hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
金属含有1,3-双極子反応剤の創製と環状化合物の新規合成法の開発

本研究では、天然物や医農薬品等の各種生理活性物質の合成に有効な多環性化合物の新規かつ効率的な合成手法の開発を目的とし、遷移金属部位を含有する1,3-双極子反応剤の創製、ならびにこれを利用した付加環化反応の開発を行った。詳細な検討の結果、分子内にカルボニル基またはイミノ基を有するアルキンに対し、タングステンカルボニル錯体をはじめとする第6周期遷移金属錯体を作用させると、金属錯体によりアルキンが求電子的に活性化され、これに分子内ヘテロ元素の求核攻撃が進行することで、各種の遷移金属含有1,3-双極子が生成することを見いだした。この遷移金属含有1,3-双極子は、イリドとしての性質とカルベン錯体としての性質を併せ持つ全く新しい反応活性種であり、電子豊富アルケン類と容易に[3+2]型付加環化反応を起こして、環状骨格を有するカルベン錯体中間体を与える。生成したカルベン錯体はさらに隣接する炭素-水素結合への挿入反応やα位置換基の1,2-転位を速やかに起こし生成物を与えることがわかった。具体的には、o-アルキニルフェニルケトンまたはアルデヒドと触媒量のタングステン錯体との反応をビニルエーテル類の存在下で行うと、含酸素多環性化合物が高収率かつ高立体選択的に得られる。また、o-アルキニル安息香酸エステルと塩化白金との反応では、置換ナフタレン誘導体が一般性良く合成できる。さらには、o-アルキニルアニリンから誘導したイミンを反応基質として用い、電子豊富アルケンの存在下、触媒量のタングステン、レニウム、白金、金錯体などを作用させると、いずれも三環性インドール誘導体を収率良く与えることも明らかにした。これらの成果は、従来類例のない金属含有1,3-双極子の創製とこれを利用した新規触媒的多環性骨格構築法を開発した点で学術的に価値があるばかりでなく、各種生理活性物質等の合成に利用可能な有用なものである。本研究では、アルカロイド等の天然有機化合物や、医農薬品等の各種生理活性物質の合成に有効な多環性化合物の新規かつ効率的な合成手法の開発を目的とし、遷移金属部位を含有する1,3-双極子反応剤の創製とその反応について検討を行っている。本年度はタングステンカルボニル錯体がアルキンを求電子的に活性化することを利用し、アルキン類に対する求核試剤の付加反応に基づく環化反応の開発を行った。すなわち、2-アルキニルアニリンから誘導したイミンを反応基質として用い、電子豊富アルケンの存在下、触媒量のタングステンカルボニル錯体を作用させると、三環性インドール誘導体が一挙に合成できることを明らかにした。この反応では、タングステンカルボニル錯体によって求電子的に活性化されたアルキン部位に対し分子内のイミン窒素が求核攻撃することにより、これまでに例のない金属部位を有する1,3-双極子が生成し、これが電子豊富アルケンと[3+2]付加環化反応を起こすことによりカルベン錯体部位をもつ環状化合物を与える。さらに、生成したカルベン錯体がα位に存在する水素もしくはアルキル基の1,2-転位を起こすことにより生成物を与えたものと考えられる。本反応では抗腫瘍剤として知られるマイトマイシン類の基本骨格が一挙に構築できることから、マイトマイシン類の各種誘導体の合成にも有効な優れた合成反応であるといえる。

また、本研究では、分子内にアルキン部位を有するシリルエノールエーテル類の環化反応もタングステンカルボニル錯体を用いることにより触媒的に進行し、対応する多環性化合物も効率よく合成できることを明らかにした。これらの成果は、従来類例のない金属含有双性イオンの創製とその反応を開発した点で学術的に価値があるばかりでなく、各種生理活性物質等の合成に利用可能な有用なものであると考えられる。本研究では、アルカロイド等の天然有機化合物や、医農薬品等の各種生理活性物質の合成に有効な多環性化合物の新規かつ効率的な合成手法の開発を目的とし、遷移金属部位を含有する1,3-双極子反応剤の創製とその反応について検討を行っている。昨年度はタングステンカルボニル錯体がアルキンを求電子的に活性化することを利用し、2-アルキニルアニリンから誘導したイミンとの反応によりこれまでに例のない金属部位を有するアゾメチンイリドの生成手法を開発した。本年度はこの手法を発展させ、他の遷移金属部位を含有する新規1,3-双極子反応剤の創製とその反応に関する研究を行った。その結果、2-アルキニルフェニルカルボニル化合物に対し、電子豊富アルケンの存在下、トルエン中室温で塩化白金を作用させると、置換ナフタレンが高収率で得られることを見出した。この反応ではまず、新規反応活性種である白金含有カルボニルイリドが生成し、これが電子豊富アルケンを[3+2]型付加環化反応を起こして多環性骨格を有する白金カルベン錯体中間体が生じると考えられる。この中間体はカルベン炭素のα位置換基の1,2-転位を伴って骨格転位を起こし、最後に芳香化することによりナフタレン誘導体を与えるものと考えられる。本反応は幅広い基質一般性を有しており、有用な置換ナフタレン合成法となり得るものである。この成果は、従来類例のない金属含有1,3-双極子反応剤がタングステンカルボニルや塩化白金といった求電子性の高い遷移金属錯体と、分子内にアルキン部位を有するイミン、カルボニル化合物とから容易に発生できることを示した点で学術的に高い価値をもつものであると考えている。本研究では、アルカロイド等の天然物や、医農薬品等の各種生理活性物質の合成に有効な多環性化合物の新規かつ効率的な合成手法の開発を目的とし、遷移金属部位を有する1,3-双極子、ならびに1,5-双極子反応剤の創製とその反応について検討を行ってきた。昨年度はタングステンカルボニル錯体がアルキンを求電子的に活性化することを利用し、2-アルキニルアニリンから誘導したイミンとの反応によりこれまでに例のない金属含有アゾメチンイリドが生成し、これが電子豊富アルケンと速やかに[3+2]附加環化反応を起こして三環性インドールを収率良く与えること、ならびに、2-アルキニルフェニルカルボニル化合物に対し、電子豊富アルケンの存在下で塩化白金を作用させると、白金含有カルボニルイリドが生じ、これが電子豊富アルケンと同様の[3+2]付加環化反応を起こして置換ナフタレンを高収率で与えることを見出した。本年度はこれらの知見をもとに更なる検討を行い、上記インドール合成反応において、内部アルキン部位を有する反応基質を用いた場合は、タングステン錯体よりもレニウム、白金、金など、他の第6周期遷移金属が触媒として極めて有効であることを見出した。この結果により、幅広い反応基質に対して適用可能なインドール合成反応の開発に成功した。また、エンイン部位を有するアニリンから誘導したイミンに対してタングステン錯体を作用させると、金属含有1,5-双極子が生成し、これがアルケン類と[5+2]付加環化反応を起こすことで、含窒素7員環を有する多環性化合物も簡便に合成できることを見出した。
規則性高分子膜の創製と機能化

ポルフィリン誘導体とビオローゲン誘導体をモノマーとした界面重合反応の結果、モノマー形状が反映されままマイクロメートルサイズまで成長した、正方形あるいは長方形の高分子膜の形成が確認された。この膜は100nm程度の膜厚を持つ二次元高分子膜の積層体であることが示された。ビオローゲン誘導体からビフェニル誘導体へと変更したところ、数nmから十数nm程度の膜厚を持ちながらcmスケールに至るほどの面積を持つ二次元高分子の創製に成功した。新しい高導電性材料や分子メモリなどの開発を指向して、豊富なπ電子系を有するポルフィリン型モノマーが規則的に配置された規則性高分子薄膜の創製に取り組む。すでに、油水界面における重合反応により、規則性高分子膜の創製に成功している。この高分子膜の構造と光化学・電気化学特性を詳細に検討し、電子材料・センサ素子などとしての有用性を評価する。さらに、モノマーの分子設計や重合反応条件を最適化することで、単分子膜厚の規則性二次元高分子の創製法を見出す。この規則性二次元高分子上に任意の分子を規則的に配列させ、物理刺激の長距離伝搬など、その構造的特異性に起因する機能発現を目指す。昨年度までに、ポルフィリン型モノマーとビオローゲン型モノマーからなる規則性二次元薄膜がポルフィリン-ビオローゲン間の電荷移動錯体形成による積層構造体を形成する事を見出した。これは電気化学的に大変興味深いが、その生産性が悪く詳細な物性を検討するに至っていなかった。今年度は、モノマー構造や触媒等の条件を再検討したところ、比較的生産性の良い実験条件を見出すに至った。また、モノマー分子の対称性と形成する高分子膜の関係について検討し、対称性の合致が製膜に重要であることが示された。一方、3重螺旋型の一次元ホスト多糖として有用性を示してきたカードランを用いて、共役系高分子の機能制御に成功した。pH応答ユニットを導入した両性カードランとカチオン性のポリチオフェンの複合体により、pHに依存してポリチオフェンの共役状態を制御することが出来た。さらに、カードランの側鎖に分子捕捉部位としてアミロースを導入した、樹状構造を持つ人工分岐多糖の開発し、幹部と枝部に異なる分子を配置した明確な構造を持つ複合材料を作り出すことに成功した。これらの成果は、カードラン誘導体を利用した規則的構造体構築による新規電子材料開発の可能性を示す物である。規則性高分子膜創成のターゲットとしてポルフィリン分子を採用した。正方形分子であるポルフィリン型モノマーとビオローゲン型モノマー間で、Huisgen環化反応を利用した油水界面共重合を行ったところ、そのモノマー形状が反映されままμmサイズまで成長した、正方形あるいは長方形の高分子膜の形成に成功した。この膜は100 nm程度の厚みを持つ。高分解能TEM観察の結果、輝点が直線状に配列した明確な電子線回折像が観測された。また、TEM観察像ではπーπスタッキングの面間隔に相当する約0.35 nm間隔での繰り返しラインパターンが得られた。以上の結果より、想定した規則性高分子膜が形成し、それが高い規則性を持って積層した結晶性の高分子構造体であることが示唆された。ビオローゲンモノマーをビフェニルモノマーに変更することで、10 nm程度の膜厚に対して数cm2に至る面積を持つ、極薄の高分子膜の創製にも成功した。この高分子膜は界面反応による製膜後、ポルフィリン部位に定量的に金属を配位できることが確認された。このことよりポルフィン/ビフェニル型の二次元高分子では、製膜後修飾が可能であることが確認された。新しい電子材料の設計指針を確立することを目標に、油水界面で特異的に進行する共重合反応を利用して、1)π共役系規則性高分子膜の創成法の確立と、2)得られる規則性高分子膜の構造的特性と機能との相関の解明を行う。これらの研究を通じて、最終的には単分子膜厚の規則性二次元高分子膜の創製と機能創発を目指す。前年度までに正方形分子であるポルフィリン型モノマーとビオローゲン型モノマー間で、Huisgen環化反応を利用した油水界面共重合を行ったところ、そのモノマー形状が反映されたままマイクロメートルサイズまで成長した、正方形あるいは長方形の高分子膜の形成に成功した。

この膜は100 nm程度の厚みを持つ。高分解能TEM観察の結果より、高い規則性を持つ高分子構造体であることが示唆された。本年度はポルフィン/ビオローゲン型構造体に対する紫外可視吸収スペクトル測定からフリーベースポルフィリンとビオローゲン間の電荷移動(CT)錯体の形成が示唆された。ビオローゲンとのCT形成能を持たない亜鉛ポルフィリンを油溶性モノマーとした実験では、上記の様な明確な形状を持つ高分子構造体は形成しなかった。このことから、ポルフィン/ビオローゲン系で正方形状の構造体が構築した要因としてポルフィリン・ビオローゲン間のCT形成の寄与が示唆された。構造的知見から、CT錯体形成が進行することで、高分子膜形成が規格化され、結果的に正方形状に成長する過程が優先されると考えられる。そこで、ポルフィリンとCT錯体を形成し得る水溶性モノマーとして新たにスチルバゾール型分子を用いた界面重合反応を試みたところ、平行四辺形状の高分子構造体が得られた。この構造体においてもCT錯体の形成が確認された。ビオローゲンに比べてスチルバゾール型モノマーの反応点はずれた位置関係にあることから、形成した高分子構造体の形状の差異は、モノマーの分子形状に強く影響を受けたものと思われる。分子集積化学本年度は、電気化学的に興味深いポルフィリン-ビオローゲン規則性二次元薄膜積層構造体の生産性を向上することが出来た。これは、この構造体の特性を詳細に検討する為に極めて重要な進展である。さらに、カードラン誘導体を用いることで、共役系高分子の機能を刺激応答的に制御することに成功した。このように、本研究の目的である規則構造を基盤とした新しい機能性材料構築に対して、一定以上の成果を得るに至っている。加えて新たな分子捕捉部位を導入した新規カードラン誘導体の開発にも成功しており、今後の研究において、様々なπ共役系分子の集積化や共役系高分子を融合させることで、新しい電子材料の開発およびその機能制御の実現が期待される。現在までに、界面重合反応による高分子膜の創製とモノマー構造と形成する高分子膜との相関関係をある程度明らかにすることができている。結果として得られた高分子膜は効率的な電荷移動錯体が多点で形成していることが示唆されており、これは新しい電子材料としても興味深い。また、得られた高分子膜が規則性の階層構造を強く示唆する実験結果も得られており、これらの膜を製膜後修飾する事にも成功している。以上のように本研究で目指している分子プラットフォームの最初の例としては十分な成果を挙げている。よって、当初平成24年度中に想定していた成果を得るに至っている。これまでに開発した規則性二次元膜集積体について、その電気・光化学特性をサイクリックボルタンメトリーや各種分光化学的手法を用いて明らかにし、顕微鏡的手法から得られる構造情報との相関を考察することで、有機電子材料の構築に有効な分子集積化手法についての知見を蓄積する。また、今年度明らかにしてきたカードラン誘導体を活用した共役系高分子の機能制御とπ共役系分子の集積化に関する研究概念を融合させることで、異なる特性を持つ機能分子を明確に配置して新しい複合材料の構築に挑む。これらの研究から得られる知見を元に、更に刺激応答部位を盛り込んだ、更に高度な分子を合成しこの自己組織化挙動について検討する。
電磁超音波を利用した非破壊検査装置の開発に関する研究

本研究の遂行の中で得られた結果の概要を以下に述べる。以上の成果を用いて,励磁部およびセンサー部の最適設計並びに金属疲労と電磁超音波の相関を現在検討中である。その結果は実測結果と合わせて次年度報告する予定である。
GM3 only miceの神経変性における免疫反応異常の意義と分子機構の解明

我々はGM3以外のガングリオシドが欠損したノックアウト(DKO)マウスを作成し、神経変性に関与する標的遺伝子を同定した。以前までの研究により、神経組織の遺伝子プロファイリングの結果、炎症・免疫に関連する遺伝子が補体遺伝子を含む8種あり、糖脂質の欠損がGPIアンカータンパク質である、補体制御因子CD55の脂質ラフトへの局在を変化させ、神経組織に異常な補体活性化をもたらし神経変性を起こす事が分かってきた。そこでDKOマウスにさらに補体遺伝子C3をノックアウトしたマウスをかけ合わせトリプルノックアウト(TKO)マウスを作成し、小脳の炎症や神経変性を検討したところ、TKOマウスでは、DKOマウスにみられる小脳の萎縮やプルキンエ細胞の欠失が改善し、さらにDKOマウスで亢進したサイトカインの発現量がTKOマウスで減少しするとともにC1qの沈着も減少した。また、DKOマウスでみらるミクログリアの集積も減少した。しかし、アストロサイトの増加においては変化が見られなかった。このように、ガングリオシドの欠損は脂質ラフトの異常を招き、その結果、補体活性の亢進を引き起こして、異常な炎症反応が惹起されること。これらの結果により神経変性が引き起こされること等が示唆された。また、その炎症反応や変性細胞が補体遺伝子C3をノックアウトする事により、大きく抑えることが出来た事実は、ガングリオシドが補体系の制御に重要な役割を果たしていることが示された。これらの結果は、PNASに掲載された。以前までの研究により、神経組織の遺伝子プロファイリングの結果、炎症・免疫に関連する遺伝子が補体遺伝子を含む8種あり、糖脂質の欠損が神経組織に異常な補体活性化をもたらし神経変性を起こす事が分かってきた。そこで、補体系活性化がどのような機序で惹起されているのかを検討するため、GPIアンカータンパク質である、補体制御因子CD55の脂質ラフトへの局在について小脳を用いて検討したところ、WTマウスに比べ、DKOマウスのラフト分画でCD55が減少していた。また、ラフトマーカーであるFlotillinの局在は激変しており、DKOマウスではラフトの異常が起きていることが示唆された。また、免疫組織染色を用いて小脳のCD55,Flotillinを染色した結果、WTマウスでは主に細胞膜上に染色されたが、DKOマウスでは細胞が全体的に染色された。これにより、DKOマウス脳におけるラフトの異常が補体系活性化を惹起することが示唆された。次に、遺伝子プロファイリングの結果、補体とは別に炎症・免疫に関連する遺伝子としてLy49Bが認められたが、Ly49BはDKOマウスの小脳、脊髄で発現低下していた。これは4週齢で既に発現低下していた。また、脾臓、骨髄でも発現の減少が確認された。また、Ly49A,Ly49Qの遣伝子発現を確認した結果、これらの遺伝子では大きな発現変化が確認できなかった。次に、脾臓組織を用いてイムノブロットを行った結果、興味深い事にDKOマウスの脾臓では糖鎖付加したタンパク質が欠損していた。今後は、ガングリオシドの欠損がLy49Bの糖鎖付加にどのように関与しているのかを検討する。また、Ly49Bの糖鎖が欠損することによって、どのような免疫炎症反応が起きるかを検討する。そこで、補体系活性化がどのような機序で惹起されているのかを検討するため、GPIアンカータンパク質である、補体制御因子CD55の脂質ラフトヘの局在について小脳を用いて検討したところ、WTマウスに比べ、DKOマウスのラフト分画でCD55が減少していた。そこでDKOマウスにさらに補体遺伝子C3をノックアウトしたマウスをかけ合わせトリプルノックアウト(TKO)マウスを作成し、小脳の炎症や神経変性を検討したところ、DKOマウスで亢進したサイトカインの発現量はTKOマウスで減少し、C1_qの沈着も減少した。このように、ガングリオシドの欠損は脂質ラフトの異常を招き、その結果、補体活性の亢進を引き起こして、異常な炎症反応により至ること。これらの結果により神経変性が引き起こされること等が示唆できた。また、その炎症反応は補体遺伝子C3をノックアウトする事により抑えることが出来た。

以前までの研究により、神経組織の遺伝子プロファイリングの結果、炎症・免疫に関連する遺伝子が補体遺伝子を含む8種あり、糖脂質の欠損がGPIアンカータンパク質である、補体制御因子CD55の脂質ラフトへの局在を変化させ、神経組織に異常な補体活性化をもたらし神経変性を起こす事が分かってきた。そこでDKOマウスにさらに補体遺伝子C3をノックアウトしたマウスをかけ合わせトリプルノックアウト(TKO)マウスを作成し、小脳の炎症や神経変性を検討したところ、TKOマウスでは、DKOマウスにみられる小脳の萎縮やプルキンエ細胞の欠失が改善し、さらにDKOマウスで亢進したサイトカインの発現量がTKOマウスで減少しするとともにC1qの沈着も減少した。また、DKOマウスでみらるミクログリアの集積も減少した。しかし、アストロサイトの増加においては変化が見られなかった。このように、ガングリオシドの欠損は脂質ラフトの異常を招き、その結果、補体活性の亢進を引き起こして、異常な炎症反応が惹起されること。これらの結果により神経変性が引き起こされること等が示唆された。また、その炎症反応や変性細胞が補体遺伝子C3をノックアウトする事により、大きく抑えることが出来た事実は、ガングリオシドが補体系の制御に重要な役割を果たしていることが示された。これらの結果は、PNASに掲載された。
皮質機能発現時のシグナル伝達と神経受容体結合以後の情報伝達効率の研究

(目的)中枢神経系では神経受容体に連携する細胞内情報伝達系が機能発現に重要な役割を担っている。我々はその中でも特にイノシトールリン脂質代謝(phosphoinositide turnover,Plturnover)に注目し、現在までにそのプローブとして^<11>C-diacylglycerol(DAG)を用いた皮質の二次情報伝達系の画像化を可能とし、それがアセチルコリン受容体(mAChR)と連携する二次情報伝達画像であることを確認した。皮質機能発現時におけるmAChRの情報伝達効率は学習効果や記憶や慣れの機序に深く関係しているが、インビボでの測定法がこのDAGを用いる方法以外にないため、現在までに報告がない。quinuclidinyl benzilate(QNB)を用いてmAChRのインビトロ結合活性と、それに連携する細胞内情報伝達系のインビボ活性をDAGを用いて定量測定し、それらを組合せて情報伝達効率の定量評価を試みた。(方法)S-Dラット脳内にイボテン酸を10μg,0.75μl注入した一側マイネルト核破壊モデルを作製一週間後、^3H-QNBの結合活性と^<11>C-DAGを用いてマイネルト核投射部位である大脳皮質での細胞内情報伝達系(ここではイノシトールリン脂質代謝)の活性をdual autoradiographyを用いて測定し、同一個体の大脳皮質での情報伝達効率を定量した。対照として生食注入群を作製した。情報伝達効率をmAChR結合活性とそれに引き続くPlturnover活性の比率とした。情報伝達効率=病変側DAG/健常側DAG÷病変側QNB/健常側QNBとして計算した。(結果)患側前頭葉において、健側に比較してQNBの結合が80.3±16.7%に低下したが、DAGの取り込みは100.8±5.0%であった。したがって情報伝達効率は+26.6%と上昇した。その情報伝達効率画像が得られた。(結論)情報伝達効率は破壊側皮質でむしろ上昇しており、なんらかの代償機転が働いていると考察された。受容体の画像化のみでは、その後の細胞内情報伝達の把握ができない。
脳卒中後の把握機能回復をもたらす脳内身体表現の変化：サルモデルによる解明

脳損傷後の機能回復メカニズムを明らかにするために、内包後脚に損傷を作成した動物モデルを確立し、回復過程を調べた。母指と示指で小さな物体を保持する精密把握(つまみ動作)が可能な動物であるサルを対象に、第一次運動野の手領域からの下行路が通る内包後脚に血管収縮作用を持つエンドセリン-1を投与し、局所的な微小梗塞を作成した。梗塞後数ヵ月間にわたってつまみ動作の回復過程を調べるとともに、MRI画像により損傷部の体積の変化を調べた。梗塞作成後には、つまみ動作を含む手の運動に障害がみられた。特に、精密把握の障害が長期間続き、示指で引っ張るなどの代償的な把握動作を使う個体も見られた。また、Nissl染色を用いて損傷後の神経細胞の変化を調べた。特に、内包損傷後の損傷半球第一次運動野の錐体細胞の細胞の大きさの分布変化について調べた結果、損傷後には正常個体と比較して第一次運動野の錐体細胞の減少傾向が認められた。また、これまでに調べてきた第一次運動野損傷後の回復過程において、回復の途中で把握方法の行動戦略が変わるときに成功率が低下する「回復の谷」のような行動学的な変化を、計算論モデルで表現することを共同研究によって試みた。この手法を用いて脳損傷後の回復において、どのような運動学習の成分が重要になっているのかについて検討した。特に強化学習と教師あり学習と機能回復との関連について調べた。合わせて、テスト課題における把握動作の変化だけでなく、リハビリトレーニング中の把握動作の変化について解析を行った。その結果、1種類の大きさの孔のみを使って行うリハビリトレーニングにおいても、トレーニング日程が進むにつれて、母指を屈曲してエサを把握していた代償的な把握動作の使用が減少し、母指を伸展させて指先でエサを保持する精密把握動作の使用が増加する傾向が認められ、把握動作の変化がみられることが分かった。28年度が最終年度であるため、記入しない。また損傷後のMRIT2強調画像に置いて内包後脚に高信号部位が認められたことから、内包後脚を中心とした脳領域に浮腫などが生じて脳組織がダメージを受けていることが示唆された。梗塞作成後2週間から1ヵ月後にはMRI画像の高信号部位が減少した一方、つまみ動作の使用頻度は回復しなかった。画像上では損傷が確認できなくなっても、損傷による影響は持続しており、協調した手の運動の遂行に影響を与えていることが推察された。行動実験及び組織学的実験を中心に研究を進めることができた。工学分野との共同研究を開始し、新たな視点から分析を行うことができた。

その結果、1種類の大きさの孔のみを使って行うリハビリトレーニングにおいても、トレーニング日程が進むにつれて、母指を屈曲してエサを把握していた代償的な把握動作の使用が減少し、母指を伸展させて指先でエサを保持する精密把握動作の使用が増加する傾向が認められ、把握動作の変化がみられることが分かった。内包梗塞を作成した動物モデルに対して、把握動作課題を行い、損傷による影響を明らかにする。詳細な行動データを取得するために、把握動作中の行動測定を行うための機器開発を行う。損傷後に起こる損傷による機能阻害や機能回復に関わる神経細胞内の変化を組織学的手法を用いて明らかに、損傷後の経時的な神経の変化を明らかにする。計算論モデルを使用して、運動野損傷後の機能回復に関わる学習成分の変化について検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
急性脳障害に対するエリスロポエチンの脳保護治療開発の基盤研究

エリスロポエチン(EPO)は、腎性貧血に対する治療薬として広く使用されている。近年、EPO受容体(EPOR)が腎臓のみでなく中枢神経系にも発現しており、EPO-EPORを介したシグナルが神経保護効果を持つことが徐々に明らかとなった。これまで申請者らは、ミクログリアにEPORが高発現していることを発見した。様々な脳疾患でミクログリアの傷害的な活性化が知られている。そこで、ミクログリアにおけるEPO-EPORシグナルを利用し、傷害的活性を変化させ脳保護作用を発揮できるのではと着想した。EPOによる脳保護作用の新たな機序を解明しEPO製剤による新規の脳保護治療法を提示することを目標とする。
イネの穀実形成の植物ホルモン制御に関する分子生理・生態学的研究

本研究は、イネの幼苗期をも含めた開花後の植物体への炭酸同化産物の集積・分配に対する植物ホルモンの能動的な関わりを分子生理・生態学的に解明することを目的とした。実験材料としてダイズも用いた。1.幼苗期イネの葉の明暗条件下でのエチレン生成反応を見ると、2葉期葉身は暗条件下で生成が促進される3葉期以降の葉期とは違って、葉鞘と同様に光条件下で促進された。従属栄養状態の2葉期は葉身にデンプン等の糖類の蓄積が見られ、その光条件下でのエチレン生成促進は葉身が一時的にシンク器官になることと相関する。移植苗の生理状態を知る上で示唆的である。開花後の登熟期ではデンプン貯蔵器官、あるいは一時的貯留器官である穂、桿、葉鞘は何れも光条件下でエチレン生成が促進された。本研究における新知見の一つである。この光は約8千ルックス程度の形態形成に関わる弱光が効果的であった。2.穂におけるエチレン生成と糖類の蓄積との密接な関係は、ユニークな材料である雄性・雌性不稔イネの穂での実験で確認した。穂でのデンプン等の集積(捻実の進行)は、エチレン生成量の明暗比の乳熟後期までの上昇と平行関係にあり、エチレンの光中での糖類集積への寄与が強く示唆された。3.ジベレリン(GA)欠損変異イネにおける実験から、イネでは幼穂形成期のGAの十分量の存在が穂の枝梗数、籾数の決定に深く関与することを明らかにした。ブラシノステロイドは、出穂期処理で葉鞘・桿に一時的に貯蔵されるデンプンの穂への転流を促進し、登熟歩合を高めること、また低温登熟を促すことで収量増に寄与することが明らかになった。ダイズでも穀実形成に内生アブシジン酸が関与する結果を得た。以上、イネ・ダイズの糖類の消長と植物ホルモンの動態についての基礎的、基盤的な新知見を多く得たが、分子生理的なアプローチは不十分であった。今後は、植物ホルモン間の量的・質的相互作用も解明して、作物種の穀実形成とその制御機構をよりダイナミックにとらえ、実用的制御技術を提案できる研究を推進したい。世界の主要食糧作物であるイネの穂(シンク)におけるデンプン集積について、エチレン、アブシシジン酸等植物ホルモンの作用生理を明らかにするのが本研究課題の目的である。初年度の結果は以下の通りである。1.一時的にシンク器官となる幼苗期のイネ葉身の、明・暗条件下でのエチレン生成反応を調べたところ、通常暗条件下で生成が促進される3葉期あるいはそれ以上の葉期とは違って、2葉期では光条件下で促進が見られた。これは成熟中の穂の場合と同様であり、エチレン生成は器官へのデンプン集積と高い相関を示すことが判明した。2.上述のように、一般には植物の葉からのエチレン生成は暗黒下促進されるが、接触環境によっては、その生成が撹乱されること、つまり、イネの3葉期でも弱光や野外での曇天・雨といった条件下での生育であれば、エチレン生成は光条件下でむしろ促進されることも判明した。

3.イネの雄性不稔・雌性不稔突然変異系統を用いて、開花後の穂における明・暗下でのエチレン生成を調べたところ、正常品種の登熟中の穂と違って、何れも明条件下におけるエチレン生成の促進は認められず、不稔の穂は葉身的な器官の様態を示した。なお、これに関しては、デンプンではなく、スクローズを中心的に集積するイネ変異系統(sugary)を九州大学から入手し、その増殖を図った。次年度は、複数のエチレン生成関連遺伝子の調製とそれによる穂の登熟途上における、あるいは幼苗期のデンプンの豊富な葉身における発現様式・特性などを調査し、デンプンの生成・分解などへのホルモンの関わりを解明する。また、アブシジン酸によるデンプン集積の促進の可能性について、温室モデル実験を行う予定である。本研究は、イネの生殖成長期の穂形成と穂への炭酸同化産物の蓄積に対する内生エチレンの能動的な関わりを調べ、イネの収量形成機構を解明することにある。今年度は、光合成の場である葉に着目して、主に、葉身におけるエチレンと炭水化物の動態を明らかにすると共に、イネをはじめ数種づつの単子葉・双子葉植物のカルスでのエチレンの動態も予備的に調べた。イネの葉身におけるエチレン生成量は著しい日変化を示し、最小位を示す明け方から増高して、午後1時ころに最高になる。その後は減少へと反転して、翌日の明け方に再び最小値になるまで徐々に減衰する。この時、炭水化物の1つのスクロースは、エチレンの動きにほぼ完全に同調して変化した。デンプンもまた頻似の変動をするが、量的にはそれらの1/10程度しかないグルコースやフルクトースは日変化しなかった。外生的にスクロースを葉に投与すると、投与後の時間に応じて内生スクロース量が上昇すると共にエチレン生成も増高した。エチレンは、スクロース代謝への関与を通して、デンプンの合成・蓄積あるいは転流に深く関わっていることが示唆された。イネのカルスでは、培地ホルモンの2,4-D濃度に無関係にエチレン生成速度は極めて少量で、且つ一定であったが、ダイズ等の双子葉では、イネの2050倍量のエチレンを常に生成し、且つ培地のホルモン濃度に依存して大きく変動した。これは、イネの単子葉植物としてのエチレン生成の種特異性を示唆している。本研究は、イネのライフサイクルの中で、開花後の穂への炭酸同化産物の蓄積に対する植物ホルモンの能動的な関わりを検討し、イネの子実形成の機構を明らかにすることを目的としている。今年度は、イネの幼穂分化におけるジベレリン(GA)、登熟におけるブラシノステロイド(BR)およびエチレンの役割を明らかにすると共に、低温登熟に対するアブシジン酸(ABA)およびBRの関わりについても追求した。また、実験材料としてダイズも用いた。まず、GA欠損イネ(極矮性変異種)を用いた研究から、幼穂形成期のGAは、穂の枝梗数、籾数を顕著に促進した。このホルモンは単に細胞伸長のみならず、有機的な細胞分裂に関与し、イネの穀実形成に深く関与していることが判明した。BRは、出穂期前後に外生投与すると葉鞘、稈等に一時的に蓄積されるデンプンの穂への転流を促進し、イネの収量形成を促進すること、また、低温下での登熟にも促進的に作用することが判明した。エチレン、ABAもまた同様な作用特性を発揮するが、ダイズでも穀実形成と並行してABA含量が増大することは判明した。こうした植物ホルモンは穂の形態形成、穀実形成に密接に関わっていることが示唆された。なお、一昨年来取り組んできたイネ幼苗の葉身におけるエチレン-炭水化物の動態と相互関係に関する研究では、炭水化物中のスクロース含量がACC-依存エチレン生成に深く係わっており、葉鞘とは別の生理機能を発現していることを明かかにし、新たに論文としても取りまとめ中である。
青色光による葉緑体psbD/C遺伝子の転写のスイッチング機構

本研究では、葉緑体psbD/C遺伝子クラスターに存在する青色光応答プロモーター(D/C-3プロモーター)を対象に、青色光に応答した葉緑体コードの遺伝子の活性制御機構を分子レベルで解明することを目的として研究を進め、青色光応答プロモーターを活性化する転写因子の精製を行いその実体がDNA結合タンパク質であることを明らかにすると同時に、青色光応答プロモーターの成熟葉緑体における光応答性について検討した。1.[青色光応答D/C-3プロモーターの光応答性の検討]成熟葉緑体中でのD/C-3プロモーターの光応答性を、他の葉緑体プロモーター(psbA、D/C-4プロモーター)と比較した結果、D/C-3プロモーターは可逆的に光照射で活性化され、暗所で不活性化されることがわかった。D/C-3プロモーターからの転写産物がコードするD2、CP43蛋白質のターンオーバーもD1蛋白質と同様に光強度に依存して加速されることから、青色光に応答したD/C-3プロモーターの活性化が、これらの蛋白質の光依存的なターンオーバー制御と関係している可能性が考えられる。2.[青色光応答転写因子の精製と解析]成熟葉緑体の抽出物を疎水カラムクロマトグラフィーにより分画し、青色光応答D/C-3プロモーターを特異的に活性化する画分を得た。ゲルシフト実験から、この画分には、D/C-3プロモーター領域(-153+6)にシーケンス特異的に結合するDNA結合タンパク質が存在する事がわかった。また、D/C-3プロモーターの5'領域を順次欠失させたテンプレートを用いてin vitro転写実験を行った結果、その活性には一般的な原核生物タイプのプロモーター領域(-35、-10領域)に加えて、転写開始点の70bp以上上流の配列が必要であることもわかった。従って、D/C-3プロモーターに特有な上流域の配列が青色光応答転写に関わっていて、この領域に転写因子が結合することで転写を特異的に活性化していると考えられる。
次世代超高温ガスタービン用多孔質遮熱被膜のはく離強度と熱伝導特性評価

1600°C級ガスタービンの翼に利用が検討されているボイドを有する超高温遮熱セラミックコーティングの正確な寿命評価や長寿命化のための検討を精度よく行うため,本研究では高温での酸化や熱負荷の繰り返しを受けたボイドを有する遮熱被膜の疲労剥離強度および熱伝導特性を正確に評価し、その気孔率依存性について実験的かつ解析的に明らかにすることを目的とした。最終年度である今年度においては3種類の気孔率を有する遮熱被膜の疲労せん断剥離実験を行い、遮熱被膜の疲労せん断剥離強度(S-N曲線)を求めると共にその気孔率依存性を明らかにした。2015.42019.4の本研究期間において、多孔質遮熱被膜を実機に採用する場合において寿命と安全性を評価する上で必要かつ重要な材料強度特性について以下の点を明らかにした。(1)多孔質遮熱被膜のせん断剥離損傷強度基準及びその気孔率依存性を明らかにした。(2)臨界剥離条件を求めるための特異場応力解析に必要な多孔質遮熱被膜の変形特性(被膜の破断応力以下の負荷領域での弾性係数)及びその気孔率依存性を明らかにした。(3)遮熱被膜の疲労せん断剥離損傷強度(S-N曲線)を求めると共にその気孔率依存性を明らかにした。(4)多孔質遮熱被膜の熱伝導特性に関し、気孔率40%程度の被膜の熱伝導率が気孔率5%程度のものに比べて40%程度に小さくなること、その加熱負荷による影響はほとんどないことを確認した。また、トップコートとボンドコートの界面熱抵抗について考察し、トップコート36μmに相当する界面熱抵抗があることを確認した。なお、15%程度以上の高い気孔率の被膜は界面剥離強度よりも被膜自体の強度が劣ることが判明し、界面剥離強度評価を実験的に行うことはできないし、行うこと自体が無意味となる。また、加熱負荷後の疲労剥離強度評価については、設備上の問題で研究期間内での実施を断念した。1600°C級ガスタービンの翼などに利用が検討されている空孔を有する超高温遮熱セラミックコーティングの寿命の正確な評価・長寿命化のための検討を精度よく行うため,本研究では高温での酸化や熱負荷の繰り返しを受けた遮熱被膜の剥離強度および熱伝導特性を正確に評価し、その空孔率依存性について実験的に明らかにする。申請者が考案したねじりピンテスト法による実験を行うため、試料作りとそれへの被膜塗布を行ったが、被膜溶射塗布段階でセラミック被膜のバインダーとなる下地被膜を溶射塗布した後試料のピンがピン穴に入り込んだ被膜粒子のため抜けなくなるトラブルに遭い、実験予定が大幅に遅延する事態となった。急ぎ試料の形状を見直し、制作のし直しと被膜溶射塗布を行い、現時点においては剥離強度と熱伝導測定実験が始められる状況になっている。なお、従来はこうした問題は起きなかったのであるが、今回のトラブルを受けて試料の大幅な改善が図られたことは結果的に今後の研究を進める上で有益であったといえる。こうした実験準備を行う傍ら、ねじりピンテスト法およびせん断そぎ落とし法によって実験的かつ解析的に得られているWC-Coサーメット被膜と遮熱被膜の高温熱負荷後のせん断剥離強度や疲労強度について日本機械学会論文集やInt. J. of Fracture Mechanicsなどの内外の著名な学術誌への投稿活動を行い、問題なく受理されすでに掲載となっている。今年度は早々から作成した試料を用い、遮熱被膜のせん断剥離強度および熱伝導率に及ぼす空孔率の影響を実験的に調べ、対応する有限要素法解析によって剥離基準を策定することになる。その後、さらに高温熱負荷後の同様な検討を行う予定である。申請者が考案したねじりピンテスト法による実験を行うため、試料作りとそれへの被膜溶射塗布を行ったが、被膜溶射塗布段階でセラミック被膜のバインダーとなる下地被膜を溶射塗布した後試料のピン穴に入り込んだ被膜粒子のためピンが抜けなくなるトラブルに遭い、実験予定が大幅に遅延する事態となった。しかしながら、結果的に試料の形状を改善し、作成しやすくかつ扱いやすい試料とすることができ、現時点で当面必要な試料作りを終え、今後の実験遂行においては特に困難はないと考えられるため短期間での成果を望むことができる。一方で有限要素法による解析手法について習熟した状況にもあり、実験結果に基づいた解析も円滑に進めることができることから、当面の目標である空孔を有する高機能遮熱被膜のせん断剥離強度および熱伝導率の空孔率依存性を28年度の早い段階で定量的に評価できる見込みである。1600°C級ガスタービンの翼に利用が検討されているボイドを有する超高温遮熱セラミックコーティングの正確な寿命評価や長寿命化のための検討を精度よく行うため,本研究では高温での酸化や熱負荷の繰り返しを受けたボイドを有する遮熱被膜の剥離強度および熱伝導特性を正確に評価し、その空孔率依存性について実験的に明らかにする。昨年度において行う予定であったねじりピンテスト法による剥離強度実験は、試料作成に被膜溶射段階で失敗したため、行うことができず被膜剥離実験が今年度にずれ込んだ。研究の遅延はあったが、試料の形状・構造を見直し、遮熱被膜の塗布が問題なく行える技術の進化があった。今年度は当初の予定通り4種類のボイド率を有する遮熱被膜の剥離強度実験を行い一応の結果を得た。

が、ボイド率が高くなると被膜自体の強度の低下が著しく、界面での剥離強度の測定自体が無意味となることを明らかにした。また、今回の実験結果では加熱処理による界面剥離強度の向上は観察されなかった。むしろ、低下した。これについては加熱処理中処理後の熱応力が界面にダメージを与えた可能性も考えられるので再度検討する予定である。得られた剥離強度実験結果から有限要素解析によって臨界剥離条件を求める必要がある。そのためのボイド率が異なる各被膜の変形特性を求めた。被膜に硬質ボール圧子を押し込むときの押し込み深さを測定し、有限要素法とカルマンフィルターを用いた逆解析による被膜の変形特性式の係数を探索する手法によって被膜の弾塑性構成曲線を得た。なお、ボイドを含む被膜であっても均質体と捉えての平均変形特性式である。以上の検討結果を用いて、来年度はボイドを有する遮熱被膜の高温熱負荷後のせん断剥離強度および被膜自体の強度評価を行うとともに疲労強度の検討のための試料作成・加熱処理・疲労実験を順次行う計画である。昨年のピンテスト試料のトラブルにより、実験予定が大幅に遅延する事態となった。逆に、試料の形状を改善し、作成しやすくかつ扱いやすい試料とすることができたのであるが、試料の加熱処理は装置の能力から一つずつ行わざるを得ず、相当の時間を要したため思ったほど研究の遅延を取り戻すことができなかった。被膜の熱伝導特性についても加熱処理が必要なためほとんど取りかかることができなかった。また、ボイド率が高い被膜では界面ではなく被膜の内部での破断が生じたことから破断面の角度などをレーザー顕微鏡で測定するなどの予期しない作業工程の増加もあって当面の目標であったボイドを有する高機能遮熱被膜のせん断剥離強度および熱伝導率の空孔率依存性の評価が未達である。しかしながら一方で有限要素法による解析手法について習熟した状況にもあり、被膜自体の変形特性が求まっているので、被膜のせん断剥離強度基準とボイド率が高い被膜の被膜強度解析は速やかかつ円滑に進めることができる。1600°C級ガスタービンの翼に利用が検討されているボイドを有する超高温遮熱セラミックコーティングの正確な寿命評価や長寿命化のための検討を精度よく行うため,本研究では高温での酸化や熱負荷の繰り返しを受けたボイドを有する遮熱被膜の剥離強度および熱伝導特性を正確に評価し、その空孔率依存性について実験的かつ解析的に明らかにする。今年度においては4種類の気孔率を有する遮熱被膜剥離実験を行った後、遮熱被膜の熱伝導特性の熱負荷依存性を実験的に評価した。つぎに、得られた剥離強度実験結果から有限要素解析によって臨界剥離条件を求めるためのボイド率が異なる各被膜の変形特性を求めた。被膜に硬質ボール圧子を押し込むときの押し込み深さを測定し、有限要素法とHertzの接触理論を用いた解析から被膜の弾性変形特性を探索する手法によって4種類の気孔率の遮熱被膜の弾性係数を得た。脆弱な高気孔率の被膜を均質体と捉えての平均的な弾性変形特性を押し込み試験から求めたものであり、その成果は日本機械学会において発表すると共に日本機械学会論文集に投稿している。以上の検討結果を用いて、来年度は4種類の気孔率を有する遮熱被膜のせん断剥離強度基準および被膜自体の強度評価を解析的に行うとともにせん断疲労剥離強度の検討のための疲労強度実験用試料作成・加熱処理・疲労実験を順次行う計画である。なお、最も高い気孔率の被膜は剥離強度よりも被膜自体の強度が劣ることが判明したので疲労剥離実験の対象から除外することとした。
静電噴霧沈着法による色素増感型太陽電池用多孔質チタニア膜の合成

エアロゾルプロセスを用いた薄膜合成法の一つである静電噴霧沈着法を用いて色素増感型用多孔質チタニア膜を、基板温度、ノズル-基板間距離、溶媒の混合比、噴霧時間などの操作因子を変化させて行い、操作因子と膜形態の関係について検討を行った。その結果、基板温度250°C、噴霧時間2時間、ノズル-基板間距離15mmで、エタノール(ET)とブチルカルビトール(BT)を4:1の体積比率で混合した溶媒を用いた場合、多孔質膜を合成することができた。また、基板温度を一定(250°C)にし、溶媒の混合比を変化させて膜の合成を行ったところ、ブチルカルビトールの割合が増加するに供ない、フラクタル状の表面形態から多孔質状に変化した。基板温度250°C、噴霧時間2時間、ET:BT=4:1の条件で合成した膜を空気雰囲気、450°Cで2時間焼成し、X線回折により物質の同定を行った。その結果、回折ピークよりチタニアのアナターセ相を確認することができた。なお、焼成前の膜についてもX線回折による物質の同定を行ったが、アナターセ相の回折ピークは見られなかった。焼成前後における膜形態は、SEMを用いて観察したが、形態の変化は見られなかった。この焼成後の膜を用いて、色素増感型太陽電池を作製し、電流-電圧特性、開放起電力、短絡電流密度、フィルファクターおよび変換効率の測定を行った。その結果、変換効率は1.7であった。また、変換効率と膜形態の間の関係についても検討を行った。
機械学習アルゴリズムの量子統計力学的な拡張とその性質の解明

最尤推定問題は数学的にも工学的にも広く関心を集めている問題である。さらにEMアルゴリズムは最尤推定問題に対する一般的な数値アルゴリズムであり、広く利用されている。量子力学的な拡張を考えることで、「量子アニーリングEMアルゴリズム」を構築した。具体的には、クラスタリングに使われる混合ガウス分布に量子力学的に非可換な項を加えることで、EMアルゴリズムの更新式を量子力学的に拡張した。さらに数値計算を用いて、提案アルゴリズムの有効性を確認した。この研究では、量子力学のフレームワークと最尤推定法のフレームワークの対応関係を明らかにすることが重要であったが、統計力学におけるカノニカル分布を使い、最尤推定問題を量子力学のフレームワークに書き直すことでこの問題を解決した。アルゴリズムを提案する場合、その漸近的な安定性は極めて重要である。申請者は、統計力学の自由エネルギーをリャプノフ関数として定義し、リャプノフの定理を用いて、提案アルゴリズムの安定性を示した。この定理によって、アルゴリズムは安定に大域的最適解あるいは、局所的最適解に漸近することが示された。また、変分ベイズ法を量子力学的な拡張を考えることで、「量子アニーリング変分ベイズ法」を構築した。アルゴリズムの構成方法は(1)で用いた方法論に基づくものであるが、変分ベイズ法では、EMアルゴリズムとは異なる評価関数を最適化することと事前分布という概念があることの2点が、EMアルゴリズムの研究と本質的に異なる。数値計算を用いて、提案アルゴリズムの有効性を確認した。現在までにEMアルゴリズム、変分ベイズ法の量子力学的な拡張について英語論文誌を2報出版している。さらに、関連する研究について英語論文誌2報出版している。これまでの成果を順調にアウトプットできており、当初の計画以上に進展していると言える。これまでの研究では教師なし学習に注目してきた。今後は、教師あり学習・強化学習などへの拡張を目指す。さらに、海外の研究チームと協力し、アルゴリズムの物理実装に向けた研究に着手する。
超高感度電気化学的テロメラーゼ活性検出法のための新規指示薬の開発

テロメラーゼはおよそ80%のがんで発現が認められていることから、有用なマーカーとして期待されている。申請者はこれまでにテロメラーゼを迅速に測定可能な電気化学システム, ECTA法を開発した。これまでに、口腔がん、口腔前がん病変に関係する臨床検体で、ECTA法が有用であることを確認しているが、肺がん、尿路上皮がんに適用したところ、感度が不十分であることがわかった。そこで、本提案では、さらなる感度上昇を求めて、ECTA法に適用可能な新規な指示薬として、4本鎖に特異的に結合するペリレンジイミドを骨格とした新たな指示薬の合成と、その性能評価および検出システムの最適化について検証する。研究実施計画として以下のとおりである。ECTA法のさらなる高感度検出を達成するために新規指示薬の開発を行う。H29年度にフェロセン化ペリレンジイミド(FPDI)の合成を行ったが、試薬自身の安定性に乏しかった。そこで、環状アントラキノンにフェロセンを修飾したcAQ-Fcを新規に合成した。cAQ-Fcと1本鎖、4本鎖DNAとの相互作用解析を行ったところ、ITC測定では、高い結合定数を示すことが明らかとなり、円偏光二色性(CD)スペクトル測定によって、ヒトテロメア4本鎖DNAに対して、ハイブリッド構造を維持したまま、結合していることが明らかになった。ITC測定および、CDスペクトル測定によるモル比法によって、テロメア4本鎖DNAに対してcAQ-Fcは1:1で結合していることが明らかになった。また、HeLa細胞抽出液を用いて、ECTAを検討したところ、500 HeLa cellsを作用させた時、20%の電流増加が見られた。今後は、さらなるECTAの条件検討を行い、より高い電流増加が得られる最適条件を探索する必要がある。当初の予定のFPDIは、化合物自身の安定性が悪かったが、新規にcAQ-Fcを設計・合成することができ、これによる相互作用解析まで達成できたから。新規化合物cAQ-Fcによって、ECTA条件の最適化を行い、臨床サンプルへの適用を試みる。そこで、本提案では、さらなる感度上昇を求めて、ECTA法に適用可能な新規な指示薬として、4本鎖に特異的に結合するペリレンジイミドもしくは他のインターカレータを骨格とした新たな指示薬の合成と、その性能評価および検出システムの最適化について検証する。H29年度にフェロセン化ペリレンジイミド(FPDI)の合成を行った。平成30年度は、さらに合成したFPDIと1本鎖、4本鎖DNAとの相互作用解析を、UV-Vis, ITC, CD測定にて行う。さらに、電気化学測定による4本鎖選択性の評価を行い、培養細胞(HeLa細胞)にて、ETCAの最適化および、HeLa細胞の検出下限の確認を行う。また平成31年度は、九州歯科大、産業医科大学により供与される臨床サンプル(唾液、胸水、血液、尿)について、電気化学的測定を行う。臨床サンプルについては、hTERT遺伝子の発現解析も行い、テロメラーゼの発現量も確認する予定である。本年度は、有機合成完了後、DNAとの相互作用解析まで行う予定であったが、有機合成までとなった。

当初の予定のFPDIは、化合物自身の安定性が悪かったが、新規にcAQ-Fcを設計・合成することができ、これによる相互作用解析まで達成できたから。本年度は、合成したFPDIと1本鎖、4本鎖DNAとの相互作用解析を、UV-Vis, ITC, CD測定にて行う。さらに、電気化学測定による4本鎖選択性の評価を行い、培養細胞(HeLa細胞)にて、ETCAの最適化および、HeLa細胞の検出下限の確認を行う予定である。しかしながら、ITC測定により、4本鎖DNAに対する結合定数が小さければ、化合物の骨格をペリレンジイミドから他のインターカレータに変更するなどして、最終目的である高感度テロメラーゼ活性検出を達成したい。新規化合物cAQ-Fcによって、ECTA条件の最適化を行い、臨床サンプルへの適用を試みる。
熱帯熱マラリアの病理における血管内皮細胞の酸化LDL受容体LOX-1の役割

マラリア感染時に酸化ストレスの指標の8-epi PGF2αが増加するとの知見を得たが、8-epi PGF2αがLOX-1の発現を増加させる作用があることが明らかとなった。また、活性酸素やホモシステインによりin vitroでLOX-1の発現が誘導されることが明らかになると同時に、in vivoにおけるangiotensin IIによるLOX-1の発現誘導も活性酸素に依存していることが明らかとなった。さらに、酸化LDLによるNOの減少が活性酸素の産生と並行しておき、これはLOX-1の機能抑制により共に抑えられた。これまでの研究でin vitro酸化した赤血球がLOX-1に結合するとの知見を得ている。マラリア感染により生じる酸化ストレスにより酸化を受けると考えられる赤血球のLOX-1への結合についての検討を行い、熱帯熱マラリア培養時の赤血球(iRBC+RBC)がLOX-1発現細胞に接着することを観察した。またLOX-1のリガンド結合メカニズムについて解析を行い、LOX-1のC末端にある10残基がリガンド結合に必須であり、特にその中の塩基性アミノ酸が重要であることを明らかにした。また、他の部位の塩基性アミノ酸もリガンド結合に重要な役割をおっており、電気的な相互作用がリガンド結合に重要と考えられた。一方、新しいLOX-1のリガンドとしてバクテリアやフィブロネクチンを同定し、LOX-1が感染成立にこれらのリガンドとの相互作用を介して直接的に関与している可能性を示した。さらに、LOX-1遺伝子ノックアウトマウスの作成に成功し、C57BL/6の遺伝的背景への置換を行った。これによりマウスにおけるマラリア感染モデルを利用できるようになり、LOX-1のマラリア感染の病理との関連をin vivoで検証することができるようになった。
ハイブリッド人工膵臓と一体となって新膵臓となる毛細血管網の構築

従来の研究では,マウスの腹腔内にハイブリッド人工膵臓を移植してきた。ハイブリッド人工膵臓の臨床応用では,腹腔内は良い移植場所ではない。移植場所として,a.移植が容易な部位,b.万が一の場合容易にハイブリッド人工膵臓が除去できる場所,c.血糖値変化に鋭敏に応答できる部位,などが要求される。本研究では,ハイブリッド人工膵臓の移植場所として種々の部位を検討すると共に,移植できる新生毛細血管床を新たに作ろうと試みている。本年度は,おもに評価系モデルの作製を試み,またハイブリッド人工膵臓を移植する新毛細血管床の新生に関しても予備的検討を進めた。移植場所の検討のためにはイヌを用いる必要がある。イヌ膵臓からのラ島単離法の開発を進めた。コラゲナ-ゼ溶液の膵管注入法を新たに試み,膵組織1g当り698±156個のラ島が単離できた。単離ラ島は,インスリン分泌さらに血糖値コントロ-ル能を有していることが明らかになった。今後イヌを用いた移値場所の検討を行う評価系が確立できたと考える。マイクロカプセル化ハムスタ-ラ島を糖尿病マウスの腹腔内に移植し移植当日より15ーデオキシスパ-ガリンを投与した5匹のマウス全例で,長期生着し血糖値は正常域に保持された。ハムスタ-からのラ島単離は簡単であり,余り労力を要せず極めて再現性よくラ島の生着を行うことが出来るシステムを開発できたため,ハイブリッド人工膵臓と一体となって新膵臓となる毛細血管網の構築の研究を容易に行うことが出来るようになった。毛細血管床を形成する方法として,上皮細胞増殖因子分泌するマウスの顎下腺細胞をマイクロカプセル化後,マウスの腹腔内に移植した。マイクロカプセル周囲には,多くの新生血管が見られた。移植場所の検討を行う評価系の確立,新な移植場所の創設法として新毛細血管床誘導法の試みを行うなど,着実に研究が進展し,近い将来のハイブリッド人工膵臓の臨床応用も夢ではないと考える。