hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食物要因による唾液中IgA増加メカニズムの解明：歯科からの健康寿命延伸を目指して

さらにその後のポリデキストロース+ラクチトール、ポリデキストロース4%を添加した飼料をラットに摂取させた実験で、唾液中IgAレベルの増加には盲腸における短鎖脂肪酸の吸収速度の増加が関与していること、短鎖脂肪酸の吸収速度には盲腸組織重量と盲腸内容物水分量、盲腸内容物の粘度が関与していることが判明した。今後は申請書に記載した研究計画のうち、3.ラット盲腸内にシリコンチューブにより短鎖脂肪酸を直接投入し、唾液中IgA濃度の変化を解明、4.GPR43欠損マウスに難消化性糖類を摂取させ、唾液中IgA濃度の変化を解明、の実験を行い、論文にまとめる予定である。唾液中IgAレベルが増加した際の、顎下腺形質細胞数の測定は、ELISPOTによる測定を試みたがうまくいかなかった。この実験に関しては、実験に用いる動物種をラットからマウスに変更するか、研究協力者との共同研究により行いたいと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。唾液中IgAと腸管免疫の関係28年度が最終年度であるため、記入しない。
動作の癖を抑制する神経機構

動作の癖をどのように直すのか、これはスポーツ指導の現場において競技者・指導者が直面する難題である。我々の先行研究において、行動の切り替えに重要な機構として、線条体コリン作動性介在ニューロンの存在が明らかになっている(Aoki et al., J Neurosci., 2015)。本研究では、これらのニューロンを含めた大脳基底核および周辺脳領域が習慣動作の抑制に果たす役割を明らかにする。昨年度までに、線条体コリン作動性介在ニューロンの神経活動亢進を化学遺伝的手法により引き起こすと、習慣動作を抑制し新たな動作を獲得・置換する能力が高まることを発見した。これは、線条体コリン作動性介在ニューロンと習慣動作の抑制・置換を結びつける重要な知見である(Aoki et al., Eur J Neurosci., 2018)。本年度から対象動物を遺伝学的手法の適用が易しくかつ多様な神経操作が可能なマウスによる実験系に切り替え実験を行った。行動課題は線条体依存的と考えられている手続き記憶(シークエンス学習)を基盤とした課題の構築を試みた。具体的には、オペラント課題において、マウスは特定のシークエンス動作を長期間の学習を経て獲得したのちに、別のシークエンスを再学習する。神経活動を操作する脳領域の対象として、線条体の上流を探索するため、線条体へ直接あるいは2シナプス性に投射をもつ、前頭前野、後頭頂皮質、小脳核の局所損傷を施した。その結果、すべての領域において、最初に覚えるシークエンス学習には影響が見られなかった。しかし再学習時において、前頭前野の損傷のみ学習効率を減少させた。このことは、前頭前野は線条体で生じる習慣的なシークエンス動作の抑制、切り替え・再学習を助ける役割を果たすことを示している。次年度は、前頭前野が線条体におけるシークエンス再学習を助けるメカニズムの解明を目指す。予定した計画通りに研究が進んでいるため。また、どのように線条体が習慣的動作(シークエンス動作)を抑制し再学習するのか、そのメカニズムを知るために線条体の上流脳領域を探索し、前頭前野が不可欠であることを突き止めたことは、今後前頭前野ー線条体間の神経回路メカニズムを追求するための重要な知見となるため。今後は、習慣的シークエンス動作の抑制・再学習時に、前頭前野が線条体の神経活動制御に果たす役割を明らかにしていく。たとえば、シークエンスの再学習を行うマウスにおいて、遺伝学的あるいは薬理学的に前頭前野の活動を阻害した場合に、行動学的変化や線条体の神経活動の変化が生じるのかどうか検討していく。さらに、前頭前野以外の線条体上流領域の機能の探索も続けるとともに、線条体の下流領域である視床運動核等のシークエンス学習・再学習時の生理学的機能も調べる予定である。この際には、同様のマウスのシークエンス学習課題を基盤として、遺伝学的神経活動操作、神経活動記録・イメージングを組み合わせる。これらの研究を通して、多数の脳領域を跨いでシステムレベルでどのように習慣的動作の抑制・再学習が成立するのかその原理を解明する。動作の癖を直す。これはスポーツ指導の現場において競技者・指導者が直面する難題である。実際、習慣化・固定化した動きの癖すなわち習慣動作の改善は容易ではない。本研究は、そのような動作の癖を抑制する脳機構を解明する基礎研究である。先行研究において、行動の切り替えに重要な機構として、線条体コリン作動性介在ニューロンの存在が明らかになっている(Aoki et al., Journal of Neuroscience, 2015ほか)。本研究では、これらのニューロンが習慣動作の抑制に重要な役割を果たすと仮説を立て、動物モデルを用いた研究を進める。本年度は、種々の神経活動操作法を組み合わせることで、線条体コリン作動性介在ニューロンに選択的な機能阻害および神経活動亢進を人為的に引き起こし、習慣動作の抑制に果たす役割を検証した。同ニューロンの選択的除去は、免疫組織学的手法により確認された。化学遺伝学的神経活動操作の機能性については、in vitroの脳切片から神経活動を測定することで確認された。その結果、線条体コリン作動性介在ニューロンの選択的除去は習慣動作の抑制能力に影響を及ぼさなかった。一方で、線条体コリン作動性介在ニューロンの神経活動亢進を化学遺伝的手法により引き起こすと、習慣動作を抑制し新たな動作を獲得・置換する能力が高まった。この結果は、線条体コリン作動性介在ニューロンの神経活動は習慣動作の抑制そのものには関与せず、癖となった動作を新しい動作へ置換する際に因果的な役割を果たすことを示唆している。この発見は、線条体コリン作動性介在ニューロンと習慣動作の抑制・置換を結びつける重要な知見である。今後は、詳細なメカニズムについて、線条体および線条体コリン作動性介在ニューロンに対するどのようなシナプス入力が習慣動作の抑制・置換に重要になるのか検証する。研究計画通りに実験が進んでいるため。線条体コリン作動性介在ニューロンの化学遺伝学的手法による神経活動操作法をラットにおいて確立できた。さらには、実際に同ニューロンの神経活動を人為的に亢進させると動作の癖の抑制には影響はないものの、動作の癖を別の動作に置換する能力を高めるという発見ができたため。

我々の先行研究において、行動の切り替えに重要な機構として、線条体コリン作動性介在ニューロンの存在が明らかになっている(Aoki et al., J Neurosci., 2015)。本研究では、これらのニューロンを含めた大脳基底核および周辺脳領域が習慣動作の抑制に果たす役割を明らかにする。昨年度までに、線条体コリン作動性介在ニューロンの神経活動亢進を化学遺伝的手法により引き起こすと、習慣動作を抑制し新たな動作を獲得・置換する能力が高まることを発見した。これは、線条体コリン作動性介在ニューロンと習慣動作の抑制・置換を結びつける重要な知見である(Aoki et al., Eur J Neurosci., 2018)。本年度から対象動物を遺伝学的手法の適用が易しくかつ多様な神経操作が可能なマウスによる実験系に切り替え実験を行った。行動課題は線条体依存的と考えられている手続き記憶(シークエンス学習)を基盤とした課題の構築を試みた。具体的には、オペラント課題において、マウスは特定のシークエンス動作を長期間の学習を経て獲得したのちに、別のシークエンスを再学習する。神経活動を操作する脳領域の対象として、線条体の上流を探索するため、線条体へ直接あるいは2シナプス性に投射をもつ、前頭前野、後頭頂皮質、小脳核の局所損傷を施した。その結果、すべての領域において、最初に覚えるシークエンス学習には影響が見られなかった。しかし再学習時において、前頭前野の損傷のみ学習効率を減少させた。このことは、前頭前野は線条体で生じる習慣的なシークエンス動作の抑制、切り替え・再学習を助ける役割を果たすことを示している。次年度は、前頭前野が線条体におけるシークエンス再学習を助けるメカニズムの解明を目指す。予定した計画通りに研究が進んでいるため。また、どのように線条体が習慣的動作(シークエンス動作)を抑制し再学習するのか、そのメカニズムを知るために線条体の上流脳領域を探索し、前頭前野が不可欠であることを突き止めたことは、今後前頭前野ー線条体間の神経回路メカニズムを追求するための重要な知見となるため。平成30年度では遺伝学的手法の適用が易しくかつ多様な神経操作が可能なマウスによる実験系に切り替える。種々の遺伝子改変マウスおよび細胞種・経路特異的な神経活動操作を行うことで、動きの癖を抑制する神経回路の同定とメカニズムの理解を深める。具体的には、線条体に対するどの脳領域からのシナプス入力が動作の癖の抑制・置換に重要であるのか、主に大脳皮質と視床に着目して研究を進める。どちらの領域も数多くの亜領域を有するため、はじめに行う機能阻害実験については探索的に行う。一方で、線条体へシナプス入力を持ちかつ習慣動作の抑制・置換に重要となる脳領域が同定された場合は、同領域の細胞種に選択的な役割の検証を行う予定である。同時並行的に、解剖学的実験・解析も進める。動作の癖の抑制・置換に重要となる線条体が実際の運動出力に影響を及ぼすためには、最終的には大脳皮質運動野あるいは別の脊髄へ運動出力を有する経路へ連絡する多シナプス神経回路を必要とするはずである。これらの多シナプス神経回路の詳細はほぼ明らかになっていない。このことから、線条体および大脳基底核からの他の脳領域への出力について解剖学的な実験を行い、その機能を推察していく。
再生医療技術を応用した殺細胞処理骨の再活性化に関する実験的研究

骨形成能の低下した自家骨に再生医療技術を使用して骨形成能を付与する基礎的研究を行った。実験にはラットを用い、予め放射線照射処理により活性を低下させた骨を作成した。その処理骨を基盤として、細胞培養により獲得した骨髄間葉系幹細胞を含む浮遊液を処理骨に注入・含浸し、同系ラットに移植した。その結果、移植した処理骨内部で組織学的に新生骨の形成が確認され、生化学的にも骨形成の活性が確認された。再生医療技術により生物活性の低下した骨の再活性化が実現化された。放射線処理骨をscaffoldとしたラット骨髄間葉系幹細胞搭載処理骨の骨形成能の評価を行った。まずFischer344ラットの骨髄細胞を培養し、1x10^7/mlの濃度の間葉系細胞含有液を準備した。次に、自家骨そのものをscaffoldにするという自家処理骨モデルを作成した。処理骨は、同系ラット腸骨より約2×3×4mmの骨片を採取し、臨床における骨腫瘍治療を想定した60Gyの一括照射を行うことで作成した。培養細胞搭載処理骨は処理骨に培養細胞含有液を浸透させることで作成した。比較対象群は、培養細胞搭載処理骨群、殺細胞処理のみを行った細胞非搭載処理骨群、摘出した骨片をそのまま用いた未処理骨の3群とした。各群の骨片を同系ラット皮下に移植し、移植4週後に摘出し、生化学的検討としてアルカリフォスファターゼ(ALP)活性を測定した。また、組織学的検討も行った。結果、移植4週後のALP活性は、細胞搭載処理骨群、未処理骨群の両群は細胞非搭載処理骨群と比較して有意に高値を示した。移植4週後の組織像は、細胞非搭載処理骨群では壊死骨に陥っている一方、細胞搭載処理骨群でも壊死骨に到るも、壊死骨に接するように骨芽細胞の配列を認め、移植8週後には、新生骨形成、顕著な骨改変傾向が認められた。未処理骨群でも、壊死骨に陥る傾向とともに、骨芽細胞の配列が一部に認められた。分化した骨芽細胞は骨基質蛋白を合成し、ALP活性を示す基質小胞を放出する。また、骨芽細胞が合成する骨基質蛋白の種類は、細胞分化段階に依存し成熟骨芽細胞はオステオカルシンを産生するようになる。今回、生化学的評価としてALP活性を測定したが、次年度はオステオカルシンをはじめとする骨形成関連遺伝子を測定する予定である。また、骨形成に携わる骨芽細胞が培養により得られた骨髄間葉系細胞由来であることの証明、導入された細胞がレシピエントで機能しうる期間についても検討する予定である。悪性骨腫瘍の外科的治療では、一度摘出した骨を殺細胞処理して再建に用いるという方法が用いられることがある。しかし、用いられる骨は殺細胞処理により生物活性の非常に低い状態に陥っており、感染に弱く、骨形成も極めて悪い。そこで再生医療技術を用いて、殺細胞処理骨に骨形成能を付与する研究をFischer 344 ratによる動物実験モデルを用いて継続している。これまでに培養骨髄由来間葉系細胞を搭載させることで骨形成能を失った殺細胞処理骨に骨形成能を付加できることをアルカリフォスファターゼ(ALP)活性測定、組織学的検討により証明した。今回、更に生化学的評価として成熟骨芽細胞が合成する骨基質蛋白オステオカルシンの骨形成関連遺伝子の測定を行った。その結果、殺細胞処理骨は処理後生体内で2、4週経過してもオステオカルシンmRNAは検出されなかったが、培養骨髄由来間葉系細胞を搭載させた処理骨は生体内で2、4週経過すると、有意にmRNAが検出され、mRNA量は経時間的増加していく傾向が認められた。また、骨形成に関与する骨芽細胞が培養により得られた骨髄由来間葉系細胞であることの証明も試みた。証明にはdonor cellに♂、殺細胞処理骨には♀、そしてrecipientには♀を用い、生体内で4週間経過した後に摘出された標本からみレーザーマイクロダイセクション(LMD)にて新生骨組織のみ採取し、新生骨の骨細胞DNAを抽出して性染色体関連primerを用いて新生骨の由来を分子生物学的に検出するという既に確立された実験手法を用いた。その結果、培養細胞搭載処理骨で形成された新生骨からはdonor cellの由来を示す♂遺伝子のバンドを認め、少なくとも移植後4週の時点では培養骨髄由来間葉系細胞が新生骨の形成に携わっていることが確認された。現在、培養骨髄由来間葉系細胞のrecipientで担う骨形成能の経時間的変化を更に解析している。さらに、欧米で一般的に臨床応用されている保存骨移植を想定して、生物活性の失われた同種骨をscaffoldとして同様の研究を行っている。骨腫瘍の治療で臨床応用されている再生自家骨(殺細胞処理骨)は殺細胞処理により生物活性の非常に低い状態に陥っている。そこで殺細胞処理

骨をscaffoldとして,再生医療技術を用いて骨形成能を付与することをFischer 344ratによる動物実験モデルを用いて研究し、これまでに培養骨髄由来間葉系細胞を搭載させることで骨形成能を失った殺細胞処理骨に骨形成能を付加できることをアルカリフォスファターゼ(ALP)活性測定、骨基質蛋白オステオカルシンの骨形成関連遺伝子の測定、組織学的検討により証明した。また、骨形成に関与する骨芽細胞が培養により得られたdonor cellである骨髄由来間葉系細胞であることの証明を性関連遺伝子を用いた分子生物学的探求により行った。その結果、少なくとも移植後4週の時点での新生骨の形成には培養骨髄由来間葉系細胞が携わっていることが確認された。一般的な骨軟骨移植として、欧米では保存骨移植が臨床応用されているが、本手法の臨床適応を拡大するために、現在、生物活性の失われた同種骨をscaffoldとして、同モデルを用いて更なる研究を行っている。本実験モデルでは、scaffoldとなる骨にはFischer 344ratとは異なるratの骨を用い、donor cellおよびrecipient sideには従来通りのFischer 344ratを用いている。その結果、現在、検体数が少ないものの、殺細胞処理を行った同種骨をscaffoldとしても、培養骨髄由来間葉系細胞を搭載させることで、新生骨が形成されることが生化学的にも、組織学的にも、確認できている。今後、ALP活性測定、オステオカルシン遺伝子測定、組織学的解析を継続し、また本モデルでの新生骨の由来についても証明を試みる。また、遺伝子を導入しての研究モデルについても、検討中である。殺細胞処理により生物活性の低下した再生自家骨(殺細胞処理自家骨)に、再生医療技術により骨髄由来間葉系細胞を注入・搭載させることで骨形成能を付加できることがこれまでの研究により証明された。ところで、骨移植方法として欧米では保存同種骨移植が頻繁に臨床応用されているが、本邦では立ち後れていることが否めない。本邦で同種骨移植が進まない一因として、感染に対する臨床の現場に於ける抵抗感以外に、やはり、移植骨の生物活性の低さが挙げられる。そこで、将来的な臨床適応の拡大を考慮するべく、同種骨移植に対して本手法を応用できないかを検討した。実験方法としては、再生自家骨(殺細胞自家骨)の結果と比較できるよう、同じ実験系を用いた。scaffoldとなる移植骨には同種骨モデルとしてACI ratの大腿骨を用い、殺細胞処理には放射線照射を行った。培養によりFischer344 ratの骨髄由来間葉系細胞を獲得し、ACI ratから作成された移植骨に注入・搭載し、Fischer344rat皮下に移植、アルカリフォスファターゼ(ALP)活性測定、骨基質蛋白オステオカルシン遺伝子の測定、組織学的検討を行った。その結果、移植骨がACI ratであっても、細胞を搭載させたものでは移植後2,4週後のALP活性及びオステオカルシン遺伝子発現を認め、組織学的にも新生骨の形成をscaffold内に認めた。また性染色体遺伝子を用いた分子生物学的探求により、その新生骨の形成には培養骨髄由来間葉系細胞が携わっていることも確認された。
表面反応モデル構築を含む乱流予混合火炎の壁面近傍挙動の解明

平成30年度は,前年度の進捗を踏まえ,壁面に向かって伝播する層流火炎の数値的研究及び実験的研究を継続して進めるとともに,ガスタービン燃焼器等の強い流動を含む燃焼場における壁面と乱流火炎の干渉及び壁面熱損失機構を明らかにするために,マイクロ・ガスタービンを模擬した矩形燃焼器を対象にした旋回乱流予混合燃焼の超並列大規模直接数値計算を行った.定容容器内に形成される球状伝播層流予混合火炎と壁面との干渉に対する高空間分解能の光学計測から,壁面材料,初期圧力及び当量比に寄らず,火炎が壁面に近寄るにつれ火炎伝播速度が点火前のバルクの熱化学的条件下での層流燃焼速度まで低下するとともに,さらに火炎が壁面に接近する際に火炎伝播速度が上昇することを明らかにした.この傾向は層流予混合火炎と壁面との干渉の直接数値計算によっても観察された.直接数値計算により表面反応によるラジカルの壁面への吸着が壁面近傍の火炎伝播挙動及び熱流束特性に与える影響を検討し,Head on QuenchingとSide-wall Quenchingに寄らず,表面へのラジカル,特に水素ラジカルの吸着が顕著になる場合,壁面近傍での火炎伝播速度の上昇が抑制されること,熱流束が低減されることを明らかにした.旋回乱流燃焼燃焼などの強い流動を有する燃焼場における火炎・壁面干渉及び熱流束特性に燃料種や当量比が与える影響を明らかにするために,水素・空気及びメタン/水素・空気旋回乱流予混合燃焼の直接数値計算を行った.燃料組成などが大域的火炎構造の形成に影響を与え,特にメタンの割合を増加させた条件で外側せん断層における火炎が消失し,壁面と火炎の干渉形態が大きく変化することを明らかにした.当初の計画通り,本課題で目的としている火炎と壁面との干渉と表面反応との関係を明らかにすることに対して,層流火炎を対象とした数値的研究及び実験的研究の双方から同様の傾向が明らかにされた.さらに乱流場における火炎・壁面干渉に関する研究も一部実験の準備に時間を要しているが,概ね問題なく進展している.層流火炎と壁面との干渉に関する研究を推進し,壁面温度,表面反応などの様々な条件が壁面近傍での火炎伝播特性,熱流束特性に与える影響を明らかにし基盤的な知見の充実を計るとともに,当初の計画通り,乱流燃焼場での火炎と壁面干渉に関する研究を遂行する.平成29年度は,数値的研究では,壁面近傍における火炎伝播の基本特性を解明するために,壁面に向かって伝播する層流火炎の直接数値計算を水素,メタン,ヘプタン燃料を対象として様々な予熱温度,壁面温度条件,着火位置条件下で実施した。予熱温度が壁面温度と同一な条件においては,壁面からの火炎位置が消炎距離より近くになると,どの燃料種においても火炎伝播速度が変極値を有し,その時刻における火炎伝播速度は,対応する層流燃焼速度に近くなることを解明した。これらの火炎伝播速度時間変化特性に関する物理的な機構の解明は現在取り組んでいる最中である。これまでに開発してきた詳細化学反応を考慮に入れた定容容器内乱流予混合火炎のDNSコードに超並列性能を考慮しながら表面反応機構を組込んだ。これまでに実施した壁面を伴う燃焼場を対象とした実験と同様な条件においてDNSを実行し,実験結果との比較から,表面反応モデルの妥当性及び表面反応の壁面近傍における火炎伝播の影響を検討した。ここで,壁面での化学的条件として,化学的に不活性な条件とラジカルが失活する条件についてDNSを行い,これらの表面反応モデルの特性を明らかにした。実験的研究では,乱流特性を制御可能な現有の定容容器燃焼器を対象として種々の層流条件におけるOHラジカル及びホルムアルデヒドの燃焼中間生成物を対象とした平面レーザ誘起蛍光法の計測から,当量比及び圧力が火炎構造に与える基礎的知見を獲得した。望遠顕微鏡を新たに導入し,壁面近傍の火炎構造計測を高い空間分解能で実現可能なPLIF計測法を構築するとともに,壁面材質および温度を変更可能な壁面を定容用燃焼器に組み込み,層流条件における光学計測から壁面近傍の燃焼速度や消炎距離特性等の検討を行った。当初の計画通り,層流火炎を対象として反応機構を考慮して壁面近傍の燃焼特性を明らかにした。さらに,乱流火炎を対象とした研究についても計画通り検討を進めており,概ね順調に進展している。平成30年度は,前年度の進捗を踏まえ,壁面に向かって伝播する層流火炎の数値的研究及び実験的研究を継続して進めるとともに,ガスタービン燃焼器等の強い流動を含む燃焼場における壁面と乱流火炎の干渉及び壁面熱損失機構を明らかにするために,マイクロ・ガスタービンを模擬した矩形燃焼器を対象にした旋回乱流予混合燃焼の超並列大規模直接数値計算を行った.定容容器内に形成される球状伝播層流予混合火炎と壁面との干渉に対する高空間分解能の光学計測から,壁面材料,初期圧力及び当量比に寄らず,火炎が壁面に近寄るにつれ火炎伝播速度が点火前のバルクの熱化学的条件下での層流燃焼速度まで低下するとともに,さらに火炎が壁面に接近する際に火炎伝播速度が上昇することを明らかにした.この傾向は層流予混合火炎と壁面との干渉の直接数値計算によっても観察された.直接数値計算により表面反応によるラジカルの壁面への吸着が壁面近傍の火炎伝播挙動及び熱流束特性に与える影響を検討し,Head on QuenchingとSide-wall Quenchingに寄らず,表面へのラジカル,特に水素ラジカルの吸着が顕著になる場合,壁面近傍での火炎伝播速度の上昇が抑制されること,熱流束が低減されることを明らかにした.

旋回乱流燃焼燃焼などの強い流動を有する燃焼場における火炎・壁面干渉及び熱流束特性に燃料種や当量比が与える影響を明らかにするために,水素・空気及びメタン/水素・空気旋回乱流予混合燃焼の直接数値計算を行った.燃料組成などが大域的火炎構造の形成に影響を与え,特にメタンの割合を増加させた条件で外側せん断層における火炎が消失し,壁面と火炎の干渉形態が大きく変化することを明らかにした.当初の計画通り,本課題で目的としている火炎と壁面との干渉と表面反応との関係を明らかにすることに対して,層流火炎を対象とした数値的研究及び実験的研究の双方から同様の傾向が明らかにされた.さらに乱流場における火炎・壁面干渉に関する研究も一部実験の準備に時間を要しているが,概ね問題なく進展している.研究は概ね順調に進んでおり,今後も研究計画に沿って,壁面近傍の火炎挙動の特性と物理的な機構の解明を進める。層流火炎と壁面との干渉に関する研究を推進し,壁面温度,表面反応などの様々な条件が壁面近傍での火炎伝播特性,熱流束特性に与える影響を明らかにし基盤的な知見の充実を計るとともに,当初の計画通り,乱流燃焼場での火炎と壁面干渉に関する研究を遂行する.
ホイスラー合金の歪と電子構造、そのスピントロニクス応用

本研究では反強磁性ホイスラー合金のスピントロニクス応用へ向けホイスラー合金を用いたトンネルデバイスを作製することで、反強磁性体を用いたスピントロニクスデバイスのポテンシャルの検討を目的とした。本年度行った以下の二つの実験結果について報告する。(1)ホイスラー合金系バーフメタル強磁性/反強磁性接合における界面磁気結合の高温動作ホイスラー積層膜における磁気結合は前年度の本研究成果で初めて観測され、反強磁性ホイスラー合金の磁化状態の制御が可能となった。しかしホイスラー接合では磁気結合が従来金属の接合に比べて低温でしか発現せず、最も重要な課題は室温まで磁気結合を維持させることであった。昨年度の成果で明らかになったホイスラー合金で最もネール温度の高いRu_2MnGeを用い、まだ強磁性体には構成元素の近いホイスラー合金を用いた。さらに界面構造の改善を行うことにより磁気結合は最大で290Kまで観測されており、室温付近まで動作する反強磁性デバイスの実現が十分期待できることを示している。(2)反強磁性体を用いたトンネル磁気抵抗デバイスの特性評価(1)で確立した高品質薄膜作製技術を用いて、反強磁性体を用いたトンネルデバイスの作製を行った。トンネルバリアの特性を示すバリア高さが起きいトンネルデバィスにおいて、反強磁性由来の磁気抵抗効果が観測された。これは反強磁性ホイスラー合金で磁気抵抗効果の発現が示された初めての例である。また従来の反強磁性膜厚3nmに対して本研究では反強磁性膜厚10nmと比較的厚い領域で磁気抵抗効果が発現しており、より反強磁性体が安定な膜厚での磁気抵抗効果の発現が示された。本年度は反強磁性ホイスラー合金のスピントロニクス応用へ向け、ホイスラー合金を用いたトンネルデバイスを作製するために以下の実験を行った。(1)本研究ではこれまでの実験結果でMgAl_2O_4基板がホイスラー合金と格子整合性がよく(格子ミスマッチ+0.7%)、非常に結晶性の良い薄膜が作製でき、またその界面にはデバイス特性のることを示した。従ってホイスラー合金を用いたトンネルデバイスの絶縁層としてMgAl_2O_4薄膜が最適であると考えられる。MgAl_2O_4のような酸化物薄膜の成長には酸素量の精密なコントロールが可能である反応性スパッタリングが有効である。反応性スパッタリングを用いて酸素量を最適化することでホイスラー合金との欠陥のないヘテロエピ成長が可能な完全格子整合絶縁性障壁層MgAl_2O_4の作製に関する新技術を開発した。(2)これまでの研究で歪効果による反強磁性ホイスラー合金Fe_2VSiの磁気転移温度(殊)の大幅な上昇が得られたが最大で200K程度であり、実用上室温以上のT_Nを得ることが求められる。そこでT_Nが室温程度と報告されている反強磁性ホイスラー合金Ru_2MnGe(T_N=316Kに着目し、Ru_2MnGe薄膜を作製して歪を印加することにより更なるT_Nの上昇を目的としたところ、最大で353Kとこれまで報告されている反強磁性ホイスラー合金で最も高いT_Nが得られた。よって反強磁性ホイスラー合金薄膜の重要な物理パラメータである高い反強磁性ネール温度(T_N)が得られた。またデバイス応用へ向け反強磁性ホイスラー合金を用いてホイスラー合金系ハーフメタル/反強磁性積層構造の作製技術を確立した。以上の結果から、トンネル素子に必要なトンネルバリアの作製((1))、またホイスラー構造を持つ高品質な強磁性仮強磁性積層構造((2))に成功した。目標とするトンネル

磁気抵抗素子へ向け、23年度に(1)完全格子整合絶縁性障壁層MgAl_2O_4の作製技術の確立、また(2)ホイスラー構造を持つ高品質な強磁性/反強磁性積層構造の作製技術を確立した。これらの成果により24年度には実際にトンネル磁気抵抗素子を作製することが可能となり、計画通り素子特性の評価に移行できることから(2)の達成度とした。今後デバイス応用へ向け、トンネル磁気抵抗素子を作製しそのトンネル伝導、磁気抵抗効果等の素子特性の評価を行う。その際、絶縁性障壁層の耐電圧性やトンネル素子膜の平坦性、またトンネル素子に微細加工する際の加工プロセスの問題により、本来の素子特性が大幅に減少してしまう可能性が予測される。従って十分平坦なトンネル素子膜を作製した後、絶縁性障壁層の酸素量の微妙なコントロールとそれにダメージが入らないように微細加工条件を最適化する必要がある。これら特性劣化の原因を極力取り除き、反強磁性ホイスラー合金を用いたスピントロニクスデバイスのポテンシャルを検討する。
強い外部磁場存在下における分子の反応動力学に関する理論的研究

1.SO_2分子のC^1B_2状態における磁場消光を説明するため、ab initio法を用いた正確な電子状態の計算を行った。C^1B_2の平衡点から一方のS-O距離を伸ばしていった時のポテンシャル曲線を計算した。解離エネルギーは4.27eVとなり、これまでの計算値(約1eV)よりもかなり改良された結果(実験値は5.61eV)となった。問題のC^1B_2状態のポテンシャル曲線は右下がりの2^1B_2状態のポテンシャルと交差しており、この交差の山を越えることがゼロ磁場での前期解離に対応しており、この反応経路が磁場によって影響を受けることが磁場消光を引き起すと考えることもできる。しかしこの2つの状態間の結合項を計算してみたところ異常なほど小さい(<10cm^<-1>)ことがわかった。一方C^1B_2状態と三重項状態とのスピン一軌道相互作用は数十cm^<-1>と大きい値を示した。このこととつい最近の測定(磁場消光が大きい磁場(4 Tesla)で飽和する)から磁場消光が(1)これまで考慮外とされていた間接機構で説明できる、(2)統計モデルではなく、中間モデルに基づいた新しい無放射遷移の理論で説明できる可能性が生まれた。2.時間に依存するシュレ-ディンガーの波動方程式に磁場の効果を取り込み、状態間の遷移確率を求めるための緊密結合方程式を得た。この方程式を、N^<5+>イオンによる水素原子からの電荷移行反応に適用して、次の結果(1)磁場を強くすると全断面積が増加する、(2)衝突エネルギーが低い程同じ強さの磁場であってもその影響は大きい、(3)縮退しているΠ,Δ状態の部分断面積が異なった値になる、を得た。更にこれまで計算できなかった極低エネルギー(数数10eVの運動エネルギー)に対し計算を行ったところ、低い磁場で新しい型の影響が現われることがわかった。
高次の幾何構造に付随する変分問題の研究

フィンスラー構造や共形構造などの高次の幾何構造に付随する変分問題を多面的に研究した結果,次の諸事実を証明した.1)リーマン球面から正曲率をもつ弱ケーラー・フィンスラー多様体へのエネルギー最小な調和写像は,正則または反正則写像となる.2)閉リーマン面から複素フィンスラー多様体への正則写像でない調和写像の特異集合は,有限集合である.3)体積を保つ共形変形のもとで,正のスカラー曲率をもつアインシュタイン計量は,全Q曲率の安定な臨界点である.本研究の目的は,フィンスラー計量や共形構造など,本質的に高階の接束上で定式化される幾何構造に付随して定義される変分問題を,それぞれの幾何構造が内包する標準接続とその曲率から定義される幾何学的不変量に着目して,多面的かつ総合的に研究することであるとくに,本研究課題では(1)閉リーマン面から複素フィンスラー多様体への調和写像の存在問題(2)全Q曲率汎関数の臨界点の特徴づけの問題を中心に研究を進めるフィンスラー構造や共形構造などの高次の幾何構造に付随する変分問題を多面的に研究した結果,次の諸事実を証明した.1)リーマン球面から正曲率をもつ弱ケーラー・フィンスラー多様体へのエネルギー最小な調和写像は,正則または反正則写像となる.2)閉リーマン面から複素フィンスラー多様体への正則写像でない調和写像の特異集合は,有限集合である.3)体積を保つ共形変形のもとで,正のスカラー曲率をもつアインシュタイン計量は,全Q曲率の安定な臨界点である.本年度,実施計画に基づき行った研究による成果は次の通りである.1.フィンスラー多様体間の調和写像の研究に関しては,この方面の研究の状況について,実および複素フィンスラー多様体の双方の場合について総合報告を纏め,ルーマニア科学アカデミーから出版した.2.スカウテン汎関数の臨界点の研究に関しては,共形幾何学により適合した「全Q曲率」汎関数の臨界点の研究に発展させ,その第1変分(オイラー方程式)を決定した.全Q曲率汎関数の臨界点の安定性(第2変分)と特徴づけは,次年度の研究課題である.3.共形共変な微分作用素とQ曲率の関係は,近年飛躍的に進歩した研究領域であるが,日本では研究者がほとんどいない.そこで,この分野の研究の基礎から最新の研究研究成果までを解説する研究集会「Workshop on Q-curvature in Conformal Geometry」を2009年2月に東北大学において開催した.4.射影的正則曲線と射影的平坦な複素フィンスラー計量の特徴づけに関しては,このような曲線の存在が,複素フィンスラー計量のケーラー性と深く関係することを見出した.また,得られた結果を,ベドレボ(ポーランド),ロスコフ(フランス)および北京(中国)で開催された国際研究集会において招待講演として発表した.5. 2次元球面の単位接束上に自然に定義される定曲率計量が,全接束上に定義される一般化されたグロモル・チーガー計量から,誘導計量として実現されることを証明した.今年度、実施計画に基づき行った研究による成果は次の通りである。1.閉リーマン面から弱ケーラー条件をみたす複素フィンスラー計量があたえられた複素多様体への写像に対して、コーシー・リーマン作用素に付随して自然なエネルギー汎関数が定義され、その汎関数の臨界点として、複素フィンスラー多様体への一般化された調和写像が定義される。しかし、このエネルギー汎関数は、実リーマン多様体間の写像に対して、ディリクレ積分の一般化として定義されるエネルギー汎関数とは様相が異なり、下半連続性もつかどうか、また凸性をもつかどうか、は自明ではない。立川篤教授(東京理科大学)との共同研究により、コーシー・リーマン作用素に付随して定義される自然な汎関数が、多重凸性をもつこと、およびその結果として下半連続性をもつことを見出した2.前年度の研究により、2次元球面の単位接束上に自然に定義される定曲率計量が、全接束上に定義される一般化されたチーガー・グロモル計量から、誘導計量として実現されることを証明した。今年度は、この結果の負曲率版として、2次元双曲平面の単位接束上に自然なローレンツ計量が、全接束上に一般化された不定値なチーガー・グロモル計量を定義することにより(この概念はこの研究により見出された)、誘導計量として実現されることを証明し、プレプリントしてarXivに発表した。(M. Benyounes, E.Loubeau and S.Nishikawa, Generalized Cheeger-Gromoll metrics and the Hopf map, arXiv : 0808.1644v2[math.DG]10Feb.2010)今年度、突施計画に基づき行った研究による成果は次の通りである。1.閉リーマン面から複素フィンスラー多様体への写像に対して、コーシー・リーマン作用素に付随して、自然なエネルギー関数と閉リーマン面上の2次微分が定義される。あたえられた写像が調和写像、すなわちこのエネルギー汎関数の臨界点であるとき、2次微分は正則2次微分となることを証明した。この結果により、正則写像でない調和写像の特異集合(コーシー・リーマン作用素の零点集合)が有限集合となることが導かれる。2.上記のエネルギー汎関数は、ディリクレ積分の一般化として定義されるエネルギー汎関数とは一致しないので、汎関数として通常の意味での凸性をもたない。そこで、このエネルギー汎関数を実表示することにより、凸性が阻害される様相を解析した。

3.その結果、値域の複索フィンスラー計量がケーラー条件をみたす場合には、この二つの汎関数の臨界点は一致することを見出した。これにより、臨界点となる調和写像に対して、通常の方法でアプリオリ評価をえることが期待される。4.上記のエネルギー汎関数は、最近活発に研究されているカルタン汎関数の理論と密接に関係していることが明らかになった。そこで、カルタン汎関数の変分問題と関連する問題に関してワークショップを開催し、今後の研究の進め方に関して新しい知見をえた。今年度、実施計画に基づき行った研究による成果は次の通りである。1.閉リーマン面から複素フィンスラー多様体への写像に対して、コーシー・リーマン作用素に付随して、自然なエネルギー汎関数が定義される。昨年度の研究で、このエネルギー汎関数の臨界点となる調和写像に対して、正則2次微分が対応することを証明した。また、コーシー・リーマン作用素に付随して定義されるエネルギー汎関数は、ディリクレ積分の一般化として定義される通常のエネルギー汎関数とは異なるが、複素フィンスラー多様体がケーラー条件をみたす場合には、この2つのエネルギー汎関数の臨界点が一致することを証明した。この2つの事実を用いて、今年度は、臨界点となる調和写像に対して、特異点の除去定理を証明した。すなわち、単位円板からケーラー・フィンスラー多様体への、原点を除外して定義された調和写像は、コーシー・リーマン作用素に付随して定義されるエネルギーが有界ならば、原点まで連続写像として拡張されることを示した。2.コンパクトで滑らかな多様体上の全Q曲率の変分問題を、とくにリーマン計量の共形変形のもとで研究し、4次元の場合を除き、全Q曲率が共形変形のもとで臨界点となる計量は、全Q曲率が定数となるものに限ることを示した。さらに、正のスカラー曲率をもつアインシュタイン計量は全Q曲率の臨界点となるが、この臨界点は体積を保つ共形変形のもとで安定である、すなわち全Q曲率の第2変分は非負となることを証明した。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ナノ・マイクロスケール空間の固液界面制御による圧力損失の低減効果

ろ過ケーク層や多孔質膜など微細空間(ナノ・マイクロスケール空間)を液体が透過する際に生じる圧力損失の界面科学的な新しい理解とそれに基づく圧力損失低減方法を開発する。1.微細空間サイズと界面物性の新しい評価方法の開発と圧力損失の界面科学的理解微細空間内における圧力損失を、界面動電現象およびハンセンの溶解度パラメーターによる定量的な評価方法を開発し、新しい圧力損失モデルを構築する。2.表面改質と溶質開発による"質"的な圧力損失低減効果の探索固体表面の親・疎水性、荷電特性、高分子電解質層などの表面物性と圧力損失の関係を解析し、圧力損失低減を目的とする表面改質および機能性溶質を探索する。
発育遅延胎児の分子遺伝学的解析(ゲノム刷り込みおよび片親性ダイソミーの関与)

1.子宮内胎児発育遅延40例について、羊水および胎盤の染色体検査を行った。その結果、4例に胎盤のみの染色体異常(モザイク)が認められた(confined placental mosaicism)。これらの4例はいずれも出生体重2,000g未満であった。2.上記の4例のうち、臨床的にRussell-Silver症候群と診断された例について、種々の遺伝子マーカーを用いて、片親性ダイソミーの有無を検索した。その結果、この例については両親性ダイソミーであることが判明した。3.子宮内胎児発育遅延の胎盤を用いて検索したIGF2については、発現異常を示したものは存在しなかった。子宮内胎児発育遅延(IUGR)の遺伝的背景を追求するため、本年度中に以下の3点について検討した.1.検体の集積相手方の同意が得られた症例について、IUGRの胎盤、臍帯血、母体血および可能な限り父親の血液を集積した.本年度は、さらに16症例を集積した.現在、計36例のIUGRについて胎盤DNAとRNAおよび血液DNAを現有している.今後、さらに検体の集積を行う.2.染色体検索(UPDの有無を同定する.)ヒト発生過程で数的染色体異常に対して働く修復機序の結果、胎盤ではCPM(confined placental mosaicism)、胎児ではUPD(uniparental disomy)を認めることがある.これらは、IUGRの原因と考えられる.そこで、集積した胎盤組織の一部を染色体分析してCPMの検索を行った.その結果、36例中3例にモザイクを認めた.今後は、胎児末梢血および皮膚線維芽細胞の染色体分析を行い、CPMを同定する.さらに、CPMである症例について制限酵素断片長多型やCArepeatを用いた遺伝型の解析を行いUPDの有無を検索する.3.IGFII遺伝子の発現異常の同定マウスにおいてIgfIIを夕一ゲッティングするとIUGRとなる.また、ヒトにおけるIGFIIの発現過剰は巨大児(Beckwith-Wiedemann syndrome)になる.そこで、ヒトにおけるIGFIIの発現低下が、IUGRの一原因ではないかと考えた.上記で集積した胎盤RNAについてRT-PCR法で発現の程度を検索した.現在までのところ、発現低下を認めた症例はない.今後さらに集積した症例について解析を加えたい.1.子宮内胎児発育遅延40例について、羊水および胎盤の染色体検査を行った。
骨芽細胞活性の高い表面電荷制御型超親水性チタンの開発

昨年度までの成果として、純チタンを低酸素分圧下の窒素雰囲気中で熱処理することによって、窒素含有欠陥を含む酸化チタンを形成させると、正または負の表面電位を有する表面の形成に成功した。今年度は、正、負またはゼロの表面電位を有する表面におけるMC3T3-E1細胞の細胞増殖および骨芽細胞への分化能を比較した。増殖能に関しては、何れの表面でも、同等に良好な増殖能を示したのに対し、分化能に関しては、正または負の表面電位を有する表面の方がゼロの表面に比べて1.5倍高いことがわかった(14日培養期間)。この特性向上は、細胞接着性タンパク質であるフィブロネクチンだけでなく、水酸化アパタイトの構成成分であるCaとPの吸着が生じているためと考えられた。純チタンをPO2=10-14Paの低酸素分圧下で熱処理した表面の水酸化アパタイト(HAp)被覆率は、873および973 Kとも1または2 h熱処理した場合に最も大きく、熱処理時間の増加に伴い減少し、873 Kの場合には20 h以上の熱処理で全くHApは形成しなかった。また表面電位の極性は、熱処理温度に依存し、873 Kで熱処理した場合は負に、973 Kで熱処理した場合は正に帯電しており、熱処理時間の増加とともに、何れの熱処理温度の場合もゼロに近づく傾向を示した。正の表面電位極性の方が負の場合よりもHAp形成能が大であることがわかった。擬似体液(SBF)浸漬初期の飛行時間型ToF-SIMS解析の結果より、正および負の極性を有する何れの表面でも、リン酸イオンが優先的に吸着していたが、特に、正の極性を有する表面の方がリン酸イオンの吸着量が大きかった。以上より、熱処理条件を変化させることで、スケールの表面極性を任意に制御できることがわかった。また、これらのスケール表面には、反対の極性を有するイオンの優先的な吸着が促進され、その結果として、その後のHAp核の形成と成長が促進されたと考えられた。一方、MC3T3-E1間葉系細胞を用いた骨芽細胞への分化能に関しては、正および負の表面極性を持つ場合も、未処理のチタンと比べて約1.5倍の高い能力を有していた。よって、“正または負の表面電位極性を有する窒素含有欠陥型酸化チタンスケール"は、HAp形成能のみならず、骨芽細胞活性も大であることがわかった。平成28年度は、大きく分けて以下の2つを目標とした。1.表面電荷(正、負、ゼロ)の異なる酸化チタンスケールを作製純チタンを低酸素分圧下の窒素中で熱処理すると、熱処理温度、保持時間を制御することによって、表面電荷を任意に制御出来ることを明らかにした。(達成度100%)2.表面電荷の異なる純チタン上での骨芽細胞活性評価上記表面電荷の異なる酸化チタンスケール上でのMC3T3-E1細胞の増殖および分化能の評価を行い、正または負の電荷を有する表面では、分化能が未処置Tiに比べて1.5倍であることがわかった(培養日数14日)。(達成度80%)純チタンを極微量の酸素を含む窒素雰囲気中で熱処理する際に、熱処理温度と保持時間を変化させることによって、正または負に表面電荷を変化させた酸化チタンスケールを形成させた。本スケール上における骨芽細胞の増殖、分化能の評価を行った。骨芽細胞の増殖能に関しては、培養日数3および7日で表面電荷の違いによる増殖能の差はなかった。一方、分化能に関しては、培養日数14日と28日を比較すると、培養初期14日の時点で、未処理のTiに比べて正または負に電荷を有する酸化チタンスケール上では、約1.5倍であることがわかった。しかし、培養日数が28日まで延長すると、表面電荷の違いによる差がなくなり、何れのサンプルもほぼ同等の分化能を示した。次に、培養初期に表面電荷を有する表面での骨芽細胞分化能の上昇原因を明らかにするために、培養液中で酸化チタンスケール上に吸着するタンパク質の種類と量を金コロイド二次抗体等を用いて行った(培養液浸漬時間1分)。アルブミン(Alb)およびフィブロネクチン(FN)の吸着は、正に電荷を有する酸化チタンスケールおよび未処理のTi基板で促進され、負の電荷を有する酸化チタンスケール上では抑制された。これは、何れのタンパク質も負に電荷を帯びているためと考えられた。さらに、水酸化アパタイトの構成成分であるCaとPの吸着に関しては、未処理Ti上ではほとんど生じないが、正または負の表面電荷を有する酸化チタンスケール上では、吸着量の増加が確認された。初期の分化能の向上原因としては、タンパク質、CaとPの吸着が起因している可能性が示唆された。平成29年度は、大きく分けて以下の2つを目標とした。1.表面電荷が正または負の表面での、骨芽細胞増殖能および分化能の評価増殖能に関しては、未処理Tiとほぼ同等。しかし、分化能に関しては、培養日数が14日と短い場合に、未処理Tiと比べて1.5倍であった。(達成度100%)(ii)表面電荷の異なる酸化チタンスケール上での吸着タンパク質の種類および構造の評価を金コロイド二次抗体等を用いて行った。培養時間1分の場合、AlbとFNの吸着量を評価。培養時間を変化させて各種タンパク質の吸着量の変化の調査が必要である。(達成度60%)

昨年度までの成果として、純チタンを低酸素分圧下の窒素雰囲気中で熱処理することによって、窒素含有欠陥を含む酸化チタンを形成させると、正または負の表面電位を有する表面の形成に成功した。今年度は、正、負またはゼロの表面電位を有する表面におけるMC3T3-E1細胞の細胞増殖および骨芽細胞への分化能を比較した。増殖能に関しては、何れの表面でも、同等に良好な増殖能を示したのに対し、分化能に関しては、正または負の表面電位を有する表面の方がゼロの表面に比べて1.5倍高いことがわかった(14日培養期間)。この特性向上は、細胞接着性タンパク質であるフィブロネクチンだけでなく、水酸化アパタイトの構成成分であるCaとPの吸着が生じているためと考えられた。平成28年度は、低酸素分圧下で純チタンの酸窒化処理をする際の熱処理温度および時間を制御することによって、表面電荷を任意に制御出来ることを明らかにした。平成29年度は、表面電荷の異なる酸化チタンスケール上での吸着タンパク質の種類および構造の評価を金コロイド二次抗体等を用いて行い、表面電荷の影響を調べる。さらに、培養日数14日以上の骨芽細胞活性評価を行う。平成29年度は、表面電荷の異なる酸化チタンスケール上での骨芽細胞の増殖および分化の評価を行った結果、骨芽細胞分化能が培養初期14日の時点で、未処理のTiに比べて正または負に電荷を有する酸化チタンスケール上では、約1.5倍であることがわかった。平成30年度は、初期の分化能の向上原因を考察するために、タンパク質の吸着量および種類、リアルタイムPCR定量、アルカリフォスファターゼ活性、石灰化結節形成の定量を行う。平成28年度に行った細胞評価に関して、表面電荷の異なる酸化チタンスケール上での長期培養日数の評価が不十分であり、そのため計画通りに研究が進まず約20万円の次年度使用額が発生した。(理由)平成29年度に行った細胞評価に関して、使用した細胞の状態が悪く、計画通りに研究が進まず約30万円の次年度使用額が発生した。(使用計画)平成30年度は、骨芽細胞分化の評価において、リアルタイムPCR定量、ALP活性の定量、石灰化結節形成の定量を評価する(担当:東北大学金高)平成29年度は、表面電荷の異なる超親水性を発現した酸化チタンスケールを作製し、(1)吸着タンパク質の種類および構造の評価を金コロイド標識二次抗体等で行い、表面電荷の影響を調べる。消耗品費で試薬、装置用部品等を計上し、表面分析費をその他の細目で計上した。(担当:JFCC橋本)(2)骨芽細胞活性を評価し、細胞毒性、細胞増殖、骨芽細胞分化に与える表面電荷の影響を評価する。(担当:東北大学金高)最新の成果動向の調査や成果報告のための学会発表を旅費の細目で計上し、学会参加費をその他の細目で計上した。
ケミカルリゲーションを用いるHTLV-Iプロテアーゼ誘導体の合成研究

HTLV-Iはエイズの原因ウイルスであるHIVとよく似たレトロウイルスで,ヒト成人白血病(ATL)やHTLV-I脊髄症(HAM)を引き起こす病原ウイルスである.HTLV-IはHIVの場合と同じようにウイルス固有のアスパルティックプロテアーゼを有しており,その阻害剤は大いに上記疾病の治療薬として期待出来る.本計画では完全な化学的手法によりHTLV-Iプロテアーゼ誘導体を合成し,阻害剤の開発に役立てることを目的とし,HIVプロテアーゼの合成に成功したチオールとアルキルハライドの反応によりスルフィド結合を得るケミカルリゲーション法を用いて,HTLV-Iプロテアーゼ誘導体の合成を行った.またこれを用いた阻害剤の評価系を確立した.1-3)従来の固相ペプチド合成法が適用できる新規メルカプトアミドペプチド合成用樹脂担体をデザインし,メルカプトアミドペプチドをFmoc型固相合成にて合成した.また常法にて合成したブロモアセチルペプチドとケミカルリゲーションを行い,HTLV-Iプロテアーゼ誘導体を単一の目的物として得た.4-5)常法にてHTLV-Iプロテアーゼの基質を合成し,酵素活性を評価したところ,文献値に匹敵する酵素活性を有することを確認した.6)我々の有する多種のプロテアーゼ阻害剤による酵素阻害活性を測定,評価した.しかしHIVプロテアーゼ阻害活性は比較的良好な結果を示すのに比べHTLV-Iでは著しく弱い活性を示すものしか見いだせなかった.HTLV-Iには新たに設計した阻害剤が必要であり,本計画で合成した酵素誘導体が役立つ事が確認できた.HTLV-Iはエイズの原因ウイルスであるHIVとよく似たレトロウイルスで,ヒト成人白血病(ATL)やHTLV-I脊髄症(HAM)を引き起こす病原ウイルスである.HTLV-IはHIVの場合と同じようにウイルス固有のアスパルティックプロテアーゼを有しており,その阻害剤は大いに上記疾病の治療薬として期待出来る.本計画では完全な化学的手法によりHTLV-Iプロテアーゼ誘導体を合成し,阻害剤の開発に役立てることを目的とし,HIVプロテアーゼの合成に成功したチオールとアルキルハライドの反応によりスルフィド結合を得るケミカルリゲーション法を用いて,HTLV-Iプロテアーゼ誘導体の合成を行った.またこれを用いた阻害剤の評価系を確立した.1-3)従来の固相ペプチド合成法が適用できる新規メルカプトアミドペプチド合成用樹脂担体をデザインし,メルカプトアミドペプチドをFmoc型固相合成にて合成した.また常法にて合成したブロモアセチルペプチドとケミカルリゲーションを行い,HTLV-Iプロテアーゼ誘導体を単一の目的物として得た.4-5)常法にてHTLV-Iプロテアーゼの基質を合成し,酵素活性を評価したところ,文献値に匹敵する酵素活性を有することを確認した.6)我々の有する多種のプロテアーゼ阻害剤による酵素阻害活性を測定,評価した.しかしHIVプロテアーゼ阻害活性は比較的良好な結果を示すのに比べHTLV-Iでは著しく弱い活性を示すものしか見いだせなかった.HTLV-Iには新たに設計した阻害剤が必要であり,本計画で合成した酵素誘導体が役立つ事が確認できた.HTLV-Iはエイズの原因ウイルスであるHIVとよく似たレトロウイルスで,ヒト成人白血病(ATL)やHTLV-I脊髄症(HAM)を引き起こす病原ウイルスである.HTLV-IはHIVの場合と同じようにウイルス固有のアスパルティックプロテアーゼを有しており,その阻害剤は大いに上記疾病の治療薬として期待出来る.本計画では完全な化学的手法によりHTLV-Iプロテアーゼ誘導体を合成し,阻害剤の開発に役立てることを目的とし,HIVプロテアーゼの合成に成功したチオールとアルキルハライドの反応によりスルフィド結合を得るケミカルリゲーション法を用いて,HTLV-Iプロテアーゼ誘導体の合成を行った.1)メルカプトアミドペプチド固相合成用樹脂担体の開発従来の固相ペプチド合成法が適用できるメルカプトアミドペプチド合成用樹脂担体をデザインした.樹脂担体との結合部には酸に安定でチオールで切断できるジスルフィド結合を使用したところ良好な結果を得た.2)セグメントペプチドの合成上記担体を使用して,メルカプトアミドペプチドをFmoc型固相合成にて合成した.また常法にてブロモアセチルペプチドも合成した.3)ケミカルリゲーションによるHIVプロテアーゼ誘導体の合成2)で合成したペプチドセグメントを反応し,HPLCにてその進行状況を確認し,得られた大分子ペプチドをHPLCおよびゲル濾過クロマトグラフィーにて精製し,単一の目的物を得た.HTLV-Iはエイズの原因ウイルスであるHIVとよく似たレトロウイルスで,ヒト成人白血病(ATL)やHTLV-I脊髄症(HAM)を引き起こす病原ウイルスである.HTLV-IはHIVと同じ様にウイルス固有のアスパルティックプロテアーゼを有しており,その阻害剤は上記疾病の治療薬として大いに期待出来る.本計画では完全な化学的手法によりHTLV-Iプロテアーゼ誘導体を合成し,阻害剤の開発に役立てることを目的とする.本年度は,昨年度計画1-3)で合成したHTLV-Iプロテアーゼ誘導体を用い阻害剤の評価系の確立を行った.4)HTLV-Iプロテアーゼの基質合成通常のFmoc型固相合成法を用いてHTLV-Iプロテアーゼが切断するアミノ酸配列を有する人工基質を合成した.5)HTLV-Iプロテアーゼ誘導体の活性測定得られた高純度のHTLV-Iプロテアーゼ誘導体を活性化し,上記で合成した基質を用いてその活性を評価したところ,文献値に匹敵する酵素活性を有することを確認した.6)HTLV-Iプロテアーゼ誘導体に対する阻害剤の活性評価

我々の有する多種のプロテアーゼ阻害剤による酵素阻害活性を測定,評価した.しかしHIVプロテアーゼ阻害活性は比較的良好な結果を示すのに比べHTLV-Iでは著しく弱い活性を示すものしか見いだせなかった.HTLV-Iには新たに設計した阻害剤が必要であり,本計画で合成した酵素誘導体が役立つ事が確認できた.