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撮影監督宮川一夫アーカイブ・プロジェクト

本プロジェクトでは、オリジナル資料保存のためのデジタル化として、撮影監督宮川一夫の撮影台本から、書き込みやカット尻フィルム片の貼り込みがある撮影台本のデジタル化を行った。デジタル化の前に、リスト化、資料状態の調査、対象資料のデジタル化にかかわる著作権の調査、デジタル化の手法調査、資料保存方法の調査を行った。最終的にデジタル化を行った撮影台本は、書き込みのある台本では60冊、カット尻のフィルム片の張り込みが或る台本は19冊である。フィルム片については、1片ずつデジタル化を行った。本プロジェクトはフィルム片貼り込みの撮影台本を本格的にデジタル化した先駆的な事例と言える。本年度は、宮川一夫による書き込みのある撮影台本を対象に、調査、カタロギング、デジタル化を行った。具体的には、日活作品の『お千代傘』『子守唄武州颪』(1935)、『牢獄の花嫁』(1939)、『南方発展史海の豪族』(1942)の4点と、大映の戦前作品『無法松の一生』(1943)から、『小太刀を使ふ女』『かくて神風は吹く』(1944)、『東海水滸伝』(1945)4点、戦後作品『扉を開く女』『槍おどり五十三次』(1946)、『壮士劇場』(1947)から『羅生門』(1950)、『お遊さま』(1951)、『すっ飛び駕』(1952)、『祇園囃子』(1953)、『山椒大夫』『噂の女』『近松物語』(1954)、『新平家物語』(1955)、『夜の蝶』(1957)、『炎上』『弁天小僧』(1958)、『ぼんち』『切られ与三郎』『おとうと』(1960)、『悪名』(1961)、『座頭市千両首』(1964)までの60点である。上記資料に関して、各資料の状態・内容および稀少性の調査とカタロギングに加え、デジタル化に対する著作権等の諸課題の調査、当該資料のデジタル化にかかわる技術的諸問題の検討をおこなった。成果報告として、京都府京都文化博物館フィルムシアターにて、『撮影監督宮川一夫コレクションの保存とデジタル化の試みー撮影台本を中心にー』(2014年3月22日16:1517:45)を開催した。本プロジェクトの概要説明と、田中重幸(株式会社KADOKAWA角川書店ブランドカンパニー)氏による「映画資料の保管と活用について」、佐伯俊道(脚本家、日本シナリオ作家協会著作権委員会長)氏による「映画台本アーカイブズの現状とそれに関わる著作権者の立場」、山口孝子(東京都写真美術館保存科学専門員)氏による「台本に貼り込まれたフィルムの保存」の発表を行い、本年度の研究報告と次年度の研究の深化に備えた。本年度は、宮川一夫による書き込みおよびフィルムのカット尻を貼り込みのある撮影台本を対象に、リストの作成、デジタル化手法の調査、資料保存方法の調査を行った。対象作品は、1945年の『東海水滸伝』(伊藤大輔・稲垣浩、大映京都)から1986年の『近松門左衛門鑓の権三』(篠田正浩、松竹・表現社)までの撮影台本である。特に、資料保存方法と連動したデジタル化手法についての調査は、国内のfilmマテリアル、non-filmマテリアルのデジタル化の最新状況をふまえながら、本プロジェクトのマテリアルに最もふさわしい方法を模索した。資料保存の方法については東京都写真美術館の専門家に、撮影台本とカット尻のデジタル化については東京国立近代美術館フィルムセンター、京都府京都文化博物館、株式会社イマジカウエストの各専門家の知見を得、それぞれの方法を確定した。並行して、権利者の了解を得ながら、必要な資材や体制の調整を行った。本年度は、昨年度の調査をふまえ、宮川一夫による書き込みおよびフィルムのカット尻貼りこみのある撮影台本を対象に、デジタル化を行った。具体的には『東海水滸伝』(1945年、大映京都、伊藤大輔・稲垣浩監督)から『鬼の棲む館』(1969年、大映京都、三隅研次監督)までの19作品であり、選定基準は、台本の紙の傷みが激しく、貼り込まれたカット尻も粘着しているなど、資料状態が悪く、複製作成が喫緊の課題となっているものである。本研究の目的である「3当該資料のデジタル化に対する著作権等の諸課題とその解決モデル」については、台本上のシナリオ(テキスト)、書き込み、カット尻のコマ、台本自体、それぞれ権利者が異なることから、デジタル化の成果公開については、これら各権利者の許諾をクリアする必要があり、そのため1頁ごとに1画像を作成し、各権利情報を蓄積する方法をとった。もう一つの目的である「4当該資料のデジタル化にかかわる技術的諸問題とその解決モデル」では、シナリオ(テキスト)、書き込み、カット尻のコマが、それぞれ材質も色彩も異なるうえに、確認画像に求められる精度も異なることから、それぞれに適した撮影方法を採用した。なお、資料保存の観点から、状態が悪い撮影台本のデジタル化を最優先課題とし、シンポジウム等の当初計画していた報告会は開催せずにその経費をデジタル化に回したことを付言しておく。

最終的にデジタル化を行った撮影台本は、書き込みのある台本では60冊、カット尻のフィルム片の張り込みが或る台本は19冊である。フィルム片については、1片ずつデジタル化を行った。本プロジェクトはフィルム片貼り込みの撮影台本を本格的にデジタル化した先駆的な事例と言える。当初の予定では、本年度中に、当該資料のデジタル化を実施する予定であったが、本年度は調査・調整・手法の確定・準備に時間をかけ、デジタル化は最終年度に行うことになった。理由は、今回の資料のデジタル化をおこなうためには、撮影台本に貼り込まれたカット尻を剥がす=オリジナルの博物資料の価値を損なう、ことになるため、非常に慎重に調査と調整、最終判断をおこなったことによる。映画史上述のように、本年度慎重に調査・調整・手法の確定・準備を行ったため、最終年度にデジタル化を集中して行うこととした。調整・確定・準備を終えているため、最終年度は本研究をつつがなく推進できる予定である。初年度の本研究の目的は、以下(1)(2)である。(1)宮川一夫の書き込み撮影台本を対象とし、1各資料の状態・内容および稀少性、2関連する資料の国内アーカイブ・諸機関の所蔵状況、3当該資料のデジタル化に対する著作権等の諸課題とその解決モデル、4当該資料のデジタル化にかかわる技術的諸課題とその解決モデル、を明らかにすること。(2)本研究の協力組織体制による研究の推進と成果共有を通して、日本における映画・映像の教育・研究・アーカイブに関する産官学国際連携の活性化をはかることにある。このうち(1)については、研究費の制約上、書込み撮影台本のデジタル化は、1作品1点に限定したうえで、110作品中の60作品で予算が尽きてしまったが、当該額で60点のデジタル化を行えることが明らかになった。上記1から4については、2を次年度のデジタル化と併せて調査することとし、残りの134の調査はあらかた終了した。(2)についても、著作権やデジタル化に関わる諸課題の問題について協力機関との検討を重ねながら、デジタル化を並行してすすめ、報告会も協力機関からの報告を含めて開催することが出来た。以上の点を総合して、おおむね順調に進んでいると言える。本年度はカット尻貼り込み撮影台本のデジタル化経費を予算化していたが、前述のようにデジタル化が博物資料の損壊につながることから、本年度はオリジナルの保存問題、デジタル化の方法、撮影台本とカット尻それぞれの保存方法を入念に検討し、関係者との調整をおこなうことを優先し、デジタル化作業を次年度に回したため。2年目は、初年度のデジタルデータをもとに、前項の調査を更に深化するとともに、カット尻等のフィルム資料が挟み込まれた撮影台本を対象に、調査、カタロギング、デジタル化とその研究をおこなう。具体的には、前項と同様の下記15を明らかにする。1各資料の状態・内容および稀少性、カタロギング/2関連する資料の国内アーカイブ・諸機関の所蔵状況/3当該資料のデジタル化に対する著作権等の諸課題とその解決モデル/ 4当該資料のデジタル化にかかわる技術的諸問題とその解決モデル/ 5の映画論・芸術表現・メディア(フィルム)研究このカット尻は、宮川一夫コレクションの中でも最も貴重な一次資料であり、それが貼り込まれた撮影台本のデジタル化は、前例がないことから、デジタル化の点数よりも、資料保存とデジタル化の質を第一条件に、進めることとする。デジタル化と上記14の調査はいずれも、研究協力機関の専門的知識提供を含めた協力を得ながら、諸問題や解決モデルに関するヒアリングを重ね、検討する。
新規樹立マウスバセドウ病モデルを用いた病態の解析及び治療法の開発

(1)バセドウ病発症に及ぼす遺伝的背景:我々は近年、TSH受容体発現アデノウイルスを連続筋注することによってBALB/c(H-2d)マウスに高頻度にバセドウ病を誘導できることを報告した。今回遺伝的背景のバセドウ病発症に及ぼす影響を検討するため、BALB/cとMHCのみが異なるマウス[即ち、congenic mice ; BALB/K(H-2k)]と、MHC以外が異なるマウス(DBA/2J)を同様に免疫した。前者での発症率はBALB/cと同等であったが、後者では発症率の著しい低下が認められた。よって、バセドウ病発症を規定する遺伝子はMHC外に存在することが示唆される。(2)バセドウ病発症に及ぼす環境因子:環境中の微生物感染のバセドウ病発症に及ぼす影響を検討するため、SPFの状態或いは通常の環境中で飼育したBALB/cマウスを免役した。しかし発症率に有意な差は薄められなかった。さらに大腸菌膜成分であるLPSや酵母菌膜成分であるzymosan A投与も影響を与えなかった。疾患発症に及ぼす微生物暴露の影響は小さいと考えられる。(3)バセドウ病発症に及ぼす免疫反応のTh1/Th2バランス:Th1サイトカイン(interleukin-12;IL-12)とTh2サイトカイン(IL-4)の影響を検討するため、これらサイトカインを発現するアデノウイルスを作成し、TSH受容体発現アデノウイルスと共に筋注した。IL-4はTSH受容体に対する免疫反応をTh2にシフトさせ(抗TSH受容体抗体IgG1/IgG2a比上昇、脾細胞からの抗原特異的interferon-g分泌低下)、疾患発症を抑制したが、IL-12は免疫反応をTh1にシフトさせたものの(脾細胞からの抗原特異的interferon-g分泌増加)、疾患発症は不変であった。さらに、同様にTh2免疫反応を誘導すると言われているα-galactosylceramideと寄生虫(マンソン住血吸虫)感染の疾患発症に及ばす影響を検討した。いずれを用いても抗原提示時にTh2偏倚を誘導すると、疾患発症が有意に抑制された。バセドウ病発症におけるTh1反心の重要性が示唆される。しかし、免疫反応成立後は無効であったことより、Th2偏倚はバセドウ病の予防効果はあるものの、治療的意義は低いと考えられる。(4)抗TSH受容体抗体のエピトープ解析:linearエピトープをペプチドを用いて解析し、受容体細胞外領域のN端に立置することを見出した。また、マウスにバセドウ病を誘導するためには、全長受容体遺伝子を用いるより、Aサブユニットをコードする遺伝子を用いる方が効率が上がることを見出した。このことも受容体蛋白N側の抗原性の高さを示唆している。この方法では1/10,000量のアデノウイルス量でも効率よく疾患を誘導できることも見出した。(5)B細胞欠損マウスを用いて、T細胞反応は正常のB細胞の存在が必須であることが明らかとした。抗原提示細胞としてのB細胞の重要性を示唆していると考えられる。

(4)抗TSH受容体抗体のエピトープ解析:linearエピトープをペプチドを用いて解析し、受容体細胞外領域のN端に立置することを見出した。また、マウスにバセドウ病を誘導するためには、全長受容体遺伝子を用いるより、Aサブユニットをコードする遺伝子を用いる方が効率が上がることを見出した。このことも受容体蛋白N側の抗原性の高さを示唆している。この方法では1/10,000量のアデノウイルス量でも効率よく疾患を誘導できることも見出した。(5)B細胞欠損マウスを用いて、T細胞反応は正常のB細胞の存在が必須であることが明らかとした。抗原提示細胞としてのB細胞の重要性を示唆していると考えられる。バセドウ病の病態解析(1)遺伝背景:我々は以前、TSH受容体発現アデノウイルスを連続筋注することによってBALB/c(H-2d)マウスに高頻度にバセドウ病を誘導できることを報告した。今回遺伝的背景のバセドウ病発症に及ぼす影響を検討するため、BALB/cと主要組織適合抗原(MHC)のみが異なるマウス(即ち、congenic mice ; BALB/K (H-2k))と、MHC以外が異なるマウス(DBA/2J)を同様に免疫した。前者での発症率はBALB/cと同等であったが、後者では発症率低下の著しい認められた。よって、バセドウ病発症を規定する遺伝子はMHC外に存在することが示唆される。(2)環境因子:環境中の微生物感染のバセドウ病発症に及ぼす影響を検討するため、Specific pathogen freeの状態或いは通常の環境中で飼育したBALB/cマウスを免役した。しかし発症率に有意な差は認められなかった。疾患発症に及ぼす微生物暴露の影響は小さいと考えらる。(3)Th1/Th2バランス:Th1サイトカイン(interleukin-12 ; IL-12)とTh2サイトカイン(IL-4)の影響を検討するため、これらサイトカインを発現するアデノウイルスを作成し、TSH受容体発現アデノウイルスと共に筋注した。IL-4はTSH受容体に対する免疫反応をTh2にシフトさせ(抗TSH受容体抗体IgG1/IgG2a比上昇、脾細胞からの抗原特異的interferon-γ分泌低下)、疾患発症を抑制したが、IL-12は免疫反応をTh1にシフトさせたものの(脾細胞からの抗原特異的interferon-γ分泌増加)、疾患発症は不変であった。バセドウ病発症におけるTh1反応の重要性が示唆される。昨年に引き続き、我々が樹立した新規マウスバセドウ病モデルを用いて疾患の病態解析を進めた。(1)Th1/Th2免疫バランスとバセドウ病発症:昨年度、Th2サイトカインであるinterleukin-4の共発現でバセドウ病発症が抑制されることを見出したので、本年はさらに、同様にTh2免疫反応を誘導すると言われているalpha-galactosylceramideと寄生虫(マンソン住血吸虫)感染の疾患発症に及ばす影響を検討した。いずれを用いても抗原提示時にTh2偏倚を誘導すると、疾患発症が有意に抑制された。しかし、免疫反応成立後は無効であった。よって、Th2偏倚はバセドウ病の予防効果はあるものの、治療的意義は低いと考えられた。(2)抗TSH受容体抗体のエピトープ
マルチコアファイバ励起光合波器によるマルチコア光増幅器のインテグレーション

ダブルクラッド型のマルチモードファイバ増幅器について、励起光をファイバ側面からモード結合により入射する方法について、検討を進めた。高次モードを積極的に利用することで結合効率と結合長を改善できる見込みを得た。さらに、得られた成果を基にした光ファイバ増幅システムを用いた光伝送システムへの応用における検討も進め、光無線(Radio on Fiber)システムや多値信号を用いたコヒーレント受信のシステムを含め広い領域においてその応用に関する研究成果を得た。本研究課題の研究代表者は、H25年度(本研究課題の初年度)より、国立研究所から大学へ籍を移した。このことから、大学という研究環境を最大限生かして研究を加速させるため、研究計画の一部見直しを行った。H25年度中は、学部3年生が週一回のゼミを行うのみであるため、関連技術の教育と研究環境の整備に集中し、H26, 27年度に研究室の学生のマンパワーを用いて同時並列的に研究課題に取り組み、研究を加速させることとしている。なお、以前に所属していた国立研究所とは共同研究契約を結び、連携の環境整備を進めた。また、連携研究者3名は引き続き研究所に在籍し、協力関係が今後も続くこととなっている。本研究において検討を進めている主な方式は次の3つである。(1)溶融型光ファイバ分岐・結合器の技術を応用する方法。(2)マルチコアファイバ側面の加工によりクラッドへ励起光を入射する方法。(3)レンズ系を用いる方法。実験環境については、約3m×6mの暗室を確保、1.2m×2.4mの光学実験テーブルを設置した他、各種の必要機材を整備した。シミュレーション環境については、10台のシミュレーション用PC(Core-i7(3.4GHz)×5台、Core-i5(3.1GHz)×5台)を整備。(1)の方法を検討するため、ビーム伝搬法(BPM法)数値計算ソフト(BeamPROP)を導入し、マルチコアファイバの第一クラッドへのモード結合を数値的に計算する環境を整えた。(2)(3)については工学設計評価プログラム(CodeV)を導入し、光線追跡法による光学系の設計評価環境を整えた。CodeVを用いた数値計算については、既に一部計算が進んでおり、(3)の方法のロッドレンズを用いたマルチコアファイバの合波器において、中心コアと周辺コアとで収差の影響により結合損失に差が生ずる様子を計算によって明らかにしつつある。今年は、計画していた3つの方式((1)溶融型光ファイバ分岐・結合器の技術を応用する方法。)の中で、(1)方式で顕著な研究の前進が見られたので、特に本方式に研究室のマンパワーを集中し、研究の成果を上げた。内容は下のようなものである。マルチコアEDFA(MC-EDFA)の励起は、ダブルクラッド構造を用いることによりクラッド励起を行うことが検討されている。MC-EDFAに励起光を入射する方法としては、WDMフィルタを使用する方法や、テーパ型ファイババンドルを用いる方法などが提案されているが、我々はクラッド励起における励起光の入射方法として、平行した光導波路間におけるモード結合を利用した方法の検討を行った。MC-EDFAとマルチモードファイバ(MMF)を並行させ、MC-EDFAの第一クラッドとMMFのコア部を近接させる。その後、励起光の高次モードを波長板を通してMMFのコアに導波させ、モード結合によってMMFのコアからMC-EDFAの第一クラッドへ励起光をカップリングさせ、クラッド励起を行うものである。BPMによる計算を行ったところ波長1480[μm]の励起光を使用した場合、LP01モードでは完全結合長は648[mm]、結合率はほぼ100[%]となった。またLP11(a)モードの場合、結合長は119[mm]と短くなり、結合率は98.7[%]となった。LP21,LP31モードに関しても同様の計算を行い、高次のモードを用いることにより、完全結合長が大幅に短くなることを見出した。現在は、以上の知見を基に実験系を構築し、研究最終年度における研究の完成を目指しているところである。これまで、計画していた3つの方式((1)溶融型光ファイバ分岐・結合器の技術を応用する方法。)の中で、(1)の方式において顕著な研究の前進が見られたため、特に本方式に注力して検討を進め、目標とするマルチコアEDFA(MC-EDFA)の特性改善のための検討を進めた。MC-EDFAの励起において、クラッド励起における励起光の入射方法として、平行したマルチモードファイバ(MMF)からMC-EDFAの第一クラッドへのモード結合を利用した方法を検討しているが、MMFのコア径とMC-EDFAの第一クラッド径を同様に100ミクロンとした場合に98%以上の高い結合効率が得られることが数値シミュレーションにより明らかになった。特にLP11やLP21, LP31の高次モードを使用した場合に、完全結合長が基本モードに比べて大幅に短くなる。ところが、使用するMMFコアとMC-

EDFA第一クラッドの屈折率の変化に対し、結合効率が過敏に変化してしまい、現実的なファイバの製造を考えたときに課題となることが明らかになった。これは、100ミクロンという大きな半径を持つ導波路間のモード結合を仮定していることに原因があるものと考えられる。そこで、MMF側のコア半径を半分の50ミクロンとした場合の結合について検討した。その結果、このような異なる半径の導波路においても90%を超える結合効率を実現できる見込みを得た。また、本研究課題の応用についても検討を進め、MC-EDMAを利用したマルチコアファイバ・ネットワークにおけるROF技術について検討を始め、新しいtwo-tone信号の発生方法を提案する成果も得た。計画していた3つの方式((1)溶融型光ファイバ分岐・結合器の技術を応用する方法。(2)マルチコアファイバ側面の加工によりクラッドへ励起光を入射する方法。(3)レンズ系を用いる方法。)の中で、(1)方式で顕著な研究の前進が見られているため、当該方式に注力して検討を進めている。その中で、用いる光ファイバの屈折率誤差による特性劣化という新しい問題を明らかにしたが、その反面で実験を行う上での障害ともなった。一方、本課題の発展として、マルチコアファイバの応用面における研究で成果が得られるなどし、全体としておおむね順調に研究は進展した。これまで、計画していた3つの方式((1)溶融型光ファイバ分岐・結合器の技術を応用する方法。)の中で、(1)の方式において顕著な研究の前進が見られたため、特に本方式に注力して検討を進め、目標とするマルチコアEDFA(MC-EDFA)の特性改善のための検討を進めた。クラッド励起における励起光の入射方法として、平行したマルチモードファイバ(MMF)からMC-EDFAの第一クラッドへのモード結合を利用した方法を検討しているが、使用するMMFコアとMC-EDFA第一クラッドの屈折率の変化に対し、結合効率が過敏に変化してしまい、現実的なファイバの製造を考えたときに課題となることが問題となっていた。実際に第一クラッド径を変化させてモード結合の様子をシミュレーションで確認することにより、コア径が大きくなることによって屈折率変化にセンシティブに結合効率が変化することが確認できた。そこで、MMF側のコア半径及びMC-EDFA側の第一クラッド径を変化させながら結合効率を確認することで、提案するマルチコア光増幅器の特性を明らかにした。また、本研究課題の応用についても検討を進め、MC-EDMAを利用したマルチコアファイバ・ネットワークにおけるROF技術や多値信号伝送、非線形現象の補償技術等、幅広い応用範囲において研究成果を得た。ダブルクラッド型のマルチモードファイバ増幅器について、励起光をファイバ側面からモード結合により入射する方法について、検討を進めた。高次モードを積極的に利用することで結合効率と結合長を改善できる見込みを得た。さらに、得られた成果を基にした光ファイバ増幅システムを用いた光伝送システムへの応用における検討も進め、光無線(Radio on Fiber)システムや多値信号を用いたコヒーレント受信のシステムを含め広い領域においてその応用に関する研究成果を得た。
環境低負型新規熱分解法による古紙の高度有効利用技術

古紙をマイクロ波急速熱分解することによりゴミとしての排出量を削減し焼却による環境汚染やCO_2排出量を抑制し、無水糖類などの高付加価値物を得た後で分解物は土に帰し地力を増強させようとするものである。電話帳・古新聞などの古紙、製紙工場で製造されている脱墨パルプ、およびろ紙(セルロース100%)のマイクロ波急速熱分解を行い、それぞれ無水糖類が高収率で得られるマイクロ波照射装置の最適条件を比較検討した。古紙をマイクロ波急速熱分解したときのエネルギー効率、炭素収支仕込みと生成物の定量的関係を詳細に検討し、環境にやさしい古紙の高度な利用技術を確立した。木材資源としての古紙(ポリマー)を高付加価値モノマー(無水糖類)に戻して高度に再利用するという低エネルギー・低負荷型環境リサイクルシステムを構築した。本研究ではリサイクル不可能となった古紙をセルロース資源と考え古紙にマイクロ波急速熱分解法を適用して効率的に無水糖類を製造する技術を確立することが目的である。古紙をマイクロ波急速熱分解することによりゴミとしての排出量を削減し焼却による環境汚染・CO_2排出量を抑制し、無水糖類などの高付加価値物を得た後で分解物は土に帰し地力を増強させようとするものである。初めの12年では、電話帳・古新聞などの古紙、製紙工場で製造されている脱墨パルプ、およびろ紙(セルロース100%)のマイクロ波急速熱分解を行い、それぞれ無水糖類が高収率で得られるマイクロ波照射装置の最適条件を比較検討する。2、3年目では、古紙をマイクロ波急速熱分解したときのエネルギー効率、炭素収支、仕込みと生成物の定量的関係を詳細に検討し、環境にやさしい古紙の高度な利用技術を確立し、高度に再利用するという低エネルギー・低負荷型環境リサイクルシステムを構築する。無水糖類が得られる最適な操作条件は11年度に明らかにしたので、タール中からの無水糖類回収につて検討した。初めに有機溶剤による油溶性成分除去と残りの水溶性成分を分離する。有機溶剤は全量を回収し再使用する。水層中に存在する1,6-無水グルコース(レボグルコサン)は分別し、エタノールなどで結晶化させて取り出し、1,4-無水マンノースなどの無水糖類はアセチル化してカラムクロマトグラフィー法により精製した。購入予定の糖分析液体クロマトグラフィー装置によってタール中および生成した無水糖類の同定・定量を行った。この分析はGC-MS装置でも同時に行い糖の同定、純度チェックを行い、開環重合法による多糖類合成の出発原料とした。古紙をマイクロ波急速熱分解したときのエネルギー効率、炭素収支、仕込みと生成物の定量的関係を詳細に検討し、環境にやさしい古紙の高度な利用技術を確立した。
傾斜機能材料の連続化プロセッシングに伴なう固気混相流に関する基礎的研究

傾斜機能材料の連続化プロセッシングに伴う固気混相流に関する基礎的研究として(1)熱CVDプロセスによるグラファイト基板上へのTiCの成膜速度とその反応機構に関する研究及び(2)ノズルから吹き出された固気混相流の拡がり角に及ぼす反応装置壁面の影響に関する研究を行った。(1)本研究ではその反応過程が比較的単純と思われるTiCを、グラファイト基板上へ成膜させた。原料ガスとしてCH_4,H_2およびTiCl_4を用い、1000°Cに於いてCVD反応を行い、反応前後に於ける基板の重量変化により成膜速度を算出した。ガスの総流量による影響はほとんど認められなかったため、P_<CH4>,P_<H2>およびP_<TiCl4>を変化させて、成膜速度の分圧に対する依存性について検討した。その結果、すべての実験条件下に於いてTiCのみが生成し、TiCの生成量は時間に比例して大きくなった。P_<CH4>の増大に伴って反応速度はほぼ直線的に増加した。また、P_<CH4>=0atmの条件下でもかなりの速度でTiC膜が生成された。一方、TiCl_4分圧を変化させた実験ではP_<TiCl4>=0.004atmまではP_<TiCl4>の増大に伴って成長速度は急激に大きくなるが、0.02atm以上に大きくしても成長速度は飽和した。更に、反応速度に及ぼすP_<H2>の影響はP_<CH4>およびP_<TiCl4>と比較して小さい事が判った。生成したTiCの表面形態は、P_<CH4>あるいは、P_<H2>の増大に伴って粒状晶から針状晶へと変化し、X線回折パターンも粉末に近い状態から(111)面および(220)面の優先配向性を示した。それと同時に、このような条件下では成膜速度も速いことが認められた。(2)円筒容器内へ吹き出された固気混相流の拡がり角に及ぼす反応装置壁面の影響を測定するためスリット光源を作成した。現在,固気比や粒子径の影響について検討中である。ジェット内の粒子数密度や粒子速度の検討を行った上,粒子温度の計測に取り組みたい。
肝臓星細胞におけるビタミンA貯蔵機構の解明

肝臓星細胞は類洞内皮細胞と肝実質細胞の間にあるディッセ腔に存在し、大量のビタミンAを脂質滴として、その細胞質内に貯蔵している。肝線維化や肝硬変の際、星細胞は活性化し筋線維芽細胞様に変化するとともにビタミンA脂質滴を失う。また、活性型ビタミンAであるレチノイン酸は、核内に存在するレチノイン酸受容体(RARα)に結合し、標的遺伝子の転写を制御することで、その生理作用を発揮する。我々はこれまでに、星細胞の活性化に伴ってRARα蛋白質量が増加することを明らかにしてきたが、この内在性RARα蛋白質は核内受容体であるにもかかわらず細胞質にドット状に局在した。そこでRARαのアミノ酸配列を検索したところ2か所に核移行シグナル候補配列を見いだした。全長のRARα(F)、N末側核移行シグナル候補配列を含む領域(N)、C末側核移行シグナル候補配列を含む領域(C)をそれぞれ緑色蛍光蛋白質(GFP)と融合して発現するプラスミドベクターを作成し、in vitroで活性化しつつある星細胞に導入した。その結果、GFP-FおよびGFP-Nは核に局在し、GFP-CおよびGFPは核と細胞質に分布したことから、N末側核移行シグナル候補配列がRARα蛋白質の核移行に関与していると考えられた。一方内在性RARα蛋白質が、核移行シグナルを持つにも関わらず細胞質に局在することから、活性化した肝臓星細胞において、内在性RARα蛋白質のN末側核移行シグナルは、何らかの機構によりブロックされていることが示された。肝臓星細胞は肝類洞周囲腔に存在するビタミンA貯蔵細胞であり、肝線維化においても重要な役割を担っていることが知られている。この際、星細胞はビタミンA脂質滴を失いながら活性化し、筋線維芽細胞様に分化することが知られている。しかしながら、ビタミンAが肝線維化を抑制するという報告がある一方、肝線維化を促進するという報告もあり、肝線維化にビタミンAがどのように関与しているのか不明である。またビタミンAの活性型代謝産物であるレチノイン酸は、レチノイン酸受容体(RAR)α、β、γに結合して標的遺伝子の転写制御を行うことが知られている。そこで我々は、ラット肝臓星細胞の初代培養系を用い、活性化しつつある星細胞においてRARsがどのような発現パターンを示すのかを詳細に解析した。その結果、RARsのmRNAの発現は、星細胞の活性化に伴って減少することが明らかとなった。一方、RARαの蛋白質の発現は、星細胞の活性化に伴って増加することがウェスタンブロッティングの結果より明らかとなった。これらの結果は、活性化星細胞におけるRARα遺伝子の発現には何らかの転写後調節機構が存在することを示唆している。さらに、レチノイン酸応答配列を用いたレポーターアッセイにより、星細胞におけるRARsの機能を解析したところ、星細胞は活性化した後にのみ、レチノイン酸に応答することが明らかとなった。またRARα蛋白質の局在を免疫組織化学によって解析したところ、活性化した星細胞において細胞質にドット状に存在するものがあることが明らかとなった。
骨髄腫に治療抵抗をもたらす微小環境オートファジーの解明と、その阻害に基づく新治療

骨髄腫が難治性である原因の一つに微小環境(癌の正常細胞との相互作用)がある。骨髄腫細胞が骨髄間質細胞(BMSC)に接着することにより微小環境誘導性薬剤抵抗(CAM-DR)が生じるが、その詳細な分子機構は明らかではない。研究代表者は偶然にも、CAM-DRとオートファジーとを結びつける実験結果を得た。そこで本研究では、骨髄腫細胞とBMSC細胞の共培養実験を中心として、CAM-DRにおけるオートファジーの役割を解明し、CAM-DR克服に向けた基盤形成を行うことを目的とする。特に、マクロライドのオートファジー阻害作用を活用することで、骨髄腫の新たな治療戦略の展開を目指すことを目的とする。
「先を見る」ための知覚運動スキルの解明とトレーニングへの応用

本年度(平成30年度)の研究目標は、「課題1:各種競技フィールドにおける熟練競技者の視覚探索活動特性の評価」を主に実施し、さらには「課題2:シミュレーション環境下における予期的跳躍眼球運動の時系列解析」を進めることであった。本年度に実施した研究の成果及び研究機関全体を通じて実施した研究成果は以下の通りである。課題1:各種競技フィールドにおける熟練競技者の視覚探索活動特性の評価では、まずは本研究の基盤となるデータ収集を行うため、各種スポーツ競技場面において「先を見る」ための知覚スキルが最も発揮される場面の選定を行った。これまで取り組んできた研究課題の中でも特徴的であった剣道、フェンシングといった対人競技、サッカー、ラグビーといったボールゲームのタスクに着目し、実際の競技フィールドにてモバイルアイトラッカーを用いて眼球運動の計測を行い、熟練者の持つ視覚探索活動の特性について実験的に検討を行った。課題2:シミュレーション環境下における予期的跳躍眼球運動の時系列解析では、課題1での得られたデータを基に、本研究の主課題である予期的な跳躍眼球運動の特性を明らかにするため、上記種目の特定のタスク場面を想定したシミュレーション環境の構築をおこなった。ここでは特に急速眼球運動測定装置を導入することで、新たに固視微動中のマイクロサッケード成分についても検証することが可能となった。今後は上記課題を引き続き継続して実施しながら、課題2を中心的に遂行し、さらには課題3:「先を見る」ための知覚運動スキル獲得プロセスの解明とトレーニングへの応用を進めていく予定である。本年度では当初の予定通り、主に課題1での実験成果を得ることができ、課題2での実験環境の整備を行うことができた。特に予期的な跳躍眼球運動を計測するための急速眼球運動測定装置を導入することにより、今後の各課題遂行の準備が整えることができた。本年度実施した課題1および課題2を引き続き継続して実施し、課題3についても取り組む予定である。また主に課題1および課題2にて得られた成果をまとめ、国際学会での発表をはじめ、研究成果の公表に努めたい。今年度は特に課題1の実験実施と課題2の実験環境整備に注力したため、当初予定していた課題2での被験者謝金分を支出することに時間を割けなかったが、この謝金分は次年度に課題2を実施する際に支出する予定である。
新しい量子機能材料用半導体/絶縁体/金属複合構造作製装置の開発研究

本研究における具体的な課題は、大きく分けて、新しい設計思想に基づく有機金属気相エピタキシ-成長装置を製作することにより、1原子層レベルの急峻な超薄膜複合構造の作製方法を確立すること、並びに、その超薄膜複合構造を蛍光EXAFS法及びX線CTR法により評価し、構造の1原子層単位での制御ができていることを確認することである。1.超薄膜複合構造作製装置に関して成長装置の開発思想として、1)縦型の反応管を持つこと、2)減圧成長であること、3)ガス切り替えが可能な限り速いことと同時に切り替えによる圧力バランスが乱されないこと、の3点を大きい指針とした。1)と2)は、本装置を基に将来X線を反応管に導入し、本研究のもう一つの課題である構造評価を成長の「その場」で行うことを考えているからである。この研究は、本年度採択された基盤研究(A)(2)により一部遂行されている。3)は本来の急峻な界面作製上当然必要とされることである。本装置により、多彩なモードによる超薄膜成長が可能になり、また、原料ガス供給モードも従来では考えられない形態が可能となった。2.構造の原子層制御の評価に関して本課題については、蛍光EXAFS法及びX線CTR法によって、1)構造の1原子層単位で評価を行うこと、並びに、2)上記の作製装置により作製した超薄膜複合構造を同じく1原子層単位で評価・確認することである。X線CTR法を更に改良し解析に工夫を施すにより多くの成果を得た。半導体/絶縁体/金属のような全く異なる素材を接合することは、一般には非常に困難である。また、量子機能を発現させるためには、ヘテロ界面が1原子層のオーダーで急峻に組成または構造が変化する必要がある。このような複合構造の作製は、従来から存在する成長方法では不可能である。我々は、新しく設計した成長装置と、1原子層のレベルで界面構造を明らかにできる蛍光EXAFS法を用いて、このような構造と量子機能を実現するための作製装置の開発と研究を行うため、本研究を遂行している。成長装置は、相異なる素材の原料がお互いに触れる時間と濃度が最少となるよう、急峻なガス切り換えと、切り換えに伴う圧力バランスの崩れを最少とするよう設計した。本年度はその中心部分となるプロセスユクットを作製した。現有のガス供給槽と水素純化装置を利用して、早急な稼動を行うよう計画が進行している。異なるV族元素からなる界面構造及び半導体/半金属の界面構造の成長条件依存性を、放射光を用いた蛍光EXAFS法及びX線CTR散乱法(それらの評価法の開発と展開は我々の従来からの研究成果である)により、1原子層レベルで明らかにするとともに、従来、III族元素は急峻に切り替わるを信じられていた神話が、これらの評価法によって、完全に崩れた。我々は、成長法と構造に対する考え方の基本を根本的に改める必要がある。これらは、いずれも、II.研究発表の項に示す論文及び国際会議、国内会議等で報告している。成長装置は、相異なる素材の原料がお互いに触れる時間と濃度が最小となるよう、急峻なガス切り換えと、切り換えに伴う圧力バランスの崩れを最小とするよう設計した。昨年度作製したプロセスユクットにガス供給制御系を今年度設置することにより、その装置が完成した。現在装置の立ち上げ中で、すでに通常の化合物半導体の成長に成功している。

異なるV族元素からなる界面構造及び半導体/半金属の界面構造の成長条件依存性を、放射光を用いた蛍光EXAFS法及びX線CTR散乱法(それらの評価法の開発と展開は我々の従来からの研究成果である)により、1原子層レベルで明らかにできることが判明したことにより、この方法が広く様々な種類の界面及び表面さらには、超有珠膜の結晶構造までを明かにできることが分かった。これらは、いずれも、11研究発表の項に示す論文及び国際会議、国内会議及び記載しきれない他の多くの論文として報告している。本研究における具体的な課題は、大きく分けて、新しい設計思想に基づく有機金属気相エピタキシ-成長装置を製作することにより、1原子層レベルの急峻な超薄膜複合構造の作製方法を確立すること、並びに、その超薄膜複合構造を蛍光EXAFS法及びX線CTR法により評価し、構造の1原子層単位での制御ができていることを確認することである。1.超薄膜複合構造作製装置に関して成長装置の開発思想として、1)縦型の反応管を持つこと、2)減圧成長であること、3)ガス切り替えが可能な限り速いことと同時に切り替えによる圧力バランスが乱されないこと、の3点を大きい指針とした。1)と2)は、本装置を基に将来X線を反応管に導入し、本研究のもう一つの課題である構造評価を成長の「その場」で行うことを考えているからである。この研究は、本年度採択された基盤研究(A)(2)により一部遂行されている。3)は本来の急峻な界面作製上当然必要とされることである。本装置により、多彩なモードによる超薄膜成長が可能になり、また、原料ガス供給モードも従来では考えられない形態が可能となった。2.構造の原子層制御の評価に関して本課題については、蛍光EXAFS法及びX線CTR法によって、1)構造の1原子層単位で評価を行うこと、並びに、2)上記の作製装置により作製した超薄膜複合構造を同じく1原子層単位で評価・確認することである。X線CTR法を更に改良し解析に工夫を施すにより多くの成果を得た。
ハイブリッドメソ細孔材料を利用するナノ構造体の鋳型合成と集積触媒素子の開発

平成14年度には、まず有機基成分を(-CH_2-)n (n=2)及びフェニレン基に持つ有機・無機ハイブリッドメソ多孔質材を合成法の確立とハイブリッドメソ空間での金属及び合金ナノ細線や一次元ナノ粒子などのナノ構造体のシップインボトル合成法の展開研究を行った。メソ細孔に導入したH_2PtCl_6やHPdCl_4の還元反応を光照射下で行うことにより、ハイブリッドメソ細孔内にアレイ型ネックレスナノ細線を作成することができた。平成15年度には、水蒸気雰囲気下での水素還元により数mμ長の白金ナノ細線の大量合成法を確立した。白金及びPtRh,PtPdなどの合金のナノ細線を有機・無機ハイブリッドメソ細孔内にネックレスナノ合金細線を作成できた。鋳型合成されたネックレスナノ細線をHF試剤を用いて66%収率で抽出・単離に成功した。単離されたPt及び合金ナノ細線とナノ白金粒子について、単電子伝導性に関するCoulomb-blockage特性とナノ白金細線サイズの間に一定の相関性を見出した。FSM-16やHMM-1細孔内のPt細線は、燃料電池用水素のCO除去に対して高活性で高選択率の触媒特性を示した。平成16年度は、メソ細孔結晶中に白金以外に金、銀、パラジウムなどのナノ金属粒子や金属ナノ細線の合成及び単離抽出法を確立して、ナノ構造体の大量合成と安定化手法を開発した。ハイブリッドメソ空間内の鋳型微細加工に関する研究成果の取りまとめを行い、金属及び合金のナノ粒子や量子細線などの集積型触媒素子に関して触媒機能や特異な物性発現に向けた研究を行った。PROX反応について、FSM-16細孔内Ptナノ細線触媒は、従来法Pt触媒に比べて約300倍程高活性であり、CO酸化選択率は90%以上を示した。CO酸化活性や選択率はナノ構造体の形態や金属-担体相互作用に強く依存することが明らかになった。平成14年度には、まず有機基成分を(-CH_2-)n(n=2)及びフェニレン基に持つ有機・無機ハイブリッドメソ多孔質材を合成法の確立とハイブリッドメソ空間での金属及び合金ナノ細線や一次元ナノ粒子などのナノ構造体のシップインボトル合成法の展開研究を行った。メソ細孔に導入したH_2PtCl_6やHAuCl_4の還元反応を光照射下で行うことにより、ハイブリッドメソ細孔内にアレイ型ネックレスナノ細線を作成することができた。鋳型合成されたネックレスナノ細線やナノ金属粒子をHF試剤を用いて抽出・単離して、STM/AFM装置を用いて構造測定を行ったところ、完全なネックレス構造であることを明らかにした。(1)細孔内に生成した一次元Pt, Pd, Auナノ粒子及びナノ細線の生成生長過程の微視的プロセスを、in-situ EXAFS法、高分解電子顕微鏡を用いて明らかにした。平成14年8月に本申請で購入したナノ局所操作AFM/STM解析装置を立ち上げて、メソ細孔から抽出単離されたPt及びAuのナノ粒子やナノ細線やPtPd, PtRhからなるネックレス型ナノ合金細線の構造評価に成功した。(2)有機成分基の種類(R=CH3,C2H4,C3H6,フェニル基等)に変えて作成した有機・無機ハイブリッドメソ多孔質を用いて鋳型合成されたナノ構造体(合金ナノ微粒子やナノ合金細線(PtRh, PdPt, AuFe等))の配向構造について研究を行った。

(3)ナノ細孔内及び抽出・単離されたPtRh, PtPd, PtIr合金ナノ細線のガス吸着特性と表面構造解析の研究を行った。さらに、メタン及びエタンの選択的酸化反応に対する触媒作用を調べた。(4)FSM-16及びHMM-1で鋳型合成し単離抽出されたロッド型及びネックレス型ナノ白金細線につき無接触IV測定を行い、量子効果に基づくCoulombステップ曲線関係の初期的知見を得た。平成15年度には、前年度の研究成果に基づいて、以下の研究を行った。まず有機基成分を(-CH2-)n(n=2,3)及びフェニレン基に持つ有機・無機ハイブリッドメソ多孔質材の合成を行い、ハイブリッドメソ空間での金属及び合金のネックレス型ナノ細線や一次元ナノ粒子などのナノ構造体の鋳型合成法を展開した。水蒸気雰囲気下での水素還元により数mμ長の白金ナノ細線の大量合成法を確立した。メソ細孔に導入したH_2PtCl_6やRhCl_3,H_2PdCl_4の還元反応を飽和水蒸気下での水素還元で行うことにより、無機メソ細孔内に白金及びPtRh, PtPdなどの合金のナノ細線を有機・無機ハイブリッドメソ細孔内にネックレスナノ合金細線を作成できた。鋳型合成されたネックレスナノ細線をHF試剤を用いて66%収率で抽出・単離に成功した。(1)抽出・単離された一次元Pt, Rh及びPdとの合金のナノ細線の構造特性について、in-situ EXAFS(X線吸収微細構造)法(高エネルギー加速器研究機構放射光実験施設利用)、高分解電子顕微鏡(北海道大学工学部共同利用)を用いて明らかにした。(2)ナノ局所操作AFM/STM解析装置を用いて、メソ細孔から抽出単離されたPt及びPtPd, PtRhからなるネックレス型ナノ合金細線のミクロ形態を調べたところ鋳型であるハイブリッドメソ多孔質の有機基成分の分子長に応じてネックレス構造のピッチ長との間に相関性をみいだした。(3)単離されたPt及び合金ナノ細線とナノ白金粒子についてノンコンタクトI-V電気特性を測定した。単電子伝導性に関するCoulomb-blockage特性とナノ白金細線サイズの間に一定の相関性を見出した。(4)大過剰H_2ガス中の一酸化炭素(0.11%体積比)の選択酸化率が90%以上になることが判った。燃料電池用水素のCO除去に対して高活性で高選択率の触媒特性を発見した。平成16年度は、平成14,15年度の研究成果に従い、メソ細孔内ナノ金属微粒子や一次元ナノ細線の鋳型組織化手法の確立と機能集積型触媒の構築を目指して以下の研究を行った。(1)メソ細孔結晶中に白金以外に金、銀、パラジウムなどのナノ金属粒子や金属ナノ細線の合成及び単離抽出法を確立して、ナノ構造体の大量合成と安定化手法を開発した。ナノ細線やアレイ型ナノネックレスを一次元及び二次元に並べたり、配向構築する自己組織化手法を確立した。(2)一次元集積素子の構造評価についてEXAFSや電子顕微鏡及び反応ガス雰囲気下のAFM/STM観察により反応制御メカニズムについて研究を行った。(3)細孔内のメタンや炭化水素との反応について、メソ細孔(FSM-16,HMM-1,2,3,MCM-41)中に形成したPt,Pd,Au,Fe合金ナノ構造体の生成過程の研究を進めてナノ局所操作STM/AFM解析装置を用いてグラファイトや単結晶表面にチップ操作により白金ナノ粒子やナノ細線の組織化パターン形成技術(Dip-pen Nanolithography)の検討を行った。
生体内での自律駆動を目指した自発光型ナノシステムの創製とその応用

本研究では、ベシクル内部に発光酵素を封入し、ベシクルに組み込んだ光応答性分子が発光酵素由来の光をトリガとして効率的に機能するシステムの構築を目指している。平成30年度は、前年度確立した手法を用いて、発光酵素を封入したベシクルの機能評価をさらに進めたが、その作製をするにあたってタンパク質の封入効率があがりづらく、最終的な光応答の評価の感度に懸念が持たれたため、その改善を検討した。その際に、ホタルルシフェラーゼ(FLuc)との比較のためにbeta-galactosidase (b-gal), diamineoxidase (DAO)などの酵素も用いて実験を進めたところ、従来のベシクルへの封入効率(フィード量に対する使用率)1%程度を大幅に上回る40%程度の封入効率を可能とする手法を新たに発見した。得られた構造は、ベシクルの内部に酵素が濃縮された部位を持つyolk-shell構造体(卵の黄身ー殻型の構造体)であった。この構造体は調整時間を制御することで粒径が300ー500 nmで制御できたほか、酵素活性をある程度維持していることも判明した。このような構造体を高分子やタンパク質の自己組織化を用いて実現した例はこれまでになく、非常に重要な発見といえる。その一方で、FLucについては、現在のところyolk-shell構造体はできておらず、さらなる調製条件の検討が必要であった。一方、生理活性を持つペプチドを導入したPICsomeに光応答性を付与すべく、ケージド化合物とペプチドの双方を内蔵したPICsomeの構築を狙ったが合成で難儀した。さらに、光応答的に核酸医薬を放出する仕組みを構築するために核酸をベシクル膜に内蔵できるベシクルを開発した。これらの検討の過程でPICsomeの細胞内移行能の評価が進展し、PICsome物性と細胞取り込み挙動の相関について深い知見を得るに至った。最終的に想定している目標である生物発光酵素を利用した光駆動ナノシステムの開発に向けては、1.発光酵素の大量調製、2.封入条件・封入量の最適化・最大化、3.酵素活性の確認、4.ベシクルの化学修飾法の確立、5.ベシクルの化学修飾と細胞取り込み能の相関評価、6.ベシクルへの光応答性部位の導入、7.光応答性評価、8.体内動態の評価、を実施していくことが必要である。平成30年度は、特に2ー7について実施を行い、2,3,5について、特に深い知見や、yolk-shell構造体などの予想を超えた結果を得るに至った。一方で、yolk-shell構造体などの予想を超えた発見があったためにそこに注力を行ったこともあり、光応答性分子の大量合成がとPICsomeへの装着が遅れ、動物実験の実施に至っていない。以上を踏まえ、平成29年度に未実施の内容についても進めることができたものの、進歩があった面となかった面の双方をそれぞれがあったことを斟酌して、概ね順調に進展していると結論する。Yolk-shell構造体についてはその学術的な興味はつきないが、当初計画の遂行にも注力して研究を進める。特に動物実験の見通しが立っていないため、光応答性ベシクルの大量調製を急ぎ、試験的な評価につなげていく予定である。本研究は、生体外部からの光源を必要とせず、生体深部であっても光による操作が可能な新手法として生物発光酵素を利用した光駆動ナノシステムの開発を提案しており、ベシクル内部に生物発光酵素を封入しつつ、ベシクル自体に組み込んだ光応答性分子が発光酵素の放つ光をトリガとして効率的に機能を発揮するシステムの構築を目指している。平成29年度は、主に以下について実施した。まず、発光酵素を封入したベシクルの作製に向けて、生物発光酵素としてATPを必要としないNanoLuc (分子量19 kDa )と、ATPを必要とするホタルルシフェラーゼ(FLuc)を選択し、これを大腸菌により大量調製した。FLucの利用は当初計画にはなかったが、センシング能を兼ね備えた系の実証に有用と考え、展開を図ることにした。ベシクル粒径を生体内送達に有利な100 nm程度とし、NanoLuc、FLuc濃度を調節しつつ、酵素失活を招かない温和な手法で十分な量の発光酵素の封入を可能とする調整条件を探索し、生物発光機能をもつPICsomeの作製に成功した。次に、将来的にケージド基を導入するペプチドとして、アポトーシスを誘導可能なペプチド配列・WEWTに注目し、当該ペプチドを合成するとともに、PICsomeへの搭載について合成条件の検討を進めた。首尾よくWEWTを導入した。WEWT導入PICsomeを得ることができたため、これを細胞に作用させ、その効果を判定する実験を開始した。現段階である種の細胞死の誘導が確認できており、引き続き作用機序の確認を進めているところである。また、PICsomeを構成するPIC膜内に残存するアミノ基は、PICsomeの細胞内移行能を司るが、このアミノ基の残存量を制御するメドも同時にたったため、膜内アミノ基にケージド化合物を導入しベシクルの光活性化試験を行うための下準備も同時に整えることができた。最終的に想定している目標に向けた要素技術の確立について、十分な進捗が見られた。

実際には、当初計画にある本研究目的の達成に向けて、『ケージドリガンドを用いた光活性化型ベシクルシステムの開発』として、1.発光酵素の大量調製、2.封入条件・封入量の最適化・最大化、3.酵素活性の確認、4.ベシクルの化学修飾法の確立、5.ベシクルの化学修飾と細胞取り込み能の相関評価、6.ベシクルへの光応答性部位の導入、7.光応答性評価、8.体内動態の評価、が必要である。『光トリガ放出系の構築』に関しては、9.発光酵素及び機能分子を封入したリポソームの調製、10.発光酵素及び機能分子を封入したPICsomeの調製、11. In vitro系での機能評価、などの項目を達成していく必要があるが、平成29年度は、1-5について主に実施を行い、十分な知見を得るとともに、動物実験の準備を始めたところである。以上より、概ね順調に進展していると評価した。本研究では、ベシクル内部に発光酵素を封入し、ベシクルに組み込んだ光応答性分子が発光酵素由来の光をトリガとして効率的に機能するシステムの構築を目指している。平成30年度は、前年度確立した手法を用いて、発光酵素を封入したベシクルの機能評価をさらに進めたが、その作製をするにあたってタンパク質の封入効率があがりづらく、最終的な光応答の評価の感度に懸念が持たれたため、その改善を検討した。その際に、ホタルルシフェラーゼ(FLuc)との比較のためにbeta-galactosidase (b-gal), diamineoxidase (DAO)などの酵素も用いて実験を進めたところ、従来のベシクルへの封入効率(フィード量に対する使用率)1%程度を大幅に上回る40%程度の封入効率を可能とする手法を新たに発見した。得られた構造は、ベシクルの内部に酵素が濃縮された部位を持つyolk-shell構造体(卵の黄身ー殻型の構造体)であった。この構造体は調整時間を制御することで粒径が300ー500 nmで制御できたほか、酵素活性をある程度維持していることも判明した。このような構造体を高分子やタンパク質の自己組織化を用いて実現した例はこれまでになく、非常に重要な発見といえる。その一方で、FLucについては、現在のところyolk-shell構造体はできておらず、さらなる調製条件の検討が必要であった。一方、生理活性を持つペプチドを導入したPICsomeに光応答性を付与すべく、ケージド化合物とペプチドの双方を内蔵したPICsomeの構築を狙ったが合成で難儀した。さらに、光応答的に核酸医薬を放出する仕組みを構築するために核酸をベシクル膜に内蔵できるベシクルを開発した。これらの検討の過程でPICsomeの細胞内移行能の評価が進展し、PICsome物性と細胞取り込み挙動の相関について深い知見を得るに至った。最終的に想定している目標である生物発光酵素を利用した光駆動ナノシステムの開発に向けては、1.発光酵素の大量調製、2.封入条件・封入量の最適化・最大化、3.酵素活性の確認、4.ベシクルの化学修飾法の確立、5.ベシクルの化学修飾と細胞取り込み能の相関評価、6.ベシクルへの光応答性部位の導入、7.光応答性評価、8.体内動態の評価、を実施していくことが必要である。平成30年度は、特に2ー7について実施を行い、2,3,5について、特に深い知見や、yolk-shell構造体などの予想を超えた結果を得るに至った。一方で、yolk-shell構造体などの予想を超えた発見があったためにそこに注力を行ったこともあり、光応答性分子の大量合成がとPICsomeへの装着が遅れ、動物実験の実施に至っていない。