hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異なる焼結状態で切削加工したナノZRの疲労耐久性

NANOZRの二軸曲げ強さは、焼成過程による違いがなかった。一方、表面処理による影響はあったが、表面処理を行っても1000MPa以上を有することが示された。また、すべての条件で1000000cycle,480MPa以上の繰り返し疲労強度を有することが確認された.このことから,NANOZRは焼成過程,表面処理に関わらず,繰り返し疲労強度がISO13356の外科用インプラントの基準である320MPaの1.5倍以上有することが示された.以上より、NANOZRは半焼結体を切削加工後に本焼結を行っても補綴材料として臨床応用上問題ない強度および疲労耐久性を有することが明らかとなった。歯科医療におけるジルコニアの臨床応用にはCAD/CAM技術の応用が不可欠である。その加工精度と時間は被削材料の性質に依存する部分が大きく、現在広く流通しているイットリア安定化ジルコニア(Y-TZP)の大部分は半焼結体を切削後、完全焼結するシステムである。一方、Y-TZP以上の優れた機械的性質を示し、表面処理後も十分な強度を有するCe-TZP /Al2O3ナノ複合体(ナノZR)はY-TZP以上の臨床有用性が期待されるジルコニアであるが、完全焼結体の切削を基本とし、その硬さゆえ切削効率の低さが欠点である。最終的な機械的強度が十分なら、半焼結体を切削後に完全焼結焼結した方が効率的である。そこで、本研究は、異なる焼結状態で切削加工したナノZRの疲労耐久性を明らかにすることを目的とした。まず、異なるナノZR製円板(直径13mm厚さ0.5mm)を機械研磨(#1000仕上げ,Ra=0.2μm)したもの、表面処理(グリットブラスト+HFエッチング)を施したものに対してISO6872に準じた二軸曲げ試験と繰り返し疲労試験を行い疲労強度の計測を行う。計測された二軸曲げ強度に対する疲労強度の割合を算出し、比較していくこととした。機械研磨したものの二軸曲げ強さは半焼結体を加工したもの、完全焼結体を加工したものにおいてそれぞれ1244±43MPa、1320±50MPaであり、表面処理したもので1070±60MPa、1069±12MPaであった。二軸曲げ強さは機械研磨群と表面処理群間に有意差が認められた。一方、半焼結体を加工した群と完全焼結体を加工した群間に有意差が認められなかった。また、繰り返し荷重試験では、すべての条件において480MPa相当の100万cycleの繰り返し荷重に対する耐久性を示した。その加工精度と時間は被削材料の性質に依存する部分が大きく、現在広く流通しているイットリア安定化ジルコニア(Y-TZP)の大部分は低密度焼結体を切削後、高密度に焼結するシステムである。一方、Y-TZP以上の優れた機械的性質を示し、表面処理後も十分な強度を有するCe-TZP /Al2O3ナノ複合体(NANOZR)はY-TZP以上の臨床有用性が期待されるジルコニアであるが、高密度焼結体の切削を基本とし、その硬さゆえ切削効率の低さが欠点である。最終的な機械的強度が十分なら、低密度焼結体を切削後に高密度に焼結した方が効率的である。そこで、本研究は、異なる焼結状態で切削加工したNANOZRの疲労耐久性を明らかにすることを目的とし実験を行った。その結果、NANOZRの二軸曲げ強さは、焼成過程による違いはなかった。また、すべての条件で1000000cycle、480MPa以上の繰り返し疲労強度を有することが確認された。このことから、NANOZRは焼成過程、表面処理に関わらず、繰り返し疲労強度がISO13356の外科用インプラントの基準である320MPaの1.5倍以上有することが示された。以上より、NANOZRは半焼結体を切削加工後に本焼結を行っても補綴材料として臨床応用上問題ない強度および疲労耐久性を有することが示された。平成26年度の目標は異なる焼結状態で切削加工したナノZRの疲労耐久性についての結果が得られたことで、ほぼ達成できたと考えられる。医歯薬学平成26年度の実験計画は予定通り達成できたため、平成27年度は当初の計画の通り、ナノZRの破断面を観察していく予定である。

当初、平成26年度に学会発表を予定していたが、研究結果を得るのが若干遅れたため、学会発表を27年度に行うこととした。当初、平成26年度に予定していた学会発表を27年度に行うこととしたため、学会の旅費として使用する予定である。
有限要素法による矯正用HAp/Col コーティングオンプラントの最適形状の検討

オンプラントは矯正用アンカーとして矯正力が負荷された際、オンプラントを母骨に固定している新生骨が破壊されないよう、新生骨への応力の負荷を軽減させる必要がある。そこで有限要素法を用いてオンプラントに矯正力を負荷した際、新生骨の高さと新生骨にかかる応力の大きさの関係についてオンプラントの断面形状別にそれぞれ測定を行った。その結果、円形断面のオンプラントは新生骨の高さに伴って新生骨にかかる応力が減少したが、他の形状は新生骨の高さによらず新生骨にかかる応力の大きさはほぼ一定であった。また、これら断面形状のなかでは長方形断面のオンプラントが新生骨にかかる応力が最も低いことが示された。歯科矯正用ミニスクリュウは歯の移動の際の絶対的固定源として矯正臨床において極めて有用な装置である。しかしながら歯槽骨内に埋入するため歯根を損傷する危険がつきまとうこと、また後続永久歯の歯胚そ損傷の危険性から成長期の児童には適用できないなど問題点も多い。骨膜下に埋入するオンプラントは骨内への浸襲がないため上記の危険性はないが、新生骨による固着が必要となるため埋入から使用できるまでの待機期間が長く実用化にいたっていない。我々は、タンロッドにアパタイトコラーゲンをコーティングすることで埋入後4週間で十分な骨の新生とチタンロッドの固着を達成した。しかしながらオンプラントは矯正治療の固定源として負荷された矯正力に対抗できる固定力を発揮しなければならない。。固定後のオンプラントが矯正力の負荷に対抗できるだけの固定力を持ちうるためには周囲に形成される新生骨の量と形状が十分かつ適切なものでなければならない。今回は有限要素法を用いてオンプラントの骨接着面形状よってオンプラントに負荷された矯正力が周囲の新生骨にどのように伝播されるか解析を行うことを目的とした。今回は断面が半円、円、および長方形のチタンロッドの周囲に高さの半分まで新生骨が形成されたオンプラントを想定し、そのチタンロッドに矯正力をかけた際に新生骨に加わる荷重の部位と大きさ、および新生骨が破壊するまでに必要な荷重について有限要素法を用いて検討した。その結果、断面が半円のものがより大きな矯正力の負荷に対しても周囲の新生骨が破壊されずに固定を維持することが明らかとなった。有限要素法に関するエキスパートの指導助言をいただき、またすでに動物実験でチタンロッド埋入時の新生骨の形状についてもある程度把握していたので、研究の進行に問題はないと思われる。歯科矯正用ミニスクリューは歯の移動において絶対的固定源として極めて有用な装置である。しかしながら歯槽骨内の歯根間に打ちこむため歯根損傷の危険があり、混合歯列期の患者では永久歯胚を損傷する危険性があり、その有用性にも関わらず使用範囲が成人に限られ、また埋入には熟達した技術が必要なことなど、その普及を妨げる要因がいくつか存在する。我々は歯槽骨内埋入を必要としない骨膜下オンプラントの開発を試みてきた。昨年までの研究でアパタイトコラーゲンをコーティングしたチタンロッドをラット頭蓋骨骨膜下に設置すると2週間で新生骨の制裁が観察され、さらに有限要素法にてチタンロッド周囲に形成される新生骨がチタンロッドに負荷される矯正力によって破壊ざれずに固定を維持するための最適な形状として半円が良いことを報告した。当該年度はチタンロッドをラット頭蓋骨骨膜下に埋入することを想定して、ラット頭蓋骨を歯は骨としてその硬度や密度、チタンロッドを頭蓋骨底面を固定するなど束縛条件、荷重条件などを加え、新生骨のvon Mises応力を算出して有限要素法を用いてチタンロッドの形状と骨接合強度の関係について詳細に検討を行った。その結果断面が長方形の形状のものが最も矯正力による新生骨の破壊に耐える形状であることが分かった。さらに断面長方形のものは新生骨の高さに影響されず、最も安定かつ強い骨接合強度を有することがしめされた。今後は、このデータに基づいたチタンロッドを作成するとともに実際にラット頭蓋骨骨膜下に埋入し、有限要素法で得られたデータとin vivoでのデータの相違について検証していく予定である。有限要素法、および実際の動物実験を比較検討することで、矯正力の負荷に耐える最適な新生骨を誘導するためのチタンロッドの形状が決定できた。歯科矯正臨床におけるTADs(temporary anchorage devices)の導入は、矯正治療における絶対的固定源としてその利便性を大きく推進させるものと期待される。しかし、歯間部歯槽骨に埋入するミニスクリュー型デバイスは歯根や歯胚を損傷する危険性があり、歯間の狭い症例や歯槽骨内に多数の永久歯胚を包含する混合歯列ではミニスクリュー型デバイスの使用は困難である。そこで歯根や歯胚の損傷の危険性が無い歯槽骨、顎骨の骨表面に固定されるオンプラント型アンカレッジデバイスの開発を目的とした研究に着手した。ハイドロキシアパタイト/コラーゲンナノ複合体(HAp/Col)をチタンロッドにコーティングしラット頭蓋骨骨膜下に移植したところ、チタンロッドを骨面に固定する充分な量の新生骨が生成された。さらにせん断試験の結果、HAp/Col群のせん断応力は16Nとなり、チタン単独群の5倍、ハイドロキシアパタイトコーティング群の3倍の固定強度を発揮することが確認された。一方、オンプラントは矯正用アンカーとして矯正力が負荷された際、オンプラントを母骨に固定している新生骨が破壊されないよう、新生骨への応力の負荷をできるだけ軽減させる必要がある。

そこで有限要素法を用いてオンプラントに矯正力を負荷した際、新生骨の高さと新生骨にかかる応力の大きさの関係についてオンプラントの断面形状別にそれぞれ測定を行った。その結果、円形断面のオンプラントは新生骨の高さに伴って新生骨にかかる応力が減少したが、他の形状は新生骨の高さによらず新生骨にかかる応力の大きさはほぼ一定であった。また、これら断面形状のなかでは長方形断面のオンプラントが新生骨にかかる応力が最も低いことが示された。これらの結果より、オンプラントに矯正力を負荷した際、長方形断面のものが応力が分散され新生骨への応力が最も小さく骨接合が安定すると推測された。オンプラントは矯正用アンカーとして矯正力が負荷された際、オンプラントを母骨に固定している新生骨が破壊されないよう、新生骨への応力の負荷を軽減させる必要がある。今までの研究により有限要素法を用いたシュミレーションにより、断面が半円のチタンロッドが負荷をかけた際の周囲の新生骨の耐久性が高いことが分かった。今後は実際にラットカルバリアの骨膜下に断面形態を変えたチタンロッドを埋入して新生骨を作成させ、引っ張り試験等による検査で実際のチタンロッドの骨への固定が有限要素法でシュミレーションした結果と相同であるか検証し、もし異なるようであれば新生骨の硬度など新たに生物学的定数を組み込むことで、有限要素法のシュミレーションの精度をあげ、矯正力の負荷に十分対抗できる固定維持力を発揮する上で最も適切な骨接着面形状を有するオンプラントの製作を進めていく予定である。ラット頭蓋骨で得られたチタンロッド最適形状をベースにより実際の臨床で用いられるチタンロッドおよび矯正用フックを具備した装置を開発し、大型動物を用いてヒトにおいて用いる状況を想定した実験を行う。歯科矯正学有限要素法のデータとして必要な骨や新生骨の物性、力学的特性などのデータを得るため動物実験を行ったが比較的数値が安定していたため、当初予測したほどの動物実験が必要でなかったため、実験動物の引き数、実験器具が当初の予測より少なくて済んだため。当該年度はラットの研究で得られた骨幕下オンプラントの最適形状のい情報をもとに実際のヒトで用いるオンプラントの試作モデルを製作するところであるが、現在臨床で用いる矯正用フックの形状も合わせて試行錯誤中であり、このモデル作成に用いる3Dプリンタの使用料などが次年度に繰り越されるものと考えられる。次年度は有限要素法でシュミレーションした結果が実際の生体において再現されるか検証を行う予定である。生体での研究はチタンロッドの置き方に加えたて動物の健康状況、運動、成長状態など個体による変異が大きく、実証的なデータを得るためにはより多くの動物実験を行う必要があり、前年度の差引額はこの動物実験に使用する予定である。当該年度で持ち越した。
二官能性キレートによるがん質的診断用放射性ガリウム標識PETイメージング剤の開発

固形腫瘍では、血管のねじれ、血管壁の破壊が起こり、細胞に十分な酸素を供給できなくなるために、低酸素領域が発生する。この低酸素領域は放射線治療や化学療法に抵抗性を示し、がん治療の制限となることから、がん低酸素領域をイメージングすることは、治療に対する反応性の予測や治療方針の決定に有用であると期待される。本研究では、ジェネレータにより産生可能なポジトロン放出核種である<68>^^Gaを用いたがん低酸素領域PETイメージングを目的とし、<68>^^Ga標識部位と低酸素領域認識部位を同一分子内で独立して有する二官能性キレートの開発を計画した。そこで、種々の金属原子の配位子として用いられるDOTAとGaとの錯体のX線結晶構造解析の結果を基に、Ga-DOTAの錯体形成に関与しないDOTAの2つのカルボキシル基に、metronidazoleを導入したDOTA-MN_2を設計、合成した。次いで、半減期が長く、取り扱いの容易な<67>^^Gaを用い、DOTA-MN_2との標識検討を行ったところ、放射化学的純度96%以上で<67>^^Ga-DOTA-MN_2を得ることに成功した。得られた<67>^^Ga-DOTA-MN_2をマウス血漿中でインキュベートした結果、24時間後においても96%以上が未変化体で存在し、<67>^^Ga錯体が安定であることが確認された。さらに、<67>^^Ga-DOTA-MN_2を健常マウスに投与し、経時的に各臓器の放射能を測定した。その結果、血液からの消失は速やかであり、腎臓以外の組織への放射能集積は非常に低い値を示した。また、腎臓からも速やかに放射能が消失し、非標的組織への集積性が低いことが明らかとなった。本研究では、標的組織の認識部位と放射性金属核種結合部位とを一分子内に独立して有する二官能性キレートという分子設計概念の基に、安定なGa-DOTA錯体を母体とし、錯体形成に関与しない2つのCOOH基に低酸素領域を認識する機能性分子としてmetronidazoleを導入したGa錯体を設計、合成し、^<68>Ga標識PETイメージング剤への応用を検討することとする。まず合成で重要な点は、DOTAの4つのCOOH基のうち向かい合う1対のCOOH基(1,7位)をGa錯体との配位に、残りの1対のCOOH基(4,11位)を機能性分子との結合に利用できるような位置選択的な前駆体を合成することにある。そのため、出発原料である1,4,7,10-テトラアザシクロドデカンの4つのアミンの塩基解離定数の違いを利用して、反応pHを制御することにより、位置選択的に保護基を導入を行った。その結果、1,7位と4,11位をそれぞれ異なる官能基で保護されたDOTA誘導体を総収率26%にて合成することができた。またこれに結合させるための機能性分子として、アミノ基を有するmetronidazole誘導体を合成することとした。そこでmetronidazoleを出発原料とし、メタンスルポニルクロライドによりメシル化した後、アジ化ナトリウムとの求核置換反応によりアジド体を得、これを還元することにより、収率67%にてアミノ体を合成することに成功した。
脳卒中急性期患者における摂食嚥下障害に関する予後予測モデルの開発

本研究では、脳卒中急性期患者における摂食嚥下機能の予後予測に関して、これまでの先行研究でほとんど検討のされていない入院前の機能状態や体幹機能、呼吸機能、義歯の有無やActivity of Daily Living(ADL)等の多角的な視点から予後予測を行う予測モデルの開発を目的としている。2017年度は予後予測モデルの作成として、1患者データベースの作成、2予後予測式の作成、3カットオフ値を算出することを実施計画としていた。初めに患者データベースの作成のため、研究協力病院における急性期病棟の診療録から研究該当患者の後方視的にデータを収集することから開始した。研究協力病院の協力のもと、過去2年分の研究該当患者データ(患者基本特性、疾患既往歴、医学的情報、リハビリテーション評価に関する情報、転帰先の項目等)を収集し、患者データベースを作成した。しかしながら当初予定していたよりも、患者データの収集及び患者データベースの作成に時間を要したため、2017年度内に予後予測式の作成とカットオフ値の算出までには至っていない。2017年度の予定では収集した患者データから予後予測式の作成とカットオフ値の算出を行う予定だったが、現時点でデータの収集とデータベースの作成にとどまっているため、研究の進捗状況は遅れているといえる。2018年度の予定としては収集したデータを使用し予後予測式の作成及び、カットオフ値の算出を行うことである。また、既存の予後予測式との精度を比較を行うことで、作成した予後予測式の有用性を検討する。
二重閉じ込め法によって孤立化した一次元高分子の電子状態計測

昨年度は,筒状有機分子シクロデキストリンにアントラセン,ピレン及びSnBr_4を挿入して,単一孤立分子状態を作り出した.本年度は更に,有機EL素子であるフルオレン及び同じ有機EL素子のひとつであり,電気伝導性を有する有機分子として注目されているチオフェン系をシクロデキストリンに挿入した.これらを更に有機溶媒PMMA(ポリメタクリル酸メチル)に混入して閉じ込めて固化させた.このような二重閉じ込め状態を作り出す創意工夫によって,昇華性の高い(分子間の結合力の弱い)分子を閉じ込めることができ,冷凍機の真空中でも冷却することができた.このような二重閉じ込めの手法によって,昇華性の高い物質の低温における物性測定が可能となった.これらの試料を小型冷凍機(ジャニス社製)にセットして,真空に引いた後に冷却し,室温から15Kの定温まで反射スペクトルや発光スペクトルを測定することができた.求められた測定データをクベルカ-ムンク解析して吸収スペクトルを求めた.これらの結果を分子軌道計算ソフト,MOPACによる計算結果と比較してこれらの分子の電子準位を同定することができた。アントラセン,フルオレン及びピレンを内径の大きなシクロデキストリンに2分子を閉じ込めることにより,光励起でエキシマー状態が作り出せるととも明らかにした.これらは分子の種類と温度条件によって,エキシマー状態ができるか,あるいは2分子からなる超分子状態生成の反応が進むかが決まることも明らかになった.以上の重要な結果が得られたので,現在投稿のための原稿作成に取り掛かっている.有機溶媒PMMA(ポリメタクリル酸メチル)に閉じ込める前段階として,筒状有機分子シクロデキストリンにアントラセン,ピレン,SnI_4及びSnBr_4を挿入して,単一孤立分子状態を作り出した.これらについては粉末状態の試料を両面テープを用いて圧着し,それらからの反射スペクトルを測定した.これらのデータをクベルカームンク解析して,吸収スペクトルを求めることができた.単一孤立アントラセン及びピレンの一部については,重要な結果が得られたので,現在投稿のための原稿作成に取り掛かっている.これらの試料及び他のフルオレン,SnI_4及びSnBr_4等についても,次の段階として,当初の目的である二重閉じ込めの状態を作るために,KBr中に拡散混入して圧縮した試料の作成及び有機溶媒PMMA中に拡散分散させて膜状に固定した試料の作成に取り掛かる.これらの試料は濃度調整が難しいが,測定条件を満たす良い試料が出来れば,直接に吸収測定が出来て,粉末のようなクベルカームンク解析は必要なく,スペクトルに現れる吸収帯の相対強度も信頼性が高いデータが得られ,電子準位の同定に耐えるものと期待される.またこのようにして固定した試料は,クライオスタット(冷凍装置)に取り付けて,低温(9K)の測定も可能である.低温の測定データは熱雑音(フォノンの影響)の無いものが得られ,理論と比較検討するのに重要なものである.昨年度は,筒状有機分子シクロデキストリンにアントラセン,ピレン及びSnBr_4を挿入して,単一孤立分子状態を作り出した.本年度は更に,有機EL素子であるフルオレン及び同じ有機EL素子のひとつであり,電気伝導性を有する有機分子として注目されているチオフェン系をシクロデキストリンに挿入した.これらを更に有機溶媒PMMA(ポリメタクリル酸メチル)に混入して閉じ込めて固化させた.このような二重閉じ込め状態を作り出す創意工夫によって,昇華性の高い(分子間の結合力の弱い)分子を閉じ込めることができ,冷凍機の真空中でも冷却することができた.このような二重閉じ込めの手法によって,昇華性の高い物質の低温における物性測定が可能となった.これらの試料を小型冷凍機(ジャニス社製)にセットして,真空に引いた後に冷却し,室温から15Kの定温まで反射スペクトルや発光スペクトルを測定することができた.求められた測定データをクベルカ-ムンク解析して吸収スペクトルを求めた.これらの結果を分子軌道計算ソフト,MOPACによる計算結果と比較してこれらの分子の電子準位を同定することができた。アントラセン,フルオレン及びピレンを内径の大きなシクロデキストリンに2分子を閉じ込めることにより,光励起でエキシマー状態が作り出せるととも明らかにした.これらは分子の種類と温度条件によって,エキシマー状態ができるか,あるいは2分子からなる超分子状態生成の反応が進むかが決まることも明らかになった.以上の重要な結果が得られたので,現在投稿のための原稿作成に取り掛かっている.
房水流出抵抗を評価する実験システムの開発とその応用-特にエラスターゼの効果について-

本研究の目的は、まず第一に、摘出豚眼の前眼部組織片を用いて、定流量灌流を行い、眼圧を経時的に測定可能な実験システムを開発する。第二に、そのシステムを用いて、elastin分解酵素であるブタ膵エラスターゼ-1(PPE-1)を摘出豚眼の前眼部組織片に灌流して眼圧を測定し、房水流出抵抗に及ぼす影響を検討する。実験方法は、まず、摘出豚眼から前眼部組織片を作成した。その前眼部組織片を自作の灌流装置に設置し、“closed eye"を作成した。こうしてできた前眼部組織片の閉鎖腔には、2本のchannelが交通しており、一方から灌流液(BSS plus)を定流量灌流し、もう一方から眼圧を連続的にモニターする。このシステムをもちいて、BSS plusに希釈した各種濃度のPPE-1を灌流し、眼圧の経時的変化を検討した。灌流の終了した豚眼は、通常の電子顕微鏡および免疫組織化学的検索に供された。本実験システムは、房水流出抵抗を評価可能な実験システムであることが証明された。また、PPE-1は、線維柱組織内のelastinを分解し、房水流出抵抗を減少させることが明かとなった。
交互浸漬を用いた新開発チタンアパタイト表面と骨芽細胞の付着解析

本研究では、チタン表面にユニークな表面形状を持たせ、その表面に独自の手法でアパタイトコーティングの規格化を行い、骨芽細胞様細胞の増殖及び挙動の現象の解明に努めた。アパタイトをチタンにコーティングし、均一な基板を作製した。細胞増殖、走査型電子顕微鏡、細胞骨格を検証し、経時的変化を新開発チタンアパタイト表面において確認した。チタンは硬組織代替用材料として整形外科、口腔外科、歯周外科領域に広く応用されており、チタンの臨床応用は年々増加傾向にある。一方、アパタイトは生体活性材料として、近年めざましい研究・開発がなされているが、両者を複合しアパタイトコーティングしたチタンインプラントは、臨床的に一部利用されている。今回の研究は、チタン表面にユニークな表面形状を持たせ、その表面に独自の手法でアパタイトを低コストでコーティングし、この改質基板上での骨芽細胞の挙動を解明することが目的である。純チタンを硫酸、水酸化ナトリウム水溶液中で浸漬させ、表面改質を施した。基板となるチタンは、均一性を持たせるため、本研究で規格化された手法で行い作製した。チタンの表面粗さを測定し、均一性の保たれる基板作製を行うことができた。今回、酸アルカリ複合処理した純チタン板に0.5M CaCl_2、0.1M Na_2HPO_4水溶液に浸漬時間60秒間、20サイクルの交互浸漬し、アパタイトコーティングを行った。基板上のアパタイト成分分析を走査型電子顕微鏡、エックス線解析装置、フーリエ変換分光光度計を行い元素分析を同定し、チタン表面上に、アパタイトの付着が確認された。交互浸漬による手法で、低コストによるアパタイト形成能が示された。培養細胞は骨芽細胞様細胞(MC3T3-E1)を用い、培地は10%FBS含有α-MEMを使用。細胞培養を繰り返し行い、細胞傷害性、増殖をAssay kitにて測定し、増殖傾向性を確認した。新たな基板での良好なin vitro実験を行う環境を見出した。平成20年度は、チタン表面にユニークな表面形状を持たせ、その表面に独自の手法でアパタイトコーティングの規格化を行い、骨芽細胞様細胞の増殖及び挙動の現象の解明に努めた。その結果、新たな表面改質、すなわちアパタイトコーティングした基板を実験群とし、生物学的適合性評価:骨芽細胞様細胞(MC3T3-E1)の初期付着により適合性を評価した。骨芽細胞の増殖・傷害性、細胞の成熟と骨基質の石灰化の評価を得た。また、細胞増殖は、無処理のチタンと有意な差が認められない事が確認され、一方で試薬kitを使用し細胞傷害性もほとんど無処理の純チタンと同様な結果であることを確認した。基板としたチタンの表面改質の特徴は、走査型電子顕微鏡、エックス線解析装置、フーリエ変換分光光度計、エネルギー分散型X線回折装置で分析を行い、チタンアパタイトコーティングは、元素分析を行った結果、炭酸含有された事を確認された。早期にオッセオインテグレーションを起こす為には、初期付着の状態の観察も必要と考え、時間的骨芽細胞様細胞の細胞骨格を染色し、細胞の挙動を走査型共焦点レーザー顕微鏡で確認した。その結果、チタンアパタイトコーティングされた基板では、細胞突起を早期に進展させた細胞像を認める事ができた。チタンアパタイトコーティングされた表面には、表面粗さ計で測定が困難な凹凸で強度的に弱く、細胞の接着点形成が困難であることが予想された。しかし、形態観察では骨芽細胞の早期伸展で行われていることを確認する事ができた。
自己運動知覚生成と脳神経回路網活動との因果の解明と臨床応用への基盤的研究

当該研究は,感覚入力によって仮想現実的に被験者の脳内に自己運動知覚を誘起し,自己運動知覚と脳活動との因果を解明しようとするものであった。まず,機能的磁気共鳴像法を用いて,自己身体運動の動画による視覚刺激中に自己運動錯覚を誘起し,その最中に賦活する脳神経回路網に関する解析を行った(実験1)。さらに,大脳皮質一次運動野に対して4連発経頭蓋磁気刺激(QPS)することで皮質脊髄路の興奮性を変化させ,その結果として運動感覚知覚がどのように影響を受けるかを明らかにするための実験を行った。皮質脊髄路興奮性変化することによって運動感覚の感度が影響を受ける可能性が示唆された。当該研究は,体性感覚入力によって,仮想現実的に被験者の脳内に自己運動知覚の表象を誘起する方法を応用し,自己運動知覚の神経科学的機構の解明に寄与することを目的とした。随意もしくは他動的に行われた関節運動では,感覚受容器からの信号が求心性に入力され,皮質感覚野に到達する。そして,複数入力された感覚情報は頭頂連合野で統合される。本研究はさらにこれらの脳賦活部位を刺激することによって,逆に自己運動知覚と脳活動との因果を解明しようとするところに意義があった。将来は,脳卒中片麻痺症例や長期臥床によって運動機能低下を来した症例を対象とした運動機能回復治療方法として発展させるための基盤的研究である。平成23年度は,機能的脳画像によって,自己運動知覚を引き起こした時に活動する脳部位を明らかにした。ここで明らかにされた脳部位のうち,大脳皮質に対しては非侵襲的に興奮性を操作する刺激を与えることが可能であるため,それらの脳部位に対して4連発経頭蓋磁気刺激(4TMS),もしくは経頭蓋直流電気刺激(tDCS)を行う実験を開始した。4TMSまたはtDCSによって,標的部位の興奮性が変化しているかどうかを皮質運動野に対する単発の経頭蓋磁気刺激,体性感覚誘発電位により確認する実験を行なった。他方,自覚的な自己運動知覚強度の計測には,腱振動刺激を用いた運動錯覚を応用した。腱振動刺激で誘起した運動錯覚を反対側で運動として再現させ,その再現した運動の速度を計測した。これらについては,現在も実験を継続中である。当該研究は,感覚入力によって,仮想現実的に被験者の脳内に自己運動知覚の表象を誘起する方法を応用し,自己運動知覚の神経科学的機構の解明に寄与することを目的とした。まず,機能的磁気共鳴像法を用いて,自己身体運動の動画による視覚刺激中に自己運動錯覚を誘起し,その最中に賦活する脳神経回路網に関する解析を行なった。その結果,動画により誘起される自己運動錯覚には,下頭頂小葉,背側運動前野,腹側運動前野,補足運動野,線条体,島皮質,Extrastriate Body Areaなどの脳神経回路網が関与している結果が示された。さらに,大脳皮質一次運動野に対して4連発経頭蓋磁気刺激(QPS)することで皮質脊髄路の興奮性を変化させ,その結果として運動感覚知覚がどのように影響を受けるかを明らかにするための実験を行なった。QPSの結果,皮質脊髄路興奮性は増大し,過去の報告と矛盾しない結果となった。それに伴い,体性感覚誘発電位の結果から,1野および2野の興奮性が影響を受けた可能性があった。このとき,運動検出閾値が低下したことから,運動感覚の感度が高まったことが示唆された。QPSを用いた一次運動野刺激についての研究から,皮質脊髄路興奮性,および体性感覚野の興奮性が変化することによって運動感覚の感度が影響を受ける可能性が示唆された。

将来は,脳卒中片麻痺症例や長期臥床によって運動機能低下を来した症例を対象とした運動機能回復治療方法として発展させるための基盤的研究である。平成24年度は,大脳皮質一次運動野に対して4連発経頭蓋磁気刺激(QPS)することで皮質脊髄路の興奮性を変化させ,その結果として運動感覚知覚がどのように影響を受けるかを明らかにするための実験を行なった。QPSの結果,皮質脊髄路興奮性は増大し,過去の報告と矛盾しない結果となった。それに伴い,体性感覚誘発電位の結果から,1野および2野の興奮性が影響を受けた可能性があった。このとき,運動検出閾値が低下したことから,運動感覚の感度が高まったことが示唆された。このように,平成24年度の研究により,皮質脊髄路興奮性,および体性感覚野の興奮性が変化することによって運動感覚の感度が影響を受ける可能性が示唆された。平成23年度において,機能的磁気共鳴像による研究で自己運動錯覚を誘起する際に血流の増加が認められる脳部位を明らかにした。その脳部位の一部(大脳皮質)に対して,非侵襲的脳刺激によって選択的に興奮性を操作し,心理物理的に計測する自己運動錯覚の強さが変化するかどうかを明らかにする実験を開始し,途中まで進行している。計画通りに研究は進展しているものの,十分な業績となっていないため,区分(2)とした。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画通り,運動感覚の知覚に関わっているものと推定される脳神経回路網に含まれる大脳皮質の一部位の興奮性を変化させることによって,運動感覚知覚の感度がどのような影響を受けるかを明らかにする実験結果を得ることができた。また,運動前野や下頭頂小葉など,他の部位に対する4TMSを実施する実験をすでに開始しており,おおむね順調であるといえる。昨年度に引き続き,当初計画していた通りに実験を遂行する。ただし,計画書に記していなかった点として,特定の大脳皮質領域を刺激した影響が,他の皮質領域に表出するということがあるため,より綿密に実験方法を検討する必要がある。例えば,運動野に対する興奮性の操作の影響を,運動野に対する刺激で得られた運動誘発電位を指標として検討するだけでなく,感覚野に起源を持つ体性感覚誘発電位などを指標としても検討する。このことは,今回標的とする脳部位である運動前野や下頭頂小葉についてもあてはまる。全体的に実験の量は多くなるが,技術的には問題ない。平成25年度は,下頭頂小葉,ならびに運動前野を標的として4TMSを行い,その結果として運動感覚知覚の感度がどのように変化するかを明らかにするための実験を行なう。被験者毎に,脳の形態画像が必要となるため,MRIの撮像を開始した。平成25年度が助成の最終年度であるが,このまま進めることにより当初の計画通りに当該申請研究を完了できる。
合成ガスからのバルクケミカル高効率製造を実現する機能集積型触媒の開発

本年度は,Rh超微粒子内包バードケージ構造ゼオライト触媒調製の調製技術を基に,他の金属種超微粒子のゼオライトによる内包と触媒反応を実施した.1触媒の物性評価:先ず,XRD回折法と窒素吸着法によりゼオライト結晶の形成を確認した.Rh超微粒子,もしくはPt超微粒子に対し,これらの金属超微粒子が確実にゼオライトによりコーティングされていることを実証するために,分子サイズの異なる炭化水素の水素化反応を実施した.直鎖アルケン,側鎖を有するアルケン,環状アルケン,および芳香族の水素化反応の選択性を詳細に検討し,バードケージ構造ゼオライトでは分子ふるい的な水素化反応が進行することを実証した.金属担持量と固体酸量は,CO吸着法による金属表面積測定とアンモニアTPD法による酸量測定により評価し,金属担持量と固体酸量の独立制御が可能であることを明らかにした.さらに,遷移金属種として,Ni超微粒子,もしくはFe超微粒子を内包したバードケージ構造の調製に成功した.2触媒性能評価:Rh@ZSM-5触媒は,メタノールからの低級オレフィン合成において約60%の収率を達成している.そこで同触媒を用い,合成ガスからアルコール等の含酸素化合物生成を検討した.固体酸点でのクラッキングを考慮し,350°C以上の比較的高温条件での反応を実施した.その結果,アルコール等の含酸素化合物ではなく炭化水素が主たる生成物となった.一方,Fe超微粒子を内包したバードケージ構造ゼオライト触媒では,合成ガスからの低級オレフィン直接合成に成功した.さらに,ゼオライト層にガリウムを固定化することで,芳香族選択性を高めることに成功した.3簡便な包接構造形成法の検討:金属超微粒子を内包したアモルファスシリカに対し,ドライゲルコンバージョン法を適用することで,アモルファスシリカ層をゼオライト層に転換させることに成功した.本年度は,Rh超微粒子に加えて,Pt超微粒子,Ni超微粒子,およびFe超微粒子を内包したバードケージ構造ゼオライト触媒の開発に成功している.さらに,分子サイズの異なる炭化水素(ヘキセン,メチルペンタン,シクロヘキセン,ベンゼン,トリメチルベンゼン)の水素化反応を実施し,水素化反応活性を詳細に検討することで,分子ふるい的な水素化活性を実証した.また,ゼオライトに内包された金属超微粒子の金属表面積とゼオライト層の固体酸性の測定,およびガリウムの担持により,金属担持量,固体酸量・酸性質の独立制御を達成した.分子ふるい的な水素化活性,および金属担持量と固体酸量・酸性質の独立制御に関する本研究の成果は,これまでに報告例のない新規性に富む結果と言える.Rh@ZSM-5,Fe@ZSM-5,Fe@GaMFIを触媒に用い,合成ガスからの低級オレフィン直性都合性を検討した.反応条件は,反応温度は350°C,反応圧力2MPa,CO/H2=2の条件である.Rh@ZSM-5では,メタン,エタンが主生成物であった.一方,Fe@ZSM-5を触媒に用いた場合,低級オレフィン収率約15%となり,ゼオライト層にGaを添加したFe@GaMFI触媒では,生成した低級オレフィンからの芳香族生成が確認された.上記の触媒群の調製は,マイクロエマルションを利用した合成法により実施した.さらに簡便な包接構造形成法の検討として,金属超微粒子を内包したアモルファスシリカに対し,ドライゲルコンバージョン(DGC)法を適用した.その結果,Rh@SiO2,およびPt@SiO2に対し,簡便なDGC法によりアモルファスシリカ層をゼオライト層に転換させることに成功した.以上の様に,触媒調製,触媒の評価,反応試験の観点から,順調に研究が進展していると言える.本年度は,ゼオライトとしてZSM-5を,金属種としてRhに加えて,パラジウム(Pd)超微粒子を検討する.さらに,合成ガスからパラフィン系炭化水素合成能を示す碑金属種として,昨年度結果が得られた鉄(Fe)超微粒子のゼオライトへの内包と触媒の最適化(金属担持量,酸量と酸性質)を検討する.加えて,コバルト(Co)超微粒子についても検討を進め,高効率な触媒反応プロセス開発へ繋げる.(I)酸性質:昨年度までにガリウム(Ga)の添加が,オレフィンからの芳香族生成に効果的であることを明らかにした.本年度は,Al由来の固体酸,Ga由来の固体酸の影響を明らかにし,オレフィンと芳香族の選択合成を検討する.特にGaの担持については,ゼオライト合成母液にGa源を直接投入する方法,および調製後の触媒にGaを含浸担持する方法を検討する.これにより,Gaがゼオライト層に均一に分布した構造,およびGaが外表面近傍に局在化したコア・シェル構造となる.(II)金属種:金属種として,昨年度から検討を開始しているFe超微粒子に加え,Pd超微粒子とCo超微粒子の内包を検討する.貴金属(Rh,Pd,Pt)超微粒子,および卑金属(Fe,Co)超微粒子を内包したバードケージ構造ゼオライトの合成には,それぞれマイクロエマルション法,ドライゲルコンバージョン法を適用する.(III)合成ガスからの基礎化学物質生成:反応圧力を2.0MPa,反応温度を280400°Cの温度範囲で,アルコール,もしくは炭素数が2以上の炭化水素の生成と,固体酸点による基礎化学物質への転換を検討する.固体

酸性質,内包金属種,および反応温度の各種パラメーターが低級オレフィンと芳香族選択性に及ぼす影響を明らかにする.本年度は,基材となるバードケージ型ゼオライト触媒の調製を実施した.ゼオライト種としてMFI型ゼオライト(Silicalite-1,ZSM-5)を,金属種としては先ずロジウム(Rh)を検討した.エマルション中でRh前駆体超微粒子を調製した後,同前駆体超微粒子表面から,シリカ層を介してゼオライトを成長させることに成功した.粒子径が約23nm程度のRh超微粒子がゼオライトに内包された,バードケージ構造ゼオライトが得られた.さらに,酸点の局在化,コアシェル構造形成のために,本年度はRh担持量と固体酸量(Si/Al比)の独立制御を実施した.通常の含浸法やイオン交換法では,金属粒子径一定で金属担持量と固体酸量の独立制御は困難である.一方,本研究で開発した調製法では,Rh担持量を0.1wt%1wt%の範囲,固体酸量を100<Si/Al<∞(Silicalite-1)の範囲で,Rh粒子径を約2nmで一定としRh担持量と固体酸量を独立に制御された,バードケージ構造ゼオライトの開発に成功した.Rh担持量0.1wt%,Si/Al=100のバードケージ型ゼオライト触媒を用いて,メタノールからの低級オレフィン合成を実施した.Rh超微粒子上でのメタノールからの水素生成,およびゼオライト酸点上でのメタノールからの炭化水素生成が確認された.さらに低級オレフィン(プロピレン+ブチレン)の選択率はZSM-5(約52%)と比較し,約60%まで向上した.生成水素により,生成炭化水素の環化脱水素による芳香族生成が抑制されたためと考えられる.さらに,Rhに代わる新たな金属種として,酸化ニッケル,酸化鉄超微粒子を採り上げ,これらの金属酸化物超微粒子がゼオライトに内包されたバードケージ構造ゼオライトの調製にも成功した.本年度の実施計画にある,Rh金属超微粒子を内包したバードケージ構造ゼオライト触媒の開発に成功している.さらに,通常の金属固定化法では不可能であった,金属超微粒子サイズを約23 nmで一定としRh担持量と固体酸量を独立に制御した,触媒の開発に成功した.これは,Rh超微粒子を液相中で調製した後,同超微粒子を核としてゼオライトを成長させる,本研究で開発したバードケージ構造ゼオライト触媒の調製法によってのみ達成される成果と言える.さらに,酸点を局在化させたコア-シェル構造へ展開するためには,Rh担持量とSi/Al比の独立制御は不可欠である.以上の成果より,バードケージ構造ゼオライト触媒の調製に関しては,順調に研究が進展していると言える.本研究の目的は合成ガスからアルコールを経由して,直接低級オレフィン等の化成品原料を合成することである.本年度は予備実験としてメタノールからの低級オレフィン生成試験を実施した.Rh超微粒子上でのメタノールからの水素生成,およびゼオライト酸点上でのメタノールからの炭化水素生成が確認されたことから,Rh超微粒子による金属触媒能,およびゼオライトによる固体酸触媒能がそれぞれ発言していることを確認した.さらに通所のZSM-5と比較し,バードケージ構造ゼオライトでは低級オレフィン(プロピレン+ブチレン)の選択率が向上した.以上の成果より,バードケージ構造ゼオライト触媒の触媒機能試験に関しては,順調に研究が進展していると言える.本年度は,Rh超微粒子内包バードケージ構造ゼオライト触媒調製の調製技術を基に,他の金属種超微粒子のゼオライトによる内包と触媒反応を実施した.
精神障害者ピアサポーター養成プログラムの包括的な評価研究

初年度は介入群のみを対象にパイロット研究を行い、ピアサポーター養成プログラムの内容を確立した。先行研究(当事者研究, 2001; Wellness Recovery Action Plan: WRAP元気回復行動プラン, 2002; Corrigan et al, 2012; Repper, 2012;相川, 2013;精神障がい者ピアサポート専門員養成のためのテキストガイド第3版, 2015)を参考にプログラムを作成した。本プログラムの目的は、認知(自動思考)の修正(セルフスティグマの軽減)と、それに伴う気分・感情の改善、そしてより適切な対処行動(ピアサポート)の獲得によるリカバリーの推進であった。本プログラムは、全5回(各180分、月1回)から構成された。初回のセッションでは、プログラム全体のオリエンテーションをするとともに、各参加者の困っている問題や場面について聞き取り、本プログラムを通して改善が期待できる目標について話し合った。プログラムは、毎回ワークシートを配布し、それに沿って進めた。リーダー(スタッフ)は、実施者用マニュアルに基づきプログラムを実施するようにした。実施者用マニュアルには、各回の目的、具体的な説明内容、目安となる時間配分、スライド提示のタイミングなどが詳細に記述されており、異なるスタッフでも同一内容のプログラムを実施できるようにした。精神科外来通院中で、本研究の目的及び方法を説明し同意が得られた精神障害を有する人を対象にプログラムを行った。パイロット研究を行い、ピアサポーター養成プログラムの内容を確立した。2年目以降は、精神科外来通院中で、本研究の目的及び方法を説明し同意が得られた精神障害(DSM-5)を有する人を対象に、確立したピアサポーター養成プログラムを用いて介入研究を行う。理由:研究分担者が平成30年度に予定していた研究の遂行にやや遅れが見られたため。使用計画:研究分担者が平成30年度に予定していた研究も含め、平成31年度に取り組んでいく。
受精時のウニ精子に見られるアポトーシス様の変化について

受精時のウニ精子がアポトーシスを起こしている可能性について検討するため、アポトーシス誘起因子の一つとされる活性酸素の産生時期と活性酸素種の同定を試み、アポトーシス時に実行因子として働くとされるcaspaseの活性測定を実施した。活性酸素の検出には4種の蛍光指示薬を用い、その蛍光強度を計測した。ウニ精子はNa欠如海水中(遊泳開始前)では活性酸素を産生せず、Na添加時(遊泳開始時)から活性酸素産生が検出できた。この活性酸素種は過酸化水素である可能性が高く、スーパーオキシドや次亜塩素酸はほとんど検出されなかった。また精子濃度が低いほど個々の精子から得られる量が増大する希釈効果も確認された。呼吸阻害剤によってこの活性酸素産生は抑制されたことから、呼吸活性と相関すると考えられる。一方、卵のゼリー層を溶出させた卵海水中では、一酸化窒素と考えられる活性酸素種と同時にスーパーオキシドと思われる活性酸素種も検出された。ただしスーパーオキシドの検出には高濃度の卵海水が必要であった。caspase活性の測定も試みたが、活性は極めて低い上に、卵海水処理後には更なる低下が見られた。そのため、ウニ精子における活性酸素の産生とアポトーシスの相関については実証には至らなかった。過酸化水素やスーパーオキシドは、多くの哺乳類精子で細胞内シグナルとして受精能獲得に関係する。ウニ精子ではこの過程が知られていない。そのため、ウニ精子では過酸化水素やスーパーオキシドが異なる役割を持つ可能性がある。特にスーパーオキシドは高濃度の卵海水中でなければ検出できず、実際の受精では、卵近傍でなければスーパーオキシドは産生されないと考えられる。スーパーオキシドはDNA損傷を与える活性酸素種として知られている。受精後に精子は卵内で消失するが、特にミトコンドリアの構造やそのDNAの消失に関係している可能性もありうる。本研究は受精時におけるウニ精子の消失過程にアポトーシス機構が関与しているか否か、検討することを目的としている。従来の研究で明らかなように、卵表面に結合した精子の呼吸活性は低下する。この時の電子伝達系の酸化還元状態は、シトクロムb-c間での電子伝達阻害が見られる。本研究では、この呼吸活性の変化にMtの形態変化が伴っていること、ATP/ADP濃度も変化していることを明らかにした。これらMtの変化は、固定卵との結合、海水中のMgイオン欠如、電子伝達系阻害剤により誘起された。特に固定卵との結合時には、精子細胞膜外側にphosphayidylserine (PS)の移動も生じていた。このPSの移動は蛍光染色法によって得られた結果である。しかし固定卵は自家蛍光を呈するため、卵表の精子から蛍光シグナルを検出するには適切とは言い難い。そこで蛍光同時に蛍光指示薬利用に有効なモデル卵の作製を試みた。モデル卵に要求される条件は、1.精子が結合すること、2.受精膜を形成せずに、複数の精子を卵表に観察できる、3.自家蛍光を発しないことであり、低温暴露した未受精卵(Cold Shocked Egg)がこれら条件を満たすことを明らかにできた。この新モデルを用いることで、PSの移行についても再検証できた。以上のような、精子ミトコンドリアの変化(シトクロムb-c間で電子伝達阻害、Mtの形態変化、ATP/ADP濃度比の変化)と精子細胞膜の変化は、アポトーシス細胞に見られる変化と類似する変化であった。これら結果は、Molecular Reproduction and Developmentへ投稿し、受理された。現在はアポトーシス時に働くカスパーゼ3の活性の定量化を検討中である。受精時にウニ精子のミトコンドリアはその形態が膨潤・移動し、呼吸活性の低下とシトクロムc以降への電子伝達阻害が起こる。この時、細胞内ATP含量比の変化が生じることも明らかにした。また検出量が少ないながら、細胞膜phosphatidylserine(PS)の局在性変化を確認した。これらの変化はアポトーシス細胞の変化と酷似している。しかしこの結果では、アポトーシスを起こしていることを十分に実証できない。そこでPS局在性の変化を再検証するための実験モデルの確立、アポトーシス誘起因子の一つとされる活性酸素の検出、アポトーシス時に実行因子として働くとされる蛋白質分解酵素caspaseの活性測定を試みた。本研究で提唱する新たな実験モデルは、氷冷した未受精卵である。この氷冷卵は受精膜を十分に形成できないため、卵表面に結合した多くの精子を容易に観察できる。また薬物の投与量を考慮する必要もない。最大の特徴は、古典的な実験モデルである固定卵が発するような自家蛍光はないことにある。この氷冷卵を用いることで、卵表面に結合した多くの精子からPSの局在性の変化を確認することができた。これはアポトーシス様の変化の一つと一致する。しかしcaspaseの活性測定については、著しい変化を検出できていない。そのためウニ精子が受精時にアポトーシス様の変化を起こすとは断定できていない。活性酸素については、ウニ精子の遊泳開始時から産生され始めていることが明らかにできた。Na欠如海水中で運動と呼吸を抑制した精子では活性酸素も検出されず、Na添加による運動と呼吸の活性化にともなって、活性酸素も検出できた。さらに、複数の活性酸素検出蛍光試薬を用いることで、呼吸活性の低下する卵海水や固定卵結合時の精子では、検出される活性酸素の種類と量に違いがある可能性が示唆された。

受精時のウニ精子がアポトーシスを起こしている可能性について検討するため、アポトーシス誘起因子の一つとされる活性酸素の産生時期と活性酸素種の同定を試み、アポトーシス時に実行因子として働くとされるcaspaseの活性測定を実施した。活性酸素の検出には4種の蛍光指示薬を用い、その蛍光強度を計測した。ウニ精子はNa欠如海水中(遊泳開始前)では活性酸素を産生せず、Na添加時(遊泳開始時)から活性酸素産生が検出できた。この活性酸素種は過酸化水素である可能性が高く、スーパーオキシドや次亜塩素酸はほとんど検出されなかった。また精子濃度が低いほど個々の精子から得られる量が増大する希釈効果も確認された。呼吸阻害剤によってこの活性酸素産生は抑制されたことから、呼吸活性と相関すると考えられる。一方、卵のゼリー層を溶出させた卵海水中では、一酸化窒素と考えられる活性酸素種と同時にスーパーオキシドと思われる活性酸素種も検出された。ただしスーパーオキシドの検出には高濃度の卵海水が必要であった。caspase活性の測定も試みたが、活性は極めて低い上に、卵海水処理後には更なる低下が見られた。そのため、ウニ精子における活性酸素の産生とアポトーシスの相関については実証には至らなかった。過酸化水素やスーパーオキシドは、多くの哺乳類精子で細胞内シグナルとして受精能獲得に関係する。ウニ精子ではこの過程が知られていない。そのため、ウニ精子では過酸化水素やスーパーオキシドが異なる役割を持つ可能性がある。特にスーパーオキシドは高濃度の卵海水中でなければ検出できず、実際の受精では、卵近傍でなければスーパーオキシドは産生されないと考えられる。スーパーオキシドはDNA損傷を与える活性酸素種として知られている。受精後に精子は卵内で消失するが、特にミトコンドリアの構造やそのDNAの消失に関係している可能性もありうる。
標的遺伝子の選択的不活性化機能をもつアンチセンスDNAの設計と合成

アンチセンスDNAの化学合成に必要な新しい基礎反応を確立するため、まず5'および3'末端にメチル基を導入する反応を検討した。このメチル化反応は設計合成したアンチセンスDNAが標的DNA分子と結合し二重鎖DNAとなったとき、混在するDNA分解酵素から分解をうけないように5'および3'末端のヌクレオシドの糖水酸基をO-メチル化するものである。糖水酸基を選択的にO-メチル化するため、末端のヌクレオシドとしてチミジンを選び、これを一旦1,3-ベンゾジチオリリウムテトラフルオロボレ-トでピリジン中反応させ5'糖水酸基に1,3-ベンゾジチオ-ル-2-イル(BDT)基を導入し、つづけてラネ-ニッケルで還元し5'-O-トリチルチミジンを得た。3'-O-メチルチミジンの合成も5'-O-トリチルチミジンを同様な方法で反応させたのち脱トリチル化して得ることができた。アンチセンスDNAのオリゴタクレオチド部位の合成はフェニルチオ基をインタ-ヌクレオチド結合のリン酸基の保護基として活用し、上述した5'-O-メチルチミジンと3'-O-メチルチミジンをそれぞれ5'および3'末端ヌクレオシドとして組み込みトリの肉腫ウイルスSar遺伝子に相補的な18量体の保護体を合成した。最終的にすべての保護基を除去しアンチセンスDNA18量体を得た。次に、このアンチセンスDNAに機能性を付与するため、すなわち細胞膜透過性を向上させるため、リン酸基のかわりにエトキンカルボニルホスホニル基に置換したDNAオリゴマ-の合成を検討した。その結果、エトキシカルボニル基を最終的にアンモニア処理でカルバモイルホスホネ-ト基に変換する際一部DNA鎖が切断されてしまうことがわかった。そこで、DNA鎖切断の副反応を防止する目的で種々の一級アミンを用いてN-アルキルカルバモイルホスホネ-ト基に変換しその安定性について現在検討中である。
病原性大腸菌O157感染症治療薬開発のための基盤研究

病原性大腸菌O157の主たる病原因子であるベロ毒素は、細胞表面に存在する糖脂質Gb3のグロボ3糖と結合し、その毒性を発揮する。我々はこれまで、分子内に複数のグロボ3糖を有するカルボシランデンドリマー及びアクリルアミド(AA)ポリマーを合成し、これらが試験管内及び動物個体内でベロ毒素と強く結合し、その毒性を中和することを報告した。本研究では、1型及び2型ベロ毒素(Stx1及びStx2)の中和に最適なデンドリマー構造を調べ、デンドリマーによるベロ毒素の中和にはダンベル型のデンドリマー構造でその両端に糖鎖クラスターが存在すること、両クラスター間の距離は1.1nm以上であること、毒素との結合には計4個のグロボ3糖で充分だが、血中での中和には最低計6個(片方のクラスターに3個)以上の糖鎖があること、クラスター内の糖鎖は同一ケイ素に結合していること、が必要であることを明らかにした。またこのデンドリマー骨格のダンベル型構造は試験管内における中和活性には必要なく、個体内において毒素と複合体を形成した後にマクロファージによって処理されるのに必要であることがわかった。さらにデンドリマーのコア部分とグロボ3糖の間のスペーサーの長さ及び疎水性の異なる化合物を作成し、毒素結合活性との関係を調べた結果、最初に作成したデンドリマー構造が最も中和活性が強いことがわかった。一方、AAポリマーについてポリアクリルアミド骨格とグロボ3糖との間のスペーサーの長さを変えたポリマーを作製し、ベロ毒素との結合活性を調べたところ、同様に初期のポリマーが最も強い活性を示すことがわかった。以上の結果から、Stx1とStx2の毒性中和に最適な構造が明らかになり、O157感染症治療薬開発の基盤が得られたと考える。我々はこれまで、分子内に6つのグロボ3糖を有するカルボシランデンドリマー(Super Twigと命名)を合成し、これが試験管内及び動物個体の血液中でベロ毒素と強く結合し、その毒性を中和することを報告した。本研究では、個体内における毒素中和活性に必要なSuper Twigの構造を同定するために、種々の構造を有するデンドリマーを合成し、その活性を比較した。その結果、ベロ毒素の中和にはダンベル型のデンドリマー構造でその両端に糖鎖クラスターが存在すること、両クラスター間の距離は1.1nm以上であること、毒素との結合には計4個のグロボ3糖で充分だが、血中での中和には最低計6個(片方のクラスターに3個)以上の糖鎖があること、クラスター内の糖鎖は同一ケイ素に結合していること、が必要であることを明らかにした。次に、Super Twigとベロ毒素との結合様式を調べるために、ベロ毒素Bサブユニット内に3つある糖鎖結合サイトにそれぞれ変異を入れたミュータント毒素を作製し、Super Twigとの結合を調べた。その結果、Super Twigの結合にはベロ毒素Bサブユニットのサイト3が重要であることがわかった。従って今後はサイト3を標的とすることが、より活性の強いベロ毒素中和剤の開発に有用と考えられた。