hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
虚血脳における脳血流, クツレコース代謝, 血管透過性, 組織pHの関係について

本研究で従来から言われている様に,虚血後に脳が不可逆的変化へ移行するには時間の因子が重要であることが確認された.同時に脳が未だ可逆的かどうかの判断は血流測定のみでは不可能で,虚血の程度と持続時間を知る事が重要である.Somatosensory Evoked Potentialは血流と同様に時間的経過がとらえられないと,それのみでは判断が難しい.ただ昇圧, Hydercapnia等の虚血部の循環改善を図ってその変化より判断する事は可能性として残っている.グルコース代謝については,対側の78±16%つまり最低62%以上保たれているなら機能的,形態学的に可逆的であることを示した.逆に34%グルコース代論が残存していても,脳の機能は勿論形態維持にも不十分であることが認められた. pHに関しては, 1時間虚血群より2時間虚血群において虚血巣がより酸性化している傾向は見られたがデータが少なく有意性についてはもう少し検討を要する.血管透過性は2時間虚血群でも再開通後,出血性硬塞及び浮腫の増悪は見られず,この程度の虚血が2時間持続しても血管内皮は保たれることが示された.次に高血糖負荷,静脈環流障害において検討した.これらはいずれも虚血性脳損傷の程度を増悪させることが認められた.このことは虚血性脳血管障害の治療において,これらの増悪因子を取除くことでその障害を軽減することが出来る可能性を示唆している.これらの実験はいずれもラット中大脳動脈閉塞再開通モデルを用いて,オートラディオグラフィー法により行なわれた.本研究で従来から言われている様に,虚血後に脳が不可逆的変化へ移行するには時間の因子が重要であることが確認された.同時に脳が未だ可逆的かどうかの判断は血流測定のみでは不可能で,虚血の程度と持続時間を知る事が重要である.Somatosensory Evoked Potentialは血流と同様に時間的経過がとらえられないと,それのみでは判断が難しい.ただ昇圧, Hydercapnia等の虚血部の循環改善を図ってその変化より判断する事は可能性として残っている.グルコース代謝については,対側の78±16%つまり最低62%以上保たれているなら機能的,形態学的に可逆的であることを示した.逆に34%グルコース代論が残存していても,脳の機能は勿論形態維持にも不十分であることが認められた. pHに関しては, 1時間虚血群より2時間虚血群において虚血巣がより酸性化している傾向は見られたがデータが少なく有意性についてはもう少し検討を要する.血管透過性は2時間虚血群でも再開通後,出血性硬塞及び浮腫の増悪は見られず,この程度の虚血が2時間持続しても血管内皮は保たれることが示された.次に高血糖負荷,静脈環流障害において検討した.これらはいずれも虚血性脳損傷の程度を増悪させることが認められた.このことは虚血性脳血管障害の治療において,これらの増悪因子を取除くことでその障害を軽減することが出来る可能性を示唆している.これらの実験はいずれもラット中大脳動脈閉塞再開通モデルを用いて,オートラディオグラフィー法により行なわれた.60年度はラット中大脳動脈閉塞再開通モデルにおいては、不可逆性変化へ移行する3時間は虚血後30分から2時間の間に存在することを明らかにしたが61年度は1時間閉塞後再開通させ、又2時間後に組織学的変化を観察したところ、全例に脳梗塞巣は認められなかった。次の段階として、ラットを1時間閉塞と2時間閉塞群に分け、それぞれ体性感覚誘発電位(SEP)を経時的に測定し、一部のラットにおいては同時に【^(14)C】-DGオートラディオグラフィー法により、グルコース代謝も測定した。結果はMCA閉塞直後に全例SEPが消失し、一部(約9%)のラットはSEPが部分的に回復するが大多数は消失し、1時間閉塞再開通ラットでは、再開通30分後にSEPの完全回復が認められるが、2時間閉塞再開通ラットではSEPの部分的回復しか認められなかった。一方、グルコース代謝の方は、1時間閉塞再開通群では再開通30分後においてすでに知覚運動野のグルコース代謝は、対側の78%にまで回復したのに対して、2時間閉塞再開通群においては再開通30分では、対側の34%までの回復しか認められなかった。(第29回脳循環代謝研究会、1986年10月、東京において報告)以上のことにより、虚血急性期の脳の組織学的可逆性の指標として、SEPグルコース代謝が有用であることが示唆された。
ゴーシェ病の出生前遺伝子治療法の開発

ゴーシェ病はglucocerebrosidaseの遺伝的欠損により発症する先天代謝異常症である。臨床的には肝脾腫、貧血を主症状とし、検査学的には血小板減少、酸性フォスファターゼ値、アンギオテンシン変換酵素値上昇を特徴とする。治療法として酵素補充療法、骨髄移植が臨床的に行われておりまた遺伝子治療が実験的に試みられている。今年度、我々は遺伝子治療の基礎データとして病状の改善をもたらす至摘酵素投与量を決定するため日本人重症型ゴーシェ病13例につき3通りの投与方法を施行しその臨床的効果を比較検討した。すなわち、60単位/kg/回投与を3年間継続した群、60単位/kg/回投与を6ケ月投与しその後30単位/kg/回投与を維持量として投与した群、60単位/kg/回投与を6ケ月以内に減量した群の3群の臨床効果をヘモグロビン、血小板、酸性フォスファターゼ値、アンギオテンシン変換酵素を指標にして検討した。その結果、重症型においては60単位/kg/回投与を少なくとも3年間継続しなければ貧血の十分な改善、血小板増加は得られず、また投与量依存性に酸性フォスファターゼ値、アンギオテンシン変換酵素値の改善が認められた。以上の結果から重症型ゴーシェ病においては高単位しかも長期の酵素投与が必要であることが明らかとなった。ゴーシェ病はライソゾームに存在するglucocerebrosidaseの遺伝的欠損により様々な臨床症状をていする疾患である。最も激症型は新生児期に胎児水腫を主徴として発症する新生児型ゴーシェ病である。本症には出生後に治療を開始しても十分な効果が得られるとは考えにくい。そこで将来的には出生前の治療も視野に入れておく必要がある。我々はそれらを見据えゴーシェ病を対象に出生前治療を行うことを目的とし基礎実験を開始した。まず妊娠マウスの子宮内にLacZ遺伝子を発現するアデノウイルス(AxCALacZL)を投与した。我々がラットで観察したものと同様に投与時期により感染組織が異なった。特に脳を標的とした場合E12での投与が最も効率良く遺伝子導入ができた。平成13年度はゴーシェ病マウスを用いて出生前の治療を行う予定である。
波長可変色素レーザー発振周波数の超高安定化に関する調査

本研究グループによって開発された超自然幅レーザー分光法は,可視光の領域で,従来究極のスペクトル幅と考えられていた自然幅よりも狭い線幅でスペクトルの観測を可能にし,最近リチウム原子のD線の超部細構造を完全に分離し,正確な測定・を行うことに成功した.この方法がその可能性を十分に発揮し得るか否かは,波長可変色測レーザーの周波数安定性を何如に高め得るかにかかっている.本調査の目的は,世界最高のレーザーの安定化技術の蓄積を持つJ.L.ホール博士の研究室の最新の技術を調査し,同博士の協力のもとに色素レーザー高安定化システムの最適化設計を行うことに依って,上記超自然幅分光法を原子物理学に大きなインパクトを与えるものとすることである.色素レーザー周波数安定化の方法は,JILAのJ.L.ホール博士の研究室で長年に渡って研究され,市販の安定化色素レーザーもここで開発された方法を用いており,周波数安定度は約2ー3MHzである.これよりも高い安定度が必要な場合,KHzオーダーの安定度でよい場合には市販のレーザー出力を外部変調によって更に安定化する方式が最適な方法と考えられる. Hzオーダーの安定度が必要な場合には色素レーザーの共振器内部に変調素子を挿入し高速のフィードバックをかけて発振周波数を制御する.いずれの場合にも周波数の基準となる物が必要で,発振周波数の基準周波数からのずれを検出してフィードバックをかけるという基本的な方式は同じである.周波数の基準としては従来は原子のスペクトルが用いられていたが,任意の周波数が選べないという不便さがあるので最近は超高安定な光共振器が用いられており,最終的にはその安定性が色素レーザー発振周波数の安定度を決めることになる.本研究ではまず5KHzの周波数安定度に目標に,外部変調方式による安定化システムを製作することにした.これはレーザー発振周波数の変動のうち比較的遅い大きな周波数のずれを音響光学素子を用いて補正し,高速の成分は応答速度の早い電気光学位相変調器によって補正するシステムである.この方式により20KHzの安定度が得られていたが,今回の調査研究の一環として,ホール博士の研究室で共同研究を行った結果5KHzの安定度が得られるように成った.現在我々の研究室において同様なシステムを作る為の準備を進めており変調素子や高速高圧用のオペアンプ等を購入し,高安定な光共振器を設計中である.超自然幅分光法の実験を行う為の真空装置やエレクトロニクスは既存のものが使用可能であるから安定化システムが完成すれば直ちに実験が可能な状態を実現し得た.この階段で安定化技術の経験を積み次に数Hzの周波数安定度を得るために,レーザー共振器自体の最適設計,超高安定光共振器の設計製作,色素の循環系の改良を行う予定である.本研究グループによって開発された超自然幅レーザー分光法は,可視光の領域で,従来究極のスペクトル幅と考えられていた自然幅よりも狭い線幅でスペクトルの観測を可能にし,最近リチウム原子のD線の超部細構造を完全に分離し,正確な測定・を行うことに成功した.この方法がその可能性を十分に発揮し得るか否かは,波長可変色測レーザーの周波数安定性を何如に高め得るかにかかっている.本調査の目的は,世界最高のレーザーの安定化技術の蓄積を持つJ.L.ホール博士の研究室の最新の技術を調査し,同博士の協力のもとに色素レーザー高安定化システムの最適化設計を行うことに依って,上記超自然幅分光法を原子物理学に大きなインパクトを与えるものとすることである.色素レーザー周波数安定化の方法は,JILAのJ.L.ホール博士の研究室で長年に渡って研究され,市販の安定化色素レーザーもここで開発された方法を用いており,周波数安定度は約2ー3MHzである.これよりも高い安定度が必要な場合,KHzオーダーの安定度でよい場合には市販のレーザー出力を外部変調によって更に安定化する方式が最適な方法と考えられる. Hzオーダーの安定度が必要な場合には色素レーザーの共振器内部に変調素子を挿入し高速のフィードバックをかけて発振周波数を制御する.いずれの場合にも周波数の基準となる物が必要で,発振周波数の基準周波数からのずれを検出してフィードバックをかけるという基本的な方式は同じである.周波数の基準としては従来は原子のスペクトルが用いられていたが,任意の周波数が選べないという不便さがあるので最近は超高安定な光共振器が用いられており,最終的にはその安定性が色素レーザー発振周波数の安定度を決めることになる.本研究ではまず5KHzの周波数安定度に目標に,外部変調方式による安定化システムを製作することにした.これはレーザー発振周波数の変動のうち比較的遅い大きな周波数のずれを音響光学素子を用いて補正し,高速の成分は応答速度の早い電気光学位相変調器によって補正するシステムである.この方式により20KHzの安定度が得られていたが,今回の調査研究の一環として,ホール博士の研究室で共同研究を行った結果5KHzの安定度が得られるように成った.現在我々の研究室において同様なシステムを作る為の準備を進めており変調素子や高速高圧用のオペアンプ等を購入し,高安定な光共振器を設計中である.超自然幅分光法の実験を行う為の真空装置やエレクトロニクスは既存のものが使用可能であるから安定化システムが完成すれば直ちに実験が可能な状態を実現し得た.この階段で安定化技術の経験を積み次に数Hzの周波数安定度を得るために,レーザー共振器自体の最適設計,超高安定光共振器の設計製作,色素の循環系の改良を行う予定である.
地下岩体の複雑き裂ネットワークの経時変化に伴うき裂内流動・物質拡散挙動の解明

本研究課題においては,以下の研究を行うことにより,地下岩体中のき裂進展挙動の封圧依存性の評価と,き裂内流体の流れと物質拡散を考慮した花闘岩のき裂内物質拡散挙動の数値シミュレーションコードの構築を行うことを目的とする.平成18年度は,地下岩体中のき裂進展挙動の封圧依存性の実験的評価および地下岩体におけるき裂内物質拡散モデルの構築に関する基礎的検討を行った.き裂進展挙動の封圧依存性に関しては,これまでの研究においては封圧の増加に伴う破壊形態のMode IからMode IIへの遷移がどのような応力状態で生じるのか未解明であったため,本研究においては,岩石を模擬した硬化樹脂材料による三軸圧縮破壊試験を行い,き裂進展挙動の観察結果から,封圧増加に伴う破壊形態の遷移の状態を観察することに成功した.今後の応力解析により,遷移条件について更なる検討を行う予定である.一方,き裂内流体の流れと物質拡散を考慮したき裂内物質流動/拡散挙動の数値シミュレーションコードの開発においては,非整数階微分方程式による物質拡散挙動のモデルの開発を行うことにより,超長期き裂内流動解析の数値モデルに関する基礎的知見を得た.従来の研究においては,Fickの法則を用いた単一き裂内の流動解析が簡易モデルとして用いられてきたが,き裂内の流動と物質拡散はき裂の複雑性に起因して従来のモデルでは検証が困難であった.本研究においては,フラクタル性を考慮したき裂ネットワーク内の物質移流/拡散を,非整数階の微分方程式を用いた解析モデルを用いて解析することにより,より現実の流体移動を再現できる基礎モデルの開発に成功した.今後,実フィールドとの整合性について検討を行い,放射性物質の拡散やCO_2地中貯留におけるCO_2拡散挙動への応用展開も行う予定である.本研究課題においては,以下の研究を行うことにより,地下岩体中のき裂進展挙動の封圧依存性の評価と,き裂内流体の流れと物質拡散を考慮した花闘岩のき裂内物質拡散挙動の数値シミュレーションコードの構築を行うことを目的とする.平成18年度は,地下岩体中のき裂進展挙動の封圧依存性の実験的評価および地下岩体におけるき裂内物質拡散モデルの構築に関する基礎的検討を行った.き裂進展挙動の封圧依存性に関しては,これまでの研究においては封圧の増加に伴う破壊形態のMode IからMode IIへの遷移がどのような応力状態で生じるのか未解明であったため,本研究においては,岩石を模擬した硬化樹脂材料による三軸圧縮破壊試験を行い,き裂進展挙動の観察結果から,封圧増加に伴う破壊形態の遷移の状態を観察することに成功した.今後の応力解析により,遷移条件について更なる検討を行う予定である.一方,き裂内流体の流れと物質拡散を考慮したき裂内物質流動/拡散挙動の数値シミュレーションコードの開発においては,非整数階微分方程式による物質拡散挙動のモデルの開発を行うことにより,超長期き裂内流動解析の数値モデルに関する基礎的知見を得た.従来の研究においては,Fickの法則を用いた単一き裂内の流動解析が簡易モデルとして用いられてきたが,き裂内の流動と物質拡散はき裂の複雑性に起因して従来のモデルでは検証が困難であった.本研究においては,フラクタル性を考慮したき裂ネットワーク内の物質移流/拡散を,非整数階の微分方程式を用いた解析モデルを用いて解析することにより,より現実の流体移動を再現できる基礎モデルの開発に成功した.今後,実フィールドとの整合性について検討を行い,放射性物質の拡散やCO_2地中貯留におけるCO_2拡散挙動への応用展開も行う予定である.
特定用途向きマイクロプロセッサの設計に関する研究

本研究では,ハードウェア/ソフトウェア協調設計システムPEAS-Iが生成するCPUの性能評価を行ない,既存の汎用CPUとの比較実験からPEAS-Iシステムの設計手法の有効性を確認した..レジスタ数と応用プログラムの実行時間の関係を評価する実験の結果から,応用プログラムの命令の実行頻度にはばらつきがあり,使用可能なレジスタ数を増やすことにより応用プログラムの実行時間が短くなることが確認できた.したがって,応用プログラムを高速に実行するためには,実行頻度の高い命令の実行時間が短く,加えて使用可能なハードウェア資源が十分なCPUとそのコンパイラが必要である.既存の汎用CPUとの比較実験の結果から,生成されたCPUのハードウェア量は既存の汎用CPU(386,486など)と比較してかなり小さいため,CPUと周辺回路などのハードウェア量の配分を考慮することにより特定用途向きマイクロプロセッサの機能向上が可能である.また,PEAS-Iシステムは応用プログラムに適した命令セットとその実現方法を決定していると考えられる.したがって,PEAS-Iは特定の応用プログラムに対してハードウェアとソストウェアのバランスのとれたCPUの生成が可能であると考えられる.レジスタ数と命令セットのトレードオフを考慮したCPUのアーキテクチャの最適化およびCPUアーキテクチャを反映した最適化コンパイラの実現などは今後の課題である.本研究では,ハードウェア/ソフトウェア協調設計システムPEAS-Iが生成するCPUの性能評価を行ない,既存の汎用CPUとの比較実験からPEAS-Iシステムの設計手法の有効性を確認した..レジスタ数と応用プログラムの実行時間の関係を評価する実験の結果から,応用プログラムの命令の実行頻度にはばらつきがあり,使用可能なレジスタ数を増やすことにより応用プログラムの実行時間が短くなることが確認できた.したがって,応用プログラムを高速に実行するためには,実行頻度の高い命令の実行時間が短く,加えて使用可能なハードウェア資源が十分なCPUとそのコンパイラが必要である.既存の汎用CPUとの比較実験の結果から,生成されたCPUのハードウェア量は既存の汎用CPU(386,486など)と比較してかなり小さいため,CPUと周辺回路などのハードウェア量の配分を考慮することにより特定用途向きマイクロプロセッサの機能向上が可能である.また,PEAS-Iシステムは応用プログラムに適した命令セットとその実現方法を決定していると考えられる.したがって,PEAS-Iは特定の応用プログラムに対してハードウェアとソストウェアのバランスのとれたCPUの生成が可能であると考えられる.レジスタ数と命令セットのトレードオフを考慮したCPUのアーキテクチャの最適化およびCPUアーキテクチャを反映した最適化コンパイラの実現などは今後の課題である.
固相法による糖鎖の自動合成法の開発

本研究では汎用性のある糖鎖固相合成法を確立させ、その成果を基に糖鎖の自動合成法を開発することを目指した。糖鎖固相合成においては、ポリマーの不均一性のためにポリマー上でグリコシル化反応が均一には進行しないことが問題であり、二つの方法論でこの問題の解決を図った。まず未反応の受容体を含む混合物から目的の糖鎖のみを単離する方法として、ホスフィンを担持した固相樹脂を用いてアジド基を持つ化合物のみを釣り出す方法(Chemical Fishing法)を開発した。先に見出した4-アジド-3-クロロベンジル基を用いることにより、イミノホスホランを介して固相に結合させた化合物をDDQ酸化によって切り出すことができる。オリゴ糖エリシターの固相合成にこの方法を適用した。固相上で糖鎖を伸長させた後、糖鎖を切り出してChemical Fishingを行って保護五糖とした後、接触還元を行って目的のGlcβ1-3Glcβ1-3(Glcβ1-6)Glcβ1-3Glcの合成を完成した。第二の解決策は反応性の高い部位を選択する方法である。新規アルキニルメチルグリコシドリンカーあるいはアルキンエステル型のリンカーを考案し、薗頭反応により基質を固相に導入することで、固相上の反応性の高い場の選択が可能であることを見出した。これらのリンカーはCo_2(CO)_8を作用させてアルキン-コバルト錯体を形成させた後にTFAを作用させることで容易に切断でき、後者に関してはアルカリ加水分解によっても切断される。反応部位の選択により固相上でも定量的に反応が進行することを見出し、糖鎖固相合成を行う上での最も基本的な問題を解決した。さらに汎用の自動合成機を用いた糖鎖の自動合成についても検討し、特別な付帯設備を用いることなく、十分に糖鎖の自動合成が可能であることがわかった。我々は多孔質ポリスチレンを固相担体に用いることで糖鎖固相合成の基本的な方法論を確立させた。そこで一般的な糖鎖固相合成法の確立を目指し、より複雑な糖鎖として高等植物の生体防御系を活性化するエリシターGlcβ1-3Glcβ1-3(Glcβ1-6)Glcβ1-3Glcへの適用を検討した。合成は完了していないが、申請者が開発したクロロアジドベンジル基を用いた水酸基の保護法を利用した糖鎖固相合成法を確立した。シアロルイスX糖鎖合成の過程で、糖鎖を固相に結合させる新規なリンカーとしてアルキニルメチルオキシリンカーを見出した。糖鎖固相合成のための担体として多孔質ポリスチレンに加え、Chiron社の表面加工ポリスチレン樹脂であるランターンも優れていることがわかった。現在汎用の固相自動合成機を用いた糖鎖合成について検討している。我々は以前に水酸基の保護基としてクロロアジドベンジル基を開発している。この保護基はトリフェニルホスフィンを作用させた後にDDQ酸化することで速やかに除去されるだけでなく、アジド基の赤外の特性吸収を測定することで、固相上での反応進行を追跡できるので、糖鎖固相合成に有用である。昨年度から複雑な糖鎖として高等植物の生体防御系を活性化するエリシターGlcβ1-3Glcβ1-3(Glcβ1-6)GlcB1-3Glcへの固相合成を検討してきたが、今年度はその合成に成功した。

またこの研究においてアジド基と固相に導入したトリフェニルホスフィンとの反応を利用し、クロロアジドベンジル基を有する化合物のみを固相に結合させた後、次いで固相から切り出すことで目的糖鎖のみを選択的に精製する手法を見出した。糖鎖を固相に結合させる新規なリンカーとしてアルキニルメチルオキシリンカーを見出していた。このリンカーはCo_2(CO)_8を作用させた後にTFAを作用させることで切断される。今年度はより切断されやすいアルキニルメチルエステル型のリンカーを用いた糖鎖固相合成に成功した。この研究過程において固相上で薗頭反応を行うと、固相上の反応性の高い部位にのみにおいて反応が進行することを見出し、これを用いて反応性の高い部位を抽出できることを見出した。現在一般的な糖鎖固相合成法の確立を目指し、シアロルイスX糖鎖合成の研究ならびに汎用の固相自動合成機を用いた糖鎖合成について検討している。糖鎖固相合成においては、ポリマーの不均一性のためにポリマー上で反応が均一には進行しないことが問題であり、本年度はこの問題の解決に集中した。未反応の受容体を含む混合物から目的の糖鎖のみを単離する方法として、ホスフィンを担持した固相樹脂を用いてアジド基を持つ化合物のみを釣り出す方法(Chemical Fishing法)を開発した。先に見出した4-アジド-3-クロロベンジル基を用いることにより、イミノホスホランを介して固相に結合させた化含物をDDQ酸化によって切り出すことができる。オリゴ糖エリシターの固相合成にこの方法を適用した。固相上で糖鎖を伸長させた後、糖鎖を切り出してChemical Fishingを行って保護五糖とした後、接触還元を行って目的のGlcβ1-3Glcβ1-3(Glcβ1-6)Glcβ1-3Glcの合成を完成した。第二の解決策は反応性の高い部位を選択する方法である。昨年度は新規アルキニルメチルグリコシドリンカーを用い、薗頭反応により基質を固相に導入することで、固相上の反応性の高い場の選択が可能であることを見出した。このリンカーを切断すると1位が遊離となるので、切断後も1位を保護した形で単離ができるように、本年度はアルキンエステル型のリンカーを用いた.このリンカーはCo_2(CO)_8を作用させてアルキン-コバルト錯体を形成させた後にTFAを作用させるか、あるいはアルカリ加水分解によって切断される。プロパルギルエステルを有する糖受容体と4-ヨード安息香酸を導入しておいた固相担体との間で薗頭反応を行い、糖受容体を固相担体へ導入した。続いて種々の糖供与体を用いてグリコシル化を行い、二糖へと導いた。アルカリ条件下で処理することで切断し、目的の二糖を定量的に得た。二糖から三糖へのグリコシル化も定量的に進行することを見出した。
ゲノム医療を目指した網羅的coding variant解析による機能的多型の同定

近年の大規模なゲノム解析によって、様々な疾患感受性遺伝子が次々と明らかとなっているが、日本人での検証や機能的意義の解明、さらに医療応用がまだ十分に進んでいない。本研究では、約17万人の日本人症例を用いて、coding variantを対象とし、1117疾患、258の血液生化学検査値、さらに3生命予後・死因について、網羅的ゲノム解析を実施することで、上記の問題点を克服しゲノム医療の実現へ向けた基盤情報を構築することを目指す。我々の研究成果は、ゲノム解析による疾患ハイリスク群の同定や個別化検査の実施などのゲノム医療の実現、さらには健康長寿社会の実現のための基盤情報となると期待される。
歯槽骨の骨構造変化を指標とした骨粗鬆症診断法の開発　―歯科臨床からのアプローチ―

下顎片側臼歯部が欠損している高齢女性の下顎骨を歯科用コーンビームCTで撮像し、海綿骨の形態計測データと踵骨骨密度および血液中の骨代謝マーカーの間に関連性があるかどうかを検索した。下顎骨骨梁構造の骨梁形態に関係するパラメータは、踵骨の骨密度と有意な強い相関を示した。また下顎骨のデータのうち、下顎骨の骨梁表面積、骨梁数、骨梁交点数、骨梁末端数が、骨吸収マーカーであるTRACP-5bとの有意な相関性を示した。以上より、下顎骨の海綿骨骨梁の形態は踵骨骨密度と、骨梁の連結性は骨吸収マーカーと呼応していることが示された。下顎骨の骨梁構造の骨形態計測データを用いた骨粗鬆症診断が実現可能であることが示された。今年度においては、歯科用コーンビームCT装置の故障により同装置を使用することができない期間が比較的長期間あった。さらに外来診療棟の引っ越しに伴い、歯科用コーンビームCT装置は新しい別機種へと替わり、その切り替えにも一定の時間を要した。そのため、昨年度に終了していた乾燥頭蓋骨を用いたシュミレーションを再度行う必要性が生じ、乾燥頭蓋骨を用いてファントム撮像を行い、像の歪みと解像度のチェックを行った。新しい歯科用コーンビームCT装置は、解像度に優れ、像の歪みも少なく、前機種よりもX線被曝量が少ない。しかし、被験者へのX線被曝による悪影響は極力避けなければならないことを考慮すると、研究プロトコールの見直しを余儀なくされた。検討の結果、被験者を75歳以上の女性に限定することにし、X線被曝の実効線量を極力少なくすることにした。この変更後の研究プロトコールで、新潟大学倫理委員会での承認を得ることができた。また、歯科用コーンビームCT装置の修理と入れ替えの間、臨床データを収集することができなかったため、その間に昨年度に撮影をした1ケースにおける歯槽骨CT画像と組織像を詳細に解析し、ケースレポートとして国際誌に論文発表した。その結果、全身の骨代謝状況が、数種の顎骨の骨梁構造パラメータと呼応をしていることが示唆された。このデータをさらに確定的なものとするためには、今後さらにケース数を増やす必要である。歯科用コーンビームCT装置(以下、歯科用CBCT装置)を用いた撮影の術式確認、撮影条件の決定までを行うことができた。以下、2例の被験者について収集したデータから得られた所見を記す。正中近辺の右中切歯部矢状断面の画像は、上下の顎骨のみならず、頸椎を広い断面積で映し出すことができ、内部の骨梁構造も検出できた。これに比較し、犬歯部の矢状断面では、椎骨へのプロジェクション範囲が著しく狭くなっていた。歯科用CBCT画像は、高解像度マイクロCT装置の画像と比較すると解像度は低いが、通常の医療用CT画像と比較すれば、数段に高解像度で骨構造が表されており、歯科用CBCTの解像度は、骨梁構造を描出可能であることが示された。下顎基底骨内部には、太い骨梁がネットワーク状に連結している構造が明瞭に認められたが、上顎骨は、今回の画像においては、骨梁構造を詳細に検出することはできなかった。したがって、歯科用CBCT装置の解像度では、上顎骨においては、正確に骨梁構造を描出することは不可能であることが明らかとなった。これらの結果から、今後、対象としていくには、骨梁が太い下顎骨のほうが適していることになる。また、通常の歯科臨床における撮影領域の中に、頸椎が含まれることも明らかとなった。正中部を検索対象とした場合には、かなりの面積の頸椎が対象内に含まれるため、関心領域としては正中部が望ましく、これにより、豊富な海綿骨を対象とした微細骨梁構造の検索が可能となろう。通常の骨粗鬆症診断は、腰椎の骨密度を用いて行われているが、同じ椎骨について詳細な微細骨梁構造を検索できれば、骨粗鬆症と関連したより微細な変化を把握することができることが期待されるとともに、そのごく微細な骨梁構造の変化をより早期に捉える事が出来る可能性が考えられ、来年度の課題としたい。新潟大学倫理委員会の承認を受けるための準備を行ったが、X線被曝量の考慮が必要であることを指摘され、被験者を75歳以上の高齢者に変更することを検討中である。また今年度の第一の研究目的であった、歯科用コーンビームCT装置の撮影手法を確認することに関しては、乾燥頭蓋骨を用いてファントム撮影の検討を行った。

乾燥頭蓋骨の下顎骨部分を異なる2方向から歯科用コーンビームCTで撮影し、得られた3次元構築画像を比較検討した結果、方向を変えて撮像した3次元構築骨梁構造には、方向性の違いによる歪みが生じていないことが検証された。さらに、同一の頭蓋骨を歯科用コーンビームCT装置で撮影した。得られた乾燥頭蓋骨の微細骨構造を、高解像度マイクロCT装置により撮像された3次元微細構築画像と比較した結果、両者には明らかに解像度の相違があることが明らかとなり、これらの結果が3次元骨形態計測の計測値に与える影響について検討を開始した。さらにこれまでに歯科用コーンビームCT装置で撮影された臨床データを数例解析し、ヒト下顎歯槽骨の骨梁構造の検索を行い、乾燥頭蓋骨から得られた3次元構築歯槽骨骨梁構造と比較したところ、ヒトの歯槽骨では、バックグラウンドが不規則に高くなっており、皮膚組織が少なからず影響を与えることが明らかとなり、この影響を明らかにするために、今年度購入した3次元骨形態計測ソフトウエアを用いて詳細な検討を開始した。被験者は、新潟大学医歯学総合病院義歯診療科を受診中で、本研究の主旨に意され、下顎片側の小臼歯部から大臼歯部にかけて歯が欠損している75歳以上の女性患者10名をとした。歯科用コーンビームCT装置(以下CBCT)を用いて片側下顎骨のオトガイ孔を含む下顎小臼歯から大臼歯部を撮像した(解像度0.1mm、撮像範囲直径50mm)。採血により血液の生化学的検査および骨代謝マーカーの検査を行い、超音波式骨密度装置を用いて右足の踵骨骨密度を測定した。CBCTより得られたスライスデータは、画像解析ソフトウエアにて3次元立体構築をし、微細骨梁構造を観察するとともに、3次元骨形態計測および骨梁構造計測を行った。これら顎骨から得られた計測値と、骨代謝マーカーおよび踵骨の骨密度との相関関係について重回帰分析、順位相関係数を用いて統計学的有意性の有無を検索した。踵骨骨密度データでは、骨粗鬆症2名、骨量減少7名、正常1名であった。血液の生化学データでは骨吸収マーカーのTRACP-5bが亢進している者が6名で、うち3名は骨形成マーカーであるucOCも更新しており骨代謝回転の亢進が疑われた。下顎骨の各骨形態計測データと踵骨骨密度データの相関を検索したところ、下顎骨の骨量は踵骨の骨密度との相関性を有していなかったが、骨梁表面積、骨梁幅、骨パターンファクターは、踵骨骨密度との間に比較的弱い相関を、骨梁構造モデル指数、スターボリュームといった骨梁の形態に関係するパラメータは有意な強い相関を示した。一方、下顎骨のデータと骨吸収マーカーであるTRACP-5bとの相関を検索したところ、下顎骨の骨梁表面積、骨梁数、骨梁間隙のほか、骨梁同士の連結性を表す骨梁交点数、骨梁末端数が、TRACP-5bとの有意な相関性を示した。以上より、下顎骨の海綿骨骨梁の形態は踵骨骨密度と、骨梁の連結性は骨吸収マーカーと呼応していることが示された。歯科補綴学今年度予定していた、新潟大学倫理委員会の承認を得ることができた。しかし、歯科用コーンビームCT装置の故障により同装置を使用することができない期間があった上、外来診療棟の引っ越しに伴い、本学の歯科用コーンビームCT装置は新しい別機種へと替わったため、被験者の協力を得てヒトの顎骨を撮像することができなかった。しかし、一方で、昨年得たデータをケースレポートにまとめることができたことは一定の成果と言える。歯科用コーンビームCTの機種変更があり、一時、コーンビームCT撮影のキャリブレーションや、ファントム撮影を行わなければならなかったため、研究進度の遅延を招いてしまった。当初、今年度中に倫理委員会の承認を得る予定であったが、被曝量が問題を指摘され、再検討を余儀なくされている。
発生期で変動パターンが異なるスルメイカ資源変動機構の解明

本研究では,本種の秋および冬発生群の示す資源変動パターンが,"再生産時期の秋から冬にかけての冷却の進行と,経年的な冬季の冷却強度が卵塊・ふ化幼生の生残に影響する"との見地に立ち,スルメイカの資源変動のメカニズムを解明することを目的として実施した.今年度では,これまでのスルメイカの生活史における知見(ふ化幼生の正常遊泳水温範囲,産卵海域の水深,海洋構造との関係)を基に,衛星画像,気象データ,海底地形データより,スルメイカ幼生の生残海域を,地理情報システム(GIS)の手法を用いて,主産卵場である東シナ海における,10月から3月までの当該海域の空間的,時間的な変化を解析した。今年度では,さらに精度を上げるために気象庁が作成した衛星画像再解析データ(MGDSST)を用いた。その概略は・東シナ海では,10月から3月にかけて季節風の速度の増加とともに気温が下がり,海面を冷却している。・ふ化幼生の生残可能海域は,秋生まれ群が発生する10月から11月までは対馬暖流の影響下の東シナ海の陸棚上にあり,冬生まれ群が発生する1月から3月までは,黒潮が卓越する黒潮の影響下にある。・秋生まれ群,冬生まれ群は,対馬暖流と黒潮の二つの輸送経路に分かれるかを解明。・結果的に,本種はこの輸送経路の切り替わりによって,生残に不適な生物・物理環境への輸送,索餌,被食などを分散させる,bed-hedging戦略をとっていることが明らかになった。これからのことから,秋生まれ群は相対的に生産力が低いが変動が小さい日本海へ,冬生まれ群は,変動が生産力は高いが変動の大きな太平洋側へと輸送されることによりその変動パターンが異なることが明らかになった。本成果は只今,国際雑誌に投稿中である。本研究では,本種の秋および冬発生群の示す資源変動パターンが,"再生産時期の秋から冬にかけての冷却の進行と,経年的な冬季の冷却強度が卵塊・ふ化幼生の生残に影響する"との見地に立ち,スルメイカの資源変動のメカニズムを解明することを目的として実施した.今年度では,これまでのスルメイカの生活史における知見(ふ化幼生の正常遊泳水温範囲,産卵海域の水深,海洋構造との関係)を基に,衛星画像,気象データ,海底地形データより,スルメイカ幼生の生残海域を,地理情報システム(GIS)の手法を用いて(米国海洋大気庁アラスカ漁業センターにて解析方法を検討した),主産卵場である東シナ海における,10月から3月までの当該海域の空間的,時間的な変化を解析した.その結果,東シナ海では,10月から3月にかけて季節風の速度の増加とともに気温が下がり,海面を冷却していることが明らかになった.さらに,ふ化幼生の生残可能海域は,秋生まれ群が発生する10月から11月までは対馬暖流の影響下の東シナ海の陸棚上にあり,冬生まれ群が発生する1月から3月までは,黒潮が卓越する黒潮の影響下にあった.これによって,なぜ秋生まれ群,冬生まれ群は,対馬暖流と黒潮の二つの輸送経路に分かれるのかが明らかになった.結果的に,本種はこの輸送経路の切り替わりによって,生残に不適な生物・物理環境への輸送,索餌,被食などを分散させる,bed-hedging戦略をとっていることが明らかになった.本研究では,本種の秋および冬発生群の示す資源変動パターンが,"再生産時期の秋から冬にかけての冷却の進行と,経年的な冬季の冷却強度が卵塊・ふ化幼生の生残に影響する"との見地に立ち,スルメイカの資源変動のメカニズムを解明することを目的として実施した.今年度では,これまでのスルメイカの生活史における知見(ふ化幼生の正常遊泳水温範囲,産卵海域の水深,海洋構造との関係)を基に,衛星画像,気象データ,海底地形データより,スルメイカ幼生の生残海域を,地理情報システム(GIS)の手法を用いて,主産卵場である東シナ海における,10月から3月までの当該海域の空間的,時間的な変化を解析した。その概略は,・東シナ海では,10月から3月にかけて季節風の速度の増加とともに気温が下がり,海面を冷却している・ふ化幼生の生残可能海域は,秋生まれ群が発生する10月から11月までは対馬暖流の影響下の東シナ海の陸棚上にあり,冬生まれ群が発生する1月から3月までは,黒潮が卓越する黒潮の影響下にある・秋生まれ群,冬生まれ群は,対馬暖流と黒潮の二つの輸送経路に分かれるかを解明。・結果的に,本種はこの輸送経路の切り替わりによって,生残に不適な生物・物理環境への輸送,索餌,被食などを分散させる,bed-hedging戦略をとっていること。これらの結果は,現在,国際雑誌Marine Biologyに投稿し,現在査読中である。また,本結果にくわえ,本種の秋生まれ群の産卵期には近年,大型クラゲが異常発生し,本種の幼生を捕食している可能性が考えられる。今後,大型クラゲもよる捕食圧も考慮に入れ,一般加法モデルを用いて本種の資源変動のメカニズムを解明する計画である。

本研究では,本種の秋および冬発生群の示す資源変動パターンが,"再生産時期の秋から冬にかけての冷却の進行と,経年的な冬季の冷却強度が卵塊・ふ化幼生の生残に影響する"との見地に立ち,スルメイカの資源変動のメカニズムを解明することを目的として実施した.今年度では,これまでのスルメイカの生活史における知見(ふ化幼生の正常遊泳水温範囲,産卵海域の水深,海洋構造との関係)を基に,衛星画像,気象データ,海底地形データより,スルメイカ幼生の生残海域を,地理情報システム(GIS)の手法を用いて,主産卵場である東シナ海における,10月から3月までの当該海域の空間的,時間的な変化を解析した。今年度では,さらに精度を上げるために気象庁が作成した衛星画像再解析データ(MGDSST)を用いた。その概略は・東シナ海では,10月から3月にかけて季節風の速度の増加とともに気温が下がり,海面を冷却している。・ふ化幼生の生残可能海域は,秋生まれ群が発生する10月から11月までは対馬暖流の影響下の東シナ海の陸棚上にあり,冬生まれ群が発生する1月から3月までは,黒潮が卓越する黒潮の影響下にある。・秋生まれ群,冬生まれ群は,対馬暖流と黒潮の二つの輸送経路に分かれるかを解明。・結果的に,本種はこの輸送経路の切り替わりによって,生残に不適な生物・物理環境への輸送,索餌,被食などを分散させる,bed-hedging戦略をとっていることが明らかになった。これからのことから,秋生まれ群は相対的に生産力が低いが変動が小さい日本海へ,冬生まれ群は,変動が生産力は高いが変動の大きな太平洋側へと輸送されることによりその変動パターンが異なることが明らかになった。本成果は只今,国際雑誌に投稿中である。
医療チームの機能と心理的問題に関する実証的研究-チーム医療評価尺度の開発と臨床応用-

対象と方法神奈川県西部に位置する4つの単科精神病院の医療スタッフを対象にチーム医療評価尺度への回答を依頼した。課題遂行のための情報(医学情報、情緒、ニーズ)の処理、集団維持のための情報(スタッフ情報、情緒、ニーズ)の処理、上司からの支持、医師からの支持、コミュニケーション、教育、身体的疲労感、精神的疲労感、退行的集団心理といった下位尺度とチーム医療との相関関係を調査した。次に13の下位尺度を独立変数、チーム医療度を従属変数として重回帰分析を施行した。結果A病院は125名、B病院は69名、C病院は97名、D病院は40名の合計331名(医師31名、看護スタッフ239名、その他の医療スタッフ61名)の医療スタッフから回答を得た。チーム医療度は、患者や家族の情報の処理(相関係数=0.68)、ニーズの処理(0.67)、情緒の処理(0.66)、集団の情報の処理(0.68)、集団のニーズの処理(0.69)、集団の情緒の処理(0.61)と高い正の相関を示した。また教育と高い相関(0.71)を示した。医師の支持との相関(0.61)が上司の支持(0.46)との相関よりも高かった。身体的疲労(-0.37)、精神的疲労(-0.33)、退行的集団心理(-0.57)とは負の相関を示した。重回帰分析(増加ステップワイッズ)の結果、寄与率62%の回帰式が得られた。変数と回帰係数は教育(0.22)、患者と家族の要求の処理(0.18)、医師の支持(0.16)、コミュニケーション(0.1)、集団に関する情報の処理(0.07)、身体的疲労(-0.046)であった。考察チーム医療が円滑に営まれているいくためには、医療行為や看護行為などの課題遂行のための情報処理に加え、集団維持するための情報処理が円滑に機能していることが重要である。それに加え、医師からの医療スタッフへの支持と教育的な関与が重要になる。また疲労感や退行的集団力動を軽減させるような配慮が必要になることが理解できた。対象と方法本年度は、67項目から構成されるチーム医療評価尺度の作成と予備調査を実施した。A病院(4病棟210床の単科精神病院)とB病院(3病棟163床の総合病院の)医師、看護スタッフ、コメディカルを対象とした。前者からは69名、後者からは107名の回答を得た。結果A病院では、慢性期病棟において患者の感情やニーズの処理が高く、カンファレンスや教育が有効に機能している長期療養型の病棟では退行的な集団心理が低い傾向を認めた。退行的な集団心理には課題遂行(-.52)、集団維持(-.36)、上司リーダーシップ(-.40)、教育と指導(-.28)が負の相関を示し、精神的疲労感(.47)は正の相関を示した。チーム医療度を従属変数とし他の下位項目を独立変数として分析を行うと、奇与率0.66、課題遂行総合得点(0.26)、集団維持総合(0.38)、医師リーダーシップ(0.17)、教育と指導(0.11)、身体的疲労(-0.09)、精神的疲労(-0.12)からなる重回帰式が形成された。B病院では、移植医療が行われている病棟において、課題遂行が有意に高かった。退行的な集団心理には、課題遂行(-.42)、上司リーダーシップ(-.27)、医師リーダーシップ(-.41)、コミュニケーション(-.26)、教育と指導(-.40)が負の相関を示し、精神的および身体的疲労感(.58,.40)は正の相関を示した。チーム医療度を従属変数とし他の下位項目を独立変数として分析を行うと、寄与率0.67、課題遂行総合得点(0.4)、上司リーダーシップ(0.25)、医師リーダーシップ(0.15)、コミュニケーション(0.1)、身体的疲労(-0.15)からなる重回帰式が形成された。考察両病院とも病棟の特性により、処理される情報や退行的集団心理が異なっていた。退行的な集団心理には上司や医師のリーダーシップが影響し、スタッフ個人の疲労感もそれに影響を受けることが示唆された。課題遂行、リーダーシップ、集団維持が高いほど、チーム医療の認識度が高まることが理解できた。

チーム医療度は、患者や家族の情報の処理(相関係数=0.68)、ニーズの処理(0.67)、情緒の処理(0.66)、集団の情報の処理(0.68)、集団のニーズの処理(0.69)、集団の情緒の処理(0.61)と高い正の相関を示した。また教育と高い相関(0.71)を示した。医師の支持との相関(0.61)が上司の支持(0.46)との相関よりも高かった。身体的疲労(-0.37)、精神的疲労(-0.33)、退行的集団心理(-0.57)とは負の相関を示した。重回帰分析(増加ステップワイッズ)の結果、寄与率62%の回帰式が得られた。変数と回帰係数は教育(0.22)、患者と家族の要求の処理(0.18)、医師の支持(0.16)、コミュニケーション(0.1)、集団に関する情報の処理(0.07)、身体的疲労(-0.046)であった。考察チーム医療が円滑に営まれているいくためには、医療行為や看護行為などの課題遂行のための情報処理に加え、集団維持するための情報処理が円滑に機能していることが重要である。それに加え、医師からの医療スタッフへの支持と教育的な関与が重要になる。また疲労感や退行的集団力動を軽減させるような配慮が必要になることが理解できた。
血管内皮及び平滑筋プロスタグランジン受容体とこれを介する収縮弛緩機構の研究

本年度は、昨年度に引続いてプロスタノイド受容体のcDNAクローニングと低分子量GTP結合蛋白質rhoの細胞内機能の解析を行った。1.プロスタノイド受容体のcDNAクローニングa.プロスタグランジンE受容体EP_3サブタイプ昨年度に発見したEP_3受容体について再度スクリーニングを行い、この受容体mRNAのalternative splicingによりいくつかの分子アイソフォームが生じること。これらのアイソフォームは同一の膜貫通部位をもつがカルボキシ末端の尾部のみが異なること、この差によってG蛋白質とのカプリングの効率や脱感作に対する反応性の差が生じることを明らかにした。b.プロスタグランジンE受容体EP_2サブタイプEP_3受容体cDNAをプローブするホモロジースクリーニングにより新しいPGE受容体cDNAを得た。この受容体は、PGEに特異的で結合によりcAMPの増加を来たすことにより、PGE受容体中のEP_2サブタイプであろうと推定された。2.低分子量GTP結合蛋白質rhoの細胞内機能の研究血小板,リンパ球,3T3細胞及び海産動物卵で、rho蛋白を特異的に不活化するボツソヌスC_3酵素を用いてその細胞内機能を解析した。その結果、rho蛋白質が血小板やリンパ球の活性化に伴い活性化され、これらの細胞のインテグリンを活性化して細胞接着の亢進やアクチンファイバーの形成をおこすことが明らかとなった。また、rhoの活性化がCキナーゼの下流にあることも明らかとなった。また、3T3細胞では細胞接着を生理的に制御することにより足場依存性の増殖の調節をしていることが明らかとなった。更に、ウニ卵を用いた実験より、rhoが細胞分裂の際の収縮環の形成に関与していることも明らかとなった。
人工細胞膜を目指した安定なナノ構造分子膜構築に関する研究

新規に開発したホスホリルコリン誘導体分子を電極基板上に単分子膜形成させ、膜タンパクなどの生体分子を捕捉し安定に機能発現しうる、生体膜類似のナノ構造分子膜を構築した。金(Au)単結晶電極上に構築したナノ構造分子膜は、ホスホリルコリン部位がかなりかさ高く、ホスホリルコリン系分子はダブルストライプ状の配列構造を有した単分子膜であることが判明した。このナノ構造分子膜内に膜タンパク補足用リンカー分子を均一分散させることで、膜タンパクであるユビキノンを比較的再現性良く膜内に導入可能であることが分かった。本研究は、生体脂質分子の構造的類似性をもつ表面修飾材料として新規に開発したホスホリルコリン系分子を電極基板上に単分子膜形成させ、膜タンパクなどの生体分子を捕捉し安定に機能発現しうる、生体膜類似のナノ構造分子膜を構築することを目的としている。平成22年度は、一連のホスホリルコリン誘導体について、金(Au)電極、カーボン(C)電極、シリコン(Si)電極等の各種電極表面上にナノ構造分子膜を構築し、その膜としての基本特性を検討した。Au電極表面では、チオール基を介した結合により電極上にナノ構造分子膜を構築でき、その表面濃度は約5×10^<-10>mol/cm^2で、ホスホリルコリン基がない分子膜よりも約30%ほど表面濃度が低いことが判明した。このことは電気化学STMを用いた溶液中での直接表面構造解析で示された膜分子のダブルストライプ状配列の結果とも一致し、ホスホリルコリン部位のかさ高さを反映したものであることが分かった。カーボン電極表面への膜構築では、表面結合基としてアジド基、ジアゾニウム基を有するホスホリルコリン誘導体分子を検討し、アジド基は光化学反応で、ジアゾニウム基は電気化学的還元反応により表面結合を形成させ、安定なナノ構造分子膜を構築できることが分かった。また、シリコン基板上へはエトキシシラン基を導入したホスホリルコリン誘導体がナノ構造分子膜の構築に有効であることが分かった。一方、より安価で汎用性の高い基板として、銅(Cu)原子を原子レベルで被覆したAu-Cu電極、Au-Ni合金電極について検討し、電気化学的還元析出法により作製するとナノ構造分子膜を構築しうる原子レベルで平滑な基板表面を調製できることが分かった。以上の結果は、一連のホスホリルコリン誘導体が各種基板表面上で安定なナノ構造分子膜を形成可能であることを示しており、膜タンパクの非変性的導入に向けて必要不可欠な膜の基本特性の一端が明らかとなった。本研究は、表面修飾材料として新規に開発したホスホリルコリン系分子を電極基板上に単分子膜形成させ、膜タンパク等の生体分子を捕捉し安定に機能発現しうる、生体膜類似のナノ構造分子膜を構築することを目的としている。チオール基等を介した結合形成により電極上での膜構造の安定化を図り、膜の集積状態の解析、膜を介した物質移動や電子移動反応を解析する。膜の基本特性の評価および膜構造の分子レベル解析により、膜タンパクを非変性的かつ安定に補足しうるナノ構造分子膜の詳細を検討し、ホスホリルコリン系分子による人工細胞膜の構築を目指している。平成23年度は、高純度金属線を火炎溶融して作製した原子的に平滑なAu単結晶電極(Au(111))上に、新規に開発した一連のホスホリルコリン誘導体のナノ構造分子膜を構築して、膜の基本構造、すなわち、膜の密度、分子配列や配向等についての評価を行った。これにより、ホスホリルコリン部位がアルキル鎖に比べてかなりかさ高いこと、そのためホスホリルコリン系分子はダブルストライプ状の配列構造を有している可能性が高いこと、その表面濃度は約5×10^<-10>mol/cm^2程度あること等が判明し、ホスホリルコリン系分子が電極表面に形成するナノ構造分子膜の基本構造が概ね明らかになった。一方、膜タンパクのナノ構造分子膜内への導入時には、膜タンパクが膜内から消失しないよう、ある程度膜内に固定する必要性が生じる。そのためには膜タンパクの補足のためのリンカー分子を適宜用いる予定であるが、このリンカー分子の電極表面での固定化状態を検討したところ、極めて緻密に固定化されることが分かった。このことはホスホリルコリン系分子によるナノ構造分子膜内に膜タンパク補足用のリンカー分子を分散させることが可能であることを示唆しており、膜タンパクの非変性導入に向けて重要な技術要素の一端が明らかになった。

チオール基等を介した結合形成により電極上での膜構造の安定化を図り、膜の集積状態、膜を介した物質移動や電子移動反応等、膜の基本特性の評価および膜構造の分子レベル解析により、膜タンパクを非変性的かつ安定に補足しうるナノ構造分子膜の詳細を検討し、ホスホリルコリン系分子による人工細胞膜の構築を試みた。新規に開発した一連のホスホリルコリン系分子について原子的に平滑なAu単結晶電極(Au(111))上にナノ構造分子膜を構築し、膜の基本構造、すなわち、膜の密度、分子配列や配向等についての評価を行った。これにより、ホスホリルコリン部位がアルキル鎖に比べてかなりかさ高いこと、そのためホスホリルコリン系分子はダブルストライプ状の配列構造を有している可能性が高いこと、その表面濃度は約5×10-10 mol/cm2程度あること等が判明し、ホスホリルコリン系分子が電極表面に形成するナノ構造分子膜の基本構造が明らかになった。一方、膜タンパクのナノ構造分子膜内への導入時に用いる膜タンパクの補足固定用リンカー分子についても検討を行い、Au単結晶電極表面で極めて緻密な固定化状態であることが分かった。ホスホリルコリン系分子によるナノ構造分子膜内に膜タンパク補足用リンカー分子の分散を検討したところ、リンカー分子が約10%以下では混合分散はホスホリルコリン系分子のナノ構造分子膜が有する基本的な膜特性を損なわないことが分かった。また、膜タンパクとしてユビキノンを用いた検討では所定の条件で比較的再現性良く膜内への導入が可能であることから、膜タンパクの非変性導入におけるいくつかの重要な技術要素が明らかになった。これまでの検討結果から、ホスホリルコリン系分子が電極界面に形成するナノ構造分子膜の基本構造が概ね明らかになり、ホスホリルコリン系ナノ構造分子膜への膜タンパクの捕捉・導入を検討する条件が整いつつあると判断される。ツビッターイオン性のホスホリルコリン部位の界面構造の解明等、さらに精密な膜特性評価を行うとともに、ナノ構造分子膜内への非変性的かつ安定に捕捉・導入する諸条件を検討することにより、人工細胞膜構築に必要な要素を明らかにできると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。ホスホリルコリン系ナノ構造分子膜への膜タンパクの捕捉・導入について、ユビキノンあるいはグラミシジン等を導入タンパクとして用い、補足・導入の諸条件を検討する。これらの導入タンパクは中央に分子レベルの細孔(チャネル)を有していることから、細孔を介した物質移動を電気化学計測により検証し、ナノ構造分子膜内での物質透過性を評価する。ホスホリルコリン系ナノ構造分子膜の微細構造と、物質透過性、電気化学特性等、膜の基本特性との因果関係を分子レベルで評価し、人工細胞膜構築に必要な要素を明らかにする。