hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ単結晶酸化物へのリチウムイオンの挿入・脱離反応のダイナミクス

噴霧熱分解法を用いて、結晶性が極めて高くサイズ分が狭いLiMn2O4微粒子を合成する手法を確立した。出発溶液の濃度を調製することで、サイズ制御が可能であった。直径10nm程度の微粒子を白金メッシュ上に電気集塵法を用いて堆積させた後、種々の温度で空気中で熱処理した試料を用いて水溶液中でその電気化学的リチウム挿入脱離挙動を測定した。その結果、500度で熱処理した試料で相変化に起因する酸化還元電流が明確でなくなる挙動を見いだした。X線回折測定では、いずれの試料からもスピネル型のLiMn2O4の回折ピークが得られ、500度までの熱処理では結晶子系の増大も認められなかった。一方、透過型電子顕微鏡観察では、500°Cの熱処理で微粒子の凝集が急速に進む現象が確認された。7Li-NMR測定の結果、熱処理しない試料ではLiMn2O4と類似したシャープなスペクトルが認められるのに対し、500度で熱処理した試料ではMn4+の形成に起因する化学シフトが認められ、同時にピークのブロード化も認められた。以上の結果から考えると、電気化学測定で相変化が明確でなくなる原因は、微粒子の凝集過程でLiが粒界近傍に偏積して、粒子内にMn4+が形成され、これらに起因してLiの規則配列に乱れが生じるためと考えられる。また、交流インピーダンス測定の結果からは、これら粒界が形成される場合にLiの拡散が遅くなる挙動が認められた。ナノサイズの微粒子を電極活物質に用いる場合、その粒界制御が活物質の相変化機構と電池の出入力特性に強く影響を与えることを見いだした。噴霧熱分解装置を用いて、リチウム二次電池の電極活物質として用いられるLiCoO_2,LiMn_2O_4、Li_<4/3>Ti_<5/3>O_4の直径10-20nmのサイズと形状がそろった微粒子を合成することに成功した。透過型電子顕微鏡を用いた観察と電子線回折を用いた結晶構造解析結果から、作成された微粒子が単結晶構造を有しており、極めて結晶性が高いことが示された。また、これらの微粒子を電気集塵器を用いて補足し、この技術を活かして微粒子が示す電気化学的挙動を測定する手法を確立した。Li_<4/3>Ti_<5/3>O_4微粒子については電圧を印可した静電噴霧法を用いることで、サイズがそろった極めて結晶性の高い微粒子を合成することができた。現在、この技術をLiCoO_2、LiMn_2O_4微粒子にも展開中である。LiMn_2O_4微粒子をモデル材料として用いて、これを白金メッシュ上に堆積した試料を適当な温度で加熱処理し、微粒子の凝集状態と結晶子サイズを変えた。微粒子を凝集させて大きな粒子になる直前の温度で加熱処理した試料の電気化学的リチウム挿入脱離反応を測定した結果、一般にバルク材料で認められる相変化とは異なる挿入脱離挙動を示すことがわかった。この原因は現在検討中であるが、X線回折測定の結果では、ホスト格子の変化が明確には認められていないことから、構造内のリチウムが何らかの原因で不規則に分布し、見かけ上単相反応のように反応が進行していると推測される。一方、これら微粒子を焼結させた試料では、極めて高速なリチウム挿入脱離反応が進行し、バルクと同様な電気化学スペクトルを示すことがわかった。
ω3系脂肪酸の腸管免疫調整作用の解明

G蛋白共役型受容体であるGPR120はω-3不飽和脂肪酸を含む中・長鎖脂肪酸を主なリガンドとして様々な生体機能を担っている。本研究ではマウス腸管組織を用い免疫染色法によりGPR120蛋白質の発現局在について解析を行った。その結果、遠位小腸及び近位結腸にGPR120が局在していることがわかった。また、F4/80陽性細胞とGPR120との共局在が認められた。以上より、GPR120は遠位腸管、特に回盲部周辺においてマクロファージを介した生理作用及び炎症抑制作用に関与することが強く示唆された。本研究は腸管マクロファージにおけるω3系脂肪酸レセプター(GPR120)の発現を確認し、この経路を介して、ω3系脂肪酸が直接腸管の炎症を抑制することを証明するものである。1)ラットの腸管マクロファージにおけるGPR120の発現をFACSあるいは免疫組織染色にて確認する2)ラットの腸管炎症モデルとして、虚血再還流モデル、小腸移植モデル、あるいは何らかの因子によって発症する腸炎モデルを確立する、3)ラット腸管よりマクロファージを分離、培養する、4) 2)で確立したモデルにおいてω3系脂肪酸が、マクロファージに発現したGRP120を介して、炎症を抑制することをin vitro、in vivoの系で検証する、計画である。平成26年度には、1) 2) 3)に関する実験系の確立と予備実験を行うとともに、腸管免疫、小腸移植、ω3系脂肪酸の炎症抑制効果などに関する知見を収集した。腸管不全あるいは腸管不全(静脈栄養)関連肝障害におけるω3系脂肪の抗炎症効果の分子生物学的、病理学的効果に関して、研究会、学会などに参加し、情報収集するとともに、同様の研究を行う、大塚製薬工場、成育医療研究センター、慶応大学、岩手医科大学などの研究者と有意義な情報交換、議論を得ることができ、研究計画の推進、実施上有益であった。ω3系脂肪の抗炎症効果の分子生物学的に関する基礎研究に関しては、動物実験を担当していた大学院生が研究を中断し辞職したため、停滞し、当初の計画より遅れている。他の研究施設より臓器保存における虚血再還流などの研究モデルにおいてω3系脂肪の抗炎症効果に関しては、否定的な結果が得られていることもあり、研究計画の変更を要しているが、肝障害、胆汁うっ滞の改善効果に関しては、植物ステロールであるフィトステロールの関与、胆汁酸トランスポーターの発現などに関する新しい知見も明らかになりつつあるため、こうした方面への発展の可能性を検討しつつ研究を進め、腸管不全関連肝障害の病態の解明とω3系脂肪による治療効果の機序解明の両面から研究を進めていきたいと考えている。臨床(ヒト)の腸管、肝組織検体の活用の可能性も検討しており、病理、免疫組織染色や腸管免疫細胞のフローサイトメトリーなどの予備実験の準備も進めている。ヒト臨床検体の活用のための倫理委員会承認、インフォームドコンセントを得て、研究を進めていきたいと考えている。ω3系脂肪の抗炎症効果の分子生物学的に関する基礎研究に関しては、動物実験を担当していた大学院生が研究を中断し辞職し、他の研究施設より別の研究モデルにおいて抗炎症効果については否定的な結果が得られている。研究協力者の退職に伴う研究体制の変更、同様の他研究などの影響で、研究計画が予定より遅延し、研究期間の延長を申請した。マウス腸管からの免疫担当細胞(特に腸管マクロファージ系の細胞)の分離、フローサイトメトリーによる免疫担当細胞のサブセット分離と当該レセプターの発現解析、腸管免疫担当細胞(特にマクロファージ系)の培養系の確立などの主要な研究、解析は順調に進んでいる。GPR120がM1型のマクロファージに発現し、DHA, EPAなどのω3系脂肪酸のレセプターとして働き抗炎症作用を示すことが、他施設より最近報告されていることから、我々はさらにマクロファージの特定のサブセットでの発現や腸炎、腸管不全関連肝障害の抑制に注目して研究を進めていきたいと考えている。我々はマウス腸管の免疫担当細胞のうち、特定のマイロファージ系サブセット(CD169陽性マクロファージや特定のケモカインを発現する亜集団)にGPR40やGPR120などの長鎖脂肪酸レセプターが発現すると考えており、炎症刺激(LPSなど)による炎症系サイトカインの発現解析とω3系脂肪の付加により炎症が抑制されることをin vitroの実験系で検証し、in vivoのDDSマウス腸炎モデルなどにて実際に腸炎が抑制されることを今後、検証する予定である。また最近の報告では、大腸GLP-1陽性内分泌細胞にGPR120が発現し、消化管内分泌との関連も報告されている。GLP-2は短腸症候群の治療薬として注目されていること、GLP-2との関連は報告されていないことなどから、GPR120とGLP-2発現との関連についても検討する予定である。こうした研究は延長した研究期間内に成果を公表できる見込みである。当初、動物実験などを担当していた研究協力者の退職に伴う研究体制の変更や、本研究に類似した他施設からの研究発表などの影響で、研究計画が予定より遅延し、研究期間の延長を申請した。

GPR120はマウス腸管、肺、脂肪組織に多く発現し、とくに腸管組織においては腸管上皮に存在する内分泌細胞(L細胞)に局在を認め、GLP(Glucagon-like peptide)などの消化管ホルモンの分泌に関与することが報告されている。そのうちGLP-2は腸管吸収能の促進、アダプテーション(順応)、炎症抑制作用などへの関与がわかっており、GLP-2の投与により動物モデルの腸炎、肝障害が軽減されることも報告されている。さらに、GPR120は腸管組織に局在するマクロファージのサブセットを炎症性のM1マクロファージからM2マクロファージへ誘導し、マクロファージを介した炎症抑制作用に関与していることが示唆されている。今回我々は、野生型マウス腸管組織を用い凍結組織標本を作製し、免疫組織化学染色法によりGPR120蛋白質の発現局在について解析を行った。その結果、遠位小腸及び近位結腸にGPR120が局在していることがわかった。さらに、マクロファージ特異的な細胞表面マーカーであるF4/80について、GPR120との重染色を行ったところ、F4/80陽性細胞とGPR120との共局在が認められた。以上より、GPR120は遠位腸管、特に回盲部周辺においてマクロファージを介した生理作用及び炎症抑制作用に関与することが強く示唆された。現在、定常状態及び炎症状態での各評価をマウス腸炎モデルにて行っている。また、マウス腸管よりマクロファージサブセットを単離しex vivoでω-3不飽和脂肪酸を用い刺激を行い、マクロファージの活性化、サイトカイン産生等について解析する実験を予定された研究期間後も引き続き実施することを検討している。G蛋白共役型受容体であるGPR120はω-3不飽和脂肪酸を含む中・長鎖脂肪酸を主なリガンドとして様々な生体機能を担っている。本研究ではマウス腸管組織を用い免疫染色法によりGPR120蛋白質の発現局在について解析を行った。また、F4/80陽性細胞とGPR120との共局在が認められた。虚血再還流モデル、小腸移植モデルの確立、ラット腸管からのマクロファージの分離に関する予備実験は順調に行うことができ、成果をあげているが、CD68 (ED2)陽性腸管マクロファージにおけるGRP120の発現の確認については、実験に使用する抗GRP120抗体の選定、免疫染色やFACSの条件を決める予備段階で、予定よりもやや遅れている。抗体の選定はほぼ終了しており、免疫抑制、FACSなどの技術的修練により、安定した結果が得られるようになってきており、今年度以降に遅れは挽回可能と考えている。腸管不全(静脈栄養)関連肝障害、胆汁うっ滞に関しては、植物ステロールであるフィトステロールの関与、胆汁酸トランスポーターの発現などに関する新しい知見も得られているため、抗炎症効果の機序の解明と合わせて研究を進め、病態の解明を進めていきたいと考えている。免疫学を専攻する大学院生を研究協力者に加え、主要な研究計画(マウス腸管からのターゲット(免疫担当細胞)の分離、フローサイトメトリーなどによる解析、腸管由来免疫細胞の培養系の確立と免疫刺激試験など)は順調に進んでおり、延長した研究期間内に成果を公表できる見込みである。
摂関家領荘園にみる武家領の存在形態

本研究においては、摂関家領、特に近衛家領荘園の史料を収集し、その史料に基づいて、鎌倉後期から南北朝期にかけての時期における荘園領主の変容を跡づけるとともに、摂関家領荘園のなかに存在した武家領のあり方の変化について考察した。摂関家が本所として所有する荘園には、地頭や、武力を有する荘官が存在した。そうした摂関家領における荘園領主・武士の併存状況の実態とその変化に関する見通しを得た。室町幕府の下では、荘園領主は寺社・本所・武家に大別され、摂関家も本所として武家と対峙するようになるとみられる。今年度は、鎌倉後期から南北朝期にかけての荘園領主の変容について検討し、そのなかで本所の性質や国家的位置づけなどについて考察した。研究成果の概要は以下の通りである。1.鎌倉後期における本家と本所鎌倉後期における本家職は、荘園領主が有する領有権であり、本家は預所や領家に対して、立荘時のような圧倒的存在であるとは限らなくなっていた。一方、本所は、荘園の本来の所有者であり、荘園の知行を保障する存在であった。鎌倉後期の領家や領主は、本所を自らの権限の保障者として求めた。こうして、本所を頂点とする荘園の重層的な所有体系が現れた。2.鎌倉後期における本所と治天の君鎌倉後期、治天の君(治世中の天皇や上皇)の政務は、多くの本所の存在を前提として行われており、その政務の遂行が本所との対立を引き起こす場合、交渉による調整が必要となった。当該期の公家社会においては、本所を介して治天の君の権限が及ぶ構造になっていたと考えられる。3.建武期・南北朝期の本所鎌倉幕府滅亡後、後醍醐天皇は、一宮の本所号を停止したが、基本的には荘園の本所を保護し、その権能を認めた。北朝においても、本所は、治天の君の政務遂行のうえで無視できない存在として存続している。こうしたなか、本所と知行者の間で互いの関係が確認、再構築され、室町期において本所とその下の荘園所有体系が存続した。本年度は、昨年度に考察した本所の概念を踏まえ、本所としての摂関家とその家領荘園の武士たちとの関係について検討した。摂関家領のなかでも近衛家領を主な検討対象として、近衛家領荘園に関する先行研究を収集しその内容について検討するとともに、同家領関係の史料を収集しつつ、本年度までに集めた史料に基づいて考察を行った。研究成果の概要は次のとおりである。1.近衛家領荘園関係の先行研究個別の近衛家領荘園について検討した先行研究は、丹波国宮田荘、出城国革嶋荘、信濃国太田荘、薩摩・大隅・日向国島津荘などの荘園に関して比較的多く蓄積されている。ここに挙げた諸荘園に関する研究の多くは、宮田荘(近衛家文書のなかに関係史料が複数存在する)に関するもの以外は、下司などの荘官や地頭を務めた家の史料に依拠している部分が少なくない。こうした個別荘園研究により、幾つかの近衛家領荘園については荘官や地頭の動向が判明する。一方、荘官や地頭と本所との関係について詳細に検討している個別荘園研究は限られる。2.近衛家領荘園関係の史料にみえる本所近衛家領荘園に関する史料のなかには、「本所」という記載が見えるものが幾つか確認できる。そうした史料のうち鎌倉後期の丹波国宮田荘に関する文書には、本所に違背して御家人役勤仕を望んでいる下司・公文の姿が見え、それについてはすでに先行研究で指摘されている。しかし、近衛家領諸荘園の史料を概観して注目されるのは、在地における問題発生時に本所の処置を求めている荘官も存在する点である。このように荘官に関して両様の事例が存在することに留意して、次年度の史料収集やその検討、考察を行う予定である。最終年度である本年度は、昨年度までの研究もふまえて、次のような知見を得ている。1.鎌倉期摂関家領荘園における荘官・地頭と幕府荘園制成立期の本家-預所体制において摂関家は本家たり得る荘園領主であったが、鎌倉後期にかけての荘園では、摂関家を含めた本所を頂点とする荘園の重層的な所有体系が現れた。その本所の荘園に対して、治天の君は、直接介入するのではなく、本所との交渉を通じて自身の裁許を本所に実現させる方法をとっていたが、鎌倉幕府も摂関家領荘園内部の問題に介入する場合には、本所の存在を前提として行っていたと考えられる。そのことは、近衛家領尾張国堀尾荘と長岡荘の境相論(堀尾荘の地頭が長岡荘の雑掌や地頭と対立する)における幕府の対応などからうかがえる。摂関家領も、幕府の影響力伸張につながる事象(地頭の押妨、御家人と号する荘官の存在など)と無縁で存在し得たわけではないが、荘官・地頭の所領が摂関家領から分離するにはまだ制約も大きかったといえる。2.建武・南北朝・室町期の本所と武家領

建武政権は、摂関家などの本所を保護の対象とし(但し一宮の本所を除く)、室町幕府法においても、武士による「本所領」の押領などは禁じられた。その一方で、内乱における地頭職・荘官職所有者の変動や半済の実施などを経て、摂関家領荘園のなかにも本所の存在が見えなくなった場所が目立つようになる。こうした荘園のなかには、事実上武家領化したものも少なくないと考えられる。室町期の史料上に本所が現れる近衛家領山城国革嶋南荘では、下司職と地頭職を有する革嶋氏が当該期にも本所への年貢納入を行っている。荘園の職を有する在地の武士に年貢等の運上を請け負わせることは、中世後期において収取体系を維持するために本所がとり得る手段の一つであったと考えられる。
ナノテクノロジーを利用した部位選択的骨伝導能を有する人工関節軟骨の開発

関節軟骨の病変部だけを人工軟骨に置換するための材料開発とそれを骨組織に永続的に固定する方法を研究した。人工軟骨であるポリビニールゲルが生体軟骨と摩擦する面は生体不活性、骨との接触面は強く接着できる部位選択組織融合型接着方法を研究した。接着層としてハイドロキシアパタイト積層超薄膜(厚さ350nm)を利用することとし、ゲルとアパタイト薄膜の生体適合性ならびに材料学的・力学的特性の向上方法を検索した。板状PVA-HおよびTi試験片の表面に化学量論的ハイドロキシアパタイト(HA)と,本課題の特色である擬似体液由来ハイドロキシアパタイト(SBF-HA)を3001500nmの厚さで被覆した試験片を製作することに成功した.これらを培地としたヒト骨芽細胞の培養実験を行った.そして,これらアパタイト薄膜の細胞増殖能および分化能の指標であるアルカリフォスファターゼ活性とオステオカルシン産生を比較・評価した.アパタイトを被覆しない培地に比較して被覆した培地は,細胞増殖能,分化能とも1.52倍程度大きく,被覆の効果が認められた.一方,HAとSBF-HAの比較では,細胞増殖能・分化能に有意差は認められず,当初期待した結果は得られなかった.この原因は,SBF-HAに対する熱処理であることを突き止め,直ちに成膜方法を変更して再実験を実施した.その結果,分化能向上の効果につきHAに比べてSBF-HAの方が大きいことが示唆された.ナノスクラッチ試験機を用いて,厚さ820-1860nmのHAおよびSBF-HA薄膜に対して,ナノスクラッチ実験を実施した.特にSBF-HA薄膜に対するスクラッチ実験は,独創的であり先行研究がないため,慎重に実験を行った.HAとSBF-HAの破壊特性と基板との密着強さには有意な差が認められた.定量値の決定にはさらなる実験結果の積み重ねが必要である.しかし定性的には,同条件で前者は破壊機構として壁開を生じ,後者は無数の微細亀裂の発生とその接続によって被膜が基板から剥離する傾向があることを明らかにできた.これらの特性に影響する表面性状を形態および表面粗さの両観点から検討した結果,被膜組成の違いは表面性状に大きな影響を及ぼさないことが示唆された.新たな課題が派生したが,平成21年度は予定通りに研究活動を展開できたと判断する.平成21年度の実績として、擬似体液由来アパタイト(SBF-HA)薄膜の骨伝導能が期待したほど良好でなかった事実について原因究明に努めた。究明には多くの試験片を用いた統計的検討が必要であった。一方で動物実験の抑制・回避も必要であったため、動物実験の代替として擬似体液浸漬法を採用して試験片の骨伝導能を評価した。正しく評価するため、SBF-HA使用を発案する基となった牛骨由来アパタイト(B-HA)の骨伝導能に関する実験もH21年度末から開始して、両アパタイトの組成、結晶構造や熱処理の影響の観点から原因究明を試みた。その結果、合成アパタイトに比べて高い骨伝導能を発揮するSBF-HAの精製法を開発できた。B-HAやSBF-HAを薄膜化して各種インプラントを被覆する方法は、骨伝導能の向上のみならずインプラントの構造に由来する機能や力学的強度の保証に極めて有効であり、人工関節軟骨を骨床に固定する重要な方法であることを再確認した。同時に、人工関節軟骨であるPVAハイドロゲルの耐摩耗性を向上するために、PVA分子鎖に結晶化と配向性を加える圧縮加熱法を適用してその有効性を検証した。その結果、摩耗量を従来値の1/3に減少することができる圧縮加熱条件を決定することができた。アパタイト薄膜と基材としての人工関節軟骨の密着強さを保証することは、実用化に向けて重要な課題である。密着強さにつき、H21年度は定性的な検索に留まっていたが、H22年度では12MPa程度との定量値を提示するに至った。しかし、現段階では測定精度に問題が残っており、今後対策を要する。当初動物実験を予定していたが、擬似体液浸漬法を用いることでアパタイト薄膜の骨伝導能を評価できたことは、一つの成果といえる。平成22年4月に提出した本補助金交付申請書記載の計画に沿った活動はほぼ実行することができたと判断する。(1)人工関節軟骨としてのポリビニルアルコールゲル(PVA-H)に擬似体液由来アパタイト(SBF-HA)を被覆すると強い細胞接着性を発現することは既に実証した。本年度は、SBF-HAの細胞接着性をさらに向上させるため、SBF-HAの組成・結晶性を最適化する薄膜化方法を検索した。その結果、パルスレーザー法に比べスパッタリング法の方がより優れた機能性薄膜を部位選択的に被覆できることを明らかにした。また、Ti薄膜を下地被覆してからsBF-HAを被覆すると、Ti薄膜がSBF-HAの割れ発生を抑制することがわかった。

(2)PVA-Hの耐摩耗性の向上についても、継続研究として遂行した。合成用溶媒をDMS0から純水に転換して試行錯誤した結果、前年度開発した加熱プレス条件下で結晶化を促進したとき、摩擦係数はDMS0型に比べて15%低減できた。また、純水に転換しても力学的強度に変化はないことを確認した。(3)H22年度の成果をもとに、エンジニアリングプラスチック(EP)をPVA-Hと生体骨の連結のための機械的アンカリング装置として導入する方針を打ち立てた。EPに骨様構造を与えかつ細胞接着性を確保する課題に取り組み、骨様構造を造形できる企業との共同研究契約を成立された。構造造形のための形状データを家免脛骨μCTデータから作成して、まず有限要素法によってその構造の剛性を理論計算して求めた。一方、実験によっても剛性を測定した。形状データは共同研究企業へ送付して造形し、生体骨との力学的整合性を検討した。EPと生体骨では素材特性が異なるため、EPで骨構造を再現しても生体骨と同等の力学的特性は得られないことをふまえ、構造部材の幾何学的寸法を最適化して生体骨の力学的特性に整合させる方法を採用し、その有効性を確認した。本年度当初に提出した本補助金交付申請書記載の計画に沿った活動を行えたと判断する。
交替鎖及び梯子状鎖量子磁性体の研究

本研究期間にスピン1の反強磁性ボンド交替鎖、S=1/2と1のスピン交替鎖、S=1/2の強磁性-強磁性-反強磁性-反強磁性交替鎖、S=1/2の二本足の梯子状反強磁性鎖とジグザグ反強磁性鎖の候補物質であるニッケルや銅の錯体化合物を合成し、様々な磁気測定や熱測定を行った。いくつかのニッケルのボンド交替鎖化合物を合成し、帯磁率や磁化測定を行い数値計算との比較を行って交替比や交換相互作用定数を求めた。この系の特筆すべき点は磁化の量子化にあたるプラトーを観測したこと、Affleck-Haldane予想の検証になるギャップレス点の存在を実験的に確認したこと、あるニッケルのボンド交替鎖の基底状態がシングレットダイマー相にあることを実験的に確認したことである。2番目、3番目の化合物は量子フェリ磁性体の研究に対応する。磁気測定を詳細に行いこれらの系の特徴的な磁性を明らかにした。特に磁化曲線は古典的なフェリ磁性体のそれとは異なりメタ磁性的な飽和磁化への遷移が見られた。この系の相関長の短さに由来すると考えている。4番目、5番目の系に対応するのは銅の梯子状鎖化合物やジグザグ鎖化合物であり、帯磁率、磁化や比熱を測定した。前者は数値計算結果との比較から梯子の方の交換相互作用定数が足方向のそれの5倍ほどの大きさであることが分かり、7T以下の磁場中の比熱は計算された比熱とよくあうのに対し、7T以上の磁場では低温で二種類のピークが観測され計算とは異なった。後者の化合物の帯磁率や磁化を近接一次近接相互作用のあるS=1/2の反強磁性鎖の計算結果と比較して独立した二本の鎖に近い系であることがわかった。交替鎖量子磁性体としてニッケルのボンド交替鎖([{Ni(Medpt)(μ-N_3)(μ-ox)}_n]{(ClO_4)0.5H_2O}_n)(MedPt=C_7H_<19>N_3)とニッケルと銅のスピン交替鎖(NiCu(pba)(D_2O)_32D_2O)(pba=C_7H_6N_2O_6)の化合物を合成して帯磁率と磁化を測定し、その磁気的性質を調べた。また、梯子状鎖量子磁性体としてCu2(C_5H_<12>N_2)Cl_4の粉末試料を合成し、帯磁率と磁化及び電子スピン共鳴(ESR)測定を行った。順番にその結果について説明する。まず、ニッケルのボンド交替鎖の研究はAffleck-Haldaneの理論的予想(1987)に端を発した交換相互作用が交互に異なるスピン量子数(S)1の一次元反強磁性体の実験研究である。この化合物の磁化測定で量子効果に基づく非自明な磁化のプラトーを観測し、数値計算との比較により交替比や交換相互作用の大きさを決定した。また比較のためにニッケルのダイマー化合物([Ni_2(Medpt)_2(μ-Ox)(H_2O)_2](ClO_4)_22H_2O)の帯磁率、磁化測定を行った。スピン交替鎖の研究は最近主に理論的に精力的に行われており、この系の興味ある性質が示されているが、実験的にはほとんどなされいなかった。

上記のスピン交替鎖(フェリ磁性鎖)の帯磁率測定を行い、数値計算(S=1/2&1のフェリ磁性鎖)との比較によって交換相互作用定数やg値を評価し、このフェリ磁性体の帯磁率が印加する磁場の大きさによって大きく変化することを実験的に初めて示した。梯子状鎖では上に述べた測定手段によりシングレット基底状態を持つこの系のエネルギーギャップの大きさを見積もった。ESR強度の温度依存性からシングレット基底状態とトリプレット励起状態を仮定して比較を行ったところ他の測定で見積もったエネルギーギャップより大きな値が得られた。ニッケルのボンド交替鎖化合物Ni(333-tet)(μ-N0_2)(ClO_4)(333-tet=C_9H_<24>N_4)の単結晶試料を合成して帯磁率と磁化を測定し、ボンド交替比や交換相互作用定数などを求めた。この化合物の72Tまでの強磁場測定で65Tあたりに飽和磁化の半分にプラトーを観測した。この研究はAffleck-Haldaneの理論予想(1987)に端を発した交換相互作用が交互に異なるスピン量子数(S)1の一次元反強磁性体の実験研究であり、この化合物の磁化測定でも量子効果に基づく非自明な磁化のプラトーを観測した。また、前年度合成したニッケルと銅のスピン交替鎖NiCu(pba) (D_2O)_32D_20(pba=C_7H_6N_2O_6)の磁化測定を詳細に行い、ニッケルと銅の反強磁性ダイマー化合物[Ni(dpt)(H_2O)Cu(pba)]2H_2O(dpt=C_6H_<17>N_3)の磁化との比較から低磁場で前者は強磁性的な性質を有することを明らかにした。そしてこのスピン交替鎖化合物のプロトンNMR測定を行い、縦緩和時間の逆数(1/T_1)が1/H^<1/2>に比例することがわかり、長距離秩序状態でないにも関わらず、この系の特殊性からスピン波理論に基づいて解析しこの磁場依存性を導き出した。さらに梯子状鎖化合物Cu_2(C_5H_<12>N_2)C1_4の単結晶試料で磁場中比熱測定を行った。この物質は二本足の梯子と見なされおよそ7Tまで非磁性の基底状態をもちエネルギーギャップを有することが知られている。この系の主に7T以上のギャップレス相での比熱の振る舞いを調べ、スピノンバンドによる緩やかなピークを観測したが、数値計算結果とは定量的に異なった。ニッケルのボンド交替鎖化合物Ni(333-tet)(μ-NO_2)(ClO_4)(333-tet=N,N′-bis(3-aminopropyl)-1,3-propanediamine)のニッケルサイトを銅や亜鉛に置換した単結晶試料を合成し、帯磁率や磁化、電子スピン共鳴(ESR)実験を行い、基底状態が予想されるシングレットダイマー相にあるものなのかを調べた。その結果、帯磁率においては鎖方向と垂直方向で非常に異なった振る舞いが観測され、ESRでは不純物を含まない試料では観測されなかったシグナルを観測した。これらの結果をシングレットペアーを組めなかったサイトにスピン1が現れるとして解析して良い一致をみた。銅の梯子状鎖化合物Cu_2(C_5H_<12>N_2)_2Cl_4やジグザグ鎖化合物(N_2H_5)CuCl_3の単結晶試料を合成し、帯磁率、磁化や比熱を測定した。前者の化合物の比熱はS=1/2の二本足の反強磁性梯子の数値計算結果とよく一致した。このフィッテイングの結果から梯子の方の交換相互作用定数が足方向のそれの5倍ほどの大きさであることが分かった。エネルギーギャップを有する7T以下の磁場中の比熱は計算された比熱とよくあうのに対し、7T以上の磁場では低温で二種類のピークが観測され計算とは大きく異なった。それらのピークの起源について考察した。後者の化合物の帯磁率や磁化はS=1/2の一次元ハイゼンベルグ反強磁性体のそれらに類似している。そこで近接(J_1)一次近接相互作用(J_2)のあるS=1/2の反強磁性鎖においてギャップレスになるJ_2/J_1やギャップの小さくなるJ_2の大きな領域での計算で得られた帯磁率や磁化と比較して後者の場合に相当することがわかった。
腫瘍において高発現をみる遺伝子のプロモーターを用いた自殺遺伝子治療の基礎的検討

腫瘍特異的な遺伝子発現は遺伝子治療の効率と安全性に深く係わっている。そこで本研究では各種のヒト腫瘍に強く発現し、正常組織にはほとんどその発現をみないミッドカインと、低酸素状態で発現誘導がみられるvasucular cndothelial growthfactor(VEGF)遺伝子のプロモーター領域に注目し、腫瘍高発現に関与する領域の検討を目的とした。さらにこのプロモーター領域の下流に自殺遺伝子を結合させ、遺伝子発現を制御することによって腫瘍に特異的な殺細胞効果の検討をめざした。その結果(1)ミッドカインのゲノム遺伝子を用いて、その領域の転写活性化能をヒト腫瘍細胞と正常線維芽細胞とを対比して検討したところ、5'上流約550bpの領域上に腫瘍細胞特異的な転写活性が認められた。しかも腫瘍細胞におけるこの領域の転写活性はSV40のプロモーターより数倍強力であった。(2)ミッドカインゲノム遺伝子によってHSV-TK遺伝子の発現をコントロールさせた場合、腫瘍細胞ではプロドラックのGCVに対する強い感受性を示したが、正常線維芽細胞では全くGCVの影響を受けなかった。従って自殺遺伝子の発現を腫瘍特異的にコントロールすることが可能であり、このことはin vivoの動物実験でも確認されている。(3)VEGFゲノム遺伝子の5'上流1.5kb上に、低酸素条件下での発現誘導に関与する領域を同定し、この領域でシフテリア毒素A鎖遺伝子やGFP遺伝子の発現を制御させたところ、低酸素下でこれらの遺伝子の発現が増強されることが判明した。しかし低酸素による発現に関与する領域は複雑で、hypoxia responsible element領域以外にも存在する可能性がある。低酸素状態における発現誘導に果たす転写因子の発現様式については今後の検討課題である。
人工衛星画像解析の基礎的研究

1.人工衛星CCDラインスキャナー画像,人工衛星CCDカメラ画像は画角が非常に狭く,かつ撮影高度に比べて地表面の凹凸が非常に小さいので,通常の中心投影幾何学に基づく解析理論では未知標定要素間の相関が非常に高くなって高精度な解析が行なえないという欠点があった。そこで,本研究ではアッフィン投影幾何学という全く新しい概念に基づく画像解析理論を構築し,上記の難点を克服して人工衛星画像解析が非常に高精度で行なえる手法を確立した。2.アッフィン投影幾何学に基づく画像解析理論は人工衛星画像の解析問題のみならず,工学的に非常に重要な微小物体の超精密3次元計測にも適用可能なことを確かめ,種々のシミュレーションモデルを利用してその実証的特性を調査した。その結果,アッフィン画像解析理論を利用した新しいタイプの解析図化機の設計製作が可能であることがわかった。さらに,解析精度を向上させる方法として,アッフィン投影幾何学に対応するフリーネット理論(分散最小解)を誘導し,2次元画像解析の場合に対する12個のフリーネットベクトルを見いだした。また,アッフィン画像解析理論はズームレンズCCDカメラ画像の解析に非常に適していることを種々のシミュレーションモデルにより確かめ,土木構造物の施工・維持管理のためにリアルタイムに被写体の3次元情報を提供できるシステムを構築する基礎を確立した。3.人工衛星レーダー画像の解析問題について理論的考察を行ない,斜距離投影原理を用いて撮影された1次元画像の集合体(通常のレーダー画像)の一般標定理論を構築すると共に幾何学的諸特性を明らかにした。また,実レーダー画像が撮影される状態(レーダー画像の標定要素間に拘束のある特殊ケース)における画像解析問題の幾何学的諸特性をポテンシャル理論を用いて解析し,種々の知見を得た。さらに,人工衛星レーダー画像のように撮影条件が劣悪な画像(撮影高度に対して地表面の凹凸が極端の小さい)を解析する場合必要な地上座標の高精度近似値をアッフィン投影幾何学を利用して獲得する方法についても考察し,実用的なレーダー画像の解析手法を開発するための手掛かりを得た。1.人工衛星から撮影されたCCDラインスキャナ-画像(線画像)の解析にアッフィン投影幾何学に基づく画像解析理論を適用し、一般的な解析方法を開発した。これらの方法をシミュレ-ションデ-タを使って検証した結果つぎのような特性が明らかになった。(1)地表面の凹凸が小さい場合(最大高低差が500m以下)アッフィン投影幾何学に基づく方法によって十分な精度が得られる。しかし、現在のSPOT画像のように人工衛星の飛行方向に垂直に線画像を撮影する方法では高精度を得ることは困難である。重複線画像の持つモデル結合能力を効果的に利用するためには飛行方向に傾斜させて線画像を撮影する方法を採用する必要がある。(2)地表面の凹凸が大きい場合(最大高低差3000m程度)はアッフィン投影幾何学に基づく線画像解析法のみでは十分な精度は得られない。そこで、アッフィン投影幾何学に基づく線画像解析法によって地上座標の近似値を計算し、射影幾何学に基づく線画像の解析理論を適用すると非常に高精度が得られることがわかった。2.人工衛星から撮影されたカメラ画像(面画像)の解析にもアッフィン投影幾何学が適用できる。本研究では一般的な面画像の解析理論を誘導し、線画像の場合と同様シミュレ-ションデ-タによってその特性を検証したが、非常に良精度が得られること、及び人工衛星画像を使用した宇宙三角測量が可能であることなどが明らかになった。

1.撮影地域の比高が大きい場合の人工衛星CCDラインスキャナ-画像の解析手法として、射影幾何学を基づく解析理論を既に開発したが、現在実際に撮られているような撮影方法では、地上基準点が少ない場合充分な精度が得られないことがわかった。そこで、コ-ス毎に人工衛星の飛行方向と傾斜させて画像撮影を行なう方法を考案、シミュレ-ションデ-タを使って解析精度の検討を試みた。その結果、傾斜撮影法を採用すれば地上基準点数が十分でない場合でもかなりの精度が得られることが明らかになった。また、最適基準点配置問題についても実証的に検討した。2.写真測量デ-タの調整問題で、その分散最小解を求める方法(フリ-ネット理論)が非常に重要である。本年度はアッフィン投影画像に対するフリ-ネット理論について重点的研究を行ない、2次元画像のフリ-ネット解析問題の基礎となる12個の1次独立なベクトルを見いだした。また、開発した理論をシミュレ-ションデ-タにより検証した結果、同一基準点を使用した特殊解よりも約15%精度が向上することを確かめた。さらに、CCDラインスキャナ-画像解析にフリ-ネット理論を適用する場合に必要な1次独立なベクトルについても考察した。3.人工衛星CCDラインスキャナ-画像とは全く異なる投影原理で撮影されるレ-ダ-画像が近年、非常に注目されるようになったので、重複レ-ダ-画像の解析理論に基礎的考察を加え、レ-ダ-画像の3次元解析には3コ-スからの重複撮影が必要なこと、中心投影画像の場合と全く同じように相互標定、対地標定が可能なことを明らかにした。1.人工衛星CCDラインスキャナー画像、人工衛星CCDカメラ画像の解析にアッフィン投影幾何学を利用すれば、解析方法が非常に簡単になり、かつ高精度が得られることが前年度までの研究で明らかになったので本年度は人工衛星画像の最適撮影計画問題、地上基準点の最適配置問題についてシミュレーションデータを利用して総合的に検討し、種々の知見を得た。また、中心投影画像をアッフィン投影幾何学を利用して解析する場合に発生する画像変換歪の修正法について考察を行ない、山岳地を撮影した人工衛星画像の解析がアッフィン投影理論を繰り返し用いることにより高精度で実施できることを確かめた。2.工学的に非常に重要である微小物体の超精密3次元計測法について総合的な考察を行ない、アッフィン投影幾何学に基づく画像標定理論にフリーネット理論を付加して分散最小解を求めれば精度がかなり向上することを種々のシミュレーションモデルを使用して明らかにした。また、土木構造物の施工・維持管理のために現場に高精度3次元位置情報を提供する問題についても基本的に検討し、ズームレンズCCDカメラ画像を用いて被写体を撮影し、アッフィン投影幾何学を利用して解析すれば非常に有効なことを明らかにした。3.人工衛星レーダー画像の解析問題について理論的考察を行ない、斜距離投影原理を用いて撮影された1次元画像の集合体(通常のレーダー画像)の一般標定理論を構築すると共に幾何学的諸特性を明らかにした。
シングルセル発現プロファイル解析の実践と技術開発

本研究の目的は、シングルセル回収した同種細胞をプールして、組織間や刺激に応じたゲノム発現プロファイル変動を捉え、その生物学的意義を理解するとともに、方法論に改良を加え汎用性をより高めることである。研究代表者は、熊本大・玉巻らと共同で、Eberwine法とSmart法を組合せることにより、シングルニューロンの発現プロファイルを簡便に得ることが可能な増幅法を開発した。本法を用いて増幅したGABAergicシングルニューロンの発現シグナルは、独立試行間で高い相関性を示した。消化管胃部切片より粘膜層ならびに粘膜下層に存在するMMCとCTMCをそれぞれ15細胞プールし、発現プロフィル解析を3回、独立試行した結果、ニグループ間で検定後P<0.05と判別された遺伝子1,272を同定した。CTMCに有意に高発現する遺伝子集団には、CTMCマーカーとして知られるMcpt4,Mcpt5,Mcpt6が含まれ、MMCに有意に高発現する遺伝子群には、MMCマーカーとして知られるMcpt1,Mcpt2が含まれたことから、本シングルセル発現解析の信頼性は高いと考えられた。これらの他に、各マスト細胞特異的に高発現する遺伝子群を同定し、Real-time PCRを用いた検証を行った。これらの遺伝子は、CTMC、MMCの新たなサブタイプ特異マーカーとして有用であると考えられた。現在、引き続き、肺マスト細胞の発現プロファイルとその病態変化に関する検討を行っている。(投稿中)またこれらの組織マスト細胞解析の対比として、マウス骨髄培養マスト細胞やマウス癌化マスト細胞株P-815などの遺伝子発現プロファイルを獲得し、ここから得られた発現情報をもとに、Ndrg1がマスト細胞の最終成熟ならびに脱顆粒応答に重要な役割を果たすことやCaspase-9がヒスタミン合成酵素の活性化を担うプロセシングに関与することを見出した。本研究の目的は、細胞単位で回収した細胞をプールして、その細胞集団に特異的な発現プロファイルを捉え、その生物学的意義を理解するとともに、このような解析技術を実用的に改良・開発することである。以下に本年度の成果を示す。1)組織マスト細胞の解析消化管胃部切片より粘膜層ならびに粘膜下層に存在するMMCとCTMCを各15細胞プールし、発現プロファイルを比較した。MMC/CTMCに偏った発現を示す各4遺伝子についてReal-time PCR解析を行ったところ、いずれもアレイ解析を再現した。このような3回の独立試行の結果、CTMC特異遺伝子、MMC特異発現発現遺伝子群を同定した。2)化学物質による肝癌初期巣発がんイニシエーター誘発性肝癌モデルで、肝癌マーカーである胎盤型グルタチオンS-転移酵素(GSTP)発現を指標に、肝癌の初期病巣(foci)と正常肝細胞との発現プロファイルを比較し、癌毒性で早期に変化する遺伝子群を同定した。その結果、GSTP陽性細胞で発現増加する遺伝子が非常に多く見られた。なかでも、代謝に関与する遺伝子群1,500の10%が発現亢進していた。3)プロスタグランジンEP4受容体欠損と動脈管開存研究代表者は、PGE2-EP4-cAMPシグナルが、動脈管平滑筋のヒアルロン酸分泌の促進と細胞遊走の亢進、さらには内膜形成の促進により、動脈管が閉鎖することを示した。
超音波診断センサーを内蔵した医療用超音波研削機の開発

本年度は、ヒトの歯牙の歯質における超音波情報(反射エコー高さ、パルス波形の形状、音速など)を調べ、歯質と超音波情報の相関を定量化すると共に、超音波センサー内蔵の小型研削機の試作とシステム化を図ることを目的として研究を行った。供試材は、歯周病で抜歯した健全なヒトの大臼歯と小臼歯である。試験歯は、健全な歯牙とPlank・Rychlo法で局部的に脱灰させてう蝕部を付与した歯牙の2種類である。歯質と超音波情報の相関を定量化する実験は、得られた超音波データをリアルタイムにパソコン処理して部位の位置をデジタル表示する特注の超音波探傷システムを用いて、試験歯に対して縦と横方向からの各部位における超音波情報を計測した。次に試験歯のX線写真撮影と切断した断面の顕微鏡写真撮影を行い、組織とう蝕部の大きさ、形状並びに位置の測定を行った。そして歯牙の各部位と超音波情報の相関を定量化し、システム化のための基礎データとした。この結果、歯牙の音速は縦方向と横方向では異なること、さらに縦方向の音速は部位による変化があるが横方向のものは僅かであること、これらの理由は組織に起因することを明らかにした。一方、超音波プローブを内蔵した小型研削機の試作を行った。特注した小型超音波プローブを内蔵させてエアタービン駆動方式の研削機を試作した。ボディには軽量化と抗菌作用を考慮してチタンを用い、内部部品には耐食性向上のためにステンレス鋼を用いた。う蝕部の測定は前述した超音波探傷システムを用いて行った。試作機による性能試験の結果、う蝕部位の測定が可能であることを明らかにした。本年度は、ヒトの歯牙患部からの超音波情報(反射エコー高さ、パルス波形の形状、音速など)を調べ、歯牙患部からの超音波情報を定量化すると共に、超音波センサ内蔵の小型研削機の試作とこのセンサによる歯科診断のシステム化を図ることを目的として研究を行った。試験歯は、Plank・Rychlo法で局部的に脱灰させてう蝕部を付与したものである。歯牙患部からの超音波情報を定量化する実験は、う蝕部を徐々に進行させながら、歯牙表面のX, Y方向からう触部における超音波情報を計測すると共に、試験歯のX線写真撮影を行い、う蝕部の大きさ、形状および位置などの情報を測定した。そして歯牙のう触部位の各情報と超音波情報の相関を定量化し、診断システム化のための基礎データを作成した。一方、超音波センサを内蔵した小型研削機の試作については、先ず小型の超音波センサを試作した。センサボデイには高強度、軽量化、耐食性および抗菌性などを考慮してチタンを用いた。そしてセンサの性能評価を行った結果、試作したセンサは歯牙のう触部位の各情報を的確に計測できることが分かった。また小型研削機は、市販の小型リュータをセンサ内蔵に改良して試作した。この性能については、現在調査中であり、必要に応じて改良する予定である。診断システムは、試作したセンサと小型の超音波探傷器が付いたノートパソコンを用いて、ハンディタイプにする予定である。なお、上記のセンサは日本大学のNUBICを通して特許申請中である。
ドイツ語史における開始相表現の変化

ドイツ語史における開始相表現の用例を収集し整理してみると、様々な動詞が用いられてきたことが明らかとなる。特にwerden/beginnen/kommenは比較的多く用いられてきたが、gehenは開始相表現にはあまり用いられなかった。このような特徴は、言語類型として記述可能だと思われる。またwerdenの用法の変化などは、言語類型の変化として記述することが十分可能だと思われる。しかし言語類型の変化の理論の確立のためには、さらなる研究が必要である。これまでのドイツ語に関する言語類型論研究では、アスペクトに関するものはあまり多くない。理論的言及は多少あっても、データに基づく実証研究はきわめて少ない。他方で、ドイツ語以外の言語(特にスラブ諸語や日本語)については参考となる研究があることが確認できた。開始相表現としてはbeginnen・werden・kommenの3つの動詞による動詞句が重要な役割を演じていたことが確認できた。ただしその他の動詞(たとえば接辞an^-,er^-などを持つ動詞)についても検討を進める必要がある。収集対象となる用例については、既存のデータベースで利用できるものもかなりあることが確認できたので、用例収集を始めた。中高ドイツ語についてはNibelungenlied、初期新高ドイツ語についてはWolkensteinのMinnesangが用例収集に適している。古高ドイツ語については、引き続き書籍資料などを検討し、用例収集の方法を検討する必要がある。また、ドイツにおけるドイツ語歴史資料のデータベース作成計画の進行状況を調べ、利用の可能性を検討する必要があることが確認できた。以上の研究方法について、国内外の研究者と意見交換の機会を作った。ドイツ語やスラブ諸語・日本語などの言語類型論研究の中でアスペクトを扱ったこれまでの論考の分析を進めた。これまでの先行研究の成果から考えても、アスペクト表現の変化を言語類型の変化と位置づけることは十分可能だと思われる。ドイツ語の開始相表現としてはbeginnen・werden・kommenの3つの動詞による動詞句が重要な役割を演じていたことが確認できたが、その他の動詞(たとえば接辞an^-,er^-などを持つ動詞、gehenなどの機能動詞)についても、さらに検討を進めた。特にgehenについては、kommenとは対照的に、ドイツ語では開始相表現としての用例が少ないが、その理由を言語類型論的観点から説明する可能性があると思われる。開始相表現の用例収集フォーマットの検討をさらに進めた。既存のデータベースで利用できるものもかなりあるが、特にベルリン(ドイツ)のフンボルト大学を中心として作成作業中のドイツ語史資料データベースは、このような研究には特に有効であることが確認できた。このデータベースは古高ドイツ語を中心としたものだが、用例収集のフォーマットについては、他の時代の資料にも参考になる点が多い。古高ドイツ語ではOtfrids Evangelienbuch、中高ドイツ語についてはNibelungenlied、初期新高ドイツ語についてはWolkensteinのMinnesangなどを中心に、書籍資料なども参考にしながら、開始相表現の用例収集を進めた。ドイツ語やスラブ諸語・日本語などの言語類型論研究の中でアスペクトを扱ったこれまでの論考を比較してみると、「完了相」対「未完了相」の対立と並び、「開始相」「終結相」など視点の置き方による分類も多く論じられていることがわかる。これらをまとめることにより、アスペクト表現の変化を言語類型の変化と位置づけることには十分可能性があると確認できた。しかしこれを実証的な研究の成果としてまとめるためには、さらに多くのデータを集めることが必要であることも明らかになった。古高ドイツ語ではOtfds Evangelienbuch、中高ドイツ語についてはNibelungenhed、初期新高ドイツ語についてはWolkensteinのMinnesangなどを中心に、書籍資料なども参考にしながら、開始相表現の用例収集を進めた。また既存のデータベースを利用して用例を集めることもできた。ベルリン(ドイツ)のフンボルト大学を中心として作成作業中のドイツ語史資料データベースは、このような研究には特に有効であることが確認できたが、このデータベースは未完成なので、この研究には十分に利用することはできなかった。ドイツ語の開始相表現としてはbeginnen・werden・kommenの3つの動詞による動詞句が重要な役割を演じていたが、anhebenなど接辞により開始相を表現する動詞についても、歴史的には多く用いられていた。gehenについては、kommenとは対照的に、ドイツ語では開始相表現としての用例が少ないが、その理由を言語類型論的観点から説明する可能性がある。以上の研究について、日本独文学会語学ゼミナールでその一部を発表し、国内外の研究者と意見交換することができた。現在、これまでの成果を論文にまとめる作業中である。
スピロベンゾピラン部位を有するイオン配位子の分子設計と光化学マニピュレーション

本研究では、顕著な金属イオン光制御効果を実現するために、フォトクロミック部位をスピロベンゾピランに限定し、1個または複数個を大環状配位子に導入した化合物を分子設計することにした。すなわち、大環状配位子としてアザクラウンおよびカリクスアレーン誘導体を選び、錯形成光制御対象イオンとして1価金属イオンのみならず、イオン化部位の複数個導入による多価金属イオンの錯形成における光制御効果を精査した。1)スピロベンゾピラン部位を複数個(2, 3, 4個)有するクラウンエーテル誘導体(12、14、15, 18員環)[クラウン化オリゴ(スピロベンゾピラン)]を分子設計し、各種の金属イオンに対する親和性を調べた。その結果、複数個のスピロベンゾピラン部位の付与によって多価金属イオンへの親和性が増大した。2) 1個または複数個のスピロベンゾピラン部位を導入したカリクスアレーン誘導体を分子設計し、各種金属イオンとの錯形成反応とその光制御、さらには光物性の制御ならびに増幅を検討した。その結果、ナトリウムイオンなどの金属イオンの溶媒抽出において、抽出の光制御の可能性が示唆された。3)上記のクラウン化スピロベンゾピランの抽出-光度定量などの分離・分析化学への応用を展開した結果、流れ系分析において金属イオンの抽出効率やイオン選択性を光制御できた。
臓器リモデリングの分子機構:間葉系細胞における遺伝子転写制御と細胞間相互作用

転写因子KLF5/BTEB2は心血管系組織リモデリングに重要である。本研究では、(1)KLF5の分子機能を他因子との相互作用に着目して解析すると同時に、様々な臓器の組織リモデリングにおける機能をin vivoで解析すること、(2)組織リモデリングに重要な新たな転写因子を同定すること、(3)これらの研究結果に基づいた組織リモデリングを抑制する治療法の開発を目的として研究を行った。また、(4)老化関連遺伝子Klothoの機能解析と治療応用を進めた。その結果、KLF5が心血管系において傷害的ストレス応答に重要なこと、加えて代謝臓器における代謝ストレス応答にも重要であることを明らかとした。また、その分子機構として、KLF5がRAR、PPARγ、p300、HDAC、Set、PARPといった様々な転写因子、コファクター、アポトーシス関連遺伝子と相互作用することが重要であることを示した。また、KLF5が臓器線維化を制御するメカニズムとしてパラクライン因子の発現を制御することを見いだした。KLF5ネットワークを治療ターゲットとするためKLF5作用を阻害・活性化する薬剤を同定した。特に合成レチノイドであるAm80はKLF5とRARαの相互作用を阻害することによってKLF5機能を抑制する。この作用によりAm80を血管傷害後再狭窄に応用できる可能性を示した。さらに、Am80に動脈硬化抑制作用があることも見いだした。Klothoについては血管保護作用を有すること、その情報伝達系路を明らかとした。平滑筋形質変換に重要な転写因子KLF5/BTEB2の機能を解析するためにノックアウトマウスを確立した。KLF5遺伝子ヘテロノックアウトマウスは外的ストレスに対する組織の反応性が著明に低下しており、動脈硬化モデルにおいて新生内膜増生の著明な減弱、外膜反応性の低下などを示した。また、虚血や腫瘍による血管新生も減弱していた。心臓においてもアンジオテンシンII負荷による心肥大が著明に減弱し、心臓線維化も抑制された。以上の結果よりKLF5/BTEB2はマウス個体において外的ストレスに対する組織の応答に重要であり、心血管疾患の形成に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。そこで、KLF5の各種臓器における組織リモデリングにおける役割を明らかにするために研究を進めた。KLF5の心臓における機能をさらに明らかにするために、大動脈結紮モデルを作成し、圧負荷による心臓リモデリングにもKLF5が重要なことを示した。またデキストラン硫酸による腸管障害モデルにおいてもKLF5の炎症反応への重要性が示された。さらに、KLF5の各組織細胞における特異的機能をin vivoで解析するために、心筋・内皮・平滑筋細胞特異的KLF5トランスジェニックマウスの作成を進め、コンストラクトの作成に成功し心筋細胞トランスジェニックマウスはすでに複数のラインを確立した。また、組織特異的ノックアウトマウスの確立のためにKLF5遺伝子floxedマウスの作成を開始した。一方、老化関連遺伝子Klothoの機能解析のために、Klothoを発現するアデノウイルスとセンダイウイルスを作成し血管内皮細胞においてKlothoが細胞障害に対して保護的に作用する結果を得た。さらにKlotho機能の細胞内情報伝達系路の検討を進めている。本研究では、(1)KLF5の分子機能他因子との相互作用に着目して解析すると同時に、様々な臓器の組織リモデリングにおける機能をin vivoで解析すること、(2)組織リモデリングに重要な新たな転写因子を同定すること、(3)これらの研究結果に基づいた組織リモデリングを抑制する治療法の開発を目的とする。また、(4)老化関連遺伝子Klothoの機能解析と治療応用を進める。今年度の研究によって、KLF5がRAR、PPARγ、NF-κBと相互作用すること、これらの相互作用が、平滑筋細胞や線維芽細胞、脂肪細胞の機能制御に重要であることが明らかとなった。