hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地域包括ケアシステムにおける住民の「自助」意識に働きかける自治体活動モデルの検討

本研究は、地域包括ケアシステムの中で住民の主体的な意識が強くもとめられる「自助」「互助」の役割の中でも、「自助」に焦点をあてて、高齢期の地域社会での暮らしを続けるために一人ひとりが持つべき自助意識の具体的な内容について検討することを目的としている。平成30年度は、以下の(1)(2)を調査に向けて実施した。(1)初年度の文献検討を踏まえて、分担研究者、協力研究者らと中高年期と健康に関する研究や項目を精査し、類似の公的機関の調査項目設定と選択肢等を同様のものが設定可能か否かの検討、ならびに各研究者の専門分野における概念の意見交換や各研究者の着目項目の検討を行いつつ、分析方法、分析に必要な調査対象者の条件設定などの検討を重ねた。(2)上記をもとに調査フィールドの設定について、いくつかの方法を検討し、実施可能性を探った。当初、住民基本台帳を利用し、調査対象者の抽出を前提としていたが、必要とする対象者の抽出に際して、必要人数が抽出できる候補自治体の選定と研究者側がねらいとする調査に影響する地域性などの扱いをどうするか検討を重ねると限られた自治体となり、実施した際の最近の回収率の課題、また別途、住民基本台帳によらない調査手法の検討も並行して検討していたが、費用・人手・協力体制のなんらかの課題の問題があり、いずれにせよ調査対象に偏りがでることを踏まえ、調査実施方法を大幅に変更することとした。年度末から現在にかけて、再準備を行っているところである。検討していた調査実施フィールド(方法)では、実施が調査側の意向を反映するには、調査必要数を確保するには候補地域が限定され、また地域性などの影響が大きく、費用・人手・協力体制などで難しいと判断し、調査方法を全く変更することとしたため遅延が生じている。調査方法を、Web調査方式に変更し、調査対象者によるバイアスを最小限にするよう調査対象者の基本属性、地域性などを考慮の上、回答者割合等の設定、回答方法などについて分担研究者ならびにWeb調査を実施する委託先と調整の上実施する予定である。Web調査方式を使うことで、初期データセットが速やかに入手できることから、調査実施作業そのものは大幅に効率化できるものと考えている。地域包括ケアシステムの構築に際し、「共助」「公助」は縮小傾向にあり、住民に強く「自助」「互助」の役割分担が求められている。「互助」は、地域包括支援センターや自治体の高齢福祉課が中心となり取り組みを進めている。一方、「自助」は、具体的に何の準備が必要なのか、住民への明確な説明や取り組みは遅れている。しかし、介護保険の運営を担う一部の自治体は、介護保険制度の制度維持がすでに危機的状況にあり、住民の意識変革は喫緊の課題である。現状では、具体的内容を伴う「自助」を住民が認識しているかは疑問であり、その対応が急がれる。本研究では、住民に求める自助の具体的行動内容を提示し、それらに対する住民の認識と対応の可否について課題を検証し、今後の住民に対する自助の意識の働きかけを行う自治体の活動モデルを検討することである。初年度においては、以下について取り組み成果を得た。研究会議を開催し、研究の概念枠組みについて、議論し、研究課題に関する概念理解の研究者間の共通認識と方向性について確認作業を行った。1)「自助」の考え方の議論と検討:地域包括ケアシステムにおいて意味している「自助」の実現に向けた生活上の具体的内容の明確化の必要性と準備性における課題と明確化2)調査対象者の設定手順の検討:調査実施地域選定方法と基準の検討、選定エリアからの住民抽出方法の手順と課題3)上記の1)2)に関連する資料収集と文献収集・整理を行った。年度当初の予定されていなかった担当業務が追加され、非常に多忙となり、収集した資料ならびに文献の精査と概念整理をもとにした研究計画を詰めていく事・研究者間の意見交換を重ねていく十分な時間が確保できなかった。

検討していた調査実施フィールド(方法)では、実施が調査側の意向を反映するには、調査必要数を確保するには候補地域が限定され、また地域性などの影響が大きく、費用・人手・協力体制などで難しいと判断し、調査方法を全く変更することとしたため遅延が生じている。今年度は、研究者間の会議・意見交換・議論、研究枠組みについて、研究スケジュールを再設計して、計画的に推進していく予定である。分担研究者の中でもコアとなる研究者との議論を重ね、調査地域の設定と調整をすでに開始している。調査実施に際しては、委託業者との初回相談を行い、必要な手続き・準備等の情報収集を行っている。昨年に収集した資料と文献を整理しなおし、概念整理と研究課題の調査内容への落とし込み作業を進め、早急に研究計画の倫理審査申請を行う予定である。研究環境についても、昨年度、年度途中で追加された担当業務は終了の目途が立ち、時間確保の課題も改善されつつある。調査方法を、Web調査方式に変更し、調査対象者によるバイアスを最小限にするよう調査対象者の基本属性、地域性などを考慮の上、回答者割合等の設定、回答方法などについて分担研究者ならびにWeb調査を実施する委託先と調整の上実施する予定である。Web調査方式を使うことで、初期データセットが速やかに入手できることから、調査実施作業そのものは大幅に効率化できるものと考えている。当初の予定より研究実施の遅れが生じたために、予算執行が生じなかったためである。次年度に研究スケジュールを再設計し、計画的に執行していく予定である。使用計画としては、年度内の聞き取り調査にかかる費用ならびに、質問紙調査実施時の諸経費に充てる予定である。実施に際して調査地選定とそれにともなう課題検討の結果、調査方法を変更することにしたため、再準備となり、調査実施時期がずれこんだ。未使用額は、大半を次年度に行うWeb調査に費用を充当する予定である。
鼻腔内細菌コミュニティが通年性アレルギー性鼻炎に及ぼす影響

アレルギー性鼻炎は鼻閉・水様性鼻漏・くしゃみを主徴とし、スギ抗原などによる花粉症においては眼の掻痒感も伴う。病理組織学的には好酸球浸潤が主体の炎症増が認められる。近年では生活様式の変化や環境の変化に伴ってアレルギー性疾患が増加し、アレルギー性鼻炎の有病率が年々増加しており、症状が悪化すると日常生活の質が著しく損なわれる。抗アレルギー薬、副腎皮質末ロイド薬の投与もしくはアレルゲンによる免疫療法により改善が見込まれるが、難治性の症例に対しては手術的治療が選択される。本研究では健常者とアレルギー性鼻炎患者より採取した細菌よりDNAを抽出してDNAシーケンスを用い細菌種を同定し、鼻腔の細菌コミュニティーが鼻炎・発症予防に関わるであろう因子を検出することを目的とする。平成27年度は通年性アレルギー性鼻炎患者および健常者の総鼻道を綿棒で擦過して検体を採取することを目標とした。通年性アレルギー性鼻炎患者および健常者の総鼻道を内視鏡で観察しながら滅菌綿棒でその部位を擦過し、DNAの抽出を行い、PCRにて細菌特異的16s eRNA遺伝子を増幅した。PCR産物がきちんと得られたかどうか電気泳動にて確認を行った。また患者より採取した血液より末梢血単核球を採取しCD4陽性細胞をソーティングした。平成28年度はシーケンスを行いCD4陽性細胞からのサイトカイン発現を測定することを目標としていたが、研究代表者が年度半ばに異動となり、その前後で研究活動が全く行えず、研究が遅れていた。平成29年度は後半に入り一部の検体でシーケンスを実施した。平成30年度はシーケンスおよびサイトカイン測定の残りを行い、得られた測定結果について解析を行った。病理組織学的には好酸球浸潤が主体の炎症像がみられる。抗アレルギー薬、副腎皮質ステロイド薬の投与もしくはアレルゲンによる免疫療法により改善が見込まれるが、難治性の症例に対しては手術的治療が選択される。本研究では健常者とアレルギー性炎患者より採取した細菌よりDNAを抽出してDNAシーケンスを用い細菌種を同定し、鼻腔の細菌コミュニティーがアレルギー性鼻炎発症にどのように影響するのか解析を行うとともに、健常者およびアレルギー性鼻炎患者との違いからアレルギー性鼻炎の発見・発症予防に関わるであろう因子を検出することを目的とする。通年性アレルギー性鼻炎患者および健常者の総鼻道を内視鏡で観察しながら滅菌綿棒でその部位を擦過し、DNAの抽出を行い、PCRにて細菌特異的16s rRNA遺伝子を増幅する。平成27年度は概ね順調に検体の採取が行われ、検体の処理も行われた。ソーティングしたCD4陽性細胞からのサイトカインの測定は行われていないが、そこを除いて初年度の計画は概ね達成された。病理組織学的には好酸球浸潤が主体の炎症像が認められる。本研究では健常者とアレルギー性鼻炎患者より採取した細菌よりDNAを抽出してDNAシーケンスを用い細菌種を同定し、鼻腔の細菌コミュニティーがアレルギー性鼻炎発症にどのように影響するのか解析を行うとともに、健常者およびアレルギー性鼻炎患者との違いからアレルギー性鼻炎・発症予防に関わるであろう因子を検出することを目的とする。通年性アレルギー性鼻炎患者および健常者の総鼻道を内視鏡で観察しながら滅菌綿棒でその部位を擦過し、DNAの抽出を行い、PCRにて細菌特異的16s rRNA遺伝子を増幅した。平成28年度は得られたDNAをもちいた次世代シーケンスから微生物種の同定を行い、またCD4陽性細胞からのサイトカイン発現を測定することを目標としていたが、研究代表者が年度半ばに異動となり、その前後で研究活動が全く行えず、研究が遅れている状態にある。平成28年度は年度半ばで異動となり、その前は異動の準備などで研究活動がほとんど止まっていた。異動後も研究環境の整備のため研究を再開するまでに時間を要した。

アレルギー性鼻炎は鼻閉・水様性鼻漏・くしゃみを主徴とし、スギ抗原などによる花粉症においては眼の掻痒感も伴う。病理組織学的には好酸球浸潤が主体の炎症増が認められる。近年では生活様式の変化や環境の変化に伴ってアレルギー性疾患が増加し、アレルギー性鼻炎の有病率が年々増加しており、症状が悪化すると日常生活の質が著しく損なわれる。抗アレルギー薬、副腎皮質末ロイド薬の投与もしくはアレルゲンによる免疫療法により改善が見込まれるが、難治性の症例に対しては手術的治療が選択される。本研究では健常者とアレルギー性鼻炎患者より採取した細菌よりDNAを抽出してDNAシーケンスを用い細菌種を同定し、鼻腔の細菌コミュニティーが鼻炎・発症予防に関わるであろう因子を検出することを目的とする。平成27年度は通年性アレルギー性鼻炎患者および健常者の総鼻道を綿棒で擦過して検体を採取することを目標とした。通年性アレルギー性鼻炎患者および健常者の総鼻道を内視鏡で観察しながら滅菌綿棒でその部位を擦過し、DNAの抽出を行い、PCRにて細菌特異的16s eRNA遺伝子を増幅した。PCR産物がきちんと得られたかどうか電気泳動にて確認を行った。また患者より採取した血液より末梢血単核球を採取しCD4陽性細胞をソーティングした。平成28年度はシーケンスを行いCD4陽性細胞からのサイトカイン発現を測定することを目標としていたが、研究代表者が年度半ばに異動となり、その前後で研究活動が全く行えず、研究が遅れていた。平成29年度は後半に入り一部の検体でシーケンスを実施した。予定より研究の進行が遅れており、平成30年度に残りの研究を行う。平成29年度も研究環境の整備および研究以外の業務に時間を取られ、思うように研究活動が進まなかった。
地球温暖化が積雪地河川の融雪流出へ及ぼす影響の予測に関する研究

本研究は、地球温暖化が積雪地河川の融雪流出へ及ぼす影響の予測を試みたものである。研究対象流域としては、東北地方の名取川水系大倉ダム流域(宮城県)と北陸地方の小矢部川水系刀利ダム流域(富山県)である。地球温暖化が融雪流出へ及ぼす影響をみるため、気温上昇による両ダムにおける月別総流出高、月別融雪流出高、月別融雪水依存度、旬別総流出高、旬別融雪流出高、流域の積雪水量および消雪日等の変化によって検討した。なお、地球温暖化シナリオとしては、気温上昇に伴う降水量増加を考慮したものをシナリオI、気温上昇を全く見込まないものをシナリオIIと設定した。その結果の概要は、下記のとおりである。"(1)"気温上昇に伴い、降水のうち降雪となる割合が小さくなり、積雪水量が小さくなる。また、融雪時期や流域の消雪日も早まる。そのため、融雪流出の早期化と減少化が顕著となる。"(2)"月別総流出高、月別融雪流出高、月別融雪水依存度、旬別総流出高、旬別融雪流出等はいずれも融雪最盛期の4月、5月には減少し、逆に3月、2月にやや増加して平滑化される。"(3)"気温上昇に伴う降水量増加を見込んでいるシナリオIよりも降水量増加を見込まないシナリオIIの総流出高、融雪流出高等が大きく減少する。"(4)"大倉ダムと刀利ダムとの比較では、気温上昇に伴う総流出高、融雪流出高の減少割合には大きな差異が認められないが、流出高そのものの減少は刀利ダムの方が大きく、大倉ダムの23倍となる。"(5)"以上のように、地球温暖化は、積雪地河川の融雪流出へ大きな影響を及ぼすことが予測される。(1)まず、気温上昇等を考慮しない融雪流出解析は、小矢部川水系刀利ダム流域(富山県)、名取川水系大倉ダム流域(宮城県)、北上川水系山王海ダム流域(岩手県)の3流域を対象におこなった。このうち、刀利ダム流域と大倉ダム流域の2流域については温暖化による気温上昇等を考慮した融雪流出解析もおこなった。(2)地球温暖化シナリオについては、IPPC(気象変化に関する政府間パネル)報告に基づき、気温上昇を1°Cキザミで4°Cまで4ケースを考え、刀利ダム流域についての降水量増加は1°Cにつき2.5%の増加と設定した。なお、気象庁気象研究所報告によると東北地方の太平洋側は降水量の増加はないと予測されているため、大倉ダム流域については、気温上昇に伴う降水量増加は見込まなかった。(3)気温上昇による月別総流出高の変化をみると、刀利、大倉ダム流域とも月別総流出高は12月翌3月にかけて増加し、4月5月にかけて減少することが明らかとなり、融雪流出時期が早まることが確認できた。また、消雪日についてみると、両ダム流域とも1°C上昇で約1週間、4°C上昇で約1カ月早まることも確認できた。(4)さらに、積雪融雪期(12月5月)における総流出高は、刀利ダム流域ではやや増加し、大倉ダム流域でやや減少するが、これは刀利ダム流域では降水量増加を見込み、大倉ダム流域では降水量増加を見込まなかったためである。(5)以上のように、地球温暖化が積雪地河川の融雪流出へ及ぼす影響の概略的な傾向把握ができたが、温暖化の影響によって融雪期流量中の融雪流出高や融雪水依存度がどの程度変化するかなどの詳細な分析については今後継続的に進めていきたい。

(1)前年度に引き続き、名取川水系大倉ダム流域(宮城県)、小矢部川水系刀利ダム流域を対象に地球温暖化すなわち気温上昇等を考慮した融雪流出解析を行った。(2)積雪融雪計算の際に融雪量算定式M=α×Teのα(融雪係数)を0にすることで、融雪なしの流出高を計算し、これを総流出高から差し引くことによって融雪流出高を分離した。また、積雪融雪計算の際に気温を上昇させないものを「基準温度」とし、気温を1°C4°Cまで上昇させたものをそれぞれ「+1°C」、「+2°C」、「+3°C」、「+4°C」とした。なお、気温上昇等に伴う融雪流出高の変化を2月6月までの積雪・融雪時期に限定し、旬別の集計によって検討した(以下の数値はそれぞれ10カ年平均値)。(3)大倉ダム流域では、2月上旬3月上旬まで気温上昇が大きいほど融雪流出高は大きくなり、逆に4月上旬以降は気温上昇に伴って融雪流出高が小さくなる。融雪流出高が最大となる時期(旬)をみると、「基準温度」では4月中旬(109mm)、「+1°C」では4月上旬(84mm)、「+2°C」で(ま4月上旬(67mm)、「+3°C」では3月下旬(51mm)、「+4°C」では3月下旬(41mm)となっている。(4)刀利ダム流域においても大倉ダム流域と同様の傾向を示し、融雪流出高が最大となる時期(旬)は、「基準温度」では4月中旬(234mm)、「+1°C」では4月中旬(206mm)、「+2°C」では4月中旬(170mm)、「+3°C」では3月下旬(134mm)、「+4°C」では3月下旬(116mm)となっている。(5)以上のように、気温上昇に伴い、融雪最盛期は早まり、融雪流出高が小さくなることが確認できた。今後さらに、融雪水依存度の変化などについて詳細な分析を進めていきたい。本年度は、地球温暖化シナリオを気温上昇に伴って降水量増加を見込むものがシナリオI、降水量増加を見込まないものをシナリオIIと設定して、地球温暖化が融雪流出へ及ぼす影響の予測を試みた。具体的には、大倉ダム(宮城県)と刀利ダム(富山県)の2カ所の解析対象流域における月別総流出高、月別融雪流出高、月別融雪水依存度、旬別総流出高、旬別融雪流出高、流域の最大積雪水量、消雪日等の変化について検討した。ここでは、これらのうち代表して月別融雪流出高の変化の概要のみ記述する。(1)大倉ダム流域;月別総流出高は、気温1°C上昇につき、シナリオIでは、4月(「基準温度」で372mm)には平均34mm、5月(「基準温度」で225mm)には18mmずつ減少し、逆に3月(「基準温度」で106mm)には29mm、2月(「基準温度」で38mm)には12mmずつ増加する。シナリオII(「基準温度」での値はシナリオIと同値)では、4月には平均41mm、5月には22mm、6月には4mmずつ減少し、逆に3月には23mm、2月には11ずつ増加する。(2)刀利ダム流域;月別総流出高は、気温1°C上昇につき、シナリオIでは、4月(「基準温度」で742mm)には平均82mm、5月(「基準温度」で459mm)には63mm、6月(「基準温度」で207mm)には3mmずつ減少し、逆に3月(「基準温度で272mm)には51mm、2月(「基準温度」で129mm)には56mmずつ増加する。シナリオIIでは、4月には平均95mm、5月には70mm、6月には8mmずつ減少し、逆に3月には40mm、2月には49mmずつ増加する。(3)このように、シナリオIよりシナリオIIの方が降水量増加を見込まない分、月別総流出高の減少が大きくなる。(4)また、月別総流出高の増減の割合では大倉ダムの方がわずかに大きくなるが、増減の絶対値では刀利ダムの方が23倍ほど大きくなる、ことなどが予測される。
ストレス性精神疾患における扁桃体外側核の病態解明

気分障害、不安障害、心的外傷後ストレス障害(PTSD)等のストレスが関わる精神疾患の生涯有病率は、我が国では20%近くに達しており、国民の健康福祉や経済的観点から克服すべき課題のひとつである。ストレス性精神疾患の原因のひとつとして、扁桃体が担う情動制御の異常が示唆されている。我々は、ストレスホルモンのひとつであるグルココルチコイドの受容体(GR)遺伝子を扁桃体外側核(LA)選択的に欠損させた(LA-GRcKO)マウス系統を独自に作製して解析を行った。その結果、音恐怖条件付けを用いた情動学習課題で、LA-GRcKOマウスは、1)強い条件付けで音恐怖反応が低下する。2)条件付け前の拘束ストレスによる音恐怖反応の低下が消失する。3)強い電気ショックを用いた条件付け後の拘束ストレスにより、恐怖反応が増強する。4)強い電気ショックを用いた条件付け後の拘束ストレスにより血中コルチコステロンが上昇する、ことを見いだした。従って、LAGRは危険性が高い状況で特徴的な手がかり刺激に対する適応的な恐怖反応に重要であると考えられた。また、LAが血中コルチコステロンのフィードバック制御に関わる可能性が示唆された。今回の結果と過去の報告から、PTSDの治療を考える上で、GRシグナルや扁桃体外側核を標的とした治療の重要性が示された。また、本年度はオリゴデンドロサイトに特異的に発現するBcas1遺伝子KOマウスを用いた解析により、音驚愕反射のプレパルス抑制障害とミエリン形成異常および炎症反応の上昇を見いだした。これらの結果から、統合失調症様症状にミエリンの形成異常や炎症反応が関わる可能性が示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。気分障害や不安障害等のストレスが関わる精神疾患の生涯有病率は、我が国では20%近くに達しており、国民の健康福祉や経済的観点から克服すべき課題のひとつである。ストレスが情動学習に与える影響を明らかにするために、我々は、ストレスホルモンのひとつであるグルココルチコイドの受容体(GR)遺伝子を扁桃体外側核(LA)選択的に欠損させたマウス(LAGRKO)系統を作製し、恐怖条件付け連合学習を用いた情動学習課題を課して行動学的に解析した。その結果、1)LAGRKOマウスは、音と電気ショックの連合回数が少ない場合には、記憶学習障害を示さない一方、連合回数を6回に増やすと障害を示した。また、この障害は、アデノ随伴ウィルスベクターで、LAに特異的にGRを発現することで回復した。従って、強い恐怖記憶形成にLAのGRが関わる事を明らかにした。さらに、2)この学習障害と並行してLAで記憶過程に重要な転写因子CREBの活性化(リン酸化)の持続時間が減少していることを見いだした。3)この連合学習にストレスが与える影響を明らかにするために、恐怖条件付け前に短時間の拘束ストレスを付加して解析を行った。その結果、拘束ストレス1時間後ではコントロールマウスで低下した恐怖記憶が、LAGRKOマウスでは、低下しないことが明らかになった。これらの結果から、LAGRは、ストレスが関わる恐怖学習過程で異なるいくつかの役割を担っていることを明らかにした。当初予定した扁桃体外側核選択的にグルココルチコイド受容体を欠損させたLAGRKOマウス系統の作製に成功し、恐怖条件付け記憶の障害を見いだし、また、AAVベクターの構築による機能回復試験にも成功した。このマウスを用いて行動学習を解析した結果、扁桃体グルココルチコイド受容体は、ストレスが関わる恐怖学習過程で異なるいくつかの役割を担っていることを初めて明らかにし、当初予定していた解析が概ね順調に進展したため。

扁桃体外側核(LA)選択的なGR遺伝子欠損マウスを用いて、ストレス性精神疾患に対する抵抗性を示すモデル動物としての妥当性を評価する。さらに、扁桃体外側核選択的なGR遺伝子欠損および対照マウスの扁桃体スライスを用いてマイクロダイセクション法により扁桃体外側核を切り出し、mRNAを抽出してトランスクリプトーム解析を実施し、LAでのGRの標的遺伝子群を明らかにする。見出した遺伝子産物が、ストレス性精神疾患のあらたなマーカー分子や薬物標的となりうるか評価を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
衛星による地球環境の変動解明ー気圏、地圏との相互作用

衛星による主として陸域の全地球的生物環境の変動解明を目標にしてスタートした計画研究班は、初年度でもありグローバルなスケールでの衛星画像およびその他地理データの収集とその予備的処理および解析を行った。まず衛星画像ではNOAAのグローバル植生指標データを購入し、1983年から1988年までの週データから雲などのノイズを除去し、全世界を被う月毎のデータとして編集処理を行い、班員および公募研究者の希望者にデータ配布を行った。予備的な処理および解析として、時系列的なパターン分析および最尤法などの方法により、世界の植生分類を行った。分類を行う場合、衛星データのみでなく、気象データおよび土壌データ、標高データなど考慮する必要が討議され、新しい概念にもとずくEco-CLIMATE MAP(生態気候図)を作成することが地球生物環境の変動を解明する上で緊急に大切であるとの認識を得、ワーキンググループを設置することになった。土壌データは新たに、ソ連の作成した土壌図を数値化し、データベースを作った。海岸線、国境線、標高などのデータは既存のものを取りそろえ次年度以降の解析に使用できるよう前処理を行った。またNASA、ECのJRC、IGBP関連者との連絡を図り、国際的にも地球環境問題で協力を推進し、データや情報の交換を行うことになった。平成元年度の研究成果は、基礎的なデータの整備が行えたことと、研究目標のECO-CLIMATE MAPの概念を明らかにできたことである。
CBNホイールによる周速500m/s域での超高速研削

砥石の常用周速は3045m/sであるが,周速を上げれば,加工精度を犠牲にすることなく加工能率を飛躍的に改善することができる.本研究では,新たに開発した超拘束平面研削盤を使用して,超拘束研削下における研削特性について調べた.本研究では,(1)平行して行った高速・高出力スピンドルの潤滑法に関する研究成果(リリテ-ナ潤滑法の開発)の応用により,現在のスピンドルを改良して出力35kW,30,000rpmとし,周速500m/s域での研削実験を可能にした.(2)周速500m/s域での研削に耐えられる高強度砥石の開発.(3)V≦300m/sで得られた軟鋼研削時の以上磨耗の改善や砥石寿命の向上が,V≧300m/sでさらに顕著になることを確認した.(4)研削液供給法に関して最適化を行った.(5)常用速度の約3050倍に相当する,研削能率≧500mm・Sでの高能率研削を実現した.(6)高剛性の研削動力計の導入により研削抵抗の高精度測定を実現し,研削の基本特性値である比研削抵抗が超高速下でどのように変化するかを明らかにした.要するに本研究の目的は,V≧300m/sの超高速研削の実用化に向けてその利点と技術的な課題を明らかにした.ドイツでの研究をはじめ従来の研究ではいずれも350450mmの大径砥石が使用されている.しかし筆者らの研究では,超拘束研削の実用化には動力損失および研削点温度の低減,遠石寿命の向上が不可欠であり,そのためにはより小径の砥石が有利であるとの考えから,通常用いられる250mmの砥石を基本にした.そのためスピンドルの高速化が必要であり,新しいオイル&エア潤滑法の採用により,dn値=20,000,30,000rpm,22kWの高速スピンドルを実現した.これらの結果から,超高速研削が実用化されれば,これまで切削加工と研削加工の2工程で行われていた加工が,研削だけの1工程だけで達成できることになり,大幅な加工コストの削減になる.砥石の常用周速は3045m/sであるが,周速を上げれば,加工精度を犠牲にすることなく加工能率を飛躍的に改善することができる.本研究では,新たに開発した超拘束平面研削盤を使用して,超拘束研削下における研削特性について調べた.本研究では,(1)平行して行った高速・高出力スピンドルの潤滑法に関する研究成果(リリテ-ナ潤滑法の開発)の応用により,現在のスピンドルを改良して出力35kW,30,000rpmとし,周速500m/s域での研削実験を可能にした.(2)周速500m/s域での研削に耐えられる高強度砥石の開発.(3)V≦300m/sで得られた軟鋼研削時の以上磨耗の改善や砥石寿命の向上が,V≧300m/sでさらに顕著になることを確認した.(4)研削液供給法に関して最適化を行った.(5)常用速度の約3050倍に相当する,研削能率≧500mm・Sでの高能率研削を実現した.(6)高剛性の研削動力計の導入により研削抵抗の高精度測定を実現し,研削の基本特性値である比研削抵抗が超高速下でどのように変化するかを明らかにした.要するに本研究の目的は,V≧300m/sの超高速研削の実用化に向けてその利点と技術的な課題を明らかにした.ドイツでの研究をはじめ従来の研究ではいずれも350450mmの大径砥石が使用されている.しかし筆者らの研究では,超拘束研削の実用化には動力損失および研削点温度の低減,遠石寿命の向上が不可欠であり,そのためにはより小径の砥石が有利であるとの考えから,通常用いられる250mmの砥石を基本にした.そのためスピンドルの高速化が必要であり,新しいオイル&エア潤滑法の採用により,dn値=20,000,30,000rpm,22kWの高速スピンドルを実現した.これらの結果から,超高速研削が実用化されれば,これまで切削加工と研削加工の2工程で行われていた加工が,研削だけの1工程だけで達成できることになり,大幅な加工コストの削減になる.機械加工では一般に加工精度と加工能率は背反の関係にあるが,研削では砥石周速を高速化することによって,加工精度を犠牲にせずに加工能率を飛躍的に改善することができる.超高速研削は,この考えに基づいて,従来の10数倍の砥石周速で研削を行おうとするものである.超高速研削を実現するには高剛性,高出力の高速スピンドルが不可欠である.しかも超高周速下では砥石と空気およびク-ラントとの摩擦による動力損失が大きいため,低損失の潤滑方式が望ましい.そこで新たに開発したリテ-ナ潤滑を適用したオイルエア潤滑方式を採用し,最高回転数30,000rpm,出力22.5kW, dn値2,000,000超高速研削盤用高剛性・高出力スピンドルを開発した.本年度ではまず,このスピンドルを研削盤に組み込んだ超高速平面研削盤を開発した.

そしてこれを基に,超高周速下における諸問題を明らかにし,その解決策について研究した.研削点の発熱量は砥石周速に比例するので,超高速研削では研削点の冷却が最重要課題である.しかもク-ラントの摩擦による動力損失を極力小さくする必要がある.そのためには,砥石の円周だけに採用点を絞って高圧ク-ラントを給水する方法が有効であることを明らかにした.超高速研削におけるもう1つの課題は,高速回転に耐える砥石の開発である.本研究では,安全性と実用化を考慮し,CFRPをハブ材にした高強度ビトリファイドボンドCBNホイールの開発研究を行った.これらの成果を基に,鋳鉄についてZ'=100m^2/sの高能率研削を実現した.また比研削抵抗は,砥石周速の増加と共に増加するが,最大値がありそれ以上では逆に減少することを明らかにした.砥石の常用周速は3045m/sであるが,周速を上げれば,加工精度を犠牲にすることなく加工能率を飛躍的に改善することができる.本研究では,新たに開発した超高速平面研削盤を使用して,超高速研削下における研削特性について調べた.本研究では,(1)並行して行った高速・高出力スピンドルの潤滑法に関する研究成果(リテ-ナ潤滑法の開発)の応用により,現在のスピンドルを改良して出力35kw,30,000rpmとし,周速500m/s域での研削実験を可能にした.(2)周速500m/s域での研削に耐えられる高強度砥石の開発.(3)V≦300m/sで得られた軟鋼研削時の異常摩耗の改善や砥石寿命の向上が,V≧300/sでさらに顕著になることを確認した.(4)研削液供給法に関して最適化を行った.(5)常用速度の約3050倍に相当する,研削能率≧500mm3/mm・sでの高能率研削を実現した.(6)高剛性の研削動力計の導入により研削抵抗の高精度測定を実現し,研削の基本特性値である比研削抵抗が超高速下でどのように変化するかを明らかにした.要するに本研究の目的は,V≧300m/sの超高速研削の実用化に向けてその利点と技術的な課題を明らかにした.ドイツでの研究をはじめ従来の研究ではいずれも350450mmの大径砥石が使用されている.しかし著者らの研究では,超高速研削の実用化には動力損失および研削点温度の低減,砥石寿命の向上が不可欠であり,そのためにはより小径の砥石が有利であるとの考えから,通常用いられる250mmの砥石を基本にした.そのためスピンドルの高速化が必要があり,新しいオイル&エア潤滑法の採用により,dn値=20,000,30,000rpm,22kwの高速スピンドルを実現した.これらの結果から,超高速研削が実現化されれば,これまで切削加工と研削加工の2工程で行われていた加工が,研削だけの1工程だけで達成できることになり,大幅な加工コストの削減になる.
生体防御応答を制御する新規オルガネラ・ゾーンの同定

1つのオルガネラの中には、異なる役割を担う場が存在し、これを“オルガネラ・ゾーン"と定義する。本計画研究では、細胞の様々な様態におけるオルガネラ・ゾーンを可視化し、その形成機序や生物学的な意義を明らかにする。また、オルガネラ・ゾーンを制御する分子の探索も行う。特に、研究代表者および研究分担者が専門とする“病原体に対して誘導される自然免疫を介した生体防御応答"について、オルガネラ・ゾーンの観点から解析する。病原体を感知してその排除を誘導する自然免疫は、生体防御応答において重要な役割を果している。我々は、細菌やウイルスなどの病原体感染に対して誘導される自然免疫の正負の制御にオルガネラが深く関わること、ウイルス感染時に複製オルガネラと呼ばれる特殊なオルガネラが出現してその増殖に深く関わることをこれまでに見出している。H30年度は、グラム陰性細菌を貪食した血球系細胞において、損傷したリソソーム膜上の“応答ゾーン"を起点として活性化する自然免疫機構について解析した。当該機構を介した炎症誘導の抑制に関わる生理活性脂質が結合するタンパク質を質量分析により包括的に同定し、作用標的と推測される因子群を見出した。また、上皮細胞や線維芽細胞に細菌が感染した際に誘導される“応答ゾーン"の形成に関与する新規オートファジーアダプター因子を同定し、そのゾーン形成における役割を明らかにした。一方で、RNAウイルス複製オルガネラ形成に必要な小胞体“応答ゾーン"に集積する宿主因子VCPの機能解析を行った。主に、VCPが関与する小胞体関連分解(ERAD)機構が複製オルガネラ形成に必要であることを明らかにした。さらに、ERADによる一部のウイルス因子の選択的分解がウイルス増殖に必須であることを明らかにした。生体防御応答に関わるオルガネラ・ゾーンの形成機序や制御分子の解明が進んでいる。また、生体防御応答におけるオルガネラ・ゾーンの意義の解明が進んでいる。さらに、オルガネラ・ゾーンの可視化についても、条件検討がほぼ終了し、解析を開始している。1細菌感染時に誘導される“オルガネラ応答ゾーン"の形成機序と意義を解明:細菌を感知した貪食細胞においては、リソソーム膜損傷を起点として、シグナルが下流へと伝達され、最終的には細胞膜にポアが形成される。細胞は死に至るが、同時に生体防御応答を担う因子が細胞外へと放出される。H31年度は、電子顕微鏡観察を行い、当該脂質やその標的因子がオルガネラ動態に与える影響を可視化する。また、当該脂質が結合することで標的因子の機能にどのような変化が誘導され、応答ゾーンに影響を与えるのかを明らかにする。2ウイルス感染時に誘導される“複製オルガネラ形成を促すオルガネラ応答ゾーン"を解明:H31年度は、ERAD因子群が集積する複製オルガネラ分解ゾーンの形成機構について解析を進める。主に、複製オルガネラ分解ゾーンに局在する宿主因子として同定したRTNファミリーに焦点を当て、これら因子群の遺伝子破壊株を作成し、ウイルスの増殖とウイルス複製オルガネラ形成のイメージング解析を行い、これらゾーン形成の分子機序を明らかにする。3“複製オルガネラと他オルガネラの連携ゾーン"の形成機序と意義を解明:プロテオミクスにより同定した複製オルガネラ及びミトコンドリア膜上に存在する因子を強発現させ、ウイルスゲノム複製を抑制する因子を複数同定している。H31年度は、これら因子群のオルガネラ連携ゾーンにおける役割と、これら因子群を介したオルガネラ連携ゾーン形成の分子機序を明らかにする。4オルガネラ・ゾーンにおいて生体防御応答を担う新たな因子の同定:前年度までにオルガネラに局在する膜輸送因子群に対するsiRNAライブラリーを用いて、病原体複製を抑制する新たな生体防御関連因子を探索し、候補因子を複数同定した。H31年度は、同定した因子のゾーン形成や生体防御応答における役割を明らかにする。平成29年度は、グラム陰性細菌を貪食した血球系細胞において、リソソーム膜損傷を起点として活性化する自然免疫機構について解析し、培養細胞レベルおよび生体レベルで当該機構を介した炎症誘導の抑制に関わる生理活性脂質を同定した。また、RNAウイルスの感染した細胞において、2本鎖RNAにより活性化する自然免疫機構について解析し、当該機構を介したI型インターフェロンの産生に関わる膜輸送因子を同定した。一方で、RNAウイルスの感染した細胞において、複製オルガネラの形成・機能発現を促すゾーンや周囲のオルガネラとの連携を図るゾーンに蓄積する因子群を複数同定した。さらに、RNAウイルスの感染した細胞において、複製オルガネラが形成される過程を可視化するため、超解像顕微鏡の観察条件の検討を行った。

オルガネラ・ゾーンを形成する分子機構、オルガネラ・ゾーンの生物学的意義およびオルガネラ・ゾーンを制御する分子の同定が予定通りに進んでいる。また、オルガネラ・ゾーンの可視化についても、条件検討が進んでいる。1つのオルガネラの中には、異なる役割を担う場が存在し、これを“オルガネラ・ゾーン"と定義する。本計画研究では、細胞の様々な様態におけるオルガネラ・ゾーンを可視化し、その形成機序や生物学的な意義を明らかにする。また、オルガネラ・ゾーンを制御する分子の探索も行う。特に、研究代表者および研究分担者が専門とする“病原体に対して誘導される自然免疫を介した生体防御応答"について、オルガネラ・ゾーンの観点から解析する。病原体を感知してその排除を誘導する自然免疫は、生体防御応答において重要な役割を果している。我々は、細菌やウイルスなどの病原体感染に対して誘導される自然免疫の正負の制御にオルガネラが深く関わること、ウイルス感染時に複製オルガネラと呼ばれる特殊なオルガネラが出現してその増殖に深く関わることをこれまでに見出している。H30年度は、グラム陰性細菌を貪食した血球系細胞において、損傷したリソソーム膜上の“応答ゾーン"を起点として活性化する自然免疫機構について解析した。当該機構を介した炎症誘導の抑制に関わる生理活性脂質が結合するタンパク質を質量分析により包括的に同定し、作用標的と推測される因子群を見出した。また、上皮細胞や線維芽細胞に細菌が感染した際に誘導される“応答ゾーン"の形成に関与する新規オートファジーアダプター因子を同定し、そのゾーン形成における役割を明らかにした。一方で、RNAウイルス複製オルガネラ形成に必要な小胞体“応答ゾーン"に集積する宿主因子VCPの機能解析を行った。主に、VCPが関与する小胞体関連分解(ERAD)機構が複製オルガネラ形成に必要であることを明らかにした。さらに、ERADによる一部のウイルス因子の選択的分解がウイルス増殖に必須であることを明らかにした。生体防御応答に関わるオルガネラ・ゾーンの形成機序や制御分子の解明が進んでいる。また、生体防御応答におけるオルガネラ・ゾーンの意義の解明が進んでいる。さらに、オルガネラ・ゾーンの可視化についても、条件検討がほぼ終了し、解析を開始している。1細菌感染時に誘導される“オルガネラ応答ゾーン"の形成機序と意義を解明:前年度に、細菌感染時に誘導される炎症応答を抑制する生理活性脂質を同定した。ビオチン化された当該脂質が販売されているので、今年度の解析では、当該脂質に結合するたんぱく質を精製し、標的因子を同定する。さらに、同定した因子がどのように応答ゾーンの形成や機能に関わるのか、その分子機序を明らかにする。2ウイルス感染時に誘導される“複製オルガネラ形成を促すオルガネラ応答ゾーン"を解明:複製オルガネラ形成に関わる小胞体の応答ゾーンに集積するウイルス因子群とそれらによってリクルートされる宿主のストレス応答制御機構の関わりを明らかにする。また、ウイルス複製オルガネラ形成について、超解像度顕微鏡による詳細な観察および蛍光顕微鏡によるライブ観察を行い、応答ゾーンの可視化を試みる。
一般相対論と重力波の理論的研究

現在は、観測・実験やシミュレーションの進展により、アインシュタインの一般相対論に対する関心が非常に集まっている時期と考えられる。本研究では、この機会を捕らえ、国内の一般相対論およびその周辺分野の一流研究者を集め、以下の3つの最重要課題を中心に共同研究を行い、一般相対論および重力波の基礎的理解を深め、相対論的物理学の新しい発展を図ることを目指した。その実行段階で、得られた成果のとりまとめやより集中的な議論を行うため、竹原の研究会や東京セミナーを定期的に行ったが、その目的は十分達成されたと考える。1.一般相対論における未解決問題の研究(解析的アプローチ:冨松彰、小玉英雄、中村卓史、前田恵一・数値的アプローチ:江里口良治、大原謙一、小嶌康史、真貝寿明、中村卓史)2.観測的宇宙論とその一般相対論取り扱い(佐々木節、二間瀬敏史、石原秀樹、前田恵一)3.素粒子統一理論と一般相対論の関連(吉村太彦、細谷暁夫、小玉英雄、前田恵一)ここにリストアップした課題の成果については報告冊子に詳しくまとめてある。さらに、相対論分野の活性化や相互の議論・交流および若手育成にも多大の努力を払った。例えば、一般相対論全般において現在日本全国で行われている研究を鳥瞰する目的として、従来の大研究会「一般相対論と重力」の第46回目を毎年開催したが、その参加者は百数十名、講演数は毎回50を越える盛況な研究会になり、相対論分野の活性化に大きく貢献したと考えられる。またその成果は英文のプロシ-ディングとしてまとめている。本研究では、この機会を捕らえ、国内の一般相対論およびその周辺分野の一流研究者を集め、以下の3つの最重要課題を中心に共同研究を行い、一般相対論および重力波の基礎的理解を深め、相対論的物理学の新しい発展を図ることを目指している。1.一般相対論における未解決問題の研究(解析的アプローチ:富松彰、小玉英雄、前田恵一・数値的アプローチ:中村卓史、江里口良治、大原健一、小嶌康史)2.観測的宇宙論とその一般相対論的取り扱い(佐々木節、二間瀬敏史、石原秀樹、前田恵一)3.素粒子統一理論と一般相対論の関連(吉村太彦、細谷暁夫、小玉英雄、前田恵一)平成6年度は、各研究班は、まず現在までの研究成果を整理し、本研究において遂行すべき課題をリストアップした。研究課題1に関しては、未解決問題の整理と現在数値的相対論によりアプローチ可能な問題の設定、研究課題2では、非線型密度揺らぎの成長問題を、研究課題3に関しては、超ひも理論や超対称性を仮定したときの曲がった空間(宇宙やブラックフォール解)の古典的および量子論的問題点の整理から始めている。また、Ashtekar形式の実用性を課題1,3の両面で探っている。各研究分担内容に応じて個々の研究者およびその周辺の研究者、学生と共同研究を行っている段階であるが、研究課題1、2に関しては、いくつかのテーマに関し現在各研究グループでかなり進行しているものがあり、それらについて集中的に議論、共同研究を行うため、12月中旬竹原でワークショップを持った。また、一般相対論全般において現在日本全国で行われている研究を鳥瞰する目的として、従来の大研究会「一般相対論と重力」の第4回目を京都で11月末に、重点領域「重力波天文学」の研究班との共同開催で行った。

1.一般相対論における未解決問題の研究(解析的アプローチ:富松彰、小玉英雄、前田恵一・数値的アプローチ:中村卓史、江里口良治、大原謙一、小嶌康史)2.観測的宇宙論とその一般相対論的取り扱い(佐々木節、二間瀬敏史、石原秀樹、前田恵一)3.素粒子統一理論と一般相対論の関連(吉村太彦、細谷暁夫、小玉英雄、前田恵一)平成7年度は、昨年度リストアップした課題を各研究班にわかれ調べ、共同研究をスタートした。研究課題1に関しては、未解決問題の整理と現在数値的相対論によりアプローチ可能な問題の設定、研究課題2では、非線型密度揺らぎの成長問題を、研究課題3に関しては、超ひも理論や超対称性を仮定したときの曲がった空間(宇宙やブラックホール解)の古典的および量子論的問題点について考察中である。各研究分担内容に応じて個々の研究者およびその周辺の研究者、学生と共同研究を行っている段階であるが、それらについてより集中的に議論、共同研究を行うため、東京セミナー定期的に行っている(9月:早稲田大学、12月:東京工業大学)。また、一般相対論全般において現在日本全国で行われている研究を鳥瞰する目的として、従来の大研究会「一般相対論と重力」の第5回目を名古屋で1月末に行った。参加者は100名以上、講演数は前回同様50を越える盛況な研究会であった。現在は、観測・実験やシミュレーションの進展により、アインシュタインの一般相対論に対する関心が非常に集まっている時期と考えられる。本研究では、この機会を捕らえ、国内の一般相対論およびその周辺分野の一流研究者を集め、以下の3つの最重要課題を中心に共同研究を行い、一般相対論および重力波の基礎的理解を深め、相対論的物理学の新しい発展を図ることを目指し、その目的は十分達成されたと考える。1.一般相対論における未解決問題の研究(解析的アプローチ:冨松彰、小玉英雄、中村卓史・数値的アプローチ:江里口良治、大原謙一、小嶌康史、真貝寿明、中村卓史)2.観測的宇宙論とその一般相対論的取り扱い(佐々木節、二間瀬敏史、石原秀樹)3.素粒子統一理論と一般相対論の関連(吉村太彦、細谷暁夫、小玉英雄)平成8年度は、昨年度スタートした各研究班においてリストアップした課題について共同研究を行うとともに、若手育成にも多大の努力を払った。最終年度でもあるので、各研究班において得られた成果のとりまとめや相互の議論・交流を深め、それらについてより集中的に議論、共同研究を行うため、東京セミナーを定期的に行った(6月:お茶の水大学、9月:東京大学、1月;早稲田大学)。これらの成果については報告冊子に詳しくまとめられる。また、一般相対論全般において現在日本全国で行われている研究を鳥瞰する目的として、従来の大研究会「一般相対論と重力」の第6回目を東京工業大学で12月に行った。参加者は百数十名、講演数は前回同様50を越える盛況な研究会になり、相対論分野の活性化に大きく貢献したと考えられる。この成果は、例年同様、英文のプロシ-ディングとしてまとめられる。
蛋白質の折り畳みに基づいたHIV等の疾病に用いる電子工学的センサーの開発

前年度の結果(J.Am.Chem.Soc.誌に投稿中)から、電極表面付近に分布する酸化還元ラベルの割合を抗体の添加に伴って変化させることで、抗体のセンサーが作製できることが示唆された。そこで、酸化還元ラベル化した17塩基の線状DNAを金電極に修飾し、その後にエピトープペプチドが修飾された相補DNAを混合しセンサーとした。2本鎖DNAの柔軟性とシグナル変化の相関が予想されたので、2本鎖DNAに様々な変異を入れた系を用意し、酸化還元ラベルと金電極間の電子移動速度および抗体添加時のファラデー電流の変化率を調べた。具体的には、完全な相補配列をもつPM、2本鎖DNAの中央に1つ変異を入れた1MM、2つ変異を入れた2MM、電極側の5つに変異を入れた5MM5'、酸化還元ラベル側に5つの変異を入れた5MM3'の計5種類の酸化還元ラベル化DNAを用意して用いた。予想通り、非常に剛直なPMと1MMおよび酸化還元ラベルの分布の変化が起きにくい5MM3'に比べて、柔軟な2MMと5MM5'は、抗体の添加前後に電子移動速度に大きな変化が観測された。HIV抗体添加時の電流の変化率は、2MMは103±10%(コントロール9±2%)、5MM5'は142±40%(コントロール2±1%)となり、HIV抗体センサーの作成に成功した。上で用いた方法が他の抗体に対しても適用可能かを、ステロイドの一種であるDigoxigeninを相補DNAに修飾して、先の酸化還元ラベル化DNA(5MM5')と2本鎖を形成させHIVセンサーとの交換反応を調べた。その結果、Digoxigeninラベル化相補DNAの系は、Digoxigenin抗体に反応し(260±77%)、HIV抗体には反応しなかった(4±2%)。逆に、エピトープペプチドラベル化相補DNAの系は、Digoxigenin抗体には反応せず(6±1%)、HIV抗体にのみ反応した(196±4%)。本研究で開発したセンサーはこのような汎用性の高さに加えて、数分以内に抗体の有無が確認でき、かつコスト的に有利となる高い再生能を持っていることから、今後の発展が期待されるセンサーであると考える。この結果の一部については2010年1月にGordon conferenceで発表し、全てのデータを含めた論文について現在投稿準備中である。HIV抗体を感知するペプチドセンサーの開発をめざして、3つの実験を行った。ペプチドセンサーの開発には、金属表面に固定化したペプチドのダイナミクスについて知見を得る必要がある。しかしながら、ペプチドは非特異的な吸着が起こりやすいため、まず基礎データの収集のため金表面上で広く用いられているDNAのダイナミクスを調べた。ダイナミクスを知る上で重要なDNAの両末端間コンタクト速度について、溶液中での一本鎖DNAの鎖長依存性(5から20個のチミン塩基鎖)、および粘度依存性について調べた。その結果、DNAがガウス鎖で予想されるよりも遅い両末端間コンタクト速度を持っていることを明らかとし、さらにinternal frictionの存在が示唆された。この結果はDNAのダイナミクスを知る上で重要な結果であり、現在PNAS誌に投稿準備中である。次に、20個のチミン塩基からなる一本鎖DNAをAu-S結合を介して金表面に自己組織化膜を形成させ、そのダイナミクスをDNAのもう一端につけた酸化還元ラベル(メチレンブルー)のファラデー電流のAC Voltammetryの周波数依存性から見積もる実験を行った。周波数依存性は観測されたものの、現在のところDNAのダイナミクスとメチレンブルーの電子移動のどちらが律速となって、周波数依存に反映されたのかは明らかにできていない。今後、メチレンブルーをSAM上に直に配置した(つまりDNAなし)コンストラクトの周波数依存を調べることで、何が電子移動の律速となっているのかを明らかとすることが出来ると考える。これらの基礎的データの収集と平行して、HIV抗体を感知するペプチドセンサーの開発を行った。一連の実験から、界面活性剤を検査溶液に加えることでセンサーペプチドの非特異吸着を抑えることができ、目的とする抗体にのみ反応するセンサーペプチドを開発できた。今後、ネガティブコントロールとして、センサーペプチドと同じ配列をもったペプチドとの競争反応を調べる予定である。抗体に結合するペプチドをAu-S結合を介して金電極表面に修飾し、分子量の大きい抗体がペプチドに結合することでペプチドのダイナミクスが変化することを期待した。低濃度SDS存在下で抗体の有無を電気化学的に判断できたと思われたが、同じ配列のペプチド存在下でも同様の反応を示した為、残念ながら抗体の特異なペプチドへの結合を観測できたのではないことがわかった。これまでに、金属表面上で生体分子がどのように振舞っているのかを実験的に調べた研究は非常に少ない。そこで、まず扱いやすいDNAを用いて、溶液中および電極表面上のダイナミクスを調べた。まずDNAの両末端間接触速度について、溶液中での一本鎖DNAの鎖長依存性、溶液の粘度依存性と塩濃度依存性について調べた結果、DNAの負の電荷が両末端間接触速度に大きく寄与することがわかった。この結果は現在Biophys J誌に投稿中である。実験ではDNAの長さに制約があるため、より一般的な知見をシミュレーションから得るために、Texas大学のMakarov教授と共同研究した。この結果は現在J Phys Chem Bに投稿中である。次に、一本鎖DNAを金表面に修飾し、DNA末端と金表面の接触速度を見積もった。

DNAの鎖長依存性、溶液の粘度依存性と塩濃度依存性の結果から、金表面の電場がDNAの金表面への接触速度を非常に遅くしていることがわかった。この結果は今後応用が期待されるDNAの電極表面上でのダイナミクスを詳細に調べた重要な結果であり、引用数の多い雑誌に投稿準備中である。これらと平行して、蛋白質が折り畳む際の相互作用の形成過程をアミノ酸残基レベルで詳細に調べた結果をPNAS誌に発表した。これはペプチドへの抗体の結合に対する知見に繋がると考える。また、電極表面上での構造変化を電気化学的に捉えた結果が近々ELECTROANALYSIS誌に発表される。前年度の結果(J.Am.Chem.Soc.誌に投稿中)から、電極表面付近に分布する酸化還元ラベルの割合を抗体の添加に伴って変化させることで、抗体のセンサーが作製できることが示唆された。そこで、酸化還元ラベル化した17塩基の線状DNAを金電極に修飾し、その後にエピトープペプチドが修飾された相補DNAを混合しセンサーとした。2本鎖DNAの柔軟性とシグナル変化の相関が予想されたので、2本鎖DNAに様々な変異を入れた系を用意し、酸化還元ラベルと金電極間の電子移動速度および抗体添加時のファラデー電流の変化率を調べた。具体的には、完全な相補配列をもつPM、2本鎖DNAの中央に1つ変異を入れた1MM、2つ変異を入れた2MM、電極側の5つに変異を入れた5MM5'、酸化還元ラベル側に5つの変異を入れた5MM3'の計5種類の酸化還元ラベル化DNAを用意して用いた。予想通り、非常に剛直なPMと1MMおよび酸化還元ラベルの分布の変化が起きにくい5MM3'に比べて、柔軟な2MMと5MM5'は、抗体の添加前後に電子移動速度に大きな変化が観測された。HIV抗体添加時の電流の変化率は、2MMは103±10%(コントロール9±2%)、5MM5'は142±40%(コントロール2±1%)となり、HIV抗体センサーの作成に成功した。上で用いた方法が他の抗体に対しても適用可能かを、ステロイドの一種であるDigoxigeninを相補DNAに修飾して、先の酸化還元ラベル化DNA(5MM5')と2本鎖を形成させHIVセンサーとの交換反応を調べた。その結果、Digoxigeninラベル化相補DNAの系は、Digoxigenin抗体に反応し(260±77%)、HIV抗体には反応しなかった(4±2%)。逆に、エピトープペプチドラベル化相補DNAの系は、Digoxigenin抗体には反応せず(6±1%)、HIV抗体にのみ反応した(196±4%)。本研究で開発したセンサーはこのような汎用性の高さに加えて、数分以内に抗体の有無が確認でき、かつコスト的に有利となる高い再生能を持っていることから、今後の発展が期待されるセンサーであると考える。この結果の一部については2010年1月にGordon conferenceで発表し、全てのデータを含めた論文について現在投稿準備中である。
新規ラジカル受容テザーの開発とその抗HIVヌクレオシド合成への応用

アルケンから容易に調製可能なハロヒドリンまたはα-ゼレノアルコールの水酸基にトリチルシリルエチニルジメチルシリル(TEDMS)基をラジカル受容tetherとして導入し、アトムトランスファー条件下のラジカル反応に付すとendo-環化ラジカルがハロゲンでトラップされたエキソメチレン体が生成し、さらにフッ素イオンまたは適当な塩基で処理すると脱離反応ならびに脱TMS反応が進行する結果、エチニル基の立体選択的導入が可能と考え検討を進めた。先ず、TEDMS基を導入したフェニルセレノインダノール誘導体をモデル基質として種々検討した結果、当初の予想通りの機構でエチニル基のone-pot導入が可能であることが確認できた。様々な基質を用いて検討した結果、本反応は、糖等の多官能性化合物を含む5及び6員環のヨードヒドリンに適用可能であることが明かとなった。さらに本反応を鍵段階として、抗HIV活性が期待される2-エチニルヌクレオシドの合成に成功した。なお、本反応は、ラジカル反応によるエチニル化の初めての例である。アルケンから容易に調整可能なハロヒドリンまたはα-ゼレノアルコールの水酸基にトリメチルシリルエチニルジメチルシリル(TEDMS)基をラジカル受容tetherとして導入し、アトムトランスファー条件下のラジカル反応に付すとendo-環化ラジカルがハロゲン(またはSePh基)でトラップされたエキソメチレン体が生成するものと推論した。さらにフッ素イオンまたは適当な塩基で処理すると脱離反応ならびに脱TMS反応が進行する結果、エチニル基の立体選択的導入が可能と考え、以下を検討した。先ず、TEDMS基を導入したフェニルセレノインダノール誘導体をモデル基質として種々検討した結果、トリエチルボランを開始剤とする場合に期待したアトムトランスファー反応が効率的に進行することを見い出した。さらにテトラブチルアンモニウムフロリドで処理すると、閉環部をエチニル基にone-potで変換できることが分かった。反応経路を確認するためにアトムトランスファー環化中間体の単離を試みたが、不安定で成功しなかった。しかし、この中間体を種々の反応剤で処理した結果から、当初の予想通りの機構であることが確認できた。現在、反応条件の最適化及び一般性を検討している。