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カーボンナノチューブによるX線ファイバにおけるナノメートル電磁波伝送の基礎的研究

カーボンナノチューブによるX線ファイバにおけるナノメートル電磁波の伝送の基礎研究として、理論的検討および実験装置の整備を行い、以下の良好な成果が得られた。1.カーボンおよびモリブデン原子から構成されるフォトニック結晶導波路の理論的検討カーボン原子およびモリブデン原子からなる結晶においてナノメートル電磁波に対する導波路構成材料としての反射特性を評価するため、フォトニック結晶としてのバンドギャップ特性および波数ベクトルの向きに依存した周波数分散特性を平面波展開法を用いることにより理論的に明らかにした。その結果、局所的ではあるが反射特性が得られるバンドギャップが存在することを明らかにし、ナノメートル電磁波の導波路構成の可能性を示した。バンドギャップ幅は、TE波およびTM波によって異なるが、その帯域幅はTHzのオーダーになることを示した。2,カーボンナノチューブからなるX線導波路の検討カーボン原子からなるフォトニック結晶におけるX線伝送特性をカーボンナノチューブ構造のX線導波路へ応用するための基礎検討を行った。3.曲面端面をもつ集束性導波路型レンズ素子の理論的検討X線導波を実現するために曲面端面をもつ集束性導波路型レンズ素子におけるナノメートル電磁波の電磁界特性の理論的検討を行なった。とくに、空間伝搬ビーム波と集束性屈折率分布型導波路の境界曲面における境界値問題として伝送特性を明らかにした。この理論解析結果に基づいて損失の小さなX線ビーム導波系の設計が可能になる。4.単層カーボンナノチューブ合成装置の作成単層カーボンナノチューブをレーザ蒸発法により合成するための装置を、セラミック電気管状炉、管状炉対応温度コントローラ、ディジタルマノメータ、石英管、油回転ポンプ、ピラニー真空計、スピードコントロールルータ、チャンバーおよびYAGパルスレーザ装置を用いて構成し、基礎実験を行った。5,微細加工用微動装置の作成カーボンナノチューブを基板上に選択的に成長させるために、試料加工およびパターニング用のPC駆動微動装置を作成した。カーボンナノチューブのナノメートル電磁波の導波特性については、さらに理論的および実験的に検討を行っていく必要があるが、この成果をもとに、導波路実現の研究展開が可能となった。カーボンナノチューブによるX線ファイバにおけるナノメートル電磁波の伝送の基礎研究として、理論的検討および実験準備を行い、以下の良好な成果が得られた。1.カーボンおよびモリブデン原子から構成されるフォトニック結晶の理論的検討カーボン原子およびモリブデン原子からなる結晶においてナノメートル電磁波に対する導波路構成材料としての反射特性を評価するため、フォトニック結晶としての特性および波数ベクトルの向きに依存した周波数分散特性を2次元周期構造における平面波展開法を用いることにより理論的に明らかにした。バンドギャップ幅はナノメートル電磁波のTE波およびTM波によって異なるが、その帯域幅はTHzのオーダーになることを示した。フォトニック結晶モデルに用いたカーボンおよびモリブデン原子の屈折率として、実験的に報告されている値を用いて評価した。2.カーボンナノチューブ中のX線導波特性の理論的検討カーボンナノチューブの解析モデルとしてカーボン原子が周期的に選んだ導波路構成において、有限差分時間領域(FDTD)法によりナノメートル電磁波の伝搬シミュレーションを行い、導波X線伝搬の様子を明らかにした。通常のナノチューブ構成のみではナノメートル電磁波の導波路閉じ込め効果は大きくないことがわかった。シミュレーションモデルに用いたカーボン原子の屈折率として、実験的に報告されている値を用いて評価した。3.単層カーボンナノチューブ合成装置の作成準備単層カーボンナノチューブをレーザ蒸発法により合成するための装置作成の準備として、セラミック電気管状炉、管状炉対応温度コントローラ、ディジタルマノメータ、石英管、油回転ポンプ、ピラニー真空計、スピードコントロールルータの準備を行い、また、合成炉に必要なチャンバー及びレーザ源について検討を行った。カーボンナノチューブのナノメートル電磁波の導波特性については、さらに理論的に検討を行っていく必要があるが、この成果をもとに、導波路実現の研究展開が可能となった。なお、研究組織に以下の変更があった。代表者:宮崎保光(工学部・教授;平成15年2月まで)、後藤信夫(平成15年2月から)分担者:後藤信夫(平成15年2月まで)、増田忠弘(工学部・助手;平成14年9月まで)、佐々木秀記(工学部・教務職員;平成14年11月まで)カーボンナノチューブによるX線ファイバにおけるナノメートル電磁波の伝送の基礎研究として、理論的検討および実験装置の整備を行い、以下の良好な成果が得られた。2.曲面端面をもつ集束性導波路型レンズ素子の理論的検討

X線導波を実現するために曲面端面をもつ集束性導波路型レンズ素子におけるナノメートル電磁波の電磁界特性の理論的検討を行なった。とくに、空間伝搬ビーム波と集束性屈折率分布型導波路の境界曲面における境界値問題として伝送特性を明らかにした。この理論解析結果に基づいて損失の小さなX線ビーム導波系の設計が可能になると考えられる。3.単層カーボンナノチューブ合成装置の作成準備単層カーボンナノチューブをレーザ蒸発法により合成するための装置を、セラミック電気管状炉、管状炉対応温度コントローラ、ディジタルマノメータ、石英管、油回転ポンプ、ピラニー真空計、スピードコントロールルータ、チャンバーおよびYAGパルスレーザ装置を用いて構成した。これにより単層カーボンナノチューブの合成が可能となった。カーボンナノチューブのナノメートル電磁波の導波特性については、さらに理論的に検討を行っていく必要があるが、この成果をもとに、導波路実現の研究展開が可能となった。カーボンナノチューブによるX線ファイバにおけるナノメートル電磁波の伝送の基礎研究として、理論的検討および実験装置の整備を行い、以下の良好な成果が得られた。1.カーボンおよびモリブデン原子から構成されるフォトニック結晶導波路の理論的検討カーボン原子およびモリブデン原子からなる結晶においてナノメートル電磁波に対する導波路構成材料としての反射特性を評価するため、フォトニック結晶としてのバンドギャップ特性および波数ベクトルの向きに依存した周波数分散特性を平面波展開法を用いることにより理論的に明らかにした。その結果、局所的ではあるが反射特性が得られるバンドギャップが存在することを明らかにし、ナノメートル電磁波の導波路構成の可能性を示した。バンドギャップ幅は、TE波およびTM波によって異なるが、その帯域幅はTHzのオーダーになることを示した。2,カーボンナノチューブからなるX線導波路の検討カーボン原子からなるフォトニック結晶におけるX線伝送特性をカーボンナノチューブ構造のX線導波路へ応用するための基礎検討を行った。3.曲面端面をもつ集束性導波路型レンズ素子の理論的検討X線導波を実現するために曲面端面をもつ集束性導波路型レンズ素子におけるナノメートル電磁波の電磁界特性の理論的検討を行なった。この理論解析結果に基づいて損失の小さなX線ビーム導波系の設計が可能になる。4.単層カーボンナノチューブ合成装置の作成単層カーボンナノチューブをレーザ蒸発法により合成するための装置を、セラミック電気管状炉、管状炉対応温度コントローラ、ディジタルマノメータ、石英管、油回転ポンプ、ピラニー真空計、スピードコントロールルータ、チャンバーおよびYAGパルスレーザ装置を用いて構成し、基礎実験を行った。5,微細加工用微動装置の作成
認知の社会・文化的基盤

文化と生得的な基盤との相互作用を包括的に明らかにするために、1.生理的感覚における社会・文化的差異の検討と、2.基礎的な知覚過程における社会・文化的差異の検討、および3.認知の文化的差異についてのメタ分析を行った。1.従来感情の研究において、生理的感覚は感情を規定する主要な要因の一つであることが示唆されてきた。しかし、生理的感覚が感情に与える影響は、社会・文化的文脈に依存する可能性が考えられる。そこで本研究では、顔面筋から感情へのフィードバック現象において文化差が見られるかどうかを検証した。実験の結果、アメリカ人は文脈に関わらず顔面筋からの情報を参照するのに対して、日本人は他者の目があるときのみに参照することが示唆された。2.さらに基礎的な知覚過程に対して文化が与える影響を探るために、顔知覚における文化的差異を検証した。顔知覚は従来、人間が進化の過程で獲得した比較的基礎的な知覚過程であることが示唆されてきた。しかし、顔の知覚も文化に依存している可能性が考えられる。本研究では、欧米人は東洋人に比べて、目や鼻の形などのパーツに注意を向けがちであることを実験を通して検証した。予備実験の結果から、仮説を支持する結果が得られた。3.一方、認知の様々なレベルにおいて文化的差異が見られることが、近年数々の研究において実証されてきたが、文化的差異の程度が認知処理のレベルに依存するのかについては議論されてきていない。そこで本研究では、認知の文化的差異を扱った過去の全ての実証的知見を対象としたメタ分析を行うことで、文化的差異の程度を規定する要因について検討してきた。予備的な分析から、認知処理のレベルによって文化的差異の程度が影響を受けないことが示された。ここから、生得的な資質と文化的影響とは切り離せず、認知処理のレベルに関わらず生得的・文化的両方の基盤に基づいていることが示唆されるだろう。
心臓微小管のｄｙｎａｍｉｃ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ制御機構の解明

心筋細胞は心臓自体の拍動というメカノストレスを常時受けていること、AMPKが局在する介在板は心臓でのメカノセンシングの場であることから、心臓でのAMPK活性がメカノストレスにより制御されているという仮説を立てた。この仮説を検証するため、これまでに拍動阻害剤MYK-461(MYK)により拍動を抑制した新生仔ラット心筋細胞を用いた実験を行い、細胞接着部位(介在板)へのAMPKの局在が心筋拍動によるメカノストレスによって制御されていることを明らかにしてきた。さらに、MYK処理により拍動を抑制した心筋細胞を観察する中で、生理的な表現型として個々の細胞面積が拡大している可能性を見出した。そこで、心筋細胞においてAMPKーCLIPシグナルが微小管の動的不安定性を調節することで細胞の形を制御していると仮説を立て、さらなる検討を行った。その結果、MYK処理により心筋細胞の細胞面積の有意な増加を認めた。さらに、この現象におけるAMPKによるCLIPの311番目のリン酸化の意義を検証するため、CLIP WT、CLIP S311A、及びCLIP S311Dを導入した心筋細胞において表現型を比較した。CLIP WTを発現させた心筋細胞では、拍動阻害により細胞面積が増加した。また、CLIP S311Aを発現させた心筋細胞は、MYKを処理せずとも細胞面積の増大が見られた。一方、CLIP S311Dを発現させた心筋細胞では、MYK処理による細胞面積の拡大が抑えられた。これらの結果から、細胞接着部位へのAMPKの局在およびAMPKによるCLIPのリン酸化が適切な細胞の大きさを保つために重要であり、AMPKがメカノセンシングの機能因子である可能性が示唆された。また、MYKを4時間処理した心筋細胞において、Controlと比較して微小管の構成分子であるα-Tubulinが増加していることを見出した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。心筋細胞におけるAMPKのメカノシグナルへの関与の検証心臓におけるAMPK活性は代謝系とは独立に高く維持されており、これまで知られているエネルギー枯渇状態での活性化とは異なる制御が想定された。この仮説を検証するため、拍動阻害剤により拍動を抑制した心筋細胞において、AMPK活性の指標であるリン酸化AMPKを免疫染色法により観察した。拍動阻害剤処理により心筋細胞ではリン酸化AMPKの減少が認められた。薬剤のWash outにより心筋細胞の拍動は再開し、リン酸化AMPKの介在板への局在が復活した。これらの結果から、介在板でのAMPK活性は心筋拍動によるメカノストレスによって制御されている可能性が示唆された。次に、メカノストレスのAMPK活性への影響をさらに検討するため、シリコンチャンバーに播種した心筋細胞に伸展刺激装置を用いて外部から人工的にメカノストレスを加える実験系を新たに構築した。これまでの研究で作製したAMPKによるリン酸化を受けないCLIP S311A mutant心臓特異的強制発現TGマウスを用いて、心毒性を持つドキソルビシンの投与による病態モデルを作製した。ドキソルビシンを投与したCLIP S311Amutantマウスでは、Controlに比べてさらなる心機能の悪化がみられた。さらに、ドキソルビシンを投与したCLIP S311Amutantマウスでは、心機能の低下だけでなく、線維化を伴う組織変性も認め、微小管のdynamic instability制御障害が心不全発症機序の一因となる可能性を示した。AMPKがメカノシグナルの機能分子である可能性を示し、更なる検証を進めている。また、トランスジェニックマウスを用いた解析により微小管のdynamic instability制御障害が心不全発症機序の一因となる可能性を示した。

これらの結果から、細胞接着部位へのAMPKの局在およびAMPKによるCLIPのリン酸化が適切な細胞の大きさを保つために重要であり、AMPKがメカノセンシングの機能因子である可能性が示唆された。また、MYKを4時間処理した心筋細胞において、Controlと比較して微小管の構成分子であるα-Tubulinが増加していることを見出した。生細胞内の特定の細胞小器官(細胞膜やミトコンドリアなど)でのAMPKの活性をライブで可視化し定量評価することができるFRETベースのAMPK活性バイオセンサーorganelle-specific ABKARを心筋細胞に発現させるためのアデノウイルスを作製した。現在、作製したABKARでAMPK活性を正確に測定できるかを検証している。今後は、伸展刺激装置とABKARを用いて、伸展刺激による心筋細胞でのAMPK活性の変化をライブで定量評価していく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
古代・中世熱田社の編年史料年表(稿本)の作成

熱田神宮で刊行されている『熱田神宮文書』『熱田神宮史料』の収載方針は、原則として熱田神宮・旧社家所蔵や旧蔵の原本・写本に限定されたものであり、蒐集範囲が狭く熱田社研究の基礎テキストとしては問題が多い。そこで古代・中世部分の解決策として、平成9年12年度にわたって本研究を行った。その結果、現在約1,100件のカード(約2,500枚)を作成し、史料原文以外は所定の項目(西暦・和暦・月日・出典・綱文・人名・地名・件名)にしたがってデータの入力を終えている。これらの項目から古代中世熱田社の基本的な史料年表を作成し、研究課題の稿本を完成させた。これによって、史料検索の上で熱田社および神社研究者のみならず、政治史・社会経済史研究者にもある程度の寄与はできたと考えている。しかも本研究中に、平治の乱における大宮司家の通説と異なる動向、社領に関する新史料の提示と分析、大宮司の補任情況の変質、社家系図の内容分析などの新たな論文を公表でき、その一部は神道宗教学会から平成11年度「神道宗教学会奨励賞」を受賞することができた。しかし本研究は『史料綜覧』的なもので、史料検索上一定の目安とはなるものの、史料そのもの、とくに活字化されていない史料を直接利用できるものではない。またパソコン上での地名・人名・項目検索についても、該当史料名とその年代を知ることはできるが、やはり飛躍的な利便性をもつとは言い難い。そこで第一に史料カードに貼付した史料原文および蒐集漏れの史料を編年史料集として活字化すること、第二に史料そのものをデータベース化して全文検索を可能にすることの二点を次の目標に掲げた。1.今年度の問題点と実情平成9年度の目標であった平安時代までの編年史料カード作成件数は2月末日現在で約160件程で、当初の計画からすると量的な課題をクリアしたとは言えない。その原因として以下の点が挙げられる。第一に史料分類段階において、伝承性の強い史料を採用すべきか否かで迷ったこと。第二にパソコン入力の項目内容を十数次にわたって改変したこと。第三に一歴史事象に対して予想を超える史料件数があり、史料カード1件の作成にかなりの時間を要したことである。次に作成した史料カードを各項目(和暦・西暦・月日・綱文・出典・人名・地名・件名)ごとに入力した。実際の方法は、最初にパソコンソフト「ファイルメーカー・プロ」を利用して上記項目ごとに入力し、そのデータをパソコンソフト「エクセル」に移動して編年順列化した。2.研究の成果熱田社権宮司田島氏の系図「田島丹波系図」を分析した成果を、第51回神道宗教学会学術大会で口頭報告した。本系図は写しではあるが中世の古系図とみられ、その後の田島氏の系図とは異なり女性を含む一族の範囲を示したものと評価できる。なお論文として執筆中で、「日本学研究」に投稿予定。3.次年度以降の研究(1)編年史料カードの作成方針が確定しているので、次年度以降は平安時代までの残部史料の入力を速やかに達成し、鎌倉時代のカード作成・入力化を目指す。(2)第32回軍事史学会大会で「平治の乱と熱田社」(仮題)を口頭報告する。(3)史料カードに貼付した史料そのものをスキャナーを用いてテキストファイル化することを検討したい。これは将来の編年史料集作成に関わる問題なので、熱田神宮当局と慎重に協議する予定でいる。1、今年度の現状と問題点平成10年度の目標であった鎌倉時代までの編年史料カード作成が順調に進行したので、予定外の室町・安土桃山時代(元和元年まで)の調査済史料カードを作成した。

これらのカードを既定の各項目に従ってパソコンに入力し、3月10日現在で総数約700件に達した。但し1項目に多数の該当史料が存在した場合、それらをすべてカード化してパソコンに入力することは時間的な制約が大きく、また個人で網羅的な史料蒐集は困難であるため、代表的な史料12点に限って採用することにした。また検討課題の一つであったカード貼付史料のテキストファイル化は、更なる検討を要するものの、スキャナーの性能上速やかな達成が困難と判明したため、今回は見送ることにした。なお本研究の将来的目標である『古代・中世熱田社基礎編年史料集』(仮題)の作成・出版についての準備作業として、カード貼付史料の原稿化を図らなければならないが、そのためには院生クラスの人的支援が相当数必要となる。2、研究の成果昨年度及び今年度途中成果をもとに、以下の3件を学会で口頭報告した。なお研究論文は裏面参照。(1)平治の乱と熱田社第32回軍事史学会年次大会(2)熱田社権宮司家「田島丹波系図」について第44回神道史学会大会(3)熱田大宮司「職」についてー補任形態・在職期間の検討を通してー第52回神道宗教学会学術大会3、次年度の目標(1)熱田神宮への奉納物のうち奉納年月日が明らかな品物(刀剣・工芸品など)の調査、及び鎌倉・室町時代の史料カード作成・パソコン入力をほぼ完了することを目指す。(2)中世熱田大宮司職の権力構造、権宮司馬場家の諸系図についての研究論文執筆。1、今年度の現状と問題点平成11年度の目標であった鎌倉・室町時代までの編年史料カードを作成、なかでも熱田神宮熱田文庫の厚意によって、刀剣類の奉納年月日を調査できたことは大きな成果であった。これらのカードを規定の各項目に従ってパソコンに入力し、3月15日現在で総数約800件に達した。また『愛知県史』資料編6の刊行により、古代関係の史料を補足蒐集することができた。なお検討課題の一つであったカード貼付史料のテキストファイル化は、スキャナーの精度を勘案して断念することにした。したがって本研究の将来目標である『古代・中世熱田社基礎編年史料集』(仮題)の作成・出版についての準備作業として、カード貼付史料のパソコン入力をすすめた。そのためには人的支援が相当数必要となり、謝金の見直しを余儀なくされた。2、研究の成果熱田大宮司の発給文書と補任形態を問題として、「中世熱田大宮司に関する一、二の問題」を第3回日本宗教文化史学会大会において口頭報告した。このテーマは分割して投稿しており、そのうち一本は平成12年5月に刊行される。他の一本は平成13年刊行の上横手雅敬先生古希記念論文集(仮称)に収載される。また論文として「熱田惣検校尾張宿禰家譜(馬場氏家譜)について」を公表した。これで熱田社の主な系図類の検討をすべて完了した。3、最終年度の目標熱田神宮への奉納物のうち奉納年月日が明らかな品物(刀剣を除く工芸品など)の調査、および全時代にわたっての史料再調査を行い、史料網文の整理をはかり、史料年表(綱文のみ)を完成する。同時に史料集刊行の準備作業として、学生の支援を得て史料本文のパソコン入力をすすめる。1.今年度の現況
海洋細菌のNa^+輸送NADH-キノン・リダクターゼのサブユニット構成とその機能

増殖に0.5M食塩を必要とする海洋細菌Vibrioalginolyticusの呼吸鎖にはNa^+排出活性と直接共役する独特なNa^+輸送性NADH-キノン・リダクターゼ複合体が存在し,この部位の電子伝達に伴って生ずる「Na^+-駆動力」が海洋細菌においてはエネルギー形成の中心的役割を果している.すでに本複合体によるユビキノンの還元は,セミキノンを経てキノールを生成する2段階の反応で進み,後半の反応がNa^+排出と共役することを明らかにしている.本複合体はα, β, γの3種きサブユニットから成り, FADとFMNをそれぞれ1分子ずつ含むフラポ蛋白であることもわかって来たので,今回はさらに精製を進め,再構成能を持つサブユニットの分離を試み,サブユニット構成と機能との関連を追求した.各サブユニットの組成及びその存在比の異なる種々の分面を用いてNADH dehydro genase(=DHase)及びNADH-キノン・リダックターゼ(=ORase)活性を測定した結果, βを含むすべての分画はFAD量に比例したDHase活性を示した.一方, ORase活性はα, β, γの3種のサブユニットを各々等量含む分画において最高活性を示し, 3種のうちのいずれのサブユニットが少ない場合にもQR活性は低かった.またα, β, βγ分画を用いてQR活性すなわちキノール生成能の再構成実験を行ったところ, 3種のサブユニットが等量存在する時最も強く活性は再構成された.従って本複合体の分子量が,低角度レーザー光散乱法により測定した結果役26万であることと考えあわせ, NADHキノン・リタクターゼの活性型構造はα, β, γの各サブユニット2分子ずつから成ることが,機能の面からも明らかになった.フラボ蛋白であるα(FMN)とβ(FAD)に比べ, γサブユニットは単離が難かしくいまだ再現性のよい精製法は確立していないが, βとβγとの比較から, γにはフラビンは存在しないが1分子のユビキノンを結合した蛋白と考えられた.増殖に0.5M食塩を必要とする海洋細菌Vibrioalginolyticusの呼吸鎖にはNa^+排出活性と直接共役する独特なNa^+輸送性NADH-キノン・リダクターゼ複合体が存在し,この部位の電子伝達に伴って生ずる「Na^+-駆動力」が海洋細菌においてはエネルギー形成の中心的役割を果している.すでに本複合体によるユビキノンの還元は,セミキノンを経てキノールを生成する2段階の反応で進み,後半の反応がNa^+排出と共役することを明らかにしている.本複合体はα, β, γの3種きサブユニットから成り, FADとFMNをそれぞれ1分子ずつ含むフラポ蛋白であることもわかって来たので,今回はさらに精製を進め,再構成能を持つサブユニットの分離を試み,サブユニット構成と機能との関連を追求した.各サブユニットの組成及びその存在比の異なる種々の分面を用いてNADH dehydro genase(=DHase)及びNADH-キノン・リダックターゼ(=ORase)活性を測定した結果, βを含むすべての分画はFAD量に比例したDHase活性を示した.一方, ORase活性はα, β, γの3種のサブユニットを各々等量含む分画において最高活性を示し, 3種のうちのいずれのサブユニットが少ない場合にもQR活性は低かった.またα, β, βγ分画を用いてQR活性すなわちキノール生成能の再構成実験を行ったところ, 3種のサブユニットが等量存在する時最も強く活性は再構成された.従って本複合体の分子量が,低角度レーザー光散乱法により測定した結果役26万であることと考えあわせ, NADHキノン・リタクターゼの活性型構造はα, β, γの各サブユニット2分子ずつから成ることが,機能の面からも明らかになった.フラボ蛋白であるα(FMN)とβ(FAD)に比べ, γサブユニットは単離が難かしくいまだ再現性のよい精製法は確立していないが, βとβγとの比較から, γにはフラビンは存在しないが1分子のユビキノンを結合した蛋白と考えられた.
新規環状ジセレニド化合物の合成とフォールディング病に対する薬理効果の検証

酸化還元酵素の一種であるProtein disulfide isomerase(PDI)はタンパク質の酸化的フォールディング反応を触媒する。しかし、PDIの活性中心におけるチオール(SH)基は酸化的にニトロソ化されることで酵素活性が著しく減退し、タンパク質のミスフォールディングを助長する。ミスフォールド体は致命的な神経変性疾患の原因となると考えられており、有効な医薬製剤開発が急がれる。本研究では、ROS・RNS除去および失活PDIの還元的再活性化の両者を促す両機能性試薬の開発を目指した。本研究課題2年目は、1:昨年度までに合成した化合物のニトロソ化による失活型PDIの再活性化、2:分子デザインの再考と合成検討、3:新規化合物の酸化還元挙動の解明、以上3点について検討した。1:昨年度に合成したジセレニド(Se-Se)化合物シリーズを触媒としてPDIの脱ニトロソ化活性の評価を行った。しかし、当初想定していた活性よりも低く。分子デザインの再考を余儀なくされた。2:1を受け、より高い脱ニトロソ化触媒活性を期待し、新たにセレネニルスルフィド(Se-S)結合を鍵モチーフとする新規化合物の合成に取り組んだ。目的化合物を滞りなく得ることができた為、さらに化合物が持つアミノ基に種々のアミノ酸を導入することで、さらなる活性の強化を図った。3:基礎知見として合成化合物の酸化還元電位の測定を行った。結果として、合成したすべてのSe-S系化合物はSe-Se系化合物よりも高い酸化還元電位を有しており、Se-S結合がチオール分子によって容易にセレノール(SeH)・チオール(SH)体へと活性化されることが明らかとなった。このため、合成したSe-S系化合物が高いオキシドレダクターゼ様活性を有することも明らかにした。現在、これらの内容をまとめた論文を国際化学誌に投稿し、査読中である。プロジェクト開始時(前年度)に想起していた各種化合物の触媒活性が低かったことは予定外であったものの、その後の分子設計の再考と合成は滞りなく進行した。良好な生物活性も確認されており、本プロジェクトの進捗状況は概ね良好といえる。3年目は、今年度合成した化合物を触媒として「失活型PDIの再活性化実験」を行う。今年度と同様に、PDI活性中心のチオール(SH)基をS-ニトロソ化したSーニトロソPDI(SNO-PDI)を失活型PDIとして調整し、試験管内における合成化合物の脱ニトロソ化触媒能を評価する。さらに、今年度は、細胞内における脱ニトロソ化活性についても検討する予定である。培養細胞に対して合成化合物を用いて処理した後、ニトロソ化試薬(ニトロソシステイン等)を添加し、細胞内ニトロソ化タンパク質レベルを定量する。さらに、細胞内の病原性タンパク質(アミロイドβ)とROS種の量を定量し、化合物群の神経変性疾患に対する薬理活性について検証する(PLoS one, 2011, 6, e25788)。一方、ROS・RNSによる小胞体ストレスとMF体生成応答による細胞アポトーシスの抑制機能も評価する。文献(Methods Mol Biol. 2009, 559, 191)を参考に、マウス胚性線維芽細胞を用いた実験にて検証する。タンパク質が正しい立体構造にフォールディングする際、システイン残基間での酸化的ジスルフィド架橋が必須である。この反応は小胞体内でProtein disulfide isomerase(PDI)が促進するが、小胞体内の活性酸素(窒素)種(ROS or RNS)の除去システムに異常をきたすと、PDI活性中心のチオール基が酸化的に修飾されて失活、ひいてはミスフォールディングを助長する。本研究では、ROS・RNS除去および失活PDIの還元的再活性化の両者を促す両機能性試薬の開発を目指すことにした。初年度は、1:酸化還元中心として環状ジセレニド骨格を有する化合物の効率的な合成ルートの開拓、2:合成した化合物の抗酸化活性の評価、3:合成した化合物のフォールディング触媒活性の評価、以上3点について検討した。1については、研究実施計画に記載した合成戦略に基づいて研究を進め、計画していた合成化合物のシリーズを良好な収率で滞りなく得ることができた。2についても、研究実施計画にもとづき、ROSの一種である過酸化水素の触媒的還元反応を行い、化合物の抗酸化酵素様の触媒活性に関する知見を得た。合成した化合物を触媒量添加し、過酸化水素の還元速度を見積もることで、化合物群の触媒能を比較検討することができた。3については、研究実施計画には記載されていないが、1および2が順調に進んだため、検討項目を追加した。合成した化合物のフォールディング触媒活性をリボヌクレアーゼAをモデル基質として比較したところ、すべてのジセレニド化合物がPDI様の触媒メカニズムによってフォールディング反応を効率よく促進することが明らかとなった。化合物の合成が滞りなく行うことができたため。これにより、当初の研究計画にはなかった「化合物のフォールディング触媒能の評価」を行うことができた。これに関して、予想以上に興味深い結果を蓄積することができ、研究成果を国際学術誌に投稿し、受理された。

しかし、PDIの活性中心におけるチオール(SH)基は酸化的にニトロソ化されることで酵素活性が著しく減退し、タンパク質のミスフォールディングを助長する。ミスフォールド体は致命的な神経変性疾患の原因となると考えられており、有効な医薬製剤開発が急がれる。本研究では、ROS・RNS除去および失活PDIの還元的再活性化の両者を促す両機能性試薬の開発を目指した。本研究課題2年目は、1:昨年度までに合成した化合物のニトロソ化による失活型PDIの再活性化、2:分子デザインの再考と合成検討、3:新規化合物の酸化還元挙動の解明、以上3点について検討した。1:昨年度に合成したジセレニド(Se-Se)化合物シリーズを触媒としてPDIの脱ニトロソ化活性の評価を行った。しかし、当初想定していた活性よりも低く。分子デザインの再考を余儀なくされた。2:1を受け、より高い脱ニトロソ化触媒活性を期待し、新たにセレネニルスルフィド(Se-S)結合を鍵モチーフとする新規化合物の合成に取り組んだ。目的化合物を滞りなく得ることができた為、さらに化合物が持つアミノ基に種々のアミノ酸を導入することで、さらなる活性の強化を図った。3:基礎知見として合成化合物の酸化還元電位の測定を行った。結果として、合成したすべてのSe-S系化合物はSe-Se系化合物よりも高い酸化還元電位を有しており、Se-S結合がチオール分子によって容易にセレノール(SeH)・チオール(SH)体へと活性化されることが明らかとなった。このため、合成したSe-S系化合物が高いオキシドレダクターゼ様活性を有することも明らかにした。現在、これらの内容をまとめた論文を国際化学誌に投稿し、査読中である。プロジェクト開始時(前年度)に想起していた各種化合物の触媒活性が低かったことは予定外であったものの、その後の分子設計の再考と合成は滞りなく進行した。良好な生物活性も確認されており、本プロジェクトの進捗状況は概ね良好といえる。2年目は、研究計画調書にも記載してある通り、「失活PDIの再活性化実験」を行う。失活PDIのモデルとして、PDI活性中心のチオール(SH)基をS-ニトロシル化したSーニトロソPDI(SNO-PDI)を用いて実験を行う。PDIは本来、in vitroにおいても変性-還元タンパク質中のSH基をジスルフィド(SS)架橋に変換し、さらにSH-SS交換反応を触媒することで、迅速に基質タンパク質のフォールディング反応を促進する。そこでまず、(a):SNO-PDIに対し、環状ジセレニド(SeSe)化合物を還元活性化したジセレノール(2SeH)体を混合しSNO-PDI →PDIの還元反応進行率を電気泳動法にて検証する。ジセレノール(2SeH)は非常に高い還元能力を持つため、SNO基を還元的にSH基へと変換するものと予想される。(b):次に変性-還元タンパク質を共存させ、フォールド体へのフォールディング速度と収率を見積もり、間接的にPDIの酵素活性回復率を見積もる。これにより、合成したジセレニド化合物によるSNO-PDIの触媒的再活性化能力を検証できるものと予想している。3年目は、今年度合成した化合物を触媒として「失活型PDIの再活性化実験」を行う。
トポロジカル物質中での磁壁・スキルミオンの制御に基づく情報素子の開発

2018年度はトポロジカル半金属における磁気構造と電子の相互作用について、2点の研究成果が得られた。また新たに、格子構造が電子輸送に与える効果についても研究を行った。以上3点の研究成果に関して、以下に概要を述べる。1ワイル半金属における磁壁構造と電荷分布ー研究代表者の以前の研究により、ワイル半金属中に磁壁が存在する場合、その磁壁は帯電する可能性が指摘された。本研究ではこの提言をより広範な磁壁構造に拡張するため、いくつかの典型的な磁壁構造の下での電荷を数値計算により導出した。その結果、いずれの磁壁構造においてもゲート電圧に依存した電荷が局在することが確認された。この電荷は、磁壁を電場により動かすために有用であると期待される。2ワイル半金属における磁気構造ダイナミクスによる電流駆動ー前項で得られた磁壁に関する知見を、より一般的な磁気構造(スキルミオン:渦構造を持つ磁気構造、等)に拡張するため、空間的に非一様な磁化の下でのワイル電子の輸送を巨視的に取り扱った。ワイル半金属では磁化と電子の結合が仮想的な電磁場として扱えることを利用して、その電磁場の下で誘起される電流を導出した。その結果、一般的に磁気構造のダイナミクスに沿って電流パルスが誘起されることが示された。この電流は前項の局在電荷に対応するものであり、磁気構造の電気的検出手法として期待される。3トポロジカル・ディラック半金属における格子捻りによるスピン流生成ーCd3As2やNa3Bi等のトポロジカル・ディラック半金属は、電子スピンを保存するため、スピン流を流すプラットフォームとして理想的である。本研究ではこの物質に格子歪みを加えることで、交流電場から直流のスピン流を生成できることを理論的に示した。この効果は今後スピントロニクスでスピン流を用いるにあたり、スピン流の生成源として新たな手法を与えるものである。研究成果1ではワイル半金属中の磁壁に注目し、数値計算で電子状態を逐一導出することにより、様々な磁壁構造の性質について知見を得ることができた。そのうえで、2では仮想的な電磁場の描像を用いることにより、磁壁だけでなく磁気渦やスキルミオン等、あらゆる磁気構造のダイナミクスについて適用できる理論を構築した。これにより、磁気構造のダイナミクスによって誘起される電流が体系化され、ワイル半金属で磁気構造を検出する際の提言を行うことができた。さらに、3では従来の磁気構造だけでなく、格子歪み構造の効果へも視野を広げた研究を行った。以上の研究により、研究目的に概ね合致した研究成果が得られたと考えられる。これまでの研究により、トポロジカル半金属のうち特にワイル半金属については、磁壁やスキルミオン等の磁気構造について様々な性質がわかり、磁気構造の電気的操作・検出に有用な知見が得られてきた。これらの研究では電子スピンと運動量の相関に着目し、簡略化されたモデルでの解析を行ってきた。一方、直近の理論・実験研究により磁性ワイル半金属の候補物質となるCo3Sn2S2が発見されており、この物質におけるスピン-軌道相互作用は簡略化されたモデルとは異なる形を持つことが指摘されている。この物質は強磁性体として振舞い、特に輸送特性に関して実験が進められている。以上の背景を踏まえ、今後の研究ではこれまで得られた知見を、実際の磁性ワイル半金属Co3Sn2S2に拡張して適用することを目指す。すなわち、この物質が非一様な磁気構造を持つ際に、電子および電流が示す特徴的な振舞いを理論的に探索し、今後の実験に手がかりを示すことを目指す。具体的には、磁気構造に対応する仮想的な電磁場の表式を対象物質のモデルの下で改めて導出し、これまでの研究成果によって得られた理論に適用し、磁気構造によって誘起される電荷・電流を明らかにする。さらに、磁気秩序の揺らぎが波動として伝搬するスピン波、いわゆるマグノンの性質にも着目し、マグノンによるスピン輸送について評価する。平成29年度は、トポロジカル絶縁体(TI)表面における磁気スキルミオンの性質に関して研究を行った。スキルミオンは渦構造を内部にもつ2次元磁気構造であり、スピントロニクスにおいては情報の担い手としての活用が期待されている。スキルミオンが電気伝導に与える効果として、伝導電子がスキルミオンによって非対称に散乱されることに起因したホール効果、いわゆる「トポロジカル・ホール効果(THE)」が知られている。一方でTI表面においては、強いスピン-軌道相互作用に起因したスピン-運動量ロッキングがあるため、従来のTHEの描像を適用することができない。そこで本研究では、TI表面にスキルミオンが存在する場合の電子の輸送特性を、理論的に解明することを目指した。対象とする系として「TI」(Bi2Se3等)と「スキルミオンを持つ磁性絶縁体」(Cu2OSeO3等)の接合系を考え、その界面における電子輸送に着目した。電子の低エネルギー(ディラック点近傍)における運動を記述する有効ハミルトニアンに基づき、まずスキルミオン1個による電子散乱の振舞いを求めた。その結果、スキルミオンによって電子は非対称に散乱されるが、これは従来のTHEと異なりスキルミオンの内部構造には依存せず、内部構造をもたない所謂「磁気バブル」によっても同様に散乱されることが示された。この散乱の振舞いを用いて、スキルミオンが多数ある下での電子の輸送係数を、半古典的なボルツマン理論に基づいて計算した。

その結果、TI表面のスキルミオンは異常ホール効果に寄与し、その寄与は他の既知の寄与(内因性効果、不純物による外因性効果等)とほぼ同程度の大きさであることが明らかになった。この結果から、TI表面におけるスキルミオンの存在を、ホール電流の計測により検出可能であることが示唆された。この研究成果はPhysical Review B誌に論文として発表した。当初の研究計画においては、平成29年度は「トポロジカル絶縁体表面におけるスキルミオンの性質」、および「磁気構造ダイナミクスと電流・スピン流の相互作用」について解明することを目標としていた。前者については「研究実績の概要」で述べた通り論文として発表が完了しており、後者に関しても研究成果が得られ、現在論文誌にて査読中である。以上の点を踏まえて、本課題はおおむね当初の計画通りに進展しているとした。2018年度はトポロジカル半金属における磁気構造と電子の相互作用について、2点の研究成果が得られた。また新たに、格子構造が電子輸送に与える効果についても研究を行った。以上3点の研究成果に関して、以下に概要を述べる。1ワイル半金属における磁壁構造と電荷分布ー研究代表者の以前の研究により、ワイル半金属中に磁壁が存在する場合、その磁壁は帯電する可能性が指摘された。本研究ではこの提言をより広範な磁壁構造に拡張するため、いくつかの典型的な磁壁構造の下での電荷を数値計算により導出した。その結果、いずれの磁壁構造においてもゲート電圧に依存した電荷が局在することが確認された。この電荷は、磁壁を電場により動かすために有用であると期待される。2ワイル半金属における磁気構造ダイナミクスによる電流駆動ー前項で得られた磁壁に関する知見を、より一般的な磁気構造(スキルミオン:渦構造を持つ磁気構造、等)に拡張するため、空間的に非一様な磁化の下でのワイル電子の輸送を巨視的に取り扱った。ワイル半金属では磁化と電子の結合が仮想的な電磁場として扱えることを利用して、その電磁場の下で誘起される電流を導出した。その結果、一般的に磁気構造のダイナミクスに沿って電流パルスが誘起されることが示された。この電流は前項の局在電荷に対応するものであり、磁気構造の電気的検出手法として期待される。3トポロジカル・ディラック半金属における格子捻りによるスピン流生成ーCd3As2やNa3Bi等のトポロジカル・ディラック半金属は、電子スピンを保存するため、スピン流を流すプラットフォームとして理想的である。本研究ではこの物質に格子歪みを加えることで、交流電場から直流のスピン流を生成できることを理論的に示した。この効果は今後スピントロニクスでスピン流を用いるにあたり、スピン流の生成源として新たな手法を与えるものである。研究成果1ではワイル半金属中の磁壁に注目し、数値計算で電子状態を逐一導出することにより、様々な磁壁構造の性質について知見を得ることができた。そのうえで、2では仮想的な電磁場の描像を用いることにより、磁壁だけでなく磁気渦やスキルミオン等、あらゆる磁気構造のダイナミクスについて適用できる理論を構築した。これにより、磁気構造のダイナミクスによって誘起される電流が体系化され、ワイル半金属で磁気構造を検出する際の提言を行うことができた。さらに、3では従来の磁気構造だけでなく、格子歪み構造の効果へも視野を広げた研究を行った。
モノアレル遺伝子発現を指標としたマウス亜種間ハイブリッドのシステム的理解

本研究の目標は,亜種間雑種マウス(B6系統とMSM系統)をもちいてトランスクリプトーム解析をおこない,抽出・同定したアリル特異的な遺伝子発現を指標とすることによって,亜種間雑種における雑種崩壊などの表現型解析につなげることである.この目標を達成するためには,得られたトランスクリプトームデータの解析基盤が必要となる.そこでNCBIやEBIなどのデータベースで既に公開されている亜種間F1雑種マウス(B6系統とCAST/EiJ系統の雑種)のRNA-seqデータ(脳,および肝臓)をもちいて解析パイプラインの構築をおこなった.その結果,既に論文報告されているような既知のゲノム刷り込み遺伝子以外に,B6系統特異的,あるいはCAST/EiJ系統特異的な遺伝子発現を観察した.これらの系統間差異は,その半数以上が親系統における発現差異を反映するタイプであったが(シス型),親系統における発現差異のない雑種特異的な発現差異も観察された(非シス型).また新規のデータとしてB6系統と日本産野生由来MSM系統のF1雑種マウスの精巣および脳をもちいてpolyA+ mRNA-seq解析をおこなった.各々約20003000万程度の重複のないリードを取得し解析した結果,約1500の遺伝子座において系統間の遺伝子発現差異がみとめられ,そのうち約900の遺伝子座ではMSM系統における発現が優位であった.興味深いことに,MSMの精巣においてB6のそれよりも高く発現する遺伝子群では,細胞膜関連やレセプターなど細胞間コミュニケーションに関わる遺伝子が多く観察された一方で,B6の精巣で高く発現する遺伝子群では特定の機能に偏るという傾向は見られなかった.これらの遺伝子群で認められた発現の系統間差異はF1雑種においてもアリル間の発現差異として維持されており,シス制御配列の差異が発現に影響している可能性も考えられる.25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目標は,亜種間雑種マウス(B6系統とMSM系統)をもちいてトランスクリプトーム解析をおこない,抽出・同定したアリル特異的な遺伝子発現を指標とすることによって,亜種間雑種における雑種崩壊などの表現型解析につなげることである.この目標を達成するためには,得られたトランスクリプトームデータの解析基盤が必要となる.そこでNCBIやEBIなどのデータベースで既に公開されている亜種間F1雑種マウス(B6系統とCAST/EiJ系統の雑種)のRNA-seqデータ(脳,および肝臓)をもちいて解析パイプラインの構築をおこなった.その結果,既に論文報告されているような既知のゲノム刷り込み遺伝子以外に,B6系統特異的,あるいはCAST/EiJ系統特異的な遺伝子発現を観察した.これらの系統間差異は,その半数以上が親系統における発現差異を反映するタイプであったが(シス型),親系統における発現差異のない雑種特異的な発現差異も観察された(非シス型).また新規のデータとしてB6系統と日本産野生由来MSM系統のF1雑種マウスの精巣および脳をもちいてpolyA+ mRNA-seq解析をおこなった.各々約20003000万程度の重複のないリードを取得し解析した結果,約1500の遺伝子座において系統間の遺伝子発現差異がみとめられ,そのうち約900の遺伝子座ではMSM系統における発現が優位であった.興味深いことに,MSMの精巣においてB6のそれよりも高く発現する遺伝子群では,細胞膜関連やレセプターなど細胞間コミュニケーションに関わる遺伝子が多く観察された一方で,B6の精巣で高く発現する遺伝子群では特定の機能に偏るという傾向は見られなかった.これらの遺伝子群で認められた発現の系統間差異はF1雑種においてもアリル間の発現差異として維持されており,シス制御配列の差異が発現に影響している可能性も考えられる.本研究の目標は,亜種間雑種マウス(B6系統とMSM系統)をもちいてトランスクリプトーム解析をおこない,抽出・同定したアレル特異的な遺伝子発現を指標とすることによって,亜種間雑種における雑種崩壊などの表現型解析につなげることである.この目標を達成するためには,得られたトランスクリプトームデータの解析基盤が必要となる.そこでNCBIやEBIなどのデータベースで既に公開されている亜種間F1雑種マウス(B6系統とCAST/EiJ系統の雑種)のRNA-seqデータ(脳,および肝臓)をもちいて解析パイプラインの構築をおこなった.その結果,既に論文報告されている結果と同様に,既知のゲノム刷り込み遺伝子以外に,B6系統特異的,あるいはCAST/EiJ系統特異的な遺伝子発現を観察した.またこれらの系統間差異は,その半数以上が親系統における発現差異を反映するタイプであったが(シス型),親系統における発現差異のない雑種特異的な発現差異も観察された(非シス型).

また,実際にB6系統とMSM系統のF1雑種マウスにおけるRNA-seq解析をおこない,上記と同様の解析をおこなった結果,既知のゲノム刷り込み遺伝子座が抽出され,それ以外にB6特異的/MSM特異的な遺伝子発現も観察された.現在,これらの遺伝子のin silico機能推定や細胞内経路へのマッピングなどをすすめている.研究計画は概ね順調に進んでいるものと考える.本研究は大きく二つの研究計画(1F1雑種における遺伝子発現変化とエピジェネティック修飾変化の解析,2雑種崩壊現象の観察されるF2世代以降の精巣および卵巣における遺伝子発現変化の解析)から構成され,今年度は特に前者の解析のための手法構築と検討,解析に重点をおいた.すでに論文発表されたデータを用いて検討をおこない概ね良好な結果を得た.また本計画でもちいるB6系統とMSM系統の雑種マウスにおけるトランスクリプトームデータも新たに取得でき良好な結果が得られている.今後もデータの取得を続け,必要に応じて解析パイプラインの改善をおこなっていく.本研究は,以下の二つの研究計画(1F1雑種における遺伝子発現変化とエピジェネティック修飾変化の解析,2雑種崩壊現象の観察されるF2世代以降の精巣および卵巣における遺伝子発現変化の解析)から構成される.1に関しては,雑種におけるアレル特異的な発現を示す遺伝子群の機能推定や既知細胞内パスウェイへのマッピングなどをすすめていき,同遺伝子とその上流・下流因子との関連について解析していく.また,上流因子解析の一環としてエピジェネティック修飾変化の解析をおこなう.親系統および雑種マウスにおける同遺伝子座のDNAメチル化解析をおこなうことにより,観察されたアレル特異的発現がエピジェネティック修飾によるものなのか否かを判断する.また2に関しては,雑種崩壊現象がみられるF2以降の各世代におけるトランスクリプトームデータを取得しデータの解析をおこなっていく.F1世代における解析と同様に,B6,MSMの各系統,およびその雑種における遺伝子発現の系統間差異を解析し,これらを既知細胞内パスウェイにマッピングすることによって系統間差異のある経路を同定する.また系統間差異の原因解析のため遺伝子領域におけるエピジェネティック修飾状態の違いを明らかにする25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。
bFGF・ポリリン酸重層結合型インテリジェント機能性人工骨の新開発

本研究はbFGFとポリリン酸を連通多孔性ハイドロキシアパタイトに重層結合させたインテリジェント人工骨を開発、その骨形成促進作用を評価し,人工骨としての有用性を明らかとすることである.結果として, bFGFポリリン酸は相互活性を示しながらin vitroおよびin vivoでの骨形成を促進することが明らかとなり,新開発した人工骨のGBR法への応用が期待できることが示唆された本研究はbFGFとポリリン酸を連通多孔性ハイドロキシアパタイトに重層結合させたインテリジェント人工骨を開発、その骨形成促進作用を評価し,人工骨としての有用性を明らかとすることである.結果として, bFGFポリリン酸は相互活性を示しながらin vitroおよびin vivoでの骨形成を促進することが明らかとなり,新開発した人工骨のGBR法への応用が期待できることが示唆された研究目的であるポリリン酸重層結合型インテリジェント機能性人工骨の開発を目指すにあたり、本年度は(1)ポリリン酸重層結合処理による材料特性の検討(2)bFGF・ポリリン酸の相互作用の検討(3)ポリリン酸重層結合型インテリジェント機能性人工骨の骨形成促進効果の評価、以上の3項目を行った。多孔性ハイドロキシアパタイトにbFGFおよびポリリン酸を重層結合させ開発した人工骨に対して材料特性の評価を行ったところ、均一な吸着効率および濃度に依存した吸着量の確立・確認ができた。(2)bFGF・ポリリン酸の相互作用の検討では、細胞実験において、相互作用による細胞増殖の促進、骨芽細胞への分化誘導の促進および石灰化促進が明らかとなり、in vitroにおいて機能的にbFGFとポリリン酸が作用することが明らかとなった。(3)骨形成促進作用の検討においては、ニュージーランドホワイトラビットの大腿骨にポリリン酸重層結合型インテリジェント機能性人工骨を埋入したところ、観察期間2週例において、ポリリン酸結合型人工骨(bFGF無)、多孔性ハイドロキシアパタイト(コントロール)と比べ骨面積率の結果より有意に骨形成を促進していた。これら(1)(3)の結果より、本年度の目的である作製方法の確立、bFGF・ポリリン酸の相互作用効果、骨形成促進効果が明らかとなり、ポリリン酸重層結合型インテリジェント機能性人工骨の作製が可能となった。これより、次年度においてはより臨床モデルでの展開を行い、研究を遂行する。本年は昨年度に行った結果をもとに,臨床モデルであるイヌ顎骨におけるbFGF・ポリリン酸重層結合型インテリジェント機能性人工骨(以下,新規人工骨)の有用性を評価した.顎骨の骨欠損は前年度に行ったラビット大腿骨骨欠損と異なり,欠損形態が規格化できないためブロック形態は適応不可であり顆粒状の形態を用いることとなった.よって(1)新規人工骨の形状の検討(2)新規人工骨の有用性の検討,以上の2ステップで遂行した.(1)予備実験として顆粒の形状を(1)球形処理(2)粉砕型のどちらかが有効であるかの検討を行った.イヌ3頭の顎骨に無歯顎堤の準備を行った後,円柱状の骨窩を形成し,各条件の人工骨を左右それぞれに填入し,4, 8, 12週の観察期間を設定した.その後,組織標本を製作し観察を行ったところ,粉砕型のものが球形型と比べ,密に充填されることによる良好な骨形成を示した.よって,顎骨に用いる新規人工骨の担体には粉砕型を用いることとした.(2)次に,HBDイヌ4頭の小臼歯部の抜歯を行い無歯顎堤を準備した.3ヶ月間の治癒期間の後,左右顎堤粘膜を剥離し顎骨を露出させた.その顎骨にインプラント埋入窩を左右に2カ所ずつ形成し,頬側に高さ4mm,幅4mmの3壁性骨欠損を形成した.この埋入窩にインプラントを4スレッド分露出するように設置し,(1)多孔性HAのみ(2)ポリリン酸結合人工骨(3)FGF結合人工骨(4)bFGF+ポリリン酸結合人工骨,以上の4条件の人工骨を填入した.欠損部は非吸収性メンブレンで被覆し粘膜の縫合を行った.12週後に組織ブロックを採取し非脱灰研磨標本の製作を行った.来年度はこれら得られた結果から新規人工骨の有用性および追実験等の必要性を検討する予定である.本年は昨年度から引き続き,臨床実験モデルであるイヌ顎骨におけるbFGF・ポリリン酸重層結合型インテリジェント機能性人工骨(以下,新規人工骨)の有用性を,追加実験を行い評価した.HBDイヌ4頭の小臼歯部の抜歯を行い無歯顎堤を準備した.3ヶ月間の治癒期間の後,左右顎堤粘膜を剥離し顎骨を露出させた.その顎骨にインプラント埋入窩を左右に2カ所ずつ形成し,頬側に高さ4mm,幅4mmの3壁性骨欠損を形成した.この埋入窩にインプラントを4スレッド分露出するように設置し,(1)多孔性HAのみ(2)ポリリン酸結合人工骨(3)FGF結合人工骨(4)bFGF+ポリリン酸結合人工骨,以上の4条件の人工骨を填入した.

欠損部は非吸収性メンブレンで被覆し粘膜の縫合を行った.12週後に組織ブロックを採取し非脱灰研磨標本の製作を行い,骨再生の状態を組織学的ならびに組織形態計測学的(新生骨面積率)に検討した.昨年度の予備実験の結果を統合し,bFGFをポリリン酸吸着人工骨に結合させたインテリジェント機能性人工骨は,インプラント周囲骨欠損部において,最も骨再生を促進させる結果が得られた.これらは,平成21年度に行った細胞実験等の結果を考察し,bFGFがポリリン酸と相互的に作用し,細胞増殖作用,血管新生作用(bFGFの作用をポリリン酸が安定化したため)および骨再生促進作用(ポリリン酸の石灰化促進作用)が効果的に生体内で起きたことと示唆できる.
ヒト精巣内レニン-アンギオテンシン系の存在意義についての分子生物学的検討

これまでヒト精巣中のレニンの局在は免疫組織化学的手法でのみ確認されており、厳密にはそこでの産生を証明してはいなかったので、まずRT-PCR法を用いてヒト精巣でのレニンの産生を証明した。次にヒトおよびマウスにおけるレニンおよびACEの精巣内での局在を、In situ hybridization法(ISH)を用いて証明した。ヒト精巣組織は前立腺癌患者の摘除精巣を用い、プローベとしては[^<35>S]UTPでラベルしたアンチセンスcRNAを用いた。同プローベを用いてpositive controlとしてヒト腎皮質の傍糸球体装置に一致するレニンの陽性シグナルを確認した。次に、ヒト精巣において間質のライディッヒ細胞に一致してレニンのシグナルを確認した。またマウス精巣において精細管内に均一にACEの陽性シグナルを確認した。ヒト精巣内のACEに関してはまだ局在を決定していないが、おそらく精細管内と考えている。レニン-アンギオテンシン系での生理活性物質であるアンギオテンシンII(AII)は、ACEの局在部位で産生された後、移動することが考えられるのでその局在を検討するよりもAIIreceptorの局在決定が重要と考える。現在、精巣組織を精細管と間質に完全に分画化培養することに着手しており、それが可能となればそれぞれの画分ごとに上清中のAIIを測定したり、RT-PCR法を用いてAIIreceptorの発現の有無を調べる予定である。