hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
COPDの発症機序：SASPからみた肺線維症との相違点

その結果、1)肺線維症とCOPDにおいて上皮細胞の細胞老化(抗p16、p21抗体陽性細胞数)が生じているが、その程度は肺線維症のほうがCOPDに比べて高度なこと、2)肺線維症とCOPDのいずれにおいても老化細胞ではSASP(phospho-NF-kB陽性率)が生じていること、3)肺線維症においては低酸素刺激で発現するcarbonic anhydrase IX (CA IX)陽性の上皮細胞および間質細胞が多数認められることが明らかにされた。CA IX陽性細胞は、COPDや健常肺組織では認められず、肺の線維化の成因に特異的に関与している可能性が考えられたため、ブレオマイシン肺線維症マウスモデルの肺組織を用いて検討したところ、ヒトの特発性肺線維症と同様に間葉系細胞および一部の上皮細胞にCA IXの発現が認められた。そこでさらにCA IX阻害薬であるU-104をマウスの腹腔内に投与したところ、ブレオマイシンによる肺線維化のマーカーである肺ヒドロキシプロリンの減少と肺機能(エラスタンス、コンプライアンス、組織エラスタンス)の改善が観察された。以上の結果から、肺気腫と特発性肺線維症では細胞老化が生じているが、相違点として肺線維症における低酸素刺激による細胞の活性化が考えられ、特にCA IXが肺線維症に対する治療標的になる可能性が考えられた。COPDと肺線維症における細胞老化とsenescence-associated secretory phenotype (SASP)の違いを明らかにするために、COPD(肺気腫)、肺線維症(特発性肺線維症、膠原病関連間質性肺炎、気腫合併肺線維症)および対照患者の肺組織を用いて免疫組織染色を行った。その結果、1)肺線維症とCOPDにおいて上皮細胞の細胞老化が生じているが、その程度は肺線維症のほうがCOPDよりも高度なこと、2)特発性肺線維症は膠原病関連間質性肺炎よりも細胞老化が高度に生じていること、3)老化細胞あたりのSASP発現率は肺線維症とCOPDにおいて同等であることが明らかにされた。初年度においてはphospho-NF-kBをsenescence-associated secretory phenotype (SASP)のマーカーとして用いたが,それ以外のSASPマーカー(IL-6、phospho-p38MAPK、MMP-2、MMP-9、PAI-1など)について検討を行う予定である。CA IX阻害薬は肺線維症の新しい治療薬となる可能性があることが知られた。今後の研究としては、2重染色により特発性肺線維症の肺組織におけるCA IX細胞の同定を行いたい。さらに科研費以外の研究費の補助も受けて間葉系細胞培養系における低酸素またはTGF-β刺激によるCA IXの発現とその阻害による間葉系細胞の不活化(筋線維芽細胞の分化抑制やコラーゲン産生の抑制)の可能性について明らかにしたいと考えている。呼吸器内科学試薬(抗体、免疫染色用試薬)の購入費の端数のため、予定使用額と当該年度の使用額との間に20.183円の差額が生じた。当初予期していなかった肺線維症におけるcarbonic anhydrase IXの発現が認められ、購入した抗体の種類と量が変更になったために次年度使用額が生じた。次年度に予定している試薬購入費にあてる予定である。当初の実験計画の通り、ヒト肺組織を用いた免疫組織学的な検討を進めるが、併せて既存のブレオマイシンモデルの肺組織についても同様な免疫組織学的な調査を行いたい。さらにin vivoで得られた研究結果を補強するために肺線維芽細胞を用いたCA IX阻害薬の影響をin vitroで研究することにより、治療薬としてのCA IX阻害薬の役割をぜひ明らかにしたい。
野生動物装着型センサノードの伝書鳩指向な空間情報センシング機構の研究

本研究は野生動物装着型センサノードの伝書鳩指向な空間情報センシング機構の実現を目的としている。従来の野生動物装着型センサは装着可能な重量の制限から高度化が困難とされていた。ここでは動物行動を利用した“動物間ネットワークシステム"や“動物用ワイヤレス給電システム"で解決を試みる。野生動物の生息地では極めて限られた情報インフラしか利用できない。この場合重要なことは、単なるセンサの小型化や高度化ではなく、野生動物の生態をも利用することである。そこで動物をキャリアとしてデータや電源を運搬・リレーすることで僻地な生息地でも効率的にデータを収集するプロトタイプを開発した。ここでは動物行動を利用した“動物間ネットワークシステム"で解決を試みる。本年度では低消費電力での通信が可能IEEE802.15.4プロトコルを用いた。動物をキャリアとしてデータを運搬・リレーすることで僻地な生息地でも効率的にデータを収集するプロトタイプを開発した。また“動物間ネットワークシステム"のアーキテクチャを検討した。動物行動(アライグマクラスの動物を想定)のに関して考慮すべきことと,情報通信に関して考慮するべきことに課題を分離して問題の整理を行った。特にAnimal-borne Wireless Networksシステムと関連研究を調査し本研究において利用方法を検討した。基盤ハードウェアを構築するにあたり、動物行動や知能処理、センサ特性に合わせたシステム設計を行い“動物間ネットワークシステム"プロトタイプの開発を行った。ここでは動物行動を利用した「動物間ネットワークシステム」や「動物用ワイヤレス給電システム」で解決を試みる。本年度では前年度に引き続き「動物間ネットワークシステム」のための基盤ハードウェア・ソフトウエアの開発を行った。具体的には、既存の調査手法の課題であった「動物個体間のデータ運搬手法」に対して,実現のために「通信機器のWake制御」と「データ送受信機能」の2つの手法の提案と評価を行なった。動物個体間の遭遇時における特徴量を3軸加速度センサーで合成加速度として取得し,閾値により通信機器のWake制御を行なう事で,約70%以上の再現率で通信機器のWake制御を実現させた。一方,「データ送受信機能」では森林環境での実装を想定し,通信機器のWakeのタイミングを考慮した非同期によるデータ送受信と,最大行動域に応じた中継ノードの重み付けの開発を行なった。体重,犬種の異なる4匹のイヌを用いた実験結果では,遭遇時でのデータ転送率は約26.7%約66.7%であり,個体によってデータ転送率のばらつきが大きい事から,通信機器Wakeの閾値を個体によって適切に設定する必要性があることがわかった。しかしながら「動物用ワイヤレス給電システム」については、それを実現する動物行動の予備的な実証実験に成功したが、基盤ハードウェア・ソフトウエアの開発については現在も継続中である。平成24年度は動物をキャリアとしてデータを運搬・リレーすることで僻地な生息地でも効率的にデータを収集するプロトタイプを予定通り開発した。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度はワイヤレス給電システムを用い、野生動物に装着してあるセンサノードに送電する方法を実現する。
人工制限酵素のデザインと合成

遺伝子DNAの特定位置で効果的にDNA鎖を切断する分子を開発できれば,その応用範囲はきわめて広い,我々は任意の塩基配列でDNAを特異的に切断する人工制限酵素の開発を目指して,まず効率の良いDNA切断分子をデザイン・合成し,これにリンカ-を介して二重鎖DNAを特異的に認識する天然,ドラッグまたはDNAプロ-ブに連絡し三重鎖形成を利用してDNAを特異的に切断する人工制限酵素を構築する試みを行った。天然抗ガン剤であるエスペラミシンのモデルであるエンインアレン系の化合物を合成し,これが室温で芳香種ビラジカルを発生し,DNA糖鎖からの水素引き抜きによりDNAを切断する事を見い出した。この事実はこの分野の研究に大きな刺激を与え,その後数多くのエンイシアレン系DNA切断分子が世界および我が国で合成された。また,抗ガン剤ネオカルチノスタチン(NCS)のDNA切断の機構を明らかにし,特にNCSのチオ-ルによる活性化機構に関して新しい事実を発見し,中間体と目されるエンインクムレン系化合物の合成にも世界で初めて成功した。次に,光照射で駆動するDNA切断分のデザインを行った。366nm以上,光で効率良く水酸ラジカルを発生するナフタルイミド系過酸化物を合成し,これを“光ファントン試剤"と命名した。この分子は,光照射によりDNAのーGGーサイトを特異的に切断することが判明した。この分子はDNAの切断のためだけではなく,蛋白質のクロスリンクや酸化試薬として広く利用できることが明らかとなった。この分子をDNAバインダ-に連結することにより,より高層に塩基配列特異的な人工制限酵素として機能することを明らかにした。任意の塩基配列でDNAを特異的に切断する人工制限酵素の開発を目指し,まず効率の良いDNA切断分子をデザイン・合成し,これにリンカ-を介して二重鎖DNAと特異的に結合するドラッグあるいはDNAプロ-ブに連絡し人工制限酵素を構築する試みを行った。まず,天然抗ガン剤であるエスペラミシンのモデルであるエンインアレン系の化合物を合成し,これが室温下で効率良くビラジカルを発生しDNAを切断することを見い出した。各種の置換基を有するエンインアレンのうち,スルホキシ基を置換した化合物が最も効率良くDNAを切断することがわかり,この置換基効果は分子軌道計算結果とも良い一致を示した。従って,この系列の分子が人工制限酵素構築のためのDNA切断分子として利用できることが判明した。次に,光照射で駆動するDNA切断分子のデザインを行った。360nmの光で効率良くDNAを切断する分子としてナフタルイミド誘導体が極めて優れた機能を有することがわかり,この分子は360nm照射で水酸ラジカルを発生するので,我々はこの化合物を光フェントン試薬と命名した。この化合物はDNAを極めて選択的に光切断する。長鎖の人の二重鎖DNAのフラグメントを用いてDNA切断を調べたところ,ーGGーサイトのみ特異的に切断することが判明した。この分子をDNAバインダ-に連絡することにより,より塩基配列特異性の高い人工制限酵素をデザインできることが明らかとなった。遺伝子DNAの特定位置で効果的にDNA鎖を切断する分子を開発できれば,その応用範囲はきわめて広い。我々は任意の塩基配列でDNAを特異的に切断する人工制限酵素の開発を目指して,まず効率の良いDNA切断分子をデザイン・合成し,これにリンカ-を介して二重鎖DNAを特異的に認識する天然のドラッグまたはDNAプロ-ブに連絡し三重鎖形成を利用してDNAを特異的に切断する人工制限酵素を構策する試みを行った。天然抗ガン剤であるエスペラミシンのモデルであるエンインアレン系の化合物を合成し,これが室温で芳香族ビラジカルを発生し,DNA糖鎖からの水素引き抜きにF7DNAを切断する事を見い出した。この事実はこの分野の研究に大きな刺激をあたえ,その後数多くのエンイ-ノアレン系DNA切断分子が世界および我々国で合成された。

また、抗ガン剤ネオカルタノスタチン(NCS)のDNA切断の機構を明らかにし,特にNCSのチオ-ルによる活性化機構に関して新しい事実を発見し,中間体と目されるエンインクムレン系化合物の合成にも世界で初めて成功した。次に,光照射で駆動するDNA切断分のデザインを行った。366nm以上の光で効率良く水酸ラジカルを発生するナフタルイシド系置酸化物を合成し,これを“光フェントン試剤"と命名した。この分子は,光照射によりDNAのーGGーサイトを特異的に切断することが判明した。この分子はDNAの切断のためだけではなく,蛋白質のクロスリンクや酸化試薬として広く利用できることが明らかとなった。この分子をDNAバインダ-に連結することにより,より高度に塩基配列特異的な人工制限酵素として機能することを明らかにした。
Artificial Martrix Flapに関する実験的研究

1.A-V shunt loopと人工真皮を組み合わせて新しい皮弁(Artificial Matrix Flap)を作製した。この皮弁作製の機序として,「shunt loop血管からの血管新生・血管網の形成と人工真皮内へ遊走した筋線維芽細胞からの膠原繊維の産生によって、人工真皮の吸収と器質化がおこりshunt loop血管を栄養血管とした新生肉芽組織が形成された」と考えられた。新生肉芽組織上への植皮は良好に生着し、skin grafted island flapとして用いることも可能であった。(1)A-V Shunt Loopと血管・組織新生:実験モデルの対照群は,chamberを用いた孤立系でA-V shunt loopと血管周囲のわずかな組織のみが本来の組織であることから、shunt形成による血流速度の増加が血管新生の重要な因子と考えられた。この実験モデルで、血管新生と組織新生とが得られたことは、血管新生のメカニズムを研究する上での理想的な実験モデルを提供したといえる。また、今回の実験で、動脈と静脈の2本の移植血管を用いてshunt loopを作製したところ、静脈側を中心に新生組織と血管新生とが得られた。これは、相対的なshear stressが静脈側に大きく作用するためと思われる。また静脈壁の薄さも血管新生の再構築に有利に働いたものと思われた。(2)bFGFの併用効果:bFGFの併用によって組織新生が促進され、その組織の線維化および人工真皮の器質化も促進された。即ち、bFGFの併用でより大きなprefabricated flapがより短期間に作製できる可能性が示された。一方、bFGFで新生された組織は、bFGFの消退とともに縮小することも示された。この原因はアボトシスあるいは「組織の線維化に伴う膠原繊維の収縮」等が考えられるが、新生組織の維持方法などとともに今後の検討を要する。将来的には他の成長因子の併用で骨や軟骨組織を含んだ複合組織皮弁を作製することも可能になると思われる。1.AV shunt loopと人工真皮を組み合わせることによって血管柄を持った肉芽組織が新生され、さらに植皮を追加することでskin flapが作成できることを第3回日本形成外科学会基礎学術集会及び第11回国際形成外科学会で報告した。2.この実験モデルにchamberを用いて線維芽細胞増殖因子(bFGF)の組織新生に及ぼす影響について検討を行なった。(1)人工真皮にbFGF10μg/cm^2を添加した群(2週群、4週群)を作製し、コントロール群と比較した。比較には新生組織の最大水平断面積値を用いた。結果:新生組織はbFGF添加の2週群で最大値を示した(p<0.001)。しかし、4週群では新生組織は縮小し、コントロール群と有意差のない結果が得られた。新生組織の器質化は、bFGF添加群でコントロール群に比し有意に進行していた。(2)次に、臨床応用の可能性を5群に分けて検討した。結果:(a)bFGF添加人工真皮を併用して(b)血流速度を出来るだけ増加させるAVshuntを作成し(c)loop作製にはVein graftを用いる、という3条件が満たされれば臨床応用可能と思われた。(3)AV shuntloop作製に動脈と静脈の2本を用いたところ、2週群では主として静脈周囲に新生組織が認められた。

新生血管も静脈側から伸展している組織像が見られ新生組織上への植皮の生着も静脈側で良好あった。これは、AV shuntで血流速度の増加が起こり、血管壁にかかる相対的なshear stressが静脈側に大きく作用したためと考えることで説明されるが、この実験モデルは孤立系であり、この結果は血管新生を研究する上で興味あるところである。また、血管新生研究の実験モデルとしても画期的なモデルと云える。1.A-V shunt loopと人工真皮を組み合わせて新しい皮弁(Artificial Matrix Flap)を作製した。この皮弁作製の機序として,「shunt loop血管からの血管新生・血管網の形成と人工真皮内へ遊走した筋線維芽細胞からの膠原線維の産生によって、人工真皮の吸収と器質化がおこりshuut loop血管を栄養血管とした新生肉芽組織が形成された」と考えられた。新生肉芽組織上への植皮は良好に生着し、skin grafted island flapとして用いることも可能であった。2.(1)A-V Shunt loopと血管・組織新生:実験モデルの対照群は,chamberを用いた孤立系でA-V shunt loopと血管周囲のわずかな組織のみが本来の組織であることから、shunt形成による血流速度の増加が血管新生の重要な因子と考えられた。この実験モデルで、血管新生と組織新生とが得られたことは、血管新生のメカニズムを研究する上での理想的な実験モデルを提供したといえる。また、今回の実験で、動脈と静脈の2本の移植血管を用いてshunt loopを作製したところ、静脈側を中心に新生組織と血管新生とが得られた。これは、相対的なshear stressが静脈側に大きく作用するためと思われる。また静脈壁の薄さも血管新生の再構築に有利に働いたものと思われた。(2)bFGFの併用効果:bFGFの併用によって組織新生が促進され、その組織の線維化および人工真皮の器質化も促進された。即ち、bFGFの併用でより大きなprefabricated flapがより短期間に作製できる可能性が示された。一方、bFGFで新生された組織は、bFGFの消退とともに縮小ることも示された。この原因はアポトシスあるいは「組織の線維化に伴う膠原線維の収縮」等が考えられるが、新生組織の線維方法などとともに今後の検討を要する。将来的には他の成長因子の併用で骨や軟骨組織を含んだ複合組織皮弁を作製することも可能になると思われる。
非線型弾性波動方程式

昨年度において,ユークリッド空間における弾性波動方程式を解析し,その解の存在と抵抗無限大の場合の解の挙動をほぼ当初の予定通りに解明することができた.本年度においては引き続きその結果をリーマン多様体上に拡張することを試み,実際に成功した.以上の結果は当初から期待されたものであるが,証明の方法は初年度の方法の単なる拡張ではない.結局のところ,幾何学的方法よりも解析学的方法が主となった.しかしながら,解析学的な解の評価をするための方程式の熱方程式への摂動において,幾何学的等式条件を保つということが本質的であった.即ち,1次元プレート方程式の熱方程式への摂動において,非伸縮条件を保つ変形を考え,それに適合する解の評価をリーマン幾何学を用いて行うことによって,解の存在や収束に関する解析学的評価を得ることができた.この知見は3次元リーマン多様体における渦糸の方程式の解明においても有効であることが期待される.これらの成果は現在論文として準備中である.主結果:・1)リーマン多様体上での弾性波動方程式の初期値問題解は短時間ならば時間双方向に存在する.・2)その解は,任意時間において,抵抗係数を無限大に収束させれば存在し,しかも弾性熱方程式の解に収束する.まず弾性波動方程式それ自身を熱方程式に摂動し,その挙動を調べた.しかし,その形では非線型項の影響が大きすぎて解の存在を示すことは出来なかった.そこで,実施計画の考え方に従って,方程式を球面上でのそれに書き直してから熱方程式に摂動した.その結果,解の存在を数学的に示すことが出来た.また,この弾性波動方程式において抵抗係数を無限大にもっていった場合の解の挙動を解析し,それが弾性熱方程式の解に収束することを示すことができた.この証明においては,実施計画通り,偏微分方程式を微分幾何学的方程式に書き直すという点が本質的であった.それと同値な変形は原理的には微分幾何学を用いなくとも可能であるが,実際上は困難であると考えられる.微分幾何学的な変形によって計画が達成されたということは,所期の目的通り,幾何学的考察の有用性を示している.しかしながら,微分幾何学的変形が何故有効であるか,変形された方程式の幾何学的意味は何かということについての分析はまだ不十分である.昨年度において,ユークリッド空間における弾性波動方程式を解析し,その解の存在と抵抗無限大の場合の解の挙動をほぼ当初の予定通りに解明することができた.本年度においては引き続きその結果をリーマン多様体上に拡張することを試み,実際に成功した.以上の結果は当初から期待されたものであるが,証明の方法は初年度の方法の単なる拡張ではない.結局のところ,幾何学的方法よりも解析学的方法が主となった.しかしながら,解析学的な解の評価をするための方程式の熱方程式への摂動において,幾何学的等式条件を保つということが本質的であった.即ち,1次元プレート方程式の熱方程式への摂動において,非伸縮条件を保つ変形を考え,それに適合する解の評価をリーマン幾何学を用いて行うことによって,解の存在や収束に関する解析学的評価を得ることができた.この知見は3次元リーマン多様体における渦糸の方程式の解明においても有効であることが期待される.これらの成果は現在論文として準備中である.主結果:・1)リーマン多様体上での弾性波動方程式の初期値問題解は短時間ならば時間双方向に存在する.・2)その解は,任意時間において,抵抗係数を無限大に収束させれば存在し,しかも弾性熱方程式の解に収束する.
色彩豊かな新合金の開発

本研究は,新しい色彩合金作製の礎として,Cu-GaおよびCu-Al固溶合金において,それらの色彩変化と電子構造(状態密度)変化の対応を明らかにすること,また,種々の合金元素(Mn, Fc, Rh, Ni, Pd, Pt, Zn, In, GeおよびSn)によるCuの色彩変化を状態密度から説明することを目的として行った。色彩の定量化は,国際照明委員会表色系に基づいて行った。すなわち,分光光度計により試料の反射スペクトルを測定して三刺激値を算出し,これをx-y色度図上にプロットして評価した。また,状態密度計算は,DV-Xα分子軌道法を用いて,添加元素をランダムに配置した原子数55個のクラスターを対象として行った。Cu-Ga合金の色彩は,Gaの添加とともに赤色(Cu)から橙色,そして黄色へと変化した。また,反射スペクトルでは,吸収端波長の約600nm(Cu)から550nm(Cu-15at%Ga)への移行が認められ,状態密度では,3dバンド位置の低エネルギー側への移行が認められた。これらの変化の方向は理論的に一致し,また色彩変化とも対応づけることができた。同様の結果はCu-Al合金についても得られた。さらに,Cuに他の典型元素を8at%添加した場合にも,合金の色彩は燈色もしくは黄色となった。反射スペクトルの吸収端は,典型元素の価電子数が増加するにつれて短波長側へと移行した。すなわち,Cuより価電子数の多い典型元素を添加すると,フェルミエネルギー準位が上昇し、このため,反射スペクトルの吸収端が短波長側に移行し,色彩が変化したと考えられる。一方,Cuに遷移元素を8at%添加した場合は,いずれの合金も桃もしくは銀白色を呈した。遷移元素を添加した場合には,Cu 3d軌道と添加元素のd軌道の相互作用が起こるため,状態密度のCu 3dバンド位置や反射スペクトルの吸収端位置があまり変化しない。しかしながら,添加元素に帰属するdバンドが出現し,600nmより長波長域の光吸収が増し,その結果,長・短波長域の反射率の差が小さくなり,色を希釈したと考えられる。本研究は,金属単体が持つ赤,黄,白以外の色彩をもつ合金や従来の金属・合金より鮮やかな色彩の合金を創出することを目的とする。本年度は,当研究室で開発したCu-Ga合金の色彩の鮮やかさに注目し,その組成による色彩変化を調べ,DV-Xαで求めた状態密度との比較を行った。粒状のCuとGaを所定量秤量・混合し,高周波炉により炭素るつぼ中,約1300°Cで融解,炉冷して固溶合金試料を作製した。この試料を#320から約#16000相当まで研磨した。つぎに,分光光度計を用いて反射率測定を行い,反射スペクトルから10度視野,紫外線を含む昼光D65下での三刺激値を求め,xy色度図を用いて色彩の定量化を行った。試料の組成分析はXRFで行った。さらに,DV-Xα法を用いて,作製した合金組成に対応するCu-Ga合金の状態密度計算を行った。CuにGaを添加するにつれて,Cuの赤色が徐々に薄くなり,Cu-7at%Ga付近にて黄色を呈した。さらにGaをその固溶限である20at%付近まで添加していくと,黄色の色味が順次濃くなった。また,反射率は,Ga添加につれて可視域全体で約10%低下し,吸収端の位置が波長約600nmから550nmまでシフトした。xy色度図上のプロットは,Cu-5%Gaまでは連続的に移動し,Cu-7%Gaを境にして不連続に,その後再び連続的な移動を示した。状態密度計算の結果,Ga添加につれてCuの3dバンドの位置が低エネルギー側にシフトした。また,3dバンドのピークが順次下がり,スペクトルはブロードな形に変化した。この3dバンドのシフトは,光の反射波長領域を拡大し,吸収端を短波長側に移動させる,また,ピークの低下は,吸収がなかった波長領域で吸収を生じせしめ,反射率の低下を引き起こすと予測できる。これらの予測は,実際の反射スペクトルの変化と一致しており,このことは,合金化によって状態密度の変化をコントロールすることにより,多種の色彩合金を作製できる可能性があることを示唆している。

さらに,Cuに他の典型元素を8at%添加した場合にも,合金の色彩は燈色もしくは黄色となった。反射スペクトルの吸収端は,典型元素の価電子数が増加するにつれて短波長側へと移行した。すなわち,Cuより価電子数の多い典型元素を添加すると,フェルミエネルギー準位が上昇し、このため,反射スペクトルの吸収端が短波長側に移行し,色彩が変化したと考えられる。一方,Cuに遷移元素を8at%添加した場合は,いずれの合金も桃もしくは銀白色を呈した。遷移元素を添加した場合には,Cu 3d軌道と添加元素のd軌道の相互作用が起こるため,状態密度のCu 3dバンド位置や反射スペクトルの吸収端位置があまり変化しない。しかしながら,添加元素に帰属するdバンドが出現し,600nmより長波長域の光吸収が増し,その結果,長・短波長域の反射率の差が小さくなり,色を希釈したと考えられる。
代謝型グルタミン酸受容体７型を介した行動調節の分子機構の解明

シナプス前膜の伝達物質放出部位近傍に存在するmGluR7に注目し、ノックアウトマウス(KO)を用いた解析を行った。mGluR7 KOでは攻撃行動が低下していた。そこで雄の尿、あるいは生食を含ませた脱脂綿を提示したところ、野生型マウスでは雄の尿の臭いをかぐ時間が長かったが、mGluR7 KOにはそのようなpreferenceは認められなかった。尿によって誘導されるc-fos発現を解析したところmGluR7 KOの分界条床核におけるc-fos発現が低下していた。さらに、mGluR7の選択的アンタゴニストであるMMPIPを脳の各部位に局所投与したところ、分界条床核への投与によって攻撃行動が低下した。申請者らは、これまでの研究から代謝型グルタミン酸受容体サブタイプ7遺伝子欠損マウス(mGluR7 KO)において、性行動、攻撃行動などの社会的行動、および恐怖反応の異常があることを見いだしている。本研究はこれらの行動の異常をおこすメカニズムを多角的に解析することにより、社会的行動に必要な神経回路、シナプスの調節機構の理解を深めることを目的とする。H24年度は、嗅覚などの感覚系の異常の有無(2に対応)、行動薬理学的解析(6に対応)の解析を行った。嗅覚はマウスなどの齧歯類では最も主要な感覚であり、攻撃行動、性行動の発現に必須である。H23年度には「1.嗅覚系の解析においの好みを中心に」より、雄の尿と生理食塩水を提示して、好みを確認する実験を行ったところ、mGluR7 KOは雄の尿に興味を示さないことを見いだした。H23年の結果を受けて「2.嗅覚刺激によるc-fosの発現」を行った。嗅覚系では、生得的に異性や敵に対して反応する経路が決まっており、異性や敵のにおいを提示すると、それぞれに特定の脳の領域でc-fosなどの、最初期遺伝子が発現する。尿のにおいを嗅がせた後のc-fosの発現を解析したところ、mGluR7 KOでは分界条床核におけるc-fosの発現が低下していた一方で、副嗅球におけるc-fosの発現に変化はなかった。「6.行動薬理学的解析」嗅覚刺激後のc-fosの発現の解析の結果、mGluR7 KOでは分界条床核に至る情報伝達が障害されていることが示唆された。そこで行動異常の責任部位を特定するため、mGluR7特異的アンタゴニストMMPIPを分界条床核を含めた副嗅覚系の情報伝達経路に投与し、攻撃行動を解析した。その結果、分界条床核にMMPIPを投与したマウスでは攻撃行動が低下していた。攻撃行動に焦点を絞って解析をすすめた。嗅覚は齧歯類の社会行動に重要な役割を果たす。雄の尿、あるいは生食を含ませた脱脂綿を同時に提示して嗅覚嗜好性を解析したところ、wild-typeでは雄の尿の臭いをかぐ時間が長いのに対し、mGluR7 KOにはそのような嗜好性は認められなかった。そこで、尿のにおいによって誘導されるc-fos発現を解析した。wild-typeと比較して、mGluR7 KOでは分界条床核におけるc-fos発現が低下していた。そこで、mGluR7の選択的アンタゴニストであるMMPIPを分界条床核に局所投与したところ、攻撃行動が抑制された。これらの結果は、分界条床核に存在するmGluR7が副嗅覚系の情報伝達に重要な役割を果たすことにより、攻撃行動を制御していることを示している。また、分界条床核におけるc-fosの低下はシナプス前膜に存在するmGluR7が神経核の興奮を増強させる働きを持つことを示唆するものであり、今後神経回路内でのmGluR7による情報の調節様式を明らかにすることは、神経の調節メカニズムの解明につながると考えられる。

本研究はこれらの行動の異常をおこすメカニズムを多角的に解析することにより、社会的行動に必要な神経回路、シナプスの調節機構の理解を深めることを目的とする。初年度は、嗅覚などの感覚系の異常の有無(1, 2に対応)、射精の機能などGRP系との関係(3, 4に対応)の解析を行った。「1.嗅覚系の解析においの好みを中心に」嗅覚はマウスなどの齧歯類では最も主要な感覚であり、攻撃行動、性行動の発現に必須である。雄の尿と生理食塩水を提示して、好みを確認する実験を行ったところ、mGluR7 KOは雄の尿に興味を示さないことを見いだした。「2.嗅覚刺激によるc-fosの発現」嗅覚系では、生得的に異性や敵に対して反応する経路が決まっており、異性や敵のにおいを提示すると、それぞれに特定の脳の領域でc-fosなど最初期遺伝子が発現する。尿のにおいを嗅がせた後のc-fosの発現を解析したところ、mGluR7 KOでは分界条床核におけるc-fosの発現が低下していた。「3. mGluR7 KOマウスの性行動の解析特に勃起および射精について」mGluR7 KOマウスでは射精に至ることのできる個体の割合が著しく減少している。そこで、勃起の機能にも違いがあるか確認するために反射性勃起を解析したが、mGluR7とwildで有意差は確認できなかった。「4. mGluR7 KOマウスにおけるGRP系の解析」申請者らが雄性性機能を調節していることを同定した脊髄GRP系についてmGluR7 KOを用いて解析した。mGluR7 KOではGRPの発現が減少していた。申請書の研究計画には、H23年度およびH24年度に実施する項目として上記以外にもいくつかの項目を挙げていたが、すべてを行えなかった理由として、研究実績の概要で記載した事項にポジティブデータが多く見られた点が挙げられる。「1.嗅覚系の解析」において、当初の期待通りにmGluR7 KOの嗅覚の好みがwildのそれとは異なることが見いだされた。さらに、「2.嗅覚刺激によるc-fosの発現」は嗅覚に異常が認められた場合にのみ行う予定であった実験であり、この実験によって、分界条床核におけるc-fosの発現の低下が観察されたことは、mGluR7が嗅覚の情報処理にかかわり、さらには個体認識に重要な役割をはたしていることを示す、大きな成果である。H24年度にはこれらの結果をうけて、1および2の確認実験および、アンタゴニスト投与の実験を重点的に行った。マウスの脳局所へのアンタゴニスト投与は、技術的にも難しいものであるが、特に分界条床核は小さな領域であり、さらに難度が高くなる。脳局所へのアンタゴニスト投与実験に時間がかかったのは想定範囲内と考えている。申請書の研究計画には、23年度に実施する項目として上記以外に「5.ホルモン濃度の測定」も挙げていたが、ここまで進まなかった理由として、研究実績の概要で記載した事項にポジティブデータが多く見られた点が挙げられる。「4. mGluR7 KOマウスにおけるGRP系の解析」についても、GRP系との関係を示唆することができた。アンタゴニストMMPIPの分界条床核への投与により、分界条床核に存在するmGluR
ラテックス表面における電子エネルギー移動と光誘起電子移動

本研究は、光誘起電子移動と一重項-一重項および三重項-三重項エネルギー移動に対するラテックス表面の反応場としての特性を体系化し、それらの光反応を制御することを目的とした。本年度は、ポリスチレンラテックスを用い、(1)インドール化合物からピレン誘導体への光誘起電子移動および(2)三重項-三重項エネルギー移動の予備的実験としての室温リン光の測定について検討し、以下の成果を得た。光誘起電子移動電子受容体として1-ピレンメタノール(PyM)、電子供与体としてトリプトファンとトリプタミンを用いた。実験の結果、トリプトファンの場合は水溶液中とラテックス分散液中で電子移動効率がほとんど変わらなかった。これは、PyMの大部分がラテックス表面に吸着されるのに対し、トリプトファンがほとんど吸着されないためである。一方、トリプタミンの場合、ラテックス分散液中では水溶液中よりも数百倍効率よく電子移動が起こった。これは、PyMとトリプタミンがともにラテックス表面に吸着・濃縮されたためである。現在、ラテックスによる逆電子移動の抑制について、拡散反射レーザーフラッシュフォトリシスによって検討を行っている。三重項-三重項エネルギー移動ラテックス表面における6-ブロモ-2-ナフトール(BNL)の室温リン光の発現について検討した。実験の結果、水溶液中では室温リン光が観測されないのに対し、ラテックス分散液中ではきわめて強い室温リン光が現れることが分かった。これはBNLがラテックス表面に吸着され、固定化されることにより分子内失活が抑制されたためと考えられる。この成果は、ラテックス表面における室温リン光測定の最初の例として注目される。今後は、ベンゾフェノン誘導体からBNLへの三重項-三重項エネルギー移動を研究する予定である。
鏡像異性体の量子制御に関する理論的研究

ATP合成酵素の回転運動等で知られる細胞の運動機構は,ナノスケールの,効率の良いモータである。これまで,この種のモータの運動整流機構が盛んに研究されてきた.研究代表者は,これらの生体分子運動機構の解明から一歩進み,直線偏光により駆動する量子モータ系の設計を目指した.本研究は,キラル分子の内部回転に関するポテンシャル面が非対称になることに着目し,このポテンシャルを赤外領域の直線偏光パルスで揺する全く新しいものである.さらに,分子モータの回転方向を決定における,分子キラリティーと光のヘリシティーが担う役割を明らかにした.分子モータの現実的で単純な例として,アルデヒド基を持つキラル分子(2-chloro-5-methyl-cyclopenta-2,4-dienecarbaldehyde)を例に上げ,このアルデヒド基をモータ分子の回転部に見立て,量子ダイナミクス計算をおこなった.結果は,一分子当たり平均して数^ηの角運動量を持った分子内回転が得られることを示すものであった.この分子モータは,初期熱分布に対して安定なものである.また,モータの回転方向は,分子のキラリティーに対して相対的であることを明らかにした.すなわち,直線偏光レーザーにより誘起される分子モータの回転方向は,分子本体から見たものである.一方,円偏光レーザーにより誘起される分子モータの回転方向は,実験室座標から見たものである.ATP合成酵素の回転運動等で知られる細胞の運動機構は,ナノスケールの,効率の良いモータである。これまで,この種のモータの運動整流機構が盛んに研究されてきた.研究代表者は,これらの生体分子運動機構の解明から一歩進み,直線偏光により駆動する量子モータ系の設計を目指した.本研究は,キラル分子の内部回転に関するポテンシャル面が非対称になることに着目し,このポテンシャルを赤外領域の直線偏光パルスで揺する全く新しいものである.さらに,分子モータの回転方向を決定における,分子キラリティーと光のヘリシティーが担う役割を明らかにした.分子モータの現実的で単純な例として,アルデヒド基を持つキラル分子(2-chloro-5-methyl-cyclopenta-2,4-dienecarbaldehyde)を例に上げ,このアルデヒド基をモータ分子の回転部に見立て,量子ダイナミクス計算をおこなった.結果は,一分子当たり平均して数^ηの角運動量を持った分子内回転が得られることを示すものであった.この分子モータは,初期熱分布に対して安定なものである.また,モータの回転方向は,分子のキラリティーに対して相対的であることを明らかにした.すなわち,直線偏光レーザーにより誘起される分子モータの回転方向は,分子本体から見たものである.一方,円偏光レーザーにより誘起される分子モータの回転方向は,実験室座標から見たものである.
新しい融点相図を示すラセミ体の光学分割と固相有機反応の設計

ラセミ体の単純な再結晶による光学分割が可能な場合として、唯一ラセミ混合物[(+)体結晶と(-)体結晶の等量混合物]の優先晶出法による結晶の光学富化が知られているのみであり、ラセミ体結晶[(±)体]を単純な再結晶により光学分割することは不可能と考えられていた。我々はこの例外を見いだし、ある一群の2級アルコール(STおよび類縁体)のラセミ体結晶を再結晶するだけで母液中で非常に大きな光学富化(高級100%ee)が生じるという前例のない光学分割現象を確認した。更に驚くべきことに、その際析出した低光学純度の結晶を取り出して再結晶すると、母液中で同様に大きな光学富化が起こるとともに、析出してくる結晶(低光学純度)のキラリティーは、必ず再結晶前の結晶のキラリティーの逆になる(キラリティーの逆転)という現象も発見した。従って、まずラセミ体の再結晶を行い、ついで析出する結晶の再結晶を順次繰り返し、光学富化して交互に得られる同一キラリティーの母液を集めるだけで、両エナンチオマーを高光学純度(>95%ee)で分割できるという理想的な光学分割が達成された。この光学分割現象の適用範囲を知るために、種々の再結晶条件下で析出してくるST結晶の物理化学的性質(X線結晶構造・粉末X線回折図・融点相図・溶解度)を調べた。その結果、ラセミ体の安定形はラセミ化合物結晶であるが、(+)体と(-)体のラセミ混晶も準安定形として存在すること、および10%ee以上の光学純度の領域では混晶が安定形となることが判明した。上記の異常な光学分割現象の機構をこの結晶の多形現象と関連づけて説明することができた。即ち、再結晶の際に、互いに対掌体の低光学純度のラセミ化合物型結晶[例えば(+)体過剰]と混晶[(-)体過剰]の同時析出と、より溶解度の高い混晶の再溶解を繰り返すことにより、母液の光学純度が徐々に上昇していくというものである。現在までに、STの他にその関連化合物のうち3種類が同様の光学分割現象を示すことを見出している。
環境タバコ煙の暴露が禁煙後のCOPD患者の呼吸機能の低下に与える影響

【背景】近年、環境タバコ煙(ETS)の暴露と慢性閉塞性肺疾患(COPD)との関連が報告されているが、従来のCOPDガイドラインではETS暴露の回避は未だ積極的な治療および管理目標として位置づけられていない。また、禁煙に成功したCOPD患者であってもETSに暴露する可能性があるにもかかわらず、これらの呼吸機能に対する影響については十分に解明されていない。【目的】ETSに暴露した禁煙後のCOPD患者における呼吸機能の推移、呼吸機能低下に影響を与える因子を明らかにし、COPD治療や管理における具体的なETS暴露回避対策の指針として役立てることである。【対象と方法】対象は、2015年の定期検診に参加したCOPD患者44名のうち、現在禁煙中の37名(男性29名、68.8±7.0歳)とした。方法はETS暴露状況を質問紙票にて聴取し、現在のETS曝露の有無で2群に分類した。確定診断から2015年までの呼吸機能(FEV_1、%FEV_1)の推移を後方視的に調査し、経年的低下量(△FEV_1)および補正値(△%FEV_1)を算出、2群間で比較した。【結果】年齢や禁煙年数、確定診断時の呼吸機能はETS非暴露群(25名)とETS暴露群(12名)で有意差が見られなかったにも関わらず、△FEV_1および△%FEV_1はETS暴露群で有意に高値を示した。さらに、家族(配偶者、他の家族)や同僚からのETS曝露のうち、配偶者からのETS曝露は△FEV_1に有意に影響を与える因子として抽出された。【結論】COPD患者がたとえ禁煙に成功したとしても、ETSに曝露することで呼吸機能の低下に影響を与えることが明らかとなった。特に、配偶者からのETS曝露は呼吸機能の低下に有意な影響を与える因子であることが示された。
宿主自然免疫ゲノム情報の発現調節研究によるウイルス感染症の制御

ヒトインターフェロン-α1 mRNAを安定・増大するアンチセンスRNAの機能ドメインに由来するアンチセンスリボオリゴヌクレオチド(ASORN)を用いて、生体における検証(POC)実験を行った。この目的のため、ヒトA型インフルエンザウイルス感染モルモットモデル系を樹立した。続いて、ASORNを感染局所に送達させるためのDrug Delivery Systemとして生体分解性PLGAナノ粒子を用い、ASORNの封入効率ならびにその遺伝子発現制御機能の至適化を図った。得られた結果を用いてASORNをモルモット気道局所に投与したところ、投与量依存性に抗ウイルス効果が確認され、目的のPOCを達成した。モルモット(gp)IFN-α1アンチセンスRNA (AS)機能ドメインのマッピング:gpIFN-α1 mRNAの二次構造候補に共通するステムループ構造中の一本鎖領域塩基配列から作製したセンスオリゴヌクレオチド:S2-S6の検討を、ヒトインフルエンザウイルスA/PR/8/34感染モルモット胎児繊維芽細胞104C1を用いて継続した。その結果、昨年報告したS6に加えS4も、gpIFN-α1 ASを介し同mRNAを安定化することが分かった。加えて、AS RNAの構成的発現には影響しないS3によるgpIFN-α1 mRNAの発現増大効果を見出し、これはAS分解性のmiRやタンパク質の作用阻害によると解釈した。続いて、このS4とS3塩基配列に対応するアンチセンスリボオリゴヌクレオチド:asRS4, asRS3を上述の104C1細胞に導入し、そのgpIFN-α1 mRNAの発現増大効果を確認した。PLGAナノ粒子によるDDSの構築:そこで、gpIFN-α1 mRNAの発現増大効果が上回るasRS3を作年報告したDDS候補のPLGAに封入し、そのgpIFN-α1 mRNAの発現増大効果を市販の遺伝子導入試薬と比較した。ナノ粒子径、asRS3含有率、粒子表面荷電度等を指標に検討し、対照の遺伝子導入試薬を上回るgpIFN-α1 mRNAの発現増大効果を示す至適の粒子作製、asRS3封入条件を決定した。ヒトIFN-α1 ASによる同mRNA安定化の分子メカニズムの検討:IFN-α1に加え、他のIFN-αファミリー由来のASが、ceRNAとしてmiR-1270を阻害することにより、IFN-α1 mRNAを安定化することを明らかにした(投稿準備中)。IL-1β刺激によりラット肝細胞よりTNF-αが産生され、そのAS RNAはTNF-αmRNAを不安定化することを報告した。モルモット(gp)IFN-α1アンチセンスRNA (AS)機能ドメインのマッピングRNA二次構造予測ソフトmFoldを用いて得たgpIFN-α1 mRNAの二次構造候補に共通するステムループ構造を選択した。ヒトIFN-α1 ASによるmRNA認識部位を決定した方法にならい、この共通ステムループ構造中の一本鎖領域塩基配列からなるセンスオリゴヌクレオチド:S2-S6をデザインした。これらのうち、gpIFN-α1 ASの構成的発現を抑制したS2, S4, S6をヒトインフルエンザウイルスA/PR/8/34感染細胞に導入したところ、S6導入細胞においてのみgpIFN-α1 mRNA発現の低下が観察された。以上の結果から、同mRNA上にgpIFN-α1 ASが認識する部位が決定され、ASによるgpIFN-α1 mRNAの安定化効果が予想された。DDSの構築(平成25年度実施予定計画)マウス骨髄から誘導した未成熟樹状細胞が産生するExosomeをモルモット気道へ投与したところ、急性GvHDの発症は観察されなかった。しかし、マウス1匹あたり回収できるCD11c陽性細胞は約5 x 10の6乗に過ぎず、しかも非DC細胞の混入を40-50%認めたので、ExosomeをDDSとして評価するに足る量をマウス骨髄法で得るのは困難と判断した。そこで、共同研究をするホソカワミクロン株式会社が薬物担持用に開発した乳酸とグリコール酸共重合体からなるPLGAナノ粒子を代わりに検討した。ヒトIFN-α1 mRNA発現増大効率を指標に、同粒子の核酸導入キャリアー機能を検証したところ、市販の遺伝子導入試薬と同等か、それ以上の導入効率が得られた。この結果から、Exosomeに代えPLGAナノ粒子をDDS候補として、今後検討することにした。ヒトIFN-α1 ASの機能解析結果をまとめ、論文発表した。1.動物モデルにおけるASORNの抗インフルエンザウイルス(IFV)活性の検証:インターフェロン(IFN)-α1 mRNAの発現を安定・増大するアンチセンスRNA (AS)と、その安定化機能ドメイン配列からなるアンチセンスオリゴリボヌクレオチド(ASORN)は全長ASと同程度にmRNA発現を増加させた。本申請では生体分解性PLGA

ナノ粒子を用い、IFV感染局所にASORN投与を可能にする吸入型Drug Delivery Systemを開発し、Proof of Conceptの確立を図った。今年度は、IFN-αによる自然免疫応答が定量的に検討可能なヒトA型IFV感染モルモットモデル系を樹立した。続いて、ASORNの遺伝子発現制御機能を至適化する封入条件下に、これを担持するPLGA粒子を作製し、気道局所に投与した。その結果、投与量に比例してIFN-α1 mRNAの早期発現とウイルス力価の低下が観察され、ASORNが生体レベルで抗ウイルス性自然免疫の制御を可能にする事を示した。2. IFN-α1 ASによる同mRNA安定化の分子メカニズム:miR-1270 response element (MRE-1270)を共有するIFN-α1 ASに加え、その他のIFN-αファミリー遺伝子由来のASとmRNA、CAPRIN1を始めとする5種の細胞mRNAが、ceRNA (competing endogenous RNA)としてネットワークを形成し、MRE-1270を介してmiR-1270を阻害することによりIFN-α1 mRNAを安定化することを論文発表した。3.非コードRNAによる遺伝子発現制御:初期応答遺伝子群に含まれるサイトカイン遺伝子mRNAの安定性が、転写後性にASにより制御されるメカニズムについて総説論文を発表した。分子細胞生物学、分子ウイルス学平成25年度実施研究計画の達成度評価:2. DDSの構築:このasRS3を用いて、DDS候補PLGAナノ粒子の最適化を行い、当初計画通り、市販の遺伝子導入試薬を上回るgpIFN-α1 mRNA発現増大効果を培養細胞レベルで確定した。この結果から、DDSは研究計画申請時に予定したExosomeからPLGA粒子に切り替え、生体への投入実験に進むこととした。3.論文発表について:ヒトIFN-α1 ASのmRNA安定化分子メカニズムとして、IFN-α1のみならず、他のIFN-αファミリーメンバーのAS RNAと協調してネットワークを形成し、miR-1270を抑制することを見出した。新たなceRNetとして報告を準備している。その他、Hepatology Research 44(5):571-83, 2014に、TNF-αAS RNAのmRNA発現制御機能を報告した。平成24年度実施研究計画の達成度評価:モルモット(gp)IFN-α1アンチセンスRNA (AS)機能ドメインのマッピング予想したmRNA二次構造に基づきデザインしたセンスオリゴヌクレオチド群から、gpIFN-α1 ASの発現を抑制するS6を得た結果、同ASのgpIFN-α1 mRNA安定化効果を証明できたのは計画通りであった。ただ、S6に対応するアンチセンスリボオリゴヌクレオチド(ASORN)の過剰発現実験とgpIFN-α1 AS短縮変異体発現プラスミドによる機能ドメインマッピングが未達成な点は、マイナス評価であった。
ファラデー回転法による大規模MHD発電装置用遠赤外レーザー計測システムの開発

電磁流体力学(MHD)発電は、従来の蒸気タービン方式の火力発電と比較して高い発電効率が期待できるため、世界各国で積極的に開発が進められているが、現在、MHD発電法で最も大きな問題とされているのは、発電時に発生する出力電圧・電流の揺らぎである。本研究では、遠赤外レーザー計測法を適用し、電子密度と導電率が同時に計測できる光学系を設計した。本研究で、現在までに得られた結果を以下に述べる1・大規模発電装置への計測システムの適用を考慮すると、光源として使用するレーザーは信頼性に富み、常に安定に動作しなければならない。MHDプラズマパラメータ測定に適当な波長を有し、かつ、この条件を満たすレーザーはHCNレーザーである。そこで、HCNレーザーを製作し、高出力で安定に発振させることができた。2・本研究では当初、ファラデー回転法による計測系の確立を目指したが、研究遂行中に全く新しい干渉測定法に関する着想を得た。この干渉計は従来のマイケルソン干渉計の光路にもう一本の干渉ビームパスを加えたもので、二本の干渉信号の位相を予め45゚ずらせておくことにより、電子密度が大きく変動して干渉信号の位相が360゚以上変化しても正確にその変化量を追跡できる。本干渉計を製作するとともに、ここで問題となる多量干渉効果を考慮した新たな干渉理論を構築し、その結果に基づいた特殊なデータ解析ソフトウエアを製作した。3・灯油燃焼チャネルで得られた燃焼ガスプラズマを対象とし、この二重干渉計の実験的研究を行った。MHDプラズマでは初めてレーザービーム検出器にショットキバリアダイオードを使用し、これまでに例のない高時間分解能測定を実現した。その結果、本方法で電子密度と導電率の変動が高精度で測定可能であることを実証できた。電磁流体力学(MHD)発電は、従来の蒸気タービン方式の火力発電と比較して高い発電効率が期待できるため、世界各国で積極的に開発が進められているが、現在、MHD発電方で最も大きな問題とされているのは、発電時に発生する出力電圧・電流の揺らぎである。発電出力の揺らぎに直接関係するのはチャネル内プラズマの電子密度と導電率の揺らぎであるが、電子密度と導電率の高精度測定法として遠赤外レーザーを用いた方法が開発されてきた。本研究では、遠赤外レーザー計測法の大規模発電装置への適用を目的とし、信頼性の高い計測系の開発を主眼に電子密度と導電率が同時に計測できる光学系を設計した。本研究において、現在までに得られた結果を以下に述べる。1.大規模発電装置への計測システムの適用を考慮すると、光源として使用するレーザーは信頼性に富み、常に安定に動作しなければならない。そこで、本研究ではHCNレーザーを製作した。共振器ミラー、陰極形状、真空シールなど、工夫を要する個所もあったが、現在、当初の予定通りの出力で安定に発振するレーザーの製作に成攻している。2.大規模発電装置では光学的アクセスが制限されるため、本方法を適用するにはレーザービームを20m程度遠くまで伝送させる必要があるが、短波長のレーザーと異なり、遠赤外レーザーを長距離伝送させるためには、導波管によるビーム伝送技術が必要となる。そこでビーム伝送を計算するソフトウェアを開発するとともに、導波管を用いた実験的研究を行い、ビーム伝送技術を確立した。電磁流体力学(MHD)

発電は、従来の蒸気タービン方式の火力発電と比較して高い発電効率が期待できるため、世界各国で積極的に開発が進められているが、現在、MHD発電法で最も大きな問題とされているのは、発電時に発生する出力電圧・電流の揺らぎである。発電出力の揺らぎに直接関係するのはチャネル内プラズマの電子密度と導電率の揺らぎであるが、電子密度と導電率の高精度測定法として遠赤外レーザーを用いた方法が開発されてきた。本研究では、遠赤外レーザー計測法で電子密度と導電率が同時に計測できる光学系を設計した。本研究において、現在までに得られた結果を以下に述べる。1.本研究では当初、ファラデー回転法による計測系の確立を目指したが、研究遂行中に全く新しい干渉測定法に関する着想を得た。このため、当初の目的を若干変更し、この新型干渉計の設計・製作と実証試験を行うこととした。この干渉計は従来のマイケルソン干渉計の光路にもう一本の干渉ビームパスを加えたもので、二本の干渉信号の位相を予め45°ずらせておくことにより、電子密度が大きく変動して干渉信号の位相が360°以上変化しても正確にその変化量を追跡できる。本干渉計を製作するとともに、ここで問題となる多重干渉効果を考慮した新たな干渉理論を構築し、その結果に基づいた特殊なデータ解析ソフトウェアを製作した。2.以上の準備の下に灯油燃料チャネルで得られた燃料ガスプラズマを対象とした実験的研究を行った。とくに、MHDプラズマでは初めてレーザービーム検出器にショットキバリアダイオードを使用し、これまでに例のない高時間分解能測定を実現した。その結果、本研究で得られた二重干渉計により、燃焼ガスプラズマ中の電子密度と導電率の変動が高精度で測定可能であることを実証できた。
ポジトロン標識モノクロ-ナル抗体による癌診断法の開発

癌の核医学的診断に、ポジトロン核種で標識したモノクロ-ナル抗体を用いるポジトロン断層法(PET)による新しい診断法の基礎的検討を目的とする。本年度はポジトロン標識抗体の調製法を検討し以下の結果を得た。1.ポジトロン標識前駆体による化学修飾法:サイクロトンにより^<14>N(p,α)^<11>Cの核反応により^<11>CO_2( ^<11>Cの半減期は20分)を製造し、これをLiAlH_4で還元、ついでHIと反応させて^<11>CH_3Iを合成した。これを標識前駆体として抗体タンパク質の標識の致適条件を、モデル実験としてヒト血清アルブミン(HSA)を選び検討した。10%エタノ-ル水中、0.1M Na_2CO_3、4060°C、5分間で50μg50mgのタンパク質のアミノ基を高い放射化学的収率でメチル化することができた。マウスへ^<11>CーHSA静注後の血獎中での安定性をゲル濾過法で検討したところ、^<11>Cー標識は調べた2時間までは安定に保たれていた。2.ポジトロン標識アミノ酸あるいは糖による抗体産生細胞でインビボ合成法: ^<20>Ne(d,α)^<18>F核反応にて^<18>F_2を製造し、これをAcO ^<18>FとしOーacetyーLーtyrosineと反応させ、加水分解したのちHPLCにより2ー[ ^<18>F]fluoroーLーtyrosineを分離精製した。また、^<16>O( ^3He,p) ^<18>F核反応により^<18>Fアニオンを製造し、1,2:3,4ーdiーOーisopropylideneー6ー(trifluoromethaneーsulfonyl)oxyーLーgalactoseと反応させ、加水分解し、HPLCにより6ー[ ^<18>F]fluoroーLーfucoseを分離精製した。tyrosineとfucoseの^<18>F標識体は、マウスの移植腫瘍によく集積し、代謝物分析の結果は、投与後1時間ですでに前者はタンパク質に、後者は糖タンパク質の糖鎖にそれぞれ取り込まれることが明らかになり、インビボ合成の標識前駆体となることが期待された。