hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウス深部脳活動の経頭蓋光学イメージング

まず633ナノメータのHeNeレーザーを励起光として用い、血流中のアルブミンをAlexa Fluoro 633で標識して活動依存的な変化を解析した。その結果、視覚刺激に応じる変化率2%程度の信号を、視覚野領域及び脳表から約2.5ミリの深さにある外側膝状体領域から記録することに成功した。血流を蛍光信号としてモニターする他の方法を検討するため、赤血球膜を脂溶性色素のDiDで標識する方法も試みた。その結果、活動依存的な蛍光信号の変化率が約6%程度と大きくなることが判った。アルブミンと赤血球をラベルした場合に異なる振幅の信号変化率が観察される原因として、細動脈から毛細血管にかけて、活動依存的なヘマトクリットの変化が起きているたと思われる。即ち、赤血球は毛細血管の内径に近い大きさを有するため、毛細血管での流速が血漿成分のアルブミンより遅くなる分へマットクリットが上昇する。脳活動によって血流が増加するとき、ヘマトクリットも同時に上昇するため、活動依存的な変化が蛍光アルブミンで観察した時より蛍光赤血球で観察した方が大きくなると思われる。今後DiDよりさらに長波長側で働く蛍光色素で赤血球を標識し、深部脳活動イメージングの効率をより高める予定である。本来近赤外レーザー光を用いて、深部脳活動のイメージングを行うはずであったが、レンズ面からの反射によるニューンリングの干渉が激しく、うまく実行できていない。しかし633nmの赤色レーザーを用いたイメージング法が対案として使用可能であることが判った。青色レーザーを用いた単一ニューロンイメージングは計画にはなかったが、研究手段として有効であることが判った。これらの点において、本来の計画が一部修正されている。24年度が最終年度であるため、記入しない。深部脳活動のイメージングにおいては、単に実験的に可能であることを示すのみでなく、この方法を用いて有効な研究成果を挙げることができることを実証したい。そこで、大脳皮質感覚野へ感覚入力を送り込む視床活動を可視化することを具体的な目標とし、実験を行う。単一ニューロン活動のイメージングにおいては、カルシウム色素を用いたイメージングと同一動物で実験し、両者の特性を比較検討することが必要である。この実験によって、単一ニューロン活動に由来する信号をより確実に同定すると同時に、マクロ共焦点顕微鏡を用いた本イメージング法のメリットを明確に示したい。
バイオマス変換触媒のためのヘテロ界面創製と制御

本年度はRh/SiO_2にReまたはMo酸化物種を添加した高選択的水素化分解触媒の詳細な触媒構造解析を行い,両触媒における触媒構造,水素化分解反応性の違いを明らかにし,報告した.具体的にはReO_x種はRh金属表面上でクラスターを形成するのに対し,MoO_x種はRh表面上で孤立イオンとして存在していることがわかった。これらの違いが両触媒における水素化分解生成物選択性の違いにつながっている.触媒構造と水素化分解反応性の関係を詳細に議論した論文は報告例が少ないため,この成果は非常に意義がある.また水素雰囲気下での昇温還元測定時におけるRh-ReO_x/SiO_2の活性点構築過程をIn situ XAFS測定により明らかにし,報告した.RhとReはRhの方が優先的に還元され,その後Reが還元され始める.またRhは反応温度領域で酸化状態(Rh^<3+>)から金属状態(Rh^0)まで還元されるのに対し,Reは酸化状態(Re^<7+>)から部分酸化状態(Re^<n+> (n=2-3))までしか還元されなかった.さらにReはRhと最初に相互作用し,その後Re同士で相互作用することが示唆された.また高温域においてもReは部分酸化状態を維持しており,触媒構造の変化は見られなかった.これらの結果よりRh-ReO_x/SiO_2は非常に安定であり,この構造安定性が高い水素化分解能につながっている.バイメタル触媒におけるIn situ XAFS測定による詳細な研究は報告例が少ないため,この成果は非常に意義がある.これらの他にFT-IRを用いた反応基質の触媒への吸着の検討,計算化学を用いた反応基質,生成物それぞれの熱力学的安定性の検討を行った.これらより分子内にOH基を持つ物質は触媒表面に強く吸着されること,本触媒は熱力学的に不利な物質を選択的に生成できていることがわかった.本年度は速度論を用いて触媒上の金属-金属酸化物種ヘテロ界面と反応基質との関係を検討し,さらに反応基質構造との関係も検討したところ,Rh-ReO_x/SiO_2触媒を用いた水素化分解反応における反応機構の詳細が判明したため,その結果をまとめ,論文として報告した.具体的には反応基質濃度に対して反応速度が0次,水素圧に対して1次であったことから触媒上のRe酸化物種に反応基質が強く吸着していることがわかり,また水素は触媒のRh金属-Re酸化物種界面上で不均一解離しており,プロトンとヒドリドを生成していることが示唆された.さらに最初にヒドリドが反応基質を攻撃し,その後プロトンが付加するという水素化分解反応機構が提唱された.また,この反応機構を仮定してLangmuir-Hinshelwoodモデルを用いて反応をシミュレーションしたところ,実際の結果と非常に高い相関が取れ,上記の反応機構は妥当であることが支持された.今回,我々が明らかにした反応機構はこれまでに提唱されている機構とは大きく異なるものであり,またヒドリド攻撃が最初に起こるという反応機構は非常にユニークなものである.そのため,今後,さらに検討を重ね,より深い詳細を明らかにすることは非常に高い価値があると考える.また本研究の目的であるRh-ReO_x/SiO_2触媒上のヘテロ界面機能に関しては今年度の研究で明らかになったと考える.本年度はRh/SiO_2にReまたはMo酸化物種を添加した高選択的水素化分解触媒の詳細な触媒構造解析を行い,両触媒における触媒構造,水素化分解反応性の違いを明らかにし,報告した.具体的にはReO_x種はRh金属表面上でクラスターを形成するのに対し,MoO_x種はRh表面上で孤立イオンとして存在していることがわかった。これらの違いが両触媒における水素化分解生成物選択性の違いにつながっている.触媒構造と水素化分解反応性の関係を詳細に議論した論文は報告例が少ないため,この成果は非常に意義がある.また水素雰囲気下での昇温還元測定時におけるRh-ReO_x/SiO_2の活性点構築過程をIn situ XAFS測定により明らかにし,報告した.RhとReはRhの方が優先的に還元され,その後Reが還元され始める.またRhは反応温度領域で酸化状態(Rh^<3+>)から金属状態(Rh^0)まで還元されるのに対し,Reは酸化状態(Re^<7+>)から部分酸化状態(Re^<n+> (n=2-3))までしか還元されなかった.さらにReはRhと最初に相互作用し,その後Re同士で相互作用することが示唆された.また高温域においてもReは部分酸化状態を維持しており,触媒構造の変化は見られなかった.これらの結果よりRh-ReO_x/SiO_2は非常に安定であり,この構造安定性が高い水素化分解能につながっている.バイメタル触媒におけるIn situ XAFS測定による詳細な研究は報告例が少ないため,この成果は非常に意義がある.これらの他にFT-IRを用いた反応基質の触媒への吸着の検討,計算化学を用いた反応基質,生成物それぞれの熱力学的安定性の検討を行った.これらより分子内にOH基を持つ物質は触媒表面に強く吸着されること,本触媒は熱力学的に不利な物質を選択的に生成できていることがわかった.
NK細胞、NKT細胞の機能分子による抗腫瘍免疫制御の解析

NK細胞とNKT細胞による標的細胞の認識機構および傷害機構を明らかにし、その免疫学的腫瘍監視機構における重要性の解明、さらに、これらの細胞が発現する機能分子の応用による効率的な腫瘍免疫の誘導をめざして研究を行った。これまでの研究で、NK細胞上に発現するTRAILが腫瘍サーベイランスにおいて非常に重要な役割を担っていることを明らかにしてきた。本年度の研究により、NK細胞に発現したTRAILによる腫瘍監視機構は個体発生の初期から存在し、TRAILが特に幼弱期における腫瘍監視機構における中心的なエフェクター分子あり、その後個体の成長に伴い、分化の進んだNK細胞によるNK細胞レセプターにより制御されたperofirn依存性の腫瘍監視機構が獲得され、成体ではより強固な腫瘍サーベイランスが行われることを示した。さらに、TRAILを介した腫瘍細胞の傷害機構を癌治療へ応用すべく、TRAILの細胞死誘導レセプター(DR5)に対するアゴニスティック抗体(MD5-1)を作製し、この抗体を投与したところ、MD5-1の投与は、TRAIL感受性腫瘍を拒絶に導くのみならず、抗原提示細胞を効率的に腫瘍内に導き活性化し、腫瘍抗原の提示を増強することにより、T細胞依存性の腫瘍特異的免疫反応を誘導することで、速やかにTRAIL耐性変異株に対しても強い抗腫瘍硬化を発揮することを示した。これらの結果により、腫瘍サーベイランスにおけるNK細胞上のTRAILの意義のみならず、TRAILを介した腫瘍細胞傷害の臨床応用の有用性が示唆された。一方で、NKT細胞による抗腫瘍効果の発揮に、補助シグナルであるICOSが重要な役割を担っていることを示し、NKT細胞の抗腫瘍活性の発揮に関与する新たな分子機構を示した。これらの結果は、発癌抑制および癌治療に早期に応用可能な基礎的知見である。
テロメアーゼ活性測定による癌細胞の放射線感受性予測法の開発

<はじめに>放射線による癌治療に関して、照射によるがん細胞の細胞死に関するテロメラーゼの役割を検討した。以前より放射線照射による細胞の老化現象に関する議論があったが、いまだその根拠が得られておらず。テロメラーゼ活性を測定するという新たな視点から放射線による細胞死を見直せると考えた。同時に照射後のアポトーシス細胞の検出および細胞周期の変化を解析した。<結果>いずれの細胞でもX線照射後、線量に依存してG2期細胞が増大してゆき、Apotosis細胞も線量に応じて増大するが、いずれも15Gy程度の線量で、G2細胞は70%程度、アポトーシス細胞は50-60%に達し、その後は増大しなかった。テロメラーゼ活性は培養細胞の抽出液より、明瞭なシグナルとして検出されたが照射線量との相関関係は残念ながら認められなかった。TRAP-eseを用いた測定は高感度であるため半定量的ではあるが、放射線照射によるテロメラーゼの活性の変化を捕らえることができると考えたが、今回用いた照射線量の範囲では明らかな、線量-効果関係は認められなかった。<考察>今回の実験では照射線量とテロメラーゼ活性に相関関係を見出せなかった。この原因は明らかではない。日常の診療では放射線治療中は腫瘍の縮小を認めなかったのにもかかわらず、数ヶ月たって著名に縮小することに驚かされることがある。このようなときにテロメラーゼが関与している可能性もあり、今後は、照射後一定時間を経てからのテロメラーゼ活性の変化を定量したいと考えている。放射線照射による癌細胞の細胞死に於けるテロメア/テロメアーゼの関わりを解明する第一歩として、次の様な実験を行った。即ち、卵巣癌由来の腺癌細胞2種、子宮頚癌由来の扁平上皮細胞5種、ぼうこう癌由来の移行上皮癌細胞3種の培養細胞に対して種々の線量(0.5Gy,1Gy,2Gy,5Gy,10Gy,20Gy)でX線照射を行い、コロニー法にて生存曲線を求めて放射線感受性を調べた。この結果は、何れの培養細胞でも、照射線量と生存率との間に負の相関関係が認められ、従来の報告や我々の実験結果と一致していた。また、上記の各種線量にて照射後の培養細胞毎に、フローサイトメーターを用いて細胞周期の解析とアポトーシス発現頻度の解析を行った。この結果も、照射線量とは負の相関関係を示した。一方で同時に、照射線量とテロメラーゼ活性の低下の相関関係を検討するため、上記10種の培養細胞を照射した後にIn situ TRAP法にてテロメラーゼ活性を測定の測定を行った。しかし、照射線量とテロメラーゼ活性値の間に負の相関関係やその他の一定の関係を見いだすことは出来なかった。この理由の一つとして、In situ TRAP法の操作上の問題が考えられた。すなわちIn situ TRAP法では、一つのスライドグラス上で一連の処理が行われるために、PCRを行う際に、TSプライマーによる伸長反応を免れたテロメラーゼ活性の不活化が十分でなかったことが考えられた。また、蛍光顕微鏡を用いてその活性を測定するIn situ TRAP法では、個々の細胞毎でのテロメラーゼ活性の測定には有用であるものの、定量化が難しいことも原因の一つと考えられた。ある一つの細胞株より継代した培養細胞は全ての細胞が等しくテロメラーゼを持っているはずであり、個々の細胞に於けるテロメラーゼ活性を測定するIn situ TRAP法よりは、特定の蛋白質あたりで活性を半定量的に測定する従来のTRAPアッセイが、今回の実験系では好ましい方法であると考えられた。平成12年度では、このTRAPアッセイを用いて再び照射線量とテロメラーゼ活性の相関関係を検討する予定である。
口腔がん血管由来因子の診断法への応用

腫瘍血管内皮マーカーにおいて正常血管内皮細胞よりも発現の高かったプロテオグリカンのうちbiglycanに着目した。さらに線維芽細胞ではその遊走に関わるということが報告されている.ところが,血管内皮におけるbiglycanの機能に関しては殆ど知られていない.そこで、本研究ではbiglycanの発現と機能を解析し、新しいがんのバイオマーカーとしての可能性を探った。(1)腫瘍血管内皮細胞の分離:HSC3など数種のがん細胞株をヌードマウスに皮下または同所移植を行い,腫瘍から腫瘍血管内皮細胞をCD31抗体とCD45抗体を用いてFACSaria 2によりCD31+CD45-の分画として採取した.さらにヒト悪性腫瘍の摘出標本からヒトTumor ECの分離も行った.(2)腫瘍血管内皮細胞の正常血管内皮におけるプロテオグリカン発現の比較検討:マイクロアレイでTumor ECにおいて発現が亢進していたBiglycan ,ならびにその他decorinなどのプロテオグリカンの発現をreal time PCRによって解析し,Tumor ECとNormal EC間で比較検討した.Tumor ECにおいてBiglycanの発現がNormal ECに比べ高いことが見出された.(3)プロテオグリカンのin vivo腫瘍血管における発現解析:in vivo腫瘍血管内におけるプロテオグリカンの発現の有無を免疫染色によって解析する.CD31抗体にて血管内皮を染色し,さらにbiglycanに対する抗体を用いて、血管との共局在の有無を解析した.血管におけるBiglycanの発現は転移症例において高い傾向が見られた.(4)プロテオグリカンの腫瘍血管内皮における機能解析:Tumor ECにおけるbiglycanの機能を解析するため, biglycan si RNAを用いて、biglycanのノックダウン実験を行い,細胞の遊走や増殖への影響を解析した.Biglycanのノックダウンにより血管内皮の遊走能が抑制され,この分子が腫瘍血管新生能に関与すル機能的な分子であることが示された.1.腫瘍血管内皮におけるプロテオグリカンの機能解析Biglycanの機能を解析するため、ノックダウン実験を行い、腫瘍血管におけるプロテオグリカン阻害がもたらす影響の解析を行った。Biglycan knock downは細胞遊走を阻害し、腫瘍血管内皮細胞に形態的変化を起こすことが明らかになった。2.マウス腫瘍モデルを用いた新しい腫瘍血管新生阻害療法の試みBiglycansiRNAをナノ粒子(MEND)(北大・薬学・原島教授との共同研究)によるドラッグデリバリーシステムを用いて腫瘍血管内皮におけるBiglycanの発現の抑制を試みた.MENDに腫瘍血管表面抗原であるintegrinに結合するペプチドRGDを修飾することで有意に腫瘍血管への送達効率の改善がはかれた.Biglycanのノックダウンはin vitroの腫瘍血管内皮細胞荷おいては50%程度得られたことから,in vivoでのノックダウンにつながるものとおもわれる.3.血清中における腫瘍血管内皮細胞特異プロテオグリカンの検出Biglycanが癌患者の血清出検出されるかどうかを分析した。Western blottingでは、がん患者の血清ではBiglycanの発現が検出できたのに対し、健常ボランティアの血清からは、発現はほとんど確認できなかった。定量分析においても、血清中のBiglycanレベルは健常ボランティアに比べ、がん患者で明らかに高かった。1.血清中における腫瘍血管内皮細胞特異プロテオグリカンの検出:プロテオグリカンを濃縮するカラムを用いて,Tumor ECの培養上清におけるBiglycanが検出できることを確認した.Normal ECの培養上清には検出できなかったが,Tumor ECの培養上清にはBiglycanが検出された.さらに,高転移性腫瘍由来のTumor ECと低転移性腫瘍由来のTumor ECを比較すると,後者には検出されず,前者の培養上清にのみ検出された.その後,マウス腫瘍モデルの進展の経過に伴う血清中のBiglycanの発現の推移を解析した.高転移性のメラノーマにおいてはがん細胞移植後2週前にはマウス血漿に検出され,これが癌の早期診断マーカーとなり得る可能性が示唆された.またがん患者の血清をサンプルとして用いてBiglycanの発現と患者の予後との関連について検討したところ,健常者の血液では低値を示すBiglycanはがん患者の血清では高く,特に転移症例では高い傾向がみられた.2.腫瘍微小環境が血管内皮細胞に及ぼす影響に関する検討: Tumor ECにおいてこれらのプロテオグリカンの発現が亢進するメカニズムの1つとして、腫瘍細胞と内皮細胞との相互作用による可能性を考え、がん細胞の培養上清により正常血管内皮細胞を処理したところNormal ECにBiglycanの発現亢進みられた。3.マウス腫瘍モデルを用いた腫瘍血管新生阻害療法の試み: Biglycan siRNAーMENDによるin vivo腫瘍血管におけるbiglycanのノックダウンを試みている.MENDの適切な投与時期や投与量の検討を行った.腫瘍血管内皮マーカーにおいて正常血管内皮細胞よりも発現の高かったプロテオグリカンのうちbiglycanに着目した。腫瘍血管内皮細胞特異プロテオグリカンであるBiglycanが、がん患者の血清中で検出され、健常ボランティアの血清からは、ほとんど検出されないことまでは明らかになった。このことから、血清Biglycanががん患者の再発マーカーや予後予測因子として利用できる可能性が高くなった。

口腔がん1.血清中における腫瘍血管内皮細胞特異プロテオグリカンの検出プロテオグリカンを濃縮するカラムを用いて,Tumor ECの培養上清におけるBiglycanが検出できることを確認し,その後,腫瘍モデルの進展の経過や治療経過と血清中の発現がいかに推移していくかについて解析する。さらにがん患者の血清をサンプルとして用いてBiglycanの発現と患者の予後や再発の有無との関連について検討する。2.腫瘍微小環境が血管内皮細胞に及ぼす影響に関する検討Tumor ECにおいてこれらのプロテオグリカンの発現が亢進するメカニズムの1つとして、腫瘍細胞と内皮細胞との相互作用による可能性を考え、その機序に迫る。具体的にはがん細胞の培養上清による処理、またはがん細胞との共培養によって、Normal ECにこれらの分子の発現亢進がおきるのかをreal time PCRで検討する予定である。3.マウス腫瘍モデルを用いた腫瘍血管新生阻害療法の試みBiglycan siRNAーMENDによるin vivo腫瘍血管におけるbiglycanのノックダウン,ならびにそれにともなう,血管新生阻害効果と抗腫瘍効果の有無について検証する.25年度は当初の予定であった、腫瘍血管内皮細胞の分離、腫瘍血管内皮細胞と正常血管内皮細胞とにおけるBiglycanの発現の比較、in vivo腫瘍血管におけるプロテオグリカンの発現の解析まで行うことができ、26年度の予定であった腫瘍内皮におけるプロテオグリカンの機能解析まで行うことができた。前年度からの繰越金が207,368円あったことと、試薬(抗体)の購入が予定よりも少なかったため、次年度繰越金が発生した。1.腫瘍血管内皮におけるプロテオグリカンの機能解析:Biglycanの機能を解析するため、ノックダウン実験を行い、腫瘍血管におけるプロテオグリカン阻害がもたらす影響の解析を引き続き行う。2.マウス腫瘍モデルを用いた新しい腫瘍血管新生阻害療法の試み:Biglycanの受容体の阻害がin vivoにおいてマウス腫瘍の増殖を阻害するのか、腫瘍血管新生阻害効果を解析する。3.血清中における腫瘍血管内皮細胞特異プロテオグリカンの検出:腫瘍血管内皮細胞の培養上清においてBiglycanなどが検出できることを確認し、腫瘍モデルの進展過程や治癒によって血清における発現がどのように変化するのかを解析する。さらにがん患者の血清をサンプルとして用い、抗体作製受託サービスに依頼し、それを用いたERISAシステムの構築、解析も検討し、がん患者における発現と予後や治療効果についての関連を検討する。
マイクロ波アシスト磁化反転の高効率化技術の開発

マイクロ波アシスト磁化反転技術の高効率化手法について各種検討を行った.まず,ナノドットにおける大振幅歳差運動挙動の高感度定量評価手法を確立した.次に層間結合強度の制御を行った積層磁気性ドットにおいて低周波領域から著しいマイクロ波アシスト効果の増大を確認した.またフェリ磁性体を用いることにより,有効ジャイロ磁気定数を制御することで,マイクロ波アシスト効果の制御が可能であることを実証した.また磁性粒子間の磁気的相互作用がマイクロ波アシスト効果を増大させることを実証した.以上の成果,本技術の実用化を進める上で,マイクロ波アシスト効果の制御が様々なアプローチで可能であることを示すものである.本研究では,反転磁場の制御技術としてナノ磁性体においてマクロスピン予測を超える大きなアシスト効果の発現ならびにその制御手法の開発を目的としており,以下項目に関する検討を予定している.(1)積層構造ナノドットのマイクロ波アシスト効果:層間の交換相互作用や各層の磁気特性を偏重した積層構造を有するナノ磁性ドットに対するアシスト効果を調べる.(2)双極子相互作用のマイクロ波アシスト効果に及ぼす影響:微細加工によりドット間距離を変化させて双極子相互作用のアシスト効果に与える影響を調べる.(3)マイクロ波アシスト増大の最適構造とアシスト周波数制御手法:上記検討とシミュレーションならびに解析計算により,アシスト効果に対する最適構造とその制御手法を確立し,グラニュラー媒体への適用を図り最適媒体構造の提案を行う.本年度は初年度であり,検討課題(1)を中心に研究を実施した.磁気特性の異なる2層を積層した積層ナノドット試料を作製し,そのスイッチング実験を行った.その結果,低周波領域での著しい反転磁場低減,反転磁場の非線形な周波数依存性など,これまでの単層の場合とは明らかに異なる積層構造に特徴的なアシスト挙動を得ることが出来た.さらに,コンピュータシミュレーションにより同様の挙動を再現するとともに,その物理メカニズムの理解と制御パラメータの抽出が出来た.本成果は,積層構造による歳差運動制御ならびにアシスト効果制御につながる重要な知見である.本研究では,マイクロ波磁場を用いた反転磁場の制御技術として,ナノ磁性体においてマクロスピン予測を超える大きなアシスト効果の発現ならびにその制御手法の開発を目的としている.平成27年度は2年目にあたり,以下項目について重点的に検討した.(1)交換相互作用を制御した積層構造試料の励起状態評価交換結合制御膜(Pt,Ruなど)を中間層とした積層垂直磁化膜を用いて,交換結合の励起状態に与える影響を評価した.試料は磁気異方性の異なる2つのCo/Pt多層膜をPt,Ruなどを介して積層した構造とした.その結果,2層のCo/Pt層は交換結合定数の正,負に対応した音響モード,光学モードの励起が確認できた.今後は,これら試料をナノドット化し,マイクロ波アシスト効果との相関を調査する予定である.(2)励起状態とマイクロ波アシスト効果の同一試料による測定これまでの研究から,励起状態とマイクロ波アシスト効果には強い相関があることが分かっているが,同一試料を用いて両者を比較することで,より直接的な議論が可能となることが期待される.我々は異常Hall効果を用いることによりナノドット試料においても非常に高感度に励起状態の評価可能な実験手法を構築し,さらにマイクロ波アシスト実験との直接比較を行った.その結果,ナノドットにおける基本モードとそれに対応したマイクロ波アシスト挙動の相関を実験的に示すことが出来た.今後は,本手法を磁気特性を変調させた積層型ナノドット試料に展開していく予定である.層間結合と励起状態の評価や励起状態の高感度計測手法の立ち上げなどを進めることができ,励起状態制御のために必要な要素技術の立ち上げができた.最終年度での研究に向けて,概ね順調に進展していると自己評価している.本研究は,マイクロ波磁場を用いた磁化反転制御技術として,ナノ磁性体においてマクロスピン予測を超える大きなマイクロ波アシスト効果の発現ならびにその制御手法の開発を目的に実施したものである.本年度は最終年度であり,3年間の研究実績として以下にまとめる.1)ナノ磁性体の励起状態を評価するため,異常ホール効果を用いた極めて高感度な磁気共鳴評価手法を確立した.この手法を用いることにより,磁化反転実験と強磁性共鳴測定が同一試料で実施することができるようになり,マイクロ波アシスト効果と励起状態との相関が明瞭に議論できるようになった.2) Co/Pt垂直磁化膜を用いて,層間相互作用を制御した積層磁性体ナノドットを作製し,極めて大きな磁化反転アシスト効果が発現することを実証した.各層の大振幅歳差運動励起がこのような大きなアシスト効果を引き起こしていることが示された.3)フェリ磁性体であるGdFeCoアモルファス垂直磁化ドットを用いた実験を行った結果,フェリ磁性体においても強磁性体と同様のマイクロ波アシスト効果が発現することが確認できた.本成果は有効ジャイロ磁気定数を制御できれば,マイクロ波アシスト効果の制御が可能であることを示すものである.4)磁気記録媒体である垂直磁化グラニュラー膜におけるマイクロ波アシスト効果をシミュレーションにより計算し,粒子間の磁気的相互作用がマイクロ波アシスト効果の増大に極めて重要な役割を果たしていることを実証した.マイクロ波アシスト磁化反転技術の高効率化手法について各種検討を行った.まず,ナノドットにおける大振幅歳差運動挙動の高感度定量評価手法を確立した.次に層間結合強度の制御を行った積層磁気性ドットにおいて低周波領域から著しいマイクロ波アシスト効果の増大を確認した.またフェリ磁性体を用いることにより,有効ジャイロ磁気定数を制御することで,マイクロ波アシスト効果の制御が可能であることを実証した.

また磁性粒子間の磁気的相互作用がマイクロ波アシスト効果を増大させることを実証した.以上の成果,本技術の実用化を進める上で,マイクロ波アシスト効果の制御が様々なアプローチで可能であることを示すものである.積層構造体における特徴的な励起挙動ならびにマイクロ波アシスト効果の計測に成功し,概ね順調に進展していると自己評価している.次年度は最終年度にあたり,今年度までに構築した試料作製技術,高感度励起状態評価技術を基に,励起状態の制御とそれに基づくマイクロ波アシスト効果の制御手法の開発を進める.28年度が最終年度であるため、記入しない。工学今後は,引き続き積層構造における励起状態とマイクロ波アシスト効果の相関についての検討を進めながら,双極子相互作用のマイクロ波アシスト効果に及ぼす影響やマイクロ波アシスト増大のための最適構造探索なども併せて進める予定である.当初計画から基金分を3年分の消耗品費用として考えているため.28年度が最終年度であるため、記入しない。計画時に予定した物品に対して,別予算により購入することが出来たため.次年度は最終年度にあたり,未使用額は高周波測定部品の購入などに充てる予定である.28年度が最終年度であるため、記入しない。計測システムの電源購入等に使用予定28年度が最終年度であるため、記入しない。
STM/STSによる成膜・エッチングプロセスにおける固体表面反応素過程の解明

原子サイズの空間分解能で表面電子のエネルギー状態いわゆる局所状態密度が測定できるSTM/STS装置を、また表面反応素過程が電子状態の変化とともにシミュレーションできる第一原理分子動力学の計算機プログラムを完成した。シミュレーションでは、窒化物のスパッタリング成膜におけるZrとAl表面上でのN_2の解離吸着反応、さらに反応性イオンエッチングにおけるF,Cl原子によるSi表面の除去反応素過程を明らかにした。また、実験では、Cl_2が吸着したSi(001)2×1表面をSTM観察した。以下に、研究の進展および新たに得られた知見について述べる。1.計算機シミュレーション(1)ZrおよびAl表面上のN_2の解離吸着反応モデルの計算から、N_2の解離の活性化エネルギーを求めた。その結果、Zrでは0.55eVと極めて低く、Alでは10eV以上となり、Zr表面上では室温でN_2の解離が進行して窒化膜の形成が可能であるという成膜の実験結果を説明した。(2)F,Cl原子がSi(001)2×1表面に吸着した場合、Si第1原子層のバックボンドはFが吸着した方がClより弱くなることを計算結果から示し、エッチング速度の違いを説明した。2.ハロゲンガス吸着Si表面のSTM観察(1)Cl_2が吸着したSi(001)2×1表面を探針-試料間のバイアス電圧を変化させてSTM観察した結果、4種類の吸着タイプが存在することがわかった。(2)バイアス電圧を変化させてSTM観察から、Clが吸着することでSi表面の価電子帯は低エネルギー側に、伝導帯はわずかに高エネルギー側にシフトすることを明らかにした。原子サイズの空間分解能で表面電子のエネルギー状態いわゆる局所状態密度(Local Density of States;LDOS)が測定できるSTM/STS装置を完成した。また、表面反応素過程が電子状態の変化に基づきシミュレーションできる第一原理分子動力学の計算プログラムを完成した。そして、種々の反応種を生成するための高周波プラズマによるラジカル発生装置を試作し、その性能を評価した。その結果に基づき、STMの超高真空チャンバに設置できる高周波プラズマ装置を設計した。以下に本年度の研究の進展および新たに得られた知見について述べる。(1)金属が吸着したSi(001)2×1表面や原子状水素が吸着したSi(111)7×7表面のSTM/STS計測の結果から、固体表面反応素過程を観察する場合は、探針の材質および先端の原子構造が重要であることが明らかになった。また、探針と試料間の距離は、一定に保たれているとしても、STS計測結果に影響を及ぼすため、STM/STS計測法をさらに改良する必要がある。(2)以下のような成膜・エッチングプロセスにおける固体表面反応素過程の計算機による第一原理分子動力学シミュレーションを始めた。b)スパッタリング成膜におけるZrN,AlN窒化物薄膜の成長過程ZrおよびAl表面上でのN_2の解離吸着反応の素過程をシミュレーションしている。c)反応性イオンエッチングにおけるF,Cl原子によるSi表面の除去過程Si表面にF,Cl原子が吸着した場合の表面のLDOSを計算し、Siの第1層のバックボンドが切れる機構を示す予定である。
エピジェネティックな変化を基盤とする新規胃発癌モデルの構築

胃発癌はHelicobacterの長期感染を介し、ゲノム異常に加え、エピゲノム修飾による遺伝子発現変化が重要であることが明らかにされつつある。胃癌のゲノム異常を基盤とした動物モデルの開発は近年進展してきたが、一方でエピゲノム修飾を基盤とした胃発癌モデルは作成されていない。本研究では、まずエピゲノム変化に基づく胃癌マウスモデルの構築をする。次に胃オルガノイドを用いたエピゲノム変化に基づく発癌機構の解析を腫瘍オルガノイドの作成と細胞レベルにおける網羅的解析により行う。
リンパ管新生の制御機構

我々はリンパ管新生の制御機構を明らかにするためにリンパ管新生のマスター因子Prox1の作用を中心に研究を行った。我々はTGF-βシグナルによってProx1の発現が抑制され, HoxD8によって発現が誘導されることを見いだした。また、Prox1がEtsファミリーの転写因子や核内受容体COUP-TFII1と結合し,リンパ管新生に重要な働きを示すことを明らかにした。さらにProx1の標的遺伝子として新たにFoxC2、Ang-2、HoxD8を見いだした。本研究では我々がこれまで明らかにしてきた血管細胞の分化に関する知見を基盤として、種々のin vitro、in vivoの実験系を駆使して、転写因子Prox1による血管前駆細胞からリンパ管内皮細胞への分化のメカニズムを分子レベルで明らかにする。とくに、(1)Prox1がどのようなシグナルで血管内皮細胞で誘導されるか、(2)血管内皮細胞でProx1はどのような転写因子と複合体を形成し、リンパ管特異的遺伝子を誘導するか、(3)Prox1はどのような遺伝子の転写を促進(または抑制)し、それらの遺伝子はリンパ管の形成にどのような役割を果たしているか、の3つに焦点をあて、研究を推進する。1.我々はリンパ管新生を評価するinvivoの系を確立した。まずヌードマウスの胃壁にスキルス胃がんOCUM-2MLN細胞を移植しリンパ節転移を調べたところ,OCUM-2MLN細胞は4週後にリンパ節転移を示した。さらにCyclooxygenase-2阻害剤であるエトドラクを投与したところ,リンパ節転移が有意に抑制できることが確認された。次にヌードマウスに癌性腹膜炎を惹起し,横隔膜でのリンパ管新生を測定する系を確立した。この場合もエトドラクはリンパ管新生を抑制した。最後にチオグリコレートにより慢性腹膜炎を惹起し,横隔膜リンパ管新生を測定したところ,やはりエトドラクによる効果が見られた。これらの系は今後,リンパ管新生を検討する上で有効な系となることが期待された。2.転写因子Prox1はリンパ管新生のマスター因子として作用することが我々のこれまでの研究で明らかとなっている。我々はTGF-β阻害剤を投与すると転写因子Prox1や細胞表面タンパクLYVE1の発現が上昇することを明らかにしてきた。さらに我々はProx1に結合する転写因子をいくつか同定した。この中でもCOUP-TFIIは静脈の分化に重要な役割を果たす転写因子であるが,COUP-TFIIの発現をsiRNAにより低下させるとProxlによるVEGFR-3の発現誘導が亢進するなど,静脈-リンパ管内皮細胞分化に2つの転写因子が何らかの相互作用を果たしていることが明らかとなった。1.転写因子Prox1はリンパ管新生のマスター因子として作用することが我々のこれまでの研究で明らかとなっている。我々は静脈血管内皮細胞において発現する核内受容体COUP-TFIIがProx1の転写活性を調節することを示した。血管内皮細胞(BEC)とリンパ管内皮細胞(LEC)においてProx1はcyclin E1とVEGFR3の発現を誘導することにより、細胞増殖とVEGF-Cへの走化性を亢進する。COUP-TFIIの発現によりBECとLECにおいてProx1の作用は阻害されたのに対し、COUP-TFIIの発現を低下させるとProx1の作用はBECでは亢進し、LECでは阻害された。我々はまた内因性のProx1とCOUP-TFIIがリンパ管内皮細胞において結合すること、cyclin E1プロモーター上で複合体を形成することを見出した。以上の結果からCOUP-TFIIがリンパ管の形成と維持においてProx1と結合することにより、Prox1の機能を調節していることが示唆された。2.我々はマウス胚性幹細胞由来の血管内皮細胞(MESEC)においてリンパ管の成熟に重要な役割を果たすFoxC2とAngiopoietin-2(Ang-2)の発現をProx1が誘導することを見出した。さらにHoxD8の発現がProx1よって誘導されることが明らかとなった。Prox1よるHoxD8発現誘導はヒト臍帯静脈血管内皮細胞ならびにヒト皮膚由来リンパ管内皮細胞においても確認され、マウス胚由来のリンパ管内皮細胞においてHoxD8が発現していることも確認された。さらにマウス炎症性リンパ管新生モデルにおいて、アデノウイルスによって導入されたHoxD8が横隔膜上の新生リンパ管の径を拡大させることが明らかとなった。我々はまたProx1とHoxD8が協調的にAng2の発現を誘導することを見出した。HoxD8がProx1の発現を亢進することから、Prox1の発現は自身の標的遺伝子であるHoxD8によって維持されていることが示唆された。以上の結果からProx1lとHoxD8による転写ネットワークがリンパ管の成熟と維持において重要な役割を果たしていることが示唆された。

1.転写因子Pox1はリンパ管新生のマスター因子として作用することがこれまでの我々の研究で明らかとなっている。我々はProx1と結合する因子をyeast two-hybrid systemで検索し、Etsファミリーの転写因子であるEts2がProx。と結合することを見出した。Ets2は血管内皮細胞だけでなくリンパ管内皮細胞にも発現していた!またリンパ管内皮細胞でProx1がEts2と結合していることを確認した。さらに我々はEts2がProx1と協調して血管内皮細胞やリンパ管内皮細胞で、リンパ管内皮細胞の増殖や機能に重要な働きを持つVEGF-Cの受容体であるVEGFR3の発現を誘導することを明らかにした。またEts2はProx1による血管内皮細胞やリンパ管内皮細胞のVEGF-Cに対する遊走を促すことや、クロマチン免疫沈降法でProx1とEts2がVEGFR3プロモーターヘ結合すること存確認した。さらには、我々が確立した横隔膜でのリンパ管新生系でけEts2がin vivoにおいてリンパ管新生を誘導することを見出した。今回の我々の研究でEtsファミリーの因子ではEts2以外にもEts1などいくつかの因子がProxlと結合することが明らかとなったことから、Estファミリーの因子はProx1と協調することによってリンパ管新生に極めて重要な役割を持つことが明らかとなった。2.新規転写因子Homezは機能未知の転写因子で、我々の研究でProx1と結合することが明らかとなった。Homezは血管内皮細胞やリンパ管内皮細胞に発現している。Homezはリンパ管内皮細胞でCyclinE1の発現を上昇させることから.細胞増殖を促進することが示唆された。Homezを高発現するマウスは形態学的には明らかな異常は見られなかったが、Homezが精巣に発現しているためか生殖能力に異常があることを示唆する結果を得た。
直接接触熱交換方式による氷蓄熱装置の開発

水中に、水と不溶解な冷却媒体R113液またはフロリナ-ト液を直接注入し、直接接触熱交換により氷を生成・貯蔵する氷蓄熱装置を製作した。この装置を用いた製氷実験により、以下のことが明らかとなった。(1)液液直接接触冷却特性:ノズルより注入した冷媒液による水の冷却特性を調べるため、水槽内の多点に配置した熱電対により、各点の温度変化を計測した。冷媒液流量が増加すると、冷媒液による水の攪拌効果が増すため、水槽内の温度分布は均一化し、また、上下の温度分布が逆転する水温が4°Cよりも下降する。(2)氷晶の初生:氷晶が初生する水の過冷度は、0.1Kから0.5Kの範囲であり、冷媒液流量の減少および冷媒液注入温度の減少に伴いその過冷度は増加する。氷晶の初生位置は特定できなかった。(3)氷晶の成長過程:顕微鏡を介したビデオ映像の観察によると氷晶の形状は非常に薄い円盤状のいわゆるフラジルアイスと呼ばれるもので、単独で流動中のものはきれいな円盤を保ちながら半径方向にのみ薄く成長する。氷晶同士互いに合体したものや、壁などに付着し静止した氷晶は、いびつな円盤状に変化してゆく。ここで生成されたシャーベット状の氷は、融解特性や運搬特性に特に優れる。(4)槽内に超音波振動を与えることにより、氷晶の初生する過冷度は減少し、均一なフラジルアイスの形成が促進される傾向がみられるが、今後の詳細な検討が必要である。また、製氷・融解過程のモデル化とシュミレーションが必要である。実験パラメータの調節と現象の観察が容易な小型試験水槽に冷却媒体のR113液を直接注入する直接接触冷却方式の実験装置を製作して、以下のことを行った。(1)液液直接接触凍結特性:流動中の液液界面における凍結現象の機構と流動・伝熱特性を把握するため、可視化実験による観察と温度場及び流れ場の測定を続行中である。結氷開始条件,氷滴の形状・質量・数密度・成長速度などに及ぼす諸影響因子を調査中である。(2)数値計算による解析:(1)の問題に関してモデル化を行い、計算機を用いたシュミレーションを準備中である。以上のような小型蓄熱槽による基礎的要素実験を進行中であるが、実験パラメータが多く定性的観察が主となっている。従来の隔壁式で生成した氷と比較して、直接接触式では実験パラメータの変化とともに生成される氷に多くのバリエーションを持つことが観察された。従って、蓄熱に有利な氷晶の形状を特定し、その発生条件を明らかにすることが先決である。この点で不明なことが多く、実験の進行が遅れている。そのため、畜熱槽の設計に有用なデータが不足している。直接接触方式で得られる氷はシャーベット状のものが多く、この形態は融解・搬送特性に優れており畜熱漕として有利である。また、試験的に氷生成中に超音波を印可したところ、生成した氷の形状や性状に顕著な変化が見られた。今後、電場・磁場等により目的の形状・性状を有する氷を生成できる可能性もある。
人工ペプチドによる核内レセプターアンタゴニストの創製

LXXLLシークエンスを持つペプチドの中に、α、α-ジ置換アミノ酸、側鎖架橋構造を導入することで、安定なヘリックス構造を形成できるペプチドの合成を行った。ヘリックス構造を安定化させるジ置換アミノ酸としてα-アミノイソブチル酪酸(Aib)を用いた。側鎖架橋構造を構築するユニットとしてアリル基を有するセリン誘導体を用いた。これらのアミノ酸を含む10数種類のヘプタペプチドを設計、合成した。また、ビタミンDレセプターとコアクチベータの結合を阻害することも明らかにした。核内受容体に結合する転写共役因子のヘリックス結合モチーフ-LXXLL-(L;ロイシン、X;任意のアミノ酸)を含むペプチドを設計し、そのヘリックス構造の制御を行った。すなわちLXXLLシークエンスを持つペプチドの中に、α、α-ジ置換アミノ酸、側鎖架橋構造を導入することで、安定なヘリックス構造を形成できるペプチドの合成を行った。これらのアミノ酸を含む4種類のヘプタペプチドを設計、合成した。側鎖架橋構造の構築は閉環メタセシス反応及び水素化反応で行った。合成したペプチドの二次構造解析は、溶液状態ではNMR,IR,CDスペクトル、結晶状態ではX線結晶解析を用いて行った。その結果、溶液状態において、3つのペプチドは右巻きの3_10-ヘリックス、1つのペプチドは右巻きのα-ヘリックスであることが示唆された。溶液状態で右巻きのα-ヘリックスと示唆されたペプチドは、再結晶で良質な単結晶が得られたのでX線結晶解析を行った。その結果、溶液中と同様の右巻きのα-ヘリックスであることが明らかとなった。ここで合成した安定化ヘリカルペプチドを用いて今後、ビタミンDレセプター転写阻害活性の検討を行う予定である。核内レセプターとコアクチベータ(転写共役因子)の結合は-LXXLL-配列を認識することで起こる。この-LXXLL-を持つ短鎖ペプチドは、このタンパク質-タンパク質相互作用を阻害する可能性があり、転写阻害剤になりうる。その結果、溶液状態において、3つのペプチドは右巻きの3_<10>-ヘリックス、1つのペプチドは右巻きのα-ヘリックスであることが示唆された。また、ビタミンDレセプターとコアクチベータの結合を阻害することも明らかになった。核内レセプターはリガンド依存的に転写を制御している。リガンドと結合した核内レセプターはさらにコアクチベータと結合し転写を引き起こす。この-LXXLL-を持つ短鎖ペプチドは、このタンパク質ータンパク質相互作用を阻害する可能性があり、転写阻害剤になりうる。LXXLLシークエンスを持つペプチドの中に、α、αージ置換アミノ酸、側鎖架橋構造を導入することで、安定なヘリックス構造を形成できるペプチドの合成を行った。ヘリックス構造を安定化させるジ置換アミノ酸としてαーアミノイソブチル酪酸(Aib)を用いた。その結果、溶液状態において、ペプチドは右巻きのヘリックスであることが示唆された。溶液状態で右巻きのαーヘリックスと示唆されたペプチドは、再結晶で良質な単結晶が得られたのでX線結晶解析を行った。その結果、溶液中と同様の右巻きのαーヘリックスであることが明らかとなった。特に側鎖架橋構造に水酸基を導入したペプチドは強力な阻害活性を有していた。

α、α-ジ置換アミノ酸、側鎖架橋構造を導入することで、安定なヘリックス構造のペプチドの合成に成功した。CD,X線により構造を確認できた。さらに、ビタミンDレセプターとコアクチベータの結合を阻害することも明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、ビタミンDレセプターとコアクチベータの結合の阻害活性をさらに増強する分子設計と合成を行う予定である。
不均一異相界面でのナノ構造規制による電子伝達挙動の制御とその素子化への試み

1.粒径数nmの金属・半導体ナノクラスターの調整:液相中において粒径、結晶系の制御された金属あるいは化合物半導体クラスターの調製法を確立した。特に金クラスターについては新しい光化学反応による無電解メッキ法を開発しナノサイズでの構造制御を可能とした。2. ZnO超微結晶の表面Zn原子と強く相互作用する不斉リン酸化合物を用いて化学修飾を行い、その表面修飾法を確立し表面状態を検討した。さらに溶液中におけるZnO超微結晶の表面不斉場に対する不斉アミノ酸の相互作用の違いをZnO超微結晶の蛍光消光の割合で評価し、不斉分子修飾ZnO超微結晶のアミノ酸不斉分子認識能を賦与することを試みた。その結果、S-BNP修飾ZnO超微結晶はL-Tryptophanとの相互作用が大きく、逆にR-BNP修飾ZnO超微結晶はD-Tryptophanとの相互作用が大きいことが分かった。修飾剤BNPはZnO超微結晶に表面修飾されることにより超微結晶表面にて2次元的なの規則幾何構造を形成することが期待される。この表面不斉分子配列の立体的な障害にによりL-,D-Tryptophanに対するエナンチオ選択性すなわち不斉認識能が発現したことを証明した。この他、ZnS超微結晶表面の溶媒和構造、表面分子修飾についても検討を行った。
高温型嫌気性生物反応を活用したエネルギー自立型新規高度廃水処理システムの開発

排熱を生物反応に適用する場合を想定して、高温条件での生物反応器による物質変換特性への影響を調査した。高温条件でメタンの生成効率向上や乳酸発酵の効率化等、有機成分を資源として回収しやすくできる反応を優先させることができた。アナモクス反応も35°C付近で効率化できることを示した。設定条件によりそれら反応が優先化する微生物叢が形成されることも確認した。結果としてエネルギー・資源回収を促進できることを示した。一方で、条件によってはN2O発生などの副次的反応を促進される場合があった。目的とする反応の効率化と、副次的反応の発生リスクの低減化を図る操作が希求されるが、そのための基礎的情報を整理し、提示した。嫌気性反応について、高温メタン発酵例として、汚泥、生ごみとコーヒー滓の混合消化を行った。高温嫌気性消化では汚泥や有機性廃棄物としてのコーヒー滓は、生ごみとの混合発酵により安定して発酵が促進されることが示された。また一方で、コーヒー滓の投入は汚泥のメタン発酵量を増大させる可能性があることが示されているが、一方で、コーヒー滓の割合を高くすると、発酵中間代謝物によるメタン発酵への阻害が生じることがわかり、阻害回避策として、活性炭の活用が有効であることの知見を得た。また次世代シーケンサを用いた菌叢解析を行い、生ごみなどの投入による共発酵を行うと、菌叢も投入基質条件に応じた菌叢に変遷していくことが観察され、生物反応槽による処理には菌叢の変遷と安定化が関与している実態を把握した。嫌気性アンモニア酸化反応(アナモックス反応)による温室効果ガス(亜酸化窒素)生成特性を確認し、とりわけアナモックス反応においては、アンモニア性窒素濃度が高い反応初期段階(押出流れ系では上流位置)において、亜酸化窒素の生成が卓越していることを明らかにした。一方で、亜酸化窒素はアナモクスリアクターの後半段階(押出流れ系では下流位置)において亜酸化窒素が消費される現象があることを明らかにした。初期段階の亜酸化窒素の抑制並びに、後半での亜酸化窒素消費促進を図ることで、システム全体としての亜酸化窒素発生抑制が達成できる可能性があることを明らかにした。嫌気性生物反応(メタン発酵)をカバーする数理モデルを作成した。また、実用化を視野に入れる検討についても実施した。具体的には刈草と下水汚泥の混合消化においてで、80°Cの超高温処理を組み込んだ連続実験を実施して、反応特性を把握した。また窒素除去に関しては、アナモックス反応を中心に、硝化反応と合わせたリアクター内での菌叢の推移について観察するとともに、亜酸化窒素発現状況について、把握しその反応機構について考察した。熱の形態でエネルギーを生物反応器へ有効活用する可能性について、検討した。具体的には、窒素除去として着目されている嫌気性アンモニア酸化反応(anammox)、有機物の質変換(メタン発酵、有機酸発酵)による資源回収への熱利用の可能性について、高温生物反応器の運転操作への適用を試みた。まず、窒素除去に関しては、嫌気性アンモニア酸化反応におよぼす温度の影響を、処理効率(処理速度)や副次的反応として懸念される温暖化ガスである亜酸化窒素(N2O)の発生特性に着目して、ラボスケールの反応器の運転を行い検討した。55°Cで運転した系では、微生物叢の維持が困難であり、反応器としては長期的な操作が成立しないことが分かったが、45°Cでは反応は認められ、35°C条件では最も処理効率が高くなることが示された。比較対照として、25°C、15°C条件における反応特性についても観察したが、35°Cでの反応効率が最も高くなることが示された。一方亜酸化窒素生成特性については、45°C条件での発生効率や発生量が最も高くなることが示された。適度な温度制御は反応の効率化が図れる一方で、副次的反応を生じさせる条件についても適切に把握して、処理全体の活用効率を上げる操作が求められることが示された。有機物の質変換への適用としての生物反応器への熱利用についても検討し、ラボスケールでの実験を行った。発酵生成物やでんぷんの糖化効率が異なる系で、微生物群集が大きく異なることを明らかにした。エネルギー形態としては質が高くない熱を生物反応に適用する場合を想定して、その影響を反応器の運転を通じて実施した。反応効率を高めうる一方で、副次的な反応が生じやすい場合となることが明らかになった。目的とする主反応の効率化と、副次的反応の発生リスクの低減化を図る操作が求められ、その基礎的な情報として、これらの研究が活用できると考えられる。

実排水への適用について検討するなど、本研究で得られた知見の応用に向けた取り組みを行うとともに、汎用化も可能なモデル作成をも実施しており、全体としては当初予定をカバーした取り組みが実施できている。27年度が最終年度であるため、記入しない。水環境工学基本的には当初計画に従って研究を推進させる。昨年度作成したモデルの汎用性を高めるために、応用・実用化を視野に入れた実験についても実施する。アナモックス反応やメタン発酵反応に関する実験的検討を実施した。内容はやや基礎的なものに重点を置いた形になったものの、次世代シーケンサの導入による菌叢解析など、当初の予定をカバーする形での進捗が得られている。計画していた出張の変更が生じたため27年度が最終年度であるため、記入しない。基本的には、当初計画に従って研究を推進させる。研究成果発表旅費として使用する予定27年度が最終年度であるため、記入しない。購入した自動有機元素分析装置のセッティング価格等において、当初予定額よりも低く実施できたことにより次年度使用金額が発生した。実験の経費や実験装置運転の消耗品に充当し、研究をより進展させるように活用する。
代謝異常症候群モデルマウスの病態解析

メタボリックシンドロームの中心的病態のひとつである脂肪組織機能異常の分子メカニズムの解明に焦点を絞り、種々の遺伝子操作病態モデルマウスの解析や新規の開発、ヒト脂肪組織の解析、培養脂肪細胞を用いた解析を行った。第一点は肥満の脂肪組織における細胞内グルココルチコイド活性化酵素、11β-HSD1の制御異常の分子メカニズムの解明であり、この酵素が担う脂肪組織グルココルチコイド作用の病的過剰が脂肪細胞ホルモン、サイトカイン、ケモカインの分泌制御異常を惹起し、脂肪組織機能異常を引き起こすことが明らかとなった。本酵素が脂肪組織の炎症やセラミドシグナル、高血糖や過栄養の状態で亢進するペントースリン酸経路に関わる酵素群から供給される補因子、NADPHなど多彩な経路によって脂肪組織で活性化されること、遺伝子操作マウスや遺伝的肥満マウスで観察される調節異常がヒト肥満脂肪組織でも同様に観察されること(ヒト試料を用いた臨床研究:京都大学医の倫理委員会553、2004年より承認)、炎症脂肪組織においては脂肪細胞のみならずマクロファージにおいても本酵素が病態形成に深く関与していること、PPARγ作動薬の作用機構に本酵素の抑制が寄与していることが本研究から新規に明らかになった。第二点はメタボリックシンドローム病態における脂肪細胞ホルモン、レプチン抵抗性の意義の解明と創薬への応用であり、視床下部メラノコルチンシグナルの活性化が骨格筋脂肪酸酸化能に及ぼす効果を解析した結果、4型メラノコルチン受容体のアンタゴニストやアゴニストの脳内投与が骨格筋AMPKおよびACCのリン酸化の減弱や亢進を惹起すること、高脂肪食でレプチン抵抗性を獲得したレプチン過剰発現マウスや遺伝性肥満マウスに対する受容体アゴニスト投与がAMPK再活性化をもたらし糖脂質代謝を改善することが明らかとなった。メラノコルチンアゴニストがレプチン抵抗性を克服しメタボリックシンドローム治療に応用できる可能性を示す新規の成果である。メタボリック症候群の病態基盤のひとつとして、"脂肪細胞におけるグルココルチコイド(アデイポステロイド)作用の過剰な活性化"の意義に注目し、内臓脂肪の蓄積機構、内臓脂肪の蓄積に伴うメタボリック症候群病態の分子機構の解明を進めるべく研究計画を策定した。平成15年度は、細胞内でグルココルチコイドを活性化し、アデイポステロイド作用においても重要な役割を果たしていると考えられる変換酵素、11β-hydroxysteroid dehydrogenase type1(11β-HSD1)を脂肪細胞で過剰発現するトランスジェニックマウスの解析により、アデイポステロイドの活性化が高血圧を惹起するメカニズムを明らかにした。更に、11β-HSD1の全身性ノックアウトマウス表現型の解析により、特に、アデイポステロイド作用の活性化を抑制することが内臓脂肪の蓄積や代謝病の発症を防御することを明らかにし、それぞれの成果を論文に発表した。更に、細胞内グルココルチコイド活性化の程度を少量の尿試料を用いて評価する系を開発し(京都大学・医の倫理委員会承認)、ヒト(臨床症例)において、細胞内グルココルチコイド活性化の程度がウェスト周囲径や空腹時インスリン濃度と相関することを見出した。現在、種々のメタボリック症候群病態モデルマウス、マウス由来脂肪細胞株、更に、ヒトの脂肪組織(京都大学・医の倫理委員会承認)を試料とした11β-HSD1遺伝子の発現調節機構の解明を進めるとともに、種々の脂肪細胞遺伝子プロモーターを用いた新規メタボリック症候群モデル動物の開発に着手している。内臓脂肪症候群、メタボリックシンドロームの病態基盤のひとつとして、"脂肪細胞におけるグルココルチコイド(アデイポステロイド)作用の過剰な活性化"の