hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
垂直配向CNTと低損失CNT-金属接合構造を用いた高効率太陽電池の開発

本研究では,比較的簡便な手法でパターンニングができるインクジェット法を用いて垂直配向CNTを生成し,その直径分布を制御する手法を提案した.また,CNTと電極材料との間の接合構造に新たに提案するエンドコンタクト構造を採用し,この構造を実現するデバイス作製プロセスを構築した.さらにこのプロセスを用いてCNT-Siヘテロ接合太陽電池を試作し,その電気特性について評価した.その結果,エンドコンタクト構造を有する太陽電池において微小ながらも発電していることを確認し,さらに高効率なCNT-Siヘテロ接合太陽電池の実現へと繋がる成果が得られた.本年度は金属ナノ粒子をインクジェット法により基板に固定化する技術を確立し,さらに固定化したナノ粒子を触媒として垂直配向CNT形成のための最適条件について検討した.金属触媒としてはCo系化合物を採用し,溶媒としてエタノールを利用した分散液を本年度導入したインクジェット装置によりSi基板へ吐出・固定化し,常圧CVD法によりCNTの生成をおこなった.インクジェットによる金属触媒粒子の固定化では,液滴量と塗布面積依存性が得られ,繰り返し塗布により粒子密度の制御を可能にした.一方で,コーヒーステイン現象により,塗布領域全体に粒子を均一に塗布することが難しく,基板温度の制御などが必要であることがわかった.また,基板上に固定化した触媒濃度の最適条件が絞りきれておらず,現段階では垂直配向CNTを制御よく生成できる条件を導出できていない.現在CVD装置の低圧化を進めており,ナノ粒子密度の最適条件の導出と併せて実験を進めている.垂直CNT試作に遅れが生じたため,次年度以降に計画していた炭素熱還元法による金属的CNTの選択除去を先行して実施した.NiO薄膜を作製し,市販のCNTをSi基板上にスプレー塗布したものを標準試料として選択除去の条件を導出した.還元時の温度条件などを最適化することでCNTの一部が除去されることが確認できた.除去されたCNTの特性(金属か半導体か)は,H25年度末に本校に導入された顕微ラマン装置を用いて確認する予定である.本年度は昨年度の問題であったCNTのCVD成長方法を改善し,CVD装置の低圧化を進めた.エタノールの供給方法などの最適化も実施することで,Co系金属触媒によるCNTの垂直配向成長できる条件を確立した.インクジェット法によるCo系触媒金属粒子の固定化についても条件出しを進め,塗布領域内での垂直配向CNT成長にも成功している.インクジェット法による固定化では,均一塗布をする上での課題であったコーヒーステイン現象(塗布領域の縁に金属粒子密度が高くなる現象)について,分散溶媒種を変えることで回避し,ある程度均一な塗布が可能であることも検証できた.垂直配向CNTの成長条件を確立する過程において,Co粒子サイズの依存性を調べるため複数のCo分散インクを用いたため,結果としてデバイス形成前にCNTの直径分布制御に関する実験を先行して実施することとなった.具体的には,異なる粒径分布を持つ2種類の触媒金属粒子分散インク(直径平均1nmと4nm)を基板に交互に塗布・固定化することで,CVDプロセス後に成長するCNTの直径分布を制御できることが確認できた.なお,CNTの直径分布の確認には,H25年度末に本校に導入された顕微ラマン分光装置を用いた.現在,確立したCNT成長条件により生成した垂直配向CNTを用い,エンドコンタクトプロセスを確立するべく実験を進めている.今後は太陽電池へのデバイス化を進め,エンドコンタクト構造導入による効率改善効果を算出する.本研究では,インクジェット塗布法によりナノ粒子金属触媒を任意の基板上に塗布して垂直配向CNTを形成し,さらに新規に提案するCNT-金属接合構造を応用することで,CNT-Siヘテロ接合太陽電池のさらなる高効率化への可能性を探ることを目的としている.最終年度である本年度は,IJ塗布法によるCNT密度を制御するため,金属触媒前の基板の前処理方法を検討した.複数種の分散溶媒を用いて作製した触媒インクに対し,酸化シリコン基板をフッ酸処理,アルカリ(NaOH)処理し,基板表面状態による金属触媒粒子の分散状態およびCNTの品質について評価した.溶媒種によって粒子の分散状態やCNTの品質(ラマン分光によるG/D比)に最適な条件があることを見出した.また,CNT-金属接合についてエンドコンタクト構造を有したCNT-Siヘテロ接合太陽電池を試作に成功し,効率は低いながらも発電していることが確認できた.ただし,光活性領域の面積を把握することが困難なため,エンドコンタクトによる効率改善効果を正確には算出できていない.本提案のCNT-金属接合構造を応用して作製したCNTトランジスタの電流電圧特性においては改善が見られていることから,太陽電池においても同様の効果が期待できると考えている.本研究における成果は以下のようにまとめられる.(1)インクジェット塗布法で固定化したナノ粒子金属を触媒として,垂直配向CNTの形成に成功した.(2)さらにインクジェット法の特徴を活かし,CNTの直径分布制御,CNTの品質制御,CNTの密度制御を可能にした.(3)CNT-金属接合においてエンドコンタクト構造を有したCNT-Siヘテロ接合太陽電池の試作に成功し,発電を確認できた.以上の結果から,垂直配向CNTとエンドコンタクトプロセスの安定的な最適条件が得られれば,CNT-Si太陽電池のさらなる高効率化が実現可能となる.本研究では,比較的簡便な手法でパターンニングができるインクジェット法を用いて垂直配向CNTを生成し,その直径分布を制御する手法を提案した.また,CNTと電極材料との間の接合構造に新たに提案するエンドコンタクト構造を採用し,この構造を実現するデバイス作製プロセスを構築した.さらにこのプロセスを用いてCNT-Siヘテロ接合太陽電池を試作し,その電気特性について評価した.

その結果,エンドコンタクト構造を有する太陽電池において微小ながらも発電していることを確認し,さらに高効率なCNT-Siヘテロ接合太陽電池の実現へと繋がる成果が得られた.昨年度遅れていたCNTの垂直配向成長については,今年度早々にCVD装置の低圧環境への改造を実施したことで,垂直配向CNTの成長条件を確立することができた.ただし,エンドコンタクトプロセスおよびデバイス試作については,現在進行中であり現段階では最適な条件が見いだせていない.しかし,垂直配向CNT成長条件の検討の段階で,次年度に予定していたCNTの直径分布の制御に関する実験を先行して進めることができ,異なる金属触媒粒子分散液を交互に積層固定させることで直径分布制御が可能であることがわかった.以上により,研究全体の進捗としては,「やや遅れている」とした.電子デバイス条件を確立した垂直配向CNTを用いて,現在実験を進めているエンドコンタクトプロセスをできるだけ早期に確立し,デバイスの試作を進める.エッチング工程については連携機関である北海道大学情報科学研究科において条件出しを進め,試作したデバイスについて,本校に導入されたプローバおよび半導体パラメータアナライザで効率を含めた諸特性の評価を行う.また,効率改善に向けたデバイス応用へとつながるように,インクジェットを用いて異なる触媒分散液の交互印刷による垂直配向CNTの固定化条件を確立する.インクジェット装置による触媒金属ナノ粒子の吐出・固定化について,塗布面積や粒子密度の制御が可能であり,その条件を確立した.一方で,液滴の乾燥時に起こるコーヒーステイン現象により領域全体の均一塗布が難しく,最適な条件の導出に時間を要している.ただし,次年度以降に予定していたCNTの選択除去に関する実験を先行して進めており,除去条件について知見を得ることができた.以上より,研究全体の進捗としては,「やや遅れている」とした.連携機関である北海道大学でのエッチングプロセスとデバイス試作プロセスに遅れが生じたため,その分の旭川ー札幌間の旅費や消耗品費などが未使用となり,次年度に繰り越した.安定した均一塗布条件の確立を早期に目指すとともに,垂直配向CNTを形成するためのCVD成長条件の最適化を同時に進める.具体的にはインクジェット塗布時の基板温度や触媒金属分散液の濃度に対する影響を考慮する.また,垂直配向CNT生成の実績がある減圧CVD装置への改良を進め,垂直配向CNTを安定して生成できる条件を導出する.さらに,インクジェット法とは別に,すでに成長条件が既知である金属薄膜触媒を用いて垂直配向CNTを形成し,エッチングおよび電極との新規コンタクト構造を有したデバイスを試作する.上記プロセスを実施するため,次年度の早い段階で旅費と消耗品費として使用する予定である.
アルギン酸人工細胞外マトリクス

本研究では、多細胞生物に存在する細胞外マトリクスの機能に着目し、その構造を模倣して、組織や臓器の再生・修復を促進する人工細胞外マトリクスを創成することを目的とした。1.アルギン酸人工細胞外マトリクスによる骨修復骨形成因子(BMP-2)の立体構造に基づいて設計した骨形成ペプチドが、骨前駆細胞の(1)細胞表面受容体と結合し、(2)ALP活性の増大と(3)オステオカルシンの発現を促進することを示した。アルギン酸人工細胞外マトリクスに結合してラット筋肉内に埋植すると異所性の骨化を誘導した。ウサギ前腕骨の2.5mm欠損の修復実験で埋植9週間後に欠損部の有意な修復が認められた。2.ヘパリン/アルギン酸人工細胞外マトリクスの増殖因子徐放ヘパリン/アルギン酸人工細胞外マトリクスが塩基性線維芽細胞増殖因子などのヘパリン結合性増殖因子を長期間保持・徐放できることを明らかにした。動物実験で血管新生、皮膚、神経、腎部分切除モデルにおいて再生・修復を促進した。3.細胞死制御材料細胞死を制御するリガンドである、TNFα、FasL、TRAILに着目し、構造の特徴から各リガンドに特異的に結合して活性を阻害できる細胞死抑制ペプチドを創成した。細胞死抑制ペプチドは、ラット海馬由来の神経幹細胞の生存と分化を顕著に促進することを見出した。また、骨髄間質細胞の神経細胞への分化も促進することが見出された。4.アルギシ酸ゲル-アパタイト3次元ハイブリッド体アルギン酸人工細胞外マトリクスにシラノール基を導入することで、ゲル内部にまでアパタイトをハイブリッド化することに成功した。本材料はラット脛骨に作製した骨欠損修復を有意に促進した。まとめアルギン酸人工細胞外マトリクスは、細胞外マトリクスの(1)細胞の足場となる作用、(2)増殖因子を保持・徐放する機能、(3)細胞の増殖・分化・死を制御する機能を兼備えることができた。この機能を生かして、骨、神経、皮膚、血管、腎臓の再生・修復に有用な材料を開発することができた。今後、さらに研究を積み重ねることによって、適用範囲の拡大、性能の向上、実用化が期待される素材である。(1)ゲルの構造と生体吸収性(1)アルギン酸の生体吸収性は、アルギン酸の分子量に依存するが架橋度には依存しないことが明らかとなった。アルギン酸の分子量により、生体吸収性を2週間から数ケ月まで制御できることがわかった。(2)アルギン酸ゲルの凍結温度、速度で凍結乾燥ゲルのマクロ構造、即ち積層シート状からスポンジ状まで制御できることがわかった。(3)アルギン酸を微粒子化する方法を確立した。微粒子化によりヘパリン/アルギン酸ゲルでは増殖因子の徐放化能が向上することがわかった。(2)再生促進機能を持つ蛋白所・ペプチドの探索(1)骨形成作用を持つペプチドの最適化を行い、骨芽細胞前駆細胞を骨芽細胞に文化誘導できることを確認した。(2)ラットネトリン-1および3のクローニングを行った。その全長蛋白質および各ドメインを発現し、神経軸索伸長促進活性を確認した。(3)塩基性線維芽細胞増殖因子をヘパリン/アルギン酸ゲルから長期間徐放でき、強力な血管新生作用を動物実験で確認した。(3)アパタイトとの複合化(1)アパタイト多孔体と、アルギン酸ゲルおよびヘパリン/アルギン酸ゲルの複合化方法を確立した。(4)骨形成作用(1)骨形成ペプチドを結合したアルギン酸ゲルが、ラットの筋肉内および脛骨欠損部で骨形成作用を示すことを確認した。

まとめアルギン酸人工細胞外マトリクスは、細胞外マトリクスの(1)細胞の足場となる作用、(2)増殖因子を保持・徐放する機能、(3)細胞の増殖・分化・死を制御する機能を兼備えることができた。この機能を生かして、骨、神経、皮膚、血管、腎臓の再生・修復に有用な材料を開発することができた。今後、さらに研究を積み重ねることによって、適用範囲の拡大、性能の向上、実用化が期待される素材である。(1)アルギン酸ゲルの構造、分解・吸収性と組織修復・再生50-200μmの粒子径の粉末状ゲルに、我々が新規に見いだした骨形成作用を持つペプチドを組合せた材料が、骨欠損部の速やかな修復を達成した。さらに骨髄細胞を共存させることにより有意に骨修復が促進された。本材料が、骨髄中の未分化な骨前駆細胞の分化と活性化を誘導した結果と考えられる。筋肉内での異所性骨形成の時間経過を検討したところ、天然の蛋白性因子の骨形成作用が5週間程度で消失するのに対し、本材料では7週間以上も骨形成作用が持続することが分かり、材料の安定性と有効性が実証された。末梢神経、中枢神経の修復再生においては、200-500μmの細孔径で、30日以内に分解・吸収されるスポンジ状ゲルが最適で、神経断端との縫合が不要であるという画期的な結果を得た。(2)修復・再生活性を持つタンパク質類の保持・徐放性能50-200μmの粒子径の粉末状ヘパリン/アルギン酸ゲルが、血管新生因子の保持・徐放に優れており、顕著な血管新生誘導作用を示すことがわかった。本材料は注射可能であり、低侵襲で任意の場所に血管新生を誘導できる。200-500μmの細孔径を有するスポンジ状ヘパリン/アルギン酸ゲルが、繊維芽細胞だけでなく上皮細胞の遊走と増殖を促進し、皮膚の再生修復に優れた効果を示すことを動物実験で明らかにした。膵臓の修復・再生作用を持つタンパク質をヘパリン/アルギン酸ゲルから徐放するため、ヘパリン結合性を付与した変異蛋白の作製方法を検討し、ほぼ確立できた。蛋白性因子の構造と活性の観点から、新規な細胞死抑制作用を持つペプチドを見いだした。これらのペプチドはアルギン酸ゲルと組合せて、組織修復・再生を促進することが期待される。(3)アルギン酸ゲル-アパタイトナノハイブリッド体の作製バイオミメティックプロセスにより、アルギン酸ゲルとアパタイトをナノレベルでハイブリッド化することに成功した。本材料はゲル表面だけでなく、ゲル内部においてもハイブリッド化されている世界でも初めての材料であり、新規な骨・軟骨修復促進材料として期待される。(1)アルギン酸人工細胞外マトリクスの動物実験による有用性検証骨形成因子(BMP-2)の立体構造に基づいて設計した骨形成ペプチドをアルギン酸人工細胞外マトリクスに結合し、さらに強度保持のためαTCP多孔体と組み合わせて、ウサギ前腕骨の25mm欠損の修復実験を行った。25mmの欠損長は無処置では修復されない限界長以上である。本材料埋植9週間後、欠損部の有意な修復が認められ、本材料の有用性が検証された。(2)ヘパリン/アルギン酸人工細胞外マトリクスの動物実験による有用性検証ヘパリン/アルギン酸人工細胞外マトリクスがヘパリン結合性増殖因子を長期間保持・徐放でき、動物実験で血管新生と皮膚の再生・修復を促進することを、既に示した。今年度は、抹消神経の修復再生と、腎臓の再生について検討した。その結果、糖尿病性ラットの実験的皮膚潰瘍の治癒促進効果が認められた。
電位依存性Na^+チャネルの品質管理とストレス応答

神経提に由来する培養ウシ副腎髄質クロマフィン細胞において、Na_v1.7Na^+チャネルは、刺激-分泌連関を促進する。Na_v1.7は、疼痛治療薬の標的分子として初めて同定されたNa^+チャネルであり、その発現や機能の亢進が疼痛をひきおこす。さらに、副腎髄質や交感神経系の機能亢進が、疼痛発症に関与していることも広く知られている。Na_v1.7の発現調節機構とNa_v1.7による細胞機能の変動を解析した。1.細胞内Ca^<2+>過負荷は、プロテイン・カイネースC-αやカルパインを活性化し、Na_v1.7の細胞膜発現量を低下させた。長期間持続性・高度のCa^<2+>過負荷は、Na^+チャネルα-およびβ_1-サブユニットmRNAレベルを低下させた。長期間持続性・中程度以上のCa^<2+>過負荷は、Na^+チャネルの細胞内へのインターナリゼーションを促進した。一過性のCa^<2+>上昇はNa_v1.7の細胞膜発現量を変動させなかった。2.Insulinとinsulin-like growthfactor-I(IGF-I)は、いずれも神経新生・保護・再生作用を示すが、異なる機序によりNa_v1.7の細胞膜発現を増加させた。IGF-Iは、glycogen synthase kinase-3β(GSK-3β)の活性を阻害し、Na^+チャネルα-サブユニットの遺伝子転写率を亢進させ、Na_v1.7の細胞膜発現を増加させた。その結果、細胞内への^<22>Na^+流入が増加、Ca^<2+>チャネルを介する^<45>Ca^<2+>流入とカテコールアミン開口分泌が増強された。急性神経障害や慢性神経変性疾患の治療薬として期待されているリチウムも、IGF-Iと同様の作用機序を示した。3.Lysophosphatidic acid(LPA)が、神経因性疼痛発症に関与するというbreakthroughが報告された(Nature 10:712-718,2004)。LPAの長期投与は、LPA_I受容体を介して、Na^+チャネルのα-およびβ_1-サブユニットmRNAレベル、細胞膜発現量、^<22>Na^+流入を増加させた。パッチ・クランプ法により、up-regulationされたNa^+チャネルの電気生理学的特性が、nativeなNav1.7と同じであることを確認した。4.Insulin欠乏によるdiabeticneuropathyは、運動神経系、知覚神経系、自律神経系において発症し、Na^+チャネルの発現量・局在の異常が原因である。糖尿病のインスリン抵抗性治療薬であるトログリタゾンは、Na^+チャネルの細胞膜発現量を減少させた。

糖尿病のインスリン抵抗性治療薬であるトログリタゾンは、Na^+チャネルの細胞膜発現量を減少させた。培養ウシ副腎髄質クロマフイン細胞のNa_v1.7Na^+チャネルにおいて、1.アルツハイマー病の病因β-アミロイド・ペプタイド(1-40,1-42,25-35)の24h暴露により、Na+チャネルの細胞膜発現量は増加し、このβ-アミロイドの効果は95%酸素下よりも低酸素(5%)の条件下で、より著明にみとめられた。他方、プリオン・ペプタイド(106-126)の24h暴露は、効果を示さなかった。2.血清除去(>6h)は、extracellular signal-regulated kinase-1/2の構成性リン酸化・活性を特異的に低下し、Na^+チャネルα-subunit mRNAの半減期を延長し(α-subunit遺伝子転写率は不変)、Na^+チャネルの細胞膜発現量を増加した(K_dは不変)。発現したNa^+チャネルのgating機構は、nativeなNa^+チャネルのそれと同一であった。3.Insulin-like growthfactor-I(IGF-I)処置は、濃度・時間とphosphoinositide 3-kinase活性に依存してNa^+チャネルの細胞膜発現量を増加した(K_dは不変)。Glycogen synthase kinase-3(GSK-3)阻害薬は、単独でNa^+チャネル発現量を増加し、IGF-Iとの同時処置では、相加的な増加を認めなかつた。IGF-IによりGSK-3βのSer^9リン酸化は増加し、活性は抑制された。IGF-I及びGSK-3阻害薬により、Na^+チャネルα-subunitの蛋白量、mRNA量と遺伝子転写率が増加した。したがつて、IGF-Iは、insulinとは異なる機序によりNa^+チャネル細胞膜発現量を増加させた(私達は、insulinがNa^+チャネルのトランス・ゴルジ網からの輸送を促進することにより、細胞膜発現量を増加させることを報告している)。電位依存性Naチャネルの品質管理とストレス応答を解明するために、発生学的に神経堤に由来する培養ウシ副腎髄質クロマフィン細胞を用いて実験を行い、以下の結果を得た。1.90k-Da heat-shock protein(Hsp90)をゲルダナマイシンによって阻害すると、Na^+チャネル発現量は変化しないが、Na^+チャネルの機能は亢進する。2.高濃度グルコースにより細胞膜におけるNaチャネル発現量は変化しないが、Na^+チャネル機能は低下する。3.Na^+チャネルのインターナリゼーションにダイナミンが関与する。4.IGF-1の長期処置は、glycogen synthase kinase-3β(GSK-3β)の活性抑制を介して、Na^+チャネルのα-サブユニットの転写を促進することにより、Na^+チャネルα-サブユニットの蛋白量および、Na^+チャネルの細胞膜発現量を増加させる。GSK-3β阻害作用をもつ、リチウムやバルプロ酸などの臨床治療薬によっても,同様の機序により、Na^+チャネルの細胞膜発現量が増加した。5.β-アミロイド処置により、Na^+チャネルの細胞膜発現量が、mRNAの変化を伴わずに増加し、その後、細胞死が誘発された。
C-C結合形成反応を触媒する耐熱性酵素による生理活性物質の新規合成法の開発

中等度好熱性細菌B.stearothermophilusのファルネシルニリン酸(FPP)合成酵素については1.部位特異的変異の導入2.耐熱性変異型FPP合成酵素の大腸菌内での大量産生3.熱処理と2段階のクロマトグラフィーによる精製の系を確立した。この系を用いてプレニルトランスフェラーゼに特徴的な7つの保存領域ミ内のアノ酸について変異型酵素を作成し、それらの触媒機能の変化を精査し、新規なC-C結合形成反応の触媒機能獲得の有無を調べた。領域VIIに保存されているArg-295をValに置換した変異型酵素R295Vの酵素活性はほとんど変化しなかったが、非アリル性基質イソペンテニルニリン酸(IPP)に対するKm値が野生型のFPP合成酵素のそれの約1.5倍に増大した。同様の変化がC末端のHisをLeuに換えたH297Lでも認められた。この変化はプライマー基質をジメチルアリルニリン酸(DMAPP)にした場合さらに顕著になり、変異体のKm値は約3倍となった。さらにCys-289をPheに換えたC289Fでは10倍になった。領域VIに保存さているモチーフDDXXDのAspの変異体、D224A、D224E、D-2251、D228Aはいずれも触媒活性が激減したが、反応速度論的解析では、基質に対するKm値はIPP、GPPのいずれに対しても大きな変化はなかった。D288Aのみが例外で、IPPに対するKm値が野生型の10倍にもなった。領域VIの下流に保存されているLys-238の変異体酵素K238AおよびK238Rはいずれも触媒活性には大きな変化はなかったが、IPPに対するKm値がそれぞれ4.2倍5.1倍になった。これらの変異体酵素はいずれもIPPに対するKm値が増大しているのでホモアリル性の基質に対する特異性が特に変化している可能性がある。これらの変異体酵素の人工基質ホモログに対する基質特異性の精査は今後の課題である。好熱性細菌バチラス・ステアロサーモフィラスの遺伝子を大腸菌中で大量に発現させて得られるファルネシル二リン酸合成酵素を用いて、E、E-ファルネシル二リン酸を大量に合成する反応系を開発するための基礎を確立した。すなわち、Mg^<2+>イオンの存在下に高濃度の基質を仕込むと、反応生成物であるファルネシル二リン酸と無機ピロリン酸が共にマグネシウム錯体として沈澱するため、酵素反応が生成物によるフィードバック阻害を受けることなく進行するという反応工学的に極めて好都合な現象を見いだした。また、蛋白質工学的手法による研究の結果、この酵素のC末端領域にあるシステインとアルギニンはそれぞれセリンおよびバリンに置換しても触媒活性は保たれていること、またこれらの置換によりゲラニル二リン酸に対する親和性は変わらないが、イソペンテニル二リン酸に対する親和性が減少することなどが明らかになった。この親和性の減少は、ある条件下での生成物の鎖長の変化としても観察された。本酵素にある2つのシステインのうち1つはN末端に近い領域に、他方は領域C末端寄りの領域にあるが、前者は他の生物由来の酵素にも保存された場所にある。しかし、両システイン残基共に触媒機能に関与せず、いずれか一方、または双方のシステインをセリンに置換した3種類の変異体はいずれも野生型酵素と変わらぬ高い触媒活性を示した。

これらのことは人為的変異の導入により、プレニルトランスフェラーゼの機能を変化させたり、新機能を付与したりすることが可能であることを示唆しており、有用物質合成への応用的新展開が期待される。中等度好熱性細菌B.stearothermophilusのファルネシル二リン酸(FPP)合成酵素については(1)部位特異的変異の導入(2)耐熱性変異型FPP合成酵素の大腸菌内での大量産生(3)熱処理と2段階のカラムクロマトグラフィーによる精製の系を確立した。この系を用いてプレニルトランスフェラーゼに特徴的な7つの保存領域内で特によく保存されているアミノ酸について変異型酵素を作成し、それらの触媒機能の変化を精査し、新規なC-C結合形成反応の触媒機能獲得の有無を調べた。領域VIIに保存されているArg-295をValに置換した変異型酵素R295Vは酵素活性はほとんど変化しなったが、非アルカリ性基質イソペンテニルニリン酸(IPP)に対するKm値が野生型のFPP合成酵素のそれの約1.5倍に増大した。同様の変化がC末端のHisをLeuに換えたH297Lでも認められた。この変化はプライマー基質をジメチルアリル二リン酸(DMAPP)にした場合さらに顕著になり、変異体のKm値は約3倍となった。さらにCys-289をPheに換えたC289Fでは10倍になった。領域VIに保存されているモチーフDDXXDのAspの変異体、D224A、D224E、D225I、D228Aはいずれも触媒活性が激減したが、反応連度論的解析により、基質に対するKm値はIPP、GPPのいずれに対しても大きな変化はなかった。D288Aのみが例外で、IPPに対するKm値が野生型の10倍にもなった。領域VIの下流に保存されているLys-238の変異体酵素K238AおよびK238Rはいずれも触媒活性には大きな変化はなかったが、IPPに対するKm値がそれぞれ4.2倍5.1倍になった。これらの変異体酵素はいずれもIPPに対するKm値が増大しているのでホモアリル性の基質に対する特異性が特に変化している可能性がある。今後これらの変異体酵素の人工基質ホモログに対する基質特異性を精査して、野生型酵素では得られない新規なC-C結合形成反応の触媒となる変異体酵素を見出す実験を展開して行く予定である。
犬における糞便細菌叢移植療法の基礎的研究

本研究では、犬での糞便細菌叢移植療法(FMT)の有用性を検討していくのに先立ち、FMTを実施する上での基礎的な条件検討(糞便の投与経路、ドナー糞便の処理方法、糞便の投与量および回数、抗菌薬前投与の有無)を行う。これにより、FMTの安全性および最適な移植プロトコールを確立することが目的である。FMTのプロトコールが確立された後には臨床試験を検討しているが、これらの知見はまだ研究段階である医学領域でのFMT療法へ還元されることも期待できる。
前立腺癌の再燃にかかわる遺伝子群の分析とそれに基づく治療法開発の研究

再燃に関わる遺伝子の異常と再燃の分子機構を明らかにすることを目的としてこの研究がなされた。これら3群の遺伝子やその発現の異常を、手術や生検により得られた未治療ヒト前立腺癌組織と再燃癌組織よりDNAとRNAを抽出し、Northern法や、RT-PCR法、SSCP法、sequence法等を用いて検討した結果、再燃癌で認められた遺伝子異常は次のようなものであった。1)未治療前立腺癌でも認められ、再燃例ではその頻度が高かった異常アンドロゲンレセプター遺伝子の点突然変異、myc遺伝子の発現量増大P53遺伝子の点突然変異と欠失Rb遺伝子の点突然変異と欠失bcl-2遺伝子の発現量増大2)再燃でのみ見られた遺伝子変化アンドロゲンレセプター遺伝子の遺伝子増幅myc遺伝子の遺伝子増幅これらの遺伝子変化のいくつかは前立腺癌の内分泌治療によりもたらされるアポトーシスと長期に続く低アンドロゲン状態の過程の中でkeyとなる役割を果たし再燃が起こると考えられる。1.前立腺癌の再燃の遺伝子背景をさぐるため再燃前立腺癌より腫瘍組織を生検や手術により採取し、RNA及びDNAを抽出し、がん抑制遺伝子としてp53、RB遺伝子の構造異常の有無とその頻度をSSCP法により検出し、Sequence解析を行った。再燃を含む前立腺癌31例を正常前立腺3例、前立腺肥大症4例につき、p53、RB遺伝子の全領域につき分析が終了した。その結果、p53とRB遺伝子の変異がそれぞれヒト前立腺において約20%づつ起きていること、p53は、後期の臨床癌(high stage,high grade)に多く変異を起こしていること、RB遺伝子の変異が再燃癌に見つかることなどが研究成果として得られた。これらの結果は、日本癌学会などで発表している。2.アンドロゲン非依存性ヒト前立腺癌細胞PC-3細胞にアンドロゲンレセプターの全遺伝子を人工的に導入した細胞クローンを得ることに成功し、現在この細胞クローンの諸性質の検討を行っているが、アンドロゲンレセプターの導入により細胞増殖能の低下などが認められた。1.ヒト前立腺癌よりRNAを抽出し、C-DNAを作成し、SSCP法にてP53、RB、MTS-1、DNA-Polymeraseβ遺伝子の全領域で構造異常の有無を検索し、sequence解析により突然変異を同定した。その結果、P53遺伝子では全症例25例中4例で、再燃例では6例中1例に突然変異を認めた。RB遺伝子では25例中4例に、再燃例では6例中2例に突然変異を認めた。MTS-1遺伝子の異常を認めた例はなく、DNA-Polymeraseβ遺伝子では15例中2例に変異を認めるも再燃例には突然変異は認めなかつた。これらの結果より前立腺癌の再燃にはすくなくともP53とRB遺伝子の突然変異がかかわることが示唆される結果であった。2.androgen非依存性でandrogen receptorの発現の無いヒト前立腺癌細胞PC3細胞に正常なandrogenreceptor遺伝子を人口的に導入し、その細胞の性質を検討した。その結果、この細胞はもとのPC-3細胞に比べて増殖速度がおそく、saturationdensityが低くなつた。しかしandrogenによる刺激には反応しなかった。androgen非依存性前立線癌細胞ではandorogenと正常なandrogen receptor系はむしろ抑制的に関わる可能性が示唆され、再燃前立腺癌の遺伝子環境が1つがあきらかになった。
がん悪性化促進転写因子ZEB1の機能制御機構に関する研究

本研究では、がん悪性化に重要な因子であるにもかかわらず、いまだ明らかとなっていないZinc finger E-box bindinghomeobox 1 (ZEB1)の機能制御機構を明らかにすることを目的とする。そのために、ZEB1の機能状態を測るためのレポーターを作製する。そして、レポーター活性に影響を与える因子を探索することで、ZEB1の機能制御に重要な因子を同定する。さらに、同定した因子が治療標的となり得る可能性を検証するため、実際に生体内でのがんの悪性化に寄与するかどうかを調べる。
文献資料に現れた「南京官話」の概念とその実体

中国語官話が、歴代の言語學的著術においてどのように記述されてきたかを明らかにするため、明清期の韻書の序跋類の概念面での系譜づけを進めた。大まかにいって、韻書においては「官話」と「正音」は必ずしも同じ概念を示すものではないものの、恐らくは「官話」の意味で使っていると思われる「正音」が、通俗韻書ほどよく現れるという傾向が見られた。また、日本の古辞書にも「正音」なる語は登場し、特に江戸期の唐話辞書の類には中国語方言への言及、さらに「官話」や「正音」の觀察が見られることを『古辞書音義集成』全二十巻などにより調査した。さらに今年度は基礎作業として、既成の研究書に見える韻書の書名索引を、アルバイトの補助により作成した。「官話」とは常に方言と対比的に捉えるべき事柄である。官話と方言の関係について考える際に、現代中国語における普通話と方言との関係を考えることも有効となる。「官話」として歴代大きな役割を果たしてきたのは、恐らく南京官話であったのだが、現代南京官話が属する江淮官話の古い層を知るためには、周辺方言として最大の勢力である呉語との接触史をみることが必要となる。方言と官話がどのように接触し影響し合うのが(一方的であるかもしれぬが)を観察するため、江淮官話と呉語の双方に隣接する安徽省南部の徽語の実態を調査、分析しつつある。
MEMSベースアクチュエータによる剥離再付着流れの制御に関する戦略的展開

アクティブディンプルとプラズマアクチュエータの性能を向上させ、アクティブディンプルをディフューザ剥離流れに適用し、剥離せん断層の成長促進に有効な周波数、ディンプル深さ、そしてレイノルズ数範囲を得た。シンセティックジェットを静止空気中と横断流中に吹出した場合のジェットの渦構造をステレオ画像処理流速計により明らかにした。更に、各種アクチュエータの特徴を纏め、選択の際に参考となる指標を得た。各種MEMSベースアクチュエータを設計試作した。プラズマアクチュエータは、壁面近傍擾乱付加方式として最も将来性が期待されているもので、壁面に電極を貼付し、非常に高い周波数の交流高電圧を印加し、流れをイオン化させることにより、壁近傍で噴流を与えることが可能となる。これにより流れの剥離を抑制、防止するものである。そこで、運動量付加ならびに運動量輸送が可能となる仕様を検討し、製作した。試作における技術的課題は、電極の正確な加工と壁面装着技術が挙げられ、卓上走査電子顕微鏡(主要購入設備)観察による電極加工の精度向上、ならびに電極観察の際の前処理に必要な小型スパッタ装置(主要購入設備)により高精度加工に基づいて、プラズマアクチュエータを完成させ、画像処理流速計により誘起速度を求め、電極形状の影響を明らかにした。次に、ピエゾアクチュエータ用をいた直径5mmのアクティブディンプルを試作した。ディンプルの底面が高い周波数で上下し、ディンプル深さを周期的に変化させることができ、壁面近傍の二次流れによる運動量輸送の他に周期的擾乱を加えることが可能となる。画像処埋流速計により、擾乱の発生を定量的に明らかにした。即ち、アクティブディンプルを二次元流路ならびにディフューザに装着し、剥離せん断層の成長に及ぼす影響を明らかにした。このほか、既存シンセティックジェットを高い周波数で駆動するなどの高機能化に努め、併せて、既に開発済のステレオマイクロPIVシステムなどの精度を向上させ、計測系の高度化を達成した。その結果、マルチシンセテイックジェットの三次元渦構造を明らかにし、干渉過程により複数のジェットの最適な配置を明らかにした。以上により、当初の計画を達成し、成果を国内外の学会で講演発表した。前年度試作した各種MEMSベースアクチュエータの基本特性の把握と性能向上を目指した改良を実施した。プラズマアクチュエータジェットに関しては、壁面に平行な噴流と壁面に対して角度を有する斜め噴流を発生する電極の配置を検討し、前者はせん断層に横渦を与え、後者は縦渦を与えることが可能となり、各種剥離せん断層に応じた利用を想定している。改良における技術的課題は、斜め噴流を発生する電極の形状とサイズの最適化であり、各電極のサイズと印加電圧と周波数の関係を実験により求めた。その際、画像処理流速計により誘起速度を求めた。次に、ピエゾアクチュエータを用いた直径5mmのアクティブディンプルを二次元流路に装着し、ディンプルにより誘起される流れを画像処理流速計により計測し、ディンプル底面の振動により発生する周期流れの動的な挙動を明らかにした。このほか、既存のシンセティックジェットを高い周波数で駆動し、ストークス数と無次元ストローク長さを高範囲に拡大することにより適用範囲の拡大に努め、併せて、開発済のステレオマイクロPIVシステムの精度を向上させ、計測系の高度化を達成した。その結果、シンセティックジェットの渦構造を類型化し、ジェットの最適な諸パラメータを明らかにした。このほか、シンセティックジェットをアクチュエータとして、後方ステップ流れの再付着過程を極値探査法により周波数制御するアルゴリズムを完成させた。以上により、各種アクチュエータの機能向上を達成し、剥離再付着流れの閉ループ制御を実現し、当初の計画を達成している。併せて、これらの成果を国内外の学会での講演発表ならびに雑誌に発表した。以下の項目について検討し研究成果を得た。1.アクティブディンプルに関しては、前年度まで使用したアクチュエータに比べ、増幅機能デバイスにより振幅を5倍に増加したピエゾアクチュエータを新たに採用した。ディンプル底面の最大振幅が0.5mmとなるアクティブディンプルを作製し、二次元流路に装着し、ディンプルにより誘起される二次流れを画像処理流速計により計測し、周期流れの動的な挙動を明らかにした。さらに、アクティブディンプルをディフューザ剥離流れに適用し、再付着距離ならびに剥離せん断層の成長促進を高速度ビデオカメラで観察し、併せて壁面静圧回復係数より、アクティブディンプルの有効性を確認し、せん断層の成長促進に有効な周波数とディンプル底面の振幅、そしてレイノルズ数範囲を線図に纏めた。2.各種アクチュエータにより発生する誘起流れの分類に関しては、シンセティックジェットを静止流体中とクロスフロー中に吹出した場合のジェットの渦構造をステレオ画像処理流速計により定量的に明らかにした。ここで,吹出しパラメータには、ストークス数と無次元ストローク長さを選び、巻き上がり渦や箸型きのこ渦形態と吹出しパラメータの関係を線図に表し、流れ場に適用可能なシンセティックジェットの選択を容易とする指標を提供した。

3.剥離流れの代表として、後方ステップ流れを選択し、多くの研究者により提案された剥離抑制方法とその有効性を評価し、後方ステップ剥離流れの制御に適するデバイスと適用レイノルズ数の関係を得た。さらに、アクチュエータを機能により分類し、運動量輸送型と周期性擾乱型の得失を検討し、制御用デバイスの選択基準を提案した。尚、プラズマアクチュエータについては基本特性の把握に終わり、はく離流れへの適用には至らなかった。
程度の存在論：統語論・意味論・語用論からの多角的アプローチ

(A)日本語に程度項があり、それが量化や変項として機能することができるかを検討するため、「さらに」などのような先行文脈にある程度を高めるような作用をする副詞を用いて、ヨリ比較構文、「以上に」比較構文における振る舞いを日本人話者20人ほどに調査した。また、これと同時に、ヨリ比較構文と「以上に」比較構文において、「以上に」は(ヨリとは異なって)程度の集合を形成する、という主張についての検討も行なった。その結果、(i)「さらに」+ヨリ比較文では、先行文脈における特定の値を先行詞とする照応関係を確立することはできる。(ii)「さらに」+ヨリ構文では、束縛変項解釈が可能かどうかをテストすることは難しい。なぜなら、先行する文脈におけるどの値よりも上の値を示さないとならないため、(i)の特定の値を先行詞とする場合と峻別が難しいからである。(iii)一方、以上に構文では、束縛変項に類似した解釈が得られるという話者もいるが、話者間の判断が一定ではないため、これについても検討する必要がある、という結果を得た。これらの結果について、学会発表等への準備を進めている。(B)英語のstillやevenを伴った比較構文は、日本語の「さらに」比較構文と類似の意味的制約を持つ。一方、日本語の「まだ」の比較構文における振る舞いは、英語のstillと同じ解釈と異なる解釈をもつ。この点について、語用論的文脈と「まだ」の持つ前提との相互作用によって説明できることを示した。「ヨリ・以上に」比較文について、いくつかの制約があることが明らかになったが、これらをうまくコントロールして、量化や束縛変項解釈の有無を調べる必要があるが、質問紙あるいは口頭でのインフォーマント調査では、限界がある。これらのコントロールをうまく行う必要がある。調査については、質問紙とともに、実験的な手法を用いて、画像等の提示とともに刺激文の判断をしてもらうことを検討している。本研究課題の目的は、(i)程度項の照応の可能性、(ii)日本語における程度量化や程度抽象が可能であるのか、を明らかにすることを統語論的・意味論的・語用論的観点から検討し、程度の存在論について言語学的な考察を行うことである。昨年度は、(i)程度項の照応の可能性、(ii)日本語における程度量化や程度抽象についての検討を中心に研究を行った。(i)について:これまで個体の照応については、代名詞類の解釈として多くの研究が存在しているが、程度項は量化の対象ではあるが、その照応関係についてはあまり多くの研究はなされていない。程度項も照応関係を結び得るか検討を行った。その結果、英語の焦点副詞evenと比較構文が共起した際に生じるconventional implicature/presuppositionについて、比較構文で用いられる程度項の焦点化を仮定すると、程度項のコンテクスト上の値へのassignmentとして解釈することができることを示した。(ii)について:日本語では、そもそも程度抽象やそれに伴って程度量化が可能かどうかが議論になってきた。また、程度抽象ができたとしても、英語とは異なる程度抽象である可能性も示唆されてきた。この点について、Hayashishita (2017)を中心に検討を行い、幾つかの言語データについて精査した。日本語のデータについて、検討課題(適切なデータのコントロールのための要因)が多く、その検討に時間を要しており、やや遅れている状況にある。

今年度は、(i)焦点化と比較構文について、典型的比較構文以外に広げて検討する、(ii)日本語の同様の現象について副詞の種類との関連を検討する、(iii)程度性を持つ動詞にも適用可能であるか検討する、(iv)日本語の程度抽象について、引き続き統語論の側面からも検討を行う。英語については、前年度から引き続き、研究協力者に依頼するとともに、Amazon Mechanical Turkなどを利用して規模を広げた調査も行う。日本語については、研究者所属の研究機関の大学院生などの協力を得て行う。それぞれについて、研究成果を国内外で発表できるように準備を行う。調査については、質問紙とともに、実験的な手法を用いて、画像等の提示とともに刺激文の判断をしてもらうことを検討している。昨年度、英語話者への面談調査を実行できず、謝金が発生しなかった。また、学会発表を予定していたが、日本語のデータのコントロールの検討に時間を要したため、予定していた学会に応募しなかったため、旅費が多く残ることとなった。今年度は、英語話者への面談調査を実行するため、予定を調整中であり、また、より大きな調査も予定している。また、学会発表の応募も準備中である。(i)学会開催地が国内であったこと、(ii)調査項目の精査に時間を要したため、調査が予定より遅れたことで人件費が必要でなかったことが挙げられる。次年度にはまず調査を早い時期に行うこと、および、国内外の学会に応募することを予定している。
膀胱知覚と過活動膀胱--電気知覚・脳NIRS活動を用いた統合的研究--

過活動膀胱(OAB)の機序として大きく、1膀胱平滑筋の不随意な収縮(排尿筋過活動)によるものと、2膀胱求心線維の興奮(知覚亢進)によるものがあり、後者の成因として尿路上皮からのアセチルコリンの分泌亢進等が知られているものの、ヒトにおける詳細はまだほとんど明らかにされていない。今回我々は、知覚を他覚的に評価する手法として、ニューロメーターと近赤外線分光法(NIRS)の両者を用いて、新規抗コリン薬であるフェゾテロジンの、膀胱求心線維(膀胱知覚)に対する改善効果を明らかにすることを考えた。Preliminary reportとして、下記を報告した。目的OAB患者では蓄尿時の前頭葉排尿中枢不活化がみられることが知られている。一方、OAB治療薬の前頭葉排尿中枢不活化に対する影響はこれまで知られていない。我々は末梢性ムスカリン受容体遮断薬イミダフェナシンをもちいて検討した。対象と方法;神経疾患によりOABを有する62名に対して、イミダフェナシン0.2 mg/日を3か月間投与前後で、問診と認知機能検査を施行;このうち35名に対して、ウロダイナミクスを施行;このうち8名に対して、NIRSを施行した。結果;イミダフェナシン投与後、検査開始初発尿意間の前頭前野血流が増大した。同時に、排尿症状問診表で夜間頻尿(2.6→2.0, p<0.05),尿意切迫感(毎日→週1回, p<0.05),排尿QOL (困る→少し困る, p<0.05)が改善し、ウロダイナミクスで初発尿意時膀胱容量(223 ml→266 ml, p<0.05)が増大し、認知機能に変化がみられなかった。結語;本検討の結果、イミダフェナシンは、認知機能を悪化させることなく、前頭葉排尿中枢を活性化することによりOABを改善する可能性が示され、神経疾患によりOABを有する患者にとって良い選択の一つとなりえると思われた。Preliminary reportとして、イミダフェナシンを用いて、NIRSの有用性を検討することができた。Main reportとして、fesoterodineを用いて、リ近赤外線分光法NIRSの有用性について検討することを目標とする。具体的には、神経内科外来/入院中の過活動膀胱OAB患者100名および対照群50名に対して、フェゾテロジン錠(4mg錠)1錠(朝1回内服,必要時8mg錠まで増量可能)を3か月間内服前後で、排尿症状の問診票、膀胱ニューロメーター、ウロダイナミクスNIRS同時測定を施行する。新しいNIRS devideは、前頭葉の中で前頭前野から運動野までを幅広くカバーすることから、膀胱に関わる前頭前野の活動と、括約筋に関わる運動野の活動を同時に観察・記録できることが予想される。これらの結果を解析し、国際学会・国際英文誌で発表するものとする。過活動膀胱(OAB)は尿意切迫感を主症状とし、頻尿・夜間頻尿を通常伴い、非常に困る症状である。本邦の40歳以上一般人口におけるOABの頻度が12.4%と非常に高いことから、生活の質の観点から近年、非常に注目される症状といえる。OABの機序として大きく1膀胱平滑筋の不随意な収縮(排尿筋過活動)によるものと2膀胱求心神経の興奮(知覚亢進)によるものがあり、後者の成因として尿路上皮からのアセチルコリンの分泌亢進等が知られているものの、ヒトにおける詳細はまだほとんど明らかにされていない。今回、NIRSを用いて、新規抗コリン薬であるフェゾテロジンfesoterodine(feso)の、膀胱求心線維(膀胱知覚)に対する改善効果を蓄尿・排尿時の脳血流変化として明らかにした。feso投与後、夜間頻尿、尿意切迫,生活の質、OABSS総点が改善し、膀胱容量(258 ml→319 ml)が増大した。NIRS同時測定では、検査開始初発尿意間の傍中心小葉・右前頭前野の血流低下、左前頭前野の血流増大が認められた。結語:本検討でみられたfesoによるOABの改善は、傍中心小葉の血流低下(蓄尿期の括約筋の緩和を示唆)と左前頭前野の血流増大(前頭葉排尿中枢の改変を示唆)を伴っていた。これらの変化は、薬剤によるOAB改善の中枢機序を示唆する可能性が考えられた。上記内容を、International Continence Society ICS 2015Montreal,第22回日本排尿機能学会、第68回日本自律神経学会で発表した。過活動膀胱治療薬fesoterodineによる蓄尿・排尿時の脳血流変化目的:過活動膀胱(OAB)治療薬fesoterodine(feso)による蓄尿・排尿時の脳血流変化は良く知られていない。我々はこの点について検討した。対象と方法: OABを有する43名(男性28名女性15名;平均年齢73歳)に対して、feso4 mg/日を3か月間投与前後で、排尿症状の問診表とNIRS(近赤外線分光法)ウロダイナミクス測定を行った。結果: feso投与後、夜間頻尿、尿意切迫(p<0.05),生活の質、OABSS総点(p<0.01)が改善し、膀胱容量(258 ml→319 ml, p<0.05)が増大した。NIRS

同時測定では、検査開始初発尿意間の傍中心小葉・右前頭前野の血流低下、左前頭前野の血流増大が認められた。結語:本検討でみられたfesoによるOABの改善は、傍中心小葉の血流低下(蓄尿期の括約筋の緩和を示唆)と左前頭前野の血流増大(前頭葉排尿中枢の改変を示唆)を伴っていた。これらの変化は、薬剤によるOAB改善の中枢機序を示唆する可能性が考えられた。過活動膀胱(OAB)は尿意切迫感を主症状とし、頻尿・夜間頻尿を通常伴い、非常に困る症状である。本邦の40歳以上一般人口におけるOABの頻度が12.4%と非常に高いことから、生活の質の観点から近年、非常に注目される症状といえる。OABの機序として大きく1膀胱平滑筋の不随意な収縮(排尿筋過活動)によるものと2膀胱求心神経の興奮(知覚亢進)によるものがあり、後者の成因として尿路上皮からのアセチルコリンの分泌亢進等が知られているものの、ヒトにおける詳細はまだほとんど明らかにされていない。今回、NIRSを用いて、新規抗コリン薬であるフェゾテロジンfesoterodine(feso)の、膀胱求心線維(膀胱知覚)に対する改善効果を蓄尿・排尿時の脳血流変化として明らかにした。feso投与後、夜間頻尿、尿意切迫,生活の質、OABSS総点が改善し、膀胱容量(258 ml→319 ml)が増大した。NIRS同時測定では、検査開始初発尿意間の傍中心小葉・右前頭前野の血流低下、左前頭前野の血流増大が認められた。上記内容を、International Continence Society ICS 2015Montreal,第22回日本排尿機能学会、第68回日本自律神経学会その他で発表した。随時結果を国内外で発表し、さらにデータを集積している。過活動膀胱(OAB)の機序として大きく、1膀胱平滑筋の不随意な収縮(排尿筋過活動)によるものと、2膀胱求心線維の興奮(知覚亢進)によるものがあり、後者の成因として尿路上皮からのアセチルコリンの分泌亢進等が知られているものの、ヒトにおける詳細はまだほとんど明らかにされていない。今回我々は、知覚を他覚的に評価する手法として、ニューロメーターと近赤外線分光法(NIRS)の両者を用いて、新規抗コリン薬であるフェゾテロジンの、膀胱求心線維(膀胱知覚)に対する改善効果を明らかにすることを考えた。目的OAB患者では蓄尿時の前頭葉排尿中枢不活化がみられることが知られている。一方、OAB治療薬の前頭葉排尿中枢不活化に対する影響はこれまで知られていない。我々は末梢性ムスカリン受容体遮断薬イミダフェナシンをもちいて検討した。対象と方法;神経疾患によりOABを有する62名に対して、イミダフェナシン0.2 mg/日を3か月間投与前後で、問診と認知機能検査を施行;このうち35名に対して、ウロダイナミクスを施行;このうち8名に対して、NIRSを施行した。結果;イミダフェナシン投与後、検査開始初発尿意間の前頭前野血流が増大した。同時に、排尿症状問診表で夜間頻尿(2.6→2.0, p<0.05),尿意切迫感(毎日→週1回, p<0.05),排尿QOL (困る→少し困る, p<0.05)が改善し、ウロダイナミクスで初発尿意時膀胱容量(223 ml→266 ml, p<0.05)が増大し、認知機能に変化がみられなかった。
アスコフラノン生合成経路中の前駆体群の寄生虫学的評価に基づく薬剤開発基盤

Trypanosoma bruceiが宿主血流中で生存するために必須であるミトコンドリア内膜に存在する末端酸化酵素Trypanosome alternative oxidase (TAO)と、その特異的阻害剤アスコフラノン(AF)との相互作用、TAOの生化学的解析や生理的意義を解明してきた。AFは微生物由来のメロテルペノイド化合物である。本研究では、AF生合成の全容解明と、全合成経路でのAF前駆体の抗トリパノソーマ活性など寄生虫学的評価を行い、基礎研究に基づいた薬剤開発基盤の確立を目的としている。AF生合成経路の解明と、生合成経路の解明で明らかになるAF生合成前駆体の薬理学的評価を行うことで、AF関連天然物群とTAOの相互作用を解明する。AF産生菌のゲノム解析から得られた情報を用いて、AF生合成に関わる8つの遺伝子から構成される遺伝子群を同定できた。この予測生合成経路とその中間代謝物の化学構造と、8つの遺伝子群の情報に基づいて、遺伝子再構成法のアプローチにより、AF生合成経路中の中間体をすべて同定でき、本年度はすべての生合成経路が解明できた。AFだけではなく、その副産物であるアスコクロリンも含めた生合成経路が明らかとなった。生合成経路は、共通の前駆体から特異な酸化酵素とテルペン環化酵素によって二つの生合成系が分岐する経路だった。さらに、この中間代謝物も強い抗トリパノソーマ活性を有することがわかり、慢性期の感染動物モデルに対してもこの中間代謝物は有効であることが明らかになった。アスコフラノンおよび副生成物であるアスコクロリンを含め、すべての生合成経路が解明できた。また、中間代謝物も強い抗トリパノソーマ活性を有することが明かとなった。遺伝子改変などにより有望な中間代謝物の大量合成を試みる。また、解明した生合成経路が他の生物群でも機能しているかを調査し、有用微生物群を見出すことにも貢献できる。本研究では、AF生合成経路の解明と、生合成経路の解明で明らかになるAF生合成前駆体の薬理学的評価を行うことで、AF関連天然物群とTAOの相互作用を解明する。効率的に研究を進行するために、化合物の化学的特性に基づいた精密な生合成経路の予測を行った。この予測生合成経路とその中間代謝物の化学構造と、8つの遺伝子群の情報に基づいて、遺伝子再構成法のアプローチにより、AF生合成経路中の中間体を同定していくことにより、AF前駆体までの生合成経路が解明できた。さらに、この中間代謝物も強い抗トリパノソーマ活性を有することが明かとなった。培養トリパノソーマに対してのみならず、マウスを用いた感染動物モデルに対してもこの中間代謝物は有効であることが明らかになった。アスコフラノン生合成経路中の中間体を同定していくことにより、アスコフラノン前駆体までの生合成経路が解明できた。アスコフラノン生合成経路の全容解明を行う。その生合成経路中の中間代謝物の抗トリパノソーマ活性を評価する。

遺伝子改変などにより有望な中間代謝物の大量合成を試みる。また、解明した生合成経路が他の生物群でも機能しているかを調査し、有用微生物群を見出すことにも貢献できる。研究対象の生合成経路を、他の天然物を含めて完全に解明することができ、当初計画していた以上の成果をあげることができた。現在、その成果の論文投稿の改訂作業中であり、追加研究の実施が必要のため。追加の研究に必要な試薬を主に購入する予定である。