hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酸化ストレス応答因子Nrf2が角化細胞と色素細胞の分化・紫外線反応に果たす役割

活性酸素等の酸化ストレスは、DNAや生体蛋白・脂質に傷害を与え、細胞死や癌化、老化の原因として極めて重要な因子であると考えられている。酸化ストレス応答系Nrf2-Keap1は、酸化ストレスに対して細胞が対抗する中心的システムとして最近同定された細胞内シグナル伝達系であり、細胞が酸化ストレスに暴露されると活性化し、抗酸化・生体防御蛋白の発現を活性化する経路であり、酸化ストレスから細胞を保護する主要な経路である。本研究では、皮膚におけるMf2-Keap1経路の役割を明らかにするために、真皮由来の線維芽細胞を用いて主として細胞レベルでUV照射におけるNrf2・Keap1系の動きと機能を解析した。その結果、(1)皮膚にはNrf2が豊富に発現していること、(2)Nrf2発現レベルは表皮ケラチノサイトの分化(角化)により変化しないこと、(3)UVA照射によりNrf2の活性化(核内移行)が照射後4時間以内に起こり、その活性化は光増感剤であるポルフィリン添加により増強されること(4)UVB照射では、Nrf2はむしろ不活性化されること、(5)UVA照射による細胞死に対して、Nrf2の過剰発現は保護的に働くこと、などを明らかにし、特にUVA照射による皮膚細胞障害に対してNrf2活性化が細胞保護に重要であることを示した。上記の研究成果は、Journal of Investigative Dermatology誌にアクセプトされ、2005年度に掲載予定である。活性酸素等の酸化ストレスは、多くは細胞障害性に作用し、細胞死や癌化、老化の原因になると考えられている。これに対し、生体は酸化ストレスを中和し、生体を酸化ストレスから保護するしくみも用意している。酸化ストレス応答系Nrf2-Keap1は、細胞が酸化ストレスに暴露されると活性化し、抗酸化・生体防御蛋白であるグルクロン酸転移酵素やグルタチオンS転移酵素遺伝子等の発現を活性化する主要な経路として同定された。Nrf2は、酸化ストレス応答遺伝子の転写調節領域(酸化ストレス応答配列:ARE)に結合する転写因子であり、通常は細胞質内で抑制蛋白であるKeap1と結合して不活性化されているが、親電子物質などの酸化ストレスがかかるとKeap1との結合が解除されて活性化し、細胞質から核内移行し、上記の酸化ストレス応答遺伝子の転写を活性化させる。本年度は、皮膚線維芽細胞に対する紫外線照射により、Nrf2が活性化されるか、活性化されるとしたらその細胞保護効果はどうか、について実験を行った。その結果、皮膚線維芽細胞にUVBを照射したときは、Nrf2の核内移行は観察されなかったが、UVAを照射したときにはNrf2の核内移行がウェスタンブロット法と免役蛍光染色法により確認され、UVAを照射したときにNrf2が活性化されることが明らかとなった。さらに、Nrf2ノックアウトマウスとKeap2ノックアウトマウス由来の皮膚線維芽細胞を用いて、UVAを照射したときのUVA誘導性アポトーシスの頻度をアネキシンVのFACSにより検討したところ、Nrf2ノックアウトマウス由来線維芽細胞ではアポトーシス頻度が増加し、Keap2ノックアウトマウス由来線維芽細胞ではアポトーシス頻度が減少した。すなわち、Nrf2はUVA誘導性アポトーシスから細胞を保護することが明らかとなった。Nrf2は、酸化ストレス応答遺伝子の転写調節領域(ARE)に結合する転写因子であり、通常は細胞質内で抑制蛋白であるKeap1と結合して不活性化されているが、活性酸素などの酸化ストレスがかかるとKeap1との結合が解除されて活性化し、細胞質から核内移行し、上記の酸化ストレス応答遺伝子の転写を活性化させて酸化ストレスから細胞を防御する。一方、紫外線(以下UV)照射は、細胞のDNAを直接傷害することにより、発癌や老化を引き起こすものと従来から考えられてきた。

しかし、近年、UV照射は、NOや活性酸素などの酸化ストレス物質の強力な細胞内発生刺激であることが知られてきており、UVの細胞傷害作用、発癌性、老化原性は、UVのDNAに対する直接的障害作用だけではなく、UV照射によって発生した活性酸素等の酸化ストレスに起因することが注目されてきている。平成16年度は平成15年度に引き続き、真皮由来の線維芽細胞を用いて主として細胞レベルでUV照射におけるNrf2・Keap1系の役割を解析した。その結果、(1)皮膚にはNrf2が豊富に発現していること、(2)Nrf2発現レベルは表皮ケラチノサイトの分化(角化)により変化しないこと、(3)UVA照射によりNrf2の活性化(核内移行)が照射後4時間以内に起こり、その活性化は光増感剤であるポルフィリン添加により増強されること(4)UVB照射では、Nrf2はむしろ不活性化されること、(5)UVA照射による細胞死に対して、Nrf2の過剰発現は保護的に働くこと、などを明らかにし、特にUVA照射による皮膚細胞障害に対してNrf2活性化が細胞保護に重要であることを示した。
在宅脳血管障害者と家族介護者を対象とした支援プログラムの評価研究

【目的】日本では、在宅障害者の7割を脳血管障害者が占めている。在宅障害者の寝たきりを予防する看護ケアは、障害者のQOLの向上をめざす最も重要で基本的なケアである。これまで立位平衡や歩行能力の獲得に関する研究は多く報告されているが、「仰臥位から起き上がり端座位を保つ」という姿勢動作に関する研究はほとんどない。また従来の比較的大規模な分析装置は在宅ケアの実践の場面で適用することが困難であった。本研究の目的は、在宅ケアにおける寝たきりを予防する看護介入の効果を定量的に測定する計測方法の開発と臨床における有用性の検証を目的とした。【方法】1)在宅ケアの場で使用可能な姿勢変化を測定する用具を開発した。計測用具の信頼性・妥当性を確認するために、基礎的実験として、(1)起き上がり端座位を保つ(2)車椅子座位から立位をとるという2つの動作(以下対象動作)を、健常者が半身麻痺を模倣する模擬患者の状態を計測し健常の状態と比較した。2)リハビリテーション目的で入院中の脳血管障害者を対象に、時間軸2時点(約1ヶ月後)における対象動作の測定を実施した。【結果】1)圧電振動ジャイロと増幅器及びPCで構成される姿勢変化の測定用具の信頼性・妥当性:被験者女性2名を対象に、対象動作時の角度、角速度、仕事率の変化について比較した結果、角度、角速度平均、仕事率、動作時間において健常者のそれと有意差が認められた。2)脳血管障害者12名を対象とした対象動作の測定結果から、各ケースの縦断的変化を角度及び角速度の変化として計測、脳血管障害特有の姿勢変化が確認された。【考察とまとめ】基礎実験と臨床実験の結果から、本研究で考案した測定用具は姿勢変化を定量的、視覚的に測定する用具として有効であることが示された。また在宅ケアの場で用いることにより、在宅脳血管障害者や家族介護者、ケア提供者に、視覚的に訓練効果を示すことができ、障害者の意欲や介護者の介護目標を定める指漂としての可能性が示唆された。1.フィールド手続きと介入を実施する看護職のトレーニングの実施平成13年6月7月にかけて、合計20時間のトレーニングを実施した。参加者は、臨床経験3年以上の訪問看護婦を中心に合計15名が受講した。トレーニングの内容は、嚥下困難、.移動動作の障害、高次脳機能障害を中心に、講義と実習を行い、調査者のレベルの統一化を図った。2.重心測定用具の開発在宅療養者の「起居・移動動作」の介入の効果を測定するためには、療養者の姿勢の変化を量的に測定することが必要であった。そのため、システム工学の研究者と共同で、重心の移動を数値として記録できる簡便な測定用具を開発した。平成13年9月12月にかけて、健常者による測定用具の信頼性・妥当性の検証を実施した。結果として、健常者に左半身麻痺患者を模倣した拘束具を着用した場合と何も着用しない場合とで、「ベットから起きる」「ベット上座位を保つ」「車椅子への移乗」という3つの動作で測定し、その姿勢の変化を3つのジャイロセンサを用いることにより局所座標系における3軸周りの回転角速度として計測し、介入の効果の定量的測定の可能性が確認された。3.パイロット・ケース・スタディの実施

神奈川県I基幹病院にて、パイロット・ケース・スタディを実施し、プロトコルの修正及び最終チェックを行った。特に、次年度の介入研究の重要な測定用具として用いる姿勢変化を分析する重心測定用具の試験的な測定を中心に行った。被験者として、健常者に続き、平成14年1月3月にかけて、脳血管障害者を対象に測定して、信頼性・妥当性を検証した。1)「起居動作」「座位保持」「車いす移乗」に対する看護介入の評価脳血管疾患による機能障害のリハビリテーションプログラムを実施している入院中の障害者を対象とした。「起きる・座位をとる」「車いす移乗」の2つの動作の姿勢変化を約1ヶ月おきに測定し縦断的な変化を分析した。データ収集期間は、平成14年6月から11月。測定用具は、研究者らが開発した(1)「姿勢変化の測定用具」(2)「機能状態(FIM)」(3)「握力」(4)「身長」(5)「体重」(6)「フェイスシート」(7)「介入のチェックリスト」(8)「生活のアセスメント」を用いた。結果として、男14名女6名(平均年齢62.7)合計20名のデータが得られた。姿勢変化の測定では、1回測定者7名、2回測定者9名、3回測定者2名、4回測定者1名であった。各ケースに共通して観察された縦断的変化は、(1)1動作に必要な時間が短縮された(2)動作に無駄な動きが少なくなった(3)急激な動きが減少し動作になめらかさが増したであった。FIMとの相関は、認知項目を除く運動項目合計得点との相関が有意に認められた。認知障害が重度のケースでは、姿勢の縦断的な変化は一進一退で顕著な変化は観察されなかった。2)在宅ケア領域におけるパイロット・ケース・スタディの実施脳血管疾患による機能障害を残し在宅療養に移行した障害者を対象とした。「起きる・座位をとる」「車いす移乗」の2つの動作の姿勢変化を1回目と約3ヶ月後の2回目の測定を実施した。データ収集期間は、平成14年9月から12月。測定用具は、1)に加えて、介護に関する質問項目、活用しているサービス等を含めた在宅環境に関する項目を追加した。結果として、男2名女3名(平均年齢77.2)合計5名のデータが得られた。3ヶ月間の縦断的変化は顕著に認められなかったものの、(1)電動ベットの使用に関する問題、(2)測定結果を観察し利用するのは障害者自身か、あるいは介護者かという問題、(3)測定用具の使いやすさに関する問題など、今後検討すべき重要な課題が提出された。
ポリオキソメタレート錯体とイオン性液体を用いたグリーンな資源からのエネルギー創出

光学顕微鏡およびサイクリックボルタンメトリーを使って,様々な溶液における微細藻類であるクロレラの挙動に関する研究を行った。様々な溶液(油,砂糖,イオン性液体およびポリオキソメタレート錯体が存在する水)において,クロレラがどのように成長するのか,あるいは耐性があるのかを調べた。クロレラの成長を見るために,自然光を当て,空気中に曝した状態で数週間にわたって調べた。溶液は,緩衝液によってpH5 ,7, 9に設定した。特に油に関しては,自然の油分を含むものとしてオレンジの皮やコーヒーを使った。研究の結果,油や砂糖を含む水において,クロレラは死ななかった。オレンジの皮を含む溶液においては,低いpHでクロレラが成長するように示唆された。コーヒーを使った場合もクロレラの成長が見られた。その一方,イオン性液体を加えた時には,成長しているような変化が見られなかった。しかし,クロレラが集団として固まる傾向があった。一方,23種類のポリオキソメタレート錯体を使って実験を行った。ポリオキソメタレート錯体含む溶液中においては,クロレラの増加に関して,最も適したpHは,pH=7の溶液であることが分かった。ただし,ホウ素を含むポリオキソメタレート錯体を使った場合は,高いpHの溶液の方がクロレラの成長に有利であることが分かった。また,負に帯電した微生物を電位で刺激することによって,成長を促す可能性がある。そこで,8つのポリオキソメタレート錯体を様々な支持電解質を含む溶液中におけるクロレラのサイクリックボルタンメトリーを測定した。その結果,ボルタモグラムに変化が見られた。現在,その詳細を解析している。本研究は,かなり新規な内容を含む研究であるため,すべて実験に関して,新たにその手法から開発する必要があった。そのため,当初予定していた実験に対して遅れてしまった。しかし,実験手法がほぼ確立できたので,今後はスムーズに研究が進むと思われる。H 28年度の研究成果によって,クロレラの成長に有利な条件を見つけることが出来た。次は簡易的な磁場において同様の実験を行う。なぜなら,電荷を帯びているクロレラは,磁場によって凝集する可能性がある。つまり,スケールアップした時に微細藻類を捕集する時に,磁場によって凝集していればより簡単に回収することが出来る可能性が高い。さらに,クロレラの電気化学的な研究を行って,クロレラの凝集に関するメカニズムも明らかにする。加えて,クロレラ以外の微細藻類についても同様な研究を行う予定にしている。
ASK1-ASK2複合体の機能解析および,ASK1阻害剤によるASK1の機能解析

細胞のストレス受容・伝達メカニズムを、MAPキナーゼ経路を中心としたシグナル伝達機構の視点から解明することを目的としている。特にMAPKKK分子であるASKファミリー分子について研究を行っており、昨年度に引き続き、今年度は新規ASKファミリー分子であるASK3についてRNAiスクリーニングによる活性制御因子探索を行った。ショウジョウバエ培養細胞を用いた、小規模スクリーニングの結果から、PPMファミリーに属する複数の脱リン酸化酵素がASK3の活性を変化させることが明らかとなった。それら遺伝子のヒトにおける相同遺伝子をヒト培養細胞において共発現させたところ、ASK3を脱リン酸化することが分かった。ASK3は浸透圧ストレスに対して、低浸透圧では活性化し、高浸透圧では不活性化されるという両方向性の挙動を示すことが分かっている。これらのストレスによる活性変化に、この脱リン酸化酵素が関わっているかを検討するため、siRNAを用いたヒト細胞におけるノックダウン実験を行った。その結果、これらの脱リン酸化酵素は、低浸透圧応答時におけるASK3および下流のp38経路の活性を負に制御していることが明らかとなった。しかし、高浸透圧におけるASK3の不活性化への寄与は小さいことも明らかとなった。そこで、高浸透圧における浸透圧受容・伝達のコンポーネントを網羅的に同定するために、全ゲノムを対象にしたRNAiスクリーニング系の確立を試みた。スクリーニング対象の生物種はヒトとし、siRNAライブラリー約18000種を用いてノックダウンを行うこととした。ASK3の活性評価方法としては、96ウェルおよび384ウェルプレートを用いた蛍光免疫染色法によりASK3のリン酸化とタンパク発現を定量することに成功した。今後は、実際にスクリーニングを行い、浸透圧シグナルの伝達機構の構成因子が明らかになると考えられる。1、細胞のストレス認識・応答メカニズムを、MAPキナーゼ経路を中心としたシグナル伝達の視点から解明することを目的としている。特にMAPKKK分子であるASKファミリー分子について分子生物学的な解析手法を用いた研究を行っている。今年度において、研究者はASKファミリー分子のうちASK2が、ASK1と複合体を形成することによりMAPKKK分子として働くことを見出した。これは、ASK1-ASK2複合体として働くことで単一分子の場合よりも複雑なストレス認識・応答、および活性調節が可能になるというシステムを提唱するものであり、さらにその詳細な分子メカニズムを検証する必要性がある。また、新たに同定されたASKファミリー分子であるASK3も含めたシグナル伝達機構にも取り組んでいる。最近、ASK3はASK1やASK2とは異なり浸透圧ストレスに対して非常に特異的な応答性を示すことが分かってきたが、ファミリー間でこの違いを決めている機構は全く不明である。そこで、ASK3に特異的な浸透圧応答のメカニズムについて、RNAiを用いた遺伝学的スクリーニングで解明しようとしている。2、ASKファミリー分子を研究する上での強力なツールとして、ASK1の低分子阻害化合物を探索し、阻害機構の解析を行った。今年度において、研究者はスクリーニングより得られた1化合物について、詳細な阻害様式(ATP競合性)を明らかにし、他のMAPKKK分子に比べてASKファミリー選択性があることを見出した。これは、今後さらに性能の良いASKファミリー阻害化合物を得るための重要なヒントになると考えられる。本研究者は細胞が外界からのストレスを認識し,応答するメカニズムを,MAPキナーゼ経路を中心としたシグナル伝達の視点から解明することを目的としている.特に最上流のMAPKKK分子であるASKファミリー分子について分子生物学的な解析手法を用いた研究を行っている.今年度は,新たに同定されたASKファミリー分子であるASK3について詳細な解析を試みた.ASK3はASK1やASK2とは異なり浸透圧ストレスに対して非常に特異的な応答性を示すことが分かってきたが,ファミリー間でこの違いを決めている機構は全く不明である.そこで,ASK3に特異的な浸透圧応答のメカニズムについて,RNAiを用いた遺伝学的スクリーニングで解明しようとしている.RNAiによる網羅的スクリーニングにおいては,効率的なノックダウンが可能であることが必要である。以前より,ショウジョウバエの培養細胞であるS2細胞を用いる系は,哺乳類細胞での系より簡便なため頻繁に行われてきている.そこでASK3の活性を検出できるS2細胞株を樹立し,網羅的なRNAiを試みた.まず初めに,ASK3を不活性化する脱リン酸化酵素の存在が示唆されていたので,脱リン酸化酵素の遺伝子をノックダウンすることとした.スクリーニングの結果,複数の遺伝子がASK3のリン酸化状態を抑制する事が分かった.また,ショウジョウバエ遺伝子とヒト遺伝子の相同性から,ヒトにおいてもASK3を脱リン酸化する遺伝子を同定した.現在はASK3に対する活性調節機構を検討中である.また,浸透圧におけるASK3活性調節因子をさらに網羅的に同定するために全遺伝子に対するスクリーニングも検討している.哺乳類における浸透圧受容分子は未解明な部分が多く,今後の研究で重要な知見が得られる可能性が高い.細胞のストレス受容・伝達メカニズムを、MAPキナーゼ経路を中心としたシグナル伝達機構の視点から解明することを目的としている。それら遺伝子のヒトにおける相同遺伝子をヒト

培養細胞において共発現させたところ、ASK3を脱リン酸化することが分かった。ASK3は浸透圧ストレスに対して、低浸透圧では活性化し、高浸透圧では不活性化されるという両方向性の挙動を示すことが分かっている。これらのストレスによる活性変化に、この脱リン酸化酵素が関わっているかを検討するため、siRNAを用いたヒト細胞におけるノックダウン実験を行った。その結果、これらの脱リン酸化酵素は、低浸透圧応答時におけるASK3および下流のp38経路の活性を負に制御していることが明らかとなった。しかし、高浸透圧におけるASK3の不活性化への寄与は小さいことも明らかとなった。そこで、高浸透圧における浸透圧受容・伝達のコンポーネントを網羅的に同定するために、全ゲノムを対象にしたRNAiスクリーニング系の確立を試みた。スクリーニング対象の生物種はヒトとし、siRNAライブラリー約18000種を用いてノックダウンを行うこととした。ASK3の活性評価方法としては、96ウェルおよび384ウェルプレートを用いた蛍光免疫染色法によりASK3のリン酸化とタンパク発現を定量することに成功した。今後は、実際にスクリーニングを行い、浸透圧シグナルの伝達機構の構成因子が明らかになると考えられる。
血液透析患者の掻痒に対するγリノレン酸の有効性とその作用機序

本年度は、同意を得た血液透析患者5名にγリノレン酸を10カ月の長期投与し、安全性、自覚的な痒みの改善度、角層セラミド量の変化について検討した。また、同意を得た3名のγリノレン酸非内服血液透析患者の角質セラミド量も測定した。研究計画1.投与開始から、1カ月ごとに血算、生化学検査を実施し、吐き気、嘔吐、腹満感、食欲、下痢などの自覚症状の有無をみて安全性を確認した。2.内服前を10として、1,2,3,10ヶ月後の痒みの程度を10段階評価した。3.角層をテープストリッピングして、セラミド量を薄層クロマトグラフィー上に展開し、半定量解析をおこなった。結果1.血液学的な異常を示した患者はいなかった。自覚的には、腹満感1例、便通がよくなる例が1例あった。2.痒みの程度は1カ月後には7.31、2カ月後には6.20、3カ月後には4.36と低下し、10カ月後もほぼ痒みは半減状態であった。3.内服10カ月後には角層セラミド量は対照群と比較して有意な上昇、低下をみなかった。γリノレン酸による血液透析患者の痒みの軽減効果は角層水分量の増加が関与することが既に示されているが、少数例の半定量試験では角層のセラミド量の増減とは関係しない可能性がある。維持血液透析中の慢性腎不全患者7名を対象として、n-6系多価不飽和脂肪酸であるγリノレン酸を内服投与(300mg/day)させ、投与前後の末梢血液の循環動態の変化および血漿、細胞膜中の脂肪酸組成の変化を検討した。1.末梢血液の循環動態の変化γリノレン酸投与2週後より、透析開始前の赤血球浮遊液のマイクロチャンネル(width6μm,length20μm)通過時間は短縮し、12週後には前値の約80%に短縮した。同様に、全血浮遊液のマイクロチャンネル通過時間(width6μm,length100μm)も徐々に短縮し、12週後には前値の約60%になった。透析終了直前にも採血し、同様に赤血球浮遊液と全血浮遊液を調整して測定したところ、12週後には、それぞれ前値の約80%と約60%に短縮した。さらに、内服前の血漿を12週内服後の全血に添加すると、通過時間が延長することがわかった。2.血漿、細胞膜中の脂肪酸組成の変化γリノレン酸投与により、血漿中リン脂質の脂肪酸組成のみでなく、赤血球膜リン脂質や白血球膜リン脂質の脂肪酸組成も変化した。この変化には一定の傾向があるようであるが、まだ確定したことは掴めていない。これらの結果より、細胞膜中の脂肪酸組成の変化が、赤血球や白血球の変形能に何らかの影響を与えている可能性が示唆された。しかし、今回の結果では膜の脂肪酸組成の変化は少なく、一定の傾向がまだ確定されなかった。現在のところ、膜の流動性については、膜内の脂肪酸自体の物体の変化のみならず、投与したγリノレン酸がコレステロール等の他の膜内構成成分、血漿と赤血球膜とのinterraction、さらには、白血球膜の変化に伴うさまざまなメディエーターの産生や放出に対しても影響を与えて、膜流動性を変化させているのだろうと推測している。今後、症例を重ねてこれらの未知の項目につき検討を加えていく予定である。本年度は、同意を得た血液透析患者10名にγリノレン酸を14ヵ月の長期投与し,安全性、自覚的な痒みの改善度、皮膚水分量の変化について検討した。研究計画1.投与開始から、1ヵ月ごとに血算、生化学検査を実施し、吐き気、嘔吐、腹満感、食欲、下痢などの自覚症状の有無をみて安全性を確認した。2.内服前を10として、1,2,3,14ケ月後の痒みの程度を10段階評価した。3.モイスチャー・チェッカーを用いて、内服前、2、4、12、14ヵ月後に、4ヵ所の皮膚水分量を測定した。30倍拡大のビデオルーぺで同皮膚を観察し、写真撮影をした。自覚的には、腹満感2例、下痢1例、便通がよくなる例が3例あった。2.痒みの程度は1ヵ月後には7.83、2ヵ月後には6.54、3ヵ月後には4.92と低下し、14ヵ月後にも痒みは半減状態が持続した。3.内服2ヵ月後、1年後、14ヵ月後には、ほとんどの症例、部位で、水分量は有意に上昇していた。4.不明瞭な皮野と粗造な角質が改善され、皮野が細かくなり、角質も減少した。まとめγリノレン酸には、血液透析患者の痒みを軽減させる効果があり、その作用機序の一つに、角層水分量の増加作用があることが示された。2.内服前を10として、1,

2,3,10ヶ月後の痒みの程度を10段階評価した。3.角層をテープストリッピングして、セラミド量を薄層クロマトグラフィー上に展開し、半定量解析をおこなった。結果1.血液学的な異常を示した患者はいなかった。自覚的には、腹満感1例、便通がよくなる例が1例あった。2.痒みの程度は1カ月後には7.31、2カ月後には6.20、3カ月後には4.36と低下し、10カ月後もほぼ痒みは半減状態であった。3.内服10カ月後には角層セラミド量は対照群と比較して有意な上昇、低下をみなかった。γリノレン酸による血液透析患者の痒みの軽減効果は角層水分量の増加が関与することが既に示されているが、少数例の半定量試験では角層のセラミド量の増減とは関係しない可能性がある。
多孔質単結晶を用いる分子凝集構造厳密観測手法の開拓

圧力・温度などのガス雰囲気の制御により,水素,酸素,メタンガス包接共結晶の構築およびその単結晶X線構造解析手法をこれまでに展開し,本研究で用いる単結晶ホストは様々なガス包接結晶を安定化する強い共結晶化能を有しており,広範な分子ゲスト種を対象とする配位空間内での特異な分子凝集構造厳密観測手法として系統的研究への展開の可能性を明らかにしてきた。そこで,本特定領域研究の主題のーつであるナノ空間中での分子凝集・分子ストレスの現象理解に不可欠な構造情報を系統的かつ迅速に提供できる構造解析手法の開拓を目的として研究を研究を行った。特に,ゲストガス雰囲気の制御(温度・圧力・濃度)によってガス包接共結晶を生成させる簡便且つ迅速な手法の確立を目指し,強い立体的制限を受ける狭い配位空間において生成するゲスト分子凝集状態の厳密観測手法へと展開を目指した。具体的には,これまでに申請者が独自に見いだしている安息香酸-ピラジン金属錯体集積体である単結晶多孔質固体群を用い,ゲスト分子種の選択と温度・圧力などの勢力学的な因子の組み合わせによって,種々のゲスト分子凝集状態をガス吸着現象の媒介により生成させ,結晶内微小空間中(配位空間中)で生じる特異的分子凝集構造を単結晶X線構造解析によって解明していく手法の確立を行った。前年度までに成功しているNO・NO_2/SO_2の無機ガスおよび一級はアルコールなどの有機蒸気に対する構造決定手法に基づき,分子凝集構造の積極的な多様化を考慮シタゲスト分子選択を行い,分子サイズ・対称性・極性を系統的に変化させて微小空間中のホスト-ゲストおよひゲスト-ゲスト相互作用様式と分子凝集様式との相関を系統的に明らかにする手法へと展開した。本研究では、これまでに申請者が独自に見いだしている安息香酸-ピラジン金属錯体集積体である単結晶多孔質固体群を用いる。ゲスト分子種の選択と温度・圧力などの熱力学的な因子の組み合わせによって、種々のゲスト分子凝集状態をガス吸着現象の媒介により生成させ、結晶内微小空間中(配位空間中)で生じる特異的分子凝集構造について単結晶X線構造解析による解明を目指している。平成18年度は分子凝集構造の積極的な多様化を考慮したゲスト分子選択を行い、分子サイズ。対称性・極性を系統的に変化させて微小空間中のホスト-ゲストおよびゲスト-ゲスト相互作用様式と分子凝集様式との相関を系統的に明らかにする手法の確立を行い、固体内部配位空間の特異性を構造化学的に明らかにする実験を行った。これまでに明らかにされていない希ガス。NO・NO_2/SO_2の無機ガスおよび一級アルキルアミンの有機蒸気に対する構造決定手法の確立に成功した。アルコールをゲストとして用いた場合、鎖長依存性が明らかになり、細孔中でのゲスト会合構造に変化が見られた。また、不活性の原子気体である希ガスについても構造決定に成功した。さらに、新しい試みとして反応性の高い腐食性ガスとして知られるNOxおよびSOxについても吸着状態の決定に成功し、NO, NO_2,SO_2それぞれに特徴的な会合構造の決定に成功した。非常に狭い結晶内空間に置いて、これらの吸着ゲストの分子構造はよく知られているバルクの構造と同じであるが、凝集構造および会合構造は大きく異なっていることが明らかになった。
アルツハイマー病における書字障害の特徴-経時的変化と認知機能障害間の関連-

本研究では、アルツハイマー病の神経心理学的特徴、とくに書字障害の障害特徴を把握するために、書字と他の言語機能(理解・語彙知識等)との関連、さらに記憶や構成といった認知障害間の関連性を見出し、どのような認知機能障害に伴って書字の障害が出現するのかを経時的にみていく。アルツハイマー病の場合、読みは比較的保たれるものの、書字については比較的早期の段階から障害されるといわれるが、はっきりとはわかっていない。書字障害は言語機能の障害にいくつかの認知障害が重なり合って現れる症状と考えられる。軽度アルツハイマー病、MCI(軽度認知障害)、健常者の各群を多数集める横断的検討を行なう。その検討を基にアルツハイマー病の認知機能障害を的確に評価し、アルツハイマー病患者の日常生活活動障害の評価や介護者の認知機能障害に対する理解を深めるのに役立つ知見を得ることを目的とする。書字について、書字課題(自発書字、書き取り、写字)をおこない、被験者群の違いを検討した。認知課題(言語、記憶、構成、注意)についても課題を行い、分析を進めた。書字に関しては文字や単語の誤りについて分類し、語彙・意味理解、注意、記憶、構成等の課題、MMSE、ADAS-Jcog.等の神経心理検査や下位項目の得点、痴呆の重症度評価法(CDR)との相関についても検討を行った。脳画像(SPECT)所見でみられる血流低下部位と書字障害との関連についても検討をしているところであり、結果を考察し、まとめているところである。これらの結果の一部を、国内での学会、海外での神経心理学会において発表することを予定している。研究の遂行に当たっては十分に配慮するとともに被験者の同意書を徴し、プライバシーを厳重に保護して研究を進めていく。
照射による微小体積変化の測定装置の開発

本研究は、アメリカカリフォルニア州リバモア国立研究所の中性子源RTNSIIより発生する14MeV中性子照射によるセラミックスの体積変化の測定を可能にする様計画されたものである。核融合炉から発せられる中性子は14MeVのエネルギーをもち、これに対して在来の核分裂炉で発せられる中性子は1MeVにすぎない。そのため、核融合炉達成における問題点のひとつは、核融合炉に使用される材料が14MeV中性子照射下でどのように振舞うかを明らかにすることである。セラミックス材料の照射損傷の評価にもっとも適当な物理量は体積変化である。本研究では、RTNSIIより得られる極めて強度の小さい14MeV中性子線照射下で使用可能な安定度の高い体積変化測定装置を製作し、【A1_2】【O_3】,【MgA1_2】【O_4】の体積変化を測定した。本装置においては、二個の試料をチェンバー内に設置し、そのうち一方が、他方にくらべて、約5倍以上の中性子をうけるようにし、二つの試料の長さの差を、電気信号に変換して求めた。試料は真空によって遮蔽されたチェンバーの中に設置した。コンデンサー容量は、インピーダンス・ブリッジで0.1秒ごとに行い計算機に記録した。試料としてはa軸およびc軸に平行な長さ変化が測定出来る【A1_2】【O_3】と【MgA1_2】【O_4】とを用いた。約三週間の照射実験を行ったが、その間、十分な安定度を得るこができた。本研究で得た主な結論は次の通りである。1)中性子照射下における体積変化測定装置を完成した。この装置によって、【10^(-6)】の体積変化が測定出来る。2)【MgA1_2】【O_4】中性子照射による体積変化は、【A1_2】【O_3】における体積変化の約半分である。3)【A1_2】【O_3】における体積変化の大きさはa軸方向とb軸方向とで異なる。本研究の目的は、照射等による微小体積変化の測定法を確立し、これを用いてセラミックスのバンデグラーフ電子線照射による体積変化およびRTNS-【II】(米国ローレンス・リバモア研究所)14MeV中性子照射による体積変化を、【10^(-6)】の精度で測定する手法を発することにある。体積変化の測定には、長さ変化を静電容量に変換するトランスデューサーを作成し、同一チエンバー中に設置した2個の試料に対する照射線束の差を著しく大きくし、両者の長さの差を測定出来るようにした。59年度までに上記トランスデューサーを作成し、予備実験を終了していた。60年度は59年度までに得た経験に基づき、新しくトランスデューサーを試作した。トランスデューサーの試料の長さ変化を静電容量測定用電極の移動に変換する部分は、本トランスデューサーの最も重要な部分であるので、これを一体とし約2.5cm角、5mm厚のステンレス鋼板から切り出した。このことが精度の増加に著しく寄与している。また上記の電極は2個の平板電極の中間に位置するようにし、その傾きによる2個の静電容量の差を測定した。これによってS/N比を高めることが出来、ドリフトおよびノイズを【10^(-6)】以下におさえることが出来た。得られた主な結果は次の通りである。

(1)電子線照射により、Mg【Al_2】【O_4】および【Al_2】【O_3】ともに体積の増加が観測された。Mg【Al_2】【O_4】については、低照射線量では全く体積変化が起こらず、照射量の増加とともに体積の増加が観測された。(2)14MeV中性子照射によるMg【Al_2】【O_4】の体積変化は【Al_2】【O_3】の体積変化の1/100以下である。【Al_2】【O_3】については、さらに高照射線量の原子炉中性子によって得られる体積変化の内挿値とほぼ等しい。詳細については目下発表準備中である。本研究の目的は、加速器より発生する14MeV中性子照射下の固体の体積変化を、【10^(-6)】の精度で測定出来るトランスデューサーを開発することにある。現在のところ、得られる14MeV中性子線量が小さく、長期間の照射を必要とするため、長さ変化を電気信号に変化する安定度の高いトランスデューサーの開発を必要とする。本研究においては、高真空で遮蔽したチェンバー内に2個の試料を設置し、一方を中性子線量の高いところ、他方を中性子線量が1/5程度のところにおき、2個の試料の長さの差を電気信号に変換するトランスデューサーを作成した。変換部を、ステンレス綱板から切り出した一体の部品とすることにより誤動作を少なくした。また、試料と直結した電極は、二枚の金属板の間に位置するようにし、これらによって構成される2個の電気容量の差をとった。これによって、S/N比を増大することが出来た。電気容量の測定はキャパシタンスブリッヂを用いて0.1秒毎に行い計算器に記憶させ、1時間の測定値の平均値を出力とした。この操作によって、さらにS/N比を増大出来た。本研究で作成した体積変化測定装置を、米国カルフォルニア大学リバモア研究所の14MeV中性子源RTNS-IIのターゲット室に設置し、Mg【Al_2】【O_4】,【Al_2】【O_3】(a軌およびc軌方向に長さ変化が測定出来るもの)の14MeV中性子照射による体積変化の測定を行った。その結果、Mg【Al_2】【O_4】の体積変化が【Al_2】【O_3】のそれにくらべて小さいこと、また【Al_2】【O_3】の体積変化に異方性があることが明らかとなった。本研究で試作した体積変化測定装置によって、中性子照射下でのその場測定が、【10^(-6)】の精度で可能であることが明らかとなった。電子照射や、高エネルギーイオン照射への応用も可能である。
認知症高齢者のための活動の質(QOA)評価法の開発

高齢者施設においてレクリエーションや体操といった様々な活動が提供されている。しかし、認知症高齢者のような自らの活動を選ぶことや、その意義について表現できない対象者にとって、それらの活動が効果的であるかどうかは検証するすべがない。そこで、本研究では本人にとって活動を行った際の効果に関して観察から評価する項目が何かを調べることを目的に実施した。熟練作業療法士へのインタビューや郵送調査から、活動への取り組み方、感情表出、言語表出、社会交流や活動を通して得られたものといった観察項目が得られた。これらの視点は認知症高齢者のように自分の意思の主張ができない対象者の活動の選択や効果検討に有用と考える。本研究の目的は、認知症高齢者に対して活動を提供した際に、その効果判定を熟練作業療法士がどのような視点をもち観察評価するかを整理し、評価ツールの基礎的デザインを作成することである。このようなその対象者にとっての活動の効果を観察から調べる方法の作成は、認知症高齢者等自己の主観的感情の表現ができない患者に意味のある活動をもつ機会を供給し、徘徊や無気力といった行動心理症状の軽減につながる可能性があるため、意義があると言える。この目的を達成するため、最初の研究として、10年以上臨床経験のある作業療法士に10名に対して、半構成的インタビューを実施した。質問内容は、認知症の診断をもつ患者に、作業療法士として介入をしている際に、どのような活動時に、どのような患者の言動から、活動の導入した際の効果があったと感じたかに関して質問を行った。結果を逐語録にし、その中から研究疑問に合致する内容をコーディングし、類似したコードをまとめてカテゴリー化を行った。結果として得られた最終カテゴリーは「活動の取り組み」「活動中の表出」「他者関係」「活動の結果として得られるもの」の4つのカテゴリーとなり、その一つ下位のカテゴリーである2次カテゴリーは19項目にまとめられた。その後、この2次カテゴリーの19項目に定義づけと例示を作成し、認知症高齢者の活動中の観察評価の視点としてまとめた。その視点の妥当性を検証するため、郵送によるデルファイ法にて、その視点が妥当かどうかを現在検証中である。認知症をもつ高齢者は、記憶障害、見当識障害および言語的流量性の障害により、自ら主体的に活動を選び、その意義を表現することが困難になることが多い。多くの高齢者施設等でレクリエーションや体操などの活動がそれらの対象者に提供されているが、これらのサービスは漫然とマンネリ化して行われることも多く、その効果の指標がなく、適正に評価されていないことが問題を招く原因として考えている。そのため、本研究は活動による本人い取っての意義、つまり活動参加による本人のニーズが満たされているかという活動の質(QOA)の評価項目の作成を目的に行った。当該年度は、昨年度得られた評価項目を元にその内容妥当性を検証することを1つの目的に研究を実施した。認知症をもつ対象者を専門とする作業療法士に対して郵送によるデルファイ法を用いて、項目への同意の程度を求めた。結果として、88名の作業療法士から回答が得られ、先行研究から得られた19項目に対して、全て同意が得られた。この結果から、評価法の内容妥当性が得られたと判断した。しかし、調査の自由記載から項目の定義や内容に対して見直す必要があるコメントも得られたため、それらに関しては一部修正を実施した。もう一つの調査として、発達領域でのQOA評価法の適応を図る目的で、重症心身障害児を専門とする作業療法士7名に対して、インタビュー調査を実施した。インタビューの内容は重症心身障害児に活動を提供した際にどのような言動を観察してその効果を判断しているかに関してであった。インタビュー内容は逐語録化し、質的にデータの分析を行った。結果としては、「活動の参加や遂行を示すサイン」「活動への意志や要求を示すサイン」「ポジティブな感情を示すサイン」という大項目が得られた。この結果は認知症高齢者の結果と類似する点があり、QOA評価法の発達領域での適応の可能性が示唆された。本研究の一連の研究の最初の研究である熟練作業療法士へのインタビュー調査は予定より早期に終えることができた。その後、研究の方向性の決定に時間がかかり、2番目の研究である郵送によるデルファイ法を用いた調査の開始時期が予定より若干遅れてスタートした状態である。並行して別の調査を進めているため、今年度の研究終了時期には全ての予定していた調査が終了するように今後進める予定で、全体的にみると概ね順調に進呈していると考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。高齢期作業療法学今後は昨年度の調査から得られた観察の視点の項目の妥当性の検証が課題である。そのため、専門職に対するデルファイ法を用いたアンケート調査と実際場面で使用できるかどうかの観察等による妥当性の評価を実施する予定である。

また、同様に認知症以外の自己の感情の表出が困難な対象者、例えば、重症心身障害児(者)、脳血管障害による失語をもつ者等に対しても本評価が使用できるか、初期的な検討を行うことも検討している。27年度が最終年度であるため、記入しない。
サブミクロン電位分布測定装置の開発による電子デバイス内の界面剥離・原子輸送の測定

1.直流電位差法による多数き裂分布の逆推定に関する電位場解析き裂まわりの電位場解析を効率的に行なう手法として、き裂電流修正法を提案し、これを用いて3次元的にランダムかつ多数に分布する円形き裂群および2次元分布する貫通き裂群の電位場解析を行なった。また、この結果にもとづいて直流電位差法によるき裂分布の推定手法を提案した。2.導電性材料の表面直下における微小欠陥の評価微小領域電流分布測定装置を搭載した走査型プローブ顕微鏡を用いて、試料底面-カンチレバー間に電流を流し、内部欠陥の検出・評価を行なった。理論的検討の特徴は、上記のき裂電流修正法を適用するところにある。実験においては、カンチレバーに流れ込む電流量がカンチレバーと試料との接触状態(接触抵抗等)の変化によって変動することが明らかとなった。その変動を除去あるいは最小化する測定条件を見出すため、接触面積の変動で模擬した電位場の数値解析を行なった。その結果、先端形状を改良した専用のカンチレバーの作成ならびに新しいカンチレバー制御機構を有する機器の開発が必要であるとの結論を得た。本研究では,走査型プローブ顕微鏡と電流測定ユニットを一体化し,サブミクロンサイズの欠陥が検出できる電位分布測定装置を開発する.また,本装置を用いて,電子デバイスで問題となっている金属多層薄膜間の微小剥離(例えば,バリアメタルと配線金属間の剥離)の検出を試みる.研究初年度である本年度は,走査型プローブ顕微鏡および電流測定ユニットを購入し,サブミクロン電位分布測定装置のセットアップと機器の調整を行った.具体的には,実際に材料中の微小欠陥を導入した試料を作成し,試料とカンチレバー間に一定のバイアス電圧をかけながら試料表面を誘電性のカンチレバーでスキャンし,カンチレバーに流れ込む電流量の変化を測定した.この測定をカンチレバーの材質や形状,あるいは,スキャンするときのカンチレバーの移動速度やカンチレバーと試料間のバイアス電圧等の設定条件を変えながら行い,最適な測定条件の割り出しを行った.本測定装置では,このように調整すべき項目が多岐に渡り,かつ,安定した測定結果を得るのが難しいため,未だ機器の調整が完全には完了していないが,本装置を用いて微小欠陥を検出できる感触を得ることができた.また,実際の装置を用いた測定と併せて,本測定装置を二次元でモデル化し,そのモデルを用いて電位場解析を行った.その結果から,欠陥の位置や形状とカンチレバーに流れ込む電流量の変化の関係について詳細に検討した.本研究は,走査型プローブ顕微鏡と電流測定ユニットを一体化し,サブミクロンサイズの欠陥が検出できる電位分布測定装置を開発することを最終目標とし,研究初年度である昨年度は,走査型プローブ顕微鏡および電流測定ユニットを購入し,電位分布測定装置のセットアップと機器の調整を行った.本年度は,昨年度に引き続いて測定装置の調整を行うとともに,電流量分布から欠陥の大きさと位置を推定するための電位場解析を行った.その結果,実際に電流測定ユニットから得られる電流測定値は,カンチレバーの材質や形状,使用(摩耗)量,スキャン速度,カンチレバーと試料間のバイアス電圧,試料表面の清浄度により大きく影響を受け,それらのすべてを制御することは容易ではないこと,欠陥による電位場の乱れがこれらの影響因子以上に大きい場合には欠陥の検知が可能であることが明らかとなった.また,電位場解析からは,カンチレバーと試料の接触状態が測定電流量に大きく影響することが明らかになったが,それを定量化するまでには至っていない.本研究課題は,来年度も継続予定であるので,来年度は,電流測定値に大きく影響を及ぼす因子の除去あるいは縮小化を試みるとともに,電位場解析により影響因子に関する定量的検討を行う予定である.1.直流電位差法による多数き裂分布の逆推定に関する電位場解析き裂まわりの電位場解析を効率的に行なう手法として、き裂電流修正法を提案し、これを用いて3次元的にランダムかつ多数に分布する円形き裂群および2次元分布する貫通き裂群の電位場解析を行なった。

理論的検討の特徴は、上記のき裂電流修正法を適用するところにある。実験においては、カンチレバーに流れ込む電流量がカンチレバーと試料との接触状態(接触抵抗等)の変化によって変動することが明らかとなった。その変動を除去あるいは最小化する測定条件を見出すため、接触面積の変動で模擬した電位場の数値解析を行なった。その結果、先端形状を改良した専用のカンチレバーの作成ならびに新しいカンチレバー制御機構を有する機器の開発が必要であるとの結論を得た。
水の多様性の発現機構

「水の多様性の発現機構」に関する次の5つの課題について研究を進めた1)低温の水の水素結合構造とそのダイナミックスの解明;低温の水には低密度の液体(LDL)と高密度液体(HDL)の2つの状態があると考えられている。我々はフラグメント解析法を開発して水素結合ネットワークの性質を調べ、LDLでは15種類の基本的フラグメント構造によってほとんどの空間が埋め尽くされており、各々のフラグメントの生成には互いに強い相関があることを見つけた。すなわち、LDLとHDLの間には(疑似的)相転移が存在し得ることの理由を初めて理論的に示した。さらに、過冷却状態における周波数依存の熱谷量が如何に変化するのか、またそのダイナミックスと分極率の3次応答関数などとの関係を明らかにした。2)「水の結晶化、融解現象の分子機構」の解明をさらに進めた。フラグメント解析を用い、初期核の構造とその成長過程の様相を明らかにした。3)高次非線形、特に2次元ラマン分光の理論的解析;液体の低周波運動の様相を探る新しい実験手段として2次元ラマン分光法の理論的解析を行い、この方法が非線形的運動に非常に敏感であり、水の氷化現象の初期過程の検出などにも用い得る方法であることなどを明らかにした。4)イオンの水和構造についての研究。水分子の自己解離定数とその温度依存性の理論的計算を行いその完全な再現に成功した。その解析により、この機構における水和構造・相互作用の長距離性、周りの水分子への電子移動の長距離移動の様相などを明らかにした。また温度が高くなればなるほど、解離イオンの水和全エネルギーの安定化が大きくなること(これは、常識と逆)を見つけ、その原因を明らかにした。これは超臨界水の高い反応性とも関係している。現在、表面におけるイオンの水和構造の特徴についても研究を進めている。5)また蛋白質(生体高分子)の反応ダイナミックス、特に光励起黄色蛋白質(Photoactive Yellow Protein ; PYP)の光サイクルの研究、またイオンチャンネルモデル系におけるイオン輸送の現象などを明らかにしてきた。本研究で「水の多様な特性の発現機構」に関する次の3つの課題について研究を進めた。(1)水の中の水素結合ネットワークの構造変化に伴う水の中の集団運動・揺らぎを観測するための新しい実験法の開発。即ち5次の非線形分光法の開発とその理論。(2)水の氷化と、逆の氷から水への融解過程への分子論的機構の解明。(3)超臨界水中の反応、またペーハーの変化の分子機構。(4)生体高分子内でのプロトン移動機構の解明。を行った。(1)液体の位相空間ダイナミックスを探る実験方法論の開発をおこなった。すなわち熱振動に埋もれている最も大切な基本構造の変化を抽出し観測することが出来る新しい実験方法の原理、方法論を開発し、液体(水を含む)のダイナミックス特性が如何にその5次の非線形分光スペクトルに反映されるかを調べた。特に、スペクトルに節(Node)の存在がモードの緩和と非線形ダイナミックスに関係しているかを明らかにした。(2)「水の氷化、また氷の融解の分子論的機構」を調べ、その相転移に関する自由エネルギー面を、各種オーダーパラメーターに対して投影し、その相転移に伴う、それらの物理的因子の変化のようすを明らかにした。

さらに氷の融解に関して、その構造変化に伴うポテンシャルエネルギーの変化の様相、各種モードの立ち上がり、融解のきっかけとなる構造乱れの生成機構などを明らかにした。(3)pKwが広範囲の熱力学的状態によって如何に変化するかを明らかにした。特に数百気圧程度の気圧下において、3001000Kの温度領域の水分子の自動解離の自由エネルギー変化を理論的に求め、pKwが300K500Kの間の温度の上昇とともに一旦低くなり、500K程度からその値は上昇し始め、特に650K以上では急激に上昇することを示し、その物理化学的原因を明らかにした。(4)生体高分子中のプロトン移動機構を調べ、特に光中心における光誘起の電子移動後のプロトン移動過程をQM/MM法で解析し、蛋白質と水分子が作る水素ネットワークの局所構造変化と、系全体の大きな構造変化の関係、さらにプロトン移動に伴うポテンシャルエネルギーとその成分の変化の様相、などを解析した。「水の多様性の発現機構」に関して、次の4つの課題に挑戦してきた。(1)水の中の水素結合ネットワークの構造変化の特性を調べ、それに伴う水の中の集団運動・揺らぎを観測するための新しい実験法を開発する。(2)水の相転移の分子論的機構、(3)プロトン移動や超臨界水中の反応など、水中の化学反応、(4)生体高分子内の反応に関して、反応の一意性が如何に生まれているか、その分子機構、の解明。(1)高次非線形分光法の開発、その理論的基礎付けを行った。反応を引き起こす重要な揺らぎを観測することのできる多次元分光法(多時間相関を観測)、の開発を行い、2次元ラマンスペクトルの観測とそのシグナルの計算に初めて成功し、そのスペクトルの系のダイナミックスへの帰属を明らかにした。即ち非線形性とモードの緩和が如何に2次元ラマンスペクトルに反映されるかを示し、この分光法の有用性と限界を明らかにした。(2)水の氷化のシミュレーションに成功し、水に特有な間欠的集団運動を示す運動の形態が氷化の初期核の生成に重要な働きをしているのをみつけた。特にその初期核の構造とその成長過程を詳細に解析し水の結晶化の分子論的機構を明らかにした。過冷却の水の水素結合ネットワークが空間的に非常に不均一に分布しており、それが時間とともに揺らいでいることを示し、その揺らぎの中で、低密度のアモルファス的構造が空間の一部に現れ初期核となり、その初期核が水素結合の長距離オーダー性による集団運動を伴って精晶化していく分子機構を明らかにした。特に、水素結合の長距離オーダー性が、アモルファス化と結晶氷化の分岐をいかにつかさどっているかを示唆した。さらに氷の融解過程のシミュレーションとその解析を行い、融解のきっかけとなる構造乱れの生成機構などを明らかにした。(3)超臨界水中における水和と反応の関係を調べた。特に水の自動解離の温度変化を調べ、H^+,OH^-イオンまわりの水和が、一般常識とは異なり温度とともに(700Kまでは)エネルギー的に強くなることを、高温時における「新しいイオンの水和の機構」を明らかにした。さらに超臨界水中での有機反応における水和の役割を、ギ酸の分解反応を例として具体的に調べた。(4)バクテリオ・ロドプシンや光合成中心、またイオンチャネルに於ける電荷移動反応の機構、水と揺らぎの役割を解析した。
細菌人工染色体による相同組換え

ES細胞における相同組換え頻度を左右する要因はよく分かっていない。唯一確からしいのは、相同部分の長さであり、長いほど頻度は上昇すると考えられている。しかし、通常のプラスミドでは、挿入できる長さに限界があり、約2-3kdの相同部分しか含ませることはできない。しかし、細菌人工染色体を用いれば、200kbと約100倍の相同部分を含ませることが可能である。この細菌人工染色体を用いて、ES細胞における相同組換えの頻度を上昇させることができるかどうかを検討した。実験系として、ミエリン形成不全に基づく振戦を呈するqkマウスの原因遺伝子であるqkl遺伝子を用いた。qk遺伝子からは大きく分けると5kb、6kb、7kbの3種類のRNAが、alternative splicingによって産生され、その違いは第6エクソンにある。しかし、それぞれのRNAの発現の組織特異性や時期特異性は若干異なるが、調節機構は不明である。また役割も不明である。そこでそれぞれのRNAに特異的な第6エクソンを破壊するようデザインした細菌人工染色体を構築し、これらを用いて相同組換えを行ない、通常のプラスミドベクターでの頻度と比較することを試みた。このためには、大腸菌の中で、人工染色体に含まれるqkl遺伝子にネオ耐性遺伝子等を相同組換えにより導入しなければならない。そのための系としてrecA、qkl、ネオ耐性遺伝子を含むシャトルベクターを作製し、それを人工染色体に導入しようとしたが、不成功に終わった。大腸菌内での相同組換えのためには熟練を要することが分かった。