hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
近代土木事業による都市改造と都市イメージの生成に関する研究

近代土木事業は、現在につながる都市空間、都市イメージの形成に大きな影響を及ぼした。本研究では、京都が「首都」から「古都」へと都市の性格を転換していく過程において、琵琶湖疏水事業が与えたインパクトについて、空間・景観の視点から分析した。京都市上下水道局所蔵史料を核に、疏水流路決定の過程、岡崎地域の土地利用・産業構造の変化、市内の防火施設整備への影響、疏水観光と都市イメージの生成について解明した。京都市上下水道局疏水事務所が所蔵する明治19年以降の琵琶湖疏水工事設計資料、土地売買・賃借関係資料、土地利用申請関係資料、水使用・電力使用関係資料、予算・決算関係資料の複写を行った。また、琵琶湖疏水記念館所蔵田辺(朔郎)家文書、京都府立総合資料館所蔵行政文書のうち、大津-蹴上間の疏水水運・遊船利用、御所用水の建設・管理、社寺の防火施設整備についての史料を収集した。その他、法務局所蔵の土地台帳、宮内庁書稜部所蔵「御所水録」も入手した。これらの史料から、御所水道については建設の経緯と管理の主体・内容を把握することができた。御所以外の防火計画・施設については、社寺を中心に個別に史料を収集し、おおよその見通しがつく状態となった。疏水建設用地については、疏水建設以前の土地利用と所有者、土地買収の価格と場所との関係など、用地確保の実態を分析する手がかりがほぼ整った。これらの史料の分析は現在、土地利用と地価について詳細なデータを提示する段階にまで至っている。疏水完成後の水力利用については、決算書類から把握できる利用者・水量・使用料と、土地利用・産業との関係を探る作業を進めている。都市イメージの生成や郊外住宅地との関わりについても史料が集まりつつある。22年度の作業では、疏水事務所所蔵史料の調査・収集をほぼ終了することができたことが大きな成果であった。併せてその他の史料についても、鍵となるものを多数発掘できたことで、研究の見通しが立ち枠組みを固めることが可能となった。複写した資料のデジタル・データベース化、図面資料の解読とリライトなどを進めることで、次年度以降、より多くの新知見が得られることが期待される。以下の2項目において成果をあげた。(1)疏水用地の土地取得の実態解明昨年度から収集を進めている京都市上下水道局疏水事務所所蔵の明治19年以降の琵琶湖疏水工事設計資料、土地売買・賃借関係資料、土地利用申請関係資料、水使用・電力使用関係資料、予算・決算関係資料と併せて、法務局所蔵の土地台帳を分析することで、琵琶湖疏水の疏水本線、分線建設用地の土地所有状況とその買得金額を解明した。用地の地目の大半が田畑であること、地価の1.3倍程度の金額で収用されたことが指摘できた。この成果は、小野芳朗・西寺秀・中嶋節子「琵琶湖疏水建設に関わる鴨東線路と土地取得の実態」(日本建築学会計画系論文集、第676号、2012年、6月掲載決定)として報告した。(2)岡崎地域における産業の展開の解明『全国工場通覧』ほか多数の統計資料、電話帳などを分析することで、地域ごとの産業立地特性、業種別の分布などを年代ごとに解明し、夷川発電所周辺に中小規模の機械工業、繊維工業が分布すること、大規模な機械工場が慶流橋南に立地したことなどを明らかにした。また、都市計画において工業地域としての指定を受けなかったことによって、工業地としての発展は限界を見るものの、戦後昭和40年代までその性格は引き継がれたことを把握した。こうした岡崎地域の展開を、都市経営方針と重ね合わせることで、近代京都における岡崎地域の位置づけを考察した。その他琵琶湖疏水と防火について、御所水道、本願寺水道など直接引水した事例のみならず、疏水整備前後から増加する社寺などの歴史的建造物、官公庁など近代施設における防火意識の高まりと防火対策の進行について資料を収集した。また、洛外の住宅地開発に琵琶湖疏水が与えた影響についても販売パンフレットや洛外を紹介した言説などを収集することでその概要を明らかにしつつある。近代における土木事業は、近代化・産業化・西洋化を第一の目的として日本各地で進められ、現在にまで様々なかたちで影響を及ぼしている。本研究では、琵琶湖疏水事業をとりあげ、京都が「首都」から「古都」へとその性格を変容させていくなかで、疏水事業が京都に与えたインパクトとその意味を考察した。とりわけ注目したのが、産業と土地利用・防火都市の構築・疏水観光と都市イメージ、の3点である。1)産業と土地利用については、京都市上下水道局琵琶湖疏水事務所所蔵の疏水経路図・土地利用図、および田辺(朔郎)家文書の御所用水図面、御所水道図面などから水路用地取得状況、水利用の実態について明らかにし、小野芳朗・西寺秀・中嶋節子「琵琶湖疏水建設に関わる鴨東線路と土地取得の実態」(日本建築学会計画系論文集77(676), 1513-1520, 2012-06)として発表した。

産業については、『全国工場通覧』、『京都商工人名録』、『京都電話番号簿』、地籍図、京都府立総合資料館所蔵の「京都市明細図」を中心に、琵琶湖疏水着手前から昭和初期までをトレースすることで、産業化の過程と疏水利用、都市計画との関係を把握した。これについては、都市基盤研究会(2012/11/17京都工芸繊維大学)にて「近代京都における鴨東地区の産業と市街化の展開」として口頭発表している。2)防火をめぐっては、御所水道、本願寺水道などよく知られているもののほか、多くの社寺や公共施設おいて進められた防火施設整備について、琵琶湖疏水の利用を軸に近代の防火意識、都市像のあり様を調査・分析した。一部は上記論文中において発表済みである。3)観光をめぐっては、疏水事務所所蔵史料にある建造物・工作物設置の申請・許可書類にみる施設整備の実態、遊船の運行状況・乗客数などを把握することで、それが以後の遊覧都市京都における岡崎地域イメージを牽引したことを指摘した。京都市上下水道局疏水事務所所蔵の資料について、一応の整理が終わり、テーマ別に分析、考察を進める段階にいたった。そのうち土地利用については日本建築学会の査読論文として掲載されるところまで完成度をあげることができた。また、疏水によってもたらされた産業とその変遷について詳細に明らかにすることができるとともに、都市計画との関係をも考察するにいたった。琵琶湖疏水をめぐる分析テーマとして掲げたすべてについて、深めるには至っていないが、テーマごとにみれば一定の成果をあげたと考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。23年度までにおおよその資料収集を完了しており、本年度は、分析、考察を集中的に行い成果を研究会において報告、論文として上梓することを目指す。■防火都市の構築琵琶湖疏水による直接的な防火対策とともに、公共施設、社寺における防火設備整備について、近代の都市像、防火概念という観点から考察する。■疏水観光の成立過程と都市構想産業の展開と並行して、明治28年の内国勧業博覧会以来、疏水周辺の土地利用が観光と結びついてどのように変遷したのかを解明する。■別荘・住宅地開発疏水沿いに開発された住宅地の開発経緯とその販売状況を疏水との関係から分析する。その際、異なる主体による開発の相違点と共通点に注目する。
ＣＥＡ遺伝子導入ＥＳ細胞由来樹状細胞を用いた癌ワクチン療法

私達はiPS細胞由来樹状細胞(DC)を作成し,腫瘍抗原遺伝子であるhgp100遺伝子を導入し,これを用いた癌ワクチン療法の可能性をマウスを用いて検討した.結果,iPSDCはnaiveDCと比較して成熟能,遊走能は同等であることを示し,さらにhgp100遺伝子発現iPSDCワクチンによってhgp100特異的な細胞障害性Tリンパ球(CTL)が誘導されること,またこのCTLはhgp100発現細胞株であるB16に対して強力な抗腫瘍効果を発揮することを立証した.また実際の治療モデルでnaiveDCとiPSDCは同等のワクチン効果を発揮することを立証した.今後の臨床応用の可能性が示唆された.本年度は昨年度に作製したgp-100遺伝子導入iPS-DCのワクチン実験を行った.ほぼ予定通りに研究は進んでいる.gp100遺伝子導入iPS-DCをC57BL6Jマウスに投与し,14日後に脾臓採取し,リンパ球を分離し,5日間のin vitro刺激を行いbulk CTLを樹立した.そのCTLからCD8+CTLを分離し,細胞傷害活性を51Cr-release assayを用いて検討した.結果gp100-iPS-DCはgp100発現腫瘍細胞のみを選択的に傷害した.またこのCTL活性は通常の骨髄由来DC(BMDC)と同等であり,作業仮説どおり,iPS由来DCはBMDCと同等のAPC機能を有することが実験的に立証されたため,下記の腫瘍チャレンジを行った.gp100遺伝子導入iPS-DC,同様にgp100-BMDCまたコントロールとしてコントロールベクター導入iPS-DC BMDCの4群にわけて,gp100発現メラノーマ腫瘍であるB16を摂取した腫瘍モデルにワクチンを行った.継時的に腫瘍体積を測定した.結果コントロール群では腫瘍増殖抑制は認められなかったが,gp100-iPS-DCは著明な腫瘍増殖抑制を認め,この効果はBMDCと同等であった.以上から腫瘍抗原遺伝子導入iPS-DCはBMDCと同等のワクチン効果を発揮することが実験的に立証された.iPS-DCの機能解析結果,腫瘍抗原遺伝子導入iPS-DCのワクチン効果をまとめ,論文を作製した.現在某ジャーナルから追加研究を提示され,現在行っている.本年度はiPS細胞由来樹状細胞(DC)のワクチン担体としての抗腫瘍効果の検討を行った.マウスiPS細胞よりDCを分化誘導し,これにマウスメラノーマ細胞B16の腫瘍抗原遺伝子であるgp100遺伝子をアデノウイルスベクターを用いて導入し,iPS-DC-gp100を得た.これをC57BL/6Jマウス(n = 5)の背部皮下に接種し,14日後にsacrificeし脾臓を採取した.脾臓よりリンパ球を分離し,これをB16と5日間混合培養しCD8+陽性細胞を単分離しCTLを得た.CTLの細胞障害活性をB16をターゲットにした51Cr-release assayを行った.結果,コントロール遺伝子導入iPS-DCではB16,MC38(gp100蛋白非発現のnegative contorol)とも細胞障害活性を認めなかったが,gp100遺伝子導入iPS-DC接種にて得られたCTLはB16のみを障害し,gp100特異的な細胞障害活性を認めた.その後に実際の癌ワクチンとしての可能性を皮下腫瘍モデルを用いて検討した.結果,B16皮下腫瘍はコントロール群)では全く腫瘍増殖抑制効果を認めなかったが,gp100遺伝子導入群では著明な抗腫瘍効果を認めた.これらに研究結果は論文とし,Int J Cancerに投稿した.結果、追加実験としてiPS-DCの所属リンパ節への遊走能のチェックを必要性を示唆されたため,追加実験を行った.iPS-DCをラベリングし,ワクチン後の所属リンパ節の蛍光染色ならびに免疫染色を行った.結果,iPS-DCのワクチン後の所属リンパ節への遊走能はナイーブDCと同等であり,さらにT細胞リッチなzoneに集積することが立証された.これらの内容を加え,再投稿し,アクセプトされた.(Int J Cancer 2014 e pub)私達はiPS細胞由来樹状細胞(DC)を作成し,腫瘍抗原遺伝子であるhgp100遺伝子を導入し,これを用いた癌ワクチン療法の可能性をマウスを用いて検討した.結果,iPSDCはnaiveDCと比較して成熟能,遊走能は同等であることを示し,さらにhgp100遺伝子発現iPSDCワクチンによってhgp100特異的な細胞障害性Tリンパ球(CTL)が誘導されること,またこのCTLはhgp100発現細胞株であるB16に対して強力な抗腫瘍効果を発揮することを立証した.また実際の治療モデルでnaiveDCとiPSDCは同等のワクチン効果を発揮することを立証した.今後の臨床応用の可能性が示唆された.本研究課題はCEA遺伝子導入ES細胞由来樹状細胞(DC)を用いた癌ワクチン療法であり,当初,ES細胞由来DCでの研究で成果があれば,人工多能性幹細胞(iPS細胞)由来DCを用いた癌ワクチン療法を行う予定としていた.しかし近年,ES細胞由来DCに対して複数報告があり,さらに癌ワクチン療法を行うにあたり,同系異種ES細胞を用いるより,自己iPS細胞を用いる手法が妥当とも考えられた.結果,私たちはiPS細胞由来DCを用いた癌ワクチン療法の基礎研究から研究を行うこととした.そのため交付申請時の研究実施計画とやや研究内容が異なった.本年度の研究実績(1)マウスiPS細胞の培養・継代:

マウスiPS細胞であるiPS-MEF-Ng-200-17(Nature 448: 2007)を当教室で行った.(2)マウスiPS細胞からDCへの分化誘導:iPS細胞からのDC誘導を行い(Stem Cells 27: 2009),BM-DCとの比較検討を行った.細胞表面マーカーのチェック,DCのサイトカイン産生の比較検討,DCの遊走能のチェックを行い,iPS由来DCがBM-DCと比較して変わらないことを確認した.(3)アデノウイルスベクターの作製:本研究ではiPS細胞由来DCにメラノーマ腫瘍抗原遺伝子であるgp-100を導入する手法を行った.そのツールとなるアデノウイルスベクターであるAxCA-gp100をCOS-TPC法にて作製した.(4)DCへの遺伝子導入:iPS細胞由来DCへgp-100遺伝子を導入し,蛋白発現をFACSにて確認した.現在gp-100遺伝子導入iPS-DCを用いたワクチン実験を進行中である.本研究は元来ES細胞由来DCを用いたワクチン療法の基礎研究を予定していたが,これまでの説明のごとく,iPS細胞由来DCを用いた研究からスタートしたため,交付申請時の実施計画と比較することはできないが,今年度は当初の研究計画より早い進行で研究が進んでいると自負している.前年度にはiPS-DC細胞の機能解析を行い,作業仮説どおり,iPS-DCがBMDCと同等のDC機能を持つことが確認されたため,本年度はそのAPCとしての役割を動物実験にて行った.結果,腫瘍抗原遺伝子導入iPS-DCワクチンは通常の骨髄由来DCと同等のワクチン効果を発揮した.ミスなく研究が進み,良好な結果を得たため,当初の計画以上に進んでいると判断した.すでに論文は投稿しており,某ジャーナルからRivicedの指示があり,修正作業を行っている.その他2012年日本癌学会,2012年日本癌治療学会で研究成果を発表し,高い評価を得たと自負している.本研究は元来ES細胞由来DCを用いたワクチン療法の基礎研究を予定していたが,前述のごとく,iPS細胞由来DCを用いた研究からスタートしたため,交付申請時の実施計画と比較することはできないが,今年度は当初の研究計画より早い進行で研究が進んでいると自負している.当教室でのiPS細胞の取り扱いは初めてであったが,数回他施設への研修,その他企業主催の研修に出席し,培養を開始した.特に問題なく経過し,大量のストックに成功している.またDCへの分化誘導に関してもほぼ問題なく成果をあげている.現在,研究の重要なパートである実際のワクチン実験を行っている.平成24年秋からの学会から本研究の成果を報告する予定としている.また平成24年度での論文発表を目標としている.今後の研究予定現在投稿中のジャーナルから追加実験の指示があり,iPS-DC機能解析について,追加実験を行っている.具体的にはiPS-DCの所属リンパ節への遊走能についての追加実験とCTL機能評価についての追加実験である.今年度前半は追加実験と論文修正を予定している.今後の研究予定(1)現在進行中である腫瘍抗原遺伝子(gp-100)導入iPS細胞由来DCのワクチン実験を成功させる.具体的にはgp-100特異的な細胞傷害活性の確認,実際の腫瘍モデルでの抗腫瘍効果の検討を行う.この時点での研究成果を論文発表する予定としている.
米タンパク質摂取による糖尿病性腎症等の腎機能改善効果の解析

2型糖尿病非肥満モデルGoto-Kakizakiラットにおける米胚乳タンパク質(REP)の腎症進行抑制効果は、腎臓のMCP-1発現上昇抑制が関与していることが示唆された。肥満モデルZucker Diabetic Fattyラットでは、REP、米糠タンパク質(RBP)ともに腎症進行抑制効果に加えて血糖上昇抑制及び肝臓脂質蓄積抑制が顕著であった。その肝臓及び腎臓の遺伝子発現応答解析より、REPとRBPでは異なるが、肝臓では解糖系酵素関連遺伝子の発現増加など、腎臓では炎症反応抑制および酸化ストレス軽減による可能性が推察された。平成24年度までの研究成果として、日本人やアジア人種に多い非肥満型自然発症2型糖尿病モデルGoto-Kakizaki(GK)ラットを用い、米胚乳タンパク質(RP)および米糠タンパク質(RBP)の糖尿病性腎症進行抑制効果とその作用機構の一端を明らかにした。しかし、世界的には肥満2型糖尿病患者の増加が深刻な問題になっていることと、メカニズム解明のためには異なるモデル動物での検討が必要と考え、Zucker Diabetic Fatty(ZDF)ラットを用いて、RPおよびRBPの長期給与による腎機能改善効果とそのメカニズム解明を目指し、検討した。1.試験終了時には、RP・RBP両群ともにカゼイン(C)群に比べ、有意な血糖上昇抑制効果がみられ、血中総コレステロール、アルカリホスファターゼおよび尿素窒素等も有意に低値を示した。また、RP・RBP摂取は強い脂肪肝抑制・改善効果を示し、特にRBPで顕著であった。尿量の経時変化に同調して近位尿細管障害度を示すN-acetyl-β-D-glucosaminidase(NAG)活性が上昇、それに追随するように尿中アルブミン排泄量の増加がみられたが、試験終了時点でRP・RBP両群ともにC群に対して約50%有意に低値を示した。腎症患者の食事で問題となる尿中無機リン排泄量もC群に比べ、RP・RBP両群ともに顕著に少なかった。腎糸球体障害抑制効果は、GKラット同様にRPのほうが強い抑制効果を示した。2.試験終了時の肝臓と腎臓のCE-TOF MSによるメタボローム解析を行い、群間で比較検討した。肝臓では、RP・RBP両群でさまざまな代謝経路の亢進、酸化ストレス軽減による肝機能正常化への寄与が推察されたが、RPとRBPでは代謝物質のプロファイルに明らかな相違がみられた。また、腎臓でのメタボローム解析は難しく、さらなる検討が必要である。アジア人種に多い非肥満型自然発症2型糖尿病モデルとしてGoto-Kakizaki(GK)ラットを用い、米胚乳タンパク質(RP)・米糠タンパク質(RBP)摂取による糖尿病性腎症等の進行抑制、腎機能保護調節のメカニズム解明を目指し、長期飼養試験を実施した。さらに、腎臓における炎症性サイトカイン遺伝子発現変化をみるために短期試験も実施した。1.試験終了時の空腹時インスリン濃度に有意差はなかったが、血漿アデイポネクチン濃度はRP群が有意に高値を示した。しかし、肝臓のアデイポネクチンレセプター遺伝子に有意な発現上昇はみられなかった。また、糖尿病やメタボリックシンドローム進行マーカーとして注目されている血漿ALPは、RBP群で有意に抑制された。さらに、血漿エリスロポエチン濃度はRP群が他3群に比べて有意に高値を示した。2.尿中アルブミン排泄量は、RP群は12週目、RBP群は15週目まで抑制効果がみられたが、腎糸球体組織像解析では、腎疾患の病態進行によってみられる腎糸球体のメサンギウム細胞や基質の増殖に対し、RPのほうが強い抑制効果を示した。糖尿病性腎症は合併症のなかでも重篤な疾患で透析導入に至る患者の割合が最も高く、その予防や重症化抑制は医療費削減からも重要である。それゆえ、主食である米タンパク質の腎疾患進行抑制効果の解明は、社会的意義が多大である。主食用白米から調製した米胚乳タンパク質(RP)と未利用資源である米糠タンパク質(RBP)の長期摂取(810週間)による糖尿病性腎症進行抑制効果の作用機構解明を目的とした。2型糖尿病の非肥満モデルとしてGoto-Kakizaki(GK)ラット、並びに肥満モデルとしてZucker Diabetic Fatty(ZDF)ラットを用いた。GKラットにおけるRPの腎症進行抑制効果はMCP-1の遺伝子発現上昇抑制を介し、そのMCP-1発現上昇抑制は抗酸化酵素のHmox1の遺伝子発現上昇を介している可能性が考えられた。血中CRP濃度も有意に抑制されていたので、炎症反応や酸化ストレス軽減により、腎症進行が遅延されることが推察された。ZDFラットでは、RP・RBP両群ともに腎症進行抑制効果に加えて、GKラットでは明確な効果がみられなかった血糖上昇抑制及び脂肪肝抑制効果が顕著であった。

そこで、ZDFラット肝臓及び腎臓の遺伝子発現応答を解析した結果、RP摂取による血糖上昇抑制はインスリン成長因子結合タンパク3型(Igfbp3)を介した効果、腎症進行抑制は炎症反応の抑制によることが推察された。一方、RBPでは血糖上昇抑制に解糖系の律速酵素関連遺伝子の発現増加が関与し、腎臓では炎症反応抑制および酸化ストレスの軽減による可能性が推察された。さらに、肝臓と腎臓のメタボローム解析を試みた結果、肝臓では、RP・RBP両群で解糖系やβ酸化経路の亢進、抗酸化物質の増加による肝機能正常化が示唆されたが、腎臓での解析は難しく、さらなる検討が必要である。本研究結果より、RP及びRBPの長期摂取が2型糖尿病、脂肪肝、及び糖尿病性腎症を含む慢性腎臓病の予防や重症化予防にヒトにおいても有効であることを確認できれば、米を主食とする食生活に科学的根拠を与えて、米の消費拡大とともに医療費削減に貢献できる。食生活学・食と栄養肥満2型糖尿病モデルZDFラットを用いての長期飼養試験は、予備飼育等の期間を含めると、約3か月以上に渡る。また、採取した血液、尿、腎臓、および肝臓の各種項目の測定、分析にはかなりの時間を要する。それゆえ、長期飼養試験は綿密な準備の下に開始し、常時、連携研究者や研究協力者らと研究の進行状況を共有しながら進めている。とくに、ZDFラットはモデル動物の中でも糖尿病やその合併症の進行状態で個体差が大きいので、各種測定項目の解析結果の再現性を確認するために、同様のプロトコルで、さらなる分析項目をプラスする形で追試験を実施したが、大変良好な再現性を確認でき、本年度計画の8割は達成できた。また、平成26年度へ向けてGKラットとZDFラットの遺伝子発現応答の予備的検討もほぼ計画どおりに進めることができた。2型糖尿病モデルGKラットを用いての長期飼養試験は、予備飼育等の期間を含めると、4ヶ月以上に渡る。また、採取した血液、尿、腎臓、および肝臓の各種項目の測定、分析にはそれ以上の時間が必要であるので、長期試験は年間1回としている。それゆえ、長期試験は綿密な準備の下に開始し、常時、連携研究者や研究協力者らと研究の進行状況を共有しながら進めている。しかし、モデル動物は健常動物に比べて個体差が大きいので、各種測定項目の解析結果の再現性を確認するために、必ず次年度に原則として同様のプロトコルで、さらなる分析項目をプラスする形で追試験を実施している。平成24年度は、平成25年度へ向けて、肥満2型糖尿病モデルZucker Diabetic Fatty (ZDF)ラットの予備試験も含めてほぼ計画通りに進めることができた。RPおよびRBP摂取による糖尿病とそれに伴う腎症の改善効果のより詳細なメカニズム解明のため、DNAマイクロアレイ解析を用いて検討を行う。RPとRBPによる糖尿病改善および腎機能保護効果の相違点に注目しながら、特に、ZDFラットの肝臓や腎臓のメタボローム解析で変化がみられた代謝系に関係する酵素の遺伝子発現変動を中心に解析を進める。と同時にその他の代謝や生理機能に関係する遺伝子発現応答についても網羅的に解析する。さらに今後、GKラットやZDFラットの血液や尿のメタボローム解析を行い、代謝系の全体像を把握することが、RPおよびRBPによる腎機能改善効果の詳細なメカニズム解明につながると考えている。1.ZDFラットにおける米胚乳・米糠タンパク質の腎症進行抑制効果の解析:自然発症2型糖尿病モデル
土壌微生物「細胞性粘菌」由来の薬理活性物質ＤＩＦの研究

細胞性粘菌類の一種「キイロタマホコリカビ」から発見されたDIF-1とその誘導体(DIFと類似の人工化合物:DIFs)は、複数の生物活性(抗腫瘍活性、糖取り込み促進活性、他)を有する低分子化合物である。我々は、1DIFsの構造を参考にした新しい抗がん剤(がん細胞の増殖と浸潤/転移を阻害する薬剤)の開発、2肥満/糖尿病治療薬の開発、3抗トリパノソーマ剤(トリパノソーマはシャーガス病を引き起こす寄生虫)の開発、並びに4DIFsに関連する基礎研究を進めた。その過程で我々は、一部のDIFsは(少なくとも一部)ミトコンドリアの活動を阻害することによって機能すること等を見出した。細胞性粘菌Dictyostelium discoideum(以後「粘菌」)は、単純な生活環を有する土壌微生物であり、モデル生物として発生学や細胞生物学的な研究に利用されている。DIF-1とDIF-3は、粘菌の柄細胞分化誘導因子として発見されたが、我々は、DIFsとその誘導体が複数の薬理活性を有することを発見し、DIFsをリード化合物とした薬剤開発を進めている。平成25年度の本研究においては主に以下を実施した。1.昨年度、我々は、DIFの抗がん作用のメカニズム(DIFの細胞内局在)解析を目的として、蛍光発色体BODIPYを結合した「BODIPY-DIF-3G(緑色蛍光体)」を合成した。今回、さらに「BODIPY-DIF-3R(赤色蛍光体)」を合成し、HeLa細胞を用いて、これらDIF蛍光体の細胞内局在や生物活性を検討した。その結果、1両者はHeLa細胞のミトコンドリアに局在すること、2DIFs同様、BODIPY-DIF-3GはHeLa細胞の増殖を阻害するが、BODIPY-DIF-3Rは増殖に影響しないこと、3DIFs同様、BODIPY-DIF-3Gは、ミトコンドリアの酸素消費を促進し、ミトコンドリアを膨潤させたが、BODIPY-DIF-3Rはそれらに影響しないこと、4膨潤したミトコンドリアはBODIPY-DIF-3Gでは染まるが、BODIPY-DIF-3Rでは染まらないこと等を明らかにした。すなわち、BODIPY-DIF-3sは共に正常ミトコンドリアに局在するにもかかわらず、BODIPY-DIF-3Gは生物活性を発揮し、BODIPY-DIF-3Rは生物活性を発揮しない。これらのことから、生物活性を有するDIF誘導体は、少なくとも一部、ミトコンドリアの活動を乱すことによって機能していることが示唆された。2.細胞性粘菌におけるDIF-1の作用機序解析と、各種DIF誘導体を用いた「化学構造-活性相関」解析を行った。細胞性粘菌Dictyostelium discoideum(以後「粘菌」)は、単純な生活環を有する土壌微生物で、発生過程の最後に胞子と柄からなる子実体を形成する。DIF-1は、粘菌の柄細胞分化誘導因子として同定された物質だが、我々はDIF-1とその誘導体が複数の薬理活性を有することを発見し、DIFをリード化合物とした抗がん剤、糖尿病治療薬などの開発を進めている。平成24年度の本研究において、以下を実施した。1.がん細胞におけるDIFの作用機序については、断片的な解析が行われてきたが、DIFの細胞内での挙動は不明であった。そこで、我々は、蛍光発色体BODIPYを結合したDIF誘導体「BODIPY-DIF-3」を合成し、その生物活性と細胞内局在を解析した。その結果、BODIPY-DIF-3は、他のDIF誘導体と同様にHeLa細胞の増殖を強力に阻害すること、また、ミトコンドリアに局在し、ミトコンドリア機能を阻害すること等を見出した。2.マウス骨肉腫細胞LM8は、リゾフォスファチヂン酸(LPA)に対する遊走能を有しているため、ボイデンチャンバーなどを利用してin vitro遊走(浸潤・転移)実験が可能である。この系を利用して、LPAによるLM8細胞の遊走を阻害するDIF誘導体のスクリーニングを行った結果、いくつかのDIF誘導体がLM8細胞の遊走を強力に阻害することを見出した。3.Trypanosomacruziは、南米シャーガス病を引き起こす寄生性原虫である。我々は、簡便なin vitro培養系を利用して、T. cruziのホストへの感染とホスト内での増殖に対するDIF誘導体の効果を検討した。その結果、いくつかのDIF誘導体がそれらT. cruzi活性を強力に阻害することを見出した。さらに、ある種のDIF誘導体がマウス血液中のT. cruzi数を有意に減少させることも見出した。細胞性粘菌Dictyostelium discoideum(以後「粘菌」)は、単純な生活環を有する土壌微生物であり、細胞生物学や発生生物学研究のモデル生物として利用されている。DIF-1とDIF-3は、粘菌の柄細胞分化誘導因子として発見された低分子化合物だが、我々は、DIFsとそれらの誘導体が複数の薬理活性を有することを発見し、DIFsをリード化合物とした薬剤開発(主として、抗がん剤と糖尿病治療薬の開発)を進めている。平成26年度の本研究においては主に以下を実施した。1.我々はすでに、DIF-1とその誘導体であるDIF-1(3M)は、in vitro培養系で哺乳類細胞の糖代謝を促進することを発見、報告している。

今回我々は、ストレプトゾトシン(STZ)投与で作製した糖尿病ラットを用いて、DIF-1の薬理作用と毒性を検討した。(方法)DIF-1 (30 mg/kg)を経口投与したSTZ糖尿病ラットと非投与のSTZ糖尿病ラット(それぞれ24匹と14匹)に2時間後Glucose負荷をかける。その後30分毎(180分まで)にラットの血糖値をモニターする。(結果)DIF-1を投与したラットでは、Glucose負荷前の血糖値が、コントロールラットよりも有為に下降しており、Glucose負荷後30分で一過性に上昇したが、180分後にはコンロッドラットの血糖値よりも有為に小さな値を示した。また、DIF-1を投与したラットに行動異常などは認められなかった。これらの結果から、DIF-1にはin vivoにおいて血糖値を下降させる作用があることが示された。2.30種類のDIF誘導体を用いて、in vitroでがん細胞の遊走(リゾフォスファチジン酸誘導性の遊走)を阻害する誘導体をスクリーニングした。いくつかの誘導体が阻害活性を示したため、それらの作用機序を解析した。その結果、DIF誘導体はミトコンドリア活性やMAP kinase活性を阻害することによってがん細胞の遊走を阻害することが示唆された。細胞性粘菌Dictyostelium discoideum(以後「粘菌」)は、単純な生活環を有する土壌微生物の一種であり、発生生物学や細胞生物学分野のモデル生物として古くより世界中で研究されている。我々は、この粘菌を用いて、細胞分化や走化性運動の機序解析を進めてきた。近年、細胞性粘菌類は「未開拓創薬資源」として注目されている。DIF-1, DIF-2, DIF-3は、粘菌の柄細胞分化誘導因子として1980年代後半に発見された低分子化合物だが、近年我々は、DIFとその誘導体が薬理活性(抗腫瘍活性や糖代謝促進活性)を有することを見出し、DIFをリード化合物とした薬剤開発を進めている。本研究において、我々は以下のことを明らかにした。1)いくつかのDIF誘導体が、リゾフォファチジン酸誘導性のマウスLM8骨肉腫細胞の遊走/浸潤を強力に阻害することを見出した。2)いくつかのDIF誘導体が、PAK1(p21-activated kinase 1)を直接阻害することによってヒトMCF-7乳がん細胞の増殖を阻害することを見出した。3)いくつかのDIF誘導体が、自然免疫系を抑制することを示した。4)DIF-1とその誘導体の1つがマウス3T3L1線維芽細胞のグルコース代謝を促進することを見出した。また、ストレプトゾトシン(STZ)誘導性糖尿病ラットを用いて、経口投与したDIF-1がSTZラットの血糖値を下降させることを示した。5)DIF-2は粘菌走化性運動の調節因子である。このDIF-2の作用機序の一部を解明した(粘菌は走化性運動の解析モデル生物であるため、この成果は、哺乳類の好中球やがん細胞の遊走の研究に寄与すると思われる)。細胞性粘菌類の一種「キイロタマホコリカビ」から発見されたDIF-1とその誘導体(DIFと類似の人工化合物:DIFs)は、複数の生物活性(抗腫瘍活性、糖取り込み促進活性、他)を有する低分子化合物である。我々は、1DIFsの構造を参考にした新しい抗がん剤(がん細胞の増殖と浸潤/転移を阻害する薬剤)の開発、2肥満/糖尿病治療薬の開発、3抗トリパノソーマ剤(トリパノソーマはシャーガス病を引き起こす寄生虫)の開発、並びに4DIFsに関連する基礎研究を進めた。
量子多体問題とトポロジカルな励起についての研究

近年、ボース凝縮体を光格子中に閉じ込めた系が注目を集めており、凝縮体が光格子中で様々な興味深い振る舞いを見せることがわかってきた。本年度は光格子中におけるボース凝縮体の励起スペクトルと、スピン1を持つボース粒子の光格子中における超流動-Mott絶縁体転移について研究を行った。光格子中でのボース凝縮体の超流動性や安定性を議論する上で、励起スペクトルを調べることは重要である。本研究では、1次元の周期ポテンシャルの中における凝縮体の励起スペクトルとそのバンド構造について議論する。まず、光格子が低い場合を仮定し、格子ポテンシャルを摂動として扱いBogoliubov方程式を解いた。その結果、化学ポテンシャルと自己エネルギーの間にHugenholtz-Pinesの関係式が成り立ち、励起スペクトルは長波長で線形となることがわかった。これは凝縮体の光格子中での超流動性を示している。次に、一つのポテンシャル障壁に対する励起のトンネル問題の解からKronig-Penneyモデルについて励起スペクトルを計算した。二つの凝縮体を隔てるポテンシャル障壁に対するBogoliubov励起のトンネル問題は、解析的に解かれており、低エネルギーのBogoliubov励起がポテンシャル障壁を完全に透過するanomalous tunnelingが起きることが報告されている。計算の結果、準共鳴トンネルが周期ポテンシャル中の凝縮体の励起スペクトルがギャップを持たず線形であることを保証しており、周期ポテンシャルの高い極限まで励起のソフト化は起きないことがわかった。この結果から、Bogoliubov励起のanomalous tunnelingと、凝縮体の光格子中での超流動性が密接に関係しているといえる。また、スピン1を持つボース粒子の超流動-絶縁体転移については、Bose-Hubbardモデルに対してGutzwiller変分波動関数を用いて基底状態の相図について調べた。その結果、スピン自由度がない場合に超流動-Mott絶縁体転移が2次転移になることとは対照的に、スピン1の場合には内部自由度の為に転移が1次になることがわかった。近年、磁気トラップされたBose凝縮体をレーザーによるoptical lattice中に閉じ込め、lattice potentialの高さを変化させることにより超流動相とMott絶縁体相の間の相転移が実験的に観測された。磁気トラップ中では原子のスピンは磁場の方向に制限されているが、光学トラップではスピンを制限することなく原子をトラップできるので、これを用いてスピン自由度のあるBose凝縮体の研究が行われている。スピン自由度のあるBose凝縮体は、トポロジカルな励起であるスカーミオンの生成やfragmentation等、磁気トラップにより作られたスピン自由度の無いBose凝縮体とは異なる多様な性質を持つと考えられる。光学トラップを用いた、optical lattice中のspin自由度のある原子系においてどのような超流動-絶縁転移がおこるかは興味深い問題である。本研究ではoptical lattice中における、反強磁性的な相互作用をするスピン-1のbosonの超流動-Mott絶縁体転移について調べた。その結果、Mott絶縁体相は各siteの粒子数が偶数の場合の方が奇数の場合に比べより安定化し、基底状態の相図において絶縁体相の領域が大きくなっていることがわかり、これは偶数の場合には全ての粒子がsinglet pairを組んで安定化することが原因であることがわかった。この"even-odd conjecture"は1次元の反強磁性Heisenberg modelや、Hubbard model、t-J modelの梯子系で研究されているが、我々はこの性質がBose粒子系において超流動-絶縁体転移と関連していることを初めて示した。また、超流動相は、光学トラップ中のBose凝縮体と同様のpolar stateになっていることがわかった。近年、optical lattice,とよばれる、レーザーの干渉を用いて作った周期ポテンシャル中に中性原子気体を閉じ込めた系が、量子多体問題の研究の舞台として注目を浴びている。特に、この系ではレーザーの強度を調節し、optical latticeの高さを変化させることにより原子間相互作用を自由に調節することができるので、高温超伝導などの固体物理の分野で注目を集めてきた強い相関を持つ系の理論を検証するのに非常に適した系である。今年度は、Toronto大学のGriffin教授との共同研究で、Bose凝縮体のoptical lattice中における集団励起について研究を行った。これまでは絶対零度におけるoptical lattice中のBose凝縮体の性質が主に調べられてきたが、本研究では従来の理論を有限温度の場合に拡張し、有限温度におけるBose凝縮体の集団励起のLandau dampingについて調べた。Landau dampingは、凝縮体の集団励起が熱励起に吸収され、新たな熱励起を生ずる過程により起きる集団励起の減衰である。我々は、Landau dampingが起きるのに必要なエネルギー保存則がみたされるためには、励起スペクトルは下に凸である必要があることを明らかにした。このような励起スペクトルの特徴はanomalous dispersionと呼ばれ、4Heのphononスペクトルが同様の特徴をもつ。また、optical latticeの高さを変化させていったとき、あるlattice potentialの高さで励起スペクトルが下に凸から上に凸に振る舞いを変えることから、凝縮体の集団励起の減衰がそのoptical latticeの高さにおいて突然消失すると考えられる。このため、凝縮体の集団励起の変化を実験的に調べることにより、励起スペクトルの特徴と我々の用いた理論モデルの正当性を検証できると考えられる。

本年度は光格子中におけるボース凝縮体の励起スペクトルと、スピン1を持つボース粒子の光格子中における超流動-Mott絶縁体転移について研究を行った。光格子中でのボース凝縮体の超流動性や安定性を議論する上で、励起スペクトルを調べることは重要である。本研究では、1次元の周期ポテンシャルの中における凝縮体の励起スペクトルとそのバンド構造について議論する。まず、光格子が低い場合を仮定し、格子ポテンシャルを摂動として扱いBogoliubov方程式を解いた。その結果、化学ポテンシャルと自己エネルギーの間にHugenholtz-Pinesの関係式が成り立ち、励起スペクトルは長波長で線形となることがわかった。これは凝縮体の光格子中での超流動性を示している。次に、一つのポテンシャル障壁に対する励起のトンネル問題の解からKronig-Penneyモデルについて励起スペクトルを計算した。二つの凝縮体を隔てるポテンシャル障壁に対するBogoliubov励起のトンネル問題は、解析的に解かれており、低エネルギーのBogoliubov励起がポテンシャル障壁を完全に透過するanomalous tunnelingが起きることが報告されている。計算の結果、準共鳴トンネルが周期ポテンシャル中の凝縮体の励起スペクトルがギャップを持たず線形であることを保証しており、周期ポテンシャルの高い極限まで励起のソフト化は起きないことがわかった。この結果から、Bogoliubov励起のanomalous tunnelingと、凝縮体の光格子中での超流動性が密接に関係しているといえる。また、スピン1を持つボース粒子の超流動-絶縁体転移については、Bose-Hubbardモデルに対してGutzwiller変分波動関数を用いて基底状態の相図について調べた。その結果、スピン自由度がない場合に超流動-Mott絶縁体転移が2次転移になることとは対照的に、スピン1の場合には内部自由度の為に転移が1次になることがわかった。
骨芽細胞/コラーゲンマトリックス複合体による硬組織再生

本年度は研究の最終年にあたるため、コラーゲンマトリックス-骨髄細胞複合体を実験動物へ移植し、骨の形成過程を解析した。これまでの研究から骨髄より接着性の多分化能を有する細胞を採取しコラーゲンマトリックス上へ播種し培養したところ、骨芽細胞へ分化することを明らかにした。さらにこの複合体を実験動物の背部皮下へ埋殖すると、約1ケ月後には骨が形成され、内部には骨髄も形成されていた。コラーゲンマトリックスとしてはI型コラーゲンが最も優れており、II型からV型コラーゲンには分化誘導能は認められなかった。またI型コラーゲンの場合でも細胞をマトリックス内へ封入すると、誘導能は低下していた。このことは細胞と細胞外マトリックスとの相互関係が重要なことを示している。また骨髄細胞を何代か継代培養してコラーゲンマトリックス上へ播種したところ、細胞外マトリックスによる骨芽細胞への分化誘導はほとんど認められなかった。骨髄細胞は骨髄から採取した直後は高い多分化能を有しているが次第にそれが失なわれ、線維芽細胞となってゆくためコラーゲンマトリックスへの応答性が失なわれてゆくものと思われる。このような状態の細胞は、生体内へ移植しても骨の形成は認められない。一方骨髄から採取した直後の骨髄細胞をコラーゲンマトリックスとともに生体へ埋殖しても骨は形成されない。このことは生体内で十分な骨を誘導するためには、移植前に細胞が十分骨芽細胞へ分化していなければならないことを示している。本年度はコラーゲンの性状、形態が骨髄細胞から骨芽細胞への分化誘導にどのような影響を与えるかを検討した。コラーゲンによる分化誘導はゲル状のコラーゲンで著明な効果が認められたが、細胞をゲル内に埋入した場合、ゲルの有する分化誘導能は抑制された。このことは細胞がコラーゲンと接することにより、骨芽細胞へ分化が起こり易いことを示しており、生体における骨芽細胞の局在、すなわちコラーゲンを主体とする類骨に骨芽細胞が接している、と同様の状態になることが分化にとって有利な条件と推定される。またゲル状となっていることが分化誘導にとって重要で、コラーゲンを乾燥し膜状とした時骨芽細胞への分化は認められなかった。一方IV型コラーゲンには分化誘導能はなかったことから、I型コラーゲンに特異的と思われる。さらにゲルの濃度を0.1%から0.5%にすると分化誘導能も促進されていたので、コラーゲンの濃度も重要な因子と考えられる。来年度はさらにコラーゲンの条件に検討を加え、骨芽細胞/コラーゲンマトリックス複合体を、小動物の骨欠損部へ移植し骨形成を計る予定である。本年度は骨芽細胞/コラーゲンマトリックス複合体を小動物(ラット等)へ移植し、骨が形成されるか否かを検討した。骨髄細胞はコラーゲンマトリックス上で効率よく骨芽細胞へ分化する。細胞播種後、一カ月後にはディシュ上に多数の石灰化結節が認められた。このような状態のマトリックスを適当な大きなに無菌条件下で細切し、さらにヌードマウスの背部皮下へ無菌的に移植した。マウスは無菌条件下で飼育し、滅菌した食料や水を自由に与えた。一カ月飼育したところ、細胞/コラーゲンマトリックス複合体を移植した部位には皮膚の表面から硬結物が触れられた。このものは肉眼的に白色を呈し、骨様の外観をしていた。さらに摘出したものは非常に固く、そのままでは細片化するのも難しいほどであった。これを定法に従い脱灰し、切片を作製し、ヘマトキシレン-エオジン染色を施した。その結果、摘出物の内部には骨が認められ、骨形成のおきたことが明らかとなった。以上の結果は骨髄細胞をコラーゲンマトリックス上で培養すると、骨芽細胞へ分化し、さらにその骨芽細胞は、生体内で骨を形成したことを示している。

但し以上の結果は若い動物から採取した骨髄細胞を用いた場合であり、老齢化した動物由来の骨髄細胞は、コラーゲンマトリックスにほとんど反応せず、大部分の細胞は骨芽細胞へ分化することがなかった。このことは我々が行った方法では、現在のところ、老齢者由来の骨髄細胞には適用できないことを意味している。来年度はこのような細胞でも、十分に骨芽細胞へ分化し、生体内で骨が形成される条件を検討する予定である。我々はこれまでコラーゲンの効果はTGFβの共存により促進されることを見出している。このことはコラーゲンマトリックスに対する応答性が低下している場合(例えば、高齢者から採取した骨髄細胞を用いた場合)、TGFβにより応答性を回復させる可能性があることを示している。さらに他の成長因子等も検討し、高齢者由来の骨髄細胞でも十分骨が形成しえる条件を検討する予定である。本年度はまずコラーゲンマトリックス-骨髄細胞複合体により生体内で骨が誘導されるか否かを検討した。骨髄細胞をコラーゲンマトリックス上で培養すると、細胞数が減少し、ついで増殖してくる。このようにして増殖してきた細胞は、通常の培養条件下の細胞と異なり多角形となる。さらに培養を持続すると細胞は多層化し、結節も形成される。このような段階の細胞は高いアルカリフォスファターゼ活性を示し、また骨芽細胞の形質であるオステカルシンも産生し、骨芽細胞に分化したことは明らかである。次にこのような段階の細胞-マトリックス複合体をヌードマウスへ埋殖した。埋殖後1週から2週目ではコラーゲンマトリックス間に線維性組織が形成される。埋殖後3週目になると移植したコラーゲンマトリックスは吸収され、代わりに骨組織が形成された。4週目になると骨梁間には骨髄も形成された。このことは生体内の骨組織と同様のものが形成されたことを示している。また実験期間を通じ、軟骨は認められず、骨髄細胞-マトリックス複合体による骨形成は直接骨化の過程によることが明かとなった。骨が形成されるためには骨髄細胞は成熟した骨芽細胞となっていなければならず、骨髄細胞の状態、前骨芽細胞の段階では骨を誘導しない。これまでの実験より申請者らは本来骨形成とは無関係な骨髄細胞とコラーゲンマトリックスにより骨を生体内に形成させることができた。このような現象を引きおこすための細胞やマトリックスの要件については不明な点が残されているので、来年度以降もこの点を明らかにしてゆきたい。そして将来的には新しい骨欠損部の修復法となるよう研究を進める予定である。
中性子ビームによるパイ中間子発生反応の研究

2核子過程によるパイ中間子発生反応についての研究をおこなった。近年提案されている「重い中間子交換模型」と「パイ中間子多重散乱模型」によって各種のパイ中間子発生反応を調べた。その結果、しきい値近傍については、s-波生成機構が重要な役割をはたしており、高エネルギー領域についてはp-波生成機構によって説明されることが判明した。また、pp→ppπ^0反応について、角分布の測定と理論解析を行い、【right filled triangle】)共鳴励起に関して極めて短距離での構造を議論できることを示した。さらに、pn→ppπ-反応についての議論によって、s-波生成機構を与える行列要素の符号を決定した。pn→ppπ^-反応はπ^0発生反応と同じS-波生成機構にあわせて、p-波生成機構からの寄与も持つ。このため、干渉の効果により、角分布は非対称な構造を持つ。本研究において、π^-反応の測定を行い、理論解析とあわせて議論を行ったことにより、行列要素の符号に関して明確な結論を得たものである。本研究の成果によって、すべての荷電チャンネルについてパイ中間子発生反応の定量的評価が可能となった。また、pp→ppπ^0反応について、角分布の測定と理論解析を行い、Δ共鳴励起に関して極めて短距離での構造を議論できることを示した。さらに、pn→ppπ^-反応についての議論によって、s-波生成機構を与える行列要素の符号を決定した。pn→PPπ^-反応はπ^0発生反応と同じS-波生成機構にあわせて、p-波生成機構からの寄与も持つ。また、pp→ppπ^0反応について、角分布の測定と理論解析を行い、△共鳴励起に関して極めて短距離での構造を議論できることを示した。さらに、pn→ppπ^-反応についての議論によって、s-波生成機構を与える行列要素の符合を決定した。pn→ppπ^-反応はπ^0発生反応と同じs-波生成機構にあわせて、p-波生成機構からの寄与も持つ。
家畜の造精機能に及ぼす細胞増殖因子(EGF)の生理的役割

epidermal growthfactor(EGF)はin vitroではDNA合成を刺激し強力な細胞増殖作用を有することが知られており,精子産生や妊婦の成立維持に重要な役割を果していることが示唆されている。本研究では,DNA合成阻害による家畜の増精機能障害モデル,アドリアシン(ADR)を長期間投与して誘起される造精機能障害マウス,における顎下腺や血中のEGF濃度を調べ,EGFと精子産生との関われについて検討した。また,同時に血中テストステロン(T)濃度を調べ,Tとの関わりについても検討した。その結果,以下のことが判明した。10週齢の雄マウス(平均体重40g)にADR12μg/0.1mlを5週間,週3回の割合で皮下注射すると,生理的食塩水を処置した対照群に比べると,精巣重量や精巣上体尾部の精子数は著しく減少し,精巣組織は精細管直径が菱縮したが,顎下腺のmEGFならびに血中のmEGFやT濃度はなんら変化が認れらめなかった。これらの結果より,DNA合成阻害による造精機能障害はmEGFやTの分泌能とは関わりのないことが示唆された。当初の目的では,DNA合成阻害による精巣障害の治療にmEGFやTを用いて検討することにしていたが,本実験の結果よりmEGFやTによる治療は無効であることが推察された。なお,今年の実施計画にある精巣組織中のEGFリセプタ-の局在についての調査は,目下,実験中である。
ブロック共重合体の粘着メカニズム解明による強接着・遅延接着性粘着剤の設計提案

ブロック共重合体粘着剤の粘着メカニズムを解明し、強接着・遅延接着機能をもつ新規機能性粘着剤の設計提案をおこなうことを目的にしている。昨年度我々が想定している上記機能発現メカニズムをまず検証した。そのためにモデル試料として、粘着剤成分のPnBAを重水素化した成分(dPnBA)と、PMMA成分をもつジブロック共重合体粘着剤などを合成した。これらのモデル粘着剤を薄膜にし被着体であるPMMAを薄膜にしたPMMA薄膜で上下を挟んだ3層膜をフローティング法を応用して作製する技術を確立した。エージングにより粘着剤層中の被着体と相溶性のある成分が界面に偏析することで、粘着剤層が無配向構造から水平配向構造に変化する様子を観察するための基礎技術の一つである。PMMA以外の被着体の検討として今年度は、ポリプロピレン(PP)を選択した。そのため上下の層をPPに変えて3層膜を作製し、一年目と同様の種々の検討をおこなった。PPは自動車などの各種輸送機器の軽量化のために、金属などの代替材料として検討されている。しかしPPだけで金属に置き換えることは強度的に難しいので、まずは金属や他の材料との複合材での利用がすすめられているが、それらとの接合に使われる接着剤が無いことが問題である。そこで本研究のコンセプトである相溶成分の偏析による接着力の向上というコンセプトがPPにも生かされることを確認することは重要だと考えた。ただし、結晶性であるPPをスピンコートにより薄膜化することは難しいため、薄膜化の検討が必要であった。結果としてPP/dPnBA-PMMA/PPの3層膜を作製することができたので、140°Cでエージング前後での粘着剤層の配向変化を観察することに成功した。結果はdPnBA成分がPPに配向することによる水平配向構造が形成されることを確認した。今後は実際の粘着力が上昇することを確認する。粘着剤の重合環境が確立し、PnBA-PMMA系での強接着・遅延接着性のコンセプトは平成29年度前倒しで実証できた。さらに研究内容を一年目で論文にまとめることができた。このメカニズムがPMMA以外の一般的な被着体でも成り立つことを示す計画であったが、ポリプロピレンという実材料として有望な材料で上記のコンセプトが成り立つということを証明できた。引き続き中性子反射率を使って評価を進める体制も維持されている。3年目は至急、粘着剤重合用のモノマーを購入し、実際の粘着剤と被着体の組み合わせで、界面の相分離構造の配向と粘着力との相関を明らかにすることで研究をまとめたい。今後PnBA-PMMA系だけではなく、23の系で被着体と相溶性の高い成分の偏析を利用した強接着・遅延接着機能の検証を行う。被着体は当面、PPを中心に進めるがコンセプトの実証のためには、その他の相溶性パラメータの大きく違う被着体も利用する。粘着剤は現在中心的に評価しているdPnBA-PMMA系にまずは固定して、PMMAと相溶性パラメータの大きく違う被着体を選定する。これにより実用材料として重要なポリプロピレンに強接着する粘着剤開発に直結する知見を得たいと考える。さらに粘着剤として実際に使われる系での実際の粘着力の評価を貯めていく必要があり、数十g以上の大量合成も来年度内に実施の予定である。これまでの検討で、粘着剤成分としてポリブチルアクリレート(PnBA)をもち、もう一方の成分としてポリメチルメタクリレート(PMMA)をもつ市販のトリブロック共重合体粘着剤をPMMA板に貼り合わせた後、140°Cでエージングすると、粘着力が10分ほどで急激に上昇することがわかっている。粘着剤/被着体界面に、被着体と相溶性の高い粘着剤中のPMMA成分が偏析することによってできたと思われる水平配向ラメラ構造が形成されることから、PMMA成分の偏析によって界面自由エネルギーが小さくなったことが、本粘着剤がPMMA板と強固にくっつく原因である、と推測している。本年度はこのメカニズムを検証するためにまず、本現象を種々の手法を使って詳細に観察した。モデル試料として、粘着剤成分のPnBAを重水素化した成分(dPnBA)と、PMMA成分をもつジブロック共重合体粘着剤などを合成した。これらのモデル粘着剤を薄膜にしPMMA薄膜で上下を挟んだ3層膜を作製した。この3層膜のエージング前後の試料を、中性子反射率(NR)と斜入射小角X線散乱(GISAXS)、2次イオン質量分析、電子顕微鏡観察などで詳細に調べた結果、エージング前は粘着剤層中のラメラ構造はランダムであったが、エージング後は水平配向構造を取ることが分かった。また上下のPMMA層との界面には粘着剤中のPMMA成分が偏析していることもわかった。そこでNRとGISAXSによりエージング中のその場観察をおこなった。結果として、約10分程度で粘着剤層の水平配向ラメラ構造が完成することがわかり、ラメラの水平配向すなわち、界面自由エネルギーの低下と粘着力が増加する時間スケールが一致したので、上記の推測が確証されたと考えている。粘着剤の重合環境が確立した。研究のきっかけとなったPnBA-PMMA系での強接着・遅延接着性のメカニズムは平成29年度の研究によって明確になったと考える。ここまでの研究内容は早速論文にまとめることができた。