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非侵襲的脊髄刺激法を用いた新たな歩行ニューロリハビリテーション法の開発

脊髄損傷者に対する再生医療の臨床応用が現実味を帯びた中、科学的根拠に基づく効果的なリハビリテーション法の構築が重要な課題となっている。最近の研究で、ヒトにおいて脊髄硬膜外刺激により完全脊髄損傷者の下肢運動機能が回復することが示された。しかしこの手法は体内に電極を留置する必要があり侵襲性が高く、リハビリテーションの手段としては普及していない。本研究では、非侵襲的に脊髄を刺激する方法である経皮的脊髄刺激法を確立した。さらに、この方法によって活動する脊髄神経回路が体性感覚入力の影響を強く受けることを明らかにした。【背景】ひとたび脊髄を損傷すると、損傷高位以下の筋が麻痺し、重篤な運動機能障害が生じ、多くの脊髄損傷者が歩行困難となる。現在、脊髄損傷者に対する有効なリハビリテーション法の確立が臨床家および研究者における喫緊の課題となっている。近年の報告において、脊髄損傷者の脊髄硬膜外に電極を留置し、電気刺激を行う硬膜外刺激療法が脊髄損傷者の運動機能の回復に有効であることが示されてきた。しかし、この方法は侵襲性が強いため、リハビリテーションの現場で普及するのは難しい。そこで、本研究では、脊髄損傷者のリハビリテーションに応用可能な非侵襲的脊髄刺激法を確立することを目的とした。この目的を達成するために、次の3つの研究課題を研究期間内に実施する。研究課題1効果的に固有感覚経路を刺激するための非侵襲的脊髄刺激法の方法論を確立する。研究課題2脊髄刺激で活動する脊髄神経回路の神経生理学的特性を明らかにする。研究課題3歩行時の固有感覚入力の惹起と非侵襲的脊髄刺激法の併用効果を明らかにする。【研究実績】平成28年度においては、効果的に脊髄近傍の感覚線維を刺激するための方法を調べ、最適な陽極、陰極位置を特定した。この知見についてはIEEE EMBC'17にて発表する予定である。平成29年度に予定していた研究課題2についても計画を前倒しして進めており、国内学会での発表と国際誌への論文投稿を行った。当初の予定では平成29年度に予定していた実験についても予定を前倒しして進めることができた。また、平成28年度の成果について国際誌への論文投稿まで行えたため。1.背景・目的ひとたび脊髄を損傷すると、損傷高位以下の筋が麻痺し、重篤な運動機能障害が生じ、多くの脊髄損傷者が歩行困難となる。2.研究実績の概要平成28年度においては、効果的に脊髄近傍の感覚線維を刺激するための方法を調べ、最適な陽極、陰極位置を特定した。今年度は、この研究成果について、IEEE EMBC'17 (韓国、済州島)にてポスター発表を行った。さらに、筋の伸張(ストレッチ)が、経皮的脊髄刺激によって誘発される脊髄反射回路の興奮性に及ぼす影響に関する研究成果が、国際誌PLOS ONEに受理された。当初予定していた歩行と脊髄刺激の併用効果については、所属機関の異動により実施困難となったが、他の研究機関との連携により、経皮的脊髄刺激によって活動する脊髄神経回路の神経生理学的特徴について多くの知見を得ることができた。今後は、脊髄刺激が脊髄神経回路の可塑的変化を誘導可能か調べていく予定である。平成28年度に行った研究の発表・論文化を行うとともに、平成29年度実施予定であるロボット型歩行装具を用いた実験を行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。リハビリテーション29年度が最終年度であるため、記入しない。
肝癌幹細胞から成熟癌細胞への分化に伴う代謝リプログラミングのシステム解析

網羅的オミクス解析を駆使した肝癌再発予防薬非環式レチノイド(ACR)の標的同定の結果から、1)メタボローム解析では、ACRがアラキドン酸を阻害し癌化進展を抑制する方向に働くことを見出した。分子機構として、アラキドン酸がROS/TG2シグナルにより肝障害に関与することが分かった。2)トランスクリプトーム解析では、MYCN陽性EpCAM陽性肝癌幹細胞がACRにより選択的に排除されることを見出した。プロテオーム解析/メタボローム解析では、不飽和脂肪酸がEpCAM陽性細胞で亢進していることを見出した。不飽和脂肪酸は、慢性肝障害を引き起こすとともに肝癌幹細胞のstemnessを維持することが示唆された。癌幹細胞(cancer stem cell)は、自己複製能と多分化能をもつ癌の源として癌の予防、診断及び治療に大きく注目が集まっている。本年度は、癌幹細胞を標的とする肝癌予防剤候補非環式レチノイドの標的遺伝子として同定されたMYCN癌遺伝子は、肝癌幹細胞の制御因子及び肝癌再発の予測マーカーであることを明らかにした。具体的に以下のような成果を上げた。1)マイクロアレイデータのメタ解析では、肝癌組織のMYCN遺伝子発現は肝癌幹細胞マーカー(AFP, EpCAM, CD133, DLK1, GPC3)及びWnt/β-cateninシグナルマーカー(β-catenin, DKK1, BAMBI, CCND1)に強い正の相関、成熟肝細胞マーカー(CYP3A4,UGT2B7)に強い負の相関が見られた。2)肝癌細胞培養系においてMYCN陽性CD133陽性の肝癌幹細胞集団を見出し、非環式レチノイドにより選択的に殺されることが見られた。3)肝癌細胞のMYCN発現をsiRNAでknockdownした系では、細胞周期の停止、アポトーシスの誘導、細胞増殖及びコロニー形成の抑制が見られ、MYCN陽性CD133陽性の肝癌幹細胞集団の特異的排除において非環式レチノイドとの協調効果が認められた。4)肝癌細胞の播種濃度により構築されたMYCN低発現培養系では、細胞増殖能の低下及び非環式レチノイドに対する抵抗性が見られた。5)肝癌根治治療を受けた患者に関するコホート研究では、肝癌組織のMYCN遺伝子発現はde novo肝癌の再発に強い正の相関が見られた。以上の結果から、MYCN癌遺伝子は肝癌幹細胞の特性維持に関与することが示唆された。肝癌幹細胞から成熟癌細胞への分化に伴う代謝リプログラミングにおいてMYCN癌遺伝子の役割に関する研究は、癌幹細胞を標的とした新たな肝癌予防標的の提案につながることが期待される。当初予定していたin vitro分化系の構築及び評価について、肝幹細胞分化誘導能を有するビタミンA類縁体非環式レチノイドの分子標的スクリーニングからMYCN癌遺伝子を同定し、肝癌幹細胞特性の維持に関与することを確認できた。MYCファミリー遺伝子は、分化した体細胞から多分化能を持つiPS細胞(人工多能性幹細胞)への作成や腫瘍形成においてリプログラミング因子としてよく知られている。肝癌幹細胞から成熟癌細胞への分化に伴う代謝リプログラミングにおいてMYCN癌遺伝子の役割及びその分子機構の解明、並びに予定していたiPS由来肝細胞/正常肝細胞分化系との比較は、次年度の課題となる。癌細胞は、ワールブルグ効果と呼ばれる好気性解糖を主としているのに対し、発癌過程の早期段階にある癌幹細胞では、ミトコンドリアの機能自体は正常であることが報告され、他の代謝経路も関与していることが考えられる。本年度は、網羅的オミクス解析を駆使した肝癌再発予防薬非環式レチノイド(ACR)の標的同定の結果から、不飽和脂肪酸代謝が肝発癌において重要な役割を有することを示した。1)in vivoマウス肝発癌モデルを用いたメタボローム解析では、ACRが炎症前駆物質として知られる不飽和脂肪酸の1種であるアラキドン酸を阻害し癌化進展を抑制する方向に働くことを見出した。本年度は、細胞培養系を用いた検討では、アラキドン酸は濃度依存的に肝細胞増殖を抑制することを明らかにした。その分子機構として、アラキドン酸が活性酸素種(ROS)の生産を介してタンパク質架橋酵素トランスグルタミナーゼ(TG2)の核移行と活性化を誘導することが分かった。shRNAと阻害剤を用いてTG2の機能を欠損させると、アラキドン酸による細胞増殖抑制がブロックされた。核TG2は転写因子Sp1の架橋不活性化反応により細胞死を促進することを見出しており、アラキドン酸がROS/TG2シグナルにより肝障害に関与することが示唆された。2)前年度では、MYCN陽性EpCAM陽性肝癌幹細胞がACRにより選択的に排除されることを見出した。本年度は、FACS法を用いてEpCAM陽性肝癌幹細胞とEpCAM陰性肝癌成熟細胞を樹立した。EpCAM陽性細胞は高いMYCN発現並びにACRに対する高い感受性を示した。プロテオーム解析では、脂肪酸不飽和化酵素の発現がEpCAM陽性肝癌幹細胞で亢進していることを見出した。不飽和脂肪酸は、慢性肝障害を引き起こすとともに肝癌幹細胞のstemnessを維持するなど多彩な機能を発揮し、肝癌予防の標的となる可能性が示唆された。

分子機構として、アラキドン酸がROS/TG2シグナルにより肝障害に関与することが分かった。2)トランスクリプトーム解析では、MYCN陽性EpCAM陽性肝癌幹細胞がACRにより選択的に排除されることを見出した。プロテオーム解析/メタボローム解析では、不飽和脂肪酸がEpCAM陽性細胞で亢進していることを見出した。不飽和脂肪酸は、慢性肝障害を引き起こすとともに肝癌幹細胞のstemnessを維持することが示唆された。肝癌幹細胞のin vitro分化系として、肝癌細胞にMYCN癌遺伝子のレンチウイルスベクター導入によりknockdown/knockout培養系、正常肝細胞にMYCN癌遺伝子の発現ベクター導入により過剰発現培養系を構築し、肝癌幹細胞から成熟癌細胞へ分化過程においてMYCN癌遺伝子による代謝リプログラミングへの影響を評価する。さらに、マルチオミクス解析の手法を駆使し、その分子機構の解明に目指す。消化器内科学当初予定していた1)肝癌細胞株パネル;2)薬剤を用いた肝癌幹細胞の分化誘導; 3)iPS細胞の分化誘導の3つのアプローチからin vitro分化系の構築及び評価について、1)と2)は順調に進展し、肝幹細胞分化誘導能を有するビタミンA類縁体非環式レチノイドの分子標的スクリーニングから肝癌幹細胞の特性維持に関与するMYCN癌遺伝子を同定したが、他に予定していた3)iPS由来肝細胞/正常肝細胞分化系の構築は遅れていたので、次年度使用額が生じた。市販のiPS細胞(理研CELL BANK)/正常肝細胞を入手し、MYCN癌遺伝子の発現ベクター導入により過剰発現培養系を構築し、肝癌幹細胞分化系との比較を目指す。
ナノ多結晶ダイヤモンドの高圧地球科学への応用：マントル最下部の圧力温度精密発生

ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)をマルチアンビル装置の高圧発生部材料に利用することによって地球のマントル最下部領域の温度圧力条件の精密発生を目指した。NPDアンビルはレーザー加工を採用してさまざまな形状を作成し、マルチアンビル装置の圧力媒体中に埋め込まれ、圧力発生試験および高温発生試験に用いられた。高圧発生方法は第1から3段目までのアンビルの個数によって6-6-8, 6-8-8, 6-8-2式と呼称される3方法が試験された。その結果、最終的には6-8-8式を用いて最大90 GPa,そして6-8-2式を用いて最大で地球のマントル最下部に相当する125 GPaに至る圧力発生が達成された。また、従来の手法では高圧下におけるX線回折パターンの収集には1200-3000sec.程度の長時間露光を必要とした上にNPDに起因する回折線の紛れ込みを回避することが難しいという問題があった(Kunimoto and Irifune, 2010)。しかしながら今回の実験では高解像度カメラを用い、試料の正確な位置関係を把握することでそのような問題を軽減させ、同領域における明瞭なX線回折パターンの収集に成功した。これは将来的に地球のマントル主要鉱物を試料とした実験を行う上でも有用であると言える。また、本実験での初期試料サイズは直径厚みともに最小でも0.2 mm程度と、他の高圧発生方法と比較し大容量の試料を確保することができた。さらに、従来のマルチアンビル装置による高圧発生では試料とともに温度測定用の熱電対なども高い圧力にさらされるため、その圧力依存性が温度の見積もりに不確定性を与える。しかしながら本研究で開発した手法(6-8-2式)では高圧にさらされるのは試料のみに限られるため、熱電対の圧力依存の問題を無視することができ、より正確な温度の見積もりを可能とする。高圧発生に関しては地球の最下部条件をほぼ完全に網羅する圧力の発生を達成し、当初設定していた目標は達成されたと言える。そして最大圧力近辺においても試料の同定に十分なX線回折パターンを120-300 sec.という短時間で得ることができており、実際のマントル鉱物を試料として用いた場合にもその相転移の観察などには十分利用できる。しかしながら高温発生に関しては鉱物の相転移を生じさせるには十分な高温発生を可能としているが、温度を変化させた際の圧力変化を十分に御しきれておらず、圧力・温度を精密に制御することは難しく、この点に関する改良の必要がある。これまでは技術開発を中心に進めてきたが、今後は技術開発的な仕事も行いつつ、実際の地球のマントル主要鉱物を試料とした相境界の決定などを中心に実験を進める。特に大容量高圧発生装置を用いた場合においても地球のマントル最下部領域の研究が可能であるということを明確に示すため、マルチアンビル装置を用いて未だに観察された例のないMgSiO3組成のポストーブリッジマナイト相の観察を目指す。圧力発生に関しては概ね達成されているため、これまでに開発した手法を踏襲しつつ、より高い圧力を発生可能な構成を模索することも検討するが、基本的には現在の構成を基本として実験を進める。高温発生時の圧力変化の問題はダイヤモンドアンビルに発生したストレスおよび塑性変形に起因すると推察しているため定期的なアニーリングなど改善策を模索する。ナノ多結晶ダイヤモンドをマルチアンビル装置のアンビル材として採用し、地球内部の核ーマントル境界に至る高圧高温発生技術の開発を進めた。ナノ多結晶ダイヤモンドは愛媛大学に設置された世界最大級のマルチアンビル装置を用い、15 GPa, 2400°Cの条件でグラファイトからの直接変換によって合成した。合成したナノ多結晶ダイヤモンドはパルスレーザーを用いて目的の形状に加工を行った。通常のマルチアンビル装置を用いた実験では必要とする8個すべてのアンビル材を同一の素材に統一する必要があり、本研究でも開始当初はすべてのアンビルをナノ多結晶ダイヤモンドで統一していた。しかしながらその場合はダイヤモンド自身の合成に多くの時間を必要とし研究の遅延が懸念された。そのため方針を転換し、アンビルをナノダイヤモンドにするのではなく圧力媒体中にナノ多結晶ダイヤモンド製の小型チップを埋め込むことによってアンビルにナノダイヤを選定する場合と同様の効果をもたらした。これによりナノダイヤモンドの小型化に成功し、その結果として合成に必要とする時間を従来の8分の1程度に減少させることができた。高圧発生に関しては現在最終目標の72%程度まで達成している。そのためこれまでと同様の方針で最終的には目標圧力の達成が可能と見込んで今後も試料部構成の最適化を勧め、試験を継続していく。また昨年度末頃より実際のマントル鉱物を用いた高温高圧実験にも着手しはじめた。圧力発生に関してはこれまで本研究と同程度の圧力発生に成功した前例は少ないが存在する(Yamazaki et al., 2014, Ito et al., 2010など)。しかしながら本研究では先行例と同程度の圧力をおよそ3分の1程度の低い荷重での実現に至った。このため実験装置自身への負荷も軽減し、かつ供給可能な荷重を十分に残しており、さらなる圧力発生効率の向上も可能である。高圧発生技術の開発に関して昨年度の目標の達成に至っていないためやや遅れているとした。しかしながら発生圧力の最大値は昨年度一年をかけて順調に更新し続けているため平成30年度5ー6月中には概ね達成可能と思われる。

また、申請時当初に予定していなかった高温発生試験を先行的に実施し地球最下部に近いおよそ2000°Cまでの高温発生技術の開発には成功している。ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)をマルチアンビル装置の高圧発生部材料に利用することによって地球のマントル最下部領域の温度圧力条件の精密発生を目指した。NPDアンビルはレーザー加工を採用してさまざまな形状を作成し、マルチアンビル装置の圧力媒体中に埋め込まれ、圧力発生試験および高温発生試験に用いられた。高圧発生方法は第1から3段目までのアンビルの個数によって6-6-8, 6-8-8, 6-8-2式と呼称される3方法が試験された。その結果、最終的には6-8-8式を用いて最大90 GPa,そして6-8-2式を用いて最大で地球のマントル最下部に相当する125 GPaに至る圧力発生が達成された。また、従来の手法では高圧下におけるX線回折パターンの収集には1200-3000sec.程度の長時間露光を必要とした上にNPDに起因する回折線の紛れ込みを回避することが難しいという問題があった(Kunimoto and Irifune, 2010)。しかしながら今回の実験では高解像度カメラを用い、試料の正確な位置関係を把握することでそのような問題を軽減させ、同領域における明瞭なX線回折パターンの収集に成功した。これは将来的に地球のマントル主要鉱物を試料とした実験を行う上でも有用であると言える。また、本実験での初期試料サイズは直径厚みともに最小でも0.2 mm程度と、他の高圧発生方法と比較し大容量の試料を確保することができた。さらに、従来のマルチアンビル装置による高圧発生では試料とともに温度測定用の熱電対なども高い圧力にさらされるため、その圧力依存性が温度の見積もりに不確定性を与える。しかしながら本研究で開発した手法(6-8-2式)では高圧にさらされるのは試料のみに限られるため、熱電対の圧力依存の問題を無視することができ、より正確な温度の見積もりを可能とする。高圧発生に関しては地球の最下部条件をほぼ完全に網羅する圧力の発生を達成し、当初設定していた目標は達成されたと言える。そして最大圧力近辺においても試料の同定に十分なX線回折パターンを120-300 sec.という短時間で得ることができており、実際のマントル鉱物を試料として用いた場合にもその相転移の観察などには十分利用できる。しかしながら高温発生に関しては鉱物の相転移を生じさせるには十分な高温発生を可能としているが、温度を変化させた際の圧力変化を十分に御しきれておらず、圧力・温度を精密に制御することは難しく、この点に関する改良の必要がある。ナノ多結晶ダイヤモンドを用いた高圧発生技術の開発を引き続き実施する。基本的には昨年度の方針を変更せずガスケット材や圧力媒体の形状の若干の変更によって最適な試料部構成を模索し圧力発生効率の向上を目指す。また本年度は技術開発だけではなく実際の地球を構成するマントルモデル物質を試料とした地球の核ーマントル境界における相変化の観察にも着手する。この場合は試料はブリッジマナイト単相もしくはマントルのモデル物質を採用する予定であるが本研究の主目的はあくまでも地球マントル全域に渡る圧力温度発生であるので、試料はは臨機応変に対応する。
真空ポンプ付きリミターによる高温プラズマの熱・粒子制御研究

今年度は本共同研究の最終年度にあたり,ペレット入射実験,高周波バイアスリミター,高Zリミター実験のそれぞれについて結果をまとめ,次の階段でこれらを総合した設計,実験を行うための基礎を固めることを目標とした。ペレット入射実験では,これまで入射直後の水素リサイクリング減少が実験的に確認されていたが,それに加え,条件によっては局所的な電流分布に変化が現れることも確認された。また、新しく稼働を始めた水平方向の遠赤外線レーザーポラリメータにより、鋸歯状波中のMHD振動成長過程の詳細なデータが得られ、従来カドムツェフらの唱えたモデルでは説明できない現象であることが確認された。現在詳細な解析を続けており,粒子輸送やエネルギー閉じ込め改善との関係について新しい知見が得られる見通しである。高周波バイアスリミター実験は,94年の実験でリミター付近の密度制御が実証されたものの目標としている熱流制御の実証ができなかったことを受け,高周波電場を強くするための改良を行った。リミターエッジの近傍の高周波電場の強度が前回実験の3倍になっていることが確かめられている。95年8月,96年1月の大気開放時に調整を行い,実験は96年3月から実施されている。熱流に関する効果の最終的な結論は今回の結果で明らかになる。タングステンリミター実験は,11月12月に実験が集中的に行われた。また8月に和田氏がユ-リッヒに滞在し,以前の実験で得られたCCDカメラによる2次元測定データの解析を行った。実験では長パルス化された条件を活かし,1放電中に階段状に密度を変化させ,タングステン放射損失に起因する不安定性が起こる密度限界の精度を向上させた。また,ネオン入射によってプラズマ中心部へのタングステン不純物集積が起こることを確認し,この条件に限れば中性粒子加熱時にも放射損失による不安定性が起こることをはじめて確認した。これまでの結果と合わせると,高Z不純物がプラズマの不安定性を引き起こし,プラズマの性能に著しい影響を与える条件は密度の高いジュール加熱時と,ネオン注入を行った中性粒子加熱時に限定されており,高周波加熱時には常に不純物がプラズマから掃き出される傾向であることが結論できる。最後の高周波の効果を除いてはほぼその原因も解明されている。スパッターされたモリブデン,タングステン等の中性原子の電離自由行程が小さいこと,したがって再堆積の確立が大きく,損耗の減少,プラズマ混入抑制という歓迎ずべき効果を与える事も再度確認された。これらの結果は,高Z材料の将来性に明るい材料を与えており,世界的にも注目されている。ここまで得られた高Zリミター実験で得られた結果を要約すると、(1)ジュール加熱放電時に、ある限界密度をこえるとモリブデン、タングステン等の不純物イオンの中央集積が起こり、過剰な放射損失によって不安定性が生ずること。このときの不純物濃度は電子密度に対し10^<-5>であること。(2)ネオン入射によっても不純物集積は助長され、中性粒子加熱でも条件によっては放射損失に起因する不安定性がおこること。(3)リミター表面からスパッタリングされて出るMo,Wの中性原子の電離衝突平均自由行程は、プラズマの平均密度が3×10^<19>/m^3以上では十分短く、予言されていたprompt redepositionは実際に十分起こり得ること。(4)重水素に対するリミター表面の見かけ上のスパッタリング率の電子温度依存は予想より小さく、酸素、炭素等の軽元素イオンによるスパッタリングの寄与が大きいことを示す結果になっていること。(5)モリブデンリミターが溶融する条件でも、周辺部のシールデイングによりプラズマ中へのMo侵入は小さいこと。TEXTORの実験が注目を集めつつあることのひとつの結果として、96年5月にフランスで開催予定の第12回プラズマ・表面相互作用国際会議に野田教授が招待講演を依頼され、高Zプラズマ対向材の総合講演を行うことになった。また、中国の合肥研究所では、野田教授の指導のもとに、TEXTORの結果を再チェックとTEXTORでまだ実施できていないリミターバイアス実験を開始している。このように、柱となる3課題で、本共同研究は着実な成果を得てきた。とくに高Zリミター実験では期待以上の成果を得ることができた。本共同研究の最終的な目標はこれらの結果を踏まえ、高Z材とバイアス法をポンプリミターに加味した総合的な設計に進ことであるが、3年間の研究によってその基礎が十分に確立されつつあると言うことができよう。さらに、周辺プラズマのより精度の高い測定をめざす共同研究をスタートさせることもでき、共同研究の目的、目標はほぼ達成することができた。この成果を次階段を研究に発展させていく所存である。

現在詳細な解析を続けており,粒子輸送やエネルギー閉じ込め改善との関係について新しい知見が得られる見通しである。高周波バイアスリミター実験は,94年の実験でリミター付近の密度制御が実証されたものの目標としている熱流制御の実証ができなかったことを受け,高周波電場を強くするための改良を行った。リミターエッジの近傍の高周波電場の強度が前回実験の3倍になっていることが確かめられている。95年8月,96年1月の大気開放時に調整を行い,実験は96年3月から実施されている。熱流に関する効果の最終的な結論は今回の結果で明らかになる。タングステンリミター実験は,11月12月に実験が集中的に行われた。また8月に和田氏がユ-リッヒに滞在し,以前の実験で得られたCCDカメラによる2次元測定データの解析を行った。実験では長パルス化された条件を活かし,1放電中に階段状に密度を変化させ,タングステン放射損失に起因する不安定性が起こる密度限界の精度を向上させた。また,ネオン入射によってプラズマ中心部へのタングステン不純物集積が起こることを確認し,この条件に限れば中性粒子加熱時にも放射損失による不安定性が起こることをはじめて確認した。これまでの結果と合わせると,高Z不純物がプラズマの不安定性を引き起こし,プラズマの性能に著しい影響を与える条件は密度の高いジュール加熱時と,ネオン注入を行った中性粒子加熱時に限定されており,高周波加熱時には常に不純物がプラズマから掃き出される傾向であることが結論できる。最後の高周波の効果を除いてはほぼその原因も解明されている。スパッターされたモリブデン,タングステン等の中性原子の電離自由行程が小さいこと,したがって再堆積の確立が大きく,損耗の減少,プラズマ混入抑制という歓迎ずべき効果を与える事も再度確認された。これらの結果は,高Z材料の将来性に明るい材料を与えており,世界的にも注目されている。ここまで得られた高Zリミター実験で得られた結果を要約すると、(1)ジュール加熱放電時に、ある限界密度をこえるとモリブデン、タングステン等の不純物イオンの中央集積が起こり、過剰な放射損失によって不安定性が生ずること。このときの不純物濃度は電子密度に対し10^<-5>であること。(2)ネオン入射によっても不純物集積は助長され、中性粒子加熱でも条件によっては放射損失に起因する不安定性がおこること。(3)リミター表面からスパッタリングされて出るMo,Wの中性原子の電離衝突平均自由行程は、プラズマの平均密度が3×10^<19>/m^3以上では十分短く、予言されていたprompt redepositionは実際に十分起こり得ること。(4)重水素に対するリミター表面の見かけ上のスパッタリング率の電子温度依存は予想より小さく、酸素、炭素等の軽元素イオンによるスパッタリングの寄与が大きいことを示す結果になっていること。(5)モリブデンリミターが溶融する条件でも、周辺部のシールデイングによりプラズマ中へのMo侵入は小さいこと。TEXTORの実験が注目を集めつつあることのひとつの結果として、96年5月にフランスで開催予定の第12回プラズマ・表面相互作用国際会議に野田教授が招待講演を依頼され、高Zプラズマ対向材の総合講演を行うことになった。
オフセット印刷工程で多発した胆管癌の原因解明と動物モデルの確立

オフセット印刷工場で多発した胆管がんの原因候補物質として1,2-ジクロロプロパン(DCP)が挙げられているが、過去の同物質を用いた動物実験は胆管がんの発生を示していない。本研究は同物質への感受性の種差がグルタチオンS-トランスフェラーゼの分布で説明できないことを示した。さらに本研究は、マウスにおいてDCPが胆管上皮細胞増殖と細胞死を誘導し、それら作用に肝臓代謝酵素P450が貢献していることを世界で初めて示した。本研究結果は、DCPが胆管がんの原因物質であることを強く示唆するものである。大阪のオフセット印刷工場の労働者に多数の胆管癌症例が発見された。労働者はいずれも高濃度の1,2-ジクロロプロパン(DCP)に長期に曝露し、DCPが有力な原因物質候補として注目された。一方、過去のマウス、ラットを用いたDCPの2年間発がん実験では、胆管癌は観察されておらず、マウスで肝細胞がんが観察されていたのみである。DCPに構造が類似する1,2-ジクロロエタン、1,2-ジブロモエタンではグルタチオンSトランスフェラーゼT1(GSTT1)によるグルタチオン抱合、エピスルフォニウムイオン形成による活性化が明らかにされているため、上記の胆管癌発生の種差がGSTT1の発現部位の種間での違いによって説明できる可能性がある。本研究では、GSTT1の発現の分布、DCPによる誘導状態をさまざまな実験動物について調べるとともに、ヒトの胆管癌誘発を再現する適切な動物種の同定、胆管癌の動物モデル確立を目指した。C57BL6/J、Balb/cA、F344、Syrian golden hamster, Guinea pigにDCPを0、300、1000、3000ppm、1日8時間、7日間曝露した。断頭して肝臓を剖出し、4%パラフォルムアルデヒドリン酸緩衝液にて固定した。GSTM1,GSTT1、GSTPi、Ki67に対する抗体を用いて免疫染色を行った。GSTT1発現には大きな種差があり、GSTT1はラット、マウスではほとんどの肝細胞で陽性であったのに対し、ハムスターでは一部の肝臓および胆管上皮細胞で陽性であった。対照群と曝露群との差は明瞭でなかった。GSTT1の分布によって種差を説明することは困難かもしれない。昨年度に引き続き、DCP14日間曝露動物の解析を行った。14日曝露において、ハムスターの400ppm群において肝臓類洞の経度な拡張が観察されたが、壊死や線維化像は観察されなかった。200ppm群では肝細胞で空包が観察された。GSTM1:14日曝露実験では、肝細胞と肝管の両方でハムスターのGSTM1が発現していた。DCP14日曝露によって、ハムスターのGSTM1の発現は若干の増加をみたが、Balb/cAマウスでは変化がなかった。GSTT1:14日曝露実験の結果は、Balb/cAマウスとハムスターで7日間曝露実験と同様であった。Balb/cAマウスは肝細胞と肝管の両方でGSTT1を発現していた。ハムスターでは、GSTT1は、肝細胞と肝管細胞との両方で発現していたが、DCP曝露群と対照群との差は明らかでなかった。GSTPi:すべての動物いおいてGSTPiの発現が肝細胞より強かったが、DCP曝露群と非曝露群との間の明らかな差は見られなかった。Ki67:抗体によってそのKi67が認識されなかったGuineaPigを除いて、Ki67はラット、ハムスター、Balb/cAおよびC57BL/6Jマウスの肝細胞および肝管細胞において検出された。しかし、DCP曝露群と非曝露群との間の差は明瞭でなくかった。本研究の結果、DCP非曝露ラットと2つのマウス系統においてGSTT1が肝管細胞において発現していることがわかった。以上の結果、予想に反して、グルタチオンS-トランスフェラーゼの分布で種差を説明することが困難であり、適切な動物種選択には必ずしも役だたないと結論せざるを得なかった。適切な動物種の選択は困難であったが、P450による代謝との関係について検討を開始し、興味深い結果が得られ始めている。当初予期していない展開であるが、結果は新規性が高い。1,2-ジクロロプロパンは様々な塩化有機化合物製造の中間物質として用いられるとともに洗浄剤としても使用されている。2014年、国際がん研究機関(IARC, International Agency for Research on Cancer)は、1,2-ジクロロプロパンをGroup3(分類不能)から、Group1(ヒトでの発がん性あり)に分類しなおした。これは日本における疫学研究に基づく判断である。一方、日本と米国におけるマウスとラットを用いたバイオアッセイ研究は、一部のがんの増加を示しているが、胆管がんそのものの増加を示していない。また、これまでの研究は1,2-ジクロロプロパンの胆管がん誘導作用のメカニズムを十分に明らかにしていない。本研究は、マウスにおける1,2-ジクロロプロパンの胆管上皮細胞への影響を、細胞増殖と細胞死の観点から明らかにするとともに、それらの影響におけるP450の貢献を明らかにした。

マウスC57BL/6Jに1,2-ジクロロプパンを1日8時間、週7日、4週間吸入曝露するとともに、一部のマウスにはP450阻害剤である1-aminobenzotriazoleの腹腔注射を毎日行ったうえで1,2-ジクロロプロパン吸入曝露を行った。1,2-ジクロロプロパンへの曝露は、胆管細胞の増殖、胆管細胞のアポトーシス、肝細胞壊死を増加させたが、P450阻害剤1-aminobenzotriazole投与群ではこれらの影響は抑制された。本研究は、動物の胆管上皮細胞において1,2-ジクロロプロパン曝露が細胞増殖とアポトーシスを誘導することを示した初めての研究であるとともに、P450による代謝活性化が、これらの影響に貢献していることを示した。オフセット印刷工場で多発した胆管がんの原因候補物質として1,2-ジクロロプロパン(DCP)が挙げられているが、過去の同物質を用いた動物実験は胆管がんの発生を示していない。本研究は同物質への感受性の種差がグルタチオンS-トランスフェラーゼの分布で説明できないことを示した。さらに本研究は、マウスにおいてDCPが胆管上皮細胞増殖と細胞死を誘導し、それら作用に肝臓代謝酵素P450が貢献していることを世界で初めて示した。本研究結果は、DCPが胆管がんの原因物質であることを強く示唆するものである。研究代表者の所属変更に伴う実験設備移動にも関わらず、学生などの研究協力者の努力もあり、ほぼ当初計画通り研究の目的が達成されている。P450阻害剤を用い、胆管の増殖変化をエンドポイントとした新たな実験を進め、DCPの胆管細胞増殖作用メカニズムを明らかにするとともに、適切な動物モデルを確立する。環境労働衛生学TUNEL法によるアポトーシス検出、BrdUを用いた細胞増殖変化を調べることで適切な動物モデル選択を行う。少額であり、分析に必要な物品が購入できなかったため、次年度に持ち越こして有効に使用することとした。実験が予定よりも遅れているため。旅費および分析に必要な消耗品を購入予定である。細胞増殖を調べることを目的とした免疫染色をおこなうために使用する。
キャピラリー電気泳動-化学発光検出によるアトモルオーダー超高感度分析法の研究-光ファイバーを用いた高性能化学発光検出セルの開発-

本研究では、キャピラリー電気泳動(CE)-化学発光(CL)検出法における、装置・操作性の簡略化および高感度化を目指して、光ファイバーを利用したCL検出セルを考案、作成した。光ファイバー検出セルは、容量8mlの反応液リザーバー中に、光ファイバーとキャピラリーを同軸上で固定した。また、接地電極としての白金線を同様の反応液リザーバー中に固定した。キャピラリー末端から流れ出た被検体は、反応液リザーバー中の化学発光試薬と混合され発光する。この光は、光ファイバーにより光電子増倍管(PMT)へと導かれた。PMTからの出力は、フォトンカウンターで測定し、インテグレーターで記録積算された。本法によってまずルミノールを泳動・検出した。検出限界は5.0x10^<-10>M(10アトモル;S/N=3)であり、直線定量範囲は3桁以上、相関係数は0.999であった。検出下限は、これまで報告されたCEにおけるルミノールの検出下限としては最も小さな値であった。また、理論段数は20000-30000であり、ピーク高さの相対標準偏差は3%以下であった。いずれも本法が高い分離効率と測定精度を有することを示した。また、Gly、GlyGly、GlyGlyGlyの混合試料の分離・検出も可能であった。本CL検出器の使用によって、発光試薬を送液するための高性能ポンプは不要になった。また、複雑なミキシングジョイントおよび反応セルも不要となった。装置の大幅な簡略化とともに、化学発光検出の特徴を最大限に生かし、アトモルオーダーの超高感度分析が可能になった。本法は、キャピラリー等電点電気泳動にも利用された。また、過シュウ酸エステル系の化学発光にも応用された。さらに、光ファイバーを用いたフロー型検出セルも考案された。検出限界は5.0x10-10M(10アトモル;S/N=3)であり、直線定量範囲は3桁以上、相関係数は0.999であった。これらの良好な結果は、光ファイバーを用いることにより検出領域を狭く限定することができたためと考えられる。

本CL検出器の使用によって、発光試薬を送液するための高性能ポンプは不要になった。また、複雑なミキシングジョイントおよび反応セルも不要となった。装置の大幅な簡略化とともに、化学発光検出の特徴を最大限に生かし、アトモルオーダーの超高感度分析が可能になった。本年度は、キャピラリー電気泳動-化学発光検出器を用いて主に環境ホルモン(フェノール類)の分離・検出を検討した。化学発光検出セルには、簡易化と高感度化を目的として作成された光ファイバーを有するバッチ型化学発光検出器およびさらなる簡易化を目的として作成されたガラス瓶型化学発光検出器の2つを用いた。ダンシル化フェノール類を過シュウ酸エステル化学発光系により検出した。テトラブチルアンモニウムブロミドを相間触媒として用い、フェノール類のダンシル化を試みたところ、室温にて3分以内に標識することができた。しかし、ニトロ基を2つ以上持つグループではニトロ基が持つ電子吸引性のために、標識率は非常に低いものであった。ダンシル化フェノール類の検出限界(S/N=3)は、光ファイバー型検出セルにおいて1x10^<-6>-4x10^<-6>M(7-27fmol)、ガラス瓶型検出セルにおいて2x10^<-7>-5x10^<-7>M(1.1-5.8fmol)であった。光フアイバー型検出セルにおける直線定量範囲は10^3以上であり、ニトロ、クロロフェノール類6種の各試料の相関係数は0.990-0.999であった。ガラス瓶型検出セルにおいても直線定量範囲は10^3以上であり、相関係数は0.994-0.999であった。各試料の発光強度に対する相対標準備差は、ガラス瓶型検出セルのほうが優れており、相関係数の良好にも通じている。また、泳動溶液に添加剤としてSDSを加えることにより、16種の混合試料を分離・検出することができた。しかし、この場合試料によっては発光強度の減少を招き、検出時間も長くなった。この改善として、泳動溶液にアセトニトリル及び低濃度のSDSを添加することにより、発光強度の減少なく分離・検出することができた。
脳傷害誘導性神経幹細胞の血管分化能に関する検討

本研究では、脳梗塞病態下で誘導される脳傷害誘導性神経幹細胞(iNSPCs)が神経系の細胞のみならず、血管系の細胞にも分化し得る多分化能を有するかどうかに関して検討した。その結果、iNSPCsは虚血負荷にて多能性幹細胞としての特性を獲得し、培養条件により、神経系と血管系の細胞の両方のlineageの細胞に分化することが明らかとなった。以上の所見は脳傷害後の梗塞領域では、神経及び血管の修復機構が同時に起こり得ることを強く示唆しており、iNSPCsは脳梗塞などの脳傷害病態下における神経・血管再生機構にとって重要な役割を果たしているものと考えられる。私たちは、脳傷害時に生体内で誘導される自己神経幹細胞の存在に着目し、その単離を試みてきた。その結果、脳梗塞後の成体マウスの大脳皮質(脳梗塞巣)より、ニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトの三系統に分化する能力を有する内因性神経幹細胞[脳傷害(虚血)誘導性神経幹細胞;injury/ischemia-induced neural stem/progenitor cells(iNSPCs)]を分離、培養することに成功し、現在までにその特性について明らかにしてきた。本研究では、この神経幹細胞(iNSPCs)が、血管系の細胞にも分化するかどうかに関して検討した。私たちは、これまでの研究により、iNSPCsがtube-formationを形成する血管系の細胞にも分化し、神経系の遺伝子に加え、様々な血管系関連遺伝子を発現していることを確認している。このことは、iNSPCsが神経系だけでなく、血管系にも分化する幹細胞であることを強く示唆している。iNSPCsは、脳傷害後の修復過程で特異的に出現する幹細胞であるため、この細胞の特性をさらに解明することで、脳傷害後における神経・血管再生機構が明らかになる可能性がある。その意味で、本研究の遂行は非常に大きな意義があるものと考えられる。本研究では、この神経幹細胞(iNSPCs)が、血管系の細胞にも分化するかどうかに関して、検討中である。現在のところ、私たちは、iNSPCsがtube-formationを形成する血管系の細胞にも分化し、神経系の遺伝子に加え、様々な血管系関連遺伝子を発現していることを確認している。その意味で、本研究の継続は非常に大きな意義があるものと考えられる。私たちは、これまでに脳傷害時に生体内で誘導される自己の神経幹細胞の存在に着目し、その単離を試みてきた。その結果、脳梗塞後の成体マウスの大脳皮質(脳梗塞巣)より、ニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトの三系統に分化する能力を有する内因性神経幹細胞[脳傷害(虚血)誘導性神経幹細胞;injury/ischemia-induced neural stem/progenitor cells (iNSPCs)]を分離、培養することに成功した(Eur J Neurosci, 2009)。私たちは、本神経幹細胞が神経系の細胞に分化可能であることを既に明らかにしてきたが、近年、神経幹細胞のサブタイプの中には、神経系のみならず、血管系のlineageにも分化可能な多能性幹細胞が存在することが報告されている。そこで、本研究では、iNSPCsが神経系のみならず、血管系の細胞にも分化し得る多能性幹細胞としての特性を有するかどうかに関して検討した。その結果、iNSPCsは、神経系の遺伝子に加え、様々な血管系関連遺伝子を発現していた。また、培養条件によって、神経系の細胞のみならず、tube-formationを形成する血管系の細胞にも分化することが明らかとなった。さらに、我々は、その多能性幹細胞の起源を検討した結果、血管周囲に存在する周皮細胞(ペリサイト)が、虚血負荷によりiNSPCsに変化することをつきとめた(Stem Cells, 2015)。以上の所見は脳傷害後の梗塞領域では、神経及び血管の修復機構が同時に起こり得ることを強く示唆しており、脳傷害後の神経・血管再生機構の解明にとって重要な知見を提示するものであると考えられる。

再生医学現在のところ、iNSPCsが神経系のみならず、血管系の細胞にも分化することは、本研究を通して、既に確認済みであり、当初の大きな目標は達成できていると考えられる。私たちは、iNSPCsの起源が、脳虚血領域に存在する血管周皮細胞(pericyte)に由来することを既に明らかにしているが、本研究により、iNSPCsが虚血病態下においていかなるメカニズムによって血管周皮細胞から産生され、さらにどのような因子の影響によって神経系や血管系の細胞に分化するのかを明らかにすることもできた。従って、当初の予定よりも順調に実験が進行しているものと考えられる。現在のところ、本研究を通して、iNSPCsが神経系の細胞のみならず、血管系の細胞にも分化することは、既に確認済みである。従って、当初の大きな目標は達成できていると考えられる。本研究内容に関しては、近日中に論文として投稿予定である。また、本研究により得られた知見は、学会等にて発表予定である。虚血負荷によってiNSPCsが産生されるメカニズムについてはまだ十分に解明されていないが、私たちは、iNSPCsの起源が、脳虚血領域に存在する血管周皮細胞(pericyte)に由来することを既に明らかにしている。従って、今後は、iNSPCsが、虚血病態下において、いかなるメカニズムによって、血管周皮細胞から産生され、どのような因子の影響により、神経系や血管系の細胞に分化するのかを明らかにする。さらに、iNSPCsを脳梗塞後のマウスに移植し、その細胞が血管系の細胞にも分化するかどうかに関して検討する。次年度も、本研究の遂行に必要な遺伝子改変マウスや細胞培養に必要な試薬、さらに細胞特性の解析に必要な抗体、プライマー等の購入に研究費を使用予定である。
B型肝炎における肝細胞障害の解明、特にウイルス側の要因についての解析

B型肝炎ウイルス感染症は様々な病態が存在し、これらの病態の多様性にウイルス変異が関与していることが明かとなった。我々は既にpre-C/Core領域の変異と病態が関係していることを報告した。一方、pre-S/SあるいはCore promotor領域の変異と病態との関係についての報告もみられる。本研究の目的は、これら様々な変異のうちより病態と関連した変異が存在するのか、どの領域のどの変異が最も重要であるのか明らかにすることである。これまでの研究によりB型肝炎ウイルスの全塩基配列を増幅しうるPCR法を用い、無症候性キャリアー9例、初期のB型慢性肝炎患者4例、進行したB型慢性肝炎患者10例の血清からウイルスDNAを増幅し全塩基配列の解析を行った。その結果、B型肝炎ウイルスの4つのopen reading frame(pre-C/Core,pre-S1.2/S,Polymerase,X領域)と2つのEnhancer 1.2領域のうち、病態の進行と関連して変異がみられた領域は、pre-C/Core,pre-S1.2,Enhancer2(Core promotor)領域であった。さらにこれらの変異は病態の進行にに伴い集積する傾向が認められた。一方、XとEnhancer1領域の変異と病態との間には明かな関係は認められなかった。初期のB型慢性肝炎患者の検討ではCore,pre-S1.2領域には散在性に変異がみられ、Enhancer2(Core promotor)領域では特定部位に2例で変異がみられた。このことはCore,pre-S1.2領域は免疫標的の可能性があり、肝炎初期では各症例により認識部位が異なるために変異が散在性に起こると考えられる。今後はこれら初期の肝炎例でみられた変異について詳細な検討を行う予定である。
数学の諸分野に現れる微分方程式の研究

1.E_6型有理特異点の普遍変形族と空間3次曲面のある族のモジュライ空間との間の関係を幾何学的に説明した。このことから(3、6)型超幾何微分方程式系の大域的構造を解明できた。(関口)2.重力波理論による水の波の線形問題を有限要素法で近似したときの近似解の収束性と誤差評価を論じた。さらに時間方向の離散化手法を一般化してNewmarkの方法を採用した場合を論じた。(牛島)3.高レイノルズ数流れ問題のために開発した上流下流点選択型有限要素近似をいくつかの3次元問題に適用した。(田端・藤間)4.自由表面をもつ粘性流体が表面張力によってちぎれた場合の現象を、差分法を用いて数値的にシミュレートした。(渡辺)5.ある種の行列係数の2次多項式の因数分解に関する性質を調べ、それを2階偏微分作用素の正値性についての問題に応用した。(伊東)6.配置空間のトポロジーとリーマン球から射影多様体への正則写像の空間の間の関係をトポロジー論的立場から調べた。(山口)7.微分方程式と代数方程式の混在する微分・代数系への陰的ルンゲ・クッタ法の適用を考察した。(小藤)8.線形化磁気流体作用素のスペクトルの性質について研究し、理想系の場合にスペクトルの絶対連続性を証明した。(加古)9.ヒルベルト空間上の下半連続凸汎関数の収束がそれに伴う非線形固有値問題の解の収束を与える十分条件を与えた。(海津)10.磁場の影響下の熱対流を記述する磁気ベナール系の研究において、応用解析と数値解析の両面において成果を得た。(中村)11.ある種のヒルベルト・モジュラー形式のヘッケ作用素の跡公式の具体的表示を求めた。(小嶋)1.E_6型有理特異点の普遍変形族と空間3次曲面のある族のモジュライ空間との間の関係を幾何学的に説明した。(小嶋)
モーター蛋白質駆動型の人工色素細胞による光学素子

本研究の目的は、モーター蛋白質の運動能を利用した魚類の色素細胞様の人工細胞を構築、生体分子で駆動する光学素子(ディスプレイ)を開発し、モーター蛋白質の応用研究の新展開を図ることである。ある種の魚類では体表を周囲の環境に応じ保護色化する。これは体表に存在する色素細胞(メラノフォア)内の色素顆粒が分散または凝縮することにより変化が生じている。メラノフォアには繊維状蛋白質である微小管が細胞の中心から放射線状に配置化されており(アスター構造)、色素顆粒がモーター蛋白質により微小管に沿って細胞中心または細胞周辺に運搬されることで凝集または拡散が起こり、その結果、見かけ上表面色が白または黒に変化する。本研究ではこのナノシステムを人工環境下に構築し、モーター蛋白質で駆動する光学素子を開発する。昨年度は、本研究の要素技術の一つ極性の揃った微小管アスターを微細加工技術とモータータンパク質技術を融合させガラス基板上にグリッド状に構築することに成功させた。本年度は、このアスター微小管上で色素顆粒をモータータンパク質により運搬させたメラノフォア様システムを人工環境下に構築すること取り組んだ。モータータンパク質として緑藻類・クラミドモナスの鞭毛から単離した鞭毛ダイニンを利用した。ガラス基板上に作成したアスター微小管上に色素顆粒を付加したダイニンとcagedATPを添加したところ、色素顆粒はアスター微小管全域に均一に分布し結合した。その後UVを照射しATPを放出させダイニンの運動を活性化すると、色素顆粒がダイニンの運動作用によりアスター中央に運搬され、マイクロチャンバの色変化を作り出すことに成功した。これは分子素子により駆動する微小機械といえ、ここまで複雑な人工的なナノシステムの構築例は世界的に見ても少ない。こうした分子レベルから構成される微小機械は今後のマイクロマシン技術の発展に大きく寄与すると期待している。これは体表に存在する色素細胞内の色素顆粒が分散または凝縮することにより変化が生じている。色素細胞内には繊維状蛋白質である微小管が細胞の中心から放射線状に配置化されており(アスター構造)、色素顆粒がモーター蛋白質により微小管に沿って細胞中心または細胞周辺に運搬されることで凝集または拡散が起こり、その結果、見かけ上、表面色が白または黒に変化する。本研究ではこのナノシステムを人工環境下に再構築し、モーター蛋白質で駆動する光学素子を開発する。本年度は、本研究の中心課題である、微小管アスター構造のガラス基板上への再構築を行った。種々の条件を検討することにより、ガラス基板上に断片化した微小管を直径11μmのスポット状に固定し、その後NEM-tubulinとtubulinを臨界濃度以下で添加し重合をさせることで、微小管をプラス端からのみ伸長させ、スポットの中心がマイナス端、周囲がプラス端の微小管アスター構造を形成させることに成功させた。さらに、直径0.2ミクロンの蛍光性の微小ビーズにキネシンを物理吸着させ、そのキネシンビーズを上述の微小管アスター構造に添加し、微小管アスターにキネシンビーズ結合させることができた。さらに、ATPを添加することにより、マイクロビーズをアスター部の周辺に移動させることに成功することができた。これは本研究テーマである「モーター蛋白質で駆動する光学素子」の基本機構の作製に成功したといえる。次年度はこれをさらに発展させ、基板平面上の局所的領域のマイクロビーズを集合・拡散させることで、最終目的であるディスプレイ様の機構を作製する。
新しい大環状共役化合物の合成と物性に関する研究

芳香族性検証のための非ベンゼン系芳香族化合物のうち,大環状化合物(アヌレン)についてはすでに多くの成果が得られているが,本研究では複素芳香環の高級類縁体,交差共役化合物,架橋アヌレン類を系統的に合成することによって,構造と性質の関係について明らかにすることを目的とした.以下得られた化合物群の性質について列挙する.1.交差共役化合物ジシアノフルベン類(I)は大員環部に環電気効果の発現がみられ, (Ia)の様な分極構造の寄与が存在することが判明した.2.架橋アヌレン類合成出来た架橋アヌレン類(III)は(IV)や(V)に比べて配座安定性や熱的安定性が著しく大きい. (III)においてm=n=6の38員環まで合成出来たがこの系においては(4m)系として〔28〕アヌレンまで, (4n+2)系として〔34〕アヌレンまで環電流効果を示した.3.メタノチアヌレン類統計的に合成した(VI)のうち,チア〔15〕-,チア〔21〕アヌレンには環電流効果がみられなかったが,チア〔17〕-,チア〔19〕アヌレンは,それぞれDiatropicity, Paratropicityを示した.このことより(VI)では架橋基の存在により,環の大きさと共にtropicityが減少しないことが判明した.4.アザ〔12〕アヌレン(VII)は, 12Π電子系であることに一致して,予想通りparatropiatyを示すことが判明した.芳香族性検証のための非ベンゼン系芳香族化合物のうち,大環状化合物(アヌレン)についてはすでに多くの成果が得られているが,本研究では複素芳香環の高級類縁体,交差共役化合物,架橋アヌレン類を系統的に合成することによって,構造と性質の関係について明らかにすることを目的とした.以下得られた化合物群の性質について列挙する.1.交差共役化合物ジシアノフルベン類(I)は大員環部に環電気効果の発現がみられ, (Ia)の様な分極構造の寄与が存在することが判明した.2.架橋アヌレン類合成出来た架橋アヌレン類(III)は(IV)や(V)に比べて配座安定性や熱的安定性が著しく大きい. (III)においてm=n=6の38員環まで合成出来たがこの系においては(4m)系として〔28〕アヌレンまで, (4n+2)系として〔34〕アヌレンまで環電流効果を示した.3.メタノチアヌレン類統計的に合成した(VI)のうち,チア〔15〕-,チア〔21〕アヌレンには環電流効果がみられなかったが,チア〔17〕-,チア〔19〕アヌレンは,それぞれDiatropicity, Paratropicityを示した.このことより(VI)では架橋基の存在により,環の大きさと共にtropicityが減少しないことが判明した.4.アザ〔12〕アヌレン(VII)は, 12Π電子系であることに一致して,予想通りparatropiatyを示すことが判明した.1.ピロールの高級類縁体であるアザアヌレン類の合成について(【I】)の型のアザアヌレンを合成する為に、合成ルートを確立すべく、安定なビスアルヂヒド(【II】)から出発して反応条件を検討しており、現在(【III】)まで合成出来、(【III】)を熱分解する事により、ナイトレンの反応を行い、(【I】)の型のアザアヌレンを合成したいと考えており、合せて(【IV】)のビスアルデヒドからも出発して行いたいと考えている。2.交差共役化合物各種のデヒドロアヌレノンとマロノニトリルとの反応によって、(【V】)で示される一連の化合物を、計画通り合成出来、〔4n+2〕系となり得るジシアノ〔15〕フルベンには、diatropicな、〔4n〕系となり得る13,17員環には、paratropicな性質が対応する事が明らかとなった。今後は2つのシアノ基を他の置換基に変換させ、大員環部のtropicityが置換基の種類によって、どのように変化するかを検討する。3.1.6-メタノアヌレン及び1.6-ビスデヒドロアヌレンの合成最初に計画した1.2の研究と関連して、シクロヘプタトリエン-1.6-ジアルデヒド(【IV】)から出発して、メタノアヌレン類(【VI】)及びメタノビスデヒドロアヌレン類(【VI】)を合成した。(【VII】)は、従来知られているアヌレンに比較して、著しく安定で、比較的環の大きい〔28〕アヌレンでもparatropicな、又、〔34〕アヌレンにもdiatropicな性質が対応する事が分った。