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革新的磁性材料L10-FeCoの創成研究

本研究ではレアメタルフリーで高い磁気異方性が期待されるL10型FeCo系合金の創製を目標に、パルスレーザー蒸着装置(PLD)による単原子交互積層法を用いて試料作製を行うと共に、物性解析を実施した。今年度は蒸着温度依存性を追跡すると共に、昨年度までの結果をとりまとめ、論文の執筆を行った。研究では、試料加熱を精密に行うために、3D CADを用いて新たに加熱用試料ホルダーの設計開発を行い、加熱機構の改良を行った。試料作製はNd: YAGレーザー(波長266 nm)を光源とするPLD装置を用いて行った。MgO(100)単結晶基板をアニール処理後、基板温度80°CでFe(1 nm), Au(20 nm)を蒸着し、さらに基板温度を300°Cとし、Cu(50 nm)を蒸着した。その後、単原子交互積層により(7 ML-FeCo/3 ML-Ni)3を作製した。この際の蒸着時基板温度はRT(室温), 150, 300, 450 °Cと変えて系統的に調査した。反射高速電子回折(RHEED)、原子間力顕微鏡(AFM)により表面平坦性および表面モフォロジーの評価、X線回折(XRD)により構造解析を行った。また、磁気特性評価はSQUID磁力計を用いて行った。蒸着時基板温度450 °Cで作製した(7 ML-FeCo/3 ML-Ni)3の磁化曲線を確認したところ。磁化曲線からMsが970emu/cc、Kuが2.9 ×106 erg/ccであると見積もられた。蒸着時基板温度依存性を調査した結果、全ての試料において磁化容易軸は面内方向であることを確認したが、450 °Cの試料においてヒステリシス曲線の角形性の改善が見られ、面内磁化成分が弱くなっていることを確認した。また、基板温度の上昇に伴ってKuが上昇傾向を示すことを確認した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。我々はレアメタルフリーの高機能磁性材料の実現を目標に、本年度は特にパルスレーザー蒸着装置(PLD)の高度化に取り組んだ。L10-FeCoの磁気異方性は、結晶の規則度と密接な関係を持つことから、試料の平坦性および結晶構造を精密に制御する必要がある。PLD法はほぼ完璧なlayer by layer成長が可能な手法である。しかし,金属蒸着においてはレートが安定しないなどの問題が知られており,精密な人工格子を安定して作成するのは困難であった。そこで我々は規則度・ラフネスの向上と再現性の確保のためPLD装置の高度化を行った。高度化事項として,(1)レーザー強度の自動調整,(2)蒸着ターゲットの揺動および自動交換,(3)真空チャンバー内シャッターの自動開閉を実装した。蒸着レートの安定化にはレーザー強度の安定化が不可欠であるため,ビームスプリッターをレーザー光路に組み込み,レーザー強度の変動を自動的に補正する制御機構を実装した。シャッター開閉とターゲット交換にはサーボ及ひ&ステッピングモーターを用い,Arduinoを用いてコントローラを作成した。汎用のデジタルI/OによりPCとコントローラ間を接続し,LabVIEWを用いて(1)-(3)を統合的に制御するソフトウェアを作成した。レーザー安定性を検証した結果、8.00 ±0.11(標準偏差) mJとなり、長時間に渡って安定したレーザーパルスを照射できることが示された。この条件下でのCuの蒸着レートは78.3 ±1.2 sec/MLであった。高度化以前の蒸着レート188.9 ±27.1 sec/MLに比べ安定性が飛躍的に改善した。この後数万ショットを経ても蒸着レートの変動は1 %程度であることを確認した。平成28年度は、L10型FeCoの創成を目的に、PLD装置の高度化および安定化を集中的に行い、レーザー強度の自動調整や、蒸着ターゲットの揺動機構、蒸着シャッターの自動開閉に関する技術開発を行った。制御はArduinoおよびLabVIEWを用いて行い、自作のソフトウェアを開発することで、レーザーパワーを自動的に制御することができた。このような高度化を行った結果、レーザー強度の飛躍的な安定化がはかられ、30分以上の長期間にわたって、安定して蒸着レートを一定に制御することが可能となった。さらにFe 5.7 nm薄膜を作製し表面モフォロジーを評価したところ,ラフネスは1 nm程度でありドロップレットの付着は確認できなかった。以上の結果から,PLD法を用いた金属蒸着技術として,蒸着レートの安定制御と平坦性の向上を実証することができた。本研究ではレアメタルフリーで高い磁気異方性が期待されるL10型FeCo合金の創製を目標に、パルスレーザー蒸着装置による単原子交互積層法を用いて試料作製を行うと共に、物性解析を実施した。今年度は第一原理計算の結果を踏まえて構造および元素を再検討し、バッファー層をCuからNiに置換することで、構造の安定化と磁気特性の向上を試みた。実験ではYAGレーザーを光源とするPLD装置を用いてMgO基板をアニール処理後、基板温度80°CでFe(1 nm), Au(20 nm)を蒸着し、その上に300°CでCu(50 nm)を蒸着して下地層を作製した。

その後、単原子交互積層法を用いて室温(RT)でFeCo層7 ML、バッファー層(Cu or Ni)3 MLを1 unitとし、計30 ML蒸着した。表面の結晶性の評価にはRHEED、表面の平坦性の評価にはAFM、構造評価には放射光XRD、磁気特性評価にはSQUIDを用いた。表面の結晶性および平坦性は用いたバッファー層により異なり、Niを用いた方がより結晶性が良く、かつ平坦な膜が得られた。また、RHEEDの解析からバッファー層をCuからNiに置換してもB2転移は起こらず、L10構造を維持できていることが示唆された。放射光XRDを用いて結晶構造を詳細に調査したところ、L10-FeCo(Ni-buffer)のみに微弱な超格子反射が確認できた。SQUIDを用いてL10-FeCo(Ni-buffer)の磁化曲線を測定した。その結果、バッファー層の置換により飽和磁化Msが950 emu/ccから1300emu/ccに向上し、磁気異方性エネルギーKuが1.97 ×106 erg/ccから2.97 ×106 erg/ccに向上することが確認できた。本年度は昨年度の懸案事項であったCuバッファー層の問題に対して有効な解決策を見出すことができたことから概ね順調に進展しているものと考えている。従来法ではCuバッファ層の挿入により、L10構造を安定維持できることを確認できていたが、磁気モーメントと磁気異方性の低下が課題となっていた。今年度の調査により磁気モーメントと磁気異方性の両方がNiバッファ層の利用によって向上することが確認できたことから、最終目標である磁気特性を実現するための突破口が開けたと考えている。本研究ではレアメタルフリーで高い磁気異方性が期待されるL10型FeCo系合金の創製を目標に、パルスレーザー蒸着装置(PLD)による単原子交互積層法を用いて試料作製を行うと共に、物性解析を実施した。今年度は蒸着温度依存性を追跡すると共に、昨年度までの結果をとりまとめ、論文の執筆を行った。研究では、試料加熱を精密に行うために、3D CADを用いて新たに加熱用試料ホルダーの設計開発を行い、加熱機構の改良を行った。試料作製はNd: YAGレーザー(波長266 nm)を光源とするPLD装置を用いて行った。MgO(100)単結晶基板をアニール処理後、基板温度80°CでFe(1 nm), Au(20 nm)を蒸着し、さらに基板温度を300°Cとし、Cu(50 nm)を蒸着した。その後、単原子交互積層により(7 ML-FeCo/3 ML-Ni)3を作製した。この際の蒸着時基板温度はRT(室温), 150, 300, 450 °Cと変えて系統的に調査した。反射高速電子回折(RHEED)、原子間力顕微鏡(AFM)により表面平坦性および表面モフォロジーの評価、X線回折(XRD)により構造解析を行った。また、磁気特性評価はSQUID磁力計を用いて行った。蒸着時基板温度450 °Cで作製した(7 ML-FeCo/3 ML-Ni)3の磁化曲線を確認したところ。磁化曲線からMsが970emu/cc、Kuが2.9 ×106 erg/ccであると見積もられた。蒸着時基板温度依存性を調査した結果、全ての試料において磁化容易軸は面内方向であることを確認したが、450 °Cの試料においてヒステリシス曲線の角形性の改善が見られ、面内磁化成分が弱くなっていることを確認した。また、基板温度の上昇に伴ってKuが上昇傾向を示すことを確認した。
中世荘園制の展開と環境復原

本研究では、中世の荘園や村落の研究に対し、歴史学的手法のみならず、地理学的手法を積極的に取り入れ、地域社会に即した荘園・村落研究を進めていこうとしている。すなわち、これまで文献史料をもとに進められてきた荘園・村落研究に対し、近年の荘園研究でも援用されるようになった地理情報ソフトの活用や、その他の地理学的研究手法に学びつつ、荘園の歴史地理情報を収集・分析し、史料的制約という課題を乗り越えた荘園・村落研究を実施していくものである。
希土類元素およびチタンの誘起する新規骨格形成反応の開発と生物活性化合物の合成研究

本年度は特に次の2点について重点的に検討した。1)希土類元素の誘起する一電子還元を起点としたメチレンシクロブチルケトンの環拡大1,2-転位反応の進展とα-(オキシメチル)シクロブタノンの環拡大反応の開発:環外にカルボニル基を持つ基質1-(7-methylenebicyclo[3.2.0]heptan-1-yl)ethan-1-one (1)類を用いて環拡大1,2-転位反応を検討した。その結果、反応は基質の構造によって左右され、1ではSmI2-Bu4NBr-HMPAの条件で良好な収率で転位生成物を与えたが、3位にジメチル基を導入すると収率が低下し、3位がスピロシクロプロパン構造になると目的物はほとんど得られなかった。検討の結果、これはカルボニル基の回転が阻害され、オレフィン部との軌道の重なりが悪くなるためと考えられた。したがって、本反応では反応条件のみならず基質のカルボニル基の配座も考慮する必要がある。2) Sm-Ti複合反応剤による分子内エポキシドーエポキシド、エポキシドーケトンカップリング反応の開発およびコリンエステラーゼ阻害活性物質マルスペリンAの合成研究:ビニリックな側鎖を備えた6員環ラクトンのIreland-Claisen転位、SmI2による新規なアルキルクロリドと酸塩化物の分子内カップリングで6/7員環ケトンを合成した。6員環部のオレフィンを酸化してエポキシドーケトンを合成した。そのカップリング反応を種々の条件で検討したところSm-Cp2TiI2複合反応剤が有効であった。得られたtricyclo[5.4.0.0^2,8]undecane-2,9-diolはアルツハイマー病治療薬として期待されるマルスペリンAの合成中間体として期待できる。この成果はTetrahedron Letters誌に報告した。1)希土類元素の誘起する一電子還元を起点としたメチレンシクロブチルケトンの環拡大1,2-転位反応の進展とα-(オキシメチル)シクロブタノンの環拡大反応の開発:当初期待していたSm-Ti複合反応剤はこの反応には有効ではないことがわかり、当初の計画ほどの進捗はみられていないが、カルボニル基の配座を考慮する必要があることが判明し一歩前進した。2)一電子還元による連続環化反応と環拡大1,2-転位反応を駆使したカウラン類の合成研究:CD環部の合成を完了した。続けてABラクトン環部合成に必要な側鎖の構築を検討し、その見通しが立った。3)環拡大1,2-転位反応、酸化的アリル転位反応の繰返しによる抗菌活性化合物ヒプノフィリン合成法の開発:モデル実験としてジメチル基を備えない基質で合成を進め、環拡大1,2-転位反応、酸化的アリル転位反応でジキナンまで合成できたが、3環目はメチレンシクロブタンの環拡大1,2-転位では達成できなかった。当初の計画に回避策として示したα-(オキシメチル)シクロブタノンの一電子還元による環拡大反応を開発する必要がある。4) Sm-Ti複合反応剤による分子内エポキシドーエポキシド、エポキシドーケトンカップリング反応の開発およびコリンエステラーゼ阻害活性物質マルスペリンAの合成研究:エポキシドーケトンカップリング反応の開発を開発しマルスペリンA合成中間体を合成できた。一方で、分子内エポキシドーエポキシドカップリングは良好な結果を与えていない。しかし、これとは異なる新たなカップリング反応を見出しており、これを利用してマルスペリンA全合成の目前まで来ている。1)希土類元素の誘起する一電子還元を起点としたメチレンシクロブチルケトンの環拡大1,2-転位反応の進展とα-(オキシメチル)シクロブタノンの環拡大反応の開発:メチレンシクロブチルケトンのカルボニル基の配座を制御できる補助基を近傍の水酸基に配置して転位反応を試みる。SEM基やMOM基などの配位性置換基、あるいはTBS基など嵩高い置換基を導入する。2)一電子還元による連続環化反応と環拡大1,2-転位反応を駆使したカウラン類の合成研究:CD環部の合成を完了し、AB環部合成に必要なカルボニル基、α,βー不飽和エステル、エステルを備えた側鎖を構築し、鍵段階のSmI2による連続環化反応に付して一挙にABラクトン環部を構築し、最後にアリル位を酸化して15-オキソゾアパトリンの合成を達成する。3)環拡大1,2-転位反応、酸化的アリル転位反応の繰返しによる抗菌活性化合物ヒプノフィリン合成法の開発:3環目の構築に際して、当初の計画に回避策として示したαー(オキシメチル)シクロブタノンの一電子還元による環拡大反応を開発する。一電子還元としてSmI2を用い種々の条件を検討する。まず原料調製が容易なジメチル基のない化合物でモデル実験を行ない、最終的にジメチル基を備えた原料から合成を進め、ヒプノフィリンの合成を完了する。しかし、ここからマルスペリンA合成に必要なC1単位の導入に難航している。

一方で、シアノヒドリン誘導体のTi反応剤による新規なカップリング反応を見出したので、これを利用することでマルスペリンAの全合成を達成できる。本年度は特に次の2点について重点的に検討した。1)希土類元素の誘起する一電子還元を起点としたメチレンシクロブチルケトンの環拡大1,2-転位反応の進展とα-(オキシメチル)シクロブタノンの環拡大反応の開発:環外にカルボニル基を持つ基質1-(7-methylenebicyclo[3.2.0]heptan-1-yl)ethan-1-one (1)類を用いて環拡大1,2-転位反応を検討した。その結果、反応は基質の構造によって左右され、1ではSmI2-Bu4NBr-HMPAの条件で良好な収率で転位生成物を与えたが、3位にジメチル基を導入すると収率が低下し、3位がスピロシクロプロパン構造になると目的物はほとんど得られなかった。検討の結果、これはカルボニル基の回転が阻害され、オレフィン部との軌道の重なりが悪くなるためと考えられた。したがって、本反応では反応条件のみならず基質のカルボニル基の配座も考慮する必要がある。2) Sm-Ti複合反応剤による分子内エポキシドーエポキシド、エポキシドーケトンカップリング反応の開発およびコリンエステラーゼ阻害活性物質マルスペリンAの合成研究:ビニリックな側鎖を備えた6員環ラクトンのIreland-Claisen転位、SmI2による新規なアルキルクロリドと酸塩化物の分子内カップリングで6/7員環ケトンを合成した。6員環部のオレフィンを酸化してエポキシドーケトンを合成した。そのカップリング反応を種々の条件で検討したところSm-Cp2TiI2複合反応剤が有効であった。得られたtricyclo[5.4.0.0^2,8]undecane-2,9-diolはアルツハイマー病治療薬として期待されるマルスペリンAの合成中間体として期待できる。この成果はTetrahedron Letters誌に報告した。1)希土類元素の誘起する一電子還元を起点としたメチレンシクロブチルケトンの環拡大1,2-転位反応の進展とα-(オキシメチル)シクロブタノンの環拡大反応の開発:当初期待していたSm-Ti複合反応剤はこの反応には有効ではないことがわかり、当初の計画ほどの進捗はみられていないが、カルボニル基の配座を考慮する必要があることが判明し一歩前進した。2)一電子還元による連続環化反応と環拡大1,2-転位反応を駆使したカウラン類の合成研究:CD環部の合成を完了した。続けてABラクトン環部合成に必要な側鎖の構築を検討し、その見通しが立った。3)環拡大1,2-転位反応、酸化的アリル転位反応の繰返しによる抗菌活性化合物ヒプノフィリン合成法の開発:モデル実験としてジメチル基を備えない基質で合成を進め、環拡大1,2-転位反応、酸化的アリル転位反応でジキナンまで合成できたが、3環目はメチレンシクロブタンの環拡大1,2-転位では達成できなかった。当初の計画に回避策として示したα-(オキシメチル)シクロブタノンの一電子還元による環拡大反応を開発する必要がある。4) Sm-Ti複合反応
水溶性有機物の森林生態系における移動特性

研究の目的は、森林生態系内での降雨にともなう水溶性有機物の移動特性を明らかにするための基礎的研究である。これまでに、東京農工大学・大谷山演習林のスギ・ヒノキ壮齢林小流域と中齢林小流域では、無機元素の移動特性を約20年に渡り調べられてきた。この試験地において、無機元素と同様の方法で採取した、林外雨・林内雨および樹幹流について、1年間を通じて無機元素とともに溶存有機態炭素(DOC)の調査を行った。1996年は例年になく小雨で860mmであった。これは、1995年の1540mmとくらべて約50%にすぎなかった。そのため、林内雨・樹幹流等の無機元素は、希釈効果によって濃度が例年の16倍と高かった。林内雨のDOCは、林外雨からの濃度変化が小さく、スギ林とヒノキ林で大きな違いがなかった。一方、樹幹流のDOCは、林外雨からの濃度変化が著しく、スギ林でヒノキ林よりも若干高かった。年間のDOC量は、スギ林内雨で70kg ha^<-1>、ヒノキ林内雨で60kg ha^<-1>、スギ樹幹流で22kg ha^<-1>、ヒノキ樹幹流で3kg ha^<-1>であった。同試験地では、渓流水の採取分析も行っている。渓流水中の無機元素の年間平均濃度は、1996年と1995年で著しい違いがなかった。渓流水中のDOCは、間を通しての分析に供しなかったが、非常に少なく1ppm以下であった。また、これらの採取した試料水およびAo層通過雨については、全窒素の分析を行い、溶存有機物による窒素動態も明らかにする予定である。本研究で購入した土壌水分計は、購入当初トラブルがあり、今年度中はデータが採取できなかった。しかし今後、森林生態系内において土壌水分を自動継続測定することで、溶存有機物の土壌中での動態をよりあきらかにする基礎データの蓄積が期待できる。
インスリン・プロレセプタ-発現によるインスリン抵抗性に関する研究

インスリンレセプタ-は他のホルモンなどのペプタイドと同様、mRNAから翻訳されたプロレセタ-が種々のprocessingを受け、成熟したインスリンレセプタ-となり細胞膜に挿入される。プロレセプタ-が及αびβーサブユニットに切断されずプロレセプタ-のまま細胞膜に挿入され、インスリン抵抗性を招来した先天異常の患者につき、その成熟レセプタ-への過程の異常を解析し、これにより正常レセプタ-蛋白合成過程を明らかにする。またプロレセプタ-のインスリン結合持性、及び切断部位の構造異常について明らかにする。このため患者細胞により得られたgenomic DNAについてインスリンレセプタ-の22ケのエクソンを各エクソン両側に対応するプライマ-を合成し、PCR法により増幅し、得られたDNAにつきdideoxy法により、遺伝子配列を明らかにした。その結果G→Tpoint mutationにより切断部位のArgーLys・ArgーArgの最後のArgがSerに置換されていることが明らかとなった。この遺伝子異常がプロレセプタ-の原因であるのか、in vitro mutagenesisにてmutantの遺伝子を構築し、これをCOS7細胞にtransfectionした結果、生合成されたインスリンレセプタ-はプロレセプタ-の大きさを呈し、インスリンに対する親和性は低下し、患者細胞にみられた現象を再現できた。さらにプロインスリン、ミニプロインスリン及び各種インスリンmutantを使用して結合特異性を検討した結果、IGFーIやプロインスリンなど分子量の大きいものは比較的結合親和性が低下しており、結合部位の立体構造が狭小であることが示唆された。インスリン結合の著しく低下したインスリン抵抗性を示す姉妹について、赤血球、EBーウィルスにてトランスフォームしたリンパ球、及び線維芽細胞についてそのレセプターの結合及びレセプター蛋白の性状を解析した。インスリン結合はどの細胞においても著しく低い結合を示しスキャッチャード解析ではレセプター数は正常であったが親和性が著明に低下していた。次に患者のトランスフオームしたリンパ球を^<125>Iにて細胞膜蛋白をsurfacelabelingを行ない、可溶化し抗インスリンレセプター抗体にて免疫沈降させた後、dithiothreitol存在下、SDS電気泳動を行なった。正常では95KDaのβサブユニットと135KDaのαサブユニットが表れるが、患者ではIOKDaという大きなサイズのプロレセプターが膜表面に存在することが明らかとなった。またこれは架橋剤を用いたcrossーlinking法によっても確かめられた。この異常レセプターはαとβサブユニットが結合したプロレセプター即ち両サブユニット間が4つの塩基性アミノ酸ArgーLysーArgーArgによって結合しているとの可能性があり、この部分を切断するならば正常インスリンレセプターへと転換されるものと考えられ、トリプシンなどのペプチダーゼを使用してインスリン結合の変化が得られるかを検討した。トリプシン0.025%で処理すると患者トランスフォームしたリンパ球のインスリン結合は正常化し、また、その場合のインスリンレセプターも210KDaから正常のαとβサブユニットにと切断され正常サイズを示した。キモトリプシン、ペプシンなどはこの作用はなく、またyeastのαーfactorというpheromoneのprohormoneを切断する酵素を用いてもその転換はみとめられなかった。したがってこの患者ではプロレセプターを呈する低親和性のレセプターが膜表面に挿入されていることとの結論を得た。点突然変異のためインスリンレセプタ-の生合成の過程でプロレセプタ-からレセプタ-への変換において、切断部位が異常のために切断されずプロレセプタ-のまま細胞表面にレセプタ-として機能した症例について既に昭和63年度に報告した。このプロレセプタ-はインスリン結合能力が低く、このためインスリン作用が障害され、インスリン抵抗性を示し、このため患者は糖尿病として治療されている。平成元年度はこのプロレセプタ-についての機能を詳細に検討した。

すなわち、インスリン結合の低下、すなわち親和性の低下を更に詳細に結合特性を検討するため種々のインスリン誘導体(プロインスリン、IGF-I、[Leu^<B25>]-insulin、[Ser^<B24>]insulinなどを使用して競合的結合能を測定した。患者リンパ球をトランスフォ-ムし、その細胞のインスリン結合を、トリプシン処理の前後で測定すると、0.025%の低い濃度のトリプシンではその切断はみとめられプロレセプタ-の210KDaから正常サイズのレセプタ-へと変換される。トリプシン未処理のプロレセプタ-ではプロインスリンやIGF-IなどのC-peptideを有するものは、比較的結合力は正常細胞に比較し、さらに低下していたが、ミニプロインスリン(C-ペプチド部分がアミノ酸2ヶのみ)、[Leu^<B25>]-insulinなどのmutant insulinでは正常細胞と変わりはみられず、プロレセプタ-ではC-ペプチドを有する大きな誘導体は結合が妨げられることが判明した。さらにα-サブユニットからβ-サブユニットへのシグナル伝達を自己燐酸代能の測定で検索したところ、α-サブユニットに結合したインスリンのシグナルは正常に伝えられていることが判明した。したがってα-とβ-サブユニットは結合されているが、そのインスリン結合能の著名な低下に比較して、そのシグナル伝達は分子内では正常であることが分った。インスリンレセプタ-は他のホルモンなどのペプタイドと同様、mRNAから翻訳されたプロレセプタ-が種々のprocessingを受け、成熟したインスリンレセプタ-となり細胞膜に挿入される。プロレセプタ-がα及びβーサブユニットに切断されずプロレセプタ-のまま細胞膜に挿入され、インスリン抵抗性を招来した先天異常の患者につき、その成熟レセプタ-への過程の異常を解析し、これにより正常レセプタ-蛋白合成過程を明らかにする。またプロレセプタ-のインスリン結合特性、及び切断部位の構造異常について明らかにする。このため患者細胞より得られたgenomic DNAについてインスリンレセプタ-の22ケのエクソンを各エクソン両側に対応するプライマ-を合成し、PCR法により増幅し、得られたDNAにつきdideoxy法により、遺伝子配列を明らかにした。その結果G→Tpoint mutationにより切断部位のAngーLysーArgーArgの最後のArgがSerに置換されていることが明らかとなった。この遺伝子異常がプロレセプタ-の原因であるのか、in vitro mutagenesisにてmutantの遺伝子を構築し、これをCOS 7細胞にtransfectionした結果,生合成されたインスリンレセプタ-はプロレセプタ-の大きさを呈し,インスリンに対する親和性は低下し,患者細胞にみられた現象を再現できた。
網羅的転座染色体の解析によるPATRRの核内配置と転座染色体生成との関係

健常人精子由来のDNAを鋳型にして、Genome Walking法やハイブリダイゼーション用のオリゴを用いた方法により、未知のPATRRやPATRRを介した染色体転座の検出と同時に、PATRRを介した染色体転座を網羅的に検出する系の確立を目指した。しかし、これらの方法ではPATRRを介した染色体転座を高感度、かつ網羅的に検出するには至らなかった。また並行して、個々の細胞を解析する手法として、全ゲノム増幅と次世代シーケンサーによる染色体解析を組み合わせ、1細胞レベルでの網羅的な染色体解析の実験系を確立した。この実験法を確立したことにより、個々の精子の核型の解析が可能となった。近年、Palindromic AT-rich repeats (PATRRs)と呼ばれるパリンドローム配列が染色体転座を誘発することが知られ、これまでにPATRRを介した染色体転座が数多く報告されている。また以前に私たちは、健常人精子由来のゲノムDNAを鋳型にPATRRを介した転座検出用のPCRを用いて、De novoの染色体転座の検出に成功した。この結果は健常人精子にはDe novoのPATRRを介した染色体転座が数多く含まれていることを意味しており、本研究ではこの転座検出のPCR法を応用して、PATRRを介した染色体転座が、ヒトゲノム中からどのようにPATRR配列を認識し、出会い、そして再結合し転座染色体を生成するのか、発生機序の全貌を解明することを目的とした。本研究を遂行するにあたり、これまで報告されているPATRRを介した染色体転座で、転座検出用のPCRを用いて検出可能なPATRR転座の検出、頻度を算出し、必要な鋳型DNAの量を決定した。またPATRR配列に共通する配列の特徴を調べ、ヒトゲノム中に散在するPATRR配列を増幅するプライマーの設計を行い、健常人精子中に含まれるDe novoのPATRRを介した染色体転座を網羅的に検出する系を確立することに努めた。本研究を遂行するにあたり、健常人精子中に含まれるDe novoのPATRRを介した染色体転座を網羅的に検出する系を確立することに努めた。ユニバーサルプライマーやハイブリダイゼーション用のオリゴを用いて、転座が発生したPATRRを濃縮しつつ、転座が発生していないIntactなPATRRの量を希釈するストラテジーを考案し、複数のPATRRを介した染色体転座を同時に増幅し、次世代シーケンサーで検出する方法を考案している。現在の方法では、転座産物以外の非特異的な増幅が多く見られ、目的とする転座産物を得るに至っていない。今後は実験方法の改善やアプローチ法の変更が必要であると考えている。また本研究を遂行中に非典型例のde novo転座を検出した。この非典型例の染色体転座から、PATRRを介した染色体転座の発生機序の解明のヒントになり得るか思案してる。t(11;22)(q23;q11)はヒト生殖細胞系列で最も高頻度にみつかる染色体転座である。本転座が高頻度にみつかるのは、ひとりの創始者から伝播したのではなく、高頻度に転座がde novoに発生することに起因する。両転座染色体の転座切断点には、palindromic AT rich repeat(PATRR)と呼ばれるAT含量の高い回文配列が存在することから、パリンドローム配列がゲノム不安定性を誘発し、染色体転座が繰り返し発生すると考えている。私たちは以前にt(11;22)転座を特異的に検出するPCR法を確立し、健常人精子由来のゲノムDNAを鋳型にした転座PCRでは、de novo t(11;22)転座を10-5の頻度で検出することに成功した。この結果は、精子中に数多くのde novo染色体転座が含まれていることを示している。さらにt(11;22)以外にも複数のPATRRを介した染色体転座が発見されたことから、本研究では健常人精子に含まれるPATRRを介した染色体転座を網羅的に調べることで、染色体転座の発生メカニズムの解明を目的とした。本年度は、この方法を応用して、PATRR特異的なプライマーとambiguousなプライマーを組み合わせたPCRにより、精子DNAを鋳型にした時にのみ検出されるバンドから、PATRRを介した染色体転座を網羅的に検出する系の確立を目指した。しかしながらこの方法では染色体転座を高感度に検出するには至らなかった。また並行してde novoの染色体異常を網羅的に検出するためには、1細胞レベルでの染色体解析法の確立が必要であるため、複数の全ゲノム増幅法とアレイCGHや次世代シーケンサーなどの染色体解析ツールを組み合わせ、1細胞レベルでの染色体解析の実験系を確立した。この実験法を確立したことにより、個々の細胞の核型の解析が可能となった。

De novoのPATRR転座検出のためのPCRは1分子検出を可能とした高感度の方法で、最も高頻度に発生する転座でさえ1/1000分子以下の頻度で発生するとされており、現在の系では転座産物の濃縮を行うにも量が少なく、また転座を起こしていないPATRRがバックグラウンドとなり、目的とする転座産物が得られず、網羅的転座産物の検出に至っていない。精子中に含まれる転座産物を増やすことは不可能なので、今後は転座産物以外の非特異的な配列によるバックグラウンドを減少させ濃縮の効率化を目指す。具体的には目的とする転座産物以外を切断するようなヌクレアーゼを用いて、PCR増幅できないような処理を行い、またPCRの際にはビオチン標識プライマーを用いて、PCR産物の濃縮効率を上げる。PATRR周辺領域はAT含量に富む配列のため、PCRやシーケンスによる解析が困難であるケースが多い。特に次世代シーケンサーによって読まれたリードをヒトゲノム配列にマッピングするのは困難であることが予想される。そのため得られたPCR産物を1つずつクローニングして解析することも検討する。細胞遺伝学人件費に計上した予算が浮いたため。差引額の47,515円は、主に試薬消耗品として使用する。
アルツハイマー型痴呆におけるapolipoprotein(a)mRNA発現の検討

近年apolipoprotein(apo)が、神経疾患の病因、病態に関与している可能性が注目されるようになってきた。アルツハイマー型痴呆脳では、apo Bやapo Eが老人班、神経原繊維変化に陽性に染り、異常蓄積物形成に関与する可能性が指摘されている。Apo(a)での検討は、従来動脈硬化の分野に限られており、脳での生理的、病的役割は全く不明であった。最近サルの脳においてapo(a)のmRNAが発現することが報告され、脳で独自に合成されている可能性が示された。そこで、我々はヒトの臓器、各種細胞においてapo(a)のmRNAが発現しているかどうかを検討した。[結果]肝臓及び肝細胞癌ではapo(a)mRNAの発現を認めたが、脳では認めなかった。また、培養細胞ではglioblastomaにのみapo(a)mRNAの著明な発現を認めた。[まとめ及び考察]脳でapo(a)mRNAの発現を認めなかった点が予想に反していたが、最も多く合成されていると考えられる肝臓でもそれほど多くなかったことにより、検出感度以下であった可能性がある。今後は、RNA量を増やす、もしくは感度のより良い方法を採り入れるなどして検討したいと考えている。ヒト脳での発現が確認できれば、アルツハイマー型痴呆脳での検討を行う予定である。一方、glioblastomaで著明なapo(a)mRNAの発現を認めたことは脳細胞でapo(a)を合成していることを示すものであり、またglioblastomaの急速な進展や組織破壊にapo(a)が何等かの関与をしている可能性が考えられる。
上皮成長因子受容体下流シグナル系の個人差についての検索

EGFR-TKIのひとつであるエルロチニブの感受性を決定するEGFR遺伝子変異以外の要因を明らかとし、同時に腫瘍の悪性形質におけるEGFRの下流シグナル系の役割を検討し、同経路の遺伝的個人差の存在の有無を検討とすることを目的とした。野生型EGFR遺伝子をもつ非小細胞肺癌症例を対象に、エルロチニブを投与する臨床試験を行い、cDNAマイクロアレイ、RT-PCRによるバイオマーカー検索を行った。非小細胞肺癌細胞株、中皮腫細胞株を用いてEGFR下流シグナル系、薬剤相互作用、耐性機構のための基礎的検討を行った。Thymidylatesynthaseの発現に注目して解析を加えたが、中皮腫細胞株においてはpemetrexed耐性機構に関連はなく、非小細胞肺癌細胞株においては、メトホルミンによる制癌効果を認める結果を得、特に腫瘍形成初期における制癌効果が高いことを明らかとした。非小細胞肺癌症例における、上皮成長因子受容体(EGER)チロシンキナーセ阻害薬(EGFR-TKI)の感受性にはEGFR遺伝子の特定の突然変異が重要な予測因子となることが知られているが、EGFR-TKIのひとつであるエルロチニブに関してはこれだけでは説明できない現象が知られそいる。同薬の感受性を決定するEGFR遺伝子変異以外の要因を明らかにすることにより、腫瘍の悪性形質におけるEGFRの下流シグナル系の役割をより詳細に明らかにすると同時に同経路の遺伝的個人差の存在の有無を検討とすることを目的とする。野生型EGFR遺伝子をもつ非小細胞肺癌症例を対象に、セカンドライン治療としてエルロチニブを投与する臨床試験を行い、症例の蓄積とともにcDNAマイクロアレイ、RT-PCRによるバイオマーカー検索の準備を行っている。既に臨床試験プロトコールは完成しており、2009年10月の千葉大学医学部附属病院の治験審査委員会で承認され、対象のEGFR遺伝子変異の有無が明らかな非小細胞肺癌(扁平上皮癌を含む)の目標症例数の半数以上が集積された。現在、登録症例における治療効果を解析し、waterfall plot解析の準備を行っている。現在までに、超音波内視鏡下(EBUS)穿刺生検検体から腫瘍の高純度のRNAが取れることを確認し、臨床検体から効率よくDNA microarray解析を行う方法を確立した。エルロチニブの効果に関連する遺伝子存同定検証し、その生物学的意義を明らかにすることで、EGFR-TKIにより恩恵を受ける患者を同定できる技術に直結でき、この成果は更に新たな分子標的治療の開発につながる可能性もあると期待される。非小細胞肺癌症例における、上皮成長因子受容体(EGFR)チロシンキナーゼ阻害薬(EGFR-TK1)の感受性にはEGFR遺伝子の特定の突然変異が重要な予測因子となることが知られているが、EGFR-TK1のひとつであるエルロチニブに関してはこれだけでは説明できない現象が知られている。既に臨床試験プロトコールは完成しており、2009年10月の千葉大学医学部付属病院の治療審査委員会で承認され、対象のEGFR遺伝子変異の有無が明らかな非小細胞肺癌(扁平上皮癌を含む)の目標症例数の半数以上が集積された。現在までに超音波内視鏡下(EBUS)穿刺生検検体から腫瘍の高純度のRNAが取れることを確認し、臨床検体から効率よくDNA microarray解析を行い方法を確立した。エルロチニブの効果に関連する遺伝子を同定検証し、その生物学的意義を明らかにすることで、EGFR-TK1により恩恵を受ける患者を同定できる技術に直結でき、この成果は更に新たな分子標的治療の開発につながる可能性もあると期待される。非小細胞肺癌症例における、上皮成長因子受容体(EGFR)チロシンキナーゼ阻害薬(EGFR-TKI)の感受性にはEGFR遺伝子の特定の突然変異が重要な予測因子となることが知られているが、EGFR-TKIのひとつであるエルロチニブに関してはこれだけでは説明できない現象が知られている。同薬の感受性を決定する

EGFR遺伝子変異以外の要因を明らかにすることにより、腫瘍の悪性形質におけるEGFRの下流シグナル系の役割をより詳細に明らかにすると同時に同経路の遺伝的個人差の存在の有無を検討とすることを目的とした。野生型EGFR遺伝子をもつ非小細胞肺癌症例を対象に、セカンドライン治療としてエルロチニブを投与する臨床試験を行い、症例の蓄積とともにcDNAマイクロアレイ、RT-PCRによるバイオマーカー検索を行うことを計画した。2009年10月の千葉大学医学部附属病院の治験審査委員会にて本研究に関する臨床試験プロトコールは承認され、対象のEGFR遺伝子変異の有無が明らかな非小細胞肺癌(扁平上皮癌を含む)症例を集積した。基礎的研究として超音波内視鏡下(EBUS)穿刺の微小生検検体から腫瘍の高純度のRNA採取可能であることを確認し、臨床検体から効率よくDNA microarray解析を行う方法を確立した。さらにエルロチニブの効果に関連する生物学的意義を明らかにすることを目的とし、非小細胞肺癌細胞株を用いて基礎的研究を行った。非小細胞肺癌細胞株においては、メトホルミンによる制癌効果を認める結果を得、腫瘍形成初期における制癌効果が高いことを明らかとした。臨床経過・治療効果とともに解析を行った。計画中の臨床試験適応となる登録症例数が少ないため。24年度が最終年度であるため、記入しない。検体収集を継続して行いつつ、解析継続とする。
スピン軌道トルクや位相幾何学的仮想磁場を利用した種々の磁気自由度の電気的操作

磁性体においては種々の「磁気自由度」とそれを操作する「駆動力」がある。本研究では、種々の磁気自由度としては古くから用いられてきた「磁化」及び新たな自由度である「磁気トポロジー」に、駆動力としては「スピン軌道トルク」及びトポロジカル磁性材料で生じる「磁気構造に由来した仮想磁場」に着目する。これらの様々な「磁気自由度」と「駆動力」について研究することで、高効率な磁化の制御方法を検討するとともに新たな磁気自由度や制御方式を利用したデバイスを実証し、その有用性を示す。
視床下部視索上核ニューロンの浸透圧感知に関わる分子実体の解析

体液浸透圧の恒常性の維持機構は、極めて精巧であり、大量の体液をわずか数%以内の精度で制御している。この制御には体液の浸透圧変化を感知する分子が不可欠であり、中でも中枢性浸透圧感知分子は現時点でもその分子実体が不明であったため、本研究はその解明をめざした。本研究の成果から中枢性浸透圧感知分子は、TRPV1がその関連分子と形成するヘテロテトラマー(異分子による4量体)である可能性が示唆された。1.ラット視索上核ニューロンが発現するTPRV1関連分子について詳細なRTーPCRを行い、視索上核の組織内に、TRPV1の全長分子が含まれていること、さらに、複数のN端変異分子も含まれていることを解明した。2.急性単離したラット視索上核ニューロンを用いてパッチクランプ法で活動電位発生頻度ならびに、膜電流を解析したところ、TRPV1のアゴニストであるカプサイシンには応答がないものの、浸透圧物質である50mMマニトール(約30mOsmol/kg)に対して著明な膜電位ならびに電流応答を示すニューロンが存在し、これらの応答がTRPV1の選択的アンタゴニストであるCapsazepineで可逆的に抑制されることが明らかとなった。3.急性単離したラット視索上核ニューロンを用いてFura-2による細胞内Ca2+濃度([Ca2+]i)画像解析法で[Ca2+]iを解析したところ、50mMマニトールに対して著明な[Ca2+]i上昇応答を示すニューロンが存在し、その応答がCapsazepineで可逆的に抑制されることが明らかとなった。4.潅流液の温度を36度にして、カプサイシンを作用させたところ、視索上核ニューロンがCapsaisin 100nMに応答し、その反応はCapsazepineで抑制されることが明らかとなった。5.eGFP-AVPラットとmRFP-OTラットを用いて、GFP/RFP蛍光を指標に視索上核のバゾプレシンニューロンとオキシトシンニューロンを目視で区別し、[Ca2+]の画像解析を実施する手法を確立した。この手法を用いて、浸透圧刺激に応答するニューロンを特定したところ、バゾプレシンニューロンのみが応答することが判明した。以上の結果より、視索上核のバゾプレシンニューロンのみが浸透圧感知分子として全長TRPV1を含む分子を有していることが明らかとなった。前年度の実験の結果、ラットSONに全長TRPV1が遺伝子、タンパクレベルで発現していることが明らかとなった。また、ラットSONニューロンは高浸透圧刺激(+50mOsml)に応答し[Ca2+]iや活動電位発生頻度の上昇を示すこと、これらの応答はTRPV1の選択的阻害薬であるcapsazepine (10 microM)で可逆的に阻害されることが明らかとなった。加えて、高浸透圧刺激に応答した全てのSONニューロンは温度を36°CにすることでTRPV1の作動薬であるcapsaicinに応答するが明らかとなった。本年度は、過去に報告されているSIC電流の逆転電位(-42 mV, Oliet SH and Bourque CW, Nature. 364(6435):341-3,1993)と比較する目的でcapsaicin電流の逆転電位を計測したところ、逆転電位は-46mV付近であり、極めて近い値となった。また、SONニューロンで観察されたcapsaicin誘発電流の電流ー電圧関係は、浸透圧誘発性電流と同様、ほぼ直線的であった。一方、SONで見いだされた全長TRPV1とGFPを含む発現ベクターを作成し、HEK293細胞に発現させたところ、capsaicin誘発電流の逆転電位がほぼ0mVであり、外向き清流生の電流ー電圧関係が観察された。これらの結果から、ラットSONニューロンに発現するSICチャネルのうち少なくとも一部は全長TRPV1によって構成されているが、全長TRPV1のみで構成されるホモテトラマーではないことが明らかとなった。さらに、浸透圧誘発性のSIC電流に対して、Gi共役型のG蛋白共役型受容体(GPCRs)によって活性化するGIRK電流がSONニューロンに及ぼす作用についても検討したところ、SONニューロンのポストシナプスに存在することが明らかとなっているGABAB受容体を介したGIRK電流活性化は、Ca電流抑制を引き起こすリガンド濃度より100倍高いリガンドでのみ生じることが明らかとなった。この結果から、SONニューロンにおいては、浸透圧が静止膜電位を規定する主要や要因となっていることが示唆された。前年度までの研究成果により、ラット視索上核(SON)ニューロンにはTPRV1様イオンチャネルが存在し浸透圧感知に関与すること、しかしながら、そのSONニューロンの浸透圧感知分子の挙動はこれまで報告されているTRPV1分子の性質とは一致しないことが明らかとなった。加えてSONからTPRV1のN端を欠く新規スプライスバリアントを見いだし、TRPV1_SONと命名した。本年度は、中枢性浸透圧感知分子の実体を解明する目的で、TRPV1全長分子ならびに、TRPV1_SONをHEK293細胞に発現させ、細胞内Ca2+濃度ならびに、電気生理学的な解析を行った。その結果、1.TRPV1全長分子を発現させたHEK293細胞は、Capsaicin、低pH、40度以上の高温に対してCa2+濃度の上昇を引き起こしただけでなく、50mMマニトール不可による浸透圧増加に対してもCa2+濃度上昇の反応を示した。また、これらの刺激で、膜電位固定下で内向き電流が観察された。2.TRPV

1発現細胞で観察された浸透圧上昇による反応は、選択的TRPV1阻害剤であるCapsazepineによって可逆的に消失した。3.TRPV1_SONを発現させたHEK293細胞では、Capsaicin、低pH、40度以上の高温、50mMマニトール不可による浸透圧増加のいずれの刺激に対しても細胞内Ca2+濃度、イオン電流のいずれも変化しなかった。4.TRPV1発現細胞、TRPV1_SON発現細胞の両者から採取したサンプルで、TRPV1分子に対する抗体を用いてWestern blotを行ったところ、明瞭な信号が検出された。さらに、これら2種の細胞をビオチン化してから細胞を破砕した後に、アビジンカラムで回収したサンプルを用いたWestern blotでも同様の結果が得られた。以上の結果から、TRPV1分子単独(ホモヘテロマー)で浸透圧感知が可能であること、TRPV1_SONはおそらくは単独で細胞膜に発現しうるが、浸透圧感知分子あるいはCapsaicin受容体としての性質は示さないことが明らかとなった。体液浸透圧の恒常性の維持機構は、極めて精巧であり、大量の体液をわずか数%以内の精度で制御している。この制御には体液の浸透圧変化を感知する分子が不可欠であり、中でも中枢性浸透圧感知分子は現時点でもその分子実体が不明であったため、本研究はその解明をめざした。本研究の成果から中枢性浸透圧感知分子は、TRPV1がその関連分子と形成するヘテロテトラマー(異分子による4量体)である可能性が示唆された。ラット視索上核ニューロンに発現する中枢性浸透圧受容器の分子実体について、これまで存在しないと考えられてきた全長TRPV1分子が関与する新事実を得たこと、さらには、全長TRPV1分子以外の分子とのヘテロテトラマーである可能性が示唆されることが判明したため。獣医生理学全長TRPV1分子とヘテロテトラマーを構成しうる分子の候補として、SONに見いだされた、splicing variant分子の分子同定およびその分子の異所性発現系による機能解析を行う。本体が不明であった中枢の浸透圧感知分子(Central Osmoreceptor)について、その候補分子としてラット視索上核に全長TRPV1のmRNAが存在すること、その配列がTRPV1とまったく同一であることを確定できた。これは、マウスで得られていた視索上核にはTRPV1のN端変異分子のみが存在するとした過去の知見と大きく異なる結果であった。さらに、急性単離ニューロンを用いて、バゾプレシンニューロンのみが、浸透圧感知機能を有していること、さらには、温度依存性にCapsaisinにも応答しうることを見いだした。これらの結果は、Central Osmoreceptorの一部にTRPV1全長分子が含まれていることを強く意味しており、長らく不明であった、Central osmoreceptorの分子実体に大きく近づいたといえる。さらに、当初考えていたTRPV1分子が他分子と複合体を形成している可能性よりも、TRPV1全長分子と変異分子のヘテロマルチマー形成の可能性を優先して検索すべき結果であったために、次年度以降の計画を一部変更することとした。視索上核におけるTRPV
高温超伝導エレクトロニクス応用デバイスの研究

本研究の目的は、高温超伝導デバイスを用いて、従来のエレクトロニクスデバイスの性能や機能を画期的に向上させる新しい応用デバイス開発の基礎研究を行うことであり、当初の実施計画の3つのテ-マは下記の通りほぼ達成された。その成果をテ-マの順に述べる。1.高温超伝導薄膜素子の製作(1)YBCO薄い膜素子の製作対抗電極スパッタリング装置を用いて、YBCO薄膜の製作を行つた。基板はSTOとMgOの2種類を用い、臨界温度が前者では83K、後者では74K以上の薄膜を再現性良く成膜することができた。今後はさらに良特性の膜を作る検討を行なう。(2)マイクロストリップ路線の製作IC用高温超伝導配線の開発をめざして、マイクロストリップ薄膜線路の製作を行つた。先ず基板片面に成膜して中心導体のパタ-ンニグを行い、ついで裏面全面にスパッタ膜を作って線路を構成する。STO基板上では臨界温度が77K以上、MgO基板上では40K以上の臨界温度で動作する線路を作成できた。2.高温超伝導LSI配線のための実験種々の特性インピ-ダンスを持つ高温超伝導伝送線路を製作し、線路の減衰定数と位相定数をネットワ-クアナライザを用いて測定した。室温と4Kにおけるこれらの測定結果から、高温超伝導線路の特性が著しく改善されることが分かり、今後さらに良質な高温超伝導線路の製作を行って、特性の評価を行う。3.高温超伝導ディジタルデバイスの提案とその評価新しい試みとして、ジョセフソンファジィプロセッサを提案し、シミュレ-ションによりその性能を比較し、現在の機能の数10倍速い性能が得られることを示した。
混晶薄膜成長とその応用に関する研究

Al,Ga,In,P,Asを含む【III】-【V】族半導体混晶薄膜を生産性に憂れた技術である有機金属気相成長(MOCVD)法により成長する技術開発及びそのデバイスへの応用を目標に研究を行ない下記の成果を得た。1. AlGaAs/GaAs系において40Å厚の量子井戸を形成することに成功し、その量子準位がクロニッヒベニーモデルに従うことを示した。また界面のダレは約510Å程度であることが分かった。2. GaP/GaAsP,及びGaAsP/GaAsの歪超格子を形成する技術を明らかにし、この超格子が格子歪を緩和することを利用してSi基板上にGaAsを成長することに世界で初めて成功した。すなわちSi上に最初格子整合したGaPを薄く成長し、2段の歪超格子をはさんでGaAsを成長した。この方法により歪が従来の方法と比べると著しく減少し、室温でパルス発振するレーザがSi基板上に初めて作られるようになった。さらにこのSi上に成長したGaAsをフォトルミネッセンス、DLTS、エレクトロリフレクタンス等で評価し、その歪の効果を明らかにした。3. In、及びPを含む系のMOCVD成長は一般に困難である。そこで原料ガスのフォスフィンをプラズマで分解して成長に用いるという新しい手法を提案し実験を行なって良好な結果を得た。この手法を用いると成長圧力を【10^(-2)】ton以下まで下げることができ、従って反応管内でのガス流速を上げることができるので極薄膜の成長に適している。以上のように本年度目標とした薄膜成長技術の確立を一応達成することができた。次年度は未だ問題の多いInP系を重点的に取り上げ、その薄膜成長を試みると共に、界面評価を通して、この系の量子効果を調べ、他の系との相異及びデバイスへの応用の可能性を追求してゆく予定である。
網膜硝子体手術の生理に関する研究

網膜硝子体手術と網膜の生理について研究した。網膜硝子体手術は病的硝子体や増殖組織を取り除くことにより網膜の環境を改善する治療である。一方、網膜硝子体手術操作が網膜、脈絡膜循環および網膜機能に影響を及ぼすことが考えられる。我々は黄斑部疾患とくに特発性黄斑円孔における内境界膜剥離の黄斑部機能に及ぼす影響について局所網膜電図を用いて研究した結果、ミューラー細胞の基底膜である内境界膜剥離は、本体であるミューラー細胞の機能に影響を及ぼすが、視力には影響を及ぼさないことがわかった(IOVS2001)。また、次に対象を糖尿病黄斑症として、もっとも単純な牽引性黄斑症の形態と手術による効果を光干渉断層計により明らかにした(AJO2001)。加齢黄斑変性症として硝子体、網膜下手術の網膜機能に与える効果と影響について検討した。本疾患に対する新生血管抜去術により早期に黄斑部網膜機能が回復し、それは網膜厚が減少することに寄与することが局所網膜電図と光干渉断層計の比較により明らかとなった(IOVS2002)。また本疾患に対する黄斑移動術の研究では、手術により視力は上昇するが、一定の汎網膜機能の損失と異なる順応反応があり、新しく形成された網膜-網膜色素上皮複合体のモデルの網膜機能が明らかとなった(IOVS2002)。本疾患に類似のポリープ様脈絡膜血管症は免疫組織学的特徴も類似したことを示した(BJO2002)。以上のように加齢黄斑変性の病態生理の解明を進めた。網膜硝子体手術と眼循環、網膜の生理について研究した。今年度では黄斑部疾患とくに特発性黄斑円孔における内境界膜剥離の黄斑部機能に及ぼす影響について、黄斑部局所ERGにより眼底直視下にa波、b波、律動様小波、d波の各成分を記録し、術前後および対照群と比較した。その結果、ミューラー細胞の基底膜である内境界膜剥離は、本体であるミューラー細胞の機能に影響を及ぼすが、視力には影響を及ぼさないことがわかった。(IOVS,2001)また、この内境界膜剥離術に用いられたインドシアニングリーン(ICG)は、本年度に購入した高感度CCDカメラにより除去しない内境界膜上での残存がより鮮明に記録され、今後残存ICGによる機能障害の検討に有用であると考えられた。さらに、糖尿病性黄斑浮腫や網膜静脈閉塞症などの血管閉塞性疾患を対象とした光干渉断層計による硝子体の詳細な観察により、硝子体黄斑牽引症候群がこれらの疾患に続発し、特発性の場合と牽引の方向が異なることが判明した。このことにより、硝子体手術の有効性の裏付けがなされたものと思われるが、視機能の予後は形態とは異なり別の要素があることもわかった。(AJO,2001)さらに加齢性黄斑変性に対する黄斑移動術では黄斑部機能の改善が期待されるが、これまで手術侵襲に対する検討はほとんどなされていなかった。我々は全視野網膜電図を用いてどのくらいの損失があるか錐体系機能、杆体系機能に分けて記録、検討し、投稿中である。本年度では本邦でも失明原因の上位にある糖尿病網膜症特に糖尿病黄斑症と加齢黄斑変性症に対する硝子体、網膜下手術の網膜機能に与える効果と影響について検討した。糖尿病黄斑症は中等症の糖尿病網膜症においても中心視力を侵しQOLを極めて悪くする病態である。我々は硝子体手術の効果は血糖コントロールに依存することを多変量解析で明らかにした(投稿中)。

本疾患における硝子体手術の効果は90%以上の症例に及ぶが、形態や視力と比較して網膜機能の改善は有意ではなく、薬物療法などによる網膜の本質的な機能改善の研究の必要性を明らかにした(投稿中)。加齢黄斑変性症では本疾患に対する新生血管抜去術により早期に黄斑部網膜機能が回復し、それには網膜厚の減少が寄与していることが局所網膜電図と光干渉断層計の比較により明らかとなった(IOVS2002)。また本疾患に対する黄斑移動術の研究では、手術により視力は上昇するが、一定の汎網膜機能の損失と異なる順応反応があり、新しく形成された網膜ム網膜色素上皮複合体のモデルの網膜機能が明らかとなった(IOVS2002)。本疾患に類似のポリープ様脈絡膜血管症は免疫組織学的特徴も類似していることを示した(BJO2002)。以上のように加齢黄斑変性の病態生理の解明にも研究成果は及んだ。