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多様な社会性を示すチビアシナガバチ属における分巣行動の複数回起源に関する研究

アシナガバチ亜科(Polistinae)では、新しい巣の創設様式に女王が単独あるいは複数個体で巣を創設する「独立創巣」と、多数のワーカーが女王個体を伴って巣の創設を行う「分巣」の2つのタイプが知られる.分巣はアシナガバチ亜科において、南米に分布する1族と旧世界の2属において3回独立に進化してきたと考えられていた.しかしアシナガバチ亜科のうちチビアシナガバチ属(Ropalidia)においては1属内で、ニューギニア・オーストラリア地域に分布する種と東南アジアに分布する種それぞれで独立に分巣行動が進化してきた可能性を示した.アシナガバチ亜科(Polistinae)では,新しい巣の創設様式に,女王が単独あるいは複数個体で巣を創設する「独立創巣」と,多数のワーカーが女王個体を伴って巣の創設を行う「分巣」の2つのタイプが知られる.分巣はアシナガバチ亜科(25属約900種)において南米のエピポナ族と旧世界のPolybioides属,およびチビアシナガバチ属内(Ropalidia)で一度起源したとされてきた.つまりチビアシナガバチ属では,1属内に「独立創巣」種と「分巣」種の両方を含んでいる.本研究の目的はチビアシナガバチ属において,1)「分巣」行動が進化したグループを特定すること,2)ニューギニア・オーストラリア北部およびインド小スンダ列島中部に分断した分布を示す分巣種の分断された分布の成立要因を明らかにすることである.平成25年度は解析データマトリックス作成と海外の博物館等における標本等の調査に焦点を当てて研究を行った.およそ40種についてミトコンドリアDNAの塩基配列データをもとに暫定的な系統解析を行った結果,チビアシナガバチ属における分巣行動は,ニューギニア・オーストラリア地域に分布する種と,東南アジア地域に分布する種において,それぞれ独立に進化してきた可能性を示した.これは,現在見られる分巣種の分断分布をよく説明できるものと考えられる。さらにアシナガバチ亜科で複数回進化してきたとされる「分巣」行動が,チビアシナガバチ属内ではさらに複数回起源した可能性を示し,本亜科における分巣の起源は少なくとも4回あったことを示した.社会性カリバチのうちアシナガバチ亜科(Polistinae)では,新たなコロニーが創設される場合,2つの様式があることが知られている.1つは,女王(あるいは交尾済み雌個体)が単独あるいは複数個体で新コロニーを創設する「独立創設」である.もう一方は多数のワーカーが女王個体(おもに複数)を伴ってコロニーの創設をおこなう方法で「分巣」と呼ばれる.分巣はアシナガバチ亜科(25属約900種)では,複数回起源したと考えられており,南米のエピポナ族すべてと旧世界のPolybioides属全種,およびチビアシナガバチ属(Ropalidia属)で見られる.このうちチビアシナガバチ属内には1属内に「独立創設」種と「分巣」種の両方が含まれていることから,「分巣」の起源を探るうえで重要な分類群として注目されてきた.本研究の目的は,1)「分巣」行動が進化したグループの特定, 2)ニューギニア・オーストラリア北部およびインド小スンダ列島中部に分断した分布を示す分巣種の分断された分布の成立要因を明らかにすることである.25年度までの研究から,チビアシナガバチ属における分巣行動は本属内において単独起源ではなく,東南アジア起源とニューギニア・オーストラリア起源である可能性が高いことが示された.これは,現在みられる分巣種の分断分布についても良く説明できる仮説であることから,国際学会において発表を行い,研究結果の積極的な発信につとめた.さらに,表形形質に使用する分巣行動や形態形質および外群に関する新たな知見を明らかにし,データをさらに充実させるとともに,成果について学会で発表を行った.アシナガバチ亜科(Polistinae)では,新しい巣の創設様式に,女王が単独あるいは複数個体で巣を創設する「独立創巣」と,多数のワーカーが女王個体を伴って巣の創設を行う「分巣」の2つのタイプが知られる.分巣はアシナガバチ亜科(25属約900種)において南米のエピポナ族と旧世界のポリビオイデス属(Polybioides),およびチビアシナガバチ属内(Ropalidia)で一度起源したとされてきた.つまりチビアシナガバチ属では,1属内に「独立創巣」種と「分巣」種の両方を含んでいる.本研究の目的はチビアシナガバチ属において,1)「分巣」行動が進化したグループを特定すること,2)ニューギニア・オーストラリア北部およびインド小スンダ列島中部に分断した分布を示す分巣種の分断された分布の成立要因を明らかにすることである.研究ではまず解析データマトリックス作成と海外の博物館等における標本等の調査に焦点を当てて研究を行った.その結果,解析に用いる外群についても分類学的再検討が必要であることが明らかになったため,学会誌に論文として発表した.これをもとに,およそ40種についてミトコンドリアDNAの塩基配列データをもとに暫定的な系統解析を行った結果,チビアシナガバチ属における分巣行動は,ニューギニア・オーストラリア地域に分布する種と,東南アジア地域に分布する種において,それぞれ独立に進化してきた可能性を示した.これは,現在見られる分巣種の分断分布をよく説明できるものと考えられる。さらにアシナガバチ亜科で複数回進化してきたとされる「分巣」行動が,チビアシナガバチ属内ではさらに複数回起源した可能性を示し,本亜科における分巣の起源は少なくとも4回あったことを示した.

アシナガバチ亜科(Polistinae)では、新しい巣の創設様式に女王が単独あるいは複数個体で巣を創設する「独立創巣」と、多数のワーカーが女王個体を伴って巣の創設を行う「分巣」の2つのタイプが知られる.分巣はアシナガバチ亜科において、南米に分布する1族と旧世界の2属において3回独立に進化してきたと考えられていた.しかしアシナガバチ亜科のうちチビアシナガバチ属(Ropalidia)においては1属内で、ニューギニア・オーストラリア地域に分布する種と東南アジアに分布する種それぞれで独立に分巣行動が進化してきた可能性を示した.解析に使用するためのデータセットについては,26年度内にデータを集めほぼ完成に近づいた.また,分布地図の作成も始めている.さらに対象としている分類群や解析データセットの外群にあたる分類群について精査したところ,生態学的に新たな知見が発見されたり,また学名を変更する必要が生じたためその都度学会や学会誌に報告しており,表形形質の充実や精査も行っており,目的の達成には充分であると考えられる.昆虫分類学26年度までに揃わなかった分についてデータの保管を進めデータセットを完成し,完成したデータセットにもとづいて系統関係解析を行う.文献やデータベース等の情報の精査および既存標本の観察から,分巣種ごとの分布地図を作成する.種間系統関係仮説および分布情報から,チビアシナガバチ属における種分化および現在の分布が成立した分散過程について考察し,学会での発表および国際学会誌への投稿準備を行う.分子データのみを用いて,アシナガバチ亜科チビアシナガバチ属(Ropalidia)約40種(うち約半数が分巣種)を対象として暫定的な系統関係解析を行い,分巣の起源が複数回である可能性を示した.分子データ解析の対象種はまだ少ないため,次年度以降順次追加して行く必要があるが,表形形質のデータはおおむね揃っており,目的の達成には十分であると考えられる.実験の一部について外部委託を予定していたが,学内の設備で行えることになったため.初年度と同様にデータの蓄積を進め,26年度内に系統解析に使用するデータマトリックスをほぼ完成に近づける.このため,野外での試料収集をすすめ,DNAシークエンス用のサンプルを充実させる.また,系統関係解析データの完成および系統関係解析のため,シークエンス解析を行い,完成させる.他に追加可能な遺伝子領域があった場合は,順次解析を行う.不足している遺伝解析用試薬および遺伝解析用プラスチックの購入に充てる計画である.
欧州における座禅運動が欧州キリスト教に及ぼしている影響の研究

1.ヨーロッパにおいて坐禅の修行・指導に関わってきたキリスト教的背景の人々の著作を読み続けた。また、2006年夏に、再び主としてドイツの禅道場(アイターン・ゾンネンホーフ、ミュンヘン・ヴァイヤルン)を訪ねて、昨年同様、数十人の人々との対話を繰り返し、彼らの坐禅修行のモチーフと現実とを追った。2.世界において禅を指導している指導者らの会議(日本・二本松にて、三宝教団系)に出席し、その彼らの具体的な諸問題を聞き知った。また、花園大学教授・臨済宗師家の安永祖堂老師ら、外国人指導に関わる師家にインタヴューした。3.昨年度開始したアンケート(職業、年齢、坐禅歴、宗教上の所属、および坐禅が「神観」「キリスト観」「聖霊観」「教会観」に及ぼした影響を筆記させる)を続け、かつ集積した。合計214名の返答が集まり、その分析と評価を行った。4.こうして確認した事実とは、欧州キリスト教の精神的基盤が瓦解する中で、坐禅が、宗教的アンデンティティ喪失の危機を乗り越えるための必死の「草の根」運動となっていることである。それはキリスト教の中に留まっている場合も、またキリスト教信仰を持たずに行っている場合も同様と言える。前者の場合でも、キリスト教を大胆に再解釈し、換骨奪胎を行うケースが顕著であり、それはこれまでの「キリスト教」の観念枠を遥かに超える内実を持っている。逆に、坐禅をやったために明らかにキリスト教を放棄した例は、ほとんどない。要するに、欧州における坐禅運動は、教派横断的な、「下からの宗教革命」の様相を示している。5.上記の研究の総括を、『禅キリスト教の誕生へ』と名付けた著作(岩波書店、2007年秋)にして出版する予定である。1.これまで、ヨーロッパにおいて坐禅の修行・指導に関わってきたキリスト教的背景の人々の著作・論文・ホームページ等、網羅的に読んだ。その中には、若干の曹洞宗・臨済宗の人々があるが、多くが宗教法人・三宝教団の系列の人々であった。また、その中に現れている実態として確認できることは、坐禅を志す人々の底辺の広がりと、持続的な希求心である。日本にはこの次元までの坐禅への需要があるとは思えず、ヨーロッパでは日本とは相当に異なる精神状況が存しているものと想定できる。2.2005年夏に、主としてドイツの禅道場(オーホーフ、ドレスデン、ミュンヘン・ヴァイヤルン)を訪ね、数十人の人々と対話し、彼らを観察し、その坐禅の志のあり様を探った。現状のキリスト教への不満ないし危機意識は共通していたと言える。3.ヨーロッパの禅道場に通う人たちに質問する項目を載せたアンケート紙を作成した(職業、年齢、坐禅歴、坐禅教師名、さらには宗教上の自称(カトリック、プロテスタント、無宗教)、および坐禅がこれまで被質問者の「神観」「キリスト観」「聖霊観」「教会観」に及ぼした影響を筆記させる)。それを上記2.の際のインタヴューに使用、更にはその他の人々に広く記入を間接的にお願いし、Eメール、ファックス、郵便で回収することを秋から始めた。その一部の傾向は、「森集会」という聖書思想史研究会の機関誌『森』に発表した。現在ほぼ回収が一段落したが、200名ほどの声が集まった。2006年度はその集積と分析、そして評価に時間を投入する。4.この研究を重要な部分として位置づけるところの、『禅キリスト教の誕生へ』という著作(出版社と交渉済み)の準備を開始、2007年前半の出版を目指している。
脊髄損傷後の亜鉛シグナルの役割解明と治療応用

亜鉛は生体にとって必要不可欠な微量元素の一つであり、その欠乏は皮膚症状や免疫機能の異常を引き起こすことから亜鉛シグナルは様々な細胞機能に関わっていることが知られている。しかし、脊髄損傷等の中枢神経外傷の病態に与える影響は全く解明されていない。本研究においては、亜鉛シグナルの制御が新規中枢神経外傷後の治療に繋がるかを検討する。
非平衡熱機関に存在する普遍的な法則の研究

最終年度である本年度は主に熱機関のサイズ依存性の問題に取り組んだ。熱機関の最大効率はカルノー効率となることは知られているが、準静的極限が必要となるため、仕事率(単位時間当たりの仕事)はゼロとなってしまうという実用上の問題点が存在している。このような問題意識から近年、熱機関の最大仕事率時の効率に関する研究が注目を集めてきた。一方、熱機関が最大仕事率を達成する周期はそのサイズに依存するはずであるが、その依存性を明らかにした先行研究は皆無である。線形応答理論によれば拡散的に熱が伝わるのに必要な時間はサイズの2乗に比例して増大していくため、大きなサイズの系ではそれだけ最大仕事率に到達するのが困難になると予想できる。またより小さなサイズでは拡散的ではないより複雑な依存性を示すこともありうる。そこで本研究では3次元剛体球系を作業物質とするカルノーサイクルの熱機関モデルを考案し、様々なサイズで最大仕事率を達成する周期を見積もり、そのサイズ依存性を検討した。その結果、熱伝導がバリスティックに起こるような局所平衡が成立しない小さなサイズと拡散的になっていくサイズのちょうど中間あたりに、最大仕事率に到達するまでの周期が最も短くなる最適なサイズが存在していることが分かった。これは類似研究が他では全く見られない独自な発見であり、ナノサイエンスや分子機械の問題などにも広く示唆を与える重要な結果であると思われる。本研究成果は日本物理学会等で発表され、また論文を投稿中である。熱力学によれば熱を仕事に変換する効率には熱源の温度だけで定まる上限値(カルノー効率)が存在することが知られているが,このカルノー効率は熱機関を無限にゆっくりと動作させる準静的極限で達成されるため,仕事率(単位時間当たりの仕事)はゼロとなってしまうという問題点がある.このような問題意識のもと,CurzonとAhlbornはある有限時間で動作する熱機関のモデルの最大仕事率時の効率がカルノー効率のように熱源の温度だけで与えられる(Cruzon-Ahlborn (CA)効率)ことを示し注目された.近年,このCA効率の普遍性をめぐって様々な研究が行われている.従来CA効率は熱源の温度差が小さい線形極限では上限値となることが線形不可逆熱力学における線形Onsager関係式を用いた議論によって知られていた.しかしながらより温度差が大きい非線形領域では様々な理論解析や数値実験によってCA効率は破られることも知られている.我々も理想気体を作業物質とするカルノーサイクルを有限の時間に拡張した数理モデルなどを提案し,その最大仕事率時の効率を理論解析とコンピュータシミュレーションによって調べてきた.本研究初年度はCA効率の普遍性と限界を明らかにするために,従来の線形不可逆熱力学における線形Onsager関係式の熱流に散逸仕事率を表す2次の非線形項を付け加えた拡張Onsager関係式で熱機関を記述することを提案し,その最大仕事率時の効率の一般的な公式を導出した.この公式はカルノー効率の関数で表される上限値をもち,この上限値はCA効率よりも大きい.よって線形極限を越えて温度差が大きくなる場合にはCA効率は上限値とはならないことが結論できる.この拡張Onsager関係式による熱機関の記述は,理想気体の有限時間カルノーサイクルを含む様々なタイプの熱機関の最大仕事率時の効率を説明できる重要な結果と考えられる.これらの内容をまとめた論文は速報誌に投稿予定であり現在準備中である.最終年度である本年度は主に熱機関のサイズ依存性の問題に取り組んだ。
複雑系科学の応用による森村斜面不安定化予測と水源涵養に及ぼす影響の評価

フラクタル次元は形状の複雑さの指標であるが、昨年度に引き続き、西日本を対象として、山地森林域に生じた地すべり群のフラクタル次元を計測し、地すべり発生面積率・重複発生率と移動方向・移動距離との関連を研究した。その結果、このフラクタル次元は発生面積率・重複発生率との相関が強く、これらの一括した指標となりうることが明確となった、フラクタル次元が大きい場合は発生予測精度が劣化することが判明しており、これは地すべり危険度マッピングにおいて重要な指標となる。加えるに、地質に依存して渓流に対し一定の鋭角方向へ移動する地すべりが多くを占める場合があることを見出した。これらの知見は、地すべりの危険範囲を定めて土地利用規制を行う際など斜面不安定化評価の有用な知識となる。また、四国地域においては、フラクタルを用いて山地荒廃につながる竹林の拡大特性について明確にした。また、九州の山地災害を中心にその再発生頻度を研究し、これに自己組織化臨界現象(SOC)の仮説を応用し、林地崩壊起源土石流などの再発間隔を評価し、SOC特有のべき乗則により再発間隔(年数)が推定できる可能性を示した。さらに、山地森林斜面の土壌水分量の時間変動を観測し、これにフラクタル次元の活用や自己組織化臨界現象仮説を応用し、水源涵養に及ぼす影響の評価を試みたが、これについてはデータ数が十分でない面もあり今後の継続観察と解析が待たれる。一方、森林斜面からなる渓流域流の土砂流出と雨量との関係を検討し、初等カタストロフィ理論(ETC)の応用により多量な土砂流出の発生限界雨量推定法を提案した。上記の結果は、斜面不安定化評価や水源涵養の評価に対して有用な知見と技術的見通しを与えるものと考える。主として中国・四国、九州地方を中心に、地すべり・崩壊・土石流の分布及び森林荒廃地・竹林分布、及び樹冠分布を調査し、森林斜面の不安定化・水源涵養量の推定・予測のために、そのフラクタル次元及び自己組織化臨界状態仮説の適用可能性などを研究したが、その結果、次のことが明らかとなった。(1)地すべり・崩壊群のフラクタル次元は、発生の複雑性(重複率)や頻度などを表す指標であり、これらの発生危険度の指標となり得る。(2)地質・地層毎にフラクタル次元が異なる地域があり、危険度調査に応用可能である。地すべり移動方向分布特性も地質毎に異なるが、フラクタル次元とは相関がない。(3)斜面崩壊分布、土石流分布とも分散指数(標準偏差^2/平均)は1.0以上でランダムな分布をしているが、前者のフラクタル次元は後者のそれより数倍大きく、崩壊が面的分布をしているのに対し、土石流は線的な分布をしていることが示され、フラクタル次元が崩壊と土石流の判別に有効であり、他の地形・地質要素と組み合わせて、危険箇所調査に利用可能と思われる。(4)2003年の九州災害でも問題となった崩壊起源の土石流発生頻度には、自己組織化臨界状態仮説が適用可能で、過去の発生事例から求めた等価摩擦係数(流下標高差/流下距離)のべき乗関数で表され、概略の発生時期が予測可能と思われる。(5)山林の荒廃の指標となる竹林侵入面的分布のフラクタル次元は、その拡大傾向や森林の荒廃地予測の指標となる。(6)樹冠構造の差が林内雨量や森林内の地下水涵養量と関連することから、葉の地表投影分布フラクタル構造が林内雨量と関連がある可能性が分った。今年度の研究実績を以下に述べる。

1)フラクタル次元は形状の複雑さの指標であるが、昨年度に引き続き、西日本を対象として、山地森林域に生じた地すべり群のフラクタル次元を計測し、地すべり発生面積率・重複発生率と移動方向・移動距離との関連を研究した。その結果、このフラクタル次元は発生面積率・重複発生率との相関が強く、これらの一括した指標となりうることが分かった。また、移動方向との相関は低いが、地質によっては渓流に対し一定の鋭角方向へ移動する地すべりが大多数を占める地域があることを見出した。これらの知見は、地すべりの危険範囲を定めて土地利用規制を行う際など斜面不安定化評価の有用な知識となる。また、四国地域においては、フラクタルを用いて山地荒廃につながる竹林の拡大特性を研究した。2)2003年度の九州の山地災害を中心にその再発生頻度を研究し、これに自己組織化臨界現象(SOC)の仮説を応用し、林地崩壊起源土石流などの再発間隔を評価した。その結果、SOC特有のべき乗則により再発間隔(年数)が推定できる可能性を示し、斜面不安定化評価の新たな手法を検討できた。3)森林斜面からなる渓流域流の土砂流出を観測し、雨量との関係を検討したが、これに初等カタストロフィ理論(ETC)を適用して、多量な土砂流出の発生限界雨量の推定法を研究した。この結果、的中率の高い推定法確立の見通しを得た。このことは、斜面不安定化評価の一側面として有用なことと思われる。4)山地森林斜面の土壌水分量の時間変動を観測し、これにフラクタル次元の活用や自己組織化臨界現象仮説を応用し、水源涵養に及ぼす影響の評価を試みた。昨年度に引き続き、西日本を対象として、山地森林域に生じた地すべり群のフラクタル次元を計測し、地すべり発生面積率・重複発生率と移動方向・移動距離との関連を研究した。その結果、このフラクタル次元は発生面積率・重複発生率との相関が強く、これらの一括した指標となりうることが明確となった。フラクタル次元が大きい場合は発生予測精度が劣化することが判明しており、これは地すべり危険度マッピングにおいて重要な指標となる。加えるに、地質に依存して渓流に対し一定の鋭角方向へ移動する地すべりが多くを占める場合があることを見出した。また、四国地域においては、フラクタルを用いて山地荒廃につながる竹林の拡大特性について明確にした。さらに、九州の山地災害を中心にその再発生頻度を研究し、これに自己組織化臨界現象(SOC)の仮説を応用し、林地崩壊起源土石流などの再発間隔を評価し、SOC特有のべき乗則により再発間隔(年数)が推定できる可能性を示した。山地森林斜面の土壌水分量に関しては、その時間変動を観測し、これにフラクタル次元の活用や自己組織化臨界現象仮説を応用し、水源滴養に及ぼす影響の評価を試みたが、これについてはデータ数が十分でない面もあり今後の継続観測と解析が待たれる。これらの結果は、斜面不安定化評価や水源涵養の評価に対して有用な知見と技術的見通しを与えるものと考える。
カチオン捕捉能を有する導電性高分子の電解合成と電池への応用

導電性高分子の二次電池の材料としての応用を研究対象として、カチオン捕捉能を有する官能基を高分子中に導入することにより電池機能を向上させることを試み、以下の二種類の高分子の電解合成と機能の評価を行なった。1.自己ドープ機能を有するポリアニリン類の合成と機能評価本研究においては、レドックス活性を有するポリ(アニリン-2-スルホン酸)(poly-ASA)とポリアニリンとの複合化により、自己ドープ機能と高容量を有するポリマー電極を作製する事を目的として検討を行なった。脱ドープしたポリアニリンをpoly-ASA溶液中で電位走差を行なうと、poly-ASAの取り組みにより複合体が形成され、レドックス電気量が増加した。得られた複合体は炭酸プロピレン中で良好な充放電挙動を示し、その容量は117Ah/kgとポリアニリンと同程度の高い値となり、poly-ASAとの複合化により期待通りの高容量を維持したポリマー電極の作製が可能となった。得られた複合体は、自己ドープ型ポリアニリンに期待される通り、通常のポリアニリンが絶縁体となる中性溶液中でも導電性やレドックス活性を有していた。2.オキシエチレン基を有するポリアニリンの電解合成と性質前年度は、高分子の側鎖に三つのオキシエチレン基を有するPoly-N-(3,6,9-trioxadecyl)aniline(poly-NTDAn)の電解合成とその性質について検討し、n型ドーピングが可能である事及びその可逆性が著しく向上する事を報告した。今年度は、このような興味ある電気化学的性質を有するpoly-NTDAnの分光学的性質について検討した。poly-NTDAnは中性状態においても可視部(630nm)に明瞭な吸収を示し、通常のポリアニリンに比較してバンドギャップが小さい事が明らかとなった。二つのオキシエチレン基を有するpoly-NDHAnも同様に中性状態で可視部(880nm)に吸収を示すが、オキシエチレン基を持たないポリアルキルアニリンでは、このような挙動は観測されない。
リン酸基の電子密度および静電ポテンシャルの精密X線構造解析法による研究

本課題は、物質代謝、情報伝達の場において重要な機能を果たしているリン酸化合物の機能解析の基礎として、反応基であるとともにその電荷分布を特徴づけているリン酸基の電子密度分布と静電ポテンシャルの特性を明らかにすることを目的とする。二リン酸の一価金属塩として、Na_4P_2O_7、Na_4P_2O_7.10OH_2O、二価金属塩としてMg_2P_2O_7等について結晶化を試みた。水溶液よりNa_4P_2O_7・10H_2O結晶を得、球形整形を加え、X線解析デ-タの測定を行なった。消衰補正を加えた精密化を行い、R値0.034を得た。多極子展開プログラムMOLLYを用い、結晶水分子の電荷は0.0eと仮定して、P_2O_7に注目して単極子解析を行なった結果、有効電荷分布はリン原子が1.47e、エステル結合部の酸素原子が-0.73e、リン酸基部分の酸素原子が-0.98-1.16e、またκパラメ-タ-は各々1.07、0.97、0.92という結果を得た。この結果は、既に報告されているリン酸アルミニウムのリン酸グル-プの各原子の有効電荷及びκパラメ-タ-の値とほぼ対応しているが、ホスホリルエタノ-ルアミンのリン酸基部分と比べると電荷のかたよりが大きく、またエステル結合部の酸素原子とリン酸基部の酸素原子の電荷の差の有無等の点で違いがみる。今後これらの点については、結晶水の電荷を0.0eと仮定した事の影響を含めさらに検討を行う予定である。Na_4P_2O_7結晶は溶融法と90°C水溶液からのゆっくりとした蒸発による方法に二通りの方法から得た。本結晶は、六方晶形と報告されているが、単斜晶形の双晶として解析されるべきことが明らかになったので、このことを考慮し、解析を進める予定である。Mg_2P_2O_7等の二価金属塩については、現在、溶融法による結晶化を進めている。
SiC複合材料による大強度パイオン・ミュオン生成標的の開発

2017年6月にRCNP N0ビームラインにて黒鉛材、CVD-SiC材、NITE-SiC材試料の392 MeV, 0.5マイクロAの陽子ビーム照射試験を行った。照射試料はモンテカルロ法との比較のため残留放射能を計測した。水素同位体の放出量の温度依存性確認試験を進めている。それに加えて陽電子消滅法によって材料中の水素同位体の挙動研究の準備を行った。RCNP N0ビームラインにおける照射試験を無事完了し、評価を進めている。残留放射能核種に関しては、計測が済み論文化の準備を進めている。水素同位体放出挙動の確認のための試験装置を購入、完成させ、放出試験を開始した。相補的な理解のため陽電子消滅法による基礎研究の準備を開始した。水素同位体放出挙動の確認のための試験装置を購入、完成させ、放出試験を完了するとともに、陽電子消滅法による基礎研究を進める。大強度加速器標的材料としてSiC複合材料を使用する実現可能性を検証している。平成28年度に実際にRCNP施設において比較試料としての黒鉛材とSiC複合材料の高エネルギー陽子ビーム照射を行い、生成される核種と生成量をゲルマニウムディテクタで計測し、モンテカルロ計算との比較を行い、解析を行う予定だったが加速器施設の不具合に伴い、照射実験を延期していた。平成29年度には延期されていた照射実験を行った。RCNP施設において、延期されていた照射試験を無事に終了し、分析を開始した。引き続いて、RCNP施設での分析作業を継続するとともに、陽電子消滅法による水素放出挙動の研究を行う。
「表現運動」の授業に関する研究-創造的な学習過程とそれを促す教師活動に着目して-

広島大学附属三原小学校では、数年にわたって「自己実現としての創造性を育む初等教育とその研究」に取り組んできた。筆者は「表現運動」の担当教諭らとともに「創造的な学習における拡散と収束の過程」について検討してきた。しかし今年度は、都合により附属小学校と共同の研究を進めることができなかったので、広島大学学校教育学部の舞踊Iの授業(筆者担当)を対象にして検討した。指導者が学習者のイメージ思考や運動を広げる活動・絞りこませる活動をどのような手立てで行なっているのかという点を中心に探った。その結果、次のような学習と指導が有効であることがわかった。(1)(1)課題(題材)から連想・イメージする言葉をできるだけ出し(拡散)、(2)その中から動きにできそうなものや印象的なものを選び(収束)、(3)オノマトペ(擬音語・擬態語)に置き換える。ここでオノマトペに置き換えさせることによって、学習者はイメージを運動に変換しやすくなるようである。(2)(1)課題(題材)から連想・イメージする運動をできるだけ出す(拡散)。ここでは、指導者が次々といろいろな場面を設定しながら雰囲気づくりをしたり、速さや空間・身体の使い方に変化をもたせるような言語を使用することが有効である。(2)動きながら持った印象的なイメージを出し、(3)そのイメージをもとにさらに一連の運動を仕上げる。グループ創作の場合は、個人の短い運動やイメージを二人組やグループでつなぎ合わせて拡散させ、それをもとにして再考(収束)させることもできるようである。今年度は、大学生を対象に授業担当者である筆者が分析を行なったが、さらにこの授業のVTR記録を初等教育の教材として使用し、児童との比較等、学生たちにさまざまな視点から分析をさせていく予定である。広島大学附属三原小学校では、ここ数年にわたって「自己実現としての創造性を育む初等教育とその研究」に取り組んできた。筆者は、「模倣の運動」、「表現運動」の授業について、担当教諭とともに検討している。今年度は、創造的な学習過程とそれを促す教師の活動を中心にして研究を行なった。研究に先立って、まず体育の授業をどう捉えるのか、あるいは体育における教師の活動(教授行動)をどう理解するのかという点について文献研究を行なった。そのうえで昨年度の「創造的な学習には、表現する題材から、主観的にイメージ思考や運動を広げ(拡散)、理論的に絞りこんでまとめる(収束)という過程があるのではないか。」という仮説の一部を授業場面と照らし合わせながら検証した。特に、教師が児童のイメージ思考や運動を広げるような活動をどのような手立てで行なっているのかという点を中心に探った。授業実践の成果として次のようなことがわかった。(1)児童と表現(模倣)対象との出会わせ方(2)教師の言葉かけ(3)児童間で運動の見せ合いをさせること等の点から児童のイメージ思考や運動に広がりがみられた。実践の課題としては、(1)教師が児童の動きをどう受けとめ、発展させていくか(2)児童が動きを見せ合う際にどのような観点をもたせるかということがあげられた。一人ひとりの児童の学習状況については、自己評価による調査を行なう予定であったが、評価項目を検討中であるため今年度は実施できなかった。来年度は児童のイメージ思考や運動の収束過程における教師の活動に着目して研究をすすめていきたいと考えている。
単光子による量子ドットのエネルギー制御

単一量子ドットの分光研究で0.1meVをきるような極めて線幅の狭い発光スペクトルが観測されるようになって、量子ドットの光スペクトル均一幅の詳しい研究が求められている。分光器によるスペクトル分解能に制限されない時間領域からの均一幅を測定する方法として蓄積フォトンエコー法を採用して微弱光を用いて量子ドットの位相緩和時間を測定した。弱い閉じ込め量子ドットの典型例であるNaCl結晶中のCuCl量子ドットの励起子の均一幅およびその温度依存性を、極めて弱い励起光強度(量子ドット1個当たり2x10^<-6>個程度)で蓄積フォトンエコーにより測定した。実験結果は、0.7Kにおいて1μeVに達するほどの極めて狭い均一幅を示し、このことは量子ドットの特異性を物語っている。1μeVは発光寿命による自然幅にほぼ一致する。また低温領域での温度依存性はバルク結晶の励起子吸収線幅の温度依存性とはまったく異なり閉じ込められた音響型フォノンとの相互作用および極低温領域でのさらに小さいエネルギー励起である二順位系(TLS:Two Level System)の寄与の存在を示す。実際、母体をガラスにすると極低温領域で均一幅の温度依存性は異なり、このことは異なったTLSのエネルギースペクトルを示唆する。同様な、閉じ込められた音響フォノンや、極低温領域でのTLSの寄与を示す、極めて狭いサブmeVに漸近する均一幅の温度依存性がCuBr量子ドットやCdSe量子ドットにおいても蓄積フォトンエコーにより観測された。これらの例の様に、発光寿命に加えて、量子ドット中に閉じ込めを受けた音響型フォノンと量子ドットとこれを含む母体がなす系中の微小なエネルギー励起が低温での均一幅を決定する因子となっていることが明らかになった。
食品タンパク質及びその分解物の脳機能調節作用

無侵襲的かつリアルタイムに脳機能の変化を調べることができる近赤外分光法による脳血液量測定法,生体内ストレスの生化学的指標である唾液中のコルチゾール定量,及び電子瞳孔計による自律神経系の計測法を用い,食品タンパク質及びその分解物であるペプチドがもつストレス感受性や学習記憶など,ヒトの脳機能における調節作用を客観的に評価した。供試料として大豆タンパク質,大豆ペプチド,コラーゲンペプチド,食物繊維(プラセボ)を用いた。被験者(N=10,2026歳の男子学生)には測定開始時刻の2時間前に試料を飲んでもらい,人工気候室で測定を行った。パソコンを用いたパフォーマンステスト(計算,文字消去,短期記憶の3種)を行い,その間の脳血液動態,脈拍,血圧を測定した。作業実施順序及び各種課題の呈示順はランダムとした。実験の前後には感情尺度評価テスト(POMS)と電子瞳孔計による瞳孔径等の測定を行った。また,綿球を用いて唾液を採取し,酵素免疫測定法によるコルチゾール定量用の試料とした。大豆ペプチド摂取時,酸素結合型ヘモグロビンのわずかな上昇がすべての課題でみられた。大豆タンパク質,コラーゲンペプチド,食物繊維の摂取時には,課題毎に様々な動態を示したが,食物繊維はすべての課題において他の試料と比べて高い値を示した。ほとんどの被験者で唾液中のコルチゾール濃度は測定後に減少し,その程度は大豆タンパク質,大豆ペプチド,コラーゲンペプチドにおいて食物繊維よりも大きかった。前3者の摂取によって初期状態の瞳孔面増加の抑制や散瞳速度の最高値増加の抑制などがみられたことから交感神経の抑制が示唆された。以上の測定結果から、食物繊維以外のタンパク質とペプチドには精神的鎮静作用があることが示された。この作用は,タンパク質に特有のペプチドではなく,むしろアミノ酸による働きである可能性が高い。近赤外分光による脳血流量測定法,及び唾液コルチゾールの酵素免疫測定法を使い,食品タンパク質及びその分解物が持つストレス感受性や学習記憶など,ヒトの脳機能における調節作用を検討した。大豆タンパク質(タンパク質),その酵素分解物(ペプチド),及び食物繊維(プラセボ)を各々,試験2時間前に,被験者(N=10,2225才,男性)に飲んでもらい,人工気候室で測定した。被験者に計算,文字消去,単純反応,弁別反応,短期記憶,音・音楽聴取など,計9種の作業を課し,その間の脳血流量,脈拍,血圧を測定した。また,作業前後に唾液を採取した。計算においては,タンパク質摂取群で作業開始直後に酸素結合型ヘモグロビン濃度の急激な増加がみられた。ペプチド群ではその増加は若干小さく,プラセボ群では急激な増加はみられなかった。短期記憶においても,タンパク質群では同様な結果が得られた。しかし,ペプチド群では濃度増加速度が遅く,タンパク質群よりも低濃度でプラトーに達した。プラセボ群ではさらに低レベルでプラトーに達した。その他の作業でも,脳血流量には違いがみられた。被験者の唾液コルチゾールレベルは,いずれの群でも低下したが,タンパク質とペプチド群ではとくに大きく低下した。以上の結果から,食品タンパク質またはその分解物の摂取によって,作業課題に対する脳血流量とストレスホルモンレベルの変化に違いがみられ,従って脳機能が調節を受けている可能性が示された。
貯蔵中の温度およびガス組成の変動が青果物の呼吸と品質に与える影響

平成10年度に構築した呼吸速度計測システムは、置換ガスとして大気を用いており、大気レベルにおいて温度が青果物の呼吸に及ぼす影響を検討してきた。本年度は、大気レベルだけではなく任意のガス組成条件下での呼吸速度計測ができるようシステムを改良した。改良点は、置換ガスとして窒素、酸素、二酸化炭素の純ガスをマスフローコントローラにより任意に混合したものを用いた。これによって、一定ガス条件下での呼吸速度計測だけでなく、変動を与えた際の応答も計測できるようになった。このシステムを用いて、二酸化炭素濃度が青果物の呼吸に及ぼす影響を検討した。実験条件は、温度30°C、酸素濃度20%一定とし、二酸化炭素濃度についてのみ、0、1、3、5%の4レベルとした。供試材料は植物工場で生産されたリーフレタスで、1回の実験に約400g用いた。収穫されたリーフレタスは5°Cで輸送され、翌日実験に供試した。各実験は72時間行い、品質評価のためその前後で質量、水欠差、L-アスコルビン酸含有量を測定した。すべての実験区において、呼吸速度は漸減型を示しており、また呼吸商はほぼ1で一定であった。二酸化炭素濃度0、1、5%区は、二酸化炭素放出速度、酸素吸収速度とも差はみられず、二酸化炭素濃度3%区のみがそれらを下回る結果となった。一般に、二酸化炭素は、呼吸代謝を抑制する場合と促進させる場合がある。抑制する場合は、いわゆるCA貯蔵やMA包装などに利用されている。しかしながら本実験だけでは、どの濃度範囲までが抑制効果となったのか明確ではなく、今後再現性の確認と、さらに高濃度での実験を行う必要がある。また、L-アスコルビン酸含有量はすべての実験区で減少しており、その残存率は二酸化炭素の違いに対して明確な相関はみられなかった。収穫後の青果物において、個々の環境要素が呼吸に与える影響を明確にするために、変動を与える環境要素以外は一定環境であることが仮定でき、一つの要素のみが呼吸速度に対してどのような影響を及ぼすかを定量的に解析できるような呼吸速度計測システムを構築した。このシステムを用いて、呼吸速度に最も影響を与えると考えられる温度を変動させたときの呼吸速度の応答について検討した。このシステムは、閉鎖法に換気を組み合わせることによりガス濃度の変動が0.5%程度の範囲内に抑えることができ、ガス濃度はほぼ一定とみなした上で検討可能となった。実験条件について、ガス環境は大気レベル、湿度は飽和、暗黒下とした。温度は0,10、20,30°C一定区と、最初の12時間を10°Cとしその後30°Cを12、24、36時間維持、または20°Cを36時間維持した後、再び10°Cへ戻す変動区を設け、計8実験区とした。1実験区あたりの時間はすべて72時間とした。品質への影響を検討するために、L-アスコルビン酸含有量を24時間毎に測定し、また実験後の目減りも算出した。変動区において30°Cへ上昇させた直後の二酸化炭素放出速度は30°C一定区における最高値まで上昇し、一方20°Cへ上昇させた場合は20°C一定区とほぼ一致し、異なる傾向を示した。呼吸商についてみると、温度一定区では漸減傾向を示し、温度が低い方が小さい値を示した。一方、30°C変動区は温度を上昇させた直後から呼吸商が30°C一定区よりも大きな値を示し、温度を10°Cの回復させた後は10°C一定区よりも小さな値を示した。呼吸商から直ちに呼吸基質は決定できないが、温度とその変動、経過時間によって呼吸基質割合が変化していることが推察された。L-アスコルビン酸の残存率は、温度が高いほどまた高温への変動時間が長いほど小さくなる傾向がみられた。目減りは、温度一定区と温度変動区のいずれにおいても20°Cと30°Cの間に明確な差がみられた。

しかしながら本実験だけでは、どの濃度範囲までが抑制効果となったのか明確ではなく、今後再現性の確認と、さらに高濃度での実験を行う必要がある。また、L-アスコルビン酸含有量はすべての実験区で減少しており、その残存率は二酸化炭素の違いに対して明確な相関はみられなかった。
超常磁性酸化物ナノパーティクルを用いた反応の磁場制御

超常磁性鉄酸化物ナノパーティクル(SPION)を用いて、化学反応を磁場によりコントロールするため、機能分子を導入したCarrier SPIONと機能分子をSPIONから切り離すための触媒を導入したCatalyst SPIONを合成し、その反応を非磁場下および磁場下で検討を行った。その結果、磁場下と非磁場下で反応速度の有意な差は見いだされなかったが、非磁場下においても機能分子の放出反応が進行することがわかった。この反応はDDSや生体イメージングの分野に応用が期待される。超常磁性酸化物ナノパーティクルを用いた反応の磁場制御について検討するため、最初にcarrier SPIONのモデルとして機能性分子部位、SPIONの表面保護部と機能性分子部位を連結するリンカー部位の検討を行った。まず機能性分子部位としてフルオレセインのカルボン酸部位を還元したもの、リンカー部としてアミノブテニルエーテルを用いた化合物の合成を行ったが、最終ステップの還元反応が進行せず合成に成功しなかった。そこでフルオレセインにアミノブテニルエーテルを導入したものを合成し、Pd(0)触媒による切断反応を行った結果、ビニルエーテル部位が切断され、フルオレセインが放出されることがわかったが、放出されたフルオレセインのカルボン酸部位にパラジウムが配位し、蛍光、あるいはUV、NMRにより検出が困難であることがわかった。このため、機能性分子部位をニトロフェノールに変更し、リンカー部に同様にアミノブテニルエーテルを用いたところ、Pd(0)触媒により切断反応が進行し、UV、NMRによりニトロフェノールの放出が検出できることがわかった。そこでこの化合物を表面保護部として用いられるポリアクリル酸にEDCを用いて導入し、同様に切断反応が進行することを確認した。次にCatalyst SPIONのモデルとして触媒部位の検討を行った。Pd(0)触媒の配位しとしてビスジフェニルホスフィノプロパンに表面保護部に結合するアミノ基を導入した2種類の化合物の合成を行ったが、空気中での安定性が小さく表面保護部への導入が困難であることが予想された。また、あわせてSPIONの表面保護部の合成およびSPIONの合成も行い、問題なく合成ができることが確認された。21年度の結果を基に、表面にカルボキシル基を持つSPIONを合成し、そこにアミノブテニルニトロフェノールを導入することにより、Carrier SPION(1)を合成した。1は水にコロイド状に分散し、室温中数ヶ月間安定に分散状態を保った。このコロイド溶液にPd(PPh3)4を加えると、ブテニルエーテル部が切断され、ニトロフェノールが水溶液中に遊離し、これを透析により分離した後、可視紫外吸収スペクトルにより定量することが可能なことがわかった。このことから、この系は反応の磁場制御の評価に適していると考えられる。さらに、簡便かつ高感度に反応の定量を行えるよう、機能分子部位として、強い蛍光を持つフルオレセインのカルボキシル基の代わりに、二つのスルホン酸基を持つ蛍光団にアミノブテニル基を導入した化合物を合成し、これをSPIONに導入しCarrierSPION(2)を合成した。これを用いて同様にPd(PPh3)4による反応を行い、蛍光団の放出反応の追跡を行った。この結果、透析等の特別な後処理の必要なく、SPION溶液を1000倍に希釈した条件で、蛍光を用いて反応の追跡が可能となる事がわかった。この系を用いることで反応の磁場制御を簡便かつ高感度に評価することができる。表面保護層に機能性分子を導入した超常磁性鉄酸化物ナノパーティクル(SPION)から機能分子を切断するためのパラジウム触媒を表面に導入したSPION2を合成し、これを用いて、前年度に合成した、ブテニルエーテルを介してフルオレセイン誘導体を導入したSPION1からの蛍光分子の放出反応について検討を行った。Pd導入SPION2は表面にカルボキシル基を持つSPIONの水溶液にEDC存在下、ビス(ジフェニルホスフィノエチルアミン)パラジウムジクロリドを反応させた後、透析により精製することにより合成した。TEM観察およびDLS測定により、2の水溶液中での粒径は1と同様に約2030nmと見積もられた。次にPd導入SPION2の水溶液にNaBH_4を加え、Pd(II)をPd(0)に変換した後、フルオレセイン誘導体導入SPION1水溶液を加え、Pd(0)によるアリルエーテル部位の切断反応を蛍光を用いて追跡した。その結果、反応時間の進行に伴い、フルオレセイン誘導体に帰属されるλ_<max>=510nmの蛍光強度が増大し、SPION2からフリーのフルオレセイン誘導体が放出されることが確認された。さらにこの反応を磁場下(600mT)で行い、蛍光強度の増加速度を非磁場下(0.6mT)と比較したが、磁場下と非磁揚下では反応速度に有意の差は見られなかった。

磁場下の反応では明らかにSPIONの凝集が見られたため、非磁場下でも反応の進行に伴いPd(0)がPd(II)に変化するに従い、SPION2の表面電荷が正に傾き、表面に負電荷を持つSPION1との静電反発が減少し、非磁場下でも磁場下と同様に反応が進行したと考え、それぞれのSPIONの表面にさらに負電荷を導入することとした。そこでSPIONの表面保護層のカルボキシル基にタウリンを導入したSPIONを設計し、タウリンの導入比率と凝集挙動について検討を行った。これらの結果は本研究の目的であるSPIONを用いた反応の磁場制御の実現に向けて、重要な知見となる。
細胞内腫瘍抗原を標的とした抗体による免疫療法の試み-化学療法との併用-

マウスの実験系を確立した。NY-ESO-1発現CT26を移植後5-FUを投与したマウスにマウス抗NY-ESO-1抗体E978を静注すると、72時間後にNY-ESO-1抗原抗体複合体を観察し、抗腫瘍効果はFc依存性であった。研究室において樹状細胞を混合培養した場合、効果は飛躍的に亢進した。これらより、抗癌剤併用抗体療法は、腫瘍内抗原が特異抗体と複合体を作り、抗原提示細胞にFc受容体を介してとりこまれ、CD8T細胞を抗原特異的に誘導・活性化し、抗腫瘍効果をもたらすことが証明された。1.マウス抗NY-ESO-1抗体による追補実験1NY-ESO-1発現CT26を移植後5ーFUを投与したマウスにマウス抗NY-ESO-1抗体E978を静注すると、72時間後にNY-ESO-1抗原抗体複合体を観察しえた。21の実験系に、E978Fab抗体を用いた場合、抗腫瘍効果はほぼ消失した。すなわちNY-ESO-1抗体の抗がん剤併用抗腫瘍効果は、Fc依存性であった。FcR-KO miceを用いた実験でも証明された。3抗癌剤併用抗体療法における抗原提示細胞の必要性を追及した。in vitroにおいて樹状細胞を1の抗原抗体複合体と混合培養した場合、NY-ESO-1抗体単独の場合に比して、NY-ESO-1特異的抗原提示能が飛躍的に亢進した。1のマウスのリンパ節中樹状細胞の表面抗原は、CD80、CD86、CD40、MHCクラスIIなどの活性化マーカーの上昇が見られた。4これら結果より、抗癌剤併用抗体療法は、抗癌剤により遊離した腫瘍抗原が特異抗体と複合体を作ることで、抗原提示細胞にFc受容体を介して効率よくとりこまれ、効果細胞であるCD8T細胞を抗原特異的に誘導・活性化し、抗腫瘍効果をもたらすことが証明された。1ヒト抗NY-ESO-1モノクローナル抗体12D7は、悪性黒色腫患者のB細胞より作成され、180個のアミノ酸よりなるNY-ESO-1分子の11-30番アミノ酸は配列部を認識する。12D7およびNY-ESO-1タンパクを樹状細胞と混合培養することで、NY-ESO-1特異反応性CD8T細胞クローンを効率よく刺激しうることが、開発者のアレクサンダー・クヌート博士(ドイツ・チューリッヒ大学)により確認されている。2現在この12D7の譲渡に向けての交渉中である。その後、ヒトへの臨床研究を開始する予定である。NY-ESO-1抗原を発見・同定したラドウィック癌研究所がシーティー・アトランティック社に生産を委託していたヒト化NY-ESO-1抗体は、現地にて大量生産が可能となった。研究協力者である大阪大学・免疫学フロンティアー研究センター・実験免疫学・西川博嘉准教授らが、シーティー・アトランティック社を創立したチューリッヒ大学アレクザンダー・クヌート博士のもとで行った実験では、このヒト化NY-ESO-1抗体とNY-ESO-1タンパクとの複合体は、ヒト樹状細胞に効果的に取り込まれたのち、NY-ESO-1157-165/HLA-A2特異的に細胞傷害性ヒトT細胞(CTL)を刺激しえた。さらにこのCTLはNY-ESO-1発現ヒト腫瘍細胞を傷害できた。これらの結果は、研究目的である「抗体による免疫療法」のヒトにおけるin vitro研究が完了しえたことを示す。マウスによるヒト腫瘍細胞挑戦に化学療法とこのヒト化NY-ESO-1抗体の同時投与を行うための基礎実験データが出そろったことより、同in vivoによるマウスの系にて、抗体投与量・投与時期・体内動態を検討する体制に入った。現在、同試薬の日本国内輸送に際するカルタヘナ条約に基づく規制解除に向けた手続き中である基礎実験が完了し、マウスモデルでのin vivo検討に入る段階である。マウスin vivo検討を早急に完了し、ヒト投与の臨床試験実施に向け、条件などを確定する。臨床試験に向けた体制を構築するとともに、並行してマウスモデルにおいて、機能解析としてi)ラベル化ヒト化抗体の体内動態解析ii)Fc欠損ヒト化抗体を用いた解析iii)FcRKOマウスを用いた解析iv)CD11c障害によるによる樹状細胞除去マウスでの解析v)傍腫瘍リンパ節における樹状細胞の機能解析、を行う。
過疎地域の地方公営企業における組織間連携に関する研究

本研究は過疎地域に位置する上下水道事業,病院事業等を担う地方公営企業の事例研究をとおして,会計情報の共有及び相対的業績評価がどのように組織間連携,組織学習に資するかを組織間管理会計の視点から明らかにすることにある。本研究の遂行により,学術的には公的組織を対象にしたネットワークにおける会計現象に関して,組織間連携を促進させるインセンティブ構築に貢献する可能性が示唆される。他方,実務においては喫緊の課題である過疎地域の組織間連携に関して,ベンチマーキング等の相対的業績評価を活用することで,業務の標準化などを通じた職員の働き方改革の議論にも寄与することが期待できる。
合成化学医療の開発：動物内での標的細胞、および臓器上での生理活性ペプチド合成

報告者はこれまでに、動物内でも実施することのできる有機合成反応として、ある種のエステルが、生体アミンのうち、特定の疾患で過剰に発現する特殊なアミンだけが無触媒で選択的に反応することを見出した。そこで平成27年度では、見出したエステルを細胞に導入することにより、特定のアミン選択的に修飾反応を行い、特定の細胞機能を制御することを目指した。その結果、エステルを細胞に作用するだけで細胞内の標的アミンと選択的に反応させ、細胞増殖を優位に抑制することに成功した。さらに報告者は、このエステルは生体内アミンの他にも、立体障害の少ない疎水性アミンと水中で効率的かつ選択的に反応することを見出した。塩基を必要としない温和な条件下での反応を発見した。このユニークな反応の機構を解析すると同時に、新規なペプチド合成法へと展開した。一方、平成26年度までに報告者は、生体テンプレート上に糖鎖クラスターを構築し、これら高分子の生体内動態や臓器選択的な集積が、付加した糖鎖に顕著に依存することを見出していた。糖鎖の構造に従って、肝臓や脾臓、あるいはがんに集積する。そこで、この糖鎖クラスターを特定の臓器(細胞)を認識するドラッグデリバリーシステムとして活用し、マウス内の特定の臓器周辺で合成研究を行うことを試みた。報告者が以前に見出したパラジウムやルテニウムを代表とする遷移金属触媒の存在下でのエステルの反応性を利用することにより、目的とする臓器上での蛍光標識化を実現した。生きている動物内で初めて遷移金属触媒反応を初めて実現した例となった。このように、「生体内合成化学治療」研究におけるブレークスルーとなる成果を得た。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、「合成化学治療」に従って、生体内での直接的な有機合成化学を実現する。すなわち、触媒や反応試薬を動物内に順次、静脈注射することにより、標的の臓器上や細胞内に対して薬理活性のある化合物をピンポイントかつ必要時に合成・構築することを可能とする。従来、分子量等に問題あった生物製剤をこの方法により「生体内で」化学的に合成して、治療に貢献できる有機合成化学の実現を本研究の大きな目的とする。既に報告者の研究室では、糖鎖を人工的に導入したタンパク質をマウスに静脈注射すると、糖鎖構造に依存した臓器選択的な集積を示すことを見出している。そこで本研究ではこの知見を有効に利用して、糖鎖付加タンパク質に対して反応を活性化させる試薬や触媒を導入し、まず生きている動物内の特定臓器に対して反応活性基や触媒を運搬・担持する。さらにその後、反応試薬を随蒔、マウス内に静脈注射することによって、特定の臓器付近において選択的な有機反応と標的化合物の合成を実現する。平成25年度の最初の4ヶ月間では、まずタンパク質のリガンドに対して様々な触媒を導入し、タンパク質と相互作用させることによって、触媒活性を持つ人工触媒タンパク質を簡便に調製することができた。この人工触媒タンパク質は、水中でも有機触媒反応を効率的に進行させることが判明した。これらの検討から、今後、タンパク質に対して様々な糖鎖を導入し、特定の臓器への選択的なターゲティングと生体内での多段階合成を実施する予定である。平成26年度では、生きているマウス内で特定の臓器への選択的なターゲティングを実現するために、デンドリマーや細胞、あるいはタンパク質の上に糖鎖クラスターを構築し、非侵襲的な分子イメージングによって可視化することで評価を行った。すなわち、報告者が以前開発した自己活性化型のHuisgenクリック反応やアザ電子環状反応によるアミノ基修飾法を活用して、様々な糖鎖を導入した。次いで、これらの糖鎖付加高分子に対してさらに高波長領域に吸収をもつ蛍光基を導入し、ヌードマウスに対して静脈注射を行った。その結果、これらの高分子の生体内動態や臓器選択的な集積が、付加した糖鎖に依存することを見出した。すなわち、糖鎖の構造に従って、肝臓や脾臓、あるいはリンパ節に選択的に集積する高分子を見出した。さらに、胆嚢や腎臓を経て、選択的に代謝を起こす糖鎖構造も見出すことに成功した。このように、高分子上に糖鎖を効果的にクラスター化させることにより、生体内でもその糖鎖認識タンパク質(レクチン)と選択的な相互作用を起こし、動態を操ることのできる手法を確立した。一方、マウス内でも実施することのできる有機合成反応として、遷移金属触媒による新規なペプチドライゲーション法を検討した。種々検討した結果、ある種のアセチレンを持つエステルが、立体障害の小さい特殊な生体内アミンと無触媒、かつ選択的に反応し、アミド結合を効率的に形成できることを見出した。さらに本反応は、パラジウムやルテニウムなどの遷移金属触媒の存在下で活性され、アミノ酸の主鎖アミノ基を含む立体障害のより大きなアミンとも反応させることに成功した。本反応は水中でも容易に実施することが可能であり、当初予定していた、そして近年、細胞上での検討が盛んに行われている遷移金属触媒によるカップリング反応よりも遥かに効率的であることが判明した。