hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
拒絶反応抵抗性再生移植心筋細胞の開発

本研究は、移植時の心筋細胞障害抑制による拒絶反応抵抗性心筋細胞の誘導を目的としている。今回IFN-γ等の炎症性サイトカイン誘導性酸化ストレスでの心筋ミトコンドリア障害に関して、(I)心筋虚血再灌流時のミトコンドリアPTP(Permeability Transition pore)抑制による心筋機能改善効果。(II)IFN-γによる移植心筋細胞の障害。(III)抗酸化物質MCI-186の心筋ミトコンドリアPTP抑制効果の3つの研究を行った。研究(I)では、心筋移植時の再灌流障害でのミトコンドリアPTPの関与について検討した。ラット心をUW液にて保存後再灌流し、このUW液にPTP阻害効果を有するシクロスポリン(CsA)を加えその効果について検討した。CsAによるPTP抑制にて心機能の有意な改善、ATPの保持またミトコンドリアの膨化阻止とチトクロームC遊離抑制を認めた。このことから心移植時の心筋障害へのミトコンドリアPTPの関与が示された。研究(II)ではラット分離心筋細胞を用い、移植心筋細胞に対するIFN-γの細胞障害解析を行った。心筋細胞をPMA存在下に24時間培養した後にIFN-γを加え48時間培養、MTT法にて細胞障害を測定した。心筋細胞はPMA添加またIFN-γ添加によって細胞障害が誘導され、このPMA前処置の後にIFN-γを添加した場合、さらに強い細胞障害を認めた。この結果よりPMAの非特異的刺激とIFN-γの相乗作用による移植心筋細胞障害が示された。現在さらにIFN-γレセプター発現抑制の遺伝子導入について実験を進めている。研究(III)では、移植時の心筋細胞酸化ストレス障害、特に心筋ミトコンドリア障害に対する抗酸化物質MCI-186の効果について検討した。ラット心筋のミトコンドリアを用い、Ca添加にてミトコンドリア障害を誘導した。MCI-186にてミトコンドリアの膨化及びチトクロームC遊離が強く抑制されたことからMCI-186のミトコンドリア障害抑制効果が示され、グラフト保護へのMCI-186の有用性が示された。これらの研究によって移植心筋障害へのミトコンドリアのPTPの関与と、その抑制による細胞障害制御の可能性が示された。心臓移植における急性拒絶反応の際には,グラフト心筋細胞上の組織適合抗原(以下MHC抗原と略す)のクラスI抗原ならびにクラスII抗原の発現が高まることが知られている.このMHC抗原自体が急性拒絶反応での標的抗原であり,その発現が高まることでさらに宿主側による抗原認識と組織攻撃が進み,結果として移植組織廃絶へと至る.このMHC抗原の発現増強にはインターフェロンγ(IFN-γ)が大きく関与していることが知られており,IFN-γレセプター(IFN-γR)を介した細胞内シグナルによってMHC抗原の発現が高まる.本研究は将来の心筋細胞移植における拒絶反応抵抗性心筋細胞開発を目的として,移植心筋細胞にインターフェロンγレセプター(IFN-γR)の発現を抑制する遺伝子導入を行い,拒絶反応を受けにくい移植心筋細胞の開発をすすめるものである.【方法及び結果】IFN-γRのヘテロ二量体のうちの一つであるIFN-γR1のプロモーター領域の転写因子結合部位の遺伝子配列に相当するshort sequence DNAを複数個組み込んだ遺伝子コンストラクトを作成した.心筋細胞はC57BL/6マウス新生児心よりコラゲナーゼを用いて分離し,in vitroにて培養した.現在までのところ,分離したマウス新生児心筋細胞のviabilityは良好で,in vitroにて拍動下に培養可能であるが,primary cultureした分離心筋細胞への遺伝子導入効率に問題があることから,最適な遺伝子導入法の検討を行っているところである.また培養細胞株ではトランスフェクタントの作成が比較的容易であることより,現在この問題を解決する方策として,Dr. W. Claycombよりin vitroにて拍動可能な培養心筋細胞株を入手し,この細胞株を用いた遺伝子導入を行うことを検討中である.本研究は、移植時の心筋細胞障害抑制による拒絶反応抵抗性心筋細胞の誘導を目的としている。

この結果よりPMAの非特異的刺激とIFN-γの相乗作用による移植心筋細胞障害が示された。現在さらにIFN-γレセプター発現抑制の遺伝子導入について実験を進めている。研究(III)では、移植時の心筋細胞酸化ストレス障害、特に心筋ミトコンドリア障害に対する抗酸化物質MCI-186の効果について検討した。ラット心筋のミトコンドリアを用い、Ca添加にてミトコンドリア障害を誘導した。MCI-186にてミトコンドリアの膨化及びチトクロームC遊離が強く抑制されたことからMCI-186のミトコンドリア障害抑制効果が示され、グラフト保護へのMCI-186の有用性が示された。これらの研究によって移植心筋障害へのミトコンドリアのPTPの関与と、その抑制による細胞障害制御の可能性が示された。
聴覚障害者の日常生活器機に関する情報伝達形態実態調査及び代替情報形態の基礎的研究

本研究は、聴覚障害者の日常機器・環境における生活実態を、情報伝達形態の側面から考究するものである。調査は、日常生活機器全般から自動車の運転、地下鉄、病院などの社会的環境に至までを対称として実施した。聴覚障害者(筑波技術短期大学生)61名を対称としたアンケート調査と、ビデオカメラを使用した日常生活機器・環境の実態調査によって、以下に示すような聴覚障害者に関わる「生活-環境・道具系」の特質を明らかにした。1)聴覚障害者は、同年齢の健聴者に比べて46割の情報を取得していると感じている。2)機器・環境30項目中、聴覚障害問題の大きさを、(1)電話機(2)テレビ(3)病院の受診(4)オ-ディオ機器(5)ウォークマンなどの順でとらえている。3)情報取得要求の背景として、(1)テレビ情報が少ない(2)いつも情報把握の充実感がない(3)聴覚情報の欠如(4)情報取得努力の欠如、などを挙げている。4)A:コミュニケーション、B:楽しみ、C:操作性、D:安全性、E:プライバシーなど、各問題評価項目ごとには、A:(1)電話機(2)病院(3)教室(4)テレビ、B:(1)テレビ(2)オ-ディオ機器(3)ウォークマン、C:(1)振動目覚まし時計(2)風呂を沸かす(3)自動車の運転、D:(1)ガスコンロ(2)自動車の運転、(3)風呂を沸かす、E:(1)ファックス(大学宿舎内)などが挙げられた。5)多変量解析(数量化3類)を用いて、聴覚障害問題の空間(X軸:人権・コミュニケーション・自立、Y軸:安全性・操作性)に、機器・環境群をプロットし、それらの類型化と問題の特質を明らかにした。調査は、日常生活機器全般から自動車の運転、地下鉄、病院などの社会的環境に至るまでを対称として実施した。現在は、筑波技術短期大学生(聴覚障害者)を対称としたアンケート調査データ(サンプル数100)と、ビデオカメラを使用した日常生活機器・環境の実態調査データ(30時間)が得られており、目下、その解析作業中である。調査で明らかにされた事項の一部を以下に示す。1)聴覚障害者は、同年齢の健聴者に比べて46割の情報取得量と感じている。2)機器・環境30項目中、聴覚障害問題の大きさを、(1)電話機(2)テレビ(3)病院の受診(4)電車やバスへの乗車(5)ドアチャイムなどの順でとらえている。4)A:コミュニケーション、B:楽しみ、C:操作性、D:安全性、E:プライバシーなど、各問題評価項目ごとには、A:(1)電話機(2)病院(3)教室(4)テレビ、B:(1)テレビ(2)ウォークマン(3)オーディオ機器、C:(1)振動目覚まし時計(2)風呂を沸かす(3)ガスコンロ、D:(1)ガスコンロ(2)電車やバスにのる(3)駅のホーム、E:(1)ファックス(大学宿舎内)などが挙げられた。これらの調査結果から、聴覚障害者の日常生活における機器・環境の諸問達が明らかにされた。

今後、アンケート調査の拡大、インタビュー調査によるデータ補完、プロトコル解析による機器操作時の情報フローと、代替情報伝達形態の考察などを通して、聴覚障害者における機器・環境の諸問題の構造化を図っていく。本研究は、聴覚障害者の日常機器・環境における生活実態を、情報伝達形態の側面から考究するものである。調査は、日常生活機器全般から自動車の運転、地下鉄、病院などの社会的環境に至るまでを対称として実施した。聴覚障害者(筑波技術短期大学生)61名を対称としたアンケート調査と、ビデオカメラを使用した日常生活機器・環境の実態調査によって、以下に示すような聴覚障害者に関わる「生活-環境・道具系」の特質を明かにした。1)聴覚障害者は、同年齢の健聴者に比べて46割の情報を取得していると感じている。2)機器・環境30項目中、聴覚障害者問題の大きさを、(1)電話機(2)テレビ(3)病院の受診(4)オ-ディオ機器(5)ウォークマンなどの順でとらえている。3)情報取得要求の背景として、(1)テレビ情報が少ない(2)いつも情報把握の充実感がない(3)聴覚情報の欠如(4)情報取得努力の欠如、などを挙げている。4)A:コミュニケーション、B:楽しみ、C:操作性、D:安全性、E:プライバシーなど、各問題評価項目ごとには、A:(1)電話機(2)病院(3)教室(4)テレビ、B:(1)テレビ(2)オ-ディオ機器(3)ウォークマン、C:(1)振動目覚まし時計(2)風呂を沸かす(3)自動車の運転、D:(1)ガスコンロ(2)自動車の運転(3)風呂を沸かす、E:(1)ファックス(大学宿舎内)などが挙げられた。5)多変量解析(数量化3類)を用いて、聴覚障害問題の空間(X軸:人権・コミュニケーション・自立、Y軸:安全性・操作性)に、機器・環境群をプロットし、それらの類型化と問題の特質を明かにした。
エマルションをTemplateにした微粒子の集合化と相互作用力

油滴をテンプレートに用いた微粒子集合化法を応用して、ラテックス粒子とシリカ粒子の集合体をハイブリット化することを試み、そのマニュアルを次の様に完成させた。1)カチオン性ラテックス粒子が油滴(テンプレート)内部に効率よく侵入出来るように、先ずSDSの希薄溶液(4×10^<-6>M)を添加して、ラテックス粒子の表面を疎水化する。2)上記ラテックス分散系にホモジナイザーでオクタノールを乳化しながら注入し、乳化滴の表面からラテックス粒子をその内部に侵入させる。油滴の内部に閉じ込められたラテックス粒子は油滴の形に規制されたボール状の集合体を形成する。3)一方で、その表面をリジン溶液(0.017M)で吸着処理したシリカ分散液を作成し、2)の懸濁液と一気に混合する。シリカ粒子はラテックスのボール表面に集合し、油滴面を介してシリカ粒子とラテックス粒子のハイブリット体が形成される。4)カゼイン溶液やHPC溶液を添加して上記懸濁液の凝集をブロックする。さらに付着粒子間の結合力を高めるためにCaCl_2の希薄溶液(5×10^<-3>M)を添加して油滴表面上のシリカ粒子を固定化させた。5)上記の系に等量のエタノールを添加して油滴を外相中に抽出・除去して複合化を完成させた。以上の微粒子複合化とハイブリット化のプロセスはラテックスーシリカの系に限らず、様々な有機ー無機微粒子の集合化と複合化に応用することができる。本研究では先ず、エマルション滴をTemplateに用い、その表面にラテックッスやシリカ粒子を付着させたヘテロ凝集体を調製する。さらに付着粒子を表面で凝集・固定化した後、Templateの油滴と媒質を相溶させて、粒子内部から油を抽出させた中空型の超微粒子集合体(スーパーボール)の調製法の検討を行い、次の様な新しい知見を得た。1) Templateにはオクタノール油滴以外に各種エーテル(ジエチルエーテル、ジイソブチルエーテル、エチルプロピルエーテル、塩化ブチルエーテル)を使用することが出来る。各種エーテル油滴を用いると付着粒子が油滴表面でオーダー構造を取りやすくなるが、水への溶解性が高く、低比重のために油滴が浮上しやすくなる。2)付着粒子にシリカ粒子を用いた系では、特別に増感剤を用いなくても系のpHを調節するだけで容易にヘテロ凝集体を調製することができる。これはラテックスに比ベシリカ表面が親水的で溶液のpHで表面電位が変化するためである。3)本研究で新しく開発された超微粒子集合体の欠点は構造安定性にやや難点があることであった。この難点を克服する方法を検討した結果、Hydroxyl-propyl-cellulose(HPC)をその下限臨界共溶温度(LCST;45-50°C)で吸着処理すると安定化が計られることが解った。HP°Cは常温ではいずれの表面にも親和性を示さないが、LCST近辺になると特にシリカ表面に強い親和性を示し、強い保護作用を発揮することが解った。油滴の内部に閉じこめられたラテックス粒子は油滴の形に規制されたボール状の集合体を形成する。

シリカ粒子はラテックスのボール表面に集合し、油滴面を介してシリカ粒子とラテックス粒子のハイブリット体が形成される。4)カゼイン溶液やHPC溶液を添加して上記懸濁液の凝集をブロックする。さらに付着粒子間の結合力を高めるためにCaCl_2の希薄溶液(5×210^<-3>M)を添加して油滴表面上のシリカ粒子を固定化させた。5)上記の系に等量のエタノールを添加して油滴を外相中に抽出・除去して複合化を完成させた。以上の微粒子複合化とハイブリット化のプロセスはラテックス-シリカの系に限らず、様々な有機-無機微粒子の集合化と複合化に応用することができる。
バインダー分子を利用する金属超微粒子の固体表面上での相互配置制

本研究では,バインダー分子を用いて液相中の2種類以上の金属超微粒子をシリカなどの固体担体の表面に,それらの相互配置を制御しつつ固定化することを目的とする。(1)バインダー分子を用いた異種微粒子の液相中における配置制御新規バインダー分子の合成は困難であったため,市販試薬をバインダー分子として用いた異種微粒子の配置制御について検討した。バインダー分子としてはジアミンを用い,異種金属微粒子としてはジアミンとの親和性を考慮してRhとMgを取り上げた。合成条件を種々検討した結果,安定化剤で保護されたRh錯体微粒子にバインダー分子の片端が吸着し,バインダー分子のもう片端にMgイオンが吸着した複合超微粒子(15nm)を合成することに成功した。したがって,液相中においてRhとMgをある一つの相互配置に制御することができた。(2)異種金属微粒子の担体上における相互配置制御得られたRh-バインダー-Mgの複合超微粒子を析出法によってシリカ担体上に固定化し,熱処理を行った。その結果,MgO微粒子がRh金属微粒子の表面にのみ存在する相互配置をシリカ担体上において構築することができた。なお,従来法で調製したMgO/Rh触媒ではRhとMgOのシリカ上における相互配置はランダムであった。これらの結果は,化学分析によって確認した。さらに,本触媒と従来法触媒のCO水素化反応特性を調べたところ,本触媒では,従来法触媒では全く認められなかった,RhとMgの協奏効果(活性向上とアルコール選択性向上)が明確に認められた。すなわち,反応特性からも,担体上におけるRhとMgの相互配置制御に成功したことを示すことができた。
精神科医療へのフォーカシングの臨床応用に向けた探索研究：うつ病のQOLに着目して

うつ病は心の健康を著しく低下させ健康寿命の延伸を阻害している疾患である。また、近年うつ病症状の回復とは別に、患者自身の主観的なQOLを向上させ、病気を抱えながらも充実した生活を送ることが重要であると言われており、これをパーソナルリカバリーという。一方、身体で感じながらもまだ十分に言葉になっていない感覚を扱って自己理解を深める「フォーカシング」という心理療法がある。フォーカシングは患者の個別性に柔軟に対応することができるため、一人一人の回復のゴールが異なるパーソナルリカバリーにとっても極めて有益なアプローチと言える。しかし、精神科領域でフォーカシングの意義の検証は活発ではないことが問題点であると言える。本研究は、うつ病患者や健常者それぞれ60名を対象とし、主観的QOLとフォーカシングの能力を測定し、その差異や関連を検討するものであり、フォーカシングの精神科領域臨床応用のための基礎的資料を提供することを目的としている。本年度の実績は以下の通りである。研究成果の発表までには、研究内容の倫理審査委員会の承認などの研究環境の整備、研究協力者のリクルート及び実施、収集したデータの整理、統計解析のプロセスを踏むこととなる。本年度は主として研究環境の整備に当てられた。研究内容の調整及び研究内容の倫理審査委員会での審議、承認を経て実施体制が完了した。また、研究協力者のリクルートも本年度内に開始され、健常者を対象とした研究協力者募集のための説明会を計4回ほど行った。本研究の周知の促進をしたことによって2019年2月のリクルートの開始から2019年3月末までに、健常者32名が本研究にエントリーした。また、うつ病患者においても9名がエントリーした。また、迅速な結果の提供のため収集された資料を順次データ化していく様に体制を整えている。倫理審査委員会からの承認を経るまでの過程に想定以上の時間を要してしまった点が研究の進捗状況の遅れにつながっていると考えられる。また、6月11月の繁忙期において、そのほか同時進行で進んでいる研究業務やそれに付随する事務作業にかかる時間が当初の想定よりも大きく、上記の期間の間、想定していたエフォートを本研究に割くことができなかったことも理由としてあげられる。一方で、研究環境が整ったのちの研究協力者のリクルートでは2ヶ月間で目標人数の30%程度を達成することができたため、進捗の深刻な遅れは回避できたと考えられる。2019年度では主として研究協力者のリクルート及び研究内容の実施を行う。現在研究協力が順調に進んでいる健常者のエントリーを早々に完了し、うつ病患者のリクルートに注力できるようにできたらと考えている。また、スムーズな解析の実施のために、回収できたデータの整理を同時進行で行うことで、素早い成果発表につなげていけたらと考える。

当初計画していた研究進行度に比べ、研究実施可能日がずれ込んだため、研究協力者へのリクルートおよび研究実施の実質期間が短かったため。次年度1年間を中心としてリクルートおよび研究実施のために予算を執行する予定である。
EXAFS法によるフラーレン超伝導体の構造と物性

Rb K-edge EXAFSを用いて,K_2RbC_<60>のオクタヘドラルRb周りの局所構造を研究し,従来議論となっていたオクタヘドラルサイト金属の位置がオクタヘドラル中心位置にあることを明らかにした(Chem.Phys.Lett.印刷中).この問題は,常温においてオクタヘドラルRbと第1隣接炭素のピークが観測されないことより,中心位置からずれた位置にいるのではないかとの報告もなされていたが,低温で対応するピークが現れることから,常温では熱振動が激しいために,観測されないことがわかった.K_2RbC_<60>のRb K-edge EXAFSの詳細な温度変化も観測し,オクタヘドラル金属のTc付近での熱的挙動,ピークが消える温度領域の比較的激しい熱振動を研究中である.さらにRb_3C_<60>を対象として粉末X線回折の温度変化を測定し,Tc付近での熱振動と格子定数の奇妙な振る舞いを見いだした.これはすでにRb_2CsC_<60>のRbおよびCs K-edge EXAFSからも見いだしており,X線回折からも確認したことになる(Sol.State Commun.投稿中).また均一な試料の作成を目的として,金属のド-ピング過程をX線回折と反磁性磁化率の測定から調べた(Sol.State Commun.投稿中).金属内包フラーレンの生成と単離についてはCa@C_<60>を対象として研究を進め,最近のSr@C60の作成と抽出に成功した(Chem.Lett.投稿中).単離についても現在進行である。
細胞内極性輸送に必要な分子を欠失したマウスの組織形成異常とがんとの関連の解析

ある種のがん細胞では細胞の極性が失われ、細胞の側底側(basolateral)に分布するカドヘリン等の細胞接着因子の減少や分布異常を来して細胞接着の低下をもたらし、細胞の浸潤や転移が亢進する。また、細胞の頂端側(apical)に分泌されるムチン蛋白の欠損マウスでは小腸、大腸でadenocarcinomaが多発する。多種の細胞接着因子蛋白、分泌蛋白は合成後、トランスゴルジネットワークで分配され、輸送後apical、basolateralのいずれかに分布すると考えられており、この一連のプロセスは極性輸送と呼ばれる。極性輸送は細胞接着因子蛋白や分泌蛋白の分布に重要な役割を果たし、がんの発生や転移にも関与している可能性がある。癌細胞と細胞の極性の関連については以前から指摘されているが、両者がどの位直接的な関係にあるか調べた報告は数少ない。本課題では、上皮細胞などに代表される細胞種の極性と癌の関連を解析するべく、細胞極性を形成する小胞輸送の課程に寄与する分子の機能を個体レベルで解析することを目的とした研究を行った。極性輸送における重要性が示唆されている低分子量GTP結合タンパク質RabやSNARE分子などの遺伝子のノックアウトマウスを作製し、そのうちの1つのRabのノックアウトマウスが完成した。作製したマウスはメンデルの法則による期待値と同等の匹数で出生した。これらのマウスの詳細な表現型をするとともに、生理学的な異常の特定や、組織、細胞の形態の解析などにより解明を試みたが、現時点ではノックアウトマウスにおける異常を明らかに出来ていない。
自励発振ゲルを用いた化学ダイオードの作成

本研究では、心臓の拍動のように一定条件下で自発的な周期的リズム運動を行う新しい「自励振動ゲル」を開発した。生体の代謝反応(TCA回路)の化学モデルにもなっている、循環する反応回路を持つベローソフ・ジャボチンスキー反応(BZ反応)をゲル内で引き起こし、その化学エネルギーを力学エネルギーに転換する分子設計を行うことによりゲルの周期的な膨潤収縮振動を生み出すことに成功した。本研究では、とくに情報伝達素子への応用という立場から、ゲル内に生じる化学反応波の伝播の解析とそれを利用した材料システム構築に関する基礎的検討を行った。ゲルが化学反応波の波長以上のサイズになると、反応と拡散のカップリングによって化学反応波が生まれる。酸化状態のときゲルは膨潤するので、波の伝播と共に局所的な膨潤領域が一定速度でゲル中を伝播することになる。すなわちゲル組織の中で蠕動運動のような膨潤・収縮振動が生じる。近年、コロイド結晶を鋳型にして作成した多孔質ゲルが膨潤度に応じた構造色を発現する性質を名大・竹岡らが明らかにしているが、この合成手法を自励振動ゲルに適用し、蠕動運動の可視化に成功した。またこのようなゲルの自律的運動を応用したデバイスとして、表面に微細な突起構造を有するゲルアレイ(人工繊毛)が作成された。さらに界面活性剤を用いた乳化重合法により、100nmオーダーサイズのナノゲル微粒子を作成し、ナノオーダーでの膨潤収縮振動を起こすことに成功した。動的光散乱装置を用いて粒径変化の振動を測定し、ゲル微粒子と従来のバルクゲルを比較した。これら結果より、マイクロ・ナノシステムの環境下において自励振動ゲルの膨潤挙動がどのように影響を受けるかを検討し、ゲル微粒子の最適な適用条件を探った。またこれらのゲル微粒子を基板上に配列させ、化学反応波に伴う膨潤収縮変化を起こすことにより表面に添加した物質を輸送する機能性表面(コンベア型搬送システム)の設計を行った。本研究では、心臓の拍動のように一定条件下で自発的な周期的リズム連動を行う新しい「自励振動ゲル」を開発した。すなわち、生体の代謝反応(TCA回路)の化学モデルにもなっている、循環する反応回路を持つベローソフ・ジャボチンスキー反応(BZ反応)をゲル内で引き起こし、その化学エネルギーを力学エネルギーに転換する分子設計を行うことによりゲルの周期的な膨潤収縮振動を生み出すことに成功した。この自励振動ゲルを利用することにより、自ら周期運動するマイクロアクチュエータ、自己拍動(蠕動)型マイクロポンプ、分子ペースメーカー、情報伝達素子など新しい分子シンクロ材料が設計可能になると考えられる。すなわち、ペースメーカーとなる部位から興奮状態である酸化状態の波が周期的に派生し、媒体中を伝播する。細長い矩形状や円筒状などゲルを一次元的な形状にすると、引き込み現象の結果、末端から長軸に沿って一方向に伝播する波が生まれる。シリカコロイド結晶を鋳型にしてゲルを作成し、膨潤収縮変化よる構造色変化を詳細に解析した結果、実際に蠕動運動が生じていることが確認された。

生体の代謝反応(TCA回路)の化学モデルにもなっている、循環する反応回路を持つベローソフ・ジャボチンスキー反応(BZ反応)をゲル内で引き起こし、その化学エネルギーを力学エネルギーに転換する分子設計を行うことによりゲルの周期的な膨潤収縮振動を生み出すことに成功した。本研究では、とくに情報伝達素子への応用という立場から、ゲル内に生じる化学反応波の伝播の解析とそれを利用した材料システム構築に関する基礎的検討を行った。ゲルが化学反応波の波長以上のサイズになると、反応と拡散のカップリングによって化学反応波が生まれる。酸化状態のときゲルは膨潤するので、波の伝播と共に局所的な膨潤領域が一定速度でゲル中を伝播することになる。すなわちゲル組織の中で蠕動運動のような膨潤・収縮振動が生じる。近年、コロイド結晶を鋳型にして作成した多孔質ゲルが膨潤度に応じた構造色を発現する性質を名大・竹岡らが明らかにしているが、この合成手法を自励振動ゲルに適用し、蠕動運動の可視化に成功した。またこのようなゲルの自律的運動を応用したデバイスとして、表面に微細な突起構造を有するゲルアレイ(人工繊毛)が作成された。さらに界面活性剤を用いた乳化重合法により、100nmオーダーサイズのナノゲル微粒子を作成し、ナノオーダーでの膨潤収縮振動を起こすことに成功した。動的光散乱装置を用いて粒径変化の振動を測定し、ゲル微粒子と従来のバルクゲルを比較した。これら結果より、マイクロ・ナノシステムの環境下において自励振動ゲルの膨潤挙動がどのように影響を受けるかを検討し、ゲル微粒子の最適な適用条件を探った。またこれらのゲル微粒子を基板上に配列させ、化学反応波に伴う膨潤収縮変化を起こすことにより表面に添加した物質を輸送する機能性表面(コンベア型搬送システム)の設計を行った。
分子認識技術を用いた埋立廃棄物中レアメタルに対する新規回収法の開発

廃棄物中レアメタルの回収を目的に、イミノジ酢酸系キレート剤の各種水溶性キレート剤により有用金属を選択的に抽出する技術開発を進め、キレート抽出処理では水抽出と比較してレアメタル類の抽出量が著しく増加することを明らかにした。今年度は、固体廃棄物中のIn, Cu, Pb, Cd, Znの分離に対してEDDS, GLDA, HIDSの適用が有効であることが分かった。上記の溶出挙動を理論的に説明するために、水溶液中における錯体の生成平衡から金属イオンのスペシエーション分布を基礎的に解析し、キレート洗浄の抽出効果は水溶性キレート錯体の安定度定数に比例すること、その程度はpH、金属種に依存することを示した。更に、逐次抽出に基づく化学的分画法により廃棄物試料中金属を存在状態別に解析し、キレート抽出法で回収されたのは主に交換態及び還元態画分であることを報告した。一方、従来のイオン交換やキレート作用に基づく固相抽出材では、キレート剤存在下における金属イオンの捕集は困難である。本研究では超分子作用に基づく分子認識技術に着目し、各種金属に対する抽出挙動を求めた。一連の検討の中で、超分子型固相抽出材の特徴である多点相互作用により金属イオンが強く捕捉されることを利用して、大過剰のキレート配位子存在下における金属イオンの定量的な抽出分離を報告した。また、ITOエッチング廃液に対する検討を進め、超分子型固相抽出材を適用するとワンステップでInとSnの相互分離が可能であることを見いだした。鉛廃液に対する検討では、廃水中からの鉛分離に加えて、4-(2-pyridylazo)-resorcinolとの錯形成を利用した簡易定量法を開発した。更に、超分子作用に基づく高い分子認識能を利用して、共存イオンを多量に含む環境試料より、Cd, Pb, Ni等を高選択的に分離除去できることを明らかにした。当初の想定よりも研究の進度が順調に進み、研究課題に関する成果論文を国際誌に多数報告できたため。今回が修了年度であるため研究計画についての変更・問題点はないが、当該外国人研究員と受入研究者は今後も本課題に関して国際的な共同研究を続ける予定である。本研究の実施には産学の連携が有効であったことから、今後の発展に向けて産学連携も深める。1.廃棄物中金属の回収に適したキレート抽出法の開発廃棄物中レアメタルの回収を目的に、イミノジ酢酸系キレート剤により有用金属を選択的に抽出する技術開発を進めた。特に環境への影響を配慮して生分解性を有するキレート配位子の中から抽出能力の高い化合物を探索し、ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid(EDDS),DL-2-(2-carboxymethyl)nitrilotriacetic acid(GLDA),3-hydroxy-2,2'-iminodisuccinic acid(HIDS)の適用が有効であることを明らかにした。また、各種の実試料に対してもキレート抽出の適用を試みた。その中で、通常の条件ではキレート抽出が困難な廃棄物に対しては、超音波照射、湿式粉砕、マイクロウェーブ法の併用により抽出量が促進されることを見いだした。キレート抽出における溶出挙動を理論的に説明するために、水溶液マトリクス中における錯体の生成平衡から金属イオンのスペシエーション分布を基礎的に解析し、キレート洗浄の抽出効果は水溶性キレート錯体の安定度定数に比例すること、その程度はpH、金属種に依存することを示した。2.超分子作用を利用した新規固相抽出材の開発と有用金属に対する選択性超分子型固相抽出材を用いて、レアメタル元素を固液抽出により濃縮分離する条件を網羅的に明らかにした。実試料としては、ITOエッチング廃液に対する検討を進め、従来固相抽出では達成困難であったインジウムとスズの分離回収について、超分子型固相抽出材を適用するとワンステップで相互分離が可能であることを見いだした。また、超分子作用に基づく高い分子認識能を利用して、共存イオンを多量に含む環境試料より、カドミウム、鉛、ニッケル等の有害元素を高選択的に分離除去できることを明らかにした。

一連の検討の中で、超分子型固相抽出材の特徴である多点相互作用により金属イオンが強く捕捉されることを利用して、大過剰のキレート配位子存在下における金属イオンの定量的な抽出分離を報告した。また、ITOエッチング廃液に対する検討を進め、超分子型固相抽出材を適用するとワンステップでInとSnの相互分離が可能であることを見いだした。鉛廃液に対する検討では、廃水中からの鉛分離に加えて、4-(2-pyridylazo)-resorcinolとの錯形成を利用した簡易定量法を開発した。更に、超分子作用に基づく高い分子認識能を利用して、共存イオンを多量に含む環境試料より、Cd, Pb, Ni等を高選択的に分離除去できることを明らかにした。当初の想定よりも研究の進度が順調に進み、研究目的に関する成果論文を国際誌に多数報告できたため。当初の想定よりも研究の進度が順調に進み、研究課題に関する成果論文を国際誌に多数報告できたため。現段階で十分な達成度が得られていることから、今後の推進方策においても現在の方針を引き継ぐ。本研究の実施には、産学の連携が有効であったが、更に発展させるために、海外の共同研究者との連携を深め、国際的な共同研究を推進する予定である。今回が修了年度であるため研究計画についての変更・問題点はないが、当該外国人研究員と受入研究者は今後も本課題に関して国際的な共同研究を続ける予定である。本研究の実施には産学の連携が有効であったことから、今後の発展に向けて産学連携も深める。
自己準同型写像による拡大環

1.環Aの同型写像による接合積の概念を拡張して、自己準同型写像Γによる接合積を導入した。この接合積はAを含む拡大環Mとなり、Mの研究と自己準同型写像Γの研究と部分環Γ(A)との研究が並行して進められた。・Mが因子環になる為のAとΓの条件が求められた。・与えられた環がこの接合積による拡大環である為の条件が与えられた。2.AFD(近似的有限次元環)型連続有限型因子環Rの指数が小さい所での部分因子環の内部同型問題が取り扱われ、次の様な結果が得られた。・Rの部分因子環で、指数が4以下のものに対しては、同型ではあるが、内部同型でないものが、少なくとも可算無限個存在する。・Rの部分因子環で、指数が自然数の値を取るものに対しては、同型であるが、互いに内部同型でないものが、連続個存在する。
生理的リガンド探索を基軸とした異所発現嗅覚受容体の機能解析

嗅覚受容体は、嗅覚組織に発現し、匂いを感知するセンサータンパク質としての役割を担うが、近年、その一部は嗅覚組織以外でも発現し、発現組織特有のはたらきを示す可能性が示されている。しかし、それらの受容体が発現組織において実際に感知する分子については不明であり、生理機能の全貌は十分明らかになっていない。本研究では、嗅覚組織以外でも発現する特定の嗅覚受容体に着目し、生理的リガンドの同定、ノックアウトマウス表現型解析を行うことで、嗅覚組織以外で発現する嗅覚受容体生理機能の包括的理解を目指す。
遠赤外域用新ホモダイン検波システムの試作研究

本研究は、核融合プラズマのイオン温度ならびに密度揺動測定のための遠赤外散乱計測用新ホモダイン検波システムを完成させることを目的として、昭和58年度より3年計画で実施された。新ホモダイン法では2組のホモダイン検波器を用い、その位相関係を調節することにより、ホモダイン法でありながら搬送波を中心とする上下測波帯のスペクトル分布が分離して求まる。初年度には当初計画どおり1つのビーム・スプリッタを用いたシステムを試作したが、この方法では位相関係の調節と感度調節とが両立し難いことが判明した。そこで新たに山形鏡を用いた効率の良い方法を考案・試作し、2年度からはこの新システムについての動作特性の理論的考察ならびに実験的検証を行った。試作した検波システムはアルミ製のシールド箱に収納されており可搬である。ホモダイン検波にはショットキー・バリヤ・ダイオードが用いられている。実験においては、回転格子より反射されるドプラー・シフト・ビームを模擬散乱光として利用した。特に、入射光の一部を迷光成分として含む模擬散乱光を合成し、測定されたスペクトル分布に及ぼす迷光成分の影響を詳細に調べた。その結果、予め迷光成分を含めた状態で位相関係を調節しておけば、迷光の影響を完全に除去できることを見出した。本研究の最終年度に当たる昭和60年度には、試作検波システムを用いて、直線型乱流加熱プラズマの密度揺動測定を行った。入射光源には波長337μmのHCNレーザを用いた。観測された散乱波の周波数スペクトルは明らかに非対称性を示し、プラズマ柱の周辺から中心軸に向ってドリフト波が伝播していることが明らかになった。以上、本研究の当初の目的はほぼ100%達成されたと言える。本システムは、散乱光、局発光(入射光の一部)を導く光学系、ホモダイン検波を行うミクサ部、およびミクサ出力端から取り出される低周波信号を記録する部分から構成されている。昭和58年度および59年度においては、山形ミラーとレンズを組み合わせた効率の良い光学系を考案・試作し、動作特性の理論解析ならびにシステムの特性試験を行った。特性試験においては回転格子からの反射光を模乞散乱光として利用した。特に、入射光の一部が迷光成分として含まれている場合について詳細に調べ、2つのミクサの位相を予め調節しておけば迷光の影響を完全に除去できることを確認した。昭和60年度には、試作検波システムを用いて、当研究室の直線型乱流加熱プラズマおよびプラズマ研究所のJIPPT-【II】Uプラズマの密度揺動測定を行った。特に前者の測定ではミクサの拾うパルス性雑音を低減するため、ミクサマウントを簡潔な構造のものに改め、二重シールドを施した。これによりS/Nが改善され、測定された非対称スペクトル分布から、プラズマ波動の伝播方向が同定された。後者の実験ではMHD振動による散乱波が観測され、そのスペクトル構造から定在波的振動が存在していると推定される。
触媒材料の高活性化を目指した高圧ナノ合成技術の開発

本研究では、高圧合成を用いることで得られる触媒材料の高活性化を目指し、微粒化・高比表面積化を行うための高圧ナノ合成法を開発することを目的とした。当初予定したテンプレート法を活用した微粒化では高精度の粒径・比表面積制御が困難であったため、方針を変更し、通常の条件で得られた高圧合成試料に対して高圧室温処理を施すことで、微粉化・高比表面積化を実現することを目指した。代表的な高活性酸素発生触媒として知られるBa0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)を対象とした高圧処理により、常圧で合成された原料粉末と比較して10倍程度の比表面積の増大に成功した。さらに高圧室温処理を発展させて、高圧条件を用いたBSCFに対する酸素欠損量の制御を試みたところ、通常の合成条件では報告されていない、酸素欠損が抑制された試料(δ=0.12)を得ることに成功した。この酸素欠損が抑制された試料の電子物性を評価したところ、通常の酸素欠損含有試料が示す半導体的特性とは異なり、室温において金属的電気伝導性を有することが分かった。酸素欠損量の異なるBSCFにおける酸素発生触媒活性を系統的に評価した結果、当初に目的とした触媒性能の向上は観察されなかったが、高圧室温条件における微粉化・高比表面積化という新しい手法の開発に成功したことに加えて、高圧中温処理を適用することによってBSCFではこれまでに得られていない酸素欠損量の抑制に成功した。本成果は、学会での発表の他、原著論文としても発表した。研究代表者らによって、15万気圧・1000°Cの超高圧高温条件で合成される四重ペロブスカイト型酸化物CaCu3Fe4O12が、酸素発生反応(OER)に対して既存材料を凌駕する高い触媒活性を有することが明らかとなった。これまで高圧合成法によって得られる化合物の触媒特性について調べた研究はほとんどなく、比表面積を測定した例も少ない。高圧合成法で得られる試料は通常1 m2/g以下の小さな比表面積しか有していないが、触媒活性を向上させた試料を得るには微粒化などのモルフォロジー制御が不可欠である。本研究では高圧条件(数万十万気圧以上)において合成される高活性の触媒材料に対して、微粒化・高比表面積化を行うための高圧ナノ合成法を開発し、通常の高圧合成で得られる試料よりも高い触媒活性を有する材料を得るための学理を構築することを目的とする。常圧合成試料に対して用いられているテンプレート法を活用した微粒化を試み、一定の粒子サイズ制御には成功しているが、当初目的とした高精度の制御を確立するには至っていない。そこで方針を変更し、通常の条件で得られた高圧合成試料に対して高圧室温での処理を施すことによって、処理前と比べて比表面積が5倍以上に増大することを見いだした。これまでの高圧合成研究では、高圧室温処理によって試料のモルフォロジーがどのように変化するのか、そして触媒特性がどの程度増大するのかという知見は得られていないため、高圧条件を活用した新たなモルフォロジー制御手法として重要な知見が得られたと言える。これまでに調べた限りでは、比表面積の増大に依存してほぼ線形にOER触媒活性が向上した化合物と、触媒活性に大きな変化が見られない化合物の2つのタイプの化合物が存在することが分かった。今後、詳細なキャラクタリゼーションを行うことで両者の違いの原因を明らかにする予定である。当初予定したテンプレート法の適用限界が分かった一方で、室温高圧処理による微粒化という新しい高圧ナノ合成法を見いだすことに成功した。これらの課題が明らかになったことで、次年度の研究方針が確立した。新たに見いだした室温高圧処理法で得られる試料について、結晶構造・モルフォロジー・触媒活性を系統的に詳しく調べることで、当初の研究目的である高圧ナノ合成法の確立を目指す。高圧合成実験用の消耗品が、想定していたよりもやや少額で済んだため次年度使用額が生じた。次年度の研究において、そのまま高圧合成実験用消耗品として使用する予定である。
マグネシウム修飾型吸収性ハイドロキシアパタイト線維を用いた促進的骨再生材料の開発

歯科領域における骨補填材に関する様々な開発・研究がなされているが、自家骨と同じリモデリング能を有する代替材料は未だ開発されていない。我々は、これまでにハイドロキシアパタイトファイバー(以下HAファイバー)が、骨造成、骨治癒の足場となり、自家骨に似た骨補填材としての有用性を示してきた。このHAファイバーを利用し、近年、骨代謝に重要であると着目されている「マグネシウム」を修飾することで期待される骨再生促進効果を、臨床使用を想定したモデルにおける骨組織再生を検討した。。最終的には、得られた結果から、有効性、安全性の評価を十分に行い、既存の材料に代わる新たな次世代骨補填材としての確立を検討した。歯科領域における骨補填材料に関する様々な開発・研究がなされているが、自家骨と同じリモデリング能を有する代替材料は未だ開発されていない。当分野ではこれまでにハイドロキシアパタイトファイバー(HAファイバー)が、骨造成、骨治癒の足場となり、自家骨ににた骨補填材としての有用性を申請者の所属する研究室では示してきた。このHAファイバーを利用し、近年、骨代謝に重要であると着目されている「マグネシウム」を修飾することで期待される「骨再生促進効果」を臨床使用を想定した動物モデル(1ウサギ頭蓋骨骨欠損モデルにおける骨組織再生、2ウサギ頭蓋骨垂直造成モデルにおける硬組織再生)を用いて検討する。最終的には、得られた結果から有効性・安全性の評価を十分に行い、既存の材料に代わる新たな次世代骨補填材としての確立を検討する。本年は、HAファイバーの作製、調整を行い、細胞培養により評価および検討を行っている。我々の最新の研究にて、HAファイバーの焼成温度の調整により、骨再生能力が促進されることが把握されてきていることから、より促進的な骨再生をもたらす焼成温度やその他条件の模索も合わせて行っている。加えて、HAファイバーにマグネシウムや、他の微量元素を加えて、細胞による反応も検討しており、次年度から開始されるウサギ頭蓋骨モデルを用いた動物実験がスムーズに開始可能となるよう、研究を遂行している。また、動物実験と並行して、HAファイバーの改良を、細胞培養実験も行い、改良を重ねていく方針である。HAファイバーを調整し、HAファイバー単体およびマグネシウム修飾した材料を用い、細胞培養による反応を観察している。また、その他元素においても効果が期待できるものをあわせて検討している。また、骨再生に関連のある、インプラント治療に関する本研究に関連する基礎的な研究にかかわる論文も海外誌に投稿中であることから、進展に関してはおおむね順調である。当分野では、これまでにハイドロキシアパタイトファイバー(以下HAファイバー)が、骨造成、骨治癒の足場となり、自家骨に似た骨補填材としての有用性を示してきた。このHAファイバーを利用し、近年、骨代謝に重要であると着目されている「マグネシウム」を修飾することで期待される「骨再生促進効果」を、臨床使用を想定した動物モデル(1ウサギ頭蓋骨欠損モデルにおける骨組織再生、2ウサギ頭蓋骨垂直造成モデルにおける硬組織再生)を用いて検討する。最終的には、得られた結果から、有効性、安全性の評価を十分に行い、既存の材料に代わる新たな次世代骨補填材としての確立を検討する方針である。本年は、HAファイバーの作成、調整を行い、細胞培養による評価を行っている。付加するマグネシウム量の比較検討を行っている。また、HAファイバー作成時の焼成温度調整についても継続的に検討を続けており、移植処置時の、よりよいハンドリング、賦形性、より促進的な骨再生をもたらす条件の検討も継続して行っている。細胞培養系においては、骨髄間葉系細胞を、マグネシウム修飾したHAファイバーおよび骨誘導培地にて、骨代謝にかかわるシグナル分子をリアルタイムPCRにて定量的に評価を行っている。また、併せて垂直造成モデルによる動物実験を行っており、評価検討を行っている。HAファイバーを調整し、HAファイバー単体および異なる組成のマグネシウム修飾した材料を用い、細胞培養による反応の観察を行っている。また、マグネシウム修飾した材料を埋植した動物実験も行い、評価検討を行っているため、おおむね順調に進展していると判断した。過年は、HAファイバーの作成、調整を行い、細胞培養による評価を行っている。

マグネシウムを添加することで、より促進的な骨再生が細胞培養系および動物モデルにて確認することができた。本年度は、マグネシウム添加型HAファイバーについて、インプラント領域の著明な国際学会にて発表をおこなっており、Travel Grantを受賞している。歯科領域における骨補填材に関する様々な開発・研究がなされているが、自家骨と同じリモデリング能を有する代替材料は未だ開発されていない。我々は、これまでにハイドロキシアパタイトファイバー(以下HAファイバー)が、骨造成、骨治癒の足場となり、自家骨に似た骨補填材としての有用性を示してきた。このHAファイバーを利用し、近年、骨代謝に重要であると着目されている「マグネシウム」を修飾することで期待される骨再生促進効果を、臨床使用を想定したモデルにおける骨組織再生を検討した。。最終的には、得られた結果から、有効性、安全性の評価を十分に行い、既存の材料に代わる新たな次世代骨補填材としての確立を検討した。細胞培養による結果を参考としながら、ウサギを使用した動物モデルを使用した骨再生能力にかかわる評価を組織学的、micro-CTを用いた放射線学的な検討を順次行う。細胞培養系による結果を評価しながら、併せて動物モデルによる骨再生能に関する評価を組織学的、放射線学的に定量を行いながら検討を随時進めていく。歯科医学本年度は、実験材料の検討を行うための細胞培養を行っている。より適切な材料検討には、動物実験と並行して培養による評価を行ったほうが、より効果的かつ効率的と判断したため、一部の支出可能額を次年度に使用する方針としたため。細胞培養系および動物実験を平行して行っているが、細胞培養系において、多様な修飾および焼成をおこなった材料を比較検討しており、より良好な結果が得られる見込みのある材料のみを動物実験に移行して研究を遂行しているため。当初の計画にあった動物実験と並行して、細胞培養による評価検討を行い、未使用額を使用する予定です。良好な結果が得られる見込みのある材料について、拡充した動物実験を行い、使用する計画としている。
学童の体格を簡易に評価できるシステム制作と健康教育への展開

初年度は学校現場における成長曲線の活用状況を意見聴取と文献調査により把握することから開始した。平成28年度から学校保健の場で成長曲線を積極的に活用することが文科省より指示されているが、学校保健の場では十分に活用されてはいなかった。小学校や中学校の養護教諭との意見交換のなかで小規模校ではひとりひとりの児童・生徒について成長曲線を描画することは可能だが、大規模校ではそこまできめ細かく対応することは困難であると指摘された。また自治体によっては医師などのバックアップにより描画された成長曲線を判定するためのスクリーニング体制が先進的に構築されているが、全国的にみると少数であった。(公財)学校保健会が教育機関に配布したプログラム「子供の健康管理」は十分に活用されている例は多くなかった。このような状況のなかで成長曲線が保護者や児童・生徒が理解できる形で届けられていないことは明らかである。このような現状を踏まえて、まずは小学校や中学校の養護教諭と保護者を対象にした質問紙作成を行った。養護教諭にはPC環境、学校健診で得られた身体計測値の管理方法、成長に関する情報を学童・生徒や保護者にどのように還元しているかについて質問を構成した。また保護者に対しては身長と体重をどのように評価するか、成長曲線を作成する意味、成長を評価する方法について確認する内容である。次にMicrosoft Excelのシートを利用して年月日情報と身体計測値を並べて、グラフ化するシステムを試作した。Visual Basic Application(VBA)を利用すると複雑な操作を簡便化できるが、それを利用するためにはPCのセキュリティー環境を緩和せざるをえない。ファイルを教育機関や家庭で広く利用してもらうためにはセキュリティー環境を緩めることは好ましいことではないと判断して、VBAは利用しないこととした。予備的な調査(意見聴取と文献検討)を開始する時期が遅れたことに加え、養護教諭から意見を聴取する場を設定できたのが平成30年10月と12月となったために全体の進捗が遅れた。質問紙調査については研究計画書を作成し、本学の研究倫理審査委員会に諮る準備を完了した時点で平成30年度の研究は完了した。令和元年度第1四半期に調査研究に関する計画書について倫理審査を受けて、調査を実施する。さらにMicrosoft Excelを利用した成長曲線描画ファイルの初版を作成する。それを第4四半期までに学校関係者や保護者に試用してもらい、ファイルの問題点を明らかにする。初年度に計画した研究内容の実施が先に述べた理由により遅延したため、その分を令和元年度の第一四半期に行う。具体的には調査研究に関する計画書について本学の研究倫理委員会の審査を受けて、調査を実施する。その後は当初の計画通りにMicrosoft Excelを利用した成長曲線描画ファイルの初版を作成する。それを第四四半期までに学校関係者や保護者に試用してもらい、使用感や問題点を明らかにする。
二次代謝酵素の結晶構造解析を基盤とする酵素機能の開拓と物質生産

多様な構造と生物活性を有する一連の植物ポリフェノールの基本骨格を生合成するIII型ポリケタイド合成酵素について、X線結晶構造解析により得られた立体構造情報に基づき、部位特異的変異を導入することにより、これまで困難とされてきた合理的な酵素触媒機能の改変に成功した。また、これら酵素が示す寛容な基質特異性を利用して、人工基質を作用させることにより、在来見られない骨格を有する非天然型新規化合物の生産に成功した。アロエ由来ペンタケタイドクロモン合成酵素(PCS)及びオクタケタイド合成酵素(OKS)について、結晶構造により見出した新たな活性部位ポケット近傍のアミノ酸残基に変異を導入することにより、活性部位キャビティの大きさや活性アミノ酸残基の配置を変化させて、酵素反応開始基質やマロニルCoA縮合数、さらに閉環反応様式に与える影響を精査した。その結果、OKSの酵素結晶構造に基づく活性部位キャビティ構成残基N222,F66,T204などへの部位特異的変異の導入により、これまでで最長となるマロニルCoA1 2分子縮合を触媒する機能改変酵素の作成に成功した。一方で、非天然型人工基質を作用させることにより、潜在的な酵素触媒ポテンシャルを引き出し、非天然型新規化合物の創出に挑戦した。本来8分子のマロニルCoAの縮合反応を触媒するOKSに、クマロイルCoAとマロニルCoAを同時に基質として作用させることにより、それぞれクマロイルCoAに5分子あるいは6分子のマロニルCoAが縮合した非天然型新規C_<21>カルコン及びC_<19>スチルベン骨格の生成に成功した。非天然型C_<21>カルコンの生成量は、結晶構造に基づき活性中心キャビティを拡大したN222G点変異酵素において飛躍的に増大した。さらに、ヘテロ芳香環など一連の含窒素人工基質を合成し,機能の異なるIII型PKSに作用させることにより、これまでに数種の非天然型新規アルカロイド骨格の創出に成功した。昨年度に引き続き、アロエ由来ペンタケタイドクロモン合成酵素、オクタケタイド合成酵素、また、ダイオウ由来ベンザルアセトン合成酵素、トウゲシバ由来カルコン合成酵素などを材料として、結晶構造により見出した新たな活性部位ポケット近傍のアミノ酸残基に変異を導入することにより、活性部位キャビティの大きさや活性アミノ酸残基の配置を変化させて、酵素反応開始基質やマロニルCoA縮合数、さらに閉環反応様式に与える影響を精査した。その結果、酵素結晶構造に基づく活性部位キャビティ構成残基などへの部位特異的変異の導入により、各種機能改変酵素の作成に成功した。一方で、非天然型人工基質を作用させることにより、潜在的な酵素触媒ポテンシャルを引き出し,非天然型新規化合物の創出に挑戦した。トウゲシバ由来カルコン合成酵素に、2-カルバモイル安息香酸のCoAチオエステルを開始基質として作用させた場合、2分子のマロニルCoAを順次縮合の後、6-5-6縮合環構造を有する3環性非天然型新規アルカロイドの生産に成功した。ダイオウ由来ベンザルアセトン合成酵素のX線結晶構造解析に成功し、酵素反応機構を解明した。現在さらに、III型PKSの寛容な基質特異性と潜在的触媒能力を活用することにより、また、合理的な人工基質の設計と結晶構造に基づく機能改変酵素を組み合わせることにより、新規生体触媒と非天然型新規化合物の効率的な生産に取り組んでいる。本研究では、人為的な酵素機能の制御と分子多様性創出の格好の材料ともいえる、高等植物由来III型ポリケタイド合成酵素(PKS)をとりあげる。有機化学を基盤として、分子生物学や構造生物学、タンパク工学の技術などを駆使することにより、新たな酵素触媒機能の開拓と有用物質生産系の構築をめざした。本年度は、イネ由来クルクミノイド合成酵素のX線結晶構造解析に成功し、新たな酵素反応機構を提唱、印刷公表した。昨年度に引き続き、アロエ由来ペンタケタイドクロモン合成酵素、オクタケタイド合成酵素、また、ダイオウ由来ベンザルアセトン合成酵素、トウゲシバ由来カルコン合成酵素などを材料として、結晶構造に基づき、活性部位キャビティの大きさや活性アミノ酸残基の配置を変化させることにより、合理的な酵素機能改変により、各種機能改変酵素の作成に成功した。一方で、化学合成したアミノアシルCoA、カルバモイル基含有芳香族CoAチオエステルなど、非天然型基質を酵素に作用させることにより、生物活性を有する数種の、非天然型新規テトラミン酸誘導体、また、イソピリドインドール、ベンゾアゼピン骨格を有する非天然型新規アルカロイドの創出に成功した。さらに、これら非天然型基質を、上述した非天然型機能改変酵素と組合わせることにより、さらなる新規生物活性化合物の生産に成功した。これら研究成果を、PNAS2報,JACS1報を含む、5報の論文として印刷公表した。