hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
免疫担当細胞の体内動態制御に基づく癌治療の最適化

本研究は、癌免疫療法において癌細胞の排除に中心的な役割を果たす免疫担当細胞を薬物として捉え、それら細胞の体内動態を制御し、標的組織へ効率よくターゲティングすることによる効果的な癌免疫療法を達成するためのDDSを確立しようとするものである。本年度は、(1)腫瘍内環境変化による抗腫瘍免疫細胞の腫瘍内浸潤促進と抗腫瘍効果、(2)養子免疫療法における免疫系細胞の体内動態制御の開発、(3)腫瘍組織移行性に優れた免疫系細胞の創製について検討した。(1)各種サイトカインを発現させた樹状細胞(DC)の中でLIGHT発現DCは、腫瘍細胞に対する傷害活性、抗原食食能、T細胞増殖刺激能、腫瘍部位から所属リンパ節への遊走能、腫瘍特異的CTL誘導能、腫瘍部位へのリンパ球浸潤能に優れており、腫瘍内環境を変化させることにより高い抗腫瘍効果が得られることを明らかにした。(2)細胞傷害性T細胞(CTL)表面に高発現するケモカイン・レセプター(CCR7)に対応するケモカイン(CCL19)を腫瘍に高発現させることで、移入したOT-1 CTLの腫瘍集積性向上に基づく、抗腫瘍効果を増強させることに成功した。また移入したCTLのより積極的な腫瘍への移行を目的に、レトロウイルスベクターを用いて作製したCCR4高発現CTLは、対応するケテカイン(CCL17)に対し遊走活性を示し、癌養子免疫療法の有効性を更に改善する可能性を示唆した。(3)腫瘍血管に特異的に発現している分子に対する一本鎖抗体(anti-flk1)をCTLに強制発現させて、CTLの腫瘍集積性の増強に基づく癌免疫療法の有効性改善を図った結果、この改変型CTLが腫瘍組織への集積性に優れるばかりでなく、腫瘍血管を正常血管と見分けて効率よく破壊した。即ち本手法は、癌細胞と腫瘍血管の両者を傷害することが可能であり、癌養子免疫療法における理想的な細胞医薬候補であることを見出した。本年度は、「腫瘍組織内でのケモカイン発現による抗腫瘍効果の検討と浸潤細胞の解析」、「ケモカイン発現アデノウイルスベクター(Ad)のin vivo直接投与による癌免疫遺伝子治療実験」、「腫瘍組織移行性に優れた高分子ハイブリッド化Adの創製と癌免疫遺伝子治療への応用」について検討した。まず、Adを用いて種々ケモカイン遺伝子を導入した癌細胞をマウスに移植し、抗腫瘍効果を評価した結果、癌種によって腫瘍の増殖が抑制されるケモカインが異なることを明らかにした。しかし、抗腫瘍効果が得られたケモカインについても、既に生着している腫瘍へのケモカイン発現Adの直接投与では、免疫細胞の腫瘍内動員を促進できるものの、それだけでは効果的な腫瘍退縮を誘導できないことが判明した。そこで効果的な抗腫瘍効果誘導を目指し、樹状細胞癌免疫療法にケモカイン発現Adの腫瘍内投与を併用したところ、腫瘍特異的に活性化された免疫細胞の腫瘍内浸潤増強に基づいた治療効果の改善が達成できることを明らかにした。さらに抗腫瘍作用機序の異なる複数のサイトカイン発現Adを併用することで、有効性増強と副作用軽減を同時に達成することに成功した。また、Adのin vivo直接投与を行うにあたり中和抗体存在下でも遺伝子導入できる高分子ハイブリッド化(PEG化)Adの創製技術を確立した。今後、これらの結果を基に免疫細胞の体内動態制御に基づく癌免疫療法の最適化を図る。本年度は、(1)「ケモカインおよびサイトカイン発現アデノウイルスベクター(Ad)による癌免疫遺伝子治療実験」、(2)「免疫系細胞への高効率遺伝子導入法の確立と養子免疫療法への展開」、(3)「腫瘍組織移行性に優れたバイオコンジュゲート化Adの創製と癌免疫遺伝子治療への応用」について検討した。(1):Meth-A腫瘍に対して、Ad-IL-12とAd-CCL27を併用することで各単独投与を上回る抗腫瘍効果増強作用が得られた。さらに、長期的な腫瘍細胞特異的な免疫系と転移癌に対する治療効果をも誘導可能であることを明らかにした。さらにAd-IL-12とAd-CCL27の併用による抗腫瘍増強メカニズムには、CD8+T細胞依存的な獲得免疫系が寄与していること、さらにそれらエフェクター細胞群の活性化と腫瘍内への動員に基づくことを明らかにした。(2):マウスT細胞に対しては、どのベクターを用いても高い遺伝子発現が得られなかったが、レトロウイルスベクターで遺伝子を導入し、ソーティング後に増幅培養することで、目的遺伝子を導入したT細胞が調整可能であることを明らかにした。現在、本方法を用いてケモカインレセプター遺伝子を導入したT細胞の体内動態を検討中である。(3):PEG修飾Adの体内動態制御において、PEG分子量20,000、修飾率45%のPEG-Adが、全身投与における腫瘍での遺伝子発現増強と肝臓への集積性の低減並びに遺伝子発現抑制を共に充たし得るベクターであることを明らかとした。

本研究は、癌免疫療法において癌細胞の排除に中心的な役割を果たす免疫担当細胞を薬物として捉え、それら細胞の体内動態を制御し、標的組織へ効率よくターゲティングすることによる効果的な癌免疫療法を達成するためのDDSを確立しようとするものである。本年度は、(1)腫瘍内環境変化による抗腫瘍免疫細胞の腫瘍内浸潤促進と抗腫瘍効果、(2)養子免疫療法における免疫系細胞の体内動態制御の開発、(3)腫瘍組織移行性に優れた免疫系細胞の創製について検討した。(1)各種サイトカインを発現させた樹状細胞(DC)の中でLIGHT発現DCは、腫瘍細胞に対する傷害活性、抗原食食能、T細胞増殖刺激能、腫瘍部位から所属リンパ節への遊走能、腫瘍特異的CTL誘導能、腫瘍部位へのリンパ球浸潤能に優れており、腫瘍内環境を変化させることにより高い抗腫瘍効果が得られることを明らかにした。(2)細胞傷害性T細胞(CTL)表面に高発現するケモカイン・レセプター(CCR7)に対応するケモカイン(CCL19)を腫瘍に高発現させることで、移入したOT-1 CTLの腫瘍集積性向上に基づく、抗腫瘍効果を増強させることに成功した。また移入したCTLのより積極的な腫瘍への移行を目的に、レトロウイルスベクターを用いて作製したCCR4高発現CTLは、対応するケテカイン(CCL17)に対し遊走活性を示し、癌養子免疫療法の有効性を更に改善する可能性を示唆した。(3)腫瘍血管に特異的に発現している分子に対する一本鎖抗体(anti-flk1)をCTLに強制発現させて、CTLの腫瘍集積性の増強に基づく癌免疫療法の有効性改善を図った結果、この改変型CTLが腫瘍組織への集積性に優れるばかりでなく、腫瘍血管を正常血管と見分けて効率よく破壊した。即ち本手法は、癌細胞と腫瘍血管の両者を傷害することが可能であり、癌養子免疫療法における理想的な細胞医薬候補であることを見出した。
ミトコンドリアネットワーク形成障害の病態について

ミトコンドリアは互いに癒合と分離を繰り返しイナミックなネットワークを形成する小器官であること,ミトコンドリアのダイナミックスはapoptosisにも関与していることが最近明らかにされた.また,ミトコンドリアのネットワーク形成に関与するMitofusion2(MFN2)遺伝子の異常より遺伝性ニューロパチーであるCharcot-Marie-Tooth(CMT)病2A型をきたすことが確認されている.平成18年度までに,私達はCMT病2A型の原因遺伝子であるMitofusion2(MFN2)遺伝子の10種(新規遺伝子変異8種)の遺伝子異常を検出した.平成19年度も,検索を継続し,新たに2種(新規遺伝子変異1種)の変異を検出した.今回の検索から,日本人CMT病2型の約10%は,MFN2遺伝子異常によるものであることが確認された.また,CMT病2型の病因として,私達の検索ではMFN2遺伝子,Po遺伝子そしてCx32遺伝子異常が比較的多く検出されているが,MFN2遺伝子異常では,小児期の早期に発症していることが明らかにされた.遺伝子解析する際に,有力な情報となると考える.遺伝性ニューロパチーの代表的疾患であるCharcot-Marie-Tooth(CMT)病には,多くの病因遺伝子が存在する.近年,ミトコンドリアのネットワーク形成に関わるMitofusion 2 (MFN2)及びganglioside-induced differentiation associated protein 1(GDAP1)遺伝子も病因の一つであることが明らかにされた.私達はこれまで7例のMFN2遺伝子変異を検出しているが,ミトコンドリアネットワーク形成障害と末梢神経障害との関連を明らかにするためには,症例(変異)の蓄積が必要と考え,更なる変異の検出を企図しMFN2,及びGDAP1遺伝子変異の検索を行った.GDAP1遺伝子は常染色体劣性遺伝形式のCMT4A型の原因遺伝子である.劣性遺伝と考えられるCMT病患者67例の検索を行ったが,遺伝子変異を検出することはできなかった.DHPLC法は,点変異を検出できるが,量的変異は検出できず,新たな変異のスクリーニング法の確立が必要である.ミトコンドリアは互いに癒合と分離を繰り返しイナミックなネットワークを形成する小器官であること,ミトコンドリアのダイナミックスはapoptosisにも関与していることが最近明らかにされた.また,ミトコンドリアのネットワーク形成に関与するMitofusion2(MFN2)遺伝子の異常より遺伝性ニューロパチーであるCharcot-Marie-Tooth(CMT)病2A型をきたすことが確認されている.平成18年度までに,私達はCMT病2A型の原因遺伝子であるMitofusion2(MFN2)遺伝子の10種(新規遺伝子変異8種)の遺伝子異常を検出した.平成19年度も,検索を継続し,新たに2種(新規遺伝子変異1種)の変異を検出した.今回の検索から,日本人CMT病2型の約10%は,MFN2遺伝子異常によるものであることが確認された.また,CMT病2型の病因として,私達の検索ではMFN2遺伝子,Po遺伝子そしてCx32遺伝子異常が比較的多く検出されているが,MFN2遺伝子異常では,小児期の早期に発症していることが明らかにされた.遺伝子解析する際に,有力な情報となると考える.
細胞間接着分子を介した新たな唾液腺疾患の病態解明

自己免疫性唾液腺はドライマウスを引き起こす主たる原因である。細胞間接着分子は隣接する細胞、あるいは細胞外基質との接着を介して、生体の恒常性を保つ重要な役割を担っている。また、細胞間接着分子の発現異常が本疾患発症に関与していることが示唆されている。本研究では、唾液腺の発生・維持における細胞間接着分子の機能を分子レベルで明らかにすることを目的としている。ネクチン1欠損マウスでは顎下腺において形態異常が確認され、消化酵素であるアミラーゼの発現が減少し、ネクチン1欠損マウスではネクチン1だけでなく、ネクチン3のシグナルも消失しており、ネクチン1,3が顎下腺の形態形成に関与していることが示唆された。しかし、その発症の分子機構はいまだ不明点が多く、疾患特異的な治療法は開発されていない。細胞間接着分子は隣接する細胞、あるいは細胞外基質との接着を介して、生体の恒常性を保つ重要な役割を担う。本年度は野生型マウス、ネクチン1欠損マウス顎下腺における細胞間接着タンパク質の発現について観察を行った。ネクチン1欠損マウスでは顎下腺において形態異常が確認され、消化酵素であるアミラーゼの発現が減少していることが確認された。ネクチン1欠損マウスではネクチン1だけでなく、ネクチン3のシグナルも消失しており、ネクチン1,3が顎下腺の形態形成に関与していることが示唆された。今後は顎下腺発生、維持に関与するシグナル分子の制御機構の解析を行う予定としている。特に、FGF受容体とネクチンファミリーが関与している可能性が十分に考えられるため、唾液腺発生時におけるネクチン1の分子機能をFGF受容体を介したシグナル伝達に特に注目して解析する予定である。当初の計画通り、本年度は野生型マウスとネクチン1欠損マウスの顎下腺における細胞間接着分子の解析を行った。また、組織染色を行うことによって、ネクチン1欠損マウスで顎下腺に構造異常が認められることを詳細に観察することができた。アミラーゼの減少も認められたため、構造異常のみならず機能異常も引き起こされていることがわかった。ネクチン1欠損マウスの顎下腺ではネクチン1が消失するだけでなく、ネクチン3のシグナルも消失したため、今後は顎下腺発生時におけるネクチン1,3の分子機能をFGF受容体を介したシグナル伝達に注目して解析予定である。自己免疫性唾液腺はドライマウスを引き起こす主たる原因であるが、その発症の分子機構はいまだ不明点が多く、疾患特異的な治療法は開発されていない。前年度の観察より、ネクチン1欠損マウスでは顎下腺において形態異常が確認され、消化酵素であるアミラーゼの発現が減少していることが確認された。ネクチン1欠損マウスではネクチン1だけでなく、ネクチン3のシグナルの発現も消失しており、ネクチン1、3が顎下腺の形態形成に関与していることが示唆された。唾液腺の発生・維持にはFGF、TNF、EGF、HGFなどのシグナル分子の関与が報告されている。ネクチンがPRLRと相互作用し、PRLRシグナル伝達を促進することを見出し、同様にFGFR1にも相互作用があることが見出されている。FGFは唾液線の発生・維持に寄与することがすでに報告されており、FGFRのシグナル伝達経路の活性制御にネクチンー1が関与する可能性が十分に考えられ、唾液腺発生時におけるネクチン1の分子機能をFGF受容体を介したシグナル伝達に特に注目して解析を行なったが、欠損マウスの個体数が少なく、予定通りの解析を行うことができなかった。FGF欠損マウスでの表現型とネクチン1欠損マウスの表現型に類似点があることが見出されたため、今後はネクチンとFGF受容体との関係性について解析する予定である。顎下腺だけでなく、その他の外分泌系にもネクチン1欠損マウスで異常が認められたため、それらの異常がどのように引き起こされているのかシグナル伝達に着目して解析していく予定である。歯科口腔外科当該年度では研究成果の発表を見送ったためそれらの経費を繰越すこととした。次年度では研究成果の発表を予定しており、そのために使用する。また、動物実験のみならず細胞生物関連の研究を追加するためそのための経費として使用する。
電気エネルギーシステムの運用・消費・輸送の効率改善に関する基礎研究

1.電気エネルギー輸送に関する空間利用効率の改善:検討を行なってきた高空間利用効率を実現する新送電方式のうち線路が不平衡で、そのままでは実用に向かない方式について、特殊な単相変圧器を送電端及び受電端に設置して、線路インピーダンスの平衡をはかることを検討した。この送電線不平衡の補償法により、新送電方式が空間利用率が高く、送受電端において各相が平衡した送電方式になることを示した。2エネルギー貯蔵装置の導入価値の総合評価:近い将来電力系統への導入が予想されるエネルギー貯蔵装置について(1)二次電池等分散形貯蔵装置に対する適切な配置指標および配置アルゴリズムの確立ならびに適切な配置による送変電設備の利用率向上の定量的評価、(2)超電導マグネットと二次電池のように諸特性が相反するような貯蔵装置間の競合性の多目的評価を行ない、新しい知見を得た。3.分散電源、エネルギー貯蔵設備の電力輸送コストを含めた評価手法について:従来より試算に用いてきたモデル系統について、各負荷地点の日負荷変動を想定し、それに対応し得る電源ならびに送電設備とその運用を電力系統にエネルギー貯蔵設備が導入されない場合と、された場合について算定し、エネルギー貯蔵設備の有無が、地点別受電コストとその分布に与える影響について試算した。その結果、エネルギー貯蔵設備設置の効果が明らかになった。4.貯蔵システムと電源設備の計画に関する研究∂本年度は貯蔵設備の特徴である負荷追従性能を電源設備の計画に折り込む方法と評価について理論的検討を進め、また負荷がどのような追従性能を要求するか実データを分析し、その特徴を把握した。負荷追従性能は、変化負荷(朝の立ち上りなど)、サイクル負荷、パルス負荷に追従する性能に分離評価し、電源計画上どのように折り込まれるかを示した。
潰瘍性大腸炎の患部組織中タクロリムス濃度と治療効果及びCYP3A5多型の関連解明

【研究目的】タクロリムスは、難治性潰瘍性大腸炎(UC)の症状に応じた用量調節が可能で病状の変動に対応しやすいが、血中濃度推移と効果発現の個人差が大きいことが問題とされる。タクロリムスの主要薬物代謝酵素CYP3A5は多型性を有することから、臓器移植領域で遺伝子多型に応じた投与量調節の必要性が指摘されており、UC治療においても薬効発現に対する影響が想定される。本研究では、UCに対するタクロリムス注腸投与の有効性についての報告も踏まえ、病態指標Clinical Activity Index (CAI)に対するCYP3A5遺伝子多型の影響及び、大腸粘膜組織中のタクロリムス濃度とCYP3A5遺伝子多型との関連性を明らかにすることを目的とした。【方法】CAIデータとCYP3A5遺伝子多型が調査可能であった12名について、各症例のタクロリムス服用開始時(day0)から14日目(day14)、day0から30日目(day30)、day14からday30までのCAI変化率を算出した。また、大腸粘膜組織の生検採取が可能であった10名については、高速液体クロマトグラフ・タンデム質量分析法により粘膜組織中タクロリムス濃度を測定し、CYP3A5遺伝子多型との関連性を解析した。なお、本研究は京都大学大学院医学研究科医学部医の倫理委員会による承認を得て実施した。【結果・考察】CYP3A5機能欠損型患者のCAIはday0からday14にかけて低下し、以後はほぼ一定であったが、CYP3A5機能型患者のCAIは、day14からday30にかけて大きく低下した(P=0.017)。また、dayl4におけるCAIはCYP3A5機能欠損型全例(n=6)が6以下であったのに対し、CYP3A5機能型全例(n=6)が6以上を示した(P=0.0016)。タクロリムスの大腸粘膜組織中濃度/投与量比については、CYP3A5機能欠損型患者ではCYP3A5機能型患者に比べて約2倍高かった(P=0.0388)。CYP3A5遺伝子多型情報は、タクロリムスを用いた治療継続の可否判断のための一指標になると考えられ、タクロリムスの患部濃度が治療効果に影響することも示唆された。CYP3A5遺伝子多型情報は用量設定のみならず、治療効果確認のスケジュール設定に対し重要であることが示唆された。
HSCT模擬環境での耐熱複合材料耐久性評価用の微視損傷その場観察装置の試作研究

先進CFRP積層板構造の耐久性を評価・保証するには、トランスバースクラック発生、進展、層間剥離発生・進展、繊維破断による最終破断に至るまでの破損プロセスの定式化が必要である。従来は、この定式化が不十分なために、いかなる損傷発生もないように安全率を用いた最大使用可能制限歪により設計が行われてきた。本研究では、HSCT模擬環境下での耐熱樹脂基繊維強化複合材料定量的な微視的実験評価手法(複合材料の実験マイクロメカニクスと呼ぶ)を提案するとともに、損傷発生・進展プロセスを模擬でき、最終繊維破壊までに至る有限要素数値解析シミュレーション手法の開発を行った。(1)90度層内の初期マトリックスクラック発生、(2)マルティプルマトリックスクラック発生、(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生、(4)繊維破断、の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスの各負荷段階について、実験、理論解析の両面から解明した。とくに、直交積層板について、トランスバースクラックの発生・進展プロセスから最終繊維破断に至るまでの定式化を行うことに成功した。なかでも、マトリックス材の弾塑性挙動を忠実に再現すること、トランスバースクラックの発生を定式化するために結合力要素モデルを用いて物理的な意義をもたせたこと、および、1本の繊維に沿っての多重破断現象を再現するためにWeibull of Weibullモデルを導入したこと、などに特徴がある。本研究の目的は、HSCT模擬環境下での耐熱樹脂基繊維強化複合材料定量的な微視的実験評価手法(複合材料の実験マイクロメカニクスと呼ぶ)を提案し、現存、または開発中のいくつかの耐熱ポリイミド基繊維強化複合材料に適用することにより、新規複合材料開発のための手法として確立することにある。具体的には、高温・高湿度雰囲気制御を行いつつ、負荷・除荷過程中における複合材料の微視的変形・破壊プロセスをその場観察するシステムとして、任意の負荷・除荷サイクルが与えられる負荷ステージをもつ、光学顕微鏡、走査型レーザー顕微鏡を開発中である。実用複合材料の試験が可能である20kNまでの試験システムで点に特徴がある。現在、標準材としての180°C硬化のエポキシ樹脂(TGDDM/DDS系)をマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料の、基本的なクロスプライ積層板[0/90_4/0]を用いて実験を行っている。(1)90度層内の初期マトリックスクラック発生、(2)マルティプルマトリックスクラック発生、(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生、の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを、負荷中のその場観察により定量的に明らかにし、マイクロメカニクスの理論解析の実験的検証を行っている。今後、ビスマレイミド、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミドの3種類の耐熱ポリイミド基カーボン繊維強化複合材料に適用する予定である。本研究の目的は、HSCT模擬環境下での耐熱樹脂基繊維強化複合材料定量的な微視的実験評価手法(複合材料の実験マイクロメカニクスと呼ぶ)を提案し、現存、または、開発中のいくつかの耐熱ポリイミド基繊維強化複合材料に適用することにより、新規複合材料開発のための手法として確立することにある。具体的には、高温・高湿度雰囲気制御を行いつつ、負荷・除荷過程中における複合材料の微視的変形・破壊プロセスをその場観察するシステムとして、任意の負荷・除荷サイクルが与えられる負荷ステジをもつ、負荷下光学顕微鏡その場観察ビデオシステムを開発中である。実用複合材料の試験が可能である20KNまでの試験システムで点に特徴がある。現在、標準材としての180°C硬化のエポキシ樹脂(TGDDM/DDS系)をマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料の、基本的なクロスプライ積層板[0/90/0]を用いて実験を行っている。(1)90度層内の初期マトリックスクラック発生、(2)マルティプルマトリックスクラック発生、(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生、の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを、負荷中のその場観察により定量的に明らかにしマイクロメカニクスの理論解析の実験的検証を行った。

また、ビスマレイミド系高分子をマトリックスとするカーボン繊維強化高分子基複合材料についても同様の手法を用いて適用中である。これらの微視的観察をもとに、損傷発生・進展プロセスの定式化も行っている。本研究の目的は、HSCT模擬環境下での耐熱樹脂基繊維強化複合材料定量的な微視的実験評価手法(複合材料の実験マイクロメカニクスと呼ぶ)を提案し、現存、または開発中のいくつかの耐熱エポキシ基、および、ポリイミド基繊維強化複合材料に適用することにより、新規複合材料開発のための手法として確立することにある。具体的には、高温・高湿度雰囲気制御を行いつつ、負荷・除荷過程中における複合材料の微視的変形・破壊プロセスをその場長焦点光学顕微鏡観察するシステムを開発している。標準材としての180°C硬化のエポキシ樹脂(TGDDM/DDS系)をマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料に加え、ビスマレイミド樹脂をマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料を使用している。また、基本的なクロスプライ積層板に加え、強化繊維形態として3次元強化材を用いている。以上の複合材料システムについて、(1)90度層内の初期マトリックスクラック発生、(2)マルティプルマトリックスクラック発生、(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生、(4)繊維破断、の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを各負荷段階でその場観察した。さらに、軟X線局所損傷測定装置を用いて、負荷中に発生したマトリックスクラックや層間剥離にヨウ化物溶液を浸透させ、除荷後に軟X線透過写真測定を行い、開発システムによるその場観察結果との比較を行った。また、これら損傷発生・進展観察結果をもとに、損傷発生・進展プロセスを模擬できる、最終繊維破壊までに至る有限要素数値解析シミュレーション手法の開発を行い、実験結果をよくシミュレーションすることが可能となった。先進CFRP積層板構造の耐久性を評価・保証するには、トランスバースクラック発生、進展、層間剥離発生・進展、繊維破断による最終破断に至るまでの破損プロセスの定式化が必要である。従来は、この定式化が不十分なために、いかなる損傷発生もないように安全率を用いた最大使用可能制限歪により設計が行われてきた。本研究では、HSCT模擬環境下での耐熱樹脂基繊維強化複合材料定量的な微視的実験評価手法(複合材料の実験マイクロメカニクスと呼ぶ)を提案するとともに、損傷発生・進展プロセスを模擬でき、最終繊維破壊までに至る有限要素数値解析シミュレーション手法の開発を行った。(1)90度層内の初期マトリックスクラック発生、(2)マルティプルマトリックスクラック発生、(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生、(4)繊維破断、の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスの各負荷段階について、実験、理論解析の両面から解明した。とくに、直交積層板について、トランスバースクラックの発生・進展プロセスから最終繊維破断に至るまでの定式化を行うことに成功した。
腸管出血性大腸菌O157検出のための食材凍結条件の検証とその凍結損傷機構の解明

腸管出血性大腸菌O157の未洗浄菌,水洗浄菌について種々の溶液中で-20°C凍結貯蔵後の生残率をTSA培地(ある程度の損傷菌は回復し,コロニー形成可能),CT-SMAC培地(セフィキシム,亜テルル酸カリウムを含むため,損傷菌はコロニー形成できない)で測定した.その結果,未洗浄菌は,生理食塩水中で生残率が高かったが,逆に洗浄菌ではもっとも低い結果となった.水,リン酸緩衝液およびTSB培地中での生残率の低下は,未洗浄菌よりも洗浄菌で小さく,水でO157を洗浄すると凍結耐性が高くなることが分かった.種々の濃度のリン酸緩衝液中で凍結貯蔵すると200mM以上で生残率の低下はもっとも小さく,200mMでは特に菌の損傷も少なかった.次に,pHの影響について調べた結果,未洗浄菌ではpH3および3.5で菌の損傷が大きかった.-20°Cで3日間凍結貯蔵後にはpH5.56.5で生残率が高かった.水洗浄菌の生残率は未洗浄菌よりも高かった.pH6以上の緩衝液中で凍結貯蔵後には約7.9kDaの菌体蛋白質バンドの減少が観察された.また,同様に凍結貯蔵すると12.5kDaの菌体蛋白質量が増加した.膜透過性の異なる2種の蛍光色素で分別染色し,顕微鏡観察により測定した非損傷菌数とコロニー形成率を測定して凍結貯蔵後の菌体の損傷について検討した.その結果,最もpHの影響の少ないpH6.5で3日間凍結貯蔵後には,未洗浄菌体(定常期)では,蛍光染色により非損傷菌と判定された菌のうち約70%はTSA培地でコロニー形成できなかった.これに対して,水洗浄菌体(定常期)では,蛍光染色による非損傷菌数とコロニー形成可能菌数はほぼ一致した.これらの結果より,腸管出血性大腸菌O157は,一旦,水環境中に放置されると凍結耐性を増加させる可能性が示された.また,牛肉などの栄養豊富な食品に付着して存在している場合には凍結貯蔵後には通常の培養法では約70%のO157を検出できない可能性があることも明らかとなった.腸管出血性大腸菌O157の未洗浄菌,水洗浄菌について種々の溶液中で-20°C凍結貯蔵後の生残率をTSA培地(ある程度の損傷菌は回復し,コロニー形成可能),CT-SMAC培地(セフィキシム,亜テルル酸カリウムを含むため,損傷菌はコロニー形成できない)で測定した.その結果,未洗浄菌は,生理食塩水中で生残率が高かったが,逆に洗浄菌ではもっとも低い結果となった.水,リン酸緩衝液およびTSB培地中での生残率の低下は,未洗浄菌よりも洗浄菌で小さく,水でO157を洗浄すると凍結耐性が高くなることが分かった.種々の濃度のリン酸緩衝液中で凍結貯蔵すると200mM以上で生残率の低下はもっとも小さく,200mMでは特に菌の損傷も少なかった.次に,pHの影響について調べた結果,未洗浄菌ではpH3および3.5で菌の損傷が大きかった.-20°Cで3日間凍結貯蔵後にはpH5.56.5で生残率が高かった.水洗浄菌の生残率は未洗浄菌よりも高かった.pH6以上の緩衝液中で凍結貯蔵後には約7.9kDaの菌体蛋白質バンドの減少が観察された.また,同様に凍結貯蔵すると12.5kDaの菌体蛋白質量が増加した.膜透過性の異なる2種の蛍光色素で分別染色し,顕微鏡観察により測定した非損傷菌数とコロニー形成率を測定して凍結貯蔵後の菌体の損傷について検討した.その結果,最もpHの影響の少ないpH6.5で3日間凍結貯蔵後には,未洗浄菌体(定常期)では,蛍光染色により非損傷菌と判定された菌のうち約70%はTSA培地でコロニー形成できなかった.これに対して,水洗浄菌体(定常期)では,蛍光染色による非損傷菌数とコロニー形成可能菌数はほぼ一致した.これらの結果より,腸管出血性大腸菌O157は,一旦,水環境中に放置されると凍結耐性を増加させる可能性が示された.また,牛肉などの栄養豊富な食品に付着して存在している場合には凍結貯蔵後には通常の培養法では約70%のO157を検出できない可能性があることも明らかとなった.腸管出血性大腸菌O157の凍結により受ける損傷について検討した.(1)懸濁液および貯蔵期間の影響大腸菌O157を4種類の溶液(50mMリン酸緩衝液(pH7.0),水,0.85%NaCl,Tryptic Soy Broth:TSB)に10^3および10^4CFU/mlで懸濁後,-20°Cで1,3,7,14日間凍結貯蔵し,生残菌数(TSA培地で生育可能なもの),非損傷菌数(セフィキシム,アテルル酸カリウム入りのソルビトールマッコンキー培地:CT-SMAC培地で生育可能なもの)を測定した.

その結果,水またはリン酸緩衝液を用いた場合が生残菌数は多く,凍結1日14日後まで生残菌数の低下は2オーダー程度にとどまった.一方,NaCl溶液を用いた場合,損傷が大きく凍結14日後には10^4CFU/ml以下の菌濃度のものは1CFU/5ml未満となった.また,10^3CFU/ml濃度のTSBでは凍結14日後に1CFU/5ml未満となった.いずれの溶液中でも凍結貯蔵7日以降では生残菌数は2オーダー以上低下した.また,10^4CFU/mlのリン酸緩衝液の場合を除いて,非損傷菌は4オーダー以上低下し,凍結貯蔵3日以降はほとんどの菌が損傷を受けており,7日以降の非損傷菌数は1CFU/5ml未満となった.(2) pHの影響2種類の緩衝液(50mMリン酸緩衝液,50mMクエン酸-リン酸緩衝液)を用いて,pH4.57.5の範囲の溶液中で-20°Cで3日間凍結貯蔵後に,生残菌数および非損傷菌数を測定した.その結果,pH5.5のリン酸緩衝液でもっとも生残菌数は多く,1オーダー低下したにすぎなかった.しかし,その他のpHでは10^3,10^4CFU/mlで凍結したものいずれも2オーダー以上生残菌数は低下し,特に,pH4.5,7,7.5では生残菌数は1 CFU/5ml未満となった.非損傷菌数については3オーダー以上の低下が見られ,凍結により大きな損傷を受けていることが明らかになった.腸管出血性大腸菌O157の未洗浄菌,水洗浄菌について種々の溶液中で-20°C凍結貯蔵後の生残率をTSA培地(ある程度の損傷菌は回復し,コロニー形成可能),CT-SMAC培地(セフィキシム,亜テルル酸カリウムを含むため,損傷菌はコロニー形成できない)で測定した.pHの影響について調べた結果,未洗浄菌ではpH3および3.5で菌の損傷が大きかった.-20°Cで3日間凍結貯蔵後にはpH5.56.5で生残率が高かった。水洗浄菌の生残率は未洗浄菌よりも高かった.pH6以上の緩衝液中で凍結貯蔵後には約7.9kDaの菌体蛋白質バンドの減少が観察された.また,同様に凍結貯蔵すると12.5kDaの菌体蛋白質量が増加した.膜透過性の異なる2種の蛍光色素で分別染色し,顕微鏡観察により測定した非損傷菌数とコロニー形成率を測定して凍結貯蔵後の菌体の損傷について検討した.その結果,最もpHの影響の少ないpH6.5で3日間凍結貯蔵後には,未洗浄菌体(定常期)では,蛍光染色により非損傷菌と判定された菌のうち約70%はTSA培地でコロニー形成できなかった.これに対して,水洗浄菌体(定常期)では,蛍光染色による非損傷菌数とコロニー形成可能菌数はほぼ一致した.これらの結果より,腸管出血性大腸菌O157は,一旦,水環境中に放置されると凍結耐性を増加させる可能性が示された.また,牛肉などの栄養豊富な食品に付着して存在している場合には凍結貯蔵後には通常の培養法では約70%のO157を検出できない可能性があることも明らかとなった.
パーキンソン病における黒質神経細胞死の神経栄養因子、遺伝子導入による抑制の研究 -神経栄養因子Human epitheliuem-derived factor蛋白および遺伝子導入による神経細胞死の抑制-

1.神経栄養因子PEDFの黒質ドーパミン神経細胞に対する作用の検討昨年度にひき続き胎生ラットより分散培養した黒質ドーパミン神経細胞に対するHuman recombinent pigment epithelium-derived factor(hrPEDF)の作用を免疫組織学的方法により検討した.また,抗hrPEDF抗体を用いて,hrPEDFの特異性を確認した.結果:hrPEDF処理による,培養黒質ドーパミン神経細胞の生存細胞数の有意の増加と神経突起の進展を認めた.抗hrPEDF抗体によりhrPEDFの黒質ドーパミン神経細胞生存維持効果の阻害がみられた.PEDFに小脳顆粒細胞,グリア細胞に加え,今回の黒質ドーパミン神経細胞に神経栄養因子としての作用が認められたことから,中枢神経において重要な役割を果たしている可能性が強く示唆された.2.PEDFの遺伝子導入とco-transfectionした。Adeno-associated virus vectro -AAV-にPEDFを組み込みまた遺伝子導入のマーカーとして同時にIRES -internal rebosomal entry site-を用いてレポター遺伝子であるGFP-green fluorecence protein)の2種類の遺伝子を導入した.定位脳手術法により、マウスの線条体にAAV-EGFPを注入した。線条体のほとんどに導入することが可能であることがGFPの発現により確認された。まretrogradeに黒質にvirus vectorを導入することが可能であるこも確認された。1.ウィルスベクターを用いたPEDF(Human pigment epithelium-derived factor)による黒質神経細胞死の制御の検討:(1)神経栄養因子PEDFの遺伝子導入実験の基礎実験としてHuman recombinant PEDF protein(hrPEDF)の添加による培養ラット黒質神経細胞への生命維持作用を検討し、神経細胞死の抑制効果を確認した.(2)モロニー白血病レトロウイルスベクターを使用してPEDF遺伝子を組み込み、同時にIRES(internal rebosomal entry site)を用いてレポター遺伝子であるEGFP(enhanced green fluorecence protein)の2種類の遺伝子を導入した.(3)培養ラット・アストロサイトおよびラット・マイクログリアに上記ウイルスベクターによりPEDFの高発現系をFACSを用いて作成し、いずれの培養系においてもその発現を確認した(10-25%).培養グリア細胞への導入に際しては、GM-CSFによる増殖刺激下での導入を検討し、導入効率の有意の改善傾向を認めた.2.ラット黒質培養神経細胞のアポトーシスモデルへのリコンビナントPEDFの効果の検討:(1)ラット黒質培養神経細胞をMPP+で処理しin vitroパーキンソン病モデルを作成した.(2)hrPEDFの添加による神経細胞死の抑制について検討中である.3.パーキンソン病実験モデルマウスへの移植によるin vivoの実験系の検討:上記の遺伝子導入培養グリア細胞を用いた移植の基礎実験として、stereotaxic operationによるにマウス脳・線条体への培養グリア細胞の移植を行い、現在、生着率の向上についての技術的検討を行っている.1.神経栄養因子PEDFの黒質ドーパミン神経細胞に対する作用の検討昨年度にひき続き胎生ラットより分散培養した黒質ドーパミン神経細胞に対するhrPEDFの作用を免疫組織学的方法により検討した.また,抗hrPEDF抗体を用いて,hrPEDFの特異性を確認した.結果:hrPEDF処理による,培養黒質ドーパミン神経細胞の生存細胞数の有意の増加と神経突起の進展を認めた.抗hrPEDF抗体によりhrPEDFの黒質ドーパミン神経細胞生存維持効果の阻害がみられた.PEDFに小脳顆粒細胞,グリア細胞に加え,今回の黒質ドーパミン神経細胞に神経栄養因子としての作用が認められたことから,中枢神経において重要な役割を果たしている可能性が強く示唆された.2.PEDFの遺伝子導入AV virusvector作製はすべてのウイルス蛋白を作製できるpackaging plasmidと目的遺伝子とCAGプロモター配列とpolyAの両端にinverted terminal repeat(ITR)配列を有するvector plasmidをHela細胞にアデノウイルスとco-transfectionした。Adeno-

associated virus vector -AAV-にPEDFを組み込みまた遺伝子導入のマーカーとして同時にIRES-internal rebosomal entry site-を用いてレポター遺伝子であるGFP-green fluorecence protein)の2種類の遺伝子を導入した.定位脳手術法により、マウスの線条体にAAV-EGFPを注入した。線条体のほとんどに導入することが可能であることがGFPの発現により確認された。まretrogradeに黒質にvirus vectorを導入することが可能であるこも確認された。
肺組織幹細胞の増殖・分化制御による肺修復治療の開発

マウスおよびヒト肺組織より,肺構成細胞を全てsingle cellとして分離する技術を確立した.この細胞群から,まず血球系マーカーであるCD45でnegative selectionをかけ,フィーダー細胞上で培養した.その結果,間葉系の性質を持つ肺組織幹細胞の分離培養に成功した.マウス肺組織幹細胞を用いた細胞治療を,エラスターゼ肺傷害モデルで検討した.その結果,幹細胞を投与することにより,肺傷害の軽減と,肺組織修復の促進が得られることを明らかにした.またこの細胞治療は,肺傷害が完成してからの治療開始でも十分な効果が得られることがわかった.ヒト肺組織より分離した幹細胞の解析では,この細胞が肺胞II型上皮細胞に分化できること,様々な肺疾患でその増殖が認められることを見いだした.また,この細胞は創薬スクリーニングの良い技術であるために,特許を取得しその産業化に取り組んでいる.これらの内容は現在論文作成中である.マウスおよびヒト肺組織より,肺構成細胞を全てsingle cellとして分離する技術を確立した.この細胞群から,まず血球系マーカーであるCD45でnegative selectionをかけ,フィーダー細胞上で培養した.その結果,間葉系の性質を持つ肺組織幹細胞の分離培養に成功した.マウス肺組織幹細胞を用いた細胞治療を,エラスターゼ肺傷害モデルで検討した.その結果,幹細胞を投与することにより,肺傷害の軽減と,肺組織修復の促進が得られることを明らかにした.またこの細胞治療は,肺傷害が完成してからの治療開始でも十分な効果が得られることがわかった.ヒト肺組織より分離した幹細胞の解析では,この細胞が肺胞II型上皮細胞に分化できること,様々な肺疾患でその増殖が認められることを見いだした.また,この細胞は創薬スクリーニングの良い技術であるために,特許を取得しその産業化に取り組んでいる.これらの内容は現在論文作成中である.マウスおよびヒト肺組織より,肺構成細胞を全てsingle cellとして分離する技術を確立した.この細胞群から,まず血球計マーカーであるCD45でnegative selectionをかけ,次に種々の幹細胞マーカー(CD34, Sca-1, c-kit)陽性細胞群を分離し培養した.その結果,それぞれの幹細胞マーカー発現の違いにより,その後の分化能力が異なることが明らかとなった.これらの細胞を様々な培養条件で培養し,マウスにおいては肺組織幹細胞のcell line化が完了した.このことにより,研究用にいつでも十分な量の幹細胞供給が出来るようになった.この細胞は,いわゆる間葉系幹細胞とは異なり,肺胞上皮細胞にcommitしている新規の細胞群である.現在,この細胞の分化実験を行っている.また,マウス肺傷害モデルを用いて,この細胞が細胞治療として使用可能か検討を進めている.以上のcell line樹立により,種々の肺疾患モデルおよびその肺組織修復過程における肺組織幹細胞の役割を解明する道が開かれたと考える.今後,この肺組織幹細胞が分化する過程における遺伝子群の変化を,研究分担者加藤の持つES細胞分化過程での遺伝子発現データベースと比較検討する予定である.また,ヒト肺由来の肺組織幹細胞cell line樹立を進めている.マウスと異なり,ヒト肺の場合はコロニーを形成する幹細胞を分離培養することは出来るが,cell line化は困難である.これが,種の違いか,または肺組織幹細胞の老化の影響か,検討を進めている.これらの結果より,細胞から見た呼吸器疾患の理解が深まるものと考える.マウスおよびヒト肺組織より,肺構成細胞を全てsingle cellとして分離する技術を確立した.この細胞群から,まず血球計マーカーであるCD45でnegative selectionをかけ,次に種々の幹細胞マーカー(CD34, Sca-1, c-kit)陽性細胞群を分離し培養した.その結果,それぞれの幹細胞マーカー発現の違いにより,その後の分化能力が異なることが明らかとなった.これらの細胞を様々な培養条件で培養し,マウスにおいては肺組織幹細胞のcell line化が完了した.このことにより,研究用にいつでも十分な量の幹細胞供給が出来るようになった.この細胞は,いわるゆ間葉系幹細胞とは異なり,肺胞上皮細胞にcommitしている新規の細胞群である.このマウス肺組織幹細胞を用いた細胞治療を,エラスターゼ肺障害モデルで検討した.その結果,幹細胞を投与することにより,肺障害の軽減と,肺組織修復の促進が得られることを明らかにした.またこの細胞治療は,肺障害が完成してからの治療開始でも十分な効果が得られることがわかった.以上の結果は,現在論文投稿中である.ヒト肺組織より分離した幹細胞に関しては,現在その分化実験を進めている.現在,この組織よりの幹細胞分離・培養・分化技術の特許申請を進めている.マウスおよびヒト肺組織より,肺構成細胞を全てsingle cellとして分離する技術を確立した.この細胞群から,まず血球系マーカーであるCD45でnegative selectionをかけ,フィダー細胞上で培養した.その結果,間葉系の性質を持つ肺組織幹細胞の分離培養に成功した.マウス肺組織幹細胞を用いた細胞治療を,エラスターゼ肺傷害モデルで検討した.その結果,幹細胞を投与することにより,肺傷害の軽減と,肺組織修復の促進が得られることを明らかにした.

またこの細胞治療は,肺傷害が完成してからの治療開始でも十分な効果が得られることがわかった.以上の結果は,論文としてStem Cells and Developmentに受理された(doi:10.1089/scd.2009.0287).ヒト肺組織より分離した幹細胞の解析では,この細胞が肺胞II型上皮細胞に分化できること,様々な肺疾患でその増殖が認められることを見いだした.また,この細胞は創薬スクリーニングの良い技術であるために,特許を取得しその産業化に取り組んでいる.これらの内容は現在論文作成中である.また,ヒト肺組織幹細胞を肺胞上皮細胞に分化する技術を開発した.この技術を用い,上皮細胞分化時のマイクロアレイ解析を行い,分化を促す転写因子の候補を明らかにし,さらなる解析を進めた.次年度は,分離したヒト肺組織幹細胞を用い,その分化に関するmicroRNA解析を行う.また,こるの肺組織幹細胞を容易に肺組織から分離するためのマーカー候補を同定した.このことにより,肺疾患におけるこの細胞の重要性の解明,また難治性肺疾患に対する新規治療につながると考えている.
計算流体力学を応用した心血管手術支援プログラムの開発と臨床応用

近年の画像解析の進歩により心臓血管外科領域における循環動態の把握がより簡便に行えるようになった。中でもMRIは血流量、血流速度などが計測可能であり特に先天性心疾患領域に応用され、今後血行動態のシミュレーションへの応用が期待される。そこで今回、MRIを用いてFontan循環の血行動態を解析した。PC-CMRによる検討では、Fontan循環の特に静脈環流の評価が可能であり、Fontan循環は正常の循環に比べ、心拍出量が低下し体血管抵抗も高い傾向にあった。また体血管抵抗の高い症例ではsystemic-to-pulmonary collateralsも多く、心室の弁逆流も多い傾向を認めた。Phase contrast Cardiac MRを用いての体肺側副血流を定量化では、Fontan手術時期が遅く、また術前のチアノーゼが強い症例では術後遠隔期における体肺側副血流が多かった。従って、Cardiac MRはFontan循環に対する血行動態のシミュレーションに有用と考えられた。先天性心疾患、特に何らかの血流再建を伴う疾患群においては、その血流形態が術後心機能に及ぼす影響は多大である。特に肺動脈閉鎖疾患群における右室一肺動脈間の血流再建や、単心室疾患群に対するFontan手術における静脈環流路作成は、いかにストレスのない血流を作成するかがポイントになると我々は考えた。そこで、この研究課題を申請し、現在、コンピューターシミュレーションソフトを立ち上げ、流体力学を用いた血流評価が可能となっている。まずFontan循環における静脈環流につき実際の症例における検討を行っている。Fontan循環は、現在の主流として心外導管を用いたTCPCという術式が行われているが、以前行われていた心房-肺動脈吻合による術後長期心不全が問題となっている。そこで、心房-肺動脈吻合が行われ心不全をきたした症例において、まずMRIによる患者の血流評価を行った後、流体力学シミュレーションを行いその血流形態につき、検討を行った。その結果、心房-肺動脈吻合においては、特に拡大した心房において血流が整流ではなくなりエネルギーが失われるのに対し、TCPC転換を行った後にはその静脈血流が整流となり、エネルギー損失も改善したことを学会報告した。以上の結果より、このソフトが臨床応用可能であることが考えられ、現在シミュレーションの適応を広げ症例数を増加させ検討を行っている。1:右心バイパス手術(フォンタン手術)への適応:【方法】対象患者は1985年から2007年までに初回フォンタン手術を行った19。うち2名は検査施行時までにTCPCconversion術が行われた。PC-CMRを用いた血流評価を13回行った。血流評価部位は上行大動脈(Ao)、上大静脈奇静脈合流部の中枢側(SVC)、下大静脈横隔膜面(IVC)、右肺動脈(RtPA)、左肺動脈(LtP幻とした。両側上大静脈症例、DKS吻合症例、TCPS症例では、必要な部位での血流計測を追加した。CMR撮影1ヶ月以内に行った心臓カテーテル検査におけるデータと比較検討した。【結論】Phase contrast心臓MRIによる定量的評価は心臓カテーテル検査と相関し、かつ、カテーテル検査では得られない静脈潅流量、肺動脈血流量を計測することが出来有用であった。その非侵襲性とあいまって、血流シミュレーションはPC-CR皿によるデーター再構築により精度よく可能であると考えられた。今後臨床における更なる活用が期待されると考えられた。2:他疾患への応用:右心不全モデルへの応用【結論】右室拡大による右心不全患者においてPC-CMRはその収縮性の評価において有用である。
触媒による非食料バイオマスからの燃料・化学品合成

石油資源の減少や二酸化炭素排出による地球温暖化対策のために、再生可能エネルギーであるバイオマスから燃料や化学品を合成が切望されている。本研究では、豊富かつ食料と競合しないバイオマスであるリグノセルロース(セルロース、ヘミセルロース、リグニン)の有効利用方法として、リグノセルロースを分解し化学品を合成するための新たな触媒と反応を開発するとともに、活性点の構造解析と反応機構の解明を行った。再生可能資源であるバイオマスから燃料や化学品を合成できれば意義深い。特に、豊富かつ食料と競合しないバイオマスであるリグノセルロース(セルロース、ヘミセルロース、リグニン)の有効利用方法の開発が望まれる。そこで、報告者は以下に示す研究計画を立案した。(1)担持金属触媒によるセルロース分解により、ソルビトールなどの糖アルコールの選択的な合成をめざす。(2)セルロースの加水分解(糖化)によりグルコースを収率よく与える触媒の開発を行う。さらに、酵素法と組み合わせて、有用化合物合成を行う。(3)ヘミセルロースの分解により、C5糖アルコールの合成をめざす。(4)触媒法セルロース加水分解の反応機構を検討する。(5)バイオディーゼル合成の副生物であるグリセリンの分解について、触媒を用いて検討する。(6)原料として廃材・稲ワラなどの未利用バイオマスを用いて、分解反応を行う。本年度は、まず水素化分解条件下でのセルロース分解によるソルビトール収率向上を目的として、セルロースの結晶化度を下げるために前処理を検討した。セルロースの前処理としてリン酸処理とボールミル処理を行ったが、48時間以上のボールミル処理によりセルロースの転化率が約2倍向上し7080%となり、ソルビトール収率が4050%になることが分かった。次に、セルロースのグルコースへの加水分解反応を目的とし、担持金属触媒を用いたセルロースの分解反応を検討した。その結果、急熱急冷条件で担持金属触媒を用いたセルロースの分解反応を行うことによりグルコースが高収率で得られることを新たに見出した。触媒なしの場合や担体のみの場合ではグルコース収率が10%未満であるが、アルミナ担持ルテニウム触媒を用いた場合では、グルコース収率が27%、選択率が39%と大きく増加することが分かった。触媒の回収・再使用を目的として各種担体を用いて加水分解反応を行ったところ、メソポーラス炭素を担体として用いると触媒の再使用が可能となることを見出した。さらに、上記の水素化分解および加水分解条件を適用して、農産副産物であるビートファイバー中のヘミセルロース分解反応を検討した。水素化分解条件下ではヘミセルロース部分の加水分解・還元が進行し、アルミナ担持白金触媒では可溶性C5糖・糖アルコールであるアラビノースやアラビトールが生成することが分かった。一方、アルミナ担持ルテニウム触媒ではアラビノースが主生成物となり、アラビトールへの還元は進行しなかった。水素圧をかけないで反応を行うとアラビノースが生成することから、触媒により加水分解が促進されてアラビノースが生成し、水素圧下ではさらに還元が進行してアラビトールになることが分かった。本年度は、まず担持金属触媒によるセルロースの水素化分解反応を実施した。これまで触媒担体に用いてきたアルミナは熱水中で構造変化し、ソルビトール生成活性が低下する問題があった。そこで高い耐水性が期待できる炭素を担体に用いたところ、実際に触媒は高い安定性を示した。特に炭素担持白金触媒は優れた触媒であり、3回繰り返し反応に用いたところ、ソルビトール収率はそれぞれ49%、53%、53%と高い活性を示すとともに、繰り返し使用可能であった。そこで、炭素担持Pt触媒をヘミセルロースの水素化分解反応に適用したところ、アラビナンからほぼ定量的にアラビトールが合成できることが明らかになった。次に、セルロースからソルビトールが生成する機構を速度論的に検討した。反応の経時変化から、まずセルロースの加水分解反応が進行し、生成したグルコースが水素化されてソルビトールになることを明らかにした。また、グルコースをモデル基質に用いた水素化反応の検討から、グルコースの水素化はラングミュア-ヒンシェルウッド機構により進行しているにとが示唆された。副生するマンニトールは、グルコースが異性化して生成するフルクトースの水素化で生成していることが分かった。以上の知見をもとに、炭素担持金属触媒をセルロースの加水分解反応に応用した。アルミナ担持ルテニウム触媒を用いた場合、グルコースの収率は27%であり、また触媒は構造変化し再使用できなかった。しかし、炭素担持ルテニウム触媒を用いることにより、グルコースの収率は34%まで増加し、しかも本触媒を繰り返し用いても加水分解活性は維持された。本触媒の作用機構を検討したところ、炭素担体がセルロースのセロオリゴ糖への加水分解反応を促進し、ルテニウムはセロオリゴ糖をグルコースに加水分解することが示唆された。本年度はまず、多糖類水素化分解のための触媒系を検討し、セルロースを水素化分解して糖アルコールを効率的に合成可能かつ耐久性の高い触媒の開発を行った。