hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高結合ニオブ酸カリウム圧電薄膜の成長とその応用

本研究は、高結合KNbO_3圧電結晶について、ECR酸素ビームとPLD(パルスレーザデポジション)を組み合わせた独自の方法により、高品質な単結晶膜をエピタキシャル成長させることを目指している。本年度の成果概要を以下に示す。1.Nd:YAGレーザ4倍波を用いるPLDにECR酸素ビームを組み合わせた膜成長法を採用して(110)MgOおよびSrTiO_3基板上に膜成長を行い、擬立方晶(001)配向のKNbO_3膜の成長に成功した。2.ECR酸素ビームを導入した場合と単なる酸素ガスを導入した場合について実験を行い、ECR酸素ビームが膜成長に有効であることを明らかにし、酸素圧力、ECRパワー、基板温度などの最適条件を求めた。また、膜の組成比をEDSにより調べた結果、ターゲット組成比K:Nbが1:1よりも2:1の場合の方がK/Nb【approximately equal】1.0の良い膜が得られることがわかった。3.X線ロッキングカーブ測定を行い、半値幅FWHMの膜厚依存性を明らかにした。4.ポールフィギュア測定により、膜がエピ成長していることを検証し、基板との面内方位関係を決定した。5.X線回折用高温アタッチメントを用いてKNbO_3結晶と基板の格子定数の温度による変化を調べるとともに、成長時および冷却する際の相転移点通過時における基板との格子定数の関係で決まる面方位との関係について考察した。6.参考のため、格子定数がほぼ同じBaTiO_3強誘電薄膜を同じ方法で作成・評価して比較検討した。7.膜の導電率を測定し、10^6Ωcmと比較的高いことがわかった。またD-Eヒステリシス曲線を測定し、強誘電性を確認した。8.薄膜の圧電性の評価を行い、超高周波厚み縦振動の電気機械結合係数k_tは約27%であることがわかった。9.相転移点付近でポーリングすることにより2種類の90°ドメインからなる有極性マルチドメインを形成し、その圧電特性などを調べて圧電性がエンハンスされることを明らかにした。
太陽光紫外線による遺伝子の変化

紫外線は突然変異をおこすことが殺菌灯(主として254nmに波長のピーク)を用いたin vitroの系で明らかにされてきた。しかし、実際に私達人間に直接影響の及ぶ太陽光、即ち近紫外線での、特にin vivoでの遺伝子変化についてはよくわかっていない。本研究では、紫外線がヒトに遺伝子レベルでどのような変化を及べすかをしる為に無毛マウスに太陽光近似の紫外線を照射し、どのような遺伝子変化がおこっているかを検討した。無毛マウス背部に健康蛍光ランプ(280-360nm)を照射(1回照射量は3400J/m^2、最小紅斑量の約2倍)し、その露出部と非露出部から皮膚を採取し、DNAを抽出した。点突然変異により活性化されることがしられているras遺伝子のexon1とexon2を含む領域をPCR法により増幅し、そのPCR産物を直接ダイデオキシ法により塩基配列を決定して突然変異の有無を解析した。昨年迄の研究成果で2系統でH-rasコドン13のG:C→T:Aの、2系統でK-rasコドン61のC:G→G:Cのトランスバージョンがみつかった。更に、今年の研究成果により、N-rasでも2系統においてコドン61のポジション3でA:T→T:Aの、ポジション1でC:G→A:Tのトランスバージョンがみつかった。それらの同一個体の肝臓DNAではそのような突然変異は検出されなかった。今回の実験で観察された点突然変異はコドン61のポジション1の変異以外はいずれもとなりあったピリミジンの片方におこっており、in vivoで紫外線によって突然変異がおこったことが示唆されたが、プラスミドを用いたin vitroの系とは異なりトランスバージョンが多かった。この事は人への紫外線の影響を考えるときin vivoでの実験の重要性を示唆するものと思われる。今のところ照射量、照射方法による突然変異の質的な差はみられていない。
超分子相互作用を有する遷移金属分子触媒の創製

本研究においては,デンドリマー触媒のさらなる応用範囲の開拓を目的とし、柔軟なポリエーテルデンドリマーを組み込んだ新規NHC配位子を設計・合成した。配位子の有効性を評価するため、ルテニウム錯体を合成し、オレフィンメタセシス反応における触媒活性を検討した。配位子の外側にデンドリマーを組み込むことより、中心金属近傍には空間を保持し、金属から離れた位置には嵩高い立体を有する反応場が構築できると考えた。導入するデンドリマーは、構造が柔軟で多様な立体構造をとることが可能であり、かつ、様々な反応に対して比較的安定なポリベンジルエーテル型のデンドリマーを選択した。配位子前駆体となるイミダゾリニウム塩は、種々の合成経路を検討した結果、第3世代(G3)までの合成に成功した。出発原料から三段階で合成し、いずれの段階も中程度以上の収率で生成物を得た。こうして得られた配位子前駆体を用いて、メタセシス触媒となるルテニウム錯体を合成し、第2世代(G2)までの合成に成功した。得られた錯体のうち、第0世代の錯体についてはX線結晶構造解析により、その結晶構造を決定した。Grubbs-Hoveyda触媒との比較検討は、オレフィンメタセシス反応の触媒活性の検証に一般的に用いられるマロン酸ジエチル誘導体の閉環メタセシス反応で行った。5員環の環状オレフィンを与えるジアリルマロン酸ジエチルを用いて反応行ったところ、いずれの触媒でも反応がほぼ定量的に進行した。デンドリマー部位は反応を阻害することなく、メタセシス触媒として有効に機能することがわかった。本研究では,超分子相互作用能を有する部位を遷移金属分子触媒系に導入し,画期的な触媒機能を実現することを目的とする。超分子相互作用能を有する部位として,デンドリマー,ナノサイズ半球型,カリックスアレーン部位を採用し,これらを有する新規配位子を設計,合成し,新規超分子遷移金属分子触媒を創製した。デンドリマーは規則的な枝分かれ構造を有する樹木状物質であり,中心部が空間的に空いており(疎),周辺部になるにつれて混み合っている(密)という,立体的に疎密勾配構造のある極めて興味ある物質であり,ホスト機能を有する。また,1つの枝分かれ構造に対して1つの合成反応が対応しており,同じ合成反応を繰り返すことにより,高度に制御されたナノ空間を比較的容易に構築することができる。また,ナノサイズ半球型ホスフィンは,1nm以上の半径を有する半球の底部中央にリン原子を有するホスフィン配位子である。この配位子は,代表的なかさ高いホスフィン配位子であるP(t-Bu)3等とは異なり,リン原子近傍は空いており,そこから1nm以上離れたところに極めて大きな立体障害を有するというように,配位中心付近での空間を利用した超分子相互作用能を有している。さらに,カリックスアレーンはパラ置換フェノールとホルムアルデヒドとの環状縮合生成物であり,反応に用いる塩基の種類,反応条件などにより,生成物のカリックスアレーンの空孔の大きさをほぼ任意に変えることが出来た。また,カリックスアレーンの空孔は,高いホスト機能があり,従来にはない選択性を実現することが可能である。本研究においては,これらデンドリマー,ナノサイズ半球型ホスフィン,そしてカリックスアレーンというように,種々の異なる超分子相互作用部位を有する遷移金属分子触媒の創製を行った。触媒中心金属として,高い触媒活性が期待できるパラジウムおよびロジウム等を用い,従来にない高い触媒活性および選択性を有する超分子分子触媒系の創出に成功した。
中学校数学における小中高接続を意図した深い学びを促す数学的活動の開発

目的は,中学校数学における主体的・対話的で深い学びの実現の具体としての,授業実践例を提案することである。そのために,生徒が学んだ事柄に関する新たな意味形成と,これからの学びに向けての数学的な洞察を繰り返し促す数学的活動の枠組みを用いて,小中高接続を意図した深い学びを促す数学的活動を開発した。また,開発した数学的活動をもとに複数の単元を実践し,収集したデータを質的に分析することによりその学習効果を特定した。例えば、単元「比例」において, 2つの整数の乗法を,写像の合成を数学的な背景にもつ操作活動で考え,その行為を言葉で表現して対象化することから,正負の数の乗法の意味を解釈する数学的活動を行った。この学習過程にみられる生徒の特徴的な活動や記述物を質的に分析した結果,次の3点を明らかにした:(1)関数の見方や考え方を意識した操作活動とその行為の対象化が,正負の数の乗法の意味解釈を深めることに繋がる。(2)関数の見方や考え方を用いた表現で倍の意味を解釈する活動は,変化の割合や複素数の素地指導に繋がる。(3)関数の見方や考え方を用いた操作活動で2つの整数の乗法の意味を解釈する数学的活動により,数の拡張を実感する可能性が高まる。また,図形の連続的変化とそれに伴う等式の変化を対比しながら追究する数学的活動では,次の3点を明らかにした:(1)等式の変化を調べるために図形の連続的変化を調べようとする過程の中で,ひとつの等式における各辺の長さの変化を意識化することが可能となる。(2)図形の連続的変化と対比させながら,辺の長さの変化を意識して等式を読む中で,等式の変化の仕方に対する理解が深まる。(3)辺の長さの変化を意識して図形の連続的変化を調べようとする過程で,長さの変化をグラフで調べようとする活動が生まれる可能性がある。なお,上述の2例は開発した数学的活動の一部である。
糖鎖発現の制御因子

N-グリコリルノイラミン酸(NeuGc)の発現を律速制御していると考えられるCMP-NeuAc水酸化酵素の解析を行い,ヒトcDNAをクローニングした.COS細胞に強制発現させても活性は検出されず,ヒトでNeuGcの発現抑制される原因と考えられた.マウスβ-1,6-GlcNAc転移酵素のゲノムの構築が明らかになり,組織特異的発現制御の関与が示された(鈴木).乳腺腺構造分化に伴って,硫酸転移酵素と2-6シアル酸転移酵素の活性化と2-3シアル酸転移酵素の抑制が起こった.硫酸転移酵素はEGF,2-6シアル酸転移酵素はプロラクチンが関与する(岩森).ヒト腎癌細胞から糖脂質硫酸転移酵素を精製し,アミノ酸配列に基づいてcDNAをクローニングすることに成功した.新しい構造の酵素であり,増殖因子で酵素が誘導されることから,機序の解明が可能になったった(本家).コンドロイチン6硫酸転移酵素cDNAをCOS7細胞に発現させるとガラクトースの6位にも硫酸化が起こった(羽渕).グリコスアミノグリカンの蛋白質への結合領域に,糖鎖伸長の仕訳機能を持つ新規構造,および新規α-GalNAc転移酵素を見いだした(菅原).糖鎖とセラミドを切断する酵素を使い,グルコース転移酵素が糖脂質発現の律速となる事を見いだした.セラミドN-アシラーゼを同定し,糖鎖工学へ応用した(伊東).O-アセチルセラミドを持つGM3の合成法を確立し,抗体を作製した(賀佐).ガングリオシドとスルファチドがDNA polymeraseαを抑制する.スフィンゴシンはRNA primaseを阻害することが明らかになった(瀧).アドリアマイシン耐性株で糖脂質に変化が見られた(保田).TPA処理によるヒト大腸癌細胞の糖鎖の変化は,より多くの糖鎖の付加に原因がある事が明らかになった(中田).新型レクチンのアネキシンIVの構造,cDNAの塩基配列を明らかにした.リン脂質が糖結合に影響を与える事が明らかになった.(松本).シアル酸の分子種であるN-グリコリルノイラミン酸(NeuGc)発現制御に関与する因子の解析を行い、律速であるCMP-NeuAc水酸化反応には三つの蛋白性因子(cytochrome b5,NADH b5 reductase,末端水酸化酵素)が関与することを明らかにした。末端酵素を精製し、アミノ酸配列を明らかにし、cDNA解析も進行中である。今後、ヒトでの発現抑制の機序解明に興味がもたれる。腎細胞癌では硫酸化糖脂質が増加し、対応して硫酸転移酵素の活性が上昇する。また本酵素活性はEGFやTGFで活性が上昇し、この効果はCキナーゼを介するものであることが明らかになった。今後、Cキナーゼの活性化と酵素活性の上昇との関係に興味が持たれる。ガラクトース転移酵素は癌患者の血清中で、上昇している。本酵素に対する抗体を作成して、消化管の正常、癌組織を免疫組織染色すると、正常ではゴルジ体が染色されるのに、癌では細胞膜が染色された。癌組織の本酵素は正常よりも分子量の小さい分子が存在していることが明らかになった。子宮内膜上皮培養細胞で、コレステロール硫酸生合成に関与する硫酸転移酵素の活性化はプロゲステロンとその受容体の発現上昇によって制御されていることが明らかになった。コレステロール硫酸は子宮内膜に次いで、皮膚に高濃度に存在するが、その出現は多重層を形成する時期に一致し、ケラチン合成に先行することが明らかになった。癌関連抗原であるTn抗原はGalNAc-Ser/Thrが3残基連続して存在する構造であることが明らかになった。ほ乳類の腎臓に、これまでに報告されている動物レクチン(C,Sタイプ)に属さない、アネキシンファミリーに属する新しいタイプのレクチンを見いだした。リコンビナント蛋白の合成に成功し、今後リガンドの検索に興味が持たれる。N-グリコリルノイラミン酸(NeuGc)の発現制御に律速となるCMP-NeuAc水酸化反応が,シトクロムb5の関与する電子伝達系によって行われることが明らかになった.さらに,末端の反応を行う水酸化酵素がマウス肝臓から精製され,マウスcDNAがクローニングされた.このcDNAをプローブとしてヒトの遺伝子中に類似の配列が確認された(鈴木明身).ギラン-バレー症候群の患者から分離されたC.jejuni EN19型のリポ多糖がGM1様構造を持っていること,患者血清中には抗GM1抗体価が上昇することを明らかにした(飯田静夫).子宮内膜癌細胞株では分化型形態を持つ細胞がスルファチド強陽性であり,未分化型細胞は陰性であった.スルファチドの発現は子宮内膜癌の分化型と関連していた(岩森正男).癌患者腹水よい抗シアリルLe^a抗体や抗Tn抗体を用いてシアリルLe^a抗原やTn抗原を持つ糖タンパク質を単離した.ペプチド鎖はMUC2遺伝子産物に酷似していた.シアリルLe^a抗原を持つ糖タンパク質は極めて低濃度で血管内皮細胞に対する腸癌細胞の結合を阻害した(中田博).アネキシンタンパク質グループに属する新しい型のレクチンp33/41がウシ腎臓においては近位尿細管の刷子縁膜に局在することを明らかにした。

またcDNAのクローン化に成功し、その一次配列を明らかにした(松本勲武).細胞表面糖脂質をendoglycoceramidase(EGCase)で分解後、反応系からEGCaseを除くと細胞表面糖脂質量は元のレベルに急速に回復した。EGCase処理した細胞の細胞増殖(EGF受容体リン酸化),細胞間接着,細胞外マトリックスとの接着,細胞分化(Neuro2Aの神経突起伸展)に顕著な変化が現われた(伊東信).FM3A細胞に由来するリピド中間体生合成に関する温度感受性変異株G258にヒト肝臓cDNAライブラリーを電気穿孔法によって移入して,G258株の変異に相補的なヒトcDNAの分離を試みている(西川義尚).ヒトの癌関連抗原として注目されるN-グリコリルノイラミン酸(NeuGc)の発現を律速制御していると考えられるCMP-NeuAc水酸化酵素の解析を行い,ヒトゲノムからマウス水酸化酵素cDNAに類似の短い断片を増幅する事ができた.ヒト本酵素のcDNAの翻訳領域全域が明らかにできる可能性がでてきた.マウスb-1,6-GlcNAc転移酵素のゲノムの構築が明らかになった(鈴木).セラミド,スフィンゴシンの動態を解析し,GNAの複製の観点から解析した(飯田).糖脂質から糖鎖とセラミドを切断する酵素を使い,セラミド及びその代謝産物の細胞機能に及ぼす影響を解析した.本酵素の最近での分布を調べ,感染との関係を論じた.セラミドN-アシラーゼを同定し,糖鎖工学への応用を検討した(伊東).液性因子による糖鎖発現制御をプロゲステロンと硫酸転移酵素の発現制御を解析した(岩森).癌関連抗原糖鎖シアリルルイスAを持つ糖蛋白質を精製し,構造を解析した.ムチン型糖蛋白で,MUC2であると考えられた.この糖蛋白共存下に血管内皮細胞を培養すると,E-セレクチンの細胞表面での発現時間が延長した(中田).細胞増殖・細胞認識に係わるプロテオグリカン糖鎖の延長制御の機序を解析し,新しい酵素a-GaINAc転移酵素を発見した.さらに,コンドロイチン硫酸鎖の繰り返し2糖合成に関与するb-GalNAc転移酵素の同定を行った(菅原).糖鎖の認識分子であるビトロネクチン(ヒト・ブタ)の糖鎖結合部位,糖鎖の構造を解析した.ブタのcDNAをクローニングした(松本).N-グリコリルノイラミン酸(NeuGc)の発現を律速制御していると考えられるCMP-NeuAc水酸化酵素の解析を行い,ヒトcDNAをクローニングした.COS細胞に強制発現させても活性は検出されず,ヒトでNeuGcの発現抑制される原因と考えられた.マウスβ-1,6-GlcNAc転移酵素のゲノムの構築が明らかになり,組織特異的発現制御の関与が示された(鈴木).乳腺腺構造分化に伴って,硫酸転移酵素と2-6シアル酸転移酵素の活性化と2-3シアル酸転移酵素の抑制が起こった.硫酸転移酵素はEGF,2-6シアル酸転移酵素はプロラクチンが関与する(岩森).ヒト腎癌細胞から糖脂質硫酸転移酵素を精製し,アミノ酸配列に基づいてcDNAをクローニングすることに成功した.新しい構造の酵素であり,増殖因子で酵素が誘導されることから,機序の解明が可能になったった(本家).コンドロイチン6硫酸転移酵素cDNAをCOS7細胞に発現させるとガラクトースの6位にも硫酸化が起こった(羽渕).グリコスアミノグリカンの蛋白質への結合領域に,糖鎖伸長の仕訳機能を持つ新規構造,および新規α-GalNAc転移酵素を見いだした(菅原).
抗がん剤連日投与レジメンにおける適正なアプレピタント投与期間の探索

化学療法における悪心・嘔吐は、頻発する副作用のひとつである。各種ガイドラインで制吐対策が明示されたこと等により、悪心・嘔吐の制御はかなり改善されているが、ガイドラインに記載されている制吐対策は薬剤の催吐性リスクにより分類されており、連日抗がん剤が投与される場合の制吐対策は明示されていない。頭頸部癌等に用いられるシスプラチン(CDDP)、5-フルオロウラシル併用(CF)療法及び精巣癌に用いられるブレオマイシン、エトポシド、CDDP併用(BEP)療法は、高度催吐性リスクに分類され、推奨されるセロトニン受容体拮抗薬、デキサメタゾンおよびアプレピタント(APR)の3剤併用療法を行った場合でも、制吐不良の患者が多い連日投与レジメンである。そこで、本研究ではこれらのレジメンを対象として適正な制吐対策を明らかにするとともに、諸外国において薬剤承認の際に導入されている費用対効果分析を今回用いた制吐対策に対して行って費用対効果について評価した。CF, BEP療法ともに、CDDP投与終了後の遅発期(CF療法: 2-7日目、BEP療法: 6-9日目)に制吐不良な患者が認められた。Complete protection(悪心、嘔吐、レスキュー薬なし)はともにAPRの投与延長(CF療法: 5日間、BEP療法: 7日間)した場合に、標準制吐対策と比較して有意な改善が認められた(CF : 54% v. s20%、BEP : 54% v. s 0%)。またAPRの投与延長について年間2万ポンド(約500万円)を基準値として、QOLを算出し費用対効果分析を行ったところ、CF療法、BEP療法のいずれにおいてもAPRの追加投与は費用対効果に優れていた。本結果よりCF, BEP療法においてはAPRの投与延長は、費用対効果にも優れており制吐対策の適正化につながることが明らかになった。現在他のレジメンについても同様に検討を行っている。
がんに対する重粒子線治療法高度化の為の基礎的・臨床的研究

重粒子線治療の革新のためのトランスレーショナル研究を展開し、重粒子線の高い生物学的効果はNHEJ遺伝子修復機構が関係しており、炭素線と抗がん剤併用で局所進行肺がんの局所制御率が向上すること、炭素線照射がRhoシグナル経路を介してA549肺腺癌細胞の細胞遊走能を増大させること、放射線治療でがん患者に抗原特異的な抗腫瘍免疫が活性化されること、樹状細胞の静脈内投与と炭素線照射の併用は肺転移を抑制すること、肺がんではEGFR変異陰性がんに炭素線治療の効果が大きいこと、低酸素下ではmTOR阻害剤の併用により、放射線増感効果が認められ、その機序にはHIF-1a発現低下が関連していることなどが示唆された。1)DNA損傷においてDNA二本鎖切断(DSB)の修復機序の相同組換え(HR)および非相同末端結合(NHEJ)の修復欠損細胞を用いて、重粒子線治療における、LET依存的な殺細胞効果を検討する目的に、がん抑制遺伝子p53欠損マウス由来の肺線維芽細胞で、DSB修復が正常、NHEJのLIG4欠損、HRのRad54欠損、それらの二重欠損の同細胞株を用いて、HRおよびNHEJの機構を検討した。その結果、高い生物学的効果比及び増感比を決定づける要因はNHEJ修復であり、炭素線においてもNHEJ修復を分子標的にすることでがん細胞の殺細胞効果をさらに高められる可能性が示唆された。2)化学放射線療法が施行された食道がん患者のうち、HLAがA2もしくはA24の患者のみ、臨床検体(血液)を採取して研究を行い、そのうち約40%の患者において、癌精巣抗原特異的細胞障害性Tリンパ球が治療中治療後に有意に増加することを確認した。また、術前化学放射線療法が施行された食道がん患者において、臨床検体(腫瘍組織;術前および手術時のもの)を用いて研究を行い、化学放射線療法にて有意にHMGB1の増加が認められ、また、予後と有意に相関することが認められた。これらの成果は、放射線治療によって抗原特異的な抗腫瘍免疫が活性化されたことを証明したものであり、放射線治療と免疫療法の併用療法の可能性を示唆するものである。3)粒子線治療では、微量なSEで粒子の飛程に大きな誤差を生む場合があり、線量分布の頑強性(roboustness : ROB)の弱い治療計画となる状況が危惧されているため,治療計画のROBを評価できる線量分布評価手法を新たに考案し,検討を行った.その結果,新しい合成線量分布による評価法により信頼性の高い治療計画評価が行えることが示唆された。1.非小細胞肺癌に対して、カルボプラチン(CBDCA)およびパクリタキセル(PTX)と炭素イオンビーム照射を併用することにより、殺細胞効果の相乗効果が起こった。CBDCAまたはPTXは、アポトーシスと炭素イオンビームによって誘発される老化を促進した。これらの結果は、炭素イオン治療とCBDCAとPTXの併用は、局所進行NSCLCの治療のために臨床的に有効であることを示唆している。2.マウスモデルにおける炭素イオン療法と樹状細胞の静脈内投与を組み合わせた治療(Cイオン樹状細胞治療)で肺転移の抑制作用が起こるか検討した。結果は、静脈内および腫瘍内のDC投与は、C-イオン照射と組み合わせることで、C-イオン単独の照射や、DC単独治療に比べ大幅に肺転移抑制効果が見られた。DCのCD40とIL-12の発現量はC-イオン照射したNR -S1との共培養で大幅に増加したことから、これら結果はC-イオン照射はDCの成熟に寄与し、そのCイオン樹状細胞治療は、肺転移抑制を示すことが明らかとなった。3.ヒト肺腺癌細胞A549株を用いて,癌細胞の遊走能におよぼす炭素線の影響について、遊走能を制御しているROCKとの関連を含め検討した。結果は、炭素線照射群(2Gy、8Gy)では、X線照射に比べ、遊走能が約4倍程度亢進した。Fアクチン染色では、炭素線照射群において細胞遊走時突起形成の出現率が有意に高く、また、ストレスファイバー形成に必要なリン酸化ミオシン軽鎖の発現が炭素線8Gy照射群で増加し、Y27632の併用により、その発現レベルは非照射群と同様のレベルにまで減少した。以上より、炭素線照射がRhoシグナル経路のROCKを介してA549肺腺癌細胞の細胞遊走能を増大させることが明らかとなった。1.肺腺癌における新規ドライバー融合遺伝子KIF5B-RET、クロマチンリモデリング因子BRG1とBRMの合成致死性、クロマチンリモデリング因子p300阻害による放射線増感、がん関連遺伝子(TP53やEGFRなど)変異がX線・炭素イオン線感受性へ与える影響について調べた。2.脳腫瘍の放射線治療を考慮して、神経幹細胞および神経膠芽腫細胞の増殖率を指標とした放射線感受性について比較検討した。【方法】ヒトES細胞由来正常神経幹細胞NSCおよびヒト神経膠芽腫細胞株A172を用いた。細胞播種後翌日にX線(150 kVp)または炭素線(290 MeV、6 cm SOBP中心)照射を行い、照射後96時間まで24時間毎に細胞数を計数し、増殖曲線を作成した。また、相対増殖率50%の線量からRBEを求めた。さらに、Ethidium bromide/Acridine orange二重蛍光染色を行い、後期アポトーシスおよびネクローシスの頻度を解析した。

【結果】増殖率を指標とした放射線感受性はA172と比べてNSCの方が約4倍高く、両細胞共にRBEは約2であった。また、両放射線による細胞死型は、NSCでアポトーシスが主であったのに対し、A172ではアポトーシスもネクローシスも顕著に検出されず、誘発される細胞死型も異なることが明らかとなった。1.ヒトのNSCLC細胞株、EGFR変異を有する細胞株、KRAS変異を有する細胞株、EGFR/KRAS野生型NSCLC細胞株の3細胞株を用いて炭素イオン線の生物効果を検討した。EGFR変異型細胞株のRBEはEGFR野生型細胞株と比較して有意に低値であった。変異型EGFR発現A549細胞は野生型EGFR発現A549細胞株と比較して有意なX線高感受性およびRBE低値を示した。一方、KRAS変異ステイタスによるX線感受性、炭素イオン線感受性およびRBEの差は認められなかった。EGFR変異型細胞株H1650、HCC827、Ma-24におけるX線誘導DSBの修復能は、EGFR野生型細胞株H1299、H1703、A549のそれと比較して有意に低かった。X線照射EGFR変異型細胞株において、NHEJ活性阻害剤併用によるγH2AX foci数の上乗せ効果は明らかでなかった。このことから、EGFR変異型細胞株ではDSB修復の主要経路のひとつであるNHEJの活性が低いことが示唆された。一方、上記6細胞株における炭素イオン線誘導DSBの修復能は、EGFR変異ステイタスに関わらず全ての細胞株においてX線誘導DSBの修復能より有意に低かった。EGFR変異型NSLCL細胞株はEGFR野生型NSCLC細胞株と比較してNHEJ活性が低く、X線高感受性と炭素イオン線RBE低値を示した。2.脳腫瘍の放射線感受性を考慮して、神経幹細胞および神経膠芽腫細胞増殖率を指標とした放射線感受性について比較検討した。その結果、増殖率を指標とした放射線感受性はA172と比べてNSCの方が約4倍高く、両細胞ともにRBEは約2であった。重粒子線治療の革新のためのトランスレーショナル研究を展開し、重粒子線の高い生物学的効果はNHEJ遺伝子修復機構が関係しており、炭素線と抗がん剤併用で局所進行肺がんの局所制御率が向上すること、炭素線照射がRhoシグナル経路を介してA549肺腺癌細胞の細胞遊走能を増大させること、放射線治療でがん患者に抗原特異的な抗腫瘍免疫が活性化されること、樹状細胞の静脈内投与と炭素線照射の併用は肺転移を抑制すること、肺がんではEGFR変異陰性がんに炭素線治療の効果が大きいこと、低酸素下ではmTOR阻害剤の併用により、放射線増感効果が認められ、その機序にはHIF-1a発現低下が関連していることなどが示唆された。1.肺腺癌における新規ドライバー融合遺伝子KIF5B-RET、クロマチンリモデリング因子BRG1とBRMの合成致死性、クロマチンリモデリング因子p300阻害による放射線増感、がん関連遺伝子(TP53やEGFRなど)変異がX線・炭素イオン線感受性へ与える影響について調べ、それらの因子がX線の放射線感受性に大きな影響を与えることを示すことができた。重粒子線治療にはあまり大きな影響を与えないことも明らかになった。次世代の「個別化・放射線増感治療」が期待される。
原子核半減期の揺らぎを利用した超微量形態分析法の開発

体内の微量必須元素のように極微量でも大きな影響を与える事例は枚挙にいとまがなく,その存在状態(化学状態)を知ることは機能や性質の理解に重要である。しかしながら,極微量(トレーサー量)の試料に対しては,吸収や回折などを用いる通常の分光学的方法で構造情報を得ることはできない。そこで本研究では,電子捕獲(EC)過程や内部転換(IC)過程による原子核半減期が原子核位置の電子密度に依存することを利用して,トレーサー量物質の化学状態に関する情報を得ることを目的とする。本年度はEC壊変核種であるCr-48(半減期22時間)の半減期変化を測定するために,Cr-48の製造および化学分離方の検討を行った。Cr-48はTi-46(α,2n)反応で製造できるが,ターゲットのTiからトレーサー量のCrを分離する必要がある。そこで,まず比較的長半減期のCr-51(半減期27.7日)を用いて分離テストを行った。天然同位体比のTi(Ti-nat)を東北大学AVFサイクロトロンでα照射し,Ti-nat(α,xn)反応でCr-51を製造した。これを用いて化学分離法の検討を行ったところ,担体無添加で80%以上の収率でCrが得られることが分かった。わずかにTiの混入が見られるためもう少し化学分離方の改良は必要である。また,Cr安定同位体を担体として加え,更に精製することで,半減期測定に用いるための試料が調製できることを確認した。本年度はそれに加え効率良く半減期測定を行うために,半減期測定装置を増設した。本装置は高純度Ge半導体検出器(HPGe検出器),オートサンプルチェンジャー,フラッシュADCベースのマルチチャンネルアナライザ,ルビジウム周波数標準等で構成されている。現在は本装置と既存の半減期測定装置との性能比較を行っている。半減期データを測定するための装置は準備できている。本研究では加速器を用いてRIを製造し,その半減期を精密測定する必要がある。加速器を用いたRI製造は機会に限りがあるため,一回の実験でできるだけ多くのデータを取ることが重要である。本助成により半減期測定装置の増設ができたため,一回の実験で効率良くデータを取得できる見込みである。また,目的核種の製造も順調に進んでいる。Ti-46(α,2n)反応でCr-48を精製して,化学分離法を検討した。これまでトレーサー量のCrをTiから分離・精製した場合,目的のCrに多くのTiが含まれていた。そこで化学分離法を一から再検討した結果,Tiの混入を大幅に減らすことができた。無担体のCr同位体を得るにはもう少し分離の改良が必要であるが,Cr安定同位体を担体として加え,更に精製することで,半減期測定に用いるための試料が調製できることを確認した。以上からCr-48の半減期を測定する目処は付いたと考えられる。以上より,本年度の進歩状況としてはおおむね順調である。本研究課題ではMn-52,Cr-48,Tc-99mの半減期を対象に実験を行う。Cr-48は上記のように実験可能な状態である。Tc-99mの半減期変化測定は購入RIを利用できるため,加速器メンテナンス期間にもデータを取得できる。よって,来年度にはこの2核種の実験データを順次取得できる状態となっている。新しく作成した半減期装置と既存の半減期測定装置との性能比較を行って,問題無ければTc-99mおよびCr-52の化学状態を変化させて半減期を精密測定する予定である。加速器利用時はCr-52の実験を行い,加速器メンテナンス時はTc-99mの実験を行う。また,原子核近傍の電子状態を推測するために量子化学計算の検討を進める。量子化学計算は3種類のソフトウェアを使用する予定である。得られた結果と半減期測定の結果を比較しながら,計算条件および実験条件を改善していく。さらにMn-52の製造条件および化学分離条件の検討を行う。Mn-52はサイクロトロンを用いたCr-52(p,n)反応,および電子ライナックを用いたFe-54(γ,2n)Fe-52→Mn-52反応で製造できる。今後これらの反応でRIを製造し,半減期測定可能な実験条件を見つけていく。天然同位体比のTi(Ti-nat)を東北大学AVFサイクロトロンでα照射し,Ti-nat(α,xn)

反応でCr-51を製造した。これを用いて化学分離法の検討を行ったところ,担体無添加で80%以上の収率でCrが得られることが分かった。わずかにTiの混入が見られるためもう少し化学分離方の改良は必要である。また,Cr安定同位体を担体として加え,更に精製することで,半減期測定に用いるための試料が調製できることを確認した。本年度はそれに加え効率良く半減期測定を行うために,半減期測定装置を増設した。本装置は高純度Ge半導体検出器(HPGe検出器),オートサンプルチェンジャー,フラッシュADCベースのマルチチャンネルアナライザ,ルビジウム周波数標準等で構成されている。現在は本装置と既存の半減期測定装置との性能比較を行っている。半減期データを測定するための装置は準備できている。本研究では加速器を用いてRIを製造し,その半減期を精密測定する必要がある。加速器を用いたRI製造は機会に限りがあるため,一回の実験でできるだけ多くのデータを取ることが重要である。本助成により半減期測定装置の増設ができたため,一回の実験で効率良くデータを取得できる見込みである。また,目的核種の製造も順調に進んでいる。Ti-46(α,2n)反応でCr-48を精製して,化学分離法を検討した。これまでトレーサー量のCrをTiから分離・精製した場合,目的のCrに多くのTiが含まれていた。そこで化学分離法を一から再検討した結果,Tiの混入を大幅に減らすことができた。無担体のCr同位体を得るにはもう少し分離の改良が必要であるが,Cr安定同位体を担体として加え,更に精製することで,半減期測定に用いるための試料が調製できることを確認した。以上からCr-48の半減期を測定する目処は付いたと考えられる。以上より,本年度の進歩状況としてはおおむね順調である。本研究課題ではMn-52,Cr-48,Tc-99mの半減期を対象に実験を行う。Cr-48は上記のように実験可能な状態である。Tc-99mの半減期変化測定は購入RIを利用できるため,加速器メンテナンス期間にもデータを取得できる。よって,来年度にはこの2核種の実験データを順次取得できる状態となっている。新しく作成した半減期装置と既存の半減期測定装置との性能比較を行って,問題無ければTc-99mおよびCr-52の化学状態を変化させて半減期を精密測定する予定である。加速器利用時はCr-52の実験を行い,加速器メンテナンス時はTc-99mの実験を行う。また,原子核近傍の電子状態を推測するために量子化学計算の検討を進める。量子化学計算は3種類のソフトウェアを使用する予定である。得られた結果と半減期測定の結果を比較しながら,計算条件および実験条件を改善していく。さらにMn-52の製造条件および化学分離条件の検討を行う。Mn-52はサイクロトロンを用いたCr-52(p,n)反応,および電子ライナックを用いたFe-54(γ,2n)Fe-52→Mn-52反応で製造できる。今後これらの反応でRIを製造し,半減期測定可能な実験条件を見つけていく。
「人間地球系」-人類生存のための地球本位型社会の実現手法-先導的物質循環・環境保全技術の創生

本研究では、長期的、継世代的に生物系全体に悪影響を与える環境中の微量毒性物質の評価と低減手法を創生することを目標とし、以下のような研究を行った。(1)実験動物を使用しない新しい毒性試験方法として、ヒト細胞を用いた免疫毒性などの評価方法を開発し、環境化学物質の有害性を評価した。(2)都市ごみ、下水処理汚泥、屎尿処理汚泥などの焼却施設の排ガスからの変異原性物質とその原因物質の発生状態を把握し、管理手法を明らかにした。(3)廃棄物およびその燃焼排ガス等の中のダイオキシン類のマテリアルフローを明らかにし、また、4つの対策による効果を予測し、環境負荷を最少にする適切な対策を提示した。(4)有機スズ化合物や有機塩素化合物などの残留性有機物質の地球規模での分布とゆくえ、哺乳類や鳥類などの野性生物の汚染実態、生物濃縮とその影響などを解析した。(5)多数の工業薬品や農薬なとの毒性をもつ化学品の国内外での管理制度を比較、評価するとともに、実用的な新しい自主管理手法を開発した。本研究では、原理、システムまたは評価方法などが従来と異なる技術をとりあげ、21世紀に利用可能な先導的な物質循環・環境保全技術の芽を創生する。本年度は、以下の成果が得られた。1)新しい吸着システムによる嫌気分解ガスからの低濃度メタンの分離回収技術について、ピストン駆動型超高速吸着脱離サイクル法の基礎実験を行い、従来法の10倍程度の処理容量があることを確認した。また、基礎特性を数理解析し、メタンを回収する場合のシミュレーションを行った。2)微生物濃縮システムによる先端産業排水からの重金属の除去・回収技術について、クロレラのアンチモンに対する耐性と畜積挙動および細菌のタリウムに対する耐性と畜積挙動を調べ、排水処理への応用可能性を考察した。3)微生物システムによる有機廃棄物からの農薬生産技術について、各種コンポストから芝病原菌抑制細菌N-41株を単離し、さらに薬品耐性をもつN4-1株の自然突然変異株を誘発させ、増殖させた。また、これを廃棄物に植種してコンポスト化して増殖特性を調べた。4)氷霧を利用した有害排ガスの分解・除去技術について、氷結過程における亜硝酸イオンの酸化反応促進効果を測定し、その機構を解明し、排ガス処理へ応用の可能性を検討した。また、炭酸ガスの硫黄化合物による還元でアルコールを生成する反応の可能性を検討した。5)微生物を利用したバイオセンサーによる毒性の実時間計測技術について、毒性添加にともなう真性粘菌の呼吸活性と原形質流動性、酵母の解糖系の代謝振動、発光性細菌の発光強度などの変化に基づく毒物センサーの可能性を検討し、それぞれの特徴を明らかにした。6)水中の遺伝子毒性物質の評価と除去・無害化技術について、飲料水中及び各種排水中の変異原性物質を吸着樹脂カラムで分離濃縮し、簡易で正確に多種・微量汚染物質の遺伝子毒性を評価する分離濃縮技術、毒性試験条件及び定量評価方法を標準化し、実際の水への適用性を検討する。本研究では、原理や発想などが従来と異なる新しい技術をとりあげ、21世紀に利用可能な先導的な物質循環・環境保全技術の芽を創生する。a)省エネ型の超高速吸脱着圧力スイング吸着法により、実際のバイオガスを想定した多成分系でのメタンの吸着特性と最適条件を検討するとともに、埋立地からのメタンの発生特性を調べた。b)ヒ素を高濃度に蓄積して無害化する藻類とバクテリアを用いてアンチモン等に対する耐性と蓄積挙動を検討し、アンチモンの藻類による無害化と蓄積性を調べ、除去・回収方法を検討した。c)植物病原菌抑制微生物が実際的条件で芝の病害駆除効果を示すために求められるコンポスト製品の条件と再現性を検討し、有効微生物が高濃度になるコンポストの製造条件を明かにした。d)凍結速度や共存物を変えた氷結過程での二酸化炭素の硫黄化合物などによる還元反応の高効率化および亜硝酸イオンの酸素酸化と揮散現象を調べ、排ガス処理への応用を検討した。e)発光性細菌の発光強度、酵母の代謝振動、真性粘菌の呼吸活性や原形質流動などの毒性に対する応答性を検討し、検出素子との統合技術について検討して有望なバイオセンサーを試作した。f)多種・微量な汚染物質の遺伝子毒性を評価するために、各種排水中の変異原性物質生成能という新しい指標を提案してその測定方法を確立し、水源に混入する排水の評価を行った。

本研究では、新しい原理、システムまたは評価方法などによる先導的な物質循環・環境保全技術の芽を創生することを目的としている。平成7年度の主な成果は、以下の通りである。1)水田からのメタンの発生・放出等の機構を詳細に解析し、新しい活性炭膜を開発し、これによって水田からの低濃度メタンを濃縮・回収するシステム設計を行った。2)重金属汚染土壌から採取した藻類によって水中のビスマスの除去・回収とアンチモンの酸化無毒化のシステムを設計した。3)コンポスト中から発見した芝草葉腐れ病抑制菌を高濃度に含むコンポストを製造するシステムを構築した。4)様々な汚染物質を含む水を氷結させて汚染物質を水中に濃縮するとともに、揮発性物質を揮散させて除去する方法の可能性を明らかにした。5)各種産業排水、生活排水の塩素消毒による変異原性物質の生成特性を調べ、生成抑制と分解・除去の可能性を明らかにした。6)各種の毒性化学物質に対する酵母の解糖系代謝振動の変化をコンピュータシミュレーションによって解析するとともに、試薬化を検討し、新しい毒性検出システムを開発した。本研究では、環境中の様々な微量毒性物質について、長期的、継世代的に生物系全体に悪影響を与える微量毒性物質の低減手法を創生することを目標とし、以下のような研究を行った。(1)実験動物を使用しない新しい毒性試験方法を開発し、多成分の環境化学物質の人に対するリスクレベルを求める方法を開発し、評価を行った。(2)各種の排水や排ガスからの未知遺伝毒性物質の発生状態を把握し、管理手法を開発した。(3)廃棄物中の毒性物質を分類し、安全性の試験方法と管理手法を開発した。(4)海洋哺乳類や鳥類などの野生生物に対する遺伝毒性有機物質の蓄積量とその影響を解析した。(5)工業薬品や農薬などの毒性をもつ化学品の自主管理の手法を開発するとともに、国際的・国内的な管理制度を比較、評価した。本研究では、長期的、継世代的に生物系全体に悪影響を与える環境中の微量毒性物質の評価と低減手法を創生することを目標とし、以下のような研究を行った。(1)実験動物を使用しない新しい毒性試験方法として、ヒト細胞を用いた免疫毒性などの評価方法を開発し、環境化学物質の有害性を評価した。(2)都市ごみ、下水処理汚泥、屎尿処理汚泥などの焼却施設の排ガスからの変異原性物質とその原因物質の発生状態を把握し、管理手法を明らかにした。(3)廃棄物およびその燃焼排ガス等の中のダイオキシン類のマテリアルフローを明らかにし、また、4つの対策による効果を予測し、環境負荷を最少にする適切な対策を提示した。(4)有機スズ化合物や有機塩素化合物などの残留性有機物質の地球規模での分布とゆくえ、哺乳類や鳥類などの野生生物の汚染実態、生物濃縮とその影響などを解析した。(5)多数の工業薬品や農薬などの毒性をもつ化学品の国内外での管理制度を比較、評価するとともに、実用的な新しい自主管理手法を開発した。
軸索再生促進性アストロサイトと抑制性アストロサイトの特異的発現分子の検討

本研究は、軸索再生促進性アストロサイトと抑制性アストロサイトを分離培養して、この両者に共通して発現する分子や一方だけに特異的に発現する分子を明らかにする事を目的として開始された。その基本にある考え方は、Meinersら(J Neurosci 15;8096-8108,1995)が報告しているように、軸索再生促進性アストロサイトは形態的にフラットで細胞体の大きい細胞(flat astrocyte)であり、軸索再生抑制性アストロサイトは突起を長くのぱし細胞体の小さい細胞(rocky astrocyte)であり、容易に形態観察で両者の識別が可能で分離培養に誘導できるということであった。この両者は確かに形態的には大きな違いがあり、容易に識別できたが、それぞれを分離しても例えばrocky cells由来の皿からもflat cellが出現するという具合で、結果的に分離培養は不可能であるという結論に達した。次に、Nobleらの方法に準じてRan-2,A2B5,O4のモノクローナル抗体を用いたimmunopanning法でtype 1 astrocyte、O-2A progenitor、type 2 astrocyteの分離培養を試みた。これらの細胞を、成熟ラット脊髄切断モデルに投与して、軸索再生促進的に作用する細胞群を検討したが、これまでのところtype2 astrocyte-progenitor cellの投与がもっとも軸索再生に対して有効な細胞群であろうと考えている。このtype 2 astrocyte-progenitor cellのin vivoにおける軸索再生促進作用のメカニズムについては不明の点も多いが、contact repultantとしてcontact guidanceしている可能性が最も高いと考えている。まず、Meinersら(J Neurosci 15;8096-8108,1995)の方法に準じて軸索再生促進性アストロサイトと軸索再生抑制性アストロサイトの分離培養系の確立を試みた。彼らはフラットで細胞体が大きい細胞(flat astrocyte)と突起を長くのばし細胞体が小さい細胞(rocky astrocyte)を位相差顕微鏡とノマルスキー顕微鏡を用いて形態学的に分離したと報告しているが、この方法ではrocky cells由来の皿からもflat cellが出現し十分な分離ができなかった。これまでのところ部分的に分離培養に成功しているが、まだ量的にも質的にもdifferential display法で発現分子の差を検討するほどの細胞群が得られていないので、differential display法は実施していない。一方、軸索再生促進性か抑制性かという定性的な議論が残るので、胎児組織由来分子がin vivoの軸索切断モデルにおいて軸索再生的に作用することが分かっていることから、胎児組織由来分子刺激アストロサイトと非刺激アストロサイトの2群を用いてのdifferential display法の検討を準備中である。
層状ケイ酸塩によるセラミック酸化物ナノハイブリッド化とその応用

1。研究目的層間化合物は層状結晶とゲスト化学種が原子、分子レベルで均一に複合した理想的なナノハイブリッドである。本研究は、天然に豊富に産出する粘土鉱物のケイ酸塩層と各種セラミック酸化物粒子の、インタ-カレ-ションによるナノハイブリッド化を試み、その特性を生かした新素材の開発を目的とする。2。研究成果の概要(1)ナノハイブリッド化によるミクロ多孔体の合成と細孔制御:モンモリロナイト粘土を用いて、その層間にシリカゾル粒子をインタ-カレ-トし、ケイ酸塩層間を架橋したミクロ多孔体を合成した。ゾル粒子のサイズを調整することにより、あるいは架橋反応時に有機テンプレ-ト剤を用いることにより、ミクロからメソポア領域にわたる広範囲の細孔径の精密制御が可能になった。(2)層状ナノハイブリッド多孔体の吸着特性:真空自記式精密天秤を用いて、各種溶媒蒸気の吸着特性を測定した。ナノハイブリッド多孔体にゼオライトのそれにほぼ対応する細孔径を有するにもかかわらず、強い疎水性を示すことを明らかにした。この特異性を利用して水溶液系や高湿度な雰囲気からの有機溶媒の回収が可能となると思われる。(3)層状ナノハイブリッド超臨界乾燥:層間架橋ナノハイブリッドをCO_2超臨界乾燥法を用いてカ-ドハウス組織を有する、モノリス多孔体を合成することに成功した。細孔容量のきわめて大きいこの多孔体は、高効率断熱材への利用が考えられる。(4)混合層ナノハイブリッドの合成:粘土ーリン酸ジルコニウム混合層ナノハイブリッドを合成し、イオン交換特性を測定した。1。2。1.研究目的層間化合物は層状結晶とゲスト化学種が原子、分子レベルで均一に複合した理想的なナノハイブリッドである。本研究は天然に豊富に産出する粘土鉱物のケイ酸塩層と各種セラミック微粒子のインタ-カレ-ションによるナノハイブリッド化を試み、その特性を生かした新素材の開発と工業化を目的とする。2.研究成果の概要(1)ナノハイブリッジ化による多孔体の合成と細孔制御:層状ケイ酸塩としてモンモリロナイトおよび合成フッ素粘土を用いて、その層間にシリカゲル粒子をインタ-カレ-トし、層間架橋した多孔体を合成した。シリカゲル単独ではインタ-カレ-トしないが、表面を水酸化鉄で化学修飾したゾル粒子は200Åの大きい粒径のものまで反応し、ゾル粒径に応じて広い範囲で層間細孔径の制御が可能なことを明らかにした。(2)ナノハイブリッド多孔体の吸着特性:得られた多孔体の細孔構造を評価するため、真空自記式精密天秤を用いて、各種吸着測定を行ない、細孔構造は層間にインタ-カレ-トしたゾルの粒子径により制御できることを明らかにした。層状ナノハイブリッドの疎水性に注目し、細孔構造と吸着特性の関係を引き続き究明する。(3)ナノハイブリッド多孔体り化学修飾:化学修飾により吸着特性をさらに精密に制御することを目的として、ジルコニア架橋体へのリン酸基の導入を試みた。その結果、層間の細孔は失われるが、興味ある混合層構造が作られ、形状選択性に基ずくと推定される特異なイオン交換特性が現われることを見いだした。1。2。研究実績の概要(1)ナノハイブリッド化によるメソポア多孔体の開発:SiO_2ーTiO_2ゾル粒子による粘土層間架橋多孔体合成時に、オクタデシルトリメチルアンモニウム(OTMA)を細孔のテンプレ-ト剤として用い、反応後層間に取り込まれたOTMAを焼去した。この処理により細孔制御が可能なメソポア多孔体を合成できることを示した。

(2)超臨界乾燥:合成時に水に膨潤した層間架橋ナノハイブリッドは、乾燥する際、気液界面の生成に伴う表面張力の発生により、収縮して亀裂を生じる。気液界面の生成を避けるため、CO_2を用いる超臨界乾燥法を適用した。その結果、層状物質に特有のカ-ドハウス組織のよく発達したモノリス多孔体の開発に成功した。多孔体はミクロとマクロの二重の細孔構造を持ち、きわめて大きい細孔容量を示した。この多孔体は高効率な断熱材への利用が期待できる。(3)吸着特性の測定:昨年に引き続き種々の溶媒蒸気の吸着特性を測定し、層状セラミックナノハイブリッドは熱処理にかかわらず強い疎水性を示すことを見い出した。(4)粘土ーリン酸ジルコニウム混合層構造の合成:この混合層構造は粘土母結晶のイオン交換容量を保持し、H^+に強い親和性を示すことを示した。
エナメル蛋白のミクロ相分離構造によるアパタイト結晶の配向制御

エナメル質の形成機構のうち特にアパタイト結晶の規則的な集合構造を構築する物理化学的機構の解明を目的として、ウシ胎児から採取した幼若エナメル質の構造を直接原子間力顕微鏡による分子レベルでの観察を目指し、マトリックス蛋白相と結晶との凝集状態を明らかにすべく観察実験を試みた。被検体として未萌出歯を樹脂包埋し、歯のほぼ中心を通り、歯軸に平行な厚さ1.5mmの切片を切り出した。切片を耐水研磨紙#4000まで研磨したものを観察試料とした。原子間力顕微鏡観察は、Si_3N_4チップを付けたカンチレバーを用いて、接触モードで行い、凹凸のイメージ像を記録した。観察部位はエナメル質のほぼ中央に設定し、走査範囲は10×10umから順次狭めて、今回は100×10nmまで観察像を得た。被検歯エナメル質は爪を当てると圧痕が付く軟らかい状態である。10×10um範囲の比較的低倍観察で、エナメル小柱の集合体が明瞭に観察された。小柱一本一本は直径100nm程度の棒状を呈し、それらが束になっている状態である。その配列は、ほぼ平行であるが、小柱と小柱の間は互いに融合している部分と、かなり隙間がある部分が認められた。順次走査範囲を狭め、小柱1本を100×100nmまで拡大観察すると、棒状の小柱がさらに微結晶を包む棒の束であることが観察された。棒状物の直径は2540nmであり、おそらくアパタイト結晶をマトリックス蛋白が包んでいる構造であると思われる。現段階の観察レベルから、エナメル微結晶は棒状のマトリックス蛋白の中で成長し、その集合体(束)が1本の小柱を構成し、さらにその小柱が束状になってエナメル質の構造を作り上げるものと考えられる。その構造が完成してゆく過程の蛋白の分子レベルでの作用は、まだ不明であるが、解像度を高めれば、さらに明らかになるものと考える。歯エナメル質形成における蛋白(アメロゲニンおよびエナメリン)の石灰化に対する役割、特にアパタイト結晶の空間的整列に対する作用機序を解明することを目的として、両蛋白の凝集構造および相構造の検討を行った。検体には食肉検査事務所の協力を得て採取した牛胎児の幼弱歯を用いた。本年度は、まず幼弱エナメルのアパタイト結晶間のマトリックスのナノ構造を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて直接観察するために、歯冠頂部から歯頚部に至る歯軸に平行なエナメル切片を作製し、鏡面研磨およびグアニジンでエッチングした。現在のところ、試料状態およびAFMの観察条件の探索に時日を費やしており、分子レベルの鮮明な画像は得られていないが、グアニジンエッチングを行ったエナメルのアパタイト結晶には、マトリックス蛋白が強く付着している様相が認められ、アメロゲニン/エナメリンの相分離構造を窺わせる所見が得られた。一方、幼弱エナメルからグアニジン抽出によって、アメロジェニンとエナメリンを分離精製し、それぞれ単独と両者の混合物について、マイカ上に吸着させた状態でAFM観察を行った。アメロジェニン単独では、数十ナノオーダーの球状の凝集構造が認められたが、アメロジェンとエナメリンの混合物では、球状構造が崩れており、両者に相互作用が働いていることが示唆された。次年度はこれをもとに、引き続き、さらに解像度の高いAFM観察をめざし、両マトリックス蛋白のナノスケールの相分離構造の解明に努める。
多機能型イオン会合性試薬の設計・合成とイオン性物質の分離・分析法の高度化

多機能型イオン会合試薬(陰イオン4種、陽イオン二種の誘導体)を合成した。主要な機能として、(1)定量機能-高感度化、(2)分離機能-イオン会合抽出性、(3)イオン会合機能-水溶液内イオン会合性、(4)疎水的相互作用機能、(5)利便的機能-水溶性、化学的安定性、合成の容易さ、を目的とした。これらの機能を持つ試薬を設計・合成し、検討した。1.陰イオン性試薬-SO_3^-を持つアゾ系染料(約20種)、水酸基を持つポリニトロアゾ染料(約25種)、トリフェニルメタン系染料(6種)、ポリニトロジフェニルアミン系染料(7種)を合成し、機能発現に関する基礎検討を行った。2.陽イオン性試薬アルキル-N-アルキルピリジニウム系試薬(約25種)、アゾ系染料(約10種)、トリフェニルメタン系染料(5種)を合成し、機能発現の基礎検討を吸光光度法、ストップフロー法、高速撹拌界面吸着法で行った。3.新規陰イオン試薬の中では、長鎖アルキルアミノ基、-SO_3^-をもつアゾ系試薬が、機能(1)(5)を満足する優れた試薬である。-OH基、3つのニトロ基を持つアゾ系試薬はイオン会合による長波長シフトする興味深い試薬である。中心炭素近傍にハロゲン置換した4C1-2C1は五つの機能すべてを満足し、TBPEに取って代わりうる試薬である。新規陽イオン試薬の中では、中心炭素近傍にC1二つ持つ、C1_2-MGがすべての機能を満足する優れた試薬であった。3.新規試薬と用いて、水溶液内イオン会合、二相間分配平衡、界面吸着、膜吸着について分析化学的観点からの検討を行い、界面活性剤の高感度定量法・自動化迅速定量法、リン、シリカの超微量定量法、アルカリ金属イオンの吸光光度法・フローインジェクション分析法等実際分析への適用性についても検討した。4.キャピラリー電気泳動法(CE)による移動度情報がイオンの疎水性パラメータとして利用できる事を示し、更にCEによる水溶液内イオン会合反応解析法を確立し、1価-1価、キレート陰イオン-R_4N^+反応の解析に成功した。(a)の誘導体22種の内、炭素数がC_5-以上のものについては、界面活性能が大きく90%以上の純度は困難であったが、多機能型イオン会合試薬として分析化学的有用性は非常に高いことが分かった。Xとしてニトロ基、メチル基のものを合成した。(b)では-O^-の両隣のo-位にハロゲン、メチル基を導入した。更にZとして、ニトロ基を持つ試薬を合成し、25種の誘導体を得た(これらの試薬の純度はいずれも98%以上であった)。(c)【chemical formula】X,Yにハロゲン、メチル基を導入した試薬6種を合成した。純度はいずれも95%以上のものが得られた。[II]