hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シナプス前終末ミトコンドリア内カルシウム動態の可視化とシナプス可塑性

海馬での長期増強現象(long-tem potentiation;LTP)に代表される中枢シナプス伝達の長期可塑性は、学習・記憶の基礎過程と考えられている。海馬CA1野シナプスで見られるLTPに関してはその誘発・発現機構が詳細に解析され、シナプス後細胞でのNMDA受容体の活性化が必須であることが示されている。これに対しCA3野苔状線維シナプスで見られるLTPはNMDA受容体の活性化を必要とせず、シナプス前部での誘発機構が推定されている。しかしながら一般的に中枢神経系におけるシナプス前終末は極めて小さく、スライス標本においてその活動状態を直接測定しシナプス前性の調節機序について詳細な解析を行うことはこれまで困難であった。本研究では、シナプス前性の可塑性誘発機構を検討するために、海馬スライス標本においてシナプス前終末部だけに選択的に蛍光カルシウム指示薬を負荷する方法を開発し、顕著な可塑性を示すCA1野およびCA3野シナプスでのシナプス前終末内カルシウム動態とEPSP(興奮性シナプス後電位)の同時測定を可能にした。特にCA3野では入力線維の単一刺激によるCa^<2+>上昇が単一シナプス前終末レベルで測定可能であった。現在この手法を用いてCA3野苔状線維シナプスでみられるシナプス前性LTPの発現機構について解析を試みている。また同様の手法を利用して、CA3野シナプスにおける代謝調節型グルタミン酸受容体を介したシナプス前抑制機構がシナプス前終末へのカルシウム流入の減少によることを明らかにした。また、同じくCA3野苔状線維シナプスにおいてシナプス前部にカイニン酸型グルタミン酸受容体が発現し、伝達物質放出を調節していることも明らかにした。現在、CA3野シナプスに二種類の自己受容体(カイニン酸受容体と代謝調節型グルタミン酸受容体)が共存することの生理的意義について検討を行っている。
5.5TeV重イオン衝突における光子を用いたクォークグルーオンプラズマの研究

年度当初の計画として、2008年6-12月にかけてLHC陽子陽子衝突計画にもとづき、研究を進めてきた。光子検出器PhotonSpectrometer(PHOS)の運転準備ならびに試験に力を注いできた。5月にALICE検出器群のひとつとしてPHOS検出器をインストールし、PHOSの遠隔操作の開発ならびに試験、すべての読み出し回路のノイズ落としやテストなど、動作確認を行った。ALICE宇宙線トリガーを用いて他の検出器群と共にデータを取得し、他の検出器との相関が見えることを確認した。さらに、PHOS Calibration Groupを立ち上げグループを主導。エネルギー較正のための基礎研究や、広島大学REFER加速器を用いた150MeV電子を照射しPHOS検出器の性能評価等を行ってきた。これにより1GeV以下の中性中間子ならびに光子の測定が制御可能な方法で十分可能であることを確認した。また、中性中間子解析グループを立ち上げ、コンビナーの一人としてとして積極的にオフライン解析のためのコード開発ならびにシミュレーション等を行ってきた。予定されていた中心衝突エネルギー10TeVの陽子+陽子衝突における中性中間子解析のための収量見積もりならびにコード開発を行ってきた。1日あたり約500個の中性中間子を検出することが可能であり、PHOS検出器を用いた最初の成果として期待している。本年度後半では、9月に発生したLHC加速器での事故ならびに運転計画の変更により、研究計画の変更を余儀なくされた。PHOS検出器の冷却に必要な機密性を保持しつつ読み出し回線等を引き出すためのフランジ作成に取り掛かり、最初のPHOSモジュールに必要な分を完成させた。平成21年度に行われる世界初のLHC陽子陽子衝突へ向けて、今後も研究を続けていきたいと考えている。本年度から、5.5TeV重イオン衝突を実現するために大型ハドロン衝突加速器(LHC)の大型実験のひとつであるALICE実験に参加した。前期は、光子検出のためのALICE-PHOS検出器の建設ならびにコミッショニングを行った。全部で17920チャンネルのPWO結晶ならびにアバランシェフォトダイオード(APD)から構成されるPHOS検出器のうち、5分の1に相当する1モジュール分の建設ならびに最終チェックを行った。第1モジュールを6月から8月にかけて欧州共同研究所(CERN)における陽子シンクロトロン装置にて発生させた2GeV/c電子ビームを使用し,約2/3の領域にて正常に動作していることを確認すると同時に、エネルギー補正方法の確立を行うことができた。後期からはオフライン解析のためのコード開発ならびに必要なシミュレーション等を行ってきた。単光子ならびに単中性中間子を用いたシミュレーションを実行し、PHOS検出器の検出効率等の見積りを行った。また、中性中間子測定における系統誤差見積りを行うための準備を始めたところである。2007年12月から始まるLHCコミッショニングに向けて、来年度も引き続きオフライン解析の準備を進めていきたい。また、さらなる性能向上のための開発研究を行った。ALICE実験PHOS検出器にて使用している5mmx5mm受光面のAPDの4倍の大きさ10mmx10mmを持つAPDを使用した電磁カロリーメーターのプロトタイプを製作した。大きな受光面により良い性能が期待されていたものの、150MeVの電子に対しては、5mmx5mm受光面のプロトタイプから予想される性能と同じであることがわかった。現在その要因を追求している最中である。まずは、光子検出器Photon Spectrometer(PHOS)の運転準備ならびに試験に力を注いできた。LHC加速器の運転中は放射線の観点からPHOS検出器を遠隔運転する必要があり、遠隔操作の開発試験を行ってきた。すべての読み出し回路の電源操作ならびにバイアス電圧のコントロールなど、遠隔操作が可能であることを確認した。また、5分の1に相当する1モジュール分に対し宇宙線を用いた試験を行った。全チャンネルのゲインを求めた結果、平成18年度に電子を用いて決定したゲインと約10%の精度にて一致していることを確認した。この10%のばらつきは、PWO結晶の線形性ならびに電子ノイズと密接に関係しており、今後理解を進めていく必要がある。次に、オフライン解析のためのコード開発ならびにシミュレーション等を行ってきた。エネルギー較正のための基礎研究として、衝突からくる荷電粒子や中性中間子を用いた較正手法についての考察を行ってきた。2008年6月から開始される中心衝突エネルギー14TeVの陽子+陽子衝突における中性中間子解析のためのコード開発を行ってきた。また、更なる光子検出器性能向上を目的とした研究開発への一歩としてテストベンチを制作した。広島大学においてPHOS読み出し回路ならびにALICE共通のデーター収集システムを導入し、APDからの信号をコンピュータ上に記録するまでの経路が完成した。これから性能向上を目指して研究を続けていきたいと考えている。

さらに、PHOS Calibration Groupを立ち上げグループを主導。エネルギー較正のための基礎研究や、広島大学REFER加速器を用いた150MeV電子を照射しPHOS検出器の性能評価等を行ってきた。これにより1GeV以下の中性中間子ならびに光子の測定が制御可能な方法で十分可能であることを確認した。また、中性中間子解析グループを立ち上げ、コンビナーの一人としてとして積極的にオフライン解析のためのコード開発ならびにシミュレーション等を行ってきた。予定されていた中心衝突エネルギー10TeVの陽子+陽子衝突における中性中間子解析のための収量見積もりならびにコード開発を行ってきた。1日あたり約500個の中性中間子を検出することが可能であり、PHOS検出器を用いた最初の成果として期待している。本年度後半では、9月に発生したLHC加速器での事故ならびに運転計画の変更により、研究計画の変更を余儀なくされた。PHOS検出器の冷却に必要な機密性を保持しつつ読み出し回線等を引き出すためのフランジ作成に取り掛かり、最初のPHOSモジュールに必要な分を完成させた。平成21年度に行われる世界初のLHC陽子陽子衝突へ向けて、今後も研究を続けていきたいと考えている。
サクラマス精巣DNAプライアーゼの精製と特異的阻害剤の検索

1.5月に選別した明け2才のサクラマス雄魚を恒温(12°C)飼育し、6月中旬(精子形成初期)より、7月中旬(精子形成後期)にかけて、1週毎にサンプリングし、採取した精巣は液体窒素で固定し、-80°に使用まで保存した。2.精巣をまず、塩を含まない緩衝液中でホモジナイズし、プライマーゼ活性をともなわないDNAポリメラーゼ【α_1】を抽出し、その遠心沈査を0.5MのKclを含む緩衝液で抽出し、DNAポリメラーゼ【α_2】-プライマーゼ,βおよびγを可溶化した。第1回ホスホセルロースカラムクロマトグラフィー後、50%飽和硫安分画により、プライマーゼ,γとβを分離した。ついで、DEAEセルローズ、第2回ホスホセルロース,ハイドロキシルアパタイト,セファデックスG150ゲル濾過,1本鎖DNAセルロースのカラムクロマトグラフィーを行い、γ活性を全く含まないプライマーゼ標品を得た。(比活性:α活性として、11,0000units/mg蛋白,プライマーゼ活性として、30000cenits/mg蛋白)後の阻害剤検索に於ける比較のためサクラマスヘルプスウィルス(OMV)感染細胞よりウイルス特異DNAポリメラーゼをも単離・精製を行った。3.精子形成期におけるDNAポリメラーゼ【α_1】と【α_2】-プライマーゼの活性変動を各期と対照しつつ解析したところ、【α_1】は、初期から後期に至ってその活性が減少していくのに対して、プライマーゼ-【α_2】は、後期に至るまで、その高い活性を保持しているという興味ある結果であった。4.プライマーゼ特異的阻害剤を検索する目的で、まず、糖部2',3'位を変換したdCTPアナログを合成し、M13DNAを鋳型とする系で、その阻害効果を速度論的に解析した。その結果、2'-アジド-【2'_1】,3'-ddCTP,3'-アミノ-ddCTPに強いプライマーゼ阻害活性(Ki/km,0.30,0.40)を見出した。RNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼ各分子種における挙動と比較し、前者においてプライマーゼ選択性が優れていた。
超好熱始原菌由来の効率的CO_2固定RuBisCOの解析と利用

以上の研究成果より、超好熱始原菌由来Rubiscoは1次構造、4次構造ともに既存のRubiscoと全く異なっていたことから、新規なType III Rubiscoとして世界で認められ、天然界に2種類のRubiscoしか存在しない従来の定説を覆した。リブロースビスリン酸カルボキシラーゼ(RuBisCO)は、光合成における炭酸固定回路のカルボキシル化過程に作用する重要な酵素であり、リブロースビスリン酸に二酸化炭素を付加して2分子の3-ホスホグリセリン酸を生成する。我々は超好熱始原菌Thermococcus kodakaraensis(旧称Pyrococcus kodakaraensis)KOD1にRuBisCO遺伝子が存在することを見いだし、始原菌由来RuBisCOの一次構造上の特徴や発現産物の酵素学的特性を世界で初めて報告した。すなわち、KOD1由来RuBisCOのアミノ酸配列は既存の二つのタイプのいずれにも属さない新規な構造を有していることや、その組換え型酵素は高温環境下で高い炭酸固定能および高いカルボキシラーゼ反応特異性を有することを明らかにしてきた。さらにNorthern、Westernブロット解析より、KOD1株内でTk-RuBisCOのmRNA、蛋白質レベルでの存在が確認できたことから、本酵素はKOD1株内で炭酸固定を中心とする何らかの役割を果たしていることが予想された。本年度はTk-RuBisCOの立体構造解析を目的とした検討を行った。KOD1株無細胞抽出液のNative-PAGE解析や免疫沈降解析より、本酵素は一種類のサブユニットのみで構成され、植物等由来のRuBisCOとは異なりスモールサブユニットが存在しないことを明らかにした。また組換え型酵素の結晶化を試み、ハンギングドロップ法により約0.5mm角の結晶を獲得することに成功した。得られた結晶のX線回折結果からは結晶学上極めて特異な5回回転軸が見いだされ、本酵素が十量体構造(L_2)_5を取っていることが示唆された。さらに透過型電子顕微鏡により本酵素の五角形構造を観察することができた。
青および赤色発光材料としてのユーロピウムイオン(II)および(III)含有ガラスの設計

ユーロピウムイオン(III)(Eu^<3+>)含有ゲルマン酸塩ガラスを溶融急冷法によって作製した.これらのガラス中のEu^<3+>の^5D_0→^7F_2遷移に従った赤色蛍光は,80GeO_2-20Na_2O-4Eu_2O_3ガラスで最も強くなった.このように赤色蛍光を強くするためには,Eu^<3+>間の交差緩和(^5L_6,^5D_j→^5D_0)→(^7F_<j^*>←^7_<j">)(3≧j≧0,6≧j^*>j"≧0)を起こり易く,励起されたEu^<3+>とn個の励起されていないEu^<3+>間の交差緩和(^5D_0→^7F_<j'>)→Σ(^7F_<j^*>←^7F_<j^">)_n(6≧j'≧0,6≧j^*>j^"≧0)を起こり難くすることが必要であった.また,これらのガラスのEu^<3+>のL_<III>吸収端のX線吸収微細構造(XAFS)スペクトルを測定し,Eu^<3+>の局所構造を調査した.その結果,Eu^<3+>の最近接の酸素配位数が6で,Eu-O結合距離は,230-235pmであった.ガラス修飾酸化物が増加するに従いEu-O距離は増加し,アルカリおよびアルカリ土類金属が重元素化するに従いEu-Oの距離は減少した.ユーロピウムイオン(II)(Eu^<2+>)の青色発光を利用した残光ガラスを作製するため、高エネルギーが蓄えられる酸素欠損欠陥(Ge^<2+>中心)を含んだゲルマン酸塩ガラス((100-x)GeO_2-xM_mO_n,M_mO_n=B_2O_3,Al_2O_3およびSiO_2)にEu^<2+>の含有させた.M_mO_n=B_2O_3(x≦50),SiO_2(x≦40)およびAl_2O_3(x≦6)では,xの増加とともにGe^<2+>中心に従った300および395nmの発光バンドが増加し,Ge^<2+>中心が増加した.また,Eu^<2+>に従った青色蛍光は出現しが,その残光は出現しなかった.したがって,Ge^<2+>中心は,Eu^<2+>の青色残光に作用しないことが分かった.ユーロピウムイオン(III)(Eu(III))を含有した酸化物ガラスおよび一部をフッ化物や塩化物としたオキシハライドガラスを溶融急冷法によって作製した。これらのガラスでは3.5mol%のEu_2O_3(7mo1%のEuX_3(X=F、Cl))を添加したときに蛍光強度が最も強くなった。また、Eu(III)の^5D_0→^7F_1に従った燈色蛍光に比べ、^5D_0→^7F_2に従った赤色蛍光が強く、ガラスが赤色蛍光体に最適なホスト材料であることが分かった。ガラス修飾酸化物を同族の陽イオンで置換したガラスの場合、その陽イオンが軽元素になると、つまり、ホストガラスの塩基度(pO^<2->)が小さくなると赤色蛍光の強度が比例して強くなった。これから、70B_2O_3-30CaO-3.5Eu_2O_3または70B_2O_3-30Li2O-3.5Eu_2O_3ガラスにおいて高輝度の赤色蛍光が得られることを見出した。立命館大学のSR光を利用したX線吸収分光法によって(100-x)B_2O_3-xLi_2O-3.5Eu_2O_3ガラス中のEu(III)の局所構造を調査した結果、x=30のガラスでは、Eu(III)は酸素を7配位していた。70B_2O_3-30CaO-3.5Eu_2O_3ガラスのCaOをBi_2O_3で置換したガラスでは、高輝度の赤色蛍光が得られなかった。また、上述した2種のガラスのCaOおよびLi_2OをそれぞれCaF_2およびLiFで置換したオキシハライドガラスでは、フッ化物が多くなるほど、赤色蛍光の強度が増大する結果を得た。以上のことから、赤色蛍光が強いガラスでは、Eu(III)の酸素およびフッ素の多面体の対称性が低下し、Eu(III)に第2配位するホストガラスの陽イオンがEu(III)に第1配位している酸素およびフッ素イオンを引っ張ってEu(III)を分極させることを明らかにした。ユーロピウムイオン(III)(Eu^<3+>)含有ホウ酸塩、ケイ酸塩およびリン酸塩ガラスを溶融急冷法で作製した。ガラス中のEu^<3+>の蛍光は磁気双極子遷移の^5D_0→^7F_1遷移に比べて電気双極子遷移の^5D_0→^7F_2遷移による蛍光の強度が強く、発色の良い赤色蛍光となった。このように電気双極子遷移が強くなる原因を調査するために、ガラス中のEuL_<III>吸収端のX線吸収スペクトルを測定することによってEu^<3+>の局所構造と分極を調査した。EXAFS

スペクトルを解析した結果、Eu^<3+>の最近接の酸素配位数は6であり、Eu^<3+>の最近接酸素より少し離れた酸素も配位してEuの酸素配位数は6以上になることが分かった。ホウ酸塩およびケイ酸塩ガラスでは、ガラス修飾酸化物の増加およびその能力の増加によって最近接の結合距離は減少した。一方、リン酸塩ガラスでは、Eu-O結合距離は一定であった。また、Eu^<3+>の電気双極子モーメントを最近接のEu-O結合距離とDebye-Waller因子から評価した。その結果、Eu^<3+>が均一に溶解できるガラスでは、Eu^<3+>はガラスの塩基度が低下するに従って分極することが分かった。このため、70B_2O_-30CaO-3.5Eu_2O_3ガラスは、高いホストガラスのフォノンエネルギーと高いEu^<3+>の分極率の相乗効果によって強い赤色蛍光を示すことを明らかにした。ユーロピウムイオン(II)(Eu^<3+>)の青色発光を利用した残光体を作製するため、そのホストガラスとなるGeO_2ガラスをゾル-ゲル法で作製し、残光特性を調査した。その結果、ゾルーゲルGeO_2ガラスは、ホストガラスのGe^<2+>中心欠陥によって青色発光を示し、その残光も確認された。また、溶融急冷法によってもGe^<2+>中心欠陥を増やすガラス組成を調査した。その結果、50GeO_2-50B_2O_3ガラスが最も多いGe^<2+>中心を含有していることが分かった。ユーロピウムイオン(III)(Eu^<3+>)含有ゲルマン酸塩ガラスを溶融急冷法によって作製した.これらのガラス中のEu^<3+>の^5D_0→^7F_2遷移に従った赤色蛍光は,80GeO_2-20Na_2O-4Eu_2O_3ガラスで最も強くなった.このように赤色蛍光を強くするためには,Eu^<3+>間の交差緩和(^5L_6,^5D_j→^5D_0)→(^7F_<j^*>←^7_<j">)(3≧j≧0,6≧j^*>j"≧0)を起こり易く,励起されたEu^<3+>とn個の励起されていないEu^<3+>間の交差緩和(^5D_0→^7F_<j'>)→Σ(^7F_<j^*>←^7F_<j^">)_n(6≧j'≧0,6≧j^*>j^"≧0)を起こり難くすることが必要であった.また,これらのガラスのEu^<3+>のL_<III>吸収端のX線吸収微細構造(XAFS)スペクトルを測定し,Eu^<3+>の局所構造を調査した.その結果,Eu^<3+>の最近接の酸素配位数が6で,Eu-O結合距離は,230-235pmであった.ガラス修飾酸化物が増加するに従いEu-O距離は増加し,アルカリおよびアルカリ土類金属が重元素化するに従いEu-Oの距離は減少した.ユーロピウムイオン(II)(Eu^<2+>)の青色発光を利用した残光ガラスを作製するため、高エネルギーが蓄えられる酸素欠損欠陥(Ge^<2+>中心)を含んだゲルマン酸塩ガラス((100-x)GeO_2-xM_mO_n,M_mO_n=B_2O_3,Al_2O_3およびSiO_2)にEu^<2+>の含有させた.M_mO_n=B_2O_3(x≦50),SiO_2(x≦40)およびAl_2O_3(x≦6)では,xの増加とともにGe^<2+>中心に従った300および395nmの発光バンドが増加し,Ge^<2+>中心が増加した.また,Eu^<2+>に従った青色蛍光は出現しが,その残光は出現しなかった.したがって,Ge^<2+>中心は,Eu^<2+>の青色残光に作用しないことが分かった.
水溶性光両性物質発生剤を用いた環境調和型３D光造形材料

本研究は,安全で環境に優しい光反応材料をめざして,酸と塩基を併せ持つ両性物質を発生する水溶性の光両性物質発生剤分子の研究を基礎にし,これらの光両性物質発生剤分子を用いた光pH制御によって,天然物由来の材料を用いた環境調和型3D光造形材料を創成することを目的とする。本年度の実績としては次の3点が挙げられる。すなわち,(1)新規水溶性光両性物質発生剤の開発:本研究グループで研究・開発した水溶性光両性物質発生剤は,光照射により塩基性から酸性へのpH変化を誘起することができ,これまで4種類の水溶性光両性物質発生剤を開発し,前年度(平成29年度)には,さらに塩基性基を増やした新規光両性物質発生剤1種類の合成をした。本年度(平成30年度)は,この新規光両性物質発生剤とこれまでの光両性物質発生剤の特性を比較検討し,その成果を国内および国際学会に発表した。また,これらを用いた造形材料の研究成果としては,(2)タンパク系光造形材料の探索:カゼインと光両性物質発生剤からなる材料を作成し,マスクを使った露光による光パターニングを実証した。さらに,水性のゲルからの硬化プロセスを検討するために,水性ゲル液滴について,露光や加熱による重量変化や形状変化を調べた。液滴レベルで光硬化と塗布を繰り返すことにより4層程度重ねた硬化物が得られることを示し,立体造形が可能であることを実証した。また,(3)木質・紙系造形材料の探索と光接着剤への応用:カルボキシメチルセルロースナトリウムと新規な光両性物質発生剤からなる材料を利用した光接着剤への応用が可能なことを実証した。これらの成果について最終年度になる平成31年度に国際学会で発表予定である。研究計画において,遅れていた前年度(平成29年度)の研究計画1)の「b.タンパク系天然物由来の材料であるカゼインを用いた光造形材料の探索」を本年度に行った。その結果,タンパク系光造形材料からの展開研究項目である「c.木質・紙系光造形材料の探索」にも着手のめどがつき,少し後れを取り戻し,進展があった。また,前年度研究計画2)の3D光造形の実証と評価を行う造形装置の調査および改造計画については,既成の光造形3Dプリンターを1台購入し,研究中の光造形材料上の課題を検討している状況である。したがって,この研究計画に対応する本年度(平成30年度)の計画1)の,「光造形材料のプロセス設計や3Dプリンターを改造しての材料評価」については,予定からはやや遅れている。これは本年度,液滴レベルで光硬化と塗布工程を評価するなど,基礎的な3D造形プロセスを満たす材料特性の検討に注力したためである。しかし,これによって,カゼインとタウリンを発生する光両性物質発生剤からなる光ゲル化材料を用いた光硬化層を重ねた造形実験などにより,このタンパク系天然物由来の材料によって立体造形が基本的に可能であることを示すことが示された。したがって,最終年度にはこの3Dプリンターでの評価の段階に入れる見込みである。本年度研究計画2)の,「生体への影響が少ない光両性物質発生剤の有機合成」については,光反応性の生体物質であるカチオン部構造がなかなか見つからなかった。しかしながら,この光両性物質発生剤の分解物が人体に害があるのはなんとか解決してほしいとの意見も成果発表に対して多かった。そこで,現在,食品用色素に用いられている化合物に可能性を見出しているものの,本格的な検討と合成は最終年度に持越しとなった状況である。最終年度(平成31年度)研究計画は,生体への影響が少ない光両性物質発生剤の開発を含めて,有望な環境調和型3D光造形材料を用いた3D光造形の実証と評価を行うことを予定している。そこで,タンパク系天然物由来の材料であるカゼインを用いたタンパク系光造形材料とともに,これらと組み合わせたセルロース類などの木質・紙系光造形材料の光感度や物性を組成比や増感剤の導入などから検討し,有望な環境調和型3D光造形材料を提案する。これによって,プロセスと光造形材料のマッチングを図る予定である。次に,この3D造形材料を用いて,3Dプリンターでの評価段階に入り,簡単な光造形のデモンストレーションまでぜひ到達したい。これには,少し幅広い知識・スキルが必要なことから,この課題に専念して研究する大学院学生をあてる。一方,生体への影響が少ない光両性物質発生剤のカチオン部分としてはシアニン骨格を持った分子設計・合成,または,食品用色素に用いられている化合物骨格を参考にした分子設計・合成を行うことを予定している。合成ができしだい材料化と造形材料評価を行い,研究計画全体の達成を目指したい。生体への影響が少ない光両性物質発生剤の合成に専念して研究する学部学生をあてる。本研究では,安全で環境に優しい光反応材料をめざして,酸と塩基を併せ持つ両性物質を発生する水溶性の光両性物質発生剤分子の研究を基にした光pH制御によって,天然物由来の材料を用いた環境調和型3D光造形材料の創成を目的とする。本研究グループで研究・開発した水溶性光両性物質発生剤は,光照射により塩基性から酸性へのpH変化を誘起することができる。

一分子中に酸性基と塩基性基を有するアミノ酸のひとつであるタウリンなどの両性物質を発生するものや,光分解性のカチオン部分を変えたものなど本研究グループで合成した4種類の水溶性光両性物質発生剤を準備し,これらを用いて,天然物であるアルギン酸ナトリウムのゲル化を試みた。まず,これらの光両性物質発生剤の水溶液が,光照射によって,その露光エネルギーに応じてpHの値が9から4.5程度まで変化すること,すなわち,塩基性から酸性への変化が起こることを確かめた。このpH変化を利用して多糖類の一つであるアルギン酸ナトリウムと炭酸カルシウムからなる水性の材料をゾル状から固体状のゲル状へ変化させることができた。次に研究協力者と共同で,この材料を光照射による環境調和型点字プリント材料として用いることを試みた。研究協力者が有する点字プリンターを用いて,この材料を滴下し,光によって硬化させる点字の印刷の検討を行った。点字プリント材料として用いられることを確かめたが,滴下された溶液の粘度が不十分で光照射前に基板上でやや拡がってしまうことや耐久性などのいくつかの課題も明らかにした。これによって目的とする環境調和型3D光造形材料への応用に一歩近づくことができた。平成29年度の計画のひとつは,光両性物質発生剤と天然物由来の材料からなる3D光造形材料の探索であった。研究・開発してきた光両性物質発生剤とさまざまな天然物由来の材料との光反応,および後続の熱反応については,多糖類のひとつであるアルギン酸系光造形材料について検討し,研究実績が得られた。本研究用のLED光源,集光系,光ファイバーを購入し,3Dプリンターに用いる材料としての光硬化反応特性を調べる実験を進めた。光源を紫外光(UV)ーLED集光系としたことで大幅なコストダウンができた。一方,他の天然物由来の材料であるキトサン,セルロース,カゼイン,木質・紙系材料などと光両性物質発生剤からなる光硬化材料の探索はやや遅れている状況である。別予算において研究代表者が研究協力者であるタイ,チュラロンコン大学理学部画像印刷学科Aran准教授を訪問し研究の打ち合わせを行い,Aran准教授側からチュラロンコン大学大学院学生1名が研究代表者研究室に2か月間滞在し,研究協力を進めた。また,研究に関与する大学院生が,光両性物質発生剤の特長を生かすために,塩基性の高いオニウム系光両性物質発生剤分子の設計・合成にとりかかり,新規の光両性物質発生剤1つの合成に成功した。新規の光両性物質発生剤合成にやや手間取り,低環境負荷化合物への改良まで思ったように進んでいないが,成果が出始めている。本研究は,安全で環境に優しい光反応材料をめざして,酸と塩基を併せ持つ両性物質を発生する水溶性の光両性物質発生剤分子の研究を基礎にし,これらの光両性物質発生剤分子を用いた光pH制御によって,天然物由来の材料を用いた環境調和型3D光造形材料を創成することを目的とする。本年度の実績としては次の3点が挙げられる。すなわち,(1)新規水溶性光両性物質発生剤の開発:本研究グループで研究・開発した水溶性光両性物質発生剤は,光照射により塩基性から酸性へのpH変化を誘起することができ,これまで4種類の水溶性光両性物質発生剤を開発し,前年度(平成29年度)には,さらに塩基性基を増やした新規光両性物質発生剤1種類の合成をした。本年度(平成30年度)は,この新規光両性物質発生剤とこれまでの光両性物質発生剤の特性を比較検討し,その成果を国内および国際学会に発表した。
「細胞内ロジスティクス：病態の理解に向けた細胞内物流システムの融合研究」の運営

本研究は、新学術領域研究「細胞内ロジスティクス:病態の理解に向けた細胞内物流システムの融合研究」(略称:ロジスティクス)(平成20ー24年度)の終了に伴い、その取りまとめを行うものである。真核細胞内の輸送システムであるメンブレントラフィックによって、細胞や組織・個体の状況に応じて在庫・輸送管理が行われる複雑な物流ネットワークが形成され、経済で言うロジスティクス=原材料の調達から製品消費までのものの流れの総合的なマネジメントが実施されている。本領域では、この細胞内ロジスティクスが関わる病態の理解を目指し、従来の分子細胞生物学的なアプローチに加え、情報科学・工学及びケミカルバイオロジーとの融合研究を展開してきた。本申請課題の目的は、本新学術領域研究における5年間の研究成果を取りまとめ、終了シンポジウムや報告書などとして広く公開することにより、その成果を社会に還元することにある。そのために以下を計画し、全て実施した。1.研究成果報告書の作成:本新学術領域研究期間中の主要な業績・成果の抜粋ならびに、論文・学会発表等をまとめた研究成果報告書を作成し、関係者に配布した。2.終了シンポジウムの開催:計画・公募研究者の中から特に最近優れた業績をあげている研究者を演者として、公開の終了シンポジウムを、2013年9月1718日の2日間、兵庫県淡路島の淡路夢舞台国際会議場で開催した。80余名の参加者を得て活発な議論が展開された。3.社会・国民への発信:本新学術領域研究の成果を分かり易く解説したニュースレターを印刷・発行した。また研究期間中にも行っていた重要成果の新聞などのマスメディアへの発表や、一般市民向けのセミナーを、領域で得られた成果発信のために実施した。25年度が最終年度であるため、記入しない。細胞内の多くのオルガネラや細胞膜を膜ダイナミクスによって結ぶ物流ネットワーク・メンブレントラフィックの実態は、単なる物質運搬ではなく、経済用語のロジスティクス、すなわち「原材料の調達から製品消費までのものの流れの総合的なマネジメント」により近い。この細胞内ロジスティクスは個々の細胞の生存のみならず神経、内分泌、免疫などの高次生体システムをも担い、その障害や破綻は疾患の原因となる。本領域ではその根底にある分子基盤の解明による病態の理解を目指し、分子細胞生物学的なアプローチと共に情報科学・工学及びケミカルバイオロジーとの融合研究を展開する。本計画研究(総括班)は、融合研究である本領域が的確に推進され、大きな成果を挙げられるような体制を整える役割を担う。細胞内の物流ネットワークであるメンブレントラフィックは、ものの流れの総合的マネジメントであるロジスティクスと考えることが出来る。この細胞内ロジスティクスの破綻は様々な疾患の原因となる。融合研究の展開によりその分子基盤を解明し病態の理解を目指す研究領域が、適確に推進され成果があげられるよう統括した。年に一回の班会議や国際シンポジウムの開催、ウェブサイト運営、ニュースレター発行、コンテスト実施などの活動により領域を運営し、情報発信を行った。本研究(総括班)は、融合研究である本領域が的確に推進され、大きな成果を挙げられるような体制を整える役割を担う。今年度は以下の活動を行った。まず第1回総括班会議を開催し、毎年行う全体班会議の責任者の決定や、融合研究推進の具体策の検討を行った。また、ケミカルバイオロジーとの融合研究として実施する、各計画班が対象とする物流経路に影響を及ぼす化合物の網羅的探索のため、多検体の生細胞を自動で培養・ライブ蛍光観察・記録するBioStationCT(ニコン)を購入し、本領域の融合研究・研究支援の中核である牧野内、清水両計画研究代表者が所属する理化学研究所和光キャンパスに設置した。それを用いた解析に必要な消耗品類も購入した。さらか、平成20年度に終了した特定領域「メンブレントラフィック」と共催で公開シンポジウムを実施し、127名が参加し活発な討論が行われた。本研究(総括班)は、融合研究である本領域が適確に推進され、大きな成果を挙げられるような体制を整える役割を担う。平成21年11月9日12日に第1回全体班会議を開催し、計画研究と公募研究の研究代表者とその研究室メンバー、評価委員、学術調査官及び班外からの参加者総勢117名が、4日間に亘り口演とポスター発表を行い活発な討論が行われた。

同時に開催した第3回総括班会議で、現状の総括と今後の方針を話し合った。ケミカルバイオロジーと画像処理の2つの融合研究について、それぞれの担当計画班と他の班員の連携により着実な進捗があった。領域HPには班員の大きな成果をいち早く掲載し、また領域の活動などを紹介するニュースレターを全国の関連研究者に送付した。細胞内の多くのオルガネラや細胞膜を膜ダイナミクスによって結ぶ物流ネットワーク・メンブレントラフィックの実態は、単なる物質運搬ではなく、経済用語のロジスティクス、すなわち「原材料の調達から製品消費までのものの流れの総合的なマネジメント」により近い。この細胞内ロジスティクスは個々の細胞の生存のみならず神経、内分泌、免疫などの高次生体システムをも担い、その障害や破綻は疾患の原因となる。本領域ではその根底にある分子基盤の解明による病態の理解を目指し、分子細胞生物学的なアプローチと共に情報科学・工学及びケミカルバイオロジーとの融合研究を展開する。本研究(総括班)は、融合研究である本領域が適確に推進され、大きな成果を挙げられるような体制を整える役割を担う。今年度は以下の活動を行った。平成22年6月2829日に国際シンポジウム「メンブレントラフィックとがん」を開催し、海外10名(総括班海外評価者2名を含む)国内10名の著名なメンブレントラフィック研究者による講演と一般からのポスター発表を行った。約160名の参加があり、極めて充実した内容でこのようなテーマの国際会議は初であると海外からの演者の評価も高かった。引き続き6月30日7月1日には第2回全体班会議を行い、発表と活発な討論が行われた。同時に開催した第4回総括班会議で、現状の総括と今後の方針を話し合った。融合研究の細胞内画像解析の啓蒙・宣伝のため、MIRU(画像の認識理解)2010学会にてワークショップ「細胞内画像処理」を開催した。また毎年実施されている精密工学会の外観検査アルゴリズムコンテストにおいて、2010年の対象にメンブレントラフィックが選定され120人以上の画像解析研究者が技術を競った。領域HPとニュースレターによる情報発信も精力的に行っている。平成23年6月13日に第3回全体班会議を開催した。
貝類の雄性発生

貝類の雄性発生2倍体は世界的に全く報告が無い。また、貝類では雌性発生2倍体も作出不可能とされ、近交系を用いた生物学的研究や、養殖系統及び品種の固定化技術の遅滞を招いている。本研究は貝類の雄性発生半数体の作出の技術の確立とその機構を明らかにすることを目的としている。本年度はマガキおよびエゾアワビを対象に雄性発生半数体作出の証拠を得るために必要な遺伝マーカーとしてマイクロサテライトDNAマーカー(MSマーカー)の単離を行った。(1)マガキのMSマーカー座の単離と有効性の検討:マガキにおける雄性発生個体を証明するために必要な遺伝マーカーとして、マグネチックビーズ法によるマイクロサテライトDNAの単離とプライマーの設計を行った。その結果、宮城県産マガキにおいて独自に4MSマーカー座を単離し、それらのアリル数、および遺伝的変異性を定量した。この成果は、ジーンバンクのアクセス番号を取得すると共に、Tohoku J. Agr. Res.に論文として掲載した。(2)エゾアワビのMSマーカー座の単離と有効性の検討:マガキと同様にエゾアワビにおいてもMSマーカー座の開発を行った。その結果、三陸産エゾァワビにおいて独自に8MSマーカー座を開発すると共に、それらの遺伝的変異性を定量的に明らかにした。また、それらの遺伝支配がメンデル遺伝と一致すること、ヌル遺伝子が存在すること、およびMS座と連鎖した劣性致死遺伝子も存在することを交配実験をもとに明らかにした。これらの研究成果は一部は印刷中であり、3部は投稿中である。本研究は貝類の雄性発生半数体の作出の技術の確立とその機構を明らかにすることを目的として、本年度はマガキ、ホタテガイおよびエゾアワビを対象として、紫外線照射による卵の遺伝的不活性化と雄性発生半数体作出および発生機構の把握、および第一卵割阻止による雄性発生2倍体の作出条件に関する知見を得ることを目的とした。(1)紫外線照射による卵の遺伝的不活性化条件の検討:マガキおよびエゾアワビの卵に種々の紫外線照射量を与え、それぞれ同種の精子によって媒精させた後の発生とトロコフォア幼生の染色体数によって卵の遺伝的不活性化条件を検討した。その結果、マガキでは紫外線照射時間が増加するほど受精率が低下したが、90秒照射(照射量6480erg/cm2)においても50%以上の受精率と浮上率が観察された。また、ラーバの染色体数は対照区では20本であるが、照射10秒以上、照射時間の増加に伴い染色体数の減少がみられ、照射60秒から以降は半数体を示す10本のところにモードが認められ、90秒照射で染色体数10本にもっとも顕著なモードが観察された。さらに、D型幼生の正常率をみると、60秒照射では数%の正常個体が認められたが、90秒照射ではすべて奇形となることを示した。従って、マガキの場合、紫外線照射90秒においてもっとも効果的に卵の遺伝的不活性化ができることが分かった。一方、エゾアワビにおいて同様の実験を行った結果、120秒照射以上で効果的であると判断されたが、卵形が大きく、確実な最適照射時間を得ることはできなかった。(2)紫外線照射90秒以上による半数体発生卵において、雌性核と雄性核の動態をDAPI染色によって観察したところ、雄性核がすべて極体として放出される卵が認められ、人為雄性発生が生じていることを確認した。(3)紫外線照射卵による半数体発生個体に種々の条件でサイトカラシンB処理を行い、人為雄性発生2倍体の作出の可能性を調べた結果、正常個体は得られなかったが、染色体数20本の個体が出現し、雄性発生2倍体作出の可能性が得られた。

また、それらの遺伝支配がメンデル遺伝と一致すること、ヌル遺伝子が存在すること、およびMS座と連鎖した劣性致死遺伝子も存在することを交配実験をもとに明らかにした。これらの研究成果は一部は印刷中であり、3部は投稿中である。
虚血心筋における脂質メディエータースフィンゴシン1リン酸(S1P)の機能解析

当研究では虚血性心疾患におけるS1Pとその関連分子の役割を解明することを企図して実験的に検討した。S1Pシグナルにおいてはスフィンゴ脂質含有細胞膜マイクロドメインであるカベオラとその構成蛋白質caveolin-1が重要な役割を果たす。心筋虚血時に産生が高まることが知られるサイトカインTGFβ1のcaveolin-1とS1Pシグナルへの効果を明らかにした。またステロイドホルモンが、血管内皮においてcaveolin-1を誘導し、VEGFの作用を減弱させることを明らかにした。血管新生促進性スフィンゴ脂質メディエータースフィンゴシン1リン酸(S1P)は循環器系細胞において多様な生理活性を惹起するため近年注目されている。当研究では虚血性心疾患におけるS1Pとその関連分子の役割を解明することを企図して実験的検討を行った。培養ウシ大動脈由来血管内皮細胞(BAEC)に対して心筋虚血時に産生が高まることが知られるサイトカインTGFβ1を添加したところ、caveolin-1の発現がタンパク質、遺伝子レベルでともに著明に低下することが明らかとなった(ウエスタンブロット法、RT-PCR法)。TGFβ1によってcaveolin-1発現が低下した細胞ではS1Pに対する反応性が細胞内情報伝達系及び細胞遊走能のレベルで亢進することが分かった。これらの反応はcaveolin-1に特異的なsiRNAを用いた遺伝子ノックダウン法によりmimicされるところから、TGFβ1によるS1P反応の亢進はcaveolin-1発現低下によるものであることが証明された。これらの結果は、虚血心筋におけるサイトカインTGFβ1産生がスフィンゴ脂質S1Pへの反応性を修飾する可能性を示唆するものである。次年度以降は心筋細胞及び実験動物の虚血心筋モデルを用いてさらに検討を進める予定である。当研究では虚血性心疾患におけるS1Pとその関連分子の役割を解明することを企図して実験的検討を進めている。S1Pシグナルにおいてはスフィンゴ脂質含有細胞膜マイクロドメインであるカベオラとその構成蛋白質caveolinが重要な役割を果たす。前年度までに、心筋虚血時に産生が高まることが知られるサイトカインTGFβ1のcaveolinとS1Pシグナルへの効果を明らかにしてきた。今年度はまず、生体ストレスとの関連が大きい糖質、鉱質ステロイドホルモンが、血管内皮においてcaveolinを誘導し、S1Pと協働して血管新生を促す成長因子VEGFによるシグナル伝達と細胞遊走を減弱させることを明らかにした。一方S1Pは、細胞内で酵素スフィンゴシンキナーゼ(SphK)により産生されることが知られている。現在、マウスin vivo心筋虚血再潅流モデルにおいて、SphK-1アイソフォームの遺伝子発現が著明に増加することを見いだしつつある。これらの結果は、虚血心筋及び冠血管において、サイトカインTGFβ1産生をはじめとするストレス応答系が、スフィンゴ脂質S1Pによる細胞情報伝達システムを修飾する可能性を示唆するものである。次年度は、心筋細胞及び実験動物の虚血心筋モデルを用いてさらに検討を進める予定である。当研究では虚血性心疾患におけるS1Pとその関連分子の役割を解明するととを企図して実験的検討を行った。まず、心筋虚血時に産生が高まることが知られるサイトカインTGFβ1のcaveolinとS1Pシグナルへの効果を明らかにした(論文発表済)。さらに、生体ストレスとの関連が大きい糖質、鉱質ステロイドホルモンが、血管内皮においてcaveolinを誘導し、S1Pと協働して血管新生を促す成長因子VEGFによるシグナル伝達と細胞遊走を減弱させることを明らかにした(学会発表済、並びに論文投稿中)。マウスin vivo心筋虚血再潅流モデルにおいて、SphK-1アイソフォームの遺伝子発現が著明に増加することを見いだした(未発表)。これらの結果は、虚血心筋及び冠血管において、サイトカインTGFβ1産生をはじめとするヌトレス応答系が、スフィンゴ脂質S1Pによる細胞情報伝達システムを修飾する可能性を示すものである。今後、培養心筋細胞及び実験動物の虚血心筋モデルを用いてさらに検討を進める予定である。
ES細胞から誘導された眼様組織を利用した再生治療モデルの確立

ES細胞から網膜を構成する各細胞、網膜色素上皮、レンズなど眼の構成要素を誘導・分離することに成功し、培養眼と名付けた。この培養系を確立し、ES細胞から網膜を構成する各細胞、色素上皮、レンズなど眼の構成要素を誘導・分離し、マウスの眼球への移植による再生治療のモデルの確立を目指した。前年度までに、トリ胚やマウス正常個体の網膜への培養眼の移植を行い、網膜色素上皮等の網膜細胞へ分化することが確認された。疾病モデルとして用いた、網膜色素変性症モデルマウスへの培養眼の移植に関しては、成体への移植の場合ホストとなる色素上皮や網膜組織が既に変性しており、ES細胞由来眼様構造を移植しても生着率が悪く、期待されるような回復が見られなかった。レーザー損傷モデルマウスでは網膜色素上皮と網膜が同時に失われるため、適材適所へ移植を行っても、損傷部位の網膜下にES細胞由来眼様構造をとどめておくことができない。そのため、細胞は眼内で散らばり、失われてしまった。現在薬剤を用いた新しい再生治療モデル系の開発を行っている。現在までに7割くらいの確立で、安定して、人為的に視細胞を変性させることが可能となり、マウスだけでなく大型動物への応用も視野に入れて取り組んでいる。現在用いているマウスでは、ES細胞由来眼様構造を眼様構造のまま移植することが不可能であるため、網膜の器官培養系を用いた再生治療のモデル実験も行った。器官培養系においても、ES細胞由来眼様構造は網膜最内層の神経節細胞層と連絡しやすいようで、神経節細胞層のさらに上にもう一層細胞を形成した。これらは神経マーカー陽性の細胞であり、神経節細胞層の再生治療に有効であると考えられる。網膜色素上皮細胞の前駆細胞を分取する系に関しては、前駆細胞を特定できるDct-GFPトランスジェニックマウスを導入し、ES細胞の作成やFACSによるDct-GFP陽性細胞の分取法の確立のための基礎実験を進めている。試験管内で一個のES細胞から、レンズ様の形態をした細胞集団に色素上皮を含む上皮細胞集団が隣接して存在する構造物(培養眼)を誘導する条件を見いだした。色素上皮は特徴的な大きな色素顆粒を持つ6角形の細胞が密集しており形態的には生体の眼の網膜色素上皮と同一であった。細胞塊にはα-A crystallin、α-B crystalline、β-crystalline陽性細胞が検出され、レンズ細胞が誘導されていることを示している。細胞塊にはBrn3b(ガングリオン細胞)、syntaxin(アマクリン細胞)、synaptphysin(複数の網膜細胞)、vesicular GABAtransporter(複数の網膜細胞)、rhodopsin、recoverin、peripherin(いずれも光受容細胞)陽性の細胞が検出され、網膜を構成する細胞が誘導されていることを示している。crystallin陽性細胞と網膜細胞のマーカーを発現している細胞は完全に独立した細胞集団を形成しているわけではないが、同じマーカーを持つ細胞同士が集団を形成していることがわかった。このことは、培養眼がある程度網膜の層状構造を反映していると考えられる。網膜とレンズ双方の誘導に必要であることが明らかにされている転写調節因子Pax6の機能を失わせたES細胞からは培養眼が誘導されることはなかったことから、培養眼は生体の眼と同じくPax6に依存して形成されること、つまり眼に相当する器官(構造物)であることを示している。

マウスへの移植により培養眼を構成する細胞が眼球内に生着し、一部は網膜を構成する細胞へと分化していたことから、培養眼は,生体内でも眼の組織へと分化することが確かめられた。試験管内で一個のES細胞からレンズ様の形態をした細胞集団に色素上皮を含む上皮細胞集団が隣接して存在する、発生中の眼を想起させる構造物(培養眼)を誘導する条件を見いだした。様々な網膜、レンズ、色素上皮特異的なマーカーが発現していること、生体の眼と同じく眼のマスタージーンPax6に依存して形成されることから、培養眼は成体の眼に相当する器官(構造物)であることが示されている。GFPを構成的に発現するES細胞株から誘導後9日目の培養眼をトリプシンで解離し、正常マウスの新生仔や成体の眼球内への移植したところ、10日目にGFP陽性細胞が検出され、それらの細胞はβIIItublinやsyntaxinなどのマーカーを発現していることが確認された。受精後2日のトリ胚の眼胞への移植では、細胞は比較的まとまった細胞塊を形成しそれらはレンズや網膜のマーカーを発現していた。さらに、移植細胞塊から単層のGFP陽性細胞が広範囲に広がっており、大きな色素顆粒を持ちRPE65タンパクを発現していることから、培養眼由来の網膜色素上皮と考えられた。このことから、培養眼には生体内で網膜やレンズを構成する、あるいは分化する細胞が含まれ、特に網膜色素上皮については正常のものと同じ場所で同じように分化する前駆細胞が含まれることが明らかになった。これらの結果は、網膜疾患の細胞治療に培養眼由来の細胞が使える可能性を示唆している。ES細胞から網膜を構成する各細胞、網膜色素上皮、レンズなど眼の構成要素を誘導・分離することに成功し、培養眼と名付けた。この培養系を確立し、ES細胞から網膜を構成する各細胞、色素上皮、レンズなど眼の構成要素を誘導・分離し、マウスの眼球への移植による再生治療のモデルの確立を目指した。前年度までに、トリ胚やマウス正常個体の網膜への培養眼の移植を行い、網膜色素上皮等の網膜細胞へ分化することが確認された。疾病モデルとして用いた、網膜色素変性症モデルマウスへの培養眼の移植に関しては、成体への移植の場合ホストとなる色素上皮や網膜組織が既に変性しており、ES細胞由来眼様構造を移植しても生着率が悪く、期待されるような回復が見られなかった。レーザー損傷モデルマウスでは網膜色素上皮と網膜が同時に失われるため、適材適所へ移植を行っても、損傷部位の網膜下にES細胞由来眼様構造をとどめておくことができない。そのため、細胞は眼内で散らばり、失われてしまった。現在薬剤を用いた新しい再生治療モデル系の開発を行っている。現在までに7割くらいの確立で、安定して、人為的に視細胞を変性させることが可能となり、マウスだけでなく大型動物への応用も視野に入れて取り組んでいる。現在用いているマウスでは、ES細胞由来眼様構造を眼様構造のまま移植することが不可能であるため、綱膜の器官培養系を用いた再生治療のモデル実験も行った。器官培養系においても、ES細胞由来眼様構造は網膜最内層の神経節細胞層と連絡しやすいようで、神経節細胞層のさらに上にもう一層細胞を形成した。これらは神経マーカー陽性の細胞であり、神経節細胞層の再生治療に有効であると考えられる。
パワフルな有機合成を実現するカプセル型触媒の開発

本研究では,従来の触媒膜の生成技術で困難である大きな面積を持つゼオライト膜の製造を避け,容易な小さな触媒粒子の表面にゼオライト膜を生成させ,ゼオライト膜を持つカプセル型の触媒反応場を設計した。コアの触媒とシェルのゼオライト触媒膜に別々の反応及びin situ分離機能を与え,新しい触媒反応インテグレーションシステムの創成,およびシンプルかつミクロ化した反応分離プロセスを追求する。各種ゼオライト膜及びメソポーラス膜を触媒ペレット表面へ構築し,より多彩なカプセル触媒の実現とともに,連続反応をはじめ,複数の化学反応を一括完成できる普遍的システムを追及する。本年度は,ジメチルエーテル(DME)の直接合成用カプセル触媒を合成した。この触媒はコアにメタノール合成触媒,シェルに固体酸触媒(HZSM-5)を持つカプセル触媒で,合成ガスはコアの触媒でメタノールを生成し,シェルのHZSM-5の酸触媒作用により,脱水反応を受け,DMEを生成する。本研究ではコアにメタノール合成触媒であるCuZnOペレット触媒を用い,先ずアルミナを含まないシリケート膜を水熱合成で調製してから,HZSM-5膜を調製しカプセル触媒を合成した。DMEの合成反応を行うと,カプセル触媒は総炭素転化率は21.0%とそれほど高くなかったが,DMEの選択率は78.6%と,ICI触媒とゼオライトの物理混合触媒の40.5%よりもはるかに高かった。カプセル触媒では生成する全てのメタノールは必ずゼオライトの細孔を通って脱水反応を受けるのに対して,物理混合触媒ではメタノールは拡散によってのみゼオライトの細孔に入り,脱水反応を受けるため,一部のメダノールしか脱水反応を受けないため,カプセル触媒の方がDMEの選択率が高くなると考えられた。以上,本研究により合成ガスから直接DMEを合成するカプセル触媒の合成に成功した。コアの触媒とシェルのゼオライト触媒膜に別々の反応及びinsitu分離機能を与え,新しい触媒反応インテグレーションシステムの創成,およびシンプルかつミクロ化した反応分離プロセスを追求する。触媒と原料分子あるいは生成物分子の間の相互作用を検討し,各種ゼオライト膜及びメソポーラス膜を触媒ペレット表面へ構築し,より多彩なカプセル触媒の実現とともに,連続反応をはじめ,複数の化学反応を一括完成できる普遍的システムを追及する。本年度の研究は,コアにFT合成触媒を持ち,シェルにβゼオライトを持つカプセル触媒を開発した。この触媒を用いることにより, COとH_2の混合ガスである合成ガスから,フィッシャー・トロプッシュ(FT)合成反応により,一段階でガソリンに相当する液体燃料を合成できる。コアのFT合成では(1)式のように反応が進み,一酸化炭素と水素から直鎖炭化水素が生成する。直鎖炭化水素は,シェルのβゼオライト膜を通過する際に改質反応を受け,軽質分枝炭化水素を生成すると考えられる。βゼオライト膜を持つカプセル触媒を用いFT合成を行ったところ,一段階のFT合成で,ガソリンに相当する液体燃料の製造に成功した。この反応では,合成ガスはゼオライト膜を通過し,コアのFT合成触媒に到達して,直鎖炭化水素を生成する。生成した直鎖炭化水素は粒子外へ拡散していく過程において, βゼオライトのトンネル構造及び酸触媒作用のため,異性化反応と水素化分解反応を受け,ガソリンに相当する軽質イソパラフィンとなると考えられた。
寡占的一般均衡下において貿易自由化が企業内分業と経済成長に与える効果の動学分析

2018年度は研究計画の1年目として、Chaney and Ossa (2013)の構築した企業内分業モデルをNeary (2016)による寡占的一般均衡理論に導入した理論研究Kamei (2014)を動学的寡占モデルへの拡張することを試みた。具体的には、Kamei (2014)に対して、動学的な寡占企業競争モデルであるFershtman and Kamien (1987)型の粘着価格を導入することで動学モデルを構築を試みた。しかし、直接的にモデルを導入したところモデルの均衡解を分析可能な形で得ることができなかった。そこで、方針を多少転換し、効用関数に対して追加的な仮定を施すことを通じて、モデルの解析解を導出し、各変数がモデルの挙動にどのような影響を与えるのかについて検証した。特に本研究では、数値シュミレーションを用いて分析を行った。その結果、上記の動学的分業モデルを下に、現実的な数値に基いて数値シュミレーションを行った結果、いくつかの動学的な分業の深化過程について一定の結果を得ることができた。さらにそれに伴う賃金・企業家と労働者間の所得分配構造に与える影響についても一定の結果を得ることができた。2018年度は、上記の研究結果についてワーキングペーパーの刊行が間に合わなかったが2019年度には研究成果をまとめ、刊行する予定である。その他に、本研究の関連研究として、輸送価格に関する論文をワーキングペーパーとしてまとめた。モデルの計算においていくつか工夫を要する箇所があったためにモデル解析に少々遅れが生じた。その遅れが、数値計算・シュミレーションに対しても影響を与え、論文作成に響いた。しかしその後、分析は順調に進んでおり近日中にワーキングペーパーという形で成果を報告する予定である。一年目のモデルに基づき、Fujiwara and Kamei (2018)で導入された非貿易財部門を伴った国際貿易モデルの下で、一年目と同様の分析を行う。特に、貿易自由化の効果が非貿易財部門の企業生産性に与えうる効果の推移について注目する。最終的に、研究成果をまとめ、国際的な学会での報告・国際的学術誌への掲載を目指す。論文の作成が遅れたために、論文投稿費用が発生しなかった。次年度で使用する予定である。