を考慮するにあたっては,非森林生態系の炭素貯留能を解明することが世界的に緊急性の高い研究課題になると予想される。草原の炭素貯留能は年によって異なることから(ただし具体的要因は不明。Yazakiら2004),気象要因の年々変動によって,炭素貯留能がシンクにもソースにも変動する可能性がある(関川未発表)。本研究は,半自然ススキ草原(長野県菅平高原)を対象として,炭素貯留に対する環境要因の作用メカニズムを明らかにすることを目的とする。草原植物の生育期間中,以下の項目について毎月1回数日間の測定,ないし連続的に自動モニタリングを行った。測定項目は,全天画像解析による地上部葉群の成長(CO_2吸収),通気式-赤外線分析法による土壌からのCO_2放出,および地温・土壌水分・土壌CO_2濃度などの土壌環境要因である。また採取した土壌を用い,微生物の組成を分析中である(蛍光顕微的手法および遺伝子解析)。これらの結果に基づいて上記草原の炭素貯留パターンに対する,とくに冬期から草原植物の成育開始期の降雪・降水による土壌水分と日射量などの影響を解析中である。次年度は,これらの測定・分析を継続するとともに,土壌の物理化学性(ガス拡散特性,CN分析など),微生物活性(呼吸の温度特性)などを分析する予定である。生態系の炭素貯留能(CO_2固定能)は生態系タイプによって異なり,地域や気象要因によってさまざまに変動する点で,その評価の不確実性が高い。地球温暖化問題に関して京都議定書では,CO_2放出量削減策の対象として森林生態系のCO_2固定能に着目してきたが,ポスト京都議定書,すなわち将来の温室効果ガス削減策を考慮するにあたっては,非森林生態系の炭素貯留能を解明することが世界的に緊急性の高い研究課題になると予想される。草原の炭素貯留能は年によって異なり(Yazakiら2004),気象要因の年々変動によって,炭素貯留能がシンクにもソースにも変動する可能性がある(関川未発表)。昨年度に引き続き,草原植物の生育期間中,以下の項目について毎月1回数日間の測定,ないし連続的に自動モニタリングを行った。測定項目は,全天画像解析による地上部葉群の成長(CO2吸収),通気式-赤外線分析法による土壌からのCO2放出,および地温・土壌水分・土壌CO2濃度などの土壌環境要因である。また採取した土壌を用い,微生物組成や土壌の物理化学性(ガス拡散特性,CN分析など)について分析を進めている。年度途中で一部機器に不具合を生じたので修理し,また一部は交換して,次年度の研究を継続する予定である。生態系の炭素貯留能(CO_2固定能)は生態系タイプによって異なり,地域や気象要因によってさまざまに変動する。京都議定書では,CO_2放出量削減策の対象として森林生態系のCO_2固定能に着目してきたが,ポスト京都議定書(すなわち2013年以降の取り組み)には,非森林生態系を含めることが重要になると考えられる。本研究は,炭素貯留能がシンクにもソースにも変動する可能性がある草原生態系に着目し,半自然ススキ草原を対象として,炭素貯留に対する環境要因の作用メカニズムを明らかにすることを目的とする。昨年度に引き続き,草原植物の生育期間中(4月下旬から10月中旬),以下の項目について測定を行った。

地上部葉群の成長を明らかにするため,全天写真を毎日撮影し,開空率に基づいて葉面積指数(LAI)を推定した。手法的な比較のため,LAIメーター(プラントキャノピーアナライザー)による測定を毎,月12回行ったことに加え,葉群内外の光環境(PARとNIR)を自動モニタリングし,これら相互のデータを解析した。土壌からのCO_2放出(土壌呼吸)を明らかにするため,通気式-赤外線分析法による土壌呼吸,および地温・土壌水分などの土壌環境要因を自動測定した。また採取した土壌を用い,微生物組成や土壌の物理化学性(ガス拡散特性,CN分析など)について分析し解析を進めている。これらの結果に基づいて上記草原の炭素貯留パターンに対する,環境要因(降雪・降水による土壌水分,温度,日射量など)の影響を解析中である。LAIについては順調にデータが得られており,上記複数手法によるバリデーションを進めている。平成22年度に土壌呼吸測定システムの一部に不具合を生じたので修理または一部を交換し,23年度に測定を継続したが,不具合を解消しきれなかった。現在不具合解消の見通しを立てて,最終年度の研究を継続する予定である。生態系の炭素貯留能(CO2固定能)は生態系タイプによって異なり,地域や気象要因によってさまざまに変動する。2013年以降のポスト京都議定書において,森林に加えそれ以外の生態系の炭素貯留能も重要視されることを想定し,半自然ススキ草原を対象として,炭素貯留に対する環境要因の作用メカニズムを明らかにすることを目的として4年間にわたり研究を行った。測定項目は,葉面積指数(LAI)(全天写真法,プラントキャノピーアナライザー(PCA)法,NIR/PAR比法),自動開閉チャンバーと通気法による土壌呼吸(Rs)速度,環境要因(光環境,気温,5 cm深地温,土壌水分),および土壌微生物のバイオマス(生菌数)と組成である。全天写真法による撮影と同時に,地上3m高に下向きに設置したカメラ(地上カメラ)によって草原全体の様子も撮影した。冬期の積雪は,地温の変化と地上カメラの画像から,年によって3月下旬から4月中旬にかけて消雪した。全天写真法によるLAIから,葉群は5月下旬に成長開始し,6月から7月にかけて盛んに成長し,8月上旬に最大に達し,9月以降に衰退した(葉の黄変・褐変,萎凋・脱落)。全天写真法とPCA法は枯死葉を十分に判別できないため,NIR/PAR比法によるLAI推定法を比較したところ,落葉広葉樹林では展葉から落葉までを高い精度で捉えられる(Kumeら2011)のに対し,本草原におけるLAI推定精度は成育期間前半は高く,後半は低かった。5 cm深地温に基づく年間Rsは3.13.8 kg CO2 / m2,土壌従属栄養生物呼吸は2.02.5 kg CO2 / m2であった。土壌微生物の生菌数(蛍光顕微法,結果は数億生菌/g乾土)および組成(PCR法)については,両者ともに試料間差はあるが季節変化は小さかった。これらの結果を関数化し,とりまとめている。研究実績の概要に示したとおり,平成22年度に生じた機器の不具合について,23年度に対応を十分に行えなかった。具体的には,土壌からのCO_2放出測定用システムの制御装置が故障したため,新たな制御装置を用意し,交換した。当初はうまく動作していたが,その後に他の機器(空圧用コンプレッサ)にも不具合を生じた。
エンドトキシンレセプターを介した感染防御と臓器障害機構の解明

手術侵襲により術後の免疫抑制が来されるが、そのメカニズムはよく知られていない。今回の研究の目的はmonocyte細胞表面のToll-like receptor(TLR)2及びTLR4の発現量と、それぞれのアゴニストに対する反応性が術前後に変化をするのかを明らかにすることである。対象は消化器疾患の手術を施行された患者とした。それぞれ術前後のperipheral blood mononuclear cells (PBMC)を抽出し、monocyteのTLR2,TLR4,inducible nitric oxide synthase (iNOS)の発現を測定したところ、TLR2及びTLR4の発現量は、共に術直後有意に低下し、術後1日目及び3日目にそれぞれ最低値をとることが明らかとなった。またTLR-2及びTLR4のアゴニストであるMacrophage-activating lipopeptide-2(MALP-2)又はlipopolysaccharide(LPS)にてPBMCを刺激し、産生されるTNFα及びIL-6の産生量を測定。MALP-2で刺激後のTNFα及びIL-6の産生量は、共に術直後に術前より有意に低下し、術後1日目に最高値を示した。LPSで刺激後のTNFαの術直後に有意に低下し、術後3日目に最大値を示した。PBMC中のiNOS発現量は術後に有意に増加していた。この研究によりTLR2及びTLR4の発現量は手術侵襲により低下している事が示された。さらにそれぞれのアゴニストによるサイトカインの産生量は過性に抑制され、その後PBMCの活性化を通じて、直ちに増加していることが示された。この研究は手術侵襲後に於ける自然免疫システムの調整に対する、新しい知見を示している。平成13年度研究成果本研究は手術侵襲や術後感染症によりTLR-2と-4の発現がどの様に変化し、白血球の感染に対する反応性がどの様に変化するかを、動物実験と臨床研究にて追求した。平成13年度には以下のような成果を得た。動物実験:正常マウスにエンドトキシン(LPS)やグラム陽性菌由来のペプチドグリカン(PGC)を腹腔内投与すると、肝臓ではクッパー細胞の活性化により、肝細胞アポトーシスが生じ、また胆汁分泌のための細胞膜輸送蛋白質の発現低下し、胆汁分泌量の減少が起こる。TLR-4ノックアウトマウスにLPSを投与しても肝細胞アポトーシスは生じず、PGCを投与すると肝細胞アポトーシスを生じた。TLR-2ノックアウトマウスでは、逆に、PGCに対しては肝細胞アポトーシスを生じず、LPSでは肝細胞アポトーシスを生じた。臨床研究:術後の患者に於ける菌体成分への末梢白血球の反応性を手術前後で検討した。則ち、インフォームドコンセントの得られた患者さんより経時的に採血、患者血液から白血球分画を分離し、LPS、PGC、CpG DNAに対する反応性を測定した。測定項目はIL-6とTNFαの産生能である。LPSとPGC刺激に対するTNFα値及びIL6の産生能は、術直後には術前より低下し最小値となった。その後増加し、術後3日目に最大値を取った後、退院時には正常化した。TNFα値及びIL6の産生能の変化に関して、疾患あるいは手術法による差異は認めなかった。CpG DNAに対する反応性は末梢白血球では認められなかった。平成14年度はTLR-2と-4の発現が周術期に、どの様に変化するかを検討する予定である。

対象は消化器疾患の手術を施行された患者とした。それぞれ術前後のperipheral blood mononuclear cells(PBMC)を抽出し、monocyteのTLR2, TLR4, inducible nitric oxide synthase(iNOS)の発現を測定したところ、TLR2及びTLR4の発現量は、共に術直後有意に低下し、術後1日目及び3日目にそれぞれ最低値をとることが明らかとなった。またTLR-2及びTLR4のアゴニストであるMacrophage-activating lipopeptide-2(MALP-2)又はlipopolysaccharide(LPS)にてPBMCを刺激し、産生されるTNF及びIL-6の産生量を測定。MALP-2で刺激後のTNFα及びIL-6の産生量は、共に術直後に術前より有意に低下し、術後1日目に最高値を示した。LPSで刺激後のTNFαの術直後に有意に低下し、術後3日目に最大値を示した。PBMC中のiNOS発現量は術後に有意に増加していた。この研究によりTLR2及びTLR4の発現量は手術侵襲により低下している事が示された。さらにそれぞれのアゴニストによるサイトカインの産生量は一過性に抑制され、その後PBMCの活性化を通じて、直ちに増加していることが示された。この研究は手術侵襲後に於ける自然免疫システムの調整に対する、新しい知見を示している。