hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
子宮内膜症に対する新しいドラッグデリバリーシステムを用いた治療法の開発

子宮内膜症病巣に持続的に有効濃度の薬剤を放出するドラッグデリバリーシステムとしてヒアルロン酸に化学架橋を加え、ダナゾールを含有させた生体内分解性ゲル(HAゲル)を作成した。HAゲルの化学修飾をステアロイル基、グリタリル基、オレイル基について検討し、それぞれの疎水性基の導入率の最適化をはかった。修飾基の導入率上昇によりHAゲルの分解速度は低下したが、導入率を一定以上に高めると逆に分解速度が上昇した。また、HAゲルの含水率を高めると分解速度は上昇した。各HAゲルのダナゾール放出動態を検討し、グリタリル化HAゲルを子宮内膜症実験モデルに投与することとした。ラット子宮内膜を腹壁に自家移植して作成した子宮内膜症モデルの嚢腫中にHAゲルを0.1ml注入し、病巣に対する効果を検討した。ゲル注入後、嚢腫径は一時的に増大し2週間目にピークをとったが、以後徐々に縮小した。投与8週間後では、対照群よりも有意に縮小していた。嚢腫組織内のダナゾール濃度は1週間目には約30μMと高値を示し、以後漸減したが3週間目でも6μMの濃度を維持していた。投与期間中の血中濃度は1週間目に4ng/mlであったが、以後は感度(1ng/ml)以下であった。嚢腫内の子宮内膜上皮の組織像においては、HAゲル投与で内膜上皮の著明な萎縮をみとめた。また、HAゲル投与の内膜上皮においてアポトーシスの亢進をみとめた。HAゲル投与前後を通して性周期は正常であり、定期的な排卵をみとめた。排卵数においては、HAゲル投与群とコントーロール群の間に有為差をみとめなかった。また・全身的除副作用はみとめられなかった。以上の内容は、第56回日本産婦人科学会(東京都)、第49回日本不妊学会(旭川市)、第9回国際子宮内膜症会議(オランダ)で発表した。現在、原著論文として畳領され、Fertility & Sterillyに掲載予定(2006/1)である。平成15年度(第1年次)は研究実施計画に沿って以下の実験を行った。子宮内膜症由来培養細胞の細胞増殖能に対する薬剤の影響を検討し、ダナゾール(10^<-5>M)に細胞増殖抑制作用をみとめた。このダナゾールの効果は、男性ホルモン受容体拮抗剤およびグルココルチコイド受容体拮抗剤で一部抑制された。内膜症病巣局所でのエストロゲン産生が細胞増殖に及ぼす影響を検討し、内膜症由来細胞がエストロゲンを合成し、子宮内膜上皮の細胞増殖を促進している事を共培養システムを用いて証明した。アロマターゼ阻害剤は内膜症由来細胞のエストロゲン合成阻害を介して子宮内膜上皮の細胞増殖を抑制した。ダナゾールはアロマターゼに拮抗阻害剤として作用し、エストロゲン合成を抑制した。さらに、局所のエストロゲン合成をマクロファージより分泌されるインターロイキン1β(IL-1β)が促進し、この効果の発現機構に核内転写因子であるNF-kBが関与する事を明らかにした。

このIL-1βで促進されるエストロゲン合成はダナゾール、アロマターゼ阻害剤、COX-2阻害剤、NF-kB活性化阻害剤、デキサメサゾン(DEX)で抑制されることから、これらの薬剤の局所投与が子宮内膜症に有効であることが示唆された。子宮内膜症病巣に持続的に有効濃度の薬剤を放出するドラッグデリバリーシステムとしてヒアルロン酸に化学架橋を加え、ダナゾールを含有させた生体内分解性ゲル(HAゲル)を作成した。HAゲルはヒアルロニダーゼ水溶液中で一定速度で分解され、分解速度はゲルの含水率を変化させることで調節可能であった。また、分解されたゲル重量に一致してダナゾールが水溶液中に放出された。ラット子宮内膜を腹壁に自家移植して作成した子宮内膜症モデルの嚢腫中にHAゲルを注入し、病巣に対する効果を検討した。ゲル注入後、嚢腫径は増大し、2週間目にピークをとったあと縮小した。投与8週間後では、対照群よりも有意に縮小していた。嚢腫組織内のダナゾール濃度は2週間目以降2-20μMで推移したが、血中濃度は感度以下であった。嚢腫内の子宮内膜上皮の組織像においては、HAゲル投与で内膜上皮の著明な萎縮をみとめた。HAゲル投与前後を通して性周期は正常であり、定期的な排卵をみとめた。また、全身的な副作用はみとめられなかった。以上の内容は、第55回日本産婦人科学会(福岡市)、第48回日本不妊学会(東京都)で発表し、第56回日本産婦人科学会で発表予定である。HAゲルの化学修飾をステアロイル基、グリタリル基、オレイル基について検討し、それぞれの疎水性基の導入率の最適化をはかった。修飾基の導入率上昇によりHAゲルの分解速度は低下したが、導入率を一定以上に高めると逆に分解速度が上昇した。また、HAゲルの含水率を高めると分解速度は上昇した。各HAゲルのダナゾール放出動態を検討し、グリタリル化HAゲルを子宮内膜症実験モデルに投与することとした。ラット子宮内膜を腹壁に自家移植して作成した子宮内膜症モデルの嚢腫中にHAゲルを0.1ml注入し、病巣に対する効果を検討した。ゲル注入後、嚢腫径は一時的に増大し2週間目にピークをとったが、以後徐々に縮小した。嚢腫組織内のダナゾール濃度は1週間目には約30μMと高値を示し、以後漸減したが3週間目でも6μMの濃度を維持していた。投与期間中の血中濃度は1週間目に4ng/mlであったが、以後は感度(1ng/ml)以下であった。また、HAゲル投与の内膜上皮においてアポトーシスの亢進をみとめた。HAゲル投与前後を通しで性周期は正常であり、定期的な排卵をみとめた。排卵数においては、HAゲル投与群とコントーロール群の間に有為差をみとめなかった。以上の内容は、第56回日本産婦人科学会(東京都)、第49回日本不妊学会(旭川市)で発表した。現在、原著論文として投稿中である。
選択する消費者教育実践から、提案する消費者教育実践への転換

単元は,マイワシの手開きと資料「主要国の国民1人当たりの食用魚介供給量と平均寿命の関係」の提示→個人追究→魚の栄養・効能,種類,調理方法の発表と検討→個人追究→「魚離れ」の原因の検討(消費者の問題,漁獲量の減少と買い負け,東日本大震災・放射能汚染)→原因に対する提言づくりと交流→提言を活かした「魚の調理実習」→まとめの作成で展開し,以下の点が明らかになった。第一に,発表と検討で教師が「消費者の魚離れ」,「放射能汚染」に着目した意見を取り上げたことで,子どもは,生活の問題がどのように社会と関わっているのかを考えた。グループに分かれ,漁協や小売業者を取材したり,調理して確かめたりした。子どもへのインタビューによると,何を追究するか教師が提起してよいが,課題の選択,調査検討の方法については子どもが関与できること,それが許されていることが大事だと考え,評価しているようだった。第二に,食品中の放射性物質の基準値について, ICRPモデル,閾値モデル, ECRRモデルについて議論し,「一応の安全基準を社会はもつべきだが,どの数値までならよいかは個人で決める。食品ごとに放射線量を表示し,情報を流すべきだ」と話し合われたことは重要である。放射能汚染という答えが分からない問いを扱うことに対して,分からないから考えない方がいい,考えてもどうすることもできないとする子がいる一方で,専門家でも意見が分かれているからこそ自分の意見をもつべきだ,何がいいのか考え情報を集め,意見をまとめることができてよかったと評価していることがインタビューから分かった。課題として,基準値の決め方や放射線の人体への影響が理解できていない点,「風評被害」について討論したい子がいたにもかかわらず,できなかった点が挙げられる。教師がどのように議論の争点を見据え,テーマを立ち上げ検討していくかが課題である。
運動リズムに呼吸リズムを同調させた時の呼吸困難感の軽減とそのメカニズム

一定リズムで四肢の運動をする時は、そのリズムに呼吸リズムを同調させる方が運動時の呼吸困難感は少ないといわれる。本研究は呼吸困難感軽減のメカニズムを運動/呼吸リズム同調時の呼吸筋群の動きと酸素消費量の面から検索することであった。女子学生8名を被験者とし、それぞれ別の日に最大酸素摂取量の40%と60%の強度の自転車こぎ運動(50回転/分)を負荷し、その間、Magnetmeter法で呼吸筋群(胸郭と腹壁系)の動きを、外部死腔負荷法で呼吸筋のO_2cost(△呼吸筋の酸素消費量/△肺換気量)を、Borg法で呼吸困難の程度を測定した。運動中の呼吸法として、運動前半には自然な呼吸(非同調呼吸とする)を、後半には随意的に呼吸リズムを運動リズムに同調させる同調呼吸を行わせた。肺換気に対する胸郭系の呼吸筋の関与度は非同調時には、運動強度に関わらず、平均70%であったが、同調によりその割合は76%に増加した。自転車こぎ運動のように腹筋の緊張を伴う運動では、腹筋による肺換気への補助的作用は制限され胸郭系の関与が高くなるが、この割合が同調呼吸によってさらに高くなったのは呼気が強く行われたこと(内肋間筋の活動の増加)に起因した。呼吸筋のO_2costについては、非同調時と較べて、同調により呼吸困難感が軽減する被験者ではO_2costは低下し、一方、呼吸困難が増大する被験者ではO_2costは増加する傾向が見られた。運動強度関係なく同様の結果を得、また同調によるO_2costの変化と胸郭系の関与度の変化の間には関係は見られなかった。以上、総合して、同調時のように呼吸筋の活動と四肢筋群の活動の周期が一致していると、より低いエネルギーコストで換気仕事と自転車こぎ仕事が行なわれうる。従って、呼吸筋におけるより低い張力の発生が呼吸困難感の軽減をもたらしていると考えられた。
強発光性遷移金属錯体のための分子設計指針

ベンズイミダゾールを含む三座配位子とハロゲン原子などの単座配位子を有する一連のイリジウム(III)錯体の光物性を測定し、それらが1に近い量子収率をもつ優れたリン光発光性錯体であることを見いだした。更に、密度汎関数理論計算で得られた電子構造情報から1電子スピン軌道積分近を求めて、リン光発光機構モデルに従って輻射速度を計算したところ、実測されたリン光輻射速度を良く再現できることを示し、これらのイリジウム(III)錯体のリン光機構を解明した。青色発光を示す遷移金属錯体の設計は、現在のリン光性有機EL素子の開発における重要な課題である。強リン光性イリジウム錯体の発光の高エネルギー化を目的として、しばしばピラゾール配位子が導入されているが、この配位を有するイリジウム錯体は室温で発光寿命が著しく短くなる傾向がある。本研究では、リン光状態の失活機構の解明を目的として、2つのピラゾール配位結合を有するイリジウム錯体の発光寿命を広い温度範囲で観測し、失活過程の頻度因子や活性化エネルギーを決定した。その結果から、発光性のリン光状態は、それよりもエネルギー的に高い位置にあるdd状態を熱的に経由して失活していることを明らかにした。更に、密度汎関数理論計算によってピラゾール配位イリジウム錯体の発光状態の熱失活機構を詳細に検討した結果、リン光状態から熱的に構造変化が起こり、主にイリジウムーピラゾール配位結合が約0.6nm伸びた構造において、励起状態と基底状態のエネルギーが等しくなり、基底状態に速やかに失活することが明らかになった。これらの結果から、ピラゾール配位をもつ金属錯体は、この基の弱いσドナー性のためにdd状態が低くなり、そのため励起状態と基底状態のポテンシャルエネルギー曲面の交差がエネルギー的に低いところで起こることが、発光寿命を短くする原因であると考えられる。トリス(2,2'-ビピリジン)ルテニウム(II)は発光性の遷移金属の中で最も詳細に光物性が調べられている化合物であるが、この発光状態が分子全体に非局在化しているか否かについて20年間以上に渡り論争が続いている。私は発光スペクトルの振動構造は発光状態の幾何構造の情報を含むことに着目し、密度汎関数理論レベルの計算で得られた基準振動情報と励起状態の分子構造を使って、振動構造をシミュレーションする手法を開発した。この方法を用いてルテニウム(II)錯体の溶液中やガラス中でのリン光スペクトルを理論的に再現できることを示し、これらの環境中では励起状態が1つのルテニウム-ビピリジン部位に局在していることを明らかにした。更に単結晶極低温下で得られた高分解能発光スペクトルの計算にも成功し、局在化電子状態と配位子のC-C伸縮振動とが振電結合しており、この分子環境中ではリン光状態が局在化-非局在化といった断熱近似モデルでは表せない状態にあることを明らかにした。また、亜鉛(II)、ロジウム(III)、イリジウム(III)、オスミウム(II)などのトリスビピリジン錯体についても、リン光スペクトルの理論計算を行い励起状態の構造を決定した。中央大学芳賀研究室で合成されたベンズイミダゾールを含む三座配位子とハロゲン原子などの単座配位子を有する一連のイリジウム(III)錯体の光物性を測定し、それらが1に近い量子収率を示す優れたリン光発光性錯体であることを見いだした。更に、密度汎関数理論計算で得られた電子構造情報を用いて、私が考案した1電子スピン軌道積分近を使ったリン光発光機構モデルに従って輻射速度を計算したところ、実測結果を良く再現できることを示した。

これらの結果から、ベンズイミダゾール三座配位子のイリジウム(III)錯体の発光機構を解明した。青色発光を示す遷移金属錯体の設計は、環在のリン光性有機EL素子の開発における重要な課題である。強リン光性イリジウム錯体の発光の高エネルギー化を目的として、しばしばビラゾール配位子が導入されているが、この配位を有するイリジウム錯体は室温で発光寿命が著しく短くなる傾向がある。そこで本研究では、リン光状態の失活機構の解明を目的として、2つのピラゾール配位結合を有するイリジウム錯体の発光寿命を広い温度範囲で観測し、失活過程の頻度因子や活性化エネルギーを決定した。その結果から、発光性のリン光状態は、それよりもエネルギー的に高い位置にあるdd状態を熱的に経由して失活していることを明らかにした。従来リン光状態のdd状態を経由する熱失活機構については、ルテニウム(II)ポリピリジン錯体について詳細に検討されていた。しかし、dd状態を分光学的に観測することが困難であるために、その反応経路の詳細は未解明であった。そこで、密度汎関数理論計算によって失活経路の探査を効率よく行う手法を考案し、ピラゾール配位イリジウム錯体の発光状態の熱失活機構を詳細に検討した。この結果、リン光状態から熱的に構造変化が起こり、主にイジジウムーピラゾール配位結合が約0.6nm伸びた構造において、励起状態と基底状態のエネルギーが等しくなり、基底状態に速やかに失活することが明らかになった。また、理論計算で予測した活性化エネルギーは実測値をかなり良く再現しており、本計算の信頼性を裏付けた。これらの結果から、ピラゾール配位をもつ金属錯体は、この基の弱いσドナー性のためにdd状態が低くなり、そのため励起状態と基底状態のポテンシャルエネルギー曲面の交差がエネルギー的に低いところで起こることが、発光寿命を短くする原因であると考えられる。
オートファゴソーム膜供給機構の解明

オートファジー必須因子Atg分子の欠損細胞では、オートファゴソームが形成されず、初期構造体や、オートファゴソーム前駆体などの、中間膜構造体が蓄積する。まず、APEXタグを用いた電子顕微鏡解析を行い、初期膜構造体、オートファゴソームの基質、Atg分子、リン脂質合成系酵素の空間的位置関係を、超高解像度レベルで明らかにした。初期構造体が蓄積するサイトには、小胞体様の膜構造、Vesicle状の膜構造、凝集体が観察され、各分子のAPEX依存的なシグナルはそれぞれ特徴的な分布を示した。また、Atg欠損細胞から、オートファゴソーム中間膜構造体の生化学的単離精製に成功した。興味深いことに、オートファゴソーム膜は、初期構造体、隔離膜、閉じたオートファゴソーム膜と成熟していくにつれ、密度が減少し、軽い画分に移行することが分かった。恐らく、オートファゴソーム膜が成熟するにつれ、膜が伸長していくことを反映しているものと考えられる。さらに、中間膜構造体が蓄積した画分から、magnetic beadsを用いて高純度に膜構造体を精製する系の構築も完了し、ただちにプロテオミクス解析、リピドミクス解析を行える準備が整った。局在スクリーニング解析もほぼ完了し、オートファジーに関与する可能性のある脂質輸送タンパク質の候補分子を数分子同定した。すでに以前の解析で単離していた、リン脂質合成系酵素の機能解析も順調に進行している。これまでにCRISPR-Cas9システムを利用し、一つのリン脂質合成系酵素のinducibleなKO細胞の樹立に成功し、現在、オートファジー機能解析を進めている。初年度は、形態学的な解析と局在スクリーニング解析を予定していたが、これらの解析はほぼ完了した。そこで次年度以降に予定していた、オートファゴソーム中間膜構造体の生化学的単離精製系の構築に取り組み、こちらも順調に進行している。当初の予定通り、単離精製したプロテオミクス解析、リピドミクス解析を進める。また、新しく単離した候補分子についても、詳細な解析を行い、オートファジーとの関連を探る。リン脂質合成系酵素に関しては、他の酵素に関しても同様にinducible KO細胞の樹立に取り組み、オートファジー機能解析を行う。プロテオミクス解析などにより同定されるオートファジー関連分子の機能解析にかかる経費として請求する。また、機能解析を行う際の、実験補助業務を依頼する人件費としても使用を予定している。スクリーニング局在解析により単離された候補分子が、想定よりも少なかったので、機能解析などにかかる経費が当初予定していたよりも少なかったため。
鳥類生殖前駆細胞による多種間キメラ作出と家禽生産および稀少鳥類復元への活用

鳥類生殖前駆細胞を操作し、多種間の生殖細胞系列キメラ個体を作出することを目的とした。また確立した実験系を活用し希少鳥類の復元を試みた。放卵直後の鳥類受精卵中で発生する胚(胚盤葉)の明域中央部に極在する生殖前駆細胞の分化制御を行った。ドナー細胞として、希少性が高くまた市販価格も高い黒烏骨鶏、肉質の高いロードアイランドレッドおよび横斑プリマスロックを使用した。一方、産卵性の極めて高い白色レグホンをレシピエントとして使用した。受精卵(放卵直後)の中で発生する胚盤葉を採取した。胚の明域中央部の細胞塊を採取した。PBSを用いて余分な卵黄、卵白および血液を完全に除去した。これらの処理によって生殖前駆細胞のみを選択的に採取した。レシピエントである白色レグホンの受精卵から濃厚卵白を除去した。直ちにUVを5秒間照射し胚発生を阻害した。また、レシピエント胚盤葉明域中央部の細胞塊を除去しドナー細胞の置換率を一層高めた。事前に調整済みのドナー細胞をレシピエント胚へ顕微注入した。全胚培養器を用いて培養し孵化個体を得た。孵化した雛のうちドナー由来の羽毛色が混在する個体を体細胞系列キメラと判定した。これらのキメラが性成熟に達した後、ドナー系の雄または雌を用いて交配した。この後代検定の結果から純粋な黒烏骨鶏、横斑プリマスロック、の後代雛が得られた。また、繁殖困難な系統(筋ジストロフィー鶏)の生殖前駆細胞を用いて前述の生殖細胞系列キメラを作出した。キメラが性成熟後に後代検定したところ、ドナー系統の後代を得た。これらの結果から、本課題を通じて開発した新規研究戦略は、新たな家禽育種戦略の開拓や希少鳥類の復元に貢献し得るものとなった。放卵直後の鳥類受精卵中で発生する胚盤葉の明域中央部に極在する生殖前駆細胞を用いて、多種間のキメラ個体を作出することを目的とし本研究を行った。ドナーとして黒烏骨鶏、ロードアイランドレッド、横斑プリマスロックを使用した。レシピエントとして白色レグホンを使用した。各ドナー品種の放卵直後の受精卵より胚盤葉を採取した。PBSを用いて胚の周辺に付着する余分な卵黄、卵白および血液を完全に除去した。胚盤葉明域中央部に局在する生殖前駆細胞のみを選択的に採取した。放卵直後の白色レグホンの受精卵から濃厚卵白を除去した後にUV照射し胚発生を阻害した。さらに胚盤葉明域中央部の細胞塊を除去しレシピエントとした。事前に調整済みの3種ドナー細胞を試験管内で混合した。この混合ドナー細胞をレシピエント胚へ顕微注入した。本年度は操作胚から3種間キメラおよび4種間キメラが作出された。これらの多種キメラは現在性成熟に向けて育成中である。今後、性成熟に達した段階でレシピエント各品種の雄または雌を用いて交配する。こうして果たして3種以上の純粋な後代雛が産出され得るかどうか検討する。こうして効率的に多種の純粋な後代雛を一羽のキメラを用いて生産し新たな家禽育種戦略の構築に活用する。同時に各ドナー細胞に別個のレポーター遺伝子(lacZ,、SV-βgal、RSV-GFP、等)を導入しそれぞれの遺伝子発現を解析する。こうして多種キメラを鳥類遺伝子発現のモデル動物として活用する。多種間のキメラ個体を作出することを目的とし、放卵直後の鳥類受精卵中で発生する胚盤葉の明域中央部に極在する生殖前駆細胞の分化制御を行った。多種キメラ作出におけるドナー細胞として、希少性が高くまた市販価格も高い黒烏骨鶏、高品質の卵を生産するロードアイランドレッド、肉質に優れる横斑プリマスロック、をそれぞれ使用した。レシピエントとして産卵性の極めて高い白色レグホンを使用した。放卵直後の受精卵中で発生する胚盤葉を採取した。胚盤葉明域中央部の細胞塊を採取した。PBSを用いて細胞塊の周辺に付着する余分な卵黄、卵白および血液を完全に除去した。こうして生殖前駆細胞のみを選択的に採取した。操作胚から3種間キメラおよび4種間の羽毛キメラが作出された。これらの多種キメラが性成熟に達した後、レシピエント各品種の雄または雌を用いて交配した。この後代検定の結果から3種の純粋な後代雛が得られた。この多種生殖細胞キメラは新たな家禽育種戦略の構築に貢献し得ると思われた。確立した研究手法を用いて効率的に実験モデルニワトリの復元も試みている。また同時に各ドナー細胞に外来レポーター遺伝子(lacZ)を導入した。これらの操作

胚において導入した遺伝子の強い発現が認められた。今後は多数の遺伝子を同時に導入し、鳥類遺伝子発現のモデル動物として活用する。本年度に得られた新規の研究成果を活用し、来年度は鳥類生殖前駆細胞による多種間キメラ作出と家禽生産および希少鳥類復元の実現に向け、より一層研究を推進する予定である。鳥類生殖前駆細胞を操作し、多種間の生殖細胞系列キメラ個体を作出することを目的とした。また確立した実験系を活用し希少鳥類の復元を試みた。放卵直後の鳥類受精卵中で発生する胚(胚盤葉)の明域中央部に極在する生殖前駆細胞の分化制御を行った。ドナー細胞として、希少性が高くまた市販価格も高い黒烏骨鶏、肉質の高いロードアイランドレッドおよび横斑プリマスロックを使用した。一方、産卵性の極めて高い白色レグホンをレシピエントとして使用した。受精卵(放卵直後)の中で発生する胚盤葉を採取した。胚の明域中央部の細胞塊を採取した。PBSを用いて余分な卵黄、卵白および血液を完全に除去した。これらの処理によって生殖前駆細胞のみを選択的に採取した。レシピエントである白色レグホンの受精卵から濃厚卵白を除去した。直ちにUVを5秒間照射し胚発生を阻害した。また、レシピエント胚盤葉明域中央部の細胞塊を除去しドナー細胞の置換率を一層高めた。事前に調整済みのドナー細胞をレシピエント胚へ顕微注入した。全胚培養器を用いて培養し孵化個体を得た。孵化した雛のうちドナー由来の羽毛色が混在する個体を体細胞系列キメラと判定した。これらのキメラが性成熟に達した後、ドナー系の雄または雌を用いて交配した。この後代検定の結果から純粋な黒烏骨鶏、横斑プリマスロック、の後代雛が得られた。また、繁殖困難な系統(筋ジストロフィー鶏)の生殖前駆細胞を用いて前述の生殖細胞系列キメラを作出した。キメラが性成熟後に後代検定したところ、ドナー系統の後代を得た。これらの結果から、本課題を通じて開発した新規研究戦略は、新たな家禽育種戦略の開拓や希少鳥類の復元に貢献し得るものとなった。
新規アポトーシス誘導因子の単離とその分子機能解析

DNAのアルキル化損傷の一つであるO^6-メチルグアニンは突然変異を誘起するが、高等生物はこの損傷を持つ細胞にアポトーシスを誘導することでゲノムの安定性を維持している。その分子機構を明らかにするために、我々はジーントラップ法を用いて、アルキル化剤MNUに対し高感受性を示すMgmt^<-/->細胞からMNU耐性を獲得した変異細胞株を分離し、その解析より新規アポトーシス誘導遺伝子Mapo1を同定した。Mapo1欠損変異株は、アルキル化剤処理後もアポトーシス誘導の指標であるミトコンドリアの膜透過性の亢進やカスパーゼ3活性の上昇は見られなかった。また、免疫沈降実験によりMAPO1は細胞内においてFLCNとAMPKと複合体を形成していることが明らかになった。それらの遺伝子に対するsiRNAを導入し遺伝子発現を抑制したところ、いずれの遺伝子のノックダウン細胞においても、sub-G1 DNA量をもつ細胞の割合が有意に低下した。これらの結果は、MAPO1-FLCN-AMPK複合体がO^6-メチルグアニンにより誘導されるアポトーシス経路で重要な機能を果たしていることを強く示唆している。DNAのアルキル化損傷により生じるO^6-メチルグアニン(O^6-meG)は、DNA複製過程に塩基の誤対合を形成し、突然変異をひき起こす。その抑制機構として、我々生物は、O^6-meGのような傷をもつ細胞にアポトーシスを誘導し、これらの細胞を集団から排除する。本年度は、O^6-meGが引きおこすアポトーシスの分子機構を明らかにするために、遺伝学的手法を用いて新規アポトーシス誘導因子の同定を行った。1、薬剤耐性遺伝子をもつレトロウイルスベクターを用いた遺伝子トラップ法により遺伝子破壊株ライブラリーを構築し、その中からアルキル化剤MNUに抵抗性を示す突然変異細胞株を分離した。その中の1つKH101株は、MNUに対する抵抗性を示すものの、MMS、ACNU、エトポシド、紫外線照射には感受性のままであった。2、MNU処理されたKH101細胞株では、CHK1のリン酸化などのDNA損傷シグナルの活性化は観察されたが、アポトーシス誘導の指標となるミトコンドリア膜の透過性の亢進やカスパーゼ3の活性化は見られなかった。そしてこの時、突然変異頻度がコントロール細胞に比べて優位に上昇していた。4、ヒトおよびマウスに由来するMAPO1タンパク質をEGFPと融合して細胞内で発現させたところ、どちらのEGFP-MAPO1タンパク質とも細胞質に優先的に局在することが観察された。その抑制機構として、生物は、O^6-meGのような変異原性の傷をもつ細胞に自らアポトーシスを誘導し、これらの細胞を集団から排除する機構を備え持っている。本年度は、O^6-meGが引きおこすアポトーシスの分子機構を明らかにするために、遺伝学的手法により同定した新規アポトーシス誘導因子MAPO1の機能解析を行った。1、細胞内ではMAPO1タンパク質は複合体を形成して機能していることが予想されたので、Flagタグを付加したMAPO1タンパク質を細胞内で一過的に発現させ、これと相互作用するタンパク質を免疫沈降法により単離した。その結果、MAPO1タンパク質は、細胞内のエネルギーレベルに応答するAMPKとがん抑制遺伝子のひとつであるFLCNと相互作用することが明らかになった。2、siRNAを用いた遺伝子ノックダウン法によりAMPKとFLCN遺伝子の機能を検証したところ、AMPKとFLCNの両遺伝子は、O^6-meGによって引き起こされるアポトーシス誘導において機能することが明らかになった。3、野生型の細胞ではAICAR(AMPKの特異的なアクチベーター)処理によりアポトーシスを誘導できるが、Mapol欠損株ではこの誘導は見られなかった。このことは、MAPO1がAMPKの活性化調節に関与することを示唆している。4、MAPO1の発がん抑制における機能を調べるために、Mapo1遺伝子が破壊されたES細胞を分離した。その後、遺伝子破壊ES細胞を用いてMapo1遺伝子欠損マウスの作出を行った。DNAのアルキル化

損傷により生じるO^6-メチルグアニン(O^6-meG)は、DNA複製過程に塩基の誤対合を形成し、突然変異をひき起こす。その抑制機構として、生物は、O^6-meGのような変異原性の傷をもつ細胞に自らアポトーシスを誘導し、これらの細胞を集団から排除する機構を備え持っている。本年度は、O^6-meGが引きおこすアポトーシスの分子機構を明らかにするために、遺伝学的手法により同定した新規アポトーシス誘導因子MAPO1のタンパク質複合体としての機能解析を行った。1、細胞内のMAPO1タンパク質は、細胞内のエネルギーレベルに応答するAMPKとがん抑制遺伝子のひとつであるFLCNと複合体を形成して機能している。アルキル化剤MNU処理によりアポトーシスを誘導された細胞において、AMPKタンパク質がThr172のリン酸化により活性化されることをイムノブロット法により明らかにした。2、MNU処理によるアポトーシス誘導時に観察されたAMPKのリン酸化が、Mapo1欠損細胞、あるいはFlcnノックダウン細胞において著しく低下していることを見出した。この結果は、Mapo1とFLCNがアポトーシス誘導時のAMP活性化に関与していることを示唆している。3、野生型の細胞ではAICAR(AMPKの特異的なアクチベーター)処理によりアポトーシスを誘導できるが、Mapo1欠損細胞、あるいはFlcnノックダウン細胞ではこの誘導は見られなかった。この時、AMPKのリン酸化が前者では観察されたが、後者では観察されなかった。4、MAPO1の発がん抑制における機能を調べるために、ジーンターゲティング法を用いてMapo1遺伝子ヘテロ欠損マウスの作出を行った。
沖縄における住民の食行動と成人病との関わりに関する研究

沖縄は日本一の長寿県であり、内外から注目されている。しかし27年に及ぶ米国統治により、全国でも食生活の欧米化は著しい。成人病のリスクファクターを把握し、その予防を目的として年代別の食生活調査及び血液性状の測定、特殊な養生食の微量成分の測定を行い下記の結果を得た。(1)県内中学生250名について食生活に関するアンケート調査を行い体型、栄養バランス、摂取食品数、食行動を検討するとともに86名については血液成分値を測定した。男子においては高コレステロール者の割合が高く、肥満との相関がみられた。(2)養生食として多用されている"いかの墨汁"の脂肪酸組成では"アオリイカ"に高度不飽和脂肪酸含量が高かった。(3)"鮒の煎じ汁"について脂質および微量成分の分析を行った。(4)県内の女子高校生438名、比較の対象として宮崎県内及び長崎県内の女子高校生278名の食生活に関する調査を行った。基本的な食品摂取状況、ファーストフード、間食、朝食の欠食状況、運動、体型への認識等において、県内の女子高校生に多くの問題点がみられた。(5)県内の主婦の食生活調査及び食事買い上げ法による塩分測定を行った。食塩摂取量は全国値に比べて低かった。しかし肥満者の割合が高く、疾病経験との間に関連性がみられた。1.研究目的沖縄は日本一の長寿県であり内外から注目をあびている。しかし一方では、本県における心疾患が死因の第2位に浮上したのが全国より3年早く、米国統治による食生活への影響が大きいものと思われる。本研究は成人病予備群といわれる若年者と長寿者について、それぞれ食行動を調査し生化学的検査との関わりについて検討を行い成人病のリスクファクタ-の早期把握を目的とした。2.研究方法本年度は県内那覇市鏡原中学2年生男子124名、女子126名計250名対象に食生活に関するアンケ-ト調査を実施し、その中から男子42名、女子44名計86名について早朝空腹時に採血を行い血清脂質、たんぱく質、尿酸等について測定した。又、長寿者が養生食として好んで摂取しているいかの墨汁に用いる黒墨の脂質成分について分析を行った。3.結果.(1)中学生の食生活調査においては栄養のバランスに気を配るのが26%と低く、間食ではスナック菓子や清涼飲料水の摂取頻度が高かった。3日間の摂取食品数の1日平均が25種であったがその55%が学校給食より摂取されており、学校給食への依存度の高いことが認められた。(2)血液検査では、平均総コレステロ-ル値は男子が163.2±45mg/dl、女子が142.8±23.7mg/dlで男子では200mg/dl以上が15%もみられた。中性脂肪は男子61.8±22.8mg/dl、女子では69.5±20.6mg/dlであった。尿酸では男子6.4±1.2mg/dl、女子4.8±0.97mg/dlと性差がみられた。総たんぱく質、ヘモグロビンにおいては性差はなかった。男子のロ-レル指数と高い相関の認められたのは総コレステロ-ル、尿酸及び中性脂肪であった(P<0.01)。(3)いか墨の脂肪酸含量では、アオリイカが1.2%と最も高く、次いでとびいかの0.2%、甲いか0.1%であった。墨の脂質含量は捕獲時期や生育度によっても異なるためさらに定量を続けていきたい。また、脂肪酸組成ではアオリイカに高度不飽和脂肪酸が多く含んでいた。1。研究目的沖縄は日本一の長寿県であり内外から注目をあびている。本年度は、沖縄における60代、および70代の高齢者について食行動の実態を検討し、成人病の予防因子の検索を目的とした。2。研究方法本年度は県内那覇市小禄地区の老人77名について食生活に関するアンケ-ト調査を行い面接により確認を行った。

併せて、その中から10名については2日間の食事記録より栄養素摂取量の集計を行った。又、老年者が養生食として好んで摂取している鮒とにがなの煎じ汁を凍結乾燥し、微量成分及び脂質成分について定量を行った。3。結果(1)現在の食生活状況については3食きちんととる者が86%、塩分を控える者93%、牛乳な肉類、豆腐、野菜、海藻類の摂取頻度についてもバランスがとれていた。これは家族との同居が81%と高いことによる影響が大きいと思われる。一方、体位については肥満者の割合が60代で約31%、70代で19%であり全国値のそれぞれ21%、12%に比しかなり高い。栄養素摂量の充足率についてはエネルギ-が106%、タンパク質が92%、ビタミンA、B_1、B_2、Cについても充足されているが、Ca、Feは約70%と低い。食塩は約8gであった。脂質エネルギ-比が29%と高く肥満との関係から今後の検討が必要である。(2)鮒とにがなの煎じ汁につては、にがなの微量成分の定量と、煎じ汁の調整法について検討を行った。さらに聴き取り調査及び交献に示された煎じ方の2方法に基ずいて調整した煎じ汁を凍結乾燥し脂質の抽出と総脂質の定量を行った。にがなの成分ではカリウムが416mg%(水分92%)と高値を示した。また、煎じ汁の調整法で油を用いないものでは脂質含量が約7.8g%であった。脂肪酸組成ついてはガスクロマトグラフィ-のより分析中である。沖縄は日本一の長寿県であり、内外から注目されている。しかし27年に及ぶ米国統治により、全国でも食生活の欧米化は著しい。成人病のリスクファクタ-を把握し、その予防を目的として年代別の住民の食生活調査及び血液性状の測定、特殊な養生食の微量成分の測定を行い下記の結果を得た。1。平成元年度1)県内中学生250名について食生活に関するアンケ-ト調査を行い体型、栄養バランス、摂取食品数、食行動を検討するとともに、86名については血液成分値を測定した。男子において高コレステロ-ル者の割合が高く、肥満との相関がみられた。2)養生食として多用されている“いかのすみ汁"の脂肪酸組成ではアオリイカに高度不飽和脂肪酸含量が高かった。2。平成2年度1)老年者80名の食生活調査では脂質アレルギ-比が高く、肥満者の割合が高かった。栄養素摂取量ではCaとFeが低かったが、塩分の摂取量に過剰はみられなかった。2)“鮒と苦菜の煎じ汁"について脂質および微量成分の分析を行った。3。平成3年度1)県内の女子高校成438人、比較の対象として宮崎県内及び長崎県内の女子高校生438人、比較の対象として宮崎県内及び長崎県内の女子校高校生278名の食生活に関する調査を行った。基本的な食品摂取状況、ファ-ストフ-ド、間食、朝食の欠食状況、運動、体型への認識等において多くの問題点がみられた。2)主婦の食生活調査及び食事買い上げ法による塩分測定を行った。肥満者の割合が高く、疾病経験との間に関連性がみられた。食品の摂取状況においては年代差がみられ、今後、若年者の対象の幅を広げ、血液性状と栄養、運動との関連について、成人病予防の観点から調査研究を行いたい。
インドキシル硫酸による左房内皮障害を介した左房内血栓形成機序の検討

慢性腎臓病患者には、心房細動や脳卒中が多いことが疫学研究で明らかにされている。我々はこれまでに慢性腎臓病に特異的な尿毒症物質インドキシル硫酸が心房線維化を促進させ心房細動発症に重要な役割を果たしている可能性を報告してきた。一方、慢性腎臓病では血管内皮障害を介し血液凝固能が亢進していることが報告されているが、心原性脳梗塞の原因である左房内血栓形成とインドキシル硫酸の関連性については検討されていない。本研究は、インドキシル硫酸による左房内皮障害を介した左房内血栓形成機序の検討を目的とする。
第一原理分子動力学法によるナノ多層薄膜の機械的特性の評価

厚さ数nmの薄膜を積み重ねた多層薄膜が作成されており,デバイス材料への応用が期待されているため,その機械的特性の評価が求められている.量子力学に基づく厳密な解析手法である第一原理分子動力学法を用いて,ナノ多層薄膜の構造および機械的特性を明らかにすることが本研究の目的である.まず,薄膜における原子構造および原子間結合状態の基本的特性を明らかにするため,平面波基底ノルム保存擬ポテンシャル法による第一原理分子動力学計算を用いて,シリコン基板(半導体材料)上へのアルミニウム原子(金属材料)の堆積プロセスシミュレーションを行い,第3層目までのアルミ原子層の形成過程を観察した.また,第一原理引張りシミュレーションにより,基板上のアルミニウム原子の付着強度を求めた.ナノ薄膜では界面の拘束により局所的に高ひずみ状態となることが指摘されており,高ひずみ条件下での材料の機能変化が重要である.そこで,剪断ひずみを受けるシリコンの理想強度と電気的特性の関連を第一原理シミュレーションによって調べた.剪断理想強度を求め,原子間結合状態の変化との関連について検討した.また,バンドギャップは比較的小さいひずみで消滅することを明らかにした.さらに,ナノスケール原子スケールの微細構造を持つ材料の破壊挙動・破壊開始条件を明らかにするため,原子構造体の変形に対する不安定性を評価する手法を提案した.この手法を用いてアルミニウムナノ薄膜の理想強度解析を行った結果,薄膜の理想強度は膜厚の減少に伴って単調に減少し,膜厚10nm以下で強度低下が著しいことを明らかにした.厚さ数nmの薄膜を積み重ねた多層薄膜が作製されており,磁気ヘッドや薄膜太陽電池などへの応用が期待されており,その機械的特性の評価が重要である.本研究では,量子力学に基づく厳密な解析手法である第一原理分子動力学法を用いて,ナノ多層薄膜の構造および機械的特性を明らかにすることを目的としている.本年度は,薄膜における原子構造および原子間結合状態の基本的特性を明らかにするため,平面波基底ノルム保存第一原理分子動力学法を用いて,半導体基板材料(シリコン)上への金属原子(アルミニウム)の堆積プロセスシミュレーション,ならびにその付着強度評価のシミュレーションを行った.まずシリコン(001)表面の構造決定を行い,ダイマー列が平行に並びその間に溝状の構造が形成されることを明らかにした.その後アルミニウム原子を堆積させ,溝の部分にアルミニウム原子が入り込むことにより第1層の原子列を形成することを示した.さらに堆積を続行し,アルミニウムの第2層を形成した.第2層堆積後の原子構造および原子間結合状態から,原子間結合(電子構造)はアルミニウムのバルクに近い状態であるが,原子構造はバルクとの違いが大きいことを示した.すなわち,異種材料接合部における原子・電子構造についての重要な知見を得ることができ,今後の多層薄膜構造および強度の解析に結びつける予定である.厚さ数nmの薄膜を積み重ねた多層薄膜が作成されており,デバイス材料への応用が期待されているため,その機械的特性の評価が求められている.量子力学に基づく厳密な解析手法である第一原理分子動力学法を用いて,ナノ多層薄膜の構造および機械的特性を明らかにすることが本研究の目的である.まず,薄膜における原子構造および原子間結合状態の基本的特性を明らかにするため,平面波基底ノルム保存擬ポテンシャル法による第一原理分子動力学計算を用いて,シリコン基板(半導体材料)上へのアルミニウム原子(金属材料)の堆積プロセスシミュレーションを行い,第3層目までのアルミ原子層の形成過程を観察した.また,第一原理引張りシミュレーションにより,基板上のアルミニウム原子の付着強度を求めた.ナノ薄膜では界面の拘束により局所的に高ひずみ状態となることが指摘されており,高ひずみ条件下での材料の機能変化が重要である.そこで,剪断ひずみを受けるシリコンの理想強度と電気的特性の関連を第一原理シミュレーションによって調べた.剪断理想強度を求め,原子間結合状態の変化との関連について検討した.また,バンドギャップは比較的小さいひずみで消滅することを明らかにした.さらに,ナノスケール原子スケールの微細構造を持つ材料の破壊挙動・破壊開始条件を明らかにするため,原子構造体の変形に対する不安定性を評価する手法を提案した.この手法を用いてアルミニウムナノ薄膜の理想強度解析を行った結果,薄膜の理想強度は膜厚の減少に伴って単調に減少し,膜厚10nm以下で強度低下が著しいことを明らかにした.
新たなコレステロール排泄系としての尿中コレステロールサルフェートの測定と臨床応用

コレステロール(以下chol)の体外排泄経路は肝を介して胆汁中から便へ、cholとしてまた胆汁酸へ代謝されてなされる。しかし生体内に広く存在するコレステロールサルフェート(以下CS)は硫酸抱合により著しく極性が増し、尿中へ排泄される可能性が考えられる。そこで尿中CSの測定法を確立し、cholの便中への排泄が障害される肝胆道疾患について正常人と比較測定した。測定方法:一日蓄尿の一部(正常人では200500ml、肝胆道疾患者では2050ml)に内部標準としてDihydrocholetserol-sulfateを適量加えた後Triethylamine sulfate(pH7.2)と同量混和した。その後ODS-silica(Preparative C_<18>)column 800mgにて抽出した。水、60%メタノール(10ml)で他の極性の高いcompoundsより分離精製した後chroloform/MeOH1:1溶液(6ml)で抽出した。この分画よりcholesterol glucronideを分離するため、silica sheetの薄層クロマト(以下TLC)でCSを特異的に抽出した。得られたCSはソルボリ-シス後TMS誘導体化し、ガスクロマトで定量した。成績:1.正常人における尿CS排泄量(n=6);尿中濃度は6.0219.21mug/dlで、一日排泄量は、43.40182.52mug/dayであった。2.肝硬変症および閉塞性黄疸患者における尿中CS排泄量(n=6);尿中濃度は10.31389.26mug/dlで、一日排泄量は154.653296.29mug/dayであった。さらに血中CS濃度も後者において348.9±51.5mug/dlで先に我々の報告した正常人の血中濃度230.8±17.1mug/dlより高値であった。以上のことより肝胆道患者において尿中および血中CS濃度が増加していたことは、cholの体外への排泄経路としてcholが硫酸抱合(またはグルクロン酸抱合)を受け尿中へ排泄される経路が存在する可能性を示すものである。現在症例数を増やすと共に肝胆道疾患患者の尿中cholesterol glucronideについてもTLCおよびイアトロスキャンにて定量を試みている。
ALアミロイドーシスにおける形質細胞のクローナリティーの遺伝子学的解析

ALアミロイドーシスでの、前駆体蛋白質であるクローナルな免疫グロブリンの存在を抗κ、抗λ抗体を用い免疫組織化学的に、再構成した免疫グロブリン遺伝子を増幅するPCR法を用い分子遺伝学的に検討した。また、免疫グロブリン軽鎖のアミノ酸配列を、分子遺伝学的手法により同定した。全身性ALアミロイドーシスは原発性アミロイドーシスの剖検症例12例の骨髄を用いた。骨髄は過形成の傾向にあり、形質細胞の占める割合は515%と正常に比べて増加していた。抗κあるいは抗λ抗体の一方で明らかに優位な染色態度を呈するものは8例あった。分子遺伝子学的には、用いた骨髄標本が脱灰等の操作のためPCRには不適当であった。限局性ALアミロイドーシスでは、生検で局所に形質細胞の浸潤が見られた16例(皮膚7例、呼吸器5例、膀胱1例、眼瞼1例、舌1例、唾液腺1例)を用いた。リンパ球や形質細胞は、アミロイドや血管の周囲に集簇して浸潤する傾向が見られた。抗κ、抗λで優位な染色性の差が見られたものは16例中6例あり、差がなかったものが3例、判定の困難なものが7例であった。分子遺伝子学的には、16例中12例でPCR産物が検出され、モノクローナリティーが検出されたものは9例、ポリクローナルなものは3例であった。16例中13例で少なくともどちらかの方法によって局所の形質細胞のモノクローナリティーを証明できた。喉頭限局性のALλタイプのアミロイドーシスの新鮮材料を用い、λ鎖のV領域を増幅するprimerによりPCRを行った。λ鎖はサブクラスごとに変異が大きいため、各サブクラスごとのprimerが必要となる。この症例ではλIを増幅するPCRによりモノクローナルバンドが検出された。このDNA断片の塩基配列から、アミノ酸配列が決定できた。同様にして、新鮮材料からアミロイド前駆蛋白のアミノ酸配列の決定ができると期待できる。ALアミロイドーシスでの、骨髄および局所におけるクローナルな形質細胞の有無を、免疫組織化学的および分子遺伝子学的に検討した。全身性ALアミロイドーシスは、剖検症例から原発性アミロイドーシスと診断されていた12例の骨髄を用いた。限局性ALアミロイドーシスは、生検22例のうち局所に形質細胞の浸潤が見られた16例(皮膚7例、呼吸器5例、膀胱1例、眼瞼1例、舌1例、唾液腺1例)を用いた。免疫組織化学的には抗κ、抗λ抗体を用いLSAB法で検討した。分子遺伝子学的には、未染色の組織切片からDNAを抽出し、免疫グロブリン重鎖の再構成をsemi-nested PCR法で検討した。これまでの結果全身性Alアミロイドーシスの症例では、骨髄は過形成の傾向にあるものが多く、形質細胞の占める割合は515%と正常に比べて増加していた。分子遺伝子学的には、用いた骨髄標本が脱灰や、長期に固定されていたなどのため、有効な増幅産物が殆ど得られなかった。限局性ALアミロイドーシスでは、リンパ球や形質細胞は、アミロイドや血管の周囲に集簇して浸潤する傾向が見られた。抗κ、抗λで明らかに染色性の差が見られたものは16例中6例あり、優位な差が見られなかったものが3例、判定の困難なものが7例であった。分子遺伝子学的には、16例中12例でPCR産物が検出され、モノクローナリティーが検出されたものは9例、ポリクローナルとなったものは3例であった。現在、λ鎖のV領域を増幅するprimerを作製し、新鮮標本を用いてPCRを行い、アミロイド原性のλ鎖領域のアミノ酸配列の検討を行っている。

喉頭限局性のALλタイプのアミロイドーシスの新鮮材料を用い、λ鎖のV領域を増幅するprimerによりPCRを行った。λ鎖はサブクラスごとに変異が大きいため、各サブクラスごとのprimerが必要となる。この症例ではλIを増幅するPCRによりモノクローナルバンドが検出された。このDNA断片の塩基配列から、アミノ酸配列が決定できた。同様にして、新鮮材料からアミロイド前駆蛋白のアミノ酸配列の決定ができると期待できる。
ゾル‐ゲル法による無機／バイオ吸着素子の開発と革新的レアメタル分離プロセスの構築

バイオマスを利用して新規吸着材の開発を行い、レアメタルの吸着選択性と化学構造との関係を明らかにし、さらにイオン鋳型法による吸着選択性がイオンサイズではなく錯体構造の認識によることを見出した。また「ゾル-ゲル法」により無機シリカをハイブリッド化した貫通孔をもつ真球状体シリカ/キトサン誘導体を創製し、超高速クロマト用充填材として活用できた。またコーティングフィルターによる選択的回収技術を確立した。【I】ゾルーゲル法によるシリカ/バイオマス多孔質球状体の創製とレアメタル吸着特性キトサン/有機酸を水相としたO/W/Oエマルションを調製し、その外油相にγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPTMC)を溶解し、キトサンのアミノ基とエポキシの反応により多孔性のキトサン/シリカハイブリッド真球状体の合成に成功した。細孔構造制御は、内油相とキトサン溶液との割合によって制御できることを見出した。このハイブリッド球状体にピリジルメチル基、チオエーテル基などを導入した吸着材をいくつか合成し、貴金属・レアメタルに対する吸着特性を検討した。また、タンパク質のカゼインとシリカのハイブリッド吸着材の合成を行い、本吸着材はAu,Pdに対して高い選択性を示した。その表面はひだ状の構造体であり、表面拡散速度の寄与を大きくできる可能性を秘めている。一方、フェノール基をもつリグニンやタンニンとシリカとのハイブリッド吸着材については、現在検討中である。【II】ゾルーゲル法による二重アフィニティーをもつシリカ/キトサンハイブリッド分子認識素子の創製まず。鋳型のないキトサン誘導体/シリカ吸着材の合成を行った。キトサンのアミノ基を一つの配位原子としたアミノメチルピリジンを配位基とするキトサン誘導体(APMC)を合成し、酸に不溶化するためにトリエトキシシラン(TEOS)で架橋した。本吸着材は、1MのNH_4NO_3溶液では低pH領域から中性領域にかけてAu、Pd、Cu、Niに高い吸着選択性を示した。また、バッチ法により吸着速度を測定し、CuやNiよりも貴金属の吸着速度が遅いことがわかった。そこで鋳型吸着材として、まずPd^<2+>を鋳型にしたAPMCを合成し、TEOSで架橋した後、2Nの塩酸+チオ尿素溶液でPd^<2+>を脱離する方法でパラジウム鋳型APMC/シリカハイブリッド吸着材を合成した。この吸着材を用いて吸着平衡と吸着速度を測定し、上述した鋳型なしのAPMC/シリカ吸着材と比較検討し、その鋳型吸着材の最適化を行った。【I】ゾル-ゲル法によるシリカ/キトサン誘導体の多孔質球状体の創製と貴金属・レアメタルの吸着特性キトサン/有機酸を水相としたO/W/Oエマルションを調製し、その外油相にγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPTMC)を溶解し、多孔性のキトサン/シリカハイブリッド真球状体の合成に成功した。細孔構造は内油相とキトサン溶液の割合によって制御できる。このハイブリッド球状体にピリジルメチル、チオエーテル基などを導入した吸着材を合成し、実用化を目指して貴金属・レアメタルに対する吸着選択性を明らかにした。【II】ゾル-ゲル法による二重アフィニティーをもつシリカ/キトサン誘導体分子認識素子の創製アミノメチルピリジンを配位基とするキトサン誘導体(APMC)を合成し、酸に不溶化するためにトリエトキシシランで架橋した。本吸着材は低pH領域から中性にかけてAu、Pd、Cu、Niに高い吸着選択性を示した。そこで鋳型吸着材としてPd2+を鋳型にしたAPMC/シリカハイブリッド吸着材を合成し、その吸着選択性と吸着速度について鋳型のないAPMC /シリカ吸着材と比較して評価した。【III】ゾル-ゲル法による貫通孔をもつキトサン誘導体/シリカによるパーフュージョンクロマトグラフィーおよびフィルタへの応用キトサン誘導体の選択性を活かしながら、「ゾル-ゲル法」により無機シリカをハイブリッドした貫通孔を有する真球状体のシリカ/キトサン誘導体の合成に成功した。これを超高速クロマトの充填材として使用し、従来の50-500倍の空間速度を実現した。また、キトサンコーティングフィルターを創製し、In, Gaを含有した実廃液からのInの選択的な回収技術を確立することができた。以上の述べたように、バイオマスの柔軟性に無機材料の強度を付与したハイブリッド吸着材の実用化が待たれるところである。【I】ゾル-ゲル法によるシリカ/キトサンハイブリッド吸着素子の合成とレアメタル分離特性(i)貫通孔を有する多孔質球状体のシリカ/バイオマスハイブリッド吸着材素子の開発;エマルション法により多孔質球状体のキトサン/シリカハイブリッド吸着材を合成し、キレート配位子としてピリジン、グアニジンやカルボン酸、ホスフィン酸を導入した新規な吸着材を開発した。

それぞれの吸着材は、貴金属あるいはInやGaに対して高い吸着選択性を示した。これらの結果に基づき、カラム法によりホスフィン酸型ハイブリッド吸着材用いてIn, Znの混合溶液からInの高速で高選択的な分離を実証することができた。(ii)能動輸送を発現するシリカ/キトサンハイブリッド固体分離膜の開発;カルボン酸型キトサンを合成し、トリアルコキシドシラン(TEOS)用いて、シリカ/キトサン固体膜の作成を試みたが、成膜はできるものの酸性溶液に対する耐久性が十分ではなかった。現在は、キトサンのアミノ基とエポキシ基をもったアルコキシ誘導体との反応によりハイブリッド化し、その後カルボン酸を導入して成膜する方法を検討している。【II】実浸出液からの貴金属回収のためのパーフュージョンクロマトグラフィーの工学的評価貴金属の中でも特にその吸着速度が遅いPt(IV))およびPd(II)の選択的な吸着回収の実用化試験に、まずグアニジン型キトサン誘導体を用いてバッチ法により検討した。本吸着材は大量のベースメタル(Fe3+, Cu2+, Ni2+, Co2+, Sb3+)を含んだ模擬塩酸溶液からの白金(IV)およびパラジウム(II)の高選択的回収を実現することができた。さらにカラム法では、キトサン誘導体の貫通孔の効果により、超高速(空間速度100 h-1以上;普通は0.1数h-1)で金(III)の回収が実現できた。ゾル・ゲル法によるキトサン/シリカのハイブリッド真球状体の合成に成功した。さらにこれを基体としていくつかのキレート配位子を導入し、それぞれの吸着選択性を明らかにすることができた。また、タンパク質/シリカとの真球状体の合成にも成功し、タンパク質と無機質のハイブリッド吸着材の合成については最終年度までには成功させたいとの期待があったことから、当初の計画以上に進展がみられている。25年度が最終年度であるため、記入しない。ゾル・ゲル法によるキトサン/シリカのハイブリッド化を行い、しかも多孔性で真球状体の吸着材の合成に成功した。バイブリッド膜については、その強度をクリアする必要があるが、均一系の反応を利用することによって、シリカとキトサン相溶性を改善することによって、解決できそうである。さらに吸着材に多くの種類のキレート配位子を容易に導入できる簡易型の合成方法を確立でき、貴金属/ベースメタル、In, Ga/Al, Znの分離、Cd/Zn等の分離を達成できた。最初の目的通り、ハイブリッド化によって高い吸着容量・速い吸着速度を保持しながら高い強度を発現し、しかも貫通孔をもった超多孔質吸着材を開発することができた。これらをバーフュージョンクロマトグラフィー(一般的なクロマトの空間速度:0.11h-1)へ応用し、200-500 h-1の空間速度(濃縮度:360倍)が実現できたことは期待以上の成果・進展であろう。ゾル・ゲル法によるキトサンやカゼインなどのような生体高分子・タンパク質とシリカ無機材料とのハイブリッド材料は吸着材の基体としてだけではなく、生体適合性材料としても期待される。初年度にこのようなハイブリッド材料を新規に合成することに成功し、しかも球状体などのような形状制御も可能であることが見出せたことは、新たな機能性を持った材料開発の一つの合成指針になると確信している。