hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳-筋運動系への種々感覚入力の影響～コヒーレンス解析～

脳において感覚システムから運動システムへの干渉作用については未だ良くわかっていない。ヒトが随意運動の中の一つである等尺性筋収縮を行っている最中に外部から感覚刺激(視覚、聴覚、体性感覚など)が入力された時、この刺激を情報処理している脳内の感覚システムにより運動システムがどの様に影響されるのかを明らかにするために、頭皮上から脳波をまた第一背側骨間筋から筋電図を同時に記録し、これらの信号をコヒーレンス解析することで調べた。これまでの研究で、単純な2個の図形をランダムに表示する視覚情報刺激で、この図形を無視すると脳一筋コヒーレンスは図形表示が無いコントロール時と比較して有意に増大すること、また、1個の図形をカウントするとコヒーレンスが増大傾向にあることが報告されている。本研究では、聴覚刺激を用いて以下の実験を行った。(1)1KHzのクリック音を両耳に同時に与える。この時の音圧として可聴閾上刺激、40dB、60dB,80dBの4種類について、音を無視する条件および音をカウントする条件を行った。その結果、いずれの音圧を与えた際にも無視条件でコヒーレンスがコントロールに比べて増加傾向が有ることがわかった。(2)(1)の実験で最適音圧刺激を調べた後に、その音圧を用いて1KHzのクリック音を両耳にランダムに与えて、音を無視する条件,どちらか一方の耳で聴いた音をカウントしてもらう条件を行なった。その結果、無視条件ではコントロールと比べて変化を示さなかった。一方、カウント条件では右耳への音をカウントする時および左耳への音をカウントする条件ともコントロール値に比べて増加していたが有意な変化ではなかった。(3)ヒトの朗読音を被験者の両耳に与えて,これを無視する条件,意味を認知する条件を行なった。その結果、無視条件ではコヒーレンス値は変化しなかったが、意味を認知する条件下ではコヒーレンス値がコントロールに比べて有意に減少を示した。平成22度の実験計画では、他に(4)ヒトの声を被験者の片耳に与えて,これを無視する条件,意味を認知する条件および(5)ヒトの声を被験者の片耳に与えて,これを無視する条件,意味を認知する条件を行ない、脳-筋コヒーレンスの変化を調べる。この2項目を遂行することになっていたが、10月からの採択であったために遂行することが出来なかった。平成23年度に継続して行う予定である。平成22年度は、等尺性筋収縮運動を行っている際に、聴覚刺激(4実験課題)を無視する条件および認知する条件下で実験を行った。しかしながら、10月からの採択であったために、3実験課題は遂行することが出来たが、「ヒトの音声を被験者の両耳に与えて,これを無視する条件,およびカウントする条件を行なって脳-筋コヒーレンスの変化を調べる」という実験が出来なかった。このため平成23年度は、まず上記の音声刺激実験を行った。結果として、約40dBのヒトの音声(「ば」、「が」)を被験者に与え、これを無視する条件および注目する条件下でのコヒーレンス値を求めたが、いずれの条件下でも音声刺激を与えていないコントロール時のコヒーレンス値と比較して変化が見られなかった。同様に等尺性筋収縮運動を行っている際に体性感覚刺激を無視する条件およびカウントする条件下で実験を行った。(1)等尺性筋収縮を行っている被験者の手掌と同側および対側の中指に電極を置いて刺激周波数1HZ、パルス幅0.1msec、刺激強度を閾値の3倍に設定して電気刺激を与え,この刺激を無視する条件,カウントする条件を行なわせた。その結果、無視する条件下のコヒーレンス値は刺激を与えていないコントロール時のコヒーレンス値と比較して有意差は見られなかった。一方、カウントする条件下のコヒーレンス値はコントロールと比較して有意に増大していた。このことから、脳内の体性感覚関連領域の活性化により親指と示指を支配している一次運動野のネットワーク結合に変化が起こることが示唆された。平成24年度は、等尺性筋収縮を行っている被験者の手掌と同側または対側の親指および示指に電極を置いて実験を行っていきたい。目的:聴覚刺激および体性感覚刺激の様な外部刺激を与えたとき、これがヒト脳ー筋運動システムへ干渉するかどうかを脳ー筋コヒーレンス解析を用いて調べる。1音圧60dB,周波数1KHzおよび2KHzのクリック音(刺激時間300 ms,1 Hz)を両耳にランダムに与えて、音を無視する条件,どちらかの音をカウントしてもらう条件のコヒーレンス値を何も刺激を与えないコントロール時のコヒーレンス値と比較した。その結果、無視条件でも意識条件でもコントロールと比べて変化を示さなかった。2音圧60dBの「ば」と「が」の音声刺激を両耳にランダムに与えて、同様の実験を行ったが、無視条件でも意識条件でもコントロールと比べて変化を示さなかった。

3音圧60dBの時系列的に意味を持つ英語文章音声刺激を両耳に与えて同様の実験を行った。無視条件では変化が無かったが、意識条件ではコントロールと比べて有意に減少した。このことから聴覚刺激の場合は時系列的刺激によって運動システムへ抑制的な干渉作用を及ぼすことがわかった。4等尺性筋収縮を行っている被験者の手掌と同側および対側の中指に電極を置いて刺激周波数1HZ、パルス幅0.1msec、刺激強度を閾値の3倍に設定して電気刺激を与え,この刺激を無視する条件,カウントする条件を行なわせた。その結果、無視条件下ではコントロールと比較して変化はなかった。一方、意識条件下ではコントロールと比較して有意に増大していた。5等尺性筋収縮を行っている被験者の手掌と同側および対側の薬指に電極を置いて同様の実験を行ったが、無視条件下および意識条件下でコントロールと比較して変化は見られなかった。小指でも同様であった。このことから、非常に狭い領域の体性感覚刺激が運動システムへ干渉することがわかった。この実験の重要なところは、感覚刺激をしないコントロール時のコヒーレンスが安定的に記録できることである。このため、1人の被験者の記録でも数週間かかることがあるが、聴覚実験については、目標とした内容をほぼ終了したので順調に進展していると思っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度の計画では、「等尺性筋収縮を行っている手掌と同側および対側の中指に電気刺激を与え、この刺激を無視する条件、カウントする条件を行なわせる。また、薬指、小指でも同様の実験を行なう。」としていたが、薬指、小指への電気刺激による実験を進めていくと他に計画していた実験を推進できなくなる恐れがある。このために、平成24年度は、等尺性筋収縮を行っている手掌と同側または対側の中指および薬指に電気刺激を与え,この刺激を無視する条件,カウントする条件で実験を行うことにする。
地域福祉計画・介護システム開発を通した東アジア型福祉社会モデルの構築に関する研究

本科研費は、G1(日本・中国・韓国・台湾の社会問題や多様な文化性、市民社会に焦点をあてた東アジア福祉社会モデルの枠組み形成)とG2(各国の社会福祉専門職の養成、職域、役割機能)の研究組織で研究を遂行した。その成果は、日本・中国・韓国・台湾の社会保障・社会福祉関連用語の比較研究とフィールドワーク及びソーシャルワーク活動調査を通じて、(1)東アジア域内を中心とした社会保障・社会福祉の国際協力の方法を示した。(2)東アジア福祉社会創出への新たな枠組み(親密圏・公共圏・セーフティネット)の考え方を提示した。(3)日中韓台における社会保障・社会福祉関連用語比較研究から見えてきたことの成果とその波及効果について提言した。さらに、(4)地域を基盤とした東アジア型ソーシャルワークの理論枠組み及びその実践応用性について一定の成果を示した。本研究の目的は、東アジア域内(日本・中国・韓国・台湾)の地域コミュニティを基盤とした地域福祉計画及び介護システム、さらにはそれらの推進をリードする社会福祉専門職(とくにコミュニティソーシャルワーカー)の人材養成の方法論を確認しあいながら、それぞれの社会福祉制度・政策の発展と持続可能な福祉社会の発展にむけて有効な比較研究法を開発しようとするものである。この研究課題を追究するために、平成18年度は大きく2つに研究組織を編成した。G1とG2である。G1は、主として日本・中国・韓国・台湾の社会問題や多様な文化性、市民社会に焦点をあて、東アジア福祉社会モデルの枠組み形成に取り掛かった。G2は当面の共通研究課題として、各国の社会福祉専門職の養成、職域、役割機能について比較していくことにした。G1の研究成果の1つは、北京人民大学において開催された第2回社会保障国際フォーラム(9月9日・10日)で研究発表を行い、続いて中国老齢協会との共同研究の場を設定し、日中の地域における高齢者支援システム開発に関する研究交流を行った。また、北京及び上海の社区にて高齢者の在宅介護支援に関する基礎的調査を行った。2つは、韓国済州大学に日韓の共同研究者が集い、「グローバル化の中での地方分権」、「市民社会におけるNPOの役割と社会貢献」等について議論を交わし、総合社会福祉館の実地研究も行った。3つは、南京大学において日中韓社会政策・社会福祉国際シンポジウムを開催し、約50名の研究者による主題報告、5分科会での研究発表がなされ、東アジア福祉レジーム論等の到達水準が確認され、日中韓社会政策・社会福祉研究者のネットワークを形成した。G2では、1つに台湾東呉大学での日台における社会保障・社会福祉の現状について意見交換を行い、台北県及び市の高齢者ケアマネジメントシステム、民間組織の在宅福祉サービス提供等実地研究を行った。2つに上海の社区において社会工作人(ソーシャルワ-カー)の実践活動を調査した。また、本研究の基礎的作業として「日中韓台における社会保障・社会福祉の制度比較研究」の枠組みとその課題整理を開始した。本研究の目的は、東アジア域内(日本・中国・韓国・台湾)の地域コミュニティを基盤とした地域福祉計画及び介護システム、さらにはそれらの推進をリードする社会福祉専門職(とくにコミュニティソーシャルワーカー)の人材養成の方法論を確認しあいながら、持続可能な福祉社会の発展にむけて有効な比較研究法を開発しようとするものである。平成19年度においてもG1(日本・中国・韓国・台湾の社会問題や多様な文化性、市民社会に焦点をあてた東アジア福祉社会モデルの枠組み形成)とG2(各国の社会福祉専門職の養成、職域、役割機能)の研究組織で研究を遂行した。に取り掛かった。G1の研究成果の1つは、5月に「高齢化と地域福祉に関する日中韓会議」(東京大学)を開催し、東アジア3国の地域福祉と高齢者福祉の共通理解を深めたことである。また、中国杭州において開催された第3回社会政策フォーラム(7月、社会建設における社会政策とソーシャルワーク)で研究発表を行い、続いて第3回社会福祉・社会保障国際学術会議(韓国中央大学)において日本の地域福祉計画の理論と実際に関する報告を行った。新しく、台湾において介護システムに関するフィールドを開拓し、相互の研究交流を行った。G2では、上海の社区において社会工作人(ソーシャルワーカー)の実践活動を調査し、また、韓国平澤市においてソーシャルワーカーに関する調査を実施した。その他、本研究の基礎的作業として「日中韓台における社会保障・社会福祉の制度比較研究」の一覧表を作成した.また、本年度の研究論文報告集を次のようにまとめた。(1)「日中韓社会福祉国際シンポジウム」(2007年3月南京大学)、(2)「高齢化と地域福祉に関する日中韓会議」(2007年5月東京大学)、(3)「少子高齢社会における福祉政策の実践と展開-台湾・日本の比較研究

-国際シンポジウム論文報告集」(2007年10月台湾東呉大学)本研究の目的は、東アジア域内の地域コミュニティを基盤とした地域福祉計画及び介護システム、さらにはそれらの推進をリードする社会福祉専門職(とくにコミュニティソーシャルワーカー)の人材養成の方法論を確認しあいながら、持続可能な福祉社会の発展にむけて有効な比較研究法を開発しようとするものである。平成20年度においてもG1(日本・中国・韓国・台湾の社会問題や多様な文化性、市民社会に焦点をあてた東アジア福祉社会モデルの枠組み形成)とG2(各国の社会福祉専門職の養成、職域、役割機能)の研究組織で研究を遂行した。に取り掛かった。その成果の一つは、日本・中国・韓国・台湾の社会保障・社会福祉関連用語の比較研究を通じて、第1に東アジア域内を中心とした社会保障・社会福祉の国際協力の方法を示した。第2に東アジア福祉社会創出への新たな枠組み(親密圏・公共圏・セーフティネット)の考え方を提示した。第3に日中韓台における社会保障・社会福祉関連用語比較研究から見えてきたことの成果とその波及効果について提言した。(第4回社会保障・社会福祉国際学術会議,2008年9月12日・13日)G2「東アジアにおける社会福祉専門職人材養成」研究では、すでに大橋・宮城・原田らのグループが、「地域を基盤にしたソーシャルワークに関する実態調査」に関する研究報告を第56回日本社会福祉学会において行っている。地域を基盤とした東アジア型ソーシャルワークの理論枠組み及びその実践応用性について一定の成果を示している。
遷移金属化合物における量子スピン液体状態の単結晶を用いた実験的解明

強相関電子系におけるさまざまな新しいトポロジカル量子相の発現の舞台として、我々が開発したPr2Ir2O7を含むパイロクロア型イリジウム酸化物が近年注目を浴びている。この系は典型的トポロジカル絶縁体HgTeと同じ電子構造を持つ、強相関電子系では初めての半金属であることを、物性研究所の近藤猛准教授との角度分解光電子分光(ARPES)とUCSBの理論グループのBalents教授らのバンド計算を用いた直接観察から明らかにした(近藤、Balents,中辻et al Nature Communications (2015))。さらに、Nd2Ir2O7の純良単結晶の合成を行い、その金属・絶縁体転移温度がNdとIrの比に著しく依存することを解明した。さらに純良単結晶を用いた実験から、磁場誘起の金属・絶縁体量子相転移を発見した。さらに、その純良単結晶を用いた研究からPr2Ir2O7とNd2Ir2O7はともに、この量子相転移近傍に位置する2次の波数分散を持つフェルミノード系であることを見出した。(Tian,金道、Balents、中辻et al Nature Physics (2015))特に、磁場を[100]にかけた場合のみ、巨大な磁気抵抗を伴って、絶縁体・半金属転移が起こることを見出した。このことは、Ndがall-in all-out状態から、2-in 2-out状態に変化することに伴い、近藤カップリングを通じてIrの電子状態がall-in all-out状態から強磁性状態に変化することで、絶縁体から半金属状態に転移することを強く示唆している。27年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの物性研究は、電子相関、あるいは、スピン軌道相互作用のどちらか一方を有する物質に集中したものであり、強い電子相関と強いスピン軌道相互作用の両者を兼ね備えた電子系は未開拓であった。両者を備えた物質群においては新奇なトポロジカル量子相が理論的に予想されることからも、次なるフロンティアとして世界的に大きく注目されている。本研究においては、電子相関とスピン軌道相互作用の両者が同程度のエネルギースケールを持って競合する遷移金属酸化物、特にイリジウム酸化物を研究対象として取り上げた。その中でも、パイロクロア型イリジウム酸化物を対象として、そこで現れる量子カイラルスピン液体状態、ワイル半金属相などの新しいトポロジカル量子相の解明を目指し、本年度は純良単結晶の育成に取り組んだ。パイロクロア型イリジウム酸化物は、その組成、酸素分圧、焼成温度等に応じて、単結晶の質が大きく変化することが知られている。これらのパラメーターを精度よく調整することで、ワイル半金属を実現する母体である、フェルミノードを持つ半金属状態を実現するPr2Ir2O7の純良単結晶の育成に成功した。その低温比熱の測定から、純良な結晶では磁気秩序が存在せずスピン液体状態が実現すること、また、その化学量論比の制御によりその低温での磁気秩序が現れる可能性を明らかにした。パイロクロア型イリジウム酸化物は強相関電子系におけるスピン軌道相互作用の効果を明らかにできる恰好の舞台を提供している。しかし、その純良単結晶の育成は、難しく、世界的に多くのグループが取り組んできたにも関わらず、成功例はほとんどない。さらに、成功したとしても、これまで物性の試料依存性など、大きな問題が存在していた。今回、Tian氏と協力して、我々はその問題を化学的知見に基づき整理することによって克服し、新しい単結晶育成手法を開発した。今後、純良単結晶の育成により物性測定が初めて可能になるという意味で大きな前進である。今回開発した単結晶育成手法に基づき、Pr2Ir2O7のみならず、Nd2Ir2O7の純良単結晶試料の育成を進める。

これらの系における金属・絶縁体転移近傍に現れる、量子カイラルスピン液体状態、ワイル半金属相などの新しい量子現象の性質を明らかにするために、育成した単結晶を用いて、電気抵抗、ホール抵抗、磁化率、比熱、磁歪などの基礎物性の多角的測定を進める。さらには、高磁場測定を行うことで、量子振動、磁場誘起量子相転移の可能性などを追究し、トポロジカル量子相を実現する電子状態の知見を得る。27年度が最終年度であるため、記入しない。
遠心促進熱対流型迅速遺伝子増幅チップシステムの開発

各種現場において迅速かつ高感度に病原性細菌などを検出する遺伝子検知システムの開発が望まれている。そこで熱対流による反応溶液の自走駆動と遠心力による熱対流加速を利用したオンチップPCR法を提案した。熱対流が可能なポリジメチルシロキサン(PDMS)/ガラス製マイクロ流路を設計・試作し、熱対流制御条件、溶液気泡発生抑制、流路表面吸着防止処理などオンチップDNA増幅反応の諸条件を検討した。結果、わずか15分での迅速高感度なDNA増幅に成功した(検量特性:DNA初期濃度12pg12ng/chip、検出感度120pg/chip)。これにより遠心促進熱対流型PCR法の開発に成功し、その基礎条件を確立した。食の安全・健康維持・環境保全など安心・安全な社会を実現するための基盤として、食品加工工場、飲食店、在宅などの各現場において、簡易な操作で迅速かつ高感度に病原性細菌などを検出する遺伝子検知システムの開発が望まれている。そこで熱対流による反応溶液の自走駆動と遠心力による熱対流加速を利用したオンチップPCR法を提案する。遠心場に置くことで、熱対流速度が速まり、PCR反応を迅速化することが可能であり、また従来のような外部の送液ポンプを必要とせずに反応液の混合と送液が可能で、また装置の小型化だけでなく簡易化も可能となる。これによりユーザーの技術レベルに依存せずに細菌の遺伝子検知が各現場で可能となるものと期待できる。H25年度は、遠心促進熱対流PCRにかかる基礎条件の検討を行った。熱対流が可能なリング状流路の基本設計を行い、熱対流部としてリング流路外径6 mm、流路幅500μm、流路深さ400μmの流路サイズとした。さらに、試料溶液導入部に2本の流路を設け、反応試薬溶液を毛細管現象で吸い込む部分(リング状流路の容量以上)と、流路内の空気を逃がすための部分から構成される。素材として、流路部はポリジメチルシロキサン(PDMS)、蓋材はガラスを用いて、微細加工技術に基づいて作製した。リング状流路内で熱対流を発生させるため、またPCR反応を行うために、95°Cと60°Cの熱源ヒーターブロックに作製した流路チップを設置し、加熱しながら回転させた。作製したチップに水と食紅液を充填し、熱対流の様子を観察したところ、相対重力加速度と対流速度の関係が得られた。ヒトゲノムDNAをテンプレートに用いてβ-Actin DNAの増幅を行ったところ、相対重力加速度5Gにおいて最もDNA増幅がなされたことが確認された。またわずか15分での迅速DNA増幅が可能であった。昨年度までに、PDMS/ガラス製流路チップ(反応流路外径6 mm、流路幅500μm、流路深さ400μm)を設計、作製した。これを用いて温度、遠心速度などオンチップDNA増幅反応の諸条件、相対重力加速度と対流速度の関係を明らかにし、結果、相対重力加速度5Gにてわずか15分でDNA増幅が可能であることを示してきた。H26年度は、さらに安定な反応条件や検出感度などの検討を行った。PDMSはそのガス透過性の高さから、高温(95°C)にするとマイクロ流路中の反応溶液の気泡発生あるいは蒸発による液量減少によってPCRが妨げられる現象が見られた。これに対し、ミネラルオイルをPDMS内に浸透(100°C、20分間)させることで、流路中の反応液蒸発および気泡発生を防止できることを見出し、また試料等の吸着防止のため、PCR反応液にBSAおよびPVPを加えることとし、これらを流路表面のブロッキングとすることとした。本デバイスおよびヒトゲノムDNAをテンプレートに用いてβ-Actin領域のDNA増幅を行った後、チップ流路の蛍光測定より、ヒトゲノム初期濃度(12pg12ng/chip)に対する検量特性を得ることができた。電気泳動分析により目的とするDNA増幅産物(DNA長:289bp)も確認した。検出感度は120pg/chipと高感度であった。一方、簡易操作化の検討も行った。PCR溶液3.88μL(鋳型DNAなし)を充填した流路チップを準備した。これにヒトゲノムDNA溶液または口腔粘膜サンプル液0.12μLを遠心充填し、熱対流によってPCR溶液とサンプル液を混合させ、さらに遠心促進熱対流PCRによるDNA増幅に成功した。これにより、サンプル液を注入するだけで、簡易迅速にPCR増幅が行えることを示すことができた。以上、遠心促進熱対流型PCR法の開発に成功するとともに、その基礎条件を確立することができた。

バイオチップ、バイオセンサー各現場において、簡易な操作で迅速かつ高感度に病原性細菌などを検出する遺伝子検知システムの開発が望まれているが、現場使用を想定する場合に重要な点が、操作簡易性、装置の小型化、検出の迅速性にある。本研究ではこれらの点を含めた効果的なデバイスを創出を目指し、熱対流による反応溶液の自走駆動と遠心力による熱対流加速を利用したオンチップPCR法を提案している。H25年度は、遠心促進熱対流PCRにかかる基礎条件を求めることにある。検討を行った結果、遠心熱対流用マイクロ流路チップを作製し、相対重力加速度と熱対流速度の関係、つまり遠心による熱対流速度向上を確かめ、PCR反応の迅速化を達成することができた。また従来のマイクロ流路PCRのような外部送液ポンプを必要とせずに、遠心による反応液の溶液駆動を可能とした。予定通り順調に進捗している。H26年度は、H25年度までに明らかにした諸条件をもとに、内在性コントロールなどの標準試料を用いて遠心促進熱対流型PCRを行い、DNA増幅効率や検量特性、検出感度、吸着防止(ブロッキング)などを検証・評価する。検出は蛍光PCRを利用する。試作したチップ・システムをもとに、例えば、歯周病菌やサルモネラ菌などの感染症菌類をモデルに選び、細胞数に応じたDNA増幅量(検量特性)などの評価を検討する。また、PCR操作の簡易化も検討する。例えば、1リング状流路に反応試薬をあらかじめ充填したチップを準備し、2検体液をチップに滴下するだけで、3反応試薬と混合および増幅反応させることを検討する。得られる実験結果をもとに、各諸条件を最適化し、簡易・迅速な遺伝子検出デバイスへと発展させることを目指す。つまりユーザーの技術レベルに依存せずに細菌の遺伝子検知が各現場で可能となるものと期待できる。これにより、簡易・迅速なオンサイト型遺伝子診断装置の基礎を築き、様々な感染症や微生物による環境汚染、バイオテロなどの危険に迅速に対処が可能とすることで、医療、食品、防衛と広範な分野の社会の安心・安全に寄与することを目指す。
カーボンナノチューブと組換えアデノウイルスによる高効率遺伝子導入法の開発

組換えアデノウイルス(Adv)を感染させることによって目的遺伝子を細胞内に導入する方法は広く用いられている。今回の研究ではAdvにカーボンナノチューブ(CNT)を前処理すると、培養細胞において遺伝子導入効率が数倍から数百倍に増強されることが判明した。AdvとCNTが複合体を形成することによって、Adv単独の場合とは異なる経路で効率的に遺伝子導入がなされるものと推察された。このCNTによる遺伝子導入増強効果は浮遊細胞でも確かめられ、さらに腫瘍組織への直接投与という動物実験でも同様の増強効果が証明された。以上から、CNT-Advを用いた新たな遺伝子導入法が多くの分野で有用であると考えられる。前年度に行ったin vitroの実験結果を踏まえて、カーボンナノチューブ(CNT)で前処理された組換えアデノウイルスがin vivoでも遺伝子導入効率を高めるかを検討した。コクサキー・アデノウイルス受容体(CAR)の発現が非常に少ない未分化甲状腺癌細胞株であるCG-1細胞をbalb-c nu/nuマウスの皮下に移植して担癌マウスを作製した。これに抗腫瘍効果を持つ組換えアデノウイルスをCNT処理群、未処理群に分けて感染させそれぞれの抗腫瘍効果を比較検討した。用いた非増殖型組換えアデノウイルス(AdhTERTtk)は、ヒトテロメラーゼ逆転写酵素(hTERT)のプロモーターで制御したヒト単純ヘルペスウイルスのチミジンキナーゼ(tk)を搭載し、ガンシクロビル存在下で腫瘍選択的に抗腫瘍効果を有することがすでに発表されたものである。この組換えアデノウイルスをCNTの中で増強効果が最も高かったCarbere-Sを前処理した群、未処理の群、あるいはコントロールとしてPBSのみの群、Carbere-Sのみの群の4群に分け、マウスの腫瘍内に直接注射投与した。23日ごとに腫瘍容積を測定していくと、PBS群、CNTのみの群では日をおって腫瘍容積が増大していったのに対し、CNT前処置群では抗腫瘍効果が著しく10匹中5匹の担癌マウスが腫瘍フリーの状態になった。CNT未処理群ではある程度の抗腫瘍効果を認めたもののCNT処理群と比較すると有意にその効果は低かった。3週間後には腫瘍容積に両群間で有意差を認めた。また、コントロール群と比較するとCNT処理群では10日後にすでに腫瘍容積に有意差を認めた。以上の結果からCNTはin vivoでもアデノウイルスの遺伝子導入効率を高め、遺伝子治療に対する有力なツールとなり得ることが示唆された。前年度と同様のin vivo実験を癌細胞の種類を変えて繰り返した。CG-1細胞と同様に、コクサキー・アデノウイルス受容体(CAR)の発現が乏しい未分化甲状腺癌細胞株SW579細胞と、CARが中等度発現しているチャイニーズ・ハムスター卵巣細胞株CHO細胞をbalb-c nu/nuマウスに皮下移植し担癌マウスを作製した。これに抗腫瘍効果を持つ組換えアデノウイルスをカーボンナノチューブ(CNT)で処理して腫瘍内投与し抗腫瘍効果を観察した。その結果CG-1細胞を用いた場合と同様に、CNT前処理組換えアデノウイルス群が前処理しない群と比較して強い抗腫瘍効果を示した。しかしながら、これらの細胞のマウスへの生着率が低く、有意差を示すまでのまとまった感染実験が遂行できなかった。研究期間全体を通じてまとめると次の通りである。培養細胞に感染する実験で、組換えアデノウイルスをカーボンで前処理すると遺伝子導入効率が飛躍的に上昇すること、カーボンの中でCarbere-SというCNTが最も効率を上げることが判明した。CNT処理したアデノウイルスを用いると遺伝子導入時間が短縮されること、さらに界面活性剤で処理するとCNTによる増強効果が消失することから、アデノウイルスとCNTが複合体を形成することによって遺伝子導入効率が増強され、それがCARを介する経路とは異なる系を介するものと推察された。このCNTによる遺伝子導入増強効果は浮遊細胞でも確かめられ、さらに、腫瘍組織への直接投与というin vivo実験でも同様の増強効果が実証された。これらの結果から、CNT-組換えアデノウイルスを用いた遺伝子導入方法が、将来的に様々な分野で応用され得る可能性が示唆された。以上から電子顕微鏡によるアデノウイルスとCNTの複合体を直接観察することはかなわなかったが、当初の目標は概ね達成できたものと考える。カーボンナノチューブ(CNT)で前処理された組換えアデノウイルスが遺伝子導入効率を高めるかin vitroで検討した。CNTの中で増強効果が最も高かったCarbere-Sを処理したアデノウイルス、未処理のアデノウイルスを14種類の癌細胞株あるいは正常線維芽細胞株に感染させた。組換えアデノウイルスにはルシフェラーゼ(Luc)遺伝子が搭載されており、感染効率が高いと細胞中のLuc活性が高まることになる。また、これらの細胞におけるコクサキー・アデノウイルス受容体(CAR)のmRNA発現をRT-PCRで測定した。

結果は、CARの発現が弱い細胞ほどCNTによる遺伝子導入増強効果が高かった。CARの発現が元々高い細胞ではアデノウイルス単独でもLuc活性は高く、CNT処理すると遺伝子導入効率を変化させないか、さらに増強することが判明した。従って、CNTによる増強効果はCARを介した遺伝子導入を損なうものではなかった。感染時間で遺伝子導入効率をみると、CNT処理アデノウイルスでは短時間で遺伝子導入が効率よく行われていることが判明し、CNT処理アデノウイルスがCAR以外の系を介して遺伝子導入を行っていることを示唆した。また、CNT処理中に界面活性剤を添加すると増強効果がすべて打ち消されることがわかった。この結果はCNTによる増強効果が、CNT-アデノウイルスの複合体形成によって起こることを示唆した。このように組換えアデノウイルスの遺伝子導入に対するCNTによる増強効果の特性とメカニズムが少しずつ解明されてきたことは非常に意義深いと考える。現在はこれまでの応用として、浮遊細胞、実験動物の組織内における効果を検討している。浮遊細胞CHO-SではCNT処理によっておよそ5倍遺伝子導入効率が高まった。また担癌マウスを使用した実験は現在進行中である。in vitroの実験が概ね完了し、in vivoの実験で期待された結果が得られたことはある程度目的達成に近づいていると評価できる。しかしながらウイルスの大量調製に時間がかかっていること、他の細胞株でin vivo実験を再検したいところであるが、移植腫瘍の生着効率が悪く進んでいないことなどから研究に遅滞が生じている。これまでの研究成果をまとめて2011年の日本癌学会と2012年の日本内分泌学会、甲状腺学会に発表できたことは成果の1つではある。今後はin vivoの研究成果がある程度得られれば、論文にまとめたいと考えている。in vitroの実験が概ね完了し、CNT処理の理想的な環境設定が確立したこと、CARの発現とCNTによる増強効果の関係を明らかにできたこと、遺伝子導入増強効果のメカニズムに対してもある程度アプローチできたことなどは大きな成果であり、本研究が概ね順調に進展していることを表している。これらin vitroにおける研究成果をまとめて2011年の日本癌学会と2012年の日本内分泌学会に発表できたことは成果の1つである。今後もさらにin vivoの実験を中心に本研究を推進して行く。すなわちチミジンキナーゼ(tk)遺伝子を搭載した組換えアデノウイルスをCNT処理、未処理で担癌マウスの腫瘍内に投与し、抗腫瘍効果を再検討する。次に、腫瘍内でのみ増殖できる制限増殖型アデノウイルスを用いて、同様にCNTの抗腫瘍効果に対する増強効果を検討する。さらに、インターロイキン12(IL12)遺伝子を搭載したアデノウイルスを用いて遠隔転移した腫瘍に対するCNTの抗腫瘍増強効果を検討する。
トランスクリプトーム解析によるファイロティピック段階の実体解明

脊椎動物の個体発生と系統発生(=進化)の関係性については150年以上の大問題として残されてきた。今回の解析では、ニワトリ、マウス、アフリカツメガエル、ゼブラフィッシュの胚発生と互いの保存性の関係性を解析、咽頭胚期の胚を最も保存性の高い時期とした発生砂時計モデルが妥当であることが示された。当研究は、脊椎動物の胚発生と進化の関係を解き明かし、脊椎動物ボディプラン進化に新たな知見を与えようとするものである。動物発生においては発生初期ほどその重要性が高く、進化的に保存されるという見方がある一方で、咽頭弓形成期周辺の発生中期にこそ進化的な変更を許容しにくい重要な発生ステージが存在するという「ファイロタイプ仮説」も提唱されている。この問題に関する議論は19世紀半ばより続いているが、コンセンサスは未だに得られていない。そこで今年度はゲノム情報の発生における時間展開則をトランスクリプトームレベルで解き明かしていくことで脊椎動物に保存された発生段階を決定することを目的とした。本年度は3種の脊椎動物(ニワトリ、ゼブラフィッシュ、マウス)の胚を採取し、胚発生過程での保存された遺伝子発現情報動態をマイクロアレイにより網羅的に同定、その時間展開則と類似性評価をコンピュータ解析により行った。今回の解析結果は、咽頭弓形成期周辺の発生中期に種間で最もトランスクリプトームの類似性が高くなることを示しており、ファイロタイプ仮説を支持する結果となった。発生中期や後期は時間的に初期発生の完遂に依存していることを考えると、今回の結果は意外なものであり、こういった胚段階が保存されるに至った進化的・発生学的理解を探っていくことで、生物進化並びに動物発生のより深い理解に至ることが期待される。また、このファイロティピック段階は、ヒト先天異常児の致死率が最も高い時期とも重なり、どういった発生シグナルの撹乱が致死へと結びつきやすくなるのかなどの解明への助けともなることが期待される。動物の体の形は非常に多様性に富んでいるとされる一方で、その基本的ボディプランは属する系統群により「縛り」がある。例えば、ヒトやショウジョウバエを含む左右相称動物は前後軸に対して基本的に左右相称な形に、脊椎動物は脊椎を持つという共通の形に縛られている。なぜであろうか。これは進化発生学が答えるべき問題のひとつとして、19世紀のヘッケルの時代より続いてきたものであり、個体発生と系統発生の定式化は長年議論されてきた。特に比較形態学の知見より、これまで主に2つのモデル(漏斗型モデルと砂時計モデル)が提唱されているものの、未だにその決着はみていない。今回我々はこうしたモデルの検証を行うため、これまで用いられてきた形態学的方法ではなく、遺伝子発現プロファイルの種間比較という方法により検証した。マウス、ニワトリ、ゼノパス、ゼブラフィッシュの初期胚から後期胚までをサンプリングし、それら遺伝子発現プロファイルの比較解析を理研スーパーコンピュータ(RICC)を用いて解析したところ、発生の中期、特に咽頭胚期が初期胚や後期胚よりも遺伝子発現プロファイルの点で保存されていることがわかった。これは、発生砂時計モデルの妥当性を示すものであり、脊椎動物が頭部や体幹部の分節性などの高次構造をボディプランとしてもつという仮説と非常によく一致するものである。我々の研究成果は、個体発生と系統発生の長年の問題に答えるというだけでなく、初期胚から中期胚にかけての多様性が減少するという極めて不可解な現象が今後の大きな問題であるということを示すものでもある。また、異なる生物種間で発生タイムテーブルを分子レベルで比較解析する際の足がかりとなることも期待される。さらに、今回得られた大規模トランスクリプトームデータはArrayExpressデータベースに置き、全世界に無償で公表した。
歯性感染症から分離される高病原性市中感染型黄色ブドウ球菌検出状況と分子疫学的解析

健康小児526名の唾液から分離されたブドウ球菌254株のDNAを抽出し、PCR法により16sRNA、nuc、mecA、PVL、arcAの陽性/陰性を確認後、菌種を同定した。nuc陽性株(MSSA、MRSA)についてはコアグラーゼ型別、mecA陽性株についてはSCCmec型別分析を行なった。その後、薬剤耐性試験と薬剤耐性遺伝子、病原性遺伝子の検出、MLST解析を行なった。MRSA検出率は6.1%(9/147)で、2株は新型のST8-SCCmec IVlであった。nuc陰性株ではS.epidermidisのmecA陽性率が最も高く(60.7%)、SCCmec IVaが多かった。1.菌株の収集と保存:唾液検査の際に、同意の得られた唾液サンプルの一部をマンニット食塩培地に播種後、37°Cで2日間培養した。生育したコロニーの写真撮影後、黄色ブドウ球菌と思われるコロニーを選択し、血液寒天培地で更に12日間培養した。コロニーの写真撮影後、マイクロバンクに移し、-80°Cで保存した。現在このような形で、唾液や歯性感染症のサンプルから分離される黄色ブドウ球菌を収集中である。2.菌株の由来と患者属性を明らかにするために、対象者の性別、年齢、全身疾患の有無、口腔内状況(齲蝕歯数、齲蝕細菌数、唾液分泌量)を調べ、それらのデータをExcelファイルに入力した。1.菌株の収集と保存:前年度と同様に、引き続き菌株の収集と保存を行っている。具体的には、歯科検診時に唾液検査を行う際に、同意の得られた被験者の唾液サンプルの一部をマンニット食塩培地に播種後、37°Cで2日間培養した。生育したコロニーの写真撮影後、黄色ブドウ球菌と思われるコロニーを選択し、血液寒天培地で12日間培養した。コロニーの写真撮影後、マイクロバンクに移し、ー80°Cで保存した。2.患者属性の入力と管理:菌株の由来と患者属性を明らかにするために、対象者の性別、年齢、口腔内状況(う蝕歯数、う蝕細菌数、唾液分泌量、pH、緩衝能、各種無機イオン濃度)を調べ、それらのデータをExcelファイルに入力した。また、アンケートを実施し、全身疾患の有無や服用薬等の既往を聴取し集計した。3.病原性の検出された感染歯の状態を対象サンプル(健全歯)と比較するため、SEM、EPM、マイクロPIXE/PIGE装置等を使用して成分分析を行うことを追加した。4.今後の計画:更に収集を継続するとともに、市中感染型MRSAの検出状況を明らかにするために、分離された株からSCCmec型、コアグラーゼ型を分析し、Panton-Valentine Leukocidine(PVL)の検出状況を調査する予定である。結果を学会で発表し、論文作成を行う予定である。小児唾液由来菌株526株からDNAを抽出後、黄色ブドウ球菌特異的プライマーを用いて16sRNA、nuc、mecA、PVL、ACME-arcAの陽性/陰性を確認した。nuc(+):(MSSA、MRSA)についてはコアグラーゼ型別、mecA(+)についてはSCCmec型、arcA(+)についてはACME型別分析を行なった。nuc(-):(CNS)については、菌種の同定をPCRおよび生化学的試験を用いて行なった。次いで、mecA(+)のすべてとMSSAの一部を対象に、薬剤耐性テストと薬剤耐性遺伝子の検出、MLST解析を行なった。その結果、526株中ブドウ球菌は254株検出され、そのうちmecA陽性を示したのは、S.aureus(MRSA)が9/147株(6.1%)、S.epidermidisが48/89株(53.9%)、S.waneriが1/12株(8.3%)、S.haemolyticusが0/4株、S.hominisが0/2株であった。SCCmec型別は、IVが82.8%(48/58)、Vが8.6%(5/58)、No Typableが19.0%(11/58)で、菌種別にみるとS,aureusではIVaが1、IVc、IVl、V、NTが各2、S.epidermidisではIVaが20、IVcとIVdが5、IVgが1、IVのNo Typableが11、Vが3、NTが9であった。ACME(+)はS.epidermidisにのみ認められ、mecA(+)ではIが7、ΔIが2、IIが1、(-)ではIIが7、NTが4であった。PVL(+)は認められなかった。コアグラーゼ型は、MRSAではIIaが44.4%(4/9)と最も高く、IaとIIIaが22.2%(2/9)、VIIbが11.1%(1/9)であったのに対し、MSSAではIVaが22.5%(31/138)、VIIbが18.8%(26/138)、Xaが12.3%(17/138)、Vbが10.1%(14/138)、IIIaが9.4%(13/138)の順であった。MRSAのMLST

解析では、ST1、ST5、ST8、ST89、ST120が検出され、ST8のうちSCCmec type IVlを示す新型が2株認められた。健康小児526名の唾液から分離されたブドウ球菌254株のDNAを抽出し、PCR法により16sRNA、nuc、mecA、PVL、arcAの陽性/陰性を確認後、菌種を同定した。nuc陽性株(MSSA、MRSA)についてはコアグラーゼ型別、mecA陽性株についてはSCCmec型別分析を行なった。その後、薬剤耐性試験と薬剤耐性遺伝子、病原性遺伝子の検出、MLST解析を行なった。MRSA検出率は6.1%(9/147)で、2株は新型のST8-SCCmec IVlであった。nuc陰性株ではS.epidermidisのmecA陽性率が最も高く(60.7%)、SCCmec IVaが多かった。健常者の保菌状態については、保育所、幼稚園の小児を対象とした唾液サンプルからの菌株の収集と保存が進行中であり、現在までに600名分を培養したが、歯性感染症のサンプルの収集に時間を要しており、今後更に継続していく予定である。また、病原性の検出された感染歯の状態を対象サンプル(健全歯)と比較することとし、SEM、EPM、マイクロPIXE/PIGE装置等を使用して成分分析を行うことを追加したため。小児歯科学更に菌株の収集・保存を継続するとともに、市中感染型MRSAの検出状況を明らかにするために、分離された株からSCCmec型、コアグラーゼ型を分析し、Panton-Valentine Leukocidine(PVL)の検出状況を調査する予定である。PVL陽性株についてはMLST解析を行い、世界のどの地域で報告されたPVL陽性MRSAの系統かを明らかにする。歯性感染症のサンプルについては、収集先を拡大して対処する。現在、菌株の収集・保存が進行中であるが、約300名の健常者を対象としたサンプルについては、患者属性を明らかにするために、性別、年齢、全身疾患の有無、口腔内状況(齲蝕歯数、齲蝕細菌数、唾液分泌量、唾液無機成分)について調査・集計し、それらのデータをExcelファイルに入力した。これらの結果の一部は、IADR's 10th World Congress on Preventive Dentistry(Hungary)において発表した。菌株の収集・保存を継続中であるため。次年度消耗品(主としてPCR関係)に使用予定である。次年度の消耗品として使用予定。
有機高分子材料のスマート電気物性設計法の考案

本研究の目的は申請者がこれまで構築してきた第一原理計算を柱としたパラメータフリーな多階層モデリング法を応用することで、有機高分子材料の電気特性を評価・予測する方法を確立し、物性の詳細な理解に基づいた機能性絶縁材料開発手法を開発することである。このため本研究では、(1)高分子絶縁材料の電気特性評価に向けた多階層モデリング方法の改良、(2)実材料を模擬した大規模計算への応用、(3)多階層電気特性の実験的評価方法を考案することを目標としている。本年度は、(1)、(2)に関しては、有機高分子材料のなかでも主骨格の「柔らかい」、すなわち有機半導体材料で広く用いられる共役系の高分子材料とは異なった特徴を持つ、やわらかい高分子材料の非晶領域における電荷移動のシミュレーション方法を開発した。経験的なパラメータや現象論的な式を用いない方法を二通り(高分子鎖の統計的な性質を用いる方法と、ポリマーを代理する適切なオリゴマーをポリマーの電子状態に基づき決定する方法)を提案した。テストケースとしてポリエチレン中の電荷移動をシミュレートし、その電荷移動度を計算したが、どちらの方法を用いても同程度の値、さらには温度特性が算出された。加えて、これらの結果は実験値と良好に一致した。(3)に関しては、電子線を照射することで電荷移動度を測定する装置を開発し、測定を行った結果、予想していたような信号がでることは確認できた。本研究は(1)高分子絶縁材料の電気特性評価に向けた多階層モデリング方法の改良、(2)実材料を模擬した大規模計算への応用、(3)多階層電気特性の実験的評価方法の考案、よりなる。当初の研究実施計画では本年度においては、(1)を中心的に行うとともに(3)にも着手することとなっていた。(1)に関しては高分子材料中の電荷移動度を計算できるようなモデル化方法を提案した[1]という点で目標は十分達成されたと言えよう。また、分子量の大きい高分子材料のモデル化を行う方法を開発したという点で(2)の一部も達成されたと考えられる。(3)に関しては絶縁材料における階層的な移動度の測定方法の開発をすすめてきている。まず、「遅い」移動度の測定方法を提案し、測定装置(電流・Pulsed Electro Acoustic同時測定装置)の開発に成功した。加え、「速い」移動度の測定方法(電子線照射time of flight法)も開発中ですでに信号が得られることを確認している。以上から、本研究は概ね順調に進展していると言えよう。当初の研究計画と大きな違いは無いが以下の通りである。高分子絶縁材料の電気特性評価に向けた多階層モデリング方法の改良(1)に関しては、本年度開発した方法を他の材料系に適用する。実材料を模擬した大規模計算への応用(2)に関してはより大規模なあるいは複雑な系をモデル化するために機械学習法を導入する方法を検討する。多階層電気特性の実験的評価方法の開発(3)に関しては本年度開発した装置で「遅い」移動度の測定を行うとともに、「速い」移動度の測定装置を開発する。余力があれば、計算結果と実験結果の比較を行うことで計算モデルの精緻化あるいは簡単化を図るとともに、計算によって予測されることを実験的に検証することを目指す。

加え、「速い」移動度の測定方法(電子線照射time of flight法)も開発中ですでに信号が得られることを確認している。以上から、本研究は概ね順調に進展していると言えよう。当初の研究計画と大きな違いは無いが以下の通りである。高分子絶縁材料の電気特性評価に向けた多階層モデリング方法の改良(1)に関しては、本年度開発した方法を他の材料系に適用する。実材料を模擬した大規模計算への応用(2)に関してはより大規模なあるいは複雑な系をモデル化するために機械学習法を導入する方法を検討する。多階層電気特性の実験的評価方法の開発(3)に関しては本年度開発した装置で「遅い」移動度の測定を行うとともに、「速い」移動度の測定装置を開発する。余力があれば、計算結果と実験結果の比較を行うことで計算モデルの精緻化あるいは簡単化を図るとともに、計算によって予測されることを実験的に検証することを目指す。TOF測定装置の開発において、本年度は条件だしの段階であるため、汎用の金属メッシュを電極に用いていたが、来年度には、より測定系のS/Nを向上させるため、特注のメッシュ電極を作成する。よってこの分助成金を使用するタイミングがずれこんでいる。
ヒト白血病細胞による肝細胞増殖因子の産生分泌とその生体内における意義

我々は、ヒト肝細胞増殖因子(hHGF)の産生誘導が組織の再生、修復に重要であるとの考えからhHGF産生細胞並びに産生誘導について研究している。最近、我々は、ヒト骨髄系白血病細胞株KG-1及びKCL-22が多量の免疫反応性hHGF(IR-hHGF)を産生することを見出した。本研究ではIR-hHGFを部分精製し、その性状を調べた。IR-hHGFはウエスタンブロット分析で分子量8万前後に2本のバンドを示し、初代培養ラット肝細胞の増殖刺激活性並びにA549細胞に対するスキャター活性を有するなど劇症肝炎患者血漿から精製したhHGFあるいはリコンビナントhHGFと区別できなかった。また、ノーザンブロット分析によって両細胞内に6.7kbのhHGF mRNAが検出された。以上のことからIR-hHGFはhHGFそのものであると結論された。次に138種類のヒト白血病細胞株の培養上清を用いてhHGFの産生・分泌をELISAによって測定したところ、そのうち19種類の細胞株が検出可能なhHGFを自然産生していた。これらには骨髄単球系細胞株のみならず、T及びB細胞株も含まれており、その中には高hHGF産生株として知られているMRC-5やIMR-90ヒト胎児肺線維芽細胞に匹敵するほど多量のhHGFを産生・分泌するものも認められた。これらの細胞によって産生されたhHGFが如何なる機能を果しているかについては今後調べていかなければならないが、最近報告されているように、hHGFは造血前駆細胞のIL-3及びGM-CSF依存性コロニー形成やB細胞による抗体産生の増加に関与しているのかもしれない。また、ヒト白血病細胞の中にはhHGFの受容体をコードするc-met遺伝子が過剰発現されている例が報告されており興味深い。
平滑筋細胞特異的Creで標識される血液細胞の循環器疾患における役割の解明

心筋梗塞などの動脈硬化性疾患は我が国の死亡原因の大きな部分を占めており、その病態解明は疾患の予防や治療成績の向上に不可欠である。循環器疾患の病態には、血管内皮細胞、平滑筋細胞、血液細胞など様々な系列の細胞が関与している。我々は、平滑筋細胞特異的に遺伝子を欠損させる目的でよく使われるマウスで、実際には血液細胞の多くでも遺伝子欠損が起きることを見出した。本研究はこれを発展させ、このような血液細胞の特徴や循環器疾患の病態形成に果たす役割を明らかにし、循環器疾患の新たな病態解明を目指すものである。
ランタノイドを触媒とするアミノアシル転移反応のモデル系構築

2,2'-ビピリジンの6,6'-位にフェニルアラニンと安息香酸とのアミド結合をそれぞれ持つ6-benzoylamino-6'-phenylaranylamino-2,2'-bipyridine(1a)は、メタノール中30°Cという温和な条件で、触媒量のランタニド塩化物が存在すると、フェニルアラニン側アミド結合のみが加溶媒分解を受け、フェニルアラニンメチルエステルがほぼ定量的に生成する。Sc(III)を除くいずれのランタニドでも反応は進行し、イオン半径が大きいほど一般に反応速度が大きいという結果が得られた。一方、α-アミノ基を持たない基質6,6'-bis(benzoylamino)-2,2'-bipyridine(1e)は反応しない。1eを用いて各種ランタニドとのメタノール中での相互作用を検討したところ、ランタニドと基質との1:1錯体形成が吸収スペクトルから確認され、その生成定数はイオン半径の大きなCeで小さく、イオン半径の小さなLuやHoで大きくなることが判明した。これらの事実から、アミノ酸エステルの生成反応は基質1aとランタニドが錯体を形成した後進行し、イオン半径の大きなランタニドは錯体を形成しにくいがそのあとの反応速度が速く、結果として大きな生成速度を示したものと結論された。
細胞顕微鏡操作用マイクロマニピュレータの開発

本研究は、顕微鏡下において、プレパラート上に置かれた真核をもつ生物細胞を操作対象とし、この細胞を微小操作器で切断,切除,開口などの手術を行ない、さらに細胞内の核を吸出して他の断片を注入するなどの操作を、非熟練者でも自由に行なえるようなマイクロマニピュレータ(微小操作器を含む)を開発することを目的としている。咋年度にひき続き、本年度は3自由度のバイモルフ型微小操作器の性能向上を目的として試作を重ねた。この微小操作器はピエゾ素子(セラミック素材)をバイモルフ形に構成しており、微小並進運動を実行させるとき、極めて感度の高い位置制御が可能となり、最終試作器では容易に1/10ミクロンメータの感度を実現させることができた。微小操作器の先端には、通常ガラス製の針やピペットが取り付けられ、これを介してプレパラート上の細胞と接触している。そこで、この微小操作器システムをサーボ化するに必須とされる接触反力信号検出を行なうため、咋年度に確認した自律振動形に微小歪ゲージ機構を適用した方式を採用し、針先端での印加力の検出感度を【10^(-3)】dyne域にまで高めるべく解析と設計試作を繰り返したが、実際の操作條件では、針やピペットが液浸状態となるため、目標よりも2桁低い感度にならざるを得ないことが分った。画像処理系による自動位置決め系は予定通りの機能をもつことが分った。しかし画像処理系とマイクロマニピュレータ系との連けいについては問題がある。つまり顕微鏡の視野は非常に狭いから、マニピュレータの一連の作業動作の大半は視野外となるため、この画像処理系が有効に働くのは実際に細胞操作を行なっている期間に限られている。このため、シーケンス制御回路によって駆動するように設計した。総合試験の結果、おおむね予期された充分な性能を有することが検証された。顕微鏡下において、プレパラート上に置かれた真核(大きさ;約5ミクロン)をもつ生物細胞(大きさ;1080ミクロン)を操作対象とし、この細胞を微小操作器で切断、切除、開口などの手術を行ない、さらに細胞内の核を吸出して他の遺伝子断片を注入するなどの操作を、非熟練者でも自由に行なえるようなマイクロマニピュレータ(微小操作器を含む)を開発するのが本研究の目的である。その背景として最近のバイオテクノロジーの急速な展開がある。たとえば、遺伝子組替え手法を真核を持たない微生物を宿主とする生理活性物質の生産に応用するにとどまらず、真核細胞を持つ高等生物の品種改良にまで拡大するためには、高等生物の細胞核内へ他の遺伝子断片を直接注入するなど、細胞内特定部位への自由な操作作業を容易かつ確実に行なう必要性に迫られている。本研究は、このような要求に直接応えるため、細胞を対象とした操作性の極めてよい能率的な手術装置を提供しようとするもので、これにより今までごく少数の名人芸的な技能をもった人しかできなかった操作を一般の人々に開放しようとするものである。今年度の途中経過としての成果は、バイモルフ型微小操作器の製作、制御駆動系の試作、顕微鏡画像処理系の試作など、主要な構成要素の試作、製作とその性能確認である。すなわち、バイモルフ型微小操作器をピエゾセラミックスを材料として製作し、別に作った制御駆動系でもって微小操作器の運動制御を行なった。その結果、微小操作器の先端で水平方向に500μm×500μm、上下方向に200μmの範囲内で速応性の十分に高い位置制御が可能となり、ヒステレシスの影響も補償できることが分った。

また同じ運動範囲で顕微鏡画像処理系と連動させることにより、微小操作器先端の焦点合わせ、先端運動軌跡の追跡、ピペット液適量の計量などはすべて自動化できることを立証した。