hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
衛星による地球環境の解明

地球環境の諸現象は,水圏,気圏,地圏,生物圏が相互に複雑に作用しあっており,従来の独立した学問体系の中では,全地球的な現象の解明に限界がある。重点領域研究「衛星による地球環境の解明」では,工学系及び理学系の研究者が協力して,境界領域の新しい学術的基礎研究を行い,全地球的な規模で地球を総合的に観測する手段である衛星を用いた地球環境の計測と処理手法を確立することを目的として,衛星による地球生物環境の変動解明(気圏,地圏の相互作用),陸域における水循環渦程の解明(気圏・水圏・気圏・地圏の相互作用),大気・海洋相互作用系のリモ-トセンシング,マイクロ波による地球環境計測,地球環境情報の高度情報処理技術を取上げ,計画研究及び公募研究により研究を推進した。本研究は,総括班として,諸研究が有機的に推進されるよう主導的な役割を果たして来た。実績としては,1.シンポジウムの開催と研究成果の印刷公表:年度当初に各班の計画内容の紹介と研究推進の上での協力関係を進めるためにシンポジウムを開催した。又,年度末にシンポジウムを開いて中間成果を発表し,多数の外部からの参加者があった。その成果を印刷公表した。2.総括班会議の開催:総括班会議を数回開き,研究全体を総観し,指向する方向の策定に役立てた。ISYに積極的に寄与することにした。3.ワ-クショップの開催:多くの班が関与して行う共同研究などに関し,7ワ-キンググル-プを設置し,随時ワ-クショップを開催し,効率的な研究の進展を図った。又,各グル-プでも中間にワ-クショップを開き,研究の進展状況の報告と討議を行った。4.ニュ-ズレタ-の発行:ニュ-ズレタ-を2回発行し,会合案内,報告,研究速報,世界における関連情報などを掲載し,外部にも多数配布し,好評を得た。
イノシトール三リン酸感受性イオンチャネルの解析

2.Ins【P_3】-induced currentは膜コンダクタンス上昇を伴い、そのピーク時でコントロールの400%に達し、ある種のイオン透過性増大を示唆した。3.イオン置換実験より、このIns【P_3】-induced currentは外液【K^+】イオン濃度に依存し、外液【Cl^-】イオン濃度変化に影響を受けなかった。4.外液【Ca^(2+)】イオンを徐去しても、この膜電流は発生したが、神経細胞内にあらかじめ、【Ca^(2+)】イオンのキレーターであるEGTAを微量注入した後では発生しなかった。即ちこの電流の発生には細胞内【Ca^(2+)】イオンを必要とする。6.一般的に【Ca^(2+)】依存性【K^+】currentをブロックするとされているTEAは同じ神経細胞より記録した【Ca^(2+)】-induced currentとIns【P_3】-induced currentの両者をブロックした。これらの実験結果より、Ins【P_3】はこの動物の中枢神経細胞でセカンドメッセンジャーとして働き、その神経細胞の活動を抑制することが明らかとなった。即ち、ある種の神経伝達物質が膜に結合するとイノシトール脂質の代謝回転が亢進し、その産物であるIns【P_3】が細胞内貯蔵【Ca^(2+)】イオンを放出し、この増加した【Ca^(2+)】イオンは最終的に膜の【K^+】チャネルを開き、【K^+】イオンの透過性が増大し、神経細胞は過分極し抑制を受ける。
光端技術産業の金属化合物制御と資源化処理

本年度は、ガリウムヒ素系半導体の製造工程におけるCVD/薄膜形成プロセスからの廃ガス・廃水のモデルとして岡山大学環境管理センターの有機廃液燃焼処理装置を用いた実験により、低濃度有害金属含有廃棄物に対し気固系定層および固液系流動層による吸着技術を応用する効率的製御・処理方法について所期の目的を達成し、検討を終えた。次に、廃水・廃棄物等から希少金属資源の分離・回収を行う目的で検討を行い、先端新素材開発に伴い廃棄物減量化、資手化技術が課題となっているクロムとバナジウムを取り上げた。クロムメッキ廃水の酸化還元電位はpH依存性が高く、共存物質が電位に大きく影響し、しかもORP計が汚染に弱いので反応終点の正確な指示値を植るには多くの困難を伴う。還元剤が不足すれば有害なクロム(VI)が検出されるので、安全重視の関点から還元剤及び凝集剤を大過剰に添加するのが通常で、クロム資源化のうえで障害となっていることに着目した。本研究では、現在のORP電極法よりも優れた終導検出機能をもつフロー法ケミカルプローブを開発し、還元剤注入量の精密制御を可能した結果、クロム含有スラッジの減量化で多大な成果があることを明らかにできた。また、処理水の水質についても従来法と同程度の成績が得られることがプラント実験による確認された。これらの結果から、実際のクロムメッキ廃水からクロム(III)を再資源化するのに適用可能なことが本研究により明らかになった。バナジウムは超伝導物質、高機能触媒、特殊合金等の先端素材分野に不可欠の希少金属の代表的なものであるが、重油燃焼ボイラーから排出されるダスト中にはバナジウム、ニッケル等が相当量含有されている。そこで、本研究ではバナジウム含有ダスト廃棄物からのバナジウム分離回収に流通式液膜抽出法の適用を試み、予備的に検討した。
プロトン伝導性ナノ酸化物を用いた水電解による水素製造の研究

水素エネルギーシステムの実現に向けて、燃料電池(水素から電気をつくる)と対をなす水電解(電気から水素をつくる)の技術開発が必要である。本研究開発では、界面プロトン伝導による高伝導性ナノチタニア電解質を利用して水電解装置の研究開発を行う。電極触媒が、水電解の電極反応を起こすためには水/電解質/電極触媒/気相(水素もしくは酸素)が共存する反応場が必要である。電解質および集電層と組み合わせることで、電解セルを構成することができる。このような構造のガス拡散電極をいくつかの方法で調製した。また、電極触媒には、白金担持カーボンPt/Cを用いた。カーボンおよびテフロン分散液と混合し、乾燥したものを用いた。また、集電層と電極触媒とをあわせたものとして、エレクトロケム社製白金担持カーボン付きカーボンペーパーを用いても検討を行った。電解質として含水酸化チタンを400°Cで熱処理したものが水電解に適した材料であることが確認できたため、以下の電解セルの試験では、400°Cで熱処理をした含水酸化チタンを用いることとした。(HT400)HT400はプロパノールを分散媒として10wt%の高分子バインダー(ナフィオン)と混合し、拡散電極に塗布して乾燥し、このように作成した電極と電解質の集合体を電解質が接するように貼り合わせ、120200°Cでホットプレスすることで作成した。このように作成した電解セルは作動することが確認でき、電解セルの作成技術についても技術的な確立を達成できたと考えている。開発を行った水電解セルを用いて行った電解試験の結果は作動温度を60°Cとした時の電流電圧曲線であり、電極触媒に白金担持カーボンPt/Cを用いた場合、電解開始電圧が約1.2V、50mA/cm^2の電流密度における電解電圧が約1.6Vと、目標値(電解開始電圧1.5V以下、電解電圧1.8V以下)を大きく下回った良好な値を示している。プロトン伝導性ナノ酸化物を用いた水電解による水素製造の研究に取り組み、期待とおりの研究の進展がみられた。韓国企業への就職により本研究を最後まで行うことができなかったが、ガス拡散電極の作成技術について初期性能を確認するためには十分な技術を得たと考えている。本研究で提案している多孔質構造を持つ電解セルが従来の固体高分子膜を使った水電解セルより水の供給性の点で有利であり、高いガス拡散性を確保することを証明した。高効率な水素製造を目的として水電解セルに適したプロトン伝導体を探索し、水電解を行った。本研究では、Nafionに代表される高分子型プロトン導電体において、プロトン伝導を担う酸基を固定している高分子主鎖を酸化物粒子に置き換えた材料を調製してコスト、安定性等で有利なプロトン伝導性材料の開発を試みた。硫酸チタニル水溶液の熱分解により調製した含水酸化チタンの水中における導電率は30°Cにおいて10^<-3>S/cm程度であった。含水酸化チタンは、水中への酸溶出があるものの、高い導電率を示すことがわかった。次にチタン(IV)イソプロポキシドの加水分解をリン酸水溶液、硫酸水溶液で行い、チタニアの格子中に酸を修飾した材料を調製した。硫酸チタニアは含水酸化チタンと水中の特性は同じくらいだったが、リン酸チタニアの場合は水中の導電率は10^<-4>S/cm程度であった。また、水のpHは100時間後でも5程度であって酸の流出を抑えることに成功した。高い導電率を示した含水酸化チタン試料を空気中で300600°Cの温度で熱処理を行い、実際に水電解セルを作製したときの電解質抵抗を測定した。電解質の抵抗は400°Cの熱処理により最も小さくなった。さらに、含水酸化チタンを用いた水電解セルは電解質が吸水性と多孔質をもつことで水の供給を円滑に行えため、水の供給性の点でNafionに比べ有利であると考えられる。Nafion膜を用いた場合と含水酸化チタンを用いた場合で水電解実験の比較を行った結果、含水酸化チタニアを電解質とした水電解は低い電圧で水電解が可能であることがわかった。ナノチタニアは水電解においてNafionに取って替わる材料となる可能性を見出した。今後、水中で酸の流出がなくさらに導電率が高い材料を見出すことができれば、水の電気分解においても、高効率な水素製造の期待できる。

電解質として含水酸化チタンを400°Cで熱処理したものが水電解に適した材料であることが確認できたため、以下の電解セルの試験では、400°Cで熱処理をした含水酸化チタンを用いることとした。(HT400)HT400はプロパノールを分散媒として10wt%の高分子バインダー(ナフィオン)と混合し、拡散電極に塗布して乾燥し、このように作成した電極と電解質の集合体を電解質が接するように貼り合わせ、120200°Cでホットプレスすることで作成した。このように作成した電解セルは作動することが確認でき、電解セルの作成技術についても技術的な確立を達成できたと考えている。開発を行った水電解セルを用いて行った電解試験の結果は作動温度を60°Cとした時の電流電圧曲線であり、電極触媒に白金担持カーボンPt/Cを用いた場合、電解開始電圧が約1.2V、50mA/cm^2の電流密度における電解電圧が約1.6Vと、目標値(電解開始電圧1.5V以下、電解電圧1.8V以下)を大きく下回った良好な値を示している。本実験では様々な材料を探索してセルの構造や電解質の開発に関して計画どおり検討を実施している。さらに、プロトン伝導のメカニズム、電極触媒と反応、新しいセルの特性、エネルギー効率などの学術的価値を対外発表において高い評価を得ている。以上の通り、研究は予定どおりに順調に進捗している。プロトン伝導性ナノ酸化物を用いた水電解による水素製造の研究に取り組み、期待とおりの研究の進展がみられた。韓国企業への就職により本研究を最後まで行うことができなかったが、ガス拡散電極の作成技術について初期性能を確認するためには十分な技術を得たと考えている。本研究で提案している多孔質構造を持つ電解セルが従来の固体高分子膜を使った水電解セルより水の供給性の点で有利であり、高いガス拡散性を確保することを証明した。電解質の開発については、新規ナノチタニア系電解質の調製条件と特性の関係の把握および電解質の微粒子化を検討し、高性能化を目標する。現有の含水酸化チタおよび現在研究中のリン酸チタニア系を遊星型ビーズミル法による超微粒子化をすることで伝導度のさらなる向上を目指す。水電解セルの最適化のためバインダー成分の検討を行い、電解質抵抗0.1Ωcm^<-2>程度(1 A cm^<-2>時の過電圧0.1V)を達成するためスクリーンプリント法による電解質薄膜化を行う。水電解については、加圧型電解セルの作動を検討し、セルの設計の妥当性を検証する。以上の検討により、常圧および高圧水素製造を含めた最適な水電解セルの構造を確立する。
PM2.5除去用エアフィルタ試験法の開発

PM2.5捕集用のエアフィルタの性能評価法について検討するとともに、ナノ粒子に対するフィルタ捕集効率データの健全性に関する検討した。その結果、大気塵と比較的近い試験粉塵を用い、スーパージェットミルを用いて一次粒子にまで完全に分散すると、大気塵を負荷した場合を同じフィルタ寿命が求められることを明らかにした。また、ナノ粒子に対するフィルタ捕集効率データの健全性について、その評価法を提案し、粒子透過率の対数をペクレ数に対してプロットすることにより、そのデータのバラツキからデータの健全性を示せることを明らかにした。これまで約1年間大気塵を捕集して回収されたHVACフィルタ(初期圧力損失87 Paから,最終圧力損失は380 Paに増加)の粒子堆積状態を観察したところ,大気塵は固体粒子というよりタール状の堆積物を形成し,粒子はフィルタ裏面まで透過してフィルタ全体が黒色になるまで変色していた。大気塵の性状はフィルタ設置場所・地域によって大きく異なり,本調査研究により,フィルタ設置場所,地域による大気塵の性状の違いが大きいことがわかった。金沢大学キャンパスにおいて,ろ過速度を異なる値に設定した四つのフィルター(中性能フィルタ)で大気塵を吸引し、大気塵を捕集粒子量と圧力損失の関係について検討した。その結果、ろ過速度が20 cm/s以下では、捕集粒子量と捕集された粒子の比抵抗は同じ値をとることがわかった。しかし、それ以上のろ過速度では、粉塵堆積状態が変化するため、比抵抗は小さな値となった。このことから、定格ろ過速度5cm/sのフィルタの場合、大気塵を用いた寿命試験では、4倍程度の加速試験しかできないことがわかった。また、JIS11種粉体を用いて、様々なフィルタの粉塵試験を実施し、試験粒子の分散状態のフィルタ試験粉塵保持量の影響について検討した。粉砕機であるスーパージェットミルを使用することによって、JIS11種粉体を一次粒子に近い状態まで分散できることが明らかとなり、エジェクタ、流動層で分散させた粉体との比較を行ったところ、一次粒子まで試験粉塵を分散すると、粉塵保持量は大きく減少することが明らかになった。しかし、フィルタの種類によって、その差が小さなものもあり、今後は、フィルタ構造の粉塵保持量への影響を明らかにする必要がある。27年度は,フィルタへの大気塵堆積過程のモデル化,現行の試験粉体の適用限界,新たな試験用粉体・試験方法を提案するための研究を行った。(1)大気塵粒子の性状とフィルタ内部の粒子堆積状態の関係:フィルタ内部の粒子堆積構造を数値化するため、堆積粒子の比抵抗を採用し、比抵抗の、粒子条件、ろ過条件、フィルタ構造への依存性について検討した。その結果、比抵抗によって、表面ろ過、内部ろ過に区別、および繊維上での粒子の堆積形状がほぼ推定できることが分かった。(2)JIS-11種粉体を用いた,フィルタ寿命の加速試験法の妥当性:試験粒子としてJIS-11種粉体を用いて,粒子濃度を変化させて圧力損失経時変化を測定し,圧力損失がフィルタ内粒子堆積量の関数のみでして表わされる粒子濃度の範囲について検討した。その結果、このような高濃度であっても、試験粒子を十分に分散させれば、ほぼ大気塵負荷時と同様の集塵性能を掲示変化を再現できることがわかった。また,ろ過速度を変化させて圧力損失の経時変化を測定し,この場合についても,圧力損失の経時変化がろ過速度補正を行うだけで,ろ過速度の関数ではなくフィルタ内粒子堆積量のみの関数となる条件について検討した。その結果、大気塵を負荷した場合、ろ過速度20 cm/s以下では、粉塵堆積量に対して同様な圧力損失の経時変化を得られるが、50 cm/sでは圧力損失の経時変化は大きく異なることが明らかになった。(3)JIS-11種粉体を用いたフィルタ性能試験法における,試験環境(温度,湿度など)の影響:まず、使用済みのフィルタを用いて、フィルタの捕集効率の湿度依存性について検討した。その結果、実環境で使用されたフィルタの捕集効率は湿度に大きく依存し、NaClの潮解湿度75%以上と以下で圧力損失が大きく変化することが分かった。フィルタ内部の粒子堆積構造は、粒子の条件(粒度分布、粒子濃度、粒子形状、粒子の相)、ろ過条件(ろ過速度、湿度、温度など)、フィルタ性状(繊維径分布、充填構造)など多くの因子によって変化する。このため、これらの因子の関数として、フィルタの捕集効率、圧力損失が経時的にどのように変化するかを予測することは極めて困難である。しかし、これまでの研究により、捕集された粒子の堆積構造を数値化するパラメータとして比抵抗が有効であることがわかった。また、フィルタ寿命加速試験の妥当性を検討した結果、大気塵を負荷した場合、ろ過速度を50cm/s以下であれば、特定のフィルタでは同様な圧力損失の経時変化が得られることが分かった。さらに、JIS11種試験用粉塵を用いた試験では、70mg/m3という高濃度であっても、試験粒子を一次粒子まで十分に分散すれば、集塵性能経時変化の濃度依存性はなく、加速試験が可能であることが分かった。以上の成果は、PM2.5に対するフィルタの性能試験の実施、およびフィルタ寿命の予測モデルを構築する上で基礎となるもので、当初の計画を順調に達成できている。最終年度は、現在のフィルタの大きな課題である、(1)ナノ粒子に対するフィルタの捕集効率のデータの健全性を確認する方法、ならびに(2)ナノファイバーフィルタにおいて圧力損失が低減される理由である「すべり流れ」効果について検討を行った。

まず、(1)について、透過率実験データを取り扱う際に、透過率の値が10の-5乗以下まで低くなると、フィルタ出口濃度が極端に低くなる。このため、透過率データの精度が落ちることが懸念されている。そこで本研究では、透過率実験データの健全性の検証法について検討した。ろ過理論によると、拡散捕集が支配的であるナノ粒子では、透過率の対数(ーlog P、単一繊維捕集効率に比例する値)を、ペクレ数Peに対して両対数紙にプロットすると、全ての実験値はろ過速度、粒径によらず、一本の直線上にプロットされることになる。同プロットにおける実験データのバラツキがデータの精度を表し、ろ過速度、粒径を変化させたデータで一定の傾向があり、直線からずれる場合は、粒子径、ろ過速度の設定方法などに誤りがあることが分かった。また、(2)について、Kirschらは、すべり流れがフィルタの圧力損失に及ぼす影響に関して実験式を提案している。しかし、この実験式は、ミクロンオーダーの繊維からなるフィルタの圧力損失の測定値から導出されたものであり、ナノファイバからなるフィルタに適用できるかどうかは不明である。そこで、本研究では、市販のさまざまなナノファイバフィルタの圧力損失を減圧下で測定し、Kirschらの実験式の妥当性を検討した。その結果、ナノファイバーフィルタの不均一因子は極めて大きな値をとるが、Kirschらの実験式が適用できることが分かった。PM2.5捕集用のエアフィルタの性能評価法について検討するとともに、ナノ粒子に対するフィルタ捕集効率データの健全性に関する検討した。その結果、大気塵と比較的近い試験粉塵を用い、スーパージェットミルを用いて一次粒子にまで完全に分散すると、大気塵を負荷した場合を同じフィルタ寿命が求められることを明らかにした。また、ナノ粒子に対するフィルタ捕集効率データの健全性について、その評価法を提案し、粒子透過率の対数をペクレ数に対してプロットすることにより、そのデータのバラツキからデータの健全性を示せることを明らかにした。初年度に掲げた目標は達成できているが、さまざまな現場で使用されたフィルタの回収が遅れており、今後、フィルタメーカに依頼して、さらに多くの使用済みフィルタの回収を進める。これまでの研究により、フィルタ内部に堆積した粒子形状は、堆積粒子の比抵抗によって数値化できることが分かった。今後は、様々な性状の粒子、ろ過条件、フィルタ構造を持つフィルタを用いて、比抵抗と、これらろ過因子との関数関係を求める。これにより、粉塵負荷時のフィルタの集塵性能予測モデルを構築する。さらに,JIS-11種粉体に加え,フィルタ内の粒子堆積状態を模擬できるような粒子(例えば,固体粒子と液体粒子の混合エアロゾル,燃焼によって発生させたエアロゾルなど)を用いて,粉塵負荷時のフィルター内部大気塵堆積状態の再現を試みる。この場合,必ずしも,試験粒子が大気塵を模擬している必要はなく,ろ過条件との組合せによって,大気塵の堆積状態が模擬できる試験粒子の粒度分布と濃度を決定する。そして,決定した試験粒子を用いた性能試験結果と,実環境でのフィルタ性能の相関をとることにより,フィルタ寿命推定式を提案する。
本研究は、人や社会を要件として捉え、システム設計を専門とする人間中心設計(以下、HCD)と、集合的な社会・文化に焦点を当てて人間社会を理解することを専門とする文化人類学(以下、人類学)の知見を融合させつつ、人工知能(AI)を適用したシステムの設計において人と社会の調和を考慮したシステム設計思想および設計方法のあり方を検討するものである。本研究では、HCDと人類学の融合する「多元的HCD」という一見矛盾する設計思想を仮説としつつ、2つの学問領域の対話と連携により、実際にAIが導入されている現場(医療支援システムや転職支援サービスなど)のフィールドワークをすることを通し、双方の差異・共通点から課題を整理する。
膜に関わる蛋白質の構造生物学的研究

本研究で対象とする膜に関わる蛋白質は、1)熊本大学谷らによって酵母のmRNAの核外輸送ができない温度感受性株の一つの原因蛋白質として見出されたPtr7と、2)炎症性サイトカイン受容体ファミリーからの情報伝達に関わるTRAF6/TIFA複合体であったが、Ptr7のホモログの構造解析や機能解析が報告されたので、新たにPtr7と同様、mRNAの核外輸送に関わると予想されるが機能未知である1回貫通型膜蛋白質Ptr10のヒトホモログの膜外C末ドメインhPtr10Cを対象に加えた。本研究の目的は、hPtr10CのX線結晶構造解析を行い、立体構造から機能を推定し、核膜や小胞体膜に存在するPtr10の働きを解明することである。Ptr7については酵母における機能解明とその立体構造基盤の解明が目的である。さらに炎症性サイトカインからの情報伝達機構について、立体構造に基づく機能の解明と抗炎症剤の設計を目的とする。hPtr10Cについては、X線構造解析可能な結晶が得られ、さらに、SeMet化結晶も得られたので放射光研究施設を利用し、単波長異常分散法(MAD/SAD法)による構造解析に成功した。明らかになった立体構造は全く新規のフォールドであったので、この構造からすぐに機能の予測が出来ないが、特徴的な構造と構造形成に必須である分子内S-S結合の存在を見出し、hPtr10Cは小胞体で働くと推定できた。Ptr7については現在のところヒトホモログで報告されたsiRNAのリン酸化活性は見出だされていないので、Ptr7-RNA複合体の結晶化は行っていない。TRAF6/TIFA複合体については、高純度に精製できたTRAF6CとTIPAとの複合体の結晶化を行い、細い針状結晶が得られた。現在X線構造解析可能な太さの結晶作成を試みている。また関連のTNF/TNFR複合体の構造解析に成功し、炎症性サイトカインからの情報伝達機構の第1ステップが解明できた。本研究で対象とする膜に関わる蛋白質は、酵母のmRNAの核外輸送ができない温度感受性株の一つの原因蛋白質として見出されたPtr7と炎症性サイトカイン受容体ファミリーからの情報伝達に関わるTRAF6/TIFA複合体であったが、Ptr7のホモログの構造解析や機能解析が報告されたので、新たにPtr7と同様にmRNAの核外輸送に関わると予想されるが、機能未知である1回貫通型膜蛋白質Ptr10のヒトホモログの膜外C末ドメインhPtr10-Cを対象に加えた。本研究では、hPtr10-CのX線結晶構造解析を行い、立体構造から機能を推定し、核膜や小胞体膜に存在するPtr10の働きを解明すること、Ptr7については酵母における機能解明とその立体構造基盤の解明、炎症性サイトカインからの情報伝達機構について、立体構造に基づく機能の解明と抗炎症剤の設計、以上を目的とする。hPtr10-Cについては、昨年度発現系と大量産生系の確立を行い、結晶化を行ったところ、X線回折実験可能な結晶を得ることができた。本蛋白質は長期の保存が困難であるので、結晶化を行う度にhPtr10-Cを精製し、X線回折実験可能な結晶が得られると凍結保存しているので、次回の放射光実験で、高分解能データや多(単)波長異常分散法(MAD/SAD法)による解析のためのデータを収集予定である。酵母Ptr7についてはヒトホモログで報告されたsiRNAのリン酸化活性を調べたが、見出せていない。siRNAのリン酸化活性が見つかれば、Ptr7-RNA複合体の結晶化を試みる予定である。TRAF6/TIFAについては、TRAF6の発現系構築後、精製を試みたが可溶化TRAF6を得るのは困難であることが分かったので、確実に可溶化するTRAF6のC末ドメインの調製を行っている。今後すでに確立させた方法で精製しTIFAとの複合体の結晶化を行う。

TRAF6/TIFA複合体については、高純度に精製できたTRAF6CとTIPAとの複合体の結晶化を行い、細い針状結晶が得られた。現在X線構造解析可能な太さの結晶作成を試みている。また関連のTNF/TNFR複合体の構造解析に成功し、炎症性サイトカインからの情報伝達機構の第1ステップが解明できた。
癌と間質線維芽細胞との相互作用による浸潤能獲得の分子機構の解析

前年度までにスキルス胃がん細胞と間質線維芽細胞の直接的な相互作用を評価するハイスループットスクリーニング系を確立する目的で樹立した、GFP遺伝子を発現するスキルス胃がん細胞、非スキルス胃がん細胞(44As3-GFP、MKN74-GFP)と、Tomato遺伝子を発現するスキルス胃癌由来間質線維芽細胞CaF37を用いて以下の実験を行った。CaF37-Tomato上に44As3-GFP及びMKN74-GFPを播種し、一定時間培養した後に洗浄し、CaF37-Tomatoに接着して残った44As3-GFP及びMKN74-GFPの蛍光強度をマイクロプレートリーダーにて測定した。このアッセイ系を用いて実験の条件検討を行い、最適な細胞数、培養時間、洗浄の条件を決定した結果、44As3-GFPの蛍光強度がMKN74-GFPの10倍程度高くなった。また他のスキルス胃癌細胞を用いた場合にも同様の結果が得られた。従ってこのアッセイ系により、スキルス胃癌細胞に特有な線維芽細胞との接着能を検出することが可能となった。さらに藤田保健衛生大学の黒澤博士らが作成した、スキルス胃癌を含む胃癌細胞株の細胞表面に結合する数百種類のファージ抗体クローンを用いて阻害抗体の探索を試みた。各ファージを感染させた大腸菌培養上清を用いて、上記接着アッセイを行ったが、大腸菌培養液が非特異的に両細胞間の接着を阻害したため、このアプローチではスクリーニングが困難であることが分かった。最終年度は特に、両細胞間の接着部位を認識するファージ抗体クローンを細胞染色により選択することを試みた。これまでに特に強い染色強度を持つ抗体は得られていないが、候補となる弱陽性のクローンについてはヒトIgG化を行い、精製したIgG抗体を用いて機能の再評価することが必要である。スキルス胃がん細胞と間質線維芽細胞を3次元マトリゲル上で共培養することで特徴的な浸潤性の細胞凝集塊を形成することを見出した。この浸潤性凝集塊は腫瘍細胞や線維芽細胞のみでは形成されず、また高分化型胃がん細胞でもほぼ形成が見られないことから、癌ー間質の相互作用による浸潤能獲得のモデルになると考えた。蛍光イメージングにより定量解析できることから、この相互作用を抑制する薬剤のスクリーニングを、文科省がん支援班から供給された約3000種の阻害薬ライブラリーを用いて進め、実際、幾つかの薬剤が強い細胞毒性の見られない濃度で、浸潤性凝集塊の形成を優位に阻害することを見出した。これらの薬剤のうちDasatinibについては腹膜播種モデルマウスの腹腔内への投与で、線維芽細胞の腫瘍内への侵入が減少し、播種結節の形成を抑える効果が確認された。スキルス胃がん細胞と間質線維芽細胞との相互作用でみられる変化は、一方の培養上清の添加では起こらないためがん細胞と線維芽細胞の直接接触によっておこると考え、直接接触に影響を与える化合物・モノクローナル抗体の探索の系の確立を行った。線維芽細胞を単層培養したディシュ上にGFPでラベルしたスキルス胃がん細胞を重層し、15分後に2回洗うことで残存したスキルス胃がん細胞の数を蛍光によって定量化すると、線維芽細胞をあらかじめ蒔いておかない場合に比べ著しく残存細胞が増えることがわかった。高分化型胃がん細胞を用いた場合にはこのような接着能の差がみられないことから、スキルス胃がん特有の線維芽細胞との直接相互作用を反映している可能性が高いと考え、この系での化合物・モノクローナル抗体の検索に進めている。今年度は、スキルス胃がん細胞と間質線維芽細胞との相互作用でみられる浸潤性凝集塊形成のような変化が、がん細胞と線維芽細胞の直接接触によっておこることを確認することができた。またそのような直接接触による相互作用に影響を与える化合物・モノクローナル抗体のハイスループットな探索の系の確立を行うことができた。このアッセイ系では、高分化型胃がん細胞を用いた場合には相互作用がほとんど認められず、スキルス胃がん特有の線維芽細胞との直接相互作用を反映している可能性が高いと考えている。この系での化合物・モノクローナル抗体の検索に進めている。また藤田保健衛生大学の黒澤仁先生に、スキルス胃がん細胞の細胞表面を抗原としたヒト型ファージディスプレイ抗体ライブラリーを作成していただいき、次の段階のスクリーニングの準備を整えることができた。スキルス胃がん細胞と間質線維芽細胞の直接的な相互作用を評価するハイスループットスクリーニング系を確立する目的で、まずスキルス胃癌細胞株44As3と高分化型胃癌細胞株MKN74にレンチウィルスベクターによりGFP遺伝子を導入し、安定形質発現株を樹立した(44As3-GFP、MKN74-GFP)。同様に、スキルス胃癌由来間質線維芽細胞CaF37にTomato遺伝子を導入した(CaF37-Tomato)。CaF37-Tomatoを96ウェルプレートに播種し、コンフルエントになるよう培養した。そのCaF37-Tomato上に44As3-GFP及びMKN74-GFPを播種し、一定時間培養した後に洗浄し、CaF37-Tomatoに接着して残った44As3-GFP及びMKN74-GFPの蛍光強度をマイクロプレートリーダーにて測定した。

また他のスキルス胃癌細胞を用いた場合にも同様の結果が得られた。従ってこのアッセイ系により、スキルス胃癌細胞に特有な線維芽細胞との接着能を検出することが可能となった。そこで藤田保健衛生大学の黒澤博士らが作成した、スキルス胃癌を含む胃癌細胞株の細胞表面に結合する数百種類のファージ抗体クローンを用いて阻害抗体の探索を試みた。各ファージを感染させた大腸菌培養上清を用いて、上記接着アッセイを行ったが、大腸菌培養液が非特異的に両細胞間の接着を阻害したため、このアプローチではスクリーニングが困難であることが分かった。そこで、先ず両細胞間の接着部位を認識するファージ抗体クローンを細胞染色により選択した後、ヒトIgG化を行い、精製したIgG抗体を用いて機能評価を進めていく予定で、まず抗体の選抜を進めている。先行研究で得られたスキルス胃癌に特有の間質線維芽細胞との強い相互作用を、蛍光ラベルを用いて可視化し定量するシステムを最適化できたのは次のスクリーニングに向けて極めて大きな成果である。ただ一本鎖のファージ抗体クローンを含む未精製の大腸菌培養上清を用いた最初のスクリーニングでは、バックグラウンドが高くて特異的に阻害する抗体クローンを見出すことができなかった。抗体の精製のステップを入れるか、Fc部分を加えて完全IgG化することで結合能を増すなどのステップが今後必要である。前年度までにスキルス胃がん細胞と間質線維芽細胞の直接的な相互作用を評価するハイスループットスクリーニング系を確立する目的で樹立した、GFP遺伝子を発現するスキルス胃がん細胞、非スキルス胃がん細胞(44As3-GFP、MKN74-GFP)と、Tomato遺伝子を発現するスキルス胃癌由来間質線維芽細胞CaF37を用いて以下の実験を行った。CaF37-Tomato上に44As3-GFP及びMKN74-GFPを播種し、一定時間培養した後に洗浄し、CaF37-Tomatoに接着して残った44As3-GFP及びMKN74-GFPの蛍光強度をマイクロプレートリーダーにて測定した。このアッセイ系を用いて実験の条件検討を行い、最適な細胞数、培養時間、洗浄の条件を決定した結果、44As3-GFPの蛍光強度がMKN74-GFPの10倍程度高くなった。さらに藤田保健衛生大学の黒澤博士らが作成した、スキルス胃癌を含む胃癌細胞株の細胞表面に結合する数百種類のファージ抗体クローンを用いて阻害抗体の探索を試みた。最終年度は特に、両細胞間の接着部位を認識するファージ抗体クローンを細胞染色により選択することを試みた。これまでに特に強い染色強度を持つ抗体は得られていないが、候補となる弱陽性のクローンについてはヒトIgG化を行い、精製したIgG抗体を用いて機能の再評価することが必要である。
犬のアレルギー性皮膚炎における皮膚前駆細胞の同定と病態解析への応用

アレルギー性皮膚炎(AD)を自然発症する犬を対象に、ADの皮膚病変における皮膚前駆細胞の役割について基礎的研究を行った。まず、アレルギー性皮膚炎を発症した犬の病変部皮膚におけるCD34陽性細胞の局在を明らかにした。これら陽性細胞の性状をinvitroで解析するために、犬の骨髄よりCD34陽性造血幹細胞の分離を行った。これらの成果は、アレルギー性炎症における皮膚前駆細胞の病態を解析するうえで有用である。犬のアレルギー性皮膚炎における皮膚前駆細胞の動態を明らかにするため、犬において期待されている皮膚前駆細胞マーカー(CD34)について、犬の創傷治癒組織および犬のアレルギー性皮膚炎病変部組織を用いて免疫染色を実施した。健常犬の皮膚においてCD34は、HE染色において血管内皮、汗腺、立毛筋、神経線維、外毛根鞘とみられる部位において陽性となり、表皮において弱陽性を示した。創傷治癒1日目および3日目の創傷部位周囲において、真皮浅層に浸潤する紡錘形円形からなる細胞に陽性所見を認め、表皮において染色性の増強が示唆されたが、顕著となる違いは判別できなかった。アレルギー性皮膚炎病変部皮膚組織において、創傷治癒組織と同様に真皮浅層に浸潤する細胞に陽性所見を認めたが、肥厚した表皮において顕著な陽性所見を確認することができなかった。以上のことから犬のアトピー性皮膚炎病変部おける表皮肥厚は皮膚前駆細胞の増殖より、ケラチノサイトの増殖による影響が強く表れることが予想された。今後、真皮浅層に浸潤する陽性細胞の同定およびin-situhybridization法を用いて、より特異性の高い方法による皮膚前駆細胞の動態を解析する必要がある。犬のアレルギー性皮膚炎における皮膚前駆細胞を解析するIn vitroの系を確立するために、まず、犬の骨髄よりCD34陽性造血幹細胞の分離を磁気カラム分離装置を用いて実施した。骨髄液10mlより、およそ5×10^4個のCD34陽性細胞を分離した。この細胞の多くは単核の独立円形細胞であり、フローサイトメトリーによって純度が80%を超える均一な細胞集団であった。今後、抗体の選定、分離方法を検討して効率のよい方法を確立する。本研究によって作成した手法は今後、アレルギー性皮膚炎病変部における皮膚前駆細胞の動態に関わる研究に有用であると考えられる。皮膚再生に関わる皮膚前駆細胞のアレルギー性皮膚炎(AD)における病態と治療応用への可能性を明らかにするため、本研究は、犬の外科的創傷皮膚組織とAD病変部組織における皮膚前駆細胞の同定、犬骨髄由来皮膚前駆細胞の初代培養とアレルギー性炎症に対するin vitro解析系の構築を目的とする。本年度は、犬の外科的創傷皮膚組織と、ADおよびAD以外と診断された犬の皮膚病変部組織を収集し、パラフィン包埋組織における抗CD34免疫染色と犬CD34陽性造血幹細胞の採取を実施した。抗CD34免疫染色では、陽性対照である血管内皮細胞の染色を確認した。皮膚生検1日後の皮膚組織は、独立した紡錘形から円形なCD34陽性細胞が創傷部位の近傍の表皮下、真皮浅層に、正常皮膚組織と比較して数多く存在し、AD病変部組織にも認められた。犬CD34陽性造血幹細胞の採取のため、麻酔下の犬に骨髄穿刺を行って髄液を採取し、密度勾配遠心分離法によって単核球を分離した。採取した単核球から抗犬CD34抗体を用いて磁気カラム法によって分離を行い、フローサイトメトリーにより犬CD34陽性造血幹細胞が採取可能であることを確認した。犬の創傷皮膚およびAD病変部組織においてCD34陽性細胞が同定されたことから、ADの病態に皮膚前駆細胞が関与する可能性が示唆された。分離できた犬CD34陽性造血幹細胞は皮膚前駆細胞のin vitro解析系の構築に有用である。犬のアレルギー性皮膚炎病変部皮膚組織の収集は、目標である10症例中、今年度5症例を実施することができた。これまでに収集した組織を合わせると10症例は既に達成できている。今年度、犬のパラフィン包埋組織を用いた抗CD34抗体の免疫染色を確立でき、皮膚前駆細胞(CD34陽性細胞)の局在解析が可能となった。ふたつの抗CD34抗体(クローン1H6、2E9)では、パラフィン包埋組織の免疫染色が成功しなかったことと、通常の抗原賦活化法では組織への障害が強く条件の検討が必要であったことから、手法の確立に時間を要し、p63陽性細胞の局在解析まで今年度中に実施することはできなかった。しかし、今年度、組織障害の少ない効率的な免疫染色の手法を確立することができ、次年度までにp63陽性細胞の解析を実施できると考えている。次年度に渡って計画をしていた犬CD34陽性造血幹細胞の分離をフローサイトメトリー法を用いて確認することができ、今年度中に実施することができた。

上記のことから、犬のアレルギー性皮膚炎病変部皮膚組織の収集が済んでいること、皮膚前駆細胞の局在解析の手法が確立できたこと、犬CD34陽性造血幹細胞の分離に着手できたことから、おおむね順調に研究の目的が遂行できている。本年度に継続して犬の外科的創傷皮膚組織と、ADおよびAD以外と診断された犬の皮膚病変部組織を収集する。犬の外科的創傷皮膚組織は、皮膚生検1日後から3日間隔、2週間後まで採材する。収集した皮膚組織において、本年度に確立した抗CD34免疫染色を実施し、創傷治癒過程およびADにおけるCD34陽性細胞の動態を解析する。同様に造血幹細胞マーカーであるc-kitと皮膚前駆細胞マーカーであるp63も実施する。創傷治癒にある皮膚にアレルギー性炎症に関わることが知られるIL-4、IL-13、TSLPを皮内投与し、皮膚前駆細胞(CD34、c-kit、p63陽性細胞)の動態への影響を解析する。本年度に確立した方法を用いて犬CD34陽性造血幹細胞を採取し、皮膚前駆細胞への分化誘導を次年度に実施する。具体的には純度の高いCD34陽性造血幹細胞を、増殖因子下で培養し、皮膚基底膜細胞マーカーであるケラチン15の発現を指標に表皮細胞の初代培養を行う。初代培養を樹立したのち、IL-4、IL-13、TSLPの初代培養皮膚前駆細胞への影響を蛋白リン酸化を指標にImmunoblot法を用いて解析する。ケラチン15の発現が計画通りに認められなかった場合、ケラチン15以外の皮膚前駆細胞マーカーについて解析を試みる。犬の外科的創傷皮膚組織と、ADおよびAD以外と診断された犬の皮膚病変部組織を収集する消耗品費に50千円使用する。CD34、c-kit、p63に対する抗体試薬代と免疫染色の消耗品費に200千円使用する。CD34陽性造血幹細胞の採取のための動物実験(麻酔・骨髄穿刺等)および磁気カラム分離に必要な消耗品費(抗体・カラム代等)に300千円使用する。皮膚前駆細胞の初代培養のための試薬(培地・増殖因子等)に400千円使用する。外部発表の交通旅費に100千円、論文投稿のための校閲費に50千円使用する。
「MRIを用いた酵素分子イメージングの開発」

MRIのsusceptibility-weighted imaging(SWI)の手法を用いて、局所のdeoxyhemoglobin(deoxyHb)の計測を試みた。deoxyHbは静脈血に含まれており、これにより、静脈周囲の磁場に局所的不均一性を生じる。この局所磁場不均一性は、正常者において、SWIでの位相変化として計測された。このSWIにおける静脈周囲の位相変化は、MRI装置内での頭の角度によって変化することが明らかになった。すなわち、静磁場の方向に対する静脈の走行角度によって位相が変化する。そのため、位相情報を元にした定量評価には、静脈の走行角度を加味しなければならないことが明らかになった。急性期脳梗塞患者1例では、静脈周囲のSWIでの位相変化は、脳梗塞領域で最も大きかった。この位相変化は、発症直後(14時間後)が最大であり、経時的(6日後、20日後、52日後)に減少した。急性期脳梗塞で、deoxyHbが変化しており、血中酸素飽和度や脳血流量の変化量を計測できる可能性が示唆された。しかし、慢性脳虚血患者では、虚血領域での静脈周囲の位相変化は、正常側での位相変化と比べて、有意差が認められなかった。慢性虚血性病変においては、血中酸素飽和度や脳血流量の変化の測定は、この方法(deoxyHbによる位相変化)では困難と考えられた。健常ボランティアにおいて、安静時と比較して、過換気では位相変化量が増加し、息止めでは減少した。これから算出した血中酸素飽和度や脳血流量の相対的変化量も同様であった。以上、SWIによってdeoxyHbの増減に起因する位相変化を計測することがある程度可能であることがわかった。しかし、SWIによるdeoxyHbの定量、脳の局所的な酸素摂取率(OEF)の計測方法を確立するにはいたらなかった。本研究の目的は、MRIを用いて脳の局所的な酸素摂取率(OEF)の計測を行うことである。本年度は、susceptibility-weighted imaging (SWI)の手法を用いて、局所のdeoxyhemoglobin (deoxyHb)の計測を試みた。SWIによって、deoxyHb周囲の磁場の局所的な不均一性を計測し、deoxyHbを定量しようという試みである。最初に、正常者での脳の磁場不均一性を計測した。正常者では、deoxyHbは静脈血に含まれており、これにより、静脈周囲の磁場に局所的不均一性を生じる。この局所磁場不均一性は、正常者において、SWIで位相変化として計測された。また、SWIにおける静脈周囲の位相変化は、MRI装置内での頭の角度によって変化することが明らかになった。すなわち、MRI装置の静磁場の方向に対する、静脈の走行角度によって位相が変化する。この研究結果は、第34回日本磁気共鳴医学会大会(2006年9月1416日つくば)で発表した。また、急性期脳梗塞患者1例で、SWIを用いて静脈周囲の位相変化を経時的に計測した。脳梗塞領域で、静脈周囲の位相変化が最も大きかった。急性期脳梗塞で、deoxyHbを定量でき、OEFが計測できる可能性が示唆された。慢性の片側性の脳虚血患者1例でも、SWIを用いて静脈周囲の位相変化を計測した。

慢性脳虚血領域での静脈周囲の位相変化は、正常側での位相変化と比べて、有意差が認められなかった。慢性虚血性病変においては、OEF計測には新たな撮像法の開発の必要があると思われた。本研究の目的は、MRIを用いて脳の局所的な酸素摂取率(OEF)の計測を行うことである。本年度は、susceptibility-weighted imaging(SWI)の手法を用いて、局所のdeoxyhemoglobin(deoxyHb)の計測を試みた。SWIによって、deoxyHb周囲の磁場の局所的な不均一性を計測し、deoxyHbを定量しようという試みである。最初に、正常者での脳の磁場不均一性を計測した。正常者では、deoxyHbは静脈血に含まれており、これにより、静脈周囲の磁場に局所的不均一性を生じる。この局所磁場不均一性は、正常者において、SWIで位相変化として計測された。また、SWIにおける静脈周囲の位相変化は、MRI装置内での頭の角度によって変化することが明らかになった。すなわち、MRI装置の静磁場の方向に対する、静脈の走行角度によって位相が変化する。そのため、位相情報を元にした定量評価には、静脈の走行角度を加味しなければならないことが明らかになった。この研究結果は、第34回日本磁気共鳴医学会大会(2006年9月1416日つくば)で発表した。また、急性期脳梗塞患者1例で、SWIを用いて静脈周囲の位相変化を経時的に計測した。脳梗塞領域で、静脈周囲の位相変化が最も大きかった。この位相変化は、発症直後(14時間後)が最大であり、経時的(6日後、20日後、52日後)に減少した。急性期脳梗塞で、deoxyHbを定量でき、OEFが計測できる可能性が示唆された。慢性の片側性の脳虚血患者1例でも、SWIを用いて静脈周囲の位相変化を計測した。
超臨界プラズマビームを用いた新しい材料表面処理/加工テクノロジーの創製

(1)超臨界流体用マイクロ放電プラズマプロセス装置の開発とプラズマ物性測定高圧雰囲気非平衡プラズマの安定発生/制御性に富む、誘電体バリア放電をベースにしたプラズマビーム発生装置を開発した。電源としては交流電源(115kHz)を用いる。本装置では、従来のバッチ式に加え、連続式プロセスを可能とするフロー式超臨界流体プラズマ発生モードも具備する。本装置を用い、超臨界CO_2中においてバリア放電プラズマの発生に成功し、低温(400K程度)プラズマの発生を可能とした。また発光分光測定より、超臨界流体プラズマ中の発光励起種の同定を行った。さらにクラスタリングした活性種の存在を確認するためにレーザーラマン分光測定を行った。(2)新しい材料表面処理・加工への応用アーク放電とDBDの2種類の放電形態でのプロセスプラズマを用い、特に、DBDにおいては、プロセスの温度、圧力依存性、周波数依存性を調べ、SCFプラズマプロセスの知見を深めた。適用したアーク、DBD、どちらの放電形態においても、scCO_2中でのプラズマプロセスにより、CO_2を炭素源としてカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等、多量のカーボン系ナノ構造物質の合成に無触媒で成功し、新たな反応経路を利用した物質合成を実現したことに加え、SCFプラズマによる膜状堆積という、新たなプロセスの創生にも成功した。さらに、scCO_2の高い溶解度を生かし、有機金属を利用したプロセスにおいても、金属物質の合成、分離に成功し、SCF中でのプラズマプロセスを初めて実現した。(3)レーザー誘起・超臨界プラズマの発生(1)超臨界流体用マイクロ放電プラズマプロセス装置の開発とプラズマ物性測定高圧雰囲気非平衡プラズマの安定発生/制御性に富む、誘電体バリア放電をベースにしたプラズマビーム発生装置を開発した。(3)レーザー誘起・超臨界プラズマの発生本研究は、"超臨界流体プラズマビーム"による新しい材料表面処理/加工テクノロジーの創製を最終ゴールとするものである。(1)放電法による超臨界流体プラズマビームプロセス装置の開発本年度は、「材料加工・処理用の超臨界流体プラズマ材料プロセス装置の開発を行った。放電方法として、高圧雰囲気での安定性、制御性に富む、誘電体バリア放電をベースにしたビーム発生法を採用した。電源としては、交流(110kHz程度)電源を用い、フロー式プロセスチャンバー(耐圧:100気圧、耐温度:100°C)は新たに作製した。主に、CO_2超臨界流体プラズマの創製を行い、そのプラズマ発生特性(ガス圧、電圧など)を調べた。また、比較実験として、バッチ式のフローのない場合の発生も行った。(3)マイクロ表面処理・加工への応用以上の新プロセス装置を用いたマイクロ表面処理・加工の予備実験として、CO_2超臨界流体、および、有機金属原料を添加したCO2超臨界流体を用いた、プラズマ合成によるカーボンナノ物質、および、金属微粒子合成を行った。前者においては、通常のカーボンナノチューブやポリヘドロンなどが効率よく生成した。また、その生成機構として、従来の気体プラズマとは異なり、プラズマガス(超臨界CO_2)を原料とし、かつ、触媒としてのNiなどの電極材料を不要とするものであった。また、後者の実験では、CO_2の通常の高圧ガスへの有機金属原料の1000倍にも及び高い溶解度の大きさに起因して、通常の気体プラズマでは生成しなかった数十nm程度の金属微粒子の生成に成功した。さらにまた、通常の超臨界流体(非プラズマ状態)からの生成では、純粋な金属微粒子は得られず、不純物としての酸素や炭素元素の検出が確認され、超臨界流体プラズマプロセスの高い反応性が確認された。

(2)新しい材料表面処理・加工への応用アーク放電とDBDの2種類の放電形態でのプロセスプラズマを用い、特に、DBDにおいては、プロセスの温度、圧力依存性、周波数依存性を調べ、SCFプラズマプロセスの知見を深めた。適用したアーク、DBD、どちらの放電形態においても、scCO_2中でのプラズマプロセスにより、CO_2を炭素源としてカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等、多量のカーボン系ナノ構造物質の合成に無触媒で成功し、新たな反応経路を利用した物質合成を実現したことに加え、SCFプラズマによる膜状堆積という、新たなプロセスの創生にも成功した。さらに、scCO_2の高い溶解度を生かし、有機金属を利用したプロセスにおいても、金属物質の合成、分離に成功し、SCF中でのプラズマプロセスを初めて実現した。(3)レーザー誘起・超臨界プラズマの発生レーザー誘起の超臨界流体プラズマ(scCO_2のおよびscH_2O)の発生に初めて成功した。
都市大気中の浮遊粒子成分が動物体内で示す変異原性と次世代影響の評価

大気環境中に存在する浮遊粒子(TSP)の曝露により、肺などの標的臓器内に誘導される変異原性を、突然変異検出用遺伝子導入動物gpt deltaマウスへの気管内投与により検出した。その結果、つくば市内で採取された浮遊粒子抽出物(Tar)のin vivo変異原性は0.76 x 10^<-5>/mgと算定された。Tarのin vivo変異原性の原因物質は同定されていないが、いくつかの知見から、大気中には主要な変異原物質と考えられている多環芳香族炭化水素以外にも強い変異原性を示す物質が存在すると考えられる。東京4ヶ所およびつくば地区1ヶ所の大気から浮遊微小粒子状物質を夏季および冬季に収集した。約1gの粒子状物質を得て、ジクロロメタン可溶成分を抽出し、その成分の変異原性をTA100(S9+)のエイムス試験により確認した。夏季、冬季とも地区により変異原性に大きな差は認められず、80-200rev/mg粒子状物質、1000-1600rev/mg抽出物であった。他のエイムス試験系(TA98 (S9+,S9-), TA100 (S9-), YG1024 (S9+, S9-))においても、地域により大きな違いは認められなかった。冬季の浮遊粒子状物質の変異原性は、110-150rev/mg粒子状物質(TA100 (S9+))であり、夏季に比べて幾分低い傾向にあった。夏季につくば地区で採取した粒子状物質の抽出物を体内変異原性検出用遺伝子導入マウス・gpt deltaマウスの気管内に最大1.2mgの用量投与したところ、肺の突然変異頻度は最大用量では1.5×10^<-5>に、用量に依存して増加し、コントロール(0.4×10^<-5>)と比べて約4倍の突然変異頻度の上昇が認められた。また、最高用量のマウス肺中では多環芳香族炭化水素(PAH)曝露により発現され、PAHを代謝活性化するモノオキシゲナーゼ・CYP1A1とCYP1A2mRNAの誘導が認められた。都市大気中の粒子状物質成分は肺内で代謝活性化され、変異原性を示すことが明らかになった。都市大気中の粒子状物質(TSP)のin vivo変異原性をgpt deltaマウスを用いて評価した。つくば市国立環境研究所(NIES)キャンパス内(2009年冬・夏、それぞれNIES冬・夏サンプル)、およびバンコク市内(1989年)で採取したTSPより抽出したtarをgpt deltaマウス肺に0.6mg(L群)、あるいは1.2mg(H群)の用量で単回気管内投与し、2週間後に変異頻度、変異スペクトルを解析した。NIES夏サンプルでは、L、H群ともコントロール群に比べて変異頻度は用量に依存して有意に増加した。他のサンプルでも、突然変異頻度は濃度依存的に増加する傾向が認められた。各サンプルとも主要な変異はG:C→A:T transitionであった。また、TSPのモデル物質としてディーゼルナノ粒子(DNP)を長期曝露し、DNPが肺と肝臓で示す変異原性を検討した。30(L群)、100(H群)(μg/m^3)DNP、DNP除粒子(NOx等のガス)、clean air(コントロール群)を各チェンバー内で1年間飼育した後(n=35)、マウス肺および肝臓の変異頻度、変異スペクトルを解析した。その結果、肺の突然変異頻度はコントロール群、DNP除粒子群に比べて、DNP曝露により濃度依存的に有意に増加した(L群0.71、H群1.65 x 10^<-5>)。また、主要な突然変異は、G:C→A:T transitionであった。しかし、肝臓ではDNP曝露による突然変異頻度の有意な増加は認められなかった。以上より、gpt deltaマウスによる変異原性試験は、粒子状物質のような混合物が体内で示す変異原性を評価する上で有用であることが示され、都市大気の健康リスクの評価にも有効な手法であることが示唆された。都市大気中の浮遊粒子状物質の変異原性を評価するために、都市大気から採取した浮遊粉じんをジクロロメタンでソックスレー抽出した抽出物(Tar)について以下の検討を行った。i)in vivo変異原性を変異原物質検出用マウスgpt deltaマウスを用いて評価した。前年に実施したつくば市内のサンプルに引き続き、東京都心で夏季に採取されたTarをgpt deltaマウスの気管内に投与し、体内で誘導される突然変異頻度を調べた。0.6mgTarを投与したところ、陰性対象からin vivo突然変異頻度は2×10^<-5>上昇し、これは、つくば市内の試料(0.76×10^<-5>/mg抽出物重量)と同レベルの値であった。

これら都市大気から得られたTarが肺で示すin vivo変異原性は、抽出物中の既知の高い変異原性を示す変異原物質であるベンゾ[a]ピレン(BaP)の値(1.7×10^<-5>/mg)と比べても遜色なく高かった。Tar.中のBaP含量は0.002%程度であり、都市大気中にはBaP以外にも高いin vivo変異原性を示す化学物質が存在すること示唆された。ii)大気浮遊粉じん抽出物から変異原性の高い分画を同定した。シリカゲルカラムカートリッジを用いて極性(ヘキサン、ジクロロメタン/ヘキサン混液、酢酸エチル)ごとに分画した。これらの変異原性をTA98株及びTA100株を用いたエームス試験に供したところ、既知のニトロアレーン、多環芳香族及びその酸化体よりも極性の強い画分(主として酢酸エチル分画)から主な活性が認められた。以上の知見から、大気浮遊粉じんの変異原性には未同定の変異原物質の寄与が大きいことが示唆された。