hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
金属人工格子の短波長磁気光学特性の研究

短波長域の磁気力一回転および磁気力一だ円率の信頼性あるスペクトルの測定のための装置を整備した。光源,分光器,光学系の工夫により、1.2eV5.3eVの広いエネルギ-範囲でスペクトルが得られるようになった。これを用いて、Pt/CoおよびPt/Fe,さらにPt/PtFeの磁気力一スペクトルを測定した。多層膜の磁気光学効果は、各層界面および層内の磁気光学効果の多重反射と干渉の影響を強くうけている。このため、多層膜全体の光学定数は構成元素からなる合金の光学定数とはかなり異ったものとなっている。これを調べるため、反射スペクトルのクラマ-ス・クロ-ニヒ変換により、人工格子膜のみかけの光学定数n.kを求めた。これを用いて、人工格子膜の光学伝導率テンソルの対角および非対角要素を計算した。このスペクトルは、多重反射・干渉の効果を含むみかけのものであるが、2eV付近と4eV付近に2つのピ-クをもつσ^<11>_<xy>のスペクトルの形およびσ^<11>_<xy>の絶対値は,Ebert,Akaiらのバンド計算により求めたPtーFe合金のσ^<11>_<xy>のスペクトルおよび値と非常に似ている。現在σ^<11>_<xy>のスペクトルの膜厚依存性等の詳細を継続して研究している。また、多重反射・干渉の効果の正確な評価にための解析法の確立を行いつゝある。特に分光エリプソメトリの方法によるn,kのスペクトルの評価のための測定装置の整備を行っている。
中枢神経系の層形成を制御する分子メカニズムの研究

器官形成の過程では細胞の増殖・分化は正確に制御されており、生み出された細胞が個々の形質に応じて適切な位置に配置されることで機能的な組織が形づくられる。我々はこれまでの研究において、分泌性のシグナル分子であるWnt2bが網膜の再集合培養の系で正しい層形成を誘導する事が出来る事、さらに実際の生体内では網膜幹細胞の維持に関わっている事などを明らかにして来た。本研究においては、これらの成果をさらに発展させ、どのようなシグナルが細胞内に伝わる事で幹細胞としての性質が維持されるかについて詳細な解析を行なった。神経細胞の分化はプロニューラル遺伝子と呼ばれる一群の転写因子によって促進され、その活性はNotch受容体からのシグナルで抑制されていることが知られている。そこで網膜幹細胞においてWntのシグナルとこれらの細胞分化抑制機構がどのような関係にあるかを調べたところ、興味深い事に、WntにはNotchの活性に非依存的にプロニューラル遺伝子の活性を抑制できることが明らかとなった。さらにWntの下流で働いている遺伝子を明らかにするためにWntのシグナルが活性化している細胞とそうでない細胞の間でサグトラクションスクリーニングを行ない、複数の遺伝子を得る事が出来た。これらのWnt応答性遺伝子の発現を実際の生体内において調べたところ、そのいくつかは網膜の幹細胞で特異的に発現しており、幹細胞においてWntシグナルがはたらいていることをさらに裏付けることができた。また、これまでにNotchシグナルの下流で働いていると思われていたHES1が網膜の幹細胞ではWntによって制御されている事、HES1の機能は網膜幹細胞の未分化性の維持に必要かつ十分である事を明らかにした。また、奈良先端科学技術大学院大学および国立遺伝学研究所との共同研究によって、Tol2トランスポゾンを用いてニワトリの網膜の細胞のゲノムに安定に発現ベクターを組み込む技術を開発する事に成功した。本研究は、特に脊椎動物の中枢神経系に特徴的に見られる層構造に注目し、ニワトリ網膜をモデルシステムとして用いることで器官形成の諸過程がどのような分子メカニズムによって制御されているかを明らかにしようとしている。我々はこれまでの研究で、分泌性のシグナル分子であるWntに、単一細胞に解離した網膜前駆細胞から正しい層構造を持った組織を再生させる活性があることを明らかにしてきた。Wntがどのようなメカニズムで層形成を誘導しているのか検討するために、再生初期での各種分化マーカーの発現を調べたところ、Wntの存在下で細胞の分化が顕著に抑制されていることが分かった。また、レトロウイルスを用いて網膜の組織に恒常的にWntを強制発現させたところ、未分化状態を保ったまま非常に大きな細胞シートを形成した。これらの結果から、Wntは未分化な幹細胞を維持することによって間接的に正しい組織を再生させていることが予想された。次に、Wntがどのようなメカニズムで細胞の分化を抑制しているのか、既存の分化抑制シグナルとの関連を調べることで詳細に検討した。その結果、WntはDelta-Notchを介した経路及び細胞周期の進行とは独立に、神経細胞への分化に必要なプロニューラル遺伝子と呼ばれる一群の転写因子の発現を抑制していることが明らかになった。現在、Wntシグナルがどのようにプロニューラル遺伝子の発現を抑制しているのかを検討している。

本研究は、特に脊椎動物の中枢神経系に特徴的に見られる層構造に注目し、ニワトリ網膜をモデルシステムとして用いることで、器官形成の諸過程がどのような分子メカニズムによって制御されているかを明らかにしようとしている。我々はこれまでの研究において、分泌性のシグナル分子であるWnt2bが網膜の再集合培養の系で正しい層形成を誘導する事が出来る事、さらに実際の生体内ではCiliary Marginal Zoneと呼ばれる領域に存在する幹細胞の維持に関わっている事などを明らかにして来た。本年度は、Wntが細胞分化を抑える分子メカニズムを解明するために、その下流で転写が活性化される分子をスクリーニングする事を試みた。ニワトリの網膜においては、Wntシグナルに反応した細胞はLEF1と呼ばれる転写因子の発現を上昇させる事が知られている。そこで、網膜の細胞を単一の細胞に解離し、LEF1を発現している網膜前駆細胞とLEF1を発現していない網膜前駆細胞を単離した。さらにそれぞれの細胞から得られたcDNAを用いてサブトラクションライブラリーを作製し、ディファレンシャルスクリーニングを行なった結果、Wntに反応している細胞でのみ特異的に発現している候補遺伝子を複数得る事が出来た。さらにそれらの遺伝子の発現を実際の網膜で調べたところ、幹細胞が存在する領域で特異的な発現が見られる事が分かった。器官形成の過程では細胞の増殖・分化は正確に制御されており、生み出された細胞が個々の形質に応じて適切な位置に配置されることで機能的な組織が形づくられる。本年度はWntの下流でどのようなシグナルが伝わる事によって幹細胞が維持されているのかについて詳細な解析を行なった。その結果、網膜の幹細胞領域では、従来Notchの下流で働いていると考えられていたHES1がWntシグナルによって制御されている事が分かった。HES1を過剰発現すると、Wntの過剰発現と同様の表現型、すなわち幹細胞の分化の抑制が観察され、逆にHES1の機能をドミナントネガティブ分子によって阻害すると、幹細胞が未分化状態を保てずに神経細胞へと分化する事が分かった。さらに興味深い事に、HES1のファミリー分子であるHES5は網膜の中心部でNotchシグナルの制御を受けており、過剰発現するとミュラーグリア細胞を誘導した。これらの観察から、網膜の細胞の分化はWntとNotchの2つのシグナルによって制御されており、前者がHES1を介してマージン領域で幹細胞を維持するのに対し、後者はHES5を介して分化を抑制しつつ決められた数の神経細胞を作り出した後に最終的にミュラーグリアを誘導している、という概念を提出する事が出来た。
新しい心不全治療薬としての新規PDK4阻害薬の開発

心臓は毎日10トン近い血液を送り出しつつ、変動する負荷に適応している。適応できない状態が心不全である。成人の心臓は一日に約35kgのATPを合成する。これによって心臓は動き続けることが出来る。ATPは好気的な解糖系すなわちTCAサイクルと酸化的リン酸化により合成される。しかし心不全になると、TCAサイクルの鍵酵素であるPDH(ピルビン酸脱水素酵素)が、活性化したPDK4(ピルビン酸脱水素酵素キナーゼ)によりリン酸化されて抑制され、解糖系は嫌気性代謝に転換する。これによりATP合成効率は極度に低下する。このためPDK4阻害薬は新規の心不全治療薬として期待されているが、これまでどの企業も成功していない。我々は、すでにPDK4阻害作用のあるリード化合物を同定し、PDK4と化合物との共結晶の構造解明にまで進んだ。本研究では、立体構造に基づくin silico設計によってPDK4阻害薬(KIS化合物)の化学構造を改良し、既存のPDK4阻害薬よりも有効な化合物を開発するため、PDK4蛋白・KIS化合物複合体を結晶化し、X線結晶構造解析を行った。明らかにしたPDK4蛋白とPDK4阻害薬の蛋白薬物複合体の立体構造解析の結果を踏まえ、より強くPDK4蛋白に結合し、強力にPDK4の機能を阻害する立体構造を持つと期待される候補化合物群を、ダイクロロ酢酸もしくはKIS化合物の構造をベースに設計、化学合成を行った。さらに、PDK4阻害薬の心不全治療効果等のマウスモデルによる検証と、治療効果の高いPDK4阻害薬の選択を行った。このように、本研究では分子構造学的な手法を用いて化合物を改良し、新規の心不全および癌治療薬として実用化を目差すものである。初年度は計画通りに研究を実施し、治療効果の高いPDK4阻害薬の選択に至る成果を得た。我々は過去にPDK4活性を阻害する新規KIS化合物をリード化合物として同定した。そこで今回の研究において我々は、PDK4蛋白・KIS化合物複合体を結晶化し立体構造を解析する。さらに複合体構造に基づき、約100万種類の化合物構造データベースから、蛋白の活性部位と化合物とを結合させるドッキングシミュレーションを行い化合物の最適化を行う。得られたPDK4活性阻害候補薬は、心不全モデルマウスを用いて、その有効性を薬理学的に評価する。心不全モデルマウスを用いて新規KIS化合物の薬効評価を行い、心不全治療効果の高いPDK4阻害薬を選び出した。同時に、これらのPDK4阻害薬の薬理学的解析を行い、その作用メカニズムを検討した。一方で、我々はこれまでに転写因子KLF5が心血管系リモデリングや癌の病態等に重要であることを明らかにした。特に、間葉系細胞におけるKLF5活性化は心肥大や臓器線維化の重要な要因であるため、KLF5の機能を制御する薬は心血管リモデリングや癌の病態を改善すると期待される。これらの実績に基づき、我々はKLF5の活性を抑制する化合物を探索した。KLF5は特定の立体構造をとらない天然変性蛋白であり、Znフィンガー領域以外は結晶化が困難である。したがって、KLF5の立体構造に基づく阻害薬の開発も困難である。今回、我々はin silicoの方法を駆使してKLF5の阻害作用を有する新規低分子化合物を設計および合成した。この化合物はin vitroでPDK4の阻害作用を有することを明らかにした。さらに、in vivoで心不全と癌の治療効果を有すること明らかにした。なお、両化合物ともに、in vivoでの心不全治療効果および抗腫瘍活性等を評価するために大量合成を実施し、種々の評価に供した。今後は引き続き、立体構造に基づくin silico設計によりKIS化合物の化学構造を改良する。既存のPDK4阻害薬よりも有効な化合物を開発するため、PDK4蛋白・KIS化合物複合体を結晶化し、X線結晶構造解析を行う。PDK4蛋白とPDK4阻害薬の蛋白薬物複合体の立体構造解析の結果を踏まえ、より強くPDK4蛋白に結合し、強力にPDK4の機能を阻害する立体構造を持つと期待される候補化合物群を設計、化学合成する。心不全治療効果のマウスモデルによる検証と治療効果の高いPDK4阻害薬の選択を行う。さらに、心不全以外にも循環ショック、癌、腎臓の線維化、肺線維症などでPDK4の活性化が病態形成に関わるとされており、これらに対する治療効果についてもモデルマウスで検討する。また、。一連の研究から、我々は心不全の最終的なパスウェイであるATP産生の非効率化(解糖系の好気性代謝から嫌気性代謝への転換)に注目し、その鍵分子であるPDK4の阻害薬開発に焦点をあてている。マウス心不全モデルによるin vivoアッセイに加えて、細胞内シグナル、プロテオーム、メタボローム解析を行うことにより、それら阻害薬の作用点を明らかにする。本研究は、従来成功していないATP産生の高効率化のための薬剤を開発し、実用化することを目指している。蛋白-薬物複合体の立体構造解析、新規化合物の合成、心不全・癌等の病態解明という、従来は個別に展開されてきた研究手法を有機的に融合し、異なる分野の研究者が密接に連携して研究を進めている。今後のアカデミア創薬のあり方を変える可能性があり挑戦性を有する。我々は、新たにin silico創薬されたKLF5阻害薬が、心不全のみならず癌に有効な薬物となるデータも得ている。

このように、本研究は心不全と癌の分子機構解明から創薬まで一貫した研究を展開しており、今後の発展が期待できる。心臓は毎日10トン近い血液を送り出しつつ、変動する負荷に適応している。適応できない状態が心不全である。成人の心臓は一日に約35kgのATPを合成する。これによって心臓は動き続けることが出来る。ATPは好気的な解糖系すなわちTCAサイクルと酸化的リン酸化により合成される。しかし心不全になると、TCAサイクルの鍵酵素であるPDH(ピルビン酸脱水素酵素)が、活性化したPDK4(ピルビン酸脱水素酵素キナーゼ)によりリン酸化されて抑制され、解糖系は嫌気性代謝に転換する。これによりATP合成効率は極度に低下する。このためPDK4阻害薬は新規の心不全治療薬として期待されているが、これまでどの企業も成功していない。我々は、すでにPDK4阻害作用のあるリード化合物を同定し、PDK4と化合物との共結晶の構造解明にまで進んだ。本研究では、立体構造に基づくin silico設計によってPDK4阻害薬(KIS化合物)の化学構造を改良し、既存のPDK4阻害薬よりも有効な化合物を開発するため、PDK4蛋白・KIS化合物複合体を結晶化し、X線結晶構造解析を行った。明らかにしたPDK4蛋白とPDK4阻害薬の蛋白薬物複合体の立体構造解析の結果を踏まえ、より強くPDK4蛋白に結合し、強力にPDK4の機能を阻害する立体構造を持つと期待される候補化合物群を、ダイクロロ酢酸もしくはKIS化合物の構造をベースに設計、化学合成を行った。さらに、PDK4阻害薬の心不全治療効果等のマウスモデルによる検証と、治療効果の高いPDK4阻害薬の選択を行った。このように、本研究では分子構造学的な手法を用いて化合物を改良し、新規の心不全および癌治療薬として実用化を目差すものである。初年度は計画通りに研究を実施し、治療効果の高いPDK4阻害薬の選択に至る成果を得た。我々は過去にPDK4活性を阻害する新規KIS化合物をリード化合物として同定した。そこで今回の研究において我々は、PDK4蛋白・KIS化合物複合体を結晶化し立体構造を解析する。さらに複合体構造に基づき、約100万種類の化合物構造データベースから、蛋白の活性部位と化合物とを結合させるドッキングシミュレーションを行い化合物の最適化を行う。得られたPDK4活性阻害候補薬は、心不全モデルマウスを用いて、その有効性を薬理学的に評価する。心不全モデルマウスを用いて新規KIS化合物の薬効評価を行い、心不全治療効果の高いPDK4阻害薬を選び出した。同時に、これらのPDK4阻害薬の薬理学的解析を行い、その作用メカニズムを検討した。一方で、我々はこれまでに転写因子KLF5が心血管系リモデリングや癌の病態等に重要であることを明らかにした。特に、間葉系細胞におけるKLF5活性化は心肥大や臓器線維化の重要な要因であるため、KLF5の機能を制御する薬は心血管リモデリングや癌の病態を改善すると期待される。これらの実績に基づき、我々はKLF5の活性を抑制する化合物を探索した。KLF5は特定の立体構造をとらない天然変性蛋白であり、Znフィンガー領域以外は結晶化が困難である。
次世代シークエンス解析を用いた新規てんかん遺伝子の探索

小児期発症のてんかんでは年齢依存性に発症する一連のてんかん症候群が知られている。治療抵抗性の発作と精神運動発達遅滞を合併するてんかん性脳症について、遺伝学的な検索が現在も行われているが、既報遺伝子の検索では変異を同定できない症例も多く、未知の遺伝子を病因とする発症メカニズムの存在が推測される。当研究では、次世代シークエンサーなどの先進的な手法で新規てんかん遺伝子を探索することを目的とする。候補遺伝子については分子生物学的手法を用いた実験を行い、病原性の証明および発症メカニズムを明らかにすることで、難治とされるてんかん症候群において、新規の治療法につながる結果を得ることを目指している。
移動体通信機器の人体への影響

本研究は、電磁波による人体モデルでのSAR値をFDTD法を用いた計算機シミュレーションにより求め、電磁波の生体的問題について定量的評価を行うことを目的としてスタートし、1996年9月の電子情報通信学会ソサエティ大会では携帯電話と人体頭部について1997年3月の電子情報通信学会総合全国大会では、近傍電磁界による影響とシールド効果について発表している。一方、情報機器の普及に伴い、無線LANの利用が進みつつあるため、無線LANと生体との相互作用に着目し、電磁波が人体に及ぼす影響や人体による無線システムへの影響についても研究を進めている。移動する人体による電磁波の遮断・散乱について計算機シミュレーションを行うために、人体モデルを仮想した誘電物体が任意方向に移動する場合の電磁波の影響について研究を行った。これらの結果は1997年11月の電気学会電磁界理論シンポジウムを始めとする学会発表の後、1998年4月にIEICE論文誌に掲載された。さらに、1999年8月のFESS99、1999年9月のICEAA99などの国際会議で発表の後、2000年5月に論文誌EW&ESに掲載が決まっている。また、無線LAN使用下における人体による信号劣化についての研究を計算機シミュレーションと実験両面から行い、この成果は、2000年3月の電子情報学会総合全国大会で発表の予定である。従来のFDTD法では困難であった移動する人体と電磁波についての数値解析を可能にするツールを開発したことで、より具体的なデータを得ることができたと考える。このように、人や物体が移動する場合の電磁波の影響と人体による無線システムへの影響について研究を行ってきた結果、上記に述べたように、ほぼ所期の目的を達成することができた。移動体通信機器の時代を迎え、電磁波と人体との相互作用についての研究であり、重要な意味を持つものと考える。携帯電話をはじめとする移動体通信機器の爆発的な広がり,また,ミリ波無線LANの時代を迎えて人体と電磁波との関係をより明確にしていくことが望まれている.しかし,その安全性についての研究はまだ,始まったばかりである.本研究は主として電磁波による人体モデル内でのSARを計算機シミュレーションにより求め,より具体性のあるデータを集めることを目的としている.これまでに,医学書の人体断面写真に基づき詳細な人体モデルを作成し,FD-TD法を用いて,計算機シミュレーションを行い,携帯電話による人体頭部でのSARを求めた.この成果は1996年9月の電子情報通信学会ソサエティ大会で携帯電話と人体頭部についての研究発表を行い,1997年の3月の電子情報通信学会総合全国大会では,近傍電磁界による影響とシールド効果について発表している.この結果より,頭部のうちでも眼や皮膚のSARが高い値をとることがわかった.一方で,申請者は,任意座標系や任意座標系に時間因子を導入した移動境界適合座標系を初めて電磁界解析の分野に導入し電磁界の数値解析を行ってきている.この数値解析法を用いると,複雑な形状や任意の物体または移動している物体についても容易に計算ができる.この成果については,1991年からIEICE論文誌や電子情報通信学会誌に発表してきた.最近では,人体モデルを仮想した誘電物体が任意方向に移動する場合の電磁波の影響について研究を行い,この結果は1998年4月にIEICE論文誌に掲載が決定している.

今後は,人体が移動する場合の人体内外の電磁波の様子について研究を行っていく予定である.これからのパーソナル通信,ミリ波無線LAN時代を迎えるにあたっての電磁波の人体への安全性を確認するための研究であり,重要な意味を持つと考える.携帯電話をはじめとする移動体通信機器の爆発的な広がり,また,ミリ波無線LANの時代を迎えて人体と電磁波との関係をより明確にしていくことが望まれている.しかし,その安全性についての研究はまだ,始まったばかりである.本研究は主として電磁波による人体モデル内でのSARを計算機シミュレーションにより求め,より具体性のあるデータを集めることを目的としている,これまでに,医学書の人体断面写真に基き詳細な人体モデルを作成し,FD-TD法を用いて,計算機シミュレーションを行い,携帯電話による人体頭部でのSARを求めた.この成果は1996年9月の電子情報通信学会ソサエティ大会で携帯電話と人体頭部についての研究発表を行い,1997年3月の電子情報通信学会総合全国大会では,近傍電磁界による影響とシールド効果について発表している.この結果より,頭部のうちでも眼や皮膚のSARが高い値をとることがわかった.一方で,申請者は,任意座標系や任意座標系に時間因子を導入した移動境界適合座標系を初めて電磁界解析の分野に導入し電磁界の数値解析を行ってきている.この数値解析法を用いると,複雑な形状や任意の物体または移動している物体についても容易に計算ができる.この成果については,1991年からIEICE論文誌や電子情報通信学会誌に発表してきた.最近では,人体モデルを仮想した誘電物体が任意方向に移動する場合の電磁波の影響について研究を行い,この結果は1998年4月にIEICE論文誌に掲載が決定している.今後は,人体が移動する場合の人体内外の電磁波の様子について研究を行っていく予定である.これからのパーソナル通信,ミリ波無線LAN時代を迎えるにあたっての電磁波の人体への安全性を確認するための研究であり,重要な意味を持つと考える.
降雨浸透に伴なう風化残積土斜面の崩壊機構の解明と予知に関する研究

初年度は、これまでの締固めたまさ土を対象とした、土粉子物性と水分に関する研究の延長上の問題として、締固めた試料に浸透特性を分析し、乱さない試料にデ-タも若干追加して、今後の研究を遂行していく上での実験および解析上の問題点を究明した。その結果、浸透パラメ-タの決定に際し、浸透中の含水率の経時変化を精度よく測定するための手段として中性子線(^<252>Cf50μCi)の導入が効果的である。また、工学的視点から風化度の基準として、強熱減量、乾燥密度が有効である。等が得られた。二年度は、水の浸透に伴なうまさ地盤の崩壊の要因を究明する目的で、まずpF試験、電顕観察、水銀圧入によるポロシチ-測定を行ない土構造の特徴を検討したところ、崩壊しやすい地盤ほど空隙分布(ミクロポア)が偏り、水分特性曲線のヒステリシスが大きくなることが見い出された。つまり、土構造がゆるみ、水が貯留しやすくなることが判明した。不飽和透水係数は、既往の式の適用による推定も困難であり、著しい不連続性を示す。このような現象は、上記の偏った空隙分布の影響と考えられる。最終年度には、モデル斜面として風化度の異なる地盤を想定し、入力デ-タに地形条件、降雨量、浸透パラメ-タ、強度定数を用いて、飽和・不飽和浸透流解析、弾塑性解析を行った結果、風化度の大きい表層部分に高い間隙水圧が発生し、大変形が生じ崩壊していく過程を明らかにした。つまり、地盤の物性値を的確に推定することにより、崩壊予知法の今後の進展に見通しをつけることができた。等が得られた。1.降雨浸透が原因で崩壊した花こう岩風化残積土斜面として奈良県生駒山系、京都府笠置山山系を選定し、風化度の変化が著しい場所に焦点をあて釘打ち法で不かく乱試料の採取を試みた。特に、崩壊地盤の浸透特性を把握するため崩壊および崩壊しない斜面に於いてそれぞれ土層ブロックの採取を行った。2.崩壊地盤の風化度を判定した結果、極端に風化が進行していること。そして、この種の地盤の土質指標として強熱減量5%および間隙比1以上であることが判明した。一方、化学分析からCa、Fe、Alなどの非晶質物質が溶脱し土粒子の周囲に凝集したため水が流れにくい土構造となっていることが明らかとなった。3.加圧板法を用いたPF試験を行ったところ、風化度の大きい試料は風化度の小さい試料に比較して水分保持曲線のヒステリシスが顕著である。このような現象の著しい場所では、水分が容易に貯留されるため崩壊しやすくなると考えられる。また、風化度の大きい試料は風化度の小さい試料に比べて間隙経分布がかたよった形状を呈する。つまり、水の浸透排水が繰り返し行われると土構造が不安定となりますます地盤が弱体化していくことが推定される。そこで、次年度に於いて強制的に浸透排水が繰り返しできる装置を試作し、その回数と共に変化する土構造を電子顕微鏡で観察する。さらに、空隙量の変化を水銀圧入ポロシメータで測定し検討する。4.単純せん断試験装置の試料容器に対しPF試験が可能になるように改良した結果、各段階における含水率および浸透排水を繰り返した後のせん断試験が可能となった。この装置により崩壊斜面から採取した試料のせん断強度は水の浸透により著しく低下することが見い出された。1.風化度は、自然斜面の安定度に大きく影響を及ぼす。したがって、風化度を表示する指標として、不かく乱状態の場合は、かく乱された試料を対象とした強熱減量、みかけ比重よりも透水性や強度に結びつきやすい間隙比、乾燥密度の方が斜面の特性を表現しやすい。

さらに、これらの指標は、現位置試験から容易に測定できるため、地盤のゆるみを定量的に把握する物理量として有効であることが判明した。2.加圧膜および加圧板法によるpF試験を行ない水分保持曲線を測定し、風化度と土構造との関係を検討した。その結果、風化度の大きい試料は、小さい試料に比較して複雑な段階状の曲線形となる。そこで、空隙分布を調べた所、風化度の大きい試料ほど、ほとんど5μm以下の空隙にかたよった分布をしていることが明らかとなった。このような特徴は、斜面の崩壊場所に見られる粘土粒子の目づまりに伴う間隙水圧の上昇が原因とされている調査報告を裏づけるものである。一方、微小空隙の増加は、拘束水分量とも関係している。3.自然斜面から採取した土層ブロックの浸透実験を行ない飽和、不飽和浸透パラメ-タを決定した。その結果、Irmay型の式と水分保持曲線の実験式とを組合わせることにより、風化度に対応する不飽和透水係数の推定が可能である。しかし、複雑な土構造の影響があるためデ-タが、かなりばらつきを呈する。この傾向は風化度の大きい試料ほど著しい。そこで、空隙特性と拘束水分を考慮することにより、浸透パラメ-タの定量化の精度の向上が可能となった。今後、容易に測定される水分保持曲線を利用し、Van Genuchtenの関数モデルによる浸透パラメ-タの評価法についても検討を試みる。さらに、モデル斜面について浸透流解析より間隙水圧を推定し、浸透後の強度定数を用いた安定解析から、降雨後の斜面崩壊の状況を把握できる見通しをつけた。1.風化度の大きい試料ほど土構造がゆるむ。この土構造の空隙状態を水銀圧入法およびpF試験から測定を試みた。その結果,風化度の大きい試料は,風化度の小さい試料に比較して空隙量が極めて多い。そして,風化度が大きくなる程ミクロポアの多い偏った分布特性を有することが明らかにされた。一方,電子顕微鏡からも風化した粘土鉱物がセメンテ-ションの作用により、石英や長石粒子の周囲に結合し非常にポ-ラスな構造を示している事実が観察された。2.浸透現象に直接関与しない拘束水分量は,pF4.2の水分で評価が可能である。この水分量は風化度が大きくなる程増加する。さらに,浸透パラメ-タの推定に重要な因子となることを見い出した。浸透パラメ-タの内,水分特性曲線は既往の式で評価できるが,不飽和透水係数の場合には、著しい不連則性のために式の適用が困難である。この理由に上述の土構造の影響を指摘した。3.浸透に伴なう試料のせん断強度を単純せん断試験を行ない検討した結果,風化度の大きい試料ほど強度の低下量が著しい。このような試料に,一定せん断力を作用させつまり斜面の応力状態下で水を浸透させたところ、変形が急激に増大して崩壊する現象を示した。この現象を分析することにより斜面崩壊の機構の解明が可能となった。4.モデル斜面として風化度の異なる地盤を想定し,入力デ-タに地形条件,降雨量,菱透パラメ-タ,強度定数を与え斜面浸透流解析および弾塑性解析を試み検討した結果,風化度の大きい表層地盤部分に高い間除水圧が発生し大変形が生じる。すなわち,安全率が低下し崩壊する過程を明らかにすることができた。そして,これらの一連の解析手法を組み合わせ,かつ地盤の物性値を的確に推定することにより,崩壊予知法の確立の進展に見通をつけた。
有機カチオンを活性種とする機能性分子触媒の設計開発

環境負荷の軽減は今や重大な社会的要請になっている。機能性を高めた新規触媒の開発による有機合成反応の高効率化はこれに応え得るものとして多くのアプローチがなされている。触媒開発は従来、金属錯体の設計に焦点が絞られ、現在も活発に研究が進められている。本研究はこうした金属触媒ではなく、有機カチオン種を触媒活性種とする分子触媒の開発を行なうことを目的とした。有機カチオン触媒の開発において戦略的な相互作用としてほとんど用いられたことが無い3中心4電子(3c-4e)結合を介した反応基質の活性化に着目した。水素結合は3c-4e結合の代表例であるが、有機カチオン種に付与した機能をこれら3c-4e結合を通じて反応基質に伝え、<有機カチオン種-反応基質>の動的錯体の制御による分子触媒の機能化を目標とした。アルギニンは天然アミノ酸の一つであるが、その残基としてグアニジンを有している。このグアニジンは生体内ではプロトン化したグアニジウムカチオンとして存在するが、生体内における分子認識部位として極めて重要な役割を果たしている。その鍵となるのが水素結合を介した相互作用であるが、このグアニジニウムカチオンの水素結合能を触媒作用の活性化に活用するべく、グアニジンとアゾール二成分より生成するグアニジニウムカチオンとアゾールアニオンを触媒とする反応系を考案した。具体的にはグアニジンとアゾール二成分触媒系により、アルデヒドとα,β-不飽和カルボニル化合物とのBaylis-Hillman反応の触媒を検討した。2成分触媒系で生じるグアニジニウムカチオンはα,β-不飽和カルボニル化合物の活性化に寄与し、アゾールアニオンの1,4-付加の触媒として作用するとともに、引き続くアルデヒドとのアルドール型反応の活性化にも寄与しBaylis-Hillman反応の効果的な触媒系となることを見出した。本研究はこうした金属触媒に代わる次世代の機能性触媒として、有機カチオン種を触媒活性種とする分子触媒の開発行なうことを目的とする。この際、有機カチオン触媒の開発において戦略的な相互作用としてほとんど用いられたことが無い3中心4電子(3c-4e)結合を介した反応基質の活性化に申請者は着目した。触媒活性種である有機カチオンを反応基質と3c-4e結合を介して相互作用させ活性化するという、従来の金属錯体による配位活性化とは全く異なる発想での触媒サイクルの構築が鍵となる。水素結合は3c-4e結合の代表例であるが、有機カチオン種に付与した機能をこれら3c-4e結合を通じて反応基質に伝え、<有機カチオン種-反応基質>の動的錯体の制御による分子触媒の機能化を検討した。その結果、グアニジン/アゾール2成分触媒系により生成するグアニジニウムカチオンとアゾールアニオンがアルデヒドとα,β-不飽和カルボニル化合物とのBaylis-Hillman反応の優れた触媒となることを明らかにした。この際、2成分触媒系で生じるグアニジニウムカチオンはα,β-不飽和カルボニル化合物の活性化に寄与し、アゾールアニオンの1,4-付加の触媒として作用するとともに、引き続くアルデヒドとのアルドール型反応の活性化にも寄与していると考えている。今後はグアニジニウムカチオンとカルボニル化合物との相互作用の解析ならびに不斉触媒への展開を検討したい。
高次構造制御酸化物多孔体の生成メカニズム解明と触媒担体としての応用

気晶反応を利用した一方向凝固法により、一方向に気孔が配列したポーラスセラミックスが作製できる。全圧、水素分圧あるいは凝固速度などの実験条件を制御することにより、気孔率や気孔径、気孔の空間分布など気孔の形体を精密に制御できることを明らかにした。溶解原料に添加する成分の量と種類の影響を調べた結果、シリカを添加した場合には溶解度差が小さくなるものの気孔率が増加し、マグネシアを添加した場合は1%H_2の雰囲気下でも高気孔率のポーラスセラミックスを作製できることを明らかにした。さらには、カルシアとシリカを添加することにより、ガラス相をIn-situに形成させ、圧縮特性を改善できることを明らかにした。流体透過用触媒担体の開発においては、高配向性気孔の気孔径制御のみならず細孔径分布も制御する必要がある。細孔径を制御する手法としてはゾルゲル法などがあり、一方、細孔径分布を制御する手法としてはパルス通電焼結により助剤を飛ばす方法などがある。本研究課題が解決しようとするのは、細孔径の制御と同時に細孔径分布も同時に制御し、かつ簡便な一方向凝固法で高次に構造が制御された酸化物多孔体を作製する新規なプロセスの開発にある。具体的には、固相と液相におけるガスの溶解度差および凝固時におけるガス原子の拡散を利用し、一方向に凝固させることにより固相に取り込まれない過飽和の水素原子が気孔を形成・成長させることにより、酸化物多孔体を作製する手法を確立する。ガス種、ガス圧、凝固速度などの実験条件と生成される構造との関連を明らかにし、構造制御法を確立する。セラミックス多孔体の高次構造制御技術に関して、本年度は装置の開発・改良を進めるとともに、多孔質構造が高度に制御(高次構造制御)されたロータス型ポーラスアルミナの作製手法を確立することができた。今年度得られた主な成果を以下に示す。1.高次に構造が制御されたセラミックス多孔体を作製する目的で、現有する光学式浮遊帯域溶融装置を高圧水素の仕様に改良した。改良した装置は10気圧までの高圧水素仕様であり、系内が一定の水素圧力に保たれるよう、ガス導入部とガス排出部に圧力制御弁を取り付けた。安全装置として水素ガスセンサーを装置に取り付け、また、軸すべりのストッパーを取り付ける改良を行った。2.改良した光学式浮遊帯域溶融装置を用いて、加圧水素ガス雰囲気下での一方向凝固により、気孔が一方向に揃った高配向性気孔を有するロータス型ポーラスアルミナの作製に成功した。溶融・凝固の過程において、水素ガスがアルミナ融液に溶解し、凝固時に固相に溶解できない水素ガスが固液界面で放出され、多孔質アルミナ凝固材が得られる。凝固を一方向に行わせるため、気孔が凝固方向に揃ったロータス型ポーラスアルミナが形成される。3.水素圧および水素分圧を制御することにより気孔率および気孔径を精度よく制御する技術を確立した。液相に溶解する水素量はSieverts'の法則に従い水素分圧の増加とともに増加するため得られる多孔体の気孔率は水素分圧により制御することができる。また同時に、気孔内の圧力はBoyleの法則に従い全圧の増加とともに増加し体積が減少するため、気孔率は全圧とともに減少する。したがって、得られる凝固材の気孔率および気孔径は水素分圧および全圧により制御することができる。4.原料棒にシリカを不純物として添加することにより、シリカの添加量に伴って得られる凝固材の気孔率を増加させることに成功した。セラミックス多孔体の高次構造制御技術に関して、本年度は多孔質構造を均質化する技術を確立するとともに、凝固過程においてIn-situに粒界ガラス相を凝固材中へ形成させる技術を開発した。粒界ガラス相を形成させることにより凝固材の圧縮強度が大幅に改善された。1.凝固により気孔が形成される際の原料に含まれる不純物の影響を詳細に調べた結果、シリカは気孔率を増大させ得ること、カルシアは気孔の空間分布を均質化させ得ること、シリカとカルシアを同時に添加すると大きな気孔率で気孔が均質分布する多孔体が得られることを明らかにした。2.カルシアとシリカを同時に添加すると、凝固の過程で粒界ガラス相が凝固材中に形成され、凝固材の圧縮特性が改善されることを明らかにした。これらの結果は、原料に含まれる不純物により凝固材の多孔質構造および特性が大きく変化することを示す。不純物を意図的に原料へ添加することにより、多孔質構造および特性を制御することが可能となった。

本年度の結果は、例えば水素ガスを用いずにセラミックス多孔体を凝固により製造するプロセスなど、新規多孔体の製造プロセス開発につながる。酸化物を水素ガス雰囲気下で一方向に凝固させると、融点における液相と固相の水素ガス溶解度差に基づいて固相に溶解しきれない水素が固液界面で固相から放出されることにより、一方向に伸びた方向性気孔を有する酸化物多孔体が形成されることを見出した。原料に含まれる不純物の種類および量を変化させることにより気孔形態が大きく変化することがわかった。具体的には、シリカを原料に添加すると、凝固材の気孔率が増加し、カルシアを添加すると気孔の位置の分布が均質化する。また、意識的にガラス成分を不純物(カルシアとシリカを一緒に添加)として原料に添加して一方向凝固を行うと、粒界ガラス相がIn-situで凝固材に形成され、強度が向上することがわかった。高温でガス化するマグネシア成分を原料に添加することにより形成される気孔形態がバイモーダルになることが明らかになった。このように、原料に添加する不純物の種類及び量により、得られる酸化物多孔体の気孔率や気孔分布および組織を制御することが可能であり、組織制御により特性向上を図ることができた。気孔は固液界面で液相を介して形成されるため、気孔率はボイルの法則にしたがって全圧の増加とともに減少する。また、融点における固液相間の水素ガス溶解度差は、ジーベルト則に従って雰囲気の水素ガス分圧に依存することなど、方向性気孔を有する酸化物ポーラスセラミックスの気孔形成メカニズムを明らかにした。気孔形態制御は、原料に添加する不純物の種類と量および雰囲気ガスの圧力と分圧の他に、凝固速度によっても気孔率及び気孔形態を制御可能であることを明らかにした。本年度は、気孔の形態を制御する因子として、凝固速度と温度勾配に着目し、気孔の伸び方向や気孔率の変化について検討を行った。結果、5mm/hの凝固速度では気孔は形成されず、400mm/hまでは凝固速度とともに気孔率が増加し、その後緩やかに減少した。アルミナの融点における固相と液相間の水素ガス溶解度差に基づいて気孔が形成すると仮定するば、過飽和の水素が一旦固相に取り込まれる必要があり、ある程度、凝固速度が速くなければ気孔が形成しないことが理解できる。アルミナ融液の熱伝導率は金属よりも大きいため、200mm/hほどの凝固速度では、固液界面が上に凸となる。しかし凝固速度が増加し、400mm/h以上では熱伝導率が低いために、固液界面が凹となる。すなわち、凝固速度が400mm/hまでは固液界面が凸、400mm/h付近で平ら、400mm/h以上では凹となる。凝固は固液界面に垂直に進行するため気孔の伸び方向も、固液界面の形状により変化する。凝固方向に平行な断面観察により、これらのことが確認された。固液界面が平らから凹になる400mm/hでは、気孔は試料の中央部に集まり癒着し、液相へ放出されやすくなる。そのため、気孔率は緩やかに減少する。
虚血誘発性心筋アポトーシス細胞を利用した心筋梗塞の生化学的診断マーカーの検索

今回我々は、成熟ラット正常心筋細胞による酸素欠乏実験を行った。酸素欠乏暴露時間を、0分、1、3、6、12、24時間と変化させ、さらに再酸素供給時間も0分、30分、1時間、3時間と延長させたモデルをそれぞれ作成した。その結果、酸素欠乏暴露時間が長くなるに従ってアポトーシスは増加傾向を示したが、その後再酸素化状態にしてもアポトーシスは増加せず、逆に細胞自体のダメージが大きくなり、mRNAの回収量も減少した。そして、最もアポトーシスが認められた条件は、酸素欠乏暴露時間が12時間及び24時間であり、その後再酸素供給してもアポトーシスの増加は認められなかった。さらに、それぞれのグループの細胞から抽出したmRNAを用いてBax及びBcl-2の発現量を比較したところ、酸素欠乏暴露時間が12時間及び24時間の時点で、Bax/Bcl-2比は増加傾向を示し、その後の再酸素化状態では減少傾向を示した。このことから、酸素欠乏によって徐々にアポトーシスは誘導されるが、その後再酸素化状態にしてもアポトーシスは促進されず、逆に不可逆的な機能異常による細胞障害が進行し、その結果mRNAの回収量も減少したと考えられる。ここで、以前我々が行った虚血再灌流実験から得られたデータと比較すると、in vivoの虚血状態ではアポトーシスを抑制しようとする(虚血開始後30分間60分間)のに対し、in vitroの酸素欠乏ではその現象が見られず、徐々にアポトーシスを実行しようとしている。また再灌流によってBax/Bcl-2比が増加傾向を示したのに対し、in vitroの再酸素化状態では逆に減少傾向を示している。このことはin vivoとin vitroの実験系の違いのみならず、in vivoにおける未知のファクターが複雑に働いている可能性を示唆するものである。今後はアポトーシス関連のタンパク質にも注目し、心筋梗塞の生化学的診断マーカーをさらに検索していく予定である。我々が目的とする、成熟した個体での実験系に対応するin vitroでの成熟細胞レベルの実験に用いる心筋細胞の単離は、その細胞を傷害することなく正常状態で数多く得るためには灌流操作が不可欠であり、使用する動物の週令、灌流条件、コラゲナーゼの種類、細胞の洗浄条件等に大きく左右されることより、その操作法は非常に難しいとされている。そこで今年度は主に、ランゲンドルフ灌流装置を用いて、成熟ラット正常心筋細胞の単離法確立を試みてきた。その結果、78週令のWistar系雄ラット1個の心臓から、約10^6個のrod状を呈する自発的拍動のない、正常心室筋細胞を得ることに成功した。次にこれらの細胞を、ラミニンコートした35mmφの培養シャーレに1.4×10^5cell/dishとなるようにplatingし、5%-CO_2 incubatorに入れ、3時間incubateした後、酸素欠乏実験に使用した。現在、酸素欠乏暴露時間を、0分、30分、1時間、3時間、6時間、12時間、24時間、48時間と変化させ、さらに再酸素供給時間も0分、30分、1時間、3時間、6時間、12時間、24時間、48時間と延長させたモデルをそれぞれ作成し、虚血誘発性アポトーシス細胞を組織学的に検索中である。今後は、これらの心室筋細胞からRNAを抽出し、アポトーシス関連遺伝子Bcl-2及びBax等のmRNA発現量を、定量的RT-PCR法にて測定していく予定である。ラット心筋梗塞モデルによる虚血再灌流実験では、TUNEL陽性細胞は再灌流30分で若干認められ、その後徐々に増加し、再灌流120分で最大数認められた。

このことは、TUNEL陽性細胞が早期診断マーカーとして適応できる可能性を示唆するものである。また、定量的RT-PCRの結果、虚血30分の段階ではBax/Bcl-2比は減少傾向にあったが、再灌流によりBax/Bcl-2比は増加傾向を示した。これは、両者がヘテロダイマーを形成し、再灌流によってBax優位の状態が生じ、その結果アポトーシスを促進させているという説を支持するものである。一方、ランゲンドルフ灌流装置を用いて単離した、成熟ラット正常心筋細胞による酸素欠乏実験では、酸素欠乏暴露時間を、0分、30分、1時間、3時間、6時間、12時間、24時間、48時間と変化させ、さらに再酸素供給時間も0分、30分、1時間、3時間、6時間、12時間、24時間、48時間と延長させたモデルをそれぞれ作成した。その結果、酸素欠乏暴露時間が長くなるに従って、その後再酸素化状態にしても、アポトーシスは生じない傾向を示した。さらに、細胞自体のダメージも大きくなり、mRNAの回収量も減少した。そして最もアポトーシス細胞が認められた条件は、酸素欠乏暴露時間30分、再酸素供給時間1時間であることが判明した。また、それぞれのグループの細胞から抽出したmRNAを用いてBax及びBcl-2の発現量を比較したが、有意差は認められなかった。これは、vitroでの実験系においてはBax/Bcl-2発現量比に経時的変化が認められないことを意味する一方、生体内においては、複雑に未知のファクターが働いてBax/Bcl-2発現量比が変化している事を示唆するものである。今回の実験結果から、Bax/Bcl-2発現量の変化を心筋梗塞の診断に単独で応用するのは困難であるが、付随して変化する他のアポトーシス関連物質も同時に検出することで、診断にも応用可能であることが判明した。
超微小血管外科手技による動物リンパ液鬱滞モデル作成とリンパ浮腫発生機序の解明

婦人科癌の術後合併症の一つである二次性リンパ浮腫は発生率が2060%と高く治療に難渋する。その発生機序についてリンパ郭清が影響することは知られているがその詳細については不明な点が多い。我々は骨盤内リンパ郭清後の二次性リンパ浮腫患者の鼠径部のリンパ節はintactであるにもかかわらずリンパ浮腫の進行とともに変性が起こることに着目し、その機序としてリンパ節内のリンパ液の鬱滞がリンパ節の変性を起こすと仮定した。ラットにおけるリンパ液鬱滞モデルを作成しこれを検証、リンパ浮腫発生機序解明を試みることとした。実験を開始するにあたり三重大学内動物実験施設の1室をレンタルし、備品が何もない状態からラットの実験を開始するにあたり必要最低限の備品や環境整備を調整した上で、手術用顕微鏡やICG蛍光造影検査機器などさらにこの研究を行うにあたり必要となる医療機器を整えた。実験環境が整ったためウィンスターラットを用いリンパ液鬱滞リンパ節モデルの作成を開始した。リンパ液鬱滞リンパ節作成にあたり、第一段階として実験対象となるリンパ節を検索、膝下リンパ節、後腹膜内リンパ節、腋窩リンパ節などを比較したがアプローチのよさ、操作の繁雑性の少なさ、評価のしやすさなどから腋窩リンパ節を第一候補とすることとした。この研究結果次第では、現在、世界的にリンパ浮腫への外科的治療の第一選択は遊離リンパ節移植だが、現在の術式では長期予後として移植リンパ節の変性が起こる可能性がありリンパ浮腫患者に対しリンパ節を移植せず鼠径部のリンパ節を生かすことによる新たな治療および予防法の開発、リンパ節移植をさらに進化させた治療法の開発に繋がると考えられる。研究を円滑に進めるために最も基盤となるハード面が概ね整い、実験を開始することができたため。リンパ液鬱滞リンパ節モデルを完成させ、比較実験を開始、論文作成を行う。リンパ液鬱滞リンパ節モデル作成に必要な機器についても平成30年度内では購入せずに先送りとしたため。また、平成30年度内での病理検査は施行予定がなかったため、病理検査用の顕微鏡や薬剤等については購入を先送りとしたため。研究の進行に合わせ次年度使用額を用いてそれらの購入を進めていく。
界面における高分子鎖のダイナミックスに関する研究

構造の制御されたさまざまな高分子鎖を合成した。これらの高分子鎖を平滑な基板表面に密に吸着させることにより、ブラシ層をもつモデル表面を調製した。このような表面どうしが近接したとき働く表面間相互作用について詳しい知見を得るため、まず、吸着層厚さ、吸着高分子鎖の体積分率、吸着鎖間の距離、分子形態、分子運動性などに関する測定を行った。測定には、誘電分散測定装置、原子間力顕微鏡、エリプソメーター、動的光散乱測定装置、動的粘弾性測定装置などを駆使した。一方、高分子の吸着した表面を近接させ、それらの表面間に働く力の緩和過程の追跡を行った。測定には、表面間力測定装置およびレオロジー測定装置を利用した。動的な表面間力測定では、急速に表面を近づけることにより斥力が生じ、その力が時間とともに緩和して平衡値に達する様子が観測された。また、急速に表面間を引き離した際には、高分子鎖の絡み合いにもとづくと考えられる引力が測定された。これらの力の近接(あるいは隔離)速度依存性、および経時変化を測定することにより、界面に拘束された高分子鎖のダイナミックスを観察するための実験手法を検討し、基礎的な知見の集積に成功した。以上の研究結果を、高分子鎖の拘束空間における相互拡散ならびにhydrodynamic forceに関連させて考察し、吸着高分子鎖の動的な振る舞いについて分子論的理解を深めた。接着界面,コロイド粒子界面,高分子複合材料界面などのさまざまな高分子界面における分子鎖の挙動を理解することは,新規な高性能材料を設計する上きわめて重要である。本研究の目的は,高分子界面における分子鎖の動的挙動について実験的なアプローチを行うことである。この目的のため,界面の吸着高分子鎖の熱分析(誘電分散・力学分散・熱分散)ならびに微小領域の表面間力測定に大きな威力を発揮する表面間力測定を行っている。これらにより,表面間に拘束された高分子鎖の動的な振る舞いについて検討を進めている。まず,モデル表面として,分子量の揃った高分子鎖が末端で吸着した二つの高分子ブラシ表面,および,高分子鎖が多点で吸着した2つの表面を合成した。これら高分子の吸着した表面間に働く相互作用は,吸着層の厚さ,高分子鎖の体積分率,個々の鎖間の距離などによって決定される。そこで,吸着鎖の分子形態,ならびに運動性に関する情報を,熱分析(誘電分散(平成11年度申請)),原子間力顕微鏡,エリプソメーター(現有設備)を駆使することによって解析を行い,極性基を表面側に向けて吸着したループ・ポイント型の吸着形態を有することを見出した。さらに,表面間力測定装置(現有設備)を用い,所定の距離に表面どうしを固定し,表面間力の緩和を追跡した。近接させた二つのブラシ状表面間に生じる相互作用の接近速度依存性,およびその経時変化より界面に拘束された高分子鎖の緩和過程を分子レベルで明らかにする予定である。今後,さまざまな測定結果を高分子鎖の相互拡散ならびハイドロダイナミック力と関連させて考察し,吸着高分子鎖の緩和現象の分子論的理解を深める構造の制御されたさまざまな高分子鎖を合成した。単分散のスチレン-ビニルピリジンジブロック共重合体や、側鎖に官能基をもつモノマーとスチレンとのランダム共重合体などの構造制御された高分子を合成した。これらの高分子鎖を平滑な基板表面に吸着させることにより、ブラシ層をもつモデル表面を調製した。測定には、誘電分散測定装置、原子間力顕微鏡、エリプソメーター、動的光散乱測定装置、動的粘弾性測定装置などを駆使し、平滑表面の作製には自動研磨装置(平成12年度購入設備)を使用した。一方、高分子の吸着した表面を近接させ、それらの表面間に働く力の緩和過程の追跡を、昨年度に引き続き行った。測定には、表面間力測定装置を利用した。急速に表面を近づけることにより斥力が生じ、その力が時間とともに緩和して平衡値に達する様子が観測された。

また、急速に表面間を引き離した際には、高分子鎖の絡み合いにもとづくと考えられる引力が測定された。これらの力の近接(あるいは隔離)速度依存性、および経時変化を測定することにより、界面に拘束された高分子鎖のダイナミックスを観察するための実験手法を検討し、基礎的な知見の集積に成功した。以上の研究結果を、高分子鎖の拘束空間における相互拡散ならびにhydrodynamic forceに関連させて考察し、吸着高分子鎖の動的な振る舞いについて分子論的理解を深めた。現在、これらの研究結果をとりまとめ、学術雑誌への投稿する準備を進めている。
NO消去剤の抗ショック治療への応用

NO消去剤PTIOは、ラットのエンドトキシンショックモデルのみならず、マウスコクサッキーウイルス心筋炎モデルやラットの臓器移植後の拒絶反応モデルなど過剰なNO産生が関わる様々な病態において、治療効果を発揮することがわかった。また、PTIOをリポソーム化することで、NO消去剤としての薬剤が著明に改善することも明らかとなった。一方、我々はヒト血中に多量に含まれる好中球エラスターゼなどに対するプロテアーゼインヒビターであるα1-プロテアーゼインヒビター(α1-PI)を、ニトロソ化(NO付加反応)することで、非常に安定なα1-PIのニトロソ化合物を作製できることを見出した。このニトロソ化α1-PIは、ニトロソ(NO)供与体として、NOの本来有する血流維持作用のみならず、様々な細菌に対して抗菌活性を発揮し、さらには抗アポトーシス活性も有している。実際、ニトロソα1-PIは、ラット肝臓の虚血再灌流障害モデルにおいて、その抗酸化・抗好中球作用、および抗アポトーシス活性を介して著明な臓器保護作用を発現することが確認された。これらの知見より、各種ショック病態において、NO消去剤のPTIOやユニークなNO供与体であるニトロソα1-PIを巧みに組み合わせることにより、NOの二面的な病態・生理活性を制御し、ショック病態における多臓器不全の治療を試みることが可能であることが示唆された。本年度の研究においては、NO消去剤であるPTIO(2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl-1-oxyl 3-oxide)の生体内における安定性とNO消去活性を改善させるため、PTIOのリポソーム製剤化を行った。その結果、飽和脂肪酸よりなるdistearoylphosphatidylcholineおよびdistearoylphosphatidylglycerolにcholesterolを添加し、エクスロルージョン法により0.2μmサイズのリポソームPTIOを作製した。本リポソーム製剤は、調節後も一ヶ月間点度安定で冷所保存でき、NO消去活性もほとんど失わない。また、ラットに静脈内投与しても、microembolizationなどをもたらすことなく、血中半減期もPTIOより著名に改善した。リポソームPTIOは、NOS合成阻害剤に認められる様な血圧上昇作用もなく、生体内において過剰なNOお消去することがわかった。さらに興味あることに、リポソームPTIOはNOをニトロソチオール(RS-NO)に変換し、正常なEDRFを損なわないことも明らかとなった。一方近年、ショック病態においてNO由来のニトロソチオールが末梢循環不全を改善させ、防御的に作用しているという報告もある。そこで現在我々は、リポソームPTIOによるNO消去とともに我々が最近作製した安定なニトロソ蛋白をショックモデルに投与し、その治療効果について検討を進めている。我々はこれまでの研究により、エンドトキシンショックにおいて過剰に産生されるNOが、遷延性の低血圧に直接関与していること、さらにエンドトキシンショックモデルにNO消去剤(PTIO)を投与すると、抗ショック作用が認められることを明らかにしてきた。しかしながら一方で、NO合成阻害剤投与は、むしろ肝機能異常を増悪させることも報告されていろる。これらの矛盾する知見は、エンドトキシンショックにおいて、NOが防御的作用と障害作用の相反する活性を有していることによるものと思われる。そこで本年度は、NOの供給剤であるニトロソ化α_1-PIプロテアーゼインヒビター(ニトロソα_1-PI)を作製しエンドトキシンショックなどにおける多臓器不全に対する治療への応用の可能性について検討した。このため、ヒトの血漿中に多量に含まれ、血中の主要のプロテアーゼインヒビターとして知られるα_1-PIを、分離精製した後、α_1-PIを10等量(モル比)のisoamylnitriteで処理しニトロソα_1-PIを得た。このニトロソα_1-PIは、α_1-PIのSH基にNOを一個結合させたものであり、水溶液中でも非常に安定にNOを長時間保持していた。さらに、得られたニトロソα_1-PIは、少なくともラット肝の虚血再還流障害モデルにおいて、著明な臓器保護作用を示した。