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高揚力循環制御翼の性能向上に関する研究

動力を用いた高揚力装置としての循環制御翼の空力特性を二種の模型を使って主として実験的に調査した.基本翼はNASAのGA(W)-1.第一模型は巡航形態への変更は考えずに高揚力特性を追求した,丸い後縁に二つの吹出しスロットを備えたもの.第二模型は巡航形態に出発点を置き,その形態から円弧状コアンダ面をせりだす形の半月形フラップを備えたもので,1ジェット式である.第二模型はジェットの強さによって後方岐点を制御する循環制御翼本来の機能を完全には発揮できないものであるが,フラップ全面がコアンダ面である点において従来の吹き出しフラップとは異なる.揚力とピッチングモーメントは翼面の圧力積分によりまた抗力は後流トラバース法により求め,側板上の後曳き渦による有効迎角の変化は実験値と非粘性流計算による翼面圧力分布の比較により決定した.風速10m/s, Re=2.7×10^5ジェットの強さは2ジェット翼ではジェットパワー計数Cπに基づき, 1ジェット翼ではジェットモーメンタム計数Cμに基づいて変化させた.揚力特性については,第一模型は2ジェットの場合-4°程度の負の迎角において最大揚力係数4.6を,また1ジェットでは0°近傍で同じ値を生じた.その際Cμはどちらも0.18,しかし前者は後者の8割のパワーで済む.最大揚力を与える迎角を越えると,第2ジェットは過度に回りこみ,下面に沿う流れを早期に剥離させ,実質的な翼型を変え,上面後半部での剥離によると見られる揚力減少を生ずる.1ジェットの場合でも同様な揚力低下が見られる.第2模型ではフラップを下げると上げた場合の二倍の揚力を生じ, α=6°, Cμ=0.2でC1=4.8を得た.尖った後縁はウェークの二次元性を保証し揚力の二次元性を高める.両模型の結果より,丸い後縁下面の短いフラップは過度の回り込みを避け更に揚力を増す手段となると考えられる.動力を用いた高揚力装置としての循環制御翼の空力特性を二種の模型を使って主として実験的に調査した.基本翼はNASAのGA(W)-1.第一模型は巡航形態への変更は考えずに高揚力特性を追求した,丸い後縁に二つの吹出しスロットを備えたもの.第二模型は巡航形態に出発点を置き,その形態から円弧状コアンダ面をせりだす形の半月形フラップを備えたもので,1ジェット式である.第二模型はジェットの強さによって後方岐点を制御する循環制御翼本来の機能を完全には発揮できないものであるが,フラップ全面がコアンダ面である点において従来の吹き出しフラップとは異なる.揚力とピッチングモーメントは翼面の圧力積分によりまた抗力は後流トラバース法により求め,側板上の後曳き渦による有効迎角の変化は実験値と非粘性流計算による翼面圧力分布の比較により決定した.風速10m/s, Re=2.7×10^5ジェットの強さは2ジェット翼ではジェットパワー計数Cπに基づき, 1ジェット翼ではジェットモーメンタム計数Cμに基づいて変化させた.揚力特性については,第一模型は2ジェットの場合-4°程度の負の迎角において最大揚力係数4.6を,また1ジェットでは0°近傍で同じ値を生じた.その際Cμはどちらも0.18,しかし前者は後者の8割のパワーで済む.最大揚力を与える迎角を越えると,第2ジェットは過度に回りこみ,下面に沿う流れを早期に剥離させ,実質的な翼型を変え,上面後半部での剥離によると見られる揚力減少を生ずる.1ジェットの場合でも同様な揚力低下が見られる.第2模型ではフラップを下げると上げた場合の二倍の揚力を生じ, α=6°, Cμ=0.2でC1=4.8を得た.尖った後縁はウェークの二次元性を保証し揚力の二次元性を高める.両模型の結果より,丸い後縁下面の短いフラップは過度の回り込みを避け更に揚力を増す手段となると考えられる.風洞模型はNASAが中速航空機向けに開発した層流翼(40cm弦長)を基本形とし、その後縁部に手を加えたものである。すなわち翼上面に接する、断面が半月形で半径7.5%のコアンダ面を設けた。このコアンダ面は円の中心まわりに回転して、出し入れ可能な形態とした。完全に引き込むと原翼に近い抵抗の小さい形となり、最大限に引き出すと、ジェットの向きが離陸時に有効に揚力を発生する方向となる。コアンダ面の最大弦長は10.5%である。実験はこの二形態についてなされた。ジェット用加圧空気は、新規購入のブロワーによって発生させ、同じく流量計で流量をチェックし、同じく圧力計で模型プリナム室の圧力を測定した。模型表面の圧力積分から揚力とピッチングモーメントを、後流総圧の積分から抵抗を求めた。圧力データはパーソナルコンピューターで処理した。模型迎角を4゚間隔に6ケース,ジェット強さをCuの最大値0.2までの間8ケース,フラップ付き,無し,の各場合について総計97ケースの測定を行った。風速は10m/s、流れのレイノルズ数は2.7×【10^5】.結果は以下の通りである。最大揚力係数はα=6゚,Cμ=0.2で4.6、この値は高揚力装置としては決して高いとは言えないが、巡航状態の形状を重視したことによるものである。

巡航形態であっても5%弦長のコアンダ面があり、Cμ=0.2: α=6゚,10゚で各々2,7,3.2の揚力係数を得た。最小抗力係数は0.016、Re数の大きさを考慮すると妥当な値である。数値計算はナヴィア・ストークス方程式の直接解法を後縁の丸い翼に適用し、Re=1.7×【10^5】,Cμ=0.04の場合にジェットの効果を確認しており、圧力分布を測定値と比較してかなり良い一致を得ている。
微生物酵素を利用するアミノ酸およびビタミン類の新しい同位元素標識法の開発

本研究は高度な特異性を有する酵素の特徴を利用して、特定部位を立体特異的に安定同位元素や放射性同位元素で標識した各種アミノ酸及びビタミン類を効率よく合成する方法を開発することを目的とした。まず、多機能触媒活性を示すSーアルキルシステインリア-ゼに着目し、物質生産能に好適な耐熱性の酵素を好熱性細菌から単離して、本酵素を用いるSーメチルシステインとチオ-ル化合物のβー置換反応により、用いたチオ-ルに対応する各種のSー置換ーLーシステインを合成し、アルキル基や硫黄を容易に各種同位元素で標識できることを示した。ついで、Dーアミノ酸トランスアミナ-ゼについても同様に耐熱性酵素を用いて、αーケト酸をDーアミノ酸に変換する際、アミノ基供与体のαー水素がケト酸に取り込まれることを利用してαー重水素化ーDーアミノ酸を立体特異的に生産できることを示した。また、本酵素は大過剰のビルビン酸の存在下において、本来の基質ではないLーアラニンをDーアラニンに変換することを見いだした。この反応を利用すれば、重水または三重水素中での反応により、重水や三重水素で立体特異的にラベルされたDーアミノ酸を合成できる。また、グルタミン酸ラセマ-ゼとグルタミン酸脱水素酵素、及び、2ーアミノエタンスルフォネ-ト:2ーオキソグルタレ-トアミノトランスフェラ-ゼを用いて、NAD(P)HのCー4位を、重水または三重水素中での反応により立体特異的に標識できる方法を開発した。一方、標識アミノ酸をランダムにタンパク質中に取り込ませる従来の方法と異なり、特定の位置に標識アミノ酸を取り込ませる新しい方法として、耐熱性のアスパラギン酸トランスアミナ-ゼの活性中心リジン残基をリジンのアナログであるSーβーアミノエチルシステインに変換させる方法も開発した。この方変酵素は酵素活性を示すことから、活性中心リジン残基の特異的な標識法である。本研究は高度な特異性を有する酵素の特徴を利用して、特定部位を立体特異的に安定同位元素や放射性同位元素で標識した各種アミノ酸およびビタミン類を効率よく合成する方法を開発することを目的としている。ピリドキサール酵素の反応はプロトン移動を伴ういくつかの素過程からなりたっている。各素反応過程は一般の有機化学反応と比較してはるかに高い立体特異性を有しているので、同位体標識化合物を合成する場合に極めて有利である。まず多機能触媒性を示すSーアルキルシステインリアーゼに着目し、物質生産に好適の高い安定性を有する酵素を検索した。土壌より、高いSーアルキルシステインリアーゼ活性を示す好熱性細菌を単離し、本菌より本酵素を精製した。本酵素は耐熱性が高く、70°C、30分間の熱処理によっても全く活性を失わない。本酵素は多種多様なチオール化合物とSーメチルシステインの間のβー置換反応を触媒し、用いたチオールに相当するSー置換ーLーシステインを生成する。本反応を用いれば、アルキル基や硫黄を容易に各種同位元素で標識できる。耐熱性の本酵素は各種の有機溶媒に対しても高い安定性を示すことが明らかになった。ついでDアミノ酸トランスアミナーゼについても同様に好熱性細菌の生産する耐熱性酵素を用いてDーアミノ酸を生産する方法を開発した。本酵素は巾広い基質特異性を有するので、本酵素を用いれば多種多様なαーケト酸をDーアミノ酸に変換できる。

その際、アミノ基供与体のαー水素がαーケト酸にとりこまれるので、α位を重水素化したアミノ酸をアミノ基供与体にすると各種のαー重水素化ーDーアミノ酸を生産できる。アミノ酸ラセマーゼを用いれば各種アミノ酸のα位を重水素化することができる。さらにNAD酵素ついても検討を加え、アミノ酸ラセマーゼ反応との共役によってジヒドロピリジン環のC-4位が重水素化されたNADHを立体特異的に生産する方法を開発した。本研究は高度な特異性を有する酵素の特徴を利用して、特定部位を立体特異的に安定同位元素や放射性同位元素で標識した各種アミノ酸およびビタミン類を効率よく合成する方法を開発することを目的としている。まず、L型酸性アミノ酸に特異的に作用するL-アスパラギン酸トランスアミナ-ゼに着目し、物質生産に好適の高い安定性を有する酵素を検索した。土壌より、高いL-アスパラギン酸トランスアミナ-ゼ活性を示す好熱性殺菌を単離し、本菌より本酵素を精製した。本酵素は耐熱性が高く、70°C、30分間の熱処理によっても全く活性を失わない。本酵素遺伝子を大腸菌にクロ-ン化し、その高い耐熱性を利用して本酵素を効率よく精製する方法を確立した。本酵素反応を重水中で行うことにより、2位と3位が共に重水素化されたL-アスパラギン酸を効率よく調製する方法を確立した。結合補酵素、ピリドキサルリン酸を解離させたアポ酵素を用いることにより、4位が立体特異的に重水素化されたピリドキサミンを調製することが可能であり、効率の良い生産法を検討した。ジアミノピメリン酸デカルボキシラ-ゼはメゾジアミノピメリン酸のD型立体配置のα炭素を攻撃し、脱炭酸してL-リジンを生成する。重水中で反応を行うと、6位が立体特異的に重水素化されたリジンが生成する。また、アミノ酸ラセマ-ゼであらかじめジアミノピメリン酸のα位及びε位を重水素化しておき、軽水中でジアミノピメリン酸デカルボキシラ-ゼを作用させると立体配置の反転したL-リジンを生産できる。本酵素をBacillus sphaericusより均一状態に精製し、本酵素を用いてC6-重水素化リジンを効率よく生産する方法を開発した。こうして生成したアスパラギン酸や、リジン、ピリドキサミンの重水素標識体を取り込ませる系としては、耐熱性L-アスパラギン酸トランスアミナ-ゼが最適であり、本酵素遺伝子の高発現クロ-ン株を作成した。標識アミノ酸をランダムにタンパク質中に取り込ませる従来の方法と異なり、特定の位置に標識したアミノ酸を取り込ませる新しい方法を開発することを目的として、アミノ酸生産等に有用なアミノ酸代謝関連酵素、特に耐熱性のピリドキサル酵素であるアスパラギン酸トランスアミナ-ゼを対象として、ピリドキサルリン酸を結合するリジン残基をシステイン残基に置換した後、チオ-ル基の高い反応性を利用して、エチレンイミンで修飾し、このシステイン残基をリジンのアナログであるSーβーアミノエチルシステイン(SAEC)に変換させることを試みた。アスパラギン酸トランスアミナ-ゼとしては、我々が既にクロ-ン化し、その遺伝子の塩基配列を決定しているBacillus sp・YMー2由来の耐熱性酵素を用いた。本酵素は、システイン残基を含まないことから、活性中心リジン残基をシステイン残基に置換した後、エチレンイミンによる特異的化学修飾が可能な酵素である。調製した活性中心リジン残基をSAECに置換した変異酵素(K239SAEC)は、アミノ酸分析により、システイン残基がSAEC残基に置換されていることを確認した。
確率非線形分散型方程式研究における調和解析的手法と確率論的手法の融合

クリスタル・ファイバーを光信号が伝播する現象のモデル方程式である,3階分散項付き非線形シュレディンガー方程式の初期値問題の適切性を,Nobu Kishimoto(数理解析研究所)と共同で調べた.さらにその研究を基に,3階分散項付き非線形によって,独立同分布無限次元ガウス測度がどのように時間発展するかという問題を,Tadahiro Oh (University of Edinburgh)およびNikolay Tzvetkov (University of Cergy-Pontoirse)と共に研究した.ハミルトン系において最も重要な不変測度は,Gibbs測度であろう.しかし,数学的には,Gibbs測度が存在している台空間は非常に弱い(即ち,広い)関数空間であり,非線形発展方程式を解くには困難なことが多い.さらに,Gibbs測度が構成できたとしても,滑らかな解(例えば,エネルギー有限となる解)全体の集合は,Gibbs測度に関して測度ゼロとなることが知られている.そのため,Gibbs測度では,エネルギー有限となる物理的にも数学的にも重要な解の性質を捉えることが出来ない可能性がある.そこで,ガウス測度がハミルトン系によってどのように時間発展していくかを調べ,不変とならなくても準不変(quasi-invariant)であれば,それによって不変測度のときと類似の解の時間挙動を導き出すことはできないか,という疑問が自然に生じる.最終年度は,ハミルトン系である3階分散項付き非線形シュレディンガー方程式に対して,ガウス測度が準不変(quasi-invariant)となることを示した.ハミルトン系に対し測度が準不変とは,そのハミルトン系によって時間発展した測度と元の測度が互いに絶対連続となることである.準不変であれば,測度論の観点からは時間がたっても同値な測度であることになる.確率論の分野において,LyonsやGubinelliによって導入されたラフパス理論は,確率微分方程式から作られる確率過程の軌道(pathwise solution)を扱うことを目的として開発されたため,偏微分方程式理論や数値シミュレーションとの相性も良い.実際,Hairerは,ラフパス理論と正則性構造理論(regularity structures)を用いて,KPZ方程式(Kardar-Parisi-Zhang equation)を数学的に厳密に意味づけることに成功した.このような確率偏微分方程式の解釈とHairerの理論により,確率論的かつ数理物理的に意義のある分布が得られたことから,確率論の分野では広く受け入れられることとなった.しかし他方で,非線形偏微分方程式論の観点からは,方程式を満たすことの意味付けはあまりに弱すぎると言わざるを得ない.例えば,Gubinelliが制御されたラフパスを導入したときに,周期境界条件の下でのKdV方程式の初期値問題への応用を試みたが,非線形分散型方程式に関する先行研究を本質的に改良することはできなかったと考えられている.そこで昨年度は,非線形項を滑らかな近似解の極限として定義する流儀と,非線形項が何らかの位相で連続となることにより意味付けする流儀を比較研究することを試みた.まず,比較的単純なモデル方程式である3階分散項が付いた非線形シュレディンガー方程式(generalized Schrodinger equation)を研究対象として選び,その初期値問題の適切性を負の指数のソボレフ空間で示すことを研究した.フーリエ制限法を用いて線形分散効果と3次非線形相互作用から生じる共鳴周波数を調べその影響を解析した.またその副産物として,減衰項と外力項が付いた方程式に対し,大域アトラクターの存在を証明することに成功した.昨年度の本研究においては,確率非線形分散型方程式を扱う準備として,どの確率非線形波動・分散型方程式を研究対象とするか,と言う問題に取り組んだ.その結果まず,非線形波動・分散型方程式のプロトタイプモデルとして,3次分散項付き非線形シュレディンガー方程式(generalized Schrodinger equation)が確率モデルとして数理物理学的に意義があり,かつ現在までのフーリエ制限法を用いた非線形波動・分散型方程式研究の蓄積も有効であることが判明した.具体的には,その初期値問題の適切性を負の指数のソボレフ空間で示すことを研究し,フーリエ制限法を用いて線形分散効果と3次非線形相互作用から生じる共鳴周波数を調べその影響を解析することがきた.偏微分方程式論の観点からの研究はかなり進んだので,このモデル方程式をターゲットとし,確率論的研究手法とすでに得られた偏微分方程式論的解析による成果を組み合わせることにより,新たな研究段階に入ることができる.これらを考慮すると,まだ初期の目標とした確率非線形分散型方程式の解析には至っていないものの,残り2年間の研究期間で予定通りの研究成果を挙げられるものと予想される.1996年にBourgainは非線形シュレディンガー方程式に対し,Gibbs測度の構成に成功した.それ以前の方法は,「Gibbs測度が乗っている台空間で時間大域解を構成することができれことを用いてGibbs測度を構成する」,または「Gibbs測度が構成できれることを用いてGibbs測度の台空間における時間大域解の存在を示す」の二通りであった.それに対し,Bourgainは,Gibbs測度の構成とその台空間での時間大域解の存在を同時に示す新しい方法を開発し,確率論的手法の非線形偏微分方程式への応用を飛躍的に拡大した.

しかしその一方で,Gibbs測度の台空間はハミルトン系のエネルギー汎関数と空間次元によって決まるため,例えば,空間n次元の非線形シュレディンガー方程式の場合,台空間は指数(1-n/2)のソボレフ空間より広い関数空間となる.このような広い(弱い)関数空間で非線形偏微分方程式を考えるのは困難を伴う.そこで,Gibbs測度のような不変測度ではないが,それと類似の性質を持つ准不変測度(quasi-invariant measure)を考察することによって,不変測度の代用とできないかという問題が自然に生ずる.この方面の研究は,Nikolay TzvetkovやTadahiro Ohによって始められた.最初のステップとして,ガウス測度が非線形発展方程式から生成される流れに対して准不変となるかどうかが問題となる.平成29年度は,非線形シュレディンガー方程式の高階への拡張の一つである,3次分散項付き非線形シュレディンガー方程式に対し,ガウス測度が准不変となるかどうかを調べた.無限次元空間においては,ルベーグ測度のような平行移動不変性あるいは回転不変性を持つ測度は適切に(たとえば,有界ボレル集合の測度が有限になるように)定めることはできない.そこで,ガウス測度および重み付きガウス測度は,無限次元空間における測度として最も自然であると考えられている.実際,統計物理で重要なGibbs測度は,ハミルトン汎関数に関連した重み付きガウス測度である.ハミルトン系の解の漸近挙動を調べる際に,Gibbs測度のようはハミルトン系から生成される流れに関して不変な測度は,多くの情報を含んでおり重要な役割を果たすことはよく知られている.他方で,Gibbs測度の台空間は,非線形発展方程式であるハミルトン系の解を考える空間としては非常に弱い空間であり,存在を示すこと自体が困難なことが多い.その観点から,不変性を弱めた準不変な測度を研究することは自然である.今回は,3次分散項付き非線形シュレディンガー方程式を例に取り,台空間がどのようなソボレフ空間であれば,ガウス測度が準不変となるかを,Nikolay Tzvetkov氏(University of Cergy-Pontoise)とTadahiro Oh氏(University of Edinburgh)との共同研究により調べることにした.Ramerの定理より,大ざっぱに言って,Duhamel項が1階微分を越える平滑化効果を持つことが示されれば,3次分散項付き非線形シュレディンガー方程式のよって時間発展したガウス測度は初期時刻のガウス測度と互いに同値,即ち,絶対連続となることが従う.非線形相互作用に現れる共鳴周波数のため,1階微分を越える平滑化効果はそのままでは得られない.そこで,それを排除するために,解自身に依存したゲージ変換を行うことにより,一定の平滑化効果が得られることが分かってきた.クリスタル・ファイバーを光信号が伝播する現象のモデル方程式である,3階分散項付き非線形シュレディンガー方程式の初期値問題の適切性を,Nobu Kishimoto(数理解析研究所)と共同で調べた.さらにその研究を基に,3階分散項付き非線形によって,独立同分布無限次元ガウス測度がどのように時間発展するかという問題を,Tadahiro Oh (University of Edinburgh)およびNikolay Tzvetkov (University of Cergy-Pontoirse)と共に研究した.
ダブルペロブスカイト型酸化物の単結晶育成および磁気抵抗効果と自己組織化の関連性

FZ法によりダブルペロブスカイト型酸化物A_2FeMoO_6(A=Sr, Ba)の良質・大型単結晶の育成に成功した。一方、MoをFeに置換したSr_2Fe_(1+x)Mo_(1-x)O_6について、多結晶試料を作製し、この物質のドーピング量の変化と物性について詳しく調べた。その結果、x=0.4近傍で、室温での結晶構造が正方晶から立方晶に変化すること、金属から絶縁体に転移すること、強磁性から常磁性に転移することを明らかにした。ダブルペロブスカイト酸化物Sr_2FeMoO_6はハーフメタル強磁性体であり、多結晶試料において室温で粒界トンネル起因した大きな磁気抵抗効果が報告され、電子デバイス材料として注目されている。一方、単結晶試料でも低温で比較的大きな磁気抵抗効果を持っている。本研究では、あえて低温での磁気抵抗効果に着目したい。元素置換やキャリア濃度を制御した単結晶の育成を行い、低温での磁気抵抗効果の大きさの制御やその要因について明らかにしたい。とりわけ、その磁気抵抗効果と自己組織化との関連性について精査にすることを目的とする。本年度は、まずFe置換によってキャリア濃度を制御した多結晶Sr_2Fe_<1+x>Mo_<1-x>O_6の物性を調べた。その結果、x=0.4で結晶構造(格子定数)、電気伝導性、磁性が大きく変化することを見出した。すなわちxの増加に伴いx=0.4を境に、格子定数は減少の度合いが急激に増加し、電気抵抗は極大をとり減少に転じ、磁性は強磁性から反強磁性に変わることがわかった。これらの変化は、Fe, Moのイオン価数がそれぞれ+3から+4、+5から+6へとxの増加とともに変わることに起因していると考えられる。現在、これらの結果について、論文を執筆中である。また、予備実験では低温での磁気抵抗効果もこのx=0.4で最大となっており、強磁性相と反強磁性相との競合・自己組織化との関連性について今後明らかにしていきたい。それには、単結晶が不可欠である。そこで、Sr_2Fe_<1+x>Mo_<1-x>O_6単結晶の育成についても、すすめている。x=0については、直径5mm,長さ70mmの良質単結晶が、安定して得られるようになった。また、x=0.4についても今後育成条件を改良していく必要があるが、直径2mm,長さ10mmの結晶の育成に成功している。今後は、この単結晶を用いた実験に重点を移していく予定である。H19年度は、Fe置換によってキャリア濃度を制御した多結晶Sr_2Fe_<1+x>Mo_<1-x>O_6の物性を精査した。その結果、他の研究から従来予測されていたx=1/3ではなく,x=0.5近傍で結晶構造(格子定数)、電気伝導性、磁性が大きく変化することを見出した。すなわちxの増加に伴い、格子定数はx=0.5を境に減少の度合いが急激に増加し、電気抵抗はx=0.5へ向けて発散的に増大し、x=0.5を超えると減少に転じ、磁性はx=0.5を境に強磁性から反強磁性に変わることを明らかにした。また低温での磁気抵抗効果もこのx=0.5近傍で最大となっており、デバイスへの応用を考える上でも、このx=0.5での大きな物性変化のメカニズムを明らかにすることは重要である。そのとき,その境がx=0.5=1/2のきりのいい分数なのか,そうでないのかを明らかにすることは重要であろう。そこで今後単結晶による物性精査に重点をおいていく。単結晶の育成を、現在精力的にすすめている。X=0については、直径5mm,長さ100mmの良質単結晶が、安定して得られている。一方、x=0以外の試料では最大でおおよそ直径2mm,長さ10mmの結晶の育成にとどまり、今後結晶の質も向上させていく必要がある。

本研究では、あえて低温での磁気抵抗効果に着目し、元素置換やキャリア濃度を制御した単結晶の育成を行い、低温での磁気抵抗効果の大きさの制御やその要因、特に自己組織化との関連性についで明らかにしたい。H20年度は、Fe置換によってキャリア濃度を制御したSr_2Fe_<1+x>Mo_<1-x>O_6においてH19年度にわれわれが見出した、x=0.5近傍の同門領域で起こる正方晶-立方晶結晶構造転移、金属-絶縁体転移、強磁性-スピングラス転移のメカニズムをより詳細に調べるために、まず,その境がx=0.5=1/2のきりのいい分数なのか,そうでないのかについて多結晶試料を用いて精査した。その結果, x=0.42を境にすべての転移が起こることがわかった。この結果は、Feの電子状態について3d^6Lの大きな安定性を示唆するものであり、MoとFeの混成軌道を占めるキャリア電子がなくなることによって、金属一非金属転移が生じ、二重交換相互相関作用によってダブルペロブスカイト酸化物における強磁性が発現していると考えられる。また構造転移についても、先のキャリア電子がなくなることにより、イオン半径の小さい+4価のFeが生じ始めるためと考えられる。一方、単結晶の育成も精力的にすすめ、x=0.4までの単結晶の育成に成功し、多結晶と同様な物性を示すことを明らかにした。今後は転移領域を超えた単結晶の育成を行い、自己組織化を含めたミクロな観点で、この転移の詳細を明らかにしていきたいと考えている。
生細胞内におけるPKNの活性化機序および標的因子との相互作用を明らかにする

(1)PKN1の1分子内にCFPとYFPを含む種々の動物細胞発現ベクターを作成した。(2)(1)のベクターを、培養細胞に発現させ、蛍光分光光度計によりYFP/CFPによるFRETがみとめられる構築を同定した。FRET値は、PKN1のin vitroにおける活性化剤として知られる不飽和脂肪酸や低濃度の界面活性剤などの存在下で、濃度依存的に低下することを見出した。(3)(2)のベクターを種々の細胞に導入したところ、内因性のPKN1の局在と同様、細胞質にびまん性の蛋白発現が認められたが、活性型もしくは野生型のRhoBと共発現することにより、核近傍膜構造や、形質膜への移行がみとめられた。RhoBとの共発現時に、NCOPのFRET値が変化するかどうか検討したが、有意な変化は認められなかったことから、RhoBとの結合のみでは、PKN1のコンフォメーションに活性化の変化を与えるのには十分ではない可能性も示唆された。(1)ビオチンタグをつけたコンビナトリアルペプチドライブラリーを用いて、in vitroで精製PKNによるリン酸化反応を行い、特異的リン酸化モチーフの解析をおこなったところ、PKCと非常によく似たモチーフが得られた。そのわずかな違いをもとに種々の合成ペプチドをデザインし、実際にin vitroでのリン酸化レベルを検討することにより、PKC特異的にリン酸化されるペプチドモチーフを決定することに成功した。しかしながら、現在までのところ、PKN特異的なモチーフの決定には至っていない。今後解析を重ね、粗精製フラクションでのリン酸化アッセイを可能にする特異的ペプチドのモチーフを決定し、継続してNKARの作製をトライしたい。1.PKNの活性化をPKNの立体構造変化をもとにモニターするプローブNCOP(PKNコンフォメーションプローブ)の構築を行い、PKNの細胞内活性化メカニズムの解析を目指して以下のアプローチを行った。(1)以前の我々の研究から、PKNのアミノ末端側領域は、カルボキシル末端側の触媒領域の活性を、通常抑制しており、PKNの活性化刺激はこの抑制を解除するというモデルが考えられたため、アミノ末端にCFP、そしてカルボキシル末端にYFPが融合したPKN1の全長の動物細胞発現ベクターを作成した。この際、融合部分に種々のリンカー配列をいれたものや、また、CFPの位置をさまざまに変えたもの、CFP、YFPを入れ替えたものなどを用意した。(2)(1)で作成したベクターをHEK293T細胞などに発現、精製し、kinase activityが、失われていないことを確認した。また、PKN1とRhoAおよびRhoBとの結合の性質が保存されていることも確認した。(3)(1)で作成したさまざまなPKN1の構築を、HEK293細胞やCOS7細胞などに発現させ、蛍光分光光度計により蛍光波長をスキャンして、CFP/YFPによるFRETがみとめられることを確認した。またこのFRET値の高い構築を「NCOP」と命名した。また、NCOPのFRET値が、PKN1のin vitroにおける活性化剤として知られるアラキドン酸などの不飽和脂肪酸や低濃度の界面活性剤などの存在下で、濃度依存的に低下することを見出した。このことは、NCOPが、PKN1のコンフォメーション変化による活性化のモニターとして使用できる可能性を示唆するものである。(4)NCOPをHEK293、HeLa、NIH 3T3、MDCKなどの細胞に導入して、NCOPの局在を確認したところ、内因性のPKN1の局在と同様細胞質に比較的びまん性に存在していた。しかし、活性型もしくは野生型のRhoBと共発現することにより、核近傍膜構造や、形質膜への移行がみとめられた。そこで、これらのRhoBとの共発現時に、NCOPのFRET値が変化するかどうかを、大阪大学微生物学研究所の松田研究室において検討させていただいたが、有意な変化は認められなかった。

このことから、RhoBとの結合のみでは、PKN1のコンフォメーションに活性化の変化を与えるのには十分ではない可能性も示唆された。最近、当ラボにも本科研費によってFRET観察可能な顕微鏡が納入されたので、今後繰り返し、さまざまな刺激による細胞内NCOPのFRET値の変化を追いかけてゆきたい。2.PKNの活性化を基質のりん酸化をもとにモニターするプローブNKAR(PKN activation reporter, NKAR)の作成をめざして、PKNの特異的リン酸化配列の同定を目指して以下のアプローチを行った。(1)12merのランダムペプチドを発現するphage display libraryを、PKN存在下でリン酸化させ、リン酸化スレオニンに結合するFHA2ドメインをリガンドとするカラムにかけて、結合したもの濃縮し同定した。このアプローチにより、ある傾向をもつペプチド配列の情報が集まりだしたところである。今後、至適なペプチド配列が得られれば、それをもとに、NKARの構築を行っていく予定である。Dr.Newtonらによって作製されたCKAR(C kinase activity reporter)を用いて、まずセルフリーのリン酸化アッセイを行ったところ、CKARがPKCのみならず、PKNによっても十分リン酸化を受けることがわかった。そこで、PKNに特異的に反応するプローブを作るべく、まずPKNの特異的基質モチーフの決定をめざして、以下の二つのアプローチを推し進めた。i)12merのランダムペプチドをファージ表面に発現するファージディスプレイライブラリーを作製し、精製PKNによってリン酸化し、リン酸化トレオニンに結合するFHA2ドメインをリガンドとするカラムにかけて、結合したファージを濃縮するというステップを繰り返し、FHA2に結合するリン酸化基質モチーフの決定を行った。同様の方法でチロシンフォスファターゼの特異的基質モチーフの決定に成功されたDr.Walchliとも議論を重ねつつ実験を行ってきたが、いくつかのコンセンサスらしい配列を見出したものの、その配列をもとに作製したペプチドで、いまだPKN特異的リン酸化を認めるにいたっていない。ii)ビオチンタグをつけたコンビナトリアルペプチドライブラリーを用いて、in vitroで精製PKNによるリン酸化反応を行い、特異的リン酸化モチーフの解析をおこなったところ、PKCと非常によく似たモチーフが得られた。しかし、そのわずかな違いをもとに種々の合成ペプチドをデザインし、実際のin vitroでのリン酸化レベルを検討することにより、PKCでは非常に効率よくリン酸化されPKNではほとんどまったくリン酸化されないペプチドモチーフを決定することに成功した。しかしながら、現在までのところ、PKNのみでリン酸化されるモチーフの決定には至っていない。今後解析を重ね、粗精製フラクションでのリン酸化アッセイを可能にする特異的ペプチドのモチーフを決定し、継続してNKARの作製をトライする予定である。
適応学習機能を有する表情認識モデルに関する研究

従来提案されている表情認識モデルは,短期間に撮影された表情画像を学習データとして用いることにより,識別器を生成していることが多い.しかし,人間が表出する表情パターンは多様であるため,短期間で全ての表情パターンを学習データとして取得することは困難である.表情認識モデルが長期的な時間軸に対して高い頑強性を維持していくためには,初期に生成した識別器が時間経過とともに進化・適応していくべきである.すなわち,既存の知識を保持したまま,新たな知識を追加学習することが可能な表情認識モデルの確立が必要と考える.本研究では,上記のような適応的な学習機能を有する表情認識モデルの生成手法を提案した.本研究の目的は,時間軸に対して頑強性を有する表情認識モデルの確立である.具体的には,初期に生成した表情特徴空間(表情認識モデル)が時間経過とともに進化・適応していくための手法を確立する.本研究では,表情特徴空間の適応学習機能を追加学習,再学習,忘却という3つの機能に細分化し,安定性と可塑性を併せ持った追加学習アルゴリズムであるART(適応共鳴理論)と,人間の脳が持つ自己組織化と適応学習をモデルとしたCPN(対向伝播ネットワーク)を応用することにより,個々のアルゴリズムについて検討する.また,上述の機能をコミュニケーションロボットへ実装し,人間との長期的なインタラクションを通じて,表情認識機能の時間軸に対する頑強性を評価する.平成25年度は,長期的な時間軸に対する頑強性の向上を目的とし,適応的な学習機能を有する表情認識モデルの生成手法について基礎検討を行った.具体的には,追加学習アルゴリズムのARTをCPNの写像空間に組み込んで表情特徴空間を生成し,適応学習の実現を試みた.1名の被験者を対象として,22日間にわたって取得した喜び表情と無表情を用いて評価実験を行ったところ,提案手法により生成した表情特徴空間は,既存の知識(既知の表情パターン)を保持したまま,新たな知識(未学習の表情パターン)を追加的に獲得できることが明らかとなった(追加学習).また,一度獲得した知識は,表情特徴空間に一定期間保持されており,再学習を重ねるごとに少しずつ減少(忘却)していく様子を認めた.本研究の目的は,時間軸に対して頑強性を有する表情認識モデルの確立である.具体的には,初期に生成した表情特徴空間(表情認識モデル)が時間経過とともに,進化・適応していくための手法を確立する.本研究では,表情特徴空間の適応学習機能を1追加学習,2再学習,3忘却という三つの機能に細分化し,安定性と可塑性を併せ持った追加学習アルゴリズムであるART(適応共鳴理論)と,人間の脳が有する自己組織化と適応学習をモデルとしたCPN(カウンタープロパゲーションネットワーク)を応用することにより,個々のアルゴリズムについて検討する.また,上述の機能をコミュニケーションロボットへ実装し,人間との長期的なインタラクションを通じて,表情認識機能の時間軸に対する頑強性を評価する.初年度の平成25年度は表情特徴空間の適応学習に関する基礎検討を行い,提案手法が既存の知識(過去に学習済みの表情パターン)を保持したまま,新たな知識(未学習の表情パターン)を追加的に獲得できることを明らかにした.平成26年度は,長期的な適応学習において既存の知識と新規の知識の共存を可能とする表情特徴空間の再学習法について検討した.具体的には表情特徴空間(CPNの写像空間)の次元数,写像空間のサイズ,再学習を行う際の学習データセットの生成法について検討し,保有可能な知識(表情パターン数)の検証を行うことにより,表情特徴空間の最適な構造の導出法に関する知見を得た.また,追加学習(ART)の回数や表情特徴空間の再学習のタイミングを変更した場合の認識率を検証し,追加学習と再学習を切り替える際の最適なルール導出法に関する知見を得た.本研究の目的は,時間軸に対して頑強性を有する表情認識モデルの確立である.具体的には,初期に生成した表情特徴空間(表情認識モデル)が時間経過とともに,進化・適応していくための手法を確立する.本研究では,表情特徴空間の適応学習機能を,追加学習,再学習,忘却という三つの機能に細分化し,安定性と可塑性を併せ持った追加学習アルゴリズムであるART(適応共鳴理論)と,人間の脳が有する自己組織化と適応学習をモデルとしたCPN(カウンタープロパゲーションネットワーク)を応用することにより,個々のアルゴリズムについて検討する.さらに,人間との長期的なインタラクションを通じて,表情認識機能の時間軸に対する頑強性を評価する.初年度の平成25年度は表情特徴空間の適応学習に関する基礎検討を行い,提案手法が既存の知識(過去に学習済みの表情パターン)を保持したまま,新たな知識(未学習の表情パターン)を追加的に獲得できることを明らかにした.平成26年度は,長期的な適応学習において既存の知識と新規の知識の共存を可能とする表情特徴空間の再学習法に関する知見を得た(表情特徴空間の次元数,サイズ,再学習を行う際の学習データセットの生成法).最終年度の平成27年度は,上記で得た知見を基に提案手法の性能および有用性を評価した.具体的には,11日間にわたって撮影した自然かつ長期的な表情画像を用いて,適応学習機能の検証を実施した.その結果,提案手法の表情認識率は初期学習時から日数を経るごとに徐々に向上することが確認された.また,学習データを一括学習した場合と比較して同等以上の認識性能を有することを明らかにした.以上より,提案手法は既存の知識を保持しつつ,新たな知識を段階的に追加学習可能であり,時間経過に対して頑強な表情認識手法として有用であることを明らかにした.

従来提案されている表情認識モデルは,短期間に撮影された表情画像を学習データとして用いることにより,識別器を生成していることが多い.しかし,人間が表出する表情パターンは多様であるため,短期間で全ての表情パターンを学習データとして取得することは困難である.表情認識モデルが長期的な時間軸に対して高い頑強性を維持していくためには,初期に生成した識別器が時間経過とともに進化・適応していくべきである.すなわち,既存の知識を保持したまま,新たな知識を追加学習することが可能な表情認識モデルの確立が必要と考える.本研究では,上記のような適応的な学習機能を有する表情認識モデルの生成手法を提案した.平成26年度は主に,長期的な適応学習において既存の知識と新規の知識の共存を可能とする表情特徴空間の再学習法について検討した.具体的には,表情特徴空間の次元数や空間のサイズ,再学習データセットの生成法について検討し,特徴空間の最適な構造を導出する手法について知見を得た.これにより,長期的な追加学習および再学習時に発生する冗長な知識の抑制が可能となった.また,新たな知識の獲得を目的とした追加学習,および,学習した知識の整理(相関関係の整理)を目的とした再学習を切り替える際のルールに関する知見を得た.本研究の当初計画では,平成25年度に表情画像取得システムを構築する予定であったが,初年度予算の減額および購入予定機器のモデルチェンジが発生したため,平成26年度に実施する計画に修正している.上記の機器については平成25年度の繰越金を使用し,計画どおり平成26年度に導入済みである.なお,平成26年度に実施予定であった一部の研究項目を平成25年度に実施していることから,2年間が経過した現在,当初計画の変更が研究進捗に与える影響は少ない.また,平成27年度後半には提案手法をコミュニケーションロボットへ実装して評価実験を行う予定であるが,使用する機材についても今年度導入済みであり,準備を進めている.上記研究成果および遂行状況に加えて,平成27年度の検討課題も明確であることから,本研究はおおむね順調に進展している.27年度が最終年度であるため、記入しない。画像処理,ロボットビジョン,コンピュータビジョン,機械学習最終年度の平成27年度は,平成25年度,26年度に得られた知見を基にして,提案手法の性能および有用性を評価する.評価に使用する表情画像は,一般に公開されているデータセットを利用することが考えられるが,提案手法の評価では,同一被験者を対象として撮影された自然かつ長期的な表情画像が必要となる.現状,前述の仕様を満足する表情画像データセットは見当たらないことから,当該年度のはじめから独自に表情画像データの収集を実施する.具体的には,複数人のインタラクションを通じて同一被験者の自然かつ長期的な表情画像を取得し,独自の表情画像データセットを構築する.これまでは1名の被験者を対象として評価実験を実施してきたが,上記データセットは複数名を対象として構築する.本研究は人を対象とした研究であるため,機密保持・個人情報保護の観点から,顔画像の取得に際しては同意書への署名を徹底するよう心がける.また,本学および協力機関において倫理審査の申請を行い,承認を得た研究計画の下で顔画像データを取得する.平成25年度は,表情認識モデルの適応学習に関する基礎検討を行った.
大腸癌における葉酸代謝酵素および5-FU標的酵素の発現と化学療法の効果の関連

ルーチンの病理組織標本を対象として葉酸代謝関連蛋白の発現を再現性よく検出するのは困難であった。しかし、(1)免疫染色はピリミジン合成酵素や細胞死マーカーの発現を解析できる有用な方法である、(2)胃癌、大腸癌および子宮頸癌はチミジンキナーゼ1、チミジル酸合成酵素をともに高発現する、(3)S-1投与前の活性型カスパーゼ8発現レベルが治療効果を反映する、(4)活性型カスパーゼ9発現は胃癌に、LC3発現は大腸癌に優位であることが証明された。1.アフィニティー精製ポリクローナル抗体(FPGSはA、B、Cおよび219の4種、GGHはA、BおよびCの3種、FT-1は52の1種)を作製した。ホルマリンないしパラホルムアルデヒド(PFA)固定パラフィン切片を対象としたFPGS免疫染色は、加熱処理や蛋白分解酵素による抗原性賦活化処理を加えても不可能であった。一方、EDTA液中での熱処理を加えることによりパラフィン切片を対象としたGGH免疫染色が可能であったが、ホルマリン固定よりもPFA固定の方が染色性に優れていた。GGH-Aが最も陽性反応が強く、コントラストも良好であった。GGH免疫染色の特異性は免疫吸収試験により確認され、かつ大腸癌xenograftにおけるGGH免疫反応性はmRNAレベルと相関していた。FT-1の免疫染色はホルマリン固定パラフィン切片では不可能であったが、PFA固定標本では可能であった(EDTA液中での加熱処理が必要)。近日中に蟻酸処理の効果についても追求する。2.EDTA液中での加熱処理がTKの抗原性賦活化に最適であり、ホルマリン固定パラフィン切片を対象にTKを再現性よく検出できた。TK発現の程度は腫瘍の原発部位により異なっていた:胃・大腸癌で高い傾向がある反面、肺腺癌、肝癌および膵癌では常に低レベルであった(この内容については、研究分担者の新谷が第98回日本病理学会総会で発表する)。本年度は、1.葉酸代謝酵素の免疫染色における塩酸ないし蟻酸処理の効果について検討する、2.諸臓器の癌および非癌組織におけるピリミジン合成酵素の発現に関する学会発表と論文投稿を実施することを目的とした。さらに、これまでの研究計画には含まれていなかった、p53遺伝子解析とアポトーシス実行酵素caspasesの免疫染色によるフッ化ピリミジン系抗がん剤S-1の感受性予測に関する研究にも着手し得た。以下のように要約される。1.0.1%塩酸水中での加熱処理は、Y-glutamyl hydrolase免疫染色においては優れた抗原性賦活効果を示したが、folylpolyglutamate synthaseおよびfolate transporter-1に対しては効果がなかった。蟻酸処理はいずれの抗原に対しても無効であった。2.諸臓器の癌組織におけるthymidine kinase-1(TK-1)およびthymidylate synthase(TS)の発現パターンを免疫組織化学的に解明した。TK-1高発現は、胃癌、大腸癌、食道癌および子宮頸癌に検出された。胃癌、大腸癌および子宮頸癌ではTSの高発現も伴っており、salvage経路とde novo経路の両者を介してピリミジン合成が活性化されていることが示唆された。(第98回日本病理学会総会で発表し、英文雑誌Oncology Reportsに受理された)3.諸臓器がん細胞由来xenograftsを対象として、p53遺伝子の変異、活性型caspase-8および活性型caspse-9の発現とフッ化ピリミジン系抗がん剤S-1の効果との関連性について検討した。p53に変異のある腫瘍において、S-1投与前の活性型caspase-8の発現とS-1の効果に相関関係が証明された。p53遺伝子解析と活性型caspase免疫染色により、S-1の感受性を予測できる可能性が示された。(第99回日本病理学会総会で発表予定)葉酸代謝酵素の免疫染色に関する前年度までの技術的検討で、γ-glutamyl hydrolaseは検出可能であったが、folylpolyglutamate synthaseおよびfolate transporter-1を再現性よく検出するのは難しいことが示されたため、大腸癌のホルマリン固定病理組織標本への応用は困難と判断した。したがって、本年度は、前年度に得られた「p53遺伝子解析とアポトーシス実行酵素caspasesの免疫染色によるフッ化ピリミジン系抗癌剤S-1の感受性予測」に関する研究の成果をさらに発展させることを目的とした。加えて、これまでの研究計画には含まれていなかった、胃癌および大腸癌における細胞死経路の免疫組織化学的解析についても検討し得た。1.p53に変異のある腫瘍において、S-

1投与前の活性型caspase-8の発現とS-1の効果に相関関係が証明され、p53遺伝子解析と活性型caspase免疫染色により、S-1の感受性を予測できる可能性が示された。この研究成果について、論文投稿準備中であり、また臨床検体(術前化学療法施行大腸癌)への応用について計画中である。2.活性型caspase-8の発現は胃癌および大腸癌に同程度であったが、活性型caspase-9は胃癌に優位に発現していた。対照的に、LC3の発現は大腸癌に優位であった。また、一部の胃癌細胞が活性型caspase-8と活性型caspase-9を同時に発現すること、大腸癌におけるLC3陽性細胞は例外なく活性型caspase-8陰性であることも証明された。これらの結果から、胃癌と大腸癌におけるアポトーシス実行経路が異なること、大腸癌ではオートファジーがアポトーシス抑制に関与している可能性が考えられた。
加熱変性大豆β-コングリシニンの表面構造の改変と食品機能

タンパク質の機能性はその表面構造によるところが大きい。大豆タンパク質は他のタンパク質に比べて表面疎水度(So)が小さいため、二次機能を十分に発揮できず、利用拡大を妨げる一因となっている。一方、大豆タンパク質は変性温度(Td)が高いのに加えて、加熱時の変性過程が可逆的で、冷却後には元のリジドな構造を再生し易い性質を有する。そのため加熱だけで望ましい表面構造に改変することは困難と考えられたが、これらの間の相関を明らかにできる実験的根拠が少ないのが現状である。本研究では大豆コングリシニンを使って表面構造の改変を試み、以下の様な知見を得た。1)光アフィニティラベルを応用し、高温下(90°C)で分子内部から露出した疎水領域を、光を当てることにより瞬間的に架橋させ、表面疎水度の増加を計った。ANB-NOSやSulfo-SANPAHによるラベル化とサブユニット間架橋が進行しているのがSDS-PAGEで確認できた。しかしこれらのラベル化コングリシニンは300nm付近にE値の大きい吸収帯を示したため、分子構造上の変化を分光学的手法(UV差スプクトル、cis-パリナリン酸によるSo価の測定、チロシンの滴定曲線)で解析することができなかった。2)加熱以外に表面構造を段階的に変える方法として、脂肪酸塩を用いてコングリシニン分子に微弱な変性処理を試みた。炭素鎖長の長短、平衡濃度を適宜選択すると、任意の表面疎水度を持つコングリシニン試料を作成できた。これらのタンパク試料の有する二次機能について乳化性との関係を測定した。加熱変性試料と同じ程度のSoを持つ脂肪酸処理試料とを比べると、後者の方が前者の3-4倍の乳化容量を持つことを明らかにできた。今後、本研究をさらに発展させ、本来大豆タンパク質が内蔵する機能で、これまで知られていない未利用の機能を引き出したいと考える。
ヒト膵癌における特異抗原同定から抗体療法への展望(膵癌特異抗体の作製)

本研究は膵癌の腫瘍構成成分である間質に注目し、膵癌細胞と腫瘍内間質との相互作用に着目して実験を立ち上げた。他の癌腫に比べて多くの間質を有する膵癌の特徴を考え膵癌細胞が腫瘍として悪性度を獲得するためにははじめに膵癌細胞が周囲の間質に働きかけ、次のステップとして周囲の間質よりパラクライン的に必要なgrowth factor等を得て膵癌細胞にとって都合の良い環境を築いてゆくのではないかと考えた。間質のなかでも線維芽細胞に着目し、膵癌細胞自体が分泌し、線維芽細胞に影響を与える特異的分子が存在すると考え、臨床応用を目的とした膵癌に特異的で且つ機能を有するモノクローナル抗体の作製を計画した。14年度は当科にて樹立した線維芽細胞株NAFI-1の遊走能を抑制するモノクローナル抗体をスクリーニングにより二種類得た。15年度はさらに、新たに膵癌切除標本より培養を繰り返して膵癌由来線維芽細胞株PNAFI-1を樹立した。このPNAFI-1の培養上清を加えて多数のヒト膵癌株を培養したところ、9株中7株で著明に増殖能が高まることが判明した。また、逆にPNAFI-1も単独培養よりも膵癌細胞株培養上清を添加した際に増殖能並びに遊走能が高まることが判明した。さらに興味深いことに、切除胃癌より樹立した胃癌由来線維芽細胞株の培養上清を膵癌細胞株に添加しても増殖能に変化は認めなかった。これらの実験結果より、膵癌細胞と膵線維芽細胞とは膵癌という腫瘍を形成してゆくなかで互いに相乗効果を及ぼすという結果を得ることができた。また、前回に同様のモノクローナル抗体の作製方法にて血管新生を標的としたモノクローナル抗体作製においては、ヒト線維肉腫細胞株HT1080の細胞運動を著明に阻止し、且つ、血管内皮細胞モデルHUVECの運動、並びに管腔形成を著明に抑制するMAb MH8-11が得られ、このモノクローナル抗体は遺伝子クローニングによりAminopeptidase N (APN)/CD13を認識していることをつきとめた。さらに、ヒト膵癌におけるAPN/CD13発現の意義を検討したところ、血管新生の指標とした血管密度と有意に相関し、また、APN/CD13は予後不良膵癌における重要な予後規定因子の一つであることを見いだした。以上の研究結果は、Clin Cancer Res.2003Apr :9(4):1503-1508、Anticancer Res.2003Mar-Apr :23(2B):1333-1341、Anticancer Res.2003Nov-Dec :23(6C):4721-7、OncolRep.2004Feb :11(2):277-84に論文発表した。今回の研究では,膵癌が固形癌の中でも非常に間質が多く,癌細胞と間質との相互作用により他に類をみない悪性度を獲得する特徴を有している点に着目し間質の中の線維芽細胞に焦点を絞った.線維芽細胞の遊走能を司るような分子を膵癌細胞自体が産生していると考え,その分子に対する抗体を作成,モノクローナル化してゆき,さらに作製した抗体の中から線維芽細胞の遊走能を制御する機能を持ったモノクローナル抗体(MAb)の選別をおこなうことを目的として実験を立ち上げた.本年度は,種々の膵癌細胞株にてBalb/cマウスを免疫後に脾臓を摘出し,細胞分離によりB細胞のみを分離し,このB細胞とマウスミエローマ細胞株SP2とでHybridomaを作製した.次にその培養上清を用いて目的とする抗体のスクリーニングを進めてきた.スクリーニングとしてはHybridoma培養上清と当科で樹立した膵線維芽細胞株NAFI-1を金コロイド上で接触させ,NAFI-1の遊走能を阻害するものを選択する方法をとり,これまで2種類のHybridomaをスクリーニングし得た.しかし,NAFI-1の継代を続けるなかでNAFI-1が不安定となり,継代に制限があることが判明したため,目的とするHybridomaを2種類得た時点でスクリーニングを一旦中断した.本年度内では,得られたHybridomaの中から膵癌に特異性の高いものだけに絞り込み,さらにそれらの抗体が認識する抗原蛋白の分子量の決定までおこなう予定であったが,これらは先の一旦中断したスクリーニングとともに次年度おこなう予定である.本研究は膵癌の腫瘍構成成分である間質に注目し、膵癌細胞と腫瘍内間質との相互作用に着目して実験を立ち上げた。

このPNAFI-1の培養上清を加えて多数のヒト膵癌株を培養したところ、9株中7株で著明に増殖能が高まることが判明した。また、逆にPNAFI-1も単独培養よりも膵癌細胞株培養上清を添加した際に増殖能並びに遊走能が高まることが判明した。さらに興味深いことに、切除胃癌より樹立した胃癌由来線維芽細胞株の培養上清を膵癌細胞株に添加しても増殖能に変化は認めなかった。これらの実験結果より、膵癌細胞と膵線維芽細胞とは膵癌という腫瘍を形成してゆくなかで互いに相乗効果を及ぼすという結果を得ることができた。また、前回に同様のモノクローナル抗体の作製方法にて血管新生を標的としたモノクローナル抗体作製においては、ヒト線維肉腫細胞株HT1080の細胞運動を著明に阻止し、且つ、血管内皮細胞モデルHUVECの運動、並びに管腔形成を著明に抑制するMAb MH8-11が得られ、このモノクローナル抗体は遺伝子クローニングによりAminopeptidase N (APN)/CD13を認識していることをつきとめた。さらに、ヒト膵癌におけるAPN/CD13発現の意義を検討したところ、血管新生の指標とした血管密度と有意に相関し、また、APN/CD13は予後不良膵癌における重要な予後規定因子の一つであることを見いだした。以上の研究結果は、Clin Cancer Res.2003Apr :9(4):1503-1508、Anticancer Res.2003Mar-Apr :23(2B):1333-1341、Anticancer Res.2003Nov-Dec :23(6C):4721-7、OncolRep.2004Feb :11(2):277-84に論文発表した。