hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋変動が汽水域・浅海域高次生態系に与える影響とメソスケールアセスメントへの展開

本研究では,汽水域・浅海域生態系,特に高次生態系に与える海洋変動影響を把握するために,有用水産生物であるチョウセンハマグリ,シラスウナギに着目し,1加入過程の実態計測,2海洋変動のモニタリングと浮遊幼生分散シミュレーションを行った.その結果から,シラスウナギは河口域遡上時期により個体の栄養状態が変化していること,チョウセンハマグリは隣接する鹿島灘と九十九里海域間で活発な浮遊幼生の交換が行われていること,九十九里海域は黒潮接岸時に形成される循環流や海上風の効果により浮遊幼生が残留しやすい構造であることを示した.本研究では,汽水域・浅海域生態系,特に高次生態系に与える海洋変動影響を把握するために,有用水産生物であるチョウセンハマグリ,シラスウナギに着目し,1加入過程の実態計測,2海洋変動のモニタリングと浮遊幼生分散シミュレーションを行った.その結果から,シラスウナギは河口域遡上時期により個体の栄養状態が変化していること,チョウセンハマグリは隣接する鹿島灘と九十九里海域間で活発な浮遊幼生の交換が行われていること,九十九里海域は黒潮接岸時に形成される循環流や海上風の効果により浮遊幼生が残留しやすい構造であることを示した.本研究では,海洋生物(水産有用種)の生活史初期に着目し,それらの加入過程と海洋変動との関係を『海洋変動モデル&モニタリングシステム』『海洋生物加入過程実態計測』を組み合わせることで把握,汽水域・浅海域高次生態系に与える海洋変動影響を抽出して,それを環境影響評価に繋げることを目指している.今年度は,初年度であることから,本研究で対象種としたチョウセンハマグリ,シラスウナギそれぞれに対して,まずは生活史初期の『加入過程実態計測手法』の開発・検討を行った.このうち,チョウセンハマグリに対しては,浮遊幼生のミトコンドリアDNAの全長情報から、他の二枚貝種との判別に相応しい領域を選定し、Dual-labeledprobeを設計,これを用いて茨城県によって種苗生産されたチョウセンハマグリ浮遊幼生の発育段階別のDNAの変化等を検討し、野外試料を分析するための定量化システムを構築した。さらに、チョウセンハマグリ等の高精度遺伝子マーカーを開発するための基礎的情報を収集するとともに、一部、分析を開始した。一方,シラスウナギについては利根川河口域への加入挙動についての海流の影響を解析する準備として、地元の試験研究機関・漁業協同組合ならびに漁業者の協力の下、生理的指標の解析に供するシラスウナギ来遊個体を定期的に採集する体制を構築し、一部ではあるが加入個体数と水温・塩濃度のデータを入手した。また予備的サンプリングを実施し、得られた試料を用いて、ストレスや栄養状態等の生理状態を反映する遺伝子について、定量解析が可能であることを確認した。一方,『海洋変動影響モデル&モニタリングシステム』については,鹿島灘を対象とした流動モデルを構築,チョウセンハマグリ浮遊幼生の分散シミュレーションを2010年,2011年の夏季秋季を対象に実施,海流や海上風が浅海域のチョウセンハマグリ幼生の分散過程に与える影響を検討した.本研究では,海洋生物(水産有用種、チョウセンハマグリ、シラスウナギ)の生活史初期に着目し,それらの加入過程と海洋変動との関係を『海洋変動モデル&モニタリングシステム』『海洋生物加入過程実態計測』を組み合わせることで把握,汽水域・浅海域高次生態系に与える海洋変動影響を抽出して,それを環境影響評価に繋げることを目指している.今年度は,計測手法の高度化を図るとともに、実態計測を本格的に実施した。対象種のうちチョウセンハマグリに対しては,2013年の浮遊幼生期に4回漁業調査船たか丸による調査を実施、昨年度に開発・検討したDual-labeled probe法を適用することで浮遊幼生の空間分布を計測し、2012年と2013年の浮遊幼生量の相違などを把握した。一方,シラスウナギについては、利根川河口域への加入挙動について解析するため、シラスウナギ来遊個体の定期採集を行い、得られた試料を用いて、生理状態を反映する遺伝子の定量解析を実施した。ストレス反応並びに糖代謝に関連する遺伝子では、来遊期の初期に発現量が高く、中期・晩期と時間経過に伴い、徐々に低下して行く傾向が認められた。この結果を踏まえ、特に来遊のピーク付近により詳細な解析を行うため、今年度はより細かい時間間隔での採集を実施した。さらに『海洋変動影響モデル&モニタリングシステム』については,チョウセンハマグリ、シラスウナギの対象時期(それぞれ、79月、112月)に係留系による連続計測をXバンドレーダーと併せて実施し、黒潮からの暖水波及など海洋変動を把握することができ、またモデリング部分についてはチョウセンハマグリ浮遊幼生分散シミュレーションについてその結果を2012年度調査結果と比較することでモデルの基本性能の検証も行った。

本研究では,海洋生物(チョウセンハマグリ、シラスウナギ)の生活史初期に着目し,それらの加入過程と海洋変動との関係を『海洋生物加入過程実態計測』『海洋変動モデル&モニタリングシステム』を組み合わせることで把握,汽水域・浅海域高次生態系に与える海洋変動影響を抽出して,それを環境影響評価に繋げることを目指している.対象種の一つであるチョウセンハマグリに対しては、前年度までに開発した遺伝子を用いた幼生判別方法(特異的Dual-labeled probe法)をこれまでのDNA1領域から2領域としてより精度を高め、モノクローナル抗体による手法と併せ実用的で信頼度の高いチョウセンハマグリ浮遊幼生計測手法を確立した.20122014年に実施した加入過程実態計測(鹿島灘九十九里浜対象)の結果に本手法を適用し,浮遊幼生の空間分布や経年変動の特徴を把握した上で,これを海洋変動モデルに基づく浮遊幼生分散シミュレーションの結果と併せ,1産卵場からの放出量の経年変化や空間変動が大きいこと,2海上風や海流変動により浮遊幼生の輸送パターンや沿岸域への加入が大きく変化し,九十九里浜と鹿島灘の間の幼生の交換も活発であることを明らかにした.これは,それぞれの海域で採取した稚貝の遺伝的距離解析(マイクロサテライトマーカー手法,ミトコンドリアDNA使用)から両者は同じ遺伝子集団と推測されたことからも裏付けられている.一方,シラスウナギについては,海域から河口域への加入挙動を把握するため、来遊個体の定期採集を利根川河口において20132014年度に実施し、得られた試料の生理状態を解析した結果,代謝に関係する肝重量/体重比が来遊初期に最も高く,暫時減少して行く傾向が認められ,肝重量は摂餌状況の影響を受けると考えられることから,初期には遡上・定着に有利な状態の個体が来遊していることが示唆された.26年度が最終年度であるため、記入しない。海岸工学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,海洋変動が浅海域・汽水域高次生態系へ与える影響を対象種(チョウセンハマグリ,シラスウナギ)の加入過程と海洋変動の関係から把握することを第一の目的としている.これを推し進めるために,初年度は両対象種の実態計測手法を開発・検討,モデル&モニタリングシステムの構築・稼働を目標としていたが,それが概ね達成できたため.本研究では,海洋変動が浅海域・汽水域高次生態系へ与える影響を対象種(チョウセンハマグリ,シラスウナギ)の加入過程と海洋変動の関係から把握することを第一の目的としている.2年目は、初年度に開発・検討した計測手法を用いた実態計測を進め,長期モニタリングよる海洋変動の把握などを目標としていたが,それらが概ね達成できたため.26年度が最終年度であるため、記入しない。初年度で,チョウセンハマグリ,シラスウナギの生活史初期の加入過程の実態計測手法が開発・検討されたので,2年目以降はそれを用いた実態計測を実施し,海洋変動と加入プロセスの関係把握を推し進める.有効性が確認されたチョウセンハマグリ,シラスウナギの生活史初期の加入過程の実態計測を進めるとともに,その結果をモニタリング及び数値シミュレーションと組み合わせることで、海洋変動と加入プロセスの関係把握を推し進める.26年度が最終年度であるため、記入しない。2012年度は,シラスウナギを対象とした時期のモニタリングシステムの設置に対し,対象海域・河口域における漁業者・漁協の理解を得るのに時間を要したため本格的な調査は2013年度に実施することにした.次年度使用額はその設置に関する費用に相当し,2013年度はその設置のための経費に充てる.本研究では、チョウセンハマグリの生活史初期(浮遊幼生)の時空間構造を把握することを重要な検討項目としている。このための調査について年度当初に計画を立てているが、天候などの影響により変更が生じ、結果として試料分析に必要な消耗品に減少したことが原因の一つである。また、海洋変動モニタリングシステムについては、設置について地元漁業関係者に理解を得るのに時間がかかり、観測期間の縮小により、必要としていた消耗品(計測機器バッテリー等)が減少したことがもう一つの原因である。
磁気流体不安定の理論とモデリング

平成9年度から12年度では理論解析、2次元の流体およびMHDシミュレーションによって以下の点が明らかになった。1.流体及び磁気流体のケルビンーヘルムホルツ(K-H)不安定の2次元の非線型発展段階では発生した渦は合体していき、磁場が2次元の流れに垂直な磁気流体の場合には渦にともなって電流渦も発生し電流渦も合体していくことがわかった。流体およびMHDのいずれの場合でもK-H不安定に伴う2次元での渦の合体は運動エネルギーが保存し渦度の自乗積分(エンストロフィー)が最小に向かう自己組織化の過程であることが明らかになった。また波数空間内での運動エネルギーとエンストロフィーのスペクトルの時間発展を調べることにより、この自己組織化は波数空間内での運動エネルギーの逆カスケードによって起こることが示された。そしてK-H不安定による運動量輸送は自己組織化の過程に依存し、自己組織化によって異常粘性輸送は大きく増大することが示された。また自己組織化による渦の合体は磁気圏界面において界面の振動の周期が下流に行くにしたがって長くなるという観測結果を定量的に説明できることも明らかになった。2.MHDのエネルギー原理と擾乱解析に基づく理論解析によって、磁場がテイル状になった磁気圏で起こるバルーニング不安定性では圧縮性の効果が無視でき、初期に行われた非圧縮性を仮定した磁気圏のバルーニング不安定性の線形解析の結果が妥当であることが示された。この結果から磁気圏がテイル状になってくると起こる磁気圏のサブストームの開始機構にバルーニング不安定が絡んでいることが示唆され今後の研究の指針となった。惑星間磁場が北向きの場合の磁気圏界面での速度勾配層を最も簡単にモデル化した磁場に垂直な2次元面内の圧縮性のプラズマ(流体)の流れに対して2次元のMHDのシミュレーションを行った。速度勾配層はケルビン・ヘルムホルツ(K-H)不安定に対して不安定となり渦が発生する。初期状態で流れの方向のシミュレーション領域の長さを線形でもっとも不安定なモードの8倍にとると、不安定によって発生する渦は3回の渦の合体を繰り返し最終的にはシミュレーション領域の中に一つの大きな渦が生成された。非圧縮性の2次元の完全流体では全運動エネルギーとエンストロフィーの二つの保存量が存在するが、K-H不安定の発展の間に全運動エネルギーはほぼ一定にとどまるが、エンストロフィーは数値粘性による選択的散逸によって時間と共に減少することがわかった。また圧縮性のためにエンストロフィーは小さく振動しながら平均としては減少することがわかった。従ってエンストロフィーは最小に向かう方向に系は発展しているようで、このK-H不安定によってできた渦の合体は自己組織化の現われであることがわかった。この自己組織化のために流れ方向の全運動エネルギーの波数スペクトルをとると、波数スペクトルのピークは時間と共に長い波長の方に移って行き逆カスケードを示すことが明らかとなった。また渦の合体によってK-H不安定によって生ずる異常粘性の値は線形で最も不安定な渦によって生ずる異常粘性の45倍にも達することが明らかとなった。単なる流体の場合と異なり流れに垂直な磁場がある電磁流体の場合には渦に伴って電流渦も発生し渦度の中心と電流渦の中心は一致することが明らかになった。以上の結果を空間的に成長するK-H不安定に焼き直して考えると磁気圏の尾部の磁気圏界面では非常に大きな接線応力がK-H不安定によって磁気圏界面に加わることが考えられる。磁気圏界面における速度シアー層はケルビン・ヘルムポルツ(K-H)不安定に対して不安定となり渦が発生し、渦は高度に非線型状態に発展し運動量やエネルギーの磁気圏内への輸送を引き起こす。流れが磁場に垂直な2次元のMHDのシミュレーションと中性流体のシミュレーションを行いK-H不安定の非線型状態での基礎的な振る舞いを明らかにし、また観測結果との比較も行いK-H不安定の検証も試みた。得られた結果は以下の通りで1と2についでは論文にまとめられ出版され、3については現在投稿中である。

1.初期擾乱がランダムな場合とコヒーレントな場合のシミュレーションを行い、渦の合体は同じように起こり一つの渦に合体した最終状態はあまり初期擾乱には依らないことが明らかとなった。2.シミュレーションから得られる時間と渦の波長の関係を、渦の動く速さは同じであることを用いてサブソラーポイントからの距離と渦による磁気圏界面の振動の周期の関係に直し、その結果を今までに報告されている異なる距離における磁気圏界面の振動の観測結果と比較し、サブソラーポイント付近での速度シアー層の幅とマグネトシースの平均の流れの速度を求めた。求まった値は非常にもっともらしい値となり、距離が40Reまでは確かにK-H不安定で起こった渦は合体を繰り返しながらテイル方向に流れて行くことが検証された。3.最も簡単な磁場のない中性流体の場合にもK-H不安定によって生じた渦は合体していくが、8個の渦が一つに合体した時のエンストロフィーと全運動エネルギーの比を計算すると、その比は理論的に求められる非圧縮性の最小エンストロフィー状態の時の比に近い。圧縮性が小さくなるとますますその比は理論値に近くなりK-H不安定による渦の合体は確かに最小エンストロフィー状態に緩和する自己組織化の過程であることがわかった。今年度は流れが磁場に垂直な2次元のケルビン・ヘルムホルツ(K-H)不安定のMHDのシミュレーションと中性流体のシミュレーションを行いK-H不安定の非線型状態での基礎的な振る舞いを明らかにした。また磁気圏内で競合する可能性のあるバルーニング不安定性について、流れがない場合にバルーニング不安定の圧縮性による安定化効果がどのように磁気圏の形状に依存するかを調べた。得られた結果は以下の通りで1と2については論文にまとめられ今年度に出版され、3については現在投稿中である。1.磁場が流れと垂直な場合について、初期擾乱がランダムな場合とコヒーレントな場合のシミュレーションを行い、渦の合体は同じように起こり一つの渦に合体した最終状態でのエンストロフィーと全運動エネルギーの値はあまり初期擾乱には依らないことが明らかとなった。2.中性流体の場合にもK-H不安定によって生じた渦は合体していくが、8個の渦が一つに合体した時のエンストロフィーと全運動エネルギーの比を計算すると、その比は理論的に求められる非圧縮性の最小エンストロフィー状態の時の比に近い。3.βが大きなプラズマ中で、磁力線の曲率と圧力勾配によって励起されるバルーニング不安定における圧縮性による安定化効果は磁場形状がテイルに近い形状である方がダイポールに近い場合よりも小さいことがわかった。今年度の研究によって得られた知見は次ぎの通りである。1.磁気圏界面を2次元の流れでモデル化し磁場が流れと垂直な場合には、磁気流体の運動は2次元の流体運動と類似である。そこでまず手始めとして、2次元の流体シミュレーションコードに粘性の効果を入れ、流体のケルビン-ヘルムホルツ(K-H)
肢帯型の臨床型を呈するdysferlin異常による筋ジストロフィーに関する研究

本研究の研究代表者である青木らにより、遠位型筋ジストロフィー(三好型)の原因遺伝子が同定され(Nature Genet,1998)dysferlin(以下ジスフェルリン)と名づけられた。その後、家族歴のない孤発例の遠位型筋ジストロフィー(三好型)および肢帯型筋ジストロフィーの患者にも高頻度にジスフェルリンの遺伝子異常がみられることも明らかになり、ジスフェルリン異常を原因とする筋ジストロフィー疾患群(いわゆるジスフェルリノパチー)という疾患概念が提唱されつつある。本研究により日本人26名の肢帯型の臨床型を呈する筋ジストロフィー患者に12種類のジスフェルリン遺伝子変異が同定され、ジスフェルリノパチーであることが確定した。その中でもG3370T変異と4870delT変異が多くみられ52%をしめたが、三好型で多く報告されている3746delG変異は一例もみられなかった。さらには同遺伝子変異が確定したLGMD2B 13人を対象(5人はG3370T変異を伴う)にその臨床型の検討を行った。平均発症年齢は25±7歳(G3370T変異では32±6歳,他の変異では21±3歳)であった。全て下肢の筋力低下で発症し、時に初期に仮性肥大を認めた。上肢は30年の経過で机上の操作レベル、下肢は25年で車椅子レベルに至った。顔面や外眼筋の障害、嚥下困難、翼状肩甲、前後側彎は認めなかった。血清CK値は経過と共に低下していく。心胸郭比は拡大するが左室駆出率は変化しなかった。%肺活量は経過と共に低下し、2例では人工呼吸を必要としている。G3370Tを持つと発症年齢は遅いが、その後の進行速度に大差はないとことが明らかになった。今後はさらに症例を増やして検討をする必要がある。同時に青木らは、このジスフェルリンは肢帯型筋ジストロフィー(2B型)の原因遺伝子であることも明らかにした。さらには、家族歴のない孤発例の遠位型筋ジストロフィー(三好型)および肢帯型筋ジストロフィーの患者にも高頻度にジスフェルリンの遺伝子異常がみられることも明らかになり、ジスフェルリン異常を原因とする筋ジストロフィー症患群(いわゆるジスフェルリノパチー)という疾患概念が提唱されつつある。本年度の研究により日本人26名の肢帯型の臨床型を呈する筋ジストロフィー患者に12種類のジスフェルリン遺伝子変異が同定され、ジスフェルリノパチーであることが確定した。肢帯型の臨床型を呈するジスフェルリノパチーにおける平均発症年齢は26±10歳(11-43歳)であり三好型との差が認められたが、三好型と同様に肢帯型でもG3370T変異を持つ症例は発症年齢が35土10歳と遅かった。その後の臨床経過は平均39歳(発症後平均15年)で独歩が不可能になり、平均45歳(発症後平均21年)で杖歩行が不可能となった。発症後の臨床経過では三好型との有意な差はみられなかった。

本研究の研究代表者である青木らにより、遠位型筋ジストロフィー(三好型)の原因遺伝子が同定され(Nature Genet,1998)dysferlin(以下ジスフェルリン)と名づけられた。同時に青木らは、このジスフェルリンは肢帯型筋ジストロフィー2B型(LGMD2B)の原因遺伝子であることも明らかにした。さらには、家族歴のない孤発例の遠位型筋ジストロフィー(三好型)および肢帯型筋ジストロフィーの患者にも高頻度にジスフェルリンの遺伝子異常がみられることも明らかになり、ジスフェルリン異常を原因とする筋ジストロフィー疾患群(いわゆるジスフェルリノパチー)という疾患概念が提唱されつつある。本年度はdysferlin遺伝子変異が確定したLGMD2B 13人を対象(5人はG3370T変異を伴う)にその臨床型の検討を行った。平均発症年齢は25±7歳(G3370T変異では32±6歳,他の変異では21±3歳)であった。全て下肢の筋力低下で発症し、時に初期に仮性肥大を認めた。上肢は30年の経過で机上の操作レベル、下肢は25年で車椅子レベルに至った。顔面や外眼筋の障害、嚥下困難、翼状肩甲、前後側彎は認めなかった。血清CK値は経過と共に低下していく。心胸郭比は拡大するが左室駆出率は変化しなかった。%肺活量は経過と共に低下し、2例では人工呼吸を必要としている。G3370Tを持つと発症年齢は遅いが、その後の進行速度に大差はないとことが明らかになったが、今後はさらに症例を増やして検討をする必要がある。
インドネシア・スマトラ島低地熱帯雨林のフロラ作成

平成16年9月8日より同年10月17日の約6週間、インドネシア・スマトラ島東スマトラ州パレンバン及びジャンビ州ガジャマダ大学ブンゴ演習林において、インドネシア・スマトラ島の樹木種フロラ作成に必要な花や実などの部位を中心に植物標本の収集を行った。研究室に持ち帰った標本は実体顕微鏡およびデジタル写真撮影ユニットにより任意に拡大し、同定に必要な写真の撮影作業を行った。それらの生態写真はコンピューターに収集され、データーベース化され、整理された。さらに、急速に伐開される天然林の種の減少や交代する過程や要因を明らかにするためにベルトトランセクト法による生態調査を15年に引き続き行った。調査地内の大きく抜開による損傷を受けたギャップを横切るようにベルトトランセクトを10箇所設置し、土壌硬度や侵入した種の成長を継続調査するためにナンバーを付け、直径や樹高などのサイズを測定した。その結果、従来暗い天然林内では見ることがなかった陽性のパイオニア種が盛んに定着・成長していることがわかった。切り開かれた森林には林床まで直達光が入り込み、気温や地温の上昇、土壌の乾燥化・硬度化を生じていたが、その反面多くの裸地侵入種による急速な森林回復も生じ、どのように森林の多様性が変化したり、維持されるか定量的に評価された。平成14年9月22日より同年10月16日の約4週間、インドネシア・スマトラ島ガジャマダ大学ブンゴ演習林において、インドネシア・スマトラ島ジャンビ州周辺林の樹木種フロラ作成に必要な花や実などの部位を中心に植物標本の収集を行った。今まで調査地付近に報告例のないフタバガキ科サラノキ属のShorea gibbsaなど数種が新たにフロラリストに付け加えられた。さらに、急速に抜開される天然林の種の減少や交代する過程や要因を明らかにするためにベルトトランセクト法による生態調査を行った。調査地内の大きく抜開による損傷を受けたギャップを横切るようにベルトトランセクトを10箇所以上設置し、土壌硬度や侵入した種の成長を継続調査するためにナンバーを付け、直径や樹高などのサイズを測定した。切り開かれた森林には林床まで直達光が入り込み、気温や地温の上昇、土壌の乾燥化・硬度化を生じていたが、その反面多くの裸地侵入種による急速な森林回復も生じ、どのように森林の多様性が変化したり、維持されるか今後も調査を継続する。平成15年9月8日より同年10月21日の約6週間、インドネシア・スマトラ島東スマトラ州パレンバン及びジャンビ州ガジャマダ大学ブンゴ演習林において、イシドネシア・スマトラ島の樹木種フロラ作成に必要な花や実などの部位を中心に植物標本の収集を行った。さらに、急速に伐開される天然林の種の減少や交代する過程や要因を明らかにするためにベルトトランセクト法による生態調査を14年に引き続き行った。
モノリス型柔軟マクロ多孔体の細孔・表面物性制御と応用

微細構造の幅広い制御を目的として、さまざまな出発組成を用いた多孔体作製を幅広い条件で試みた。特にベーマイトナノファイバーを核・シルセスキオキサンを殻としたコアーシェル型構造をもつモノリス型多孔体の作製に注力し、簡易な反応で柔軟な力学特性をもつ構造体が得られることがわかった。この材料は今後、特殊用途における断熱材や樹脂との複合化による軽量材料のベースに用いることができると考えられる。また、この研究に用いたベーマイトナノファイバーを利用して、新しい超低密度透明多孔体の作製に成功した。本研究で得られた成果は未来の複合材料開発に繋がることが期待できる。さまざまな有機官能基をもつケイ素アルコキシドを単量体(モノマー)として、界面活性剤やナノファイバーなどが共存した溶媒中でゾルーゲル反応を行うことで、細孔・骨格構造が制御されたシリコーン組成モノリス型マクロ多孔体の作製を試みた。モノリス型マクロ多孔体作製の難点としてはスケールアップに伴い洗浄プロセスや乾燥プロセスが複雑化する問題が存在しているため、できるだけ簡易な合成法の確立を意識して課題に取り組んだ。水系、有機系、それらにポリマーを添加した系などさまざまな溶媒条件での合成を検討したところ、これまで報告されていない合成プロセスを複数見つけることができた。その中でも簡易手法であると判断した、ベーマイト(アルミニウム酸化水酸化物)ナノファイバー分散液中でのゾルーゲル反応を利用したモノリス型マクロ多孔体作製に重点的に取り組んだ。この系において単一のケイ素アルコキシド(メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなど)を前駆体に用いて材料作製を行ったところ、一軸方向に対して柔軟性をもつモノリス体を得ることができた。この材料はナノファイバー上にシリコーンが被覆された数十ナノメートルの太さの棒状骨格をもち、これまで多く報告されてきたマクロ多孔体とは異なる構造であることがわかった。常圧乾燥でもクラックフリーのモノリス体が得られ、数百ミリリットルスケールまで作製に成功している。得られた材料についてはバルク特性や切断面における表面機能を評価し、撥水、断熱など応用に関する可能性を探った。この材料は疎水性が高いシリコーンで覆われたファイバー状骨格をもつことから高い撥水性を示し、簡易な条件で実現できる低真空において従来のエアロゲル並の断熱性を示すことがわかった。概要に示したとおり、単一のケイ素アルコキシドを前駆体に用いたシリコーン組成モノリス型マクロ多孔体作製の新手法の開発を行い一定の結果を得ることができたことから、研究はおおむね順調に進展したといえる。ナノファイバーを用いた多孔体形成の研究は前例が少なく、今回の成果は骨格・細孔構造制御手法の拡大や機能性材料の開発において発展が期待できる。この作製手法は最終的に洗浄除去が必要な界面活性剤の添加が不要である点もメリットであり、今後のモノリス型多孔体開発においてプロセス簡略化やスケールアップのヒントになると考えられる。ベーマイト以外の組成をもつナノファイバーや微粒子の分散体を用いた多孔体作製も順次試みているが、同様の方法では多孔体が未だ得られていない。そもそも、ベーマイトナノファイバーが関与する微細構造形成過程の支配的要因が、ナノファイバー表面での化学反応によるものか濡れなど物理的挙動によるものかが判断できていない。決定的な分析方法が存在せず、解明には時間を要する。同時に取り組んでいた、複数種のケイ素アルコキシドを前駆体に用いた柔軟多孔体(マシュマロゲル)に関する研究においては、精密な表面物性制御や応用評価について細かい進展があるのみで、飛躍的な結果は得られなかった。合成・表面修飾条件の詳細検討や得られた材料の生かし方の探索が引き続き重要な研究課題になると考えられる。生体材料等への応用などいくらかの用途に関しては確かな手がかりを掴むことができたため、今後発展する見込みがある。複数種のケイ素アルコキシドを前駆体に用いて得られる、高い圧縮・曲げ柔軟性を特徴にもつシリコーン組成のマクロ多孔体(マシュマロゲル)に関する研究においては、前年度に引き続き立体細胞培地への応用を主目標として取り組んだ。立体培地として用いるためには細孔構造の改良が必要であることが判明したが、目的にあう構造の作製法を年度内にみつけることはできなかった。今後も引き続き追究していく必要がある。細胞工学への応用に関して、他の発展方向性もいくつか見出すことができた。(未発表ではあるが)一例として、マシュマロゲルの微細構造を用いた高効率のリポソーム(ベシクル)を作製法が挙げられる。マシュマロゲルの細孔や表面の特徴を最大限に生かした用途であり、他社への技術移転も容易であるため、今後広く用いられていくことが期待できる。

平行して取り組んでいるコアーシェル型骨格構造をもつモノリス型柔軟マクロ構造体の研究については、合成法や物性に関するデータをまとめて論文発表した他、骨格中心に用いるナノファイバー・被覆に用いるケイ素アルコキシドのさまざまな組み合わせを試すことで系の拡大を目指した。最初期より行っていた組成が力学強度など諸物性においてバランス的に好ましいという最終結果に落ち着いてしまったが、試行錯誤の中で組成・反応条件と物性における関係性の特徴を掴むことができた。このモノリス型多孔体を歩留まりよく作製するために行った、ナノファイバー分散に関する研究においても新たな知見を得ることができた。当初の計画にはなかったが、これまでほとんど報告がない超低密度透明多孔体(エアロゲル状のクライオゲル)を真空凍結乾燥で簡便に作製できるようになったことは、本研究課題からうまく派生した副次的成果といえる。無機ナノファイバーを相分離制御に用いた、モノリス型マクロ多孔体作製に取り組む。金属酸化物粉末の水熱処理により作製される無機ナノファイバーや簡易に合成可能なナノストランドがこれまでさまざまな組成で報告されているため、これらを安定分散させる手法を模索し、シリコーンやその他有機ポリマー組成の新たな構造体作製を試みる。また逆に、無機ナノファイバーの凝集条件を明らかにすることで、ナノファイバーを主組成とするモノリス型マクロ多孔体の作製にも挑む。これまで液相中での構造形成(ゲル化)を経て作製される低密度ナノファイバー多孔体は、乾燥過程において毛管力による収縮や崩壊など微細構造変化を避けるために特殊なプロセス(凍結乾燥や超臨界乾燥)を必要としていたが、最終生成物がもつ物性、特に光学特性を極力損なわないでモノリス型多孔体を得る代替プロセスの探索を行う。マシュマロゲルの研究においては、発泡体よりも小さな細孔径とスケールアップの容易性、モノリス体としての高い柔軟性を生かした応用研究に取り組む。特に生体材料等への応用を模索する。昨今、各種材料の細胞培地としての応用研究が盛んになっているが、マシュマロゲルは生体適合性が高く、柔軟性を生かした新しい用途における応用可能性が考えられる。また、ヒドロシリル化を用いてさまざまなケイ素アルコキシドを合成し、柔軟な構造を与えやすいケイ素アルコキシド単量体の探索や合成手法の確立など、基礎的な研究にも取り組む。無機材料化学
皮膚悪性黒色腫の転移機構におけるカドヘリンの役割

まず最初に、悪性黒色腫細胞がどのようなタイプのカドヘリンが発現しているかを調べた。正常培養メラノサイトと2種類の悪性黒色腫細胞株(MeWO,A375)からmRNAを抽出し、それを鋳型としてcDNAを作製した。degenerate PCR法によりこれらの細胞が発現しているカドヘリンを単離した。プライマーとしてはクラシカルカドヘリンとプロトカドヘリンの双方がアニールするdegenerateプライマーを用いた。単離したPCR断片の塩基配列をすべて調べたところ、4種類の既知のカドヘリンと6種類の未知のカドヘリン分子が発現していることがわかった。同定した4種類の既知のカドヘリンのうち3種類はクラシカルカドヘリンと呼ばれるファミリーに属するものであり、1種類はプロトカドヘリンファミリーに属するカドヘリン分子であった。これら単離した合計10種類のカドヘリン分子の発現をRT-PCR法により比較検討した結果、新しく見つけたカドヘリンであるカドヘリンME1、カドヘリンME2、カドヘリンME3、カドヘリンME4の4種類が悪性黒色腫細胞の細胞間接着に重要である可能性が示唆された。同定したPCR断片の大きさは約450bpであったので、それらの塩基配列を利用して、5'RACE法および3'RACE法によりcDNAの全長を現在、解明しつつある。現在のところ、これらのカドヘリンは細胞外領域を5個以上有するプロトカドヘリンのファミリーである可能性が塩基配列より強く示唆されている。また、同定されつつある分子を発現ベクターに組み込み、融合タンパクを作成し、モノクローナル抗体を作成する準備中である。
細胞情報センシングのための電気化学マイクロデバイスの構築

極微量の培養液中で極少数の細胞の機能を解析するためのマイクロデバイスを開発することを目的とした。このために、電気化学的反応を利用した送液機構の集積化、培養培地をサンプリングし、なおかつ電気化学的に測定する機構を新しく構築した。構築した目的別のいくつかのマイクロデバイスを用いて、細胞の機能や応答をナノリットルスケールで解析できることを示した。近年、未分化な細胞から分化誘導した細胞を、臓器や組織の治療に用いる再生医療が注目されている。この技術を確立するには、非常に高価な成長因子を用いてその濃度・組み合わせ・添加のタイミングを検討し、分化誘導条件を確立する必要がある。そこで、電気化学的原理を利用した送液機構を集積化し、極微量の培養液中で極少数の細胞の培養から測定までの一連の作業をチップ上で行う機能計測システムを構築した。作製したチップは、送液・センシング用の電極群を形成したガラス基板、培養チャンバ・流路を形成したPDMS基板から構成される。ラットから調製した初代肝細胞を11cells/mlの密度でチップ上の培養チャンバに播種した。次に、培養チャンバ内に1mMとなるように塩化アンモニウムを添加し、エレクトロウェッティングを利用して逐次的にnlスケールの培地をサンプリングするとともに、センシング部にこれを輸送し、集積化アンモニアガス電極により、培地のアンモニア濃度を測定した。この操作を繰り返すことで、細胞のアンモニア代謝機能をモニタリングし、従来のmlスケールの培養および市販キットでの測定と比較して、1万分の1以下のスケールで同等の細胞機能評価が可能であることを示した。この技術では、従来の測定法と異なり、煩雑な前処理を必要とせず、電位操作のみで測定が迅速に行えるため、高い時間分解能で自動的な測定も可能となる。一方、細胞微小環境(ニッチ)を制御した細胞アレイ技術として、フォトリソグラフィ、キャピラリーフォースリソグラフィ、マイクロコンタクトプリンティングを用いて、コラーゲン、フィブロネクチン、ヒアルロン酸などの細胞外マトリックスを静電的性質によりマイクロパターンし、かつ、それぞれの細胞外マトリックス上に肝細胞や繊維芽細胞、胚性幹細胞を選択的にマイクロアレイするニッチ制御技術を確立した。複数種類の薬剤の組み合わせを変え細胞の応答を調べるために、細胞の培養、試薬の調製・添加、分析をプラグ型送液機構によってオンチップで行い、必要サンプル量、試薬量を極限まで低減したマイクロシステムを構築した。本システムは、T字に分岐した流路によって、プラグの計量、分割、混合、入れ替えといった操作を可能にしており、一枚のチップ上で細胞の培養と分析を実現する。従来の典型的な培養プレートでは1条件あたり100200μLの試薬量を必要としたが、本チップでは試薬消費量を120nLに低減した。そして、抗がん剤であるマイトマイシンC、フルオロウラシルの薬効をヒト肝癌細胞HepG2を用いて評価し、従来の培養ディッシュと同じ結果がチップ上で再現できることを示した。さらに、この超微量溶液操作を利用して、培養細胞のグルコース代謝量をオンチップで計測することにも成功した。一方、酵素SODを分子認識素子とした活性酸素検出用バイオセンサを構築した。測定用バイオセンサは基本的な三電極系を形成したマイクロデバイスで、作用極上にSODを固定し、白血球が産生する02-とSODとの反応の際の電子授受を電流値として検出するものである。実際に、酪農家の協力により、乳牛の生乳サンプルを用いて乳房炎の早期診断に利用し、潜在性乳房炎をオンサイトで予測するチップデバイスとして利用できる可能性を示した。この他、関係するシステムで使用可能な化学的マイクロポンプ、pH応答性マイクロバルブなども新たに開発した。
らせん型高分子包接錯体形成を鍵とする機能性超分子集合体の構築

本研究は、合成高分子であるシンジオタクチックポリメタクリル酸メチル(st-PMMA)が形成するらせん構造の内孔に、[60]フラーレン(C_<60>)やピレンなどのゲスト分子が包接される現象を利用し、新規な機能性超分子集合体を構築することを目的としている。本年度は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)の分子鎖末端にC_<60>を導入し(PDMS-C_<60>)、この末端C_<60>とst-PMMAとの包接錯体形成を利用することで、高分子-高分子相互作用を制御し、新規な高分子集合体を構築することに成功した。PDMS-C_<60>は、片末端にOH基を有するPDMSから3段階で合成した。トルエン中でst-PMMAとPDMS-C_<60>が包接錯体を形成することは、UV-vis、サイズ排除クロマトグラフィー、X線測定により確認した。得られた包接錯体ゲルを減圧乾燥し、溶媒であるトルエンを除去しても巨視的な相分離は見られず、末端C_<60>とst-PMMAとの包接錯体形成が高分子鎖の相溶化に寄与していることが確認できた。さらに、らせんの巻き方向が制御されたst-PMMAとピレン分子が形成する包接錯体において、ピレン分子の吸収領域に円二色性が観測されることを見出し、新規光学活性包接錯体の作成に成功するとともに、包接錯体形成機構に関する重要な知見を得た。st-PMMAを(R)-1-フェニルエチルアミン((R)-1)に加え、110°Cに加熱して均一溶液とした後、室温まで徐冷することでst-PMMA/(R)-1ゲルを作成した。このゲルをトルエンによる洗浄で(R)-1を除去し、st-PMMA/トルエンゲルを得た。得られたゲルにピレン/トルエン溶液を加え、激しく撹拌することで分散液とし、これを石英セル上にキャストした。室温および160°Cで減圧乾燥することで、st-PMMA/ピレン包接錯体フィルムを得た。このフィルムの円二色性スペクトルでは、ピレンがアキラル分子であるにも関わらず、ピレンの特性吸収領域に明瞭なCotton効果が観測された。これは、ピレン分子がらせんの巻き方向が制御されたst-PMMAに包接されたためと考えられる。以上の結果より、キラルアミンにより誘起されたst-PMMAのらせん構造は、(1)ゲルの洗浄操作によるキラルアミンからトルエンへの溶媒置換、(2)160°Cの減圧乾燥によるトルエンからピレンへのゲスト分子の置換を行っても保持されることがわかった。
計算論的モデリングと動物行動実験の融合研究による情動伝染の機能の解明

多くの動物において,ある個体が経験した情動が他個体に伝染し何らかの影響を及ぼすことがある。本研究課題ではこの情動伝染が行動におよぼす影響およびその機能的意義を,ラットを用いた行動実験と,そこから得られた行動データの計算論モデリングにより明らかにすることを目指した。当該年度は前年度に確立したラットの選択行動実験にもとづき,ラット個体間の情動伝染が選択行動に及ぼす影響を検討した。具体的には,実験条件ではペアで飼養されているラットのうち片方のラット(デモンストレーターとよぶ)のみを隔離して電撃を経験させ,その直後に再びもう片方のラット(オブザーバーとよぶ)のいるホームケージに戻した。その際に情動伝染が起こることが想定された。統制条件ではデモンストレーターは隔離したのみで電撃は与えなかった。その後,オブザーバーに対し食餌報酬および弱い電撃を結果として伴うレバー選択課題を経験させ,その選択データに対し強化学習モデルのパラメータ推定を試みた。強化学習モデルは,情動伝染が効果を及ぼすと考えられるメカニズムに対応するいくつかのパラメータが含まれるものであった。その結果,情動伝染が起きたと考えられる実験条件では,選択を切り替える探索的な傾向を表現するパラメータが統制条件と比べて増加することがあきらかとなった。その他に検討した,直近の経験にもとづく学習の程度表すパラメータ(学習率)や,嫌悪刺激の価値を表すパラメータが変化するような効果は見られなかった。これらの結果は,情動伝染は行動の切り替えを促し,危機を回避させるような適応的な機能があるということを示唆する。本研究の成果は,動物における情動伝染の機能の理解に貢献するとともに,ヒトにおける共感の進化的基盤とも考えられる情動伝染が進化の過程で獲得されたシナリオを考察する上で一つの有益な知見をもたらすものである。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では,情動伝染が行動におよぼす影響およびその機能的意義を,動物実験とそこから得られた行動データを説明する計算論モデルの構築により明らかにすることを目指している。初年度はラット単体で経験される情動が行動と学習に及ぼす影響を調べる行動実験を行い,それを説明する計算論モデルを確立することを目標とした。具体的には,ラットの情動の伝達を媒介すると考えられる超音波発声をラットの選択課題中に再生し,その効果を含んだ強化学習モデルの統計的パラメータ推定,モデル選択により超音波発声が行動に及ぼす効果を検討した。選択課題として,二つのレバー間の選択に応じて確率的に報酬が与えられる,確率的選択課題を用いた。この課題では,選んだレバーに割り当てられた確率に応じて報酬の有無が決定されるが,その確率は予告なく変化する。従ってラットはより多くの報酬を得るために絶えず変化するレバーの価値を学習し続ける必要がある。その行動データに対しモデルのパラメータ推定をした結果,ラットの不安,ストレス等の不快な情動を反映すると考えられている22kHzの音を再生した際に,その後に出た報酬の効果が増加することがわかった。この理由としては,22kHzの超音波発声が覚醒度を高め学習を促進したという可能性が考えられる。ただしまだ例数は十分ではなく,実験デザインについても改善の余地があり,モデルやデータの妥当性についてはさらに検討を行う必要がある。しかしながら,ラットにおいて伝達された情動の効果を計算論の立場から検討するための一つの実験系を構築したこと,およびその効果を表現するモデルを構築しその妥当性を確認したことは本年度の成果といえる。本年度は情動伝染の一つの媒体と考えられる超音波発声の機能を解明するための解析技術と実験系を確立することを一つの目標とした。その基盤は確立できたといえる。

一方,超音波発声が情動伝染の媒介となっていることの確証を得るだけの実験的知見までは得ることができなかった。その点を明らかにし,本研究の成果を直接的に情動伝染の機能的意義の理解につなげていくのは次年度の課題といえる。27年度が最終年度であるため、記入しない。初年度で調べた超音波発声の効果については実験デザインを改善し,その結果の確証を得ることを目指す。また,ラット間の相互作用がある課題を実施して超音波発声記録を行い情動伝染との関係を調べる。並行して,同じ新学術領域内でラットの情動伝染を直接扱っている共同研究者と連携しながら,初年度で構築したモデルを情動伝染の機能解明につなげていくことを目指す。
都市環境特性地図集を活用した人口減少時代の都市内再自然化計画に関する研究

本研究では、まず、対象とする地方都市において、科学的視点からの再自然化指針をステークホルダーに伝えるために、各種環境要素(地盤工学、水環境学、都市気候学、生態・ランドスケープ学)の視点からの「都市環境特性地図」を作成した。次に、「都市環境特性地図」を活用したステークホルダー参加型ワークショップを行い、対象都市の環境配慮型再自然化計画シナリオを作成した。具体的には、市街地縁辺部の人口減少地域、高温化地域、土砂災害危険地域等の再自然化を指針として示した。近年、我が国も所謂「人口減少時代」に突入し、多くの地方都市では既に人口減少傾向が見られる。このような人口減少時代においては、従来の成長管理的な都市計画手法ではなく、既存都市内の再構成手法の構築が求められ、特に環境配慮の視点からは「どこにどのような自然環境を復元するか?(都市内再自然化)」という視点が重要となる。そこで本研究では、実際に人口減少の兆候が見られる都市を対象とし、科学的視点からの再自然化指針をステークホルダー(住民、自治体、都市プランナー等)に伝えるための都市環境特性地図集を作成することを第1の目的としている。そこで、2013年度は各種環境要素(気候、生態、水、地盤)の視点からの「都市環境特性地図」の作成を行った。具体的な内容を以下に記す。(1)気候環境の視点による都市環境特性地図:実測調査結果、および数値計算結果を用いて、対象地を都市気候特性に基づき区分した地図の作成を行った。(2)生態環境の視点による都市環境特性地図:生態学では植生景観という空間のとらえ方がある。この植生景観をその出現群集・群落のパターンにより分類を行い、その分類を示した地図(植生景観図)を作成した。この地図は各場所の生態的特徴を示す。(3)水環境の視点による都市環境特性地図:植生景観図と対象地内の複数ポイントの水質・水量データを用いた分析を通して、水環境に対する土地利用の影響を示した地図を作製した。(4)地盤環境の視点による都市環境特性地図:植生景観図と地盤状況を示した地理データを用いた分析を通して、地盤環境の脆弱性を示した地図を作製した。昨年度の成果(都市環境特性地図の作成)を受け、ステークホルダー参加型ワークショップを行い、対象都市の環境配慮型再自然化計画シナリオ作成した。具体的には、ワークショップ参加者に対して都市環境特性地図集を提供し、参加者がこの地図集を参考にすることにより、客観情報に基づいたシナリオ検討が可能となるよう配慮した。なお、ワークショップ手法を用いることにより、客観情報をベースにしながらも、地域の知や生活者の意向も反映した形でシナリオ検討を行うことを可能とした。また、平行して、住民アンケート調査(将来の居住意向に関する調査)を実施し、居住エリアや個人属性による将来の居住意向の違いを明らかにした。この結果と前述のワークショップの成果を用いて、次年度は一般化可能な環境配慮型再自然化計画指針群の抽出、整理、体系化を行う予定である。近年、我が国は「人口減少社会」へと移行し、多くの地方都市では既に人口減少傾向が見られる。このような人口減少時代においては、従来の成長管理的な都市計画手法ではなく、既存都市内の再構成手法の構築が求められ、特に環境配慮の視点からは「都市内再自然化」いう視点が重要と考えられる。そこでまず、対象都市において、科学的視点からの再自然化指針をステークホルダーに伝えるために、各種環境要素(気候、生態、水、地盤)の視点からの「都市環境特性地図」を作成した。なお、このワークショップでは「都市環境特性地図」を活用することにより、客観情報(科学的情報)と地域の知、生活者の意向を統合することを意図した。そして、本年度はステークホルダー参加型ワークショップの成果をもとに、人口減少時代における環境配慮型再自然化計画指針をまとめた。また、ワークショップの実践を通して、シナリオの作成段階における情報提供手法(都市環境特性地図集含む)のあり方について検討を行い、その手法の提案を行った。今後は、さらに将来の気候変動による影響を考慮した上で、それに対する適応の観点から、これら再自然化計画の指針を検討する予定である。2014年度に実施予定であった「対象都市の環境配慮型再自然化計画シナリオ作成」を行うことができたため。都市環境計画これまでの成果(都市環境特性地図、ワークショップの成果、アンケート調査結果)を用いて、一般化可能な環境配慮型再自然化計画指針群の抽出、整理、体系化を行う予定である。そして、最後に人口減少時代における環境配慮型再自然化計画シナリオの作成手法の提案につなげる予定である。2013年度に実施予定であった各種環境要素(気候、生態、水、地盤)の視点からの「都市環境特性地図」の作成を行うことができたため。研究代表者と研究分担者との研究打ち合わせの回数を、当初予定より減らしたため。

2013年度に作成した都市環境特性地図をベースに、再自然化推奨ゾーンの特定手法の開発を行う。また、その手法を用いて作成した再自然化推奨ゾーン地図をベースに、対象都市における環境配慮型再自然化計画のシナリオ作成を行う。次年度使用額は、研究代表者と研究分担者との研究打ち合わせのための旅費に使用する予定である。研究代表者と研究分担者との研究打ち合わせの回数を、平成25年度の当初予定より減らしたため。
酸化ストレスマーカータンパク質検出用蛍光分子プローブの創製と医療診断への展開

これまでに当研究グループで開発したタンパク質分析用蛍光試薬において得られた知見を基に、アルデヒド修飾タンパク質を検出するための蛍光プローブの設計・合成、性能評価を行った。その結果、アルデヒド修飾タンパク質と特異的に結合する部位と蛍光発色団から構成される蛍光プローブを開発し、アルデヒド修飾タンパク質との反応による蛍光強度の増加を確認した。さらに、アルデヒド修飾タンパク質の有無をゲル電気泳動によって分離されたタンパク質の蛍光画像から確認することが出来た。本年度は、アルデヒド修飾タンパク質を特異的に検出するための蛍光分子プローブ設計・合成および性能評価を中心に行った。それぞれの蛍光分子プローブの蛍光発色団は、これまでに開発したタンパク質検出用試薬を改良し、標的物質との疎水性相互作用による複合体形成および分子内のICT状態の変化によって強い蛍光発光を誘起する部位として4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-4H-ピランを有する化学物質および誘導体とした。さらに、アルデヒド修飾タンパク質への特異性を高めるために、チアゾリノン基とヒドラゾン基を導入した。合成した化合物の確認は、1H-NMR、質量分析を用いて行った。これらの蛍光分子プローブが、それぞれ目的とするタンパク質を特異的に認識するかどうかを、蛍光光度法を用いて確認した。その結果、アルデヒド修飾タンパク質添加前は、蛍光分子プローブからは微弱な蛍光が観察されたが、室温下、アルデヒド修飾タンパク質を添加すると、目的のタンパク質と相互作用した時のみ、瞬時に蛍光強度の増加が確認された。検量線については、アルデヒド修飾タンパク質濃度と蛍光プローブの蛍光強度との間には良好な直線関係が成立した。蛍光分子プローブと目的とするタンパク質の解離定数を算出したところ、10-9 Mオーダーの値が算出された。また、妨害物質の影響について検討したところ、無機塩、還元剤、有機溶媒などは、蛍光プローブとアルデヒド修飾タンパク質との反応に影響を与えないことが分かった。平成24年度は、本申請者によって開発したタンパク質検出用蛍光分子プローブを改良し、アルデヒド修飾タンパク質を特異的に検出するための化合物の設計及び合成を中心に行った。具体的には、タンパク質との疎水性相互作用による複合体形成および分子内のICT状態の変化によって強い蛍光発光を誘起する部位として4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-4H-ピランを有し、4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-4H-ピランと、二重結合を介してフェニル基を結合させることによって、共役系を伸長し、励起波長および蛍光波長の長波長化を引き起こすように分子設計した。さらに、アルデヒド修飾タンパク質への特異性を高めるため、促すために、チアゾリノン基とヒドラゾン基を導入した。今後、合成した物質の評価にあたり問題となる点は、通常、サンプル中のアルデヒド修飾タンパク質濃度に対して、添加する分子プローブの濃度は高いため、未反応の分子プローブがタンパク質中のカルボニル基以外の部分と相互作用して蛍光を発することによって、分析精度が低下することである。合成した化合物は、アルデヒド基と反応した分子プローブの構造は、反応前の構造と比較して、共役系が伸長しているため、励起波長および蛍光波長共に、反応前のそれよりも長波長側にシフトするように設計した。以上のことから、分子プローブの反応後の構造から発せられる蛍光と、反応前の構造から発せられる蛍光は容易に区別することが出来るため、上記問題点は解決出来ると考えられる。本年度は、アルデヒド修飾タンパク質を特異的に検出するための蛍光分子プローブ設計・合成および性能評価および開発した試薬の医療診断の適応の可能性について検討した。蛍光分子プローブの蛍光発色団は、標的物質との疎水性相互作用による複合体形成および分子内のICT状態の変化によって強い蛍光発光を誘起する部位として4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-4H-ピランを有する化学物質および誘導体とした。さらに、アルデヒド修飾タンパク質との結合部位として、チアゾリノン基とヒドラゾン基を導入した。その結果、アルデヒド修飾タンパク質添加前は、蛍光分子プローブからは微弱な蛍光が観察されたが、室温下、アルデヒド修飾タンパク質を添加すると、目的のタンパク質と相互作用した時のみ、瞬時に蛍光強度の増加が確認され、蛍光分子プローブと目的とするタンパク質の解離定数を算出したところ、10-9 Mオーダーの値が算出された。また、本法の優位性を確認するためにELISA法との比較検討を行ったところ、測定感度は同等でありながら測定に要する時間を約6分の1に短縮することが出来た。さらに、アルデヒド修飾タンパク質の有無を、ゲル電気泳動によって分離されたタンパク質の蛍光画像から確認することが出来た。

工学今年度は、酸化ストレスマーカーを検出するための化合物の設計、合成の継続および合成した化合物の性能評価を行うことであり、有意性のある化合物を見出すことが出来たため今年度は、酸化ストレスマーカーを検出するための化合物の設計、合成を完了することであり、当初の目標を達成することが出来たため今後は、酸化ストレスマーカーを検出するための蛍光分子プローブの合成および性能評価を行うと共に、有意性のある化合物については分子イメージングへの応用を行う。来年度は、酸化ストレスマーカーを検出するための蛍光分子プローブの合成を続けながら、合成が終了した分子プローブの性能評価を行う。当初購入予定であったマイクロプレートリーダーについて、同程度の金額で性能の良い商品が新たに販売されるということになったため、25年度中での購入を控え、26年度に購入することを決めたため。開発した分子プローブの性能評価のために必要な実験機器の購入を行う。機能性分子プローブの性能評価のための試薬、溶媒、マイクロプレートリーダおよび、機能性分子プローブの合成、評価のための試薬、溶媒、ガラス器具の購入を本補助金を用いて行う。