hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳視覚野におけるテクスチャ弁別計算をモデルにした集積視覚システム

生体の視覚系は、長年の進化の過程で獲得された独自のアーキテクチャを用いて、複雑な視覚情報を極めて効率的に処理している。この脳視覚系に学ぶことは、新しい高機能ロボットビジョンをデザインするための重要なアプローチのひとつである。本研究では、生体視覚系のテクスチャ弁別計算モデルを、複数のアナログ集積回路により階層的かつ実時間で計算するマルチチップ視覚システムを構築している。昨年度までに、100×100画素シリコン網膜と単純型細胞チップを組み合わせて、入力画像の特定の方位および空間周波数の成分を抽出する視覚システムを構築した。この出力を用いて、今年度は、テクスチャ弁別計算をリアルタイムで実行する回路をFPGAにより実装した。このモデルは、異なる領域の境界をそれらのテクスチャの方位の違いを用いて検出する。構築した視覚システムを用いてテクスチャ弁別実験を行い、テクスチャの方位の違いにより規定された中央の円形領域の内部と外部が、それぞれ輝度値の違う領域として実時間で弁別できた。このような出力に対してエッジ検出を行えば領域の境界を検出することができる。また、本システムは、網膜、一次視覚野単純型細胞、複雑型細胞と、階層的に脳視覚経路における神経細胞層の応答を模擬するので、自然画像に対するこれらの応答をリアルタイムに再現できる。したがって、ロボットビジョンとしての工学的応用の側面に加えて、構成論的手法による視覚計算メカニズムの解明という神経科学の立場からも、大きな学術的意味をもつ。本システムを用いて、さらに高次の視覚細胞を構築し、その機能的役割を探っていくことも今後の課題である。平成18年度においては、まず、100×100画素シリコン網膜と単純型細胞チップを組み合わせて、入力画像から特定の方位の成分を抽出する視覚システムを構築し、その特性を調べた。実験では、グレーティングパターンを入力画像として用い、その方位と空間周波数を変化させた。このとき、システムの最適方位および最適空間周波数を変化させながら、応答を計測した。その結果、システムのパラメータを制御することにより入力パターンから特定の方位および空間周波数成分を取り出せることが確認できた。マルチチップシステムにより、複数の異なる最適方位および最適周波数にチューンされたチップを並列に配置することで、複数の方位、空間周波数成分を同時に取り出すことができる。これらの成果を、本年度開催された国際会議(The 5th IEEE Conference on Sensors, Daegu, Korea, 2006.10.22-25)において発表した。このシステムは、目的とするテクスチャ弁別モデルの前半部分に相当し、異なるテクスチャ領域に含まれるパターンの方位および空間周波数成分の違いを取り出す重要な計算を担う。この部分のハードウェアの特性が確認できたことで、テクスチャ弁別モデルの後半部分に相当する集積回路の仕様を決定して回路設計を行うことができ、目的のシステム全体の構築への道筋がたった。
長寿命樹木にみられる幹細胞ゲノムの多様性分析

植物には、何百年・何千年と生き続ける長寿命のものがある。このような長寿命植物では無限に分裂可能な幹細胞が数多く散在するとともに、ゲノムの体細胞間変異が無視できないほど蓄積されていることがこれまで報告されてきた。本研究課題では、このゲノム体細胞間変異を、動けない植物が多様な次世代を創出する戦略としてとらえそれを実証する。●平成29年度は、主に寿命が約2倍異なるシラカンバ(Betula platyphylla)とダケカンバ(B. ermanii)を対象にした分析と、突然変異蓄積プロセスをとらえた数学モデルの構築および解析を行った。北海道大学雨竜演習林を調査地とし種あたり新規に3個体を伐採し芽サンプルを異なる枝より採取した。各枝の長さと年輪情報より齢を推定したところ、シラカンバは平均樹齢70年、ダケカンバは平均樹齢170年であった。寿命の異なる種間比較に絶好のサンプルを準備することができた。●実証データで今後示される変異の蓄積パターンを説明するために、突然変異率、枝分岐までに必要な細胞分裂数、芽を形成する幹細胞集団サイズをパラメータとした数学モデルを構築し、枝分岐後の経過時間に依存した突然変異数の推移を予測した。●北米に生息し体積世界一の樹木として知られるジャイアントセコイアを対象に、生態学的木登り調査によってすでに採取された枝サンプルを整理し、Migseqによる塩基配列情報の取得を実施した。●樹齢の異なる近縁種より絶好のサンプルを採取することができた。●対象種を途中で変更したにもかかわらず順調にサンプル採取を実施することができた。●得られたサンプルからはゲノムシーケンスに使用可能な高品質のRNAを抽出できた。H30年度にはH29年度に得られたサンプルを用いて、DNAシーケンスの実施、突然変異の検出を行う。また、前年度と同様の手法で熱帯に生息する樹木においても新規にサンプル採取を実施する。実証データで示される変異の蓄積パターンを説明するために、突然変異率、枝分岐までに必要な細胞分裂数、芽を形成する幹細胞集団サイズをパラメータとした数学モデルの構築と分析を引き続き行う。得られる実証データと理論予測を照らし合わせることによって、今後は個体内体細胞突然変異の蓄積の背後に存在する規則性と生物の長寿命性の意義を見い出す。さらに、DNA修復に関わる酵素など突然変異率に大きな影響を及ぼすと考えられる遺伝子を種間で比較し、修復の効率性と突然変異蓄積の関係を定量化する。
子宮内膜症における好中球の臨床的意義

子宮内膜症モデルマウスにおいて、抗Gr-1抗体の投与による末梢血の好中球のみの除去効果と、抗NIMP-R14抗体にて病巣の好中球浸潤の抑制効果を確認した。好中球を病巣形成初期に除去した群では、病巣形成生後やコントロール群に比べ、個数、総重量を抑制した。関連するサイトカイン濃度は有意差を示さなかった。プロバイオティクスを子宮内膜症モデルマウスに投与したところ、病巣形成後のプロバイオティクス投与により、子宮内膜症病巣形成に対する抑制効果を示した。そのメカニズムとしては好中球の遊走の抑制が影響する可能性が示された。子宮内膜症は慢性炎症性疾患であり、好中球の集積がその慢性炎症の形成に関連すると考えられている。一方、子宮内膜症はエストロゲン依存性疾患であるが、炎症とホルモン産生に関する検討は十分でない。プロスタグランジンE2(PGE2)はアロマターゼ(P450arom)の発現を誘導し、エストロゲン産生を増加させる。一方で、IL-4は、Th2サイトカインであるが子宮内膜症の病態において重要な役割を果たしていることが知られている。IL-4が子宮内膜症間質細胞の3β-ヒドロキシステロイド脱水酵素(HSD3B2、重要なエストトゲン産生酵素の一つ)の発現に与える影響について調べた。IL-4はHSD3B2の発現を用量依存性に増加させた。CP-650550はIL-4によって誘導されるHSD3B2 mRNA発現を阻害した。IL-4とPGE2は共刺激により、相乗的にHSD3B2 mRNA発現を亢進させた。IL-4はP450arom発現を亢進させなかったがPGE2はP450arom mRNA発現を亢進させた.PGE2単独でもDHEAからのエストロン産生を亢進させたが、PGE2とIL-4で共刺激することにより、相乗的にエストロン産生を亢進させた。さらにこの亢進したエストロン産生はCP-690550とHSD3B2 siRNAで阻害された。上記により、Th2免疫応答による慢性炎症が、子宮内膜症を増悪させるメカニズムの一端を示すことができた。好中球除去抗体Gr-1を精製し腹腔内投与にて末梢血における好中球の除去効果を確認した。また子宮内膜症モデルマウスにおける病巣への好中球浸潤の抑制を特異的抗体NIMP-R14にて確認した。好中球を病巣形成前から除去した群では、病巣形成後やコントロール群に比べ、個数、総重量を抑制した。腹腔内貯留液中の炎症性サイトカインや増殖因子などで有意な変化した因子を同定できないものの好中球の遊走の抑制が初期病変の形成に重要であることは示すことができ、好中球の遊走を促進するケモカインの抑制が子宮内膜症予防の治療標的になりえると考えた。プロバイオティクスを子宮内膜症モデルマウスに経口投与したところ、病巣形成前のプロバイオティクス投与は、病変形成に影響を与えなかった。一方で病巣形成後のプロバイオティクス投与は病変の形成を抑制した。プロバイオティクスは性周期への影響を与えなかった。プロバイオティクス投与中マウスの腹腔内貯留液中の免疫細胞の数をフローサイトメトリー法にて解析し、好中球数のみの減少を確認した。腹腔内貯留液のサイトカイン、増殖因子濃度はIL-6、MIP2α、MCP1、VEGFなど、有意差はないもののプロバイオティクス投与群で減少傾向を示し、炎症の抑制が病変の機序と関連することが示唆された。子宮内膜症がエストロゲン依存性疾患であることはよく知られているが、炎症とエストロゲンとの関連に関して不明な点が多い。摘出したヒト卵巣子宮内膜症より得られた間質細胞に対して、IL-4刺激したところ、3β-ヒドロキシステロイド脱水酵素(HSD3B2)の発現を亢進させた。この亢進作用はJAK3阻害剤で阻害された。またIL-4とPGE2との共刺激で相乗的にHSD3B2の発現を亢進し、エストロン産生を亢進させた。これは、局所の炎症がエストロゲン産生を亢進させるメカニズムの一つであると推測された。子宮内膜症慢性炎症による子宮内膜症の増悪の機序の一つを見出すことができた。当初の計画における好中球に関連した研究は(1)の途中であり、ELISA等のdataの追加が望まれる。1、好中球除去抗体を用いた子宮内膜症における好中球の重要性に関する検討のELISAdata解析の途中から実験を予定通り遂行する。

1、好中球除去抗体を用いた子宮内膜症における好中球の重要性に関する検討において、腹腔内貯留液中のKC、VEGF、MCP1、MIP2αの濃度測定等が未施行であり、予定より遅れているためである。繰り越された金額を用いて、1のELISA測定2ヒト検体を用いた、子宮内膜症組織への好中球浸潤とそれにより引き起こされる障害に関する検討3子宮内膜症における新たな治療ターゲットとして、好中球遊走に影響を与えるプロバイオティクスを経口投与し、病巣形成に与える影響をマウスモデルを用い考察する。腹腔内や脾臓におけるサイトカイン濃度測定等の実験を予定通り進める。
メコン河集水域における自然と文化の相互関係にかんする生態史的総合研究

本科研は平成11年度から平成13年度にかけて中国、ミャンマー、ラオス、タイ、ベトナム各国のメコン河集水域において行われたフィールドワークに基づく学際的研究である。その目的は各地における住民とメコン河との生態学的、遺伝的、社会文化的、歴史的な関わりを地域の環境史として異なる領域から総合的に明らかにすることである。報告書では高井はタイ北部と東北部における牛・水牛の肉食志向の変容を取り上げ、その社会的意味を探っている。野中は自然資源の一つである昆虫の食用を調査した。秋道は鶏の家禽化を取り上げ、それが必ずしも単純ではなく、自然界と人間界の複雑な交流の中に見出されると論じている。武田は「民族衣装」を問題とし、「民族衣装」そのものの存在に疑いをかけている。深尾は雲南省シーサバンナの盆地世界を中心としたゴム栽培の導入がいかに環境を変えてしまったかを丹念に追っている。本研究は前述の目的どおり、メコン河流城の自然と文化の関わりについて、遺伝学や動植物利用、民族間の住み分けや共同、さらに服飾や社会構造などの文化・社会的面などから総合的な調査を行うことができた。これにより、複数の国家にまたがる河川が今後どのように共同利用され、管理されうるのか、さらには国境で分かつことのできない環境問題解決の一つの糸口を得ることができたと考える。中国雲南省での委託調査については、調査報告書の原稿がまとまり、日本および中国で出版される予定である。本科研は、記載のメンバーに、武田佐知子(大阪外国語大学・外国語学部教授)と深尾葉子(大阪外国語大学・外国語学部助教授)を加えた8名で構成されている。本科研としての狙いは、東南アジア最大の河川であるメコン河集水域を対象として、上流域の中国雲南およびラオス北部、中流域の東北タイ、下流域のベトナムのデルタにおける、住民とメコン河との生態学的、遺伝的、社会文化的、歴史的なかかわりを地域の環境史として、異なる領域から総合的に明らかにするということを目的とするものである。99年夏には、来年度行われる本調査のための予備調査として、全日程参加で2週間という短期間ではあったが、全員でメコン河流域のタイ(バンコク)、ラオス(ビエンチャン・ウドンタニ)・中国(昆明・景洪)を訪れた。そこでは、現地の市場や村の初期調査、さらに来年度以降の調査のカウンターパートの選定や調査地の絞込みといったことを主として行った。帰国後、全メンバーで数回の会合を持ち、2000年度には中国雲南地区では主として尹紹亭教授(中国雲南大学・人類学系教授)を通じて村落調査を委託することなどを決めた。そこでは、漢族の入植の過程とそこから雲南省地域の社会主義化、商品経済下のもたらした影響、そして景観的にもっとも顕著である原始林の大規模なゴム園などへの変化の社会的背景、生態的影響を明らかにしていく。またその他地域では、メンバー個別で現地に赴き、本調査を行う予定である。本年度は、日本側からは秋道が雲南にて蝶の利用等について調査を行ったほか、武田が民族衣装の現代的変容について調査を行い、また高井はタイ北部において生肉(ラープ)食の変遷等について、また赤木もタイ及びラオスにて調査を行った。一方中国雲南省における委託調査も進行し、西双版納における1950年代以降のゴム農園開発の歴史とその生態的影響ならびに周辺諸民族への影響について、数名の現地委託調査者がのべ数ヶ月にわたる現地調査を行った。具体的には、東方農場における漢族移民と開発史の調査、農場周辺のジノー族、タイ族の村落における生活および資源利用の変化に関する調査、西双版納における森林面積等の統計的変化に関する調査、近年増加している自然保護区とその周辺における影響、などについて、それぞれ数名の調査者を派遣している。2001年3月には、深尾が雲南を訪れ、委託調査の成果について報告を受けるとともに、調査地となったゴム農園に足を運び、また関係する資料収集などを行った。野中は、来年度の調査の準備として、ベトナムにて予備調査を行っている。

この他、日本国内で数回の会合を持ち、オーストラリアのメコン地域研究者を招いて交流を行うなど、他地域のメコン流域研究についての現状について理解を深め、今後の交流の方向を探った。調査は来年度も継続するが、来年は最終年となるため、出版の予定についても話し合った。中国では、来年度中に調査報告が出版されることとなっており、日本においても、本科研報告書の内容をもとに、出版すべく準備を進めている。本年度は本研究の最終年であり、日本側からはそれぞれ対象地域の補足調査に出向き、これまでの調査で得られなかったデータの補足を行った。夏に秋道がラオス・タイにて、野中がラオス・ベトナムにて、高井、武田はそれぞれタイにて、12月に深尾が雲南にて調査を行った。報告書では、高井はタイ北部と東北部における牛・水牛の肉食誌稿の変容を取り上げ、その社会的意味を探っている。野中は自然資源のひとつである昆虫の食用を調査した。秋道は鶏の家禽化をとりあげ、それがかならずしも単純ではなく、自然界と人間界の複雑な交流の中に見出されると論じている.武田は「民族衣装」を問題とし、「民族衣装」そのものの存在に疑いをかけている。深尾は雲南省シーサンパンナの盆地世界を中心としたゴム栽培の導入がいかに環境を変えてしまったかを丹念に追っている。本研究ではメコン河流域の自然と文化の関わりについて、遺伝学や動植物利用、民族聞のすみわけや共同、さらに服飾や社会構造などの文化・社会的面からなどから総合的に調査を行うことができた。これにより、複数の国家にまたがる河川が、今後どのように共同で利用され、管理されうるのか、さらには国境で分かつことのできない環境問題解決の一つの糸口を得ることができたと考える。中国雲南省での委託調査については、調査報告書の原稿がまとまり、現在出版を待つばかりとなっている。また、日本国内でも本研究の報告書をそのまま出版する予定である。会合の際に出版についての編集会議も同時に行った。本年末までの出版を目指している。
免疫記憶の制御をターゲットとした、免疫抑制に対する新規アプローチ法の開発研究

本研究は、免疫記憶を原因とする拒絶反応の選択的制御による免疫抑制の個別化を目的としている。現状の免疫抑制では免疫記憶の制御と免疫寛容の誘導との両立は非常に困難である。近年、ATP受容体であるP2X7Rの阻害により免疫記憶の主体であるmemory T細胞を選択的に抑制できる可能性が指摘されている。本研究ではマウス心移植系を用いて、P2X7Rの阻害によるmemory T細胞の選択的阻害効果と拒絶に対する影響についての基礎的検討を行う。
超熱伝導ダイバータの高熱流束エネルギー移行現象

本研究は、熱利用を可能とする核融合炉ダイバータの概念を構築し。その試作試験で極めて大きな熱輸送性能を持つ受熱素子の技術的可能性を実証することを目的とし、実験と解析により所期の成果を上げた。熱輸送素子は、高熱粒子負荷を受ける面にはタングステン、その基盤材料としては最終的に薄肉の銅合金を最適として見出し、照射影響も寿命中運転に懸念を生じないことを示した。熱輸送特性は、相変化を用いたヒートパイプ構造とするjことで大きな熱輸送を、小さな温度差で達成することを始めて示した。この特性には、特に単パルスの繰り返しが重要な因子であることから、ELMを模擬する繰り返しレーザーパルスを用いてその影響を評価した。ダイバータ構成要素のうち、再表面にあたるアーマとターゲット体の接合技術として、水中爆発接合を採用し、タングステンと低放射化フェライト鋼について、良好な接続特性を得た。熱伝導特性も、接合界面の伝達抵抗による影響は検出されていない。一方、炭素繊維ーSiC複合材による異方性熱伝導材の開発においては、シミュレーションでその特性を解析し、通常のレーザーパルス熱伝導測定法の異方性材料が適用できないことを指摘した。非定常熱負荷の影響解析では、ELMにより小さなエネルギーでも瞬間的に表面に局在した大きな熱応力と、場合により再結晶や溶融が起こりうることを示した。これを模擬するYAGレーザーの実験により、平均熱負荷で成立しうるダイバータでもタングステン表面に損傷が発生することを見出した。また、イオンビームは準定常の発信に成功した。以上の成果より、総合的な熱輸送特性としてこれまでを大きく上回る熱流束を利用可能な形で取り出せる概念の見通しを得るとともに、特徴的な熱輸送現象を明らかにした。核融合炉のダイバータを想定し、平均で10MW/m2レベルの大きな熱流束を小さな温度差で、かつ高温域で輸送する新しい概念の素子の研究開発を実施している。昨年までは、特に最表面で繰り返しパルス負荷を受けるアーマと熱を熱媒体に伝達するターゲット体の接合技術としての水中爆発接合を検討する一方、実際の核融合炉で想定されるELMを模擬した繰り返し熱負荷をレーザーで与え、過渡的に高い熱負荷が及ぼす影響を調べた。この結果、従来考えられていた平均的な熱負荷でも高い先頭値を持つパルスが損傷を与えるメカニズムを見出した。次に、この熱流束を熱媒体に伝えるためのターゲットには熱輸送量を整合させるために薄肉構造体が必要であることから、銅合金、フェライト鋼、昨年度開発した高熱伝導繊維による複合材のそれぞれで可能な設計領域を見出すとともに、銅合金の使用可能性を指摘した。一方、ヒートパイプ原理を応用した相変化による熱移送システムを設計し、基礎試験により原理を実証するとともに、総合的な熱移送特性が、液相の移動で制約されることを見出した。以上から、本研究の最終的に目標とする極めて高い熱移送能力を持つダイバータのエネルギー移行現象を支配する主な要因が摘出され、全体として整合した熱輸送能力により核融合プラズマのエネルギー変換装置としての概念を統合し、設計ウィンドウを得た。昨年度までの成果に基づき、薄肉構造体のタングステンー銅水中爆接試験体、相変化熱輸送を伴うヒートシンク体を試作し、繰り返し短パルスによる熱負荷をレーザーパルスによって模擬することによって総合的な核融合炉ダイバータとしての熱輸送特性、健全性などから技術的な成立可能性を評価した。特に27年度は、総合的な熱輸送と、ELMによる単パルス繰り返しの熱負荷の吸収には、全熱輸送経路の中で薄肉ターゲット体でもタングステン直下のヒートシンクにおける熱的機械的緩衝効果が最も重要であることを見出したことから、新たに低温粉末冶金(メカニカルアロイング)と低温圧延による先進的銅合金材を製作してその熱移送特性を評価した。その結果、従来困難であると思われていた銅合金、特にCuCrZrについて、強度と延性が同時に向上すること、また耐照射性についても、原型炉で想定される範囲で悪影響は見られない見込みを得た。これにより、単パルスの繰り返しによる局所的な熱負荷と温度勾配、応力集中は薄肉タングステン直下に先進銅合金により慣性的に吸収することで全体として10MW/m2の平均熱流束を受けることが可能であることを示した。さらにそこで平均化された熱流束を液体熱媒体の相変化により、ヒートパイプ原理を応用して小温度差で輸送できる。以上の成果を総合すると、核融合炉ダイバータで、特に熱利用までを考慮した場合は、高温において小さな温度差で平均10MW/m2レベルの熱流束を熱利用系まで輸送する、という一連のエネルギー移行現象の理解に基づいて経路を設計し、それに適した材料と構造が必要であることが結論される。またそのための構造として、タングステンの水中爆接による薄肉ターゲット、低温冶金による先進銅合金、相変化を利用した熱輸送系により、これらの要求をすべて満たす、きわめて大きな熱輸送性能を持つダイバータに見通しが得られた。

この特性には、特に単パルスの繰り返しが重要な因子であることから、ELMを模擬する繰り返しレーザーパルスを用いてその影響を評価した。短パルス熱負荷が特に重要な問題であることを見出し、その影響を解明したこと、および水中爆接法の開発は、当初想定したよりも大きな研究内容であったが、十分な成果が得られた。一方、YAGレーザーを用いた熱移送実験で、数値計算と実験のベンチマークを行い、予想以上の成果を得ている。一方、定常熱負荷をイオンビームで与える装置を開発し、総合的な熱輸送現象を観測評価する計画でビームの整備を進めているが、イオン源の出力がまだ十分に安定せず、この部分が若干遅れており、総合的にはほぼ予定通りの進度と言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。核融合学これまでの研究成果を総合し、タングステンアーマの接合、高熱伝導材料による薄肉構造、相変化熱移送を一体化したダイバータユニット試験体を用いて、総合試験としてイオンビームによる準定常熱粒子負荷による現象解明とフィジビリティ評価を行う。また短パルスYAGレーザーを用いたELM条件の模擬により、核融合炉で想定される過渡現象を模擬し、有限要素法解析と比較する。アーマから熱媒体への熱輸送部であるターゲットについては、新たに粉末冶金に基づく新型の銅合金で製作し、その熱移送特性を評価する。今年度は特に短パルス熱負荷の影響の評価に大きな成果を得た。従来は定常熱負荷を設計要件としてダイバータ概念が提案され、試験されていたが、過渡的な熱負荷が局所的に短時間に及ぼす影響が、これまで考えられていた以上に厳しいことを明らかにし、またその影響の範囲を特定して設計ウィンドウを求めた。さらに、YAGレーザーを用いた実験により、この数値計算による評価に相当する影響が発生することを確認した。また、要素技術として、水中爆着によるタングステンの被覆法の適用可能性を見出したことも予定以上の進展である。実験装置の一部に改良点が見つかり、その改造分を次年度使用額としたため。これまでに開発した要素技術、すなわちタングステンアーマの接合、高熱伝導材料、相変化熱移送をダイバータユニット試験体として試作し、総合試験を行う。この熱輸送現象を有限要素法で解析し、イオンビームによる定常熱負荷と、YAGレーザーによるELM模擬負荷を与えた試験を行い、総合的な性能評価を行う。またその試験を通じて、本研究のメインテーマであるエネルギー変換素子としてのダイバータの熱輸送現象についての総合的なモデル化を行い、プラズマからエネルギー変換利用に至るまでのシステムの成立要件を明らかにする。試験体の製作に使用する。複合ビーム材料照射装置(DuET)及び、マルチスケール材料評価基盤設備(MUSTER)の利用料であったが、請求が4月以降であった為、次年度分から支払うことになった。上記使用料に利用する。
DNAメチル化反応を触媒するリボザイムの同定と領域特異的メチル化方法の開発

本研究ではDNAメチル化反応を触媒するリボザイムをランダムRNAライブラリーから同定することを目的に、in vitro selection法を実施した。4ラウンドのスクリーニングの結果、ラウンドを重ねるごとにメチル化反応を触媒するRNA溶出量が増加した。つまり、この濃縮されたライブラリー中に目的のDNAメチル化反応を触媒するRNAが含まれることが示唆された。また、VEGFプロモーター中に含まれるDNA四重鎖構造がメチル化されるとその構造が安定化することを発見した。この特性を利用し、定量PCRを行うだけで標的遺伝子のメチル化レベルを測定できる方法の開発に成功した。本研究はDNAメチル化反応を触媒する機能性RNAであるリボザイムを同定し、それを用いてヒトゲノム中の標的領域を特異的にメチル化するRNAを作製することを目的としている。リボザイムとは特定の化学反応を触媒するRNAであり、ランダムRNAライブラリーから同定することが可能である。そこで、DNAメチル化反応を触媒するリボザイムを同定し、そのリボザイムに標的ゲノム領域に結合するRNAを連結させれば、領域特異的にメチル化できるRNAを作製できると考えた。本年度はメチル化反応を触媒するリボザイムを同定するスクリーニング方法を開発することを目的とした。生体内ではDNAメチル化反応はDNAメチル化酵素によって触媒されており、そのメチル基のドナーはS-アデノシルメチオニン(SAM)であることが知られている。一方、SAMに結合するRNAが既に同定されていることから、このRNAのSAM結合領域以外をランダム化したライブラリーを用いれば、DNAメチル化反応を触媒するリボザイムを同定できると考えた。そこで、in vitro transcription法によりSAM結合領域以外をランダム化したライブラリーを合成し、メチル化の標的となるCG配列を含む二本鎖DNAをランダムRNAライブラリーに連結したライブラリーを作製した。メチル化反応を触媒するRNAは連結した二本鎖DNAのCG配列をメチル化するため、メチル化感受性制限酵素を用いれば、メチル化反応を触媒したRNAのみ回収できると考えた。実際にメチル化酵素を用いてRNA-DNAキメラライブラリーをメチル化し、メチル化感受性制限酵素で切断することにより、切断されたライブラリーのみ回収できることが示された。今後は本スクリーニング方法を用いてメチル化反応を触媒するリボザイムを同定する。27年度はメチル化反応を触媒するリボザイムを同定するスクリーニング方法を開発することを目的とした。そこで、T7プロモーター配列とランダム配列を含む二本鎖DNAを合成し、それを鋳型にin vitro transcription法によりSAM結合領域以外をランダム化したRNAライブラリーを合成した。次に、5'端にリン酸基を3'端にビオチンを修飾したCG配列を二本鎖部位に含むステムループDNAを化学合成した。このステムループDNAとRNAライブラリーをT4 RNAリガーゼによってライゲーションし、DNA-RNAキメラライブラリーを合成した。自己メチル化反応を触媒するRNAを回収する方法としては標的配列がメチル化されている場合のみ標的DNAを切断するMspJ Iを用いることを予定していた。そこでMspJ Iを用いてメチル化したDNA-RNAキメラライブラリーが切断できるか検討した。しかし、MspJ Iではメチル化したDNA-RNAキメラライブラリーを切断することが出来なかったため研究の進捗に遅れがでた。しかし、標的配列が非メチル化の場合のみ切断するHap IIを用いて、DNA-RNAキメラライブラリーを切断できるか検討した結果、メチル化ライブラリーはHap IIによって切断されないのに対し、非メチル化ライブラリーは切断されることが示された。つまり、Hap IIを用いれば、自己メチル化反応を触媒したRNAライブラリーのみ回収できることが示された。生体内ではDNAメチル化反応はDNAメチル化酵素によって触媒されており、そのメチル基のドナーはS-アデノシルメチオニン(SAM)である。また、SAMに結合するRNAが既に同定されていることから、このRNAのSAM結合領域以外をランダム化したライブラリーを用いれば、DNAメチル化反応を触媒するリボザイムを同定できると考えた。そこで、SAM結合領域以外をランダム化したRNAライブラリーを合成し、メチル化の標的となるCG配列を含む二本鎖DNAをランダムRNAライブラリーに連結したライブラリーを作製した。これまではメチル化されるとDNAを切断しない制限酵素HapIIを用い、切断されなかったライブラリーをNative PAGEにより分離し、スクリーニングに用いた。しかし、ラウンドを重ねても目的のRNAライブラリーを濃縮することが出来なかった。そこで、本年度はメチル化されているとDNAを切断するMspJ Iを用い、切断されたライブラリーの分離を磁性ビーズにより行った。4ラウンドのスクリーニングの結果、ラウンドを重ねるごとにライブラリーの濃縮が確認された。また、DNA四重鎖がメチル化されることによりその構造が安定化することを発見し、これを利用したメチル化DNA検出法の開発にも成功した。

本研究ではDNAメチル化反応を触媒するリボザイムをランダムRNAライブラリーから同定することを目的に、in vitro selection法を実施した。4ラウンドのスクリーニングの結果、ラウンドを重ねるごとにメチル化反応を触媒するRNA溶出量が増加した。つまり、この濃縮されたライブラリー中に目的のDNAメチル化反応を触媒するRNAが含まれることが示唆された。また、VEGFプロモーター中に含まれるDNA四重鎖構造がメチル化されるとその構造が安定化することを発見した。この特性を利用し、定量PCRを行うだけで標的遺伝子のメチル化レベルを測定できる方法の開発に成功した。Hap IIを用いてDNA-RNAライブラリーを切断すれば、自己メチル化反応を触媒したRNAのみ回収することができることが示されたので、本手法を用いてメチル化反応を触媒するリボザイムを探索する。また標的ゲノム領域に結合するRNAプローブをリボザイムに連結させ、標的ゲノム領域と結合した場合のみ、リボザイムがメチル化反応を触媒するRNA分子を開発する。核酸工学当初の計画ではリボザイムをスクリーニングする際に標的DNAがメチル化されていると切断する制限酵素MspJ Iを使用する予定だったが、実際にはMspJ Iではメチル化DNA-RNAキメラライブラリーは切断することができなかった。そのため、他のスクリーニング方法を検討する必要があったため次年度使用額が生じた。MspJ IではなくHap IIを用いれば自己メチル化反応を触媒したRNAを回収できることが示されたので、新しいスクリーニング方法を用いてメチル化反応を触媒するリボザイムを同定する。なお、28年度の直接経費としては、物品費1,063,239円、旅費290,000円、その他75,000円を予定している。
細胞治療薬としての幹細胞の分化再生免疫特性マーカーの探索と細胞バリデーション

細胞組織製品の有効性を保証することは重要である。本研究よりヒト骨髄由来間葉系幹細胞は、血管内皮増殖因子(VEGF)の分泌によって誘導される心筋回復効果を有することを報告し、VEGF分泌を調節する遺伝子(VEGF分泌関連候補:VSR7)を同定した。ヒト脂肪由来幹細胞(hADSC)を用いてVEGF分泌におけるVSR7の役割を研究した。VSR7をノックダウンしたhADSC(3ロット)を作製した後、それらを正常または低酸素条件下で培養し、ELISAを用いてVEGF分泌量を測定した。hADSCも正常または虚血条件下で培養し、PCRを用いてHIF1α感受性遺伝子発現量を測定した。RNAiによるVSR7遺伝子の遺伝子ノックダウン率は3853%であった。VSR7ノックダウン後,VEGF分泌量は減少し,VRS7レベルとVEGF分泌量との関係を認めた。さらに、VSR7ノックダウン後、虚血条件下でVEGFおよびHIF1α遺伝子発現レベルは低下した。これらの知見は、VSR7がhADSCにおけるHIFの効果を制御することによってVEGF分泌を調節することを示唆すると考えられた。一方で安全性の保証として、再生医療で用いられるヒト細胞加工製品の製造において、交差汚染によるがん細胞の混入や、形質転換を起こした造腫瘍性細胞の発生は安全性上の大きな問題となる。製品中の悪性形質転換細胞の混在は、軟寒天コロニー形成試験による足場非依存性増殖細胞の検出などによって評価が可能であるが、軟寒天培養は多層からなる寒天培地の調製など、繁雑な操作が必要となるため、試験法の改良が期待されている。我々は、ヒト細胞加工製品中に混在する悪性形質転換細胞を、軟寒天コロニー形成試験よりも簡便かつ効率的に検出するための新たな試験系の確立を目的とし、新規ポリマーLA717を添加した培地を利用する新しい三次元培養法による評価法を検討した。平成28年度の研究計画に従って実施し、「ヒト間葉系幹細胞の心筋分化および血管新生関連マーカー探索」について下記の研究成果を得た。1.細胞培養条件:互いに異なるドナー由来のヒト間葉系幹細胞(hMSC)6ロット、継代数9のhMSCを虚血条件下(インキュベーター:N2:O2:CO2=94.0%:1.0%:5.0%,グルコースなし)で培養して検討した。継代数9のhMSCを虚血条件下(インキュベーター:N2:O2:CO2=94.0%:1.0%:5.0%,グルコースなし)、または通常培養下(インキュベーター:CO2=5.0%, 4.5g/dLグルコース)で24時間培養し、細胞を回収して条件を設定した。2.遺伝子発現量の変化に関する検討:定量性RT-PCRにより、数種の血管新生関連遺伝子の発現量を測定し、虚血条件における発現量の変化を検討した。すなわち、培養24hr後に回収した細胞からRNAを抽出し、ABI-PRISM7000(Applied Biosystems)を用いて、Ct(閾値サイクル)を算出し、発現量を比較した。3.血管新生関連生理活性物質分泌の変化に関する検討:定量性RT-PCRの結果、虚血により有意な発現の変化が認められた血管新生関連遺伝子について、その産物(血管新生関連生理活性物質)の細胞上清中の濃度をELISAにより測定し、虚血条件においての変化に関する検討を行なった。平成28年度研究に関しては、交付申請書に記載した「研究目的」に基づいて研究がなされており、研究実績の概要に記載したように平成28年度研究成果は予定どおり達成されている。平成28年度に得られた研究成果については、第18回応用薬理シンポジウムにて学会発表を行なった。また、これまで得られている研究成果と合わせて明治薬科大学研究紀要に論文としても報告している。平成29年度の研究計画に従って実施し、「ヒト間葉系幹細胞の心筋分化および血管新生関連マーカー探索」について下記の研究成果を得た。1.複数細胞ロットによる性質の違いに関する検討:骨髄由来hMSC(継代数9(PS#9))を通常条件または擬似的虚血条件(酸素濃度1%、グルコースなし)において24時間培養し、細胞および培養上清を回収した。RT2 Profiler PCR Arrayを用いて血管新生関連サイトカイン遺伝子発現量を測定し、虚血後において遺伝子発現が有意に上昇したサイトカインに対しては、ELISAにより培養上清中のサイトカイン濃度を測定した。6ロット(A, B, C, F, G, H)について同様の実験を行い、虚血状態におけるhMSCから放出される血管新生関連サイトカインの種類および分泌量を検討した。2.RT2Profiler PCR Arrayを用いた血管新生関連サイトカイン遺伝子発現量の測定:RT2Profiler PCR Arrayにより84種類の遺伝子発現量を検討したところ、虚血後におけるhMSCでは、アンジオゲニン、レプチン、胎盤成長因子(PlGF)、β1型形質転換成長因子(TGF-β1)、血管内皮細胞成長因子(VEGF)の遺伝子発現に有意な上昇が見られた(p<0.01)。3.幹細胞の分化・増殖等を制御するパラクライン因子および生理活性物質の探索:サイトカインについてELISAを行ったところ、VEGFについては生理的レベルに相当する分泌量および虚血時における有意な分泌上昇が認められた。このことから、虚血条件下で発現が増加するサイトカインの中で、VEGFは主要なものであることが示唆された。一方、虚血条件下におけるhMSCのVEGF分泌については有意なロット差が認められた。

平成29年度研究に関しては、交付申請書に記載した「研究目的」に基づいて研究がなされており、研究実績の概要に記載したように平成29年度研究成果は予定どおり達成されている。平成29年度に得られた研究成果については、第19回応用薬理シンポジウムにて学会発表を行なった。また、これまで得られている研究成果と合わせて明治薬科大学研究紀要に論文としても報告している。細胞組織製品の有効性を保証することは重要である。本研究よりヒト骨髄由来間葉系幹細胞は、血管内皮増殖因子(VEGF)の分泌によって誘導される心筋回復効果を有することを報告し、VEGF分泌を調節する遺伝子(VEGF分泌関連候補:VSR7)を同定した。ヒト脂肪由来幹細胞(hADSC)を用いてVEGF分泌におけるVSR7の役割を研究した。VSR7をノックダウンしたhADSC(3ロット)を作製した後、それらを正常または低酸素条件下で培養し、ELISAを用いてVEGF分泌量を測定した。hADSCも正常または虚血条件下で培養し、PCRを用いてHIF1α感受性遺伝子発現量を測定した。RNAiによるVSR7遺伝子の遺伝子ノックダウン率は3853%であった。VSR7ノックダウン後,VEGF分泌量は減少し,VRS7レベルとVEGF分泌量との関係を認めた。さらに、VSR7ノックダウン後、虚血条件下でVEGFおよびHIF1α遺伝子発現レベルは低下した。これらの知見は、VSR7がhADSCにおけるHIFの効果を制御することによってVEGF分泌を調節することを示唆すると考えられた。一方で安全性の保証として、再生医療で用いられるヒト細胞加工製品の製造において、交差汚染によるがん細胞の混入や、形質転換を起こした造腫瘍性細胞の発生は安全性上の大きな問題となる。製品中の悪性形質転換細胞の混在は、軟寒天コロニー形成試験による足場非依存性増殖細胞の検出などによって評価が可能であるが、軟寒天培養は多層からなる寒天培地の調製など、繁雑な操作が必要となるため、試験法の改良が期待されている。我々は、ヒト細胞加工製品中に混在する悪性形質転換細胞を、軟寒天コロニー形成試験よりも簡便かつ効率的に検出するための新たな試験系の確立を目的とし、新規ポリマーLA717を添加した培地を利用する新しい三次元培養法による評価法を検討した。研究代表者ならびに研究分担者の努力により、交付申請書の研究実施計画に従った研究がなされており、今後も当初の研究実施計画に従って研究を実施してゆく予定である。本研究は、研究代表者および2名の研究分担者による共同研究であり、共同研究者と研究成果について頻繁に連絡をとることにより研究を推進する。また、必要に応じて研究報告会議を開催するなどの措置を検討することにより本研究を遂行してゆく。また、平成28年度に得られた研究成果においても平成28年度と同様に学会発表を行ない他研究者とも情報を交換することにより研究を促進する。細胞組織製品を実際に使用するには様々な安全性に関する必要になる。これまでの成果からさらに行なうべき安全性試験も必要になるのでそれらについても検討していきたい。
大腸鋸歯状腺腫の発生・生長と、その癌化に関する分子病理学的研究

PCR-RFLP法により、SAの4/63(6.3%)にK-ras coden 12の点突然変異が認められた。しかし、それら4病変中、2病変は腺管腺腫を同一病変内に混在するmixed polypであった。一方、CA/SAでは、癌部、腺腫部ともに、K-ras mutationを認めたものはなかった(0/10)。APC遺伝子変異は、SAの1/27(3.7%)に見られたが、CA/SAでは癌部、腺腫部ともに認められなかった(0/10)。3.p.53遺伝子変異抗ヒトp53 monoclonal抗体PAb1801を用いた免疫染色では、SAの2/63(3.2%)、CA/SAの癌部の8/10(80%)に、p53遺伝子異常を示唆する蛋白過剰発現が認められた。これら病変における遺伝子変異の有無については、現在direct sequence法にて検索中である。4.まとめAPC、K-ras遺伝子変異は、通常型腺腫の発生と生長に関与すると考えられている。しかし、SAではそれら遺伝子変異の関与はほとんどなく、その発生と生長には別の遺伝子異常の経路が存在することが推定された。一方、SAの癌化には、通常型腺腫の癌化と同様に、p53癌抑制遺伝子異常が関与している。24例の大腸鋸歯状腺腫および4例の鋸歯状腺腫内癌のパラフィンブロックからDNAを抽出し、K-ras exon1、exon2およびAPCのMCR(exon15,codon11741523)の突然変異の有無を、PCR-SSCP法で解析した。最大径平均は、腺腫:10.7mm(4-21)、腺腫内癌:15.8mm(10-20)である。検索結果は以下の通りであった。1)K-ras変異:腺腫、腺腫内癌の腺腫部および癌ともにK-ras変異は認められなかった。2)APC変異:腺腫の4.2%(1/24)のみに変異が見られた。腺腫内癌の腺腫部、癌部ともに変異は認められなかった。腺腫内癌の腺腫部も含めた腺腫のAPC変異率は3.6%(11/28)であった。一般に大腸腺腫では、APCがその発生に、K-ras変異がその生長に関与するとされている。これまで本研究者は、鋸歯状腺腫ではK-ras exon1 codon12変異の頻度が低いことを報告してきたが、本年度までの結果もそれを追認するものであった。また、APCの頻度も極めて低いことから、大腸鋸歯状腺腫は、その発生と生長に、通常の大腸腺腫とは異なる遺伝子変異が関与している可能性が示唆される。今後は検討症例数を増やすとともに、鋸歯状腺腫の癌化にp53遺伝子異常が関与しているかどうかについて、免疫組織学的検討と遺伝子変異検索(exon58)を行う予定である。鋸歯状腺腫(SA)63例と鋸歯状腺腫内癌(CA/SA)10例の遺伝子検索を行った。一部は現在検索続行中である。PCR-RFLP法により、SAの4/63(6.3%)にK-ras codon 12の点突然変異が認められたが、4病変中2病変は通常型の腺管腺腫を同一病変内に混在するmixed polypであった。一方CA/SAでは、癌部、腺腫部ともにK-ras mutationを認めたものはなかった(0/10)。3.p53遺伝子変異抗ヒトp53monoclonal抗体PAb1801を用いた免疫染色では、SAの2/63(3.2%)、CA/SAの癌部の8/10(80%)に、p53遺伝子異常を強く示唆する蛋白過剰発現が認められた。これら病変における遺伝子変異の有無については、現在確認中である。

しかし、SAではそれらはほとんど関与しておらず、SAの発生と生長には別の遺伝子異常の経路が存在すると推定される。一方、通常型腺腫の癌化に関与すると考えられているp53遺伝子異常はSAの癌化にも関与していることが想定される。
骨髄幹細胞の新規ホーミング分子の同定と糖鎖修飾による効率的骨髄移植法の開発

β4GalT-I欠損マウスの骨髄細胞はX線照射した野生型マウスに移植しても,レシピエントの骨髄に生着しないことを見いだした。β4GalT-I欠損骨髄細胞はレシピエントの造血系を再構築できないだけでなく,移植後短時間での骨髄への生着が顕著に減少しており,骨髄幹細胞(HSC)の骨髄へのホーミングが障害されていた。次に,シアル酸合成の鍵酵素であるGNE遺伝子の点変異マウス(シアル酸の合成が低下)の骨髄細胞を用いて移植を行ったところ,β4GalT-I欠損骨髄細胞ほどではないが,骨髄へのホーミングが半分程度に減少し,シアル酸もHSCの骨髄へのホーミングに重要であることが示唆された。β4GalT-I欠損マウスの骨髄細胞はX線照射した野生型マウスに尾静脈から移植しても,レシピエントの骨髄に生着しないことを見いだした。そこでより直接的な方法である骨髄腔に移植する骨髄内骨髄移植法を試みたが,移植後の生存率も移植後24時間の骨髄への生着率も尾静脈からの移植と同じように激減した。したがって,β4GalT-I欠損骨髄細胞は骨髄へのホーミングに障害があることがわかった。骨髄に生着できない原因として,造血幹細胞(HSC)表面におけるガラクトース糖鎖あるいはその先のシアル酸が重要な役割を果たしていることが考えられる。骨髄細胞からマグネット粒子を用いてLineage陰性(CD3e, CD11b, B220, Ly-6G, Ly-6C及びTER-119陰性)のHSC画分を調製して,その細胞をガラクトシダーゼ(ガラクトースを切断)あるいはシアリダーゼ(シアル酸を切断)で処理して,骨髄移植実験を行った。シアリダーゼ単独の処理とシアリダーゼ+ガラクトシダーゼ処理のいずれにおいても,移植後24時間の骨髄への生着率がコントロールの約1/7に激減した。以上のことから,HSC表面の特にシアル酸が骨髄へのホーミングに重要であることがわかった。なお,レンチウイルスベクターを用いてβ4GalT-I欠損HSCにβ4GalT-I遺伝子を再導入することを試みたが,FACSで分取したHSCに対して効率よく遺伝子を導入することができなかった。β4GalT-I欠損骨髄細胞はレシピエントの造血系を再構築できないだけでなく,移植後短時間(3時間と24時間)での骨髄への生着が顕著に減少しており,骨髄幹細胞(HSC)の骨髄へのホーミングが障害されている可能性が示された。次に直接的な方法である骨髄腔に移植する骨髄内骨髄移植法を試みたが,移植後の生存率も移植後24時間の骨髄への生着率も尾静脈からの移植と同じように激減した。したがって,β4GalT-I欠損骨髄細胞は骨髄へのホーミング能を欠損しており,HSC表面のガラクトース糖鎖は骨髄へのホーミングに重要な役割を果たしていることが示唆された。ホーミングに重要な糖鎖がガラクトースなのか,その先に付加するシアル酸であるのかを明らかにするために,骨髄細胞からマグネット粒子を用いてLineage陰性のHSC画分を調製して,その細胞をシアリダーゼで処理して骨髄移植実験を行った。シアリダーゼ処理を行うと移植後24時間の骨髄への生着率が激減する結果を得たが(昨年度の報告書),骨髄細胞全体にシアリダーゼ処理をした場合はそのような違いが見られなかった。そこでシアル酸合成の鍵酵素であるGNE遺伝子の点変異マウス(シアル酸の合成が低下)の骨髄細胞を用いて移植を行ったところ,β4GalT-I欠損骨髄細胞ほどではないが,骨髄へのホーミングが半分程度に減少した。HSC表面のシアル酸の量を定量する必要があるが,シアル酸もHSCの骨髄へのホーミングに重要であることが示唆された。これまでの研究により,β4GalT-I欠損マウスの骨髄細胞はX線照射した野生型マウスに尾静脈から移植しても,レシピエントの骨髄に生着しないことを見いだした。しかし,尾静脈から移植した場合は,HSCは全身を回って骨髄に到達するので,途中で肝臓などにトラップされて骨髄に到達できない可能性も考えられる。そこで,関西医大の池原先生らが開発した骨髄腔に直接移植する骨髄内骨髄移植法を試みた。

尾静脈移植と同様に,β4GalT-I欠損骨髄細胞はレシピエントの造血系を再構築できず,移植後短時間の骨髄への生着率も顕著に低かった。したがって,β4GalT-I欠損骨髄細胞は途中でトラップされるのではなく,骨髄に生着できないことがわかった。骨髄に生着できない原因として,HSCにおけるガラクトース糖鎖欠損が考えられる。そのことを明らかにするために,レンチウイルスベクターを用いてβ4GalT-I欠損HSCにβ4GalT-I遺伝子を再導入することを試みた。現在,高力価のレンチウイルスベクターの調製や効率的なHSCへの感染についての条件検討を行なっており,条件が整い次第,β4GalT-I遺伝子を再導入したHSCを用いて,骨髄へのホーミングを解析する。レンチウイルスベクターによるβ4GalT-I欠損HSCへのβ4GalT-I遺伝子の再導入に難航している。HSCの調製方法やベクターの構築を再検討するとともに,今後の研究方策に述べるシアル酸合成酵素点変異マウスの解析を先に進める。レンチウイルスベクターによるβ4GalT-I欠損HSCへのβ4GalT-I遺伝子の再導入に手間取っているが,早急に最適条件を見つけて次のステップに進むつもりである。HSCをシアリダーゼで処理する実験で,シアル酸の重要性が示唆された。当研究室ではシアル酸生合成の鍵酵素であるGNEの点変異マウスを保有している。GNEの完全欠損マウスは胎生致死であるが,この点変異マウスはシアル酸の合成が抑制されており,腎臓糸球体上皮細胞に異常を生じて,ネフローゼ症候群様の病態を発症することを報告した(PLoS ONE 7: e29873, 2012)。このマウスのHSCの骨髄移植を行ない,シアル酸の重要性を明らかにする。レンチウイルスベクターによるβ4GalT-I欠損HSCへのβ4GalT-I遺伝子の再導入ができて,骨髄へのホーミング活性の回復に成功すれば,HSCのガラクトース糖鎖が骨髄へのホーミングに必須の分子であることがわかる。レンチウイルスベクターを用いて野生型HSCとβ4GalT-I欠損HSCにβ4GalT-I遺伝子や他の糖転移酵素遺伝子を導入して,ホーミング活性に与える影響を解析するとともに,β4GalT-I欠損HSC細胞表面の糖鎖構造解析に着手する。25年度は新たにGNE点変異マウスも導入して骨髄移植の研究を推進する。マウスの飼育経費や骨髄細胞の培養,糖鎖構造解析のためのレクチンなどに研究費を使用する。23年度はレンチウイルスベクターで少し停滞したので,研究費を若干繰り越したが,24年度は予定通り研究を進める。
電気で作動する有機導電性高分子ゲルを用いた人工筋肉の開発

従来のモーターや油圧システムに代わる新しいタイプの小型アクチュエータ開発および素材探索を研究目的とし、今年度は高分子の協同現象と集合反応を利用したON-OFF型電気収縮性ケモメカニカルシステムの作動、機構について検討した。ドナー性の高分子網目としてポリジメチルアミノプロピルアクリルアミド、アクセプター性のドーパントとして、クロラニル、テトラシアノベンゼン、テトラシアノエチレンなどを用いた。このゲルの電気収縮の実験を種々の条件下で行い、収縮が電気化学的反応による電荷の消滅によっておこることを見いだし、収縮の速度式を定量的に導いた。また、水系のケモメカニカルシステムについては、界面活性剤としてアルキル鎖長をC4からC18まで変えた、n-アルキルピリジニウムクロライド、ゲルとしてポリアクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸を用い、これらの間の協同的相互作用によるゲルの電気収縮実験を行なった。界面活性剤のアルキル鎖長がC8より小さいとき、ゲルはほとんど変形しなかったのに対し、C10以上で大きなケモメカニカル挙動を示すことが明らかになった。また、最適鎖長がC10であることを見いだした。その機構を熱力学的、動力学敵に解析した。その結果、アルキル鎖長が増大すると安定度定数Kが大きくなってより大きな収縮力を示す一方、電場下における移動速度Dが小さくなり、ゲルの収縮(R)がこれらの効果の和より説明できることを明らかにした。これらの実験結果を元にゲル応答の速度式は、R=A(K)^<0.4>(D)^<3.5>であることを明らかにした。従来のモ-タ-や油圧システムに代わる新しいタイプの小型アクチュエ-タの開発のための材料探索を研究目的として本研究をスタ-トした。初年度の今年は、高分子ゲルを用いた電気作動型ソフトアクチュエ-タの合成及び応答挙動について詳細に研究した。ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、ビニルピリジンなどの電子供与性高分子ゲルをジメチルホルムアミド中で合成した。次にテトラシアノキノジメタン、テトラシアノベンゼン、テトラシアノエチレンなど種々のアクセプタ-を電子供与性高分子ゲルにド-ブし、電荷移動相互作用に基づく、有機導電性高分子ゲルを作成した。ド-プ比、橋かけ密度などさまざまな条件における電導度と膨潤挙動を明らかにした。ゲルの溶媒としてジメチルホルムアミド(DMF)を用いた。その結果、これらの電動性有機ゲルが従来のハイドロゲルの8倍の応答速度、1/6の消費エネルギ-で作動することを見い出した。しかも、電圧印加に伴なう気体発生も全く見られず、極めてすぐれたソフト型アクチュエ-タになることがわかった。反応機構を解析し、応答の速度論を定量的に解析した。ドナー性の高分子網目としてポリジメチルアミノプロピルアクリルアミド、アクセプター性のドーパントとして、クロラニル、テトラシアノベンゼン、テトラシアノエチレンなどを用い、ラジカル重合によって高膨潤性の有機導電性高分子ゲルを合成した。このゲルの電気収縮の実験を種々の条件下で行ない、収縮が電気化学的反応による電荷の消滅によっておこることを見出し、収縮の速度式を定量的に導いた。又、水系のケモメカニカルシステムについては、界面活性剤としてアルキル鎖長をC_4からC_<20>まで変えたn-アルキルピリジニウムクロライド、ゲルとしてポリアクリルアミド2-メチルプロパンスルホン酸を用い、これらの間の協同的相互作用によるゲルの電気収縮実験を行なった。界面活性剤の鎖長によってゲルの収縮速度が大きく影響を受けることを明らかにし、最適鎖長がC_<10>C_<12>であることを見出した。その機構を熱力学的、動力学的に解析した。その結果、アルキル鎖長が増大すると安定度定数Kが大きくなって、より大きな収縮力を示す一方、電場下における板動速度rが小さくなり、これらの効果の和より説明できることを明らかにした。

これらの実験結果を基礎に、ゲル応答の速度式rはr=AK^<0.4>r^<3.5>であらわされることがわかった。従来のモーターや油圧システムに代わる新しいタイプの小型アクチュエータ開発および素材探索を研究目的とし、今年度は高分子の協同現象と集合反応を利用したON-OFF型電気収縮性ケモメカニカルシステムの作動、機構について検討した。ドナー性の高分子網目としてポリジメチルアミノプロピルアクリルアミド、アクセプター性のドーパントとして、クロラニル、テトラシアノベンゼン、テトラシアノエチレンなどを用いた。このゲルの電気収縮の実験を種々の条件下で行い、収縮が電気化学的反応による電荷の消滅によっておこることを見いだし、収縮の速度式を定量的に導いた。また、水系のケモメカニカルシステムについては、界面活性剤としてアルキル鎖長をC4からC18まで変えた、n-アルキルピリジニウムクロライド、ゲルとしてポリアクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸を用い、これらの間の協同的相互作用によるゲルの電気収縮実験を行なった。界面活性剤のアルキル鎖長がC8より小さいとき、ゲルはほとんど変形しなかったのに対し、C10以上で大きなケモメカニカル挙動を示すことが明かになった。また、最適鎖長がC10であることを見いだした。その機構を熱力学的、動力学的に解析した。その結果、アルキル鎖長が増大すると安定度定数Kが大きくなってより大きな収縮力を示す一方、電場下における移動速度Dが小さくなり、ゲルの収縮(R)がこれらの効果の和より説明できることを明らかにした。これらの実験結果を元にゲル応答の速度式は、R=A(K)^<0.4>(D)^<3.5>であることを明らかにした。