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マイクロマシン面発光レーザ構造を用いた高出力・広帯域波長可変光源の開拓

平成27年度は,面発光レーザの新機能創出のための精密波長制御,横モード制御,およびビーム制御に取り組んだ.高精度な波長可変動作により,850nm帯波長可変面発光レーザ構造で100GHz間隔で110チャネル動作を達成した.また,面発光レーザのセンシング・イメージング応用に向けて,ビームの方向を電気的に制御するビーム掃引機能の実証を行った.ビーム偏向機能を持つ半導体レーザとしては極めて大きなビーム偏向角(30°)とともに,4°以下の鋭いビーム形状,そして1.3×10^11 °/sの高速なビーム偏向動作を確認した.この速度はこれまでに報告されているものよりも1,000倍高速であり,半導体レーザのビームエンジニアリングの新規技術として発展が期待できる.これらの成果を学術論文3報,国内会議5報(招待講演1報)および査読付き国際会議3報で報じた.以上の結果から,平成27年度は期待通りの進展が見られた.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,将来の超高速短距離光通信システム用光源モジュールの実現を目的として,マイクロマシン構造の反射鏡を面発光レーザに集積したMEMS VCSELの研究に取り組んでいる.本年度はその応用例の一つとして,半導体レーザの波長温度無依存化を実現する「アサーマル面発光レーザ」の研究に取り組んだ.従来から用いられているDFBレーザなどの半導体レーザは,半導体材料の屈折率の温度依存性が原因で, 0.1nm/K程度の温度依存性を有する.その温度無依存化は非常に困難であり,通常は温度の精密制御により波長を安定化させる必要があった.これを解決するため我々は,熱駆動のマイクロマシン反射鏡を面発光レーザに集積することで,波長温度無依存化を実現する構造を提案している.反射鏡の熱駆動により温度上昇に応じて共振器を短尺化させ,屈折率変化による共振器の変化を自動補償することで,波長の温度無依存化が可能になる.この取り組みにおいて,本年度は以下の研究成果を得た.面発光レーザに熱駆動マイクロマシン反射鏡を集積することで,波長温度係数を通常の面発光レーザの1/40以下(-0.0016nm/K)に抑制することに成功した.さらに,波長温度無依存化と波長掃引の両立の検討を行った.これまではマイクロマシンを電気的に加熱することで駆動し波長掃引を行っていたが,消費電力の削減が必要であるため,静電力による駆動を検討した.その結果, 850nm帯において32nmの連続波長掃引に成功すると同時に,約10mmの広範囲に渡って温度係数を通常の面発光レーザの1/10以下に抑制することに成功した.本年度成功した波長温度無依存化と波長掃引の両立によって,半導体レーザの温調を不要にできる可能性があり,将来の短距離WDM通信用光源モジュールを実現するための有力な候補であると考えている.2014年度は,従来困難であった波長の温度無依存化と波長可変動作の両立の実証実験に成功した.その応用として,多波長アレイの原理実証に成功した.面発光レーザに集積する熱駆動マイクロマシンの寸法制御により,各々の素子の発光波長を所望の値に割り当て(多波長化),かつ熱駆動によって波長の熱ドリフトを打ち消す(アサーマル化)ことで,温度無依存の多波長面発光レーザアレイを実現している.また,MEMS VCSELの光出力は1 mW程度しかなく,4 dBm程度必要とされるアクセス系ネットワークの要求仕様には達していない.WDM通信の光源は,一つの周波数で発振する必要があるが,光出力を増大させるために活性領域を拡大すると,複数の周波数で発振してしまうという課題があった.そこで,複数の共振器を光学的に結合させた複合共振器におけるバーニア効果を利用して,通常の単一周波数VCSELの数十倍の活性層体積でも十分なモード制御を行う構造を提案した.原理実証のためにマイクロマシンを用いない従来のVCSEL構造を試作した.その素子は3×60um2の酸化開口(通常の約20倍)を持つが, 7 mWの光出力でありながら10 dB以上のサイドモード抑圧比(SMSR)を示した.バーニア効果によるモード制御が行われていることを明確に示す発光スペクトルが得られ,理論値との良い一致を確認した.現時点では通信応用にはSMSRが不十分であるものの,共振器構造の最適化により改善できる.今後はこの構造をアサーマルMEMS VCSELに適用する予定である.これらの成果を学術論文2報(主著),国内会議2報および国際会議2報で報じ,関連学会より3件受賞した.また,フジサンケイビジネスアイ主催の「先端技術大賞」にて文部科学大臣賞(学生部門最優秀賞)を受賞し,新聞・雑誌にて一般に報じられた.平成27年度は,面発光レーザの新機能創出のための精密波長制御,横モード制御,およびビーム制御に取り組んだ.高精度な波長可変動作により,850nm帯波長可変面発光レーザ構造で100GHz間隔で110チャネル動作を達成した.また,面発光レーザのセンシング・イメージング応用に向けて,ビームの方向を電気的に制御するビーム掃引機能の実証を行った.ビーム偏向機能を持つ半導体レーザとしては極めて大きなビーム偏向角(30°)とともに,4°以下の鋭いビーム形状,そして1.3×10^11 °/sの高速なビーム偏向動作を確認した.

この速度はこれまでに報告されているものよりも1,000倍高速であり,半導体レーザのビームエンジニアリングの新規技術として発展が期待できる.これらの成果を学術論文3報,国内会議5報(招待講演1報)および査読付き国際会議3報で報じた.以上の結果から,平成27年度は期待通りの進展が見られた.面発光レーザに集積する熱駆動マイクロマシンの寸法制御により,各々の素子の発光波長を所望の値に割り当て(多波長化),かつ熱駆動によって波長の熱ドリフトを打ち消す(アサーマル化)ことで,温度無依存の多波長面発光レーザアレイを実現した.多波長の面発光レーザアレイは波長分割多重(WDM)通信に適しており,実現が強く望まれているが,これまでの報告例は少ない.更に多波長集積と温度無依存化と両立するという試みは,本研究が世界初である.また,面発光レーザの弱い単一モード出力を改善するための新規な手法を提案し,素子の試作によりその有効性を実証した.以上の成果から,2014年度は期待通りの研究が進展した.27年度が最終年度であるため、記入しない。今後は2014年度の研究成果に基づいて,以下の項目の検討を進める.(1)アサーマルMEMS VCSELの波長安定化手法の開発アクセス系ネットワークの次世代規格(NG-PON2)では,加入者側の終端装置に安価な波長可変光源が必要になる.温調を用いない波長制御手法としてこれまでに得られた成果であるアサーマル化が有効である.さらに,規格で定められた波長グリッドに収まるように発振波長を制御するために,波長のフィードバック制御を従来よりも安価な方法で行う必要がある.静電力アクチュエータのキャパシタンスの変化量を測定することで,エアギャップ厚さを随時監視し,波長変動のフィードバック制御に利用できないか検討する予定である.(2)光出力の増大のための構造探索前述の複合共振器構造の最適化により,光出力増大とモード制御の両立を行う.面発光レーザに熱駆動マイクロマシン反射鏡を集積することで,波長温度係数を通常の面発光レーザの1/40以下に抑制するとともに,通常の1/10の温度係数を保ったまま,約10nmの連続波長掃引に成功するなど,本年度の研究目標をおおむね達成した.半導体レーザの温度無依存化と広帯域波長掃引の報告は我々のグループ以外には無く,満足できる進捗であると考えている.27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究成果に基づいて,以下の項目の検討を進める.(1)面発光レーザの絶対波長制御技術の確立マイクロマシン面発光レーザ構造を用い,より高精度の波長制御技術を確立し多波長アレイの実現を検討する.(2)低温度係数を抑制した状態での波長掃引幅の拡大本年度検討したアサーマル面発光レーザにおいて,より広い波長範囲での温度無依存化のための最適化を行う.(3)面発光レーザとスローライト光デバイスの集積構造の初期的検討MEMSVCSELの新機能創出のため, Bragg反射鏡導波路に基づくスローライトデバイスとの光結合を実証する.
膵移植ドナ不足に対応する二分割膵移植

1)本研究の目的は、膵ドナー不足に対応するため,ひとつの膵臓を膵頭部と膵体尾部に分離して、それぞれを別個のrecipientに移植するという二分割膵移植の術式を考案すること、急性拒絶の非侵襲的なマーカーの感受性、特異性を調べること、細胞診の有用性を確立すること、膵臓の虚血・再灌流障害を軽減する工夫を見つけることが目的である。2)犬を用いて、膵体尾部を遊離し、膵頭部は摘出する。膵体尾部の動静脈をクランプし、90分の虚血を行う。炎症性サイトカイン(IL-1β,TNFα)の産生を抑制することが示されているFR167653という薬剤を虚血前後で投与し、膵体尾部の虚血・再灌流障害を軽減しうるか否かを生理学的(組織血流)、血液生化学的(膵外分泌、内分泌機能)、病理組織学的(H&E染色、免疫染色)に検討した。また、膵虚血・再灌流時の遠隔臓器に対する影響についても検討した。FR167653を投与すると、RT-PCR法にてIL-1βの産生抑制が示され、膵外分泌障害の軽減、内分泌機能の維持が観察された。同時に肺、肝臓等遠隔臓器障害の軽減が観察された。この成果は英文論文として現在投稿中である。3)同様に犬を用いて、膵体尾部と左腎に同様な虚血・再灌流障害を加え、FR167653の効果を検討した。FR167653を投与すると、膵単独時と同様に膵虚血・再灌流障害の軽減と腎虚血・再灌流障害の軽減(血清クレアチニン、H&E染色)が観察された。4)今後の研究の展開として、自己移植部分膵が灌流、保存、移植の過程で長期にわたり機能を保ちうることを証明し、さらに1頭のdonorから2頭のrecipientに膵頭部と膵尾部を分割して移植する二分割膵移植の術式を確立させる。本研究の目的は、膵ドナー不足に対応するため,ひとつの膵臓を膵頭部と膵体尾部に分離して、それぞれを別個のrecipientに移植するという二分割膵移植の術式を考案すること、急性拒絶の非侵襲的なマーカーの感受性、特異性を調べること、細胞診の有用性を確立すること、膵臓の虚血・再灌流障害を軽減する工夫を見つけることが目的である。犬を用いて、膵体尾部を遊離し、膵頭部は摘出する。前後でFR167653という薬剤を投与し、IL-1βを測定すると、cytokineの産生、再灌流障害の緩和が観察されている。今後は、膵体尾部と左腎に同様な虚血・再三灌流障害を加え、効果を検討する。つづいて、膵体尾部を切離し,腸骨動静脈へ自己移植を行う。腸管吻合と膀胱吻合の2群を作成し、血清リパーゼ、アミラーゼ、を術後2週間から4週間まで毎日測定し、細針細胞診を隔日に行う。1,3,6,12か月後にrecipientを再開腹し、sacrifice実験を行う。その際、移植膵の血流測定、グルコース負荷に対するインスリン反応、組織学的検索を行う。膵体尾部移植の安全な術式を確立し、自己移植部分膵が潅流、保存、移植の過程で長期にわたり機能を保ちうることを証明できる。さらに、1頭のdonorから、2頭のrecipientに膵頭部と膵尾部を分割して移植する。

臨床膵移植と同様にFK506 0.05mg/kgを術後2週間投与し、減量する。急性拒絶が起こってくるので、血清リパーゼ、アミラーゼ、を術後2週間から4週間まで毎日測定する。4週間後にrecipientを再開腹し、sacrifice実験を行う。その際、移植膵の血流測定、グルコース負荷に対するインスリン反応、組織学的検索を行う。1)本研究の目的は、膵ドナー不足に対応するため,ひとつの膵臓を膵頭部と膵体尾部に分離して、それぞれを別個のrecipientに移植するという二分割膵移植の術式を考案すること、急性拒絶の非侵襲的なマーカーの感受性、特異性を調べること、細胞診の有用性を確立すること、膵臓の虚血・再灌流障害を軽減する工夫を見つけることが目的である。2)犬を用いて、膵体尾部を遊離し、膵頭部は摘出する。膵体尾部の動静脈をクランプし、90分の虚血を行う。炎症性サイトカイン(IL-1β,TNFα)の産生を抑制することが示されているFR167653という薬剤を虚血前後で投与し、膵体尾部の虚血・再灌流障害を軽減しうるか否かを生理学的(組織血流)、血液生化学的(膵外分泌、内分泌機能)、病理組織学的(H&E染色、免疫染色)に検討した。また、膵虚血・再灌流時の遠隔臓器に対する影響についても検討した。FR167653を投与すると、RT-PCR法にてIL-1βの産生抑制が示され、膵外分泌障害の軽減、内分泌機能の維持が観察された。同時に肺、肝臓等遠隔臓器障害の軽減が観察された。この成果は英文論文として現在投稿中である。3)同様に犬を用いて、膵体尾部と左腎に同様な虚血・再灌流障害を加え、FR167653の効果を検討した。FR167653を投与すると、膵単独時と同様に膵虚血・再灌流障害の軽減と腎虚血・再灌流障害の軽減(血清クレアチニン、H&E染色)が観察された。4)今後の研究の展開として、自己移植部分膵が灌流、保存、移植の過程で長期にわたり機能を保ちうることを証明し、さらに1頭のdonorから2頭のrecipientに膵頭部と膵尾部を分割して移植する二分割膵移植の術式を確立させる。
超高温高圧キャビテ－ションの温度圧力制御によるピーニング時効処理技術の開発

我々が開発した超高温高圧気泡の温度、圧力を制御し、従来にないアルミニウム合金のピーニング時効処理技術を開発する。ピーニングとは、表面に圧縮の残留応力を与える技術の総称である。時効処理とは、Al合金に余分に含まれるマグネシウムやシリコンという原子が移動して原子層サイズの析出物を形成し、合金が変形するときの障害となって硬く強くする熱処理である。本技術では、気泡が破裂する際の圧力で表面を叩き圧縮の残留応力を与えるとともに、気泡内のガスの熱が表面を加熱する処理を同時に行うことができる。本技術をAl合金からなる自動車部品や航空機部品の製造過程に組み込み、構造強度を飛躍的向上させることを目的とする。
細管内の高熱流束条件下での相変化および相分布を伴う液体酸素流の熱伝達特性の評価

固体の燃料と液体の酸化剤を用いたハイブリッドロケットエンジンにおいて酸化剤である液体酸素を気化した上で、旋回流として燃焼室に噴射することで、高効率な推進力が得られる。気化方法として、液体酸素気化再生冷却ノズルを提案しており、そのノズルの詳細設計および実用化のために必要な精度の高い液体酸素気化再生冷却ノズルの設計に使用できる実用的な熱伝達評価式を構築することが目的である。管の両端に電圧を印加し、ジュール加熱によって管内を流れる液体酸素を加熱できる熱伝達特性計測実験システムを構築し、細管内の亜臨界圧力領域・高熱流束条件下での相変化を伴う沸騰状態での液体酸素流の熱伝達特性を明らかにする。
膵癌予後に関与するストレス応答分子CRHの腫瘍組織における発現意義の解明

わが国における膵癌の5年相対生存率は悪性新生物の中で最下位の約7.7%であり、膵癌は21世紀に残された消化器癌と言われている。膵癌患者数は増加傾向にあり、診断・治療の成績向上は急務である。近年、術前化学療法の併用による外科的切除など新たな治療の確立が進んでいるが、唯一根治が見込めるとされる外科的切除は膵癌患者にとって侵襲が大きくなりがちであり、Quality of life (QOL)低下が懸念される。先行研究において、患者のQOLは術後生存の予後因子である可能性との報告もある。膵癌患者は健常者と比較し抑うつが高いことも踏まえ、膵癌患者のQOLの向上は課題である。一方corticotoropin-releasing Hormone (CRH)は脳の室房核から分泌されHypothalamic-Pituitary-Adrenal axisを介しストレス防御に必要な糖質コルチコイドを合成・分泌制御し、ストレス応答の中枢を担う。CRH系分子は中枢神経系以外、主要臓器組織にも存在が確認されているが、ストレス応答以外の作用についてはまだ解明されていない。CRHのreseptor 1の刺激が不安を惹起するため、癌患者の抑うつは心理要因だけでなく身体面からのシグナル伝達が脳に作用し情動に影響する可能性も示唆される。よって癌の進行と神経内分泌作用影響による心身相関を念頭とした病態生理学的な解明が必要である。平成30年度、本研究では、手術を企図した膵癌患者に対する前向き調査の登録および追跡調査を完了した。腫瘍組織におけるCRH関連分子の発現を免疫染色による評価を行った。また、調査内容もとにストレスや情動との関連等の検証を行うためのデータ精製を行った。プライマリエンドポイントに関する解析を開始し、そのなかで得られたいくつかの重要所見を学会発表や論文で報告した。本研究は予定していた数の患者登録、観察期間とも終了、診療データとのマッチングおよびデータ精製を行い、解析段階に入っている。得られた重要所見の一部は学会や論文で報告を行った。平成31年度は各種解析を終了させ、得られた結果を速やかに国内外の学会および論文で報告する。膵癌は診断が困難であるとともに悪性度が高く、唯一の根治方法である手術も侵襲性が高い。手術で癌が取りきれた症例でも極めて予後不良な疾患である。近年化学療法の併用による新たな治療の確立が進んでいるが、我が国における膵癌の5年生存率は悪性新生物の中で最下位の約10%であり21世紀に残された消化器癌とも呼ばれる。患者数は増加傾向にあり、診断・治療の成績向上は急務である。膵癌患者のQuality of life (QOL)に関する先行研究では、QOLは術後生存の予測因子といえる可能性も報告されている。また、健常者と比較し癌患者の抑うつは高いことがわかっており、対策につながる要因・原因の究明は課題である。一方、Corticotropin-Releasing Hormone (CRH)は脳の室房核から分泌されHypothalamic-Pituitary -Adrenal axis (HPA軸)機能を介しストレス防御に必要な糖質コルチコイドを合成・分泌制御し、ストレス応答の中枢を担っている。CRH系分子は中枢神経系以外にも主要臓器組織における存在が確認されているが、ストレス応答以外の作用についてはまだ解明されていない。CRHのreceptor 1の刺激が不安を惹起することがわかっており、癌患者の抑うつを解明する際には心理的側面だけでなく、身体的側面から生じる脳へのシグナル伝達が情動に影響する可能性も示唆されることから、癌の進行と神経内分泌作用影響による心身相関を念頭とした病態生理学的な解明が必要である。我々はこれまで、子宮内膜癌患者を対象とした研究によって、CRHR1を介したCRHの作用が癌の悪化に作用している可能性を明らかにした。本研究では、膵癌患者に対する前向き調査(患者QOL、病理組織診断、臨床病理学的情報等)を行い、これをもとにCRHと癌とストレスや情動の関連について検証を行う。本研究は東北大学大学院医学系研究科の倫理審査会での承認を得て、患者登録および調査を開始している。また、本研究の基礎資料として過去10年間の96症例患者をもとにした予備的調査を済ませている。膵癌は診断が困難かつ悪性度が高く、外科的切除がなされた症例でも生存予後は良好とは言い難い。わが国における膵癌の5年生存率は悪性新生物の中で最下位の約10%であり、膵癌は21世紀に残された消化器癌と言われている。近年、化学療法の併用による外科的切除など新たな治療の確立が進んでいるが、唯一根治が見込める外科的切除は膵癌患者にとって侵襲が大きく、そのQuality of life (QOL)低下が懸念されている。患者のQOLは術後生存の予後因子である可能性が先行研究の報告にある。健常者と比較し高い膵癌患者の抑うつも踏まえ、膵癌患者のQOLの向上は課題である。

CRHのreseptor 1の刺激が不安を惹起するため、癌患者の抑うつは心理要因だけでなく身体面からのシグナル伝達が脳に作用し情動に影響する可能性も示唆される。よって癌の進行と神経内分泌作用影響による心身相関を念頭とした病態生理学的な解明が必要である。平成29年度、本研究では、前年度に引き続き手術を企図した膵癌患者に対する前向き調査の登録および追跡調査の継続を実施した。今後は調査内容もとに腫瘍組織におけるCRH関連分子の発現とストレスや情動の関連等について検証を行うが、本年度はこれに先立ち患者のQOLに関する予備的検討を行い、その結果を国内外の学会や論文で報告した。(理由)本研究は予定していた数の患者登録を完了した。現在は観察期間に入り、予定していた調査を継続中である。わが国における膵癌の5年相対生存率は悪性新生物の中で最下位の約7.7%であり、膵癌は21世紀に残された消化器癌と言われている。膵癌患者数は増加傾向にあり、診断・治療の成績向上は急務である。近年、術前化学療法の併用による外科的切除など新たな治療の確立が進んでいるが、唯一根治が見込めるとされる外科的切除は膵癌患者にとって侵襲が大きくなりがちであり、Quality of life (QOL)低下が懸念される。先行研究において、患者のQOLは術後生存の予後因子である可能性との報告もある。膵癌患者は健常者と比較し抑うつが高いことも踏まえ、膵癌患者のQOLの向上は課題である。一方corticotoropin-releasing Hormone (CRH)は脳の室房核から分泌されHypothalamic-Pituitary-Adrenal axisを介しストレス防御に必要な糖質コルチコイドを合成・分泌制御し、ストレス応答の中枢を担う。CRH系分子は中枢神経系以外、主要臓器組織にも存在が確認されているが、ストレス応答以外の作用についてはまだ解明されていない。平成30年度、本研究では、手術を企図した膵癌患者に対する前向き調査の登録および追跡調査を完了した。腫瘍組織におけるCRH関連分子の発現を免疫染色による評価を行った。また、調査内容もとにストレスや情動との関連等の検証を行うためのデータ精製を行った。プライマリエンドポイントに関する解析を開始し、そのなかで得られたいくつかの重要所見を学会発表や論文で報告した。本研究は予定していた数の患者登録、観察期間とも終了、診療データとのマッチングおよびデータ精製を行い、解析段階に入っている。得られた重要所見の一部は学会や論文で報告を行った。平成29年度は、28年度に引き続き対象者の登録と調査の実施を継続する。被験者数が集まれば登録終了とする。最終症例登録から12ヶ月後に予後を評価するが、平行して過去症例の予備調査の詳細な検討を行う予定である。(今後の推進方策)平成30年度は29年度に引き続き対象者の観察期間として調査の実施を行う。
過酸化水素による内因性ペルオキシダーゼ分解を介する放射線効果増強の組織学的検討

放射線治療に過酸化水素を併用することによる抗腫瘍効果を明らかにした。進行・再発乳がんや再発・転移腫瘍に対して放射線治療の直前に、表在性がんでは過酸化水素水ガーゼを腫瘍部に塗布、深部腫瘍に対しては腫瘍局所に週2回の割合で腫瘍内に均一に過酸化水素水を含有するヒアルロン酸ナトリウムを20Gy照射後より注入し1回2Gy、週5回照射法にて総計18Gy-66Gy行った。治療患者の治療効果は極めて良好で奏効率は90%で、通常の放射線治療では制御が極めて困難である症例に対してすぐれた放射線増感効果を得た。組織学的には腫瘍部に高度な壊死が生じた。本研究は過酸化水素がペルオキシダーゼ/カタラーゼを分解して無害な水と酸素を生ずることを利用して、放射線治療に過酸化水素を併用することによる抗腫瘍効果を明らかにすることで放射線治療の向上に資することを目的としている。過酸化水素が放射線の効果を高める可能性についてこれまでに乳がん患者等の進行・再発がんに対して放射線照射腫瘍組織に直接過酸化水素を投与することにより著明な抗腫瘍効果が得られることを小川らは見いだしており、優れた放射線増感効果のメカニズムとして、放射線の照射により生じたハイドロキシラジカルを主体とするフリーラジカルによる間接作用がDNA障害のみならずリソソーム/ミトコンドリアの断片化をもたらしてアポトーシスが大きく関与していることを臨床的および実験的に明らかにする本研究の趣旨に沿って以下の検討を進めている。進行・再発乳がんを中心とする患者に対して放射線治療の直前に、表在性がんでは0.5%過酸化水素水ガーゼを患部に塗布、腫瘍局所に超音波やCT等の画像ガイド下に、週に2回の割合で腫瘍内に均一に0.5%過酸化水素水を含有する0.83%ヒアルロン酸ナトリウムを20Gy照射後より注入し通常の放射線治療を1回2Gy照射して週5回照射法にて総計50Gy-66Gy行った。治療効果は極めて良好で腫瘍局所はほぼ消失し、通常の放射線治療では制御が極めて困難である症例に対してすぐれた放射線増感効果を得ており、次年度以降に実験的検討を行い放射線増感効果のメカニズムを明らかにする。過酸化水素が放射線の効果を高める可能性についてこれまでに乳がん患者等の進行・再発がんに対して放射線照射腫瘍組織に直接過酸化水素を投与することにより著明な抗腫瘍効果が得られることを小川らは見いだしており、優れた放射線増感効果のメカニズムとして、放射線の照射により生じたハイドロキシラジカルを主体とするフリーラジカルによる間接作用がDNA障害のみならずリソソーム/ミトコンドリアの断片化をもたらしてアポトーシスが大きく関与していることを臨床的および実験的に明らかにする本研究の趣旨に沿って以下の検討を引き続いて進めている。治療効果は極めて良好で腫瘍局所はほぼ消失し、通常の放射線治療では制御が極めて困難である症例に対してすぐれた放射線増感効果を得ており、引き続いて組織学的検討および実験的検討を行う。臨床上みられるアポトーシスは悪性リンパ腫等の例外を除いて通常はきわめて限定的に起こると考えられているが、過酸化水素がアポトーシスを阻害しているペルオキシダーゼ/カタラーゼを分解することに着目して、過酸化水素を放射線治療と併用することにより放射線で本来起こるアポトーシスを発揮させることで難治性の腫瘍や進行癌に対する治療成績の大幅な向上に資することが本研究の主目的である。本研究では進行がんに対してすでに十分な抗腫瘍効果を生ずること明らかにしておりこの点に関してはほぼ順調に進展している。しかし、放射線の照射により生じたハイドロキシラジカルを主体とするフリーラジカルによる間接作用がDNA障害のみならずリソソーム/ミトコンドリアの断片化をもたらしてアポトーシスが大きく関与していることの実験的検討については前年度に開始する予定であったが現在検討中であり、今年度に引き続いて行う。

われわれは進行・再発乳がんや再発・転移腫瘍を中心とする患者に対して放射線治療の直前に、表在性がんでは0.5%過酸化水素水ガーゼを患部に塗布、深部腫瘍に対しては腫瘍局所に超音波やCT等の画像ガイド下にて、週に2回の割合で腫瘍内に均一に0.5%過酸化水素水を含有する0.83%ヒアルロン酸ナトリウムを20Gy照射後より注入し通常の放射線治療を1回2Gy照射して週5回照射法にて総計18Gy-66Gy行った。治療患者の治療効果は極めて良好でCR 60%, PR 32%で奏効率は92%に及んでおり、通常の放射線治療では制御が極めて困難である症例に対してすぐれた放射線増感効果を得ており、次年度以降に引き続いて検討を行う。臨床上みられるアポトーシスは悪性リンパ腫等の例外を除いて通常はきわめて限定的に起こると考えられているが、過酸化水素がアポトーシスを阻害しているペルオキシダーゼ/カタラーゼを分解することに着目して、過酸化水素を放射線治療と併用することにより放射線で本来起こるアポトーシスを発揮させることで難治性の腫瘍や進行癌に対する治療成績の大幅な向上に資することが本研究の主目的である。本研究では進行がんに対してすでに十分な抗腫瘍効果を生ずること明らかにしておりこの点に関してはほぼ順調に進展していると考える。通常の放射線治療では制御が極めて困難である症例に対してすぐれた放射線増感効果を得ており、昨年度に実験的検討による基礎的な裏付けを明らかにする予定であったが、人的要因により予定が大幅に遅れたことにより1年間の猶予を申請した。本研究は腫瘍細胞内に豊富に存在する、本来起こるはずのフリーラジカルを介したアポトーシスを阻害すると考えられるペルオキシダーゼ/カタラーゼを、過酸化水素が分解して無害な水と酸素を生ずることを利用して、放射線治療に過酸化水素を併用することによる抗腫瘍効果を明らかにすることで放射線治療の向上に資することを目的としている。過酸化水素が放射線の効果を高める可能性についてこれまでに乳がん患者等の進行・再発がんに対して放射線照射腫瘍組織に直接過酸化水素を投与することにより著明な抗腫瘍効果が得られることを小川らは見いだしており、優れた放射線増感効果のメカニズムとして、放射線の照射により生じたハイドロキシラジカルを主体とするフリーラジカルによる間接作用がDNA障害のみならずリソソーム/ミトコンドリアの断片化をもたらしてアポトーシスが大きく関与していることを臨床的に明らかにする本研究の趣旨に沿って以下の検討を進めている。われわれは進行・再発乳がんや再発・転移腫瘍を中心とする患者に対して放射線治療の直前に、表在性がんでは0.5%過酸化水素水ガーゼを患部に塗布あるいは散布し、深部腫瘍に対しては腫瘍局所に超音波やCT等の画像ガイド下にて、週に2回の割合で腫瘍内に均一に0.5%過酸化水素水0.5ml+0.83%ヒアルロン酸ナトリウム2.5ml+1%リドカイン1mlの混合液を20Gy照射後より注入し通常の放射線治療を1回2Gy照射して週5回照射法にて総計18Gy-66Gy行った。治療患者の治療効果は極めて良好で奏効率は90%に及んでおり、通常の放射線治療では制御が極めて困難である症例に対してすぐれた放射線増感効果を得た。組織学的検討の詳細な検討は困難であったが、多くの症例において腫瘍は消失あるいは著しく縮小していた。放射線治療に過酸化水素を併用することによる抗腫瘍効果を明らかにした。
ドライMR流体の創製とその動力伝達・制動系への革新的応用展開

昨年度に得られた単一円盤型ドライMR流体ブレーキ試験装置を用いた基本的なブレーキ性能の測定結果に基づいて、磁場解析を援用したドライMR流体ブレーキの発生トルクの予測法に関して、磁場印加型レオメータで得られたドライMR流体の印加磁場に対する誘起降伏せん断応力の変化特性及びドライMR流体のB-H曲線を考慮した磁場解析を援用することにより、発生トルクをかなりの精度で予測できる解析・設計法を確立している。ドライMR流体を活用した動力伝達・制動機構は、電気的に高い制御性を有していることから、全電動化等の将来を見据えて電気自動車への適用が最適である。本研究では、ドライMR流体の動力伝達・制動装置への実際的な応用として、超小型電気自動車(コムス)の四輪のホイール内に搭載することを前提に、確立した解析・設計法に基づいてドライMR流体を活用した多層円盤型の車両用ブレーキ(外径:φ244 mm、幅:51 mm、回転ディスク外径及び内経:φ198mm,φ170mm、回転ディスク枚数:3枚)を設計・製作し、制動トルクの定常及び過渡応答特性及び発熱特性などを測定・評価している。その結果、無磁場時の引摺りトルクが約2 Nm程度で、コイル印加電流I=2.2 A(消費電力30 W)時に目標制動トルク160 Nmを達成でき、印加磁場に対するトルクの過渡応答が時定数22 ms程度のかなり高い応答性を有する車両用ドライMR流体ブレーキを開発できた。超小型電気自動車(コムス)の四輪用に開発したドライMR流体ブレーキを4台製作し、実装している。ブレーキペダルからの電気信号で直接ブレーキ力を制御できるブレーキバイワイヤ方式を採用したブレーキシステムを構築している。走行試験を実施して、十分なブレーキ性能と高速応答性及び高い制御性があることを実証している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高い流動性を有し強い磁気レオロジー効果(MR効果)を発揮するドライMR流体の創製とその機能性の評価を行なうとともに、単一円盤型ロータを有するモデルMRブレーキ試験装置を製作し、創製したドライMR流体の基本的なブレーキ特性を把握するために、下記の研究を実施した。ミクロンサイズのカルボニル鉄粒子(CI粒子)の表面に摩擦式粉砕機でナノシリカ粒子や耐吸湿性の高いカーボンブラック粒子をコーティングしたCore-Shell構造をもつ磁性粒子パウダーからなる2種のCore-Shell系ドライMR流体、さらに、CI粒子粉体に非磁性ナノシリカ粒子やアークプラズマ法によって創製した磁性ナノ鉄粒子を混合した2種の混合系ドライMR流体を創製し、それぞれのドライMR流体の粉体としての流動特性や定常的及び動的なMR効果について詳細な計測評価を行ない、それぞれのドライMR流体の特徴を明らかにすることができた。流動性及びMR効果の両立する最適なナノ粒子添加量のドライMR流体に関してブレーキ用途としての基本的な性能評価を行うために、円盤直径φ70mmでブレーキ全体外径φ120 mmのドライMR流体ブレーキ試験装置を設計・製作した。今後、本装置を用いてブレーキとしての性能評価を実施する。また、ドライMR流体のブレーキ装置への充填方法を検討するために、ブレーキ内部が可視化できるモデルブレーキ装置を製作して検討し、吸引法によって適切なかさ密度でドライMR流体を充填する方法を確立した。さらに、従来の油ベースMR流体をブレーキに使用する際の問題提起とドライMR流体の優位性等の開発指針を見出すために、油ベースMR流体を用いた車両用MRブレーキを開発し、超小型EVの四輪に搭載して実車走行試験を行なった。十分なブレーキ性能と高い制御性を実証できたが、作動していない時の摺りトルクが比較的大きいことが明らかとなった。当初の平成28年度の研究計画のとおり、ミクロンサイズのカルボニル鉄粒子(CI粒子)の表面に摩擦式粉砕機でナノシリカ粒子やカーボンブラック粒子をコーティングしたCore-Shell構造をもつ磁性粒子パウダーからなる2種のCore-Shell系ドライMR流体、さらに、CI粒子粉体に非磁性ナノシリカ粒子や磁性ナノ鉄粒子を混合した2種の混合系ドライMR流体を創製し、それぞれのドライMR流体の粉体としての流動特性や定常的及び動的なMR効果について詳細な計測評価を行ない、それぞれのドライMR流体の特徴を明らかにすることができた。また、これらの創製したドライMR流体を作動媒体としたMRブレーキとしての基本性能について検討するために、ドライMR流体のブレーキ装置への充填法を確立し、基本的なドライMR流体ブレーキ装置を設計・製作している。さらに、従来の油ベースMR流体を作動媒体とする車両用MR流体ブレーキを開発し、超小型EVの四輪に搭載して試験走行を実現するなど、従来の油ベースMR流体ブレーキの問題提起とドライMR流体の優位性等の開発指針を提示することができた。

本研究では、ドライMR流体の動力伝達・制動装置への実際的な応用として、超小型電気自動車(コムス)の四輪のホイール内に搭載することを前提に、確立した解析・設計法に基づいてドライMR流体を活用した多層円盤型の車両用ブレーキ(外径:φ244 mm、幅:51 mm、回転ディスク外径及び内経:φ198mm,φ170mm、回転ディスク枚数:3枚)を設計・製作し、制動トルクの定常及び過渡応答特性及び発熱特性などを測定・評価している。その結果、無磁場時の引摺りトルクが約2 Nm程度で、コイル印加電流I=2.2 A(消費電力30 W)時に目標制動トルク160 Nmを達成でき、印加磁場に対するトルクの過渡応答が時定数22 ms程度のかなり高い応答性を有する車両用ドライMR流体ブレーキを開発できた。超小型電気自動車(コムス)の四輪用に開発したドライMR流体ブレーキを4台製作し、実装している。ブレーキペダルからの電気信号で直接ブレーキ力を制御できるブレーキバイワイヤ方式を採用したブレーキシステムを構築している。走行試験を実施して、十分なブレーキ性能と高速応答性及び高い制御性があることを実証している。これまで創製してきた数種のドライMR流体の中で、流動性及びMR効果両面で最も優れたドライMR流体として、数μmのカルボニル鉄粒子の表面に0.5wt%のナノシリカ粒子を摩擦式粉砕機でコーティングしたCore-Shell構造をもつ磁性粒子パウダーからなるドライMR流体を開発している。この最適なドライMR流体をブレーキ用途としての基本的な性能評価を行なう目的で製作した単一円盤(直径φ70mm)を有する基本的なドライMR流体ブレーキ試験装置(外径φ120mm)にすでに確立してある吸引法によって充填し、ブレーキとしての発生トルク試験や耐久性試験等の基本的な性能試験を実施してドライMR流体のブレーキへの適用性の評価を行なった。その結果、カルボニル鉄粒子だけからなるドライMR流体に比して、流動性が向上しているため無磁場時の制動トルク(引摺りトルク)が約半分と低下し、かつ磁場印加時のトルクも若干低下するが、油ベースのMR流体の推定トルクに比して1.0T程度の磁場印加に対しても磁気飽和現象が観察されず約1.5倍程度のトルクを発生し高い性能を示すこと、そしてその磁場に対する発生トルクの過渡応答も時定数が約13ms程度とかなり速いことを明らかにした。また、ブレーキングによるドライMR流体の発熱特性についても試験し、最大ブレーキトルクで4分間制動し続けた場合にドライMR流体の温度が約80°C程度まで上昇しているが、特に問題は生じていないことを確認している。さらに、長時間のブレーキのON(5s)/OFF(10s)による耐久性試験では、280時間で67,200サイクルのON/OFFで制動トルクが初期トルクの約10%程度しか低下せず、かつドライMR流体の温度が約5060°C程度に維持され、引摺りトルクは約半減するという良好な結果を得ており、ドライMR流体のブレーキへの適用が十分可能なことを実証している。流動性及びMR効果の向上の両面から最適なドライMR流体を開発することができ、単一円盤を有するドライMR流体ブレーキ試験装置を用いたブレーキ性能の基本的特性と耐久性を評価することができた。
競争的権威主義体制と立憲民主政の相互作用－－東アジアの場合

本研究は、北米中心の比較憲法研究で近時主題化がすすんでいる「競争型権威主義」の概念に象徴されるような、立憲民主政と権威主義体制の相違の相対化を、東アジアを素材に検証することを目的とする。本研究を通じて、リベラル・デモクラシーに軸をおく立憲民主政を完全に採用せず、シンガポールなどで見られるような競争型権威主義を志向する中国の大国化や、香港・台湾の学生による、体制外のラディカル・デモクラシーの試みで見られるような反権威主義的傾向について、憲法学および関連の社会科学にもとづく体系的説明・分析は可能になり、また中国語圏の「民主化」運動とは反対の方向に向かっているかに見える、日本における立憲民主政の動揺についても批判的視座が獲得されることが期待される。最終年度にあたる平成30年度には、1それまでの研究成果をふまえ、公刊予定である中間報告に対する国内外の比較憲法・政治研究者の評価を取り込み、もってそれまでの研究を再点検した。2「権威主義体制と立憲民主政の相互作用ー東アジアの場合」というテーマで研究内容の総括を行い、専門家的権威の衰退をエスニックな共同性に根拠を求める権威主義で糊塗する傾向、権威・寡頭制的要素と反権威主義を同時に内包する現実の民主政における立憲主義の役割、競争型権威主義の影響を受けている東アジア諸国の憲法体制の展望を明らかにする論文集の出版を予定している(2020年中に刊行予定)。1)平成27年12月、シンガポール大学で開催された「第6回アジア憲法フォーラム」(Asian Constitutional Law Forum)で東アジアにおける権威主義的立憲主義とそれへの対抗運動について報告し、2)平成28年1月に開催された第3回「環太平洋公法円卓会議」で日本の憲法政治について報告した。また3)研究成果の一部を公刊論文として公表した(「立憲主義、権威主義、ナショナリズム」佐々木弘通=宍戸常寿『現代社会と憲法学』(弘文堂、2015)所収)。上記の業績は、リベラル・デモクラシーに軸をおく立憲民主政を完全に採用せず、シンガポールなどで見られるような競争型権威主義を志向する中国の大国化や、香港・台湾の学生によるラディカル・デモクラシーの試みで見られる反権威主義的傾向について、憲法学および関連の社会科学にもとづく体系的説明・分析を可能にするだけでなく、中国語圏の「民主化」運動とポピュリズムを共有しながら権威主義回帰の傾向を示す、日本における立憲民主政の動揺についても批判的視座を提供するという本研究の目的に合致する。また、立憲民主政とネイション・ビルディングと結びつきやすい権威主義との対立ないし緊張関係という構図の提示という同年度の実施計画を予定どおりに達成することができた。海外学会における報告、研究論文の執筆・公表を実施計画どおりに行っていること、また他の研究者・研究機関との交流・意見交換を通じて研究方法の点検や、共同研究集会の開催企画も具体的に行っていること、研究の実施に必要なIT機器・蔵書の購入と整備も予定どおりに行っていることから、初年度の目標である「研究の基盤を確立すること」はほぼ達成され、研究全体としては、平成28年度に向けておおむね順調に進展していると考える。近年の憲法政治の動きは、「立憲主義vs民主主義」という意味づけ図式の陳腐さをあらためて浮き彫りにした。一方では、立憲民主政の代表制的統治構造を利用して政権を握り、ナショナリズムを動力源とする権威主義体制にすげかえる極右ポピュリスト政党の進出があり、これを比較政治・比較憲法学は的確に、民主主義の不況(democratic depression)または立憲主義の濫用(abusive constitutionalism)として理解している。2016年のアメリカ大統領選挙が、はからずもこの現象をもっとも劇的に表現する事例となった。そしていまトランプ政権が強権的に推進している諸政策は、メディアと市民社会を威圧することで公共圏を解体し、民主的政治過程の競争を除去し、選挙制度そのものを歪めることを目的としている。それは権威主義体制への退行(retrogression)を意図するものであり、したがって反民主主義である。他方では、2011年以降、オキュパイ・ウォールストリート運動によって典型的に表象されるように、ソーシャル・メディアを媒介に世界各地の広場や路上でくり広げられてきた民主主義運動の大規模化とクラウド化があり、「グローバルな寡頭支配」のエリート専断的傾向に抵抗して立ち上がった一般市民と学生は、むしろ立憲主義にもとづく理由づけを積極的に活用している。この特徴はとりわけ、2014年3月台湾で起きたヒマワリ運動、同年10月香港で起きた雨傘運動、2015年6月以降日本で起きた安保法制反対運動において顕著である。このように、立憲主義と民主主義を無理やり因数分解して対立させることは、事態の理解と解決に役だつどころか、妨げとすらなっている。平成28年度は、グローバルな権威主義とそれに対抗する、新しい民主主義的政治と文化に対応する憲法論のあり方について探究した。比較・準拠モデルの対象とした欧米の立憲民主政諸国の多くは、その標準装備である、「市場国家」(market state)と「安保国家」(national security state)の相互作用がもたらす民主主義の不況にあえいでいる。これまでの研究で予測していた事態である。そしてその理由として本研究がとっている仮説をあてはめると次のようになる。ステート・ビルディングを市場に丸投げした国家は、そのことで個々人を、健康で文化的な最低限度の生活と幸福追求権の剥奪という実存的不安へと追いこんでおきながら、問題を国家安全保障のコンテクストでしかとらえられないために、有権者に排外主義的な安心感を売りこむポピュリズムの台頭をみずから招いてしまう。

すなわち、グローバル経済によって拠りどころであった、仕事と生活環境、他人と結びあう関係性の世界を壊された人びとは、SNS上の蜃気楼である想像の共同体ー国民的、人種的、宗教的仲間団体ーという代わりの商品を売りつけられ、それにしがみついて溺れることを強いられる。そして社会経済的不安定性の進行が、想像上の「自分たち」に対する帰属感と、想像上の「ヤツら」に対する恐怖心・嫌悪感を同時に増幅させる。しかし、かつてこうした感情を受けとめていた社会的民主主義が衰退し、立憲民主政の価値に依拠する安保国家の施策ー「テロ対策」としての監視・通信傍受から「人道的介入」としての軍事行動までーも傷ついた民心を癒すことができない。そこでニッチを埋めるべく登場したのが、欧米における極右主導のポピュリズムである。政治学者ミュラーが正当に指摘したように、「本物の」人民による支配を標榜するポピュリズムは、〈demos〉の複数性と、多元的な政治の審議と参加を否定する点で、権威主義であり、反民主主義である。先進国におけるこうした反競争的権威主義の出現は、新たに課題となる。本研究は、シンガポールなどで見られるような、リベラル・デモクラシー=立憲民主政を完全に採用しない競争型権威主義体制、同種の体制を志向する中国による新しい比較憲法パラダイム提示の動きや、香港・台湾の学生によるラディカル・デモクラシーの試みで見られるような運動民主主義的傾向について、憲法学および関連の社会科学にもとづく体系的説明・分析を試みるものであり、また一見中国語圏の「民主化」運動とは反対の方向に向かっている、日本における立憲民主政の動揺についても批判的視座を提供するものである。1)平成29年5月、『法律時報』2017年5月号に「権力者の自己言及」を公表した。本研究では、東アジア地域の現象として位置づけている競争的権威主義は、トランプ政権下のアメリカにおいても見られるようになったことを指摘した。2)研究計画どおりに参加できなかった国際公法学会(ICON-S)の研究大会については、平成29年6月、コペンハーゲンで開催された研究集会に出席し、東アジア関連のパネルで発言・討議を行った。ほかには台湾大学の張文貞教授、香港大学のアルバート・チェン教授、シカゴ大学のトム・ギンズバーグ教授らも参加した。3)平成29年8ー9月には、アメリカのワシントン大学ロースクールの客員研究員として、研究者交流・資料調査等を行った。しかし、滞在中に実施される予定であった比較憲法の国際会議が主催者の都合により、中止となった。4)以上の研究活動を通じて、冒頭に述べた研究目的・実施計画にあるとおり、「前年度まで2年間の研究をふまえ、それまでに公刊する予定の中間研究について国内外の比較憲法・政治研究者の評価を取り込み、研究成果を再点検すること」ができたと考えている。また中間報告は、論文「民主憲政のはざまで」(樋口陽一ほか編『憲法の尊厳』(日本評論社、2017年)所収)として公刊された。
社会経済因子により口腔および全身の健康格差が生じるメカニズムの探索

今回の研究の目的は、口腔の健康格差が、社会経済因子にともなう健康リテラシー行動を、どの様に介して全身疾患に結びついているのかを、約1万人規模のながはまコホート事業のデータを用いて統計学的に解析し、臨床や政策に応用出来るエビデンスをつくることである。
汎用的シグナルペプチド配列最適化法の開発

組換え微生物中の外来タンパク質の分泌レベルは、シグナルペプチド(SPの)と標的タンパク質との組合せに強く依存し、各標的タンパク質に対するSP配列の最適化は、原核生物と真核生物の両方で、異種発現の分泌タンパク質の生産性を最大化するために重要なステップである。本研究では、宿主ゲノムに由来するシグナルペプチドライブラリーを利用して、容易に標的タンパク質に融合SPのライブラリーを作ることができる、新規なシグナルペプチド最適化ツール(SPOT)の開発を行った。本手法ではリモートカッター制限酵素と相同組換えを利用することで、通常必要な特定の介在配列を含まずに、ライブラリーを構築することができる。Aspergillusoryzae由来のβ-ガラクトシダーゼを標的蛋白とし、がSaccharomyces secrevisiae,典型的な真核生物発現宿主からの分泌を検討したところ、比較的少数SPライブラリーから、効率よく優れたSP配列をスクリーニングすることができた。さらに、それぞれのSPをSignalPソフトウェアで分析したDスコアと、分泌効率の相関を調べたところ、Dスコアが極端に低いものの分泌効率は低かった。このことは本ソフトウェアの使用することで、SPライブラリーの品質を高めることができることをしめしている。本研究で開発した方法は、様々な宿主細胞中のタンパク質のさまざまな目的で使用することができ、タンパク質の異種分泌発現の向上に寄与できる。インフォマティクス技術を用いて、ゲノム配列中からシグナルペプチドの候補配列を選択し、ライブラリー化を行う。次に分泌生産させる異種蛋白質と、介在配列無しでその成熟配列と直接結合したライブラリーを構築し、目的タンパク質を最も効率良く分泌生産するシグナル配列を検索する汎用的ツール(Signal Peptide Optimization Tool:SPOT)を構築することを目的として、研究を行った。まず酵母(Saccharomyces cerevisiae)を対象とし、LacAをモデルタンパク質として実験系の確立を目指した。その結果構想通りに、シグナル配列ライブラリーを介在配列無しに、直接結合させる実験系を構築することができた。得られた手法により、LacAの分泌生産に適した配列を探索し、ゲノム配列より効率よく分泌させる配列を複数取得することができた。さらに得られた配列を単鎖抗体の分泌発現にも応用し、効率よく分泌させることを確認した。現在本システムを用い、より広範囲のシグナルペプチドライブラリーから最適配列をスクリーニングすることを試みている。研究実績の概要産総研の佐原らより提供された酵母SPライブラリーに、リモートカッター制限酵素の認識配列をPCRにより付加したライブラリーを作製した。レポーターとして活性測定が容易な糸状菌由来beta-galactosidase(LacA)を用い、この成熟N末配列を含む15塩基をDNA合成し、2塩基突出した部位でリガーゼによる結合させた。PCRで融合DNA断片を増幅後、Infusionクローニングでレポーター配列全長とシグナル配列の融合物を酵母ー大腸菌シャトルベクターに組み込み、大腸菌に導入してコロニーを形成させた。作製された組み換えプラスミドの一部についてシークエンス解析を行い、ライブラリーが設計通り作製されていることを確かめた。次に大腸菌コロニーを十分な数かき集め、DNAを抽出後、S. cervisiaeの実験株に導入した。X-Galを含む培地で培養し、コロニー及びその周辺の色が付いているものを選んで、次に液体培養を行った。分泌量を測定し、合わせてDNA配列を調べ、酵母シグナルペプチドライブラリーからLacAの最適シグナル配列を見いだすことができた。この一連の作業を通じて、SPOTの様々な実験条件の最適化を行い、実験系を確立することができた。得られた成果を平成24年3月の日本農芸化学会にて発表した。次に酵母に抗体を分泌発現させるため、その発現ベクターを構築した。しかしながらL鎖の分泌発現は確認できたものの、H鎖の分泌は確認できなかった。白色腐朽菌のセルラーゼの一つである、セルビオヒドロラーゼは酵母ではほとんど分泌されない。そこで本手法により分泌可能にするシグナル配列の取得を試み、ライブラリーを大腸菌で構築し、酵母に導入した。本年度の主要目的であるSPOT法の確立に関しては、モデル蛋白質のLacA分泌生産を用いた系で確立することができ本年度の主要目的であるSPOT法の確立に関しては、モデル蛋白質のLacA分泌生産を用いた系で確立することができた。

しかしながら予定してた抗体の分泌においては、H鎖が分泌したいという予想外の事態に陥り、それを対象としたスクリーニングができなかった。そのため当初予定になかった白色腐朽菌の分泌シグナルスクリーニングの実験を行なった。予算に余りが生じた理由は、達成度で記述したように酵母のH鎖の分泌が見られず、そのスクリーニングが出来なかったためである。この原因を早急に解明し今年度に遅れた分を取り戻す予定である。前年度で確立した酵母SPOTを用い、引き続き白色腐朽菌セルラーゼの分泌発現系に応用する。まずゲノム上の全シグナル配列のうち、細胞外、及び細胞表面に局在するシグナル配列44個に対してライブラリーを作製し、その分泌量をりん酸膨潤セルロースを基質とした酵素アッセイ、およびウェスタンブロッティング等の方法で、分泌タンパク量を測定する。もし十分な分泌が得られなかった場合には、その他の全シグナルペプチドに対してスクリーニングを行う。また抗体の分泌生産に応用し、その有用性を検証する。最初Fab抗体に対して検討し、次にはscFavなどの一本鎖抗体に対して上記と同様な検討を行う。他の糸状菌への応用を目指し、Aspergillus oryzaeのシグナルペプチド配列の候補をSinganlPなどのソフトウェアを用いて抽出し、ライブラリーを構築し、抗体などの分泌発現系への応用を試みる。また一般に発現が困難な膜タンパク質発現の効率化を目指し、GPCR発現システムへの応用を試みる。
植物発芽エネルギー源フィチン酸に対する希土類錯体の相互作用と反応

本研究は細胞内情報伝達反応として,また種子発芽エネルギー産出反応としての脱リン酸化反応(ホスホモノエステラーゼ活性)に焦点を絞り,生体内で活躍しているリン酸化アミノ酸およびフィチン酸(myo-イノシトール六リン酸)の脱リン酸化反応を希土類を使って試み,希土類による生体機能調節の可能性を検討した.ホスホモノエステラーゼ活性についてCe^<4+>:L=1:1系ではホスホセリンはほぼ,ホスホチロシンは1/3が反応し,フィチン酸はほとんど反応しないといった大きな構造依存性が見出された.反応活性種はP-31NMRでは検出されず,H-1NMRではマルチ種として見えることからCe^<4+>がリン酸まわりに何種類もの結合を形成していることが推定された.Ca^<2+>,Mg^<2+>,K^+,Na^+系では反応は認められず,リン酸エステルの加水分解がCe^<4+>に特有であることを示した。また,希土類と似た化学的性質を有するCa^<2+>,Mg^<2+>との比較から希土類の相互作用の特性を明らかにした.フィチン酸についてまずCa^<2+>,Mg^<2+>との錯形成,錯体構造を明らかにした.算出された安定度定数から,M:L=1:1錯体種についてはホスホチロシン,ホスホセリンの場合はCa^<2+><Mg^<2+>,フィチン酸はCa^<2+>>Mg^<2+>とイオン半径が小さい方が安定度定数が大きい通常のリン酸-金属イオン結合を示したのに対し,リン酸ブリッジを形成するM:L=2:1および3:1複核錯体種はCa^<2+>>Mg^<2+>とイオン半径の大きな金属ほど複核錯体を作りやすいことが判明した。フィチン酸錯体の安定なコンフォメーションはP-31NMRは,Ce^<3+>>Ce^<4+>>Ca^<2+>>MG^<2+>>H^+の順に5axleqをとりやすく,イオン半径の大きな金属ほど5axleqのコンフォメーションをとりやすいことが明らかとなった。Ce^<3+>,Ce^<4+>のCa^<2+>,Mg^<2+>,Na^+,K^+には見られないリン酸ブリッジへの希土類イオンの強い配位特性が明らかになった。