hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高強度間欠的運動がミトコンドリアのピルビン酸の取り込みに及ぼす影響

本研究課題は、アスリートが高強度かつ持久的な運動を遂行する為に、鍵となる効率的なエネルギー代謝の解明を目的とした。特に2つのエネルギー代謝過程に注目し、その連絡点となるピルビン酸の動向について検討を進めた。高強度運動では、糖の分解代謝(解糖系)を通じてエネルギーを産生し、持久的運動では、解糖系で生じたピルビン酸を中継し、糖の酸化分解を行うことでエネルギーを産生する。この時、ミトコンドリアがピルビン酸を取り込むことで、酸化分解が始まる。本研究では、高強度間欠的運動(HIIT)と持久的運動(MIET)を比較することで、筋細胞がピルビン酸の産生と利用を高める際に、どのような適応変化が起こっているのかについて検討を行った。2年目には、骨格筋からのミトコンドリアの抽出と精製に取り組み、年度末に定量測定が可能となった。最終年度は、この単離したミトコンドリアに焦点を絞って、膜輸送タンパク質や代謝系酵素の適応変化について測定を行った。得られた結果から、高強度運動によるミトコンドリアの適応変化は、骨格筋内における総量の増加に現れることがわかった。特に、高発揮出力を担う速筋におけるミトコンドリアの増量は、MIETでは起こらず、HIITのみでみられた。一方、ピルビン酸を取り込む輸送タンパク質や酸化系の酵素などを、単位ミトコンドリアあたりで検討すると、ほとんど変化がみられなかった。このことから、HIITによるピルビン酸の酸化代謝は、ミトコンドリア量の増加に依存すると考えられる。今後は、ミトコンドリアの酵素について、その活性を定量することで、代謝機能としての適応変化を解明したい。本研究課題では、骨格筋の糖代謝における2つの代謝経路である解糖系と酸化系に注目し、一方を特に活性化させた際に、他方が受ける影響について、実験動物を対象に個体レベルで検討する。糖代謝過程の解糖系で産生されたピルビン酸は乳酸に転換されるか、ミトコンドリアに取り込まれて酸化される。解糖系の亢進ではピルビン酸および乳酸が増加するが、これらのエネルギー基質が酸化系代謝に与える影響については、十分な見解が得られていない。初年度は、解糖系過程を特に亢進する方法として間欠的高強度運動(HIIT)に注目し、ラット骨格筋内の適応変化を検討した。糖代謝過程において解糖系と酸化系はピルビン酸を互いの接続点としているが、HIITによるピルビン酸の増加が、ミトコンドリアへの流入と、その後の酸化代謝を亢進させるのかについて検討を進めた。4週間のHIIT負荷ののち、下肢骨格筋を解糖系筋と酸化系筋に分類して解析を行った。ピルビン酸と乳酸を相互転換する乳酸脱水素酵素(LDH-AおよびLDH-B)は、酸化系筋では変化せず、解糖系筋のみで有意な増加を示した。また、ピルビン酸をミトコンドリア内へと代謝する酵素(PDH)は両筋線維ともに変化はみられなかったが、ミトコンドリアにおける酸化系代謝の指標であるCOX4は、解糖系筋および酸化系筋で共に有意な増加を示した。HIITは特に解糖系代謝を活性化させるが、その結果、増加したピルビン酸を乳酸へと転換する経路が亢進した。しかし、MCT4に変化はみられず、乳酸は骨格筋内にとどまるか、ピルビン酸に転換されている。また、PDHに増加がみられないことから、HIITによる細胞質内のピルビン酸の増加は、ミトコンドリアへの流入を促進するほどの変化を引き起こさなかった。しかし、HIITによる解糖系への刺激はCOX4を増加させるなど、酸化系筋の代謝指標に影響を与えることが示唆された。初年度には、HIITによる運動負荷実験(4週間・週5回)を実施し、研究検体の収集を行った。分析では特に下肢骨格筋に注目し、酸化系筋と解糖系筋に分けて、骨格筋に局在するエネルギー基質輸送担体や代謝を担う酵素、筋グリコーゲンなど基質濃度の測定を進めた。さらにHIITの比較として、酸化系代謝を特に活性化した持久的運動群(4週間・週5回)を設定した。初年度には実験動物を用いて2つの運動負荷実験を実施することが出来、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。これまでに、HIITについては主要因子の分析を終え、今後はMIETを分析することによって、解糖系・酸化系の2つの代謝活性の違いが、骨格筋内でどのような影響を与えるのかについて検討する。またそれぞれの運動形態における骨格筋の適応変化について、特にミトコンドリアに注目し、外・内膜に含まれる基質輸送担体およびPDHの増減を解明したいと考えている。本研究課題では、骨格筋の糖代謝における2つの代謝経路である解糖系と酸化系に注目し、一方を劇的に活性化させた際に、他方がどの様な影響を受けるのかについて検討する。糖代謝における2つの代謝過程の分岐点はピルビン酸である。解糖系で産生されたピルビン酸の代謝運命は2通りで、乳酸に転換されるか、ミトコンドリアに取り込まれて酸化過程に進むかである。本研究では、特に解糖系過程を亢進する方法として間欠的高強度運動(HIIT)に注目し、初年度は、ラット骨格筋内の代謝酵素や膜輸送タンパク質の適応変化を検討した。

2年目には、下肢骨格筋を解糖系筋と酸化系筋に分類して、その違いについて解析を進めるとともに、さらに骨格筋内に含まれるミトコンドリアに注目し、その適応変化について研究を掘り下げた。特に本年度は、骨格筋よりミトコンドリアを抽出する実験手法について、検討を重ねた。先行研究から実験手法を3種類選定し、実験条件を変えながら試行し、改良を加え、ミトコンドリアの単離、抽出の精製度を見極めることを継続した。その結果、年度最終月に、学術的に満足を得られる精度とその方法を確立することができた。この実験手法をもって、ミトコンドリアに関連する酵素の測定を行い、それらを定量することに成功した。次年度は、この実験方法を取り入れながら、糖代謝において、解糖系の活性化がミトコンドリアでの酸化代謝に、どの様な影響をもたらすのか、研究を進めたい。初年度は、高強度間欠的運動(HIIT・4週間・週5回)もしくは持久的運動群(MIET・4週間・週5回)を実施した。HIITは特に解糖系の活性化、MIETは特に酸化系の活性化を狙い、本実験は個体(ラット)を対象に運動処方を用いた。採取した下肢骨格筋を酸化系筋と解糖系筋に分けて、骨格筋に局在するエネルギー基質輸送担体や代謝を担う酵素、筋グリコーゲンなど基質濃度の測定を進めており、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。これまでに、解糖系を刺激するHIITが、速筋線維の解糖系に関する酵素・輸送タンパク質を増加させること、酸化系を刺激するMIETは対照的に、遅筋線維の酸化系に関する酵素・輸送タンパク質に影響を与えることが明らかとなった。HIITは解糖系の活性化を通じてピルビン酸と乳酸を産生することから、それに関する酵素(LDH・PDH)が増加することがわかった。加えて、HIITがピルビン酸を通じて、酸化系代謝にも影響を与える可能性が示唆される。一方、酸化系を刺激するMIETは、解糖系の活性化と速筋線維の動員が優位ではないことから、それらの変化はあまりみられなかった。そこで2年目からは、骨格筋内で酸化代謝を担うミトコンドリアに注目し、上記分析と平行して、ミトコンドリアを骨格筋から単離精製・抽出する実験手技の検証を進めた。1年に及ぶ失敗の後、年度末3月の最終週に、学術的に満足できるレベルの手技を確立することができた。骨格筋からミトコンドリアのみを抽出し、HIITとMIETにおける適応変化の違いについて、検証を進めたい。本研究課題は、アスリートが高強度かつ持久的な運動を遂行する為に、鍵となる効率的なエネルギー代謝の解明を目的とした。特に2つのエネルギー代謝過程に注目し、その連絡点となるピルビン酸の動向について検討を進めた。高強度運動では、糖の分解代謝(解糖系)を通じてエネルギーを産生し、持久的運動では、解糖系で生じたピルビン酸を中継し、糖の酸化分解を行うことでエネルギーを産生する。この時、ミトコンドリアがピルビン酸を取り込むことで、酸化分解が始まる。本研究では、高強度間欠的運動(HIIT)と持久的運動(MIET)を比較することで、筋細胞がピルビン酸の産生と利用を高める際に、どのような適応変化が起こっているのかについて検討を行った。2年目には、骨格筋からのミトコンドリアの抽出と精製に取り組み、年度末に定量測定が可能となった。最終年度は、この単離したミトコンドリアに焦点を絞って、膜輸送タンパク質や代謝系酵素の適応変化について測定を行った。得られた結果から、高強度運動によるミトコンドリアの適応変化は、骨格筋内における総量の増加に現れることがわかった。
照射欠陥材料の水素同位体吸蔵・放出特性に関するプラズマ照射エネルギー依存性研究

核融合炉の実現において、核融合燃料でありかつ放射性物質であるトリチウムの炉内保持量の正確な把握と制御は、経済性および安全性の観点から必要不可欠である。核融合装置のプラズマ対向壁材料としては、水素同位体との化学反応が無く、高い融点を持つタングステンの使用が検討されており、タングステンと水素同位体の相互作用は非常に重要な研究課題として位置づけられている。通常の環境ではトリチウム保持量が少ないタングステンであるが、核融合反応により生成された中性子や高エネルギーイオンに曝されると、材料内部に照射欠陥が形成され、この欠陥に多量のトリチウムが捕獲・保持されてしまう可能性がある。そこで本研究では、既存の中性子照射タングステン試料に対して、管理区域内で稼働できる昇温脱離ガス分析装置付き小型プラズマ照射装置(東北大学所有)を用いることで、大気開放することなく水素同位体の吸蔵・放出特性に対する中性子照射効果について明らかにすることを目的とする。本年度では、実際の核融合環境下に近い高温における拡散効果依存性について明らかにするため、プラズマ曝露温度500 °Cで中性子照射材料を用いた実験を実施した。実験の結果、異なるプラズマ曝露温度条件であっても、重水素総保持量はプラズマ照射時間の平方根に比例して増加することが分かった。この結果は、WamplerおよびDoernerらが示した損傷材料中の水素同位体拡散モデル[W.R. Wampler and R.P. Doerner, Nucl. Fusion 49 (2009) 115023.]とよい一致を示しており、本実験によって初めて実験的に明らかにしたことは大きな成果である。そこで本研究では、これまでに他の目的のために作成され、現在は大洗センターに保管されている中性子照射タングステン試料に対して、管理区域内に設置した昇温脱離ガス分析装置を備える小型プラズマ照射装置(東北大学所有)を用いて重水素プラズマ照射を行い、その後試料を大気曝露することなく、水素同位体の吸蔵・放出特性を得る。この実験により、タングステン材料の水素同位体吸蔵・放出に対する中性子照射効果について、入射重水素イオンエネルギー・照射量・照射時の材料温度をパラメータとした実験研究により明らかにする。27年度は実験に最適なプラズマ照射条件を明らかにするために、中性子を照射していない試料へのプラズマ照射実験を行い、材料へのプラズマ照射をするための装置運転条件を得た。また、高エネルギー重イオン照射により中性子照射と同程度の損傷量を有する試料を作製した(京都大学との共同研究)。今後はこの重イオン照射材料も用いて、中性子照射材料と重イオン照射材料における照射損傷特性と水素同位体蓄積を比較することにより、照射損傷の水素同位体蓄積への影響を明らかにしていく。27年度は当初の計画通りに、小型ダイバータプラズマ模擬試験装置の環境整備および装置運転条件について明らかにすることができた。また、中性子照射材料との比較用の重イオン照射材料も京都大学との共同研究によって作成することができたため、28年度からすぐに重イオン照射材料を用いた実験が可能な状況となっている。当該年度の研究成果は下記の通りである。(1)未照射試料および重イオン照射材料を用いて重水素プラズマの密度・エネルギー、試料ステージに流れる空冷用ガスの流量を変化させ、試料の表面温度制御条件を明らかにした。(2)中性子照射タングステンに対する重水素プラズマ照射実験を実施し、拡散係数を実験的に導出した。特に研究成果(2)で行った中性子照射試料に対する重水素プラズマ照射実験は国内初の試みであり、酸化膜の影響を排除したという点においては、世界初の成果となる。当初の計画通りに、事前に未照射試料および重イオン照射材料を用いてプラズマ照射および昇温脱離ガス分析の最適条件を明らかにした後、中性子照射材料を用いた実験を実施した。

核融合装置のプラズマ対向壁材料としては、水素同位体との化学反応が無く、高い融点を持つタングステンの使用が検討されており、タングステンと水素同位体の相互作用は非常に重要な研究課題として位置づけられている。通常の環境ではトリチウム保持量が少ないタングステンであるが、核融合反応により生成された中性子や高エネルギーイオンに曝されると、材料内部に照射欠陥が形成され、この欠陥に多量のトリチウムが捕獲・保持されてしまう可能性がある。そこで本研究では、既存の中性子照射タングステン試料に対して、管理区域内で稼働できる昇温脱離ガス分析装置付き小型プラズマ曝露装置(CDPS、東北大学所有)を用いることで、水素同位体の吸蔵・放出特性に対する中性子照射効果について明らかにすることを目的とする。H28年度にはプラズマ曝露温度290 °Cでの実効的な拡散係数を明らかにした。そこでH29年度は更に核融合環境下に近い高温でのプラズマ曝露温度の違いによる吸蔵効果依存性について理解するため、未照射試料を用いて、CDPSにおけるプラズマ曝露の最適条件を明らかにした後、実際に中性子照射材料を用いた実験を実施した。そして陽電子消滅法を用いてタングステン中の照射欠陥における重水素捕捉効果について明らかにした。これまで中性子照射試料への重水素プラズマ曝露実験を行うことで実効的な拡散係数を導出し、得られた成果を国際会議にて発表した。予定よりも早く実験が進展したことから、更に核融合条件に近い高温でのプラズマ曝露実験を進めており、初期的な結果が得られた。核融合炉の実現において、核融合燃料でありかつ放射性物質であるトリチウムの炉内保持量の正確な把握と制御は、経済性および安全性の観点から必要不可欠である。そこで本研究では、既存の中性子照射タングステン試料に対して、管理区域内で稼働できる昇温脱離ガス分析装置付き小型プラズマ照射装置(東北大学所有)を用いることで、大気開放することなく水素同位体の吸蔵・放出特性に対する中性子照射効果について明らかにすることを目的とする。本年度では、実際の核融合環境下に近い高温における拡散効果依存性について明らかにするため、プラズマ曝露温度500 °Cで中性子照射材料を用いた実験を実施した。実験の結果、異なるプラズマ曝露温度条件であっても、重水素総保持量はプラズマ照射時間の平方根に比例して増加することが分かった。この結果は、WamplerおよびDoernerらが示した損傷材料中の水素同位体拡散モデル[W.R. Wampler and R.P. Doerner, Nucl. Fusion 49 (2009) 115023.]とよい一致を示しており、本実験によって初めて実験的に明らかにしたことは大きな成果である。
管理会計制度の整合性が組織内コミュニケーションに与える影響に関する実証的研究

企業組織を運営管理するために古くから用いられてきた管理会計情報とならんで、近年は非財務情報による企業活動の評価が注目されている。情報技術の発達の結果、種々の情報を混在させて管理することが可能になったからであるが、情報の利用者である組織人は、定義が明確でない非財務情報を管理会計情報と互換的に利用できる状態にはなっていない。この研究では、組織の横の関係および縦の関係を維持する組織内コミュニケーションに対して、伝統的な管理会計情報と非財務情報がどの程度貢献しているのかを実証的に明らかにした。本年度は、3年間の研究計画に従って、その第1段階である質問紙調査を中心に研究を実施した。具体的には、日本国内の分権型組織を採用する企業の事業ユニット管理者に質問紙を送付し、(a)経営戦略と市場動向に関する情報の伝達と共有の状況、(b)利用されているマネジメント・システムの組合せ,(c)マネジメント・システム間の情報の相互依存性などについて、回答を集めた。これらの回答データの一次分析から、日本企業では予算管理と目標管理の採用割合が高いものの、両システムの相互依存性が低いこと、また、方針管理は、垂直方向(上位組織から下位組織への)コミュニケーション機能を期待されているが、期待と現状とのギャップが比較的大きいことを観察することができる。さらに、回答データを分析する理論モデルの蓋然性を確認するために、(株)村田製作所、エーザイ(株)、アサヒビール(株)など数社の経営企画部門または管理会計部門に対して、インタビュー調査を行った。質問紙調査が企業の事業ユニットからの回答を求めたのに対し、インタビュー調査では本社サイドからの視点で組織内コミュニケーションの状況を評価し、課題の解説を受けるように依頼をした。インタビューから得られた情報は、有用であるが企業間でのバラツキが大きくまだ十分に整理できていない。質問紙調査およびインタビュー調査によって得られた情報を分析した研究成果は、今秋以降、学会等で順次発表する予定である。経営戦略に関する組織内コミュニケーションの実状と効果について実証研究を行った。事業部制やカンパニー制など戦略的事業単位(strategic business units)を持つ企業を選び、事業単位側から本社(あるいはグループ本社)に提供する管理情報について、事業単位の管理者が重要性を置く項目と本社サイドでの利用に対する期待感を、質問紙を用いて調査した。その結果、事業単位管理者は多様な非財務指標を管理情報として重要視していること、それにもかかわらず、本社サイドに対しては財務成果に比重を置いた評価を期待する傾向が強いことを発見した。また、これらの傾向と環境条件の影響関係についても検証を行った。たとえば、非財務指標を重要視する傾向は、事業部の数が多く、多角化が進んだ組織では強くなるという仮説を立て、調査データを用いて検証したが有意な実証を得ることができなかった。事業単位の管理者側からのコミュニケーションの調査だけでは不十分であるので、次の段階の研究として本社サイドからのコミュニケーションの実態とその評価について調査の準備を進めている。この調査では、本社スタッフが事業単位管理者にグループレベルの経営戦略を伝達しようとする際に、どのような評価項目を重要視するか、また、事業単位の実績を評価する際に、共通指標と個別指標をどの程度使い分けるかという点について、複数の仮説を検証することを試みる。これらの研究成果は、平成23年度後半で学会報告および学会誌への投稿論文の形で発表する予定である。本年度は、2011年度末に行った質問紙調査の回答データの分析と取りまとめをまず行い、また、この研究課題の最終年度として研究全体を振り返り、研究成果の概要をまとめる作業を行った。質問紙調査は、上場されている日本企業の事業部や社内カンパニーなど事業単位組織の管理者を対象に、これらの組織から本社に提供される管理情報の利用状況や重要性について回答を求めた。この質問紙調査の結果から、事業単位管理者は非常に多くの非財務指標を管理情報として本社サイドに提供しているが、それにもかかわらず本社側では財務成果に比重を置いた評価を期待する傾向が強いことを発見した。たとえば、多角化が進み事業部門数が多い組織では、事業内容の多様性に対応した評価を行うために非財務指標を重要視する傾向が強くなるという仮説を立て、調査データを用いた検証を試みたが今のところ有意な傾向値を得ることができていない。また、後者については、階層化された企業組織の中で予算が果たすコミュニケーション効果について取りまとめ、組織構造からの制約と環境変化に対応してコミュニケーション効果が確認される点を研究成果として主張することができた。後者の成果については、「管理会計研究の現状と課題」と題する論文に収録し、この論文は管理会計学会誌「管理会計学」に採択され、近々掲載予定である。また、前者の研究成果については、論文「予算管理の組織的課題」に取りまとめ査読付きの学会誌に投稿中である。
核小体シャペロンＮＶＬ２が制御するｒＲＮＡプロセシング複合体のプロテオミクス解析

AAAファミリータンパク質は、そのATPase活性により分子複合体の脱会合を制御するシャペロン様の機能を持つ。核小体AAA-ATPaseNVL2は、60Sリボソーム生合成を制御し、その分子機構にRNAヘリカーゼDOB1/MTR4との相互作用が重要である。従って、NVL2の脱会合因子はDOB1含有複合体中に存在することが予想されていた。本研究によって、まず、DOB1の相互作用タンパク質を網羅的に同定する実験系を確立することができた。さらに、この手法を用いて、NVL2のATPase依存的な脱会合因子として、DOB1含有複合体からSPF30およびWDR74を世界に先駆けて同定することに成功した。(研究成果の具体的内容)核小体AAA-ATPase NVL2が脱会合を制御する複合体因子を同定するため、これまで蛍光ディファレンシャル二次元電気泳動法(2D-DIGE)とMALDI型質量分析計を用いたプロテオミクス解析により、TRAMP-エキソソーム複合体の構成タンパク質を網羅的に同定する手法を確立した。NVL2のATPaseドメイン変異体の発現下においては、TRAMP-エキソソーム複合体に脱会合因子が蓄積するという仮説に基づき、今年度は、各種NVL2変異体(K628MまたはE365Q/E682Q)を発現させることにより複合体との相互作用が増加するタンパク質の同定を行った。その結果、NVL2 E365Q/E682Q変異体の発現により、TRAMP-エキソソーム複合体構成因子DOB1との相互作用が増加するタンパク質として、SPF30およびWDR74の同定に成功した。(意義および重要性)SPF30は、酵母においてmRNAのスプライシング反応やエキソソームと機能協調してヘテロクロマチン形成に関わるとの報告がなされている。また、WDR74は、酵母においてNVL2の酵母オルソログであるRix7と協調してリボソーム生合成に関与する。しかし、ヒトにおけるSPF30およびWDR74の機能はほとんど明らかにされていない。さらに、ヒトTRAMPが関わるRNAの3'末端ポリアデニル化との関連性も不明である。本研究は、基礎研究としては、NVL2がそのATPase活性により、TRAMP-エキソソーム複合体から脱会合する因子として、SPF30とWDR74を世界に先駆けて明らかにした点で非常に意義深く、複合体の分子構築制御やTRAMP-エキソソームを介したRNA分解の制御機構の解明に寄与するだけではなく、医学的にもリボソーム病などのrRNA代謝異常の病因を解明する上での基礎となる。(研究成果の具体的内容)核小体シャペロンNVL2は、そのATPase活性を用いて、TRAMP-エキソソーム複合体から何らかの因子を脱会合することによりrRNAプロセシングを制御することが示唆されている。その脱会合因子を同定することを目指して、今年度は、NVL2の相互作用タンパク質であり、TRAMPサブユニットでもあるRNAヘリカーゼDOB1に着目し、DOB1を含む複合体を網羅的に同定するプロトコールの作成を行った。FLAGタグを付加したDOB1(FLAG-DOB1)を安定に発現するHEK293細胞から、抗FLAGビーズを用いた免疫共沈降により複合体を精製し、蛍光ディファレンシャル二次元電気泳動法(2D-DIGE)によるタンパク質の網羅的検出・定量およびMALDI型質量分析計による同定を行った。その結果、FLAG-DOB1特異的相互作用因子として、数種のエキソソームサブユニット(PM/Scl-100やRRP4など)やRNA代謝関連因子(hnRNP M、ZCCHC8、RBM7など)を同定することができた。プロトコール作成においては、銀染色MSキット(和光純薬)によりタンパク質を検出したこと、トリプシン消化にProtein LoBindチューブ(エッペンドルフ)を用いたこと、トリプシン消化液にProteaseMAX Surfactant(プロメガ)を用いたことなど、随所に工夫を施した。(意義および重要性)エピトープタグを利用したアフィニティ精製、2D-DIGE、および質量分析計による同定は、いずれも専門性が高い技術であり、各研究室が独自に試行錯誤しているのが現状である。今回、網羅的相互作用解析を一つのプラットフォームでルーティンに行える実験系を確立することができ、他のベイトタンパク質にも適用可能である点で意義深く、複合体の機能を解明する上で非常に重要と思われる。平成24年度の研究計画として、(1)TRAMPーエキソソーム複合体の相互作用解析プロトコールの作成、(2)NVL2 ATPase活性によって制御されるタンパク質の同定(平成25年度以降も進める)を挙げている。

(1)の研究計画が非常に困難であると予想していたが、試行錯誤の末ほぼ100%の達成度を果たすことができたことから、全体的におおむね順調に進行しているものと思われる。以下にそれぞれの項目について具体的に記述する。(1)TRAMPーエキソソーム複合体の相互作用解析プロトコールの作成FLAG-DOB1安定発現細胞から、抗FLAGビーズを用いてDOB1を含む複合体を精製し、2D-DIGEを用いてタンパク質を網羅的に検出・定量した後、興味あるタンパク質スポットについては、MALDI型質量分析計を用いたペプチドマスフィンガープリント法(PMF法)により同定することを目的として、以上一連の解析をルーティンに行える実験系の確立を目指して研究を進めた。必要な細胞量、免疫沈降法(ビーズの量や溶出法など)、2D-DIGE解析法、同定のためのタンパク質の可視化(銀染色法)、PMF法(タンパク質消化条件)など様々な条件を検討した結果、目的通りの実験系を確立することができたので、本研究項目の達成度は100%である。作成した相互作用解析プロトコールを用いて、NVL2のATPase活性によって制御されるタンパク質を同定することが目的である。2D-DIGE解析とタンパク質の同定作業を進めており、達成度は30%程度と思われる。NVL2は、そのATPase活性を用いて、TRAMP-エキソソーム複合体から何らかの因子を脱会合することが示唆されている。従って、NVL2のATPaseドメインに変異を導入したドミナントネガティブ変異体を細胞に発現させると、複合体において脱会合因子が蓄積することが予想される。そこで、NVL2によって制御される脱会合因子を同定するため、平成24年度に確立したプロトコールを用いて、NVL2野生型あるいはATPase変異型を発現させた細胞において、TRAMP-エキソソーム複合体のタンパク質組成を比較し、変異体発現により相互作用が変化するタンパク質を同定する。具体的には、NVL2野生型あるいはATPase変異型を発現させたHEK293細胞から、FLAGタグを付加したベイト(例えばFLAG-DOB1)の相互作用タンパク質を精製し、2D-DIGEを用いて変異型発現によりベイトとの相互作用が変化するタンパク質を検出する。NVL2野生型発現と比べて、変異型発現によって増加・減少するタンパク質が見付かれば、MALDI型質量分析計を用いて同定する。ベイトタンパク質としては、TRAMPーエキソソーム複合体の構成タンパク質であるDOB1とPM/Scl-100を予定している。これらとNVL2の二重安定発現細胞の作製はすでに完了している。(2)同定タンパク質の機能解析同定されたタンパク質については、免疫共沈降や密度勾配遠心法を用いて複合体形成を確認する。また、リボソーム生合成への影響についてもノックダウン法やパルスチェイス法などを用いて検討する。該当なし
ヌードマウス移植系を用いたヒト前立腺の部位別特性の解析

1.移植片の組織形態移植片はマウス真皮間質組織と皮筋膜の存在し、移植片の境界は比較的明瞭であった。また移植片の問質は移植前組織のものに比べ全体的にエオジン染色が弱く、筋線維組織の減少が見られたが炎症細胞浸潤は見られなかった。さらに腺管上皮は単屑または2層性の構造をとり、移植前組織と比較して明瞭な差異はなかつたが、腺管の萎縮・数の減少が見られるものもあった。上皮細胞100循当たりのDNA合成細胞の数をホルモン処理による3種のグループ間で比較すると、去勢、去勢+Tp(テストステロン)+Flu(フルタミド)、去勢+Tpの順に少なく、去勢+Tpに比べて去勢処理グループのDNA合成の割合は外腺で48%、内腺で66%の低下が見られ、去勢+Tp+Flu処理グループでは外腺で30%、内腺で46%の低下が見られた。また同じホルモン処理グループでの内腺と外腺を比較してみると、去勢処理グループでは内腺は外腺に比べて28%低下、去勢+Tp処理では内腺は外腺に比べて10%増加、去勢+Tp+Flu処理グループでは内腺は外腺に比べて14%低下していた。3.テネイシン発現量肉腺と外腺で比較するとすべてのホルモン処理グループにおいて内腺は外腺に比べテネイシンの発現量が多く、グループ間で比較すると内腺は去勢・去勢+Tp+Flu処理グループは去勢+Tp処理グループよりも発現量は多かつた。一方、外腺は去勢、去勢+Tp、去勢+Tp+Fluの順に発現量が多かつた。
機能性食品成分ペクチンによるアレルギー応答調節機構の解明と治療への応用

近年,食物アレルギーの患者数は増加しており,その症状を緩和する食品成分が切望されている。水溶性食物繊維であるペクチンはアレルギー応答を調節する食品成分であることが示唆されている。しかしながら,その効果や機序など不明な点が多い。本研究では,ペクチンを食物アレルギーモデルマウスに摂取させ,予防および治療効果を調査した。その結果,ペクチン摂取により血中IgG1濃度とアレルゲン特異的抗体価の上昇が抑制され,アレルギー性の下痢症状が緩和されることが判明した。ペクチンは抗原提示細胞に作用することでアレルギー性の炎症を抑制している可能性が示唆された。水溶性食物繊維であるペクチンを摂取することでアレルギー病態が緩和されることが示唆されている。本研究では,ペクチンが有するアレルギー抑制機序を解明し,アレルギー治療補助食あるいは機能性食品としてのペクチンの応用の可能性を検討する。(1)ラット好塩基球細胞株RBL-2H3にペクチンを添加し,高親和性IgE受容体(FcεRI)架橋刺激による脱顆粒を誘導した結果,ペクチン添加により顆粒放出率が有意に低下した。さらに,このペクチンによる抑制はFcεRIシグナル伝達経路の上流に作用していることが示唆された。(2)マウスマクロファージ様細胞株RAW264.7細胞へペクチンを添加し,抗原取り込み能ならびにサイトカイン発現量を測定した。抗原タンパク質の取り込み量にペクチンは影響を及ぼさなかったが,炎症性サイトカインのIL-6産生量がペクチン添加により有意に抑制された。(3)ペクチンの主鎖を分解,あるいは酸加水分解し低分子化したペクチンを調製し,RAW264.7へ添加したところ,これらの低分子化ペクチンでもIL-6産生の抑制活性が保持されていた。(4)卵白オボアルブミン(OVA)を抗原として,経口免疫寛容を誘導したマウスにペクチンを給餌し,OVA特異的IgGならびにIgE抗体価を測定した。経口免疫寛容誘導下では,ペクチンの摂取による影響は見られず,抗体価は対照群と同程度であった。一方,敗血症モデルマウスではペクチン給餌により炎症性サイトカインのIL-1βとIL-6の産生量がペクチンの摂取により低下する傾向が見られた。しかしながら,その詳細な作用機序は不明なままである。本研究では,アレルギー治療補助食品あるいは機能性食品としてペクチンを利用するための分子基盤を確立するため,ペクチンによるアレルギー予防・治療効果を検討し,そのメカニズムを明らかにすることを目的とする。柑橘由来ペクチンをマウスに摂取させた後,水酸化アルミニウムゲルアジュバントと卵白オボアルブミン(OVA)で免疫し,血清を経時的に採取した。血中の抗体濃度及びOVA特異的抗体価を測定した結果,IgG1濃度ならびにOVA特異的IgG1抗体価が対照群に比べて有意に減少した。さらにこのマウスにOVAを経口投与し,アレルギー性の下痢を誘導すると,ペクチン摂取群では下痢の発症頻度と重症度が対照群に比べ減少する傾向が観察された。腸間膜リンパ節のT細胞分化関連遺伝子の発現量はペクチン摂取群と対照群で同程度であった。さらに柑橘由来ペクチンをマウスに摂取させた後,受動性アナフィラキシーを誘導し体温を測定したところ,ペクチン摂取群は対照群と同程度の体温低下を示した。以上の結果よりペクチンはマスト細胞やT細胞には影響を及ぼさず,アレルゲン特異的なIgG1産生を調節している可能性が示唆された。抗原提示細胞であるマクロファージへペクチンを添加し,共刺激分子の発現量を測定した結果,IgEとIgG1のクラススイッチに関与するInducible T-cell costimulator (ICOS)のリガンドであるICOSLの発現量が有意に低下していたことから,ペクチンは抗原提示細胞の機能を調節することでIgG1抗体の産生を調節している可能性が示唆された。以上の結果より,ペクチンが食物アレルギーの発症を予防する機能性食品素材として利用できる可能性が示された。今後,より詳細なペクチンの炎症抑制活性部位の同定を進め,動物生体内でのペクチンの作用機序を解明するための重要な以下の2つの知見が得られたため。(1)ペクチンがTh2型サイトカインの産生を抑制していることが既に報告されているが,エフェクター細胞であるマスト細胞や好塩基球にも抑制作用が見られたため,感作の有無によらずアレルギー治療補助食品としてペクチンを利用できる可能性が示された。(2)低分子化ペクチンでもサイトカイン抑制活性が保持されていたため,機能性食品素材として利用する上で利点となりうる。食品免疫学

これまでの研究結果から,ペクチン分子内の特定の多糖構造を細胞が認識し,アレルギーや炎症応答を抑制している可能性が示唆された。そこで今後は,ペクチン分子内の抑制活性本体を同定し,細胞がどのようにこの構造を認識・応答しているのかを明らかにする。さらに,受動性アナフィラキシーモデルを作成し,ペクチンの経口投与が,エフェクター細胞機能を調節し,アナフィラキシーショックを抑制することをin vivoで証明する。また,アレルギーのみならず敗血症モデルにおいても,ペクチンが病態を緩和することが示唆されたことから,急性炎症におけるペクチンの抑制機構も解析する予定である。主に培養細胞による解析を進めたため,実験動物の購入費用を節約できたため。次年度の研究費は,当初の予定通り主に動物実験に関わる物品の購入に使用する。今年度未使用分も含めて,アナフィラキシーモデルや敗血症モデルなどの病態解析に使用する予定である。
色素異常症の病態解明により明らかにするメラニン生成調節機構の研究

遺伝性対側性色素異常症の病因となる8の新規ADAR1変異遺伝子を同定した。遺伝子データベースを利用したin silicoでの新規基質遺伝子の探索を行った。ADAR1のp150アイソフォーム特異的にノックアウトマウスを作成し、ADAR1 p150 isoform-/-は胎生致死になることを明らかにした。また、ADAR1 p150 isoform+/-の表現型を検討した。「遺伝性対側性色素異常症の病因遺伝子産物ADAR1の基質RNAの同定」については、遺伝子データベースからDNA塩基配列とmRNA配列をそれぞれ得て、コンピュータを使って比較検討し、A-I変換を受けている遺伝子を検索する。実際上は、イノシンはグアニンとして認識されるためアデニンがグアニンに変化している「A-G」部分を検索する。データベース上ではかなりの割合の遺伝子でこのような変化が認められるが、実際の細胞からのcDNAで候補部位のシークエンスを検討してみると偽陽性が多く見られ、今後も検証作業が必要である。「DSHモデルマウス」については、ADAR1遺伝子変異をヘテロに保持したノックアウトマウスの作製を進めた。H21年度中に完成させて実験を始める予定であったが、ヘテロマウスの繁殖と生育が予想以上に悪く、発育が予定通り進まなかったため、マウスの確保に時間がかかり、H21年度分の研究内容と予算を一部翌年に繰り越しておこなった。「Hermansky-Pudlak症候群とメラノソーム形成」については、機能解析を行うため、HPS1-7型の原因遺伝子産物の合成ペプチドによりポリクローナル抗体を順次作製していく予定であり、準備を進めている。「白皮症(OCA)やDSHの病因遺伝子産物の機能解析」については、OCAおよびDSH患者のメラノサイトにおけるP、TRP1、SLC45A2、ADAR1の細胞内局在が正常人のメラノサイトにおける局在と異なっている点があるかを共焦点レーザー顕微鏡などにより検討する計画をしていた。現在のところ、それぞれの疾患患者の皮膚が得られたときにメラノサイトの初代培養が可能なように準備をして機会を待っている。「DSHモデルマウス」については、p150特異的なADAR1遺伝子変異をヘテロに保持したノックアウトマウスを完成させて、そのマウスの四肢を観察したが、本疾患に特徴的な皮疹は認めなかった。「白皮症(OCA)やDSHの病因遺伝子産物の機能解析」については、様々なOCA患者の遺伝子解析を行った中で、OCA1の最小色素型の表現型を取る日本人症例の遺伝子診断がすでに済んでいたが、その変異の機能解析を行った。今回、チロシナーゼの野生型のコード配列およびOCA1MP患者で明らかになった2つの変異、p.R77Qとp.D383Nを持つコード配列をそれぞれmelan-c細胞に安定導入して、3つの安定導入株を作成した。過去の報告で活性がないことが示されているp.R77Qに対して、これまで機能解析の報告がないp.D383Nにてわずかなチロシナーゼ活性が認められれば、これらをOCA1MPの表現型を示す遺伝子型と考えることができるため、これを証明することを目的とした。実際に測定してみると、野生型のチロジナーゼ遺伝子を導入した細胞ではメラニンは十分得られたが、p.R77Qとp.D383Nの細胞株では、いずれも検出限界量以下であったため、p.D383Nにわずかなチロシナーゼ活性をあることを証明することはできなかった。「遺伝性対側性色素異常症(DSH)患者の遺伝子診断」をこの研究期間中、引き続き行った。2003年に病因遺伝子を明らかにして以来、我々は日本人DSH患者において40種類以上の病因となるDSRAD/ADAR1遺伝子変異を報告しているが、本期間中も新たな新規ADAR1変異遺伝子を同定した。日本人患者家系ごとに変異はほとんど異なること、sporadicな患者も多いことから、本症では創始者効果(founder effect)は認められないことを改めて確認できた。本研究期間で遺伝子診断をした症例には、ウイルス脳症を合併した小児DSH患者の例もあった。この症例の遺伝子変異も新規変異であり、ウイルス感染に対するADAR1の発現応答が不十分であることが、ウイルス感染による重篤な障害の発症に関連している可能性が示唆された症例である。「白皮症(OCA)やDSHの病因遺伝子産物の機能解析」については、前年度までに行ったOCA1の最小色素型の表現型を取る日本人症例のチロジナーゼ遺伝子変異の機能解析で追加実験を行った。この症例で明らかになった2つの変異型の安定導入株p.R77Qとp.D383Nの細胞株ではメラニン量に差は認められなかったため、今回はこれら2つの細胞でドーパ染色を行い、その上で、これらの細胞のメラニン量を測定して差が明らかにならないか再度試みた。しかし、これら2つの変異に差があることは明らかにすることはできなかった。
大域的多峰性関数最適化のための進化計算における初期化領域問題の解決手法の構築

本研究課題は,大域的多峰性関数最適化問題において優れた探索性能を有する進化計算手法(Evolutionary Algorithm)を開発し,その有効性を検証することを研究目的としている.今年度では昨年度に取り組んだ,非明示アクティブ制約付きブラックボックス関数最適化問題に対処した実数値遺伝的アルゴリズム(実数値GA)に関する研究を進めた.今年度の主な研究成果は以下の通りである.1.提案する実数値GAに関して,アルゴリズムの洗練化を行った.具体的には,子個体生成分布の最頻値を上位集団の加重平均から平均に変更し,さらに,提案手法の拡張率適応機構を新たに提案し, 2つの機構を組み合わせて利用していた部分を単一の機構を利用するように改良した.以上により,提案手法の性能および頑健性の向上を実現した.2.提案する実数値GAが有効に働く問題クラスを整理し,より広い問題クラスで有効性を検証した.提案手法が稜構造とよばれる実問題にもしばしばあらわれる構造を持つ問題でも有効に働くことを明らかにした.数値実験により,稜構造を持つ問題で既存の最も強力な実数値GAであるAREX/JGGに対して最大35%少ない評価回数で最適解を発見できることを確認した.3.提案する実数値GAを4枚組固定焦点レンズ系設計問題に適用し,有効性の検証を行った.その結果,提案手法はAREX/JGGに比べ,既知最良レンズ形状をより多くの試行で発見できることを確認した.さらに,そのときの評価回数をAREX/JGGに対して25%削減できることを確認した.4.今までの研究成果を博士論文として包括的にまとめた.今後の展望として,大域的多峰性関数最適化のための提案手法BE(Big-valley Explorer)と提案した実数値GAを組み合わせる際の課題や,両手法のさらなる性能向上のための改良の方針をまとめた.本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。本研究課題は,大域的多峰性関数最適化問題において優れた探索性能を有する進化計算手法(Evolutionary Algorithm;EA)を開発し,その有効性を検証することを研究目的としている.大域的多峰性関数は,実問題においてしばしば現れる非常に困難な問題クラスである.今年度の主な研究成果は以下の通りである.1.大域的多峰性関数において効率よく有望大谷を列挙することを目的とした実数値GAの枠組みであるBig-valley Explorer(BE)に関する研究成果を学術論文としてまとめた.BEは,実数値遺伝アルゴリズム僕数値GA)による探索を繰り返す枠組みであり,大谷推定機構適応的初期化機構,内部最適化器である実数値GAから構成される.大谷推定機構は既探索領域を推定し,適応的初期化機構は未探索領域に初期集団を生成する.本論文では,BEを既存手法のMulti-start EAおよびISM(Innately Split Model)との性能比較実験を行い,その有効性を示した.また,BEの挙動解析を行い,詳細な考察を行った.2.上述の学術論文において,内部最適化器の実数値GAとして利用したAREX/JGGが非明示制約付き問題において探索性能が劣化する問題を解決するための研究に着手した.非明示制約付き問題は,本研究課題が想定している実問題において現れる問題である.AREX/JGGは制約なし問題において最も優れた性能を示す実数値GAの一つであるが,アクティブな非明示制約が存在する場合に,その境界に集団を効率よく近づけることができなくなるという問題がある.そこで,本問題を解決するため,集団の加重平均に着目した実数値GAを提案し,AREX/JGGよりも優れた性能を示すことを確認した.本研究課題は,大域的多峰性関数最適化問題において優れた探索性能を有する進化計算手法(Evollltionary Algorithm ; EA)を開発し,その有効性を検証することを研究目的としている.今年度では昨年度に着手した,非明示制約付きブラックボックス関数最適化問題に対処した実数値遺伝的アルゴリズム(実数値GA)に関する研究を進めた,今年度の主な研究成果は以下の通りである.1.提案する実数値GAに関して,広い既存研究の調査および詳細な挙動解析を行い,その成果を国際会議論文としてまとめた.非明示制約付きブラックボックス関数最適化問題は,本研究課題が想定している実問題においてあらわれる問題クラスであり,既存のEAにおける制約処理のほとんどが利用できない非常に困難な問題クラスである.提案手法ではアクティブな非明示制約に積極的に集団を移動させることで,ベンチマーク問題において既存手法の最大50%以上の効率化に成功した.2.提案手法において子個体生成分布を拡大するユーザパラメータβの自動適応法を構築した. βの値は予めユーザが指定する必要があることから,探索中に自動で調節することでユーザの利便性の向上や,さらなる探索の効率化が期待できる.そこでβの適応機構を一から構築した.

その結果,提案手法のさらなる効率化と,頑健性の向上を実現した.3.より広い問題クラスに対処できる提案手法の改良に着手した.提案手法はアクティブな非明示制約を対象に,集団の移動に重きをおいて構築されている.一方で,アクティブではない非明示制約付き問題等では,集団が移動せずに周囲の景観形状を学習する状況が起こりうる,このような問題でも効率よく探索可能となるような提案手法の改良に着手した.本研究課題は,大域的多峰性関数最適化問題において優れた探索性能を有する進化計算手法(Evolutionary Algorithm)を開発し,その有効性を検証することを研究目的としている.今年度では昨年度に取り組んだ,非明示アクティブ制約付きブラックボックス関数最適化問題に対処した実数値遺伝的アルゴリズム(実数値GA)に関する研究を進めた.今年度の主な研究成果は以下の通りである.1.提案する実数値GAに関して,アルゴリズムの洗練化を行った.具体的には,子個体生成分布の最頻値を上位集団の加重平均から平均に変更し,さらに,提案手法の拡張率適応機構を新たに提案し, 2つの機構を組み合わせて利用していた部分を単一の機構を利用するように改良した.以上により,提案手法の性能および頑健性の向上を実現した.2.提案する実数値GAが有効に働く問題クラスを整理し,より広い問題クラスで有効性を検証した.提案手法が稜構造とよばれる実問題にもしばしばあらわれる構造を持つ問題でも有効に働くことを明らかにした.数値実験により,稜構造を持つ問題で既存の最も強力な実数値GAであるAREX/JGGに対して最大35%少ない評価回数で最適解を発見できることを確認した.3.提案する実数値GAを4枚組固定焦点レンズ系設計問題に適用し,有効性の検証を行った.その結果,提案手法はAREX/JGGに比べ,既知最良レンズ形状をより多くの試行で発見できることを確認した.さらに,そのときの評価回数をAREX/JGGに対して25%削減できることを確認した.4.今までの研究成果を博士論文として包括的にまとめた.今後の展望として,大域的多峰性関数最適化のための提案手法BE(Big-valley Explorer)と提案した実数値GAを組み合わせる際の課題や,両手法のさらなる性能向上のための改良の方針をまとめた.本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。今年度は,大域的多峰性関数において効率よく有望大谷を列挙することを目的とした実数値GAの枠組みであるBig-valleyExplorer(BE)に関する研究成果を学術論文としてまとめた.これに加えて,内部最適化器の実数値GAとして利用しているAREX/JGGが非明示制約付き問題において探索性能が劣化する問題を解決するための研究に着手した.
極限酸性河川における化学合成生物群集の生態と進化

暗黒、低温、高圧の深海において、化学合成独立栄養微生物の有機物生産によって支えられた生物群集が1970年代に発見された。しかし、太陽光に依存しない完全化学合成生態系は海洋以外では殆ど報告されていない。本研究は、火山フロントに位置する酸性河川において地表では初の完全化学合成生態系の存在を示すことを目的とする。さらに、化学合成有機物の陸上食物網へのフローも定量し、地圏ー水圏ー陸圏リンケージを解明する。
チタン上でのリン酸カルシウム系化合物の生成に及ぼす溶液組成および流動の影響

チタン板上にリン酸カルシウム系化合物(CaP)を生成させるプロセスにおいて,最適な溶液組成を疑似体液(SBF)組成に基づいて検討した。特にマグネシウムイオン濃度の影響を調査し,SBFを用いるよりも短時間でCaPを生成できる条件を見出した。結晶形態を制御するための共存化学種を調査した。微小反応器の有効空間内に規則的な高さの変化を設定し,SBFの流れに及ぼす影響を検討した。CaP生成に伴う溶液中のカルシウムイオンの減少を補充するためのマイクロカプセルを分散重合法により調製し,徐放特性を評価した。1.微小反応装置の設計・製作今年度は,実験の精度を高めるために,これまでに使用してきた装置の設計を見直すことを目的とした。本研究では,装置内有効空間高さを1/10ミリメートルの精度で変更する。その影響を正しく把握するために,装置内寸法精度を5/100ミリメートル以内,表面粗さを0.5マイクロメートル以内と規定した。さらに,有効空間内に設ける起伏の影響を正しく把握するために,起伏を設けない状態における流れを乱す要因を排除すること,および気泡の混入防止と排出ができる機構を考案した。起伏の設計では,狭路と広路における線速度が等しくなるように寸法を定め,流れのみの影響を検討できることとした。以上の条件を満たすように,試案を3D CADを用いて具体化し,設計を繰り返し修正したことで,製作に至ることができた。2.流動場でのCaP生成装置の製作が完了しなかったため,実施しなかった。3.マイクロカプセル調製芯物質となるカルシウム塩のモデル粒子として,化学的に比較的安定な炭酸カルシウム(カルサイト)を用いた。界面活性剤吸着層は一般的な低分子界面活性剤に高分子界面活性剤を混合し,さらに中分子界面活性剤を加えることにより,全界面活性剤吸着量を増大できる条件を見出した。吸着層に吸収させたスチレンモノマーを重合させ,マイクロカプセルを得た。その徐放特性を評価し,カプセル壁の形成を確認した。4.溶液組成の設計と静止場でのCaP生成平成28年度の研究計画を前倒しで実施した。疑似体液の組成に基づいて,構成化学種の組み合わせおよび濃度を変えて溶液組成を設計し,CaP生成を試みた。炭酸水素イオン濃度に最適値が存在することを見出した。チタンの研磨前処理における砥粒寸法とCaP生成量の関係を評価した。微小反応装置の設計は,精密加工業者と綿密に打ち合わせすることで,高い完成度で実施することができた。ただし,装置の製作が完了しなかったので,流動場でのCaP生成は実施できなかった。マイクロカプセル調製については,策定した界面活性剤の選定指針に基づいて実施し,おおむね順調に成果を挙げることができた。チタンの前処理の影響調査については当初予定にはなかったが,研究を遂行する過程でその影響が示唆されたので,静止場において詳細に検討することとした。当初計画通りの部分,進まなかった部分,次年度分を前倒しで実施した部分があり,総合的には想定内の進展状況と判断される。1.微小反応装置の製作と混合特性の評価前年度に引き続き,装置内寸法精度を5/100ミリメートル以内,表面粗さを0.5マイクロメートル以内と規定して,後期計画に基づいて装置内起伏の影響を調査するための装置を製作した。インパルス応答法により混合特性を評価したところ,分散数が最大となるレイノルズ数に及ぼす装置内高さの影響は小さくなる傾向が認められた。2.流動場でのCaP生成従来装置を用いた場合と似た傾向の結果を得た。ただし,全体的にデータのバラツキが小さくなっており,装置の寸法精度向上の効果が認められた。流れは層流なので,定常流動時には表面粗さの影響は受けないはずである。すなわち,間欠流動の影響の要因は,流れのオンオフ時における高さ方向速度成分の変動であると判断した。3.マイクロカプセル調製芯物質を,炭酸カルシウムの多形であるバテライトに変更した。これは凝集の少ない球状粒子として合成できるため,マイクロカプセルの芯物質に適している。また,壁物質をポリメタクリル酸メチルに変更し,水の透過性を高めるためにアクリル酸との共重合を試みた。ポリマーの生成量に及ぼすモノマー組成の影響を調査した。また,水中および疑似体液中でのカルシウムの長期徐放速度を評価した。4.溶液組成の設計と静止場でのCaP生成体液組成に基づいて,構成化学種の組み合わせを変えて溶液組成を設計し,静止場でのCaP生成を試みた。硫酸イオンとマグネシウムイオンを含まない溶液中においてCaP生成の促進が認められた。各イオンの活量係数を試算し,異種イオン効果に基づいて最大の過飽和度が達成される溶液組成を設計してCaPの生成を試みた。有意な結論を得るには,さらなる調査が必要である。当初予定の装置の製作が完了し,研究を計画通りに進めることができた。なお,用いるシリンジの性能が脈流など流動の安定性に影響し,変動要因となっている可能性が示唆された。本研究の最終的な目標は,整形外科や補綴歯科で使用されるリン酸カルシウム系化合物(CaP)被覆チタンインプラント材料の工業的製造に資するプロセスを提案することにある。平成29年度においては以下の成果を得た。

1.芯物質となる炭酸カルシウム(バテライト)粒子表面に混合界面活性剤を吸着させ,分散重合法によりメタクリル酸メチルーアクリル酸共重合体被覆層を形成してCa塩含有マイクロカプセルを調製した。得られたマイクロカプセルを生理食塩水中に分散させて徐放速度を評価した。2.体液の無機イオン組成を基準として,溶液組成がチタン板上でのCaP生成に及ぼす影響を調査した。Mgを含まない反応溶液を用いて反応時間との関係を検討したところ,16時間までの助走期間の後,24時間までにCaPが生成し,疑似体液を用いるよりも迅速であることを確認した。3.HApの表面電位異方性を利用することを狙ってn-ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド(DTAB)およびフェニルトリメチルアンモニウムブロミド(PTAB)を添加して,チタン板上に生成するCaPの形態に及ぼす共存化学種の影響を調査した。長軸長と単軸長のアスペクト比を小さくすることができ,PTABを用いた場合により顕著となった。4.疑似体液の間欠流動によるCaP生成促進効果を検証するために,装置内部に起伏を設けて高さ方向の速度成分を変更できるように装置形状を変更した。装置内断面が一定ではないために従来理論を適用できないので,新たな視点からの検討が必要である。5.反応溶液流動の効果を別視点から検討することを目的として,反応装置の回転がHAp粒子の生成に及ぼす効果を調査した。反応溶液の流動および装置回転速度の低下がHAp粒子のアスペクト比を増大させることを見出した。チタン板上にリン酸カルシウム系化合物(CaP)を生成させるプロセスにおいて,最適な溶液組成を疑似体液(SBF)組成に基づいて検討した。特にマグネシウムイオン濃度の影響を調査し,SBFを用いるよりも短時間でCaPを生成できる条件を見出した。結晶形態を制御するための共存化学種を調査した。微小反応器の有効空間内に規則的な高さの変化を設定し,SBFの流れに及ぼす影響を検討した。CaP生成に伴う溶液中のカルシウムイオンの減少を補充するためのマイクロカプセルを分散重合法により調製し,徐放特性を評価した。流動場でのCaP生成を実施する。反応装置内にチタン板を設置し,疑似体液を計画したスケジュールに基づいて間欠流通させ,CaP生成を実施する。装置内有効空間の底面に起伏を設け,垂直方向流れを促進することで分散強度を増大させる。起伏の幾何学的因子を系統的に変化させる。マイクロカプセル調製を推進する。芯物質と壁物質の材質を見直す。得られるマイクロカプセルの徐放特性を評価し,制御するための重合条件を検討する。チタン板上でのCaP生成を補完し,不均一核生成のみを継続させる速度でカルシウムイオンを徐放するようマイクロカプセル特性を制御する。溶液組成の設計を実施する。疑似体液の組成に基づいて,構成化学種の組み合わせを変えて溶液組成を設計する。静止場でのCaP生成によって条件を絞り込んだ上で,流動場での生成を試みる。疑似体液の間欠流動条件を変更し,装置内幾何学的因子との関係を把握する。シリンジの性能が流動に影響することは想定していなかったので,当初計画にはないが,その対策を行う。組成を設計した溶液を調製し,静止場および流動場でのCaP生成を試みる。