hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機界面のキャリア輸送現象と有機電子光デバイスの高速化に関する基礎的研究

その結果、キャリア輸送層の膜厚などの素子パラメータが大きく影響していることが判明した。3.有機発光素子における過渡応答特性を陰極構成から検討を行い、電子注入層として挿入する薄膜のフッ化物の効果の検討を行い、素子動作の解析を行った。その結果、電極材料と電子注入層との間で積層の順番が異なる素子で素子特性が大きく異なることが明らかになった。4.両極性の電気伝導特性を示すポリフルオレン系のポリマー材料を用いて溶液プロセスにより有機トランジスタを作製し、ポリマーのブレンドによる電気伝導性への影響、熱処理効果について検討を行い、発光トランジスタの電気伝導特性を検討した。5.有機受光素子における三重項材料の効果を調べるために高分子材料ポリ(9,9-ジアルキルフルオレン)およびその誘導体にドープし、スピンコート法により素子を作製した。受光感度とエネルギーバンド構造とのについて検討を行った。高速で動作する有機電子光デバイスの実現を目的とし、高分子薄膜のインターレイヤー,可溶性のある低分子系材料・高移動度材料,結晶性薄膜を用いた有機デバイスに関して電気光学特性を検討した。1.高速化・高感度が可能な積層型有機発光素子の応答特性を検討するために、インピーダンス分光による素子パラメータの解析を行い、等価回路を解析することにより、過渡応答特性との関係について詳細な検討した。その結果、有機/金属界面および有機層中への金属の拡散やそれに伴う電子トラップ増加により素子の応答性が大きく影響していることが判明した。電極材料と電子注入層との間で積層の順番が異なることで素子特性が改善可能であることが明らかになった。2.有機受光素子の高感度化と高速化に向け、高分子薄膜のインターレイヤー挿入、電極への単分子膜の導入、正孔輸送性のスターバスト系材料と電子輸送性のフルオレン系材料によるバルクヘテロ構造の形成にて、受光感康と消光比の増加を実現した。また、素子特性とエネルギーバンド構造との関係について検討を行った。3.オール溶液素子による発光デバイスの作製と高速化を目指し、有機薄膜の移動度の向上とナノ粒子銀を用いた素子作製の可能な素子の候補として、結晶薄膜に基づくフルオレン系有機発光トランジスタの高移動度化・高効率化とオール溶液プロセス素子作製について検討を行った。発光解析から、液晶状態における高分子の自己組織化を利用することで、比較的安定なITOソース・ドレイン電極により高効率化や高移動度化が可能であった。また、銀ナノ粒子を利用し、ゲート絶縁膜の選定と処理方法を選ぶことで、オール溶液素子による有機発光トランジスタが作製可能であることを見出した。高速で動作する有機電子光デバイスの実現を目的とし,可溶性のある低分子系材料,高移動度材料の薄膜およびその積層構造を用いた有機デバイスを作製し,界面への単分子膜の挿入効果を含めた電気的光学的特性の評価を行った.その概要を下記に記します.1.高速化・高効率化が可能な積層型有機発光素子:インピーダンス分光法による素子パラメータの解析を行い,過渡応答特性との関係について詳細な検討した.
液体推進剤パルス型プラズマスラスタにおけるプラズマの発生及び加速過程の解明

電気推進機等で見られる強く磁化されたプラズマ流れの解析において,正イオンの流れとそれに比べて質量が非常に小さな電子の流れは別々に扱われることが多いが,この際,電子流の移動度は磁力線に平行な方向に卓越するという特徴を持つ.そのため従来は,磁力線に平行な方向には定常なボルツマン分布を仮定し,磁力線に垂直な方向の流れのみを解析する,いわゆる1.5次元計算が主として行われてきた.しかし最近は,容器壁面でのシース条件をプラズマのダイナミクスに適切に反映するために,2次元で流束保存を満たした計算を行う必要性が認識されるようになってきている.本論文の目的は,強く磁化された電子流を2次元で保存則を満たし,かつ速く安定的に計算できる手法を考案することである.準中性プラズマの電子流体を解く際には拡散現象が主体の楕円型方程式が一般的に用いられるが,電子が強く磁化された場合には,異方性拡散の成分が問題の硬直性を増加させ,交差拡散の成分が陰解法における係数行列の対角優位性を損なう,という数値計算上の難しさがあった.この難しさを回避するために,楕円型方程式を等価な双曲型方程式系に変換し,風上差分を適用することで安定に計算するという新しいアプローチを提案している.さらに,双曲型方程式系として記述された電子流体の保存式は複雑で,流束ヤコビ行列の固有値を求めることができないため,各種流束を物理的類似性から4種類に分離し,それぞれの流束を2つの異なった手法で風上化するという独創的な計算手法を提案している.磁化された電子流体を解析するテスト計算を行い,双曲型方程式系を用いた解法は各保存則を満たして安定で高速に計算が可能であること,計算結果が理論解と良い一致を示すことが確認された.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は液体推進剤パルス型プラズマスラスタ(PPT)におけるプラズマ生成及びプラズマ加速過程の解明である。小型衛星用推進機の有力候補であるPPTであるが、推進剤に従来の固体ではなく液体を用いることで大きな性能向上が期待されている。PPTやホールスラスタに代表される電磁加速型の電気推進機においては、放電経路かつ推力発生の元となるプラズマの物理現象を解明することは極めて重要である。本研究は液体推進剤PPTにおけるプラズマの物理現象を数値シミュレーションとプラズマ診断の実験により解明するものである。平成24年度では、数値解析の先行研究がPPTと比較して多く存在するホールスラスタを題材とし、電磁加速型推進機における静電場中のプラズマの挙動を模擬する数値解析手法の開発を試みた。その結果、イオン-中性粒子を粒子として扱い粒子法により解き、電子を流体として解くハイブリッドPIC法をベースとした計算手法を開発した。磁場が印加される下では電子の磁力線を横切る方向の運動が強く制限され、一方で磁力線に平行方向には動きやすいため、電子の挙動には強い異方性が生まれる。この計算手法では流体の解法に直接法を適用することにより、異方性を持つ電子の流束を二次元で高い精度で計算し、二次元電位分布や電子温度分布を計算する。得られた成果の一つとして、ホールスラスタにおいて、壁面に衝突することにより失われるイオンがどこで生成されるかを二次元で明らかにした。壁面衝突によるイオンの損失は電気推進一般において効率低下の原因となるため、このイオン損失領域を解明したことは今後の推進機設計に役立つと考えられる。また液体推進剤PPTの実用上重要となる、真空中において液体を高い気密性で保持する推進剤タンク_噴射器系を開発した。この噴射器を用いて実験を行い、推進機の作動に成功している。本研究では電磁加速を用いた宇宙電気推進機の実用化へ向け,数値シミュレーションによる推進機の設計最適化,及び内部プラズマ物理解明を目的としていた.昨年度の研究では,その物理的妥当性と安価な計算コストから,プラズマの準中性を仮定し,イオンを粒子として扱い電子を流体として扱うHybrid粒子モデルを用いて計算コードを構築した.しかしながら電子流体の計算において,磁場の影響を正確に反映した計算を行うには非常に大きな計算コストがかかることが判明した.今年度はこの「準中性プラズマ中電子流体」の解析において,計算コストを大きく低減する新しいアプローチを提案した.まず計算の難しさが何に起因するかを数学的に考察し,本質的な課題を抽出した.これらの課題は従来この電子流体を記述するのに用いられていた楕円型方程式では解決が困難であった.そこでこの楕円型方程式を数学的観点から見直し,数学的に等価な双曲型方程式系として解く手法が提案された.双曲型方程式系は圧縮性流体の数値流体力学で用いられる,近似リーマン解法に基づく風上差分を使うことで安定的に解くことができる.この双曲型方程式系による新しいアプローチを用いることで,従来の手法では解析が非常に困難であった磁場形状の計算条件においても,安定かつ迅速な計算が可能であることが確認された.また従来の楕円型方程式を用いた計算手法との比較が行われ,とりわけ計算速度の面で新しいアプローチは非常に有用であることが確認された.電気推進機等で見られる強く磁化されたプラズマ流れの解析において,正イオンの流れとそれに比べて質量が非常に小さな電子の流れは別々に扱われることが多いが,この際,電子流の移動度は磁力線に平行な方向に卓越するという特徴を持つ.

そのため従来は,磁力線に平行な方向には定常なボルツマン分布を仮定し,磁力線に垂直な方向の流れのみを解析する,いわゆる1.5次元計算が主として行われてきた.しかし最近は,容器壁面でのシース条件をプラズマのダイナミクスに適切に反映するために,2次元で流束保存を満たした計算を行う必要性が認識されるようになってきている.本論文の目的は,強く磁化された電子流を2次元で保存則を満たし,かつ速く安定的に計算できる手法を考案することである.準中性プラズマの電子流体を解く際には拡散現象が主体の楕円型方程式が一般的に用いられるが,電子が強く磁化された場合には,異方性拡散の成分が問題の硬直性を増加させ,交差拡散の成分が陰解法における係数行列の対角優位性を損なう,という数値計算上の難しさがあった.この難しさを回避するために,楕円型方程式を等価な双曲型方程式系に変換し,風上差分を適用することで安定に計算するという新しいアプローチを提案している.さらに,双曲型方程式系として記述された電子流体の保存式は複雑で,流束ヤコビ行列の固有値を求めることができないため,各種流束を物理的類似性から4種類に分離し,それぞれの流束を2つの異なった手法で風上化するという独創的な計算手法を提案している.磁化された電子流体を解析するテスト計算を行い,双曲型方程式系を用いた解法は各保存則を満たして安定で高速に計算が可能であること,計算結果が理論解と良い一致を示すことが確認された.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の目標は、電磁加速型の推進機におけるプラズマ解析コードの大枠の完成、及び実験用パルス型プラズマスラスタの作製であったが、これらは概ね達成された。プラズマ解析コードとしては、ハイブリッドPIC法をベースとした二次元の解析手法を開発した。実験用推進機としては、液体の高い気密性を持つ推進剤タンク-噴射器系を開発し、推進機を作動させた。準中性プラズマ中電子流体の数値解析手法について研究が続けられ,期待通りの進展を見せた.プラズマ中に現れる,解析が困難である電子流体の方程式系に対し数学的基礎から調査を続け,基礎方程式系から見直した新しい解析手法を考案した.この手法はプラズマの数値解析分野の発展に貢献するものであり,論文発表される予定である.平成25年度の目標は計算の高速化、及び計算結果と実験結果の比較による計算コードの妥当性検証である。実験としてはプローブ測定によるプラズマの診断、及び高速度カメラによるプラズマの挙動の観察を行う予定である。実験により得られたプラズマの情報は計算結果と比べられ、計算モデルや計算手法は随時改良される。今後の推進方策は,今年度成果で得られた電子流体の計算手法を,前年度構築されたHybrid粒子モデルの計算コードに組み込んで電気推進機の数値シミュレーションを行うことである,本研究と並行して,電子も粒子として扱うFull Kineticモデルによる数値シミュレーションや,プローブによる電気推進機内部のプラズマ診断も平行して行われており,これらの結果との比較により, Hybrid粒子モデルの計算結果の妥当性検証を行う予定である.
糖尿病網膜症の発症と進行において酸化ストレスと最終糖化産物が及ぼす病態の解析

事前に同意が得られた39例39眼(糖尿病群24眼、対照群15眼)に対して、術前に水晶体自発蛍光測定値(以下Lens-AF)を測定、手術時に前房水を採取し酸化還元電位(以下ORP)を測定した。さらにマルチプレックスアッセイを用いて前房水サイトカイン濃度を測定した。Lens-AFと前房水のORPは、いずれも糖尿病群が対照群に比べ有意に高値であり、また糖尿病網膜症の重症度別では網膜症を認めない糖尿病症例に比べ、非増殖糖尿病網膜症、増殖糖尿病網膜症と重症になるにつれ高値を示し、統計学的に有意な相関を認めた。一方で、LensーFRと前房水ORPとの間には有意な相関は認めなかった。糖尿病群における術前血糖コントロールの指標として測定したHbA1cとLens-AFおよび前房水ORPとの関連について解析したが、いずれも有意な相関関係は認めなかった。またHbA1cと糖尿病網膜症の重症度にも相関は認めなかった。測定した前房水サイトカインの中でもVEGF濃度は糖尿病網膜症の重症度と強い相関を認め、前房水ORPとVEGF濃度との間にも強い相関関係を認めた。Lens-FRとVEGF濃度との間には有意な相関は認めなかった。Lens-FRと前房水ORP、前房水VEGF濃度はいずれも糖尿病網膜症の重症度と有意な相関を認め、ORPとVEGF濃度が強い相関を認めたがLens-FRは他のパラメーターのいずれとも相関関係は認めなかった。眼内の酸化ストレス状態を反映する前房水ORPは、測定時点での網膜症の病勢により強く影響を受け変動する指標であり、不可逆的な変化である終末糖化産物の蓄積を反映する水晶体自発蛍光値は、測定時の網膜症の活動性ではなく高血糖に暴露された期間の長さにより強く影響されると考えられ、それぞれ独立した糖尿病罹病期間と網膜症の活動性を評価する有用な指標となる可能性が示唆された。事前に本研究について説明を行い、インフォームドコンセントが得られた33例33眼(糖尿病群21眼、対照群12眼)にたいして、術前にClearPath DS-120を用いた水晶体自発蛍光測定値(以下Lens-AF)を測定し、手術時に前房水を採取、採取後すみやかにRedoxSYSを用いて酸化還元電位と抗酸化力を測定した。対象の平均年齢は67.8±12.6 SD、糖尿病群の年齢は対照群と比較して優位に低かった(64.0±13.7 vs 74.5±6.6)。術前のLens-AFは糖尿病群が対照群に比べ有意に高値であり、また糖尿病網膜症の重症度別では網膜症を認めない糖尿病症例(以下NDR)に比べ、非増殖糖尿病網膜症(以下NPDR)と増殖糖尿病網膜症(以下PDR)に進むにつれ高値となる傾向を認めた。前房水から測定した酸化還元電位(以下ORP)についてもLens-AFと同様に糖尿病群が対照群に比べ有意に高値であり、糖尿病群での解析でも同様にNDRからNPDR、PDRと網膜症の病期の進行により高値となる傾向を認めた。血糖コントロールの指標として術前検査にて測定したHbA1cとLens-AFおよび前房水ORPとの関連について解析したが、いずれも有意な相関関係は認めなかった。またLens-AFと前房水ORPとの間にも有意な相関は認めなかった。Lens-AF、前房水ORPともに糖尿病群が対照群よりも高値を示し、糖尿病網膜症の進行により上昇する傾向を認め、HbA1cよりも網膜症の病期を評価する指標としての有用性が示唆された。次年度も引き続き検体の採取と測定を行い、検体数が揃った時点で測定誤差抑制のためプレートのLOT番号を統一したうえでELISAによる前房水サイトカイン濃度などの測定と解析を行う予定である。検体採取と測定は当初の計画を上回るペースで進んでおり順調である。ELISAによる前房水の各サイトカイン濃度の測定は、プレートによる測定誤差抑制のためLOT番号を揃えたプレートを用いて検体の採取が終了した後に行う予定である。また視力や光干渉断層計による中心窩網膜厚などの臨床検査結果と各測定パラメータとの関連についての解析も最終検体の測定終了後に行う予定である。

Lens-FRとVEGF濃度との間には有意な相関は認めなかった。Lens-FRと前房水ORP、前房水VEGF濃度はいずれも糖尿病網膜症の重症度と有意な相関を認め、ORPとVEGF濃度が強い相関を認めたがLens-FRは他のパラメーターのいずれとも相関関係は認めなかった。眼内の酸化ストレス状態を反映する前房水ORPは、測定時点での網膜症の病勢により強く影響を受け変動する指標であり、不可逆的な変化である終末糖化産物の蓄積を反映する水晶体自発蛍光値は、測定時の網膜症の活動性ではなく高血糖に暴露された期間の長さにより強く影響されると考えられ、それぞれ独立した糖尿病罹病期間と網膜症の活動性を評価する有用な指標となる可能性が示唆された。概ね研究の進捗は良好であり、次年度も引き続き研究計画に沿って研究を進める。
義務教育段階における体力の向上も企図した課題ゲームによるサッカー学習指導の系統化

5つの優れた「課題ゲーム」を抽出し、運動強度をゲーム中の心拍数から検討した。そして、中学年児童、高学年児童、ならびに中学生用に作成した「課題ゲーム」を積み上げる単元計画(1012時間)の有効性を検討した。その結果、いずれの授業においても、個人技能、持久力の成績は有意に向上した。また、ミニゲームゲームにおけるゲーム様相にも向上が認められた。さらに、体育授業に対する愛好的態度にも改善がみられた。すなわち、「課題ゲーム」を用いた課題解決学習は、文部科学省が今回の学習指導要領の改訂において「体つくり運動領域」以外の領域にも期待した指導法の一つの工夫になり得ることが実証された。これまでに報告されているサッカー型課題ゲームが著者の報告するものも含め49個収集された。これらを批判的に検討すると課題が明確に示されていないものが16,課題が頻出する仕組みに問題のあるものが10、技能の個人差を吸収する仕組みのないものが30,ゲーム人数やコートの大きさに問題のあるものが29認められた(重複するものがあるので総計は49にならない)。これらの分析を通して、攻防走乱型シュートゲームに応ずる「課題ゲーム」作成の留意点が次のようにまとめられた。(1)学習課題が頻出する仕組みとして、1学習内容の措定2コートの一部に地理的分離の要素を取り入れる3ビッグゴール制を採用する4学習課題に沿ったプレーにインセンティヴを与える。(2)ゲーム人数を少なくする。(3)ゲーム固有の運動特性を損なわない。(4)技能の個人差が吸収される仕組みを考える。上記の批判的検討に耐えた、戦術行動上の制約が無く、「勝つための工夫(ゲームの妙味)」を味合わせうると考えられる5つの課題ゲーム(「1ツーゴールドリブルゲーム」「2サイドマン付きキックラインポートボール」「3キックラインポートボール」「4Runランサッカー」「5Runラン・シュート・サッカー」)を抽出し、それらのゲームの運動強度を心拍数から推定した。すなわち、大学生を対象に、ポーラーティームシステムを用いて、それぞれのについてゲーム時間の条件を数種設定し、ゲーム中と休息中の心拍数を測定した。その結果、2345のゲームにおけるサイドマンの心拍数は、いずれの時間条件であっても持久力の向上が期待できる運動強度と継続時間を示すことはなかった。しかし、他のプレーでは、145拍/分以上を示した。これらの基礎資料を基に、それぞれのゲームで持久力の向上も期待できるゲーム時間を提示した。5つの優れた「課題ゲーム」の運動強度の検討結果を基に高学年児童用に作成した単元計画(11時間)と中学2年生用に作成した単元計画(15時間)の学習成果(個人技能:8の字ドリブル、リフティング回数、ゲーム様相、20mシャトルラン、小林の態度測定、よい授業への到達度調査等)を検討した。すなわち、「ツーゴールドリブルゲーム」を単元を通してスキルウオーミングアップを兼ねて位置付け、児童には過渡的相乱型ゲームである「サイドマン付きキックラインポートボール(5対5)」から攻撃側の数的優位の程度が5対3から5対4に減少する「キックラインポートボール(5対5)」「Runランサッカー(4対4)」に立ち上げるプログラムで、中学生には「キックラインポートボール(5対5)」「ゴール付きRunランサッカー(3対3)」「シュートゲーム」をへて「サイドゾーン付きハーフコートミニゲーム(7対7)」「ハーフコートミニゲーム」に立ち上げるプログラムである。その結果、いずれの授業においても、「8の字ドリブル」「シャトルラン」の成績は、有意に向上し、「試しのミニゲームゲーム」におけるゲーム様相も高まった。さらに、態度測定の結果においても改善が認められた。なお、授業に用いた「課題ゲーム」における児童の平均心拍数は、いずれのゲームにおいても155拍・分以上を示した。これらのことから、「過渡的相乱型」をへて「攻防相乱型」に立ち上げる教材配列試案に基づき、優れた課題ゲームで構成する単元計画は、ゲームの本質である「勝つための工夫」を戦術とボール操作技術を身につけながら楽しみ、その過程で体育授業に対する愛好度を高めるとともに体力の向上も図れることが認められた。すなわち、サッカー「課題ゲーム」を用いた課題解決的学習は、文部科学省が「体つくり運動領域」以外の領域に期待した指導法の一つの工夫になり得ると考えられた。これまでの研究成果を踏まえ、「攻防分離型」から「過渡的相乱型」を経て「攻防相乱型」に立ち上げ、中学校でハーフコートの8人制サッカーが出来るようになる義務教育段階におけるサッカー学習カリキュラムを提案した。すなわち、ボールゲームの本質である「勝つための工夫」を戦術とボール操作技術を身につけながら楽しみ、その過程で運動が好きになり、サッカーを上手にするとともに体力の向上も図れる「課題ゲーム」を積み上げるカリキュラムである。これは、サッカーを上手にするとともに体力の向上も図れ、文部科学省が今回の学習指導要領の改訂において「体つくり運動領域」以外の領域にも期待した指導法の一つの工夫になり得る。

すなわち、「課題ゲーム」を用いた課題解決学習は、文部科学省が今回の学習指導要領の改訂において「体つくり運動領域」以外の領域にも期待した指導法の一つの工夫になり得ることが実証された。研究協力を引き受けてくれる学校があったことと共同研究者との作業が順調に進み、おおむね順調に進行している。保健体育科教育学研究計画の学年を超えた積み重ね学習以外は、研究計画どおりに進める。研究計画がしっかりと建てられてたこと、共同研究者との作業が順調に進み、おおむね順調に進展している。研究協力校への謝金が、個人研究費で過去に購入していたボールをお渡しすることですませたため謝金が抑えられたことによる。研究計画通りに粛々と進める。一昨年度に購入した、GPSシステムSPI Proの増設の設備備品として使用する。研究成果を公表する学会の開催日と公務が重なり学会出張が出来なかったこと、研究の打ち合わせを他の研究の打ち合わせと重ねることが出来会議費の出費がなかったこと、また、当初予定していた研究機器よりも高価であるが研究目的に合う機器が発売され、その購入のために謝金等々の出費を押さえた事、等による。昨年度購入した、GPSシステムSPI Proの増設の為の設備備品費として使用する。
高解像度気候モデルを用いた中層大気力学の研究

大気重力波を解像可能な中層大気大循環モデルを用いて現実的な境界条件下で3年分積分を行い,得られたデータを解析してこれまでにない精度での中層大気力学の解明を行った.具体的には,ロスビー波や重力波を含む運動量収支,重力波の発生源の特定と3次元伝播,成層圏界面および対流圏界面の構造と維持機構,赤道成層圏準2年振動の駆動機構,上部中間圏の順圧・傾圧不安定擾乱の力学を明らかにした.大気重力波を解像可能な中層大気大循環モデルを用いて現実的な境界条件下で3年分積分を行い,得られたデータを解析してこれまでにない精度での中層大気力学の解明を行った.具体的には,ロスビー波や重力波を含む運動量収支,重力波の発生源の特定と3次元伝播,成層圏界面および対流圏界面の構造と維持機構,赤道成層圏準2年振動の駆動機構,上部中間圏の順圧・傾圧不安定擾乱の力学を明らかにした.中層大気においては、大気重力波、捕捉されたロスビー波、慣性不安定、対流圏界面付近の微細構造、トレーサーの層状・フィラメント状構造など、小さな空間スケール、および短い時間スケールを持った現象が重要な位置を占めている。これらの中小規模擾乱が中層大気の大規模構造、大循環や振動現象に対して果たす役割の全体像については、まだ、定量的には十分理解されているとはいえない。私達の研究グループ(KANTOプロジェクト)では、これらを明らかにするため、地表面から高度約80kmまでを含む、鉛直高解像度(300m)のT213L256中層大気GCMを開発した。このGCMは、極夜ジェットや夏半球の東風ジェットといった、中・高緯度の中層大気大循環を現実的にシミュレートした。また、熱帯では、成層圏界面付近の東西風半年周期振動や、下部成層圏の準2年周期振動に類似した東西風振動現象が自発的に生成された。そして、「成層圏界面の冬の亜熱帯領域に温度極大が見られる」という予想していなかった新たな知見が明らかとなった。分解能の荒い観測データにも注意深く見ると現れていることがわかったが、その存在はこれまでほとんど認識されていないものであった。本研究で用いる高解像度気候モデルの特長を生かした力学的考察が行なえる興味深いテーマであり、世界に先駆けてその成果を発表する必要がでてきたので、こちらを優先して解析を進めた。絶対角運動量保存則や残差循環方程式系を用いて、その温度構造が保たれるための力学的なメカニズムを提案した。これらの成果はJ.Geophys.Res.誌に投稿し、掲載された。第一論文はハイライト論文となった。中層大気における大気重力波、捕捉されたロスビー波、慣性不安定、対流圏界面付近の微細構造、トレーサーの層状・フィラメント状構造など、小さな空間スケール、および短い時間スケールを持った現象の特徴と中層大気の大規模構造・大循環・振動現象に対して果たす役割を調べることを目的とする。前年度開発し3年間のシミュレーションを行った対流圏から上部中間圏を含む高解像中層大気GCMの出力データをもとに、今年度は次の研究を行った。・南半球中高緯度重力波のクライマトロジーとアンデス・南極半島からの発生(季節変化の提示と、地形性重力波でも数千km風下に流される可能性があることを明確化)・赤道下部成層圏の重力波及び赤道波のエネルギーと鉛直伝播の経度依存性(ウォーカー循環による対流圏平均風の経度依存性が成層圏波動特性に大きく影響する)・南極中間圏における4日波の力学特性と発生メカニズム(ポテンシャル渦度解析により順圧傾圧不安定波の可能性が高いこと、その不安定場は重力波加速により維持されている)これらの研究結果は世界的にも注目され本年度2回の招待講演を行った。本研究の結果を補うため次の研究も行った・非静力モデルを用いた南極カタバ風とそれに伴う擾乱の力学・小規模擾乱にも適応可能な3次元波活動度フラックスと3次元残差循環の理論・気球観測に基づく中部成層圏の慣性重力波の力学特性と発生メカニズムまた、現在進行中の大型計画「南極昭和基地大型大気レーダー計画PANSY」(2009年度に予算措置)における、高解像度GCMの研究の位置づけについても、関連学会(日本気象学会、地球電磁気・地球惑星圏学会)での特別セッションにおいて、議論を行った。前年度開発し3年間のシミュレーションを行った対流圏から上部中間圏を含む高解像中層大気GCMの出力データをもとに、今年度は中高緯度対流圏界面と赤道成層圏QBOの力学に関する以下の研究を行った。・中高緯度対流圏界面直上では気温及び大気組成濃度は高度と共に急激に変動する。それら変動に対して大気放射及び大規模擾乱による断熱混合・極向き循環が重要であることが従来の研究から指摘されていたが、高分解能GCMを用いた本研究からは重力波活動に伴う小規模鉛直混合及び赤道向き循環が重要であることが明らかとなった。・高解像度気候モデルを用いて、成層圏QBOにおける赤道波及び慣性内部重力波の相対的な役割について調べた。

QBO西風位相時には赤道波が25-50%、重力波が50-75%寄与していたが、東風位相時には赤道波の寄与は多くても10%程度であり、東西波長1000km以下の重力波の寄与率が大きい事が分かった。これらの成果は、本研究分野の主要な学術誌であるJ.Atmos.Sci.等に論文出版した。また主要な国際学会にて3件の、国内学会にて1件の招待講演を受けた。また、J.Met.Soc.Japanに出版した論文はIMSJ Awardを獲得した。本研究課題は今年度で終了するが、国際宇宙科学研究所の重力波チームという国際共同研究の枠組みの中で研究活動を継続することとなった。
高機能酸塩基複合ナノ触媒の開発

酸塩基複合化学を基盤に高機能触媒を幾つか開発し論文発表した。主なものを以下に記す。(1)ビナフチルジスルホン酸(BINSA)からin situで調製されるキラルMg(II)K(I)BINSAteを触媒に用いてN-Boc-アルジミンとスチレンとのエナンチオ及びシン選択的[4+2]環化付加反応を報告した。触媒の超分子錯体内に生じる不斉場がこの選択性を誘起した。(2)キラルリチウム塩を不斉触媒に用いて、TMSCNと水からin situで調製されるHCNの不飽和アミドへのエナンチオ選択的1,4付加反応を報告した。非常に反応性の高い高配位リチウムジシアノシリカートを用いる点が特徴であり、高い触媒活性と不斉誘導を達成した。(3)アニオン交換樹脂とボロン酸の塩を固体担持触媒として用いるカルボン酸とアミンの脱水縮合反応を開発した。反応中は触媒活性酒のボロン酸が反応溶液に溶出し均一触媒として機能し、反応が完結すると樹脂に吸着されるため、触媒の回収・再利用が濾過によってできる。非常に実用的で10回の回収・再利用を繰り返しても触媒の劣化は認められなかった。固体担持触媒は均一触媒に比べ活性が低いことがしばしばあるが、今回の触媒の場合、実質均一触媒として機能するため、非常に活性が高かった。(4)キラル超原子価ヨウ素触媒を用いるヒドロキシナフチルカルボン酸のエナンチオ選択的酸化的スピロラクトン化反応を報告した。反応機構の解明により、基質に応じて反応条件を最適化することができた。その結果、1-ナフトールのみならず2-ナフトール由来の基質も適用範囲にいれることができた。(5)有機セレンとヨウ素I2の協奏触媒を用いてN-クロロ琥珀酸イミド(NCS)を塩素化剤にするトリプタミン誘導体のクロロ環化反応を報告した。当初の計画以上に、酸塩基複合化学を基盤に高機能触媒を幾つも開発し論文発表することができた。具体的には、有機セレンとヨウ素I2の協奏触媒系は新たな発見であり、当初の計画には含まれていなかった。さらなる展開を目指して次年度も継続的に研究を遂行したい。酸塩基複合化学を基盤により精密に触媒を設計し、高難度な選択的反応を制御できるように研究を推進していく。酸塩基複合化学を基盤に、非共有結合性相互作用、共鳴効果、誘起効果、動的平衡を活かしたナノサイズの超分子酸塩基複合触媒を設計し、従来法では実現困難な高難度な選択性と高い触媒活性を発現する高機能触媒の開発を目的に研究を実施した。高機能発現には触媒活性中心近傍のナノ空間制御が最重要課題だとなる、以下、研究実績を具体的に示す。(1)酸塩基複合型超分子触媒のナノ空間制御に基づく高次立体選択的反応の開発(石原・波多野班):光学活性ビナフトール由来のキラルリン酸触媒とアキラルLewis酸からin situで調製されるLewis酸複合型キラルBroensted酸触媒を用いてエナンチオ選択的Diels-Alder反応を達成した。また、キラルリチウムホスホリルフェノキシドを酸塩基複合触媒に用いるケトンのエナンチオ選択的シアノシリル化反応に成功した。(2)イオンペア触媒のナノ空間制御に基づく高次立体選択的反応の開発(石原・Uyanik班):キラル第四級アンモニウムヨージドを触媒前駆体に、クメンヒドロペルオキシドを共酸化剤に用いて次亜ヨウ素酸塩をin situで発生させ、γ-ヒドロキシケトンのエナンチオ選択的酸化的環化反応による2-アシルテトラヒドロフランの不斉合成に成功した。また、キラルヨードベンゼンを触媒前駆体に、メタクロロ過安息香酸を共酸化剤に用いて、三価の超原子価触媒をin situで調製し、スチレン類のエナンチオ選択的ジヒドロキシ化反応を達成した。本研究はK. Muniz教授(スペイン)との国際共同研究成果である。(3)酸塩基複合触媒のよる選択的ポリエン環化反応の開発(石原・堀部班):有機セレン化合物とヨウ素から活性セレン触媒を調製し、ハロゲンの付加を伴う分子内環化反応が高効率的に進行することを見出した。様々なタイプの酸塩基複合触媒の開発に着手し、期待以上の成果が初年度に達成され、そのいくつかについては論文発表することができた。特に、スペインのKilian Muniz教授(ICIQ, The Barcelona Institute of Science and Technology)との共同研究は当初の計画に含まれていなかったが、国際会議での議論をきっかけに共同研究へと発展し、Angew. Chem. Int. Ed.に論文発表できたことは大きな進展である(掲載号の表紙(cover picture)を飾る栄誉にも恵まれた。)。また、有機セレン触媒も試行錯誤のなかから新たに見つかった新規性の高い研究成果である。まだわからないことも多く継続して研究することが必要であるが、当初の計画には含まれていない成果であり、大きな進展と言える。酸や塩基を単独で触媒として利用するのではなく、それらを複数用いて酸塩基複合ナノ触媒を設計し、高活性、高選択性、新規反応性などの触媒機能発現を目的に研究を実施した。(1)酸複合型塩基触媒を用いる高次選択的ポリエン環化反応の開発:ブロモポリエン環化反応においてキラルLewis塩基に尿素基を導入することで不斉触媒化に成功した。

ハロゲン含有テルペノイドのほとんどは臭素か塩素を含むものでありヨウ素を含むものは見つかっていないことから、ブロモポリエン環化反応の不斉触媒化に成功したことは極めて重要である。今後は不斉触媒的ハロエーテル環化反応及びハロアミノ環化反応を開発を目指す。(2)塩基複合型酸触媒を用いる高次選択的環化付加反応の開発:既に酸塩基複合型酸触媒を用いα,β-エナールと環状ジエンとのエナンチオ選択的かつendo/exo選択的Diels-Alder反応の開発に世界に先駆けて成功している。現在、この研究成果を発展させて、プロピナールを親ジエンとするエナンチオ選択的Diels-Alder反応に挑戦している。現在までに、キラルナノ触媒を設計することで、1回目のDiel-Alder反応のみエナンチオ選択的に活性化し、基質選択的に光学活性モノ付加体を得る方法を開発することに成功しており、論文投稿の準備段階にある。(3)イオン対型酸化触媒を用いる高次選択的脱水素カップリング反応の開発:これまでに触媒量の第四級アンモニウムヨージドと酸化剤に過酸化水素あるいはアルキルペルオキシドを用い、分子内及び分子間脱水素炭素ー酸素カップリング反応に成功している。今回、分子内炭素ー窒素カップリングを開発し、高いエナンチオ選択性と化学収率で目的の光学活性環状アザ化合物を合成することに成功した。また、カルボニル化合物の2位へのアジドカップリング反応にも成功し、現在、論運投稿の準備段階にある。期待していた研究成果以外にも、予想外の研究成果がいくつか得られており、今後、それらの研究も発展的に研究を行なっていきたい。(1)研究実績の概要で述べた個々の研究成果以外にも、いくつかの酸塩基複合触媒による反応開発研究を実施しているが、今回、π-銅(II)錯体触媒のX線結晶構造解析に成功し、この成果が反応機構を解明する鍵となり、大きな成果に繋がることが期待される。(2)第四級アンモニウムヨウ化物を触媒前駆体と酸化剤を用いてカルボニル化合物の2位へのアジドカップリング反応の開発研究において、副反応を抑える効果のある添加剤を見つけることができ、飛躍的に反応選択性が向上した。(3)鉄触媒を用いる一電子移動型環化反応の開発研究において、触媒の配位子を適切に選ぶことにより触媒の酸化還元電位を制御でき、その結果、反応選択性についても制御できることがわかった。配位子による酸化還元電位の制御については偶然見つけた現象でこれまで報告例がなく、触媒設計の新たな展開が期待される。(4)リン酸触媒によるアルコールのアシル化反応について検討するなかで、これまでに他の研究グループによって提唱されている反応機能とは異なる反応機構を提唱するに至った。これも思いがけない研究成果であり、今後の研究次第で全く独創的な研究成果に繋がるものとして期待している。酸塩基複合化学を基盤に高機能触媒を幾つか開発し論文発表した。主なものを以下に記す。(1)ビナフチルジスルホン酸(BINSA)からin situで調製されるキラルMg(II)K(I)BINSAteを触媒に用いてN-Boc-アルジミンとスチレンとのエナンチオ及びシン選択的[4+2]環化付加反応を報告した。触媒の超分子錯体内に生じる不斉場がこの選択性を誘起した。(2)キラルリチウム塩を不斉触媒に用いて、TMSCNと水からin situで調製されるHCNの不飽和アミドへのエナンチオ選択的1,
新規糖ポリマーを担持したキラル固定相の合成と光学分割システムへの応用

本研究は新規多糖の精密合成と得られた多糖とシリカゲルの化学結合による固定化を行いキラル固定相の改良、さらに、種々の溶媒系、キラル固定相を含めたHPLC分離系を構築し、優れた分析、分取手段としての光学分割システムを確立することを目的とした。1)1,2:5,6-ジアンヒドロヘキトールの位置および立体選択的な環化重合によって合成される(1→6)-2,5-アンヒドロヘキトールの末端にシリルエーテルを導入しシリカゲルとの化学結合型固定相を合成した。2)1,6-アンヒドロ-2,3,4-トリ-O-アリル-β-D-グルコピラノースの開環重合を一般的なカチオン開始剤である三フッ化ホウ素エーテル錯体を用いて行うと、主鎖が(1→6)-α-結合により糖ユニットが連結された立体規則性多糖、(1→6)-2,3,4-トリ-O-アリル-α-D-グルコピラナンが得られた。また、脱アリル化反応はPd/Cにより完全に進行し、立体規則性の(1→6)-α-1-D-グルコピラナンが得られた。3)(1→6)-2,5-アンヒドロヘキトールをシリカゲルに化学結合型固定相したキラル固定相(CSP)は嵩高い置換基を有するアミノ酸に対して高い光学分割能をしめした。本カラムの方が既存の光学分割カラムよりも用いる溶媒に制限が無く優れていた。また、(1→6)-α-D-グルコピラナンおよび(1→6)-α-D-マンノピラナンと3,5-ジメチルおよび3,5-ジクロロフェニルイソシアネートの反応によりカルバメート誘導体を合成した。合成した4種類の多糖誘導体を多孔性シリカゲルに吸着させたCSPを調製し、HPLCによるラセミ化合物の光学分割実験を行った。4種のCSPはベンゾイン、トレガー塩基に対し大きな分割能を示した。また、(1→6)-α-D-マンノピラナンのジクロロフェニルカルバメート誘導体は本研究において最も高い分子認職能を示した。セルロース、アミロースの3,5-ジメチルフェニカルバメート誘導体は高い光学分割能を有し、HPLC用のキラル固定相(CSP)として有用である。また、セルロースやアミロース以外の多糖についてもその光学分割能が報告され、多糖の構造と光学分割能との相関に興味がもたれる。そこで、本研究では高い立体規則性が期待される無水糖の開環重合として1,6-アンヒドロ-β-D-ヘキソピラノースのカチオン重合を行い、得られた多糖をカルバメート誘導体とし、そのCSPとしての光学分割能について明らかにした。1,6-アンヒドロ-2,3,4-トリ-O-アリル-β-D-グリコピラノース(1)のカチオン重合は溶媒として乾燥塩化メチレン、開始剤としてBF_3・OEt_2を使用し、0°C、窒素雰囲気下で80時間行った。1の重合で得られるポリマーはNMRの構造解析から1,6-α結合でさらに分岐のない立体規則性のデキストラントリアリル誘導体2であった。脱保護はRh錯体を用いたプロペニル基への異性化後、酸により加水分解を行いデキストラン(4)を得た。光学分割剤への応用は4の3,5-ジメチルフェニルカルバメート化により5を得た。

100量体および20量体と分子量の異なる多糖誘導体を用いた分割実験は溶離液としてヘキサン/IPAとし、ラセミ体としてトレガー塩基、ベンザインなどを用いた。4のトリス(3,5-ジメチルフェニルカルバメート)誘導体をCSPとした科学分割では、ベンザインに対し完全分割を示し、その分離係数はα=1.34であった。多糖誘導体の重合度による分割能の差は顕著であり、100量体のCSPの分割係数は何れのラセミ体の場合においても20量体よりも大きい値を示した。1,2:5,6-ジアンヒドロ-D-マンニトールのアニオン重合の停止時にトリメトキシシリルプロピルクロライドを加え、末端にトリメトキシシリル基を有するポリマーを合成した(数平均分子量、2700;分散度、1.5)。次に、このシリル化ポリマーをシリカゲルと反応させ、さらにシリカゲル表面のシラノール基をトリメチル化した。得られたシリカゲルの炭素含有率は14.1%であった。この固定相を用いたHPLCによる光学分割は溶離液に過塩素酸水溶液(pH2)/メタノール(9/1および1/1)と過塩素酸水溶液/アセトニトリル(4/1)を用いて行った。新規糖ポリマーを固定相としたカラムの理論段数は、フェニルグリシンを用いた場合、1500段程度であった。用いたアミノ酸誘導体では、すべてにおいてD体が先に溶出した。ほとんどのサンプルの分離係数(α)は1.1程度であったが、トリプトファンでは1.101.32とやや大きな値であった。トリプトファン、フェニルグリシン、フェニルグリシンメチルエステル、および、1-(1-ナフチル)-エチルアミンでは、分離度(Rs)が0.400.63であり部分分離された。ロイシン、プロリン、ヒスチジンでは全く分離しなかった。また、Rsは溶離液として過塩素酸水溶液/アセトニトリル系を用いると、過塩素酸水溶液/メタノール系より大きな値を示した。また、医薬関連化合物の光学分割についても検討し、アミノアルコールであるプロプラノロールでは、溶離液に過塩素酸水溶液/アセトニトリル(4/1)を用いた実験において分離が可能であった。この際、(R)-(+)-体が先に溶出し、αは1.1、Rsは0.83であった。以上のことから、新規糖ポリマーはアミノ酸誘導体のみならずアミノアルコール類に対しても不斉認識能を示した。1)重合後に脱離が可能な置換基であるアリル基を有する1,6-無水糖である1,6-アンヒドロ-2,3,4-トリ-ο-アリル-β-D-グルコピラノースを合成し、その開環重合を一般的なカチオン開始剤である三フッ化ホウ素エーテル錯体を用いて行うと、主鎖が(1→6)-α-結合により糖ユニットが連結された立体規則性多糖、(1→6)-2,3,4-トリ-ο-アリル-α-D-グルコピラナンが得られた。また、脱アリル化反応はPd/Cにより完全に進行し、立体規則性の(1→6)-α-D-グルコピラナンが得られた。2)(1→6)-α-D-グルコピラナンおよび(1→6)-α-D-マンノピラナンを不斉認識材料であるキラル固定相(CSP)への応用を行った。これら2種類の多糖と3,5-ジメチルフェニルイソシアネートおよび3,5-ジクロロフェニルイソシアネートの反応により、2-、3-および4-位に3,5-ジメチルフェニルカルバメートおよび3,5-ジクロロフェニルカルバメート化された多糖誘導体を合成した。合成した4種類の多糖誘導体を多孔性シリカゲルに吸着させたCSPを調製し、液体クロマトグラフィーによるラセミ化合物の光学分割実験を行い、これらのCSPの性能を評価した。それらのCSPはベンゾイン、トレガー塩基に対し大きな分割能を示し、置換基および多糖構造の違いにより不斉認識能が異なることを明らかにした。
脊椎動物キネトコア複合体CENP-T/WおよびCENP-S/Xの構造生物学

真核生物キネトコアは染色体セントロメア領域に形成され、細胞分裂時に染色体と微小管を連結する。本研究課題はCENP-TWとCENP-SXの構造と機能に迫るため、X線結晶構造解析、DNA結合および相互作用について解析した。その結果、CENP-TWとCENP-SXはどちらもヒストンフォールドを有していた。立体構造は互いに酷似し、CENP-TWSX複合体を形成した。CENPーTWSX複合体はヘテロ4量体で、独特なDNA結合特異性を有していた。本解析よりCENP-TWSX複合体がセントロメアにおいて固有のクロマチンを形成する事がわかった。本研究申請の目的は脊椎動物キネトコア構成因子CENP-TWとCENP-SXの構造と機能の関係を明らかにし、これら蛋白質複合体が正常な染色体分配にいかに寄与するかを解明する事にある。まず長さの異なる二重鎖DNAを多数調製し、DNA結合能を調べたところCENP-SXは50-60bpにおいて明確なシフトバンドが形成された。一方、CENP-TWSXはこの長さでは明確なバンドを形成せず80-100bpにて明確なシフトバンドを形成した。DNA結合能をさらに調べる目的で、ヌクレオゾームが二つならんだようなダイヌクレオゾームを調製しDNA結合能を調べた。その結果、ヌクレオゾーム間のリンカーDNAの長さが25bpでは明確なシフトバンドが形成されなかったが、100bpでは明確なシフトバンドを形成した。ヌクレオゾームテンプレートは通常のH3ヌクレオゾームおよびセントロメア特異的CENP-Aヌクレオゾームどちらも同様に結合した。100bp上におけるCENP-TWSXシフトバンドの構成因子を解析したところ、CENP-TWSXが2分子ずつ存在し、オクタマーとして結合していた。CENP-TWSXはヒストン様蛋白質で、ヒストン同様DNAに超らせんを誘発する事が以前の解析よりわかっている。今回さらに超らせんの方向を調べたところ、CNEP-TWや-SXは負の超らせんを誘発するのに対してCENP-TWSXは正の超らせんを誘発していた。この結果はセントロメアにおけるCENP-TWSXのユニークな性質を示していると考えられ、今後の解析が待たれるところである。以上の結果より脊椎動物においてCENP-TWSX複合体がユニークなクロマチンを形成し、キネトコア構造形成に重要な役割を果たす事が明らかになった。本年度はCENP-TW及びCENP-SXの結晶構造を決定した。立体構造解析の結果、CENP-TWは2量体、CENP-SXは4量体であった。CENP-TWおよびCENPSXはどちらもヒストンフォールドであった。興味深い事にCENP-SXとCENP-TWの立体構造を比較すると4量体形成に関わるアミノ酸残基がCENP-Tにおいても存在した。この事からCENP-SXとCENP-TWが相互作用する可能性が考えられた。実際両蛋白質複合体を混合すると、安定な複合体を形成した。4量体の界面に存在するアミノ酸に変異を導入すると複合体形成が阻害された。この複合体の詳細を原子レベルで明らかにするため、結晶化を行った。その結果、二つの異なる結晶系に属する結晶を得る事に成功した。CENP-SXおよびCENP-TWの立体構造を使って分子置換法により構造解析したところ、二つの結晶はいずれもCENP-TWSXへテロ4量体で、CENP-SとCENP-Tが相互作用していた。生化学的解析よりCENP-TWSXへテロ4量体はCENP-TWやCENP-SXと異なる蛋白質-DNA複合体を形成していた。またCENP-TW, SX, TWSXともにDNAにスーパーコイルを導入する活性があり、ヒストン同様ヌクレオゾーム様構造を形成する事がわかった。細胞生物学的解析よりヘテロ4量体が形成できない細胞では正常なキネトコアが形成できない事がわかった。当初の計画ではCENP-TW及びCENP-SXの立体構造を解析した後に相互作用するDNAや蛋白質との構造解析を行う予定であったが、今年度の解析の結果、二つの蛋白質が相互作用し、さらには両者の複合体の結晶化。構造決定に至った。

今後は当初計画にあるDNAやヌクレオゾームとの共結晶化を目指すとともに他の相互作用因子についても複合体結晶化や生化学的解析を通してCENP-SX, CENP-TW複合体の更なる構造と機能の相関を明らかにしていく予定である。CENP-SXとDNA、CENP-TWとDNAの立体構造解析のため、蛋白質やDNAの発現、精製、結晶化、構造解析に必要な試薬、合成DNA、蛋白質精製カラム、結晶化試薬を購入する。またX戦回折データ取得のための放射光施設への旅費及び研究成果発表のための学会参加費用を予算申請する。
顎関節症における関節円板穿孔に対する骨形成因子(BMP)の応用

申請者は,平成6年度奨励研究(A)の援助を受け,ウサギの顎関節軟骨の退行性変化の実験モデルを作り,軟骨欠損部位にBMPを補填し,ある条件下において約3週間で軟骨の修復が可能であることを確認した.本研究では,BMPを使用することにおいて,関節円板軟骨欠損(穿孔)の修復が可能か否かを確認し,将来のBMPの臨床応用範囲を拡大することを目的としている.結果;ウサギでの顎関節円板穿孔(直径3mm)の軟骨修復は不可能であった.(1)ウサギの顎の運動は,開閉口,側方運動が主であり,かつ術後の顎関節の安静を保つことが不可能であるため,BMPを含有したアテロペプチドタイプ.IコラーゲンのPellet状の担体によって穿孔部を被覆したが,顎運動によって早期に崩壊,脱落がおこるため,軟骨細胞を伝導し,軟骨形成による完全な修復を行うことはできなかった.穿孔部の周囲(関節円板と後方結合組織の境界付近)においての担体が残存している部位に,軟骨形成が一部みられたのみであった.しかし,これがBMPにより関節円板の軟骨細胞が伝導してきたものか,関節円板自体の生理的な修復機構によるものかは証明できなかった.一方,コントロール群である関節円板を穿孔させた後,放置したもの,またアテロペプチドタイプIコラーゲンのみを填入させたものにおいては,どの部位にも軟骨形成はみられなかった.(2)またBMPの担体としてポリ乳酸ポリエチレングリコールおよびポリL-乳酸,ポリ乳酸ポリエチレングリコール共重合体による穿孔部への填入を試みたが,これらの性状は硬質で脆いか,あるいはペースト状で形態を保持することが不可能で,今回の実験における関節円板穿孔の修復に対するBMP応用の担体としては適当ではなかった.(3)山口らのin vitroでの報告で,BMPは未分化間葉系細胞(C3H10T1/2線維芽細胞)を骨芽細胞および軟骨細胞に誘導分化させることが明かであり,そして,この実験での関節円板穿孔部位においては,後方結合組織からの未分化間葉系細胞の供給と血流の酸素供給があり,BMPによって未分化間葉系細胞を軟骨細胞に誘導させることができ,また関節円板から軟骨細胞の供給があるため,軟骨細胞の伝導も容易であることから,関節円板穿孔部のある程度の修復は理論的に可能であると思われる.現在,新に実験方法を設け,追加実験を進めている.申請者は,平成6年度奨励研究(A)の援助を受け,ウサギの顎関節軟骨の退行性変化の実験モデルを作り,軟骨欠損部位にBMPを補填し,ある条件下において約3週間で軟骨の修復が可能であることを確認した.本研究では,BMPを使用することにおいて,関節円板軟骨欠損(穿孔)の修復が可能か否かを確認し,将来のBMPの臨床応用範囲を拡大することを目的としている.結果;ウサギでの顎関節円板穿孔(直径3mm)の軟骨修復は不可能であった.(1)ウサギの顎の運動は,開閉口,側方運動が主であり,かつ術後の顎関節の安静を保つことが不可能であるため,BMPを含有したアテロペプチドタイプ.IコラーゲンのPellet状の担体によって穿孔部を被覆したが,顎運動によって早期に崩壊,脱落がおこるため,軟骨細胞を伝導し,軟骨形成による完全な修復を行うことはできなかった.穿孔部の周囲(関節円板と後方結合組織の境界付近)においての担体が残存している部位に,軟骨形成が一部みられたのみであった.しかし,これがBMPにより関節円板の軟骨細胞が伝導してきたものか,関節円板自体の生理的な修復機構によるものかは証明できなかった.一方,コントロール群である関節円板を穿孔させた後,放置したもの,またアテロペプチドタイプIコラーゲンのみを填入させたものにおいては,どの部位にも軟骨形成はみられなかった.(2)またBMPの担体としてポリ乳酸ポリエチレングリコールおよびポリL-乳酸,ポリ乳酸ポリエチレングリコール共重合体による穿孔部への填入を試みたが,これらの性状は硬質で脆いか,あるいはペースト状で形態を保持することが不可能で,今回の実験における関節円板穿孔の修復に対するBMP応用の担体としては適当ではなかった.(3)山口らのin vitroでの報告で,BMPは未分化間葉系細胞(C3H10T1/2線維芽細胞)を骨芽細胞および軟骨細胞に誘導分化させることが明かであり,そして,この実験での関節円板穿孔部位においては,後方結合組織からの未分化間葉系細胞の供給と血流の酸素供給があり,BMPによって未分化間葉系細胞を軟骨細胞に誘導させることができ,また関節円板から軟骨細胞の供給があるため,軟骨細胞の伝導も容易であることから,関節円板穿孔部のある程度の修復は理論的に可能であると思われる.現在,新に実験方法を設け,追加実験を進めている.