hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レミフェンタニル急性耐性形成の分子メカニズム解析

高用量のレミフェンタニル(RF)は急性耐性をきたしうる。RFによる急性耐性形成の分子機構を明らかにするため、RF刺激によるμ-オピオイド受容体(μOR)、二量体化μ-δオピオイド受容体(μ-δOR)の細胞内動態について解析した。μOR、二量体化μ-δORはいずれもRF濃度依存性にRecyclingが阻害された。μORと比較してμ-δORは高濃度RFでもRecyclingされやすかった。これより、μORおよびμ-δORのRecycling障害が高濃度RFによる急性耐性の一因である可能性が示唆された。μ-δORはμORよりも急性耐性を起こしにくいかもしれない。レミフェンタニル(RF)は超短時間作用性のオピオイド鎮痛薬であり全身麻酔で広く使用されているが、時に急性耐性を起こすことが知られている。この研究では、RF刺激によるμ-オピオイド受容体(μOR)および二量体化μ-δオピオイド受容体の細胞内動態ならびにシグナル解析を行い、急性耐性形成の分子機構と、それにおける二量体受容体の役割を明らかにする。(2)今後は、μOR-Gqi5とδOR、δOR-Gqi5とμORを用いたカルシウムイメージング(二量体化受容体活性のみをアッセイ)などを行い、耐性を起こさないRFの使用法を同定するための基礎データをさらに蓄積したい。また、RF+ケタミン併用におけるオピオイド受容体の細胞内動態についても同様に検討したい。レミフェンタニル(RF)は超短時間作用性のオピオイドで、急性耐性を起こすことがある。この研究では、RF刺激によるμ-オピオイド受容体(μOR)、二量体化μ-δオピオイド受容体の細胞内動態を解析し、急性耐性形成の分子機構と二量体受容体の役割を明らかにする。また、ケタミンがμOR、μ-δORの細胞内動態に与える影響を解析する。(1)クローン化μORとδ-オピオイド受容体(δOR)のC末に黄色蛍光蛋白(Venus)と青色蛍光蛋白(Cerulean)をそれぞれ連結し、BHK cellに発現させた。これを様々な濃度のRFで刺激し、受容体二量体化とinternalization/recycling機構を共焦点レーザで解析した。Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)アッセイで、刺激前、internalization後、recycling後のμORとδORはいずれもヘテロ二量体を形成していた。また、μOR、μ-δORのいずれも高濃度のRFでRecyclingが阻害された。同濃度では、μ-δORはμORより高濃度ではRecyclingされやすかった。これより、μORおよびμ-δORのRecycling障害が高濃度RF投与による急性耐性の一因である可能性が示唆された。また、μ-δORはμORよりも急性耐性を起こしにくいかもしれない。(2)μORをRFとケタミンで同時刺激すると、μORのinternalizationが阻害され、recyclingが促進された。ケタミンによるRF急性耐性予防効果には、μORのinternalization/recycling機構が関与しているかもしれない。(3)今後、ケタミンがμ-δORのinternalization/recycling機構に与える影響などさらなる基礎データを蓄積し、耐性を起こさないRFの使用法を同定したい。ケタミンはレミフェンタニルの急性耐性形成に予防効果を有するとされる。ケタミンがレミフェンタニル刺激によるμORならびにμ-δORの細胞内動態に与える影響を調査するため、二量体化受容体の脱感作、受容体細胞内移行の可視化実験を行い、レミフェンタニル単独の効果と比較した。まず、クローン化μORとδ-オピオイド受容体(δOR)のC末に黄色蛍光蛋白(Venus)と青色蛍光蛋白(Cerulean)をそれぞれ連結し、BHK cellに発現させた。これを共焦点レーザで観察し、Fluorescence Resonance Energy Transferにより受容体二量体化の有無について検討し、レミフェンタニル刺激後のinternalization、あるいはrecyclingされたμORとδORについても同様に二量体化について解析した。レミフェンタニル(10nM、100nM、1μM)で30分間刺激したのち、さらに30分後、180分後にμORならびにμ-δORのinternalizaionについて解析した。前述の細胞をS(+)-ケタミン(10μM、30μM、100μM)で10分間刺激した後、レミフェンタニル(10nM、100nM、1μM)で30分同時に刺激した。その30分後にμORのinternalizaion、180分後にrecyclingを解析した。その結果、S(+)-ケタミンの同時投与により、各濃度のレミフェンタニルによるμORのinternalizationは抑制された。

また、100nMのレミフェンタニルによりinternalizaionされたμORは、S(+)-ケタミンの同時投与によりrecyclingが促進された。以上の結果は、レミフェンタニル急性耐性形成時におけるケタミンの予防効果にμORのinternalization/recycling機i構が関与している可能性を示唆した。
脊椎椎間板変性のメカニズム解明およびサイトカインによる治療

本研究では退行変性とサイトカインとの関係に着目したが、各サイトカインそれぞれが骨や軟骨の増殖と分化におよぼす作用がいまだ不確定であることと椎間板変性を調べる適当な培養系がないことから、骨髄細胞の培養系を用いてサイトカインが骨軟骨形成の増殖と分化におよぼす作用をまず明確にしようとした。使用したサイトカインは、transforming growthfactor-β(TGFβ)、basicfibroblast growthfactor(bFGF)である。その結果TGFβはDNA含量を抑制し、軟骨基質の主成分であるウロン酸含量を著名に促進させた。一方、bFGFがDNA含量を著名に促進させた。つまり、TGFβは未分化な骨膜細胞の増殖を抑制したが、軟骨分化は促進させた。さらに、bFGFは骨膜細胞の骨や軟骨への分化を抑制したが、細胞増殖は促進させた。このことから、bFGFは細胞増殖に主に関与し、TGFβはそれを抑制しつつ軟骨への分化を主に調節していることがわかった。臨床的には、椎間板ヘルニアは消退(regression)することが最近知られるようになり、それにこれらのサイトカインが関与していることも考えらえる。また、退行変性でも初期の軟骨化が主な時期には主にTGFβが関与し、骨増殖や骨棘形成の盛んな時期には主にbFGFが関与していると考えられる。今後これらのメカニズムが明らかになれば、サイトカインやその抗体の補充療法による変性の治療やより生理的かつ有効な脊椎固定が可能になると考えられる。
倉西構造の方法による境界付き擬正則曲線のモジュライと、数え上げ不変量に関する研究

本年度は引き続き有向深谷圏の研究を行い、特に昨年度の結果の応用としてトーリックdel Pezzo曲面に対する局所ホモロジー的ミラー対称性定理を得た.有向深谷圏とはLefschetzファイブレーションW:X→Cに対して定義されるシンプレクティック不変量であり、古典的なPicard-Lefschetz理論における消滅サイクルの交叉行列の「圏化」と見なされる.昨年度はこの深谷圏が、Lefschetzファイブレーションの安定化W':X×C→Cに対して不変であることを定式化・証明した(以下「安定化定理」と呼ぶ).安定化定理はdimensionalreductionによる計算原理として、最も簡単且つ基本的である.本年度はこの結果を拡張し、また応用する方向で研究を進めた.ひとつは、安定化の拡張としてポテンシャルWとn次多項式Pの和を考え、それに対する有向深谷圏の挙動を調べることである.Pの有向深谷圏が高次のA無限大構造を持たない微分次数付圏になることを利用すると、一定の条件の下でW+Pの有向深谷圏はWの有向深谷圏とPの有向深谷圏のテンソルになり、従って両者の導来圏を取ると、条件なしで三角圏の同値が得られることを示した.これにより、Fermat型多項式の有向深谷圏の計算が可能となった.さらにトーリックdel Pezzo曲面XとそのLandau-GinzburgミラーWに対し、前者の標準束K上の連接層の導来圏と、W+uvの深谷圏の導来圏の圏同値(局所ミラー定理)を得た.これは安定化定理とトーリックdel Pezzo曲面に対するホモロジー的ミラー定理(植田)の応用であり、高次元の(非局所)ミラー定理へのひとつのアプローチである.境界付き擬正則曲線のモジュライによる代表的なシンプレクティック幾何の不変量に、深谷圏がある.本年度はその一変種である、ランダウ=ギンツブルグ模型の有向深谷圏について研究した.特に有向深谷圏がランダウ=ギンツブルグ模型の安定化(stabilization)で不変であることを証明し、現在論文を執筆中である.ランダウ=ギンツブルグ模型の有向深谷圏は、ホモロジー的ミラー対称性予想をトーリックファノ多様体に拡張する文脈でPaul Seidelにより導入された(2000).ランダウ=ギンツブルグ模型の消滅サイクルの基底を対象とするA無限大圏であり、対象間の射の空間はラグランジュ交叉のフレアーホモロジー、射の(高次の)合成は擬正則円盤の数え上げ(モジュライ空間上での定数関数1の積分)を用いて定義される.消滅サイクルの基底の取り方には任意性があるが、有向深谷圏の導来圏を取ることによりランダウ=ギンツブルグ模型の不変量となる.有向深谷圏はミラーの連接層の導来圏と同値になると期待されているが、現在のところ原理的な証明方法はなく、両者の個別的な計算に依存している.有向深谷圏は、Seidel(2000)、Auroux-Katzarkov-Orlov(2004,2005)により重み付き射影空間のある場合に、また植田-山崎(2007)によりランダウ=ギンツブルグ模型が2次元の場合(トーリック・デルペッツォ曲面のミラー)にトロピカル幾何の概念であるコアメーバを用いて計算されたが、いずれも消滅サイクルが具体的に表示できる特殊事情を用いており、即座の一般化は難しい.ランダウ=ギンツブルグ模型の安定化とは自明な方向を直積する操作を差し、次元を上げる操作のひとつである.本研究は、より一般的なランダウ=ギンツブルグ模型に関して有向深谷圏を計算する際の基本的なツールとなり得るものである.本年度は引き続き有向深谷圏の研究を行い、特に昨年度の結果の応用としてトーリックdel Pezzo曲面に対する局所ホモロジー的ミラー対称性定理を得た.有向深谷圏とはLefschetzファイブレーションW:X→Cに対して定義されるシンプレクティック不変量であり、古典的なPicard-Lefschetz理論における消滅サイクルの交叉行列の「圏化」と見なされる.昨年度はこの深谷圏が、Lefschetzファイブレーションの安定化W':X×C→Cに対して不変であることを定式化・証明した(以下「安定化定理」と呼ぶ).安定化定理はdimensionalreductionによる計算原理として、最も簡単且つ基本的である.本年度はこの結果を拡張し、また応用する方向で研究を進めた.ひとつは、安定化の拡張としてポテンシャルWとn次多項式Pの和を考え、それに対する有向深谷圏の挙動を調べることである.Pの有向深谷圏が高次のA無限大構造を持たない微分次数付圏になることを利用すると、一定の条件の下でW+Pの有向深谷圏はWの有向深谷圏とPの有向深谷圏のテンソルになり、従って両者の導来圏を取ると、条件なしで三角圏の同値が得られることを示した.これにより、Fermat型多項式の有向深谷圏の計算が可能となった.さらにトーリックdel Pezzo曲面XとそのLandau-GinzburgミラーWに対し、前者の標準束K上の連接層の導来圏と、W+uvの深谷圏の導来圏の圏同値(局所ミラー定理)を得た.これは安定化定理とトーリックdel Pezzo曲面に対するホモロジー的ミラー定理(植田)の応用であり、高次元の(非局所)ミラー定理へのひとつのアプローチである.
局所流動性評価に基づく非球形粒子の流動性基準球相当径および形状係数

非球形粒子で構成される粉体の流動のし易さ、いわゆる「流動性」の定量的評価の確立を目的とし、局所流動性評価法の検討、および、その基礎となる粒子ー固体壁間付着性の評価法を検討した。局所流動性の評価については、音叉式粘度計の適用を試み、装置の改良によりナノオーダーから数十ミクロンの無機粒子および有機物粒子の見かけの流動抵抗が測定できることを明らかとした。粒子ー固体壁間付着性については、Hamaker定数と分離距離の二乗の比を新たに相対付着性指標と定義することで、基準組み合わせとの相対的な除去され易さから粒子ー固体壁間付着性が定量化できることを示した。本研究では、供給や輸送、圧縮成形などの粉体単位操作において、非球形粒子で構成される粉体の流動挙動の予測の定量的指標となる、粉体の流動のし易さ、いわゆる「流動性」の評価法の確立を目的としている。その評価装置(局所流動性評価装置と称す)の試作を初年度の目標とした。この装置試作のためには、まず、粒子の実流動操作を調査し、定量化するべき局所流動挙動を明らかにする必要がある。そこで、実流動操作として圧縮成形操作を対象として、ナノオーダーからミクロンオーダーまでのサイズを持つ、球形および非球形の無機物および有機物(糖類)の粒子を試料に一軸圧縮試験を行った。その結果、圧縮速度により成形体の強度が変化する、すなわち、成形体内の粒子充填構造が変化することが明らかとなった。この成形体内の粒子充填増構造の不均一さのスケールが、局所流動のスケールであるとあると考えられることから、その不均一さのスケール、すなわち、充填構造内の凝集状態の定量化を試みた。その定量化のために、成形体内に空気を透過させ、その透過圧力損失から内部凝集構造を推定できる空気透過法試験装置を作製した。作製した空気透過法試験装置を用いて、粒子凝集構造が形成していることが圧縮試験より示唆されたナノオーダーの無機物粒子の圧縮成形体の凝集径を求めた結果、成形体内では一次粒子が数個凝集した数十ナノの凝集体が充填された構造であることが明らかとなった。このことは、ナノ粒子については、一次粒子を基本単位とするのではなく、数十ナノの凝集体を基本単位とした圧縮流動が起きていることを示唆し、このオーダーの局所流動挙動を定量化する必要があることを示す。そこで、ミクロンオーダーの振動により流体の粘度を測定する音叉式粘度計を、粒子群の局所流動抵抗の定量化を試みた。その結果、粒子種類に依存するが、当該粘度計による流動性の数値化は可能であることが示された。当初計画にある「実流動操作結果との比較による推定値妥当性の検討」に必要な、球形粒子および非球形粒子の圧縮実験を行い、粒子種類による圧縮流動の違いを定量的に把握することができた。一方、主たる目的である「局所流動試験装置の試作」を当初の計画通り開始したが、装置設計段階において、定量化の対象となる「局所流動」の規模が必要となった。研究計画時には一次粒子の大きさを基準と考えていたが、実流動操作として検討した圧縮実験の結果から、特にナノ粒子においては凝集粒子として挙動している可能性が示唆された。粒子が凝集粒子として挙動していた場合、局所流動評価装置の大きさも凝集粒子径を基準とする必要がある。そこで、圧縮流動時の凝集粒子径の定量化のために、空気透過法試験装置を作製した。この新たに作成した試験装置により、圧縮後の成形体内の凝集粒子サイズを把握することができた。局所流動性評価装置の試作については、設計段階でミクロンオーダーの振動により流体の粘度を測定する音叉式粘度計の流用・改造を着想した。そこで現有の音叉式粘度計で予備試験を行った結果、当該粘度計による流動性の数値化は可能であることが示されたが、一方で、ナノオーダーからミクロンオーダーまでのサイズを持つ種々の粒子に適用するためには、装置の改良が必要であることも明らかとなった。その改良法の一つとして、加振による流動化を試み、適用粒子範囲の拡大に成功している。しかし、測定結果の物理的意味の解釈も含め、評価装置として完成には至っておらず、2年目での更なる装置の検討が必要である。以上のように、当初計画に沿って研究を開始でき、かつ、その研究により新たに見つかった課題の調査を通して局所挙動の規模という新しい知見が得られた。一方で、その新規の課題のため、局所流動試験装置が完成に至らなかった点を考慮すると、おおむね順調に進展していると考える。本研究では、供給や輸送、圧縮成形などの粉体単位操作での粉体の流動のし易さ、いわゆる「流動性」の評価法の確立を目的としている。初年度には、粒子の実流動操作として圧縮成形操作を対象として、定量化するべき局所流動挙動を検討した結果、圧縮流動時には圧縮速度により成形体の強度が変化する、すなわち、粒子充填構造が変化することが明らかとなった。この圧縮成形時の粒子充填構造不均一さのスケール(=規模)を定量化するために、成形体内に空気を透過させ、その透過圧力損失から内部凝集構造を推定できる空気透過法試験装置を作製した。この装置により、一次粒子がナノオーダーの場合、一次粒子が数個以上凝集した数十数百ナノ(=サブミクロン)の凝集体が充填された構造であることが明らかとなった。

このことは、ナノ粒子については、一次粒子を基本単位とするのではなく、数十ナノの凝集体を基本単位とした圧縮流動が起きていることを示唆し、このオーダーの局所流動挙動を定量化する必要があることを示す。そこで、平成28年度は、ミクロンオーダーの振動により流体の粘度を測定する音叉式粘度計を、粒子群の局所流動抵抗定量化へ適用することを試みた。その結果、音叉を構成する振動板の振動と直交する鉛直方向に加振する加振装置を開発し、音叉振動により部分的に圧縮された粒子群の再分散を行うことで、ナノオーダーから数十ミクロンの無機粒子および有機物粒子の見かけの流動抵抗が測定可能となった。この装置では、粒子ー粒子間および粒子ー振動板間の2つの相互作用に基づく流動抵抗が測定される。この測定値の物理的意味と、本研究で目的とする流動時の粒子ー粒子間相互作用力を分離することを目的に、飛散現象に基づく粒子ー固体壁間の相互作用力の定量化装置を新規に開発し、基準粒子ー基準表面間の付着性との相対値で、粒子ー固体壁間の付着特性が評価可能であることを見出した。これまでに「実流動操作結果との比較による推定値妥当性の検討」に必要な、球形粒子および非球形粒子の圧縮実験を行い、粒子種類による圧縮流動の違いを定量的に把握することができている。また、主たる目的である「局所流動試験装置の試作」のために「局所流動」の規模の把握が必要となったため、圧縮流動時の凝集粒子径の定量化のために、空気透過法試験装置を作製した。この新たに作成した試験装置により、圧縮後の成形体内の凝集粒子サイズを把握することができた。本結果より、本研究計画時には一次粒子の大きさを基準と考えていたが、実流動操作では、特にナノ粒子においては凝集粒子として挙動している可能性が示唆された。そこで、局所流動性評価装置として、ミクロンオーダーの振幅を持つ平板の振動により流体の粘度を測定する音叉式粘度計の適用を着想した。この音叉式粘度計はミクロンオーダーの振幅を持つ微小水平振動する振動板に作用する流体抵抗から流体粘度を計測するものであるが、粒子群に適用すると振動板振動により板近傍の粒子が圧縮されることで空間が生じることが明らかとなった。そこで、振動板の振動と直交する鉛直方向に加振する加振装置を開発し、圧縮された粒子群の再分散を試みた結果、ナノオーダーから数十ミクロンの無機粒子および有機物粒子の見かけの流動抵抗が測定可能となった。この見かけ流動抵抗と粒子形状など粒子物性との関係を検討するために必要な粒子ー固体壁間、粒子ー粒子間相互作用力のそれぞれの定量化にも着手した。このうち粒子ー固体壁間相互作用について、新規に飛散現象に基づく付着性評価手法を提案し、研究集会にて口頭発表を行った。以上のように、当初計画に沿って新規の局所挙動評価方法を開発した。さらに、その評価方法をより詳細に解析するための付着性評価方法も新たに提案しており、本研究はおおむね順調に進展していると考える。粒子同士が接触しながら移動する、供給や輸送、圧縮成形などの粉体単位操作において、非球形粒子で構成される粉体の流動挙動の予測に役立ち、機器設計・開発の定量的指標となる、粉体の流動のし易さ、いわゆる「流動性」の評価法の確立を目的とした。そのために、非球形粒子の流動挙動を定量的に表し、かつ、流動中の粒子凝集構造変化が計測できる粒子数層での局所流動特性が測定できる試験装置(局所流動性評価装置と称す)を試作することとした。その試作した試験装置を用い、流動性の定量的評価指標の定義を試みた。局所流動性評価方法として音叉式粘度計の適用を試みた。
イカ肝に含まれるカドミウム結合物質の構造解析とそのカドミウム集積への利用

スルメイカ肝臓およびその抽出上清のXAFSスペクトルの測定から、スルメイカ肝臓中のCd結合性物質は、肝臓、上清のどちらも主にS原子ではなくO原子がCdと配位していることが判明した。また、肝臓の部位によってX線の吸収スペクトルに変化はなく、肝臓中にCd結合性物質が一様に存在していることが示唆された。スルメイカ肝の抽出上清を、各種クロマトグラフィーで分離した。また、Cd高濃度画分を電気泳動によって分離を行った。また、二次元電気泳動の結果5つのスポットが検出された。これらのスポットのアミノ酸配列の解析から、これらが新規タンパク質であることが示唆された。XAFS分析を用いてスルメイカ肝臓中におけるCd化学形態の解明を行った。未処理のイカ肝とその抽出上清についてXAFSスペクトルを測定した。その結果、スルメイカ肝臓中のCd結合性物質は、肝臓、上清のどちらも主にS原子ではなくO原子がCdと配位していることが判明した。また、肝臓の部位によってX線の吸収スペクトルに変化はなく、肝臓中に同一のCd結合性物質が一様に存在していることが示唆された。スルメイカ肝の抽出上清を、各種クロマトグラフィーで分離し、Cd濃度を指標として精製を行った。Cd高濃度画分は分取後、二次元電気泳動によって分離し、CBB染色を行った。その結果、分子質量約75kDaの画分にCdのピークを確認することができた。これらのスポットのうち、2つのスポットは約40kDa、3つのスポットは30kDaの分子質量であった。二次元電気泳動で確認したスポットを、プロテインシーケンサでアミノ酸配列の解析を行った。得られたアミノ酸配列はデータベースに登録がなく、新規タンパク質であると考えられる。そこで、解析したアミノ酸配列からdegenerateプライマーを設計し、degenerate PCRを行った。現在増幅が確認できたDNA断片について、塩基配列を解析し、タンパク質の同定を進めている。生体内でCdと結合するメタロチオネインやファイトケラチンのような物質はCdにS原子が配位している。しかし、本研究で行ったXAFS解析によりスルメイカ肝臓中に存在するCd結合性物質はS原子ではなくO原子と配位している物質であり、メタロチオネインとは性質の異なる物質であることが示唆された。また、肝臓と上清でスペクトルに違いが認められなかったため、上清のCd結合物質は肝臓に存在しているものと同様であることが示唆された。イタイイタイ病の原因物質として知られるカドミウム(以下Cd)は、亜鉛の精錬等によって環境中に放出される。Cdは多くの生物にとって有害であるため、生物は生体内で何らかのCdに対する代謝機構を有している。代謝機構の1つであるとされているのは、Cdキレーターを用いてCdを無毒化する方法である。哺乳類は低分子量でSH基を持つメタロチオネイン(以下MT)と呼ばれるタンパク質がCdと結合することで代謝していると考えられている。スルメイカは日本で漁獲量が最も多く親しみの深い魚介類であると同時に、肝臓にCdを高濃度に蓄積することで知られている。しかし、スルメイカの肝臓ではMT以外のタンパク質と結合し、Cdを無毒化していると考えられる。そこで本研究では、スルメイカ肝臓中のカドミウム結合タンパク質を分離、特定することを目的とした。スルメイカは福井県沖で採取し、船内で急速冷凍されたものを供試した。摘出したスルメイカの肝臓にpH 7.4に調整したHEPESバッファーを重量比が1:2になるように加えてからポリトロンを用いてホモジナイズした。このスルメイカの肝臓中のCdは43.4ppmと非常に高濃度含まれていた。ホモジネートを100,000gで1h遠心後、上清をサンプル溶液として用いた。サンプルはFPLCを用いたゲル濾過クロマトグラフィーとイオン交換クロマトグラフィーにより精製を試みた。各フラクションのCd濃度をICP発光分析法で測定し、Cd濃度を指標とした。ここで得られた画分をNative-PAGEによってタンパク質を分離した。分離後、タンパク質が含まれる画分を切り出し、HEPESバッファーに抽出後、CdをICP-MSで測定した。その結果、Cdが高濃度含まれるピークを特定することができた。イカ肝に含まれるCd結合物質がSDS-PAGEでシングルバンドになるまでに精製できた。今後、この物質のアミノ酸配列を決定することにより、当初予定していたCd集積大腸菌の開発につながるものと期待されるから。単離したCdBSのアミノ酸配列をアミノ酸シークエンサー(専攻共通設備)を用いて決定する。

また、イカ肝からmRNAを抽出しcDNAを作成する。これをテンプレートとしてPCR法によりCdBSのアミノ酸配列を明らかにする。なお、N-末端のアミノ酸がブロックされている場合には、プロテアーゼで処理した後に同様の操作を行う。Cd集積大腸菌の作成には外膜タンパク質LamBを利用する。LambのBam HIサイトを利用してCdBSを結合させたコンストラクトを大腸菌内で発現させ、表層にCdBSを提示させる。CdBSの大腸菌表面への発現の評価は、CdBSに対する抗体を用いて行う。すなわち、ウサギ抗CdBS抗体を用いて大腸菌の形質転換体の表層タンパク質の1次抗体反応を行う。その後、非特異的に吸着した1次抗体を洗浄し、遠心により大腸菌ペレットを回収する。そこへ蛍光色素フィコエリスリンを修飾させたヤギ抗ウサギポリクローナル抗体を用いて2次抗体反応を行う。遠心により大腸菌ペレットを回収し、フローサイトメトリー(専攻共通機器)で菌体表面に目的タンパク質の発現を分析する。CdBSを提示している形質転換を取得しCd吸着能を調べる。すなわち、大腸菌をCd溶液に懸濁した後遠心で菌体を回収する。菌体は硝酸を用いて分解し、また上静はそのままCdの分析に供する。Cd濃度の測定にはICP発光分析計(専攻共通機器)を用いる。大腸菌をCd溶液に懸濁する場合には、溶液のpH、共存する金属イオン等を変化させることでこれらの影響を調べ、この吸着体のCd特異性を評価する。取得したCdBSのアミノ酸配列決定のためにはアミノ酸シークエンサーの使用料とPCRに必要なプライマーの作成費が必要になる。また、Cd集積大腸菌の作成では、それに必要な生化学試薬ならびに評価のための抗体作成費が主なものである。最後に、Cd集積大腸菌の機能評価では、金属分析ために装置使用量ならびに分析試薬類を見込んでいる。
CXCR4マンタゴニスト耐性HIV変異株に関する研究

1)T134耐性HIV-1の作成:HIV-1NL4-3をMT-4細胞に感染させ、MTT-4法におけるEC50に相当する濃度のT134から始めて、漸次濃度を増量しながら新しいMT-4細胞を加えて継続培養した。その結果、約145代継代した時には420nMのT134を加えても複製可能な耐性ウイルスをた。同様の方法で、AMD3100耐性ウイルスも作成した。得られたAMD3100耐性ウイルスはAMD3100とSDF-1に対して低感受性となっていたが、T134、140、ALX40-4Cに対しては感受性があった。しかしT134耐性ウイルスは、SDF-1を含め試験した全てのCXCR4アンタゴニストに対して低感受性となっていた。2)AMD3100に対して高度抵抗性となったHIV-1は、試験した全てのCXCR4アンタゴニストにもSDF-1にも抵抗性となっていた。また、T20耐性HIV-1は、CXCR4アンタゴニストには感受性が保たれていた。3)耐性ウイルスのアミノ酸変異:T134耐性HIVに見られたenv領域のアミノ酸変異を検討した。また、文献に報告されているSDF-1およびAMD3100耐性ウイルに見られた同領域のアミノ酸変異との比較を行った。その結果、T134耐性ウイルスのV3領域には、N269K、Q278T、R279K、A284V、F285L、V286Y、I288T、K290E、N293D、M294I、Q296Kの変異と290Tの挿入および274S、275Iの欠損がみられた。このことは、SDF-1やAMD3100耐性変異でみられる、N269、Q278、I288、N293の変異を含むのみならず、T134耐性ウイルスにみられたV3領域のアミノ酸変異はさらにそれ以上の多くの変異が起きていたことを意味した。また、T134耐性HIVはV1、V2、V4領域にも多くのアミノ酸変異がみられた。4)耐性ウイルスのコレセプター利用:T134耐性ウイルスのenv領域には多くのアミノ酸変異がみられたことから、この耐性ウイルスのコレセプター利用が変わったのではないかと考えた。それ故、この耐性ウイルスがCXCR4をコレセプターとして利用しているのかを、COS-7.CD4.CXCR4細胞とCOS-7.CD4.CCR5細胞を用いて検討した結果、T134耐性ウイルスは野生株ウイルス同様にCXCR4を利用していた。また、高度AMD3100耐性ウイルスのgp120領域のアミノ酸変異は、軽度耐性のそれより多く見られた。
固液界面重縮合による有機半導体-有機半導体ヘテロ接合高分子薄膜の構築

簡便な浸漬・乾燥プロセスにより、フタロシアニン超薄膜の作製に成功した。金基板表面への固定化量は水晶発振子マイクロバランス(QCM)法を用いて行った。その結果、浸漬・乾燥サイクル1回につき、精密にPc1層が精密に固定化されることを見出した。また、本手法を応用し、環構造の異なるフタロシアニンを用いても、ヘテロ接合フタロシアニン薄膜が作製できることも明らかになった。さらに、p-n接合フタロシアニン薄膜を作製するため、n型フタロシアニン誘導体を新規に設計し、合成することに成功した。有機半導体超薄膜の作製において、1分子レベルで膜厚が精密に制御できれば分子素子の高機能化が実現できるが、非常に高度な製膜技術が必要とされる。本研究ではOH基で表面修飾した基板を機能性π共役平面分子フタロシアニン(Pc)溶液中に浸漬・乾燥の操作を繰り返すのみで、Pcを1分子層ずつ精密に積層できることを明らかにした。実験は次のように行った。OH基表面を持つ基板は、水晶発振子マイクロバランス(QCM)の金基阪表面を6-hydroxy-1-hexane-thiolで被覆して作製した。得られ基板を、配位中心にSiOH基を持っPcのCHC_3溶液(15μM)中に所定時間浸漬した後CHCl_3で洗浄した。基板表面に積層したPcの乾燥重量はQCMの振動数変化より算出した。H20年度の成果として次の結果が得られた。(1)浸漬時間効果: Pc溶液中への浸漬時間が吸着量に及ぼす効果を検討した。その結果、浸漬乾燥サイクル1回に対し、Pc1単分子層に対応する吸着量の増加が確認できた。一方、浸漬時間と積層量には明確な相関は見られなかった。(2) Pcへテロ積層膜の創成:あらかじめ調整した7層のPc1積層膜上にペリフェラル側基が異なるPc2を引き続き累積した。その結果Pc1とPc2の接合面ではPc2単層分の積層量より下回ったが、Pc2の浸漬乾燥サイクル2回目からはPc1同様に単層吸着を示した。これにより、有機半導体-有機半導体へテロ接合超薄膜ガ浸漬乾燥操作のみで作製できることが明らかになった。OH基表面を持つ基板は、水晶発振子マイクロバランス(QCM)の金基板表面を6-hydroxy-1-hexane-thiolで被覆して作製した。得られた基板を、配位中心にSiOH基を持つPcのCHCl3溶液(15μM)中に所定時間浸漬した後、CHCl3で洗浄した。H21年度は本知見を元に、n型半導体特性が期待できるテトラキス(ピラジイミダゾ)ポルフィラジン(PyPz1)を設計、合成した。得られたPyPz1はπ-πスタッキングを駆動力として1次元集積化した超分子ワイヤを形成した。PyPz1は、5段階の反応で合成した。同定はMALDI-TOF-MSおよび元素分析で行った。PyPz1の種々の有機溶媒中におけるUV-visスペクトル測定を行った。その結果、配位性溶媒であるピリジン中では690nm付近に単量体に由来する急峻な吸収を示した。一方、クロロホルム、THF、トルエン中ではQ帯に由来する吸収が約30nmブルーシフトすることが明らかになった。これはPyPz1がπ-πスタッキングによるH会合体を形成した1次元超分子構造を形成したことを示唆している。さらに、会合挙動や光学特性の詳細についても検討を行った。
クロマチン構造修飾などによる遺伝子状態・細胞機能のエピゲノム性調節とその維持

Id2遺伝子の破壊マウスにおいて、血清中のIgE量が著増することを見いだした。本研究ではこの現象の主な分子基盤として、Bリンパ球におけるε鎖へのクラススイッチ組換えが著明に亢進していることなどがあり、この組換えが転写因子E2Aによって活性化されるε鎖非組換え型転写に依存していること、正常Bリンパ球ではTGF-β1の信号を受けてId2の発現が誘導され、これがE2Aの作用を阻害することによってε鎖非組換え型転写を抑制する結果、ε鎖へのクラススイッチ組換えが特異的にきわめて低く抑えられていることなどが原因となっていることを明らかにした。Id2遺伝子の破壊マウスにおいてBリンパ球におけるε鎖へのクラススイッチ組換えが著明に亢進していること、正常Bリンパ球ではTGF-β1の信号を受けたId2の発現によってε鎖へのクラススイッチ組換えが特異的にきわめて低く抑えられる現象を利用し、試験官内で特定遺伝子領域クロマチン(この場合抗体ε鎖)の状態変化をきわめて短期間に効率良く誘導・解析できる実験系が確立された。これにより、クラススイッチ組換えに対する標的遺伝子のアクセシビリティがその領域のヒストンのアセチル化ときわめて良く相関していることが確認されたが、Id2によって転写を抑制するとヒストンの脱アセチル化を阻害しても組換えの抑制は解除できなかった。この結果から、ヒストン脱アセチル化はアクセシビリティの結果であり、転写そのものの調節がアクセシビリティを決定していると判明した。さらに、この組換えの必須因子である、AIDの組換え標的領域クロマチンへの結合の有無を、クロマチン免疫沈降(ChIP)法を応用して検出したところ、転写に伴って、結合が検出された。この結果から、転写複合体による組換え因子の呼び寄せがアクセシビリティ制御の実態であることが強く示唆された。
疾患遺伝子の由来解析による先史モンゴロイド集団の拡散と適応に関する研究

それぞれの人種で特に頻度の高い遺伝病がある。コ-カソイドではシスティックフィブロ-ゼ(CF)及びアンチトリプシン欠損症(AT)であり、ユダヤ人ではテイ-ザックス病(TS)、日本人ではAPRT欠損症である。このような人種に特徴的な遺伝病の遺伝子を分析することにより、人種の歴史を推測するデ-タを得られるかも知れない。そこでAPRT欠損症の遺伝子を分析し、その結果を他の人種の病因遺伝子と比較した。130対立遺伝子を正常遺伝子と比較した結果、APRT欠損遺伝子の68%を占めるAPRT ^*J遺伝子の全ては同じ突然変異遺伝子に由来することが分かり、遺伝子内、及び近傍のRFLP部位における交叉率よりその発生時期は約13年前と計算された。ところが、CF遺伝子のやはり約70%を占める△F508対立遺伝子では、発生時期はせいぜい数千年と計算され、AT対立遺伝子のPIZでは約5千年である。TSではまだ計算できるデ-タは出ていないがやはり最も多い病因対立遺伝子の頻度は約70%である。これは、日本人集団あるいは日本人を含むモンゴロイド集団が最近の10万年程の間、他の集団より、平均してかなり大きな有効な集団の大きさを持っていたことを示唆する。そのため、病因遺伝子がある程度の頻度に広がるまでに、時間を要したと考えられる。これは、コ-カソイドやユダヤ人集団がモンゴロイド集団より人類発生の地に近いところで生活してきたこと、あるいは日本人集団が大陸から隔離された島で生活して来たことによる可能性がある。さらにこの仮説は他の集団に比べ、日本人集団で、比較的重症の遺伝病がはるかに少ないこと、現在のモンゴロイドの適応戦略が他の人種よりも確率的な挙動になりがちである事などをよく説明する。以上のように、我々はそれぞれの人種に特徴的な遺伝病の遺伝子を調べることにより、それぞれの集団の歴史と適応戦略を研究するという新たな方法を見いだした。
学術研究・教育の地域格差を是正する衛星通信を使った教育方法の改善に関する研究

1.通信衛星を用いた効果的な教育方法の確立(1)現職大学院生を対象にした研究能力を高めるティームティーチング:大学の概論的授業ではなく,大学院生を対象に,その研究論文を作成するのを支援するための「研究能力」の育成を目的とする実験授業を実施しシステム構成・教育効果のおおまかな評価を行った(北海道,東京,鳴門,広島,福岡の各地を相互中継)。(2)教育の地域格差を是正する通信衛星利用:総務庁統計局主催の「統計指導者講習会」を通信衛星を使って全国に中継し,より多くの参加者が聴講可能な環境を整備し,実験授業を実施した。また合わせて全国の参加者にアンケートを実施し,現職職員を対象とした衛星通信教育システム開発のための基礎データを収集した。以上2つの実践を通し衛星通信教育システムの技術上・工学上の問題点は,それを克服する見通しがたてられた。また,将来日本の各地方を対象として現職職員対象のシステムを構築したときの制度面についても,収集したデータを分析することによって見通しをたてることができた。2.情報教育カリキュラムの開発実践的な情報教育カリキュラムを提供する統計教育カリキュラムの開発:開発したカリキュラムは主に小学校・中学校を対象とし,複数の実践例を含んでいる。このカリキュラムを上記(2)の実験講座において,現場の教育実践者とのティームティーチング方式により実際に使用した。この情報教育カリキュラムは,各種CAIシステム,衛星通信教育システムにも移行することが可能なように,フレーム化して蓄積してあり,効果的な利用が可能な形になっている。1.通信衛星利用の教育システム(鳴門教育大学N-SATEM1)の構築と設置通信衛星利用の教育システムSCCのPINE-NETをベースに,(1)通信衛星利用の双方向教育システム,(2)CAIシステムを組み込み,(3)知的CAI機能の付加を計画しながら,国立大学では最初の教育用通信衛星システムとしての通信衛星利用教育システム(N-SATEM1)の構築設置とその教育利用を可能にした。2.通信衛星利用のネットワーク型教育システムの実践的有効性に関する実験的試行-現職教員の教育研究能力・教育実践力の多角的育成を図る通信衛星利用の大学院授業-通信衛星利用の教育はシンポジュウム形式,講義形式などの試みがある。双方向の授業システムであっても,それらは一方向に留まり勝ちで,新しい教育方法の質的充実を図る必要性がある。特に,高等教育で必要になる研究能力を高める教育方法は試みられてこなかった。そこで,研究方法論・研究アプローチの異なる研究者が通信衛星を使い,全国のマルチ・サイトから多角的な指導と論争を行い,現職教員の研究計画の質の向上を図り,研究能力を高めるという新しい試みを施行した。現職教員には,研究アプローチや方法論の違いを的確に把握することはなかなか困難であったが,全国の多くの研究者から多様な指導を受け,多くの大学院生には好評で,ネットワーク型教育システムの方向づけは,通信衛星の教育利用の1つの今後の方向を示すことができた。3.通信衛星利用の教育システムにおける講義形式の授業システムの設計に関する分析通信衛星利用の授業システムにおいては,単なる広域遠隔講義形式ではその有効性は少なく,マスタリーラーニングの方式の授業設計が有効のようで,更に実験的実証的に深めていく必要がある。1.通信衛星利用の教育システム(鳴門教育大学K-SATEM1)の構築と利用通信衛星利用の教育システムSCCのPINE-NETをベースに、(1)通信衛星利用の双方向教育システム,(2)CAIシステムを組み込み,(3)知的CAI機能の付加を計画しながら,国立大学では最初の教育用通信衛星システムとしての通信衛星利用教育システム(N-SATEM1)の構築設置とその教育利用を可能にした。特に,このシステムでは,大学院学生の一般教養・専門教育の自学自習の支援のみならず,大学院学生の研究能力,研究論文作成をするのを支援する教育システムの確立に向けて構築を図っている。

2.現職教員のリフレッシュ教育のための通信衛星利用のネットワーク型教育システムの実践的有効性の研究-現職教員の教育研究能力・教育実践力の多角的育成を図る通信衛星利用の大学院授業-通信衛星利用によるシンポジュウム形式。講義形式の教育の試みは実用化に入っている。通信衛星利用の双方向教育システムは,現職教員のリフレッシュ教育のための一般教養・専門教育に対して,その有効性は,放映する教育内容,授業目標の明確性に大きく影響を受けることが明確になりつつある。特に,双方向といっても,制約が大きく,一方向に留まり勝ちで,新しい教育方法の質的充実を図る必要性がある。また,高等教育で必要になる研究能力を高める有効な教育方法の追求を実験的に試みてきた。そこで,研究方法論・研究アプローチの異なる研究者が多角的な指導と論争を行い,現職教員の研究計画の質の向上を図り,研究能力を高めるという新しい試みを実験的に継続施行した。しかし,現職教員には,研究アプローチや方法論の違いを的確に把握することがなかなか困難であり,基礎知識の向上が前提条件であること,多様な指導の視点の違いを明確に示すことが重要であることが明確にされた。3.通信衛星利用の教育システムにおける講義形式の授業システムの設計に関する分析通信衛星利用の授業システムは,単なる広域遠隔授業だけでは意味がなく,段階的な目標を明確に示したマスタリーラーニングの方式の授業設計が有効のようで,更に実験的実証的に深めていく必要がある。1.通信衛星を用いた効果的な教育方法の確立(1)教育の地域格差を是正する通信衛星利用:総務庁統計局主催の「統計指導者講習会」を通信衛星を使って全国に中継し,より多くの参加者が聴講可能な環境を整備し,実験授業を実施した。また合わせて全国の参加者にアンケートを実施し,現職教員を対象とした衛星通信教育システム開発のための基礎データを収集した。(2)現職教員対象の衛星通信教育システムのための基礎的研究:上記講習会で収集したデータを分析したところ,(1)通信衛星による講義形式は直接講義に次ぐリアリティーを持つ,(2)単位の取得は通信衛星による講義形式によることが望ましく,直接講義やビデオ試聴にない利点を持つ,(3)学習成果の評価法は緊張感のない1回のみのレポート形式を希望している,(4)研究に対する意欲は実践志向であり,その講義は通信衛星による方法が望ましいと考えている,という4つの特徴が見られた。2.情報教育カリキュラムの開発実践的な情報教育カリキュラムを提供する統計教育カリキュラムの開発:これまでに開発したカリキュラムの仕上げと実践を行った。開発したカリキュラムは主に小学校・中学校の教師を対象とし,複数の実践例を含んでいる。このカリキュラムを上記の実験講義において,現場の教育実践者とのティームティーチング方式により実際に使用した。この情報教育カリキュラムは,各種CAIシステム,衛星通信教育システムにも移行することが可能なように,フレーム化して蓄積してあり,効果的な利用が可能な形になっている。
口腔癌の低侵襲治療に向けたMRI・PETの定量的指標を用いた画像診断法の確立

口腔癌における正確な画像診断に適する頭頸部PET撮像法を新たに構築し、低侵襲治療に寄与する画像診断法を確立することを目的に研究を行う。PET/CT装置は全国で先駆けて設置された半導体検出器を搭載した新生代PET/CT装置(半導体PET)を用いた。本年度は、PETの課題である小さな病変が過小評価され定量性が低下する点について、半導体PETと従来のPET装置(非半導体PET)との違いを評価した。評価項目は、ファントムを用いた1サイズの異なるRI封入球体の放射能濃度のSUV実測値(リカバリ係数)、2吸収補正CTのmetal artifact reduction(MAR)効果によるSUV定量性への影響とした。後方視的な臨床PET画像評価項目は、3舌癌の原発腫瘍の検出能とした。1リカバリ係数は、半導体PETで10 mmサイズで71%と非半導体PETの10 mmサイズで41%と比べて、優れていた。2吸収補正CTのMAR処理は視覚的にartifact除去効果を認め、MAR処理をしていない場合と比べてSUVmaxの変動が抑制される傾向にあった。3舌癌の原発腫瘍の評価では、両装置間の症例における原発腫瘍のサイズや厚さ・体積の違いは無い条件下で、視覚的な原発腫瘍の検出能はT3/T4病変では非半導体/半導体PETともに100%、T1/T2病変では非半導体PETで42%であったのに対し、半導体PETでは83%と優れていた。T1/T2病変のSUVmaxは、非半導体PETで平均値3.1、半導体PETで6.9と有意に半導体PETで大きい値を示した。以上の結果により、半導体PETではファントムを用いたリカバリ係数と金属アーチファクト除去画像処理の結果から、SUV定量性に優れていることが明らかとなり、臨床画像解析でも理論値と同様に小さな口腔癌原発腫瘍の集積の定量性が高いことが示唆された。頭頸部癌に対するPET撮像方法の構築については、ファントムによる実験を進めており、最も課題と思われる金属artifactによる影響の評価に対する一定の効果を得た。臨床画像の検討でも、小さな腫瘍をより正しく評価できているかについて検討を行い、半導体PET装置ではこれまでの検査よりも優れていることを確認できた。ファントム実験では、本年度得られたリカバリ係数に加えて、さらに小さなサイズの病変/集積のSUV定量性の評価を行う。さらに、新たなファントムを購入し、口腔の様々な部位や量を想定したメタルアーチファクトを想定してSUV定量性の評価を行う。臨床画像の検討では原発巣の評価の次に、口腔癌の大きな予後因子の一つである頸部リンパ節転移に対するPET、MRIの評価を行う。MRIでは、腫瘍の顎骨浸潤の有無とその範囲に関する検討として、特にADC値測定とヒストグラム解析、病理組織所見との比較を行う。PETでは転移/非転移の鑑別に関する評価に追加して、原発腫瘍の評価によりN0症例でのリンパ節転移予測/予後評価の指標の確立を目指す。以上の定量評価では転移/非転移の区別が得られない場合には、新たな画像解析ソフトの購入を考慮する。必要に応じて、病変の詳細かつ新たなパラメータの構築を目指し解析を行う。

臨床画像の検討では原発巣の評価の次に、口腔癌の大きな予後因子の一つである頸部リンパ節転移に対するPET、MRIの評価を行う。MRIでは、腫瘍の顎骨浸潤の有無とその範囲に関する検討として、特にADC値測定とヒストグラム解析、病理組織所見との比較を行う。PETでは転移/非転移の鑑別に関する評価に追加して、原発腫瘍の評価によりN0症例でのリンパ節転移予測/予後評価の指標の確立を目指す。以上の定量評価では転移/非転移の区別が得られない場合には、新たな画像解析ソフトの購入を考慮する。必要に応じて、病変の詳細かつ新たなパラメータの構築を目指し解析を行う。高額な画像解析ソフトを購入する予定であったが、既存の画像解析ソフトにて計測可能な指標によって十分な成果を得ることができたため、購入を延期した。次年度以降にPETによる予後予測に用いる指標の計測・解析のために購入を予定している。
内部に高極性の空間を有する大環状化合物のカラムナー集積化と新機能開拓

本研究では、天然物の中において異色の美しい対称性を有するテロメスタチンに生命が利用できていない潜在的機能が隠されているのではないかという期待のもと、その構造モチーフを戦略的にチューニングし、新機能を開拓している。前年度までに、「テロメスタチン誘導体のカラム状自己組織化」、「カラムナー液晶相形成」、「カラム状構造体の大スケールでの電場配向」、「リチウムイオン伝導性の発現」、「フラーレン誘導体との混合」を達成していた。このうち、「フラーレン誘導体との混合」についてはその相互作用の様式、得られた混合物の物性が未知であったため、平成25年度はこのトピックに重点を置き、研究を行った。本研究で開発したテロメスタチン誘導体と混合したフラーレン誘導体は、C60、PC61BM、C70、PC71BMの4種である。大環状分子とフラーレン誘導体が交互に一次元状に集積し、一次元導電パスを形成することを期待し、モル比1:1でこれらを混合したところ、いずれのフラーレン誘導体においてもヘキサゴナルカラムナー液晶相が安定化されることを示差走査熱量測定、X線回折測定によって確認した。一般にフラーレンと液晶分子との混合は液晶相の不安定化を招くことが知られており、本系においては大環状分子のお椀型構造がフラーレンを包みこむことで液晶相の不安定化を防いでいると考えられる。また、液晶相が安定化されたという事実は、カラム内でフラーレン同士のファンデルワールス相互作用が働いていることを示唆している。時間分解マイクロ波伝導度測定法により、得られたフラーレン混合液晶の電荷輸送能を検討したところ、期待通りカラムの軸方向に電子をより効率的に通すことが明らかとなった。また、電場の印加によってこのカラム方向を自在にコントロールできることも明らかとなった。これは外部刺激によって電荷輸送能を調節できる新たな有機半導体へと展開できる。(抄録なし)本研究では、海洋天然物由来の大環状ペプチドの特異な構造に着目し、その類縁体をカラム状に自己集積化させ、新規な多孔質性材料を開発することを目指している。はじめに、カラム状集積化を促すため、大環状部位の周りに複数の長鎖アルキルを導入した分子を合成した。核磁気共鳴及び赤外吸収測定の結果より、環内のアミド水素はチアゾール環の窒素原子との間で分子内水素結合を形成し、剛直な環構造の形成を促しており、側鎖部位のアミドは分子間水素結合を形成していることが明らかとなった。バルク状態での偏光顕微鏡観察、示差走査熱量測定及びX線回折測定を行ったところ、室温を含む広い温度範囲においてヘキサゴナルカラムナー液晶相を発現していることがわかった。X線回折により求められた格子定数と分子モデリングを考慮した結果、この大環状化合物はお椀型構造をとっていると考えられる。そして、バルク状態でも環内のアミド水素が分子内水素結合を形成していることから、これらの分子から成る超分子カラムの内部には、サイズが厳密に制御されたナノチャネルが形成されていることが期待できる。お椀型構造をとっているということは、これらの分子のお椀の軸方向には双極子が発生していることが期待でき、電場などの外部刺激に応答することが期待できる。実際に、この固体サンプルをITOを蒸着させたガラス基板ではさみ、電場を印加したところ、カラムが電場に沿って巨視的に配向することが明らかとなった。これはナノ空孔のダイナミックな配向制御に成功した世界で初めての例であり、物質分離技術や新規生体機能材料など、様々な分野への応用へと繋がっていくことが期待できる。前年度までに、「テロメスタチン誘導体のカラム状自己組織化」、「カラムナー液品相形成」及び「カラム状構造体の大スケールでの電場配向」を達成していたが、これらはテロメスタチン誘導体の自己組織化能に焦点を当てたものであった。そこで、平成24年度は得られたカラム状構造体の機能開拓に取り組んだ。はじめに、内部空孔を利用した、リチウムイオン透過能を検討した。具体的には、テトラフルオロほう酸リチウムを我々が開発したテロメスタチン誘導体と混合し、-20°Cから120°Cという、室温を含む広い温度範囲においてカラムナー液晶相を発現することを見出した。締いてイオン伝導度測定を行ったところ、既存のポリマー固体電解質と同程度の伝導度を示した。我々が開発したこのリチウムイオン伝導体は溶液と混合する必要がないため、過酷な温度条件にも耐えうる、液漏れの心配の無い、優れた固体電解質としての応用の可能性が期待できる。続いて、有機半導体としての応用を期待し、種々のフラーレン誘導体を我々が開発したテロメスタチン誘導体と混合したところ、期待通り室温を含む広い温度範囲においてカラムナー液1箔相を発現した。フラーレンとの相互作用に関する詳細なメカニズム及び構造は現在検討中であるが、フラーレンがカラム内に捕捉され、一次元電荷パスが形成されていることを期待している。

前年度までに、「テロメスタチン誘導体のカラム状自己組織化」、「カラムナー液晶相形成」、「カラム状構造体の大スケールでの電場配向」、「リチウムイオン伝導性の発現」、「フラーレン誘導体との混合」を達成していた。このうち、「フラーレン誘導体との混合」についてはその相互作用の様式、得られた混合物の物性が未知であったため、平成25年度はこのトピックに重点を置き、研究を行った。本研究で開発したテロメスタチン誘導体と混合したフラーレン誘導体は、C60、PC61BM、C70、PC71BMの4種である。大環状分子とフラーレン誘導体が交互に一次元状に集積し、一次元導電パスを形成することを期待し、モル比1:1でこれらを混合したところ、いずれのフラーレン誘導体においてもヘキサゴナルカラムナー液晶相が安定化されることを示差走査熱量測定、X線回折測定によって確認した。一般にフラーレンと液晶分子との混合は液晶相の不安定化を招くことが知られており、本系においては大環状分子のお椀型構造がフラーレンを包みこむことで液晶相の不安定化を防いでいると考えられる。また、液晶相が安定化されたという事実は、カラム内でフラーレン同士のファンデルワールス相互作用が働いていることを示唆している。時間分解マイクロ波伝導度測定法により、得られたフラーレン混合液晶の電荷輸送能を検討したところ、期待通りカラムの軸方向に電子をより効率的に通すことが明らかとなった。また、電場の印加によってこのカラム方向を自在にコントロールできることも明らかとなった。これは外部刺激によって電荷輸送能を調節できる新たな有機半導体へと展開できる。当初の計画では大環状化合物のカラム状集積化が1年目の目標であったが、それを達成しただけでなく、このナノ空孔を有するカラム状構造体の大面積配向制御にまで成功した。これは、将来的に空孔内での物質変換反応やイオン輸送などへの展開を見据えた際に、その効率を格段に向上させるツールとなり得る。当初の計画では、一次元空孔を利用したリチウムイオン輸送能の検討は3年目の課題であったが、これをすでに2年目に遠成することができた。さらに、フラーレンの捕捉能も見出しており、1我々が開発したテロメスタチン誘導体の自己組織化に伴う多様な機能の発現を示すことができたと考えている。当初の計画通り、2年目は得られた多孔質体の光架橋による固定化に取りかかる。これまでの研究により、カラムの配向制御法を確立していることから、基質が重合フィルムを効率よく透過することが期待できる。引き続き、カラム状構造体のフラーレン捕捉能及び、その電荷輸送能を検討していく。また、これまでは液晶相での固体デバイスとしての応用を志向していたが、混合は細胞膜内でのチャネル形成による生命現象の制御といった、他分野への応用も検討していく。(抄録なし)