hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
放射光ナノ顕微分光を用いた有機半導体分子層デバイス界面の3次元オペランド解析

本研究の目的は、研究代表者らが開発・改良を行ってきた放射光軟X線走査型光電子顕微分光装置の、2018年度現在でも世界随一の特長である「高い空間分解能(面内方向100 nm以下)」「オペランド(デバイス動作下)計測可能であること」を活かし、対象として特に有機半導体電界効果トランジスタ(OFET)に注目して、従来のモデルデバイスからより実デバイスに近い構造でミクロな局所電子状態特性とマクロな輸送特性を結びつけることである。基本的には2年で実験は終了しており、・OFETの動作中チャネル内ポテンシャルイメージングの実現...ゲート電圧・ドレイン電圧をパラメータとして細かくふり、線形領域から飽和領域にかけてC 1sコアレベルシフトの空間分布を測定し、チャネル内のポテンシャルマッピングができた。欠陥付近や電極付近で抵抗の要因となるポテンシャルドロップが観測された。・本解析手法の他のデバイスへの応用...OFETの測定で得られた知見を活かし、グラフェンや遷移金属ダイカルゴゲナイドをチャネルとしたFETやGaN-HEMT素子、Liイオン電池有機半導体正極材などでも同様の分析を行った。また、測定結果として得られる3次元スペクトルイメージのビッグデータを機械学習を利用して高速情報抽出する課題にも取り組んだ。このように一定の解析結果が得られている。3年目であるH29年度中は国際学会での発表や論文執筆など成果のアウトプットと新たな展開のための追加実験を中心に行った。本研究では、柔らかさと分子設計の多様性に利がある有機分子半導体薄膜をチャネルとした有機電界効果トランジスタ(OFET)について、マクロな輸送特性に影響を与える、界面・欠陥近傍のミクロな電子状態を、研究代表者らが開発した3次元走査型光電子顕微分光装置「3D nano-ESCA」を使って解明した。チオフェン系誘導体「C10-DNBDT-NW」を使ったOFETについて、炭素の内殻ピークシフトが化学ポテンシャルを反映していることを確かめた。ピークシフトの空間変化でポテンシャルマッピングを行ったところ、電極/チャネル接合界面での電荷トラップの存在や移動度が異なるドメインの存在を示唆する成果が得られた。今年度はほぼ計画通り進んだが、OFETのポテンシャルマッピングのテスト測定では、ピンポイント測定より集光X線の照射時間が長くかかり、C6DNBDTのように側鎖構造を変えた分子やチャネル幅が広いデバイスでは測定時のダメージが有意であったため、分子種の系統的分析に関しては厳しいと思われる。従って、次年度は(1)耐久性の比較的強いC10DNBDT分子でのポテンシャルマッピングの再現性検証、(2)H27年度にテスト分析を行ったイオン液体や有機分子正極活物質などへの展開、を行う予定である。2年間で必要な実験はおおむね終了しているが、国際学会での発表と論文執筆による普及活動、その際に必要な追加実験を中心に1年間の延長を行った。薄膜・表面界面物性本研究で得られた研究成果を、より詳細な解析を含めて次年度に開催される国内会議や、より波及効果の高い国際会議での発表を希望しているため、その旅費・参加費として使用する。また論文の執筆を進めており、その際に必要となる追加実験の実施に必要な費用としても利用する予定である。具体的には、旅費としての使用を想定している。国際学会(CCMR2017@韓国、ISSS-8@つくば)の旅費・参加費で15万円程度、国内学会(第77回分析化学討論会)と追加実験旅費で5万円程度利用する予定である。
高温超伝導体の強磁場下の電子状態とスピンダイナミクス

銅酸化物高温超伝導体は典型的な二次元強相関物質である。ゼロ磁場では強相関のため反強磁性相、超伝導相、電荷秩序相、ストライプ相、擬ギャップ相といった電子相が存在しており、それらの競合・共存が見られる。キャリアドープがある程度進むと基底状態は超伝導相となる。本研究では、競合・共存する電子相が未踏の強磁場のもとでどのような安定相にたどり着くか、またその安定相からのスピンダイナミクスがどのような振る舞いを示すか理論的に解明することを目的としている。銅酸化物高温超伝導体の電子状態は、二次元t-J模型に長距離のホッピングを加えたt-t'-t''-J模型によって記述できる。磁場効果としてスピンに対するゼーマン効果を考える際、ゼロ磁場下でのエネルギー準位構造が重要になる。昨年度、20サイトのt-t't''-J模型に対して数値的厳密対角化計算により得たエネルギー準位構造をもとに、それぞれの準位からのスペクトル関数を計算した。全スピンのz成分(Sz)が有限の空間でのスペクトル関数は滑らかになることが分かった。低温強磁場では有限のSzを持つ状態が基底状態となるので、実験的にも計算結果の確認が期待される。有限のSzの空間のスペクトル関数から得られる動的スピン相関関数の計算は現在実行中である。研究代表者の移動などが重なり本研究期間内に結果が得られなかったのは残念であるが、現在得ている成果を早急に公表したいと考えている。まずは、ゼロ磁場下での高温超伝導体の動的スピン相関関数を、t-t'-t''-J模型の一体グリーン関数(角度分解光電子分光・逆光電子分光スペクトルに対応)から計算した。これは強磁場下でのスピンダイナミクスを計算する際の処方箋を与えるとともに磁場効果の議論の出発点となる。得られた動的スピン相関関数は、低エネルギー領域で非整合なスピン励起構造を示す。エネルギーの増加とともにその非整合性は弱くなり、その後再度、整合点の周りに広がったスピン励起が現れる。この振る舞いは実験で観測されている砂時計型のスピン励起と一致する。そこで、その準位構造を、20サイトのt-t'-t''-J模型に対して計算した。ハーフフィールドスピン波励起の存在を反映して、エネルギー固有値分布は疎となっている。電子ドープ系では強い反強磁性相関を反映してやはり疎の固有値分布を示す。一方、ホールドープ系ではキャリアドープとともに分布が低エネルギーで密となる。これは、最初に述べた多様な電子相の存在とコンシステントである。
外装設計のための滑らかさを追求した自由曲線・曲面の研究

本研究では単位4元数曲線を使って曲線の接線や曲面の1つのパラメータ方向の接線を指定して曲線や曲面を定義する手法を提案し,滑らかで美しい高品質な曲線や曲面を生成(設計)する手法を確立した.さらに,微分ベクトルをスケーリングすることにより曲率を任意の値に変える変形法(fine tuning法)を提案した.提案する変形法は曲率を任意の値に会話的に変更することができ,また必要とされる連続性を保ちながら曲率を滑らかに徐々に変化させるので,変形前の曲率プロファイルや曲率分布の極値の数や位置などの定性的な性質を保つことができる.その他の利点としては,(1)歪エネルギの最小化などの大局的な美しさの評価基準(fairness metrics)による生成/変形法と異なり,局所的な変形が可能であり曲線や曲面のある特定の部分のみを変形することができる;(2)FFD(free-form deformation)などの空間の変形による手法と異なり,特定の部分の曲率を特定の値に変更する精細な変形が可能である;(3)BezierやNURBSを含む様々なパラメトリック曲線・曲面に適用可能である;等が挙げられる.これらの手法をソフトウエアシステムとして実現し,その手法の有効性を検証した.本研究では単位4元数曲線を使って曲線の接線や曲面の1つのパラメータ方向の接線を指定して曲線や曲面を定義する手法を提案し,滑らかで美しい高品質な曲線や曲面を生成(設計)する手法を確立した.さらに,微分ベクトルをスケーリングすることにより曲率を任意の値に変える変形法(fine tuning法)を提案した.提案する変形法は曲率を任意の値に会話的に変更することができ,また必要とされる連続性を保ちながら曲率を滑らかに徐々に変化させるので,変形前の曲率プロファイルや曲率分布の極値の数や位置などの定性的な性質を保つことができる.その他の利点としては,(1)歪エネルギの最小化などの大局的な美しさの評価基準(fairness metrics)による生成/変形法と異なり,局所的な変形が可能であり曲線や曲面のある特定の部分のみを変形することができる;(2)FFD(free-form deformation)などの空間の変形による手法と異なり,特定の部分の曲率を特定の値に変更する精細な変形が可能である;(3)BezierやNURBSを含む様々なパラメトリック曲線・曲面に適用可能である;等が挙げられる.これらの手法をソフトウエアシステムとして実現し,その手法の有効性を検証した.“美しい(fair)"曲線曲面の生成は様々な分野で重要であり,特に工業デザインやスタイリング分野では製品の良否を決定する主要因となっている.美しさを決定する要因として「曲率」や「曲率の変化率」が重要であることは共通の認識である.本研究では,接線ベクトル(1次微分量)の制御法について研究を行ったので報告する.美しい滑らかな曲線を設計するためには,デザイナは接線ベクトルt(s)を容易に指定し,また必要に応じて容易に変更できることが望ましい.そのためには3次元空間において単位接線ベクトルを簡単に指定するメカニズムが必要となる.以下に述べるように接線方向,すなわちガウス球上の一点を指定するにはいくつかの方法がある.1.極座標極座標ではベクトルの方向は2つの角度φとθによって指定される.しかし,2つの方向ベクトルに対応する極座標上の2点を線形に内挿して得られる線分を接線ベクトルの軌跡とする曲線は一般に円弧とならない.2.極座標と回転角2つの接線ベクトルから円弧を生成する方法の1つは,2つの接線ベクトルに垂直なベクトルを軸として接線ベクトルを一定の角速度で回転させることである.この方法は前節で述べた極座標の内挿よりも優れた方法と考えられるが.さらに複雑な制御をしようとすると同様な問題を引き起こす.3.フルネ・セレー(Frenet-Serret)の公式フルネ・セレーの公式は曲率(curvature)と捩率(torsion)によって空間曲線を記述する手法である.曲率κと捩率τを指定し微分方程式を解くことによりt(s)が得られる.この利点はあるが,デザイナが曲線上の数個所で接線を指定する場合不都合であり,フルネ・セレーの公式は有効とは言えない.4元数,特に単位4元数は回転を表すのに適しており,効率の点で,また曲線や曲面の設計のしやすさと得られる曲線や曲面の滑らかさから接線ベクトルを制御するために4元数を用いる.QI曲線・曲面のための新しい単位4元数曲線を考案する必要がある.今年度の研究では,単位4元数を用いて定義される,美しさを追求した新しい自由曲面:単位4元数積分(QI)曲面の定義法の改良を行った.これまでのBezier曲面やB-splien曲面といったパラメトリック曲面では,位置を制御点で指定しそれらを混ぜ合わせることにより曲面を定義したが,QI曲面では,接線ベクトルを混ぜ合わせて曲面を定義することを考え,まず,曲面の境界線となる1本の曲線を接線ベクトルを用いて定義する.さらに,境界線上の点を始点とする等パラメータ線の接線ベクトルを曲面上のすべての位置で指定する.接線ベクトルの指定には単位4元数曲線を用いる.一般的な単位4元数積分曲面の定義とともに,その特殊な場合であるBezier形式のQI曲面の定義とそれを用いた点群の内挿方法について考案した.美しい曲線・曲面の生成はCGや工業デザインなど様々な分野で重要である.これらの分野において,頻繁に用いられる最も重要な曲面の一つは回転体である.

球面や円柱,円錐,あるいは壺に代表されるような自由曲線を母線として生成される純粋な回転体と共に,それらを変形した航空機の胴体部のようなより複雑な曲面が工業製品の外形として用いられている.単位4元数積分(QI)曲面は接線ベクトルにより定義され,BezierやNURBSなど従来の自由曲面よりも,曲率や曲率の変化率をより直線的に操作できる.本年度の研究では,QI曲面に基づいた回転体の表現法を開発し,接線方向を変化させたり,積分長を変更することによってそれらを変形する手法を考案した.リバースエンジニアリングでは,既存の工業製品や部品の外形の測定データからコンピュータ内に形状モデルを作成し,そのモデルを利用してそれらの工業製品や部品の評価や再設計を行う.しかしながら,測定データはノイズ等により誤差が含まれているため,それらのデータからリバースエンジニアリングに必要とされる滑らかで高品質な曲線や曲面を再生することは困難である.そこで,本年度の研究では曲線の再生に研究の焦点を絞り,曲率の変動を抑制する性質を持つ単位4元数積分(QI)曲線により曲線を再生することを考える.最良な近似曲線を求めるために,点列とQI曲線との距離の2乗和を目的関数とし,その目的関数を最小化することによって最適化を行う.従来のQI曲線の定義法では曲線の長さを1つのパラメータとして与えたが,その定義法では曲率の大きな部分と小さな部分の混在に強い制限を与えるので,本研究ではより近似度を高めるためにQI曲線を1つのセグメントとし,複数のセグメントを滑らかに接続する.個々のQI曲線としてはBezier型QI曲線を用い,それらをG^1連続性(接線の連続性)を保証して接続することにより1本の近似曲線を算出する.本研究の手法ではノイズが強く混在している場合でも滑らかな曲線が得られる.曲率や曲率変化率は曲線や曲面の滑らかさや美しさ(fairness)を決定する本質的な要因である.しかしながら,これまでの変形手法はこれらの特性を直接的に,かつ会話的に操作する手段を設計者やデザイナに提供していない.そこで,本研究では微分ベクトルをスケーリングすることにより曲率を任意の値に変える変形法(fine tuning法)を提案する.提案する変形法は曲率を任意の値に会話的に変更することができ,また必要とされる連続性を保ちながら曲率を滑らかに徐々に変化させるので,変形前の曲率プロファイルや曲率分布の極値の数や位置などの定性的な性質を保つことができる.その他の利点としては,(1)歪エネルギの最小化などの大局的な美しさの評価基準(fairness metrics)による生成/変形法と異なり,局所的な変形が可能であり曲線や曲面のある特定の部分のみを変形することができる;(2)FFD(free-form deformation)などの空間の変形による手法と異なり,特定の部分の曲率を特定の値に変更する精細な変形が可能である;(3)BezierやNURBSを含む様々なパラメトリック曲線・曲面に適用可能である;等が挙げられる.
組織標本上の化学物質局在を可視化する新規病態解析法の確立

化学物質の曝露が生体にどのような影響を与えるかは未だ完全にはわかっていない。自己免疫性胆管障害である原発性胆汁性胆管炎(PBC)の発症に、化粧品や食品添加物として用いられる2オクチン酸(2OA)が関与している可能性が示されている。本研究では、2OAを皮膚に投与したマウスの肝臓の炎症部位に2OAが存在するのかどうかを、ナノ粒子をイオン化補助に用いる新しいイメージング質量分析法を用いて検討した。2OAは短期塗布群では6時間で肝臓に到達し、長期塗布群では炎症部に合致して胆管周囲に蓄積し、胆汁中に排泄されていた。化学物質は皮膚を介して全身諸臓器に到達し、持続する炎症の起点になる可能性が示唆された。私たちは多くの化学物質に日々囲まれて生活しているが、これらの曝露が生体にどのような影響を与えるかは完全にはわかっていない。我々は自己免疫疾患の発症要因の1つとして、化学物質への長期暴露に注目している。これまで、原発性胆汁性肝硬変(PBC)に出現する自己抗体(抗ミトコンドリア抗体)が、食品添加物に含まれる数種類の化学物質と反応する事を見出し、その1つである2オクチン酸(2OA)の投与により、マウスに抗ミトコンドリア抗体の出現と特異的な胆管障害像といったヒトPBCに類似する病態が発症する事を報告した(Hepatology. 2008, 48(2):531-40.)。このモデルの胆管障害機序として、2OAの胆管への蓄積とそれを標的とする細胞性免疫の関与が推測される。本研究では、生体組織中に蓄積した化学物質の局在をナノ粒子補助によるイメージング質量分析(Nano-PALDI IMS法)で個細胞レベルで明らかにし、化学物質を取り巻く周囲微小環境との相関解析を可能とする新たな評価系の確立を目指す。本年度は、まず、Nano-PALDI IMS法により、組織標本上の2OAの局在を高解像度で解析する新しい解析法を確立した。Cr, Mn, Fe, Coの酸化物をコアとした種々のナノ粒子を作製し、2ーオクチン酸各物質に最適なナノ粒子を選択した。次に、2OAの標品を凍結マウス肝薄切標本に滴下し、実験1で選択したナノ粒子を噴霧してコーティングし、Nano-PALDI IMS法による描出が可能かどうか検討した。2OA誘導PBCモデル動物を用いて、肝組織中の2OAを質量分析で検出するための条件を設定した。さらに、2OAを腹腔内に頻回投与して作製したPBCモデルマウスの肝臓をサンプルとし、組織標本中でのNano-PALDI IMS法の条件を設定した。本研究はマトリックスの代わりにナノ粒子をイオン化支援剤に使うNano-PALDI法に注目し、同法を用いて組織標本上の化学物質の局在を解析する新しいイメージング技術の確立を目指すものであり、研究期間内に、次にあげる4項目の検討を目指している。1「目標とする化合物に最適なナノ粒子の選択方法」を確立し、さらに当該ナノ粒子を用いて2「組織中の低分子化合物をNano-PALDIイメージング質量分析で検出するための条件」を確立する。次に、疾患との関連性が指摘されている種々の低分子化合物を正常肝に添加して3「種々の低分子化合物がNano-PALDIイメージング質量分析(IMS)で検出可能か」を検討する。最後に、4各種ヒト疾患の凍結組織標本を用いて、病変部にどのような化学物質が蓄積しているかを網羅的に検討する。以上の項目のうち、1、2においてはγ-Fe2O3の使用により2OAが良好にイオン化することを見出し、同粒子を用いて凍結肝組織中で2OAのイメージングにも成功した(学会発表済み、英文論文投稿中)。さらに、3の検討の手始めとして、2OA投与による原発性胆汁性肝硬変(PBC)モデル動物の作製に取り組み、形態的にも、血清学的にもPBCに類似するモデル動物の作製に成功した。これらモデル動物の肝臓を用いてNano-PALDI IMSによる2OAのイメージングを試行し、その描出に成功した。より高感度の解析が可能な機器を用いた再検討では、2OAは肝実質よりも門脈域により多く蓄積していることがわかった。PBCは胆管が特異的に破壊される疾患であり、胆管は門脈域に存在していることから、2OAの蓄積部位はPBCの病態を説明しうる所見と考えられた(学会発表済み、英文論文作製中)。我々は自己免疫疾患の発症要因の一つとして、化学物質への長期曝露に注目している。これまで、原発性胆汁性胆管炎(PBC)に出現する自己抗体(抗ミトコンドリア抗体:AMA)が、食品添加物に含まれる数種類の化学物質と反応することを見出し、その1つである2オクチン酸(2OA)の投与により、マウスにAMAの出現と特異的な胆管障害像といったヒトPBCに類似する病態が発症することを報告した。このモデルの胆管障害機序として2OAの胆管への蓄積とそれを標的とする細胞性免疫の関与が推測される。本研究では、生体組織中に蓄積した化学物質の局在を、ナノ粒子補助によるイメージング質量分析(Nano-PALDI IMS法)で個細胞レベルで明らかにし、化学物質を取り巻く周囲微小環境との相関解析を可能とする新しい解析法を確立した。

Cr, Mn, Fe, Coの酸化物をコアとした種々のナノ粒子を作成し、最適なナノ粒子を選択し、Nano-PALDI IMS法による描出法を確立した。マウスに2OAを経口投与、あるいは皮膚塗布し、0,3,6,12時間で肝臓を摘出し、2OAの描出を行ったところ、経口投与では3時間後に、皮膚塗布では6時間後に2OAが肝臓に到達し、その後速やかに消失した。胆汁のIMSでも2OAが確認され、2OAは肝細胞を介して胆汁中に排出されていると考えられた。20Aを皮膚に長期間塗布するマウスモデルを作成したところ、肝臓にはPBCに類似する門脈域へのリンパ球集簇が見られ、門脈域に強く2OAが蓄積していた。今回の研究により、化学物質が様々な経路皮膚で肝臓まで到達し、炎症の起点となりうることが実験的に明らかとなった。今後は様々なヒト疾患について化学物質の関与を精査していく必要がある。化学物質の曝露が生体にどのような影響を与えるかは未だ完全にはわかっていない。自己免疫性胆管障害である原発性胆汁性胆管炎(PBC)の発症に、化粧品や食品添加物として用いられる2オクチン酸(2OA)が関与している可能性が示されている。本研究では、2OAを皮膚に投与したマウスの肝臓の炎症部位に2OAが存在するのかどうかを、ナノ粒子をイオン化補助に用いる新しいイメージング質量分析法を用いて検討した。2OAは短期塗布群では6時間で肝臓に到達し、長期塗布群では炎症部に合致して胆管周囲に蓄積し、胆汁中に排泄されていた。化学物質は皮膚を介して全身諸臓器に到達し、持続する炎症の起点になる可能性が示唆された。これまでの検討により、2OAの臓器内での局在を非常に高い感度で可視化することに成功した。しかしながら、今回見出したナノ粒子が他の化合物も有効にイオン化できるのかどうかは未だ不明である。今後は、まず、2OA以外の低分子化合物を可視化できるかを検討する。異なる5種類の低分子化合物(アクリル酸、メタクリル酸など)を対象とし、凍結肝組織上にそれらの物質を添加して、種々のイオン化支援ナノ粒子を用いてNano-PALDI IMSを施行し、それぞれに化合物に最適なナノ粒子を選択する。次に、それらの化学物質をモデル動物の腹腔内に投与し、一定期間の後に肝臓を用いてNano-PALDI IMSを施行し、肝臓への移行、分布の有無を検討する。5種類ともにイメージングが成功した場合、作成・準備したナノ粒子が広範な低分子化学物質をイオン化できる可能性が高いと解釈できる。イオン化が不可能な物質が見つかった場合、ナノ粒子を再度探索し、ナノ粒子のラインアップに加える。これらの動物実験と並行して、前述のPBCや薬剤性肝障害、或いは化学物質過敏症、など、化学物質と疾患との相関がある程度指摘されているヒト疾患の凍結標本(病理解剖標本)を収集する。これまでの条件検討に基づいて、いくつかのイオン化支援ナノ粒子を用いてNano-PALDI IMSを施行し、標的とする化学物質のイメージングを試みる。ただし、ヒトの場合は化学物質の曝露期間や曝露量がまちまちであると推測される。実験の可否を判断するには、多数例での検討が必要となると考えられ、広い範囲から継続して標本を収集する体制づくりも検討する必要があると考えている。病理学想定よりもイオン化効率に優れたナノ粒子を作製することに成功したため、動物実験で得られた肝組織のイメージング結果が良好な結果となり、くり返しの試行を想定していた予算額より大幅に消耗品費が減弱した。
耳石の微量元素組成と安定同位体組成を指標とした魚類の回遊と集団構造の解析

本年度は、レーザーアブレーション高周波誘導結合プラズマ質量分析法や波長分散型X線分析装置を用いて魚類耳石中の微量元素を多元種同時に測定し、水産重要種であるニシンやウナギなどの回遊魚の解析を行った。ニシンの飼育は、水温一定(13°C)で塩分を変化させた3つの実験群(11,23,35‰)、塩分一定(23‰)で水温を変化させた3つの実験群(9,13,17°C)で行なった。ニシンは、孵化から60日間飼育し、これを標本とした。耳石中の微量元素組成(Na/Ca,Mg/Ca,K/Ca,Sr/Ca,Ba/Ca)は、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析法(LA-ICP-MS)を用いて測定した。得られた耳石中の元素組成と、水温および塩分との関係性は、分散分析法および相関係数を用いて解析した。水温を変化させた実験群間においては、測定した全ての元素カルシウム比において有意差が見出された。一方、塩分を変化させた実験群間においては、K/Ca、Sr/CaおよびBa/Ca比で有意な差が見出された。特に、Sr/Ca比と塩分は、強い正の相関関係を示した。以上の結果から、ニシン耳石中の元素組成は、水温と塩分から影響を受けるが、その影響の程度は元素によって異なることが示唆された。インドネシアジャワ島で採集された熱帯ウナギA.bicolor bicolorを用いて回遊履歴に推定を行ったところ、4つの回遊型が見いだされた。このことから、インドネシアに生息する本種は、多様な回遊生態を有することが明らかになった。本年度は、レーザーアブレーション高周波誘導結合プラズマ質量分析法を用いて魚類耳石中の微量元素を多元種同時に測定し、水産重要種であるニシンやウナギなどの回遊魚の解析を行った。北海道厚岸湖、青森県尾駁沼および岩手県宮古湾で採集された計27個体のニシンを用いて鶏群判別を試みた。各個体から耳石を摘出後、両面研磨を行った。耳石中の微量元素(Li, B, Na, Mg, P, K, Mn, Rb, Sr, Ba)および^<43>Caのイオンカウント数(CPS)は、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析法により測定した。各地点間の比較には、各元素の対^<43>Ca CPSをもとにした対^<43>Ca mol比を用いた。測定した10元素のうち、4元素(Na/Ca, K/Ca, Mn/Ca, Rb/Ca)は、採集した3地点間において、有意に異なる値を示した。測定を行った27個体を各採集地点に分類したところ、91%の高い正判別率を示した。特に、尾駁沼のニシンは宮古湾および厚岸湾のニシンとは完全に区別された。以上より、ニシンの耳石微量元素組成は採集地点によって異なることが示され、系群の判別に有用であると考えられた。また、今回対象とした3地点のニシンは、独立性の高い地域的な集団であることが示唆された。紀伊水道で採集された産卵回遊中の銀化ウナギ37個体を本研究に用いた。各魚は、SrとCaの濃度を測定し,Sr/Ca比を算出した。紀伊水道で採集されたウナギは、川ウナギ、河口ウナギ、海ウナギの3つの回遊型が存在した。ただし、ウナギの回遊の典型である川ウナギは、全体のわずか19%にとどまり、河口ウナギと海ウナギがその大半を占めていた。以上から、再生産に高く寄与しているのは、河口ウナギと海ウナギであると考えられた。
神経毒性を有する薬物由来カチオン性代謝物生成に関与する脳組織内酵素系の解析

我々は抗精神病薬ハロペリドール(HP)投与時にみられる遅延性ジスキネージアやパーキンソニズムなどの神経毒性発現と関連するカチオン性代謝物生成(HPP+)に関与する脳組織内薬物代謝酵素系について検討した。ラット脳ホモジネートおよびP-2遠心画分(ミトコンドリア、シナプトゾームを含む)を用いてカチオン性代謝物(HPP+)生成反応を検討した結果、この反応はNADPH非依存性の薬物代謝反応であり、神経毒惹起物質MPTPのカチオン性代謝物(MPP+)生成反応とは異なり、脳組織内モノアミン酸化酵素(MAO)などのモノオキシゲナーゼ系酵素の関与が低いことを明らかにした。P-450系酵素がもつ、別の酵素反応を触媒するNADPH非依存の反応に関与するペルオキシゲナーゼ系酵素によるカチオン性代謝物(HPP+)生成反応について検討した。ラット脳ホモジネートに過酸化物クメンヒドロペルオキシド(CuOOH)を加えた反応系により、代謝物HPP+生成が23倍に増加し、この増加は過酸化物濃度に依存して直線的に高まる傾向を示した。またこの反応は金属キレート剤の添加により抑制されることより、ヘム蛋白酵素であるペルオキシダーゼの関与が示唆された。次にHorseradish PeroxidaseやMyeroperoxidase酵素標品を用いて、基質HPのHPP+生成反応を検討した。その結果、HPP+生成活性はこれらの酵素量に依存して高まることが観察された。脳組織内HPP+生成反応へのペルオキシダーゼ系酵素の関与について確認するために、ペルオキシダーゼ阻害剤による影響についても検討した。阻害剤ヒドロキシルアミンやパラアミノ安息香酸はこの反応を有意に抑制した。以上の研究成果より、脳組職ホモジネートP-2遠心画分に存在する基質HPのカチオン性代謝物HPP+生成反応は、ペルオキシダーゼ系酵素であるP450ペルオキシゲナーゼ系酵素により触媒されていると考えられる。抗精神病薬ハロペリドール(HP)の長期投与時にみられる遅延性ジスキネージアやパーキンソニズムなどの神経毒性発現と関連するカチオン性代謝物生成(HPP^+)に関与する脳組織内酵素系について、今年度は次に示す項目を検討した:1)cofactor NADPH,NADH依存性、2)モノアミン酸化酵素(MAO)の関与、3)ペルオキシダーゼ系の関与。酵素液として脳ホモジネートを、基質としてHPおよびその脱水化合物であるHPTPを用いて、代謝物HPP^+生成におけるcofactor NADPH、NADH依存性について検討した。その結果、代謝物HPP^+生成反応はcofactor NADPH、NADH非依存性の反応であり、P450の関与が低いことを明らかにした。またHPを基質とした代謝物HPP^+生成活性は、HPTPを基質とした場合に比べ非常に低く、約1/30であり、脱水化合物HPTPのほうが代謝物HPP^+を生成しやすいことを明らかにした。次にMAO阻害剤デプレニル、クロルジリンなどを用い代謝物HPP^+生成反応の阻害効果について検討した。その結果、MAO-A阻害剤クロルジリンにより、約2割ほどの阻害効果がみられ、代謝物HPP^+生成にはMAOの関与が低いことを明らかにした。以上の結果より、脳組織における代謝物HPP^+生成に対するモノオキシゲナーゼ系酵素の関与が低いことから、ペルオキシゲナーゼ系酵素の関与について検討した。

クメンヒドロペルオキシド(CuOOH)と脳ホモジネートの反応系により、代謝物HPP^+生成活性は数倍高まること、またCuOOHとHorseradish Peroxidaseの反応系により代謝物HPP^+の生成を確認した。さらにEDTAやデフェロキサミンの添加により代謝物HPP^+生成活性が有意に抑制されることから、金属イオンの関与が示唆された。以上の研究成果より、カチオン性代謝物HPP^+の生成には、脳組織内ペルオキダーゼ系の酵素が主として関与していることが明らかになった。抗精神病薬ハロペリドール(HP)の長期投与時にみられる遅延性ジスキネージアやパーキンソニズムなどの神経毒性発現と関連するカチオン性代謝物生成(HPP^+)に関与する脳組織内酵素系について、今年度は次に示す項目を検討した:1)代謝物HPP^+生成反応におけるペルオキシダーゼ系の関与、2)プロスタグランジンH合成系の関与。まずペルオキシダーゼ系の関与を検討するために、酵素標品としてHorseradish Peroxidase、Myeroperoxidaseを、過酸化物としてクメンヒドロペルオキシド(CuOOH)を用い、代謝物HPP^+の生成活性について調べた。その結果、これら酵素標品が代謝物HPP^+の生成反応を触媒していることを観察すると同時に、ペルオキシダーゼ阻害剤として知られるヒドロキシルアミンやアミノ安息香酸によりこの代謝物HPP^+生成反応が顕著に抑制された。この結果より、基質HPのカチオン性代謝物生成(HPP^+)に関与する脳内酵素系として、ペルオキシダーゼ系酵素の関与が示唆された。次にアラキドン酸からプロスタグランジンG2およびH2を合成する際に、異物を同時に酸化する系として知られているプロスタグランジンH合成系の関与について検討した。酵素液として脳ホモジネートP2遠心画分を用い、基質HPをアラキドン酸含有反応系で、インキュベートした結果、代謝物HPP^+の生成活性は、アラキドン酸非添加系と比較して有意な増加は観察されなかった。以上の結果より、結論として、脳組織内におけるハロペリドールのカチオン性代謝物(HPP^+)生成に関与する酵素系は主として過酸化物の消去と関連するペルオキシダーゼ系の酵素が考えられた。
金属酸化物強誘電体ナノ粒子作製とその物性評価―強誘電材料におけるサイズ効果検証―

本年度は、均一な粒子径を持つ単分散Pb(Zr, Ti)O_3(以後、PZTと称する)ナノ粒子で構成した薄膜を作製しその電気特性と光学特性を調べた。まず、N : YAGレーザの3倍波(波長が355nm)を利用してPZTセラミックスターゲットを酸素雰囲気中でレーザアブレーションし、それにより発生したナノ粒子を気相中で分散したまま電気炉を通すことで単結晶のPZTナノ粒子を作製した。レーザアブレーションと熱処理により作製したPZTナノ粒子を、微分型電気移動度分級装置を利用して、その粒径別に分級した後、ナノ粒子を運搬するキャリアーガスと共にノズルを通し噴射することで、単分散PZTナノ粒子を種々の基板上に堆積した。まず、粒子径9nmの単分散PZTナノ粒子をシリコン基板上に堆積し、光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、その薄膜の形状を調べた。約3Torrの圧力下で、キャリアーガスを0.3slm(standar liter per minute)の流量とし、基板上に堆積することで、膜厚100nm以上の透明な薄膜が作製できた。SEMを利用した薄膜表面観察の結果から、薄膜を構成している単分散PZTナノ粒子は、基板上の粒子堆積後にも、その形状と粒径を維持していることがわかった。単分散PZTナノ粒子を、可視・紫外光領域に透明であるCaF基板上に堆積し薄膜化し、その光吸収測定を行い、ペロブスカイト構造とパイロクロア構造を有するPZTナノ粒子(粒子径約9nm)の光吸収特性の違いを明らかにした。さらに、約9nmの粒子径をもつ単分散PZTナノ粒子薄膜を用いた金属-強誘電体-金属キャパシター構造も作製しており、そのキャパシターが持つ誘電特性や強誘電特性について調べた。本年度は、20nm以下の粒子径を持つ単分散金属酸化物強誘電体ナノ粒子の作製を行った。Nd : YAGレーザの2倍波と3倍波(波長がそれぞれ532nmと355nmである)を利用し、金属酸化物強誘電体材料のセラミックターゲットを酸素雰囲気中でレーザアブレーションし、発生したナノ粒子を気相中で分散したままオンラインで電気炉に通すことで、レーザアブレーションにより発生したナノ粒子を結晶化する作製方法を開発した。実験では、主に、産業的にもっとも重要とされている強誘電体材料、Pb (Zr, Ti)O_3(以後、PZTと呼ぶ)を重心に行った。PZTターゲットを約3Torrの低圧酸素雰囲気中で、レーザパワー密度を0.512GW/cm^2の範囲で変化させながらレーザアブレーションし、生成したナノ粒子を電気炉の温度を室温から1000°Cまで変化させ熱処理を施した。レーザアブレーションの条件と熱処理温度の変化によるナノ粒子の形状と結晶構造の変化を透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて調べた。熱処理のなかったナノ粒子は、無定形の形状をしており、その結晶構造は主にアモルファスである。これに対して、約600°C以上の熱処理を施した粒子では、その形状が球形となり、さらに、その結晶構造が温度の上昇につれ、パイロクロアからペロブスカイト結晶構造へと変化していた。約900°Cの熱処理により、完全なペロブスカイト構造を持つ球形のPZTナノ粒子が作製できることがわかった。つぎに、レーザアブレーションと熱処理により作製したペロブスカイト構造のPZTナノ粒子を、ナノ粒子の粒径選別ができるDMA (Differential mobility analyzer)へ通し、粒径別に粒子を分級する方法を用い、平均粒径約7nmの有する単分散(粒径の分散度が平均粒径の約5%)のPZTナノ粒子の作製に成功した。今後、粒径7nm15nmの単分散PZTナノ粒子の詳細な結晶構造とその強誘電特性を調べようとしている。

さらに、約9nmの粒子径をもつ単分散PZTナノ粒子薄膜を用いた金属-強誘電体-金属キャパシター構造も作製しており、そのキャパシターが持つ誘電特性や強誘電特性について調べた。
植物における老化の機構に関する分子生物学的・細胞生物学的研究

老化にともなって緑葉のCO_2の拡散抵抗が上昇し、全抵抗の10-20%を占める輸送抵抗は一定の値を維持すること(石井)、被陰による老化に伴う光合成能の低下が光条件にたいする順化現象としてとらえられることを明らかにした(加藤)。緑葉の老化では緑葉体タンパク質、とくにRuBisCOが減少することが知られているが、その大サブユニットの分解産物を検出することに成功した(前)。老化に類似した細胞死の起こる管状要素分化の過程で特異的に現れるタンパク質分解酵素のcDNAの単離に成功した(福田)。分解されたタンパク質の窒素の転流に関与するグルタミン合成酵素遺伝子群の発現が細かく検討され、それぞれの遺伝子について異なった調節機構が存在することを示唆し(渡辺)、若い組織においてNADH依存性グルタミン酸合成酵素が転流窒素の再利用に働いていることを明らかにした(山谷)。老化に関連すると考えられるdin1遺伝子のプロモーターに作用するタンパク質の存在が確認された(安積)。イネの非黄化変異体の遺伝子単離に向けてRFLPマッピングの準備が進んだ(川崎)。クロロフィルの退色の前に液胞膜のピロリン酸依存性のH^+輸送と膜の流動性が低下すること(笠毛)、糖に対する液胞膜の透過性の変化が果実における糖の蓄積に働いていることを明らかにした(山木)。メロン果実の成熟に必要なエチレン合成系酵素としてACCオキシダーゼおよびACC合成酵素のcDNAを単離し(佐藤)、トマトでは追熟型ACC合成酵素遺伝子の発現によって追熟が進行し、細胞接着が緩むことが傷害信号となってさらに傷害型遺伝子が発現することを明らかにした(今関)。離層細胞におけるジャスモン酸の存在、およびジャスモン酸によるセルラーゼの合成促進を確認した(上田)。緑葉の老化の進行に伴って発現する遺伝子として、初期に起こる光合成能の低下から細胞内の糖レベルが低下し、それに応答する遺伝子を単離した(渡辺)。外部環境の葉緑体の老化に与える影響として、イネの葉の老化に対するフィトクロムの作用がクロロフィル、ストロマタンパク、チラコイド膜タンパクのそれぞれで異なることを見いだし(加藤)、秋冷条件下でのダイズで見られる光合成の低下は、RuBisCoの減少ではなく、不活化によることを明らかにした(石井)。葉緑体の老化の研究の一端として、老化に先だって葉緑体DNAの選択的消失を見いだした(黒岩)。また、シトクロムfの抗体の作製し、これを用いて老化葉緑体の単離方法の開発に着手し(前)、葉緑体呼吸に関与する遺伝子の老化過程における発現を明らかにするために、その遺伝子のクロ-ニングを進めた(高倍)。窒素の転流に関与する遺伝子として、細胞質局在性グルタミン合成酵素のcDNAをクロ-ン化して老化に伴って特異的にの発現する遺伝子を明らかにし(渡辺)、イネの葉におけるこの遺伝子の発現部位が維管束に局在することを見いだした(山谷)。老化における液胞の役割の研究としては、緑葉から純度の高い液胞膜の単離に成功し、そこに局在するピロフォスファタ-ゼの変化を追跡することが可能となった(笠毛)。モデル系としての酵母の液胞の持つ自食作用に特異的な膜タンパクの同定と突然変異株の単離に成功した(大隅)。洋ナシ果実の成熟に伴って液胞膜の糖の透過性が大きく増大することを明らかにした(山木)。老化の進行に影響を与えるホルモンとして、エチレンの生合成速度を支配するACC合成酵素のcDNAのクロ-ン化に成功し、オ-キシンと傷害によって異なった遺伝子が働くことを明らかにした(今関、佐藤)。

また、ジャスモン酸の離層形成に対する作用を詳しく調べた(上田)。イネを実験材料とした老化にともなう光合成能の低下の原因は種々のレベルで追及した。CO_2の拡散低抗は老化にともなって上昇するが、輸送低抗と固定低抗を測定したところ、これら個々の低抗は相対的に一定に保たれながら変化することが示された(石井)。個葉の光合成能の低下を引き起こす原因には弱光と強光が関与する2種類の光反応が存在することが見いだされた(加藤)。老化による黄化の過程では葉緑体DNAの減少が起こった後でもいくつかの遺伝子産物の量は一定に保たれることが明らかにされた(黒岩)。葉緑体タンパク質についても異なったタンパク質には異なった分解機構の存在を示唆する結果が得られた(前)。また、老化に類似した細胞死の起こる管状要素分化の過程で働くタンパク質分解酵素の部分精製が進んだ(福田)。老化にともなう窒素の転流について細胞質局在性グルタミン合成酵素が重要な働きをすることが示唆されていたが、この酵素が維管束組織細胞に局在することが明らかとなり、窒素の転流におけるこの酵素の役割の重要性と転流形態への窒素の転換場所が確認された(渡辺、山谷)。落葉の機構である離属形成におけるセルラーゼの活性がジャスモン酸、アブシジン酸によって上昇し、オーキシンによって低下することが明らかとなった。(上田)。老化葉細胞においてパーオキシゾームがグリオキシゾームへと機能転換することが示された(西村)。また、果実成熟にともなう糖の蓄積に働くと考えられるトノプラストのATPaseの単離に成功し、その性質が調ベられた(山木)。同様に糖蓄積に働く細胞外に存在する酸性インベルターゼのcDNAがクローニングされ、さらに、メロン果実の成熟にともない増加するmRNAのcDNAクローンのなかにACCオキシダーゼのcDNAクローンが見いだされた(佐藤)。老化に関連すると考えられるdinl遺伝子のプロモーターの解析が進んだ(安積)。老化にともなって緑葉のCO_2の拡散抵抗が上昇し、全抵抗の10-20%を占める輸送抵抗は一定の値を維持すること(石井)、被陰による老化に伴う光合成能の低下が光条件にたいする順化現象としてとらえられることを明らかにした(加藤)。緑葉の老化では葉緑体タンパク質、とくにRuBisCOが減少することが知られているが、その大サブユニットの分解産物を検出することに成功した(前)。老化に類似した細胞死の起こる管状要素分化の過程で特異的に現れるタンパク質分解酵素のcDNA単離に成功した(福田)。分解されたタンパク質の窒素の転流に関与するグルタミン合成酵素遺伝子群の発現が細かく検討され、それぞれの遺伝子について異なった調節機構が存在することを示唆し(渡辺)、若い組織においてNADH依存性グルタミン酸合成酵素が転流窒素の再利用に働いていることを明らかにした(山谷)。老化に関連すると考えられるdin1遺伝子のプロモーターに作用するタンバク質の存在が確認された(安積)。イネの非黄化変異体の遺伝子単離に向けてRFLPマッピングの準備が進んだ(川崎)。クロロフィルの退色の前に液胞膜のピロリン酸依存性のH^+輸送と膜の流動性が低下すること(笠毛)、糖に対する液胞膜の透過性の変化が果実における糖の蓄積に働いていることを明らかにした(山木)。
ヘルバルト教育学における近代性の再検討―「完全性」概念を手がかりに―

本研究では、ヘルバルト教育学における「近代性」の問題について、以下の観点から検討した。(1)「近代的」だと見なされている教育学的諸概念に関する再検討、(2)ヘルバルトの「完全性」概念に関する教育哲学的研究。本研究を通して、「近代教育学」と見なされているヘルバルト教育学が有する多面的側面が明らかになった。本研究は、一般に「近代教育学」の定礎者と見られる向きのある19世紀ドイツの哲学者・心理学者・教育学者であるヘルバルト(Johann Friedrich Herbart 1776-1841)の思想を直接の検討対象としながら、とりわけ彼の「完全性(Vollkommenheit)」という概念に着目しつつ、いわゆる「近代教育学」が有する多面的性格を明らかにしようとするものである。2015年度は、2年計画の前半部として、主に資料の収集・整理・調査等の基礎的作業に従事した。その研究成果は、以下の通りである。1ヘルバルトに多大なる思想的影響を及ぼしたイマヌエル・カントの反省的判断力論を再検討することを通して、優れて「近代的」概念であるとも言える「自律」概念の問い直しを試みた学術論文の執筆(下司晶編『「甘え」と「自律」の教育学』世織書房、所収)。2ヘルバルトの教員養成論に立ち返ることで教員養成における理論-実践問題を再検討しつつ、「完全性」概念と「経済的合理性」との間の矛盾にも論及した学術論文の執筆(下司晶・須川公央・関根宏朗編『教員養成を問いなおす』東洋館出版社、所収)。3近年の研究動向を踏まえつつヘルバルト教育学の概要を平易にかつ手際よくまとめた教科書の一節の執筆(眞壁宏幹編『西洋教育思想史』慶應義塾大学出版会、所収)。4「教育思想史の「裏面」を問う」という共同の研究課題に対し、ヘルバルトの「完全性」概念に着目しながら、これまで十分に論じられてこなかった彼の教育思想の「裏面」を問うことを試みた学会発表(教育思想史学会第25回大会コロキウム発表)。以上、2015年度の研究成果は、学術書への論文投稿が2件、教科書の一節の執筆が1件、学会での共同発表が1件であった。以上の成果を踏まえて、次年度はさらに研鑽を積みたい。おおむね順調である。2015年度の研究成果は、学術書への論文投稿が2件(下司晶編『「甘え」と「自律」の教育学』世織書房、下司晶・須川公央・関根宏朗編『教員養成を問いなおす』東洋館出版社)、教科書の一節の執筆が1件(眞壁宏幹編『西洋教育思想史』慶應義塾大学出版会)、学会での共同発表が1件(教育思想史学会第25回大会コロキウム発表)であった。2016年度は、2年計画の後半部として、2015年度から行っている資料の収集・整理・調査等の基礎的作業を継続しつつ、これらを踏まえて学術論文の執筆等を行った。1近年の研究動向を踏まえつつ、ヘルバルト教育学の概要を平易にかつ手際よくまとめた教科書の一節の執筆(小山裕樹「ヘルバルト教育学」眞壁宏幹編『西洋教育思想史』慶應義塾大学出版会、2016年4月、285-302頁)。2「教育思想史の「裏面」を問う」という共同の研究課題に対し、ヘルバルトの「完全性」概念に注目しつつ、これまで十分に論じられてこなかった彼の教育思想の「裏面」を明らかにしようと試みた学術論文の執筆(小山裕樹「ヘルバルト教育思想の「裏面」を問う一つの試みー「完全性」概念に着目してー」(コロキウム「教育思想史の「裏面」を問うー「古典」はどう読まれてこなかったのかー」)教育思想史学会編『近代教育フォーラム』第25号、2016年9月、169-171頁)。以上、2016年度の研究成果は、教科書の一節の執筆が1件、学術論文の執筆が1件であった。なお、2017年7月には、以上の研究成果を踏まえての学会発表も予定されている。これまで、ヘルバルトの「完全性」概念にとりわけ着目しながら、ヘルバルトの教育思想における「近代性」の問題を様々な角度から検討してきたが、今後もこの方向性を維持しつつ、加えて彼の教育思想の前史や影響史、またその心理学的射程をも視野に入れながら、さらに検討を進めていきたい。28年度が最終年度であるため、記入しない。社会科学28年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞内導入ペプチドを用いた難治性皮膚疾患に対する治療薬開発の基礎研究

効率がよく副反応の低いタンパク質細胞内導入法を用いてSTAT3阻害作用を有する新規分指標的薬の開発のための基礎研究を行った。In vivoにおいて癌に対する抗腫瘍効果を認め、新たな治療法として期待できる。【背景と目的】担癌宿主において癌局所でのSTAT3の活性化が癌の進展に深く関与している事が多数報告されている。また最近の報告によると癌局所での活性化STAT3(pSTAT3)は、抗原提示細胞とT細胞両者に作用し免疫抑制を誘導させる事で癌免疫療法の効果を阻害している事が明らかとなった。しかしながらin vivoでpSTAT3阻害効果を有する薬剤を腫瘍部に投与し抗腫瘍効果を検討した報告は殆どない。過去我々はprotein-transduction domain(PTD)というpolypeptideによるタンパク質細胞内導入法を用いてin vitro及びin vivoでの様々な細胞内への導入効果を検討しその安全性と高い導入効率を報告してきた。我々はこの技術を利用して癌局所(in vivo)での使用が可能なpSTAT3に対する分子標的薬の開発に成功しこの阻害薬によるin vitro,in vivoでの抗腫瘍効果について検討した。【方法】STAT3のTADに直接結合しその活性化阻害作用を有するGRIM19分子と、細胞内導入効率の最も高いR9-PTDを融合させたリコンビナントタンパク(rR9-GRIM19)を作製、精製した。これをpSTAT3発現細胞株(vSrc 3T3, A20, B16)、非発現細胞株(3T3, EG.7)に導入しin vitroでの抗腫瘍効果、及び腫瘍塊に直接接種した場合の抗腫瘍効果について検討した。【結果】in vitroにおいてrR9-GRIM19は濃度依存性にDNA(binding site)に対するpSTAT3の直接的結合阻害効果を示し、これをpSTAT3発現株に導入させる、転写阻害、増殖抑制効果が認められた。またin vivoにてA20腫瘍塊にrR9-GRIM19を3日間連続接種(day9,10,11)すると腫瘍の完全消失を認めた。このマウスはA20のrechallengeで再拒絶を示しかつCTL活性が確認された。一方nude miceを用いたA20腫瘍塊への同様の接種では拒絶効果が認められなかった。【考察】rR9-GRIM19を腫瘍塊に接種した場合の抗腫瘍効果は癌局所における免疫抑制回避として機能していることを示唆しており、癌免疫療法の新たなadjuvant剤として期待できる。【目的と方法】担癌宿主では癌局所でのSTAT3の活性化が癌の進展に深く関与している。しかしin vivoでpSTAT3阻害効果を有する薬剤を腫瘍局所に投与し、抗腫瘍効果を検討した報告はほとんどない。我々はSTAT3のTrans-activation domainに直接結合しその活性化阻害作用を有する自己タンパクGRIM19分子と、細胞内導入効率の最も高いR9-PTDを融合させたリコンビナントタンパク(rR9-GRIM19)を作製、精製した。In vitroにおいてrR9-GRIM19は濃度依存性にDNA(binding site)に対するpSTAT3の直接的結合阻害効果を示し、これをpSTAT3発現株に導入させると、転写阻害、増殖抑制効果が認められた。これをpSTAT3発現細胞株(A20,B16)非発現細胞株(EG.7)の腫瘍塊に、rR9-GRIM19とrR9-control融合タンパクを直接接種した場合の抗腫瘍効果とその機序について検討した。【結果】In vivoにてA20腫瘍塊にrR9-GRIM19を3日間連続接種(day 9,10,11)すると腫瘍の完全消失(拒絶)を認めた。このマウスはA20のrechallengeで再拒絶を示し、かつCTL活性が確認された。一方、nude miceを用いたA20腫瘍塊への同様の接種では拒絶効果が認められなかった。また、このA20に対するrR9-GRIM19の抗腫瘍効果は抗CD8抗体、抗Gr1抗体の投与による細胞除去でほぼ消失することより好中球と、CD8+T細胞の関与が強く示唆された。B16では軽度の抗腫瘍効果を、EG.7では全く認められなかった。【考察】以上の結果は、rR9-GRIM19を腫瘍塊に接種した場合の抗腫瘍効果は、癌局所における免疫抑制回避として機能していることを示唆しており、癌免疫療法の新たなadjuvant剤として期待できる。多くの癌細胞で恒常的に活性化されているSTAT3のシグナル経路を阻害することは、増殖抑制、アポトーシス誘導、血管新生阻害、免疫抑制の是正を誘導させ、腫瘍微小環境の改善が期待できる。我々は、腫瘍局所のSTAT3シグナルを阻害する分子標的薬を開発し治療応用することを目標に、R9-GRIM19という融合タンパクを作成した。細胞内導入方法としてR9-protein transduction domain(polyarginine)を使用した。この方法は、in vitro, in vivo両者において細胞内導入効率が極めて高いと共に、正常組織、正常細胞に対する副反応がほとんどないことが特徴の新しい導入法である。In vitroでは、STAT3持続活性型細胞株にR9-GRIM19を導入すると、STAT3転写活性を阻害すること、その結果増殖抑制、アポトーシス誘導が誘導されることを明らかにした。

一方in vivoでは、このR9-GRIM19を単独でマウスSTAT3活性型腫瘍塊内に接種すると完全拒絶を始めとする有意な抗腫瘍効果が認められた。この機序を解析したところ、抑制型免疫細胞が減少すると共に炎症型免疫反応が誘導されるようになることを明らかにした。即ち、この抗腫瘍効果の機序は、本来宿主が持っている自然免疫と獲得免疫を増強させることで認められるようになることが明らかとなった。また、このR9-GRIM19の腫瘍内接種とワクチン療法を組み合わせると、抗腫瘍効果がさらに増強する。従って、今後担癌宿主に対する癌免疫療法において、このSTAT3 inhibitorであるR9-GRIM19の使用は必須となるものと思われる。