hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子多型解析による糖尿病黄斑症関連遺伝子の同定

本研究に関して、平成13年度に症例の分類を行い、糖尿病黄斑症を局所浮腫、びまん性浮腫、色素上皮症、虚血性黄斑症、局所浮腫+びまん性浮腫、びまん性浮腫+虚血性黄斑症、びまん性浮腫+色素上皮症の7型に分けて分類した。結果的に得られた症例数は、色素上皮症、びまん性浮腫+色素上皮症が各々3例未満であったため、統計学的な検討対象からは除外した。残る、局所浮腫、びまん性浮腫、虚血性黄斑症、局所浮腫+びまん性浮腫、びまん性浮腫+虚血性黄斑症の5群に関して抹消血を採血し、目的とするβ2-AR、AR、PAI-1・AGT・ACE・eNOS、MTHFRの各遺伝子多型を解析した。解析結果は、各群ともβ2-AR、AR、PAI-1、AGT、ACE、eNOS、MTHFRの各遺伝子の多型を有している症例を認めたが、統計学的検討において各黄斑症群に特異的な関連性を有すると考えられる遺伝子多型は認めなかった。複数の遺伝子多型の組み合わせにおいても検討を行ったが、同様に特異的な関連性は認めなかった。また、糖尿病罹病期間(10年未満、10年以上20年未満、20年以上)、糖尿病治療内容(インスリン使用の有無)、腎症の有無、高血圧の有無、光凝固治療の有無といった背景因子に関しても可能な限り組み合わせにおいて遺伝子多型との関連性を検討したが、有意な結果は得られなかった。本研究は、わが国での成人中途失明原因の第一位である糖尿病網膜症において、視力低下の主要な原因となっている糖尿病黄斑症を研究対象とし、その病型分類にもとづく、動脈硬化・高血圧・糖尿病腎症・血栓関連遺伝子多型の解析を目的としている。糖尿病黄斑症に関して、現在一般臨床的には局所浮腫、びまん性浮腫、類嚢胞黄斑浮腫、色素上皮症、虚血性黄斑症に分類されているが、類嚢胞黄斑浮腫については単純に局所浮腫、びまん性浮腫の重症型ともとらえられるため今回の検討からは除外するのが妥当とみなした。本年度我々は、まずこれらの臨床分類を検眼鏡的所見・蛍光眼底造影所見・OCT (Optical Cohrrence Tomography)所見によって詳細に検討した。結果、びまん性浮腫に関しては局所浮腫の病態成分を含んでいるものも多く、虚血性黄斑症にはびまん性浮腫を伴っているものや色素上皮症を併発しているものが多く見られた。つまり糖尿病黄斑症には単独の病態で存在するものと、複数の病態が融合して存在するものがある。この結果を踏まえ、検討対象とする病型分類を、局所浮腫+びまん性浮腫、びまん性浮腫+虚血性黄斑症、びまん性浮腫+色素上皮症の3系を加えて合計7型とした。予定症例数は各分類毎に50例であるが、各病型群ともにその過半数にも足りておらず、現在のところ黄斑症と有意に相関する遺伝子多型の解析結果は得られていない。今後さらなる症例数の増加と検討が必要である。
新規Coダブルペロブスカイトの非化学量論性と相転移

Caを希土類(RE)サイトに添加したEuBaCo_2O_<5+y>およびDyBaCo_2O_<5+y>について、酸素の非化学量論性を制御した試料を作成し、金属-非金属転移に対する効果を検討した。また、RE-Ba-Co-O系の新規化合物、Ba(Co, RE)O_<3-x>およびREBaCo_4O_<7-x>を合成し、その結晶構造・非化学量論性・磁性を明らかにした。(1)EuBaCo_2O_<5+y>およびDyBaCo_2O_<5+y>では、過剰の酸素組成およびCa添加量の増大が4価のCoの組成を増大させる。4価のCoは低スピン状態にあり、t_<2g>バンドのアクセプターとして寄与すると期待された。実際に、金属-非金属転移温度の低下、非金属温度領域でほとんど温度依存しない電気抵抗率、がみられた。(2)元素の周期表におけるGdからLuまでの希土類元素について、立方晶ペロブスカイト型構造を有するBa(Co, RE)O_<3-x>相を合成した。REの固溶範囲は最大10-50%であり、REのイオン半径の増大とともに固溶範囲は減少する。また、Coの原子価は3価に近く、酸素組成はx=0.5近傍である。電気伝導性は示さない。30K以下で反強磁性的な磁気秩序を示すが、CoとREのランダム配列によると考えられる熱履歴を示す。(3)DyからLuまでの重希土類元素を含む六方晶新規化合物REBaCo_4O_<7-x>を合成した。Coの酸素配位がすべて四面体型であり、Coかごめ格子と三角格子が積層し、スピネル構造に類似した特異な構造を有す。また、酸素組成x=0の時、Coの形式原子価は2.25であり、混合原子価に由来すると考えられる半導体的電気伝導性を示す。磁気的には、Co格子が60K以下で反強磁性秩序を示すが、希土類イオンの磁気モーメントとCo格子の相互作用が示唆される。また、酸素組成の非化学量論性も示し、電気伝導性との相関が興味深い。
プロスタグランジンD2を鍵とした脱髄疾患の病態解析と治療法の開発

申請者はプロスタグランジン(PG)D_2がCNSにおける炎症性メディエーターであること、造血器型PGD合成酵素(HPGDS)がミクログリアに発現し、PGD_2の特異的レセプターDP1、DP2の内DP1はアストロサイトに発現することを見いだしている。本研究で我々は培養グリアおよび遺伝性脱随マウスtwitcher (Tw)を用い、PGD_2の脱随に及ぼす作用を解明した。結果、培養ミクログリアを用いた検討では、DP1作動薬によりミクログリアは活性化し、DP2作動薬では活性化が抑制された。また、培養アストロサイトを用いた検討ではPGD_2、DP1作動薬、DP2作動薬を添加すると、いずれにおいても活性化アストロサイトのマーカーであるGFAPの発現は増加した。これらの結果より、(1)ミクログリアのHPGDSにより産生されるPGD_2はautocrine的にDP1を介してミクログリアを活性化し、HPGDSの産生を増加させる反面、DP2を介してはミクログリアを不活性化しHPGDSの産生を低下させるという2面性を持つこと、(2)DP1・DP2いずれの刺激によってもアストロサイトは活性化されること、(3)脱随に関連するサイトカインの内、DP1刺激によりミクログリアにおいてIL-1βの産生が、アストロサイトにおいてIL-6の産生が促進されることがわかった。次にTwを用い、HPGDS阻害により脱随が抑制されるかの検討を行った。方法はHPGDS欠損マウスもしくはDP1欠損マウスとTwの交配によりHPGDS欠損TwまたはDP1欠損Twを作成、もしくはHPGDS特異的阻害剤であるHQL-79をTwに投与し、それぞれの病理変化を検討した。結果、いずれのTwにおいても脱随およびグリオーシスが軽減し、驚くべきことにオリゴデンドロサイトのアポトーシスも抑制された。これらの結果より、HPGDS阻害剤による脱随疾患進行抑制治療の可能性が示唆された。1)培養ミクログリアを用いた検討活性化ミクログリアのマーカーであるIba-1抗原発現量は、DP1作動薬BW245C添加によって増加、DP2作動薬DK-PGD2添加により低下した。HPGDSのmRNAはBW245C添加により増加、DK-PGD2添加により低下することが判明した。また、BW245C添加により、ミクログリアにおけるIL-1βのmRNAは増加したが、TNFαは変化しなかった。2)培養アストロサイトを用いた検討PGD_2、BW245C、DK-PGD_2を添加すると、いずれにおいても活性化アストロサイトのマーカーであるglialfibrlllaryacidicproteinの発現は増加した。BW245C添加により上清中のIL-6は用量依存性に増加したが、TNF-αの産生量には変化は認められなかった。上記の結果より、

(1)ミクログリアのHPGDSにより産生されるPGD_2はautocrine的にDP1を介してミクログリアを活性化し、HPGDSの産生を増加させる反面、DP2を介してはミクログリアを不活性化しHPGDSの産生を低下させるという2面性を持つこと、(2)DP1・DP2いずれの刺激によってもアストロサイトは活性化されること、(3)脱随に関連するサイトカインの内、DP1刺激によりミクログリアにおいてIl-1βの産生が、アストロサイトにおいてIL-6の産生が促進されることがわかった。平成18年度は、遺伝性脱髄モデルtwitcherにHPGDSの阻害剤またはDP1拮抗剤を投与し、臨床症状・神経病理への効果を検討する。プロスタグランジン(PG)であるPGD_2は中枢神経系における主要なプロスタノイドである。平成17年度は、遺伝性脱髄モデルtwitcher (TW)において(1)ミクログリアのHPGDSにより産生されるPGD_2はDP1を介してミクログリアを活性化しHPGDSの産生を増加させること、(2)DPの刺激によってアストロサイトが活性化されることがわかった。平成18年度は、HPGDS欠損マウスまたはDP1欠損マウスとの交配により、HPGDS4^<-/->TWおよびDP1^<-/->TWを作製、また、TWにHPGDSの阻害剤であるHQL-79を日令20から連日皮下注射にて投与し、TWの病態におけるPGD2の作用を解析した。TWは日令20から体重増加不良、進行性失調、痙性を示し、その平均寿命は44±0.7日である。HPGD3^<-/->TWおよびDP1^<-/->TWでは平均寿命は47.3±4.5および46.2±0.5日、HQL-79(50mg/kg/day)糖群では平均寿命が47.8±13日といずれも優位の延長を認め、また、痙性や失調等の神経症状も明らかに軽減した。日令45でもHQL治療群では移動が可能であり、righting reflexも認められた。神経病理的検索により、HPGDS^<-/->TW、DP1^<-/->TWおよびHQL-79治療群ではいずれも免疫組織学的検索にてgliosisの軽減が認められ、とくにHPGDS^<-/->TWおよびHQL-79治療群で有意に(1)TUNEL染角によりオリゴデンドログリアのアポトーシスが抑制され、(2)二次的脱随も軽減し、(3)iNOSの発現の低下を認めた。これらの研究結果より、ミクログリアに発現するHPGDSが産生するPGD2はDP1を介して神経炎症を増悪させ、二次性の脱髄を引き起すことを証明した。
精神疾患患者のエンパワメントと参画型糖尿病教育プログラムの開発

精神科デイケアにおいて、糖尿病を併せ持つ利用者11名を参加者として、患者参画型糖尿病教育プログラムによる糖尿病教室を展開した。今年度17回実施し、利用者が希望するテーマで学習会企画を行い、食事について9回、運動について3回、糖尿病のメカニズムと治療について3回、合併症について2回行った。参加人数は延べ118名であった。患者参画型糖尿病教育プログラムでは、参加者の「内発的動機づけ」に焦点を当て、継続学習につながるよう工夫した。具体的には、1参加者が学習会テーマの決定し、食事内容など教材の提供段階から参画する、2提供された教材をもとに、楽しんで学習できるよう工夫する、4毎回学習会の後にディスカッションのセッションを設け、進行役のスタッフはコーチングのコミュニケーションスキルを用いる、534か月毎にカードメソッドを用いて、学習内容の定着と今後の目標設定につなげる図解づくりに取り組む、5マイファイルを活用したポートフォリオ学習を行った。スタッフは関わり方として、これまでの研究成果で明らかにした「動機づける」「問題意識を高める」「自己開示を促す」など9つのコツを意識して、参加者のエンパワメントを高める場づくりに努めた。その結果、参加者の糖尿病教室への継続参加および糖尿病自己管理に向けた行動変容が認められ、HbA1cの安定につながった。また、デイケア側の担当スタッフと参加者の糖尿病教室継続意欲につながり、研究終了後、自立して糖尿病教室を継続することとなった。これらをまとめ、研究成果の普及を目的にDVD「患者参画型糖尿病教育プログラムの進め方」を作成した。【研究目的】本研究は,糖尿病を併せ持ち地域で生活する精神疾患患者が糖尿病の自己管理ができるように,参画型糖尿病教育プログラムを開発し,その効果を検証することを目的としている。【内容・成果】今年度プログラムの要件を定義すると共に,申請者が実証してきた教育方法とエンパワーを支援する関わりを統合し,参画型糖尿病教育プログラムの開発に取り組んだ。併せて糖尿病を併せ持つ精神疾患患者が地域で生活する際の課題を明らかにする目的で実態調査を行った。1.参画型糖尿病教育プログラムの開発:H26年度までに得られている申請者の研究結果から,教育方法とエンパワーを支援する関わりを関わり技法として統合し,参画型糖尿病教育プログラムとして設計した。参画型糖尿病教育プログラム案を精神疾患患者で糖尿病を併せ持ち,出雲市内にあるA精神科デイケアに通所する者で研究参加の同意が得られた者10名を対象に実施した。1回を教育セッションとディスカッションセッションを組み合わせた1時間程度とし,2回/月のペースで1年間実施した。その間の実施記録と参加者およびスタッフにインタビューした内容を元に研究者メンバー会議において検討し,修正を加えた。2.実態調査:全国の単科精神科病院が運営する精神科デイケアに研究協力の諾否を聞き,130施設より協力の承諾を得た。対象施設について糖尿病教育の実施状況を明らかにし,糖尿病を併せ持つ施設利用者については,糖尿病コントロール状況と自己管理に関する課題を明らかにした。参画型糖尿病教育プログラムの設計について、予定通り作成できた。次年度以降、他施設や他の人材により実証的に実践できるようセミナー等を実施し、協力施設を確保していく予定である。実態調査について、予定より実施時期が遅れ、今後詳細に分析の予定である。平成27年度から4年間の計画であり2年目が終了した段階である。1年目は,これまでの研究結果から,糖尿病の自己管理ができるよう精神疾患患者向けの教育方法と,エンパワーを支援する関わりを統合し,参画型糖尿病教育プログラムとして設計し,実践を開始した。2年目は,精神疾患患者で糖尿病を併せ持つ精神科デイケア通所者10名を対象に実践を継続し,参画型糖尿病教育プログラムの評価を行った。具体的には,集団心理教育の手法を用い,教育セッションとディスカッションセッションを組み合わせた糖尿病教室を開催している。学習テーマは,対象者が疑問に思ったり困っていることを取り上げる。例えば,自分たちの食事をデジタルカメラに納めそれを教材とするなど,学習内容の企画段階から加わるため「患者参画型」と命名し主体性を育んでいる。また,ポートフォリオ学習により,ファイルに綴じた資料やデータを時々俯瞰し目標設定を行うようにしている。月に2回のペースで教室を開催し1年以上継続している。効果測定について,糖尿病自己管理に向けた行動変容の評価指標として,HbA1cの推移と振り返りの言動をモニタリングしている。エンパワメントについて,エンパワメント評価尺度やフォーカスグループインタビューのデータ,フィールドノーツの分析により評価している。研究成果に関して,設計した参画型糖尿病教育プログラムについて専門学会において公表した。また,糖尿病教室に1年以上継続参加している者を対象としてエンパワメントプロセスを明らかにし,学会誌に公表した。併せて,分担研究者に依頼し,沖縄県において精神科デイケアに勤務する看護実践者らを対象にセミナーを開催し,参画型糖尿病教育プログラムの概要及び実践結果について報告した。全国の精神科病院に隣接する精神科デイケアを対象として実施したアンケート結果については,学会発表を行い,現在論文投稿中である。他の施設や他の人材により参画型糖尿病教育を実践できるよう複数回セミナー開催を計画していたが,1回セミナー開催できたのみであった。実態調査に関して,分析が遅れていたが分析結果をまとめ,論文投稿できた。現在1回目の査読が終了し,再査読中である。参画型糖尿病教育に関わるスタッフのエンパワメントを漸進させる関わりのスキルに関して分析中であり,次年度学会発表の予定である。

昨年度「患者参画型糖尿病教育に参加する精神障がい者のエンパワメントプロセス」として、参画型糖尿病教室に参加する参加者のエンパワーのプロセス(セルフ・エンパワメント)が漸進したことを確認した。今年度は、専門職のエンパワメント・アプローチに用いるコミュニケーションスキルを明らかにできれば、教育支援に活かしていくことが可能となると考え、2年間継続した参画型糖尿病教室に関わるスタッフ側のコミュニケーションを分析し、コツとして明らかにした。その結果、「動機づける」「問題意識を高める」「自己開示を促す」など、9つのコツを抽出できた。糖尿病教室での参加者とスタッフのコミュニケーションは、参加者の糖尿病自己管理に向けた力をエンパワメントできており、効果的な場づくりができていることが示唆された。また、参加者の「内発的動機づけ」に焦点を当て、継続学習につながるよう工夫した点について、フィールドノーツから抽出し明らかにした。その結果、工夫点として1学習データの提供方法、2提供された教材をもとに進める学習会、3楽しんで学習できる工夫、4学びの振り返り図解づくり、5マイファイルを活用したポートフォリオ学習を抽出できた。さらに、全国の精神科病院に隣接する精神科デイケアを対象として実施したアンケート結果については、承認の得られた134施設の2015年10月1日現在の利用者で、糖尿病を合併している者702名のうち、HbA1c値が把握できた515名を対象とした。HbA1c値により、対象を糖尿病管理良好群と不良群の2グループに分け比較・分析した結果、糖尿病に関わるスタッフ職種によって有意な差がみられた。精神疾患の知識や対応を心得た医療スタッフの元で、糖尿病のコントロール支援ができる場が必要であり、糖尿病を併せ持つ精神疾患患者に対し包括的に支援できる場として、精神科デイケアに期待される役割は大きいと考えられた。患者参画型糖尿病教育の実践施設拡大を図ってセミナーを企画し、1か所であったが実施できた。患者参画型糖尿病教育の手法を用いた糖尿病教室を2年間継続実施し、エンパワメントを漸進させるスタッフのコミュニケーションのコツを明らかにできた。また内発的動機付けの観点から本教育の進め方効果についても検討できた。精神科デイケアにおいて、糖尿病を併せ持つ利用者11名を参加者として、患者参画型糖尿病教育プログラムによる糖尿病教室を展開した。今年度17回実施し、利用者が希望するテーマで学習会企画を行い、食事について9回、運動について3回、糖尿病のメカニズムと治療について3回、合併症について2回行った。参加人数は延べ118名であった。患者参画型糖尿病教育プログラムでは、参加者の「内発的動機づけ」に焦点を当て、継続学習につながるよう工夫した。
配送計画問題に対する数理計画的アプローチによる効率的解法の開発

配送計画問題は,様々な制約条件の下で,複数の車両を用いて全ての客をちょうど一回ずつ訪問するような経路の中で,コストが最小のものを求める問題である.この問題に有効な解法の一つに,現在の解の近傍に良い解があれば移動する,という走査を反復することで解を改善してゆく局所探索法がある.また,局所探索法などを基本ルーチンとして用い,多少時間はかかっても,より精度の高い解を求める枠組みはメタ戦略とよばれる.本研究では,従来の局所探索法やメタ戦略に数理計画的な手法を組合せることで高性能な解法を開発した.配送計画問題は、様々な制約条件の下で、複数の車両を用いて全ての客をちょうど1回ずつ訪問するような経路の中で、コストが最小のものを求める問題である。これは、代表的な組合せ最適化問題の一つであり、また非常に実用性のある問題で、郵便・新聞配達、廃棄物収集、石油運搬や機械スケジューリングなどの応用を持つ。配送計画問題は、与えられる問題例に対して厳密な最適解を求めることは現実的に極めて困難であるため、近似解法の研究が行われている。近似解法の一つの局所探索法は、現在の解の近傍に良い解があれば移動する、という操作を反復することで解を改善してゆく手法である。また、いくつかの近似解法を組合せるなどの方法により、多少時間はかかっても、より精度の高い解を求める枠組はメタ戦略とよばれ盛んに研究されている。さらに、2006年頃から、数理計画法を用いたアプローチにより効率的に高品質な解を求めるメタ戦略の枠組みが注目を集めている。本年度の研究では、局所探索法での近傍探索をひとつの最適化として捉え、数理計画問題としてモデル化し、ベンチマーク問題例とそれに対するこれまでの最良解を用いて計算実験を行った。これにより、最良解が近傍探索問題に対してはほぼ最適解であったことを実験的に示した。さらに、最良解と真の最適解との構造の違いを解析し、この構造の違いに着目した探索法を設計した。この探索法により、ひとつの局所最適解からなかなか抜け出せないという状況を避けることができ、探索の性能を飛躍的に向上させることが期待できる。配送計画問題は、様々な制約条件の下で、複数の車両を用いて全ての客をちょうど1回ずつ訪問するような経路の中で、コストが最小のものを求める問題である。一般に、配送計画問題を含むNP困難な問題では、与えられる問題例に対して厳密な最適解を求めることは現実的に極めて困難であると考えられている。そのような問題に対する現実的妥協策として近似解法がある。基本的でかつ有効な近似解法の一つに局所探索法と呼ばれるものがある。これは、現在の解の近傍に良い解があれば移動する、という操作を反復することで解を改善してゆく手法である。また、これらの近似解法を組合せるなどの方法により、多少時間はかかっても、より精度の高い解を求める枠組はメタ戦略とよばれる。本研究では、配送計画問題に対して従来の局所探索法でよく用いられていた近傍を拡張し、それに対して効率的な探索法を提案した。これにより、局所探索法により得られる解の精度を向上させることができる。また、局所探索法を基本ルーチンとするメタ戦略を提案した。この手法では局所探索法を初期解を変えて何度も反復することで良い解を探索する。本研究では、これまで得られた良い解の集合から局所探索法の新たな初期解を生成する部分を数理計画問題として定式化して求める手法を適用した。それらは、mathematicsとheuristicsを合わせてmatheuristicと呼ばれている。

配送計画問題には、時間枠付配送計画問題や集配計画問題などのように、異なる制約をもつ様々なタイプの問題がある。本研究の初年度では、その多くのタイプの配送計画問題に適用可能な汎用的で効率的な局所探索法の枠組みおよびそれを用いたメタ戦略を提案した。また、局所探索での近傍探索をひとつの最適化として捉え、数理最適化問題としてモデル化した。これにより、近傍探索問題での最適解の精度や局所探索法に適した近傍を明らかにすることができる。初年度は私の異動に関連する作業に時間をとられ本研究の進捗が少し遅れていたが、本年度はその遅れを取戻し、おおむね予定通りに進んでいる。近傍探索問題に対する計算結果では、これまでの最良解がほぼ最適解であったという予想外の結果が出た。しかし、いくつかの問題例に対しては最良解と異なる真の最適解が得られ、その違いを解析することで新しい探索法の着想に至り、本年度の研究目標を達成した。当該年度の研究が遅れている理由は、ひとえに、想定していたより研究に時間がとれなかったためである。その原因は、私が大学を異動したため、新しい授業を受け持つことになりその準備や、学会を幹事の一人として開催するなどの想定外の作業が発生したこと挙げられる。次年度は、本大学で2年目の勤務であり、学会を開催する予定もないため想定通りの時間を研究にさくことができる。また、研究計画は少し余裕を見て立ててあるので、本研究全体では許容できる遅れである。次年度は本研究課題の最終年度である。本年度に設計した探索法を実装し、計算実験によりその効果を確かめる。そして当初の予定通り、この探索法を用いて高性能メタ戦略を開発する。研究を実施する各段階で様々な問題例に対して計算実験を行い統計的な性能を検証しながら進めていく。メタ戦略の設計および性能評価について適宜、柳浦教授と意見交換を行うことで、研究を円滑に進める。現在までの達成度で述べたように、研究の進み具合が当初のスケジュールより少し遅れているが、これは研究に思っていたほど時間をとれなかったためで、研究の方針等には問題はないと考えている。今後の研究の進め方としては、次年度の6月までに1年目に未実施の研究を実施し、それから2年目に計画していた研究に移る。本研究での研究費は主に計算機、旅費、書籍に使用する。本研究では提案アルゴリズムを様々な面から検証するための大量の計算実験を行う。計算機はできるだけ高性能なものがよいが、その性能は一年で大幅に改善されることがある。そのため、本年度はまず現時点で高性能な計算機を1台購入し、次年度にもう1台の計算機を購入することとした。本年度の未使用の研究費は次年度の計算機の購入費にあてる。書籍は本研究と関連する従来研究の調査のため適宜購入する。旅費は、研究協力者との研究打合せ、資料収集、成果発表に対するものである。次年度は、国内の学会や研究協力者との研究打合せのために国内出張を数回、国際会議のために海外出張を一回程度する予定である。本研究では大量の計算実験を行うため高性能な計算機が不可欠であるが、そのような実験は完成が近付いたアルゴリズムを様々な面から検証するためのものである。初年度では比較的計算量の少ない計算実験だったため計算実験用の高性能な計算機を購入しなかった。
カーボンナノチューブ１本レベルの濡れ性の解明

本研究ではカーボンナノチューブ(CNT)表面および内壁の濡れを調べるために電子顕微鏡を用いた接触角の直接観察および分子動力学(MD)解析を行ってきた。以下にCNT内壁および表面の濡れのそれぞれの実績について記す。CNT内壁:昨年度、申請者は電子顕微鏡内において1本の内径2nm以下のCNT内部に液体Ptの充填を試みたところ、偶発的にCNT側壁からPtを充填することに成功した。これはCNT側壁に形成された空孔から液体が浸入したと考えられる。そこで本年度は、CNT側面に酸素プラズマ処理を施し、人為的にCNT側壁に空孔を形成させ液体Ptの充填を試みた。その結果、内径2nm以下のCNT内部に液体Ptが浸入する様子が観察され、本研究で初めて内径2nm以下のCNT内部への液体の充填方法の確立に成功した。上記の方法を用いて本研究では内径1.77.5nmのCNT内部に液体Ptを充填し、CNT側壁と液体との接触角を観察した。その結果、接触角は内径4.8nm以下において内径に依存することがわかった。これは液体がCNT内部の狭い空間に閉じ込められるためであると示唆される。CNT表面:これまでに申請者は直径10nm以下のCNT表面の濡れ性が、直径に依存する要因を分子論的な観点から明らかにするためにMD解析を行ってきた。本年度は昨年と同様の系を用いて直径1.557.00nmのCNTとアルゴン液体の固液および固気界面張力の直径依存性を調べた。本研究では界面張力を算出するために、バッカーの式に基づき、CNTのような円筒形状の固体表面の界面張力を計算する新たな方法を考案した。MD解析の結果、CNTの固液界面張力は直径7.00nm以下においての直径の減少に伴い減少することがわかった。このことからCNTの直径に依存して、実際に界面張力が変化し、接触角に影響を与えていることが明らかとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度は実験ではCNT内部にガリウム(Ga)およびイオン液体を挿入し,接触角を観察する予定であった.また,シミュレーションではCNTの内部および外部の濡れ性を評価するモデルを作成する予定であった.以下に予定していた各実施項目についての実施内容の概要を示す.1.CNT内部への金属の挿入および接触角観察:これまでに内径4nmのCNTに対して金属の挿入に成功している.本年度はまず,それよりも小さい内径2nm以下のCNT内部に金属の挿入を試みた.内径2nm以下のCNTに金属を挿入する際にはCNT上に付着しているコンタミネーションを今まで以上に除去する必要があった.そこでCNT内部に金属を挿入するに適したサンプル作製法の再検討を行い改善した.その結果,内径1.9nmのCNT内部にPtを挿入することに成功した.続いて,CNT内部に挿入した溶融金属を観察すると,高温であるために気液界面のゆらぎが観察された.揺らぎが顕著に観察されるのはナノメートルスケール特有の現象と考えられる.2.分子動力学シミュレーション:分子動力学シミュレーションを用いてCNT表面の濡れ性を評価するためにCNTが単原子分子のアルゴン(Ar)からなる液面に対して垂直に配置された系を解析した.特に様々な直径のCNTに形成される接触線近傍に働く力Fについて,その直径依存性を調べ,要因を検討した.その結果,直径10nm以下においてCNTの濡れ性は濡れやすくなる傾向を示した.この結果は実験で得られた直径4.5nmの結果と傾向が一致している.そしてこれはCNTの周りにナノメートルスケール曲線半径を持つArの吸着層が形成されることにより各炭素原子のポテンシャルエネルギーが減少するためであることが明らかとなった.CNT内部に関して特に濡れ性が変化し得る内径領域の濡れを明らかにするためには内径2nm以下のCNT内に溶融した金属を挿入することは不可欠である.申請者は内径2nm以下のCNTに対して従来の方法でサンプル作製を行い,透過電子顕微鏡内のマニピュレーションシステムを用いて溶融金属の挿入を試みた.しかしながら,内径が2nmと小さい場合にはCNT表面に付着しているコンタミネーションが挿入の妨げとなった.そこで,サンプルの作製方法を一から見直し,コンタミネーションが着かない作製方法及び条件を決定した.これにより,内径1.9nmのCNT内に溶融したPtを挿入することに成功した.しかし,サンプル作製方法の見直しに想定していたよりも時間がかかり,計画はやや遅れている.CNTに挿入させたPtの気液界面を観察したところ,溶融したPtが高温のために気液界面の揺らぎが観察された.これにより接触角を決定するのが困難であっため,挿入する液体としてやはり低融点金属であるGaを用いる必要があると考えられる.分子動力学シミュレーションを用いた濡れ性の評価ではCNTが液膜に突き刺さったモデルを作成し,CNT表面に形成されるメニスカスの接触線に働く力から濡れ性を評価した.これにより,濡れ性が直径に依存して変化する要因の一つを明らかにした.次のステップとしてCNT内部の濡れ性を評価するためのモデル作成を行う計画であった.しかし,CNT表面の濡れにおいて力学的により詳細に評価する場合にはCNTに底をつけた方がいいという見解に至った.そこで,CNTに底をつけたモデルでの解析を行った.これにより,当初の計画からやや遅れている.本研究ではカーボンナノチューブ(CNT)表面および内壁の濡れを調べるために電子顕微鏡を用いた接触角の直接観察および分子動力学(MD)解析を行ってきた。

CNT内壁:昨年度、申請者は電子顕微鏡内において1本の内径2nm以下のCNT内部に液体Ptの充填を試みたところ、偶発的にCNT側壁からPtを充填することに成功した。これはCNT側壁に形成された空孔から液体が浸入したと考えられる。そこで本年度は、CNT側面に酸素プラズマ処理を施し、人為的にCNT側壁に空孔を形成させ液体Ptの充填を試みた。その結果、内径2nm以下のCNT内部に液体Ptが浸入する様子が観察され、本研究で初めて内径2nm以下のCNT内部への液体の充填方法の確立に成功した。上記の方法を用いて本研究では内径1.77.5nmのCNT内部に液体Ptを充填し、CNT側壁と液体との接触角を観察した。その結果、接触角は内径4.8nm以下において内径に依存することがわかった。これは液体がCNT内部の狭い空間に閉じ込められるためであると示唆される。CNT表面:これまでに申請者は直径10nm以下のCNT表面の濡れ性が、直径に依存する要因を分子論的な観点から明らかにするためにMD解析を行ってきた。本年度は昨年と同様の系を用いて直径1.557.00nmのCNTとアルゴン液体の固液および固気界面張力の直径依存性を調べた。本研究では界面張力を算出するために、バッカーの式に基づき、CNTのような円筒形状の固体表面の界面張力を計算する新たな方法を考案した。MD解析の結果、CNTの固液界面張力は直径7.00nm以下においての直径の減少に伴い減少することがわかった。このことからCNTの直径に依存して、実際に界面張力が変化し、接触角に影響を与えていることが明らかとなった。これまで,CNT内部の濡れ性を評価するためにPtをCNT内部に挿入することに成功してきた.しかし,液体状態のPtは高温のため接触角を評価するための気液界面が揺らぎ,決定することが困難である.そこで今後は液体として低融点金属であるGaを用いてCNT内部の濡れ性の評価を行う.まず,透過電子顕微鏡内マニピュレーションシステムを用いて,CNT内部にGaを挿入させる.続いて,様々な内径のCNTにGaを挿入し,接触角の計測を行い,濡れ性の内径依存性を明らかにする.分子動力学シミュレーションに関してはCNTに底をつけたモデルを用いて,CNT表面の濡れ性の解析を行う.具体的には様々な直径のCNTに対して,CNT表面に形成されるメニスカスの接触線に働く力,CNTの底に働く力,その合力,および接触角を求め,濡れの直径依存性を明らかにする.また,並行してCNT内部の濡れ性に関しても実験の進捗状況に合わせて分子動力学シミュレーションにより解析を行う.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
腺癌の分化に関連した新しい遺伝子のクローニング及びそれを標的とした治療法の開発

背景及び目的我々は未分化腺癌患者の腹水から足場非依存性で浮遊状態で増殖する細胞株(TAKA-1)の樹立に成功した。興味あることに、この細胞はDNAメチル化阻害剤である5-Aza-2'-deoxycytidineの処理によりin vitroでは腺管構造を有する付着細胞に変化し、最終的には増殖が停止した。また、ヌードマウスに強い造腫瘍性を示したが、5-Aza-2'-deoxycytidineの投与により、in vivoでも腺管構造を有する高分化腺癌様の形態に変化して、ヌードマウスは担癌状態のまま長期間生存した。そこで本研究では、TAKA-1細胞を用いて、腺癌の分化に関連した新しい遺伝子のクローニング及びそれを標的とした治療法を開発することを目的として、(1)脱メチル化処理前後のTAKA-1細胞のcDNAをMicroarray法及びPCR-subtraction法を用いて比較検討、(2)脱メチル化により発現が誘導される細胞接着や運動、細胞の分裂・分化・細胞周期などに関連した既知の遺伝子発現の比較検討、(3)レトロウイルスベクターを用いたヒト脳由来の遺伝子のTAKA-1細胞への発現クローニングをおこなった。結果及び考案脱メチル化により誘導される上皮様の付着細胞は、G1/S arrestを生じた後、徐々にアポトーシスで死滅した。脱メチル化によりCDK inhibitorであるp16INK4a, CIP1/WAF1の発現増加やG1/S-specific cyclin, PCNAなどの発現低下を認め、これらの遺伝子発現の変化が、G1/S arrestに関与していることが推定された。中でも、INK4aは脱メチル化処理前には発現しておらず、TAKA-1細胞の重要な分子標的となる可能性が示唆された。脱メチル化によるTAKA-1細胞の付着・運動能の活性化に関しては、integrin alpha3,motility related protein(CD9), p21 activated kinase, small GTPase(rhoC), rho/rac GEF, ephrin/ephrin receptorなどの発現増加との関連が示唆された。未だ、TAKA-1の形態変化に関する責任遺伝子の同定には至っていないが、今後とも、発現クローニングを行い腺癌の分化に関連した遺伝子の同定を試みる予定である。(目的)原発不明低分化腺癌患者腹水より、ヌードマウスに造腫瘍性を有する細胞株(TAKA-1)を樹立した。TAKA-1細胞はin vitroでは付着せずに浮遊した状態で増殖するが、5-AZA-2,-DEOXY-CYTIDINEの添加により上皮様形態に変化した後、徐々に増殖を停止し最終的には死滅する。一方、付着しなかった浮遊細胞は7日後までにほぼ全て死滅する。そこで本研究では、脱メチル化処理前後のTAKA-1細胞のcDNAをMicroarray法及びPCR-subtraction法を用いて比較検討し、脱メチル化により発現が誘導される細胞接着・運動・細胞周期・分化などに関連した遺伝子を同定する事を目的とする。

また、ヌードマウスに強い造腫瘍性を示したが、5-Aza-2'-deoxycytidineの投与により、in vitroでも腺管構造を有する高分化腺癌様の形態に変化して、ヌードマウスは担癌状態のまま長期間生存した。そこで本研究では、TAKA-1細胞を用いて、腺癌の分化に関連した新しい遺伝子のクローニング及びそれを標的とした治療法を開発することを目的として、(1)脱メチル化処理前後のTAKA-1細胞のcDNAをMicroarray法及びPCR-subtraction法を用いて比較検討、(2)脱メチル化により発現が誘導される細胞接着や運動、細胞の分裂・分化・細胞周期などに関連した既知の遺伝子発現の比較検討、(3)レトロウイルスベクターを用いたヒト脳由来の遺伝子のTAKA-1細胞への発現クローニングをおこなった。結果及び考案脱メチル化により誘導される上皮様の付着細胞は、G1/S arrestを生じた後、徐々にアポトーシスで死滅した。脱メチル化によりCDK inhibitorであるp16INK4a, CIP1/WAF1の発現増加やG1/S-specific cyclin, PCNAなどの発現低下を認め、これらの遺伝子発現の変化が、G1/S arrestに関与していることが推定された。中でも、INK4aは脱メチル化処理前には発現しておらず、TAKA-1細胞の重要な分子標的となる可能性が示唆された。脱メチル化によるTAKA-1細胞の付着・運動能の活性化に関しては、integrin alpha3, motility related pritein(CD9), P21activated kinase, small GTPase(rhoC), rho/rac GEE, ephrin/ephrin receptorなどの発現増加との関連が示唆された。未だ、TAKA-1の形態変化に関する責任遺伝子の同定には至っていないが、今後とも、発現クローニングを行い腺癌の分化に関連した遺伝子の同定を試みる予定である。
ニホンミツバチ特異的な熱殺蜂球形成行動における高温情報処理の分子・神経基盤の解析

1.高温応答性ケニヨン細胞の応答温度の種間比較本年度は、「高温応答性ケニヨン細胞」がミツバチ科において保存されているか検証するため、ミツバチ科マルハナバチ属でゲノム情報が利用可能なセイヨウオオマルハナバチを用いて、kakuseiホモログを同定し、同様の高温曝露実験を行った。結果、ミツバチと異なり、kakuseiの発現量は3840°Cの間で上昇していた。このことから、キノコ体の高温選択的な応答性は、少なくともミツバチ科内では保存されていることがわかった。一方、セイヨウオオマルハナバチの高温応答性の閾値はミツバチ2種に比べて約6°C低かった。ミツバチとマルハナバチでは通常の生活温度(巣内温度)に約6°Cの差がある。応答する閾値との相関を考えると、キノコ体の高温応答性細胞は、本来通常の生活温度から外れた高温時の温度制御に関わる可能性がある。2.脊推動物と無脊椎動物に共通した初期応答遺伝子の同定kakuseiはミツバチ科昆虫にのみゲノム上に見出されるため、1.で明らかにしたキノコ体の高温応答性の進化的保存性を検証する際の指標としては不適当である。そこで、昆虫種を問わず広く利用可能な初期応答遺伝子の探索を試みた。ミツバチ脳にGABA(γ-アミノ酪酸)受容体の阻害剤Picrotoxinを投与することで神経活動を誘導したところ、脊椎動物で頻用される初期応答遺伝子の1つであるEgr-1のミツバチホモログ(AmEgrと命名)が発現上昇することを見出した。ゲノムデータベースを用いて他種におけるホモログを探索した結果、脊椎動物から線虫にまで広くホモログが見出され、汎用性の初期応答遺伝子として有望であると考えられた。これは脊椎動物と無脊椎動物で同じ遺伝子が神経興奮マーカーとして使用可能であることを示した初の知見であり(Ugajin et al. 2013)、関連学術領域に与えるインパクトは極めて大きいと考えられる。AmEgrの発現を指標にセイヨウミツバチのキノコ体における高温応答性を検証したところ、kakuseiを用いた際と同様に4446°Cの間で発現が上昇した。さらに、46°C曝露時のAmEgr発現細胞の分布パターンもkakusei発現細胞のものと類似しており、キノコ体の高温応答性を強く支持する結果であった。3.哺乳類培養細胞を用いた高温応答性TRPチャネルの解析哺乳類培養細胞系を用いた解析では、ミツバチTRPチャネルは高温刺激に応答しなかった。近年、昆虫のTRPチャネルは哺乳類培養細胞では正常に機能しないとの報告もあり、ショウジョウバエS2細胞の利用を検討している。(抄録なし)1.高温城におけるキノコ体の温度撰択的応答性の種間比較キノコ体の温度選択的応答性を詳細に検証する目的で40°Cから48°Cまで2°C刻みでニホンミツバチを高温曝露し、初期応答遺伝子Ack5のキノコ体における発現変動を定量的RT-PCR法により解析した。併せて、熱殺蜂球を形成しないセイヨウミツバチとの種間比較も行った。三回の実験から、いずれの種においても44°C前後で初期応答遺伝子の発現上昇が生じることが明らかとなり、キノコ体の高温域における温度選択的応答性は2種のミツバチにおいて共通であることが強く示唆された。2.脳への簡便な薬剤投与実験系の確立キノコ体の温度選択的応答性の熱殺蜂球形成行動への寄与を検討するため、高温曝露時の神経活動に影響を与える薬剤の検索・利用を企図した。まず、(1)薬剤の脳への投与が容易となるよう頭部の確実な固定・拘束、(2)投与後の行動実験が可能となるよう自由行動条件下への速やかな復帰、以上2点を満たす簡便な実験系として、コルク板とホチキスの針を用いた拘束手法を考案した。本法の有効性を検証するため、固定・拘束後麻酔から回復させたセイヨウミツバチに、500pMのピクロトキシン(PTX)1μlを中心単眼よりガラスキャピラリを用いて投与し、自由行動条件下で30分間放置した後キノコ体を摘出した。PTXはGABAA受容体のアンタゴニストであり、脊椎動物の初期応答遺伝子の多くがPTX処理により発現上昇することが知られている。kakuseiの発現量を定量的RT-PCR法により解析したところ、リンガー投与群に比べてPTX投与群で有意に発現が上昇していた。このことから、脳への薬剤投与実験において本法が有効であることが確認された。また、昆虫の初期応答遺伝子の発現がGABA受容体の阻害によって上昇するということ自体が初の知見であり、今後の昆虫を用いた神経行動学研究の進展において重要な成果であると考えている。3.高温応答性TRPチャネルの解析ショウジョウバエで42°C以上の高温に応答性を有するTRPチャネルとして知られるPainlesssのホモログをニホンミツバチとセイヨウミツバチからクローニングし、翻訳産物を比較した。その結果、ニホンミツバチでN末端側に5残基のアミノ酸挿入が見られた。他のハチ目昆虫と比較したところ、この5アミノ酸挿入はニホンミツバチにのみ存在することがわかった。現在温度閾値の解析を行っている。1.高温応答性ケニヨン細胞の応答温度の種間比較

本年度は、「高温応答性ケニヨン細胞」がミツバチ科において保存されているか検証するため、ミツバチ科マルハナバチ属でゲノム情報が利用可能なセイヨウオオマルハナバチを用いて、kakuseiホモログを同定し、同様の高温曝露実験を行った。結果、ミツバチと異なり、kakuseiの発現量は3840°Cの間で上昇していた。このことから、キノコ体の高温選択的な応答性は、少なくともミツバチ科内では保存されていることがわかった。一方、セイヨウオオマルハナバチの高温応答性の閾値はミツバチ2種に比べて約6°C低かった。ミツバチとマルハナバチでは通常の生活温度(巣内温度)に約6°Cの差がある。応答する閾値との相関を考えると、キノコ体の高温応答性細胞は、本来通常の生活温度から外れた高温時の温度制御に関わる可能性がある。2.脊推動物と無脊椎動物に共通した初期応答遺伝子の同定kakuseiはミツバチ科昆虫にのみゲノム上に見出されるため、1.で明らかにしたキノコ体の高温応答性の進化的保存性を検証する際の指標としては不適当である。そこで、昆虫種を問わず広く利用可能な初期応答遺伝子の探索を試みた。ミツバチ脳にGABA(γ-アミノ酪酸)受容体の阻害剤Picrotoxinを投与することで神経活動を誘導したところ、脊椎動物で頻用される初期応答遺伝子の1つであるEgr-1のミツバチホモログ(AmEgrと命名)が発現上昇することを見出した。ゲノムデータベースを用いて他種におけるホモログを探索した結果、脊椎動物から線虫にまで広くホモログが見出され、汎用性の初期応答遺伝子として有望であると考えられた。これは脊椎動物と無脊椎動物で同じ遺伝子が神経興奮マーカーとして使用可能であることを示した初の知見であり(Ugajin et al. 2013)、関連学術領域に与えるインパクトは極めて大きいと考えられる。AmEgrの発現を指標にセイヨウミツバチのキノコ体における高温応答性を検証したところ、kakuseiを用いた際と同様に4446°Cの間で発現が上昇した。さらに、46°C曝露時のAmEgr発現細胞の分布パターンもkakusei発現細胞のものと類似しており、キノコ体の高温応答性を強く支持する結果であった。3.哺乳類培養細胞を用いた高温応答性TRPチャネルの解析哺乳類培養細胞系を用いた解析では、ミツバチTRPチャネルは高温刺激に応答しなかった。近年、昆虫のTRPチャネルは哺乳類培養細胞では正常に機能しないとの報告もあり、ショウジョウバエS2細胞の利用を検討している。ニホンミツバチにおいて熱殺蜂球形成時に温度モニタリングを可能にする機構が存在すると考え、初期応答遺伝子による活動脳領域マッピングから、神経機構として高次中枢であるキノコ体のクラスIIケニヨン細胞を、また分子機構として高温応答性TRPチャネルをそれぞれ候補として解析を進めている。これまでにキノコ体の高温応答性を詳細に解析し、TRPチャネルについてはニホンミツバチ特異的なアミノ酸挿入が存在することを見出した。当初の計画では、培養細胞を用いた電気生理学的解析から温度閾値の決定まで完了させる予定となっていたが、安定した発現系の確立に時間がかかり、間に合わなかった。一方で、新規な薬理学実験系の確立という成果も得られた。高温応答性TRPチャネルの解析に関しては、安定発現系の確立ができたため、今後電気生理学的解析により様々な性質を明らかにできるものと考える。また、新たに確立した薬理学実験の系を用いて、キノコ体の高温応答性を阻害する薬剤の探索を行い、実際に投与したミツバチでの蜂球形成行動への影響を評価することで、高温情報処理の神経機構に迫れるものと考えている。
イノシトールの環反転を利用したホウ酸捕捉デバイスの開発

ブドウ糖などの単糖類は、屏風様折り畳み六角形構造を持つ。その折り畳み構造をシグナル分子で制御できれば、動的分子デバイスの部品として活用できる。本研究では、この屏風分子に長いメチレン鎖を2本結合させて、亜鉛イオンの有無により、直線型構造から2本鎖平行の折り畳み構造に変化できる分子を合成した。この分子は亜鉛イオン存在下、細胞膜の脂質と同様に2重膜構造を形成し、中に親油性の物質を取り込めることがわかった。さらに、酸性条件では、直線構造に戻るために、このリポソーム構造が分解し、親油性物質を解放できることがわかった。このシグナル応答性リポソームは薬を標的に運ぶ新しいシステムとして期待できる。本研究は、2分子のホウ酸と共有結合を形成しながら環反転するシロイノシトールの性質を利用したホウ酸センサーの開発を当初の目標としていた。しかし、その合成途上、様々な問題が生じ、より合成の簡単な目的化合物の探索を行うこととなった。このような状況下、その目標を、中性子線治療を指向したイノシトールホウ酸複合体の合成研究へとシフトしてきた。ホウ酸は中性子線を吸収して、細胞毒性を持つアルファ線とリチウムに崩壊するが、拡散距離は短いため、癌細胞にホウ酸を封じることがでければ癌細胞選択的な殺傷が可能である。そこで、癌細胞選択的に取り込まれるプローブとして葉酸を結合させたシロイノシトール誘導体を合成し、これにホウ酸を結合させる合成計画をたてた。現在、葉酸を結合させる前段階まで合成が完了している。ミオイノシトールの3つのエカトリアル水酸基をギ酸オルトエステル化した後、選択的モノベンジル化をし、残る2つの水酸基を酸化しケトンとした。ケトンに対し、臭化アリルマグネシウムを用いたGrignard反応により、アルケン側鎖を付加させ、アルケンをオゾン酸化に続く還元でアルコールへと導いた。生じた1級水酸基をトシル化した後、アジド基に置換し、オルトエステルを除去することで、葉酸結合体前駆体を得ることができた。今後、アジドを還元し、葉酸とアミド結合させ、ホウ酸を加えることにより目的とする化合物を合成し、癌細胞への取り込みと中性子線治療効果を検証する。本研究では、標的の化合物と結合すると自らの環構造を反転させ、レポーター分子としてのピレン基がエキシマー蛍光を発する、本研究室独自の蝶番糖のを応用し、ホウ酸を検出する分子センサーの開発を行っている。これまでの蝶番糖は、2、4位にアミノ基を有するキシロース誘導体であり、金属イオンの添加により、2つのアミノ基が金属イオンにキレート配位することで環構造を反転させる。またピレン基をキシロース骨格の1,3位に導入することで、金属イオン結合により環構造が反転した際、ピレン基が励起二量体の特徴的なエキシマー蛍光を発することで、蝶番糖は金属イオンのセンサーとして応用できる。本研究では、シロイノシトールの6つの水酸基がホウ酸2分子と脱水縮合することにより、アダマンタン様構造をイノシトール環の上下に形成し安定化する現象を生かし、シロイノシトール骨格にピレン基を2つ導入し、ホウ酸存在下でエキシマー錯体が解離してエキシマー蛍光からモノマー蛍光にシフトするようなセンサーの開発を目指した。その結果、現在、目的の最終化合物の一工程前まで合成を完了している。合成は、ミオイノシトールのアダマンタン様オルトエステル化、水酸基の選択的保護、残る水酸基2つの同時酸化、臭化アリルマグネシウムによるGrignard反応、オレフィンのオゾン酸化と還元による水酸化エチレンリンカーの導入まで行った。リンカーの末端にある水酸基のピレニルメチル化とオルトエステルの加水分解を行えば目的とするホウ酸センサーの合成が完成する。また、今回、ホウ酸センサーと同様の骨格をもつシロイノシトールとミチリトールにおいて、ホウ酸の添加により環構造が反転することをNMRにより確認しており、本研究の標的化合物においてもホウ酸により環構造が変化することが強く示唆された。今後、あらゆる条件下、ピレン基の導入を検討する。しかし、イノシトール誘導体の合成における様々な問題点が浮かびあがるいっぽう、キシロース誘導体の環反転を利用した、リポソームの開発が好転しだしたため、こちらに研究の中核をシフトすることとなった。当研究室では以前に、糖の環反転を利用したシグナル応答性分子である蝶番糖をキシロースから合成している。これはアミノ基と金属イオンとのキレート形成によりキシロピラノシドのオールエクアトリアル配向の置換基がオールアキシアル配向へと変化する性質を利用したものである。

本研究では、前述の蝶番糖のシステムを利用した刺激応答性リポソームの開発を目指し、1,3位に長鎖メチレン基(C8またはC16)をもつ2,4-ジアミノキシロピラノシド(蝶番糖)を合成し、その機能評価を行った。1H NMR測定によって、Zn2+を添加することで立体配座が4C1型から1C4型に変化し、そこにH+を添加することで4C1型に戻ることを確認した(Fig. 1)。浸透圧応答測定および電子顕微鏡観察によって、C8蝶番糖は水中でZn2+を添加することでリポソームを形成することを確認した。C16蝶番糖はZn2+の有無にかかわらずリポソームを形成した。蛍光顕微鏡によって、C8蝶番糖はZn2+の有無にかかわらず蛍光分子を封入でき、Zn2+存在下ではHCl添加によって封入物を放出することが観察された。生物有機化学当初目的では平成25年度において、シロイノシトールにピレン基が結合した化合物が合成される予定であり、さらにこれをホウ酸捕捉樹脂の開発にまで展開する予定であった。しかしながら、予想に反しピレニル基は1つだけしか導入できず2つ目の導入が今のところ達成できていない。このような状況下、中性子線治療にホウ酸化合物を応用するという新しいアイディアが生まれ、合成目標もこちらをメインに展開するようになった。当初目標を鑑みると、やや遅れていると判断せざるを得ない。当初懸念されていたのは、本研究における合成中間体である、イノシトールの1,3ジケトン体の安定性であった。通常のジケトンはカルボニル炭素のアルファ位にあたる炭素に水素が結合している場合、共鳴安定化によりアニオンの安定化により水素が抜けやすく、したがって、水酸基の脱離が起きやすくなり、すぐに分解してしまう。しかし、今回、オルトエステル結合による立体規制によりこの共鳴安定化をあらかじめ防止し、脱離反応等による化合物の分解阻止を図った。この計画が功を奏し、ジケトン体は安定化され、次のGrignard反応とそれに続くオゾン酸化と還元までは順調に進んだ。Grignard反応で導入されたエチレンリンカーの末端にある2つの水酸基のピレニルメチル化は予想に反してうまくいかず、ピレニルメチル基が1個だけ入る段階で反応が止まってしまった。現在、この反応に対する方策を検討中であり、なんらかの方法でピレン基を導入することは原理的に容易であると考えられ、もう少しの検討で目的化合物の合成が完成するものと予想される。また、ホウ酸センサーと同様の骨格をもつシロイノシトールとミチリトールにおいて、ホウ酸の添加により環構造が反転することをNMRにより確認しており、本研究の目標化合物も同様の環反転を起こすことが期待される。したがって、全て計画通りに進んだわけではないが、目標を達成する手ごたえは十分得ている状況である。上記のように、当初計画のホウ酸センサーの開発から、中性子線治療を指向したイノシトールホウ酸複合体の合成研究へと研究計画を変更した。この合成計画の母体となる骨格合成には成功しており、後は、癌選択的プローブを結合させるだけの段階まで進んでいる。今後は、癌選択的プローブの最初の試みとして葉酸を結合させ、ホウ酸化した後、癌細胞への取り込み実験、中性子線放射の影響について検証する。また、種々の癌選択的プローブを探索し、中性子線治療効果を細胞レベルで検証する。