hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ソバの祖先野生種は何か、起原地は何処かーその遺伝学的研究ー

他の分類群では種の違いとされるほどのアイソザイムやctDNAの変異をF__ー・<leptopodum>___ーやF__ー・<cymosum>___ーは種内に保有しており、また新しい種が発見されることなどもあって、種間の類縁関係については明確な答を得ていない。1.ソバの起原1990年に中国運南省永勝県で発見したソバの野生祖先種は脱粒性、休眠性、分枝性の野生形質を持っている他は栽培ソバと区別つけ難いほど類似していた。これら野生形質はいずれも優性の形質であった。ソバ栽培集団が保有しているアロザイム変異の中には、栽培化以後に生じた変異もあるが大部分は野生祖先種から受ついだ変異である。野生祖先種の分布は1991年秋の現地調査により、永勝県、麗江県及び寧〓県の狭い地域に限られることが分った。どの民族が栽培化したのかという問については四川省雲南省に広く分布する彝族が最も可能性が高い。2.ダッタンソバの起原野生ダッタンソバが中国四川省、チベット、カシミ-ル、パキスタン北部にかけて広く分布している。四川省のものはチベット以西のものと形態的にもアイソザイム変異でも異なる。アイソザイム変異からみるとチベットの野生ダッタンソバが栽培ダッタンソバと全く同じであるが、近縁な野生ソバの分布とダッタンソバの伝播過程を考慮すると次のように考えられる。四川省眠江上流域で自家和合性の未記載種(1990年発見)UAから生じた野生ダッタンソバは分布を西へ伸ばしていく途中栽培化され、野生種はそのままチベットからカシミ-ル、北部パキスタンへ分布を広げていったが栽培化されたダッタンソバは四川省雲南省に広まり、ついでヒマラヤ山脈南側を西に伝播していった。3.ソバ属Fagopyrum属の各種の分布と類縁関係ソバには約10種の野生種があるが、このうちF.gracilipes,F.cymosum及び野生ダッタンソバは広い分布域を持つが、他は全て雲南省四川省の極めて狭い地域にのみ分布している。2倍体(2n=16)で異花柱性の他家受粉を原則とするが、四川省の眠江上流域では自家和合の種を生じ、これがダッタンソバにつながり、一方F.gracilipesやF.cymosumでは倍数化が生じ、その結果分布を広めた。ソバ属の栽培種2種、その野生祖先種と考えられる亜種2種、及び新しく発見した野生種3種を含む野生種9種について、形態、アイソザイム及び葉緑体DNA(ctDNA)の変異にもとづいて分類を試みた。形態、アイソザイムにもとづく系統樹とctDNAにもとづく系統樹が得られた。これから次のことが結論できる。(1)二つの系統樹は細かい1、2の点を除けば良く一致している。(2)ソバ属は栽培種であるソバ、ダッタンソバを含むF.cymosumのグループとF.cymosum以外の全ての野生種からなる他のグループの2つに分けられる。(3)新しく発見したF.capillatum、F.pleioramosum、F.callianthuorは形態、アイソザイム、CtDNAのいずれかの面からみてもF.gracilipesに近いものである。(4)ソバ、ダッタンソバの野生祖先種と思われるF.esculentum ssp.ancestralis,F.tataricum ssp.Potaniniは、ソバF.esculentum、ダッタンソバF.tataricumに極めて近縁の種であり、野生祖先種だと考えている種以外で栽培種に近縁の野生種はソバに近縁のF.autotropicumがあるだけである。
骨置換性フォーム状骨補填材の開発

本研究の目的は,骨置換性フォーム状骨補填材を開発することである。昨年度において,β-TCPを主成分とする連続気孔性多孔体のフォーム状骨補填材を作製した.しかしながら,強度において脆弱であったため,改良する必要性があると考えた.そこで,本年度は,(1)連続気孔性多孔体の強度の改善,(2)動物実験を用いたフォーム状骨補填材の有用性の検討を行った.〔方法〕(1)β-TCP粉末にテトラトキシシランでシランカップリング剤を用い,粉末にシラン処理をした後,昨年度と同様な方法で1500°C,5時間焼成を行った.(2)ラット脛骨にフィッシャーバーで規格化した骨欠損を形成する。欠損部を骨置換型フォーム状骨補填材で再建した.術後,2週,4週,6週,12週後に骨再建部を周囲組織と一塊に摘出し,脱水,レジン包埋後,薄切切片を調整し,病理組織学的にアパタイトプレフォームの組織親和性,骨再生能等を検討した.〔結果〕シランカップリング処理することにより,フォーム状骨補填材の強度は有意に向上した.また,エックス線粉末回折で分析した結果、昨年度作製した試料と粉末の組成に変化はなく,シリカの影響はないと思われる.また,in vitroにおいて吸収性を検討した結果,吸収することが確認できた.動物実験において,この試料体の有用性を病理組織学に検討した結果,6週頃より試料体の吸収と骨への置換が観察された.以上から,この試料体は骨補填材として有用であることが示唆された.さらには,この骨補填材の長期的な有用性の検討,骨補填材の近傍におけるオステオポンチンmRNAの局在をin situハイブリダイゼーション法を用いて分子生物学的にも検討を行う予定である.本研究の目的は,骨置換性フォーム状骨補填材を開発することである。本年度において骨置換材であるβ型リン酸三カルシウム(β-TCP)でフォーム状骨補填材を調整する条件を確立した。その方法は、β-TCP粉末を10%ポリエチレングリコールに懸濁させる(P/L=1.5)。この懸濁液にポリウレタンフォームを浸漬させ、一晩乾燥させる。これを1500°Cのファーネスで、5時間焼成させた。そのフォーム状構造物を粉砕し、エックス線粉末回折で分析した結果、α-TCPに変換していた。その後、β-TCPを主成分とする試料を作製するために、この焼成させた試料を1150°C、24時間保持してβ相への相変換処理を行った結果、試料の組成の主成分はβ-TCPに相変換されていることが確認できた。走査型電子顕微鏡観察(SEM)にて試料の表面観察を行った結果、気孔径は約470m、セル数8.3/cm^2、気孔率約87%であった。気孔径、気孔率、セル数の調整は、ポリウレタンフォームの気孔径を変えることにより、可能である。しかしながら、強度に関しては、脆弱なところがあり、シリカ等を加え、向上させる検討が必要であると思われる。来年度以降は、骨芽細胞を用いた骨置換型フォーム状骨補填材の有用性の検討および実験動物を用いた骨置換型フォーム状骨補填材の有用性の検討を加えていく予定である。欠損部を骨置換型フォーム状骨補填材で再建した.術後,2週,4週,6週,12週後に骨再建部を周囲組織と一塊に摘出し,脱水,レジン包埋後,薄切切片を調整し,病理組織学的にアパタイトプレフォームの組織親和性,骨再生能等を検討した.〔結果〕シランカップリング処理することにより,フォーム状骨補填材の強度は有意に向上した.また,エックス線粉末回折で分析した結果、昨年度作製した試料と粉末の組成に変化はなく,シリカの影響はないと思われる.また,in vitroにおいて吸収性を検討した結果,吸収することが確認できた.動物実験において,この試料体の有用性を病理組織学に検討した結果,6週頃より試料体の吸収と骨への置換が観察された.以上から,この試料体は骨補填材として有用であることが示唆された.さらには,この骨補填材の長期的な有用性の検討,骨補填材の近傍におけるオステオポンチンmRNAの局在をin situハイブリダイゼーション法を用いて分子生物学的にも検討を行う予定である.
ビスホスホネートによる顎骨壊死の予測マーカーならびに発症メカニズムに関する検討

BRONJの発症には抜歯,褥瘡,歯周病が関与し,骨代謝マーカーとBRONJの予後予測因子との関連では、骨吸収マーカーであるNTXと骨形成マーカーであるBAPは一定の条件下で有用であることが明らかとなった。BPの骨芽細胞への影響に関しBPが濃度依存的に骨芽細胞の増殖抑制をすることが明らかとなった。BRONJの発症および予後との関連については骨密度のマーカーであるファントムを併用しCT撮影した結果、骨密度で450mg/ml以上では予後不良であることが明らかとなった。本研究はビスホスホネート(BP)によって誘導される顎骨壊死(BRONJ)の(1)発症危険因子についておよび(2)予後推定因子を同定すること。さらにBRONJの(3)発症機序としてのBPの生物学的作用を解明することにある。研究の成果:(1)については鳥大関係(鳥大口外、烏大整外、鳥取県立中央病院)では抜歯のみでなく、歯周病、抜歯による褥瘡性潰瘍が明らかとなったが、研究分担の他の4大学のデータについてはデータの提出をまっている段階である。(2)については骨のリモデリングに関する骨吸収マーカーとしてのNTX,骨形成マーカーとしてのBAPの検討結果ではNTXが低値、BAPも低値症例ではin active boneの状態で発症後は治癒不良であることが明らかとなった。NTX低値、BAP正常では治癒するもの、一方では治癒しないものがあり更に症例を集積し検討する余地があることが判明した。骨密度に関しては、ファントム(骨密度のマーカー)とともにCT撮影し、BRONJ症例では骨密度測定部位は病巣周辺より下顎前歯部が測定部位として適正であることが判明し、BRONJでは500mg/ml以上が予後不良の傾向が得られた。(3)のBPの正常ヒト骨芽細胞(NHOst)の影響については10NM以上でMST assayでは増殖抑制が、また遊走能、Alkaline Phosphaelassayに抑制がみられ、osteo clastのみでなく、osteo blastへの抑制効果が判明した。BPの作用の特徴としての形態学的分析について骨のミクロラジオグラフを撮影して、一般的な骨髄炎との比較も行った。その結果は現在まとめているところである。またBPの口腔扁平上皮癌増殖細胞(HSC3)の抗腫瘍効果について、ゾレドロン酸水和物(ZOC)は濃度依存的に25NM、100NMで増殖抑制およびアポトーシスをin vitroで生じることが明らかとなった。ビスフォスフォネート(BP)による顎骨壊死(BRONJ)の発症危険因子として抜歯、歯周病、義歯などによる褥瘡が明らかとった。さらに内服よりも静注剤に頻度が高いことが証明された。骨代謝マーカーとして骨吸収マーカーのみでなく骨形成マーカーも低くなるいわゆるnon active boneは予後不良であることが明らかとなりこの骨代謝マーカーは予測因千として有用であることが確認できた。一方多発性骨折や多発性の転移がある場合にはこの骨代謝マーカーは予測因子とはなり得ず、むしろ骨密度がマーカーとなり得た。今後、臨床におけるBRONJ発症および予後推測マーカーとしては骨代謝マーカーBP製剤(アレンドロネート)の骨芽細胞への影響については、(1)骨芽細胞の増殖に対しては、10μMで減少及びアポトーシスを起こしている可能性が確認できた。(2)遊走能への影響は認められなかった。(3)分化に対しては初期は濃度依存的に促進する傾向が見られたが、時間の経過とともに逆に濃度依存的に抑制された。(3)の結果は細胞増殖が低下した影響を受けていた可能性が高く、同一の骨芽細胞を同時に播種し同一条件にて培養を行い、骨芽細胞の増殖のALP Assayへの影響を補正した。その結果、BP製剤は骨芽細胞の増殖を初期では低濃度で刺激し、高濃度では抑制またはアポトーシスを誘導していることが明らかとなった。これらの結果は今年度の前半に学術雑誌に投稿予定である。1.ビスフォスフォネート(BP)による骨芽細胞への影響について骨分化関連の遺伝子発現は、BP製剤10μMで有意に促進がみられた。また、抑制型Smad7も同様に促進がみられたが、これはネガティブフィードバックが働いたためと思われた。BPがBMP受容体を介して、骨芽細胞に作用している可能性が示唆された。骨形成因子の遺伝子発現のアップレギュレートにともない、増殖能は抑制された。骨芽細胞の石灰化は、細胞増殖の抑制に関連していた。結論的には、BP製剤は、骨芽細胞の分化を促進した。分化が促進すると増殖が低下する傾向がみられ、結果的にBPの長期投与は骨芽細胞による石灰化に対し抑制的に作用することが明らかとなった。2.宿主側細菌感染に対する検討3.骨密度の検討顎骨

骨密度が400450mg/ml以上ではBRONJの発症率が高くなることが明らかとなり、外科的切除断端は骨密度が400450mg/ml以下を基準に切除範囲を決定するのが妥当であるとの結論が得られた。BRONJの骨切除部位の設定に顎骨骨密度が有用な指標となることが示唆された。4.骨代謝マーカーの検討骨代謝マーカーとして骨吸収マーカーのみでなく骨形成マーカーも低くなるいわゆるnon active boneは予後不良であることが明らかとなりこの骨代謝マーカーは予後予測因子として有用であることが確認できた。一方多発性骨折や多発性の転移がある場合にはこの骨代謝マーカーは予測因子とはなり得ず、むしろ骨密度がマーカーになり得た。
液体シンチレーター中のC13原子核(α、n)反応の研究

KamLAND実験における主要なバックグラウンドである^<13>C(α, n)^<16>O反応の研究を行った。本研究により,以下のような研究成果を達成した。(1)^<210>Po^<13>C線源を用いた較正を元にした,ニュートリノ振動パラメーターの精密測定(2)液体シンチレーターの純化による,^<13>C(α, n)^<16>Oを引き起こす放射性元素^<210>Po, ^<210>Pbの除去(3)^<16>Oの第3、第4励起状態からのγ線事象の見積もり特に(2)(3)については,今後期待される地球反ニュートリノの精密測定を切り開く結果である。液体シンチレーターに^<13>Cで出来たメタンガスを溶解し実験する事が可能かを検証するため、まず一般に販売されているメタンガスをカムランドで使用している液体シンチレーターに飽和するまで溶解し、^<136>Cs線源を用いてクエンチ(消光作用)などの影響を確認した。窒素で飽和させた液体シンチレーターとの比較を行ったが、誤差の範囲内で一致し、クエンチの影響は無いという結論に達した。上記はカムランド検出器と独立に(α、n)反応を研究しようという目的で行われているが、これらと別に、95μCiの^<210>Poと0.3gの^<13>Cを混合した密封線源(PoC)が開発された。この線源は直径13mm、高さ13mmのステンレスカプセルに密封され、このカプセル内で^<210>Poが崩壊した時に放出されるα線が^<13>Cに吸収される事で^<13>C(α、n)^<16>0反応を再現する事が可能になる。PoCをカムランド内に挿入し、データ収集・解析を行う事によって、これまで行う事が出来なかった(α、n)バックグラウンドの較正を行う事に成功した。カプセル内の^<210>Poは徐々に崩壊していくため(半減期138.4days)、約0.00121%の確立で発生する0.803MeVのγ線を検出する事によりPoの崩壊頻度を決定し、さらに各エネルギー領域における事象のスペクトルおよび発生率を解析した。この結果、これまで5.5MeV以下で32%、5.5MeV以上で100%と見積もられていた系統誤差を、それぞれ11%、20%と改善する事に成功した。今後データを増やし、さらなる誤差の縮小を行うと共に、カムランドを用いない独立した方法で検証を行う準備をしている。昨年までの研究により、カムランドの原子炉ニュートリノ、地球ニュートリノ解析において5.5MeV以下で32%、5.5MeV以上で100%と見積もられていたC13原子核の(α、n)バックグラウンド事象の誤差を、それぞれ11%、20%と改善する事に成功した。本年度はこの結果を元に、ニュートリノ振動パラメーターの精密測定に成功し、△m^2_{12}=7.58^{+0.14}_{-0.13}(stat)^{+0.15}_{-0.15}(syst)×10^{-5}eV^2、tan2θ_{12}=0.56^{+0.10}_{-0.07}(stat)^{+0.10}_{-0.06}(syst)を得た。また、昨年度、今年度に行った液体シンチレーターの純化により、α線を発する^{210}Poの元となる^{210}Pbの大幅な削減に成功し、原子炉ニュートリノ、地球ニュートリノのバックグラウンド源を除去する事に成功した。これにより、特に地球ニュートリノの精密測定への道が切り開かれた。現在純化中の観測データを解析中であるが、純化中に混入した微量な^{222}Rn、^{220}Rn、その娘核が発するα線が、^{210}Poが発するα線より高エネルギーであるため、(α、n)反応によって生成された^{16}0の第3、第4励起状態からのγ線事象を正確に見積もる必要がある。この事象の振る舞い、^{222}Rn、^{220}Rnの混入量の正確な見積もり、^{210}Po量の正確な見積もりが進行中であるが、この解析結果を元に、純化中、および純化後の原子炉ニュートリノ、地球ニュートリノの精密観測へつなげる予定である。
先進的画像診断による肺高血圧症の新たな評価法の確立

肺動脈性肺高血圧症(PAH)例の肺血管障害や右心負荷の程度をFDG-PET/CTを用いて定量評価し、PAHの疾患重症度との関連性について検討した。健常例と比較して、肺野や右心室のFDG集積はPAH例で有意に高値であり、肺血管障害や右心負荷を反映していると考えられた。また、肺血管拡張薬による治療介入により肺血行動態の改善が認められ、右室FDG集積は減弱、肺野FDG集積は肺血管抵抗の改善が不十分な例においてのみ増加した。肺動脈平均圧、右室駆出率、NT-pro-BNPは右室FDG集積に独立して関連する因子であり、治療による右室FDG集積の変化が、右室駆出率の変化に独立して関連する因子であった。本研究は、肺動脈性肺高血圧症例の肺血管障害や右心負荷の程度をFDG-PET/CTを用いて定量評価し、肺血管拡張療法の治療効果を肺血行動態も含めて評価する。肺血管障害や右心負荷の程度をFDG-PET/CTを用いて非侵襲的に繰り返して定量評価することで、病勢を把握し、治療に反映させることを目的としている。平成26年度は、肺血行動態を評価する肺高血圧症とコントロールとして非肺高血圧症を対象に研究に登録し、FDG-PET/CT検査を施行した。申請計画書にしたがって肺野と右室のFDG集積を評価し、肺高血圧症では非肺高血圧症例と比べて、肺野と右室のFDG集積が高い傾向にあった。本年度は非肺高血圧症の登録が少なく、今後、登録を進めて行く予定である。また、初回の肺血行動態を評価した後に肺血管拡張薬を行い、46か月後の治療効果の確認のために肺血行動態を評価、同時期にFDG-PET/CT検査を再検するが、治療後の評価が進んでいる状況である。本研究は、肺動脈性肺高血圧症(PAH)症例の肺血管障害や右心負荷の程度をFDG-PET/CTを用いて定量評価し、肺血管拡張療法の治療効果を肺血行動態も含めて評価する。肺血管障害や右心負荷の程度を非侵襲的に繰り返して定量評価することで、病勢を把握し、治療に反映させることを目的としている。平成27年度は、申請計画書に従ってPAH症例に肺血管拡張薬による治療を行い、薬効評価として肺血行動態を評価する時期にFDG-PET/CTを再検した。右心負荷として視覚的な右室FDG集積、また定量的な右室・左室のFDG集積比(RV/LV SUV ratio)を用いて評価したところ、血行動態の改善に伴い視覚的に明らかな低下、定量的に右室・左室のFDG集積比が有意に低下しており、治療効果の指標になり得るものと考えられた。また、肺血管障害として肺野のFDG集積を静脈相のFDG集積で補正して検討した所、有意な変化は認められなかった。非肺高血圧症、肺高血圧症の登録とFDG-PET/CTの解析は、順調に研究が遂行できている。平成28年度は、申請計画書に従ってPAH症例に肺血管拡張薬による治療を行い、薬効評価として肺血行動態を評価する時期にFDG-PET/CTを再検する症例を増やして検討した。肺血行動態の改善に伴い、視覚的・定量的に右室のFDG集積が有意に低下しており、治療効果の指標として有用と考えられた。また、肺血管障害として肺野のFDG集積を静脈相のFDG集積で補正して検討し、肺血管抵抗が改善した例では肺野のFDG集積は変化を認めなかったが、肺血管抵抗の改善が不十分例では肺野のFDG集積が有意に増加した。次に、右室のFDG集積に関連する因子についてステップワイズ法を用いた重回帰分析を行うと、右室駆出率、肺動脈平均圧、NTproBNPが独立して関連する因子であった。また、治療介入により変化した右室のFDG集積(Δ)には、Δ右室駆出率のみが独立して関連していた。肺高血圧症の登録とFDG-PET/CTの解析は、順調に研究が遂行できている。非肺高血圧症の登録については、順次、進めて行く予定である。治療前後の評価まで行えた症例をまとめ、右室・左室のFDG集積比や肺野のFDG集積について治療前と治療前後の変化にどのような因子やバイオマーカーが関連しているか検討する予定である。肺血管障害として肺野のFDG集積については、治療改善度により層別化し、再解析する予定である。

画像診断非肺高血圧症の登録と治療後の評価を進め、バイオマーカーの検討についても着手して行く予定である。予定していたバイオマーカーの測定を次年度に延期したため。物品購入費の残高次年度にバイオマーカーの測定に使用します。翌年度物品購入費として使用予定
iPS細胞から歯髄幹細胞への分化誘導法の開発

歯科再生医療において、現時点ですぐに臨床応用可能な技術は確立していない。歯髄幹細胞は、歯髄中に約1-2%程度存在している細胞集団で、多分化能を有すると報告されているが、細胞数が少なく、再生治療への応用は困難である。我々は、歯の再生医療への足がかりとして、ラット由来のアメロブラスチン高発現エナメル芽細胞株SF24を、フィーダーとして共培養させ、in vittroにおいて、マウスiPS細胞を、エナメル芽細胞に分化させた。医科領域における再生研究では、ES細胞やiPS細胞を用いた治療法の開発と、各組織への分化誘導法の検討がおこなわれてきた。しかしながら、歯科再生医療において、歯胚再生を目的とした治療法の開発がおこなわれているが、現時点ですぐに臨床応用可能な技術の開発には結び付いておらず、乳歯を用いた歯髄幹細胞の応用が報告されている程度である。歯髄幹細胞とは、歯髄中に約1-2%程度存在している細胞集団で、神経細胞、脂肪細胞、骨芽細胞に分化しうる他分化能を有すると報告されている。しかしながら、実際の再生治療に応用するには、細胞数の少なさから困難である。我々の研究グループでは、この問題を解決でき、ES細胞につきまとう倫理的な問題もないiPS細胞を用いていた。歯の再生医療への足がかりとして、マウス由来iPS細胞と、動物種の異なる、ラット由来のアメロブラスチン高発現エナメル芽細胞株SF24を、フィーダーとして共培養させ、in vittroにおいて、マウスiPS細胞を、エナメル芽細胞に分化させることに成功した。この成果から、今後の研究で、さらに詳細なエナメル芽細胞の発生・分化機構を解明し、得られた新しい知見を利用して、より効率的で低リスクなエナメル芽細胞の誘導を可能とし、歯の再生医療の臨床応用への足がかりとしていく。また、歯髄幹細胞とは、歯髄中に約1-2%程度存在している細胞集団で、神経細胞、脂肪細胞、骨芽細胞に分化しうる他分化能を有すると報告されている。そのため、本研究では万能細胞から歯関連幹細胞への分化誘導法の開発を行い、再生歯科治療に十分な量の細胞を供給する方法を開発することを目的としている。我々の研究グループでは、ES細胞につきまとう倫理的な問題のない、iPS細胞を用いている。すなわち、大量の細胞を入手することが可能である、ヒト以外の動物種由来の歯関連幹細胞をフィーダーとして用いることにより、従来、再生治療に十分な量を確保する事の困難であった、ヒト由来の歯関連幹細胞を、iPS細胞から生産できる方法の足がかりとなる知見である。
抗腫瘍性サポニン類の完全化学合成と生物活性評価

抗腫瘍性サポニン・シラシロシド類の全合成に向け、CDE環部の立体選択的な合成を行った。分子内OーH挿入反応と続くオレフィン化により生じたジヒドロフランカルボン酸エステルを用いてIrelandーClaisen転位を行うと、望みの異性体が立体選択的に得られることを見出した。生成物に対し、分子内1,3-双極付加環化反応によるD環構築、シクロプロパン化を経る核間位へのメチル基導入を行い、目的フラグメントの合成を達成した。また、転位の際の立体化学制御に隣接位の置換様式が重要な役割を果たしていることを明らかにし、酸化型テルペノイド合成に利用可能なキラル合成素子2種を立体選択的に得る方法を確立した。昨年度、C20位にエキソメチレンを持つ基質を用いてIreland-Claisen転位を行うことにより、望みの立体異性体を単一異性体として得ることに成功したが、反応基質の前駆体となるテトラヒドロフランカルボン酸が分解しやすく、基質調製の再現性には問題が残った。そこで大量合成に向け、α-ジアゾ-β-ケトエステルの分子内O-H挿入反応を利用する別途合成法の検討を行った。まず、文献既知化合物から3工程でジアゾ酢酸エステルを調製し、次いでC20-C24に相当するアルデヒドとのカップリングなどを経て環化前駆体となるα-ジアゾ-β-ケトエステルを合成した。酢酸ロジウム(II)によるO-H挿入反応の生成物を精製せずに用いてIreland-Claisen転位について種々検討した結果、塩基としてKHMDS、シリル化剤としてTBSClを用いると望みの立体配置を持つ転位生成物がシリルエノールエーテルとして収率60%で得られることが分かった。生成物から3工程で得られるアルデヒドに対するHenry反応はシリルエノールエーテル部の加水分解を伴ったが、生じたC20位のカルボニル基を損なうことなく脱水及び1,4-還元を行うことは可能であり、ニトロアルケンを得ることができた。このニトロアルケンから向山法により対応するニトリルオキシドを発生させるとC環部二重結合への1,3-双極付加環化反応が進行し、CDE環を持つイソキサゾリンが定量的に得られることが明らかとなった。昨年度までにシラシロシドE-1のCDE環部に相当する化合物の立体選択的な合成を達成している。しかし、C20位へのメチル基の導入に課題を残したことから、合成の初期段階でC20位にエキソメチレンを導入するルートの開発を試みた。文献既知化合物から6工程で調製したジアゾアルコールを基質としてRh触媒存在下O-H挿入反応を行った後、粗生成物にLebelらの方法を適用したところ、オレフィン化と同時に異性化が起こってα,β-不飽和エステルが生じた。この生成物を用いてIrelandーClaisen転位を行うと、反応はいす形遷移状態を経て進行し、エステル化の後望みとする立体異性体がほぼ単一異性体として収率62%で得られることがわかった。エステルを2工程でアルデヒドに変換し、Henry反応、アセチル化を経る脱水、1,4-還元を行ってニトロアルケンに導いた。このニトロアルケンから向山法により発生させたニトリルオキシドの分子内1,3-双極付加環化反応は位置選択的に進行し、望みとする四環性化合物が収率97%で得られた。C-N二重結合をDIBALHで還元してから水素雰囲気下で酸化白金を作用させるとN-O結合の加水素分解と同時にC20位エキソメチレンの還元が起こり、4.3:1の立体選択性で望みの異性体を優先的に得ることができた。生じた第一級アミンをメチルカルバマートとして保護してからアルコールを酸化して得られるケトンをTFAで処理するとカルバマート部が脱離することを見出し、不要な窒素官能基を除去することができた。核間へのメチル基の立体選択的な導入は、C8位カルボニル基を還元して得られる水酸基を利用してシクロプロパン化を行った後に加水素分解を行うことで実現可能であった。最後にC8位を酸化して、完全に官能基化されたCDE環フラグメントの合成を完了することができた。抗腫瘍性サポニン・シラシロシドE-1の全合成に向け、二連続第四級不斉中心の一段階構築を鍵工程とするCDE環部の合成を試みた。はじめに、CE環部を予め持つエステル基質をL-グルタミン酸および3-メチル-2-シクロヘキセノンから調製し、Ireland-Claisen転位を試みた。塩基としてLDA、シリル化剤としてTMSClを用いたところ反応は円滑に進行し、期待どおり13位の立体化学が完全に制御された単一異性体のみが得られた。

しかし、17位の立体配置は望みとしないものであり、反応条件を変えるだけでは望みの立体異性体を得ることはできなかった。遷移状態を解析した結果、C環部と20位メチル基の間の立体反発を避けるため、通常は不利な舟形遷移状態を経て反応が進行したことが示唆された。そこで、この立体反発を解消するために20位をエキソメチレンとすることを考え、文献既知のラクトンを出発原料として11工程でβ,γ-不飽和エステルを合成した。この化合物に対してIreland-Claisen転位を行ったところ、反応は期待どおりいす形遷移状態を経て進行し、望みの立体化学を持つγ,δ-不飽和カルボン酸が単一異性体として得られることが分かった。ヨウ素を作用させた後脱ヨウ素化して得られる三環性ラクトンをそのまま接触還元した場合、望みとしない立体異性体が主生成物となったが、ラクトンを還元してラクトールとしてから接触還元すると、望みの異性体が2.5:1の立体選択性で優先して得られることが明らかとなった。中間体となるテトラヒドロフランカルボン酸およびその誘導体が不安定であり、当初の合成計画を変更する必要が生じた。加えて、第四級不斉中心が複数存在して反応点近傍が混み合っていることに起因する反応性の欠如や基質が複雑に官能基化されているが故の副反応のため、変換ごとに条件の精査が必要となっている。原因は不明であるが中間体となるテトラヒドロフランカルボン酸が不安定であり、エステル化反応は収率に問題がある上、再現性に乏しい。そのため、当初の合成計画を変更する必要が生じた。イソキサゾリンに対する官能基変換ならびにC14位、C20位へのメチル基の導入法について検討し、CDE環ユニットの合成を完了する。A環ユニットとのカップリングを経てアグリコン部の合成を達成する。まず、テトラヒドロフランカルボン酸を中間体としない経路によるCDE環ユニットの合成法を開発する。並行してA環ユニットの合成を行い、カップリングを経てアグリコン部の合成を完了する。研究を行う上で必要な試薬・溶媒等の消耗品購入費、研究により生じる産業廃棄物の処理費、学会発表のための旅費などとして使用する予定である。
ＴＦＩＩＤ複合体を中心としたヌクレオソーム構造変換機構の立体構造基盤

クロマチン鋳型からの転写活性化には、必要な時期に必要な遺伝子領域のヌクレオソームのみを破壊することが必要である。我々は、転写基本因子TFIIDがヒストンのアセチル化を認識し、CIAを特定の領域にリクルートすることで、特定のヌクレオソームを破壊する分子機構を提唱してきた。本研究では、TFIIDのTAF1のHATドメインとTAF7の複合体の結晶構造解析、及び機能解析に用いる系の構築を試みた。TAF1 HAT-TAF7については、大量発現・大量精製の系を構築し、結晶化スクリーニングを行っている。機能解析については、DNA上に転写開始因子であるTBP, TFIIBを分子集合させる系の構築を進めている。平成24年度は、TAF7の精製法を既に確立していたものの純度が90%程度と不十分だったので、純度向上のための精製法の改善を行った。その結果、純度95%の精製標品が得られたので結晶化を行ったが、結晶を得られる兆候が見られなかった。そこで精製後のサンプルの状態を確認するためにプロテアーゼによる限定分解・CD解析を行ったところ、構造形成領域と天然変性領域が共存することが示唆された。さらに詳細に精製標品の状態を調べるために、安定同位体ラベルしたタンパク質を用いてNMR測定を行ったところ、大部分の領域は変性しているが、いくつかの領域がとびとびに2次構造を形成していることが示唆された。以上の解析から、TAF7は単独では立体構造を形成せず、相互作用相手と相互作用することで初めて明確な立体構造を形成することが示唆された。この結果を受けて、さらにTAF7の立体構造を安定化させるための相互作用相手である、TAF1の各種ドメインの精製方法の確立を行うこととした。TAF1のHATドメイン周辺は、ユビキチン様ドメイン-HATドメイン-ユビキチン化酵素ドメイン(E1/E2ドメイン)-RAPIDドメイン(TAF7と直接結合するドメイン)-HMGボックス(DNA結合ドメイン)という構成になっているので、これらのドメイン及びその組み合わせについて精製方法の確立を行うこととした。これまでに、ユビキチン様ドメイン、HATドメイン、HATドメイン-E1/E2ドメイン、E1/E2ドメイン-RAPIDドメイン、RAPIDドメイン、HMGボックス下記のドメインについてHisタグ融合タンパク質を大腸菌にて発現させるためのコンストラクトを構築済みである。平成24年度は、TAF7について、大腸菌におけるリコンビナントタンパク質の大量精製法の確立と、安定同位体ラベルしたタンパク質を用いたNMR測定を行った。その結果、TAF7は単独では明確な立体構造を形成せず、立体構造維持には何らかの相互作用因子が必要であることが示唆された。この結果を踏まえて平成25年度は、TAF7の立体構造を安定化するための相互作用因子の準備を進めてきた。これまでにTAF7は、TAF1のHATドメインのすぐ隣(C末端側)に存在するRAPIDドメインと相互作用することが示されているので[Chiang & Roeder, Science (1995)]、RAPIDドメインを含むTAF1の各種領域等(ユビキチン様ドメイン・HATドメイン・HAT-E1E2ドメイン・HAT-E1E2- RAPID-HMGドメイン・E1E2-RAPID-HMGドメイン・RAPID-HMGドメイン・HMGドメイン)について、大腸菌でのリコンビナントタンパク質の発現と可溶化の確認を行った。その結果、ユビキチン様ドメイン・E1E2-RAPID-HMGドメイン・RAPID-HMGドメイン・HMGドメインについて、発現と可溶化を確認することができた。HATドメインを含む領域については、大腸菌内で発現はするものの可溶化されなかったので、コムギ胚芽無細胞系での発現を試みた。結果、HATドメインについて、わずかではあるが発現・可溶化を確認できた。さらに、TAF7とTAF1-RAPIDドメインのモル比が揃った複合体を精製する目的で、TAF7-TAF1-RAPID融合タンパク質の発現コンストラクトを作成した。本申請では、転写基本因子TFIIDのTAF1サブユニットのHATドメイン(TAF1HAT)と、TAF7サブユニットの複合体の(1)結晶構造解析と(2)機能解析という目標を立て、平成24年度は、大腸菌におけるリコンビナントタンパク質の大量精製法の確立と、安定同位体ラベルしたタンパク質を用いたNMR測定を行った。平成25年度は、TAF7の立体構造を安定化するための様々な相互作用因子(TAF1のユビキチン様ドメイン・HATドメイン・HAT-E1E2ドメイン・HAT-E1E2- RAPID-HMGドメイン・E1E2-RAPID-HMGドメイン・RAPID-HMGドメイン・HMGドメイン)の精製の準備を進めてきた。

平成26年度は、TAF1, TAF7の精製と結晶化を進めると同時に、TAF1HAT-TAF7複合体の機能解析を行うための実験系の立ち上げを行った。TFIIDはプロモーターDNA上に分子集合して機能することから、プロモーターDNA上に、TAF1, TAF7を含む転写関連複合体を分子集合させることを試みた。まず、TFIIDのDNA結合サブユニットであるTBPを精製し、さらにTBPのDNAへの結合を安定化するTFIIB, TFIIAを精製した。TFIIBはシングルポリペプチドなので、大腸菌で単独で発現させて精製した。TFIIAについては2サブユニットの因子であるためか、サブユニット単独では大腸菌内では全く可溶化しない。そこで、TFIIAの2 subunitを融合して発現させるコンストラクトを作製し、発現・精製した。精製タンパク質とプロモーターDNAを順次混合して、TBP-DNA-TFIIBが複合体を形成することを確認した。26年度が最終年度であるため、記入しない。結晶学・構造生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度はTAF1-HATドメインの精製法の確立を主たる計画とした。しかし、TAF7の精製法の改善を進めてNMRにより分析した結果、TAF7単独では構造を形成せずに、相互作用因子依存に立体構造を形成する天然変性領域を内包するタンパク質であることがわかった。これは予想外に得られた知見である。TAFI-HATドメインについては、この知見に合わせて、HATドメインだけでなくTAF7が直接相互作用するRAPIDドメインなど、複数のドメイン領域を準備することとした。これらを考えれば、計画はおおむね順調に進展していると言える。TAF7について、単独での構造解析へと進展できなかった点は、当初想定していた計画よりも進展が緩やかである。TAF1の各種領域(ユビキチン様ドメイン・HATドメイン・HAT-E1E2ドメイン・HAT-E1E2- RAPID-HMGドメイン・E1E2-RAPID-HMGドメイン・RAPID-HMGドメイン・HMGドメイン)の発現・可溶化について、TAF1が複合体内の1つのサブユニットであること、またTAF1がマルチドメインタンパク質であることを考え合わせると、TAF1内のドメインを切り離して発現させた場合、発現・可溶化が困難になることが想定された。しかし、ユビキチン様ドメイン・E1E2-RAPID-HMGドメイン・RAPID-HMGドメイン・HMGドメインと、想定以上に可溶化するものが得られた。これは当初想定していた以上の成果であり、当初の計画以上に進展したと考えている。また、無細胞系においてHATドメインを発現させ可溶化を確認できたことは、これまでにTAF1のHATドメインの大量発現・大量精製に成功したグループがないことを考え合わせると、当初想定していた以上の成果であり、当初の計画以上に進展したと考えている。以上の進捗から総合判断して、現在までの達成度を(2)おおむね順調に進展している、と判断する。
植物における尿素の輸送と体内利用

シロイヌナズナ尿素輸送担体(AtDUR3)の部位特異的変異が酵母DUR3欠損変異株(dur3)の生育に及ぼす影響を調査した。部位特異的変異は、Y566とS568について、脱リン酸化をミミックするA(アラニン)とリン酸化をミミックするD(アスパラギン酸)について検討した。Y556Dは、野生型AtDUR3に比べて生育が良くなり、S568Dでは、生育が悪くなった。リン酸化部位アミノ酸を両方ともAspに置換させたY566D S568Dでは、若干生育が良くなっているように観察された。また、リン酸化部位アミノ酸をALAに置換された変異AtDUR3であるY566A、S568A、Y566A S568Aでは、野生型AtDUR3に比べて、あまり生育差が見られなかった。このように、AtDUR3のリン酸化部位アミノ酸をASPに置換させた酵母では、野生型AtDUR3の酵母に比べて、生育差が生じ、ALAに置換させた酵母では、あまり生育差が生じないことが確認された。このことから、AtDUR3にリン酸化を模倣するような部位特異的変異を起こすことで、AtDUR3がリン酸化による翻訳後制御を受け、その輸送能が変化したという可能性が示唆された。pSPORT-P上に構築されたライブラリーをAatIIとClaIとNaeIとNheIとPvuIで消化し、pDONR221に変換したライブラリーを獲得した。スプリットユビキチンに用いるベクター系について、Gateway反応を利用した変換系を適用できるように改変し、スプリットユビキチンを利用したスクリーニングの準備が完了した。イネのDUR3遺伝子のcDNAとプロモーター領域のクローニングに取り組んだが、機能検証には至らなかった。
離散型変数と連続型変数が混在するデータに関する判別法の開発とその応用

今日、開発されている判別法のほとんどが連続型変数(例えば、身長、体重、血圧値など)に関するものであって、離散型変数(性別、喫煙の有無、症状の有無など)に関するものや、離散型変数と連続型変数が混在するデータに関する判別法については、開発はおろか国内では研究すら充分になされていない。にもかかわらず、実際の応用分野(特に、医学、薬学、生化学など)においては、この様な変数が混在するデータを扱うことが多く、その判別法の開発が急がれる。今年度の研究において、現在までに提案されている国外の「離散型変数と連続型変数が混在するデータに関する判別法」の長所、短所等の特徴を明らかにした。それによって、今後、研究対象となる3つの判別法を決定することができた。1つめは離散型変数によって分類を行い、次に、連続型変量について考察する手法(Location Modelを用いた手法と呼ばれる)である。2つめはFisherの線形判別関数を応用したもの、3つめはLogistic判別法で、共に、多くの統計パッケージにすでに用意されている。これらの判別法は、統計学を専門としない研究者にとっても「理解可能で、利用しやすいく、且つ、有効な判別法」である。しかしながら、全く欠点がないわけでなく、今後、この欠点を克服するための研究を行っていかなければならない。並べて、これらの判別法の使い分けについても考察していかなければならない。また、理論だけでなく、実際面において有益であることを示すため、多くの分野のデータに接し、開発を進めていくつもりである。
ノックダウンマウスを用いたエズリンの生理機能探索とガン転移における働きの解明

アクチン結合タンパク質であるエズリンは,細胞内で膜タンパク質と細胞骨格とを有機的に連結して,上皮細胞の頂端膜や神経組織の形態形成に働く。近年になって,エズリンがホルモンや細胞内シグナルに応答した膜融合や,エンドサイトーシス,エキソサイトーシス,特定の膜輸送タンパク質の細胞表面へのターゲッティングに関わることが明らかにされた。本研究プロジェクトでは,エズリン遺伝子を改変したノックダウンマウスなどを用いて,主に動物個体におけるエズリンの上皮組織構築,上皮輸送調節,腫瘍の発生,進展に対する役割を検討した。その結果,エズリンが消化管の組織構築,腎臓におけるリン酸代謝や,ガンの進展に対して重要な役割を果たすことを見出した。1.エズリン遺伝子のイントロン部分に変異カセットを挿入して、エズリンの発現を野生型の5%程度にまで抑制したノックダウンマウスを作出、繁殖させて、胃粘膜構造の形態を野生型と比較、検討した。その結果、エズリンノックダウンマウスの胃粘膜では、表層の粘液分泌細胞の過形成が観察された。また、固有胃腺が萎縮し、胃酸を分泌する壁細胞、消化酵素ペプシノゲンを分泌する主細胞数の著しい減少が観察された。一方、胃腺底部おいて粘液分泌細胞である副細胞の増殖が観察された。これらの胃粘膜構築の異常は、がんの前段階である擬幽門腺化生であるSPEMにおいて認められる特性と共通のものであった。こうした結果から、エズリンは胃粘膜細胞の分化(壁細胞の分化、副細胞から主細胞への分化段階)や胃粘膜の形態形成に働くことが確認された。2.エズリンノックダウンマウスでは血液中のリン酸レベルが低く、尿中のリン酸レベルが高いという低リン酸血症が認められた。このことから、エズリンは腎臓の近位尿細管におけるリン酸の再吸収に働くことが考えられた。3.転移性の食道ガン細胞ESCC-DR(十二指腸の内容物を胃、食道に逆流させることによって作製させたモデルガン細胞)において、エズリンの発現レベルとガンの増殖、転移、悪性度の関連性を検討した。その結果、エズリンの発現とガンの転移能との間には明確な相関性が確認された。また、エズリンのリン酸化とガンの転移能との間にも相関性があり、リン酸化を受けたエズリンはガンの転移先端に多く発現することが明らかになった。以上の結果から、エズリンおよびそのリン酸化は食道ガンの増殖・転移に関わることが明らかになった。「研究目的」エズリンは原形質膜下のアクチン細胞骨格と膜タンパク質(接着タンパク質・膜輸送タンパク質など)とを連結するタンパク質である。エズリンは,特に消化管(胃・腸)や腎尿細管などの上皮細胞に高発現し,膜融合や,膜輸送タンパク質の細胞表面への動員,各細胞に特徴的な形態変化などに関わることが知られている。今年度は,エズリンの発現を阻害した遺伝子改変マウス(ノックダウンマウス)を用いて,エズリンの個体レベルでの生理機能の探索を行った。とりわけ,エズリンが高発現する消化管や腎臓の組織構築,物質輸送などに対する影響を中心に評価を進めた。「研究実施計画」(1)消化管(胃・腸管)の組織構築の解析:エズリンノックダウンマウスでは,胃酸分泌障害,胃粘膜表層細胞の過形成,胃腺の萎縮,胃壁細胞や主細胞の減少,擬幽門腺化生などの著しい組織構築異常がおこることを発見した。これらの異常は,生後2週間までの胃粘膜の分化,発達時期と対応して見られた。また,腸管においてはNHE3トランスポーターの細胞膜表面への動員が妨げられて,腸管からのナトリウム吸収,それにともなう水吸収が障害を受けることを発見した。(2)腎機能の解析:エズリンはさまざまなトランスポーターと会合して,トランスポーターの細胞膜表面への動員や機能制御に関わることが知られている。エズリンノックダウンマウスでは,腎尿細管においてリン酸の再吸収を行うNaPi-IIaトランスポーターの細胞膜表面への動員が妨げられて,リン酸の再吸収が阻害されて尿中へとリン酸が漏出すること。これと対応して,血漿中のリン酸濃度の低下がおこること。活性型ビタミンDの濃度が上昇して,骨からのリン酸やカルシウムの動員が促されて骨密度が低下することを見出した。これらの特徴は,ヒトの「くる病」で見られる症状とよく対応した。「研究目的」エズリンは原形質膜下のアクチン細胞骨格と膜内在性タンパク質とを連結するタンパク質である。エズリンは,特に消化管(胃・腸)や腎尿細管などの上皮細胞に高発現し,膜融合や,膜輸送タンパク質の細胞表面への動員,各細胞に特徴的な形態変化などに関わる。

本研究では,エズリンの発現を阻害した遺伝子改変マウス(ノックダウンマウス)を用いて,エズリンの個体レベルでの生理機能の探索を行った。「研究実施計画」(1)消化管(胃・腸管)の組織構築の解析:エズリンノックダウンマウスでは,胃酸分泌障害,胃粘膜表層細胞の過形成,胃腺の萎縮,胃壁細胞や主細胞の減少,擬幽門腺化生などの著しい組織構築異常がおこることを発見した。これらの成果については,論文作成中である。また,エズリンノックダウンマウスでは,十二指腸においてCa^<2+>チャネルの細胞膜表面への移行が妨げられ,Ca^<2+>の吸収が障害を受けることを見出した。この成果は,現在論文として投稿中(改訂作業中)である。(2)腎機能の解析:エズリンは近位尿細管で,足場タンパク質NHERF1を介して,リン酸の再吸収を行うトランスポーターであるNaPi-IIaと会合する。エズリンノックダウンマウスでは,NHERF1やNaPi-IIaの細胞膜表面への動員が妨げられて,リン酸の再吸収が阻害されて尿中へとリン酸が漏出すること。血漿中のリン酸濃度が低下すること,活性型ビタミンDの濃度が上昇することを見出した。新たに,骨の石灰化が遅延し,骨密度が低下することを見出した。これらの成果は,現在論文として投稿中(改訂作業中)である。(3)中枢機能の解析:エズリンがグリア細胞のみならず,ニューロンでも発現することを見出した。また、エズリンノックダウンマウスでは,神経線維の分岐や突起形成の減少が観察された。これらの点を他の変異マウスの実験結果と対照するかたちで,研究を進めている。
半導体素子と薄膜磁気デバイスの集積化と超高分解能集積化磁気センサへの応用

本研究者が提案した、集積化フラックスゲート磁気センサは、磁性薄膜とソレノイド形状のコイルによるフラックスゲート検出素子及び、これに必要な信号処理回路を1個のシリコンチップ上に集積化するもので、安価で量産性に優れ、かつ高感度と高分解能をもつ磁気センサとして広範な応用が期待されるものである。本研究では、このようなシリコン集積化フラックスゲート磁気センサの実現に向けた基礎検討として、以下の2つの観点から研究を実施した。まず第1は、磁気検出部の特性改善である。先に試作した素子では、感度・分解能とも改善の余地が残されていたが、コイルの巻線構造及び薄膜磁性コア形状の最適化及び磁性コアの特性改善を試み、感度・分解能が飛躍的に改善された。先に試作した素子の最高感度は、約6V/Tであったが、その後、改良試作を重ね、現在2500V/T(3MHz励磁時)の感度と、4×10^<-8>の分解能をもつ極めて高性能な素子が実現された。これは、常温で動作する小型の素子としては、過去に例にない極めて高性能な特性である。第2の研究項目は、集積化フラックスゲートセンサの信号処理部の試作である。フラックスゲート信号処理回路がIC化された例はなく、まず集積回路としての回路方式の検討から始めた。設計の結果、パルス発振、分周、波形変換、励磁コイル駆動、第2次高調波同期検波、低域フィルタ、タイミング制御の各回路及び検出素子のすべてを5×5mm^2のシリコンチップ上に集積化できることが明らかとなった。そこで、まず回路部のみをnチャネルMOS集積回路技術に基づき、本学所有の固体機能デバイス研究施設において実際に試作した。現状では、各部の回路の良好な動作が確認されている。本研究を通して、集積化フラックスゲート磁気センサの実現可能性がかなり高まった。今後も研究を継続し、前述の優れた特徴をもつ集積化フラックスゲート磁気センサを、実際に試作する予定である。
ナノフィラーによってアシストするセルロースの高速紡糸と再生繊維の高性能化

単層カーボンナノチューブ(SWNT)を利用することでリヨセル法による紡糸時の紡糸速度向上を図り、再生セルロースの高性能化を試みた。力学物性に重大な影響を及ぼすSWNTの分散は、デオキシコール酸ナトリウムおよびポリビニルアルコールの2種類の分散剤を併用することで効率良く実現できることを見いだした。ポリマーに対し0.3wt%以下のSWNTを添加することにより、未添加と比較し紡糸速度ならびに力学物性の大きな向上が認められ、引張強度1.2GPaならびに結節強度0.6GPaの物性を有するII型結晶セルロース再生繊維が得られた。物性向上は、紡糸速度増加に伴うセルロース分子の配向性向上が主な理由と考えられた。カーボンナノチューブ(CNT)を、分散剤および保護ポリマーを用いてセルロース溶液に微分散させることで、セルロース繊維の高速紡糸が可能となる紡糸液を調製し、高性能セルロース再生繊維の創製を進めている。本年度は、初年度に本課題で導入した紡糸装置を活用し試験を押し進めることができた。一方で、原料CNTの不均一性に起因すると考えられるCNT凝集がしばしば紡糸溶液中に観察されたことから、より再現性・分散性のよい紡糸液の調製方法を改善した。具体的には、非常にCNT分散効果の高い界面活性剤を用いて水中にCNTを分散させた後、保護ポリマーを加え、その後キャストにて固体化する。これをメタノールにより界面活性剤で抽出することで、CNTと保護ポリマーからなるマスターバッチを作製した。このマスターバッチを混練機中で溶解させたセルロース溶液に添加することで、従来と比較して、再現性、分散性ははるかに改善された。また、溶液を短時間(1時間以内)で作製できるために、生産性も大きく向上した。上記の点は、実用上、極めて有効な結果である。上記紡糸液を用いて、鋭意紡糸を行った結果、引張弾性率については、申請時の値(60GPa)を若干超える繊維の作製に成功した。繊維中の結晶構造は、再生繊維に典型的なII型結晶であった。木材パルプよりセルロースを繊維化するためには、ポリマーを溶剤に溶かし(乾)湿式紡糸する手法が採用される。ポリマー溶液は様々な添加剤と複合させやすい特徴を有するため、本課題ではこれを利用してセルロースの高性能化することを目的とした。具体的にはカーボンナノチューブ(CNT)を紡糸線速度向上のための添加剤に利用し、紡糸速度の高速化したリヨセル法によりセルロース再生繊維の高強度・高弾性率化を試みた。その結果、ポリマーに対して0.3wt%以下の比較的少量の単層カーボンナノチューブ(SWNT)を添加することにより、未添加と比較し紡糸速度ならびに力学物性の大きな向上が認められた。弾性率、強度とも当初の目標値には届かず、またセルロースI型結晶繊維の作製には至らなかったが、引張強度1.2GPaならびに結節強度0.6GPaを有するII型結晶高性能セルロース繊維を作製することができた。高性能繊維を得るためにはCNTの種類ならびにその分散性が非常に重要であるが、本研究ではポリビニルアルコールならびにデオキシコール酸ナトリウムの併用が、効率性、再現性の観点よりSWNT分散剤として適していることを見いだした。一方で、繊維の巻取速度が200m/minを超えると、走行繊維が凝固槽から出て行く際に凝固液である水に引っ張られ、その荷重で繊維破断が顕著に発生するという問題点も明らかとかった。水より表面張力の低いメタノールを凝固液として使用すると約20%巻取速度を増加させることができたことから、今後は表面張力の小さな水をベースとした凝固液の探索が、紡糸速度向上の重要課題であるとの認識に至った。セルロースはもっとも汎用性があり力学的にも優れたバイオベースポリマー素材であることから、そのポテンシャルを引き出す上でSWNTのような異方形状ナノフィラーを用いることは有用であると考えられた。カーボンナノチューブ(CNT)をカルボキシメチルセルロースナトリウムおよびカテキンを分散剤として用いてセルロースのN-メチルモルホリン-N-オキシド溶液に微分散させることで、セルロース繊維の高速紡糸が可能となる紡糸液を調製し、高速巻取り装置および凝固槽を具備した新規な紡糸装置を使い、高性能セルロース再生繊維の創製を押し進めた。新規紡糸装置を十分活用するため、一度に調製する紡糸液量を増やすことが不可欠であったが、各種混練装置および撹拌条件を鋭意検討した結果、CNTが高分散した300mL程度の紡糸液を一度に作ることができるようになった。作製するセルロース再生繊維の高性能化のため、用いるセルロース原料の分子量をより分子量の高いコットンリンターおよびユーカリ由来パルプを選定した。分子量増加に伴い、CNT添加による影響もあいまって紡糸溶液の粘度増加が大きくなり、紡糸装置でスムーズに押し出せなくなる問題が発生した。